光電編碼器制造技術(shù)

本實用新型專利技術(shù)公開一種高精度、高分辨率的光電編碼器，包括：光源；標尺，其上設(shè)有均勻間距或角間距間隔、且具有不同反射率的明區(qū)域和暗區(qū)域，用于利用從所述光源照射的光在沿測量軸的第一方向上生成光的明暗圖案；設(shè)置于所述光源和所述標尺之間的光束格柵，具有至少兩個或兩組幾何形狀的透光孔，以向所述標尺提供對應(yīng)的照亮區(qū)域以生成所述明暗圖案；以及光檢測器，用于檢測所述對應(yīng)的光的明暗圖案。其中，所述標尺包括第一排標尺和第二排標尺，所述第一排標尺和所述第二排標尺各自的明、暗區(qū)域間距或角間距相同，而配合光源使得所述第一排標尺上的明、暗區(qū)域和第二排標尺上對應(yīng)的明、暗區(qū)域所得到的總光度在所述第一方向上具有相同的大小、不同的相位的變化。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種光電編碼器，尤其涉及一種精確測量的光電編碼器。
技術(shù)介紹
光電編碼器被廣泛用于測量物體的線性位移和角位移，通常安裝在如三維測量設(shè)備或圖像測量設(shè)備當中，如打印機、掃描儀、復(fù)印機、傳真機、繪圖器等。光電編碼器的一種常見的技術(shù)是采用光電傳感器和光電編碼圖案(或編碼媒介)。光電傳感器聚焦于光電編碼圖案的表面上，隨著光電傳感器相對光電編碼圖案移動，或光電編碼圖案相對光電傳感器移動，光電傳感器讀取穿過光電編碼圖案或的從光電編碼圖案上反射的光圖案，從而檢測該移動。一種傳統(tǒng)的光電編碼圖案包括交替設(shè)置的一系列明暗元件。當編碼圖案和傳感器中的其一相對另一移動時，編碼圖案上的一個明元件或暗元件與相鄰的暗元件或明元件之間的過渡/變化即會被接收，通過光電轉(zhuǎn)換來生成電信號，從而利用該電信號來檢測位移量。如專利參考文獻US5，572，019、CN102168995 A均公開了這種光電編碼器。然而，隨著設(shè)備例如機電傳動、伺服控制在數(shù)字化、高精度方向的高速發(fā)展，現(xiàn)有的光電編碼器如果測量精度不夠高、響應(yīng)速度不夠快，則無法滿足角位移、角速度檢測裝置的要求。因此，亟待一種高精度、高分辨率的光電編碼器，以克服上述缺陷。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于提供一種高精度、高分辨率的光電編碼器。為實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)光電編碼器，包括:光源；標尺，其上設(shè)有均勻間距或角間距間隔、且具有不同反射率的明區(qū)域和暗區(qū)域，用于利用從所述光源照射的光在沿測量軸的第一方向上生成光的明暗圖案；設(shè)置于所述光源和所述標尺之間的光束格柵，具有至少兩個或兩組幾何形狀的透光孔，以向所述標尺提供對應(yīng)的照亮區(qū)域以生成所述明暗圖案；以及光檢測器，用于檢測所述光的明暗圖案；其中:所述標尺包括第一排標尺和第二排標尺，所述第一排標尺和所述第二排標尺錯開設(shè)置，使得所述第一排標尺上的明、暗區(qū)域和第二排標尺上對應(yīng)大小相同、均距排列的明、暗區(qū)域在所述第一方向上具有相同的大小、不同的相位。較佳地，多個所述明區(qū)域呈均距排列，其形狀在第一方向上的面積變化呈現(xiàn)為具有常量偏移的正弦函數(shù)，所述透光孔的形狀為矩形。較佳地，所述明區(qū)域為涂有高反光涂層的區(qū)域，所述暗區(qū)域為涂有低反光涂層的區(qū)域。較佳地，所述具有常量偏移的正弦函數(shù)的常量大小在所述正弦函數(shù)的幅值的5%至90%之間。較佳地，多個所述明區(qū)域呈均距排列，其形狀在第一方向上的面積變化呈現(xiàn)為具有常量偏移的線性函數(shù)，所述透光孔為高斯函數(shù)的形狀。較佳地，所述第一排標尺和所述第二排標尺的任一對應(yīng)的明或暗區(qū)域的相位差為1/4碼距。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)中標尺上的圖案的形狀排列成在第一方向上的面積變化具有常量偏移的正弦函數(shù)的波形，且光束格柵的透光孔的形狀為矩形，因此穿過透光孔的光照射到標尺上的圖案上時，在明暗圖案所得的總光度變化在第一方向上呈具有常量偏移的線性函數(shù)的波形，因而當不同的明區(qū)為通過格柵的光線所照射時，光度的變化得出不同相位的正弦信號。而第一排標尺的圖案和第二排標尺的圖案呈內(nèi)外錯開設(shè)置，且兩者具有特定的相位差，因此在同一相位上兩個或兩組圖案會相應(yīng)產(chǎn)生兩個變化，從而形成的正弦信號也是兩組，這樣使得光電檢測器的檢測結(jié)果更為精確，從而提高位移量的測量精度。通過以下的描述并結(jié)合附圖，本技術(shù)將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本技術(shù)的實施例。【附圖說明】圖1為本技術(shù)的光電編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本技術(shù)的光電編碼器的另一結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2中的標尺上圖案的局部放大圖，其展示了一個明區(qū)域單元和一個暗區(qū)域單元。圖4展示了本技術(shù)的光電編碼器的另一實施例的標尺上圖案形狀、光束格柵上透光孔的形狀。圖5展示了本技術(shù)光電編碼器的另一實施例的標尺上圖案形狀，標尺上圖案可多于一列。圖6展示了本技術(shù)的光電編碼器的另一實施例的標尺上圖案形狀、光束格柵上透光孔的形狀。圖7展示了本技術(shù)的光電編碼器的光檢測器的輸出調(diào)制信號波形圖。【具體實施方式】下面將參考附圖闡述本技術(shù)幾個不同的最佳實施例，其中不同圖中相同的標號代表相同的部件。如上所述，本技術(shù)的實質(zhì)在于一種高精度、高分辨率的光電編碼器。在技術(shù)中，該光電編碼器為旋轉(zhuǎn)光電編碼器。圖1為本技術(shù)的光電編碼器100的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖，該光電編碼器100包括光源101、光檢測器102、設(shè)置在光源101和光檢測器102之間的標尺103、以及設(shè)置于光源101和標尺103之間的光束格柵104。具體地，該光源101可由一個或多個發(fā)光二極管提供。該標尺103為具有明暗區(qū)域的碼盤，其可相對光檢測器102及光束格柵104作旋轉(zhuǎn)運動。標尺103上設(shè)有均勻間隔的明暗區(qū)域，在碼盤上排列形成環(huán)狀。當光源101發(fā)出的光從明暗區(qū)域上穿過或反射，從而被光檢測器102檢測進而輸出信號以控制并測量標尺103的移動量。特定地，如圖2所示，該標尺103上的圖案形成明區(qū)域1031a、1032a，暗區(qū)域1031b、1032b均勻間隔排列，如均勻的間距或角間距。具體地，該明區(qū)域1031a、1031b為高反射區(qū)域，暗區(qū)域1031b、1032b為與明區(qū)域1031a、1032a形成強烈對比的低反射區(qū)域。在本實施例中，明區(qū)域1031a、1032a涂有高反光涂層，暗區(qū)域1031b、1032b涂有低反光涂層。具體地，該標尺103包括第一排標尺103a、第二排標尺103b，兩排標尺103a、103b錯開設(shè)置，使得第一排標尺103a上的明區(qū)域1031a、暗區(qū)域1031b和第二排標尺103b上對應(yīng)的明區(qū)域1032a、暗區(qū)域1032b在同一排列方向上具有相同的大小、不同的相位。亦即，可見圖中第一排標尺103a上的首個明區(qū)域1031a和第二排標尺103b上的首個明區(qū)域1032a并非對齊或重疊，而是呈現(xiàn)特定相位的偏移。較佳地，兩者的相位差為1/4碼距，可選為1/2碼距。在本技術(shù)中，第一排標尺103a和第二排標尺103b沿碼盤排列成環(huán)狀，故此亦稱為“外圈標尺”和“內(nèi)圈標尺”，下文如是。如圖3所示，該標尺103上的明區(qū)域1031a、1032a的形狀排列成類似正弦波狀，且是具有常量偏移的正弦波。更佳地如圖所示，其展示了一個明區(qū)域1031a單元的放大圖。如圖所示，該明區(qū)域1031a包括呈1/2碼距正弦波形狀的上部121，以及與上部121連接的下部122，該下部122具有預(yù)定厚度X，例如是明區(qū)域1031a所在的正弦函數(shù)的幅值H的5%至90%之間。由此，該下部122可被視為正弦函數(shù)的常量偏移部分。為使兩排標尺103a、103b同時接收光信號，光束格柵104至少包括具有兩個幾何形狀的透光孔1041，例如是矩形的狹縫。相應(yīng)地，在本實施中的光檢測器102至少包括兩個光電檢測元件1021、1022、以分別接收從第一排標尺103a和第二排標尺103b表面反射的光。該光電檢測元件1021、1022為光電二極管，其光接收面在標尺的圖案的相同側(cè)。光電二極管只是光電檢測元件的一個實施例，除此之外，還可采用光電晶體管作為光電檢測元件。另外，還設(shè)有與光電檢測元件1021、1022相連的用于計算的IC芯片(圖未示)，該IC芯片基于光電檢測元件1021、1022所檢測到的正弦波明暗圖案(即光信號)來執(zhí)行位移量的計算。可選地，在另一實施例中，還可在標本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種光電編碼器，包括：光源；標尺，其上設(shè)有均勻間距或角間距間隔、且具有不同反射率的明區(qū)域和暗區(qū)域，用于利用從所述光源照射的光在沿測量軸的第一方向上生成光的明暗圖案；設(shè)置于所述光源和所述標尺之間的光束格柵，具有至少兩個或兩組線性形狀的透光孔，以向所述標尺提供對應(yīng)的照亮區(qū)域以生成所述明暗圖案；以及光檢測器，用于檢測所述光的明暗圖案；其特征在于：所述標尺包括第一排標尺和第二排標尺，所述第一排標尺和所述第二排標尺錯開設(shè)置，使得所述第一排標尺上的明、暗區(qū)域和第二排標尺上對應(yīng)大小相同、均距排列的明、暗區(qū)域在所述第一方向上具有相同的大小、不同的相位。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：麥永強，張榮耀，李河堂，
申請(專利權(quán))人：新科實業(yè)有限公司，
類型：新型
國別省市：中國香港;81