光学编码器制造技术

本发明专利技术公开一种光学编码器，其包含光源模块、检光器、编码盘、第一光学透镜组及第二光学透镜组。光源模块用以发出光束。检光器用以接收光束。编码盘介于光源模块与检光器之间。第一光学透镜组位于光源模块与编码盘之间。第一光学透镜组与光源模块保持第一距离，并与编码盘保持第二距离。第二光学透镜组位于编码盘与检光器之间。第二光学透镜组与编码盘保持第三距离，并与检光器保持第四距离。第一距离、第二距离、第三距离及第四距离符合对称式光学投影原理的定义，以令第一光学透镜组将光束聚焦至编码盘，并令第二光学透镜组将光束聚焦至检光器。

【技术实现步骤摘要】
光学编码器
本专利技术涉及一种光学编码器，特别是涉及一种光学透镜组符合对称式光学投影原理的光学编码器。
技术介绍
编码器做为伺服马达定位的感测模块，其广泛应用于工具机、机器人及半导体设备等。其中，编码器的精准度直接影响到机械设备的定位表现。目前全球工业全面自动化的驱势，对于伺服马达的需求与日俱增。编码器是一种将信息由一种特定格式转换为其他特定格式的传感器、软体或是演算法，转换的目的可能是由于标准化、速度、保密性、保安或是为了压缩数据。其中，旋转编码器是将旋转位置或旋转量转换成类比或数位信号的机电装置，其依构造主要可分为光学式编码器及机械式编码器两种。光学编码器中也有一个会和主轴同步旋转的圆盘，圆盘由玻璃或塑胶制成，其中有分为许多同心圆状的透明及不透明的区域。在圆盘的两侧分别有光源及光感测器阵列，其读到的数据可以表示圆盘的位置，并将读到的数据传送到微处理器，转换为轴的位置。现有的光学式编码器于24位定位精度时，每格定位宽度仅10微米，已达传统几何光学的分辨能力极限，会产生绕射干扰问题。此外，因光束直线前进的特性，检光器的感测元件也需要以10微米的宽度紧密排列，故不论在检光器感测阵列的制作或组装对位上都有极高的困难度。此外，现有的光学式编码器为提高能量而采用激光光源(LaserDiode,LD)，其会导致编码器的生产成本提高及使用寿命较短等问题。并且，光学式编码器以激光做为光源时，需搭配高精度的光掩模制作工艺制作光学编码盘，才能利用绕射现象让检光器接收编码信号。如此会使编码器有较高的生产成本，进而产生量产性低的问题。
技术实现思路
本专利技术的一实施例所公开的光学编码器，包含一光源模块、一检光器、一编码盘、一第一光学透镜组以及一第二光学透镜组。光源模块用以发出一光束。检光器用以接收光束。编码盘介于光源模块与检光器之间。第一光学透镜组位于光源模块与编码盘之间。第一光学透镜组与光源模块保持一第一距离，且第一光学透镜组与编码盘保持一第二距离。第二光学透镜组位于编码盘与检光器之间。第二光学透镜组与编码盘保持一第三距离，且第二光学透镜组与检光器保持一第四距离。其中，第一距离、第二距离、第三距离以及第四距离符合对称式光学投影原理的定义，以令第一光学透镜组将来自光源模块的光束聚焦至编码盘，并令第二光学透镜组将穿透编码盘的光束聚焦至检光器。本专利技术的另一实施例所公开的光学编码器包含一光源模块、一编码盘、一检光器、一光学透镜组、一反射式偏光元件以及一偏振分光镜。光源模块用以发出一光束。编码盘位于光束路径上。检光器用以接收经过编码盘的光束。光学透镜组位于光源模块与编码盘之间。光学透镜组与光源模块保持一第一距离，且光学透镜组与编码盘保持一第二距离。反射式偏光元件位于编码盘远离光学透镜组的一侧，用以反射经过编码盘的光束。偏振分光镜位于光源模块与光学透镜组之间。偏振分光镜与光学透镜组保持一第五距离，且偏振分光镜与检光器保持一第六距离。其中，第五距离与第六距离长度的总合等于第一距离，且第一距离、第二距离、第五距离与第六距离符合对称式光学投影原理的定义，以令光学透镜组将来自光源模块并穿透偏振分光镜后的光束聚焦至编码盘，并将由反射式偏光元件反射回的光束聚焦至偏振分光镜，再通过偏振分光镜将光束反射至检光器。根据上述实施例所公开的光学编码器，通过光学透镜组汇聚光束的功能，使光束聚焦于编码盘上以经过宽度仅6～10微米的光栅，并将经过编码盘而发散的光线聚焦至检光器，通过对称式光学投影原理，其透镜设计特定的成像收光位置，使编码后的光束能以较大的宽度间距照射于检光器。如此，在检光器上的感测单位可有较宽松的排列设置，使其与编码盘的对位精度需求降低。由此，可突破传统编码器对于高精度位置编码的分辨障碍，同时也可降低对位精度。此外，通过聚光的方式将光束聚焦于编码盘上，使照射于检光器上的光束具有较大的能量，由此可使照射于检光器的编码信号更加清晰，进而具有更佳的信号噪声比。以上关于本
技术实现思路
的说明及以下实施方式的说明用以示范与解释本专利技术的原理，并且提供本专利技术的权利要求更进一步的解释。附图说明图1为本专利技术的第一实施例所述的光学编码器的侧视示意图；图2为图1的编码盘的局部正视示意图；图3为图1的检光器及编码盘上的绝对式编码图案的局部放大示意图；图4A～图4C为图1的检光器及编码盘上的细分割式编码图案的局部放大和作动示意图；图5为本专利技术的第二实施例所述的光学编码器的侧视示意图；图6为本专利技术的第三实施例所述的光学编码器的侧视示意图；图7为本专利技术的第四实施例所述的光学编码器的侧视示意图。符号说明1、1a、1b、1c光学编码器10、10a、10b、10c光源模块20、20a、20b、20c检光器21感测元件30、30c感测电路40、40a、40b、40c编码盘41透光区43、43c不透光区45c反光区50、50a、50b第一光学透镜组51、50a第一透镜53第二透镜55b第一透镜57b第二透镜59b第三透镜60、60a、60b第二光学透镜组61、60a第一透镜63第二透镜65b第一透镜67b第二透镜69b第三透镜70c光学透镜组71c第一透镜73c第二透镜80c偏振分光镜90c反射式偏光元件L、Lc光束W宽度D1、D1a、D1b、D1c第一距离D2、D2a、D2b、D2c第二距离D3、D3a、D3b第三距离D4、D4a、D4b第四距离D5c第五距离D6c第六距离具体实施方式以下在实施方式中详细叙述本专利技术的实施例的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域中具通常知识者了解本专利技术的实施例的
技术实现思路
并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求及图式，任何本领域中具通常知识者可轻易地理解本专利技术相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本专利技术的观点，但非以任何观点限制本专利技术的范畴。请参阅图1及图2，图1为根据本专利技术的第一实施例所述的光学编码器的侧视示意图，而图2为图1的编码盘的局部正视示意图。本实施例的光学编码器1包含光源模块10、检光器20、感测电路30、编码盘40、第一光学透镜组50以及第二光学透镜组60。在本实施例中，光源模块10为微型发光二极管阵列(MicroLEDarray)，用以发出为长条形光场的光束L。本实施例光源模块10所采用的微型发光二极管的好处为其可搭配线宽2微米以上的光掩模制作工艺制作的光学编码盘，相较于激光二极管(LaserDiode,LD)及其需搭配的高精度光掩模(精度约为0.25微米)，微型发光二极管及用以制作与其搭配的光学编码盘的光掩模生产成本较低。此外，微型发光二极管的使用寿命一般较激光二极管长。也就是说，相较于激光二极管，微型发光二极管具有高量产性及高耐用性的特色。然而，以微型发光二极管为光源的特征并非用以限定本专利技术。在其他实施例中，光源模块也可依实际需求而采用发光二极管(LED)。检光器20相对光源模块10而设，用以接收光源模块10发出的光束L。在本实施例中，检光器20由多个感测元件21所组成，且感测元件21为感光二极管(Photodiode,PD)，但本专利技术不以此为限。在其他实施例中，检光器可为感测阵列模块或由多个感测阵列模块所组成；此外，感测元件21也可为雪崩型感光二极管(AvalanchePhotodiode,APD)。感测电路30连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学编码器，其特征在于，包含：光源模块，用以发出一光束；检光器，用以接收该光束；编码盘，介于该光源模块与该检光器之间；第一光学透镜组，位于该光源模块与该编码盘之间，该第一光学透镜组与该光源模块保持一第一距离，该第一光学透镜组与该编码盘保持一第二距离；以及第二光学透镜组，位于该编码盘与该检光器之间，该第二光学透镜组与该编码盘保持一第三距离，该第二光学透镜组与该检光器保持一第四距离；其中，该第一距离、该第二距离、该第三距离以及该第四距离符合对称式光学投影原理的定义，以令该第一光学透镜组将来自该光源模块的该光束聚焦至该编码盘，并令该第二光学透镜组将穿透该编码盘的该光束聚焦至该检光器。

【技术特征摘要】
2017.12.19 TW 1061445661.一种光学编码器，其特征在于，包含：光源模块，用以发出一光束；检光器，用以接收该光束；编码盘，介于该光源模块与该检光器之间；第一光学透镜组，位于该光源模块与该编码盘之间，该第一光学透镜组与该光源模块保持一第一距离，该第一光学透镜组与该编码盘保持一第二距离；以及第二光学透镜组，位于该编码盘与该检光器之间，该第二光学透镜组与该编码盘保持一第三距离，该第二光学透镜组与该检光器保持一第四距离；其中，该第一距离、该第二距离、该第三距离以及该第四距离符合对称式光学投影原理的定义，以令该第一光学透镜组将来自该光源模块的该光束聚焦至该编码盘，并令该第二光学透镜组将穿透该编码盘的该光束聚焦至该检光器。2.如权利要求1所述的光学编码器，其中该第一距离等于该第四距离，该第二距离等于该第三距离，且该第一距离相异于该第二距离。3.如权利要求1所述的光学编码器，其中该第一距离、该第二距离、该第三距离以及该第四距离都相等。4.如权利要求1所述的光学编码器，其中该第一距离等于该第二距离，该第三距离等于该第四距离，且该第一距离相异于该第三距离。5.如权利要求2至4中任一所述的光学编码器，其中该第一光学透镜组以及该第二光学透镜组各包含第一透镜。6.如权利要求5所述的光学编码器，其中该第一光学透镜组以及该第二光学透镜组各还包含第二透镜，该第一光学透镜组的该第二透镜较该第一光学透镜组的该第一透镜靠近该编码盘，且该第二光学透镜组的该第二透镜较该第二光学透镜组的该第一透镜靠近该编码盘。7.如权利要求6所述的光学编码器，其中该第一光学透镜组以及该第二光学透镜组各还包含第三透镜，该第一光学透镜组的该第三透镜较该第一光学透镜组的该第二透镜靠近该编码盘，且该第二光学透镜组的该第三透镜较该第二光学透镜组的该第二透镜靠近该编码盘。8.如权利要求1所述的光学编码器，其中该编码盘包含多个透光区以及多个不透光区，该些透光区及该些不透光区形状都实质上为一四边形。9.如权利要求8所述的光学编码器，其中该四边形为一矩形。10.如权利要求8所述的光学编码器，其中该些透光区及该些不透光区彼此交错排列，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，李企桓，陈易呈，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71