光电编码器制造技术

本实用新型专利技术公开一种高精度、高分辨率的光电编码器，包括：光源；标尺，其上设有均匀间距或角间距间隔、且具有不同反射率的明区域和暗区域，用于利用从所述光源照射的光在沿测量轴的第一方向上生成光的明暗图案；设置于所述光源和所述标尺之间的光束格栅，具有至少两个或两组几何形状的透光孔，以向所述标尺提供对应的照亮区域以生成所述明暗图案；以及光检测器，用于检测所述对应的光的明暗图案。其中，所述标尺包括第一排标尺和第二排标尺，所述第一排标尺和所述第二排标尺各自的明、暗区域间距或角间距相同，而配合光源使得所述第一排标尺上的明、暗区域和第二排标尺上对应的明、暗区域所得到的总光度在所述第一方向上具有相同的大小、不同的相位的变化。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种光电编码器，尤其涉及一种精确测量的光电编码器。
技术介绍
光电编码器被广泛用于测量物体的线性位移和角位移，通常安装在如三维测量设备或图像测量设备当中，如打印机、扫描仪、复印机、传真机、绘图器等。光电编码器的一种常见的技术是采用光电传感器和光电编码图案(或编码媒介)。光电传感器聚焦于光电编码图案的表面上，随着光电传感器相对光电编码图案移动，或光电编码图案相对光电传感器移动，光电传感器读取穿过光电编码图案或的从光电编码图案上反射的光图案，从而检测该移动。一种传统的光电编码图案包括交替设置的一系列明暗元件。当编码图案和传感器中的其一相对另一移动时，编码图案上的一个明元件或暗元件与相邻的暗元件或明元件之间的过渡/变化即会被接收，通过光电转换来生成电信号，从而利用该电信号来检测位移量。如专利参考文献US5，572，019、CN102168995 A均公开了这种光电编码器。然而，随着设备例如机电传动、伺服控制在数字化、高精度方向的高速发展，现有的光电编码器如果测量精度不够高、响应速度不够快，则无法满足角位移、角速度检测装置的要求。因此，亟待一种高精度、高分辨率的光电编码器，以克服上述缺陷。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种高精度、高分辨率的光电编码器。为实现上述目的，本技术光电编码器，包括:光源；标尺，其上设有均匀间距或角间距间隔、且具有不同反射率的明区域和暗区域，用于利用从所述光源照射的光在沿测量轴的第一方向上生成光的明暗图案；设置于所述光源和所述标尺之间的光束格栅，具有至少两个或两组幾何形状的透光孔，以向所述标尺提供对应的照亮区域以生成所述明暗图案；以及光检测器，用于检测所述光的明暗图案；其中:所述标尺包括第一排标尺和第二排标尺，所述第一排标尺和所述第二排标尺错开设置，使得所述第一排标尺上的明、暗区域和第二排标尺上对应大小相同、均距排列的明、暗区域在所述第一方向上具有相同的大小、不同的相位。较佳地，多个所述明区域呈均距排列，其形状在第一方向上的面积变化呈现为具有常量偏移的正弦函数，所述透光孔的形状为矩形。较佳地，所述明区域为涂有高反光涂层的区域，所述暗区域为涂有低反光涂层的区域。较佳地，所述具有常量偏移的正弦函数的常量大小在所述正弦函数的幅值的5%至90%之间。较佳地，多个所述明区域呈均距排列，其形状在第一方向上的面积变化呈现为具有常量偏移的线性函数，所述透光孔为高斯函数的形状。较佳地，所述第一排标尺和所述第二排标尺的任一对应的明或暗区域的相位差为1/4码距。与现有技术相比，本技术中标尺上的图案的形状排列成在第一方向上的面积变化具有常量偏移的正弦函数的波形，且光束格栅的透光孔的形状为矩形，因此穿过透光孔的光照射到标尺上的图案上时，在明暗图案所得的总光度变化在第一方向上呈具有常量偏移的线性函数的波形，因而当不同的明区为通过格栅的光线所照射时，光度的变化得出不同相位的正弦信号。而第一排标尺的图案和第二排标尺的图案呈内外错开设置，且两者具有特定的相位差，因此在同一相位上两个或两组图案会相应产生两个变化，从而形成的正弦信号也是两组，这样使得光电检测器的检测结果更为精确，从而提高位移量的测量精度。通过以下的描述并结合附图，本技术将变得更加清晰，这些附图用于解释本技术的实施例。【附图说明】图1为本技术的光电编码器的结构示意图。图2为本技术的光电编码器的另一结构示意图。图3为图2中的标尺上图案的局部放大图，其展示了一个明区域单元和一个暗区域单元。图4展示了本技术的光电编码器的另一实施例的标尺上图案形状、光束格柵上透光孔的形状。图5展示了本技术光电编码器的另一实施例的标尺上图案形状，标尺上图案可多于一列。图6展示了本技术的光电编码器的另一实施例的标尺上图案形状、光束格柵上透光孔的形状。图7展示了本技术的光电编码器的光检测器的输出调制信号波形图。【具体实施方式】下面将参考附图阐述本技术几个不同的最佳实施例，其中不同图中相同的标号代表相同的部件。如上所述，本技术的实质在于一种高精度、高分辨率的光电编码器。在技术中，该光电编码器为旋转光电编码器。图1为本技术的光电编码器100的一个实施例的结构示意图。如图，该光电编码器100包括光源101、光检测器102、设置在光源101和光检测器102之间的标尺103、以及设置于光源101和标尺103之间的光束格柵104。具体地，该光源101可由一个或多个发光二极管提供。该标尺103为具有明暗区域的码盘，其可相对光检测器102及光束格栅104作旋转运动。标尺103上设有均匀间隔的明暗区域，在码盘上排列形成环状。当光源101发出的光从明暗区域上穿过或反射，从而被光检测器102检测进而输出信号以控制并测量标尺103的移动量。特定地，如图2所示，该标尺103上的图案形成明区域1031a、1032a，暗区域1031b、1032b均匀间隔排列，如均匀的间距或角间距。具体地，该明区域1031a、1031b为高反射区域，暗区域1031b、1032b为与明区域1031a、1032a形成强烈对比的低反射区域。在本实施例中，明区域1031a、1032a涂有高反光涂层，暗区域1031b、1032b涂有低反光涂层。具体地，该标尺103包括第一排标尺103a、第二排标尺103b，两排标尺103a、103b错开设置，使得第一排标尺103a上的明区域1031a、暗区域1031b和第二排标尺103b上对应的明区域1032a、暗区域1032b在同一排列方向上具有相同的大小、不同的相位。亦即，可见图中第一排标尺103a上的首个明区域1031a和第二排标尺103b上的首个明区域1032a并非对齐或重叠，而是呈现特定相位的偏移。较佳地，两者的相位差为1/4码距，可选为1/2码距。在本技术中，第一排标尺103a和第二排标尺103b沿码盘排列成环状，故此亦称为“外圈标尺”和“内圈标尺”，下文如是。如图3所示，该标尺103上的明区域1031a、1032a的形状排列成类似正弦波状，且是具有常量偏移的正弦波。更佳地如图所示，其展示了一个明区域1031a单元的放大图。如图所示，该明区域1031a包括呈1/2码距正弦波形状的上部121，以及与上部121连接的下部122，该下部122具有预定厚度X，例如是明区域1031a所在的正弦函数的幅值H的5%至90%之间。由此，该下部122可被视为正弦函数的常量偏移部分。为使两排标尺103a、103b同时接收光信号，光束格柵104至少包括具有两个幾何形状的透光孔1041，例如是矩形的狭缝。相应地，在本实施中的光检测器102至少包括两个光电检测元件1021、1022、以分别接收从第一排标尺103a和第二排标尺103b表面反射的光。该光电检测元件1021、1022为光电二极管，其光接收面在标尺的图案的相同侧。光电二极管只是光电检测元件的一个实施例，除此之外，还可采用光电晶体管作为光电检测元件。另外，还设有与光电检测元件1021、1022相连的用于计算的IC芯片(图未示)，该IC芯片基于光电检测元件1021、1022所检测到的正弦波明暗图案(即光信号)来执行位移量的计算。可选地，在另一实施例中，还可在标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电编码器，包括：光源；标尺，其上设有均匀间距或角间距间隔、且具有不同反射率的明区域和暗区域，用于利用从所述光源照射的光在沿测量轴的第一方向上生成光的明暗图案；设置于所述光源和所述标尺之间的光束格栅，具有至少两个或两组线性形状的透光孔，以向所述标尺提供对应的照亮区域以生成所述明暗图案；以及光检测器，用于检测所述光的明暗图案；其特征在于：所述标尺包括第一排标尺和第二排标尺，所述第一排标尺和所述第二排标尺错开设置，使得所述第一排标尺上的明、暗区域和第二排标尺上对应大小相同、均距排列的明、暗区域在所述第一方向上具有相同的大小、不同的相位。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：麦永强，张荣耀，李河堂，
申请(专利权)人：新科实业有限公司，
类型：新型
国别省市：中国香港;81