專利名稱：光學編碼器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種光學編碼器，特別是光感測組件中的光感測元以矩陣方式排列，以提高精度及可靠度。
背景技術：
欲檢測一轉(zhuǎn)動裝置(例如馬達或機構軸)或一高速移動裝置的位置時，通常是依賴光學或磁性方式通過感測組件的開或關而產(chǎn)生對應被檢測裝置的每一位置的二進制識別碼，例如于美國專利第4451731號、第4691101號、第4952799號及第5317149號中即可知幾種典型的光學編碼器。
這些編碼器主要包括用以發(fā)射一道光束的一光源；用以響應轉(zhuǎn)動裝置運作而調(diào)變光束的一碼帶(code strip)，如一碼輪(code wheel)、光柵片(optical grating disk)或一光學尺(optical scale)；以及用以接收并檢測調(diào)變后的光束的一光檢測器(photodetector)。一般，有些碼帶上會附有不透光與透光區(qū)域交錯，此時光源和光檢測器需分別位于刻度組件的兩側(cè)。另一些為碼帶上有部分為反射區(qū)域，此時光源和光檢測器則需位于刻度組件的同側(cè)。
參照圖1，為公知的光學編碼器的概要結構圖，由一主光柵片110、一副光柵片120、一二極管光源(LED Illuminator)130、一光接收器140及一主軸150所構成。其中，主光柵片110設置于主軸150上，且主軸150會響應轉(zhuǎn)動裝置運作而帶動主光柵片110。主光柵片110由透光區(qū)域112與不透光區(qū)域114交錯排列而成，如圖2所示。二極管光源130發(fā)出光線并照射至主光柵片110，部分光線穿過透光部分112經(jīng)由副光柵片120到達光接收器140，而部分光線被不透光部分114阻隔，如此一來，通過主光柵片110上透光區(qū)域112與不透光區(qū)域114的交錯排列，可作為光接收器140產(chǎn)生二進制識別碼的根據(jù)，進而決定轉(zhuǎn)動裝置的位置。然而，由于光學編碼器的光源和光接收器必須分別位于光柵的兩側(cè)，因此僅能單側(cè)進行編碼作用，故其分辨率因而受限且整體裝置無法很薄。
另一種公知的光學編碼器的概要結構圖如圖3所示，其包括一碼輪210、一二極管光源220以及一光接收器230。其中，碼輪210亦是通過一輪體(圖中未顯示)響應轉(zhuǎn)動裝置運作而帶動。并且，此碼輪210由反射區(qū)域212與非反射區(qū)域214交錯排列而成。二極管光源220用以照明碼輪210上的反射區(qū)域212，再通過排列于與二極管光源220同側(cè)的光接收器230接收反射區(qū)域212所直接反射的調(diào)變光束，以得到多個指示碼輪210位置的二進制識別碼，進而得知轉(zhuǎn)動裝置的位置，以接續(xù)進行轉(zhuǎn)動裝置的速度及行程控制。
于公知的光學編碼器中，為增加其控制精準度多通過增加其分辨率來實現(xiàn)。對于分辨率的增加多通過改變碼帶上透光區(qū)域與不透光區(qū)域的多寡(或反射區(qū)域與非反射區(qū)域的多寡)或者采用多個碼帶搭配多個光檢測器來實現(xiàn)。然而，此易造成光學編碼器的厚度增加，而不符合微小化的趨勢。并且，若碼輪上有臟污時仍會造成誤差產(chǎn)生。因此，目前的光學編碼器仍有改進的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種光學編碼器，以大體上解決先前技術所存在的問題。
本發(fā)明所揭示的光學編碼器，可通過光感測組件的排差以增加反饋控制的精度。
本發(fā)明所揭示的光學編碼器，可同步進行多次檢測，以量測得的信號的可靠度。
本發(fā)明所揭示的光學編碼器，可降低所使用的碼帶，(如碼輪或光學尺)上的臟污所造成的誤差。
為了達到上述目的，本發(fā)明所揭示的光學編碼器，包括一光源、一碼帶、一第一鏡片組以及一光感測組件。
光源用以發(fā)射光線，以照射至碼帶上。具有交錯排列的反射區(qū)域與非反射區(qū)域的碼帶，其中的反射區(qū)域可反射光線。第一鏡片組與光源設置于碼帶的同一側(cè)，可將反射的光線匯聚并射出。光感測組件包括以矩陣方式排列的多個感測元，且與碼帶設置于第一鏡片組的兩側(cè)，用以接收第一鏡片組所匯聚的光線，并將接收到的光線轉(zhuǎn)換為電氣信號，以得一二進制識別碼組合。
此外，還包括一第二鏡片組，設置于光源與碼帶之間，用以將光源產(chǎn)生的光線放大且匯聚于碼帶上。
其中，光感測組件具有N1×N2個感測元，且N1和N2為相同或相異的正整數(shù)。于此，光感測元可檢測碼帶的N1個波段，并同步接收第一鏡片組所匯聚的光線N2次。
也就是說，本發(fā)明提供了一種光學編碼器，其中包括一光源，用以發(fā)射光線；一碼帶，具有交錯排列的反射區(qū)域與非反射區(qū)域，其中該反射區(qū)域用以反射該光源發(fā)射的光線；一第一鏡片組，與該光源設置于該碼帶的同一側(cè)，用以匯聚該反射區(qū)域所反射的光線并射出；以及一光感測組件，具有以矩陣方式排列的多個感測元，以接收該第一鏡片組所匯聚的光線，并將接收到的光線轉(zhuǎn)換為電氣信號，以得一二進制識別碼組合，其中，該光感測組件與該碼帶設置于該第一鏡片組的兩側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的構思，該光學編碼器還包括一第二鏡片組，設置于該光源與該碼帶之間，用以將該光源產(chǎn)生的光線放大且匯聚于該碼帶上。
根據(jù)本發(fā)明的構思，該光感測組件具有N1×N2個該感測元，其中N1和N2為相同或相異的正整數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的構思，該光感測元可檢測該碼帶的N1個波段，且同步接收該第一鏡片組所匯聚的光線N2次。
根據(jù)本發(fā)明的構思，該反射區(qū)域與該非反射區(qū)域的寬度為該光感測元的寬度乘上N1。
根據(jù)本發(fā)明的構思，該光感測組件為一電荷耦合組件。
根據(jù)本發(fā)明的構思，該光感測組件為一金屬氧化半導體圖像傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的構思，該光感測組件為一接觸式圖像傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的構思，該光源為一二極管光源。
根據(jù)本發(fā)明的構思，該碼帶為一碼輪。
根據(jù)本發(fā)明的構思，該碼帶為一光學尺。
以下在實施方式中詳細敘述本發(fā)明的詳細特征以及優(yōu)點，其內(nèi)容足以使任何熟悉相關技術者了解本發(fā)明的技術內(nèi)容并據(jù)以實施，且根據(jù)本說明書所揭示的內(nèi)容、權利要求書及附圖，任何熟悉相關技術者可輕易地理解本發(fā)明相關的目的及優(yōu)點。


圖1為說明一公知的光學編碼器的概要結構圖；圖2為圖1中的主光柵片的結構圖；圖3為說明另一公知的光學編碼器的概要結構圖；圖4為說明根據(jù)本發(fā)明一實施例的光學編碼器的概要結構圖；圖5A為圖4中光感測組件第一實施例的光感測元排列方式的示意圖；圖5B為圖5A中的光感測組件于電氣信號的一次循環(huán)所得到的二進制識別碼組合；圖6A為圖4中光感測組件第二實施例的光感測元排列方式的示意圖；圖6B為圖6A中的光感測組件于電氣信號的一次循環(huán)所得到的二進制識別碼組合；圖7A為圖4中光感測組件第三實施例的光感測元排列方式的示意圖；圖7B為圖7A中的光感測組件于電氣信號的一次循環(huán)所得到的二進制識別碼組合；圖8A為圖4中光感測組件第四實施例的光感測元排列方式的示意圖；圖8B為搭配圖8A的光感測組件的碼帶的示意圖；以及圖9為說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光學編碼器的概要結構圖。
其中，附圖標記說明如下110-主光柵片；112-透光區(qū)域；114-不透光區(qū)域；120-副光柵片；130-二極管光源；140-光接收器；150-主軸；210-碼輪；212-反射區(qū)域；214-非反射區(qū)域；220-二極管光源；230-光接收器；310-碼帶；312-反射區(qū)域；314-非反射區(qū)域；320-光源；330-光感測組件；340-第一鏡片組；342-第二鏡片組；3301-光感測元；A、B、C、D……N1-縱軸線；1、2、3、4……N2-橫軸線；S1～S8二進制識別碼組。
具體實施例方式
為使對本發(fā)明的目的、構造、特征、及其功能有進一步的了解，現(xiàn)配合實施例詳細說明如下。以上的關于本發(fā)明內(nèi)容的說明及以下的實施方式的說明用以示范與解釋本發(fā)明的原理，并且提供本發(fā)明的專利申請范圍更進一步的解釋。
請參照圖4，為本發(fā)明一實施例的光學檢測器的概要結構圖，其包括一碼帶310、一光源320、一光感測組件330以及-第一鏡片組(Lens)340。
其中，碼帶310亦是通過輪體(圖中未顯示)響應轉(zhuǎn)動裝置運作而帶動，且其上具有反射區(qū)域312與非反射區(qū)域314交錯排列。此碼帶310可為一碼輪，亦可為一光學尺。
光源320用以發(fā)射光線以照明碼帶310上的反射區(qū)域312。其中，此光源320可為一二極管光源。
光感測組件330，與光源320排列于碼帶310的同一側(cè)，用以接收反射區(qū)域312所反射的調(diào)變光束，并轉(zhuǎn)換為電氣信號，即為一二進制識別碼組合，進而得知轉(zhuǎn)動裝置的位置，以接續(xù)進行轉(zhuǎn)動裝置的速度及行程控制。
其中，光感測組件330由多個光感測元(cell)3301以矩陣方式排列而成。以縱軸線來區(qū)分出不同碼帶310的波段(channel)，即每一縱軸線的光感測元可檢測碼帶310上一波段的信號。因此，可以通過低分辨率的碼帶310(如紙制的光學尺)來達到相同程度的反饋控制。并且，可再通過橫軸在線的光感測元進行檢驗比對，以增加其可靠性，因此，即可避免碼帶310臟污所造成的誤差。其中，反射區(qū)域與非反射區(qū)域的寬度小于或大致上等于光感測組件讀取一次圖像的寬度。也就是，大致上為光感測元的寬度乘上排列數(shù)目。
第一鏡片組340設置于碼帶310與光感測組件330之間，以匯聚反射區(qū)域312所反射的調(diào)變光束以朝向光感測組件330。
以下配合附圖以詳細說明光感測組件的組成與碼帶精度的關系。
參照圖5A、圖5B，于圖5A為本發(fā)明一實施例的光感測組件的光感測元排列方式，于此光感測組件中，光感測元以2×2矩陣方式排列。以縱軸線來看，縱軸線A和縱軸線B分別感測不同波段的調(diào)變光束，以得到二位數(shù)的一二進制識別碼組合。于此，搭配一適當長度的碼帶時，其電氣信號的一次循環(huán)為如圖5B所示的四種二進制識別碼組合S1～S4。而以橫軸線來看，橫軸線1和橫軸線2可重復檢測同波段，以增加信號的可靠性。
若光感測組件中，光感測元以3×3矩陣方式排列，如圖6A所示。以縱軸線來看，縱軸線A、縱軸線B和縱軸線C分別感測不同波段的調(diào)變光束，以得到三位數(shù)的一二進制識別碼組合。并且，搭配一適當長度的碼帶時，其電氣信號的一次循環(huán)為如圖6B所示的六種二進制識別碼組合S1～S6。而以橫軸線來看，橫軸線1、橫軸線2和橫軸線3則用以重復檢測。
同樣地，若光感測組件中，光感測元以4×4矩陣方式排列，如圖7A所示。以縱軸線來看，縱軸線A、縱軸線B、縱軸線C和縱軸線D分別感測不同波段的調(diào)變光束，以得到四位數(shù)的一二進制識別碼組合。并且，搭配一適當長度的碼帶時，其電氣信號的一次循環(huán)為如圖7B所示的八種二進制識別碼組合S1～S8。而以橫軸線來看，橫軸線1、橫軸線2、橫軸線3和橫軸線4則用以重復檢測。
因此，綜合上述，光感測組件中，光感測元可以N1×N2的矩陣方式排列，如圖8A所示，其中N1和N2均為相同或相異的正整數(shù)。因此，假設碼帶的分辨率為(1/X)DPI時(如圖8B所示)，則光感測組件的規(guī)格則為N1×X，因此可檢測精度即可達N1×X，而同步檢測器次數(shù)則為N2。其中光感測組件的較佳實施態(tài)樣為電荷耦合組件(Charge Coupled Device；CCD)、互補性金屬氧化半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor；CMOS)圖像傳感器或是接觸式圖像傳感器(Contact Image Sensor；CIS)均可。于此，X表示一單位中反射區(qū)域和非反射區(qū)域的個數(shù)。
另外，還可設置一第二鏡片組342于碼帶310與光源320之間，以將光源320產(chǎn)生的光線放大，并匯聚于碼帶310上，如圖9。
雖然本發(fā)明以前述的實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所為的更動與潤飾，均屬本發(fā)明的專利保護范圍。關于本發(fā)明所界定的保護范圍請參考本發(fā)明的權利要求書。
權利要求
1.一種光學編碼器，其中包括一光源，用以發(fā)射光線；一碼帶，具有交錯排列的反射區(qū)域與非反射區(qū)域，其中該反射區(qū)域用以反射該光源發(fā)射的光線；一第一鏡片組，與該光源設置于該碼帶的同一側(cè)，用以匯聚該反射區(qū)域所反射的光線并射出；以及一光感測組件，具有以矩陣方式排列的多個感測元，以接收該第一鏡片組所匯聚的光線，并將接收到的光線轉(zhuǎn)換為電氣信號，以得一二進制識別碼組合，其中，該光感測組件與該碼帶設置于該第一鏡片組的兩側(cè)。
2.如權利要求1所述的光學編碼器，其特征是還包括一第二鏡片組，設置于該光源與該碼帶之間，用以將該光源產(chǎn)生的光線放大且匯聚于該碼帶上。
3.如權利要求1所述的光學編碼器，其特征是該光感測組件具有N1×N2個該感測元，其中N1和N2為相同或相異的正整數(shù)。
4.如權利要求3所述的光學編碼器，其特征是該光感測元可檢測該碼帶的N1個波段，且同步接收該第一鏡片組所匯聚的光線N2次。
5.如權利要求3所述的光學編碼器，其特征是該反射區(qū)域與該非反射區(qū)域的寬度為該光感測元的寬度乘上N1。
6.如權利要求1所述的光學編碼器，其特征是該光感測組件為一電荷耦合組件。
7.如權利要求1所述的光學編碼器，其特征是該光感測組件為一金屬氧化半導體圖像傳感器。
8.如權利要求1所述的光學編碼器，其特征是該光感測組件為一接觸式圖像傳感器。
9.如權利要求1所述的光學編碼器，其特征是該光源為一二極管光源。
10.如權利要求1所述的光學編碼器，其特征是該碼帶為一碼輪。
11.如權利要求1所述的光學編碼器，其特征是該碼帶為一光學尺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學編碼器，包括一光源，用以發(fā)射光線；一碼帶，具有交錯排列的反射區(qū)域與非反射區(qū)域，其中該反射區(qū)域用以反射該光源發(fā)射的光線；一第一鏡片組，與該光源設置于該碼帶的同一側(cè)，用以匯聚該反射區(qū)域所反射的光線并射出；以及一光感測組件，具有以矩陣方式排列的多個感測元，以接收該第一鏡片組所匯聚的光線，并將接收到的光線轉(zhuǎn)換為電氣信號，以得一二進制識別碼組合，其中，該光感測組件與該碼帶設置于該第一鏡片組的兩側(cè)。本發(fā)明的光學編碼器包括具有以矩陣方式排列的多個感測元的一光感測組件，可通過此光感測組件的排差以增加反饋控制的精度。再者，由于此光感測組件可同步進行多次檢測，因而能增加測得信號的可靠度。
文檔編號G01D5/26GK1800787SQ20051000425
公開日2006年7月12日 申請日期2005年1月6日 優(yōu)先權日2005年1月6日
發(fā)明者魏智賢 申請人:光寶科技股份有限公司