專(zhuān)利名稱(chēng)：聚光型計(jì)算器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚光型計(jì)算器，特別是指一種可避免發(fā)光的光源經(jīng)柵輪投射感測(cè)元件時(shí)，造成干涉現(xiàn)象的編碼結(jié)構(gòu)。
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圖1所示的現(xiàn)在通常使用的編碼器，其是一種遮沒(méi)式編碼器，大體上包括至少一個(gè)柵論60、發(fā)光元件70及接收元件80，其中發(fā)光元件70設(shè)置在柵輪60鄰近處，以利發(fā)光元件70發(fā)出的光源照射在該柵輪60上，該柵輪60可通過(guò)其中心軸孔而以轉(zhuǎn)動(dòng)方式固定在轉(zhuǎn)軸50，同時(shí)以一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使其旋轉(zhuǎn)，柵輪60的周緣上，環(huán)設(shè)有若干個(gè)光柵61，相鄰兩光柵61之間，都相隔一不透光部分62，而在該柵輪60的周緣，則設(shè)有一由透光物質(zhì)制成的接收元件80，該接收元件80內(nèi)設(shè)有一組相鄰的感光晶片81，以接收經(jīng)由光柵61透光的光源。
當(dāng)柵輪60轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)光元件70發(fā)出的光源受到柵輪60上不透光部62及光柵61遮蔽及透光的切割，形成工作光束，當(dāng)工作光束接觸到感光晶片81，就產(chǎn)生能量，如柵輪60連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由示波器上可得到正弦波形，并經(jīng)整流電路得到(0,0)、(0,1)、(1,1)與(1,0)四種信號(hào)。根據(jù)量子力學(xué)獲知，光也以波動(dòng)形式出現(xiàn)，依波動(dòng)學(xué)的形式，基于上述現(xiàn)象，會(huì)有干涉產(chǎn)生，即光通過(guò)兩柵口時(shí)，由于光的擴(kuò)散性，會(huì)造成干涉，如圖2所示，其在物理學(xué)上已獲實(shí)驗(yàn)證明，所以遮沒(méi)式柵輪在某種情況下會(huì)使整光晶片產(chǎn)生誤動(dòng)作。因此，倘如要使光通過(guò)兩個(gè)柵口不會(huì)造成干涉，有兩種方法，第一種方法可將接收元件80上的晶片81貼近在光柵61，使其距離接近；第二種方法使光柵61的面積大于晶體81(約1/3)。但是，采用第一種方法易使其距離過(guò)近，增加制造上的難度，采用第二種方法則會(huì)使解析度降低。再者，由于光的干涉，易造成經(jīng)整流電路得到的信號(hào)發(fā)生誤判，即，原來(lái)的(0,0)信號(hào)卻得到(0,1)、(1,1)或(1,0)信號(hào)。
請(qǐng)參閱圖3所示，D為發(fā)光元件，C為光柵，A、B為柵口，S為監(jiān)測(cè)器，該監(jiān)測(cè)順S可在T軸上下移動(dòng)，感測(cè)光通過(guò)柵口A、B的光源，并繪制成圖4所示的波形機(jī)率圖，該N為光源到達(dá)平均率，H為到達(dá)機(jī)率。
請(qǐng)參閱圖4,N1為柵口B被遮住時(shí)，在監(jiān)測(cè)器S所測(cè)得的平均波形，即N1=(H1)2。
N2為柵口A被遮住時(shí)，在監(jiān)測(cè)器S所測(cè)得的平均波形，即N2=(H2)2。
而經(jīng)分析得N12=(H1+H2)2，設(shè)光通過(guò)柵口A、B時(shí)，如無(wú)干涉現(xiàn)象，應(yīng)得到圖5的波形，即N1+N2=N12；但實(shí)際測(cè)量結(jié)果為圖6，即N1+N2≠N12,N12為柵口A、B被打開(kāi)時(shí)，在監(jiān)測(cè)器S所測(cè)得的平均波形。
綜上所述，根據(jù)量子力學(xué)現(xiàn)象，當(dāng)光通過(guò)兩柵口A、B時(shí)會(huì)造成干涉現(xiàn)象，如圖6所示，倘若要使光柵的光源不會(huì)造成干涉現(xiàn)象，有兩種方法，第一種方法可使光源不通過(guò)柵口而抵達(dá)監(jiān)測(cè)器；第二種方法使通過(guò)光柵的光源聚焦，再抵達(dá)監(jiān)測(cè)器，如圖7所示；同時(shí)，根據(jù)透鏡焦距公式，使監(jiān)測(cè)器設(shè)計(jì)在焦點(diǎn)與透鏡之間，這樣，就可降低因光的擴(kuò)散性導(dǎo)致干涉的現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的是提供一種聚光型計(jì)算器，其在柵輪的入射面上設(shè)有一環(huán)形柱狀透鏡，以使發(fā)光元件發(fā)光的光源投射至其入射面時(shí)，會(huì)將該光源聚光，而在柵輪的出射面上則環(huán)設(shè)有若干個(gè)與入射面環(huán)形柱狀透鏡聚焦方向約呈90度的長(zhǎng)條形的齒形柱狀透鏡，以使聚光后的光束通過(guò)至柵輪的出射面時(shí)，會(huì)將該光束再一次聚光，如此，其聚光后的工作光束投射至感測(cè)元件的晶片時(shí)，干涉現(xiàn)象較小。
本發(fā)明的另一目的是提供一種聚光型計(jì)算器，由于其感測(cè)晶片可設(shè)計(jì)在位于柵輪的出射面較遠(yuǎn)的距離，所以不會(huì)增加其制造上的難度，以及會(huì)有降低解析度等情況。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的包括一光源、一柵輪及一感測(cè)元件，其中光源可照射在各柵輪的入射面上，位于各柵輪的出射面的一側(cè)分別設(shè)有一感測(cè)元件，各感測(cè)元件內(nèi)分別設(shè)有一組相鄰的感測(cè)晶片，以接收經(jīng)由各柵輪工作光束的光源信號(hào)，其特征在于柵輪的入射面上設(shè)有一環(huán)柱狀透鏡，以使發(fā)光元件發(fā)光的光源至其入射面時(shí)，會(huì)將該光源聚光，而在柵輪的出射面上則環(huán)設(shè)有若干個(gè)與環(huán)形柱狀透鏡聚焦方向約呈90度的長(zhǎng)條形的齒形柱狀透鏡，以使聚光后的光束通過(guò)至柵輪的出射面時(shí)，會(huì)將該光束再一次聚光，如此，其聚光后的工作光束投射至感測(cè)元件的晶片時(shí)，干涉現(xiàn)象較小。
其中感測(cè)元件安裝在焦點(diǎn)與透鏡之間。
其中相鄰兩輪齒的全反射角度為小于41.8度。
其中在柵輪的入射面上，也可設(shè)計(jì)成一平面狀。
其中在柵輪的出射面上，也可設(shè)計(jì)成一環(huán)設(shè)有若干個(gè)長(zhǎng)條形的齒面。
其中在柵輪的入射面上，也可設(shè)計(jì)成一平面狀，以及在出射面上環(huán)設(shè)一有若干個(gè)長(zhǎng)條形的齒面。
其中各長(zhǎng)條形的齒形柱狀透鏡也可用長(zhǎng)條形的凸鏡齒形柱狀透鏡取代。
其中各長(zhǎng)條形的齒形柱狀透鏡也可用方形長(zhǎng)條柱狀體取代。
其中在各方形長(zhǎng)條柱狀體的凸出部或凹陷部的一部分可涂以遮光物質(zhì)、反光物質(zhì)或施以磨砂消光。
其中各長(zhǎng)條形的齒形柱狀透鏡也可用梯形長(zhǎng)條柱狀體取代。
其中在各梯形長(zhǎng)條柱狀體的凸出部或凹陷部的一部分可涂以遮光物質(zhì)、反光物質(zhì)或施以磨砂消光。
本發(fā)明可使發(fā)光的光源投射至柵輪，干涉現(xiàn)象較小，同時(shí)，透過(guò)透鏡焦距公式，其感測(cè)元件可設(shè)計(jì)在焦點(diǎn)與透鏡之間，不會(huì)造成其制造上的難度，以及發(fā)生降低解析度的情況。
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)介紹本發(fā)明。
圖1是現(xiàn)在使用的遮沒(méi)式編碼器的示意圖；圖2是光源通過(guò)兩光柵，造成干涉現(xiàn)象的示意圖；圖3是通過(guò)一監(jiān)測(cè)器S感測(cè)光源通過(guò)柵口A、B的示意圖；圖4是圖3波形機(jī)率圖；圖5是圖3柵口A、B同時(shí)開(kāi)啟的假想圖(非實(shí)際量測(cè)的波形圖)；圖6是光源通過(guò)兩柵口，造成干涉現(xiàn)象的波形圖；圖7是通過(guò)光柵的工作光束經(jīng)聚焦的示意圖；圖8是本發(fā)明的示意圖；圖9、10分別是本發(fā)明的正視圖及側(cè)視圖；圖11是本發(fā)明的柵輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在示波器上得到(0,0)、(0,1)、(1,1)及(1,0)四信號(hào)的示意圖；圖12、13分別是本發(fā)明另一實(shí)施例的正視圖及側(cè)視圖；圖14、15、16是本發(fā)明又一實(shí)施例的左視圖、右視圖及正視圖；圖17、18分別是本發(fā)明再一實(shí)施例的正視圖及側(cè)視圖；圖19是本發(fā)明齒形柱狀透鏡用凸鏡齒形柱狀透鏡取代的示意圖；圖20是本發(fā)明齒形柱狀透鏡用方形長(zhǎng)條柱狀體取代的示意圖；圖21是本發(fā)明齒形柱狀透鏡用梯形長(zhǎng)條柱狀體取代的示意圖；參閱圖8-圖10所示，本發(fā)明是一種聚光型計(jì)算器，包括一發(fā)光元件1、一柵輪2及一感測(cè)元件3等構(gòu)成單元；其中，發(fā)光元件1，在本發(fā)明的實(shí)施例中，設(shè)置在位于光輪2的鄰近處，以利發(fā)光元件1發(fā)出的光源投射在該柵輪2的入射面22上。柵輪2，其可通過(guò)其中心軸孔而以轉(zhuǎn)動(dòng)方式固定在轉(zhuǎn)軸21，同時(shí)以一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(軌道球機(jī)構(gòu))使其旋轉(zhuǎn)，由于該柵輪2的心軸向著該輪跡軸延伸，并且與軌跡球形成滾動(dòng)滑擦，所以軌跡球滾動(dòng)時(shí)，柵輪2也跟著旋轉(zhuǎn)，且在該柵輪2的入射面22上設(shè)有一環(huán)形柱狀透鏡24，以利發(fā)光元件1的光源投射至入射面22；會(huì)將該光源聚光，該柱狀透鏡24的曲率設(shè)為R1，而在柵輪2的出射面23上則環(huán)設(shè)有若干個(gè)與環(huán)形柱狀透鏡約呈90度的長(zhǎng)條形的齒形柱狀透鏡25，相鄰兩輪齒間的全反射角度小于41.8度，各齒狀透鏡25的曲率為R2，根據(jù)透鏡焦距公式1/f=(1/R1+1/R2)(N-1)可知，其焦距會(huì)因曲率的不同而改變。接收元件3是用透光材質(zhì)制成，設(shè)在焦點(diǎn)與透鏡之間，且相對(duì)于發(fā)光元件1的位置上，該接收元件3內(nèi)設(shè)有一組上、下相鄰的感光晶片31，以接收經(jīng)由柵輪2的出射面23投射的工作光束。
如發(fā)光元件1的光源投射至柵輪2入射面22時(shí)，由于其上的柱狀透鏡24，會(huì)將該光源第一次聚光，其光束再通過(guò)至柵輪2出射面23時(shí)，由于其上的齒形透鏡25，會(huì)將該光束再一次聚光，如此，其聚光后的工作光束投射至感測(cè)元件3的晶片31時(shí)，干涉現(xiàn)象較小。
當(dāng)柵輪2輪轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)光元件1發(fā)出的光源受到柵輪2的輪齒透光的切割，形成工作光束，當(dāng)工作光束接觸到感光晶片31，即產(chǎn)生能量，如柵輪2連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由示波器上可得到正弦波形，并經(jīng)整流電路得到(0,0)、(0,1)、(1,1)與(1,0)四信號(hào)，如圖11所示為四種信號(hào)產(chǎn)生的示意圖；參閱圖12、13，本發(fā)明也可只在柵輪2的入射面22上，設(shè)計(jì)成一平面狀，使發(fā)光元件1發(fā)出的光源直接投射至齒形柱狀透鏡25聚光。
參閱圖14-圖16所示，本發(fā)明也可只在柵輪2的出射面23上環(huán)設(shè)有若干個(gè)長(zhǎng)條形齒面，使發(fā)光元件1發(fā)出的光源直接投射至柱狀透鏡24聚光。
參見(jiàn)圖17、圖18所示，本發(fā)明也可只在柵輪2的入射面22上設(shè)計(jì)成一平面狀，出射面23上環(huán)設(shè)有一若干個(gè)長(zhǎng)條形的齒面。
參見(jiàn)圖19-圖21，本發(fā)明的各長(zhǎng)條形的齒形柱狀透鏡25也可用長(zhǎng)條形的凸鏡齒形柱狀透鏡(如圖19所示)、方形長(zhǎng)條柱狀體(如圖20所示)或梯形長(zhǎng)條柱狀體(如圖21所示)，以達(dá)到聚光后的工作光束投射至感測(cè)元件的晶片時(shí)，干涉現(xiàn)象較小，且在各方形長(zhǎng)條柱狀體或梯形長(zhǎng)條柱狀體的凸出部251或凹陷部252的一部份涂以遮光物質(zhì)，反光物質(zhì)或施以磨砂(如毛玻璃)消光，以利工作光束投射時(shí)，可將不需要的光束反射。
權(quán)利要求
1.一種聚光型計(jì)算器，包括一光源、一柵輪及一感測(cè)元件，其中光源可照射在各柵輪的入射面上，位于各柵輪的出射面的一側(cè)分別設(shè)有一感測(cè)元件，各感測(cè)元件內(nèi)分別設(shè)有一組相鄰的感測(cè)晶片，以接收經(jīng)由各柵輪工作光束的光源信號(hào)，其特征在于柵輪的入射面上設(shè)有一環(huán)柱狀透鏡，以使發(fā)光元件發(fā)光的光源至其入射面時(shí)，會(huì)將該光源聚光，而在柵輪的出射面上則環(huán)設(shè)有若干個(gè)與環(huán)形柱狀透鏡聚焦方向約呈90度的長(zhǎng)條形的齒形柱狀透鏡，以使聚光后的光束通過(guò)至柵輪的出射面時(shí)，會(huì)將該光束再一次聚光。
2.如權(quán)利要求1所述的聚光型計(jì)算器，其特征在于其中感測(cè)元件安裝在焦點(diǎn)與透鏡之間。
3.如權(quán)利要求1所述的聚光型計(jì)算器，其特征在于其中相鄰兩輪齒的全反射角度為小于41.8度。
4.如權(quán)利要求1所述的聚光型計(jì)算器，其特征在于其中在柵輪的入射面上，也可設(shè)計(jì)成一平面狀。
5.如權(quán)利要求1所述的聚光型計(jì)算器，其特征在于其中在柵輪的出射面上，也可設(shè)計(jì)成一環(huán)設(shè)有若干個(gè)長(zhǎng)條形的齒面。
6.如權(quán)利要求1所述的聚光型計(jì)算器，其特征在于其中在柵輪的入射面上，也可設(shè)計(jì)成一平面狀，以及在出射面上環(huán)設(shè)一有若干個(gè)長(zhǎng)條形的齒面。
7.如權(quán)利要求1所述的聚光型計(jì)算器，其特征在于其中各長(zhǎng)條形的齒形柱狀透鏡也可用長(zhǎng)條形的凸鏡齒形柱狀透鏡取代。
8.如權(quán)利要求1所述的聚光型計(jì)算器，其特征在于其中各長(zhǎng)條形的齒形柱狀透鏡也可用方形長(zhǎng)條柱狀體取代。
9.如權(quán)利要求8所述的聚光型計(jì)算器，其特征在于其中在各方形長(zhǎng)條柱狀體的凸出部或凹陷部的一部分可涂以遮光物質(zhì)、反光物質(zhì)或施以磨砂消光。
10.如權(quán)利要求1所述的聚光型計(jì)算器，其特征在于其中各長(zhǎng)條形的齒形柱狀透鏡也可用梯形長(zhǎng)條柱狀體取代。
11.如權(quán)利要求10所述的聚光型計(jì)算器，其特征在于其中在各梯形長(zhǎng)條柱狀體的凸出部或凹陷部的一部分可涂以遮光物質(zhì)、反光物質(zhì)或施以磨砂消光。
全文摘要
一種聚光型計(jì)算器，包括一發(fā)光元件、一柵輪及一感測(cè)元件，其在柵輪的入射面上設(shè)有一環(huán)形柱狀透鏡，使發(fā)光元件發(fā)光的光源投射至其入射面時(shí)，將光源聚光，而在柵輪出射面上環(huán)設(shè)有若干個(gè)與環(huán)形柱狀透鏡聚焦方向約呈90度的長(zhǎng)條形齒形柱狀透鏡，使聚光后的光束通過(guò)至柵輪出射面時(shí)，會(huì)將該光束再一次聚光，這樣，其聚光后的工作光束投射至感測(cè)元件的晶片時(shí)，干涉現(xiàn)象較小，同時(shí)，其感測(cè)元件可設(shè)計(jì)在焦點(diǎn)與透鏡之間，不會(huì)造成制造上的困難及降低解析度等情況。
文檔編號(hào)G06E1/00GK1238484SQ9810234
公開(kāi)日1999年12月15日 申請(qǐng)日期1998年6月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月4日
發(fā)明者王慶順, 呂淑芬, 謝政良 申請(qǐng)人:王慶順, 呂淑芬, 謝政良, 劉宇翔, 朱明相, 王米榮, 賴(lài)建東, 楊緯綜