[發明專利]光學編碼器

在審

• 申請號: 201711430809.8
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN109931965A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 周明杰;李企桓;陳易呈
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳小雯

本發明公開一種光學編碼器，其包含光源模塊、檢光器、編碼盤、第一光學透鏡組及第二光學透鏡組。光源模塊用以發出光束。檢光器用以接收光束。編碼盤介于光源模塊與檢光器之間。第一光學透鏡組位于光源模塊與編碼盤之間。第一光學透鏡組與光源模塊保持第一距離，并與編碼盤保持第二距離。第二光學透鏡組位于編碼盤與檢光器之間。第二光學透鏡組與編碼盤保持第三距離，并與檢光器保持第四距離。第一距離、第二距離、第三距離及第四距離符合對稱式光學投影原理的定義，以令第一光學透鏡組將光束聚焦至編碼盤，并令第二光學透鏡組將光束聚焦至檢光器。

技術領域

本發明涉及一種光學編碼器，特別是涉及一種光學透鏡組符合對稱式光學投影原理的光學編碼器。

背景技術

編碼器做為伺服馬達定位的感測模塊，其廣泛應用于工具機、機器人及半導體設備等。其中，編碼器的精準度直接影響到機械設備的定位表現。目前全球工業全面自動化的驅勢，對于伺服馬達的需求與日俱增。

編碼器是一種將信息由一種特定格式轉換為其他特定格式的傳感器、軟體或是演算法，轉換的目的可能是由于標準化、速度、保密性、保安或是為了壓縮數據。其中，旋轉編碼器是將旋轉位置或旋轉量轉換成類比或數位信號的機電裝置，其依構造主要可分為光學式編碼器及機械式編碼器兩種。光學編碼器中也有一個會和主軸同步旋轉的圓盤，圓盤由玻璃或塑膠制成，其中有分為許多同心圓狀的透明及不透明的區域。在圓盤的兩側分別有光源及光感測器陣列，其讀到的數據可以表示圓盤的位置，并將讀到的數據傳送到微處理器，轉換為軸的位置。

現有的光學式編碼器于24位定位精度時，每格定位寬度僅10微米，已達傳統幾何光學的分辨能力極限，會產生繞射干擾問題。此外，因光束直線前進的特性，檢光器的感測元件也需要以10微米的寬度緊密排列，故不論在檢光器感測陣列的制作或組裝對位上都有極高的困難度。

此外，現有的光學式編碼器為提高能量而采用激光光源(Laser Diode,LD)，其會導致編碼器的生產成本提高及使用壽命較短等問題。并且，光學式編碼器以激光做為光源時，需搭配高精度的光掩模制作工藝制作光學編碼盤，才能利用繞射現象讓檢光器接收編碼信號。如此會使編碼器有較高的生產成本，進而產生量產性低的問題。

發明內容

本發明的一實施例所公開的光學編碼器，包含一光源模塊、一檢光器、一編碼盤、一第一光學透鏡組以及一第二光學透鏡組。光源模塊用以發出一光束。檢光器用以接收光束。編碼盤介于光源模塊與檢光器之間。第一光學透鏡組位于光源模塊與編碼盤之間。第一光學透鏡組與光源模塊保持一第一距離，且第一光學透鏡組與編碼盤保持一第二距離。第二光學透鏡組位于編碼盤與檢光器之間。第二光學透鏡組與編碼盤保持一第三距離，且第二光學透鏡組與檢光器保持一第四距離。其中，第一距離、第二距離、第三距離以及第四距離符合對稱式光學投影原理的定義，以令第一光學透鏡組將來自光源模塊的光束聚焦至編碼盤，并令第二光學透鏡組將穿透編碼盤的光束聚焦至檢光器。

本發明的另一實施例所公開的光學編碼器包含一光源模塊、一編碼盤、一檢光器、一光學透鏡組、一反射式偏光元件以及一偏振分光鏡。光源模塊用以發出一光束。編碼盤位于光束路徑上。檢光器用以接收經過編碼盤的光束。光學透鏡組位于光源模塊與編碼盤之間。光學透鏡組與光源模塊保持一第一距離，且光學透鏡組與編碼盤保持一第二距離。反射式偏光元件位于編碼盤遠離光學透鏡組的一側，用以反射經過編碼盤的光束。偏振分光鏡位于光源模塊與光學透鏡組之間。偏振分光鏡與光學透鏡組保持一第五距離，且偏振分光鏡與檢光器保持一第六距離。其中，第五距離與第六距離長度的總合等于第一距離，且第一距離、第二距離、第五距離與第六距離符合對稱式光學投影原理的定義，以令光學透鏡組將來自光源模塊并穿透偏振分光鏡后的光束聚焦至編碼盤，并將由反射式偏光元件反射回的光束聚焦至偏振分光鏡，再通過偏振分光鏡將光束反射至檢光器。