專利名稱：聚光型計算器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種聚光型計算器，特別是指一種可避免發光的光源經柵輪投射感測元件時，造成干涉現象的編碼結構。
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圖1所示的現在通常使用的編碼器，其是一種遮沒式編碼器，大體上包括至少一個柵論60、發光元件70及接收元件80，其中發光元件70設置在柵輪60鄰近處，以利發光元件70發出的光源照射在該柵輪60上，該柵輪60可通過其中心軸孔而以轉動方式固定在轉軸50，同時以一驅動機構使其旋轉，柵輪60的周緣上，環設有若干個光柵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，則設有一由透光物質制成的接收元件80，該接收元件80內設有一組相鄰的感光晶片81，以接收經由光柵61透光的光源。
當柵輪60轉動時，發光元件70發出的光源受到柵輪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，當工作光束接觸到感光晶片81，就產生能量，如柵輪60連續轉動時，由示波器上可得到正弦波形，并經整流電路得到(0,0)、(0,1)、(1,1)與(1,0)四種信號。根據量子力學獲知，光也以波動形式出現，依波動學的形式，基于上述現象，會有干涉產生，即光通過兩柵口時，由于光的擴散性，會造成干涉，如圖2所示，其在物理學上已獲實驗證明，所以遮沒式柵輪在某種情況下會使整光晶片產生誤動作。因此，倘如要使光通過兩個柵口不會造成干涉，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近，增加制造上的難度，采用第二種方法則會使解析度降低。再者，由于光的干涉，易造成經整流電路得到的信號發生誤判，即，原來的(0,0)信號卻得到(0,1)、(1,1)或(1,0)信號。
請參閱圖3所示，D為發光元件，C為光柵，A、B為柵口，S為監測器，該監測順S可在T軸上下移動，感測光通過柵口A、B的光源，并繪制成圖4所示的波形機率圖，該N為光源到達平均率，H為到達機率。
請參閱圖4,N1為柵口B被遮住時，在監測器S所測得的平均波形，即N1=(H1)2。
N2為柵口A被遮住時，在監測器S所測得的平均波形，即N2=(H2)2。
而經分析得N12=(H1+H2)2，設光通過柵口A、B時，如無干涉現象，應得到圖5的波形，即N1+N2=N12；但實際測量結果為圖6，即N1+N2≠N12,N12為柵口A、B被打開時，在監測器S所測得的平均波形。
綜上所述，根據量子力學現象，當光通過兩柵口A、B時會造成干涉現象，如圖6所示，倘若要使光柵的光源不會造成干涉現象，有兩種方法，第一種方法可使光源不通過柵口而抵達監測器；第二種方法使通過光柵的光源聚焦，再抵達監測器，如圖7所示；同時，根據透鏡焦距公式，使監測器設計在焦點與透鏡之間，這樣，就可降低因光的擴散性導致干涉的現象。
本發明的目的是提供一種聚光型計算器，其在柵輪的入射面上設有一環形柱狀透鏡，以使發光元件發光的光源投射至其入射面時，會將該光源聚光，而在柵輪的出射面上則環設有若干個與入射面環形柱狀透鏡聚焦方向約呈90度的長條形的齒形柱狀透鏡，以使聚光后的光束通過至柵輪的出射面時，會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元件的晶片時，干涉現象較小。
本發明的另一目的是提供一種聚光型計算器，由于其感測晶片可設計在位于柵輪的出射面較遠的距離，所以不會增加其制造上的難度，以及會有降低解析度等情況。
本發明是這樣實現的包括一光源、一柵輪及一感測元件，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分別設有一感測元件，各感測元件內分別設有一組相鄰的感測晶片，以接收經由各柵輪工作光束的光源信號，其特征在于柵輪的入射面上設有一環柱狀透鏡，以使發光元件發光的光源至其入射面時，會將該光源聚光，而在柵輪的出射面上則環設有若干個與環形柱狀透鏡聚焦方向約呈90度的長條形的齒形柱狀透鏡，以使聚光后的光束通過至柵輪的出射面時，會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元件的晶片時，干涉現象較小。
其中感測元件安裝在焦點與透鏡之間。
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，也可設計成一平面狀。
其中在柵輪的出射面上，也可設計成一環設有若干個長條形的齒面。
其中在柵輪的入射面上，也可設計成一平面狀，以及在出射面上環設一有若干個長條形的齒面。
其中各長條形的齒形柱狀透鏡也可用長條形的凸鏡齒形柱狀透鏡取代。
其中各長條形的齒形柱狀透鏡也可用方形長條柱狀體取代。
其中在各方形長條柱狀體的凸出部或凹陷部的一部分可涂以遮光物質、反光物質或施以磨砂消光。
其中各長條形的齒形柱狀透鏡也可用梯形長條柱狀體取代。
其中在各梯形長條柱狀體的凸出部或凹陷部的一部分可涂以遮光物質、反光物質或施以磨砂消光。
本發明可使發光的光源投射至柵輪，干涉現象較小，同時，透過透鏡焦距公式，其感測元件可設計在焦點與透鏡之間，不會造成其制造上的難度，以及發生降低解析度的情況。
下面結合附圖及實施例，詳細介紹本發明。
圖1是現在使用的遮沒式編碼器的示意圖；圖2是光源通過兩光柵，造成干涉現象的示意圖；圖3是通過一監測器S感測光源通過柵口A、B的示意圖；圖4是圖3波形機率圖；圖5是圖3柵口A、B同時開啟的假想圖(非實際量測的波形圖)；圖6是光源通過兩柵口，造成干涉現象的波形圖；圖7是通過光柵的工作光束經聚焦的示意圖；圖8是本發明的示意圖；圖9、10分別是本發明的正視圖及側視圖；圖11是本發明的柵輪連續轉動時，在示波器上得到(0,0)、(0,1)、(1,1)及(1,0)四信號的示意圖；圖12、13分別是本發明另一實施例的正視圖及側視圖；圖14、15、16是本發明又一實施例的左視圖、右視圖及正視圖；圖17、18分別是本發明再一實施例的正視圖及側視圖；圖19是本發明齒形柱狀透鏡用凸鏡齒形柱狀透鏡取代的示意圖；圖20是本發明齒形柱狀透鏡用方形長條柱狀體取代的示意圖；圖21是本發明齒形柱狀透鏡用梯形長條柱狀體取代的示意圖；參閱圖8-圖10所示，本發明是一種聚光型計算器，包括一發光元件1、一柵輪2及一感測元件3等構成單元；其中，發光元件1，在本發明的實施例中，設置在位于光輪2的鄰近處，以利發光元件1發出的光源投射在該柵輪2的入射面22上。柵輪2，其可通過其中心軸孔而以轉動方式固定在轉軸21，同時以一驅動機構(軌道球機構)使其旋轉，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滑擦，所以軌跡球滾動時，柵輪2也跟著旋轉，且在該柵輪2的入射面22上設有一環形柱狀透鏡24，以利發光元件1的光源投射至入射面22；會將該光源聚光，該柱狀透鏡24的曲率設為R1，而在柵輪2的出射面23上則環設有若干個與環形柱狀透鏡約呈90度的長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，根據透鏡焦距公式1/f=(1/R1+1/R2)(N-1)可知，其焦距會因曲率的不同而改變。接收元件3是用透光材質制成，設在焦點與透鏡之間，且相對于發光元件1的位置上，該接收元件3內設有一組上、下相鄰的感光晶片31，以接收經由柵輪2的出射面23投射的工作光束。
如發光元件1的光源投射至柵輪2入射面22時，由于其上的柱狀透鏡24，會將該光源第一次聚光，其光束再通過至柵輪2出射面23時，由于其上的齒形透鏡25，會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元件3的晶片31時，干涉現象較小。
當柵輪2輪轉時，發光元件1發出的光源受到柵輪2的輪齒透光的切割，形成工作光束，當工作光束接觸到感光晶片31，即產生能量，如柵輪2連續轉動時，由示波器上可得到正弦波形，并經整流電路得到(0,0)、(0,1)、(1,1)與(1,0)四信號，如圖11所示為四種信號產生的示意圖；參閱圖12、13，本發明也可只在柵輪2的入射面22上，設計成一平面狀，使發光元件1發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，本發明也可只在柵輪2的出射面23上環設有若干個長條形齒面，使發光元件1發出的光源直接投射至柱狀透鏡24聚光。
參見圖17、圖18所示，本發明也可只在柵輪2的入射面22上設計成一平面狀，出射面23上環設有一若干個長條形的齒面。
參見圖19-圖21，本發明的各長條形的齒形柱狀透鏡25也可用長條形的凸鏡齒形柱狀透鏡(如圖19所示)、方形長條柱狀體(如圖20所示)或梯形長條柱狀體(如圖21所示)，以達到聚光后的工作光束投射至感測元件的晶片時，干涉現象較小，且在各方形長條柱狀體或梯形長條柱狀體的凸出部251或凹陷部252的一部份涂以遮光物質，反光物質或施以磨砂(如毛玻璃)消光，以利工作光束投射時，可將不需要的光束反射。
權利要求
1.一種聚光型計算器，包括一光源、一柵輪及一感測元件，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分別設有一感測元件，各感測元件內分別設有一組相鄰的感測晶片，以接收經由各柵輪工作光束的光源信號，其特征在于柵輪的入射面上設有一環柱狀透鏡，以使發光元件發光的光源至其入射面時，會將該光源聚光，而在柵輪的出射面上則環設有若干個與環形柱狀透鏡聚焦方向約呈90度的長條形的齒形柱狀透鏡，以使聚光后的光束通過至柵輪的出射面時，會將該光束再一次聚光。
2.如權利要求1所述的聚光型計算器，其特征在于其中感測元件安裝在焦點與透鏡之間。
3.如權利要求1所述的聚光型計算器，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.如權利要求1所述的聚光型計算器，其特征在于其中在柵輪的入射面上，也可設計成一平面狀。
5.如權利要求1所述的聚光型計算器，其特征在于其中在柵輪的出射面上，也可設計成一環設有若干個長條形的齒面。
6.如權利要求1所述的聚光型計算器，其特征在于其中在柵輪的入射面上，也可設計成一平面狀，以及在出射面上環設一有若干個長條形的齒面。
7.如權利要求1所述的聚光型計算器，其特征在于其中各長條形的齒形柱狀透鏡也可用長條形的凸鏡齒形柱狀透鏡取代。
8.如權利要求1所述的聚光型計算器，其特征在于其中各長條形的齒形柱狀透鏡也可用方形長條柱狀體取代。
9.如權利要求8所述的聚光型計算器，其特征在于其中在各方形長條柱狀體的凸出部或凹陷部的一部分可涂以遮光物質、反光物質或施以磨砂消光。
10.如權利要求1所述的聚光型計算器，其特征在于其中各長條形的齒形柱狀透鏡也可用梯形長條柱狀體取代。
11.如權利要求10所述的聚光型計算器，其特征在于其中在各梯形長條柱狀體的凸出部或凹陷部的一部分可涂以遮光物質、反光物質或施以磨砂消光。
全文摘要
一種聚光型計算器，包括一發光元件、一柵輪及一感測元件，其在柵輪的入射面上設有一環形柱狀透鏡，使發光元件發光的光源投射至其入射面時，將光源聚光，而在柵輪出射面上環設有若干個與環形柱狀透鏡聚焦方向約呈90度的長條形齒形柱狀透鏡，使聚光后的光束通過至柵輪出射面時，會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元件的晶片時，干涉現象較小，同時，其感測元件可設計在焦點與透鏡之間，不會造成制造上的困難及降低解析度等情況。
文檔編號G06E1/00GK1238484SQ9810234
公開日1999年12月15日 申請日期1998年6月4日 優先權日1998年6月4日
發明者王慶順, 呂淑芬, 謝政良 申請人:王慶順, 呂淑芬, 謝政良, 劉宇翔, 朱明相, 王米榮, 賴建東, 楊緯綜