[其他]光学转轴编码器

说明书

本发明涉及光学转轴编码器领域，更具体地说，它涉及这样一种光学转轴编码器：在探测器数目给定情况下它能给出比以前已有更高的角分辨率。

用光学转轴编码器确定旋转轴的角位置已为大家所了解。这样的光学转轴编码器被用于各种类型的机械和机床中，在这些场合需要得到关于转轴与另一构件之间的精确角度关系的信息。

光学转轴编码器一般包含一个诸如圆盘或圆筒一类的光闸，它刚性地附着于其位置有待确定的转轴上。该光闸用来对光发射体（即一个光发射二极管）和光探测器（即一个光二极管或光三极管）之间的光传输进行调制。这种调制可以是透射的，在这种情况下光闸的表面上有由若干缝隙组成的一个图形，而光发射体和光探测器置于光闸相对的两面上。另一方面，该调制也可以是反射的，在这种情况下，光闸的表面上有反射（即白的）和吸收（即黑的）区域，而光发射器和光探测器置于光闸同一面的互相邻接的位置上。

一般说来，光学转轴编码器的分辨率取决于所用光发射体及光探测装置的数量。例如，使用一个发射体和一个探测器，它的输出将是“1”（接通）或“0”（断开），它所给出的角分辨率是转轴的 1/2 转。如果使用二个发射体和两个探测器，则探测器的输出可以具有四个不同的状态（即00、01、10或11），因此，它将能够分辨 1/4 转。三个反射体和三个探测器可以有八个不同的状态，分辨率为 1/8 转;四个发射体和四个探测器可以有16个不同的状态，其分辨率为 1/16 转，以此类推。

光学转轴编码器也被建议用来探测这样一些转轴的位置，这些转轴驱动诸如用在煤气、水或电表中的钟表刻度盘式记录器显示装置。这样的显示装置通常有一个类似于钟表中使用的刻度盘面，盘面上印有0-9这些数字。在每个转轴上装有一个可转动的指针，而每个转轴又与仪表的计量机构联接起来。该转轴和指针通常其旋转量与仪表所监视的计量商品（即煤气、水、电）的数量成正比。

因为用在这种仪表中的钟表刻度盘式记录器显示装置，它所要求的角分辨率只少要为 1/16 转，上述结构的普通光学转轴编码器要能恰当地从这种刻度盘上读出数值，就必须有四个光发射体和四个光探测器（即能产生总计为2⁴＝16个可能的状态），以便分辨 1/16 转。

从公用事业公司的观点来看，它们喜欢有一种方法，这种方法能自动读出每一个刻度盘指针的位置，因为人工读取这种仪表显示速度慢又容易出错。然而，任何加到钟表刻度盘式记录器上的附加装置都必须是简单的，紧凑的和便宜的，以满足公用事业的要需。

本发明涉及一个光学编码器，它仅使用以前必须使用的光发射体和光探测器数目的一半就能分辨出转轴的八个以上的角位置。本发明的光学转轴编码器包括一个光闸，该光闸安装成能随转轴一起旋转，这个光闸上至少具有光透射区域和光反射区域，至少第一光发射体和第一光探测器互相相邻地置于该光闸的一侧上，而且至少第二光发射体和第二光探测器互相相邻地置于光闸的另一侧上，在第一光发射体和第一光探测器的对面。

备有选择性地为第一和第二光发射体供电从而对光闸的光透射区域和光反射区域提供照明的装置;此装置并用于探测对照明响应的光探测器的输出。光探测器的输出，表示光闸相对于第一和第二光发射体和探测器的位置。

具有上述的排列，当对光发射体交替地供电时，通过对光闸上的光透射区域和光反射区域图形的适当选择，可能得到多达2⁴＝16个不同的光探测器的输出组合，这样在仅使用两个光发射体和二个光探测器的情况下能获得被探测转轴的分辨率是 1/16 转。这里所用的光发射体和光探测器的数量，仅是为达到相同的角分辨率的那些已有技术配置中所用光发射体和光探测器数量的另一半，在这些已有技术中，在光闸上仅使用光反射或光透射区域

光闸可以是一个圆盘，在它表面上形成有光反射和光透射区域。另外，光闸也可以取圆柱体形状，它的轴线与转轴重合，而光透射和光反射区域就在该光闸的圆柱表面上形成。

在最佳实施例中，光闸上的光透射和光反射区域排列成一种图形，从而当转轴旋转带动光闸，通过第一和第二光发射体和探测器时，能使第一和第二光探测器的输出以独特的图形改变状态。例如，光透射和光反射区域可以排列成这样，使得第一和第二光探测器按照格雷（Gray）码改状态。

此外，本发明的光学转轴编码器最好还包括下列装置：它能把第一和第二光探测器的输出与这类输出的预定图形进行比较，这个预定图形代表着光闸和转轴相对于第一和第二光发射体和探测器的预定角位置。还可提供对该比较装置响应的装置以产生指示，如此探测转轴的位置的信号。