专利名称：光学编码器的分割透镜式栅轮的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学编码器的分割透镜式栅轮，尤指一种于周边处分割形成有多数以等角度连续排列的凸透镜，而用于光学编码时可有效提高解析度，防止误动作的分割聚光式编码栅轮。
由于多媒体电脑与视窗(Windows)作业系统的操作需要，鼠标轨迹球等指标装置已成为个人电脑的基本配备。该等指标装置主要用以控制萤光屏视窗上的游标位置，并可进一步构成执行动作，以鼠标为例，其主要是于略具磨擦力的鼠垫表面滑动，以同步移动萤光屏上的游标，换言之，鼠标在鼠垫表面的动作，直接反应在萤光屏游标的移动，而赖以达成此一作用者是一光学编码器，如图12所示，为一鼠标内部构造的平面图，位于鼠标本体80前端者为一电路板81，电路板81前缘分设三组微动开关82，是分别对应于表壳上的左、中、右键。
又电路板81后缘即设有一光学编码器90，该光学编码器90包括一X轴编码器91及一Y轴编码器92，该X、Y轴编码器91、92是分别由一光栅轮910、920及一组光电元件93、94组成，其中光栅轮910、920的轴杆一端是与滑球95的轮面接触，当滑球95滑动时，即利用其球面带动轴杆而转动光栅轮910、920。
如图13所示，以Y轴编码器92为例，其光电元件94包括有一光发射器941与一光接收器942，其以相对方向设于光栅轮920具有栅孔的周边处，当光栅轮920转动时，其周边的栅孔将对光发射器941产生的光源构成间歇性的遮蔽动作，由于光接收器942上的两受光端PT1、PT2具方向性，除接收通过光栅轮920周边的间歇性光源外，并透过受光时序的先后，判断位移方向。
如图14所示，是光栅轮920与光发射器941、光接收器942间的相对动作示意图，首先在图14A中，光接收器942两受光端PT1、PT2同时受光栅轮920边缘遮蔽，未能接受光源，以数位信号而言，在图15所示波形的时序T1下，PT1、PT2分别为0,0，随着光栅轮920的转动，PT1仍受遮蔽，PT2则经栅孔920A接收光源(如图14B所示)，因此在时序T2下，PT1、PT2分别为0,1，又光栅轮920持续转动，PT1、PT2同时经栅孔920A接收光源(如图14C所示)，而在时序T3下，PT1、PT2分别为1,0。
而图15中所示的工作波形是在光学编码器未产生误信号或干涉现象下方能产生，但事实上，前述波形信号的产生是存在变数的。
在前述光栅轮920以两相邻栅孔920A间的不透光部对应于光接收器942时，理论上，光接收器942因受光端受遮蔽而无法受光，但此种理论基础是建立在假设「光」是一种粒子模式。
然而根据量子力学可知，光除可能以粒子模式出现外，事实上亦可能以波动模式出现，当前述光学编码器的光源以波动模式通过光栅轮920的栅孔920A时，即会产生光干涉现象。
此种光干涉现象可由以下量子力学分析获得证明，如图16所示符号D表示光源；符号C表示设于光源D前方的光栅轮；符号C1、C2表示光栅轮C上的栅孔；符号S表示位于光源D的相对方向，且在T轴上下移动的检测器。
又图17为光源通过光栅轮C的栅孔C1、C2时的波形机率图，其中N光源到达平均率。
H到达机率。
根据上述条件进行实验分析，当栅孔C2被遮住时，检测器S所测得的平均波形为N1,N1=(H1)。
当栅孔C1被遮住时，检测器S所测得的平均波形为N2,N2=(H2)。
经分析得N12=(H1+H2)，因此，当光源同时通过栅孔C1、C2时，如未发生光干涉现象，检测器S应可测得如图18所示的波形，即N12=N1=N2但由于通过栅孔C1、C2的光源为波动模式，因此，检测器S所测得波形如图19所示，其中N12≠N1+N2。
故由上述分析可知，当光以波动模式出现时，将产生光干涉现象，如图14A所示，当光接收器942的PT1、PT2同时受光栅轮920上各相邻栅孔920A间的不透光部遮蔽时，理论上PT1、PT2信号应为0,0，但因光为波动式，故将在通过栅孔920A后扩散，而于相邻两股波动光交会处产生光干涉现象，该光干涉现象即可能造成PT1、PT2误判为受光状态。
目前改善前述光干涉现象的方法有二种一、缩小光接收器与光栅轮的距离，使二者尽量贴近，但此种方法牵涉制造技术，其实施难度高，不易达成。
二、令光栅轮的栅孔尺寸大于光接收器的受光端(约3∶1)，惟，此种方法将显著降低解析度。
由上述可知，传统遮没式编码因受光干涉现象影响，将有产生误动作之虞，既有解决方案又受限于制造技术及降低解析度等负面效应影响而不可为，故现有光学编码器显然有待进一步检讨，并谋求解决之道。
本实用新型的目的在于提供一种不受光波动模式影响，而可有效克服误动作问题，并同时提高解析度的光学编码器的分割透镜式栅轮。
本实用新型的目的由下述技术方案来实现的一种光学编码器的分割透镜式栅轮包括有一圆盘体及一以适当方式形成或设于圆盘体周边的环状透镜部；其特征是透镜部上形成有多数不透光的遮光部，并同时于相邻遮光部间形成透光部，并由各遮光部将透镜部分分割成多数实质为凸透镜的透光部。
本实用新型的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现前述的栅轮透镜部上的遮光部是以圆盘体轴心的中心处以幅射状作等距排列，并依原设定解析度将环状透镜部分割成多数呈等角度连续排列的凸透镜。
前述的栅轮，透镜部的遮光部可由涂布、电镀、印刷、贴覆等或其他适当方式形成于透镜部上。
前述的栅轮，透镜部的遮光部是同时形成于透镜部的表、底面或其中一面。
前述的栅轮，透镜部为一体形成于圆盘体周边，亦可分开制造而通过适当的结合手段予以组合。
前述的栅轮，透镜部与圆盘体是分别独立的元件，而可通过适当的结合手段予以组合。
前述的栅轮，圆盘体中央形成有轴孔，其间设有一轴杆。
前述的栅轮，圆盘体轴心处一体形成有轴杆。
本实用新型的优点1、有效防止误动作由于栅轮周边设以透镜部，并利用不透光的遮光部将其分割成多数实质为凸透镜的透光部，当光源通过透光部，将因凸透镜产生聚光效果，令光线集中投射于光接收器上，经过聚光后，光不再波动，故不产生光干涉现象，亦不致造成光接收器的误动作，因此可有效提高光学编码器的信号准确度。
2、提高解析度由于透镜部上以辐射状的遮光部分割成多数透光部，各透光部实质为一凸透镜，当光线通过时即形成聚光效果，而相邻两道投射光线经聚光后，其间的距离将大于所通过两透光部的实际距离，此一现象将有助于缩小透光部的距离，换言之，本分割透镜式栅轮对于解析度的提升将具有极大助益。
3、制作容易，技术难度低通过前述设计解决了光学编码器的误动作与解析度问题，与传统解决方案相比，本实用新型的制造过程简单易行，并无特别需要克服的技术瓶颈，因此在制造效率上将大幅提高，并相应地降低了制造成本。
下在结合说明书附图及实施例，对本实用新型的结构作进一步的说明
图1是本实用新型的外观暨剖视图；图2是用以揭示本实用新型圆盘体与透镜部分别为独立构件，而于事后组合的分解图3是本实用新型于透镜部的遮光部形成位置的剖视图；图4是用以揭示本实用新型遮光部分布状况的平面图；图5是用以揭示本实用新型由不同曲率构成的剖视图；图6是本实用新型栅轮与轴杆的一种结合方式示意图；图7是本实用新型栅轮与轴杆的另一种结合方式示意图；图8是本实用新型栅轮与光电元件的相对位置示意图；图9是本实用新型栅轮与光接收器的相对关系示意图；图10是本实用新型栅轮与轴杆的又一种结合方式示意图；图11是本实用新型栅轮与轴杆的又一种结合方式断面图；图12是现有技术鼠标内部构造示意图；图13是现有技术光学编码器的局部外观图；图14A-C是现有技术光栅轮与光接收器相对关系示意图；图15是现有技术光栅轮与光接收器相对关系波形图；图16是现有技术光学编码器光学测试架构示意图；图17至图19为现有技术光学编码器光学测试波形图。
有关本实用新型的编码器栅轮构造，首先请参阅图1所示，其包括圆盘体10及设于圆盘体10周边的环状透镜部20，其中透镜部20与圆盘体10一体形成而位于其周边处，除一体成型方式外，如图2所示，前述圆盘体10与环状透镜部20可分别制造而构成独立元件，该圆盘体10对应套入透镜部20的环形空间内，并以适当的结合手段予以固定，可行的结合手段包括有胶合、嵌合或迫紧等方式。
参阅图1所示，该圆盘体10与透镜部20均由透明材料构成，其中透镜部20是呈环状，其表面与底面分别具有适当的曲率，而构成一连续设于圆盘体10周边的光学透镜；该透镜部20于其表、底面或其中一面通过适当方式形成有多数遮光部21，首先在遮光部21形成方式上，其可利用印刷、电镀、涂布、贴覆或其他足以于透明物体上产生遮光效果的方法或技术为之。
至于遮光部21的形成位置，请参阅图3所示，该透镜部20可于表面或底面、或透镜部的双面相对位置处形成遮光部21。而各遮光部21是分别延伸于透镜部20的曲面上，以达到确实遮光的目的。
参阅图4所示，前述透镜部20上各遮光部21是以圆盘体10轴心为中心呈辐射状布设，且各遮光部21是以等角度相间排列，而同时于各相邻遮光部21间形成透光部22。
由于前述透镜部20上形成多数呈相间排列的遮光部21与透光部22，因此，透镜部20即为各遮光部21所分割，而令各相邻遮光部21间的透光部22分别构成一独立的凸透镜。故当光源通过透镜部20上的透光部22时将产生聚光效果。
又前述透镜部20的横截面概呈球形，而在图5揭露有一种不同截面形状的栅轮，其仍于一圆盘体10形成或结合有一环状透镜部20，该透镜部20截面概呈橄榄形状，就学理分析，该橄榄形截面的透镜部20与前述球形截面透镜部20的差异在于二者具有不同曲率，其曲率大小攸关焦距，因此，该透镜部20的曲率是由透镜中心至投射面的距离所决定，其具体数据可由下列公式演算取得1/F=(1/R1+1/R2)N-1其中R1及R2分别代表透镜部20两面的曲率。
又本实用新型可以不同的结合方式在栅轮上设以轴杆，首先如图6所示，该栅轮的圆盘体10中央形成有轴孔11，供一呈独立元件形式的轴杆12接合。
再如图7所示，该圆盘体10于轴心处亦设轴杆12，该轴杆12则是与圆盘体10一体形成。
本实用新型的工作原理如下所述与现有光栅轮相同，本实用新型为分割透镜式栅轮是设于光电元件的光发射器与光接收器间，如图8所示，栅轮上的圆盘体10装于轴杆12上。而圆盘体10周边的透镜部20则位于光发射器30与光接收器40间，其中光接收器40相对于栅轮的一面上分设有两受光端41、42，两受光端41、42将透过透镜部20上呈分割状的透镜式透光部22接收来自发光射器30的光源。
如图9所示，是前述透镜部20与光接收器40的相对关系示意图，首先如图9A所示，该透镜部20在特定旋转角度下，由其上两相邻透光部22同时对正于光接收器40的上下两组受光端41、42，由于秀光部22为经过分割的凸透镜，故将对通过的光源形成聚光效果，经聚光后的光线将准确的投射于受光端41、42上。
俟栅轮持续旋转，而使透镜部20睥两相邻遮光部21对正于光接收器40的受光端41、42(如图9B所示)，以遮蔽受光端41、42的光源，在此状态下，受光端41、42的数位信号为0,0，而依然通过透光部22的光线则不足以造成受光端41、42的误动作。其主要原因在于通过透光部22的光线经过聚光而具准确的投射点，其并非波动模式的光，故不致产生光干涉现象，故当透光部22与受光端41、42错开后，即不怕光线投射其上，从而可确实防止误动作的产生。
请参阅图10及图11所示，是本实用新型栅轮与轴杆的又一种结合方式示意图及其断面图，其是在环状透镜20周缘嵌接一倒T字状的圆盘体10，该环状透镜20是位于光发射器30与光接收器40间，其中光接收器40相对于栅轮的一面上分设有两受光端41、42，两受光端41、42将通过透镜部20上呈分割状的透镜式透光部22接收来自发光射器30的光源。
权利要求1.一种光学编码器的分割透镜式栅轮，包括有一圆盘体及一以适当方式形成或设于圆盘体周边的环状透镜部，其特征是透镜部上形成有多数不透光的遮光部，并同时于相邻遮光部间形成透光部，并由各遮光部将透镜部分割成多数实质为凸透镜的透光部。
2.如权利要求1所述的光学编码器的分割透镜式栅轮，其特征在于该透镜部上的遮光部是以圆盘体轴心的中心处以辐射状作等距排列，并以原设定解析度将环状透镜部分分割成多数呈角度连续排列的凸透镜。
3.如权利要求1所述的光学编码器的分割透镜式栅轮，其特征在于该透镜部的遮光部可由涂布、电镀、印刷、贴覆等或其他适当方式形成于透镜部上。
4.如权利要求1、2或3所述的光学编码器的分割透镜式栅轮，其特征在于该透镜部的遮光部是同时形成于透镜部表、底面或其中一面。
5.如权利要求1、2或3所述的光学编码器的分割透镜式栅轮，其特征在于该透镜部的遮光部是形成于透镜部表面处。
6.如权利要求1、2或3所述的光学编码器的分割透镜式栅轮，其特征在于该透镜部的遮光部是形成于透镜部底面处。
7.如权利要求1所述的光学编码器的分割透镜式栅轮，其特征在于该透镜部是一体形成于圆盘体周边，亦可分开制造而通过适当的结合手段予以组合。
8.如权利要求1所述的光学编码器的分割透镜式栅轮，其特征在于该透镜部与圆盘体是分别独立的元件，而可通过当的结合手段予以组合。
9.如权利要求1或8所述的光学编码器的分割透镜式栅轮，其特征在于该圆盘体中央形成有轴孔，其间设有一轴杆。
10.如权利要求1、8或9所述的光学编码器的分割透镜式栅轮，其特征在于该圆盘体轴心处一体形成有轴杆。
专利摘要本实用新型涉及一种光学编码器的分割透镜式栅轮,包括有一圆盘体及一以适当方式形成或设于圆盘体周边的环状透镜部;其中透镜部的表、底面或其中一面以适当方式形成有多数不透光的遮光部,并同时于相邻遮光部间形成透光部,各遮光部是以圆盘体轴心为中心以辐射状作等距排列,并依原设定解析度将环状透镜部分割多数呈等角度连续排列的凸透镜。以本分割式栅轮用于光学编码器可有效克服光干涉现象、提高解析度及彻底解决误动作问题。
文档编号G02F3/00GK2335164SQ9820749
公开日1999年8月25日 申请日期1998年10月8日 优先权日1998年10月8日
发明者王庆顺, 谢政良 申请人:王庆顺, 谢政良