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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:楊睿紘
研究生(外文):YANG, RUEI-HONG
論文名稱:超高解析度繞射式光電編碼器的設計與製作
論文名稱(外文):Design and Fabrication of High Resolution Diffractive Optical Encoder
指導教授:李企桓
指導教授(外文):LEE, CHI-HUNG
口試委員:蔡政穆孫涵瑛
口試委員(外文):TSAI, JENG-MUSUN, HAN-YING
口試日期:2017-06-27
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:繞射光電編碼器微光柵
外文關鍵詞:DiffractionOpto-electronic EncoderMicro grating
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絕對型光電編碼器是一種角度與位移的相對定量系統。其光路設計可與傳統光學讀取頭類似,有光源、碟片、偵測器與訊號處理,可應用於自動化與高精度製造機台。本篇設計應用於角度測量之光電編碼器的繞射結構;此繞射結構為一金屬光柵,係指在一圓形玻璃基板(或透明基板)上製作出高反射率線條(作為光柵亮條紋)和高穿透率線條(作為光柵暗條紋)。此些光柵條紋在受雷射二極體照射時,反射光場(遠場分佈)與光柵條紋的分佈有關。因此當光柵條紋的分佈與圓形基板的弧向角度有關時,可用於作測量角度型的光電編碼器。
設計過程中,先對繞射式數位型光電編碼器原理進行敘述,主要是採用不同週期與方位的微光柵進行編碼,過程中以ZEMAX 進行模擬,並討論製成品的效果。

Absolute photoelectric encoder is a system for detecting relative angle and displacement. Its optical layout is similar to a conventional optical head, which comprises of a light source, a disc with diffractive elements, detectors and signal processing. This project aims to design a diffractive structure on a disc for detecting angular variation.. This structure is a metal diffraction grating, which means on a circular glass substrate (or transparent substrate), a high reflectivity lines (as a grating light stripes) and high transmittance lines (as grating dark stripes) are layout. The grating stripes, as irradiated by the laser diode, the induced reflected light field (far field distribution) is dependent of the layout of the grating fringes. Therefore, the design of substrate grating strips on a disc can be used for measuring angle variation, which is the key element of a photoelectric encoder.
In this paper, the design principle of encoder is first described. After that, the ZEMAX modeling is built and the demonstrated prototype is discussed.

目錄
摘  要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
縮寫及符號對照表 x
第一章 序論 1
1.1研究動機 1
1.2研究目的 1
1.3文獻探討 2
1.4論文架構 9
第二章 基本理論 11
2.1 繞射光柵介紹 11
2.2基礎光柵理論 12
2.3 編碼器介紹 14
2.4 旋轉式光學編碼器光學架構 17
2.5 基於灰階與數位式光柵編碼器之比較 19
第三章 光源設計 22
3.1 鏡頭設計要求 22
3.2微型雷射整形透鏡設計(雙透鏡) 22
3.3微型雷射整形透鏡設計(複合式單透鏡) 28
第四章 微光柵設計 33
4.1 光柵架構 33
4.1.1 入射光角度 33
4.1.2 光柵週期 34
4.2光柵模擬 38
第五章 編碼器光路 45
5.1數位式繞射光電編碼器光路 45
5.2 模擬實作結果 52
第六章 結論與展望 55
參考文獻 56
附錄 58


參考文獻
[1]盧國綱.現代光柵測量技術[J]. WMEM(世界製造技術與裝備市場),2002 (5) 10-13.
[2]http://ipi.sooq.cn/ipi/_01-ABC0000000000195427.shtml.
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[4]Kohshizuka, Tetsuharu Nishimura, et al. Rotary encoder using reflected light [P]. United States Patent: No.5036192, 1991.
[5]Tetsuharu Nishimura,Yoichui Kubota,et al. Encoder incorporating a displaceable grating [P]. United States Patent: No.5038032, 1991.
[6]Kohishizuka, Urawa, et al. Encoder with high resolving power and accuracy [P], United States Patent:No.5146085, 1992.
[7]D.H.Mollenhauer, G.Ifju,B.Han. A compact robust and versatile moire interferometer [J]. Optics and Lasers in Engineering, 1995,23(1): 1 〜2.
[8]J. thiel,E.Spanner. Interferential linear encoder with 270mm measuring length for nanometrology. Proc of 1st International Comerence of Euspen,1999: 522〜525.
[9]V. Mayer, T. Botzelmann, K.-P. Fritz, J. Seybold, and H. Kück,“A new concept for an absolutely encoded angular resolver,” in Proceedings of the 3th International Conference on.
[10]David Hopp, Christof Pruss, Wolfgang Osten, Jonathan Seybold, Karl-Peter Fritz, Tim Botzelmann, Volker Mayer, and Heinz Kück,” Diffractive incremental and absolute coding principle for optical rotary sensors,” APPLIED OPTICS , 2011, 50,(26)
[11]V. Mayer, T. Botzelmann, K.-P. Fritz, J. Seybold, and H. Kück,“A new concept for an absolutely encoded angular resolver,” in Proceedings of the 3th International Conference on Multi-Material Micro Manufacture 4M (2007).
[12]物理光學(第三版),電子工業出版社,韓同平
[13] 光電編碼器的工作原理分析,http://eshare.stust.edu.tw/EshareFile/2011_6/2011_6_be104229.pdf [14] D. Hopp, D. Wibbing, C. Pruss, W. Osten, J. Binder, W. Schinköthe, F. Sterns, J. Seybold, K.-P. Fritz, V. Mayer, H. Kück, “ A novel diffractive encoding principle for absolute optical encoders,” Proc. of SPIE Vol. 8082 80823T-1 (2013).

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