日清紡微電子（Nisshinbo Micro Devices Inc.）擁有小而薄的數(shù)字和模擬輸出的光學(xué)位置傳感器，這些傳感器是該公司將電路設(shè)計(jì)技術(shù)與器件封裝技術(shù)相結(jié)合而開(kāi)發(fā)的。目前，該公司正致力于擴(kuò)大其增量式光學(xué)反射位置傳感器的產(chǎn)品線。

模擬和數(shù)字光電傳感器將LED和光電集成電路集成在一個(gè)緊湊的封裝中，使光學(xué)編碼器能夠在各種工業(yè)應(yīng)用中提供絕對(duì)或增量位置檢測(cè)。

位置檢測(cè)是從協(xié)作機(jī)器人到半導(dǎo)體制造設(shè)備等各種工業(yè)應(yīng)用的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。從視頻圖像分析到磁檢測(cè)等各種方法都可以提供位置傳感，但光學(xué)方法具有關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。它們不受雜散磁場(chǎng)的影響，而且由于結(jié)構(gòu)緊湊，可以放置在靠近電機(jī)或其他設(shè)備組件的位置。

位置傳感

光電傳感器可以采用兩種位置感測(cè)方法：透射式和反射式。如圖 1左圖所示，透射式感測(cè)是指 LED發(fā)出的光線穿過(guò)刻度盤(pán)上的一系列狹縫，到達(dá)另一側(cè)的光電傳感器。反射式感測(cè)是指（如圖 1右圖所示）LED和傳感器位于刻度盤(pán)的同一側(cè)，LED發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)刻度盤(pán)的反射狹縫（反射狹縫與非反射狹縫交替出現(xiàn)）反射后到達(dá)傳感器。

光電傳感器有兩種位置報(bào)告方法。增量式位置報(bào)告是指?jìng)鞲衅骺梢灾甘拘D(zhuǎn)量或線性運(yùn)動(dòng)量，但如果沒(méi)有某種方法確定啟動(dòng)時(shí)的初始位置，則無(wú)法報(bào)告絕對(duì)位置信息。相比之下，絕對(duì)值式位置編碼器只要接通電源，就能始終報(bào)告精確的位置信息。

圖 1.?光學(xué)位置傳感器可采用透射式（左）或反射式（右）方法

光電傳感器的模擬和數(shù)字輸出

光電傳感器可提供數(shù)字或模擬輸出。數(shù)字輸出時(shí)，相對(duì)位置由脈沖計(jì)數(shù)確定，脈沖寬度決定分辨率。數(shù)字輸出可用于無(wú)反光鏡相機(jī)和遙控相機(jī)的手動(dòng)對(duì)焦，以及無(wú)刷電機(jī)、高分辨率步進(jìn)電機(jī)及相關(guān)應(yīng)用。

模擬輸出可產(chǎn)生正弦波和余弦波輸出，并通過(guò)反正切計(jì)算從輸出信號(hào)中提取位置信息。分辨率取決于模擬輸出的失真度。高精度模擬傳感器的分辨率可達(dá)1μm或更低。模擬輸出通常用于線性（直線）檢測(cè)，可提供μm級(jí)的分辨率。應(yīng)用包括相機(jī)鏡頭位置檢測(cè)、協(xié)作機(jī)器人和線性執(zhí)行器。

緊湊型傳感器系列

日清紡微電子的數(shù)字輸出傳感器包括該 NJL5820/21/22R系列產(chǎn)品，每個(gè)系列都集成了一個(gè)近紅外 LED和一個(gè)光電集成電路 (OEIC)。OEIC可以處理光信號(hào)和電信號(hào)。它包含將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電二極管，以及信號(hào)處理電路。LED和OEIC之間的遮光墻提供了光隔離（圖 2）。

圖 2.?遮光墻將 LED?與 OEIC?隔離

在操作過(guò)程中，當(dāng)一個(gè)帶有交替反射和非反射圖案的刻度尺固定在一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件上，并經(jīng)過(guò) OEIC時(shí)，OEIC接收到的圖像會(huì)發(fā)生變化。響應(yīng)這些變化，OEIC會(huì)產(chǎn)生一個(gè)兩相（A和 B）脈沖信號(hào)，其相位差為 90度，與交替圖案周期相匹配（圖 3）。微控制器單元 (MCU)可以檢測(cè)這些脈沖，并得出運(yùn)動(dòng)部件的位置、距離、方向和速度。NJL5820/21/22R系列產(chǎn)品的位置檢測(cè)分辨率分別為 50.8LPI、150LPI和 180LPI (Line Per Inch)。

圖 3.?響應(yīng)不斷變化的光模式，數(shù)字輸出 OEIC?產(chǎn)生雙相脈沖信號(hào)

日清紡微電子的模擬輸出光電位置傳感器有 NS5611，是一款可用于反射式增量式光學(xué)編碼器的產(chǎn)品。NS5611封裝包含一個(gè)近紅外 LED和一個(gè) OEIC。 當(dāng)反射式刻度尺經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)（圖 4左），該器件會(huì)除了可以產(chǎn)生A，B兩相，相位角為 90度，每周期 140μm的模擬輸出（紅色和藍(lán)色波形，圖 4右）， 還帶有可用于原點(diǎn)檢測(cè)的Z相輸出（Reset輸出）， 用戶可自選ADC，以將這些信號(hào)數(shù)字化后，用自選MCU來(lái)計(jì)算移動(dòng)的距離。

圖 4.?當(dāng)標(biāo)尺經(jīng)過(guò) NS5611（左）時(shí)，傳感器產(chǎn)生雙相模擬輸出（右）

編碼器設(shè)計(jì)考慮因素

將光電式位置傳感器用于光學(xué)編碼器時(shí)，必須考慮多個(gè)設(shè)計(jì)方面。通常，高分辨率位置傳感器不適用于柔性印刷電路材料， 因?yàn)槿魏螐澢紩?huì)改變柵尺與傳感器之間的位置關(guān)系，從而影響分辨率。 然而，NS5611的堅(jiān)固設(shè)計(jì)使其能夠承受柵尺相對(duì)于設(shè)備的位置變化。圖 5顯示了柵尺與傳感器之間的間隙Gap、柵尺位移Shift以及柵尺翻滾Roll、俯仰pitch和偏向Yaw的允許范圍。

圖 5. NS5611?可以容忍相對(duì)于標(biāo)尺的位置變化

日清紡微電子最新推出的-反射式2路模擬輸出，帶0位檢測(cè)功能的增量式編碼傳感器-NS5611

主要特點(diǎn)

?Z相輸出可檢測(cè)原點(diǎn)

?低失真率，實(shí)現(xiàn)高精度位置檢測(cè)

?低功耗

?高穩(wěn)健性（魯棒性），易于集成到設(shè)備中。.

?電機(jī)等中的磁鐵不會(huì)使其發(fā)生磁致盲。

主要指標(biāo)

■ COBP封裝尺寸：3.0 x 4.0 x 0.8mm

■ 電源電壓：2.7V to 5.5V

■ LED工作電流 IF：5mA (Typ.)

■ 到碼盤(pán)距離：1.0mm to 2.0mm

■ 輸出信號(hào): A,B,Z-三相

■ 輸出電壓：1.5Vp-p (Typ.)@IF=5mA, Gap=1.5mm

■ 碼道寬度：0.070mm

審核編輯 黃宇