선정
투과형과 반사형 코드 디스크: 빛은 어디로 지나가는가
투과형 디스크는 빛을 통과시키므로 광원과 수광 소자가 디스크 양쪽에 나뉘어 배치됩니다. 반사형 디스크는 빛을 반사해 되돌려 보내므로 광원과 수광 소자가 같은 쪽에 있습니다. 광로가 다르면 기재, 리드헤드, 장착 공간, 표면 품질에 대한 요구도 달라집니다. 이 글에서는 두 방식을 하나의 비교표로 정리합니다.
같은 광학식 엔코더라도 리드헤드가 포크처럼 디스크를 사이에 끼우는 형태가 있는가 하면, 디스크 한쪽에 작은 기판 하나만 붙어 있는 형태도 있습니다. 차이는 빛이 지나가는 경로에 있습니다. 한쪽은 빛이 디스크를 통과하고, 다른 쪽은 디스크가 빛을 반사해 되돌려 보냅니다.
투과형: 빛이 디스크를 통과한다
투과형에서는 광원과 수광 소자가 디스크 양쪽에 나뉘어 있습니다. LED에서 나온 빛은 콜리메이팅 렌즈를 거쳐 거의 평행광이 되어 디스크에 닿습니다. 눈금선은 빛을 막고 선 사이의 슬릿은 빛을 통과시킵니다. 디스크를 통과한 빛은 다시 인덱스 격자를 거쳐 수광 소자에 도달합니다(그림 1 왼쪽).
이 구조에서 기재에 대한 첫 번째 요구는 빛을 통과시키는 것입니다. 가장 흔한 것은 글래스 코드 디스크로, 눈금선은 유리 위에 성막한 크롬입니다. PC 디스크도 이 부류에 속합니다. 눈금선이 ‘충분히 검은지’는 광학 밀도로 평가하며, 예를 들어 OD 3은 빛의 0.1%만 투과한다는 뜻입니다.
빛이 디스크 전체를 통과하므로 기재 양면의 스크래치, 오염, 기포는 모두 신호에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 양면 모두 깨끗해야 합니다. 리드헤드는 디스크 양쪽에 공간이 필요하며, 보통 포크형으로 만들거나 광원과 수광 소자를 디스크 위아래에 따로 장착합니다.
반사형: 빛이 되돌아온다
반사형에서는 광원과 수광 소자가 디스크의 같은 쪽에 있으며, 흔히 같은 회로 기판에 실장됩니다. 빛은 디스크에 비스듬히 입사하여 반사 영역에 맞으면 정반사되어 수광 소자로 돌아오고, 비반사 영역에 맞으면 흡수되거나 산란됩니다(그림 1 오른쪽).
디스크 기재는 빛을 통과시킬 필요가 없습니다. 스테인리스강 같은 금속이 일반적이며, 유리 위에 반사 패턴을 만든 것도 있습니다. 신호의 품질을 좌우하는 것은 반사 영역과 비반사 영역의 반사율 차이입니다.
흥미로운 기하학적 관계가 있습니다. 기하광학 근사에서 점광원과 수광 소자가 같은 평면에 있으면, 디스크 패턴은 수광면에 약 2배로 확대되어 반사됩니다. 그래서 반사형 리드헤드에서 수광면의 인덱스 격자 피치는 디스크 피치의 약 2배이며, 그림 1 오른쪽도 이 관계에 따라 그렸습니다.
반사형은 디스크 표면에 더 까다롭습니다. 반사면이 어떤 각도로 기울면 반사광은 그 2배만큼 편향됩니다. 예를 들어 0.1° 기울면 반사광은 0.2° 벗어납니다. 표면의 지문이나 유막은 반사율을 직접 바꿉니다. 따라서 평면도, 청정도, 판독 갭을 잘 관리해야 합니다.
두 구조의 비교
| 항목 | 투과형 | 반사형 |
|---|---|---|
| 광원과 수광 소자 | 디스크 양쪽에 분리 | 디스크 같은 쪽 |
| 디스크 기재 | 투광성 필요: 유리, PC | 투광성 불필요: 금속이 일반적, 유리도 있음 |
| 패턴 콘트라스트의 원천 | 투과와 차광(광학 밀도) | 반사와 비반사(반사율 차이) |
| 리드헤드 | 포크형 또는 분리형, 양쪽 공간 필요 | 기판 한 장, 한쪽 장착 |
| 축방향 치수 | 상대적으로 큼 | 박형화가 쉬움 |
| 특히 주의할 점 | 양면 청정, 차광층이 충분히 검은지 | 표면 반사율, 평면도, 갭 |
각각의 용도
투과형 글래스 디스크는 정밀도가 높고 라인 수를 많이 만들 수 있어 고분해능 서보 모터 엔코더와 각도 측정에 많이 쓰입니다.
반사형 메탈 디스크는 충격과 진동에 강하고 얇게 만들 수 있습니다. 축방향 공간이 좁거나 진동이 큰 장비, 그리고 디스크와 리드헤드를 따로 공급해 사용자가 조립하는 모듈형 엔코더에 적합합니다.
이는 일반적인 조합일 뿐 절대적인 경계는 아닙니다. 어느 쪽을 선택할지는 분해능, 장착 공간, 환경, 비용에 따라서도 달라지므로 설계 초기에 디스크 제조사 및 리드헤드 방식과 함께 결정할 것을 권합니다.
정리
투과형은 빛이 디스크를 통과하며 광원과 수광 소자가 양쪽에 나뉘고 기재는 투광성이 있어야 합니다. 반사형은 빛을 되돌려 보내며 광원과 수광 소자가 같은 쪽에 있어 구조가 더 얇지만 디스크 표면 상태에 더 민감합니다. 빛이 어디로 지나가는지 알면 디스크의 어떤 파라미터를 중점적으로 관리해야 하는지도 알 수 있습니다.
중국어 원문 기사 번역 (0013). ENC7 코드 디스크 제조사 (문의) · 기술 자료 · https://enc7.com
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