聚光型计算器 本发明涉及一种聚光型计算器，特别是指一种可避免发光的光源经栅轮投射感测元件时，造成干涉现象的编码结构。
请参阅图1所示的现在通常使用的编码器，其是一种遮没式编码器，大体上包括至少一个栅论60、发光元件70及接收元件80，其中发光元件70设置在栅轮60邻近处，以利发光元件70发出的光源照射在该栅轮60上，该栅轮60可通过其中心轴孔而以转动方式固定在转轴50，同时以一驱动机构使其旋转，栅轮60的周缘上，环设有若干个光栅61，相邻两光栅61之间，都相隔一不透光部分62，而在该栅轮60的周缘，则设有一由透光物质制成的接收元件80，该接收元件80内设有一组相邻的感光晶片81，以接收经由光栅61透光的光源。
当栅轮60转动时，发光元件70发出的光源受到栅轮60上不透光部62及光栅61遮蔽及透光的切割，形成工作光束，当工作光束接触到感光晶片81，就产生能量，如栅轮60连续转动时，由示波器上可得到正弦波形，并经整流电路得到(0,0)、(0,1)、(1,1)与(1,0)四种信号。根据量子力学获知，光也以波动形式出现，依波动学的形式，基于上述现象，会有干涉产生，即光通过两栅口时，由于光的扩散性，会造成干涉，如图2所示，其在物理学上已获实验证明，所以遮没式栅轮在某种情况下会使整光晶片产生误动作。因此，倘如要使光通过两个栅口不会造成干涉，有两种方法，第一种方法可将接收元件80上的晶片81贴近在光栅61，使其距离接近；第二种方法使光栅61的面积大于晶体81(约1/3)。但是，采用第一种方法易使其距离过近，增加制造上的难度，采用第二种方法则会使解析度降低。再者，由于光的干涉，易造成经整流电路得到的信号发生误判，即，原来的(0,0)信号却得到(0,1)、(1,1)或(1,0)信号。
请参阅图3所示，D为发光元件，C为光栅，A、B为栅口，S为监测器，该监测顺S可在T轴上下移动，感测光通过栅口A、B的光源，并绘制成图4所示的波形机率图，该N为光源到达平均率，H为到达机率。
请参阅图4,N1为栅口B被遮住时，在监测器S所测得的平均波形，即N1=(H1)2。
N2为栅口A被遮住时，在监测器S所测得地平均波形，即N2=(H2)2。
而经分析得N12=(H1+H2)2，设光通过栅口A、B时，如无干涉现象，应得到图5的波形，即N1+N2=N12；但实际测量结果为图6，即N1+N2≠N12,N12为栅口A、B被打开时，在监测器S所测得的平均波形。
综上所述，根据量子力学现象，当光通过两栅口A、B时会造成干涉现象，如图6所示，倘若要使光栅的光源不会造成干涉现象，有两种方法，第一种方法可使光源不通过栅口而抵达监测器；第二种方法使通过光栅的光源聚焦，再抵达监测器，如图7所示；同时，根据透镜焦距公式，使监测器设计在焦点与透镜之间，这样，就可降低因光的扩散性导致干涉的现象。
本发明的目的是提供一种聚光型计算器，其在栅轮的入射面上设有一环形柱状透镜，以使发光元件发光的光源投射至其入射面时，会将该光源聚光，而在栅轮的出射面上则环设有若干个与入射面环形柱状透镜聚焦方向约呈90度的长条形的齿形柱状透镜，以使聚光后的光束通过至栅轮的出射面时，会将该光束再一次聚光，如此，其聚光后的工作光束投射至感测元件的晶片时，干涉现象较小。
本发明的另一目的是提供一种聚光型计算器，由于其感测晶片可设计在位于栅轮的出射面较远的距离，所以不会增加其制造上的难度，以及会有降低解析度等情况。
本发明是这样实现的：包括一光源、一栅轮及一感测元件，其中光源可照射在各栅轮的入射面上，位于各栅轮的出射面的一侧分别设有一感测元件，各感测元件内分别设有一组相邻的感测晶片，以接收经由各栅轮工作光束的光源信号，其特征在于：栅轮的入射面上设有一环柱状透镜，以使发光元件发光的光源至其入射面时，会将该光源聚光，而在栅轮的出射面上则环设有若干个与环形柱状透镜聚焦方向约呈90度的长条形的齿形柱状透镜，以使聚光后的光束通过至栅轮的出射面时，会将该光束再一次聚光，如此，其聚光后的工作光束投射至感测元件的晶片时，干涉现象较小。
其中感测元件安装在焦点与透镜之间。
其中相邻两轮齿的全反射角度为小于41.8度。
其中在栅轮的入射面上，也可设计成一平面状。
其中在栅轮的出射面上，也可设计成一环设有若干个长条形的齿面。
其中在栅轮的入射面上，也可设计成一平面状，以及在出射面上环设一有若干个长条形的齿面。
其中各长条形的齿形柱状透镜也可用长条形的凸镜齿形柱状透镜取代。
其中各长条形的齿形柱状透镜也可用方形长条柱状体取代。
其中在各方形长条柱状体的凸出部或凹陷部的一部分可涂以遮光物质、反光物质或施以磨砂消光。
其中各长条形的齿形柱状透镜也可用梯形长条柱状体取代。
其中在各梯形长条柱状体的凸出部或凹陷部的一部分可涂以遮光物质、反光物质或施以磨砂消光。
本发明可使发光的光源投射至栅轮，干涉现象较小，同时，透过透镜焦距公式，其感测元件可设计在焦点与透镜之间，不会造成其制造上的难度，以及发生降低解析度的情况。
下面结合附图及实施例，详细介绍本发明。
图1是现在使用的遮没式编码器的示意图；
图2是光源通过两光栅，造成干涉现象的示意图；
图3是通过一监测器S感测光源通过栅口A、B的示意图；
图4是图3波形机率图；
图5是图3栅口A、B同时开启的假想图(非实际量测的波形图)；
图6是光源通过两栅口，造成干涉现象的波形图；
图7是通过光栅的工作光束经聚焦的示意图；
图8是本发明的示意图；
图9、10分别是本发明的正视图及侧视图；
图11是本发明的栅轮连续转动时，在示波器上得到(0,0)、(0,1)、(1,1)及(1,0)四信号的示意图；
图12、13分别是本发明另一实施例的正视图及侧视图；
图14、15、16是本发明又一实施例的左视图、右视图及正视图；
图17、18分别是本发明再一实施例的正视图及侧视图；
图19是本发明齿形柱状透镜用凸镜齿形柱状透镜取代的示意图；
图20是本发明齿形柱状透镜用方形长条柱状体取代的示意图；
图21是本发明齿形柱状透镜用梯形长条柱状体取代的示意图；
参阅图8-图10所示，本发明是一种聚光型计算器，包括一发光元件1、一栅轮2及一感测元件3等构成单元；其中，发光元件1，在本发明的实施例中，设置在位于光轮2的邻近处，以利发光元件1发出的光源投射在该栅轮2的入射面22上。栅轮2，其可通过其中心轴孔而以转动方式固定在转轴21，同时以一驱动机构(轨道球机构)使其旋转，由于该栅轮2的心轴向着该轮迹轴延伸，并且与轨迹球形成滚动滑擦，所以轨迹球滚动时，栅轮2也跟着旋转，且在该栅轮2的入射面22上设有一环形柱状透镜24，以利发光元件1的光源投射至入射面22；会将该光源聚光，该柱状透镜24的曲率设为R1，而在栅轮2的出射面23上则环设有若干个与环形柱状透镜约呈90度的长条形的齿形柱状透镜25，相邻两轮齿间的全反射角度小于41.8度，各齿状透镜25的曲率为R2，根据透镜焦距公式1/f=(1/R1+1/R2)(N-1)可知，其焦距会因曲率的不同而改变。接收元件3是用透光材质制成，设在焦点与透镜之间，且相对于发光元件1的位置上，该接收元件3内设有一组上、下相邻的感光晶片31，以接收经由栅轮2的出射面23投射的工作光束。
如发光元件1的光源投射至栅轮2入射面22时，由于其上的柱状透镜24，会将该光源第一次聚光，其光束再通过至栅轮2出射面23时，由于其上的齿形透镜25，会将该光束再一次聚光，如此，其聚光后的工作光束投射至感测元件3的晶片31时，干涉现象较小。
当栅轮2轮转时，发光元件1发出的光源受到栅轮2的轮齿透光的切割，形成工作光束，当工作光束接触到感光晶片31，即产生能量，如栅轮2连续转动时，由示波器上可得到正弦波形，并经整流电路得到(0,0)、(0,1)、(1,1)与(1,0)四信号，如图11所示为四种信号产生的示意图；
参阅图12、13，本发明也可只在栅轮2的入射面22上，设计成一平面状，使发光元件1发出的光源直接投射至齿形柱状透镜25聚光。
参阅图14-图16所示，本发明也可只在栅轮2的出射面23上环设有若干个长条形齿面，使发光元件1发出的光源直接投射至柱状透镜24聚光。
参见图17、图18所示，本发明也可只在栅轮2的入射面22上设计成一平面状，出射面23上环设有一若干个长条形的齿面。
参见图19-图21，本发明的各长条形的齿形柱状透镜25也可用长条形的凸镜齿形柱状透镜(如图19所示)、方形长条柱状体(如图20所示)或梯形长条柱状体(如图21所示)，以达到聚光后的工作光束投射至感测元件的晶片时，干涉现象较小，且在各方形长条柱状体或梯形长条柱状体的凸出部251或凹陷部252的一部份涂以遮光物质，反光物质或施以磨砂(如毛玻璃)消光，以利工作光束投射时，可将不需要的光束反射。