JP2001141522A - Optical encoder - Google Patents

Optical encoder

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JP2001141522A
JP2001141522A JP32207399A JP32207399A JP2001141522A JP 2001141522 A JP2001141522 A JP 2001141522A JP 32207399 A JP32207399 A JP 32207399A JP 32207399 A JP32207399 A JP 32207399A JP 2001141522 A JP2001141522 A JP 2001141522A
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light
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雄二 松添
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伸彦 辻
Yasumitsu Nagasaka
泰光 長坂
Toru Yoshizawa
徹 吉澤
Yukitoshi Otani
幸利 大谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To preclude an angle error in an electrical angle of a subordinate signal from being generated affected by an assembling error, sensitivity dispersion in a photo-receiving element, illumination unevenness of an LED and the like, so as to realize detection of highly precise and high resolution. SOLUTION: The photo-receiving element 700 has four groups of photo- receiving cell arrays comprising an A-group 18, B-group 28, C-group 38 and D-group 48 divided into four groups by dead zones substantially orthogonally, and the four groups of the photo-receiving cell arrays are arranged to bring photocurrent signals output therefrom into periodic signals having phases different each other, in this optical encoder.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、回転方向や直線方
向の変移量を計測するための光学式エンコーダに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical encoder for measuring a displacement in a rotation direction or a linear direction.

【0002】[0002]

【従来の技術】まず、従来技術の一例として光学式ロー
タリエンコーダについて概略説明する。図4は、光学式
ロータリエンコーダの構成図であり、図4(a)はその
断面構成図、図4(b)は、スリット円板の平面図であ
る。この光学式ロータリエンコーダは、エンコーダケー
ス1、ベアリング2,3、中空軸4、スリット円板5、
LED(Light Emitting Diode)6、受光素子7、プリン
ト基板8を備えている。
2. Description of the Related Art First, an optical rotary encoder will be briefly described as an example of the prior art. FIG. 4 is a configuration diagram of the optical rotary encoder. FIG. 4A is a cross-sectional configuration diagram thereof, and FIG. 4B is a plan view of a slit disk. This optical rotary encoder includes an encoder case 1, bearings 2, 3, a hollow shaft 4, a slit disk 5,
An LED (Light Emitting Diode) 6, a light receiving element 7, and a printed circuit board 8 are provided.

【0003】エンコーダケース1には、ベアリング2,
3を介して中空軸4が回動自在となるように取り付けら
れている。この中空軸4には、スリット円板5が取り付
けられている。このスリット円板5には、複数スリット
の列をトラック状に配置した検出用トラック5aが設け
られており、スリットの有無により光を透過・遮光す
る。なお、本明細書中でスリットとは、図4(a)で示
す貫通孔や、また、図示しないものの透明なスリット円
板に明暗格子状に印刷したパターンの透過部分などを指
すものとする。
In the encoder case 1, bearings 2,
A hollow shaft 4 is attached so as to be rotatable via 3. A slit disk 5 is attached to the hollow shaft 4. The slit disk 5 is provided with a detection track 5a in which rows of a plurality of slits are arranged in a track shape, and transmits and blocks light depending on the presence or absence of the slit. In this specification, the term “slit” refers to a through-hole shown in FIG. 4A or a transparent portion of a pattern printed on a transparent slit disk (not shown) in a light and dark grid pattern.

【0004】このスリット円板5の検出用トラック5a
を挟んで対向する位置にLED6と受光素子7が配置さ
れる。LED6は、エンコーダケース1の内部に配置さ
れ、図示しない電源線を介してプリント基板8から給電
されて照射光を常時発光する。また、受光素子7は、エ
ンコーダケース1に取り付けられたプリント基板8上に
配置・固定されている。
The detection track 5a of the slit disk 5
The LED 6 and the light receiving element 7 are arranged at positions facing each other with the. The LED 6 is disposed inside the encoder case 1 and is always supplied with power from a printed circuit board 8 via a power supply line (not shown) to constantly emit irradiation light. Further, the light receiving element 7 is arranged and fixed on a printed circuit board 8 attached to the encoder case 1.

【0005】図5に従来の受光素子7の構成図を示す。
位置関係を明確にするため図4と図5とで共通の矢印2
01,202,203,204を用いて説明する。図
4,図5の下方向はロータリエンコーダの中心方向20
1であり、上方向は外周方向202である。また、左右
方向は円周方向203,204となる。
FIG. 5 shows a configuration diagram of a conventional light receiving element 7.
Arrows 2 common to FIGS. 4 and 5 to clarify the positional relationship
This will be described using 01, 202, 203, and 204. The downward direction in FIGS. 4 and 5 is the center direction 20 of the rotary encoder.
1 and the upward direction is the outer peripheral direction 202. The left-right direction is the circumferential direction 203,204.

【0006】次に、受光素子7の構成について説明す
る。図5中の斜線で示した領域は、光を感じる受光セル
を示し、その他の領域は光を検出しない不感帯を示して
いる。受光素子7は、図5の左側6個の受光セル11〜
16から構成される受光セルアレイA群18、および、
図5の右側6個の受光セル21〜26から構成される受
光セルアレイB群28を備えている。これらA群18の
各受光セル11〜16およびB群28の各受光セル21
〜26は、それぞれ電気的に並列に接続されている。
Next, the configuration of the light receiving element 7 will be described. The hatched area in FIG. 5 indicates a light receiving cell that senses light, and the other area indicates a dead zone where light is not detected. The light receiving element 7 includes six light receiving cells 11 to 11 on the left side of FIG.
A light receiving cell array A group 18 composed of
A light receiving cell array B group 28 including six light receiving cells 21 to 26 on the right side of FIG. 5 is provided. Each of the light receiving cells 11 to 16 of the group A 18 and each of the light receiving cells 21 of the group B 28
To 26 are electrically connected in parallel.

【0007】受光セルは周期的に配置されている。隣接
する2つの受光セル間の距離である周期ピッチ51(以
下、Pとする場合は周期ピッチを指すものとする。)
は、スリット円板5のスリット数により決定される値で
ある。例えば、スリット数を2 8(=256)個とすると
機械角で(360/256)゜となり、そのピッチ51の
長さは、おおよそ2πR・(256/360)となる。
ここにRは円である検出用トラックの半径である。ま
た、2つの受光セルの1周期ピッチ51を電気角で36
0度とすると、A群18の受光セル16とB群28の受
光セル21の距離52を0.25Pとすることにより、
A群18とB群28との位相差は、90゜もしくは27
0゜の電気角の位相差に設定される。
The light receiving cells are periodically arranged. adjacent
Pitch 51, which is the distance between two light receiving cells
Below, when P is used, it indicates a periodic pitch. )
Is a value determined by the number of slits of the slit disk 5
is there. For example, if the number of slits is 2 8(= 256)
The mechanical angle becomes (360/256) ゜, and the pitch 51
The length is approximately 2πR · (256/360).
Here, R is the radius of the detection track which is a circle. Ma
In addition, one cycle pitch 51 of the two light receiving cells is set to an electrical angle of 36.
If the angle is set to 0 degree, the light receiving cells 16 of the group A 18 and the receiving cells of the group B 28
By setting the distance 52 of the optical cell 21 to 0.25P,
The phase difference between group A 18 and group B 28 is 90 ° or 27 °.
The phase difference is set to 0 ° electrical angle.

【0008】図6に、従来の受光セルアレイのA群1
8,B群28およびその周辺部品の回路構成図を示す。
図6において、A群18,B群28のカソード側に電源
(Vcc)が接続されており、逆バイアス接続となってい
る。一方、A群18のアノード側は電流電圧変換用抵抗
19およびCPU(Central Processing Unit)100が
内蔵する図示しないA/D変換器(Analog/Digital変換
器)に接続されており、電流電圧変換用抵抗19の他端
は、グランドに接地されている。なお、B群28につい
ても電流電圧変換用抵抗29に接続され、以下、A群1
8と同様な回路構成になっている。
FIG. 6 shows A group 1 of a conventional light receiving cell array.
A circuit configuration diagram of the 8, B group 28 and its peripheral components is shown.
In FIG. 6, a power supply is provided on the cathode side of the group A 18 and the group B 28.
(V cc ) is connected, which is a reverse bias connection. On the other hand, the anode side of the A group 18 is connected to a current-voltage conversion resistor 19 and an A / D converter (Analog / Digital converter) (not shown) built in the CPU (Central Processing Unit) 100, and is used for current-voltage conversion. The other end of the resistor 19 is grounded. Note that the group B 28 is also connected to the current-voltage conversion resistor 29.
8 has the same circuit configuration.

【0009】続いて、光学式ロータリエンコーダの動作
について説明する。図4(a),(b)に示すようにL
ED6から発光された照射光がスリット円板5の検出用
トラック5aのスリットを透過して受光素子7に到達し
たとする。受光素子7は、到達した照射光の光量に比例
して光電流信号を出力する。受光素子7からの光電流信
号は、図6で示すように電流電圧変換用抵抗19,29
で電圧信号に変換され、CPU100が内蔵する図示し
ないA/D変換器によりアナログ信号からディジタル信
号に変換された上でCPU100に取り込まれる。
Next, the operation of the optical rotary encoder will be described. As shown in FIGS. 4A and 4B, L
It is assumed that the irradiation light emitted from the ED 6 passes through the slit of the detection track 5a of the slit disk 5 and reaches the light receiving element 7. The light receiving element 7 outputs a photocurrent signal in proportion to the amount of the irradiating light that has arrived. The photocurrent signal from the light receiving element 7 is converted into current-voltage conversion resistors 19 and 29 as shown in FIG.
Is converted into a voltage signal, and is converted from an analog signal to a digital signal by an A / D converter (not shown) built in the CPU 100 and is taken into the CPU 100.

【0010】図7にCPU100に取り込まれる前のア
ナログ電圧信号を示す。縦軸は、受光素子7からの光電
流信号を電流電圧変換用抵抗19,29で変換した電圧
信号を示し、横軸は光学式ロータリエンコーダの回転方
向を示す。また、A相信号181は受光セルアレイのA
群18からの光電流信号を電圧信号に変換したものであ
り、同様に、B相信号281は受光セルアレイのB群2
8からの光電流信号を電圧信号に変換したものである。
FIG. 7 shows an analog voltage signal before being taken in by the CPU 100. The vertical axis indicates a voltage signal obtained by converting the photocurrent signal from the light receiving element 7 by the current / voltage conversion resistors 19 and 29, and the horizontal axis indicates the rotation direction of the optical rotary encoder. The A-phase signal 181 is the A-phase signal of the light receiving cell array.
The photocurrent signal from the group 18 is converted into a voltage signal. Similarly, the B-phase signal 281 is the B group 2 of the light receiving cell array.
8 is obtained by converting the photocurrent signal from No. 8 into a voltage signal.

【0011】これらA相信号181およびB相信号28
1は周期信号であり、その1周期は検出用トラック5a
のスリットが1周期ピッチ移動した場合に相当する。A
相信号181とB相信号281とは90゜もしくは27
0゜の位相差を有しており、次式のように表すことがで
きる。
The A-phase signal 181 and the B-phase signal 28
1 is a periodic signal, one cycle of which is a detection track 5a.
Corresponds to the case where the slit moves by one period pitch. A
The phase signal 181 and the B phase signal 281 are 90 ° or 27 degrees.
It has a phase difference of 0 ° and can be expressed as the following equation.

【0012】[0012]

【数3】 (Equation 3)

【0013】IAはA相信号、IBはB相信号、XはA相
信号およびB相信号のオフセット電圧、YはA相信号お
よびB相信号の信号振幅をそれぞれ示している。また、
θはあるタイミングにおける光学式ロータリエンコーダ
の回転角θを電気角として示したものであり、電気角θ
が360゜変化した場合、スリット円板5がスリットの
1周期ピッチ分移動した場合に相当する。
[0013] I A is A-phase signal, I B is B-phase signal, X is the offset voltage of the A-phase and B-phase signals, Y represents respectively a signal amplitude of the A-phase and B-phase signals. Also,
θ indicates the rotation angle θ of the optical rotary encoder at a certain timing as an electrical angle, and the electrical angle θ
Is changed by 360 °, it corresponds to the case where the slit disk 5 moves by one pitch of the slit.

【0014】続いて、光学式ロータリエンコーダのスリ
ット円板5が1周(機械角で360゜)回転する場合の
角度検出原理について説明する。この光学式ロータリエ
ンコーダは、図7に示されるA相信号IA、または、B
相信号IBを図示しないA/D変換器を介してCPU1
00に入力してディジタル信号処理により方形波に波形
整形することでパルス信号を上位信号として生成する。
このパルス信号は、スリットの有無に応じてHレベルと
Lレベルが交互に現れる信号である。
Next, the principle of angle detection when the slit disk 5 of the optical rotary encoder makes one rotation (mechanical angle of 360 °) will be described. This optical rotary encoder is used for the A-phase signal I A or B shown in FIG.
Via an A / D converter (not shown) of a phase I B CPU 1
A pulse signal is generated as a higher-order signal by inputting the signal to 00 and shaping the waveform into a square wave by digital signal processing.
This pulse signal is a signal in which the H level and the L level alternately appear according to the presence or absence of the slit.

【0015】また、先の上位信号より更に高分解能な下
位信号をA相信号IAおよびB相信号IBを演算処理して
生成する。具体的には、図7で示すようにA相信号IA
およびB相信号IBからオフセット電圧量X94を除去
した信号I'A,I'Bを作り、この信号比の逆正接を計算
する。すなわち下位信号は次式のように表される。
Further, a more high-resolution low-order signal from the previous-level signal is generated by processing the A-phase signal I A and the B phase signal I B. Specifically, as shown in Figure 7 A-phase signal I A
And the B-phase signal I signal I to remove the offset voltage amount X94 from B 'A, I' make B, and calculating the arctangent of the signal ratio. That is, the lower signal is represented by the following equation.

【0016】[0016]

【数4】 (Equation 4)

【0017】このようにして上位信号と下位信号とを求
めることができる。これら上位信号と下位信号とを組み
合わせることにより高分解能な光学式ロータリエンコー
ダを実現することが可能となる。
In this way, an upper signal and a lower signal can be obtained. By combining these upper signals and lower signals, a high-resolution optical rotary encoder can be realized.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
光学式ロータリエンコーダから得られるA相信号IA
よびB相信号IBは、光学式ロータリエンコーダの組立
誤差、受光素子の感度のばらつき、LEDの照明むらな
どに影響される。この影響のためオフセット電圧にはオ
フセット電圧誤差ΔXA,ΔXBが、信号振幅には信号振
幅誤差ΔYA,ΔYBが、および位相には位相誤差Δ
θA,ΔθBが発生し、これら誤差の影響によりA相信号
AおよびB相信号IBの波形が次式のように歪む。
[SUMMARY OF THE INVENTION] However, the actual optical A-phase signal I A and the B phase signal I B obtained from the rotary encoder assembly error of the optical rotary encoder, variations in sensitivity of the light receiving element, LED of Affected by uneven lighting. Due to this effect, the offset voltage has offset voltage errors ΔX A and ΔX B , the signal amplitude has signal amplitude errors ΔY A and ΔY B , and the phase has phase error Δ
theta A, [Delta] [theta] B is generated, the waveform of the A-phase signal I A and the B phase signal I B is distorted as in the following equation by the influence of these errors.

【0019】[0019]

【数5】 (Equation 5)

【0020】これらのIAreal,IBrealのように波形が
歪む場合、下位信号である回転角には次式に示すように
角度誤差Δθが発生する。
When the waveform is distorted like these I Areal and I Breal , an angle error Δθ is generated in the rotation angle as a lower signal as shown in the following equation.

【0021】[0021]

【数6】 (Equation 6)

【0022】この角度誤差Δθが大きくなると、光学式
ロータリエンコーダの角度検出精度が悪化し、所定の精
度を得ることが困難になるという問題点がある。
When the angle error Δθ increases, there is a problem that the angle detection accuracy of the optical rotary encoder deteriorates and it becomes difficult to obtain a predetermined accuracy.

【0023】上述のような問題点を解決するため、本発
明は、組立誤差、受光素子の感度ばらつき、LEDの照
明むらなどに影響されて下位信号の電気角に角度誤差が
発生する事態を回避し、高精度・高分解能の検出を実現
する光学式エンコーダを提供することを目的とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention avoids a situation where an angle error occurs in the electrical angle of a lower signal due to an assembling error, variation in sensitivity of a light receiving element, unevenness in LED lighting, and the like. It is another object of the present invention to provide an optical encoder that realizes high-precision and high-resolution detection.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載の光学式エンコーダによれば、発光
素子と、前記発光素子と対向する位置に配置されて前記
発光素子からの照射光を受光する受光素子と、前記発光
素子からの照射光を透過および遮光するためのスリット
列からなる検出用トラックを有するスリット板と、を備
える光学式エンコーダであって、前記受光素子は、2次
元平面上に配置された受光セルを略直交する不感帯によ
り4群に分割してなるA群,B群,C群およびD群とい
う受光セルアレイを有し、これら4群の受光セルアレイ
から出力される光電流信号がそれぞれ異なる位相を有す
る周期信号となるように4群の受光セルアレイが配置さ
れることを特徴とする。
According to an aspect of the present invention, there is provided an optical encoder, comprising: a light emitting element; a light emitting element disposed at a position facing the light emitting element; A light receiving element that receives irradiation light, and a slit plate having a detection track formed of a slit array for transmitting and blocking irradiation light from the light emitting element, an optical encoder including: There are light receiving cell arrays A, B, C, and D which are obtained by dividing light receiving cells arranged on a two-dimensional plane into four groups by a substantially orthogonal dead zone, and output from these four groups of light receiving cell arrays. The four groups of light receiving cell arrays are arranged such that the photocurrent signals are periodic signals having different phases.

【0025】また、請求項2記載の光学式エンコーダに
よれば、請求項1に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記1群の受光セルアレイは周期的に配置された複数の
受光セルを有し、これら複数の受光セルの周期ピッチは
前記スリット板の検出用トラックのスリット列の周期ピ
ッチと同一長とすることを特徴とする。
According to the optical encoder of the second aspect, in the optical encoder of the first aspect,
The one group of light receiving cell arrays has a plurality of light receiving cells arranged periodically, and a cycle pitch of the plurality of light receiving cells is set to be the same length as a cycle pitch of a slit row of a detection track of the slit plate. Features.

【0026】また、請求項3記載の光学式エンコーダに
よれば、請求項1または請求項2に記載の光学式エンコ
ーダにおいて、前記A〜D群の受光セルアレイからそれ
ぞれ出力される光電流信号は、検出用トラックのスリッ
ト列の1周期ピッチが電気角360゜に対応する周期信
号であり、かつ、前記4群の受光セルアレイのA群とB
群、B群とC群、C群とD群、および、D群とA群の位
相差がそれぞれ電気角90゜となるように前記4群の受
光セルアレイを配置することを特徴とする。
According to the optical encoder of the third aspect, in the optical encoder of the first or second aspect, the photocurrent signals respectively output from the light receiving cell arrays of the groups A to D are: One periodic pitch of the slit row of the detection track is a periodic signal corresponding to the electrical angle of 360 °, and the four groups of the light receiving cell arrays A and B
The four groups of light receiving cell arrays are arranged so that the phase difference between each of the groups, the groups B and C, the groups C and D, and the groups D and A is 90 ° in electrical angle.

【0027】また、請求項4記載の光学式エンコーダに
よれば、請求項3に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記4群の受光セルアレイから出力された周期信号
A,IB,IC,IDを用いて検出用トラックのスリット
列の1周期ピッチ内の電気角θを算出する中央処理演算
部を備える光学式エンコーダであって、前記中央処理演
算部は、周期信号IA,IB,IC,IDを、前記数式1に
代入して電気角θを算出することを特徴とする。
According to the optical encoder of the fourth aspect, in the optical encoder of the third aspect,
The fourth group periodic signals I A output from the light receiving cell array, I B, comprises a central processing unit for calculating the I C, the electrical angle in one cycle pitch of slit rows of the detection track using I D theta an optical encoder, the central processing unit, periodic signals I a, I B, I C , the I D, and calculates the electrical angle θ is substituted into equation 1.

【0028】また、請求項5記載の光学式エンコーダに
よれば、請求項3に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記4群の受光セルアレイから出力された周期信号
A,IB,IC,IDを用いて検出用トラックのスリット
列の1周期ピッチ内の電気角θを算出する中央処理演算
部を備える光学式エンコーダであって、前記中央処理演
算部は、周期信号IA,IB,IC,IDを、前記数式2
(m、n、pは定数)に代入して電気角θを算出するこ
とを特徴とする。
According to the optical encoder of the fifth aspect, in the optical encoder of the third aspect,
The fourth group periodic signals I A output from the light receiving cell array, I B, comprises a central processing unit for calculating the I C, the electrical angle in one cycle pitch of slit rows of the detection track using I D theta an optical encoder, the central processing unit, periodic signals I a, I B, I C , the I D, equation 2
(M, n, p are constants) to calculate the electrical angle θ.

【0029】また、請求項6記載の光学式エンコーダに
よれば、請求項5に記載の光学式エンコーダにおいて、
定数が(m−n)/2 = P の条件を満たすことを
特徴とする。
According to the optical encoder of the sixth aspect, in the optical encoder of the fifth aspect,
It is characterized in that the constant satisfies the condition of (mn) / 2 = P.

【0030】また、請求項7記載の光学式エンコーダに
よれば、請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の光学
式エンコーダにおいて、前記スリット板は、検出用トラ
ックが略直線状に配置される略長方形状のスリット板で
あって、固定されたスリット板に沿って発光素子および
受光素子が対向しながらともに直線方向に移動して直線
方向の変移量を検出するリニアエンコーダとしたことを
特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the optical encoder according to any one of the first to sixth aspects, the slit plate has a detection track formed in a substantially linear shape. A substantially rectangular slit plate to be disposed, wherein the light-emitting element and the light-receiving element move along the fixed slit plate in a linear direction while facing each other, and the linear encoder detects a displacement in the linear direction. It is characterized by.

【0031】また、請求項8記載の光学式エンコーダに
よれば、請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の光学
式エンコーダにおいて、前記スリット板は、検出用トラ
ックが略円状に配置される円板状のスリット板であっ
て、スリット板を挟んで対向して配置される前記発光素
子および受光素子により、回動するスリット板の回転方
向の変移量を検出するロータリエンコーダとしたことを
特徴とする。
According to the optical encoder described in claim 8, in the optical encoder according to any one of claims 1 to 6, the slit plate has a substantially circular detection track. A disc-shaped slit plate to be disposed, wherein the light emitting element and the light receiving element disposed to face each other with the slit plate interposed therebetween are used as a rotary encoder for detecting a displacement amount of a rotating slit plate in a rotation direction. It is characterized by the following.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】以下、本発明の光学式エンコーダ
のうち特に光学式ロータリエンコーダの実施形態につい
て説明する。なお、本実施形態の光学式ロータリエンコ
ーダの構成は、従来の受光素子7に代えて受光素子70
0がプリント基板8に取り付けられている点を除いては
従来の光学式ロータリエンコーダと同じである。以下、
従来技術と同一の構成要件の説明を省略し、相違点のみ
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the optical encoder of the present invention, particularly, an optical rotary encoder will be described. The configuration of the optical rotary encoder of this embodiment is different from the conventional light receiving element 7 in that the light receiving element 70
This is the same as the conventional optical rotary encoder except that 0 is attached to the printed circuit board 8. Less than,
The description of the same components as those in the related art will be omitted, and only different points will be described.

【0033】本実施形態の受光素子700の構成につい
て説明する。図1に本実施形態の受光素子700の構成
図を示す。図1中の斜線で示した領域は受光セルを示
し、その他の領域は光を検出しない不感帯を示してい
る。この不感帯は少なくとも略十字状の不感帯があっ
て、受光セルアレイ群をA,B,C,Dの4領域に分割
している。詳しくは、図1の左下側6個の受光セル11
〜16から構成される受光セルアレイA群18、およ
び、図1の右下側6個の受光セル21〜26から構成さ
れる受光セルアレイB群28、 図1の左上側6個の受
光セル31〜36から構成される受光セルアレイC群3
8、および、図1の右上側6個の受光セル41〜46か
ら構成される受光セルアレイD群48とに分割される。
これらA群18,B群28,C群38およびD群48の
各受光セルは、それぞれ電気的に並列に接続されてい
る。
The configuration of the light receiving element 700 of this embodiment will be described. FIG. 1 shows a configuration diagram of a light receiving element 700 of the present embodiment. The hatched area in FIG. 1 indicates a light receiving cell, and the other areas indicate dead zones in which no light is detected. This dead zone has at least a substantially cross-shaped dead zone, and divides the light receiving cell array group into four regions A, B, C, and D. Specifically, the lower left six light receiving cells 11 in FIG.
1, a light receiving cell array A group 18 composed of six light receiving cells 21 to 26 in FIG. 1, and a light receiving cell array B group 28 composed of six light receiving cells 21 to 26 in FIG. Light receiving cell array C group 3 composed of 36
8 and a light receiving cell array D group 48 composed of six light receiving cells 41 to 46 on the upper right side of FIG.
The light receiving cells of the A group 18, the B group 28, the C group 38 and the D group 48 are electrically connected in parallel.

【0034】隣接する2つの受光セルの1周期ピッチ5
1(=P)は、スリット円板5の検出用トラック5aに
設けられたスリット数により決定される値である。 ま
た、隣接する2つの受光セル間を1周期ピッチPとする
と、51はP、52は0.25P、53は0.5P、5
4は1.25Pの距離となる。
One period pitch 5 between two adjacent light receiving cells
1 (= P) is a value determined by the number of slits provided on the detection track 5 a of the slit disk 5. Further, assuming that one period pitch P is between two adjacent light receiving cells, 51 is P, 52 is 0.25P, 53 is 0.5P, 5
4 is a distance of 1.25P.

【0035】このように配置することで、検出用トラッ
クのスリット列の1周期ピッチが電気角360゜に対応
する周期信号であり、A群とB群との位相差は、(90
+α×360)゜に、A群とC群との位相差は、(18
0+β×360)゜に、A群とD群との位相差は、(2
70+γ×360)゜にそれぞれなる。ここに、α,
β,γは適当な任意の整数である。本実施形態ではA群
とB群との位相差は90゜であり、A群とC群との位相
差は180゜であり、A群とD群との位相差は270゜
である。
By arranging in this manner, one period pitch of the slit row of the detection track is a periodic signal corresponding to the electrical angle of 360 °, and the phase difference between the groups A and B is (90)
+ Α × 360) ゜, the phase difference between the groups A and C is (18)
0 + β × 360) ゜, the phase difference between group A and group D is (2
70 + γ × 360) ゜. Where α,
β and γ are arbitrary arbitrary integers. In this embodiment, the phase difference between the groups A and B is 90 °, the phase difference between the groups A and C is 180 °, and the phase difference between the groups A and D is 270 °.

【0036】図2に、本実施形態の受光セルアレイのA
群18,B群28,C群38,D群48およびその周辺
部品の回路構成図を示す。図2において、A群18,B
群28,C群38,D群48のカソード側に電源(Vcc)
が接続されており、逆バイアス接続となっている。一
方、A群18のアノード側は電流電圧変換用抵抗19お
よびCPU)100内のA/D変換器(図示せず)に接続
され、電流電圧変換用抵抗19の他端は、グランドに接
地されている。以下同様に、B群28が電流電圧変換用
抵抗29に接続され、C群38が電流電圧変換用抵抗3
9に接続され、D群48が電流電圧変換用抵抗49に接
続されている。これらはA群18と同様な回路構成にな
っている。
FIG. 2 shows A of the light receiving cell array of the present embodiment.
A circuit configuration diagram of the group 18, the B group 28, the C group 38, the D group 48 and its peripheral parts is shown. In FIG. 2, group A, B
Power supply (V cc ) is applied to the cathode side of group 28, group C 38 and group D 48.
Are connected to form a reverse bias connection. On the other hand, the anode side of the A group 18 is connected to an A / D converter (not shown) in the current / voltage conversion resistor 19 and the CPU 100, and the other end of the current / voltage conversion resistor 19 is grounded. ing. Similarly, the B group 28 is connected to the current / voltage conversion resistor 29, and the C group 38 is connected to the current / voltage conversion resistor 3
9 and the D group 48 is connected to the current-voltage conversion resistor 49. These have the same circuit configuration as the group A 18.

【0037】続いて、光学式ロータリエンコーダの動作
について説明する。図4(a),(b)に示すようにL
ED6から発光された照射光がスリット円板5の検出用
トラック5aのスリットを透過して受光素子700に到
達したとする。受光素子700は、到達した照射光の光
量に比例して光電流信号を出力する。受光素子7からの
光電流信号は、図2で示すように電流電圧変換用抵抗1
9,29,39,49で電圧信号に変換され、CPU1
00が内蔵する図示しないA/D変換器によりアナログ
信号からディジタル信号に変換された上でCPU100
に取り込まれる。
Next, the operation of the optical rotary encoder will be described. As shown in FIGS. 4A and 4B, L
It is assumed that the irradiation light emitted from the ED 6 passes through the slit of the detection track 5 a of the slit disk 5 and reaches the light receiving element 700. The light receiving element 700 outputs a photocurrent signal in proportion to the amount of the irradiation light that has reached. The photocurrent signal from the light receiving element 7 is, as shown in FIG.
At 9, 29, 39 and 49, it is converted into a voltage signal,
00 is converted from an analog signal to a digital signal by an A / D converter (not shown) built in
It is taken in.

【0038】図3にCPU100に取り込まれる前のア
ナログ電圧信号を示す。縦軸は、受光素子7からの光電
流信号を電流電圧変換用抵抗19,29,39,49で
変換した電圧信号を示し、横軸は光学式ロータリエンコ
ーダの回転方向を示す。また、A相信号181は受光セ
ルアレイのA群18からの光電流信号を電圧信号に変換
したものであり、以下同様に、B相信号281はB群2
8の光電流信号に対応する電圧信号に、C相信号381
はC群38の光電流信号に対応する電圧信号に、D相信
号481はD群48の光電流信号に対応する電圧信号
に、それぞれ変換したものである。
FIG. 3 shows an analog voltage signal before being taken into the CPU 100. The vertical axis indicates the voltage signal obtained by converting the photocurrent signal from the light receiving element 7 by the current-voltage conversion resistors 19, 29, 39, and 49, and the horizontal axis indicates the rotation direction of the optical rotary encoder. The A-phase signal 181 is a signal obtained by converting the photocurrent signal from the A-group 18 of the light receiving cell array into a voltage signal.
8, a C-phase signal 381 is added to the voltage signal corresponding to the photocurrent signal.
Is a voltage signal corresponding to the photocurrent signal of the C group 38, and the D-phase signal 481 is a voltage signal corresponding to the photocurrent signal of the D group 48.

【0039】これらA相信号181,B相信号281,
C相信号381,D相信号481の1周期(電気角=3
60゜)は、スリット円板の検出用トラックにおける隣
接する2つのスリットの1周期ピッチの移動量に相当す
る。また、A相信号181,B相信号281,C相信号
381,D相信号481は先に説明したよう位相差を有
しており、次式のように表すことができる。
These A-phase signal 181, B-phase signal 281,
One cycle of C-phase signal 381 and D-phase signal 481 (electrical angle = 3
60 °) corresponds to the movement amount of one period pitch of two adjacent slits in the detection track of the slit disk. The A-phase signal 181, the B-phase signal 281, the C-phase signal 381, and the D-phase signal 481 have a phase difference as described above, and can be expressed by the following equation.

【0040】[0040]

【数7】 (Equation 7)

【0041】ここにIAはA相信号、IBはB相信号、I
CはC相信号、IDはD相信号、XはA相信号,B相信
号,C相信号,D相信号のオフセット電圧量、YはA相
信号,B相信号,C相信号,D相信号の信号振幅、ΔX
A,ΔXB,ΔXC,ΔXDはオフセット電圧量誤差、ΔY
A,ΔYB,ΔYC,ΔYDは信号振幅誤差、ΔθA,Δ
θB,ΔθC,ΔθDは位相誤差である。θはあるタイミ
ングにおける光学式ロータリエンコーダの回転角θを電
気角により示したものであり、θが360゜変化した場
合、スリット円板がスリットの1周期ピッチ分移動した
場合に相当する。このθは1周期ピッチよりさらに小さ
い分割単位の下位信号となる。
[0041] Here I A is A-phase signal, I B is B-phase signals, I
C is the C-phase signal, ID is the D-phase signal, X is the offset voltage of the A-phase signal, B-phase signal, C-phase signal, and D-phase signal, and Y is the A-phase signal, B-phase signal, C-phase signal, D Signal amplitude of phase signal, ΔX
A , ΔX B , ΔX C , ΔX D are offset voltage amount errors, ΔY
A , ΔY B , ΔY C , ΔY D are signal amplitude errors, Δθ A , Δ
θ B , Δθ C , and Δθ D are phase errors. is the electrical angle of the rotation angle θ of the optical rotary encoder at a certain timing, and when θ changes by 360 °, it corresponds to the case where the slit disk moves by one pitch of the slit. Is a lower signal of a division unit smaller than one cycle pitch.

【0042】続いて、光学式ロータリエンコーダのスリ
ット円板が1周(機械角で360゜)回転する場合の角
度検出原理について説明する。この光学式ロータリエン
コーダは、先のCPU100の信号処理により上位信号
を生成する。具体的には、図3に示されるA相信号
A、B相信号IB、C相信号IC、または、D相信号ID
を図示しないA/D変換器を介してCPU100に入力
してディジタル信号処理により方形波に波形整形するこ
とでパルス信号とする。このパルス信号は、スリットの
有無に応じてHレベルとLレベルが交互に現れる信号で
ある。
Next, the principle of angle detection when the slit disk of the optical rotary encoder makes one rotation (mechanical angle of 360 °) will be described. This optical rotary encoder generates an upper-level signal by the signal processing of the CPU 100 described above. Specifically, A-phase signal I A shown in FIG. 3, B-phase signal I B, C-phase signal I C, or,, D-phase signal I D
Is input to the CPU 100 via an A / D converter (not shown), and is shaped into a square wave by digital signal processing to be a pulse signal. This pulse signal is a signal in which the H level and the L level alternately appear according to the presence or absence of the slit.

【0043】また、A相信号IA、B相信号IB、C相信
号IC、または、D相信号IDをCPU100が演算処理
し、先の上位信号より更に高分解能とした下位信号を生
成する。具体的には数式1に代入することとなるが、ま
ず、この数式1の導出原理について説明する。まず、A
相信号IAおよびB相信号IB信号からオフセット電圧量
X94を除去した信号I'A,I'Bを作り、この信号比の
逆正接を計算する。下位信号は次式のように表される。
The CPU 100 performs arithmetic processing on the A-phase signal I A , the B-phase signal I B , the C-phase signal I C , or the D-phase signal ID, and generates a lower signal having a higher resolution than the previous upper signal. Generate. More specifically, the principle of derivation of Equation 1 will be described. First, A
Phase signal I A and the B phase signal I B signals signal to remove the offset voltage amount X94 from I 'A, I' make B, and calculating the arctangent of the signal ratio. The lower signal is represented by the following equation.

【0044】[0044]

【数8】 (Equation 8)

【0045】数式8は次式のように変形できる。Equation 8 can be modified as follows.

【0046】[0046]

【数9】 (Equation 9)

【0047】また、信号I'A,I'Bは次式のように表さ
れる。
The signals I ' A and I' B are represented by the following equations.

【0048】[0048]

【数10】 (Equation 10)

【0049】数式10の信号I'A,I'Bを数式9に代入
すると次式のように表される。
By substituting the signals I ' A and I' B of the equation (10) into the equation (9), the following equations are obtained.

【0050】[0050]

【数11】 [Equation 11]

【0051】続いて数式11を次式のように操作する。Subsequently, the equation (11) is operated as follows.

【0052】[0052]

【数12】 (Equation 12)

【0053】ここに三角関数の公式を示す。Here, the formula of the trigonometric function is shown.

【0054】[0054]

【数13】 (Equation 13)

【0055】数式13を用いて数式12を操作すると、
次式のように変換される。
By manipulating equation 12 using equation 13,
It is converted as follows:

【0056】[0056]

【数14】 [Equation 14]

【0057】ここで分母と分子を次式に示すような変数
M,Nに変換する。
Here, the denominator and the numerator are converted into variables M and N as shown in the following equations.

【0058】[0058]

【数15】 (Equation 15)

【0059】すると数式14は、次式のように表され
る。
Then, Equation 14 is expressed as the following equation.

【0060】[0060]

【数16】 (Equation 16)

【0061】一方、A群,B群,C群およびD群の各受
光セルアレイから得られる光電流信号は数式7を各々変
形した次式で表される。
On the other hand, the photocurrent signals obtained from the light receiving cell arrays of the groups A, B, C, and D are expressed by the following equations, respectively, obtained by modifying the equation (7).

【0062】[0062]

【数17】 [Equation 17]

【0063】続いて、A群,B群,C群及びD群の各受
光セルアレイから出力される光電流信号に含まれる誤差
成分を平均化する。数式17を用いて次式のように変形
する。
Subsequently, error components included in the photocurrent signals output from the light receiving cell arrays of the groups A, B, C and D are averaged. Using Equation 17, the following equation is used.

【0064】[0064]

【数18】 (Equation 18)

【0065】このようにして求めたM1およびM2を用
いて次式のように和を求める。
Using M1 and M2 thus obtained, a sum is obtained as in the following equation.

【0066】[0066]

【数19】 [Equation 19]

【0067】ここでΔXA,ΔXB,ΔXC,ΔXDの誤差
は、お互いに相殺することによりオフセット電圧誤差を
低減する。また、ΔXとX、ΔYとY、Δθとθは、誤
差が充分に小さいため、次式に示すような関係にある。
Here, the errors of ΔX A , ΔX B , ΔX C and ΔX D cancel each other to reduce the offset voltage error. Further, ΔX and X, ΔY and Y, and Δθ and θ have sufficiently small errors, and thus have the relationship shown in the following equation.

【0068】[0068]

【数20】 (Equation 20)

【0069】このためM1≒M2と表すことができ、次
式のように表せる。
Therefore, it can be expressed as M1MM2, and can be expressed as the following equation.

【0070】[0070]

【数21】 (Equation 21)

【0071】続いて、数式18,19と同様に、数式1
7を用いて次式のように変形する。
Subsequently, similarly to the equations (18) and (19), the equation (1)
7, the following equation is used.

【0072】[0072]

【数22】 (Equation 22)

【0073】このようにして求めたN1およびN2を用
いて次式のように和を求める。
Using N1 and N2 obtained in this manner, a sum is obtained as in the following equation.

【0074】[0074]

【数23】 (Equation 23)

【0075】ここでΔXA,ΔXB,ΔXC,ΔXDの誤差
は、お互いに相殺することによりオフセット電圧誤差を
低減する。また、ΔXとX、ΔYとY、Δθとθは、誤
差が充分に小さいため、N1≒−(−N2)となるので
次式のように表せる。
Here, the errors of ΔX A , ΔX B , ΔX C and ΔX D cancel each other to reduce the offset voltage error. Further, ΔX and X, ΔY and Y, Δθ and θ are N1 ≒ − (− N2) because the error is sufficiently small, so that they can be expressed by the following equation.

【0076】[0076]

【数24】 (Equation 24)

【0077】数式21および数式24を数式16に代入
すると、次式のように展開できる。
By substituting equations (21) and (24) into equation (16), the following equation can be obtained.

【0078】[0078]

【数25】 (Equation 25)

【0079】よって、下位信号となる電気角θは次式の
ように表される。
Therefore, the electrical angle θ serving as the lower signal is expressed by the following equation.

【0080】[0080]

【数26】 (Equation 26)

【0081】CPU100は、図示しないA/D変換器
を介して入力されたA相信号IA、B相信号IB、C相信
号IC、または、D相信号IDを数式26に代入し、先の
上位信号より更に高分解能な下位信号である電気角θを
生成する。本実施形態ではこのようにして上位信号と下
位信号とを求めることができる。これら上位信号と下位
信号とを組み合わせることにより高分解能な変位量を検
出できる光学式ロータリエンコーダを実現することが可
能となる。
The CPU 100 substitutes the A-phase signal I A , the B-phase signal I B , the C-phase signal I C , or the D-phase signal I D input via an A / D converter (not shown) into Equation 26. , An electrical angle θ, which is a lower signal having a higher resolution than the previous upper signal. In this embodiment, the upper signal and the lower signal can be obtained in this way. By combining these upper signal and lower signal, it becomes possible to realize an optical rotary encoder capable of detecting a displacement amount with high resolution.

【0082】続いて、本発明の第2実施形態について説
明する。本実施形態では演算処理内容を変えて誤差成分
の平均化を行うものである。まず、第1実施形態で説明
した数式16を次式のように変形する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the averaging of the error component is performed by changing the content of the arithmetic processing. First, Expression 16 described in the first embodiment is modified as follows.

【0083】[0083]

【数27】 [Equation 27]

【0084】さらに、数式27の分子の右側と左側をそ
れぞれ次式のように変形する。
Further, the right and left sides of the numerator of the equation (27) are modified as follows.

【0085】[0085]

【数28】 [Equation 28]

【0086】数式28から数式27は次式のように変形
される。
Equations (28) to (27) are transformed as follows.

【0087】[0087]

【数29】 (Equation 29)

【0088】数式18で求めたM1,M2を、また、数
式24で求めたNを数式29に代入すると次式のように
変形される。
By substituting M1 and M2 obtained by Expression 18 and N obtained by Expression 24 into Expression 29, the following modification is made.

【0089】[0089]

【数30】 [Equation 30]

【0090】よって、電気角θは次式のように表され
る。
Therefore, the electrical angle θ is expressed by the following equation.

【0091】[0091]

【数31】 (Equation 31)

【0092】数式27,28におけるこのような分割方
法を一般式に変更すると次式のようになる。
When such a division method in Expressions 27 and 28 is changed to a general expression, the following expression is obtained.

【0093】[0093]

【数32】 (Equation 32)

【0094】ここにm,n,pは次式のような関係を満
たす。
Here, m, n, and p satisfy the following relationship.

【0095】[0095]

【数33】 [Equation 33]

【0096】ここに第2実施形態では、m=3,n=
1,p=1として計算している。これらm,n,pは設
計者が光学式ロータリエンコーダの要求精度とCPU1
00の処理能力等を勘案して任意に設定することが可能
である。このようにCPU100は、図示しないA/D
変換器を介して入力されたA相信号IA、B相信号IB
C相信号IC、または、D相信号IDを数式32に代入し
て先の上位信号より更に高分解能な下位信号である電気
角θを生成するものである。本実施形態ではこれら上位
信号と下位信号とを組み合わせることにより高分解能な
変位量を検出できる光学式ロータリエンコーダを実現す
ることが可能となる。
Here, in the second embodiment, m = 3, n =
1, p = 1. These m, n, and p are determined by the designer according to the required accuracy of the optical rotary encoder and the CPU 1.
It can be arbitrarily set in consideration of the processing capacity of 00 and the like. As described above, the CPU 100 controls the A / D (not shown).
A-phase signal I A , B-phase signal I B ,
By substituting the C-phase signal I C or the D-phase signal ID into Equation 32, an electrical angle θ which is a lower signal having a higher resolution than the previous upper signal is generated. In the present embodiment, it is possible to realize an optical rotary encoder that can detect a high-resolution displacement amount by combining the upper signal and the lower signal.

【0097】以上、第1,第2実施形態の光学式ロータ
リエンコーダはCPU100が上位信号と下位信号を算
出し、これらを用いることで高分解能に位置を割り出し
てそれに対応する信号出力することができる。また、C
PU100は、上位信号または下位信号を単独に出力す
るようにしても良い。これら出力は、要求に応じて適宜
選択が可能である。
As described above, in the optical rotary encoders of the first and second embodiments, the CPU 100 calculates the upper signal and the lower signal, and by using these, the position can be determined with high resolution and the corresponding signal can be output. . Also, C
The PU 100 may output the upper signal or the lower signal independently. These outputs can be appropriately selected according to requirements.

【0098】また、図示しないものの、CPU100が
A/D変換器を内蔵しないような形式であっても、CP
U100の前段にコンパレータをA群,B群,C群,D
群用にそれぞれ配置して対応することもできる。コンパ
レータの有無はCPU100に応じて適宜設計される。
Although not shown, even if the CPU 100 does not have a built-in A / D converter,
Comparators A, B, C, D
It can also be arranged and used for groups. The presence or absence of the comparator is appropriately designed according to the CPU 100.

【0099】なお、第1、第2実施形態では光学式ロー
タリエンコーダについて説明した。しかしながら、本発
明は光学式ロータリエンコーダに限定するものではな
く、電気角を検出するようにした光学式リニアエンコー
ダにも適用できる。光学式ロータリエンコーダがスリッ
ト円板を回転させるのに対し、光学式リニアエンコーダ
は発光素子と受光素子を一体に取り付けた検出部を移動
させる点で相違するものの下位信号は電気角θを用いる
などその原理は同じである。本発明を適用した光学式リ
ニアエンコーダでも高分解能化を実現できる。
In the first and second embodiments, the optical rotary encoder has been described. However, the present invention is not limited to the optical rotary encoder, but can be applied to an optical linear encoder that detects an electrical angle. While the optical rotary encoder rotates the slit disk, the optical linear encoder is different in that it moves the detection unit with the light emitting element and light receiving element integrated, but the lower signal uses the electrical angle θ. The principle is the same. Higher resolution can be realized even with an optical linear encoder to which the present invention is applied.

【0100】[0100]

【発明の効果】以上、本発明によれば、組立誤差、受光
素子の感度ばらつき、LEDの照明むらなどに影響され
て下位信号の電気角に角度誤差が発生する事態を回避
し、高精度・高分解能の検出を実現する光学式エンコー
ダを提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to avoid a situation in which an angle error occurs in the electrical angle of the lower signal due to an assembly error, a variation in the sensitivity of the light receiving element, unevenness in the illumination of the LED, etc. An optical encoder realizing high-resolution detection can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態の光学式ロータリエンコーダ
の受光素子の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a light receiving element of an optical rotary encoder according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態の光学式ロータリエンコーダ
の受光セルアレイのA群,B群,C群,D群およびその
周辺部品の回路構成図である。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of groups A, B, C, and D of a light receiving cell array of an optical rotary encoder according to an embodiment of the present invention and peripheral components thereof.

【図3】本発明の実施形態の光学式ロータリエンコーダ
のCPUに取り込まれる前のアナログ電圧信号である。
FIG. 3 is an analog voltage signal before being taken into the CPU of the optical rotary encoder according to the embodiment of the present invention.

【図4】光学式ロータリエンコーダの構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of an optical rotary encoder.

【図5】従来の光学式ロータリエンコーダの受光素子の
構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a light receiving element of a conventional optical rotary encoder.

【図6】従来の光学式ロータリエンコーダの受光セルア
レイのA群,B群およびその周辺部品の回路構成図であ
る。
FIG. 6 is a circuit configuration diagram of groups A and B of a light receiving cell array of a conventional optical rotary encoder and peripheral components thereof.

【図7】従来の光学式ロータリエンコーダのCPUに取
り込まれる前のアナログ電圧信号である。
FIG. 7 is an analog voltage signal before being taken into a CPU of a conventional optical rotary encoder.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エンコーダケース 2 ベアリング 3 ベアリング 4 中空軸 5 スリット円板 5a 検出用トラック 6 LED 700 受光素子 8 プリント基板 18 受光セルアレイA 28 受光セルアレイB 38 受光セルアレイC 48 受光セルアレイD 11〜16 受光セル 21〜26 受光セル 31〜36 受光セル 41〜46 受光セル 51 セル間のピッチP 52 0.25P 53 0.5P 54 1.25P 19,29,39,49 電流電圧変換用抵抗 90 A相とB相の位相差 91 A相の振幅 92 B相の振幅 93 オフセット電圧誤差
量 94 オフセット電圧量 95 B相の1周期長 181 A相信号 281 B相信号 381 C相信号 481 D相信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Encoder case 2 Bearing 3 Bearing 4 Hollow shaft 5 Slit disk 5a Detection track 6 LED 700 Light receiving element 8 Printed circuit board 18 Light receiving cell array A 28 Light receiving cell array B 38 Light receiving cell array C 48 Light receiving cell array D 11-16 Light receiving cells 21-26 Light receiving cells 31 to 36 Light receiving cells 41 to 46 Light receiving cells 51 Pitch between cells P 52 0.25P 53 0.5P 54 1.25P 19, 29, 39, 49 Current / voltage conversion resistor 90 A phase and B phase Phase difference 91 A phase amplitude 92 B phase amplitude 93 Offset voltage error amount 94 Offset voltage amount 95 One cycle length of B phase 181 A phase signal 281 B phase signal 381 C phase signal 481 D phase signal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長坂 泰光 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 吉澤 徹 東京都小金井市中町2−24−16 東京農工 大学内 (72)発明者 大谷 幸利 東京都小金井市中町2−24−16 東京農工 大学内 Fターム(参考) 2F103 BA00 BA07 CA01 CA02 DA12 DA13 EA12 EA15 EB06 EB12 EB16 ED01 ED27 FA00 FA16 FA17  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yasumitsu Nagasaka 1-1-1, Tanabe-Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Electric Co., Ltd. (72) Inventor Tohru Yoshizawa 2-24-16 Nakamachi, Koganei-shi, Tokyo University of Agriculture and Technology (72) Inventor Yukitoshi Otani 2-24-16 Nakamachi, Koganei-shi, Tokyo F-term (reference) 2F103 BA00 BA07 CA01 CA02 DA12 DA13 EA12 EA15 EB06 EB12 EB16 ED01 ED27 FA00 FA16 FA17

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】発光素子と、 前記発光素子と対向する位置に配置されて前記発光素子
からの照射光を受光する受光素子と、 前記発光素子からの照射光を透過および遮光するための
スリット列からなる検出用トラックを有するスリット板
と、 を備える光学式エンコーダであって、 前記受光素子は、2次元平面上に配置された受光セルを
略直交する不感帯により4群に分割してなるA群,B
群,C群およびD群という受光セルアレイを有し、これ
ら4群の受光セルアレイから出力される光電流信号がそ
れぞれ異なる位相を有する周期信号となるように4群の
受光セルアレイが配置されることを特徴とする光学式エ
ンコーダ。
A light-emitting element; a light-receiving element disposed at a position facing the light-emitting element to receive light emitted from the light-emitting element; and a slit array for transmitting and blocking light emitted from the light-emitting element. An optical encoder comprising: a slit plate having a detection track comprising: a light-receiving element, wherein the light-receiving element is formed by dividing light-receiving cells arranged on a two-dimensional plane into four groups by a substantially orthogonal dead zone; , B
Group, C group and D group, and four groups of light receiving cell arrays are arranged such that photocurrent signals output from the four groups of light receiving cell arrays become periodic signals having different phases. Characteristic optical encoder.
【請求項2】請求項1に記載の光学式エンコーダにおい
て、 前記1群の受光セルアレイは周期的に配置された複数の
受光セルを有し、これら複数の受光セルの周期ピッチは
前記スリット板の検出用トラックのスリット列の周期ピ
ッチと同一長とすることを特徴とする光学式エンコー
ダ。
2. The optical encoder according to claim 1, wherein said one group of light receiving cell arrays has a plurality of light receiving cells arranged periodically, and a period pitch of said plurality of light receiving cells is equal to that of said slit plate. An optical encoder characterized in that it has the same length as the periodic pitch of a slit row of a detection track.
【請求項3】請求項1または請求項2に記載の光学式エ
ンコーダにおいて、 前記A〜D群の受光セルアレイからそれぞれ出力される
光電流信号は、検出用トラックのスリット列の1周期ピ
ッチが電気角360゜に対応する周期信号であり、か
つ、前記4群の受光セルアレイのA群とB群、B群とC
群、C群とD群、および、D群とA群の位相差がそれぞ
れ電気角90゜となるように前記4群の受光セルアレイ
を配置することを特徴とする光学式エンコーダ。
3. The optical encoder according to claim 1, wherein a photocurrent signal output from each of the light receiving cell arrays of the groups A to D has an electric pitch of one period of a slit row of a detection track. A periodic signal corresponding to an angle of 360 °, and the four groups of light receiving cell arrays A and B, B and C
An optical encoder, wherein the four groups of light receiving cell arrays are arranged such that the phase differences between the groups, the C and D groups, and the D and A groups each have an electrical angle of 90 °.
【請求項4】請求項3に記載の光学式エンコーダにおい
て、 前記4群の受光セルアレイから出力された周期信号
A,IB,IC,IDを用いて検出用トラックのスリット
列の1周期ピッチ内の電気角θを算出する中央処理演算
部を備える光学式エンコーダであって、 前記中央処理演算部は、 周期信号IA,IB,IC,IDを 【数1】 に代入して電気角θを算出することを特徴とする光学式
エンコーダ。
4. The optical encoder according to claim 3, of the output from the four groups of light receiving cell array periodic signals I A, I B, I C , slit rows of the detection track using I D 1 an optical encoder comprising a central processing unit for calculating the electrical angle θ in the cycle pitch, the central processing unit, periodic signals I a, I B, I C , ## EQU1 ## the I D An optical encoder characterized in that the electrical angle θ is calculated by substituting the electric angle into the electric angle θ.
【請求項5】請求項3に記載の光学式エンコーダにおい
て、 前記4群の受光セルアレイから出力された周期信号
A,IB,IC,IDを用いて検出用トラックのスリット
列の1周期ピッチ内の電気角θを算出する中央処理演算
部を備える光学式エンコーダであって、 前記中央処理演算部は、 周期信号IA,IB,IC,IDを 【数2】 (m、n、pは定数)に代入して電気角θを算出するこ
とを特徴とする光学式エンコーダ。
5. The optical encoder according to claim 3, of the output from the four groups of light receiving cell array periodic signals I A, I B, I C , slit rows of the detection track using I D 1 an optical encoder comprising a central processing unit for calculating the electrical angle θ in the cycle pitch, the central processing unit, periodic signals I a, I B, I C , equation 2] the I D (M, n, p are constants) to calculate the electrical angle θ.
【請求項6】請求項5に記載の光学式エンコーダにおい
て、 定数が(m−n)/2 = P の条件を満たすことを
特徴とする光学式エンコーダ。
6. The optical encoder according to claim 5, wherein the constant satisfies a condition of (mn) / 2 = P.
【請求項7】請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の
光学式エンコーダにおいて、 前記スリット板は、検出用トラックが略直線状に配置さ
れる略長方形状のスリット板であって、 固定されたスリット板に沿って発光素子および受光素子
が対向しながらともに直線方向に移動して直線方向の変
移量を検出するリニアエンコーダとしたことを特徴とす
る光学式エンコーダ。
7. The optical encoder according to claim 1, wherein the slit plate is a substantially rectangular slit plate on which detection tracks are arranged substantially linearly. An optical encoder, wherein a light-emitting element and a light-receiving element move in a linear direction while being opposed to each other along a fixed slit plate to detect a displacement in the linear direction.
【請求項8】請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の
光学式エンコーダにおいて、 前記スリット板は、検出用トラックが略円状に配置され
る円板状のスリット板であって、 スリット板を挟んで対向して配置される前記発光素子お
よび受光素子により、回動するスリット板の回転方向の
変移量を検出するロータリエンコーダとしたことを特徴
とする光学式エンコーダ。
8. The optical encoder according to claim 1, wherein the slit plate is a disk-shaped slit plate on which detection tracks are arranged in a substantially circular shape. An optical encoder, characterized in that the optical encoder is a rotary encoder that detects the amount of displacement of the rotating slit plate in the rotation direction by the light emitting element and the light receiving element arranged to face each other with the slit plate interposed therebetween.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003035569A (en) * 2001-07-25 2003-02-07 Fuji Electric Co Ltd Optical encoder
CN101915590B (en) * 2005-09-14 2013-02-06 霍尼韦尔国际公司 Position detection utilizing an array of magnetic sensors

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