JP2003177036A - Photoelectric encoder - Google Patents

Photoelectric encoder

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Publication number
JP2003177036A
JP2003177036A JP2001378359A JP2001378359A JP2003177036A JP 2003177036 A JP2003177036 A JP 2003177036A JP 2001378359 A JP2001378359 A JP 2001378359A JP 2001378359 A JP2001378359 A JP 2001378359A JP 2003177036 A JP2003177036 A JP 2003177036A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
angle
transmissive
scale
transmissive portion
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001378359A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hajime Nakajima
一 仲嶋
Hirokazu Sakuma
浩和 佐久間
Yukio Aoki
幸男 青木
Takashi Okamuro
貴士 岡室
Toru Oka
徹 岡
Yoichi Omura
陽一 大村
Masahiko Sakamoto
雅彦 阪本
Koichi Sugimoto
耕一 杉本
Toshikazu Satone
俊和 佐土根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2001378359A priority Critical patent/JP2003177036A/en
Publication of JP2003177036A publication Critical patent/JP2003177036A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an photoelectric encoder which makes the transmission factor of a scale have a desired property easily. <P>SOLUTION: This encoder is provided with a light emitting portion 13 for receiving light from a light generation means 6 via a transmission portion 10c of a code disk 11. A reduced value W of the width of each nontransmission part 9a into an angle is made constant. A first reduced value which is a reduced value into an angle of the distance from an n-th nontransmission part 9a up to an (n+1)-th nontransmission part 9a, is represented as P<SB>n</SB>, an angle based on the position of the nontransmission part 9a formed for the n-th time is represented as θ<SB>n</SB>, and the transmission factor of the code disk 11 is represented by a function T(θ<SB>n</SB>) of the angle θ<SB>n</SB>. The nontransmission part 9a is formed at a position of the first reduced value P<SB>n</SB>, and the angle θ<SB>n</SB>determined by the following recurrence formula T(θ<SB>n</SB>)=(P<SB>n</SB>-W)/P<SB>n</SB>θ<SB>n+1</SB>=θ<SB>n</SB>+P<SB>n</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、モータの回転軸等
に取り付けて、その回転軸等の位置検出に用いられる光
電式エンコーダ(以下、適宜エンコーダという)に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectric encoder (hereinafter appropriately referred to as an encoder) which is attached to a rotating shaft of a motor and used for detecting the position of the rotating shaft.

【従来の技術】[Prior art]

【0002】従来のエンコーダを特開昭60−1401
19号公報によって説明する。該公報の記載よるエンコ
ーダは、パターン(光学格子)を有する固定部と、パタ
ーンを有するスケール(コード円板)との相対的な移動量
に伴い、受光部の光量が変化することを利用してスケー
ルの回転角度を検出するように構成されている。ここ
で、パターンは、固定部及びスケールにV形状の突起を
多数設け、該突起が光の非透過部として作用し、平坦部
が光の透過部として作用することを用いて形成されてい
る。したがって、簡易な構成でエンコーダを製作できる
ものである。
A conventional encoder is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-1401.
This will be described with reference to Japanese Patent Publication No. The encoder described in the publication uses the fact that the light quantity of the light receiving section changes in accordance with the relative movement amount of the fixed section having the pattern (optical grating) and the scale having the pattern (code disc). It is configured to detect the rotation angle of the scale. Here, the pattern is formed by providing a large number of V-shaped protrusions on the fixed portion and the scale, the protrusions acting as non-transmissive portions of light, and the flat portions acting as transmissive portions of light. Therefore, the encoder can be manufactured with a simple structure.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記エ
ンコーダは、固定部及びスケールの双方にパターンを設
けなければならず、構造が複雑である。ここで、固定部
を省き、スケールのみでエンコーダを構成すると、前記
パターンは、透過部及び非透過部とが一定幅、一定間隔
の繰返しにより形成されているので、スケールの透過率
が回転角度にかかわらず一定となり、受光部の出力も一
定となり回転角度を検出できないという問題が生じる。
したがって、スケールの透過率を回転角度に対応して正
弦波等に形成することによりスケールの回転角度を検出
することが考えられる。しかしながら、スケールのパタ
ーンを形成すべき非透過部及び透過部の幅、非透過部及
び透過部の繰り返しの間隔をどのように定めるかが容易
ではないという問題点があった。
However, the encoder has a complicated structure because the encoder and the scale must be provided with patterns. Here, if the fixed part is omitted and the encoder is configured only with the scale, the pattern has the transmissive part and the non-transmissive part formed by repeating the constant width and the constant interval. Regardless, it becomes constant, the output of the light receiving unit becomes constant, and the problem that the rotation angle cannot be detected occurs.
Therefore, it is conceivable to detect the rotation angle of the scale by forming the transmittance of the scale into a sine wave or the like corresponding to the rotation angle. However, there is a problem in that it is not easy to determine the width of the non-transmissive part and the transmissive part where the pattern of the scale is to be formed, and how to repeat the non-transmissive part and the transmissive part.

【0004】一方、特開昭64−88313号公報、特
開昭64−88314号公報の記載によるエンコーダ
は、光の非透過部及び透過部の比が異なる又は同一ピッ
チの格子トラックが設けられた光電装置によって照射さ
れる平行光を回折するスケールと、スケールで回折され
た回折光のうち次数の異なる複数の回折光を受光して各
回折光の強度に応じた電気信号に変換する光電変換部と
から成っている。前記エンコーダは、可干渉性を有する
レーザなどから発生した平行光を、スケールを介して次
数の異なる多数の回折光を得て、該回折光を受光して光
電変換部により各次数の回折光の強度に応じた電気信号
に変換しているので、スケールの移動に伴って正弦波等
の電気信号が得られるものである。
On the other hand, the encoders described in JP-A-64-88313 and JP-A-64-88314 are provided with grating tracks having different light non-transmission and transmission ratios or the same pitch. A scale that diffracts parallel light emitted by a photoelectric device, and a photoelectric conversion unit that receives a plurality of diffracted lights of different orders among the diffracted lights diffracted by the scale and converts the diffracted light into an electric signal corresponding to the intensity of each diffracted light. And consists of. The encoder obtains a large number of diffracted lights of different orders through a scale for parallel light generated from a laser having coherence, receives the diffracted light, and converts the diffracted light of each order by a photoelectric conversion unit. Since the electric signal is converted into an electric signal according to the intensity, an electric signal such as a sine wave can be obtained as the scale moves.

【0005】しかしながら、前記エンコーダは、回折を
利用しているので、レーザ等の可干渉性を有する光を発
生させることが必須なる。したがって、発光ダイオード
等から発生する非可干渉性の光を利用するエンコーダに
は適用できないという問題点があった。
However, since the encoder uses diffraction, it is indispensable to generate coherent light such as a laser. Therefore, there is a problem that it cannot be applied to an encoder that uses incoherent light generated from a light emitting diode or the like.

【0006】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、非可干渉性の光発生手段を用い、一定の長さ
から成る透過部を複数有すると共に、前記光を透過させ
ない一定の長さから成る非透過部を複数有するスケール
に所望の透過率の特性を持たせることにより、スケール
の位置情報を容易に生成させる簡易な光学式エンコーダ
を提供することを目的とするものである。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and uses a non-coherent light generating means, has a plurality of transmitting portions of a constant length, and has a constant length that does not transmit the light. It is an object of the present invention to provide a simple optical encoder that easily generates scale position information by giving a scale having a plurality of non-transmissive portions having a desired transmittance characteristic.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段、発明の作用及び効果】第
1の発明に係る光学式エンコーダは、非可干渉性の光を
発生する光発生手段と、前記光を透過させる一定の長さ
から成る透過部を複数有し、前記光を透過させない一定
の長さから成る非透過部を複数有すると共に、前記透過
部と前記非透過部によって位置情報が生成されるスケー
ルと、前記光を、前記スケールを介して受光する受光手
段と、前記光発生手段、前記受光手段と前記スケールと
が相対的に移動する相対移動機構とを備え、前記非透過
部の幅を角度に換算した第1の換算値Wを一定とし、前
記非透過部のn番目からn+1番目までの距離を角度に
換算した第2の換算値をPとし、前記n番目に設けら
れた前記非透過部の位置に基づく第1の角度をθ
し、前記スケールの透過率を前記第1の角度θの関数
T(θ)[T(θ)が一定を除く]とし、 T(θ)=(Pn−W)/Pn θn+1=θ+Pn から成る漸化式で定まる前記第1の角度θ、前記第2
の換算値Pnの位置に前記非透過部を設けた、ことを特
徴とするものである。なお、関数T(θ)が一定を除い
たのは、スケールの透過率(θ)が一定であれば、スケ
ールと受光手段との相対移動位置を検出できないからで
ある。かかる光学式エンコーダによれば、スケールの透
過率を第1の角度θの関数T(θ)として定め、非透
過部の幅を角度に換算した第1の換算値Wを一定とし
て、上式に基づいて第1の角度θ、第2の換算値P
を求めた位置に非透過部を設けたので、所望の透過率を
有するスケールを容易に製作できる。したがって、光発
生手段から発生した光を、所望の透過率を有するスケー
ルを介して受光手段が受光するので、スケールの位置情
報に基づいて受光手段の出力特性を所望のものに生成で
きる。しかも、非干渉性の光発生手段を用い、透過部及
び非透過部から成る位置情報をスケールのみに備えたの
で、簡易な光学式エンコーダを得ることができるという
効果がある。
Means for Solving the Problems, Action and Effect of the Invention The optical encoder according to the first invention comprises a light generating means for generating incoherent light and a fixed length for transmitting the light. A plurality of transmissive portions, and a plurality of non-transmissive portions having a fixed length that does not transmit the light, and a scale in which position information is generated by the transmissive portions and the non-transmissive portions, and the light, A first conversion in which a width of the non-transmissive portion is converted into an angle, which includes a light receiving unit that receives light through a scale, a light generation unit, and a relative movement mechanism that relatively moves the light receiving unit and the scale. A value W is constant, a second conversion value obtained by converting the distance from the nth to the n + 1th of the non-transmissive portion into an angle is P n, and the second value based on the position of the non-transmissive portion provided at the nth position is set. The angle of 1 is θ n , Let T (θ n ) = (P n −W) / P n θ n + 1 = θ n, where T is the function of the first angle θ n , T (θ n ) [T (θ n ) is not constant). + P n, the first angle θ n determined by the recurrence formula, and the second angle
The non-transmissive portion is provided at the position of the converted value P n . The function T (θ n ) is excluded from being constant because the relative movement position between the scale and the light receiving means cannot be detected if the transmittance (θ n ) of the scale is constant. According to such an optical encoder, the transmittance of the scale is defined as a function T (θ n ) of the first angle θ n , and the first conversion value W obtained by converting the width of the non-transmission part into an angle is set to a constant value. Based on the formula, the first angle θ n and the second conversion value P n
Since the non-transmissive portion is provided at the position obtained by, the scale having a desired transmittance can be easily manufactured. Therefore, since the light receiving means receives the light generated from the light generating means via the scale having a desired transmittance, it is possible to generate the desired output characteristic of the light receiving means based on the position information of the scale. Moreover, since the non-coherent light generating means is used and the positional information including the transmitting portion and the non-transmitting portion is provided only in the scale, there is an effect that a simple optical encoder can be obtained.

【0008】第2の発明に係る光学式エンコーダは、非
可干渉性の光を発生する光発生手段と、前記光を透過さ
せる一定の長さから成る透過部を複数有し、前記光を透
過させない一定の長さから成る非透過部を複数有すると
共に、前記透過部と前記非透過部によって位置情報が生
成されるスケールと、前記光を、前記スケールを介して
受光する受光手段と、前記光発生手段、前記受光手段と
前記スケールとが相対的に移動する相対移動機構とを備
え、隣り合う前記非透過部間の距離を角度に換算した第
3の換算値Pを一定とし、n番目に設けられた前記非透
過部の位置に基づく第1の角度をθとし、前記スケー
ルの透過率を前記第1の角度θの関数T(θ) [T
)が一定を除く]とし、n番目に設けられた前記非
透過部の幅を角度に換算した第4の換算値Wnとして下
式で決定される、 T(θ)=(P−Wn)/P 前記第1の角度θの位置に、前記第4の換算値Wn
幅を有する前記非透過部を設けた、ことを特徴とするも
のである。なお、関数T(θ)が一定を除いたのは、第
1の発明と同様な理由からである。かかる光学式エンコ
ーダによれば、スケールの透過率を第1の角度θの関
数T(θ)として定め、第3の換算値Pを一定として、
上式に基づいて第1の角度θの位置に第4の換算値W
の幅を有する非透過部を設けるので、所望の透過率を
有するスケールを容易に製作ができる。したがって、光
発生手段から発生した光を、所望の透過率を有するスケ
ールを介して受光手段が受光するので、スケールの位置
情報に基づいて受光手段の出力特性を所望のものに生成
できる。しかも、非干渉性の光発生手段を用い、透過部
と非透過部から成るパターンをスケールのみに備えたの
で、簡易な光学式エンコーダを得ることができるという
効果がある。
An optical encoder according to a second aspect of the invention has a plurality of light generating means for generating incoherent light and a plurality of transmitting portions having a certain length for transmitting the light, and transmitting the light. Not having a plurality of non-transmissive portions having a constant length, a scale for which positional information is generated by the transmissive portions and the non-transmissive portions, a light receiving means for receiving the light through the scale, and the light A third conversion value P obtained by converting the distance between the adjacent non-transmissive parts into an angle is set to be constant, and the nth position is provided. The first angle based on the position of the non-transmissive portion provided is θ n, and the transmittance of the scale is a function T (θ n ) [T of the first angle θ n.
n ) is not constant], and is determined by the following equation as a fourth conversion value W n obtained by converting the width of the non-transmissive portion provided at the n-th position into an angle, T (θ n ) = ( P−W n ) / P The non-transmissive portion having the width of the fourth converted value W n is provided at the position of the first angle θ n . The reason why the function T (θ n ) is not constant is for the same reason as in the first invention. According to such an optical encoder, the transmittance of the scale is determined as the function T (θ n ) of the first angle θ n , the third conversion value P is constant, and
The fourth conversion value W is set at the position of the first angle θ n based on the above equation.
Since the non-transmissive portion having a width of n is provided, a scale having a desired transmittance can be easily manufactured. Therefore, since the light receiving means receives the light generated from the light generating means via the scale having a desired transmittance, it is possible to generate the desired output characteristic of the light receiving means based on the position information of the scale. Moreover, since the non-coherent light generating means is used and only the scale is provided with the pattern including the transmissive portion and the non-transmissive portion, there is an effect that a simple optical encoder can be obtained.

【0009】第3の発明に係る光学式エンコーダは、第
1又は第2の発明において、透過率の最大値、最小値を
それぞれTmax、minとすると、前記T(θ)が下式と
なることを特徴とするものである。 T(θ)=(Tmax +Tmin)/2+{(Tmax−Tmin)sin
θ}/2 前記T(θ)を第1の発明におけるT(θn)=(Pn−W)
/Pnに代入して第2の換算値Pnを求めれば下式とな
り、 Pn=W/[1−(Tmax+Tmin)]/2−{(Tmax−T
min )sinθn}/2] 第2の換算値Pnと第1の発明におけるθn+1=θ
+Pnとから成る漸化式で求めた第1の角度θ、第2
の換算値Pnの位置に非透過部を設けたスケールを作製
することにより、スケールの位置情報に対してスケール
の透過率を正弦波にすることができる。
An optical encoder according to a third aspect of the present invention is the optical encoder according to the first or second aspect of the invention, wherein T (θ n ) is the following equation, where T max and T min are the maximum and minimum values of transmittance, respectively. It is characterized in that T (θ n ) = (T max + T min ) / 2 + {(T max −T min ) sin
θ n} / 2 wherein T (theta n) the T in the first aspect of the present invention (θ n) = (P n -W)
If the second conversion value Pn is obtained by substituting it into / Pn , the following equation is obtained: Pn = W / [1- ( Tmax + Tmin )] / 2-{( Tmax- T
min ) sin θn} / 2] second converted value P n and θ n + 1 = θ n in the first invention
The first angle θ n and the second angle obtained by the recurrence formula of + P n
By producing a scale in which a non-transmissive portion is provided at a position corresponding to the converted value P n, the transmittance of the scale can be made a sine wave with respect to the position information of the scale.

【0010】前記T(θ)を第2の発明におけるT(θ
)=(P−Wn)/Pに代入して、非透過部の総数をNと
すると、第4の換算値Wnが下式となる。 Wn=P[1−(Tmax+Tmin)/2−{(Tmax−Tmin)sin
θ}/2] この式で定まるn番目の角度θnの位置に第4の換算値
nに基づく幅の非透過部をスケールに設けることによ
り、スケールの位置情報に対してスケールの透過率を正
弦波することができる。したがって、スケールの位置情
報に対して、スケールの透過率を正弦波にしたので、受
光手段が正弦波の出力特性を有する第3の発明に係る光
学式エンコーダを容易に製作できるという効果がある。
The T (θ n ) is the T (θ n in the second invention.
Substituting n ) = (P−W n ) / P and the total number of non-transmissive portions is N, the fourth conversion value W n is given by the following equation. W n = P [1- (T max + T min) / 2 - {(T max -T min) sin
θ n } / 2] By providing the scale with a non-transmissive portion having a width based on the fourth converted value W n at the position of the n-th angle θ n defined by this equation, the scale transmission with respect to the position information of the scale is performed. The rate can be sinusoidal. Therefore, the transmittance of the scale is set to a sine wave with respect to the position information of the scale, so that the optical encoder according to the third invention having the output characteristic of the sine wave in the light receiving means can be easily manufactured.

【0011】第4の発明に係る光学式エンコーダのスケ
ールは、円板形状であり、透過部と非透過部とでリング
形状をしており、第1の角度θnの終端角度をθend
し、該終端角度θendが360°でない場合には、補正され
た第2の角度θn´を下式で求める、ことを特徴とする
ものである。 θn´=θn×360°/θend かかる光学式エンコーダによれば、ロータリー式におい
て、補正された第2の角度θn´用いることで、終端角
度θendを角度原点θと一致させることができる。し
たがって、円板形状のスケールの始端と終端との透過率
を円滑にさせる光学式エンコーダを容易に製作できると
いう効果がある。
The scale of the optical encoder according to the fourth aspect of the present invention is a disk shape, has a ring shape with a transmitting portion and a non-transmitting portion, and the end angle of the first angle θ n is θ end. When the end angle θ end is not 360 °, the corrected second angle θ n ′ is obtained by the following formula. [theta] n '= [theta] n * 360 [deg.] / [theta] end According to the optical encoder, in the rotary system, the corrected second angle [theta] n ' is used to match the terminal angle [theta] end with the angle origin [theta] 0 . be able to. Therefore, there is an effect that it is possible to easily manufacture an optical encoder that smoothes the transmittance between the start end and the end of the disk-shaped scale.

【0012】第5の発明に係る光学式エンコーダの受光
手段は、スケールとの相対移動方向の長さが、複数の非
透過部に対向しており、前記非透過部の端部から形成さ
れると共に、透過部の透過率よりも低い透過率を有する
準遮光領域を備えており、第2の換算値P又は第3の
換算値Pが最大値となる非透過部間において、前記準遮
光領域どうしが重なり合うように形成された、ことを特
徴とするものである。ここで、第3の換算値Pが最大値
となるとは、第3の換算値Pが一定であるので、第3の
換算値Pをいうことになる。かかる光学式エンコーダに
よれば、第2の換算値P又は第3の換算値Pが最大と
なる非透過部間、すなわち、幅が最大値となる透過部に
おいて、準遮光領域が重なり合うように形成されたの
で、光発生手段から発生した光が非透過部及び準遮光領
域を介して受光手段に受光される。したがって、非透過
部の最小光強度と準遮光領域の最大光強度との差が減少
するので、受光手段の出力変動を抑制できるという効果
がある。
In the light receiving means of the optical encoder according to the fifth aspect of the present invention, the length in the direction of relative movement with the scale faces the plurality of non-transmissive portions, and is formed from the end portions of the non-transmissive portions. A semi-light-shielding region having a transmittance lower than that of the transmissive portion is also provided, and the semi-light-shielding region is provided between the non-transmissive portions where the second conversion value P n or the third conversion value P has the maximum value. It is characterized in that the regions are formed so as to overlap each other. Here, that the third conversion value P is the maximum value means the third conversion value P because the third conversion value P is constant. According to such an optical encoder, the semi-shielded regions are overlapped between the non-transmissive portions where the second converted value P n or the third converted value P is maximum, that is, in the transmissive portions where the width is maximum. Since it is formed, the light generated from the light generating means is received by the light receiving means via the non-transmissive portion and the semi-shielded area. Therefore, the difference between the minimum light intensity of the non-transmissive portion and the maximum light intensity of the quasi-light-shielding region is reduced, so that the output variation of the light receiving means can be suppressed.

【0013】第6の発明に係る光学式エンコーダの受光
手段は、第2の換算値P又は第3の換算値Pの最大値
より大きいと共に、スケールとの相対移動方向側の幅
が、中央部よりも細く形成され、複数の透過部を透過し
た光を受光する、ことを特徴とするものである。ここ
で、第3の換算値Pが最大値とは、第5の発明における
前記と同一である。かかる光学式エンコーダによれば、
受光手段とスケールとが相対移動すると、受光手段の受
光領域が除々に増加するので、受光手段の出力変動を抑
制して、分解能を向上できるという効果がある。
The light receiving means of the optical encoder according to the sixth invention is larger than the maximum value of the second converted value P n or the third converted value P, and the width on the side of the scale relative to the scale is at the center. It is characterized in that it is formed thinner than the portion and receives the light transmitted through the plurality of transmission portions. Here, the maximum value of the third conversion value P is the same as the above in the fifth invention. According to such an optical encoder,
When the light receiving means and the scale move relative to each other, the light receiving area of the light receiving means gradually increases, so that the output variation of the light receiving means can be suppressed and the resolution can be improved.

【0014】第7の発明に係る光学式エンコーダの非透
過部は、V形状であって、光発生手段からの入射角が臨
界角以上に設定された傾斜面を有する、ことを特徴とす
るものである。かかる光学式エンコーダによれば、スケ
ールの非透過部及び透過部を簡易に製作できるという効
果がある。
The non-transmissive portion of the optical encoder according to the seventh invention is V-shaped and has an inclined surface in which the incident angle from the light generating means is set to be equal to or greater than the critical angle. Is. According to such an optical encoder, there is an effect that the non-transmissive part and the transmissive part of the scale can be easily manufactured.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】実施の形態1.本発明の実施の形
態を図1乃至図3によって説明する。図1は本発明の一
実施の形態によるエンコーダの斜視図、図2は図1に示
すコード円板の各部の断面図、図3は図1に示すコード
円板の非透過部の幅を一定とし、非透過部のピッチ距離
を変調させる側面断面図である。図1乃至図3におい
て、光電式エンコーダは、非可干渉性を有する光を発生
する光発生手段としてのLED(発光ダイオード)3
と、LED3から発生した光を略平行に変換させるレン
ズ5と、移動体としての回転軸7に固定されると共に、
位置情報としてのパターン9を有するコード円板11
(スケール)と、LED3,コード円板11に対して対
向する位置に設けられると共に、回折の広がりよりも十
分に大きい面積で、回折角度が少なくとも3次光までを
受光する略長方形状の受光部13とを備えている。ここ
で、LED3、レンズ5、受光部13が固定されてお
り、コード円板11が回転軸7によって回転することに
よって、LED3、レンズ5、受光部13とコード円板
11とが相対的に移動する相対移動機構が形成されてい
る。なお、LED3とレンズ5とにより光発生手段6を
成しても良い。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1. An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a perspective view of an encoder according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of each part of the code disc shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a non-transparent portion of the code disc shown in FIG. FIG. 4 is a side sectional view for modulating the pitch distance of the non-transmissive portion. 1 to 3, the photoelectric encoder is an LED (light emitting diode) 3 as a light generating means for generating light having incoherence.
And a lens 5 for converting the light emitted from the LED 3 into substantially parallel light and a rotary shaft 7 as a moving body, and
Code disc 11 having pattern 9 as position information
(Scale) and the LED 3 and the code disk 11, and a substantially rectangular light-receiving portion which is provided at a position facing the LED 3 and the code disc 11 and has an area sufficiently larger than the spread of diffraction and has a diffraction angle of at least the third-order light. 13 and 13. Here, the LED 3, the lens 5, and the light receiving part 13 are fixed, and the LED 3, the lens 5, the light receiving part 13 and the code disk 11 are relatively moved by rotating the code disk 11 by the rotation shaft 7. A relative movement mechanism is formed. The LED 3 and the lens 5 may form the light generating means 6.

【0016】コード円板11は、例えばポリカーボネー
ト樹脂から成り、パターン9は、リング状で、光を透過
させない非透過部9aと、光を透過する透過部10cと
から成っており、非透過部9aは、断面がV形状の突起
で、略長方形(図3において、矢視A)に形成されてお
り、透過部10cは、V形状の突起間に設けられた平坦
部から成る略長方形(図3において、矢視A)に形成さ
れており、非透過部9a及び透過部10cは、径方向の
長さLrが等しく形成されている。非透過部9aのV形
状の傾斜角は、図2(c)に示すようにコード円板11の
表面に対して垂直に入射した光線の入射角θinが、臨
界角よりも大きくなるように形成されており、該臨界角
は、コード円板11を成す材料で定まる固有の値で、該
材料がポリカーボネート樹脂であるから、屈折率が約
1.58となり、約40°となる。したがって、V形状
の傾斜角を45°にすれば、コード円板11の表面に対
して垂直に入射した光線の光を透過させない(この例で
は反射させる)非透過部9aを得ることができる。
The code disk 11 is made of, for example, a polycarbonate resin, and the pattern 9 is ring-shaped and comprises a non-transmissive portion 9a that does not transmit light and a transmissive portion 10c that transmits light. Is a projection having a V-shaped cross section and is formed in a substantially rectangular shape (A in FIG. 3), and the transmissive portion 10c is a substantially rectangular shape formed by flat portions provided between the V-shaped projections (see FIG. 3). In, the non-transmissive portion 9a and the transmissive portion 10c are formed to have the same radial length Lr. The inclination angle of the V-shape of the non-transmissive portion 9a is set so that the incident angle θ in of the light ray that is perpendicularly incident on the surface of the code disk 11 becomes larger than the critical angle as shown in FIG. 2 (c). The critical angle is a specific value determined by the material forming the code disk 11, and since the material is polycarbonate resin, the refractive index is about 1.58 and about 40 °. Therefore, if the inclination angle of the V-shape is set to 45 °, it is possible to obtain the non-transmissive portion 9a that does not transmit (reflects in this example) the light of the light beam that is incident perpendicularly to the surface of the code disk 11.

【0017】コード円板11の透過率は、透過部10
c、非透過部9aの投影面積(上記略長方形の面積)で決
定されるが、透過部10c,非透過部9aの径方向の長
さLrが等しいので、透過部10c及び非透過部9aの
幅で決定される。コード円板11には、非透過部9aの
中心(V形状突起の先端)と非透過部9aと中心とを結
ぶ距離、すなわち、図2(a)〜図2(c)に示すようにピ
ッチ距離の長い高透過率部から該ピッチ距離の短い低透
過率部を有するパターン9を備えている。
The transmittance of the code disk 11 is determined by the transmission part 10
c, the projected area of the non-transmissive portion 9a (the above-mentioned approximately rectangular area), but since the radial lengths Lr of the transmissive portion 10c and the non-transmissive portion 9a are equal, the transmissive portion 10c and the non-transmissive portion 9a Determined by width. In the code disc 11, the distance between the center of the non-transmissive portion 9a (the tip of the V-shaped protrusion) and the center of the non-transmissive portion 9a, that is, the pitch as shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c). A pattern 9 having a high transmittance portion having a long distance and a low transmittance portion having a short pitch distance is provided.

【0018】いま、図3において、非透過部9aの幅を
角度に換算した第1の換算値W(°)を一定とし、透過部
10cの幅を変調、すなわち、非透過部9aと非透過部
9aとのピッチ距離を変調(変更)することにより、コー
ド円板11の透過率を変調してコード円板11の回転角
度の位置を得るようにしている。非透過部9aの角度に
基づく位置をV形状の突起の中心、すなわち、突起の先
端とし、予め定められた基準(原点)となる角度原点θ
を例えば0°とし、n番目の非透過部9aを設けた位置
に基づく角度、すなわち、位置を角度に換算した第1の
角度をθ(°)とし、コード円板11の透過率を第1
の角度θの関数T(θ)とし、n番目の非透過部9a
からn+1番目の非透過部9aまでのピッチ距離を角度
に換算した第2の換算値P(°)とすると下式とな
る。 T(θ)=(P−W)/P ・・・・(1) θn+1=θ+P ・・・・(2) ここに、θn+1:n+1番目の非透過部の角度(°) 上記(1)及び(2)式の漸化式を解くことにより第1の角度
θn、第2の換算値P が得られるので、得られた第1
の角度θn、第2の換算値Pの位置に非透過部9aを
コード円板11に設ければ良い。なお、コード円板11
を介して受光部13に光を受光するので、受光部13の
受光量は、コード円板11の透過率に比例する。
Now, in FIG. 3, the width of the non-transmissive portion 9a is
The first conversion value W (°) converted to an angle is fixed and the transmission part
The width of 10c is modulated, that is, the non-transmissive portion 9a and the non-transmissive portion
By modulating (changing) the pitch distance from 9a
Rotation angle of the code disk 11 by modulating the transmittance of the disk 11
I try to get the degree of position. At the angle of the non-transmissive part 9a
The position based on the center of the V-shaped protrusion, that is, the tip of the protrusion
Angle origin θ that is the end and serves as a predetermined reference (origin)0
Is 0 °, for example, and the position where the n-th non-transmissive portion 9a is provided
Based on the angle, that is, the first converted position into an angle
Angle θn(°) and the transmittance of the cord disc 11 is
Angle θnFunction of T (θn) And the n-th non-transmissive portion 9a
To the n + 1th non-transmissive portion 9a from the angle
Second conversion value P converted ton(°) gives the following formula
It T (θn) = (Pn-W) / Pn  ... (1) θn + 1= Θn+ Pn        ... (2) Where θn + 1: Angle of the (n + 1) th non-transmissive part (°) By solving the recurrence formulas of (1) and (2) above, the first angle
θn,Second conversion value P nIs obtained, so the first obtained
Angle θn,Second conversion value PnThe non-transmissive part 9a at the position
It may be provided on the code disk 11. The code disk 11
Since light is received by the light receiving unit 13 via the
The amount of received light is proportional to the transmittance of the code disk 11.

【0019】次に、図4を用いて所望の透過率を有する
コード円板11を得るパターン9の構成について説明す
る。図4は、コード円板の透過率対角度の特性を示す曲
線図である。コード円板11の位置情報としてのパター
ン9の各位置における角度θの透過率T(θ)を正弦波と
することが一般に用いられるので、所望の透過率T(θ)
を図4に示す直流分を有する正弦波とすると下式とな
る。 T(θ)=(Tmax +Tmin)/2+{(Tmax−Tmin)sinθ}/2・・・・(3) ここに、Tmax:最大の透過率 Tmin:最小の透過率 上記(3)式の角度θを非透過部9aの第1の角度θ
置換してコード円板11の透過率T(θ)を表現すれ
ば、下式が成立する。 T(θ)=(Tmax +Tmin)/2+{(Tmax−Tmin)sinθ}/2・・・・(4) この(4)式を上記(1)式に代入すると、第1の角度θ
おける第2の換算値Pnは、下式となる。 P=W/[1−(Tmax+Tmin)/2−{(Tmax−Tmin )sinθ}/2]・・(5) ここで、角度原点θを例えば0°とし、非透過部9a
の幅の角度への第1の換算値W(°)を一定として上記
(2)及び(5)式により求まる第1の角度θ、第2の換算
値Pの位置に非透過部9aをコード円板11に設けこ
とになる。なお、最大透過率Tmax 、最小透過率Tmin
は、物理上は0から1まで設定可能であるが、最大透過
率Tmax=1とすると、角度θ=π/2の場合、上記
(5)式の分母がゼロとなり、第2の換算値Pn、すなわ
ち、ピッチ距離が無限大となるので、最大透過率Tmax
を適当な値に制限する必要がある。
Next, the structure of the pattern 9 for obtaining the code disk 11 having a desired transmittance will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a curve diagram showing the transmittance-angle characteristics of the code disc. Since it is generally used to make the transmittance T (θ) of the angle θ at each position of the pattern 9 as the position information of the code disk 11 into a sine wave, the desired transmittance T (θ)
Is a sine wave having a DC component shown in FIG. T (θ) = (T max + T min ) / 2 + {(T max −T min ) sin θ} / 2 (3) where T max : maximum transmittance T min : minimum transmittance If the angle θ in the equation (3) is replaced with the first angle θ n of the non-transmissive portion 9a to express the transmittance T (θ n ) of the code disk 11, the following equation is established. T (θ n ) = (T max + T min ) / 2 + {(T max −T min ) sin θ n } / 2 (4) Substituting this equation (4) into the above equation (1), The second converted value P n at the angle θ n of 1 is given by the following equation. Pn = W / [1- ( Tmax + Tmin ) / 2-{( Tmax - Tmin ) sin (theta) n } / 2] ... (5) Here, the angle origin (theta) 0 is set to 0 degree, and non- Transmission part 9a
The first conversion value W (°) to the angle of the width of
The non-transmissive portion 9a is provided on the code disk 11 at the position of the first angle θ n and the second conversion value P n obtained by the expressions (2) and (5). The maximum transmittance T max and the minimum transmittance T min
Can be set physically from 0 to 1, but if the maximum transmittance T max = 1 and the angle θ n = π / 2, then
Since the denominator of the equation (5) becomes zero and the second conversion value P n , that is, the pitch distance becomes infinite, the maximum transmittance T max.
Must be limited to an appropriate value.

【0020】ここで、ロータリー式エンコーダでは、コ
ード円板11の円周上にパターン9が形成されており、
円周のパターン9の始端と終端とがV形状の非透過部9
aの角度原点θと一致しなければならない。したがっ
て、上記(1)及び(2)式[(2)及び(5)式]の漸化式により
求められた端数となる第1の角度θを終端角度θe nd
とすると、該終端角度θendが360°でない場合には、角
度原点θと一致しないので、これを一致させるために
新たに補正した第2の角度としての補正角度θ ´を下
式により求める。 θ´=θ×360°/θend ・・・(6) この補正角度θ´の位置に非透過部9aをコード円板
11に形成するものである。
Here, in the rotary encoder,
The pattern 9 is formed on the circumference of the hard disk 11.
A non-transmissive portion 9 having a V-shaped beginning and end of the circumferential pattern 9.
Angle origin of a θ0Must match. According to
Then, by the recurrence formula of the above equations (1) and (2) [(2) and (5)]
First angle θ that is the obtained fractionnEnd angle θe nd
Then, the terminal angle θendAngle is not 360 °,
Degree origin θ0Does not match, so to match this
Correction angle θ as the newly corrected second angle nDown
Calculate by formula. θn´ = θn× 360 ° / θend            ... (6) This correction angle θnThe non-transmissive portion 9a is provided at the position of '
11 is formed.

【0021】次に、コード円板11の透過率T(θ)を
図4に示す正弦波とする実施例(数値例)について説明
する。いま、コード円板11の最大透過率Tmax を0.
8、最小透過率Tminを0.2、非透過部9aの幅Wを
6(°)、非透過部9aの数nを0から30として、上
記(2)及び(4)式により非透過部9aを設ける第1の角度
θ、第2の換算値P、補正角度θ´の計算結果を
図5に示す。この演算過程の最初の部分を示せば、非透
過部9aの最初の角度θを0°とすると、上記(5)式
よりピッチ距離に基づく第2の換算値Pは下記とな
る。 P=6/[1−(0.8+0.2)/2−{(0.8−0.2)sin0°}/2]=
12° さらに、nが1における角度θ1を上記(2)式より求める
と下記となる。 θ1=θ+P=12° 非透過部9aの最初の位置に基づく角度を0°とし、n
をゼロとすると、上記(5)式よりピッチ距離に基づく第
2の換算値Pは下記となる。 P=6/[1−(0.8+0.2)/2-{(0.8−0.2)sin12°}/2]=1
3.71° さらに、nが2における角度θを上記(2)式より求め
ると下記となる。 θ=θ+P=12°+13.71°=25.71° このようにして順次求め、さらに、非透過部9aの第1
の角度θを上記(6)式により補正角度θ´を計算し
たものを図5に記載したものである。
Next, an embodiment (numerical example) in which the transmittance T (θ n ) of the code disk 11 is a sine wave shown in FIG. 4 will be described. Now, the maximum transmittance T max of the code disk 11 is set to 0.
8, the minimum transmittance T min is 0.2, the width W of the non-transmissive portion 9a is 6 (°), the number n of the non-transmissive portions 9a is 0 to 30, and the non-transmissivity is calculated by the equations (2) and (4). FIG. 5 shows the calculation results of the first angle θ n at which the portion 9a is provided, the second conversion value P n , and the correction angle θ n ′. In the first part of this calculation process, assuming that the initial angle θ 0 of the non-transmissive portion 9a is 0 °, the second conversion value P 0 based on the pitch distance from the above equation (5) is as follows. P 0 = 6 / [1− (0.8 + 0.2) / 2 − {(0.8−0.2) sin 0 °} / 2] =
12 ° Further, when the angle θ 1 when n is 1 is obtained from the above equation (2), the following is obtained. θ 1 = θ 0 + P 0 = 12 ° The angle based on the initial position of the non-transmissive portion 9a is 0 °, and n
Is zero, the second conversion value P 1 based on the pitch distance from the above equation (5) is as follows. P 1 = 6 / [1− (0.8 + 0.2) / 2-{(0.8−0.2) sin12 °} / 2] = 1
3.71 ° Further, when the angle θ 2 when n is 2 is obtained from the above equation (2), it becomes the following. θ 2 = θ 1 + P 1 = 12 ° + 13.71 ° = 25.71 ° In this way, the values are sequentially obtained, and the first non-transmissive portion 9a
The angle theta n are those described in FIG. 5 that calculates a correction angle theta n 'by the equation (6).

【0022】上記実施の形態では、非透過部9aの幅W
を一定とし、透過部10cの幅、すなわち非透過部9a
のピッチ距離を変調することによりコード円板11の透
過率の変調を行なった。次に、ピッチ距離を角度に換算
した第3の換算値Pを一定として非透過部9aの幅を変
調することによりコード円板11の透過率を変調させる
実施の形態を図6によって説明する。図6において、非
透過部9aの幅Wの定め方は、まず、第n番目の非透
過部9aを設けた位置の第1の角度θはピッチ距離に
基づく第3の換算値Pが一定であることから、パターン
9を形成する非透過部9aの総数をNとすると、下式と
なる。 θ=360°×n/N ・・・・・・(7) 非透過部9aの幅の角度に換算した第4の換算値W
(°)は、非透過部9aの第1の角度θの関数として
コード円板11の透過率をT(θ)とすると下式とな
る。 T(θ)=(P−W)/P ・・・・(8) 上記と同様に、コード円板11の受光部13の出力を正
弦波とすることが一般に用いられるので、第1の角度θ
の関数として透過率T(θ)も正弦波と成り上記(4)
式と同一になり、下記に再掲する。 T(θ)=(Tmax+Tmin)/2+{(Tmax−Tmin)sinθ
}/2 上記(4)及び(8)式より第4の換算値W(°)は下式とな
る。 Wn=P[1−(Tmax+Tmin)/2−{(Tmax−Tmin)sin(2πn/N)}/2] ・・(9) 以上のようにピッチ距離に基づく第3の換算値Pを一
定、パターン9を形成する非透過部9aの総数をNと
し、例えば、基準となる角度原点θを0°として上記
(9)式により求まる第1の角度θの位置、第4の換算
値Wnの幅で非透過部9aをコード円板に設けことにな
る。
In the above embodiment, the width W of the non-transmissive portion 9a is
Is constant, that is, the width of the transparent portion 10c, that is, the non-transparent portion 9a.
The transmittance of the code disk 11 was modulated by modulating the pitch distance of. Next, an embodiment in which the transmittance of the code disk 11 is modulated by modulating the width of the non-transmissive portion 9a while keeping the third conversion value P obtained by converting the pitch distance into an angle will be described with reference to FIG. In FIG. 6, how to determine the width W n of the non-transmissive portion 9a is as follows. First, the first angle θ n at the position where the n-th non-transmissive portion 9a is provided is the third conversion value P based on the pitch distance. Since it is constant, when the total number of the non-transmissive portions 9a forming the pattern 9 is N, the following equation is obtained. θ n = 360 ° × n / N (7) Fourth conversion value W converted into the angle of the width of the non-transmissive portion 9a
n (°) is given by the following equation, where T (θ n ) is the transmittance of the code disk 11 as a function of the first angle θ n of the non-transmissive portion 9a. T (θ n ) = (P−W n ) / P (8) Similarly to the above, it is generally used to make the output of the light receiving unit 13 of the code disk 11 a sine wave. Angle θ
The transmittance T (θ n ) as a function of n also becomes a sine wave, and the above (4)
It will be the same as the formula, and will be listed below. T (θ n ) = (T max + T min ) / 2 + {(T max −T min ) sin θ
n } / 2 From the above equations (4) and (8), the fourth conversion value W n (°) becomes the following equation. W n = P [1- (T max + T min) / 2 - {(T max -T min) sin (2πn / N)} / 2] ·· (9) third based on pitch distance as described above The conversion value P is constant, the total number of the non-transmissive portions 9a forming the pattern 9 is N, and, for example, the reference angle origin θ 0 is 0 °.
The non-transmissive portion 9a is provided on the code disc at the position of the first angle θ n obtained by the equation (9) and the width of the fourth converted value W n .

【0023】次に、受光部13の出力変動δを減少さ
せるための受光部13とコード円板11との関係を図7
及び図8によって説明する。受光部13の出力変動δ
は、図7及び図8に示すようにコード円板11の回転に
伴って、受光部13が透過部10cと非透過部9aとを
通過する毎に生じるので、コード円板11の角度θにか
かわらず一定値δとなる。受光部13の出力変動δ
は、受光部13の受光光量の変動ΔRによって表現でき
る。受光部13が透過部9aのみを介して受光した場合
の光強度I(W/m)とし、受光部13の受光面積
S(m)とすると、下式が成立する。さらに、受光光
量I・Sは、最大透過率Tmaxにほぼ等しいので、下
式となる。 δ1=ΔR=I・S(W/L) ≒Tmax(W/L)・・・・・・(10) ここに、L:受光部の長さの角度換算値(°) この(10)式において、受光部13の長さLは、最大透過
率Tmax で規定される最大ピッチ距離の角度への換算値
max (°)とし、受光部13の幅L内に存在する非透過
部9aの最小数をm本とすると、下式となる。 L=m・Pmax ・・・・・・(11) この(11)式を上記(10)式に代入して整理すると、下式と
なる。 δ1=ΔR≒Tmax(W/m・Pmax)=Tmax(W/L) ・・・(12) この(12)式より、受光部13内に非透過部9aがm本存
在する場合は、受光部13の長さLとピッチ距離Pmax
とが等しい場合、すなわち、受光部13内に非透過部9
aが一つ存在する場合に比べて、出力変動δ1が1/m
に減少されるのである。一方、受光部13の長さL内に
非透過部9aがm本存在する場合の最大透過率Tmax
下記となる。 Tmax =(L−mW)/L ・・・・・・(13)
Next, the relationship between the light receiving portion 13 and the code disk 11 for reducing the output fluctuation δ 1 of the light receiving portion 13 will be described with reference to FIG.
And FIG. 8. Output fluctuation δ 1 of light receiving unit 13
Is generated every time the light receiving part 13 passes through the transmissive part 10c and the non-transmissive part 9a as the code disc 11 rotates, as shown in FIGS. Regardless, it becomes a constant value δ 1 . Output fluctuation δ 1 of light receiving unit 13
Can be expressed by a variation ΔR in the amount of light received by the light receiving unit 13. If the light intensity I 0 (W / m 2 ) when the light receiving unit 13 receives light only through the transmissive unit 9a and the light receiving area S (m 2 ) of the light receiving unit 13 are satisfied, the following formula is established. Further, since the received light amount I 0 · S is approximately equal to the maximum transmittance T max , the following formula is obtained. δ 1 = ΔR = I 0 · S (W / L) ≈T max (W / L) (10) Where, L: angle conversion value of light receiving section (°) In the equation (10), the length L of the light receiving portion 13 is a conversion value P max (°) of the maximum pitch distance defined by the maximum transmittance T max into an angle, and the length L of the light receiving portion 13 does not exist within the width L of the light receiving portion 13. When the minimum number of the transmissive portions 9a is m, the following equation is obtained. L = m · P max ··········································································································· (10) (10) δ 1 = ΔR≈T max (W / m · P max ) = T max (W / L) (12) From this equation (12), there are m non-transmissive portions 9a in the light receiving portion 13. In this case, the length L of the light receiving unit 13 and the pitch distance P max
Are equal to each other, that is, the non-transmissive portion 9 is included in the light receiving portion 13.
Output fluctuation δ 1 is 1 / m compared to the case where there is one a
It is reduced to. On the other hand, the maximum transmittance T max when m non-transmissive portions 9a exist within the length L of the light receiving portion 13 is as follows. T max = (L-mW) / L (13)

【0024】次に、上記実施の形態の説明は、LED3
からの非平行成分及び回折がないと仮定した場合であ
る。しかしながら、実際には、図9に示すように非平行
成分及び回折により光が非透過部9aの幅W(m)よ
りも等価的に広くなって受光部13に到達し、この際に
おけるLED3からの光を透過部10cの透過率よりも
低い透過率により受光する領域を準遮光領域とし、この
準遮光領域の幅D(m)が下式となる。 D=2Gtanφ+W ・・・・・・(14) ここに、φ:広がりの角度(°) G:コード円板と受光部の間隙(m) 非透過部9aの上記角度換算値Pmaxにおいて、すな
わち、幅が最大となる透過部10cにおいて、準遮光領
域の幅Dが隣接する準遮光領域と重なりを有するように
するために、下式を得る。 D=2Gtanφ+W>Pmax ・・・・・・(15) この(13)式を満たすことによって、準遮光領域どうしを
重なることにより、受光部13の受ける光が、非透過部
9aと透過部10cとの境界において、急激に変化しな
くなるので、コード円板11を介して受光する受光部1
3の光量変動が小さくなり、ひいては、受光部13の出
力変動を抑制できる。これを式で表現すれば、出力変動
δは、受光部13の長さをL(m)とすると、受光部
13が受光する透過部10cの最大光強度をImax(W
/m)、受光部13が受光する非透過部9aの最小光
強度をImin(W/m)とし、Kを定数とすると下式
となる。 δ=K(Imax−Imin)・S・(W/L)・・・・・・(16) ここに、S:受光部の面積(m) W:非透過部9aの幅(m) なお、非透過部9aにおいても、最小光強度Iminが生
じるのは、光発生手段6からの光には、平行な光だけで
はなく、斜め光も僅かに生じるからである。上記(14)式
において、上記準遮光領域どうしを重ねることにより、
透過部10cの透過率が低下して最大光強度Imaxが低
下し、最大光強度Imaxと最小光強度I minとの差が減少
し、受光部13の出力変動δが少なくなるのである。
Next, the LED 3
Assuming that there is no non-parallel component from
It However, in reality, as shown in FIG.
The width W of the non-transmissive portion 9a due to the component and diffractionm(M)
Becomes equivalently wider and reaches the light receiving section 13,
Light from the LED 3 in the
The area that receives light due to low transmittance is defined as the semi-shielded area, and
The width D (m) of the semi-light-shielded region is given by the following formula. D = 2G tanφ + Wm          ······(14) Where φ: spread angle (°) G: Gap between code disc and light receiving part (m) The angle conversion value P of the non-transmissive portion 9amaxAt
That is, in the transmissive portion 10c having the maximum width, the semi-shielded region
The width D of the area should overlap with the adjacent semi-shielded area.
To obtain, the following equation is obtained. D = 2G tanφ + Wm> Pmax    ・ ・ ・ ・ ・ ・ (15) By satisfying this equation (13),
Due to the overlapping, the light received by the light receiving unit 13 is
At the boundary between 9a and the transmissive part 10c, there is no sudden change.
Therefore, the light receiving portion 1 that receives light through the code disk 11
The fluctuation of the light quantity of No. 3 becomes small, and as a result, the output of the light receiving unit 13
Force fluctuations can be suppressed. If this is expressed by a formula, output fluctuation
δTwoLet L (m) be the length of the light receiving unit 13
The maximum light intensity of the transmissive portion 10c received by 13 is Imax(W
/ MTwo), The minimum light of the non-transmissive portion 9a received by the light receiving portion 13
Strength Imin(W / mTwo) And K is a constant
Becomes   δTwo= K (Imax-Imin) ・ S ・ (W / L) ・ ・ ・ ・ ・ ・ (16) Here, S: area of the light receiving portion (mTwo) W: Width of non-transmissive portion 9a (m) Even in the non-transmissive portion 9a, the minimum light intensity IminRaw
It is only parallel light that is emitted from the light generating means 6
This is because a slight amount of oblique light is also generated. Equation (14) above
In, by overlapping the above semi-shielded areas,
The transmittance of the transmissive portion 10c decreases and the maximum light intensity ImaxIs low
The maximum light intensity ImaxAnd the minimum light intensity I minThe difference with
Output fluctuation δ of the light receiving unit 13TwoIs less.

【0025】次に、上記実施の形態では、受光部13を
長方形としたが、図10に示すように受光部113は菱
形で、ピッチ距離の最大値より大きいと共に、スケール
としてのコード板111の相対的な移動方向に当たる
(相対的な移動方向側の)幅を端に向かうにつれて狭く
形成することにより、受光部113の出力が平滑される
ことを説明する。このように形成された受光部113
は、各非透過部9a,9b,9c,9d,9eがコード
板111の角度θの変化に伴って受光部113(受光部
13)を移動するときの、受光部113(受光部13)
からの各出力O,O,O,O ,O対角度θの
出力特性曲線を図11(a)のように示しており、受光部
113の各出力の合成が、合成出力Otとして図11
(b)に示すような出力特性となる。これに対して、同様
な長方形の受光部13の出力特性は図12(a),(b)に
示すようになる。これより、菱形の受光部113は、長
方形の受光部13に比較して滑らかな出力が得られるの
で、分解能の高い検出ができる。これは、受光部113
の受光領域が受光部113の幅に伴って徐々に増加する
ために、受光量の変化率を低くすることができるからで
ある。なお、受光部113の形状は、菱形に限られず、
コード板111の相対的移動方向側に当たる幅を端に向
かうにつれて狭く形成されれば良く、正弦波的、指数関
数的等な形状でも良い。また、上記実施の形態では、相
対移動機構は、LED3、レンズ5、受光部13が固定
されており、コード円板11が回転軸7によって回転す
るように形成されたが、これとは逆に、コード円板11
を固定しておいて、移動体(図示せず)にLED3、レ
ンズ5、受光部13が連結されて、LED3、レンズ
5、受光部13が同時にコード円板11のパターン9の
表面、裏面を移動するように構成しても良い。また、上
記実施の形態では、ロータリー式の光学式エンコーダに
ついて説明したが、リニア式の光学式エンコーダでも適
用できる。
Next, in the above embodiment, the light receiving section 13 is
Although it has a rectangular shape, as shown in FIG.
In the form, the scale is larger than the maximum value of the pitch distance.
Hit the relative movement direction of the cord plate 111 as
The width (on the side of the relative movement direction) becomes narrower toward the end
By forming it, the output of the light receiving unit 113 is smoothed.
Explain that. The light receiving portion 113 formed in this way
Each non-transmissive part 9a, 9b, 9c, 9d, 9e is a code
The light receiving unit 113 (light receiving unit
13) The light receiving part 113 (light receiving part 13) when moving
Each output froma, Ob, Oc, O d, OeOpposite angle θ
The output characteristic curve is shown in Fig. 11 (a).
The synthesis of each output of 113 is the synthesis output OtAs shown in FIG.
The output characteristics are as shown in (b). Against this
12 (a) and 12 (b) show the output characteristics of the rectangular light receiving unit 13.
As shown. As a result, the diamond-shaped light receiving unit 113 has a long
A smooth output can be obtained as compared with the rectangular light receiving unit 13.
Therefore, high resolution detection is possible. This is the light receiving unit 113
The light receiving area of the light receiving region 113 gradually increases with the width of the light receiving portion 113.
Therefore, it is possible to reduce the rate of change in the amount of received light.
is there. The shape of the light receiving unit 113 is not limited to the rhombus,
The width corresponding to the relative movement direction side of the code plate 111 is directed toward the end.
It should be formed narrower as it goes, and it has a sinusoidal and exponential relationship.
The shape may be numerical or the like. In the above embodiment, the phase
LED3, lens 5, and light receiving portion 13 are fixed to the pair moving mechanism.
And the cord disc 11 is rotated by the rotating shaft 7.
However, on the contrary, the code disc 11
Is fixed, and the LED3 and LED are attached to a moving body (not shown).
LED 5 and lens by connecting lens 5 and light receiving unit 13
5, the light receiving part 13 is simultaneously formed on the pattern 9 of the code disk 11.
You may comprise so that a front surface and a back surface may move. Also on
In the embodiment, a rotary optical encoder is used.
However, linear optical encoders are also suitable.
Can be used.

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

【図1】 本発明の一実施の形態によるエンコーダの全
体構成を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of an encoder according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1に示すコード円板の各部において、非透
過部の密度が普通(a)、密(b)、粗(c)の断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the non-transmissive portions of the cord disc shown in FIG.

【図3】 図1に示すコード円板の非透過部の幅を一定
とし、非透過部のピッチ距離を変調(変更)させた断面図
である。
FIG. 3 is a cross-sectional view in which the width of the non-transmissive portion of the code disk shown in FIG. 1 is constant and the pitch distance of the non-transmissive portion is modulated (changed).

【図4】 図1に示すコード円板の透過率対角度の関係
が正弦波となる曲線図である。
4 is a curve diagram in which the relationship between the transmittance and the angle of the code disk shown in FIG. 1 is a sine wave.

【図5】 図4に示すコード円板の透過率対角度の関係
が正弦波とする数値例を示す図表である。
5 is a chart showing a numerical example in which the relationship between the transmittance and the angle of the code disc shown in FIG. 4 is a sine wave.

【図6】 図1に示すコード円板の非透過部のピッチ距
離を一定とし、非透過部の幅を変調(変更)させた側面図
である。
6 is a side view in which the pitch distance of the non-transmissive portion of the code disk shown in FIG. 1 is constant and the width of the non-transmissive portion is modulated (changed).

【図7】 図1に示す受光部の出力変動を概念的に示す
コード円板の透過率対角度の曲線図である。
FIG. 7 is a curve diagram of transmittance versus angle of a code disc conceptually showing the output fluctuation of the light receiving unit shown in FIG.

【図8】 図1に示すコード円板と受光部との関係を示
す平面図である。
8 is a plan view showing the relationship between the code disc shown in FIG. 1 and a light receiving portion.

【図9】 最大ピッチPmaxにおいて、準遮光領域の
幅Dを隣接する準遮光領域どうしの重なりを示すコード
円板の断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a code disc showing the overlap between adjacent semi-light-shielding regions in the width D of the semi-light-shielding regions at the maximum pitch P max .

【図10】 本発明の他の実施の形態によるコード板と
受光部との関係を示す平面図である。
FIG. 10 is a plan view showing a relationship between a code plate and a light receiving unit according to another embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の他の実施の形態による菱形に形成
された受光部の各出力対角度(a)、合成出力対角度(b)
の特性曲線である。
FIG. 11 is a diagram illustrating the output versus angle (a) and the combined output versus angle (b) of the rhombus-shaped light receiving unit according to another embodiment of the present invention.
Is a characteristic curve of.

【図12】 長方形に形成された受光部の各出力対角度
(a)、合成出力対角度(b)の特性曲線である。
FIG. 12: Each output versus angle of the light receiving portion formed in a rectangular shape
(a) is a characteristic curve of combined output vs. angle (b).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 LED(光発生手段)、6 光発生手段、7 回転軸
(移動体)、9 パターン、9a 非透過部、10c 透
過部、11 コード円板(スケール)、13,113
受光部(受光手段)。
3 LED (light generating means), 6 light generating means, 7 rotation axis
(Moving body), 9 patterns, 9a non-transmissive part, 10c transmissive part, 11 code disc (scale), 13,113
Light receiving part (light receiving means).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 幸男 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 岡室 貴士 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 岡 徹 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 大村 陽一 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 阪本 雅彦 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 杉本 耕一 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 佐土根 俊和 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 2F103 BA43 CA02 DA01 DA12 DA13 EA02 EA05 EA12 EA15 EA19 EB06 EB11 EB33    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yukio Aoki             2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Ryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Takashi Omuro             2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Ryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Toru Oka             2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Ryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yoichi Omura             2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Ryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Masahiko Sakamoto             2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Ryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Koichi Sugimoto             2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Ryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Toshikazu Satone             2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Ryo Electric Co., Ltd. F-term (reference) 2F103 BA43 CA02 DA01 DA12 DA13                       EA02 EA05 EA12 EA15 EA19                       EB06 EB11 EB33

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非可干渉性の光を発生する光発生手段
と、 前記光を透過させる一定の長さから成る透過部を複数有
し、前記光を透過させない一定の長さから成る非透過部
を複数有すると共に、前記透過部と前記非透過部によっ
て位置情報が生成されるスケールと、 前記光を、前記スケールを介して受光する受光手段と、 前記光発生手段、前記受光手段と前記スケールとが相対
的に移動する相対移動機構とを備え、 前記非透過部の幅を角度に換算した第1の換算値Wを一
定とし、前記非透過部のn番目からn+1番目までの距
離を角度に換算した第2の換算値をPとし、前記n番
目に設けられた前記非透過部の位置に基づく第1の角度
をθとし、前記スケールの透過率を前記第1の角度θ
の関数T(θ)[T(θ)が一定を除く]とし、 T(θ)=(Pn−W)/Pn θn+1=θ+Pn 上式から成る漸化式で定まる前記第1の角度θ、前記
第2の換算値Pnの位置に前記非透過部を設けた、 ことを特徴とする光電式エンコーダ。
1. A light generating means for generating non-coherent light, and a plurality of transmissive portions having a fixed length for transmitting the light, and a non-transmissive material having a fixed length for not transmitting the light. A scale having a plurality of parts, position information is generated by the transmissive part and the non-transmissive part, a light receiving means for receiving the light via the scale, the light generating means, the light receiving means and the scale. And a relative movement mechanism for relatively moving the non-transmissive portion, the first conversion value W obtained by converting the width of the non-transmissive portion into an angle is constant, and the distance from the n-th to the n + 1-th of the non-transmissive portion is set to the angle. The second conversion value converted to P n is P n , the first angle based on the position of the non-transmissive portion provided at the n-th position is θ n, and the transmittance of the scale is the first angle θ.
Assuming that the function of n is T (θ n ) [T (θ n ) is not constant], T (θ n ) = (P n −W) / P n θ n + 1 = θ n + P n The photoelectric encoder, wherein the non-transmissive portion is provided at the position of the first angle θ n and the second conversion value P n defined by
【請求項2】 非可干渉性の光を発生する光発生手段
と、 前記光を透過させる一定の長さから成る透過部を複数有
し、前記光を透過させない一定の長さから成る非透過部
を複数有すると共に、前記透過部と前記非透過部によっ
て位置情報が生成されるスケールと、 前記光を、前記スケールを介して受光する受光手段と、 前記光発生手段、前記受光手段と前記スケールとが相対
的に移動する相対移動機構とを備え、 隣り合う前記非透過部間の距離を角度に換算した第3の
換算値Pを一定とし、n番目に設けられた前記非透過部
の位置に基づく第1の角度をθとし、前記スケールの
透過率を前記第1の角度θの関数T(θ) [T(θ)
が一定を除く]とし、n番目に設けられた前記非透過部
の幅を角度に換算した第4の換算値Wnとして下式で決
定される、 T(θ)=(P−Wn)/P 前記第1の角度θの位置に、前記第4の換算値Wn
幅を有する前記非透過部を設けた、ことを特徴とする光
電式エンコーダ。
2. A light generating means for generating non-coherent light, and a plurality of transmissive portions having a constant length for transmitting the light, and non-transmissive having a constant length for not transmitting the light. A scale having a plurality of parts, position information is generated by the transmissive part and the non-transmissive part, a light receiving means for receiving the light via the scale, the light generating means, the light receiving means and the scale. And a relative movement mechanism that moves relative to each other, and the third conversion value P obtained by converting the distance between the adjacent non-transmissive portions into an angle is constant, and the position of the non-transmissive portion provided in the nth position. the first angle based on the theta n, the first angle transmittance of the scale theta n function T (θ n) [T ( θ n)
Is defined as the fourth converted value W n obtained by converting the width of the non-transmissive portion provided at the n-th position into an angle, T (θ n ) = (P−W n ) / P The photoelectric encoder, wherein the non-transmissive portion having the width of the fourth converted value W n is provided at the position of the first angle θ n .
【請求項3】 前記透過率の最大値、最小値をそれぞれ
max、minとすると、前記T(θ)が下式となる T(θ)=(Tmax +Tmin)/2+{(Tmax−Tmin)sin
θ}/2 ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光電式エンコ
ーダ。
3. T (θ n ) = (T max + T min ) / 2 + {where T (θ n ) is the following equation, where the maximum and minimum values of the transmittance are T max and T min , respectively. (T max −T min ) sin
θ n } / 2 The photoelectric encoder according to claim 1 or 2, wherein
【請求項4】 前記スケールは円板形状であり、 前記透過部と前記非透過部とによりリング状のパターン
を形成しており、 前記第1の角度θnの終端角度をθendとし、該終端角度
θendが360°でない場合には、補正された第2の角度θ
n´を下式で求める、 θn´=θn×360°/θend ことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の光電
式エンコーダ。
4. The scale has a disk shape, and the transmission part and the non-transmission part form a ring-shaped pattern, and a terminal angle of the first angle θ n is θ end , If the end angle θ end is not 360 °, the corrected second angle θ
'Request by the following formula, theta n' n photoelectric encoder according to any one of claims 1 to 3, characterized in that = θ n × 360 ° / θ end.
【請求項5】 前記受光手段は、前記スケールとの相対
移動方向の長さが、複数の前記非透過部に対向してお
り、 前記非透過部の端部から形成されると共に、前記透過部
の透過率よりも低い透過率を有する準遮光領域を備えて
おり、 前記第2の換算値P又は第3の換算値Pが最大値とな
る前記非透過部間において、前記準遮光領域どうしが重
なり合うように形成された、 ことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の光電
式エンコーダ。
5. The light-receiving means has a length in a relative movement direction with respect to the scale that faces the plurality of non-transmissive portions, is formed from an end portion of the non-transmissive portion, and has the transmissive portion. A semi-light-shielding area having a transmittance lower than that of the semi-light-shielding area, and between the non-light-transmitting areas where the second conversion value P n or the third conversion value P is maximum. The photoelectric encoder according to any one of claims 1 to 4, wherein the photoelectric encoders are formed so as to overlap each other.
【請求項6】 前記受光手段は、前記第2の換算値P
又は第3の換算値Pの最大値より大きいと共に、前記ス
ケールとの相対移動方向側の幅が、中央部よりも細く形
成され、複数の前記透過部を透過した前記光を受光す
る、 ことを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の光電
式エンコーダ。
6. The light receiving means is configured to provide the second converted value P n.
Alternatively, the light having a larger value than the maximum value of the third conversion value P and a width on the relative movement direction side with respect to the scale is formed to be narrower than the central portion, and receives the light transmitted through the plurality of transmission portions. The photoelectric encoder according to any one of claims 1 to 5, which is characterized.
【請求項7】 前記非透過部は、V形状であって、前記
光の入射角が臨界角以上に設定された傾斜面を有する、 ことを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の光電
式エンコーダ。
7. The non-transmissive portion is V-shaped, and has an inclined surface in which an incident angle of the light is set to be a critical angle or more. Photoelectric encoder.
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DE112011104918T5 (en) 2011-02-21 2013-11-21 Mitsubishi Electric Corp. Optical encoder
US8829421B2 (en) 2011-02-21 2014-09-09 Mitsubishi Electric Corporation Optical encoder

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