JP2004251772A - Optical encoder - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械あるいはロボット等に組み込まれるサーボモータに取付られた光学式エンコーダに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、工作機械あるいはロボット等に組み込まれるサーボモータに取付られた光学式エンコーダは図6のようになっている(例えば、特許文献1を参照)。
図6は一般の光学式エンコーダの基本構成を示した全体斜視図である。
光学式エンコーダ11はモータの回転シャフト12にカップリングなどで接続されたガラス等で構成された円板状の回転ディスク13にコードパターンが設けられており、このコードパターンにLED等の発光素子17からの光を入射し、コードパターンを透過または反射した光を、直接もしくは固定スリット16のような受光窓を介してフォトダイオード等の受光素子18で認識する。そして、受光素子18のアナログ信号を回路基板により増幅、調整された電気信号に変換したのち、逓倍、内挿またはパルス化して上述した回転ディスク13の回転速度または回転位置を検出するものである。
特に、エンコーダの分解能を高めるために、例えば、特許文献2に開示されているように受光素子18もしくは固定スリット16に設けたスリットの周方向幅と回転ディスク13に設けたスリット14の周方向幅との間隔(ピッチ)を狭くしたり、開口面積を変化させるなどの対策を講じている。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−5692号公報(明細書2頁、図1を参照)
【特許文献2】
特開平11−183201号公報(明細書3頁、図7を参照)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、図4は特許文献2に開示された図7の右半分の部分を拡大したものに相当し、(a)は受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合の平面図、(b)は受光素子のアナログ信号を示した図である。また、図5は図4における受光素子と回転ディスクの位置合わせを正確に行うことができなかった(ラフな)場合であり、(a)はその平面図、(b)は受光素子のアナログ信号を示した図である。なお、図において、4は回転ディスク、5は回転ディスク4の透明部、6は回転ディスク4の遮光部、7は受光素子の受光部を示している。なお、図中のOはディスク回転中心、Qは光学基準位置を示している。
従来技術において、図4に示すごとく、分解能を高めるために受光素子に設けたスリットの周方向幅と回転ディスクに設けたスリットの周方向幅との間隔を狭くし、さらに図5に示すごとく、必然的に回転ディスクと受光素子の位置合わせ、もしくは回転ディスクと固定スリットの位置合わせが困難になり、正規の位置に正確に合わせることができなかった場合は受光素子のアナログ信号波形に歪みを生じる。このため、このアナログ信号を抵抗ブリッジ逓倍回路によって逓倍しようとした時に、その出力パルスの分割精度は低下するという問題が生じた。また、該アナログ信号をA/D変換器で取込みデジタル領域で逓倍する場合でもその出力データの分割精度は低下するという問題が生じた。
【0005】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、回転ディスクと受光素子もしくは、固定スリットのラフな位置合わせでも波形に歪みを生じにくくすることによって、逓倍後の分割精度を向上させる光学式エンコーダを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項1の本発明は、回転ディスクにコードパターンを設け、前記コードパターンを透過または反射した発光素子からの光を受光素子で受光することにより、前記回転ディスクの速度、回転位置を検出する光学式エンコーダにおいて、前記受光素子の受光部は、該受光部の回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔をスリットピッチpの1/2より小さいピッチで形成すると共に、受光部と遮光部の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線と径方向に設けた直線状境界線の夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成したものである。
請求項2の本発明は、請求項1に記載の光学式エンコーダにおいて、前記受光部が1つの受光群を構成するものである。
請求項3の本発明は、回転ディスクにコードパターンを設け、固定スリットを介し、前記コードパターンを透過または反射した発光素子からの光を受光素子で受光することにより、前記回転ディスクの速度、回転位置を検出する光学式エンコーダにおいて、前記固定スリットに設けられたスリットは、該スリットの回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔をスリットピッチpの1/2より小さいピッチで形成すると共に、受光窓と遮光部の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線と径方向に設けた直線状境界線の夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成したものである。
請求項4の本発明は、請求項3に記載の光学式エンコーダにおいて、前記スリットが1つのスリット群を構成するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図1は本発明の実施例を示す光学式エンコーダの受光素子の平面図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては同一符号を付して説明を省略し、異なる点にのみ説明する。
図において、1は受光素子、2は受光部、3は遮光部である。また、2a、2b、2c、2dは受光素子の受光部と遮光部の境界を示す境界線であって、そのうち、2aは外径側に設けた周方向における円弧状境界線、2cは内径側に設けた周方向における円弧状境界線、2b、2dは径方向における直線状境界線である。また、2ab、2bc、2cd、2adは円弧部である。なお、図中のCは光学式エンコーダの回転中心を通る直線を表わしている。
本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、受光素子1の受光部2を、該受光部の回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔がスリットピッチpの1/2(図中6/12pで示す)より小さいピッチ(5/12・p)で形成すると共に、受光部2と遮光部3の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線2a、2cと径方向に設けた直線状境界線2b、2dの夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成した点である。また、受光部2が1つの受光群を構成したものとなっている。
【0008】
次に、本実施例の効果を従来例と比較するために、実際に受光素子を製作し効果の確認を行った。その具体例を以下説明する。
図2は図1で示された受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合であって、(a)はその平面図、(b)は受光部幅をスリットピッチの5/12に設定した場合の受光素子のアナログ信号を示した説明図である。
図2(a)において、4は回転ディスク、5は透明部、6は遮光部である。5aは回転ディスクの透明部5と遮光部6の境界を示す。Oはディスク回転中心を示す。
図2(b)に示すように、5/12のスリット幅また、スリット幅、径方向と周方向の境界を滑らかな曲線で形成している為、アナログ信号は正弦波に近くなることがわかった。
【0009】
また、図3は図1で示した受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合に、位置合わせを正確に行うことができなかった場合、すなわち、ディスク回転中心Oと光学基準位置Qがずれた場合を想定したものであって、(a)はその平面図、(b)は受光素子のアナログ信号を示した図である。
図に示すように、受光部幅がスリットピッチの6/12(=1/2)に対し1/12の隙間があるため、スリットの位置合わせが多少ラフでも正規の位置を想定した場合のアナログ信号に比べて波形の歪みは生じにくくなることがわかった。
【0010】
したがって、本発明の実施例は、光学式エンコーダにおいて、受光素子1の受光部2の形状を、該受光部2の回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔がスリットピッチpの1/2より小さいピッチで形成すると共に、受光部2と遮光部3の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線2a、2cと径方向に設けた直線状境界線2b、2dの夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成したので、スリットの位置合わせが多少ラフでも、受光素子のアナログ信号の波形に歪みを生じにくくし、正弦波に近づけることができ、しかも逓倍後の分割精度を向上できるという効果がある。
【0011】
なお、本実施例では、回転ディスク、発光素子、受光素子からなるエンコーダの例について述べたが、図示しないが、回転ディスクと受光素子の間に固定スリットを設けた構成にしても本発明を実施することが可能である。すなわち、回転ディスクと受光素子の間に固定スリットを設けた構成においては、固定スリットに設けられたスリットは、該スリットの回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔をスリットピッチpの1/2より小さいピッチで形成すると共に、受光窓と遮光部の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線と径方向に設けた直線状境界線の夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成する構成となる。
また、リニアモータ用の光学式エンコーダに関しては、上記に述べたエンコーダの径を無限大にしたものと考えることができるので説明は省略する。
【0012】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、光学式エンコーダにおいて、固定スリットの受光窓、または受光素子の受光部形状を、スリットピッチの1/2に対して小さいピッチで周方向の円弧状境界線および径方向の直線状境界線の各辺を形成し、径方向の2辺と周方向の2辺の間を滑らかな円弧部で繋いだので、スリットの位置合わせが多少ラフでも、受光素子のアナログ信号の波形に歪みを生じにくくし、正弦波に近づけることができ、しかも逓倍後の分割精度を向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す光学式エンコーダにおける受光素子の平面図である。
【図2】図1で示した受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合であり、(a)はその平面図、(b)は受光部幅をスリットピッチの5/12に設定した場合の受光素子のアナログ信号を示した動作説明図である。
【図3】図1で示した受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合に、位置合わせを正確に行うことができなかった場合、すなわち、ディスク回転中心Oと光学基準位置Qがずれた場合を想定したものであって、(a)はその平面図、(b)は受光素子のアナログ信号を示した動作説明図である。
【図4】特許文献2に開示された図7の右半分の部分を拡大したものに相当し、(a)は受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合の平面図、(b)は受光素子のアナログ信号を示した図である。
【図5】図4における受光素子と回転ディスクの位置合わせを正確に行うことができなかった場合であり、(a)はその平面図、(b)は受光素子のアナログ信号を示した図である。
【図6】一般の光学式エンコーダの基本構成を示した全体斜視図である。
【符号の説明】
1 受光素子
2 受光部
2a 円弧状境界線(外径側周方向)
2b 直線状境界線(径方向)
2c 円弧状境界線(内径側周方向)
2d 直線状境界線(径方向)
2ab、2bc、2cd、2ad 円弧部
3 遮光部
4 回転ディスク
5 透明部
6 遮光部
C 光学式エンコーダの回転中心を通る直線
O ディスク回転中心
Q 受光部の光学基準[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical encoder mounted on a servomotor incorporated in a machine tool, a robot, or the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical encoder attached to a servomotor incorporated in a machine tool, a robot, or the like is as shown in FIG. 6 (for example, see Patent Document 1).
FIG. 6 is an overall perspective view showing a basic configuration of a general optical encoder.
In the
In particular, in order to increase the resolution of the encoder, for example, as disclosed in
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-5692 (see
[Patent Document 2]
JP-A-11-183201 (refer to
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Here, FIG. 4 is an enlarged view of the right half of FIG. 7 disclosed in
In the prior art, as shown in FIG. 4, the interval between the circumferential width of the slit provided on the light receiving element and the circumferential width of the slit provided on the rotating disk is reduced in order to increase the resolution, and as shown in FIG. Inevitably, it is difficult to align the rotating disk and the light receiving element, or the rotating disk and the fixed slit. If the correct position cannot be accurately adjusted, the analog signal waveform of the light receiving element will be distorted. . Therefore, when the analog signal is multiplied by the resistor bridge multiplying circuit, there arises a problem that the accuracy of dividing the output pulse is reduced. Further, even when the analog signal is taken in by an A / D converter and multiplied in the digital domain, there arises a problem that the division accuracy of the output data is reduced.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and improves the division accuracy after multiplication by making it difficult to generate distortion in the waveform even when the rotating disk and the light-receiving element or the fixed slit are roughly aligned. It is an object to provide an optical encoder.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, according to the present invention, a code pattern is provided on a rotating disk, and light from a light emitting element transmitted or reflected by the code pattern is received by a light receiving element. In the optical encoder for detecting the rotational position, the light receiving portion of the light receiving element forms a pitch interval along the circumferential direction of the rotating disk of the light receiving portion at a pitch smaller than 1/2 of the slit pitch p. Each edge of the arc-shaped boundary line provided in the circumferential direction indicating the boundary between the portion and the light-shielding portion and the linear edge line provided in the radial direction is formed with an arc portion that smoothly connects the edges. is there.
According to a second aspect of the present invention, in the optical encoder according to the first aspect, the light receiving section constitutes one light receiving group.
According to a third aspect of the present invention, a code pattern is provided on a rotating disk, and light from a light emitting element that has transmitted or reflected the code pattern is received by a light receiving element through a fixed slit, so that the speed and rotation of the rotating disk are improved. In the optical encoder for detecting a position, the slit provided in the fixed slit has a pitch interval along the circumferential direction of the rotating disk of the slit at a pitch smaller than 1/2 of the slit pitch p, and a light receiving window. Each of the edges of the arc-shaped boundary line provided in the circumferential direction and the linear boundary line provided in the radial direction indicating the boundary of the light-shielding portion is formed with an arc portion that smoothly connects the edges. .
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical encoder according to the third aspect, the slits constitute one slit group.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view of a light receiving element of an optical encoder showing an embodiment of the present invention. Note that components of the present invention that are the same as those of the prior art are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and only different points will be described.
In the figure, 1 is a light receiving element, 2 is a light receiving section, and 3 is a light shielding section.
The differences between the present invention and the prior art are as follows.
That is, the pitch of the
[0008]
Next, in order to compare the effect of this embodiment with the conventional example, a light receiving element was actually manufactured and its effect was confirmed. A specific example will be described below.
2A and 2B show a case where the light receiving element shown in FIG. 1 and the rotary disk are superimposed, (a) is a plan view thereof, and (b) is a case where the light receiving portion width is set to 5/12 of the slit pitch. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an analog signal of a light receiving element.
In FIG. 2A, 4 is a rotating disk, 5 is a transparent portion, and 6 is a light shielding portion. 5a indicates a boundary between the
As shown in FIG. 2B, since the slit width of 5/12, the slit width, and the boundary between the radial direction and the circumferential direction are formed by a smooth curve, it is understood that the analog signal is close to a sine wave. Was.
[0009]
FIG. 3 shows a case where the light-receiving element shown in FIG. 1 and the rotating disk are overlapped with each other, and the positioning cannot be performed accurately, that is, the disk rotation center O and the optical reference position Q are shifted. (A) is a plan view thereof, and (b) is a diagram showing an analog signal of a light receiving element.
As shown in the figure, since the light receiving portion width has a gap of 1/12 with respect to 6/12 (= 1/2) of the slit pitch, the analog position in a case where the slit position is a little rough and a regular position is assumed. It has been found that waveform distortion is less likely to occur than signals.
[0010]
Therefore, in the embodiment of the present invention, in the optical encoder, the shape of the
[0011]
In this embodiment, an example of an encoder including a rotating disk, a light emitting element, and a light receiving element has been described. However, although not shown, the present invention can be implemented even in a configuration in which a fixed slit is provided between the rotating disk and the light receiving element. It is possible to do. That is, in the configuration in which the fixed slit is provided between the rotating disk and the light receiving element, the pitch of the slit provided in the fixed slit is set such that the pitch of the slit along the circumferential direction of the rotating disk is 1 / of the slit pitch p. While being formed at a small pitch, the respective edges of the arc-shaped boundary line provided in the circumferential direction indicating the boundary between the light receiving window and the light shielding portion and the linear boundary line provided in the radial direction are smoothed with each other. It becomes the structure which forms the connected circular arc part.
Further, regarding the optical encoder for the linear motor, the diameter of the above-described encoder can be considered to be infinite, so that the description is omitted.
[0012]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the optical encoder, the shape of the light receiving window of the fixed slit or the light receiving portion of the light receiving element is changed at a pitch smaller than 1/2 of the slit pitch in the circumferential direction. Each side of the line and the radial linear boundary line is formed, and the two sides in the radial direction and the two sides in the circumferential direction are connected by a smooth arc portion. This has the effect of making it difficult for the waveform of the analog signal to be distorted, approaching a sine wave, and improving the division accuracy after multiplication.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a light receiving element in an optical encoder according to an embodiment of the present invention.
2 (a) is a plan view of a case where the light receiving element shown in FIG. 1 and a rotating disk are superimposed, FIG. 2 (b) is a plan view thereof, and FIG. FIG. 4 is an operation explanatory diagram showing an analog signal of an element.
FIG. 3 shows a case where the light receiving element shown in FIG. 1 and the rotating disk are overlapped with each other and positioning cannot be accurately performed, that is, a case where the disk rotation center O and the optical reference position Q are shifted. (A) is a plan view thereof, and (b) is an operation explanatory diagram showing an analog signal of a light receiving element.
FIG. 4 is an enlarged view of the right half of FIG. 7 disclosed in
5A and 5B show a case where the positioning of the light receiving element and the rotary disk in FIG. 4 could not be accurately performed. FIG. 5A is a plan view thereof, and FIG. 5B is a view showing an analog signal of the light receiving element. is there.
FIG. 6 is an overall perspective view showing a basic configuration of a general optical encoder.
[Explanation of symbols]
1
2b Straight boundary line (radial direction)
2c Arc-shaped boundary line (inner circumferential direction)
2d Straight boundary line (radial direction)
2ab, 2bc, 2cd,
Claims (4)
前記受光素子の受光部は、該受光部の回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔をスリットピッチpの1/2より小さいピッチで形成すると共に、受光部と遮光部の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線と径方向に設けた直線状境界線の夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成したことを特徴とする光学式エンコーダ。By providing a code pattern on the rotating disk, by receiving light from a light emitting element that has transmitted or reflected the code pattern with a light receiving element, the speed of the rotating disk, an optical encoder that detects the rotational position,
The light-receiving portion of the light-receiving element has a pitch interval along the circumferential direction of the rotating disk of the light-receiving portion formed at a pitch smaller than ス リ ッ ト of the slit pitch p, and has a circumferential direction indicating a boundary between the light-receiving portion and the light-shielding portion. An optical encoder characterized in that at each of the edges of the provided arcuate boundary line and the linear boundary line provided in the radial direction, an arc portion that smoothly connects the edges is formed.
前記固定スリットに設けられたスリットは、該スリットの回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔をスリットピッチpの1/2より小さいピッチで形成すると共に、受光窓と遮光部の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線と径方向に設けた直線状境界線の夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成したことをことを光学式エンコーダ。A rotary disk is provided with a code pattern, and through a fixed slit, by receiving light from a light emitting element that has transmitted or reflected the code pattern with a light receiving element, the speed of the rotary disk, an optical encoder that detects a rotational position. ,
The slit provided in the fixed slit has a pitch interval along the circumferential direction of the rotating disk of the slit at a pitch smaller than 1/2 of the slit pitch p, and a circumferential direction indicating a boundary between the light receiving window and the light shielding portion. An optical encoder that an arcuate portion that smoothly connects these edges is formed at each of the edges of the arcuate boundary line provided in (1) and the linear boundary line provided in the radial direction.
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