JP2004271453A - 光学式エンコーダ - Google Patents
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Abstract
【課題】受光素子のアナログ信号を正弦波に近づけることによって、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。
【解決手段】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、前記回転ディスクに設けられたスリットの形状が、透明部と不透明部の境界を決める４辺のうち、径方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を基準にした２つの円弧から形成されているのに対し、周方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を通る直線と、９０度以下の角をなす直線から形成される。
【選択図】 図１
【解決手段】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、前記回転ディスクに設けられたスリットの形状が、透明部と不透明部の境界を決める４辺のうち、径方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を基準にした２つの円弧から形成されているのに対し、周方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を通る直線と、９０度以下の角をなす直線から形成される。
【選択図】 図１
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】
光学式のエンコーダは、モータの回転軸になんらかの機構で繋がれたガラス等で構成された円板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で認識する。そして、受光素子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、内挿またはパレス化して上述した円板の回転速度または回転位置を検出するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５６９２号公報（明細書第２頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術においては、分解能を高めるためにスリットの間隔（ピッチ）を狭くすると、光の回折現象によって検出される正弦波状の信号に含まれる高次の周波数成分が大きくなり、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を使った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。また前記アナログ信号をＡ／Ｄ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。
そこで、本発明は、受光素子のアナログ信号を正弦波に近づけることによって、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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は回転ディスクに設けられたスリットの形状が、境界を決める４辺のうち、径方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を基準にした２つの円弧から形成されているのに対し、周方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を通る直線と、９０度以下の負をなす直線から形成される簡単な形のスリット、受光部を用いることにより信号の高次波成分を含まない良好な波形を取出すものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の（第一の）実施例を図に基づいて説明する。
図１は光学式エンコーダの回転ディスクに用いるパターンである。この図において１１から１４は回転ディスクの遮光部と透明部の境界を示す。１１と１３はそれぞれ外周側、内周側の径方向境界線である。光学式エンコーダの分解能により異なるが、前記外周側、内周側の境界線は緩やかな円弧を描く。１２と１４は周方向境界線である。この図にある１５と１６は光学式エンコーダの回転中心を通る直線を表わしており、前記周方向の境界線１２と１４は前記直線と任意の傾きθをなす。また図２は図１で示された回転ディスクと固定スリットにあるパターンを重ね合わせたものである。２０は固定スリットの遮光部と透明部の境界を示す。
２２は遮光部を、２１は透明部を示す。Ｐは光学式エンコーダのスリットピッチを表わす。便宜上、ここでスリットピッチＰを電気色３６０°とし、図１に示される円弧１８との角度比を用いて前記傾きθの大きさを表わすことにする。つまり線分１８がスリットピッチの１／６の長さであれば、３６０÷６＝６０となり、前記固定スリットの周方向の境界線１３と１４は、光学式エンコーダの回転中心を通る直線１５と１６、言い換えれば従来の固定スリットの境界線と６０°の傾きをなすものと定義する。回転ディスクが回転することにより固定スリットを通過する光に３次の高調波が含まれるとして、基本波、３次高調波をそれぞれ、
ｐ１＝ａｓｉｎ（θ＋Φａ）
Ｐ３＝ｂｓｉｎ（３θ＋Φｂ）
と表わせば、固定スリットを通過した光による出力Ｐは、
Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ３＝ａｓｉｎ（θ＋Φａ）＋ｂｓｉｎ（３θ＋Φｂ）
となる。図３において、円弧１９とスリットピッチＰの角度比が１：６で前記傾きθが６０°で定義される回転ディスクがあり、対応した固定スリットのパターン２０を上下２等分したユニット（２３と２４）を考える。
前記２つのスリットに当たる光には６０°位相差がある為、固定スリット１０全体の出力は、前記出力Ｐの半分が６０°の位相差を伴って加えられているのと同じものとなる。スリット２３の出力をＰ２、スリット２４の出力をＰ３とすると、図４より、
となって、３次の高調波を打ち消すことができる。
他の次数（５，７．．．次）についても同様であり、前記傾きθをそれぞれ、１８０／５＝３６°、１８０／７＝２５．７°に設定すればそれぞれの高調波を打ち消すことができる。９次高調波は３次高調波の奇数倍なのでわざわざ、２０°に設定しなくても、前記傾きθを６０°に設定すれば３次、９次、１５次．．．の高調波を打ち消すことができる。加えて、傾きθを変化させて取出せる波形をシミュレートすると、前記傾きを１ｒａｄ（＝５７．３°）に設定すれば、基本波以外の高調波を効果的に取り除けることがわかっている。
また、偶数倍の高調波については本発明の（第二の）実施例になるが、図５に示すような くの字スリット（傾きθと、ディスクの回転中心を通る直線に対し線対称になる傾きθ’をもつトラック）から得られるそれぞれの出力を加えることにより２次以上の高次偶数波を簡単に打ち消すことができる。
【０００７】
【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、回転ディスクにあるコードパターンのスリット形状の透明部と不透明部の境界を決める４辺のうち、径方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を基準にした２つの円弧から形成されているのに対し、周方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を通る直線と、９０度以下の角をなす直線から形成されるようにしたので、受光素子のアナログ信号を正弦波に近づけることができ、逓倍後の分割精度を向上できるという効果がある。また、リニアの光学式エンコーダに関しては、上記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不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に基づく本発明のスリット形状を示す簡略図である。
【図２】本発明のスリットと固定スリットを重ねた図である。
【図３】本発明の実施例を説明する図である。
【図４】本発明の動作を説明する図である。
【図５】請求項２に基づく本発明のスリット形状を示す簡略図である。
【符号の説明】
１０ 回転ディスクの一部
１１ スリットの外周側径方向境界線
１２ スリットの周方向境界線
１３ スリットの内周側径方向境界線
１４ スリットの周方向境界線
１５ 光学式エンコーダの回転中心を通る直線
１６ 光学式エンコーダの回転中心を通る直線
θ スリットの傾き
θ’ 他トラックのスリットの傾き
１８ スリットの傾きを定義する円弧（角度）
１９ スリットの傾きを定義する円弧（角度はスリットピッチの１／６）
２０ 固定スリットの遮光部と透明部の境界
２１ 透明部
２２ 遮光部
２３ ２分割された透明部の外周側
２４ ２分割された透明部の内周側
Ｐ 光学式エンコーダのスリットピッチ
【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】
光学式のエンコーダは、モータの回転軸になんらかの機構で繋がれたガラス等で構成された円板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で認識する。そして、受光素子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、内挿またはパレス化して上述した円板の回転速度または回転位置を検出するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５６９２号公報（明細書第２頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術においては、分解能を高めるためにスリットの間隔（ピッチ）を狭くすると、光の回折現象によって検出される正弦波状の信号に含まれる高次の周波数成分が大きくなり、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を使った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。また前記アナログ信号をＡ／Ｄ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。
そこで、本発明は、受光素子のアナログ信号を正弦波に近づけることによって、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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は回転ディスクに設けられたスリットの形状が、境界を決める４辺のうち、径方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を基準にした２つの円弧から形成されているのに対し、周方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を通る直線と、９０度以下の負をなす直線から形成される簡単な形のスリット、受光部を用いることにより信号の高次波成分を含まない良好な波形を取出すものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の（第一の）実施例を図に基づいて説明する。
図１は光学式エンコーダの回転ディスクに用いるパターンである。この図において１１から１４は回転ディスクの遮光部と透明部の境界を示す。１１と１３はそれぞれ外周側、内周側の径方向境界線である。光学式エンコーダの分解能により異なるが、前記外周側、内周側の境界線は緩やかな円弧を描く。１２と１４は周方向境界線である。この図にある１５と１６は光学式エンコーダの回転中心を通る直線を表わしており、前記周方向の境界線１２と１４は前記直線と任意の傾きθをなす。また図２は図１で示された回転ディスクと固定スリットにあるパターンを重ね合わせたものである。２０は固定スリットの遮光部と透明部の境界を示す。
２２は遮光部を、２１は透明部を示す。Ｐは光学式エンコーダのスリットピッチを表わす。便宜上、ここでスリットピッチＰを電気色３６０°とし、図１に示される円弧１８との角度比を用いて前記傾きθの大きさを表わすことにする。つまり線分１８がスリットピッチの１／６の長さであれば、３６０÷６＝６０となり、前記固定スリットの周方向の境界線１３と１４は、光学式エンコーダの回転中心を通る直線１５と１６、言い換えれば従来の固定スリットの境界線と６０°の傾きをなすものと定義する。回転ディスクが回転することにより固定スリットを通過する光に３次の高調波が含まれるとして、基本波、３次高調波をそれぞれ、
ｐ１＝ａｓｉｎ（θ＋Φａ）
Ｐ３＝ｂｓｉｎ（３θ＋Φｂ）
と表わせば、固定スリットを通過した光による出力Ｐは、
Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ３＝ａｓｉｎ（θ＋Φａ）＋ｂｓｉｎ（３θ＋Φｂ）
となる。図３において、円弧１９とスリットピッチＰの角度比が１：６で前記傾きθが６０°で定義される回転ディスクがあり、対応した固定スリットのパターン２０を上下２等分したユニット（２３と２４）を考える。
前記２つのスリットに当たる光には６０°位相差がある為、固定スリット１０全体の出力は、前記出力Ｐの半分が６０°の位相差を伴って加えられているのと同じものとなる。スリット２３の出力をＰ２、スリット２４の出力をＰ３とすると、図４より、
他の次数（５，７．．．次）についても同様であり、前記傾きθをそれぞれ、１８０／５＝３６°、１８０／７＝２５．７°に設定すればそれぞれの高調波を打ち消すことができる。９次高調波は３次高調波の奇数倍なのでわざわざ、２０°に設定しなくても、前記傾きθを６０°に設定すれば３次、９次、１５次．．．の高調波を打ち消すことができる。加えて、傾きθを変化させて取出せる波形をシミュレートすると、前記傾きを１ｒａｄ（＝５７．３°）に設定すれば、基本波以外の高調波を効果的に取り除けることがわかっている。
また、偶数倍の高調波については本発明の（第二の）実施例になるが、図５に示すような くの字スリット（傾きθと、ディスクの回転中心を通る直線に対し線対称になる傾きθ’をもつトラック）から得られるそれぞれの出力を加えることにより２次以上の高次偶数波を簡単に打ち消すことができる。
【０００７】
【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、回転ディスクにあるコードパターンのスリット形状の透明部と不透明部の境界を決める４辺のうち、径方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を基準にした２つの円弧から形成されているのに対し、周方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を通る直線と、９０度以下の角をなす直線から形成されるようにしたので、受光素子のアナログ信号を正弦波に近づけることができ、逓倍後の分割精度を向上できるという効果がある。また、リニアの光学式エンコーダに関しては、上記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不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に基づく本発明のスリット形状を示す簡略図である。
【図２】本発明のスリットと固定スリットを重ねた図である。
【図３】本発明の実施例を説明する図である。
【図４】本発明の動作を説明する図である。
【図５】請求項２に基づく本発明のスリット形状を示す簡略図である。
【符号の説明】
１０ 回転ディスクの一部
１１ スリットの外周側径方向境界線
１２ スリットの周方向境界線
１３ スリットの内周側径方向境界線
１４ スリットの周方向境界線
１５ 光学式エンコーダの回転中心を通る直線
１６ 光学式エンコーダの回転中心を通る直線
θ スリットの傾き
θ’ 他トラックのスリットの傾き
１８ スリットの傾きを定義する円弧（角度）
１９ スリットの傾きを定義する円弧（角度はスリットピッチの１／６）
２０ 固定スリットの遮光部と透明部の境界
２１ 透明部
２２ 遮光部
２３ ２分割された透明部の外周側
２４ ２分割された透明部の内周側
Ｐ 光学式エンコーダのスリットピッチ
Claims (4)
- 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、
前記回転ディスクに設けられたスリットの形状が、透明部と不透明部の境界を決める４辺のうち、径方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を基準にした２つの円弧から形成されているのに対し、周方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を通る直線と、９０度以下の角をなす直線から形成されることを特徴とする光学式エンコーダ。 - 前記回転ディスクに設けられたスリット群を一つのトラックとして、少なくとも二つ以上のトラックを回転ディスク上に構成することを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
- 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、
前記回転ディスクに設けられたスリットの形状が、透明部と不透明部の境界を決める４辺のうち、径方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を基準にした２つの円弧から形成されているのに対し、周方向の２辺は前記回転ディスクの回転中心を通る直線と、９０度以下の角をなす直線から形成されることを特徴とする光学式エンコーダ。 - 前記回転ディスクに設けられたスリット群を一つのトラックとして、少なくとも二つ以上のトラックを回転ディスク上に構成することを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003065429A JP2004271453A (ja) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | 光学式エンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003065429A JP2004271453A (ja) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | 光学式エンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004271453A true JP2004271453A (ja) | 2004-09-30 |
| JP2004271453A5 JP2004271453A5 (ja) | 2006-01-12 |
Family
ID=33126456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003065429A Pending JP2004271453A (ja) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | 光学式エンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004271453A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015087247A (ja) * | 2013-10-30 | 2015-05-07 | オークマ株式会社 | 光学式エンコーダ |
| JP2016532095A (ja) * | 2013-10-01 | 2016-10-13 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニーＲｅｎｉｓｈａｗ Ｐｕｂｌｉｃ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ | 測定エンコーダ |
-
2003
- 2003-03-11 JP JP2003065429A patent/JP2004271453A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016532095A (ja) * | 2013-10-01 | 2016-10-13 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニーＲｅｎｉｓｈａｗ Ｐｕｂｌｉｃ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ | 測定エンコーダ |
| US10823587B2 (en) | 2013-10-01 | 2020-11-03 | Renishaw Plc | Measurement encoder |
| JP7032045B2 (ja) | 2013-10-01 | 2022-03-08 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニー | 測定エンコーダ |
| JP2015087247A (ja) * | 2013-10-30 | 2015-05-07 | オークマ株式会社 | 光学式エンコーダ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20051114 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20051114 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081117 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090309 |