JP2006329652A - Optical displacement sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、変位検出を行う光学式変位センサに関し、特に位置信号に同期した原点検出信号を安定して発生させる光学式変位センサに関する。 The present invention relates to an optical displacement sensor that performs displacement detection, and more particularly to an optical displacement sensor that stably generates an origin detection signal synchronized with a position signal.
光学式変位センサとしては、例えばエンコーダ装置が知られている。従来知られているエンコーダ装置の一般的な構成を、図1に示す。同図を参照して、従来知られているエンコーダ装置の一般的な構成及び作用について、以下説明する。 For example, an encoder device is known as an optical displacement sensor. A general configuration of a conventionally known encoder device is shown in FIG. A general configuration and operation of a conventionally known encoder device will be described below with reference to FIG.
すなわち、エンコーダ装置は、例えばLED等である発光部2と、この発光部2からのビーム光を平行光にするための光学素子4とを有する光源部6を有している。この光源部6からの平行光は、順次、インデックススケール8及びスケール10に照射される。また、このスケール10に関して上記光源部6と反対側には、光検出部12を有している。さらに、エンコーダ装置は、この光検出部12からの信号を処理してエンコーダ信号として出力する信号処理回路部14を備えている。
That is, the encoder apparatus includes a
ここで、上記インデックススケール8、上記スケール10、及び上記光検出部12は、位置検出用の部分と原点検出用の部分とを有する。具体的には、上記インデックススケール8には、位置検出用のスリット部である位置検出用パターン8a、及び原点検出用のスリット部である原点検出用パターン8bが設けられている。同様に、上記スケールには、位置検出用のスリット部である位置検出用パターン10a、及び原点検出用のスリット部である原点検出用パターン10bが設けられている。さらに、上記光検出部12には、位置検出用の光検出器である位置検出部12a、及び原点検出用の光検出部である原点検出部12bが設けられている。
Here, the index scale 8, the
なお、エンコーダ装置のうち、直線的な位置検出を行うリニアエンコーダでは、その有する直状スケールにおける一端近傍に原点検出用パターン10bが配置されることが多い。一方、回転運動を検出するロータリエンコーダでは、通常、円盤状スケール上の1箇所に原点検出用パターン10bが配置される。
Of the encoder devices, in a linear encoder that performs linear position detection, the
従来知られているエンコーダ装置は、上述のような構成により、位置検出及び原点検出を可能としている。なお、位置検出を行う対象物、例えばステージやモータ等において、上記光源部6、上記インデックススケール8及び上記光検出部12は、上記対象物における移動体及び固定体のうちの何れか一方に取り付けられる。そして、上記スケール10は、上記対象物における移動体と固定体のうち、上記光源部6、上記インデックススケール8及び上記光検出部12が取り付けられていない方に取り付けられる。
A conventionally known encoder device enables position detection and origin detection with the above-described configuration. Note that, in an object for position detection, such as a stage or a motor, the
上述のような構成である一般的なエンコーダ出力信号としては、エンコーダ装置における可動部(上記対象物における可動部)の変位に伴って出力される互いに90°位相の異なる正弦波信号またはパルス(矩形波)信号であるA相信号及びB相信号、さらには上記可動部の基準位置検出の際に出力されるZ相信号(原点検出用信号)がある。 As a general encoder output signal having the above-described configuration, sinusoidal signals or pulses (rectangular shapes) having phases different from each other by 90 ° are output in accordance with the displacement of the movable portion (movable portion of the object) in the encoder device. There are A phase signal and B phase signal which are (wave) signals, and Z phase signal (origin detection signal) which is output when the reference position of the movable part is detected.
また、エンコーダ装置の電源の投入時や、検出した位置情報をクリアした時点で上記移動体の絶対位置が不明である場合には、新たに原点検出を行うことによって、相対的な変位量のみならず、正確な絶対的位置の情報を得ることが可能となる。なお、必要に応じて、位置信号との同期をとった原点検出信号を得ることも可能である。 Also, when the absolute position of the moving body is unknown when the encoder device is turned on or when the detected position information is cleared, a new origin detection is performed so that only the relative displacement amount can be obtained. Therefore, it is possible to obtain accurate absolute position information. If necessary, an origin detection signal synchronized with the position signal can be obtained.
このようなエンコーダにおける原点検出信号の検出では、上記移動体を動かし、上記インデックススケール8における原点検出用パターン8b及び上記スケール10における原点検出用パターン10bを介して、上記光源部6からの光を上記光検出部12における原点検出部12bにて検出し、この原点検出部12bからの出力を上記信号処理回路部14が処理する。
In the detection of the origin detection signal in such an encoder, the moving body is moved, and the light from the
なお、原点信号の検出においては、原点の近傍でピーク状となる原点検出信号が、所定のスライスレベルを越えたときに原点検出状態であるとする方式がよく用いられている。 In the detection of the origin signal, a method is often used in which the origin detection signal is in the origin detection state when the origin detection signal having a peak in the vicinity of the origin exceeds a predetermined slice level.
また、原点信号の検出における信頼性や精度を向上させるため、例えば、上記インデックススケール8及び上記スケール10に、位置信号の周期よりも長い周期の信号である基準位置信号を発生させる機構を設け、この信号を検出する機構を上記光検出部12に設けることで、位置信号と基準位置信号である原点信号の他に、上記基準位置補助信号を、上記原点検出信号を位置信号に同期させる際の指標とする技術も知られている。
In order to improve the reliability and accuracy in detecting the origin signal, for example, the index scale 8 and the
上述のようなエンコーダ装置の一例として、例えば特許文献1に、光学式エンコーダが開示されている。以下、図11を参照して、この光学式エンコーダの特徴部の概略を説明する。なお、図11は、特許文献1に開示されている光学式エンコーダの光検出部110の概略を示す図である。
As an example of the encoder device as described above, for example,
この光学式エンコーダの光検出部110では、図11(a)に示すように、位置検出用としての光検出器アレイ120、及び原点検出用光検出器140として、同図に示すように、中央部光検出器142,及び端部光検出器144が配置される。
In the
ここで、原点検出用光検出器140である中央部光検出器142及び端部光検出器144から得られる信号を、図中左から順にそれぞれA,B,Cとした場合に、これら信号A,B,Cは例えば図11(b)に示すようなグラフとなる。さらに、それら信号A,B,Cを下式のように合成することで、信号S1及び信号S2を得る。なお、これら信号S1及びS2は、図11(b)に示すようなグラフとなる。
Here, when the signals obtained from the
S1=−A+2B−C …(1)
S2=A−2B+C …(2)
ここで、原点検出信号Zを、以下のようにしてデジタル信号として得る。
S1 = −A + 2B−C (1)
S2 = A-2B + C (2)
Here, the origin detection signal Z is obtained as a digital signal as follows.
S1>S2+Oの時: Z=1 (ただし、Oはオフセット)
S1≦S2+Oの時: Z=0 (ただし、Oはオフセット)
つまり、同図からも分かるように、信号S1のグラフと信号S2のグラフとの交点の間の部分を、原点検出信号としている。ここで、図11(b)におけるINDEX SIGNALがハイとなっている部分が、原点検出信号が検出されている部分である。すなわち、言い換えれば、上記2つの不等式により、原点検出信号の始めと終わり(立ち上がりと立下り)を規定する方法であると言える。
When S1> S2 + O: Z = 1 (where O is an offset)
When S1 ≦ S2 + O: Z = 0 (O is offset)
That is, as can be seen from the figure, the portion between the intersections of the signal S1 graph and the signal S2 graph is used as the origin detection signal. Here, the portion where INDEX SIGNAL in FIG. 11B is high is the portion where the origin detection signal is detected. In other words, it can be said that this is a method of defining the beginning and end (rise and fall) of the origin detection signal by the above two inequalities.
上述のようにして、特許文献1に開示されている光学式エンコーダでは、精度の高い原点検出を行う。
しかしながら、上記特許文献1に開示された光学式エンコーダによれば、例えば図11(c)に示すように、上記光検出部110の検出する信号の強度が上がった場合に、検出幅が拡がることで、原点検出信号の始めと終わり(立ち上がりと立下り)のエッジ位置も移動してしまったり、検出する信号として複数のパルスが発生してしまうことが生じる。
However, according to the optical encoder disclosed in
また、図1に示した一般的なエンコーダ装置による従来の原点検出方式では、光源部6の光量変化や、センサヘッドである光検出部12とスケール10との配置関係の変化(ギャップズレやトラックズレといった位置ズレや回転ズレ)によって、上記光検出部12にて検出される原点検出信号の検出エッジ位置や検出幅が変動しやすい。
Further, in the conventional origin detection method using the general encoder device shown in FIG. 1, a change in the light amount of the
また、この原点検出信号の検出幅が変動してしまうと、結果として検出される原点位置も変動することがある。特に、周期的な信号である位置信号に同期して原点検出信号を出す場合に、この原点検出信号の検出幅が変動してしまうと、原点検出の位置が、位置信号の1周期分以上といったような大きなズレを有してしまうことも生じる。 If the detection width of the origin detection signal varies, the origin position detected as a result may also vary. In particular, when an origin detection signal is output in synchronization with a position signal that is a periodic signal, if the detection width of the origin detection signal fluctuates, the position of the origin detection is more than one period of the position signal. Such a large deviation may occur.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、位置信号と共に、検出位置の変動の少ない原点検出信号、すなわち精度の高い原点検出信号を発生させることができる光学式変位センサ、さらには、位置信号に同期した原点検出信号を安定して発生させることができる光学式変位センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an optical displacement sensor capable of generating an origin detection signal with a small variation in the detection position, that is, an origin detection signal with high accuracy, together with a position signal, It is an object of the present invention to provide an optical displacement sensor that can stably generate an origin detection signal synchronized with a position signal.
上記の目的を達成するために、本発明の一態様による光学式変位センサは、互いに相対的に移動する固定体及び移動体のうちの何れか一方に取り付けられた光源部及び受光部と、上記固定体及び上記移動体のうちの上記光源部が取り付けられていない方に取り付けられた所定の光学パターンを有するスケールと、上記受光部にて検出された信号に基づいて上記移動体の変位または位置を検出して変位量または位置を位置信号として出力し、さらに上記移動体が原点位置にある場合に原点検出したことを示すデジタル信号である原点検出信号を出力する信号処理回路と、を具備し、上記光源部からの射出された光が上記スケールを介して上記受光部で検出されるように上記光源部、上記受光部、及び上記スケールが空間的に配置された光学式変位センサにおいて、上記受光部は、少なくとも3つ以上の原点の検出に用いる光検出器を有し、上記受光部における上記光検出器が出力する信号のうち特定の2つの信号を選択して1組とすることで第1組及び第2組を設定し、上記第1組において原点近傍で2つの信号の信号レベルが等しくなる上記移動体の位置を第1の位置、上記第2組において原点近傍で2つの信号の信号レベルが等しくなる上記移動体の位置を第2の位置としたとき、上記信号処理回路は、上記移動体が上記第1の位置から上記第2の位置の間の位置にある場合に一定の信号レベルで、上記移動体が上記第1の位置から上記第2の位置の間の位置にない場合に上記一定レベルとは異なる信号レベルの原点検出信号を出力することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an optical displacement sensor according to an aspect of the present invention includes a light source unit and a light receiving unit attached to any one of a fixed body and a moving body that move relative to each other, and A scale having a predetermined optical pattern attached to the fixed body and the moving body where the light source unit is not attached, and displacement or position of the moving body based on a signal detected by the light receiving unit And a signal processing circuit for outputting an origin detection signal which is a digital signal indicating that the origin has been detected when the moving body is at the origin position. The optical source in which the light source unit, the light receiving unit, and the scale are spatially arranged so that light emitted from the light source unit is detected by the light receiving unit through the scale. In the sensor, the light receiving unit includes a photodetector used for detecting at least three or more origins, and a set of two signals selected from the signals output by the photodetector in the light receiving unit is selected. By setting the first set and the second set, the position of the moving body in which the signal levels of the two signals are equal in the vicinity of the origin in the first set is the first position, and in the vicinity of the origin in the second set. When the position of the moving body in which the signal levels of the two signals are equal to each other is the second position, the signal processing circuit moves the moving body to a position between the first position and the second position. An origin detection signal having a signal level different from the constant level is output when the moving body is not at a position between the first position and the second position at a constant signal level in some cases. And
本発明によれば、位置信号と共に、検出位置の変動の少ない原点検出信号、すなわち精度の高い原点検出信号を発生させることができる光学式変位センサ、さらには、位置信号に同期した原点検出信号を安定して発生させることができる光学式変位センサを提供することができる。 According to the present invention, together with the position signal, an origin detection signal with a small variation in the detected position, that is, an optical displacement sensor that can generate a highly accurate origin detection signal, and an origin detection signal synchronized with the position signal are provided. An optical displacement sensor that can be generated stably can be provided.
以下、本実施形態に係る光学式変位センサとして、光学式エンコーダを例に説明する。 Hereinafter, an optical encoder will be described as an example of the optical displacement sensor according to the present embodiment.
[第1実施形態]
本実施形態に係る光学式エンコーダ装置としては、原点検出信号の生成部分を除き、図1に示した従来知られている一般的な光学式エンコーダ装置と同様の構成で構わない。したがって、その説明は省略し、本実施形態の特徴部分のみを以下に説明する。
[First Embodiment]
The optical encoder device according to the present embodiment may have the same configuration as the conventionally known general optical encoder device shown in FIG. 1 except for the generation portion of the origin detection signal. Therefore, the description thereof is omitted, and only the characteristic part of the present embodiment will be described below.
すなわち、本実施形態においては、図2に示すように、光検出部12における原点検出部12bとして、原点検出用の光検出器が4つ配置されている。
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, four origin detection photodetectors are arranged as the
以下、本実施形態に係る光学式エンコーダ装置における検出信号について説明する。 Hereinafter, the detection signal in the optical encoder device according to the present embodiment will be described.
ここで、上記光検出部12における位置検出部12aの受光素子からは、上記スケール10の移動に対応して、互いに位相が90°異なる信号(A(+)、A(−)、B(+)、B(−))が出力され、信号処理回路部14に入力される。
Here, signals (A (+), A (−), B (+) whose phases are different from each other by 90 ° from the light receiving element of the
上記信号処理回路部14においては、上記位置検出部12aの各受光素子からの電流出力は電流電圧変換によって電圧に変換され、A(+)信号、もしくは、[A(+)−A(−)]信号を位置信号(a)とし、またB(+)信号、もしくは、[B(+)−B(−)]信号を位置信号(b)として位置検出に用いる。
In the signal
また、光検出部12における原点検出部12bの各光検出器からは、上記可動部の基準位置検出の際に出力されるZ相(原点)信号を生成するための原点検出用の信号である原点検出信号が出力され、信号処理回路部14に入力される。
In addition, from the respective photodetectors of the
しかしながら、この原点検出信号は、周期信号である上記位置信号(a)及び上記位置信号(b)とは必ずしも同期していない。したがって、原点検出信号を上記位置信号(a)及び上記位置信号(b)と同期させるためには、例えば図3に示すような同期回路60を信号処理回路部14に持たせる必要がある。
However, the origin detection signal is not necessarily synchronized with the position signal (a) and the position signal (b) which are periodic signals. Therefore, in order to synchronize the origin detection signal with the position signal (a) and the position signal (b), for example, the signal
ここで、図3を参照して同期回路60について説明する。なお、ここで言う同期回路とは、位置信号の特定の位相を検出する回路を指すのではなく、原点信号を位置信号の特定のタイミングに同期させたり、位置信号に基づいて特定の位置にあるときに原点信号を出すための回路である。
Here, the
同期回路60の内部には、位置信号(a)及び位置信号(b)を2値化して位置信号(c)及び位置信号(d)を得る2値化回路61と、同期タイミングを切り替えることができる同期タイミング切り替えスイッチ(以下、同期切り替えスイッチと称する)63と、上記位置信号(c)及び上記位置信号(d)と上記同期切り替えスイッチ63の出力と原点検出信号(e)とを入力として位置信号に同期した原点検出信号(f)を出力する同期処理部62と、から構成されている。
In the
このような構成の同期回路60により、位置信号(a)、位置信号(b)及び原点検出信号(e)の入力から、位置信号に同期した原点信号(f)が出力される。つまり、この同期回路60により、位置信号(a)の特定の位相、例えば、位置信号(c)または位置信号(d)の立ち上がりや立ち下がりのタイミングや、移動体の移動方向に合わせて原点検出信号(f)を出力することが可能となる。
The
なお、スケール10上の原点検出用パターン10bを経た光が光検出部12上に結像するが、原点の近傍において、上記スケール10が移動した際に光検出部12上に結像した光パターンである結像パターンもこれにつれて移動する。
Note that the light that has passed through the
このときの上記スケール10の移動量、及び結像パターンの移動量は、通常リニアな関係があるものが多い。したがって、上記スケール10の移動量xと上記結像パターンの移動量yとの間には、a及びbとを定数として、以下の関係が成り立つことが多い。
In many cases, the amount of movement of the
x=a・y+b …(3)
ここで、上記aの絶対値は、光学素子4の構成により異なるが、1や2といった整数値を取ることが多い。このことは、上記スケール10の移動量及び上記結像パターンの移動量が、上述のようなリニアな関係にあるとき、光検出部12における光検出器の配置設計の際に、この光検出器の幅や間隔を、上記(3)に基づいて設定できることを意味する。
x = a · y + b (3)
Here, the absolute value of a is different depending on the configuration of the optical element 4, but often takes an integer value such as 1 or 2. This is because when the amount of movement of the
図4(a)は、本実施形態に係る光学式エンコーダの光検出部12における原点検出部12bの構成を示している。
FIG. 4A shows the configuration of the
同図に示すように、原点検出部12bは4つの光検出器であるフォトダイオード(Photo Diode;以下PDと称す)12b1〜12b4から成るもので、位置検出のときに上記移動体と上記固定体とが相対的に変位する際に、原点検出用の光が走査する方向に、それら4つのPDが配置されている。ここで、第1の光検出器であるPD12b1の検出中心と第2の光検出器であるPD12b2の検出中心との間隔をP、同様に、第3の光検出器であるPD12b3の検出中心と第4の光検出器であるPD12b4の検出中心との間隔をPとする。また、PD12b2の検出中心とPD12b3の検出中心との間隔をQとする。
As shown in the figure, the
上記各PDからの電流出力は、上記信号処理回路部14内に構成された不図示の電流電圧変換回路により電圧に変換されて、同じく上記信号処理回路部14内に構成された図1(c)に示すような原点検出回路70へ入力される構成としている。なお、上記原点検出回路70その詳細は後述する。また、上記各PDの形状と構造は等しく、同等の光電変換機能を有するとする。
The current output from each PD is converted into a voltage by a current-voltage conversion circuit (not shown) configured in the signal
上記各PD12b1〜12b4で検出される信号は、上記移動体と上記固定体が相対的に変位したときに、ある位置、即ち上記移動体と上記固定体が、特定の配置関係となるときに、それぞれ最大の値となり、上記特定の配置関係の位置から外れるに従って、その値は小さくなる。 The signals detected by each of the PDs 12b1 to 12b4 are obtained when the movable body and the fixed body are relatively displaced, that is, when the movable body and the fixed body have a specific arrangement relationship. Each value becomes the maximum value, and the value decreases as the position deviates from the position of the specific arrangement relationship.
言い換えれば、光検出部12の原点検出部12bにおけるPD配置に関して、PD12b1の検出信号が最大(ピーク)の値となる位置と、PD12b2の検出信号が最大の値となる位置との差が、上記間隔Pに比例することが上記のリニアな関係と言える。
In other words, regarding the PD arrangement in the
実際に、通常の構成では、光検出部12の原点検出部12bにおけるPD配置に関して、PD12b1の検出信号が最大の値となる位置と、PD12b2の検出信号が最大の値となる位置との差は、上記間隔Pに等しいか、または上記間隔Pの1/2の値であるといったように、比例関係であることが多い。
Actually, in the normal configuration, regarding the PD arrangement in the
このようなリニアな関係となるか否かは、光学素子4の構成及び配置に依存するが、本実施形態においては、このようなリニアな関係が成立する場合を前提とする。すなわち、光検出部12の位置、幅、及び間隔を、スケール10の位置、またはスケール10の移動量に換算することができるとする。
Whether or not such a linear relationship is satisfied depends on the configuration and arrangement of the optical element 4, but in the present embodiment, it is assumed that such a linear relationship is established. That is, it is assumed that the position, width, and interval of the
なお、通常、光源部6の光量変化や、光源部6、スケール10、及び受光部である光検出部12の配置関係が変化することなどにより、原点検出用のPDからの出力信号のレベルが変動する。しかし、光源部6から受光部へ照射される光の強度中心位置が変化しない、または、変化しても、位置検出に影響の出にくい方向への変化であれば、隣り合った2つの形状・構造が互いに等しいPDの出力信号が等しくなる位置はほとんど変化しない。
In general, the level of the output signal from the origin detection PD is changed by changing the light amount of the
以下、本実施形態の説明に用いる第1の位置である位置A及び第2の位置である位置Bを定義して説明する。 Hereinafter, the position A which is the first position and the position B which is the second position used in the description of the present embodiment will be defined and described.
まず、原点近傍にてPD12b1の検出信号とPD12b2の検出信号とが等しくなる位置を位置Aとする。また同様に、原点近傍にてPD12b3の検出信号とPD12b4の検出信号とが等しくなる位置を位置Bとする。さらに、上記位置信号(a)及び上記位置信号(b)の1周期分の変位量をTとすると、位置Aと位置Bとの距離がT/2、またはT、さらにはnT/2(n≧3)となるように光学素子4や受光部である光検出部12の構造を設計する。
First, a position where the detection signal of PD12b1 and the detection signal of PD12b2 are equal in the vicinity of the origin is defined as position A. Similarly, a position where the detection signal of PD12b3 and the detection signal of PD12b4 are equal in the vicinity of the origin is defined as position B. Further, if the displacement amount for one period of the position signal (a) and the position signal (b) is T, the distance between the position A and the position B is T / 2, or T, and further nT / 2 (n The structure of the optical element 4 and the
ここで、上記リニアな関係が成り立つとき、上記位置AはPD12b1の検出信号が最大(ピーク)になる位置とPD12b2の検出信号が最大になる位置との中間点となる。また、このとき位置Bは、PD12b3の検出信号が最大になる位置とPD12b4の検出信号とが最大になる位置との中間点となることが導かれる。 Here, when the linear relationship is established, the position A is an intermediate point between the position where the detection signal of the PD 12b1 is maximum (peak) and the position where the detection signal of the PD 12b2 is maximum. At this time, it is derived that the position B is an intermediate point between the position where the detection signal of the PD 12b3 becomes maximum and the position where the detection signal of the PD 12b4 becomes maximum.
さらに、上記リニアな関係から、位置Aに対応する上記原点検出部12b上の位置は、PD12b1における検出中心とPD12b2における検出中心との中点Xであり、同様に位置Bに対応する上記原点検出部12b上の位置は、PD12b3における検出中心とPD12b4における検出中心との中点Yである。このとき、位置Aに対応する上記原点検出部12b上の位置(中点X)と、位置Bに対応する上記原点検出部12b上の位置(中点Y)との間隔dは、図4(a)から分かるように、P/2+Q+P/2=P+Qとなる。さらに、上記(3)式より、(P+Q)が、T/2a、または、T/a、さらにはnT/2aの絶対値に等しくなるように間隔Pと間隔Qを設定することになる。
Further, from the linear relationship, the position on the
以下、信号処理回路部14内に設けられた原点検出回路70について、図4(c)を参照して説明する。
Hereinafter, the
同図に示すように、原点検出回路70は、主としてコンパレータ71〜73及び論理回路により構成される。
As shown in the figure, the
すなわち、コンパレータ71により、上記PD12b1からの出力電圧V1と上記PD12b2からの出力電圧V2とが比較され、PD12b2からの出力電圧V2の方が大きいかを論理で示す信号Aが生成される。また、コンパレータ72により、上記PD12b3からの出力電圧V3と上記PD12b4からの出力電圧V4とが比較され、PD12b3からの出力の方が大きいかを論理で示す信号Bが生成される。そして、コンパレータ73により、上記PD12b2からの出力電圧V2と上記PD12b3からの出力電圧V3との和が、所定のスライスレベル電圧Sより大きいかを論理で示す信号Cが生成される。
That is, the
さらに、上記各コンパレータ71〜73の出力信号A〜Cが、入力信号の全てが真の時にのみ出力信号PZが真となる論理積(AND)回路74に入力される。したがって、この論理積回路74が、真の出力を行うときが原点検出状態となる。
Further, the output signals A to C of the
なお、上記出力信号PZは原点検出信号であり、図3に示す原点検出信号(e)として上記同期回路60内の同期処理部62へ送られ、位置信号に同期した原点検出信号((f))の生成に利用される。
The output signal PZ is an origin detection signal, which is sent as an origin detection signal (e) shown in FIG. 3 to the
以下、光検出部12におけるPD上、つまり光検出器上での(間隔P+間隔Q)の長さと、位置信号(a)及び位置信号(b)に基づく変位量(スケール10の相対移動量)との関係を説明する。
Hereinafter, the length of (interval P + interval Q) on the PD in the
上記(3)式におけるaの値が、a=±1の場合には等倍であるので、上記受光部上での(間隔P+間隔Q)の長さ(間隔d)、及び位置信号(a)及び位置信号(b)に基づく変位量の絶対値は、そのまま比較して良い。 Since the value of a in the above equation (3) is equal when a = ± 1, the length (interval d) of (interval P + interval Q) on the light receiving unit and the position signal (a ) And the absolute value of the displacement amount based on the position signal (b) may be compared as they are.
一方、a=±1でない場合には、上記受光部上での(間隔P+間隔Q)の長さ(間隔d)をa倍することで、位置信号(a)及び位置信号(b)に基づく変位量(スケール10の相対移動量)に換算することが可能である。 On the other hand, if a = ± 1 is not satisfied, the length (interval d) of (interval P + interval Q) on the light receiving unit is multiplied by a, so that it is based on the position signal (a) and the position signal (b). It can be converted into a displacement amount (a relative movement amount of the scale 10).
このように、aの値に関わらず何れの場合にも適用できるように、以下においては、上記受光部上での長さ(間隔d)をa倍することで、この長さが上記スケール10の移動量に相当するよう換算する場合を想定して説明する。 As described above, in the following, the length (interval d) on the light receiving unit is multiplied by a so that the length can be applied to any case regardless of the value of a. A description will be given on the assumption that conversion is performed so as to correspond to the amount of movement.
まず、受光部上での(間隔P+間隔Q)の長さ(間隔d)を位置信号(a)または位置信号(b)の1/2周期分の変位量(スケールの相対移動量)に対応させる場合には、位置信号(a)の立ち上がり及び立ち下がりの双方に同期するような回路と、位置信号(b)の立ち上がり及び立ち下がりの双方に同期するような回路とを、同期処理部62に有させる。そして、同期切り替えスイッチ63により、原点検出信号(f)を何れに同期させるかを選択決定する。
First, the length (interval d) of (interval P + interval Q) on the light-receiving unit corresponds to the displacement amount (relative movement amount of the scale) for ½ period of the position signal (a) or the position signal (b). In this case, the
また、上記受光部上での(間隔P+間隔Q)の長さ(間隔d)を位置信号(a)または位置信号(b)の1周期分の変位量に対応させる場合には、変位が一定方向である場合には位置信号(a)の立ち上がりに、その逆方向である場合には位置信号(a)の立ち下がりに同期するような回路と、変位が一定方向である場合には位置信号(b)の立ち下がりに、その逆方向である場合には位置信号(b)の立ち上がりに同期するような回路とを同期処理部62に有させる。そして、同期切り替えスイッチ63により、原点検出信号(f)を何れに同期させるかを選択決定する。
Further, when the length (interval d) of (interval P + interval Q) on the light receiving unit is made to correspond to the displacement amount for one cycle of the position signal (a) or the position signal (b), the displacement is constant. A circuit that is synchronized with the rising edge of the position signal (a) in the case of the direction, and in synchronization with the falling edge of the position signal (a) in the opposite direction. When the falling edge of (b) is in the opposite direction, the
上述のように、本実施形態では、上記受光部上での(間隔P+間隔Q)の長さ(間隔d)を、位置信号(a)及び位置信号(b)の1/2周期、または1周期分の変位量に対応させるようにしている。しかしながら、同期位置が一意的に定まるように、言い換えれば、毎回同じ位置で原点検出できるように回路が構成されていれば、上記受光部上での(間隔P+間隔Q)の長さ(間隔d)を対応させる変位量は任意の値に決めてよい。また、上記受光部上での(間隔P+間隔Q)の長さ(間隔d)を、Nを自然数として、位置信号(a)及び位置信号(b)のN/2周期分の変位量に対応させることも可能である。 As described above, in the present embodiment, the length (interval d) of (interval P + interval Q) on the light receiving unit is set to 1/2 period of the position signal (a) and the position signal (b), or 1 It corresponds to the amount of displacement for the period. However, if the circuit is configured so that the synchronization position is uniquely determined, in other words, the origin can be detected at the same position every time, the length (interval P + interval Q) on the light receiving unit (interval d) ) May be set to an arbitrary value. Further, the length (interval d) of (interval P + interval Q) on the light receiving unit corresponds to the displacement amount for N / 2 periods of the position signal (a) and the position signal (b), where N is a natural number. It is also possible to make it.
なお、ここでは同期切り替えスイッチ63によって同期位置として2つの選択肢を設けているが、3つ以上の選択肢を用意しても勿論よいし、単純な構成を目的として同期切り替えスイッチ63を無しとする構成としても勿論よい。
Here, although two options are provided as the synchronization position by the
つまり、受光部である光検出部12の光検出器上での(間隔P+間隔Q)の長さ(間隔d)を、N(≧3)を自然数として、位置信号(a)及び位置信号(b)のN/2周期分の変位量に対応させる場合には、同期切り替えスイッチ63を0個、1個、2個、N個、または2N個を、信号処理回路部14に有させるようにすることも可能である。なお、これらの場合、同期する位置を限定するための回路を上記同期回路60中に設け、原点位置を特定する必要が生じる。
That is, the length (interval d) of (interval P + interval Q) on the photodetector of the
たとえば、簡単な例として、カウンタを追加することが考えられる。ここで、カウンタの計測対象には例えば以下のようなものが考えられる。 For example, as a simple example, adding a counter can be considered. Here, for example, the following measurement objects can be considered.
カウンタを用いることで、位置信号(a)の立ち上がり、立ち下がり、及び特定の位相、また位置信号(b)の立ち上がり、立ち下がり、及び特定の位相、及び移動方向を指定したものの中から1つ乃至複数の信号について、原点検出状態における信号変化をカウントする。 By using the counter, one of the rising edge, falling edge, and specific phase of the position signal (a), and the rising edge, falling edge, specific phase, and movement direction of the position signal (b) are designated. For a plurality of signals, signal changes in the origin detection state are counted.
ここで、原点検出信号を出すタイミングとしては、例えば、カウンタが特定の値になった瞬間、またはカウンタが特定の値になってから最初に特定の信号のタイミングや位相が検出された時等が挙げられる。 Here, the timing for issuing the origin detection signal is, for example, the moment when the counter reaches a specific value, or when the timing or phase of the specific signal is detected for the first time after the counter reaches a specific value. Can be mentioned.
以下、本実施形態に係る光学式エンコーダ装置の動作制御及び作用について説明する。 The operation control and operation of the optical encoder device according to this embodiment will be described below.
図5は、信号処理回路部14内で、その入力信号が処理されている様子を示す。同図に示す波形図において、横軸は時間を表しており、各々の波形図は、一定速度の変位が生じているときの信号の変化の様子を示している。
FIG. 5 shows how the input signal is processed in the signal
変位に伴い周期的に変化するアナログ信号である位置信号(a)及び位置信号(b)を2値化回路61で2値化することで、デジタル信号である位置信号(c)及び位置信号(d)が得られる。また、同図に示す原点検出信号(e)が、図4(c)に示す原点検出回路70により得られる信号PZに相当する。なお、図4(c)に示す原点検出回路70における信号処理の様子を表したのが、図4(b)に示す波形図である。すなわち、図4(b)では、上記移動体と上記固定体との相対的な変位によって、上記PD12b1乃至PD12b4からの出力、上記各コンパレータ71〜73からの出力信号A〜C、及び原点検出信号PZ(原点検出信号(e))がどのように変化するかが表されている。
The
図5において、原点検出信号(e)は、その検出幅xが位置信号(a),(b)の1周期分である原点検出信号であり、原点検出信号(e’)は、その検出幅x’が位置信号(a),(b)の1/2周期分である原点検出信号である。なお、原点検出信号の検出幅は、PD12b1〜12b4の配置間隔及び光検出器により定まるものである。したがって、図5に示す波形のような、位置信号(a),(b)の1/2周期分、または1周期分の検出幅以外にも、様々な検出幅を設計により設定することは勿論可能である。 In FIG. 5, the origin detection signal (e) is an origin detection signal whose detection width x is one cycle of the position signals (a) and (b), and the origin detection signal (e ′) x ′ is an origin detection signal corresponding to a half cycle of the position signals (a) and (b). The detection width of the origin detection signal is determined by the arrangement interval of the PDs 12b1 to 12b4 and the photodetector. Therefore, various detection widths can be set by design in addition to the detection widths corresponding to 1/2 or 1 period of the position signals (a) and (b) as shown in the waveform of FIG. Is possible.
図4(b)において、太線で示されるV1乃至V4は、所定の値に設定した光源強度でスケール10を照射し、かつスケール10及びセンサヘッドである光検出部12の配置が理想的な場合のPD12b1〜12b4からの出力電圧の波形を示している。一方、細線で示されるV1乃至V4は、光源部6の光強度の低下、光源部6とスケール10との間隔の拡大、スケール10と光検出部12との間隔の拡大、あるいはそれらの配置が最適な位置からズレた場合の波形を示している。
In FIG. 4B, V1 to V4 indicated by bold lines irradiate the
上述したように、コンパレータ71でPD12b1の出力電圧V1とPD12b2の出力電圧V2とが比較され、PD12b2の出力電圧V2の方が大きいかを論理で示す信号Aが生成される。同様に、コンパレータ72でPD12b3の出力電圧V3とPD12b4の出力電圧V4とが比較され、PD12b3の出力電圧V3の方が大きいかを論理で示す信号B、コンパレータ73でPD12b2の出力電圧V2とPD12b3の出力電圧V3との和(V2+V3)が、一定スライスレベル電圧Sより大きいかを論理で示す信号Cが生成される。さらにAND回路74から、上記信号A,B,Cの全てが真の場合にのみ出力が真となる原点検出信号PZが出力される。
As described above, the
ここで、図4(b)に示すように、上記PD12b1乃至PD12b4から出力される信号V1乃至V4を位置の関数としたとき、上記V1乃至V4は、横軸方向に一定のズレを持ち、特定の点で最大となり、その点を中心にほぼ線対称となるような形状を持つ。 Here, as shown in FIG. 4B, when the signals V1 to V4 output from the PD12b1 to PD12b4 are functions of the position, the V1 to V4 have a certain deviation in the horizontal axis direction and are specified. It has a shape that is maximal at the point and is almost line symmetric about the point.
そのため、信号Aのレベルが変化する位置、即ち、PD12b1の出力電圧V1とPD12b2の出力電圧V2とが等しくなる(V1=V2)位置は、PD12b1の出力電圧V1が最大(ピーク)になる点と、PD12b2の出力電圧V2が最大になる点とのほぼ中間点となる。同様に、信号Bのレベルが変化する位置、即ち、PD12b3とPD12b4との電圧レベルが等しくなる(V3=V4)位置は、PD12b3の出力電圧V3が最大になる点と、PD12b4の出力電圧V4が最大になる点とのほぼ中間点となる。 Therefore, the position where the level of the signal A changes, that is, the position where the output voltage V1 of the PD 12b1 and the output voltage V2 of the PD 12b2 are equal (V1 = V2) is the point where the output voltage V1 of the PD 12b1 is maximum (peak). Thus, the output voltage V2 of the PD 12b2 is substantially at a midpoint with respect to the maximum. Similarly, the position where the level of the signal B changes, that is, the position where the voltage levels of the PD 12b3 and the PD 12b4 are equal (V3 = V4) is the point where the output voltage V3 of the PD 12b3 is maximized and the output voltage V4 of the PD 12b4 is Almost halfway to the maximum point.
また、信号Cは、原点検出信号PZを原点検出位置近傍でのみ検出するためのマスクである。つまり、信号Cは、原点位置近傍での誤検出を防ぐための信号である。 The signal C is a mask for detecting the origin detection signal PZ only in the vicinity of the origin detection position. That is, the signal C is a signal for preventing erroneous detection near the origin position.
そして、上記信号A乃至Cの論理積を取ることで、図4(b)に示すように、PD12b1の出力電圧V1が最大(ピーク)になる点とPD12b2の出力電圧V2が最大になる点とのほぼ中間点から、PD12b3の出力電圧V3が最大になる点とPD12b4の出力電圧V4が最大になる点とのほぼ中間点までの間で、原点検出信号PZを出力することになる。 Then, by taking the logical product of the signals A to C, as shown in FIG. 4B, the point where the output voltage V1 of the PD 12b1 becomes maximum (peak) and the point where the output voltage V2 of the PD 12b2 becomes maximum. Thus, the origin detection signal PZ is output between approximately the middle point and the substantially middle point between the point where the output voltage V3 of the PD 12b3 becomes maximum and the point where the output voltage V4 of the PD 12b4 becomes maximum.
ここで、上記光検出部12におけるPDの形状及び配置のバリエーションを、図6(a)及び(b)に示す。これらの図に示すPDの形状及び配置によれば、各々のPDの受光面積を大きくし、かつ上記可動部と上記固定部とが相対移動する方向に関して、各々のPDの重心位置が変わらないようにすることができるため、検出する信号のレベルが最大になる位置に変化はないようにすることができる。このように、図6(a)及び(b)に示すようなPDを用いる場合、PD12b1乃至PD12b4からの出力電圧であるV1乃至V4は、このように受光面積が増すことによって、図6(c)に示すように、図4(b)に示す場合に比べてその出力信号のレベルが上がる。
Here, variations in the shape and arrangement of the PD in the
また、本実施形態においては、原点検出信号を位置信号に同期させる場合、図5の原点検出信号(e’)に示すように原点検出信号の検出幅x’が位置信号の1/2周期分である場合には、同期回路60は、その中の位置信号(a)、または位置信号(b)の信号レベルが変化する位置に同期して原点検出信号(f’)を出力する。1/2周期内には立ち上がり、立ち下がりとなる点は、1/2周期の両端になる場合を除いて1つの位置信号に対して1つしかないので、決まった1点で原点検出信号を出力することができ、同期切り替えスイッチ63により、同期させる信号を切り替えることで、同期位置が1/4周期分変化させられる。なお、図5に示す(f’)は、位置信号に同期させた原点検出信号の波形図であり、原点検出信号(f’)の立ち上がりを位置信号(c)の立ち下がりに同期させている場合の波形図である。ここで、原点検出信号(f’)の検出幅y’は位置信号の1/2周期分である。なお、この検出幅y’の値は、位置信号の1/2周期分に限らず、任意の値に設定してよいことは勿論である。また、上述したように本実施形態では、各信号における信号レベルの切り替えの基準として長さを用いているが、例えば一定時間ハイレベルにするというように、時間を基準として信号レベルの切り替えを行っても勿論よい。
Further, in this embodiment, when the origin detection signal is synchronized with the position signal, the detection width x ′ of the origin detection signal is ½ period of the position signal as shown by the origin detection signal (e ′) in FIG. In this case, the
同様に、図5の原点検出信号(e)のように、その検出幅xが位置信号の1周期分である場合には、その中の位置信号(a)の信号レベルが特定の方向に変位する時に立ち上がる、または立ち下がる位置に同期して原点信号を出力する。1周期内には特定の方向に変位する時に立ち上がり、または立ち下がりとなる点は、1周期の両端になる場合を除いて1つしかないので、決まった1点で原点信号を出力することができ、同期切り替えスイッチ63により、同期させる信号を切り替えることで、同期位置が1/2周期分変化させられる。なお、図5に示す(f)は、位置信号に同期させた原点検出信号の波形図であり、原点検出信号(f)の立ち上がりを位置信号(d)の立ち上がりに同期させている場合の波形図である。ここで、原点検出信号(f)の検出幅yは位置信号の1/4周期分である。
Similarly, when the detection width x is one cycle of the position signal as in the origin detection signal (e) in FIG. 5, the signal level of the position signal (a) therein is displaced in a specific direction. The origin signal is output in synchronization with the position that rises or falls when Since there is only one point that rises or falls when displaced in a specific direction within one cycle, except for the case where both ends of one cycle, the origin signal can be output at a fixed point. The synchronization position can be changed by 1/2 cycle by switching the signal to be synchronized by the
つまり、受光部である光検出部12の光検出器上での(間隔P+間隔Q)の長さ(間隔d)を、N(≧3)を自然数として、位置信号(a)及び位置信号(b)のN/2周期分の変位量に対応させる場合には、同期切り替えスイッチ63を0個、1個、2個、N個、または2N個を、信号処理回路部14に有させるようにすることも可能である。なお、これらの場合、同期する位置を限定するための回路を上記同期回路60中に設け、原点位置を特定する必要が生じる。
That is, the length (interval d) of (interval P + interval Q) on the photodetector of the
そこで、上述したようにカウンタを追加した場合には、このカウンタを用いることで、位置信号(a)の立ち上がり、立ち下がり、及び特定の位相、また位置信号(b)の立ち上がり、立ち下がり、及び特定の位相、さらには移動方向を指定したものの中から1つ乃至複数の信号について、原点検出状態における信号変化をカウントする。つまり、原点検出状態になってからの信号変化をカウントし、このカウンタの値とその他の信号に基づいて、位置信号に同期させた原点検出信号を出力する。 Therefore, when a counter is added as described above, by using this counter, the rise and fall of the position signal (a) and a specific phase, and the rise and fall of the position signal (b) A signal change in the origin detection state is counted for one or a plurality of signals from among those specifying a specific phase and further a moving direction. That is, signal changes after the origin detection state is counted, and an origin detection signal synchronized with the position signal is output based on the value of this counter and other signals.
そのためには、まず原点検出状態になった時にカウンタをリセットし、その後、例えばカウンタが特定の値になった瞬間、またはカウンタが特定の値になってから最初に特定の信号のタイミングや位相が検出された時などに、位置信号に同期した原点検出信号(f)を出力する。 To do so, first reset the counter when the origin detection state is reached, then, for example, the moment when the counter reaches a specific value, or the timing and phase of a specific signal first after the counter reaches a specific value. When detected, the origin detection signal (f) synchronized with the position signal is output.
ここで、原点検出信号(f)を出力するタイミングとしては、例えば、カウンタが特定の値になった瞬間、またはカウンタが特定の値になってから最初に特定の信号のタイミングや位相が検出された時等が挙げられる。 Here, as the timing of outputting the origin detection signal (f), for example, the timing or phase of a specific signal is first detected at the moment when the counter reaches a specific value or after the counter reaches a specific value. And so on.
以上説明したように、本実施形態によれば、位置信号と共に、検出位置の変動の少ない原点検出信号、すなわち精度の高い原点検出信号を発生させることができる光学式変位センサ、さらには、位置信号に同期した原点検出信号を安定して発生させることができる光学式変位センサを提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, an optical displacement sensor that can generate an origin detection signal with little variation in the detected position, that is, a highly accurate origin detection signal, along with the position signal, and further, a position signal It is possible to provide an optical displacement sensor that can stably generate an origin detection signal synchronized with the.
言い換えれば、検出幅が変化しにくく、一定の変位量に対応した検出幅を持つ原点検出信号を発生させることが可能であり、検出位置も変動しにくいため、安定した原点検出を行う光学式変位センサであり、さらに原点検出信号を位置信号に同期させて発生させることができる光学式変位センサを提供することができる。 In other words, the detection range does not change easily, and it is possible to generate an origin detection signal with a detection range corresponding to a certain amount of displacement. Further, it is possible to provide an optical displacement sensor that is a sensor and can generate an origin detection signal in synchronization with a position signal.
以下、上述した本実施形態に係る光学式エンコーダ装置の効果について、具体的に説明する。 Hereinafter, the effect of the optical encoder device according to the present embodiment described above will be specifically described.
まず、原点検出信号が検出される検出幅の両端に当たる位置は、それぞれ、2つのPDの信号レベルが等しくなる位置であり、光学系の配置の変化や光量の変化に影響されにくい。そして、それぞれ2つのPDからなる2組のPDにおいて、各組におけるPD同士の中心間隔を等しくすることで、それぞれのPDの出力信号が等しくなる位置の検出精度が2組ともほぼ等しくなる。 First, the positions corresponding to both ends of the detection width in which the origin detection signal is detected are positions where the signal levels of the two PDs are equal, and are not easily affected by changes in the arrangement of the optical system or changes in the amount of light. Then, in the two sets of PDs each composed of two PDs, the center intervals between the PDs in each set are equalized, so that the detection accuracy of the positions at which the output signals of the respective PDs are equal becomes substantially equal in both sets.
特に、PDの形状及び構造を各組において等しく、さらには、4つのPD全てにおいて等しくすることで、PDの出力信号が等しくなる位置2つの検出精度はより同等となっていく。 In particular, by making the shape and structure of the PDs equal in each group, and also in all four PDs, the detection accuracy of the two positions where the output signals of the PDs are equal becomes more equal.
このようにすることにより、検出幅の誤差が見込みやすくなり、さらに誤差が生じた場合であっても、2つの位置の誤差が同じ方向に同じように出やすくなるため、検出幅が変化しにくくなる。 By doing so, an error in the detection width is likely to occur, and even when an error occurs, the error in the two positions is likely to be generated in the same direction, so that the detection width is not easily changed. Become.
具体的には、図4(b)において、各々のPDからの出力電圧であるV1乃至V4に関して、信号レベルが太線から細線のように変化した場合であっても、全ての信号レベルが同じ変化をすることで、V1とV2との交点、およびV3とV4との交点の位置は、ほぼ変化しなくなる。 Specifically, in FIG. 4B, all the signal levels are the same for the output voltages V1 to V4 from each PD even when the signal level changes from a thick line to a thin line. By doing so, the position of the intersection of V1 and V2 and the position of the intersection of V3 and V4 are substantially unchanged.
そのために、一定の変位量に対応した検出幅を持つ原点検出信号を発生させることが可能となる。また、検出位置も変動しにくくなる。したがって、安定した原点検出を行う光学式エンコーダを提供することができる。 Therefore, it is possible to generate an origin detection signal having a detection width corresponding to a certain amount of displacement. Also, the detection position is less likely to fluctuate. Therefore, an optical encoder that performs stable origin detection can be provided.
さらに、原点検出信号を位置信号に同期させるにあたって、原点検出信号の検出幅が位置信号の1/2周期分である時には、位置信号(a)の立ち上がり、及び立ち下がりに同期する位置、または、位置信号(b)の立ち上がり、及び立ち下がりに同期する位置、の2つの位置の一方に同期させた原点検出信号を発生させることができる。 Further, when synchronizing the origin detection signal with the position signal, when the detection width of the origin detection signal is ½ period of the position signal, the position synchronized with the rise and fall of the position signal (a), or It is possible to generate an origin detection signal that is synchronized with one of two positions, that is, a position synchronized with the rising edge and the falling edge of the position signal (b).
本実施形態にて示した同期方法においては、光学系の配置の変化や光量の変化といった不安定要素によって、同期位置が位置信号の1/2周期分ズレる可能性が零ではないが、位置信号の1/4周期分ズレた2つの同期位置の内、より安定している方を選択することで、安定した原点検出が可能となる。 In the synchronization method shown in the present embodiment, the possibility that the synchronization position is shifted by 1/2 period of the position signal due to unstable factors such as the change in the arrangement of the optical system and the change in the light amount is not zero. By selecting the more stable of the two synchronization positions shifted by ¼ period, stable origin detection is possible.
同様に、原点検出信号を位置信号に同期させるにあたって、原点検出信号の検出幅が位置信号の1周期分である時には、特定方向に変位する際の位置信号(a)の立ち上がりと逆方向に変位する際の立ち下がりに同期する位置、または、特定方向に変位する際の位置信号(a)の立ち下がりと逆方向に変位する際の立ち上がりに同期する位置、の2つの位置の一方に同期して原点検出信号を発生させることができる。 Similarly, when synchronizing the origin detection signal with the position signal, when the detection width of the origin detection signal is one period of the position signal, the origin signal is displaced in the direction opposite to the rising edge of the position signal (a) when displaced in a specific direction. It synchronizes with one of two positions: a position that is synchronized with the falling edge when moving, or a position that is synchronized with the rising edge when moving in the opposite direction to the falling edge of the position signal (a) when moving in a specific direction. Thus, an origin detection signal can be generated.
このような同期方法においては、光学系の配置の変化や光量の変化といった不安定要素によって、同期位置が位置信号の1周期分ズレる可能性があるが、位置信号の1/2周期分ズレた2つの同期位置の内、より安定している方を選択することで安定した原点検出が可能となる。 In such a synchronization method, there is a possibility that the synchronization position is shifted by one cycle of the position signal due to unstable factors such as a change in the arrangement of the optical system and a change in the amount of light. By selecting the more stable one of the two synchronization positions, stable origin detection is possible.
また、受光部上での(間隔P+間隔Q)を、N(≧3)を自然数として、位置信号(a)(b)のN/2周期分の変位量に対応させる場合には、N=1やN=2の場合に比べて原点検出状態の幅が広くなる。 Further, when (interval P + interval Q) on the light receiving unit is made to correspond to a displacement amount for N / 2 periods of the position signals (a) and (b), where N (≧ 3) is a natural number, N = The origin detection state is wider than when 1 or N = 2.
そのため、PDの幅も大きくすることが可能となり、PD信号のSN比を改善したり、検出位置の精度を向上することもできる。このようにして、原点検出部の性能の向上、かつ原点検出に関する精度面を向上させることができる。 For this reason, the width of the PD can be increased, the SN ratio of the PD signal can be improved, and the accuracy of the detection position can be improved. In this way, it is possible to improve the performance of the origin detection unit and improve the accuracy of the origin detection.
また、上述したように、信号処理回路部14にカウンタを追加した構成を採らせる場合には、カウンタに求められるのは僅かに数ビットのカウント機能であり、高速な変位センサに使用する場合にも1MHz程度の信号処理能力があれば充分である。
In addition, as described above, when the signal
このようなカウンタ機能の追加は、回路上の負荷としては軽く、FPGA等のようにプログラミングにより回路を実現する場合には、実質的に負荷は無いと言え、スピード的にも十分余裕がある。従って、回路面での負荷が実質的に無く、若しくは、僅かでありながら、原点検出部に掛かる精度面での負荷を低減することが可能となる。 Such addition of the counter function is light as a load on the circuit, and when a circuit is realized by programming such as FPGA, it can be said that there is substantially no load, and there is a sufficient margin in terms of speed. Accordingly, it is possible to reduce the load in terms of accuracy applied to the origin detection unit while the load on the circuit surface is substantially not or slight.
また、PDの形状及び配置を、図6(a),(b)に示すようにする場合には、図4(a)に示すようにする場合に得られる効果と同様の効果に加えて、ノイズの影響を小さくできるという効果が生まれる。これは、PDの実質的な配置間隔を変えずにPDの面積を大きくすることで、アナログ信号である検出した信号のレベルが大きくなるためである。 In addition, when the shape and arrangement of the PD are as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), in addition to the same effects as those obtained when shown in FIG. 4 (a), The effect of reducing the influence of noise is born. This is because the level of the detected signal that is an analog signal is increased by increasing the area of the PD without changing the substantial arrangement interval of the PD.
なお、原点検出位置の精度向上のためや、光検出器の受光部分の幅を小さくするために、単純に原点検出を行う原点検出部12bにおけるPDの幅を小さくしていくと、(間隔P+間隔Q)の値が小さくなってしまい、結果としてPDからの出力信号が小さくなってSN比が劣化してしまう。しかしながら、図6(a)または(b)に示すようにPDにおける重心を保ちつつその幅を拡げることで、安定した原点検出を行うことが可能となる。
In order to improve the accuracy of the origin detection position or to reduce the width of the light receiving portion of the photodetector, if the width of the PD in the
[第2実施形態]
本実施形態に係る光学式エンコーダ装置と上記第1実施形態に係る光学式エンコーダ装置との主要な相違点は、光検出部12におけるPDの配置である。したがって、上記第1実施形態と同様の構成、動作、及び作用は基本的には省略し、本実施形態の特徴部を中心に説明する。
[Second Embodiment]
The main difference between the optical encoder device according to the present embodiment and the optical encoder device according to the first embodiment is the arrangement of PDs in the
PDの配置に関しては、上記第1実施形態では図4(a)に示すように、PDの番号通りの配列としたが、本実施形態では図7(a)に示すように、端から順にPD12b1,PD12b3,PD12b2,PD12b4と配置する。なお、同図に示すように、PD12b1とPD12b2との間隔、及びPD12b3とPD12b4との間隔は共にP’であり、PD12b3とPD12b2との間隔はQである。 Regarding the arrangement of the PDs, in the first embodiment, as shown in FIG. 4A, the arrangement is the same as the PD numbers, but in this embodiment, as shown in FIG. 7A, the PDs 12b1 are sequentially arranged from the end. , PD12b3, PD12b2, and PD12b4. As shown in the figure, the distance between PD12b1 and PD12b2 and the distance between PD12b3 and PD12b4 are both P ', and the distance between PD12b3 and PD12b2 is Q.
また、本実施形態の変形例として図8(a)及び(b)に示すPDの配置が挙げられる。この例では、図6(a)及び(b)に示す上記第1実施形態におけるPDの配置の変形例と同様に、各PDの重心には変化がないままにPD面積を増やしている。従って検出信号レベルが最大になる位置に変化はない。 Further, as a modified example of the present embodiment, there is an arrangement of PDs shown in FIGS. In this example, the PD area is increased with no change in the center of gravity of each PD, as in the modification of the PD arrangement in the first embodiment shown in FIGS. 6A and 6B. Therefore, there is no change in the position where the detection signal level becomes maximum.
原点検出のための受光部である原点検出部12b上のPDの配置に関して、PD12b1の検出信号が最大になる位置と、PD12b2の検出信号が最大になる位置との差は、光学系の構成や配置に依存するが、本例では間隔P’に比例するものとする。ここで、実際に通常の構成では、この位置の差は間隔P’に等しい、または間隔P’の1/2といったように比例関係であることが多い。
Regarding the arrangement of PDs on the
また、本実施形態においては、間隔P’と間隔Qに関しては、受光部上での(間隔P’−間隔Q)を、検出される位置信号(a)または位置信号(b)の1/2、または1周期分の変位量に対応させるように光学系の配置を設定する。 Further, in the present embodiment, with respect to the interval P ′ and the interval Q, (interval P′−interval Q) on the light receiving unit is ½ of the detected position signal (a) or position signal (b). Alternatively, the arrangement of the optical system is set so as to correspond to the displacement amount for one cycle.
また、受光部上での(間隔P’−間隔Q)を、検出される位置信号(a)または位置信号(b)の1/2周期分の変位量に対応させる場合には、位置信号(a)の立ち上がり及び立ち下がりの双方に同期するような回路と、位置信号(b)の立ち上がり、及び立ち下がりの双方に同期するような回路とを、同期処理部62に有させ、同期切り替えスイッチ63を操作することで、何れに同期させるかを選択決定する。
Further, when (interval P′−interval Q) on the light receiving unit is made to correspond to a displacement amount corresponding to ½ period of the detected position signal (a) or position signal (b), the position signal ( The
また、受光部上での(間隔P’−間隔Q)が、検出される位置信号(a)または位置信号(b)の1周期分の変位量に対応させる場合には、変位が一定方向である場合には位置信号(a)の立ち上がりに、逆方向である場合には位置信号(a)の立ち下がりに同期させるような回路と、変位が一定方向である場合には位置信号(a)の立ち下がりに、逆方向である場合には位置信号(a)の立ち上がりに同期させるような回路とを、同期処理部62に有させ、同期切り替えスイッチ63によりどちらに同期させるかを選択決定する。
Further, when (interval P′−interval Q) on the light receiving unit corresponds to the displacement amount for one cycle of the detected position signal (a) or position signal (b), the displacement is in a constant direction. A circuit that synchronizes with the rising edge of the position signal (a) in some cases and the falling edge of the position signal (a) in the reverse direction, and the position signal (a) when the displacement is in a fixed direction. In the opposite direction to the falling edge, the
上述したように、本実施形態においては、受光部上での(間隔P’−間隔Q)を、検出される位置信号(a)または位置信号(b)の1/2周期、または、1周期分の変位量に対応させるようにしている。しかしながら、同期位置が一意的に定まるように、すなわち毎回同じ位置で原点検出できるように同期回路60が構成されていれば、受光部上での(間隔P’−間隔Q)を対応させる変位量は、任意の値に決めてよい。
As described above, in the present embodiment, (interval P′−interval Q) on the light receiving unit is equal to ½ period of the detected position signal (a) or position signal (b), or one period. It corresponds to the amount of displacement of the minute. However, if the
なお、本実施形態においても、上記第1実施形態と同様、同期切り替えスイッチ63で切り替え可能な同期位置として2つの選択肢を想定しているが、3つ以上の選択肢を用意しても構わないし、単純な構成を目的として同期切り替えスイッチ63を無しとして、1つの同期位置のみとしても勿論よい。
In the present embodiment, as in the first embodiment, two options are assumed as synchronization positions that can be switched by the
以下、本実施形態に係る光学式エンコーダ装置の動作、及び作用について説明する。 The operation and action of the optical encoder device according to this embodiment will be described below.
図7(b)は、図4(c)に示したような原点検出回路70における信号処理の様子を表す図である。ここで、上記移動体と上記固定体との相対的な変位によって、PD12b1乃至PD12b4からの出力、及びコンパレータ71〜73からの出力信号A乃至C、及び原点検出信号PZが、どのように変化するかが図7(b)に示されており、上記第1実施形態において図4(b)に示した場合と同様の作用となる。なお、上記第1実施形態と同様、PD12b1乃至PD12b4からの出力電圧は、それぞれV1乃至V4で表される。
FIG. 7B is a diagram illustrating a state of signal processing in the
また、図8(c)は、図8(a)または(b)に示すPDの配列及び形状として、PDの受光面積を拡大した場合の、原点検出回路における信号処理の様子を示す。同図に示すように、図8(a)及び図8(b)に示すPDの配列及び形状によれば、上記第1実施形態にて図6(a)及び図6(b)に示すPDの配列及び形状による場合と同様の作用が生じる。 FIG. 8C shows the signal processing in the origin detection circuit when the light receiving area of the PD is enlarged as the arrangement and shape of the PD shown in FIG. 8A or 8B. As shown in FIG. 6, according to the arrangement and shape of the PD shown in FIGS. 8A and 8B, the PD shown in FIGS. 6A and 6B in the first embodiment. The same effect as in the case of the arrangement and the shape is produced.
以上説明したように、本実施形態によれば、上記第1実施形態と同様の効果に加えて、本実施形態に特有の効果として以下の効果が得られる光学式変位センサを提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, an optical displacement sensor that can obtain the following effects as effects unique to the present embodiment can be provided. .
本第2実施形態に特有の効果としては、PD12b1乃至PD12b4の配置を上述のようにしたことで、受光部上における原点検出の幅である原点検出幅に対応する部分の長さが(間隔P’−間隔Q)となることである。ここで、4つのPDが同一間隔Qで並んでいるとすると、上記第1実施形態では、原点検出幅に対応する部分の長さが2Qとなるのに対して、本第2実施形態ではQとなり、原点検出幅を半分にすることができる。 As an effect peculiar to the second embodiment, since the arrangement of the PDs 12b1 to PD12b4 is as described above, the length of the portion corresponding to the origin detection width that is the width of the origin detection on the light receiving unit is (interval P '-Interval Q). Here, assuming that four PDs are arranged at the same interval Q, the length of the portion corresponding to the origin detection width is 2Q in the first embodiment, whereas Q in the second embodiment is Q. Thus, the origin detection width can be halved.
さらに、図8(b)に示すPDの形状及び配置によれば、Qを限りなくP’に近づけることで、原点検出幅を限りなく小さくすることを達成している。その上に、PDからの信号の比較の際に必要なPD間の間隔P’を、大きく取ることができる。したがって、光学系の歪み、PDからの信号検出のノイズ、検出系の配置ズレ等を考慮に入れながら最適な原点検出幅を精度よく指定することができる。 Furthermore, according to the shape and arrangement of the PD shown in FIG. 8B, the origin detection width can be reduced as much as possible by bringing Q as close as possible to P ′. In addition, the interval P 'between the PDs required for comparing the signals from the PDs can be increased. Therefore, the optimum origin detection width can be specified with high accuracy while taking into consideration the distortion of the optical system, the noise of signal detection from the PD, the displacement of the detection system, and the like.
[第3実施形態]
本実施形態に係る光学式エンコーダ装置と上記第1実施形態に係る光学式エンコーダ装置との主要な相違点は、本実施形態では使用するPDを3つとしてその配置を図9(a)に示すようにし、それに伴い原点検出回路70を図9(b)に示すように構成した点である。したがって、上記第1実施形態と同様の構成、動作、及び作用は基本的には省略し、本実施形態の特徴部を中心に説明する。
[Third Embodiment]
The main difference between the optical encoder device according to this embodiment and the optical encoder device according to the first embodiment is that three PDs are used in this embodiment, and the arrangement is shown in FIG. Accordingly, the
以下、本実施形態に係る光学式エンコーダ装置に特有の構成について説明する。 Hereinafter, a configuration unique to the optical encoder device according to the present embodiment will be described.
まず、本実施形態では、使用するPD3つを図9(a)に示すように配置させる。ここで、上記第1実施形態におけるPDと、本実施形態におけるPDとの対応関係を示す。図4に示した上記第1実施形態におけるPD12b1,PD12b2,PD12b3,PD12b4は、それぞれ本実施形態におけるPD12b1,PD12b2,PD12b2,PD12b3に対応する。すなわち、本実施形態においては、3つのPDのうち中央に配置したPD12b2を、上記第1実施形態における4つのPDのうちの中央に配置された2つのPDの代用として使用する。なお、各々のPDの形状及び構造は互いに等しく、また各々のPDは互いに同等の光電変換機能を有する。 First, in this embodiment, three PDs to be used are arranged as shown in FIG. Here, the correspondence relationship between the PD in the first embodiment and the PD in the present embodiment is shown. PD12b1, PD12b2, PD12b3, and PD12b4 in the first embodiment shown in FIG. 4 correspond to PD12b1, PD12b2, PD12b2, and PD12b3 in the present embodiment, respectively. That is, in the present embodiment, the PD 12b2 arranged at the center of the three PDs is used as a substitute for the two PDs arranged at the center of the four PDs in the first embodiment. Each PD has the same shape and structure, and each PD has an equivalent photoelectric conversion function.
ここで、各々のPDで検出される信号は、上記移動体と上記固定体とが相対的に変位したときに、ある位置、すなわち上記移動体と上記固定体とが特定の配置関係のなるときにそれぞれ最大となり、その配置関係から外れるに従って、その検出値が小さくなる。 Here, the signal detected by each PD is such that when the moving body and the fixed body are relatively displaced, a certain position, that is, when the moving body and the fixed body have a specific arrangement relationship. Each of the detected values becomes smaller and the detected value becomes smaller as it deviates from the arrangement relationship.
また、各々のPDからの電流出力は、上記信号処理回路部14内に構成された不図示の電流電圧変換回路により電圧に変換されて、図9(b)に示す原点検出回路70へ入力する構成となっている。すなわち、図9(b)に示す原点検出回路70は、図1に示す信号処理回路部14の一部であり、コンパレータ、及び論理回路から構成される。具体的には、本実施形態における原点検出回路70では、コンパレータ71でPD12b1の出力電圧V1とPD12b2の出力電圧V2とが比較され、PD12b2の出力の方が大きいかを論理で示す信号Aと、コンパレータ72でPD12b2の出力電圧V2とPD12b3の出力電圧V3とが比較され、PD12b2からの出力の方が大きいかを論理で示す信号Bと、コンパレータ73でPD12b1,12b2,12b3の出力電圧の和が、一定スライスレベル電圧Sより大きいかを論理で示す信号Cとが生成される。さらに、同図に示すようにAND回路74により、上記信号A,B,Cの全てが真の時にのみ出力が真となり、この論理積回路が真の出力(この出力が原点検出信号PZ)を行うときが原点検出状態である。
Further, the current output from each PD is converted into a voltage by a current-voltage conversion circuit (not shown) configured in the signal
ここで、本実施形態においては、受光部上での間隔Pを、検出される位置信号(a)または位置信号(b)の1/2周期、または1周期分の変位量に対応させるように光学系の配置を設定する。 Here, in the present embodiment, the interval P on the light receiving unit is made to correspond to a half period of the detected position signal (a) or position signal (b), or a displacement amount for one period. Sets the arrangement of the optical system.
まず、受光部上での間隔Pを、検出される位置信号(a)または位置信号(b)の1/2周期分の変位量に対応させる場合には、位置信号(a)の立ち上がり及び立ち下がりの双方に同期させるような回路と、位置信号(b)の立ち上がり及び立ち下がりの双方に同期させるような回路とを、同期処理部62に有させ、同期切り替えスイッチ63の操作により、何れに同期させるかをユーザーが選択決定する。
First, when the interval P on the light receiving unit is made to correspond to the displacement amount corresponding to a half cycle of the detected position signal (a) or the position signal (b), the rising and rising of the position signal (a). The
他方、受光部上での間隔Pを、検出される位置信号(a)または位置信号(b)の1周期分の変位量に対応させる場合には、変位が一定方向であるときには位置信号(a)の立ち上がりに、逆方向であるときには位置信号(a)の立ち下がりに同期させるような回路と、変位が一定方向であるときに位置信号(a)の立ち下がりに、逆方向であるときに位置信号(a)の立ち上がりに同期させるような回路とを、同期処理部62に有させ、ユーザーによる同期切り替えスイッチ63の操作により、何れに同期させるかを選択決定する。
On the other hand, when the interval P on the light receiving portion is made to correspond to the displacement amount for one cycle of the detected position signal (a) or position signal (b), the position signal (a ) At the rising edge of the position signal (a) when it is in the reverse direction, and at the falling edge of the position signal (a) when the displacement is in a certain direction, The
上述のように、本実施形態においては、受光部上での間隔Pを、検出される位置信号(a)または(b)の1/2周期、または、1周期分の変位量に対応させるようにしている。しかしながら、原点検出信号を位置信号に同期させる回路において、同期位置が一意的に定まる、すなわち毎回同じ位置で原点検出できるように回路が構成されていれば、受光部上での間隔Pを対応させる変位量は、任意の値に決めてよい。 As described above, in the present embodiment, the interval P on the light receiving unit is made to correspond to a half period of the detected position signal (a) or (b) or a displacement amount for one period. I have to. However, in the circuit that synchronizes the origin detection signal with the position signal, if the synchronization position is uniquely determined, that is, the circuit is configured so that the origin can be detected at the same position every time, the interval P on the light receiving unit is made to correspond. The amount of displacement may be determined to an arbitrary value.
なお、本実施形態においても、上記第1実施形態と同様、同期切り替えスイッチ63で切り替え可能な同期位置として2つの選択肢を想定しているが、3つ以上の選択肢を用意しても構わないし、単純な構成を目的として同期切り替えスイッチ63を無しとして、1つの同期位置のみとしても勿論よい。
In the present embodiment, as in the first embodiment, two options are assumed as synchronization positions that can be switched by the
図9(c)は、上記原点検出回路における信号処理の様子を示す図である。 FIG. 9C is a diagram showing a state of signal processing in the origin detection circuit.
同図に示すグラフは、上記移動体と上記固定体との相対的な変位によって、PD12b1乃至12b3の出力電圧V1〜V4、コンパレータからの出力信号A乃至C、及び原点検出信号PZが、それぞれどのように変化するかを表している。 In the graph shown in the figure, the output voltages V1 to V4 of the PDs 12b1 to 12b3, the output signals A to C from the comparator, and the origin detection signal PZ are determined depending on the relative displacement between the moving body and the fixed body. How it changes.
ここで、図9(c)に示すように、上記PD12b1乃至PD12b3から出力される信号V1乃至V3を位置の関数としたとき、上記V1乃至V3は、横軸方向に一定のズレを持ち、特定の点で最大となり、その点を中心にほぼ線対称となるような形状を持つ。 Here, as shown in FIG. 9C, when the signals V1 to V3 output from the PD12b1 to PD12b3 are functions of the position, the V1 to V3 have a certain deviation in the horizontal axis direction and are specified. It has a shape that is maximal at the point and is almost line symmetric about the point.
そのため、信号Aのレベルが変化する位置、即ち、PD12b1の出力電圧V1とPD12b2の出力電圧V2とが等しくなる(V1=V2)位置は、PD12b1の出力電圧V1が最大になる点と、PD12b2の出力電圧V2が最大になる点のほぼ中間点となる。同様に、信号Bのレベルが変化する位置、即ち、PD12b2とPD12b3の出力電圧の信号レベルが等しくなる(V2=V3)位置は、PD12b2の出力電圧V2が最大になる点と、PD12b3の出力電圧V3が最大になる点とのほぼ中間点となる。 Therefore, the position where the level of the signal A changes, that is, the position where the output voltage V1 of the PD 12b1 and the output voltage V2 of the PD 12b2 are equal (V1 = V2) is the point where the output voltage V1 of the PD 12b1 becomes maximum, The output voltage V2 is approximately the midpoint between the maximum points. Similarly, the position where the level of the signal B changes, that is, the position where the signal levels of the output voltages of the PD 12b2 and the PD 12b3 are equal (V2 = V3) is the point where the output voltage V2 of the PD 12b2 becomes maximum and the output voltage of the PD 12b3. This is an approximately halfway point from the point at which V3 is maximized.
また、信号Cは、原点検出信号PZを原点検出位置近傍でのみ検出するためのマスクである。つまり、信号Cは、原点位置近傍での誤検出を防ぐための信号である。 The signal C is a mask for detecting the origin detection signal PZ only in the vicinity of the origin detection position. That is, the signal C is a signal for preventing erroneous detection near the origin position.
ここで、光源部6における光量変化や、センサヘッドである光検出部12とスケール10との配置関係の変化等によって、原点検出用のPDからの出力電圧のレベルが変動した場合に、図9(c)からも分かるように、PD12b1乃至PD12b3からの出力電圧V1乃至V3に関して、V1とV2との交点、及びV2とV3との交点の位置は、信号レベルが互いに同じように変化する場合には、ほとんど変化しない。
Here, when the level of the output voltage from the origin detection PD varies due to a change in the amount of light in the
以上説明したように、本実施形態によれば、上記第1実施形態と同様の効果を奏する上に、以下のような本実施形態に特有の効果を奏する光学式変位センサを提供することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to provide an optical displacement sensor that exhibits the same effects as those of the first embodiment and also provides the following effects specific to this embodiment. .
本実施形態では、PDの個数及び配置を上述のようにすることで、受光部上での原点検出幅に対応する部分の長さが間隔Pとなる。ここで、全てのPDが同一間隔Qで並んでいるとすると、上記第1実施形態では、原点検出幅に対応する部分の長さが2Qとなるのに対して、本実施形態ではQとなり、原点検出幅を半分の長さにすることができる。 In this embodiment, the length of the portion corresponding to the origin detection width on the light receiving unit is the interval P by setting the number and arrangement of PDs as described above. Here, if all the PDs are arranged at the same interval Q, the length of the portion corresponding to the origin detection width is 2Q in the first embodiment, whereas the length is Q in the present embodiment. The origin detection width can be halved.
さらに、PDの数を3つにすることで、上記第1実施形態における場合よりも1つPDを減らしたため、よりシンプルでコンパクトな構成が可能な光学式変位センサとなる。このことは、光源部6からの光を照射するエリアを小さくできることを意味し、光学系の設計面に有利に働く。
Furthermore, by setting the number of PDs to three, one PD is reduced as compared with the case of the first embodiment, so that an optical displacement sensor capable of a simpler and more compact configuration is obtained. This means that the area irradiated with light from the
[第4実施形態]
本実施形態に係る光学式エンコーダ装置と上記第3実施形態に係る光学式エンコーダ装置との相違点は、原点検出回路70である。したがって、ここでは、上記相違点を中心に説明し、上記第3実施形態と同一の構成及びその作用等については基本的には省略する。
[Fourth Embodiment]
The difference between the optical encoder device according to the present embodiment and the optical encoder device according to the third embodiment is an
本実施形態においては、各々のPDからの電流出力は上記信号処理回路部14内に構成された不図示の電流電圧変換回路により電圧に変換され、図10(a)に示す原点検出回路70へ入力するよう構成されている。この原点検出回路70は、図1に示す信号処理回路部14の一部であり、コンパレータや論理回路から構成される。そして、本実施形態では、同図からも分かるように、PD12b2からの出力にはオフセットS2が加えられる。
In the present embodiment, the current output from each PD is converted into a voltage by a current-voltage conversion circuit (not shown) configured in the signal
すなわち、コンパレータ71により、PD12b1の出力電圧V1と、PD12b2の出力電圧V2とオフセットS2との和とが比較され、(PD12b2の出力電圧V2+S2)の方が大きいかを論理で示す信号Aと、コンパレータ72により、PD12b2の出力電圧V2とオフセットS2との和と、PD12b3の出力電圧V3とが比較され、(PD12b2の出力電圧V2+S2)の方が大きいかを論理で示す信号Bと、コンパレータ73により、PD12b1,PD12b2,PD12b3の出力電圧の和が一定スライスレベル電圧Sより大きいかを論理で示す信号Cと、が生成される。そして、信号A,B,Cの全てが真のときにのみ出力が真となるAND回路74が、真の出力を行うときが原点検出状態である。
That is, the
なお、上記オフセットS2の値は、原点検出の位置から十分離れた位置において、信号Aと信号Bとが安定して正、すなわち(PD12b2からの出力電圧V2+S2)が、PD12b1からの出力電圧v1やPD12b3からの出力電圧V3よりも大きくなるようにしつつ、できるだけ小さい値を取るようにする。また、信号A及び信号BにおけるオフセットS2は、ここでは同一の値としているが、異なる値を採用しても問題ない原点検出系の構成を採れば、異なる値としても勿論よい。 The value of the offset S2 is such that the signal A and the signal B are stable and positive at a position sufficiently away from the origin detection position, that is, (the output voltage V2 + S2 from the PD 12b2) is the output voltage v1 from the PD 12b1 or The output voltage V3 from the PD 12b3 is set larger than the output voltage V3 as much as possible. In addition, the offset S2 in the signal A and the signal B is the same value here, but may be a different value if a configuration of an origin detection system that does not cause a problem even if different values are adopted.
図10(b)は、本実施形態における原点検出回路70での信号処理の様子を示している。すなわち、上記移動体と上記固定体との相対的な変位によって、PD12b1乃至12b3からの出力V1〜V3、コンパレータからの出力信号A乃至Cと、原点検出信号PZとがどのように変化するかを表している。
FIG. 10B shows the state of signal processing in the
ここで、図10(b)に示すように、上記PD12b1乃至PD12b3から出力される電圧V1乃至V3を位置の関数としたとき、上記V1乃至V3は、横軸方向に一定のズレを持ち、特定の点で最大となり、その点を中心にほぼ線対称となるような形状を持つ。また、信号Cは、原点検出信号を原点検出位置近傍でのみ検出するためのマスクである。 Here, as shown in FIG. 10B, when the voltages V1 to V3 output from the PD12b1 to PD12b3 are a function of the position, the V1 to V3 have a certain deviation in the horizontal axis direction and are specified. It has a shape that is maximal at the point and is almost line symmetric about the point. The signal C is a mask for detecting the origin detection signal only near the origin detection position.
以上説明したように、本実施形態によれば、上記第3実施形態と同様の効果を奏する上に、以下のような本実施形態に特有の効果を持つ光学式変位センサを提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide an optical displacement sensor having effects similar to those of the third embodiment and having the following effects specific to the present embodiment. .
本実施形態では、PD12b2からの出力電圧V2に若干のオフセットS2を加えることで、原点から離れた位置での位置信号Aと位置信号Bとが安定する。これにより、PD12b2にオフセットS2を加えていない場合に比べ、信号処理回路部14内部での経時的に発生するデジタルノイズ等のノイズが抑えられる。そして、信号処理回路部14内部のアナログ信号等へ影響を与えやすいこうしたノイズが除去されることで、より安定した原点検出信号を得ることができる光学式変位センサを提供することができる。
In this embodiment, by adding a slight offset S2 to the output voltage V2 from the PD 12b2, the position signal A and the position signal B at a position away from the origin are stabilized. Thereby, compared with the case where offset S2 is not added to PD12b2, noises, such as a digital noise which generate | occur | produces with time in the signal
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。 The present invention has been described above based on the embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are possible within the scope of the gist of the present invention. .
例えば、図1に示す装置では、スケール10として上述のように透過タイプのスケールを用いているが、反射型のスケールを用いたり、光検出器上での集光を目的としたレンズ等を入れても構わない。
For example, in the apparatus shown in FIG. 1, a transmissive type scale is used as the
また、センサヘッドとスケール10との相対移動を計測するエンコーダ装置以外にも、センサヘッドである光検出部12とミラーとの間隔を測定する測長器のような装置や、位置の相対変化に基づく変位信号と光学式の原点検出部とを有するセンサであれば、本実施形態を適用するセンサは特に限定されない。
In addition to the encoder device that measures the relative movement between the sensor head and the
また、ここでは光学式エンコーダ装置を例に説明したが、原点検出信号の検出に関わる部分以外は、光学式でなく磁気式等の他の方式としても勿論よい。 Although the optical encoder device has been described here as an example, it is needless to say that other methods such as a magnetic method may be used instead of the optical method except for the portion related to the detection of the origin detection signal.
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。 Further, the above-described embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention Can be extracted as an invention.
(付記)
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
(Appendix)
The invention having the following configuration can be extracted from the specific embodiment.
(1) 互いに相対的に移動する固定体及び移動体のうちの何れか一方に取り付けられた光源部及び受光部と、
上記固定体及び上記移動体のうちの上記光源部が取り付けられていない方に取り付けられた所定の光学パターンを有するスケールと、
上記受光部にて検出された信号に基づいて上記移動体の変位または位置を検出して変位量または位置を位置信号として出力し、さらに上記移動体が原点位置にある場合に原点検出したことを示すデジタル信号である原点検出信号を出力する信号処理回路と、
を具備し、
上記光源部からの射出された光が上記スケールを介して上記受光部で検出されるように上記光源部、上記受光部、及び上記スケールが空間的に配置された光学式変位センサにおいて、
上記受光部は、少なくとも3つ以上の原点の検出に用いる光検出器を有し、
上記受光部における上記光検出器が出力する信号のうち特定の2つの信号を選択して1組とすることで第1組及び第2組を設定し、上記第1組において原点近傍で2つの信号の信号レベルが等しくなる上記移動体の位置を第1の位置、上記第2組において原点近傍で2つの信号の信号レベルが等しくなる上記移動体の位置を位第2の置としたとき、
上記信号処理回路は、上記移動体が上記第1の位置から上記第2の位置の間の位置にある場合に一定の信号レベルで、上記移動体が上記第1の位置から上記第2の位置の間の位置にない場合に上記言っての信号レベルとは異なる信号レベルの原点検出信号を出力することを特徴とする光学式変位センサ。
(1) a light source unit and a light receiving unit attached to any one of a fixed body and a moving body that move relative to each other;
A scale having a predetermined optical pattern attached to one of the fixed body and the moving body to which the light source unit is not attached;
Based on the signal detected by the light receiving unit, the displacement or position of the moving body is detected, the displacement amount or position is output as a position signal, and the origin is detected when the moving body is at the origin position. A signal processing circuit for outputting an origin detection signal which is a digital signal indicating;
Comprising
In the optical displacement sensor in which the light source unit, the light receiving unit, and the scale are spatially arranged so that light emitted from the light source unit is detected by the light receiving unit through the scale,
The light receiving unit has a photodetector used for detecting at least three or more origins,
The first set and the second set are set by selecting two specific signals out of the signals output from the photodetector in the light receiving unit, and the two sets near the origin in the first set. When the position of the moving body where the signal levels of the signals are equal is the first position, and the position of the moving body where the signal levels of the two signals are equal near the origin in the second set is the second position,
The signal processing circuit has a constant signal level when the moving body is located between the first position and the second position, and the moving body moves from the first position to the second position. An optical displacement sensor that outputs an origin detection signal having a signal level different from the above signal level when the position is not between the two.
(対応する実施形態)
この(1)に記載の光学式変位センサに関する実施形態は、第1実施形態乃至第4実施形態が対応する。これらの実施形態において、上記スケールは例えばスケール10が対応し、上記光源部は例えば光源部6が対応し、上記受光部は例えば光検出部12が対応し、上記光検出器は例えば原点検出部12bのPD12b1〜12b3又は12b4が対応し、上記信号処理回路は例えば信号処理回路部14が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the optical displacement sensor described in (1) corresponds to the first to fourth embodiments. In these embodiments, the scale corresponds to, for example, the
(作用効果)
この(1)に記載の光学式変位センサによれば、位置信号と共に、検出位置の変動の少ない原点検出信号、すなわち精度の高い原点検出信号を発生させることができる光学式変位センサ、さらには、位置信号に同期した原点検出信号を安定して発生させることができる。
(Function and effect)
According to the optical displacement sensor described in (1), an optical displacement sensor that can generate an origin detection signal with little variation in the detection position, that is, an origin detection signal with high accuracy, along with the position signal, The origin detection signal synchronized with the position signal can be generated stably.
(2) 上記受光部は原点検出に用いる光検出器として第1乃至第4の光検出器を含み、
上記第1組は上記第1の光検出器の出力信号及び上記第2の光検出器の出力信号からなり、上記第2組は上記第3の光検出器の出力信号及び上記第4の光検出器の出力信号からなることを特徴とする(1)に記載の光学式変位センサ。
(2) The light receiving unit includes first to fourth photodetectors as photodetectors used for origin detection,
The first set includes an output signal of the first photodetector and an output signal of the second photodetector, and the second set includes an output signal of the third photodetector and the fourth light. The optical displacement sensor according to (1), comprising an output signal of a detector.
(対応する実施形態)
この(2)に記載の光学式変位センサに関する実施形態は、第1実施形態及び第2実施形態が対応する。それらの実施形態において、上記光検出器は例えば原点検出部12bのPD12b1〜12b4が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the optical displacement sensor described in (2) corresponds to the first embodiment and the second embodiment. In those embodiments, the photodetector corresponds to, for example, PDs 12b1 to 12b4 of the
(作用効果)
この(2)に記載の光学式変位センサによれば、位置信号と共に、検出位置の変動の少ない原点検出信号、すなわち精度の高い原点検出信号を発生させることができる光学式変位センサ、さらには、位置信号に同期した原点検出信号を安定して発生させることができる。
(Function and effect)
According to the optical displacement sensor described in (2), an optical displacement sensor that can generate an origin detection signal with little variation in the detected position, that is, an origin detection signal with high accuracy, along with the position signal, The origin detection signal synchronized with the position signal can be generated stably.
(3) 上記受光部は原点検出に用いる光検出器として第1乃至第3の光検出器を含み、
上記第1組は上記第1の光検出器の出力信号及び上記第2の光検出器の出力信号からなり、上記第2組は上記第2の光検出器の出力信号及び上記第3の光検出器の出力信号からなることを特徴とする(1)に記載の光学式変位センサ。
(3) The light receiving unit includes first to third photodetectors as photodetectors used for origin detection,
The first set includes an output signal of the first photodetector and an output signal of the second photodetector, and the second set includes an output signal of the second photodetector and the third light. The optical displacement sensor according to (1), comprising an output signal of a detector.
(対応する実施形態)
この(3)に記載の光学式変位センサに関する実施形態は、第3実施形態が対応する。その実施形態において、上記光検出器は例えば原点検出部12bのPD12b1〜12b3が対応する。
(Corresponding embodiment)
The third embodiment corresponds to the optical displacement sensor described in (3). In the embodiment, for example, the PDs 12b1 to 12b3 of the
(作用効果)
この(3)に記載の光学式変位センサによれば、よりシンプルでコンパクトな構成が可能な光学式変位センサとなる。また、これにより、光源部からの光を照射するエリアを小さくするができる。
(Function and effect)
According to the optical displacement sensor described in (3), it becomes an optical displacement sensor capable of a simpler and more compact configuration. This also makes it possible to reduce the area irradiated with light from the light source unit.
(4) 上記4つの光検出器の検出中心が、上記移動体の変位方向に、第1の光検出器、第2の光検出器、第3の光検出器、第4の光検出器の順に配置されるように、上記第1乃至第4の光検出器が上記受光部に設けられていることを特徴とする(2)に記載の光学式変位センサ。 (4) The detection centers of the four photodetectors are arranged in the displacement direction of the moving body in the first photodetector, the second photodetector, the third photodetector, and the fourth photodetector. The optical displacement sensor according to (2), wherein the first to fourth photodetectors are provided in the light receiving section so as to be sequentially arranged.
(対応する実施形態)
この(4)に記載の光学式変位センサに関する実施形態は、第1実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the optical displacement sensor described in (4) corresponds to the first embodiment.
(作用効果)
この(4)に記載の光学式変位センサによれば、位置信号と共に、検出位置の変動の少ない原点検出信号、すなわち精度の高い原点検出信号を発生させることができる光学式変位センサ、さらには、位置信号に同期した原点検出信号を安定して発生させることができる。
(Function and effect)
According to the optical displacement sensor described in (4), an optical displacement sensor that can generate an origin detection signal with little variation in the detected position, that is, an origin detection signal with high accuracy, along with the position signal, The origin detection signal synchronized with the position signal can be generated stably.
(5) 上記4つの光検出器の検出中心が、上記移動体の変位方向に、第1の光検出器、第3の光検出器、第2の光検出器、第4の光検出器の順に配置されるように、上記第1乃至第4の光検出器が上記受光部に設けられていることを特徴とする(2)に記載の光学式変位センサ。 (5) The detection centers of the four photodetectors are arranged in the displacement direction of the moving body in the first photodetector, the third photodetector, the second photodetector, and the fourth photodetector. The optical displacement sensor according to (2), wherein the first to fourth photodetectors are provided in the light receiving section so as to be sequentially arranged.
(対応する実施形態)
この(5)に記載の光学式変位センサに関する実施形態は、第2実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The second embodiment corresponds to the embodiment relating to the optical displacement sensor described in (5).
(作用効果)
この(5)に記載の光学式変位センサによれば、検出幅が変化しにくく、一定の変位量に対応した検出幅を持つ原点検出信号を発生させることが可能であり、検出位置も変動しにくいため、安定した原点検出を行う光学式変位センサであり、さらに原点検出信号を位置信号に同期させて発生させることができる。
(Function and effect)
According to the optical displacement sensor described in (5), the detection width is unlikely to change, it is possible to generate an origin detection signal having a detection width corresponding to a certain amount of displacement, and the detection position also varies. Since it is difficult, it is an optical displacement sensor that performs stable origin detection, and an origin detection signal can be generated in synchronization with a position signal.
(6) 上記3つの光検出器の検出中心が、上記移動体の変位方向に、第1の光検出器、第2の光検出器、第3の光検出器の順に配置されるように、上記第1乃至第3の光検出器が上記受光部に設けられていることを特徴とする(3)に記載の光学式変位センサ。 (6) The detection centers of the three photodetectors are arranged in the order of the first photodetector, the second photodetector, and the third photodetector in the displacement direction of the moving body. The optical displacement sensor according to (3), wherein the first to third photodetectors are provided in the light receiving section.
(対応する実施形態)
この(6)に記載の光学式変位センサに関する実施形態は、第3実施形態及び第4実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The third embodiment and the fourth embodiment correspond to the optical displacement sensor described in (6).
(作用効果)
この(6)に記載の光学式変位センサによれば、よりシンプルでコンパクトな構成が可能な光学式変位センサとなる。また、これにより、光源部からの光を照射するエリアを小さくすることができる。
(Function and effect)
According to the optical displacement sensor described in (6), it becomes an optical displacement sensor capable of a simpler and more compact configuration. Thereby, the area which irradiates the light from a light source part can be made small.
(7) 上記第1組の出力信号を出力する光検出器の形状及び構造は互いに等しく、上記第2組の出力信号を出力する光検出器の形状及び構造も互いに等しいことを特徴とする(1)に記載の光学式変位センサ。 (7) The photodetectors that output the first set of output signals have the same shape and structure, and the photodetectors that output the second set of output signals have the same shape and structure. The optical displacement sensor according to 1).
(対応する実施形態)
この(7)に記載の光学式変位センサに関する実施形態は、第1実施形態乃至第3実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the optical displacement sensor described in (7) corresponds to the first to third embodiments.
(作用効果)
この(7)に記載の光学式変位センサによれば、位置信号と共に、検出位置の変動の少ない原点検出信号、すなわち精度の高い原点検出信号を発生させることができる光学式変位センサ、さらには、位置信号に同期した原点検出信号を安定して発生させることができる。
(Function and effect)
According to the optical displacement sensor described in (7), an optical displacement sensor that can generate an origin detection signal with little variation in the detected position, that is, an origin detection signal with high accuracy, along with the position signal, The origin detection signal synchronized with the position signal can be generated stably.
(8) 上記第1組の出力信号を出力する各光検出器における検出中心同士の間隔と、上記第2組の出力信号を出力する各光検出器における検出中心同士の間隔とを等しくするように上記光検出器を配置することを特徴とする(1)に記載の光学式変位センサ。 (8) The interval between the detection centers in each photodetector that outputs the first set of output signals is made equal to the interval between the detection centers in each photodetector that outputs the second set of output signals. The optical detector according to (1), wherein the photodetector is arranged in
(対応する実施形態)
この(8)に記載の光学式変位センサに関する実施形態は、第1実施形態乃至第3実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the optical displacement sensor described in (8) corresponds to the first to third embodiments.
(作用効果)
この(8)に記載の光学式変位センサによれば、位置信号と共に、検出位置の変動の少ない原点検出信号、すなわち精度の高い原点検出信号を発生させることができる光学式変位センサ、さらには、位置信号に同期した原点検出信号を安定して発生させることができる。
(Function and effect)
According to the optical displacement sensor described in (8), an optical displacement sensor that can generate an origin detection signal with little variation in the detected position, that is, an origin detection signal with high accuracy, along with the position signal, The origin detection signal synchronized with the position signal can be generated stably.
(9) 上記第1組における2つの出力信号のうちの特定の一方の出力信号が、上記原点検出信号が検出される位置から所定距離以上離れた位置において、他方の出力信号よりも所定電流値または所定電圧値だけ大きな出力信号となるように設定することを特徴とする(1)に記載の光学式変位センサ。 (9) One of the two output signals in the first set has a predetermined current value that is greater than that of the other output signal at a position more than a predetermined distance away from the position where the origin detection signal is detected. Alternatively, the optical displacement sensor according to (1), wherein the optical displacement sensor is set so that an output signal is increased by a predetermined voltage value.
(対応する実施形態)
この(9)に記載の光学式変位センサに関する実施形態は、第4実施形態が対応する。その実施形態において、上記所定電圧値は例えばオフセットS2が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the optical displacement sensor described in (9) corresponds to the fourth embodiment. In the embodiment, the predetermined voltage value corresponds to, for example, the offset S2.
(作用効果)
この(9)に記載の光学式変位センサによれば、オフセットS2を加えていない場合に比べ、信号処理回路部14内部での経時的に発生するデジタルノイズ等のノイズが抑えられる。そして、信号処理回路部14内部のアナログ信号等へ影響を与えやすいこうしたノイズが除去されることで、より安定した原点検出信号を得ることができる光学式変位センサを提供することが可能となる。
(Function and effect)
According to the optical displacement sensor described in (9), noise such as digital noise generated with time in the signal
(10) 上記移動体における上記第1の位置と上記第2の位置との差の距離が、Nを自然数としたときに、上記位置信号における(N/2)周期分の長さに合致することを特徴とする(1)に記載の光学式変位センサ。 (10) The distance of the difference between the first position and the second position in the moving body matches the length of (N / 2) periods in the position signal, where N is a natural number. (1) The optical displacement sensor according to (1).
(対応する実施形態)
この(10)に記載の光学式変位センサに関する実施形態は、第1実施形態乃至第4実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The first to fourth embodiments correspond to the optical displacement sensor according to (10).
(作用効果)
この(10)に記載の光学式変位センサによれば、位置信号と共に、検出位置の変動の少ない原点検出信号、すなわち精度の高い原点検出信号を発生させることができる光学式変位センサ、さらには、位置信号に同期した原点検出信号を安定して発生させることが可能となる。
(Function and effect)
According to the optical displacement sensor described in (10), an optical displacement sensor that can generate an origin detection signal with little variation in the detection position, that is, an origin detection signal with high accuracy, along with the position signal, It is possible to stably generate an origin detection signal synchronized with the position signal.
(11) 任意の上記光検出器で検出される信号がピークになるときの上記移動体の位置を位置xとし、上記移動体の変位方向に対応した方向における上記光検出器の検出中心の位置を位置yとし、a,bを定数としたとき、上記xと上記yとが下式に示すようなリニアな関係となり、
x=a・y+b
上記第1組の出力信号を出力する2つの光検出器の検出中心の中点をX、上記第2組の出力信号を出力する2つの光検出器の検出中心の中点をYとし、線分XYの上記移動体の変位方向に対応した方向における長さ成分をdとし、Nを自然数としたときに、a・dの絶対値が上記位置信号におけるN/2周期分の長さに合致することを特徴とする(1)に記載の光学式変位センサ。
(11) The position of the moving body when a signal detected by any of the photodetectors reaches a peak is a position x, and the position of the detection center of the photodetector in a direction corresponding to the displacement direction of the moving body Is a position y, and a and b are constants, the above x and y have a linear relationship as shown in the following equation:
x = a · y + b
Let X be the midpoint of the detection center of the two photodetectors that output the first set of output signals, and Y be the midpoint of the detection center of the two photodetectors that output the second set of output signals. The absolute value of a · d matches the length of N / 2 periods in the position signal, where d is the length component of the minute XY in the direction corresponding to the displacement direction of the moving body and N is a natural number. (1) The optical displacement sensor according to (1).
(対応する実施形態)
この(11)に記載の光学式変位センサに関する実施形態は、第1実施形態乃至第4実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The first to fourth embodiments correspond to the embodiment relating to the optical displacement sensor described in (11).
(作用効果)
この(11)に記載の光学式変位センサによれば、位置信号と共に、検出位置の変動の少ない原点検出信号、すなわち精度の高い原点検出信号を発生させることができる光学式変位センサ、さらには、位置信号に同期した原点検出信号を安定して発生させることができる。
(Function and effect)
According to the optical displacement sensor described in (11), an optical displacement sensor that can generate an origin detection signal with little variation in the detected position, that is, an origin detection signal with high accuracy, along with the position signal, The origin detection signal synchronized with the position signal can be generated stably.
(12) デジタル信号である上記原点検出信号及び上記位置信号に基づき、上記位置信号に同期した原点検出信号を生成することを特徴とする(1)に記載の光学式変位センサ。 (12) The optical displacement sensor according to (1), wherein an origin detection signal synchronized with the position signal is generated based on the origin detection signal and the position signal which are digital signals.
(対応する実施形態)
この(12)に記載の光学式変位センサに関する実施形態は、第1実施形態乃至第4実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The first to fourth embodiments correspond to the optical displacement sensor described in (12).
(作用効果)
この(12)に記載の光学式変位センサによれば、位置信号と共に、検出位置の変動の少ない原点検出信号、すなわち精度の高い原点検出信号を発生させることができる光学式変位センサ、さらには、位置信号に同期した原点検出信号を安定して発生させることが可能となる。
(Function and effect)
According to the optical displacement sensor described in (12), an optical displacement sensor that can generate an origin detection signal with little variation in the detected position, that is, an origin detection signal with high accuracy, along with the position signal, It is possible to stably generate an origin detection signal synchronized with the position signal.
2…発光部、 4…光学素子、 6…光源部、 8…インデックススケール、 8a…位置検出用パターン、 8b…原点検出用パターン、 10…スケール、 10a…位置検出用パターン、 10b…原点検出用パターン、 12…光検出部、 12a…位置検出部、 12b…原点検出部、 12b1〜12b4…PD、 14…信号処理回路部、 60…同期回路、 61…2値化回路、 62…同期処理部、 63…同期(タイミング)切り替えスイッチ、 70…原点検出回路、 71,72,73…コンパレータ、 74…論理積回路。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
上記固定体及び上記移動体のうちの上記光源部が取り付けられていない方に取り付けられた所定の光学パターンを有するスケールと、
上記受光部にて検出された信号に基づいて上記移動体の変位または位置を検出して変位量または位置を位置信号として出力し、さらに上記移動体が原点位置にある場合に原点検出したことを示すデジタル信号である原点検出信号を出力する信号処理回路と、
を具備し、
上記光源部からの射出された光が上記スケールを介して上記受光部で検出されるように上記光源部、上記受光部、及び上記スケールが空間的に配置された光学式変位センサにおいて、
上記受光部は、少なくとも3つ以上の原点の検出に用いる光検出器を有し、
上記受光部における上記光検出器が出力する信号のうち特定の2つの信号を選択して1組とすることで第1組及び第2組を設定し、上記第1組において原点近傍で2つの信号の信号レベルが等しくなる上記移動体の位置を第1の位置、上記第2組において原点近傍で2つの信号の信号レベルが等しくなる上記移動体の位置を第2の位置としたとき、
上記信号処理回路は、上記移動体が上記第1の位置から上記第2の位置の間の位置にある場合に一定の信号レベルで、上記移動体が上記第1の位置から上記第2の位置の間の位置にない場合に上記一定の信号レベルとは異なる信号レベルの原点検出信号を出力することを特徴とする光学式変位センサ。 A light source unit and a light receiving unit attached to any one of a fixed body and a moving body that move relative to each other;
A scale having a predetermined optical pattern attached to one of the fixed body and the moving body to which the light source unit is not attached;
Based on the signal detected by the light receiving unit, the displacement or position of the moving body is detected, the displacement amount or position is output as a position signal, and the origin is detected when the moving body is at the origin position. A signal processing circuit for outputting an origin detection signal which is a digital signal indicating;
Comprising
In the optical displacement sensor in which the light source unit, the light receiving unit, and the scale are spatially arranged so that light emitted from the light source unit is detected by the light receiving unit through the scale,
The light receiving unit has a photodetector used for detecting at least three or more origins,
The first set and the second set are set by selecting two specific signals out of the signals output from the photodetector in the light receiving unit, and the two sets near the origin in the first set. When the position of the moving body where the signal levels of the signals are equal is the first position, and the position of the moving body where the signal levels of the two signals are equal in the vicinity of the origin in the second set is the second position,
The signal processing circuit has a constant signal level when the moving body is located between the first position and the second position, and the moving body moves from the first position to the second position. An optical displacement sensor which outputs an origin detection signal having a signal level different from the constant signal level when the position is not between the two.
上記第1組は上記第1の光検出器の出力信号及び上記第2の光検出器の出力信号からなり、上記第2組は上記第3の光検出器の出力信号及び上記第4の光検出器の出力信号からなることを特徴とする請求項1に記載の光学式変位センサ。 The light receiving unit includes first to fourth photodetectors as photodetectors used for origin detection,
The first set includes an output signal of the first photodetector and an output signal of the second photodetector, and the second set includes an output signal of the third photodetector and the fourth light. The optical displacement sensor according to claim 1, comprising an output signal of a detector.
上記第1組は上記第1の光検出器の出力信号及び上記第2の光検出器の出力信号からなり、上記第2組は上記第2の光検出器の出力信号及び上記第3の光検出器の出力信号からなることを特徴とする請求項1に記載の光学式変位センサ。 The light receiving unit includes first to third photodetectors as photodetectors used for origin detection,
The first set includes an output signal of the first photodetector and an output signal of the second photodetector, and the second set includes an output signal of the second photodetector and the third light. The optical displacement sensor according to claim 1, comprising an output signal of a detector.
x=a・y+b
上記第1組の出力信号を出力する2つの光検出器の検出中心の中点をX、上記第2組の出力信号を出力する2つの光検出器の検出中心の中点をYとし、線分XYの上記移動体の変位方向に対応した方向における長さ成分をdとし、Nを自然数としたときに、a・dの絶対値が上記位置信号におけるN/2周期分の長さに合致することを特徴とする請求項1に記載の光学式変位センサ。 The position of the moving body when the signal detected by any of the photodetectors reaches a peak is defined as a position x, and the position of the detection center of the photodetector in a direction corresponding to the displacement direction of the moving body is defined as a position y. Where a and b are constants, the above x and y have a linear relationship as shown in the following equation:
x = a · y + b
Let X be the midpoint of the detection center of the two photodetectors that output the first set of output signals, and Y be the midpoint of the detection center of the two photodetectors that output the second set of output signals. The absolute value of a · d matches the length of N / 2 periods in the position signal, where d is the length component of the minute XY in the direction corresponding to the displacement direction of the moving body and N is a natural number. The optical displacement sensor according to claim 1.
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