JP2008014806A - Photoelectric encoder and displacement detecting device using it - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光電式エンコーダ、および、光電式エンコーダを用いて移動体の位置,移動速度,移動方向等の変位情報を検出する変位検出装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric encoder and a displacement detection device that detects displacement information such as the position, moving speed, and moving direction of a moving body using the photoelectric encoder.
特定の経路に沿って移動する物体の位置および動きを検出する装置として、一定間隔でスリットが穿設されている移動体を発光部と受光部との間の光路を遮断するように移動させる透過型光電式エンコーダが開発されている。 As a device for detecting the position and movement of an object that moves along a specific path, transmission that moves a moving body having slits at regular intervals so as to block the optical path between the light emitting part and the light receiving part Type photoelectric encoder has been developed.
従来から、直線変位や角度変位等の精密な測定には、上記透過型光電式エンコーダが利用されている。この透過型光電式エンコーダは、発光部と、遮光領域と透光領域とが交互に形成された移動体(リニアスケールやコードホイール)と、上記移動体に対して上記発光部とは反対側に配置された受光部と、によって構成されている。尚、上記受光部は、例えば4つの受光素子(例えばフォトダイオード)を含んで構成されている。 Conventionally, the transmissive photoelectric encoder is used for precise measurement of linear displacement, angular displacement, and the like. This transmissive photoelectric encoder includes a light emitting unit, a moving body (linear scale or code wheel) in which a light shielding region and a light transmitting region are alternately formed, and a side opposite to the light emitting unit with respect to the moving body. And a light receiving portion arranged. The light receiving unit includes, for example, four light receiving elements (for example, photodiodes).
以下、上記透過型光電式エンコーダの動作を簡単に説明する。上記発光部は、上記受光部に向けて光を照射する。そうすると、上記発光部からの光が上記移動体の透光領域を通過して、光の強弱が正弦波状に変化すると共に、互いに位相が異なる4つの光信号が生成される。そして、上記各光信号は各位相に対応する受光素子によって受光されて光電変換され、発生した電気信号を利用して移動体の位置,移動速度および移動方向等の変位情報が検出されるのである。 Hereinafter, the operation of the transmissive photoelectric encoder will be briefly described. The light emitting unit irradiates light toward the light receiving unit. If it does so, the light from the said light emission part will pass the translucent area | region of the said mobile body, and while changing the intensity | strength of light to a sine wave form, four optical signals from which a phase mutually differs will be produced | generated. Each optical signal is received and photoelectrically converted by a light receiving element corresponding to each phase, and displacement information such as the position, moving speed, and moving direction of the moving body is detected using the generated electric signal. .
ここで、上記位相が異なる4つの光信号とは、A+相(0度)の光信号、A+相よりも90度だけ位相がずれたB+相(90度)の光信号、A+相よりも180度だけ位相がずれたA−相(180度)の光信号、および、A+相よりも270度だけ位相がずれたB−相(270度)の光信号のことである。 Here, the four optical signals having different phases are an A + phase (0 degree) optical signal, a B + phase (90 degree) optical signal whose phase is shifted by 90 degrees from the A + phase, and an A + phase 180. That is, an A-phase (180 degrees) optical signal whose phase is shifted by a degree and a B-phase (270 degrees) optical signal whose phase is shifted by 270 degrees from the A + phase.
上記A+相の光信号の他にB+相の光信号を用いるのは、先に検出されるのがA+相かB+相かによって移動体の移動の方向を判断するためである。また、A+相の光信号やB+相の光信号の以外に、これらの光信号を反転させたA−相の光信号やB−相の光信号を用いるのは、(1)A+相の光信号やB+相の光信号に含まれる直流成分の除去、(2)光信号の信頼性の確保、(3)高速追従性の確保、のためである。 The reason why the B + phase optical signal is used in addition to the A + phase optical signal is to determine the moving direction of the moving body based on whether the A + phase or the B + phase is detected first. In addition to the A + phase optical signal and the B + phase optical signal, the A− phase optical signal and the B− phase optical signal obtained by inverting these optical signals are used in (1) A + phase light. This is for removing the DC component contained in the signal and the B + phase optical signal, (2) ensuring the reliability of the optical signal, and (3) ensuring the high-speed tracking capability.
位相の異なる複数の光信号に対応した数の受光素子があれば、原理的に測定が可能ではある。したがって、位相の異なる4つの光信号を生成する場合には、例えば特公平3‐76428号公報(特許文献1)に開示されているように、受光素子は4つあればよい。 If there are a number of light receiving elements corresponding to a plurality of optical signals having different phases, in principle, measurement is possible. Accordingly, when four optical signals having different phases are generated, for example, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-76428 (Patent Document 1), there may be four light receiving elements.
また、例えば特許第3203643号公報(特許文献2)に開示されているように、発光部と、反射領域と非反射領域とが交互に形成された移動体と、この移動体に対して上記発光部と同じ側に配置された受光部と、によって構成される反射型光電式エンコーダが開発されている。この反射型光電式エンコーダの信号形成原理は、上記透過型光電式エンコーダの信号形成原理と同じであるので、以下、上記透過型光電式エンコーダによって説明を進めることにする。 Further, as disclosed in, for example, Japanese Patent No. 3203643 (Patent Document 2), a light emitting unit, a moving body in which a reflective area and a non-reflective area are alternately formed, and the light emission to the moving body. A reflection type photoelectric encoder composed of a light receiving unit arranged on the same side as the unit has been developed. Since the signal forming principle of the reflective photoelectric encoder is the same as the signal forming principle of the transmissive photoelectric encoder, the description will be given below using the transmissive photoelectric encoder.
ところで、上記発光部の光強度分布や上記移動体の透光領域における汚れ等が原因となって、上記受光部への入射光量にばらつきが生じる場合がある。その場合、上記受光部が4つの受光素子で構成されていれば、各位相の光信号は夫々1つの受光素子でしか検出されないので、上記入射光量のバラツキの影響を受け易い。 By the way, due to the light intensity distribution of the light emitting unit and the dirt in the light transmitting region of the moving body, there may be a variation in the amount of light incident on the light receiving unit. In this case, if the light receiving unit is composed of four light receiving elements, each phase of the optical signal is detected by only one light receiving element, so that it is easily affected by the variation in the amount of incident light.
そこで、上記受光素子を、上記移動体の移動方向に沿って複数のセットをアレイ状に配列させることが一般的である。こうすることによって、各位相の光信号が検出される場所が広い範囲に分散されるため、上記入射光量のバラツキの影響を小さくできる。以下、このことを「平均化効果」と言う。 Therefore, it is common to arrange a plurality of sets of the light receiving elements in an array along the moving direction of the moving body. By doing so, the place where the optical signal of each phase is detected is dispersed over a wide range, so that the influence of the variation in the incident light quantity can be reduced. Hereinafter, this is referred to as an “averaging effect”.
図5は、上記移動体がリニアスケールである場合において、従来の光電式エンコーダにおける信号形成用のフォトダイオードと上記移動体のスリット(透光領域)との位置関係を示す図である。この光電式エンコーダにおける移動体1は、所定の配列ピッチPで幅方向(移動方向)に配列された複数のスリット(透光領域)2A,2B,…,2Fを有している。このスリット2A,2B,…,2Fは、夫々略(1/2)Pの幅を有している。
FIG. 5 is a diagram showing a positional relationship between a signal forming photodiode and a slit (translucent region) of the moving body in a conventional photoelectric encoder when the moving body is a linear scale. The moving
そして、上記移動体1の一側(図5において紙面の手前側)には発光部(図示せず)が配置されている。また、上記発光部に対向するように、移動体1の他側(図5において紙面の向う側)には受光部3が配置されている。
A light emitting unit (not shown) is disposed on one side of the moving body 1 (the front side of the sheet in FIG. 5). Further, the
この受光部3は、図5から分かるように、配列ピッチ(1/4)Pで上記スリットの配列方向と同じ方向に配列された長さLのフォトダイオード3A〜3Pで構成されている。そして、各フォトダイオード3A〜3Pは、夫々略(1/4)Pの幅を有している。
As can be seen from FIG. 5, the
上述したように、4つのフォトダイオードを1セットとして4セット配列することによって、平均化効果を得ることができるのである。 As described above, an averaging effect can be obtained by arranging four photodiodes as one set.
ところで、上記平均化効果を高めることは、測定精度を向上させるために重要である。しかしながら、近年の移動体(コードホイール)の小型化や光軸半径の小径化によって、受光素子アレイの端部における程S/N比が悪化している。 Incidentally, increasing the averaging effect is important for improving measurement accuracy. However, the S / N ratio at the end of the light receiving element array is getting worse due to the recent downsizing of the moving body (code wheel) and the reduction of the optical axis radius.
図6は、上記移動体がコードホイールの場合において、従来の光電式エンコーダにおける信号形成用のフォトダイオードと上記移動体のスリット(透光領域)との位置関係を示す図である。この光電式エンコーダにおける移動体4は、発光部(図示せず)の光軸中心の軌跡6において所定の配列ピッチPで移動体4の回転中心を中心とする円周方向(移動体4の移動方向)に配列された複数のスリット5A,5B,…,5Fを有している。このスリット5A,5B,…,5Fは、上記発光部の光軸中心の軌跡6において夫々略(1/2)Pの幅を有している。
FIG. 6 is a diagram showing a positional relationship between a signal forming photodiode and a slit (translucent region) of the moving body in a conventional photoelectric encoder when the moving body is a code wheel. The moving body 4 in this photoelectric encoder has a circumferential direction centered on the rotation center of the moving body 4 at a predetermined arrangement pitch P in the locus 6 of the center of the optical axis of the light emitting unit (not shown). .., 5F arranged in the direction). The
これに対して、受光部7を構成するフォトダイオード7A〜7Pは直線方向に配列されている。尚、フォトダイオード7A〜7Pの配列ピッチは(1/4)Pであり、長さはLであり、幅は略(1/4)Pである。
On the other hand, the
このように、上記フォトダイオード7A〜7Pの配列方向が直線方向であるのに対し、スリット5A〜5Fの配列方向は円周方向である。そのため、フォトダイオードアレイの端部に位置するフォトダイオード程、スリット5A〜5Fを透過した光の位相と当該フォトダイオードの位相との不整合度が増大することになる。
Thus, the arrangement direction of the
上記位相の不整合度について、図6に示す状態でのスリット5Bを例に挙げ、図7によって説明する。スリット5Bを通過した光はフォトダイオード7A,7Bを照射しなけばならないが、実際にはフォトダイオード7A,7Bとフォトダイオード7Cの領域7C'とを照射している。この場合、領域7C'で受光された光は、フォトダイオード7Cで光電変換されて発生する電気信号におけるノイズ成分となる。また、フォトダイオード7A,7Bにおいては、光によって照射されていない領域7A',7B'が存在するので、受光量が減少し、フォトダイオード7A,7Bで光電変換されて発生する電気信号の振幅が減少することになる。
The phase mismatch degree will be described with reference to FIG. 7, taking the
図8は、図6に示すフォトダイオード7A〜7Pにおいて、ノイズ成分となる光が照射されてしまう領域8に斜線を付したものである。図8から分かるように、フォトダイオードアレイの端部に位置するフォトダイオードほど斜線領域8の面積が増加し、光電変換されて発生する電気信号のS/N比が悪化するという問題が生ずる。
そこで、この発明の課題は、コードホイールからなる移動体であっても平均化効果を高めることが可能な光電式エンコーダ、および、それを用いた変位検出装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a photoelectric encoder capable of enhancing the averaging effect even with a moving body composed of a code wheel, and a displacement detection device using the photoelectric encoder.
上記課題を解決するため、この発明の光電式エンコーダは、
透光領域と遮光領域とが移動方向に交互に形成された移動体と、
上記移動体に向けて光を出射する発光部と、
上記発光部から出射されて上記移動体の透光領域を透過した光を受光して、上記移動体の移動情報を表す移動情報信号を出力する受光部と
を備え、
上記受光部は、
上記透光領域とこの透光領域に隣接する上記遮光領域とに対向して配置されると共に、上記移動体のほぼ移動方向にアレイ状に配列された複数のフォトダイオードを有し、
上記アレイ状の端部に配置されたフォトダイオードにおける配列方向に直交する方向への長さは、上記アレイ状の中央部に配置されたフォトダイオードにおける上記配列方向に直交する方向への長さに比べて短くなっている
ことを特徴としている。
In order to solve the above problems, the photoelectric encoder of the present invention is
A moving body in which light-transmitting regions and light-shielding regions are alternately formed in the moving direction;
A light emitting unit that emits light toward the moving body;
A light receiving unit that receives light emitted from the light emitting unit and transmitted through the light transmitting region of the moving body, and outputs a movement information signal representing movement information of the moving body;
The light receiving part is
A plurality of photodiodes arranged opposite to the light-transmitting region and the light-shielding region adjacent to the light-transmitting region and arranged in an array in the moving direction of the moving body;
The length in the direction orthogonal to the arrangement direction of the photodiodes arranged at the end of the array is the length in the direction orthogonal to the arrangement of the photodiodes arranged in the center of the array. It is characterized by being shorter than that.
上記構成によれば、上記移動体がコードホールである場合に、上記透光領域および上記遮光領域の配列方向と上記フォトダイオードの配列方向とに大きなずれが発生するフォトダイオードアレイの端部において、上記透光領域および上記遮光領域の位置と上記フォトダイオードの位置とが大きくずれる上記フォトダイオードの先端部を削除して、フォトダイオードの長さを短くしている。したがって、ある注目フォトダイオードにおいて、他のフォトダイオードを照射すべき光によって照射される領域の割合が減少し、当該注目フォトダイオードによって生成される電気信号のS/N比が向上される。また、当該注目フォトダイオードを照射すべき光によって照射されない領域の割合が減少し、当該注目フォトダイオードの受光量が向上される。すなわち、従来の光電式エンコーダの場合よりも平均化効果を高めることができるのである。 According to the above configuration, when the moving body is a code hole, at the end of the photodiode array where a large shift occurs between the arrangement direction of the light transmitting region and the light shielding region and the arrangement direction of the photodiode, The length of the photodiode is shortened by deleting the front end of the photodiode where the position of the light transmitting region and the light shielding region and the position of the photodiode are greatly shifted. Accordingly, in a certain target photodiode, the ratio of the region irradiated with light to be irradiated to other photodiodes is reduced, and the S / N ratio of the electric signal generated by the target photodiode is improved. In addition, the ratio of the region that is not irradiated with the light to be irradiated to the target photodiode is reduced, and the amount of light received by the target photodiode is improved. That is, the averaging effect can be enhanced as compared with the case of the conventional photoelectric encoder.
さらに、上記移動体がリニアスケールである場合には、上記透光領域および上記遮光領域の配列方向と上記フォトダイオードの配列方向とは同じであるため、従来の光電式エンコーダの場合と同様に、平均化効果を得ることができる。 Furthermore, when the moving body is a linear scale, the arrangement direction of the light-transmitting region and the light-shielding region and the arrangement direction of the photodiode are the same, so as in the case of a conventional photoelectric encoder, An averaging effect can be obtained.
ここで、上記「移動体のほぼ移動方向」とは、上記移動体がリニアスケールである場合には「上記移動体の移動方向」を意味し、上記移動体がコードホールである場合には「上記移動体の移動方向を表す円弧に接する直線の方向」を意味する。 Here, the “substantially moving direction of the moving body” means “the moving direction of the moving body” when the moving body is a linear scale, and “when the moving body is a code hole”. The direction of the straight line in contact with the arc representing the moving direction of the moving body is meant.
また、この発明の光電式エンコーダは、
反射領域と非反射領域とが移動方向に交互に形成された移動体と、
上記移動体に向けて光を出射する発光部と、
上記発光部から出射されて上記移動体の反射領域で反射された光を受光して、上記移動体の移動情報を表す移動情報信号を出力する受光部と
を備え、
上記受光部は、
上記移動体に対して上記発光部と同じ側に、上記反射領域とこの反射領域に隣接する上記非反射領域とに対向して配置されると共に、上記移動体のほぼ移動方向にアレイ状に配列された複数のフォトダイオードを有し、
上記アレイ状の端部に配置されたフォトダイオードにおける配列方向に直交する方向への長さは、上記アレイ状の中央部に配置されたフォトダイオードにおける上記配列方向に直交する方向への長さに比べて短くなっている
ことを特徴としている。
The photoelectric encoder of the present invention is
A moving body in which reflection areas and non-reflection areas are alternately formed in the movement direction;
A light emitting unit that emits light toward the moving body;
A light receiving unit that receives light emitted from the light emitting unit and reflected by the reflection region of the moving body, and outputs a movement information signal representing movement information of the moving body;
The light receiving unit is
The moving body is arranged on the same side as the light emitting unit, facing the reflective area and the non-reflective area adjacent to the reflective area, and arranged in an array in the moving direction of the moving body. A plurality of photodiodes,
The length in the direction orthogonal to the arrangement direction of the photodiodes arranged at the end of the array is the length in the direction orthogonal to the arrangement of the photodiodes arranged in the center of the array. It is characterized by being shorter than that.
上記構成によれば、上記移動体がコードホールである場合に、上記反射領域および上記非反射領域の配列方向と上記フォトダイオードの配列方向とに大きなずれが発生するフォトダイオードアレイの端部において、上記反射領域および上記非反射領域の位置と上記フォトダイオードの位置とが大きくずれる上記フォトダイオードの先端部を削除して、フォトダイオードの長さを短くしている。したがって、ある注目フォトダイオードにおいて、他のフォトダイオードを照射すべき光によって照射される領域の割合が減少し、当該注目フォトダイオードによって生成される電気信号のS/N比が向上される。また、当該注目フォトダイオードを照射すべき光によって照射されない領域の割合が減少し、当該注目フォトダイオードの受光量が向上される。すなわち、従来の光電式エンコーダの場合よりも平均化効果を高めることができるのである。 According to the above configuration, when the moving body is a code hole, at the end of the photodiode array where a large shift occurs between the arrangement direction of the reflection region and the non-reflection region and the arrangement direction of the photodiode, The length of the photodiode is shortened by deleting the front end of the photodiode where the position of the reflective region and the non-reflective region and the position of the photodiode are greatly shifted. Accordingly, in a certain target photodiode, the ratio of the region irradiated with light to be irradiated to other photodiodes is reduced, and the S / N ratio of the electric signal generated by the target photodiode is improved. In addition, the ratio of the region that is not irradiated with the light to be irradiated to the target photodiode is reduced, and the amount of light received by the target photodiode is improved. That is, the averaging effect can be enhanced as compared with the case of the conventional photoelectric encoder.
さらに、上記移動体がリニアスケールである場合には、上記反射領域および上記非反射領域の配列方向と上記フォトダイオードの配列方向とは同じであるため、従来の光電式エンコーダの場合と同様に、平均化効果を得ることができる。 Furthermore, when the moving body is a linear scale, the arrangement direction of the reflective region and the non-reflective region and the arrangement direction of the photodiode are the same, so as in the case of a conventional photoelectric encoder, An averaging effect can be obtained.
ここで、上記「移動体のほぼ移動方向」とは、上記移動体がリニアスケールである場合には「上記移動体の移動方向」を意味し、上記移動体がコードホールである場合には「上記移動体の移動方向を表す円弧に接する直線の方向」を意味する。 Here, the “substantially moving direction of the moving body” means “the moving direction of the moving body” when the moving body is a linear scale, and “when the moving body is a code hole”. The direction of the straight line in contact with the arc representing the moving direction of the moving body is meant.
また、1実施の形態の光電式エンコーダでは、
上記長さの異なる複数のフォトダイオードは、上記発光部の光軸中心に対して対称に配置されている。
In the photoelectric encoder of one embodiment,
The plurality of photodiodes having different lengths are arranged symmetrically with respect to the optical axis center of the light emitting unit.
この実施の形態によれば、位相の異なる4つの光信号、つまりA+相(0度)の光信号、A+相より90度だけ位相がずれたB+相(90度)の光信号、A+相より180度だけ位相がずれたA−相(180度)の光信号、および、A+相より270度だけ位相がずれたB−相(270度)間における電気信号の振幅のバランスを確保することができる。 According to this embodiment, four optical signals having different phases, that is, an A + phase (0 degree) optical signal, a B + phase (90 degree) optical signal that is 90 degrees out of phase from the A + phase, and an A + phase It is possible to ensure the balance of the amplitude of the electric signal between the A-phase (180 degrees) optical signal whose phase is shifted by 180 degrees and the B-phase (270 degrees) whose phase is shifted by 270 degrees from the A + phase. it can.
また、この発明の変位検出装置は、
上記光電式エンコーダを用いて、上記移動体の位置,移動速度および移動方向を含む変位情報を検出する
ことを特徴としている。
Further, the displacement detection device of the present invention is
The photoelectric encoder is used to detect displacement information including a position, a moving speed, and a moving direction of the moving body.
上記構成によれば、移動体がコードホールの場合であっても、フォトダイオードによって生成される電気信号のS/N比を向上させ、フォトダイオードの受光量を向上させて、平均化効果を高めることができる光電式エンコーダを用いている。したがって、移動体の位置,移動速度および移動方向等の変位情報をより精度良く検出することができ、伝達特性の優れた信頼性の高い変位検出を行うことができる。 According to the above configuration, even when the moving body is a code hole, the S / N ratio of the electrical signal generated by the photodiode is improved, the amount of light received by the photodiode is improved, and the averaging effect is enhanced. The photoelectric encoder which can be used is used. Therefore, displacement information such as the position, moving speed, and moving direction of the moving body can be detected with higher accuracy, and displacement detection with excellent transmission characteristics and high reliability can be performed.
以上より明らかなように、この発明の光電式エンコーダは、透過型光電式エンコーダおよび反射型光電式エンコーダにおいて、移動体がコードホールである場合に、フォトダイオードアレイの端部において、光の照射位置とフォトダイオードの位置とが大きくずれる上記フォトダイオードの先端部を削除して、フォトダイオードの長さを短くしている。したがって、従来の光電式エンコーダに比して、フォトダイオードによって生成される電気信号のS/N比を向上させ、フォトダイオードの受光量を向上させて、平均化効果を高めることができる。 As is clear from the above, the photoelectric encoder of the present invention is a transmission type photoelectric encoder and a reflection type photoelectric encoder, and when the moving body is a code hole, the light irradiation position at the end of the photodiode array. The length of the photodiode is shortened by deleting the front end of the photodiode where the position of the photodiode is greatly shifted. Therefore, compared with the conventional photoelectric encoder, the S / N ratio of the electric signal generated by the photodiode can be improved, the amount of light received by the photodiode can be improved, and the averaging effect can be enhanced.
また、この発明の変位検出装置は、移動体がコードホールの場合であっても、S/N比を向上させ、平均化効果を高めることができる光電式エンコーダを用いたので、移動体の位置,移動速度および移動方向等の変位情報をより精度良く検出することができる。すなわち、伝達特性の優れた信頼性の高い変位検出を行うことができる。 Further, since the displacement detection device of the present invention uses a photoelectric encoder that can improve the S / N ratio and enhance the averaging effect even when the moving body is a code hole, the position of the moving body Therefore, displacement information such as moving speed and moving direction can be detected more accurately. That is, a highly reliable displacement detection with excellent transfer characteristics can be performed.
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
・第1実施の形態
図1は、移動体がリニアスケールの場合の光電式エンコーダにおける信号形成用のフォトダイオードと移動体(リニアスケール)のスリットとの位置関係を示す図である。
First Embodiment FIG. 1 is a diagram showing a positional relationship between a signal forming photodiode and a slit of a moving body (linear scale) in a photoelectric encoder when the moving body is a linear scale.
図1において、移動体11は、図5に示す従来の光電式エンコーダの場合と同様に、所定の配列ピッチPで幅方向(移動方向)に配列された略(1/2)P幅の複数のスリット(透光領域)12A〜12Fを有している。
In FIG. 1, as in the case of the conventional photoelectric encoder shown in FIG. 5, the moving
これに対し、受光部13は、上記透光領域であるスリット12B〜12Eとこのスリット12B〜12Eに隣接する遮光領域とに対向して配置されると共に、スリットの配列方向と同じ方向に配列されたフォトダイオード13A〜13Pで構成されている。そして、図5に示す従来の光電式エンコーダの場合とは異なり、受光部13を構成するフォトダイオード13A〜13Pのうち、中央部に位置するフォトダイオード13E〜13Lの長さを「L」とする一方、端部に位置するフォトダイオード13A〜13D,13M〜13Pの長さを「L'(<L)」としている。尚、フォトダイオード13A〜13Pの配列ピッチは(1/4)Pであり、幅は略(1/4)Pである。
On the other hand, the
図1に示す光電式エンコーダは、その移動体11がリニアスケールであるので、図5に示す従来の光電式エンコーダの場合と同様に、平均化効果を得ることができる。
In the photoelectric encoder shown in FIG. 1, since the moving
・第2実施の形態
図2は、移動体がコードホイールの場合の光電式エンコーダにおける信号形成用のフォトダイオードと移動体(コードホイール)のスリットとの位置関係を示す図である。
Second Embodiment FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between a signal forming photodiode and a slit of a moving body (code wheel) in a photoelectric encoder when the moving body is a code wheel.
図2において、移動体14は、図6に示す従来の光電式エンコーダの場合と同様に、発光部(図示せず)の光軸中心の軌跡において所定の配列ピッチPで円周方向(移動体14の移動方向)に配列された複数のスリット(透光領域)15A〜15Fを有している。尚、各スリット15A〜15Fの幅は、上記発光部の光軸中心の軌跡において略(1/2)Pである。
In FIG. 2, as in the case of the conventional photoelectric encoder shown in FIG. 6, the moving
これに対し、受光部16は、上記透光領域であるスリット15B〜15Eとこの15B〜15Eに隣接する遮光領域とに対向して配置されると共に、上記発光部の光軸中心の軌跡に接する直線の方向に配列されたフォトダイオード16A〜16Pで構成されている。そして、図1に示す上記第1実施の形態における光電式エンコーダの場合と同様に、受光部16を構成するフォトダイオード16A〜16Pのうち、中央部に位置するフォトダイオード16E〜16Lの長さを「L」とする一方、端部に位置するフォトダイオード16A〜16D,16M〜16Pの長さを「L'(<L)」としている。尚、フォトダイオード16A〜16Pの配列ピッチは(1/4)Pであり、幅は略(1/4)Pである。
On the other hand, the
以下、上記スリット15A,15B,…,15Fを透過した光の位相と各フォトダイオード16A〜16Pの位相との不整合度について、図2に示す状態でのスリット15Bを例に挙げ、図3によって説明する。スリット15Bを通過した光はフォトダイオード16A,16Bを照射しなけばならないが、実際にはフォトダイオード16A,16Bとフォトダイオード16Cの領域16C'とを照射している。しかしながら、「(領域16C'の面積)÷(フォトダイオード16Cの面積)」の値は、図7に示す従来の光電式エンコーダの場合における「(領域7C'の面積)÷(フォトダイオード7Cの面積)」の値よりも小さくなっていることは明らかである。したがって、フォトダイオード16Cで光電変換されて発生する電気信号におけるノイズ成分の混入率が、図6に示す従来の光電式エンコーダの場合よりも改善されていることが分かる。
Hereinafter, the degree of mismatch between the phase of the light transmitted through the
また、上記フォトダイオード16A,16Bにおいては、光によって照射されていない領域16A',16B'が存在する。しかしながら、「(領域16A'の面積)÷(フォトダイオード16Aの面積)」の値は、図7に示す従来の光電式エンコーダの場合における「(領域7A'の面積)÷(フォトダイオード7Aの面積)」の値よりも小さくなっていることは明らかである。フォトダイオード16Bの場合も同様である。したがって、フォトダイオード16A,16Bにおける受光量の減少率が、図6に示す従来の光電式エンコーダの場合よりも改善されていることが分かる。
In the
図4は、図2に示すフォトダイオード16A〜16Pにおいて、ノイズ成分となる光によって照射される領域17に斜線を付したものである。図8に示す従来の光電式エンコーダの場合における斜線領域8と比較して明らかなように、フォトダイオードアレイの端部に位置するフォトダイオードほど斜線領域17の面積が顕著に低減しており、光電変換されて発生する電気信号のS/N比の悪化および平均化効果を改善することができるのである。
FIG. 4 shows a
また、位相の異なる4つの光信号のうち、A+相(0度)の光信号はフォトダイオード16A,16E,16I,16Mで、B+相(90度)の光信号はフォトダイオード16B,16F,16J,16Nで、A−相(180度)の光信号はフォトダイオード16C,16G,16K,16Oで、B−相(270度)の光信号はフォトダイオード16D,16H,16L,16Pで、夫々受光される。したがって、夫々の位相の光信号を受光する4つのフォトダイオードの受光面積の合計値が同一になるように、各フォトダイオード16A〜16Pの長さ「L」,「L'」を予め設定することによって、各位相間における電気信号の振幅のバランスを確保することができる。このことは、上記第1実施の形態における移動体11がリニアスケールである場合も同様である。
Of the four optical signals having different phases, the A + phase (0 degree) optical signals are
そして、上述の場合における各フォトダイオード13A〜13P,16A〜16Pにおける長さ「L」,「L'」の設定は、上記発光部の光軸中心に対して対称になるように設定すればよい。 The lengths “L” and “L ′” in the photodiodes 13A to 13P and 16A to 16P in the above case may be set so as to be symmetric with respect to the optical axis center of the light emitting unit. .
以上のごとく、上記第2実施の形態によれば、上記コードホイールからなる移動体14であっても、受光部16によって生成される電気信号のS/N比および平均化効果を、従来の光電式エンコーダよりも向上することができる。したがって、上記第2実施の形態における光電式エンコーダを用いて変位検出装置を構成すれば、移動体の位置,移動速度および移動方向等の変位情報をより精度良く検出することができ、伝達特性の優れた信頼性の高い変位検出を行うことができるのである。
As described above, according to the second embodiment, the S / N ratio and the averaging effect of the electrical signal generated by the
尚、上記各実施の形態においては、上記受光部13,16を構成するフォトダイオード13A〜13P,16A〜16Pの長さを「L」と「L'」との2段階に設定している。しかしながら、この発明は2段階に限定されるものではなく、3段階以上に設定しても差し支えない。
In each of the above embodiments, the lengths of the photodiodes 13A to 13P and 16A to 16P constituting the
また、上記各実施の形態においては、配列ピッチ(1/4)Pで配列された4つのフォトダイオードを4組用いているが、上記組数は4組に限定されるものではなく、配列ピッチも(1/4)Pに限定されるものでない。要は、複数組を配列されたフォトダイオードにおいて、適宜、受光部13,16の端部に位置するフォトダイオード長を中央部に位置するフォトダイオード長より短くすることによって、上述した効果を奏することができるのである。
In each of the above embodiments, four sets of four photodiodes arranged at an arrangement pitch (1/4) P are used. However, the number of sets is not limited to four, and the arrangement pitch is not limited to four. Is not limited to (1/4) P. In short, in the photodiodes in which a plurality of sets are arranged, the above-described effects can be achieved by appropriately shortening the photodiode length located at the end of the
また、上記各実施の形態においては、説明を明確にするために、上記発光部と受光部13,16との間に移動体11,14が存在する透過型光電式エンコーダについて説明を行っている。しかしながら、この発明は、上記透過型光電式エンコーダに限定されるものではなく、発光部と受光部とが移動体に対して同じ側に配置された反射型光電式エンコーダにも適用されることは言うまでもない。
In each of the above embodiments, for the sake of clarity, a transmissive photoelectric encoder in which the moving
11,14…移動体、
12A〜12F,15A〜15F…スリット、
13,16…受光部、
13A〜13P,16A〜16P…フォトダイオード、
17…ノイズ成分となる光によって照射される領域。
11, 14 ... moving body,
12A-12F, 15A-15F ... slit,
13, 16 ... light receiving part,
13A to 13P, 16A to 16P ... photodiode,
17: Area irradiated with light that becomes a noise component.
Claims (4)
上記移動体に向けて光を出射する発光部と、
上記発光部から出射されて上記移動体の透光領域を透過した光を受光して、上記移動体の移動情報を表す移動情報信号を出力する受光部と
を備え、
上記受光部は、
上記透光領域とこの透光領域に隣接する上記遮光領域とに対向して配置されると共に、上記移動体のほぼ移動方向にアレイ状に配列された複数のフォトダイオードを有し、
上記アレイ状の端部に配置されたフォトダイオードにおける配列方向に直交する方向への長さは、上記アレイ状の中央部に配置されたフォトダイオードにおける上記配列方向に直交する方向への長さに比べて短くなっている
ことを特徴とする光電式エンコーダ。 A moving body in which light-transmitting regions and light-shielding regions are alternately formed in the moving direction;
A light emitting unit that emits light toward the moving body;
A light receiving unit that receives light emitted from the light emitting unit and transmitted through the light transmitting region of the moving body, and outputs a movement information signal representing movement information of the moving body;
The light receiving part is
A plurality of photodiodes arranged opposite to the light-transmitting region and the light-shielding region adjacent to the light-transmitting region and arranged in an array in the moving direction of the moving body;
The length in the direction orthogonal to the arrangement direction of the photodiodes arranged at the end of the array is the length in the direction orthogonal to the arrangement of the photodiodes arranged in the center of the array. A photoelectric encoder characterized by being shorter than that.
上記移動体に向けて光を出射する発光部と、
上記発光部から出射されて上記移動体の反射領域で反射された光を受光して、上記移動体の移動情報を表す移動情報信号を出力する受光部と
を備え、
上記受光部は、
上記移動体に対して上記発光部と同じ側に、上記反射領域とこの反射領域に隣接する上記非反射領域とに対向して配置されると共に、上記移動体のほぼ移動方向にアレイ状に配列された複数のフォトダイオードを有し、
上記アレイ状の端部に配置されたフォトダイオードにおける配列方向に直交する方向への長さは、上記アレイ状の中央部に配置されたフォトダイオードにおける上記配列方向に直交する方向への長さに比べて短くなっている
ことを特徴とする光電式エンコーダ。 A moving body in which reflection areas and non-reflection areas are alternately formed in the movement direction;
A light emitting unit that emits light toward the moving body;
A light receiving unit that receives light emitted from the light emitting unit and reflected by the reflection region of the moving body, and outputs a movement information signal representing movement information of the moving body;
The light receiving part is
The moving body is arranged on the same side as the light emitting unit, facing the reflective area and the non-reflective area adjacent to the reflective area, and arranged in an array in the moving direction of the moving body. A plurality of photodiodes,
The length in the direction orthogonal to the arrangement direction of the photodiodes arranged at the end of the array is the length in the direction orthogonal to the arrangement of the photodiodes arranged in the center of the array. A photoelectric encoder characterized by being shorter than that.
上記長さの異なる複数のフォトダイオードは、上記発光部の光軸中心に対して対称に配置されている
ことを特徴とする光電式エンコーダ。 The photoelectric encoder according to claim 1 or 2,
The plurality of photodiodes having different lengths are arranged symmetrically with respect to the optical axis center of the light emitting unit.
ことを特徴とする変位検出装置。
A displacement detection apparatus that detects displacement information including a position, a moving speed, and a moving direction of the moving body using the photoelectric encoder according to any one of claims 1 to 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006186438A JP2008014806A (en) | 2006-07-06 | 2006-07-06 | Photoelectric encoder and displacement detecting device using it |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012168177A (en) * | 2011-02-15 | 2012-09-06 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte Ltd | Three-channel encoder using single optical track |
US10670431B2 (en) | 2015-09-09 | 2020-06-02 | Renishaw Plc | Encoder apparatus that includes a scale and a readhead that are movable relative to each other configured to reduce the adverse effect of undesirable frequencies in the scale signal to reduce the encoder sub-divisional error |
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2006
- 2006-07-06 JP JP2006186438A patent/JP2008014806A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012168177A (en) * | 2011-02-15 | 2012-09-06 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte Ltd | Three-channel encoder using single optical track |
DE102012202138B4 (en) | 2011-02-15 | 2023-09-28 | Avago Technologies International Sales Pte. Limited | Three-channel encoder that uses a single optical track |
US10670431B2 (en) | 2015-09-09 | 2020-06-02 | Renishaw Plc | Encoder apparatus that includes a scale and a readhead that are movable relative to each other configured to reduce the adverse effect of undesirable frequencies in the scale signal to reduce the encoder sub-divisional error |
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