JP3034585B2 - 影絵パターンを利用するエンコーダ - Google Patents

影絵パターンを利用するエンコーダ

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JP3034585B2 JP2282537A JP28253790A JP3034585B2 JP 3034585 B2 JP3034585 B2 JP 3034585B2 JP 2282537 A JP2282537 A JP 2282537A JP 28253790 A JP28253790 A JP 28253790A JP 3034585 B2 JP3034585 B2 JP 3034585B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は影絵パターンを利用するエンコーダに関す
る。
[従来の技術] 線状光源からの光束を格子パターンに照射することに
より格子パターンに対応する影絵パターンを発生させ、
格子パターンの移動に伴う影絵パターンの変位を光セン
サーにより検出して格子パターンの移動量を測定する方
法が知られている(特開平1−297513号公報)。
本発明は上記影絵パターンを利用するので、以下に先
ず影絵パターンに就き簡単に説明する。
第4図に就いて符号10は線状光源、符号12は格子パタ
ーン、符号14はスクリーンを示している。
格子パターンは透過率変化もしくは反射率変化が1方
向に単周期的に繰り返されたものであるが、第4図に示
す格子パターン12は図の上下方向に透過率変化が単周期
的に繰り返されたものである。格子パターンに関して、
透過率変化もしくは反射率変化が「単周期的に繰り返さ
れる方向」を「格子配列方向」と呼ぶ。第4図では図の
上下方向が格子パターン12の格子配列方向である。格子
パターン12は格子ピッチ、即ち格子配列方向における透
過率変化の周期としてξを持つ。
線状光源10は、格子パターン12の格子配列方向に長さ
dを有する。線状光源としては例えば、AlGaAsやGaAs等
の半導体レーザーの発光部を格子配列方向と平行にした
ものが好適であるが、この例では発光部が直径dを持つ
円形状のものである。
線状光源10からの光束を格子パターン12に照射する
と、格子パターン12の各被照射部から回折光L1,L2,L3,L
4,L5等が発生する。そして、これら回折光同志が干渉す
る領域には符号20で示すような干渉縞が現れる。
線状光源10の長さdと格子パターン12の格子ピッチξ
が、 (1/10)≦(d/ξ)≦2 (1) なる条件を満足するとき上記干渉縞20を「影絵パター
ン」と呼ぶ。この影絵パターンは、恰も線状光源10の位
置に理想的な点光源を置き、格子パターン12を幾何光学
的な影絵として拡大したかのように発生する。即ち線状
光源10と格子パターン12の距離及び格子パターン12とス
クリーン14の距離を、それぞれ図のようにb1,b2とする
と、影絵パターン20は格子パターン12を格子配列方向に
{(b1+b2)/b1}倍に拡大したものとなる。しかも線
状光源10を固定して格子パターン12をその格子配列方向
に移動させると影絵パターン20も格子パターン12と影絵
関係を保ったまま格子パターン12と同方向に変位する。
従って格子パターンの移動量Dは影絵パターン20により
{(b1+b2)/b1}Dに拡大することができ、影絵パタ
ーンを利用すると格子パターン自体の極めて微小な変位
を高精度に測定できるのである。
線状光源10の、第4図の図面に直交する方向の寸法は
特に制限がない。また線状光源から格子パターンに照射
する光はコヒーレント光が理想的であるが、LEDのよう
な光源からのインコヒーレントな光束でも、第5図に示
すような長さdを持つスリット(同図(I))や、長径
もしくは短径がdであるような楕円状開口を持つアパー
チュア(II)、あるいは直径がdであるような円形の開
口を持つアパーチュア(III)を介して取り出して格子
パターンに照射すると、上記dと格子ピッチξとの関係
が上記(1)を満足すれば影絵パターンを発生させるこ
とができる。
影絵パターンを利用すると上記の如く格子パターンの
移動量を高精度に測定できるから、影絵パターンを利用
して極めて制度の高いエンコーダを実現できる。
影絵パターンの発生する領域を「パターン領域」と呼
ぶ。第4図ではパターン領域はラグビーボールを重ねた
ような状態になっているが、これは線状光源の発光部が
直径dの円形状であるためである。即ちこの場合、格子
パターンによる回折光の光束断面形状が円形状となるた
めそれらが干渉するべく重なり合う領域の形状がラグビ
ーボール状になるのである。
線状光源として、長軸径がdであるような楕円状の発
光部を持つものを用いると、パターン領域は第6図に示
すような寸のつまったラグビーボール形状になる。
[発明が解決しようとする課題] 上記のような影絵パターンを利用するエンコーダで
も、測定の精度は影絵パターンの変位を検出する光セン
サーからの信号のS/N比に左右される。光センサー出力
のS/N比を高くするには光センサーの受光面の大きさを
影絵パターンの明部の大きさと略等しくすればよいが、
これを実現するのは必ずしも容易ではない。
また単一の受光部の光センサーを用いると、インデッ
クススリットと光センサーを併用する必要があり、部品
数が多くなる。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであっ
て、影絵パターンを用した精度の良いエンコーダの提供
を目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明のエンコーダは「スケール上に形成された格子
パターンに線状光源からの光束を照射して、格子パター
ンによる回折光の干渉により格子パターンに対応する影
絵パターンを発生せしめ、スケールの格子配列方向への
移動に伴う影絵パターンの変位を光センサーにより検出
してスケールの移動量を測定するエンコーダ」である。
請求項1記載のエンコーダは以下の点を特徴とする。
即ち「光センサーとして微小な受光素子を、上述のパ
ターン領域に対応させて密接して2次元的にアレイ配列
したものを用い、光センサー上の影絵パターンの明部も
しくは暗部の受光素子からの出力により影絵パターンの
変位を検出」するようにした点である。
光センサーとしては、微小な受光素子を影絵パターン
に応じて独自に配列して用いてもよいし、CCDやMOS型の
エリアセンサーを利用してもよい。
またスケールがコードパターンを有する場合、即ちエ
ンコーダがアブソリュート型である場合には、光センサ
ーとして微小な受光素子をアレイ配列したものを用い、
光センサー上の影絵パターンの明部もしくは暗部の受光
素子からの出力により影絵パターンの変位を検出するよ
うにし、光センサーにおける受光素子配列が2次元的と
し、受光素子配列の1方向がスケールにおけるトラック
配列方向と平行になるように光センサーの配設態位を定
めることができる(請求項2)。
スケールは具体的には円柱状の回転軸、円板状あるい
は細幅の板状等に構成できる。
[作用] 本発明のエンコーダでは、光センサーが微小な受光素
子をアレイ配列して構成され、出力は現に光を受光して
いる素子または光を受光していない素子から出力される
ので影絵パターンの明部もしくは暗部の変位を確実に検
出できる。また、アレイ配列してある受光素子の受光素
子の出力を影絵パターンに対応して選択することによっ
てインデックススリットと併用せず、光センサー単独で
使用することが可能である。
光センサーにおける微小な受光素子の2次元的なアレ
イ配列形態を「影絵パターンのパターン領域に対応させ
る」には、例えば第1図(I)に示すようにエリアセン
サーの受光面1をパターン領域と同形状の遮光マスク2
により規制しても良いし、パターン領域の形状に合わせ
て同図(II)に示すように微小な受光素子3を配列して
も良い。またアレイ配列形態はパターン領域以下、即ち
パターン領域よりも小さく設定しても良い。
[実施例] 以下、具体的な実施例を説明する。
第2図(I)は、スケールを円板形状としたロータリ
ーエンコーダとして本発明を実施した例を示している。
円板状に形成されたスケール5は光透過性で、その周
縁部に回転方向を格子配列方向として格子パターンが形
成されており、第4図に即して説明したような線状光源
4からの光束で照射され、発生する影絵パターンの位置
に光センサー6としてエリアセンサーが配設されてい
る。光センサー6の受光面は遮光性のマスクで第1図
(I)の例のようにパターン領域の大きさに規制され、
光を受光している素子もしくは光を受光していない素子
からのみ信号を出力させる。このようにすると影絵パタ
ーンの変位を、その明部もしくは暗部の変位として確実
に検出できる。
第2図(II)に示す例では格子パターン9Aは軸受11に
よって軸支された軸9に直接形成されており、LED7から
の光を第5図(III)に即して説明したようなアパーチ
ュア8を介して格子パターン9Aに照射することにより発
生する影絵パターン、の軸9の回転に伴う変位を光セン
サー6(第2図(I)に示すものと同様のもの)により
検出する。第3図は本発明をアブソリュート型のエンコ
ーダとして実施した例を示している。
コードパターンを持つ格子パターン9Bは軸受け11によ
って支持された軸9に形成されている。
符号4Aで示す光源装置は、格子パターン9Bにおけるト
ラック数と同数個の半導体レーザーを、各トラックに対
応する位置に配し、発光部の長手方向が各トラック毎の
格子配列方向に対応するように構成したものである。従
って光源装置4Aの全線状光源を発光させれば格子パター
ンのトラックごとに影絵パターンが発生し、軸9の回転
とともに一斉に変位する。
光センサー6Aは受光素子を2次元的に配列したエリア
センサーで、受光素子の一方の配列方向が格子パターン
9Bにおけるトラックの配列方向と対応させられている。
従って他方の配列方向(上記一方の配列方向と直交す
る)は影絵パターンの変位方向と対応する。
各トラックに対応する影絵パターンの変位を検出する
ことにより軸9の回転に関して軸9の絶対位置を検出で
きる。
またこの場合、光センサー6Aからマトリックス状の信
号を出力することにより、各ビット毎の出力信号の位相
情報が得られるから位相分割が可能であり、絶対位置信
号の検出精度を高めることができる。
エンコーダの形態としては、外に周知のリニアエンコ
ーダ(直線に沿て格子配列した格子パターンを長手方向
に有する細幅板状のスケールを用いる)が可能であり、
また第2図(I)の形態のものや上記リニヤエンコーダ
も上述の如きアブソリュート型エンコーダとして実施で
きることは言うまでもない。
[発明の効果] 以上、本発明によれば影絵パターンを利用する新規な
エンコーダを提供できる。このエンコーダでは影絵パタ
ーンの変位を検出する光センサーが微小な受光素子をア
レイ配列したもので構成されるのでS/N比の高い良好な
検出信号を得ることができ、またインデックススリット
の併用を必要としない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の特徴部分を説明するための図、第2図
は実施例を示す斜視図、第3図は他の実施例を示す斜視
図、第4図乃至第6図は影絵パターンを説明する図であ
る。 1……エリアセンサーの受光面、2……遮光マスク、3
……微小な受光素子、4……線状光源、5……スケー
ル、6……光センサー、9B……コードパターンを持つ格
子パターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 明渡 純 東京都新宿区早稲田3丁目18番1号 丸 茂ハイツ203号 (72)発明者 山口 友行 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平2−57913(JP,A) 特開 平2−54116(JP,A) 特開 昭55−82918(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01D 5/38

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スケール上に形成された格子パターンに線
    状光源からの光束を照射して、格子パターンによる回折
    光の干渉により格子パターンに対応する影絵パターンを
    発生せしめ、スケールの格子配列方向への移動に伴う影
    絵パターンの変位を光センサーにより検出してスケール
    の移動量を測定するエンコーダであって、 光センサーとして微小な受光素子を、パターン領域に対
    応させて2次元的に密接してアレイ配列したものを用
    い、光センサー上の影絵パターンの明部もしくは暗部の
    受光素子からの出力により影絵パターンの変位を検出す
    るようにしたことを特徴とする、影絵パターンを利用す
    るエンコーダ。
  2. 【請求項2】スケール上に形成された格子パターンに線
    状光源からの光束を照射して、格子パターンによる回折
    光の干渉により格子パターンに対応する影絵パターンを
    発生せしめ、スケールの格子配列方向への移動に伴う影
    絵パターンの変位を光センサーにより検出してスケール
    の移動量を測定するエンコーダであって、 光センサーとして微小な受光素子をアレイ配列したもの
    を用い、光センサー上の影絵パターンの明部もしくは暗
    部の受光素子からの出力により影絵パターンの変位を検
    出するようにし、 上記スケールがコードパターンを有し、光センサーにお
    ける受光素子配列が2次元的であり、受光素子配列の1
    方向がスケールにおけるトラック配列方向と平行になる
    ように光センサーの配設態位を定めたことを特徴とす
    る、影絵パターンを利用するエンコーダ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9753436B2 (en) 2013-06-11 2017-09-05 Apple Inc. Rotary input mechanism for an electronic device
KR102430508B1 (ko) 2013-08-09 2022-08-09 애플 인크. 전자 디바이스용 촉각 스위치
US10048802B2 (en) 2014-02-12 2018-08-14 Apple Inc. Rejection of false turns of rotary inputs for electronic devices
KR20230097197A (ko) 2014-09-02 2023-06-30 애플 인크. 웨어러블 전자 디바이스
US10145711B2 (en) 2015-03-05 2018-12-04 Apple Inc. Optical encoder with direction-dependent optical properties having an optically anisotropic region to produce a first and a second light distribution
WO2016144919A1 (en) 2015-03-08 2016-09-15 Apple Inc. Compressible seal for rotatable and translatable input mechanisms
US9891651B2 (en) 2016-02-27 2018-02-13 Apple Inc. Rotatable input mechanism having adjustable output
US10551798B1 (en) 2016-05-17 2020-02-04 Apple Inc. Rotatable crown for an electronic device
US10061399B2 (en) 2016-07-15 2018-08-28 Apple Inc. Capacitive gap sensor ring for an input device
US10019097B2 (en) 2016-07-25 2018-07-10 Apple Inc. Force-detecting input structure
US10664074B2 (en) 2017-06-19 2020-05-26 Apple Inc. Contact-sensitive crown for an electronic watch
US10962935B1 (en) 2017-07-18 2021-03-30 Apple Inc. Tri-axis force sensor
US11360440B2 (en) 2018-06-25 2022-06-14 Apple Inc. Crown for an electronic watch
US11561515B2 (en) 2018-08-02 2023-01-24 Apple Inc. Crown for an electronic watch
US11181863B2 (en) 2018-08-24 2021-11-23 Apple Inc. Conductive cap for watch crown
CN209560398U (zh) 2018-08-24 2019-10-29 苹果公司 电子表
US11194298B2 (en) 2018-08-30 2021-12-07 Apple Inc. Crown assembly for an electronic watch
CN209625187U (zh) 2018-08-30 2019-11-12 苹果公司 电子手表和电子设备
US11194299B1 (en) 2019-02-12 2021-12-07 Apple Inc. Variable frictional feedback device for a digital crown of an electronic watch
US11550268B2 (en) 2020-06-02 2023-01-10 Apple Inc. Switch module for electronic crown assembly

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