JP4054788B2 - 光電式エンコーダ - Google Patents

光電式エンコーダ Download PDF

Info

Publication number
JP4054788B2
JP4054788B2 JP2004297521A JP2004297521A JP4054788B2 JP 4054788 B2 JP4054788 B2 JP 4054788B2 JP 2004297521 A JP2004297521 A JP 2004297521A JP 2004297521 A JP2004297521 A JP 2004297521A JP 4054788 B2 JP4054788 B2 JP 4054788B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photodiodes
slits
photoelectric encoder
slit
photodiode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004297521A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2006112805A (ja
Inventor
正人 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2004297521A priority Critical patent/JP4054788B2/ja
Publication of JP2006112805A publication Critical patent/JP2006112805A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4054788B2 publication Critical patent/JP4054788B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Optical Transform (AREA)

Description

この発明は、電気的に多分割化された受光素子を用いた光電式エンコーダに関する。
複数のスリットが設けられた移動体の一方の側に配置された発光素子から出射されて上記スリットを通過した光を、上記移動体の他方の側に配置された受光素子で受光して、上記受光素子からの出力信号に基づいて、上記移動体の移動情報を得るエンコーダとして、特開平９‐１５９４８８号公報(特許文献１)に開示されたものがある。
図６は、上記特許文献１に開示された従来のエンコーダにおける上記受光素子としてのフォトダイオード３と上記移動体としての符号板１に複数設けられたスリット２との位置関係を示している。図６に示すように、符号板１に、その移動方向に、一定のピッチＰで(１/２)Ｐ幅のスリット２a,２b,…が複数穿設されている。そして、この符号板１を挟んで、符号板１の図６中手前側には発光素子(図６では表れていない)が配置される一方、符号板１の図６中向こう側にはフォトダイオード３が配置されている。そして、上記発光素子からの光がスリット２を通過してフォトダイオード３で検出されるようになっている。
上記発光素子は、通常、１つの素子を用いて光源が１つになるようにしている。これに対して、上記受光素子は、移動方向および移動速度の検出が可能になるように、(１/４)Ｐの幅を有する４つのフォトダイオード３a〜３dを、(１/４)Ｐの配列ピッチでスリット２の配列方向と同じ方向に隣接配置して構成されている。
上記符号板１が何れかの方向に移動する際に、スリット２を通過して各フォトダイオード３a〜３dを照射する光に関する受光面積の時間変化に応じて、各フォトダイオード３a〜３dによって光電流ＩS3a〜ＩS3dが生成される。
図７(a)および図７(b)は、各フォトダイオード３a〜３dから出力される光電流の時間変化を示す信号波形図であり、横軸は符号板１の移動量を示し、縦軸は各フォトダイオード３a〜３dから出力される光電流ＩS3a〜ＩS3dを示す。
上述したように、上記各フォトダイオード３a〜３dは符号板１の移動方向に(１/４)Ｐの配列ピッチで配置されれているために、図７(a)および図７(b)に示すように、照射光に対して各フォトダイオード３a〜３dが出力する光電流ＩS3a〜ＩS3dも(１/４)Ｐの配列ピッチに対応する変化を示している。そして、フォトダイオード３a(Ａ+)からの光電流ＩS3aとフォトダイオード３d(Ｂ+)からの光電流ＩS3d、フォトダイオード３b(Ｂ-)からの光電流ＩS3bとフォトダイオード３c(Ａ-)からの光電流ＩS3cとは、９０°の位相差を有している。さらに、上記フォトダイオード３a(Ａ+）からの光電流ＩS3aとフォトダイオード３c（Ａ-)からの光電流ＩS3c、フォトダイオード３b(Ｂ-)からの光電流ＩS3bとフォトダイオード３d(Ｂ+)からの光電流ＩS3dとは、１８０°の位相差を有している。
上記各光電流ＩS3a〜ＩS3dは、信号処理回路(図示せず)の演算増幅器に入力されて増幅され、例えば帰還抵抗を用いて９０°ずつ位相の異なる電圧波形が形成される。さらに、位相が反転した関係にある出力同士が対として比較器(図示せず)によって比較され、図７(c)および図７(d)に示すように互いに９０°位相が異なる２つの矩形波が形成される。そして、これらの矩形波が移動体の移動情報を表すエンコーダ信号として出力される。
しかしながら、上記従来のエンコーダには以下のような問題がある。すなわち、図６において、上記フォトダイオード３の幅(１/４)ＰをＷと置き換えると、スリット２の間隔は４Ｗとなり、各フォトダイオード３a〜３dの幅Ｗの４倍である。したがって、上記従来のエンコーダでは、各フォトダイオード３a〜３dの幅Ｗによってスリット２の間隔が決まってしまうことになる。つまり、従来のエンコーダでは、スリット２の間隔を４Ｗよりも狭くすることができず、エンコーダの分解能の向上を図ることができないという問題がある。
特開平９‐１５９４８８号公報
そこで、この発明の課題は、同じ幅のフォトダイオードを用いた場合でも高分解能化を図ることができるエンコーダを提供することにある。
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、
所定の方向に移動すると共に、移動方向への幅が所定幅である複数のスリットが、上記所定幅の２倍の配列ピッチで上記移動方向に配列されて形成されている移動体と、
上記移動体の一方の側に配置されて、上記移動体に向けて光を出射する発光部と、
上記移動体の上記一方とは反対側の他方の側に配置されて、上記発光部から出射されて上記スリットを通過した光を受光して受光量に応じた信号を出力する受光部と、
上記受光部からの出力信号を処理する信号処理部と
を備え、
上記受光部は、上記スリットの配列方向への幅が上記スリットの配列ピッチの３/８である８個のフォトダイオードを、上記スリットの配列ピッチの３/８の配列ピッチで上記スリットの配列方向に配列して構成されており、
上記信号処理部は、上記８個のフォトダイオードから出力される４５°毎に位相が異なる８つの出力信号のうち互いに位相が４５°異なる２つの出力信号同士を加算して、上記スリットが上記配列ピッチだけ移動する１周期毎に、９０°毎に位相が異なる４つの信号を生成し、この４つの信号のうち互いに位相が１８０°異なる２対の信号に基づいて、互いに位相が９０°異なる上記１周期を有する２つの矩形波を生成する
ことを特徴としている。
上記構成によれば、上記スリットの配列ピッチを「Ｐ」とすると、上記フォトダイオードの幅は(３/８)Ｐであり、上記特許文献１に開示された従来のフォトダイオードの幅(１/４)Ｐの(３/２)倍となる。したがって、上記フォトダイオードの幅を上記従来のフォトダイオードの幅と同一にした場合には、上記スリットの幅(＝上記スリットの間隔)は、上記特許文献１に開示された従来のスリットの間隔の(２/３)倍となる。したがって、上記スリットの間隔を上記従来のスリットの間隔の２/３にして、エンコーダの分解能の向上を図ることができる。
また、１実施の形態の光電式エンコーダでは、
上記８個のフォトダイオードは、実質的に同一の形状および同一の寸法を有している。
この実施の形態によれば、上記８個のフォトダイオードにおける光電変換特性を揃えることができ、上記移動体の移動情報を精度よく得ることができる。
また、１実施の形態の光電式エンコーダでは、
上記８個のフォトダイオードのうち互いの出力信号の位相差が４５°である２個のフォトダイオードの出力ライン同士を互いに接続する配線手段を備えている。
この実施の形態によれば、位相差が４５°である２個のフォトダイオードの出力ライン同士を互いに接続する４個の配線手段からは、９０°ずつ位相が異なる電圧波形を有する４つの出力信号が出力される。
また、１実施の形態の光電式エンコーダでは、
上記受光部は、上記８個のフォトダイオードで成る組がｎ(ｎは正の整数)組で構成されると共に、(８×ｎ)個のフォトダイオードが上記スリットの配列ピッチの３/８の配列ピッチで上記スリットの配列方向に配列されて構成されており、
上記スリットに対する上記スリットの配列方向へのずれ量が同一であるフォトダイオードの上記配線手段同士を接続する接続手段を備えている。
この実施の形態によれば、上記スリットに対する上記スリットの配列方向へのずれ量が同一であるｎ個のフォトダイオードは同じ波形の信号を出力するため、このｎ個のフォトダイオードの上記配線手段同士を接続することができる。こうして、光電流をｎ倍にすることができ、検出信号のＳ/Ｎ比の向上を図ることができる。
また、１実施の形態の光電式エンコーダでは、
上記信号処理部を構成すると共に、上記配線手段から出力される出力信号のうち互いの位相差が１８０°である２つの出力信号を入力としてエンコーダ信号を生成する比較器を備えている。
この実施の形態によれば、４個の配線手段から出力される９０°ずつ位相が異なる４つの出力信号のうち、互いの位相差が１８０°である２つの出力信号の夫々が比較器で比較されることによって、互いに９０°位相が異なる２つの矩形波で成ると共に、上記移動体の移動情報を表すエンコーダ信号を生成することができる。
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、発光部から出射されて移動体のスリットを通過した光を受光する受光部を、上記スリットの配列方向への幅が上記スリットの配列ピッチの３/８である８個のフォトダイオードを、上記スリットの配列ピッチの３/８の配列ピッチで上記スリットの配列方向に配列して構成したので、上記フォトダイオードの幅は、上記特許文献１に開示されたフォトダイオードの幅の(３/２)倍となる。したがって、上記フォトダイオードの幅を上記従来のフォトダイオードの幅と同一とした場合には、上記スリットの幅(＝上記スリットの間隔)を上記特許文献１に開示された従来のスリットの間隔の(２/３)倍にできる。
すなわち、この発明によれば、従来のフォトダイオードの幅と同一幅のフォトダイオードを用いた場合でも、上記スリットの間隔を上記従来のスリットの間隔よりも狭くして、エンコーダの分解能を向上させることができる。
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。図１は、本実施の形態の光電式エンコーダにおける信号形成用フォトダイオード(以下、単にフォトダイオードと言う)と移動体のスリットとの位置関係を示す図である。
移動体１１には、移動方向に一定の配列ピッチＰで(１/２)Ｐの幅を有するスリット１２が穿設されている。そして、移動体１１の図１中向こう側には、１つの半導体チップ上に電気的に分離して形成された８つのフォトダイオード１３a〜１３hが配置されている。この８つのフォトダイオード１３a〜１３hの夫々は(３/８)Ｐの幅を有し、移動体１１のスリット１２a〜１２dに沿って(３/８)Ｐピッチで配列されている。図２に、８つのフォトダイオード１３a〜１３hの配線を示す。
上記８つのフォトダイオード１３a〜１３hは、(３/４)Ｐピッチで配列されたフォトダイオード１３a(Ａ１+),１３c(Ｂ１+),１３e(Ａ１-),１３g(Ｂ１-)と、フォトダイオード１３b(Ｂ２-),１３d(Ａ２+),１３f(Ｂ２+),１３h(Ａ２-)との２組のフォトダイオードグループで構成されており、両フォトダイオードグループは４５°の位相差を有している。そして、フォトダイオード１３a(Ａ１+)とフォトダイオード１３d(Ａ２+)、フォトダイオード１３b(Ｂ２-)とフォトダイオード１３g(Ｂ１-)、フォトダイオード１３c(Ｂ１+)とフォトダイオード１３f(Ｂ２+)、フォトダイオード１３e(Ａ１-)とフォトダイオード１３h（Ａ２-)の出力ラインが、図２に示すように接続されている。
上記移動体１１が、上記スリット１２a〜１２dの配列方向における何れかの方向に移動する際に、スリット１２a〜１２dを通過して各フォトダイオード１３a〜１３hに入射された光における各フォトダイオード１３毎の受光面積の時間変化に応じて、各フォトダイオード１３a〜１３hによって光電流ＩS13a〜ＩS13hが生成される。
図３(a)〜図３(d)および図４(g)〜図４(j)は、上記各フォトダイオード１３a〜１３hから出力される光電流の時間変化を示す信号波形図であり、横軸は移動体１１の移動量を示し、縦軸は各フォトダイオード１３a〜１３hから出力される光電流ＩS13a〜ＩS13hを示す。さらに、図３(e)および図４(k)は、図２に示すように接続されて合成された光電流ＩSA+,ＩSA-,ＩSB+,ＩSB-の時間変化を示す信号波形図である。図３(e)および図４(k)から分かるように、光電流ＩSA+と光電流ＩSB+、光電流ＩSA-と光電流ＩSB-とは、９０°の位相差を有している。さらに、光電流ＩSA+と光電流ＩSA-、光電流ＩSB+と光電流ＩSB-とは、１８０°の位相差を有している。
上記光電流ＩSA+,ＩSA-,ＩSB+,ＩSB-は、信号処理回路(図示せず)の演算増幅器に入力されて増幅され、例えば帰還抵抗を用いて９０°ずつ位相の異なる電圧波形が形成される。さらに、位相が反転した関係にある(つまり、位相差が１８０°である)出力同士が対として上記信号処理回路の比較器(図示せず)によって比較され、図３(f),図４(l)に示すように、互いに９０°位相が異なる２つの矩形波が生成される。こうして、上記特許文献１に開示された従来のエンコーダの場合と同じ波形のエンコーダ信号が得られるのである。
ここで、上記フォトダイオード１３の幅Ｗは、上記特許文献１に開示された従来のフォトダイオード３の場合では(１/４)Ｐであるのに対し、(３/８)Ｐである。そのため、フォトダイオード１３の幅Ｗを上記従来のフォトダイオード３と同じにした場合には、スリット１２の間隔を上記特許文献１に開示された従来のスリット２の間隔の２/３にすることができる。つまり、本実施の形態によれば、スリット１２の間隔を上記従来のスリット２の間隔の２/３にして、エンコーダの分解能の向上を図ることができるのである。
また、上記８つのフォトダイオード１３a〜１３hを実質的に同一の形状および寸法に形成することによって、８つのフォトダイオード１３a〜１３hの光電変換特性を揃えることができ、移動体１１の移動情報を精度よく得ることができる。
図５は、他の実施の形態の光電式エンコーダにおけるにフォトダイオードの配列状態を示す。この実施の形態においては、図１における８つのフォトダイオードを２組用い、一方の組のフォトダイオードを１３a〜１３hとし、他方の組のフォトダイオードを１３a'〜１３h'とする。そして、一方の組のフォトダイオード１３a〜１３hの列における最後のフォトダイオード１３hに隣接して、他方の組のフォトダイオード１３a'〜１３h'の列における最初のフォトダイオード１３a'を位置させるのである。こうして、(３/８)Ｐの幅を有する１６個のフォトダイオード１３a〜１３h,１３a'〜１３h'を、(３/８)Ｐピッチで配列するのである。
そして、上記１６個の連続したフォトダイオード１３a〜１３h,１３a'〜１３h'において、対を成す各フォトダイオード１３a,１３a'；１３b,１３b'；１３c,１３c'；１３d,１３d'；１３e,１３e'；１３f,１３f'；１３g,１３g';１３h,１３h'は、スリット１２に対して同じ位置関係を有しており、出力信号も同じである。そこで、図５に示すように、先ず、一方の組のフォトダイオードを１３a〜１３hと他方の組のフォトダイオードを１３a'〜１３h'との夫々において、図２と同様に接続配線を行う。そして、さらに、２つの組に関して、スリット１２に対して同じ位置関係を有するフォトダイオード(例えば、フォトダイオード１３a,１３a')の出力同士を接続するのである。こうすることによって、光電流を２倍にすることができ、図１に示す実施の形態に対して検出信号のＳ/Ｎ比の向上を図ることができるのである。
尚、図５に示す光電式エンコーダでは、図１における８つのフォトダイオードを２組用いているが、上記組数は２組に限定されるものではない。組数を多くすれば光電流を大きくすることができる。
また、上記各実施の形態においては、移動体１１は直線方向に移動するようになっているが、円方向に移動する回転板であっても差し支えない。その場合には、スリット１２およびフォトダイオード１３は円方向に配列されることになる。
この発明の光電式エンコーダにおけるフォトダイオードとスリットとの位置関係を示す図である。 図１における各フォトダイオードの接続配線を示す図である。 各フォトダイオードからの光電流の信号波形,合成された光電流の信号波形およびエンコーダ信号の波形を示す図である。 図３に続く各フォトダイオードからの光電流の信号波形,合成された光電流の信号波形およびエンコーダ信号の波形を示す図である。 図１とは異なるフォトダイオードの配列状態を示す図である。 従来のエンコーダにおけるフォトダイオードとスリットとの位置関係を示す図である。 図６における各フォトダイオードからの光電流の信号波形およびエンコーダ信号の波形を示す図である。
符号の説明
１１…移動体、
１２a〜１２d…スリット、
１３a〜１３h,１３a'〜１３h'…フォトダイオード、
ＩS13a〜ＩS13h…光電流、
ＩSA+,ＩSA-,ＩSB+,ＩSB-…合成光電流。

Claims (5)

  1. 所定の方向に移動すると共に、移動方向への幅が所定幅である複数のスリットが、上記所定幅の２倍の配列ピッチで上記移動方向に配列されて形成されている移動体と、
    上記移動体の一方の側に配置されて、上記移動体に向けて光を出射する発光部と、
    上記移動体の上記一方とは反対側の他方の側に配置されて、上記発光部から出射されて上記スリットを通過した光を受光して受光量に応じた信号を出力する受光部と、
    上記受光部からの出力信号を処理する信号処理部と
    を備え、
    上記受光部は、上記スリットの配列方向への幅が上記スリットの配列ピッチの３/８である８個のフォトダイオードを、上記スリットの配列ピッチの３/８の配列ピッチで上記スリットの配列方向に配列して構成されており、
    上記信号処理部は、上記８個のフォトダイオードから出力される４５°毎に位相が異なる８つの出力信号のうち互いに位相が４５°異なる２つの出力信号同士を加算して、上記スリットが上記配列ピッチだけ移動する１周期毎に、９０°毎に位相が異なる４つの信号を生成し、この４つの信号のうち互いに位相が１８０°異なる２対の信号に基づいて、互いに位相が９０°異なる上記１周期を有する２つの矩形波を生成する
    ことを特徴とする光電式エンコーダ。
  2. 請求項１に記載の光電式エンコーダにおいて、
    上記８個のフォトダイオードは、実質的に同一の形状および同一の寸法を有していることを特徴とする光電式エンコーダ。
  3. 請求項１に記載の光電式エンコーダにおいて、
    上記８個のフォトダイオードのうち互いの出力信号の位相差が４５°である２個のフォトダイオードの出力ライン同士を互いに接続する配線手段を備えたことを特徴とする光電式エンコーダ。
  4. 請求項３に記載の光電式エンコーダにおいて、
    上記受光部は、上記８個のフォトダイオードで成る組がｎ(ｎは正の整数)組で構成されると共に、(８×ｎ)個のフォトダイオードが上記スリットの配列ピッチの３/８の配列ピッチで上記スリットの配列方向に配列されて構成されており、
    上記スリットに対する上記スリットの配列方向へのずれ量が同一であるフォトダイオードの上記配線手段同士を接続する接続手段を備えた
    ことを特徴とする光電式エンコーダ。
  5. 請求項３あるいは請求項４に記載の光電式エンコーダにおいて、
    上記信号処理部を構成すると共に、上記配線手段から出力される出力信号のうち互いの位相差が１８０°である２つの出力信号を入力としてエンコーダ信号を生成する比較器を備えたことを特徴とする光電式エンコーダ。
JP2004297521A 2004-10-12 2004-10-12 光電式エンコーダ Expired - Fee Related JP4054788B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004297521A JP4054788B2 (ja) 2004-10-12 2004-10-12 光電式エンコーダ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004297521A JP4054788B2 (ja) 2004-10-12 2004-10-12 光電式エンコーダ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006112805A JP2006112805A (ja) 2006-04-27
JP4054788B2 true JP4054788B2 (ja) 2008-03-05

Family

ID=36381452

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004297521A Expired - Fee Related JP4054788B2 (ja) 2004-10-12 2004-10-12 光電式エンコーダ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4054788B2 (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006112805A (ja) 2006-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7227125B2 (en) Encoder device
US7943897B2 (en) Optical encoder and electronic equipment
JP4002581B2 (ja) 光電式エンコーダおよび電子機器
US7511260B2 (en) Encoder device for detecting movement
JP2001074504A (ja) 補間回路、それを含むエンコーダ及び使用される補間方法
US7439489B2 (en) Photoelectric encoder and electronic equipment using the same
JP2008076064A (ja) 光学式エンコーダの信号処理回路
JP2006084458A (ja) 光学式エンコーダおよびそれを用いた電子機器
US8330098B2 (en) High resolution, high speed, miniaturized optical encoder
JP2005017116A (ja) 光学式エンコーダ用受光素子
JP4520121B2 (ja) 光学式エンコーダ
JP4054788B2 (ja) 光電式エンコーダ
JP2009031261A (ja) 光学式エンコーダおよび電子機器
JP2007183116A (ja) 光学式エンコーダ
US7820957B2 (en) Optical encoder for detecting movement of a moving object and electronic equipment including the optical encoder
JPS60230018A (ja) 光電型エンコ−ダの基準位置検出装置
JP2003161645A (ja) 光学式エンコーダ
JP6684087B2 (ja) 光エンコーダ
JP3375578B2 (ja) 光電式エンコーダ
JP4022530B2 (ja) 光電式エンコーダ
JP4672542B2 (ja) 光電式エンコーダおよび電子機器
JP2005257381A (ja) 光電式エンコーダ
JP2006119037A (ja) 光電式エンコーダ
JP2004271192A (ja) 光学式エンコーダ
JP2671563B2 (ja) 光学式アブソリュートエンコーダ

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070828

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071025

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20071204

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20071210

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101214

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101214

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111214

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111214

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121214

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121214

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees