JP5747342B2 - Optical encoder - Google Patents

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Description

本発明は、各種装置の位置制御、速度制御に用いられ、特に対象物に光を照射し、当該対象物から得られる光情報を利用する光学式エンコーダ(以下、エンコーダという。)に関するものである。   The present invention is used for position control and speed control of various devices, and particularly relates to an optical encoder (hereinafter referred to as an encoder) that irradiates light on an object and uses optical information obtained from the object. .

エンコーダは、LED等からなる発光部と、発光部から出射された光をスケールに投影し、その反射光の回折パターンを検出するフォトダイオードやフォトトランジスタ等からなる検出部と、回折パターンによって検出部が生成した位置信号や原点信号をエンコーダ信号として処理する信号処理部とから構成されており、エンコーダ/スケール間の相対移動量から対象物の変位検出を可能にするものである。位置信号としては、移動方向を示すために互いに90度位相のずれたA相信号、B相信号を用い、原点信号としては、例えば電源をオフ(OFF)後、再度電源をオン(ON)した時に正確な原点位置を検出するためにZ相信号を用いる。
従来技術として、特許文献1には、A相信号、B相信号、Z相信号を同期させる際、原点信号の出力の仕方に応じて位置信号との同期位置を選択できるようにした技術が開示されている。特許文献2には、変位検出に用いられるエンコーダにおいて、AB相に同期した原点検出が安定して行う技術が開示されている。エンコーダは移動体の位置変位を検出する。移動体の移動に応じて周期信号を発生する位置信号発生手段と、移動体が所定の位置にある場合に、原点検出用信号を発生する原点検出用信号発生手段と、原点検出用信号発生手段の発生する原点検出用信号に基づいて位置信号発生手段の発生する周期信号に同期して、移動体が原点位置にあることを検出する原点検出回路と、原点検出回路における同期において、周期信号上の複数の位相位置から同期する位相位置を選択可能な選択手段とを有している。
The encoder includes a light emitting unit composed of an LED or the like, a detection unit configured by projecting light emitted from the light emitting unit on a scale and detecting a diffraction pattern of the reflected light, a photodiode or a phototransistor, and a detection unit based on the diffraction pattern. And a signal processing unit that processes the generated position signal and origin signal as an encoder signal, and makes it possible to detect the displacement of the object from the relative movement amount between the encoder and the scale. As the position signal, an A-phase signal and a B-phase signal that are 90 degrees out of phase with each other are used to indicate the moving direction. As the origin signal, for example, the power is turned off (OFF) and then the power is turned on again. Sometimes a Z-phase signal is used to detect the correct origin position.
As a conventional technique, Patent Document 1 discloses a technique in which when synchronizing the A phase signal, the B phase signal, and the Z phase signal, the synchronization position with the position signal can be selected according to the way of outputting the origin signal. Has been. Patent Document 2 discloses a technique for stably performing origin detection synchronized with the AB phase in an encoder used for displacement detection. The encoder detects the displacement of the moving body. Position signal generating means for generating a periodic signal according to movement of the moving body, origin detecting signal generating means for generating an origin detecting signal when the moving body is at a predetermined position, and origin detecting signal generating means An origin detection circuit that detects that the moving body is at the origin position in synchronization with the periodic signal generated by the position signal generation means based on the origin detection signal generated by Selecting means capable of selecting a synchronized phase position from the plurality of phase positions.

特開2003−83771号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-83771 特開平2−281104号公報JP-A-2-281104

エンコーダの高分解能・高精度化が進むにつれて、原点信号に対してもその精度の向上が必要になり、AB相信号と同等の分解能・精度やタイミングもAB相信号と同期して出すことが要求されてきている。即ち、検出幅が狭く、再現性の良い原点信号が求められている。したがって、システムとしての不安定要素による原点検出精度の劣化や検出タイミングのずれを抑えることがエンコーダには求められている。
AB相信号とZ相信号を別個の光学系などで検出しながら原点検出をAB相に同期させる場合、A相またはB相信号とZ相信号の位相を正確に同期させたり、適切な位相差を持たせなければ、検出タイミングのずれによりAB相信号の1周期分ずれた位置を原点とすることが生じる可能性がある。
As the resolution and accuracy of encoders increase, it is necessary to improve the accuracy of the origin signal, and the same resolution, accuracy, and timing as the AB phase signal are required to be synchronized with the AB phase signal. Has been. That is, an origin signal having a narrow detection width and good reproducibility is required. Therefore, encoders are required to suppress deterioration in origin detection accuracy and detection timing deviation due to unstable elements as a system.
When the origin detection is synchronized with the AB phase while detecting the AB phase signal and the Z phase signal with separate optical systems, the phase of the A phase or B phase signal and the Z phase signal is accurately synchronized, or an appropriate phase difference If it is not provided, there is a possibility that a position shifted by one cycle of the AB phase signal is set as the origin due to a detection timing shift.

従来、エンコーダの原点信号を生成するためのZ相信号は、例えば、特許文献2に記載されている様に、図10(a)に示すZ相スケールを用い、Z相スケールからの反射光を受光してZ相出力信号(アナログ)を得ていた(図10(b))。そして、このZ相出力信号(アナログ)を二値化してステップ状のZ相出力信号(デジタル)を得る(図10(c))。図11に示すように、このZ相出力信号(デジタル)(図11(a))を原点検出用信号として、位置信号であるA相出力信号(デジタル)(図11(b))もしくはB相出力信号(デジタル)に同期させて原点信号を形成した場合、Z相信号のハイローの切替わりとA相(もしくはB相)の立ち下がり(立ち上がり)のタイミングでパルスを作成すると、エンコーダ/スケール間の走査方向により、図11(c)に示すように、生成される原点信号は、1周期ずれて正確な位置情報や速度情報が1周期ずれてしまう。
また、Z相スケールが中央にパターンを有する場合において、パターンは、パターン幅が光源から発せられる光の照射領域と比較して十分幅広である場合、Z相アナログ出力は、パルス状に形成されるが(図12(a))、パターン幅が光照射領域と比較して狭い場合、安定したZ相パルスを作成することが難しい(図12(b))。
Conventionally, the Z-phase signal for generating the origin signal of the encoder uses, for example, the Z-phase scale shown in FIG. The Z-phase output signal (analog) was obtained by receiving light (FIG. 10B). Then, the Z phase output signal (analog) is binarized to obtain a stepped Z phase output signal (digital) (FIG. 10C). As shown in FIG. 11, the Z-phase output signal (digital) (FIG. 11 (a)) is used as an origin detection signal, and the A-phase output signal (digital) (FIG. 11 (b)), which is a position signal, When the origin signal is formed in synchronization with the output signal (digital), if a pulse is created at the timing of high / low switching of the Z phase signal and the fall (rise) of the A phase (or B phase), Depending on the scanning direction, as shown in FIG. 11C, the generated origin signal is shifted by one cycle, and accurate position information and velocity information are shifted by one cycle.
Further, in the case where the Z-phase scale has a pattern in the center, the Z-phase analog output is formed in a pulse shape when the pattern has a sufficiently wide pattern width compared to the irradiation region of light emitted from the light source. However, when the pattern width is narrower than the light irradiation region, it is difficult to create a stable Z-phase pulse (FIG. 12B).

本発明は、このような事情によりなされたもので、走査方向の依存性が小さく、A相信号もしくはB相信号に同期した原点検出を安定して行うことができるエンコーダを提供する。   The present invention has been made under such circumstances, and provides an encoder that is less dependent on the scanning direction and can stably perform origin detection in synchronization with an A-phase signal or a B-phase signal.

本発明の光学式エンコーダは、発光部と、前記発光部から出射された光がスケールに投影され、その反射光の回折パターンから位置信号および原点検出用信号を生成する検出部と、前記位置信号および前記原点検出用信号をデジタル化し、前記原点検出用信号からパルス状の原点信号を生成する信号処理部とを具備し、前記位置信号は前記反射光の回折パターンに応じた信号であって、移動方向を示すために互いに90度位相のずれた信号であり、前記原点検出用信号は、前記反射光の回折パターンに応じた信号であって、原点位置を検出する信号であり、前記信号処理部は、前記位置信号および前記原点検出用信号を二値化することによりデジタル化し、デジタル化された前記位置信号および前記原点検出用信号の論理積演算を行うことにより原点信号を生成し、前記検出部で生成された原点検出用信号は、ロウレベルからハイレベルもしくはハイレベルからロウレベルまで所定の勾配で変化する信号であって、前記信号処理部において、第1及び第2の比較回路及び論理積回路から構成された二値化回路によりデジタル化され、前記検出部で生成された原点検出用信号は、前記第1の比較回路の正入力端及び前記第2の比較回路の負入力端に入力され、前記第1の比較回路負入力端には前記ロウレベルから前記ハイレベルまでの間の第1の基準電圧が入力され、前記第2の比較回路の正入力端には前記ロウレベルから前記ハイレベルまでの間の前記第1の基準電圧より高い第2の基準電圧が入力され前記第1及び第2の比較回路の出力が前記論理積回路に入力されて前記デジタル化された原点検出用信号が生成されることを特徴としている。前記発光部及び前記検出部は、対象物の可動部及び固定部のどちらか一方に取付けられ、この光学式エンコーダを操作する際に使用されるスケールは、前記可動部及び前記固定部のどちらか他方に取付けられるようにしても良い。 The optical encoder of the present invention includes a light emitting unit, a detection unit that projects light emitted from the light emitting unit onto a scale, and generates a position signal and an origin detection signal from a diffraction pattern of the reflected light, and the position signal. and the origin detection signal and digitizes, comprising a said signal processor for generating a pulsed origin signal from the origin detection signal, the position signal is a signal corresponding to the diffraction pattern of the reflected light, The origin detection signal is a signal corresponding to the diffraction pattern of the reflected light, and is a signal for detecting the origin position, in order to indicate the moving direction. The unit digitizes the position signal and the origin detection signal by binarizing and performs a logical product operation of the digitized position signal and origin detection signal. The origin detection signal generated by the detection unit is a signal that changes with a predetermined gradient from a low level to a high level or from a high level to a low level. In the signal processing unit, The origin detection signal digitized by the binarization circuit composed of the second comparison circuit and the AND circuit and generated by the detection unit is the positive input terminal of the first comparison circuit and the second input circuit. A first reference voltage from the low level to the high level is input to the negative input terminal of the first comparison circuit, and a positive input terminal of the second comparison circuit. Is supplied with a second reference voltage higher than the first reference voltage between the low level and the high level, and the outputs of the first and second comparison circuits are input to the AND circuit. It is characterized in that the reduction has been the origin detection signal is generated. The light emitting unit and the detection unit are attached to either the movable unit or the fixed unit of the object, and the scale used when operating the optical encoder is either the movable unit or the fixed unit. You may make it attach to the other.

本発明によれば、走査方向の依存性が小さく、A相信号もしくはB相信号に同期した原点検出を安定して行うことができる変位検出に用いて好適なエンコーダが得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain an encoder suitable for use in displacement detection that is less dependent on the scanning direction and can stably perform origin detection in synchronization with an A-phase signal or a B-phase signal.

実施例1のエンコーダを構成する信号処理回路を示すブロック図。1 is a block diagram showing a signal processing circuit that constitutes an encoder according to Embodiment 1. FIG. 図1の信号処理回路に入出力する信号の時間変化を示す波形図。FIG. 2 is a waveform diagram showing a time change of a signal input to and output from the signal processing circuit of FIG. 1. 図1に示す信号処理回路を構成する原点信号を形成する同期回路の回路図。The circuit diagram of the synchronous circuit which forms the origin signal which comprises the signal processing circuit shown in FIG. 図1に示す信号処理回路を構成する原点検出用信号を形成する二値回路の回路図及びこの二値回路を流れる信号の波形図。The circuit diagram of the binary circuit which forms the signal for origin detection which comprises the signal processing circuit shown in FIG. 1, and the wave form diagram of the signal which flows through this binary circuit. 図1に示す信号処理回路を流れる信号の波形図。FIG. 2 is a waveform diagram of a signal flowing through the signal processing circuit shown in FIG. 1. 実施例1のエンコーダが形成された半導体基板の断面図及びこの半導体基板に間隔をおいて配置されたスケールの平面図。Sectional drawing of the semiconductor substrate in which the encoder of Example 1 was formed, and the top view of the scale arrange | positioned at intervals in this semiconductor substrate. 図6に示す半導体基板の平面図。The top view of the semiconductor substrate shown in FIG. 図6に示すスケールの平面図。The top view of the scale shown in FIG. 実施例1で用いられるZ相スケールの平面図及び図1の信号処理回路を流れるZ相信号の波形図。The top view of the Z phase scale used in Example 1, and the wave form diagram of the Z phase signal which flows through the signal processing circuit of FIG. (a)従来のエンコーダZ相出力信号を形成するためのZ相スケールの平面図、(b)従来の原点信号を形成するためのZ相出力信号(アナログ)の波形図、(c)従来の原点信号を形成するためのZ相出力信号(デジタル)の波形図。(A) Plan view of Z-phase scale for forming a conventional encoder Z-phase output signal, (b) Waveform diagram of a Z-phase output signal (analog) for forming a conventional origin signal, (c) Conventional The wave form diagram of the Z phase output signal (digital) for forming an origin signal. (a)従来のZ相出力信号(デジタル)の波形図、(b)従来のZ相出力信号(デジタル)と同期させるA相出力信号(デジタル)の波形図、(c)従来の走査方向の違いによって生ずる2つの原点信号の波形図。(A) Waveform diagram of conventional Z-phase output signal (digital), (b) Waveform diagram of A-phase output signal (digital) synchronized with conventional Z-phase output signal (digital), (c) Conventional scanning direction The wave form diagram of two origin signals produced by a difference. (a)従来のパターン幅が光照射領域より十分広いZ相スケール平面図及びこのZ相スケールにより形成されたZ相出力信号(アナログ)の波形図、(b)従来のパターン幅が光照射領域より狭いZ相スケールの平面図及びこのZ相スケールにより形成されたZ相出力信号(アナログ)の波形図。(A) Z-phase scale plan view in which the conventional pattern width is sufficiently wider than the light irradiation region and a waveform diagram of the Z-phase output signal (analog) formed by this Z-phase scale, (b) the conventional pattern width is in the light irradiation region A plan view of a narrower Z-phase scale and a waveform diagram of a Z-phase output signal (analog) formed by the Z-phase scale.

以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to examples.

図1乃至図9を参照して実施例1を説明する。図7は、実施例1のエンコーダが形成された半導体基板の平面図であり、図6は、図7中の破線a−bの断面を示す図及び平面図で示されたスケールを表す。
図6に示すように、エンコーダ100は、半導体基板1に形成されている。半導体基板1には、発光部と、発光部から出射された光をスケールに投影し、その反射光の回折パターンを検出する検出部と、当該検出部の信号をエンコーダ信号として処理する信号処理回路とを具備している。発光部は、例えば、LED等の発光素子が形成され、第1の発光部22及び第2の発光部32を有している。検出部は、例えば、フォトダイオード(PD)が形成され、第1の検出部21及び第2の検出部31を有している。信号処理回路は、図示はしないが、半導体基板1に形成されて、エンコーダ信号としての位置信号や原点信号を形成する。
Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a plan view of the semiconductor substrate on which the encoder according to the first embodiment is formed, and FIG. 6 illustrates a cross-sectional view taken along broken line ab in FIG. 7 and a scale shown in the plan view.
As shown in FIG. 6, the encoder 100 is formed on the semiconductor substrate 1. The semiconductor substrate 1 includes a light emitting unit, a detection unit that projects light emitted from the light emitting unit on a scale, detects a diffraction pattern of the reflected light, and a signal processing circuit that processes a signal of the detection unit as an encoder signal. It is equipped with. The light emitting unit includes, for example, a light emitting element such as an LED, and includes a first light emitting unit 22 and a second light emitting unit 32. The detection unit includes, for example, a photodiode (PD) and includes a first detection unit 21 and a second detection unit 31. Although not shown, the signal processing circuit is formed on the semiconductor substrate 1 to form a position signal and an origin signal as encoder signals.

エンコーダ信号は、移動方向を示すために互いに90度位相のずれた位置信号になるA相信号及びB相信号と、例えば、電源をオフ(OFF)後、再度電源をオン(ON)した時に原点位置を検出する原点信号になるZ相信号から形成される。また、前記スケールの内、前記Z相信号を形成するためのZ相スケールには光反射領域及び光透過領域の2領域からなるベタパターンを用い、原点信号は、前記Z相スケールから形成されたZ相出力信号(アナログ)をデジタル化して得られるパルス状信号をA相信号またはB相信号と同期させることにより得られる。   The encoder signal is an A-phase signal and a B-phase signal that are position signals that are 90 degrees out of phase with each other to indicate the moving direction. For example, when the power is turned off (OFF) and then the power is turned on (ON) again, It is formed from the Z-phase signal that becomes the origin signal for detecting the position. In addition, a solid pattern consisting of two regions of a light reflection region and a light transmission region is used for the Z phase scale for forming the Z phase signal, and the origin signal is formed from the Z phase scale. It is obtained by synchronizing the pulse signal obtained by digitizing the Z-phase output signal (analog) with the A-phase signal or B-phase signal.

第1の発光部22から放射された光は、Z相スケール41で反射され、反射光は、第1の検出部21のフォトダイオードに入力し、Z相出力信号(アナログ)を出力する。Z相出力信号(アナログ)は、信号処理回路内の2値化回路でパルス状のZ相出力信号に変換される。また、第2の発光部32から放射された光は、AB相スケール42で反射され、反射光は、第2の検出部31のフォトダイオードに入力し、A相又はB相出力信号(アナログ)を出力する。A相またはB相出力信号(アナログ)は、信号処理回路内の2値化回路で位置信号に変換される。発光部22、32のLEDから放射される光は、方向性が無いので、Z相スケール41あるいはAB相スケール42で反射あるいは透過させる前に、Z相スケール41あるいはAB相スケール42と発光部22、32との間に配置されたスケール(図示しない)を通して、方向性を持たせることができる。半導体基板1のZ相出力信号形成部2及びAB相出力信号形成部3は、半導体基板1に作り込まれるが、発光部22、32のLEDは、これらとは別のチップとしてこの半導体基板1に取り付けられる。   The light emitted from the first light emitting unit 22 is reflected by the Z-phase scale 41, and the reflected light is input to the photodiode of the first detection unit 21 and outputs a Z-phase output signal (analog). The Z-phase output signal (analog) is converted into a pulsed Z-phase output signal by a binarization circuit in the signal processing circuit. In addition, the light emitted from the second light emitting unit 32 is reflected by the AB phase scale 42, and the reflected light is input to the photodiode of the second detection unit 31 to output the A phase or B phase output signal (analog). Is output. The A-phase or B-phase output signal (analog) is converted into a position signal by a binarization circuit in the signal processing circuit. Since light emitted from the LEDs of the light emitting units 22 and 32 has no directionality, the light emitted from the Z phase scale 41 or AB phase scale 42 and the light emitting unit 22 before being reflected or transmitted by the Z phase scale 41 or AB phase scale 42. , 32 can be given directionality through a scale (not shown) disposed between them. The Z-phase output signal forming unit 2 and the AB-phase output signal forming unit 3 of the semiconductor substrate 1 are built in the semiconductor substrate 1, but the LEDs of the light emitting units 22 and 32 are formed as chips different from these in the semiconductor substrate 1. Attached to.

図7は、図6に示すエンコーダが形成された半導体基板1の平面図である。半導体基板1は、Z相出力信号形成部2及びAB相出力信号形成部3を有し、Z相出力信号形成部2は、第1の発光部22及び第1の検出部21を有し、AB相出力信号形成部3は、第2の発光部32及び第1の検出部31を有している。半導体基板1に離れてスケール4が配置されている。ここで用いるスケール4は、Z相スケール41及びAB相スケール42から構成されている(図8)。ただし、Z相スケール及びAB相スケールをそれぞれ別体で形成することも可能である。   FIG. 7 is a plan view of the semiconductor substrate 1 on which the encoder shown in FIG. 6 is formed. The semiconductor substrate 1 has a Z-phase output signal formation unit 2 and an AB-phase output signal formation unit 3, and the Z-phase output signal formation unit 2 has a first light emitting unit 22 and a first detection unit 21. The AB phase output signal forming unit 3 includes a second light emitting unit 32 and a first detection unit 31. A scale 4 is disposed away from the semiconductor substrate 1. The scale 4 used here is composed of a Z-phase scale 41 and an AB-phase scale 42 (FIG. 8). However, it is also possible to form the Z phase scale and the AB phase scale separately.

次に、図1乃至図5及び図9を参照してエンコーダを構成する信号処理回路を説明する。
信号処理回路5は、A相出力信号(a)(アナログ)及びB相出力信号(b)(アナログ)をそれぞれ位置信号(c)(デジタル)及び位置信号(d)(デジタル)に変換する二値化回路51、Z相出力信号(e)(アナログ)を原点検出用信号(f)(デジタル)に変換する二値化回路52、原点検出用信号(f)(デジタル)を位置信号(c)もしくは位置信号(d)に同期させて原点信号(g)を生成させる同期回路53を備えている。A相出力信号(a)又はB相出力信号(b)は、エンコーダ100が形成された半導体基板1の第2の発光部32から放射された光をAB相スケール42で反射し、第2の検出部31に入力して得られる。同様に、Z相出力信号(e)は、半導体基板1の第1の発光部22から放射された光をZ相スケール41で反射し、第1の検出部21に入力して得られる。
Next, a signal processing circuit constituting the encoder will be described with reference to FIGS. 1 to 5 and FIG.
The signal processing circuit 5 converts the phase A output signal (a) (analog) and the phase B output signal (b) (analog) into a position signal (c) (digital) and a position signal (d) (digital), respectively. A binarization circuit 52 for converting a Z-phase output signal (e) (analog) into an origin detection signal (f) (digital), and an origin detection signal (f) (digital) as a position signal (c) Or a synchronizing circuit 53 for generating the origin signal (g) in synchronization with the position signal (d). The A phase output signal (a) or the B phase output signal (b) reflects the light emitted from the second light emitting unit 32 of the semiconductor substrate 1 on which the encoder 100 is formed by the AB phase scale 42, Obtained by inputting to the detector 31. Similarly, the Z-phase output signal (e) is obtained by reflecting the light emitted from the first light emitting unit 22 of the semiconductor substrate 1 with the Z-phase scale 41 and inputting it to the first detecting unit 21.

図2に示すように、A相出力信号(a)、B相出力信号(b)及びZ相出力信号(e)は、アナログ信号であり、位置信号(c)及び(d)、原点検出用信号(f)及び原点信号(g)は、デジタル信号である。図2は、信号処理回路5において、第1の検出器21及び第2の検出器31からの入力信号が処理されている状態を示すタイミングチャートであり、横軸は、時間を表し、対象物の一定速度の変位が生じているときの各信号の変化(波形)を示している。
図9によりZ相出力信号(デジタル)(原点検出用信号(f))の形成を説明する。原点信号を形成するZ相出力信号(アナログ)は、Z相スケールを用い、当該スケールからの反射光を受光して形成される。Z相スケールは、入射する光を透過する白い領域と、入射する光を反射して反射光が第1の検出器21に入射する光反射領域である黒い領域から構成され、移動する光照射領域に対応したZ相出力信号(アナログ)が形成される。その後、Z相出力信号(アナログ)を二値化回路52(図1参照)により二値化して原点検出用信号(f)となるZ相出力信号(デジタル)が形成される。Z相出力信号(アナログ)は、Z相スケールの形状に対応して、例えば、0Vのレベルから10Vのレベルに変化する波形を有している。Z相出力(アナログ)信号から形成されたZ相出力(デジタル)信号は、閾値の異なる2つの比較器を介して生成され、例えば、3Vと7Vに閾値を有する比較器を介して得られた2つの信号からパルス幅が形成される。
As shown in FIG. 2, the A-phase output signal (a), the B-phase output signal (b), and the Z-phase output signal (e) are analog signals, and the position signals (c) and (d) are used for origin detection. The signal (f) and the origin signal (g) are digital signals. FIG. 2 is a timing chart showing a state in which input signals from the first detector 21 and the second detector 31 are processed in the signal processing circuit 5, and the horizontal axis represents time and the object The change (waveform) of each signal when the displacement at a constant speed occurs is shown.
The formation of the Z-phase output signal (digital) (origin detection signal (f)) will be described with reference to FIG. The Z-phase output signal (analog) that forms the origin signal is formed by using the Z-phase scale and receiving the reflected light from the scale. The Z-phase scale is composed of a white region that transmits incident light, and a black region that is a light reflection region that reflects incident light and reflects the incident light to the first detector 21 and moves. A Z-phase output signal (analog) corresponding to is formed. Thereafter, the Z-phase output signal (analog) is binarized by the binarization circuit 52 (see FIG. 1) to form a Z-phase output signal (digital) that becomes the origin detection signal (f). The Z-phase output signal (analog) has a waveform that changes from a level of 0 V to a level of 10 V, for example, corresponding to the shape of the Z-phase scale. The Z-phase output (digital) signal formed from the Z-phase output (analog) signal is generated via two comparators with different thresholds, for example, obtained via a comparator having thresholds at 3V and 7V. A pulse width is formed from the two signals.

図4(a)は、図1に記載された信号処理回路5における原点検出用信号(f)(Z相出力信号(デジタル))を形成するための二値化回路52を表している。二値化回路52は、第1の比較回路521、第2の比較回路522及びAND回路523を備えている。入力端には第1の検出器21により検出されたZ相出力信号(e)が入力される。出力端(AND回路523の出力端)からは原点検出用信号(f)が出力される。Z相出力信号(e)は、その波形図が図4(d)に示される。原点検出用信号(f)のパルス幅は、Z相出力信号(e)のロウレベル(この実施例では0V)からハイレベル(この実施例では10V)の間の任意の2点の電圧から決められる。この実施例では、2点は、例えば、3Vと7Vとする。
Z相出力信号(e)は、第1の比較回路521の正(+)入力端及び第2の比較回路522の負(−)入力端に入力される。第1の比較回路521の負(−)入力端には第1の基準電圧(Ref1)(この実施例では3V)が入力され、第2の比較回路522の正(+)入力端には第2の基準電圧(Ref2)(この実施例では7V)が入力される。
4A shows a binarization circuit 52 for forming the origin detection signal (f) (Z-phase output signal (digital)) in the signal processing circuit 5 shown in FIG. The binarization circuit 52 includes a first comparison circuit 521, a second comparison circuit 522, and an AND circuit 523. The Z-phase output signal (e) detected by the first detector 21 is input to the input end. An origin detection signal (f) is output from the output terminal (the output terminal of the AND circuit 523). The waveform diagram of the Z-phase output signal (e) is shown in FIG. The pulse width of the origin detection signal (f) is determined from the voltage at any two points between the low level (0 V in this embodiment) and the high level (10 V in this embodiment) of the Z-phase output signal (e). . In this embodiment, the two points are, for example, 3V and 7V.
The Z-phase output signal (e) is input to the positive (+) input terminal of the first comparison circuit 521 and the negative (−) input terminal of the second comparison circuit 522. The first reference voltage (Ref1) (3 V in this embodiment) is input to the negative (−) input terminal of the first comparison circuit 521, and the first (+) input terminal of the second comparison circuit 522 is connected to the first (−) input terminal. 2 reference voltage (Ref2) (7V in this embodiment) is input.

対象物の相対移動に伴ってZ相出力信号(e)は、ロウレベルの0Vからハイレベルの10Vに変化する。第1の比較回路521は、基準電圧(Ref1)が3Vであるから、Z相出力信号(e)が3Vまでロウレベル(0V)を出力し、3Vを越えるとハイレベルに変化して信号(h)を出力する。第2の比較回路522は、基準電圧(Ref2)が7Vであり、Z相出力信号(e)が負(−)入力端に入力されるから、Z相出力信号(e)が7Vまではハイレベルを出力し、7Vを越えるとロウレベルに変化して信号(i)を出力する。
次に、信号(h)は、論理回路(AND(論理積))523の第1の入力端に入力され、信号(i)は、第2の入力端に入力される。論理回路523は、信号(h)、(i)が入力されて原点検出用信号(f)を出力する(図4(b)及び(c)参照)。
The Z-phase output signal (e) changes from the low level 0V to the high level 10V with the relative movement of the object. Since the reference voltage (Ref1) is 3V, the first comparison circuit 521 outputs a low level (0V) until the Z-phase output signal (e) exceeds 3V. When the reference voltage (Ref1) exceeds 3V, the first comparison circuit 521 changes to a high level. ) Is output. In the second comparison circuit 522, since the reference voltage (Ref2) is 7V and the Z-phase output signal (e) is input to the negative (−) input terminal, the second comparison circuit 522 is high until the Z-phase output signal (e) is 7V. The level is output, and when it exceeds 7V, it changes to the low level and the signal (i) is output.
Next, the signal (h) is input to the first input terminal of the logic circuit (AND (logical product)) 523, and the signal (i) is input to the second input terminal. The logic circuit 523 receives the signals (h) and (i) and outputs the origin detection signal (f) (see FIGS. 4B and 4C).

次に、同期回路53により、原点信号(g)を形成する(図3)。同期回路53は、論理回路(AND)である。A相出力信号(a)から形成された位置信号(c)は、論理回路(AND)53の第1の入力端に入力され、原点検出用信号(f)は、第2の入力端に入力されて、原点信号(g)が出力される。
また、同期回路53は、B相出力信号(b)から形成された位置信号(d)を原点検出用信号(f)に同期させて、原点信号(g)を出力する。
図5に示すように、光反射領域及び光透過領域の2領域からなるベタパターンを有するスケールを用いてアナログZ相出力信号からパルス状のデジタルZ相出力信号を得て、パルス状のZ相信号とA相信号又はB相信号のANDを取ってパルスを作成することにより、走査方向に関わらず、同一の位置に原点信号が得られる。このように走査方向の依存性が小さくA相信号もしくはB相信号に同期した原点検出を安定して行うことができるエンコーダが得られる。
Next, the origin signal (g) is formed by the synchronizing circuit 53 (FIG. 3). The synchronization circuit 53 is a logic circuit (AND). The position signal (c) formed from the phase A output signal (a) is input to the first input terminal of the logic circuit (AND) 53, and the origin detection signal (f) is input to the second input terminal. The origin signal (g) is output.
The synchronizing circuit 53 synchronizes the position signal (d) formed from the B-phase output signal (b) with the origin detection signal (f) and outputs the origin signal (g).
As shown in FIG. 5, a pulsed digital Z-phase output signal is obtained from an analog Z-phase output signal using a scale having a solid pattern composed of two regions of a light reflection region and a light transmission region, and a pulsed Z-phase signal is obtained. The origin signal is obtained at the same position regardless of the scanning direction by creating a pulse by taking the AND of the signal and the A phase signal or the B phase signal. In this way, an encoder can be obtained in which the dependence on the scanning direction is small and the origin detection synchronized with the A phase signal or the B phase signal can be performed stably.

1・・・半導体基板
2・・・Z相出力信号形成部
3・・・AB相出力信号形成部
4・・・スケール
5・・・信号処理回路
21・・・第1の検出部
22・・・第1の発光部
31・・・第2の検出部
32・・・第2の発光部
41・・・Z相スケール
42・・・AB相スケール
51、52・・・二値化回路
53・・・同期回路
100・・・エンコーダ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate 2 ... Z phase output signal formation part 3 ... AB phase output signal formation part 4 ... Scale 5 ... Signal processing circuit 21 ... 1st detection part 22 ... First light emitting unit 31 ... second detection unit 32 ... second light emitting unit 41 ... Z phase scale 42 ... AB phase scale 51, 52 ... binarization circuit 53 ..Synchronous circuit 100 ... Encoder

Claims (1)

発光部と、前記発光部から出射された光がスケールに投影され、その反射光の回折パターンから位置信号および原点検出用信号を生成する検出部と、前記位置信号および前記原点検出用信号をデジタル化し、前記原点検出用信号からパルス状の原点信号を生成する信号処理部とを具備し、前記位置信号は前記反射光の回折パターンに応じた信号であって、移動方向を示すために互いに90度位相のずれた信号であり、前記原点検出用信号は、前記反射光の回折パターンに応じた信号であって、原点位置を検出する信号であり、前記信号処理部は、前記位置信号および前記原点検出用信号を二値化することによりデジタル化し、デジタル化された前記位置信号および前記原点検出用信号の論理積演算を行うことにより原点信号を生成し、前記検出部で生成された原点検出用信号は、ロウレベルからハイレベルもしくはハイレベルからロウレベルまで所定の勾配で変化する信号であって、前記信号処理部において、第1及び第2の比較回路及び論理積回路から構成された二値化回路によりデジタル化され、前記検出部で生成された原点検出用信号は、前記第1の比較回路の正入力端及び前記第2の比較回路の負入力端に入力され、前記第1の比較回路負入力端には前記ロウレベルから前記ハイレベルまでの間の第1の基準電圧が入力され、前記第2の比較回路の正入力端には前記ロウレベルから前記ハイレベルまでの間の前記第1の基準電圧より高い第2の基準電圧が入力され前記第1及び第2の比較回路の出力が前記論理積回路に入力されて前記デジタル化された原点検出用信号が生成されることを特徴とする光学式エンコーダ。 A light emitting unit, a light that is emitted from the light emitting unit is projected onto a scale, a detection unit that generates a position signal and an origin detection signal from a diffraction pattern of the reflected light, and the position signal and the origin detection signal are digitally And a signal processing unit that generates a pulsed origin signal from the origin detection signal , and the position signal is a signal corresponding to the diffraction pattern of the reflected light, and is 90 to each other to indicate the moving direction. The origin detection signal is a signal corresponding to the diffraction pattern of the reflected light, and is a signal for detecting the origin position, and the signal processing unit is configured to output the position signal and the signal The origin detection signal is digitized by binarization, and the origin signal is generated by performing a logical product operation of the digitized position signal and origin detection signal, and the detection is performed. The origin detection signal generated by the unit changes from a low level to a high level or from a high level to a low level with a predetermined gradient. In the signal processing unit, the first and second comparison circuits and the AND circuit The origin detection signal digitized by the binarization circuit configured from the above and generated by the detection unit is input to the positive input terminal of the first comparison circuit and the negative input terminal of the second comparison circuit. The first reference voltage between the low level and the high level is input to the negative input terminal of the first comparison circuit, and the low input signal from the low level to the high level is input to the positive input terminal of the second comparison circuit. A second reference voltage higher than the first reference voltage is input, and outputs of the first and second comparison circuits are input to the AND circuit to generate the digitized origin detection signal. Optical encoder characterized in that it is.
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