JPH044973Y2

JPH044973Y2 -

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Publication number: JPH044973Y2
Application number: JP1988111830U
Authority: JP
Priority date: 1981-08-10
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1992-02-13
Also published as: JPS5837515A; JPS6453914U; DE3225756A1; DE3225756C2; GB2104648B; US4451731A; GB2104648A

Description

【考案の詳細な説明】本発明は、光学的軸角度エンコーダにおける光
変調装置に係り、更に詳述すれば該エンコーダに
用いられる符号盤と位相板との光学的パターンの
配列による変調光からインデツクス・パルスを得
る光変調装置に関する。

例えば米国特許第4266125号明細書に開示され
ているような光学的軸角度エンコーダにおいて
は、該エンコーダに対する符号盤の同期をインデ
ツクス・パルスにより行うことが望ましい。すな
わち、第１図は上記明細書に開示された軸角度エ
ンコーダの分解斜視図で、そこに用いられている
符号盤と位相板の各光学パターンを第２Ａ及び第
２Ｂ図に示す。第３Ａ〜３Ｄ図は第１図に示した
エンコーダにより得られたインデツクス・パルス
の説明図である。

第１図において、コリメートされた３つの光ビ
ームは発光部１０から放射され、そして符号盤２
０および固定された位相板３０によつて変調され
る。変調された光ビームは、検出部４０によつて
分割されそして集光された後、回路板４５の光検
出器に方向づけられる。この光検出器は比較回路
に接続されており、符号盤２０と位相板３０との
間の相対的な角度に対応したデジタル及びアナロ
グ出力信号を発生する。符号盤２０は軸５０に軸
着され、そして位相板３０は外筺６０に装着され
ている。従つて、前記出力信号は軸５０と外筺６
０との間の相対的な角度に対応している。

第２Ａ図は、第１図で示した符号盤２０の正面
図である。符号盤２０は第１図において発光部１
０からのコリメートされた光ビームを受光するよ
うに配置され、そしてその中心部は軸５０に対し
て同軸上に軸着され、これにより位相板３０に対
して相対的な回転角を形成する。符号盤２０の光
学的トラツクにより光ビームを変調し、そして符
号盤２０と位相板３０との間の相対的な角度が符
号化される。ここで、符号盤２０は光学的に不透
明な材料で作られている。外側の第１トラツク１
３０は、102個の透明なスリツト（図では黒い領
域）から構成されている。視準レンズ（図示せ
ず）からの２つの光ビームは、この外側トラツク
１３０に方向づけられて、軸５０の回転方向と増
分回転量とを定めるのに必要な２チヤネル情報が
得られる。前記符号盤２０上の第２および第３ラ
ジアル・トラツク１４０および１５０は、別の視
準レンズ（図示せず）からの第３光ビームを変調
し、そして一回転当りの軸５０の絶対回転角を決
定するための平衡した同期用のインデツクス・パ
ルスが発生される。

第２Ｂ図は、第１図に示した位相板３０の正面
図である。第１図における位相板３０は相対的に
軸５０と同軸になるよう外筺６０に装着され、そ
して軸の回転に応じて回転する符号盤２０と位相
板３０との間の相対的角度をとりだす。符号盤２
０の第１トラツク１３０を通過した第１変調光ビ
ームは、位相板３０の領域１６０及び１７０で受
光される。２つの領域１６０，１７０は共に大き
さが等しく且つ光学的に透明なスリツト（図では
黒領域）になつている。両スリツト１６０，１７
０の弧長は、符号盤２０のトラツク１３０を形成
するスリツトの弧長に等しい。なお、両スリツト
１６０，１７０の半径方向の長さは、トラツク１
３０を形成するスリツトの半径方向の長さよりも
わずかに大きいかあるいは小さくして、符号盤２
０と位相板３０との不整合または両スリツトの半
径方向の長さの差異による感度変化を最小にす
る。更に、位相板３０の両スリツト１６０，１７
０は、第１トラツク１３０の各スリツト間の周期
的間隔に対して互いに180度移相されている。従
つて、前記符号盤２０が回転すると、位相板３０
の各スリツトを通過する光は交互に最大および最
小となる。つまり、スリツト１６０を通過する光
が最大になるとき、スリツト１７０を通過する光
は最小となり、又これとは逆にスリツト１７０を
通過する光が最大となるときスリツト１６０を通
過する光は最小となる。各スリツトからの光の強
さは、位相板３０に対して符号盤の２０の１回転
毎に102回の最大値をとる三角状波形で表わされ
る。そのため、これら２つのスリツトを通過する
光は、符号盤２０の１回転につき204回同じ強度
となる。これらの回数は、両スリツト１６０，１
７０のそれぞれを通過する光の強さに対応する両
信号の交差に関係している。これらの交差は、符
号盤２０と位相板３０との間の相対角度の変化に
応じた信号を比較することによつて検出される。

両スリツト１６０，１７０と同じ大きさの２つ
のスリツト１８０および１９０は前記位相板３０
に追加されており、そして該両スリツト１８０，
１９０には符号盤２０のトラツク１３０によつて
変調された第２光ビームが照射される。両スリツ
ト１８０，１９０は互いに180度の位相ずれをし
ているが、両スリツト１６０，１７０に対しては
互いに90度移相されて四相になつている。この四
相の位相関係によれば、２つのチヤネルを比較す
ることにより、位相板３０に対する符号盤２０に
回転方向を定めるための第２チヤネル情報が得ら
れる。

位相板３０には更に光学スリツト２００および
２１０が形成されており、これら両スリツトの弧
長は第２Ｂ図及び後述の第３Ｃ図に示す如く大体
“ｄ”であつて、それぞれ符号盤２０のトラツク
１４０および１５０に対応する。スリツト２００
を通過する光はスリツト２１０を通過する光に対
して相対的に180度移相されており、これは前記
両スリツト１４０，１５０の構成による結果と同
じである。これらの光の波形が交差することによ
り、同期インデツクス・パルスが得られ、これが
位相板３０に対する符号盤２０の１回転毎の絶対
位置を符号化するのに用いられる。

インデツクス・パルスとして望ましいパルス波
形は、第３Ａ図に示す如く短形波である。このパ
ルスは、次に述べる如く符号盤２０の回転角度に
同期して得られる。符号盤２０における両トラツ
ク１４０，１５０を利用したプツシユプル方式に
より、第３Ｂ図に示すような信号Ｉおよびが得
られる。これらの信号波形は光学的比較器によつ
て比較され、そしてインデツクス・パルスは両信
号Ｉ及びが同じ振幅になつたときに応答して発
生される。両信号Ｉ，Ｉは、同じ大きさをもつ両
スリツト２１０，２２０の透過光に応答する検出
器によつて発生される。これにより、図示するよ
うな三角波の信号Ｉが得られる。しかしながら信
号は、不透明な符号盤で得るのは難しい。理想
的には、符号盤２０上の第２トラツクには位相板
３０上のスリツト２００の大きさに等しい単一の
不透明領域２４０を形成することがよい。これは
透明な符号盤を使用することにより実現できる。
しかしながら、不透明材料で符号盤を形成できる
ことが望ましい。不透明材料において、不透明領
域以外の部分を取り除いてクリアトラツクを形成
した場合は構造的に不安定となる。そのため第３
Ｄ図に示すように符号盤の外側部分を支持するの
に、支持部材２５０は透光性のトラツク間に配置
されることが必要である。雑音による比較器の誤
動作を低減するために、信号Ｉととの間の分離
度を最大にすることが望ましい。そのため、図示
の具体例においては、トラツク１４０が不透明部
２４０によつて特性化され、該不透明部２４０の
弧長は前記スリツト２００の弧長ｄにほぼ等し
い。また２４０は、スリツト２００の弧長に等し
いかあるいはそれよりも大きい弧長を有する２つ
の透光部２６０および２７０によつて囲まれてい
る。支持部材２５０の間隔はスリツト２００の弧
長に従つて周期的になつている。そしてトラツク
１４０における支持部材２５０の周期的変化に従
つた検出器の位置変化につれて、ビームの強さ
は相対的に一定なレベルL₂にある。支持部材２
５０の幅は、適度な構造的強度を得るように選ば
れ、そして比較点付近を除き両信号Ｉとの差
（L₂−L₃）をできるだけ大きく保持して光の損失
を最小化するように選ばれている。

上記の例において、信号Ｉ又はを発生してイ
ンデツクス・パルスを得るために単一の半径状ス
リツトを使用している。単一のスリツトは、その
出力パルスの幅が該スリツトの半径状幅に等しい
という特徴をもつている。高分解能に対しては、
狭いスリツトが理想的であるけれども、狭いスリ
ツトは光の通過領域が小さい欠点をもつている。

上記の欠点を除くには、多重スリツト又は前記
従来例におけるスリツトを使用して、光伝達に対
する大きな領域を作りだすことである。多重スリ
ツト方式は光についての問題を解消するが、別の
問題すなわち不安定なトリガリングという問題が
生ずるインデツクス化の最も簡単なシステムにお
いて、インデツクス・パルスは、位相板上におけ
るスリツトと符号盤上におけるスリツトとが互い
に交差する際に、該符号盤上でのスリツトによつ
て伝達される光を位相板上でのスリツトを利用し
て変調することにより発生される。かかるシステ
ムにより発生された信号波形を第４Ｃ図に示す。
この信号波形は光学式比較器により検出され、そ
してあるトリガーレベルで波形整形されて第４Ｄ
図に示すようなパルスが発生する。なお、第４Ａ
および第４Ｂ図は符号盤上のトラツクＡのスリツ
トおよび位相板上のトラツクＢのスリツトを示
す。

第５Ａ図は均一な間隔で配列された多重スリツ
トによる符号盤のトラツクＡと位相板上のトラツ
クＢを示し、第５Ｂ図にかかる両トラツクにより
発生された信号の波形図、第５Ｃ図はその整形さ
れたパルス信号の波形図である。すなわち、１つ
のトラツク上における多重スリツトは他のトラツ
ク上におけるものと累進的に一致してサイド・ロ
ーブが生ずる。このようなサイド・ローブ波形は
第５Ｂ図に示されている。上記のサイド・ローブ
の振幅が、もしも光源の変動や光学検出器の感度
変化により変化すれば、偽のトリガリングを生じ
させることになる。これは第５Ｃ図の比較器出力
ＡおよびＢによつて例示されている。

本考案は上記の欠点を除去するためになされた
もので、それは、各トラツク上における多重の伝
達スリツトをもつことによつて光の十分な伝達を
可能にする。しかしながら、このようなスリツト
は、その伝達性スリツトが一致したときに、それ
らが非累進的になるように、前記符号盤と位相板
との上に不均一に配列される。換言するに、それ
らの光伝達性スリツトを不均一な間隔で位置決め
することにより、多重に区分された伝達でのサイ
ド・ローブは大きく低減され、その結果、実質的
に隔離されたインデツクス・パルスが得られる。

第６Ａ及び第６Ｂ図は本考案の一実施例による
光変調用のパターン及び得られた光信号波形図、
第７Ａ及び第７Ｂ図は他の実施例によるパターン
及び信号波形図である。第６Ａ図において、符号
盤における多重伝達性スリツト６１は、位相板の
対応せる多重伝達性スリツト６２がその伝達され
る光を変調するときに非累進的パルス６３が得ら
れるように不均一に構成されている。このような
配列の光伝達性スリツトから得られた信号波形６
４は第６Ｂ図に示されている。第６Ａ図の実施例
では多重伝達性スリツト６１，６２のトラツク
Ａ、トラツクＢの相互移動方向における相互間離
隔距離は、図示のように一方がスリツトの幅に等
しく他方がスリツトの幅の２倍に等しい。

一方、第７Ａ図の実施例では多重伝達性スリツ
ト６１，６２のトラツクＡ、トラツクＢの相互移
動方向における相互間離隔距離は、図示のように
双方ともスリツトの幅に等しい。そして、中央の
スリツトのみ残りの二スリツトに対して相互移動
方向に直角方向でスリツト長の二分の一だけずれ
ている。第７Ａ図の実施例で得られた信号波形６
４は第７Ｂ図に示されている。

第６Ｂ図と第７Ｂ図の信号波形６４を比較する
と、非累進的パルス６３とサイド・ローブ６５の
大きさは等しいが、第７Ｂ図の信号波形６４の方
がサイド・ローブ６５の広がりは小さい。

多重スリツトによる光伝達方式で本質的に内在
するサイド・ローブ６５を更に減少させるには、
二次的伝達が利用される。第８図はこのような本
発明の一実施例によるインデツクス・パルスを説
明するためのパターン及び波形図である。すなわ
ち、本実施例によると、第２の多重伝達トラツク
８１，８２が符号盤と位相板の両方において第１
のトラツクに平行して配列される。しかしなが
ら、このような二次トラツク８１，８２に対する
伝達性スリツトは、一次トラツクにおける伝達性
スリツト６１，６２が実質的に一致した場合に、
その符号盤と位相板が二次トラツクにおいて実質
的に非伝達性であるように構成されている。この
ようにして、二次トラツクからの伝達出力８３は
一次トラツクからの出力８４と比較され、そして
インデツクス・パルス８５を得ると同時に、サイ
ド・ローブ８６を低下させる。この比較はプツシ
ユプル検出器または差動検出器で実現できる。か
くして、非累進的に一致させるようにするべくそ
の伝達性スリツトを不均一に位置決めすることに
より、明確でしかも尖鋭なインデツクス・パルス
８５が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を説明するための軸角度エンコ
ーダの分解斜視図、第２Ａ図は、第１図に示した
符号盤２０の正面図、第２Ｂ図は、同じく位相板
３０の正面図、第３Ａ〜Ｄ図は上記符号盤と位相
板の各スリツトと出力信号との関係を示す波形
図、第４Ａ〜４Ｄ図は単一スリツトおよび出力信
号の波形図、第５Ａ〜５Ｃ図は多量スリツトおよ
び出力信号の波形図、第６Ａ，Ｂ図および第７
Ａ，Ｂ図はそれぞれ本考案の実施例によるパター
ン及び信号波形図、第８図は本考案の他の実施例
によるインデツクス・パルスを説明するためのパ
ターン及び波形図である。１０……発光部、２０……符号盤、３０……位
相板、４０……検出部、４５……回路板、５０…
…軸、６０……外筺、１３０……第１トラツク。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】１互いに直交する第１の辺と第２の辺とを有す
る第１、第２、第３の伝送用矩形部位を配置し
た実質的に同一の第１、第２の選択パターンを
それぞれ有する第１、第２のトラツクと、前記
第１、第２のトラツクの相互移動を行う手段と
より成り、前記第１、第３の伝送用矩形部位の
前記第１の辺は前記相互移動の方向に平行な第
１の軌道に接し、前記第２の伝送用矩形部位の
前記第１の辺は前記第１の軌道に平行で且つ前
記第２の辺の長さの２分の１の距離だけ離れた
第２の軌道に接し、前記第１、第２、第３の伝
送用矩形部位は全て第１の軌道の一方の側にあ
るとともに、前記相互移動方向で前記第２の伝
送用矩形部位に対する前記第１、第３の伝送用
矩形部位のそれぞれの離隔距離が相等しく、前
記第１、第２のトラツクが相互移動したとき、
前記第１、第２の選択パターンが相互に実質的
に一致するようにした光変調装置。２前記第１のトラツクが光学的軸角度エンコー
ダの符号盤上の円形トラツクで、前記第２のト
ラツクが前記光学的軸角度エンコーダの位相板
上の円形トラツクである実用新案登録請求の範
囲第１項記載の光変調装置。