JPH047450B2 - - Google Patents

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JPH047450B2
JPH047450B2 JP58183595A JP18359583A JPH047450B2 JP H047450 B2 JPH047450 B2 JP H047450B2 JP 58183595 A JP58183595 A JP 58183595A JP 18359583 A JP18359583 A JP 18359583A JP H047450 B2 JPH047450 B2 JP H047450B2
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JP
Japan
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signal
photodiode
displacement
code plate
image sensor
Prior art date
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JP58183595A
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JPS6073418A (ja
Inventor
Yutaka Ono
Hajime Kuwabara
Mitsuhiro Nikaido
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.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Publication of JPS6073418A publication Critical patent/JPS6073418A/ja
Publication of JPH047450B2 publication Critical patent/JPH047450B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36Forming the light into pulses
    • G01D5/366Particular pulse shapes

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する分野〕 本発明は、光を利用して機械的な変位を検出す
る変位変換器の改良に関するものである。
〔従来技術〕
このような変位変換器の一種として従来からあ
るロータリーエンコーダを改良したものが特願昭
58−86391号記載の変位変換器である。これは、
透光スリツトを通つた光を受光する受光素子とし
て、複数分割したフオトダイオードを使用すると
ともに、このフオトダイオード上に所定ピツチで
配列する透光スリツトを有する位置板を設置した
もので、第1図はその構成説明図である。この図
において、1はコード板、11はこのコード板に
所定ピツチで円周方向に複数個配列する透光スリ
ツト、3は光源、30は光源3からの光ビームを
平行ビームにするためのレンズ、4は透光スリツ
ト11を通つた光源3からの光(スリツト像)を
受光するイメージセンサで、ここでは動作を簡単
に説明する都合上、4分割したフオトダイオード
41,42,43,44と、このフオトダイオー
ド上に所定ピツチで配列するスリツト孔を有する
位相板2を設置したものを示す。SW1,SW2,
SW3,SW4は、4分割した各フオトダイオード
41〜44からの信号を一定のタイミングで、順
次取り出すスイツチである。5は各スイツチ
SW1〜SW4を介して印加されるイメージセンサ
4からの信号を増幅する増幅器、6は増幅器5か
らの出力信号の基本波成分を抽出するバンドパス
フイルタである。
第2図は、位相板2に設けた透光スリツト2
1,22,23,24と、4分割したフオトダイ
オード41〜44の配列関係を示す図である。こ
の図に示すように、透光スリツト21,22,2
3,24(実線で示す)の配列ピツチは、4分割
フオトダイオード41,42,43,44(破線
で示す)の配列ピツチと等しく、また、コード板
1に設けられた透光スリツト(斜線で示す)11
の配列ピツチPに対して5/4Pとなるよう形成さ
れている。なお、各スリツト孔21〜24のスリ
ツト幅はここではP/2にしてある。
このように構成した装置の動作を、次に第3図
動作波形図を参照しながら説明する。
光源3からの光は、レンズ30で平行ビームと
なり、コード板1の透光スリツト11及び位相板
2の透光スリツト21〜24を通過し、4分割フ
オトダイオード41〜44上に透光スリツト11
の像を結像させる。4分割フオトダイオード41
〜44において、各スイツチSW1〜SW4は第3
図(a)〜(d)に示すようなタイミングで順次オン、オ
フ(オン時間をTとする)し、各フオトダイオー
ド41〜44からの信号を順次取り出す。増幅器
5はこの信号を増幅する。この結果、増幅器5の
出力信号e5は、第3図(e)に示すように、各スイツ
チSW1〜SW4がオンとなる時間ごとに大きさが
階段状に変化する階段波形となる。このような階
段波信号e5を、バンドパスフイルタ6に加える
と、第3図(f)に示すような正弦波信号e6が得られ
る。この正弦波信号e6の基本波周波数は、各スイ
ツチSW1〜SW4を順次駆動するくり返し周波数
に一致する。ここで、コード板1が測定すべき変
位に応じて回転すると、各フオトダイオード41
〜44上に結像する像が移動し、バンドパスフイ
ルタ6から得られる正弦波信号e6の位相が、像の
移動量、すなわち、コード板の変位に応じて、例
えば破線に示すようにだけシフトする。コード
板1が、透光スリツト11の配列ピツチの1ピツ
チP分だけ回転すると、正弦波信号e6の位相シフ
ト量は2πとなる。
したがつて、この位相のシフト量を測定する
ことによつて、コード板1に形成された透光スリ
ツト11の配列ピツチP以内の回転角度を求める
ことができる。
第4図は、このような位相シフト量測定回路の
一例を示す構成ブロツク図である。この回路はバ
ンドパスフイルタ6から得られる正弦波信号e6
位相を100〜1000程度内挿する動作をなすもので
ある。すなわち、正弦波信号e6を、帰還回路に
1/N(Nは分周比)分周器72を有したフエー
ズロツクドループ8(PLL)71に印加し、ここ
でN倍された信号fsigと、基準クロツク(この基
準クロツクはイメージセンサ4の駆動信号として
用いられる)feを同時パルス禁止回路8を通した
後、アツプダウンカウンタ9に与えるようにした
ものである。PLL71でN倍された信号fsigの周
波数がfeより高くなる方向(fe+Δf)へコード体
1が回転すると、アツプタウンカウンタ9はアツ
プカウントされ、また、fsigがfeより低くなる方
向(fc−Δf)へコード体1が回転すると、ダウン
カウントする。したがつて、アツプダウンカウン
タ9の出力から、位相シフト量、すなわちコード
板1の回転角を、例えば、分周比Nを1000とすれ
ば1Pの1/1000といつた高い分解能で内挿するこ
とができる。
このような構成の変位変換器は比較的簡単な構
成で、高分解能、高速応答性を有し、光源の強度
変化やイメージセンサを構成する素子の感度変化
等の影響を受けないという特徴を有するが、第2
図に示すようなスリツト形状の位相板を用いると
下記のように非直線誤差の問題を生じる。第5図
は前記スリツト孔21〜24のスリツト形状の場
合に、前記コード板1の変位に対して前記フオト
ダイオード41〜44のそれぞれから(異つた位
相で)出力される信号波形eDを示す特性曲線図で
ある。コード板1の変位θがピツチP増加する度
に同一の三角波の繰り返し波形aが現われる。こ
の三角波aはフーリエ級数展開すれば3θ,5θ
……に関する高調波成分を含んでいるので第3図
の正弦波信号e6のシフト量は変位θに正確に比
例せず、前記高調波成分の影響を受けた値とな
る。この結果上記の変位変換器では±1%の非直
線誤差を生じるという問題がある。
〔発明の目的〕
本発明はこのような問題点を解消するためにな
されたもので、上記の変位変換器において非直線
誤差を小さくすることを目的とする。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成するために本発明の要旨とす
るところは、所定ピツチで配列する複数個の透光
スリツトが形成されたコード板、このコード板の
透光スリツトに平行な光を投射させる光源、複数
分割したフオトダイオードとこの各フオトダイオ
ード上に設置され所定ピツチで配列するスリツト
孔を有した位相板と各フオトダイオードからの信
号を順次取り出すスイツチ手段とで構成されるイ
メージセンサ、このイメージセンサから得られる
信号から基本波成分を抽出するバンドパスフイル
タ、このバンドパスフイルタの出力信号と前記イ
メージセンサの駆動信号とを入力し前記基本波成
分の位相シフト量に基づいて前記コード体の変位
を求める位相測定手段を具備し、前記コード板の
変位に対応する前記フオトダイオードの出力信号
の変化が高周波成分の少ない波形となるように前
記位相板と前記コード板の少くともいずれか一方
のスリツト形状を構成したことを特徴とした変位
変換器に存する。
〔実施例〕
以下図面を用いて本発明をくわしく説明する。
第6図は、従来例で説明した第1図の変位変換
器において使用される位相板2のスリツト形状を
菱形にしたものを示す構成説明図である。第7図
はこのような構成の位相板を用いた場合に、前記
コード板1の変位に対して前記フオトダイオード
41〜44のそれぞれの出力が異つた位相で示す
信号波形eを表わした特性曲線図である。比較の
ために第5図の三角波形aも記載してある。信号
波形cにおいて、1ピツチ内の各範囲で曲線の方
程式は次のようになる。
0<θ<P/4:eD=4A/Pθ2 P/4<θ<P/2:eD=−4A/Pθ2+4Aθ−AP/
2 すなわち曲線eは三角波aに比べて、より高調
波が少なく正弦波に近い波形となつている。この
結果、このような位相板を第1図の変位変換器に
おいて使用すれば、第3図の正弦波信号e6のシフ
ト量は、高調波成分の影響が少なくなり、変位
変換器の非直線誤差が大幅に減少する。
第7図の波形cは三角波aに比べれば第5図の
正弦波bに近い形をしているが、正確には一致し
ていない。第5図の正弦波形bを生じるような位
相板のスリツト形状は複雑な関係の曲線となる
が、高調波成分を全く含まないので変位変換器の
非直線誤差を完全になくすことができる。したが
つて変位変換器の非直線誤差を減少させるために
は、第6図の菱形のスリツト形状に限らず、コー
ド板1の変位に対するダイオードの出力信号変化
の波形が第5図の正弦波bに近ずき、高調波成分
の少ない形となるような任意のスリツト形状を用
いることができる。
なお上記の実施例では位相板2のスリツト形状
のみを工夫した形としているが、コード板1の透
孔スリツト11の形状を工夫することによつても
同様の効果を得ることができる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、非直線誤差
の小さい変位変換器を容易に実現できる。また比
較的簡単な構成で、しかも高分解能、高速応答な
どの特長を備えている。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の一例を示す構成説明図、第
2図は第1図装置における位相板2の透光スリツ
トと4分割フオトダイオードの配列関係を示す
図、第3図は動作波形図、第4図は位相シフト量
測定回路の一例を示す構成ブロツク図、第5図は
コード板1の変位に対するフオトダイオードの出
力信号の変化を示す特性曲線図、第6図は本発明
の一実施例を示す構成説明図、第7図は特性曲線
図である。 1……コード板、11……透光スリツト、3…
…光源、4……イメージセンサ、41〜44……
4分割フオトダイオード、SW1〜SW4……スイ
ツチ、6……バンドパスフイルタ、θ……変位、
eD……フオトダイオードの出力信号。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 所定ピツチで配列する複数個の透光スリツト
    が形成されたコード板と、 このコード板の透光スリツトに平行な光を投射
    させる光源と、 複数分割したフオトダイオード、これらの各フ
    オトダイオードからの信号を所定のタイミングで
    順次取出すスイツチ手段とで構成されたイメージ
    センサと、 このイメージセンサの各フオトダイオード上に
    設置され所定ピツチで配列するスリツト孔を有し
    た位相板と、 前記イメージセンサから得られる前記スイツチ
    手段の駆動信号の基本波成分を抽出するバンドパ
    スフイルタと、 帰還回路に1/N(Nは分周比)の分周回路を
    有し、前記バンドパスフイルタからの信号が印加
    されるフエーズロツクドループ(PLL)と、 このPLLから出力される信号が与えられると
    共に、前記イメージセンサを駆動する信号が基準
    クロツクとして与えられるアツプダウンカウンタ
    とを備え、 前記コード板の変位に対応する前記フオトダイ
    オードの出力信号の変化が高調波成分の少ない波
    形となるように前記位相板と前記コード板の少く
    ともいずれか一方のスリツト形状が構成され、前
    記アツプダウンカウンタから前記コード板の変位
    に関連する信号を得ることを特徴とする変位変換
    器。
JP18359583A 1983-09-30 1983-09-30 変位変換器 Granted JPS6073418A (ja)

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JPS6073418A JPS6073418A (ja) 1985-04-25
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