JPH05141991A - Photo-encoder - Google Patents

Photo-encoder

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JPH05141991A
JPH05141991A JP30360791A JP30360791A JPH05141991A JP H05141991 A JPH05141991 A JP H05141991A JP 30360791 A JP30360791 A JP 30360791A JP 30360791 A JP30360791 A JP 30360791A JP H05141991 A JPH05141991 A JP H05141991A
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JP
Japan
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light
light receiving
scale
photodiode
receiving lens
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP30360791A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Senzo Kutoku
千三 久徳
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Shinko Electric Co Ltd
Original Assignee
Shinko Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a photo-encoder having a small output voltage level fluctuation of a photo-diode at a low cost. CONSTITUTION:A light emitting diode 1 emitting light and a reflecting scale 2 arranged with reflection sections 2-1 reflecting light and nonreflection sections 2-2 reflecting no light in turn in the shift direction are provided. A photo-diode 3 outputting the voltage corresponding to the light quantity received on a light receiving face, a light receiving lens 4 arranged in front of the light receiving face, and a mask 6 arranged on the light receiving face of the photo-diode 3 and having an opening section with the size corresponding to the preset direction are provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、例えばリニアモータ
を用いた移動体の速度/位置検出に好適な光エンコーダ
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical encoder suitable for detecting speed / position of a moving body using a linear motor, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、図4に示すような光エンコー
ダが知られている。この光エンコーダは、直線走行する
移動体、例えば、リニアモータによって走行する搬送装
置の座標速度/位置を検出するものである。この図にお
いて、1は発光ダイオードであり、反射スケール2に投
光する。反射スケール2は、搬送装置の側面に設置さ
れ、光を乱反射する反射部2−1および光を反射しない
無反射部2−2を搬送装置の走行方向に対し交互に等間
隔配置したものである。3は反射スケール2によって反
射された光を受光するフォトダイオードである。フォト
ダイオード3のカソード端子には電源電圧が供給される
ので、アノード端子には受光量に比例する電圧が出力さ
れる。発光ダイオード1およびフォトダイオード3によ
って、投受光器が構成され、この投受光器は搬送装置の
走行路近傍に設置される。
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical encoder as shown in FIG. 4 has been known. This optical encoder detects the coordinate velocity / position of a moving body that travels in a straight line, for example, a transport device that travels by a linear motor. In this figure, reference numeral 1 is a light emitting diode, which projects light onto a reflective scale 2. The reflection scale 2 is installed on the side surface of the transporting device, and the reflecting portions 2-1 that diffusely reflect light and the non-reflecting portions 2-2 that do not reflect light are alternately arranged at equal intervals in the traveling direction of the transporting device. .. Reference numeral 3 is a photodiode that receives the light reflected by the reflection scale 2. Since the power supply voltage is supplied to the cathode terminal of the photodiode 3, a voltage proportional to the amount of received light is output to the anode terminal. The light emitting diode 1 and the photodiode 3 constitute a light emitting and receiving device, and the light emitting and receiving device is installed in the vicinity of the traveling path of the carrier device.

【0003】次に、この従来例の動作について説明す
る。搬送装置がリニアモータによって移動すると、発光
ダイオード1は、反射スケール2の反射部2−1および
無反射部2−2に対し交互に投光する。発光ダイオード
1が反射部2−1に投光した場合には、発光ダイオード
1から発せられた光は反射部2−1によって反射され、
フォトダイオード3によって受光される。したがって、
フォトダイオード3は、受光量に応じた電圧を出力す
る。また、発光ダイオード1が無反射部2−2に投光し
た場合には、発光ダイオード1から発せられた光は、無
反射部2−2によって反射されず、フォトダイオード3
によって受光されない。したがって、フォトダイオード
3は、電圧を出力しない。
Next, the operation of this conventional example will be described. When the transport device is moved by the linear motor, the light emitting diode 1 alternately projects light onto the reflective portion 2-1 and the non-reflective portion 2-2 of the reflective scale 2. When the light emitting diode 1 projects light to the reflecting section 2-1, the light emitted from the light emitting diode 1 is reflected by the reflecting section 2-1.
The light is received by the photodiode 3. Therefore,
The photodiode 3 outputs a voltage according to the amount of received light. Further, when the light emitting diode 1 projects light onto the non-reflecting portion 2-2, the light emitted from the light emitting diode 1 is not reflected by the non-reflecting portion 2-2 and the photodiode 3
Not received by. Therefore, the photodiode 3 does not output a voltage.

【0004】すなわち、搬送装置が移動した場合に、フ
ォトダイオード3は、搬送装置の移動速度に比例した周
波数のパルスを出力する。このパルスをカウントし、搬
送装置の移動方向を検出することによって、搬送装置の
相対的な座標の検出ができる。さらに、搬送装置の電源
オン時やリセット時に、そのときの搬送装置の座標をセ
ットすることによって、搬送装置の絶対的な座標を検出
することができる。そして、検出された座標を用いるこ
とによって、搬送装置の位置制御および速度制御を正確
に行うことができる。
That is, when the carrier device moves, the photodiode 3 outputs a pulse having a frequency proportional to the moving speed of the carrier device. By counting this pulse and detecting the moving direction of the carrier device, the relative coordinates of the carrier device can be detected. Further, when the power of the carrier device is turned on or reset, the coordinates of the carrier device at that time are set, whereby the absolute coordinates of the carrier device can be detected. Then, by using the detected coordinates, the position control and the speed control of the transfer device can be accurately performed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、搬送装置が
移動する場合に搬送装置には、軸受部のガタによって微
振動が生じるために、反射スケール2とフォトダイオー
ド3との距離、すなわちギャップが変動する。フォトダ
イオード3の受光量は、ギャップの2乗に反比例するの
で、ギャップが変動した場合には、フォトダイオード3
の受光量は著しく変化する。したがって、ギャップが変
動した場合には、フォトダイオード3の出力電圧は著し
く変化するので、パルスの正確なカウントができなくな
るという問題が生じた。このようなギャップ変動を防止
するには、搬送装置の軸受部にガタの少ないものを用い
たり、走行路を極めて平坦に形成しなければならない。
したがって、この場合には、システム全体の製作コスト
が高くなるという問題が生じる。
By the way, when the carrier device moves, slight vibration is generated in the carrier device due to looseness of the bearing portion. Therefore, the distance between the reflection scale 2 and the photodiode 3, that is, the gap, fluctuates. To do. Since the amount of light received by the photodiode 3 is inversely proportional to the square of the gap, when the gap changes, the photodiode 3
The amount of received light changes significantly. Therefore, when the gap changes, the output voltage of the photodiode 3 changes remarkably, which causes a problem that accurate counting of pulses cannot be performed. In order to prevent such a gap variation, it is necessary to use a bearing unit of the transfer device with little play or to form the traveling path extremely flat.
Therefore, in this case, there is a problem that the manufacturing cost of the entire system becomes high.

【0006】この発明は、上記問題に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、ギャップ変動が生じて
も、フォトダイオードの出力電圧レベルの変動を小とす
ることができる光エンコーダを低コストにて実現するこ
とにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to reduce the cost of an optical encoder that can reduce the fluctuation of the output voltage level of the photodiode even if the fluctuation of the gap occurs. It will be realized in.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するために、光を発する発光素子と受光面の受光量
に対応した電圧を出力する光電変換素子とからなる投受
光器と、反射部と無反射部とを交互に配置した反射スケ
ールとを備え、いずれか一方を移動体側に他方を地上側
に取り付けてなる光エンコーダにおいて、前記発光素子
によって発せられた光を前記反射スケールに投光する投
光レンズと、当該受光レンズおよび前記反射スケールの
距離に対応して前記反射スケールに投光された光像を前
記受光面上の異なる位置に結ばせる受光レンズと、前記
距離が大である場合には前記受光レンズからの光の透過
率が大となり、前記距離が小である場合には前記受光レ
ンズからの光の透過率が小となるように各部の透過率が
設定された光透過率抑制手段とを具備することを特徴と
する。
In order to solve the above problems, the present invention provides a light emitting and receiving device comprising a light emitting element for emitting light and a photoelectric conversion element for outputting a voltage corresponding to the amount of light received on a light receiving surface, In an optical encoder comprising a reflective scale in which a reflective portion and a non-reflective portion are alternately arranged, one of which is attached to the moving body side and the other to the ground side, the light emitted by the light emitting element to the reflective scale. A light projecting lens for projecting light, a light receiving lens for forming an optical image projected on the reflective scale at different positions on the light receiving surface corresponding to the distance between the light receiving lens and the reflective scale, and the distance is large. The transmittance of each part is set so that the light transmittance from the light receiving lens becomes large when the distance is small, and the light transmittance from the light receiving lens becomes small when the distance is small. Light transmission Characterized by comprising a suppressing means.

【0008】[0008]

【作用】上述した構成によれば、発光素子は反射スケー
ル上に光のスポットを照射し、受光レンズはこのスポッ
トを光電変換素子の受光面に結像させる。受光レンズに
よる像は、反射スケールと受光レンズとの距離に対応し
て光電変換素子の受光面位置が異なり、受光レンズによ
る像の光束の密度は、反射スケールと受光レンズとの距
離の2乗に反比例する。光透過率抑制手段は、受光レン
ズによる像の光量を制限して、ギャップ変動に伴う光電
変換素子への受光量の変化を小さくする。
According to the above structure, the light emitting element irradiates a spot of light on the reflection scale, and the light receiving lens forms an image of this spot on the light receiving surface of the photoelectric conversion element. In the image formed by the light receiving lens, the position of the light receiving surface of the photoelectric conversion element differs depending on the distance between the reflection scale and the light receiving lens, and the light flux density of the image formed by the light receiving lens is the square of the distance between the reflection scale and the light receiving lens. Inversely proportional. The light transmittance suppressing means limits the amount of light of the image by the light receiving lens to reduce the change in the amount of light received by the photoelectric conversion element due to the gap variation.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明による一実施例を図面を用いて
説明する。図1は、この実施例による光エンコーダの構
成を示す平面図である。この図における光エンコーダ
と、図4における従来の光エンコーダとの違いは、投光
レンズ4、受光レンズ5、およびマスク6を配置した点
である。以下、これらについて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the optical encoder according to this embodiment. The difference between the optical encoder in this figure and the conventional optical encoder in FIG. 4 is that the light projecting lens 4, the light receiving lens 5, and the mask 6 are arranged. These will be described below.

【0010】投光レンズ4は、その焦点に発光ダイオー
ドが位置するように配置され、発光ダイオード1から発
せられた光を平行光線にして、光のスポットを反射スケ
ール2上に作る。受光レンズ5は、反射スケール2とフ
ォトダイオード3の受光面前方に配置され、反射スケー
ル2上に作られた光のスポットをフォトダイオード3の
受光面に結像させるとともに、この像をギャップの大き
さに対応して受光面上に移動させる。
The light projecting lens 4 is arranged so that the light emitting diode is located at the focal point thereof, and the light emitted from the light emitting diode 1 is made into parallel light rays to form a light spot on the reflection scale 2. The light receiving lens 5 is arranged in front of the light receiving surfaces of the reflective scale 2 and the photodiode 3, and forms a spot of light formed on the reflective scale 2 on the light receiving surface of the photodiode 3 and also forms this image with a large gap. Correspondingly, it is moved onto the light receiving surface.

【0011】図2は、ギャップ変動による光路の違いを
説明するための平面図である。この図に示すように、受
光レンズ5による像は、ギャップが小さいときにフォト
ダイオード3の受光面に対し左側へ移動し、ギャップが
大きいときにフォトダイオード3の受光面に対し右側へ
移動する。このとき、像の光束の密度(単位面積あたり
の明るさ)は、ギャップの2乗に反比例する。
FIG. 2 is a plan view for explaining a difference in optical path due to gap variation. As shown in this figure, the image formed by the light receiving lens 5 moves to the left with respect to the light receiving surface of the photodiode 3 when the gap is small, and moves to the right with respect to the light receiving surface of the photodiode 3 when the gap is large. At this time, the density of the light flux of the image (brightness per unit area) is inversely proportional to the square of the gap.

【0012】マスク6は光を透過させる開口部を有し、
図3は、この開口部の形状を示す平面図である。この図
に示すように、開口部は所定方向に対応して変化し、受
光面右側では開口部が大きく、受光面左側では開口部が
小さくしてある。マスク6は、その所定方向と受光レン
ズ5による像の移動方向が一致するように、フォトダイ
オード3の受光面上に配置される。また、開口部の形状
は、計算によって、あるいは実験的に決定される。
The mask 6 has an opening for transmitting light,
FIG. 3 is a plan view showing the shape of this opening. As shown in this figure, the opening changes corresponding to a predetermined direction, and the opening is large on the right side of the light receiving surface and small on the left side of the light receiving surface. The mask 6 is arranged on the light receiving surface of the photodiode 3 so that the predetermined direction of the mask 6 and the moving direction of the image by the light receiving lens 5 coincide with each other. Also, the shape of the opening is determined by calculation or experimentally.

【0013】次に、上述した実施例の動作について説明
する。搬送装置の座標検出の動作は、図3における従来
の光エンコーダと基本的に同じであるので、ここでは、
投光レンズ4、受光レンズ5、およびマスク6による動
作について説明する。発光ダイオード1から発せられた
光は、投光レンズ4によって平行光線となり、反射スケ
ール2上に光のスポットとなって投光される。この光の
スポットは、受光レンズ5によってフォトダイオード2
の受光面上に結像される。
Next, the operation of the above embodiment will be described. Since the operation of detecting the coordinates of the carrier device is basically the same as that of the conventional optical encoder in FIG. 3, here,
The operation of the light projecting lens 4, the light receiving lens 5, and the mask 6 will be described. The light emitted from the light emitting diode 1 is collimated by the light projecting lens 4 and is projected as a light spot on the reflection scale 2. This light spot is formed by the light receiving lens 5 on the photodiode 2
An image is formed on the light receiving surface of.

【0014】上述したように、ギャップ小における受光
レンズ5による像は、フォトダイオード3の受光面に対
し左側へ移動し、その光束密度は高くなる。また、ギャ
ップ大における受光レンズ5による像は、フォトダイオ
ード3の受光面に対し右側へ移動し、その光束の密度は
小さくなる。開口部は、受光面左側では小さく、受光面
右側では大きい。したがって、光束密度が高い場合、開
口部が狭いので、受光レンズ5による像は絞られる。ま
た、光束密度が低い場合、開口部が広いので、受光レン
ズ5による像は多く取り入れられる。結果的に、発光ダ
イオード1が反射スケール2の反射部2−1に投光した
場合には、フォトダイオード3の受光量の変動は、ギャ
ップの変動に係わらず小となり、フォトダイオード3の
出力電圧レベル変動も小となる。
As described above, the image formed by the light-receiving lens 5 with a small gap moves to the left with respect to the light-receiving surface of the photodiode 3, and its luminous flux density increases. Further, the image formed by the light-receiving lens 5 with a large gap moves to the right side with respect to the light-receiving surface of the photodiode 3, and the density of the light flux decreases. The opening is small on the left side of the light receiving surface and large on the right side of the light receiving surface. Therefore, when the light flux density is high, the aperture is narrow, and the image formed by the light receiving lens 5 is narrowed down. Further, when the light flux density is low, the aperture is wide, so that a large number of images can be taken by the light receiving lens 5. As a result, when the light emitting diode 1 projects light onto the reflection part 2-1 of the reflection scale 2, the variation in the amount of light received by the photodiode 3 becomes small regardless of the variation in the gap, and the output voltage of the photodiode 3 is reduced. Level fluctuations are also small.

【0015】なお、上述した実施例では、発光ダイオー
ド1およびフォトダイオード3によって構成される投受
光器を搬送装置の走行路近傍に、反射スケール2を搬送
装置に設置したが、投受光器を搬送装置に、反射スケー
ル2を搬送装置の走行路に沿って設置しても良い。ま
た、上述した実施例では、マスク6の開口部によって、
フォトダイオード3の受光量の変動を小とするようにし
たが、所定方向に対し透過率の変化するフィルターによ
って、受光量の変動を小とするようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the light emitter / receiver constituted by the light emitting diode 1 and the photodiode 3 is installed in the vicinity of the traveling path of the carrier device, and the reflection scale 2 is installed in the carrier device. The reflective scale 2 may be installed in the device along the traveling path of the transport device. Further, in the above-described embodiment, the opening of the mask 6 allows
Although the fluctuation of the amount of light received by the photodiode 3 is small, the fluctuation of the amount of light received may be small by using a filter whose transmittance changes in a predetermined direction.

【0016】[0016]

【発明の効果】光電変換素子の受光量は、マスク6によ
ってギャップ変動が生じても一定になるので、フォトダ
イオードの出力電圧レベルの変動を小とすることができ
る光エンコーダを低コストにて実現することができる。
Since the amount of light received by the photoelectric conversion element is constant even if the mask 6 causes a gap variation, an optical encoder capable of reducing the variation in the output voltage level of the photodiode is realized at a low cost. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を適用した光エンコーダの構成を示す平
面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of an optical encoder to which the present invention has been applied.

【図2】ギャップ変動による光路の違いを説明するため
の平面図である。
FIG. 2 is a plan view for explaining a difference in optical path due to a gap change.

【図3】マスク6の開口形状を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an opening shape of a mask 6.

【図4】従来の光エンコーダの構成を示す平面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view showing a configuration of a conventional optical encoder.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 発光ダイオード(発光素子) 2 反射スケール 3 フォトダイオード(光電変換素子) 4 投光レンズ 5 受光レンズ 6 マスク(光透過率抑制手段) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emitting diode (light emitting element) 2 Reflection scale 3 Photodiode (photoelectric conversion element) 4 Light emitting lens 5 Light receiving lens 6 Mask (light transmittance suppressing means)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光を発する発光素子と受光面の受光量に
対応した電圧を出力する光電変換素子とからなる投受光
器と、反射部と無反射部とを交互に配置した反射スケー
ルとを備え、いずれか一方を移動体側に他方を地上側に
取り付けてなる光エンコーダにおいて、 前記発光素子によって発せられた光を前記反射スケール
に投光する投光レンズと、 当該受光レンズおよび前記反射スケールの距離に対応し
て前記反射スケールに投光された光像を前記受光面上の
異なる位置に結ばせる受光レンズと、 前記距離が大である場合には前記受光レンズからの光の
透過率が大となり、前記距離が小である場合には前記受
光レンズからの光の透過率が小となるように各部の透過
率が設定された光透過率抑制手段とを具備することを特
徴とする光エンコーダ。
1. A light emitting and receiving device comprising a light emitting element that emits light and a photoelectric conversion element that outputs a voltage corresponding to the amount of light received on a light receiving surface, and a reflective scale in which reflective portions and non-reflective portions are alternately arranged. In an optical encoder comprising one of the moving body side and the other mounted on the ground side, a light projecting lens for projecting light emitted by the light emitting element to the reflecting scale, and a light receiving lens and the reflecting scale. A light-receiving lens for forming an optical image projected on the reflection scale at different positions on the light-receiving surface corresponding to a distance; and a large transmittance of light from the light-receiving lens when the distance is large. The optical encoder is provided with a light transmittance suppressing unit in which the transmittance of each part is set so that the light transmittance from the light receiving lens becomes small when the distance is small. ..
JP30360791A 1991-11-19 1991-11-19 Photo-encoder Withdrawn JPH05141991A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI447357B (en) * 2009-11-20 2014-08-01 Everlight Electronics Co Ltd Reflective type optical encoder

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI447357B (en) * 2009-11-20 2014-08-01 Everlight Electronics Co Ltd Reflective type optical encoder

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