JPH06341858A - Optical displacement detection apparatus - Google Patents

Optical displacement detection apparatus

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Publication number
JPH06341858A
JPH06341858A JP15622993A JP15622993A JPH06341858A JP H06341858 A JPH06341858 A JP H06341858A JP 15622993 A JP15622993 A JP 15622993A JP 15622993 A JP15622993 A JP 15622993A JP H06341858 A JPH06341858 A JP H06341858A
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JP
Japan
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pair
light receiving
slits
slit
light
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Pending
Application number
JP15622993A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Takagi
正明 高木
Nobuhiko Hosohata
伸彦 細畠
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Nidec Copal Corp
Original Assignee
Nidec Copal Corp
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Publication date
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Publication of JPH06341858A publication Critical patent/JPH06341858A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To correct the detection error of an optical displacement detection apparatus. CONSTITUTION:This optical displacement detection apparatus is provided with a disk 1 in which one pair of slits 3a, 3b have been formed and fixed light sources 4a, 4b which emit the incident light on the disk 1 are provided. In addition, one pair of fixed photodetectors 5a, 5b are contained so as to correspond to the pair of slits 3a, 3b. The photodetector 5a is provided with a long light-detecting face 6a arranged along the movement track of an optical spot 7a which has passed the slit 3a, and it outputs differential detection signals Xa, Ya corresponding to the light-receiving position of the optical spot 7a. In the same manner, the other photodetector 5b outputs one pair of differential detection signals Xb, Yb. The optical spot 7a from the slit 3a on one side and the optical spot 7b from the slit 3b on the other side are moved in mutually opposite directions along the respectively corresponding long light-receiving faces 6a, 6b. A processing circuit 8 processes the detection signals Xa, Ya, Xb, Yb which have been output from both fixed photodetectors 5a, 5b, it outputs displacement information on the disk 1, and it removes an error based on the displacement of the slits on basis of the displacement information.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光学式変位検出装置に関
する。より詳しくは、移動体の表面に形成されたスリッ
トの位置ズレによる検出誤差を補正する構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical displacement detecting device. More specifically, the present invention relates to a structure for correcting a detection error due to a positional deviation of a slit formed on the surface of a moving body.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から様々な形式の光学式変位検出装
置が知られている。例えば、特開昭60−225024
号公報には螺旋状スリットが形成された回転円盤を利用
した構造が開示されている。図9に示す様に、この構造
の光学式回転変位検出装置は、回転軸101を中心にし
て回転可能に円盤102が取り付けられている。円盤1
02は金属等の遮光材料からなり、その表面には回転中
心から周方向に沿って、螺旋状のスリット103が形成
されている。円盤102の上面には入射光を照射する光
源(図示せず)が固定配置されている。又、円盤102
を介して光源と正対する位置に受光素子104が固定配
置されている。受光素子104は円盤102の径方向に
沿って配置された長手受光面105を備えており、円盤
102の回転に伴なって径方向に移動する螺旋状スリッ
ト103からの透過光スポット106を受光し、回転変
位の検出信号を出力する。
2. Description of the Related Art Conventionally, various types of optical displacement detection devices have been known. For example, JP-A-60-225024
The publication discloses a structure using a rotating disk having spiral slits. As shown in FIG. 9, in the optical rotational displacement detection device having this structure, a disc 102 is attached so as to be rotatable around a rotary shaft 101. Disk 1
Reference numeral 02 denotes a light-shielding material such as metal, and a spiral slit 103 is formed on the surface thereof along the circumferential direction from the center of rotation. A light source (not shown) that radiates incident light is fixedly arranged on the upper surface of the disk 102. Also, the disc 102
The light receiving element 104 is fixedly arranged at a position directly facing the light source via. The light receiving element 104 has a longitudinal light receiving surface 105 arranged along the radial direction of the disc 102, and receives a transmitted light spot 106 from the spiral slit 103 that moves in the radial direction as the disc 102 rotates. , Outputs a rotational displacement detection signal.

【0003】図10に円盤102の回転角と検出信号出
力との関係を示す。円盤102の回転に伴なって螺旋状
スリット103を透過する光スポット106は長手形状
の受光面105に沿って移動する。受光素子は光スポッ
トの受光位置に応じた検出信号を出力する。例えば、受
光素子としてPSD等の一次元位置検出素子を用いた場
合、受光面における光スポットの重心位置に対応した検
出信号を出力する。何等誤差要因を含まない場合、回転
角と検出信号はリニアな関係になる。
FIG. 10 shows the relationship between the rotation angle of the disc 102 and the detection signal output. As the disc 102 rotates, the light spot 106 that passes through the spiral slit 103 moves along the light receiving surface 105 having a long shape. The light receiving element outputs a detection signal according to the light receiving position of the light spot. For example, when a one-dimensional position detecting element such as PSD is used as the light receiving element, a detection signal corresponding to the position of the center of gravity of the light spot on the light receiving surface is output. When no error factor is included, the rotation angle and the detection signal have a linear relationship.

【0004】同様な原理に基く光学式直線変位検出装置
も知られており、例えば特開昭62−63816号公報
に開示されている。図11に示す様に、光学式直線変位
検出装置は直線変位可能な移動板201を利用してい
る。移動板201は金属等の遮光材料からなり、その表
面には変位方向に斜行して、直線状のスリット202が
形成されている。移動部材201の上面側には入射光を
照射する光源(図示せず)が固定配置されている。又、
移動板201の下面側には光源と正対する位置に受光素
子203が固定配置されている。受光素子203は移動
板201の変位方向に直交して配置された長手形状の受
光面204を備えており、移動板201の直線変位に伴
なって直交方向に移動するスリット202からの透過光
スポットを受光し、直線変位の検出信号を出力する。図
から明らかな様に、直線変位量と検出信号出力はリニア
な関係にある。
An optical linear displacement detector based on the same principle is also known, and is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-63816. As shown in FIG. 11, the optical linear displacement detection device uses a movable plate 201 capable of linear displacement. The moving plate 201 is made of a light-shielding material such as metal, and a linear slit 202 is formed on the surface thereof so as to be inclined in the displacement direction. A light source (not shown) that emits incident light is fixedly arranged on the upper surface side of the moving member 201. or,
A light receiving element 203 is fixedly arranged on the lower surface side of the moving plate 201 at a position facing the light source. The light receiving element 203 is provided with a long-shaped light receiving surface 204 arranged orthogonal to the displacement direction of the moving plate 201, and a transmitted light spot from the slit 202 that moves in the orthogonal direction along with the linear displacement of the moving plate 201. Is received, and a linear displacement detection signal is output. As is clear from the figure, the linear displacement amount and the detection signal output have a linear relationship.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述した光学式変位検
出装置は回転型及び直線型の何れであっても、基本的に
1本のスリットと対応する1個の受光素子とから構成さ
れている。検出精度を高める為にはスリットと受光素子
の相対的位置関係を精密に設定する必要がある。しかし
ながら、様々な誤差要因により相対的な位置ズレを完全
に除去する事は困難である。例えば、回転型の場合回転
軸に対する螺旋状スリットの偏心を完全に除去する事は
困難である。この為、何等対策を施さないと検出信号に
偏心誤差が含まれるという課題がある。又、直線型につ
いてもスリットと受光素子との相対的な位置関係にはズ
レが生じる。例えば移動板が直線変位する時直交方向の
ガタが生じると検出信号に大きな誤差が含まれる事にな
り解決すべき課題となっている。
The above-mentioned optical displacement detection device, whether of the rotary type or the linear type, is basically composed of one slit and one corresponding light receiving element. . In order to improve the detection accuracy, it is necessary to precisely set the relative positional relationship between the slit and the light receiving element. However, it is difficult to completely remove the relative positional deviation due to various error factors. For example, in the case of the rotary type, it is difficult to completely remove the eccentricity of the spiral slit with respect to the rotation axis. Therefore, there is a problem that the eccentricity error is included in the detection signal if no measures are taken. In addition, even in the linear type, the relative positional relationship between the slit and the light receiving element is deviated. For example, when the movable plate is linearly displaced and rattling occurs in the orthogonal direction, a large error is included in the detection signal, which is a problem to be solved.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決する為、本発明は回転円盤の偏心や直線移動板
のガタによる位置ズレ等を吸収可能な補償構造を提供す
る事を目的とする。かかる目的を達成する為に以下の手
段を講じた。即ち、本発明にかかる光学式変位検出装置
は基本的な構成要素として移動部材と、固定光源と、固
定受光素子と、処理回路とを備えている。移動部材の表
面には所定のスリットが形成されている。固定光源は該
移動部材に入射光を照射する。受光素子は該スリットを
透過した光スポットの移動軌跡に沿って配置された長手
受光面を備え、該光スポットの受光位置に応じた検出信
号を出力する。処理回路は該検出信号を処理して該移動
部材の変位情報を出力する。本発明の特徴事項として、
光学式変位検出装置は一対のスリット及び対応する一対
の固定受光素子を含んでいる。一方のスリットからの光
スポットと他方のスリットからの光スポットは夫々対応
する長手受光面に沿って互いに相補的な方向に移動す
る。該処理回路は両固定受光素子から出力された検出信
号を処理して前記移動体の変位情報からスリットの位置
ズレに基く誤差を除去する補正手段を含む。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a compensating structure capable of absorbing the eccentricity of a rotating disk and the displacement of a linear moving plate due to backlash. And The following measures have been taken in order to achieve this object. That is, the optical displacement detection device according to the present invention includes a moving member, a fixed light source, a fixed light receiving element, and a processing circuit as basic components. A predetermined slit is formed on the surface of the moving member. The fixed light source irradiates the moving member with incident light. The light receiving element is provided with a longitudinal light receiving surface arranged along the movement trajectory of the light spot that has passed through the slit, and outputs a detection signal according to the light receiving position of the light spot. The processing circuit processes the detection signal and outputs displacement information of the moving member. As a feature of the present invention,
The optical displacement detection device includes a pair of slits and a corresponding pair of fixed light receiving elements. The light spot from one slit and the light spot from the other slit move in mutually complementary directions along the corresponding longitudinal light receiving surfaces. The processing circuit includes correction means for processing the detection signals output from both fixed light receiving elements to remove an error based on the positional deviation of the slit from the displacement information of the moving body.

【0007】本発明の一態様によれば、前記移動部材は
回転する円盤からなる。又、前記一対のスリットは夫々
周方向に沿って形成されている。さらに、前記一対の固
定受光素子は各々径方向に沿って配置された長手受光面
を有し、差動的に変化する内側及び外側検出信号を出力
する。なお、内側検出信号は長手受光面の内側から出力
される信号を意味し、外側検出信号は逆に長手受光面の
外側から出力される信号を意味する。両検出信号は光ス
ポットの受光位置に応じて差動的に変化する。加えて、
前記補正手段は一対の固定受光素子から出力された内側
検出信号同志及び外側検出信号同志を夫々加算する事を
特徴とする。具体的には、前記一対のスリットは該円盤
の回転軸に関し対称的に配置された同形状の螺旋状スリ
ットである。あるいは前記一対のスリットは該円盤の回
転軸に関し対称的な位置に一部重複して設けられた曲率
の異なる螺旋状スリットであっても良い。さらには、前
記一対のスリットは該円盤の回転軸に関し片面側に並列
配置された曲率の異なる螺旋状スリットでも良い。この
場合には、前記固定光源は該一対のスリットを共通に照
射する事ができる。
According to one aspect of the present invention, the moving member comprises a rotating disk. The pair of slits are formed along the circumferential direction. Further, each of the pair of fixed light receiving elements has a long light receiving surface arranged along the radial direction, and outputs the inner and outer detection signals which are differentially changed. The inside detection signal means a signal output from the inside of the longitudinal light receiving surface, and the outside detection signal conversely means a signal output from the outside of the longitudinal light receiving surface. Both detection signals change differentially according to the light receiving position of the light spot. in addition,
The correction means adds the inner detection signal and the outer detection signal output from the pair of fixed light receiving elements, respectively. Specifically, the pair of slits are spiral slits of the same shape that are symmetrically arranged with respect to the rotation axis of the disk. Alternatively, the pair of slits may be spiral slits having different curvatures that are partially overlapped with each other at symmetrical positions with respect to the rotation axis of the disk. Further, the pair of slits may be spiral slits having different curvatures arranged in parallel on one side with respect to the rotation axis of the disc. In this case, the fixed light source can irradiate the pair of slits in common.

【0008】[0008]

【作用】本発明にかかる光学式変位検出装置は一対のス
リット及び対応する一対の固定受光素子を備えた点に特
徴がある。一対のスリットは偏心やガタ等の位置ズレに
対して相補的な関係にあり、一方のスリットからの光ス
ポットと他方のスリットからの光スポットは夫々対応す
る長手受光面に沿って互いに相反する方向に移動する。
従って、両固定受光素子から出力された検出信号は互い
に逆方向の誤差成分を含む。両検出信号を処理する事に
より誤差を相殺可能とし、変位情報からスリットの位置
ズレに基く誤差を除去する事ができる。
The optical displacement detecting device according to the present invention is characterized in that it has a pair of slits and a corresponding pair of fixed light receiving elements. The pair of slits have a complementary relationship to the positional deviation such as eccentricity or backlash, and the light spot from one slit and the light spot from the other slit are in opposite directions along the corresponding longitudinal light-receiving surface. Move to.
Therefore, the detection signals output from both fixed light receiving elements include error components in opposite directions. The error can be canceled by processing both detection signals, and the error based on the positional deviation of the slit can be removed from the displacement information.

【0009】[0009]

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図1は本発明にかかる光学式変位検出
装置の第1実施例を示す模式的な斜視図であり、回転検
出を行なうものである。金属等の遮光性材料からなる円
盤1は回転軸2に固着されており回転変位可能である。
この回転軸2は図示しない検出対象物に接続されてい
る。円盤1の表面には中心から周方向に沿って徐々に拡
大する螺旋状のスリット3a,3bが一対形成されてい
る。これらのスリット3a,3bは金属等の遮光性材料
からなる円盤1をエッチングする事により形成できる。
あるいは、これに代えて透明ガラス板からなる円盤の表
面にマスクを介して金属等の遮光材料を真空蒸着し螺旋
状のスリットパタンを形成しても良い。さらには、光学
樹脂材料を射出成形し円筒レンズの帯状スリットパタン
を形成しても良い。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing a first embodiment of an optical displacement detection device according to the present invention, which detects rotation. A disk 1 made of a light-shielding material such as metal is fixed to a rotary shaft 2 and can be rotationally displaced.
The rotary shaft 2 is connected to a detection target (not shown). A pair of spiral slits 3a, 3b is formed on the surface of the disk 1 and gradually expands from the center along the circumferential direction. These slits 3a and 3b can be formed by etching the disk 1 made of a light-shielding material such as metal.
Alternatively, instead of this, a light-shielding material such as metal may be vacuum-deposited on the surface of a disk made of a transparent glass plate through a mask to form a spiral slit pattern. Further, an optical resin material may be injection-molded to form the band-shaped slit pattern of the cylindrical lens.

【0010】円盤1の上方片面側には例えばLED等か
らなる光源4aが固定配置されている。この光源4aは
その表面に固着された投光レンズを介して略平行な光を
円盤1の表面片側に照射する。一方円盤1の下方には光
源4aと整合して受光素子5aが固定配置されている。
その表面に設けられた受光面6aは円盤1の径方向に沿
った長手形状を有する。円盤1の回転変位に伴なって螺
旋状スリット3aを透過した光スポット7aは径方向に
移動し受光面6aにより受光される。受光素子5aは例
えばPSD等の一次元位置検出素子からなり、一対の出
力端子に検出信号Xa,Yaを出力する。径方向内側端
子から出力された内側検出信号Xaと径方向外側端子か
ら出力された外側検出信号Yaは光スポット7aの受光
位置に応じて差動的に変化する。この検出信号Xa,Y
aは処理回路8に入力される。
A light source 4a made of, for example, an LED is fixedly arranged on one side of the upper side of the disk 1. The light source 4a emits substantially parallel light to one side of the surface of the disk 1 through a light projecting lens fixed to the surface thereof. On the other hand, below the disk 1, a light receiving element 5a is fixedly arranged in alignment with the light source 4a.
The light receiving surface 6a provided on the surface has a longitudinal shape along the radial direction of the disk 1. Along with the rotational displacement of the disk 1, the light spot 7a that has passed through the spiral slit 3a moves in the radial direction and is received by the light receiving surface 6a. The light receiving element 5a is composed of, for example, a one-dimensional position detecting element such as PSD, and outputs the detection signals Xa and Ya to a pair of output terminals. The inner detection signal Xa output from the radially inner terminal and the outer detection signal Ya output from the radially outer terminal differentially change according to the light receiving position of the light spot 7a. This detection signal Xa, Y
a is input to the processing circuit 8.

【0011】同様に、円盤1の他の片側上方にも光源4
bが固定配置されている。円盤1の下方にはこの光源4
bと整合して受光素子5bが固定配置されている。その
表面に設けられた受光面6bは円盤1の径方向に沿った
長手形状を有する。円盤1の回転変位に伴なって螺旋状
スリット3bからの光スポット7bは径方向に移動し長
手受光面6bにより受光される。この受光素子5bもP
SD等の一次元位置検出素子からなり、一対の出力端子
に内側検出信号Xb及び外側検出信号Ybを出力する。
光スポット7bの受光位置に応じて差動的に変化する一
対の検出信号Xb,Ybは前述した処理回路8に入力さ
れる。処理回路8は入力された4個の検出信号Xa,Y
a,Xb,Ybを処理して円盤1の変位情報を表わす出
力が得られる。この処理回路8は円盤1の回転変位情報
からスリット3a,3bの位置ズレに基く誤差を除去す
る補正手段を含んでいる。具体的には、この補正手段は
一対の固定受光素子5a,5bから出力された内側検出
信号Xa,Xb同志及び外側検出信号Ya,Yb同志を
夫々加算処理して偏心誤差を相殺する様にしている。
Similarly, the light source 4 is provided above the other side of the disk 1.
b is fixedly arranged. Below the disk 1, this light source 4
The light receiving element 5b is fixedly arranged so as to match with b. The light-receiving surface 6b provided on the surface has a longitudinal shape along the radial direction of the disk 1. Along with the rotational displacement of the disk 1, the light spot 7b from the spiral slit 3b moves in the radial direction and is received by the longitudinal light receiving surface 6b. This light receiving element 5b is also P
It is composed of a one-dimensional position detection element such as SD, and outputs an inner detection signal Xb and an outer detection signal Yb to a pair of output terminals.
The pair of detection signals Xb and Yb, which differentially change according to the light receiving position of the light spot 7b, are input to the processing circuit 8 described above. The processing circuit 8 receives the four input detection signals Xa, Y
By processing a, Xb and Yb, an output representing the displacement information of the disk 1 is obtained. The processing circuit 8 includes correction means for removing an error based on the positional deviation of the slits 3a and 3b from the rotational displacement information of the disk 1. Specifically, the correction means adds the inner detection signals Xa, Xb and the outer detection signals Ya, Yb output from the pair of fixed light receiving elements 5a, 5b to cancel the eccentricity error. There is.

【0012】図2は、図1に示した一対の螺旋状スリッ
ト3a,3bのパタン形状を示す模式的な平面図であ
る。図示する様に、一方のスリット3aはR=aθ+R
0 で表わされる螺旋形状を有している。なお、本発明は
この数式で表わされる厳密な螺旋形状に限られるもので
はなく、周方向に沿って徐々に拡大してゆく螺旋形状に
類するものであれば良い。なお、上記数式中θは円盤1
の回転角を表わし、aは曲率を表わす係数であり、R0
は定数である。他方のスリット3bはR=a(θ−π)
+R0 で表わされる螺旋形状を有している。従って、本
例では一対のスリット3a,3bは回転軸2の中心Pに
関し対称的に配置された同形状の螺旋状スリットであ
る。
FIG. 2 is a schematic plan view showing the pattern shape of the pair of spiral slits 3a and 3b shown in FIG. As shown in the figure, one slit 3a has R = aθ + R
It has a spiral shape represented by 0 . It should be noted that the present invention is not limited to the strict spiral shape represented by this mathematical expression, but may be any spiral shape that gradually expands along the circumferential direction. In the above formula, θ is the disk 1
Represents a rotation angle of a, a is a coefficient representing curvature, and R 0
Is a constant. The other slit 3b has R = a (θ−π)
It has a spiral shape represented by + R 0 . Therefore, in this example, the pair of slits 3 a and 3 b are spiral slits of the same shape that are symmetrically arranged with respect to the center P of the rotation shaft 2.

【0013】円盤1が例えば矢印で示す様に時計方向に
回転すると一方の光スポット7aは長手受光面6aに沿
って径方向外側に移動する。この時他方の光スポット7
bは長手受光面6bに沿って同じく径方向外側に移動す
る。この様に、一対の光スポット7a,7bは互いに相
反する方向に移動する。今、仮に偏心誤差があるとし、
螺旋状スリット3aのR0 の値が他の螺旋状スリット3
bのR0 の値より大きい場合を考える。この時には一方
の外側検出信号Yaに正の誤差が現われ、他方の外側検
出信号Ybに負の誤差が現われる。従って、両外側検出
信号Ya,Ybを加算処理する事により、正負の誤差が
互いに相殺される。同様に、両内側検出信号Xa,Xb
を互いに加算処理する事により、偏心誤差が除かれる。
これらの加算結果をY,Xとすると、両者の差分をとる
事により誤差が除かれた回転変位情報を得る事ができ
る。なお、図から明らかな様に、回転角の検出範囲は各
螺旋状スリットの抜き角φに応じて決まっており、本例
では両螺旋状スリット3a,3bが同一形状を有するの
で重複は不可能であり180°以下の比較的狭い検出角
範囲となっている。
When the disk 1 is rotated clockwise as shown by an arrow, for example, one light spot 7a moves radially outward along the longitudinal light receiving surface 6a. At this time, the other light spot 7
Similarly, b moves radially outward along the longitudinal light receiving surface 6b. In this way, the pair of light spots 7a and 7b move in opposite directions. Now, if there is an eccentricity error,
The value of R 0 of the spiral slit 3a is different from that of the other spiral slits 3a.
Consider the case where it is larger than the value of R 0 of b. At this time, a positive error appears in one outer detection signal Ya and a negative error appears in the other outer detection signal Yb. Therefore, by adding both outer detection signals Ya and Yb, the positive and negative errors cancel each other out. Similarly, both inside detection signals Xa and Xb
The eccentricity error is removed by adding the values to each other.
If these addition results are Y and X, it is possible to obtain the rotational displacement information from which the error is removed by taking the difference between the two. As is apparent from the figure, the detection range of the rotation angle is determined according to the draft angle φ of each spiral slit, and in this example, both spiral slits 3a and 3b have the same shape, and therefore overlapping is not possible. And is a relatively narrow detection angle range of 180 ° or less.

【0014】図3は一対の螺旋状スリット3a,3bの
他のパタン例を示す模式的な平面図である。本例では一
方の螺旋状スリット3aはR=aθ+R1 で表わされ
る。他方の螺旋状スリット3bはR=b(θ−π)+R
2 で表わされる。螺旋状スリット3aの曲率を表わす係
数aは他の螺旋状スリット3bの曲率を表わす係数bよ
りも大きい。又、螺旋状スリット3aの定数R1 は他の
螺旋状スリット3bの定数R2 よりも大きい。従って、
一対のスリット3a,3bは円盤1の回転軸2に関し対
称的な位置に一部重複して設ける事ができ、各スリット
の抜き角φを180°より大きくできる。従って、検出
角範囲は図2の例よりも大きく設定する事が可能であ
る。
FIG. 3 is a schematic plan view showing another pattern example of the pair of spiral slits 3a and 3b. In this example, one of the spiral slits 3a is represented by R = aθ + R 1 . The other spiral slit 3b has R = b (θ−π) + R
It is represented by 2 . The coefficient a representing the curvature of the spiral slit 3a is larger than the coefficient b representing the curvature of the other spiral slits 3b. The constant R 1 of the spiral slit 3a is larger than the constant R 2 of the other spiral slits 3b. Therefore,
The pair of slits 3a and 3b can be partially overlapped with each other at symmetrical positions with respect to the rotation axis 2 of the disk 1, and the draft angle φ of each slit can be larger than 180 °. Therefore, the detection angle range can be set larger than that in the example of FIG.

【0015】図4は、一対の螺旋状スリット3a,3b
のさらに他のパタン例を示す模式的な平面図である。本
例では一対のスリット3a,3bは円盤1の回転軸2に
関し片面側に並列配置された曲率の異なる螺旋形状を有
する。従って、対応する受光面6a,6bも片側に配置
可能であり、単一の固定光源(図示せず)を用いて一対
のスリットを共通に照射する事ができるという利点があ
る。これに対し、図2及び図3に示した先の例では一対
の受光素子が回転軸2に対して互いに反対側に配置され
ている為、固定光源も分離せざるを得ない。本例では一
方の螺旋状スリット3aはR=aθ+R1 で表わされ、
他方の螺旋状スリット3bはR=−bθ+R2 で表わさ
れる。一方の螺旋状スリット3aに対して他方の螺旋状
スリット3bは曲率が小さく且つ逆向きとなっている。
例えば矢印で示す様に円盤1が時計方向に回転すると一
方の光スポット7aは受光面6aに沿って径方向外側に
移動し、他方の光スポット7bは受光面6bに沿って径
方向内側に移動する。両光スポット7a,7bの移動方
向は互いに相反し、先の例と同様である。但し、螺旋状
スリット3bについては螺旋方向が逆向きであるので、
これに対応して内側検出信号Xbと外側検出信号Ybの
関係は径方向に関し逆転している。本例においても、一
方の受光面6aの外側検出信号Yaに正の偏心誤差が含
まれると、他方の受光面6bの外側検出信号Ybには負
の偏心誤差が現われる。従って、両方の外側検出信号Y
a,Ybを加算する事により正負偏心誤差が互いに相殺
できる。内側検出信号Xa,Xbについても同様であ
る。
FIG. 4 shows a pair of spiral slits 3a and 3b.
FIG. 11 is a schematic plan view showing still another pattern example of FIG. In this example, the pair of slits 3a and 3b have spiral shapes with different curvatures arranged in parallel on one side with respect to the rotation axis 2 of the disk 1. Therefore, the corresponding light-receiving surfaces 6a and 6b can also be arranged on one side, and there is an advantage that a pair of slits can be commonly irradiated by using a single fixed light source (not shown). On the other hand, in the previous examples shown in FIGS. 2 and 3, since the pair of light receiving elements are arranged on the opposite sides of the rotary shaft 2, the fixed light source has to be separated. In this example, one spiral slit 3a is represented by R = aθ + R 1 ,
The other spiral slit 3b is represented by R = -bθ + R 2. The other spiral slit 3b has a small curvature and is opposite to the one spiral slit 3a.
For example, when the disk 1 rotates clockwise as indicated by the arrow, one light spot 7a moves radially outward along the light receiving surface 6a, and the other light spot 7b moves radially inward along the light receiving surface 6b. To do. The movement directions of the two light spots 7a and 7b are opposite to each other and are the same as in the previous example. However, with respect to the spiral slit 3b, since the spiral direction is opposite,
Correspondingly, the relationship between the inner detection signal Xb and the outer detection signal Yb is reversed in the radial direction. Also in this example, when the outside detection signal Ya of the one light receiving surface 6a includes a positive eccentricity error, a negative eccentricity error appears in the outside detection signal Yb of the other light receiving surface 6b. Therefore, both outside detection signals Y
Positive and negative eccentricity errors can be canceled by adding a and Yb. The same applies to the inside detection signals Xa and Xb.

【0016】図5は本発明にかかる光学式変位検出装置
の第2実施例を示す模式的な平面図であり、直線型に適
用したものである。図示する様に、移動板11は所定の
直線軸20に沿って直線変位する。移動板11の表面に
は直線軸20に対して斜行し且つ互いに対称的な一対の
直線スリット13a,13bが形成されている。又、直
線軸20と直交する方向に沿って長手受光面16a,1
6bを有する一対の受光素子が固定配置されている。こ
の一対の受光素子を照射する様に固定光源(図示せず)
が配置されている。矢印で示す様に直線移動板11が右
方向に直線変位すると一方の光スポット17aは直交方
向内側に移動する。同様に、他方の光スポット17bも
直交方向内側に移動する。従って、両光スポット17
a,17bは互いに相反する方向に移動する。今、仮に
直交方向にガタが発生すると、例えば一方の受光面16
aの外側検出信号Yaには正の誤差が現われ、他方の受
光面16bの外側検出信号Ybには負の誤差が現われ
る。両外側検出信号Ya,Ybを互いに加算処理する事
により、正負誤差成分は相殺され、正味の外側検出信号
Yが得られる。内側検出信号Xa,Xbについても同様
であり、加算処理を行なう事により正負誤差成分が相殺
された正味の内側検出信号Xが得られる。これらの検出
信号の差分Y−Xを演算する事により移動板11の直線
変位情報が得られる。
FIG. 5 is a schematic plan view showing a second embodiment of the optical displacement detecting apparatus according to the present invention, which is applied to a linear type. As shown, the moving plate 11 is linearly displaced along a predetermined linear axis 20. On the surface of the movable plate 11, a pair of linear slits 13a and 13b that are oblique to the linear axis 20 and are symmetrical to each other are formed. In addition, the longitudinal light receiving surfaces 16a, 1a are arranged along the direction orthogonal to the linear axis 20.
A pair of light receiving elements having 6b are fixedly arranged. A fixed light source (not shown) to illuminate this pair of light receiving elements
Are arranged. When the linear moving plate 11 is linearly displaced rightward as shown by the arrow, one light spot 17a moves inward in the orthogonal direction. Similarly, the other light spot 17b also moves inward in the orthogonal direction. Therefore, both light spots 17
a and 17b move in opposite directions. Now, if backlash occurs in the orthogonal direction, for example, one light receiving surface 16
A positive error appears in the outer detection signal Ya of a, and a negative error appears in the outer detection signal Yb of the other light receiving surface 16b. By adding the two outer detection signals Ya and Yb to each other, the positive and negative error components are canceled out, and the net outer detection signal Y is obtained. The same applies to the inside detection signals Xa and Xb. By performing addition processing, a net inside detection signal X in which positive and negative error components are canceled out is obtained. The linear displacement information of the moving plate 11 can be obtained by calculating the difference Y-X of these detection signals.

【0017】図6は、図1に示した処理回路8の具体的
な構成例を示す模式的な回路ブロック図である。図示す
る様に、一方の受光素子5aから出力された内側検出信
号Xaと他方の受光素子5bから出力された内側検出信
号Xbは増幅器A1により互いに加算増幅され誤差の除
去された内側検出信号Xが得られる。同様に、一方の受
光素子5aの外側検出信号Yaと他方の受光素子5bの
外側検出信号Ybは増幅器A2により互いに加算増幅さ
れ誤差の除去された外側検出信号Yが得られる。これら
一対の検出信号X,Yは差動増幅器A3により差分処理
され、円盤1の回転情報を表わす出力Y−Xが得られ
る。なお、一対の検出信号X,Yの加算結果X+Yは自
動光量制御器APCに入力され、光源4a,4bの発光
量を一定に制御する。
FIG. 6 is a schematic circuit block diagram showing a specific configuration example of the processing circuit 8 shown in FIG. As shown in the figure, the inner detection signal Xa output from one light receiving element 5a and the inner detection signal Xb output from the other light receiving element 5b are summed and amplified by an amplifier A1 to obtain an inner detection signal X from which an error is removed. can get. Similarly, the outer detection signal Ya of the one light receiving element 5a and the outer detection signal Yb of the other light receiving element 5b are additively amplified by the amplifier A2 to obtain the outer detection signal Y from which the error is removed. The pair of detection signals X and Y are subjected to difference processing by the differential amplifier A3, and an output Y-X representing rotation information of the disc 1 is obtained. The addition result X + Y of the pair of detection signals X and Y is input to the automatic light amount controller APC, and the light emission amounts of the light sources 4a and 4b are controlled to be constant.

【0018】図7は偏心と検出誤差との関係を示す幾何
図である。図示する様に螺旋状スリット3はR=aθ+
0 で表わされている。この螺旋の中心Sと円盤1の回
転中心Pとの間には偏心δが含まれる。図の幾何学的な
関係から明らかな様に、光スポット7の位置を表わす半
径距離rと螺旋距離Rとの間にはr2 =R2 +δ2 +2
Rδcosθの関係がある。又、rの動径角ωとRの動
径角θとの間にはRcosθ=rcosω−δの関係が
ある。上記3個の関係式からrとωの関係r=f(ω)
を解析的に導く事は可能である。r=f(ω)の関係式
にはδが含まれ、これを解析する事により偏心δと位置
誤差との関係を明らかにする事ができる。
FIG. 7 is a geometrical diagram showing the relationship between the eccentricity and the detection error. As shown in the drawing, the spiral slit 3 has R = aθ +
It is represented by R 0 . An eccentricity δ is included between the center S of the spiral and the rotation center P of the disk 1. As is apparent from the geometrical relationship in the figure, r 2 = R 2 + δ 2 +2 between the radial distance r representing the position of the light spot 7 and the spiral distance R.
There is a relationship of Rδcosθ. Further, there is a relation of Rcos θ = rcos ω−δ between the radius vector angle ω of r and the radius vector angle θ of R. From the above three relational expressions, the relation between r and ω r = f (ω)
Can be derived analytically. The relational expression of r = f (ω) includes δ, and by analyzing this, the relation between the eccentricity δ and the position error can be clarified.

【0019】図8にそのシミュレーション結果を示す。
このグラフは横軸に回転角をとり、縦軸に位置誤差をと
ってある。この位置誤差は理想出力に対する実際の出力
の差を%単位で表わしたものである。なお、このシミュ
レーションに用いられた螺旋状スリットはR=3θ/π
+9で表わされる。単位はmmであり、120°の回転変
位で光スポットは約2mm移動する。カーブAは1個の螺
旋状スリットと1個の受光素子を採用した場合で偏心δ
が0.2mmの時の誤差をシミュレートしたものである。
グラフから明らかな様に、偏心により6%程度の誤差が
生じる。カーブBは同じく1個の螺旋状スリットと1個
の受光素子を組み合わせた場合で偏心δは0.1mmであ
る。この時にも約3%程度の誤差が生じる。一方カーブ
Cは2個の螺旋状スリットと2個の受光素子を組み合わ
せて用いた場合であり、パラメータである偏心δは0.
2mmに設定されている。本発明に従って偏心補正を行な
うと誤差は0.1%以下まで改善できる。
FIG. 8 shows the simulation result.
In this graph, the horizontal axis represents the rotation angle and the vertical axis represents the position error. This position error represents the difference between the actual output and the ideal output in%. The spiral slit used in this simulation is R = 3θ / π
It is represented by +9. The unit is mm, and the rotational displacement of 120 ° moves the light spot by about 2 mm. Curve A shows eccentricity δ when one spiral slit and one light receiving element are adopted.
Is a simulation of the error when is 0.2 mm.
As is clear from the graph, eccentricity causes an error of about 6%. The curve B is also the case where one spiral slit and one light receiving element are combined, and the eccentricity δ is 0.1 mm. At this time, an error of about 3% occurs. On the other hand, the curve C is a case where two spiral slits and two light receiving elements are used in combination, and the eccentricity δ which is a parameter is 0.
It is set to 2 mm. By performing the eccentricity correction according to the present invention, the error can be improved to 0.1% or less.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、一
対のスリット及び対応する一対の固定受光素子を組み合
わせる事により、両固定受光素子から出力された検出信
号を処理して変位情報からスリットの位置ズレに基く誤
差を除去する事が可能になるという効果が得られる。特
に回転変位検出に応用した場合移動部材の偏心による誤
差を除去できる。又、直線変位検出に応用した場合移動
部材のガタに起因す誤差を除去する事が可能である。
As described above, according to the present invention, by combining a pair of slits and a corresponding pair of fixed light receiving elements, the detection signals output from both fixed light receiving elements are processed to obtain displacement information. It is possible to obtain an effect that it becomes possible to remove an error due to the positional deviation of the slit. Especially when applied to the rotational displacement detection, the error due to the eccentricity of the moving member can be eliminated. Further, when applied to linear displacement detection, it is possible to eliminate an error caused by the backlash of the moving member.

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

【図1】本発明にかかる光学式変位検出装置の第1実施
例を示す模式的な斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a first embodiment of an optical displacement detection device according to the present invention.

【図2】一対のスリットのパタン例を示す平面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view showing an example of a pattern of a pair of slits.

【図3】一対のスリットの他のパタン例を示す平面図で
ある。
FIG. 3 is a plan view showing another pattern example of a pair of slits.

【図4】一対のスリットのさらに他のパタン例を示す平
面図である。
FIG. 4 is a plan view showing still another pattern example of a pair of slits.

【図5】本発明にかかる光学式変位検出装置の第2実施
例を示す平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing a second embodiment of the optical displacement detection device according to the present invention.

【図6】図1に示した光学式変位検出装置に含まれる処
理回路の具体的な構成例を示すブロック図である。
6 is a block diagram showing a specific configuration example of a processing circuit included in the optical displacement detection apparatus shown in FIG.

【図7】回転円盤の偏心と位置誤差との関係を示す幾何
図である。
FIG. 7 is a geometric diagram showing the relationship between the eccentricity of the rotating disk and the position error.

【図8】偏心と位置誤差との関係と示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the relationship between eccentricity and position error.

【図9】従来の光学式回転変位検出装置の一例を示す平
面図である。
FIG. 9 is a plan view showing an example of a conventional optical rotational displacement detection device.

【図10】図9に示した光学式回転変位検出装置の回転
角と出力との関係を示すグラフである。
10 is a graph showing the relationship between the rotation angle and the output of the optical rotary displacement detection device shown in FIG.

【図11】従来の光学式直線変位検出装置の一例を示す
平面図である。
FIG. 11 is a plan view showing an example of a conventional optical linear displacement detection device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 円盤 2 回転軸 3a スリット 3b スリット 4a 光源 4b 光源 5a 受光素子 5b 受光素子 6a 受光面 6b 受光面 7a 光スポット 7b 光スポット 8 処理回路 1 disk 2 rotation axis 3a slit 3b slit 4a light source 4b light source 5a light receiving element 5b light receiving element 6a light receiving surface 6b light receiving surface 7a light spot 7b light spot 8 processing circuit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定のスリットが形成された移動部材
と、該移動部材に入射光を照射する固定光源と、該スリ
ットを透過した光スポットの移動軌跡に沿って配置され
た長手受光面を備え該光スポットの受光位置に応じた検
出信号を出力する固定受光素子と、該検出信号を処理し
て該移動部材の変位情報を出力する処理回路とからなる
光学式変位検出装置において、 一対のスリット及び対応する一対の固定受光素子を含ん
でおり、一方のスリットからの光スポットと他方のスリ
ットからの光スポットは夫々対応する長手受光面に沿っ
て互いに相補的な方向に移動し、 該処理回路は両固定受光素子から出力された検出信号を
処理して前記移動体の変位情報からスリットの位置ズレ
に基く誤差を除去する補正手段を含む事を特徴とする光
学式変位検出装置。
1. A moving member having a predetermined slit formed therein, a fixed light source for irradiating the moving member with incident light, and a longitudinal light-receiving surface arranged along a moving locus of a light spot transmitted through the slit. An optical displacement detection device comprising a fixed light receiving element that outputs a detection signal according to the light receiving position of the light spot, and a processing circuit that processes the detection signal and outputs displacement information of the moving member. And a corresponding pair of fixed light receiving elements, the light spot from one slit and the light spot from the other slit move in complementary directions along the corresponding longitudinal light receiving surface, The optical displacement detection device is characterized in that it includes correction means for processing the detection signals output from both the fixed light receiving elements to remove the error based on the positional deviation of the slit from the displacement information of the moving body. Apparatus.
【請求項2】 前記移動部材は回転する円盤からなり、
前記一対のスリットは夫々周方向に沿って形成されてお
り、前記一対の固定受光素子は各々径方向に沿って配置
された長手受光面を有し差動的に変化する内側及び外側
検出信号を出力し、前記補正手段は一対の固定受光素子
から出力された内側検出信号同志及び外側検出信号同志
を夫々加算する事を特徴とする請求項1記載の光学式変
位検出装置。
2. The moving member comprises a rotating disk,
Each of the pair of slits is formed along the circumferential direction, and each of the pair of fixed light receiving elements has a longitudinal light receiving surface arranged along the radial direction. 2. The optical displacement detection device according to claim 1, wherein the correction means adds the inner detection signal and the outer detection signal output from the pair of fixed light receiving elements.
【請求項3】 前記一対のスリットは、該円盤の回転軸
に関し対称的に配置された同形状の螺旋状スリットであ
る事を特徴とする請求項2記載の光学式変位検出装置。
3. The optical displacement detection device according to claim 2, wherein the pair of slits are spiral slits of the same shape that are symmetrically arranged with respect to the rotation axis of the disk.
【請求項4】 前記一対のスリットは、該円盤の回転軸
に関し対称的な位置に一部重複して設けられた曲率の異
なる螺旋状スリットである事を特徴とする請求項2記載
の光学式変位検出装置。
4. The optical system according to claim 2, wherein the pair of slits are spiral slits having different curvatures, which are partially overlapped at symmetrical positions with respect to the rotation axis of the disk. Displacement detection device.
【請求項5】 前記一対のスリットは、該円盤の回転軸
に関し片面側に並列配置された曲率の異なる螺旋状スリ
ットであり、前記固定光源は、該一対のスリットを共通
に照射するものである事を特徴とする請求項2記載の光
学式変位検出装置。
5. The pair of slits are spiral slits arranged in parallel on one side with respect to the rotation axis of the disc and having different curvatures, and the fixed light source irradiates the pair of slits in common. The optical displacement detection device according to claim 2, wherein
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09236451A (en) * 1996-02-28 1997-09-09 Copal Co Ltd Optical potentiometer
JP2010210316A (en) * 2009-03-09 2010-09-24 Yaskawa Electric Corp Optical encoder
JP2012002592A (en) * 2010-06-15 2012-01-05 Canon Inc Rotary encoder
JP2012181020A (en) * 2011-02-28 2012-09-20 Canon Inc Optical encoder

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