JPH0651903A - エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 優れた分解能を有するエンコーダを提供す
ることを目的とする。 【構成】 エンコーダの回転板２に、３つの円を描く
ようにスリット４が設けられている。各円周上のスリッ
ト４はθ／３ずつずれている。フォトインタラプタ８の
３個の発光素子10a、10b、10cから対応する位置関係に
あるスリット４、受光素子12a、12b、12cに光が照射さ
れる。３個の受光素子12a、12b、12cからは相異なる位
相のパルス波が出力される。これらを合成して合成パル
ス波を得ると、パルス間隔は１／３になり、エンコーダ
の分解能が向上する。また、各円周上のスリット間隔は
必ずしも短くする必要がないため、受光素子の応答性を
損ねない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はエンコーダに関するも
のであり、特に、その分解能の向上に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】エンコーダとは、ある時刻に一入力のみ
が励起され、その入力が一組の出力を作り出す回路網ま
たはシステムをいい、符号器またはマトリックスとも呼
ばれる。

【０００３】エンコーダは、ハンドスキャナのイメージ
センサやパーソナルコンピュータのマウス等で使用され
ており、イメージセンサやマウスが一定距離進む毎にエ
ンコーダからパルスが出力され、これらの機器の移動距
離を算出する機能を果している。

【０００４】従来のエンコーダの概略を図面に基づいて
説明する。エンコーダには、回転板、および固定板が備
えられている。図９Ａのように、回転板２に複数のスリ
ット４が所定の間隔で、回転軸６を中心として円状に設
けられている。固定板３は、透明な樹脂板で、回転板２
上のスリット４と同じ形状および寸法を有する複数の黒
印５がスリット４と同間隔で印刷されている。回転板２
および固定板３を挟んで、回転板２のスリット４に向け
て光を照射する発光素子10とスリット４を通過した光を
受光してパルスを出力する受光素子12が各々１個ずつ設
けられている。エンコーダがパルスを出力する機構を説
明する。イメージセンサ等のエンコーダを有する機器が
操作されると、エンコーダの回転板２が回転軸６を中心
として回転する。また、これに応じて、発光素子10から
固定板３および回転板２を横切って受光素子12に達する
ように光が照射される。

【０００５】図９Ｂに示すように、照射光７はスリット
４または黒印５の幅よりも大きいビーム径を有する。こ
のため、照射光７が回転中の回転板２を横切る場合、回
転板２のスリット４が固定板３の黒印５に遮られている
間（図９Ｂの＜ロ＞）は、受光素子12に光が達しないた
めパルスが出力されない。回転板２が回転して、固定板
３の黒印５間の透明部分に回転板２のスリット４がある
時（図９Ｂの＜イ＞）に限り、照射光７がスリット４を
通過し、受光素子12に光が到達しパルスが出力される。
このようにして、受光素子12から図９Ｃに示すパルス波
が出力される。パルス数と機器の移動距離には規則性が
あるため、パルス数から機器の移動距離が算出できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
エンコーダには次のような問題があった。

【０００７】エンコーダの分解能を上げるためには、少
ない移動距離でパルスを発生させること、すなわち、パ
ルス間隔を短くすることが要求される。このためには、
できる限りスリット間の間隔を短くしスリットを接近さ
せる必要がある。しかしながら、スリットは同一の円周
上に設けられることから、スリット間の間隔を所定の限
度以下に短くすることは物理的に不可能で、エンコーダ
の分解能を上げるには限度があった。

【０００８】また、受光素子の応答性、特に高周波特性
の問題もある。仮にスリット間の間隔を短くすることが
可能であっても、スリット間隔が短かすぎると、受光素
子の応答遅延時間や高周波特性の影響によってパルスが
連続してしまい、エンコーダとして機能しなくなるとい
う問題があった。

【０００９】この発明は、上記のような問題を解決し
て、優れた分解能を有するエンコーダを提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１のエンコーダ
は、スリットを複数の同心円の円周上に設けるととも
に、前記複数の各同心円の円周上に配置されたスリット
に対応して発光手段、受光手段を複数設け、各発光手段
の出力を合成して最終出力を得ることを特徴とする。

【００１１】

【作用】請求項１のエンコーダでは、個々のスリットが
複数の同心円の円周上に設けられており、複数の発光手
段から照射された光がスリットを通過した後、それぞれ
対応する受光手段に受光されると、各受光手段毎に個別
の異なる位相を有するパルスが出力される。この後、異
なる位相のパルスを一つに合成して合成パルスを得て受
光手段からの最終出力とする。したがって、エンコーダ
のパルス間隔を短くすることができる。

【００１２】また、このエンコーダでは回転板上に設け
られる個々のスリットのスリット間の間隔を限度以上に
短くする必要がない。このため、受光手段での電気的応
答が充分になされ、個々のスリット通過光に対応した個
別のパルスが得られる。したがって、高周波特性を悪化
させることなくエンコーダパルスのパルス間隔を短くす
ることができる。

【００１３】

【実施例】この発明の一実施例によるエンコーダについ
て図面に基づいて説明する。エンコーダには、回転板お
よび固定板が備えられている。図１Ａに示すように、回
転板２に複数のスリット４が、回転軸６を中心として３
つの同心円を描くように設けられている（同心円の円周
を外側から順に円周C1、円周C2、円周C3とする）。ここ
で図１Ｂに示すように、円周C1において隣接する２個の
スリットS1、S4と回転軸６の回転中心９で構成される角
度をθとすると、スリットは円周毎にθ／３ずつずれる
ように設けられている。すなわち、円周C1上のスリット
S1からθ／３ずれた位置に円周C2上のスリットS2が、さ
らに円周C2上のスリットS2から同じ方向にθ／３ずれた
位置に円周C3上のスリットS3が設けられている。

【００１４】図２の固定板３は透明な樹脂板で、回転板
２上のスリット４と同じ形状および寸法を有する複数の
黒印５が、円周C1、C2、C3上の各スリット４と重ね合わ
せることができる間隔で印刷されている。

【００１５】また、図３に示すように、回転板２および
固定板３を挟むようにフォトインタラプタ８が置かれて
おり、フォトインタラプタ８には、固定板３を透過して
回転板２のスリットに向けて光を照射する発光手段であ
る発光素子10a、10b、10cとスリットを通過した光を受
光してパルスを出力する受光手段である受光素子12a、1
2b、12cが各々３個ずつ設けられている。

【００１６】発光素子10aから照射された光は、矢印14a
の進路に沿って円周C1上のスリットを横切り受光素子12
aで受光される。同様に、発光素子10bから照射された光
は、矢印14bの進路に沿って円周C2上のスリットを横切
って受光素子12bで、発光素子10cから照射された光は、
矢印14cの進路に沿って円周C3上のスリットを横切って
受光素子12cで受光される。

【００１７】エンコーダがパルスを出力する機構を説明
する。イメージセンサ等のエンコーダを有する機器が操
作されると、エンコーダの回転板２が回転軸６を中心と
して回転する。また、これに応じて、発光素子10a、10
b、10cから固定板３および回転板２を横切って各々対応
する受光素子12a、12b、12cに達するように光が照射さ
れる。

【００１８】照射光はスリット４または黒印５の幅より
も大きいビーム径を有する。このため、照射光が回転中
の回転板２を横切る場合、回転板２のスリット４が固定
板３の黒印５に遮られている間は、受光素子12a、12b、
12cに光が達しないためパルスが出力されない。回転板
２が回転して、固定板３の黒印５間の透明部分に回転板
２のスリット４がある時に限り、照射光がスリット４を
通過し、受光素子12a、12b、12cに光が到達しパルスが
出力される。

【００１９】このようにして、受光素子12aからは図４
Ａに示すパルス波が、受光素子12aからは図４Ｂに示す
パルス波が、受光素子12aからは図４Ｃに示すパルス波
が、それぞれ出力される。各円周上のスリット間隔は、
対応する受光素子の応答性（高周波特性）を損ねること
のない長さに設定されているため、受光素子内での電気
的応答が充分に行われ、個々のスリット通過光に対応し
た個別のパルスが得られる。

【００２０】フォトインタラプタ８の各受光素子12a、1
2b、12cから得られた上記の３種類のパルス波は合成さ
れて図４Ｄに示す一つの合成パルス波になる。この合成
パルス波がフォトインタラプタ８の最終出力である。図
５は、３種類のパルス波を合成するためのオア（ＯＲ）
回路の回路図である。各々の受光素子12a、12b、12cの
出力はそれぞれ入力端子20、22、24に入力され合成され
た後、出力端子26から最終出力である合成パルス波とし
て出力される。

【００２１】こうして得られた合成パルス波は個々のス
リット通過光に対応した個別のパルスを有し、しかも、
パルス間隔は合成前の各々のパルス波の１／３になって
いる。すなわち、このエンコーダでは受光素子の応答性
を損ねることなく、高い周波数を有するパルス波が得ら
れている。

【００２２】ところで、この実施例では複数個の受光素
子12a、12b、12cを使用しているため、次のような問題
が生じる。

【００２３】受光素子12a、12b、12cはそれぞれ受光し
てから出力を出すまでに遅延時間（ディレイ）を有して
いる。ところが、この遅延時間は各受光素子12a、12b、
12cで異なったものであり、同一ではない。このため、
各受光素子12a、12b、12cの出力パルスを合成した際に
パルス間隔が均等にならないという問題を生じる。

【００２４】そこで、この実施例では、実測の前に行う
テストモードを設けて、各受光素子12a、12b、12cの遅
延時間を等しくするようにしている。テストモードにお
いて用いる回路を図６に示す。テストモードにおいて
は、固定板３をスライドさせ、各受光素子12a、12b、12
cに同時に受光が行われるようにする。この状態で、発
光素子10a、10b、10cを同時に発光させる（図７Ａ参
照）。

【００２５】この時の受光素子12a、12b、12cの出力を
図７ＢのＸ１、Ｘ２、Ｘ３に示す。図から明らかなよう
に、受光素子12aの応答時間αと受光素子12bの応答時間
βと受光素子12cの応答時間γは異なっている。

【００２６】各出力Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は図６の入力端子
27、28、29に与えられ、インバータ30、32、34によって
反転される。すなわち、図７Ｃに示す信号ＩＮＶ１、Ｉ
ＮＶ２、ＩＮＶ３となる。各信号ＩＮＶ１、ＩＮＶ２、
ＩＮＶ３はナンド（ＮＡＮＤ）回路36に与えられている
ので、ＮＡＮＤ回路36の出力は図７Ｅに示すものとな
る。このナンド回路36の出力はアンド（ＡＮＤ）回路6
0、62、64の一方の入力に与えられている。また、アン
ド回路60、62、64の他方の入力には信号ＩＮＶ１、ＩＮ
Ｖ２、ＩＮＶ３が与えられる。したがって、各アンド回
路60、62、64からは、最も遅延の大きい素子（ここでは
受光素子12b）を基準とした他の受光素子（ここでは受
光素子12a、12c）との位相差が補正パルスΔＴ１、ΔＴ
３として出力される（図７Ｄ参照）。

【００２７】このようにして得られた補正パルスΔＴ
１、ΔＴ３は、アナログスイッチ38、42に与えられる。
したがって、アナログスイッチ38、42は補正パルスΔＴ
１、ΔＴ３が与えられている間だけオンになる。このた
め、コンデンサ44、48には補正パルスΔＴ１、ΔＴ３の
長さに応じた電圧が蓄積される。さらにこの電圧は、増
幅器50によって増幅されてコンデンサ54、58に蓄積され
る。いずれにしても、コンデンサ54、58には受光素子12
a、12cの遅延時間に対応した大きさの電圧Vg、Viが蓄積
される。

【００２８】次に、実測モードにおいてはこの電圧Vg、
Viを用いて下記のようにして遅延時間を均一にするよう
にしている。電圧Vg、Viは図８の遅延回路80、84の可変
容量ダイオード（バリキャップ）90、94に印加される。
したがって、遅延回路80、82、84は各受光素子12a、12
b、12cの遅延時間に対応した遅延動作を行う。これによ
り、オア回路98からは周期が均一な最終出力が得られ
る。

【００２９】なお、この実施例では、回転板および固定
板に設けられたスリット列は３列とし、これに対応する
発光素子および受光素子も３個ずつとしたが、それ以上
であっても良い。回転板および固定板に設ける同心円状
のスリット列をｍ列、これに対応する発光素子および受
光素子をそれぞれｍ個ずつとした場合、合成パルス波の
パルス間隔は合成前の各々のパルス波の１／ｍになる。

【００３０】

【発明の効果】請求項１のエンコーダでは、複数設けら
れた各受光手段毎に個別の異なる位相を有するパルスが
出力され、これらを一つに合成した合成パルスを受光手
段からの最終出力とするため、エンコーダのパルス間隔
を短くすることができる。

【００３１】また、回転板上に設けられたスリットの間
のスリット間隔が充分で、個々のスリット通過光に対応
した個別のパルスが得られるため、高周波特性が悪化し
ない。したがって、受光手段の応答性を損うことなくエ
ンコーダの分解能を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるエンコーダに備えら
れた回転板を示す図である。

【図２】この発明の一実施例によるエンコーダに備えら
れた固定板を示す図である。

【図３】この発明の一実施例によるエンコーダにおける
発光素子、受光素子、回転板、固定板の位置関係を示す
図である。

【図４】図３のエンコーダの各受光素子から得られるパ
ルス波およびそれらを合成した合成パルス波を示す図で
ある。

【図５】各受光素子から得られるパルス波を合成して合
成パルス波を得るための回路図である。

【図６】テストモードにおいて受光素子のディレイを補
正するための回路図である。

【図７】受光素子のディレイを補正する方法を説明する
ための図である。

【図８】実測モードにおいて受光素子のディレイを補正
するための回路図である。

【図９】従来のエンコーダを示す図である。

【符号の説明】

２・・・・・回転板 ３・・・・・固定板 ４・・・・・スリット ５・・・・・黒印 10a、10b、10c・・・発光素子 12a、12b、12c・・・受光素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円周上に配置されたスリットを有する回転
   板、回転板のスリットを挟んで対向する位置に設けられ
   た発光手段および受光手段を備えたエンコーダにおい
   て、前記スリットを複数の同心円の円周上に設けるとと
   もに、前記複数の各同心円の円周上に配置されたスリッ
   トに対応して発光手段、受光手段を複数設け、各受光手
   段の出力を合成して最終出力を得ることを特徴とするエ
   ンコーダ。