JPH08219811A - 光学式ロータリーエンコーダ - Google Patents
光学式ロータリーエンコーダInfo
- Publication number
- JPH08219811A JPH08219811A JP2020095A JP2020095A JPH08219811A JP H08219811 A JPH08219811 A JP H08219811A JP 2020095 A JP2020095 A JP 2020095A JP 2020095 A JP2020095 A JP 2020095A JP H08219811 A JPH08219811 A JP H08219811A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- slit
- light
- opening
- mask
- rotary encoder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】スリットミスを起こさない範囲で光源の開口部
数を増やして光量振幅を増大させることができ、高分解
能で高精度の測定が行える光学式ロータリーエンコーダ
を実現することにある。 【構成】発光源と、発光源の出力光を拡散させる拡散板
と、拡散板の出力光を通過させる窓部として輪郭が正弦
波または正弦波に近似した波形（またはそれらの波形の
半周期）を上下に折り返した形状の開口が等しいピッチ
で複数個配列されたマスクと、マスクの窓部を通過した
光を通過させるスリット部と遮光部とが円周上に交互に
配列されたコード板と、コード板を通過した光を受光す
る受光アレイとで構成された光学式ロータリーエンコー
ダにおいて、前記コード板のスリットの中心位置までの
半径をｒ、スリットの長さをａとしたとき、前記マスク
の開口部の数Ｎを、次式で規定することを特徴とするも
の。 Ｎ≦（２ｒ／ａ）−１
数を増やして光量振幅を増大させることができ、高分解
能で高精度の測定が行える光学式ロータリーエンコーダ
を実現することにある。 【構成】発光源と、発光源の出力光を拡散させる拡散板
と、拡散板の出力光を通過させる窓部として輪郭が正弦
波または正弦波に近似した波形（またはそれらの波形の
半周期）を上下に折り返した形状の開口が等しいピッチ
で複数個配列されたマスクと、マスクの窓部を通過した
光を通過させるスリット部と遮光部とが円周上に交互に
配列されたコード板と、コード板を通過した光を受光す
る受光アレイとで構成された光学式ロータリーエンコー
ダにおいて、前記コード板のスリットの中心位置までの
半径をｒ、スリットの長さをａとしたとき、前記マスク
の開口部の数Ｎを、次式で規定することを特徴とするも
の。 Ｎ≦（２ｒ／ａ）−１
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学式ロータリーエンコ
ーダに関し、詳しくは、高分解能化に関するものであ
る。
ーダに関し、詳しくは、高分解能化に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】拡散光学系を用いた光学式ロータリーエ
ンコーダにおいて、分解能を高くするためにスリットピ
ッチを微細にすると、相対的にスリットを通過する光源
の開口部の幅が狭くなって光量が減少し、Ｓ／Ｎ比が低
下して分解能が上がらなくなるという問題がある。
ンコーダにおいて、分解能を高くするためにスリットピ
ッチを微細にすると、相対的にスリットを通過する光源
の開口部の幅が狭くなって光量が減少し、Ｓ／Ｎ比が低
下して分解能が上がらなくなるという問題がある。
【０００３】そこで、このようにスリットピッチを微細
にした場合の光量不足対策として、本発明の出願人は、
特願平2-190951号(特開平3-128418号)や特願平3-248083
号(特開平5-87593号)で、光源の開口部を複数個等しい
ピッチで並べることを提案している。図１はこのような
光学式ロータリーエンコーダの構成概念図である。図１
において、１は発光源であり、例えば発光ダイオードが
用いられる。この発光源１の出力光はある光束を持って
いる。２は拡散板であり、発光源１の出力光を拡散する
ためのものである。一般に発光ダイオードを発光源１と
して用いた場合には点光源として扱われるが、拡散板２
との距離を調節することによってマスク３の開口部３１
の範囲を一様に照射する光束にすることができる。マス
ク３には正弦波（余弦波と見ることもできる）の半周期
を上下に折り返した形状の輪郭を有する複数個（図１で
は５個）の開口部３１が等しいピッチＰＬで配列されて
いる。なお、図ではマスク３と拡散板２は離れた状態で
配置されるかのように描いているが、通常は拡散板２と
密着するように配置される。マスク３の開口部３１を通
過した光はコード板４に照射される。コード板４には、
光を遮蔽する遮蔽部４ａと光を通過させるスリット４ｂ
とが交互に配置されている。５は受光アレイであって、
コード板４の裏側に生じる正弦波照度分布の１周期を４
等分するように４つの光電変換素子がピッチＰＰで配列
されている。
にした場合の光量不足対策として、本発明の出願人は、
特願平2-190951号(特開平3-128418号)や特願平3-248083
号(特開平5-87593号)で、光源の開口部を複数個等しい
ピッチで並べることを提案している。図１はこのような
光学式ロータリーエンコーダの構成概念図である。図１
において、１は発光源であり、例えば発光ダイオードが
用いられる。この発光源１の出力光はある光束を持って
いる。２は拡散板であり、発光源１の出力光を拡散する
ためのものである。一般に発光ダイオードを発光源１と
して用いた場合には点光源として扱われるが、拡散板２
との距離を調節することによってマスク３の開口部３１
の範囲を一様に照射する光束にすることができる。マス
ク３には正弦波（余弦波と見ることもできる）の半周期
を上下に折り返した形状の輪郭を有する複数個（図１で
は５個）の開口部３１が等しいピッチＰＬで配列されて
いる。なお、図ではマスク３と拡散板２は離れた状態で
配置されるかのように描いているが、通常は拡散板２と
密着するように配置される。マスク３の開口部３１を通
過した光はコード板４に照射される。コード板４には、
光を遮蔽する遮蔽部４ａと光を通過させるスリット４ｂ
とが交互に配置されている。５は受光アレイであって、
コード板４の裏側に生じる正弦波照度分布の１周期を４
等分するように４つの光電変換素子がピッチＰＰで配列
されている。
【０００４】このような構成において、マスク３の各開
口部３１からの光は、それぞれコード板４の別のスリッ
ト４ｂを通って受光アレイ５に入射する。ここで、受光
アレイ５に入射する光の分布はスリット４ｂの角度に対
応し、方向性の異なる多数の光の明暗縞が受光アレイ５
上に重なることになる。
口部３１からの光は、それぞれコード板４の別のスリッ
ト４ｂを通って受光アレイ５に入射する。ここで、受光
アレイ５に入射する光の分布はスリット４ｂの角度に対
応し、方向性の異なる多数の光の明暗縞が受光アレイ５
上に重なることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
スリットピッチを微細にした場合の光量不足対策として
光源のマスクの開口部を複数個等しいピッチで並べる
と、次のような問題が出てくる。すなわち、受光アレイ
５の方向性に合うのはマスク３の中心の開口部３１から
の光のみで、両側の開口部３１からの光分布の方向性は
端に行くほど受光アレイ５の方向性に対してねじれてし
まう。光がねじれる結果、受光アレイ５で検出される光
電流の直流分は増えるものの、交流成分である光量振幅
の増大が得られなくなる。
スリットピッチを微細にした場合の光量不足対策として
光源のマスクの開口部を複数個等しいピッチで並べる
と、次のような問題が出てくる。すなわち、受光アレイ
５の方向性に合うのはマスク３の中心の開口部３１から
の光のみで、両側の開口部３１からの光分布の方向性は
端に行くほど受光アレイ５の方向性に対してねじれてし
まう。光がねじれる結果、受光アレイ５で検出される光
電流の直流分は増えるものの、交流成分である光量振幅
の増大が得られなくなる。
【０００６】このように光量振幅を増大させるためにマ
スク３の開口部３１の数を増やしても、開口部３１の数
に見合った光電流振幅の増大が得られず、光電流の直流
分が増えて後段の電子回路の負担を増大させたり、初期
位相の乱れを生じてスリットミスを起こす恐れなどがあ
り、マスク３の開口部３１の数の取り方によっては高分
解能のエンコーダが実現できない場合がある。
スク３の開口部３１の数を増やしても、開口部３１の数
に見合った光電流振幅の増大が得られず、光電流の直流
分が増えて後段の電子回路の負担を増大させたり、初期
位相の乱れを生じてスリットミスを起こす恐れなどがあ
り、マスク３の開口部３１の数の取り方によっては高分
解能のエンコーダが実現できない場合がある。
【０００７】本発明はこのような従来の問題点を解決す
るものであって、その目的は、スリットミスを起こさな
い範囲で光源の開口部数を増やして光量振幅を増大させ
ることができ、高分解能で高精度の測定が行える光学式
ロータリーエンコーダを実現することにある。
るものであって、その目的は、スリットミスを起こさな
い範囲で光源の開口部数を増やして光量振幅を増大させ
ることができ、高分解能で高精度の測定が行える光学式
ロータリーエンコーダを実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の光学式ロータリ
ーエンコーダは、発光源と、発光源の出力光を拡散させ
る拡散板と、拡散板の出力光を通過させる窓部として輪
郭が正弦波または正弦波に近似した波形（またはそれら
の波形の半周期）を上下に折り返した形状の開口が等し
いピッチで複数個配列されたマスクと、マスクの窓部を
通過した光を通過させるスリット部と遮光部とが円周上
に交互に配列されたコード板と、コード板を通過した光
を受光する受光アレイとで構成された光学式ロータリー
エンコーダにおいて、前記コード板のスリットの中心位
置までの半径をｒ、スリットの長さをａとしたとき、前
記マスクの開口部の数Ｎを、次式で規定することを特徴
とする。
ーエンコーダは、発光源と、発光源の出力光を拡散させ
る拡散板と、拡散板の出力光を通過させる窓部として輪
郭が正弦波または正弦波に近似した波形（またはそれら
の波形の半周期）を上下に折り返した形状の開口が等し
いピッチで複数個配列されたマスクと、マスクの窓部を
通過した光を通過させるスリット部と遮光部とが円周上
に交互に配列されたコード板と、コード板を通過した光
を受光する受光アレイとで構成された光学式ロータリー
エンコーダにおいて、前記コード板のスリットの中心位
置までの半径をｒ、スリットの長さをａとしたとき、前
記マスクの開口部の数Ｎを、次式で規定することを特徴
とする。
【０００９】Ｎ≦（２ｒ／ａ）−１
【００１０】
【作用】本発明におけるマスクの開口部の数は、光量振
幅を減少させない最大数に制限される。これにより、ス
リットミスを起こさない範囲で光源の開口部数を増やし
て光量振幅を増大させることができ、高分解能で高精度
の測定が行える光学式ロータリーエンコーダを実現でき
る。
幅を減少させない最大数に制限される。これにより、ス
リットミスを起こさない範囲で光源の開口部数を増やし
て光量振幅を増大させることができ、高分解能で高精度
の測定が行える光学式ロータリーエンコーダを実現でき
る。
【００１１】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。基本的な構成は図１と同様なので、図１を用いて本
発明を説明する。本発明におけるマスク３の開口部３１
の数Ｎは次式によって規定される。 Ｎ≦（２ｒ／ａ）−１ ここで、ｒはコード板４のスリット４ｂの中心位置まで
の半径、ａはスリットの長さとする。
る。基本的な構成は図１と同様なので、図１を用いて本
発明を説明する。本発明におけるマスク３の開口部３１
の数Ｎは次式によって規定される。 Ｎ≦（２ｒ／ａ）−１ ここで、ｒはコード板４のスリット４ｂの中心位置まで
の半径、ａはスリットの長さとする。
【００１２】コード板４のスリットピッチＰは、スリッ
ト数をＳとして直線にみなすことにより、 Ｐ＝２πｒ／Ｓ になる。また、光源部とコード板４と受光アレイ５の位
置関係は互いに平行であり、開口部３１のピッチをＰ
Ｌ、光電変換素子のピッチをＰＰ、コード板４と光源部
との距離をＤＬ、コード板４と受光アレイ５の距離をＤ
Ｐとすると、 ＰＬ＝Ｐ＊（ＤＬ＋ＤＰ）／ＤＰ ＰＰ＝Ｐ＊（ＤＬ＋ＤＰ）／ＤＬ になる。
ト数をＳとして直線にみなすことにより、 Ｐ＝２πｒ／Ｓ になる。また、光源部とコード板４と受光アレイ５の位
置関係は互いに平行であり、開口部３１のピッチをＰ
Ｌ、光電変換素子のピッチをＰＰ、コード板４と光源部
との距離をＤＬ、コード板４と受光アレイ５の距離をＤ
Ｐとすると、 ＰＬ＝Ｐ＊（ＤＬ＋ＤＰ）／ＤＰ ＰＰ＝Ｐ＊（ＤＬ＋ＤＰ）／ＤＬ になる。
【００１３】このような構成の動作を説明する。各開口
部３１の出力光は、それぞれ別のスリットを通って１つ
の光電変換素子に入射する。例えば中心の開口部からＭ
番目の開口部の出力光は中心のスリットからＭ番目のス
リットを通って中心の光電変換素子に入射し、この光分
布のねじれは３６０°＊Ｍ／Ｓになる。
部３１の出力光は、それぞれ別のスリットを通って１つ
の光電変換素子に入射する。例えば中心の開口部からＭ
番目の開口部の出力光は中心のスリットからＭ番目のス
リットを通って中心の光電変換素子に入射し、この光分
布のねじれは３６０°＊Ｍ／Ｓになる。
【００１４】受光アレイ５の光電変換素子に入射される
光に着目すると、光電変換素子はコード板４のスリット
４ｂの出力光を最大限に受けるため、縦横比がスリット
４ｂのピッチＰと長さａの比と同じで光学倍率分拡大さ
れている。図２は受光アレイ５に対する矩形のスリット
４ｂを通った光の分布と受光アレイ５の各光電変換素子
の出力の関係を示す説明図である。受光アレイ５の検出
振幅は、図２から明らかなように、光分布と受光アレイ
５の光電変換素子が平行な（１）の状態で最大になって
光分布のねじれが受光アレイ５の対角線の角度相当にな
る（５）の状態で０になる。すなわち、受光アレイ５の
検出振幅は、（５）の状態を最悪としてねじれに比例し
て減少する。
光に着目すると、光電変換素子はコード板４のスリット
４ｂの出力光を最大限に受けるため、縦横比がスリット
４ｂのピッチＰと長さａの比と同じで光学倍率分拡大さ
れている。図２は受光アレイ５に対する矩形のスリット
４ｂを通った光の分布と受光アレイ５の各光電変換素子
の出力の関係を示す説明図である。受光アレイ５の検出
振幅は、図２から明らかなように、光分布と受光アレイ
５の光電変換素子が平行な（１）の状態で最大になって
光分布のねじれが受光アレイ５の対角線の角度相当にな
る（５）の状態で０になる。すなわち、受光アレイ５の
検出振幅は、（５）の状態を最悪としてねじれに比例し
て減少する。
【００１５】受光アレイ５の対角線相当の角度は、スリ
ットのピッチＰがスリットの長さａに比べて十分小さい
とすると、３６０°＊ｒ／ａＳになる。この状態になる
マスク３の開口部３１は、Ｍ＝ｒ／ａ番目である。そし
て、このときの開口部３１の数Ｎは、 Ｎ＝２Ｍ−１ ＝（２ｒ／ａ）−１ になる。これよりも開口部３１の数を増やすと振幅は減
少することになり、開口部３１の数を上記のＮ以下に制
限しておくことにより効率よく最大振幅が得られること
になる。
ットのピッチＰがスリットの長さａに比べて十分小さい
とすると、３６０°＊ｒ／ａＳになる。この状態になる
マスク３の開口部３１は、Ｍ＝ｒ／ａ番目である。そし
て、このときの開口部３１の数Ｎは、 Ｎ＝２Ｍ−１ ＝（２ｒ／ａ）−１ になる。これよりも開口部３１の数を増やすと振幅は減
少することになり、開口部３１の数を上記のＮ以下に制
限しておくことにより効率よく最大振幅が得られること
になる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スリットミスを起こさない範囲で光源の開口部数を増や
して光量振幅を増大させることができ、高分解能で高精
度の測定が行える光学式ロータリーエンコーダを実現で
きる。
スリットミスを起こさない範囲で光源の開口部数を増や
して光量振幅を増大させることができ、高分解能で高精
度の測定が行える光学式ロータリーエンコーダを実現で
きる。
【図１】従来の装置および本発明の装置に共通する構成
概念図である。
概念図である。
【図２】図１の装置における受光アレイに対する光分布
と光電変換素子の出力の関係説明図である。
と光電変換素子の出力の関係説明図である。
１ 拡散光源 ２ 拡散板 ３ マスク ４ コード板 ５ 受光アレイ
Claims (1)
- 【請求項１】発光源と、発光源の出力光を拡散させる拡
散板と、拡散板の出力光を通過させる窓部として輪郭が
正弦波または正弦波に近似した波形（またはそれらの波
形の半周期）を上下に折り返した形状の開口が等しいピ
ッチで複数個配列されたマスクと、マスクの窓部を通過
した光を通過させるスリット部と遮光部とが円周上に交
互に配列されたコード板と、コード板を通過した光を受
光する受光アレイとで構成された光学式ロータリーエン
コーダにおいて、 前記コード板のスリットの中心位置までの半径をｒ、ス
リットの長さをａとしたとき、 前記マスクの開口部の数Ｎを、次式で規定することを特
徴とする光学式ロータリーエンコーダ。 Ｎ≦（２ｒ／ａ）−１
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020095A JPH08219811A (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 光学式ロータリーエンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020095A JPH08219811A (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 光学式ロータリーエンコーダ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08219811A true JPH08219811A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12020531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020095A Pending JPH08219811A (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 光学式ロータリーエンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08219811A (ja) |
-
1995
- 1995-02-08 JP JP2020095A patent/JPH08219811A/ja active Pending
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