JPH083427B2 - 光学式位置エンコ−ダ - Google Patents
光学式位置エンコ−ダInfo
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- JPH083427B2 JPH083427B2 JP61138002A JP13800286A JPH083427B2 JP H083427 B2 JPH083427 B2 JP H083427B2 JP 61138002 A JP61138002 A JP 61138002A JP 13800286 A JP13800286 A JP 13800286A JP H083427 B2 JPH083427 B2 JP H083427B2
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- light
- photodetectors
- photodetector
- position encoder
- optical position
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
- H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
- H03M1/28—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding
- H03M1/30—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding incremental
- H03M1/301—Constructional details of parts relevant to the encoding mechanism, e.g. pattern carriers, pattern sensors
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転軸の軸角度など運動体の位置を光学的
方法によつて符号化する位置エンコーダに係り、特に複
数配列した光検出器と符号盤との組み合わせにより構造
を簡易化し、しかも高確度の位置検知を行うことができ
る光学式位置エンコーダに関する。
方法によつて符号化する位置エンコーダに係り、特に複
数配列した光検出器と符号盤との組み合わせにより構造
を簡易化し、しかも高確度の位置検知を行うことができ
る光学式位置エンコーダに関する。
光学式位置エンコーダは、主として回転軸の軸確度を
符号化するものである。従来のエンコーダでは、光ビー
ムを回転軸に取り付けられた符号盤と静止位相板とで変
調していた。変調された光ビームは光検出器で電気信号
に変換され、この電気信号から、軸回転の速さと方向と
を確かめることができる。この種のエンコーダとして
は、本出願人が先に出願した特開昭55−85218「軸確度
エンコーダ」、特開昭55−76907「光学的比較器」、特
公昭61−2886「インデツクス・パルス発生装置」の明細
書中に紹介されているものがある。
符号化するものである。従来のエンコーダでは、光ビー
ムを回転軸に取り付けられた符号盤と静止位相板とで変
調していた。変調された光ビームは光検出器で電気信号
に変換され、この電気信号から、軸回転の速さと方向と
を確かめることができる。この種のエンコーダとして
は、本出願人が先に出願した特開昭55−85218「軸確度
エンコーダ」、特開昭55−76907「光学的比較器」、特
公昭61−2886「インデツクス・パルス発生装置」の明細
書中に紹介されているものがある。
しかし、従来技術の光学式エンコーダには第1図に示
すように極めて多数の部品があつた。その中には発光ダ
イオード(LED)、光ビームを平行にするレンズ、軸に
取付けられ光ビームを変調する符号盤、光ビームを分割
しそれらの間に90゜の位相差を与える位相板、精巧なレ
ンズ、および変調された光を受けこれを電気信号に変換
する光検出器がある。これらの部品のなかには、光検出
器用の二またに分れた切頭レンズのように製作が困難な
ものがあつた。また、従来技術のエンコーダには誤差の
原因が多数あつた。複数のLEDから放射される光ビーム
は均等でなく、符号盤と位相板とは軸心が一致しない場
合があり、これにより誤差が生ずるおそれがあつた。ま
た、光検出器間に距離があるため光検出器は光ビームの
傾斜の影響を受け易いという欠点があつた。
すように極めて多数の部品があつた。その中には発光ダ
イオード(LED)、光ビームを平行にするレンズ、軸に
取付けられ光ビームを変調する符号盤、光ビームを分割
しそれらの間に90゜の位相差を与える位相板、精巧なレ
ンズ、および変調された光を受けこれを電気信号に変換
する光検出器がある。これらの部品のなかには、光検出
器用の二またに分れた切頭レンズのように製作が困難な
ものがあつた。また、従来技術のエンコーダには誤差の
原因が多数あつた。複数のLEDから放射される光ビーム
は均等でなく、符号盤と位相板とは軸心が一致しない場
合があり、これにより誤差が生ずるおそれがあつた。ま
た、光検出器間に距離があるため光検出器は光ビームの
傾斜の影響を受け易いという欠点があつた。
本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになさ
れたものであつて、その目的とするところは、平行な光
ビームを発する光源と、複数の光検出器を配列した受光
手段との間に、透光性領域と非透光性領域とからなる光
学トラツクを備えた光変調手段を配置することにより、
静止位相板を省き部品数を減少させ、また切頭レンズ等
の製作の困難な部品を省くことにより製造コストを減少
させることである。
れたものであつて、その目的とするところは、平行な光
ビームを発する光源と、複数の光検出器を配列した受光
手段との間に、透光性領域と非透光性領域とからなる光
学トラツクを備えた光変調手段を配置することにより、
静止位相板を省き部品数を減少させ、また切頭レンズ等
の製作の困難な部品を省くことにより製造コストを減少
させることである。
また他の目的は、光源を1個にすることにより、精度
の向上を図ることである。
の向上を図ることである。
要するに、本発明に係る光学式位置エンコーダは、次
の(a)乃至(c)を具備することを特徴とする。
の(a)乃至(c)を具備することを特徴とする。
(a)光ビームを発する光源。
(b)光変調手段。光変調手段は、物体に取り付けら
れ、その物体の運動に対応して光ビームを変調するため
に光ビームの光路上に配置される光学トラックを具備す
る。光学トラックは、光ビームを変調するため交互に設
けられた透光性領域と非透光性領域とからなる。
れ、その物体の運動に対応して光ビームを変調するため
に光ビームの光路上に配置される光学トラックを具備す
る。光学トラックは、光ビームを変調するため交互に設
けられた透光性領域と非透光性領域とからなる。
(c)(c−1)乃至(c−4)を具備し、相互に位相
の異なるエンコーダ出力を発生させるための受光手段。
の異なるエンコーダ出力を発生させるための受光手段。
(c−1)透光性領域を通過した光ビームを検出するた
め光学トラックに沿って隣同士が近接して配列された複
数の光検出器。
め光学トラックに沿って隣同士が近接して配列された複
数の光検出器。
それら複数の光検出器は、光検出器の連続した2×M個
からなるグループを形成する。ここで、Mは、2以上の
整数である。
からなるグループを形成する。ここで、Mは、2以上の
整数である。
光検出器グループは、1個又は各々同じ向きに複数配置
される。
される。
光検出器グループの光学トラックに沿った幅は、透光性
領域と非透光性領域とをあわせた幅にほぼ等しい。
領域と非透光性領域とをあわせた幅にほぼ等しい。
(c−2)光検出器グループから、そのグループの相異
なる2分割により、それぞれがM個の光検出器を有する
光検出器セットの対を、M対選択し、光検出器セットの
それぞれの出力を導く配線手段。
なる2分割により、それぞれがM個の光検出器を有する
光検出器セットの対を、M対選択し、光検出器セットの
それぞれの出力を導く配線手段。
その2分割は、複数の各グループについて同じであり、
各グループの互いに対応する光検出器は同一の光検出器
セットに属する。
各グループの互いに対応する光検出器は同一の光検出器
セットに属する。
(c−3)配線手段に接続された光検出器セットの対の
それぞれに含まれるすべてのグループの光検出器の出力
をそれぞれ加算する加算器の対。加算器の対はM対あ
る。
それぞれに含まれるすべてのグループの光検出器の出力
をそれぞれ加算する加算器の対。加算器の対はM対あ
る。
(c−4)その加算器の対の出力が入力されエンコーダ
出力を形成するM個の比較器。
出力を形成するM個の比較器。
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明す
る。第2A〜2B図および第3図を参照して、モジユール1
は平行になつた光ビームを発生するとともに、符号盤3
で変調された光ビームを受光する光検出器7を備えてい
る。第1図に示す従来技術の光学式エンコーダに見られ
る位相板に相当する機能は光検出器7の構成によつて果
される。第7A図に示す、光検出器の出力信号A、AB、
B、および▲▼は矩象になつている。すなわち、
同じ形状で互いに位相が90゜ずれている。また、各信号
は2つのチヤンネルに属する情報を備えている。これら
出力信号は、第8図に示す、加算回路及び比較回路によ
り処理され軸5の回転に対応する2つの別個のチヤンネ
ルを形成する。
る。第2A〜2B図および第3図を参照して、モジユール1
は平行になつた光ビームを発生するとともに、符号盤3
で変調された光ビームを受光する光検出器7を備えてい
る。第1図に示す従来技術の光学式エンコーダに見られ
る位相板に相当する機能は光検出器7の構成によつて果
される。第7A図に示す、光検出器の出力信号A、AB、
B、および▲▼は矩象になつている。すなわち、
同じ形状で互いに位相が90゜ずれている。また、各信号
は2つのチヤンネルに属する情報を備えている。これら
出力信号は、第8図に示す、加算回路及び比較回路によ
り処理され軸5の回転に対応する2つの別個のチヤンネ
ルを形成する。
モジユール モジユール1は、1つの光ビームを発生する。第3図
に示す光源の一例たる発光ダイオード(LED)9は、波
長が約700nm(ナノメートル)の光を発生する。ただ
し、本発明では、適切なレンズ材、発光器、および光検
出器を利用できれば、エンコーダの寸法により定まる所
定の波長よりも短い任意の周波数の電磁波を使用するこ
とができる。発光器レンズ11は、LED9からの光を受けて
1つの平行になつた光ビームを発生するような位置に配
置される。
に示す光源の一例たる発光ダイオード(LED)9は、波
長が約700nm(ナノメートル)の光を発生する。ただ
し、本発明では、適切なレンズ材、発光器、および光検
出器を利用できれば、エンコーダの寸法により定まる所
定の波長よりも短い任意の周波数の電磁波を使用するこ
とができる。発光器レンズ11は、LED9からの光を受けて
1つの平行になつた光ビームを発生するような位置に配
置される。
符 号 盤 光変調手段の一例たる符号盤3は、第2A〜2B図に示す
ように、軸5に同心的に取付けられ、軸5とともに回転
してその光学トラツク17で光ビームを断続、変調する。
光学トラツク17は、第14図に示すように、幅の等しい透
光性領域13と非透光性領域15とを交互に備えている。1
つの透光性領域13と1つの非透光性領域15とで符号盤の
1ピツチを構成している。
ように、軸5に同心的に取付けられ、軸5とともに回転
してその光学トラツク17で光ビームを断続、変調する。
光学トラツク17は、第14図に示すように、幅の等しい透
光性領域13と非透光性領域15とを交互に備えている。1
つの透光性領域13と1つの非透光性領域15とで符号盤の
1ピツチを構成している。
第1の実施例では、500の透光性領域13と同数の非透光
性領域15とがある。透光性領域13と非透光性領域15とは
円形の光学トラツク上互いに直接隣り合つて配置されて
いるため、台形状となつている。透光性領域の最大幅は
114ミクロン、最小幅は104ミクロンであり、高さ(放射
方向の長さを、ここでは高さという。)は1650ミクロン
である。符号盤3は、ここではステンレス鋼のような、
光学的に不透明な材料で作られ、直径は約37.338mmであ
る。透光性領域はマスキングやエツチングの工程を含む
種々の方法で形成することができる。
性領域15とがある。透光性領域13と非透光性領域15とは
円形の光学トラツク上互いに直接隣り合つて配置されて
いるため、台形状となつている。透光性領域の最大幅は
114ミクロン、最小幅は104ミクロンであり、高さ(放射
方向の長さを、ここでは高さという。)は1650ミクロン
である。符号盤3は、ここではステンレス鋼のような、
光学的に不透明な材料で作られ、直径は約37.338mmであ
る。透光性領域はマスキングやエツチングの工程を含む
種々の方法で形成することができる。
光検出器 好ましい実施例では、第5図に示すように受光手段を
形成する4個の光検出器7 a〜dのグループがある。1
つのグループを成す4個の光検出器は1つの透光性領域
13および1つの非透光性領域15とほぼ同じ大きさおよび
形状を備えていなければならない。したがつて、個々の
光検出器7 a〜dは最大幅約48ミクロン、最小幅約45ミ
クロン、および高さ785ミクロンの台形状をしている。
2つの個々の光検出器の幅は、個々の光検出器の間に8
ミクロンの隙間があるので1つの透光性領域の幅よりわ
ずかに小さくなつている。透光性領域13の高さは光検出
器7の高さより大きいので、透光性領域13は光検出器7
と重なつている。この重なりによつて、光学式エンコー
ダは符号盤3の軸心がずれたときにも動作することがで
きる。光検出器7は標準的なバイポーラ半導体技術を用
いて形成されたフオトダイオードである。ただし、光検
出器は本発明の範囲を逸脱することなく他の種類の技術
を用いて製作することができる。第5A図に示したよう
に、光検出器7のグループはバイポーラ半導体技術が許
すかぎり互いに密接させて一方向に配列したアレイとし
て配置されている。第5B図に示す、ダミーのフオトダイ
オード10と12とがアレイの両端に配置されて、信号を取
り出す光検出器7 a〜dにおよぼす迷光の影響を可能な
かぎり少くしている。
形成する4個の光検出器7 a〜dのグループがある。1
つのグループを成す4個の光検出器は1つの透光性領域
13および1つの非透光性領域15とほぼ同じ大きさおよび
形状を備えていなければならない。したがつて、個々の
光検出器7 a〜dは最大幅約48ミクロン、最小幅約45ミ
クロン、および高さ785ミクロンの台形状をしている。
2つの個々の光検出器の幅は、個々の光検出器の間に8
ミクロンの隙間があるので1つの透光性領域の幅よりわ
ずかに小さくなつている。透光性領域13の高さは光検出
器7の高さより大きいので、透光性領域13は光検出器7
と重なつている。この重なりによつて、光学式エンコー
ダは符号盤3の軸心がずれたときにも動作することがで
きる。光検出器7は標準的なバイポーラ半導体技術を用
いて形成されたフオトダイオードである。ただし、光検
出器は本発明の範囲を逸脱することなく他の種類の技術
を用いて製作することができる。第5A図に示したよう
に、光検出器7のグループはバイポーラ半導体技術が許
すかぎり互いに密接させて一方向に配列したアレイとし
て配置されている。第5B図に示す、ダミーのフオトダイ
オード10と12とがアレイの両端に配置されて、信号を取
り出す光検出器7 a〜dにおよぼす迷光の影響を可能な
かぎり少くしている。
個々の各光検出器7 a〜dの幅は第5図に示すように
1つの透光性領域13の幅の半分である。光検出器7は4
個のグループとして配置されている。4個の光検出器7
a〜dの各グループの寸法は1つの透光性領域13と1つ
の非透光性領域15との寸法の和に等しく、符号盤13の1
ピツチに対応している。更に、光検出器7 a〜dは、第5
A図に示すように、互いに直接隣接して配列され、2つ
のチヤンネルに属する情報を受けるように櫛形になつて
いる。各光検出器7 a〜dは、第6A図に示すように、そ
れぞれ1つの出力信号を発生する。
1つの透光性領域13の幅の半分である。光検出器7は4
個のグループとして配置されている。4個の光検出器7
a〜dの各グループの寸法は1つの透光性領域13と1つ
の非透光性領域15との寸法の和に等しく、符号盤13の1
ピツチに対応している。更に、光検出器7 a〜dは、第5
A図に示すように、互いに直接隣接して配列され、2つ
のチヤンネルに属する情報を受けるように櫛形になつて
いる。各光検出器7 a〜dは、第6A図に示すように、そ
れぞれ1つの出力信号を発生する。
第7A図は個々の光検出器7 a〜dの出力信号の完全な
1サイクルを示す。出力信号Aは光検出器7aで発生
し、出力信号ABは光検出器7bで発生し、出力信号Bは
光検出器7cで発生し、出力信号▲▼は光検出器7dで
発生する。これらの信号は同じ波形と周期を有している
が、互いに90゜の倍数だけずれている。1つの出力信号
の周期は、1つの透光性領域13と1つの非透光性領域15
とがその個々の光検出器上を通過するのに必要な時間が
等しい。出力信号の各サイクルは符号盤の1ピツチに対
応する。
1サイクルを示す。出力信号Aは光検出器7aで発生
し、出力信号ABは光検出器7bで発生し、出力信号Bは
光検出器7cで発生し、出力信号▲▼は光検出器7dで
発生する。これらの信号は同じ波形と周期を有している
が、互いに90゜の倍数だけずれている。1つの出力信号
の周期は、1つの透光性領域13と1つの非透光性領域15
とがその個々の光検出器上を通過するのに必要な時間が
等しい。出力信号の各サイクルは符号盤の1ピツチに対
応する。
LED9からの光ビームは回転する符号盤3の透過部分13
を通して光検出器7 a〜dを照射する。これにより、光
検出器7 a〜dを横切つて移動する透過部分13−1つの
面積と等しい断面積の光の列が形成される。光検出器7
a〜dの出力の振幅は入射する光の量にしたがつて変化
する。
を通して光検出器7 a〜dを照射する。これにより、光
検出器7 a〜dを横切つて移動する透過部分13−1つの
面積と等しい断面積の光の列が形成される。光検出器7
a〜dの出力の振幅は入射する光の量にしたがつて変化
する。
第7A図に示すような符号盤3の透過部分13が、右の方
向へ光検出器7aから離れるように移動するにしたがつ
て、A出力信号の振幅は透光性領域13が光検出器7aか
ら離れてしまうまで四分の一サイクルC1の間直線的に減
少する。この点で、A出力信号は、非透光性領域15が
光検出器7aからの光をすべて遮るので、次の四分の一サ
イクルC2の間0になる。2番目の四分の一サイクルC2の
終了時点において、他の透光性領域13が光検出器7aを通
過し始め、A出力信号の振幅は光の強さが増加するに
応じて、光検出器7a全体が透光性領域13の下に入る3番
目の四分の一サイクルC3の終了時まで、直線的に増加す
る。4番目の四分の一サイクルC4では、1つの光検出器
の幅の2倍の幅を有する透光性領域13が光ビームを光検
出器7aに照射しつづける間、A出力信号はその最大振
幅を保持している。4番目の四分の一サイクルC4が完了
すると、このシーケンスが反復される。
向へ光検出器7aから離れるように移動するにしたがつ
て、A出力信号の振幅は透光性領域13が光検出器7aか
ら離れてしまうまで四分の一サイクルC1の間直線的に減
少する。この点で、A出力信号は、非透光性領域15が
光検出器7aからの光をすべて遮るので、次の四分の一サ
イクルC2の間0になる。2番目の四分の一サイクルC2の
終了時点において、他の透光性領域13が光検出器7aを通
過し始め、A出力信号の振幅は光の強さが増加するに
応じて、光検出器7a全体が透光性領域13の下に入る3番
目の四分の一サイクルC3の終了時まで、直線的に増加す
る。4番目の四分の一サイクルC4では、1つの光検出器
の幅の2倍の幅を有する透光性領域13が光ビームを光検
出器7aに照射しつづける間、A出力信号はその最大振
幅を保持している。4番目の四分の一サイクルC4が完了
すると、このシーケンスが反復される。
AB出力信号の形成は、光検出器7bが符号盤3に関して
異なる位置に配置されていることを除きA出力信号の
形成と同じである。光検出器7bは、第7A図に示すように
光検出器7aの1光検出器分右に配置されている。光検出
器7 a〜dをこのように配置することにより、A出力
信号と形状および周期が同じでA出力信号とは四分の
一サイクルすなわち90゜おくれているAB出力信号が発生
する。同様に、光検出器7cは光検出器7aの2光検出器分
右に配置され、A出力信号と形状および周期は同じで
あるがA出力信号から半サイクルすなわち180゜遅れ
ているB出力信号を発生する。光検出器7dからの▲
▼出力信号は、光検出器が3光検出器分離れているの
でA出力信号より四分の三サイクルすなわち270゜遅
れていること以外はA出力信号と同じである。この物
理的配置から4つの出力信号A、AB、B、および▲
▼は矩象信号となる。すなわち、これらは同じ形状
と周期を備えているが、互いに90゜の倍数だけ遅れてい
る。
異なる位置に配置されていることを除きA出力信号の
形成と同じである。光検出器7bは、第7A図に示すように
光検出器7aの1光検出器分右に配置されている。光検出
器7 a〜dをこのように配置することにより、A出力
信号と形状および周期が同じでA出力信号とは四分の
一サイクルすなわち90゜おくれているAB出力信号が発生
する。同様に、光検出器7cは光検出器7aの2光検出器分
右に配置され、A出力信号と形状および周期は同じで
あるがA出力信号から半サイクルすなわち180゜遅れ
ているB出力信号を発生する。光検出器7dからの▲
▼出力信号は、光検出器が3光検出器分離れているの
でA出力信号より四分の三サイクルすなわち270゜遅
れていること以外はA出力信号と同じである。この物
理的配置から4つの出力信号A、AB、B、および▲
▼は矩象信号となる。すなわち、これらは同じ形状
と周期を備えているが、互いに90゜の倍数だけ遅れてい
る。
2つ以上の光検出器の出力信号が同じであるときは、
これらを第6B図に示すように共に接続することができ
る。光検出器7aと8aとに関する出力信号は、光検出器が
符号盤3の1ピツチ分離れて配置されているので同じで
ある。すなわち7aと8aとの間の距離は、第6B図に示すよ
うに、1つの透過部分13と1つの非透過部分15との幅の
和に等しい。光検出器の組7bと8b、7cと8c、および7dと
8dとは符号盤3の1ピツチ分離れて配置され、これらに
は常に同量の光が入射している。したがつて、その出力
は常に等しく、互いに接続して回路で処理するためのも
つと強力な出力信号を発生させることができる。第6B図
は符号盤3の1ピツチ分だけ離れその出力を互いに接続
した2つの光検出器グループ7 a〜dおよび8 a〜dを示
す。
これらを第6B図に示すように共に接続することができ
る。光検出器7aと8aとに関する出力信号は、光検出器が
符号盤3の1ピツチ分離れて配置されているので同じで
ある。すなわち7aと8aとの間の距離は、第6B図に示すよ
うに、1つの透過部分13と1つの非透過部分15との幅の
和に等しい。光検出器の組7bと8b、7cと8c、および7dと
8dとは符号盤3の1ピツチ分離れて配置され、これらに
は常に同量の光が入射している。したがつて、その出力
は常に等しく、互いに接続して回路で処理するためのも
つと強力な出力信号を発生させることができる。第6B図
は符号盤3の1ピツチ分だけ離れその出力を互いに接続
した2つの光検出器グループ7 a〜dおよび8 a〜dを示
す。
光学式エンコーダのモジユール1のカウントは本発明
の範囲を逸脱することなく変更することができる。カウ
ントは4つの出力信号A、AB、B、および▲▼
が軸5の1回転中に通過するサイクル数である。カウン
ト数を大きくすると軸5の回転の制御を細かくすること
ができる。デイジーホイール・プリンタのように、実施
例によつては、特別なカウントが必要である。カウント
は符号盤3の透光性領域13の数を増減することにより変
えることができる。これにともなつて透光性領域13の寸
法と、光検出器7の寸法とが変る。透光性領域13と個々
の光検出器7 a〜dとの幅が減ると、出力信号A、A
B、B、および▲▼の振幅が減り、回路で処理す
るには小さすぎることになる。光検出器7のグループの
数を増し、その出力を互いに結合することにより、強力
な出力信号A、AB、B、▲▼が形成される。同
様に、光検出器7 a〜dと透光性領域13との大きさを大
きくすると、光検出器の数を減らすことができる。これ
らはすべて本発明の範囲を逸脱することなく行うことが
できる。
の範囲を逸脱することなく変更することができる。カウ
ントは4つの出力信号A、AB、B、および▲▼
が軸5の1回転中に通過するサイクル数である。カウン
ト数を大きくすると軸5の回転の制御を細かくすること
ができる。デイジーホイール・プリンタのように、実施
例によつては、特別なカウントが必要である。カウント
は符号盤3の透光性領域13の数を増減することにより変
えることができる。これにともなつて透光性領域13の寸
法と、光検出器7の寸法とが変る。透光性領域13と個々
の光検出器7 a〜dとの幅が減ると、出力信号A、A
B、B、および▲▼の振幅が減り、回路で処理す
るには小さすぎることになる。光検出器7のグループの
数を増し、その出力を互いに結合することにより、強力
な出力信号A、AB、B、▲▼が形成される。同
様に、光検出器7 a〜dと透光性領域13との大きさを大
きくすると、光検出器の数を減らすことができる。これ
らはすべて本発明の範囲を逸脱することなく行うことが
できる。
処理回路 光学式エンコーダ・モジユール1には2チヤンネルの
出力がある。軸5の回転の速さは1つのチヤンネルで求
めることができるが、軸5の回転の方向を決めるには、
2つのチヤンネルが必要である。各光検出器出力A、
AB、B、▲▼はこれら2つのチヤンネルに属する
情報を含んでいる。第8図はこれらの信号がいかにして
2つのチヤンネルに分離されるかを示している。光検出
器出力AとABは加算器17で加算されて第7B図に示す信
号2Aを発生する。加算器19はBと▲▼とを加算し
てやはり第7B図に示す2を発生する。加算器出力信号
2Aと2とは、比較器25で比較され、第7B図に示すチヤ
ンネルAの論理出力を発生する。同様に、他の加算器21
がBとABとを加算して第7B図に示す2Bを発生する。他
の加算器23は▲▼とAとを加算して第7B図に示す
2を発生する。第8図に示す比較器27が加算器出力2B
と2とを比較して第7B図に示すチヤンネルBの論理出
力信号を発生する。この回路は、本出願人が先に出願し
た特開昭55−73133号「2安定回路」および特開昭55−7
6907号「光学的比較器」に述べられている。本発明の範
囲を逸脱することなしに加算器出力信号2A、2、2B、
および2を処理するいろいろな多くの方法が存在す
る。たとえば、本発明の代替実施例では符号盤3の位置
を示すチヤンネルAとBとのアナログ出力信号を発生す
る。この代替実施例を作成する回路は特開昭55−76907
号に説明されている。
出力がある。軸5の回転の速さは1つのチヤンネルで求
めることができるが、軸5の回転の方向を決めるには、
2つのチヤンネルが必要である。各光検出器出力A、
AB、B、▲▼はこれら2つのチヤンネルに属する
情報を含んでいる。第8図はこれらの信号がいかにして
2つのチヤンネルに分離されるかを示している。光検出
器出力AとABは加算器17で加算されて第7B図に示す信
号2Aを発生する。加算器19はBと▲▼とを加算し
てやはり第7B図に示す2を発生する。加算器出力信号
2Aと2とは、比較器25で比較され、第7B図に示すチヤ
ンネルAの論理出力を発生する。同様に、他の加算器21
がBとABとを加算して第7B図に示す2Bを発生する。他
の加算器23は▲▼とAとを加算して第7B図に示す
2を発生する。第8図に示す比較器27が加算器出力2B
と2とを比較して第7B図に示すチヤンネルBの論理出
力信号を発生する。この回路は、本出願人が先に出願し
た特開昭55−73133号「2安定回路」および特開昭55−7
6907号「光学的比較器」に述べられている。本発明の範
囲を逸脱することなしに加算器出力信号2A、2、2B、
および2を処理するいろいろな多くの方法が存在す
る。たとえば、本発明の代替実施例では符号盤3の位置
を示すチヤンネルAとBとのアナログ出力信号を発生す
る。この代替実施例を作成する回路は特開昭55−76907
号に説明されている。
第9図は加算器17、19、21、および23に対する光検出
器出力A、B、AB、および▲▼を形成するのに
使用する回路を示す。好ましい実施例においては、各光
検出器7 a〜dは基準電圧と前置増幅器の入力との間に
接続されている。前置増幅器41、43、45、47は光検出器
出力信号に対して対数演算を行い、前置増幅出力を発生
する。これら前置増幅出力信号は2個の差動増幅器を構
成するトランジスタ51、53、55、57のベースに接続され
ている。1つの差動増幅器61は前置増幅出力信号Aと
Bとを指数的に増幅する。差動増幅器61の出力信号は
光検出器出力信号AおよびBと同じ電流比を有して
いるが、それらの和は電流源71の出力と等しくなければ
ならない。同様に、もう1つの差動増幅器63は前置増幅
出力信号ABと▲▼とを指数的に増幅する。これらの
信号は光検出器出力信号ABおよび▲▼と同じ電流比
を有しているが、それらの和は電流源73の出力と等しく
なければならない。
器出力A、B、AB、および▲▼を形成するのに
使用する回路を示す。好ましい実施例においては、各光
検出器7 a〜dは基準電圧と前置増幅器の入力との間に
接続されている。前置増幅器41、43、45、47は光検出器
出力信号に対して対数演算を行い、前置増幅出力を発生
する。これら前置増幅出力信号は2個の差動増幅器を構
成するトランジスタ51、53、55、57のベースに接続され
ている。1つの差動増幅器61は前置増幅出力信号Aと
Bとを指数的に増幅する。差動増幅器61の出力信号は
光検出器出力信号AおよびBと同じ電流比を有して
いるが、それらの和は電流源71の出力と等しくなければ
ならない。同様に、もう1つの差動増幅器63は前置増幅
出力信号ABと▲▼とを指数的に増幅する。これらの
信号は光検出器出力信号ABおよび▲▼と同じ電流比
を有しているが、それらの和は電流源73の出力と等しく
なければならない。
第9図のカレントミラー29はこれらの電流信号を分流
して加算器17、19、21、23の入力を発生する。
して加算器17、19、21、23の入力を発生する。
別実施例 第1の実施例は光検出器7 a〜dおよび8 a〜dを、互
いに90゜の倍数だけ遅れた出力信号を発生する4個のグ
ループとして配置している。しかしながら、代替実施例
は光検出器を、6、8、または他の個数のグループとし
て配置し、60゜、45゜、あるいは360゜の倍数を1つの
グループ中の光検出器の数で割つただけ互いに遅れる出
力信号を発生する。第10図は6個の光検出器101 a〜f
がグループに配置されている代替実施例を示す。
いに90゜の倍数だけ遅れた出力信号を発生する4個のグ
ループとして配置している。しかしながら、代替実施例
は光検出器を、6、8、または他の個数のグループとし
て配置し、60゜、45゜、あるいは360゜の倍数を1つの
グループ中の光検出器の数で割つただけ互いに遅れる出
力信号を発生する。第10図は6個の光検出器101 a〜f
がグループに配置されている代替実施例を示す。
本発明の他の代替実施例は、径路に沿つた運動と位置
とを追跡するのに符号盤3の代りに、第11A図に示すコ
ードストリツプ31を使用している。コードストリツプ31
は、台形の代りに長方形であることを除けば符号盤3の
ものと同じの透光性領域103と非透光性領域105とを備え
ている。モジユール111は光検出器が台形ではなく方形
であること以外はモジユール1と同じである。コードス
トリツプ31の透光性領域103の数と大きさとは上述のよ
うに本発明の範囲を逸脱することなく変更することがで
きる。光学式エンコーダの分解能は単位長あたりの透光
性領域103の数により決まる。
とを追跡するのに符号盤3の代りに、第11A図に示すコ
ードストリツプ31を使用している。コードストリツプ31
は、台形の代りに長方形であることを除けば符号盤3の
ものと同じの透光性領域103と非透光性領域105とを備え
ている。モジユール111は光検出器が台形ではなく方形
であること以外はモジユール1と同じである。コードス
トリツプ31の透光性領域103の数と大きさとは上述のよ
うに本発明の範囲を逸脱することなく変更することがで
きる。光学式エンコーダの分解能は単位長あたりの透光
性領域103の数により決まる。
他の代替実施例では、軸5の回転または軸5の回転の
或る部分が完了したことを示すのにインデツクスパルス
を発生するのが望ましい。この場合、他の光ビームを発
生する他のLEDと発光器レンズ(図示しない)とを使用
してインデツクスパルスを発生することになる。この光
ビームは、第12A図に示すように、符号盤上の他のトラ
ツク33により変調され、第12A図に示す櫛形の光検出器3
5で検出されることになる。この櫛形の光検出器35は従
来技術の光学式エンコーダに使用されている位相板の機
能を備えており、ブツシユプル出力信号を発生する。1
つおきの光検出器35a,35bの出力は共に接続されて第12B
図に示す2つの別個の光検出器信号Iととを形成し、
これらは同時に振幅の極値を生ずる。軸の1回転中にこ
の極値振幅を生ずる回数は軸の1回転あたりのインデツ
クスパルスの数に等しい。Iととは第12A図に示す比
較器37で比較され、両出力信号が極値振幅になつたと
き、第12B図に示すように、インデツクスパルス39を発
生する。鋭いインデツクスパルス39を得るには、インデ
ツクスパルスの光学トラツク33の透光性領域13をここに
参考のため取入れてある特開昭58−37515号「光変調装
置」に述べられているように不均等間隔に配置する。ま
た透光性領域は光学トラツクの全長を通じて、これも特
開昭58−37515号に述べられているようにの振幅を保
持する位置に配置する。
或る部分が完了したことを示すのにインデツクスパルス
を発生するのが望ましい。この場合、他の光ビームを発
生する他のLEDと発光器レンズ(図示しない)とを使用
してインデツクスパルスを発生することになる。この光
ビームは、第12A図に示すように、符号盤上の他のトラ
ツク33により変調され、第12A図に示す櫛形の光検出器3
5で検出されることになる。この櫛形の光検出器35は従
来技術の光学式エンコーダに使用されている位相板の機
能を備えており、ブツシユプル出力信号を発生する。1
つおきの光検出器35a,35bの出力は共に接続されて第12B
図に示す2つの別個の光検出器信号Iととを形成し、
これらは同時に振幅の極値を生ずる。軸の1回転中にこ
の極値振幅を生ずる回数は軸の1回転あたりのインデツ
クスパルスの数に等しい。Iととは第12A図に示す比
較器37で比較され、両出力信号が極値振幅になつたと
き、第12B図に示すように、インデツクスパルス39を発
生する。鋭いインデツクスパルス39を得るには、インデ
ツクスパルスの光学トラツク33の透光性領域13をここに
参考のため取入れてある特開昭58−37515号「光変調装
置」に述べられているように不均等間隔に配置する。ま
た透光性領域は光学トラツクの全長を通じて、これも特
開昭58−37515号に述べられているようにの振幅を保
持する位置に配置する。
本発明の、符号盤の代りにコードストリツプを使用す
る実施例では、物体が径路の或る部分を横切つたときあ
るいは径路のいずれかの端に到達したときを示すインデ
ツクスパルスを備えることもできる。
る実施例では、物体が径路の或る部分を横切つたときあ
るいは径路のいずれかの端に到達したときを示すインデ
ツクスパルスを備えることもできる。
本発明は、上記のように構成され、作用するものであ
るから、平行な光ビームを発する単一の光源と、複数の
光検出器を配列した受光手段との間に、透光性領域と非
透光性領域とからなる光学トラツクを有する光変調手段
を設け、該光変調手段と光検出器との組み合わせにより
出力信号を取り出しているので、従来のような静止位相
板や切頭レンズ等の部品が不要となり、製造コストが大
幅に減少し、且つ精度が向上すると言う効果が得られ
る。
るから、平行な光ビームを発する単一の光源と、複数の
光検出器を配列した受光手段との間に、透光性領域と非
透光性領域とからなる光学トラツクを有する光変調手段
を設け、該光変調手段と光検出器との組み合わせにより
出力信号を取り出しているので、従来のような静止位相
板や切頭レンズ等の部品が不要となり、製造コストが大
幅に減少し、且つ精度が向上すると言う効果が得られ
る。
第1図は従来例に係る光学式位置エンコーダの分解斜視
図、第2A図乃至第12B図は本発明の実施例に係り、第2A
図は第1実施例に係る光学式位置エンコーダの斜視図、
第2B図は第1実施例に係る光学式位配エンコーダの側面
図、第3図は第2A図及び第2B図に示す光学式位置エンコ
ーダのモジユール及び符号盤の断面図、第4図は第2A図
及び第2B図に示す符号盤の拡大図、第5A図は光検出器と
符号盤の透光性領域との寸法の関係を示す図、第5B図は
第5A図に示す光検出器のアレーの両端にダミーのフオト
ダイオードを設けた状態を示す図、第6A図は第5A図に示
す4個の光検出器とその出力信号とを示す図、第6B図は
第6A図に示す光検出器と同じ光検出器を8個配列し、互
いに接続して4個の出力信号を形成する状態を示す図、
第7A図は第6A図及び第6B図に示す4個の出力信号が、符
号盤の透光性領域及び非透光性領域との位置関係から如
何に変化するかを示す図、第7B図は第7A図に示す出力信
号と第8図に示す加算器及び比較器の出力信号との関係
を示す図、第8図は4つの光検出器の出力の処理される
過程を示す図、第9図は第8図に示す加算器及び比較器
に対して入力される光検出器の出力信号を準備する回路
図、第10図は6個の光検出器によつてグループを形成す
る別実施例に係る光学式位置エンコーダの要部斜視図、
第11A図は光変調手段としてコードストリツプを用いた
別実施例に係る光学式位置エンコーダの要部斜視図、第
11B図は第11A図に示すコードストリツプの拡大図、第12
A図はインデツクスパルスを発生するための光学トラツ
クと光検出器の形状とを示す別実施例に係る光学式位置
エンコーダの要部を示す図、第12B図は第12A図に示す光
検出器の出力信号とそれによつて形成されたインデツク
スパルスとを示す図である。 1、111:光源と受光手段とを備えたモジユール、3:光変
調手段の一例たる符号盤、31:光変調手段の一例たるコ
ードストリツプ、5:回転軸、7:受光手段を形成する光検
出器、9:光源の一例たる発光ダイオード、11:レンズ、1
3、103:透光性領域、15、105:非透光性領域、7a乃至7d:
光検出器、10、12:ダミーの発光ダイオード、AB、A
、B、▲▼:光検出器の出力信号、2A、2、
2B、2:加算器の出力信号、25a、27a:出力チヤンネ
ル、101a乃至101f、102a乃至102f:光検出器、33:一部に
不均等間隔を有する光学トラツク、I、:出力インデ
ツクス信号、39:インデツクスパルス。
図、第2A図乃至第12B図は本発明の実施例に係り、第2A
図は第1実施例に係る光学式位置エンコーダの斜視図、
第2B図は第1実施例に係る光学式位配エンコーダの側面
図、第3図は第2A図及び第2B図に示す光学式位置エンコ
ーダのモジユール及び符号盤の断面図、第4図は第2A図
及び第2B図に示す符号盤の拡大図、第5A図は光検出器と
符号盤の透光性領域との寸法の関係を示す図、第5B図は
第5A図に示す光検出器のアレーの両端にダミーのフオト
ダイオードを設けた状態を示す図、第6A図は第5A図に示
す4個の光検出器とその出力信号とを示す図、第6B図は
第6A図に示す光検出器と同じ光検出器を8個配列し、互
いに接続して4個の出力信号を形成する状態を示す図、
第7A図は第6A図及び第6B図に示す4個の出力信号が、符
号盤の透光性領域及び非透光性領域との位置関係から如
何に変化するかを示す図、第7B図は第7A図に示す出力信
号と第8図に示す加算器及び比較器の出力信号との関係
を示す図、第8図は4つの光検出器の出力の処理される
過程を示す図、第9図は第8図に示す加算器及び比較器
に対して入力される光検出器の出力信号を準備する回路
図、第10図は6個の光検出器によつてグループを形成す
る別実施例に係る光学式位置エンコーダの要部斜視図、
第11A図は光変調手段としてコードストリツプを用いた
別実施例に係る光学式位置エンコーダの要部斜視図、第
11B図は第11A図に示すコードストリツプの拡大図、第12
A図はインデツクスパルスを発生するための光学トラツ
クと光検出器の形状とを示す別実施例に係る光学式位置
エンコーダの要部を示す図、第12B図は第12A図に示す光
検出器の出力信号とそれによつて形成されたインデツク
スパルスとを示す図である。 1、111:光源と受光手段とを備えたモジユール、3:光変
調手段の一例たる符号盤、31:光変調手段の一例たるコ
ードストリツプ、5:回転軸、7:受光手段を形成する光検
出器、9:光源の一例たる発光ダイオード、11:レンズ、1
3、103:透光性領域、15、105:非透光性領域、7a乃至7d:
光検出器、10、12:ダミーの発光ダイオード、AB、A
、B、▲▼:光検出器の出力信号、2A、2、
2B、2:加算器の出力信号、25a、27a:出力チヤンネ
ル、101a乃至101f、102a乃至102f:光検出器、33:一部に
不均等間隔を有する光学トラツク、I、:出力インデ
ツクス信号、39:インデツクスパルス。
Claims (9)
- 【請求項1】次の(a)乃至(c)を具備する光学式位
置エンコーダ。 (a)光源。 該光源は、光ビームを発する。 (b)光変調手段。 該光変調手段は、物体に取り付けられ、該物体の運動に
対応して前記光ビームを変調するため前記光ビームの光
路上に配置される光学トラックを具備する。 該光学トラックは、前記光ビームを変調するため交互に
設けられた透光性領域と非透光性領域とからなる。 (c)(c−1)乃至(c−4)を具備し、相互に位相
の異なるエンコーダ出力を発生させるための受光手段。 (c−1)前記透光性領域を通過した前記光ビームを検
出するため前記トラックに沿って隣同士が近接して配列
された複数の光検出器。 該複数の光検出器は、該光検出器の連続した2×M個か
らなるグループを形成する。Mは、2以上の整数であ
る。 前記グループは、1個又は各々同じ向きに複数配置され
たものである。 前記グループは前記トラックに沿った幅は、前記透光性
領域と前記非透光性領域とをあわせた幅にほぼ等しい。 (c−2)前記グループから該グループの相異なる2分
割によりそれぞれがM個の光検出器を有する光検出器セ
ットの対をM対選択し、該検出器セットのそれぞれの出
力を導く配線手段。 前記2分割は、複数の各前記グループについて同じであ
り、各前記グループの互いに対応する前記光検出器は同
一の前記光検出器セットに属する。 (c−3)前記配線手段に接続された前記光検出器セッ
トの対のそれぞれに含まれるすべての前記グループの前
記光検出器の出力をそれぞれ加算する加算器の対。前記
加算器の対はM対ある。 (c−4)前記加算器の対の出力が入力され前記エンコ
ーダ出力を形成するM個の比較器。 - 【請求項2】前記物体は、回転軸であり、 前記光変調手段は、前記回転軸に同心的に取り付けら
れ、該回転軸の回転に対応して前記光ビームを変調する
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
載の光学式位置エンコーダ。 - 【請求項3】前記物体は、所定経路上を運動するもので
あり、 前記光変調手段は、前記経路に沿った前記物体の運動に
対応して前記光ビームを変調するものであることを特徴
とする特許請求の範囲第1項に記載の光学式位置エンコ
ーダ。 - 【請求項4】前記グループを形成する各光検出器は、実
質的に同一の形状及び寸法となっていることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項又は第2項又は第3項に記載の
光学式位置エンコーダ。 - 【請求項5】前記透光性領域は、実質的に同一の形状及
び寸法となっていることを特徴とする特許請求の範囲第
1項又は第2項又は第3項又は第4項に記載の光学式位
置エンコーダ。 - 【請求項6】前記光検出器は、両端を有する列状に配列
されており、該両端に位置する光検出器は、前記グルー
プを構成しないダミーであることを特徴とする特許請求
の範囲第1項又は第2項又は第3項又は第4項又は第5
項に記載の光学式位置エンコーダ。 - 【請求項7】前記光検出器は、フォトダイオードである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項又は
第3項又は第4項又は第5項又は第6項に記載の光学式
位置エンコーダ。 - 【請求項8】前記光源は、発光ダイオード及びコリメー
ティングレンズとからなることを特徴とする特許請求の
範囲第1項又は第2項又は第3項又は第4項又は第5項
又は第6項又は第7項に記載の光学式位置エンコーダ。 - 【請求項9】前記光検出器は、その概形が台形であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の光学式位
置エンコーダ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US747084 | 1985-06-19 | ||
US06/747,084 US4691101A (en) | 1985-06-19 | 1985-06-19 | Optical positional encoder comprising immediately adjacent detectors |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61292016A JPS61292016A (ja) | 1986-12-22 |
JPH083427B2 true JPH083427B2 (ja) | 1996-01-17 |
Family
ID=25003598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61138002A Expired - Lifetime JPH083427B2 (ja) | 1985-06-19 | 1986-06-13 | 光学式位置エンコ−ダ |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4691101A (ja) |
EP (1) | EP0206656B1 (ja) |
JP (1) | JPH083427B2 (ja) |
CA (1) | CA1261030A (ja) |
DE (1) | DE3689448T2 (ja) |
ES (1) | ES8801732A1 (ja) |
HK (1) | HK149294A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100371686C (zh) * | 2003-06-26 | 2008-02-27 | 夏普株式会社 | 用于光编码器的光电探测器 |
Families Citing this family (90)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4998013A (en) * | 1988-12-27 | 1991-03-05 | Hewlett-Packard Company | Optical encoder with inactive photodetectors |
US4904861A (en) * | 1988-12-27 | 1990-02-27 | Hewlett-Packard Company | Optical encoder using sufficient inactive photodetectors to make leakage current equal throughout |
US4952799A (en) * | 1989-03-10 | 1990-08-28 | Hewlett-Packard Company | Reflective shaft angle encoder |
US5017776A (en) * | 1989-03-10 | 1991-05-21 | Hewlett-Packard Company | Apparatus for and methods of optical encoding having spiral shaped light modulator |
US5013910A (en) * | 1989-10-16 | 1991-05-07 | Hewlett-Packard Company | Shaft angle encoder with a symmetrical code wheel |
IT1237126B (it) * | 1989-11-07 | 1993-05-18 | Ciba Geigy Spa | Stabilizzanti polimerici contenenti gruppi amminici impediti e gruppi idrossilamminici |
US5148020A (en) * | 1991-04-17 | 1992-09-15 | Hewlett-Packard Company | Optical encoder with photodetectors of width equal to and one-half of code wheel's window and spoke width |
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