JPS60237318A - 変位変換器 - Google Patents

変位変換器

Info

Publication number
JPS60237318A
JPS60237318A JP9365284A JP9365284A JPS60237318A JP S60237318 A JPS60237318 A JP S60237318A JP 9365284 A JP9365284 A JP 9365284A JP 9365284 A JP9365284 A JP 9365284A JP S60237318 A JPS60237318 A JP S60237318A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
image sensor
displacement
code plate
plate
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
Application number
JP9365284A
Other languages
English (en)
Inventor
Yutaka Ono
裕 小野
Hajime Kuwabara
一 桑原
Mitsuhiro Nikaido
二階堂 光宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Hokushin Electric Corp filed Critical Yokogawa Hokushin Electric Corp
Priority to JP9365284A priority Critical patent/JPS60237318A/ja
Priority to US06/725,088 priority patent/US4680466A/en
Publication of JPS60237318A publication Critical patent/JPS60237318A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36Forming the light into pulses
    • G01D5/366Particular pulse shapes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光を利用して機械的な変位を検出する変位変
換器における直線性の改良に関するものである。
(従来の技術) このような光学式の変位変換器の一種として従来からあ
るロータリーエンコーダの分解能および応答速度を改良
したものが特願昭58−86391号記載の変位変換器
である。これは、透光スリットを通った光を受光する受
光素子として、複数分割したフォトダイオードを使用す
るとともに、このフォトダイオード上に所定ピッチで配
列する透光スリン1〜を有する位置板を設置したもので
、第2図はその構成説明図である。この図において、1
はコード板、11はこのコード板1に所定ピッチで円周
方向に複数個配列する透光スリット、3は光源、30は
この光源3からの光ビームを平行ビームにするためのレ
ンズ、4は透光スリン1〜11を通った光源3からの光
(スリット像)を受光するイメージセンサで、ここでは
動作を簡単に説明する都合上、4分割したフォトダイオ
ード41゜42’、43.44と、このフォトダイオー
ド上に所定ピッチで配列するスリット孔を有する位相板
2を設置したものを示す。S W +〜S W aは4
分割した各フォトダイオード41〜4/Iがらの信号を
一定のタイミングで、順次取り出すスイッチである。5
は各スイッチSWI〜S W 4を介して印加されるイ
メージセンサ4からの信号を増幅する増幅器、6は増幅
器5からの出力信号の基本波成分を抽出するバンドパス
フィルタである。
第3図は、位相板2に設けた透光スリン1〜21゜22
.23.24と、4分割したフォトダイオード41〜4
4の配列関係を示す図である。この図に示すように、透
光スリット21,22,23゜24(実線で示す)の配
列ピッチは、4分割フォトダイオード41.42.43
.44 (破線で示す)の配列ピッチと等しく、また、
コード板1に設けられた透光スリット(斜線で示す)1
1の配列ビッヂPに対して5/4Pとなるよう形成され
ている。なあ、各スリット孔21〜24のスリット幅は
ここではP/2にしである。
このように構成した装置の動作を、次に第4図の動作波
形図を参照しながら説明する。
光源3からの光は、レンズ30で平行ビームとなり、コ
ード板1の透光スリット1113よび位相板2の透光ス
リット21−24を通過し、4分割フォトダイオード4
1〜44上に透光スリット11の像を結像さ′せる。各
スイッチS W +〜SWdは第4図(a )〜(d 
)に示すようなタイミングで順次オン、オフ(オン時間
を王とする)し、各フォトダイオード41〜44からの
信号を順次取り出す。増幅器5はこの信号を増幅づる。
この結果、増幅器5の出力信@e5は、第4図(e)に
示すように、各スイッチS W +〜S W aがオン
となる時間ごとに大きさが階段状に変化する階段波形と
なる。このような階段波形e5をバンドパスフィルタ6
に力りえると、第4図(f)に示すような正弦波信号e
6が得られる。この正弦波信号e6の基本波周波数は、
各スイッチS W +〜SW、1を順次駆動するくり返
し周波数に一致する。ここで、コード板1が測定すべき
変位に応じて回転すると、各フォトダイオード41〜4
4上に結像する像が移動し、バンドパスフィルタ6から
得られる正弦波信号e6の位相が、像の移動量、すなわ
ち、コード板の変位に応じて、例えば破線に示すように
Φだけシフトする。コード板1が透光スリット11の配
列ピッチの1ピッチP分だけ回転すると、正弦波信号e
6の位相シフト量は2πとなる。
したがって、この位相のシフト量Φを測定することによ
って、コード板1に形成された透光スリット11の配列
ピッチ1以内の回転角度をめることができる。
第5図は、このような位相シフト量測定回路の一例をし
めす構成ブロック図である。この回路はバントパスフィ
ルタ6から得られる正弦波信号e6の位相を100〜1
000程度内拝する動作をなすものである。すなわち、
正弦波信号e6を、帰還回路に1/N(Nは分周比)分
周器72を有したフェース′ロックドループ(PLL)
71に印加し、ここでN倍された信号fs0gと、基準
クロック(この基準クロックはイメージセンサ4の駆動
信号として用いられる)fcを同時パルス禁止回路8を
通した後、アップダウンカウンタ9に与えるようにした
ものである。PLL71でN倍された信@rsigの周
波数がrcより高くなる方向(rc+八fへへコード板
1が回転すると、アップダウンカウンタ9はアップカウ
ントし、また、fsIgがfcより低くなる方向(fC
−ar>へコード板1が回転すると、ダウンカウントす
る。
したがって、アップダウンカウンタ9の出力から、位相
シフト量、すなわちコード板1の回転角を、例えば、分
周比Nを1000とすれば、1Pの1/1000といっ
た高い分解能で内挿することができる。
このような構成の変位変換器は比較的簡単な構成で、高
分解能、高速応答性を有し、光源の強度変化やイメージ
センサを構成する素子の感度変化等の影響を受けないと
いう特徴を有するが、下記の様な非直線誤差の問題を有
している。
第6図は前記コード板1の変位に対して前記フォトダイ
オード41〜44のそれぞれから異った位相で出力され
る信号波形を示す動作波形図である(変位速度が一定の
場合にはタイムチャートも同一波形となる)。フォトダ
イオードに入る光量はコード板1と位相板2の開口面積
に比例するので、コード板1の変位がピッチP増加する
度に同一の三角波の繰り返し波形601〈点線)が現わ
れる。この波形601は基本波のほかに3.5゜7.9
,11.・・・次の空間高調波を含んでいるので第4図
の正弦波信号e6のシフト量φは変位に比例せず、前記
高調波成分の影響を受けた値となる。この結果上記の変
位変換器では出力に第7図(A)のような±1%前後の
非直線誤差を生じる。
非直線誤差の原因となるこのような高調波はできる□だ
け減少させることが望ましい。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
、光を利用して機械的な変位を検出する変位変換器の非
直線誤差を小さくすることを目的としている。
(問題点を解′決するための手段) 本発明における第1の発明の変位変換器はピッチPで配
列する複数個の透光スリットが形成されたコード板、こ
のコード板の透光スリットに平行な光を投射させる光源
、複数分割した受光素子とこの各受光素子上にg81!
置され所定ビツヂで配列するスリット孔を有した位相板
と各受光素子からの信号を順次取出すスイッチ手段とで
構成されるイメージセンサ、このイメージセンサから得
られる信号から基本波成分を抽出するバンドパスフィル
タ、このバンドパスフィルタの出力信号と前記イメージ
センサの駆動信号とを入力し前記基本波成分の位相シフ
ト量に基づいて前記コード板の変位をめる位相測定手段
を具備するとともに、前記位相板のスリット孔の幅をP
/3とすることにより、前記各受光素子からの出力信号
に含まれる3次空間高調波を除去するようにしたことを
特徴とする。
本発明における第2の発明の変位変換器はピン。
チPで配列する複数個の透光スリットが形成されたコー
ド板、このコード板の透光スリットに平行な光を投射さ
せる光源、複数分割した受光素子とこの各受光素子上に
設置され所定ピッチで配列するスリット孔を有した位相
板と各受光素子からの信号を順次取出すスイッチ手段と
で構成されるイメージセンサ、このイメージセンサから
得られる信号から基本波成分を抽出するバンドパスフィ
ルタ、このバンドパスフィルタの出力信号と前記イメー
ジセンサの駆動信号とを入力し前記基本波成分の位相シ
フト量に基づいて前記コード板の変位をめる位相測定手
段を具備するとともに、前記コード板の透光スリットの
幅をP/3とすることにより、前記各受光素子からの出
力信号に含まれる3次空間高調波を除去するようにした
ことを特徴とする。
(作用) 上記の手段を用いて、受光素子の出力信号に含まれる(
特に3次の)空間高調波成分を減少させ、変位変換器の
直線性を改善することができる。
(実施例) 以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。
第1図は本発明に係わる変位変換器の一実施例で、従来
例で説明した第2図の変位変換器において使用される位
相板2のスリット配列を変えたものの要部構成説明図で
ある。第3図と異なる部分は位相板2のスリット孔12
1,122,123゜124(実線で示す)のスリット
幅が、コード板1に設けられた透光スリット(斜線で示
す)11の配列ピッチPに対してP/3となるよう形成
されている点である。
第6図の動作波形図には上記のような位相板を用いた場
合に、前記コード板1の変位に対して前記フォトダイオ
ード41〜44のそれぞれから異った位相で出力される
信号波形602(実線)が示されている(変位速度が一
定の場合にはタイムチャートも同一波形となる)。上記
のように位相板のスリット孔の幅(P/3)がコード板
1の透光スリットの幅(P/2>より小さいため、コー
ド板1の変位に対して受光素子出力が変化しない範囲が
生じる。この結果、コード板1の変位がピッチP増加す
る度に同一の台形波の繰り返し波形が現われる。この波
形602は波形601における3次の空間高調波を殆ど
含んでいないので、第7図(B)に示すように第7図(
A)の従来例の場合と比較して7倍程度直線性が改善さ
れる。
なお上記の実施例では位相板のスリッl〜孔の幅をP/
3としたが、コード板の透光スリットの幅をP/3とし
ても同様の効果が(qられる。
なお上記の実施例では4分割フォトダイオードを用いた
が、分割する数は3以上の複数個であればよい。
また上記の各実施例ではいずれもロータリーエンコーダ
への適用を想定しているが、直線変位形にも適用できる
(発明の効果) 以上述べたように本発明によれば、光を利用して機械的
な変位を検出する方式で非直線誤差の少い変位変換器を
簡単な構成で実現することができる。さらに高分解能、
高速応答などの特長も備えている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる変位変換器の一実施例の要部構
成説明図、第2図は従来の変位変換器の構成説明図、第
3図は第2図の変位変換器の部分説明図、第4図は第2
図の装置の動作を説明するための動作波形図、第5図は
位相シフ+−at測定回路の従来の一例をしめす構成ブ
ロック図、第6図は第1図装置の動作を説明するための
動作波形図、第7図は第1図装置の直線性を示ずための
特性曲線図である。 1・・・コード板、2・・・位相板、3・・・光源、4
・・・イメージセンサ、6・・・バンドパスフィルタ、
11・・・透光スリット、41〜44・・・受光素子、
121〜124・・・スリット孔、S W +〜sw、
+・・・スイッチ手段、φ・・・位相シフト量。 第1図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (7〉ピッチPで配列する複数個の透光スリットが形成
    されたコード板、このコード板の透光スリットに平行な
    光を投射さゼる光源、複数分割した受光素子とこの各受
    光素子上に設置され所定ピッチで配列するスリット孔を
    有した位相板と各受光素子からの信号を順次取出すスイ
    ッチ手段とで構成されるイメージセンサ、このイメージ
    センサから得られる信号から基本波成分を抽出するバン
    ドパスフィルタ、このバンドパスフィルタの出力信号と
    前記イメージセンサの駆動信号とを入力し前記基本波成
    分の位相シフト量に基づいて前記コード板の変位をめる
    位相測定手段を具備するとともに、前記位相板のスリッ
    ト孔の幅をP/3とすることにより、前記各受光素子か
    らの出力信号に含まれる3次空間高調波を除去するよう
    にしたことを特徴とする変位変換器。 (2)ピッチPで配列する複数個の透光スリットが形成
    されたコード板、このコード板の透光スリットに平行な
    光を投射させる光源、複数分割した受光素子とこの各受
    光素子上に設置され所定ピッチで配列するスリット孔を
    有した位相板と各受光素子からの信号を順次取出すスイ
    ッチ手段とで構成されるイメージセンサ、このイメージ
    センサから得られる信号から基本波成分を抽出するバン
    ドパスフィルタ、このバンドパスフィルタの出力信号と
    前記イメージセンサの駆動信号とを入力し前記基本波成
    分の位相シフト量に基づいて前記コード板の変位をめる
    位相測定手段を具備するとともに、前記コード板の透光
    スリットの幅をP/3とすることにより、前記各受光素
    子からの出力信号に含まれる3次空間高調波を除去する
    ようにしたことを特徴とする変位変換器。
JP9365284A 1984-04-20 1984-05-10 変位変換器 Pending JPS60237318A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9365284A JPS60237318A (ja) 1984-05-10 1984-05-10 変位変換器
US06/725,088 US4680466A (en) 1984-04-20 1985-04-19 Displacement transducer which simultaneously extracts signals via sequential switching

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9365284A JPS60237318A (ja) 1984-05-10 1984-05-10 変位変換器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60237318A true JPS60237318A (ja) 1985-11-26

Family

ID=14088307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9365284A Pending JPS60237318A (ja) 1984-04-20 1984-05-10 変位変換器

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60237318A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3616144A1 (de) * 1986-05-14 1987-11-19 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Fotoelektrische messeinrichtung

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6042616A (ja) * 1983-08-19 1985-03-06 Sony Magnescale Inc 光学スケ−ル装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6042616A (ja) * 1983-08-19 1985-03-06 Sony Magnescale Inc 光学スケ−ル装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3616144A1 (de) * 1986-05-14 1987-11-19 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Fotoelektrische messeinrichtung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4680466A (en) Displacement transducer which simultaneously extracts signals via sequential switching
JPH0130087B2 (ja)
JPH047450B2 (ja)
JPS61189415A (ja) 高精度高分解能絶対位置スケール
JPS60237318A (ja) 変位変換器
US7238932B2 (en) Optical position sensing device
EP0892982B1 (en) Angular measurement apparatus
US7087888B2 (en) Electrical division circuit for an optical encoder
JPS60237317A (ja) 変位変換器
JPS60237316A (ja) 変位変換器
JPS60222719A (ja) 変位変換器
JPH0626817A (ja) 光学式変位検出装置
JPH04355325A (ja) 変位信号出力装置
JPS60239621A (ja) 変位変換器
JPH0360043B2 (ja)
JPS62175613A (ja) アブソリユ−トエンコ−ダ
JPH0299826A (ja) エンコーダの信号処理装置
JPS60239620A (ja) 変位変換器
JPS59211822A (ja) 変位変換器
JPH08304112A (ja) バーニア形アブソリュートエンコーダ
JPH0422261Y2 (ja)
JPS63250522A (ja) 光学式ロ−タリ・エンコ−ダ
JPS636418A (ja) エンコ−ダ
JPH0933284A (ja) 光学式エンコーダ
SU1089411A2 (ru) Фотоэлектрический преобразователь перемещений