JPS6051650B2 - 光電型エンコ−ダの零点検出装置 - Google Patents

光電型エンコ−ダの零点検出装置

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JPS6051650B2
JPS6051650B2 JP12202581A JP12202581A JPS6051650B2 JP S6051650 B2 JPS6051650 B2 JP S6051650B2 JP 12202581 A JP12202581 A JP 12202581A JP 12202581 A JP12202581 A JP 12202581A JP S6051650 B2 JPS6051650 B2 JP S6051650B2
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JP
Japan
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zero point
point detection
light
optical gratings
photoelectric encoder
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JP12202581A
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守正 上田
聡 大森
俊朗 堀川
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Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
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Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
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    • 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

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光電型エンコーダの零点検出装置、特に物理
量変化と共に相対移動するスケール対に設けられた零点
検出用光学格子から得られる零点基フ準信号によつてス
ケールの零点位置を正確に検出する零点検出装置の改良
に関するものである。
測長器、座標測定機或いは工作機械の位置決め等にお
いて長さ或いは物理量変化を正確な電気信号として検出
するために光電型エンコーダが好適であり、直線型或い
は回転型のエンコーダとして種々の分野において実用化
されている。前記光電型エンコーダにおいて、電気的な
検出信号は通常の場合カウンタに供給されるカウントパ
ルス信号として処理されるが、エンコーダの零点位置た
とえば絶対測定における零点或いは長尺スケール内の複
数の基準位置を示すために零点検出装置が設けられてい
る。
第1図には一般的な光電型エンコーダの要部が示され、
主スケール10及びインデックススケール12により直
線型エンコーダが形成されている。
前記両スケール10,12はその表面に遮光部と光透過
部とが交互に整列配置された光学格子を有し、主スケー
ル10にその全長に渡つて設けられた2個の光学格子1
0aとインデックススケール12に設れられた2個の光
学格子12a,12bによつて2組の光学格子対が形成
され、両光学格子対から後述する2個の検出信号が得ら
れる。前記インデックススケール12に設けられた両光
学格子12a,12bはそれぞれ異なる位相たとえば9
00の位相差で整列配置されており、このことによつて
、両スケール10,12の相対移動から位相の異なる2
種類の検出信号を得ることが可能となる。すなわち、主
スケール10の一方側には発光ダイオード等から成る発
光器14が設けられ、また発光器14と対向する他方側
には両スケール10,12を介して2個の受光器16,
18が設けられ、両受光器16,18はそれぞれ前記光
学格子12a,12bと対向する位置に配.置されてい
る。従つて、実施例において、主スケール10またはイ
ンデックススケール12を長さ或いは物理量変化に対応
して移動すれば、光学格子対を透過する光透過量が変化
し、両受光器16,18からは周期的な光量変化を電気
的な検出こ信号として得ることが可能となる。通常の場
合、前記検出信号は90が位相の異なるサイン波信号及
びコサイン波信号として検出され、これらが図示してい
ない後段の処理回路によつてカウントパルス信号に変換
され、長さ或いは物理量変化をデジクタル値として表示
し或いは他の制御信号として用いることができる。前記
スケール、図における主スケール10の零点位置を検出
するために、主スケール10及びインデックススケール
12にはそれぞれ零点検出用光学格子10c及び12c
が設けられ、これらの光学格子10c,12cはそれぞ
れ前記各光学格子10a,12a,12bと同様の整列
配置された遮光部及び光透過部から形成され或いは零点
検出用光学格子として特殊なランダムパターンから形成
される。
そして、インデックススケール12の零点検出用光学格
子12cと対向して、零点検出用受光器20が設けられ
、主スケール10の零フ点がインデックススケール12
と対向した時に、受光器20からは零点基準信号を出力
することができ、これによつてカウント値をリセットし
て絶対測定を行ない或いは他の任意の比較信号としてこ
の零点基準信号を用いることができる。前記スケールの
零点位置はスケール全長中の単一位置でも或いは複数の
任意に選択された位置でもよく、これらの1個或いは複
数の零点基準信号を必要に応じて任意に使用可能である
前述した一般の光電型エンコーダによれば、以”上の説
明から、零点基準信号を得ることができるが、従来装置
においては、この零点基準信号は以下のごとく処理され
ていた。
第2図には従来の零点検出回路が示され、零点検出用受
光器20から検出された第3図に示される零点基準信号
100は比較器22によつて基準電圧102と比較され
その比較出力104が微分回路或いはワンショット回路
等から成るパルス化回路24によつてその前縁と同期し
た零点検出信号106に変換され、これが後段の処理回
路に供給される。
前述した従来装置によれば、簡単な回路構成で容易に零
点検出信号106を得ることができるという利点を有す
るが、比較出力104には無視できないパルス幅が在す
るため、主スケール10の移動方向によつて、零点検出
信号106に方向性誤差が生じるという問題があつた。
すなわち、主スケール100をインデックススケール1
2に対して第1図の矢印A方向に移動した時には、前述
した零点検出信号106が得られるが、これを逆方向B
に移動した場合には、第3図に示される零点検出信号1
06″が生じ、比較出力104のパルス幅だけずれた信
号となる。そして、この方向性誤差は受光器16,18
から得られるカウントパルス信号のパルス間隔以内であ
れば、いずれの方向に対してもカウント誤差を生じるこ
とはないがが、エンコーダ及び処理回路の応答速度を考
慮すると、この方向性誤差の許容範囲は著しく小さくな
り、従来装置においては、零点基準信号100或いは比
較出力104のパルス幅を著しく小さく設定しなければ
ならず、このために、零点検出用光学格子10c,12
cの加工に際して極めて厳密な高精度を必要とし、また
基準電圧102を零点基準信号100の頂部近傍に設定
するために発光量の低下時或いはノイズ発生時に零点検
出不能或いは誤信号の混入等が生じるという問題があつ
た。
本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、方向性誤差などのない正確な零点検出信号を
得ることのできる改良された零点検出装置を提供するこ
とにある。
上記目的を達成するために、本発明は、整列配置された
光学格子を有する主スケールと、互に異なる位相で整列
配置された2個の光学格子を有するインデックススケー
ルと、を含み、前記両スケールを相対移動させて両光学
格子対を透過または反射する光の明暗から位相の異なる
2種類の信号を検出する光電型エンコーダにおいて、所
望の零点位置にて極性の異なる2種類の零点基準信号を
同一のタイミングで得る零点検出手段を設け、前記両零
点基準信号の交叉時に零点検出信号を出力することを特
徴とする。
以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を示す。
第4図には本発明の第1実施例が示され、第1図の従来
装置と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本発明において特徴的なことは、所望の零点位置におい
て極性の異なる2種類の零点基準信号が検出されること
であり、このために、第4図の実施例においては、主ス
ケール10に主スケール10の移動方向に沿つて並列配
置された2列の零点検出用光学格子10c,10dが設
けられ、これらの光学格子10c,10dは図のハンチ
ングを施した遮光部とそれ以外の光透過部とから成り両
光学格子10c,10dは互いにその遮光部及び光透過
部が逆転して設けられている。前記主スケールの零点検
出用光学格子10c,10dと対向する位置に、インデ
ックススケール12には零点検出用光学格子12cが設
けられ、前記主スケール10側の光学格子10c及び1
0dと該光学格子12cとの協働によつて発光器14か
らの透過光の明暗が零点位置において変化することが理
解される。
そして、インデックススケール12の零点検出用光学格
子12cの側方には、前記主スケール10側の光学格子
10c,10dとそれぞれ対向する位置に零点検出用受
光器20,22が配置されており、前記光の明暗を該受
光器20,22によつて電気的な検出信号として出力す
ることができる。前記零点検出用受光器20,22の出
力はそれぞれ極性の異なる零点基準信号200,202
を形成し、その零点基準信号が第5図の処理回路によつ
て処理され、またその波形が第6図に示されている。
第6図から明らかなように、両零点基準信号200,2
02は零点検出用光学格子10c,10d(7)遮光部
と光透過部との境界部において反転する波形となり、実
施例においては、主スケール10の移動方向に沿つて複
数の零点位置が設定されている状態が示され、各零点位
置毎に、零点基準信号200,202は互いに逆極性に
反転することとなる。従つて、本発明においては、前記
零点基準信号200,202を第5図て示されるように
、比較器24で互いに比較し、その比較出力204をパ
ルス化回路26によつてパルス化することにより、零点
検出信号206を極めて容易に得ることが可能となる。
第7図には本発明の第2実施例が示され、第1実施例と
同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
第2実施例において特徴的なことは、主スケール10に
設けられた零点検出用光学格子が1列で・あり、この1
列の零点検出用光学格子12cから2種類の互いに極性
が反対の零点基準信号を得るために、インデックススケ
ール12には主スケール10の移動方向に所定の間隔を
保つて配置された2個の零点検出用光学格子12c,1
2dを有)することてあり、零点検出用受光器20,2
2は該光学格子12c,12dと対向した位置に配置さ
れている。
そして、本実施例では、主スケール10の零点検出用光
学格子12cはその遮光部及び光透過部が互いに等間隔
で配列され、またインデックススケール12に設けられ
た受光器20,22もその間隙が前記遮光部と光透過部
との間隙に等しく設定されている。
従つて、一方の受光器20が遮光部から光透過部への境
界と対向して増加持性の零点基準信号を出力する時、他
方の受光器20には光透過部から遮光部への境界と対向
し、減少特性の零点基準信号を出力する。
従つて、第5図及び6図で説明したと同様に、極性の異
なる両零点基準信号を比較すれば、両特性の交叉時に、
正確な零点検出信号を得ることが可能である。第8図に
は本発明の第3実施例が示され、第1及び第2実施例と
同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
第3実施例において特徴的なことは、主スケール10に
設けられた零点検出用光学格子12cが1列であり、さ
らに、零点検出用光学格子と対向する位置に設けられた
零点検出用受光器20が1個であることである。
そして、1列の零点検出用光学格子12cと1個の零点
検出用受光器20とから、零点検出信号を検出するため
に第9図に示される零点検出回路が用いられる。第9図
において、零点検出用受光器20の零点基準信号200
を反転する反転回路28が設けら−れ、零点基準信号2
00と反転回路28からの極性の異なる反転零点基準信
号20『とから、零点検出信号206が検出される。
すなわち、第9図、第10図の波形図において、比較器
24により零点基準信号200と反転零点基準信号20
.0″とを比較すれば、両特性の交叉時に、正確な零点
検出信号206を得ることができる。以上のように、本
発明によれば、エンコーダの機械的なギャップ変化や光
量変化に影響をうけることのない且つノイズに強い零点
検出信号を容易に得ることが可能となり、また零点検出
用光学格子はそのパターンが極めて簡単であるため、加
工が容易であるという利点を有する。
また、本発明によれば、スケールの移動方向誤差がなく
、特・に、実施例のように、複数の零点位置を必要とす
る場合に極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的な光電型エンコーダの概略構成を示す要
部斜視図、第2図は第1図の零点検出回路図、第3図は
第2図の要部波形図、第4図は本発明に係る零点検出装
置が組み込まれた光電型エンコーダの好適な実施例を示
す要部斜視図、第5図は第4図における光電検出回路図
、第6図は第5図の要部波形図、第7図は本発明の第2
実施例を示す要部斜視図、第8図は本発明の第3実施例
を示す要部斜視図、第9図は第8図における零点検出回
路図、第10図は第9図の波形図である。 10・・・・・・主スケール、12・・・・・・インデ
ックススケール、10a,12a,12b・・・・・・
光学格子、10c,10d,12c・・・・・・零点検
出用光学格子、14・・・・・発光器、16,18・・
・・・受光器、20,22・・・・・・零点検出用受光
器、24・・・・比較器、26・・・・・・パルス化回
路、28・・・・・・反転回路、200,202・・・
・・・零点基準信号、20『・・反転零点基準信号、2
06・・・・・・零点検出信号。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 整列配置された光学格子を有する主スケールと、互
    に異なる位相で整列配置された2個の光学格子を有する
    インデックススケールと、を含み、前記両スケールを相
    対移動させて両光学格子対を透過または反射する光の明
    暗から位相の異なる2種類の信号を検出する光電型エン
    コーダにおいて、所望の零点位置にて極性の異なる2種
    類の零点基準信号を同一のタイミングで得る零点検出手
    段を設け、前記零点基準信号の交叉時に零点検出信号を
    出力することを特徴とする光電型エンコーダの零点検出
    装置。 2 特許請求の範囲1記載の装置において、主スケール
    にはその移動方向に沿つて並列配置された少なくとも2
    列の零点検出用光学格子が設けられ、両零点検出用光学
    格子から互いに逆極性の零点基準信号を検出することを
    特徴とする光電型エンコーダの零点検出装置。 3 特許請求の範囲1記載の装置において、主スケール
    にはその移動方向沿つて一列の零点検出用光学格子が設
    けられ、該零点検出用光学格子は複数の所望零点位置に
    対応して遮光部及び光透過部が等間隔で整列配置され、
    また前記零点検出用光学格子の遮光及び光透過間隔と同
    一の間隔でインデックススケールには2個の零点検出用
    受光器が設けられ、前記両受光器から逆極性の零点基準
    信号を検出することを特徴とする光電型エンコーダの零
    点検出装置。 4 特許請求の範囲1記載の装置において、主スケール
    にはその移動方向に沿つて一列の零点検出用光学格子が
    設けられ、該零点検出用光学格子は複数の所望零点位置
    に対応して遮光部及び光透過部が等間隔で整列配置され
    、また前記零点検出用光学格子と対向する位置に1個の
    零点検出用受光器が設けられ、該零点検出用受光器の零
    点基準信号とその反転零点基準信号との交叉時に零点検
    出信号を検出することを特徴とする光電型エンコーダの
    零点検出装置。
JP12202581A 1981-08-04 1981-08-04 光電型エンコ−ダの零点検出装置 Expired JPS6051650B2 (ja)

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