JPS61292016A - 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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- JPS61292016A JPS61292016A JP61138002A JP13800286A JPS61292016A JP S61292016 A JPS61292016 A JP S61292016A JP 61138002 A JP61138002 A JP 61138002A JP 13800286 A JP13800286 A JP 13800286A JP S61292016 A JPS61292016 A JP S61292016A
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (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。
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、回転軸の軸角度など運動体の位置を光学的方
法によっ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。
法によっ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角度を符
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靜市位相板とで変調
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、軸回転の速さと方間とを
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５５−８５２１ｓＦ軸角
度エンコーダ」、特開昭５５−７６９（１７「光学的比
較５ Ｊ 、特公昭６］−２８８６１’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。
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靜市位相板とで変調
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、軸回転の速さと方間とを
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５５−８５２１ｓＦ軸角
度エンコーダ」、特開昭５５−７６９（１７「光学的比
較５ Ｊ 、特公昭６］−２８８６１’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った。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て変
換する光検出器がある。これらの部品のなかには、光検
出器用の二種だに分れた切頭レンズのように製作が困難
なものがあった。また、従来技術のエンコーダには誤差
の原因が多数ル）つた。複数のＬ ｇ Ｄ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
あった。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は易いという欠点があった。
ように極めて多数の部品があった。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て変
換する光検出器がある。これらの部品のなかには、光検
出器用の二種だに分れた切頭レンズのように製作が困難
なものがあった。また、従来技術のエンコーダには誤差
の原因が多数ル）つた。複数のＬ ｇ Ｄ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
あった。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は易いという欠点があった。
本発明は、−に記した従来技術の欠７Ｑを除くためにな
されたものであって、その目的とするところは、平行な
元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
光学トラッ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。
されたものであって、その目的とするところは、平行な
元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
光学トラッ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。
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の好まし
い実施例は次の（イ）〜餠）の各部を備えている。
い実施例は次の（イ）〜餠）の各部を備えている。
（イ）光ビームを発する光源っ
（ロ）前記光ビームの光路上に配置され、各々１つの出
力信号を発生する複数の光検出器をグループに配列して
なる受光手段。
力信号を発生する複数の光検出器をグループに配列して
なる受光手段。
（ハ）物体に取り付けられ、該物体の運動に対応して前
記光ビームを断続変調するため前記光源と前記受光手段
との間に配置され、 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
少な（とも１列の光学トラックを備えた光変調手段。
記光ビームを断続変調するため前記光源と前記受光手段
との間に配置され、 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
少な（とも１列の光学トラックを備えた光変調手段。
に）出力チャンネル。
（ホ）前記複数の光検出器の前記出方信号から前記物体
の位置を符号化した前記出力チャンネルの出力信号を形
成するための電子回路。
の位置を符号化した前記出力チャンネルの出力信号を形
成するための電子回路。
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
第２Ｎ〜２Ｂ図および第３図を参照して、モジュール１
は平行になっ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の構成によって果
される。
は平行になっ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の構成によって果
される。
第７Ｎ図に示す、光検出器の出力信号Ａ石、Ａ Ｂ、λ
Ｂ、およびＡＢは地象になっているっすなわち、同じ形
状で互いに位相が９００ずれている。また、各信号は２
つのチャ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、加算回路及び比較囲路により処
理され軸５の回転に対応する２つの別個のチャンネルを
形成する。
Ｂ、およびＡＢは地象になっているっすなわち、同じ形
状で互いに位相が９００ずれている。また、各信号は２
つのチャ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、加算回路及び比較囲路により処
理され軸５の回転に対応する２つの別個のチャンネルを
形成する。
モジュール
モジュール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。
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圧
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
った光ビームを発生するような位置に配置される。
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
っ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２Ｎ〜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（
ロ）転してその光学トラック１７で光ビームを断続、変
調する。光学トラック１７は、第１４図に示ずよ５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。
すように、軸５に同心的に取付けられ、軸５とともに（
ロ）転してその光学トラック１７で光ビームを断続、変
調する。光学トラック１７は、第１４図に示ずよ５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ック上方いに直接隣り合って
配置されているため、台形状となっている。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、高さく放射方向の長さを、ここでは高さという。
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ック上方いに直接隣り合って
配置されているため、台形状となっている。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、高さく放射方向の長さを、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
、直径ハ約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。
ステンレス鋼のような、光学的に不透明な材料で作られ
、直径ハ約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７ａ−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１
３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。したがって、個
々の光検出器７ａ〜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ａる。２つの個々の光検出器の幅は、個々の光−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−Ｃいる。透光性領域】３
の高さは光検出器７の高さより大といので、透光性領域
］３は光検出器７と車なっている。この重なりによって
、光学式エンコーダはうη１裂 一≠愉３の軸心がすれたときにも動作″ｆることができ
る。光検出器７は様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・イオードであるったたし、光検
出器は本発明の範囲を逸脱することなく他の抽類の技術
を用いて製作することかできる。第５Ｎ図に示（〜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
許すかぎり互いに冨接させて一方向に配列したアｌ／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、信号乞取り出す光検出器７ａ〜ｄにおよぼす迷光の
影響を可能なかき゛り少くしている。
成する４個の光検出器７ａ−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１
３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。したがって、個
々の光検出器７ａ〜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ａる。２つの個々の光検出器の幅は、個々の光−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−Ｃいる。透光性領域】３
の高さは光検出器７の高さより大といので、透光性領域
］３は光検出器７と車なっている。この重なりによって
、光学式エンコーダはうη１裂 一≠愉３の軸心がすれたときにも動作″ｆることができ
る。光検出器７は様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・イオードであるったたし、光検
出器は本発明の範囲を逸脱することなく他の抽類の技術
を用いて製作することかできる。第５Ｎ図に示（〜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
許すかぎり互いに冨接させて一方向に配列したアｌ／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、信号乞取り出す光検出器７ａ〜ｄにおよぼす迷光の
影響を可能なかき゛り少くしている。
個々の各光検出器７ａ＝ｄの幅は第５図に示すように１
つの透光性領域１３０幅の半分である。
つの透光性領域１３０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７ａ＝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、Ｆｌ
］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７ａ〜ｄは、第５Ａ図に示すように、互い
に直接隣接して配列され、２つのチャンネルに属する情
報を受けるように櫛形になっている。各光検出器７ａ”
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。
個の光検出器７ａ＝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、Ｆｌ
］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７ａ〜ｄは、第５Ａ図に示すように、互い
に直接隣接して配列され、２つのチャンネルに属する情
報を受けるように櫛形になっている。各光検出器７ａ”
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７Ｎ図は個々の光検出器７ａ−ｄの出力信号の完全な
１サイクルを示す。出力信号Ａ Ｂは光検出器７ａで発
生し、出力信号＆Ｂは光検出器７ｂで発生し、出力信号
ＡＢは光検出器７ｃで発生し出力信号０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９００の倍数たけずれている。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閥
な時間に等しい。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 Ｂは光検出器７ａで発
生し、出力信号＆Ｂは光検出器７ｂで発生し、出力信号
ＡＢは光検出器７ｃで発生し出力信号０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９００の倍数たけずれている。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閥
な時間に等しい。出力信号の各サイクルは符号盤の１ピ
ツチに対応する。
ＬｇＤ９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７ａ＝ｄを照射する。
１３を通して光検出器７ａ＝ｄを照射する。
これにより、光検出器７ａ＝ｄを横切って移動する透過
部分１３−１つの面積と等１−い断面積の光の列が形成
される。光検出器７ａ〜ｄ の出力の振幅は入射する光
の量にしたがって変化する。
部分１３−１つの面積と等１−い断面積の光の列が形成
される。光検出器７ａ〜ｄ の出力の振幅は入射する光
の量にしたがって変化する。
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
って、ＡＢ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、人毛出力信号は、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
の四分の一す、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、ＡＢ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番目の四分の一丈
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百出力信号はその最大振幅を保持している
。
方向へ光検出器７ａから離れるように移動するにしたが
って、ＡＢ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、人毛出力信号は、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
の四分の一す、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、ＡＢ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番目の四分の一丈
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百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。
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ＡＨ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７ａ＝ｄをこのように配置することにより、
へ百出力信号と形状および周期が同じでＡ Ｉ３出出力
器とは四分の一サイクルすなわち９０°お（れているＡ
Ｂ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、へ１出力信号と形
状および周期は同じであるがＡＢ出力信号から半サイク
ルすなわち１８０°遅れているへＢ出力信号を発生する
。光検出器７ｄからの后出力信号は、光検出器が３光検
出器分離れているのでＡＢ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ＡＢ出力伯吋
と同じである。
て異なる位置に配置されていることを除きＡＨ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７ａ＝ｄをこのように配置することにより、
へ百出力信号と形状および周期が同じでＡ Ｉ３出出力
器とは四分の一サイクルすなわち９０°お（れているＡ
Ｂ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、へ１出力信号と形
状および周期は同じであるがＡＢ出力信号から半サイク
ルすなわち１８０°遅れているへＢ出力信号を発生する
。光検出器７ｄからの后出力信号は、光検出器が３光検
出器分離れているのでＡＢ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ＡＢ出力伯吋
と同じである。
この物理的配置から４つの出力信号ＡＢ、ＡＢ、ＡＢ、
および頁は地象信号となる。すなＪつち、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
れているっ 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ピッ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、７
ｃと８ｃ、および７ｄと８ｄとは符号盤３の１ピッチ分
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。したがって、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ピッチ分だ
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７ａ＝ｄおよび８ａ−ｄを示す。
および頁は地象信号となる。すなＪつち、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
れているっ 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ピッ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、７
ｃと８ｃ、および７ｄと８ｄとは符号盤３の１ピッチ分
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。したがって、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ピッチ分だ
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７ａ＝ｄおよび８ａ−ｄを示す。
光学式エンコーダのモジュール１０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Ａ８、ＡＢ。
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Ａ８、ＡＢ。
ＡＢ、およびＡＢ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。ディジーホイール・プリン
タのように、実施例によっては、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。これにともなっ
て透光性領域１３の寸法と、光検出器７の寸法とが変る
。
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。ディジーホイール・プリン
タのように、実施例によっては、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。これにともなっ
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７ａ＝ｄとの幅が減る
と、出力信号ＡＢ、ＡＢ、ＡＢ、および后の振幅が減り
、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ＡＢ、ＡＢ、ＡＳ、Ｔ百が形
成される。同様に、光検出器？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（行うことができる。
と、出力信号ＡＢ、ＡＢ、ＡＢ、および后の振幅が減り
、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ＡＢ、ＡＢ、ＡＳ、Ｔ百が形
成される。同様に、光検出器？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（行うことができる。
処理回路
光学式エンコーダ・モジュール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つのチャンネルで求め
ることができるが、軸５の回転の方向を決めるには、２
つのチャンネルが必蟹である。各光検出器出力ＡＢ、Ａ
Ｂ、ＡＢ、λＢはこれら２つのチャンネルに属する情報
を含んでいも第８図はこれらの信号がいかにして２つの
チャンネルに分離されるかを示している。光検出器出力
ＡＢとＡＢとは加算器１７で加算されて第７Ｂ図に示す
信号２Ｎを発生する。加算器１９はＡＢとＡＢとを加算
してやはり第７Ｂ図に示す２λを発生する。加算器出力
１Ｍ号２Ｎと２人とは、比較器２５で比較され、第７Ｂ
図に示すチャンネルＡの論理出力を発生する。同様に、
他の加算器２１がＡＢ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はに１とＡＢとを加
算して第７Ｂ図に示す２πを発生する。第８図に示す比
較器２７が加算器出力２Ｂと２百とを比較して第７Ｂ図
に示すチャンネル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１２安定回路」および特開昭５５−７６９０７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２人、２λ、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
チャンネルＡと８とのアナログ出力信号を発生する。
力がある。軸５の回転の速さは１つのチャンネルで求め
ることができるが、軸５の回転の方向を決めるには、２
つのチャンネルが必蟹である。各光検出器出力ＡＢ、Ａ
Ｂ、ＡＢ、λＢはこれら２つのチャンネルに属する情報
を含んでいも第８図はこれらの信号がいかにして２つの
チャンネルに分離されるかを示している。光検出器出力
ＡＢとＡＢとは加算器１７で加算されて第７Ｂ図に示す
信号２Ｎを発生する。加算器１９はＡＢとＡＢとを加算
してやはり第７Ｂ図に示す２λを発生する。加算器出力
１Ｍ号２Ｎと２人とは、比較器２５で比較され、第７Ｂ
図に示すチャンネルＡの論理出力を発生する。同様に、
他の加算器２１がＡＢ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はに１とＡＢとを加
算して第７Ｂ図に示す２πを発生する。第８図に示す比
較器２７が加算器出力２Ｂと２百とを比較して第７Ｂ図
に示すチャンネル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１２安定回路」および特開昭５５−７６９０７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２人、２λ、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
チャンネルＡと８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５５−７６９０
７号に説明されている。
７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、ＡＢ、およびＡ Ｂ−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７ａ＝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４１，４３．４
５．４７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５１．５３．５
５．５７のペ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ＡＢとＡＢ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ＡＢお
よびＡＢ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ＡＢ
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τ下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。
光検出器出力Ａ’Ｂ、ＡＢ、ＡＢ、およびＡ Ｂ−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７ａ＝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４１，４３．４
５．４７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５１．５３．５
５．５７のペ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ＡＢとＡＢ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ＡＢお
よびＡＢ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ＡＢ
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τ下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７ａ−ｄおよび８ａ〜ｄを、互
い［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−〔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っただけ互い
に遅れる出力信号を発生する。第１０図は６個の光検出
器１．０１ａ”ｆがグループに装置されている代替実施
例を示す。
い［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−〔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っただけ互い
に遅れる出力信号を発生する。第１０図は６個の光検出
器１．０１ａ”ｆがグループに装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、径路に沿った運動と位置と
を追跡するのに符号盤３０代りに、第１１Ａ図に示すコ
ードストリップ３１を使用している。
を追跡するのに符号盤３０代りに、第１１Ａ図に示すコ
ードストリップ３１を使用している。
コードストリップ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。モジュール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ュ
ール１と同じである。コードストリップ３１の透光性領
域１０３の数と犬ぎ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
より央捷る。
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。モジュール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ュ
ール１と同じである。コードストリップ３１の透光性領
域１０３の数と犬ぎ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
より央捷る。
他の代替実施例では、軸５の回転寸たは軸５の回転の成
る部分が完了したことを示すのにインデックスパルスを
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
−Ｃ，インデッ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
トラック３３により変調され、第１２Ａ図に示す櫛形の
光検出器３５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、プッシュプル出力信号を
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１２８図に示す２つの別個の光検
出器信号■と王とを形成し、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ックスパルスの数に等しい。
る部分が完了したことを示すのにインデックスパルスを
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
−Ｃ，インデッ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
トラック３３により変調され、第１２Ａ図に示す櫛形の
光検出器３５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、プッシュプル出力信号を
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１２８図に示す２つの別個の光検
出器信号■と王とを形成し、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ックスパルスの数に等しい。
■と丁とは第１２Ａ図に示す比較器３７で比較され、両
川力信号が極値振幅に々つなとき、第１２Ｂ図に示すよ
うに、・インデックスパルス３９を発生する。鋭いイン
デックスパルス３９を得るには、インデックスパルスの
光学トラック３３の透光性領域１３をここに参考のため
取入れである特開昭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ックの全長を通じて、これも特開昭
５８−’３７５１５号に述べられているように１の振幅
を保持する位置に配置する。
川力信号が極値振幅に々つなとき、第１２Ｂ図に示すよ
うに、・インデックスパルス３９を発生する。鋭いイン
デックスパルス３９を得るには、インデックスパルスの
光学トラック３３の透光性領域１３をここに参考のため
取入れである特開昭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ックの全長を通じて、これも特開昭
５８−’３７５１５号に述べられているように１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ップを使用する
実施例では、物体が径路の成る部分を横切ったとぎある
いは径路のいずれかの端に到達したときを示すインデッ
クスパルスを備えることもできる。
実施例では、物体が径路の成る部分を横切ったとぎある
いは径路のいずれかの端に到達したときを示すインデッ
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ッ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髪となり、製造コストが大幅
に減少し、且つ精度が同上すると言う効果が得られる。
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ッ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髪となり、製造コストが大幅
に減少し、且つ精度が同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２Ｎ図乃至第１２Ｂ図は本発明の実施例に係り、
第２Ｎ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２８図は第１実施例に係る光学式位内己エンコ
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ュ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５Ｎ図に示す光検出器のアレ
ーの両端にダミーのフォトダイオードを設けた状態を示
す図、第６Ｎ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６８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６Ｎ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７Ｎ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１
０図は６個の光検出器によっ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１１
Ａ図は光変調手段としてコードストップを用いた別実施
例に係る光学式位置エンコーダの要↓ 部斜視図、第１１図は第１１Ａ図に示すコードストリッ
プの拡大図、第１２Ａ図はインデックスパルスを発生す
るための光学トラッ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１２
Ｂ図は第１２Ａ図に示す光検出器の出力信号とそれによ
って形成されたインデッ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ュール、 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ＩＪソズ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、 １３．１０３：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、ＡＢ、
ＡＢ、 ＡＢ ：光検出器の出力信号、２人、２λ、２
Ｂ、２■：加算器の出力信号、２５ａ、 ２７ａ ：
出力チャンネル、１０１ａ乃至１０１ｆ、 １０２ａ乃
至１０２ｆ ：光検出器、３３ニ一部に不均等間隔を有
する光学トランス■、Ｉ：出力インデックス信号、 ３９：インデックスパルス。 出願人 横河・ヒユーレット・パッカード株式会社代理
人弁理士 長 谷 川 次 男０ ｖ４
隻 ％ ＴＯｏ ９０’ １
８０° ２７０’ ３６０’←ＣＩ→−Ｃ
ｚ−＊−Ｃｓ −５ｅ−Ｃ４→ＯＴ ２Ｔ
３Ｔ ４ＴＯ’ ９０
° （８０６２７０’ ３６０゜ＦＩＧ
７４ １０ の ＜ ＜ ＋＜ １（ ＦＩＧ ｒＢ ＋＜ （＋＜ ＜
図、第２Ｎ図乃至第１２Ｂ図は本発明の実施例に係り、
第２Ｎ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２８図は第１実施例に係る光学式位内己エンコ
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ュ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５Ｎ図に示す光検出器のアレ
ーの両端にダミーのフォトダイオードを設けた状態を示
す図、第６Ｎ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６８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６Ｎ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７Ｎ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１
０図は６個の光検出器によっ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１１
Ａ図は光変調手段としてコードストップを用いた別実施
例に係る光学式位置エンコーダの要↓ 部斜視図、第１１図は第１１Ａ図に示すコードストリッ
プの拡大図、第１２Ａ図はインデックスパルスを発生す
るための光学トラッ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１２
Ｂ図は第１２Ａ図に示す光検出器の出力信号とそれによ
って形成されたインデッ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ュール、 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ＩＪソズ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、 １３．１０３：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、ＡＢ、
ＡＢ、 ＡＢ ：光検出器の出力信号、２人、２λ、２
Ｂ、２■：加算器の出力信号、２５ａ、 ２７ａ ：
出力チャンネル、１０１ａ乃至１０１ｆ、 １０２ａ乃
至１０２ｆ ：光検出器、３３ニ一部に不均等間隔を有
する光学トランス■、Ｉ：出力インデックス信号、 ３９：インデックスパルス。 出願人 横河・ヒユーレット・パッカード株式会社代理
人弁理士 長 谷 川 次 男０ ｖ４
隻 ％ ＴＯｏ ９０’ １
８０° ２７０’ ３６０’←ＣＩ→−Ｃ
ｚ−＊−Ｃｓ −５ｅ−Ｃ４→ＯＴ ２Ｔ
３Ｔ ４ＴＯ’ ９０
° （８０６２７０’ ３６０゜ＦＩＧ
７４ １０ の ＜ ＜ ＋＜ １（ ＦＩＧ ｒＢ ＋＜ （＋＜ ＜
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、次の（イ）〜（ホ）からなる光学式位置エンコーダ
。 （イ）光ビームを発する光源。 （ロ）前記光ビームの光路上に配置され、各々１つの出
力信号を発生する複数の光検出器をグループに配列して
なる受光手段。 （ハ）物体に取り付けられ、該物体の運動に対応して前
記光ビームを断続変調するため前記光源と前記受光手段
との間に配置され、 交互に設けられた透光性領域と非透光性領 域とからなる少なくとも１列の光学トラックを備えた光
変調手段。 （ニ）出力チャンネル （ホ）前記複数の光検出器の前記出力信号から前記物体
の位置を符号化した前記出力チャンネルの出力信号を形
成するための電子回路。 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
且つ前記光学トラックによつて前記回転軸の回転に対応
して前記光ビームを変調する符号盤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。 ３、前記物体は、所定の経路上を連動するものであり、 前記光変調手段は、前記経路に並行して設けられた前記
光学トラックにより経路に沿つた運動に対応して前記光
ビームを変調するコードストリップ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。 ４、前記光検出器のグループは、前記透光性領域と前記
非透光性領域とをあわせた寸法にほぼ等しくなつている
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項に記
載の光学式位置エンコーダ。 ５、前記光検出器は、互いに同形状、同寸法となつてい
るものであることを特徴とする特許請求の範囲第４項に
記載の光学式位置エンコーダ。 ６、前記透光性領域は、各々同形状、同寸法となつてい
るものであることを特徴とする特許請求の範囲第５項に
記載の光学式位置エンコーダ。 ７、前記受光手段は、前記光検出器のグループを複数備
え、前記透光性領域と前記非透光性領域との和の距離だ
け互いに離れた前記光検出器は互いに接続され１つの出
力信号を形成しているものであることを特徴とする特許
請求の範囲第６項に記載の光学式位置エンコーダ。 ８、前記光検出器のグループは、出力信号を発生する４
個の光検出器から形成されているものであることを特徴
とする特許請求の範囲第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。 ９、前記光検出器の前記出力信号の波形は、ほぼ形状が
等しく且つ位相が９０度ずれているものであることを特
徴とする特許請求の範囲第８項に記載の光学式位置エン
コーダ。 １０、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、ダミーであること
を特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の光学式位置
エンコーダ。 １１、前記電子回路は、前記グループを形成する前記光
検出器の数の２分の１の数の出力チャンネルを形成する
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第２項又は
第３項に記載の光学式位置エンコーダ。 １２、前記光学トラックは、不均等間隔に配置された透
光性領域を一部に備えており、 前記受光手段は、１個おきに出力端子が接続され２つの
出力インデックス信号を形成する複数の光検出器からな
るものであり、 前記電子回路は、前記出力インデックス信号の極値に対
応してインデックスパルスを発生するものであることを
特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３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 |
|---|---|---|---|
| US06/747,084 US4691101A (en) | 1985-06-19 | 1985-06-19 | Optical positional encoder comprising immediately adjacent detectors |
| US747084 | 1985-06-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61292016A true JPS61292016A (ja) | 1986-12-22 |
| JPH083427B2 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 (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004029019A (ja) * | 2002-06-25 | 2004-01-29 | Agilent Technol Inc | 光学位置感知装置 |
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