JPS63250522A

JPS63250522A - 光学式ロ−タリ・エンコ−ダ

Info

Publication number: JPS63250522A
Application number: JP8482187A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Tatsuno; 恭市辰野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-04-08
Filing date: 1987-04-08
Publication date: 1988-10-18

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は高分解能で高速応答性１ｃ優れた光学式ロータ
リ・エンコーダに関する。

（従来の技術）各種の工作機械やロボット等においては、回転機構□の
位置や角度を符号化するため光学式ロータリ・エンコー
ダが使用されている。

高分解能の光学式ロータリーエンコーダとしては論文「
ダイレクト・ドライブロボット用高分解能ロータリエン
コーダ」（第２３回計測自動制御学会学術講演会予稿集
第５５７頁〜ｆｇ５５８頁、鷹３５１０（１９８４年）
参照）が知られている。

この光学式ロータリ・エンコーダは嬉６図に示すように
圓からなる光源１１この光源からの光を透過させるメイ
ンスリット（スリット数１２００）を透設した符号板２
、この符号板のメインスリットに対し、スリット位置を
ズラせたスリットを透役した位相板３．この位相板の通
過光を検出する４分割フォトダイオード４．この４分割
フォトダイオードからの信号を走査し、符号板２と位相
板３の位相差を測定する低減フィルタ５から成る。

また、符号板２に透設した零点検出用スリット６の上下
には光＃、７と差動フォトダイオード８が対向して配設
されており、差動フすトダイオード８の出力は差動増幅
器９に導かれて零点信号を出力する。

上記において、位相板３に透設された位相検出用スリッ
トは、符号板２のメインスリットのピッチをＰとすると
、Ｏ，Ｐ／４．Ｐ／２，３Ｐ／４の４群に分割されてお
り、従って４分割フォトダイオード４の出力は第７図に
示すようにＰ／４ずつずれた三角波となる。これらの信
号を電気的に９０’ずつ位相のづれた４相クロツクｆｓ
　（＝　５．５６　ＫＨ２）に基づいてスイッチ５Ｗｔ
−ＳＷ４によシ第８図に示すようにオン・オフ走査する
と、アンプ１０の出力は第９図に示すようになる。第９
図中、ａは符号板２と位相板３の位相差がＭ７図中の０
１のときであシ、第６図すは同様に０２のときである。

従って、アンプ１０の出力を低域フィルタ１１に通し７
て高調波成分を除去すれば、符号板２の回転角θで位相
変調された次式に示す正弦波信号ｆ（１ｆ（ｔ）＝Ａｓｉｎ（２ｆｆｆ３ｔ＋１２０００）但し
、Ａ：定数ｆ８：走査周波数（ＦＺ） θ：回転角（ｒａｄ　）を得ることができる。それ故、正弦波信号ｆ（ｔ）を測
定することにより、符号板２の回転角θを検出すること
ができる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上述のように構成した従来の装置では第
６図に示す正弦波信号ｆ（ｔ）を得るための時間および
位相測定のために時間がががシ、高速応答性を要求され
るロボットアームの位置検出等には満足して使用するこ
とはできない。また、符号板２のメインスリットの幅を
狭め、その数を増して分解能を向上きせようとすると、
回折を生じるため第７図に示す三角波をＳ／Ｎ比の良い
状態で測定することが困難となシ、正確な回転角θの測
定か不可能となる。

（発明の目的）本発明は背景技術における上述のごとき欠点除去すべく
なされたもので、高速応答性を持ち、しかも回転位置精
度を上げるためにスリット幅を小さくした場合にも、高
分解能で回転位置を検出できる光学式ロータリ・エンコ
ーダを提供することを目的とするものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）上述の目的を達成するため本発明の光学式ロータリΦエ
ンコーダは、メインスリットを・備えた主尺用スリット
板と、前記メインスリットに対してバーニヤスリットを
形成する副尺用スリット板と、前記主尺用スリット板と
副尺用スリット板との間に介挿した平行光学系と、前記
副尺用スリット板のバーニヤスリットに対応して配列さ
れ、前記メインスリットとバーニヤスリットを通過した
光を検出する光電変換素子と、これらの光電変換素子の
出力に基づいて前記メインスリットおよびバーニヤスリ
ットの目盛を自動的に解読する信号処理回路とからなり
、前記バーニヤスリットのスリット番号をカウンタの最
下位信号としたことを特徴とする。

（作　用）上述のように構成した本発明装置においては、主尺用ス
リット板のメインスリットと副尺用スリット板のスリッ
トはノギスの主尺と副尺と同様の関係に配置されている
ので、副尺の目盛をマルチブレフサで読取ることにより
高速にて副尺用スリット板の回転角θを検出することが
できるとともに高次の回折光は一対のレンズと、それら
の間に配置したピンホールによシ平行光すりわち零次回
折光として副尺用スリット板のスリットに導かれるので
回折の影響を除去することができ、また、バーニヤスリ
ットのスリット番号をカウンタの最下位信号としている
ために、回転方向を知るだめの手段、０°位置検知手段
を特に設ける必要がない。

（実施例）第１図、第２図に示した実施例に基づいて本発明の詳細
な説明する。

光源２１から発光される光をレンズ２２によシ平行光に
変換して、Δθきざみにメインスリット３３を配置した
主尺用スリット板２３に照射する。

この主尺用スリット板２３を通過した光をレンズ２４、
ピンホール板２５を通過させることによシ。

メインスリット３３により回折された高次の回折光を除
去し、Ｏ次回折光のみをレンズ２６に導びいている。レ
ンズ２６で再び拡大し、平行ビームにして副尺用スリッ
ト板２７に照射する。副尺用スリット板２７のそれぞれ
のバーニヤスリット２７ａ（目盛０，１，２．・、９）
に対応して、フォトダイオード２８を配置しバーニヤス
リットを２７ａ通過した光を電流信号に変換する。副尺
用スリット板２７とフォトダイオード２８を組み合わせ
たものをしてフォトダイオードアレイを用いることもで
きる。フォトダイオード２８からの電流は。

アンプ２９により電圧信号に変換・増幅される。

このアンプ２９は尤の強度の不拘−及びフォトダイオー
ドの感度のバラツキを補正するために利得が可変ＶＣな
っている。副尺用スリット板２７に照射される主尺用ス
リット板３３の像（光のパターン３３ａ）と副尺用スリ
ット板２７のバーニヤスリット２７ａの配置はｍ３図に
示すように主尺用スリット板３３の像のピッチを２Ｔ　
、スリット巾Ｔとしておき、副尺用スリット板２７のバ
ーニヤスリット２７ａのピッチを１．８７．スリット巾
をＴとしておく。第３図の配置は、ノギスの原理と同じ
で光のパターンが主尺、スリット板７が副尺であり、副
尺により主尺の１目盛間を１／１０づつ補間するときの
１例を示したものである。主尺の１目盛間を１／１００
づつ補間する場合は、副尺用スリット板２７のバーニヤ
スリット２７ａのビｙ　’、　ｆ　１．９８Ｔ−スリッ
ト巾’ｔＴとしておけばよい。

次に信号の処理方法を第４図を用いて説明する。

アンプ２９の出力は第４図中の三角波のようなイぎ号で
ある。比較器３０の比較レベルをＬｏとしＬＯよりアン
プ出力が小ぢい場合、比較器３０の出力をＯＮにすると
第４図中のパルス波形が得られる。

このパルスを出しているスリット番号をカウンタ３１の
最下位に表示し、スリット番号が９から０へ変化した場
合はキャリーパルスをカウンタ３２に出力し、カウンタ
３２は、第２桁以上をカウントする。一方スリット番号
が０から９へ変化した場合は、負のキャリ信号をカウン
タ３２に出力し、カウンタ３２の内容を減じる。またカ
ウンタ３２．３１の示す値がＯ以下になったときは最大
値をカウンタにセットし、最大値よシ大きくなったとき
は０をカウンタにセットしてやる。

以上のようにすることによシ、カウンタ３２゜３１の内
容は回転角に比例した値となる。

以上のように本発明によ）、高分解能で、回折の影響を
受けない光学式ロータリ・エンコーダが。

実現される。またカウンタの内容は回転角に比例した値
を示し、回転方向を検出する手段及び００位置検出手段
が不要となる。

第１図、ｍ２図の変形例として、スリット板２３のスリ
ット数が多くなり、　ＩＣ製造技術などを加用して製作
した場合などは、透過方式にできないので、第５図に示
すような反射方式になる。

〔発明の効果〕

本発明では、筒分解能な光学式ロータリ・エンコーダが
実現できる。その際、スリットによる回折の影響を除去
でき、カウンタ出力が回転角に比例した値を示すことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１ｆ！ｉ！Ｊは本発明の１実施例を示す構成図、第２
図は第１図における主尺用スリット板の平面図、第３図
は第１図におけるメインスリット（像）とバーニヤスリ
ットの関係を示す説明図、第４図は第１図に示す実施例
における信号処理の様子を示すグラフ、第５図は本発明
の他の実施例を示す光学系の説明図、第６図は従来の光
学式ロータリ・エンコーダを例示する説明図、第７図〜
第９図は第６図のロータリーエンコーダの作動を説明す
るグラフである。２１・・・光源％２２・・・レンズ、２３・・・主尺用
スリブ）板、２４・・・レンズ、２５・・・ピンホール
、２６・・・レンズ、２７・・・副尺用スリット板、２
８・・・フォトダイオード、２９・・・アンプ、３０・
・・比較器、３１・・・カウンタ（最下位の桁）、３２
・・・カウンタ（第２桁以上）。代理人　弁理士　則　近　憲　佑凹　　松山　之第　　１　　図第　　２　図第　　３　図 θ　　　　　　　　Ｔ２Ｔ第　　４　　図第　　５　図

Claims

【特許請求の範囲】１、メインスリットを備えた主尺用スリット板と、前記
メインスリットに対してバーニヤスリットを形成する副
尺用スリット板と、前記主尺用スリット板と副尺用スリ
ット板との間に介挿した平行光学系と、前記副尺用スリ
ット板のバーニヤスリットに対応して配列され、前記メ
インスリットとバーニヤスリットを通過した光を検出す
る光電変換素子と、これらの光電変換素子の出力に基づ
いて前記メインスリットおよびバーニヤスリットの目盛
を自動的に解読する信号処理回路とからなり、前記バー
ニヤスリットのスリット番号をカウンタの最下位信号と
したことを特徴とする光学式ロータリ・エンコーダ。２、平行光学系が一対のレンズと、それらの間に介挿し
たピンホール板からなることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の光学式ロータリ・エンコーダ。