KR20100133372A - 광학식 인코더 장치 - Google Patents

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KR20100133372A KR1020107019824A KR20107019824A KR20100133372A KR 20100133372 A KR20100133372 A KR 20100133372A KR 1020107019824 A KR1020107019824 A KR 1020107019824A KR 20107019824 A KR20107019824 A KR 20107019824A KR 20100133372 A KR20100133372 A KR 20100133372A
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Abstract

수광 소자의 수광면의 길이 치수에 따라 고정 슬릿 플레이트에 형성하는 광투과 슬릿의 수를 최대한 늘릴 수 있어서 왜곡이 적은 출력 신호를 얻을 수 있는 광학식 인코더 장치를 제공한다. 가동 슬릿 플레이트(3)는 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿(광을 투과하는 부분)(S1)과 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 비광투과 슬릿(S2)(광을 투과하지 않는 부분)이 교대로 배열되어 형성된 가동측 슬릿 열(R1)을 갖는다. 또한 고정 슬릿 플레이트(4)는 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿(S3)과 슬릿 폭이 전기각으로 (360×k-180)°인 복수개의 비광투과 슬릿(S4)이 교대로 배열되어 형성된 고정측 슬릿 열(R2)을 갖는다. 계수 k는 k=1±[1/3n]을 만족하는 값이다. 단 n은 광투과 슬릿(S3)의 수이다.

Description

광학식 인코더 장치{OPTICAL ENCODER DEVICE}
본 발명은 왜곡이 적은 출력 신호를 얻을 수 있는 광학식 인코더 장치에 관한 것이다.
종래의 광학식 인코더 장치에서는 고정 슬릿 플레이트의 광투과 슬릿의 피치가 360°이며 출력 신호에 왜곡이 많아 검출 정밀도가 나빠지는 문제가 있다. 그래서, 일본 특허 공개 2007-218603호 공보(특허문헌 1)에는 왜곡이 적은 출력 신호를 얻을 수 있는 광학식 인코더 장치의 공지예가 나타내어져 있다. 이 공지의 광학식 인코더 장치에서는 고정 슬릿 플레이트에 형성되어 있는 슬릿 패턴을 가동 슬릿 플레이트의 슬릿의 피치(P)에 대해서 1/12의 위상차를 가지고, 4의 배수의 수의 광투과 슬릿을 1개의 유닛으로 하고, 제 1 광투과 슬릿을 기준으로 해서 제 1 과 제 2 광투과 슬릿 사이의 위상을 P/12 어긋나게 하고, 제 2 와 제 3 광투과 슬릿 사이의 위상을 P/6 어긋나게 하며, 제 3 과 제 4 광투과 슬릿 사이의 위상을 P/4 어긋나게 하고 있다.
일본 특허 공개 소60-42626호 공보(특허문헌 2)에는 3차 고조파를 상쇄하기 위해서 2개의 슬릿 사이에 1/6의 위상차를 가지게 한 광학식 인코더를 나타내고 있다.
일본 특허 제 2539269 호 공보(특허문헌 3)에는 3차 고조파 및 5차 고조파를 상쇄하기 위해서 2개의 슬릿 사이 또는 슬릿 그룹 사이에 1/6이나 1/10의 위상차를 가지게 한 광학식 인코더를 나타내고 있다.
일본 특허 제 3184419 호 공보(특허문헌 4)에서는 2의 n승개 이상의 슬릿을 이용해서 n종류의 차수의 고조파를 상쇄하도록 하고 있다.
일본 특허 공개 2007-218603호 공보 일본 특허 공개 소60-42626호 공보 일본 특허 제 2539269 호 공보 일본 특허 제 3184419 호 공보
특허문헌 1의 광학식 인코더 장치에서는 4개의 광투과 슬릿을 1개의 유닛으로 해서 고정 슬릿 플레이트에 복수개의 광투과 슬릿을 형성할 필요가 있다. 그 때문에 수광 소자의 수광면의 길이 치수가 예컨대 7개의 광투과 슬릿에 대응해서 수광할 수 있는 길이 치수를 갖고 있을 경우에도 고정측 슬릿에는 4개의 광투과 슬릿밖에 형성할 수 없다. 그 때문에 수광 소자의 기능을 유효하게 활용할 수 없는 문제가 있다.
또한 특허문헌 1 내지 4의 기술에서는 고정측 슬릿 플레이트에 형성하는 광투과 슬릿의 수를 소정의 수로 할 필요가 있고, 유한 길이의 수광 소자를 고려했을 경우, 필요한 광투과 슬릿을 배치할 수 없을 경우나, 반대로 수광 소자의 길이가 쓸데없이 길어지는 문제가 있었다. 또한 종래의 기술에서는, 예컨대, 배치할 수 있는 광투과 슬릿이 5개보다 적은 수인 경우, 왜곡률(여기서는 21차까지의 고조파의 비율의 2승 평균)은 1.5% 이상 남는다.
본 발명의 목적은 수광 소자의 수광면의 길이 치수에 따라 고정 슬릿 플레이트에 형성하는 광투과 슬릿의 수를 최대한 늘릴 수 있고, 또한 왜곡이 적은 출력 신호를 얻을 수 있는 광학식 인코더 장치를 제공하는 것에 있다.
본원 제 1 발명의 광학식 인코더 장치는 발광 소자와, 발광 소자와 대향하도록 배치된 수광 소자와, 발광 소자와 수광 소자 사이에 배치되는 가동 슬릿 플레이트 및 고정 슬릿 플레이트를 갖는다. 가동 슬릿 플레이트는 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿과 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 비광투과 슬릿을 갖고 또한 광투과 슬릿과 비광투과 슬릿이 이동 방향으로 교대로 배열되어 형성된 가동측 슬릿 열을 구비한다. 광투과 슬릿은 광이 투과하면 좋고, 관통 구멍에 한정되는 것은 아니며, 광 투과성을 갖는 기판에 광투과용 복수개의 창부를 형성함으로써 광투과 슬릿을 형성해도 좋다. 또한 비광투과 슬릿이란 물리적인 슬릿이 존재하지 않으면 된다는 뜻이 아니라, 광이 투과하지 않는 부분이 존재하면 된다. 예컨대, 광 투과성을 갖는 기판 상에 광이 투과하지 않는 막을 형성해서 비광투과 슬릿을 형성할 수 있다. 또한 본원 명세서에 있어서 「이동 방향」이란 가동 슬릿 플레이트가 고정 슬릿 플레이트에 대해서 이동하는 방향을 의미한다. 또한 고정 슬릿 플레이트는 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿과 슬릿 폭이 전기각으로 (360×k-180)°인 복수개의 비광투과 슬릿이 교대로 배열되어 형성된 고정측 슬릿 열을 갖는다. 특히 본 발명에서는 고정 슬릿 플레이트에 형성된 광투과 슬릿의 수를 n(5 이상의 정수)으로 했을 때에 계수 k를 k=1±[1/3n]을 만족하는 값으로 한다.
본 발명에 의하면, 광투과 슬릿이 5 이상이면, 계수 k에 의해 정해지는 비광투과 슬릿의 슬릿 폭=(360×k-180)°을 통해서 광투과 슬릿을 배열함으로써 수광 소자의 수광면을 최대한 이용할 수 있는 수의 광투과 슬릿을 고정 슬릿 플레이트에 형성할 수 있다. 그 때문에 본 발명에 의하면, 왜곡이 적은 출력 신호를 얻을 수 있고, 4개의 광투과 슬릿을 1유닛으로서 형성해야만 하는 특허문헌 1의 광학식 인코더 장치와 비교해서 수광 소자의 수광면의 길이 치수에 따라 고정 슬릿 플레이트에 형성하는 광투과 슬릿의 수를 최대한 늘릴 수 있다.
따라서, 고정 슬릿 플레이트의 고정측 슬릿 열의 길이 치수가 수광 소자의 수광면의 사용 가능한 길이 치수에 최대한 가까운 값이 되도록 n을 규정하면 수광 소자의 이용률을 최대로 할 수 있다.
또한, 수광 소자의 출력 파형의 왜곡률이 작아지면 수광 소자로부터 출력되는 광학적 신호를 전기적으로 체배(遞倍)하는 체배 회로를 구비하고 있을 경우에 체배 정밀도를 높게 할 수 있으므로 특히 본 발명은 체배 회로를 구비하는 광학식 인코더 장치에 적합하다.
본원 제 2 발명은 고정측 슬릿 열을 2개 병설함으로써 과제를 해소한다. 그래서 제 2 발명에서는 고정 슬릿 플레이트는, 발광 소자와 수광 소자 사이에 배치되고, 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿과 슬릿 폭이 전기각으로 (360×k-180)°인 복수개의 비광투과 슬릿을 갖고 또한 광투과 슬릿과 비광투과 슬릿이 가동 슬릿 플레이트의 이동 방향으로 교대로 배열되어 형성된 2개의 고정측 슬릿 열을 이용한다. 2개의 고정측 슬릿 열은 이동 방향과 직교하는 폭 방향으로 병설되어 있다. 이 경우에는 k를 k=1±[1/3n]을 만족하는 값으로 한다. 그리고 고정 슬릿 플레이트에 형성된 복수개의 광투과 슬릿의 합계 수를 n(5 이상의 정수)으로 한다. 또한 n=2q-r(단, q는 2 이상의 정수, r은 0 이상 q 미만의 정수)로 했을 때에 2개의 고정측 슬릿 열은, r이 0일 때에는 전부가(2개의 고정측 슬릿 열 모두) q개의 광투과 슬릿을 갖고 있다. 또한 r이 0이 아닐 때에는 1개의 고정측 슬릿 열이 q개의 광투과 슬릿을 갖고 또한 나머지 1개의 고정측 슬릿 열이 q-r개의 광투과 슬릿을 갖고 있다. 또한 2개의 고정측 슬릿 열은 (360-360×k)×(q-r)°이동 방향으로 어긋난 위치 관계에 있다.
제 2 발명과 같이 고정측 슬릿 열을 2열 병설하면 수광 소자의 수광면의 사용 가능한 길이 방향의 치수를 짧게 할 수 있다. 또한 수광 소자의 수광면의 길이 치수 및 폭 치수를 최대한 이용해서 수광 소자의 이용률을 최대로 할 수 있다.
본원 제 3 발명에서는 고정측 슬릿 열을 3개 이상 병설함으로써 과제를 해소한다. 그래서, 제 3 발명에서는 고정 슬릿 플레이트에, 발광 소자와 수광 소자 사이에 배치되고, 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿과 슬릿 폭이 전기각으로 (360×k-180)°인 복수개의 비광투과 슬릿을 갖고 또한 광투과 슬릿과 비광투과 슬릿이 가동 슬릿 플레이트의 이동 방향으로 교대로 배열되어 형성된 m개(m은 3 이상의 정수)의 고정측 슬릿 열을 형성한다. 그리고 m개의 고정측 슬릿 열을 이동 방향과 직교하는 폭 방향으로 병설한다.
제 3 발명에서는 k를 k=1±[1/3n]을 만족하는 값으로 한다. 또한 고정 슬릿 플레이트에 형성된 복수개의 광투과 슬릿의 합계 수를 n(5 이상의 정수)으로 한다. 그리고,
Figure pct00001
(단, q는 2 이상의 정수, rx는 0 이상 q 미만의 정수)
로 했을 때에 m개의 고정측 슬릿 열은 rx가 모두 0일 때에는 모두 q개의 광투과 슬릿을 갖고 있다. 또한 rx가 0이 아닐 때에는 고정측 슬릿 열이 q-rx개의 광투과 슬릿을 갖는다. 그리고 m개의 고정측 슬릿 열은 (360-360×k)×(q-rx)°씩 이동 방향으로 어긋난 위치 관계에 있는 m종류의 고정측 슬릿 열이 조합되어 구성되어 있다.
제 2 및 제 3 발명에 있어서 가동 슬릿 플레이트측에 형성하는 광투과 슬릿은 제 1 발명과 마찬가지로 구성하면 좋다.
제 3 발명에 의하면, 제 2 발명과 마찬가지로, 수광 소자의 수광면의 사용 가능한 길이 방향의 치수를 짧게 할 수 있다. 또한 수광 소자의 수광면의 길이 치수 및 폭 치수를 최대한 이용해서 수광 소자의 이용률을 최대로 할 수 있다.
제 2 발명 및 제 3 발명 모두 폭 방향으로 서로 이웃하는 2개의 광투과 슬릿이 분리되어 있어도, 또한 연속되어 있어도 좋다. 서로 이웃하는 2개의 광투과 슬릿이 분리되어 있어도 연속되어 있어도 서로 이웃하는 2개의 광투과 슬릿을 투과한 광은 동일한 수광 소자에서 수광되기 때문에 지장 없이 신호 처리를 행할 수 있다.
도 1은 광학식 인코더 장치의 일례를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 실시형태에서 이용하는 슬릿 간격을 변경한 고정 슬릿 플레이트의 개념도이다.
도 3은 이상(理想) 광학계에서의 가동 슬릿 플레이트의 광투과 슬릿의 변위량과 투과하는 광의 양의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 광투과 슬릿의 수(n)가 6~9일 때의 피치(슬릿 간격)의 계수 k와 3차 고조파의 진폭의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 1개의 광투과 슬릿당 가동 슬릿 플레이트측의 광투과 슬릿의 변위량과 투과하는 광의 양의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 제 2 발명의 실시형태에서 이용하는 고정측 슬릿 플레이트의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 제 2 발명의 다른 실시형태에서 이용하는 고정측 슬릿 플레이트의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 제 3 발명의 실시형태에서 이용하는 고정측 슬릿 플레이트의 일례를 나타내는 도면이다.
이하 도면을 참조해서 본 발명의 광학식 인코더 장치의 실시형태를 상세하게 설명한다. 도 1은 본원 제 1 발명의 광학식 인코더 장치의 실시형태의 일례를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 1에 있어서는, 부호 1로 나타낸 부재는 발광 다이오드 등으로 이루어지는 발광 소자이고, 부호 2로 나타낸 부재는 광 신호를 전기 신호로 변환해서 출력하는 기능을 갖는 반도체 기판으로 이루어지는 수광 소자이다. 발광 소자(1)와 수광 소자(광전변환소자)(2) 사이에는 가동 슬릿 플레이트(3)와, 도시하지 않은 고정부에 고정된 고정 슬릿 플레이트(4)가 배치되어 있다. 또한 도 1에 있어서는, 가동 슬릿 플레이트(3)는 직사각형상 플레이트이지만 원판 형상의 회전하는 가동 슬릿 플레이트에도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 물론이다. 또한, 본 실시형태에서는 수광 소자(2)로부터 출력되는 전기 신호를 전기적으로 체배하는 체배 회로(5)가 설치되어 있다. 이와 같은 구성에 있어서 발광 소자(1)로부터 평행 광속을 조사하면 가동 슬릿 플레이트(3) 및 고정 슬릿 플레이트(4)의 후술하는 광투과 슬릿(S1 및 S3)을 투과한 광이 수광 소자(2)에 입사된다. 그리고, 수광 소자(2)는 입사광을 그 광 강도에 따른 전기 신호로 변환해서 출력한다. 이 전기 신호는 가동 슬릿 플레이트(3) 및 고정 슬릿 플레이트(4)의 광투과 슬릿(S1 및 S3)을 투과하는 광량이 변화됨으로써 얻어지는 것이다.
가동 슬릿 플레이트(3)는 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿(광을 투과하는 부분)(S1)과 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 비광투과 슬릿(S2)(광을 투과하지 않는 부분)이 교대로 배열되어 형성된 가동측 슬릿 열(R1)을 갖는다. 또한 고정 슬릿 플레이트(4)는, 도 2에 개념적으로 슬릿 패턴(k<1의 경우)을 나타내는 바와 같이, 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿(S3)과 슬릿 폭이 전기각으로 (360×k-180)°인 복수개의 비광투과 슬릿(S4)이 교대로 배열되어 형성된 고정측 슬릿 열(R2)을 갖는다. 여기서 고정 슬릿 플레이트(4)에 형성된 광투과 슬릿(S3)의 수를 n(5 이상의 정수)으로 했을 때에 계수 k는 k=1±[1/3n]을 만족시키는 값이다. 나중에 상세하게 설명하는 바와 같이 광투과 슬릿(S3)이 5 이상이면 계수 k에 의해 정해지는 비광투과 슬릿(S4)의 슬릿 폭=(360×k-180)°을 통해서 광투과 슬릿을 배열함으로서 수광 소자(2)의 수광면(2A)을 최대한 이용할 수 있는 수의 광투과 슬릿을 고정 슬릿 플레이트에 형성할 수 있다. 별도의 견해를 하면, 본 발명에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 광투과 슬릿(S3)의 피치[2개의 광투과 슬릿(S3)의 중심간의 거리]를 360×k°로 하고 있다. 이렇게 한 결과, 특허문헌 1에 나타내어진 4개의 광투과 슬릿을 1유닛으로서 형성해야만 하는 종래의 광학식 인코더 장치와 비교해서 본 실시형태에 의하면 수광 소자(2)의 수광면(2A)의 길이 치수에 따라 고정 슬릿 플레이트(4)에 형성하는 광투과 슬릿(S3)의 수를 최대한 늘릴 수 있다.
이하에 계수 k를 정한 근거와 본 실시형태의 작용에 대해서 설명한다. 본 실시형태와 같이 고펄스화하기 위해서 체배 회로(5)를 이용할 경우에는 체배에 이용하는 신호는 정현파에 가까운 것이 요구되어 있다. 그러나, 이상 광학계에서는 가동 슬릿 플레이트(3)의 광투과 슬릿(S1)을 투과하는 광의 양은 직선적으로 변화되기 때문에 얻어지는 신호는 삼각파가 된다. 도 3에 이상 광학계에서의 가동 슬릿 플레이트(3)의 광투과 슬릿(S1)의 변위량과 투과하는 광의 양의 관계를 나타낸다. 이 삼각파는 가동 슬릿 플레이트(3)의 광투과 슬릿(S1) 및 비광투과 슬릿(S2)의 슬릿 폭을 1주기(전기각으로 360°)로 하면 하기 식(1)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pct00002
… (1)
상기 식에 있어서 기본파 성분에 대한 3차 성분은 약 11%, 5차 성분은 약 4%, 7차 성분은 약 2%의 진폭을 가진다. 이것은 왜곡률(여기서는 21차까지의 고조파의 비율의 2승 평균)로 나타내면 11.98%에 해당한다. 여기서 일반적인 광학식 인코더 장치에서 이용하는 고정 슬릿 플레이트와 같이, 광투과 슬릿 및 비광투과 슬릿의 슬릿 폭을 180°로 하고, 서로 이웃하는 2개의 광투과 슬릿 사이의 피치를 360°로 한 고정 슬릿 플레이트를 생각한다. 또한 이 경우, 가동 슬릿 플레이트의 광투과 슬릿과 비광투과 슬릿의 슬릿 폭을 각각 180°로 하고, 2개의 광투과 슬릿의 피치를 360°로 한 가동 슬릿 플레이트를 이용하는 것으로 한다. 이러한 일반적인 광학식 인코더 장치에서는 광투과 슬릿과 비광투과 슬릿의 간격은 같고, 위상차를 가지지 않기 때문에 합성되는 신호는 하기 식(2)에 나타내는 바와 같이 단순하게 슬릿의 수(n)배로 한 것이 된다.
Figure pct00003
… (2)
여기서, 상기 식(2)에 있어서의 3차 성분을 상쇄하는 것을 생각한다. 도 2에 나타낸 본 실시형태에서 이용하는 슬릿 간격을 변경한 고정 슬릿 플레이트에서는 광투과 슬릿(S3)의 간격 즉 피치를 일정한 비율 k를 이용해서 360×k°로 변경한다. 도 2는 K<1의 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 각 광투과 슬릿(S3)을 광이 투과해서 얻어지는 신호는 고정측 슬릿 열(R2)의 중앙의 광투과 슬릿(S3)을 광이 투과해서 얻어지는 신호에 대해서 중앙의 광투과 슬릿으로부터의 거리에 따른 위상차를 가진다. 그 때문에 합성되는 신호는 하기 식(3)과 같이 나타내어진다(n=9).
Figure pct00004
… (3)
또한 슬릿 수(n)가 짝수인 경우도 마찬가지로, 합성되는 신호는 하기 식(4)와 같이 나타내어진다(n=8).
Figure pct00005
… (4)
여기서, 상기 식(3)과 식(4)를 고차 성분마다 정리하면 하기 식(5) 및 식(6)과 같이 된다.
Figure pct00006
… (5)
Figure pct00007
… (6)
상기 식(5) 및 식(6)으로부터, 광투과 슬릿(S3)의 수가 n인 경우에 있어서 N차 성분의 진폭[A(N)]은 n이 홀수인 경우에는 하기 식(7)과 같이 되고, n이 짝수인 경우에는 하기 식(8)과 같이 된다.
Figure pct00008
… (7)
Figure pct00009
… (8)
도 4에 광투과 슬릿의 수(n)가 6~9일 때의 피치(슬릿 간격)의 계수 k와 3차 고조파의 진폭의 관계를 나타낸다. 상기 식(7) 및 식(8)로부터도 알 수 있지만, 도 4에 나타내는 바와 같이 각 차수의 진폭은 k에 대해서 주기적으로 변화되고, 그 주기는 N에 반비례한다. 3차 성분을 상쇄하기 위해서는 N=3일 때, 식(7) 및 식(8)이 0이 되도록 k를 정하면 좋다. 단, 체배의 신호에는 고조파 성분이 적을 뿐만 아니라 진폭이 큰 것이 요구되므로 k가 1에 가깝게 되도록 할 필요가 있다. 그 경우는 k를 식(9)로 정하면 좋다.
Figure pct00010
… (9)
상기 식(9)로부터, 3차 고조파를 상쇄하는 k는, 예컨대 n=9일 때, k=0.963, 1.037이 된다. 이 경우, 기본파의 진폭이 k=1에 대해서 82.9%가 되지만, 기본파에 대해서 3차 고조파는 0%, 5차 고조파는 약 0.85%, 7차 고조파는 약 0.33%의 진폭이 되고, 상기 왜곡률은 0.92%가 된다. 도 5에 이 경우의 1개의 광투과 슬릿(S3)당 가동 슬릿 플레이트측의 광투과 슬릿(S1)의 변위량과 투과하는 광의 양의 관계를 나타낸다. 도 5를 보는 한, 광의 양의 변화는 정현파와 구별되지 않는 것을 알 수 있다. 하기 표 1에 상기 식(9)를 이용해서 k를 정했을 때의 광투과 슬릿(S3)의 수(n)와 출력 파형의 왜곡률(여기서는 21차까지의 고조파의 비율의 2승 평균) 및 기본파의 진폭을 나타낸다.
Figure pct00011
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 광투과 슬릿(S3)의 수(n)가 늘어날수록 왜곡률은 감소되고, n=5에서 약 1.25%가 된다. 기본파의 진폭도 광투과 슬릿(S3)의 수(n)가 늘어나면 감소된다. 표 1의 결과로부터, 가장 영향이 있는 3차 고조파를 제외하기 위해서, k=1±[1/3n]의 식을 이용해서 n=5 이상일 때의 계수 k의 값을 계산한 것을 이용하면 왜곡률을 약 1.5% 이하로 할 수 있는 것을 알았다. 본 발명은 이 결과에 의거해서 이루어진 것이다.
본 발명에서는 계수 k에 의해 정해지는 비광투과 슬릿의 슬릿 폭=(360×k-180)°을 통해서 광투과 슬릿을 배열하는 것만으로 좋기 때문에 특히 광투과 슬릿의 수의 제한을 받을 일이 없다. 그 때문에 수광 소자의 수광면을 최대한 이용할 수 있는 수의 광투과 슬릿을 고정 슬릿 플레이트에 형성할 수 있는 것을 알았다. 그 때문에 본 발명에 의하면, 왜곡이 적은 출력 신호를 얻을 수 있고, 또한 소정의 수의 광투과 슬릿을 1유닛으로서 형성해야만 하는 종래의 광학식 인코더 장치와 비교해서 수광 소자(2)의 수광면(2A)의 길이 치수에 따라 고정 슬릿 플레이트(4)에 형성하는 광투과 슬릿(S3)의 수를 최대한 늘릴 수 있다.
또한, 상기 실시형태는 리니어형의 광학식 인코더 장치에 대해서 서술했지만 로터리형의 인코더 장치에도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 물론이다. 또한 가동 슬릿 플레이트와 고정 슬릿 플레이트의 위치 관계를 바꾸어도 동일한 효과가 얻어진다.
도 6에는 본원 제 2 발명의 실시형태에서 이용하는 고정측 슬릿 플레이트의 일례를 나타내고 있다. 제 2 발명은 고정측 슬릿 열을 2개 병설함으로써 제 1 발명과 마찬가지로, 과제를 해소한다. 도 6에는 제 2 발명의 일실시형태에서 이용하는 고정 슬릿 플레이트(40)의 구성을 나타내고 있다. 이 고정 슬릿 플레이트(40)도 발광 소자와 수광 소자 사이에 배치된다. 가동 슬릿 플레이트는 도 1의 가동 슬릿 플레이트(3)와 동일한 구성의 것을 이용할 수 있다. 즉, 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿과 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 비광투과 슬릿을 갖고 또한 광투과 슬릿과 비광투과 슬릿이 이동 방향으로 교대로 배열되어 형성된 가동측 슬릿 열을 구비한 가동 슬릿 플레이트를 이용한다. 고정 슬릿 플레이트(40)는 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개(6개)의 광투과 슬릿(S31 및 S32)과 슬릿 폭이 전기각으로 (360×k-180)°인 복수개(4개)의 비광투과 슬릿(S41 및 S42)을 갖고 있다. 고정 슬릿 플레이트(40)는 광투과 슬릿과 비광투과 슬릿이 가동 슬릿 플레이트의 이동 방향으로 교대로 배열되어 형성된 2개의 고정측 슬릿 열(R21 및 R22)을 이용한다. 2개의 고정측 슬릿 열(R21 및 R22)은 가동 슬릿 플레이트의 이동 방향과 직교하는 폭 방향으로 병설되어 있다. 2개의 고정측 슬릿 열(R21 및 R22)은 폭 방향으로 서로 이웃하는 2개의 광투과 슬릿(S31 및 S32)이 연속되어 있다.
이 실시형태에서는 k를 k=1±[1/3n]을 만족하는 값으로 한다. 그리고 고정 슬릿 플레이트(40)에 형성된 복수개의 광투과 슬릿(S31 및 S32)의 합계 수를 n(5 이상의 정수)으로 한다[도 6의 예에서는 n=6]. 또한 n=2q-r(단, q는 2 이상의 정수, r은 0 이상 q 미만의 정수)로 했을 때에 도 6의 예에서는 2개의 고정측 슬릿 열(R21 및 R22)은 r이 0일 때에 해당하고, 각각이[2개의 고정측 슬릿 열(R21 및 R22) 모두] q개[도 6의 예에서는 q=3]의 광투과 슬릿(S31 및 S32)을 갖고 있다.
2개의 고정측 슬릿 열(R21 및 R22)은 (360-360×k)(q-r)°이동 방향으로 어긋난 위치 관계에 있다. 이와 같이 고정측 슬릿 열(R21 및 R22)을 2열 병설하면 수광 소자의 수광면의 사용 가능한 길이 방향의 치수를 짧게 할 수 있다. 또한 수광 소자의 수광면의 길이 치수 및 폭 치수를 최대한 이용해서 수광 소자의 이용률을 최대로 할 수 있다. 또한 본 실시형태에 의하면, 도 1 내지 도 5를 이용해서 설명한 제 1 실시형태에 있어서 n이 q인 경우와 비교해서 왜곡률을 작게 할 수 있다.
도 7은 제 2 발명의 다른 실시형태를 나타내고 있다. 이 실시형태에서는 도 6의 실시형태와 달리 제 2 고정 슬릿 열(R22)에 포함되는 광투과 슬릿(S32)의 수가 2개로 되어 있다. 그 외의 구성은 도 6의 실시형태로 같다. 일반적으로 설명하면, 고정 슬릿 플레이트(40)에 형성된 복수개의 광투과 슬릿(S31 및 S32)의 합계 수를 n(5 이상의 정수)으로 하고, 또한 n=2q-r(단, q는 2 이상의 정수, r은 0 이상 q 미만의 정수)로 했을 때에 2개의 고정측 슬릿 열(R21 및 R22)은 r이 0이 아닐 경우에는 1개의 고정측 슬릿 열(R21)이 q개(도 7의 예에서는 3개)의 광투과 슬릿(S31)을 갖고 또한 나머지 1개의 고정측 슬릿 열(R22)이 q-r개(도 7의 예에서는 2개)의 광투과 슬릿(S32)을 갖고 있다.
도 8은 본원 제 3 발명의 실시형태의 일례를 나타내고 있다. 제 3 발명은 고정측 슬릿 열을 복수개(m개: m은 3 이상의 정수) 병설함으로써 제 1 발명 및 제 2 발명과 마찬가지로, 과제를 해소한다. 도 8에는 제 3 발명의 일실시형태에서 이용하는 고정 슬릿 플레이트(40)의 구성을 나타내고 있다. 이 고정 슬릿 플레이트(40)도 발광 소자와 수광 소자 사이에 배치된다. 가동 슬릿 플레이트는 도 1의 가동 슬릿 플레이트(3)와 동일한 구성의 것을 이용할 수 있다. 즉, 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿과 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 비광투과 슬릿을 갖고 또한 광투과 슬릿과 비광투과 슬릿이 이동 방향으로 교대로 배열되어 형성된 가동측 슬릿 열을 구비한 가동 슬릿 플레이트를 이용한다. 고정 슬릿 플레이트(40)는 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개(9개)의 광투과 슬릿(S31, S32 및 S33)과 슬릿 폭이 전기각으로 (360×k-180)°인 복수개(6개)의 비광투과 슬릿(S41, S42 및 S43)을 갖고 있다. 고정 슬릿 플레이트(40)는 광투과 슬릿과 비광투과 슬릿이 가동 슬릿 플레이트의 이동 방향으로 교대로 배열되어 형성된 2개의 고정측 슬릿 열(R21, R22 및 R23)을 이용한다. 3개의 고정측 슬릿 열(R21, R22 및 R23)은 가동 슬릿 플레이트의 이동 방향과 직교하는 폭 방향으로 병설되어 있다. 3개의 고정측 슬릿 열(R21, R22 및 R23)은 폭 방향으로 서로 이웃하는 2개의 광투과 슬릿(S31, S32 및 R33)이 분리해서 형성되어 있다.
일반적으로 설명한다. 이 실시형태에서는 k를 k=1±[1/3n]을 만족하는 값으로 한다. 그리고 고정 슬릿 플레이트(40)에 형성된 복수개의 광투과 슬릿(S31, S32 및 S33)의 합계 수를 n(5 이상의 정수)으로 하고,
Figure pct00012
(단, q는 2 이상의 정수, rx는 0 이상 q 미만의 정수)
로 했을 때에 m개(도 8에서는 m=3)의 고정측 슬릿 열(R21, R22 및 R23)은 rx가 전부 0일 때에는 전부 q개(도 8에서는 q=3)의 광투과 슬릿을 갖고 있다. 또한 고정측 슬릿 열(R21, R22 및 R23)은 rx가 0이 아닐 때에는 고정측 슬릿 열이 q-rx개의 광투과 슬릿을 갖게 된다. 그리고 m개(도 8에서는 m=3)의 슬릿 열은 (360-360×k)×(q-rx)°씩 이동 방향으로 어긋난 위치 관계에 있는 m종류의 고정측 슬릿 열이 조합되어 구성되어 있다. 도 8의 예에서는 3개의 고정측 슬릿 열(R21~R23)이 순번대로 폭 방향으로 배열되어 있지만, 3종류의 고정측 슬릿 열(R21~R23)이 조합되어 있으면 좋으므로, R21→R23→R22, R23→R21→R22와 같이, 3개의 고정측 슬릿 열(R21~R23)을 배열해도 좋다. 또한 도 8의 예에서도 도 7의 예와 같이 1개의 고정측 슬릿 열의 광투과 슬릿의 수를 줄여도 좋은 것은 물론이다.
본 실시형태에서는 3개의 고정측 슬릿 열을 이용하므로, 도 6 및 도 7의 예와 같이 2개의 고정측 슬릿 열을 이용하는 경우보다 q가 동일하여도 슬릿 수(n)가 커지므로 왜곡률을 작게 할 수 있다. 실제상은, 사용하는 수광 소자의 크기 및 도 7에 나타내는 바와 같은 발광 소자로부터의 광의 조사 범위(R)를 고려해서 적절한 n과 m, r의 수를 정하게 된다. 도 7의 예에서는 조사 범위(R)를 고려해서 고정측 슬릿 열(R22)의 단부측의 광투과 슬릿을 형성하고 있지 않다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명에 의하면, 왜곡이 적은 출력 신호를 얻을 수 있고, 수광 소자의 수광면의 길이 치수 및 폭 치수에 따라 고정 슬릿 플레이트에 형성하는 광투과 슬릿의 수를 최대한 늘릴 수 있다.

Claims (7)

  1. 발광 소자;
    상기 발광 소자와 대향하도록 배치된 수광 소자;
    상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이에 배치되고, 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿과 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 비광투과 슬릿을 갖고 또한 상기 광투과 슬릿과 상기 비광투과 슬릿이 이동 방향으로 교대로 배열되어 형성된 가동측 슬릿 열을 구비한 가동 슬릿 플레이트; 및
    상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이에 배치되고, 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿과 슬릿 폭이 전기각으로 (360×k-180)°인 복수개의 비광투과 슬릿을 갖고 또한 상기 광투과 슬릿과 상기 비광투과 슬릿이 교대로 배열되어 형성된 고정측 슬릿 열을 구비한 고정 슬릿 플레이트로 이루어지고:
    상기 고정 슬릿 플레이트에 형성된 상기 복수개의 광투과 슬릿의 수를 n(5 이상의 정수)으로 했을 때에 상기 k를 k=1±[1/3n]을 만족하는 값으로 한 것을 특징으로 하는 광학식 인코더 장치.
  2. 발광 소자;
    상기 발광 소자와 대향하도록 배치된 수광 소자;
    상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이에 배치되고, 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿과 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 비광투과 슬릿을 갖고 또한 상기 광투과 슬릿과 상기 비광투과 슬릿이 이동 방향으로 교대로 배열되어 형성된 가동측 슬릿 열을 구비한 가동 슬릿 플레이트; 및
    상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이에 배치되고, 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿과 슬릿 폭이 전기각으로 (360×k-180)°인 복수개의 비광투과 슬릿을 갖고 또한 상기 광투과 슬릿과 상기 비광투과 슬릿이 상기 이동 방향으로 교대로 배열되어 형성된 2개의 고정측 슬릿 열을 구비하고, 상기 2개의 고정측 슬릿 열이 상기 이동 방향과 직교하는 폭 방향으로 병설되어 있는 고정 슬릿 플레이트로 이루어지고:
    상기 k를 k=1±[1/3n]을 만족하는 값으로 하고;
    상기 고정 슬릿 플레이트에 형성된 상기 복수개의 광투과 슬릿의 합계 수를 n(5 이상의 정수)으로 하고, 또한 n=2q-r(단, q는 2이상의 정수, r은 0 이상 q 미만의 정수)로 했을 때에 상기 2개의 고정측 슬릿 열은 상기 r이 0일 때에는 전부 q개의 상기 광투과 슬릿을 갖고 있고, 상기 r이 0이 아닐 때에는 1개의 상기 고정측 슬릿 열이 q개의 상기 광투과 슬릿을 갖고 또한 나머지 1개의 상기 고정측 슬릿 열이 r개의 상기 광투과 슬릿을 갖고 있고;
    상기 2개의 고정측 슬릿 열은 (360-360×k)×(q-r)°상기 이동 방향으로 어긋난 위치 관계에 있는 것을 특징으로 하는 광학식 인코더 장치.
  3. 발광 소자;
    상기 발광 소자와 대향하도록 배치된 수광 소자;
    상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이에 배치되고, 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿과 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 비광투과 슬릿을 갖고 또한 상기 광투과 슬릿과 상기 비광투과 슬릿이 이동 방향으로 교대로 배열되어 형성된 가동측 슬릿 열을 구비한 가동 슬릿 플레이트; 및
    상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이에 배치되고, 슬릿 폭이 전기각으로 180°인 복수개의 광투과 슬릿과 슬릿 폭이 전기각으로 (360×k-180)°인 복수개의 비광투과 슬릿을 갖고 또한 상기 광투과 슬릿과 상기 비광투과 슬릿이 상기 이동 방향으로 교대로 배열되어 형성된 m개(m은 3 이상의 정수)의 고정측 슬릿 열을 구비하고, 상기 m개의 고정측 슬릿 열이 상기 이동 방향과 직교하는 폭 방향으로 병설되어 있는 고정 슬릿 플레이트로 이루어지고:
    상기 k를 k=1±[1/3n]을 만족하는 값으로 하고;
    상기 고정 슬릿 플레이트에 형성된 상기 복수개의 광투과 슬릿의 합계 수를 n(5 이상의 정수)으로 하고, 또한,
    Figure pct00013
    (단, q는 2 이상의 정수, rx는 0 이상 q 미만의 정수)
    로 했을 때에 상기 m개의 고정측 슬릿 열은 상기 rx가 0일 때에는 전부 q개의 상기 광투과 슬릿을 갖고 있고, 상기 rx가 0이 아닐 때에는 고정측 슬릿 열이 q-rx개의 상기 광투과 슬릿을 갖고 있고;
    상기 m개의 고정측 슬릿 열은 (360-360×k)×(q-rx)°씩 상기 이동 방향으로 어긋난 위치 관계에 있는 m종류의 고정측 슬릿 열이 조합되어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 인코더 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 폭 방향으로 서로 이웃하는 2개의 광투과 슬릿이 연속하고 있는 것을 특징으로 하는 광학식 인코더 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수광 소자로부터 출력되는 광학적 신호를 전기적으로 체배하는 체배 회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학식 인코더 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 슬릿 플레이트의 상기 고정측 슬릿 열의 길이 치수가 상기 수광 소자의 수광면의 사용 가능한 길이 치수에 최대한 가까운 값이 되도록 상기 n이 정해져 있는 것을 특징으로 하는 광학식 인코더 장치.
  7. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 고정 슬릿 플레이트의 상기 고정측 슬릿 열의 길이 치수가 상기 수광 소자의 수광면의 사용 가능한 길이 치수에 최대한 가까운 값이 되도록 상기 n, m 및 q가 정해져 있는 것을 특징으로 하는 광학식 인코더 장치.
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