JP2007170826A - 光エンコーダ - Google Patents
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Abstract
【課題】スリットピッチも受光素子の移動方向の幅も狭くすることなしに、分解能を向上した光エンコーダを提供する。
【解決手段】移動方向と垂直な方向に1列目の受光ブロックは、4個の受光素子3(A[1],B[1],A´[1],B´[1])を備え、同2列目の受光ブロックは、4個の受光素子3(A[2],B[2],A´[2],B´[2])を備える。各受光素子3の形状は同一(移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W/2)である。移動方向と垂直な方向に2列目の受光ブロックの位置は、同1列目の受光ブロックを基準にして、移動方向にP/8だけ、移動方向と垂直な方向にW/2だけシフトしている。
【選択図】図1
【解決手段】移動方向と垂直な方向に1列目の受光ブロックは、4個の受光素子3(A[1],B[1],A´[1],B´[1])を備え、同2列目の受光ブロックは、4個の受光素子3(A[2],B[2],A´[2],B´[2])を備える。各受光素子3の形状は同一(移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W/2)である。移動方向と垂直な方向に2列目の受光ブロックの位置は、同1列目の受光ブロックを基準にして、移動方向にP/8だけ、移動方向と垂直な方向にW/2だけシフトしている。
【選択図】図1
Description
本発明は、回転方向や直線方向の変位量を計測するための光エンコーダに関するものである。
光エンコーダは、回転運動及び直線運動の、速度、方向及び位置の制御用として、幅広い分野で使用されている。
従来、特許文献1の図2に示されているような、1スリットピッチの移動に対して2パルスを出力する光エンコーダが提案されていた。図12はこの光エンコーダの構造を示す図であり、図13は出力される信号を示す図である(図13の最下段の信号において、Tは1スリットピッチの移動に要する時間であり、この間に2つのパルスが出力されている)。このような光エンコーダにおいて、分解能を向上させるためには、スリットピッチを狭くするしかない。しかし、幅の狭いスリットを印刷することは難しく、特許文献1に記載されているような光エンコーダでは、分解能を向上させることは難しかった。
特許文献2の図12は、受光素子の移動方向の幅を狭くすることで、スリットピッチを変えずに分解能を向上する技術を開示している。図14はこの光エンコーダの構造を示す図であり、図15は出力される信号を示す図である。図13(特許文献1の光エンコーダ)では、周期Tの間に2パルスが出力されるが、図15(特許文献2の光エンコーダ)では、周期Tの間に3パルスが出力され、分解能を向上することができる。
しかし、特許文献2に記載の技術によれば、分解能を向上させるために、受光素子の移動方向の幅を狭くしなければならず、分解能の向上に従い、受光素子の加工が困難になるという問題があった。
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、従来よりも多数の位相の異なる信号を出力し、更に、スリットピッチも受光素子の移動方向の幅も狭くすることなしに、分解能を向上した光エンコーダを提供することを目的とする。
請求項1に記載の光エンコーダは、相対向させて配置された発光部と受光部の間に、複数のスリットが形成された移動部を通過させて、前記移動部の移動情報を検出する光エンコーダであって、前記複数のスリットは、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅且つ移動方向と垂直な方向にWの幅で夫々形成され、I=1以上の整数、J=1以上の整数、I×J≠1とした場合、前記受光部は、移動方向にI列、移動方向と垂直な方向にJ列に配置された(I×J)個の受光ブロックを備え、M=1以上の整数とした場合、前記各受光ブロックは、移動方向に一定ピッチP毎に配置されたM個の受光素子から構成される第1の受光素子群と、前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第2の受光素子群と、前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第3の受光素子群と、前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第4の受光素子群とを備え、この光エンコーダの全ての受光素子は、移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W/Jの同一形状を成し、この光エンコーダの全ての受光素子群は、この受光素子群を構成するM個の受光素子の出力信号を加算した信号を出力し、前記各受光ブロックは、この光エンコーダの全ての受光素子群の出力信号の位相が異なるようにシフトした位置に配置されていることを特徴とする。
請求項1に記載の光エンコーダによれば、複数の受光ブロックを、各受光素子群の出力信号の位相が異なるようにシフトした位置に配置することで、従来よりも多数の位相の異なる信号を出力することができる。更に、Mが2以上の場合は、各受光素子群を、同じ位相の信号を出力する複数の受光素子から構成することで、受光面積を等価的に増加でき、雑音等の影響を低減できる。
請求項2に記載の光エンコーダは、相対向させて配置された発光部と受光部の間に、複数のスリットが形成された移動部を通過させて、前記移動部の移動情報を検出する光エンコーダであって、前記複数のスリットは、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅且つ移動方向と垂直な方向にWの幅で夫々形成され、J=2以上の整数とした場合、前記受光部は、移動方向に1列、移動方向と垂直な方向にJ列に配置されたJ個の受光ブロックを備え、M=1以上の整数とした場合、前記各受光ブロックは、移動方向に一定ピッチP毎に配置されたM個の受光素子から構成される第1の受光素子群と、前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第2の受光素子群と、前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第3の受光素子群と、前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第4の受光素子群とを備え、この光エンコーダの全ての受光素子は、移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W/Jの同一形状を成し、この光エンコーダの全ての受光素子群は、この受光素子群を構成するM個の受光素子の出力信号を加算した信号を出力し、j=2以上且つJ以下の整数とした場合、j番目の受光ブロックは、1番目の受光ブロックを基準に、移動方向に(j−1)×P/(4×J)だけシフトした位置に配置されていることを特徴とする。
請求項2に記載の光エンコーダによれば、複数の受光ブロックを、各受光素子群の出力信号の位相に基づいて算出された位置に配置することで、従来よりも多数の位相の異なる信号を出力することができる(j=2以上且つJ以下の整数、h=1以上且つ4以下の整数とした場合、j番目の受光ブロックの第hの受光素子群の移動方向のシフト量は、請求項2における移動方向のシフト量を示す式に第hの受光素子群のシフト量を加算し、(J×(h−1)+j−1)×P/(4×J)となる。ここで、j番目の受光ブロックの第hの受光素子群を、「g番目の受光素子群」と表現することにし、g=J×(h−1)+jとすると、この写像は、(4×J)個の全ての受光素子群に対して、1から(4×J)までの整数を一意に与える。この場合、g番目の受光素子群の出力信号の位相は、上述の2つの式より、1周期の((g−1)/(4×J))倍となる。即ち、位相間隔の等しい(4×J)個の出力信号を得ることができる)。更に、Mが2以上の場合は、各受光素子群を、同じ位相の信号を出力する複数の受光素子から構成することで、受光面積を等価的に増加でき、雑音等の影響を低減できる。
請求項3に記載の光エンコーダは、相対向させて配置された発光部と受光部の間に、複数のスリットが形成された移動部を通過させて、前記移動部の移動情報を検出する光エンコーダであって、前記複数のスリットは、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅且つ移動方向と垂直な方向にWの幅で夫々形成され、I=2以上の整数とした場合、前記受光部は、移動方向にI列、移動方向と垂直な方向に1列に配置されたI個の受光ブロックを備え、M=1以上の整数とした場合、前記各受光ブロックは、移動方向に一定ピッチP毎に配置されたM個の受光素子から構成される第1の受光素子群と、前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第2の受光素子群と、前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第3の受光素子群と、前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第4の受光素子群とを備え、この光エンコーダの全ての受光素子は、移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略Wの同一形状を成し、この光エンコーダの全ての受光素子群は、この受光素子群を構成するM個の受光素子の出力信号を加算した信号を出力し、i=2以上且つI以下の整数、f(i)=i番目の受光ブロックにおける任意の整数とした場合、i番目の受光ブロックは、1番目の受光ブロックを基準に、移動方向にf(i)×P+(i−1)×P/(4×I)だけシフトした位置に配置されていることを特徴とする。
請求項3に記載の光エンコーダによれば、複数の受光ブロックを、各受光素子群の出力信号の位相に基づいて算出された位置に配置することで、従来よりも多数の位相の異なる信号を出力することができる(i=1以上且つI以下の整数、f(i)=i番目の受光ブロックにおける任意の整数、h=1以上且つ4以下の整数とした場合、i番目の受光ブロックの第hの受光素子群の移動方向のシフト量は、請求項3における移動方向のシフト量を示す式に第hの受光素子群のシフト量を加算し、(I×(h−1)+4×I×f(i)+i−1)×P/(4×I)となる。ここで、i番目の受光ブロックの第hの受光素子群を、「g番目の受光素子群」と表現することにし、g=I×(h−1)+iとすると、この写像は、(4×I)個の全ての受光素子群に対して、1から(4×I)までの整数を一意に与える。この場合、g番目の受光素子群の出力信号の位相は、上述の2式より、1周期の((g−1)/(4×I))倍となる。即ち、位相間隔の等しい(4×I)個の出力信号を得ることができる)。更に、Mが2以上の場合は、各受光素子群を、同じ位相の信号を出力する複数の受光素子から構成することで、受光面積を等価的に増加でき、雑音等の影響を低減できる。
請求項4に記載の光エンコーダは、相対向させて配置された発光部と受光部の間に、複数のスリットが形成された移動部を通過させて、前記移動部の移動情報を検出する光エンコーダであって、前記複数のスリットは、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅且つ移動方向と垂直な方向にWの幅で夫々形成され、I=1以上の整数、J=1以上の整数、I×J≠1とした場合、前記受光部は、移動方向にI列、移動方向と垂直な方向にJ列に配置された(I×J)個の受光ブロックを備え、M=1以上の整数とした場合、前記各受光ブロックは、移動方向に一定ピッチP毎に配置されたM個の受光素子から構成される第1の受光素子群と、前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第2の受光素子群と、前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第3の受光素子群と、前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第4の受光素子群とを備え、この光エンコーダの全ての受光素子は、移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W/Jの同一形状を成し、この光エンコーダの全ての受光素子群は、この受光素子群を構成するM個の受光素子の出力信号を加算した信号を出力し、i=1以上且つI以下の整数、j=1以上且つJ以下の整数、i×j≠1とした場合、移動方向にi列目、移動方向と垂直な方向にj列目の受光ブロックは、移動方向に1列目、移動方向と垂直な方向に1列目の受光ブロックを基準に、移動方向に((4×I×M+1)×J×(i−1)+j−1)×P/(4×I×J)だけ、移動方向と垂直な方向に(j−1)×W/Jだけシフトした位置に配置されていることを特徴とする。
請求項4に記載の光エンコーダによれば、複数の受光ブロックを、各受光素子群の出力信号の位相に基づいて算出された位置に配置することで、従来よりも多数の位相の異なる信号を出力することができる(i=1以上且つI以下の整数、j=1以上且つJ以下の整数、h=1以上且つ4以下の整数とした場合、移動方向にi列目、移動方向と垂直な方向にj列目の受光ブロックの第hの受光素子群の移動方向のシフト量は、請求項4における移動方向のシフト量を示す式に第hの受光素子群のシフト量を加算し、(I×J×(h−1)+(4×I×M+1)×J×(i−1)+j−1)×P/(4×I×J)となる。ここで、移動方向にi列目、移動方向と垂直な方向にj列目の受光ブロックの第hの受光素子群を、「g番目の受光素子群」と表現することにし、g=I×J×(h−1)+J×(i−1)+jとすると、この写像は、(4×I×J)個の全ての受光素子群に対して、1から(4×I×J)までの整数を一意に与える。この場合、g番目の受光素子群の出力信号の位相は、上述の2つの式より、1周期の((g−1)/(4×I×J))倍となる。即ち、位相間隔の等しい(4×I×J)個の出力信号を得ることができる)。更に、Mが2以上の場合は、各受光素子群を、同じ位相の信号を出力する複数の受光素子から構成することで、受光面積を等価的に増加でき、雑音等の影響を低減できる。
請求項5に記載の光エンコーダは、請求項1乃至4の何れか1項において、前記各受光ブロックにおいて、前記第1の受光素子群の出力信号から前記第3の受光素子群の出力信号を減じた値が、正の場合は1を、そうでない場合は0を、その受光ブロックの第1の判定値とし、前記第2の受光素子群の出力信号から前記第4の受光素子群の出力信号を減じた値が、正の場合は1を、そうでない場合は0を、その受光ブロックの第2の判定値とし、全ての受光ブロックの第1の判定値と全ての受光ブロックの第2の判定値の排他的論理和を出力することを特徴とする。
請求項5に記載の光エンコーダによれば、従来よりも多数の位相の異なる信号を出力することができ、更に、これらの位相の異なる信号から従来よりもパルス数の多い信号を出力することができるため、スリットピッチも受光素子の移動方向の幅も狭くすることなしに、分解能を向上できる。また、各受光素子群を、同じ位相の信号を出力する複数の受光素子から構成することで、受光面積を等価的に増加でき、雑音等の影響を低減できる。
本発明によれば、複数の受光ブロックを、各受光素子から発生する信号の位相に基づいて算出された位置に備えることで、従来よりも多数の位相の異なる信号を発生する光エンコーダを提供することができる。更に、スリットピッチも受光素子の移動方向の幅も狭くすることなしに、分解能を向上した光エンコーダを提供することができる。また、各受光素子群を、同じ位相の信号を出力する複数の受光素子から構成することで、受光面積を等価的に増加でき、雑音等の影響を低減できる。
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の実施例は本発明の具体例に過ぎず、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。
図1は、本実施例の光エンコーダの構成を示す図である。移動部1には、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅を持ち且つ移動方向と垂直な方向にWの幅を持つスリット2が形成されている。
受光部は、2個の受光ブロックを備える(本実施例における各数値は、請求項4において、I=1,J=2,M=1とした場合に対応する)。移動方向と垂直な方向に1列目の受光ブロックは、順に移動方向に近接して配置された4個の受光素子3(A[1],B[1],A´[1],B´[1])を備え、移動方向と垂直な方向に2列目の受光ブロックは、順に移動方向に近接して配置された4個の受光素子3(A[2],B[2],A´[2],B´[2])を備える。ここで、各受光素子3の形状は同一(移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W/2)である。また、移動方向と垂直な方向に2列目の受光ブロックの位置は、移動方向と垂直な方向に1列目の受光ブロックを基準にして、移動方向にP/8だけ、移動方向と垂直な方向にW/2だけシフトしている。
図1の構造の光エンコーダから得られる信号を、図2に示す。上の8個の信号は、各受光素子3の出力であり、夫々位相が異なる。これら8個の信号から、続く4個の信号を得る。具体的には、VA[1]は、A[1]の出力からA´[1]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものである。同様にして、VA[2]は、A[2]の出力からA´[2]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものであり、VB[1]は、B[1]の出力からB´[1]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものであり、VB[2]は、B[2]の出力からB´[2]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものである。
これらの判定値(VA[1],VA[2],VB[1],VB[2])の排他的論理和(EXCLUSIVE OR)を取ったものが、図2の最下段の信号VOである。1スリットピッチの移動の時間Tの間に、4個のパルスが得られ、スリットピッチP及び受光素子3の幅を狭くすることなしに、分解能が向上している(特許文献1に記載の光エンコーダでは、図13に示すように、2個のパルスしか得られなかった。また、特許文献2に記載された技術では、図14に示すように、受光素子3の移動方向の幅を狭くしなければならなかった)。
図3は、本実施例の光エンコーダの構成を示す図である。移動部1には、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅を持ち且つ移動方向と垂直な方向にWの幅を持つスリット2が形成されている。
受光部は、N個(Nは2以上の整数)の受光ブロックを備える(本実施例における各数値は、請求項4において、I=1,J=N,M=1とした場合に対応する)。jを1以上且つN以下の整数とした場合、移動方向と垂直な方向にj列目の受光ブロックは、順に移動方向に近接して配置された4個の受光素子3(A[j],B[j],A´[j],B´[j])を備える。ここで、各受光素子3の形状は同一(移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W/N)である。また、jを2以上且つN以下の整数とした場合、移動方向と垂直な方向にj列目の受光ブロックの位置は、移動方向と垂直な方向に1列目の受光ブロックを基準にして、移動方向に(j−1)×P/(4×N)だけ、移動方向と垂直な方向に(j−1)×W/Nだけシフトしている。
図3の構造の光エンコーダから得られる信号を、図4に示す。上の(4×N)個の信号は、各受光素子3の出力であり、夫々位相が異なる。これら(4×N)個の信号から、続く(2×N)個の信号を得る。具体的には、jを1以上且つN以下の整数とした場合、VA[j]は、A[j]の出力からA´[j]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものであり、VB[j]は、B[j]の出力からB´[j]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものである。
これらの判定値(VA[1],・・・,VA[N],VB[1],・・・,VB[N])の排他的論理和(EXCLUSIVE OR)を取ったものが、図4の最下段の信号VOである。1スリットピッチの移動の時間Tの間に、(2×N)個のパルスが得られ、スリットピッチP及び受光素子3の幅を狭くすることなしに、分解能が向上している(特許文献1に記載の光エンコーダでは、図13に示すように、2個のパルスしか得られなかった。また、特許文献2に記載された技術では、図14に示すように、受光素子3の移動方向の幅を狭くしなければならなかった)。
図5は、本実施例の光エンコーダの構成を示す図である。移動部1には、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅を持ち且つ移動方向と垂直な方向にWの幅を持つスリット2が形成されている。
受光部は、2個の受光ブロックを備える(本実施例における各数値は、請求項4において、I=2,J=1,M=1とした場合に対応する)。移動方向に1列目の受光ブロックは、順に移動方向に近接して配置された4個の受光素子3(A[1],B[1],A´[1],B´[1])を備え、移動方向に2列目の受光ブロックは、順に移動方向に近接して配置された4個の受光素子3(A[2],B[2],A´[2],B´[2])を備える。ここで、各受光素子3の形状は同一(移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W)である。また、移動方向に2列目の受光ブロックの位置は、移動方向に1列目の受光ブロックを基準にして、移動方向に9×P/8だけシフトしている。
図5の構造の光エンコーダから得られる信号を、図2に示す(本実施例の光エンコーダから得られる信号の波形は、実施例1の場合と同一である)。上の8個の信号は、各受光素子3の出力であり、夫々位相が異なる。これら8個の信号から、続く4個の信号を得る。具体的には、VA[1]は、A[1]の出力からA´[1]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものである。同様にして、VA[2]は、A[2]の出力からA´[2]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものであり、VB[1]は、B[1]の出力からB´[1]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものであり、VB[2]は、B[2]の出力からB´[2]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものである。
これらの判定値(VA[1],VA[2],VB[1],VB[2])の排他的論理和(EXCLUSIVE OR)を取ったものが、図2の最下段の信号VOである。1スリットピッチの移動の時間Tの間に、4個のパルスが得られ、スリットピッチP及び受光素子3の幅を狭くすることなしに、分解能が向上している(特許文献1に記載の光エンコーダでは、図13に示すように、2個のパルスしか得られなかった。また、特許文献2に記載された技術では、図14に示すように、受光素子3の移動方向の幅を狭くしなければならなかった)。
図6は、本実施例の光エンコーダの構成を示す図である。移動部1には、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅を持ち且つ移動方向と垂直な方向にWの幅を持つスリット2が形成されている。
受光部は、N個(Nは2以上の整数)の受光ブロックを備える(本実施例における各数値は、請求項4において、I=N,J=1,M=1とした場合に対応する)。iを1以上且つN以下の整数とした場合、移動方向にi列目の受光ブロックは、順に移動方向に近接して配置された4個の受光素子3(A[i],B[i],A´[i],B´[i])を備える。ここで、各受光素子3の形状は同一(移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W)である。また、iを2以上且つN以下の整数とした場合、移動方向にi列目の受光ブロックの位置は、移動方向に1列目の受光ブロックを基準にして、移動方向に(i−1)×(4×N+1)×P/(4×N)だけシフトしている。
図6の構造の光エンコーダから得られる信号を、図4に示す(本実施例の光エンコーダから得られる信号の波形は、実施例2の場合と同一である)。上の(4×N)個の信号は、各受光素子3の出力であり、夫々位相が異なる。これら(4×N)個の信号から、続く(2×N)個の信号を得る。具体的には、jを1以上且つN以下の整数とした場合、VA[i]は、A[i]の出力からA´[i]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものであり、VB[i]は、B[i]の出力からB´[i]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものである。
これらの判定値(VA[1],・・・,VA[N],VB[1],・・・,VB[N])の排他的論理和(EXCLUSIVE OR)を取ったものが、図4の最下段の信号VOである。1スリットピッチの移動の時間Tの間に、(2×N)個のパルスが得られ、スリットピッチP及び受光素子3の幅を狭くすることなしに、分解能が向上している(特許文献1に記載の光エンコーダでは、図13に示すように、2個のパルスしか得られなかった。また、特許文献2に記載された技術では、図14に示すように、受光素子3の移動方向の幅を狭くしなければならなかった)。
図7は、本実施例の光エンコーダの構成を示す図である。移動部1には、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅を持ち且つ移動方向と垂直な方向にWの幅を持つスリット2が形成されている。
受光部は、4個の受光ブロックを備える(本実施例における各数値は、請求項4において、I=2,J=2,M=1とした場合に対応する)。iを1以上且つ2以下の整数、jを1以上且つ2以下の整数とした場合、移動方向にi列目、移動方向と垂直な方向にj列目の受光ブロックは、夫々移動方向に近接して配置された4個の受光素子3(A[k],B[k],A´[k],B´[k])を備える(但し、k=(i−1)×2+jである)。ここで、各受光素子3の形状は同一(移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W/2)である。また、移動方向に1列目、移動方向と垂直な方向に2列目の受光ブロックの位置は、移動方向に1列目、移動方向と垂直な方向に1列目の受光ブロックを基準にして、移動方向にP/16だけ、移動方向と垂直な方向にW/2だけシフトしており、移動方向に2列目、移動方向と垂直な方向に1列目の受光ブロックの位置は、移動方向に1列目、移動方向と垂直な方向に1列目の受光ブロックを基準にして、移動方向に9×P/8だけシフトしており、移動方向に2列目、移動方向と垂直な方向に2列目の受光ブロックの位置は、移動方向に1列目、移動方向と垂直な方向に1列目の受光ブロックを基準にして、移動方向に19×P/16だけ、移動方向と垂直な方向にW/2だけシフトしている。
図7の構造の光エンコーダから得られる信号を、図8に示す。上の16個の信号は、各受光素子3の出力であり、それぞれ位相が異なる。これら16個の信号から、続く8個の信号を得る。具体的には、kを1以上且つ4以下の整数とした場合、VA[k]は、A[k]の出力からA´[k]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものであり、VB[k]は、B[k]の出力からB´[k]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものである。
これらの判定値(VA[1],VA[2],VA[3],VA[4],VB[1],VB[2],VB[3],VB[4])の排他的論理和(EXCLUSIVE OR)を取ったものが、図8の最下段の信号VOである。1スリットピッチの移動の時間Tの間に、8個のパルスが得られ、スリットピッチP及び受光素子3の幅を狭くすることなしに、分解能が向上している(特許文献1に記載の光エンコーダでは、図13に示すように、2個のパルスしか得られなかった。また、特許文献2に記載された技術では、図14に示すように、受光素子3の移動方向の幅を狭くしなければならなかった)。
図9は、本実施例の光エンコーダの構成を示す図である。移動部1には、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅を持ち且つ移動方向と垂直な方向にWの幅を持つスリット2が形成されている。
受光部は、2個の受光ブロックを備え、各受光ブロックは、4個の受光素子群を備え、各受光素子群は、2個の受光素子から構成される(本実施例における各数値は、請求項4において、I=1,J=2,M=2とした場合に対応する)。移動方向と垂直な方向に1列目の受光ブロックは、順に移動方向に近接して配置された4個の受光素子群(A[1],B[1],A´[1],B´[1])を備え、移動方向と垂直な方向に2列目の受光ブロックは、順に移動方向に近接して配置された4個の受光素子群(A[2],B[2],A´[2],B´[2])を備える。ここで、jを1以上2以下の整数とした場合、受光素子群A[j]は受光素子A[j,1]と受光素子A[j,2]から、受光素子群B[j]は受光素子B[j,1]と受光素子B[j,2]から、受光素子群A´[j]は受光素子A´[j,1]と受光素子A´[j,2]から,受光素子群B´[j]は受光素子B´[j,1]と受光素子B´[j,2]から、夫々構成される。また、各受光素子3の形状は同一(移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W/2)である。更に、移動方向と垂直な方向に2列目の受光ブロックの位置は、移動方向と垂直な方向に1列目の受光ブロックを基準にして、移動方向にP/8だけ、移動方向と垂直な方向にW/2だけシフトしている。
図9の構造の光エンコーダから得られる信号を、図2に示す。上の8個の信号は、各受光素子群の出力であり、夫々位相が異なる。これら8個の信号から、続く4個の信号を得る。具体的には、VA[1]は、A[1]の出力からA´[1]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものである。同様にして、VA[2]は、A[2]の出力からA´[2]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものであり、VB[1]は、B[1]の出力からB´[1]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものであり、VB[2]は、B[2]の出力からB´[2]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものである。
これらの判定値(VA[1],VA[2],VB[1],VB[2])の排他的論理和(EXCLUSIVE OR)を取ったものが、図2の最下段の信号VOである。1スリットピッチの移動の時間Tの間に、4個のパルスが得られ、スリットピッチP及び受光素子3の幅を狭くすることなしに、分解能が向上している(特許文献1に記載の光エンコーダでは、図13に示すように、2個のパルスしか得られなかった。また、特許文献2に記載された技術では、図14に示すように、受光素子3の移動方向の幅を狭くしなければならなかった)。また、各受光素子群を、同じ位相の信号を出力する複数の受光素子から構成しているため、受光面積を等価的に増加でき、雑音等の影響を低減できる。
図10は、本実施例の光エンコーダの構成を示す図である。移動部1には、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅を持ち且つ移動方向と垂直な方向にWの幅を持つスリット2が形成されている。
受光部は、4個の受光ブロックを備える(本実施例における各数値は、請求項2において、J=4,M=1とした場合に対応する)。jを1以上且つ4以下の整数とした場合、j番目の受光ブロックは、夫々移動方向に近接して配置された4個の受光素子3(A[j],B[j],A´[j],B´[j])を備える。ここで、各受光素子3の形状は同一(移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W/4)である。また、2番目の受光ブロックの位置は、1番目の受光ブロックを基準にして、移動方向にP/16だけ、移動方向と垂直な方向にW/2だけシフトしており、3番目の受光ブロックの位置は、1番目の受光ブロックを基準にして、移動方向にP/8だけ、移動方向と垂直な方向に3×W/4だけシフトしており、4番目の受光ブロックの位置は、1番目の受光ブロックを基準にして、移動方向に3×P/16だけ、移動方向と垂直な方向にW/4だけシフトしている(即ち、jを2以上且つ4以下の整数とした場合、j番目の受光ブロックの位置の移動方向の座標のシフト量は、1番目の受光ブロックを基準にして、(j−1)×P/16である)。
図10の構造の光エンコーダから得られる信号を、図8に示す。上の16個の信号は、各受光素子3の出力であり、それぞれ位相が異なる。これら16個の信号から、続く8個の信号を得る。具体的には、jを1以上且つ4以下の整数とした場合、VA[j]は、A[j]の出力からA´[j]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものであり、VB[j]は、B[j]の出力からB´[j]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものである。
これらの判定値(VA[1],VA[2],VA[3],VA[4],VB[1],VB[2],VB[3],VB[4])の排他的論理和(EXCLUSIVE OR)を取ったものが、図8の最下段の信号VOである。1スリットピッチの移動の時間Tの間に、8個のパルスが得られ、スリットピッチP及び受光素子3の幅を狭くすることなしに、分解能が向上している(特許文献1に記載の光エンコーダでは、図13に示すように、2個のパルスしか得られなかった。また、特許文献2に記載された技術では、図14に示すように、受光素子3の移動方向の幅を狭くしなければならなかった)。
図11は、本実施例の光エンコーダの構成を示す図である。移動部1には、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅を持ち且つ移動方向と垂直な方向にWの幅を持つスリット2が形成されている。
受光部は、4個の受光ブロックを備える(本実施例における各数値は、請求項3において、I=4,M=1とした場合に対応する)。iを1以上且つ4以下の整数とした場合、j番目の受光ブロックは、夫々移動方向に近接して配置された4個の受光素子3(A[i],B[i],A´[i],B´[i])を備える。ここで、各受光素子3の形状は同一(移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W)である。また、2番目の受光ブロックの位置は、1番目の受光ブロックを基準にして、移動方向に17×P/16だけシフトしており、3番目の受光ブロックの位置は、1番目の受光ブロックを基準にして、移動方向に−15×P/8だけシフトしており、4番目の受光ブロックの位置は、1番目の受光ブロックを基準にして、移動方向に35×P/16だけシフトしている(即ち、iを2以上且つ4以下の整数、f(i)をi番目の受光ブロックにおける任意の整数とした場合、i番目の受光ブロックの位置の移動方向の座標のシフト量は、1番目の受光ブロックを基準にして、f(i)×P+(i−1)×P/16であり、f(2)=1,f(3)=−2,f(4)=2である)。
図11の構造の光エンコーダから得られる信号を、図8に示す。上の16個の信号は、各受光素子3の出力であり、それぞれ位相が異なる。これら16個の信号から、続く8個の信号を得る。具体的には、iを1以上且つ4以下の整数とした場合、VA[i]は、A[i]の出力からA´[i]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものであり、VB[i]は、B[i]の出力からB´[i]の出力を減じ、この値が正の場合は1、そうでない場合は0として求めたものである。
これらの判定値(VA[1],VA[2],VA[3],VA[4],VB[1],VB[2],VB[3],VB[4])の排他的論理和(EXCLUSIVE OR)を取ったものが、図8の最下段の信号VOである。1スリットピッチの移動の時間Tの間に、8個のパルスが得られ、スリットピッチP及び受光素子3の幅を狭くすることなしに、分解能が向上している(特許文献1に記載の光エンコーダでは、図13に示すように、2個のパルスしか得られなかった。また、特許文献2に記載された技術では、図14に示すように、受光素子3の移動方向の幅を狭くしなければならなかった)。
以上述べたように、本発明では、複数の受光ブロックを、各受光素子から発生する信号の位相に基づいて算出された位置に備えることで、従来よりも多数の位相の異なる信号を発生する光エンコーダを提供することができる。更に、スリットピッチも受光素子の移動方向の幅も狭くすることなしに、分解能を向上した光エンコーダを提供することができる。
1 移動部
2 スリット
3 受光素子
2 スリット
3 受光素子
Claims (5)
- 相対向させて配置された発光部と受光部の間に、複数のスリットが形成された移動部を通過させて、前記移動部の移動情報を検出する光エンコーダであって、
前記複数のスリットは、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅且つ移動方向と垂直な方向にWの幅で夫々形成され、
I=1以上の整数、J=1以上の整数、I×J≠1とした場合、前記受光部は、移動方向にI列、移動方向と垂直な方向にJ列に配置された(I×J)個の受光ブロックを備え、
M=1以上の整数とした場合、前記各受光ブロックは、
移動方向に一定ピッチP毎に配置されたM個の受光素子から構成される第1の受光素子群と、
前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第2の受光素子群と、
前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第3の受光素子群と、
前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第4の受光素子群とを備え、
この光エンコーダの全ての受光素子は、移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W/Jの同一形状を成し、
この光エンコーダの全ての受光素子群は、この受光素子群を構成するM個の受光素子の出力信号を加算した信号を出力し、
前記各受光ブロックは、この光エンコーダの全ての受光素子群の出力信号の位相が異なるようにシフトした位置に配置されていることを特徴とする光エンコーダ。 - 相対向させて配置された発光部と受光部の間に、複数のスリットが形成された移動部を通過させて、前記移動部の移動情報を検出する光エンコーダであって、
前記複数のスリットは、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅且つ移動方向と垂直な方向にWの幅で夫々形成され、
J=2以上の整数とした場合、前記受光部は、移動方向に1列、移動方向と垂直な方向にJ列に配置されたJ個の受光ブロックを備え、
M=1以上の整数とした場合、前記各受光ブロックは、
移動方向に一定ピッチP毎に配置されたM個の受光素子から構成される第1の受光素子群と、
前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第2の受光素子群と、
前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第3の受光素子群と、
前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第4の受光素子群とを備え、
この光エンコーダの全ての受光素子は、移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W/Jの同一形状を成し、
この光エンコーダの全ての受光素子群は、この受光素子群を構成するM個の受光素子の出力信号を加算した信号を出力し、
j=2以上且つJ以下の整数とした場合、j番目の受光ブロックは、1番目の受光ブロックを基準に、移動方向に(j−1)×P/(4×J)だけシフトした位置に配置されていることを特徴とする光エンコーダ。 - 相対向させて配置された発光部と受光部の間に、複数のスリットが形成された移動部を通過させて、前記移動部の移動情報を検出する光エンコーダであって、
前記複数のスリットは、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅且つ移動方向と垂直な方向にWの幅で夫々形成され、
I=2以上の整数とした場合、前記受光部は、移動方向にI列、移動方向と垂直な方向に1列に配置されたI個の受光ブロックを備え、
M=1以上の整数とした場合、前記各受光ブロックは、
移動方向に一定ピッチP毎に配置されたM個の受光素子から構成される第1の受光素子群と、
前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第2の受光素子群と、
前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第3の受光素子群と、
前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第4の受光素子群とを備え、
この光エンコーダの全ての受光素子は、移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略Wの同一形状を成し、
この光エンコーダの全ての受光素子群は、この受光素子群を構成するM個の受光素子の出力信号を加算した信号を出力し、
i=2以上且つI以下の整数、f(i)=i番目の受光ブロックにおける任意の整数とした場合、i番目の受光ブロックは、1番目の受光ブロックを基準に、移動方向にf(i)×P+(i−1)×P/(4×I)だけシフトした位置に配置されていることを特徴とする光エンコーダ。 - 相対向させて配置された発光部と受光部の間に、複数のスリットが形成された移動部を通過させて、前記移動部の移動情報を検出する光エンコーダであって、
前記複数のスリットは、移動方向に一定ピッチP毎に、移動方向にP/2の幅且つ移動方向と垂直な方向にWの幅で夫々形成され、
I=1以上の整数、J=1以上の整数、I×J≠1とした場合、前記受光部は、移動方向にI列、移動方向と垂直な方向にJ列に配置された(I×J)個の受光ブロックを備え、
M=1以上の整数とした場合、前記各受光ブロックは、
移動方向に一定ピッチP毎に配置されたM個の受光素子から構成される第1の受光素子群と、
前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第1の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第2の受光素子群と、
前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第2の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第3の受光素子群と、
前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々から移動方向にP/4シフトさせた夫々の位置に前記第3の受光素子群のM個の受光素子夫々に近接して配置されたM個の受光素子から構成される第4の受光素子群とを備え、
この光エンコーダの全ての受光素子は、移動方向の幅が略P/4、移動方向と垂直な方向の幅が略W/Jの同一形状を成し、
この光エンコーダの全ての受光素子群は、この受光素子群を構成するM個の受光素子の出力信号を加算した信号を出力し、
i=1以上且つI以下の整数、j=1以上且つJ以下の整数、i×j≠1とした場合、移動方向にi列目、移動方向と垂直な方向にj列目の受光ブロックは、移動方向に1列目、移動方向と垂直な方向に1列目の受光ブロックを基準に、移動方向に((4×I×M+1)×J×(i−1)+j−1)×P/(4×I×J)だけ、移動方向と垂直な方向に(j−1)×W/Jだけシフトした位置に配置されていることを特徴とする光エンコーダ。 - 前記各受光ブロックにおいて、前記第1の受光素子群の出力信号から前記第3の受光素子群の出力信号を減じた値が、正の場合は1を、そうでない場合は0を、その受光ブロックの第1の判定値とし、前記第2の受光素子群の出力信号から前記第4の受光素子群の出力信号を減じた値が、正の場合は1を、そうでない場合は0を、その受光ブロックの第2の判定値とし、
全ての受光ブロックの第1の判定値と全ての受光ブロックの第2の判定値の排他的論理和を出力することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の光エンコーダ。
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