JP2007170826A

JP2007170826A - 光エンコーダ

Info

Publication number: JP2007170826A
Application number: JP2005364496A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuyama; 浩松山
Original assignee: Orion Electric Co Ltd
Current assignee: Orion Electric Co Ltd
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-07-05
Also published as: US20070138382A1

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

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。

特開昭５９−０４０２５８号公報特開昭６１−２９２０１６号公報

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（ＥＸＣＬＵＳＩＶＥＯＲ）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（ＥＸＣＬＵＳＩＶＥＯＲ）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。

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。

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（ＥＸＣＬＵＳＩＶＥＯＲ）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（ＥＸＣＬＵＳＩＶＥＯＲ）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。

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。

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。

実施例１の構造を示す図である。実施例１、実施例３及び実施例６の信号を示す図である。実施例２の構造を示す図である。実施例２及び実施例４の信号を示す図である。実施例３の構造を示す図である。実施例４の構造を示す図である。実施例５の構造を示す図である。実施例５、実施例６及び実施例７の信号を示す図である。実施例６の構造を示す図である。実施例７の構造を示す図である。実施例８の構造を示す図である。特許文献１の光エンコーダの構造を示す図である。特許文献１の光エンコーダの信号を示す図である。特許文献２の光エンコーダの構造を示す図である。特許文献２の光エンコーダの信号を示す図である。

符号の説明

１移動部
２スリット
３受光素子

Claims

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。