JP3273201B2 - 光学式インクリメンタルエンコーダ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測角、測長、移動量、
回転速度等を検出する必要がある技術分野に用いられ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的な光エンコーダは、主目盛板（メ
インスケール）と副目盛板（インデックススケール）を
有し、主目盛板を被測定物に取り付けて可動状態にし、
副目盛板を固定状態とし、被測定物の移動に伴う両目盛
板の相対的な移動により生ずるシャッタ動作を電気信号
に変換することにより、シャッタ動作を行った回数をカ
ウントして測角、測長等を行う。

【０００３】ところで、主目盛板上の暗部が副目盛板の
明部と完全に重なった場合には受光手段に入射する光量
は最小値となるが、その値は理論的にはゼロである。一
方、両目盛板の明部同士が完全に重なった場合には透過
光量は最大値をとり、その値は目盛板が存在しない場合
の値の２分の１となる。光学式インクリメンタルエンコ
ーダにおいては、この入射光量の最小値と最大値の間の
単位時間あたりの変化量は、被測定物が等速度運動をし
ていると近似することができる限り、理論的には一定で
あり、その間の入射光量を図示した場合には、時間軸に
対して三角波を形作るはずである。

【０００４】しかし、実際の入射光量の変化は、目盛板
とマスクの間の反射や回折光の影響等を受け、三角波と
はならず、正弦波状になることは、一般によく知られて
いるところである。

【０００５】光学式エンコーダでは、受光手段が、この
ような正弦波状の受光量の変化に応て正弦波状の信号を
出力し、比較器がこの出力信号とあらかじめ設定された
しきい値電圧（スレッショルド電圧）とを比較すること
で、波形整形を行って矩形波を出力するのである。

【０００６】なお、該矩形波は、これをパルス変換した
後、カウンターが該パルス数を計数することで、角度、
移動量等の計測が可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上の様に、受光手段
が受光量に応じて出力する正弦波状の信号を、比較器が
波形整形をするのであるが、一般に、光学式エンコーダ
では、目盛板上に欠陥が存在したり、目盛板の加工精度
が不均一であること等に起因して、主目盛板を透過する
平行光線束の透過光量が変動する。従って、主目盛板と
副目盛板の明部同士の重なり量が同一であっても、主目
盛板の位置が異なると、受光手段が受光する透過光の光
量が変動する場合がある。

【０００８】又、温度変化や発光素子の経時変化等に起
因して発光光量が変動し、その結果受光手段が受光する
透過光の光量が変動する場合もある。

【０００９】加えて、光学式エンコーダは主目盛板が被
測定物に取り付けられて可動部にあり、副目盛板６が固
定部にあるため、その構造上可動部と固定部とを有し、
完全に密閉することができず、開口部が生じてしまう。
そのため、例えばエンコーダを工作機械に取り付けた場
合には、目盛板や受光素子上に汚れた切削油や微粒子が
混入する等、使用環境等に起因して発光光量や透過光量
が変動し、受光手段が受光する光量が変動する場合があ
る。

【００１０】このような入射光量の変動があった場合に
は、従来型のエンコーダでは、Ｓ／Ｎ比が低下すること
は勿論のこと、しきい値電圧の制御が行われないために
比較器が出力する矩形波のデューティが変動し、その結
果パルス幅の間隔等が変動してしまい、測定値に重大な
誤差を生じてしまっていた。

【００１１】本発明は上記のような、光学式エンコーダ
の使用環境下において想定される種々の問題に対処し、
測定誤差を最小限に抑えることで精密な検出結果を得ら
れる光学式エンコーダを提供することを目的としたもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
主目盛板のみを透過した平行光線束の光量を検出する手
段により、主目盛板に付着した汚れ等に起因する透過光
量の変動を検出し、これによりしきい値電圧を制御し
て、安定した矩形波を出力することを実現した。

【００１３】請求項２記載の発明は、前記検出手段によ
り、発光光量を制御することにより、安定した矩形波を
出力することを実現した。

【００１４】請求項３記載の発明は、前記検出手段によ
り、しきい値電圧と発光光量を制御することにより、よ
り安定した矩形波を出力することを実現した。

【００１５】

【作用】請求項１記載の発明では、発光手段が射出した
射出光は、光学手段で平行光線化されて、平行光線束透
過手段に入射する。該平行光線束は、平行光線束透過手
段中の主目盛板及び副目盛板の明部を透過して受光手段
に入射し、該受光手段は位置情報たる検出信号を比較器
に出力する。

【００１６】一方、主目盛板のみを透過した平行光線束
は、入射光量変動検出手段によりその透過量の変動を検
出され、該入射光量変動検出手段としきい値電圧制御手
段は、例えば、入射光量が減じた場合にはしきい値電圧
を下げる等、入射光量の増減に応じて比較器に入力され
るしきい値電圧を制御する。

【００１７】その結果、比較器は、入射光量の変動の影
響を受けず、安定した矩形波を出力する。

【００１８】請求項２記載の発明では、前記入射光量変
動検出手段は、例えば、入射光量が減じた場合には発光
手段を発光量制御手段により制御して発光量を増加せし
める等、入射光量の変動に応じて発光量制御手段を制御
する。

【００１９】その結果、受光手段に入射する入射光量は
一定となり、比較器は安定した矩形波を出力する。

【００２０】請求項３記載の発明では、上記の作用を組
合わせることで、発光光量としきい値電圧を制御して、
比較器は安定した矩形波を出力する。

【００２１】

【実施例】以下に、この発明の実施例を図面に基づいて
説明する。

【００２２】図１は、請求項１記載の発明の一実施例で
あり、しきい値電圧を制御して安定した矩形波を発生す
る光学式インクリメンタルエンコーダのブロック図であ
る。

【００２３】発光手段１から射出された射出光２は光学
手段３により平行光線束４とされ、平行光線束透過手段
７に入射する。平行光線束透過手段中の主目盛板５は、
目盛板上の明部に入射した平行光線束のみを透過させ、
その透過光の一部はそのまま入射光量変動検出手段１１
に入射する。その他の部分は、副目盛板６に入射する
が、主目盛板５を透過した平行光線束のうち、副目盛板
の明部に入射したもののみが、透過光８となり、受光手
段１０に入射する。

【００２４】主目盛板５は被測定物の移動とともに移動
するので、両目盛板の明部同士の重なり量もそれに伴っ
て変化し、両目盛板を透過する平行光線束の光量も被測
定物の移動と共に変化する。これに伴って受光手段１０
に入射する透過光８の光量は変化するが、受光手段１０
はこの様な受光量の変化に応じた信号を比較器１３に出
力する。

【００２５】入射光量変動検出手段１１には、主目盛板
のみを透過した透過光９が入射する。一般に、光学式イ
ンクリメンタルエンコーダの主目盛板の明部と暗部の幅
は等しく作られているので、主目盛板のみを透過した透
過光の光量は、被測定物の移動速度にかかわらず、理論
的には目盛板が全く存在しない場合の２分の１となる。

【００２６】入射光量変動検出手段１１は、透過光９の
光量に応じた検出信号をしきい値電圧制御手段１２に出
力する。

【００２７】ところで、受光手段１０に入射する光量
は、主目盛板と副目盛板の明部同士の重なり量による
他、発光手段１の発光量の変動や、主目盛板のよごれ等
によって主目盛板を透過する光量が減少する等、使用環
境に起因する変動がある。このような使用環境により、
例えば発光光量が減少した場合には、受光手段１０に入
射する光量と入射光量変動検出手段１１に入射する光量
とは、いずれもが減少し、逆に発光量が増加したときは
いずれに入射する光量も増大する等、受光手段１０と入
射光量変動検出手段１１に生じる変動は同一方向であ
る。又、受光手段１０と入射光量変動検出手段１１とを
隣接して配置すれば、主目盛板の汚れ等に起因する透過
光８の光量の変動も、透過光９の光量の変動を検出する
ことで知ることができる。

【００２８】比較器１３に入力されるしきい値電圧は、
しきい値電圧制御手段１２により、入射光量変動検出手
段１１に入射する透過光の光量の増減に応じて増減させ
ることができる。従って、受光手段１０が出力する出力
信号が変動した場合であっても、正しい矩形波が得られ
るように、例えばしきい値電圧を、受光手段１０が出力
する出力信号の信号電圧の振幅の中央レベルに設定する
ことが可能となる。

【００２９】もっとも、比較器１３は、ヒステリシス付
きコンパレータを用いることもできるので、その場合に
は、入射光量変動検出手段１１が検出した入射光量の変
動に応じてしきい値電圧を制御する他、同時にヒステリ
シス幅を制御することも可能である。又、入射光量の変
動は、一定時間の平均値を算出して制御する等、演算手
段を用いてその結果によりしきい値電圧を制御すること
も可能である。

【００３０】比較器１３は、受光手段１０の出力する信
号としきい値電圧とを比較して矩形波を発生させるので
あり、図には示していないが、該矩形波は、一般的には
パルス変換された後カウンター等で計数される。これに
より、被測定物の位置、移動速度等の情報を得ることが
できるのである。

【００３１】なお、受光手段１０と入射光量変動検出手
段１１とは、近接して配置することで、上記効果をより
一層高めることができるのであるが、図１から図３に示
したように主目盛板の移動方向に横に並べて配置する場
合の他、移動方向とは垂直且つ平行に、縦に並べて配置
すれば更に測角誤差が少なくなる、という効果を得るこ
とができる。

【００３２】図２は、請求項２に記載された発明の一実
施例であり、発光光量を制御して安定した出力電圧を発
生する光学式インクリメンタルエンコーダのブロック図
を示したものである。

【００３３】主目盛板５を透過した平行光線束の一部は
そのまま入射光量変動検出手段１１に入射し、その他の
部分は、副目盛板６を介して受光手段１０に入射するの
は、請求項１の発明の実施例と同様である。

【００３４】入射光量変動検出手段１１は、入射光量の
変動に応じた検出信号を発光量制御手段１４に出力し、
該発光量制御手段は、この検出信号に基づいて、例えば
発光量が減少した場合には発光手段の駆動電流を増加さ
せる等、所定の入射光が得られるように発光手段１の発
光量を制御する。その結果、本発明により、安定な矩形
波を得ることができる。

【００３５】図３は請求項３に記載された発明の一実施
例であり、入射光量変動検出手段１１が検出した入射光
量の変動に応じて、しきい値電圧と発光量を同時に制御
して、より一層高精度な矩形波を得ることができる光学
式インクリメンタルエンコーダのブロック図を示す。

【００３６】

【発明の効果】本発明の利点は次の通りである。

【００３７】即ち、極めて簡単な回路構成で、受光量の
変動に起因する測角、測長等における測定誤差が生じる
ことを防ぐことができ、正確な測定値を得ることができ
る。

【００３８】従って、装置の構成が簡単で、しかも低コ
ストで高精度の光学式インクリメンタルエンコーダを得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 請求項１記載の発明の実施例のブロック図

【図２】 請求項２記載の発明の実施例のブロック図

【図３】 請求項３記載の発明の実施例のブロック図

【符号の説明】

１ 発光手段 ３ 光学手段 ５ 主目盛
板 ６ 副目盛板 １０ 受光手段 １１ 入射光
量変動検出手段 １２ しきい値電圧制御手段 １３ 比較
器 １４ 発光量制御手段 Ｖ0 しき
い値電圧

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光手段と、該発光手段から射出された
   射出光を平行光線束にする光学手段と、表面に平行光線
   束を透過する明部と平行光線束を遮断する暗部が各々交
   互に同一幅同一間隔に形成された２枚の目盛板を有する
   ものであってその目盛板の一方を被測定物側に取り付け
   て主目盛板とし他方を主目盛板と平行に置いて副目盛板
   とした平行光線束透過手段と、前記主目盛板と副目盛板
   双方を透過した平行光線束を受光して受光量に応じた信
   号を出力する受光手段と、前記出力信号としきい値電圧
   とを比較して矩形波を出力する比較器とを有する光学式
   インクリメンタルエンコーダにおいて、 前記主目盛板のみを透過した平行光線束の光量を検出し
   て検出信号を出力する入射光量変動検出手段と、該検出
   信号に応じてしきい値電圧を制御するしきい値電圧制御
   手段とを備えたことを特徴とする光学式インクリメンタ
   ルエンコーダ装置。
2. 【請求項２】 発光手段と、該発光手段から射出された
   射出光を平行光線束にする光学手段と、表面に平行光線
   束を透過する明部と平行光線束を遮断する暗部が各々交
   互に同一幅同一間隔に形成された２枚の目盛板を有する
   ものであってその目盛板の一方を被測定物側に取り付け
   て主目盛板とし他方を主目盛板と平行に置いて副目盛板
   とした平行光線束透過手段と、前記主目盛板と副目盛板
   双方を透過した平行光線束を受光して受光量に応じた信
   号を出力する受光手段と、前記出力信号としきい値電圧
   とを比較して矩形波を出力する比較器とを有する光学式
   インクリメンタルエンコーダにおいて、 前記主目盛板のみを透過した平行光線束の光量を検出し
   て検出信号を出力する入射光量変動検出手段と、該検出
   信号に応じて発光手段を制御して入射光量を制御する手
   段とを備えたことを特徴とする光学式インクリメンタル
   エンコーダ装置。
3. 【請求項３】 前記入射光量変動検出手段が出力した検
   出信号に応じて発光手段を制御する手段を備えたことを
   特徴とする請求項１記載の光学式インクリメンタルエン
   コーダ装置。