JP4425117B2 - Encoder - Google Patents
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Description
本発明は、光学式のエンコーダに関するものである。 The present invention relates to an optical encoder.
従来における光学式のエンコーダとして、次のようなものが特許文献1に記載されている。すなわち、異なる種類の回折格子からなる格子窓が所定の距離置きに複数形成された光学スケールに対して光を照射し、格子窓によって回折された回折光のパターンを2次元イメージセンサで撮像する。そして、撮像された回折光のパターンに基づいて格子窓を特定すると共に、画像中における回折光のパターンの位置に基づいて光学スケールの動作方向における格子窓の位置を特定し、光学スケールの動作距離を検出する。
しかしながら、上述したようなエンコーダにあっては、光学スケールの動作距離検出の分解能は高いものの、2次元イメージセンサを用いているためフレームメモリが必要となるなど、装置が複雑化してしまうという問題がある。 However, in the encoder as described above, although the resolution of the optical scale operating distance detection is high, the use of a two-dimensional image sensor requires a frame memory. is there.
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スケール板の動作角度や動作距離等の絶対値を簡単な構成で精度良く検出することができるエンコーダを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an encoder that can accurately detect an absolute value such as an operating angle or an operating distance of a scale plate with a simple configuration. And
上記目的を達成するために、本発明に係るエンコーダは、所定の動作方向に可動するスケール板と、動作方向に沿ってスケール板に複数形成され、動作方向に垂直な方向に光伝播部及び光非伝播部が1次元配列されて構成された光中継部と、光中継部に向けて光を投光する光源装置と、光源装置により投光された光を光中継部を介して受光するように配置され、動作方向、及び動作方向に垂直な方向に複数の画素が2次元配列されて構成された受光領域を有して、動作方向、及び動作方向に垂直な方向のそれぞれについて入射光強度の1次元分布を示す光強度プロファイルデータを出力する光検出装置とを備え、光中継部のそれぞれは、光伝播部及び光非伝播部の1次元配列のパターンが互いに異なっており、スケール板において、隣り合う光中継部間を動作方向に垂直な方向に沿って通る第1のライン上には、基準光伝播部が形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an encoder according to the present invention includes a scale plate movable in a predetermined operation direction, a plurality of scale plates formed along the operation direction, and a light propagation unit and a light in a direction perpendicular to the operation direction. An optical repeater configured by one-dimensionally arranging non-propagating parts, a light source device that projects light toward the optical repeater, and receiving light projected by the light source device via the optical repeater And a light receiving region in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged in an operation direction and a direction perpendicular to the operation direction, and the incident light intensity in each of the operation direction and the direction perpendicular to the operation direction. And a light detection device that outputs light intensity profile data indicating a one-dimensional distribution of the light, and each of the light repeaters has a different one-dimensional array pattern of the light propagation part and the light non-propagation part. , Next to each other The first on the line passing along the vertical direction between the relay unit in the operating direction, wherein the reference light propagating unit is formed.
このエンコーダにおいては、スケール板の動作方向に沿って当該スケール板に複数形成された光中継部のそれぞれは、光伝播部及び光非伝播部の1次元配列のパターンが互いに異なっている。これにより、その1次元配列のパターンをコードとして、例えば、スケール板の動作角度や動作距離等の絶対値(動作絶対値)の情報を各光中継部に付与すれば、動作方向に垂直な方向についての光強度プロファイルデータに基づいて、光源装置により投光された光を光検出装置に対して中継した光中継部を識別し、識別された光中継部から基本となる動作絶対値を求めることができる。更に、動作方向についての光強度プロファイルデータに基づいて、例えば、受光領域中の基準位置に対する受光領域中の基準光伝播部の位置を算出し、算出された基準光伝播部の位置から基本となる動作絶対値を補正して、より詳細な動作絶対値を求めることができる。このように、動作方向、及び動作方向に垂直な方向のそれぞれについて入射光強度の1次元分布を示す光強度プロファイルデータを出力する光検出装置を用いることによって、スケール板の動作角度や動作距離等の絶対値を簡単な構成で精度良く検出することが可能になる。なお、基準光伝播部の位置を基準として光中継部の識別を行ってもよい。これによれば、光源装置により投光された光を光検出装置に対して中継した光中継部を精度良く識別することが可能になる。 In this encoder, each of the plurality of optical repeaters formed on the scale plate along the operation direction of the scale plate has a different one-dimensional array pattern of the light propagation portion and the light non-propagation portion. Accordingly, if the information of absolute values (operation absolute values) such as the operation angle and the operation distance of the scale plate is given to each optical repeater using the one-dimensional array pattern as a code, for example, the direction perpendicular to the operation direction Based on the light intensity profile data for, the light relay unit that relays the light projected by the light source device to the light detection device is identified, and the basic operation absolute value is obtained from the identified light relay unit Can do. Further, based on the light intensity profile data for the operation direction, for example, the position of the reference light propagation unit in the light receiving region with respect to the reference position in the light receiving region is calculated, and based on the calculated position of the reference light propagation unit. The motion absolute value can be corrected to obtain a more detailed motion absolute value. As described above, by using the light detection device that outputs the light intensity profile data indicating the one-dimensional distribution of the incident light intensity in each of the operation direction and the direction perpendicular to the operation direction, the operation angle and the operation distance of the scale plate, etc. The absolute value of can be detected with a simple configuration with high accuracy. In addition, you may identify an optical repeater on the basis of the position of a reference | standard light propagation part. According to this, it becomes possible to accurately identify the optical repeater that relays the light projected by the light source device to the light detection device.
また、動作方向に垂直な方向についての光強度プロファイルデータに基づいて、光源装置により投光された光を光検出装置に対して中継した光中継部を識別した後、動作方向についての光強度プロファイルデータに基づいて、受光領域中の基準位置に対する基準光伝播部の位置を算出し、基準光伝播部の位置からスケール板の動作絶対値を求める処理部を備えることが好ましい。このような処理部を備えることにより、上述したようにして、スケール板の動作角度や動作距離等の絶対値を容易に検出することが可能になる。 In addition, based on the light intensity profile data in the direction perpendicular to the operation direction, after identifying the light relay unit that relays the light projected by the light source device to the light detection device, the light intensity profile in the operation direction It is preferable to include a processing unit that calculates the position of the reference light propagation unit with respect to the reference position in the light receiving region based on the data, and obtains the operation absolute value of the scale plate from the position of the reference light propagation unit. By providing such a processing unit, as described above, it is possible to easily detect absolute values such as the operating angle and operating distance of the scale plate.
また、基準光伝播部は、動作方向において光中継部と重ならないように形成されていることが好ましい。これにより、光源装置により投光された光を光検出装置に対して中継した光中継部を識別するに際し、その処理を単純化することができる。 Moreover, it is preferable that the reference light propagation part is formed so as not to overlap the optical relay part in the operation direction. Thereby, when identifying the light relay unit that relays the light projected by the light source device to the light detection device, the processing can be simplified.
また、光検出装置は、光源装置により投光された光を1個又は2個の光中継部を介して受光するように配置されていることが好ましい。これにより、スケール板の動作角度や動作距離等の絶対値を検出するに際し、その処理を単純化することができる。 Moreover, it is preferable that the light detection device is disposed so as to receive the light projected by the light source device via one or two light repeaters. Thereby, when detecting absolute values such as the operating angle and the operating distance of the scale plate, the processing can be simplified.
また、本発明に係るエンコーダにおいては、光中継部が動作方向に沿った第2のライン上に複数形成され、且つ隣り合う光中継部間で光伝播部及び光非伝播部の1次元配列のパターンが1箇所異なっていてもよいし、光中継部が動作方向に沿った第3のライン上と第4のライン上とに渡って千鳥状に複数形成されていてもよい。これらの構成を採用することで、光源装置により投光された光を光検出装置に対して中継した光中継部が例えば2個同時に存在する場合でも、動作方向に垂直な方向についての光強度プロファイルデータに基づいて、その2個の光中継部を識別することが可能になる。 In the encoder according to the present invention, a plurality of optical repeaters are formed on the second line along the operation direction, and a one-dimensional array of the light propagation unit and the light non-propagation unit is disposed between the adjacent optical repeaters. The pattern may be different at one place, or a plurality of optical repeaters may be formed in a zigzag pattern on the third line and the fourth line along the operation direction. By adopting these configurations, even when there are, for example, two optical repeaters that relay light projected by the light source device to the light detection device at the same time, the light intensity profile in the direction perpendicular to the operation direction Based on the data, the two optical repeaters can be identified.
本発明に係るエンコーダによれば、スケール板の動作角度や動作距離等の絶対値を簡単な構成で精度良く検出することができる。 According to the encoder of the present invention, absolute values such as the operating angle and operating distance of the scale plate can be accurately detected with a simple configuration.
以下、本発明に係るエンコーダの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an encoder according to the invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[第1実施形態]
図1に示されるように、第1実施形態に係るエンコーダ1は、いわゆるアブソリュート型のロータリエンコーダであり、測定対象物(図示せず)に連結される回転軸2を備えている。この回転軸2には、円板状のスケール板3が固定されており、このスケール板3は、回転軸2の回転に伴って回転する。この回転方向をスケール板3の動作方向αとする。図2に示されるように、スケール板3において動作方向αに沿ったライン(第2のライン)L1上には、回転軸2を中心として等角度置きに光中継部4が複数形成されている。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the
光中継部4は、図3に示されるように、光透過孔として形成された光透過部(光伝播部)5及び光遮断部(光非伝播部)6が動作方向αに垂直な方向に1次元配列されて構成されている。光透過部5は、光を透過させることによって光を伝播し、光遮断部6は、光を反射又は吸収することによって光を伝播しない。そして、光中継部4のそれぞれは、光透過部5及び光遮断部6の1次元配列のパターンが互いに異なっており、隣り合う光中継部4,4間では、光透過部5及び光遮断部6の1次元配列のパターンが1箇所異なっている。
As shown in FIG. 3, the
ここでは、回転軸2を中心として等角度置きに8個の光中継部4がラインL1上に配置されているものとする。このとき、光中継部4のそれぞれについて光透過部5及び光遮断部6の1次元配列のパターンを互いに異ならせるためには、3ビットのコードを利用すればよく、隣り合う光中継部4,4間について光透過部5及び光遮断部6の1次元配列のパターンを1箇所異ならせるためには、いわゆるグレイコードを利用すればよい。つまり、光透過部5を「1」、光遮断部6を「0」として光中継部4をコードで表すと、図3において右から順に「000」,「001」,「011」,「010」,「110」,「111」,「101」,「100」となる。
Here, it is assumed that eight
スケール板3において、動作方向αに垂直な方向に沿って光中継部4を通るラインL2上で、且つ動作方向αに沿ったラインL3上には、光中継部4との間に1個の光遮断部6を挟んで位置検出用光透過部7が光透過孔として形成されている。更に、スケール板3において、隣り合う光中継部4,4間の中心位置を動作方向αに垂直な方向に沿って通るラインL4(第1のライン)上で、且つ動作方向αに沿ったラインL3上には、重心検出用光透過部(基準光伝播部)10が円形状の光透過孔として形成されている。
In the
また、図1に示されるように、エンコーダ1は、ラインL1上に配置された光中継部4に向けて平行光を投光するLED等からなる光源装置8と、スケール板3を挟んで光源装置8と対向するように配置されたプロファイルセンサ(光検出装置)9とを備えている。プロファイルセンサ9は、光源装置8により投光された光のうち光中継部4の光透過部5を透過した光を受光して(換言すれば、光源装置8により投光された光を光中継部4を介して受光して)、光強度プロファイルデータを処理部11に出力する。
As shown in FIG. 1, the
ここで、プロファイルセンサ9の構成について説明する。図4に示されるように、プロファイルセンサ9は、受光領域100、第1信号処理部110及び第2信号処理部120を有している。受光領域100は、動作方向α(ラインL1の接線方向)、及び動作方向αに垂直な方向に2次元配列されたM×N個の画素により構成されており、第m行第n列の位置にある画素には2つのフォトダイオードPDX,m,n及びPDY,m,nが形成されている。なお、M,Nのそれぞれは2以上の整数であり、mは1以上M以下の任意の整数、nは1以上N以下の任意の整数である。各フォトダイオードPDX,m,n,PDY,m,nのアノード端子は接地されている。第n列にあるM個のフォトダイオードPDX,1,n〜PDX,M,nのカソード端子は、共通の配線LX,nにより第1信号処理部110と接続されている。第m行にあるN個のフォトダイオードPDY,m,1〜PDY,m,Nのカソード端子は、共通の配線LY,mにより第2信号処理部120と接続されている。
Here, the configuration of the
第1信号処理部110は、図5に示されるように、シフトレジスタ111、積分回路112及びN個のスイッチSW1〜SWNを有している。各スイッチSWnの一端は配線LX,nに接続されており、各スイッチSWnの他端は共通の配線を介して積分回路112の入力端に接続されている。また、各スイッチSWnは、シフトレジスタ111から出力される制御信号に基づいて順次に閉じる。積分回路112は、アンプA、容量素子C及びスイッチSWを有している。容量素子C及びスイッチSWは、互いに並列的に接続されて、アンプAの入力端子と出力端子との間に設けられている。スイッチSWが閉じると、容量素子Cが放電されて、積分回路112から出力される電圧値が初期化される。スイッチSWが開いて、スイッチSWnが閉じると、配線LX,nに接続されている第n列のM個のフォトダイオードPDX,1,n〜PDX,M,nそれぞれの光入射に応じて発生した電荷の総和が積分回路112に入力し、その電荷が容量素子Cに蓄積されて、この蓄積電荷量に応じた電圧値VX(n)が積分回路112から出力される。第2信号処理部120も、第1信号処理部110と同様の構成を有し、同様の動作をする。
As illustrated in FIG. 5, the first
以上のように構成されたプロファイルセンサ9は、受光領域100における動作方向α(ラインL1の接線方向)について入射光強度の1次元分布を示す第1光強度プロファイルデータVX(n)を第1信号処理部110から出力すると共に、動作方向αに垂直な方向について入射光強度の1次元分布を示す第2光強度プロファイルデータVY(m)を第2信号処理部120から出力することができる。処理部11には、これら第1光強度プロファイルデータVX(n)及び第2光強度プロファイルデータVY(m)が入力される。
The
なお、プロファイルセンサ9は、光源装置8により投光された光を1個又は2個の光中継部4を介して受光するように配置されている。つまり、図6に示されるように、受光領域100の動作方向αに沿った幅をWとし、隣り合う光中継部4,4の動作方向αに沿った距離をDとすると、W/2<D<Wの関係式を満たす。これにより、受光領域100上には、1個又は2個の光中継部4が常に位置することになる。
The
次に、処理部11における処理手順について、図6を参照して説明する。
Next, a processing procedure in the
まず、動作方向αについての第1光強度プロファイルデータVX(n)に基づいて所定の閾値th1を超えた領域の数が算出され、受光領域100上に位置する光中継部4の数が判断される。ここで、閾値th1は、重心検出用光透過部10のプロファイルデータを検出可能な基準として予め定めされる。なお、重心検出用光透過部10は、円形状の光透過孔として形成されていることから、すべて同じようなプロファイルデータを示す。そのため、閾値th1を超える画素の数や、プロファイルデータの形状によって、光中継部4と重心検出用光透過部10との識別を容易に行うことができる。
First, the number of areas exceeding a predetermined threshold th1 is calculated based on the first light intensity profile data V X (n) for the operating direction α, and the number of
続いて、動作方向αに垂直な方向についての第2光強度プロファイルデータVY(m)に基づいて位置検出用光透過部7の重心位置が算出され、その重心位置が基準位置y0とされる。なお、位置検出用光透過部7の重心位置の算出に際しては、光中継部4との間に1個の光遮断部6を挟んで位置検出用光透過部7が形成されているため、第2光強度プロファイルデータVY(m)に基づいて位置検出用光透過部7の重心位置を正確に算出することができる。
Subsequently, based on the second light intensity profile data V Y (m) in the direction perpendicular to the operation direction α, the position of the center of gravity of the position detecting
そして、基準位置y0を基準として、光中継部4において重心間距離p1置きに現れる光透過部5又は光遮断部6のコードが以下の演算によりjビット(j=1,2,3)読み取られる。
(1)受光領域100上に位置する光中継部4の数が1個の場合
code(j)=f(VY(yj))=f(VY(y0+(j+1)×p1))
if (VY(yj)>th2) then f(VY(yj))=1;
else f(VY(yj))=0;
(2)受光領域100上に位置する光中継部4の数が2個の場合
code(j)=f(VY(yj))=f(VY(y0+(j+1)×p1))
if (VY(yj)>th3) then f(VY(yj))=2;
if (VY(yj)>th2) and (VY(yj)<th3) then f(VY(yj))=1;
if (VY(yj)<th2) then f(VY(yj))=0;
ここで、f(VY(yj))は閾値関数である。また、th2,th3は、光源装置8、プロファイルセンサ9の受光感度等から予め決定される閾値であり、閾値th2は、動作方向αに沿って光透過部5が1個存在する場合の明るさの判断基準として定められ、閾値th3は、動作方向αに沿って光透過部5が2個存在する場合の明るさの判断基準として定められる。
Then, with reference to the reference position y 0 , the code of the
(1) When the number of
code (j) = f (V Y (y j )) = f (V Y (y 0 + (j + 1) × p 1 ))
if (V Y (y j )> th2) then f (V Y (y j )) = 1;
else f (V Y (y j )) = 0;
(2) When the number of
code (j) = f (V Y (y j)) = f (V Y (y 0 + (j + 1) × p 1))
if (V Y (y j )> th3) then f (V Y (y j )) = 2;
if (V Y (y j )> th2) and (V Y (y j ) <th3) then f (V Y (y j )) = 1;
if (V Y (y j ) <th2) then f (V Y (y j )) = 0;
Here, f (V Y (y j )) is a threshold function. Further, th2 and th3 are thresholds determined in advance from the light receiving sensitivity of the
以上の演算により、例えば、図6に示される場合に得られる出力値は「120」となる。このように、隣り合う光中継部4,4の出力値が「120」となるのは、エンコーダ1において1組しかない。つまり、受光領域100上に位置する光中継部4のコードは「010」及び「110」である。そして、光中継部4のコードの配列(図3において右から順に「000」,「001」,「011」,…,「100」)を処理部11が記憶しているため、図6において右側の光中継部4のコードが「010」、左側の光中継部4のコードが「110」と一意に識別される。
With the above calculation, for example, the output value obtained in the case shown in FIG. 6 is “120”. Thus, only one set in the
このように、第1実施形態に係るエンコーダ1においては、プロファイルセンサ9の受光領域100上に2個の光中継部4が同時に位置する場合でも、隣り合う光中継部4,4間では、光透過部5及び光遮断部6の1次元配列のパターンが1箇所異なっていることから、動作方向αに垂直な方向についての第2光強度プロファイルデータVY(m)に基づくその2個の光中継部4の識別が妨げられることはない。
As described above, in the
続いて、スケール板3の動作角度の算出が以下のように行われる。初めに、動作方向αについての第1光強度プロファイルデータVX(n)に基づいて、識別された光中継部4に隣接する重心検出用光透過部10の重心位置posが次の演算により算出される。ここで、動作方向αにおける受光領域100の中心位置を重心位置posの原点(基準位置)とする。なお、重心検出用光透過部10の重心位置posの算出に際しては、重心検出用光透過部10が円形状の光透過孔として形成されており、すべて同じプロファイルデータを示すことから、第1光強度プロファイルデータVX(n)に基づいて重心検出用光透過部10の重心位置posを正確に算出することができる。
pos=1次モーメント/0次モーメント
1次モーメント=Σ(VX(n)×n) (重心検出用光透過部10を示す領域に対して)
0次モーメント=Σ(VX(n)) (重心検出用光透過部10を示す領域に対して)
Subsequently, the operation angle of the
pos = first-order moment / zero-order moment First-order moment = Σ (V X (n) × n) (relative to the region showing the
0th moment = Σ (V X (n)) (for the region showing the
そして、この演算により算出された重心位置posから、スケール板3の動作角度θが次の演算により算出される。なお、動作方向αにおける受光領域100の中心位置にコード「000」の光中継部4の重心位置が一致した状態を0度とする。
θ=((コード順−direc)×(360/コード数))+((pos/p2)×(360/コード数))
ここで、p2は、隣り合う光中継部4,4の重心間距離である。また、コード順は、図3において右から順に「000」が「0」、「001」が「1」、「011」が「2」、…、「100」が「7」である。そして、direcは、識別された光中継部4に隣接する重心検出用光透過部10の相対位置で決定され、光中継部4に対して重心検出用光透過部10が図6において右側にある場合は「1」、光中継部4に対して重心検出用光透過部10が図6において左側にある場合は「0」である。
Then, from the center of gravity position pos calculated by this calculation, the operating angle θ of the
θ = ((code order−direc) × (360 / number of codes)) + ((pos / p 2 ) × (360 / number of codes))
Here, p 2 is the distance between the centers of gravity of adjacent
具体例として、図6に示される場合において、重心検出用光透過部10の重心位置がpos=−40(画素)、隣り合う光中継部4,4の重心間距離がp2=400(画素)であるとき、コード「010」に基づけば、スケール板3の動作角度θは次のようになる。
θ=((3−0)×(360/8))+((−40/400)×(360/8))=130.5度
As a specific example, in the case shown in FIG. 6, the position of the center of gravity of the
θ = ((3-0) × (360/8)) + ((− 40/400) × (360/8)) = 130.5 degrees
一方、コード「110」に基づけば、スケール板3の動作角度θは次のようになる。
θ=((4−1)×(360/8))+((−40/400)×(360/8))=130.5度
On the other hand, based on the code “110”, the operating angle θ of the
θ = ((4-1) × (360/8)) + ((− 40/400) × (360/8)) = 130.5 degrees
このように、受光領域100上に2個の光中継部4が位置する場合には、どちらの光中継部4に基づいてもスケール板3の動作角度θを算出することができる。
Thus, when the two
以上説明したように、第1実施形態に係るエンコーダ1においては、動作方向αに沿ってスケール板3に複数形成された光中継部4のそれぞれは、光透過部5及び光遮断部6の1次元配列のパターンが互いに異なっている。これにより、その1次元配列のパターンをコードとして、動作角度αに垂直な方向についての第2光強度プロファイルデータVY(m)に基づき、受光領域100上に位置する光中継部4を処理部11で識別することができる。更に、動作方向αについての第1光強度プロファイルデータVX(n)に基づき、受光領域100中の基準位置に対する受光領域100中の重心検出用光透過部10の重心位置を算出し、その重心位置からスケール板3の詳細な動作角度を算出することができる。このように、プロファイルセンサ9を用いることで、2次元イメージセンサを用いる際に必要となるフレームメモリ等が不要となり、スケール板3の動作角度を簡単な構成で精度良く検出することが可能になる。しかも、プロファイルセンサ9を用いることで、同じ画素数であれば、2次元イメージセンサを用いた場合に比べ処理時間を大幅に短縮化することが可能になる。
As described above, in the
また、第1実施形態に係るエンコーダ1においては、光源装置8により投光された光を1個又は2個の光中継部4を介して受光するようにプロファイルセンサ9が配置されている。これにより、スケール板3の動作角度を算出するに際し、その処理を単純化することができる。
Further, in the
[第2実施形態]
図7及び図8に示されるように、第2実施形態に係るエンコーダ1は、スケール板3に対する光中継部4の配置において、第1実施形態に係るエンコーダ1と主に異なっている。
[Second Embodiment]
As shown in FIGS. 7 and 8, the
すなわち、スケール板3には、動作方向αに沿って同心円状のライン(第3のライン)L5及びライン(第4のライン)L6が設定され、これらのラインL5上とラインL6上とに渡って千鳥状に光中継部4が複数形成されている。より具体的には、光中継部4は、ラインL5上及びラインL6上のそれぞれに、回転軸2を中心として等角度置きに複数配置されており、ラインL6上に配置された光中継部4は、ラインL5上に配置された光中継部4のうち隣り合う光中継部4,4の中間に位置している。
That is, a concentric line (third line) L5 and a line (fourth line) L6 are set on the
光中継部4は、図9に示されるように、光透過部(光伝播部)5及び光遮断部(光非伝播部)6が動作方向αに垂直な方向に1次元配列されて構成されている。そして、光中継部4のそれぞれは、光透過部5及び光遮断部6の1次元配列のパターンが互いに異なっている。
As shown in FIG. 9, the
ここでは、回転軸2を中心として等角度置きに16個の光中継部4がラインL5上とラインL6上とに渡って千鳥状に配置されているものとする。このとき、光中継部4のそれぞれについて光透過部5及び光遮断部6の1次元配列のパターンを互いに異ならせるためには、光透過部5を「1」、光遮断部6を「0」とした4ビットのコードを利用すればよい。
Here, it is assumed that 16
スケール板3において、動作方向αに垂直な方向に沿って光中継部4を通るラインL2上で、且つ動作方向αに沿ってラインL5とラインL6との間を通るラインL3上には、光中継部4との間に1個の光遮断部6を挟んで位置検出用光透過部7が形成されている。更に、スケール板3において、隣り合う光中継部4,4間の中心位置を動作方向αに垂直な方向に沿って通るラインL4(第1のライン)上で、且つ動作方向αに沿ったラインL3上には、重心検出用光透過部(基準光伝播部)10が形成されている。
In the
なお、第2実施形態に係るエンコーダ1においても、プロファイルセンサ(光検出装置)9は、光源装置8により投光された光を1個又は2個の光中継部4を介して受光するように配置されている。つまり、図10に示されるように、受光領域100の動作方向αに沿った幅をWとし、ラインL5上とラインL6上とに渡って隣り合う光中継部4,4の動作方向αに沿った距離をDとすると、W/2<D<Wの関係式を満たす。これにより、受光領域100上には、1個又は2個の光中継部4が常に位置することになる。
Also in the
次に、処理部11における処理手順について、図10を参照して説明する。
Next, a processing procedure in the
まず、動作方向αについての第1光強度プロファイルデータVX(n)に基づいて所定の閾値th1を超えた領域の数が算出され、受光領域100上に位置する光中継部4の数が判断される。
First, the number of areas exceeding a predetermined threshold th1 is calculated based on the first light intensity profile data V X (n) for the operating direction α, and the number of
続いて、動作方向αに垂直な方向についての第2光強度プロファイルデータVY(m)に基づいて位置検出用光透過部7の重心位置が算出され、その重心位置が基準位置y0とされる。
Subsequently, based on the second light intensity profile data V Y (m) in the direction perpendicular to the operation direction α, the position of the center of gravity of the position detecting
そして、基準位置y0を基準として、光中継部4において重心間距離p1置きに現れる光透過部5又は光遮断部6のコードが以下の演算によりjビット(j=1,2,3,4)読み取られる。
ラインL5上の光中継部4に対して:
code(j)=f(VY(yj))=f(VY(y0−(j+1)×p1))
if (VY(yj)>th2) then f(VY(yj))=1;
else f(VY(yj))=0;
ラインL6上の光中継部4に対して:
code(j)=f(VY(yj))=f(VY(y0+(j+1)×p1))
if (VY(yj)>th2) then f(VY(yj))=1;
else f(VY(yj))=0;
Then, with reference to the reference position y 0 , the code of the
For
code (j) = f (V Y (y j )) = f (V Y (y 0 − (j + 1) × p 1 ))
if (V Y (y j )> th2) then f (V Y (y j )) = 1;
else f (V Y (y j )) = 0;
For
code (j) = f (V Y (y j )) = f (V Y (y 0 + (j + 1) × p 1 ))
if (V Y (y j )> th2) then f (V Y (y j )) = 1;
else f (V Y (y j )) = 0;
以上の演算により、例えば、図10に示される場合に得られる出力値は、ラインL5上の光中継部4については「0111」となり、ラインL6上の光中継部4については「1000」となる。これにより、図10において右側の光中継部4のコードが「0111」、左側の光中継部4のコードが「1000」と一意に識別される。
With the above calculation, for example, the output value obtained in the case shown in FIG. 10 is “0111” for the
このように、第2実施形態に係るエンコーダ1においては、プロファイルセンサ9の受光領域100上に2個の光中継部4が同時に位置する場合でも、その2個の光中継部4はラインL5上とラインL6上とのそれぞれに存在するため、動作方向αに垂直な方向についての第2光強度プロファイルデータVY(m)に基づくその2個の光中継部4の識別が妨げられることはない。
Thus, in the
以下、第1実施形態に係るエンコーダ1と同様に、スケール板3の動作角度の算出が行われる。
Hereinafter, similarly to the
以上説明したように、第2実施形態に係るエンコーダ1においては、動作方向αに沿ってスケール板3に複数形成された光中継部4のそれぞれは、光透過部5及び光遮断部6の1次元配列のパターンが互いに異なっている。これにより、その1次元配列のパターンをコードとして、動作方向αに垂直な方向についての第2光強度プロファイルデータVY(m)に基づき、受光領域100上に位置する光中継部4を処理部11で識別することができる。更に、動作方向αについての第1光強度プロファイルデータVX(n)に基づき、受光領域100中の基準位置に対する受光領域100中の重心検出用光透過部10の重心位置を算出し、その重心位置からスケール板3の詳細な動作角度を算出することができる。このように、プロファイルセンサ9を用いることで、2次元イメージセンサを用いる際に必要となるフレームメモリ等が不要となり、スケール板3の動作角度を簡単な構成で精度良く検出することが可能になる。しかも、プロファイルセンサ9を用いることで、同じ画素数であれば、2次元イメージセンサを用いた場合に比べ処理時間を大幅に短縮化することが可能になる。
As described above, in the
本発明は、上述した第1及び第2実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the first and second embodiments described above.
例えば、上記各実施形態に係るエンコーダ1は、スケール板3が回転動作を行い、その回転方向をスケール板3の動作方向αとして光中継部4がスケール板3に複数形成されて構成されたロータリエンコーダであったが、本発明に係るエンコーダは、スケール板が直線動作を行い、その直線方向をスケール板の動作方向として光中継部がスケール板に複数形成されて構成されたリニアエンコーダであってもよい。
For example, the
また、上記各実施形態に係るエンコーダ1は、光源装置8により投光された光のうち光中継部4の光透過部5を透過した光を受光するようにプロファイルセンサ9が配置されて構成された透過型のエンコーダであったが、本発明に係るエンコーダは、光源装置により投光された光のうち光中継部の光伝播部により回折又は散乱等された光を受光するようにプロファイルセンサが配置されて構成された反射型のエンコーダであってもよい。すなわち、本発明に係るエンコーダは、光源装置により投光された光を光中継部を介して受光するようにプロファイルセンサが配置されて構成されたものであればよい。
In addition, the
また、上記各実施形態に係るエンコーダ1における位置検出用光透過部7は、本発明に係るエンコーダにおいては必須ではない。なお、重心検出用光透過部10の位置を基準として光中継部4の識別を行ってもよい。これによれば、位置検出用光透過部7を基準とした場合と同様に、光源装置8により投光された光をプロファイルセンサ9に対して中継した光中継部4を精度良く識別することが可能になる。
In addition, the position detection
また、上記各実施形態に係るエンコーダ1においては、隣り合う光中継部4,4間を動作方向αに垂直な方向に沿って通る1本のラインL4に1個の重心検出用光透過部10が形成されていたが、隣り合う光中継部4,4間を動作方向αに垂直な方向に沿って通る複数のラインL4に複数の重心検出用光透過部10が形成されていてもよい。これによれば、重心検出用光透過部10の重心位置から、スケール板3の動作角度をより一層精度良く算出することが可能になる。
In the
また、上記各実施形態に係るエンコーダ1においては、光源装置8により投光された光をプロファイルセンサ9に対して中継した光中継部4を識別するに際し、その処理を単純化し得ることから、重心検出用光透過部10は、動作方向αにおいて光中継部4と重ならないように形成されていたが、これに限定されない。一例として、図11に示されるように、重心検出用光透過部10は、動作方向αにおいて光中継部4と完全に重なるように、動作方向αに垂直な方向に沿って延在するものであってもよい。この場合にも、光源装置8により投光された光をプロファイルセンサ9に対して中継した光中継部4を識別するに際し、その処理が複雑化するのを防止することができる。
Further, in the
1…エンコーダ、3…スケール板、4…光中継部、5…光透過部(光伝播部)、6…光遮断部(光非伝播部)、8…光源装置、9…プロファイルセンサ(光検出装置)、10…重心検出用光透過部(基準光伝播部)、11…処理部、L1…ライン(第2のライン)、L4…ライン(第1のライン)、L5…ライン(第3のライン)、L6…ライン(第4のライン)、α…動作方向。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記動作方向に沿って前記スケール板に複数形成され、前記動作方向に垂直な方向に光伝播部及び光非伝播部が1次元配列されて構成された光中継部と、
前記光中継部に向けて光を投光する光源装置と、
前記光源装置により投光された光を前記光中継部を介して受光するように配置され、前記動作方向、及び前記動作方向に垂直な方向に複数の画素が2次元配列されて構成された受光領域を有して、前記動作方向、及び前記動作方向に垂直な方向のそれぞれについて入射光強度の1次元分布を示す光強度プロファイルデータを出力する光検出装置とを備え、
前記光中継部のそれぞれは、前記光伝播部及び前記光非伝播部の1次元配列のパターンが互いに異なっており、
前記スケール板において、隣り合う前記光中継部間を前記動作方向に垂直な方向に沿って通る第1のライン上には、基準光伝播部が形成されていることを特徴とするエンコーダ。 A scale plate movable in a predetermined operating direction;
A plurality of scale plates formed on the scale plate along the operation direction, and an optical relay unit configured by one-dimensionally arranging a light propagation unit and a light non-propagation unit in a direction perpendicular to the operation direction;
A light source device that projects light toward the optical relay unit;
A light receiving device that is arranged so as to receive light projected by the light source device via the optical relay unit, and is configured by two-dimensionally arranging a plurality of pixels in the operation direction and in a direction perpendicular to the operation direction. A light detection device that has a region and outputs light intensity profile data indicating a one-dimensional distribution of incident light intensity for each of the operation direction and the direction perpendicular to the operation direction;
Each of the optical repeaters is different from each other in the one-dimensional array pattern of the light propagation part and the light non-propagation part,
The encoder according to claim 1, wherein a reference light propagating portion is formed on a first line passing between the adjacent optical repeaters along a direction perpendicular to the operation direction in the scale plate.
隣り合う前記光中継部間では、前記光伝播部及び前記光非伝播部の1次元配列のパターンが1箇所異なっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載のエンコーダ。 A plurality of the optical repeaters are formed on the second line along the operation direction,
5. The encoder according to claim 1, wherein a pattern of the one-dimensional array of the light propagation unit and the light non-propagation unit is different at one place between the adjacent optical relay units.
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