JPH0422261Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、円周方向に透光スリツトが設けられ
たコード板の動きを、この透光スリツトの配列ピ
ツチに対して一定の位相差をもつて配列された受
光素子群により検出するようにしたエンコーダの
改良に関するものである。

〔従来の技術〕

上記のような光学式のエンコーダの一例として
は、本願出願人が特願昭58−13951号としてすで
に出願した装置がある。これは、透光スリツトが
設けられたコード板の動きを、この透光スリツト
の配列ピツチに対して一定の位相差をもつて配列
された受光素子群（イメージセンサ）を使用して
検出することを特徴としたもので、コード板の回
転角度を基準信号の位相シフト量に変換して、高
精度に測定することができるものである。

第３図はこのような構成を有するエンコーダの
一例を示す構成図である。図において、１はコー
ド板、２はコード板１上に所定のピツチで設けら
れた透光スリツト、３は光源、３０は光源３から
照射された光ビームを平行ビームに変換するため
のレンズ、４は透光スリツト２を通過した光（ス
リツト像）を受光するイメージセンサで、ここで
は、動作を簡単に説明するために、４個の受光素
子４１〜４４をアレイ状に配列したものを例示し
ている。SW１〜SW４は受光素子４１〜４４か
らの信号を一定のタイミングで順次取り出すスイ
ツチ、５は各スイツチSW１〜SW４を介して印
加される信号を増幅する増幅器、６は増幅器５の
出力信号から基本波成分を抽出するバンドパスフ
イルタである。

第４図はコード板１に形成された透光スリツト
２とイメージセンサ４における受光素子４１〜４
４との配列関係を示す図である。図に示すよう
に、４つの受光素子４１〜４４を１つのグループ
と仮定し、このグループのピツチをイメージセン
サ４における基本ピツチとすれば、この基本ピツ
チは透光スリツト２の配列ピツチＰと等しく形成
されている。すなわち、受光素子４１〜４４は透
光スリツト２の配列ピツチに対して、順次90°づ
つ位相がずれるように配列されている。

以下、上記のように構成されたエンコーダの動
作を、第５図の波形図を参照しながら説明する。

光源３からの光は、レンズ３０により平行ビー
ムに変換され、コード板１の透光スリツト２を通
過して、イメージセンサ４の受光素子４１〜４４
上に透光スリツト２の像を結像させる。イメージ
センサ４においては、スイツチSW１〜SW４が
第５図ａ〜ｄに示すようなタイミングで順次オン
オフされ（オン時間をＴとする）、受光素子４１
〜４４からの信号を順次増幅器５に印加してい
る。この結果、増幅器５の出力信号e₅は、第５図
ｅに示すように、スイツチSW１〜SW４がそれ
ぞれオンとなる時間ごとにその大きさが変化する
階段波形となる。したがつて、このような階段波
形をバンドパスフイルタ６に加えると、第５図ｆ
に示すような正弦波信号e₆（基本波成分）を得る
ことができる。

ここで、この正弦波信号e₆の基本波周波数は、
スイツチSW１〜SW４を順次駆動する繰り返し
周波数と一致しており、また、コード板１が測定
すべき回転角に応じて回転すると、受光素子４１
〜４４上に結像するスイツト像も移動するので、
バンドパスフイルタ６から得られる正弦波信号e₆
の位相は、スイツト像の移動量すなわちコード板
１の回転角に応じて、例えば、図中に破線で示す
ように、だけシフトすることになる。いま、コ
ード板１が透光スリツト２の配列ピツチＰ分だけ
回転すると、正弦波信号e₆の位相シフト量は2π
だけ変化する。したがつて、この位相のシフト量
を測定することにより、コード板１の回転角度
を高精度に検出することができる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のように複数の受光素子４
１〜４４に発生する電圧の差を利用して、透光ス
リツト２の移動状態を検出するようにしたエンコ
ーダにおいては、光源３から照射される光ビーム
が均一でないと、受光素子４１〜４４の位置によ
つて各出力電圧のレベルに差を生じ、高精度の角
度検出が行なえなくなつてしまう。

例えば、光源３から照射される光ビームが均一
であり、どの受光素子４１〜４４も等しい強さの
光が入射しているとすると、コード板１の回転に
応じて受光素子４１〜４４から得られる出力電圧
e₁〜e₄は、第６図に示す如く、互に90°の位相差
を有する三角波となる。しかしながら、光ビーム
が均一ではなく、場所によつてその強さが異なる
場合には、出力電圧e₁〜e₄は第７図に示す如く、
不揃いなものとなり、コード板１の回転角と正弦
波信号e₆の位相シフト量とが正確に対応せず、
検出結果に誤差を生じてしまう。しかも、このよ
うな出力電圧の不揃いを、光源３などの光学系や
可変抵抗器などの電気的手段により調整すること
は容易ではない。

本考案は、上記のような従来装置の欠点をなく
し、複雑な調整手段を使用することなく、各受光
素子の出力電圧レベルを揃えることのできるエン
コーダを簡単な構成により実現することを目的と
したものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案のエンコーダは、透光スリツトが設けら
れたコード板の動きを、この透光スリツトの配列
ピツチに対して一定の位相差をもつて配列された
受光素子群により検出するようにしたエンコーダ
において、異なる位相成分の出力を発生する複数
の受光素子を隣接させて単位受光素子群を形成す
るとともに、少なくとも一対の単位受光素子群を
光ビームの中心から等しい距離に配置し、これら
各単位受光素子群において同じ位相成分の出力を
発生する受光素子間をそれぞれ結合するようにし
たものである。

〔作用〕

このように、異なる位相成分の出力を発生する
複数の受光素子を集めた単位受光素子群を、光ビ
ームの中心から等しい距離に配置するとともに、
同じ位相成分の出力を発生する受光素子間を連結
すると、光ビームの不均一による出力電圧の変化
を、連結された複数の受光素子間で補償し合い、
出力電圧の総和をほぼ一定に保つことができる。

〔実施例〕

第１図は本考案のエンコーダの一実施例を示す
構成図である。図は、本考案のエンコーダにおけ
る受光素子の配置状態を示したものである。図に
おいて、前記第３図と同様のものは同一符号を付
して示す。４１₁〜４１₄，４２₁〜４２₄，４３₁〜
４３₄，４４₁〜４４₄は受光素子、Ｃはコート板
１を介して受光素子群４１₁〜４４₄に照射される
光ビームの中心である。受光素子４１₁〜４１₄は
例えば、0°（基準）の位相成分の出力を発生する
位置に配置された受光素子、同様に、受光素子４
２₁〜４２₄，４３₁〜４３₄，４４₁〜４４₄はそれ
ぞれ90°，180°，270°の位相成分の出力を発生する
位置に配置された受光素子であり、これらの各受
光素子は、それぞれ同相の出力を発生する素子ど
うしで直列に接続されている。また、各位相成分
の出力を発生する受光素子４１₁，４２₁，４３₁，
４４₁は隣接して配置され、１つの単位受光素子
群を形成しており、同様に、受光素子４１₂〜４
４₂，４１₃〜４４₃，４１₄〜４４₄もそれぞれ隣接
して配置され、単位受光素子群を形成している。
さらに、これらの単位受光素子群は、照射される
光ビームの中心Ｃから等しい距離に配置されてい
る。

ここで、受光素子群４１₁〜４４₄も照射される
光ビームの強さは、一般に均一なものは少なく、
第２図に示す如き分布特性を有している。すなわ
ち、光ビームの中心Ｃ付近は光が強く、中心Ｃか
ら遠ざかるにつれて弱くなつている。したがつ
て、上記のように配置された受光素子４１₁〜４
４₄において、個々の受光素子が置かれた位置と、
その位置で受ける光ビームの強さは、図中に示す
通りである。例えば、受光素子４１₁，４１₃は光
ビームの中心Ｃから最も猿い位置に配置されてお
り、受光素子４１₂，４１₄は最も近い位置に配置
されている。

このように、１つの直列回路には、光強度の強
い位置に配置された受光素子４１₂，４１₄と、光
強度の弱い位置に配置された受光素子４１₁．４
１₃とが含まれており、各受光素子における出力
電圧の大きさ（最大値）は、入射する光ビームの
強さに比例しているので、それぞれ４つの受光素
子を直列に接続した回路の出力電圧Σe₁〜Σe₄は
ほぼ等しい値となつている。このため、複雑な調
整手段を使用することなく、各位相成分の出力を
揃えることができる。

また、このような状態から、光ビームの照射位
置がずれた場合を考えてみると、例えば、光ビー
ムの偏心により、１つの単位受光素子群における
出力電圧が増加した場合には、これと対象の位置
にある単位受光素子群の出力電圧は低下するの
で、各受光素子における出力の変化が互に補償し
あい、全体としての出力電圧Σe₁〜Σe₄が大きく
変化してしまうことはない。

なお、上記の説明においては、透光スリツト２
の動きを、90°づつ位相の異なる位置に配置され
た受光素子により検出する場合を例示したが、受
光素子を配置する位相差はこれに限られるもので
はなく、例えば、３つの受光素子を１つのグルー
プとして使用した場合には、120°の位相差を有す
るものであつてもよい。また、光ビームの中心Ｃ
から等距離に配置する単位受光素子群の数（直列
に接続する受光素子の数）は、４つに限られるも
のではなく、少なくとも一対以上（偶数個）あれ
ば、出力電圧の補償を行なうことができる。さら
に、受光素子４１₁〜４４₄における前記第１図の
如く配置状態は、基板上の形成位置により直接実
現してもよいし、一定位相の窓部を有する位相板
と組み合せにより実現してよい。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案のエンコーダで
は、透光スリツトが設けられたコード板の動き
を、この透光スリツトの配列ピツチに対して一定
の位相差をもつて配列された受光素子群により検
出するようにしたエンコーダにおいて、異なる位
相成分の出力を発生する複数の受光素子を隣接さ
せて単位受光素子群を形成するとともに、少なく
とも一対の単位受光素子群を光ビームの中心から
等しい距離に配置し、これら各単位受光素子群に
おいて同じ位相成分の出力を発生する受光素子間
をそれぞれ結合するようにしているので、光ビー
ムの不均一による出力電圧の変化を、連結された
複数の受光素子間で補償し合い、出力電圧の総和
をほぼ一定に保つことができ、複雑な調整手段を
使用することなく、各受光素子の出力電圧レベル
を揃えることのできるエンコーダを簡単な構成に
より実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本考案のエンコーダの一
実施例を示す構成図、第３図〜第７図は従来のエ
ンコーダの一例を示す構成図である。 １……コード板、２……透光スリツト、３……
光源、３０……レンズ、４……イメージセンサ、
４１〜４４，４１₁〜４４₄……受光素子、SW１
〜SW４……スイツチ、５……増幅器、６……バ
ンドパスフイルタ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 円周方向に透光スリツトが設けられたコード板
   の動きをこの透光スリツトの配列ピツチに対して
   一定の位相差をもつて配列された受光素子群によ
   り検出するようにしたエンコーダにおいて、異な
   る位相成分の出力を発生する複数の受光素子を隣
   接させて単位受光素子群を形成するとともに、少
   なくとも一対の単位受光素子群を光ビームの中心
   から等しい距離に配置し、これら各単位受光素子
   群において同じ位相成分の出力を発生する受光素
   子間をそれぞれ結合するようにしてなるエンコー
   ダ。