JPS6073418A - 変位変換器 - Google Patents
変位変換器Info
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- JPS6073418A JPS6073418A JP18359583A JP18359583A JPS6073418A JP S6073418 A JPS6073418 A JP S6073418A JP 18359583 A JP18359583 A JP 18359583A JP 18359583 A JP18359583 A JP 18359583A JP S6073418 A JPS6073418 A JP S6073418A
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 7
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 102100025490 Slit homolog 1 protein Human genes 0.000 description 1
- 101710123186 Slit homolog 1 protein Proteins 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/366—Particular pulse shapes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する分野〕
本発明は、光を利用して機械的な変位を検出する変位変
換器の改良に関するものでおる。
換器の改良に関するものでおる。
このような変位変換器の一種七して従来からある筒−タ
リーエンコーダを改良したものが特願昭５８−８６５９
１号記載の変位変換器である０これは１透光スリツトを
通った光を受光する受光素子として、複数分割したフォ
トダイオードを使用するとともに、この７オトダイオー
ド上に所定ピッチで配列する透光スリ、トを有する位置
板を設置したもので、第１図はその構成説明図である３
、この図において、１はフード板、１１はこのコード板
に所定ピッチで円周方向に複数個配列する透光スリット
、３は光源、３０は光源３からの光ビームを平行ビーム
にするためのレンズ、４は透光スリ、ト１１を通った光
源５からの光（スリット像）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都合上、４分割した
フォトダイオード４１．４２゜４３．４４と、このフォ
トダイオード上に所定ピッチで配列するスリット孔を有
する位相板２を設置したものを示す。ＳＷｌ 、 ＳＷ
２ 、ＳＷ５ 、ＳＷ４は、４分割した各フォトダイオ
ード４１〜４４かもの信号を一定のタイミングで、順次
取シ出すスイッチである。
リーエンコーダを改良したものが特願昭５８−８６５９
１号記載の変位変換器である０これは１透光スリツトを
通った光を受光する受光素子として、複数分割したフォ
トダイオードを使用するとともに、この７オトダイオー
ド上に所定ピッチで配列する透光スリ、トを有する位置
板を設置したもので、第１図はその構成説明図である３
、この図において、１はフード板、１１はこのコード板
に所定ピッチで円周方向に複数個配列する透光スリット
、３は光源、３０は光源３からの光ビームを平行ビーム
にするためのレンズ、４は透光スリ、ト１１を通った光
源５からの光（スリット像）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都合上、４分割した
フォトダイオード４１．４２゜４３．４４と、このフォ
トダイオード上に所定ピッチで配列するスリット孔を有
する位相板２を設置したものを示す。ＳＷｌ 、 ＳＷ
２ 、ＳＷ５ 、ＳＷ４は、４分割した各フォトダイオ
ード４１〜４４かもの信号を一定のタイミングで、順次
取シ出すスイッチである。
５は各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を介して印加されるイメ
ージセンサ４からの信号を増幅する増幅器、６は増幅器
５からの出力信号の基本波成分を抽出するバンドパスフ
ィルタである。
ージセンサ４からの信号を増幅する増幅器、６は増幅器
５からの出力信号の基本波成分を抽出するバンドパスフ
ィルタである。
第２図は、位相板２に設けた透光スリット２１゜２２、
２３．２４と、４分割したフォトダイオード４１〜４４
の配列関係を示す図である。この図に示すように、透光
スリット２１．２２．２３．２４ （実線で示す）の配
列ピッチは、４分割フォトダイオード４１，４２゜４５
．４４（破線で示す）の配列ピッチと等しく、また、コ
ード板１に設けられた透光スリ、ト（斜線で示す）１１
の配列ピッチＰに対して５／、Ｍなるよう形成されてい
る。なお、各スリット孔旧〜２４のスリット幅はここで
はＰ／２にしである。
２３．２４と、４分割したフォトダイオード４１〜４４
の配列関係を示す図である。この図に示すように、透光
スリット２１．２２．２３．２４ （実線で示す）の配
列ピッチは、４分割フォトダイオード４１，４２゜４５
．４４（破線で示す）の配列ピッチと等しく、また、コ
ード板１に設けられた透光スリ、ト（斜線で示す）１１
の配列ピッチＰに対して５／、Ｍなるよう形成されてい
る。なお、各スリット孔旧〜２４のスリット幅はここで
はＰ／２にしである。
このように構成した装置の動作を、次に第３回動作波形
図を参照しながら説明する。
図を参照しながら説明する。
光源３からの光は、ビンズ３０で平行ビームとなシ、コ
ード板１の透光スリ、ト１１及び位相板２の透光スリ、
）２１Ｍ−２４を通過し、４分割フォトダイオード４１
〜４４上に透光スリ、ト１１の像を結像させる。４分割
フォトダイオード４１〜４４において、各スイッチｓ′
ｗ１〜８Ｗ４は第３図（、）〜（ｄ）に示すようなタイ
ミングで順次オン、オフ（オン時間をＴとする）シ、各
フォトダイオード４１〜４４からの信号を順次取シ出す
。増幅器５はこの信号を増幅する。
ード板１の透光スリ、ト１１及び位相板２の透光スリ、
）２１Ｍ−２４を通過し、４分割フォトダイオード４１
〜４４上に透光スリ、ト１１の像を結像させる。４分割
フォトダイオード４１〜４４において、各スイッチｓ′
ｗ１〜８Ｗ４は第３図（、）〜（ｄ）に示すようなタイ
ミングで順次オン、オフ（オン時間をＴとする）シ、各
フォトダイオード４１〜４４からの信号を順次取シ出す
。増幅器５はこの信号を増幅する。
この結果、増幅器５の出力信号ｅ５は、第３図（、）に
示すように、各スイッチ８Ｗ１〜ＳＷ４がオンとなる時
間ごとに大きさが階段状に変化する階段波形となる。こ
のような階段波信号ｅ５を、バンドパス７数は、各スイ
ッチＳＷ１〜ＳＷ４を順次駆動するくシ返し周波数に一
致する。ここで、コード板１が測定すべき変位に応じて
回転すると、各フォトダイオード４１〜４４上に結像す
る像が移動し、ノ侵ンドノくスフイルタロから得られる
正弦波信号・６の位相が、像の移動量、すなわち、コー
ド板の変位に応じて、例えば破線に示すようにΦだけシ
フトする。コード板１が、透光スリット１１の配列ピッ
チの１ピッチＰ分だけ回転すると、正弦波信号ｅ６の位
相シフト量は２πとなる。
示すように、各スイッチ８Ｗ１〜ＳＷ４がオンとなる時
間ごとに大きさが階段状に変化する階段波形となる。こ
のような階段波信号ｅ５を、バンドパス７数は、各スイ
ッチＳＷ１〜ＳＷ４を順次駆動するくシ返し周波数に一
致する。ここで、コード板１が測定すべき変位に応じて
回転すると、各フォトダイオード４１〜４４上に結像す
る像が移動し、ノ侵ンドノくスフイルタロから得られる
正弦波信号・６の位相が、像の移動量、すなわち、コー
ド板の変位に応じて、例えば破線に示すようにΦだけシ
フトする。コード板１が、透光スリット１１の配列ピッ
チの１ピッチＰ分だけ回転すると、正弦波信号ｅ６の位
相シフト量は２πとなる。
したがって、この位相のシフト量Φを測定することによ
って、コード板１に形成された透光スリット１１の配列
ピッチ２以内の回転角度をめることができる。
って、コード板１に形成された透光スリット１１の配列
ピッチ２以内の回転角度をめることができる。
第４図は、このような位相シフト量測定回路の一例を示
す構成ブロック図である。この回路はバンドパスフィル
タ６から得られる正弦波信号ｅ６の位相を１００〜１０
００程度内挿する動作をなすものである。すなわち、正
弦波信号ｅ６を、帰還回路にＶＮ （Ｎは分局比）分周
器７２を有したフェーズロックドループ（ＰＬＬ ）７
１に印加し、ここでＮ倍さｆを同時パルス禁止回路８を
通した後、アップダウンカウンタ９に与えるようにした
ものでちる。
す構成ブロック図である。この回路はバンドパスフィル
タ６から得られる正弦波信号ｅ６の位相を１００〜１０
００程度内挿する動作をなすものである。すなわち、正
弦波信号ｅ６を、帰還回路にＶＮ （Ｎは分局比）分周
器７２を有したフェーズロックドループ（ＰＬＬ ）７
１に印加し、ここでＮ倍さｆを同時パルス禁止回路８を
通した後、アップダウンカウンタ９に与えるようにした
ものでちる。
ＰＬＬ７１でＮ倍された信号ｆ の周波数がｆより高１
ｇ くなる方向（ｆ＋Δｆ）へコード体１が回転すると、ア
ップダウンカウンタ９はアップカウントされ、また、ｆ
、がｆよシ低くなる方向（ｆ −Δｆ）ヘコ１１１ｇ
ｅ −ド体１が回転すると、ダウンカウントする。したがっ
て、アップダウンカウンタ９の出力から、位相シフト量
、すなわちコード板１の回転角を、例えば、分周比Ｎを
１０００とすれば１Ｐの□とい０００ った高い分解能で内挿することができる。
ｇ くなる方向（ｆ＋Δｆ）へコード体１が回転すると、ア
ップダウンカウンタ９はアップカウントされ、また、ｆ
、がｆよシ低くなる方向（ｆ −Δｆ）ヘコ１１１ｇ
ｅ −ド体１が回転すると、ダウンカウントする。したがっ
て、アップダウンカウンタ９の出力から、位相シフト量
、すなわちコード板１の回転角を、例えば、分周比Ｎを
１０００とすれば１Ｐの□とい０００ った高い分解能で内挿することができる。
このような構成の変位変換器は比較的簡単な構の影響を
受けないという特長を有するが、第２図リット孔２１〜
２４のスリ、ト形状の場合に、前記コード板１の変位に
対して前記フォトダイオード４１〜４４のそれぞれから
（異った位相で）出力される信号波Ｌ ｅ Ｄを示す特
性曲線図である。コード板１の変位θがピッチＰ増加す
る度に同一の三角波の繰り返し波形ａが現われる。この
三角波ａは７一リエ級数展開すれば３θ、５θ・・・・
・・に関する高調波成分を含んでいるので第３図の正弦
波信号ｅのシフト量Φは変位θに正確に比例せず、前記
高調波酸ある。
受けないという特長を有するが、第２図リット孔２１〜
２４のスリ、ト形状の場合に、前記コード板１の変位に
対して前記フォトダイオード４１〜４４のそれぞれから
（異った位相で）出力される信号波Ｌ ｅ Ｄを示す特
性曲線図である。コード板１の変位θがピッチＰ増加す
る度に同一の三角波の繰り返し波形ａが現われる。この
三角波ａは７一リエ級数展開すれば３θ、５θ・・・・
・・に関する高調波成分を含んでいるので第３図の正弦
波信号ｅのシフト量Φは変位θに正確に比例せず、前記
高調波酸ある。
本発明はこのような問題点を解消するためになされたも
ので、上記の変位変換器において非直線誤差を小さくす
ることを目的とする。
ので、上記の変位変換器において非直線誤差を小さくす
ることを目的とする。
上記の目的を達成するために本発明の要旨とするところ
は、所定ピッチで配列する複数個の透光スリットが形成
されたコード板、このコード板の透光スリットに平行な
光を投射させる光源、複数分割したフォトダイオードと
この各フォトダイオード上に設置され所定ピッチで配列
するスリ、ト孔を有した位相板と各フォトダイオードか
らの信号を順次取り出す饗イ、チ手段とで構成されるイ
メージセンサ、このイメージセンナから得られる信号か
ら基本波成分を抽出するバンドパスフィルタ、このバン
ドパスフィルタの出力信号と前記イメージセンサの駆動
信号とを入力し前記基本波成分の位相シフト量に基づい
て前記コード体の変位をめる位相測定手段を具備し、前
記コード板の変位に対応する前記フォトダイオードの出
力信号の変化が高周波成分の少ない波形となるように前
記位相板と前記コード板の少くともいずれか一方のスリ
ット形状を構成したことを特徴とした変位変換器に存す
る。
は、所定ピッチで配列する複数個の透光スリットが形成
されたコード板、このコード板の透光スリットに平行な
光を投射させる光源、複数分割したフォトダイオードと
この各フォトダイオード上に設置され所定ピッチで配列
するスリ、ト孔を有した位相板と各フォトダイオードか
らの信号を順次取り出す饗イ、チ手段とで構成されるイ
メージセンサ、このイメージセンナから得られる信号か
ら基本波成分を抽出するバンドパスフィルタ、このバン
ドパスフィルタの出力信号と前記イメージセンサの駆動
信号とを入力し前記基本波成分の位相シフト量に基づい
て前記コード体の変位をめる位相測定手段を具備し、前
記コード板の変位に対応する前記フォトダイオードの出
力信号の変化が高周波成分の少ない波形となるように前
記位相板と前記コード板の少くともいずれか一方のスリ
ット形状を構成したことを特徴とした変位変換器に存す
る。
以下図面を用いて本発明をくわしく説明する。
第６図は、従来例で説明した第１図の変位変換器におい
て使用される位相板２のスリット形状を−ド板１の変位
に対して前記フォトダイオード４１〜４４のそれぞれの
出力が異った位相で示す信号波形Ｃを表わした特性曲線
図である。比較のために第５図の三角波形ａも記載しで
ある。信号波形Ｃにおいて、１ピツチ内の各範囲で曲線
の方程式は次のようになる。
て使用される位相板２のスリット形状を−ド板１の変位
に対して前記フォトダイオード４１〜４４のそれぞれの
出力が異った位相で示す信号波形Ｃを表わした特性曲線
図である。比較のために第５図の三角波形ａも記載しで
ある。信号波形Ｃにおいて、１ピツチ内の各範囲で曲線
の方程式は次のようになる。
Ｐ Ｐ。
−くθ〈 、ｅ＝４Ａθ２＋４Ａθ一旦４ ２ ＤＰ
２ すなわち曲線Ｃは三角波ａに比べて、より高調波が少な
く正弦波に近い波形となっている。この結果、このよう
な位相板を第１図の変位変換器において使用すれば、第
３図の正弦波信号ｅのシフト量Φは、高調波成分の影響
が少なくなり、変位変換器の非直線誤差が大幅に減少す
る。
２ すなわち曲線Ｃは三角波ａに比べて、より高調波が少な
く正弦波に近い波形となっている。この結果、このよう
な位相板を第１図の変位変換器において使用すれば、第
３図の正弦波信号ｅのシフト量Φは、高調波成分の影響
が少なくなり、変位変換器の非直線誤差が大幅に減少す
る。
第７図の波形Ｃは三角波αに比べれば第５図の正弦波す
に近い形をしているが、正確には一致していない。第５
図の正弦波形すを生じるような位相板のスリ、ト形状は
複雑な関係の曲線となるが、高調波成分を全く含まない
ので変位変換器の非直線誤差を完全になくすことができ
る。したがって変位変換器の非直線誤差を減少させるた
めには、第６図の菱形のスリット形状に限らず、コード
板１の変位に対するダイオードの出力信号変化の波形が
第５図の正弦波すに近すき、高調波成分の少ない形とな
るような任意のスリ、ト形状を用いることができる。
に近い形をしているが、正確には一致していない。第５
図の正弦波形すを生じるような位相板のスリ、ト形状は
複雑な関係の曲線となるが、高調波成分を全く含まない
ので変位変換器の非直線誤差を完全になくすことができ
る。したがって変位変換器の非直線誤差を減少させるた
めには、第６図の菱形のスリット形状に限らず、コード
板１の変位に対するダイオードの出力信号変化の波形が
第５図の正弦波すに近すき、高調波成分の少ない形とな
るような任意のスリ、ト形状を用いることができる。
なお上記の実施例では位相板２のスリット形状のみ°を
工夫した形としているが、コード板１の透孔スリット１
１の形状を工夫することによっても同様の効果を得るこ
とができる。
工夫した形としているが、コード板１の透孔スリット１
１の形状を工夫することによっても同様の効果を得るこ
とができる。
以上述べたように本発明によれば、非直線誤差の小さい
変位変換器を容易に実現できる。また比較的簡単な構成
で、しかも高分解能、高速応答などの特長を備えている
。
変位変換器を容易に実現できる。また比較的簡単な構成
で、しかも高分解能、高速応答などの特長を備えている
。
第１図は従来装置の一例を示す構成説明図、第２図は第
１図装置における位相板２の透光スリットと４分割フォ
トダイオードの配列関係を示す図、第３図は動作波形図
、第４図は位相シフト量測定回路の一例を示す構成ブロ
ック図、第５図はコード板１の変位に対するフォトダイ
オードの出力信号の変化を示す特性曲線図、第６図は本
発明の一実施例を示す構成説明図、第７図は特性曲線図
である。 １・・・コード板、１１・・・透光スリット、３・・・
光源、４・・・イメージセンサ、４１〜４４・・・４分
割フォトダイオード、ＳＷ１〜８Ｗ４・・・スイッチ、
６・・・バンドパスフィルタ、θ・・・変位、ｅＤ・・
・フォトダイオードの出力信号。 ”ζ、°誹２′
１図装置における位相板２の透光スリットと４分割フォ
トダイオードの配列関係を示す図、第３図は動作波形図
、第４図は位相シフト量測定回路の一例を示す構成ブロ
ック図、第５図はコード板１の変位に対するフォトダイ
オードの出力信号の変化を示す特性曲線図、第６図は本
発明の一実施例を示す構成説明図、第７図は特性曲線図
である。 １・・・コード板、１１・・・透光スリット、３・・・
光源、４・・・イメージセンサ、４１〜４４・・・４分
割フォトダイオード、ＳＷ１〜８Ｗ４・・・スイッチ、
６・・・バンドパスフィルタ、θ・・・変位、ｅＤ・・
・フォトダイオードの出力信号。 ”ζ、°誹２′
Claims (1)
- 所定ピッチで配列する複数個の透光スリットが形成され
たコード板、このコード板の透光スリットに平行な光を
投射させる光源、複数分割したフォトダイオードとこの
各フォトダイオード上に設置され所定ピッチで配列する
スリ、ト孔を有した位相板と各フォトダイオードからの
信号を順次取り出すスイッチ手段とで構成されるイメー
ジセンサ、このイメージセンサから得られる信号から基
本波成分を抽出するバンドパスフィルタ、このバンドパ
スフィルタの出力信号と前記イメージセ／すの駆動信号
とを入力し前記基本波成分の位相シフト量に基づいて前
記コード体の変位をめる位相測定手段を具備し、前記コ
ード板の変位に対応する前記フォトダイオードの出力信
号の変化が高周波成分の少ない波形となるように前記位
相板と前記コード板の少くともいずれか一方のスリット
形状を構成したことを特徴とした変位変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18359583A JPS6073418A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 変位変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18359583A JPS6073418A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 変位変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6073418A true JPS6073418A (ja) | 1985-04-25 |
| JPH047450B2 JPH047450B2 (ja) | 1992-02-12 |
Family
ID=16138563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18359583A Granted JPS6073418A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 変位変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6073418A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987005693A1 (en) * | 1986-03-14 | 1987-09-24 | Mitutoyo Mfg. Co., Ltd. | Photoelectric displacement detector |
| JP2001066155A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-16 | Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd | レンズを用いた結像方式エンコーダ |
| JP2002005692A (ja) * | 2000-06-20 | 2002-01-09 | Yaskawa Electric Corp | 光学式エンコーダ |
| JP2007147622A (ja) * | 2005-11-28 | 2007-06-14 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte Ltd | 正弦波フォトディテクタ出力信号を有する光学エンコーダ |
| WO2016092639A1 (ja) * | 2014-12-09 | 2016-06-16 | 株式会社安川電機 | エンコーダ及びエンコーダ付きモータ |
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| TWI734562B (zh) * | 2020-07-18 | 2021-07-21 | 大銀微系統股份有限公司 | 光學編碼器之指示光柵 |
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-
1983
- 1983-09-30 JP JP18359583A patent/JPS6073418A/ja active Granted
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