JPS6236923A - Optical encoder - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To reduce the radial size of a turning slit board by providing a phase Z and the inverse of phase Z representing a turning signal and arranging the phase while sandwiching a pattern for phases A/B so as to operate differentially a photodetection section of the phase Z and the inverse of phase Z. CONSTITUTION:A fixed slid board 20 consists of slit patterns of the Z phase 31 at the inner periphery part, the inverse Z phase 32 at the outer periphery part and the A phase 35, the inverse of A phase 36, the B phase 33 and the inverse of B phase 34 at the intermediate part respectively. The radial size of the phase Z and the inverse of phase Z is halved regardless of the same output by arranging the A phase 31 and the invese of Z phase 32 so as to sandwich the phatterns 33-36 for the phases A/B and the entire size is not increased by providing the patterns of the Z phase 31 and the inverse of Z phase 32. As a result, the idle space of the lighting space of a LED is utilized and the size of the Z phase 31 and the inverse of Z phase 32 is halved by eliminating a reference phase Z as a/2, b/2 respectively.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学式エンコーダに関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to optical encoders.

本発明による光学式エンコーダは例えば数値制御工作機
械の分野におけるサーボモータの回転検出用などに用い
られる。The optical encoder according to the present invention is used, for example, for detecting the rotation of a servo motor in the field of numerically controlled machine tools.

〔従来技術、および発明が解決しようとする問題点〕[Prior art and problems to be solved by the invention]

一般に光学式ロークリエンコーダにおいては発光素子例
えば発光ダイオードＬＥＤと、例えば回転軸に固定され
た回転コード板と、之に対向する固定コード板と、受光
素子とを備えている。発光素子の光は回転コード板に設
けられた光透過部および固定板に設けられたスリットを
透過し受光素子により受光して電気信号に変換され、モ
ータ等の回転角度及び回転位置を検出する。回転スリッ
ト板の光透過部ｊユ同心円状の複数のコードパターンと
基準パターンとからなっており、また固定板のスリット
は各コードパターンおよび基準パターンの夫々に対応し
て設けられている。Generally, an optical rotary encoder includes a light emitting element such as a light emitting diode LED, a rotary code plate fixed to a rotating shaft, a fixed code plate opposing the rotary code plate, and a light receiving element. The light from the light emitting element passes through a light transmitting section provided on the rotary code plate and a slit provided on the fixed plate, is received by the light receiving element, and is converted into an electrical signal, thereby detecting the rotation angle and rotation position of the motor, etc. The light transmitting portion of the rotating slit plate consists of a plurality of concentric code patterns and a reference pattern, and the slits of the fixed plate are provided corresponding to each code pattern and reference pattern, respectively.

従来の回転スリット板は第９図に示すようにカウント信
号発生用Ａ、τ、Ｂ、Ｂ各相と、１回転信号発生用Ｚ相
が配置されていた。また光源（通常はＬＥＤを使用）は
夫々Ａ相／Ｂ相用と２相用の２ケ（図のＬＨＤＩ　’　
、ＬＥＤ２）或は各相用の３ケ（図のＬＨＤＩ　、　Ｌ
ＥＤ２　、　ＬＥＤ３）を使用していた。As shown in FIG. 9, the conventional rotary slit plate has A, τ, B, and B phases for generating count signals and a Z phase for generating one revolution signal. In addition, there are two light sources (usually LEDs), one for A phase/B phase and one for 2 phase (LHDI' in the figure).
, LED2) or three for each phase (LHDI, L
ED2, LED3) were used.

又コード板のパターンはＺ相とＺ相すファレンス（ＺＲ
）用のパターンがあり、それがコード板の径方向に配置
しているためコード板の外形が大きくなるという欠点が
あった。Also, the pattern of the code board is Z-phase and Z-phase reference (ZR
), and since these patterns are arranged in the radial direction of the code plate, the code plate has a disadvantage in that the outer size of the code plate becomes large.

第１０図は第９図におけるＡ相とτ相（１）、Ｂ相とτ
相（２）の受光素子出力波形を示し、また、Ｚ相すファ
レンス窓部およびＺ相の受光素子出力波形と波形整形さ
れた１回転１回発生のパルス波形を示している。Figure 10 shows the A phase and τ phase (1) in Figure 9, and the B phase and τ
It shows the light receiving element output waveform of phase (2), and also shows the pulse waveform generated once per rotation, which is waveform-shaped with the Z phase reference window and the Z phase light receiving element output waveform.

従来の構造では光学式エンコーダの外形を小さくして且
つ検出精度を向上するという要望には応えられなかった
。即ち複数個の光源を用いてもコードパターンを透過し
た光の漏洩により出力信号に誤差を生じ易いという問題
点があった。Conventional structures have not been able to meet the demands of reducing the external size of optical encoders and improving detection accuracy. That is, even if a plurality of light sources are used, there is a problem in that errors are likely to occur in the output signal due to leakage of light that has passed through the code pattern.

本発明の目的は、上記従来の技術における問題点にかん
がみ、回転信号を表わすＺ相およびτ相を設け、Ａ相／
Ｂ相用パターンを挾むように配置し、Ｚ相と−２−相の
受光部を差動的に動作させることを目的とするものであ
る。An object of the present invention is to provide a Z phase and a τ phase representing a rotation signal, and to provide an A phase/
The purpose is to dispose the B-phase pattern in between and to differentially operate the Z-phase and -2-phase light receiving sections.

〔問題点を解決するための手段、および作用〕上記目的
を達成するために本発明により提供された光学式エンコ
ーダにおいては、Ａ相／Ｂ相用パターンを挾むようにＺ
相、τ相（反転Ｚ相）を配置し、Ｚ相と７相とが同一パ
ターンの固定スリットと、Ａ相／Ｂ相用パターンを挾む
ようにＺ相。[Means and operations for solving the problems] In the optical encoder provided by the present invention to achieve the above object, Z
Phase, τ phase (inverted Z phase) are arranged, and the Z phase is sandwiched between the fixed slit of the same pattern for the Z phase and the 7th phase, and the pattern for the A phase/B phase.

τ相を配置して、かつＺ相とτ相とが白黒反対のパター
ンを形成する回転スリットとを有することを特徴とする
ものである。It is characterized by having a rotating slit in which the τ phase is arranged and the Z phase and the τ phase form a black and white opposite pattern.

本発明の装置においては従来の基準回転を表わすＺＲ相
は不必要となり、回転スリット板の寸法が縮小され、更
にＬＥＤの対応空間の有効利用をはかることが可能とな
り、局部照明用光源のＬＥＤの個数を減少することが可
能となる。In the device of the present invention, the conventional ZR phase representing the reference rotation is no longer necessary, the dimensions of the rotating slit plate are reduced, and the space corresponding to the LED can be used effectively, and the LED of the local illumination light source can be used more effectively. It becomes possible to reduce the number of pieces.

ＺＲ相（Ｚリファレンス相）が不必要となった結果Ｚ相
と−２−相（反転Ｚ相）とは半径方向の寸法において従
来の％の寸法があれば同等の出力を得ることが可能であ
って、Ｚとτ相とを設けたことにより寸法は大きくなら
ないという利点がある。As a result of the ZR phase (Z reference phase) becoming unnecessary, it is possible to obtain the same output as long as the Z phase and -2- phase (inverted Z phase) have % of the conventional dimension in the radial direction. However, the provision of the Z and τ phases has the advantage that the dimensions do not increase.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail using the drawings.

第１図は本発明の一実施例としての光学式エンコーダに
おける回転スリット板を示す平面図である。第１図にお
いて中心Ｃには回転軸月間孔１１が設けられ、押さえ板
（図示せず）などを介して回転スリット板１０をエンコ
ーダの回転軸に固着させるものである。１２はＺ相部骨
であり、固定スリット板のＡ、Ｂ、τ、Ｔ相に対応する
中間部１４を介して回転スリット板の外縁に設けられた
ものは反転Ｚ相（τ相）部分１３である。FIG. 1 is a plan view showing a rotary slit plate in an optical encoder as an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a rotary shaft hole 11 is provided at the center C, and the rotary slit plate 10 is fixed to the rotary shaft of the encoder via a holding plate (not shown) or the like. Reference numeral 12 denotes a Z-phase part bone, and the one provided at the outer edge of the rotating slit plate via the intermediate part 14 corresponding to the A, B, τ, and T phases of the fixed slit plate is an inverted Z-phase (τ-phase) part 13. It is.

第２図は第１図の回転スリット板１０が用いられた光学
式エンコーダの断面図である。第２図においてサーボモ
ータの回転軸２１に開口部１１を介して取付けられた回
転スリット板１０は、電源により付勢された光源の発光
ダイオードＬＥＤ　２２より照明され、回転スリット板
パターンの光透過部を通過した光は更に固定スリット板
２０の光透過部を通過して光電変換素子を用いた受光部
２４にて光電変換され、導線もしくは光ファイバーを用
いて出力部に導かれる。この場合光源２２には一般に平
行光線を形成するための光学系レンズの如き光学的要素
２３が装着されている。FIG. 2 is a sectional view of an optical encoder using the rotary slit plate 10 of FIG. 1. In FIG. 2, the rotating slit plate 10 attached to the rotating shaft 21 of the servo motor through the opening 11 is illuminated by a light emitting diode LED 22 as a light source powered by a power source, and the light transmitting portion of the rotating slit plate pattern The light that has passed through further passes through the light transmitting part of the fixed slit plate 20, is photoelectrically converted in the light receiving part 24 using a photoelectric conversion element, and is guided to the output part using a conductive wire or an optical fiber. In this case, the light source 22 is generally equipped with an optical element 23 such as an optical lens for forming parallel light beams.

第３図は第２図装置における固定スリット板のＬＥｒｌ
に照明される領域の対応パターンを示す図である。第３
図において固定スリット板２０は内縁部のＺ相３１と外
縁部の反転Ｚ相３２および中間部が夫々左右２個宛のス
リットパターンで形成される。即ちＡ相３５、反転Ａ相
３６、Ｂ相３３、反転Ｂ相３４である。この固定スリッ
トパターンの特徴はＺ相３１とτ相（反転Ｚ相）３２と
が同一パターンであることである（第７図）。Figure 3 shows the LErl of the fixed slit plate in the equipment shown in Figure 2.
FIG. Third
In the figure, the fixed slit plate 20 is formed with a Z-phase 31 at the inner edge, an inverted Z-phase 32 at the outer edge, and two slit patterns on the left and right in the middle, respectively. That is, an A phase 35, an inverted A phase 36, a B phase 33, and an inverted B phase 34. A feature of this fixed slit pattern is that the Z phase 31 and the τ phase (inverted Z phase) 32 have the same pattern (FIG. 7).

第４図は第２図装置における信号出力波形を示す図であ
る。第５図に示すように受光素子４４　、４５を接続し
た場合には、Ｚ相と反転Ｚ相（τ相）の透過光を受光し
た受光素子４４　、４５が差動動作することにより演算
増幅器出力は第４図に示される。FIG. 4 is a diagram showing signal output waveforms in the device shown in FIG. 2. When the light-receiving elements 44 and 45 are connected as shown in FIG. 5, the light-receiving elements 44 and 45 that receive the transmitted light of the Z phase and the inverted Z phase (τ phase) operate differentially, resulting in the operational amplifier output. is shown in FIG.

Ｚ和光光素子出力Ｓ　（４１）と反転Ｚ相（τ相）受光
素子出力Ｓ　（４２）とはクロスオーバ点４３で交差し
、そこで１回転１パルスの出力波形Ｓ　（４０）が整形
後得られる。The Z Wako optical element output S (41) and the inverted Z phase (τ phase) light receiving element output S (42) intersect at a crossover point 43, where the output waveform S (40) of one pulse per revolution is obtained after shaping. It will be done.

第２図装置においては、従来のＺ相基準を廃止してＺ相
と反転Ｚ相（Ｚ−相）に対応する受光素子を差動動作さ
せるようにしたものであり、更にＡ相／Ｂ相用パターン
を挾むようにＺ相と反転２相とを配置したので、Ｚ相と
反転Ｚ相の半径方向の寸法は従来の約２の寸法があれば
同等の出力を得ることが可能となり、Ｚ相と反転Ｚ相の
パターンを設けたことにより全体の寸法は大きくなるこ
とはない。その結果として、発光ダイオードＬＥＤの照
明空間において従来の空き空間の利用を圓ることができ
、また基準Ｚ相がなくなることにより第３図に示される
ようにＺ相３ＬＺ相３２の寸法を半減して従来形の半径
方向の半分夫々ａ／２．　ｂ／２とすることが可能とな
る。In the device shown in Fig. 2, the conventional Z-phase reference is abolished, and the light-receiving elements corresponding to the Z-phase and inverted Z-phase (Z-phase) are operated differentially, and the A-phase/B-phase Since the Z phase and the two reversed phases are arranged to sandwich the pattern, it is possible to obtain the same output as long as the radial dimension of the Z phase and the reversed Z phase is about 2 times the conventional dimension. By providing the inverted Z-phase pattern, the overall dimensions do not increase. As a result, the conventional use of empty space in the lighting space of the light emitting diode LED can be reduced, and by eliminating the reference Z phase, the dimensions of the Z phase 3LZ phase 32 can be halved as shown in FIG. Each radial half of the conventional type is a/2. b/2.

したがって従来は２個もしくは３個の光源が必要であっ
たものが１個の光源のみでＺ相３１、Ｔ相３２、Ａ／Ｂ
相３３　、３４　、３５　、３６の全体の対象面積を照
明することができるようになる。即ちＬＥＤ照明カバー
領域の縮減により光源としてのＬ［！Ｄの使用個数を減
少することができる。Therefore, conventionally two or three light sources were required, but with only one light source, Z phase 31, T phase 32, A/B
It becomes possible to illuminate the entire target area of the phases 33 , 34 , 35 , 36 . In other words, by reducing the LED lighting coverage area, L[! The number of D used can be reduced.

またＬＥＤ対応空間の有効利用を圓れる。光学式エンコ
ーダにおいてはカウント用のＡ相／Ｂ相（およびその反
転相）が最も重要であり、第２図装置においてＡ相、Ｂ
相又はその反転相をＬＥＤの中心部に対応させることが
でき、更に、Ｚ相、反転Ｚ相はＬＥＤの端縁部に対応さ
せて動作してもそれほど不都合となることは認められな
い。It also allows for effective use of LED compatible space. In an optical encoder, the A phase/B phase (and its inverted phase) for counting are the most important, and in the device shown in Figure 2, the A phase and B phase are the most important.
The phase or its inverse phase can be made to correspond to the center of the LED, and furthermore, the Z phase and the inverted Z phase can be operated to correspond to the edges of the LED without much disadvantage.

更に従来は基準Ｚ相の窓による光の漏洩がＺ相に侵入し
て誤差を生ずる可能性があったが、本発明では基準Ｚ相
を省略することができ、縮小された寸法のＺ相と反転Ｚ
相の組合わせによりこのような精度的な誤差を軽減する
ことができるように力覚力特性曲線で、中央のピークは
ＬＥＤ光量の最大になることを意味する。Furthermore, in the past, there was a possibility that light leakage through the window of the reference Z phase would enter the Z phase and cause an error, but in the present invention, the reference Z phase can be omitted, and the Z phase of reduced size and Inversion Z
In order to reduce such accuracy errors by combining the phases, the central peak of the force characteristic curve means the maximum amount of LED light.

第１図と第３図に示した光学式エンコーダの回転スリッ
トと固定スリットの夫々のパターンの展開図を第７図と
第８図に示す。FIGS. 7 and 8 show developed views of the rotating slit and fixed slit patterns of the optical encoder shown in FIGS. 1 and 3, respectively.

第７図は固定スリットのＺ相と反転Ｚ相とのパターンを
示し、Ｚ相と反転Ｚ相とが同一のパターンを示し、左方
より右方に向がって３＋２：１：１：２：２：６：２：
３：１の比に配分されている。FIG. 7 shows the pattern of the fixed slit Z phase and inverted Z phase, and the Z phase and inverted Z phase show the same pattern, and from the left to the right, the pattern is 3+2:1:1:2. :2:6:2:
They are distributed in a 3:1 ratio.

第８図は回転スリットのＺ相と反転Ｚ相とのパターンを
示し、この場合各コマ内のＺ相と反転Ｚ相とは明暗が反
転する構造になっている。寸法比は第７図と同様である
。FIG. 8 shows a pattern of a Z phase and an inverted Z phase of the rotating slit, and in this case, the Z phase and the inverted Z phase in each frame have a structure in which the brightness and darkness are reversed. The dimensional ratio is the same as in FIG.

〔発明の効果〕 本発明によれば、１回転１パルスの回転信号を表わすＺ
相および反転Ｚ相を設け、Ｚ相と反転Ｚ相とはカウント
用Ａ相／Ｂ相用パターンを挾むように配置され、従来の
基準Ｚ相を省略してＺ相と反転Ｚ相の半径方向の寸法を
半減することにより、回転スリット板全体の半径寸法を
縮少することが可能となった。[Effects of the Invention] According to the present invention, Z representing a rotation signal of one pulse per revolution
The Z phase and the inverted Z phase are arranged so as to sandwich the A phase/B phase pattern for counting, and the conventional standard Z phase is omitted and the radial direction of the Z phase and the inverted Z phase is By halving the dimensions, it became possible to reduce the radius dimension of the entire rotary slit plate.

またＺ相と反転２相の受光素子を差動動作するように接
続することにより基準Ｚ相の省略が可能となり、この点
からも回転スリット板の径を小さく９） くすることが可能となった。Furthermore, by connecting the Z-phase and inverted two-phase light receiving elements for differential operation, the reference Z phase can be omitted, and from this point of view, it is also possible to reduce the diameter of the rotating slit plate9). Ta.

またＺ相と反転Ｚ相は半径方向の寸法が従来の％の寸法
であれば同等の出力を得ることができるようになり、Ｚ
相と反転Ｚ相とを設けたことにより寸法は大きくならず
、またスリット板の径を小さくすることにより、光源Ｌ
ＥＤの使用筒数を２個または３個から１個に減少するこ
とができるようになった。In addition, if the radial dimension of the Z phase and inverted Z phase is % of the conventional dimension, it is now possible to obtain the same output, and the Z phase
By providing the phase and inverted Z phase, the dimensions do not increase, and by reducing the diameter of the slit plate, the light source L
The number of ED cylinders used can now be reduced from 2 or 3 to 1.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明に係る光学式エンコーダの回転スリット
板パターンの平面図、第２図は光学式エンコーダの要部
断面図、第３図は第２図の固定スリット板の被照明部パ
ターンを示す図、第４図は第２図装置における信号出力
波形図、第５図は第２図の受光素子接続回路図、第６図
は光源用ＬＥＤの光量分布図、第７図は第２図の固定ス
リットパターン、第８図は同じく回転スリットパターン
の展開図、第９図は従来例の回転スリット板の被照明部
パターンを示す図、第１０図は第９図のＡ／Ｂ相および
Ｚ相の受光素子出力波形図と基準Ｚ相に対するパルス波
形図、を夫々示している。 １０・・・回転スリット板 １１・・・１０の開孔 １２・・・１０のＺ相 １３・・・１０のＴ相 １４・・・Ａ／Ｂ相対応中間部 ２０・・・固定スリット板 ２１・・・サーボモータ回転軸 ２２・・・光源ＬＥＤ ２３・・・２２の光学要素 ２４・・・受光素子 ３１・・・固定スリット板のＺ相 ３２・・・　　　　　　　　　の−２−相３３・・・　
　　〃　　　のＢ相 ３４・・・　　　　　　　　　のτ相 ３５・・・　　　　　　　のＡ相 ３６・・・　　　　　　　　のτ相 Ｓ　（４１）・・・Ｚ相出力波形 Ｓ　（４２）・・・Ｔ相出力波形 ４３・・・ＺとＴ相出力のクロスオーバ点４４　、４５
・・・受光素子 ４６　、４７　、４Ｂ　、　４９　、５０・・・抵抗５
１・・・演算増幅器 特許出廓人 ファナソク株式会社 特許出願代理人Fig. 1 is a plan view of a rotating slit plate pattern of an optical encoder according to the present invention, Fig. 2 is a cross-sectional view of the main part of the optical encoder, and Fig. 3 is a pattern of the illuminated part of the fixed slit plate of Fig. 2. Figure 4 is a signal output waveform diagram of the device shown in Figure 2, Figure 5 is a connection circuit diagram of the light receiving element in Figure 2, Figure 6 is a light intensity distribution diagram of the light source LED, and Figure 7 is the diagram of Figure 2. 8 is a developed view of the rotating slit pattern, FIG. 9 is a diagram showing the pattern of the illuminated part of the conventional rotating slit plate, and FIG. 10 is the A/B phase and Z phase of FIG. 9. A phase light receiving element output waveform diagram and a pulse waveform diagram for the reference Z phase are shown, respectively. 10...Rotating slit plate 11...Opening hole 12 of 10...Z phase 13 of 10...T phase 14 of 10...A/B phase corresponding intermediate portion 20...Fixed slit plate 21 ...Servo motor rotation shaft 22...Light source LED 23...Optical element 24 of 22...Light receiving element 31...Z phase 32 of fixed slit plate... -2-phase 33...
B phase 34... τ phase 35... A phase 36... τ phase S (41)...Z phase output waveform S (42)...T phase output waveform 43...・Z and T phase output crossover points 44 and 45
... Light receiving elements 46, 47, 4B, 49, 50... Resistor 5
1...Operation amplifier patent distributor Fanasoku Co., Ltd. Patent application agent

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 同心円状に配置された光透過・非透過部をもつＡ、Ｂ、
Ｚ各相パターンを有する光学式エンコーダにおいて、カ
ウント信号発生用パターンとしてのＡ相、Ｂ相パターン
が１回転信号発生用パターンとしてのＺ相、反転Ｚ相で
挾まれる形にパターンが配置されていることを特徴とす
る光学式エンコーダ。A, B with light transmitting and non-transmitting parts arranged concentrically,
In an optical encoder having Z phase patterns, the patterns are arranged in such a way that the A phase and B phase patterns as count signal generation patterns are sandwiched by the Z phase and inverted Z phase patterns as one revolution signal generation patterns. An optical encoder characterized by: