WO1998037383A1 - Codeur optique - Google Patents
Codeur optique Download PDFInfo
- Publication number
- WO1998037383A1 WO1998037383A1 PCT/JP1998/000726 JP9800726W WO9837383A1 WO 1998037383 A1 WO1998037383 A1 WO 1998037383A1 JP 9800726 W JP9800726 W JP 9800726W WO 9837383 A1 WO9837383 A1 WO 9837383A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- light
- moving
- conversion element
- optical encoder
- periodically
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 50
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000011295 pitch Substances 0.000 claims abstract 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 59
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- 101700004678 SLIT3 Proteins 0.000 description 20
- 102100027339 Slit homolog 3 protein Human genes 0.000 description 20
- 102100025490 Slit homolog 1 protein Human genes 0.000 description 14
- 101710123186 Slit homolog 1 protein Proteins 0.000 description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 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
- G01D5/347—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 using displacement encoding scales
-
- 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
Definitions
- the present invention relates to an optical encoder, and more particularly, to an optical encoder having an improved structure of an optical detection unit.
- the present invention relates to an optical encoder of either a rotary type or a linear type. It is also applicable to expression encoders.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing the schematic structure of an optical detection unit, taking, for example, a rotary type optical encoder used to detect a rotational position and a motor speed or a rotational speed of a motor. This is shown in the figure.
- the optical detector is a movable slit as a basic component.
- a rotary slit In the case of a linear encoder, a translation slit.
- a rotating shaft 2 a fixed slit 3, a light receiving unit 4, and a light source 5 are provided.
- the light source 5 incorporates one or more light-emitting elements (for example, LEDs) as well as a lens for beam collimation as necessary.
- a part of the light beam L emitted from the light source 5 passes through the light transmitting portions provided in the movable slit 1 and the fixed slit 3 in order, and is detected by the light receiving portion 4. Most of the rest is blocked by the light blocking part of the movable slit 1 or the fixed slit 3.
- Figure 2 shows a conventional optical encoder as shown in Figure 1. It shows a general sectional structure of a movable slit 1, a fixed slit 3 and a light receiving section 4 used. As shown in FIG. 2, the movable slit 1 distributes the light flux L emitted from the light source 5 periodically, as well as the object (rotor axis of the motor, etc.). ) Is a device that has the function of converting it into a plurality of luminous fluxes (hereinafter referred to as “moving luminous flux groups”) that move in accordance with the movement of the transparent substrate 11.
- the light-shielding portion 12 and the light-transmitting portion 13 are periodically formed with 1/2 of the pitch.
- the light-shielding portion 12 and the light-transmitting portion 13 are formed by performing a chromium vapor deposition on the entire surface of the transparent substrate 11 and then selectively removing the chromium vapor-deposited film by etching. Formed. The portion from which the chromium vapor-deposited film has been removed by etching becomes the light-transmitting portion 13, and the remaining portion becomes the light-shielding portion 12.
- the structure and manufacturing method of the fixed slit 3 are the same as those of the movable slit 1. That is, the light-shielding portion 32 and the light-transmitting portion 33 are periodically arranged on the surface (one or both surfaces) of the transparent substrate 31 with the same reference pitch IP as 1/2 of the movable slit 1. Is formed into For the transparent substrate 31, for example, an optical material such as a glass plate is used. As in the case of the movable slit, selective removal of the chromium vapor-deposited film by etching to form a substrate region corresponding to the light-transmitting portion 33 can be used. In addition, a machine such as punching is performed on the substrate 31 made of a light-shielding material.
- the light transmitting portion 33 may be formed by mechanical processing.
- the light receiving section 4 is provided with a light receiving element (photo diode, etc.) 42 arranged on the substrate 41 with a pitch of 1/2 of the reference pitch IP.
- a light receiving element photo diode, etc.
- the light incident on the light receiving element (photosensitive band) 42 is converted into an electric signal, but the light incident on the area (light non-sensing band) where the light receiving element (photosensitive band) 42 is not provided is converted into an electric signal. Not converted to a signal.
- the ratio of the light amount incident on the light receiving element (light sensing band) 42 on the light receiving unit 4 periodically changes.
- the periodic electric signal thus formed is processed by a known processing circuit.
- FIG. 2 shows a state in which the translucent portion 13 of the movable slit 1 and the translucent portion 33 of the fixed slit 3 are in a positional relationship where they are aligned.
- the conventional optical encoder described above converts a light beam from a light source into a moving light beam having periodic light and dark by a light-shielding function of a movable slit and then moves the light beam. Since the light detection signal corresponding to the slit position (fixed slit or relative position to the light receiving element) is obtained, the light use efficiency is low and the light is emitted from the light source. At least one-half of the light (the shaded area in Figure 2) cannot contribute to signal formation at all.
- the condensing lens element is provided in a shape corresponding to the light-transmitting portion so as to be directed to the side. Although the dissipated light is condensed, the problem that at least one half of the light emitted from the light source is wasted has not been solved.
- a first object of the present invention is to provide a conventional optical encoder with light.
- An object of the present invention is to provide an optical encoder capable of improving the structure of the optical detection unit, increasing the light use efficiency, and obtaining an efficient signal output.
- a second object of the present invention is to provide a simple manufacturing method such as injection molding, which does not require chromium vapor deposition, etching, or machining for forming a bright / dark grid of a movable slit. Accordingly, it is possible to provide an optical encoder which can be manufactured easily and is economically advantageous.
- a conversion element including a lens element group periodically arranged with a predetermined pitch is provided. Is used.
- the optical encoder according to the present invention is arranged periodically with a light source that emits a light beam at a predetermined pitch, and distributes the light beam emitted from the light source periodically and according to the motion of the object.
- Element having a plurality of lens elements for converging to a plurality of moving light beams moving in a moving manner, and a light sensing band and a light non-sensing band arranged so as to be periodically and alternately distributed along a moving direction of the moving light beam.
- a light receiving unit disposed stationary with respect to the moving light flux.
- Each of the plurality of moving luminous fluxes converges to a width corresponding to a predetermined pitch of the arrangement of the light-sensitive band and the light-non-sensitive band at the time of entering the light-sensitive band and the light-insensitive band.
- the plurality of lens elements are provided on one or both of the light emitting side and the light incident side of the conversion element.
- the conversion element includes a plurality of lens elements periodically arranged at a predetermined pitch, forming a pair on the light incident surface side and the light emission side. Provided.
- the conversion element having a plurality of lens elements can be a plastic molded product.
- the arrangement of the light-sensitive band and the light-insensitive band can be formed by using periodically arranged light-receiving elements without using a fixed slit, but it is also possible to use a fixed slit. Good.
- the optical encoder according to the present invention is different from the conventional structure shown in FIG. 2 in that almost half of the amount of light is wasted when converting a light beam from a light source into a moving light beam. Has been avoided. Therefore, in principle, signal output can be obtained with twice the efficiency as compared with the conventional structure. In addition, since a complicated process such as vapor deposition, etching, or punching is not required to form a light shielding portion in an element for forming a moving light beam, it is advantageous in terms of manufacturing cost.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of an optical detection unit of a conventional rotary type optical encoder.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a movable slit, a fixed slit, and a light receiving section used in the conventional optical encoder shown in FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of an optical encoder according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 4a shows a rotary encoder of the optical encoder of the first embodiment.
- FIG. 4b is a side view showing an overview of a conversion element used when applied to an encoder, and FIG.
- FIG. 5 is a diagram showing an arrangement of light receiving sections that can be adopted when the present invention is applied to the signal generation portions of the AZB phase and its inverted phases A, / B, and phases.
- FIG. 6 is a cross-sectional view showing a main configuration of an optical encoder according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing a main configuration of an optical encoder according to a third embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a cross-sectional view showing a main configuration of an optical encoder according to a fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 9A is a graph showing a signal output obtained from the output of the light receiving element in the encoder of the present invention
- FIG. 9B is a graph showing the signal output obtained from the output of the light receiving element in the conventional encoder. Graph showing signal output
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a main configuration of an optical encoder according to a fifth embodiment of the present invention.
- FIG. 1 The optical detector of the optical encoder according to the present embodiment has a predetermined pitch (reference pitch) as means for converting the light flux L from the light source 5 into a plurality of moving light fluxes MF.
- the switching element 6 is provided with a plurality of lens elements 61 periodically arranged with a switch IP).
- the conversion element 6 is a movable slit 1 (see FIG. 2), and converts the light beam L from the light source 5 into a plurality of moving light beams MF that are periodically distributed and makes the light beam enter the light receiving unit 4. It is preferable that such a conversion element 6 is formed of a transparent plastic such as acrylic resin or polycarbonate. If the material of the conversion element 6 is made of plastic, the injection molding technology can be easily applied. The shape of the lens element 61 can be freely designed and the conversion element can be manufactured at low cost. 6 can be manufactured.
- each lens element 61 is formed as a convex lens element on the light emission side of the conversion element 6.
- the condensing power (refractive power) of the convex lens element 61 is such that when the moving light beam MF reaches the light receiving element 42, the light beam width is reduced to one half of the reference pitch IP. Designed to. A shadow area SD where light does not pass is formed between each moving light flux MF.
- FIG. 4A is a side view showing an overview of the conversion element 6 used in the rotary encoder
- FIG. 4B is a front view thereof.
- a large number of lens elements 61 are arranged in a ring shape on the conversion element 6, and the rotating shaft member 2 is connected to a rotor shaft of the motor. As the lens rotates, the lens elements 61 rotate around the central axis S.
- the basic configuration of the light receiving section 4 may be the same as the conventional one.
- the board is received with a pitch of 1/2 of the reference pitch IP on the board 41.
- the area where the light receiving elements 42 where the optical elements (photodiodes etc.) 42 are arranged corresponds to the light sensitive zone, and the area where the light receiving element 4.2 does not exist corresponds to the light non sensitive zone. .
- the ratio of the light amount reaching the light receiving element 42 changes periodically.
- the light amount detected by each light receiving element 42 is converted into an electric signal that changes with the cycle, and is processed by a known processing circuit.
- a state is established between the conversion element 6 and the light receiving element 42 such that the amount of light incident on the light receiving element 42 of the moving light beam MF becomes maximum (almost the entire amount). Is shown.
- FIG. 5 is a diagram for explaining the arrangement of the light receiving sections 4 employed when the present invention is applied to the signal generation portions of the ⁇ , ⁇ phases and their inverted phases (A ′ / B ′ phase).
- each of the light receiving element groups 4 2a A phase
- 42b for phase B
- 42a for phase A '
- 42b for phase B
- Force S 4 minutes of reference pitch IP between each group With a shift of 1 Within each group, they are periodically arranged with half the width and interval of the reference pitch IP.
- FIGS. 9a and 9b are graphs for comparison, and both the case of the present embodiment shown in FIG. 9a and the conventional structure shown in FIG. 9b correspond to the reference pitch IP. Although a signal output with the specified period is obtained, its amplitude is almost doubled. This means that when the light power of the light source 5 and other conditions are fixed, an SN ratio twice as large as that of the conventional structure can be obtained.
- the lens element (the conversion element 61 in the first embodiment) provided in the conversion element (the conversion element 6 in the first embodiment) for converting the light beam into the moving light beam has various deformations. Permissible .
- FIGS. 6, 7, and 8 are diagrams illustrating the second to fourth embodiments in which the lens element included in the conversion element is modified in the same manner as in FIG.
- the optical detector of the optical encoder converts the light beam L from the light source 5 into a plurality of moving light beams MF.
- a conversion element 7 having a plurality of lens elements 71 and 72 periodically arranged with a reference pitch IP is employed.
- each lens element 71 provided on the incident side of the conversion element 7 and each lens element 72 provided on the exit side form a pair. That is, the light beam L of the width IP (reference pitch) incident on each lens element 71 is narrowed down to almost IP / 2 inside as shown in the figure, and the corresponding lens element 72 power is applied. The light is emitted as a parallel light beam having a width of IPZ 2, and then enters the light receiving unit 4.
- the shaded portion SD is a shadow portion through which the moving light flux does not pass.
- the moving light beam MF is obtained as a parallel light beam, and there is no restriction on the distance d between the conversion element 7 (corresponding to a conventional movable slit) and the light receiving section 4. That is what it is.
- This makes it possible to arrange the conversion element 7 and the light receiving section 4 apart from each other without bringing them close together. As a result, the degree of freedom in design is increased and the assembly is facilitated.
- the moving light beam MF is obtained as a parallel light beam, there is also an advantage that even if the conversion element 7 has a surface deflection, the detection signal is hardly affected.
- conversion element 7 Since the material, manufacturing method, and the like of conversion element 7 are the same as those of conversion element 6 described above, repeated description will be omitted.
- the lens elements 71 and 72 are arranged linearly and used for a rotary encoder. Ring in case The same applies to the arrangement in the shape.
- the basic configuration of the light receiving unit 4 used in combination may be the same as that of the first embodiment.
- a light receiving element such as a photo diode
- a reference pitch of 1 to 2 on the substrate 41.
- a light sensing band and light non-sensing are provided. Those that form a repetitive arrangement of bands are used.
- an object (not shown) coupled to the conversion element 7 moves (rotates or translates), the conversion element 7 moves, and the positions of the lens elements 7 1 and 7 2 are synchronized by the same amount.
- the moving light beam MF moves accordingly, and scans the surface on which the light receiving elements 42 are arranged.
- the ratio of the light amount reaching the light receiving element 42 changes periodically.
- the amount of light detected by each light receiving element 42 is converted into an electric signal that changes with the cycle, and is processed by a known processing circuit.
- FIG. 6 a state is established between the conversion element 7 and the light receiving element 42 such that the amount of light incident on the light receiving element 42 of the moving light beam MF becomes maximum (almost the entire amount). It is shown .
- the two-dimensional arrangement of the light receiving elements (photosensitive bands) 42 may be the same as in the first embodiment, for example, to the signal generation portion of the A phase B and its inverted phase (denoted as A '/ B' phase). In order to apply the above, the arrangement of the light receiving sections 4 described with reference to FIG. 6 can be adopted.
- the signal output can be obtained with twice the efficiency as compared with the conventional structure, and the signal output corresponding to the graph in FIG. 9A (the amplitude is almost twice as large as the conventional one) can be obtained. can get . That is, when the conditions such as the light power of the light source 5 and the like are fixed, an SN ratio twice as high as that of the conventional structure can be obtained.
- FIG. 7 shows a third embodiment.
- the optical detector of the optical encoder is arranged periodically with a reference pitch IP as means for converting a light beam L from a light source into a plurality of moving light beams MF.
- a conversion element 8 having a plurality of lens elements 81 is employed.
- the conversion element 8 in this embodiment is equivalent to the conversion element 6 used in the first embodiment shown in FIG. 3 turned upside down, and all the lens elements 81 are on the incident side. It is provided in.
- the light beam L having a width IP (reference pitch) incident on each lens element 81 is converted into a converging moving light beam MF, and is converged to a width IP / 2 (half of the reference pitch).
- the light enters the light receiving section 4 in the state of being placed.
- the shaded portion SD is a shadow portion where the moving light flux does not pass.
- the material and manufacturing method of the conversion element 8 are the same as those of the conversion elements 6 and 7 described above.
- the lens elements 81 are linearly arranged.
- the lens elements 81 are annularly arranged. The same applies to what is done.
- FIG. 7 also shows a state in which a positional relationship is established between the conversion element 7 and the light receiving element 42 such that the amount of light incident on the light receiving element 42 of the moving light beam MF becomes maximum (almost all).
- the planar arrangement of the light receiving elements (photosensitive bands) 42 may be the same as in the first and second embodiments.
- the A / B phase and its inverted phase may be used.
- the arrangement of the light receiving unit 4 described in FIG. 6 can be adopted.
- the conversion element 9 employed in the present embodiment has a plurality of trapezoidal lens elements 91 periodically arranged with the reference pitch IP on the incident side.
- the light flux L of the width IP (reference pitch) incident on each lens element 91 has a movement including a strong convergence portion MF 2 in the periphery as shown in the figure.
- Light beam MF (combination of MF 1 and MF 2; MF 1 is converted to parallel light beam of width IP / 2) and is incident on light-receiving unit 4 while being narrowed to width IPZ 2 (half of the reference pitch) .
- the hatched portion SD is a shadow portion through which the moving light flux does not pass. Since other matters such as the material, manufacturing method, operation, and the like of the conversion element 8 are the same as those in each of the above-described embodiments, the description thereof will not be repeated. As can be seen from a comparison between FIG. 2 and FIG. 8, also in this embodiment, when converting the light beam into the moving light beam, no waste of light amount due to light shielding occurs. Therefore, in principle, a signal output can be obtained with twice the efficiency as compared with the conventional structure, and the signal output corresponding to the graph of FIG. Is obtained. That is, when the conditions such as the light power of the light source 5 and the like are fixed, an SN ratio twice as high as that of the conventional structure can be obtained.
- the repetitive arrangement of the light sensing band and the light non-sensing band of the light receiving section is formed by light receiving elements provided periodically without using a fixed slit.
- the fact that a fixed slit may be used is the same as in the conventional case.
- the fifth embodiment is shown in FIG. 10 as an example in which a fixed slit is used to form a repetitive arrangement of the light sensing band and the light non-sensing band of the light receiving section. It has a configuration equivalent to that of the second embodiment shown in FIG. 4 except that the form of forming the repetitive arrangement of the light sensing zone and the light non-sensing zone is changed.
- the optical detection unit includes means for converting a light beam L from a light source (not shown) into a plurality of moving light beams MF.
- a conversion element 7 having a plurality of lens elements 71 and 72 periodically arranged with a reference pitch IP is employed.
- the light beam L of (h) is internally narrowed down to approximately IP 2, emitted from each corresponding lens element 72 as a parallel light beam having a width of IP / 2, and then to the fixed slit 3.
- the shaded portion SD is a shadow portion through which the moving light flux does not pass.
- the fixed slit 3 is the same as the conventional one, and the same reference pitch IP 1Z2 pitch as the movable slit 1 is mounted on the surface (one or both sides) of the transparent substrate 31.
- the light-shielding part 32 and the light-transmitting part 33 are formed periodically. Accordingly, of the moving light beam MF, the component (approximately 100% in the state shown) incident on the light transmitting portion 33 travels to the light receiving portion 40; ⁇ enters the light shielding portion 32.
- the component (approximately 0% in the illustrated state) cannot move toward the light receiving section 40.
- a light receiving surface 43 having an extension about the effective width of the fixed slit 3 is provided on the substrate 41 as the light receiving section 40. It can be used as formed. However, as in the past, it is necessary to divide the signals for the A-phase, B-phase, and their inverted phases, etc. (see the related explanation in Fig. 5).
- a component (light amount) of the moving light beam MF that can pass through the fixed slit 3 changes periodically, and this is detected by the light receiving surface 43.
- the detected light is converted into an electric signal and processed by a known processing circuit.
- This embodiment has similar advantages to the second embodiment. That is, since the moving light beam MF is obtained as a parallel light beam, the distance between the conversion element 7 and the fixed slit 3 corresponding to a conventional movable slit, or the distance between the fixed slit 3 and the light receiving portion 4 is obtained. There is no restriction on the interval of 0, and there is no need to closely arrange the conversion element 7, the fixed slit 3, and the light receiving section 40.
- the degree of freedom of design is increased and the assembling becomes easier.
- the moving light beam MF is obtained as a parallel light beam, even if the conversion element 7 has a surface deflection, the detection signal is hardly affected.
- the signal output can be obtained with twice the efficiency as compared with the conventional structure, and the signal output corresponding to the graph of Fig. 9a (the amplitude is almost twice as large as the conventional one) is described above. Is obtained. That is, assuming that the light power of the light source 5 and other conditions are fixed, an SN ratio twice as high as that of the conventional structure can be obtained.
- the optical encoder according to the present invention has a high light use efficiency. High and efficient signal output can be obtained. In addition, since a conversion element that can be easily manufactured can be used as a means for converting a light beam into a moving light beam, the manufacturing cost of an optical encoder can be reduced.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Description
明 細 書
光学式エンコ ーダ
技 術 分 野
本発明は光学式エンコ ーダ に関し 、 更に詳し く 言えば 光学検出部の構造を改良し た光学式エ ン コ ーダに関する 本発明は 、 ロ ータ リ 型 、 リ ニア型いずれの型の光学式ェ ンコ ーダにも 適用が可能であ る 。
背 景 技 術
光学式エンコ ーダは 、 回転運動あるいは並進運動を行 な う 物体の位置及び/又は速度を検出する ため に広 く 用 い られてい る 。 図 1 は 、 例えばモータの回転位置及びノ 又は回転速度を検出する ため に使用 される ロ ータ リ 型の 光学式エ ン コ ーダを例に と り 、 光学検出部の概略構造を 図式的に示し たも のであ る 。
光学検出部は 、 基本構成要素 と して 、 可動ス リ ッ ト
( こ の例では回転ス リ ッ ト 。 リ ニアエ ン コ ーダ の場合は 並進移動ス リ ッ ト ) 1 、 回転軸 2 、 固定ス リ ッ ト 3 、 受 光部 4 及び光源 5 を備えている 。 光源 5 には 、 1 個また は複数の発光素子 ( 例えば L E D ) の他 、 必要に応じ て ビーム平行化のためのレ ンズなどが組み込まれてい る 。 光源 5 か ら 出射された光束 L の内 、 一部が可動ス リ ッ ト 1 と 固定ス リ ッ ト 3 の各々 に設け られた透光部を順に通 過して受光部 4 で検出 さ れ 、 残り の殆どは可動ス リ ッ ト 1 あ るいは固定ス リ ッ ト 3 の遮光部で阻止される 。
図 2 は 、 図 1 に示し た如き従来の光学式エンコ ーダで
使用 さ れる 可動ス リ ッ ト 1 、 固定ス リ ッ ト 3 及び受光部 4 の一般的な断面構造を表わ してい る 。 図 2 に示し た よ う に'、 可動ス リ ッ ト 1 は 、 光源 5 か ら 出射された光束 L を 、 周期的に分布する と と も に対象物 ( モー タ の ロ ー タ軸な ど ) の運動に応じ て移動する複数の光束 ( 以下 、 「 移動光束群 」 と 言 う 。 ) に変換する機能を持つ素子で 透明基板 1 1 の表面 ( 片面または両面 ) に所定の基準ピ ツチ I P の 1 / 2 のピ ッチを以て遮光部 1 2 と透光部 1 3 を周期的に形成したも のか ら な る 。
透明基板 1 1 には例えばガ ラ ス板等の光学材料が用い られる 。 遮光部 1 2 及び透光部 1 3 は 、 透明基板 1 1 の 表面全体にク ロ ム蒸着を行なっ た後 、 エ ッチングによ り ク ロ ム蒸着膜を選択的に除去する こ と に よ っ て形成され る 。 エ ツチ ングでク ロ ム蒸着膜が除去された部分が透光 部 1 3 と な り 、 残された部分が遮光部 1 2 と なる 。
固定ス リ ッ ト 3 の構造並びに製法は 、 可動ス リ ッ ト 1 と 同様である 。 即ち 、 透明基板 3 1 の表面 ( 片面または 両面 ) に可動ス リ ッ ト 1 と 同一の基準ピ ッチ I P の 1 / 2 のピ ッチを以て遮光部 3 2 と 透光部 3 3 が周期的に形 成さ れる 。 透明基板 3 1 には例えばガ ラ ス板等の光学材 料が用い られ 、 その表面に遮光部 3 2 がク ロ ム蒸着膜な どで形成される 。 透光部 3 3 に対応する基板領域を形成 する ため にエ ッチングによ る ク ロ ム蒸着膜の選択的除去 が利用出来る こ と も 可動ス リ ッ ト の場合 と 同様である 。 また 、 遮光性の材料か ら な る基板 3 1 に打ち抜き等の機
械加工によ り 透光部 3 3 を形成する こ と も あ る 。
受光部 4 は 、 基板 4 1 上にやは り 基準ピ ッ チ I P の 1 / 2 のピ ッチを以て配列された受光素子 ( フ ォ ト ダィォ — ド な ど ) 4 2 を備えている 。 今 、 モータの ロ ータ等に 結合さ れた回転軸 2 が回転する と 可動ス リ ッ ト 1 が回転 し 、 可動ス リ ッ ト 1 に形成された透光部 1 3 の回転位置 が変化する 。 それに応じて可走査光束が走査され 、 固定 ス リ ッ ト 3 に形成された透光部 3 3 と の重な り 関係が周 期的に変化する 。
受光素子 ( 光感知帯 ) 4 2 に入射した光は電気信号に 変換さ れる が 、 受光素子 ( 光感知帯 ) 4 2 が設け られて いない領域 ( 光非感知帯 ) へ入射し た光は電気信号に変 換さ れない 。 その結果 、 可走査光束中に含まれる 光量の 内 、 受光部 4 上の受光素子 ( 光感知帯 ) 4 2 へ入射する 光量の割合が周期的に変化する 。 こ の よ う にして形成さ れた周期的な電気信号は周知の処理回路で処理される 。
図 2 では 、 可動ス リ ッ ト 1 の透光部 1 3 と 固定ス リ ッ ト 3 の透光部 3 3 がー致する位置関係にあ る状態が示さ れている 。
こ の よ う なエンコ ーダ に関する 改良技術と して 、 固定 ス リ ッ ト 3 の透光部 3 3 を通過し た光の一部が側方へ散 逸する 現象 ( いわゆ る 光漏れ ) を防止する ため に 、 可動 ス リ ッ ト 1 あるいは固定ス リ ッ ト 3 の透光部 1 3 , 3 3 に重なる部分に集光レ ン ズを形成する こ と が提案されて い る ( 特開平 8 — 2 0 1 1 1 4 号公報参照 ) 。 また 、 固
定ス リ ッ ト 3 を省略した構造や 、 可動ス リ ッ ト 1 と 光源 5 の間に設け る構造も 知 られている 。
しかし 、 上記説明 し た従来の光学式エンコ ーダは 、 光 源か らの光束を可動ス リ ッ ト の遮光ノ透過機能によ っ て 周期的な明暗を持つ移動光束 と した上で 、 可動ス リ ッ ト の位置 ( 固定ス リ ッ ト または受光素子に対する相対位 置 ) に応じ た光検出信号を得る よ う にしている ため 、 光 の利用効率が悪 く 、 光源か ら 出射さ れた光の内 、 少な く と も 2 分の 1 ( 図 2 で斜線を施し た部分 ) は 、 信号形成 に全 く 寄与する こ と が出来ない 。
即ち 、 光源か ら 出射さ れた光が移動光束に変換された 時点で既に光量のほぼ半分が無駄になっ てお り 、 効率的 な信号出力が得られない 。 上記特開平 8 — 2 0 1 1 1 4 号公報に提案されてい る 光学式エ ン コ ーダ においては 、 集光レ ン ズ要素を透光部に対応する 形で設ける こ と で側 方へ散逸する 光の集光が行なわれている が 、 光源か らの 出射光の內 、 少な く と も 2 分の 1 が無駄になっ ている と い う 問題は解決されていない 。
また 、 可動ス リ ッ ト 1 や固定ス リ ッ ト 3 に透光部 と遮 光部を持つ明喑格子を形成する にはク ロ ム蒸着 、 エ ッチ ング 、 機械加工など 、 煩雑でコ ス ト のかかるプロセス が 必要であ り 、 エ ン コ ーダ全体の価格を上昇させる原因 と なっ ていた 。
発 明 の 開 示
本発明の第 1 の 目 的は 、 従来の光学式エンコ ーダの光
学検出部の構造を改良し 、 光の利用効率を高め 、 効率的 な信号出力が得られる 光学式エンコ ーダを提供する こ と にある 。 本発明の第 2 の 目 的は 、 可動ス リ ッ ト の明暗格 子を形成する ため の ク ロ ム蒸着 、 エ ッ チング 、 機械加工 などが不要で 、 射出成形の よ う な簡単な製造方法によ り 容易に製造する こ と ができ 、 経済的にも 有利な光学式ェ ン コ ーダを提供する こ と にある 。
本発明では 、 光源か ら放出 される 光束を周期的に分布 する複数の移動光束に変換する 手段 と し て 、 所定ピ ッチ を以て周期的に配列されたレ ンズ要素群を備えた変換素 子が用い られる 。
本発明の光学式エンコ ーダは 、 光束を放出する光源 と 所定ピ ッチで周期的に配列され 、 光源か ら放出 された光 束を 、 周期的に分布する と 共に対象物の運動に応じて移 動する複数の移動光束に収束させる複数のレ ンズ要素を 有する変換素子 と 、 移動光束の移動方向に沿っ て周期的 に交互に分布する よ う 配列された光感知帯 と 光非感知帯 と を有し 、 移動光束に対し て静止し て配設さ れた受光部 と を備え る 。 複数の移動光束の各々 は 、 光感知帯と 光非 感知帯に入射する 時点において 、 光感知帯 と 光非感知帯 の配列の所定ピ ッチに対応する幅に収束されている 。
複数のレ ンズ要素は 、 変換素子の光出射側 、 光入射側 の一方または両方に設け られる 。 一つ の好ま しい形態に おいては 、 変換素子には所定のピ ッ チで周期的に配列さ れた複数のレ ンズ要素が光入射面側 と 光出射側に対をな
し て設け られる 。 この よ う な構成を用いれば光源か ら放 出 さ れた光束は変換素子か らの出射時点において平行光 束化する こ と が出来る 。
いずれの形態においても 、 複数のレ ンズ要素を有する 変換素子はプラ スチ ッ ク成形品 とする 事が出来る 。
光感知帯 と 光非感知帯の配列は 、 固定ス リ ッ ト を用い な く と も 、 周期的に設け られた受光素子で形成する こ と が出来る が 、 固定ス リ ッ ト を用いても 良い 。
本発明 に係る 光学式エンコ ーダは 、 図 2 に示し た従来 の構造 と は異な り 、 光源か らの光束を移動光束に変換す る 際に光量のほぼ半分が無駄になる よ う な事態が回避さ れている 。 そのため 、 原理的に言えば従来構造と 比べて 2 倍の効率で信号出力が得られる こ と になる 。 また 、 移 動光束を形成する素子に遮光部を形成する ため に蒸着 、 エ ッ チ ン グ 、 打ち抜き な どの煩雑な加工を要しないの で 製造コ ス ト の点でも 有利 と なる 。
図面の簡単な説明
図 1 は 、 従来の ロ ータ リ 型の光学式エンコ ーダの光学 検出部の概略構造を示す図 、
図 2 は 、 図 1 に示し た従来の光学式エ ン コ ーダで使用 される 可動ス リ ッ ト 、 固定ス リ ッ ト 並びに受光部の構造 を示す断面図 、
図 3 は 、 本発明の第 1 実施例に係る 光学式エ ン コ ーダ の要部構成を示す断面図 、
図 4 a は 、 第 1 実施例の光学式エ ン コ ーダを ロ ータ リ
エンコ ーダ に適用 し た場合に用い られる 変換素子の概観 を示す側面図 、 図 4 b はその正面図 、
図 5 .は 、 A Z B相及びその反転相であ る A , / B , 相 の信号生成部分に本発明を適用する 際に採用出来る受光 部の配列を示す図 、
図 6 は 、 本発明の第 2 実施例に係る 光学式エンコ ーダ の要部構成を示す断面図 、
図 7 は 、 本発明の第 3 実施例に係る光学式エンコ ーダ の要部構成を示す断面図 、
図 8 は 、 本発明の第 4 実施例に係る 光学式エンコ ーダ の要部構成を示す断面図 、
図 9 a は 、 本発明のエンコ ーダ に於いて受光素子の出 力か ら得られる信号出力を示すグラ フ 、 図 9 b は従来の エンコ ーダに於いて受光素子の出力か ら得られる信号出 力を示すグラ フ 、
図 1 0 は 、 本発明の第 5 実施例に係る 光学式ェンコ一 ダの要部構成を示す断面図である 。
発明を実施する ため の最良の形態 本発明の第 1 実施例の要部構成を図 3 、 図 4 a 、 図 4 b 及び図 5 を参照し て説明する 。 本実施例におけ る光学 式エ ン コ ーダの光学検出部は 、 光源 5 力ゝ ら の光束 L を複 数の移動光束 M F に変換する 手段 と して 、 所定のピ ッチ ( 基準ピ ッチ I P ) を以て周期的に配列された複数のレ ンズ要素 6 1 を備えた変換素子 6 を採用 してい る 。
変換素子 6 は 、 従来技術におけ る 可動ス リ ッ ト 1 ( 図
2 参照 ) に代わる も の であ り 、 光源 5 か ら の光束 L を周 期的に分布する複数の移動光束 M F に変換し 、 受光部 4 へ入射させる 。 この よ う な変換素子 6 は 、 例えばァ ク リ ル樹脂 、 ポ リ カーボネー ト など透明なプ ラ ス チ ッ ク で構 成する こ と が好ま しい 。 変換素子 6 の材質をプラ スチ ッ ク とすれば射出成形技術を簡便に適用する こ と が出来る よ う にな り 、 レ ンズ要素 6 1 の形状を 自 由 に設計し て安 価に変換素子 6 を製造する こ と が可能になる 。
本実施例では 、 各レ ンズ要素 6 1 は変換素子 6 の光出 射側に凸 レ ンズ要素 と して形成さ れてい る 。 凸 レ ンズ要 素 6 1 の集光力 ( 屈折力 ) は 、 移動光束 M F が受光素子 4 2 上に到達する 時点で光束幅が基準ピ ッチ I P の 2 分 の 1 に狭め ら る よ う に設計される 。 各移動光束 M F 間に は光が通過しない影領域 S Dが形成さ れる 。
変换素子 6 が リ ニアエ ン コ ーダ に使用 さ れる場合には レ ンズ要素 6 1 は直線状に配列 され 、 ロ ータ リ エン コ ー ダに使用 される場合には円環状に配列さ れる 。 図 4 a は ロータ リ エ ン コ ーダに使用 される 変換素子 6 の概観を示 す側面図 、 図 4 b はその正面図であ る 。 図 4 a 及び図 4 b に示したよ う に 、 レ ンズ要素 6 1 は変換素子 6 上に円 環状に多数配列されてお り 、 モー タ の ロ ータ軸等に結合 される 回転軸部材 2 が回転する こ と によ り 、 これら レ ン ズ要素 6 1 が中心軸 S の周 り で回転移動する 。
受光部 4 の基本構成は 、 従来 と 同様で良い 。 こ こ では 基板 4 1 上に基準ピ ッチ I P の 1 / 2 のピ ッチを以て受
光素子 ( フ ォ ト ダイオー ド な ど ) 4 2 が配列さ れている 受光素子 4 2 が存在する領域が光感知帯に対応し 、 受光 素子 4.2 が存在しない領域は光非感知帯に対応する 。
今 、 モー タ の ロ ー タ等に結合された変換素子 6 の回転 軸 2 が回転する と 変換素子 6 が回転し 、 各レ ンズ要素 6 1 の回転位置が同期的に同量だけ同じ方向に変化する 。 それに応じて移動光束 M F が移動し 、 受光素子 4 2 が配 列された面上を走査する 。
その結果 、 移動光束 M F 中に含まれる 光量の内 、 受光 素子 4 2 へ到達する 光量の割合が周期的に変化する 。 各 受光素子 4 2 で検出 さ れた光量は当該周期を以て変化す る電気信号に変換さ れ 、 周知の処理回路で処理される 。 なお 、 図 3 では 、 移動光束 M F の受光素子 4 2 への入射 光量が最大 ( ほぼ全量 ) になる よ う な位置関係が変換素 子 6 と 受光素子 4 2 と の間に成立している状態が示され てレヽ る 。
受光素子 4 2 の平面的な配列は 、 信号を得よ う とする 相に応じて設計さ れる 。 図 5 は 、 Α , Β相及びその反転 相 ( A ' / B ' 相 ) の信号生成部分に本発明を適用する 際に採用 される 受光部 4 の配列を説明する 図である 。 本 例では 、 図 5 中 に符号 4 1 a , 4 1 b , 4 1 a ' , 4 1 b , で示したよ う に 、 受光部 4 の 4 つの領域上に各々 受 光素子群 4 2 a ( A相用 ) , 4 2 b ( B相用 ) , 4 2 a , ( A ' 相用 ) , 4 2 b , ( B , 相用 ) 力 S 、 各群間に 基準ピ ッチ I P の 4 分の 1 のずれを持たせる と と も に 、
各群内では基準ピ ッチ I P の 2 分の 1 の幅 と 間隔を以て 周期的に配列さ れてい る 。
こ こ で重要な事は 、 図 2 と 図 3 の比較か ら も 判る よ う に 、 図 2 に示す従来の構造では 、 光源か ら の光束を移動 光束に変換する 際に光量のほぼ半分が無駄になっ てい る に対し 、 図 3 に示す本実施例の構造では 、 光束を移動光 束に変換する 際に遮光によ る 光量の無駄が発生し ていな い こ と であ る 。
そのため 、 原理的に言えば従来構造と 比べて 2 倍の効 率で信号出力が得られる こ と になる 。 図 9 a 及び図 9 b はこれをグラ フで対比描示し たも ので 、 図 9 a に示す本 実施例の場合 , 図 9 b に示す従来構造いずれの場合も 基 準ピ ッチ I P に対応し た周期を持つ信号出力が得られる が 、 その振幅はほぼ 2 倍に拡大している 。 これは 、 光源 5 の光力他の条件を固定し て考えた場合 、 従来の構造に 比し て 2 倍の S N比が得られる こ と を意味する 。
光束を移動光束に変換する 変換素子 ( 第 1 実施例では 変換素子 6 ) に具備さ れる レ ン ズ要素 ( 第 1 実施例では 変換素子 6 1 ) の形状 と配列態様には 、 多様な変形が許 容される 。
図 6 、 図 7 及び図 8 は 、 変換素子が具備する レ ン ズ要 素について変形を行なっ た第 2 〜第 4 実施例を図 3 と 同 様の形式で説明する 図である 。 先ず 、 第 2 実施例を表わ した図 6 を参照する と 、 光学式エ ン コ ーダ の光学検出部 は 、 光源 5 か らの光束 L を複数の移動光束 M F に変換す
る 手段 と して 、 基準ピ ッチ I P を以て周期的に配列され た複数のレ ンズ要素 7 1 , 7 2 を備えた変換素子 7 を採 用 し ている 。
本実施例におけ る変換素子 7 の入射側に設け られる各 レ ンズ要素 7 1 と 出射側に設け られる各レ ン ズ要素 7 2 は対をなすも のであ る 。 即ち 、 各レ ンズ要素 7 1 に入射 した幅 I P ( 基準ピ ッチ ) の光束 L は 、 図示したよ う に 内部でほぼ I P / 2 に絞られ 、 対応する各レ ンズ要素 7 2 力ゝ ら幅 I P Z 2 の平行光束 と して出射され 、 次いで受 光部 4 へ入射する 。 斜線で示した部分 S Dは 、 移動光束 が通過し ない影部であ る 。
本実施例の一つの特徴は 、 移動光束 M F が平行光束で 得られる の で 、 変換素子 7 ( 従来の可動ス リ ッ ト に相 当 ) と 受光部 4 の間の距離 d に制約がな く なる こ と であ る 。 これによ り 、 変換素子 7 と受光部 4 を密着させずに 離隔配置する こ と が可能になる 。 その結果 、 設計の 自 由 度が高め られる と と も に組立も容易になる 。 また 、 本実 施例には 、 移動光束 M F が平行光束で得られる の で 、 変 換素子 7 に面振れが生じても 検出信号に殆ど影響が出な レ、 とい う 利点も ある 。
なお 、 変換素子 7 の材質 、 製造方法等については前述 した変換素子 6 の場合 と 同様であ る か ら 、 繰 り 返し説明 は省略する 。 また 、 変換素子 7 が リ ニアエ ン コ ーダに使 用 される場合には 、 レ ンズ要素 7 1 , 7 2 は直線状に配 列され 、 ロ ータ リ エ ン コ ーダに使用 さ れる場合には円環
状に配列さ れる こ と も 同様である 。
組み合わせて使用 さ れる 受光部 4 の基本構成は第 1 実 施例 と.同様で良い 。 こ こ では 、 基板 4 1 上に基準ピ ッチ I P の 1 ノ 2 のピ ッチを以て受光素子 ( フ ォ ト ダイォー ド な ど ) 4 2 を設け る こ と で 、 光感知帯 と 光非感知帯の 繰 り 返し配列を形成し たも のが用い られている 。
今 、 変換素子 7 に結合された物体 ( 図示せず ) が移動 ( 回転または並進 ) し 、 変換素子 7 が移動し 、 各レ ンズ 要素 7 1 , 7 2 の位置が同期的に同量だけ同 じ方向に変 化する 。 それに応じ て移動光束 M F が移動し 、 受光素子 4 2 が配列された面上を走査する 。 その結果 、 移動光束 M F 中に含まれる 光量の内 、 受光素子 4 2 へ到達する 光 量の割合が周期的に変化する 。 各受光素子 4 2 で検出 さ れた光量は当該周期を以て変化する電気信号に変換され 周知の処理回路で処理される 。
なお 、 図 6 においても 、 移動光束 M F の受光素子 4 2 への入射光量が最大 ( ほぼ全量 ) になる よ う な位置関係 が変換素子 7 と 受光素子 4 2 と の間に成立している状態 が示されてい る 。 受光素子 ( 光感知帯 ) 4 2 の平面的な 配列は 、 第 1 実施例 と 同様で良 く 、 例えば Aノ B相及び その反転相 ( A ' / B ' 相 と 表記 ) の信号生成部分への 適用を図る場合には 、 図 6 で説明した受光部 4 の配列が 採用出来る 。
図 2 と 図 6 の比較か ら も 判る よ う に 、 本実施例におい ても 、 光束を移動光束に変換する際に遮光によ る光量の
無駄が発生し ていない 。 従っ て 、 原理的に言えば従来構 造 と 比べて 2 倍の効率で信号出力が得られ 、 前述した図 9 a のグラ フ ( 従来に比し て振幅ほぼ 2 倍 ) に対応した 信号出力が得られる 。 即ち 、 光源 5 の光力他の条件を固 定し て考えた場合 、 従来の構造に比し て 2 倍の S N比が 得られる 。
図 7 は第 3 実施例を表わ し てい る 。 本図を参照する と 光学式エ ン コ ーダ の光学検出部は 、 光源か らの光束 L を 複数の移動光束 M F に変換する手段 と して 、 基準ピ ッチ I P を以て周期的に配列された複数のレ ンズ要素 8 1 を 備えた変換素子 8 を採用 している 。 本実施例における 変 换素子 8 は 、 図 3 に示し た第 1 実施例で採用 されている 変換素子 6 を裏返したも のに相当 し てお り 、 各レ ンズ要 素 8 1 はすべて入射側に設け られている 。
各レ ン ズ要素 8 1 に入射し た幅 I P ( 基準ピ ッチ ) の 光束 L は 、 収束性の移動光束 M F に変換さ れ 、 幅 I P / 2 ( 基準ピ ッ チ の半分 ) に絞られた状態で受光部 4 へ入 射する 。 斜線で示した部分 S Dは 、 移動光束が @過し な い影部であ る 。 変換素子 8 の材質 、 製造方法等について は前述した変換素子 6 , 7 の場合 と 同様である 。 また 、 変換素子 8 が リ ニアエ ン コ ーダに使用 される場合には 、 レ ン ズ要素 8 1 は直線状に配列され 、 ロータ リ エン コ ー ダ に使用 さ れる場合には円環状に配列される こ と も 同様 である 。 組み合わせて使用 される 受光部 4 の基本構成も 第 1 実施例 と 同様で良い 。
また 、 変換素子 8 に結合された物体が移動した時の信 号生成原理も 、 第 1 、 第 2 実施例 と 同様である か ら繰 り 返し説明は省略する 。 図 7 においても 、 移動光束 M F の 受光素子 4 2 への入射光量が最大 ( ほぼ全量 ) になる よ う な位置関係が変換素子 7 と 受光素子 4 2 と の間に成立 し てい る 状態が示されている 。 受光素子 ( 光感知帯 ) 4 2 の平面的な配列も 、 第 1 、 第 2 実施例 と 同様で良 く 、 例えば A / B相及ぴその反転相 ( A ' / B , 相 と 表記 ) の信号生成部分への適用を図る場合には 、 図 6 で説明 し た受光部 4 の配列が採用出来る 。
図 2 と 図 7 の比較か ら も 判る よ う に 、 本実施例におい ても 、 光束を移動光束に変換する 際に遮光によ る光量の 無駄が発生し ていない 。 従っ て 、 原理的に言えば従来構 造 と 比べて 2 倍の効率で信号出力が得られ 、 前述し た図 9 a のグラ フ ( 従来に比し て振幅ほぼ 2 倍 ) に対応し た 信号出力が得られる 。 即ち 、 光源 5 の光力他の条件を固 定し て考えた場合 、 従来の構造に比して 2 倍の S N比が 得られる 。
次に 、 第 4 実施例を表わ した図 8 を参照する と 、 変換 素子に設け られる レ ンズ要素の更に別の一例が示されて いる 。 即ち 、 本実施例において採用 される 変換素子 9 は 入射側に基準ピ ッチ I P を以て周期的に配列された複数 の台形状のレ ンズ要素 9 1 を備えている 。 各レ ンズ要素 9 1 に入射した幅 I P ( 基準ピ ッチ ) の光束 L は 、 図示 したよ う に 、 周辺に強い収束性の部分 M F 2 を含む移動
光束 M F ( M F 1 と M F 2 の合成 ; M F 1 は幅 I P / 2 の平行光束 ) に変換され 、 幅 I P Z 2 ( 基準ピ ッ チの半 分 ) に絞られた状態で受光部 4 へ入射する 。 斜線で示し た部分 S Dは 、 移動光束が通過 し ない影部である 。 変換 素子 8 の材質 、 製造方法 、 作用な どその他の事項等につ いては前述した各実施例の場合 と 同様であ るか ら 、 繰 り 返し説明は省略する 。 図 2 と 図 8 の比較か ら も 判る よ う に 、 本実施例においても 、 光束を移動光束に変換する 際 に遮光によ る 光量の無駄が発生し ていない 。 従っ て 、 原 理的に言えば従来構造と 比べて 2 倍の効率で信号出力が 得られ 、 前述した図 9 a のグラ フ ( 従来に比して振幅ほ ぼ 2 倍 ) に対応した信号出力が得られる 。 即ち 、 光源 5 の光力他の条件を固定して考えた場合 、 従来の構造に比 して 2 倍の S N比が得られる 。
以上の各実施例においては 、 受光部の光感知帯 と 光非 感知帯の繰 り 返し配列は 、 固定ス リ ッ ト を用いずに周期 的に設け られた受光素子で形成されている が 、 固定ス リ ッ ト を用いても 良い こ と は従籴 と 同様であ る 。 受光部の 光感知帯と 光非感知帯の繰 り 返し配列の形成に固定ス リ ッ ト を用いた例を第 5 実施例成 と し て 、 図 1 0 に示し た 本実施例は 、 受光部の光感知帯 と 光非感知帯の繰 り 返 し配列の形成態様が変更されている 点を除けば 、 図 4 に 示し た第 2 実施例 と 等価な構成を有している 。 即ち 、 本 実施例においても 光学検出部には 、 光源 ( 不図示 ) か ら の光束 L を複数の移動光束 M F に変換する 手段 と し て 、
基準ピ ッチ I P を以て周期的に配列 さ れた複数のレ ン ズ 要素 7 1 , 7 2 を備えた変換素子 7 が採用 されている 。
変換素子 7 の入射側に設け られる各レ ンズ要素 7 1 と 出射側に設け られる各レ ンズ要素 7 2 は対をな してい る 各レ ンズ要素 7 1 に入射し た幅 I P ( 基準ピ ッチ ) の光 束 L は 、 内部でほぼ I P ノ 2 に絞られ 、 対応する各レ ン ズ要素 7 2 か ら幅 I P / 2 の平行光束と し て出射され 、 次いで固定ス リ ッ ト 3 へ入射する 。 斜線で示した部分 S Dは 、 移動光束が通過し ない影部である 。
固定ス リ ッ ト 3 は従来 と 同様のも の で 、 透明基板 3 1 の表面 ( 片面または両面 ) に可動ス リ ッ ト 1 と 同一の基 準ピ ッチ I P の 1 Z 2 のピ ッチを以て遮光部 3 2 と 透光 部 3 3 が周期的に形成されてい る 。 従っ て 、 移動光束 M F の内 、 透光部 3 3 に入射した成分 ( 図示し た状態では ほぼ 1 0 0 % ) は受光部 4 0 へ向カゝ う ;^ 、 遮光部 3 2 に 入射した成分 ( 図示し た状態ではほぼ 0 % ) は受光部 4 0 へ向力 う こ と が出来ない 。
この よ う な固定ス リ ッ ト 3 設け られている場合には 受光部 4 0 と して基板 4 1 上に固定ス リ ッ ト 3 の有効幅 程度の拡が り を持つ受光面 4 3 を形成したも の用い る こ と が出来る 。 伹し 、 従来 と 同 じ く 、 A相 、 B 相 、 それら の反転相等の信号を分離する ため の分割は必要であ る ( 図 5 の関連説明参照 ) 。
今 、 モータの ロータ等に結合された回転軸が回転する と 変換素子 7 が回転し 、 移動光束 M F が生成さ れる 。 移
動光束 M F と 固定ス リ ッ ト 3 の透光部 3 3 と の重な り 関 係は 、 移動光束 M F ( 被検対象物 ) の運動に応じて周期 的に変.化する 。
する と 、 移動光束 M F の内 、 固定ス リ ッ ト 3 を通過す る こ と が出来る成分 ( 光量 ) が周期的に変化し 、 これが 受光面 4 3 で検出 される 。 検出 された光は電気信号に変 換され周知の処理回路で処理さ れる 。
本実施例は第 2 実施例 と類似した利点を有している 。 即ち 、 移動光束 M F が平行光束で得られる の で 、 従来の 可動ス リ ッ ト に相当する 変換素子 7 と 固定ス リ ッ ト 3 の 間隔 、 あ るいは固定ス リ ッ ト 3 と 受光部 4 0 の間隔に制 約がな く 、 変換素子 7 、 固定ス リ ッ ト 3 、 受光部 4 0 の 三者を密着配置する 必要がない 。
従っ て 、 設計の 自 由度が高め られる と と も に組立も 容 易になる 。 また 、 移動光束 M F が平行光束で得られるの で 、 変換素子 7 に面振れが生じても 検出信号に殆ど影響 が出ない 。
本実施例においても 、 光束を移動光束に変换する際に 遮光によ る 光量の無駄が発生し ていない 。 従っ て 、 原理 的に言えば従来構造と 比べて 2 倍の効率で信号出力が得 られ 、 前述し た図 9 a のグラ フ ( 従来に比し て振幅ほぼ 2 倍 ) に対応し た信号出力が得られる 。 即ち 、 光源 5 の 光力他の条件を固定して考えた場合 、 従来の構造に比し て 2 倍の S N比が得られる 。
本発明に従っ た光学式エ ン コ ーダは 、 光の利用効率が
高 く 効率的な信号出力が得られる 。 また 、 光束を移動光 束に変換する手段 と し て製造が容易な変換素子を利用出 来る の で 、 光学式エ ン コ ーダ の製造コ ス ト の低減が可能 と なる 。
Claims
請 求 の 範 囲
l . 運動する対象物の位置及び Z又は速度を検出する 光 学式エ ン コ ーダであっ て 、
光束を放出する 光源 と 、
所定ピ ッチで周期的に配列され 、 前記光源か ら放出 さ れた光束を 、 周期的に分布する と 共に前記対象物の運動 に応じ て移動する複数の移動光束に変換する複数のレ ン ズ要素を有する変換素子 と 、
前記移動光束の移動方向に沿っ て周期的に交互に分布 する よ う 配列された光感知帯と 光非感知帯 と を有し 、 前 記移動光束に対して静止して配設さ れた受光部 と を備え 前記複数の移動光束の各々 は 、 前記光感知帯 と 前記光 非感知帯に入射する 時点において 、 前記光感知帯 と 前記 光非感知帯の配列の前記所定ピ ツチ に対応する 幅に収束 されている 、 光学式エ ン コ ーダ 。
2 . 前記複数のレ ン ズ要素は 、 前記変換素子の光出射面 側に設け られている 、 請求の範囲第 1 項に記載の光学式 エ ン コ ーダ 。
3 . 前記複数のレ ン ズ要素は 、 前記変換素子の光入射面 側に設け られている 、 請求の範囲第 1 項に記載の光学式 ェ ン コ —タ o
4 . 前記複数のレ ン ズ要素は 、 前記変換素子の光入射面 側及び光出射面側に設け られている 、 請求の範囲第 1 項 に記載の光学式エ ン コ ーダ 。
5 . 運動する 対象物の位置及び/又は速度を検出する 光
学式エ ン コ ーダであっ て 、
光束を放出する 光源 と 、
所定ピ ッチで周期的に配列され 、 前記光源か ら放出 さ れた光束を 、 周期的に分布する と 共に前記対象物の運動 に応じ て移動する複数の移動光束に変換する複数のレ ン ズ要素を有する 変換素子 と を備え 、 前記複数のレ ンズ要 素は 、 前記変換素子の光入射面側 と 光出射面側に対をな して設け られてお り 、
前記移動光束の移動方向に沿っ て周期的に交互に分布 する よ う 配列された光感知帯と 光非感知帯 と を有し 、 前 記移動光束に対して静止し て配設さ れた受光部 と を更に 備え 、
前記複数の移動光束の各々 は 、 前記変換素子か ら 出射 する 時点において 、 平行に且つ前記光感知帯 と 前記光非 感知帯の配列の前記所定ピ ッチに対応する 幅に収束さ れ ている 、 前記光学式エンコ ーダ 。
6 . 前記光感知帯 と 前記光非感知帯は 、 周期的に設け ら れた複数の受光素子によ っ て形成さ れてい る 、 請求の範 囲第 1 項乃至第 5 項のいずれかに記載の光学式ェ ン コ一 ダ 。
7 . 前記光感知帯 と 前記光非感知帯は 、 前記光感知帯を 形成する ための透光部 と 、 前記光非感知帯を形成する た め の遮光部 と が周期的に設け られた固定ス リ ッ ト 部材と 前記固定ス リ ッ ト 部材の前記透光部を通過し た光を受光 する 受光素子によ っ て形成さ れてい る 、 請求の範囲第 1
項乃至第 5 項のいずれかに記載の光学式エ ン コ ーダ 。
8 . 前記複数のレ ン ズ要素を有する 変換素子がプラスチ ッ ク成形品である 、 請求の範囲第 1 項乃至第 5 項のいず れかに記載の光学式エ ン コ ーダ 。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/171,564 US6703601B2 (en) | 1997-02-21 | 1998-02-23 | Motion detection of an optical encoder by converging emitted light beams |
EP98904415A EP0905485A4 (en) | 1997-02-21 | 1998-02-23 | OPTICAL ENCODER |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9052498A JPH10239108A (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 光学式エンコーダ |
JP9/52498 | 1997-02-21 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO1998037383A1 true WO1998037383A1 (fr) | 1998-08-27 |
Family
ID=12916394
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP1998/000726 WO1998037383A1 (fr) | 1997-02-21 | 1998-02-23 | Codeur optique |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6703601B2 (ja) |
EP (1) | EP0905485A4 (ja) |
JP (1) | JPH10239108A (ja) |
WO (1) | WO1998037383A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2236772C (en) * | 1998-06-02 | 2003-07-29 | Ching Shun Wang | Focusing-type calculating means |
JP3730232B2 (ja) | 2003-04-24 | 2005-12-21 | ファナック株式会社 | 光学式エンコーダ |
US6987619B2 (en) * | 2004-03-31 | 2006-01-17 | General Electric Company | Lens array package and fabrication method |
DE102004027226A1 (de) * | 2004-06-03 | 2005-12-29 | Methode Electronics Malta Ltd. | Träger mit zumindest einer durchleuchteten optischen Positionsmarke |
TW200925544A (en) * | 2007-10-15 | 2009-06-16 | Sequal Technologies Inc | Linear motion position sensor and method of use |
TWI633282B (zh) * | 2016-04-15 | 2018-08-21 | 曾信得 | 正向對焦掃描式導光編碼器 |
JPWO2022230665A1 (ja) * | 2021-04-28 | 2022-11-03 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS49534B1 (ja) * | 1969-05-16 | 1974-01-08 | ||
JPS5963517A (ja) * | 1982-10-04 | 1984-04-11 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 光電式エンコ−ダ |
JPS61246621A (ja) * | 1985-04-25 | 1986-11-01 | Seiko Epson Corp | エンコ−ダ |
JPS6378021A (ja) * | 1986-09-20 | 1988-04-08 | Fujitsu Ltd | 光学式ロ−タリ−エンコ−ダ |
JPH0380325U (ja) * | 1989-12-05 | 1991-08-16 | ||
JPH05332790A (ja) * | 1992-05-28 | 1993-12-14 | Fujitsu Ltd | 光学式位置検出装置 |
JPH08233608A (ja) * | 1995-02-28 | 1996-09-13 | Copal Co Ltd | 光学式エンコーダ |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3770970A (en) * | 1972-03-15 | 1973-11-06 | Trump Ross Ind Controls Inc | Shaft angle encoder |
US3881810A (en) * | 1973-11-12 | 1975-05-06 | Sanders Associates Inc | Large field light modulator |
US4536650A (en) * | 1983-01-26 | 1985-08-20 | Ing. C. Olivetti & C., S.P.A. | Optical transducer with a transparent shutter disk |
GB2178529B (en) * | 1985-06-28 | 1989-12-28 | Canon Kk | Optical encoder |
JPS62298704A (ja) | 1986-06-18 | 1987-12-25 | Futaba Corp | 光学式測長装置 |
JPH0627654B2 (ja) | 1988-09-07 | 1994-04-13 | 株式会社日立製作所 | 移動体の位置や速度を光学的に検出する装置 |
JPH0380325A (ja) | 1989-08-23 | 1991-04-05 | Fujitsu Ltd | プログラム起動方式 |
JPH087082B2 (ja) * | 1990-09-05 | 1996-01-29 | 松下電器産業株式会社 | 光学式エンコーダ |
JP3108203B2 (ja) | 1992-07-23 | 2000-11-13 | 松下電器産業株式会社 | 光学式エンコーダ |
JPH08201114A (ja) | 1995-01-24 | 1996-08-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学式エンコーダ |
US5696371A (en) * | 1996-05-23 | 1997-12-09 | Eastman Kodak Company | Diffractive/refractive lenslet array |
-
1997
- 1997-02-21 JP JP9052498A patent/JPH10239108A/ja active Pending
-
1998
- 1998-02-23 WO PCT/JP1998/000726 patent/WO1998037383A1/ja active Application Filing
- 1998-02-23 US US09/171,564 patent/US6703601B2/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-02-23 EP EP98904415A patent/EP0905485A4/en not_active Withdrawn
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS49534B1 (ja) * | 1969-05-16 | 1974-01-08 | ||
JPS5963517A (ja) * | 1982-10-04 | 1984-04-11 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 光電式エンコ−ダ |
JPS61246621A (ja) * | 1985-04-25 | 1986-11-01 | Seiko Epson Corp | エンコ−ダ |
JPS6378021A (ja) * | 1986-09-20 | 1988-04-08 | Fujitsu Ltd | 光学式ロ−タリ−エンコ−ダ |
JPH0380325U (ja) * | 1989-12-05 | 1991-08-16 | ||
JPH05332790A (ja) * | 1992-05-28 | 1993-12-14 | Fujitsu Ltd | 光学式位置検出装置 |
JPH08233608A (ja) * | 1995-02-28 | 1996-09-13 | Copal Co Ltd | 光学式エンコーダ |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
See also references of EP0905485A4 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10239108A (ja) | 1998-09-11 |
US6703601B2 (en) | 2004-03-09 |
EP0905485A4 (en) | 2003-06-25 |
EP0905485A1 (en) | 1999-03-31 |
US20020020809A1 (en) | 2002-02-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6653619B2 (en) | Optical motion encoder with a reflective member allowing the light source and sensor to be on the same side | |
CN100580384C (zh) | 光学编码器和使用光学编码器的设备 | |
JP3210111B2 (ja) | 変位検出装置 | |
US6784417B2 (en) | Optical encoder | |
KR940008195B1 (ko) | 광학식 부호기 | |
US6175109B1 (en) | Encoder for providing incremental and absolute position data | |
JPH1114404A (ja) | 光学式ロータリエンコーダ | |
JP2690680B2 (ja) | 光電式エンコーダ | |
JPH04157319A (ja) | 影絵パターンを利用するエンコーダ | |
WO1998037383A1 (fr) | Codeur optique | |
US5694218A (en) | Optical encoder including a plurality of phase adjusting gratings | |
US7026604B2 (en) | Vernier-scaled high-resolution encoder | |
JP2007147612A (ja) | リング構成のフォトダイオードアレイ、及び該フォトダイオードアレイを利用した光学エンコーダ | |
US6759647B2 (en) | Projection encoder | |
JP2941953B2 (ja) | 基準位置の検出方法および回転検出計 | |
JP3738742B2 (ja) | 光学式絶対値エンコーダ及び移動装置 | |
US20220178722A1 (en) | Optical encoder | |
JPH08233608A (ja) | 光学式エンコーダ | |
JPH11142187A (ja) | ロータリエンコーダ | |
JP7475973B2 (ja) | 光学式エンコーダ及び制御装置 | |
KR20210097192A (ko) | 광학식 로터리 인코더, 서보모터 및 액추에이터 | |
JP2750618B2 (ja) | 光学式変位検出装置 | |
JPS61167815A (ja) | 光学式ロ−タリエンコ−ダ | |
JPH0715376B2 (ja) | 回転角検出装置 | |
JPS63169519A (ja) | 光学式ロ−タリエンコ−ダ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AK | Designated states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
|
AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 09171564 Country of ref document: US |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 1998904415 Country of ref document: EP |
|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
WWP | Wipo information: published in national office |
Ref document number: 1998904415 Country of ref document: EP |