JPH01156621A - 光電式エンコーダ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、モアレ縞を利用した光電式エンコーダに関す
るものである。

〔従来の技術〕

第５図は、モアレ縞を利用した光電式エンコーダの一般
的な構成を示す断面図である。光源１と受光部２との間
には、移動スリット板３および固定マスク４が介在して
おり、これらによって光電式エンコーダが構成されてい
る。受光部２は、４個の受光素子６ａ〜６ｄによって構
成されている。

移動スリット板３は図示省略した移動体と共にＸ方向に
移動可能となっておりその移動方向に一定ピッチでスリ
ットが穿設されている。固定マスク４は受光部２が格納
されている筐体５の開口部に固定されている。

第６図は、受光素子６ａ〜６ｄ、移動スリット板３およ
び固定マスク４の位置関係を２方向から見た図であり、
移動スリット板３に設けられたスリット１１と固定マス
ク４に設けられたスリット１２との間には僅かな角度が
付けられている。梨地で示した部分すなわち、スリット
１１とスリット１２の重なった部分がモアレ縞であり、
この領域においてのみ光源１からの光が受光部２に到達
する。

かかる構成において、移動スリット板３がＸ方向に移動
するとモアレ縞がＹ方向に移動するのでその移動を受光
素子６　ａ　−ｄで検出することにより移動スリット板
３の移動の様子を知ることができる。このようなモアレ
縞を利用した光電式エンコーダは、移動スリット板３と
受光素子６ａ−ｄとの厳密な位置合せが不要であり、ス
リットの作製に際してもあまり高い精度が要求されない
等の利点を有している。

従来は、受光部２として４個の受光素子６ａ〜ｄがモア
レ縞の１ピッチの範囲に等間隔に配列されていた。つま
り、空間的に９０°　（３６０’／４）の位相差を持た
せて配置されていた。そして、受光素子６　ａ　−ｄの
出力電流は、第７図に示すようにそれぞれ電流／電圧変
換アンプ１３ａ−ｄで電圧値に変換され、電流／電圧変
換アンプ１３ａの出力信号と電流／電圧変換アンプ１３
ｃの出力信号、および、電流／電圧変換アンプ１３ｂの
出力信号と電流／電圧変換アンプ１３ｄの出力信号がそ
れぞれ比較器１４ａおよび１４ｂで比較され、第８図に
示すように、互いに９０°位相のずれた２確信号Ｓａお
よびｓｂを得る。この２つの信号Ｓａおよびｓｂの変化
から移動スリット板３の移動量および移動の向きを知る
ことができる。なお、空間的に９０°位相をずらして配
置された２つの受光素子の出力を適当なしきい値で２値
化しても信号Ｓａおよびｓｂと同様の信号を得ることが
できるが、その場合には光源１のＤＣ変動等による不具
合が生じる。そこで、上述のように空間的に互いに１８
０’位相のずれた受光素子の出力信号同士を比較するこ
とによって、安定したデユーティ比の信号を得ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来の光電式エンコーダでは、その出力信号
Ｓａおよびｓｂは、移動スリット板３のスリット１１の
１ピッチの移動に対して１周期変化する。したがって、
この２確信号のままでは、光電式エンコーダの分解能は
移動スリット板３に設けられたスリット１１の１ピッチ
の移動に対して１パルスの出力となっている。

一方、分解能を向上させるために、公知の逓倍化処理に
よって４逓倍化されたパルス信号を得ることが可能であ
り、この処理を行うことによって、移動スリット板３の
１ピッチの移動に対して４パルス出力とすることができ
る。しかし、２値化出力からの逓倍化処理も４パルス出
力とするところまでが限界であり、これ以上の分解能を
得たい場合には、移動スリット板３と固定マスク４のス
リットピッチを小さくする以外になかった。

しかし、移動スリット板３および固定マスク４に設けら
れるスリット１１およびスリット１２のピッチが狭小に
成ればなるほど、その製作困難性は増大し、コスト的に
も問題であった。また、狭小なピッチを実現するために
は、移動スリット板３や固定マスク４そのものを薄くし
なければならず、移動スリット板３の強度の問題や振動
の問題が生じる。

〔問題を解決するための手段〕

本発明の光電式エンコーダは、上記問題点に鑑みて為さ
れたものであり、受光部を、前記固定マスクと平行な面
において前記移動スリット板の移動方向に対して垂直な
方向に前記モアレ縞の１ピッチにわたって一定のピッチ
で配列される２ｎ（ｎはｎ≧３の整数）個の受光素子で
構成し、互いに１８０°位相の異なる受光素子同士の出
力化号を比較してその大小関係を示す２　　値信号を得
るものである。

〔作用〕

ｎ−１ 得られた２　　通りの２値化号は、周期が等しｎ−２０ く、互いに（９０／２　　　）　　位相の異なる信号と
なる。これらの信号を適当に論理処理することにより、
これらの２値化号の周期の１／２　　の周期を有し、互
いに９０°位相の異なる２組の論理信号を得る。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例である光電式エンコーダの
断面図であり、第５図と同−若しくは相当部分には同一
の符号を付しである。本実施例の最も特徴的な部分は、
受光部２の構成にある。すなわち、本実施例では、受光
部２として、２３個すなわち８個の受光素子２０ａ−ｈ
がＹ方向に配列されている。第２図は、移動スリット板
３、固定マスク４および受光素子２０ａ−ｈの２方向か
らみた位置関係を示す平面図である。同図において、モ
アレ縞は移動スリット板３のスリット１１と固定マスク
４のスリット１２により作られ、第２図の梨地の部分に
おいて光源１からの光が受光素子２０ａ−ｈに照射され
る。８個の受光素子２０　ａ　−ｈのピッチは、モアレ
縞のピッチの１／８のピッチで配列されている。すなわ
ち、受光素子２０　ａ　−ｈは、互いに３６０°／８−
４５＠位相の異なる光を受光する。

第３図は、本実施例の信号処理部であり、２１ａ−ｈは
それぞれ電流／電圧変換アンプ、２２ａ−ｄはそれぞれ
比較器、２３ａ、２３ｂはそれぞれ排他的論理和回路で
ある。互いに１０００位相のずれた光を受光する受光素
子同士を組み合わせ、各組毎にそれぞれ受光素子の出力
が比較器２２ａ−ｄに入力される。さらに、比較器２２
ａと比較器２２ｃの出力信号が排他的論理和回路２３ａ
に、また、比較器２２ｂと比較器２２ｄの出力信号が排
他的論理和回路２３ｂに入力されている。

次に、本実施例の動作を第４図のタイミングチャートを
用いて説明する。

いま、移動スリット板３がＸ方向に一定速度で移動して
いるものとする。移動スリット板３がスリット１１の１
ピッチ分だけ移動すると、モアレ縞がＹ方向に１ピッチ
移動し、各受光素子２０ａ〜ｈは照射光量の変化に応じ
た電流を出力する。

これらの出力電流は電流／電圧変換アンプ２１ａ〜ｈに
より、電圧に変換される。第４図（Ａ）は、電流／電圧
変換アンプ２１ａおよび電流／電圧変換アンプ２１ｅの
出力電圧を示す波形図であり、この２つ信号は互いに１
８０’位相のずれた信号となっており、比較器２２ａに
おいて比較される。

比較結果すなわち比較器２２ａの出力信号は、同図（Ｂ
）に示すようなデユーティ比の安定した２値化号となり
、その周期はモアレ縞の変化の周期に対応している。

同様に、電流／電圧変換アンプ２１ｂと電流／電圧変換
アンプ２１ｆの出力が比較器２２ｂで比較され、電流／
電圧変換アンプ２１ｃと電流／電圧変換アンプ２１ｇの
出力が比較器２２ｃで比較され、さらに、電流／電圧変
換アンプ２１ｄと電流／電圧変換アンプ２１ｈの出力が
比較器２２ｄで比較され、各比較器２２ｂ−ｄから同図
（Ｃ）〜（Ｅ）に示すような互いに４５＠位相のずれた
２値化号を得る。

このようにして得られた４つ２値化号のうち、互いに９
０″位相のずれた信号同士が排他的論理和回路２３ａお
よび２３ｂに入力され、第４図（Ｆ）および（Ｇ）に示
すような２値化号Ｓ１、Ｓ２を得る。この２つの信号Ｓ
１、Ｓ２は、モアレ縞の移動周期の１７２の周期、すな
わち、移動スリット板３のスリット１１の移動周期の１
７２の周期で変化し、互いに９０°位相のずれた論理信
号となる。

この２つの論理信号Ｓ１、Ｓ２を光電式エンコーダの出
力として、公知の４逓倍を行うことによって、従来はス
リットピッチの１／４が限界であった分解能をスリット
ピッチの１／８にまで高めることができる。

なお、本実施例では、受光素子の数を８個、すなわち２
３個として、信号Ｓ１、Ｓ２の周期を移動スリット板３
のスリット１１の移動周期の１／２　　とし、分解能を
従来の２倍としているが、受光素子を２°　（ｎは４以
上の整数）個とすれば、さらに分解能を高めることがで
きる。例えば、ｎ−４とすれば、光電式エンコーダとし
ての出力信号Ｓ１、Ｓ２の周期を、移動スリット板３の
スリット１１の移動周期の１／２　　とすることができ
、実施例のように４逓倍処理を行えば、分解能を従来の
４倍すなわちスリットピッチの１／１６とすることがで
きる。

また、本実施例の受光部２は、受光素子２０ａ〜２０ｈ
を支持基板に載置した構成となっているが、これら受光
素子を電気的に絶縁して同一半導体基板上に一体に形成
して受光素子アレイとしてもよい。このようにすれば、
受光素子の形成時にその配列ピッチも正確に定められる
ため、受光素子同士の位置合せを別途行う必要がなくな
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光電式エンコーダによれ
ば、移動スリット板のスリットの移動層期の１　／　２
　　　（ｎ　＝　３以上の整数）の周期を持ち、互いに
９０°位相のずれた２つの論理信号を得ることができる
ので、従来と同一ピッチの移動スリット板および固定マ
スクを利用したまま分解能を２　　倍に高めることがで
きる。換言すれば、精度の高い高価な移動スリット板を
用いることなく高い分解能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図はその
平面図、第３図は本実施例の信号処理回路を示す回路図
、第４図はその動作を示すタイミングチャート、第５図
は従来の光電式エンコーダを示す断面図、第６図はその
平面図、第７図は従来の光電式エンコーダの信号処理回
路を示す回路図、第８図はその動作を示すタイミングチ
ャートである。 １・・・光源、２・・・受光部、３・・・移動スリット
板、４・・・固定マスク、１１．１２・・・スリット、
２０ａ〜２０ｈ・・・受光素子、２１ａ〜２１ｈ・・・
電流／電圧変換アンプ、２２ａ〜２２ｄ・・・比較器、
２３ａ。 ２３ｂ・・・排他的論理和回路。 特許出願人　　浜松ホトニクス株式会社代理人弁理士　
　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　　　塩　　　１
）　　辰　　　也第１図 第２図 第３図 実施例のタイミングチャート 第４図 従来の光電式エンコーダの断面図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 受光部と、その前方において固定され一定のピッチでス
   リットが穿設されている固定マスクと、この固定マスク
   のさらに前方に固定配置された光源と、前記固定マスク
   に穿設されたスリットの配列方向に移動可能に設けられ
   移動方向に一定のピッチでスリットが穿設された移動ス
   リット板とを備え、固定マスク上のスリットと移動スリ
   ット板上のスリットとが固定マスクに垂直な方向から見
   て所定の角度を持つように穿設されることよって前記受
   光部上にモアレ縞を発生させ、前記受光部の検出出力か
   ら前記移動スリット板の移動を検出する光電式エンコー
   ダにおいて、 前記受光部は、前記固定マスクと平行な面において前記
   移動スリット板の移動方向に対して垂直な方向に前記モ
   アレ縞の１ピッチにわたって一定のピッチで配列される
   ２＾ｎ（ｎはｎ≧３の整数）個の受光素子で構成され、
   互いに１８０°位相の異なる受光素子同士の出力信号を
   比較してその大小関係を示す２＾ｎ＾−＾１通りの２値
   信号を得ることを特徴とする光電式エンコーダ。