JPH0333614A - ３トラック式エンコーダ - 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、回転体に取付けられたコード板の回転角度に
応じた信号を出力するエンコータに関するものである。

詳述するとスリットの１へラック数が３つであるエンコ
ーダに関するものである。

〈従来の技術〉 第５図に示す如く、スリット４ｂと光の遮蔽部４ａが交
互に配列されたコード板４に、光源２から散乱光を照射
すると、コード板４の後側にスリットの周期ごとにこれ
に対応した周期の正弦波状の照度分布が発生する。この
正弦波の位相θは、コード板が移動するとこの移動に従
って変化する。この原理を利用して、コード板の後側に
受光アレイ５ａを固定配置して、この正弦波状の光の位
相θを検出し、この位相θをもってコード板の回転角度
の測定を行う光学式エンコーダが広く知られている（例
えば特願昭６２−７００７８Ｂ）。

なお、第５図において、受光アレイ５ａは、４個の光電
変換素子１１１〜旧にて構成され、この４個の光電変換
素子旧〜］１４は、正弦波状の照度分布の１周期を４等
分するような位置に配置される。

以上のようなエンコーダにおいては、スリットの１周期
を１周期の正弦波照度分布に置換え、これを光電変換素
子Ｈ１〜１１４で電気信号１１〜１４へ変換しているの
で、この正弦波照度分布に歪みが多いと、測定誤差が増
大する。

ここで、円周」二に１列のスリットが配列された１トラ
ツクのコード板においては、歪みの少ない正弦波照度分
布となるように構成することは、容易である。

しかし、第４図に示すようにスリット数か異なる３１〜
ラツクのコード板において、共通の光源につき３つ生じ
る照度分布波形の総べてを歪みの少ない正弦波にするこ
とは、困難なことである。

本発明に係るエンコータのコード板は、第４図に示すよ
うな３トラツクのコード板であるので、３トラツクのコ
ード板の作用 ３トラツクの場合、３つの照度分布波形を総べて歪みの
少ない正弦波にすることが困難な理由を説明する。

（ａ）３トラツクのコード板の作用 ３トラツクのエンコーダは、特願昭５９−２２９６２９
号に記載されているが本発明を分り易くするため要部を
説明する。最大半径のスリット−列Ａのスリツト一数は
、ｎａ（＝ｎ個）であり、次の半径のスリットＢのスリ
ット−数は、ｎｂ（−ｎ−Ｉｎ　）個であり、最小半径
のスリット−Ｃのスリット数は、ｎｃ（−ｎ−ｎ＋−１
）個である。ここで、ｎ　＝　ｋ　ｍなる関ｆ系があり
、ｋ、ｎ、ｍは、自然数である。

光源２から散乱光をコード板４に照射する。この照射さ
れた光束は、共通にスリツト一列Ａ、Ｂ。

Ｃに照射される幅に予め設定されているので、各スリッ
ト列Ａ、Ｂ、Ｃの後側には、それぞれ正弦波状照度分布
か生じる。受光センサ５は、３つの受光アレイを同一平
面上に備えており、スリットを通過してきた光を受光す
る。即ち、受光アレイ５ａは、スリット列Ａの裏側に生
じる光強度分布を検出するものであり、受光アレイ５ｂ
は、スリブ１へ列Ｂの裏側に生じる光強度分竹ｊを検出
するものであり、受光アレイ５ｃはスリット−列Ｃの裏
側に生じる光強度分布を検出するものである４ 第４図のコード板４を１回転させると、スリットＡには
、ｎ個のスリットか設けられているので、受光アレイ５
ａには、ｎ周期の正弦波が検出される。

またスリット−Ｂには、（ｎ−Ｉｌｌ）個のスリットが
設けられているので、受光アレイ５ｈには、（ｎ−ｒｒ
ｌ）周期の正弦波が検出される。同様に受光アレイ５ｃ
には、（ｎ−ｎ＋−１）周期の正弦波か検出される。

そしてこの３つの受光アレイから得られた信号に演算を
加えることで、コード板４のアブソリュトの角度を測定
できることが広く知られている。

説明を加えれは、スリット列Ａからの信号により３６０
゛をｎ等分し、この３６０／ｎの中（例えばｎ−１８０
であれば２°）を極めて高い分解能で角度測定すること
かできる（特願昭６２−７００７８号）。

また、この２°が３６０°中、どの位置に該当するかを
スリッ１〜列Ｂ、Ｃで特定している（例えば特願昭５９
−２２９６２９号）。

（ｂ）３１−ラックの場合、３つの照度分布波形を総べ
て歪みの少ない正弦波にすることか困難な理由この理由
を第６図〜第８図を用いて説明する。

第６図は、光源体２１とスリット列Ａと受光アレイ５ａ
の関係、第７図は、光源体２１とスリブ１へ列Ｂと受光
アレイ５ｂの関係、第８図は、光源体２１とスリット列
Ｃと受光アレイ５ｃの関係を示す図である。

第６図〜第８図において、２１は光源体であり、例えば
第４図の光源２の光を受けこれを散乱光にして各スリッ
ト列Ａ、Ｂ、Ｃへ共通に照射するものである。寸法−１
はマスクにより規定される。

各スリット列Ａ、Ｂ、Ｃは同一コード板４上に設けられ
、各受光アレイ５ａ、　５ｂ、　５ｃも受光センサ５の
同一平面上に設けられ、光源体２１も共通であるため、
光源体２１とコード板４との距ＡＩｏＬ、コド板４と各
受光アレイとの距離ＤＰは、第６図〜第８図において同
一の値となる。

ここでスリット数ｎａ個のスリット列Ａにおけるスリッ
ト−ピッチＰａの時、第６図に示す位置関係となるよう
に、距ＭＯＬ、　ＤＰを定めることができる。

この第６図は図に示す光線［１と［２が調度受光アレイ
５ａの所で交差するようになっており、受光アレイ５ａ
上に形成される照度分布は、歪みの少ない正弦波にする
ことができる。

一方、第７図と第８図に示すスリット列Ｂ、Ｃについて
は、スリット列Ａとはスリット数が異なると同時に、同
心円を形成する半径も異なるので、一般にスリットピッ
チ（スリット列ＢのスリットピッチをＰｂ、スリット列
ＣのそれをＰｃ・・・第７図。

第８図参照）か異なる。即ち、Ｐａ〜ｐｂ〜Ｐｃである
。

従って、スリットピッチＰａの時、調度光線Ｅｌと［２
が受光センサ上で交差するようにセットしたわけである
から、Ｐａ（Ｐｂである第７図では、受光アレイ５ｂ上
で、光の当たらない部分Ｈｌか存在し、図に示すような
歪みの多い照度分布となる。

また、Ｐａ＞Ｐｃである第８図では、受光アレイ５ｃ上
で、二重に光の当たる部分Ｈ２が存在し、図に示すよう
な歪みの多い照度分布となる。

従ってスリッｌ〜列Ｂ、Ｃの信号から得られる角度測定
には多くの誤差が含まれる。

〈発明が解決しようとする課題〉 このようなスリットピッチの異なる複数のスリット列を
有するエンコーダの問題点を解決するため本出願人は、
特願昭６３−２２８９８５号の出願を行った。この出願
は、光源から受光素子に至るまでの光路中に屈折率が異
なる補正板〈例えばガラス〉を挿入し、見掛け」二の光
路長を各受光アレイことに調整するようにしたものであ
る。この出願によれば、各受光アレイにて歪みの少ない
正弦波の照度分布を得ることができるか、補正板を必要
とする。

本発明の目的は、補正板を必要とすることなく歪みの少
ない正弦波照度分布を各受光アレイ上に得ることができ
る３　１−ラック式エンコーダを提供することである。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、上記課題を解決するために スリット数ｎａ個のスリット列Ａと、スリット数ｎｂ個
のスリット列Ｂと、スリッＩ・数ｎｃ個のスリット列Ｃ
を回転軸を中心とした３つの同心円上にそれぞれ配列し
、各スリット列Ａ、Ｂ、Ｃのスリット周期（Ｐａ、　Ｐ
ｂ、　Ｐｃ）を等しくしたコード板と上記３つのスリッ
ト列に共通に散乱光を照射する光源体と、 スリット列Ａを通過した光を受光する受光アレイ（５ａ
）と、スリット列Ｂを通過した光を受光する受光アレイ
（５ｂ）と、スリット列Ｃを通過した光を受光する受光
アレイ（５ｃ）と、を同一面上に配置した受光センサと
、 を備え、この受光センサがらの信号に基づきコド板の回
転角度に対応した信号を出力するようにしたものである
。

く作用〉 同心円状の３つのスリット列Ａ、Ｂ、Ｃのスリットピッ
チＰａ、　Ｐｂ、　Ｐｃが皆等しくなるように同心円の
半径ｒａ、　ｒｂ、　ｒｃと、スリット数ｎ　ａ　＋　
ｎ　ｂ　。

ｎｃを設定しであるので、発生する３つの照度分布をど
れも歪みの少ない正弦波にすることができる。

〈実施例〉 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係るエンコーダのコード板の一実施例
を示す図、第２図は本発明に係るエンコダの光源体とコ
ード板と受光アレイの位置関係を示す図、第３図は測定
誤差のシミ、ニレ−ジョンしたデータを示す図である。

拡散光源２１を用いて、受光アレイ上に正弦波の照度分
布を発生させるには、スリットピッチに対して、光源体
の長さと、受光アレイの長さと、光源体とコード板の距
１ｌＤＬと、コード板と受光アレイの距離ＤＰとが幾何
学的に決定される。

第２図は本発明において、光源体２１と、コード板４の
スリット列Ａと、受光アレイ５ａの位置関係を示す図で
ある。ここで光源体２１の長さを１−しスリットピッチ
をＰａ、受光アレイ５ａの長さをＩＰとする。

第２図は拡散光源体２１からの光が調度受光アレイ５ａ
上に正弦波照度分布ｊとなる関係に１ｉ′＋１いである
。

第２図から幾何学的に次式の関係が導がれる。

ＬＬ＝　Ｉ　　（ＯＬ＋ＤＰ）　／ＤＰ）　　−Ｐａ／
２　　　　　　　（１）ここで、もし第７図、第８図の
ように上式の関係がくずれると、照度分布の歪みが増大
し、誤差がふえる、拡散光源２１を各トラックＡ、Ｂ、
Ｃで共有する場合、第２図の距離ＤＬ、　ＤＰは、１つ
のトラックのスリツトピツチに合わせて設計するため、
他のトラックでは上記関係がくずれてしまう。

しかし、本発明では３つのトラックピッチＰａＰｂ、　
Ｐｃか、皆等しくなるように設定している。これを以下
に説明する。

第１図において、スリット列Ａはスリット数ｎａであり
、回転軸の中心Ｏからの距離はｒａである。

また、スリット列Ｂはスリット数ｎ１．であり、回転軸
の中心０からの距離はｒｂである。スリット列Ｃはスリ
ット数ｎｃであり、回転軸の中心０からの距離はｒｃで
ある。

第１図より、各スリット列Ａ、Ｂ、Ｃのスリットピッチ
は、次式で表わされる。

Ｐａ＝　２ｙｒ　ｒａ／　ｎ　ａ（２）Ｐｂ＝　２πｒ
ｂ／　ｎ　ｂ　　　　　　　　　　　　　（３）Ｐｃ　
＝　２ｙｒ　ｒｃ／　ｎ　Ｃ（４）スリット数の多い１
〜ラック程外周に配置して、かつスリット数も選択する
ことでスリットピッチＰａ。

１ Ｐｂ、　Ｐｃを同一値にすることができる０例えは各ス
リブ）〜数ｎａ　＋　ｎｂ　、ｎＣか決定されると、Ｐ
ａｐｂ＝　ｐｃ　　となるようにそれぞれの半径ｒａ、
　ｒｂ、　ｒｃを定める。

以上は、理論上Ｐａ＝　Ｐｂ＝　Ｐｃ　　に設定できる
旨の説明であるが、このような３１−ラックのエンコタ
を安価に製品化するには以下の方策が有効である。

本発明において、光源体２１は、共通に３つのスリット
列Ａ、Ｂ、Ｃに光を照射する必要がある。

一方、成るスリット数ｎａ、ｎ１．．ｎｃの組合せ条件
の下で、Ｐａ＝　Ｐｂ＝　Ｐｃとするため第１図の半径
ｒａ、　ｒｂ、　ｒｃの値の差が大きくなったとする。

その結果、市販されている光源（発光タイオード）の光
束では、３つのスリット列Ａ、Ｂ、Ｃを共通に照射でき
ない場合もありえる。この場合、発光タイオードのメー
カに特別注文すれば、Ｐａ＝　Ｐｂ＝　Ｐｃであるエン
コーダを製品化できるか、このようなエンコータは高価
となる。

逆に、Ｐａ＝　Ｐｂ＝　Ｐｃとするため第１図の半径ｒ
ａ。

　２ ｒｂ、　ｒｃの値の差が非常に小さくなり、スリットの
窓幅ｄ１４（ｍ１図参照）の取り得る値が狭くなったと
する。従って、スリットの窓面積が小さくなるのでこれ
を通過する光量が減少し、その結果、市販されている受
光アレイの素子（例えばホトダイト）では感度不足とな
る場合もあり得る。この場合も高感度のホトダイードを
特別注文すれば所望のエンコーダを製品化できるが、こ
のようなエンコーダは高価となる。

第３図はスリブ１−ピッチの最適値（Ｐａ＝　Ｐｂ＝　
Ｐｃ　）からのずれによる誤差の増加をシミヱレーショ
ンしたデータである。横軸はスリットピッチの最適値か
らのずれを％で表わしたものである。即ち、横軸は （（Ｐ’−Ｐ）／Ｐ　）・　１００ の値である。

ここで　Ｐｏ：最適値 Ｐ：実際の値 一方、縦軸は１ピツチ内の誤差を表わしている。

説明を加えると、例えば誤差０．００２とは、１ピツヂ
内での誤差が２／１０００　　であることを意味してい
る。具体的に説明すると、例えばスリット数が１８０個
あるスリット列の場合、］ピッチの角度は３６０／１８
０−２゛である。ずなわち、角度２°を２／１０００　
　の細かさで測定できることを意味している。

第３図のデータから分るように、スリットピッチの最適
値から、たとえズしたものであっても充分分解能の高い
製品を実現することができる。

すなわち、本発明は、Ｐａ＝　Ｐｂ＝　Ｐｃ　　となる
ように目指して各スリット列を構成するが、厳密な最適
値とならなくてもよい４例えばｆｋ′ｉＭ値から±５％
のズレがあっても、その誤差は、１ピツチの０、００２
以下であり、この測定精度は、現時点で世界の最高クラ
スのものである。

なお、第４図では光源と受光センサを１対の例で図示し
たが、通常は、回転軸を中心とする点対称の位置にもう
１対の光源と受光センサを設ｃ−ｔている。

また、受光アレイ５ａ、　５ｂ、　５ｃの出力信号をも
とにしてコード板４の回転角度θに応じた信号を出力す
る回路は、公知の回路を使用できる（例えば特願昭５９
−２２９６２９号、特願昭６２−７００７８号）。従っ
て、本明細書では、この部分の回路説明を省略した。

く本発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、特願昭６３２２８９
８５号の補助板を必要とすることなく、極めて高い分解
能の３トラック式エンコータを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る３トラック式エンコータのコード
板の一実施例を示す図、第２図は本発明に係るエンコー
ダの光源体とコード板と受光アレイの位０関係を示す図
、第３図は測定誤差のシミニレ−ジョンデータを示す図
、第４図は３１−ラック式エンコーダのコード板周辺の
位置関係を示す斜視図、第５図は照度分布と受光アレイ
の関係を示す図、第６図〜第８図は照度分布に波形歪み
が現れる理由を説明する図である。 ５ ２１・・・光源体、 ４・・・コ ド板、 ５・・・受光センサ、 ５ａ。 ５ｂ。 ５ｃ・・・受光アレイ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 スリット数ｎａ個のスリット列Ａと、スリット数ｎｂ個
   のスリット列Ｂと、スリット数ｎｃ個のスリット列Ｃを
   回転軸を中心とした３つの同心円上にそれぞれ配列し、
   各スリット列Ａ、Ｂ、Ｃのスリット周期（Ｐａ、Ｐｂ、
   Ｐｃ）を等しくしたコード板と、上記３つのスリット列
   に共通に散乱光を照射する光源体と、 スリット列Ａを通過した光を受光する受光アレイ（５ａ
   ）と、スリット列Ｂを通過した光を受光する受光アレイ
   （５ｂ）と、スリット列Ｃを通過した光を受光する受光
   アレイ（５ｃ）と、を同一面上に配置した受光センサと
   、 を備え、この受光センサからの信号に基づきコード板の
   回転角度に対応した信号を出力する３トラック式エンコ
   ーダ。