JPH04157319A - 影絵パターンを利用するエンコーダ - Google Patents
影絵パターンを利用するエンコーダInfo
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- JPH04157319A JPH04157319A JP28253790A JP28253790A JPH04157319A JP H04157319 A JPH04157319 A JP H04157319A JP 28253790 A JP28253790 A JP 28253790A JP 28253790 A JP28253790 A JP 28253790A JP H04157319 A JPH04157319 A JP H04157319A
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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】
［産業上の利用分野コ
本発明は影絵パターンを利用するエンコーダに関する。
［従来の技術］
線状光源からの光束を格子パターンに照射することによ
り格子パターンに対応する影絵パターンを発生させ、格
子パターンの移動に伴う影絵パターンの変位を光センサ
ーにより検出して格子パターンの移動量を測定する方法
が知られている（特開平１−２９７５１３号公報）。
り格子パターンに対応する影絵パターンを発生させ、格
子パターンの移動に伴う影絵パターンの変位を光センサ
ーにより検出して格子パターンの移動量を測定する方法
が知られている（特開平１−２９７５１３号公報）。
本発明は上記影絵パターンを利用するので、以下に先ず
影絵パターンに就き簡単に説明する。
影絵パターンに就き簡単に説明する。
第４図に於いて符号１０は線状光源、符号１２は格子パ
ターン、符号１４はスクリーンを示している。
ターン、符号１４はスクリーンを示している。
格子パターンは透過率変化もしくは反射率変化が１方向
に単周期的に繰り返されたものであるが、第４図に示す
格子パターン１２は図の上下方向に透過率変化が単周期
的に繰り返されたものである。
に単周期的に繰り返されたものであるが、第４図に示す
格子パターン１２は図の上下方向に透過率変化が単周期
的に繰り返されたものである。
格子パターンに関して、透過率変化もしくは反射率変化
が「単周期的に繰り返される方向」を「格子配列方向」
と呼ぶ。第４図では図の上下方向が格子パターン１２の
格子配列方向である。格子パターン１２は格子ピッチ、
即ち格子配列方向における透過率変化の周期としてξを
持つ。
が「単周期的に繰り返される方向」を「格子配列方向」
と呼ぶ。第４図では図の上下方向が格子パターン１２の
格子配列方向である。格子パターン１２は格子ピッチ、
即ち格子配列方向における透過率変化の周期としてξを
持つ。
線状光源１０は、格子パターン１２の格子配列方向に長
さｄを有する。線状光源としては例えば、Ａ Ｉ Ｇ
ａ Ａ ｓやＧ ａ Ａ ｓ等の半導体レーザーの発光
部を格子配列方向と平行にしたものが好適であるが、こ
の例では発光部が直径ｄを持つ円形状のものである。
さｄを有する。線状光源としては例えば、Ａ Ｉ Ｇ
ａ Ａ ｓやＧ ａ Ａ ｓ等の半導体レーザーの発光
部を格子配列方向と平行にしたものが好適であるが、こ
の例では発光部が直径ｄを持つ円形状のものである。
線状光源１０からの光束を格子パターン１２に照射する
と、格子パターン１２の各被照射部から回折光Ｌ□Ｔ
ＬＺＰ Ｌ３＋ Ｌ４ｔ Ｌ５等が発生する。
と、格子パターン１２の各被照射部から回折光Ｌ□Ｔ
ＬＺＰ Ｌ３＋ Ｌ４ｔ Ｌ５等が発生する。
そして、これら回折光同志が干渉する領域には符号２０
で示すような干渉縞が現れる。
で示すような干渉縞が現れる。
線状光源１０の長さｄと格子パターン１２の格子ピッチ
ξが、 （１／１０）≦（ｄ／ξ）≦２ （１）なる条件を満
足するとき上記干渉縞２０を「影絵パターン」と呼ぶ、
この影絵パターンは、恰も線状光源１０の位置に理想的
な点光源を置き、格子パターン１２を幾何光学的な影絵
として拡大したかのように発生する。即ち線状光源１０
と格子パターン１２の距離及び格子パターン１２とスク
リーン１４の距離を、それぞれ図のようにｂｌ、ｂ。
ξが、 （１／１０）≦（ｄ／ξ）≦２ （１）なる条件を満
足するとき上記干渉縞２０を「影絵パターン」と呼ぶ、
この影絵パターンは、恰も線状光源１０の位置に理想的
な点光源を置き、格子パターン１２を幾何光学的な影絵
として拡大したかのように発生する。即ち線状光源１０
と格子パターン１２の距離及び格子パターン１２とスク
リーン１４の距離を、それぞれ図のようにｂｌ、ｂ。
とすると、影絵パターン２０は格子パターン１２を格子
配列方向に（（ｂ１＋ｂ、）／ｂｌ）倍に拡大したもの
となる。しかも線状光源１０を固定して格子パターン１
２をその格子配列方向に移動させると影絵パターン２ｏ
も格子パターン１２と影絵関係を保ったまま格子パター
ン１２と同方向に変位する。従って格子パターンの移動
量りは影絵パターン２ｏにより（（ｂ １＋ ｂ ｚ
＞ ／ｂ ｌ＞ Ｄに拡大することができ、影絵パター
ンを利用すると格子パターン自体の極めて微小な変位を
高精度に測定できるのである。
配列方向に（（ｂ１＋ｂ、）／ｂｌ）倍に拡大したもの
となる。しかも線状光源１０を固定して格子パターン１
２をその格子配列方向に移動させると影絵パターン２ｏ
も格子パターン１２と影絵関係を保ったまま格子パター
ン１２と同方向に変位する。従って格子パターンの移動
量りは影絵パターン２ｏにより（（ｂ １＋ ｂ ｚ
＞ ／ｂ ｌ＞ Ｄに拡大することができ、影絵パター
ンを利用すると格子パターン自体の極めて微小な変位を
高精度に測定できるのである。
線状光源１０の、第４図の図面に直交する方向の寸法は
特に制限がない。また線状光源から格子パターンに照射
する光はコヒーレント光が理想的であるが、ＬＥＤのよ
うな光源からのインコヒーレントな光束でも、第５図に
示すような長さｄを持つスリット（同図（１））や、長
径もしくは短径がｄであるような楕円状開口を持つアパ
ーチュア（ＩＩ）、あるいは直径がｄであるような円形
の開口を持つアパーチュア（ＩＩＩ）を介して取り出し
て格子パターンに照射すると、上記ｄと格子ピッチξと
の関係が上記（１）を満足すれば影絵パターンを発生さ
せることができる。
特に制限がない。また線状光源から格子パターンに照射
する光はコヒーレント光が理想的であるが、ＬＥＤのよ
うな光源からのインコヒーレントな光束でも、第５図に
示すような長さｄを持つスリット（同図（１））や、長
径もしくは短径がｄであるような楕円状開口を持つアパ
ーチュア（ＩＩ）、あるいは直径がｄであるような円形
の開口を持つアパーチュア（ＩＩＩ）を介して取り出し
て格子パターンに照射すると、上記ｄと格子ピッチξと
の関係が上記（１）を満足すれば影絵パターンを発生さ
せることができる。
影絵パターンを利用すると上記の如く格子パターンの移
動量を高精度に測定できるから、影絵パターンを利用し
て極めて制度の高いエンコーダを実現できる。
動量を高精度に測定できるから、影絵パターンを利用し
て極めて制度の高いエンコーダを実現できる。
影絵パターンの発生する領域を「パターン領域」と呼ぶ
。第４図ではパターン領域はラグビーボールを重ねたよ
うな状態になっているが、これは線状光源の発光部が直
径ｄの円形状であるためである。即ちこの場合、格子パ
ターンによる回折光の光束断面形状が円形状となるため
それらが干渉するべく重なり合う領域の形状がラグビー
ボール状になるのである。
。第４図ではパターン領域はラグビーボールを重ねたよ
うな状態になっているが、これは線状光源の発光部が直
径ｄの円形状であるためである。即ちこの場合、格子パ
ターンによる回折光の光束断面形状が円形状となるため
それらが干渉するべく重なり合う領域の形状がラグビー
ボール状になるのである。
線状光源として、長軸径がｄであるような楕円状の発光
部を持つものを用いると、パターン領域は第５図に示す
ような寸のつまったラグビーボール形状になる。
部を持つものを用いると、パターン領域は第５図に示す
ような寸のつまったラグビーボール形状になる。
［発明が解決しようとする課題］
上記のような影絵パターンを利用するエンコーダでも、
測定の精度は影絵パターンの変位を検出する光センサー
からの信号のＳ／Ｎ比に左右される。光センサー出力の
Ｓ／Ｎ比を高くするには光センサーの受光面の大きさを
影絵パターンの明部の大きさと略等しくすればよいが、
これを実現するのは必ずしも容易ではない。
測定の精度は影絵パターンの変位を検出する光センサー
からの信号のＳ／Ｎ比に左右される。光センサー出力の
Ｓ／Ｎ比を高くするには光センサーの受光面の大きさを
影絵パターンの明部の大きさと略等しくすればよいが、
これを実現するのは必ずしも容易ではない。
また単一の受光部の光センサーを用いると振動や衝撃に
より光センサーの位置がずれると影絵パターンの変位検
出精度が劣化する恐れもある。
より光センサーの位置がずれると影絵パターンの変位検
出精度が劣化する恐れもある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
影絵パターンを利用した精度の良いエンコーダの提供を
目的とする。
影絵パターンを利用した精度の良いエンコーダの提供を
目的とする。
［課題を解決するための手段］
本発明のエンコーダは「スケール上に形成された格子パ
ターンに線状光源からの光束を照射して、格子パターン
による回折光の干渉により格子パターンに対応する影絵
パターンを発生せしめ、スケールの格子配列方向への移
動に伴う影絵パターンの変位を光センサーにより検出し
てスケールの移動量を測定するエンコーダ」であって以
下の点を特徴とする。
ターンに線状光源からの光束を照射して、格子パターン
による回折光の干渉により格子パターンに対応する影絵
パターンを発生せしめ、スケールの格子配列方向への移
動に伴う影絵パターンの変位を光センサーにより検出し
てスケールの移動量を測定するエンコーダ」であって以
下の点を特徴とする。
即ち「光センサーとして微小な受光素子をアレイ配列し
たものを用い、光センサー上の影絵パターンの明部もし
くは暗部の受光素子からの出力により影絵パターンの変
位を検出」するようにした点である。
たものを用い、光センサー上の影絵パターンの明部もし
くは暗部の受光素子からの出力により影絵パターンの変
位を検出」するようにした点である。
光センサーとしては、微小な受光素子を影絵パターンに
応じて独自に配列して用いてもよいし、ＣＣＤやＭＯＳ
型のエリアセンサーを利用してもよい。
応じて独自に配列して用いてもよいし、ＣＣＤやＭＯＳ
型のエリアセンサーを利用してもよい。
光センサーにおける受光素子のアレイ配列形態は「影絵
パターンのパターン領域以下」に規制することができる
（請求項２）。
パターンのパターン領域以下」に規制することができる
（請求項２）。
またスケールがコードパターンを有する場合。
即ちエンコーダがアブソリュート型である場合には、光
センサーにおける受光素子配列を２次元的とし、受光素
子配列の１方向がスケールにおけるトラック配列方向と
平行になるように光センサーの配設態位を定めることが
できる（請求項３）。
センサーにおける受光素子配列を２次元的とし、受光素
子配列の１方向がスケールにおけるトラック配列方向と
平行になるように光センサーの配設態位を定めることが
できる（請求項３）。
スケールは具体的には円柱状の回転軸、円板状あるいは
細幅の板状等に構成できる。
細幅の板状等に構成できる。
［作 用］
本発明のエンコーダでは、光センサーが微小な受光素子
をアレイ配列して構成され、出力は現に光を受光してい
る素子または光を受光していない素子から出力されるの
で影絵パターンの明部もしくは暗部の変位を確実に検出
できる。また振動や衝撃で光センサー位置が少々ずれて
も、受光素子がアレイ配列されているためアレイ配列全
体としては「ずれ」の影響は殆ど生じない。
をアレイ配列して構成され、出力は現に光を受光してい
る素子または光を受光していない素子から出力されるの
で影絵パターンの明部もしくは暗部の変位を確実に検出
できる。また振動や衝撃で光センサー位置が少々ずれて
も、受光素子がアレイ配列されているためアレイ配列全
体としては「ずれ」の影響は殆ど生じない。
光センサーにおける受光素子のアレイ配列形態を「影絵
パターンのパターン領域以下」に規制するには、例えば
第１図（Ｉ）に示すようにエリアセンサーの受光面１を
パターン領域と同形状の遮光マスク２により規制しても
良いし、パターン領域の形状に合わせて同図（ＩＩ）に
示すように微小な受光素子３を配列しても良い。パター
ン領域の規制の大きさは第１図（Ｉ）（ＩＩ）の例に限
らない。またアレイ配列形態はパターン領域以下、即ち
パターン領域よりも小さく設定しても良い。
パターンのパターン領域以下」に規制するには、例えば
第１図（Ｉ）に示すようにエリアセンサーの受光面１を
パターン領域と同形状の遮光マスク２により規制しても
良いし、パターン領域の形状に合わせて同図（ＩＩ）に
示すように微小な受光素子３を配列しても良い。パター
ン領域の規制の大きさは第１図（Ｉ）（ＩＩ）の例に限
らない。またアレイ配列形態はパターン領域以下、即ち
パターン領域よりも小さく設定しても良い。
［実施例］
以下、具体的な実施例を説明する。
第２図（Ｉ）は、スケールを円板形状としたロータリー
エンコーダとして本発明を実施した例を示している。
エンコーダとして本発明を実施した例を示している。
円板状に形成されたスケール５は光透過性で、その周縁
部に回転方向を格子配列方向として格子パターンが形成
されており、第４図に即して説明したような線状光源４
からの光束で照射され、発生する影絵パターンの位置に
光センサ−６としてエリアセンサーが配設されている。
部に回転方向を格子配列方向として格子パターンが形成
されており、第４図に即して説明したような線状光源４
からの光束で照射され、発生する影絵パターンの位置に
光センサ−６としてエリアセンサーが配設されている。
光センサ−６の受光面は遮光性のマスクで第１図（Ｉ）
の例のようにパターン領域の大きさに規制され、光を受
光している素子もしくは光を受光していない素子からの
み信号を出力させる。このようにすると影絵パターンの
変位を、その明部もしくは暗部の変位として確実に検出
できる。
の例のようにパターン領域の大きさに規制され、光を受
光している素子もしくは光を受光していない素子からの
み信号を出力させる。このようにすると影絵パターンの
変位を、その明部もしくは暗部の変位として確実に検出
できる。
第２図（ＩＩ）に示す例では格子パターン９Ａはモータ
ー１１の軸９に直接形成されており、ＬＥＤ７からの光
を第５図（ＩＩＩ）に即して説明したようなアパーチュ
ア８を介して格子パターン９Ａに照射することにより発
生する影絵パターン。
ー１１の軸９に直接形成されており、ＬＥＤ７からの光
を第５図（ＩＩＩ）に即して説明したようなアパーチュ
ア８を介して格子パターン９Ａに照射することにより発
生する影絵パターン。
の軸９の回転に伴う変位を光センサ−６（第２図（Ｉ）
に示すものと同様のもの）により検出する。
に示すものと同様のもの）により検出する。
第３図は本発明をアブソリュート型のエンコーダとして
実施した例を示している。
実施した例を示している。
コードパターンを持つ格子パターン９Ｂはモーター１１
の軸９に形成されている。
の軸９に形成されている。
符号４Ａで示す光源装置は、格子パターン９Ａにおける
トラック数と同数個の半導体レーザーを、各トラックに
対応する位置に配し、発光部の長平方向が各トラック毎
の格子配列方向に対応するように構成したものである。
トラック数と同数個の半導体レーザーを、各トラックに
対応する位置に配し、発光部の長平方向が各トラック毎
の格子配列方向に対応するように構成したものである。
従って光源装置４Ａの全線状光源を発光させれば格子パ
ターンのトラックごとに影絵パターンが発生し、軸９の
回転とともに一斉に変位する。
ターンのトラックごとに影絵パターンが発生し、軸９の
回転とともに一斉に変位する。
光センサ−６Ａは受光素子を２次元的に配列したエリア
センサーで、受光素子の一方の配列方向が格子パターン
９Ｂにおけるトラックの配列方向と対応させられている
。従って他方の配列力（上記一方の配列方向と直交する
）は影絵パターンの変位方向と対応する。
センサーで、受光素子の一方の配列方向が格子パターン
９Ｂにおけるトラックの配列方向と対応させられている
。従って他方の配列力（上記一方の配列方向と直交する
）は影絵パターンの変位方向と対応する。
各トラックに対応する影絵パターンの変位を検出するこ
とにより軸９の回転に関して軸９の絶対位置を検出でき
る。
とにより軸９の回転に関して軸９の絶対位置を検出でき
る。
またこの場合、光センサ−６Ａからマトリックス状の信
号を出力することにより、各ビット毎の出力信号の位相
情報が得られるから位相分割が可能であり、絶対位置信
号の検出精度を高めることができる。
号を出力することにより、各ビット毎の出力信号の位相
情報が得られるから位相分割が可能であり、絶対位置信
号の検出精度を高めることができる。
エンコーダの形態としては、外に周知のりニヤエンコー
ダ（直線に沿て格子配列した格子パターンを長平方向に
有する細幅板状のスケールを用いる）が可能であり、ま
た第２図（Ｉ）の形態のものや上記リニヤエンコーダも
上述の如きアブソリュート型エンコーダとして実施でき
ることは言うまでもない。
ダ（直線に沿て格子配列した格子パターンを長平方向に
有する細幅板状のスケールを用いる）が可能であり、ま
た第２図（Ｉ）の形態のものや上記リニヤエンコーダも
上述の如きアブソリュート型エンコーダとして実施でき
ることは言うまでもない。
［発明の効果］
以上、本発明によれば影絵パターンを利用する新規なエ
ンコーダを提供できる。このエンコーダでは影絵パター
ンの変位を検出する光センサーが微小な受光素子をプレ
イ配列したもので構成されるのでＳ／Ｎ比の高い良好な
検出信号を得ることができ、また振動や衝撃の影響を受
けにくい。
ンコーダを提供できる。このエンコーダでは影絵パター
ンの変位を検出する光センサーが微小な受光素子をプレ
イ配列したもので構成されるのでＳ／Ｎ比の高い良好な
検出信号を得ることができ、また振動や衝撃の影響を受
けにくい。
第１図は本発明の特徴部分を説明するための図、第２図
は実施例を示す斜視図、第３図は他の実施例を示す斜視
図、第４図乃至第６図は影絵パターンを説明する図であ
る。 ｌ・・・エリアセンサーの受光面、２・・・遮光マスク
、３・・・微小な受光素子、４・・・線状光源、５・・
・スケール、６・・・光センサ−。 ９Ｂ・・・コードパターンを持つ格子パターン７′ｆｔ
）７囚
は実施例を示す斜視図、第３図は他の実施例を示す斜視
図、第４図乃至第６図は影絵パターンを説明する図であ
る。 ｌ・・・エリアセンサーの受光面、２・・・遮光マスク
、３・・・微小な受光素子、４・・・線状光源、５・・
・スケール、６・・・光センサ−。 ９Ｂ・・・コードパターンを持つ格子パターン７′ｆｔ
）７囚
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、スケール上に形成された格子パターンに線状光源か
らの光束を照射して、格子パターンによる回折光の干渉
により格子パターンに対応する影絵パターンを発生せし
め、スケールの格子配列方向への移動に伴う影絵パター
ンの変位を光センサーにより検出してスケールの移動量
を測定するエンコーダであつて、 光センサーとして微小な受光素子をアレイ配列したもの
を用い、光センサー上の影絵パターンの明部もしくは暗
部の受光素子からの出力により影絵パターンの変位を検
出するようにしたことを特徴とする、影絵パターンを利
用するエンコーダ。 ２、請求項１において、 光センサーの受光素子のアレイ配列形態が影絵パターン
のパターン領域以下に規制されていることを特徴とする
、影絵パターンを利用するエンコーダ。 ３、請求項１において、 スケールがコードパターンを有し、光センサーにおける
受光素子配列が２次元的であり、受光素子配列の１方向
がスケールにおけるトラック配列方向と平行になるよう
に光センサーの配設態位を定めたことを特徴とする、影
絵パターンを利用するエンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2282537A JP3034585B2 (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | 影絵パターンを利用するエンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2282537A JP3034585B2 (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | 影絵パターンを利用するエンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04157319A true JPH04157319A (ja) | 1992-05-29 |
| JP3034585B2 JP3034585B2 (ja) | 2000-04-17 |
Family
ID=17653755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2282537A Expired - Lifetime JP3034585B2 (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | 影絵パターンを利用するエンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3034585B2 (ja) |
Cited By (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018511030A (ja) * | 2015-03-05 | 2018-04-19 | アップル インコーポレイテッド | 方向依存光学特性を有する光学エンコーダ |
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-
1990
- 1990-10-19 JP JP2282537A patent/JP3034585B2/ja not_active Expired - Lifetime
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