JPH09189572A - 光学式エンコーダ - Google Patents

光学式エンコーダ

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JPH09189572A
JPH09189572A JP1938596A JP1938596A JPH09189572A JP H09189572 A JPH09189572 A JP H09189572A JP 1938596 A JP1938596 A JP 1938596A JP 1938596 A JP1938596 A JP 1938596A JP H09189572 A JPH09189572 A JP H09189572A
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JP
Japan
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light
optical encoder
pulse plate
transmitting portion
plate
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JP1938596A
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Inventor
Seiichi Kashiba
柏葉  聖一
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Original Assignee
Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パルス板とマスク板に設ける透光部の形状を
適切に設定することにより、ピッチの細かいパターンを
基板上に容易に製作することができ、高分解能化を容易
にした光学式エンコーダを得ること。 【解決手段】 光源手段からの光束を対向配置したパル
ス板とマスク板に各々設けた透光部を介して受光手段で
受光し、該受光手段からの信号を用いて該パルス板とマ
スク板との相対的な変位情報を検出する光学式エンコー
ダにおいて、該パルス板と該マスク板のうちの一方の透
光部は該パルス板の変位方向と略直角方向に長い1つの
スリットであり、他方の透光部は該スリットに対応する
領域内に形成した複数の開口部を該パルス板の変位方向
に周期的に複数個並べて設けている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光学式エンコーダに
関し、特に変位物体の変位量を高分解能で検出する際に
好適なものである。
【0002】
【従来の技術】図10は従来の光学式エンコーダの要部
分解斜視図である。図中、1は発光素子、2は受光素子
であり、これらの間にパルス板3の円板部3a、マスク
板4が重なった状態で配置されている。パルス板3には
円板部3aの中央に円板部3aに対し垂直な軸3bを一
体的に設けており、この軸3bが変位物体(不図示)の
変位に連動して回転するようにしてある。また、円板部
3aには幅eの放射状のスリット3cを周方向に周期θ
8 で全周に設けており、マスク板4には発光素子1から
受光素子2までの光路中のパルス板3のスリット3cに
対応する位置にスリット3cと略同形状の幅eのスリッ
ト4aを設けている。なお、幅eはピッチθ8 に対して e/r≦θ8 /2 (ただし、rは円板部3aの中心からスリット各部まで
の距離)を満たすように設定している。
【0003】この従来の光学式エンコーダの作用を説明
する。上記構成において変位物体が変位すると、これに
連動してパルス板3が軸3bを介して回転する。これに
伴い円板部3aに設けられているスリット3cが回転し
てマスク板4のスリット4aとの重なり具合が変化する
ため、発光素子1から投光されスリット3c及びスリッ
ト4aを通り抜けて来る光量を受光素子2で検出するこ
とによって変位量を検出する。即ち両スリットが完全に
重なった状態では透過光量はピークになり、両スリット
が完全にずれた状態では透過光量は無く、2つの状態の
繰り返し変化の回数をカウントすることによってパルス
板3の回転量が求められ、これから変位物体の変位量を
検出することができる。この従来の光学式エンコーダの
分解能θ0 はθ8 である。したがってこの光学式エンコ
ーダの分解能θ0 はパルス板3のスリット幅e及びスリ
ット間隔の寸法で決定されることになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例において分解能を細かくするためにスリット幅とス
リット間隔の寸法を小さくしていくと、製作が難しくな
るという問題が発生する。例えばスリット間隔が狭まる
と通常プレス加工で形成可能なスリットが型の強度不足
や部品変形といった要因からプレス加工で形成出来なく
なる。
【0005】また、これを解決するためにエッチング加
工によりスリットを形成するとコスト高となってしま
う。
【0006】以上の理由により従来の光学式エンコーダ
の構成でより高分解能の光学式エンコーダを低コストで
製作することは困難であった。
【0007】本発明は、パルス板(第1スケール)とマ
スク板(第2スケール)に設ける透光部の形状を適切に
設定することにより、ピッチの細かいパターンを基板上
に容易に製作することができ、高分解能化を容易にした
光学式エンコーダの提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の光学式エンコー
ダは、 (1−1) 発光素子が放射する光を、該光を横切る方
向に変位するパルス板の透光部と、固定のマスク板の透
光部とを介して受光素子により受光し、受光光量の変化
を計測することにより該パルス板の変位量を検出する光
学式エンコーダにおいて、該パルス板と該マスク板のう
ちの一方の透光部は該パルス板の変位方向と略直角方向
に長い1つのスリットであり、他方の透光部は該スリッ
トに対応する領域内に形成した複数の開口部を該パルス
板の変位方向に周期的に複数個並べて設けていること等
を特徴としている。
【0009】特に、 (1−1−1) 前記複数の開口部を前記変位方向に周
期的に複数個並べて設けて透光部を形成する際、前記変
位方向に隣り合う該複数の開口部は該変位方向と略直角
方向にずらして設けている。 (1−1−2) 前記開口部は丸穴である。こと等を特
徴としている。
【0010】更に、本発明の光学式エンコーダは、 (1−2) 発光素子が放射する光を、該光を横切る方
向に変位するパルス板の透光部と、固定のマスク板の透
光部とを介して受光素子により受光し、受光光量の変化
を計測することにより該パルス板の変位量を検出する光
学式エンコーダにおいて、該パルス板と該マスク板のう
ちのいずれか一方の透光部は該パルス板の変位方向と略
直角方向に長いスリットを該変位方向に第1の周期で複
数個設けたものであり、他方の透光部は該スリットの1
つに対応する領域内に形成した複数の開口部を該変位方
向に該第1の周期より小さい第2の周期で複数個設けた
こと等を特徴としている。
【0011】特に、 (1−2−1) 前記第2の周期は前記第1の周期の整
数(2以上)分の1である。 (1−2−2) 前記複数の開口部を前記変位方向に前
記第2の周期で複数個並べて透光部を形成する際、該変
位方向に隣り合う該複数の開口部は該変位方向と略直角
方向にずらして設けている。 (1−2−3) 前記開口部は丸穴である。こと等を特
徴としている。
【0012】更に、本発明の光学式エンコーダは、 (1−3) 発光素子が放射する光を、該光を横切る方
向に変位するパルス板の透光部と、固定のマスク板の透
光部とを介して受光素子により受光し、受光光量の変化
を計測することにより該パルス板の変位量を検出する光
学式エンコーダにおいて、該パルス板と該マスク板のう
ちのいずれか一方の透光部(透光部A)は該パルス板の変
位方向と略直角方向に長いスリットを該変位方向に第1
の周期で複数個設けたものであり、他方の透光部(透光
部B)は該スリットの1つに対応する領域内に形成した複
数の開口部又は該スリットと略同じスリットを該変位方
向に該第1の周期より小さい第2の周期で複数個設けた
こと等を特徴としている。
【0013】特に、 (1−3−1) 前記光学式エンコーダは前記パルス板
の回転変位量を検出するもので、前記透光部B として前
記透光部A のスリットの1つに対応する領域内に形成し
た複数の開口部又は該スリットと略同じスリットを前記
変位方向に前記第2の周期でnの倍数設け、該透光部A
のスリットの幅をe、該透光部B の開口部の該変位方向
の直径又はスリットの幅をd、該パルス板の回転中心か
ら開口部までの距離をr、前記第1の周期をθA 、該第
2の周期をθB として、これらの要素が:
【0014】
【数3】 (d+e)/r≦θA /n (但し、n,mは2以上の自然数で、互いに素であり、
且つn>mである。)なる関係を満足している。 (1−3−2) 前記光学式エンコーダは前記パルス板
の直線変位量を検出するもので、前記透光部B として前
記透光部A のスリットの1つに対応する領域内に形成し
た複数の開口部又は該スリットと略同じスリットを前記
変位方向に前記第2の周期でnの倍数設け、該透光部A
のスリットの幅をe、該透光部B の開口部の該変位方向
の直径又はスリットの幅をd、前記第1の周期をpA
該第2の周期をpB として、これらの要素が:
【0015】
【数4】 d+e≦pA /n (但し、n,mは2以上の自然数で、互いに素であり、
且つn>mである。)なる関係を満足している。 (1−3−3) 前記複数の開口部を前記変位方向に前
記第2の周期で複数個並べて透光部B を形成する際、該
変位方向に隣り合う該複数の開口部は該変位方向と略直
角方向にずらして設けている。 (1−3−4) 前記開口部は丸穴である。こと等を特
徴としている。
【0016】更に、本発明の光学式エンコーダは、 (1−4) 光源手段からの光束を対向配置したパルス
板(第1スケール)とマスク板(第2スケール)に各々
設けた透光部を介して受光手段で受光し、該受光手段か
らの信号を用いて該パルス板とマスク板との相対的な変
位情報を検出する光学式エンコーダにおいて、該パルス
板とマスク板に設けた透光部のうち、一方の透光部は変
位方向と直交する方向に複数の開口部を独立して設けた
パターン部を複数個該変位方向に周期的に配列して構成
しており、他方の透光部は該変位方向と直交する方向に
長い開口を有する1つのスリット又は該変位方向に周期
的に配列した複数のスリットより構成していること等を
特徴としている。
【0017】
【発明の実施の形態】図1は本発明の光学式エンコーダ
の実施形態1の要部概略図である。又図2は実施形態1
のパルス板(第1スケール)とマスク板(第2スケー
ル)の平面図である。図中、1は発光素子(光源手
段)、2は受光素子であり、これらの間にパルス板5の
円板部5a、マスク板6が重なった状態で配置されてい
る。パルス板5は円板部5aと円板部5aの中央に円板
部5aに対し垂直な軸5bを一体的に設けて構成してお
り、この軸5bが変位物体(不図示)の変位に連動して
回転する。6はマスク板であり、透光部として放射状の
幅eのスリット6aをパルス板5の変位方向(回転方
向)と略直角方向に長く設けている。
【0018】また、パルス板5の円板部5aには、透光
部としてマスク板6のスリット6aに対応する領域内に
直径dの3つの丸穴(開口部)5ci ,5di ,5ei
を独立して設けて1つのパターン部を構成している。こ
の丸穴5ci ,5di ,5ei は径方向には間隔fの等
間隔で設けている。円板部5aの周方向にはこのパター
ン部を周期的(ピッチθ1 )にq個並べて全周に丸穴を
設けている。なお、幅e、丸穴直径dとピッチθ1 は以
下の条件式 θ1 ≧(e+d)/r (但し、rは円板部5aの中心から丸穴5ci ,5d
i ,5ei までの距離である)を満たすように設定して
いる。
【0019】本実施形態の作用を説明する。図3は本実
施形態の作用説明図であり、円板部5aとマスク板6と
が重なり合い、円板部5aが回転している状態の平面図
である。変位物体が変位すると、これに連動して円板部
5aが軸5b回りに回転し、図3(A) に示すようにパル
ス板5の回転角がωの時に丸穴5ci ,5di ,5ei
とマスク板6のスリット6aとが同位相になって透光状
態となり、受光素子2はこれらの丸穴を通過する光を検
知する。
【0020】更にパルス板5が回転してその回転角がω
+(1/2) θ1 となると、図3(B) に示すように丸穴5c
i ,5di ,5ei と丸穴5ci+1 ,5di+1 ,5e
i+1 の間の遮光部がスリット6aの部分にきて、両者が
完全に異なる位相になって完全に遮光状態となり、受光
素子2は光を検知しない。
【0021】更にパルス板5が回転してその回転角がω
+θ1 となると、丸穴5ci+1 ,5di+1 ,5ei+1
スリット6aとが同位相になって透光状態となり、受光
素子2はこれらの丸穴を通過する光を検知する。
【0022】本実施形態は、この透光、遮光の繰り返し
変化(1周期はパルス板の回転角θ1 )を従来例と同様
の投光素子、受光素子の組み合わせによって検知してカ
ウントすることによってパルス板5の回転角を求め、こ
れから変位物体の変位量を算出することができる。
【0023】本実施形態ではパルス板5の透光部を、マ
スク板6のスリット6aに対応する領域内に設けた複数
の丸穴を円板部5aの周方向に周期的に並べる構成とし
ているため、 (1) プレス加工能力の一般的な条件によって、スリ
ットを幅方向に複数並べて形成するよりも丸穴を複数並
べて形成する場合の方がピッチθ1 を小さくすることが
できる。 (2) プレス加工能力の一般的な条件によって、スリ
ット幅よりも丸穴の径の方が小さくすることができる。
【0024】従って、従来例のスリットピッチに比べて
パルス板5の丸穴列5c,5d,5eのピッチθ1 (エ
ンコーダとしての分解能を決定する値)を小さくするこ
とができる。即ち従来と同様のプレス加工で以て従来よ
り細かい分解能θ0 =θ1 を有する光学式エンコーダを
得ることが可能となる。
【0025】また、マスク板6側を従来と同様のスリッ
トとすることでマスク板6に対するパルス板5の回転中
心ズレなどの製造要因に対しても従来と同等の検出能力
を保つことができる。
【0026】図4は本発明の光学式エンコーダの実施形
態2におけるパルス板とマスク板の平面図である。本実
施形態はパルス板の円板部に設ける透光部分の形状とマ
スク板に設けるスリットの形状が実施形態1と異なって
おり、その他の部分は実施形態1と同じである。
【0027】図中、7はパルス板(第1スケール)であ
り、円板部7aと円板部7aの中央に円板部7aに対し
垂直な軸7bを一体的に設けており、この軸7bが変位
物体(不図示)の変位に連動して回転する。8はマスク
板(第2スケール)であり、透光部として放射状の幅e
のスリット8aをパルス板の円板部7aの周方向(変位
方向)にピッチθ3 で3個設けている。
【0028】また、パルス板7の円板部7aには、透光
部としてマスク板8のスリット8aの1つに対応する領
域内に直径dの3つの丸穴(開口部)7ci ,7di
7ei を独立して設けて1つのパターン部を構成してい
る。この丸穴7ci ,7di,7ei は径方向には間隔
fの等間隔で設けている。円板部7aの周方向にはこの
パターン部を周期的(ピッチθ2 =θ3 /2)にq個並べ
て全周にわたって設けている。なお、幅e、丸穴直径d
とピッチθ2 は以下の条件式 θ2 ≧(e+d)/r (但し、rは円板部7aの中心から丸穴7ci ,7d
i ,7ei までの距離である)を満たすように設定して
いる。
【0029】本実施形態の作用を説明する。図5は本実
施形態の作用説明図であり、円板部7aとマスク板8と
が重なり合い、円板部7aが回転している状態の平面図
である。変位物体が変位するとこれに連動して円板部7
aが軸7b回りに回転し、次の状態となる。
【0030】図5(A) : パルス板7の回転角がωの時
に丸穴7ci ,7di ,7ei とマスク板8の図上最右
端のスリット8aとが同位相になって透光状態となる。
この時、丸穴7ci-2 ,7di-2 ,7ei-2 は図上中央
のスリット8aと同位相に、又丸穴7ci-4 ,7d
i-4 ,7ei-4 は図上最左端のスリット8aと同位相に
なり、受光素子2はこれらの丸穴を通過する光を検知す
る。
【0031】図5(B) : 更にパルス板7が回転してそ
の回転角がω+(1/2) θ2 となると、丸穴7ci ,7d
i ,7ei と丸穴7ci+1 ,7di+1 ,7ei+1 の間の
遮光部が図上最右端のスリット8aの部分にきて、両者
が完全に異なる位相になって完全に遮光状態となる。又
丸穴7ci-2 ,7di-2 ,7ei-2 及び丸穴7ci-4
7di-4 ,7ei-4 もスリット8aから外れ、受光素子
2は光を検知しない。 図5(C) : 更にパルス板7が回転してその回転角がω
+θ2 となると、丸穴7ci+1 ,7di+1 ,7ei+1
図上最右端のスリット8aと同位相になって透光状態と
なる。この時、丸穴7ci-1 ,7di-1 ,7ei-1 は図
上中央のスリット8aと同位相に、又丸穴7ci-3 ,7
i-3 ,7ei-3 は図上最左端のスリット8aと同位相
になり、受光素子2はこれらの丸穴を通過する光を検知
する。
【0032】図5(D) : 更にパルス板7が回転してそ
の回転角がω+(3/2) θ2 となると、丸穴7ci+1 ,7
i+1 ,7ei+1 と丸穴7ci+2 ,7di+2 ,7ei+2
の間の遮光部が図上最右端のスリット8aの部分にき
て、両者が完全に異なる位相になって完全に遮光状態と
なる。又丸穴7ci-1 ,7di-1 ,7ei-1 及び丸穴7
i-3 ,7di-3 ,7ei-3 もスリット8aから外れ、
受光素子2は光を検知しない。
【0033】更にパルス板7が回転してその回転角がω
+2θ2 となると、丸穴7ci+2 ,7di+2 ,7ei+2
と図上最右端のスリット8aが、丸穴7ci ,7di
7ei と図上中央のスリット8aが、丸穴7ci-2 ,7
i-2 ,7ei-2 と図上最左端のスリット8aが同位相
になって透光状態となり、受光素子2はこれらの丸穴を
通過する光を検知する。
【0034】本実施形態は、この透光、遮光の繰り返し
変化(1周期はパルス板の回転角θ2 )を従来例と同様
の投光素子、受光素子の組み合わせによって検知してカ
ウントすることによってパルス板7の回転角を求め、こ
れから変位物体の変位量を検出することができる。
【0035】本実施形態の場合、分解能θ0 はピッチθ
2 である。本実施形態では、マスク板8のスリット8a
を周方向に複数設けるが、そのピッチθ3 をパルス板7
の丸穴のピッチθ2 (=θ0 )の2倍としているので、
マスク板8のスリットをプレス加工によって無理なく加
工できる効果がある。
【0036】更に、マスク板8の3つのスリット8aに
おいては夫々3つの丸穴が同時に透光状態となるため、
発光素子1の発光量を従来と同等にしても、透過光量を
従来と同等以上にすることも容易であり変位量を確実に
検出することができる。
【0037】図6は本発明の光学式エンコーダの実施形
態3におけるパルス板とマスク板の平面図である。本実
施形態はパルス板の円板部に設ける透光部分の形状が実
施形態2と異なっており、その他の部分は実施形態2と
同じである。
【0038】図中、7はパルス板(第1スケール)であ
り、円板部7aと円板部7aの中央に円板部7aに対し
垂直な軸7bを一体的に設けており、この軸7bが変位
物体(不図示)の変位に連動して回転する。8はマスク
板(第2スケール)であり、透光部として放射状の幅e
のスリット8aを周方向にピッチθ5 で3個設けてい
る。
【0039】また、パルス板7の円板部7aには、マス
ク板8のスリット8aの1つに対応する領域内に直径d
の3つの丸穴(開口部)7ci ,7di ,7ei を独立
して設けている(径方向には間隔fの等間隔)。そして
この3つの丸穴7ci ,7di ,7ei から該円板部7
aの周方向に角度θ4 =θ5 /2隔たったところに夫々3
つの丸穴7ci ,7di ,7ei と同じ直径の丸穴(開
口部)7fi ,7gi,7hi を、円板部7aの径方向
には丸穴7ci ,7di ,7ei より該円板部7aの中
心方向にf/2ずらして設けている。そしてこの6つの丸
穴で1つのパターン部を構成している。
【0040】円板部7aの周方向にはこのパターン部を
周期的(ピッチ2θ4 =θ5 )にq個並べて全周にわた
って設けている。これらの丸穴はパルス板7の透光部で
ある。なお、幅e、丸穴直径dとピッチθ4 は以下の条
件式 θ4 ≧(e+d)/r (但し、rは円板部7aの中心から丸穴7ci ,7d
i ,7ei ,7fi ,7gi ,7hi までの距離であ
る)を満たすように設定している。
【0041】本実施形態の作用を説明する。図7は本実
施形態の作用説明図であり、円板部7aとマスク板8と
が重なり合い、円板部7aが回転している状態の平面図
である。
【0042】図7(A) : パルス板7の回転角がωの時
に丸穴7ci ,7di ,7ei とマスク板8の図上最右
端のスリット8aとが同位相になって透光状態となる。
この時、丸穴7ci-1 ,7di-1 ,7ei-1 は図上中央
のスリット8aと同位相に、又丸穴7ci-2 ,7d
i-2 ,7ei-2 は図上最左端のスリット8aと同位相に
なり、受光素子2はこれらの丸穴を通過する光を検知す
る。 図7(B) : 更にパルス板7が回転してその回転角がω
+(1/2) θ4 となると、丸穴7ci ,7di ,7ei
丸穴7fi ,7gi ,7hi の間の遮光部が図上最右端
のスリット8aの部分にきて、両者が完全に異なる位相
になって完全に遮光状態となる。又丸穴7ci-1 ,7d
i-1 ,7ei-1 及び丸穴7ci-2 ,7di-2 ,7ei-2
もスリット8aから外れ、受光素子2は光を検知しな
い。
【0043】図7(C) : 更にパルス板7が回転してそ
の回転角がω+θ4 となると、丸穴7fi ,7gi ,7
i は図上最右端のスリット8aと同位相になって透光
状態となる。この時、丸穴7fi-1 ,7gi-1 ,7h
i-1 は図上中央のスリット8aと同位相に、又丸穴7f
i-2 ,7gi-2 ,7hi-2 は図上最左端のスリット8a
と同位相になり、受光素子2はこれらの丸穴を通過する
光を検知する。
【0044】図7(D) : 更にパルス板7が回転してそ
の回転角がω+(3/2) θ4 となると、丸穴7fi ,7g
i ,7hi と丸穴7ci+1 ,7di+1 ,7ei+1 の間の
遮光部が図上最右端のスリット8aの部分にきて、両者
が完全に異なる位相になって完全に遮光状態となる。又
丸穴7fi-1 ,7gi-1 ,7hi-1 及び丸穴7fi-2
7gi-2 ,7hi-2 もスリット8aから外れ、受光素子
2は光を検知しない。更にパルス板7が回転してその回
転角がω+2θ4 となると、丸穴7ci+1 ,7di+1
7ei+1 と図上最右端のスリット8aが、丸穴7ci
7di ,7eiと図上中央のスリット8aが、丸穴7c
i-1 ,7di-1 ,7ei-1 と図上最左端のスリット8a
が同位相になって透光状態となり、受光素子2はこれら
の丸穴を通過する光を検知する。
【0045】本実施形態は、この透光、遮光の繰り返し
変化(1周期はパルス板の回転角θ4 )を従来例と同様
の投光素子、受光素子の組み合わせによって検知してカ
ウントすることによってパルス板7の回転角を求め、こ
れから変位物体の変位量を検出することができる。
【0046】本実施形態の場合、分解能θ0 はピッチθ
4 である。
【0047】本実施形態では、マスク板8のスリット8
aを周方向に複数設けるが、そのピッチθ5 をパルス板
7の丸穴のピッチθ4 (=θ0 )の2倍としているの
で、マスク板8のスリットを例えばプレス加工によって
も無理なく加工できる効果がある。
【0048】更に、本実施形態ではパルス板7の周方向
に隣り合う夫々3つの丸穴7ci ,7di ,7ei と7
i ,7gi ,7hi を径方向にずらして交互に形成
し、略正三角形配列の丸穴群を構成することによって隣
り合う丸穴同志の間隔を実施形態2と同じにしてもエン
コーダとしての分解能を決定するピッチθ4 を実施形態
2のピッチθ2 より更に小さくすることができる。即
ち、実施形態2の丸穴配列が略正四角形配列とすれば、
実施形態3のピッチθ4 =0.87θ2 となり、丸穴間隔が
同じでありながら分解能は13% 上がる。
【0049】更に、マスク板8の3つのスリット8aに
おいては夫々3つの丸穴が同時に透光状態となるため、
発光素子1の発光量を従来と同等にしても、透過光量を
従来と同等以上にすることも容易であり変位量を確実に
検出することができる。
【0050】図8は本発明の光学式エンコーダの実施形
態4のパルス板とマスク板の平面図である。本実施形態
はパルス板の円板部に設ける透光部分の形状とマスク板
に設ける透光部分の形状が実施形態1と異なっており、
その他の部分は実施形態1と同じである。
【0051】図中、9はパルス板(第1スケール)で、
円板部9aと円板部9aの中央に円板部9aに対し垂直
な軸9bを一体的に設けており、この軸9bが変位物体
(不図示)の変位に連動して回転するようにしてある。
また、円板部9aには放射状の幅eの複数のスリット9
i を周方向にピッチθ6 (第1の周期)で全周に設け
ている。これらのスリット9cはパルス板9の透光部で
ある。
【0052】10はマスク板(第2スケール)でパルス
板9のスリット9ci の1つに対応する領域内に直径d
の丸穴(開口部)10a,10b,10cを独立して設
けて1つのパターン部を構成している。更にこのパター
ン部を該円板部の周方向にピッチθ7 (第2の周期)=
(2/3) θ6 で3組設けている。これらの丸穴はマスク板
10の透光部である。
【0053】なお、幅e、丸穴直径dとピッチθ7 は以
下の条件式 θ7 /2≧(e+d)/r (但し、rは円板部9aの中心から丸穴10a,10
b,10cまでの距離である)を満たすように設定して
いる。
【0054】本実施形態の作用を説明する。図9は本実
施形態の作用説明図であり、円板部9aとマスク板10
とが重なり合い、円板部9aが回転している状態の平面
図である。
【0055】図9(A) : パルス板9の回転角がωの時
にスリット9ci とマスク板8の図上最左端の丸穴10
a,b,cとが同位相になって透光状態となる。この
時、スリット9ci+1 ,9ci+2 はいずれもマスク板1
0の中央及び最右端の丸穴10a,b,cとは重なら
ず、このスリットを通る光は遮光される。従ってこの時
はスリット9ci を通る光の一部分が受光素子2で検知
される。
【0056】図9(B) : 更にパルス板9が回転してそ
の回転角がω+(1/6) θ6 となるとスリット9ci ,9
i+1 ,9ci+2 とマスク板10上の各丸穴10a,1
0b,10cとはいずれも重ならず、両者が完全に異な
る位相になって完全に遮光状態となる。
【0057】図9(C) : 更にパルス板9が回転してそ
の回転角がω+(1/3) θ6 となると、スリット9ci+1
とマスク板10の中央の丸穴10a,10b,10cと
が同位相になって透光状態となる。この時、スリット9
i ,9ci+2 はいずれもマスク板10の最左端及び最
右端の丸穴10a,10b,10cとは重ならず、この
スリットを通る光は遮光される。従ってこの時はスリッ
ト9ci+1 を通る光の一部分が受光素子2で検知され
る。
【0058】図9(D) : 更にパルス板9が回転してそ
の回転角がω+(1/2) θ6 となるとスリット9ci ,9
i+1 ,9ci+2 とマスク板10上の各丸穴10a,1
0b,10cとはいずれも重ならず、両者が完全に異な
る位相になって完全に遮光状態となる。
【0059】図9(E) : 更にパルス板9が回転してそ
の回転角がω+(2/3) θ6 となると、スリット9ci+2
とマスク板10の最右端の丸穴10a,10b,10c
とが同位相になって透光状態となる。この時、スリット
9ci ,9ci+1 はいずれもマスク板10の最左端及び
中央の丸穴10a,10b,10cとは重ならず、この
スリットを通る光は遮光される。従ってこの時はスリッ
ト9ci+2 を通る光の一部分が受光素子2で検知され
る。
【0060】図9(F) : 更にパルス板9が回転してそ
の回転角がω+(5/6) θ6 となるとスリット9ci+1
9ci+2 ,9ci+3 とマスク板10上の各丸穴10a,
10b,10cとはいずれも重ならず、両者が完全に異
なる位相になって完全に遮光状態となる。
【0061】更にパルス板9が回転してその回転角がω
+θ6 となると、スリット9ci+1図上最左端の丸穴1
0a,10b,10cが同位相になって透光状態とな
る。この時、スリット9ci+2 ,9ci+3 はいずれもマ
スク板10の中央及び最右端の丸穴10a,10b,1
0cとは重ならず、このスリットを通る光は遮光され
る。従ってこの時はスリット9ci+1 を通る光の一部分
が受光素子2で検知される。
【0062】本実施形態は、この透光、遮光の繰り返し
変化(1周期はパルス板の回転角(1/3) θ6 )を従来例
と同様の投光素子、受光素子の組み合わせによって検知
してカウントすることによってパルス板9の回転角を求
め、これから変位物体の変位量を検出することができ
る。
【0063】本実施形態の場合、分解能θ0 はピッチ(1
/3)・θ6 =(1/2)・θ7 である。
【0064】本実施形態では、マスク板10の複数の丸
穴10a,10b,10cをピッチθ7 =(2/3) θ6
2θ0 で周方向に並べて3組設けるとともに、パルス板
9のスリット9ci の周方向ピッチを丸穴ピッチより広
くプレス加工可能なθ6 =(3/2) θ7 =3θ0 とできる
ので、本実施形態のパルス板9及びマスク板10は従来
のプレス加工によっても容易に製作でき、実施形態1,
2及び実施形態3より更に高分解能な光学式エンコーダ
を得ることができる。
【0065】また本実施形態の複数の丸穴10a,10
b,10cをパルス板9のスリット9ci と略同形状の
スリットに置き換えた場合でも、スリットのピッチより
細かい分解能が得られる構成となっているため、従来と
同様のプレス加工可能なピッチでスリットを並べて従来
より細かい分解能を達成することが可能である。
【0066】本実施形態の一般的な構成について説明す
る。パルス板側のスリット(透光部)のピッチ(第1の
周期)をθ6 、スリットの幅をeとする。マスク板側に
は直径dの丸穴列(透光部)を径方向に並べて、これを
ピッチθ7 (第2の周期)でn列設ける。
【0067】この時、ピッチθ7 とピッチθ6 との関係
【0068】
【数5】 (但し、n,mは2以上の自然数で、互いに素であり、
且つn>mである。)と設定する。
【0069】この構成による作用を説明する。以上の構
成でマスク板を固定し、パルス板を回転する。
【0070】ある瞬間において、マスク板の再左端の丸
穴とパルス板の或るスリットが重なっているとする。
【0071】この時、θ7/m =θ6/n =a として、パル
ス板のmna の位置にあるスリットに着目し、このスリッ
トがマスク板の夫々の丸穴を通るまでのパルス板の変位
量を求めると: マスク板の透光部の位置 0 ma 2ma ・・・(n-1)ma に対 して パルス板変位量 mna m(n-1)a m(n-2)a ・・・ma となり、パルス板がma単位変位する毎に、該パルス板の
透光部がマスク板のどこかの透光部と一致する。
【0072】又、マスク板の0 位置をパルス板の夫々の
スリットが通るまでのパルス板の変位量は パルス板の透光部の位置 na 2na ・・・・・・・・・・・mna パルス板変位量 na 2na ・・・・・・・・・・・mna となり、na単位毎にどこかの透光部が一致する。
【0073】従って、マスク板全体で見るとパルス板の
透光部とマスク板の透光部とは変位量mna のうちのa 単
位毎にmn回一致する。この時、maとnaとはm とn が互い
に素であるためにmna に達するまで一致することは無
い。
【0074】従って、分解能θ0 は: θ0 =a =θ7/m =θ6/n となる。
【0075】次に、パルス板及びマスク板の透光部の幅
条件については、分解能a の長さにパルス板の透光部の
幅eとマスク板の透光部の幅dとが納まることが完全に
遮光される条件となるため、a≧(d+e)/rでなけ
ればならない。(但し、rは回転中心から丸穴までの距
離である)。
【0076】従って、 (d+e)/r≦θ6 /n (d+e)/r≦θ7 /m でなければならない。
【0077】そしてマスク板の丸穴列の数はnの倍数で
あれば良い。
【0078】以上が実施形態4の一般的な構成である。
【0079】上記の各実施形態では開口部を丸穴として
いたが、開口部の形状は丸穴に限られるものでは無く、
製作に適した形状を選べば良い。
【0080】上記の各実施形態の説明においては、回転
するパルス板を用いた光学式エンコーダについて述べた
が、本発明は特にこれを限定されるものではなく平行移
動するパルス板などを用いた光学式リニアエンコーダに
も適用することができる。
【0081】即ち、発光素子が放射する光を、該光を横
切って直線的に変位するパルス板の透光部と、固定のマ
スク板の透光部とを介して受光素子により受光し、受光
光量の変化を計測することにより該パルス板の変位量を
検出する光学式リニアエンコーダにおいて、該パルス板
と該マスク板のうちのいずれか一方の透光部(透光部A)
は該パルス板の変位方向の幅がeで該変位方向と略直角
方向に長いスリットを該変位方向に第1の周期pA で複
数個設けたものとし、他方の透光部(透光部B)は該スリ
ットの1つに対応する領域内に形成した複数の開口部
(例えば丸穴)又は該スリットと略同じスリットを該変
位方向に第2の周期pB でnの倍数設け、この時これら
の要素が:
【0082】
【数6】 d+e≦pA/n (但し、dは該透光部B の該変位方向の直径又はスリッ
トの幅、n,mは2以上の自然数で、互いに素であり、
且つn>mである。)なる関係を満足するように構成す
れば上記の理論により実施形態4をリニアエンコーダに
適用した光学式エンコーダを達成することができる。
【0083】また、実施形態3で述べた隣り合う丸穴同
志をピッチ方向と略直角方向にずらす手法を実施形態1
に適用して更に高分解能な光学式エンコーダを構成する
ことも可能である。
【0084】更に、実施形態2ではθ3 =2θ2 ,実施
形態3ではθ5 =2θ4 であったが、これを夫々θ3
(2以上の整数)×θ2 ,θ5 =(2以上の整数)×θ
4 としてスリット幅e、丸穴d、ピッチθ2 ,θ4 を以
下の条件式 θ2 ≧(e+d)/r θ4 ≧(e+d)/r を満たすように構成しても同様の効果を得ることができ
る。
【0085】
【発明の効果】本発明は以上の構成により、パルス板
(第1スケール)とマスク板(第2スケール)に設ける
透光部の形状を適切に設定することにより、ピッチの細
かいパターンを基板上に容易に製作することができ、高
分解能化を容易にした光学式エンコーダを達成する。
【0086】更に、本発明によれば、コストの高いエッ
チング等によらず従来と同様のプレス加工で製作可能な
パルス板、マスク板を用いるので従来のものと同様に低
コストで高分解能の光学式エンコーダを達成することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光学式エンコーダの実施形態1の要
部概略図
【図2】 実施形態1のパルス板とマスク板の平面図
【図3】 実施形態1の作用説明図
【図4】 本発明の光学式エンコーダの実施形態2のパ
ルス板とマスク板の平面図
【図5】 実施形態2の作用説明図
【図6】 本発明の光学式エンコーダの実施形態3のパ
ルス板とマスク板の平面図
【図7】 実施形態3の作用説明図
【図8】 本発明の光学式エンコーダの実施形態4のパ
ルス板とマスク板の平面図
【図9】 実施形態4の作用説明図
【図10】 従来の光学式エンコーダの要部概略図
【符号の説明】
1 発光素子 2 受光素子 3,5,7,9 パルス板 3a,5a,7a,9a 円板部 3b,5b,7b,9b 軸 4,6,8,10 マスク板 4a,6a,8a,9c スリット 5ci ,5di ,5ei 丸穴 7ci ,7di ,7ei ,7fi ,7gi ,7hi
穴 10a,10b,10c 丸穴 d 丸穴の直径 e スリットの幅 r 円板部の中心から丸穴までの距離 θ1 〜θ8 ピッチ θ0 分解能

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光素子が放射する光を、該光を横切る
    方向に変位するパルス板の透光部と、固定のマスク板の
    透光部とを介して受光素子により受光し、受光光量の変
    化を計測することにより該パルス板の変位量を検出する
    光学式エンコーダにおいて、 該パルス板と該マスク板のうちの一方の透光部は該パル
    ス板の変位方向と略直角方向に長い1つのスリットであ
    り、他方の透光部は該スリットに対応する領域内に形成
    した複数の開口部を該パルス板の変位方向に周期的に複
    数個並べて設けていることを特徴とする光学式エンコー
    ダ。
  2. 【請求項2】 前記複数の開口部を前記変位方向に周期
    的に複数個並べて設けて透光部を形成する際、 前記変位方向に隣り合う該複数の開口部は該変位方向と
    略直角方向にずらして設けていることを特徴とする請求
    項1の光学式エンコーダ。
  3. 【請求項3】 前記開口部は丸穴であることを特徴とす
    る請求項1又は2の光学式エンコーダ。
  4. 【請求項4】 発光素子が放射する光を、該光を横切る
    方向に変位するパルス板の透光部と、固定のマスク板の
    透光部とを介して受光素子により受光し、受光光量の変
    化を計測することにより該パルス板の変位量を検出する
    光学式エンコーダにおいて、 該パルス板と該マスク板のうちのいずれか一方の透光部
    は該パルス板の変位方向と略直角方向に長いスリットを
    該変位方向に第1の周期で複数個設けたものであり、他
    方の透光部は該スリットの1つに対応する領域内に形成
    した複数の開口部を該変位方向に該第1の周期より小さ
    い第2の周期で複数個設けたことを特徴とする光学式エ
    ンコーダ。
  5. 【請求項5】 前記第2の周期は前記第1の周期の整数
    (2以上)分の1であることを特徴とする請求項4の光
    学式エンコーダ。
  6. 【請求項6】 前記複数の開口部を前記変位方向に前記
    第2の周期で複数個並べて透光部を形成する際、 該変位方向に隣り合う該複数の開口部は該変位方向と略
    直角方向にずらして設けていることを特徴とする請求項
    4又は5の光学式エンコーダ。
  7. 【請求項7】 前記開口部は丸穴であることを特徴とす
    る請求項4〜6のいずれか1項に記載の光学式エンコー
    ダ。
  8. 【請求項8】 発光素子が放射する光を、該光を横切る
    方向に変位するパルス板の透光部と、固定のマスク板の
    透光部とを介して受光素子により受光し、受光光量の変
    化を計測することにより該パルス板の変位量を検出する
    光学式エンコーダにおいて、 該パルス板と該マスク板のうちのいずれか一方の透光部
    (透光部A)は該パルス板の変位方向と略直角方向に長い
    スリットを該変位方向に第1の周期で複数個設けたもの
    であり、他方の透光部(透光部B)は該スリットの1つに
    対応する領域内に形成した複数の開口部又は該スリット
    と略同じスリットを該変位方向に該第1の周期より小さ
    い第2の周期で複数個設けたことを特徴とする光学式エ
    ンコーダ。
  9. 【請求項9】 前記光学式エンコーダは前記パルス板の
    回転変位量を検出するもので、前記透光部B として前記
    透光部A のスリットの1つに対応する領域内に形成した
    複数の開口部又は該スリットと略同じスリットを前記変
    位方向に前記第2の周期でnの倍数設け、 該透光部A のスリットの幅をe、 該透光部B の開口部の該変位方向の直径又はスリットの
    幅をd、 該パルス板の回転中心から開口部までの距離をr、 前記第1の周期をθA 、 該第2の周期をθB として、これらの要素が: 【数1】 (d+e)/r≦θA /n (但し、n,mは2以上の自然数で、互いに素であり、
    且つn>mである。)なる関係を満足していることを特
    徴とする請求項8の光学式エンコーダ。
  10. 【請求項10】 前記光学式エンコーダは前記パルス板
    の直線変位量を検出するもので、前記透光部B として前
    記透光部A のスリットの1つに対応する領域内に形成し
    た複数の開口部又は該スリットと略同じスリットを前記
    変位方向に前記第2の周期でnの倍数設け、 該透光部A のスリットの幅をe、 該透光部B の開口部の該変位方向の直径又はスリットの
    幅をd、 前記第1の周期をpA 、 該第2の周期をpB として、これらの要素が: 【数2】 d+e≦pA /n (但し、n,mは2以上の自然数で、互いに素であり、
    且つn>mである。)なる関係を満足していることを特
    徴とする請求項8の光学式エンコーダ。
  11. 【請求項11】 前記複数の開口部を前記変位方向に前
    記第2の周期で複数個並べて透光部B を形成する際、 該変位方向に隣り合う該複数の開口部は該変位方向と略
    直角方向にずらして設けていることを特徴とする請求項
    8〜10のいずれか1項に記載の光学式エンコーダ。
  12. 【請求項12】 前記開口部は丸穴であることを特徴と
    する請求項8〜11のいずれか1項に記載の光学式エン
    コーダ。
  13. 【請求項13】 光源手段からの光束を対向配置したパ
    ルス板(第1スケール)とマスク板(第2スケール)に
    各々設けた透光部を介して受光手段で受光し、該受光手
    段からの信号を用いて該パルス板とマスク板との相対的
    な変位情報を検出する光学式エンコーダにおいて、 該パルス板とマスク板に設けた透光部のうち、一方の透
    光部は変位方向と直交する方向に複数の開口部を独立し
    て設けたパターン部を複数個該変位方向に周期的に配列
    して構成しており、他方の透光部は該変位方向と直交す
    る方向に長い開口を有する1つのスリット又は該変位方
    向に周期的に配列した複数のスリットより構成している
    ことを特徴とする光学式エンコーダ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105823495A (zh) * 2016-03-28 2016-08-03 重庆世纪之光科技实业有限公司 机械计数器的读数装置和方法

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