JPS5886413A - 正弦波エンコ−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】 ２　・、　。

本発明は、光学式スケール装置等において、位置分解能
を高めるための内挿操作の基本信号となる基本正弦波を
、一定のピッチで明暗の縞模様を施したスケールから直
接簡単にとり出す光学式の正弦波エンコーダに関するも
のであって、特に前記スケールからの反射光を一定の幅
を持つスリット窓を介して受光するような光学式正弦波
エンコーダにおいて、受光手段の最大感度点の位置を前
記スリット窓の領域外に配置し、前記スリット窓からの
散乱光を主体として受光することによって、正弦波様の
信号をとり出すようにすることにより、前記受光手段と
前記スリット窓との精密位置合わせ作業の不要な、しか
も製作が容易で量産性に優れた光学式の正弦波エンコー
ダを提供することを目的とするものである。

一定のピンチで明暗の縞模様を施したスケールから、一
定の幅を持ったスリット窓を介して波形歪の少ない正弦
波様の信号を光学的にとり出すエンコーダにおいては、
従来より前記スケールからの反射光を受光する受光手段
と前記スリット窓との相対位置を厳密に規定する必要が
あった。第１図は従来例を示すもので、受光素子１１お
よび発光素子１２を内蔵したセンサハウジング１３と、
スリット窓１６をあけたマスクプレート１４とを前記受
光素子１１の最大感度点の位置が前記スリット窓１６の
中心位置にくるように厳密に位置合わせを行なっていた
。なお、第１図においてはスリット窓を介さない受光素
子感度特性をＱで示している。しかし、このような従来
の構成では、エンコーダの組み立てに非常な精度が要求
され、組み立て作業に多くの時間を必要とし、量産性が
悪かった。

本発明は、前記従来の欠点を除去し、受光手段とスリッ
ト窓との相対位置を厳密に規定する必要がなく、やや粗
雑な位置あわせでも正弦波様の信号をとシ出すことので
きる組み立て作業の容易な、量産性のよいエンコーダで
あって、以下、本発明を図面の実施例に基いて説明する
。第２図（＆）　、　（ｂ）は本発明の一実施例の要部
構成図で、（ａ）はその上面図、（ｂ）はその側面図で
ある。ただし同図（ａ）　、　（ｂ）においては発光手
段および受光手段を含むエンコーダ全体を前記スケール
に対して平行に相対運動させる機構の詳細は省略しであ
る。同図（ｌＬ）、（ｂ）において、８は一定のピッチ
Ｌで明暗の縞模様を施し、かつ縞模様内の明るい部分と
暗い部分の比がいたるところ同一であるように構成され
たスケールであり、２は該スケール８を照射する赤外発
光ダイオードなどの発光素子、１は上記発光素子２の前
記スケール８からの反射光がスリット窓５によって散乱
された散乱光を受光するフォトパトランジスタなどの受
光素子である。同図（＆）　、　（ｂ）においては受光
素子１と受光素子２は一体化されたフォト・リフレクタ
を用いて構成している。４は該フォト・リフレクタの受
光面に接してとりつけられたマスクプレートであり、５
は前記マスクプレート４内に設けられた前記スケール８
の長手方向の幅がを。であるスリット窓である。３は前
記受光素子１を前記マスクプレート４に対して位置決め
するためのセンサハウジングである。６は前記受光素子
１のリード線、７は前記発光素子２のリード線である。

また、同図（′ｂ）におけるＰＰＩは受光素子１の最大
感度点の位置、ＭＭ’はスリット窓５の中心位置、Δｌ
は受光素子１の最大感度点の位置とスリット窓６の中心
位置との距離をあられす。

Δｌは、前記受光素子１の最大感度点の位置が前記スリ
ット窓６の領域外にあって、前記受光素子１が前記スリ
ット窓６からの散乱光を主体として受光するような位置
に決める。発光素子２からの光はスリット窓５を介して
、一定のピッチで明暗の縞模様を施したスケール８に照
射され、該スケール８の面で反射される。反射された光
は再び前記スリット窓６に入射し、前記受光素子１は、
該スリット窓６からの散乱光を主体として受光する。

前記受光素子１は、センサハウジング３が前記スケール
８に対して、一定の間隙を維持しながら相対運動を行な
うと、前記スケール８の縞模様の周期に同期した周期波
形を出力する。特に、前記センサハウジング３と前記ス
ケール８との間隙が適切であれば、前記周期波形は正弦
波様の信号となる。

ここで、本発明のエンコーダによってどのようにして正
弦波様の信号が得られるかを説明する。

第２図のスケール８の長手方向をＸ軸にとり、該スケー
ル８の縞模様のピッチをＬ、該縞模様の「明」の部分の
幅をＷｌ「暗」の部分の幅をＬ−Ｗ、該スケール８の輝
度をあられすスケール輝度密度関数を５（Ｘ）、スリッ
ト窓５の中心位置を前記Ｘ軸上でｘ　＝　Ｘ　、受光素
子１の該スリット窓６を介した感度特性をあられす受光
素子感度密度関数を、Ｐ（ｘ、りとする〔第３図（＆）
　、　（ｂ）参照〕。

Ｓ　（ｘ）は次式のように表現される。

−Ｗ））Ｘ　　　　　　　　　　　　・・団・（１）こ
こで、Ｂは前記縞模様の１暗」の部分の輝度をあられし
ており、Ｋは前記縞模様の「明」の部分の輝度と「暗」
の部分の輝度の差をあられしている。またｕ　（ｘ）は
単位ステップ関数で、ｍは前記縞模様の数で、スケール
上にはｍピッチの縞模様が施こされであると仮定してい
る。

また、前記スリット窓６に入射する光量が多いほど、前
記スリット窓５で散乱されて前記受光素子１に達する散
乱光も多いから、前記受光素子１のスリット窓６を介し
た受光素子感度密度関数Ｐ（ｘ、りは、前記スリット窓
６の中心位置Ｘ＝Ｘにおいてピーク値をとり、ｘ＝Ｘを
中心としてＸ座標の増加する方向と減少する方向とで対
称に分布する。すなわち、次の様に表現できる。

Ｐ（ｘ−Δｘ、Ｘ）＝Ｐ（ｘ十ΔＸ、り　　　　−、償
ただし、ΔＸはＸの増分を表わしており、ΔＸ〉０であ
る。

さて、受光素子１の出力電圧をＶ（Ｘ）とすると、Ｖ（
Ｘ）は次の様に表現される。

Ｖ（Ｘ）＝　１０Ｐ　（ｘ　、　！　）　８（ｘ）ｄｘ
　　　　　−旧・償ここで、前記スリット窓６の幅は％
であるので、該スリット窓６を介した受光素子１の感度
密度関数Ｐ（ｘ、Ｘ）の分布は、ｘ＝Ｘを中心として、
±／４近傍内である。従って第（句式の計算においては
、ｘ＝Ｘを中心とする士Ｖ４近傍内で考えれば十分であ
る。第（１）式および第（８）式より、Ｖ（Ｘ）は次式
のように近似される。

Ｖ（Ｘ）＝／ＴｎＬＰ（ｘ、Ｘ）ＣＢ＋Σ（ｕ（ｘ−ｎ
Ｌ’）−ｕｎ＝０ （ｘ−ｎＬ−Ｗ）　）　Ｋ　］　ａｘ Ｘ　）　ｔａｘ Ｌ−１−Ｗ ’−ｉＢ／　　Ｐ（ＸＩＸ）（ｉＸ＋に／、　　　　Ｐ
（ＸｓＯＩＬ Ｘ）ｄｘ　　　　　　　　　　　　　・旧・・（４）た
だし、上式においてはｘ　＝　Ｘを中心とする十髪−近
傍内でのｎの値をｎ　＝　ｉとした。

前述のようにＰ（ｘ、Ｘ）はＸ二Ｘを中心とする十髪−
近傍内に分布するので第（４）式の第１項はＸの値にか
かわらず一定であり、この定数をｐとおく。また、第（
４）式の第２項の積分を工とおく。

するとＶ■はさらに次の様に表現できる。

Ｖ■−Ｃ＋Ｋ　Ｉ　　　　　　　　　　　　　用°°儂
）Ｃ＝Ｂ　ｆ”Ｐ（ｘ、Ｘ）ｄｘ　　　　　　　−−−
−−−（６）Ｉ　＝　／、””　Ｐ　（ｘ　、　Ｘ　）
　ｄｘ　　　　　　　　　−−−−−−（７）Ｌ さて、先に述べたように受光素子感度密度関数Ｐ（ｘ、
！、）は、前記スリット窓６の中心ｘ　＝　Ｘを中心と
してＸ座標の増加する方向と減少する方向とで対称に分
布し、その広がシはｘ＝Ｘを中心とする士／４近傍であ
る。しかも、前記センサハウジング３と前記スケール８
との間隙が適切であれば、Ｐ（ｘｓ”）は区間の限定さ
れた正弦波様の信号となる。そこで、Ｐ（ｘ、ｘ）を次
の様に三角関数で近似して考える。

ここでムは定数であり、に）式のＰ（ｘ、Ｘ）の概形を
第４図に示す。（７）、（８）式より工は次式のように
なる。

また、Ｃは（６）　、　＠式より次式のようになる。

二ＢムＬ　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・（
１０）ＩＣＪ　　　’、− （＠　ｅ　＠ｊ　（１０’）式より前記受光素子１の出
力電圧Ｖ（３）は次式のようになる。

からなり、特に交流会は、Ｘに関して周期がＬの正弦波
様の信号である。このように、前記センサハウジング３
が前記スケール８に対して、適切な間隙を維持しながら
相対運動を行なうと、前記受光素子１は前記スケール８
の縞模様の周期に同期した正弦波様の信号を出力する。

この様子を第６図に示す。また、前記受光素子１は、前
記スリット窓６からの散乱光を主体として受光するため
、前記受光素子１と、前記スリット窓６との相対位置に
は許容度があり、該相対位置が仕様値から少しずれても
、受光素子感度密度関数Ｐ（ｘ、りは、振幅が変化する
だけでその概形は殆ど不変である。振幅の変化は利得可
変の増幅器を通すことによ□てこれを補正することがで
きる。従って、１１　　・ 本発明の正弦波エンコーダは受光手段とスリット窓の相
対位置を厳密に規定する必要がなく、受光手段の位置と
スリット窓の位置との精密位置合わせ作業が不要である
。また、センサハウジングに設けられた受光手段を固定
するための穴の加工誤差や、センサ自体の寸法のバラツ
キによって生ずる受光手段とスリット窓との相対位置の
仕様値からのずれも、受光素子感度密度関数Ｐ（ｘ、Ｘ
）の概形には、殆ど影響を及ぼさず、前記穴の加工誤差
や、センサ自体の寸法のバラツキを吸収することができ
、組みたて作業が容易で量産性に優れており、生産コス
トも安価である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す要部斜視図、第２図（ａ）。 （ｂ）は本発明の一実施例の要部上面図と要部側面図、
第３図（ＩＬ）　、　（ｂ）はスケール輝度密度関数と
受光素子感度密度関数を説明するだめの図、第４図は受
光素子感度密度関数を数式表現した場合の説明図、第６
図は本発明の正弦波エンコーダによって得られる正弦波
様の信号の一例の波形図である。 サハウジング、４・旧・・マスクプレート、５・旧・・
スリット窓、６・・・・・・受光素子リード線、７・・
団・発光素子リード線、８・・・・・・スケニル。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ＠２図 ｒＩ 第３図 ／） ｔ−Ｗ　Ｘ−Ｌ ｘ−）を 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一定のピッチで明暗の縞模様を施し、かつ該縞模様の明
   るい部分と暗い部分の比がいたるところ同一であるよう
   に構成されたスケールと、該スケールに対して相対運動
   を行ない、かつ該相対運動方向の幅が一定であるスリッ
   ト窓を有し、該スリット窓を介して前記スケールを照射
   する発光手段及び、前記スリット窓を介して前記スケー
   ルからの反射光を受光する受光手段とを具備し、かつ前
   記受光手段の最大感度点の位置を前記スリット窓の領域
   外に配置し、前記スケールからの反射光のうち前記スリ
   ット窓を介して前記受光手段に到達する前記スリット窓
   からの散乱光が前記スリット窓からの直接光を上まわる
   ような散乱光主体の受光構造を有し、正弦波様の信号を
   得るようにしたことを特徴とする正弦波エンコーダ。