JPS5892819A - 光電式エンコ−ダ装置 - Google Patents
光電式エンコ−ダ装置Info
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- JPS5892819A JPS5892819A JP18988981A JP18988981A JPS5892819A JP S5892819 A JPS5892819 A JP S5892819A JP 18988981 A JP18988981 A JP 18988981A JP 18988981 A JP18988981 A JP 18988981A JP S5892819 A JPS5892819 A JP S5892819A
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- signals
- grating
- optical grating
- optical
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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】
本発明は光電式エンコーダ装置に関する。
メインスケールとインデックススケールのそれぞれに同
一の一定ピッチの光学格子を有する光電式エンコーダに
おいては、メインスケールとインデックススケールが相
対的に移動すると格子を介して受光素子に達する光量は
断続的に大小変化する。
一の一定ピッチの光学格子を有する光電式エンコーダに
おいては、メインスケールとインデックススケールが相
対的に移動すると格子を介して受光素子に達する光量は
断続的に大小変化する。
従来高分解能のエンコーダにおいては、第１図、第２図
に示すように、一定ピツチの格子を有するメインスケー
ル１００に対してメインスケールと同一ピッチの格子か
ら成り００、 ９０°、１８０；’２７０°、の位相の
４つの格子Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄを有するインデックススケー
ル１０１が相対的に移動する構造を採用している。この
相対的な移動が極めて低速の場合には、受光素子の出力
信号は三角波に近くなるが、格子のピッチがμｍ オー
ダの極めて小さいものであるため、実際には光の干渉等
により波形がなまって、正弦波に近くなる。
に示すように、一定ピツチの格子を有するメインスケー
ル１００に対してメインスケールと同一ピッチの格子か
ら成り００、 ９０°、１８０；’２７０°、の位相の
４つの格子Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄを有するインデックススケー
ル１０１が相対的に移動する構造を採用している。この
相対的な移動が極めて低速の場合には、受光素子の出力
信号は三角波に近くなるが、格子のピッチがμｍ オー
ダの極めて小さいものであるため、実際には光の干渉等
により波形がなまって、正弦波に近くなる。
そこでこのような信号を発生する受光素子の合成回路（
ついて第２図により説明する。
ついて第２図により説明する。
インデックススケール１０１の各格子Ａ。
Ｃ，Ｂ、Ｄを通過した不図示の光源からの光束を受光す
るフォトダイオード、フォトトランジスタのような受光
素子ＡＩ＋ＣＩｔＢＩ＋Ｄ、は、互に逆向きに並列接続
して各々オペアンプ１０２，１０３の反転、非反転入力
に接続する。さらに各オペアンプ１０２，１０３には、
所定のゲインを得るための帰慮砥抗１０４．１０５を設
けると共に各出力に比較器１０６，１０７を接続する、
このように受光素子Ａ、とＣ３の差動、受光素子Ｂ１と
り。
るフォトダイオード、フォトトランジスタのような受光
素子ＡＩ＋ＣＩｔＢＩ＋Ｄ、は、互に逆向きに並列接続
して各々オペアンプ１０２，１０３の反転、非反転入力
に接続する。さらに各オペアンプ１０２，１０３には、
所定のゲインを得るための帰慮砥抗１０４．１０５を設
けると共に各出力に比較器１０６，１０７を接続する、
このように受光素子Ａ、とＣ３の差動、受光素子Ｂ１と
り。
の差動を取ることによりオペアンプ１０２゜１０３は、
アース電位（以下０レベルとする。）を振動中心とする
正弦波状の信号を出力する。
アース電位（以下０レベルとする。）を振動中心とする
正弦波状の信号を出力する。
また、比較器１０６，１０７は、アース電位を２値化の
スライスレベルとして、オペアンプ１０２，１０３の各
出力信号を矩形波に変換する。一般に正弦波状の信号を
、その振動中心のスライスレベルで２値化する場合、ス
ライスレベルの電圧を固定しておくと、正弦波状の信号
の振動中心が変動したとき、２値化された矩形波の信号
のデユーティ比はその変動に応じて変化してしまう。こ
のことは。
スライスレベルとして、オペアンプ１０２，１０３の各
出力信号を矩形波に変換する。一般に正弦波状の信号を
、その振動中心のスライスレベルで２値化する場合、ス
ライスレベルの電圧を固定しておくと、正弦波状の信号
の振動中心が変動したとき、２値化された矩形波の信号
のデユーティ比はその変動に応じて変化してしまう。こ
のことは。
光電式エンコーダの光量変化、すなわち、光源の輝度が
変化した場合に生じる。しかしながら、上述のようにイ
ンデックススケール１０１の各格子に対向する受光素子
ＡＩ＋Ｃ３の差動、受光素子Ｂ、とり、の差動を、取る
ことＫより１例えば格子ＡとＣｉｋ照射する光量が共に
同じ童だけ変岬しても、オペアンプ１０２は、常にＯレ
ベルを振動中心とした正弦波状の信号を出力する。
変化した場合に生じる。しかしながら、上述のようにイ
ンデックススケール１０１の各格子に対向する受光素子
ＡＩ＋Ｃ３の差動、受光素子Ｂ、とり、の差動を、取る
ことＫより１例えば格子ＡとＣｉｋ照射する光量が共に
同じ童だけ変岬しても、オペアンプ１０２は、常にＯレ
ベルを振動中心とした正弦波状の信号を出力する。
しかしながら、第２図の合成回路では、インデックスス
ケール内に４つの、格子を設けねばならず、さらに格子
ＡとＣの位相差が１８０’ＢとＤの位相差が１８０°、
ＡとＢの位相差が９０°、ＣとＤの位相差が９０°とい
う具合に正確に位相差を決めなければならない。このた
め各格子Ａ、Ｒ，Ｃ，Ｄの位置を微妙に調整するといつ
簀翅さが生じていた、 本発明は上記諸欠点を解決するために、インデックスス
ケールを互いに位相の異なる３つの光学格子から構成し
、この３つの光学格子のうち、第１の光学格子を基準位
相としたとき、他の２つの光学格子はこの基準位相に対
してそれぞれ正と負方向に１Ｗｊ−の位相差を有する如
く設けられ、３つの光学格子の夫々力信号の夫々とを、
直流夜分が相殺される如く合成して２つの異なる位相の
信号を発生する −＝ 希合成回路を有する構造の光を式ヱンコーダ装置を提供
することを目的とする。
ケール内に４つの、格子を設けねばならず、さらに格子
ＡとＣの位相差が１８０’ＢとＤの位相差が１８０°、
ＡとＢの位相差が９０°、ＣとＤの位相差が９０°とい
う具合に正確に位相差を決めなければならない。このた
め各格子Ａ、Ｒ，Ｃ，Ｄの位置を微妙に調整するといつ
簀翅さが生じていた、 本発明は上記諸欠点を解決するために、インデックスス
ケールを互いに位相の異なる３つの光学格子から構成し
、この３つの光学格子のうち、第１の光学格子を基準位
相としたとき、他の２つの光学格子はこの基準位相に対
してそれぞれ正と負方向に１Ｗｊ−の位相差を有する如
く設けられ、３つの光学格子の夫々力信号の夫々とを、
直流夜分が相殺される如く合成して２つの異なる位相の
信号を発生する −＝ 希合成回路を有する構造の光を式ヱンコーダ装置を提供
することを目的とする。
次（本発明の詳細な説明する。第４Ｖは本発明のインデ
ックススケール２００の一例であり、０°、９０°、１
８０°の位相、すなわち、格子縞のピッチを０．１／４
．１／２ピツチずらした３つの格子ｘ、ｙ、ｚがたてに
並んでいる。
ックススケール２００の一例であり、０°、９０°、１
８０°の位相、すなわち、格子縞のピッチを０．１／４
．１／２ピツチずらした３つの格子ｘ、ｙ、ｚがたてに
並んでいる。
それぞれの格子を通る不図示の光源からの光束を受ける
受光素”子として光電池２０１゜２０２．２０３が設け
られている。＠５図に示すように、光電池２０１と２０
３は同方向に配置され、オペアンプ２０４，２０６に接
続され、オペアンプ２０４．２０６は負帰還抵抗を介し
て、光電池２０１．２０３の光電流を電圧に変換する。
受光素”子として光電池２０１゜２０２．２０３が設け
られている。＠５図に示すように、光電池２０１と２０
３は同方向に配置され、オペアンプ２０４，２０６に接
続され、オペアンプ２０４．２０６は負帰還抵抗を介し
て、光電池２０１．２０３の光電流を電圧に変換する。
光電池２０２は他の２つの光電池とは逆向きに配置され
オペアンプ２０５に接続され、オペアンプ２０５は負帰
還抵抗を介して光電池２０２の光電流を電圧に変換する
。そして、光電池２０１，２０２の出力信号を加筆する
ようにアナログ加算器２０７がオペアンプ２０４，２０
５の各出力に接続しである。また光電池２０２．２０３
の出力信号を加算するようにアナログ加算器２０８がオ
ペアンプ２０５，２０６の各出力に接続しである。アナ
ログ加算器２０Ｔ。
オペアンプ２０５に接続され、オペアンプ２０５は負帰
還抵抗を介して光電池２０２の光電流を電圧に変換する
。そして、光電池２０１，２０２の出力信号を加筆する
ようにアナログ加算器２０７がオペアンプ２０４，２０
５の各出力に接続しである。また光電池２０２．２０３
の出力信号を加算するようにアナログ加算器２０８がオ
ペアンプ２０５，２０６の各出力に接続しである。アナ
ログ加算器２０Ｔ。
２０Ｂの各出力は第３図同様に比較器（不図示）に接続
しである。上記アナログ加算器２０７．２０８によって
合成回路を構成する。
しである。上記アナログ加算器２０７．２０８によって
合成回路を構成する。
以下に第５図の合成回路の動作を説明する。
今、インデックススケールの基準とする格子なＹとすれ
ば、格子Ｙに対して格子Ｘ、ｚはそれぞれ一９０°、＋
９０°の位相差を有する。これに対応する如く光電池２
０１，２０２゜２０３を合成回路に配置し、基準格子に
対する光電池２０２を他の２つの光電池と逆向きに配置
する。
ば、格子Ｙに対して格子Ｘ、ｚはそれぞれ一９０°、＋
９０°の位相差を有する。これに対応する如く光電池２
０１，２０２゜２０３を合成回路に配置し、基準格子に
対する光電池２０２を他の２つの光電池と逆向きに配置
する。
光電池の電流電圧変換回路であるオペアンプ２０４によ
って光電池２０１の光電池は波形が第６図ａＫ示すよう
な電圧信号に変換される。これを数式で表わすとａ＝ｓ
ｉｅθ＋Ｖ（Ｖは出力信号の直流成分を表し、以下、オ
フセット電圧とする。５１ｄ１様に９０°、１８０゜の
位相をもつ格子に対する光電池２０２゜２０．３の各光
電流はそれぞれオペアンプ２０５゜電圧信号に変換され
る。これらを数式で表わすとｂ ＝ −ｓｉｎ （θ＋
９０’ ） −Ｖ、 ｃ ＝ｓｉｎ（θ＋１８０°
）＋ｖとなる。ここで注意するのは、光電池２０２は
他の２個の電池とは逆向きに接続されているため電圧信
号すは０レベルに対して負側に円方される。従って。
って光電池２０１の光電池は波形が第６図ａＫ示すよう
な電圧信号に変換される。これを数式で表わすとａ＝ｓ
ｉｅθ＋Ｖ（Ｖは出力信号の直流成分を表し、以下、オ
フセット電圧とする。５１ｄ１様に９０°、１８０゜の
位相をもつ格子に対する光電池２０２゜２０．３の各光
電流はそれぞれオペアンプ２０５゜電圧信号に変換され
る。これらを数式で表わすとｂ ＝ −ｓｉｎ （θ＋
９０’ ） −Ｖ、 ｃ ＝ｓｉｎ（θ＋１８０°
）＋ｖとなる。ここで注意するのは、光電池２０２は
他の２個の電池とは逆向きに接続されているため電圧信
号すは０レベルに対して負側に円方される。従って。
信号＆、ｅは、オフセット電圧＋■を振動中心とする正
弦波状の信号となり、信号すは。
弦波状の信号となり、信号すは。
オフセット電圧−■を振動中心とする正弦波状の信号と
なる。これらの電圧信号ａ、ｂｌＣをアナログ加算器２
０７，２０８によってａ＋ｂ、ｂ＋ｅとなる信号に合成
するとオフセット電圧■が互に相殺されてその電圧波形
は第６図ｄ、・に示すようにＯレベルを振動中心として
９０°の位相差を有する２つの正弦波形が得られる。と
”□の合成信号ｄ、ｅを数式％式％ ｖ／２ ｓｉｎ （θ−１３５°）となる。この合成信
号ｄ、・は各オペアンプの回路特性がすべて等しいもの
とし、インデックススケールの３つの格子窓を照明する
光の強度にバラツキさえなければ振動中心がＯレベルか
ら変動することはない、すなわち、３つの格子ｘ、ｙ、
ｚを照明する光量が共に同じ量だけ変動したとすると、
信号ａ、ｂ、ｃの振幅、及び各オフセット電圧が変化す
る。ところが各オフセット電圧は、夫々の絶対値が共に
等しく・まま変動する一つまり信ｑａ、ｃのオフセット
電圧＋■が、正方向に大きくなるように変化すると、信
号ｂＱオフセット電圧−Ｖは、負方向に同じ大きさだけ
変化する。そのため１合成信号ｄ、 ｅｔｃはオフセ
ット電圧がキャンセルされて、常に０レベル（アース電
位）を振動中心とする交流成分のみが現われる。
なる。これらの電圧信号ａ、ｂｌＣをアナログ加算器２
０７，２０８によってａ＋ｂ、ｂ＋ｅとなる信号に合成
するとオフセット電圧■が互に相殺されてその電圧波形
は第６図ｄ、・に示すようにＯレベルを振動中心として
９０°の位相差を有する２つの正弦波形が得られる。と
”□の合成信号ｄ、ｅを数式％式％ ｖ／２ ｓｉｎ （θ−１３５°）となる。この合成信
号ｄ、・は各オペアンプの回路特性がすべて等しいもの
とし、インデックススケールの３つの格子窓を照明する
光の強度にバラツキさえなければ振動中心がＯレベルか
ら変動することはない、すなわち、３つの格子ｘ、ｙ、
ｚを照明する光量が共に同じ量だけ変動したとすると、
信号ａ、ｂ、ｃの振幅、及び各オフセット電圧が変化す
る。ところが各オフセット電圧は、夫々の絶対値が共に
等しく・まま変動する一つまり信ｑａ、ｃのオフセット
電圧＋■が、正方向に大きくなるように変化すると、信
号ｂＱオフセット電圧−Ｖは、負方向に同じ大きさだけ
変化する。そのため１合成信号ｄ、 ｅｔｃはオフセ
ット電圧がキャンセルされて、常に０レベル（アース電
位）を振動中心とする交流成分のみが現われる。
本実施例の合成回路では、光電池２０２の７ノード・カ
ソードの接続方向を他の光電池２０１．２０３と逆方向
に接続しであるが。
ソードの接続方向を他の光電池２０１．２０３と逆方向
に接続しであるが。
この光電池２０２を他の光電池２０１，２０３と同じ向
まに接続して、オペアンプ２０５の出力に反転アンプを
付加する構造でも上述の実施例と同様の効果が得られる
。
まに接続して、オペアンプ２０５の出力に反転アンプを
付加する構造でも上述の実施例と同様の効果が得られる
。
すなわち、このときオペアンプ２０５のオフセット電圧
は正側に生じ、その出力信号はｓｉ自（θ＋９０°）＋
Ｖで表わされる。この出力信号を増幅率１の反転アンプ
に入力すると。
は正側に生じ、その出力信号はｓｉ自（θ＋９０°）＋
Ｖで表わされる。この出力信号を増幅率１の反転アンプ
に入力すると。
反転アンプの出力には、−［５ｉｎ（θ＋９００）＋Ｖ
］で表わされる信号が得られる、この信号は言うまでも
なく、上記信号すと同一のものであるっまた。３つの光
電池２０１〜２０３を同じ向きに接続して、それぞれオ
ペアンプ２０４〜２０６からの電圧信号ａ、ｂ、ｃを減
算する（ ｄ＝ａ−ｂ、ｅ＝ｅ−ｂ）アナログ減算器を
加算器２０７，２０８のかわりに接続しても、同様の効
果が得られることは言うまでもなく、このように光電池
を全部同じ向きに接続できれば、さらに３個の光電池を
ＩＣ化するとき同一チップ上に形成できるという利点が
ある。
］で表わされる信号が得られる、この信号は言うまでも
なく、上記信号すと同一のものであるっまた。３つの光
電池２０１〜２０３を同じ向きに接続して、それぞれオ
ペアンプ２０４〜２０６からの電圧信号ａ、ｂ、ｃを減
算する（ ｄ＝ａ−ｂ、ｅ＝ｅ−ｂ）アナログ減算器を
加算器２０７，２０８のかわりに接続しても、同様の効
果が得られることは言うまでもなく、このように光電池
を全部同じ向きに接続できれば、さらに３個の光電池を
ＩＣ化するとき同一チップ上に形成できるという利点が
ある。
また本実施例においてはインデックススケ−ルにＯ；９
０°、１８’０°の位相をもった格子を設けて、０″位
相に対して一４５°。
０°、１８’０°の位相をもった格子を設けて、０″位
相に対して一４５°。
−１３５°の２信号、すなわち９０°位相のずれた２つ
の信号を作ったが１本発明は、インデックススケールの
格子の位相関係を上記のように限るものではなく１例え
ば３つの格子を０，１／８．１／４ ピッチの位相関
係にしても同様の効果が得られることは明らかである。
の信号を作ったが１本発明は、インデックススケールの
格子の位相関係を上記のように限るものではなく１例え
ば３つの格子を０，１／８．１／４ ピッチの位相関
係にしても同様の効果が得られることは明らかである。
この場合、上述の信号ａ、ｂ、ｅは夫々ｓｉａθ＋Ｖ、
−ｓｉ＠（θ＋４５°）−Ｖ、ｓ＋＋＋（θ＋９０’）
＋Ｖで表わされる。
−ｓｉ＠（θ＋４５°）−Ｖ、ｓ＋＋＋（θ＋９０’）
＋Ｖで表わされる。
以上の如く本発明ではインデックススケールを各位相の
異なる光学格子を３つ配置して構成し、この３つの光学
格子の夫々に対して３つの光電変換器を設け、１つの格
子を基準位相としこの光学格子に対して設けられた光電
変換器の出力信号のうち基準位相に応じた出力信号と、
他の２つの出力信号の夫々とを直流成分が相殺される如
く合成して２つの異なる位相の信号を発生する合成回路
を設けること罠よって、インデックススケールの格子の
数を減らし、インデックススケールと光源を含む検出ヘ
ッドを小型化できるという効果がある。
異なる光学格子を３つ配置して構成し、この３つの光学
格子の夫々に対して３つの光電変換器を設け、１つの格
子を基準位相としこの光学格子に対して設けられた光電
変換器の出力信号のうち基準位相に応じた出力信号と、
他の２つの出力信号の夫々とを直流成分が相殺される如
く合成して２つの異なる位相の信号を発生する合成回路
を設けること罠よって、インデックススケールの格子の
数を減らし、インデックススケールと光源を含む検出ヘ
ッドを小型化できるという効果がある。
尚１本発明においては、３つの光学格子は全て同一ピッ
チのものでよいから、インデックススケールの製作は極
めて容易になるという利点もある。
チのものでよいから、インデックススケールの製作は極
めて容易になるという利点もある。
第１図は従来のエンコーダのメインスケールとインデッ
クススケールの斜視図、第２図は従来のエンコーダのイ
ンデックススケールのパターン、第３図は従来のエンコ
ーダの合成回路、第４図は本発明に係るエンコーダ装置
のインデックススケールのパターン、第５図は本発明の
エンコーダ装置の合成回路、第６図は第５図のオ（オン
ゾから得られた電圧波形と合成波形である。 〔主要部分の符号の説明〕 ｘ、ｙ、ｚ ：光学格子 ２０１．２０２．２０３：光電池 ２０４．２０５．２０６：オペアンプ ２０７．２０８：アナログ加算器
クススケールの斜視図、第２図は従来のエンコーダのイ
ンデックススケールのパターン、第３図は従来のエンコ
ーダの合成回路、第４図は本発明に係るエンコーダ装置
のインデックススケールのパターン、第５図は本発明の
エンコーダ装置の合成回路、第６図は第５図のオ（オン
ゾから得られた電圧波形と合成波形である。 〔主要部分の符号の説明〕 ｘ、ｙ、ｚ ：光学格子 ２０１．２０２．２０３：光電池 ２０４．２０５．２０６：オペアンプ ２０７．２０８：アナログ加算器
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 メインスケールとインデックススケールのそれぞ
れに一定ピッチの光学格子を有するエンコーダにおいて
。 前記インデックススケールに設けられた第１．第２．第
３の光学格子；該３つの光学格子は前記第１の光学格子
を基準位相としたとき、前記第２．第３の光学格子が夫
夫基準位相に対して正と負方向に同一の位相差を有する
如く設けられ、前記３つの光学格子の夫々に対して設け
られた３つの光電変換器と； 該各光電変換器の出力信号のうち、前記基準位相に応じ
た出力信号と、他の２つの出力信号の夫々とを、直流成
分が相殺される如く合成して２つの異なる位相の信号を
発生する合成回路とを備えたことを特徴とする光電式エ
ンコーダ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18988981A JPS5892819A (ja) | 1981-11-28 | 1981-11-28 | 光電式エンコ−ダ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18988981A JPS5892819A (ja) | 1981-11-28 | 1981-11-28 | 光電式エンコ−ダ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5892819A true JPS5892819A (ja) | 1983-06-02 |
Family
ID=16248870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18988981A Pending JPS5892819A (ja) | 1981-11-28 | 1981-11-28 | 光電式エンコ−ダ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5892819A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6183912A (ja) * | 1984-10-01 | 1986-04-28 | Sony Magnescale Inc | 光学式変位測定装置の信号検出機構 |
| JPH02143113A (ja) * | 1988-11-25 | 1990-06-01 | Canon Electron Inc | 光学式エンコーダ |
| JP2008084586A (ja) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Matsushita Electric Works Ltd | 天井吊り下げ型情報コンセント |
| JP2014199184A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-23 | Tdk株式会社 | 磁気センサシステム |
-
1981
- 1981-11-28 JP JP18988981A patent/JPS5892819A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6183912A (ja) * | 1984-10-01 | 1986-04-28 | Sony Magnescale Inc | 光学式変位測定装置の信号検出機構 |
| JPH02143113A (ja) * | 1988-11-25 | 1990-06-01 | Canon Electron Inc | 光学式エンコーダ |
| JP2008084586A (ja) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Matsushita Electric Works Ltd | 天井吊り下げ型情報コンセント |
| JP2014199184A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-23 | Tdk株式会社 | 磁気センサシステム |
| US9200884B2 (en) | 2013-03-29 | 2015-12-01 | Tdk Corporation | Magnetic sensor system including three detection circuits |
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