JPS6316221A - Displacement converter - Google Patents
Displacement converterInfo
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- JPS6316221A JPS6316221A JP61160496A JP16049686A JPS6316221A JP S6316221 A JPS6316221 A JP S6316221A JP 61160496 A JP61160496 A JP 61160496A JP 16049686 A JP16049686 A JP 16049686A JP S6316221 A JPS6316221 A JP S6316221A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、光を利用して機械的な変位を検出する変位変
換器に関するものである。史に詳しくtよ、コード板に
形成されていて所定ビッヂで配列された複数個の透光ス
リットに光を投射し、この透光スリットを通過した光を
受光素子で検出し、この検出光をもとにしてコード板の
変位を求める変位変換器に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a displacement transducer that detects mechanical displacement using light. For more details on the history, t, light is projected onto a plurality of transparent slits formed on a code board and arranged in predetermined bits, the light passing through the transparent slits is detected by a light receiving element, and this detected light is This relates to a displacement converter that determines the displacement of a code plate based on the displacement of the code plate.
[従来の技術]
このような変位変換器の一種として、本出願人による特
願昭58−13951号の変位変換器があった。この変
位変換器は、透光スリットの1ピッチ内に複数個の受光
素子を配列するとともに、透光スリットの1ピッチを電
気的に内沖しく例えば100〜1ooolE1度の内捜
)、高い分解能で変位を検出できるようにしたものであ
る。[Prior Art] As a type of such a displacement transducer, there is a displacement transducer disclosed in Japanese Patent Application No. 13951/1983 filed by the present applicant. This displacement converter arranges a plurality of light-receiving elements within one pitch of a light-transmitting slit, and electrically moves one pitch of the light-transmitting slit inward and outward (for example, 100 to 100 degrees), and has high resolution. This allows displacement to be detected.
[発明が解決しようとする問題点]
しかし、このような変位変換器では、第7図のよ−うに
透光スリットSの通過光が、透光スリットの1ビッヂP
@基本波とした高調波成分を含み、その高:A波成分の
影響により第8図に承りような検出誤差が生じる。以下
、この検出誤差を非直線汽差とする。[Problems to be Solved by the Invention] However, in such a displacement converter, as shown in FIG.
It includes a harmonic component as the fundamental wave, and due to the influence of the high A wave component, a detection error as shown in FIG. 8 occurs. Hereinafter, this detection error will be referred to as a non-linear difference.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたもの
であり、透光スリットの1ピッチ内に設けられた受光素
子の個数と、この1ピッチ内で透光スリットが占める比
率(以下、デユーティ比とする)を最適関係に設定する
ことによって非直線誤差を低減することを目的とする。The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and the present invention is based on the number of light receiving elements provided within one pitch of the light-transmitting slits and the ratio of the light-transmitting slits within this one pitch (hereinafter referred to as duty ratio). The purpose is to reduce nonlinear errors by setting the ratio (ratio) to an optimal relationship.
L問題点を解決プるための手段]
本発明は、
コード板に形成されていて所定ピッチで配列された?!
2aiの透光スリットに光を投射し、この透光スリット
を通過した光を複数個の受光素子で検出し、この検出光
をもとにして前記コード板の変位を求める変位変換器に
おいて、
前記透光スリットの配列の1ピッチ内にある受光素子が
奇数個の場合は、1ピッチ内で透光スリットが占める比
率を50%に設定し、偶数個の場合は、前記比率を素子
数が多くなるに従って50%に近付けるように設定した
ことを特徴とする変位変換器である。Means for Solving Problems L] The present invention is formed on a code board and arranged at a predetermined pitch. !
In the displacement converter that projects light onto a 2ai light transmitting slit, detects the light passing through the light transmitting slit with a plurality of light receiving elements, and determines the displacement of the code plate based on the detected light, If there is an odd number of light-receiving elements within one pitch of the array of light-transmitting slits, the ratio occupied by the light-transmitting slits within one pitch is set to 50%, and if there is an even number, the ratio is set to 50%. This displacement transducer is characterized in that it is set so that it approaches 50% as it increases.
[実施例] 以下、図面を用いて本発明を説明する。[Example] The present invention will be explained below using the drawings.
第1図は本発明にかかる変位変換装置の一実施例の構成
図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a displacement converting device according to the present invention.
図で、1はコード板、11はこのコード板に所定のピッ
チで円周方向に複数個配列された透光スリットである。In the figure, 1 is a code plate, and 11 is a plurality of translucent slits arranged circumferentially at a predetermined pitch on this code plate.
2は光源、21は光源2からの光ビームを平行ビームに
するためのレンズである。2 is a light source, and 21 is a lens for converting the light beam from the light source 2 into a parallel beam.
3は透光スリット11を通った光源2からの光(スリッ
ト像)を受光するイメージセンサで、ここでは例えば8
個のフォトダイオード31〜3日がアレイ状に配列され
たフォトダイオードアレイである。3 is an image sensor that receives the light (slit image) from the light source 2 that has passed through the transparent slit 11;
This is a photodiode array in which 31 to 3 photodiodes are arranged in an array.
SW1〜SW8はフォトダイオード3.〜38からの信
号を一定のタイミングで順次取り出していくスイッチで
ある。SW1 to SW8 are photodiodes 3. This is a switch that sequentially extracts signals from 38 to 38 at a fixed timing.
4はOPアンプであり、各スイッチSW1〜SW8を介
して印加される信号を増幅する。4 is an OP amplifier, which amplifies the signal applied via each switch SW1 to SW8.
5はバンドパスフィルタであり、OPアンプ4の出力信
号の基本波成分を抽出する。5 is a band pass filter, which extracts the fundamental wave component of the output signal of the OP amplifier 4.
このような変位変換器で、フォトダイオードの個数を一
定にしたままで、デユーティ比を変えると、1ピッチを
内挿したことにより生じる非直線誤差は、第2図に示す
ように変化する。In such a displacement transducer, if the duty ratio is changed while keeping the number of photodiodes constant, the nonlinear error caused by interpolating one pitch changes as shown in FIG.
図に示すように、非直線誤差はデユーティ比が40%の
とぎに最小になる。また、50%を対称軸とすると、4
0%の位置と対称な位置すなわち60%の位置でも非直
線誤差は最小になる。このときの透光スリット11とフ
ォトダイオード3の配列関係を第3図に示す。この図に
示すように、透光スリット11の1ピッチP内に8個の
フォトダイオード31〜3eが設けられていて、1ピッ
チPの中で透光スリットが占める比率は40%である。As shown in the figure, the non-linear error is minimized when the duty ratio is 40%. Also, if 50% is the axis of symmetry, then 4
The nonlinear error is also minimized at a position symmetrical to the 0% position, that is, at the 60% position. The arrangement relationship between the light-transmitting slit 11 and the photodiode 3 at this time is shown in FIG. As shown in this figure, eight photodiodes 31 to 3e are provided within one pitch P of the light-transmitting slits 11, and the ratio of the light-transmitting slits in one pitch P is 40%.
フォトダイオード3が9個設けられている場合は、デユ
ーティ比と非直線誤差の関係は第4図に示すようになる
。このとぎは、デユーティ比が50%のときに非直線性
誤差が最小になる。When nine photodiodes 3 are provided, the relationship between the duty ratio and the nonlinear error is as shown in FIG. In this case, the nonlinearity error is minimized when the duty ratio is 50%.
フォトダイオードの個数Nと、非直線誤差が最小になる
デユーティ比りの関係は第5図のようになる。デユーテ
ィ比50〜100%における非直線誤差の変化を表わし
たグラフは、デユーティ比が50%の縦軸について0〜
50%のグラフと対称なグラフである。このため、第5
図の0内に示すデユーティ比でも非直線誤差は最小値を
とる。The relationship between the number N of photodiodes and the duty ratio that minimizes the nonlinear error is as shown in FIG. The graph showing the change in nonlinear error at a duty ratio of 50% to 100% is 0 to 100% on the vertical axis when the duty ratio is 50%.
This graph is symmetrical to the 50% graph. For this reason, the fifth
Even with the duty ratio shown within 0 in the figure, the nonlinear error takes the minimum value.
このような結果は、次のようにして求める。Such a result is obtained as follows.
前述した第7図で、透光スリットのデユーティ比りはW
/P (Wは透光スリットの幅)で与えられる。In the above-mentioned Fig. 7, the duty ratio of the transparent slit is W
/P (W is the width of the transparent slit).
透光スリットに投射される光の光強度関数を7一リエ級
数で表わすと、光強度関数は次式で与えられる。When the light intensity function of the light projected onto the transparent slit is expressed as a 7-Lier series, the light intensity function is given by the following equation.
′11動LtL
?
このような光強度関数をグラフで表わすと、第6図のよ
うになる。第6図では、縦1袖に光強度関数、横軸に空
間周波数をとっている。また、図は、受光素子が8個の
場合(N=8の場合)を示していて、実線が信号成分で
、破線は折返しノイズ成分である。図に示すように、信
号波形が縦軸に当たって折返した成分がノイズ波形にな
っている。'11 motion LtL? If such a light intensity function is represented by a graph, it will be as shown in FIG. In FIG. 6, the vertical axis represents the light intensity function, and the horizontal axis represents the spatial frequency. Further, the figure shows a case where there are eight light receiving elements (N=8), where the solid line is a signal component and the broken line is a folding noise component. As shown in the figure, the component of the signal waveform that is folded back when it hits the vertical axis becomes the noise waveform.
このため、1次の信号成分(基本波成分ンa+には7次
のノイズ成分a7′と9次のノイズ成分a9′が重畳し
ている。Therefore, the seventh-order noise component a7' and the ninth-order noise component a9' are superimposed on the first-order signal component (fundamental wave component a+).
基本波を抽出して光検出信号とするため、基本波の信号
成分が7次及び9次のノイズ成分に比して大きい程S/
N比が良好になって、非直線誤差が小さくなる。Since the fundamental wave is extracted and used as a photodetection signal, the larger the signal component of the fundamental wave is compared to the 7th and 9th order noise components, the more the S/
The N ratio becomes better and non-linear errors become smaller.
ここで、受光素子の数Nとフーリエ級数の係数のI!1
係について説明する。Here, the number N of light receiving elements and the coefficient I of the Fourier series! 1
I will explain about the person in charge.
符号板のデユーティ比をDとすると、光強度関数を表わ
したフーリエ級数の係数a、は次式のようになる。When the duty ratio of the code plate is D, the coefficient a of the Fourier series representing the light intensity function is expressed as follows.
代(24−綾い5) ■ξバー
(えズo、1.λ−−−−−−)
ここで、素子数Nが奇数の場合は、基本波の信号成分に
はくN±1〉次すなわち偶数次の高調波ノイズ成分が重
畳する。(24 - Twill 5) ■ξ bar (Ez o, 1.λ---) Here, if the number of elements N is an odd number, the signal component of the fundamental wave is N±1〉 Next, that is, even-order harmonic noise components are superimposed.
偶数次のノイズ成分の係数は、■式で、次数1が偶数で
あるため、D=0.5であれば1πD−えπ(えは整数
)になり、偶数次のへイズ成分の係数はOになる。この
ため、素子数Nが奇数の場合には最適デユーティ比を5
0%にする。The coefficient of the even-order noise component is the formula ■, and since order 1 is an even number, if D = 0.5, it becomes 1πD-Eπ (where E is an integer), and the coefficient of the even-order haze component is Becomes O. Therefore, when the number of elements N is an odd number, the optimal duty ratio is set to 5.
Set it to 0%.
素子数Nが偶数の場合は、奇数の場合と異なり簡単に最
適デユーティ比は求まらない。そこで、シュミレーショ
ンによって最適デユーティ比を求める。When the number N of elements is an even number, unlike when the number N is odd, the optimum duty ratio cannot be easily determined. Therefore, the optimum duty ratio is determined by simulation.
このようにして求めた最適デユーティ比の一例が第5図
に示すものである。第5図で(ユ、素子数Nが奇数の場
合は最適デユーティ比りが50%である。また、素子数
Nが偶数の場合(よ、素子数が多くなるに従ってデユー
ティ比りが50%に近(=1いていく傾向にある。An example of the optimum duty ratio obtained in this manner is shown in FIG. In Fig. 5, when the number of elements N is an odd number, the optimal duty ratio is 50%. Also, when the number of elements N is an even number, the duty ratio becomes 50% as the number of elements increases. Near (= 1) tends to increase.
また、第2図と第4図に示すように、第2図の40%、
第4図の50%以外にも誤差を小さくするデユーティ比
がある。例えば、第2図では26%と13%がそれであ
る。しかしながら、デユーティ比が50%から離れるに
つれて、デユーティ比の誤差によって大きな誤差が出s
’+ tい。例えば、第2図の13%では、このデユー
ティ比に1%の誤差が生じた場合の非直線、誤差は、デ
ユーティ比40%における1%の誤差に比べてはるかに
大きい。従って、実用的には50%に近いデユーティ比
をとるのが最適である。Also, as shown in Figures 2 and 4, 40% of Figure 2,
There are duty ratios other than 50% shown in FIG. 4 that reduce the error. For example, in FIG. 2, they are 26% and 13%. However, as the duty ratio moves away from 50%, a large error occurs due to the error in the duty ratio.
'+t. For example, at 13% in FIG. 2, the non-linear error when a 1% error occurs in this duty ratio is much larger than the 1% error at a duty ratio of 40%. Therefore, in practice, it is optimal to take a duty ratio close to 50%.
なお、実施例では変位変換器がロータリーエンコーダで
ある場合について説明したが、これに限らず変位変換器
は直線変位形のものであってもよい。In the embodiment, the case where the displacement converter is a rotary encoder has been described, but the present invention is not limited to this, and the displacement converter may be of a linear displacement type.
また、受光素子としてはフォトダイオード以外のものを
用いてもよい。Further, as the light receiving element, something other than a photodiode may be used.
[効果〕
本発明によれば、透光スリットは、受光素子の個数に対
して非直線性誤差が最小になるようなデユーティ比に設
定されているため、変位変換器の検出精度を向上できる
。[Effects] According to the present invention, the light-transmitting slit is set at a duty ratio that minimizes the nonlinearity error with respect to the number of light-receiving elements, so the detection accuracy of the displacement converter can be improved.
第1図は本発明にかかる変位変換器の一実施例の構成図
、第2図及び第4図はデユーティ比と非直線誤差の関係
の一例を示した図、第3図は透光スリットとフォトダイ
オードの配列関係の一例を示した図、第5図はフォトダ
イオードの個数と最適デユーティ比の関係を示した図、
第6図は透光スリットに投t)1′、:5れる光の光強
度関数を示した因、第7図はフォトダイオードが受ける
光の強度とコード板の位置の関係を示した図、第8図は
従来の変位変換器に生じる非直線誤差の分布を示した図
である。
1・・・コード板、11・・・透光スリット、2・・−
光源、3・・・受光素子、4・・・増幅器、5・・・バ
ンドパスフィルタ、SW+〜S W e・・・スイッチ
。
)・−
人
代理人 弁理士 小沢信助 :
\、1
) 噴
、N
く榊圃濠蕩刈9
525図
第7図 し
4置
第6図
虐Fig. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a displacement transducer according to the present invention, Figs. 2 and 4 are diagrams showing an example of the relationship between duty ratio and nonlinear error, and Fig. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the duty ratio and nonlinear error. Figure 5 is a diagram showing an example of the arrangement of photodiodes, and Figure 5 is a diagram showing the relationship between the number of photodiodes and the optimum duty ratio.
Figure 6 shows the light intensity function of the light thrown into the transparent slit, Figure 7 shows the relationship between the intensity of the light received by the photodiode and the position of the code plate. FIG. 8 is a diagram showing the distribution of nonlinear errors occurring in a conventional displacement transducer. 1... Code plate, 11... Translucent slit, 2...-
Light source, 3... Light receiving element, 4... Amplifier, 5... Band pass filter, SW+ to SW e... Switch. )・− Patent attorney Shinsuke Ozawa: \, 1)
, N
Kusakaki field moat harvesting 9 525 figure 7 shi 4 set figure 6
Claims (1)
個の透光スリットに光を投射し、この透光スリットを通
過した光を複数個の受光素子で検出し、この検出光をも
とにして前記コード板の変位を求める変位変換器におい
て、 前記透光スリットの配列の1ピッチ内にある受光素子が
奇数個の場合は、1ピッチ内で透光スリットが占める比
率を50%に設定し、偶数個の場合は、前記比率を素子
数が多くなるに従って50%に近付けるように設定した
ことを特徴とする変位変換器。[Claims] Light is projected onto a plurality of light-transmitting slits formed on a code board and arranged at a predetermined pitch, and the light passing through the light-transmitting slits is detected by a plurality of light-receiving elements. In a displacement converter that calculates the displacement of the code plate based on the detected light, if there is an odd number of light receiving elements within one pitch of the arrangement of the transparent slits, the ratio occupied by the transparent slits within one pitch. is set to 50%, and in the case of an even number of elements, the ratio is set to approach 50% as the number of elements increases.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61160496A JPS6316221A (en) | 1986-07-08 | 1986-07-08 | Displacement converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61160496A JPS6316221A (en) | 1986-07-08 | 1986-07-08 | Displacement converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6316221A true JPS6316221A (en) | 1988-01-23 |
Family
ID=15716192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61160496A Pending JPS6316221A (en) | 1986-07-08 | 1986-07-08 | Displacement converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6316221A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0445387U (en) * | 1990-08-06 | 1992-04-17 | ||
| JP2006071624A (en) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | Optical position measuring instrument |
-
1986
- 1986-07-08 JP JP61160496A patent/JPS6316221A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0445387U (en) * | 1990-08-06 | 1992-04-17 | ||
| JP2006071624A (en) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | Optical position measuring instrument |
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