JPS6316221A - 変位変換器 - 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】 ［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。

［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。

［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。

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。

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。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明を説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

このような結果は、次のようにして求める。

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。

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。

′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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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
。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 コード板に形成されていて所定ピッチで配列された複数
   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。