JP4640201B2 - 光学式エンコーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学式エンコーダ装置の特に、受光手段から得られる信号の高調波成分を除去するための新規な改良に関する。

図４は光学式エンコーダ装置の一例を示す斜視構成図であり、第１スリット１に対して図示矢印方向に相対移動する第２スリット２が第１スリットの後方に配置され、光電変換素子３が第２スリット２の後方に配置されている。
第１スリット１及び第２スリット２には、光を透過させる部分（以下、透過部という）及び透過させない部分（以下、非透過部という）が所定の長さ（以下、スリットピッチという）で繰返されているパターン部が設けられている。

このような構成において、平行光束Ｌを第１スリットに照射すると、第１スリット１及び第２スリット２を透過した光が光電変換素子３に入射する。そして、光電変換素子３は入射光をその光強度に応じた電気信号に変換して出力する。
この電気信号は、第１スリット１と第２スリット２との相対変位によって第１スリット１及び第２スリット２を透過する光量が変化することにより得られるものであり、その周期がスリットピッチの変位信号である。
また、この変位信号は本来、第１スリット１と第２スリット２との重なり具合により発光側から見た見掛け上の透過部の変化に比例した三角波信号となるはずであるが、実際には光の回折等により三角波が鈍って疑似正弦波となっている。
そして、この疑似正弦波を変位信号に利用して位置検出が行われ、従来の光学式エンコーダで得られる変位信号は、フーリエ級数で表され式６となる。

この変位信号は、第１スリット１と第２スリット２との間隙が変化すると上記高調波成分の影響により大きく歪んでしまう。変位信号の歪み率は式７で表される。

この変位信号の歪みは、主に３次高調波、５次高調波、７次高調波といった低次の高調波成分によるものである。従って、このような変位信号を利用して求めた位置検出値は大きな誤差を伴っていた。
この誤差を小さくするには、第１スリット１と第２スリット２との間隙を一定にすれば良
いが、非常に厳しい取付精度が要求されるという問題があった。
そこで、図５に示すように、歪成分を除去するために隣りあったパターンの間隔が等しくなく、パターンを所定の位相差を有して配置することでｎ次の歪成分を除去する光学式エンコーダが提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開平４−９９９１３号公報

しかしながら、上記特許文献１において、第２スリットに設けるスリットパターンが４本構成の場合、５次高調波成分までは除去されるが、それ以上の高調波成分による歪を除去しようとするとスリットの本数を増やす必要があり、７次高調波成分を除去する場合８本のスリットパターンが必要となり課題があった。
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、スリットの本数を増やすことなく歪の少ない変位信号を安定して出力することができる光学式エンコーダ装置を提供することを目的とする。

第１のスリットと相対変位する第２のスリットの両スリットより得た透過光を検出する受光手段を有する光学式エンコーダ装置において、前記第２のスリットに設けられているスリットパターンは、複数のスリットパターンを有し、各パターン部は互いに前記第１のスリットのピッチの１／１２の位相差をもち、高調波成分を効果的に除去されるように配置されていることにより達成される。
また、前記第２のスリットに設けられているスリットパターンは、第１から第４の透過パターンが１組となって前記第１のスリットのピッチの４倍の周期で繰返し配設され、前記第１の透過パターンに対して、前記第２，第３及び第４の透過パターンがそれぞれ前記第１のスリットのピッチの１／１２，１／６，１／４の位相差をもった間隔で配置されていることによって達成される。
さらに、前記第２のスリットに設けられているスリットパターンは、１つの透過パターンが半径方向に４つに分割され、かつ回転角度に沿って互いに１／１２の位相差をもち、前記第１のスリットのピッチで繰り返し配置されることにより達成される。

本発明の光学式エンコーダ装置によれば、従来のスリット本数を増やすことなく歪の少ない変位信号を得ることができ、効果的に高調波成分を除去できる。

第１のスリットと相対変位する第２のスリットの両スリットより得た透過光を検出する受光手段を有する光学式エンコーダ装置の、前記第２のスリットに設けられているスリットパターンは、第１から第４の透過パターンが１組となって前記第１のスリットのピッチの４倍の周期で繰返し配設され、前記第１の透過パターンに対して、前記第２，第３及び第４の透過パターンがそれぞれ前記第１のスリットのピッチの１／１２，１／６，１／４の位相差をもった間隔で配置されている。

図１は本発明の光学式エンコーダの斜視構成図であり、従来の図４に対応させて示しており、同一構成箇所は同符号を付して説明を省略する。
この光学式エンコーダは、図１に示す第２スリット２に設けられているスリット部が、従来の光学式エンコーダと異なり、図２に示すようにピッチＰで繰返す透過部と非透過部とで成るスリット部２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを配設した点である。
そして、スリット部２Ｂ，２Ｃ，２Ｄはスリット部２Ａを基準とすると、それぞれの位相
をＰ／１２，Ｐ／６，Ｐ／４ずらしている。

このような構成において、例えばスリット部２Ａを透過してきた光量の変化、即ち変位信号ＩＡ（ｘ）を、その主成分である基本波成分と３次高調波成分と５次高調波成分と７次高調波成分に着目すると式１となる。

これに対して、各スリット部２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを透過して来た光量の変化、即ち変位信号ＩＢ（ｘ），ＩＣ（ｘ），ＩＤ（ｘ）は、各スリット部２Ｂ，２Ｃ，２Ｄがスリット部２Ａに対してそれぞれＰ／１２，Ｐ／６，Ｐ／２だけ位相がずれているので、式２，式３，式４となる。

従って、各スリット部２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを同面積にして同光量が透過するようにし、各スリット部２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを透過してきた光を、光電変換するようにすれば、それぞれの光を加算したことになり、式５に示すように３次高調波が相殺される。

また、計算上、本実施例における７次高調波成分までの変位信号の歪み率は、１．２％となり、特許文献１の７次高調波成分までの歪み率２．０％に比べて歪み率を改善でき、より精度の高い変位信号を得ることができる。

実施例１が第２スリットのスリットパターンを移動方向に分割したのに対して、実施例２は、第２のスリットのスリットパターンを半径方向に分割たものである。
図３に示すように、第２のスリットのスリットパターンを半径方向に分割しても、同様の効果が得られる。この場合、半径方向の各スリットパターンを連結しひとつのスリットパターンとしても同様の効果が得られる。
なお、実施例１および実施例２は、ロータリ型の光学式エンコーダ装置について述べたが、リニア型のエンコーダ装置に置き換えても同様の効果が得られる。

本発明による光学式エンコーダ装置は、ロータリ型およびリニア型に適用でき、高調波成分を効果的に除去することができる。

本発明の実施例１における要部構成の斜視図 本発明の実施例１におけるスリット部の説明図 本発明の実施例２におけるスリット部の説明図 従来の要部構成の斜視図 従来のスリット部の説明図

符号の説明

１ 第１スリット
２ 第２スリット
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 透過スリット
３ 光電変換素子

Claims (2)

1. 第１のスリットと相対変位する第２のスリットの両スリットより得た透過光を検出する受光手段を有する光学式エンコーダ装置において、
   前記第２のスリットに設けられているスリットパターンは、第１から第４の透過パターンが１組となって前記第１のスリットのピッチの４倍の周期で繰返し配設され、前記第１の透過パターンに対して、前記第２，第３及び第４の透過パターンがそれぞれ前記第１のスリットのピッチの１／１２，１／６，１／４の位相差をもった間隔で配置されていることを特徴とする光学式エンコーダ装置。
2. 前記第２のスリットに設けられているスリットパターンは、第１から第４の透過パターンが半径方向に４つに分割され、前記第１のスリットのピッチで繰り返し配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ装置。

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