JPH01212316A - Optical encoder - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の分野〕
本発明は機械的な回転量や直線移動量を電気信号に変換
する光学式のエンコーダに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of the Invention] The present invention relates to an optical encoder that converts the amount of mechanical rotation or linear movement into an electrical signal.
従来光学式のエンコーダは第5図に示すように、ケース
1内に設けられた投光素子2と受光素子3との間に固定
スリット板4と回転軸5に連動して回転し、その円周上
に多数のスリットが設けられた移動スリット板6を有し
ている。そしてこのロータリーエンコーダでは回転軸5
を回転させることによって投光素子2より固定スリット
板4及び移動スリット板6を介して第6図に実線Aで示
すような疑似正弦波信号が得られる。従ってこの信号を
所定闇値で弁別して方形波信号に変換したり、又その微
分信号に基づいて回転軸5の回転速度信号を得るように
している。As shown in FIG. 5, the conventional optical encoder rotates in conjunction with a fixed slit plate 4 and a rotating shaft 5 between a light emitting element 2 and a light receiving element 3 provided in a case 1, and the circular It has a movable slit plate 6 with a large number of slits provided on its circumference. And in this rotary encoder, the rotation axis 5
By rotating the light emitting element 2, a pseudo sine wave signal as shown by the solid line A in FIG. 6 is obtained from the light projecting element 2 via the fixed slit plate 4 and the movable slit plate 6. Therefore, this signal is discriminated by a predetermined darkness value and converted into a square wave signal, and the rotational speed signal of the rotating shaft 5 is obtained based on the differential signal.
しかるにこのような従来の光学式エンコーダtは受光素
子より得られる受光信号レベルを大きくするためにスリ
ット間隔を狭くする必要があり、固定スリット板と移動
スリット板の間隔を例えばスリットピッチとほぼ同じ距
離に保つことによって一定振幅の疑似正弦波信号を得る
ようにしている。この間隔が変動すれば第6図の曲線B
又はCに示すように、受光素子3に得られる疑似正弦波
信号のピーク値が変動する。特に移動スリット板6がエ
ンコーダ本体とは分離された分離型のエンコーダにおい
てはスリット間隔を一定に保つことが困難であり、移動
スリット板と固定スリット板の間隔を狭(すれば両者が
接触し易く、又スリット間隔のわずかな変化によっても
出力信号の振幅が大きく変化する。従ってこの疑似正弦
波信号を微分し速度信号を得る場合、振幅変化が直接速
度信号の誤差として現れてしまうという問題点があった
。However, in such a conventional optical encoder t, it is necessary to narrow the slit interval in order to increase the level of the received light signal obtained from the light receiving element. By keeping the amplitude constant, a pseudo sine wave signal with a constant amplitude is obtained. If this interval changes, curve B in Figure 6
Or, as shown in C, the peak value of the pseudo sine wave signal obtained by the light receiving element 3 fluctuates. Particularly in a separate encoder where the movable slit plate 6 is separated from the encoder body, it is difficult to maintain a constant slit interval. Also, even a slight change in the slit interval causes a large change in the amplitude of the output signal.Therefore, when obtaining a speed signal by differentiating this pseudo sine wave signal, there is a problem that the amplitude change directly appears as an error in the speed signal. there were.
本発明はこのような従来の光学式エンコーダの問題点に
鑑みてなされたものであって、固定スリット板と移動ス
リット板の間隔を比較的広くとることができ、しかもそ
の間隔が変動しても疑似正弦波信号の振幅変化を小さく
押さえることができるようにすることを技術的課題とす
る。The present invention has been made in view of the problems of conventional optical encoders, and it is possible to maintain a relatively wide interval between the fixed slit plate and the movable slit plate, and even when the interval changes. The technical problem is to suppress the amplitude change of a pseudo sine wave signal to a small level.
(課題を解決するための手段)
本発明は機械的な回転量や直線移動量を電気信号に変換
する光学式のエンコーダであって、波長λの光を発光す
る点光源型投光素子と、投光素子に対向して配置された
受光素子と、投光素子及び受光素子間に固定され、一定
のスリットピンチPを隔てて複数のスリットが形成され
た固定スリット板と、固定スリット板に対し相対的に移
動し、°固定スリット板と同一のスリットピッチPを隔
てて複数のスリットが形成された移動スリット板と、を
具備し、移動スリット板及び固定スリット板の間隔をn
pg/λ (n=1.2.・・・−・−・)として設定
したことを特徴とするものである。(Means for Solving the Problems) The present invention is an optical encoder that converts mechanical rotation amounts and linear movement amounts into electrical signals, and includes a point light source type light projecting element that emits light with a wavelength λ; A light-receiving element disposed opposite to the light-emitting element, a fixed slit plate fixed between the light-emitting element and the light-receiving element, and having a plurality of slits separated by a certain slit pinch P; A movable slit plate that moves relatively and has a plurality of slits formed at the same slit pitch P as the fixed slit plate, and the interval between the movable slit plate and the fixed slit plate is set to n.
pg/λ (n=1.2...--).
(作用)
このような特徴を有する本発明によれば、光源として波
長λの点光源の投光素子を用い、固定スリット板と移動
スリット板の間隔をnP!/λとしている。こうすれば
移動スリット板の移動時に2つのスリット板を介して受
光素子に得られる疑似正弦波信号の振幅値は、固定スリ
ット板と移動スリット板を密着させたときとほぼ同一の
大きいレベルとなる。(Function) According to the present invention having such characteristics, a point light source light projecting element with wavelength λ is used as a light source, and the distance between the fixed slit plate and the movable slit plate is set to nP! /λ. In this way, when the movable slit plate moves, the amplitude value of the pseudo sine wave signal obtained through the two slit plates to the light receiving element will be at almost the same large level as when the fixed slit plate and the movable slit plate are brought into close contact. .
(発明の効果)
そのため本発明によれば、組立時にはスリット板の間隔
を特定の関係を満たす任意の間隔に保つことができる。(Effects of the Invention) Therefore, according to the present invention, the interval between the slit plates can be maintained at an arbitrary interval that satisfies a specific relationship during assembly.
従ってスリット板の間隔を従来の光学式エンコーダのよ
うに極めて狭く設定する必要がなく、スリット板同士の
接触の可能性をなくすることができるという効果が得ら
れる。又移動スリット板の移動時には、受光素子より2
つのスリット板を密着させたときと同一レベルの出力信
号が得られ、その振幅値が大きくなるため信号処理が容
易となる。更にスリット板の間隔が所定値かられずかに
変動しても出力信号の振幅に与える影響を比較的小さく
することができ、正確な位置信号、速度信号を得ること
ができる。Therefore, it is not necessary to set the interval between the slit plates to be extremely narrow as in the conventional optical encoder, and it is possible to eliminate the possibility of contact between the slit plates. Also, when moving the movable slit plate, 2
An output signal of the same level as when two slit plates are brought into close contact is obtained, and the amplitude value is increased, making signal processing easier. Furthermore, even if the spacing between the slit plates varies slightly from a predetermined value, the effect on the amplitude of the output signal can be made relatively small, making it possible to obtain accurate position and velocity signals.
第1図は本発明の一実施例による分離型のリニアエンコ
ーダの一面を示す側面図である。本図においてロータリ
ーエンコーダ本体はケースlO内に投光部11及び受光
部12が一定間隔を隔てて固定されている。そして投受
光部11.12の間に移動スリット板13が左右自在に
移動するように構成されている。移動スリット板13は
一定のスリットピッチP毎に多数のスリットが平行して
設けられたものであって、リニアエンコーダ本体とは一
定の間隔を隔てて分離され左右に移動するものとし、そ
の移動量がリニアエンコーダより位置信号として得られ
る。さてエンコーダ本体の投光部11には、図示のよう
に一定の波長λ例えば波長780nmを有する点光源型
の投光素子、例えばレーザダイオード14が設けられる
。そしてレーザビームの光軸により所定角度傾けられ移
動スリー/ )板13に対して垂直な軸を有する円筒形
の光ガイド15が設けられる。光ガイド15の内部には
レーザビームを反射する反射鏡16が設けられ、更に受
光部12との対向面にレーザビームの光径を平行に拡大
するコリメートレンズ17が設けられている。レーザダ
イオード14より出射されたレーザビームは反射鏡16
.コリメートレンズ17を介して平行光が受光部12側
に与えられる。FIG. 1 is a side view showing one side of a separate linear encoder according to an embodiment of the present invention. In the figure, the rotary encoder main body has a light projecting section 11 and a light receiving section 12 fixed at a constant interval in a case IO. A movable slit plate 13 is configured to move freely left and right between the light emitting and receiving parts 11 and 12. The movable slit plate 13 has a large number of slits arranged in parallel at a constant slit pitch P, and is separated from the linear encoder main body at a constant interval and moves left and right. is obtained as a position signal from a linear encoder. Now, as shown in the figure, the light projecting section 11 of the encoder body is provided with a point light source type light projecting element, such as a laser diode 14, having a constant wavelength λ, for example, a wavelength of 780 nm. A cylindrical light guide 15 is provided, which is tilted at a predetermined angle by the optical axis of the laser beam and has an axis perpendicular to the moving triple plate 13. A reflecting mirror 16 that reflects the laser beam is provided inside the light guide 15, and a collimating lens 17 that expands the diameter of the laser beam in parallel is provided on the surface facing the light receiving section 12. The laser beam emitted from the laser diode 14 passes through the reflecting mirror 16
.. Parallel light is applied to the light receiving section 12 side via the collimating lens 17 .
受光部12にはコリメートレンズ17に対向する位置に
微小なスリットが所定のスリットピッチP毎に多数形成
された固定スリット板18が設けられ、その背後には受
光素子、例えばフォトダイオード19が設けられる。又
受光部12にはプリント基板20が実装されその上部に
は信号処理部が設けられている。フォトダイオード19
の出力は通常のリニアエンコーダと同様に信号処理部に
与えられて増幅され、疑似正弦波信号として出力され、
又はその出力を更に微分することによって速度信号を得
るようにしている。The light receiving section 12 is provided with a fixed slit plate 18 in which a large number of minute slits are formed at a predetermined slit pitch P in a position facing the collimating lens 17, and behind the fixed slit plate 18, a light receiving element, for example, a photodiode 19 is provided. . Further, a printed circuit board 20 is mounted on the light receiving section 12, and a signal processing section is provided above the printed circuit board 20. Photodiode 19
The output of is fed to the signal processing section like a normal linear encoder, amplified, and output as a pseudo sine wave signal.
Alternatively, the speed signal is obtained by further differentiating the output.
さて移動スリット板13と固定スリット板18との間隔
りとレーザダイオード14の波長λ、及びスリット板の
スリットとソチPとは次式で定められる関係を保つよう
に設定する。Now, the distance between the movable slit plate 13 and the fixed slit plate 18, the wavelength λ of the laser diode 14, and the slit of the slit plate and the distance P are set so as to maintain the relationship defined by the following equation.
λ (n−1,2,・−・−)本実施例におい
ては例えばnを1とし、間隔L1=P2/λに設定する
ものとする。λ (n-1, 2, . . . -) In this embodiment, for example, n is set to 1 and the interval L1=P2/λ.
ここでスリット板間隔りに対する受光素子19に得られ
る疑似正弦波信号の振幅値は第2図に示すような関係を
有している。本図より明らかなように2つのスリット板
13.18の間隔が零、即ち両者が密着している場合に
得られる出力信号は最大ピーク値を有するものであり、
mP”/2λ (mは奇数)の位置では極めて小さく、
nPf/λの位置では振幅値は最大となり、それらの間
は正弦波状に変化する曲線となる。これはスリットのパ
ターンからの回折の結果得られるフーリエイメージによ
って起こる現象であり、本発明ではこの現象を利用して
いる。即ち本発明では点光源の投光素子を用いてその光
をコリメートレンズによって平行な光ビームとして受光
素子側に与えることによってこの回折現象を利用してい
る。Here, the amplitude value of the pseudo sine wave signal obtained at the light receiving element 19 with respect to the slit plate interval has a relationship as shown in FIG. As is clear from this figure, the output signal obtained when the distance between the two slit plates 13 and 18 is zero, that is, when they are in close contact with each other, has the maximum peak value,
It is extremely small at the position of mP”/2λ (m is an odd number),
The amplitude value is maximum at the position of nPf/λ, and a curve changes sinusoidally between them. This is a phenomenon caused by a Fourier image obtained as a result of diffraction from a slit pattern, and the present invention utilizes this phenomenon. That is, in the present invention, this diffraction phenomenon is utilized by using a light projecting element as a point light source and applying the light to the light receiving element side as a parallel light beam through a collimating lens.
一方第3図は従来の光学式エンコーダにおいて2つのス
リット板の間隔りと受光素子に得られる疑似正弦波信号
の振幅値の変化を示す図である。On the other hand, FIG. 3 is a diagram showing the distance between two slit plates and the change in amplitude value of a pseudo sine wave signal obtained at a light receiving element in a conventional optical encoder.
従来の光学式エンコーダでは第3図に示されるように2
つのスリット板の間隔を狭くすることによって大きな振
幅値を得るようにしている。しかし本願発明ではこれら
の間隔りを小さくする必要はなくP2/λとなるように
することによって間隔りを零、即ち移動スリット板13
と固定スリット板18とを密着させた場合と同一の出力
振幅を得ることができる。又第2図に示すようにこの間
隔りを2P”/π又は3P”/π、・・−一一一一に設
定してもほぼ同一の信号レベルを得ることができる。In the conventional optical encoder, as shown in Figure 3,
A large amplitude value is obtained by narrowing the distance between the two slit plates. However, in the present invention, it is not necessary to reduce these intervals, and by setting them to P2/λ, the intervals can be reduced to zero, that is, the moving slit plate 13
The same output amplitude as in the case where the fixed slit plate 18 and the fixed slit plate 18 are brought into close contact can be obtained. Furthermore, as shown in FIG. 2, almost the same signal level can be obtained even if this interval is set to 2P''/π or 3P''/π, . . . -1111.
更に第2図に示すように間隔りをpt/πに設定したと
きにこの距離りの変化に対して信号の振幅変化を小さく
することができる。即ち従来例のリニアエンコーダでは
、例えばスリットピッチPを40μ幣、スリット間隔L
2を100μmとすると、スリット間隔の変位Δl=±
50/JImの場合には図示のように振幅は約30%変
化する。しかし本実施例では同一のスリットピッチP=
40μ■に対してλ= 780nmのレーザダイオード
を用い、スリット間隔Llを2050μ霧とすると同一
のスリット間隔の変位Δl=±50μ清に対して振幅の
変化は1%以下となる。又スリットピンチP=16μm
、スリット間隔L3を330μmとすると、同一のスリ
ット変位Δl=±50μmに対して振幅変化は約13%
となり、従来例より極めて小さい値とすることができる
。Furthermore, as shown in FIG. 2, when the distance is set to pt/π, it is possible to reduce the change in signal amplitude with respect to the change in distance. That is, in the conventional linear encoder, for example, the slit pitch P is 40μ, and the slit interval L
2 is 100 μm, the displacement of slit interval Δl=±
In the case of 50/JIm, the amplitude changes by about 30% as shown. However, in this embodiment, the same slit pitch P=
If a laser diode with λ=780 nm is used for 40 μι, and the slit interval Ll is 2050 μm, the amplitude change will be less than 1% for the same slit interval displacement Δl=±50 μι. Also, slit pinch P = 16μm
, when the slit interval L3 is 330 μm, the amplitude change is approximately 13% for the same slit displacement Δl = ±50 μm.
Therefore, the value can be much smaller than that of the conventional example.
尚本実施例は単一波長で点光源を得るための投光素子と
してレーザダイオードを用いているが、発光領域が極め
て小さい点光源型の発光ダイオードを投光素子として用
いることも可能である。第4図はこの点光源型発光ダイ
オードを投光素子として用い、スリットピッチPを40
μm、波長λを957n11としたときの受光素子に得
られる出力電圧の振幅値とスリット間ギャップの関係を
示すグラフである。本図に示すように波長に一定の広が
りを有する発光ダイオードを用いてもほぼ第2図と同一
のグラフを得ることができる。従ってスリット板間の間
隔を前述した式を満たす任意の値に設定することができ
、スリット板同士を接触させることな(正確な位置信号
を得ることが可能である。Although this embodiment uses a laser diode as a light projecting element to obtain a point light source with a single wavelength, it is also possible to use a point light source type light emitting diode with an extremely small light emitting area as a light projecting element. Figure 4 shows the use of this point light source type light emitting diode as a light emitting element, with a slit pitch P of 40.
12 is a graph showing the relationship between the amplitude value of the output voltage obtained from the light receiving element and the inter-slit gap when μm and wavelength λ are 957n11. As shown in this figure, even if a light emitting diode having a certain spread in wavelength is used, a graph almost the same as that in FIG. 2 can be obtained. Therefore, the distance between the slit plates can be set to any value that satisfies the above-mentioned formula, and it is possible to obtain accurate position signals without causing the slit plates to contact each other.
又本実施例は分離型のリニアエンコーダについて説明し
ているが、本発明は通常のリニアエンコーダやロータリ
ーエンコーダ等光学式の全てのエンコーダに適用するこ
とが可能である。Further, although this embodiment describes a separate linear encoder, the present invention can be applied to all optical encoders such as ordinary linear encoders and rotary encoders.
第1図は本発明の一実施例によるリニアエンコーダの構
成を示す図、第2図は本実施例のスリット間隔と出力振
幅の関係を示すグラフ、第3図は従来の光学式エンコー
ダのスリット間隔と受光素子に得られる出力振幅の関係
を示すグラフ、第4図は光源として発光ダイオードを用
いたときのスリット間隔と出力電圧の変化を示すグラフ
、第5図は従来の光学式ロータリーエンコーダの一例を
示す断面図、第6図はその出力電圧の変化を示すグラフ
である。
10−・−ケース 11・−・・・−投光部 12
−−−−−−・受光部 13・・・・・・・移動スリ
ット板 14・・・・・・・レーザダイオード 1
7−・−コリメートレンズ18・・・・−・・固定スリ
ット板 19・・・−・・・フォトダイオード
第1図
13−−−−−一 骨動ス°)、ト根
14−−−−−− レー寸°゛ダイオード18−−−−
−一固た又゛〕、7ト坂
19−−−−・−フォトダイオード
第2図
第3図
第5図
第6図FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a linear encoder according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph showing the relationship between slit spacing and output amplitude of this embodiment, and FIG. 3 is a slit spacing of a conventional optical encoder. Figure 4 is a graph showing the change in slit spacing and output voltage when a light emitting diode is used as a light source. Figure 5 is an example of a conventional optical rotary encoder. FIG. 6 is a graph showing changes in the output voltage. 10--Case 11--Light emitter 12
--------・Light receiving section 13...Moving slit plate 14...Laser diode 1
7--Collimating lens 18...Fixed slit plate 19...Photodiode 13-----1 Bone movement S°), To root 14-- --- Ray size °゛Diode 18---
-Ichitsuta Matamata゛], 7 tosaka 19----- Photodiode Figure 2 Figure 3 Figure 5 Figure 6
Claims (1)
光素子及び受光素子間に固定され、一定のスリットピッ
チPを隔てて複数のスリットが形成された固定スリット
板と、 前記固定スリット板に対し相対的に移動し、前記固定ス
リット板と同一のスリットピッチPを隔てて複数のスリ
ットが形成された移動スリット板と、を具備し、 前記移動スリット板及び固定スリット板の間隔をnP^
2/λ(n=1、2、・・・・・・・)として設定した
ことを特徴とする光学式エンコーダ。(1) A point light source type light projecting element that emits light with a wavelength λ, a light receiving element disposed opposite to the light projecting element, and a slit pitch P fixed between the light projecting element and the light receiving element. a fixed slit plate with a plurality of slits formed therebetween, and a movable slit plate that moves relative to the fixed slit plate and has a plurality of slits formed with the same slit pitch P as the fixed slit plate. and, the distance between the movable slit plate and the fixed slit plate is nP^
2/λ (n=1, 2, . . . ).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3835388A JPH01212316A (en) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | Optical encoder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3835388A JPH01212316A (en) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | Optical encoder |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01212316A true JPH01212316A (en) | 1989-08-25 |
Family
ID=12522916
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3835388A Pending JPH01212316A (en) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | Optical encoder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01212316A (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS554592A (en) * | 1978-06-15 | 1980-01-14 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | System for measuring length and angle in terms of photoelectric increment |
JPS6347615A (en) * | 1986-08-15 | 1988-02-29 | Mitsutoyo Corp | Optical displacement detector |
-
1988
- 1988-02-19 JP JP3835388A patent/JPH01212316A/en active Pending
Patent Citations (2)
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