JP4951885B2 - エンコーダ装置 - Google Patents

Description

本発明はエンコーダ装置に関し、被測定物の動きを検出し、動きに応じたパルスを発生するエンコーダ装置に関する。

被測定物の直線運動や回転運動等の動きを検出してコンピュータ等のデジタル機器に入力するための装置として、被測定物の動きに応じたパルスを発生するエンコード装置が従来から利用されている。

図６（Ａ），（Ｂ）は、従来のエンコード装置の一例の平面構成図、側面構成図を示す。同図中、エンコード装置は、光源１０とスリット部材１１と集積回路１２から構成されている。

光源１０と集積回路１２は、離間対向した状態で固定されている。スリット部材１１は、光源１０と集積回路１２の間に挿入された状態で、光源１０と集積回路１２に対し、Ｘ方向（右向き及び左向き）に移動自在とされている。スリット部材１１は被測定物に固定されており、被測定物が動くことによりＸ方向に移動する。

集積回路１２には、図７の平面図に示すように、フォトダイオード１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄがＸ方向に隣接して設けられている。フォトダイオード１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄそれぞれは、Ｘ方向長さがＸ１で、Ｙ方向幅がＹ１に設定されており、各フォトダイオードの受光面積は同一とされている。

スリット部材１１は、図８の平面図に示すように、Ｘ方向に光透過部１１ａと遮光部１１ｂが隣接して繰り返し設けられている。光透過部１１ａと遮光部１１ｂそれぞれはＸ方向長さが２×Ｘ１で、Ｙ方向幅がＹ１＋α（＞Ｙ１）に設定されている。

図６において、フォトダイオード１２ａ，１２ｃの出力信号はコンパレータ１３で比較され、比較結果が検出信号として端子１４より出力される。また、フォトダイオード１２ｂ，１２ｄの出力信号はコンパレータ１５で比較され、比較結果が検出信号として端子１６より出力される。

ここで、スリット部材１１が集積回路１２に対しＸ方向右向きに移動するとき、フォトダイオード１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄそれぞれの入射光量は、図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示すように変化する。

これにより、コンパレータ１３の出力信号は図９（Ｅ）に示すようになり、コンパレータ１５の出力信号は図９（Ｆ）に示すように、コンパレータ１３の出力信号より１／４周期だけ遅れた波形となる。一方、スリット部材１１が集積回路１２に対しＸ方向左向きに移動するときは、コンパレータ１５の出力する検出信号はコンパレータ１３の出力する検出信号より１／４周期だけ進んだ波形となる。

なお、特許文献１には、開孔が並んだ方向の移動をする部材と、前記開孔を通過した光を検出する受光素子と、受光素子の各受光部の検出出力から出力パルスを発生する信号処理部を持つエンコーダ装置が記載されている。
特開平６−１８２９０号公報

スリット部材１１が集積回路１２に対しＸ方向左向きに等速度で移動する際には、フォトダイオード１２ａの入射光量は図９（Ａ）に示すように、時間τだけ単調増加し、時間τだけ最大となり、時間τだけ単調減少する。フォトダイオード１２ｃの入射光量は図９（Ｃ）に示すように、時間τだけ単調減少し、時間τだけ最小となり、時間τだけ単調増加する。

コンパレータ１３の出力する検出信号はフォトダイオード１２ｃの入射光量がフォトダイオード１２ａの入射光量より小さくなった時点で立ち下がり、コンパレータ１３の入力信号が単調増加又は単調現象であるために、立ち下がりの時間変動つまりジッタが大きい。同様にして立ち上がりのジッタも大きくなり、コンパレータ１５の出力する検出信号の立ち上がり及び立ち下がりのジッタが大きいという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、検出信号の立ち上がり及び立ち下がりのジッタを低減できるエンコーダ装置を提供することを目的とする。

本発明のエンコーダ装置は、
菱形の対向する一対の頂点を通る直線がＸ軸と平行となるようにＸ方向に隣接して設けられたＸ方向長さＸ１の菱形の第１〜第４フォトダイオードと、
Ｘ方向長さ２×Ｘ１の光透過部と遮光部が繰り返し設けられＸ方向に移動するスリット部材と、
前記光透過部を透過した光を受光した前記第１〜第４フォトダイオードの出力信号から第１検出信号と、前記第１検出信号に対し位相が前記第１検出信号の１／４周期だけずれた第２検出信号を生成する論理回路を有し、
前記論理回路は、
前記光透過部を透過した光を受光した前記第１フォトダイオードの出力信号と前記第３フォトダイオードの出力信号を比較して前記第１検出信号を得る第１コンパレータと、
前記光透過部を透過した光を受光した前記第２フォトダイオードの出力信号と前記第４フォトダイオードの出力信号を比較して前記第２検出信号を得る第２コンパレータを有することにより、検出信号の立ち上がり及び立ち下がりのジッタを低減できる。

また、前記エンコーダ装置の前記光透過部と遮光部は、前記Ｘ方向と直交するＹ方向幅が前記第１〜第４フォトダイオードのＹ方向幅を超える。

また、前記エンコーダ装置は、
複数組の前記第１〜第４フォトダイオードをＸ方向に隣接して設ける。

本発明によれば、検出信号の立ち上がり及び立ち下がりのジッタを低減できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明のエンコード装置の一実施形態の平面構成図、側面構成図を示す。同図中、エンコード装置は、光源２０とスリット部材２１と集積回路２２から構成されている。

光源２０と集積回路２２は、離間対向した状態で固定されている。スリット部材２１は、光源２０と集積回路２２の間に挿入された状態で、光源２０と集積回路２２に対し、Ｘ方向（右向き及び左向き）に移動自在とされている。スリット部材２１は被測定物に固定されており、被測定物の直線運動や回転運動等の動きによりＸ方向に移動する。

集積回路２２には、図２の平面図に示すように、菱形のフォトダイオード２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが、菱形の対向する一対の頂点を通る直線がＸ軸と平行となるようにＸ方向に隣接して設けられている。なお、菱形のフォトダイオードは正方形であっても良い。フォトダイオード２２ａ〜２２ｄそれぞれは、Ｘ方向長さがＸ１で、Ｙ方向幅が２×Ｙ１に設定されており、各フォトダイオードの受光面積は同一とされている。なお、Ｘ方向とＹ方向は直交する。

スリット部材２１は、図３の平面図に示すように、Ｘ方向に長方形の光透過部２１ａと遮光部２１ｂが隣接して繰り返し設けられている。光透過部２１ａと遮光部２１ｂそれぞれはＸ方向長さが２×Ｘ１で、Ｙ方向幅が２×Ｙ１＋α（＞２×Ｙ１）に設定されている。

図１（Ａ）において、フォトダイオード２２ａ，２２ｃの出力信号はコンパレータ２３で比較され、比較結果は検出信号として端子２４から出力される。フォトダイオード２２ｂ，２２ｄの出力信号はコンパレータ２５で比較され、比較結果は検出信号として端子２６から出力される。

ここで、スリット部材２１が集積回路２２に対しＸ方向右向きに等速度で移動するとき、フォトダイオード２２ａの入射光量は、図４（Ａ）に示すように、時刻ｔ０から時間τ／２まで増加率が徐々に増加し、時間τ／２で増加率が最大となったのち、時間τまで増加率が徐々に減少する。また、時刻ｔ２から時間τ／２まで減少率が徐々に増加し、時間τ／２で減少率が最大となったのち、時間τまで減少率が徐々に減少する。

一方、フォトダイオード２２ｃの入射光量は、図４（Ｃ）に示すように、時刻ｔ０から時間τ／２まで減少率が徐々に増加し、時間τ／２で減少率が最大となったのち、時間τまで減少率が徐々に減少する。また、時刻ｔ２から時間τ／２まで増加率が徐々に増加し、時間τ／２で増加率が最大となったのち、時間τまで増加率が徐々に減少する。

このため、コンパレータ２３の出力する検出信号は図４（Ｅ）に示すように、時刻ｔ０から時間τ／２を経過した時点で急速に立ち下がり、時刻ｔ２から時間τ／２を経過した時点で急速に立ち上がる。従って、検出信号の立ち上がり及び立ち下がりのジッタが大幅に小さくなる。

同様に、スリット部材２１が集積回路２２に対しＸ方向右向きに等速度で移動するとき、フォトダイオード２２ｂの入射光量は、図４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１から時間τ／２まで増加率が徐々に増加し、時間τ／２で増加率が最大となったのち、時間τまで増加率が徐々に減少する。また、時刻ｔ３から時間τ／２まで減少率が徐々に増加し、時間τ／２で減少率が最大となったのち、時間τまで減少率が徐々に減少する。

一方、フォトダイオード２２ｄの入射光量は、図４（Ｄ）に示すように、時刻ｔ１から時間τ／２まで減少率が徐々に増加し、時間τ／２で減少率が最大となったのち、時間τまで減少率が徐々に減少する。また、時刻ｔ３から時間τ／２まで増加率が徐々に増加し、時間τ／２で増加率が最大となったのち、時間τまで増加率が徐々に減少する。

このため、コンパレータ２５の出力する検出信号は図４（Ｆ）に示すように、時刻ｔ１から時間τ／２を経過した時点で急速に立ち下がり、時刻ｔ３から時間τ／２を経過した時点で急速に立ち上がる。従って、検出信号の立ち上がり及び立ち下がりのジッタが大幅に小さくなる。

ところで、集積回路２２に、図５の平面図に示すように、フォトダイオード２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ａ’，２２ｂ’，２２ｃ’，２２ｄ’をＸ方向に隣接して設ける。フォトダイオード２２ａ〜２２ｄ，２２ａ’〜２２ｄ’それぞれは菱形であり、菱形の対向する２つの頂点を通る直線はＸ方向に延在している。フォトダイオード２２ａ〜２２ｄ，２２ａ’〜２２ｄ’それぞれは、Ｘ方向長さがＸ１で、Ｙ方向幅が２×Ｙ１に設定されており、各フォトダイオードの受光面積は同一とする。そして、フォトダイオード２２ａ〜２２ｄそれぞれの出力に対応するフォトダイオード２２ａ’〜２２ｄ’それぞれの出力を加算して、コンパレータ２３，２５に供給する構成としても良い。この構成とすることにより、各フォトダイオードの位置の違いによる入射光量のばらつきを抑制することができる。

なお、フォトダイオード２２ａ〜２２ｄが請求項記載の第１〜第４フォトダイオードに相当し、コンパレータ２３，２５が論理回路に相当する。

本発明のエンコード装置の一実施形態の平面構成図、側面構成図である。 本発明の集積回路の平面図である。 本発明のスリット部材の平面図である。 図１の各部の信号波形図である。 本発明の集積回路の平面図である。 従来のエンコード装置の一例の平面構成図、側面構成図である。 従来の集積回路の平面図である。 従来のスリット部材の平面図である。 図６の各部の信号波形図である。

符号の説明

２１ スリット部材
２１ａ 光透過部
２１ｂ 遮光部
２２ 集積回路
２２ａ〜２２ｄ，２２ａ’〜２２ｄ’ フォトダイオード
２３，２５ コンパレータ

Claims (5)

1. 菱形の対向する一対の頂点を通る直線がＸ軸と平行となるようにＸ方向に隣接して設けられたＸ方向長さＸ１の菱形の第１〜第４フォトダイオードと、
   Ｘ方向長さ２×Ｘ１の光透過部と遮光部が繰り返し設けられＸ方向に移動するスリット部材と、
   前記光透過部を透過した光を受光した前記第１〜第４フォトダイオードの出力信号から第１検出信号と、前記第１検出信号に対し位相が前記第１検出信号の１／４周期だけずれた第２検出信号を生成する論理回路を有し、
   前記論理回路は、
   前記光透過部を透過した光を受光した前記第１フォトダイオードの出力信号と前記第３フォトダイオードの出力信号を比較して前記第１検出信号を得る第１コンパレータと、
   前記光透過部を透過した光を受光した前記第２フォトダイオードの出力信号と前記第４フォトダイオードの出力信号を比較して前記第２検出信号を得る第２コンパレータを有することを特徴とするエンコーダ装置。
2. 請求項１記載のエンコーダ装置において、
   前記光透過部と遮光部は、前記Ｘ方向と直交するＹ方向幅が前記第１〜第４フォトダイオードのＹ方向幅を超えることを特徴とするエンコーダ装置。
3. 請求項１又は２記載のエンコーダ装置において、
   複数組の前記第１〜第４フォトダイオードをＸ方向に隣接して設けたことを特徴とするエンコーダ装置。
4. 菱形の対向する一対の頂点を通る直線がＸ軸と平行となるようにＸ方向に隣接して設けられたＸ方向長さＸ１の菱形の第１〜第８フォトダイオードと、
   Ｘ方向長さ２×Ｘ１の光透過部と遮光部が繰り返し設けられＸ方向に移動するスリット部材と、
   前記光透過部を透過した光を受光した前記第１〜第８フォトダイオードの出力信号から第１検出信号と、前記第１検出信号に対し位相が前記第１検出信号の１／４周期だけずれた第２検出信号を生成する論理回路を
   有することを特徴とするエンコーダ装置。
5. 請求項４記載のエンコーダ装置において、
   前記論理回路は、
   前記光透過部を透過した光を受光した前記第１フォトダイオードの出力信号と第５フォトダイオードの出力信号との出力を加算した第１の信号と、
   前記光透過部を透過した光を受光した第３フォトダイオードの出力信号と第７フォトダイオードの出力信号との出力を加算した第２の信号と、
   前記光透過部を透過した光を受光した第２フォトダイオードの出力信号と第６フォトダイオードの出力信号との出力を加算した第３の信号と、
   前記光透過部を透過した光を受光した第４フォトダイオードの出力信号と前記第８フォトダイオードの出力信号との出力を加算した第４の信号と、
   を形成し、
   前記第１の信号と前記第３の信号を比較して前記第１検出信号を得る第１コンパレータと、
   前記第２の信号と前記第４の信号を比較して前記第２検出信号を得る第２コンパレータを
   有することを特徴とするエンコーダ装置。

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