KR940008195B1 - 광학식 부호기 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명의 광학식 부호기의 제1실시예의 구성도.
제2도는 동 실시예의 동작설명도.
제3도 및 제4도는 동 실시예의 있어서의 출력신호의 파형도.
제5도는 본 발명의 제2실시에의 구성도.
제6도는 동 실시예의 신호합성회로의 출력신호의 파형도.
제7도는 동 실시예의 임계치처리회로의 구성도.
제8도는 동 실시예의 회전신호의 파형도.
제9도는 종래예의 광학식 부호기의 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 광원 11 : 콜리메이터렌즈
12 : 렌즈어레이기판 13, 15 : 광검출기
14 : 신호처리회로 16 : 신호합성회로
17 : 임계치처리회로
본 발명은, 이동 혹은 회전하는 위치, 속도, 가속도 등을 검출하는 광학식 부호기에 관한 것이다.
종래의 광학식 부호기로서는, 예를 들면 일본국 특개평 1-199115호 공보에 기재한 것이 있다. 제9도는 상기 종래의 광학식 부호기이 구성도를 표시한 것이며, (1)은 광원, (2)는 콜리메이터렌즈, (3)은 회전디스크, (4)는 고정마스크, (5)는 수광소자, (6)은 파형정형회로이다.
제9도의 구성의 광학식 부호기에 대해서 그 동작을 이하에 설명한다.
광원(1)으로부터 발한 광속은 콜리메이터렌즈(2)에 의해서 평행광으로 되어 회전디스크(3)위에 조사되고, 그중의 회전디스크(3)상의 슬릿과 고정마스크(4)상의 슬릿을 관통한 광을 수광소자(5)에 의해서 수광해서 광전변환하고, 파형정형회로(6)로부터 전기회로서 출력한다.
광원(1)으로부터 본 회전디스크(3)상의 슬릿과 고정마스크(4)상의 슬릿의 포개짐상태는, 회전디스크(3)의 회전에 따라서 거의 맞포개지는 상태와 거의 맞포개지지 않는 2개의 상태 사이를 원활하게 변화한다. 그에 따라서, 파형정형회로(6)로부터는 사인파형상 신호가 출력되고 이 신호에 의거해서 회전위치, 속도, 가속도등을 검출할 수 있다.
그러나 상기의 구성으로 고분해능의 검출을 행하기 위해서는 회전디스크(3)상의 슬릿을 미소피치로 형성하지 않으면 안되는 등의 곤란이 있다.
또, 장치의 조립에 있어서, 회전디스크(3)상의 슬릿과 고정마스크(4)의 슬릿 및 고정마스크(4)의 슬릿과 수광소자(5)의 2조의 위치맞춤을 필요로 한다. 그 때문에 당연히 부품정밀도, 조립조정밀도가 엄격해진다.
또, 광변조부로서 회전디스크(3)의 고정마스크(4)의 2종류의 슬릿판이 필요하고, 이 2매의 슬릿판을 광학식 부호기의 축방향으로 배설하기 때문에 장치의 박형화가 곤란하다.
본 발명은 이러한 점에 비추어, 회전 혹은 이동하는 1매의 기판만으로도 광변조부를 구성하고 고밀도의 회전신호를 얻는 동시에, 조립상의 조정개소를 저감하고, 또한 축방향의 박형화를 도모한 광학식 부호기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 광원과, 이 광으로부터 출사되는 광속을 대략 평행화하는 평행광화수단과, 유리 혹은 수지 등의 투명기판상에 렌즈부를 일정피치로 형성해서 이루어진 렌즈어레이기판과, 이 렌즈어레이기판의 렌즈부의 뒤쪽 초점위치 근처에 배치한 광검출기를 구비한 것을 특징으로 하는 광학식 부호기이다.
상기한 구성에 의하면, 렌즈어레이기판에 입사한 평행광은, 렌즈부에서는 광검출기위에 집광되고, 렌즈부 밖에서는 광검출기 위에 평행하게 입사하는 것과 같은 특성을 가진다.
한편 상기 렌즈어레이기판의 이동 혹은 회전에 따라서 렌즈부의 광축과 광검출기의 중심에는 위치 어긋남이 발생하고, 광검출기의 수광광량은 변화한다. 이 수광광량의 변화로부터 렌즈부 형성주기보다도 고밀도의 주기신호를 얻고, 이로부터 위치, 속도, 가속도 등을 검출할 수 있는 것이다.
이하, 본 발명의 광학식 부호기의 제1실시예를 제1도~제4도에 의거해서 설명한다.
제1도는 본 발명의 광학식 부호기의 제1실시예의 구성도이다.
제1도에 있어서, (10)은 광원, (11)은 광원(10)으로부터 출사된 광을 평행광으로 콜리메이터렌즈이다. (12)는 에를들면 유리 혹은 폴리카아보네이트수지 등으로 된 원반형상의 투영기판의 1원주상에 렌즈부 L을 일정피치로 형성한 렌즈어레이기판이다. 이 렌즈어레이기판(12)은 예를 들면 모우터의 회전축과 같은 회전부재(도시하지 않음)에 적당하게 고정되고, 그 중심을 중심으로 회전이 가능하다. (13)은 렌즈어레이기판(12)의 렌즈부 L의 뒤쪽 초점면위에 배치된 광검출기, (14)는 광검출기(13)의 출력신호를 파형정형하는 파형정형회로이다.
제2도는 렌즈어레이기판(12)의 회전에 따른 기판위에 형성된 렌즈부 L과 광검출기(13)의 상대위치의 변화를 제1도의 C화살표방향으로부터 보아서 표시한 설명도이다.
제3도는 제2도에 표시한 상대위치변화에 대응해서 광검출기(13)의 출력신호파형이 어떻게 변화하는지의 설명도이다.
또 제4도는 파형정형회로(14)에 의해 제3도의 신호를 정형에서 얻어지는 회전신호의 설명도이다.
또한 제2도 및 제3도에 있어서, 광검출기(13)는 설명의 형편상 S1,S2으 2개의 독립된 검출부로 구성되어 있는 것으로 하였다.
제2도 (a)에서는 렌즈어레이기판(12)위의 1개의 렌즈부의 광축과 광검출기(13)의 검출부 S1의 중심이 일치하고 있으며, 또한 렌즈부와 렌즈부의 상이는 검출부 S2에 대응하고 있는 상태를 표시하고 있다.
또, 제2도 (a)중의 광속 A,B는 각각 검출부 S1,S2로 향하는 광속이다.
그런데 광속 A는 렌즈부의 뒤쪽 초점면에 위치하는 검출부 S1위에 모두 접속된다. 또, 렌즈부와 렌즈부의 사이에 위치하는 검출부 S2로 향하는 광속 B는 모두 검출부 S2 위에 평행입사된다. 본 실시예에서는 검출부 S1,S2의 면적은 동등하게 설정하고 있음으로, 이 상태에서는 검출부 S1,S2에 입사하는 광량은 동등하고, 따라서 각 검출부로부터의 출력도 동등한 것이 된다.
이 상태에서의 검출부 S1과 검출부 S2의 출력을 기준 상태, 즉 1로 해서 각각 제3동 (a), (b)에 표시하고 있다.
제3도의 가로축은 렌즈어레이기판(12)과 광검출기(13)와의 상대위치변화량이며, 렌즈어레이기판(12)위의 렌즈부의 형성주기(피치)를 단위로해서 표시하고 있다. 그리고 상대위치변화량 0이란 상기의 위치관계를 가리킨다.
제2도 (b)는 제2도 (a)의 상태로부터 렌즈어레이기판(12)이 회전하고, 렌즈부의 광축과 검출부 S1의 중심이 약 1/8주기 어긋난 상태를 표시하고 있다.
제2도 (a)의 상태에 있어서 광검출기 S1,S2에 입사하는 광량을 기준으로 하면, 동도면 (b)의 경우에는 광검출부 S1에 입사하는 광량은 증가이고, S2에 입사하는 광량은 감소한다.
즉, 광검출부 S1에서는 광속 A중의 광속 A1은 렌즈부로부터는 어긋나지만 검출부 S1위에는 평행입사된다. 광속 A로부터 광속 A1을 제외한 나머지의 광속은 렌즈부를 통과해서 마찬가지로 검출부 S1에 입사한다. 결국 광속 A는 모두 검출부 S1에 입사하게 된다.
한편, 광속 A의 바깥쪽의 광속 A2는 이동해온 렌즈부에서 집속되어 검출부 S1위에 조사된다. 즉 렌즈어레이기판(12)의 상기의 회전에 의해서 검출부 S1에의 광의 입사량이 광속 A2만큼 증가하여 출력이 증대한다.
반대로, 검출부 S2에서는, 광속 B중의 광속 B1은 이동해온 렌즈부에 입사하여 검출부 S2밖에 집속됨으로, 검출부 S2에는 입사되지 않는다. 따라서 검출부 S2의 출력은 도면중의 광속 B1의 광량이 검출부 S2로 부터 어긋나는 만큼 감소한다.
다음에, 제2도 (c)는, 또 렌즈어레이기판(12)의 회전이 진행되어, 렌즈부의 광축과 검출부 S1의 중심이 1/4주기 어긋난 상태를 표시하고 있다.
이 상태보다 약간 앞에, 즉 1/4주기보다 약간 작은 양만큼 어긋난 상태에서는 렌즈부의 광축이 아직 검출부 S1위에 있음으로, 렌즈부에 입사하는 전체 광량은 검출부 S1위에 집속하게 된다. 즉, 광속 A에 더하여, 광속 A의 약 1/2의 광량에 상당하는 광속 A2가 검출부 S1위에 집속됨으로, 검출부 S1에의 입사광량은 기준상태(제2도 (a))의 대략 1.5배가 된다.
한편, 검출부 S2에서는, 광속 B중, 그 약 1/2의 광량에 상당하는 광속 B1이 검출부 S2로부터 어긋남으로, 검출부 S2의 광량은 기준상태의 약 0.5배가 된다.
이들 상태에서의 검출부 S1및 검출부 S2의 신호출력을 각각 제3도 (a), (b)중에 (23)으로 표시한다.
다음에, 제2도 (c)의 상태로부터 약간 위치 어긋남이 진행되면, 즉 1/4주기보다 약간 크게 어긋난 상태에서는, 검출부 S1위에는 이미 렌즈부의 광축은 존재하지 않음으로 렌즈부에 입사한 광은 전혀 검출부 S1에 입사하지 않는다. 즉, 광속 A중, 그 약 1/2의 광량을 가진 광속 A1은 검출부 S1에는 입사하지 않게 된다.
반대로 검출부 S2위에는 렌즈부의 광축이 달한다. 그 결과 광속 B에 더하여 광속 B의 대략 1/2의 광량을 가진 광속 B1도 검출부 S2위에 집속된다.
그 결과 1/4주기의 어긋남을 경계로해서, 각 검출부의 수광량은 급변한다. 즉, 검출부 S1의 수광량은 기준상태의 약 1.5배에서부터 약 0.5배까지 급격하게 감소한다.
반대로 검출부 S2의 수광량은 기준상태의 약 0.5배에서부터 약 1.5배로 급증한다.
이들 상태를 각각 제3도 (a), (b)중에 (25)로 표시했다.
다음에, 제2도 (d)는 렌즈부의 광축과 검출부 S1의 중심이 3/8주기 어긋난 상태를 표시하고 있다. 이 경우도 기준상태와 비교해서 광속 A1에 상당하는 광량만큼 검출부 S1의 출력은 저하하나, (25)와 비교하면 그 저하량은 제3도에 (26)로 표시한 바와 같이 적다.
또 검출부 S2의 출력은, 기준상태와 비교해서 광속 B1에 상당하는 광량만큼 증가하나, (25)와 비교하면 그 증가량은 제3도중에 (26)로 표시한 바와 같이 적다.
제2도 (e)는 렌즈부의 광축과 검출부 S1의 중심이 1/2주기 어긋난 상태를 표시하고 있다. 이 상태는 제2도 (a)에 표시한 기준상태가 반전한 상태에 대응한다. 따라서 제3도에 (27)로 표시한 바와같이 다시 S1출력, S2출력 모두 기준상태와 마찬가지로 1의 값을 가진다.
이후 1/2주기에서부터 1주기까지는, 제2도 (a)~제2도 (e)에 표시한 1/2주기까지의 검출부 S1과 검출부 S2와의 관계를 역전시켜 생각하면 된다.
따라서, 검출부 S1과 검출부 S2의 출력은 각각 제3도에 표시한 바와같이, 위상이 서로 반전하고, 또한 주기가 렌즈부 형성주기와 동등한 주기신호가 얻어진다. 또 이들 주기신호에는 제3도에 도시한 바와같이 렌즈형성주기의 1/4주기와 3/4주기, 즉 1주기당 2개소의 출력급변부(24),(29)가 존재한다.
그래서, 검출부 S1 혹은 검출부 S2의 어느 하나의 출력신호로부터 상기의 (24),(29)의 2개소 출력급변부를, 공지의 신호 사응 하강검출회로를 사용해서 검출하면, 제3도의 신호로부터 제4도의 회전신호가 얻어진다. 따라서, 이 실시에에 있어서의 광검출기는, 반드시 S1,S2의 2개의 독립한 검출부를 사용하는 일없이 회전신호를 얻을 수 있다. 그러나 복수의 독립한 검출부의 출력을 평균화처리함으로써 신호의 S/N비를 향상할 수 있다는 작용효과를 가지게 하는 것이 가능하게 된다.
이상과 같이 본 실시에에 의하면, 이동 또는 회전하는 유리기판상 혹은 수지기판상에 렌즈부를 일정피치로 형성해서 이루어진 렌즈어레이기판에 평행광을 입사시키고, 렌즈어레이기판의 렌즈부의 뒤쪽 초점면에 배치한 광검출기의 신호를 정형함으로써, 렌즈형성주기의 배밀도주기(倍密度周期)의 고밀도회전신호를 얻을 수 있다.
또, 종래에의 광학식 부호기와 같이 회전디스트와 고정슬릿과 같은 2종류의 슬릿판을 사용할 필요가 없음으로, 부품정밀도 및 조립ㆍ조정밀도가 완화된다. 또, 광학식 부호기의 축방향의 박형화가 도모된다.
또한, 본 실시예에서는, 회전형의 광학식 부호기로서 설명했으나, 렌즈어레이를 직선형상으로 형성함으로써 리니어형의 광학식 부호기로 해도 상기와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
제5도는 본 발명의 광학식 부호기의 제2실시예의 구성도이다. 제5도에 있어서(10)은 광원, (11)은 광원(10)으로부터 출사된 광을 평행관으로 변환하는 콜리메이터렌즈, (12)는 유리 혹은 폴리카아보네이트 등의 수지의 원반위에 렌즈부를 대략 동일 원주상에 일정피치로 형성한 렌즈어레이기판이며, 예를 들면 모우터의 회전축과 같은 회전부재에 고착되어 있다.
(15)는 렌즈어레이기판(12)의 렌즈부의 뒤쪽 초점면위에 배치된 S1,S2의 2개의 독립된 검출부로 이루어진 광검출기, (16)은 광검출부 S1,S2로부터의 2개의 출력신호를 합성하는 신호합성회로, (17)은 신호합성회로(16)의 출력을 임계치처리하는 임계치처리회로를 각각 표시한다.
이상과 같이 구성된 본 실시예의 동작을 제5도, 제2도, 제3도 및 제6도, 제8도를 사용해서 설명한다.
제6도는 신호합성회로(16)의 동작설명을 행하기 위하여 표시한 그 출력파형도, 제7도는 임계치처리회로의 구성도, 제8도는 임계치처리회로의 동작을 설명하기 위하여 표시한 그 출력파형도이다.
제5도의 렌즈어레이기판(12)의 회전에 따른 광검출부 S1, S2의 수광량의 변화는 본 발명의 제1실시예에 있어서와 마찬가지이며 제3도에 표시한 것이 된다.
그리고, 본 실시예에서는 이 S1출력과 S2출력을 신호합성회로(16)에 의해 반주기마다 절환해서 제6도에 표시한 출력파형을 얻는다. 즉, 제6도중에 표시한 바와같이, 1/2주기째에서 S1에서부터 S2로 절환하고, 3/4주기째에서 S2에서부터 S1로 절환함으로써 제6도의 출력파형이 얻어진다.
이 절환타이밍의 검출은, 예를 들면, 본 발명의 제1실시예에 있어서의 신호의 상승, 하강 검출회로를 사용하면 된다.
이 합성검출파형은, 제6도에 표시한 바와같이 톱니형상의 파형이 된다.
다음에 이 톱니형상의 파형으로부터 회전출력을 얻는 임계치처리회로의 구성을 제7도에 표시한다. 도면중의 비교회로 1~N는 제6도의 톱니형상파형의 출력치 0.5~1.5를 N단계로 양자화(量子化)한 값을 비교 기준치, 즉 임계치로서 가진 비교회로이며, 예를 들면 비교회로 1은 0.5~(0.5+1/N)의 출력에 대응하는 것이다.
이들 N개의 비교회로는 입력신호에 대해서 병렬로 접속되어 있다. 따라서, 0.5~1.5까지 직선적으로 변화하는 톱니형상파형의 1사이클을 입력하며, 제8도에 표시한 바와같이 N개의 펄스를 얻을 수 있다. 따라서, 도시한 바와같이 렌즈어레이기판(12)위의 렌즈부의 형성주기의 N배의 고밀도회전신호를 얻을 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 의하면, 제1실시예의 효과에 덧붙여서 1매의 렌즈어레이기판으로부터, 제1실시예와 비교해서 N/2배의 고밀도신호를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시에에서는 회전형의 광학식 부호기로서 설명했으나, 렌즈어레이를 직선형상으로 형성함으로써 리니어형의 광학식 부호기로해도 상기와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, 회전 혹은 이동하는 1매의 렌즈어레이기판만으로 광변조부가 형성되고, 고밀도의 회전신호를 얻을 수 있는 동시에, 조정개소를 저감하고, 또한 축방향의 박형화를 도모한 광학식 부호기를 제공할 수 있어 그 실용적 효과가 크다.
Claims (2)
- 광원(10)과, 상기 광원(10)으로부터 출사되는 광속을 대략 평행화하는 평행광화수단(11)과, 투명기판상에 렌즈를 일정피치로 형성해서 이루어진 렌즈어레이기판(12)과, 상기 렌즈어레이기판(12)상의 상기 렌즈의 뒤쪽 초점위치 근처에 배치산 광검출기(13)를 구비한 것을 특징으로 하는 광학식 부호기.
- 광원(10)과, 상기 광원(10)으로부터 출사되는 광속을 대략 평행화하는 평행광화수단(11)과, 투명기판상에 렌즈를 일정피치로 형성해서 이루어진 렌즈어레이기판(12)과, 상기 렌즈어레이기판(12)상의 상기 렌즈의 뒤쪽 초점위치 근처에 배치한 2개의 독립된 광검출부(S1), (S2)로 이루어진 광검출기(15)와, 상기 2개의 독립된 광검출부(S1), (S2)의 출력신호를 합성하는 신호합성회로(16)를 구비한 것을 특징으로 하는 광학식 부호기.
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