CN101523163A - 编码器 - Google Patents

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Abstract

提供即使在相对标尺的被检测光的照射位置从基准偏移的情况下，也能够高精度地检测绝对角度的编码器。在编码器(1)中，通过使被检测光通过形成有半圆形状的开口部(17)的带齿轮的转动板(8)，在标尺板(11)中，在包括排列线(L1、L2)的半圆周部分的区域上形成有被检测光照射的亮部(19)，在除了亮部(19)之外的区域上形成有未照射被检测光的暗部(20)。于是，在编码器(1)中，在相对标尺板(11)的被检测光的照射位置从基准偏移的情况下，也能够基于对应于角度检测时光强度波形(P)的半值宽度(W)的角度范围和基准角度范围的差(α°)而加减修正量，来高精度地检测测定对象物的绝对角度。

Description

编码器
技术领域
本发明涉及光学式编码器。
背景技术
作为现有的编码器，有例如专利文献1所记载的光学式编码器。该现有的编码器具有环状配置有具有不同的衍射图案的栅格窗的光学标尺，对通过狭缝照射到栅格窗的被检测光的衍射图案通过图像传感器进行拍摄。并且，从拍摄了的衍射图案来特定栅格窗，并且，基于图像中的衍射图案的位置来特定栅格窗的位置，来检测测定对象物的绝对角度。
专利文献1：日本特开平8-10145号公报
但是，在上述现有的光学式编码器中，从所特定的各栅格窗的位置直接检测绝对角度。因此，例如，存在以下问题：如果由于标尺的圆板加工的困难性或者其后的经时变化等造成构成光学系统的各部件的配置关系偏移，且相对标尺的被检测光的照射位置从基准偏移，则绝对角度的检测精度降低。
发明内容
本发明为了解决上述问题，目的在于提供在相对标尺的被检测光的照射位置从基准偏移的情况下，也能够高精度地检测绝对角度的编码器。
为了解决上述问题，本发明所涉及的编码器的特征在于：具备转动体、对转动体射出被检测光的光源装置、排列有多个受光元件的标尺、以及根据经由转动体向受光元件入射的被检测光的光强度输出输出信号的输出部，受光元件沿着环状的排列线排列在标尺上，转动体，将在标尺上，包括排列线的一部分的区域作为被检测光照射的亮部，将包括除了排列线的一部分之外的其它部分的区域作为被检测光未照射的暗部。
该编码器具有转动体，该转动体将环状地排列有多个受光元件的标尺的包括排列线的一部分的区域作为被检测光照射的亮部，将包括除了排列线之外的其它部分的区域作为未照射被检测光的暗部。于是，通过将来自受光元件的输出信号的一维分布的半值中心作为基准点，并特定对应于该基准点的受光元件，能够算出绝对角度。另一方面，能够从在标尺上形成的亮部的形状预先把握对应于输出信号的一维分布的半值宽度的角度范围(基准角度范围)。在此，在相对标尺的被检测光的照射位置从基准偏移的情况下，对应于角度检测时输出信号的一维分布的半值宽度的角度范围从基准角度范围发生一定量的变化。因此，在该编码器中，算出角度范围的变化量作为修正量，通过对基准点所表示的角度加减修正量，在相对标尺的被检测光的照射位置从基准偏移的情况下，也能够高精度地检测绝对角度。
而且，优选，在转动体上，形成有对应于排列线的直径的半圆形状的光透射部，亮部由通过光透射部的被检测光形成。进而，优选，光透射部为开口部。在使用这样的半圆形状的光透射部或者开口部的情况下，和现有那样的使用狭缝的情况相比，难以产生由尘埃造成的堵塞，可以抑制由于输出信号的电平降低等造成的绝对角度的检测精度的降低。
而且，优选，在转动体上，形成有对应于排列线的直径的半圆形状的光反射部，亮部由被光反射部反射的所述被检测光形成。在此情况下，和现有那样的使用狭缝的情况相比，难以产生由尘埃造成的堵塞，可以抑制由于输出信号的电平降低等造成的绝对角度的检测精度的降低。而且，由于可以在标尺上配置光源装置，因而，可以谋求光学系的小型化。
而且，优选，光反射部在从被检测光的光轴中心偏移的位置上形成。在此情况下，由于能够避免被检测光的峰值部分向受光元件直接入射，能够抑制由于受光元件的饱和造成的编码器的检测精度的降低。
而且，优选，受光元件遍及排列线而排列为交错形状。在此情况下，能够使标尺保持为小型，并提高角度检测的分辨率。
而且，优选，在标尺上，在除了排列有受光元件的区域之外区域上，形成有光吸收膜。这样，能够缓和被检测光的多重反射等的影响，并能够提高从受光元件得到的输出信号的一维分布的SN比。
如以上说明所述，根据本发明所涉及的编码器，在相对标尺的被检测光的照射位置从基准偏移的情况下，也能够高精度地检测绝对角度。
附图说明
图1为表示本发明的第1实施方式所涉及的编码器的立体图。
图2为表示图1所示的编码器的光学系统的立体图。
图3为受光装置的俯视图。
图4为带齿轮的转动板的俯视图。
图5为表示开口部和标尺的配置关系的图。
图6为表示在通过图1所示的编码器检测测定对象物的绝对角度时的处理的流程图。
图7为表示被检测光的光强度的一维分布的图。
图8为表示在发生位置偏差的情况下的开口部和标尺的配置关系的图。
图9为表示在发生位置偏差的情况下的被检测光的光强度的一维分布的图。
图10为表示本发明的第2实施方式所涉及的编码器的立体图。
图11为变形例所涉及的带齿轮的转动板的俯视图。
符号的说明
1、30…编码器、6…LED(光源装置)、7…受光装置、8、31…带齿轮的转动板(转动体)、10…PD(受光单元)、11…标尺板、12…输出部、13…移位寄存器、17…开口部(光透射部)、18…光吸收膜、19…亮部、20…暗部、32…光反射部、L1…第1排列线、L2…第2排列线、X…光轴
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明所涉及的编码器的最佳实施方式进行详细说明。
[第1实施方式]
图1为表示本发明的第1实施方式所涉及的编码器的立体图。图1所示的编码器1为所谓的绝对型旋转编码器，为检测例如汽车的方向盘等测定对象物(图中没有表示)的绝对角度的装置。该编码器1具备连结到测定对象物的转动轴2、和固定在该转动轴2上的带齿轮的圆板3。带齿轮的圆板3伴随着和测定对象物连动的转动轴2的转动，沿箭头A方向转动。
图2为表示编码器1的光学系统S的立体图。如图2所示，编码器1的光学系统S由射出被检测光的点光源LED(光源装置)6、以和LED6相对置的方式配置、接受被检测光的受光装置7、和带齿轮的圆板3啮合的带齿轮的转动板(转动体)8、以及以夹着带齿轮的转动板8的方式配置的一对平行透镜9A、9B构成。
如图3所示，受光装置7具有通过排列多个PD(受光元件)10而形成的标尺板11、和输出来自PD10的输出信号的输出部12。在标尺板11上，设定有同心圆形状的第1排列线L1和第2排列线L2，各PD10遍及各排列线L1、L2而配置为圆环且交错形状。各PD10，从第1个PD101(0°)到最后的PD10n(359.5°)，例如，以沿顺时针方向每0.5°刻度地被分配角度信息。而且，在标尺板11的表面上，在除了排列有PD10的区域之外的区域上，例如，通过印刷等形成有由含有碳的黑色的树脂形成的光吸收膜18。
输出部12具有多个(本实施方式中为4个)移位寄存器13、视频线14、和信号处理部16。各移位寄存器13在比各排列线L1、L2更向内的内侧且配置为和标尺板11同心的大致矩形形状，对各PD10，供给用于根据受光的被检测光的光强度输出输出信号的扫描信号。而且，视频线14在比各排列线L1、L2更向外的外侧配置为同心圆形状，将来自各PD10的输出信号向信号处理部16输出。并且，信号处理部16通过视频线14将从各PD10接受的输出信号向外部输出。而且，向各移位寄存器13的供给驱动信号的供给线(图中没有表示)，例如，连接在PD101和PD10n之间。
另一方面，如图4所示，带齿轮的转动板8具有使从LED6射出的被检测光的一部分通过的开口部17。开口部17为和带齿轮的转动板8同心半圆形状，开口部17的直径为比标尺板11的排列线L1、L2大的直径。如图1所示，该开口部17通过在测定对象物转动时带齿轮的圆板3和带齿轮的转动板8的协动，在绕检测光的光轴X沿箭头B方向转动。而且，在带齿轮的转动板8的表面上，在除了开口部17之外的区域上，形成有由与光吸收膜18相同的材料形成的光吸收膜21。
在朝向带齿轮的转动板8射出的被检测光中，通过开口部17的部分为与开口部17的形状相同的半圆形状。于是，如图5所示，在标尺板11中、包括排列线L1、L2的半圆周部分的区域上，形成被检测光所照射的亮部19。而且，在被检测光中，未通过开口部17的部分被光吸收膜21吸收。于是，在标尺板11中、除了亮部19之外的区域上，形成未照射被检测光的暗部20。
如图2所示，在这样的光学系统S中，如果从作为点光源的LED6射出被检测光，则该被检测光通过平行透镜9A而被平行光束化，向开口部17入射。通过开口部17而成为半圆形状的被检测光通过平行透镜9B而被聚光，向排列为圆环形状的各PD10中、相当于排列线L1、L2的半圆周部分的各PD10入射。从各PD10根据受光的被检测光的光强度分别输出信号，并从信号处理部16向外部输出。
接着，参照图6所示的流程图，对在用具有上述结构的编码器1来检测测定对象物的绝对角度时的处理进行说明。
首先，分别收集从各PD10得到的输出信号，取得对于各PD10的被检测光的光强度的一维分布(步骤S01)。此时，在编码器1中，由于通过开口部17的被检测光入射到相当于排列线L1、L2的半圆周部分的各PD10，因而，如图7(a)所示，在解析一维分布时，得到顶部大致平的宽幅的光强度波形P。
接着，如图7(b)所示，基于规定的比较电平，将得到的光强度波形P二值化(步骤S02)。并且，确定对应于二值化的光强度波形P的半值中心的PD10，根据在该PD10上分配的角度信息，检测基准点的角度(步骤S03)。在检测基准点的角度之后，检测光强度波形P的半值宽度W，并检测对应于该半值宽度W的角度范围(步骤S04)。
在此，在编码器1中，在带齿轮的转动板8上形成有半圆形状的开口部17。因此，在对于标尺板11的被检测光的照射位置未从基准偏移的情况下，对应于光强度波形P的半值宽度W的角度范围(以下，称为“基准角度范围”)被唯一地算出为180°。另一方面，在由于带齿轮的转动板8的轴偏移和转动偏移等，产生相对标尺板11的开口部17的位置偏移，对于标尺板11的被检测光的照射位置从基准偏移的情况下，如图8所示，在标尺板11上，在包括排列线L1、L2的半圆周以上的区域上形成有亮部19。在此情况下，如图9所示，对应于光强度波形P的半值宽度W的角度范围相比基准角度范围增加α°，基准点的位置从真值偏移α°/2。
于是，在步骤S04中检测的角度范围和基准角度范围之间产生差α°的情况下，将对应于此的α°/2作为位置偏移的修正量算出(步骤S05)。然后，通过从在步骤S03中检测的基准点的角度增加(或者减少)修正量α°/2，算出基准点的绝对角度(步骤S06)。
如以上说明的那样，在编码器1中，通过使被检测光通过在带齿轮的转动板8上形成的半圆形状的开口部17，在标尺板11中，在包括排列线L1、L2的半圆周部分的区域上，形成被检测光所照射的亮部19，在除了亮部19之外的区域上，形成未照射被检测光的暗部20。因此，对应于被检测光的光强度波形P的半值宽度W的角度范围(基准角度范围)能够被唯一地算出为180°。由此，在编码器1中，即使在对于标尺板11的被检测光的照射位置从基准偏移的情况下，基于角度检测时的对应于光强度波形P的半值宽度W的角度范围和基准角度范围的差α，算出修正量，通过对基准点所表示的角度加减修正量，也能够高精度地检测测定对象物的绝对角度。
而且，在编码器1中，由于在亮部19和暗部20的形成时，使用半圆形状的开口部17，因而，和现有的使用狭缝的情况相比，开口的尺寸变大，难以产生由于尘埃而造成的堵塞。因此，在编码器1中，即使长时间的使用，也可以抑制由于输出信号的电平降低造成的绝对角度的检测精度的降低。
另一方面，在受光装置7中，由于只进行根据入射到各PD10的被检测光的光强度向外部输出输出信号等简单的处理，因而，信号处理能迅速地进行。而且，也不需要帧存储器等，能够谋求受光装置7的小型化和低成本化。进而，在受光装置7中，各移位寄存器13在排列线L1、L2的内侧，配置为和标尺板11同心的大致矩形形状。这样，通过在位于排列线L1、L2的内侧的剩余的空间内配置各移位寄存器13，能够谋求受光装置7的进一步的小型化。
而且，在标尺板11中，各PD10圆环状的各排列线L1、L2被排列为交错形状。通过这样的PD10的配置，能够使标尺板11保持为小型，并提高角度检测的分辨率。除此之外，在标尺板11的表面上，在除了排列有PD10的区域之外的区域上，形成有光吸收膜18。于是，能够缓和被检测光的多重反射等的影响，能够提高从各PD10得到的输出信号的一维分布的SN比。
[第2实施方式]
接着，对本发明的第2实施方式所涉及的编码器进行说明。如图10所示，第2实施方式所涉及的编码器30，与使被检测光从带齿轮的转动板8的开口部17通过的第1实施方式的不同点在于，在标尺板11上形成亮部19和暗部20时，从LED6射出的被检测光被带齿轮的转动板31的光反射部32反射。
即，在编码器30的光学系统Sa中，带齿轮的转动板31具有将从LED6射出的被检测光的一部分反射的光反射部32。光反射部32利用例如铝薄膜而形成为与带齿轮的转动板31同心的半圆形状。光反射部32的直径为比标尺板11的排列线L1、L2大的直径。而且，在带齿轮的转动板31中，在除了光反射部32之外的部分，通过印刷等形成有由例如含有碳的黑色的树脂形成的光吸收膜33。进而，LED6配置在受光装置7的标尺板11的中央部分上。
在该编码器30中，当被检测光从LED6向带齿轮的转动板31射出时，该被检测光中，照射在光反射部32的半圆形状的部分向受光装置7反射。于是，在标尺板11中，在相当于排列线L1、L2的半圆周部分的包括PD10的区域上，形成被检测光所照射的亮部19(参照图5)。而且，被检测光中，未照射在光反射部32的部分被光吸收膜33吸收。于是，在标尺板11中，除了亮部19之外的区域上，形成未照射被检测光的暗部20。从各PD10，根据受光的被检测光的光强度分别输出输出信号，并从信号处理部16向外部输出。因此，在该编码器30中，也以和第1实施方式同样的顺序，解析被检测光的输出信号的一维分布，从而，即使在对于标尺板11的被检测光的照射位置从基准偏移的情况下，也能够高精度地检测测定对象物的绝对角度。
而且，在编码器30中，在亮部19和暗部20的形成时，使用半圆形状的光反射部32，因而，和第1实施方式同样地，难以产生由于尘埃而造成的堵塞。因此，即使在经过长时间的使用的情况下，也可以抑制由于输出信号的电平降低等造成的绝对角度的检测精度的降低。进而，由于可以在标尺板11上配置LED6，因而，能够谋求光学系Sa的小型化。
本发明不局限于上述实施方式，可以有各种变形。例如，在第1实施方式所涉及的编码器1中，在带齿轮的转动板8中，在除了开口部17之外的区域上形成有光吸收膜21，但是，也可以形成有光反射膜(图中没有表示)来替代光吸收膜21。在此情况下，未通过开口部17的被检测光由光反射膜反射到受光装置7的相反侧，因而，能够提高从各PD10得到的输出信号的一维分布的SN比。
在第2实施方式所涉及的编码器30中，例如，也可以如图11所示，形成半圆形状的反射部35，使连接圆弧的两端的边位于比带齿轮的转动板31的中心更靠圆弧的一侧。这样，如果在从带齿轮的转动板31的中心偏移的位置上形成反射部35，则由于反射部35和被检测光的光轴中心偏移，因而，能够避免被检测光的峰值部分向PD10直接入射。因此，能够抑制由于PD10的饱和造成的编码器30的检测精度的降低。而且，在第2实施方式所涉及的编码器30中，可以在带齿轮的转动板31的中心附近，从被检测光的光轴方向看，在排列线L1、L2的内侧的区域上设置光吸收膜33来替代光反射部32，以使从LED6射出的被检测光的反射不直接回到LED6。
另外，带齿轮的转动体只要将标尺板11的一部分的区域作为被检测光入射的亮部，其它的区域作为未入射被检测光的暗部即可，例如，也可以是带齿轮的转动体的形状为半圆形状，在它的表面上形成光吸收膜或者光反射膜。

Claims (7)

1.一种编码器，其特征在于，具备，
转动体；
对所述转动体射出被检测光的光源装置；
排列有多个受光元件的标尺、以及根据经由所述转动体入射到所述受光元件的所述被检测光的光强度输出输出信号的输出部，
所述受光元件沿着环状的排列线排列在所述标尺上，
所述转动体，将在所述标尺上，包括所述排列线的一部分的区域作为照射所述被检测光的亮部，将包括除了所述排列线的一部分之外的其它部分的区域作为未照射所述被检测光的暗部。
2.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，
在所述转动体上，形成有对应于所述排列线的直径的半圆形状的光透射部，
所述亮部由通过所述光透射部的所述被检测光形成。
3.根据权利要求2所述的编码器，其特征在于，
所述光透射部为开口部。
4.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，
在所述转动体上，形成有对应于所述排列线的直径的半圆形状的光反射部，
所述亮部由被所述光反射部反射的所述被检测光形成。
5.根据权利要求4所述的编码器，其特征在于，
所述光反射部在从所述被检测光的光轴中心偏移的位置上形成。
6.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，
所述受光元件遍及所述排列线而排列为交错形状。
7.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，
在所述标尺上，在除了排列有所述受光元件的区域之外的区域上，形成有光吸收膜。
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