CN101832790A - 光学式编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学式编码器。该光学式编码器具有：转盘，其安装在旋转轴上；第1环状狭缝，其设置在转盘上，且相对于旋转轴的旋转中心偏心；第2环状狭缝，其设置在转盘上，且在与第1环状狭缝不同的方向上偏心；第1检测部，其检测第1环状狭缝的位移；第2检测部，其检测第2环状狭缝的位移；以及信号处理装置，其根据来自所述第1检测部和所述第2检测部的检测信号来检测所述转盘的绝对旋转角度。

Description

光学式编码器
技术领域
本发明涉及用作电机等旋转体的定位用传感器的光学式编码器。
背景技术
以往，存在这样的光学式编码器：该光学式编码器为了以高分辨率来检测旋转体的旋转轴的绝对角度，在转盘上形成有相对于旋转轴的旋转中心偏心的多个同心圆的环状狭缝，检测该同心圆狭缝的偏心量，根据该偏心量来检测转盘的绝对角度(例如参照日本特愿2007-223499号(日本特开2009-058243号公报))。即，由于同心圆狭缝相对于旋转轴偏心地形成，因此当该同心圆狭缝绕旋转轴旋转时，从旋转轴到同心圆狭缝的检测位置的距离随旋转角度而变化。因此，该光学式编码器是根据该距离来检测转盘的旋转角度。
但是，在该光学式编码器中，有时会出现这样的情况：向右旋转θ度与向左旋转θ度这两者的从旋转轴到同心圆狭缝的检测位置的距离相等。即，在日本特愿2007-223499号记载的光学式编码器中，例如，只能计算出转盘从0度到180度或从180度到360度(0度)的半周旋转内的旋转角度，而在进行了半周旋转以上的情况下，不清楚是处于0度到180度的范围还是处于180度到360度(0度)的范围。
另外，如果在彼此分离90度的位置处设置两个检测同心圆狭缝的检测部，并利用这两个检测部来检测环状狭缝的位置，则从两个检测部获得的信号是相对于旋转轴的旋转角度与各个检测部距环状狭缝的距离对应的2相信号，因此能够计算出从0到360度的旋转角度。但是，由于是将两个检测部配置在彼此分离的位置处，因此很难实现小型化。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种光学式编码器，该光学式编码器具有：
转盘，其安装在旋转轴上，能够随着该旋转轴的旋转而旋转；
环状狭缝，其设置在所述转盘上，并包含相对于所述转盘的旋转中心偏心地形成的多个等间距的同心圆狭缝图样；
光源，其被固定地设置，向所述环状狭缝照射光；
绝对值用检测部，其被固定地设置，检测从所述光源照射的、透射过所述环状狭缝的透射光或被所述环状狭缝反射的反射光，输出检测信号；以及
信号处理装置，其根据由所述绝对值用检测部检测出的检测信号，检测所述转盘的绝对旋转角度，
所述环状狭缝具有在彼此不同的方向上偏心的第1环状狭缝和第2环状狭缝，
所述绝对值用检测部具有与所述第1环状狭缝对应的第1检测部以及与所述第2环状狭缝对应的第2检测部，所述第1检测部检测从所述光源照射的、透射过所述第1环状狭缝的透射光或被所述第1环状狭缝反射的反射光，输出检测信号，所述第2检测部检测从所述光源照射的、透射过所述第2环状狭缝的透射光或被所述第2环状狭缝反射的反射光，输出检测信号。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施方式的光学式编码器的侧视图。
图2是第1实施方式中的光学式编码器的平面图。
图3是示出第1实施方式中的环状狭缝的图样(pattern)例的示意图。
图4是第1实施方式中的第1固定狭缝的平面图。
图5是第1实施方式中的第1受光元件的平面图。
图6是示出第1实施方式中转盘旋转时的旋转角度θ与距离L1及距离L2之间的关系的示意图。
图7是示出第1实施方式中旋转角度θ与距离L1及距离L2之间的关系的示意图。
图8是示出第1实施方式中旋转角度θ与距离L1及距离L2之间的关系的曲线图。
图9是示出第1实施方式中的光学式编码器的信号处理装置的第1示例的框图。
图10是示出第1实施方式中的信号处理步骤的流程图。
图11是示出第1实施方式中的光学式编码器的信号处理装置的第2示例的框图。
图12是示出第1实施方式中的信号处理步骤的流程图。
图13是示出第1实施方式中的光学式编码器的信号处理装置的第3示例的框图。
图14是示出本实施方式中的信号处理步骤的流程图。
图15是示出本发明的第2实施方式的光学式编码器的侧视图。
图16是示出第2实施方式中的转盘、光学狭缝以及分度狭缝(indexslit)的配置的立体图。
图17是在图16中添加了光源和受光元件而示出的立体图。
图18是示出转盘中心偏离旋转中心而安装的情况下的转盘状态的平面图。
图19是示出从图18的位置旋转了旋转角度θ时的转盘状态的平面图。
图20是图19的要部放大图。
图21是示出本发明的第3实施方式的光学式编码器的侧视图。
图22是第3实施方式中的光学式编码器的平面图。
图23是示出第3实施方式中的环状狭缝的图样例的平面图。
图24是示出第3实施方式中、转盘中心偏离旋转中心而安装的情况下的转盘状态的平面图。
图25是示出转盘从图24的状态旋转了旋转角度θ时的状态的平面图。
图26是图25的要部放大图。
图27是示出第3实施方式中的光学式编码器的信号处理装置的第1示例的框图。
图28是示出第3实施方式中的信号处理步骤的流程图。
图29是示出第3实施方式中的光学式编码器的信号处理装置的第2示例的框图。
图30是示出第3实施方式中的光学式编码器的另一信号处理方法的流程图。
图31是示出第3实施方式中的光学式编码器的信号处理装置的第3示例的框图。
图32是示出第3实施方式中的光学式编码器的另一信号处理方法的流程图。
图33是示出本发明的第4实施方式的光学式编码器的侧视图。
图34是示出第4实施方式中的光学式编码器的结构的立体图，示出了转盘、光源狭缝以及分度狭缝的配置。
图35是在图34中添加了光源和受光元件而示出的图。
图36是示出本发明的第5实施方式的光学式编码器的侧视图。
图37是第5实施方式中的光学式编码器的平面图。
图38是示出本发明的第6实施方式的光学式编码器的侧视图。
图39是示出第6实施方式中的光学式编码器的结构的立体图，示出了转盘、光源狭缝、增量用光源狭缝、分度狭缝41以及增量用分度狭缝的配置。
图40是在图39中添加了光源、受光元件(绝对值用)以及增量用受光元件而示出的图。
图41是示出本发明的第7实施方式的光学式编码器的侧视图。
图42是示出第7实施方式中的光学式编码器的结构的立体图，示出了转盘、光源狭缝以及分度狭缝的配置。
图43是在图42中添加了光源和第3受光元件而示出的图。
图44是示出本发明的各实施方式的电机以及电机系统的结构的框图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细描述本发明的优选实施方式。注意，在本说明书和附图中，对具有实质上相同的功能和结构的结构要素标注相同的标号，并省略这些结构要素的重复说明。
<第1实施方式>
(第1实施方式的结构)
图1是示出本发明的第1实施方式的光学式编码器的侧视图，图2是平面图。其中，图2的平面图是从纸面下侧观察图1而得到的图。
如图1及图2所示，本实施方式的光学式编码器1经大致划分，具有：旋转轴11、转盘13、环状狭缝25、光源16、检测部12以及信号处理装置170。
旋转轴11的一端与要测量旋转角度的旋转体(未图示)连接，旋转轴11随着该旋转体的旋转而绕旋转轴11的长度方向的旋转中心100旋转。
转盘13与旋转轴11连接，且形成为能够随着该旋转轴11的旋转而绕旋转中心100旋转。
环状狭缝25设置在转盘13上，且包含相对于转盘13的旋转中心100偏心地形成的多个等间距的同心圆狭缝图样。另外，本实施方式中的环状狭缝25形成为透射狭缝。并且，环状狭缝25具有两种环状狭缝，即，第1环状狭缝25A和第2环状狭缝25B。
在本实施方式的光学式编码器中，如图2所示，第1环状狭缝25A具有相对于转盘13的旋转中心100偏心的多个同心圆狭缝图样。另一方面，第2环状狭缝25B具有相对于转盘13的旋转中心，在与第1环状狭缝25A不同的方向上偏心的多个同心圆狭缝图样。另外，第1环状狭缝25A以及第2环状狭缝25B各自的多个同心圆狭缝图样被设置成，从各同心圆中心起的半径不同，而间隔即间距相同。
检测部12是原点用检测部的一例，具有第1检测部12A和第2检测部12B。第1检测部12A以及第2检测部12B分别与第1环状狭缝25A以及第2环状狭缝25B对应地设置在固定部件(未图示)上。另外，第1检测部12A与第2检测部12B在转盘13的径向的同一直线轴上接近配置。
在本实施方式中，第1检测部12A具有第1固定狭缝21A和第1受光元件22A，第2检测部12B具有第2固定狭缝21B和第2受光元件22B。
图3是示出环状狭缝的图样例的示意图。
如图3所示，第1环状狭缝25A由以点101A为中心、以半径为r1的圆为中央的半径依次相差Δr1的不同的多个(图中为5个)同心圆狭缝形成，这些同心圆狭缝相对于转盘13的中心103在X轴方向上偏心了距离d1。第2环状狭缝25B由以点101B为中心、以半径为r2的圆为中央的半径依次相差Δr2的不同的多个(图中为5个)同心圆狭缝形成，这些同心圆狭缝相对于转盘13的中心103在Y轴方向上偏心了距离d2。并且，转盘13的中心103被安装成与旋转轴11的旋转中心100一致。
即，本实施方式的光学式编码器1在转盘13上具有相对于转盘13的中心103在彼此不同的方向上偏心的2个环状狭缝。
图4是第1固定狭缝21A的平面图。
第1固定狭缝21A形成有：A相狭缝组21AA，其具有与环状狭缝相同间距的多个平行狭缝；以及B相狭缝组21AB，其开口部的相位与A相狭缝组21AA不同。
图5是第1受光元件的平面图。
如图5所示，与A相狭缝组、B相狭缝组对应地，第1受光元件22A也被分割为A相受光部22AA和B相受光部22AB这两个部分。未作图示，第2固定狭缝21B也同样地形成有相位彼此不同的A相狭缝组21BA和B相狭缝组21BB，且第2受光元件22B也同样地被分割为A相受光部22BA和B相受光部22BB这两个部分。
这样，由于与各环状狭缝25A、25B对应地具有A相用及B相用的固定狭缝和受光部，因此能够取得A相信号和B相信号。
光源16对第1环状狭缝25A以及第2环状狭缝25B进行照射。另外，光源16也可以独立地设置用于第1环状狭缝25A的元件和用于第2环状狭缝25B的元件。另外，后面将对信号处理装置170进行详细的叙述。
(第1实施方式的动作)
接着，对本实施方式的动作进行说明。
图6是示出转盘旋转时的旋转角度θ与距离L1及距离L2之间的关系的示意图，距离L1是从旋转中心100到第1环状狭缝25A的与第1检测部对应的位置102A的距离，距离L2是从旋转中心100到第2环状狭缝25B的与第2检测部对应的位置102B的距离。
在转盘13的中心与旋转轴11的旋转中心100一致的状态下，当旋转轴11旋转时，由于第1环状狭缝25A相对于转盘13的中心103偏心地形成，因此距离L1与旋转轴11的旋转角度θ对应地变化。同样，由于第2环状狭缝25B相对于转盘13的中心103偏心地形成，因此，距离L2与旋转轴11的旋转角度θ对应地变化。
图7是示出旋转角度θ与距离L1及距离L2之间的关系的示意图，是图6的要部放大图。转盘13的中心103被安装成与旋转轴11的旋转中心100一致，考虑旋转了角度θ时的状态。设第1环状狭缝25A的中心101A位于X轴时为0度，则旋转了θ时的距离L1表示为：
L1＝d1cosθ+(r1 2-d1 2·sin2θ)1/2.....(1)。
当d1远小于r1时，近似为：
L1≈d1cosθ+r1.....(2)。
同样，距离L2表示为：
L2＝-d2sinθ+(r2 2-d2 2·sin2θ)1/2.....(3)。
当d2远小于r2时，近似为：
L2≈-d2sinθ+r2.....(4)。
图8是示出旋转角度θ与距离L1及L2之间的关系的曲线图，示出了环状狭缝的半径为20mm、环状狭缝的偏心量为40μm时的旋转角度θ与距离L1及距离L2之间的关系。
(第1实施方式的信号处理装置)
接着，对用于检测旋转角度的信号处理装置进行说明。
图9是示出本实施方式中的光学式编码器的信号处理装置的第1例的框图。
如图9所示，信号处理装置170具有AD转换元件181、182、第1位移检测处理部201、第2位移检测处理部202以及角度检测处理部210。
AD转换元件181分别对根据第1环状狭缝25A与第1固定狭缝21A之间的重合状态而产生的、来自第1受光元件22A的A相受光部22AA和B相受光部22AB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换。AD转换元件182分别对根据第2环状狭缝25B与第2固定狭缝21B之间的重合状态而产生的、来自第2受光元件22B的A相受光部22BA和B相受光部22BB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换。
第1位移检测处理部201根据由AD转换元件181数字化之后的2相的近似正弦波信号，计算作为第1环状狭缝25A在旋转轴的径向上的位移的第1位移。第2位移检测处理部202根据由AD转换元件182数字化之后的2相的近似正弦波信号，计算作为第2环状狭缝25B在旋转轴的径向上的位移的第2位移。
角度检测处理部210根据由第1位移检测处理部201计算出的第1位移和由第2位移检测处理部202计算出的第2位移来检测旋转角度。这样，本实施方式的光学式编码器1能够根据第1位移检测处理部201以及第2位移检测处理部202的输出信号，在0度～360度的整个圆周内，检测任意的旋转角度。
另外，上述位移检测处理部以及角度检测处理部的算法不局限于特定的方式。作为一例，存在这样的方式：将2相的近似正弦波信号中的1个信号设为A、将另1个信号设为B，进行θ＝tan-1(B/A)这一运算，由此来计算旋转角度θ。下文中，将这样的运算称为内插分割处理。
接着，对用于检测旋转角度的信号处理步骤进行说明。
图10是示出信号处理步骤的流程图。
1)在步骤1中，AD转换元件181对根据第1环状狭缝25A与第1固定狭缝21A之间的重合状态而产生的、来自第1受光元件22A的A相受光部22AA和B相受光部22AB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换，使它们成为数字信号。
2)在步骤2中，第1位移检测处理部201根据在步骤1中转换得到的2个数字信号，计算距离L1。
3)在步骤3中，AD转换元件182对根据第2环状狭缝25B与第2固定狭缝21B之间的重合状态而产生的、来自第2受光元件22B的A相受光部22BA和B相受光部22BB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换，使它们成为数字信号。
4)在步骤4中，第2位移检测处理部202根据在步骤3中转换得到的2个数字信号，计算距离L2。
5)在步骤5中，角度检测处理部210根据在步骤2和步骤4中得到的L1和L2，通过式(1)～(4)等来求出旋转角度θ。
另外，对于步骤1和步骤3，可以先从任一步骤开始进行，对于步骤2和步骤4，也可以先从任一步骤开始进行。另外，也可以同时并行地进行处理。
接着，对本实施方式中的信号处理装置的另一例进行说明。
图11是示出本实施方式中的光学式编码器的信号处理装置的第2例的框图，是在第1例所示的信号处理装置中将第1位移检测处理部201与第2位移检测处理部202统一起来的例子。
如图11所示，该例中的信号处理装置170具有AD转换元件181、182、切换开关180、位移检测处理部200、存储部190以及角度检测部210。
位移检测处理部200可以采用与上述位移检测处理部201、202相同的结构，不过在该位移检测处理部200的前级设置了切换开关180。切换开关180对以下两种情况进行切换，即：将来自AD转换元件181的信号输入到位移检测处理部200；以及将来自AD转换元件182的信号输入到位移检测处理部200。其结果是，选择了要输入给位移检测处理部200的数字信号。
另一方面，在位移检测处理部200的后级设有存储部190，在存储部190中，存储将来自AD转换元件181的信号输入到位移检测处理部时距离L1的计算结果、以及将来自AD转换元件182的信号输入到位移检测处理部时距离L2的计算结果。
角度检测处理部210根据由第1位移检测处理部201计算出的或临时存储在存储部190中的第1位移、以及由第2位移检测处理部202计算出的或临时存储在存储部190中的第2位移，进行内插分割处理，由此来检测旋转角度θ。
接着，对用于检测旋转角度的信号处理步骤进行说明。
图12是示出信号处理步骤的流程图。
1)在步骤1中，AD转换元件181对根据第1环状狭缝25A与第1固定狭缝21A之间的重合状态而产生的、来自第1受光元件22A的A相受光部22AA和B相受光部22AB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换，使它们成为数字信号。
2)在步骤2中，AD转换元件182对根据第2环状狭缝25B与第2固定狭缝21B之间的重合状态而产生的、来自第2受光元件22B的A相受光部22BA和B相受光部22BB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换，使它们成为数字信号。
3)在步骤3中，当切换开关180根据来自上位控制部(未图示)的切换信号，选择了在步骤1中转换得到的2个数字信号作为位移检测处理部200的输入时，位移检测处理部200计算距离L1，并将其存储在存储部190中。
4)在步骤4中，当切换开关180根据来自上位控制部的切换信号，选择了在步骤2中转换得到的2个数字信号作为位移检测处理部200的输入时，位移检测处理部200计算距离L2，并将其存储在存储部190中。
5)在步骤5中，角度检测处理部210根据在步骤3和步骤4中存储的L1和L2，通过式(1)～(4)等，基于内插分割处理来求出旋转角度θ。
另外，关于步骤1和步骤2，可以先从任一步骤开始进行，也可以同时并行地进行处理。
接着，对本实施方式中的信号处理装置的又一例进行说明。
图13是示出本实施方式中的光学式编码器的信号处理装置的第3例的框图，是将第1例所示的信号处理装置中的位移检测处理部200与角度检测处理部210统一起来的例子。
如图13所示，该例中的信号处理装置170具有AD转换元件181、182、切换开关180、位移检测处理部200以及存储部190。
在该例中，也在位移检测处理部200的前级设置了切换开关180。另一方面，本发明的切换开关180是对下述三种情况进行切换，即：将AD转换元件181对根据第1环状狭缝25A与第1固定狭缝21A之间的重合状态而产生的、来自第1受光元件22A的A相受光部22AA和B相受光部22AB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行数字化后得到的信号，输入到位移检测处理部；将AD转换元件182对根据第2环状狭缝25B与第2固定狭缝21B之间的重合状态而产生的、来自第2受光元件22B的A相受光部22BA和B相受光部22BB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行数字化而得到的信号，输入到位移检测处理部；以及将上述两种情况各自的计算结果即L1、L2输入到位移检测处理部。由此，选择了要输入给位移检测处理部200的信号。
在位移检测处理部200的后级设有存储部190。在存储部190中存储以下计算结果：将由AD转换元件181进行数字化后得到的信号输入到位移检测处理部时距离L1的计算结果；以及将由AD转换元件182进行数字化后得到的信号输入到位移检测处理部时距离L2的计算结果。
接着，对用于检测旋转角度的信号处理步骤进行说明。
图14是示出本实施方式中的信号处理步骤的流程图。
1)在步骤1中，AD转换元件181对根据第1环状狭缝25A与第1固定狭缝21A之间的重合状态而产生的、来自第1受光元件22A的A相受光部22AA和B相受光部22AB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换，使它们成为数字信号。
2)在步骤2中，AD转换元件182对根据第2环状狭缝25B与第2固定狭缝21B之间的重合状态而产生的、来自第2受光元件22B的A相受光部22BA和B相受光部22BB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换，使它们成为数字信号。
3)在步骤3中，当切换开关180根据来自上位控制部(未图示)的切换信号，选择了在步骤1中转换得到的2个数字信号作为位移检测处理部200的输入时，位移检测处理部200计算距离L1，并将其存储在存储部190中。
4)在步骤4中，当切换开关180根据来自上位控制部的切换信号，选择了在步骤2中转换得到的2个数字信号作为位移检测处理部200的输入时，位移检测处理部200计算距离L2，并将其存储在存储部190中。
5)在步骤5中，当切换开关180根据来自上位控制部的切换信号，选择了在步骤3和步骤4中存储的距离L1和距离L2作为位移检测处理部200的输入时，位移检测处理部200根据上述式(1)～(4)等来求出旋转角度θ。
另外，关于步骤1和步骤2，可以先从任一步骤开始进行，也可以同时并行地进行处理。
另外，特别地，通过将第1环状狭缝25A及第1固定狭缝21A的狭缝间距和第2环状狭缝25B及第2固定狭缝21B的狭缝间距设定得比各个环状狭缝的偏心量d1、d2大，由此能够在转盘13从0度到360度的旋转中，唯一地确定第1环状狭缝25A与第1固定狭缝21A的开口部的位置关系以及第2环状狭缝25B与第2固定狭缝21B的开口部的位置关系，能够根据环状狭缝25的位移来计算旋转角度的绝对值。例如，如果设上述环状狭缝25相对于旋转轴的偏心量为40μm，则只要将上述环状狭缝25、第1固定狭缝21A以及第2固定狭缝21B的狭缝间距设为50μm即可。
这样，在本实施方式中，在转盘上形成有第1环状狭缝和第2环状狭缝，该第1环状狭缝具有相对于转盘中心偏心的多个同心圆狭缝，该第2环状狭缝具有在与第1环状狭缝不同的方向上偏心的多个同心圆狭缝，因此，能够在0～360度的整个圆周内，检测任意的旋转角度，并且，由于能够将第1检测部和第2检测部配置在相接近的位置处，因此能够实现小型的光学式编码器。
<第2实施方式>
(第2实施方式的结构)
图15是示出本发明的第2实施方式的光学式编码器的侧视图。
与第1实施方式的主要不同之处在于应用了三光栅原理的反射型光学系统的结构。另外，本实施方式的信号处理部17可以采用与上述第1实施方式或后述第3实施方式相同的结构，因此，为了便于说明而将其省略。
在本实施方式的光学式编码器2中，在转盘13的与第1受光元件22A以及第2受光元件22B相同的面侧，配置有光源16，在光源16的光路上配置有光源狭缝40，而作为第1固定狭缝21A以及第2固定狭缝21B的替代，配置了第1分度狭缝41A和第2分度狭缝41B(三光栅光学系统的情况下的第1固定狭缝的一例)。
即，光源狭缝40设置在光源16的前方，由光源狭缝40、第1环状狭缝25A以及第1分度狭缝41A形成三光栅。同样，光源狭缝40、第2环状狭缝25B以及第2分度狭缝41B也形成三光栅。
如上所述，在本发明的各实施方式中，由于环状狭缝采用了多个等间距形成的同心圆狭缝图样，因此，通过对等间距形成的固定狭缝与等间距形成的光源狭缝进行组合，能够实现应用了三光栅光学系统的光学式编码器。
使用图16以及图17的立体图来说明具体的结构。
图16是示出转盘13、光学狭缝40以及分度狭缝41的配置的图。图17是在图16中加入了光源16和受光元件22而示出的图。
为了检测第1环状狭缝位移的方向，如图16所示，第1分度狭缝41A由相位错开的A相狭缝41AA和B相狭缝41AB构成。与其对应地，第1受光元件22A如图17所示也被分割为A相受光部22AA和B相受光部22AB。同样，第2分度狭缝41B也由相位错开的A相狭缝41BA和B相狭缝41BB构成，而且第2受光元件22B也被分割为A相受光部22BA和B相受光部22BB。
另外，光源狭缝40、第1分度狭缝的A相狭缝41AA和B相狭缝41AB、第2分度狭缝的A相狭缝41BA和B相狭缝41BB可形成在由400表示的同一基板上。另外，分度狭缝可以不与光源狭缝40形成在同一基板上，通过使用形成有与环状狭缝相同间距的狭缝的狭缝图样状的受光元件，可以省略分度狭缝。
另外，在第1环状狭缝25A和第2环状狭缝25B中，受到来自光源16的光的照射而供检测用的部分从局部看可视为直线，因此光源狭缝和分度狭缝的形状均可制成直线形状。
(第2实施方式的动作)
接着，对动作进行说明。
根据三光栅原理，从光源16照射的透过光源狭缝40而由第1环状狭缝25A反射的光，在第1分度狭缝41A上产生干涉条纹。
由于第1环状狭缝25A相对于转盘13的中心103偏心地形成，因此当旋转轴11旋转时，第1环状狭缝25A的位于受到来自光源16的光的照射的位置处的部分与旋转轴11的旋转中心100之间的距离L1与旋转轴11的旋转角度θ对应地变化。因此，分度狭缝41A上产生的干涉条纹的像也随之变化。因此，通过由第1受光元件22A检测该干涉条纹的像与第1分度狭缝41A的开口部之间的相关性，能够检测出距离L1。同样，也能检测出位于受到来自光源16的光的照射的位置处的第2环状狭缝25B的距离L2。通过使用该距离L1和距离L2的值，能够与第1实施方式同样地，在0～360度的整个圆周内检测任意的旋转角度。
这样，由于在本实施方式中使用了利用三光栅原理的光学系统，因此除了第1实施方式的效果以外，还能够实现可承受转盘与固定狭缝之间的间隙变动的光学式编码器。
在第1实施方式中，说明了以转盘13的中心103与旋转轴11的旋转中心100一致的方式高精度地进行安装的情况，但如果转盘13的安装精度较差，则可能导致转盘13的中心103偏离旋转轴11的旋转中心100。在示出第3实施方式之前，首先使用图18对转盘13的安装精度较差时的问题进行说明。
图18是示出转盘中心偏离旋转中心而安装的情况下的转盘状态的平面图。在该图18中，示出了被安装成转盘13的中心103与旋转轴11的旋转中心100在X方向上偏离Δx、在Y方向上偏离Δy时的状态。此外，图19是示出从图18的位置起旋转了旋转角度θ时的转盘状态的平面图，图20是图19的要部放大图。
在图20中，如图所示，从旋转中心100到与第1固定狭缝21A对应的检测部的环状狭缝25A之间的距离L1表示为：
L1＝(Δx+d1)cosθ-Δysinθ+(r1 2-d1 2·sin2θ)1/2...(5)。
当d1远小于r1时，近似为：
L1≈(Δx+d1)cosθ-Δysinθ+r1.....(6)。
同样，如图所示，从旋转中心100到与第2固定狭缝21B对应的检测部的环状狭缝25B之间的距离L2表示为：
L2＝Δxcosθ-(Δy+d2)sinθ+(r2 2-d2 2·sin2θ)1/2...(7)。
当d2远小于r2时，近似为：
L2≈Δxcosθ-(Δy+d2)sinθ+r2.....(8)。
将式(6)与式(2)进行比较可知，转盘13的中心103与旋转轴11的旋转中心100在X方向上的偏离量Δx将导致L1的振幅发生变化，在Y方向上的偏离量Δy将导致L1的相位发生变化。同样，将式(8)与式(4)进行比较可知，转盘13的中心103与旋转轴11的旋转中心100在X方向上的偏离量Δx将导致L2的振幅发生变化，在Y方向上的偏离量Δy将导致L2的相位发生变化。
例如，当Δx＝-d1、Δy＝0时，则
L1≈r1.....(9)，
即使转盘13旋转，距离L1也不变化。
这样，对于第1实施方式的编码器而言，当转盘13的安装精度较差时，可能导致转盘13的中心103与旋转轴11的旋转中心100偏离，从而无法准确地检测距与第1固定狭缝21A对应的检测部的环状狭缝25A的距离L1或距环状狭缝25B的距离L2。
<第3实施方式>
(第3实施方式的结构)
图21是示出本发明的第3实施方式的光学式编码器的侧视图，图22是平面图。本实施方式能够解决上述问题。其中，图22的平面图是从纸面下侧观察图21而得到的图。对与第1实施方式的编码器相同的结构部件标注同一标号，并省略其说明。
如图21所示，本实施方式的光学式编码器3除了第1实施方式的编码器1的结构以外，还具有第3环状狭缝25C和第3检测部12C。
第3环状狭缝25C与第1环状狭缝25A以及第2环状狭缝25B同样，具有多个同心圆狭缝图样。另一方面，该第3环状狭缝25C被形成为，其同心圆的中心为转盘中心。第3检测部12C与第3环状狭缝25C对应地设置在固定部件(未图示)上。
如图21所示，第3检测部12C具有第3固定狭缝21C和第3受光元件22C。
即，本实施方式与第1实施方式的不同之处在于，在转盘上形成有第3环状狭缝，并添加了作为与该第3环状狭缝对应的光学系统的第3固定狭缝和第3受光元件。
与图4及图5所示的第1固定狭缝21A、第1受光元件22A以及第2固定狭缝21B、第1受光元件22B同样，第3固定狭缝21C形成有彼此相位不同的A相狭缝组21CA和B相狭缝组21CB，第3受光元件22C被分割为A相受光部22CA和B相受光部22CB这两个部分。
这里，第3固定狭缝21C和第3受光元件22C也可以构成为一体。另外，光源16也可以使用分别用于第1环状狭缝25A、第2环状狭缝25B和第3环状狭缝25C的彼此独立的元件。
图23是示出环状狭缝的图样例的平面图，示出了形成在转盘13上的第1环状狭缝25A、第2环状狭缝25B和第3环状狭缝25C的形成图样例。
第1环状狭缝25A由以点101A为中心、以半径为r1的圆为中央的半径依次相差Δr1的不同的多个(图中为5个)同心圆狭缝形成，这些同心圆狭缝相对于转盘13的中心103在X轴方向上偏心了距离d1。第2环状狭缝25B由以点101B为中心、以半径为r2的圆为中央的半径依次相差Δr2的不同的多个(图中为5个)同心圆狭缝形成，这些同心圆狭缝相对于转盘13的中心103在Y轴方向上偏心了距离d2。第3环状狭缝25C由以转盘13的中心103为中心、半径为r0的圆为中央的半径依次相差Δr0的不同的多个(图中为5个)同心圆狭缝形成。
这里，考虑这样的情况，即：由于与图18所示同样的安装误差而导致转盘13被安装成，转盘13的中心103与旋转轴11的旋转中心100在X方向上偏离Δx、在Y方向上偏离Δy。
图24是示出转盘中心偏离旋转中心而安装的情况下的转盘状态的平面图，图25是示出转盘从图24的状态起旋转了旋转角度θ时的状态的平面图。另外，图26是图25的要部放大图。
如上所述，从旋转中心100到与第1固定狭缝21A对应的检测部的环状狭缝25A的距离L1由式(6)表示，从旋转中心100到与第2固定狭缝21B对应的检测部的环状狭缝25B的距离L2由式(8)表示。
另一方面，根据图26，从旋转中心100到与第3固定狭缝21C对应的检测部的环状狭缝25C的距离L0由式(10)表示：
L0＝Δxcosθ-Δysinθ+r0.....(10)。
根据式(6)-式(10)可导出这样的关系：
L1-L0≈d1cosθ+r1-r0.....(11)，
根据式(8)-式(10)可导出这样的关系：
L2-L0≈-d2sinθ+r2-r0.....(12)。
在上述式(11)、式(12)中，消去了因转盘13的中心103与旋转轴11的旋转中心100之间偏离引起的Δx和Δy的项。这样，L1-L0和L2-L0的值就与安装误差无关地，表示针对0～360度的旋转角度的相位不同的正弦波状的变化。因此，通过使用由3个环状狭缝得到的L1-L0和L2-L0的值，能够使与旋转角度之间的关系为一一对应，能够在0度～360度的整个圆周内检测任意的旋转角度。
另外，该距离L1的值可通过如下方式来计算：基于根据第1环状狭缝25A与第1固定狭缝21A之间的重合状态而产生的、来自第1受光元件22A的A相受光部22AA和B相受光部22AB的2相信号，进行内插信号处理。另外，距离L2的值可通过如下方式来计算：基于根据第2环状狭缝25B与第2固定狭缝21B之间的重合状态而产生的、来自第2受光元件22B的A相受光部22BA和B相受光部22BB的2相信号，进行内插信号处理。
而且，该距离L0的值可通过如下方式来计算：基于根据第3环状狭缝25C与第3固定狭缝21C之间的重合状态而产生的、来自第3受光元件22C的A相受光部22CA和B相受光部22CB的2相信号，进行内插信号处理。
根据得到的距离L1、距离L2、距离L0的信号，进行L1-L0、L2-L0的运算，然后根据这两个信号L1-L0、L2-L0，进一步使用内插信号处理，由此能够计算出旋转角度θ。
(第3实施方式的信号处理部)
接着，对用于检测旋转角度的信号处理装置进行说明。
图27是示出本实施方式中的光学式编码器的信号处理装置的第1例的框图。
如图27所示，信号处理装置170具有AD转换元件181～AD转换元件183、第1～第3位移检测处理部201～203、减法器241、242以及角度检测处理部210。
与上述第1实施方式相同，AD转换元件181及182分别对来自第1受光元件22A和第2受光元件22B的2相的近似正弦波信号进行AD转换。然后，第1位移检测处理部201根据由AD转换元件181进行数字化后得到的2相的近似正弦波信号，计算作为第1环状狭缝25A在旋转轴的径向上的位移的第1位移(距离L1)。第2位移检测处理部202根据由AD转换元件182进行数字化后得到的2相的近似正弦波信号，计算作为第2环状狭缝25B在旋转轴的径向上的位移的第2位移(距离L2)。
另一方面，AD转换元件183分别对根据第3环状狭缝25C与第3固定狭缝21C之间的重合状态而产生的、来自第3受光元件22C的A相受光部22CA和B相受光部22CB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行模拟/数字转换。
第3位移检测处理部203根据由AD转换元件183进行数字化后得到的2相的近似正弦波信号，进行内插分割处理，由此来计算距离L0。
减法器241求出由第1位移检测处理部201计算出的距离L1与由第3位移检测处理部203计算出的距离L0之差L1-L0。另一方面，减法器242求出由第2位移检测处理部202计算出的距离L2与由第3位移检测处理部203计算出的距离L0之差L2-L0。然后，角度检测处理部210根据差L1-L0和L2-L0，根据式(11)及(12)，基于内插信号处理来检测旋转角度θ。
另外，上述位移检测处理部以及角度检测处理部的算法不局限于特定的方式。作为简单的一例，还可采用如下方式，即：设1个信号为A、另1个信号为B，通过运算θ＝tan-1(B/A)来计算旋转角度θ。
图28示出用于检测旋转角度的信号处理流程。
1)在步骤1中，AD转换元件181对根据第1环状狭缝25A与第1固定狭缝21A之间的重合状态而产生的、来自第1受光元件22A的A相受光部22AA和B相受光部22AB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换，使它们成为数字信号。
2)在步骤2中，第1位移检测处理部201根据在步骤1中转换得到的2个数字信号，计算距离L1。
3)在步骤3中，AD转换元件182对根据第2环状狭缝25B与第2固定狭缝21B之间的重合状态而产生的、来自第2受光元件22B的A相受光部22BA和B相受光部22BB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换，使它们成为数字信号。
4)在步骤4中，第2位移检测处理部202根据在步骤3中转换得到的2个数字信号，计算距离L2。
5)在步骤5中，AD转换元件183对根据第3环状狭缝25C与第3固定狭缝21C之间的重合状态而产生的、来自第3受光元件22C的A相受光部22CA和B相受光部22CB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换，使它们成为数字信号。
6)在步骤6中，第3位移检测处理部203根据在步骤5中转换得到的2个数字信号，计算距离L0。
7)在步骤7中，减法器241根据在步骤2及步骤6中得到的距离L1、距离L0，计算差L1-L0。
8)在步骤8中，减法器242根据在步骤4及步骤6中得到的距离L2、距离L0，计算差L2-L0。
9)在步骤9中，角度检测处理部210根据在步骤7和步骤8中得到的差(L1-L0)和差(L2-L0)，由式(11)及(12)求出旋转角度θ。
另外，对于步骤1和2、步骤3和4、步骤5和6，可以先从任一步骤开始进行，也可以同时并行地进行处理。
接着，对本实施方式中的信号处理装置的另一例进行说明。
图29是示出本实施方式中的光学式编码器的信号处理装置的第2例的框图，是将第1例所示的信号处理装置的位移检测处理部统一起来的例子。另外，在该例中，信号处理装置采用了与图11及图12所说明的结构相同的结构。
如图29所示，信号处理装置170具有AD转换元件181～AD转换元件183、位移检测处理部200、切换开关180、存储部190、减法器241、242以及角度检测部210。
切换开关180设置在位移检测处理部200的前级。该切换开关180对以下三种情况进行切换，即：将来自AD转换元件181的信号输入到位移检测处理部200；将来自AD转换元件182的信号输入到位移检测处理部200；以及将来自AD转换元件183的信号输入到位移检测处理部200。由此来选择输入到位移检测处理部200的信号。
存储部190设置在位移检测处理部200的后级，在存储部190中存储以下计算结果：将由AD转换元件181进行数字化后得到的信号输入到位移检测处理部时L1的计算结果；将由AD转换元件182进行数字化后得到的信号输入到位移检测处理部时L2的计算结果；以及将由AD转换元件183进行数字化后得到的信号输入到位移检测处理部时L0的计算结果。
减法器241求出存储在存储部190中的距离L1与存储在存储部190中的距离L0之差L1-L0。减法器242求出存储在存储部190中的距离L2与存储在存储部190中的距离L0之差L2-L0。然后，角度检测处理部210根据差L1-L0和差L2-L0，检测旋转角度θ。
图30示出用于检测旋转角度的信号处理流程。
1)在步骤1中，AD转换元件181对根据第1环状狭缝25A与第1固定狭缝21A之间的重合状态而产生的、来自第1受光元件22A的A相受光部22AA和B相受光部22AB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换，使它们成为数字信号。
2)在步骤2中，AD转换元件182对根据第2环状狭缝25B与第2固定狭缝21B之间的重合状态而产生的、来自第2受光元件22B的A相受光部22BA和B相受光部22BB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换，使它们成为数字信号。
3)在步骤3中，AD转换元件183对根据第3环状狭缝25C与第3固定狭缝21C之间的重合状态而产生的、来自第3受光元件22C的A相受光部22CA和B相受光部22CB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换，使它们成为数字信号。
4)在步骤4中，当切换开关180根据来自上位控制部(未图示)的切换信号，选择了在步骤1中转换得到的2个数字信号作为位移检测处理部200的输入时，位移检测处理部200计算距离L1，并将其存储在存储部190中。
5)在步骤5中，当切换开关180根据来自上位控制部的切换信号，选择了在步骤2中转换得到的2个数字信号作为位移检测处理部200的输入时，位移检测处理部200计算距离L2，并将其存储在存储部190中。
6)在步骤6中，当切换开关180根据来自上位控制部的切换信号，选择了在步骤3中转换得到的2个数字信号作为位移检测处理部200的输入时，位移检测处理部200计算距离L0，并将其存储在存储部190中。
7)在步骤7中，减法器241根据在步骤4及步骤6中记录的距离L1、距离L0，计算差L1-L0。
8)在步骤8中，减法器242根据在步骤5及步骤6中记录的距离L2、距离L0，计算差L2-L0。
9)在步骤9中，位移检测处理部210基于切换开关180根据来自上位的切换信号而通过步骤7和步骤8运算得到的差(L1-L0)和差(L2-L0)，由式(11)及(12)求出旋转角度θ。
另外，关于步骤1～3，可以先从任一步骤开始进行，也可以同时并行地进行处理。
接着，对本实施方式中的信号处理装置的又一例进行说明。
图31是示出本实施方式中的光学式编码器的信号处理装置的第3例的框图，是将第1例所示的信号处理装置的位移检测处理部与角度检测处理部统一起来的例子。并且，在该例中，信号处理装置采用与图13及图14所说明的结构相同的结构。
如图31所示，信号处理装置170具有AD转换元件181～AD转换元件183、切换开关180、位移检测处理部200、存储部190以及减法器241、242。
切换开关180设置在位移检测处理部200的前级。切换开关180对以下四种情况进行切换，即：将来自AD转换元件181的信号输入到位移检测处理部；将来自AD转换元件182的信号输入到位移检测处理部；将来自AD转换元件183的信号输入到位移检测处理部；以及将作为上述三种情况的计算结果之差的L1-L0和L2-L0输入到位移检测处理部。由此来选择输入到位移检测处理部200的信号。
存储部190设置在位移检测处理部200的后级，在存储部190中存储以下计算结果：将由AD转换元件181进行数字化后得到的信号输入到位移检测处理部时距离L1的计算结果；将由AD转换元件182进行数字化后得到的信号输入到位移检测处理部时距离L2的计算结果；以及将由AD转换元件183进行数字化后得到的信号输入到位移检测处理部时距离L0的计算结果。
接着，对用于检测旋转角度的信号处理步骤进行说明。
图32是示出本实施方式中的信号处理步骤的流程图。
1)在步骤1中，AD转换元件181对根据第1环状狭缝25A与第1固定狭缝21A之间的重合状态而产生的、来自第1受光元件22A的A相受光部22AA和B相受光部22AB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换，使它们成为数字信号。
2)在步骤2中，AD转换元件182对根据第2环状狭缝25B与第2固定狭缝21B之间的重合状态而产生的、来自第2受光元件22B的A相受光部22BA和B相受光部22BB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换，使它们成为数字信号。
3)在步骤3中，AD转换元件183对根据第3环状狭缝25C与第3固定狭缝21C之间的重合状态而产生的、来自第3受光元件22C的A相受光部22CA和B相受光部22CB的相位不同的2相的近似正弦波信号进行AD转换，使它们成为数字信号。
4)在步骤4中，当切换开关180根据来自上位控制部(未图示)的切换信号，选择了在步骤1中转换得到的2个数字信号作为位移检测处理部200的输入时，位移检测处理部200计算距离L1，并将其存储在存储部190中。
5)在步骤5中，当切换开关180根据来自上位控制部的切换信号，选择了在步骤2中转换得到的2个数字信号作为位移检测处理部200的输入时，位移检测处理部200计算距离L2，并将其存储在存储部190中。
6)在步骤6中，当切换开关180根据来自上位控制部的切换信号，选择了在步骤3中转换得到的2个数字信号作为位移检测处理部200的输入时，位移检测处理部200计算距离L0，并将其存储在存储部190中。
7)在步骤7中，减法器241根据在步骤4及步骤6中记录的距离L1、距离L0，计算差L1-L0。
8)在步骤8中，减法器242根据在步骤5及步骤6中记录的距离L2、距离L0，计算差L2-L0。
9)在步骤9中，当切换开关180根据来自上位控制部的切换信号，选择了在步骤7和步骤8中计算出的差L1-L0和L2-L0作为位移检测处理部200的输入时，位移检测处理部200根据该差L1-L0和L2-L0，由式(11)及(12)求出旋转角度θ。
另外，关于步骤1～3，可以先从任一步骤开始进行，也可以同时并行地进行处理。
如上所述，根据本实施方式的发明，当转盘中心偏离旋转轴的旋转中心而安装时，也能够在0～360度的整个圆周内准确地检测旋转角度。
<第4实施方式>
图33是示出本发明的第4实施方式的光学式编码器的侧视图。
如图33所示，本实施方式的光学式编码器4新具有光源狭缝40。光源狭缝40是设置在光源16的前方的光源狭缝。光源狭缝40、第3环状狭缝25C以及第3分度狭缝41C形成三光栅。
即，本实施方式与第3实施方式的不同之处在于，具有光源狭缝40且构成了基于三光栅光学系统的反射型光学式编码器4。另外，与第2实施方式相比，在结构中添加了第3环状狭缝及作为与其对应的光学系统的第3分度狭缝41C和第3受光元件22C。另外，本实施方式的信号处理部17可采用与上述第3、2实施方式相同的结构，因此为了便于说明而将其省略。
使用图34及图35的立体图来说明具体的结构。
图34是示出本实施方式的光学式编码器的结构的立体图，示出了转盘13、光源狭缝40以及分度狭缝41的配置。另外，图35是在图34中加入了光源16和受光元件22而示出的图。
这样，在本实施方式中，添加了第3环状狭缝及与其对应的光学系统，且采用了基于三光栅光学系统的反射型光学式编码器。因此，根据本实施方式，能够实现这样的光学式编码器4，其能够在0～360度的整个圆周内准确地检测旋转角度，且即使间隙发生变动也能够得到稳定的传感器信号。而且，只要将所有的光源、固定狭缝、受光元件等光学部件全部集中配置在一处，即可使装置小型化。
<第5实施方式>
图36是示出本发明的第5实施方式的光学式编码器的侧视图，图37是平面图。其中，图37的平面图是从纸面下侧观察图36而得到的图。对与第1实施方式等中的编码器相同的结构部件标注相同标号，并省略其说明。
如图36所示，本实施方式的光学式编码器5具有增量狭缝35、增量用检测部14、增量用光源36、增量用受光元件32以及增量用固定狭缝31。增量用检测部14具有增量用固定狭缝31以及增量用受光元件32。
本实施方式与第1实施方式的不同之处在于，在转盘上形成了增量狭缝35，并添加了作为与其对应的光学系统的、增量用光源36、增量用受光元件32以及增量用固定狭缝31。
增量用狭缝35相对于旋转中心形成为放射状。与其对应地，增量用检测部14的增量用固定狭缝31具有与增量狭缝35大致平行的、多个平行的狭缝图样或者以旋转中心为中心的放射状的狭缝图样。增量光源36与光源16同样地对增量狭缝35照射光，透过增量狭缝35的光照射在增量固定狭缝31上。然后，增量用受光元件32接收透过增量用固定狭缝31的光，向信号处理装置17(未图示)输出增量信号。结果，信号处理装置17进一步利用增量信号来计算旋转角度θ。另外，关于信号处理装置17根据增量信号而执行的旋转角度θ的计算，可通过将第1实施方式～第4实施方式中说明的信号处理适当变更为通常的基于增量信号的处理来实现，因此这里省略详细的说明。
未作图示，增量用固定狭缝31由相位彼此不同的2相的狭缝组构成，且与各个狭缝组对应地设有增量用受光元件32，以便检测旋转角度的绝对值和旋转方向。另外，虽然这里是增量用光源36与上述光源16分体设置，但为了实现小型化，也可以兼用1个光源。
接着，对本实施方式的动作进行说明。
当旋转轴11旋转时，各个增量用受光元件21输出与旋转速度对应的正弦波状的信号。在该正弦波状的增量信号的1个间距内，由未图示的运算装置进行内插分割处理，使用通过实施方式1所示的环状狭缝25A以及环状狭缝25B得到的绝对角度信号，将源自角距的内插信号合并，从而利用更高分辨率的增量信号对由环状狭缝25A以及环状狭缝25B得到的绝对角度信号进行插值，由此得到了高分辨率的绝对角度信号。
通过环状狭缝25A以及环状狭缝25B得到的绝对角度信号的分辨率只需达到能够确定增量信号的1个周期的程度即可，编码器整体的分辨率取决于增量信号的内插分割的分辨率，因此能够得到非常高的分辨率。
<第6实施方式>
图38是示出本发明的第6实施方式的光学式编码器的侧视图。
本实施方式与第5实施方式的主要不同之处在于，与对应于第1及第3实施方式的第2及第4实施方式同样，构成应用了三光栅原理的反射型光学系统。
即，在本实施方式的光学式编码器6中，在光源16的前方设有光源狭缝40(绝对值用)和增量用光源狭缝50。光源狭缝40、第1环状狭缝25A和第1分度狭缝41A形成三光栅，并且光源狭缝40、第2环状狭缝25B和第2分度狭缝41B也形成三光栅。而且，增量用光源狭缝50、增量用狭缝35和增量用分度狭缝51形成三光栅。
使用图39及图40的立体图来说明具体的结构。
图39示出了转盘13、光源狭缝40、增量用光源狭缝50、分度狭缝41以及增量用分度狭缝51的配置。
图40是在图39中加入了光源16、受光元件22(绝对值用)以及增量用受光元件32而示出的图。光源狭缝40和增量用光源狭缝50形成在有来自光源16的光通过的场所。
如图39所示，第1分度狭缝41A由相位错开的A相狭缝41AA和B相狭缝41AB形成，以便检测第1环状狭缝位移的方向。与其对应地，第1受光元件22A如图40所示也被分割为A相受光部22AA和B相受光部22AB。同样，第2分度狭缝41B也是由相位错开的A相狭缝41BA和B相狭缝41BB形成，且第2受光元件22B也被分割为A相受光部22BA和B相受光部22BB。
而且，增量用分度狭缝51也是由相位错开的A相狭缝51A和B相狭缝51B形成，增量用受光元件32也被分割为A相受光部32A和B相受光部32B。
另外，在本实施方式中，光源狭缝40和分度狭缝41(41AA、41AB、41BA、41BB)的形状优选为与转盘的径向垂直的直线形状，增量用光源狭缝50和增量用分度狭缝51(51A、51B)的形状优选为放射状。
而且，只要增量狭缝35的放射状狭缝的、以检测位置(例如狭缝中央)的间距为狭缝间距的实质狭缝间距与环状狭缝25的狭缝间距相同，即可使分度狭缝41与增量用分度狭缝51相对于转盘13的间隙相同。另外，众所周知，在三光栅光学系统中，对于光源狭缝而言，线光源可在分度狭缝41和增量用分度狭缝51上成像的间隙条件取决于光栅间距。
另外，光源狭缝40、第1分度狭缝的A相狭缝41AA和B相狭缝41AB、第2分度狭缝的A相狭缝41BA和B相狭缝41BB、增量用光源狭缝50、增量用分度狭缝的A相狭缝51A和B相狭缝51B可形成在图39中由400表示的同一基板上。
另外，分度狭缝41以及增量用分度狭缝51也可以不形成在基板400上，而是以在受光元件表面上形成掩模的方式与受光元件形成为一体。
这样，在本实施方式中，采用了将三光栅原理用于第5实施方式的结构而成的光学系统，因此除了第5实施方式的效果以外，还能实现能抗拒转盘与固定狭缝之间的间隙变动的光学式编码器。
另外，在本实施方式中是将漫射光用作光源。通过使用漫射光，容易用1个光源同时对光学狭缝40和增量用光源狭缝50进行照射，容易实现光源的统一化。由此，应用三光栅原理的本实施方式的装置具有更适于小型化的特征。
<第7实施方式>
图41是示出本发明的第7实施方式的光学式编码器的侧视图。
如图41所示，本实施方式的光学式编码器7具有第3环状狭缝25C、与第3环状狭缝25C对应的第3分度狭缝41C以及第3受光元件22C。
本实施方式与第6实施方式的不同之处在于，与第3实施方式相对于第2实施方式的不同处同样，在转盘上形成了第3环状狭缝25C，并添加了作为与其对应的光学系统的第3分度狭缝41C和第3受光元件22C，而关于应用了三光栅光学系统这一点，则与第2、第3以及第6实施方式相同。
使用图42及图43的立体图来说明具体的结构。
图42是示出本实施方式中的光学式编码器的结构的立体图，示出了转盘、光源狭缝以及分度狭缝的配置。与图39的第6实施方式的立体图相比，加入了第3环状狭缝25C以及第3固定狭缝41C。另外，图43是在图42中加入了光源16和第3受光元件22C而示出的图。
这样，在本实施方式中，由于在第6实施方式的结构中添加了第3环状狭缝及作为与其对应的光学系统的第3固定狭缝和第3受光元件，因此除了第6实施方式的效果以外，还能实现这样的光学式编码器：其即使在转盘中心与旋转轴的旋转中心发生偏离而安装的情况下，也能够在0～360度的整个圆周内准确地检测旋转角度。
<本发明的各实施方式的电机以及电机系统>
以上，对本发明的各实施方式的光学式编码器进行了说明。另一方面，本发明的各实施方式的电机系统1000或电机1010具有在上述第1～第7实施方式中说明的光学式编码器1～7中的任意一个。
图44是示出本发明的各实施方式的电机系统以及电机结构的框图。另外，在该图44中，作为光学式编码器的例子，例示了第1实施方式的光学式编码器1。不过，电机系统1000以及电机1010所具有的光学式编码器可以是上述第1实施方式～第7实施方式的光学式编码器1～7中的任意一个。
如图44所示，本发明的各实施方式的电机系统1000具有电机1010和控制部1020。并且，电机1010具有电机部1011和光学式编码器1。
电机部1011根据来自控制部1020的控制信号使旋转轴11旋转，由此输出旋转力。另外，该旋转轴11与光学式编码器1的旋转轴11形成为一体或各自作为单体而被连接起来，因此转盘13跟随电机部1011的旋转而旋转。另一方面，如上所述，光学式编码器1检测该转盘13的旋转的旋转角度θ，该旋转角度θ被送到控制部1020。控制部1020通过向电机部1011输出控制信号来控制电机部1011，使得旋转角度θ成为期望值(例如由上位控制装置(未图示)指示的值)。因此，根据本发明的各实施方式的电机系统1000或电机1010，能够发挥上述光学式编码器1～7所起的作用效果。
另外，如上所述，在该电机系统1000或电机1010中，可使用在上述第1～第7实施方式中说明的光学式编码器1～7中的任意一个。下面是对这些实施方式的光学式编码器1～7的概要进行的进一步的说明。
本发明的1个实施方式的光学式编码器具有：
转盘，其安装在旋转轴上，具有环状狭缝，该环状狭缝由相对于所述旋转轴的旋转中心偏心地形成的多个等间距的同心圆狭缝图样构成；以及
绝对值用检测部，其设置在固定部件上，检测来自对所述环状狭缝进行照射的光源以及所述环状狭缝的透射光或反射光，
所述环状狭缝具有在彼此不同的方向上偏心的第1环状狭缝和第2环状狭缝，
所述绝对值用检测部具有与所述第1环状狭缝对应的第1检测部和与所述第2环状狭缝对应的第2检测部，
所述光学式编码器根据来自所述绝对值用检测部的检测信号来检测所述旋转轴的绝对旋转角度。
根据该实施方式，光学式编码器在转盘上具有在彼此不同的方向上偏心的第1环状狭缝以及第2环状狭缝，且在固定部件上具有与第1环状狭缝对应的第1检测部和与第2环状狭缝对应的第2检测部，因此，能够在0～360度的整个圆周内检测旋转轴的角度的绝对值。另外，由于能够将光源以及第1检测部和第2检测部等光学部件集中配置在一处，因此能够使装置小型化。
另外，所述第1环状狭缝和所述第2环状狭缝的狭缝间距可以为相对于所述转盘中心的各个偏心量以上。
通过以这种方式构成，只要进一步使得第1环状狭缝和第2环状狭缝的狭缝间距为相对于转盘中心的各个偏心量以上，即可使环状狭缝的位移量处于环状狭缝的1个间距以内，因此，能够根据来自第1检测部及第2检测部的检测信号来唯一地确定位移量，信号处理装置简单。
可以是，所述第1检测部由第1固定狭缝和第1受光元件构成，在所述第1固定狭缝上形成与所述第1环状狭缝相同间距的狭缝，所述第1受光元件检测来自所述第1固定狭缝的透射光，所述第2检测部由第2固定狭缝和第2受光元件构成，在所述第2固定狭缝上形成与所述第2环状狭缝相同间距的狭缝，所述第2受光元件检测来自所述第2固定狭缝的透射光。
所述第1检测部可以由形成有与所述第1环状狭缝相同间距的狭缝的狭缝图样状的受光元件构成，所述第2检测部可以由形成有与所述第2环状狭缝相同间距的狭缝的狭缝图样状的受光元件构成。
可以是，所述转盘具有相对于所述转盘的中心形成为放射状的增量狭缝，在所述固定部件上设置有增量用检测部，该增量用检测部检测来自对所述增量狭缝进行照射的增量用光源以及所述增量狭缝的透射光或反射光。
通过以这种方式构成，只要转盘进一步具有增量狭缝以及位于固定部件上的增量用检测部，即可得到高分辨率的绝对角度信号。
可以利用公共的光源来照射所述环状狭缝和所述增量狭缝。
可以是，所述光源具有限制来自所述光源的照射光的光源狭缝，所述第1检测部检测被所述光源限制并被所述第1环状狭缝反射的光，所述第2检测部检测被所述光源限制并被所述第2环状狭缝反射的光。
通过以这种方式构成，只要光源进一步具有限制来自光源的照射光的光源狭缝，即可实现能抗拒转盘与固定狭缝之间的间隙变动的光学式编码器。
可以是，所述转盘具有相对于所述转盘的中心形成为放射状的增量狭缝，所述光源具有限制来自所述光源的照射光的增量用光源狭缝，在所述固定部件上具有增量用检测部，该增量用检测部检测来自被所述光源照射的所述增量狭缝的反射光。
可以是，利用内插信号，对根据来自所述绝对值用检测部的检测信号而计算出的所述绝对旋转角度进行插值，所述内插信号是对从所述增量用检测部得到的重复信号进行内插而得到的。
可以是，所述第1环状狭缝、所述第2环状狭缝以及所述增量狭缝的实质狭缝间距相同。
本发明的一个实施方式的光学式编码器具有：
转盘，其安装在旋转轴上，具有环状狭缝，该环状狭缝由相对于所述旋转轴的旋转中心偏心地形成的多个等间距的同心圆狭缝图样构成；以及
绝对值用检测部，其设置在固定部件上，检测来自对所述环状狭缝进行照射的光源以及所述环状狭缝的透射光或反射光，
所述环状狭缝具有：
在彼此不同的方向上偏心的第1环状狭缝和第2环状狭缝；以及
第3环状狭缝，其被形成为偏心方向或偏心量中的至少一个与所述第1环状狭缝及第2环状狭缝不同，
所述绝对值用检测部具有分别与所述第1～第3环状狭缝对应的第1～第3检测部，
所述光学式编码器根据来自所述绝对值用检测部的检测信号来检测所述旋转轴的绝对旋转角度。
根据该实施方式，光学式编码器在转盘上具有在彼此不同的方向上偏心的第1环状狭缝和第2环状狭缝、以及被形成为偏心方向或偏心量中的至少一个与第1环状狭缝及第2环状狭缝不同的第3狭缝，且在固定部件上具有分别与第1～第3环状狭缝对应的第1～第3检测部，因此，即使在转盘中心与旋转轴的中心发生偏离而安装的情况下，也能够在0～360度的整个圆周内准确地检测旋转角度。
所述第3环状狭缝可以由相对于所述转盘的中心无偏心地形成的多个同心圆狭缝构成。
通过以这种方式构成，只要进一步无偏心地形成第3环状狭缝，则即使在转盘中心与旋转轴的中心发生偏离而安装的情况下，也能够利用简单的信号处理，在0～360度的整个圆周内准确地检测旋转角度。
可以是，所述第1环状狭缝～第3环状狭缝的所有狭缝间距均为相对于上述转盘的中心的各个偏心量以上。
可以是，所述第1～第3检测部分别由形成有与所述第1～第3环状狭缝相同间距的狭缝的第1～第3固定狭缝以及分别检测来自所述第1～第3固定狭缝的透射光的第1～第3受光元件构成。
可以是，所述第1～第3检测部分别由形成有与所述第1～第3环状狭缝相同间距的狭缝的狭缝图样状的受光元件构成。
可以是，所述转盘具有相对于所述转盘的中心形成为放射状的增量狭缝，且在所述固定部件上具有增量用检测部，该增量用检测部检测来自对所述增量狭缝进行照射的增量用光源以及所述增量狭缝的透射光或反射光。
可以是，利用公共的光源来照射所述环状狭缝和所述增量狭缝。
可以是，所述光源具有限制来自所述光源的照射光的光源狭缝，所述第1～第3检测部分别检测被所述光源限制且被所述第1～第3环状狭缝反射的光。
可以是，所述转盘具有相对于所述转盘的中心形成为放射状的增量狭缝，所述光源具有限制来自所述光源的照射光的增量用光源狭缝，所述光学式编码器在所述固定部件上具有增量用检测部，该增量用检测部检测来自被所述光源照射的所述增量狭缝的反射光。
可以是，利用内插信号，对根据来自所述绝对值用检测部的检测信号而计算出的所述绝对旋转角度进行插值，所述内插信号是对从所述增量用检测部得到的重复信号进行内插而得到的。
可以是，所述第1～第3环状狭缝以及所述增量狭缝的实质狭缝间距相同。
所述光学式编码器还可以具有这样的信号处理装置，该信号处理装置具有：
第1位移检测处理部，其根据来自所述第1检测部的信号，计算作为所述第1环状狭缝在所述旋转轴的径向上的位移的第1位移；
第2位移检测处理部，其根据来自所述第2检测部的信号，计算作为所述第2环状狭缝在所述旋转轴的径向上的位移的第2位移；以及
角度检测处理部，其根据所述第1位移和所述第2位移，计算所述转盘的旋转角度。
通过以这种方式构成，在具有在彼此不同的方向上偏心的第1环状狭缝和第2环状狭缝的光学式编码器的信号处理方法中，还计算第1及第2环状狭缝在径向上的位移，并根据该位移来检测旋转角度，因此，能够根据两个位移来唯一地确定旋转轴的旋转角度，能够在0～360度的整个圆周内检测旋转轴的角度的绝对值。
所述光学式编码器还可以具有这样的信号处理装置，该信号处理装置具有：
切换处理部，其对来自所述第1检测部的信号和来自所述第2检测部的信号进行切换；
位移检测处理部，其在被所述切换处理部输入了来自所述第1检测部的信号时，检测所述第1位移，在被所述切换处理部输入了来自所述第2检测部的信号时，检测所述第2位移；以及
角度检测处理部，其根据所述第1位移和所述第2位移，计算所述转盘的旋转角度。
通过以这种方式构成，光学式编码器具有在彼此不同的方向上偏心的第1环状狭缝和第2环状狭缝、以及被形成为偏心方向或偏心量中的至少一个与第1环状狭缝及第2环状狭缝不同第3环状狭缝，在该光学式编码器的信号处理方法中，进一步计算第1～第3环状狭缝在径向上的位移，并根据该位移来检测旋转角度，因此，即使在旋转中心发生偏离而安装的情况下，也能够在0～360度的整个圆周内检测旋转角度。
所述光学式编码器还可以具有这样的信号处理装置，该信号处理装置具有：
位移检测处理部，其计算所述第1位移以及所述第2位移，并且根据所述第1位移和所述第2位移来计算所述转盘的旋转角度；
切换处理部，其对输入给所述位移检测处理部的输入信号进行切换；以及
存储部，其存储由所述位移检测处理部计算出的所述第1位移和所述第2位移，
所述位移检测处理部在被所述切换处理部输入了来自所述第1检测部的信号时，计算所述第1位移，在被所述切换处理部输入了来自所述第2检测部的信号时，计算所述第2位移，在被所述切换处理部输入了存储在所述存储部中的所述第1位移和所述第2位移时，计算旋转角度。
所述光学式编码器还可以具有这样的信号处理装置，该信号处理装置具有：
第1位移检测处理部，其根据来自所述第1检测部的信号，计算作为所述第1环状狭缝在所述旋转轴的径向上的位移的第1位移；
第2位移检测处理部，其根据来自所述第2检测部的信号，计算作为所述第2环状狭缝在所述旋转轴的径向上的位移的第2位移；
第3位移检测处理部，其根据来自所述第3检测部的信号，计算作为所述第3环状狭缝在所述旋转轴的径向上的位移的第3位移；以及
角度检测处理部，其根据所述第1位移～第3位移，计算所述转盘的旋转角度。
还可以具有这样的信号处理装置，该信号处理装置具有：
切换处理部，其对来自所述第1～第3检测部的信号进行切换；
位移检测处理部，其在被所述切换处理部输入了来自所述第1检测部的信号时，检测所述第1位移，在被所述切换处理部输入了来自所述第2检测部的信号时，检测所述第2位移，在被所述切换处理部输入了来自所述第3检测部的信号时，检测所述第3位移；以及
角度检测处理部，其根据所述第1～第3位移，计算所述转盘的旋转角度。
所述光学式编码器还可以具有这样的信号处理装置，该信号处理装置具有：
位移检测处理部，其计算所述第1～第3位移，并且根据所述第1～第3位移来计算所述转盘的旋转角度；
切换处理部，其对输入给所述位移检测处理部的输入信号进行切换；以及
存储部，其存储由所述位移检测处理部计算出的所述第1～第3位移，
所述位移检测处理部在被所述切换处理部输入了来自所述第1～第3检测部的信号时，分别计算所述第1～第3位移，在被所述切换处理部输入了存储在所述存储部中的所述第1～第3位移时，计算旋转角度。
本发明的一个实施方式的光学式编码器的信号处理方法是这样的方法：
所述光学式编码器具有：转盘，其安装在旋转轴上，具有环状狭缝，该环状狭缝由相对于所述旋转轴的旋转中心偏心地形成的多个等间距的同心圆狭缝图样构成；以及绝对值用检测部，其设置在固定部件上，检测来自对所述环状狭缝进行照射的光源以及所述环状狭缝的透射光或反射光，所述环状狭缝具有在彼此不同的方向上偏心的第1环状狭缝和第2环状狭缝，所述绝对值用检测部具有与所述第1环状狭缝对应的第1检测部以及与所述第2环状狭缝对应的第2检测部，所述光学式编码器根据来自所述绝对值用检测部的检测信号来检测所述旋转轴的绝对旋转角度，该信号处理方法包括下述步骤：
根据来自所述第1检测部的信号，计算作为所述第1环状狭缝在所述旋转轴的径向上的位移的第1位移；
根据来自所述第2检测部的信号，计算作为所述第2环状狭缝在所述旋转轴的径向上的位移的第2位移；以及
根据所述第1位移和所述第2位移，计算所述转盘的旋转角度。
本发明的一个实施方式的光学式编码器的信号处理方法是这样的方式：
所述光学式编码器具有：转盘，其安装在旋转轴上，具有环状狭缝，该环状狭缝由相对于所述旋转轴的旋转中心偏心地形成的多个等间距的同心圆狭缝图样构成；以及绝对值用检测部，其设置在固定部件上，检测来自对所述环状狭缝进行照射的光源以及所述环状狭缝的透射光或反射光，所述环状狭缝具有在彼此不同的方向上偏心的第1环状狭缝和第2环状狭缝、以及被形成为偏心方向或偏心量中的至少一个与所述第1环状狭缝及所述第2环状狭缝不同的第3环状狭缝，所述绝对值用检测部具有分别与所述第1～第3环状狭缝对应的第1～第3检测部，所述光学式编码器根据来自所述绝对值用检测部的检测信号来检测所述旋转轴的绝对旋转角度，该信号处理方法包括下述步骤：
根据来自所述第1检测部的信号，计算作为所述第1环状狭缝在所述旋转轴的径向上的位移的第1位移；
根据来自所述第2检测部的信号，计算作为所述第2环状狭缝在所述旋转轴的径向上的位移的第2位移；
根据来自所述第3检测部的信号，计算作为所述第3环状狭缝在所述旋转轴的径向上的位移的第3位移；以及
根据所述第1～第3位移，计算所述转盘的旋转角度。
本申请包含了作为日本优先权的于2009年3月9日向日本专利局提交的专利申请JP 2009-054848中公开的主旨，这里以引证的方式将其全部内容结合于此。
本技术领域人员应当理解，可以在所附权利要求或其等同物的范围内，根据设计要求和其它因素来进行各种变形、组合、次级组合以及变更。

Claims (13)

1.一种光学式编码器，该光学式编码器具有：
转盘，其安装在旋转轴上，能够随着该旋转轴的旋转而旋转；
环状狭缝，其设置在所述转盘上，并包含相对于所述转盘的旋转中心偏心地形成的多个等间距的同心圆狭缝图样；
光源，其被固定地设置，向所述环状狭缝照射光；
绝对值用检测部，其被固定地设置，检测从所述光源照射的、透射过所述环状狭缝的透射光或被所述环状狭缝反射的反射光，输出检测信号；以及
信号处理装置，其根据由所述绝对值用检测部检测出的检测信号，检测所述转盘的绝对旋转角度，
所述环状狭缝具有在彼此不同的方向上偏心的第1环状狭缝和第2环状狭缝，
所述绝对值用检测部具有与所述第1环状狭缝对应的第1检测部以及与所述第2环状狭缝对应的第2检测部，所述第1检测部检测从所述光源照射的、透射过所述第1环状狭缝的透射光或被所述第1环状狭缝反射的反射光，输出检测信号，所述第2检测部检测从所述光源照射的、透射过所述第2环状狭缝的透射光或被所述第2环状狭缝反射的反射光，输出检测信号。
2.根据权利要求1所述的光学式编码器，其中，
所述第1环状狭缝的狭缝间距为所述第1环状狭缝相对于所述转盘的中心的偏心量以上，所述第2环状狭缝的狭缝间距为所述第2环状狭缝相对于所述转盘的中心的偏心量以上。
3.根据权利要求1所述的光学式编码器，其中，
所述环状狭缝还具有第3环状狭缝，该第3环状狭缝被形成为其偏心方向或偏心量中的至少一方与所述第1环状狭缝及第2环状狭缝不同，
所述绝对值用检测部还具有与所述第3环状狭缝对应的第3检测部，所述第3检测部检测从所述光源照射的、透射过所述第3环状狭缝的透射光或被所述第3环状狭缝反射的反射光，输出检测信号。
4.根据权利要求3所述的光学式编码器，其中，
所述第3环状狭缝具有相对于所述转盘的中心无偏心地形成的多个同心圆狭缝。
5.根据权利要求1所述的光学式编码器，其中，
所述转盘还具有相对于所述转盘的中心放射状地形成的增量狭缝，
所述光学式编码器还具有：
增量用光源，其被固定地设置，向所述增量狭缝照射光；以及
增量用检测部，其被固定地设置，检测来自所述增量狭缝的透射光或反射光。
6.根据权利要求5所述的光学式编码器，其中，
利用公共的光源对所述环状狭缝和所述增量狭缝照射光。
7.根据权利要求5所述的光学式编码器，其中，
所述信号处理装置根据内插信号，对根据来自所述绝对值用检测部的检测信号而计算出的所述绝对旋转角度进行插值，所述内插信号是对从所述增量用检测部得到的重复信号进行内插而得到的。
8.根据权利要求5所述的光学式编码器，其中，
所述环状狭缝与所述增量狭缝的实质狭缝间距相同。
9.根据权利要求1所述的光学式编码器，其中，
所述光学式编码器还具有限制来自所述光源的照射光的光源狭缝，
所述绝对值用检测部具有限制由所述环状狭缝反射的反射光的固定狭缝以及接收透射过该固定狭缝的光的受光元件。
10.根据权利要求1所述的光学式编码器，其中，
所述光学式编码器还具有限制来自所述光源的照射光的光源狭缝，
所述绝对值用检测部具有狭缝图样状的受光元件，在该受光元件上形成有与所述环状狭缝相同间距的狭缝，以便限制由所述环状狭缝反射的反射光，并接收该反射光。
11.根据权利要求1所述的光学式编码器，其中，
所述信号处理装置根据来自所述绝对值用检测部的检测信号，计算所述环状狭缝在所述转盘的旋转轴的半径方向上的位移，并根据该位移来计算所述转盘的旋转角度。
12.一种电机，该电机具有：
权利要求1所述的光学式编码器；以及
电机部，其使所述光学式编码器的旋转轴旋转。
13.一种电机系统，该电机系统具有：
权利要求1所述的光学式编码器；
电机部，其使所述光学式编码器的旋转轴旋转；以及
控制部，其根据所述光学式编码器检测出的绝对旋转角度，向所述电机部输出控制该电机部的控制信号。
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