CN103348218A - 光学式编码器 - Google Patents

Abstract

一种光学式编码器，包括：光学式度盘，具有周期性的光学图案，能够相对地进行角位移；照明部，用于向光学式度盘照射光；受光部，用于接受来自光学式度盘的光；运算部，用于根据来自受光部的信号，运算光学式度盘的绝对旋转角度θ。光学图案包含交替配置的多个遮光部以及多个透射部，沿着预定的圆周方向，将第n个遮光部的间距设为Pn，将第n个遮光部的宽度设为Wn，与第n个遮光部的角度θn相对应的透射率T（θn）以及遮光部的间距Pn满足规定的公式，光学图案的遮光部的宽度Wn按照遮光部的间距Pn的函数而变化。第n个遮光部6a的间距Pn以及宽度Wn优选为成反比例的关系。根据这样的结构，与现有的光学式编码器相比较，能够实现高精度且高分辨率的光学式编码器。

Description

光学式编码器

技术领域

本发明涉及能够检测光学式度盘的绝对旋转角度的光学式编码器。

背景技术

一般，检测测定对象物的旋转角度的旋转编码器包括：具有明暗光学图案的光学式度盘、用于检测光学式度盘上的光学图案的检测元件、配置在检测元件的后级的运算装置，由运算装置检测与电机等的旋转轴相连结的光学式度盘的旋转角度。

在这种旋转编码器中，己知有由运算装置对从检测元件输出的脉冲信号进行累计而检测旋转角度的增量方式、根据光学式度盘上的角度固有的光学图案由运算装置检测光学式度盘的绝对角度的绝对方式。增量方式由于根据从原点位置起的增量来检测旋转角度，因此在接通电源时需要原点恢复动作。另一方面，绝对方式由于不需要进行脉冲信号的累计，因此在接通电源时不需要原点恢复动作，能够迅速地进行从异常停止、停电时的恢复。

另外，作为用于检测绝对角度或者绝对位置的技术，已知一种调制光学式度盘的光学图案的方式。例如，专利文献1中提及的线性度盘测定装置具有由透明部和不透明部构成的光学式度盘、用于将光照射到光学式度盘的照明部、接受来自光学式度盘的光的受光部，使光学式度盘上的不透明部的线宽从细线向粗线依次变化，使由受光部检测的透射光量正弦地变化。

另外，专利文献2的位置检测装置具有由遮光部和透射部构成的光学式度盘、用于将光照射到光学式度盘的照明部、用于接受来自光学式度盘的光的受光部，对光学式度盘上的遮光部的长度进行调制，使透射光学式度盘的光的绝对量单调减少或者单调增加。

现有技术文献

专利文献

［专利文献1］日本特开昭61－182522号公报（第6图）

［专利文献2］日本特开2007－248359号公报（图1、图2）

［专利文献3］日本特开2003－177036号公报

［专利文献4］日本特开2003－75200号公报

［专利文献5］日本特开2005－164533号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在专利文献1中，通过调制光学式度盘上的光学图案，能够得到正弦波输出，进而，通过在错开了1／4周期的位置设置受光元件，可以得到余弦波输出，通过这些正弦波输出和余弦波输出的反正切运算，能够检测绝对角度。

但是，在发生光学系统的位置偏离等，正弦波输出的底部隆起的情况下，产生偏移误差a。在这种情况下，若将正弦波输出的偏移记为a，将振幅记为b，则反正切运算的结果如下面公式那样，产生误差ε。

［数1］

${\mathrm{\θ}}^{\′}={\tan }^{-1}\left(\frac{a+b\sin \mathrm{\θ}}{a+b\cos \mathrm{\θ}}\right)={\tan }^{-1}\left(\frac{\frac{a}{b}+\sin \mathrm{\θ}}{\frac{a}{b}+\cos \mathrm{\θ}}\right)=\mathrm{\ϵ}+\mathrm{\θ}...\left(1\right)$

即，由于角度误差ε由偏移误差a相对振幅b的大小确定，因此通过增大振幅b，a／b的值减小，能够减轻偏移误差a的影响。而在基于专利文献1的光学式度盘的情况下，为了增大振幅，增大最大光量与最小光量之差，需要在与正弦波的底部相当的位置尽可能减小透明部的宽度，另一方面，必须在与正弦波的波峰部相当的位置尽可能减小不透明部的宽度，在振幅的增加方面还存在制造上的界限。

另外，在专利文献2中，若是线性编码器，则虽然能够得到三角波或者正弦波的输出，但是由于为了由旋转编码器来实现正弦波输出而变成圆弧形的光学图案，因此需要复杂的设计。进而，在线性编码器和旋转编码器中光学式度盘的设计方法不同，设计变得繁杂。

本发明的目的在于提供与现有的光学编码器相比高精度且高分辨率的光学式编码器。

解决技术问题的手段

为了达到上述目的，本发明的光学式编码器的特征在于，包括：

光学式度盘，具有周期性的光学图案，能够相对地进行角位移；

照明部，用于向光学式度盘照射光；

受光部，用于接受来自光学式度盘的光；

运算部，用于根据来自受光部的信号，运算光学式度盘的绝对旋转角度θ，

光学图案包含交替配置的多个遮光部以及多个透射部，

沿着规定的圆周方向，将第n个遮光部的间距设为Pn，将第n个遮光部的宽度设为Wn，则与第n个遮光部的角度θn相对应的透射率T（θn）以及遮光部的间距Pn满足下述公式，光学图案的遮光部的宽度Wn按照遮光部的间距Pn的函数而变化。

［数2］

$T\left({\mathrm{\θ}}_n\right)=\frac{P_n-W_n}{P_n}=1-\frac{W_n}{P_n}...\left(A1\right)$

θ_n＝θ_n-1+P_n           ...(A2)

发明的效果

根据本发明，通过遮光部的间距Pn以及遮光部的宽度Wn这两者沿着光学式度盘的圆周方向变化，能够伴随着光学式度盘的旋转得到任意的透射率。因而，与仅是间距的调制或者仅是宽度的调制相比较，能够进一步增大最大光量与最小光量之差。其结果，能够以高精度且高分辨率来测量光学式度盘的绝对旋转角度θ。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的结构的立体图。

图2是示出光学式度盘的一个例子的剖面图。

图3是示出光学式度盘的另一个例子的剖面图。

图4是示出受光部的输出信号的曲线图。

图5是示出从受光部的输出信号减去了偏移的结果的曲线图。

图6是示出由于光量变动而产生的偏移误差的曲线图。

图7是示出光学式度盘的尺寸的说明图。

图8是示出本发明的实施方式2的说明图。

符号说明

1：光学式编码器

2：照明部

3：光学式度盘

4：受光部

5：运算部

6：光学图案

6a：遮光部

6b：透射部

41、42：受光元件

T1、T2：轨迹

S1、S2：正弦波输出

S2、S4：余弦波输出

S1α：光量变动后的正弦波输出

具体实施方式

实施方式1

图1是示出本发明的实施方式1的结构的立体图。光学式编码器1由照明部2、光学式度盘3、受光部4和运算部5等构成。

照明部2是用于向光学式度盘3照射光的光源，例如，从寿命、成本的观点出发，优选采用LED（发光二极管）。LED可以带有透镜，而为了低成本化，也可以是芯片单体。还可以在照明部2与光学式度盘3之间设置透镜、反射镜等光学系统。

光学式度盘3被支撑为相对于照明部2以及受光部4能够相对地进行角位移，并具有沿着圆周方向交替配置了多个遮光部6a以及多个透射部6b的周期性的光学图案6。光学图案6作为用于调制由照明部2照射的光强度的光强度调制单元发挥功能。

在本实施方式中，例示了光学式度盘3介于照明部2与受光部4之间的透射型编码器，但作为其替代，还能够同样地采用在光学式度盘3单侧配置了照明部2以及受光部4的反射型编码器。无论在透射型以及反射型的哪一种情况下，只要能够形成透射部与遮光部的周期构造或者反射部与非反射部的周期构造，则光学式度盘3的构造就没有特别限定。

光学式度盘3也可以通过例如在玻璃基板上蒸镀铬等金属，采用光刻对金属膜进行图案加工来形成。另外，如图2所示，作为基材，例如，也可以采用聚碳酸酯等透明树脂，成形为透射部6b平坦，遮光部6a为剖面V字形的突起。这种情况下，突起的角度若被构成为大于等于所采用的光的临界角，则照射到V字形突起的光由于全反射而不会透射，作为遮光部6a发挥功能。遮光部6a如图3所示，也可以是剖面V字形的槽，显示出同样的遮光功能。通过采用这种整体成形品，能够廉价地制造光学式度盘3。

至少将2条具有周期性光学图案6的轨迹，呈同心圆状地设置于光学式度盘3。例如，关于设置于第1轨迹T1的光学图案6，每次光学式度盘3旋转1次就以1个周期的正弦波函数来调制光强度，另一方面，关于设置于第2轨迹T2的光学图案6，每次光学式度盘3旋转1次就以1个周期的余弦波函数来调制光强度。即，各轨迹T1、T2的光学图案6的遮光部6a以及透射部6b的分布形状对于圆周方向是相同的，但是被配置成相位相互错开90度。

受光部4是接受来自光学式度盘3的光、例如透射光或者反射光，并输出与受光强度成比例的信号的光检测单元，例如，采用PD（光电二极管）等受光元件。也可以在受光部4与光学式度盘3之间设置透镜或者反射镜等光学系统。受光部4具有与光学式度盘3的各轨迹T1、T2相对应的2个受光元件41、42。当光学式度盘3旋转1次，则受光元件41输出按正弦波变化的信号S1，受光元件42输出按余弦波变化的信号S2。

运算部5由A／D转换器或者微处理器等构成，根据来自受光部4的信号S1、S2，运算光学式度盘3的绝对旋转角度θ。关于该运算方法在后面详细叙述。

接着，对动作进行说明。光学式度盘3与电机或者回转器等旋转体的旋转轴连结，与其旋转角相应地，对来自照明部2的光进行强度调制。由各轨迹T1、T2的光学图案6调制了的光分别由受光部4的受光元件41、42检测。

当光学式度盘3旋转，则与其旋转角θ相应地，如图4所示，能够从受光元件41得到具有偏移a和振幅b的正弦波输出S1＝（a＋b×sinθ）。同样，能够从受光元件42得到具有偏移a和振幅b的余弦波输出S2＝（a＋b×cosθ）。

运算部5存储有预先测量的偏移值a作为修正值。因此，运算部5通过从受光部4的正弦波输出S1以及余弦波输出S2减去偏移值a，如图5所示，得到零偏移的正弦波输出S3＝b×sinθ以及零偏移的余弦波输出S4＝b×cosθ。接着，运算部5通过采用下述的公式（2）来执行反正切运算，能够计算光学式度盘3的绝对旋转角度θ。

［数3］

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{b\sin \mathrm{\θ}}{b\cos \mathrm{\θ}}\right)...\left(2\right)$

接着，对在发生了光量变动的情况下的角度误差进行说明。现在假设由于某些影响发生了光量变动。此时，如图6所示，原来的输出S1由于加上偏移误差α，变动成输出S1α。在该状态下，即使运算部5进行偏移值a的减法运算，也仍残留偏移误差α，若就这样直接进行反正切运算，则如以下公式（3）所示，产生角度误差ε。

［数4］

${\mathrm{\θ}}^{\′}={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\α}+b\sin \mathrm{\θ}}{\mathrm{\α}+b\cos \mathrm{\θ}}\right)={\tan }^1\left(\frac{\frac{\mathrm{\α}}{b}+\sin \mathrm{\θ}}{\frac{\mathrm{\α}}{b}+\cos \mathrm{\θ}}\right)=\mathrm{\ϵ}+\mathrm{\θ}...\left(3\right)$

因此，由公式（3）可以明确，为了减小偏移误差α的影响，需要增大振幅b。

接着，对用于增大振幅b的方法进行说明。以下，如图7所示，例示了采用树脂材料作为光学式度盘3的基材，形成了剖面V字形的突起作为遮光部6a的情况，但只要是具备有透射部与遮光部的周期构造或者反射部与非反射部的周期构造的光学式度盘3，就没有特别限定。

在输出旋转1周为1个周期的正弦波这样的光学式度盘3中，能够采用直流分量DC和交流分量AC，如下述的公式（4）那样表示光学式度盘3相对于角度的透射率T（θ）。在这里，θn是从基准角度θ0开始沿着预定的圆周方向数起的第n个遮光部的角度。

［数5］

T（θ_n）＝DC＋ACsinθ_n……（4）

另外，若将第n个遮光部6a的间距记为Pn，将第n个遮光部6a的宽度记为Wn，则也能够由以下的公式（5）来表示与第n个遮光部的角度θn相对应的透射率T（θn）。

［数6］

$T\left({\mathrm{\θ}}_n\right)=\frac{P_n-W_n}{P_n}=1-\frac{W_n}{P_n}...\left(5\right)$

另外，能够采用第m个遮光部6a的间距Pm，由以下的公式（6）来定义第n个遮光部的角度θn。

［数7］

${\mathrm{\θ}}_n=\underset{m=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_m...\left(6\right)$

在这里，采用常数A，由以下的公式（7）、公式（7a）来定义第n个遮光部6a的间距Pn以及宽度Wn。

［数8］

$W_n=\frac{A}{P_n}...\left(7\right)$

$P_n=\frac{A}{W_n}...\left(7a\right)$

通过这样定义成间距以及宽度为成反比例的关系，当遮光部6a的间距Pn大时，能够减小遮光部6a的宽度Wn，另外当遮光部6a的间距Pn小时，能够增大遮光部6a的宽度Wn。其结果，最大光量与最小光量之差进一步增大，在受光部4中得到具有更大振幅的光强度。

将正弦波的波峰位置处的遮光部6a的间距记为PH，将遮光部6a的宽度记为WH，将正弦波的底部位置处的遮光部6a的间距记为PL，将遮光部6a的宽度记为WL，正弦波的波峰位置处的透射率TH（θ）和正弦波的底部位置处的透射率TL（θ）由以下的公式（8）、公式（9）来表示。

［数9］

$\mathrm{TH}=1-\frac{\mathrm{WH}}{\mathrm{PH}}...\left(8\right)$

$\mathrm{TL}=1-\frac{\mathrm{WL}}{\mathrm{PL}}...\left(9\right)$

进而，采用最大透射率TH和最小透射率TL，正弦波的直流分量DC和交流分量AC分别由以下的公式（10）、公式（11）来表示。

［数10］

$\mathrm{DC}=\frac{\mathrm{TH}+\mathrm{TL}}{2}...\left(10\right)$

$\mathrm{AC}=\frac{\mathrm{TH}-\mathrm{TL}}{2}...\left(11\right)$

采用公式（4）、（5），遮光部6a的间距Pn由下面的公式（12）来表示。

［数11］

$P_n=\frac{W_n}{1-\mathrm{DC}-\mathrm{AC}\sin {\mathrm{\θ}}_n}...\left(12\right)$

若将公式（7）代入到该公式（12）中，则得到下面的公式（13）。

［数12］

$P_n=\frac{1}{1-\mathrm{DC}-\mathrm{AC}\sin {\mathrm{\θ}}_n}\×\left(\frac{A}{P_n}\right)$

$={\left(\frac{A}{1-\mathrm{DC}-\mathrm{AC}\sin {\mathrm{\θ}}_n}\right)}^{\frac{1}{2}}...\left(13\right)$

例如，若将正弦波的波峰位置处的遮光部6a的宽度WH设为1度，将正弦波的波峰位置处的遮光部6a的间距PH设为10度，则透射率TH＝90％，常数A＝10，若将正弦波的底部位置处的透射率设为TL＝5％，则针对第n个角度的遮光部6a的间距Pn和第n个遮光部6a的角度θn成为下面的（表1）那样。

表1

n	θn(中间)	Pn	n	θn(中间)	Pn
						0	0.00	4.36	40	227.182	3.457
1	4.36	4.51	41	230.639	3.423
						2	8.87	4.67	42	234.062	3.392
3	13.53	4.85	43	237.454	3.365
						4	18.38	5.06	44	240.819	3.341
5	23.44	5.30	45	244.159	3.320
						6	28.74	5.58	46	247.479	3.301
7	34.32	5.92	47	250.780	3.286
						8	40.24	6.32	48	254.066	3.273
9	46.56	6.80	49	257.338	3.262
						10	53.36	7.37	50	260.600	3.254
11	60.73	8.05	51	263.855	3.249
						12	68.79	8.81	52	267.103	3.245
13	77.60	9.54	53	270.349	3.244
						14	87.14	9.97	54	273.593	3.246
15	97.11	9.84	55	276.839	3.250
						16	106.95	9.19	56	280.089	3.256
17	116.14	8.35	57	283.344	3.264
						18	124.49	7.57	58	286.608	3.275
19	132.05	6.91	59	289.884	3.289
						20	138.96	6.38	60	293.172	3.305
21	145.34	5.94	61	296.477	3.323
						22	151.28	5.58	62	299.800	3.345
23	156.86	5.29	63	303.145	3.369
						24	162.15	5.03	64	306.514	3.397
25	167.18	4.82	65	309.911	3.428
						26	172.00	4.63	66	313.339	3.463
27	176.63	4.47	67	316.802	3.501
						28	181.11	4.33	68	320.303	3.543
29	185.44	4.21	69	323.846	3.590
						30	189.64	4.10	70	327.437	3.642
31	193.74	4.00	71	331.079	3.700
						32	197.74	3.91	72	334.779	3.763
33	201.64	3.83	73	338.542	3.833
						34	205.47	3.76	74	342.376	3.911
35	209.23	3.69	75	346.287	3.998
						36	212.93	3.64	76	350.284	4.094
37	216.56	3.58	77	354.378	4.201
						38	220.15	3.54	78	358.579	4.321
39	223.69	3.50	79	362.900	4.457

在这里，若将n=0作为原点，则为了使最后的遮光部6a的角度与原点一致，需要进行修正。因此，采用最后的遮光部6a的角度0，依照下面的公式(14)对与修正后的第n个遮光部6a的位置相当的角度0n’进行修正。

[数13]

${{\mathrm{\θ}}_n}^{\′}={\mathrm{\θ}}_n\×\frac{360}{\mathrm{\θ}}...\left(14\right)$

此时，针对第n个角度的遮光部6a的间距Pn和第n个遮光部6a的角度0n’成为下面的(表2)那样。

表2

n	θn(最终)	Pn	n	θn(最终)	Pn
						0	0.00	4.36	40	225.37	3.457
1	4.33	4.51	41	228.80	3.423
						2	8.80	4.67	42	232.19	3.392
3	13.43	4.85	43	235.56	3.365
						4	18.24	5.06	44	238.89	3.341
5	23.25	5.30	45	242.21	3.320
						6	28.51	5.58	46	245.50	3.30I
7	34.05	5.92	47	248.78	3.286
						8	39.92	6.32	48	252.04	3.273
9	46.19	6.80	49	255.28	3.262
						10	52.94	7.37	50	258.52	3.254
11	60.25	8.05	51	261.75	3.249
						12	68.24	8.81	52	264.97	3.245
13	76.98	9.54	53	268.19	3.244
						14	86.44	9.97	54	271.41	3.246
15	96.33	9.84	55	274.63	3.250
						16	106.10	9.19	56	277.85	3.256
17	115.21	8.35	57	281.08	3.284
						18	123.49	7.57	58	284.32	3.275
19	131.00	6.91	59	287.57	3.289
						20	137.85	6.38	60	290.83	3.305
21	144.18	5.94	61	294.11	3.323
						22	150.07	5.58	62	297.40	3.345
23	155.61	5.29	63	300.72	3.369
						24	160.85	5.03	64	304.06	3.397
25	165.85	4.82	65	307.43	3.428
						26	170.63	4.63	66	310.84	3.463
27	175.22	4.47	67	314.27	3.501
						28	179.66	4.33	68	317.74	3.543
29	183.95	4.21	69	321.26	3.590
						30	188.13	4.10	70	324.82	3.842
31	192.19	4.00	71	328.43	3.700
						32	196.15	3.91	72	332.10	3.763
33	200.03	3.83	73	335.84	3.833
						34	203.83	3.76	74	339.64	3.911
35	207.56	3.69	75	343.52	3.998
						36	211.23	3.84	76	347.48	4.094
37	214.83	3.58	77	351.55	4.201
						38	218.39	3.54	78	355.71	4.321
39	221.90	3.50	79	360.00	4.457

这里，考虑遮光部6a的宽度w为固定，仅用遮光部6a的间距Pn进行调制的情况。现在，与由公式(7)定义时同样地，将w设为1度，将正弦波的波峰位置处的遮光部6a的间距PH设为10度，设为透射率TH=90％，正弦波的底部位置处的透射率TI．=5％。第n个透射率T(0n)与公式(5)同样地，由以下的公式(15)来表示。

[数14]

$T\left({\mathrm{\θ}}_n\right)=1-\frac{W}{P_n}...\left(15\right)$

若将W＝1度，TL＝5％代入到公式（15）中，则有PL＝1.05度。由此，在正弦波的底部中，遮光部6a的间隔为0.05度。若例如将光学式度盘3的光学图案6上的半径设为10mm，则该间隔相当于大约8.7μm。

另一方面，若将公式（7）代入到公式（9）中，则得到以下的公式（16）。

［数15］

$\mathrm{WL}=\sqrt{(1-\mathrm{TL})\×A}...\left(16\right)$

若将TL＝5％，A＝10代入到公式（16）以及公式（7）中，则有WL＝3.08度，PL＝3.24度。由此，在正弦波的底部中，透射部6a的间隔为0.16度。若例如将光学式度盘3的光学图案6上的半径设为10mm，则该间隔相当于大约27.9μm。这一点在仅用遮光部6a的宽度Wn进行调制的情况下也相同。即，在采用上述值的情况下，通过如公式（7）那样定义，能够使遮光部6a的最密的间隔的似然为大约3倍，光学式度盘3的制造变得容易。

另外，在遮光部6a的宽度W为固定，仅用遮光部6a的间距Pn进行调制的情况下，若与公式（7）同样地，将遮光部6a的最密的间隔设为0.16度，则有PL＝1.16度，正弦波的底部处的透射率变为大约14％，与如公式（7）那样定义的情况相比较，振幅降低到大约1／3。

以上，根据本实施方式，由于能够进一步增大最大光量与最小光量之差，使接受到的光的振幅增大，因此能够降低由偏移误差产生的角度误差的影响。其结果，能够以高精度且高分辨率来测量光学式度盘的绝对旋转角度θ。另外，由于能够增大遮光部6a的最密部处的间隔，因此光学式度盘3的制造也变得容易。

实施方式2

图8是示出本发明的实施方式2的说明图。本实施方式的光学式编码器虽然具有与实施方式1的光学式编码器1相同的结构，但在由以下的公式（17）、公式（17a）代替公式（7）来表示光学图案6的遮光部6a的宽度W’n这一点不同。其中，系数m是大于0的实数。

［数16］

${\left({\mathrm{Wn}}^{\′}\right)}^m=\frac{A}{\mathrm{Pn}}...\left(17\right)$

$P_n={\left(\frac{A}{{W^{\′}}_n}\right)}^m...\left(17a\right)$

关于其它的结构以及检测原理，由于与实施方式1的情况相同，因此以下仅对不同的结构部分进行说明，关于相同部分省略说明。

以下，例示了采用树脂材料作为光学式度盘3的基材，形成剖面V字形突起作为遮光部6a的情况，但只要是具备有透射部与遮光部的周期构造或者反射部与非反射部的周期构造的光学式度盘3，就没有特别的限定。

通过如公式（17）那样定义第ｎ个遮光部6a的间距Pn以及宽度W’n的关系，当遮光部6a的间距Pn大时能够减小遮光部6a的宽度W’n，另外当遮光部6a的间距Pn小时能够增大遮光部6a的宽度W’n。其结果，最大光量与最小光量之差进一步增大，在受光部4中得到具有更大振幅的光强度。

若将公式（17）中的W’n代入到公式（12）的Wn中，则遮光部6a的间距Pn变为下面的公式（18）那样。

［数17］

$P_n={\left(\frac{\sqrt[m]{A}}{1-\mathrm{DC}-\mathrm{AC}\sin {\mathrm{\θ}}_n}\right)}^{\frac{m}{m+1}}...\left(18\right)$

例如，若将正弦波的波峰位置处的遮光部6a的宽度WH设为1度，将正弦波的波峰位置处的遮光部6a的间距PH设为10度，且系数m＝2，则透射率TH＝90％，常数A＝10，若将正弦波的底部位置处的透射率设为TL＝5％，则针对第n个角度的遮光部6a的间距Pn和第n个遮光部6a的角度θn成为下面的（表3）那样。

表3

n	θn(中间)	Pn	n	θn(中间)	Pn
						0	O.00	3.31	53	235.66	2.35
1	3.31	3.42	54	238.01	2.34
						2	6.73	3.54	55	240.35	2.32
3	10.27	3.67	56	242.67	2.31
						4	13.94	3.83	57	244.97	2.29
5	17.76	4.00	58	247.27	2.28
						6	21.76	4.20	59	249.55	2.27
7	25.96	4.43	60	251.82	2.26
						8	30.40	4.70	61	254.09	2.26
9	35.10	5.03	62	256.34	2.25
						10	40.13	5.41	63	258.59	2.24
11	45.54	5.88	64	260.83	2.24
						12	51.42	6.46	65	263.07	2.23
13	57.88	7.16	66	265.31	2.23
						14	65.04	8.00	67	267.54	2.23
15	73.04	8.93	68	269.77	2.23
						16	81.97	9.73	69	272.00	2.23
17	91.70	9.99	70	274.23	2.23
						18	101.69	9.45	71	276.46	2.23
19	111.14	8.46	72	278.69	2.24
						20	119.60	7.45	73	280.93	2.24
21	127.05	6.62	74	283.17	2.25
						22	133.67	5.96	75	285.42	2.25
23	139.62	5.43	76	287.67	2.26
						24	145.06	5.02	77	289.93	2.27
25	150.07	4.67	78	292.20	2.28
						26	154.74	4.39	79	294.48	2.29
27	159.14	4.15	80	296.77	2.30
						28	163.29	3.95	81	299.08	2.32
29	167.24	3.78	82	301.39	2.33
						30	171.01	3.62	83	303.73	2.35
31	174.64	3.49	84	306.07	2.37
						32	178.13	3.37	85	308.44	2.39
33	181.50	3.26	86	310.83	2.41
						34	184.76	3.17	87	313.24	2.43
35	187.93	3.08	88	315.67	2.46
						36	191.02	3.01	89	318.12	2.48
37	194.02	2.94	90	320.60	2.51
						38	196.96	2.87	91	323.11	2.54
39	199.84	2.82	92	325.66	2.58
						40	202.65	2.76	93	328.23	2.61
41	205.41	2.71	94	330.85	2.65
						42	208.13	2.67	95	333.50	2.70
43	210.80	2.63	96	336.19	2.74
						44	213.42	2.59	97	338.93	2.79
45	216.01	2.55	98	341.73	2.85
						46	218.57	2.52	99	3445.7	2.91
47	221.09	2.49	100	347.48	2.97
						48	223.58	2.46	101	350.45	3.04
49	226.04	2.44	102	353.50	3.12
						50	228.48	2.41	103	356.62	3.21
51	230.89	2.39	104	359.83	3.31
						52	233.29	2.37

在这里与实施方式1同样地，为了使最后的遮光部6a的角度与原点一致，需要进行修正。因而，采用最后的遮光部6a的角度θ，按照公式（14）来修正与修正后的第n个遮光部6a的位置相当的角度θn’。

此时的针对第n个角度的遮光部6a的间距Pn和第n个遮光部6a的角度θn’成为下面的（表4）那样。

表4

n	θn(最终)	Pn	n	θn(最终)	Pn
						0	0.00	3.31	53	235.77	2.35
1	3.40	3.42	54	238.12	2.34
						2	6.85	3.54	55	240.46	2.32
3	10.36	3.67	56	242.78	2.31
						4	13.95	3．83	57	245.09	2.29
5	17.77	4.00	58	247.39	2.28
						6	21.77	4.20	59	249.67	2.27
7	25.98	4.43	60	251.94	2.26
						8	30.41	4.70	61	254.21	2.26
9	35.12	5.03	62	256.46	2.25
						10	40.15	5.41	63	258.71	2.24
11	45.56	5.88	64	260.96	2.24
						12	51.45	6.46	65	263.20	2.23
13	57.91	7.16	66	265.43	2.23
						14	65.07	8.00	67	267.66	2.23
15	73.07	8.93	68	269.90	2.23
						10	82.01	9.73	69	272.13	2.23
17	91.75	9.99	70	274.36	2.23
						18	101.74	9.45	71	276.59	2.23
19	111.20	8.46	72	278.82	2.24
						20	119.66	7.45	73	281.06	2.24
21	127.1l	6.62	74	283.30	2.25
						22	133.73	5.96	75	285.55	2.25
23	139.69	5.43	76	287.81	2.26
						24	145.12	5.02	77	290.07	2.27
25	150.14	4.67	78	292.34	2.28
						26	154.82	4.39	79	294.62	2.29
27	159.21	4.15	80	296.91	2.30
						28	163.37	3.95	81	299.22	2.32
29	167.32	3.78	82	301.54	2.33
						30	171.10	3.62	83	303.87	2.35
31	174.72	3.49	84	306.22	2.37
						32	178.21	3.37	85	308.59	2.39
33	181.58	3.26	86	310.98	2.41
						34	184.85	3.17	87	313.38	2.43
35	188.02	3.08	88	315.82	2.46
						36	191.11	3.01	89	318.27	2.48
37	194.12	2.94	90	320.76	2.51
						38	197.06	2.87	91	323.27	2.54
39	199.93	2.82	92	325.81	2.58
						40	202.75	2.76	93	328.39	2.61
41	205.51	2.71	94	331.00	2.65
						42	208.23	2.67	95	333.66	2.70
43	210.90	2.63	96	336.35	2.74
						44	213.53	2.59	97	339.10	2.79
45	216.12	2.55	98	341.89	2.85
						46	218.67	2.52	99	344.74	2.91
47	221.19	2.49	100	347.65	2.97
						48	223.69	2.46	101	350.62	3.04
49	226.15	2.44	102	353.67	3.12
						50	228.59	2.41	103	356.79	3.21
51	231.OO	2.39	104	350.00	3.31
						52	233.40	2.37

在这里，若按照公式(16)以及公式(17)分别求正弦波的最密部处的遮光部6a的宽度W'L和遮光部6a的间距PL，则W'L=2．12度，PL=2．23度，正弦波的底部处的遮光部6a的间隔是0．11度，与在实施方式1中说明过的m＝1的情况相比较，稍有减少。然而，如（表3）那样，由于构成旋转1周为1个周期的正弦波的等级数增多，由公式（14）校正角度之前的角度几乎与原点位置一致，因此能够减小与理想正弦波的误差，进行更加高精度的检测。

以上，根据本实施方式，由于能够进一步增大最大光量与最小光量之差，使接受到的光的振幅增大，因此能够降低由偏移误差产生的角度误差的影响。其结果，能够以高精度且高分辨率测量光学式度盘的绝对旋转角度θ。另外，由于能够增大遮光部6a的最密部处的间隔，因此光学式度盘3的制造也变得容易。进而，由于构成旋转1周为1个周期的正弦波的等级数增多，因此减小与理想正弦波的误差，从而能够进行高精度检测。

Claims (3)

1.一种光学式编码器，其特征在于，包括：

光学式度盘，具有周期性的光学图案，能够相对地进行角位移；

照明部，用于向光学式度盘照射光；

受光部，用于接受来自光学式度盘的光；

运算部，用于根据来自受光部的信号，运算光学式度盘的绝对旋转角度θ，

光学图案包含交替配置的多个遮光部以及多个透射部，

沿着预定的圆周方向，将第n个遮光部的间距设为Pn，将第n个遮光部的宽度设为Wn，与第n个遮光部的角度θn相对应的透射率T（θn）以及遮光部的间距Pn满足下述的公式，光学图案的遮光部的宽度Wn按照遮光部的间距Pn的函数而变化，

［数1］

$T\left({\mathrm{\θ}}_n\right)=\frac{P_n-W_n}{P_n}=1-\frac{W_n}{P_n}...\left(A1\right)$

θ_n=θ_n-1+P_n...(A2)

2.根据权利要求1所述的光学式编码器，其特征在于，

采用遮光部的间距Pn、常数A以及系数m，由下述公式来表示光学图案的遮光部的宽度W’n，m是大于0的实数，

［数2］

${\left({\mathrm{Wn}}^{\′}\right)}^m=\frac{A}{\mathrm{Pn}}...\left(A3\right).$

3.根据权利要求1或2所述的光学式编码器，其特征在于，

将最大透射率设为TH，将最小透射率设为TL，由下述公式来表示光学图案的透射率T（θn），

［数3］

T(θ_n)=DC+ACsinθ_n...(A4)

$\mathrm{DC}=\frac{\mathrm{TH}+\mathrm{TL}}{2}...\left(A5\right)$

$\mathrm{AC}=\frac{\mathrm{TH}-\mathrm{TL}}{2}...\left(A6\right).$

Images