CN1938565A - 光学旋转编码器 - Google Patents
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Abstract
提供一种即使存在组装·调整时等的误差的情况下,也使光量监视信号稳定,小型且检测精度好的光学旋转编码器。在本发明的光学旋转编码器中,具备:具有由光学狭缝组成的旋转角度检测用轨道的旋转狭缝板;向上述光学狭缝照射光的光源;与来自上述光源的光向着上述光学狭缝的照射位置对应地配置,经由上述光学狭缝接收来自上述光源的光的旋转角度检测用感光元件;与来自上述光源的光向着上述光学狭缝的照射位置对应地配置在圆周上的多个位置上,经由上述光学狭缝接收来自上述光源的光的光量监视用感光元件,上述光量监视用感光元件的角度宽度是经由上述光学狭缝的来自上述光源的光在上述光量监视用感光元件的表面上的强度分布的角度周期的整数倍。
Description
技术领域
本发明涉及光学旋转编码器,特别涉及其光量监视信号的稳定性。
背景技术
一般,光学旋转编码器具备:光源;安装在电机上,具有由用于把来自光源的光变换为脉冲光的光学狭缝组成的旋转角度检测用轨道的旋转狭缝板;用于对经过变换的脉冲光进行光电变换的旋转角度检测用感光部。旋转角度检测用感光部与光学狭缝的间距相应地以一定的间距设置感光图案,把用光学狭缝调制的来自光源的光变换为电信号,通过观测该电信号检测电机的旋转角度。
在这种光学旋转编码器中,以不增大旋转狭缝板的外形,而且,不牺牲旋转角度检测信号的输出,监视光源的光量变化为目的,例如如专利文献1「绝对式编码器」所示的一种光学绝对式编码器,具备:具有由光学狭缝组成的旋转位置检测用轨道(旋转角度检测用轨道)的旋转狭缝板;照射光的发光元件(光源);具有与上述旋转位置检测用狭缝对应的旋转位置检测用狭缝以及上述发光元件的光量监视用狭缝的固定狭缝板;与上述旋转位置检测用狭缝对应配置的旋转位置检测用感光元件;与上述光量监视用狭缝对应配置的光量监视用感光元件,在该绝对式编码器中,上述固定狭缝板的光量监视用狭缝与上述旋转狭缝板的旋转位置检测用轨道对应地沿着圆周方向形成,上述旋转位置检测用轨道兼作光量监视用轨道。进而,公开了把光量监视用狭缝的圆周方向的宽度(角度宽度)设置成兼作光量监视用轨道的旋转位置检测用轨道的光学狭缝的间距(角度周期)的整数倍。
专利文献1:特开平6-294666号公报
以往的光学旋转编码器因为如上述那样构成,所以当正确调整电机轴和旋转狭缝的相对位置以及旋转狭缝板上的光学狭缝和感光部的光量监视用图案的位置的情况下,通过把光量监视用狭缝的圆周方向的宽度设置成旋转位置检测用轨道的光学狭缝的间距的整数倍,可以得到光量监视信号没有变化,相对旋转狭缝板的旋转始终一定的信号强度。
但是,当存在电机轴和旋转狭缝板的相对位置偏移(旋转狭缝板的偏心),和旋转狭缝板上的光学狭缝的图案和感光部的光量监视用图案的相对位置的偏移等的组装·调整时等的误差的情况下,因为光量监视用狭缝的圆周方向的宽度以旋转位置检测用轨道的光学狭缝的间距的整数倍偏移,所以光量监视信号伴随旋转狭缝板的旋转而引起正弦波变化,不能得到稳定的信号。因此,光量监视信号的变化分辨不出是由于组装·调整时等的误差产生的还是由于光源的发光强度的变化产生的,其结果,光量监视信号起不到其作用。
根据上述的(间距)×(整数倍)的偏差,用相对从旋转狭缝板的旋转轴到光量监视用图案的距离(旋转角度检测用轨道的半径)的各相对位置的偏移量(误差量)的比决定。因此,特别在要使编码器小型化时,由于上述旋转角度检测用轨迹的半径变小,因而来自(间距)×(整数倍)的偏差的量增大,正弦波变化的影响明显显现。因而,如上述实施例所示,即使通过兼用光量监视用轨道和旋转角度检测用轨道来谋求旋转狭缝以及装置整体的小型化,如果不针对上述组装误差采取对策,则不能得到始终稳定的光量监视信号。
本发明就是为了解决上述那样的以往问题而提出的,其目的在于提供一种即使存在组装·调整时等的误差,也使光量监视信号稳定,并且小型、检测精度好的光学旋转编码器。
本发明的光学旋转编码器具备:具有由光学狭缝组成的旋转角度检测用轨道的旋转狭缝板;向上述光学狭缝照射光的光源;与来自上述光源的光向着上述光学狭缝的照射位置对应地配置,经由上述光学狭缝接收来自上述光源的光的旋转角度检测用感光元件;与来自上述光源的光向着上述光学狭缝的照射位置对应地配置在圆周上的多处,经由上述光学狭缝接收来自上述光源的光的光量监视用感光元件,上述光量监视用感光元件的角度宽度是经由上述光学狭缝的来自上述光源的光的,在上述光量监视用感光元件的表面上的强度分布的角度周期的整数倍。
如果采用本发明,则能够用旋转角度检测用轨道兼作光量监视用轨道,可以实线该部分装置的小型化。而且,由于把光量监视用感光元件的圆周方向的角度宽度,设置成经由光学狭缝的来自上述光源的光在光量监视用感光元件的表面上的强度分布的角度周期的整数倍(换句话说,使光量监视用感光元件具有相当于光学狭缝的间距的整数倍的角度宽度),因而能够抑制用光量监视用感光元件得到的光量监视信号的脉动。
进而,如果使装置整体小型化,则受到组装·调整时等的误差产生的影响大,光量监视信号强度的正弦波变化变大,但由于在圆周上的多处配置光量监视用感光元件,因而能够减轻由组装·调整时等的误差产生的影响。
因而,即使在存在组装·调整时等的误差的情况下,也能够得到使光量监视信号稳定,并且小型、检测精度好的光学回转式编码。
附图说明
图1是表示根据本发明的实施方式1的光学旋转编码器的全体构成的剖面图。
图2表示图1的回转狭缝板的构成,(a)表示整体的平面图,(b)表示放大(a)的一部分表示的平面图。
图3表示图1的感光元件组的构成,(a)表示整体的平面图,(b)表示放大(a)的一部分表示的平面图。
图4涉及本发明的实施方式1,是表示相对光量监视信号的正弦波变化的旋转角度检测用轨道的中心线的直径的影响的特性图。
图5涉及本发明的实施方式1,是表示来自2个光量监视用感光元件的光量监视信号的特性图。
图6涉及本发明的实施方式2,是表示感光元件组的构成的平面图。
图7是表示采用本发明的实施方式2的光学旋转编码器的全体构成的剖面图。
图8是表示采用本发明的实施方式2的另一光学旋转编码器的全体构成的剖面图。
图9涉及本发明的实施方式3,是表示感光元件组的构成的平面图。
图10涉及本发明的实施方式3,是表示感光元件组的另一构成的平面图。
图11是表示采用本发明的实施方式4的光学旋转编码器的全体构成的侧视图。
图12是表示图11的感光元件组的构成的平面图。
图13涉及本发明的实施方式5,是表示感光元件组的构成的平面图。
图14是表示本发明的实施方式6的光学旋转编码器的全体构成的剖面图。
具体实施方式
实施方式1
图1~图3表示本发明的实施方式1的光学旋转编码器的构成,图1是全体的剖面图,图2(a)是旋转狭缝板的平面图,图2(b)是对图2(a)的一部分(用圆包围的部分)进行放大表示平面图,图3(a)是感光元件组的平面图,图3(b)是对图3(a)的一部分(用圆包围的部分)进行放大表示的平面图。
旋转狭缝板4安装在电机轴6上,具有在圆周上配置了许多光透过部51以及光非透过部52的,由光学狭缝组成的旋转角度检测用轨道(图2(a)中已剖面线表示)5。
把从光源1发出的光8用凹面镜7变换为大致平行光束9,把大致平行光束9照射到设置在旋转狭缝4上的旋转角度检测用轨道5的光学狭缝的全周,用设置在感光部3上的感光元件组2接收经由此时的光学狭缝的光(从光学透过部51透过的透射光)并进行光电变换。此时,在感光部3的表面上形成与光学狭缝的角度周期对应的周期性的光强度分布,如以下详细说明的那样,与该光强度分布的角度周期相对应地配置感光元件组2。
如图2(b)中放大其一部分表示的那样,如果假设从旋转狭缝板4的旋转角度检测用轨道图案的中心点11在半径R的距离上拉一条旋转角度检测用轨道5的中心线12,则光透过部51把轨道的中心线12作为中心在半径方向上以宽度W1形成,光透过部51和光非透过部(在图2(b)中实加剖面线表示)52在同一圆周(旋转角度检测用轨道5的中心线12)上以角度周期(间距)P周期性配置。即,光学狭缝的角度周期(间距)是P。
感光部3例如与旋转狭缝板4的一方的主表面相对地配置感光元件组2和光源1.感光元件组2具有旋转角度检测用感光元件31;光量监视用感光元件23a、23b;位置监视用感光元件21a~21d。旋转角度检测用感光元件31配置在旋转角度检测用区域22a~22d上。
在本实施方式中,把配置在4个旋转角度检测用区域22a~22d上的旋转角度检测用感光元件31、2个光量监视用感光元件23a、23b、4个位置监视用感光元件21a~21d配置在同一平面上的同一圆周上,构成感光元件轨道。
而且,在本实施例中,例如,所谓把光透过部51和光非透过部52配置在同一圆周上是指以光透过部51的半径方向上的中心(中点)和非光透过部52的半径方向上的中心(中点)位于同一圆周上的方式进行配置。另外,是指虽然光透过部51的半径方向上的中心和非光透过部52的半径方向上的中心不在同一圆周上,但光透过部51以及光非透过部52的一部分在同一圆周上的情况下,把光透过部51和光非透过部52配置在圆周上。这对于各感光元件也一样。
如图3所示,如果设置成在以感光元件轨道图案的中心点20为中心的半径R1’的距离拉一条感光元件轨道的中心线24,则感光元件组2把感光元件轨道的中心线24作为半径方向上的中心(中点)形成在同一圆周上。
作为感光元件组2的构成,旋转角度检测用感光元件31在旋转角度检测用区域22a~22d内,与光学狭缝(光透过部51)的角度周期(间距)P对应地以一定的角度周期(间距)P’配置。换句话说,在旋转角度检测用感光元件31的表面上形成与光学狭缝的角度周期对应的周期性光强度分布,与该光强度分布的角度周期P’相应地配置旋转角度检测用感光元件31。而且,在本实施方式中,照射在旋转狭缝板4上的光是平行光,4个旋转角度检测用区域22a~22d分别配置在同一圆周上。
另外,2个光量监视用感光元件23a和23b分别具有同一形状,并以感光元件轨道的中心线24为中心,按等间隔配置在和旋转角度检测用感光元件31相同的圆周上。即,2个光量监视用感光元件23a和23b夹着感光元件轨道图案的中心点20配置在180度的相对位置上(换句话说,以中心点20为中心配置在角度为180度的位置上)。而且,感光元件轨道图案的中心点20和配置有光量监视用感光元件23a和23b的圆周的中心点相同。
另外,4个位置监视用感光元件21a~21d分别具有相同形状,以感光元件轨道的中心线24为中心,以等间隔配置在和旋转角度检测用感光元件31相同的圆周上。即,4个位置监视用感光元件21a~21d把感光元件轨道图案的中心点20作为中心配置在相互的角度是90度的位置上。而且,感光元件轨道图案的中心点20和形成配置有位置监视用感光元件21a~21d的圆周的圆的中心(圆周的中心)相同。
旋转角度检测用感光元件31以感光元件轨道的中心线24为中心以半径方向的宽度W2形成。图3中的W1’是来自光源1的通过了光学狭缝(光透过部51)的光的,在旋转角度检测用感光元件31的配置表面上的照射区域的半径方向的宽度。而且,在图3中,网格部分表示来自光源1的通过了光学狭缝(光透过部51)的光的,在旋转角度检测用感光元件31的配置表面上的照射区域。宽度W1’与图2中的光透过部51的半径方向的宽度W1对应地确定,当照射在旋转狭缝板4上的光是平行光的情况下,W1=W1’。此时,W2和W1’的关系由于以
W1’>W2
的方式设定,因而即使存在组装·调整时等的误差,也能够使旋转角度检测用感光元件31的信号强度不下降。
另外,在照射在旋转狭缝板4上的光是平行光的情况下,R1=R1’。
在图3中,因为和旋转狭缝板4的旋转没有关系地始终得到一定强度的信号,所以光量监视用感光元件23a、23b以及位置监视用感光元件21a~21d相对旋转角度检测用感光元件31的角度周期P’,把圆周方向的角度宽度设置成如下:
P’×(整数)
换句话说,光量监视用感光元件23a、23b的角度宽度(是圆周方向的角度宽度,作为一例在图3(b)中用Wθ表示。)是从光源1经由光学狭缝(光透过部51)的光在光量监视用感光元件23a、23b的表面上的强度分布的角度周期的整数倍,位置监视用感光元件21a~21d的角度宽度(圆周方向的角度宽度)是从光源1经由光学狭缝(光透过部51)的光在位置监视用感光元件21a~21d的表面上的强度分布的角度周期的整数倍。
作为旋转狭缝板4的理想配置,是旋转狭缝板4上的旋转角度检测用轨道图案的中心点11和感光元件轨道图案的中心点20都在旋转狭缝板4的旋转轴10上,而由于组装·调整时等的误差的原因,产生旋转狭缝板的旋转轴10和旋转角度检测用轨道图案的中心点11的偏差(偏心),以及旋转角度检测用轨道图案的中心点11和感光元件轨道图案的中心点20的位置偏差。此时,旋转角度检测用轨道5的中心线12和感光元件轨道的中心线24不一致,因为破坏了P’×(整数)的条件,所以来自光量监视用感光元件23a、23b的信号(监视信号)相对旋转狭缝板4的旋转始终不一定,相对于旋转角度以正弦波形变化。
作为这种正弦波变化的具体例子,图4以及图5表示例如,旋转狭缝板4上的旋转角度检测用轨道图案的中心点11相对感光元件轨道图案的中心点20偏移50μm时的监视信号。在图4以及图5中,横轴表示旋转狭缝板的旋转角度,纵轴表示监视信号的强度。
在图4中,虚线以及实线分别表示半径R1=R1’=20mm以及半径R1=R1’=3mm时的来自光量监视用感光元件23a的监视信号。这样,如果旋转狭缝板4的旋转角度检测用轨道的中心线12的直径,即,旋转狭缝板4的整体的直径变小,则在有偏心和调整误差时的光量监视信号的正弦波变化变得非常大。
图5表示R1=R1’=3mm时的来自光量监视用感光元件23a、23b的监视信号。在图5中,实线表示来自一方的光量监视用感光元件23a的监视信号,点划线表示来自另一方的光量监视用感光元件23b的信号。这样,来自相对感光元件轨道图案的中心点20(配置有光量监视用感光元件23a和23b的圆周的中心点)配置在180度相对的位置上的各光量监视用感光元件23a、23b的信号,因为在有偏心和调整误差时,相位变为偏移180度的正弦波,所以通过把这2个信号加在一起计算,能够得到抑制了用图5的虚线表示的正弦波变化的监视信号。
在图3中,光量监视用感光元件23a、23b以感光元件的轨道的中心线24为中心以半径方向的宽度W3形成,W3和W1’的关系如下:
W1’>W3
这样,由于构成是,光量监视用感光元件23a、23b的半径方向的两端都在来自光源1的通过了光学狭缝(光透过部51)的光在光量监视用感光元件23a、23b的配置表面上的照射区域(在图3中用网格表示。)的半径方向的宽度的范围内侧,因而即使有组装·调整时等的误差时,也不受由旋转角度检测用轨道5的光透过部51之间以及光透过部51在半径方向两端部上的非透过部52的影响,能够检测出一定强度的监视信号。
但是,由组装·调整时等的误差产生的,因旋转狭缝板的旋转轴10和旋转角度检测用轨道图案的中心点11的偏差(偏心),以及旋转角度检测用轨道图案的中心点11和感光元件轨道图案的中心点20的位置偏差等引起的总的误差量ε为以下式子的情况下,
ε>(W1’-W3)/2
受到了由在上述旋转角度检测用轨道5中的光非透过部52产生的影响。因而,因为在照射区域内始终存在光量监视用感光元件23a、23b,所以希望把组装·调整时等的上述误差量ε调整到下式的范围内。
ε≤(W1’-W3)/2
另外,光量监视用感光元件23a、23b的配置方法说明了,以配置有光量监视用感光元件23a、23b的圆周的中心20为中心,配置在角度为180度的位置上的情况,对由光量监视信号的组装·调整时等的误差产生的正弦波变化的抑制效果最高。这样,只要至少在180度相对位置上配置2处即可,但如果看用图5中的虚线表示的把光量监视用感光元件23a和23b的监视信号加在一起计算的曲线则知道,虽然正弦波变化得到大大抑制,但残留有稍许正弦波成分。在图5中表示旋转狭缝板4(旋转角度检测用轨道5)和感光部3(感光元件轨道)的偏移是50μm的情况,但如果偏移量进一步增大,则把光量监视用感光元件23a和23b的监视信号加在一起计算后的曲线的正弦波成分(图5中用虚线表示)也变大。这种情况下,如果设置许多180度相对的组,则能够得到更高的正弦波变化的抑制效果。
在图3中,位置监视用感光元件21a~21d以感光元件轨道的中心线24为中心以半径方向的宽度W1’形成。但是,在照射到旋转狭缝板4上的光是平行光的情况下,W1’=W1。这样,通过设置成位置监视用感光元件21a~21d的半径方向的宽度,和经由光学狭缝(光透过部51)的来自光源1的光的,在位置监视用感光元件21a~21d的表面上的分布中的半径方向的宽度W1’相同,当在旋转狭缝板4和位置监视用感光元件21a~21d(感光元件组2)偏移的情况下,旋转角度检测用轨道5的光非透过部52来到位置监视用感光元件21a~21d上,信号强度下降。
因而,如果能够进行位置调整,使得来自配置在同一圆周上的4个位置上的位置监视用感光元件21a~21d的输出的和变位最大,则能够高精度地调整旋转狭缝板4(旋转角度检测用轨道5)和感光部3(感光元件轨道)的位置。
而且,不把来自以中心点20为中心配置在角度为90度的4个位置上的各位置监视用感光元件21a~21d的输出加在一起计算,也能够用各位置监视用感光元件21a~21d检测各个信号的输出。这种情况下,因为能够知道旋转狭缝板4相对位置监视用感光元件21a~21d(感光元件组2)在X,Y的哪个方向上偏移,所以能够更简单地进行精度良好的位置调整。
具体地说,例如,在来自图3的各位置监视用感光元件21a~21d的信号中,当位置监视用感光元件21b和21d的信号强度和位置监视用感光元件21a和21c的信号强度相比下降的情况下,判断旋转狭缝板4相对感光部3向X方向偏移。这样,对X方向以及Y方向稍作调整,如果来自各位置监视用感光元件21a~21d的信号输出最大并且变得相等,则旋转狭缝板4和感光部3的位置调整结束。
而且,在上述说明中,以中心点20为中心把位置监视用感光元件21a~21d配置在角度为90度的4个位置上。换句话说,以中心点20为中心把位置监视用感光元件21a和21c配置在角度为180度的位置上,以中心点20为中心把位置监视用感光元件21b和21d配置在角度为180度的位置上。这样,位置监视用感光元件因为把配置有位置监视用感光元件的圆周的中心点20作为中心配置在180度的位置上,所以,可以得到和在光量监视用感光元件23a、23b的说明中叙述的结果同样的效果。即,在进行旋转狭缝板4和感光部3的位置调整时,抑制由于旋转角度检测轨道5兼作光量监视用或者位置监视用和旋转角度检测用而引起的,由旋转狭缝板4的旋转位置产生的位置监视信号强度的变化,能够得到相对装置的小型化而稳定的信号。特别是在旋转狭缝板4和感光部3的位置调整时,因为相当于产生旋转角度检测用轨道图案的中心点11和感光元件轨道图案的中心点20的位置偏移的状态,所以,把光量监视用感光元件23a和23b配置在角度为180度的位置上的必要性提高。
而且,在图2中,表示了旋转狭缝板4的光学狭缝在同一圆周上把矩形(更正确的说是扇形)的光透过部51和光非透过部52交替配置构成的情况,但光学狭缝的形状并不限于此。例如,非光透过部52不完全遮光也可以,也可以是光透过部51和光非透过部51以一定周期,增加一定比例的强度调制那样的狭缝形状,例如,可以是具有以正弦波形状连续的开口的狭缝。这在以下的各实施方式中虽然没有特别讲明,但是一样的。
实施方式2
图6表示采用本发明的实施方式2的光学旋转编码器的构成,更具体地说是感光元件的平面图。因为其他的构成和实施方式1相同,所以以下主要说明和实施方式1的不同之处。
在实施方式1中把光量监视元件23a、23b和旋转角度检测用感光元件31以等间隔配置在同一圆周上的2处,位置监视用感光元件21a~21d和旋转角度检测用感光元件31以等间隔配置在同一圆周上的4处,而在本实施方式中,光量监视用感光元件23a~23d以及位置监视用感光元件21a~21d都和旋转角度检测用感光元件31配置在同一圆周上的4处。另外,光量监视用感光元件,以及位置监视用感光元件各自不是等间隔,例如光量监视用感光元件23a和23c,以及23b和23d夹着感光元件轨道图案的中心点20配置在180度的相对位置上,而23a和23b,以及23b和23d的间隔不是90度,把m作为整数空出(m+1/2)P’的间隔进行配置。即,23a和23b,以及23b和23d以(奇数/2)P’的间隔配置。另外,位置监视用感光元件也一样,21a和21c,以及21b和21d夹着感光元件轨道图案的中心点配置在180度的相对位置上,而21a和21b,以及21b和21d的间隔不是90度,把n作为整数空出(n+1/2)P’的间隔进行配置。即,21a和21b,以及21b和21d以(奇数/2)P’的间隔配置。
以下,表示本实施方式的效果。在作为光学旋转编码器的整体构成图的图1中,在凹面镜7上反射的光线9变为大致平行光束照射在旋转狭缝板4上。在这种构成中,当正确地组装旋转狭缝板4和感光部3的情况下,通过把光量监视用感光元件以及位置监视用感光元件的圆周方向上的角度宽度,相对于旋转角度检测用感光元件的角度周期P’,设置成下式,
P’×(整数)
能够得到没有正弦波变化的监视信号,另外,即使在未正确组装旋转狭缝板4和感光部3的情况下,也能够得到如实施方式1所示那样抑制了正弦波变化的监视信号。
但是,当没有正确进行光源1和凹面镜7的位置调整的情况下,例如如图7所示,来自凹面镜7的反射光线9不是大致平行光,变成具有扩散的光线。这种情况下,形成在感光元件组4的表面上的光强度分布的角度周期虽然相同,但与角度周期对应的圆周方向上的宽度扩大。另一方面,因为感光元件组的检测区域没有扩大,所以如图7所示,在检测信号时发生缺失部分。上述缺失部分的信号成分因为因旋转而随时间变化,所以监视信号具有正弦波振动成分。
这在实施方式1中的图3中的感光元件配置中也一样,因为从配置在180度间隔上的光量监视用感光元件23a、23b,以及配置在90度间隔上的位置监视用感光元件21a~21d的各感光元件中得到具有同一相位的正弦波成分,所以即使把来自许多位置的感光元件的信号加在一起计算,也不能抑制监视信号的正弦波成分。
在本实施方式中的感光元件配置中,例如因为光量监视用感光元件23a和光量监视用感光元件23b配置成和(m+1/2)P’偏移半周期的位置关系,所以即使光源1和凹面镜7的位置调整未正确进行,来自凹面镜7的反射光线9变为具有扩散的光线的情况下,从光量监视用感光元件23a输出的信号和从光量监视用感光元件23b输出的信号也变成具有180度相位差的反相的信号,把来自光量监视用感光元件23a和光量监视用感光元件23b的信号加在一起计算后的监视信号变成正弦波成分得到抑制的稳定的信号。
另外,例如因为光量监视用感光元件23a和光量监视用感光元件23c配置在180度的相对位置上,所以由于和实施方式1同样的效果,即使对于旋转狭缝板4和感光部3的组装误差也能够得到稳定的监视信号。
另外,位置监视用感光元件也一样,21a和21c,以及21b和21d夹着感光元件轨道图案的中心点20配置在180度的相对位置上,21a和21b,以及21b和21d因为把n设置成整数按空出(n+1/2)P’的间隔进行配置,所以能够得到稳定的监视信号。
而且,在上述实施方式中,以180度间隔配置的光量监视用感光元件的组是2组,变成各组空出(m+1/2)P’的间隔进行配置的结构,但也可以是把这种2组的光量监视用感光元件设置成1组,设置许多组光量监视用感光元件。位置监视用感光元件也一样,可以决定设置多组。无论在哪种情况下,各组间的感光元件的间隔主要以任意间隔设置即可。
而且,在上述实施方式中,说明了来自凹面镜7的反射光线9具有扩散的情况,但即使在发射光线9变为缩小的光线的情况下,感光元件也取入多余的信号,监视信号具有正弦波振动成分。即使在这种情况下,通过设置成和上述实施方式同样的构成,从光量监视用感光元件23a输出的信号和从光量监视用感光元件23b输出的信号变成具有180度相位差的反相信号,把来自光量监视用感光元件23a和光量监视用感光元件23b的信号加在一起计算后的监视信号变成正弦波成分得到抑制的稳定的信号,具有和上述实施方式同样的效果。
另外,当来自设计状态中的凹面镜7的反射光线9不是大致平行光束的情况下,例如如图8所示以减小感光元件面积为目的,也可以在设计时使反射光线9变成缩小的光线,而这种情况下,不仅是光源1和凹面镜7的组装误差,即使在凹面镜7和旋转狭缝板4的间隔偏移的情况下,对感光元件的输入信号也不同。本实施方式在上述的情况下也有效。
实施方式3
图9表示本发明的实施方式3的光学旋转编码器的构成,更具体地说,是感光元件组的平面图。其他的构成因为和实施方式1相同,所以以下主要说明和实施方式1的不同之处。
在实施方式1中说明了光量监视用感光元件23a、23b的半径方向上的两端与经由光学狭缝的来自光源1的光的,在光量监视用感光元件23a、23b的表面上的分布中的半径方向上的宽度的范围相比都设置在内侧(W1’>W3)的情况,而在本实施方式中,光量监视用感光元件23a、23b的半径方向上的两端与经由光学狭缝的来自光源1的光在光量监视用感光元件23a、23b的表面上的分布中的半径方向上的宽度的范围相比都设置在外侧(W1’<W3)。
即使在本实施方式中,也和实施方式1的情况一样,能够不受在旋转角度检测用轨道5上的由光非透过部52产生的影响而输出监视信号。当在来自光源1的照射光中有强度不均匀的情况下,在旋转狭缝板4上有偏心时因为该不均匀的部分监视信号变化,所以实施方式3的构成一方监视信号的稳定性更高,而当在外侧有同样构成的许多轨道的情况下,因为有来自其他的轨道的影响,所以实施方式1的构成的一方监视信号的稳定性更高。
另外,光量监视用感光元件23a、23b的半径方向以及圆周方向的宽度也可以对每个配置位置(各光量监视用感光元件23a、23b的每个)设定成各自不同的值。这种情况下,在运算检测出的监视信号时,通过加入面积比的补正,可以得到和实施方式1相同的效果。
另外,如在实施方式1中说明的那样,当用各位置监视用感光元件21a~21d检测各个信号输出的情况下,也可以取各位置监视用感光元件21a~21d的半径方向的宽度W4如图9所示比W1’宽。
例如,在图9中是
W4>W1’
并且设置成,各位置监视用感光元件21a~21d的内周侧,和经由光学狭缝(光透过部51)的来自光源1的光的,在位置监视用感光元件21a~21d表面上的照射区域(图9中用网格表示)上的内周25(图9中用虚线表示的圆)吻合。即,各位置监视用感光元件21a~21d分别在同一圆周上,而位置监视用感光元件21a~21d和旋转角度检测用感光元件(旋转角度检测用区域22a~22d)不在同一圆周上。
在这样的构成中,例如当旋转狭缝板4相对位置监视用感光元件21a~21d(感光元件组2)在Y轴箭头方向上偏移的情况下,因为相对位置监视用感光元件21a,来自位置监视用感光元件21c的信号强度下降,所以能够监视旋转狭缝板4向Y轴方向的偏移,可以进行位置调整。
而且,在图9中,表示各位置监视用感光元件21a~21d的内周侧和内周25吻合的情况,但即使在W4>W1’,并且各位置监视用感光元件21a~21d的外周侧,和经由光学狭缝(光透过部51)的来自光源1的光的,在位置监视用感光元件21a~21d表面上的照射区域(图9中用网格表示)中的外周(图9中用虚线表示的圆)吻合的情况下,也可以得到同样的效果。
另外,也可以取位置监视用感光元件21a~21d的半径方向的宽度W4比W1’窄。这种情况下也和上述一样,由于使位置监视用感光元件21a~21d的外周侧或者内周侧与经由光学狭缝的来自光源的光的,在位置监视用感光元件21a~21d表面上的照射区域中的外周26或者内周25吻合,因而能够得到同样的效果。
另外,也可以把位置监视用感光元件21a~21d的半径方向以及圆周方向的宽度在多个位置上设置成分别不同的值。这种情况下,在计算从位置监视用感光元件21a~21d检测出的信号时,通过加入面积比的补正,能够得到和实施方式1同样的效果。
另外,在图9中,是位置监视用感光元件21a~21d的外周侧或者内周侧和外周26或者内周25一致,但如图10所示,位置监视用感光元件21a~21d的外周侧以及内周侧的任何一个都能够取和上述外周26以及内周25的哪个都不一致的配置。即,和图9的情况一样,各位置监视用感光元件21a~21d分别在同一圆周上,而位置监视用感光元件21a~21d和旋转角度检测用感光元件(旋转角度检测用区域22a~22d)不在同一圆周上。
这种情况下,例如通过进行调整,使得来自光量监视用感光元件23a、23b的信号强度和来自位置监视用感光元件21a~21d的信号强度的比成为某一设定值,由此与和外周26以及内周25之一一致的配置相比,灵敏度稍有降低,但能够得到和实施方式1大致相同的效果。
实施方式4
图11以及图12表示本发明的实施方式4的光学旋转编码器的构成,图11是全体的侧视图,图12是感光元件组的平面图。其他的构成因为和实施方式1相同,所以以下主要说明和实施方式1的不同之处。
照射在旋转狭缝板4的光学狭缝上的光线也可以不照射在光学狭缝的全周上。例如,如图11所示把来自配置在许多位置(图11中是4处)上的光源1a~1d的光8a~8d照射在分别设置在旋转狭缝板4上的光学狭缝的一部分上,也可以用设置在感光部3上的感光元件组2检测该透射光,能够得到和实施方式1一样的效果。
另外,如在图12中表示感光元件组2的配置方法的一例所示,在本实施方式中,具有旋转角度检测用感光元件(在图12中表示配置有旋转角度检测用感光元件的旋转角度检测用区域22a~22d)、位置监视用感光元件21a~21d、光量监视用感光元件23a~23d的感光元件单元2a~2d与向着光学狭缝的来自光源1a、1b、1c、1d的光的照射位置(照射区域102a、102b、102c、102d)对应地配置在圆周上的多处(图12中在等间隔的4处)。这样,通过使用和各单元2a~2d同样形状的感光元件,能够制成更适宜量产的感光元件组。
希望配置成各感光元件单元2a、2b、c、2d收纳在各光源1a、1b、1c、1d的照射区域102a、102b、102c、102d中。另外,希望来自各光源1a、1b、1c、1d的光量均匀,而当各个光源1a、1b、1c、1d存在差异的情况下,分别检测在各照射区域102a、102b、102c、102d上配置1处或者1处以上的来自光量监视用感光元件(在图12中在各照射区域102a、102b、102c、102d上各配置1处)23a~23d的输出,通过控制成来自各光源1a、1b、1c、1d的光量变得均匀,能够得到稳定的信号。
而且,在图12中对于位置监视用感光元件21a~21d,和实施方式1一样配置在同一圆周上的4处,而希望与来自光源1a~1d的照射区域相应适宜地配置在许多位置上。
而且,对于位置监视用感光元件21a~21d和光量监视用感光元件23a~23d的半径方向的宽度以及半径方向的位置,并不限于图12所示的位置,也可以用在实施方式3中说明的位置。
实施方式5
图13表示本发明的实施方式5的光学旋转编码器的构成,更具体地说,是感光元件组的平面图。其他的构成因为和实施方式1一样,所以以下主要说明和实施方式1的不同之处。
在本实施方式中,把具有旋转角度检测用感光元件(在图13中表示配置有旋转角度检测用感光元件的旋转角度检测用区域22a~22c)、位置监视用感光元件21a~21c、光量监视用感光元件23a~23c的感光元件单元2a~2c与来自光源的对光学狭缝的光的照射位置对应地配置在圆周上的多个位置上(在图13中等间隔地配置在3处)。各旋转角度检测用感光元件(旋转角度检测用区域22a~22c)在同一圆周上以等间隔(把配置有旋转角度检测用区域22a~22c的圆周的中心点20作为中心在角度120度的位置上)配置3处。另外,各位置监视用感光元件21a~21c在同一圆周上以等间隔(把配置有位置监视用感光元件21a~21c的圆周的中心点20作为中心在角度120度的位置上)配置3处。另外,各光源监视用感光元件23a~23c在同一圆周上以等间隔(把配置有光量监视用感光元件23a~23c的圆周的中心点20作为中心在角度120度的位置上)配置3处。
这样,即使未在180度相对位置上的许多位置上配置了光量监视用感光元件23a~23c的情况下,如果与在1处监视的情况相比,则光量监视信号因组装·调整时等的误差引起的正弦波变化变小。
另外,即使对于位置监视用感光元件21a~21c,也通过设置在圆周上的多个位置上而能够得到同样的效果。即,不仅旋转狭缝板的半径方向(图3的Y轴方向),而且对圆周方向(图3的X轴方向)的位置调制也容易精确地进行。因而,能够极大减小组装时的旋转狭缝板和感光元件的位置偏移,可以得到小型且检测角度良好的光学旋转编码器。
但是,与配置在接近圆周上的许多位置上相比,例如如图13所示的120度间隔的3个位置那样,在圆周上以等间隔配置的一方能够容易精确地检测到旋转狭缝板4(旋转角度检测用轨道5)和感光部3(感光元件轨道)的所有方向的偏移。
而且,对于位置监视用感光元件21a~21c和光量监视用感光元件23a~23c的半径方向的宽度以及半径方向的位置,并不限于图13所示的位置,也可以是在实施方式3中说明的位置。
而且,在上述各实施方式中,说明了把位置监视用感光元件配置在许多位置上的情况,但只要至少配置在一处上就能够监视旋转狭缝板的位置。
实施方式6
图14是表示本发明的实施方式6的光学旋转编码器的整体构成的剖面图。在实施方式1中,如图1所示说明了具有使用了透过式的光学狭缝的折返型光线系统的情况,但在本实施方式中,设置成使用反射式的光学狭缝,在旋转狭缝板4上的反射部53上反射从光源1发出的光8,用感光元件组2接收该反射光201进行光电变换那样的折返型的光线系统。
即使在具有这种光线系统的光学旋转编码器中,由于和上述各实施方式一样地配置旋转角度检测用感光元件、位置监视用感光元件,以及光量监视用感光元件,因而能够得到同样的效果。
而且,在上述各实施方式中,以经由光学狭缝接收来自光源的光的方式,把位置监视用感光元件与来自光源的对着光学狭缝的光的照射位置对应地配置,把旋转角度检测用轨道兼作位置监视用轨道,但也可以把位置监视用的光学狭缝和旋转角度检测用轨道分开设置。进而,不设置位置监视用感光元件而用使用了显微镜的光学方式也可以进行旋转狭缝板和感光部的对位。
Claims (5)
1、一种光学旋转编码器,其特征在于,包括:
旋转狭缝板,具有由光学狭缝构成的旋转角度检测用轨道;
光源,向上述光学狭缝照射光;
旋转角度检测用感光元件,与来自上述光源的光向上述光学狭缝的照射位置对应配置、且经由上述光学狭缝接收来自上述光源的光;
光量监视用感光元件,与来自上述光源的光向上述光学狭缝的照射位置相对应地配置在圆周上的多个位置上,并经由上述光学狭缝接收来自上述光源的光,
其中,上述光量监视用感光元件的角度宽度是经由上述光学狭缝的来自上述光源的光在上述光量监视用感光元件的表面上的强度分布的角度周期的整数倍。
2、如权利要求1所述的光学旋转编码器,其特征在于:两个上述光量监视用感光元件与从上述光源射出的光向上述光学狭缝的照射位置相对应地配置在圆周上,并且上述两个光量监视用感光元件以上述圆周的中心点为中心配置在角度为180度的位置上。
3、如权利要求1所述的光学旋转编码器,其特征在于:两个上述光量监视用感光元件与从上述光源射出的光向上述光学狭缝的照射位置相对应地配置在圆周上,并且按照经由上述光学狭缝的来自上述光源的光在上述光量监视用感光元件的表面上的强度分布的角度周期的(奇数/2)为间隔进行配置。
4、如权利要求1所述的光学旋转编码器,其特征在于:两组上述光量监视用感光元件与从上述光源射出的光向上述光学狭缝的照射位置相对应地配置在圆周上,并且对于各组光量监视用感光元件,以上述圆周的中心点为中心在角度为180度的位置上配置两个光量监视用感光元件,并且两组光量监视用感光元件按照经由上述光学狭缝的来自上述光源的光在上述光量监视用感光元件的表面上的强度分布的角度周期的(奇数/2)为间隔进行配置。
5、如权利要求1所述的光学旋转编码器,其特征在于:上述光量监视用感光元件在半径方向上的两端与经由上述光学狭缝的来自上述光源的光在上述光量监视用感光元件的表面上的分布中的半径方向上的宽度范围相比,都在内侧或者外侧。
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