JP2000180213A - 増分および絶対位置デ―タを出力するエンコ―ダ - Google Patents

増分および絶対位置デ―タを出力するエンコ―ダ

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    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34776—Absolute encoders with analogue or digital scales
    • G01D5/34792—Absolute encoders with analogue or digital scales with only digital scales or both digital and incremental scales

Abstract

(57)【要約】 【課題】 増分出力信号と粗い絶対出力信号を出力し、
非常に小さな光学系を組み込みでき、増分出力信号とブ
ラシレスモータを整流するために使用できる整流出力信
号を発生することもでき、増分出力信号と粗い絶対出力
信号を発生する非常にコンパクトなエンコーダを提供す
る。 【解決手段】 ここに提唱する光学エンコーダには走査
ユニット２０で光電的に走査される単一データトラック
１１がある。このデータトラック１１は一つの増分トラ
ックと重なった複数の符号トラック１１.U，１１.V，１
１.Wから成るため、一つのトラックを走査することによ
り増分出力信号Ａ，Ｂと少なくとも粗い絶対位置情報を
発生させることができる。走査ユニット２０は増分目盛
を走査する位相をずらしたアレーの光検出器２２.1〜２
２.9を有する第一走査ユニット２２を有し、複数の光検
出器２１U,１１V,１１W を備えた第二検出ユニット２１
は符号トラック１１.U，１１.V，１１.Wを走査するため
に設けてある。符号トラックはブラシレスモータの整流
信号を発生させるために使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、可動物体の位置
を表す電気信号を発生する位置センサもしくはエンコー
ダに関する。特に、この発明は増分位置データと粗い絶
対位置データを出力するエンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術により、増分出力信号および
粗い絶対出力信号、即ち整流出力信号を出力するロータ
リーエンコーダが知られている。整流出力信号はモータ
の駆動電流を適当な巻線に電気的に導き整流を行うブラ
シレスモータに必要である。このため、絶対ロータ位置
を何らかの精度で決める必要がある。
【０００３】従来の技術によれば、整流出力信号を発生
する種々の方法が知られている。典型的な方法では、ホ
ールスイッチを使用してロータの絶対位置を決めてい
る。このホール装置は回路基板上に配置され、この回路
基板はロータ上の磁石に揃えてあるので、ホール出力と
モータの電動力の間の一定の関係が定まる。この解決策
には、整流回路基板とエンコーダのために余分なスペー
スを設ける必要がある。更に、ホール装置は音響雑音、
電流スパイクおよび温度に敏感で、位置調整が困難であ
ると言う難点がある。
【０００４】これ等の難点のため、単一符号回転円板か
ら増分出力信号と整流出力信号を出力するエンコーダが
開発された。この種のエンコーダは、例えばこの出願の
譲受人により販売されている。本譲受人に譲り渡した未
登録の特許出願シリーズ番号08/980,047 号明細書はそ
のようなエンコーダを開示している。
【０００５】これ等のエンコーダの符号回転円板には、
通常一つの増分トラックと整流出力信号を発生する少な
くとも三つの付加的な符号トラックがある。これは、符
号回転円板上に同芯状に配置された四つのデータトラッ
クで最小となる。増分トラックから増分出力信号を出力
するため、少なくとも二つの光検出器が必要である。こ
れ等の光検出器は互いに 90 °位相差のある二つの増分
信号を発生するように空間的な関係にして配置されてい
る。これ等の整流出力信号に対して、符号トラックの各
々はＨＩＧＨ出力あるいはＬＯＷ出力を出す他の光検出
器により走査される。三つの整流出力信号の組み合わせ
により、或る範囲内で絶対ロータ位置を決めることがで
きる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、増
分出力信号と粗い絶対出力信号を発生できる非常にコン
パクトなエンコーダを提供することにある。
【０００７】この発明の他の課題は、増分出力信号とブ
ラシレスモータを整流するために使用できる整流出力信
号を発生する非常にコンパクトな回転エンコーダを提供
することにある。
【０００８】更に、この発明の他の課題は、増分出力信
号と粗い絶対出力信号を出力し、非常に小さな光学系を
組み込みことのできるエンコーダを提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、一定の測定方向に沿って移動する物体の絶対お
よび増分位置情報を出力する光学エンコーダにあって、
一定の増分目盛周期を有する微細増分トラックと、前記
増分目盛に重なって独立している複数の粗符号トラック
とを有し、測定方向に沿って位置決めされた単一データ
トラックと、このデータトラックの方向に光を放出する
光源と、前記増分トラックで変調された光を受光するた
めデータトラックに対して配置されている第一検出ユニ
ットと、前記複数の符号トラックで変調された光を受光
するためデータトラックに対して配置された第二検出ユ
ニットと、を備え、前記第一検出ユニットが独立した光
検出器のアレーから成り、各光検出器が位相差のある増
分出力信号を出力し、前記第二検出ユニットが多数の独
立した光検出器を有し、光検出器の個数が符号トラック
の個数に等しく、戦記第二検出ユニットの光検出器の出
力信号の組み合わせが絶対位置情報を出力する、ことに
より解決されている。
【００１０】更に、上記の課題は、この発明により、増
分出力信号と、ブラシレスモータを制御するのに適した
整流出力信号を出力する光ロータリーエンコーダにあっ
て、一定の増分目盛を有する微細増分トラックと、前記
増分目盛に重なって独立して同心状に配置された三つの
粗符号トラックとを有し、符号回転円板に配置された単
一円形データトラックと、データトラックの方向に光を
放出する光源と、前記増分トラックで変調された光を受
光するためデータトラックに対して配置された第一検出
ユニットと、複数の符号トラックで変調された光を受光
するためデータトラックに対して配置されている第二検
出ユニットと、を備え、前記第一検出ユニットがそれぞ
れ位相差のある増分出力信号を出力する独立したアレー
から成り、前記第一検出ユニットの光検出器が互いに電
気接続されて同じ位相差の出力信号を出力し、前記第二
検出ユニットが独立した三つの光検出器を有し、前記第
二検出ユニットの光検出器の出力信号を組み合わせると
或る角度範囲内で絶対位置情報を提供する、ことにより
解決されている。
【００１１】更に、上記の課題は、この発明により、一
定の測定方向に沿って移動する物体の絶対および増分情
報を提供する光学エンコーダにあって、一定増分目盛周
期を有する微細増分トラックと前記増分目盛に重なって
独立した複数の粗符号トラックとを有し、測定方向に沿
って位置決めされた単一データトラックと、前記増分ト
ラックで変調された光を受光するためデータトラックに
対して配置された第一検出ユニットと、前記複数の符号
トラックで変調された光を受光するためデータトラック
に対して配置された第二検出ユニットと、を備え、前記
第二検出ユニットの光検出器の出力信号の組み合わせが
絶対位置情報を提供する、ことにより解決されている。
【００１２】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】この発明による光学エンコーダは
或る測定方向に沿って移動する物体の絶対および増分位
置情報を提供することができる。このエンコーダには、
測定方向に沿って配置された単一のデータトラックがあ
り、一つの微細な増分トラックとこの増分トラックに重
なった複数の独立した粗符号トラックがある。データト
ラックの方向に光を放出する一つの光源が設けてある。
前記増分目盛で変調された光を受光するためデータトラ
ックに対して第一検出ユニットが配置されている。この
第一検出ユニットは独立した光検出器のアレーから成
り、光検出器の各々は位相のずれた増分信号を出力す
る。前記少なくとも三つの独立した粗符号トラックによ
り変調された光を受光するため第二検出ユニットがデー
タトラックに対して配置されている。この第二検出ユニ
ットには多数の独立した光検出器があり、光検出器の個
数は粗符号トラックの個数に一致している。
【００１４】
【実施例】以下、添付図面を参照してこの発明の特徴お
よびその利点をより詳しく説明する。
【００１５】図１はこの発明の好適実施例による光学エ
ンコーダの断面を模式的に示す。この光学エンコーダは
ロータリーエンコーダであり、以下に説明するように、
二つの回転物体の動きに関する位置情報を発生する。こ
のエンコーダは、例えばブラシレスモータを用いる応用
に使用できる。
【００１６】この好適実施例の光学エンコーダには単一
データトラック１１を備えた符号回転円板１０があり、
この符号回転円板１０は軸３１の周りに回転するシャフ
ト３０に取り付けてある。回転するシャフト３０にはデ
ータトラック１１を光電的に走査する走査ユニット２０
がある。この走査ユニット２０は、二つの検出ユニット
２１，２２，光源２３.1とレンズ２３.2, 好ましくは集
光レンズから成る。図１の実施例では、回転符号回転円
板１０のデータトラック１１は一方の側の光源２３.1や
集光レンズ２３.2と他方の側の検出ユニット２１，２２
との間に配置されている。光源２３.1から放出された光
は集光レンズ２３.2でコリメートされ、符号回転円板１
０上のデータトラック１１を通過する。検出ユニット２
１，２２は符号回転円板１０が回転すると、データトラ
ック１１で変調される光を受光する。検出された信号は
図１に示されている評価ユニット中で処理される。
【００１７】このエンコーダの構造は、機械的な構成は
当業者に良く知られているので、単に模式的にのみ示
す。
【００１８】更に、この発明はロータリーエンコーダに
限定されるものではないことも述べておく。この発明は
直線状に配置されたデータトラックを備えたリニヤーエ
ンコーダにも適用できる。加えて、この発明に基づき、
図１〜５に説明するような透過光配置や反射光配置のよ
うな異なった光学原理を実現できる。
【００１９】図２，５および図２の詳細を拡大図で示す
次の図３，４を参照して、この創意に富んだデータトラ
ックおよびこの創意に富んだ検出器ユニット配置の詳細
を説明する。
【００２０】図２は、検出ユニット２１，２２と、符号
回転円板が回転する時に検出ユニット２１，２２により
光電的に走査される単一データトラック１１との模式平
面図である。更に、増分トラック用の信号処理電子回路
３５と符号トラック用の信号処理電子回路４０の一部が
模式的に図２に示してある。図２の円５０は、光源で照
らされ、位置に依存する出力信号を発生するため検出ユ
ニット２１，２２で走査される符号回転円板上の単一デ
ータトラック１１の領域を示す。
【００２１】この創意に満ちたロータリーエンコーダの
単一データトラック１１はこのエンコーダの測定方向に
沿って配置されている。ロータリーエンコーダであるこ
の場合では、測定方向は符号回転円板上にデータトラッ
クを周囲に配置することにより決まる。この発明がリニ
ヤーエンコーダと関連して使用されるなら、測定方向は
直線目盛板に関して走査ユニットの動きの直線方向で与
えられる。一般に、測定方向はデータトラックと走査ユ
ニットの動き方向で決まる。
【００２２】この発明によるデータトラック１１には、
一定の増分目盛周期ＴＰを持つ微細増分トラックとして
実現されている第一目盛がある。従って、このトラック
は相対運動する二つの物体の相対位置を表す増分出力信
号を発生する働きをする。増分トラックは、符号回転円
板上に測定方向に交互に配置されている不透明領域１
１.1o と透明領域１１.1c から成る。好適実施例では、
この増分トラックは透明なガラス基板上に配置された不
透明なクロミウム線で構成されている。不透明領域１
１.1o と透明領域１１.1c は何れも測定方向に同じ幅Ｄ
Ｘと測定方向に垂直に同じ長さＬＲを有する。図２に示
すように、目盛周期ＴＰは隣接する不透明領域１１.1o
と透明領域１１.1c の両方の幅ＤＸを加算して与えられ
る。即ち、ＴＰ＝２＊ＤＸ。好適実施例では目盛周期Ｔ
ＰをＴＰ＝ 40 μm となるように選べるが、他の目盛周
期も可能である。
【００２３】この創意に満ちたエンコーダの単一データ
トラックには付加的な粗い目盛がある。これ等の目盛は
粗符号トラック１１.U, １１.V, １１.Wとして実現さ
れ、微細増分トラックに被せてある。これ等の粗符号ト
ラック１１.U, １１.V, １１.Wを使用すると符号回転円
板の回転運動に関して粗い絶対位置情報を発生する。図
２〜４の好適実施例では、互いに一定の位相差を持つ整
流信号Ｕ，Ｖ，Ｗを発生するのに特に適した三つの粗符
号トラック１１.U, １１.V, １１.Wが示しある。これ等
の整流信号Ｕ，Ｖ，Ｗから、当業者に周知の方法により
適当な処理電子回路中で粗い絶対位置の値を求めること
ができる。粗符号トラック１１.U, １１.V, １１.Wの各
々には、透明な領域１１.Uc,１１.Vc,１１.Wc と不透明
な領域１１.Uo,１１.Vo,１１.Wo が交互に配置されてい
る。これ等の領域は何れも図４に示す円弧セグメントの
形をしている。これ等の領域の全てのセグメント角度は
説明する実施例では等しく選択されている。
【００２４】図４に示すように、三つの符号トラック１
１.U, １１.V, １１.Wは或る角度範囲内で粗い絶対位置
を求めることができるような相互関係で回転軸３１の周
りの周囲に配置されている。このため、粗符号トラック
を走査するために使用される三つの検出器の出力信号を
周知のように論理的に組み合わせる。
【００２５】この創意に満ちたエンコーダの実施例で
は、四つの不透明な領域１１.Uo,１１.Vo,１１.Wo およ
び四つの透明な領域１１.Uc,１１.Vc,１１.Wc が各符号
トラック１１.U, １１.V, １１.Wに交互に配置されてい
る。これ等の符号領域１１.Uc,１１.Vc,１１.Wc と１
１.U, １１.V, １１.Wの各々は 45 °の円弧セグメント
を占めている。隣の符号トラックの符号領域１１.Uc,１
１.Vc,１１.Wc と１１.U,１１.V, １１.Wは互いに 30
°だけずれている。この配置は 90 °セグメント毎に 1
5 °の分解能を与え、８極のブラシレスモータの整流に
適している。この模様は６極もしくは４極のモータを整
流するためにそれぞれ 120°もしくは 180°毎に繰り返
すように修正できる。
【００２６】上に説明した図２〜４から分かるように、
この創意に満ちたエンコーダは一つの単一データトラッ
ク内に一つの増分トラックと複数の独立した符号トラッ
クを組み込んでいる。従って、両方のトラックは同じ空
間内にあるので、非常にコンパクトな光学エンコーダを
形成することができる。より小さい光学系組立体をこの
創意に満ちたエンコーダに組み込むことのできる符号回
転円板で比較的小さい領域を照明することが必要である
だけである。
【００２７】次いで、符号回転円板１０上の単一データ
トラック１１を走査するためにこの創意に満ちたエンコ
ーダに装備する検出ユニットの配置を説明しよう。
【００２８】二つの検出ユニット２１，２２が照明され
ている領域内の単一データトラックと共に図２に示して
ある。更に詳細は図３の検出ユニット２１，２２の拡大
図から導ける。
【００２９】第一検出ユニット２２を使用してデータト
ラック１１の増分トラックを走査し、位相差が 90 °の
増分出力信号Ａ，Ｂを出力する。このため、第一検出ユ
ニット２２は独立した光検出器２２.1〜２２.9のアレー
で構成されている。図２には簡単のためこれ等の全ての
光検出器の一部のみ示してある。好適実施例では、第一
検出ユニット２２に例えば 100個の光検出器がある。第
一検出ユニット２２の光検出器には全て長方形状の光受
感領域がある。長方形状の光検出器の縦軸は測定方向に
対して垂直に向いている。光検出器２２.1〜２２.9は長
さＩINC と幅Ｗ INC を有し、隣の光検出器２２.1〜２
２.9は相互間隔ｄINC に配置されている。好適実施例で
は、第一検出ユニット２２のこれ等のパラメータは以下
のように選択されている。即ち、 ＩINC ＝ 890μm ＷINC ＝ 5μm ｄINC ＝ 5μm である。
【００３０】上に説明したような目盛周期ＴＰ＝ 40 μ
m に関連して、この配置は位相が互いに 90 °ずれた隣
の光検出器から信号を出力する。光検出器は４つのグル
ープにして配置されているので、一つのグループの光検
出器は増分出力信号ａ，ｂ，ａ* , ｂ* を出力する。こ
れ等の信号は符号回転円板上の増分トラックの一目盛周
期ＴＰから導かれるので、所謂「単一場走査」配置が生
じる。これは符号回転円板上にあり得る汚れの影響に関
して顕著な利点を提供する。
【００３１】この配置では、各ブループの第一光検出器
から生じる信号ａに対して、信号ｂが 90 °の位相差で
あり、信号ａ* が 180°の位相差であり、信号ｂ* が 2
70°の位相差である。全てのグループの光検出器は互い
に電気接続され、同じ位相関係の増分出力信号を与え
る。つまり、例えば第一光検出器２２.1と第二ブループ
の光検出器２２.5は互いに接続されている等である。得
られた四つの増分出力信号ａ，ｂ，ａ* , ａ* は更に次
の増分トラック処理ユニット３５内のプッシュプル回路
で通常のように処理される。増分トラック処理ユニット
３５の出力信号Ａ，Ｂは 90 °だけ互いに位相のずれた
平衡振幅を持つ増分信号である。目盛周期の得られる分
解能が余り高くないなら、これ等の信号を内挿すること
ができる。次段の電子回路に応じて、処理ユニットから
生じる増分信号Ａ，ＢはＴＴＬの矩形波信号か正弦波信
号である。
【００３２】上に既に示したように、増分トラックを走
査する第一検出ユニットの提示した配置は目盛が局部的
に汚れたら幾つかの利点を与える。この場合、全ての信
号は同じように影響を受けるので、この場合でも非常に
安定した増分走査信号が得られる。
【００３３】増分目盛の長さＬＲは第一検出ユニット２
２の光検出器の長さＩINC より大きいことが図２で見る
ことができる。これは、増分トラックを走査する時、符
号回転円板の起こり得る半径方向の飛び出しを補償でき
ることを確実にしている。
【００３４】第一検出ユニット２２に隣接して符号回転
円板上の単一データトラックの粗符号トラックを走査す
るため走査ユニット中に配置された第二検出ユニット２
１がある。この第二検出ユニット２１は長方形の独立し
た三つの光検出器２１U,２１V,２１W から成る。これ等
の光検出器は測定方向Ｘに沿って幅ＷABS と測定方向に
対して垂直な長さＩABS を有する。この創意に満ちたエ
ンコーダの好適実施例では、これ等のパラメータはＷ
ABS ＝ 250μm とＩABS ＝ 100μm である。
【００３５】第二検出ユニット２１の光検出器２１U,２
１V,２１W は互いに平行に配置されているが、縦軸は測
定方向Ｘに一致し、この測定方向に平行に向いている。
この配置により、単一データトラック内に微細増分トラ
ックと共に組み込まれている粗符号トラックを走査でき
る。光検出器２１U,２１V,２１W の各々は、実際に走査
される符号トラックの領域に応じて、ＨＩＧＨ状態かＬ
ＯＷ状態となるアナログ出力信号を出力する。透明な領
域を走査するとアナログＨＩＧＨ信号が出力し、不透明
な領域を走査するとアナログＬＯＷ信号が出力する。こ
れ等の信号は次段の処理ユニット４０で処理される。こ
のユニットは特に多数の比較器で構成され、光検出器２
１U,２１V,２１W のアナログ出力信号を可能な二つの論
理状態１または０を持つデジタル出力信号Ｕ，Ｖ，Ｗに
変換する。アナログ出力信号の処理に関しては、本譲受
人に譲り渡した未公告の米国特許出願シリーズ番号 08/
980,047 号明細書を参照されたい。この出願には光検出
器２１U,２１V,２１W のアナログ出力信号を処理してデ
ジタル出力信号Ｕ，Ｖ，Ｗに変換する方法と配置が開示
されている。
【００３６】上に説明したような検出ユニットの創意に
満ちた配置は、イ）増分出力信号Ａ，Ｂがデータトラッ
クの符号トラック構造により乱されない、および、ロ）
増分トラック構造は絶対出力信号Ｕ，Ｖ，Ｗの発生に影
響を与えない、ことを保証する。
【００３７】図１〜４の創意に満ちたエンコーダで発生
する出力信号Ａ，ＢとＵ，Ｖ，Ｗを図５に示す。信号
Ａ，Ｂ，Ｕ，Ｖ，Ｗに加えて、周知のように発生させる
他の参照信号Ｚも図５に示してある。この参照信号Ｚは
エンコーダの増分トラックに沿った絶対位置を指示する
ために使用される。これ等の信号Ａ，Ｂ，Ｕ，Ｖ，Ｗと
Ｚは、例えばブラシレスモータを適当に制御するのに処
理される。
【００３８】この創意に満ちた光学エンコーダの具体例
を一つだけで説明したが、多くの改造や変更を行えると
理解される。第一検出ユニットのブループ内の光検出器
の空間配置を変更して他の位相関係の増分出力信号を出
力することができる。一般に、ｎ個の光検出器を一つの
グループ内に配置し、このブループが測定方向にＴＰの
広がりを有するので、互いに 360°/nの位相関係を持つ
増分出力信号を発生する。更に、第一検出ユニット内の
光検出器のブループの数を走査ユニット内で利用できる
空間に応じて可変できる。更に、粗いトラック内の他の
符号構造を選択でき、絶対位置情報を導くことのできる
出力信号を発生させることができる。従って、特許請求
の範囲内でこの発明を特に説明したようにようなもの以
外に実施できる。
【００３９】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明の非常
にコンパクトな光学エンコーダにより、増分出力信号と
粗い絶対出力信号を発生させることができる。また、増
分出力信号と粗い絶対出力信号に加えて、ブラシレスモ
ータを整流する整流出力信号も発生させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の好適実施例による光学エンコーダ
の断面図を模式的に示す。
【図２】 検出器ユニットと走査される単一データトラ
ックの模式平面図である。
【図３】 図２に示す検出器ユニットの平面図である。
【図４】 この発明の好適実施例の符号回転円板の平面
図である。
【図５】 増分出力信号Ａ，Ｂおよび整流出力信号Ｕ，
Ｖ，Ｗの模式図である。
【符号の説明】
１０ 符号回転円板 １１ 単一データトラック １１.1o 増分トラックの不透明な領域 １１.1c 増分トラックの透明な領域 １１.U，１１.V，１１.W 粗符号トラック １１.Uo,１１.Vo,１１.Wo 粗符号トラックの不
透明な領域 １１.Uc,１１.Vc,１１.Wc 粗符号トラックの透
明な領域 ２０ 走査ユニット ２１ 第二検出ユニット ２２ 第一検出ユニット ２１U,１１V,１１W 第二検出ユニット２１の光検
出器 ２２.1〜２２.9 第一検出ユニット２２の光検
出器 ２３.1 光源 ２３.2 集光レンズ ３５， 増分トラック信号処理電子回
路 ４０ 符号トラック信号処理電子回
路 ３１ 回転軸 ３０ シャフト ５０ 円 ａ，ｂ，ａ* ，ｂ* 増分出力信号 ＴＰ 増分目盛周期 ＤＸ 増分トラックの透明、不透明
な領域の幅 ＬＲ 増分トラックの透明、不透明
な領域の長さ Ｕ，Ｖ，Ｗ 整流信号 Ａ，Ｂ 増分出力信号 Ｘ 測定方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・セットバッケン アメリカ合衆国、カリフオルニア州、 93109−1614、サンタ・バーバラ、ジユア ニタ、612 (72)発明者 ドナルド・イー・バーネット アメリカ合衆国、ペンシルバニア州、 19380 、ウエスト・チエスター、ソネッ ト・レイン、1311

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一定の測定方向に沿って移動する物体の
    絶対および増分位置情報を出力する光学エンコーダにお
    いて、 一定の増分目盛周期を有する微細増分トラックと、前記
    増分目盛に重なって独立している複数の粗符号トラック
    とを有し、測定方向に沿って位置決めされた単一データ
    トラックと、 このデータトラックの方向に光を放出する光源と、 前記増分トラックで変調された光を受光するためデータ
    トラックに対して配置されている第一検出ユニットと、 前記複数の符号トラックで変調された光を受光するため
    データトラックに対して配置された第二検出ユニット
    と、を備え、 前記第一検出ユニットが独立した光検出器のアレーから
    成り、各光検出器が位相差のある増分出力信号を出力
    し、 前記第二検出ユニットが多数の独立した光検出器を有
    し、光検出器の個数が符号トラックの個数に等しく、 戦記第二検出ユニットの光検出器の出力信号の組み合わ
    せが絶対位置情報を出力する、ことを特徴とする光学エ
    ンコーダ。
  2. 【請求項２】 前記データトラックは三つの独立した粗
    符号トラックを有することを特徴とする請求項１に記載
    の光学エンコーダ。
  3. 【請求項３】 前記データトラックは符号回転円板の周
    囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の
    光学エンコーダ。
  4. 【請求項４】 前記符号回転円板はシャフトに取り付け
    てあることを特徴とする請求項３に記載の光学エンコー
    ダ。
  5. 【請求項５】 前記微細増分目盛には交互に配置された
    透明領域と不透明領域があり、これ等の領域の全ては同
    じ幅と同じ長さであることを特徴とする請求項４に記載
    の光学エンコーダ。
  6. 【請求項６】 前記三つの粗符号トラックの各々には符
    号回転円板の外周の周りに交互に配置された４つの透明
    な領域と４つの不透明な領域があることを特徴とする請
    求項３に記載の光学エンコーダ。
  7. 【請求項７】 前記三つの符号トラックは所定の角度だ
    け互いにずれているので、一定数の周囲の範囲は第二検
    出ユニットの出力信号から絶対的に定まることを特徴と
    する請求項６に記載の光学エンコーダ。
  8. 【請求項８】 前記増分目盛は異なった光学特性を有す
    る交互に配置された長方形の領域から成ることを特徴と
    する請求項１に記載の光学エンコーダ。
  9. 【請求項９】 長方形の領域はそれぞれ測定方向に対し
    て垂直な縦軸を有することを特徴とする請求項８に記載
    の光学エンコーダ。
  10. 【請求項１０】 前記少なくとも三つの独立した粗符号
    トラックの各々は光学特性の異なる交互に配置された符
    号領域から成ることを特徴とする請求項２に記載の光学
    エンコーダ。
  11. 【請求項１１】 符号領域の各々は測定方向に平行な縦
    軸を有することを特徴とする請求項１０に記載の光学エ
    ンコーダ。
  12. 【請求項１２】 前記第一検出ユニットの前記光検出器
    は長方形であることを特徴とする請求項１に記載の光学
    エンコーダ。
  13. 【請求項１３】 光検出器の各々は測定方向に対して垂
    直に配置された縦軸を有することを特徴とする請求項１
    ２に記載の光学エンコーダ。
  14. 【請求項１４】 前記第一検出ユニットの隣の光検出器
    は、増分出力信号が90 °位相のずれた隣の光検出器か
    ら生じるように互いに配置されていることを特徴とする
    請求項１２に記載の光学エンコーダ。
  15. 【請求項１５】 前記第二検出ユニットの前記光検出器
    は長方形であり、前記第一検出ユニットの光検出器に隣
    接配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の
    光学エンコーダ。
  16. 【請求項１６】 前記第二検出ユニットの前記光検出器
    の各々は前記第一検出ユニットの光検出器の縦軸に垂直
    に配置された縦軸を有することを特徴とする請求項１５
    に記載の光学エンコーダ。
  17. 【請求項１７】 それぞれ第四光検出器が接続されてい
    ることを特徴とする請求項１４に記載の光学エンコー
    ダ。
  18. 【請求項１８】 増分出力信号と、ブラシレスモータを
    制御するのに適した整流出力信号を出力する光ロータリ
    ーエンコーダにおいて、 一定の増分目盛を有する微細増分トラックと、前記増分
    目盛に重なって独立して同心状に配置された三つの粗符
    号トラックとを有し、符号回転円板に配置された単一円
    形データトラックと、 データトラックの方向に光を放出する光源と、 前記増分トラックで変調された光を受光するためデータ
    トラックに対して配置された第一検出ユニットと、複数
    の符号トラックで変調された光を受光するためデータト
    ラックに対して配置されている第二検出ユニットと、を
    備え、 前記第一検出ユニットがそれぞれ位相差のある増分出力
    信号を出力する独立したアレーから成り、 前記第一検出ユニットの光検出器が互いに電気接続され
    て同じ位相差の出力信号を出力し、 前記第二検出ユニットが独立した三つの光検出器を有
    し、 前記第二検出ユニットの光検出器の出力信号を組み合わ
    せると或る角度範囲内で絶対位置情報を提供する、こと
    を特徴とする光学エンコーダ。
  19. 【請求項１９】 前記微細トラックには交互に配置され
    た不透明な領域と透明な領域があり、これ等の領域は前
    記平行に配置された三つの符号トラックの半径方向の幅
    よりも半径方向に大きい長さを有することを特徴とする
    請求項１８に記載の光学エンコーダ。
  20. 【請求項２０】 前記粗符号トラックの各々は周方向に
    交互に配置された４つの透明領域と４つの不透明領域を
    有し、前記の三つの符号トラックは 15 °だけ互いにず
    れていることを特徴とする請求項１８に記載の光学エン
    コーダ。
  21. 【請求項２１】 前記第一検出ユニットには４つの光検
    出器の複数のグループがあり、前記ブループの各々は前
    記微細増分目盛の１目盛周期に相当する長さを有し、前
    記光検出器は隣の光検出器の出力信号が 90 °だけ位相
    に差を示すように、互いに配置されていることを特徴と
    する請求項１８に記載の光学エンコーダ。
  22. 【請求項２２】 前記第二検出ユニットの前記三つの光
    検出器は、発生したアナログ信号を論理出力信号に変換
    する処理ユニットに接続されていることを特徴とする請
    求項１８に記載の光学エンコーダ。
  23. 【請求項２３】 一定の測定方向に沿って移動する物体
    の絶対および増分情報を提供する光学エンコーダにおい
    て、 一定増分目盛周期を有する微細増分トラックと前記増分
    目盛に重なって独立した複数の粗符号トラックとを有
    し、測定方向に沿って位置決めされた単一データトラッ
    クと、 前記増分トラックで変調された光を受光するためデータ
    トラックに対して配置された第一検出ユニットと、 前記複数の符号トラックで変調された光を受光するため
    データトラックに対して配置された第二検出ユニット
    と、を備え、 前記第二検出ユニットの光検出器の出力信号の組み合わ
    せが絶対位置情報を提供する、ことを特徴とする光学エ
    ンコーダ。
  24. 【請求項２４】 前記第一検出ユニットは、それぞれ位
    相のずれた増分出力信号を出力する独立した光検出器の
    アレーから成り、第二検出ユニットは多数の独立した光
    検出器を有し、光検出器の個数は符号トラックの個数に
    等しいことを特徴とする請求項２３に記載の光学エンコ
    ーダ。
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