JP2005043327A - Absolute encoder and angle detecting method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an absolute encoder and an angle detecting method capable of detecting accurately an absolute value of a rotation angle of a rotary shaft. <P>SOLUTION: The first track 8a for correction is provided in the side most sided to a rotary shaft 2 of a track group 10, and the second track 8b for correction is provided in the side most distant from the rotary shaft 2, in a rotary disk 3 of the encoder 1. A charge reading-out part for a photodetecting part 6 of an optical sensor 5 reads out charges from a picture element within an area including the first incident position of light passed through the track 8a for the correction, and a picture element within an area including the second incident position of light passed through the second track 8b for the correction, as correction data, as to the incident positions of the light, and then reads out a charge from a picture element within an area including an incident position of light passed through tracks 9a-9i for angle detection, as a data for the angle detection. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、測定対象物の回転角の絶対値を検出するためのアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法に関するものである。   The present invention relates to an absolute encoder and an angle detection method for detecting an absolute value of a rotation angle of a measurement object.

従来より、工作機、FA機器、自動車等の制御端(ステアリング)などの角度測定には、ロータリーエンコーダが用いられている。ロータリーエンコーダのうち、特に光学式のロータリーエンコーダの角度検出方式としては、インクリメンタル方式とアブソリュート方式とが広く知られている。アブソリュート方式のロータリーエンコーダ(以下、アブソリュートエンコーダという)は、一般的に高精度であり、誤差が蓄積しないといった利点を有している。   Conventionally, rotary encoders have been used for angle measurement of control ends (steering) of machine tools, FA devices, automobiles, and the like. Of the rotary encoders, in particular, an incremental method and an absolute method are widely known as an angle detection method of an optical rotary encoder. Absolute type rotary encoders (hereinafter referred to as absolute encoders) are generally highly accurate and have the advantage that errors do not accumulate.

図15は、従来のアブソリュートエンコーダを示す斜視図である。図15を参照すると、従来のアブソリュートエンコーダ100は、回転体の回転軸110に取り付けられる。アブソリュートエンコーダ100は、グレイコードのパターン102が設けられた回転板101と、回転板101に対して軸方向に対向配置された固定板105とを備えている。回転板101のパターン102は、所定のスリットを有する複数のトラックから構成されており、固定板105は、パターン102の複数のトラックに対応する複数の窓104を有している。そして、回転板101及び固定板105を間に挟んで発光素子103及び光検出素子106が対向配置されている。光検出素子106は、回転板101の複数のトラックに対応する複数の光検出部により構成されている。   FIG. 15 is a perspective view showing a conventional absolute encoder. Referring to FIG. 15, a conventional absolute encoder 100 is attached to a rotating shaft 110 of a rotating body. The absolute encoder 100 includes a rotating plate 101 on which a gray code pattern 102 is provided, and a fixed plate 105 disposed to face the rotating plate 101 in the axial direction. The pattern 102 of the rotating plate 101 is composed of a plurality of tracks having predetermined slits, and the fixed plate 105 has a plurality of windows 104 corresponding to the plurality of tracks of the pattern 102. The light emitting element 103 and the light detecting element 106 are arranged to face each other with the rotating plate 101 and the fixed plate 105 interposed therebetween. The light detection element 106 includes a plurality of light detection units corresponding to a plurality of tracks of the rotating plate 101.

発光素子103と光検出素子106の光検出部とを結ぶ直線上において回転板101のスリットと固定板105の窓104とが重なると、発光素子103からの光は回転板101及び固定板105を通過して光検出素子106の光検出部に入射する。一方、回転板101のスリットと固定板105の窓104とが重ならない場合、発光素子103からの光は、回転板101に遮られて光検出素子106の光検出部に入射しない。そして、光検出素子106の各光検出部における光検出結果が符号化され、回転軸110の回転角の絶対値を表すグレイコードG0〜G4として出力される。   When the slit of the rotating plate 101 and the window 104 of the fixed plate 105 overlap on a straight line connecting the light emitting element 103 and the light detecting unit of the light detecting element 106, the light from the light emitting element 103 passes through the rotating plate 101 and the fixed plate 105. The light passes through and enters the light detection portion of the light detection element 106. On the other hand, when the slit of the rotating plate 101 and the window 104 of the fixed plate 105 do not overlap, the light from the light emitting element 103 is blocked by the rotating plate 101 and does not enter the light detection unit of the light detecting element 106. Then, the light detection result in each light detection unit of the light detection element 106 is encoded and output as Gray codes G0 to G4 representing the absolute value of the rotation angle of the rotation shaft 110.

なお、アブソリュートエンコーダに関する技術は、以下の特許文献1及び特許文献2にも開示されている。
特開平07−311055号公報 特開平08−086667号公報
The technology related to the absolute encoder is also disclosed in the following Patent Document 1 and Patent Document 2.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-311055 Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-086667

図15に示した従来のアブソリュートエンコーダ100においては、発光素子103から回転板101に照射される光が一定の広がりを有する。従って、回転板101と光検出素子106との位置関係が回転板101の回転に伴って変化してしまう場合には、回転板101のスリットを通過した光の光検出素子106における入射位置が、対応する光検出素子106の光検出部の位置に対してずれてしまう。また、回転板101が回転軸110に対して偏心して取り付けられているような場合でも同様である。従って、これらの場合においては、回転軸110の回転角の絶対値を正確に検出できない恐れがある。   In the conventional absolute encoder 100 shown in FIG. 15, the light irradiated from the light emitting element 103 to the rotating plate 101 has a certain spread. Therefore, when the positional relationship between the rotating plate 101 and the light detecting element 106 changes as the rotating plate 101 rotates, the incident position of the light that has passed through the slit of the rotating plate 101 on the light detecting element 106 is It will shift | deviate with respect to the position of the light detection part of the corresponding light detection element 106. FIG. The same applies to the case where the rotating plate 101 is eccentrically attached to the rotating shaft 110. Therefore, in these cases, there is a possibility that the absolute value of the rotation angle of the rotating shaft 110 cannot be accurately detected.

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、回転軸の回転角の絶対値を正確に検出できるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an absolute encoder and an angle detection method capable of accurately detecting the absolute value of the rotation angle of the rotation shaft.

このような目的を達成するために、本発明によるアブソリュートエンコーダは、(1)回転軸と、(2)回転軸に取り付けられ、所定パターンのスリットが円周方向に形成された複数のトラックを有するとともに、複数のトラックが複数の角度検出用トラック及び補正用トラックを含む回転板と、(3)複数の画素が一次元に配置された光検出部を有し、光検出部が回転板の径方向を長手方向として複数のトラックに対向するように設けられた光センサと、(4)回転板の複数のトラックを挟んで光センサの光検出部と対向するように設けられた光源と、(5)光センサの光検出部を構成する複数の画素のそれぞれから電荷を読み出す読み出し手段とを備え、(6)複数のトラックは、補正用トラックとして、回転板の回転角によらず光源と光検出部との間にスリットが配置される第1の補正用トラック及び第2の補正用トラックを含み、(7)読み出し手段は、複数のトラックを通過した光が光検出部に入射する入射位置に関し、光検出部を構成する複数の画素に対して、第1の補正用トラックのスリットを通過した光が入射する第1の入射位置を含む第1画素領域内の画素、第2の補正用トラックのスリットを通過した光が入射する第2の入射位置を含む第2画素領域内の画素、複数の角度検出用トラックのスリットを通過した光が入射する入射位置を含む第3画素領域内の画素、の順で電荷の読み出しを行うことを特徴とする。   In order to achieve such an object, an absolute encoder according to the present invention includes (1) a rotating shaft, and (2) a plurality of tracks attached to the rotating shaft and having slits of a predetermined pattern formed in the circumferential direction. And a plurality of tracks each including a rotation plate including a plurality of angle detection tracks and correction tracks, and (3) a light detection unit in which a plurality of pixels are arranged one-dimensionally, and the light detection unit has a diameter of the rotation plate. (4) a light sensor provided to face a plurality of tracks with the direction as a longitudinal direction, and (4) a light source provided to face a light detection unit of the light sensor across the plurality of tracks of the rotating plate, 5) Read-out means for reading out charges from each of the plurality of pixels constituting the light detection unit of the photosensor. (6) The plurality of tracks serve as correction tracks as light sources regardless of the rotation angle of the rotating plate. Including a first correction track and a second correction track in which a slit is arranged between the detection unit and (7) the reading unit is an incident position at which light that has passed through the plurality of tracks enters the light detection unit With respect to the pixels in the first pixel region including the first incident position where the light having passed through the slit of the first correction track is incident on the plurality of pixels constituting the light detection unit, the second correction A pixel in the second pixel region including a second incident position where light passing through the slit of the track enters, and a third pixel region including an incident position where light passing through the slits of the plurality of angle detection tracks are incident Charges are read in the order of pixels.

上記したアブソリュートエンコーダにおいては、光源から照射されて第1の補正用トラックのスリットを通過した光、及び第2の補正用トラックのスリットを通過した光を、光センサの光検出部が回転板の回転角によらず検出する。したがって、このアブソリュートエンコーダによれば、光センサの光検出部における複数のトラックを通過した光の入射位置のうち、第1の補正用トラックに対する第1の入射位置と第2の補正用トラックに対する第2の入射位置とを回転板の回転角によらず常に得ることができる。故に、回転板の位置が変化した場合であっても、この第1の入射位置及び第2の入射位置を参照して、複数の角度検出用トラックに対する補正された入射位置の推定等を行うことにより、その入射位置への光の入射状態に基づいて光検出部上における各角度検出用トラックのスリットの有無を正確に検出することができる。したがって、回転軸の回転角の絶対値を正確に測定することができる。   In the absolute encoder described above, the light that has been irradiated from the light source and passed through the slit of the first correction track and the light that passed through the slit of the second correction track are detected by the light detection unit of the optical sensor. Detects regardless of the rotation angle. Therefore, according to this absolute encoder, out of the incident positions of the light that has passed through the plurality of tracks in the light detection unit of the optical sensor, the first incident position with respect to the first correction track and the second incident position with respect to the second correction track. 2 incident positions can always be obtained regardless of the rotation angle of the rotating plate. Therefore, even when the position of the rotating plate changes, the corrected incident positions for the plurality of angle detection tracks are estimated with reference to the first incident position and the second incident position. Thus, it is possible to accurately detect the presence or absence of the slit of each angle detection track on the light detection unit based on the incident state of the light at the incident position. Therefore, the absolute value of the rotation angle of the rotating shaft can be accurately measured.

さらに、上記したエンコーダでは、光センサの複数の画素のそれぞれで生成された電荷の読み出しについて、補正用データとなる第1の補正用トラックに対応する領域、及び第2の補正用トラックに対応する領域内にある各画素からの電荷の読み出しを先に行い、続いて、角度検出用データとなる角度検出用トラックに対応する領域内にある各画素からの電荷の読み出しを行っている。これにより、光センサの光検出部からの電荷の読み出し、及び回転角の測定を効率的に実行することができる。ここで、上記エンコーダは、複数の角度検出用トラックのスリットを通過した光を光センサの光検出部において検出することによって回転軸の回転角の絶対値を測定することが好ましい。あるいは、エンコーダで得られたデータを用い、外部装置において回転角の絶対値を求める構成としても良い。   Furthermore, in the above-described encoder, for reading out the electric charges generated in each of the plurality of pixels of the photosensor, the area corresponding to the first correction track, which is correction data, and the second correction track are supported. The charge is read from each pixel in the area first, and subsequently, the charge is read from each pixel in the area corresponding to the angle detection track as the angle detection data. As a result, it is possible to efficiently read out charges from the light detection unit of the photosensor and measure the rotation angle. Here, it is preferable that the encoder measures the absolute value of the rotation angle of the rotation shaft by detecting light that has passed through the slits of the plurality of angle detection tracks at the light detection unit of the optical sensor. Or it is good also as a structure which calculates | requires the absolute value of a rotation angle in the external device using the data obtained by the encoder.

また、エンコーダは、回転板が、第1の補正用トラック及び第2の補正用トラックの一方が複数のトラックのうちで最も回転軸側に位置し、他方が最も回転軸から遠い側に位置するとともに、読み出し手段は、光検出部を構成する複数の画素に対して、第1の補正用トラックが位置する側の端部の画素を含む所定領域を第1画素領域、第2の補正用トラックが位置する側の端部の画素を含む所定領域を第2画素領域、第1画素領域と第2画素領域とで挟まれた領域を第3画素領域として電荷の読み出しを行うことが好ましい。   In the encoder, the rotating plate has one of the first correction track and the second correction track positioned closest to the rotation axis among the plurality of tracks, and the other positioned closest to the rotation axis. In addition, the reading means uses, as a first pixel area and a second correction track, a predetermined area including a pixel at an end on the side where the first correction track is located, for a plurality of pixels constituting the light detection unit. It is preferable that the charge is read out by setting the predetermined region including the pixel at the end on the side of the second pixel region as the second pixel region and the region sandwiched between the first pixel region and the second pixel region as the third pixel region.

このように、2つの補正用トラックを複数のトラックの両端側に配置することにより、補正用トラックを用いた角度検出用トラックに対する入射位置の補正を精度良く行うことができる。さらに、このような構成において上記した電荷の読み出し方法を適用することにより、2つの補正用トラックの間に角度検出用トラックが配置されているにもかかわらず、電荷の読み出し及び回転角の測定を効率的に実行することが可能となる。   As described above, by arranging the two correction tracks on both ends of the plurality of tracks, it is possible to accurately correct the incident position with respect to the angle detection track using the correction track. Furthermore, by applying the above-described charge readout method in such a configuration, charge readout and rotation angle measurement can be performed despite the fact that the angle detection track is disposed between the two correction tracks. It becomes possible to execute efficiently.

この場合、読み出し手段は、第1画素領域について、第1の補正用トラックが位置する側の端部の画素から順次電荷の読み出しを行って、求められた第1の入射位置に基づいた所定の画素までを第1画素領域とし、第2画素領域について、第2の補正用トラックが位置する側の端部の画素から順次電荷の読み出しを行って、求められた第2の入射位置に基づいた所定の画素までを第2画素領域とすることが好ましい。   In this case, the reading unit sequentially reads out the charges from the end pixel on the side where the first correction track is located for the first pixel region, and performs predetermined reading based on the obtained first incident position. The first pixel area is defined up to the pixels, and the second pixel area is sequentially read out of the pixels at the end on the side where the second correction track is located, and based on the obtained second incident position. It is preferable that a predetermined pixel is the second pixel region.

また、エンコーダは、第1の入射位置と第2の入射位置とに基づいて、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定する入射位置推定手段をさらに備えることを特徴としても良い。これにより、回転板の位置が変化した場合であっても、推定した入射位置への光の入射状態に基づいて、光検出部上における各角度検出用トラックのスリットの有無を正確に検出することができる。   The encoder may further include incident position estimating means for estimating a corrected incident position for each of the plurality of angle detection tracks based on the first incident position and the second incident position. good. As a result, even when the position of the rotating plate changes, the presence or absence of slits of each angle detection track on the light detection unit can be accurately detected based on the light incident state on the estimated incident position. Can do.

この場合、入射位置推定手段が、第1の入射位置と第2の入射位置との間隔に基づいて、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定することが好ましい。これにより、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を好適に推定することができる。   In this case, it is preferable that the incident position estimation unit estimates the corrected incident position for each of the plurality of angle detection tracks based on the interval between the first incident position and the second incident position. Thereby, the corrected incident position with respect to each of the plurality of angle detection tracks can be suitably estimated.

また、エンコーダは、光センサの光検出部において検出された、第1の補正用トラックを通過した光及び第2の補正用トラックを通過した光の強度に基づいて、入射位置推定手段によって推定された入射位置において検出された光がスリットを通過した光であるか否かを判定するレベル判定手段をさらに備えることを特徴としても良い。これにより、光検出部上における各角度検出用トラックのスリットの有無をより正確に判断することができるので、回転軸の回転角の絶対値をより正確に検出することができる。   The encoder is estimated by the incident position estimation means based on the intensity of the light that has passed through the first correction track and the light that has passed through the second correction track, detected by the light detection unit of the optical sensor. Further, it may be characterized by further comprising level determining means for determining whether or not the light detected at the incident position is light that has passed through the slit. Thereby, since the presence or absence of the slit of each angle detection track on the light detection unit can be determined more accurately, the absolute value of the rotation angle of the rotation shaft can be detected more accurately.

本発明による角度検出方法は、上記したアブソリュートエンコーダを用いた角度検出方法であって、(1)光源から回転板の複数のトラックに光を照射する照射ステップと、(2)光検出部を構成する複数の画素のうち、第1画素領域内の画素のそれぞれから電荷を読み出して、第1の補正用トラックのスリットを通過した光を検出する第1の検出ステップと、(3)第2画素領域内の画素のそれぞれから電荷を読み出して、第2の補正用トラックのスリットを通過した光を検出する第2の検出ステップと、(4)第3画素領域内の画素のそれぞれから電荷を読み出して、複数の角度検出用トラックのスリットを通過した光を検出する第3の検出ステップとを備えることを特徴とする。   An angle detection method according to the present invention is an angle detection method using the above-described absolute encoder, and includes (1) an irradiation step of irradiating light from a light source to a plurality of tracks on a rotating plate, and (2) a light detection unit. A first detection step of reading out charge from each of the pixels in the first pixel region among the plurality of pixels to detect light passing through the slit of the first correction track; and (3) a second pixel. A second detection step of reading out the charge from each of the pixels in the region and detecting the light that has passed through the slit of the second correction track; and (4) reading out the charge from each of the pixels in the third pixel region. And a third detection step of detecting light that has passed through the slits of the plurality of angle detection tracks.

上記した角度検出方法においては、回転板に設けられた第1の補正用トラック、第2の補正用トラック、及び角度検出用トラックに対応して、光センサの光検出部を構成する複数の画素からの電荷の読み出しを、第1画素領域、第2画素領域、第3画素領域の順で行っている。これにより、上記構成の複数のトラックを利用した回転軸の回転角の絶対値の正確な検出を効率的に実行することができる。ここで、上記角度検出方法は、(5)第3の検出ステップにおける検出結果に基づいて、回転板及び回転軸の回転角の絶対値を示すコードを生成するコード生成ステップを備えることが好ましい。   In the angle detection method described above, a plurality of pixels constituting the light detection unit of the optical sensor corresponding to the first correction track, the second correction track, and the angle detection track provided on the rotating plate. The charge is read from the first pixel region, the second pixel region, and the third pixel region in this order. Accordingly, accurate detection of the absolute value of the rotation angle of the rotation shaft using the plurality of tracks having the above configuration can be efficiently performed. Here, the angle detection method preferably includes (5) a code generation step of generating a code indicating the absolute value of the rotation angle of the rotating plate and the rotating shaft based on the detection result in the third detecting step.

また、角度検出方法は、(6)第1の検出ステップ及び第2の検出ステップにおける検出結果に基づいて、第1の補正用トラックに対する第1の入射位置、及び第2の補正用トラックに対する第2の入射位置を得る補正用データ取得ステップと、(7)補正用データ取得ステップにおいて得られた第1の入射位置及び第2の入射位置に基づいて、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定する入射位置推定ステップとを備え、(8)第3の検出ステップにおいて、入射位置推定ステップにより推定された入射位置に入射した光を検出することが好ましい。   In addition, the angle detection method includes (6) a first incident position with respect to the first correction track and a second correction track with respect to the second correction track based on the detection results in the first detection step and the second detection step. Correction data acquisition step for obtaining two incident positions, and (7) correction for each of the plurality of angle detection tracks based on the first incident position and the second incident position obtained in the correction data acquisition step. (8) In the third detection step, it is preferable to detect light incident on the incident position estimated by the incident position estimation step.

このように補正された入射位置を推定することにより、回転板の位置が変化した場合であっても、推定した入射位置への光の入射状態に基づいて、光検出部上における各角度検出用トラックのスリットの有無を正確に検出することができる。したがって、回転板の回転角の絶対値を示すコードを正確に生成することが可能となり、回転軸の回転角の絶対値を正確に検出することができる。   By estimating the incident position corrected in this way, even if the position of the rotating plate has changed, each angle detection on the light detection unit is detected based on the incident state of light at the estimated incident position. The presence or absence of a slit in the track can be accurately detected. Accordingly, it is possible to accurately generate a code indicating the absolute value of the rotation angle of the rotating plate, and to accurately detect the absolute value of the rotation angle of the rotation shaft.

また、第3の検出ステップの際に、第1の補正用トラックを通過した光及び第2の補正用トラックを通過した光の強度に基づいて閾値を定め、入射位置において検出された光の強度と該閾値とを比較することにより、該入射位置において検出された光がスリットを通過した光であるか否かを判定することとしても良い。これにより、光検出部上における各角度検出用トラックのスリットの有無をより正確に判断することができるので、回転軸の回転角の絶対値をより正確に検出することができる。   Further, in the third detection step, a threshold is set based on the intensity of the light that has passed through the first correction track and the light that has passed through the second correction track, and the intensity of the light detected at the incident position. It is also possible to determine whether or not the light detected at the incident position is light that has passed through the slit. Thereby, since the presence or absence of the slit of each angle detection track on the light detection unit can be determined more accurately, the absolute value of the rotation angle of the rotation shaft can be detected more accurately.

また、入射位置推定ステップの際に、第1の入射位置と第2の入射位置との間隔に基づいて、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定することとしても良い。これにより、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を好適に推定することができる。   In the incident position estimation step, the corrected incident position for each of the plurality of angle detection tracks may be estimated based on the interval between the first incident position and the second incident position. Thereby, the corrected incident position with respect to each of the plurality of angle detection tracks can be suitably estimated.

本発明によるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法によれば、回転軸の回転角の絶対値を正確に、かつ効率的に検出することができる。   According to the absolute encoder and the angle detection method of the present invention, the absolute value of the rotation angle of the rotation shaft can be detected accurately and efficiently.

以下、図面とともに本発明によるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。   Hereinafter, preferred embodiments of an absolute encoder and an angle detection method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described.

図1は、本発明によるアブソリュートエンコーダの実施形態を示す斜視図である。図1を参照すると、本実施形態のアブソリュートエンコーダ1は、回転軸2、回転板3、発光素子4、及び光センサ5を備えている。回転軸2は、回転角を検出する対象物に取り付けられており、図示しないアブソリュートエンコーダ1の筐体に支持されている。回転板3は、例えば金属や樹脂等から形成された円板状の部材であり、その中心が回転軸2に取り付けられて固定されている。回転板3は、該回転板3の円周方向に設けられた複数のトラックからなるトラック群10を有しており、トラック群10の各トラックには、所定パターンのスリット7a、7bが形成されている。   FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an absolute encoder according to the present invention. Referring to FIG. 1, the absolute encoder 1 of this embodiment includes a rotating shaft 2, a rotating plate 3, a light emitting element 4, and an optical sensor 5. The rotating shaft 2 is attached to an object for detecting a rotation angle, and is supported by a housing of an absolute encoder 1 (not shown). The rotating plate 3 is a disk-shaped member made of, for example, metal or resin, and its center is attached to the rotating shaft 2 and fixed. The rotating plate 3 has a track group 10 composed of a plurality of tracks provided in the circumferential direction of the rotating plate 3, and slits 7 a and 7 b having a predetermined pattern are formed in each track of the track group 10. ing.

光センサ5は、発光素子4から出射されてスリット7aを通過した光及びスリット7bを通過した光を検出して、これらの光の強度に応じた電荷Qを生成するための手段である。光センサ5は、複数の画素が一次元に配置された光検出部6を有しており、各画素において電荷Qを生成する。そして、光センサ5は、光検出部6を構成する複数の画素のそれぞれで生成された電荷Qを所定の順で変換部20へと出力する。なお、光検出部6からの電荷の出力方法等については後述する。   The optical sensor 5 is means for detecting the light emitted from the light emitting element 4 and passing through the slit 7a and the light passing through the slit 7b and generating a charge Q according to the intensity of these lights. The optical sensor 5 has a light detection unit 6 in which a plurality of pixels are arranged one-dimensionally, and generates a charge Q in each pixel. Then, the optical sensor 5 outputs the charge Q generated by each of the plurality of pixels constituting the light detection unit 6 to the conversion unit 20 in a predetermined order. A method for outputting charges from the light detection unit 6 will be described later.

この光センサ5としては、例えばラインイメージセンサなどを用いることができる。光センサ5は、光検出部6が回転板3の径方向を長手方向として、回転軸2の方向から見て回転板3のトラック群10を横切るように設けられている。また、発光素子4は点光源であり、回転板3のトラック群10を挟んで光センサ5の光検出部6と対向するように配置されている。発光素子4としては、例えばLEDなどを用いることができる。   As this optical sensor 5, a line image sensor etc. can be used, for example. The optical sensor 5 is provided such that the light detection unit 6 crosses the track group 10 of the rotating plate 3 when viewed from the direction of the rotating shaft 2 with the radial direction of the rotating plate 3 as the longitudinal direction. The light emitting element 4 is a point light source, and is disposed so as to face the light detection unit 6 of the optical sensor 5 with the track group 10 of the rotating plate 3 interposed therebetween. As the light emitting element 4, for example, an LED or the like can be used.

図2は、図1に示した回転板3を一部拡大して示す平面図である。図2を参照すると、トラック群10には、少なくとも2本の補正用トラックからなる補正用トラック群8と、複数の角度検出用トラックからなる角度検出用トラック群9が含まれている。例えば本実施形態では、トラック群10は11本のトラックを有しており、そのうちの2本(補正用トラック群8)は、第1の補正用トラックである補正用トラック8a、及び第2の補正用トラックである補正用トラック8bである。また、他の9本(角度検出用トラック群9)は角度検出用トラック9a〜9iである。これら11本のトラックは、互いに略一定の間隔をあけて配置されている。   FIG. 2 is a plan view showing a part of the rotating plate 3 shown in FIG. 1 in an enlarged manner. Referring to FIG. 2, the track group 10 includes a correction track group 8 including at least two correction tracks, and an angle detection track group 9 including a plurality of angle detection tracks. For example, in this embodiment, the track group 10 has 11 tracks, and two of them (the correction track group 8) include the correction track 8a that is the first correction track, and the second track. This is a correction track 8b which is a correction track. The other nine (angle detection track group 9) are angle detection tracks 9a to 9i. These 11 tracks are arranged at a substantially constant interval from each other.

また、本実施形態においては、トラック群10に含まれる複数のトラックは、回転軸2側から、第1の補正用トラック8a、角度検出用トラック9a〜9i、第2の補正用トラック8bの順で配置されている。すなわち、図1及び図2に示すエンコーダ1では、一方の補正用トラック8aが複数のトラックのうちで最も回転軸2側に位置し、他方の補正用トラック8bが最も回転軸2から遠い側に位置している。   In the present embodiment, the plurality of tracks included in the track group 10 are arranged in the order of the first correction track 8a, the angle detection tracks 9a to 9i, and the second correction track 8b from the rotating shaft 2 side. Is arranged in. That is, in the encoder 1 shown in FIGS. 1 and 2, one correction track 8a is positioned closest to the rotation axis 2 among the plurality of tracks, and the other correction track 8b is positioned closest to the rotation axis 2. positioned.

補正用トラック8a、8bには、それぞれ所定パターンのスリット7bが円周方向に形成されている。スリット7bは、回転板3を厚さ方向に貫通して形成され、各補正用トラックにおいて回転板3の円周方向に複数並んで形成されている。補正用トラック8aのスリット7bと、補正用トラック8bのスリット7bとは、その円周方向の位置がそれぞれ交互になるように配置されている。スリット7bは、補正用トラック8a及び8bのそれぞれにおいて、回転板3の回転角によらず発光素子4と光検出部6との間に少なくとも1つのスリット7bが存在するように配置されている。   Each of the correction tracks 8a and 8b is formed with a slit 7b having a predetermined pattern in the circumferential direction. The slits 7b are formed so as to penetrate the rotating plate 3 in the thickness direction, and a plurality of slits 7b are formed in the circumferential direction of the rotating plate 3 in each correction track. The slits 7b of the correction track 8a and the slits 7b of the correction track 8b are arranged so that their circumferential positions are alternately arranged. The slits 7b are arranged so that at least one slit 7b exists between the light emitting element 4 and the light detection unit 6 in each of the correction tracks 8a and 8b regardless of the rotation angle of the rotating plate 3.

また、補正用トラック8a、8bの間にある角度検出用トラック9a〜9iには、グレイコードなどの所定のパターンを表すスリット7aが円周方向に形成されている。スリット7aは、スリット7bと同様に回転板3を厚さ方向に貫通して形成されている。なお、本実施形態において角度検出用トラックが9本設定されているのは、9桁のグレイコードによって最大512通りのコードを生成できるため、グレイコードによって回転板3の回転角(0度〜360度)を表現し、回転軸2の回転角を検出する際の分解能を1度またはそれ以下とするためである。   Further, slits 7a representing a predetermined pattern such as a gray code are formed in the circumferential direction in the angle detection tracks 9a to 9i between the correction tracks 8a and 8b. The slit 7a is formed so as to penetrate the rotating plate 3 in the thickness direction similarly to the slit 7b. In this embodiment, nine angle detection tracks are set because a maximum of 512 codes can be generated by a nine-digit gray code, and therefore the rotation angle (0 degree to 360) of the rotating plate 3 is generated by the gray code. This is because the resolution when the rotation angle of the rotary shaft 2 is detected is 1 degree or less.

ここで、図3(a)は、発光素子4、回転板3、及び光センサ5の相対位置関係を示す側面断面図である。また、図3(b)は、スリット7aを通過した光及びスリット7bを通過した光の照射領域16及び17と、光センサ5の光検出部6との位置関係を説明するための図である。図3(a)及び図3(b)を参照すると、発光素子4から回転板3に照射された光Lの一部は、スリット7aまたは7bを通過して光センサ5の光検出部6に達する。このとき、角度検出用トラック9a〜9iのスリット7aを通過した光は、角度検出用トラック9a〜9iに対応するライン19a〜19i上に、スリット7aの形状に相似した形状の照射領域16を形成する。また、補正用トラック8a、8bのスリット7bを通過した光は、補正用トラック8a、8bに対応するライン18a及び18b上に、スリット7bの形状に相似した形状の照射領域17を形成する。   Here, FIG. 3A is a side sectional view showing a relative positional relationship among the light emitting element 4, the rotating plate 3, and the optical sensor 5. FIG. 3B is a diagram for explaining the positional relationship between the irradiation regions 16 and 17 of the light that has passed through the slit 7 a and the light that has passed through the slit 7 b, and the light detection unit 6 of the optical sensor 5. . Referring to FIG. 3A and FIG. 3B, a part of the light L irradiated to the rotating plate 3 from the light emitting element 4 passes through the slit 7a or 7b to the light detection unit 6 of the light sensor 5. Reach. At this time, the light that has passed through the slits 7a of the angle detection tracks 9a to 9i forms irradiation regions 16 having a shape similar to the shape of the slits 7a on the lines 19a to 19i corresponding to the angle detection tracks 9a to 9i. To do. The light that has passed through the slits 7b of the correction tracks 8a and 8b forms an irradiation region 17 having a shape similar to the shape of the slit 7b on the lines 18a and 18b corresponding to the correction tracks 8a and 8b.

ここで、ライン19a〜19i並びに18a及び18bは、回転板3からの距離が光検出部6とほぼ等しい面上における架空のラインであり、照射領域16及び17は、光検出部6上に形成される領域を除き、回転板3からの距離が光検出部6とほぼ等しい面上に形成される架空の領域である。光検出部6は、該光検出部6上の照射領域16及び17に入射する光を検出することとなる。また、本実施形態においては、上述した複数のトラックの配列に対応して、回転軸2側から、ライン18a、ライン19a〜19i、ライン18bの順に各ラインが位置している。   Here, the lines 19 a to 19 i and 18 a and 18 b are fictitious lines on the surface whose distance from the rotating plate 3 is substantially equal to that of the light detection unit 6, and the irradiation regions 16 and 17 are formed on the light detection unit 6. This is an imaginary region formed on a surface whose distance from the rotating plate 3 is substantially equal to that of the light detection unit 6 except for the region to be formed. The light detection unit 6 detects light incident on the irradiation regions 16 and 17 on the light detection unit 6. Further, in the present embodiment, each line is positioned in the order of the line 18a, the lines 19a to 19i, and the line 18b from the rotating shaft 2 side, corresponding to the arrangement of the plurality of tracks described above.

図3(a)に示すように、回転板3と光センサ5との間には所定の距離Dが存在する。このため、点光源である発光素子4からの光Lは、回転板3のスリット7aまたは7bを通過した後、一定の広がりをもって光検出部6に入射する。したがって、図3(b)に示したライン18a、19a〜19i、及び18bの間隔は、回転板3の各トラック間隔よりも大きい。また、照射領域16及び17は、それぞれ回転板3に形成されたスリット7a及び7bよりも大きい。   As shown in FIG. 3A, a predetermined distance D exists between the rotating plate 3 and the optical sensor 5. For this reason, the light L from the light emitting element 4 which is a point light source passes through the slit 7 a or 7 b of the rotating plate 3 and then enters the light detection unit 6 with a certain spread. Therefore, the distance between the lines 18 a, 19 a to 19 i, and 18 b shown in FIG. 3B is larger than the distance between the tracks of the rotating plate 3. Further, the irradiation areas 16 and 17 are larger than the slits 7a and 7b formed in the rotating plate 3, respectively.

図4(a)及び図4(b)、並びに図5(a)及び図5(b)は、それぞれ回転板3の位置が光検出部6に対して相対的に変化した場合を説明するための図である。図4(a)及び図4(b)は、回転板3が光検出部6に近づいて、回転板3と光検出部6との間の距離がDminとなった場合を示している。ここで、Dminは、製造誤差等によって回転板3と光検出部6との間の距離が変化することを見込んで設定された、該距離の最小許容値である。このように、回転板3と光検出部6との間の距離が小さくなると、ライン18a、19a〜19i、及び18b同士の間隔が狭まり、照射領域16及び17の幅及び長さも小さくなる。 4 (a) and 4 (b), and FIGS. 5 (a) and 5 (b) are for explaining the case where the position of the rotating plate 3 is changed relative to the light detection unit 6, respectively. FIG. 4A and 4B show a case where the rotating plate 3 approaches the light detection unit 6 and the distance between the rotating plate 3 and the light detection unit 6 becomes D min . Here, D min is a minimum allowable value of the distance set in consideration of a change in the distance between the rotating plate 3 and the light detection unit 6 due to a manufacturing error or the like. Thus, when the distance between the rotating plate 3 and the light detection unit 6 is reduced, the intervals between the lines 18a, 19a to 19i, and 18b are reduced, and the widths and lengths of the irradiation regions 16 and 17 are also reduced.

これに対して、図5(a)及び図5(b)は、回転板3が光検出部6から遠ざかって、回転板3と光検出部6との間の距離がDmaxとなった場合を示している。ここで、Dmaxは、製造誤差等によって回転板3と光検出部6との間の距離が変化することを見込んで設定された、該距離の最大許容値である。このように、回転板3と光検出部6との間の距離が大きくなると、ライン18a、19a〜19i、及び18b同士の間隔が拡がり、照射領域16及び17の幅及び長さも大きくなる。また、図5(a)に示した回転板3は、光検出部6に対して相対的に回転板3と平行な方向にずれている。このような状態は、主に回転板3が回転軸2に対して偏心して取り付けられることにより生じる。 On the other hand, in FIGS. 5A and 5B, the rotating plate 3 moves away from the light detection unit 6 and the distance between the rotating plate 3 and the light detection unit 6 becomes D max. Is shown. Here, D max is a maximum allowable value of the distance set in consideration of a change in the distance between the rotating plate 3 and the light detection unit 6 due to a manufacturing error or the like. Thus, when the distance between the rotating plate 3 and the light detection unit 6 increases, the distance between the lines 18a, 19a to 19i, and 18b increases, and the width and length of the irradiation regions 16 and 17 also increase. Further, the rotating plate 3 shown in FIG. 5A is displaced in a direction parallel to the rotating plate 3 relative to the light detection unit 6. Such a state mainly occurs when the rotating plate 3 is mounted eccentrically with respect to the rotating shaft 2.

光検出部6の長手方向の長さは、回転板3と光検出部6との間の距離がDmaxとなる場合であり、かつ、回転板3が光検出部6に対して相対的に回転板3に平行な方向に偏心している場合においても、各ライン18a、19a〜19i、18bの照射領域16及び17を全て含むことができる長さに設定されるとよい。換言すれば、光検出部6の必要な長さは、{(回転板3のトラック群10の幅)+(回転板3の最大偏心量)×2}×(回転板3と光検出部6との距離変化による照射領域16及び17の最大倍率)として算出される。また、光検出部6の長手方向と交差する方向の幅は、スリット7aのうち円周方向の長さが最も短いスリット7aによる照射領域16の長さよりも短くなるように設定されるとよい。換言すれば、光検出部6の最大幅は、(最も短いスリット7aの長さ)×(回転板3と光検出部6との距離変化による照射領域16の最小倍率)として算出される。 The length of the light detection unit 6 in the longitudinal direction is a case where the distance between the rotation plate 3 and the light detection unit 6 is D max , and the rotation plate 3 is relatively to the light detection unit 6. Even in the case of being eccentric in the direction parallel to the rotating plate 3, the length may be set so as to include all the irradiation regions 16 and 17 of the lines 18a, 19a to 19i, and 18b. In other words, the required length of the light detection unit 6 is {(width of the track group 10 of the rotating plate 3) + (maximum eccentricity of the rotating plate 3) × 2} × (the rotating plate 3 and the light detecting unit 6). The maximum magnification of the irradiation areas 16 and 17 due to the change in the distance between and. The width in the direction intersecting the longitudinal direction of the light detection unit 6 may be set so that the length in the circumferential direction of the slits 7a is shorter than the length of the irradiation region 16 by the shortest slits 7a. In other words, the maximum width of the light detection unit 6 is calculated as (the length of the shortest slit 7a) × (minimum magnification of the irradiation region 16 due to a change in the distance between the rotating plate 3 and the light detection unit 6).

また、図3(b)、図4(b)、及び図5(b)に示すとおり、補正用トラック8a、8bでは、照射領域17が回転板3の回転角によらず光検出部6内に少なくとも1つ含まれるように、スリット7bの円周方向の長さ及びスリット7b同士の間隔がそれぞれ設けられている。特に、回転板3と光検出部6との間の距離がDmaxとなる際(図5(b)参照)には照射領域17が拡がるため、回転板3と光検出部6との間の距離がDmaxとなる場合を基準としてスリット7bの円周方向の長さ及びスリット7b同士の間隔がそれぞれ設けられるとよい。 Further, as shown in FIGS. 3B, 4B, and 5B, in the correction tracks 8a and 8b, the irradiation region 17 is within the light detection unit 6 regardless of the rotation angle of the rotating plate 3. The length of the slit 7b in the circumferential direction and the interval between the slits 7b are provided so that at least one is included. In particular, when the distance between the rotating plate 3 and the light detection unit 6 becomes D max (see FIG. 5B), the irradiation region 17 expands, so that the distance between the rotating plate 3 and the light detection unit 6 is increased. The distance in the circumferential direction of the slit 7b and the interval between the slits 7b may be provided based on the case where the distance is D max .

再び図1を参照すると、アブソリュートエンコーダ1は、変換部20、入射位置推定部21、レベル判定部22、及びコード生成部23をさらに備えている。これらのうち、変換部20は光センサ5に電気的に接続された電気回路によって主に実現される。また、入射位置推定部21、レベル判定部22、及びコード生成部23は、例えば中央演算装置を内蔵したコンピュータによって実現することができる。或いは、これらの手段は電気回路によっても実現することができる。   Referring to FIG. 1 again, the absolute encoder 1 further includes a conversion unit 20, an incident position estimation unit 21, a level determination unit 22, and a code generation unit 23. Among these, the conversion unit 20 is mainly realized by an electric circuit electrically connected to the optical sensor 5. Moreover, the incident position estimation part 21, the level determination part 22, and the code generation part 23 are realizable with the computer which incorporated the central processing unit, for example. Alternatively, these means can be realized by an electric circuit.

変換部20は、光センサ5の光検出部6に電気的に接続されている。変換部20は、光検出部6の複数の画素それぞれから取り出された電荷Qを電圧信号に変換して光強度信号S1及びS3を生成するための変換手段である。図6は、図1に示した光センサ5の光検出部6から電荷Qを読み出すための構成を示す模式図である。本実施形態の光センサ5においては、光検出部6を構成する複数の画素6aに対して電荷読み出し部60が設けられており、光検出部6の複数の画素6aそれぞれからの電荷Qはこの電荷読み出し部60を介して変換部20へと出力される。   The conversion unit 20 is electrically connected to the light detection unit 6 of the optical sensor 5. The conversion unit 20 is conversion means for converting the charge Q extracted from each of the plurality of pixels of the light detection unit 6 into a voltage signal to generate the light intensity signals S1 and S3. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration for reading the charge Q from the light detection unit 6 of the optical sensor 5 illustrated in FIG. 1. In the optical sensor 5 of the present embodiment, the charge readout unit 60 is provided for the plurality of pixels 6a constituting the light detection unit 6, and the charge Q from each of the plurality of pixels 6a of the light detection unit 6 is The data is output to the conversion unit 20 via the charge reading unit 60.

電荷読み出し部60は、変換部20及び電荷読み出し部60を電気的に接続する配線61と、光検出部6の複数の画素6aのそれぞれに対して設けられて画素6a及び配線61を電気的に接続する配線62と、各画素6aからの電荷Qの読み出しを制御するシフトレジスタ65とを有する。また、画素6aからの配線62には、それぞれ画素6a及び配線61の間の接続を切り換えるスイッチ63が設けられており、シフトレジスタ65は、このスイッチ63の開閉を制御することによって電荷Qの読み出しを制御している。以上の構成を有する電荷読み出し部60により、光検出部6の複数の画素6aのそれぞれから、所定の順で電荷Qが読み出される。   The charge readout unit 60 is provided for each of the wiring 61 that electrically connects the conversion unit 20 and the charge readout unit 60 and the plurality of pixels 6 a of the light detection unit 6, and electrically connects the pixel 6 a and the wiring 61. A wiring 62 to be connected and a shift register 65 for controlling reading of the charge Q from each pixel 6a are provided. In addition, the wiring 62 from the pixel 6a is provided with a switch 63 for switching the connection between the pixel 6a and the wiring 61, and the shift register 65 reads out the charge Q by controlling opening and closing of the switch 63. Is controlling. The charge readout unit 60 having the above configuration reads out the charge Q from each of the plurality of pixels 6a of the light detection unit 6 in a predetermined order.

光検出部6からの電荷Qが入力される変換部20は、第1の入射位置12a及び第2の入射位置12b付近の画素(図3(b)参照)からの電荷Qを増幅し、第1の入射位置12a及び第2の入射位置12bに入射した光の強度を示す光強度信号S1を生成して、光強度信号S1を入射位置推定部21及びレベル判定部22へ出力する。また、変換部20は、入射位置推定部21からの指示信号S2によって指示された入射位置付近の画素から電荷Qを取り出し、この電荷Qを積分するとともに電圧信号に変換して光強度信号S3を生成し、光強度信号S3をレベル判定部22へ出力する。   The conversion unit 20 to which the charge Q from the light detection unit 6 is input amplifies the charge Q from the pixels near the first incident position 12a and the second incident position 12b (see FIG. 3B). A light intensity signal S1 indicating the intensity of light incident on the first incident position 12a and the second incident position 12b is generated, and the light intensity signal S1 is output to the incident position estimation unit 21 and the level determination unit 22. Further, the conversion unit 20 extracts the charge Q from the pixel near the incident position indicated by the instruction signal S2 from the incident position estimation unit 21, integrates the charge Q and converts it into a voltage signal, and converts the light intensity signal S3 into a voltage signal. The light intensity signal S 3 is generated and output to the level determination unit 22.

また、変換部20は、各画素と発光素子4との距離に応じた増幅率で光強度信号S1及びS3を増幅する回路をさらに備えてもよい。具体的には、変換部20において、発光素子4との距離が小さい画素からの電荷Qによる光強度信号S1及びS3の増幅率を小さくし、発光素子4との距離が大きい画素からの電荷Qによる光強度信号S1及びS3の増幅率を大きくするとよい。光強度信号S1及びS3をこのように増幅することによって、各画素と発光素子4との距離の相違に起因する各画素間における光強度の差を補正することができる。   The conversion unit 20 may further include a circuit that amplifies the light intensity signals S1 and S3 with an amplification factor corresponding to the distance between each pixel and the light emitting element 4. Specifically, in the conversion unit 20, the amplification factor of the light intensity signals S1 and S3 due to the charge Q from the pixel having a small distance from the light emitting element 4 is reduced, and the charge Q from the pixel having a large distance from the light emitting element 4 is obtained. It is preferable to increase the amplification factor of the light intensity signals S1 and S3. By amplifying the light intensity signals S1 and S3 in this manner, the difference in light intensity between the pixels due to the difference in distance between each pixel and the light emitting element 4 can be corrected.

入射位置推定部21は、複数のトラックを通過した光が入射した光検出部6における入射位置のうち、補正用トラック8aに対する第1の入射位置12aと、補正用トラック8bに対する第2の入射位置12bとに基づいて、角度検出用トラック9a〜9iのそれぞれに対する補正された入射位置13a〜13iを推定するための入射位置推定手段である(図3(b)参照)。ここで、光検出部6とライン18aとが交差する位置が第1の入射位置12aとなり、光検出部6とライン18bとが交差する位置が第2の入射位置12bとなり、光検出部6とライン19a〜19iとが交差する位置が入射位置13a〜13iとなる。入射位置推定部21における推定方法を、図3(b)及び図7を用いて以下に説明する。   The incident position estimation unit 21 includes a first incident position 12a with respect to the correction track 8a and a second incident position with respect to the correction track 8b among the incident positions in the light detection unit 6 where light having passed through a plurality of tracks has entered. 12b, the incident position estimating means for estimating the corrected incident positions 13a to 13i for the angle detection tracks 9a to 9i (see FIG. 3B). Here, the position where the light detector 6 and the line 18a intersect is the first incident position 12a, and the position where the light detector 6 and the line 18b intersect is the second incident position 12b. The positions where the lines 19a to 19i intersect are the incident positions 13a to 13i. The estimation method in the incident position estimation part 21 is demonstrated below using FIG.3 (b) and FIG.

図3(b)を参照すると、第1の入射位置12a、入射位置13a〜13i、及び第2の入射位置12bは、それぞれ互いに間隔P1を隔てている。このとき、補正用トラック8a、8bに対応する入射位置12a、12bは、入射位置13a〜13iを間にして間隔P1×10を隔てている。間隔P1は、発光素子4、回転板3、及び光検出部6の相対位置、並びに回転板3のトラック群10でのトラック間隔によって定まる。ここで、補正用トラック8a及び8bのスリット7bは、前述したように補正用トラック8a及び8bのそれぞれにおいて、回転板3の回転角によらず発光素子4と光検出部6との間に少なくとも1つのスリット7bが存在するように配置されている。従って、光検出部6には、回転板3の回転角によらず常に補正用トラック8aを通過した光及び補正用トラック8bを通過した光が入射する。   Referring to FIG. 3B, the first incident position 12a, the incident positions 13a to 13i, and the second incident position 12b are spaced apart from each other by a distance P1. At this time, the incident positions 12a and 12b corresponding to the correction tracks 8a and 8b are spaced by a distance P1 × 10 with the incident positions 13a to 13i therebetween. The interval P1 is determined by the relative positions of the light emitting element 4, the rotating plate 3, and the light detection unit 6, and the track interval of the rotating plate 3 in the track group 10. Here, the slits 7b of the correction tracks 8a and 8b are at least between the light emitting element 4 and the light detection unit 6 in each of the correction tracks 8a and 8b regardless of the rotation angle of the rotating plate 3 as described above. It arrange | positions so that one slit 7b may exist. Therefore, light that has always passed through the correction track 8a and light that has passed through the correction track 8b are incident on the light detection unit 6 regardless of the rotation angle of the rotating plate 3.

図7は、光検出部6の複数の画素6aと、各画素6aから読み出し回路60によって読み出された電荷Qに基づいて生成された光強度分布の一例とを併せて示す図である。本実施形態のエンコーダ1では、読み出し回路60(図6参照)は、まず、第1の補正用トラック8aが位置する側である回転軸2側の端部の画素を含み、補正用トラック8aのスリット7bを通過した光が入射する第1の入射位置12aを含む領域(第1画素領域)R1内の画素のそれぞれについて電荷Qの読み出しを行う。この第1画素領域R1では、第1の入射位置12aに近い画素6aほど光強度が大きい光強度信号S1が得られている。これは、第1の入射位置12a上に発光素子4からの光を通過させる補正用トラック8aが位置しているためである。   FIG. 7 is a diagram illustrating a plurality of pixels 6 a of the light detection unit 6 and an example of a light intensity distribution generated based on the electric charge Q read from each pixel 6 a by the reading circuit 60. In the encoder 1 of the present embodiment, the readout circuit 60 (see FIG. 6) first includes pixels at the end on the rotating shaft 2 side on which the first correction track 8a is located. The charge Q is read out for each of the pixels in the region (first pixel region) R1 including the first incident position 12a where the light having passed through the slit 7b enters. In the first pixel region R1, a light intensity signal S1 having a greater light intensity is obtained in the pixel 6a closer to the first incident position 12a. This is because the correction track 8a for allowing the light from the light emitting element 4 to pass is positioned on the first incident position 12a.

入射位置推定部21は、変換部20から得た光強度信号S1に基づいて補正用トラック8aに対応する第1の入射位置12aを検出する。具体的には、読み出し回路60は、図7中に矢印で示すように、第1画素領域R1内にある画素6aに対し、最も回転軸2側の画素から内側の画素へと順次電荷の読み出しを行う。このとき、変換部20に入力される領域R1からの電荷Qの信号列において、最初に検出される光強度信号S1のピークが補正用トラック8aに対応するピークとなる。したがって、このピークの中心位置により第1の入射位置12aを検出することができる。   The incident position estimation unit 21 detects the first incident position 12a corresponding to the correction track 8a based on the light intensity signal S1 obtained from the conversion unit 20. Specifically, as shown by an arrow in FIG. 7, the readout circuit 60 sequentially reads out charges from the pixel closest to the rotation axis 2 to the inner pixel with respect to the pixel 6a in the first pixel region R1. I do. At this time, in the signal sequence of the charge Q from the region R1 input to the conversion unit 20, the peak of the light intensity signal S1 detected first becomes a peak corresponding to the correction track 8a. Therefore, the first incident position 12a can be detected from the center position of this peak.

続いて、読み出し回路60は、第2の補正用トラック8bが位置する側である回転軸2から遠い側の端部の画素を含み、補正用トラック8bのスリット7bを通過した光が入射する第2の入射位置12bを含む領域(第2画素領域)R2内の画素のそれぞれについて電荷Qの読み出しを行う。この第2画素領域R2では、第2の入射位置12bに近い画素6aほど光強度が大きい光強度信号S1が得られている。これは、第2の入射位置12b上に補正用トラック8bが位置しているためである。   Subsequently, the readout circuit 60 includes a pixel at an end portion on the side far from the rotation axis 2 on the side where the second correction track 8b is located, and the light that has passed through the slit 7b of the correction track 8b is incident thereon. The charge Q is read out for each of the pixels in the region (second pixel region) R2 including the second incident position 12b. In the second pixel region R2, a light intensity signal S1 having a greater light intensity is obtained in the pixel 6a closer to the second incident position 12b. This is because the correction track 8b is positioned on the second incident position 12b.

入射位置推定部21は、変換部20から得た光強度信号S1に基づいて補正用トラック8bに対応する第2の入射位置12bを検出する。具体的には、読み出し回路60は、図7中に矢印で示すように、第2画素領域R2内にある画素6aに対し、最も回転軸2から遠い側の画素から内側の画素へと順次電荷の読み出しを行う。このとき、変換部20に入力される領域R2からの電荷Qの信号列において、最初に検出される光強度信号S1のピークが補正用トラック8bに対応するピークとなる。したがって、このピークの中心位置により第2の入射位置12bを検出することができる。   The incident position estimation unit 21 detects the second incident position 12b corresponding to the correction track 8b based on the light intensity signal S1 obtained from the conversion unit 20. Specifically, as indicated by an arrow in FIG. 7, the readout circuit 60 sequentially charges the pixels 6a in the second pixel region R2 from the pixel farthest from the rotation axis 2 to the inner pixel. Is read out. At this time, in the signal sequence of the charge Q from the region R2 input to the conversion unit 20, the peak of the light intensity signal S1 detected first becomes a peak corresponding to the correction track 8b. Therefore, the second incident position 12b can be detected from the center position of this peak.

さらに、入射位置推定部21は、第1の入射位置12aと第2の入射位置12bとの間の間隔P1×10を求め、その結果から、入射位置12a、13a〜13i、12bでの位置間隔P1を求める。そして、第1の入射位置12a及び第2入射位置12bの一方または両方の位置を基準として、間隔P1でもって入射位置13a〜13iのそれぞれの位置を推定する。   Further, the incident position estimation unit 21 obtains an interval P1 × 10 between the first incident position 12a and the second incident position 12b, and based on the result, the position intervals at the incident positions 12a, 13a to 13i, 12b. Find P1. Then, the positions of the incident positions 13a to 13i are estimated with the interval P1, using one or both of the first incident position 12a and the second incident position 12b as a reference.

入射位置推定部21は、上記した推定結果に基づいて、推定した入射位置13a〜13i付近の画素から順次電荷Qを取り込むように指示するための指示信号S2を変換部20へ出力する。また、読み出し回路60は、第1画素領域R1と第2画素領域R2とで挟まれた領域であり、角度検出用トラック9a〜9iのスリット7aを通過した光が入射する入射位置13a〜13iを含む領域(第3画素領域)R3内の画素のそれぞれについて、図7中に矢印で示す順で電荷Qの読み出しを行う。これによって得られる領域R3からの電荷Qの信号列が回転軸2の回転角の検出に用いられる。   The incident position estimation unit 21 outputs to the conversion unit 20 an instruction signal S2 for instructing to sequentially capture the charge Q from the pixels near the estimated incident positions 13a to 13i based on the above estimation result. Further, the readout circuit 60 is an area sandwiched between the first pixel area R1 and the second pixel area R2, and the incident positions 13a to 13i where the light that has passed through the slits 7a of the angle detection tracks 9a to 9i is incident. The charge Q is read out in the order indicated by the arrows in FIG. 7 for each of the pixels in the included region (third pixel region) R3. The signal sequence of the charge Q from the region R3 obtained in this way is used for detecting the rotation angle of the rotating shaft 2.

レベル判定部22は、光検出部6において検出された、補正用トラック8a、8bを通過した光の強度に基づいて、入射位置13a〜13iにおいて検出された光がスリット7aを通過した光であるか否かを判定するためのレベル判定手段である。具体的には、レベル判定部22は、変換部20から光強度信号S1及びS3を受ける。そして、レベル判定部22は、第1の入射位置12a付近の各画素に対応する光強度信号S1と、第2の入射位置12b付近の各画素に対応する光強度信号S1とを加算することにより、補正用トラック8aを通過した光の強度と補正用トラック8bを通過した光の強度との合計値を得る。   The level determination unit 22 is light that has been detected at the incident positions 13a to 13i based on the intensity of the light that has passed through the correction tracks 8a and 8b detected by the light detection unit 6, and has passed through the slit 7a. It is a level determination means for determining whether or not. Specifically, the level determination unit 22 receives the light intensity signals S1 and S3 from the conversion unit 20. The level determination unit 22 adds the light intensity signal S1 corresponding to each pixel near the first incident position 12a and the light intensity signal S1 corresponding to each pixel near the second incident position 12b. The total value of the intensity of the light passing through the correction track 8a and the intensity of the light passing through the correction track 8b is obtained.

続いて、レベル判定部22は、補正用トラック8a、8bを通過した光の強度の合計値に基づいて閾値を設定する。このとき、閾値を、例えば光強度の合計値の2分の1としてもよいし、これ以外の任意の割合としてもよい。そして、レベル判定部22は、変換部20から入力した光強度信号S3と閾値とを比較することにより、光強度信号S3がスリット7aを通過した光による信号であるか否かを判定して判定結果S4を生成する。レベル判定部22は、判定結果S4をコード生成部23へ出力する。   Subsequently, the level determination unit 22 sets a threshold based on the total value of the intensity of the light that has passed through the correction tracks 8a and 8b. At this time, the threshold value may be, for example, one half of the total value of the light intensity, or may be any other ratio. Then, the level determination unit 22 compares the light intensity signal S3 input from the conversion unit 20 with a threshold value to determine whether or not the light intensity signal S3 is a signal due to light that has passed through the slit 7a. A result S4 is generated. The level determination unit 22 outputs the determination result S4 to the code generation unit 23.

コード生成部23は、レベル判定部22からの判定結果S4に基づいて、回転軸2及び回転板3の回転角の絶対値を表すグレイコードS5を生成するための手段である。コード生成部23は、入射位置13a〜13i付近の画素に関する光強度信号S3が、角度検出用トラック9a〜9iのスリット7aを通過した光によるものであるか否かを判定結果S4から知ることができる。そして、光強度信号S3がスリット7aを通過した光によるものである場合(すなわち、光強度信号S3が閾値より大きい場合)、その入射位置に対応するグレイコードのビットを1とする。光強度信号S3がスリット7aを通過した光によるものでない場合(すなわち、光強度信号S3が閾値より小さい場合)、その入射位置に対応するグレイコードのビットを0とする。こうして、9桁のグレイコードS5を生成する。コード生成部23は、生成したグレイコードS5をアブソリュートエンコーダ1の外部へ出力する。   The code generation unit 23 is means for generating a Gray code S5 representing the absolute values of the rotation angles of the rotary shaft 2 and the rotary plate 3 based on the determination result S4 from the level determination unit 22. The code generator 23 knows from the determination result S4 whether or not the light intensity signal S3 related to the pixels near the incident positions 13a to 13i is due to the light that has passed through the slits 7a of the angle detection tracks 9a to 9i. it can. When the light intensity signal S3 is derived from the light that has passed through the slit 7a (that is, when the light intensity signal S3 is greater than the threshold value), the bit of the Gray code corresponding to the incident position is set to 1. When the light intensity signal S3 is not due to light that has passed through the slit 7a (that is, when the light intensity signal S3 is smaller than the threshold value), the bit of the Gray code corresponding to the incident position is set to 0. Thus, a nine-digit gray code S5 is generated. The code generation unit 23 outputs the generated gray code S5 to the outside of the absolute encoder 1.

次に、以上の構成を備えるアブソリュートエンコーダ1の動作の説明として、アブソリュートエンコーダ1を用いた角度検出方法を説明する。なお、以下に説明する方法において、アブソリュートエンコーダ1が備える変換部20、入射位置推定部21、レベル判定部22、及びコード生成部23を用いるが、これらの手段はアブソリュートエンコーダ1の外部に設けられていてもよい。   Next, an angle detection method using the absolute encoder 1 will be described as an operation of the absolute encoder 1 having the above configuration. In the method described below, the conversion unit 20, the incident position estimation unit 21, the level determination unit 22, and the code generation unit 23 included in the absolute encoder 1 are used, but these means are provided outside the absolute encoder 1. It may be.

図8は、本実施形態による角度検出方法の一例を示すフローチャートである。本角度検出方法では、まず、発光素子4から回転板3のトラック群10へ向けて光を照射する(照射ステップ、S101)。このとき、光センサ5の光検出部6を構成する複数の画素6aに対してスリット7a、7bを通過した光が入射し、その光強度に応じた量の電荷Qが発生する。そして、電荷読み出し部60及び変換部20により、光検出部6の各画素6aからの電荷Qの読み出し及び光強度信号の生成が順次行われる。   FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of the angle detection method according to the present embodiment. In this angle detection method, first, light is emitted from the light emitting element 4 toward the track group 10 of the rotating plate 3 (irradiation step, S101). At this time, light that has passed through the slits 7a and 7b is incident on the plurality of pixels 6a constituting the light detection unit 6 of the optical sensor 5, and an amount of charge Q corresponding to the light intensity is generated. Then, the charge readout unit 60 and the conversion unit 20 sequentially read out the charge Q from each pixel 6a of the light detection unit 6 and generate a light intensity signal.

まず、読み出し部60は、光検出部6を構成する複数の画素6aのうち、第1画素領域R1内の画素6aのそれぞれから電荷Qを読み出す。読み出された電荷Qは変換部20で電圧信号に変換され、光強度信号S1となる(第1の検出ステップ、S102)。光強度信号S1は、変換部20から入射位置推定部21及びレベル判定部22へと出力される。そして、入射位置推定部21は、光強度信号S1が領域R1内で最初にピークとなる光検出部6上の位置を検出し、この位置を補正用トラック8aを通過した光が入射した第1の入射位置12aとする(補正用データ取得ステップ、S103)。   First, the reading unit 60 reads the charge Q from each of the pixels 6a in the first pixel region R1 among the plurality of pixels 6a configuring the light detection unit 6. The read charge Q is converted into a voltage signal by the converter 20 and becomes a light intensity signal S1 (first detection step, S102). The light intensity signal S1 is output from the conversion unit 20 to the incident position estimation unit 21 and the level determination unit 22. Then, the incident position estimation unit 21 detects a position on the light detection unit 6 where the light intensity signal S1 first peaks in the region R1, and the first light on which the light that has passed through the correction track 8a has entered this position. (Correction data acquisition step, S103).

続いて、読み出し部60は、第2画素領域R2内の画素6aのそれぞれから電荷Qを読み出す。読み出された電荷Qは変換部20で電圧信号に変換され、光強度信号S1となる(第2の検出ステップ、S104)。光強度信号S1は、変換部20から入射位置推定部21及びレベル判定部22へと出力される。そして、入射位置推定部21は、光強度信号S1が領域R2内で最初にピークとなる光検出部6上の位置を検出し、この位置を補正用トラック8bを通過した光が入射した第2の入射位置12bとする(補正用データ取得ステップ、S105)。   Subsequently, the reading unit 60 reads the charge Q from each of the pixels 6a in the second pixel region R2. The read charge Q is converted into a voltage signal by the converter 20 and becomes a light intensity signal S1 (second detection step, S104). The light intensity signal S1 is output from the conversion unit 20 to the incident position estimation unit 21 and the level determination unit 22. Then, the incident position estimation unit 21 detects the position on the light detection unit 6 where the light intensity signal S1 first peaks in the region R2, and the second position where the light that has passed through the correction track 8b has entered this position. The incident position is 12b (correction data acquisition step, S105).

次に、入射位置推定部21において、求められた第1の入射位置12a及び第2の入射位置12bに基づき、角度検出用トラック9a〜9iのそれぞれを通過する光が入射する入射位置13a〜13iを推定する。すなわち、入射位置推定部21では、第1の入射位置12aと第2の入射位置12bとの間の間隔P1×10を求め、さらに隣接する入射位置間の間隔P1を求める。そして、第1の入射位置12a及び第2入射位置12bの一方または両方の位置を基準として、間隔P1でもって入射位置13a〜13iのそれぞれの位置が推定される(入射位置推定ステップ、S106)。一方、レベル判定部22においては、変換部20からの光強度信号S1に基づいて閾値が定められる(S107)。   Next, in the incident position estimation unit 21, incident positions 13 a to 13 i where light passing through each of the angle detection tracks 9 a to 9 i is incident based on the obtained first incident position 12 a and second incident position 12 b. Is estimated. That is, the incident position estimation unit 21 obtains the interval P1 × 10 between the first incident position 12a and the second incident position 12b, and further obtains the interval P1 between adjacent incident positions. Then, the positions of the incident positions 13a to 13i are estimated with the interval P1 using one or both of the first incident position 12a and the second incident position 12b as a reference (incidence position estimation step, S106). On the other hand, the level determination unit 22 determines a threshold based on the light intensity signal S1 from the conversion unit 20 (S107).

続いて、読み出し部60は、第3画素領域R3内の画素6aのそれぞれから電荷Qを読み出す。変換部20は、入射位置推定部21において推定された入射位置13a付近の画素から電荷Qを取り出し、これを積分するとともに電圧信号に変換して光強度信号S3を生成する(第3の検出ステップ、S108)。光強度信号S3はレベル判定部22へ出力され、レベル判定部22において、光強度信号S3と閾値とが比較される。これにより、入射位置13aにおいて検出された光がスリット7aを通過した光であるか否かが判定される(S109)。この入射位置13aに関する判定結果S4が、レベル判定部22からコード生成部23へ出力される。以降、入射位置13b〜13iのそれぞれについてステップS108、S109が繰り返される。   Subsequently, the reading unit 60 reads the charge Q from each of the pixels 6a in the third pixel region R3. The conversion unit 20 takes out the charge Q from the pixel near the incident position 13a estimated by the incident position estimation unit 21, integrates it, and converts it into a voltage signal to generate the light intensity signal S3 (third detection step). , S108). The light intensity signal S3 is output to the level determining unit 22, and the level determining unit 22 compares the light intensity signal S3 with a threshold value. Thus, it is determined whether or not the light detected at the incident position 13a is light that has passed through the slit 7a (S109). The determination result S4 regarding the incident position 13a is output from the level determination unit 22 to the code generation unit 23. Thereafter, steps S108 and S109 are repeated for each of the incident positions 13b to 13i.

コード生成部23では、レベル判定部22からの判定結果S4に基づいて、グレイコードS5が生成される(コード生成ステップ、S110)。そして、生成されたグレイコードS5は、アブソリュートエンコーダ1の外部へ出力される。このグレイコードS5によって、回転軸2及び回転板3の回転角の絶対値が読みとられる。   In the code generation unit 23, a gray code S5 is generated based on the determination result S4 from the level determination unit 22 (code generation step, S110). Then, the generated gray code S5 is output to the outside of the absolute encoder 1. The gray code S5 reads the absolute values of the rotation angles of the rotating shaft 2 and the rotating plate 3.

上記した実施形態によるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法の効果について説明する。   The effects of the absolute encoder and the angle detection method according to the above-described embodiment will be described.

図1に示したアブソリュートエンコーダ1では、補正用トラック8a及び8bそれぞれにおいて、スリット7bが回転板3の回転角によらず発光素子4と光検出部6との間に少なくとも1つ存在するように配置されている。したがって、発光素子4から照射されて補正用トラック8aのスリット7bを通過した光及び補正用トラック8bのスリット7bを通過した光を、光センサ5の光検出部6が回転板3の回転角によらず常に検出するので、第1の入射位置12aと第2の入射位置12bとを回転板3の回転角によらず常に得ることができる。故に、回転板3の位置が変化した場合であっても、この第1の入射位置12a及び第2の入射位置12bを参照して、補正された入射位置13a〜13iの推定等を行うことにより、その入射位置13a〜13iへの光の入射状態に基づいて光検出部6上における各角度検出用トラック9a〜9iのスリット7aの有無を正確に検出することができる。したがって、本実施形態によるアブソリュートエンコーダ1によれば、回転軸2の回転角の絶対値を正確に測定することができる。   In the absolute encoder 1 shown in FIG. 1, in each of the correction tracks 8a and 8b, at least one slit 7b exists between the light emitting element 4 and the light detection unit 6 regardless of the rotation angle of the rotating plate 3. Has been placed. Therefore, the light that has been irradiated from the light emitting element 4 and has passed through the slit 7b of the correction track 8a and the light that has passed through the slit 7b of the correction track 8b are detected by the light detector 6 of the optical sensor 5 at the rotation angle of the rotary plate 3. Therefore, the first incident position 12 a and the second incident position 12 b can always be obtained regardless of the rotation angle of the rotating plate 3. Therefore, even if the position of the rotating plate 3 is changed, the corrected incident positions 13a to 13i are estimated by referring to the first incident position 12a and the second incident position 12b. The presence / absence of the slits 7a of the angle detection tracks 9a to 9i on the light detection unit 6 can be accurately detected based on the incident state of the light to the incident positions 13a to 13i. Therefore, according to the absolute encoder 1 according to the present embodiment, the absolute value of the rotation angle of the rotating shaft 2 can be accurately measured.

一般的に、アブソリュートエンコーダが光源を1つだけ備える場合、回転板の回転軸への取り付け誤差によって、図4、図5に示したように光検出部への入射位置が本来の位置からずれる場合がある。回転板が回転軸に対して偏心して取り付けられている場合も同様である。本実施形態によれば、上記のように回転板3の位置が変化した場合であっても回転軸2の回転角の絶対値を正確に検出することができるので、点光源である発光素子4を1つだけ備えればよく、また、装置を大型化する複雑な光学系や長い光路長のスペースを必要としない。従って、1つの光源を有する小型のアブソリュートエンコーダ1を提供することが可能になる。   In general, when the absolute encoder has only one light source, the incident position on the light detection unit deviates from the original position as shown in FIGS. 4 and 5 due to an error in attaching the rotating plate to the rotating shaft. There is. The same applies to the case where the rotating plate is mounted eccentrically with respect to the rotating shaft. According to this embodiment, since the absolute value of the rotation angle of the rotating shaft 2 can be accurately detected even when the position of the rotating plate 3 changes as described above, the light emitting element 4 that is a point light source. It is sufficient to provide only one, and a complicated optical system for enlarging the apparatus and a space with a long optical path length are not required. Therefore, it is possible to provide a small absolute encoder 1 having one light source.

また、本実施形態による角度検出方法では、アブソリュートエンコーダ1を用い、第1の入射位置12a及び第2の入射位置12bを参照して、補正された入射位置13a〜13iを推定している。したがって、回転板3の位置が変化した場合であっても、その入射位置13a〜13iへの光の入射状態に基づいて、光検出部6上における各角度検出用トラック9a〜9iのスリット7aの有無を正確に検出することができる。これにより、回転板3の回転角の絶対値を示すグレイコードS5を正確に生成することが可能となり、回転軸2の回転角の絶対値を正確に測定することができる。   In the angle detection method according to the present embodiment, the absolute encoder 1 is used to estimate the corrected incident positions 13a to 13i with reference to the first incident position 12a and the second incident position 12b. Therefore, even when the position of the rotating plate 3 changes, the slits 7a of the angle detection tracks 9a to 9i on the light detection unit 6 are based on the incident state of light at the incident positions 13a to 13i. Presence or absence can be detected accurately. As a result, the Gray code S5 indicating the absolute value of the rotation angle of the rotating plate 3 can be accurately generated, and the absolute value of the rotation angle of the rotating shaft 2 can be accurately measured.

さらに、上記したエンコーダ1及び角度検出方法では、光センサ5の複数の画素6aそれぞれで生成された電荷の読み出しについて、補正用データとなる第1の補正用トラック8aに対応する領域R1、及び第2の補正用トラック8bに対応する領域R2内にある各画素からの電荷の読み出しを先に行い、続いて、角度検出用データとなる角度検出用トラック9a〜9iに対応する領域R3内にある各画素からの電荷の読み出しを行っている。これにより、光センサ5の光検出部6からの電荷の読み出し、及び回転角の測定を効率的に実行することができる。なお、回転軸2の回転角の絶対値の測定については、図1に示したエンコーダ1ではその装置内で回転角を求めているが、エンコーダ1で得られたデータを用い、外部装置において回転角の絶対値を求める構成としても良い。   Further, in the encoder 1 and the angle detection method described above, for the reading of the charges generated by each of the plurality of pixels 6a of the optical sensor 5, the region R1 corresponding to the first correction track 8a serving as correction data, and the first First, the charge from each pixel in the region R2 corresponding to the second correction track 8b is read out, and then in the region R3 corresponding to the angle detection tracks 9a to 9i serving as angle detection data. The charge is read from each pixel. Thereby, the reading of electric charges from the light detection unit 6 of the optical sensor 5 and the measurement of the rotation angle can be executed efficiently. As for the measurement of the absolute value of the rotation angle of the rotating shaft 2, the encoder 1 shown in FIG. 1 obtains the rotation angle within the device, but the rotation angle is rotated by an external device using the data obtained by the encoder 1. The absolute value of the corner may be obtained.

また、上記実施形態のように、アブソリュートエンコーダ1は、照射領域17が回転板3の回転角によらず光検出部6内に少なくとも1つ含まれるように、スリット7bの円周方向の長さ、及びスリット7b同士の間隔が設けられていることが好ましい。これによって、補正用トラック8aまたは8bを通過して光検出部6に入射する光の強度を回転板3の回転角によらずほぼ一定に保つことができるので、第1の入射位置12a及び第2の入射位置12bをさらに正確に得ることができる。また、補正用トラック8a、8bを通過した光の強度を安定して得ることができるので、レベル判定部22において安定した閾値を求めることができる。   Further, as in the above embodiment, the absolute encoder 1 has the circumferential length of the slit 7b so that at least one irradiation region 17 is included in the light detection unit 6 regardless of the rotation angle of the rotating plate 3. It is preferable that an interval between the slits 7b is provided. As a result, the intensity of the light that passes through the correction track 8a or 8b and enters the light detection unit 6 can be kept substantially constant regardless of the rotation angle of the rotating plate 3, so that the first incident position 12a and the first incident position 12a The second incident position 12b can be obtained more accurately. Further, since the intensity of the light that has passed through the correction tracks 8a and 8b can be obtained stably, the level determination unit 22 can obtain a stable threshold value.

また、アブソリュートエンコーダ1は第1の入射位置12aと第2の入射位置12bとに基づいて入射位置13a〜13iを推定する入射位置推定部21を備えることが好ましい。これによって、推定した入射位置13a〜13iへの光の入射状態に基づいて、光検出部6上における各角度検出用トラック9a〜9iのスリット7aの有無を正確に検出することができる。   Moreover, it is preferable that the absolute encoder 1 is provided with the incident position estimation part 21 which estimates the incident positions 13a-13i based on the 1st incident position 12a and the 2nd incident position 12b. As a result, the presence or absence of the slits 7a of the angle detection tracks 9a to 9i on the light detection unit 6 can be accurately detected based on the estimated incident states of light at the incident positions 13a to 13i.

また、入射位置推定部21は、第1の入射位置12aまたは第2の入射位置12b、及び第1の入射位置12aと第2の入射位置12bとの間隔に基づいて、入射位置13a〜13iを推定することが好ましい。これによって、入射位置13a〜13iを好適に推定することができる。   Further, the incident position estimation unit 21 determines the incident positions 13a to 13i based on the first incident position 12a or the second incident position 12b and the interval between the first incident position 12a and the second incident position 12b. It is preferable to estimate. Thereby, the incident positions 13a to 13i can be estimated appropriately.

また、上記実施形態のように、アブソリュートエンコーダ1は、光検出部6において検出された補正用トラック8aを通過した光及び補正用トラック8bを通過した光の強度に基づいて、入射位置推定部21によって推定された入射位置13a〜13iにおいて検出された光がスリット7aを通過した光であるか否かを判定するレベル判定部22を備えることが好ましい。これによって、光検出部6上における各角度検出用トラック9a〜9iのスリット7aの有無をより正確に判断することができるので、回転軸2の回転角の絶対値をより正確に検出することができる。   Further, as in the above-described embodiment, the absolute encoder 1 includes the incident position estimation unit 21 based on the intensity of the light that has passed through the correction track 8a and the light that has passed through the correction track 8b detected by the light detection unit 6. It is preferable to include a level determination unit 22 that determines whether or not the light detected at the incident positions 13a to 13i estimated by the above is light that has passed through the slit 7a. This makes it possible to more accurately determine the presence or absence of the slits 7a of the angle detection tracks 9a to 9i on the light detection unit 6, so that the absolute value of the rotation angle of the rotary shaft 2 can be detected more accurately. it can.

また、エンコーダ1では、図2に示したように、第1の補正用トラック8aがトラック群10の複数のトラックのうちで最も回転軸2側に位置し、第2の補正用トラック8bが最も回転軸2から遠い側に位置する構成としている。このように、2つの補正用トラックを複数のトラックの両端側に配置することにより、補正用トラックを用いた角度検出用トラックに対する入射位置の補正を精度良く行うことができる。   In the encoder 1, as shown in FIG. 2, the first correction track 8a is located closest to the rotation shaft 2 among the plurality of tracks of the track group 10, and the second correction track 8b is the most. The structure is located on the side far from the rotary shaft 2. As described above, by arranging the two correction tracks on both ends of the plurality of tracks, it is possible to accurately correct the incident position with respect to the angle detection track using the correction track.

図9及び図10は、2つの補正用トラックを用いた場合での、角度検出用トラックを通過した光の入射位置の推定について示す図である。   9 and 10 are diagrams illustrating estimation of the incident position of the light that has passed through the angle detection track when two correction tracks are used.

図9は、図1に示したエンコーダ1とは異なり、回転板3での補正用トラック8a、8b、及びそれらに対応する光センサ5の光検出部6への光の入射位置12a、12bが、いずれも角度検出用トラック9a〜9i、及びそれらに対応する入射位置13a〜13iよりも回転軸2側に位置する構成とした場合の入射位置の推定について示している。このような構成では、補正用トラック8a、8bに対応する入射位置12a、12b間の間隔は、隣接する入射位置間での入射位置間隔P1となる。   FIG. 9 differs from the encoder 1 shown in FIG. 1 in that the correction tracks 8a and 8b on the rotating plate 3 and the light incident positions 12a and 12b on the light detection unit 6 of the optical sensor 5 corresponding thereto are shown. Both show the angle detection tracks 9a to 9i and the estimation of the incident position when the corresponding positions are located closer to the rotary shaft 2 than the incident positions 13a to 13i. In such a configuration, the interval between the incident positions 12a and 12b corresponding to the correction tracks 8a and 8b is the incident position interval P1 between the adjacent incident positions.

この構成において、第2の補正用トラック8bのスリット7bがゴミなどによって目詰まりし、あるいは、入射位置12bに対応する領域の画素にゴミが付着するなどにより、図9に示すように、第2の補正用トラック8bのスリット7bを通過した光の一部が検出されなかった場合を考える。このとき、第2の入射位置12bがΔPだけずれて検出されることにより、入射位置12a、12bから求められる入射位置間隔P2は、本来の間隔P1に対してP2=P1+ΔPとなる。さらに、この間隔P2を用いて入射位置13a〜13iを推定した場合、最も回転軸2から遠い側の入射位置13iでは、間隔推定エラーΔPが積算されて、推定された入射位置が本来の入射位置13iからΔP×10と大きくずれることとなる。   In this configuration, as shown in FIG. 9, the slit 7b of the second correction track 8b is clogged with dust or the like, or dust adheres to the pixels in the region corresponding to the incident position 12b. Consider a case where a part of the light that has passed through the slit 7b of the correction track 8b is not detected. At this time, since the second incident position 12b is detected by being shifted by ΔP, the incident position interval P2 obtained from the incident positions 12a and 12b is P2 = P1 + ΔP with respect to the original interval P1. Furthermore, when the incident positions 13a to 13i are estimated using the interval P2, the interval estimation error ΔP is accumulated at the incident position 13i farthest from the rotation axis 2, and the estimated incident position becomes the original incident position. 13i greatly deviates from ΔP × 10.

これに対して、図10は、図1に示したエンコーダ1のように、回転板3での補正用トラック8a、8b、及びそれらに対応する光センサ5の光検出部6への光の入射位置12a、12bが、それぞれ角度検出用トラック9a〜9i、及びそれらに対応する入射位置13a〜13iよりも回転軸2側、及び回転軸2から遠い側に位置する構成とした場合の入射位置の推定について示している。このような構成では、補正用トラック8a、8bに対応する入射位置12a、12b間の間隔は入射位置間隔の10倍の間隔P1×10となる。   On the other hand, in FIG. 10, as in the encoder 1 shown in FIG. 1, light is incident on the correction tracks 8 a and 8 b on the rotating plate 3 and the corresponding light detection units 6 of the optical sensor 5. Positions 12a and 12b are incident positions when the angle detection tracks 9a to 9i and the corresponding incident positions 13a to 13i are positioned on the rotating shaft 2 side and on the far side from the rotating shaft 2, respectively. It shows the estimation. In such a configuration, the interval between the incident positions 12a and 12b corresponding to the correction tracks 8a and 8b is an interval P1 × 10 that is ten times the incident position interval.

この構成において、第2の補正用トラック8bのスリット7bがゴミなどによって目詰まりし、あるいは、入射位置12bに対応する領域の画素にゴミが付着するなどにより、図10に示すように、第2の補正用トラック8bのスリット7bを通過した光の一部が検出されなかった場合を考える。このとき、第2の入射位置12bがΔPだけずれて検出されるが、入射位置12a、12bから求められる入射位置間隔P2は、本来の間隔P1に対してP2=P1+ΔP/10となり、そのずれは充分に小さくなる。さらに、この間隔P2を用いて入射位置13a〜13iを推定した場合、いずれも第2の入射位置12bからみて第1の入射位置12a側に位置しているため、その推定エラーはΔPよりも小さくなる。以上のように、2つの補正用トラック8a、8bを複数のトラックの両端側に配置することにより、補正用トラックを用いた角度検出用トラックに対する入射位置の補正の精度が向上される。   In this configuration, as shown in FIG. 10, the slit 7b of the second correction track 8b is clogged with dust or the like, or dust adheres to the pixels in the region corresponding to the incident position 12b. Consider a case where a part of the light that has passed through the slit 7b of the correction track 8b is not detected. At this time, the second incident position 12b is detected by being shifted by ΔP, but the incident position interval P2 obtained from the incident positions 12a and 12b is P2 = P1 + ΔP / 10 with respect to the original interval P1, and the shift is Small enough. Further, when the incident positions 13a to 13i are estimated using the interval P2, since the positions are all located on the first incident position 12a side as viewed from the second incident position 12b, the estimation error is smaller than ΔP. Become. As described above, by arranging the two correction tracks 8a and 8b on both ends of the plurality of tracks, the accuracy of correcting the incident position with respect to the angle detection track using the correction track is improved.

また、このように補正用トラックが両端側に配置された構成において、上記した電荷の読み出し方法を適用することにより、2つの補正用トラック8a、8bの間に角度検出用トラック9a〜9iが配置されているにもかかわらず、補正用データ、角度検出用データの順で各画素から電荷を読み出すことが可能となる。これにより、光センサの光検出部からの電荷の読み出し及び回転角の測定を効率的かつ精度良く実行することができる。   Further, in the configuration in which the correction tracks are arranged on both ends in this way, the angle detection tracks 9a to 9i are arranged between the two correction tracks 8a and 8b by applying the above-described charge reading method. Nevertheless, it is possible to read out charges from each pixel in the order of correction data and angle detection data. As a result, it is possible to efficiently and accurately execute the reading of charges from the light detection unit of the optical sensor and the measurement of the rotation angle.

ただし、補正用トラックの配置については、図2に示した構成に限らず、例えば、第1の補正用トラックを回転軸から遠い側、第2の補正用トラックを回転軸側に配置しても良い。あるいは、これら以外の配置構成としても良い。それらの構成においても、上記したように、補正用データとなる第1画素領域、及び第2画素領域内にある各画素からの電荷の読み出しを先に行い、続いて、角度検出用データとなる第3画素領域内にある各画素からの電荷の読み出しを行うことにより、光センサの光検出部からの電荷の読み出し、及び回転角の測定を効率的に実行することができる。   However, the arrangement of the correction track is not limited to the configuration shown in FIG. 2, and for example, the first correction track may be arranged on the side far from the rotation axis and the second correction track may be arranged on the rotation axis side. good. Or it is good also as arrangement configurations other than these. Even in those configurations, as described above, the charge is first read out from each pixel in the first pixel area and the second pixel area as the correction data, and then the angle detection data is obtained. By reading the charge from each pixel in the third pixel region, it is possible to efficiently read the charge from the light detection unit of the photosensor and measure the rotation angle.

また、光検出部6の画素6aからの電荷の読み出しに用いられる画素領域R1〜R3については、あらかじめ固定に設定しても良い。あるいは、補正用トラック8a、8bに対応する入射位置12a、12bの検出結果に応じて、リアルタイムに設定しても良い。そのような方法の例としては、図7に示した電荷の読み出し方法において、第1画素領域R1について、第1の補正用トラック8aが位置する側の端部の画素から順次電荷の読み出しを行って、最初のピークを検出した時点で第1の入射位置12aを求めるとともに、求められた入射位置12aに基づいた所定の画素までを領域R1として電荷の読み出しを終了する。続いて、第2画素領域R2について、第2の補正用トラック8bが位置する側の端部の画素から順次電荷の読み出しを行って、最初のピークを検出した時点で第2の入射位置12bを求めるとともに、求められた入射位置12bに基づいた所定の画素までを領域R2として電荷の読み出しを終了する。そして、それらの入射位置12a、12bから角度検出用トラック9a〜9iに対応する入射位置13a〜13iを推定して、第3画素領域R3についての電荷の読み出しを行う方法がある。また、これ以外にも様々な方法を用いることが可能である。   In addition, the pixel regions R1 to R3 used for reading out charges from the pixels 6a of the light detection unit 6 may be fixed in advance. Alternatively, it may be set in real time according to the detection results of the incident positions 12a and 12b corresponding to the correction tracks 8a and 8b. As an example of such a method, in the charge reading method shown in FIG. 7, the charge is sequentially read from the end pixel on the side where the first correction track 8a is located in the first pixel region R1. At the time when the first peak is detected, the first incident position 12a is obtained, and the reading of the charges is ended with the region R1 up to a predetermined pixel based on the obtained incident position 12a. Subsequently, with respect to the second pixel region R2, the charge is sequentially read from the end pixel on the side where the second correction track 8b is located, and when the first peak is detected, the second incident position 12b is set. At the same time, the readout of the charge is finished with the region R2 up to a predetermined pixel based on the obtained incident position 12b. Then, there is a method of estimating the incident positions 13a to 13i corresponding to the angle detection tracks 9a to 9i from the incident positions 12a and 12b, and reading out the charge from the third pixel region R3. In addition to this, various methods can be used.

次に、図1に示したアブソリュートエンコーダ1の変形例について説明する。   Next, a modification of the absolute encoder 1 shown in FIG. 1 will be described.

図11は、上記実施形態によるアブソリュートエンコーダ1の第1変形例として、光センサ50を示す平面図である。この光センサ50は、上記実施形態に用いられている光センサ5に代えて配置される光センサであり、複数の画素51aが一次元状に配置された光検出部51を有している。この光検出部51においては、光センサ50の長手方向と交差する方向の複数の画素51aそれぞれの幅Wが、画素51aと発光素子4との距離に基づいて設けられている。具体的には、発光素子4に比較的近い画素51aの幅Wが短く、発光素子4から比較的遠い画素51aの幅Wが長くなっている。こうして、各画素51aの面積が、光検出部51における発光素子4からの入射強度プロファイルに反比例した面積となっている。   FIG. 11 is a plan view showing an optical sensor 50 as a first modification of the absolute encoder 1 according to the embodiment. This optical sensor 50 is an optical sensor that is arranged in place of the optical sensor 5 used in the above-described embodiment, and includes a light detection unit 51 in which a plurality of pixels 51a are arranged in a one-dimensional manner. In the light detection unit 51, the width W of each of the plurality of pixels 51 a in the direction intersecting with the longitudinal direction of the optical sensor 50 is provided based on the distance between the pixel 51 a and the light emitting element 4. Specifically, the width W of the pixel 51 a that is relatively close to the light emitting element 4 is short, and the width W of the pixel 51 a that is relatively far from the light emitting element 4 is long. Thus, the area of each pixel 51 a is an area that is inversely proportional to the incident intensity profile from the light emitting element 4 in the light detection unit 51.

発光素子4として点光源を用いる場合には、複数の画素51aそれぞれの発光素子4からの距離の相違によって、各画素51aに入射する光の強度に差が生じる。本変形例の光センサ50によれば、画素51aと発光素子4との距離に基づいて該画素51aの面積が定まるので、各画素51a間の光強度の差が補正された信号を得ることができ、アブソリュートエンコーダ1が回転軸2の回転角の絶対値をより正確に測定することができる。   When a point light source is used as the light emitting element 4, a difference occurs in the intensity of light incident on each pixel 51 a due to a difference in distance from the light emitting element 4 of each of the plurality of pixels 51 a. According to the optical sensor 50 of the present modification, since the area of the pixel 51a is determined based on the distance between the pixel 51a and the light emitting element 4, it is possible to obtain a signal in which the difference in light intensity between the pixels 51a is corrected. In addition, the absolute encoder 1 can more accurately measure the absolute value of the rotation angle of the rotating shaft 2.

図12は、上記実施形態によるアブソリュートエンコーダ1の第2変形例として、回転板3aを示す拡大平面図である。この回転板3aは、上記実施形態に用いられている回転板3に代えて配置される回転板である。回転板3aの回転板3との相違点は、補正用トラック8a及び8bのスリット7cが、発光素子4からの光に対して透明な材料により形成されている点である。そして、スリット7cは、補正用トラック8a及び8bの全周にわたって連続して形成されている。本変形例においては、回転板3は、例えばガラス板表面のスリット7c以外の部分に不透過印刷を施すことによって形成される。本変形例の回転板3aによれば、補正用トラック8aを通過して光検出部6に入射する光の強度、及び補正用トラック8bを通過して光検出部6に入射する光の強度を回転板3の回転角によらずほぼ一定に保つことができるので、第1の入射位置12a及び第2の入射位置12bをさらに正確に検出することができる。   FIG. 12 is an enlarged plan view showing a rotating plate 3a as a second modification of the absolute encoder 1 according to the embodiment. The rotating plate 3a is a rotating plate arranged in place of the rotating plate 3 used in the above embodiment. The difference between the rotating plate 3 a and the rotating plate 3 is that the slits 7 c of the correction tracks 8 a and 8 b are formed of a material that is transparent to the light from the light emitting element 4. The slit 7c is continuously formed over the entire circumference of the correction tracks 8a and 8b. In this modification, the rotating plate 3 is formed by performing non-transparent printing on a portion other than the slit 7c on the surface of the glass plate, for example. According to the rotating plate 3a of the present modification, the intensity of light that passes through the correction track 8a and enters the light detection unit 6 and the intensity of light that passes through the correction track 8b and enters the light detection unit 6 are set. The first incident position 12a and the second incident position 12b can be detected more accurately because they can be kept substantially constant regardless of the rotation angle of the rotating plate 3.

図13は、上記実施形態によるアブソリュートエンコーダ1の第3変形例として、回転板3bを示す拡大平面図である。この回転板3bは、上記実施形態に用いられている回転板3に代えて配置される回転板である。回転板3bの回転板3との相違点は、補正用トラック群8が、補正用トラック8a及び8bに加えて、補正用トラック8cを有する点である。このように、回転板は、3つ以上の補正用トラックを備えてもよい。本変形例の回転板3bによれば、光センサ5の光検出部6において、第1の入射位置12a及び第2の入射位置12bに加えてさらに第3の入射位置を得ることができるので、入射位置推定部21が入射位置13a〜13iを推定する際の推定精度をさらに高めることができる。さらに、レベル判定部22における閾値の精度も高めることができる。   FIG. 13 is an enlarged plan view showing a rotating plate 3b as a third modification of the absolute encoder 1 according to the above embodiment. The rotating plate 3b is a rotating plate arranged in place of the rotating plate 3 used in the above embodiment. The difference between the rotary plate 3b and the rotary plate 3 is that the correction track group 8 includes a correction track 8c in addition to the correction tracks 8a and 8b. As described above, the rotating plate may include three or more correction tracks. According to the rotating plate 3b of this modification, in the light detection unit 6 of the optical sensor 5, a third incident position can be obtained in addition to the first incident position 12a and the second incident position 12b. The estimation accuracy when the incident position estimation unit 21 estimates the incident positions 13a to 13i can be further increased. Furthermore, the accuracy of the threshold value in the level determination unit 22 can be increased.

次に、アブソリュートエンコーダにおいて用いられる信号処理系の構成の具体例について説明する。   Next, a specific example of the configuration of the signal processing system used in the absolute encoder will be described.

図14は、図1に示したエンコーダにおける信号処理系の構成例を示す回路図である。この回路図は、変換部30、入射位置推定部31、及びレベル判定部32の回路構成を示している。本実施例では、上記した実施形態の変換部20、入射位置推定部21、及びレベル判定部22の具体例として、これらの手段を説明する。   FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration example of a signal processing system in the encoder shown in FIG. This circuit diagram shows circuit configurations of the conversion unit 30, the incident position estimation unit 31, and the level determination unit 32. In this example, these means will be described as specific examples of the conversion unit 20, the incident position estimation unit 21, and the level determination unit 22 of the above-described embodiment.

図14を参照すると、変換部30は、積分器30a、差動増幅器30b、及びメモリ30cを備えている。積分器30aの入力は光センサ5の光検出部6を構成する複数の画素6aのそれぞれから電荷を読み出す電荷読み出し部60に電気的に接続されており、積分器30aの出力は差動増幅器30b及びメモリ30cに電気的に接続されている。積分器30aは光センサ5の各画素からの電荷を積分するとともに電圧信号に変換する回路であり、後述する制御器31aからの初期化信号φINTを入力することによって積分動作が初期化される。   Referring to FIG. 14, the conversion unit 30 includes an integrator 30a, a differential amplifier 30b, and a memory 30c. The input of the integrator 30a is electrically connected to a charge readout unit 60 that reads out charges from each of the plurality of pixels 6a constituting the light detection unit 6 of the photosensor 5, and the output of the integrator 30a is the differential amplifier 30b. And electrically connected to the memory 30c. The integrator 30a is a circuit that integrates charges from each pixel of the optical sensor 5 and converts them into a voltage signal, and the integration operation is initialized by inputting an initialization signal φINT from a controller 31a described later.

メモリ30cは、積分器30aが光センサ5から電荷を受けていないときの、積分器30aからの出力レベル(ダーク出力レベル)を記憶するための回路である。メモリ30cの入力は積分器30aに電気的に接続されており、メモリ30cの出力は差動増幅器30bに電気的に接続されている。メモリ30cは、後述する制御器31aからの記憶信号φRMをトリガとして、発光素子4が点灯する前に積分器30aからの出力レベルを記憶する。或いは、メモリ30cには、アブソリュートエンコーダ1の製造時において、所定のレベルが記憶されてもよい。   The memory 30c is a circuit for storing an output level (dark output level) from the integrator 30a when the integrator 30a does not receive charges from the photosensor 5. The input of the memory 30c is electrically connected to the integrator 30a, and the output of the memory 30c is electrically connected to the differential amplifier 30b. The memory 30c stores the output level from the integrator 30a before the light emitting element 4 is turned on with a storage signal φRM from the controller 31a described later as a trigger. Alternatively, a predetermined level may be stored in the memory 30c when the absolute encoder 1 is manufactured.

差動増幅器30bは、積分器30aの出力レベルと、メモリ30cに記憶されたレベルとの差分を生成するための回路である。差動増幅器30bの一方の入力は積分器30aに電気的に接続されており、差動増幅器30bの他方の入力はメモリ30cに電気的に接続されている。差動増幅器30bの出力は、レベル判定部32に電気的に接続されている。差動増幅器30bは、積分器30aの出力レベルからメモリ30cに記憶されたレベルを差し引くことによって、積分器30aの出力レベルからダーク出力レベルを除く。   The differential amplifier 30b is a circuit for generating a difference between the output level of the integrator 30a and the level stored in the memory 30c. One input of the differential amplifier 30b is electrically connected to the integrator 30a, and the other input of the differential amplifier 30b is electrically connected to the memory 30c. The output of the differential amplifier 30b is electrically connected to the level determination unit 32. The differential amplifier 30b subtracts the dark output level from the output level of the integrator 30a by subtracting the level stored in the memory 30c from the output level of the integrator 30a.

また、レベル判定部32は、比較器32a及びメモリ32bを備えている。メモリ32bは、補正用トラック8a、8bを通過した光の光強度に基づいて閾値を求め、該閾値を記憶する回路である。メモリ32bの入力は差動増幅器30bの出力に電気的に接続されており、メモリ32bの出力は比較器32aに電気的に接続されている。メモリ32bは、制御器31aからの記憶信号φDMをトリガとして所定の演算式に基づいて閾値を計算し、これを記憶する。   The level determination unit 32 includes a comparator 32a and a memory 32b. The memory 32b is a circuit that obtains a threshold value based on the light intensity of the light that has passed through the correction tracks 8a and 8b and stores the threshold value. The input of the memory 32b is electrically connected to the output of the differential amplifier 30b, and the output of the memory 32b is electrically connected to the comparator 32a. The memory 32b calculates a threshold value based on a predetermined arithmetic expression using the storage signal φDM from the controller 31a as a trigger, and stores this.

比較器32aは、差動増幅器30bの出力レベルと、メモリ32bに記憶された閾値とを比較して比較結果を出力する回路である。比較器32aの一方の入力は差動増幅器30bに電気的に接続されており、比較器32aの他方の出力はメモリ32bに電気的に接続されている。比較器32aの出力は、図示しないコード生成手段及び制御器31aに電気的に接続されている。比較器32aは、差動増幅器30bの出力レベルが閾値よりも大きい場合は所定レベルの電圧信号(論理1)を、それ以外の場合は他のレベルの電圧信号(論理0)を出力する。   The comparator 32a is a circuit that compares the output level of the differential amplifier 30b with the threshold value stored in the memory 32b and outputs a comparison result. One input of the comparator 32a is electrically connected to the differential amplifier 30b, and the other output of the comparator 32a is electrically connected to the memory 32b. The output of the comparator 32a is electrically connected to code generation means (not shown) and the controller 31a. The comparator 32a outputs a voltage signal (logic 1) of a predetermined level when the output level of the differential amplifier 30b is larger than the threshold value, and outputs a voltage signal (logic 0) of another level otherwise.

また、制御器31aは、積分器30a、メモリ30c、メモリ32b、及び電荷読み出し部60を制御するとともに、光センサ5の光検出部6において電荷を取り出す画素の順番、間隔、領域等を求めて電荷を取り出すタイミングを制御する回路である。制御器31aは、比較器32aに電気的に接続されており、補正用トラック8a、8bを通過した光に関する信号が比較器32aから出力されるタイミングに基づいて、第1の入射位置12a及び第2の入射位置12bを記憶する。そして、制御器31aは、第1の入射位置12aと第2の入射位置12bとの間隔に基づいて入射位置間の間隔を計算し、この間隔でもって積分器30aが電荷を積分するようなタイミングで、積分器30aに初期化信号φINTを送る。すなわち、この制御器31aは、第1の入射位置12a及び第2の入射位置12bに基づいて、入射位置13a〜13iを推定する入射位置推定部31を構成する。また、制御器31aは、所定のタイミングで記憶信号φRMをメモリ30cへ、記憶信号φDMをメモリ32bへ、それぞれ送る。また、制御器31aによって制御される電荷読み出し部60での電荷読み出し動作については、上述した通りである。   Further, the controller 31a controls the integrator 30a, the memory 30c, the memory 32b, and the charge reading unit 60, and obtains the order, interval, region, and the like of the pixels from which charges are extracted in the light detection unit 6 of the photosensor 5. This is a circuit for controlling the timing of taking out electric charges. The controller 31a is electrically connected to the comparator 32a, and based on the timing at which a signal related to the light that has passed through the correction tracks 8a and 8b is output from the comparator 32a, the first incident position 12a and the first incident position 12a. 2 incident positions 12b are stored. Then, the controller 31a calculates the interval between the incident positions based on the interval between the first incident position 12a and the second incident position 12b, and the timing at which the integrator 30a integrates the charge with this interval. The initialization signal φINT is sent to the integrator 30a. That is, the controller 31a constitutes an incident position estimation unit 31 that estimates the incident positions 13a to 13i based on the first incident position 12a and the second incident position 12b. Further, the controller 31a sends the storage signal φRM to the memory 30c and the storage signal φDM to the memory 32b at a predetermined timing. The charge reading operation in the charge reading unit 60 controlled by the controller 31a is as described above.

以上の構成を有する変換部30、入射位置推定部31、及びレベル判定部32の動作は次の通りである。まず、発光素子4が光を照射していない時に、制御器31aからメモリ30cへ記憶信号φRMが送られる。そして、メモリ30cにおいて、積分器30aのダーク出力レベルが記憶される。次に、発光素子4が光を照射して光センサ5が光を検出すると、まず、領域R1の各画素からの電荷が補正用トラック8aを通過した光により発生した電荷として読み出されて積分器30aによって積分され、光強度信号が生成される。そして、差動増幅器30bによって光強度信号からダーク出力レベルが除かれた後、この光強度信号のレベルがメモリ32bに記憶されるとともに、光強度信号が比較器32aを介して制御器31aに送られる。   Operations of the conversion unit 30, the incident position estimation unit 31, and the level determination unit 32 having the above-described configuration are as follows. First, when the light emitting element 4 is not irradiating light, a storage signal φRM is sent from the controller 31a to the memory 30c. Then, the dark output level of the integrator 30a is stored in the memory 30c. Next, when the light emitting element 4 emits light and the optical sensor 5 detects light, first, the charge from each pixel in the region R1 is read as the charge generated by the light that has passed through the correction track 8a and integrated. The light intensity signal is generated by integration by the device 30a. Then, after the dark output level is removed from the light intensity signal by the differential amplifier 30b, the level of this light intensity signal is stored in the memory 32b, and the light intensity signal is sent to the controller 31a via the comparator 32a. It is done.

続いて、領域R2の各画素からの電荷が補正用トラック8bを通過した光により発生した電荷として読み出されて積分器30aによって積分され、光強度信号が生成される。そして、補正用トラック8aを通過した光の場合と同様に、光強度信号のレベルがメモリ32bに記憶されるとともに、光強度信号が制御器31aに送られる。この後、制御器31aからメモリ32bへ記憶信号φDMが送られる。メモリ32bでは、補正用トラック8aを通過した光および補正用トラック8bを通過した光のそれぞれに関する光強度信号に基づいて、閾値が計算される。また、制御器31aでは、第1の入射位置12a及び第2の入射位置12bが求められ、これらの間隔が計算される。   Subsequently, the charge from each pixel in the region R2 is read as the charge generated by the light that has passed through the correction track 8b and integrated by the integrator 30a to generate a light intensity signal. As in the case of the light that has passed through the correction track 8a, the level of the light intensity signal is stored in the memory 32b, and the light intensity signal is sent to the controller 31a. Thereafter, the storage signal φDM is sent from the controller 31a to the memory 32b. In the memory 32b, the threshold value is calculated based on the light intensity signals relating to the light passing through the correction track 8a and the light passing through the correction track 8b. Further, the controller 31a obtains the first incident position 12a and the second incident position 12b, and calculates an interval between them.

続いて、制御器31aが領域R3の各画素からの電荷の読み出しを指示するとともに、計算された入射位置間隔を参照して積分器30aへ初期化信号φINTを送る。積分器30aでは、初期化信号φINTを受ける度に積分動作が初期化されるので、入射位置13a〜13i付近において発生した電荷を順に積分することとなる。電荷が積分されることにより生成された光強度信号は、差動増幅器30bによってダーク出力レベルが除かれた後、比較器32aに入力される。そして、光強度信号が比較器32aにおいて閾値と比較され、その比較結果が図示しないコード生成手段へ出力される。コード生成手段では、比較結果に基づいてグレイコードが生成される。   Subsequently, the controller 31a instructs reading of charges from each pixel in the region R3, and sends an initialization signal φINT to the integrator 30a with reference to the calculated incident position interval. In the integrator 30a, the integration operation is initialized every time the initialization signal φINT is received. Therefore, the charges generated in the vicinity of the incident positions 13a to 13i are sequentially integrated. The light intensity signal generated by integrating the electric charge is input to the comparator 32a after the dark output level is removed by the differential amplifier 30b. Then, the light intensity signal is compared with a threshold value in the comparator 32a, and the comparison result is output to a code generation means (not shown). In the code generation means, a gray code is generated based on the comparison result.

本発明によるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法は、上記した実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記した構成例においては変換手段、入射位置推定手段、及びレベル判定手段を電気回路によって実現しているが、これらの手段を所定のソフトウェアが組み込まれたコンピュータによって実現してもよいし、電気回路とコンピュータとを適宜組み合わせて実現してもよい。また、上記した実施形態においては、回転板は9本の角度検出用トラックを有している。回転板の角度検出用トラックの本数はこれに限らず、必要な分解能に応じて様々な本数とすることができる。また、補正用トラックの本数、配置等についても、光センサでの対応する電荷読み出し方法を考慮した上で、様々に設定して良い。   The absolute encoder and the angle detection method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments and configuration examples, and various modifications are possible. For example, in the above configuration example, the conversion unit, the incident position estimation unit, and the level determination unit are realized by an electric circuit, but these units may be realized by a computer in which predetermined software is incorporated, You may implement | achieve combining an electric circuit and a computer suitably. In the above-described embodiment, the rotating plate has nine angle detection tracks. The number of tracks for detecting the angle of the rotating plate is not limited to this, and can be various according to the required resolution. Also, the number and arrangement of the correction tracks may be variously set in consideration of the corresponding charge reading method with the optical sensor.

本発明は、回転軸の回転角の絶対値を正確に検出できるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法として利用可能である。   The present invention can be used as an absolute encoder and an angle detection method capable of accurately detecting the absolute value of the rotation angle of the rotating shaft.

アブソリュートエンコーダの一実施形態の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of one Embodiment of an absolute encoder. 図1に示した回転板を一部拡大して示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a part of the rotating plate shown in FIG. 1 in an enlarged manner. (a)発光素子、回転板、及び光センサの相対位置関係を示す側面断面図、及び(b)スリットを通過した光の照射領域と、光センサの光検出部との位置関係を説明するための図である。(A) Side surface sectional view showing the relative positional relationship of the light emitting element, the rotating plate, and the optical sensor, and (b) The positional relationship between the irradiation region of the light that has passed through the slit and the light detection unit of the optical sensor. FIG. 回転板の位置が光検出部に対して相対的に変化した場合を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where the position of a rotating plate has changed relatively with respect to the photon detection part. 回転板の位置が光検出部に対して相対的に変化した場合を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where the position of a rotating plate has changed relatively with respect to the photon detection part. 図1に示した光センサの光検出部から電荷を読み出すための構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure for reading an electric charge from the photon detection part of the photosensor shown in FIG. 光検出部の複数の画素と、各画素から読み出し回路によって読み出された電荷に基づいて生成された光強度分布とを併せて示す図である。It is a figure which shows collectively the some pixel of a photon detection part, and the light intensity distribution produced | generated based on the electric charge read by the read-out circuit from each pixel. 図1に示したエンコーダを用いた角度検出方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the angle detection method using the encoder shown in FIG. 補正用トラックを用いた角度検出用トラックを通過した光の入射位置の推定について示す図である。It is a figure shown about estimation of the incident position of the light which passed the track for angle detections using the track for amendment. 補正用トラックを用いた角度検出用トラックを通過した光の入射位置の推定について示す図である。It is a figure shown about estimation of the incident position of the light which passed the track for angle detections using the track for amendment. 図1に示したアブソリュートエンコーダの第1変形例に用いられる光センサを示す平面図である。It is a top view which shows the optical sensor used for the 1st modification of the absolute encoder shown in FIG. 図1に示したアブソリュートエンコーダの第2変形例に用いられる回転板を一部拡大して示す平面図である。It is a top view which expands and partially shows the rotating plate used for the 2nd modification of the absolute encoder shown in FIG. 図1に示したアブソリュートエンコーダの第3変形例に用いられる回転板を一部拡大して示す平面図である。It is a top view which expands and shows partially the rotating plate used for the 3rd modification of the absolute encoder shown in FIG. 図1に示したアブソリュートエンコーダにおける信号処理系の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the signal processing system in the absolute encoder shown in FIG. 従来のアブソリュートエンコーダの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the conventional absolute encoder.

符号の説明Explanation of symbols

1…アブソリュートエンコーダ、2…回転軸、3、3a、3b…回転板、4…発光素子、5…光センサ、6…光検出部、6a…画素、7a〜7c…スリット、8…補正用トラック群、8a〜8c…補正用トラック、9…角度検出用トラック群、9a〜9i…角度検出用トラック、10…トラック群、12a…第1の入射位置、12b…第2の入射位置、13a〜13i…入射位置、16、17…照射領域、18a、18b、19a〜19i…ライン、20…変換部、21…入射位置推定部、22…レベル判定部、23…コード生成部、30…変換部、30a…積分器、30b…差動増幅器、30c…メモリ、31…入射位置推定部、31a…制御器、32…レベル判定部、32a…比較器、32b…メモリ、50…光センサ、51…光検出部、51a…画素、60…電荷読み出し部、61、62…配線、63…スイッチ、65…シフトレジスタ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Absolute encoder, 2 ... Rotating shaft 3, 3a, 3b ... Rotating plate, 4 ... Light emitting element, 5 ... Optical sensor, 6 ... Light detection part, 6a ... Pixel, 7a-7c ... Slit, 8 ... Correction track Group, 8a to 8c ... correction track, 9 ... angle detection track group, 9a to 9i ... angle detection track, 10 ... track group, 12a ... first incident position, 12b ... second incident position, 13a- 13i ... incident position, 16, 17 ... irradiation area, 18a, 18b, 19a to 19i ... line, 20 ... conversion unit, 21 ... incident position estimation unit, 22 ... level determination unit, 23 ... code generation unit, 30 ... conversion unit , 30a ... integrator, 30b ... differential amplifier, 30c ... memory, 31 ... incident position estimation unit, 31a ... controller, 32 ... level determination unit, 32a ... comparator, 32b ... memory, 50 ... optical sensor, 51 ... Photodetector 51a ... pixel 60 ... charge reading section, 61, 62 ... wiring, 63 ... switch, 65 ... shift register.

Claims (12)

回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ、所定パターンのスリットが円周方向に形成された複数のトラックを有するとともに、前記複数のトラックが複数の角度検出用トラック及び補正用トラックを含む回転板と、
複数の画素が一次元に配置された光検出部を有し、前記光検出部が前記回転板の径方向を長手方向として前記複数のトラックに対向するように設けられた光センサと、
前記回転板の前記複数のトラックを挟んで前記光センサの前記光検出部と対向するように設けられた光源と、
前記光センサの前記光検出部を構成する前記複数の画素のそれぞれから電荷を読み出す読み出し手段とを備え、
前記複数のトラックは、前記補正用トラックとして、前記回転板の回転角によらず前記光源と前記光検出部との間に前記スリットが配置される第1の補正用トラック及び第2の補正用トラックを含み、
前記読み出し手段は、前記複数のトラックを通過した光が前記光検出部に入射する入射位置に関し、前記光検出部を構成する前記複数の画素に対して、前記第1の補正用トラックの前記スリットを通過した光が入射する第1の入射位置を含む第1画素領域内の画素、前記第2の補正用トラックの前記スリットを通過した光が入射する第2の入射位置を含む第2画素領域内の画素、前記複数の角度検出用トラックの前記スリットを通過した光が入射する入射位置を含む第3画素領域内の画素、の順で電荷の読み出しを行うことを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
A rotation axis;
A rotating plate attached to the rotating shaft and having a plurality of tracks in which slits of a predetermined pattern are formed in the circumferential direction, and the plurality of tracks include a plurality of angle detection tracks and correction tracks,
A light sensor having a plurality of pixels arranged one-dimensionally, and the light detection unit is provided so as to face the plurality of tracks with the radial direction of the rotating plate as a longitudinal direction;
A light source provided to face the light detection unit of the photosensor across the plurality of tracks of the rotating plate;
Readout means for reading out charges from each of the plurality of pixels constituting the light detection unit of the photosensor,
The plurality of tracks are, as the correction tracks, a first correction track and a second correction track in which the slit is disposed between the light source and the light detection unit regardless of the rotation angle of the rotating plate. Including trucks,
The reading means relates to an incident position at which light that has passed through the plurality of tracks enters the light detection unit, and the slit of the first correction track with respect to the plurality of pixels constituting the light detection unit. A pixel in the first pixel area including a first incident position where light that has passed through the second incident area, and a second pixel area including a second incident position where light that has passed through the slit of the second correction track enters. An absolute encoder that reads out charges in the order of the pixels in the third pixel region including the incident position where the light that has passed through the slits of the plurality of angle detection tracks enters.
前記複数の角度検出用トラックの前記スリットを通過した光を前記光センサの前記光検出部において検出することによって前記回転軸の回転角の絶対値を測定することを特徴とする請求項1記載のアブソリュートエンコーダ。   The absolute value of the rotation angle of the rotating shaft is measured by detecting light that has passed through the slits of the plurality of angle detection tracks in the light detection unit of the optical sensor. Absolute encoder. 前記回転板は、前記第1の補正用トラック及び前記第2の補正用トラックの一方が前記複数のトラックのうちで最も前記回転軸側に位置し、他方が最も前記回転軸から遠い側に位置するとともに、
前記読み出し手段は、前記光検出部を構成する前記複数の画素に対して、前記第1の補正用トラックが位置する側の端部の画素を含む所定領域を前記第1画素領域、前記第2の補正用トラックが位置する側の端部の画素を含む所定領域を前記第2画素領域、前記第1画素領域と前記第2画素領域とで挟まれた領域を前記第3画素領域として電荷の読み出しを行うことを特徴とする請求項1または2記載のアブソリュートエンコーダ。
The rotary plate has one of the first correction track and the second correction track positioned closest to the rotation axis among the plurality of tracks, and the other positioned closest to the rotation axis. And
The reading means defines, for the plurality of pixels constituting the light detection unit, a predetermined region including an end pixel on the side where the first correction track is located, the first pixel region, the second pixel region, and the second pixel region. The predetermined area including the pixel at the end where the correction track is located is defined as the second pixel area, and the area sandwiched between the first pixel area and the second pixel area is defined as the third pixel area. 3. The absolute encoder according to claim 1, wherein reading is performed.
前記読み出し手段は、前記第1画素領域について、前記第1の補正用トラックが位置する側の端部の画素から順次電荷の読み出しを行って、求められた前記第1の入射位置に基づいた所定の画素までを前記第1画素領域とし、前記第2画素領域について、前記第2の補正用トラックが位置する側の端部の画素から順次電荷の読み出しを行って、求められた前記第2の入射位置に基づいた所定の画素までを前記第2画素領域とすることを特徴とする請求項3記載のアブソリュートエンコーダ。   The readout means sequentially reads out charges from the end pixel on the side where the first correction track is located for the first pixel region, and is based on the determined first incident position. The first pixel region is defined as the first pixel region, and the second pixel region is obtained by sequentially reading out charges from the end pixel on the side where the second correction track is located. The absolute encoder according to claim 3, wherein the second pixel region includes a predetermined pixel based on an incident position. 前記第1の入射位置と前記第2の入射位置とに基づいて、前記複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定する入射位置推定手段を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載のアブソリュートエンコーダ。   2. An incident position estimating means for estimating a corrected incident position for each of the plurality of angle detection tracks based on the first incident position and the second incident position. Absolute encoder as described in any one of -4. 前記入射位置推定手段が、前記第1の入射位置と前記第2の入射位置との間隔に基づいて、前記複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定することを特徴とする請求項5記載のアブソリュートエンコーダ。   The incident position estimating means estimates a corrected incident position for each of the plurality of angle detection tracks based on an interval between the first incident position and the second incident position. The absolute encoder according to claim 5. 前記光センサの前記光検出部において検出された、前記第1の補正用トラックを通過した光及び前記第2の補正用トラックを通過した光の強度に基づいて、前記入射位置推定手段によって推定された入射位置において検出された光が前記スリットを通過した光であるか否かを判定するレベル判定手段を備えることを特徴とする請求項5または6記載のアブソリュートエンコーダ。   Estimated by the incident position estimating means based on the intensity of the light that has passed through the first correction track and the light that has passed through the second correction track, detected by the light detector of the optical sensor. 7. The absolute encoder according to claim 5, further comprising level determining means for determining whether or not the light detected at the incident position is light that has passed through the slit. 請求項1〜7のいずれか一項記載のアブソリュートエンコーダを用いた角度検出方法であって、
前記光源から前記回転板の前記複数のトラックに光を照射する照射ステップと、
前記光検出部を構成する前記複数の画素のうち、前記第1画素領域内の画素のそれぞれから電荷を読み出して、前記第1の補正用トラックの前記スリットを通過した光を検出する第1の検出ステップと、
前記第2画素領域内の画素のそれぞれから電荷を読み出して、前記第2の補正用トラックの前記スリットを通過した光を検出する第2の検出ステップと、
前記第3画素領域内の画素のそれぞれから電荷を読み出して、前記複数の角度検出用トラックの前記スリットを通過した光を検出する第3の検出ステップと
を備えることを特徴とする角度検出方法。
An angle detection method using the absolute encoder according to any one of claims 1 to 7,
Irradiating light from the light source to the plurality of tracks of the rotating plate;
A first charge is read out from each of the pixels in the first pixel region among the plurality of pixels constituting the light detection unit, and light passing through the slit of the first correction track is detected. A detection step;
A second detection step of reading out charges from each of the pixels in the second pixel region and detecting light that has passed through the slit of the second correction track;
An angle detection method comprising: a third detection step of reading out charges from each of the pixels in the third pixel region and detecting light that has passed through the slits of the plurality of angle detection tracks.
前記第3の検出ステップにおける検出結果に基づいて、前記回転板及び前記回転軸の回転角の絶対値を示すコードを生成するコード生成ステップを備えることを特徴とする請求項8記載の角度検出方法。   9. The angle detection method according to claim 8, further comprising a code generation step for generating a code indicating an absolute value of a rotation angle of the rotary plate and the rotary shaft based on a detection result in the third detection step. . 前記第1の検出ステップ及び前記第2の検出ステップにおける検出結果に基づいて、前記第1の補正用トラックに対する前記第1の入射位置、及び前記第2の補正用トラックに対する前記第2の入射位置を得る補正用データ取得ステップと、
前記補正用データ取得ステップにおいて得られた前記第1の入射位置及び前記第2の入射位置に基づいて、前記複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定する入射位置推定ステップとを備え、
前記第3の検出ステップにおいて、前記入射位置推定ステップにより推定された前記入射位置に入射した光を検出することを特徴とする請求項8または9記載の角度検出方法。
Based on detection results in the first detection step and the second detection step, the first incident position with respect to the first correction track and the second incident position with respect to the second correction track. A correction data acquisition step for obtaining
An incident position estimating step for estimating a corrected incident position for each of the plurality of angle detection tracks based on the first incident position and the second incident position obtained in the correction data acquiring step; With
The angle detection method according to claim 8 or 9, wherein, in the third detection step, light incident on the incident position estimated in the incident position estimation step is detected.
前記第3の検出ステップの際に、前記第1の補正用トラックを通過した光及び前記第2の補正用トラックを通過した光の強度に基づいて閾値を定め、前記入射位置において検出された光の強度と該閾値とを比較することにより、該入射位置において検出された光が前記スリットを通過した光であるか否かを判定することを特徴とする請求項10記載の角度検出方法。   Light detected at the incident position by setting a threshold based on the intensity of the light that has passed through the first correction track and the light that has passed through the second correction track in the third detection step The angle detection method according to claim 10, wherein it is determined whether or not the light detected at the incident position is light that has passed through the slit by comparing the intensity of the light and the threshold. 前記入射位置推定ステップの際に、前記第1の入射位置と前記第2の入射位置との間隔に基づいて、前記複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定することを特徴とする請求項10または11記載の角度検出方法。
In the incident position estimating step, a corrected incident position for each of the plurality of angle detection tracks is estimated based on an interval between the first incident position and the second incident position. The angle detection method according to claim 10 or 11.
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