JP2009294073A - アブソリュートエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象物及び検出部を小型化し、さらに高精度な検出が可能なアブソリュートエンコーダを提供する。
【解決手段】光学パターン４及び磁気パターン６を形成した回転板３と、光学パターンに光を照射する光源９と、光学パターンを読み取る光学式検出部５と、磁気パターンを読み取る磁気式検出部７とを備えたアブソリュートエンコーダにおいて、回転板の１回転による１周期の信号は、磁気式検出部によって検出する。さらに、磁気式検出部及び光学式検出部からの出力信号により回転板の１回転内の絶対角度を求めかつ磁気式検出部の出力信号により回転板の回転数を求める演算部を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学パターンを読み取る光学式検出部と、磁気パターンを読み取る磁気式検出部とを有し、光学式検出部及び磁気式検出部によって測定対象物の回転数及び回転角度を検出するアブソリュートエンコーダに関する。

一般に測定対象物の回転角度を検出するロータリーエンコーダは、測定対象物としての例えばモーター回転軸に連結され光学パターン或いは磁気パターンが形成された回転ディスクと、上記光学パターン或いは上記磁気パターンを読み取る検出素子とを備えている。この種のロータリーエンコーダには、検出素子から出力されたパルス信号を積算して回転角度を検出するインクリメント方式と、回転ディスク上の異なる複数のパターンから回転ディスクの絶対角度を検出するアブソリュート方式とが知られている。

又、従来、１回転以上の回転数と、１回転以内の絶対角度とを検出する技術として、光学式と磁気式とを融合した複合方式が知られている。このような複合式検出技術は、例えば特許文献１に開示されるように、透光スリットで形成された光学パターンを外周側に設置し磁性体で形成された磁気パターンを内周側に設置した回転ディスクと、上記透光スリットを挟み対向した位置にそれぞれ配置される光源、及びこの光源からの光を受光する光学式検出部と、上記磁性体と対向する位置に少なくとも１つ配置した磁気式検出部とを有する。ここで、上記光学式検出部は、上記透光スリットを透過した光を検出し、その出力信号から上記回転ディスクの１回転内の相対角度或いは絶対角度を検出し、上記磁気検出部は、上記磁性体の磁気パターンを検出して、原点信号を得るように構成されている。

特開２００７−１５５６３６号公報（図４、他）

従来の複合式検出技術において、回転ディスク上に等間隔に刻まれた光学パターンから、光学式検出部によって回転ディスクの１回転内の絶対角度を検出する場合、磁気検出部によって得られる原点信号と併せることで絶対角度を検出可能である。しかしながら、電源投入時では回転ディスクが回転していないことから、電源投入時に絶対角度を検出することはできないという問題点があった。

一方、回転ディスク上に刻まれた異なる形状の光学パターンから、光学式検出部によって１回転内の絶対角度を検出する場合には、電源投入直後から絶対角度の検出が可能である。光学式検出部によって絶対角度を検出する方法として、１本のトラック上に、所定の規則で配置された巡回符号パターンから絶対角度を検出する方法と、周期の異なる信号を生成させる複数本のトラックから絶対角度を検出する方法とが知られている。前者の場合、埃や汚れの影響により符号パターンを誤検知した場合、誤った角度位置を検出してしまい高精度検出が困難であるという問題点があった。

又、後者の場合、周期の異なる信号を生成する複数のトラックにおける各パターンの検出にてそれぞれ正弦波と余弦波とを出力し、図１３に示すように、これらの逆正接演算結果を、信号周期の長い上位トラックから信号周期の短い下位トラックまでを内挿することで、高精度に絶対角度を検出することができる。

しかしながら、後者の場合、複数のトラックを必要とするため、回転ディスク径が大きくなってしまうという問題がある。さらに、互いに９０度位相のずれた正弦波と余弦波とを生成しなければならず、特に、回転ディスクの１回転で１周期の正弦波及び余弦波を取得する場合には、以下のような構成を採る必要がある。

即ち、図１４に示すように、モーター回転軸１０２と一体で回転する回転ディスク１０３上に形成された１本の光学パターン１０４に対して、正弦波取得用の光学式検出部１０５ａと、余弦波取得用の光学式検出部１０５ｂとを９０度ずれた位置に配置する構成、或いは図１５に示すように、回転ディスク１０３上に、互いに９０度位相のずれた、正弦波取得用の光学パターン１０４ａと、余弦波取得用の光学パターン１０４ｂとの２本の光学パターンを形成し、各光学パターン１０４ａ，１０４ｂに対応して光学式検出部１０５ａ、１０５ｂを配置する構成である。いずれの構成においても、検出部のサイズが大きくなってしまうという問題があった。つまり、回転ディスク上に刻まれた異なる形状の光学パターンから、光学式検出部によって、回転ディスクの１回転で１周期の信号を得て１回転内の絶対角度を検出するという従来の構成では、回転ディスク径及び検出部のサイズが大きくなってしまうという問題があった。

又、上記特許文献１に開示されるように、磁気検出部を回転ディスクの中心よりも外周側に配置した場合、偏心により、誤検出が生じるという問題点がある。さらに、磁気検出部によって、正弦波及び余弦波の信号を生成する場合、上述の光学式検出部の場合と同様に、９０度位相のずれた位置に各磁気検出部を配置しなければならず、磁気検出部のサイズが大きくなってしまうという問題点があった。

本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたもので、測定対象物及び検出部を小型化し、さらに高精度な検出が可能なアブソリュートエンコーダを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様におけるアブソリュートエンコーダは、光学パターン及び磁気パターンを形成した回転板と、上記光学パターンに光を照射する光源と、上記光源から照射され上記光学パターンに作用した光を受光して上記光学パターンを読み取る光学式検出部と、上記磁気パターンを読み取る磁気式検出部とを備え、ここで、上記磁気パターンは、上記回転板の１回転にて１周期の信号を生成させるパターンであり、上記磁気式検出部は、上記回転板の１回転に伴い上記磁気パターンにより１周期の出力信号を生成し、上記光学パターンは、上記回転板の１回転にて２周期以上の周期を有する信号を生成させるパターンであり、上記光学式検出部は、上記回転板の１回転に伴い上記光学パターンにより２周期以上の周期を有する出力信号を生成し、上記光学式検出部及び上記磁気式検出部の各出力信号が供給され、上記各出力信号にて上記回転板の１回転内の絶対角度を求め、かつ上記磁気式検出部の出力信号にて上記回転板の回転数を求める演算部をさらに備えたことを特徴とする。

本発明の一態様におけるアブソリュートエンコーダによれば、回転板の１回転による１周期の信号は、磁気パターンを読み取る磁気式検出部によって検出するように構成した。よって、従来のように光学式検出部が回転板の１回転による１周期の信号を取得するという必要はない。したがって、測定対象物及び検出部を小型化することが可能となる。さらに、演算部を設けて、磁気式検出部及び光学式検出部からの出力信号により回転板の１回転内の絶対角度を求めかつ磁気式検出部の出力信号により回転板の回転数を求めるようにしたことから、高精度に絶対角度を検出することができる。

本発明の実施形態であるアブソリュートエンコーダについて、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。

実施の形態１．
図１は、この本発明の実施の形態１によるアブソリュートエンコーダ８０の構成を示す斜視図であり、図２は、アブソリュートエンコーダ８０の側面図である。
本実施形態のアブソリュートエンコーダ８０は、測定対象物に相当するモーター回転軸２に取り付けられモーター回転軸２と一体に回転し光学パターン４及び磁気パターン６を形成した円板状の回転板３と、光学式検出部５と、磁気式検出部７と、光源９と、演算部１０とを備える。

本実施形態１のアブソリュートエンコーダ８０は、光源９から照射され回転板３の光学パターン４を透過した光を光学式検出部５にて受光する、透過型の構成であり、光源９及び光学式検出部６は、回転板３の厚み方向において、光学パターン４を間に挟みそれぞれ光学パターン４に対向し、かつ回転板３に対してそれぞれ隙間をあけて配置される。よって、本実施形態では、回転板３は、透明なガラスやポリカーボネート等の透明な材料、例えば樹脂にて形成される。

光源９は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）等が使用可能であり、光学パターン４へ光線１１を照射するための手段である。

光学パターン４は、回転板３の外周側部分に周方向に沿って配置され、本実施形態では図示するように光学パターン４ａ、光学パターン４ｂ、及び光学パターン４ｃの３つにて構成される。又、本実施形態では図示するように、光学パターン４ａが回転板３の最外周に形成され、光学パターン４ｂがその内側に、光学パターン４ｃが最も内周側に形成されている。

尚、本実施形態では、光学パターン４は上述のように３つ設けているが、光学パターン４の構成数は上記３つに限定されない。後述するように、本実施形態では光学パターン４及び磁気パターン６を検出して回転板３の回転絶対角度を求めることから、光学パターン４は、１つで十分である。よって基本的に、本実施形態によれば、測定対象物及び検出器の小型化を図ることが可能である。尚、本実施形態では、回転絶対角度の検出精度をさらに向上させるために、上述のように３つの光学パターン４を設けている。

それぞれの光学パターン４ａ，４ｂ，４ｃは、本実施形態１では透光部８ａ及び遮光部８ｂを有し、透光部８ａ及び遮光部８ｂを交互に配置してそれぞれのトラックを構成している。尚、図１において、白抜き部分が透光部８ａを表し、黒塗り部分が遮光部８ｂを表している。
又、透光部８ａ或いは遮光部８ｂの間隔であるピッチ、及び、周方向における透光部８ａ及び遮光部８ｂのそれぞれの幅寸法の比率であるデューティー比を一定にして、或いは、ピッチを一定にしてデューティー比を変化させて、或いはデューティー比を一定にしてピッチを変化させることで、それぞれの光学パターン４ａ，４ｂ，４ｃのトラックが構成されている。このような、それぞれの光学パターン４ａ，４ｂ，４ｃは、モーター回転軸２の回転とともに回転し、回転板３が１回転したときに、２周期以上の異なる周期の信号を出力できるようなパターンである。

例えば、遮光部８ｂは、透光部材からなる回転板３の表面に光反射性の膜、或いは光吸収性の膜を施して形成される。遮光部８ｂを形成する材料は、光反射性或いは光吸収性を有していれば特に限定されない。又、遮光部８ｂに相当する光反射性の膜或いは光吸収性の膜は、回転板３の裏面３ｂ、つまり図１において光源９が対向する面に形成しても良い。又、透光部８ａの反射率を減少させるために光反射防止膜を施すことも効果的である。

又、回転板３の表面３ａ、つまり図１において光学式検出部５が対向する面に、遮光部８ｂを、図５に示すようにＶ字状の突起形状に、或いは図６に示すようにＶ字状の溝形状にて形成してもよい。図５及び図６に示す平坦部が透光部８ａに、Ｖ字突起形状部分或いはＶ字溝形状部分が遮光部８ｂに相当する。尚、図５及び図６は、光学パターン４ａ，４ｂ，４ｃの任意の一つにおける透光部８ａと遮光部８ｂとの形状を示している。

このような構成を採っても、光反射性の膜や光吸収性の膜を設ける場合と同様の効果を得ることができる。尚、図５及び図６では、Ｖ字突起形状又はＶ字溝形状における傾斜角度は、４５度の例を示しているが、全反射角度を満たす条件であれば良く、角度を限定するものではない。又、Ｖ字突起形状又はＶ字溝形状は、回転板３の裏面３ｂに形成しても良く、この場合でも同様の効果を得ることができる。

光学式検出部５は、光学パターン４ａ、４ｂ、４ｃに対向して配置され、回転板３に形成された光学パターン４ａ、光学パターン４ｂ及び光学パターン４ｃを透過した光源９の光線１１を受光し読み取るための検出手段である。光学式検出部５には、図３に示すように、ＰＤ（フォトダイオード）等の、一対の第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂ（総称して光センサ１２と記す）が装備され、光センサ１２は、光学パターン４ａ、４ｂ、４ｃの透光部８ａを通過した光線１１を受光する。又、光学パターン４の信号周期をｐとすると、一対の第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂは、図３に示すように、回転板３の周方向において光学式検出部５上でｐ／４離れた位置に配置されている。このような配置を採ることで、第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂは、互いに９０度位相のずれた正弦波信号及び余弦波信号を送出する。

磁気パターン６は、回転板３の回転中心３ｃ（図２）を含む回転板３の中心部に設けられ、フェライト等の磁性体によって形成されている。具体的には、磁気パターン６は、図４に示すように、例えばそれぞれ半円板状のＳ磁極６ａとＮ磁極６ｂとを回転中心３ｃで接合するように、回転板３に例えば嵌め込んで配置したもので、回転板３が１回転したとき１周期の信号が磁気式検出部７から出力されるようなパターンで構成されている。

磁気式検出部７は、回転板３の厚み方向において回転板３と間隙を隔てて、磁気パターン６に対向して配置され、磁気パターン６を読み取るための検出手段である。磁気式検出部７には、ホール素子等の磁気センサ１３が装備されており、磁気パターン６から発生する磁界方向を検出する。本実施形態では、磁気センサ１３は、図４に示すように、磁気式検出部７上で、互いに９０度位相のずれた位置に配置した２つの第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂにて構成される。これらの第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂは、回転板３、つまり磁気パターン６の回転に伴い、正弦波及び余弦波を出力する。

演算部１０には、光学式検出部５及び磁気式検出部７が接続され、演算部１０は、光学式検出部５及び磁気式検出部７の出力信号から回転板３の回転数、及び回転板３の１回転内の絶対角度を求めるための手段である。演算部１０は、機能的に、上記絶対角度を求める角度演算部１０ａと、上記回転数を求める回転数演算部１０ｂとを有する。

以上のように構成されるアブソリュートエンコーダ８０の動作について以下に説明する。
光源９から出射された光線１１は、回転板３に形成された光学パターン４ａ、光学パターン４ｂ及び光学パターン４ｃを照射し、これらの光学パターン４における透光部８ａを透過し、光学式検出部５の第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂにて受光される。測定対象物であるモーター回転軸２の回転に伴い、各光学パターン４における透光部８ａ及び遮光部８ｂによって、第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂは、回転板３が１回転したときに２周期以上の周期で９０度位相のずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する。尚、本実施形態では、光学パターン４は、上述のように３つ設けているので、第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂは、回転板３が１回転したときに２周期以上の異なる周期で９０度位相のずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する。

又、回転板３の回転に伴い、磁気式検出部７の第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂは、回転板３が１回転したときに１周期の、９０度位相のずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する。

光学式検出部５から出力された、回転板３が１回転したときに２周期以上信号となる正弦波信号及び余弦波信号と、磁気式検出部７から出力された回転板３が１回転したときに１周期の信号となる正弦波信号及び余弦波信号は、演算部１０へ入力される。演算部１０は、同一周期のそれぞれの正弦波信号及び余弦波信号を用いて、信号の逆正接演算を行い、回転板３の１回転内の絶対角度を求めるとともに、磁気式検出部７から出力された１回転で１周期の信号を元に、回転板３の回転数を求める。

以上のように、本実施形態のアブソリュートエンコーダによれば、回転板３の１回転による１周期の信号は、磁気パターン６を読み取る磁気式検出部７によって検出するように構成した。よって、従来のように光学式検出部が回転板の１回転による１周期の信号を取得するという必要はなく、複数の光学パターンを回転板に設ける必要はない。したがって、測定対象物及び検出部を小型化することが可能となる。尚、上述したように、本実施形態では、上記絶対角度の検出精度をより向上させるために、３つの光学パターン４を設けている。

さらに、演算部１０を設けて、磁気式検出部７及び光学式検出部５からの出力信号により回転板３の１回転内の絶対角度を求めかつ磁気式検出部７の出力信号により回転板３の回転数を求めるようにしたことから、高精度にて絶対角度を検出することができる。

又、磁気式検出部７は、磁気パターン６と間隙を介して回転板３のモーター回転軸２部分に配置され、磁気パターン６の磁界方向を磁気式検出部７上に配置した磁気センサ１３ａ及び磁気センサ１３ｂによって検出する。つまり、回転板３の回転中心に対して磁気パターン６が偏芯しておらず、磁気式検出部７は、モーター回転軸２のずれやギャップ変動の影響を受けずに安定した検出が可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１のアブソリュートエンコーダ８０では、上述のように、光学式検出部５は第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂを有し、磁気式検出部７は第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂを有していた。これに対し、本実施の形態２のアブソリュートエンコーダ８１では、図７に示すように、光学式検出部５−１は、第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂに加えて第３光センサ１２ｃ及び第４光センサ１２ｄを有し、図８に示すように、磁気式検出部７−１は、第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂに加えて第３磁気センサ１３ｃ及び第４磁気センサ１３ｄを有している。この点で、実施の形態２のアブソリュートエンコーダ８１は、実施の形態１のアブソリュートエンコーダ８０と異なる。実施の形態２のアブソリュートエンコーダ８１におけるその他の構成は、実施の形態１のアブソリュートエンコーダ８０の構成に同じである。よって、以下には、光学式検出部５−１及び磁気式検出部７−１についてのみ説明を行う。

光学式検出部５−１における第３光センサ１２ｃ及び第４光センサ１２ｄは、上述の第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂと同様のセンサにてなり、光学パターン４の透光部８ａを通過した光線１１を受光する。そして、第３光センサ１２ｃ及び第４光センサ１２ｄは、回転板３の１回転に伴い２周期以上の異なる周期を有し第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂが出力する正弦波信号及び余弦波信号に対してそれぞれ１８０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する。

即ち、図７に示すように、第３光センサ１２ｃは、第１光センサ１２ａと対をなし、回転板３の周方向において、光学パターン４のトラックの信号周期ｐについて第１光センサ１２ａに対してｐ／２離れた位置に配置され、第１光センサ１２ａが出力する正弦波信号に対して１８０度位相のずれた正弦波信号を出力する。又、第４光センサ１２ｄは、第２光センサ１２ｂと対をなし、回転板３の周方向において第２光センサ１２ｂに対してｐ／２離れた位置に配置され、第２光センサ１２ｂが出力する余弦波信号に対して１８０度位相のずれた余弦波信号を出力する。
尚、第２光センサ１２ｂと第３光センサ１２ｃとは、回転板３の周方向においてｐ／４離れて位置し、第１光センサ１２ａと第４光センサ１２ｄとは、回転板３の周方向においてｐ／４離れて位置する。よって、光センサ１２ａ〜１２ｄは、互いに９０度位相のずれた正弦波及び余弦波の４つの信号を出力する。

磁気式検出部７−１における第３磁気センサ１３ｃ及び第４磁気センサ１３ｄは、上述の第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂと同様のセンサにてなる。そして、第３磁気センサ１３ｃ及び第４磁気センサ１３ｄは、回転板３の１回転に伴い１周期で第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂが出力する正弦波信号及び余弦波信号に対してそれぞれ１８０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する。

即ち、図８に示すように、第３磁気センサ１３ｃは、第１磁気センサ１３ａと対をなし、第１磁気センサ１３ａに対して磁気式検出部７上で１８０度位相のずれた位置に配置され、第１磁気センサ１３ａが出力する正弦波信号に対して１８０度位相のずれた正弦波信号を出力する。又、第４磁気センサ１３ｄは、第２磁気センサ１３ｂと対をなし、第２磁気センサ１３ｂに対して磁気式検出部７上で１８０度位相のずれた位置に配置され、第２磁気センサ１３ｂが出力する余弦波信号に対して１８０度位相のずれた余弦波信号を出力する。このように磁気センサ１３ａ〜１３ｄは、磁気式検出部７上で、互いに９０度ずつ位相のずれた位置に配置され、互いに９０度位相のずれた正弦波及び余弦波の４つの信号を出力する。

以上のような構成により、本実施の形態２のアブソリュートエンコーダ８１では、実施の形態１のアブソリュートエンコーダ８０が奏する効果に加えてさらに以下の効果を得ることができる。
即ち、信号強度に直流成分であるオフセットが乗った場合でも、その影響を受けることなく、高精度に回転板３の１回転内の絶対角度を検出が可能となる。以下その原理を説明する。

互いに９０度位相のずれた正弦波信号及び余弦波信号において、出力信号にオフセットが乗った場合、演算部１０による逆正接演算から求まる角度値には誤差が生じてしまう。一方、互いに１８０度位相のずれた２つの正弦波と互いに１８０度位相のずれた２つの余弦波との４つの信号を取得した場合、正弦波と余弦波とは、それぞれ差動増幅を行うことができる。例えば、信号オフセットをａ、信号振幅をｂ、角度をθとすると、正弦波の差動増幅では、以下の式で表されるようにオフセット変動をキャンセルすることができる。

ａ＋ｂｓｉｎθ−（ａ−ｂｓｉｎθ）＝２ｂｓｉｎθ

本実施の形態２のアブソリュートエンコーダ８１では、上述したように、互いに１８０度位相のずれた信号を取得可能なように、第１光センサ１２ａと第３光センサ１２ｃ、第２光センサ１２ｂと第４光センサ１２ｄを設け、又、第１磁気センサ１３ａと第３磁気センサ１３ｃ、第２磁気センサ１３ｂと第４磁気センサ１３ｄを設けた。よって、本実施の形態２のアブソリュートエンコーダ８１では、オフセットが変化した場合でも、オフセット変動をキャンセルすることができ、高精度にて回転板３の回転の絶対角度を検出することが可能である。

実施の形態３．
実施の形態１では、光学パターン４の検出を光透過型の構成で示したが、本実施の形態３では、図９及び図１０に一例を示すように、光源９を光学式検出部５と同じ側に設置した光反射型のアブソリュートエンコーダ８２を示している。光反射型のアブソリュートエンコーダ８２を構成するため、実施の形態１におけるアブソリュートエンコーダ８０と比較して次の点で相違する。即ち、上述のように光源９及び光学式検出部５の配置位置が異なるとともに、回転板３に対応する回転板３−１、及び光学パターン４に対応する光学パターン４−１の構成が、以下のように相違する。尚、アブソリュートエンコーダ８２におけるその他の構成は、アブソリュートエンコーダ８０の構成と同じであり、ここでの説明は省略する。

光源９及び光学式検出部５は、上述のように、回転板３−１に対して同一面側に配置され、本実施形態では図示するように、回転板３−１に対して斜めに光線１１が入射するように光源９が配置され、光学パターン４−１にて反射した光を受光可能な位置に光学式検出部５が配置される。尚、本実施形態では図示するように、回転板３−１の外周側に光源９を配置し、内周側に光学式検出部５を配置しているが、光学パターン４−１にて反射した光源９の光線１１を光学式検出部５が検出可能であれば、その配置形態は問わない。

回転板３−１は、モーター回転軸２と一体に回転する円板であり、本実施形態では非透光性の材料にて形成されている。このように本実施の形態３では、実施の形態１に比べて回転板の材料選択の幅が広がるという利点がある。尚、回転板３−１に透明基板を使用することも可能であり、この場合には、回転板３−１の表面３ａ又は裏面３ｂに反射性の膜を形成すれば良い。この場合、反射率を減少させるための反射防止膜あるいは吸収膜を非反射部に施すことも効果的である。
又、回転板３−１の回転中心３ｃ部分には、実施形態１における回転板３と同様に磁気パターン６が形成され、回転中心３ｃよりも外周側には光学パターン４−１が形成されている。

光学パターン４−１は、光の非反射部８ａ−１及び反射部８ｂ−１から構成されており、光学パターン４と同様に、回転板３−１の最外周に形成した光学パターン４ａ、その内側に形成した光学パターン４ｂ、及び最も内周側に形成した光学パターン４ｃを有する。実施の形態１にて説明したように、光学パターン４−１の構成数は、上記３つに限定されず、１以上とすることができる。又、非反射部８ａ−１及び反射部８ｂ−１は、上述した光学パターン４と同様に、デューティー比一定、ピッチ一定でデューティー比を変化、又はデューティー比一定でピッチを変化させて、光学パターン４ａ、４ｂ、４ｃの各トラックを構成している。又、光学パターン４−１における各光学パターン４ａ，４ｂ，４ｃも、実施形態１における光学パターン４における各光学パターン４ａ，４ｂ，４ｃと同様に、回転板３−１が１回転したときに、２周期以上の異なる周期の信号を出力できるようなパターンである。

光学パターン４−１の具体的な構成例について説明する。図９において白抜き部分が非反射部８ａ−１を表し、黒塗り部分が反射部８ｂ−１を表す。非反射部８ａ−１には、上述のように、光反射率を減少させるための反射防止膜又は光吸収膜を施し、反射部８ｂ−１と相違させる。

又、図１１に示すように、非反射部８ａ−１は、回転板３−１の表面３ａに、Ｖ字状の突起形状にて形成してよいし、あるいは図１２に示すように、Ｖ字状の溝形状にて形成しても良い。図１１及び図１２において、Ｖ字形状の突起部分及び溝部分以外の平坦部分が反射部８ｂ−１に相当する。尚、図１１及び図１２は、光学パターン４ａ，４ｂ，４ｃの任意の一つにおける非反射部８ａ−１と反射部８ｂ−１との形状を示している。又、回転板３−１として透明基板を使用する場合には、表面３ａに透明の膜を施し、回転板３−１の裏面３ｂに、Ｖ字形状の突起部及び溝部にてなる非反射部８ａ−１を形成することができる。この場合、裏面３ｂにおける平坦部分が反射部８ｂ−１に相当する。

尚、図１１及び図１２では、非反射部８ａ−１に相当する突起形状及び溝形状のＶ字形状の傾斜角度は、４５度にて示しているが、光学式検出部５にて非反射部８ａ−１と反射部８ｂ−１との光量比を認識可能な角度であれば良く、特に限定されない。

以上のように構成されるアブソリュートエンコーダ８２においても、上述した実施の形態１におけるアブソリュートエンコーダ８０と同様の動作を行う。
即ち、光源９から出射された光線１１は、回転板３−１に形成された光学パターン４ａ、光学パターン４ｂ及び光学パターン４ｃにおける非反射部８ａ−１にて吸収又は弱反射され、反射部８ｂ−１にて反射されて、光学式検出部５の第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂにて受光される。回転板３−１の回転に伴い、第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂは、回転板３が１回転したときに２周期以上の周期で９０度位相のずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する。

又、回転板３−１の回転に伴い、磁気式検出部７の第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂは、回転板３が１回転したときに１周期の、９０度位相のずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する。

光学式検出部５から出力された、回転板３が１回転したときに２周期以上の信号となる正弦波信号及び余弦波信号と、磁気式検出部７から出力された回転板３が１回転したときに１周期の信号となる正弦波信号及び余弦波信号は、演算部１０へ入力される。演算部１０は、同一周期のそれぞれの正弦波信号及び余弦波信号を用いて、信号の逆正接演算を行い、回転板３−１の１回転内の絶対角度を求めるとともに、磁気式検出部７から出力された１回転で１周期の信号を元に、回転板３−１の回転数を求める。

以上説明した本実施形態のアブソリュートエンコーダ８２によっても、実施形態１のアブソリュートエンコーダ８０が奏する上述した効果を奏することができる。即ち、アブソリュートエンコーダ８２によれば、小型で高精度に多回転の絶対角度を検出することできると共に、検出部のサイズを小型、薄型にすることが可能である。さらに、本実施形態のアブソリュートエンコーダ８２では、回転板３に使用する材料の幅を広げることも可能となる。

又、上述した実施の形態２の構成、つまり光学式検出部５−１及び磁気式検出部７−１を設ける構成を、本実施の形態３に適用することも可能である。この構成によれば、オフセットが変化した場合でも、オフセット変動をキャンセルし、高精度に絶対角度を検出することが可能となる。

本発明の実施の形態１によるアブソリュートエンコーダの構成を示す斜視図である。 図１に示すアブソリュートエンコーダの側面図である。 図１に示すアブソリュートエンコーダに備わる光センサの配置例を示す図である。 図１に示すアブソリュートエンコーダに備わる磁気センサの配置例を示す図である。 図１に示すアブソリュートエンコーダに備わる回転板に形成された光学パターンの構造例を示す図である。 図１に示すアブソリュートエンコーダに備わる回転板に形成された光学パターンの他の構造例を示す図である。 本発明の実施の形態２によるアブソリュートエンコーダに備わる光センサの配置例を示す図である。 本発明の実施の形態２によるアブソリュートエンコーダに備わる磁気センサの配置例を示す図である。 本発明の実施の形態３によるアブソリュートエンコーダの構成を示す斜視図である。 図９に示すアブソリュートエンコーダの側面図である。 図９に示すアブソリュートエンコーダに備わる回転板に形成された光学パターンの構造例を示す図である。 図９に示すアブソリュートエンコーダに備わる回転板に形成された光学パターンの他の構造例を示す図である。 逆正接演算結果から回転角度を求めることを説明するための図である。 １回転で１周期の正弦波と余弦波を１つのトラックで得る場合の構成図である。 １回転で１周期の正弦波と余弦波を２つのトラックで得る場合の構成図である。

符号の説明

３、３−１ 回転板、３ｃ 回転中心、４、４−１ 光学パターン、
５ 光学式検出部、６ 磁気パターン、７ 磁気式検出部、８ａ 透光部８ａ、
８ｂ 遮光部、９ 光源、１０ 演算部、１２ 光センサ、
１２ａ 第１光センサ、１２ｂ 第２光センサ、１２ｃ 第３光センサ、
１２ｄ 第４光センサ、１３ 磁気センサ、１３ａ 第１磁気センサ、
１３ｂ 第２磁気センサ、１３ｃ 第３磁気センサ、１３ｄ 第４磁気センサ、
８０〜８２ アブソリュートエンコーダ。

Claims (6)

1. 光学パターン及び磁気パターンを形成した回転板と、上記光学パターンに光を照射する光源と、上記光源から照射され上記光学パターンに作用した光を受光して上記光学パターンを読み取る光学式検出部と、上記磁気パターンを読み取る磁気式検出部とを備えたアブソリュートエンコーダにおいて、
   上記磁気パターンは、上記回転板の１回転にて１周期の信号を生成させるパターンであり、
   上記磁気式検出部は、上記回転板の１回転に伴い上記磁気パターンにより１周期の出力信号を生成し、
   上記光学パターンは、上記回転板の１回転にて２周期以上の周期を有する信号を生成させるパターンであり、
   上記光学式検出部は、上記回転板の１回転に伴い上記光学パターンにより２周期以上の周期を有する出力信号を生成し、
   上記光学式検出部及び上記磁気式検出部の各出力信号が供給され、上記各出力信号にて上記回転板の１回転内の絶対角度を求め、かつ上記磁気式検出部の出力信号にて上記回転板の回転数を求める演算部をさらに備えたことを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
2. 上記光学式検出部は、上記回転板の１回転に伴い２周期以上の異なる周期を有し互いに９０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する第１光センサ及び第２光センサを有し、上記磁気式検出部は、上記回転板の１回転に伴い１周期を有し互いに９０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する第１磁気センサ及び第２磁気センサを有し、上記演算部は、上記光学式検出部及び上記磁気式検出部が出力するそれぞれの正弦波信号及び余弦波信号にて逆正接演算を行い上記絶対角度及び上記回転数を求める、請求項１記載のアブソリュートエンコーダ。
3. 上記光学式検出部は、上記回転板の１回転に伴い２周期以上の異なる周期を有し上記第１光センサ及び上記第２光センサが出力する正弦波信号及び余弦波信号に対してそれぞれ１８０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する第３光センサ及び第４光センサをさらに備え、上記磁気式検出部は、上記回転板の１回転に伴い１周期を有し上記第１磁気センサ及び上記第２磁気センサが出力する正弦波信号及び余弦波信号に対してそれぞれ１８０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する第３磁気センサ及び第４磁気センサをさらに備える、請求項２記載のアブソリュートエンコーダ。
4. 上記磁気パターンは、上記回転板の回転中心を含む中心部に形成され、上記磁気式検出部は、上記回転中心に対応した位置で上記磁気パターンに対向して配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載のアブソリュートエンコーダ。
5. 上記光学パターンは、上記光源と上記光学式検出部とに挟まれて配置され、上記光学式検出部は、上記光学パターンを透過した上記光源の光を受光する、請求項１から４のいずれか１項に記載のアブソリュートエンコーダ。
6. 上記光源及び上記光学式検出部は、上記回転板における光学パターン形成側に配置され、上記光学式検出部は、上記光源から上記光学パターンにて反射した光を受光する、請求項１から４のいずれか１項に記載のアブソリュートエンコーダ。

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