JP2010210316A5

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Publication number: JP2010210316A5
Application number: JP2009054848A
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Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2029-03-09

Description

上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
本発明の一の観点による光学式エンコーダは、回転軸に取り付けられ前記回転軸の回転中心に対して偏心して形成された複数の等ピッチの同心円スリットパターンからなる環状スリットを備えた回転ディスクと、固定部材に設けられ、前記環状スリットを照射する光源および前記環状スリットからの透過光または反射光を検出する絶対値用検出部とからなり、前記絶対値用検出部からの検出信号から前記回転軸の絶対回転角度を検出する光学式エンコーダにおいて、前記環状スリットは、互いに異なる方向に偏心した第１の環状スリットと第２の環状スリットを備え、前記絶対値用検出部は、前記第１の環状スリットに対応する第１の検出部と前記第２の環状スリットに対応する第２の検出部を備えたことを特徴としている。
また、このエンコーダは、前記第１の環状スリットと前記第２の環状スリットのスリットピッチが、前記回転ディスクの中心に対するそれぞれの偏心量以上であることを特徴としてもよい。
また、請求項３記載の発明は、前記第１の検出部は、前記第１の環状スリットと同一ピッチのスリットが形成された第１の固定スリットおよび前記第１の固定スリットからの透過光を検出する第１の受光素子から構成され、前記第２の検出部は、前記第２の環状スリットと同一ピッチのスリットが形成された第２の固定スリットおよび前記第２の固定スリットからの透過光を検出する第２の受光素子から構成されていることを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記第１の検出部は、前記第１の環状スリットと同一ピッチのスリットが形成されたスリットパターン状の受光素子から構成され、前記第２の検出部は、前記第２の環状スリットと同一ピッチのスリットが形成されたスリットパターン状の受光素子から構成されていることを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記回転ディスクは、前記回転ディスクの中心に対して放射状に形成されたインクリメンタルスリットを備え、前記固定部材に、前記インクリメンタルスリットを照射するインクリメンタル用光源をおよび前記インクリメンタルスリットからの透過光または反射光を検出するインクリメンタル用検出部を備えたことを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記環状スリットと前記インクリメンタルスリットを共通の光源で照射することを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記光源は、前記光源からの照射光を制限する光源スリットを備え、前記光源スリットで制限され前記第１環状スリットで反射された光を前記第１の検出部で検出し、前記光源スリットで制限され、前記第２環状スリットで反射された光を前記第２の検出部で検出することを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記回転ディスクは、前記回転ディスクの中心に対して放射状に形成されたインクリメンタルスリットを備え、前記光源は、前記光源からの照射光を制限するインクリメンタル用光源スリットを備え、前記固定部材に、前記光源で照射された前記インクリメンタルスリットからの反射光を検出するインクリメンタル用検出部を備えたことを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記インクリメンタル用検出部から得られる繰り返し信号を内挿した内挿信号で、前記絶対値検出部からの検出信号を元に算出した前記絶対回転角度を補間することを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記第１の環状スリット、前記第２の環状スリットおよび前記インクリメンタルスリットの実質的なスリットピッチが同じであることを特徴としてもよい。
また、本発明の他の観点による光学式エンコーダは、回転軸に取り付けられ前記回転軸の回転中心に対して偏心して形成された複数の等ピッチの同心円スリットパターンからなる環状スリットを備えた回転ディスクと、固定部材に設けられ、前記環状スリットを照射する光源および前記環状スリットからの透過光または反射光を検出する絶対値用検出部とからなり、前記絶対値用検出部からの検出信号から前記回転軸の絶対回転角度を検出する光学式エンコーダにおいて、前記環状スリットは、互いに異なる方向に偏心した第１の環状スリットおよび第２の環状スリットと、前記第１の環状スリットおよび第２の環状スリットと偏心方向または偏心量の少なくともどちらかが前記第１の環状スリットおよび第２の環状スリットと異なるように形成された第３の環状スリットを備え、前記絶対値用検出部は、前記第１乃至第３の環状スリットにそれぞれ対応する第１乃至第３の検出部を備えたことを特徴としている。
また、このエンコーダは、前記第３の環状スリットが、前記回転ディスクの中心に対して偏心なく形成された複数の同心円スリットからなることを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記第１の環状スリット乃至第３の環状スリットの全てのスリットピッチが、前記回転ディスクの中心に対するそれぞれの偏心量以上であることを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記第１乃至第３の検出部は、それぞれ前記第１乃至第３の環状スリットと同一ピッチのスリットが形成された第１乃至第３の固定スリットおよび前記第１乃至第３の固定スリットからの透過光をそれぞれ検出する第１乃至第３の受光素子から構成されていることを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記第１乃至第３の検出部は、それぞれ前記第１乃至第３の環状スリットと同一ピッチのスリットが形成されたスリットパターン状の受光素子から構成されていることを特徴とする請求項１１記載の光学式エンコーダ。
また、このエンコーダは、前記回転ディスクは、前記回転ディスクの中心に対して放射状に形成されたインクリメンタルスリットを備え、前記固定部材に、前記インクリメンタルスリットを照射するインクリメンタル用光源をおよび前記インクリメンタルスリットからの透過光または反射光を検出するインクリメンタル用検出部を備えたことを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記環状スリットと前記インクリメンタルスリットを共通の光源で照射することを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記光源は、前記光源からの照射光を制限する光源スリットを備え、前記光源スリットで制限され前記第１乃至第３の環状スリットで反射された光をそれぞれ前記第１乃至第３の検出部で検出することを特徴としてもよい。
また、請求項１９記載の発明は、前記回転ディスクは、前記回転ディスクの中心に対して放射状に形成されたインクリメンタルスリットを備え、前記光源は、前記光源からの照射光を制限するインクリメンタル用光源スリットを備え、前記固定部材に、前記光源で照射された前記インクリメンタルスリットからの反射光を検出するインクリメンタル用検出部を備えたことを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記インクリメンタル用検出部から得られる繰り返し信号を内挿した内挿信号で、前記絶対値検出部からの検出信号を元に算出した前記絶対回転角度を補間することを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記第１乃至第３の環状スリットおよび前記インクリメンタルスリットの実質的なスリットピッチが同じであることを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記第１の検出部からの信号を元に前記第１の環状スリットの前記回転軸の半径方向への変位である第１の変位を算出する第１の変位検出処理部と、前記第２の検出部からの信号を元に前記第２の環状スリットの前記回転軸の半径方向への変位である第２の変位を算出する第２の変位検出処理部と、前記第１の変位と前記第２の変位を元に前記回転ディスクの回転角度を算出する角度検出処理部と、を持つ信号処理装置を備えたことを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記第１の検出部からの信号と前記第２の検出部からの信号を切替える切替え処理部と、前記切替え処理部により前記第１の検出部からの信号が入力された場合には前記第１の変位を、前記切替え処理部により前記第２の検出部からの信号が入力された場合には前記第２の変位を検出する変位検出処理部と、前記第１の変位と前記第２の変位を元に前記回転ディスクの回転角度を算出する角度検出処理部と、を持つ信号処理装置を備えたことを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記第１の変位および前記第２の変位を算出するとともに前記第１の変位および前記第２の変位を元に前記回転ディスクの回転角度とを算出する変位検出処理部と、前記変位検出処理部への入力信号を切替える切替え処理部と、前記変位検出処理部で算出された前記第１の変位および前記第２の変位を記憶する記憶部と、を持つ信号処理装置を備え、前記変位検出処理部は、前記切替え処理部によって前記第１の検出部からの信号が入力された場合、前記第１の変位を算出し、前記第２の検出部からの信号が入力された場合、前記第２の変位を算出し、前記記憶部で記憶された前記第１の変位および前記第２の変位が入力された場合、回転角度を算出することを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記第１の検出部からの信号を元に前記第１の環状スリットの前記回転軸の半径方向への変位である第１の変位を算出する第１の変位検出処理部と、前記第２の検出部からの信号を元に前記第２の環状スリットの前記回転軸の半径方向への変位である第２の変位を算出する第２の変位検出処理部と、前記第３の検出部からの信号を元に前記第３の環状スリットの前記回転軸の半径方向への変位である第３の変位を算出する第３の変位検出処理部と、前記第１の変位乃至第３の変位を元に前記回転ディスクの回転角度を算出する角度検出処理部と、を持つ信号処理装置を備えたことを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記第１乃至第３の検出部からの信号を切替える切替え処理部と、前記切替え処理部により前記第１の検出部からの信号が入力された場合には前記第１の変位を、前記切替え処理部により前記第２の検出部からの信号が入力された場合には前記第２の変位を、前記切替え処理部により前記第３の検出部からの信号が入力された場合には前記第３の変位を検出する変位検出処理部と、前記第１の変位乃至第３の変位を元に前記回転ディスクの回転角度を算出する角度検出処理部と、を持つ信号処理装置を備えたことを特徴としてもよい。
また、このエンコーダは、前記光学式エンコーダは、前記第１乃至第３の変位を算出するとともに前記第１乃至第３の変位を元に前記回転ディスクの回転角度とを算出する変位検出処理部と、前記変位検出処理部への入力信号を切替える切替え処理部と、前記変位検出処理部で算出された前記第１乃至第３の変位を記憶する記憶部と、を持つ信号処理装置を備え、前記変位検出処理部は、前記切替え処理部によって前記第１乃至第３の検出部からの信号が入力された場合、それぞれ前記第１乃至第３の変位を算出し、前記記憶部で記憶された前記第１の変位乃至第３の変位が入力された場合、回転角度を算出することを特徴としてもよい。
また、本発明の他の観点による光学式エンコーダは、回転軸に取り付けられ前記回転軸の回転中心に対して偏心した複数の等ピッチで形成された同心円スリットパターンからなり互いに異なる方向に偏心した第１の環状スリットおよび第２の環状スリットを備えた回転ディスクと、
固定部材に設けられ、前記第１の環状スリットおよび前記第２の環状スリットを照射する光源と、固定部材に設けられ、前記第１の環状スリットおよび前記第２の環状スリットからの透過光または反射光を検出する前記第１の検出部および前記第２の検出部を備え、
前記絶対値用検出部からの検出信号から前記回転軸の絶対回転角度を検出する光学式エンコーダの信号処理方法において、前記第１の検出部からの信号を元に前記第１の環状スリットの前記回転軸の半径方向への変位である第１の変位を算出し、前記第２の検出部からの信号を元に前記第２の環状スリットの前記回転軸の半径方向への変位である第２の変位を算出し、前記第１の変位と前記第２の変位を元に前記回転ディスクの回転角度を算出することを特徴としている。
また、本発明の他の観点による光学式エンコーダは、回転軸に取り付けられ前記回転軸の回転中心に対して偏心した複数の等ピッチで形成された同心円スリットパターンからなり互いに異なる方向に偏心した第１の環状スリットおよび第２の環状スリットと前記第１の環状スリットおよび第２の環状スリットと偏心方向または偏心量の少なくともどちらかが異なるように形成された第３の環状スリットを備えた回転ディスクと、固定部材に設けられ、前記第１乃至第３の環状スリットを照射する光源と、固定部材に設けられ、前記第１乃至第３の環状スリットからの透過光または反射光を検出する前記第１乃至第３の検出部とを備え、前記第１乃至第３の検出部からの検出信号から前記回転軸の絶対回転角度を検出する光学式エンコーダの信号処理方法において、前記第１の検出部からの信号を元に前記第１の環状スリットの前記回転軸の半径方向への変位である第１の変位を算出し、前記第２の検出部からの信号を元に前記第２の環状スリットの前記回転軸の半径方向への変位である第２の変位を算出し、前記第３の検出部からの信号を元に前記第３の環状スリットの前記回転軸の半径方向への変位である第３の変位を算出し、前記第１の変位乃至第３の変位を元に前記回転ディスクの回転角度を算出することを特徴としている。

本発明の一観点によれば、光学式エンコーダが、回転ディスク上に互いに異なる方向に偏心した第１の環状スリットおよび第２の環状スリットと、固定部材に、第１の環状スリットに対応する第１の検出部および第２の環状スリットに対応する第２の検出部を備えているので、０〜３６０度の全周にわたり回転軸の角度の絶対値を検出することができる。また、光源および第１の検出部と第２の検出部等の光学部品を１カ所に集約して配置できるので、装置を小型にできる。

また、第１の環状スリットと第２の環状スリットのスリットピッチを回転ディスクの中心に対するそれぞれの偏心量以上とすれば、環状スリットの変位量が環状スリットの１ピッチ以内になるので、第１の検出部および第２の検出部からの検出信号で変位量が一義的に定まり、信号処理装置が簡単になる。

また、回転ディスクがインクリメンタルスリット備え、固定部材にインクリメンタル用検出部を備えれば、高分解能の絶対角度信号が得られる。

また、光源が、光源からの照射光を制限する光源スリットを備えれば、回転ディスクと固定スリット間のギャップ変動に強い光学式エンコーダが実現できる。

また、光学式エンコーダが、回転ディスク上に、互いに異なる方向に偏心した第１の環状スリットおよび第２の環状スリットと第１の環状スリットおよび第２の環状スリットと偏心方向または偏心量の少なくともどちらかが異なるように形成された第３の環状スリットを備え、固定部材に、第１乃至第３の環状スリットにそれぞれ対応する第１乃至第３の検出部を備え備えているので、回転ディスクの中心と回転軸の回転中心がずれて取り付いた場合も、０〜３６０度の全周にわたり正確に回転角度を検出することができる。

また、第３の環状スリットを偏心なく形成すれば、簡単な信号処理で、回転ディスクの中心と回転軸の回転中心がずれて取り付いた場合も、０〜３６０度の全周にわたり正確に回転角度を検出することができる。

また、本発明の他の観点によれば、互いに異なる方向に偏心した第１の環状スリットおよび第２の環状スリットとを備えた光学式エンコーダの信号処理方法において、第１および第２の環状スリットの半径方向の変位を算出しこの変位から回転角度を検出しているので、両変位から回転軸の回転角度は一義的に定まり、０〜３６０度の全周にわたり回転軸の角度の絶対値を検出することができる。

また、本発明の更に他の観点によれば、互いに異なる方向に偏心した第１の環状スリットおよび第２の環状スリットと第１の環状スリットおよび第２の環状スリットと偏心方向または偏心量の少なくともどちらかが異なるように形成された第３の環状スリットとを備えた光学式エンコーダの信号処理方法において、第１乃至第３の環状スリットの半径方向の変位を算出しこの変位から回転角度を検出しているので、回転中心がずれて取り付いた場合も、０〜３６０度の全周にわたり正確に回転角度を検出することができる。

Claims

回転軸に取り付けられ、それぞれ複数の等ピッチの同心円スリットパターンからなる２以上の環状スリットを有する回転ディスクと、
固定して設けられ、前記環状スリットを照射する光源と、
固定して設けられ、前記環状スリットからの透過光または反射光を検出する絶対値用検出部と、
を備え、
前記回転ディスクは、前記環状スリットとして、
前記回転軸の回転中心に対して偏心して形成された第１の環状スリットと、
前記回転軸の回転中心に対して、前記第１の環状スリットと異なる方向に偏心して形成された第２の環状スリットと、
を有し、
前記絶対値用検出部は、
前記第１の環状スリットに対応する第１の検出部と、
前記第２の環状スリットに対応する第２の検出部と、
を有し、
前記絶対値用検出部からの検出信号から前記回転軸の絶対回転角度を検出する、光学式エンコーダ。
前記第１の環状スリット及び前記第２の環状スリットを含む前記回転ディスクの環状スリットにおけるスリットピッチの各々は、前記回転ディスクの中心に対するそれぞれの偏心量以上である、請求項１記載の光学式エンコーダ。
前記回転ディスクは、前記環状スリットとして、偏心方向または偏心量の少なくともどちらか一方が前記第１の環状スリットおよび第２の環状スリットと異なるように形成された第３の環状スリットを更に有し、
前記絶対値用検出部は、前記第３の環状スリットに対応する第３の検出部を更に有する、請求項１又は２に記載の光学式エンコーダ。
前記第３の環状スリットは、前記回転ディスクの回転中心に対して偏心なく形成される、請求項３記載の光学式エンコーダ。
前記第１の環状スリット〜第３の環状スリットの全てのスリットピッチは、前記回転ディスクの中心に対するそれぞれの偏心量以上である、請求項３又は４に記載の光学式エンコーダ。
前記回転ディスクは、前記回転ディスクの中心に対して放射状に形成されたインクリメンタルスリットを有し、
前記光学式エンコーダは、固定して設けられ、前記インクリメンタルスリットからの透過光または反射光を検出するインクリメンタル用検出部を更に備えた、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学式エンコーダ。
前記第１の環状スリット、前記第２の環状スリットおよび前記インクリメンタルスリットの実質的なスリットピッチが同じである、請求項６記載の光学式エンコーダ。
前記環状スリットと前記インクリメンタルスリットを共通の光源で照射する、請求項６又は７記載の光学式エンコーダ。
前記インクリメンタル用検出部から得られる繰り返し信号を内挿した内挿信号で、前記絶対値検出部からの検出信号を元に算出した前記絶対回転角度を補間する、請求項６〜８のいずれか一項に記載の光学式エンコーダ。
前記光学式エンコーダは、前記絶対値用検出部からの検出信号から前記回転軸の絶対回転角度を算出する信号処理部を更に有し、
前記信号処理部は、
前記第１の検出部からの信号を元に前記第１の環状スリットの前記回転軸の半径方向への変位である第１の変位を算出し、前記第２の検出部からの信号を元に前記第２の環状スリットの前記回転軸の半径方向への変位である第２の変位を算出する変位検出処理部と、
少なくとも前記第１の変位と前記第２の変位を元に前記回転ディスクの回転角度を算出する角度検出処理部と、
を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学式エンコーダ。
前記信号処理部は、前記第１の検出部からの信号と前記第２の検出部からの信号との間を切替える切替え処理部を更に有し、
前記変位検出処理部は、
前記切替え処理部により前記第１の検出部からの信号が入力された場合には、前記第１の変位を算出し、
前記切替え処理部により前記第２の検出部からの信号が入力された場合には、前記第２の変位を算出する、請求項１０記載の光学式エンコーダ。
回転軸に取り付けられ、それぞれ複数の等ピッチの同心円スリットパターンからなる２以上の環状スリットを有する回転ディスクと、
固定して設けられ、前記環状スリットを照射する光源と、
固定して設けられ、前記環状スリットからの透過光または反射光を検出する絶対値用検出部と、
を備え、
前記回転ディスクは、前記環状スリットとして、
前記回転軸の回転中心に対して偏心して形成された第１の環状スリットと、
前記回転軸の回転中心に対して、前記第１の環状スリットと異なる方向に偏心して形成された第２の環状スリットと、
を有し、
前記絶対値用検出部は、
前記第１の環状スリットに対応する第１の検出部と、
前記第２の環状スリットに対応する第２の検出部と、
を有する光学式エンコーダを用いて、
前記第１の検出部からの信号を元に前記第１の環状スリットの前記回転軸の半径方向への変位である第１の変位を算出し、
前記第２の検出部からの信号を元に前記第２の環状スリットの前記回転軸の半径方向への変位である第２の変位を算出し、
少なくとも前記第１の変位と前記第２の変位を元に前記回転軸の絶対回転角度を算出する、光学式エンコーダの信号処理方法。