JP2011133286A - ロータリーエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】スケール部の偏心による検出誤差を抑制したロータリーエンコーダを提供する。
【解決手段】本発明のロータリーエンコーダは、スリット数Ｓ１からなる第１のスリット列、及び、スリット数Ｓ２からなる第２のスリット列を中心点に対して同心円状に形成したスケール部と、第１の読み取り領域にて前記第１のスリット列からの信号を検出する第１のセンサ、及び、第２の読み取り領域にて前記第２のスリット列からの信号を検出する第２のセンサを備えたセンサユニット部と、前記センサユニット部にて検出された信号を処理する信号処理回路とを有し、前記第１の読み取り領域の前記中心点からの距離の最大値をＲ１_ｍａｘ、最小値をＲ１_ｍｉｎとし、前記第２の読み取り領域の前記中心点からの距離の最大値をＲ２_ｍａｘ、最小値をＲ２_ｍｉｎとしたとき、Ｒ１_ｍｉｎ／Ｒ２_ｍａｘ≦Ｓ１／Ｓ２≦Ｒ１_ｍａｘ／Ｒ２_ｍｉｎを満たす。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転角度を検出するロータリーエンコーダに関する。

従来、工作機やＦＡ装置などの角度測定に、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に大別される。特許文献１にはインクリメンタル方式のロータリーエンコーダが開示されている。インクリメンタル方式のロータリーエンコーダは、簡易に構成できるが、電源が切れた場合に角度情報が失われることや、外来ノイズによって誤差が蓄積されるという問題がある。一方、アブソリュート方式のロータリーエンコーダは、誤差が蓄積せず高精度であり、電源が切れた場合でもホームポジションへの移動が不要である等の利点がある。

特許文献２には、アブソリュート方式のロータリーエンコーダが開示されている。このロータリーエンコーダでは、周期の異なる複数の周期信号間の位相差を演算して元の各周期と異なる周期信号を得る、バーニアと呼ばれる角度検出方法が採用されている。

特開２００６−２１４９２９号公報 特開２００７−１４７４６５号公報

従来のバーニア検出では、スケールの回転軸に対しスケールが偏心したときに、元の各周期信号間の相対位相が変化してしまう。スケールの偏心が大きいと、バーニア検出によって得られた角度信号の検出誤差が増大し、下位周期信号との位相同期を確保することができなくなる。このため、スケールを回転軸に固定する際に、高精度な調整が要求され、低コスト化の妨げになっていた。
そこで本発明は、バーニア検出において、偏心によって発生する検出誤差を低減した高精度なロータリーエンコーダを提供する。

本発明の一側面としてのロータリーエンコーダは、スリット数Ｓ１からなる第１のスリット列、及び、スリット数Ｓ２からなる第２のスリット列を中心点に対して同心円状に形成したスケール部と、第１の読み取り領域にて前記第１のスリット列からの信号を検出する第１のセンサ、及び、第２の読み取り領域にて前記第２のスリット列からの信号を検出する第２のセンサを備えたセンサユニット部と、前記センサユニット部にて検出された信号を処理する信号処理回路とを有し、前記第１の読み取り領域の前記中心点からの距離の最大値をＲ１_ｍａｘ、最小値をＲ１_ｍｉｎとし、前記第２の読み取り領域の前記中心点からの距離の最大値をＲ２_ｍａｘ、最小値をＲ２_ｍｉｎとしたとき、Ｒ１_ｍｉｎ／Ｒ２_ｍａｘ≦Ｓ１／Ｓ２≦Ｒ１_ｍａｘ／Ｒ２_ｍｉｎを満たすことを特徴とするロータリーエンコーダ。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、バーニア検出において、偏心によって発生する検出誤差を低減した高精度なロータリーエンコーダを提供することができる。

実施例１におけるロータリーエンコーダの構成図である。 実施例１におけるロータリースケールの構成図である。 実施例１におけるＭ系列用センサユニットの構成図である。 実施例１におけるセンサユニットの構成図である。 実施例１における初期化動作の説明図である。 実施例１におけるロータリースケールの要部拡大図である。 実施例１において、偏心により発生する角度誤差を示すグラフである。 実施例２におけるロータリーエンコーダの構成図である。 実施例２におけるロータリースケールの構成図である。 実施例３におけるロータリーエンコーダの構成図である。 実施例３におけるロータリースケールの構成図である。 実施例３におけるセンサユニットの構成図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、実施例１におけるロータリーエンコーダ１００の構成図である。ロータリーエンコーダ１００は光学式ロータリーエンコーダであり、回転軸に取り付けられるロータリースケール２０１（スケール部）、Ｍ系列用センサユニット３０１、センサユニット３０２、信号処理回路４０１、及び、記憶装置４０２を備える。Ｍ系列用センサユニット３０１及びセンサユニット３０２により、センサユニット部が構成される。信号処理回路４０１は、センサユニット部にて検出された信号を処理する。具体的には、信号処理回路４０１は、Ｍ系列用センサユニット３０１で得られた電気信号の角度値への変換、センサユニット３０２で得られたエンコーダ信号の内挿処理、及び、記憶装置４０２への信号の書き込みや読み出し等を行う。

図２は、本実施例におけるロータリースケール２０１の構成図である。ロータリースケール２０１には、ガラス基板上にクロム反射膜がパターニングされることにより、中心点２２０に対して同心円状に３つのスリット列を構成するパターン５０１、２０２、２０３が形成されている。ロータリースケール２０１の内周に形成されているパターン５０１は、絶対位置検出用パターンとしてのＭ系列パターンである。また、外周のパターン２０２（第１のスリット列）は、所定のスリット数Ｓ１の反射スリットにより構成される。本実施例では、パターン２０２のスリット数Ｓ１は２００本である。中周のパターン２０３（第２のスリット列）は、所定のスリット数Ｓ２の反射スリットにより構成される。本実施例では、パターン２０３のスリット数Ｓ２は１６０本である。これらのパターン５０１、２０２、２０３は、中心点２２０を基準とした放射状パターンである。

センサユニット３０２は、読み取り領域２１１（第１の読み取り領域）にてパターン２０２からの信号を検出する第１のセンサ、及び、読み取り領域２１２（第２の読み取り領域）にてパターン２０３からの信号を検出する第２のセンサを備える。また、Ｍ系列用センサユニット３０１は、読み取り領域２１３にてパターン５０１からの信号検出する第３のセンサを備える。Ｍ系列用センサユニット３０１とセンサユニット３０２は、回転中心軸である中心点２２０に対して互いに１８０°異なる位置に取り付けられている。

図中の点２２１、２２２は、パターン２０２、２０３の中心点２２０を始点とした同一線分上にあり、パターンの中心点２２０から読み取り領域２１１、２１２の内部に位置する点である。中心点２２０と点２２１との間の距離をＲ１、中心点２２０と点２２２との間の距離をＲ２とすると、本実施例ではＲ１＝４．０７ｍｍ、Ｒ２＝３．２６ｍｍである。また、本実施例において、パターン２０２のスリット数Ｓ１は２００本であり、パターン２０３のスリット数Ｓ２は１６０本である。これらの値を用いると、Ｓ１／Ｒ１≒Ｓ２／Ｒ２が満たされる。

本実施例において、点２２１、２２２はそれぞれ、読み取り領域２１１、２１２の中央付近に設定されているが、これに限定されるものではない。点２２１、２２２としては、読み取り領域２１１、２１２のそれぞれの内部に位置する任意の点を用いることができる。ここで、読み取り領域２１１の内部において、中心点２２０からの距離の最大値をＲ１_ｍａｘとし、最小値をＲ１_ｍｉｎとする。また、読み取り領域２１２の内部において、中心点２２０からの距離の最大値をＲ２_ｍａｘとし、最小値をＲ２_ｍｉｎとする。このとき、スリット数Ｓ１、Ｓ２、距離Ｒ１、Ｒ２を以下の式（１）を満たすように設定すればよい。

Ｒ１_ｍｉｎ／Ｒ２_ｍａｘ≦Ｓ１／Ｓ２≦Ｒ１_ｍａｘ／Ｒ２_ｍｉｎ … （１）
図３は、本実施例におけるＭ系列用センサユニット３０１の構成図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図をそれぞれ示す。Ｍ系列用センサユニット３０１内のＬＥＤ５１０（光源）から出射した発散光束はロータリースケール２０１のパターン５０１に照射され、Ｍ系列用センサユニット３０１内のフォトダイオードアレイ５１１に向けて反射される。フォトダイオードアレイ５１１によって受光された光束は、電気信号に変換され、信号処理回路４０１にてアブソリュート角度信号θＡＢＳに変換される。このように、本実施例では、Ｍ系列用センサユニット３０１からアブソリュート角度信号θＡＢＳが得られる。

図４は、本実施例におけるセンサユニット３０２の構成図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図をそれぞれ示す。センサユニット３０２は、ＬＥＤ３１０（光源）とフォトダイオードアレイ３１１、３１２（第１のセンサ、第２のセンサ）が同一パッケージ内に実装された受発光一体型のセンサユニットである。フォトダイオードアレイ３１１、３１２は、同一のアレイピッチで形成されている。光学式エンコーダにおけるインデックススケールを兼ねて受光素子アレイを用いる方式は、既に特許文献１等に詳述されているため、エンコーダ信号の検出原理についての説明は省略する。

センサユニット３０２内のＬＥＤ３１０から発せられた発散光束は、ロータリースケール２０１のパターン２０２、２０３上の読み取り領域２１１、２１２に照射される。図４（ｂ）に示されるように、読み取り領域２１１、２１２の位置は、ＬＥＤ３１０とフォトダイオードアレイ３１１、３１２の受光領域の４隅を結ぶ線の中点によって囲まれる領域である。読み取り領域２１１、２１２にて反射した光束は、それぞれ、センサユニット３０２内のフォトダイオードアレイ３１１、３１２により受光される。このように、センサユニット３０２は、１つの光源であるＬＥＤ３１０から照射された光を第１のセンサであるフォトダイオードアレイ３１１と第２のセンサであるフォトダイオードアレイ３１２の両方で受光するように構成されている。

フォトダイオードアレイ３１１、３１２によって受光された光束は、電気信号に変換され、エンコーダ信号として信号処理回路４０１に送られる。信号処理回路４０１によって、逆正接演算による内挿処理がなされ、フォトダイオードアレイ３１１、３１２のそれぞれからのインクリメント出力θｉｎｃ１、θｉｎｃ２が算出される。インクリメント出力θｉｎｃ１、θｉｎｃ２は、それぞれ、フォトダイオードアレイ３１１、３１２で検出される信号の位相である。信号処理回路４０１は、さらに、θΔ＝θｉｎｃ１−θｉｎｃ２の演算によってバーニア周期信号θΔ（第１の差分信号）を算出する。

次に、図５を参照して、本実施例における初期化動作の手順について説明する。まず、所定の方向にロータリースケール２０１を回転させる。そして、アブソリュート角度信号θＡＢＳのゼロクロス通過後の、最初のバーニア周期信号θΔのゼロクロスを検出し、さらにその直後のθｉｎｃ１のゼロクロスを検出する。その点を仮想原点に設定する。この仮想原点におけるアブソリュート角度信号θＡＢＳの位相をθＡＢＳ＿ｏｆｆｓｅｔとし、同時点のバーニア周期信号θΔの位相をθΔｏｆｆｓｅｔとする。この初期化動作時に、信号処理回路４０１はθＡＢＳ＿ｏｆｆｓｅｔ、θΔｏｆｆｓｅｔを記憶装置４０２に書き込む。

次に、角度検出動作について説明する。アブソリュート角度信号θＡＢＳ、インクリメント出力θｉｎｃ１、θｉｎｃ２、及び、記憶装置４０２に記憶されているθＡＢＳ＿ｏｆｆｓｅｔ、θΔｏｆｆｓｅｔより、信号処理回路４０１は次の式（２）、（３）による演算を行う。

θＡＢＳ´＝Ｒｏｕｎｄ［（θＡＢＳ−θＡＢＳ＿ｏｆｆｓｅｔ）−（θΔ−θΔｏｆｆｓｅｔ）／４０］＋（θΔ−θΔｏｆｆｓｅｔ）／４０ … （２）
θＡＢＳ＿ｏｕｔ＝Ｒｏｕｎｄ［（θＡＢＳ’−θｉｎｃ１／２００）］＋θｉｎｃ１／２００ … （３）
ここで、Ｒｏｕｎｄ［］は四捨五入の処理を行う関数である。このようにして得られたθＡＢＳ＿ｏｕｔが角度検出値（スケール部の回転角度）として出力される。このとき、偏心によるθＡＢＳ´の角度検出誤差が抑えられているため、θＡＢＳ´からインクリメント出力θｉｎｃ１への位相同期が安定して行われる。

図６は、本実施例におけるロータリースケール２０１の要部拡大図である。偏心が無い場合の読み取り領域２１１内の点をＰ１、読み取り領域２１２内の点をＰ２としたとき、偏心によって点Ｐ１、Ｐ２はＰ１´、Ｐ２´にそれぞれシフトする。このときのシフト量をεとすると、スケールパターンの読み取り角度誤差Δφは、ε≪Ｒの場合、式（４）のように表される。

Δφ＝ｔａｎ^−１（ε／Ｒ）≒ε／Ｒ … （４）
よって、インクリメント出力θｉｎｃ１、θｉｎｃ２のシフト量Δθｉｎｃ１、Δθｉｎｃ２はそれぞれ式（５）、（６）のように表される。

Δθｉｎｃ１≒Δφ×Ｓ１＝ε×（Ｓ１／Ｒ１） … （５）
Δθｉｎｃ２≒Δφ×Ｓ２＝ε×（Ｓ２／Ｒ２） … （６）
ここで、フォトダイオードアレイ３１１、３１２の読み取り領域２１１、２１２にＳ１／Ｒ１≒Ｓ２／Ｒ２となる２点が含まれている。このため、式（７）のように近似することができる。

Δθｉｎｃ１≒Δθｉｎｃ２ … （７）
このため、位相の差分を演算した結果においては偏心の影響を受けずに、誤差の発生が抑制される。図７は、θＡＢＳ´の角度誤差を示すグラフであり、（ａ）が偏心の無い状態、（ｂ）が偏心２０μｍの状態を示す。この角度誤差が許容範囲であれば、下位のインクリメント出力θｉｎｃ１との位相同期が確保できる。本実施例では、下位の周期は３６０／２００度となるため、θＡＢＳ´の誤差の許容範囲は±０．９度程度である。図７に示されるように、偏心の影響は問題にならない量まで抑制されていることがわかる。

なお、本実施例のロータリーエンコーダ１００は反射型であるが、これに限定されるものではなく、本実施例を透過型のエンコーダに適用することもできる。また、受光素子（センサ）と発光素子（光源）とを別体で構成してもよい。また本実施例では、アブソリュート検出をＭ系列によって行っているが、この方式に限定されるものではなく、グレイコードや螺旋パターン、複数のセンサや複数のパターンを用いて検出するように構成してもよい。

以上のとおり、本実施例では、偏心によるバーニア周期信号の角度検出誤差を抑えるようにスリット数と読み取り領域の半径を設定したため、安定で高精度な角度検出を達成できる。また、複数のフォトダイオードアレイを照射する光源を同一にすることによって、小型化とコストダウンが実現できる。

図８は、実施例２におけるロータリーエンコーダ１０１の構成図である。ロータリーエンコーダ１０１は、回転軸に取り付けられるロータリースケール２０１、センサユニット３０２、３０３、信号処理回路４０１、及び、記憶装置４０２を備える。センサユニット３０２、３０３によりセンサユニット部が構成される。信号処理回路４０１は、センサユニット３０２、３０３で得られたエンコーダ信号の内挿処理、及び、記憶装置４０２への信号の書き込みや読み出し等を行う。

図９は、本実施例におけるロータリースケール２０１ａの構成図である。ロータリースケール２０１ａには、パターン２０２、２０３、２０４が設けられている。外周側のパターン２０２（第１のスリット列）は、スリット数Ｓ１からなる反射スリットを備える。本実施例において、パターン２０２には２００本の反射スリットが形成されている。中周のパターン２０３（第２のスリット列）は、スリット数Ｓ２からなる反射スリットを備える。本実施例において、パターン２０３には１６０本の反射スリットが形成されている。内周側のパターン２０４（第３のスリット列）は、スリット数Ｓ３からなる反射スリットを備える。本実施例において、パターン２０４には１２１本の反射スリットが形成されている。これらのパターン２０２、２０３、２０４は、中心点２２０を中心とした放射パターンである。

センサユニット３０２は、パターン２０２、２０３からの信号をそれぞれ検出する第１のセンサ及び第２のセンサを備える。また、センサユニット３０３は、パターン２０３、２０４からの信号をそれぞれ検出する第４のセンサ及び第３のセンサを備える。第３のセンサ及び第４のセンサは、それぞれ、読み取り領域２１３（第３の読み取り領域）及び読み取り領域２１４（第４の読み取り領域）において信号を検出する。センサユニット３０２、３０３は、回転中心軸（中心点２２０）に対して互いに１８０°異なる位置に取り付けられている。

図中の点２２１、２２２については、実施例１と同様であり、Ｓ１／Ｒ１≒Ｓ２／Ｒ２が満たされる。また、図中の点２２３、２２４は、パターン２０４、２０３の中心点２２０を始点とした同一線分上にあり、読み取り領域２１３、２１４の内部に位置する点である。中心点２２０と点２２３との間の距離をＲ３、中心点２２０と点２２４との間の距離をＲ４とすると、本実施例ではＲ３＝２．４６ｍｍ、Ｒ４＝３．２６ｍｍである。また、本実施例において、パターン２０３のスリット数Ｓ２は１６０本であり、パターン２０４のスリット数Ｓ３は１２１本である。これらの値を用いると、Ｓ２／Ｒ４≒Ｓ３／Ｒ３が満たされる。

本実施例において、点２２３、２２４はそれぞれ、読み取り領域２１３、２１４の中央付近に設定されているが、これに限定されるものではない。点２２３、２２４としては、読み取り領域２１３、２１４のそれぞれの内部に位置する任意の点を用いることができる。ここで、読み取り領域２１３の内部において、中心点２２０からの距離の最大値をＲ３_ｍａｘとし、最小値をＲ３_ｍｉｎとする。また、読み取り領域２１４の内部において、中心点２２０からの距離の最大値をＲ４_ｍａｘとし、最小値をＲ４_ｍｉｎとする。このとき、スリット数Ｓ２、Ｓ３、距離Ｒ３、Ｒ４を以下の式（８）を満たすように設定すればよい。

Ｒ４_ｍｉｎ／Ｒ３_ｍａｘ≦Ｓ２／Ｓ３≦Ｒ４_ｍａｘ／Ｒ３_ｍｉｎ … （８）
読み取り領域２１１、２１２の反射光より信号を検出したセンサユニット３０２は、検出信号を信号処理回路４０１に送り、インクリメント出力θｉｎｃ１、θｉｎｃ２をそれぞれ得る。信号処理回路４０１は、さらにバーニア周期信号θΔ１（第１の差分信号）を、θΔ１＝θｉｎｃ１−θｉｎｃ２の演算によって得る。同様に、読み取り領域２１３、２１４の反射光より信号を検出したセンサユニット３０３は、検出信号を信号処理回路４０１に送り、インクリメント出力θｉｎｃ３、θｉｎｃ４をそれぞれ得る。信号処理回路４０１は、さらにバーニア周期信号θΔ２（第２の差分信号）を、θΔ２＝θｉｎｃ４−θｉｎｃ３の演算によって得る。

これら２つのバーニア周期信号θΔ１、θΔ２より、１回転に１周期となるアブソリュート角度信号θＡＢＳを、θＡＢＳ＝θΔ１−θΔ２の演算によって得る。すなわち、信号処理回路４０１は、第１の差分信号と第２の差分信号との差分に基づいてロータリースケール２０１ａの回転角度を算出する。

さらに、最も周期の短い最下位のインクリメント信号θｉｎｃを、θｉｎｃ＝θｉｎｃ２＋θｉｎｃ４の演算により取得する。このとき、１８０°対向する配置の和であれば、θｉｎｃ＝θｉｎｃ１＋θｉｎｃ４等の別の組み合わせでも構わない。このような構成により、最下位周期信号の偏心の影響を抑制することができる。

次に、本実施例における初期化動作の手順について説明する。まず、所定の方向にロータリースケール２０１ａを回転させ、アブソリュート角度信号θＡＢＳのゼロクロス通過後の、最初のバーニア周期信号θΔ１のゼロクロスを検出し、さらにその直後のθｉｎｃのゼロクロスを検出する。その点を仮想原点に設定する。この仮想原点におけるアブソリュート角度信号θＡＢＳの位相をθＡＢＳ＿ｏｆｆｓｅｔとし、同時点のバーニア周期信号θΔ１の位相をθΔｏｆｆｓｅｔとする。この初期化動作時に、信号処理回路４０１はθＡＢＳ＿ｏｆｆｓｅｔ、θΔｏｆｆｓｅｔを記憶装置４０２に書き込む。

次に、角度検出の動作について説明する。アブソリュート角度信号θＡＢＳ、バーニア周期信号θΔ１、インクリメント出力θｉｎｃ、及び、記憶装置４０２に記憶されているθＡＢＳ＿ｏｆｆｓｅｔ、θΔｏｆｆｓｅｔより、次の式（９）、（１０）による演算を行う。

θＡＢＳ´＝Ｒｏｕｎｄ［（θＡＢＳ−θＡＢＳ＿ｏｆｆｓｅｔ）−（θΔ−θΔｏｆｆｓｅｔ）／４０］＋（θΔ−θΔｏｆｆｓｅｔ）／４０ … （９）
θＡＢＳ＿ｏｕｔ＝Ｒｏｕｎｄ［（θＡＢＳ’−θｉｎｃ／３２０）＋θｉｎｃ／３２０ … （１０）
このようにして得られたθＡＢＳ＿ｏｕｔを角度検出値（回転角度）として出力する。このとき、実施例１で説明したように、偏心によるθＡＢＳ´の角度検出誤差が抑制されるため、θＡＢＳ´から放射スリット信号θｉｎｃへの位相同期が安定して行われる。さらに、バーニア周期信号θΔ１、θΔ２から生成されたアブソリュート信号θＡＢＳについても、偏心の影響が抑制されているため、アブソリュート信号θＡＢＳとバーニア周期信号θΔ１の位相同期も安定して行われる。このように、本実施例では、最上位のアブソリュート信号についても偏心の影響が抑制されるため、高精度な検出が可能となる。

図１０は、実施例３におけるロータリーエンコーダ１０２の構成図である。ロータリーエンコーダ１０２は、回転軸に取り付けられるロータリースケール２０１ａ、センサユニット３０４（センサユニット部）、信号処理回路４０１、及び、記憶装置４０２を備える。信号処理回路４０１は、センサユニット３０４で得られたエンコーダ信号の内挿処理、及び、記憶装置４０２への信号の書き込みや読み出し等を行う。

図１１は、本実施例におけるロータリースケール２０１ａの構成図である。なお、ロータリースケール２０１ａは実施例２と同様である。センサユニット３０４は、パターン２０２、２０３、２０４（第１、第２、第３のスリット列）からの信号をそれぞれ検出する第１のセンサ、第２のセンサ、第３のセンサを備える。図中の点２２５、２２６、２２７は、中心点２２０を始点とした同一線分上にあり、中心点２２０からの距離Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３がそれぞれ４．０７ｍｍ、３．２６ｍｍ、２．４６ｍｍの点である。本実施例では、パターン２０２のスリット数Ｓ１は２００本、パターン２０３のスリット数Ｓ２は１６０本、パターン２０４のスリット数Ｓ３は１２１本である。このため、Ｓ１／Ｒ１≒Ｓ２／Ｒ２≒Ｓ３／Ｒ３が満たされる。

本実施例において、点２２５、２２６、２２７はそれぞれ、読み取り領域２１５、２１６、２１７の中央付近に設定されているが、これに限定されるものではない。点２２５、２２６、２２７としては、読み取り領域２１５、２１６、２１７のそれぞれの内部に位置する任意の点を用いることができる。ここで、読み取り領域２１５の内部において、中心点２２０からの距離の最大値をＲ１_ｍａｘとし、最小値をＲ１_ｍｉｎとする。また、読み取り領域２１６の内部において、中心点２２０からの距離の最大値をＲ２_ｍａｘとし、最小値をＲ２_ｍｉｎとする。また、読み取り領域２１７の内部において、中心点２２０からの距離の最大値をＲ３_ｍａｘとし、最小値をＲ３_ｍｉｎとする。このとき、スリット数Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、距離Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を以下の式（１１）、（１２）の両方を満たすように設定すればよい。

Ｒ１_ｍｉｎ／Ｒ２_ｍａｘ≦Ｓ１／Ｓ２≦Ｒ１_ｍａｘ／Ｒ２_ｍｉｎ … （１１）
Ｒ２_ｍｉｎ／Ｒ３_ｍａｘ≦Ｓ２／Ｓ３≦Ｒ２_ｍａｘ／Ｒ３_ｍｉｎ … （１２）
図１２は、本実施例におけるセンサユニット３０４の構成図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図を示す。センサユニット３０４は、ＬＥＤ３１０とフォトダイオードアレイ３１３、３１４、３１５が同一パッケージ内に実装された受発光一体型のセンサユニットである。フォトダイオードアレイ３１３、３１４、３１５（第１、第２、第３のセンサ）は、同一のアレイピッチで形成されている。

センサユニット３０４内のＬＥＤ３１０から出射した発散光束は、ロータリースケール２０１ａのパターン２０２、２０３、２０４上の読み取り領域２１５、２１６、２１７に照射される。図１２（ｂ）において、読み取り領域２１５、２１６、２１７の位置は、それぞれ、ＬＥＤ３１０とフォトダイオードアレイ３１３、３１４、３１５の４隅を結ぶ線の中点によって囲まれる領域である。

読み取り領域２１５、２１６、２１７から反射した光束は、センサユニット３０４内のフォトダイオードアレイ３１３、３１４、３１５に向けてそれぞれ反射される。フォトダイオードアレイ３１３、３１４、３１５によって受光された光束は電気信号に変換され、エンコーダ信号として信号処理回路４０１に送られる。信号処理回路４０１によって、逆正接演算による内挿処理をされ、インクリメント出力θｉｎｃ１、θｉｎｃ２、θｉｎｃ３をそれぞれ得る。信号処理回路４０１は、さらにバーニア周期信号θΔ１を、θΔ１＝θｉｎｃ１−θｉｎｃ２の演算によって得る。信号処理回路４０１は、さらにバーニア周期信号θΔ２を、θΔ２＝θｉｎｃ２−θｉｎｃ３の演算によって得る。さらに、信号処理回路４０１は、これら２つのバーニア周期信号θΔ１、θΔ２より、１回転に１周期となるアブソリュート信号θＡＢＳをθＡＢＳ＝θΔ１−θΔ２のなる演算によって得る。

次に、本実施例における角度検出の動作について説明する。なお、本実施例における初期化動作の手順は実施例２と同様であるため、ここでの説明は省略する。まず、アブソリュート角度信号θＡＢＳ、バーニア周期信号θΔ１、インクリメント出力θｉｎｃ１、及び、記憶装置４０２に記憶されているθＡＢＳ＿ｏｆｆｓｅｔ、θΔｏｆｆｓｅｔより、次の式（１３）、（１４）による演算を行う。

θＡＢＳ´＝Ｒｏｕｎｄ［（θＡＢＳ−θＡＢＳ＿ｏｆｆｓｅｔ）−（θΔ１−θΔｏｆｆｓｅｔ）／４０］＋（θΔ１−θΔｏｆｆｓｅｔ）／４０ … （１３）
θＡＢＳ＿ｏｕｔ＝Ｒｏｕｎｄ［（θＡＢＳ’−θｉｎｃ１／２００）＋θｉｎｃ１／２００ … （１４）
このようにして得られたθＡＢＳ＿ｏｕｔを角度検出値として出力する。このとき、実施例１にて説明したように、偏心によるθＡＢＳ´の角度検出誤差が抑制されるため、θＡＢＳ´から放射スリット信号θｉｎｃ１への位相同期が安定して行われる。さらに、バーニア周期信号θΔ１、θΔ２から生成されたアブソリュート信号θＡＢＳも偏心の影響が抑制されているため、アブソリュート信号θＡＢＳとバーニア周期信号θΔ１の位相同期も安定して行われる。本実施例によれば、最上位のアブソリュート信号も偏心の影響を受けにくくなるため、安定な検出が可能となる。

上記各実施例によれば、バーニア検出において、偏心によって発生する検出誤差を低減した高精度なロータリーエンコーダを提供することができる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

２０１ ロータリースケール
２０２、２０３ パターン
２１１ 読み出し領域
２１２ 読み出し領域
３０２ センサユニット
３１１、３１２ フォトダイオードアレイ
４０１ 信号処理回路

Claims (5)

1. スリット数Ｓ１からなる第１のスリット列、及び、スリット数Ｓ２からなる第２のスリット列を中心点に対して同心円状に形成したスケール部と、
   第１の読み取り領域にて前記第１のスリット列からの信号を検出する第１のセンサ、及び、第２の読み取り領域にて前記第２のスリット列からの信号を検出する第２のセンサを備えたセンサユニット部と、
   前記センサユニット部にて検出された信号を処理する信号処理回路と、を有し、
   前記第１の読み取り領域の前記中心点からの距離の最大値をＲ１_ｍａｘ、最小値をＲ１_ｍｉｎとし、前記第２の読み取り領域の前記中心点からの距離の最大値をＲ２_ｍａｘ、最小値をＲ２_ｍｉｎとするとき、
   Ｒ１_ｍｉｎ／Ｒ２_ｍａｘ≦Ｓ１／Ｓ２≦Ｒ１_ｍａｘ／Ｒ２_ｍｉｎ
   を満たすことを特徴とするロータリーエンコーダ。
2. 前記センサユニット部は、１つの光源から照射された光を前記第１のセンサ及び前記第２のセンサの両方で受光するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリーエンコーダ。
3. 前記スケール部は、絶対位置検出用パターンを有し、
   前記センサユニット部は、前記絶対位置検出用パターンからの信号を検出する第３のセンサを有し、
   前記信号処理回路は、前記第１のセンサで検出される前記信号の位相と前記第２のセンサで検出される前記信号の位相との差分から第１の差分信号を算出し、前記第３のセンサで検出される信号と前記第１の差分信号とを用いて前記スケール部の回転角度を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリーエンコーダ。
4. 前記スケール部には、更に、スリット数Ｓ３からなる第３のスリット列が前記中心点に対して同心円状に形成されており、
   前記センサユニット部は、更に、第３の読み取り領域にて前記第３のスリット列からの信号を検出する第３のセンサ、及び、第４の読み取り領域にて前記第２のスリット列からの信号を検出する第４のセンサを備え、
   前記第３の読み取り領域の前記中心点からの距離の最大値をＲ３_ｍａｘ、最小値をＲ３_ｍｉｎとし、前記第４の読み取り領域の前記中心点からの距離の最大値をＲ４_ｍａｘ、最小値をＲ４_ｍｉｎとしたとき、
   Ｒ４_ｍｉｎ／Ｒ３_ｍａｘ≦Ｓ２／Ｓ３≦Ｒ４_ｍａｘ／Ｒ３_ｍｉｎ
   を満たし、
   前記信号処理回路は、前記第１のセンサで検出される前記信号の位相と前記第２のセンサで検出される前記信号の位相との差分から第１の差分信号を算出し、
   前記第３のセンサで検出される前記信号の位相と前記第４のセンサで検出される前記信号の位相との差分から第２の差分信号を算出し、
   前記第１の差分信号と前記第２の差分信号との差分に基づいて前記スケール部の回転角度を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリーエンコーダ。
5. 前記スケール部には、更に、スリット数Ｓ３からなる第３のスリット列が前記中心点に対して同心円状に形成されており、
   前記センサユニット部は、更に、第３の読み取り領域にて前記第３のスリット列からの信号を検出する第３のセンサを備え、
   前記第３の読み取り領域の前記中心点からの距離の最大値をＲ３_ｍａｘ、最小値をＲ３_ｍｉｎとしたとき、
   Ｒ２_ｍｉｎ／Ｒ３_ｍａｘ≦Ｓ２／Ｓ３≦Ｒ２_ｍａｘ／Ｒ３_ｍｉｎ
   を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリーエンコーダ。