JP2012127818A

JP2012127818A - アブソリュートロータリーエンコーダ

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Publication number: JP2012127818A
Application number: JP2010279863A
Authority: JP
Inventors: Akira Ishizuka; 公石塚
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: JP5787513B2; EP2466266A2; EP2466266A3; US8785838B2; US20120153135A1

Abstract

【課題】精度の点で有利なアブソリュートロータリーエンコーダを提供する。
【解決手段】第１軸の周りに一定の周期で複数のマークが配列され第２軸を回転中心として回転するスケールと、前記周期よりも小さいピッチで配置された複数の光電変換素子によって複数のマークの中の一部のマークを検出する第１検出器及び第２検出器のそれぞれから出力される周期信号に基づいて第１検出器の位置におけるスケールの絶対回転角度を算出する算出部と、を備える。前記算出部は、第１検出器から出力された周期信号の振幅を量子化することによってデータ列を生成し、該データ列を第１角度データに変換し、第１検出器及び第２検出器から出力された周期信号の振幅をそれぞれ規格化し、該振幅が規格化された周期信号を平均化し、該平均化された周期信号の位相から第１角度データよりも最小単位が小さい第２角度データを算出し、第１角度データと第２角度データとを合成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、産業用加工、計測装置、サーボモーターに使用される分解能又は精度の角度計測を行うアブソリュートロータリーエンコーダに関する。

従来、角度を計測する目的で、インクリメンタルロータリーエンコーダやアブソリュートロータリーエンコーダが用いられる。インクリメンタルロータリーエンコーダは一定周期のスリットをディスクに記録し、そのスリットの相対回転移動を光学的又は磁気的に読み取り、読み取り結果を原点検出機構と組合せることで絶対位置を算出する。なお近年はスリットのピッチを８０ミクロン程度にまで高精細化し、更に電気分割器にて1カウント内の位相情報を１００００分割程度で内挿する高分解能な製品も多数ある。また通常はスリットを1つずつ読み取るのではなく、複数のスリットを光学的に平均して読み取るため、ごみ、傷、欠陥やスリット自身のパターン誤差がキャンセルされて、高精度である。しかし最初に原点を検出しないと絶対角度情報が得られないため、特に工作機械やロボット分野への応用は限られていた。

アブソリュートエンコーダは、バイナリーパターンとして各種考案されていて、バイナリーパターンを複数のトラックに記録する所謂グレイコード方式と1トラックに乱数符号を記録する方式がある。しかし、グレイコード方式では異なるトラックの情報の検出の同期が取付誤差により困難になりやすく、分解能はあまり高くない。そこでバイナリー符号１，０を、透過率の大小や、スリット幅の太細や、等間隔に配置したスリットやピットの有無などで表現し、それを循環符号パターンとして、１トラックに記録する方式が提案されている。ここで循環符号パターンとは、１周に１、０をランダムに配置し、隣接するＭ個のパターンに注目したとき、全周にて同じ配列の箇所が絶対に無いパターンを言う。特許文献１には、循環符号の一種のＭ系列コードを用いたアブソリュートエンコーダが開示されている。特許文献１記載のアブソリュートエンコーダは、アブソリュートコードパターンの透過部分と非透過部分との比率を変調する方式で、符号の切り替わり部（エッジ部）の位置を高精細な画素の受光素子アレイにて内挿することで分解能を向上させようとしている。

特許文献２には、等間隔に周期的に配列した反射スリットを部分的に除去したアブソリュートコードを使用するするアブソリュートエンコーダが開示されている。特許文献２記載のアブソリュートエンコーダは、アブソリュートコードを記録したスケールを受光素子アレイで撮像した実際の画像情報と予め計算した参照テーブルデータとをパターンマッチング（相関演算）して絶対位置を計測する。

上述のアブソリュートエンコーダをロータリーエンコーダに適用する場合、ディスクの回転中心と放射状に多数配置されたスリットの中心とのずれ（偏心）があると計測精度が低下する。従来からインクリメンタルエンコーダにおいては、１つのディスクに対して２つの検出部を対向して配置し、角度の計測値を平均化することで、ディスクの偏心による精度の低下分をキャンセルすることが広く行われている。偏心量が放射状に配置されたスリットのピッチより十分小さい場合では、２つの検出部からの正弦波状信号をそのまま加算するという簡便な方法で正弦波の位相が平均化できるからである。

しかし、アブソリュートロータリーエンコーダの場合、符号の検出と高分解能化された信号の処理が複雑であるため、２つの検出部からの信号を平均化する簡便な方法がこれまで考案されていない。さらに、機器組込タイプ（モジュール型）のロータリーエンコーダの場合、ディスクと検出ヘッドとの間の位置誤差により信号が劣化することが知られているが、そのような劣化による精度の低下を防止することも必要である。このような事情の下、対向配置タイプのアブソリュートロータリーエンコーダはこれまで実現されていなかった。

特開昭６０−８９７１３号公報特表２００４−５２９３４４号公報

このようにディスクの偏心の影響をキャンセルできる高精度、高分解能を両立するアブソリュートロータリーエンコーダを実現することが切望されていた。特にディスクと検出ヘッドを分離した所謂モジュール型エンコーダにおいては、ディスクの偏心が生じやすいため、偏心などの取付誤差があっても高精度を維持する方式のアブソリュートロータリーエンコーダが望まれていた。

本発明は、精度の点で有利なアブソリュートロータリーエンコーダを提供することを例示的目的とする。

本発明は、アブソリュートロータリーエンコーダであって、第１軸の周りに一定の周期で複数のマークが配列され第２軸を回転中心として回転するスケールと、前記周期よりも小さいピッチで配置された複数の光電変換素子によって前記複数のマークの中の一部のマークを検出する第１検出器と、前記周期よりも小さいピッチで配置された複数の光電変換素子によって前記複数のマークの中の一部のマークを検出する第２検出器と、前記第１検出器及び前記第２検出器のそれぞれから出力される周期信号に基づいて前記第１検出器の位置における前記スケールの絶対回転角度を算出する算出部と、を備え、前記算出部は、前記第１検出器から出力された周期信号の振幅を量子化することによってデータ列を生成し、該データ列を第１角度データに変換し、前記第１検出器及び前記第２検出器から出力された周期信号の振幅をそれぞれ規格化し、該振幅が規格化された周期信号を平均化し、該平均化された周期信号の位相から前記第１角度データよりも最小単位が小さい第２角度データを算出し、前記第１角度データと前記第２角度データとを合成して前記スケールの絶対回転角度を表すデータを生成する、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、精度の点で有利なアブソリュートロータリーエンコーダを提供することができる。

第１実施形態の透過スリット型アブソリュートロータリーエンコーダの斜視図である。第１実施形態の透過スリット型アブソリュートロータリーエンコーダの算出部のフローを説明する図である。第２実施形態の透過スリット型アブソリュートロータリーエンコーダの検出部を説明する図である。第３の実施形態の透過スリット型アブソリュートロータリーエンコーダの斜視図である。

［第１実施形態］
図１、図２を用いて第１実施形態のアブソリュートロータリーエンコーダを説明する。図１は、透過スリット型のアブソリュートロータリーエンコーダの構成を説明する図である。図２は、その算出部における信号処理のフローを説明する図である。第１実施形態のアブソリュートロータリーエンコーダは、回転軸（第２軸）を回転中心として回転するディスク（円板）DSKに形成されたスケールの絶対回転角度を検出する。

図１に示すように、ディスク（円板）DSKの回転軸（第２軸）に対して略対称に２つの検出ヘッドHEAD_A,HEAD_Bが配置されている。点光源LED_A，LED_Bからそれぞれ射出された発散光束は、コリメータレンズLNS_A，LNS_Bにて平行光に変換される。平行光は、スリットGTを有するＭビットのアブソリュートコードを埋め込んだ相対回転移動するディスクDSKのスケールの部分に照明される。

スケールには、まず非透過スリットをディスクDSKの中心軸の周り（第１軸の周り）に等角度で放射状に配列し、その間に透過スリット又は半透過スリットを配列している。もちろん、ディスクDSKに、透過スリットを等角度で放射状に配列し、その間に非透過スリット又は半透過スリットを配列するようにもできる。半透過スリットは、透過スリットに半透過薄膜の付設、透過スリットのサイズの縮小、ハッチングパターン等による部分遮断などにより実現できるが、透過光量が減少できればどの手法を用いても構わない。図１では半透過スリットを模式的に点線で記述している。

半透過スリット及び透過スリットの２種類のスリットが一定の周期で２種類のマークを構成し、２種類のスリットが複数配列されて、Ｍビットのアブソリュートコードを形成するスケールを形成している。第１実施形態では、２種類のマークは形状が同じで透過率が互いに異なり、かつ、２種類のマークのそれぞれはマーク内において一様の透過率を有している。第１実施形態では、アブソリュートコードのビット数ＭはＭ＝１１である。

ディスクDSKの半透過スリット及び透過スリットからなるマークを透過した光は第１検出器、第２検出器（受光素子アレイ）PDA_A，PDA_Bにて受光される。以降は、検出ヘッドHEAD_A,HEAD_Bを模式的に上下に並べた図２を用いて説明する。各受光素子アレイPDA_A，PDA_Bは、マークの周期より小さいピッチでマークの配列方向に沿って配列された複数の光電変換素子によって一部の数（１１個）のマークの列を検出する。受光素子アレイPDA_A，PDA_Bは、１個のマークに対してＮ個の光電変換素子が対応するように配置されていて、各光電変換素子から出力される位相が等間隔にずれているように構成されている。第１実施形態では、１つのマークの信号の分割数ＮをＮ＝１２とし、受光素子アレイPDA_A，PDA_Bのチャンネル数をＮ×Ｍ＝１３２としている。このようにすることで、受光素子アレイPDA_A，PDA_Bの１３２チャンネルで１１周期の周期信号SIG_A，SIG_Bが必ず得られることになる。

アブソリュートコードは透過部を１、半透過部を０とするＭ系列符号又は原始多項式で生成されたその他の巡回符号を用いることができる。Ｍ系列符号とは、１，０をランダムに配置し、隣接する複数個のパターンに注目したとき、同じ配列の箇所が無い循環符号パターンの１種であり、その周期が最長になるパターンのことをいう。受光素子アレイPDA_A，PDA_Bへの入射光の明暗分布はGRPH0_A、GRPH0_Bのようになる。受光素子アレイPDA_A，PDA_Bの各素子から明暗に応じた複数の電気信号が出力されるが、ここでは各受光素子PDA_A，PDA_Bから出力される複数の電気信号を一旦レジスタREGに収容する。電気信号を外部から印加されたクロック信号をトリガにしてシリアル転送する。シリアル転送された信号波形GRPH1_A、GRPH1_B（不図示）は、受光素子アレイPDA_A，PDA_Bに入射する光量分布を示すGRPH0_A，GRPH0_Bと同じである。シリアル転送された信号波形GRPH1_A、GRPH1_Bは、正弦波波形がアブソリュートコードによってその振幅が変調されたものとして示されている。しかし、実際の波形は、ディスクDSKと受光素子アレイPDA_A，PDA_Bとの間隔の変動によって三角波になったり台形状になったりして正弦波に歪が加わっている。この受光素子アレイPDA_A，PDA_Bからの２つの出力波形は、以降、受光素子アレイのチャンネル数Ｎ×Ｍ＝１３２に対応した「波形データ」として扱い、以降の算出部CULC_A，CULC_Bにて次々と「波形データ」が変換される。

算出部CULC_A，CULC_Bは、受光素子アレイPDA_A，PDA_Bの出力するシリアル転送波形GRPH1_A、GRPH1_Bに基づいて受光素子アレイPDA_A，PDA_Bに対するディスクDSKの絶対位置を算出する。シリアル転送波形GRPH1_A、GRPH1_Bは、算出部CULC_A，CULC_Bの中の第１算出部CULC1_A，CULC1_Bと第２算出部CULC2_A，CULC2_Bとによって処理される。第１算出部CULC1_Aは、受光素子アレイPDA_Aから出力された１２個の周期信号それぞれの振幅を量子化することによって１２個のデータで構成されるデータ列を生成し、このデータ列を、前記周期を最小単位とする第１角度データに変換する。すなわち、第１算出部CULC1_Aは、まず、中心の光電変換素子およびその近傍の所定の数（隣接する５個）の光電変換素子の出力の総和の信号を算出し、シリアル転送波形GRPH1_AをGRPH2_Aのような波形に変換する。第１算出部CULC1_Aは、更に、算出された総和の信号を基準値（中間強度）と比較することで量子化（２値化）してGRPH2_AをGRPH3_Aのようなデジタル信号波形に変換する。このGRPH3_Aの波形は第１の仮のアブソリュートコード（整数部）となる。第１算出部CULC1_Aは、第１の仮のアブソリュートコードをマークの周期を単位とする第１角度データに変換する。第２算出部CULC2_Aは、受光素子アレイPDA_Aからのシリアル転送波形GRPH1_Aに第１算出部CULC1_Aから出力された第１の仮のアブソリュートコードが１の場合は１を、０の場合は２を乗算する。そうすることで、第２算出部CULC2_Aは、GRPH4_Aのように、アブソリュートコードの振幅変調の影響を除去した振幅が規格化された周期信号WAV_Aを生成する。

第１算出部CULC1_Bは、第１算出部CULC1_Aと同様に、シリアル転送波形GRPH1_Bを波形GRPH2_B（不図示）に変換し、さらに、波形GRPH2_Bをデジタル信号波形GRPH3_B（不図示）に変換する。このGRPH3_Bの波形は第２の仮のアブソリュートコード（整数部）となる。第２算出部CULC2_Bは、受光素子アレイPDA_Bからのシリアル転送波形GRPH1_Bに第１算出部CULC1_Bから出力された第２の仮のアブソリュートコードが１の場合は１を、０の場合は２を乗算する。そうすることで、第２算出部CULC2_Bは、GRPH4_Bのように、アブソリュートコードの振幅変調の影響を除去した振幅が規格化された周期信号WAV_Bを生成する。

第２算出部CULC2_Aは、これらの２つの周期信号WAV_A、WAV_Bを加算し、平均の周期信号WAV_ABを生成する。第２算出部CULC2_Aは、生成された平均の周期信号WAV_ABを４つの信号に分配後、４つの信号にそれぞれ｛（１−sinωｔ）／２｝、｛（１−cosωｔ）／２｝、｛（１＋sinωｔ）／２｝、｛（１＋cosωｔ）／２｝のいずれかを乗算する。第２算出部CULC2_Aは、各要素の総和を演算することで、所謂インクリメンタルエンコーダにおける互いに９０°の位相差を有するA(+)、B(+)、A(-)、B(-)の4相信号（電圧）を生成する。周期信号WAV_A，WAV_Bは、２つの検出ヘッドHEAD_A,HEAD_BをディスクDSKの回転軸に対して理想的に対称に配置しているときに両者の周期信号の位相が一致する。しかし、配置の誤差やディスクDSKの偏心が存在する場合、２つの周期信号WAV_A，WAV_Bの間に位相差が発生する。位相差が１８０°になると、加算した信号WAV_ABの振幅が失われるので、加算信号の振幅が十分得られるように検出ヘッドの位置を修正して位相差が十分小さくなるように配置する必要がある。検出ヘッドHEAD_Aを測定基準とし、検出ヘッドHEAD_Bが検出している放射状のスリットのピッチ（長さ）をPT2、ディスクの想定する最大偏心量をeとする。そうすると、一般的に理想的な対向位置（１８０°の位置）に対して検出ヘッドHEAD_Bの配置する位置は、位相差が零になる場所±（PT2/4−e）の範囲である。例えば PT2＝８０μｍ、e＝５μｍならば、理想的な対向位置は、位相差が零になる場所±１５μｍの範囲である。位相差が零になる位置は、１８０°の対向位置付近に周期PT2毎に複数存在するが、いずれでも構わない。これらの事情は従来例で述べたインクリメンタルエンコーダにて１つのディスクに対して２つの検出部を対向配置し、角度計測値を平均化することで、ディスク偏心による精度低下分をキャンセルするときの要件と同じである。

第２算出部CULC2_Aは、さらに、サイン乗算信号の総和A(+)、A(-)の差信号とコサイン乗算信号の総和B(+)、B(-)の差信号を用いてアークタンジェント演算ATN（又は、除算によるテーブル参照）する。そうすると、第２算出部CULC2_Aは、所謂インクリメンタルエンコーダと同等の分解能を有する周期信号の位相PHSを算出することができる。なお、ωtが、シリアル転送波形が明暗１周期分移動する位相に相当する。この位相の情報は、元の周期信号の周期性が保証されていてさらに振幅が規格化されているため、受光素子アレイPDA_A，PDA_B自体から出力される正弦波波形に歪が含まれていても、総和信号同士の割り算を行うため原理的に歪の影響を受けない。そのため、第２算出部CULC2_Aによって算出された位相の情報は、非常に高精度であり高分割可能で通常１０００以上に分割可能である。第２算出部CULC2_Aは、振幅が規格化された１２個の周期信号の少なくとも１つの位相の情報から、マークの周期を分割した区分の長さの分解能で第１角度データよりも最小単位が小さい第２角度データを算出する。

第３算出部CULC3は、第１算出部CULC1_A，CULC1_Bのいずれかにより変換された第１角度データと第２算出部CULC2_Aにより算出された第２角度データとを合成してディスクDSKの絶対回転角度を表すデータを生成する。第３算出部CULC3は、生成されたディスクDSKの絶対回転角度を表すデータをアブソリュートエンコーダの最終コードとしてレジスタREGに保管する。このレジスタREGに収容されたデータは要求に応じてシリアル出力される。受光素子アレイPDA_A，PDA_Bを元に生成された信号（GRPH2_A，GRPH2_Bの上側の波形）の要素数は、受光素子アレイPDA_A，PDA_Bのチャンネルに相当する信号数Ｎ×Ｍ＝１３２だけある。したがって、受光素子アレイPDA_A，PDA_Bを元に生成された信号をＮ＝１２毎に抜き出して配列すれば、そのままＭビットの整数部アブソリュートコードになる。Ｍビットのアブソリュートコードは循環符号のままでも良いし、通常の２進符号に変換して出力しても良い。また、Ｍビットのアブソリュートコードは、通常は、位相情報PHSの値を用いて、切り替わりのタイミングを同期させる処理を行う必要がある。例えば、位相情報PHS（小数点以下の部分）を元に、内挿部に相当するアブソリュートコードを生成するには、演算で算出された位相の値をＫビットで量子化して、それをＫビットの２進符号に変換する。以上のように得られたＭビットの整数部アブソリュートコードＭ−ＣＯＤＥとＫビットの内挿部アブソリュートコードＫ−ＣＯＤＥはそのまま上位と下位に連結させたシリアル信号として出力することで、アブソリュートエンコーダが実現される。

以上のように構成されたエンコーダは、位相情報を、ディスクDSKの回転軸に対して対称な２箇所でそれぞれＮ個のマークよりＮ組の周期信号を平均化して演算することによって算出する。そのため、アークタンジェント演算で内挿された位相情報の値は、従来のインクリメンタルエンコーダと同等以上に高精度である。本実施形態では、アブソリュートコードの切り替わり部も、Ｎ組の周期信号を平均化して演算した位相情報を用いている。そのため、部分的なマークのエッジの描画誤差の影響を受けずにアブソリュートコードの切り替わり部を規定するため、アブソリュートコード整数部の精度も非常に高精度である。したがって、最終的に出力されるアブソリュートコードは、ディスクの偏心があっても高精度を維持する高分解能アブソリュートエンコーダが実現できる。

［第２実施形態］
図３は第２実施形態のアブソリュートロータリーエンコーダを示す。第１実施形態の２種類のマークである透過スリットと半透過スリットのそれぞれはマーク内において一様の透過率を有するものであった。第２実施形態では、２種類のマークとして、それぞれがマーク内の位置に応じて変化する透過率を有するものを使用する。すなわち、第２実施形態では、連続的に透過濃度が変化するように形成したパターンを用いていて、透過率の極大値が大のパターンと透過率の極大値が小のパターンとをバイナリー符号の１、０に対応させるように記録している。なお前記連続的な透過濃度の変化の付与方法としては、薄膜の構成の変化による方法、境界部の形状を直線ではなく曲線にするなどして透過光量が連続的に変化させる方法、ハッチングによる遮光手段を追加する方法などがある。

［第３実施形態］
図４は第３実施形態のアブソリュートロータリーエンコーダを示す。第１及び第２実施形態では、２種類のマークとして、形状が同じで透過率が互いに異なるマークを使用した。第３実施形態では、透過率は同じであるがマークの方向（第１方向）に直交する方向（第２方向）における長さが互いに異なる２種類のマークを使用する。ディスクDSK上に長い透過スリットGT2と短い透過スリットGT1とをバイナリー符号の１、０に対応させるように記録してある。このディスクDSKの回転軸に対して検出ヘッドHEAD_A,HEAD_Bを配置している。検出ヘッドHEAD_Aは点光源LED_Aから射出した発散光束を、コリメータレンズLNS_Aにて平行光に変換し、相対回転移動するディスクDSK上の透過スリットGT1,GT2に照明し、その透過光を受光素子アレイPDA_Aにて受光する。検出ヘッドHEAD_Bは点光源LED_Bから射出した発散光束を、コリメータレンズLNS_Bにて平行光に変換し、相対回転移動するディスクDSK上の透過スリットGT1,GT2に照明し、その透過光を受光素子アレイPDA_Bにて受光する。

〔他の実施形態〕
本発明は、第１実施形態の構成にとらわれず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。第１実施形態では、非透過スリットを等間隔で配置し、その間に透過スリット又は半透過スリットを配置することで、透過スリットと半透過スリットとをアブソリュートコードを構成するマークとした。しかし、全透過スリットを等間隔で配置し、その間に非透過スリット又は半透過スリットを配置することで、非透過スリットと半透過スリットとをアブソリュートコードを構成するマークとしてもよい。その場合の光量分布は、GRPH0_A，GRPH0_Bの波形を上下反転させたものになり、それに応じて２値化処理部等を変更すればよい。また透過光量や反射光量を１００％と５０％の２値ではなく、その他の値（１００％と７０％とか）にしたり、３値以上（例えば、１００％、７５％、５０％、２５％の４値）にしたりした循環コードを用いても良い。その場合は１スリットあたり２ビット以上の情報を埋め込める。第１実施形態のように明暗１周期を１２素子で検出するとディスクDSKと受光素子アレイPDA_A，PDA_Bとの間隔の変動で受光素子アレイ上への光投影パターンが正弦波状にならない場合がある。しかし、１スリットあたり２ビット以上の情報を埋め込めると、３次以上の高調波歪成分を効果的に除去できるので高精度に位相を演算することができる。但し、必要精度や受光素子アレイPDA_A，PDA_Bの入手性を勘案し、明暗１周期を３素子や４素子、６素子、８素子等に変更しても良い。

第１〜３実施形態では、受光素子アレイPDA_A，PDA_Bは、複数のマークを透過した光によってマークの列を検出した。しかし、受光素子アレイPDA_A，PDA_Bは、マークで反射した光を受光することでマークの列を検出するようにしてもよい。その場合、複数のマークは、形状が同じで反射率が互いに異なる少なくとも２種類のマーク、または、反射率が同じで形状が互いに異なる少なくとも２種類のマークを含むようにすることができる。

受光素子アレイPDA_A，PDA_Bは、アブソリュートコードのビット数以上の光電変換素子数にして、信号を取り込んで演算しても良い。その場合は、周期信号の所謂「インクリメンタルエンコーダのスリットの平均化効果」が増大し、更なる高精度化が得られる。また適切な信号処理により部分的な読込みエラーの影響を軽減する（冗長性が増す）方法も適用できる。受光素子アレイPDA_A，PDA_Bの各光電変換素子の感度バラツキや光学系に起因する光量ムラを考慮し必要に応じて第１実施形態で演算に用いた数式又は値を変更しても良い。また必要精度に応じて近似値を適用しても良い。

図２の信号処理を行う算出部は、同等な機能を他のアルゴリズムやフローで実現させても良い。受光素子アレイからの信号を並列アナログ回路で加減乗算処理する方法、シリアルアナログ回路で加減乗算処理又はフィルタリング処理する方法、受光素子アレイの信号を直ちにＡＤ変換し、デジタル情報としてＦＰＧＡ等にて演算処理する方法が考えられる。第１実施形態では、エンコーダ光学系として平行光を直接透過させるエンコーダ光学系を用いたが、発散光による拡大照明光学系やレンズを用いた結像光学系、その他の光学系による検出方法も可能である。

また、ロータリーエンコーダのスケールを、円筒体の円筒面に周方向に沿って等間隔で配置された直線状のスリットとして記録したものを用い、２つの検出ヘッドを円筒面に近接して配置した構成を用いることもできる。

本発明のアブソリュートロータリーエンコーダでは、下記の効果が得られる。
・ディスクの偏心による測定誤差をキャンセルする機能を有するアブソリュートロータリーエンコーダを構成することで、ディスクの偏心が生じた場合でも、対向する２箇所の検出ヘッドの検出結果を簡便に平均化できるため、高精度の測定結果が得られる。
・受光素子アレイから出力される情報は、振幅変調としてのアブソリュートコード情報を有していると同時に周期（位相）情報を有しており、それらを元にアブソリュートコードを算出する。そのため、ディスクと検出ヘッドとの間の取付誤差により受光素子アレイに投影される光量分布が変動しても、安定して高精度の測定結果が得られる。

Claims

アブソリュートロータリーエンコーダであって、
第１軸の周りに一定の周期で複数のマークが配列され第２軸を回転中心として回転するスケールと、
前記周期よりも小さいピッチで配置された複数の光電変換素子によって前記複数のマークの中の一部のマークを検出する第１検出器と、
前記周期よりも小さいピッチで配置された複数の光電変換素子によって前記複数のマークの中の一部のマークを検出する第２検出器と、
前記第１検出器及び前記第２検出器のそれぞれから出力される周期信号に基づいて前記第１検出器の位置における前記スケールの絶対回転角度を算出する算出部と、
を備え、
前記算出部は、
前記第１検出器から出力された周期信号の振幅を量子化することによってデータ列を生成し、該データ列を第１角度データに変換し、
前記第１検出器及び前記第２検出器から出力された周期信号の振幅をそれぞれ規格化し、該振幅が規格化された周期信号を平均化し、該平均化された周期信号の位相から前記第１角度データよりも最小単位が小さい第２角度データを算出し、
前記第１角度データと前記第２角度データとを合成して前記スケールの絶対回転角度を表すデータを生成する、
ことを特徴とするアブソリュートロータリーエンコーダ。
前記複数のマークは、形状が同じで透過率が互いに異なる少なくとも２種類のマークを含み、前記複数の光電変換素子は、前記マークを透過した光を検出する、ことを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートロータリーエンコーダ。
前記少なくとも２種類のマークのそれぞれは、該マーク内において一様の透過率を有する、ことを特徴とする請求項２に記載のアブソリュートロータリーエンコーダ。
前記少なくとも２種類のマークのそれぞれは、該マーク内の位置に応じて変化する透過率を有する、ことを特徴とする請求項２に記載のアブソリュートロータリーエンコーダ。
前記複数のマークは、形状が同じで反射率が互いに異なる少なくとも２種類のマークを含み、前記複数の光電変換素子は、前記マークで反射した光を検出する、ことを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートロータリーエンコーダ。
前記複数のマークは、透過率が同じで配列方向に直交する方向における長さが互いに異なる少なくとも２種類のマークを含み、前記複数の光電変換素子は、前記マークを透過した光を検出する、ことを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートロータリーエンコーダ。
前記複数のマークは、反射率が同じで配列方向に直交する第２方向における長さが互いに異なる少なくとも２種類のマークを含み、前記複数の光電変換素子は、前記マークで反射した光を検出する、ことを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートロータリーエンコーダ。
前記算出部は、前記第１検出器の光電変換素子ごとに、該光電変換素子とその近傍の所定の数の光電変換素子との出力の総和を算出し、該算出された総和と基準値とを比較することによって前記所定の数の周期信号それぞれの振幅を量子化する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のアブソリュートロータリーエンコーダ。
前記スケールは、前記第２軸を回転中心として回転する円板に形成され、
前記複数のマークは、前記第１軸の周りに等角度で放射状に配列されている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のアブソリュートロータリーエンコーダ。
前記スケールは、前記第２軸を回転中心として回転する円筒体の円筒面に形成され、
前記複数のマークは、前記円筒面に周方向に沿って等間隔で配列されている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のアブソリュートロータリーエンコーダ。