JP2019215306A - 光学式ロータリーエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】より汚損に対する耐性の高い光学式ロータリーエンコーダを提供する。【解決手段】エンコーダ１０は、ディスク３０を備える光学式ロータリーエンコーダである。ディスク３０は、Ｍコード信号を発生するためのＭコード領域３１と、グレイコード信号を発生するためのグレイコード領域３２と、インクリメンタル信号を発生するインクリメンタル領域３３とを備える。エンコーダ１０は、アブソリュートエンコーダであってもよい。【選択図】図１

Description

この発明は、光学式ロータリーエンコーダに関する。

光学式ロータリーエンコーダは、回転体の回転位置を検出するために用いられる。従来の光学式ロータリーエンコーダの構成の例は、特許文献１〜３に記載される。回転位置の検出方式としては、グレイコードを利用する方式、Ｍコードを利用する方式、インクリメンタル信号を利用する方式、等が挙げられる。

とくに、特許文献１には検出機構に冗長性を有するエンコーダの例が記載されており、特許文献２には誤り訂正・検出機能を有するエンコーダの例が記載されており、特許文献３には異常検出機能を有するエンコーダの例が記載されている。

特開２０１６−５３５７０号公報 特開平５−２５２０３７号公報 特開平９−１０５６４６号公報

しかしながら、従来の光学式ロータリーエンコーダは汚損に弱いという問題があった。

たとえば、符号板の一部（スリット、ディスク、トラック等）にゴミや汚れが付着すると、信号異常が発生し、正常な位置検出ができなくなったり、精度が悪化したりする場合がある。

また、２つの信号を用いる冗長構成も知られているが、片方の信号に異常が発生した場合に、どちらの信号が正しいのかを判定することができない場合がある。

この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、汚損に対してより高い耐性を有する光学式ロータリーエンコーダを提供することを目的とする。

この発明に係る光学式ロータリーエンコーダは、ディスクを備える光学式ロータリーエンコーダであって、
前記ディスクは、
Ｍコード信号を発生するためのＭコード領域と、
グレイコード信号を発生するためのグレイコード領域と
インクリメンタル信号を発生するためのインクリメンタル領域と、
を備える。
特定の態様によれば、前記エンコーダはアブソリュートエンコーダである。
特定の態様によれば、前記Ｍコード領域、前記グレイコード領域および前記インクリメンタル領域は、それぞれ異なる径方向範囲に配置される。
特定の態様によれば、前記エンコーダは制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記Ｍコード信号に基づいてＭコード位置を決定し、
前記グレイコード信号に基づいてグレイコード位置を決定し、
前記インクリメンタル信号に基づいてインクリメンタル位置を決定し、
前記Ｍコード位置、前記グレイコード位置および前記インクリメンタル位置のうち少なくとも２つが一致する場合には、当該一致する位置を表す信号を出力する
よう構成される。
特定の態様によれば、前記制御装置は、
前記Ｍコード位置と前記グレイコード位置とが一致し、前記インクリメンタル位置が異なる場合には、前記インクリメンタル位置に係るエラー情報を出力し、
前記グレイコード位置と前記インクリメンタル位置とが一致し、前記Ｍコード位置が異なる場合には、前記Ｍコード位置に係るエラー情報を出力し、
前記インクリメンタル位置と前記Ｍコード位置とが一致し、前記グレイコード位置が異なる場合には、前記グレイコード位置に係るエラー情報を出力する
よう構成される。

この発明に係る光学式ロータリーエンコーダは、３種類の信号を併用して回転位置を検出するので、汚損によりいずれか１種類が利用不能となった場合でも、残り２種類の信号に基づいて正確な回転位置を検出することができ、汚損に対する耐性がより高くなる。

この発明の実施の形態１に係る光学式ロータリーエンコーダの構成の例を示す図である。 図１の光学式ロータリーエンコーダの読み取り窓の構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１に係るエンコーダ１０の構成の例を示す。エンコーダ１０は光学式のロータリーエンコーダである。また、エンコーダ１０はアブソリュートエンコーダとして機能する。

エンコーダ１０は、発光部２０と、ディスク３０と、読み取り窓部４０と、受光部５０とを備える。発光部２０から出力される光を矢印Ｌで示す。ディスク３０は遮光部および透光部（スリット等）を備えており、発光部２０から出力された光は、発光の位置とディスク３０の回転位置とに応じて、遮光部に遮られるか、または透光部を通過する。透光部を通過した光の一部は、さらに読み取り窓部４０を通過して受光部５０に到達し、受光部５０において電気的信号等の信号に変換される。

ディスク３０は、Ｍコード信号を発生するためのＭコード領域３１と、グレイコード信号を発生するためのグレイコード領域３２と、インクリメンタル信号を発生するためのインクリメンタル領域３３とを備える。Ｍコード領域３１、グレイコード領域３２およびインクリメンタル領域３３は、それぞれ１つ以上のトラックによって構成されてもよい。

Ｍコード領域３１では、遮光部と透光部とが周方向に、Ｍコードを表す特定のパターンに従って配列されており、所定の周方向範囲内のパターンに応じてディスク３０の回転位置を一意に特定することができるようになっている。具体的なパターンは、Ｍコードを利用する公知の光学式ロータリーエンコーダのパターンを利用することができる。たとえば特許文献２に記載されるパターンを利用してもよい。

グレイコード領域３２では、遮光部と透光部とが周方向および径方向に、グレイコードを表す特定のパターンに従って配列されており、所定の周方向位置のパターンに応じてディスク３０の回転位置を一意に特定することができるようになっている。具体的なパターンは、グレイコードを利用する公知の光学式ロータリーエンコーダのパターンを利用することができる。

インクリメンタル領域３３では、遮光部と透光部とが周方向に、一定周期の繰り返しパターンに沿って配列されており、所定の周方向位置のパターンの変化に応じてディスク３０の回転量（回転角度）を特定することができるようになっている。とくに図示しないが、インクリメンタル領域３３は、互いに位相が１／４周期だけ異なる２つの同一形状の繰り返しパターンを組み合わせたものであってもよい。

Ｍコード領域３１、グレイコード領域３２およびインクリメンタル領域３３に対応して、読み取り窓部４０は、Ｍコード用窓４１、グレイコード用窓４２およびインクリメンタル用窓４３を備える。また、Ｍコード領域３１、グレイコード領域３２およびインクリメンタル領域３３に対応して、受光部５０は、Ｍコード受光部５１、グレイコード受光部５２およびインクリメンタル受光部５３を備える。

図２に、ディスク３０および読み取り窓部４０の位置関係の例を示す。図２はディスク３０の軸方向から見た図であり、たとえば図２の紙面奥方向に発光部２０が配置され、紙面手前方向に受光部５０が配置される。

図２に示すように、読み取り窓部４０のＭコード用窓４１、グレイコード用窓４２およびインクリメンタル用窓４３は、それぞれ異なる径方向範囲に配置される。これに対応して、ディスク３０のＭコード領域３１、グレイコード領域３２およびインクリメンタル領域３３も、それぞれ異なる径方向範囲に配置される。

図２に示すように、各領域は複数の径方向範囲に分散して配置されてもよい。図２の例では、グレイコード用窓４２が、２つの径方向範囲にわたって、合計８個形成され、これによって最大８ビットのグレイコードを読み取ることができるようになっている。

なお、Ｍコード用窓４１およびインクリメンタル用窓４３の構造の詳細はとくに図示しないが、これらの具体的構成は、それぞれＭコードおよびインクリメンタル信号を利用する公知の光学式ロータリーエンコーダの読み取り窓の構成を利用することができる。

図１に示すように、Ｍコード領域３１を通過した光は、Ｍコード用窓４１を通過してＭコード受光部５１に到達する。また、グレイコード領域３２を通過した光は、グレイコード用窓４２を通過してグレイコード受光部５２に到達する。さらに、インクリメンタル領域３３を通過した光は、インクリメンタル用窓４３を通過してインクリメンタル受光部５３に到達する。

このようにして、受光部５０は、各領域に対応する光のパターンを検出し、これらを表す電気的信号を生成して出力する。

各信号を処理するための構成として、エンコーダ１０は、カウンタ６０および制御装置７０を備える。また、エンコーダ１０は、受光部５０、カウンタ６０および制御装置７０に接続される信号線を備える。

受光部５０の出力信号線として、Ｍコード信号を出力するためのＭコード信号線８１と、グレイコード信号を出力するためのグレイコード信号線８２と、インクリメンタル信号を出力するためのインクリメンタル信号線８３が設けられる。

インクリメンタル信号線８３はカウンタ６０の入力に接続される。カウンタ６０はインクリメンタル信号に基づき、たとえばパルス数を累算することにより、ディスク３０の回転量（回転角度）を表すカウント信号を生成する。カウンタ６０の出力にはカウント信号線８４が接続されており、カウント信号はカウント信号線８４に出力される。

Ｍコード信号線８１、グレイコード信号線８２およびカウント信号線８４は、制御装置７０の入力に接続され、制御装置７０は、Ｍコード信号、グレイコード信号およびカウント信号を受信するようになっている。

制御装置７０は、入力される各信号に基づいて、それぞれ個別にディスク３０の回転位置を決定する。すなわち、Ｍコード信号に基づいて、第１の位置（Ｍコード位置）を決定し、グレイコード信号に基づいて、第２の位置（グレイコード位置）を決定し、インクリメンタル信号に基づいて、第３の位置（インクリメンタル位置）を決定する。

ここで、通常は、Ｍコード位置、グレイコード位置およびインクリメンタル位置はすべて互いに一致する。なお、本明細書において、「一致する」とは、厳密に一致する場合のみならず、各信号の分解能が異なる場合等であっても所定の許容誤差範囲内で整合する場合を含む。

ここで、インクリメンタル位置の決定になんらかの絶対基準が必要となる場合（たとえばディスク３０の初期位置を表す情報が必要である場合等）において、絶対基準の与え方は当業者が適宜決定することができる。たとえば、制御装置７０は、エンコーダ１０に電源が投入された際に初期化処理を行ってもよく、この初期化処理において、Ｍコード信号またはグレイコード信号に基づいてディスク３０の初期位置を取得し（またはディスク３０を所定の初期位置まで回転させ）、この初期位置からの変化量に基づいてインクリメンタル位置を算出してもよい。

制御装置７０は、決定された各位置を比較し、多数決の原理に基づいて正しい位置を選択する。制御装置７０の出力には、回転位置信号線８５およびエラー信号線８６が接続されており、選択の結果はこれらの信号線を介して出力される。

Ｍコード位置、グレイコード位置およびインクリメンタル位置がすべて一致する場合には、制御装置７０はその一致する位置が正しい位置であると判定し、この正しい位置を表す位置信号を回転位置信号線８５に出力する。この場合には、制御装置７０はエラー信号線８６にはエラー信号を出力しない。

Ｍコード位置、グレイコード位置およびインクリメンタル位置のうち２つが一致し、残る１つが異なる場合には、制御装置７０は一致する位置が正しい位置であると判定し、この正しい位置を表す位置信号を回転位置信号線８５に出力する。この場合には、制御装置７０は、エラー信号をエラー信号線８６に出力する。

以上をまとめると、制御装置７０は、Ｍコード位置、グレイコード位置およびインクリメンタル位置のうち少なくとも２つが一致する場合には、当該一致する位置を表す信号を回転位置信号線８５に出力するということができる。

エラー信号線８６に出力されるエラー信号は、単にエラーの有無のみを表す信号であってもよく、さらに一致しない信号を特定する情報を含む信号であってもよい。具体的は次のようになる。Ｍコード位置とグレイコード位置とが一致し、インクリメンタル位置が異なる場合には、制御装置７０は、インクリメンタル位置に係るエラー情報を出力する。グレイコード位置とインクリメンタル位置とが一致し、Ｍコード位置が異なる場合には、制御装置７０は、Ｍコード位置に係るエラー情報を出力する。インクリメンタル位置とＭコード位置とが一致し、グレイコード位置が異なる場合には、制御装置７０は、グレイコード位置に係るエラー情報を出力する。

以上説明するように、実施の形態１に係るエンコーダ１０は、３種類の信号を併用して回転位置を検出するので、汚損によりいずれか１種類が利用不能となった場合でも、残り２種類の信号に基づいて正確な回転位置を検出することができ、汚損に対する耐性がより高くなる。

また、３種類のうちどの信号が異常となったかを判定して出力することができるので、保守作業がより容易となる。

上述の実施の形態１において、次のような変形を施すことができる。
ディスク３０における遮光部および透光部のパターンの配置は任意に変形可能であり、これに対応して読み取り窓部４０のパターンも変形可能である。たとえば、グレイコード用窓４２の数は、必要なグレイコードのビット数に応じて変更してもよい。また、回転方向を検出する必要がない場合には、Ｍコード用窓４１、グレイコード用窓４２およびインクリメンタル用窓４３の数を減少させることも可能である。

１０ エンコーダ（光学式ロータリーエンコーダ）、３０ ディスク、３１ Ｍコード領域、３２ グレイコード領域、３３ インクリメンタル領域、７０ 制御装置。

Claims (5)

1. ディスクを備える光学式ロータリーエンコーダであって、
   前記ディスクは、
   Ｍコード信号を発生するためのＭコード領域と、
   グレイコード信号を発生するためのグレイコード領域と
   インクリメンタル信号を発生するためのインクリメンタル領域と、
   を備える、エンコーダ。
2. 前記エンコーダはアブソリュートエンコーダである、請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記Ｍコード領域、前記グレイコード領域および前記インクリメンタル領域は、それぞれ異なる径方向範囲に配置される、請求項１または２に記載のエンコーダ。
4. 前記エンコーダは制御装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記Ｍコード信号に基づいてＭコード位置を決定し、
   前記グレイコード信号に基づいてグレイコード位置を決定し、
   前記インクリメンタル信号に基づいてインクリメンタル位置を決定し、
   前記Ｍコード位置、前記グレイコード位置および前記インクリメンタル位置のうち少なくとも２つが一致する場合には、当該一致する位置を表す信号を出力する
   よう構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンコーダ。
5. 前記制御装置は、
   前記Ｍコード位置と前記グレイコード位置とが一致し、前記インクリメンタル位置が異なる場合には、前記インクリメンタル位置に係るエラー情報を出力し、
   前記グレイコード位置と前記インクリメンタル位置とが一致し、前記Ｍコード位置が異なる場合には、前記Ｍコード位置に係るエラー情報を出力し、
   前記インクリメンタル位置と前記Ｍコード位置とが一致し、前記グレイコード位置が異なる場合には、前記グレイコード位置に係るエラー情報を出力する
   よう構成される、請求項４に記載のエンコーダ。

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