JP4352307B2 - 光学式エンコーダおよび光学式エンコーダ付モータ - Google Patents

光学式エンコーダおよび光学式エンコーダ付モータ Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械あるいはロボット等に組み込まれるサーボモータに取付られた光学式エンコーダおよび光学式エンコーダ付モータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、工作機械あるいはロボット等に組み込まれるサーボモータに取付られた光学式エンコーダは図6のようになっている(例えば、特許文献1を参照)。
図6は一般の光学式エンコーダの基本構成を示した全体斜視図である。
光学式エンコーダ11はモータの回転シャフト12にカップリングなどで接続されたガラス等で構成された円板状の回転ディスク13にコードパターンが設けられており、このコードパターンにLED等の発光素子17からの光を入射し、コードパターンを透過または反射した光を、直接もしくは固定スリット16のような受光窓を介してフォトダイオード等の受光素子18で認識する。そして、受光素子18のアナログ信号を回路基板により増幅、調整された電気信号に変換したのち、逓倍、内挿またはパルス化して上述した回転ディスク13の回転速度または回転位置を検出するものである。
特に、エンコーダの分解能を高めるために、例えば、特許文献2に開示されているように受光素子18もしくは固定スリット16に設けたスリットの周方向幅と回転ディスク13に設けたスリット14の周方向幅との間隔(ピッチ)を狭くしたり、開口面積を変化させるなどの対策を講じている。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−5692号公報(明細書2頁、図1を参照)
【特許文献2】
特開平11−183201号公報(明細書3頁、図7を参照)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、図4は特許文献2に開示された図7の右半分の部分を拡大したものに相当し、(a)は受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合の平面図、(b)は受光素子のアナログ信号を示した図である。また、図5は図4における受光素子と回転ディスクの位置合わせを正確に行うことができなかった(ラフな)場合であり、(a)はその平面図、(b)は受光素子のアナログ信号を示した図である。なお、図において、4は回転ディスク、5は回転ディスク4の透明部、6は回転ディスク4の遮光部、7は受光素子の受光部を示している。なお、図中のOはディスク回転中心、Qは光学基準位置を示している。
従来技術において、図4に示すごとく、分解能を高めるために受光素子に設けたスリットの周方向幅と回転ディスクに設けたスリットの周方向幅との間隔を狭くし、さらに図5に示すごとく、必然的に回転ディスクと受光素子の位置合わせ、もしくは回転ディスクと固定スリットの位置合わせが困難になり、正規の位置に正確に合わせることができなかった場合は受光素子のアナログ信号波形に歪みを生じる。このため、このアナログ信号を抵抗ブリッジ逓倍回路によって逓倍しようとした時に、その出力パルスの分割精度は低下するという問題が生じた。また、該アナログ信号をA/D変換器で取込みデジタル領域で逓倍する場合でもその出力データの分割精度は低下するという問題が生じた。
【0005】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、回転ディスクと受光素子もしくは、固定スリットのラフな位置合わせでも波形に歪みを生じにくくすることによって、逓倍後の分割精度を向上させる光学式エンコーダおよび光学式エンコーダ付モータを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項1の本発明は、回転ディスクにスリットピッチpで等間隔のコードパターンを設け、前記コードパターンを透過または反射した発光素子からの光を受光素子で受光することにより、前記回転ディスクの速度、回転位置を検出する光学式エンコーダにおいて、前記受光素子は前記回転ディスクスリットピッチpと同じスリットピッチの受光部と遮光部で構成され、前記受光部の回転ディスクの円周方向に沿う幅は前記回転ディスクスリットピッチpの1/2より小さいで形成すると共に、前記受光部と前記遮光部の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線と径方向に設けた直線状境界線の夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成したものである。
請求項2の本発明は、請求項1に記載の光学式エンコーダにおいて、前記受光部が1つの受光群を構成するものである。
請求項3の本発明は、回転ディスクにスリットピッチpで等間隔のコードパターンを設け、固定スリットを介し、前記コードパターンを透過または反射した発光素子からの光を受光素子で受光することにより、前記回転ディスクの速度、回転位置を検出する光学式エンコーダにおいて、前記固定スリットは前記回転ディスクスリットピッチpと同じスリットピッチの受光窓と遮光部から構成され、前記受光窓の回転ディスクの円周方向に沿う幅は前記回転ディスクスリットピッチpの1/2より小さいで形成すると共に、前記受光窓と前記遮光部の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線と径方向に設けた直線状境界線の夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成したものである。
請求項4の本発明は、請求項3に記載の光学式エンコーダにおいて、前記受光窓が1つの受光窓群を構成するものである。
請求項5に記載の本発明は、光学式エンコーダ付モータに係わるものであって、請求項1もしくは2、または請求項3もしくは4に記載の光学式エンコーダと、それによって回転位置を検出されるサーボモータを備えたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図1は本発明の実施例を示す光学式エンコーダの受光素子の平面図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては同一符号を付して説明を省略し、異なる点にのみ説明する。
図において、1は受光素子、2は受光部、3は遮光部である。また、2a、2b、2c、2dは受光素子の受光部と遮光部の境界を示す境界線であって、そのうち、2aは外径側に設けた周方向における円弧状境界線、2cは内径側に設けた周方向における円弧状境界線、2b、2dは径方向における直線状境界線である。また、2ab、2bc、2cd、2adは円弧部である。なお、図中のCは光学式エンコーダの回転中心を通る直線を表わしている。
本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、受光素子1の受光部2を、該受光部の回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔がスリットピッチpの1/2(図中6/12pで示す)より小さいピッチ(5/12・p)で形成すると共に、受光部2と遮光部3の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線2a、2cと径方向に設けた直線状境界線2b、2dの夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成した点である。また、受光部2が1つの受光群を構成したものとなっている。
【0008】
次に、本実施例の効果を従来例と比較するために、実際に受光素子を製作し効果の確認を行った。その具体例を以下説明する。
図2は図1で示された受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合であって、(a)はその平面図、(b)は受光部幅をスリットピッチの5/12に設定した場合の受光素子のアナログ信号を示した説明図である。
図2(a)において、4は回転ディスク、5は透明部、6は遮光部である。5aは回転ディスクの透明部5と遮光部6の境界を示す。Oはディスク回転中心を示す。
図2(b)に示すように、5/12のスリット幅また、スリット幅、径方向と周方向の境界を滑らかな曲線で形成している為、アナログ信号は正弦波に近くなることがわかった。
【0009】
また、図3は図1で示した受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合に、位置合わせを正確に行うことができなかった場合、すなわち、ディスク回転中心Oと光学基準位置Qがずれた場合を想定したものであって、(a)はその平面図、(b)は受光素子のアナログ信号を示した図である。
図に示すように、受光部幅がスリットピッチの6/12(=1/2)に対し1/12の隙間があるため、スリットの位置合わせが多少ラフでも正規の位置を想定した場合のアナログ信号に比べて波形の歪みは生じにくくなることがわかった。
【0010】
したがって、本発明の実施例は、光学式エンコーダにおいて、受光素子1の受光部2の形状を、該受光部2の回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔がスリットピッチpの1/2より小さいピッチで形成すると共に、受光部2と遮光部3の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線2a、2cと径方向に設けた直線状境界線2b、2dの夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成したので、スリットの位置合わせが多少ラフでも、受光素子のアナログ信号の波形に歪みを生じにくくし、正弦波に近づけることができ、しかも逓倍後の分割精度を向上できるという効果がある。
【0011】
なお、本実施例では、回転ディスク、発光素子、受光素子からなるエンコーダの例について述べたが、図示しないが、回転ディスクと受光素子の間に固定スリットを設けた構成にしても本発明を実施することが可能である。すなわち、回転ディスクと受光素子の間に固定スリットを設けた構成においては、固定スリットに設けられたスリットは、該スリットの回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔をスリットピッチpの1/2より小さいピッチで形成すると共に、受光窓と遮光部の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線と径方向に設けた直線状境界線の夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成する構成となる。また、リニアモータ用の光学式エンコーダに関しては、上記に述べたエンコーダの径を無限大にしたものと考えることができるので説明は省略する。
【0012】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、光学式エンコーダにおいて、固定スリットの受光窓、または受光素子の受光部形状を、スリットピッチの1/2に対して小さいピッチで周方向の円弧状境界線および径方向の直線状境界線の各辺を形成し、径方向の2辺と周方向の2辺の間を滑らかな円弧部で繋いだので、スリットの位置合わせが多少ラフでも、受光素子のアナログ信号の波形に歪みを生じにくくし、正弦波に近づけることができ、しかも逓倍後の分割精度を向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す光学式エンコーダにおける受光素子の平面図である。
【図2】図1で示した受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合であり、(a)はその平面図、(b)は受光部幅をスリットピッチの5/12に設定した場合の受光素子のアナログ信号を示した動作説明図である。
【図3】図1で示した受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合に、位置合わせを正確に行うことができなかった場合、すなわち、ディスク回転中心Oと光学基準位置Qがずれた場合を想定したものであって、(a)はその平面図、(b)は受光素子のアナログ信号を示した動作説明図である。
【図4】特許文献2に開示された図7の右半分の部分を拡大したものに相当し、(a)は受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合の平面図、(b)は受光素子のアナログ信号を示した図である。
【図5】図4における受光素子と回転ディスクの位置合わせを正確に行うことができなかった場合であり、(a)はその平面図、(b)は受光素子のアナログ信号を示した図である。
【図6】一般の光学式エンコーダの基本構成を示した全体斜視図である。
【符号の説明】
1 受光素子
2 受光部
2a 円弧状境界線(外径側周方向)
2b 直線状境界線(径方向)
2c 円弧状境界線(内径側周方向)
2d 直線状境界線(径方向)
2ab、2bc、2cd、2ad 円弧部
3 遮光部
4 回転ディスク
5 透明部
6 遮光部
C 光学式エンコーダの回転中心を通る直線
O ディスク回転中心
Q 受光部の光学基準

Claims (5)

  1. 回転ディスクに明暗等間隔でスリットピッチpのコードパターンを設け、前記コードパターンを透過または反射した発光素子からの光を受光素子で受光することにより、前記回転ディスクの速度、回転位置を検出する光学式エンコーダにおいて、
    前記受光素子は前記回転ディスクスリットピッチpと同じスリットピッチの受光部と遮光部で構成され、前記受光部の回転ディスクの円周方向に沿う幅は前記回転ディスクスリットピッチpの1/2より小さいで形成すると共に
    前記受光部と前記遮光部の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線と径方向に設けた直線状境界線の夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成したことを特徴とする光学式エンコーダ。
  2. 前記受光部が1つの受光群を構成することを特徴とする請求項1に記載の光学式エンコーダ。
  3. 回転ディスクに明暗等間隔でスリットピッチpのコードパターンを設け、固定スリットを介し、前記コードパターンを透過または反射した発光素子からの光を受光素子で受光することにより、前記回転ディスクの速度、回転位置を検出する光学式エンコーダにおいて、
    前記固定スリットは前記回転ディスクスリットピッチpと同じスリットピッチの受光窓と遮光部から構成され、前記受光窓の回転ディスクの円周方向に沿う幅は前記回転ディスクスリットピッチpの1/2より小さいで形成すると共に、
    前記受光窓と前記遮光部の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線と径方向に設けた直線状境界線の夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成したことを特徴とする光学式エンコーダ。
  4. 前記受光窓が1つの受光窓群を構成することを特徴とする請求項3に記載の光学式エンコーダ。
  5. 請求項1もしくは2、または請求項3もしくは4に記載の光学式エンコーダと、それによって回転位置を検出されるサーボモータを備えたことを特徴とする光学式エンコーダ付モータ。
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