JP5111243B2 - Absolute encoder - Google Patents

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Description

本発明は、光学パターンを読み取る光学式検出部と、磁気パターンを読み取る磁気式検出部とを有し、光学式検出部及び磁気式検出部によって測定対象物の回転数及び回転角度を検出するアブソリュートエンコーダに関する。   The present invention has an optical detection unit that reads an optical pattern and a magnetic detection unit that reads a magnetic pattern, and detects the number of rotations and the rotation angle of an object to be measured by the optical detection unit and the magnetic detection unit. It relates to the encoder.

一般に測定対象物の回転角度を検出するロータリーエンコーダは、測定対象物としての例えばモーター回転軸に連結され光学パターン或いは磁気パターンが形成された回転ディスクと、上記光学パターン或いは上記磁気パターンを読み取る検出素子とを備えている。この種のロータリーエンコーダには、検出素子から出力されたパルス信号を積算して回転角度を検出するインクリメント方式と、回転ディスク上の異なる複数のパターンから回転ディスクの絶対角度を検出するアブソリュート方式とが知られている。   In general, a rotary encoder that detects a rotation angle of a measurement object includes a rotating disk that is connected to a motor rotation shaft as a measurement object and has an optical pattern or a magnetic pattern, and a detection element that reads the optical pattern or the magnetic pattern. And. This type of rotary encoder includes an increment method that detects the rotation angle by integrating the pulse signals output from the detection elements, and an absolute method that detects the absolute angle of the rotation disk from a plurality of different patterns on the rotation disk. Are known.

又、従来、１回転以上の回転数と、１回転以内の絶対角度とを検出する技術として、光学式と磁気式とを融合した複合方式が知られている。このような複合式検出技術は、例えば特許文献１に開示されるように、透光スリットで形成された光学パターンを外周側に設置し磁性体で形成された磁気パターンを内周側に設置した回転ディスクと、上記透光スリットを挟み対向した位置にそれぞれ配置される光源、及びこの光源からの光を受光する光学式検出部と、上記磁性体と対向する位置に少なくとも１つ配置した磁気式検出部とを有する。ここで、上記光学式検出部は、上記透光スリットを透過した光を検出し、その出力信号から上記回転ディスクの１回転内の相対角度或いは絶対角度を検出し、上記磁気検出部は、上記磁性体の磁気パターンを検出して、原点信号を得るように構成されている。   Conventionally, as a technique for detecting the number of rotations of one rotation or more and the absolute angle within one rotation, a composite method in which an optical method and a magnetic method are fused is known. In such a composite detection technique, for example, as disclosed in Patent Document 1, an optical pattern formed by a light-transmitting slit is installed on the outer peripheral side, and a magnetic pattern formed by a magnetic material is installed on the inner peripheral side. A rotating disk, a light source disposed at a position facing each other across the translucent slit, an optical detection unit for receiving light from the light source, and a magnetic type disposed at a position facing the magnetic body And a detection unit. Here, the optical detection unit detects light transmitted through the light transmitting slit, detects a relative angle or an absolute angle within one rotation of the rotating disk from the output signal, and the magnetic detection unit An origin signal is obtained by detecting the magnetic pattern of the magnetic material.

特開２００７−１５５６３６号公報（図４、他）JP 2007-155636 A (FIG. 4, etc.)

従来の複合式検出技術において、回転ディスク上に等間隔に刻まれた光学パターンから、光学式検出部によって回転ディスクの１回転内の絶対角度を検出する場合、磁気検出部によって得られる原点信号と併せることで絶対角度を検出可能である。しかしながら、電源投入時では回転ディスクが回転していないことから、電源投入時に絶対角度を検出することはできないという問題点があった。   In the conventional combined detection technique, when detecting the absolute angle within one rotation of the rotating disk by the optical detecting unit from the optical pattern engraved at equal intervals on the rotating disk, the origin signal obtained by the magnetic detecting unit and By combining them, the absolute angle can be detected. However, since the rotating disk does not rotate when the power is turned on, the absolute angle cannot be detected when the power is turned on.

一方、回転ディスク上に刻まれた異なる形状の光学パターンから、光学式検出部によって１回転内の絶対角度を検出する場合には、電源投入直後から絶対角度の検出が可能である。光学式検出部によって絶対角度を検出する方法として、１本のトラック上に、所定の規則で配置された巡回符号パターンから絶対角度を検出する方法と、周期の異なる信号を生成させる複数本のトラックから絶対角度を検出する方法とが知られている。前者の場合、埃や汚れの影響により符号パターンを誤検知した場合、誤った角度位置を検出してしまい高精度検出が困難であるという問題点があった。   On the other hand, when the absolute angle within one rotation is detected by the optical detector from optical patterns having different shapes carved on the rotating disk, the absolute angle can be detected immediately after the power is turned on. As a method for detecting the absolute angle by the optical detection unit, a method for detecting the absolute angle from a cyclic code pattern arranged on a single track according to a predetermined rule, and a plurality of tracks for generating signals having different periods. And a method of detecting an absolute angle from the above. In the former case, when the code pattern is erroneously detected due to the influence of dust or dirt, there is a problem that it is difficult to detect with high accuracy because an erroneous angular position is detected.

又、後者の場合、周期の異なる信号を生成する複数のトラックにおける各パターンの検出にてそれぞれ正弦波と余弦波とを出力し、図１３に示すように、これらの逆正接演算結果を、信号周期の長い上位トラックから信号周期の短い下位トラックまでを内挿することで、高精度に絶対角度を検出することができる。   In the latter case, a sine wave and a cosine wave are respectively output by detecting each pattern in a plurality of tracks that generate signals having different periods, and as shown in FIG. By interpolating from the upper track having a long cycle to the lower track having a short signal cycle, the absolute angle can be detected with high accuracy.

しかしながら、後者の場合、複数のトラックを必要とするため、回転ディスク径が大きくなってしまうという問題がある。さらに、互いに９０度位相のずれた正弦波と余弦波とを生成しなければならず、特に、回転ディスクの１回転で１周期の正弦波及び余弦波を取得する場合には、以下のような構成を採る必要がある。   However, in the latter case, since a plurality of tracks are required, there is a problem that the diameter of the rotating disk becomes large. Furthermore, a sine wave and a cosine wave that are 90 degrees out of phase with each other must be generated. In particular, when one cycle of a sine wave and a cosine wave is acquired by one rotation of the rotating disk, It is necessary to adopt a configuration.

即ち、図１４に示すように、モーター回転軸１０２と一体で回転する回転ディスク１０３上に形成された１本の光学パターン１０４に対して、正弦波取得用の光学式検出部１０５ａと、余弦波取得用の光学式検出部１０５ｂとを９０度ずれた位置に配置する構成、或いは図１５に示すように、回転ディスク１０３上に、互いに９０度位相のずれた、正弦波取得用の光学パターン１０４ａと、余弦波取得用の光学パターン１０４ｂとの２本の光学パターンを形成し、各光学パターン１０４ａ，１０４ｂに対応して光学式検出部１０５ａ、１０５ｂを配置する構成である。いずれの構成においても、検出部のサイズが大きくなってしまうという問題があった。つまり、回転ディスク上に刻まれた異なる形状の光学パターンから、光学式検出部によって、回転ディスクの１回転で１周期の信号を得て１回転内の絶対角度を検出するという従来の構成では、回転ディスク径及び検出部のサイズが大きくなってしまうという問題があった。   That is, as shown in FIG. 14, an optical detector 105a for acquiring a sine wave and a cosine wave are obtained for one optical pattern 104 formed on a rotating disk 103 that rotates integrally with the motor rotating shaft 102. A configuration in which the optical detection unit 105b for acquisition is arranged at a position shifted by 90 degrees, or an optical pattern 104a for acquiring a sine wave that is 90 degrees out of phase with each other on the rotating disk 103 as shown in FIG. And the optical pattern 104b for cosine wave acquisition are formed, and the optical detectors 105a and 105b are arranged corresponding to the optical patterns 104a and 104b. In either configuration, there is a problem that the size of the detection unit becomes large. That is, in the conventional configuration in which an optical detection unit obtains a signal of one cycle by one rotation of the rotating disk from an optical pattern having a different shape carved on the rotating disk, and detects an absolute angle within one rotation. There has been a problem that the diameter of the rotating disk and the size of the detection section are increased.

又、上記特許文献１に開示されるように、磁気検出部を回転ディスクの中心よりも外周側に配置した場合、偏心により、誤検出が生じるという問題点がある。さらに、磁気検出部によって、正弦波及び余弦波の信号を生成する場合、上述の光学式検出部の場合と同様に、９０度位相のずれた位置に各磁気検出部を配置しなければならず、磁気検出部のサイズが大きくなってしまうという問題点があった。   Further, as disclosed in Patent Document 1, when the magnetic detection unit is arranged on the outer peripheral side from the center of the rotating disk, there is a problem that erroneous detection occurs due to eccentricity. Furthermore, when the sine wave and cosine wave signals are generated by the magnetic detection unit, each magnetic detection unit must be arranged at a position 90 degrees out of phase as in the case of the optical detection unit described above. However, there is a problem that the size of the magnetic detection unit becomes large.

本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたもので、測定対象物及び検出部を小型化し、さらに高精度な検出が可能なアブソリュートエンコーダを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an absolute encoder capable of downsizing a measurement object and a detection unit and capable of highly accurate detection.

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様におけるアブソリュートエンコーダは、光学パターン及び磁気パターンを形成した回転板と、上記光学パターンに光を照射する光源と、上記光源から照射され上記光学パターンに作用した光を受光して上記光学パターンを読み取る光学式検出部と、上記磁気パターンを読み取る磁気式検出部とを備え、ここで、上記磁気パターンは、上記回転板の１回転にて１周期の信号を生成させるパターンであり、上記磁気式検出部は、上記回転板の１回転に伴い上記磁気パターンにより１周期の出力信号を生成し、かつ上記回転板の１回転に伴い１周期を有し互いに９０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する第１磁気センサ及び第２磁気センサを有し、上記光学パターンは、上記回転板の１回転にて２周期以上の周期を有する信号を生成させるパターンであり、上記光学式検出部は、上記回転板の１回転に伴い上記光学パターンにより２周期以上の周期を有する出力信号を生成し、かつ上記回転板の１回転に伴い２周期以上の異なる周期を有し互いに９０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する第１光センサ及び第２光センサを有し、上記光学式検出部及び上記磁気式検出部の各出力信号が供給され、上記各出力信号にて上記回転板の１回転内の絶対角度を求め、かつ上記磁気式検出部の出力信号にて上記回転板の回転数を求める演算部をさらに備え、この演算部は、上記光学式検出部及び上記磁気式検出部が出力するそれぞれの正弦波信号及び余弦波信号にて逆正接演算を行い上記絶対角度及び上記回転数を求める、ことを特徴とする。

In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
That is, the absolute encoder according to one aspect of the present invention receives a rotating plate on which an optical pattern and a magnetic pattern are formed, a light source that irradiates light to the optical pattern, and light that is irradiated from the light source and acts on the optical pattern. An optical detection unit that reads the optical pattern, and a magnetic detection unit that reads the magnetic pattern, wherein the magnetic pattern is a pattern that generates a signal of one cycle by one rotation of the rotating plate. The magnetic detection unit generates an output signal of one cycle by the magnetic pattern with one rotation of the rotating plate , and has one cycle with one rotation of the rotating plate , and is 90 degrees out of phase with each other. having a first magnetic sensor and a second magnetic sensor outputs a sine wave signal and a cosine wave signal, the optical pattern is two periods or more circumferential in one rotation of the rotating plate A pattern for generating a signal having the said optical detection unit, by the optical pattern with the one rotation of the rotating plate to generate an output signal having a period of more than two periods, and the one rotation of the rotating plate A first optical sensor and a second optical sensor that output a sine wave signal and a cosine wave signal that have two or more different periods and are 90 degrees out of phase with each other. A calculation unit that obtains an absolute angle within one rotation of the rotating plate from each output signal and obtains the number of rotations of the rotating plate from the output signal from the magnetic detection unit; further example Bei, the calculation unit calculates the absolute angle and the rotational speed performs arctangent calculation with each of the sine wave signal and cosine wave signal which the optical detection unit and the magnetic detector is outputted, it It is characterized by.

本発明の一態様におけるアブソリュートエンコーダによれば、回転板の１回転による１周期の信号は、磁気パターンを読み取る磁気式検出部によって検出するように構成した。よって、従来のように光学式検出部が回転板の１回転による１周期の信号を取得するという必要はない。したがって、測定対象物及び検出部を小型化することが可能となる。さらに、演算部を設けて、磁気式検出部及び光学式検出部からの出力信号により回転板の１回転内の絶対角度を求めかつ磁気式検出部の出力信号により回転板の回転数を求めるようにしたことから、高精度に絶対角度を検出することができる。   According to the absolute encoder in one aspect of the present invention, the signal of one cycle by one rotation of the rotating plate is configured to be detected by the magnetic detection unit that reads the magnetic pattern. Therefore, it is not necessary for the optical detection unit to acquire a signal of one cycle by one rotation of the rotating plate as in the prior art. Therefore, it is possible to reduce the size of the measurement object and the detection unit. Further, an arithmetic unit is provided so that the absolute angle within one rotation of the rotating plate is obtained from the output signals from the magnetic detection unit and the optical detection unit, and the rotation number of the rotating plate is obtained from the output signal of the magnetic detection unit. Therefore, the absolute angle can be detected with high accuracy.

本発明の実施形態であるアブソリュートエンコーダについて、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。   An absolute encoder according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same or similar components are denoted by the same reference numerals.

実施の形態１．
図１は、この本発明の実施の形態１によるアブソリュートエンコーダ８０の構成を示す斜視図であり、図２は、アブソリュートエンコーダ８０の側面図である。
本実施形態のアブソリュートエンコーダ８０は、測定対象物に相当するモーター回転軸２に取り付けられモーター回転軸２と一体に回転し光学パターン４及び磁気パターン６を形成した円板状の回転板３と、光学式検出部５と、磁気式検出部７と、光源９と、演算部１０とを備える。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an absolute encoder 80 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view of the absolute encoder 80.
The absolute encoder 80 of this embodiment is attached to a motor rotating shaft 2 corresponding to an object to be measured, and rotates integrally with the motor rotating shaft 2 to form an optical pattern 4 and a magnetic pattern 6. An optical detection unit 5, a magnetic detection unit 7, a light source 9, and a calculation unit 10 are provided.

本実施形態１のアブソリュートエンコーダ８０は、光源９から照射され回転板３の光学パターン４を透過した光を光学式検出部５にて受光する、透過型の構成であり、光源９及び光学式検出部６は、回転板３の厚み方向において、光学パターン４を間に挟みそれぞれ光学パターン４に対向し、かつ回転板３に対してそれぞれ隙間をあけて配置される。よって、本実施形態では、回転板３は、透明なガラスやポリカーボネート等の透明な材料、例えば樹脂にて形成される。   The absolute encoder 80 according to the first embodiment has a transmissive configuration in which the light detected from the light source 9 and transmitted through the optical pattern 4 of the rotating plate 3 is received by the optical detection unit 5. The parts 6 are arranged in the thickness direction of the rotating plate 3 with the optical pattern 4 interposed therebetween, respectively facing the optical pattern 4, and spaced apart from the rotating plate 3. Therefore, in this embodiment, the rotating plate 3 is formed of a transparent material such as transparent glass or polycarbonate, for example, a resin.

光源９は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）等が使用可能であり、光学パターン４へ光線１１を照射するための手段である。   For example, an LED (light emitting diode) or an LD (laser diode) can be used as the light source 9 and is a means for irradiating the optical pattern 4 with the light beam 11.

光学パターン４は、回転板３の外周側部分に周方向に沿って配置され、本実施形態では図示するように光学パターン４ａ、光学パターン４ｂ、及び光学パターン４ｃの３つにて構成される。又、本実施形態では図示するように、光学パターン４ａが回転板３の最外周に形成され、光学パターン４ｂがその内側に、光学パターン４ｃが最も内周側に形成されている。   The optical pattern 4 is disposed along the circumferential direction on the outer peripheral side portion of the rotating plate 3, and in the present embodiment, the optical pattern 4 includes three optical patterns 4a, 4b, and 4c as illustrated. In the present embodiment, as shown in the figure, the optical pattern 4a is formed on the outermost periphery of the rotating plate 3, the optical pattern 4b is formed on the inner side, and the optical pattern 4c is formed on the innermost side.

尚、本実施形態では、光学パターン４は上述のように３つ設けているが、光学パターン４の構成数は上記３つに限定されない。後述するように、本実施形態では光学パターン４及び磁気パターン６を検出して回転板３の回転絶対角度を求めることから、光学パターン４は、１つで十分である。よって基本的に、本実施形態によれば、測定対象物及び検出器の小型化を図ることが可能である。尚、本実施形態では、回転絶対角度の検出精度をさらに向上させるために、上述のように３つの光学パターン４を設けている。   In the present embodiment, three optical patterns 4 are provided as described above, but the number of components of the optical patterns 4 is not limited to the above three. As will be described later, in this embodiment, the optical pattern 4 and the magnetic pattern 6 are detected and the absolute rotation angle of the rotating plate 3 is obtained, so that one optical pattern 4 is sufficient. Therefore, basically, according to the present embodiment, it is possible to reduce the size of the measurement object and the detector. In the present embodiment, the three optical patterns 4 are provided as described above in order to further improve the detection accuracy of the absolute rotation angle.

それぞれの光学パターン４ａ，４ｂ，４ｃは、本実施形態１では透光部８ａ及び遮光部８ｂを有し、透光部８ａ及び遮光部８ｂを交互に配置してそれぞれのトラックを構成している。尚、図１において、白抜き部分が透光部８ａを表し、黒塗り部分が遮光部８ｂを表している。
又、透光部８ａ或いは遮光部８ｂの間隔であるピッチ、及び、周方向における透光部８ａ及び遮光部８ｂのそれぞれの幅寸法の比率であるデューティー比を一定にして、或いは、ピッチを一定にしてデューティー比を変化させて、或いはデューティー比を一定にしてピッチを変化させることで、それぞれの光学パターン４ａ，４ｂ，４ｃのトラックが構成されている。このような、それぞれの光学パターン４ａ，４ｂ，４ｃは、モーター回転軸２の回転とともに回転し、回転板３が１回転したときに、２周期以上の異なる周期の信号を出力できるようなパターンである。 In the first embodiment, each of the optical patterns 4a, 4b, and 4c has a light transmitting portion 8a and a light shielding portion 8b, and the light transmitting portions 8a and the light shielding portions 8b are alternately arranged to form respective tracks. . In FIG. 1, the white portion represents the light transmitting portion 8a, and the black portion represents the light shielding portion 8b.
Also, the pitch, which is the interval between the light transmitting portions 8a or the light shielding portions 8b, and the duty ratio, which is the ratio of the respective width dimensions of the light transmitting portions 8a and the light shielding portions 8b in the circumferential direction, are constant, or the pitch is constant. The tracks of the optical patterns 4a, 4b, and 4c are formed by changing the duty ratio or changing the pitch while keeping the duty ratio constant. Each of the optical patterns 4a, 4b, and 4c is a pattern that rotates with the rotation of the motor rotating shaft 2 and can output signals having two or more different periods when the rotating plate 3 makes one rotation. is there.

例えば、遮光部８ｂは、透光部材からなる回転板３の表面に光反射性の膜、或いは光吸収性の膜を施して形成される。遮光部８ｂを形成する材料は、光反射性或いは光吸収性を有していれば特に限定されない。又、遮光部８ｂに相当する光反射性の膜或いは光吸収性の膜は、回転板３の裏面３ｂ、つまり図１において光源９が対向する面に形成しても良い。又、透光部８ａの反射率を減少させるために光反射防止膜を施すことも効果的である。   For example, the light-shielding part 8b is formed by applying a light-reflective film or a light-absorbing film to the surface of the rotating plate 3 made of a light-transmitting member. The material for forming the light shielding portion 8b is not particularly limited as long as it has light reflectivity or light absorbability. Further, the light reflecting film or light absorbing film corresponding to the light shielding portion 8b may be formed on the back surface 3b of the rotating plate 3, that is, the surface facing the light source 9 in FIG. It is also effective to apply an antireflection film in order to reduce the reflectance of the light transmitting portion 8a.

又、回転板３の表面３ａ、つまり図１において光学式検出部５が対向する面に、遮光部８ｂを、図５に示すようにＶ字状の突起形状に、或いは図６に示すようにＶ字状の溝形状にて形成してもよい。図５及び図６に示す平坦部が透光部８ａに、Ｖ字突起形状部分或いはＶ字溝形状部分が遮光部８ｂに相当する。尚、図５及び図６は、光学パターン４ａ，４ｂ，４ｃの任意の一つにおける透光部８ａと遮光部８ｂとの形状を示している。   Further, the light shielding portion 8b is formed in a V-shaped projection shape as shown in FIG. 5 on the surface 3a of the rotating plate 3, that is, the surface facing the optical detection portion 5 in FIG. 1, or as shown in FIG. A V-shaped groove may be formed. The flat part shown in FIGS. 5 and 6 corresponds to the translucent part 8a, and the V-shaped protrusion-shaped part or V-shaped groove-shaped part corresponds to the light shielding part 8b. 5 and 6 show the shapes of the light transmitting portion 8a and the light shielding portion 8b in any one of the optical patterns 4a, 4b, and 4c.

このような構成を採っても、光反射性の膜や光吸収性の膜を設ける場合と同様の効果を得ることができる。尚、図５及び図６では、Ｖ字突起形状又はＶ字溝形状における傾斜角度は、４５度の例を示しているが、全反射角度を満たす条件であれば良く、角度を限定するものではない。又、Ｖ字突起形状又はＶ字溝形状は、回転板３の裏面３ｂに形成しても良く、この場合でも同様の効果を得ることができる。   Even if such a configuration is adopted, the same effect as that obtained when a light-reflective film or a light-absorbing film is provided can be obtained. In FIGS. 5 and 6, the inclination angle in the V-shaped protrusion shape or the V-shaped groove shape shows an example of 45 degrees, but it is sufficient that the total reflection angle is satisfied, and the angle is not limited. Absent. Further, the V-shaped protrusion shape or the V-shaped groove shape may be formed on the back surface 3b of the rotating plate 3, and in this case, the same effect can be obtained.

光学式検出部５は、光学パターン４ａ、４ｂ、４ｃに対向して配置され、回転板３に形成された光学パターン４ａ、光学パターン４ｂ及び光学パターン４ｃを透過した光源９の光線１１を受光し読み取るための検出手段である。光学式検出部５には、図３に示すように、ＰＤ（フォトダイオード）等の、一対の第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂ（総称して光センサ１２と記す）が装備され、光センサ１２は、光学パターン４ａ、４ｂ、４ｃの透光部８ａを通過した光線１１を受光する。又、光学パターン４の信号周期をｐとすると、一対の第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂは、図３に示すように、回転板３の周方向において光学式検出部５上でｐ／４離れた位置に配置されている。このような配置を採ることで、第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂは、互いに９０度位相のずれた正弦波信号及び余弦波信号を送出する。   The optical detection unit 5 is disposed to face the optical patterns 4a, 4b, and 4c, and receives the optical pattern 4a formed on the rotating plate 3, the optical pattern 4b, and the light beam 11 of the light source 9 that has passed through the optical pattern 4c. It is a detection means for reading. As shown in FIG. 3, the optical detection unit 5 is equipped with a pair of first photosensor 12a and second photosensor 12b (collectively referred to as photosensor 12) such as a PD (photodiode), The optical sensor 12 receives the light beam 11 that has passed through the light transmitting portions 8a of the optical patterns 4a, 4b, and 4c. If the signal period of the optical pattern 4 is p, the pair of first optical sensor 12a and second optical sensor 12b are arranged on the optical detection unit 5 in the circumferential direction of the rotating plate 3, as shown in FIG. / 4. By adopting such an arrangement, the first optical sensor 12a and the second optical sensor 12b transmit a sine wave signal and a cosine wave signal that are 90 degrees out of phase with each other.

磁気パターン６は、回転板３の回転中心３ｃ（図２）を含む回転板３の中心部に設けられ、フェライト等の磁性体によって形成されている。具体的には、磁気パターン６は、図４に示すように、例えばそれぞれ半円板状のＳ磁極６ａとＮ磁極６ｂとを回転中心３ｃで接合するように、回転板３に例えば嵌め込んで配置したもので、回転板３が１回転したとき１周期の信号が磁気式検出部７から出力されるようなパターンで構成されている。   The magnetic pattern 6 is provided at the center of the rotating plate 3 including the rotation center 3c (FIG. 2) of the rotating plate 3, and is formed of a magnetic material such as ferrite. Specifically, as shown in FIG. 4, for example, the magnetic pattern 6 is fitted on the rotating plate 3 such that, for example, a semicircular S magnetic pole 6 a and an N magnetic pole 6 b are joined at the rotation center 3 c. It is arranged, and is configured in such a pattern that a signal of one cycle is output from the magnetic detection unit 7 when the rotating plate 3 makes one rotation.

磁気式検出部７は、回転板３の厚み方向において回転板３と間隙を隔てて、磁気パターン６に対向して配置され、磁気パターン６を読み取るための検出手段である。磁気式検出部７には、ホール素子等の磁気センサ１３が装備されており、磁気パターン６から発生する磁界方向を検出する。本実施形態では、磁気センサ１３は、図４に示すように、磁気式検出部７上で、互いに９０度位相のずれた位置に配置した２つの第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂにて構成される。これらの第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂは、回転板３、つまり磁気パターン６の回転に伴い、正弦波及び余弦波を出力する。   The magnetic detection unit 7 is a detection unit that is arranged to face the magnetic pattern 6 with a gap from the rotary plate 3 in the thickness direction of the rotary plate 3 and to read the magnetic pattern 6. The magnetic detection unit 7 is equipped with a magnetic sensor 13 such as a Hall element, and detects the direction of the magnetic field generated from the magnetic pattern 6. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the magnetic sensor 13 includes two first and second magnetic sensors 13a and 13b arranged on the magnetic detection unit 7 at positions shifted by 90 degrees from each other. Configured. The first magnetic sensor 13 a and the second magnetic sensor 13 b output a sine wave and a cosine wave as the rotating plate 3, that is, the magnetic pattern 6 rotates.

演算部１０には、光学式検出部５及び磁気式検出部７が接続され、演算部１０は、光学式検出部５及び磁気式検出部７の出力信号から回転板３の回転数、及び回転板３の１回転内の絶対角度を求めるための手段である。演算部１０は、機能的に、上記絶対角度を求める角度演算部１０ａと、上記回転数を求める回転数演算部１０ｂとを有する。   An optical detection unit 5 and a magnetic detection unit 7 are connected to the calculation unit 10, and the calculation unit 10 determines the rotation speed and rotation of the rotating plate 3 from the output signals of the optical detection unit 5 and the magnetic detection unit 7. This is means for obtaining an absolute angle within one rotation of the plate 3. The calculation unit 10 functionally includes an angle calculation unit 10a that calculates the absolute angle and a rotation number calculation unit 10b that calculates the rotation number.

以上のように構成されるアブソリュートエンコーダ８０の動作について以下に説明する。
光源９から出射された光線１１は、回転板３に形成された光学パターン４ａ、光学パターン４ｂ及び光学パターン４ｃを照射し、これらの光学パターン４における透光部８ａを透過し、光学式検出部５の第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂにて受光される。測定対象物であるモーター回転軸２の回転に伴い、各光学パターン４における透光部８ａ及び遮光部８ｂによって、第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂは、回転板３が１回転したときに２周期以上の周期で９０度位相のずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する。尚、本実施形態では、光学パターン４は、上述のように３つ設けているので、第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂは、回転板３が１回転したときに２周期以上の異なる周期で９０度位相のずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する。 The operation of the absolute encoder 80 configured as described above will be described below.
The light beam 11 emitted from the light source 9 irradiates the optical pattern 4a, the optical pattern 4b, and the optical pattern 4c formed on the rotating plate 3, and transmits through the light transmitting portion 8a in these optical patterns 4 to provide an optical detection unit. 5 is received by the first optical sensor 12a and the second optical sensor 12b. When the rotating plate 3 rotates once by the light transmitting portion 8a and the light shielding portion 8b in each optical pattern 4 along with the rotation of the motor rotation shaft 2 that is a measurement object. In addition, a sine wave signal and a cosine wave signal that are 90 degrees out of phase with two or more cycles are output. In the present embodiment, since the three optical patterns 4 are provided as described above, the first optical sensor 12a and the second optical sensor 12b differ by two cycles or more when the rotating plate 3 makes one rotation. A sine wave signal and a cosine wave signal that are 90 degrees out of phase with each other are output.

又、回転板３の回転に伴い、磁気式検出部７の第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂは、回転板３が１回転したときに１周期の、９０度位相のずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する。   As the rotating plate 3 rotates, the first magnetic sensor 13a and the second magnetic sensor 13b of the magnetic detection unit 7 are sine waves whose phases are shifted by 90 degrees when the rotating plate 3 rotates once. A signal and a cosine wave signal are output.

光学式検出部５から出力された、回転板３が１回転したときに２周期以上信号となる正弦波信号及び余弦波信号と、磁気式検出部７から出力された回転板３が１回転したときに１周期の信号となる正弦波信号及び余弦波信号は、演算部１０へ入力される。演算部１０は、同一周期のそれぞれの正弦波信号及び余弦波信号を用いて、信号の逆正接演算を行い、回転板３の１回転内の絶対角度を求めるとともに、磁気式検出部７から出力された１回転で１周期の信号を元に、回転板３の回転数を求める。   The sine wave signal and the cosine wave signal output from the optical detection unit 5 and having two or more cycles when the rotation plate 3 makes one rotation, and the rotation plate 3 output from the magnetic detection unit 7 make one rotation. A sine wave signal and a cosine wave signal, which are sometimes signals of one cycle, are input to the arithmetic unit 10. The calculation unit 10 performs an arctangent calculation of the signal using each sine wave signal and cosine wave signal of the same period, obtains an absolute angle within one rotation of the rotating plate 3, and outputs it from the magnetic detection unit 7. The number of rotations of the rotating plate 3 is obtained based on the signal of one cycle per one rotation.

以上のように、本実施形態のアブソリュートエンコーダによれば、回転板３の１回転による１周期の信号は、磁気パターン６を読み取る磁気式検出部７によって検出するように構成した。よって、従来のように光学式検出部が回転板の１回転による１周期の信号を取得するという必要はなく、複数の光学パターンを回転板に設ける必要はない。したがって、測定対象物及び検出部を小型化することが可能となる。尚、上述したように、本実施形態では、上記絶対角度の検出精度をより向上させるために、３つの光学パターン４を設けている。   As described above, according to the absolute encoder of the present embodiment, the signal of one cycle by one rotation of the rotating plate 3 is configured to be detected by the magnetic detection unit 7 that reads the magnetic pattern 6. Therefore, it is not necessary for the optical detection unit to acquire a signal of one cycle by one rotation of the rotating plate as in the prior art, and it is not necessary to provide a plurality of optical patterns on the rotating plate. Therefore, it is possible to reduce the size of the measurement object and the detection unit. As described above, in the present embodiment, the three optical patterns 4 are provided in order to further improve the detection accuracy of the absolute angle.

さらに、演算部１０を設けて、磁気式検出部７及び光学式検出部５からの出力信号により回転板３の１回転内の絶対角度を求めかつ磁気式検出部７の出力信号により回転板３の回転数を求めるようにしたことから、高精度にて絶対角度を検出することができる。   Further, an arithmetic unit 10 is provided, the absolute angle within one rotation of the rotating plate 3 is obtained from the output signals from the magnetic detection unit 7 and the optical detection unit 5, and the rotating plate 3 is determined from the output signal of the magnetic detection unit 7. Therefore, the absolute angle can be detected with high accuracy.

又、磁気式検出部７は、磁気パターン６と間隙を介して回転板３のモーター回転軸２部分に配置され、磁気パターン６の磁界方向を磁気式検出部７上に配置した磁気センサ１３ａ及び磁気センサ１３ｂによって検出する。つまり、回転板３の回転中心に対して磁気パターン６が偏芯しておらず、磁気式検出部７は、モーター回転軸２のずれやギャップ変動の影響を受けずに安定した検出が可能となる。   The magnetic detection unit 7 is arranged on the motor rotation shaft 2 portion of the rotating plate 3 with a gap between the magnetic pattern 6 and a magnetic sensor 13a in which the magnetic field direction of the magnetic pattern 6 is arranged on the magnetic detection unit 7. It is detected by the magnetic sensor 13b. That is, the magnetic pattern 6 is not decentered with respect to the rotation center of the rotating plate 3, and the magnetic detection unit 7 can perform stable detection without being affected by the deviation of the motor rotating shaft 2 or gap fluctuation. Become.

実施の形態２．
実施の形態１のアブソリュートエンコーダ８０では、上述のように、光学式検出部５は第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂを有し、磁気式検出部７は第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂを有していた。これに対し、本実施の形態２のアブソリュートエンコーダ８１では、図７に示すように、光学式検出部５−１は、第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂに加えて第３光センサ１２ｃ及び第４光センサ１２ｄを有し、図８に示すように、磁気式検出部７−１は、第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂに加えて第３磁気センサ１３ｃ及び第４磁気センサ１３ｄを有している。この点で、実施の形態２のアブソリュートエンコーダ８１は、実施の形態１のアブソリュートエンコーダ８０と異なる。実施の形態２のアブソリュートエンコーダ８１におけるその他の構成は、実施の形態１のアブソリュートエンコーダ８０の構成に同じである。よって、以下には、光学式検出部５−１及び磁気式検出部７−１についてのみ説明を行う。 Embodiment 2. FIG.
In the absolute encoder 80 of the first embodiment, as described above, the optical detection unit 5 includes the first optical sensor 12a and the second optical sensor 12b, and the magnetic detection unit 7 includes the first magnetic sensor 13a and the second optical sensor 12b. It had a magnetic sensor 13b. On the other hand, in the absolute encoder 81 of the second embodiment, as shown in FIG. 7, the optical detector 5-1 includes the third optical sensor 12c in addition to the first optical sensor 12a and the second optical sensor 12b. As shown in FIG. 8, the magnetic detection unit 7-1 includes a third magnetic sensor 13c and a fourth magnetic sensor in addition to the first magnetic sensor 13a and the second magnetic sensor 13b. 13d. In this respect, the absolute encoder 81 of the second embodiment is different from the absolute encoder 80 of the first embodiment. The other configuration of the absolute encoder 81 of the second embodiment is the same as that of the absolute encoder 80 of the first embodiment. Therefore, only the optical detection unit 5-1 and the magnetic detection unit 7-1 will be described below.

光学式検出部５−１における第３光センサ１２ｃ及び第４光センサ１２ｄは、上述の第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂと同様のセンサにてなり、光学パターン４の透光部８ａを通過した光線１１を受光する。そして、第３光センサ１２ｃ及び第４光センサ１２ｄは、回転板３の１回転に伴い２周期以上の異なる周期を有し第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂが出力する正弦波信号及び余弦波信号に対してそれぞれ１８０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する。   The third optical sensor 12c and the fourth optical sensor 12d in the optical detection unit 5-1 are the same sensors as the first optical sensor 12a and the second optical sensor 12b described above, and the translucent unit 8a of the optical pattern 4 is used. The light beam 11 that has passed through is received. The third optical sensor 12c and the fourth optical sensor 12d have sine wave signals output from the first optical sensor 12a and the second optical sensor 12b having different periods of two periods or more with one rotation of the rotating plate 3. A sine wave signal and a cosine wave signal that are 180 degrees out of phase with respect to the cosine wave signal are output.

即ち、図７に示すように、第３光センサ１２ｃは、第１光センサ１２ａと対をなし、回転板３の周方向において、光学パターン４のトラックの信号周期ｐについて第１光センサ１２ａに対してｐ／２離れた位置に配置され、第１光センサ１２ａが出力する正弦波信号に対して１８０度位相のずれた正弦波信号を出力する。又、第４光センサ１２ｄは、第２光センサ１２ｂと対をなし、回転板３の周方向において第２光センサ１２ｂに対してｐ／２離れた位置に配置され、第２光センサ１２ｂが出力する余弦波信号に対して１８０度位相のずれた余弦波信号を出力する。
尚、第２光センサ１２ｂと第３光センサ１２ｃとは、回転板３の周方向においてｐ／４離れて位置し、第１光センサ１２ａと第４光センサ１２ｄとは、回転板３の周方向においてｐ／４離れて位置する。よって、光センサ１２ａ〜１２ｄは、互いに９０度位相のずれた正弦波及び余弦波の４つの信号を出力する。 That is, as shown in FIG. 7, the third optical sensor 12 c is paired with the first optical sensor 12 a, and in the circumferential direction of the rotating plate 3, the first optical sensor 12 a has a signal period p of the track of the optical pattern 4. A sine wave signal which is disposed at a position p / 2 away from the sine wave signal output from the first optical sensor 12a and is 180 degrees out of phase with respect to the sine wave signal is output. The fourth optical sensor 12d is paired with the second optical sensor 12b, and is disposed at a position p / 2 away from the second optical sensor 12b in the circumferential direction of the rotary plate 3. The second optical sensor 12b A cosine wave signal that is 180 degrees out of phase with respect to the output cosine wave signal is output.
The second optical sensor 12b and the third optical sensor 12c are located at a distance of p / 4 in the circumferential direction of the rotary plate 3, and the first optical sensor 12a and the fourth optical sensor 12d are the circumference of the rotary plate 3. Located in the direction p / 4 away. Therefore, the optical sensors 12a to 12d output four signals of a sine wave and a cosine wave that are 90 degrees out of phase with each other.

磁気式検出部７−１における第３磁気センサ１３ｃ及び第４磁気センサ１３ｄは、上述の第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂと同様のセンサにてなる。そして、第３磁気センサ１３ｃ及び第４磁気センサ１３ｄは、回転板３の１回転に伴い１周期で第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂが出力する正弦波信号及び余弦波信号に対してそれぞれ１８０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する。   The third magnetic sensor 13c and the fourth magnetic sensor 13d in the magnetic detection unit 7-1 are the same sensors as the first magnetic sensor 13a and the second magnetic sensor 13b described above. The third magnetic sensor 13c and the fourth magnetic sensor 13d correspond to the sine wave signal and the cosine wave signal output from the first magnetic sensor 13a and the second magnetic sensor 13b in one cycle with one rotation of the rotating plate 3. A sine wave signal and a cosine wave signal that are 180 degrees out of phase are output.

即ち、図８に示すように、第３磁気センサ１３ｃは、第１磁気センサ１３ａと対をなし、第１磁気センサ１３ａに対して磁気式検出部７上で１８０度位相のずれた位置に配置され、第１磁気センサ１３ａが出力する正弦波信号に対して１８０度位相のずれた正弦波信号を出力する。又、第４磁気センサ１３ｄは、第２磁気センサ１３ｂと対をなし、第２磁気センサ１３ｂに対して磁気式検出部７上で１８０度位相のずれた位置に配置され、第２磁気センサ１３ｂが出力する余弦波信号に対して１８０度位相のずれた余弦波信号を出力する。このように磁気センサ１３ａ〜１３ｄは、磁気式検出部７上で、互いに９０度ずつ位相のずれた位置に配置され、互いに９０度位相のずれた正弦波及び余弦波の４つの信号を出力する。   That is, as shown in FIG. 8, the third magnetic sensor 13c is paired with the first magnetic sensor 13a, and is disposed at a position 180 degrees out of phase on the magnetic detection unit 7 with respect to the first magnetic sensor 13a. Then, a sine wave signal that is 180 degrees out of phase with respect to the sine wave signal output from the first magnetic sensor 13a is output. The fourth magnetic sensor 13d is paired with the second magnetic sensor 13b, and is disposed at a position 180 degrees out of phase on the magnetic detection unit 7 with respect to the second magnetic sensor 13b. Outputs a cosine wave signal that is 180 degrees out of phase with respect to the cosine wave signal output by. As described above, the magnetic sensors 13a to 13d are arranged on the magnetic detection unit 7 at positions shifted by 90 degrees from each other, and output four signals of a sine wave and a cosine wave shifted by 90 degrees from each other. .

以上のような構成により、本実施の形態２のアブソリュートエンコーダ８１では、実施の形態１のアブソリュートエンコーダ８０が奏する効果に加えてさらに以下の効果を得ることができる。
即ち、信号強度に直流成分であるオフセットが乗った場合でも、その影響を受けることなく、高精度に回転板３の１回転内の絶対角度を検出が可能となる。以下その原理を説明する。 With the configuration as described above, the absolute encoder 81 according to the second embodiment can obtain the following effects in addition to the effects exhibited by the absolute encoder 80 according to the first embodiment.
That is, even when an offset that is a direct current component is added to the signal intensity, the absolute angle within one rotation of the rotating plate 3 can be detected with high accuracy without being affected by the offset. The principle will be described below.

互いに９０度位相のずれた正弦波信号及び余弦波信号において、出力信号にオフセットが乗った場合、演算部１０による逆正接演算から求まる角度値には誤差が生じてしまう。一方、互いに１８０度位相のずれた２つの正弦波と互いに１８０度位相のずれた２つの余弦波との４つの信号を取得した場合、正弦波と余弦波とは、それぞれ差動増幅を行うことができる。例えば、信号オフセットをａ、信号振幅をｂ、角度をθとすると、正弦波の差動増幅では、以下の式で表されるようにオフセット変動をキャンセルすることができる。   In the case of a sine wave signal and a cosine wave signal that are 90 degrees out of phase with each other, when an offset is added to the output signal, an error occurs in the angle value obtained from the arc tangent calculation by the calculation unit 10. On the other hand, when four signals of two sine waves that are 180 degrees out of phase and two cosine waves that are 180 degrees out of phase with each other are acquired, the sine wave and the cosine wave each perform differential amplification. Can do. For example, assuming that the signal offset is a, the signal amplitude is b, and the angle is θ, the offset fluctuation can be canceled as expressed by the following expression in the differential amplification of the sine wave.

ａ＋ｂｓｉｎθ−（ａ−ｂｓｉｎθ）＝２ｂｓｉｎθ   a + b sin θ− (a−b sin θ) = 2 b sin θ

本実施の形態２のアブソリュートエンコーダ８１では、上述したように、互いに１８０度位相のずれた信号を取得可能なように、第１光センサ１２ａと第３光センサ１２ｃ、第２光センサ１２ｂと第４光センサ１２ｄを設け、又、第１磁気センサ１３ａと第３磁気センサ１３ｃ、第２磁気センサ１３ｂと第４磁気センサ１３ｄを設けた。よって、本実施の形態２のアブソリュートエンコーダ８１では、オフセットが変化した場合でも、オフセット変動をキャンセルすることができ、高精度にて回転板３の回転の絶対角度を検出することが可能である。   In the absolute encoder 81 of the second embodiment, as described above, the first optical sensor 12a, the third optical sensor 12c, the second optical sensor 12b, and the first optical sensor 12a are capable of acquiring signals that are 180 degrees out of phase with each other. A four-light sensor 12d is provided, and a first magnetic sensor 13a and a third magnetic sensor 13c, and a second magnetic sensor 13b and a fourth magnetic sensor 13d are provided. Therefore, the absolute encoder 81 of the second embodiment can cancel the offset fluctuation even when the offset changes, and can detect the absolute angle of rotation of the rotating plate 3 with high accuracy.

実施の形態３．
実施の形態１では、光学パターン４の検出を光透過型の構成で示したが、本実施の形態３では、図９及び図１０に一例を示すように、光源９を光学式検出部５と同じ側に設置した光反射型のアブソリュートエンコーダ８２を示している。光反射型のアブソリュートエンコーダ８２を構成するため、実施の形態１におけるアブソリュートエンコーダ８０と比較して次の点で相違する。即ち、上述のように光源９及び光学式検出部５の配置位置が異なるとともに、回転板３に対応する回転板３−１、及び光学パターン４に対応する光学パターン４−１の構成が、以下のように相違する。尚、アブソリュートエンコーダ８２におけるその他の構成は、アブソリュートエンコーダ８０の構成と同じであり、ここでの説明は省略する。 Embodiment 3 FIG.
In the first embodiment, the detection of the optical pattern 4 is shown in a light transmission type configuration. However, in the third embodiment, the light source 9 is connected to the optical detection unit 5 as shown in FIG. 9 and FIG. A light reflection type absolute encoder 82 installed on the same side is shown. Since the light reflection type absolute encoder 82 is configured, it differs from the absolute encoder 80 according to the first embodiment in the following points. That is, the arrangement positions of the light source 9 and the optical detection unit 5 are different as described above, and the configurations of the rotating plate 3-1 corresponding to the rotating plate 3 and the optical pattern 4-1 corresponding to the optical pattern 4 are as follows. It is different as follows. The other configuration of the absolute encoder 82 is the same as that of the absolute encoder 80, and a description thereof is omitted here.

光源９及び光学式検出部５は、上述のように、回転板３−１に対して同一面側に配置され、本実施形態では図示するように、回転板３−１に対して斜めに光線１１が入射するように光源９が配置され、光学パターン４−１にて反射した光を受光可能な位置に光学式検出部５が配置される。尚、本実施形態では図示するように、回転板３−１の外周側に光源９を配置し、内周側に光学式検出部５を配置しているが、光学パターン４−１にて反射した光源９の光線１１を光学式検出部５が検出可能であれば、その配置形態は問わない。   As described above, the light source 9 and the optical detection unit 5 are arranged on the same surface side with respect to the rotating plate 3-1, and in the present embodiment, as shown in FIG. The light source 9 is arranged so that 11 is incident, and the optical detection unit 5 is arranged at a position where the light reflected by the optical pattern 4-1 can be received. In the present embodiment, as shown in the drawing, the light source 9 is disposed on the outer peripheral side of the rotating plate 3-1, and the optical detection unit 5 is disposed on the inner peripheral side, but the light is reflected by the optical pattern 4-1. If the optical detection unit 5 can detect the light beam 11 of the light source 9, the arrangement form is not limited.

回転板３−１は、モーター回転軸２と一体に回転する円板であり、本実施形態では非透光性の材料にて形成されている。このように本実施の形態３では、実施の形態１に比べて回転板の材料選択の幅が広がるという利点がある。尚、回転板３−１に透明基板を使用することも可能であり、この場合には、回転板３−１の表面３ａ又は裏面３ｂに反射性の膜を形成すれば良い。この場合、反射率を減少させるための反射防止膜あるいは吸収膜を非反射部に施すことも効果的である。
又、回転板３−１の回転中心３ｃ部分には、実施形態１における回転板３と同様に磁気パターン６が形成され、回転中心３ｃよりも外周側には光学パターン４−１が形成されている。 The rotating plate 3-1 is a disc that rotates integrally with the motor rotating shaft 2, and is formed of a non-translucent material in the present embodiment. As described above, the third embodiment has an advantage that the range of material selection for the rotating plate is wider than that of the first embodiment. Note that a transparent substrate can be used for the rotating plate 3-1, and in this case, a reflective film may be formed on the front surface 3a or the back surface 3b of the rotating plate 3-1. In this case, it is also effective to apply an antireflection film or an absorption film for reducing the reflectance to the non-reflective portion.
Further, the magnetic pattern 6 is formed in the rotation center 3c portion of the rotation plate 3-1, similarly to the rotation plate 3 in the first embodiment, and the optical pattern 4-1 is formed on the outer peripheral side of the rotation center 3c. Yes.

光学パターン４−１は、光の非反射部８ａ−１及び反射部８ｂ−１から構成されており、光学パターン４と同様に、回転板３−１の最外周に形成した光学パターン４ａ、その内側に形成した光学パターン４ｂ、及び最も内周側に形成した光学パターン４ｃを有する。実施の形態１にて説明したように、光学パターン４−１の構成数は、上記３つに限定されず、１以上とすることができる。又、非反射部８ａ−１及び反射部８ｂ−１は、上述した光学パターン４と同様に、デューティー比一定、ピッチ一定でデューティー比を変化、又はデューティー比一定でピッチを変化させて、光学パターン４ａ、４ｂ、４ｃの各トラックを構成している。又、光学パターン４−１における各光学パターン４ａ，４ｂ，４ｃも、実施形態１における光学パターン４における各光学パターン４ａ，４ｂ，４ｃと同様に、回転板３−１が１回転したときに、２周期以上の異なる周期の信号を出力できるようなパターンである。   The optical pattern 4-1 is composed of a light non-reflecting part 8 a-1 and a reflecting part 8 b-1, and like the optical pattern 4, the optical pattern 4 a formed on the outermost periphery of the rotating plate 3-1, It has an optical pattern 4b formed on the inner side and an optical pattern 4c formed on the innermost side. As described in the first embodiment, the number of components of the optical pattern 4-1 is not limited to the above three and can be one or more. Similarly to the optical pattern 4 described above, the non-reflective portion 8a-1 and the reflective portion 8b-1 change the duty ratio when the duty ratio is constant, the pitch is constant, or the pitch is changed when the duty ratio is constant. Each track 4a, 4b, 4c is constituted. Similarly to the optical patterns 4a, 4b, and 4c in the optical pattern 4 in the first embodiment, the optical patterns 4a, 4b, and 4c in the optical pattern 4-1 are also rotated when the rotating plate 3-1 makes one rotation. It is a pattern that can output signals of two or more different periods.

光学パターン４−１の具体的な構成例について説明する。図９において白抜き部分が非反射部８ａ−１を表し、黒塗り部分が反射部８ｂ−１を表す。非反射部８ａ−１には、上述のように、光反射率を減少させるための反射防止膜又は光吸収膜を施し、反射部８ｂ−１と相違させる。   A specific configuration example of the optical pattern 4-1 will be described. In FIG. 9, the white portion represents the non-reflecting portion 8a-1, and the black portion represents the reflecting portion 8b-1. As described above, the non-reflecting portion 8a-1 is provided with an antireflection film or a light absorbing film for reducing the light reflectance, and is made different from the reflecting portion 8b-1.

又、図１１に示すように、非反射部８ａ−１は、回転板３−１の表面３ａに、Ｖ字状の突起形状にて形成してよいし、あるいは図１２に示すように、Ｖ字状の溝形状にて形成しても良い。図１１及び図１２において、Ｖ字形状の突起部分及び溝部分以外の平坦部分が反射部８ｂ−１に相当する。尚、図１１及び図１２は、光学パターン４ａ，４ｂ，４ｃの任意の一つにおける非反射部８ａ−１と反射部８ｂ−１との形状を示している。又、回転板３−１として透明基板を使用する場合には、表面３ａに透明の膜を施し、回転板３−１の裏面３ｂに、Ｖ字形状の突起部及び溝部にてなる非反射部８ａ−１を形成することができる。この場合、裏面３ｂにおける平坦部分が反射部８ｂ−１に相当する。   Further, as shown in FIG. 11, the non-reflective portion 8a-1 may be formed in a V-shaped projection shape on the surface 3a of the rotating plate 3-1, or as shown in FIG. It may be formed in a letter-like groove shape. In FIGS. 11 and 12, a flat portion other than the V-shaped projecting portion and the groove portion corresponds to the reflecting portion 8b-1. 11 and 12 show the shapes of the non-reflective portion 8a-1 and the reflective portion 8b-1 in any one of the optical patterns 4a, 4b, and 4c. Further, when a transparent substrate is used as the rotating plate 3-1, a transparent film is applied to the front surface 3a, and a non-reflective portion comprising a V-shaped protrusion and groove on the back surface 3b of the rotating plate 3-1. 8a-1 can be formed. In this case, the flat part in the back surface 3b corresponds to the reflection part 8b-1.

尚、図１１及び図１２では、非反射部８ａ−１に相当する突起形状及び溝形状のＶ字形状の傾斜角度は、４５度にて示しているが、光学式検出部５にて非反射部８ａ−１と反射部８ｂ−１との光量比を認識可能な角度であれば良く、特に限定されない。   In FIGS. 11 and 12, the inclination angle of the V-shape of the protrusion shape and the groove shape corresponding to the non-reflecting portion 8 a-1 is shown as 45 degrees, but is not reflected by the optical detection portion 5. There is no particular limitation as long as it is an angle at which the light amount ratio between the portion 8a-1 and the reflecting portion 8b-1 can be recognized.

以上のように構成されるアブソリュートエンコーダ８２においても、上述した実施の形態１におけるアブソリュートエンコーダ８０と同様の動作を行う。
即ち、光源９から出射された光線１１は、回転板３−１に形成された光学パターン４ａ、光学パターン４ｂ及び光学パターン４ｃにおける非反射部８ａ−１にて吸収又は弱反射され、反射部８ｂ−１にて反射されて、光学式検出部５の第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂにて受光される。回転板３−１の回転に伴い、第１光センサ１２ａ及び第２光センサ１２ｂは、回転板３が１回転したときに２周期以上の周期で９０度位相のずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する。 The absolute encoder 82 configured as described above also performs the same operation as the absolute encoder 80 in the first embodiment described above.
That is, the light beam 11 emitted from the light source 9 is absorbed or weakly reflected by the non-reflecting portion 8a-1 in the optical pattern 4a, the optical pattern 4b, and the optical pattern 4c formed on the rotating plate 3-1, and the reflecting portion 8b. -1 and received by the first optical sensor 12a and the second optical sensor 12b of the optical detection unit 5. Along with the rotation of the rotating plate 3-1, the first optical sensor 12a and the second optical sensor 12b have a sine wave signal and a cosine wave that are 90 degrees out of phase with two or more cycles when the rotating plate 3 makes one rotation. Output a signal.

又、回転板３−１の回転に伴い、磁気式検出部７の第１磁気センサ１３ａ及び第２磁気センサ１３ｂは、回転板３が１回転したときに１周期の、９０度位相のずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する。   As the rotating plate 3-1 rotates, the first magnetic sensor 13 a and the second magnetic sensor 13 b of the magnetic detection unit 7 are shifted in phase by 90 degrees for one cycle when the rotating plate 3 rotates once. A sine wave signal and a cosine wave signal are output.

光学式検出部５から出力された、回転板３が１回転したときに２周期以上の信号となる正弦波信号及び余弦波信号と、磁気式検出部７から出力された回転板３が１回転したときに１周期の信号となる正弦波信号及び余弦波信号は、演算部１０へ入力される。演算部１０は、同一周期のそれぞれの正弦波信号及び余弦波信号を用いて、信号の逆正接演算を行い、回転板３−１の１回転内の絶対角度を求めるとともに、磁気式検出部７から出力された１回転で１周期の信号を元に、回転板３−１の回転数を求める。   The sine wave signal and the cosine wave signal output from the optical detection unit 5 and having two or more cycles when the rotation plate 3 makes one rotation, and the rotation plate 3 output from the magnetic detection unit 7 make one rotation. Then, a sine wave signal and a cosine wave signal that are signals of one cycle are input to the arithmetic unit 10. The calculation unit 10 performs an arctangent calculation of the signal using each sine wave signal and cosine wave signal of the same period to obtain an absolute angle within one rotation of the rotating plate 3-1, and the magnetic detection unit 7 The number of rotations of the rotating plate 3-1 is obtained based on the signal of one cycle per rotation output from the rotation plate 3-1.

以上説明した本実施形態のアブソリュートエンコーダ８２によっても、実施形態１のアブソリュートエンコーダ８０が奏する上述した効果を奏することができる。即ち、アブソリュートエンコーダ８２によれば、小型で高精度に多回転の絶対角度を検出することできると共に、検出部のサイズを小型、薄型にすることが可能である。さらに、本実施形態のアブソリュートエンコーダ８２では、回転板３に使用する材料の幅を広げることも可能となる。   Also by the absolute encoder 82 according to the present embodiment described above, the above-described effects achieved by the absolute encoder 80 according to the first embodiment can be achieved. That is, according to the absolute encoder 82, it is possible to detect an absolute angle of multiple rotations with a small size and high accuracy, and it is possible to reduce the size of the detection unit. Furthermore, in the absolute encoder 82 of the present embodiment, the width of the material used for the rotating plate 3 can be increased.

又、上述した実施の形態２の構成、つまり光学式検出部５−１及び磁気式検出部７−１を設ける構成を、本実施の形態３に適用することも可能である。この構成によれば、オフセットが変化した場合でも、オフセット変動をキャンセルし、高精度に絶対角度を検出することが可能となる。   Further, the configuration of the second embodiment described above, that is, the configuration in which the optical detection unit 5-1 and the magnetic detection unit 7-1 are provided can be applied to the third embodiment. According to this configuration, even when the offset changes, it is possible to cancel the offset fluctuation and detect the absolute angle with high accuracy.

本発明の実施の形態１によるアブソリュートエンコーダの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the absolute encoder by Embodiment 1 of this invention. 図１に示すアブソリュートエンコーダの側面図である。It is a side view of the absolute encoder shown in FIG. 図１に示すアブソリュートエンコーダに備わる光センサの配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the optical sensor with which the absolute encoder shown in FIG. 1 is equipped. 図１に示すアブソリュートエンコーダに備わる磁気センサの配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the magnetic sensor with which the absolute encoder shown in FIG. 1 is equipped. 図１に示すアブソリュートエンコーダに備わる回転板に形成された光学パターンの構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the optical pattern formed in the rotating plate with which the absolute encoder shown in FIG. 1 is equipped. 図１に示すアブソリュートエンコーダに備わる回転板に形成された光学パターンの他の構造例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the optical pattern formed in the rotating plate with which the absolute encoder shown in FIG. 1 is equipped. 本発明の実施の形態２によるアブソリュートエンコーダに備わる光センサの配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the optical sensor with which the absolute encoder by Embodiment 2 of this invention is equipped. 本発明の実施の形態２によるアブソリュートエンコーダに備わる磁気センサの配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the magnetic sensor with which the absolute encoder by Embodiment 2 of this invention is equipped. 本発明の実施の形態３によるアブソリュートエンコーダの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the absolute encoder by Embodiment 3 of this invention. 図９に示すアブソリュートエンコーダの側面図である。FIG. 10 is a side view of the absolute encoder shown in FIG. 9. 図９に示すアブソリュートエンコーダに備わる回転板に形成された光学パターンの構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the optical pattern formed in the rotating plate with which the absolute encoder shown in FIG. 9 is equipped. 図９に示すアブソリュートエンコーダに備わる回転板に形成された光学パターンの他の構造例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the optical pattern formed in the rotating plate with which the absolute encoder shown in FIG. 9 is equipped. 逆正接演算結果から回転角度を求めることを説明するための図である。It is a figure for demonstrating calculating | requiring a rotation angle from an arc tangent calculation result. １回転で１周期の正弦波と余弦波を１つのトラックで得る場合の構成図である。It is a block diagram in the case of obtaining one cycle of a sine wave and a cosine wave with one track in one rotation. １回転で１周期の正弦波と余弦波を２つのトラックで得る場合の構成図である。It is a block diagram in the case of obtaining a sine wave and a cosine wave of one cycle by one rotation with two tracks.

符号の説明Explanation of symbols

３、３−１ 回転板、３ｃ 回転中心、４、４−１ 光学パターン、
５ 光学式検出部、６ 磁気パターン、７ 磁気式検出部、８ａ 透光部８ａ、
８ｂ 遮光部、９ 光源、１０ 演算部、１２ 光センサ、
１２ａ 第１光センサ、１２ｂ 第２光センサ、１２ｃ 第３光センサ、
１２ｄ 第４光センサ、１３ 磁気センサ、１３ａ 第１磁気センサ、
１３ｂ 第２磁気センサ、１３ｃ 第３磁気センサ、１３ｄ 第４磁気センサ、
８０〜８２ アブソリュートエンコーダ。 3, 3-1 rotating plate, 3c center of rotation, 4, 4-1 optical pattern,
Reference Signs List 5 Optical detection unit, 6 Magnetic pattern, 7 Magnetic detection unit, 8a Translucent unit 8a,
8b light shielding part, 9 light source, 10 calculation part, 12 optical sensor,
12a 1st photosensor, 12b 2nd photosensor, 12c 3rd photosensor,
12d 4th optical sensor, 13 magnetic sensor, 13a 1st magnetic sensor,
13b 2nd magnetic sensor, 13c 3rd magnetic sensor, 13d 4th magnetic sensor,
80 to 82 Absolute encoder.

Claims (5)

光学パターン及び磁気パターンを形成した回転板と、上記光学パターンに光を照射する光源と、上記光源から照射され上記光学パターンに作用した光を受光して上記光学パターンを読み取る光学式検出部と、上記磁気パターンを読み取る磁気式検出部とを備えたアブソリュートエンコーダにおいて、
上記磁気パターンは、上記回転板の１回転にて１周期の信号を生成させるパターンであり、
上記磁気式検出部は、上記回転板の１回転に伴い上記磁気パターンにより１周期の出力信号を生成し、かつ上記回転板の１回転に伴い１周期を有し互いに９０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する第１磁気センサ及び第２磁気センサを有し、
上記光学パターンは、上記回転板の１回転にて２周期以上の周期を有する信号を生成させるパターンであり、
上記光学式検出部は、上記回転板の１回転に伴い上記光学パターンにより２周期以上の周期を有する出力信号を生成し、かつ上記回転板の１回転に伴い２周期以上の異なる周期を有し互いに９０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する第１光センサ及び第２光センサを有し、
上記光学式検出部及び上記磁気式検出部の各出力信号が供給され、上記各出力信号にて上記回転板の１回転内の絶対角度を求め、かつ上記磁気式検出部の出力信号にて上記回転板の回転数を求める演算部をさらに備え、この演算部は、上記光学式検出部及び上記磁気式検出部が出力するそれぞれの正弦波信号及び余弦波信号にて逆正接演算を行い上記絶対角度及び上記回転数を求める、
ことを特徴とするアブソリュートエンコーダ。 A rotating plate on which an optical pattern and a magnetic pattern are formed; a light source that irradiates light to the optical pattern; an optical detection unit that receives the light irradiated from the light source and acts on the optical pattern and reads the optical pattern; In an absolute encoder provided with a magnetic detection unit that reads the magnetic pattern,
The magnetic pattern is a pattern that generates a signal of one cycle by one rotation of the rotating plate,
The magnetic detection unit generates an output signal of one cycle by the magnetic pattern with one rotation of the rotating plate , and has one cycle with one rotation of the rotating plate and is a sine whose phases are shifted from each other by 90 degrees. A first magnetic sensor and a second magnetic sensor for outputting a wave signal and a cosine wave signal;
The optical pattern is a pattern that generates a signal having a cycle of two cycles or more by one rotation of the rotating plate,
The optical detection unit generates an output signal having a cycle of two cycles or more by the optical pattern with one rotation of the rotary plate , and has a different cycle of two cycles or more with one rotation of the rotary plate. A first optical sensor and a second optical sensor that output a sine wave signal and a cosine wave signal that are 90 degrees out of phase with each other;
The output signals of the optical detection unit and the magnetic detection unit are supplied, the absolute angle within one rotation of the rotating plate is obtained from the output signals, and the output signal of the magnetic detection unit is used to calculate the absolute angle. for example an arithmetic unit further Bei obtaining the rotational speed of the rotating plate, the arithmetic unit, the performs arctangent calculation with each of the sine wave signal and cosine wave signal which the optical detection unit and the magnetic detection unit outputs Find the absolute angle and the number of rotations,
An absolute encoder characterized by this. 光学パターン及び磁気パターンを形成した回転板と、上記光学パターンに光を照射する光源と、上記光源から照射され上記光学パターンに作用した光を受光して上記光学パターンを読み取る光学式検出部と、上記磁気パターンを読み取る磁気式検出部とを備えたアブソリュートエンコーダにおいて、
上記磁気パターンは、上記回転板の１回転にて１周期の信号を生成させるパターンであり、
上記磁気式検出部は、上記回転板の１回転に伴い上記磁気パターンにより１周期の出力信号を生成し、かつ上記回転板の１回転に伴い１周期を有し互いに９０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する第１磁気センサ及び第２磁気センサを有し、
上記光学パターンは、上記回転板の１回転にて２周期以上の周期を有する信号を生成させるパターンであり、
上記光学式検出部は、上記回転板の１回転に伴い上記光学パターンにより２周期以上の周期を有する出力信号を生成し、かつ上記回転板の１回転に伴い２周期以上の異なる周期を有し互いに９０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する第１光センサ及び第２光センサを有し、
上記光学式検出部及び上記磁気式検出部の各出力信号が供給され、上記各出力信号にて上記回転板の１回転内の絶対角度を求め、かつ上記磁気式検出部の出力信号にて上記回転板の回転数を求める演算部をさらに備え、この演算部は、上記光学式検出部及び上記磁気式検出部が出力するそれぞれの正弦波信号及び余弦波信号にて逆正接演算を行い上記絶対角度及び上記回転数を求め、
上記光学式検出部は、さらに、上記回転板の１回転に伴い２周期以上の異なる周期を有し上記第１光センサ及び上記第２光センサが出力する正弦波信号及び余弦波信号に対してそれぞれ１８０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する第３光センサ及び第４光センサをさらに備え、上記磁気式検出部は、上記回転板の１回転に伴い１周期を有し上記第１磁気センサ及び上記第２磁気センサが出力する正弦波信号及び余弦波信号に対してそれぞれ１８０度位相がずれた正弦波信号及び余弦波信号を出力する第３磁気センサ及び第４磁気センサをさらに備える、
ことを特徴とするアブソリュートエンコーダ。 A rotating plate on which an optical pattern and a magnetic pattern are formed; a light source that emits light to the optical pattern; In an absolute encoder provided with a magnetic detection unit that reads the magnetic pattern,
The magnetic pattern is a pattern that generates a signal of one cycle by one rotation of the rotating plate,
The magnetic detection unit generates an output signal of one cycle by the magnetic pattern with one rotation of the rotating plate , and has one cycle with one rotation of the rotating plate and is a sine whose phases are shifted from each other by 90 degrees. A first magnetic sensor and a second magnetic sensor for outputting a wave signal and a cosine wave signal;
The optical pattern is a pattern that generates a signal having a cycle of two cycles or more by one rotation of the rotating plate,
The optical detection unit generates an output signal having a cycle of two cycles or more by the optical pattern with one rotation of the rotary plate , and has a different cycle of two cycles or more with one rotation of the rotary plate. A first optical sensor and a second optical sensor that output a sine wave signal and a cosine wave signal that are 90 degrees out of phase with each other;
The output signals of the optical detection unit and the magnetic detection unit are supplied, the absolute angle within one rotation of the rotating plate is obtained from the output signals, and the output signal of the magnetic detection unit is used to calculate the absolute angle. for example an arithmetic unit further Bei obtaining the rotational speed of the rotating plate, the arithmetic unit, the performs arctangent calculation with each of the sine wave signal and cosine wave signal which the optical detection unit and the magnetic detection unit outputs Find the absolute angle and the number of rotations,
The optical detection unit further has a different period of two periods or more with one rotation of the rotating plate, with respect to a sine wave signal and a cosine wave signal output from the first optical sensor and the second optical sensor. The optical sensor further includes a third optical sensor and a fourth optical sensor that output a sine wave signal and a cosine wave signal that are 180 degrees out of phase, respectively, and the magnetic detection unit has one cycle with one rotation of the rotating plate. Third and fourth magnetic sensors for outputting a sine wave signal and a cosine wave signal that are 180 degrees out of phase with respect to the sine wave signal and the cosine wave signal output from the first magnetic sensor and the second magnetic sensor, respectively. Further comprising
An absolute encoder characterized by this. 上記磁気パターンは、上記回転板の回転中心を含む中心部に形成され、上記磁気式検出部は、上記回転中心に対応した位置で上記磁気パターンに対向して配置される、請求項１又は２に記載のアブソリュートエンコーダ。 The magnetic pattern is formed in a central portion including the rotation center of the rotating plate, the magnetic detection unit is disposed to face the magnetic pattern at a position corresponding to the center of rotation, according to claim 1 or 2 absolute encoder according to. 上記光学パターンは、上記光源と上記光学式検出部とに挟まれて配置され、上記光学式検出部は、上記光学パターンを透過した上記光源の光を受光する、請求項１から３のいずれか１項に記載のアブソリュートエンコーダ。 The optical pattern is arranged to be sandwiched between the light source and the optical detector, the optical detector unit receives light of the light source transmitted through the optical pattern, any one of claims 1 to 3 The absolute encoder according to item 1. 上記光源及び上記光学式検出部は、上記回転板における光学パターン形成側に配置され、上記光学式検出部は、上記光源から上記光学パターンにて反射した光を受光する、請求項１から３のいずれか１項に記載のアブソリュートエンコーダ。 The said light source and the said optical detection part are arrange | positioned at the optical pattern formation side in the said rotating plate, and the said optical detection part receives the light reflected in the said optical pattern from the said light source, The Claim 1 to 3 The absolute encoder according to any one of the above items.
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