JP5538870B2 - ロータリーエンコーダ - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
R2min/R3max≦S2/S3≦R2max/R3min … (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。
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。
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)
- 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R1max、最小値をR1min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R2max、最小値をR2minとするとき、
R1min/R2max≦S1/S2≦R1max/R2min
を満たすことを特徴とするロータリーエンコーダ。 - 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。
- 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。 - 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R3max、最小値をR3min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R4max、最小値をR4minとしたとき、
R4min/R3max≦S2/S3≦R4max/R3min
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。 - 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R3max、最小値をR3minとしたとき、
R2min/R3max≦S2/S3≦R2max/R3min
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。
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