JP6865915B1 - Absolute encoder - Google Patents
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Abstract
アブソリュートエンコーダ(1X)が、絶対値符号パターンが配置された円板状のスケール(20)と、スケール(20)の第1の位置からの光を受光して第1のアナログ信号を出力するイメージセンサ(3X)と、スケール(20)の第2の位置からの光を受光して第2のアナログ信号を出力するイメージセンサ(4X)と、第1のアナログ信号を第1のデジタル信号に変換するAD変換器(5A)と、第2のアナログ信号を第2のデジタル信号に変換するAD変換器(5B)と、第1および第2のデジタル信号に基づいて、スケール(20)上での第1の絶対位置を算出する絶対位置演算部(6X)と、を備えている。Image that the absolute encoder (1X) receives the light from the disk-shaped scale (20) on which the absolute value code pattern is arranged and the first position of the scale (20) and outputs the first analog signal. The sensor (3X), the image sensor (4X) that receives light from the second position of the scale (20) and outputs the second analog signal, and the image sensor (4X) that converts the first analog signal into the first digital signal. AD converter (5A) to convert the second analog signal to the second digital signal, and the scale (20) based on the first and second digital signals. It includes an absolute position calculation unit (6X) for calculating the first absolute position.
Description
本開示は、測定対象物の角度位置を測定するアブソリュートエンコーダに関する。 The present disclosure relates to an absolute encoder that measures the angular position of an object to be measured.
シャフトなどの測定対象物の機械的な角度位置を測定するアブソリュートエンコーダは、複数のマークが配列された円板スケールと、円板スケールに光を照射することで、円板スケールから測定対象物の角度位置に対応する信号を取得する光センサモジュールとを備えている。 An absolute encoder that measures the mechanical angular position of a measurement object such as a shaft is a disk scale in which multiple marks are arranged, and by irradiating the disk scale with light, the measurement object is measured from the disk scale. It is equipped with an optical sensor module that acquires a signal corresponding to an angular position.
特許文献1に記載のアブソリュートエンコーダでは、円板スケールにABS(ABSolute、アブソリュート)パターンと、INC(INCremental、インクリメンタル)パターンとを組み合わせたマークが配列されている。このアブソリュートエンコーダは、円板スケールから取得される位置情報を、2つの検出器で取得し、ABSパターンの位置情報とINCパターンの位置情報とに分解し、これらの位置情報を平均値化することで、位置情報の分解能を向上させている。
In the absolute encoder described in
しかしながら、上記特許文献1の技術では、円板スケールから受光される光は円板スケールの1つの領域から受光されており、1つの領域から受光された光に基づいてABSパターンの位置情報およびINCパターンの位置情報を算出し平均値化している。このため、上記特許文献1の技術では、2つの検出器の何れかに異物付着等があると位置情報の信頼性が損なわれるという問題があった。
However, in the technique of
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、信頼性が高く分解能が高い位置データを算出することができるアブソリュートエンコーダを得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present disclosure is to obtain an absolute encoder capable of calculating position data with high reliability and high resolution.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示のアブソリュートエンコーダは、絶対値符号パターンが配置された円板状のスケールと、スケールに光を照射する発光素子とを備えている。また、本開示のアブソリュートエンコーダは、スケールの中心から第1の距離だけ離れた第1の位置からの第1の光を受光して第1の光に対応する第1のアナログ信号を出力する第1のイメージセンサと、スケールの中心から第2の距離だけ離れた第2の位置からの第2の光を受光して第2の光に対応する第2のアナログ信号を出力する第2のイメージセンサとを備えている。また、本開示のアブソリュートエンコーダは、第1のアナログ信号を第1のデジタル信号に変換する第1の信号変換部と、第2のアナログ信号を第2のデジタル信号に変換する第2の信号変換部と、第1のデジタル信号および第2のデジタル信号に基づいて、スケール上での第1の絶対位置を算出する絶対位置演算部とを備えている。絶対値符号パターンは、円板状のスケールの発光素子と対向する側の面内で径方向に向かって交互に設けられた線状の反射部と線状の非反射部とで形成されており、反射部および非反射部は、第2の位置における線幅よりも第1の位置における線幅の方が狭く、第1の位置に含まれる反射部の本数は第2の位置に含まれる反射部の本数よりも多い。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the absolute encoder of the present disclosure includes a disk-shaped scale on which an absolute value code pattern is arranged, and a light emitting element that irradiates the scale with light. Further, the absolute encoder of the present disclosure receives a first light from a first position separated by a first distance from the center of the scale and outputs a first analog signal corresponding to the first light. A second image that receives the first image sensor and the second light from the second position separated by the second distance from the center of the scale and outputs the second analog signal corresponding to the second light. It is equipped with a sensor. Further, the absolute encoder of the present disclosure includes a first signal conversion unit that converts a first analog signal into a first digital signal, and a second signal conversion that converts a second analog signal into a second digital signal. It includes a unit and an absolute position calculation unit that calculates a first absolute position on a scale based on a first digital signal and a second digital signal. The absolute value code pattern is formed of linear reflecting portions and linear non-reflecting portions that are alternately provided in the radial direction in the plane facing the light emitting element of the disk-shaped scale. , The line width of the reflective part and the non-reflective part is narrower in the first position than the line width in the second position, and the number of reflecting parts included in the first position is the reflection included in the second position. More than the number of copies.
本開示にかかるアブソリュートエンコーダは、信頼性が高く分解能が高い位置データを算出することができるという効果を奏する。 The absolute encoder according to the present disclosure has the effect of being able to calculate position data with high reliability and high resolution.
以下に、本開示の実施の形態にかかるアブソリュートエンコーダを図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the absolute encoder according to the embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかるアブソリュートエンコーダの構成を示す図である。アブソリュートエンコーダ1Xは、発光素子2と、イメージセンサ3X,4Xと、スケール20と、AD(Analog to Digital)変換器5A,5Bと、絶対位置演算部6Xとを備えている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an absolute encoder according to a first embodiment. The
発光素子2は、スケール20に光を照射する照明部である。発光素子2には、例えば点光源LED(Light Emitting Diode、発光ダイオード)が用いられる。イメージセンサ3X,4Xは、スケール20からの光を受光する光検出部である。イメージセンサ3X,4Xには、CCD(Charge Coupled Device、電荷結合素子)イメージセンサ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor、相補性金属酸化膜半導体)イメージセンサ等の撮像デバイスが用いられる。実施の形態1では、イメージセンサ3X,4Xが1次元イメージセンサである場合について説明するが、イメージセンサ3X,4Xは、2次元イメージセンサであっても構わない。
The
スケール20は、円板状のスケールである。スケール20は、モータ(図示せず)等が備える回転シャフト7に連結されており、回転シャフト7が回転することでスケール20が回転する。スケール20は、円周に沿った方向に絶対位置パターンである絶対値符号パターン30を有するトラックが1本だけ設けられている。絶対値符号パターン30には、スケール20の径方向に延びる複数の反射部31と、複数の非反射部32とが配置されている。
The
反射部31は、発光素子2からの光を反射する部分であり、また、非反射部32は、発光素子2からの光を吸収、或いは透過する部分である。非反射部32は、反射部31の反射率よりも低い反射率で反射する部分であればよい。反射部31および非反射部32は、イメージセンサ3X,4X上に投影される光強度分布を変調するように機能する。
The reflecting
絶対値符号パターン30は、スケール20の角度位置を特徴づけるように反射部31および非反射部32で構成されている。絶対値符号パターン30の配列には、例えば、M系列等の疑似ランダム符号をマンチェスター符号化した符号列が使用される。
The absolute
実施の形態1では、発光素子2およびイメージセンサ3X,4Xが共にスケール20の片側の面である上面に配置された反射型エンコーダを例示する。なお、実施の形態1のアブソリュートエンコーダ1Xは、スケール20を挟んで互いに対向する位置である上面および下面に発光素子2およびイメージセンサ3X,4Xが配置された透過型エンコーダにも適用可能である。
In the first embodiment, a reflective encoder in which the
透過型エンコーダの場合、絶対値符号パターン30は、光を透過する透過部と、光を透過しない非透過部とで構成されればよい。反射型エンコーダおよび透過型エンコーダの何れの場合であっても、イメージセンサ3X,4X上に投影される光強度分布を変調するように構成されていれば、絶対値符号パターン30の構成は特に限定されない。
In the case of a transmissive encoder, the absolute
また、実施の形態1では、スケール20の中心から径方向に沿って、発光素子2およびイメージセンサ3X,4Xが、発光素子2、イメージセンサ3X、およびイメージセンサ4Xの順番で配置されている例を示しているが、配置の順番はこの順番に限らない。すなわち、発光素子2およびイメージセンサ3X,4Xは、受光する光のスケール20上での反射位置が異なっていれば、配置の順番は限定されない。
Further, in the first embodiment, the
イメージセンサ3X,4Xおよび発光素子2は、スケール20の上面側である回転軸方向から見た場合に、スケール20の中心からスケール20の第1の径方向に延びる半直線上に重なるように配置されている。実施の形態1では、この半直線に、スケール20の上面側から見た場合に、イメージセンサ3Xの中心と、イメージセンサ4Xの中心と、発光素子2の中心とが重なるように、イメージセンサ3X,4Xおよび発光素子2が配置されている。
The
実施の形態1では、イメージセンサ3Xが、第1のイメージセンサであり、イメージセンサ4Xが、第2のイメージセンサである。イメージセンサ3Xは、スケール20の中心から第1の距離だけ離れた第1の位置からの第1の光を受光して第1の光に対応するアナログ信号を出力する。イメージセンサ4Xは、スケール20の中心から第2の距離だけ離れた第2の位置からの第2の光を受光して第2の光に対応するアナログ信号を出力する。実施の形態1では、第1の距離と第2の距離とは異なる距離である。イメージセンサ3Xが、出力するアナログ信号が第1のアナログ信号であり、イメージセンサ4Xが、出力するアナログ信号が第2のアナログ信号である。
In the first embodiment, the
AD変換器5Aは、イメージセンサ3Xが検出したアナログ信号をデジタル信号に変換する第1の信号変換部である。AD変換器5Bは、イメージセンサ4Xが検出したアナログ信号をデジタル信号に変換する第2の信号変換部である。AD変換器5Aが変換するデジタル信号が第1のデジタル信号であり、AD変換器5Bが変換するデジタル信号が第2のデジタル信号である。
The
絶対位置演算部6Xは、AD変換器5A,5Bからの出力に基づいて、スケール20の絶対位置を演算する演算部である。絶対位置演算部6Xは、第1のデジタル信号および第2のデジタル信号に基づいて、スケール20上での絶対位置を算出し、位置データ40Xとして出力する。実施の形態1では、位置データ40Xが第1の絶対位置である。
The absolute position calculation unit 6X is a calculation unit that calculates the absolute position of the
絶対位置演算部6Xは、光量補正部10A,10Bと、エッジ検出部11A,11Bと、デコード部12Aと、粗検出部13Aと、位相検出部14Bと、高精度検出部15Xとを有している。
The absolute position calculation unit 6X includes a light
光量補正部10Aは、AD変換器5Aから送られてくるデジタル信号の信号強度を均一化して、エッジ検出部11Aに送る。光量補正部10Bは、AD変換器5Bから送られてくるデジタル信号の信号強度を均一化して、エッジ検出部11Bに送る。
The light
エッジ検出部11Aは、光量補正部10Aによって信号強度が均一化された信号に対して、予め設定しておいた閾値レベルに一致する、イメージセンサ3X上でのエッジ位置(以下、エッジ画素位置という)を求める。また、エッジ検出部11Aは、エッジ画素位置がエッジの立ち上がりを示す立ち上がりエッジであるか、エッジの立ち下がりを示す立ち下がりエッジであるかを判別する。
The
エッジ検出部11Bは、光量補正部10Bによって信号強度が均一化された信号に対して、予め設定しておいた閾値レベルに一致する、イメージセンサ4X上でのエッジ画素位置を求める。また、エッジ検出部11Bは、エッジ画素位置がエッジの立ち上がりを示す立ち上がりエッジであるか、エッジの立ち下がりを示す立ち下がりエッジであるかを判別する。
The
デコード部12Aは、エッジ検出部11Aが判別した立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジに基づいて、信号を、ビット値「1」およびビット値「0」からなるビット列に変換する。
The decoding unit 12A converts the signal into a bit string consisting of a bit value “1” and a bit value “0” based on the rising edge and the falling edge determined by the
粗検出部13Aは、デコード部12Aが変換したビット列から粗い絶対位置を検出する。粗検出部13Aでは、例えば、絶対値符号パターン30のビット列を示すルックアップテーブルと、デコード部12Aが変換したビット列とを比較することで粗い絶対位置を検出する。実施の形態1では、粗検出部13Aが検出する粗い絶対位置が、第2の絶対位置である。
The coarse detection unit 13A detects a coarse absolute position from the bit string converted by the decoding unit 12A. The coarse detection unit 13A detects a coarse absolute position by comparing, for example, a lookup table showing a bit string of the absolute
位相検出部14Bは、エッジ検出部11Bが判別した立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジに基づいて、基準となる画素位置(後述する基準画素位置150)に対する位相ずれ量を算出する。
The
高精度検出部15Xは、粗検出部13Aが検出した粗い絶対位置と、位相検出部14Bが算出した位相ずれ量とを足し合わせることで、スケール20の絶対位置を算出する。高精度検出部15Xは、算出した絶対位置を位置データ40Xとして出力する。
The high-precision detection unit 15X calculates the absolute position of the
なお、イメージセンサ3X,4Xおよび発光素子2は半直線上に重なるように配置されなくても構わない。換言すると、イメージセンサ3X,4Xは、スケール20の上面側である回転軸方向から見た場合に、スケール20の中心からスケール20の第1の径方向に延びる半直線上に重なっていなくてもよい。すなわち、イメージセンサ3Xとスケール20の中心とを結ぶ直線と、イメージセンサ4Xとスケール20の中心とを結ぶ直線とは、異なる方向の直線であってもよい。
The
イメージセンサ3X,4Xおよび発光素子2が半直線上に重ならない場合、絶対位置演算部6Xは、予め算出されたイメージセンサ3X,4Xの位相差を用いて、イメージセンサ3X,4Xから得られる絶対位置の少なくとも一方を補正すればよい。例えば、粗検出部13Aは、イメージセンサ3Xから得られる絶対位置を、イメージセンサ3X,4Xおよび発光素子2が半直線上に配置された場合にイメージセンサ3Xから得られる絶対位置に補正する。また、位相検出部14Bが、イメージセンサ4Xから得られる位相ずれ量を、イメージセンサ3X,4Xおよび発光素子2が半直線上に配置された場合にイメージセンサ4Xから得られる位相ずれ量に補正してもよい。
When the
イメージセンサ3X,4Xおよび発光素子2が半直線上に重ならない場合、アブソリュートエンコーダ1Xには、2つの発光素子2が配置される。イメージセンサ3Xは、2つの発光素子2のうちの一方の発光素子2からの光を受光し、イメージセンサ4Xは、2つの発光素子2のうちの他方の発光素子2からの光を受光する。
When the
次に、絶対位置演算部6Xの各構成部の動作について説明する。AD変換器5Aが、イメージセンサ3Xで検出されたアナログ信号をデジタル信号に変換して光量補正部10Aに送ると、光量補正部10Aは、デジタル信号の信号強度を均一化して、エッジ検出部11Aに送る。
Next, the operation of each component of the absolute position calculation unit 6X will be described. When the
AD変換器5Bが、イメージセンサ4Xで検出されたアナログ信号をデジタル信号に変換して光量補正部10Bに送ると、光量補正部10Bは、デジタル信号の信号強度を均一化して、エッジ検出部11Bに送る。
When the
図2は、実施の形態1にかかるアブソリュートエンコーダの光量補正部に入力される信号を示す図である。図2の横軸は画素位置であり、縦軸は信号強度である。光量補正部10A,10Bに入力される信号は、光強度分布70のような分布を有している。
FIG. 2 is a diagram showing a signal input to the light amount correction unit of the absolute encoder according to the first embodiment. The horizontal axis of FIG. 2 is the pixel position, and the vertical axis is the signal strength. The signals input to the light
光量補正部10Aに入力される信号と、光量補正部10Bに入力される信号とは、イメージセンサ3X,4Xの配置位置の差の分だけ異なる信号となっている。イメージセンサ3X,4Xは同様の処理を実行し、光量補正部10A,10Bは同様の処理を実行し、エッジ検出部11A,11Bは同様の処理を実行するので、図2から図5では、イメージセンサ3X、光量補正部10A、エッジ検出部11Aによる処理について説明する。
The signal input to the light
図2に示すHighビット8は、スケール20の反射部31でのパターンを表し、Lowビット9は、スケール20の非反射部32でのパターンを表している。イメージセンサ3X上に投影されるスケール20の絶対値符号パターン30に対応する信号は、図2に示すように、Highビット8およびLowビット9が不均一な光強度分布70となる。すなわち、絶対値符号パターン30による信号は、発光素子2自体の光強度分布のばらつき、イメージセンサ3Xの各画素のゲインばらつき等の影響によって、不均一な光強度分布70となる。そこで、光量補正部10Aは、不均一な光強度分布70を均一な光強度分布となるように予め計測しておいた光量補正値に基づいて画素毎に光量の補正を行う。
The High bit 8 shown in FIG. 2 represents the pattern at the
図3は、実施の形態1にかかるアブソリュートエンコーダの光量補正部が出力する信号を示す図である。図3の横軸は画素位置であり、縦軸は信号強度である。図3では、光量補正部10Aが、図2に示した信号の光量を補正した後の信号の光強度分布71を示している。図3に示すように、光量補正後には、絶対値符号パターン30に対応する信号は、Highビット8およびLowビット9が均一な光強度分布71となる。光量補正部10Aは、光強度分布71をエッジ検出部11Aに送る。また、光量補正部10Bは、光量の補正を行った光強度分布をエッジ検出部11Bに送る。
FIG. 3 is a diagram showing a signal output by the light amount correction unit of the absolute encoder according to the first embodiment. The horizontal axis of FIG. 3 is the pixel position, and the vertical axis is the signal strength. In FIG. 3, the light
エッジ検出部11Aは、光強度分布71の信号に対して、予め設定しておいた閾値レベル105に一致する、イメージセンサ3X上でのエッジ画素位置(後述するエッジ画素位置110)を求める。図3では、エッジ画素位置を含む領域であるエッジ領域の一例として、エッジ領域75を示している。
The
図4は、図3に示したエッジ領域の信号を示す図である。図4の横軸は画素位置であり、縦軸は信号強度である。図4では、図3に示したエッジ領域75の拡大図を示している。光強度分布71の信号のうち閾値レベル105に一致する画素位置がエッジ画素位置110である。
FIG. 4 is a diagram showing a signal in the edge region shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 4 is the pixel position, and the vertical axis is the signal strength. FIG. 4 shows an enlarged view of the
エッジ検出部11Aは、隣り合う、i(iは自然数)番目の画素の信号強度と、i+1番目の画素の信号強度とのうち、一方の信号強度が閾値レベル105よりも低く、他方の信号強度が閾値レベル105よりも高い2つの画素を検出する。具体的には、エッジ検出部11Aは、i番目の画素の信号強度が閾値レベル105よりも低く、且つi+1番目の画素の信号強度が閾値レベル105よりも高い2つの画素間にエッジ画素位置110があると判断する。また、エッジ検出部11Aは、i番目の画素の信号強度が閾値レベル105よりも高く、且つi+1番目の画素の信号強度が閾値レベル105よりも低い2つの画素間にエッジ画素位置110があると判断する。
In the
さらに、エッジ検出部11Aは、エッジ画素位置110があると判定したi番目の画素とi+1番目の画素に対して、閾値レベル105を跨ぐようi番目の画素とi+1番目の画素を線形補間する。エッジ検出部11Aは、線形補間された信号と、閾値レベル105との一致点をエッジ画素位置110として検出する。このようにエッジ画素位置110は、デジタル信号の立ち上がりまたは立ち下がりの位置である。換言すると、エッジ画素位置110は、デジタル信号の有無の境界である。
Further, the
また、エッジ検出部11Aは、検出したエッジ画素位置110が、立ち上がりエッジであるか、立ち下がりエッジであるかを判定することで、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを検出する。
Further, the
図5は、実施の形態1にかかるアブソリュートエンコーダのエッジ検出部が検出する立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを説明するための図である。図5の横方向は、画素位置に対応している。 FIG. 5 is a diagram for explaining a rising edge and a falling edge detected by the edge detection unit of the absolute encoder according to the first embodiment. The horizontal direction in FIG. 5 corresponds to the pixel position.
エッジ検出部11Aは、検出したエッジ画素位置110のうち、i番目の画素の信号強度がi+1番目の画素の信号強度よりも低いエッジ画素位置110を立ち上がりエッジ51として検出する。
The
また、エッジ検出部11Aは、検出したエッジ画素位置110のうち、i番目の画素の信号強度がi+1番目の画素の信号強度よりも高いエッジ画素位置110を立ち下がりエッジ52として検出する。
Further, the
これにより、エッジ検出部11Aは、エッジ画素位置110が、立ち上がりエッジ51であるか、または立ち下がりエッジ52であるかを示すエッジ方向情報50を、各エッジ画素位置110に対して設定する。エッジ検出部11Aは、エッジ方向情報50およびエッジ画素位置110をデコード部12Aに送る。
As a result, the
エッジ検出部11Bもエッジ検出部11Aと同様の処理によってエッジ方向情報50およびエッジ画素位置110を検出する。エッジ検出部11Bは、エッジ方向情報50およびエッジ画素位置110を位相検出部14Bに送る。
The
デコード部12Aは、エッジ方向情報50およびエッジ画素位置110に基づいて、Highビット8およびLowビット9を、「1」または「0」のビット値に変換することで、信号をビット列に変換する。
The decoding unit 12A converts the signal into a bit string by converting the High bit 8 and the Low bit 9 into bit values of “1” or “0” based on the
図6は、図5に示したエッジ情報に対応するビット列を示す図である。図6では、デコード部12Aが、エッジ方向情報50およびエッジ画素位置110に基づいて、Highビット8およびLowビット9を、「1」または「0」に変換したビット列120を示している。
FIG. 6 is a diagram showing a bit string corresponding to the edge information shown in FIG. In FIG. 6, the decoding unit 12A shows a
デコード部12Aは、例えば、立ち上がりエッジ51から立ち下がりエッジ52までの間はビット値「1」とし、立ち下がりエッジ52から立ち上がりエッジ51までの間はビット値「0」とすることでビット列120を生成する。これにより、Highビット8がビット値「1」として表現され、Lowビット9がビット値「0」として表現される。
For example, the decoding unit 12A sets the bit value “1” between the rising
また、デコード部12Aは、1ビット当たりの画素の幅が基本周期幅と等しくなるように、ビット列120を生成する。基本周期幅は、反射部31および非反射部32で構成される絶対値符号パターン30の最小線幅である。但し、絶対値符号パターン30はスケール20の中心から放射線状に形成されているので、基本周期幅は、スケール20の径方向に依存して値が変わる。
Further, the decoding unit 12A generates the
デコード部12Aは、Highビット8およびLowビット9を2値化処理によって「1」または「0」のビット値に変換することで、信号をビット列120に変換してもよい。デコード部12Aは、信号を「1」および「0」からなるビット列120に変換できる方法であれば、何れの方法で信号をビット列120に変換してもよい。デコード部12Aは、ビット列120を粗検出部13Aに送る。
The decoding unit 12A may convert the signal into the
粗検出部13Aは、デコード部12Aが変換したビット列120から粗い絶対位置を検出する。粗検出部13Aには、例えば、絶対値符号パターン30を構成するビット列が、予めルックアップテーブル内に格納されている。粗検出部13Aは、デコード部12Aが検出したビット列120と、ルックアップテーブル内のビット列とを比較することで、粗い絶対位置を特定する。粗検出部13Aは、ビット列120が、ルックアップテーブル内の何れのビット列に対応しているかに基づいて、粗い絶対位置を特定する。
The coarse detection unit 13A detects a coarse absolute position from the
図7は、実施の形態1にかかるアブソリュートエンコーダのデコード部が粗い絶対位置を特定する処理を説明するための図である。粗検出部13Aは、ルックアップテーブル130を参照し、ビット列120と一致するビット列140を探索する。粗検出部13Aは、ビット列140に相当する絶対位置を求めることで、ビット列120に対応する粗い絶対位置を特定する。粗検出部13Aは、ビット列120と一致するビット列140の位置に対応する位置を粗い絶対位置として検出する。粗検出部13Aは、特定した絶対位置を高精度検出部15Xに送る。
FIG. 7 is a diagram for explaining a process for specifying a coarse absolute position by the decoding unit of the absolute encoder according to the first embodiment. The coarse detection unit 13A refers to the look-up table 130 and searches for the
なお、粗検出部13Aが、ビット列140の中央ビットに相当する画素位置を基準に粗い絶対位置を特定した場合、特定した絶対位置は、イメージセンサ3Xで取得する中心画素位置における絶対位置に相当する。
When the coarse detection unit 13A specifies the coarse absolute position with reference to the pixel position corresponding to the center bit of the
位相検出部14Bは、エッジ検出部11Bからエッジ方向情報50およびエッジ画素位置110を受け付けると、基準の画素位置である基準画素位置と、信号との間の位相ずれ量を算出する。
When the
図8は、実施の形態1にかかるアブソリュートエンコーダの位相検出部が算出する、信号の位相ずれ量を説明するための図である。位相検出部14Bは、イメージセンサ4Xの基準画素位置150に対する位相ずれ量θを算出する。基準画素位置150の中心位置をPとし、Pに一番近いエッジ画素位置110をZC(i)とすると、ZC(i)は、基準画素位置150からの位相ずれ量θを用いて以下の式(1)で表すことができる。
FIG. 8 is a diagram for explaining the amount of phase shift of the signal calculated by the phase detection unit of the absolute encoder according to the first embodiment. The
ZC(i)=P+θ・・・(1) ZC (i) = P + θ ... (1)
θは、基準画素位置150よりも左にあればマイナスの符号となり、右にあればプラスの符号となる。換言すると、θは、基準画素位置150よりも回転方向の手前にあればマイナスの符号となり、基準画素位置150よりも回転方向の奥にあればプラスの符号となる。位相検出部14Bは、エッジ検出部11Bで検出したエッジ画素位置110のうち、Pに最も近いZC(i)を探索し、ZC(i)とPとの差分をとることで位相ずれ量θを算出する。
If θ is to the left of the
なお、実施の形態1では、位相検出部14BがZC(i)およびPのみを用いて位相ずれ量θを算出しているが、位相検出部14Bは、全てのエッジ画素位置110を用いて、最小二乗法により位相ずれ量θを算出してもよい。また、基準画素位置150は、イメージセンサ4Xの中心画素であってもよいし、左端または右端の画素でもよく、基準画素位置150の位置は特に限定されない。位相検出部14Bは、位相ずれ量θを高精度検出部15Xに送る。
In the first embodiment, the
高精度検出部15Xは、粗検出部13Aが算出した粗い絶対位置と、位相検出部14Bが算出した位相ずれ量θとを足し合わせることで、スケール20の絶対位置を算出する。高精度検出部15Xは、粗い絶対位置の特定に使用したビットに対応する画素位置と、位相ずれ量θの算出に使用した基準画素位置150とを一致させたうえで、スケール20の絶対位置を算出する。高精度検出部15Xは、算出した絶対位置を位置データ40Xとして出力する。
The high-precision detection unit 15X calculates the absolute position of the
このように、アブソリュートエンコーダ1Xは、信号検出用のパターンとしては絶対値符号パターン30のみから高精度な絶対位置を検出することができる。したがって、アブソリュートエンコーダ1Xは、信号検出用のパターンを複雑化することなく、高い信頼性で高い分解能の絶対位置を検出することが可能となる。
As described above, the
また、アブソリュートエンコーダ1Xは、スケール20の径方向に沿って配置された2つのイメージセンサ3X,4Xを用いているので、絶対位置の検出精度を向上させることができる。ここで、アブソリュートエンコーダ1Xが2つのイメージセンサ3X,4Xを用いて絶対位置の検出精度を向上させることができる理由について説明する。
Further, since the
アブソリュートエンコーダ1Xでは、図1に示すように、スケール20の回転軸方向から見た場合に、スケール20の径方向に対して、発光素子2の中心、イメージセンサ3Xの中心、およびイメージセンサ4Xの中心が一直線上になるように、発光素子2、イメージセンサ3X,4Xが配置されている。また、イメージセンサ3Xは、イメージセンサ4Xよりもスケール20の中心に近い位置に配置されている。ここでのイメージセンサ3X,4Xは、同一の仕様である。
In the
ここで、イメージセンサ3X,4Xで受光する光を、AD変換器5A,5Bおよび絶対位置演算部6Xで処理して得られる信号の特徴について説明する。
Here, the characteristics of the signal obtained by processing the light received by the
図9は、実施の形態1にかかるアブソリュートエンコーダで得られる信号の特徴を説明するための図である。図9の左側に示すスケール20の一部には、イメージセンサ3Xが受光した光のスケール20上での反射地点160と、イメージセンサ4Xが受光した光のスケール20上での反射地点170とを示している。また、図9の右側には、イメージセンサ3X,4Xに投影された光の光量補正後の光強度分布72,73を示している。光強度分布72が、反射地点160における光の強度分布であり、光強度分布73が、反射地点170における光の強度分布である。
FIG. 9 is a diagram for explaining the characteristics of the signal obtained by the absolute encoder according to the first embodiment. A part of the
イメージセンサ3Xが受光する光の反射地点160には、イメージセンサ4Xが受光する光の反射地点170よりも多くの絶対値符号パターン30が含まれている。このため、エッジ検出部11Bが、イメージセンサ3Xに投影された光の光強度分布72に対してエッジ検出処理を実行すると、イメージセンサ4Xに投影された光の光強度分布73に対するエッジ検出よりも多くのエッジ画素位置110が検出される。
The
また、反射地点160,170に含まれる、同一の反射部31の線幅または同一の非反射部32の線幅に着目すると、反射地点160における線幅の方が、反射地点170における線幅よりも狭い。このため、光強度分布72における基本周期幅は、光強度分布73における基本周期幅よりも狭くなる。これは、デコード部12Aが光強度分布72に対して生成するビット列18が、光強度分布73に対して生成されるビット列19よりも、1ビット当たりの画素数が少なく、ビット数(ビット長)が多いことを意味している。すなわち、イメージセンサ4Xで受光する光の方が、イメージセンサ3Xで受光する光よりも1ビット当たりの画素数が多いので、イメージセンサ3Xで受光する光よりも分解能が高い。一方、イメージセンサ3Xで受光する光の方が、イメージセンサ4Xで受光する光よりもビット数が多いので、イメージセンサ4Xで受光する光よりも信頼度が高い。
Further, focusing on the line width of the
実施の形態1のアブソリュートエンコーダ1Xは、イメージセンサ3X,4Xによって得られる信号を絶対位置演算部6X内で別々に処理し、高精度検出部15Xが、別々に求められた位置情報を足し合わせている。
The
アブソリュートエンコーダ1Xでは、AD変換器5Aが、イメージセンサ3Xからのアナログ信号をデジタル信号に変換し、絶対位置演算部6Xに入力する。絶対位置演算部6Xは、このAD変換器5Aからのデジタル信号に対し、光量補正処理、エッジ検出処理、およびデコード処理を実行し、粗検出部13Aが、粗い絶対位置を算出する。
In the
粗検出部13Aは、イメージセンサ3Xが取得した信号から生成したビット列18と、ルックアップテーブル130に格納されたビット列とを比較することで粗い絶対位置を特定する。ビット列18は、ビット列19よりもビット数が多いので、粗検出部13Aは、ビット列19を用いる場合よりも多くのビットを比較対象とすることができ、算出する絶対位置の信頼性を高めることができる。例えば、スケール20への異物の付着によってスケール20への光が遮光され、ビット列18の一部のビットに誤りが発生した場合であっても、比較対象とするビット数が多ければ、粗検出部13Aは、異物の付着による影響を受けずに絶対位置を特定することができる。
The coarse detection unit 13A identifies the coarse absolute position by comparing the
また、アブソリュートエンコーダ1Xでは、AD変換器5Bが、イメージセンサ4Xからのアナログ信号をデジタル信号に変換し、絶対位置演算部6Xに入力する。絶対位置演算部6Xは、このAD変換器5Bからのデジタル信号に対し、光量補正処理、およびエッジ検出処理を実行し、エッジ検出部11Bが、位相ずれ量θを算出する。
Further, in the
位相検出部14Bが算出する位相ずれ量θの単位は画素数である。イメージセンサ4Xが取得したビット列19の1ビット当たりの画素数は、ビット列18の1ビット当たりの画素数よりも多い。したがって、位相ずれ量θに相当する画素数は、ビット列19の画素数の方が、ビット列18の画素数よりも多くなる。位相検出部14Bは、ビット列19を用いて位相ずれ量θを算出しているので、ビット列18を用いて位相ずれ量θを算出する場合よりも高い分解能の位相ずれ量θを算出することができる。
The unit of the phase shift amount θ calculated by the
高精度検出部15Xは、粗検出部13Aが算出した信頼性の高い粗い絶対位置と、位相検出部14Bが算出した高い分解能の位相ずれ量θとを足し合わせる。このように、アブソリュートエンコーダ1Xは、イメージセンサ3X,4Xから得られる信号を別々に処理して足し合わせることで、信頼性が高く分解能が高い絶対位置を得ることができる。
The high-precision detection unit 15X adds the highly reliable coarse absolute position calculated by the coarse detection unit 13A and the high-resolution phase shift amount θ calculated by the
このように、アブソリュートエンコーダ1Xは、絶対値符号パターン30のうちの2箇所で計測された2つの信号に基づいて位置データ40Xを算出しているので、信頼性が高く分解能が高い絶対位置を得ることができる。
In this way, since the
また、アブソリュートエンコーダ1Xは、信頼性が高く分解能が高い絶対位置を得ることができるので、AD変換器5A,5Bの分解能を向上させる必要も、また検出回数を増やす必要もない。
Further, since the
また、アブソリュートエンコーダ1Xのスケール20は、円周に沿った方向に絶対値符号パターン30を有するトラックが1本だけ設けられているので、簡易な構成で信頼性が高く分解能が高い絶対位置を得ることができる。
Further, since the
なお、実施の形態1では、同一仕様のイメージセンサ3X,4Xを用いる場合について説明したが、ビット列18のビット数が、ビット列19のビット数よりも多いという条件を満たしていれば、イメージセンサ4Xよりも小型化のイメージセンサ3Xが用いられてもよい。これにより、アブソリュートエンコーダ1Xの実装体積を軽減することができる。また、アブソリュートエンコーダ1Xは、3つ以上のイメージセンサを用いて絶対位置を検出してもよい。
In the first embodiment, the case where the
このように実施の形態1のアブソリュートエンコーダ1Xでは、イメージセンサ3X,4Xが、スケール20の中心から径方向に延びる半直線上に重なるように配置されている。また、絶対位置演算部6Xが、イメージセンサ3Xからの信号に基づいてスケール20上での粗い絶対位置を算出するとともに、イメージセンサ4Xからの信号に基づいて基準画素位置150からの位相ずれ量θを算出している。そして、絶対位置演算部6Xが、粗い絶対位置と位相ずれ量θとを足し合わせることで位置データ40Xを算出している。これにより、絶対位置演算部6Xは、信頼度の高い粗い情報に基づいて算出された絶対位置と、分解能が高い情報に基づいて算出された位相ずれ量θとを足し合わせることができるので、信頼性が高く分解能が高い位置データ40Xを算出することができる。
As described above, in the
実施の形態2.
つぎに、図10および図11を用いて実施の形態2について説明する。実施の形態2では、絶対位置演算部が、一方のイメージセンサから取得した信号を用いて算出したビット列と、他方のイメージセンサから取得した信号を用いて算出したビット列とを繋ぎ合わせたビット列を生成して粗い絶対位置を算出する。
Next, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. In the second embodiment, the absolute position calculation unit generates a bit string obtained by connecting a bit string calculated using a signal acquired from one image sensor and a bit string calculated using a signal acquired from the other image sensor. To calculate the coarse absolute position.
図10は、実施の形態2にかかるアブソリュートエンコーダの構成を示す図である。図11は、実施の形態2にかかるアブソリュートエンコーダにおけるイメージセンサの配置位置を説明するための図である。図10の各構成要素のうち図1に示す実施の形態1のアブソリュートエンコーダ1Xと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an absolute encoder according to a second embodiment. FIG. 11 is a diagram for explaining the arrangement position of the image sensor in the absolute encoder according to the second embodiment. Of the components of FIG. 10, components that achieve the same functions as the
アブソリュートエンコーダ1Yは、発光素子2と、イメージセンサ3Y,4Yと、スケール20と、AD変換器5A,5Bと、絶対位置演算部6Yとを備えている。イメージセンサ3Y,4Yは、イメージセンサ3X,4Xと同様のイメージセンサであり、イメージセンサ3X,4Xとは、スケール20の円周に沿った方向の配置位置が異なる。
The absolute encoder 1Y includes a
絶対位置演算部6Yは、光量補正部10A,10Bと、エッジ検出部11A,11Bと、デコード部12A,12Bと、粗検出部13Yと、位相検出部14A,14Bと、高精度検出部15A,15Bと、演算部45とを有している。
The absolute position calculation unit 6Y includes light
アブソリュートエンコーダ1Yでは、イメージセンサ3Yの中心Caとイメージセンサ4Yの中心Cbとが、スケール20の円周に沿った方向に対して異なる位置となっている。換言すると、アブソリュートエンコーダ1Yでは、スケール20を上面側から見た場合に、イメージセンサ3Yの中心Ca以外の位置とイメージセンサ4Yの中心Cb以外の位置との少なくとも一方が、スケール20の中心C1からスケール20の第1の径方向に延びる半直線22上に重なるようにイメージセンサ3Y,4Yが配置されている。すなわち、イメージセンサ3Yの一部およびイメージセンサ4Yの一部が半直線22上に重なり、且つイメージセンサ3Yの中心Caとイメージセンサ4Yの中心Cbとの少なくとも一方が、半直線22上に重ならないようにイメージセンサ3Y,4Yが配置されている。発光素子2は、発光素子2の中心C2が、この半直線22上に重なるように配置されている。中心Caから半直線22までの最短距離と、中心Cbから半直線22までの最短距離とは同じである。
In the absolute encoder 1Y, the center Ca of the
また、アブソリュートエンコーダ1Yでは、発光素子2の中心C2とスケール20の中心C1とを結ぶ半直線22が、イメージセンサ3Yの受光面21Aおよびイメージセンサ4Yの受光面21Bを通るように、イメージセンサ3Y,4Yが配置されている。また、アブソリュートエンコーダ1Yでは、イメージセンサ3Yの長手方向に延びる中央線41と、イメージセンサ4Yの長手方向に延びる中央線42とが重ならないように、イメージセンサ3Y,4Yが配置されている。イメージセンサ3Y,4Yの長手方向は、半直線22に垂直な方向である。実施の形態2では、イメージセンサ3Yが、第1のイメージセンサであり、イメージセンサ4Yが、第2のイメージセンサである。
Further, in the absolute encoder 1Y, the
このように、アブソリュートエンコーダ1Yでは、イメージセンサ3Y,4Yの円周に沿った方向の位置および径方向の位置が異なり、かつ半直線22が受光面21A,21Bを通るように、イメージセンサ3Y,4Yが配置されている。
As described above, in the absolute encoder 1Y, the
このようなイメージセンサ3Y,4Yの配置により、受光面21A,21Bで受光される光には共通の絶対値符号パターンが一部含まれることになる。これにより、アブソリュートエンコーダ1Yは、イメージセンサ3Y,4Yの信号をデコードすることで得られるビット列を繋ぎ合わせたビット列23を得ることができる。
Due to such an arrangement of the
絶対位置演算部6Yでは、光量補正部10A、エッジ検出部11A、デコード部12A、位相検出部14A、および高精度検出部15Aが、それぞれ光量補正部10B、エッジ検出部11B、デコード部12B、位相検出部14B、および高精度検出部15Bと同様の処理を実行する。したがって、ここでは光量補正部10A、エッジ検出部11A、デコード部12A、位相検出部14A、および高精度検出部15Aが実行する処理について説明する。また、粗検出部13Yおよび演算部45が実行する処理について説明する。
In the absolute position calculation unit 6Y, the light
絶対位置演算部6Yの光量補正部10A、エッジ検出部11A、デコード部12A、粗検出部13Y、位相検出部14A、および高精度検出部15Aは、それぞれ、絶対位置演算部6Xの光量補正部10A、エッジ検出部11A、デコード部12A、粗検出部13A、位相検出部14B、および高精度検出部15Xと同様の処理を実行する。
The light
すなわち、光量補正部10Aは、AD変換器5Aから送られてくるデジタル信号の信号強度を均一化して、エッジ検出部11Aに送る。エッジ検出部11Aは、信号強度が均一化された信号に対して、閾値レベル105に一致するエッジ画素位置110を求める。また、エッジ検出部11Aは、エッジの立ち上がりまたは立ち下がりを示すエッジ方向情報50を各エッジ画素位置110に設定する。絶対位置演算部6Yのエッジ検出部11Aは、エッジ方向情報50およびエッジ画素位置110をデコード部12Aおよび位相検出部14Aに送る。
That is, the light
デコード部12Aは、エッジ方向情報50およびエッジ画素位置110に基づいて、信号を、ビット値「1」およびビット値「0」からなるビット列に変換する。デコード部12Aは、ビット列を粗検出部13Yに送る。
The decoding unit 12A converts the signal into a bit string consisting of a bit value “1” and a bit value “0” based on the
また、デコード部12Bは、デコード部12Aと同様の処理を実行する。すなわち、デコード部12Bは、エッジ検出部11Bから受け付けた、エッジ方向情報50およびエッジ画素位置110に基づいて、信号を、ビット値「1」およびビット値「0」からなるビット列に変換する。デコード部12Bは、ビット列を粗検出部13Yに送る。
Further, the
粗検出部13Yは、デコード部12Aが変換したビット列と、デコード部12Bが変換したビット列とを繋ぎ合わせることで、ビット列23を生成する。粗検出部13Yは、ビット列23とルックアップテーブル130とを比較することで粗い絶対位置を検出する。このとき、粗検出部13Yは、特定する粗い絶対位置が、半直線22上のスケール角度位置となるように粗い絶対位置を調整したうえで粗い絶対位置を検出する。実施の形態2では、粗検出部13Yが検出する粗い絶対位置が、第2の絶対位置である。粗検出部13Yは、調整後の粗い絶対位置を高精度検出部15A,15Bに送る。
The
位相検出部14Aは、エッジ検出部11Aが判別した立ち上がりエッジ51および立ち下がりエッジ52に基づいて、基準画素位置24に対する位相ずれ量θを算出する。このとき、位相検出部14Aは、イメージセンサ3Yの基準画素位置が、半直線22上の基準画素位置24となるように位相ずれ量θを調整したうえで位相ずれ量θを算出する。位相検出部14Aは、位相ずれ量θを高精度検出部15Aに送る。
The phase detection unit 14A calculates the phase shift amount θ with respect to the
また、位相検出部14Bは、エッジ検出部11Bが判別した立ち上がりエッジ51および立ち下がりエッジ52に基づいて、基準画素位置25に対する位相ずれ量θを算出する。このとき、位相検出部14Bは、イメージセンサ4Yの基準画素位置が、半直線22上の基準画素位置25となるように位相ずれ量θを調整したうえで位相ずれ量θを算出する。位相検出部14Bは、位相ずれ量θを高精度検出部15Bに送る。
Further, the
実施の形態2では、基準画素位置24が第1の基準画素位置であり、位相検出部14Aが算出する位相ずれ量θが第1の位相ずれ量である。また、実施の形態2では、基準画素位置25が第2の基準画素位置であり、位相検出部14Bが算出する位相ずれ量θが第2の位相ずれ量である。
In the second embodiment, the
高精度検出部15Aは、粗検出部13Yが検出した粗い絶対位置と、位相検出部14Aが算出した位相ずれ量θとを足し合わせることで、スケール20の絶対位置を算出する。高精度検出部15Aは、算出した絶対位置を演算部45に送る。
The high-
また、高精度検出部15Bは、高精度検出部15Aと同様に、粗検出部13Yが検出した粗い絶対位置と、位相検出部14Bが算出した位相ずれ量θとを足し合わせることで、スケール20の絶対位置を算出する。高精度検出部15Bは、算出した絶対位置を演算部45に送る。
Further, the high-
実施の形態2では、高精度検出部15Aが算出する絶対位置が第3の絶対位置であり、高精度検出部15Bが算出する絶対位置が第4の絶対位置である。
In the second embodiment, the absolute position calculated by the high-
このように、イメージセンサ3Yが取得した信号は、光量補正部10Aから高精度検出部15Aまでの処理によってスケール20の絶対位置に演算され、イメージセンサ4Yが取得した信号は、光量補正部10Bから高精度検出部15Bまでの処理によってスケール20の絶対位置に演算される。
In this way, the signal acquired by the
演算部45は、高精度検出部15Aが算出した絶対位置と、高精度検出部15Bが算出した絶対位置との平均位置を算出し、算出した平均位置を位置データ40Yとして出力する。実施の形態2では、位置データ40Yが第1の絶対位置である。
The
このように実施の形態2の絶対位置演算部6Yでは、粗検出部13Yが、デコード部12Aが変換したビット列と、デコード部12Bが変換したビット列とを繋ぎ合わせたビット列23を生成して絶対位置を算出するので、信頼性の高い絶対位置を得ることができる。
As described above, in the absolute position calculation unit 6Y of the second embodiment, the
実施の形態3.
つぎに、図12から図16を用いて実施の形態3について説明する。実施の形態3のアブソリュートエンコーダは、2つのイメージセンサがスケール20の中心を挟んで対向する位置に配置されている。実施の形態3のアブソリュートエンコーダは、2つのイメージセンサのうち一方の角度検出機能が異常である場合には、正常なイメージセンサから得られた絶対位置を出力し、両方の角度検出機能が正常である場合には、絶対位置の平均位置を出力する。Embodiment 3.
Next, the third embodiment will be described with reference to FIGS. 12 to 16. In the absolute encoder of the third embodiment, two image sensors are arranged at positions facing each other with the center of the
図12は、実施の形態3にかかるアブソリュートエンコーダの構成を示す図である。図12の各構成要素のうち図1に示す実施の形態1のアブソリュートエンコーダ1Xまたは図10に示す実施の形態2のアブソリュートエンコーダ1Yと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of an absolute encoder according to a third embodiment. Of the components of FIG. 12, components that achieve the same functions as the
アブソリュートエンコーダ1Zは、発光素子2A,2Bと、イメージセンサ3Z,4Zと、スケール20と、AD変換器5A,5Bと、絶対位置演算部6Zとを備えている。イメージセンサ3Z,4Zは、イメージセンサ3X,4Xと同様のイメージセンサであり、イメージセンサ3X,4Xとは配置位置が異なる。
The
実施の形態3では、イメージセンサ3Z,4Zが、回転シャフト7の回転軸を対称に180°ずれた位置に配置されている。換言すると、イメージセンサ3Z,4Zが、スケール20の中心位置を挟んで対向するよう配置されている。
In the third embodiment, the
また、発光素子2A,2Bは、実施の形態1の発光素子2と同様にスケール20に光を照射する照明部である。イメージセンサ3Zは、発光素子2Aが照射してスケール20で反射された光を受光し、受光した光に対応するアナログ信号をAD変換器5Aに出力する。イメージセンサ4Zは、発光素子2Bが照射してスケール20で反射された光を受光し、受光した光に対応するアナログ信号をAD変換器5Bに出力する。
Further, the
実施の形態3では、発光素子2Aが、スケール20の第1の位置に光を照射する第1の発光素子であり、発光素子2Bが、スケール20の第2の位置に光を照射する第2の発光素子である。また、実施の形態3では、イメージセンサ3Zが第1のイメージセンサであり、イメージセンサ4Zが第2のイメージセンサである。イメージセンサ3Zは、スケール20の中心から第1の距離だけ離れた第1の位置からの第1の光を受光して第1の光に対応するアナログ信号を出力する。イメージセンサ4Zは、スケール20の中心から第2の距離だけ離れた第2の位置からの第2の光を受光して第2の光に対応するアナログ信号を出力する。実施の形態3では、第1の距離と第2の距離とは異なる距離であってもよいし、同じ距離であってもよい。イメージセンサ3Zが、出力するアナログ信号が第1のアナログ信号であり、イメージセンサ4Zが、出力するアナログ信号が第2のアナログ信号である。
In the third embodiment, the
絶対位置演算部6Zは、光量補正部10A,10Bと、エッジ検出部11A,11Bと、デコード部12A,12Bと、粗検出部13A,13Bと、位相検出部14A,14Bと、高精度検出部15A,15Bと、位置データ生成部16とを有している。
The absolute position calculation unit 6Z includes a light
粗検出部13Aは、デコード部12Aが変換したビット列とルックアップテーブル130とを比較することで粗い絶対位置を検出する。粗検出部13Aは、調整後の粗い絶対位置を高精度検出部15Aに送る。
The coarse detection unit 13A detects the coarse absolute position by comparing the bit string converted by the decoding unit 12A with the look-up table 130. The coarse detection unit 13A sends the adjusted rough absolute position to the high-
粗検出部13Bは、デコード部12Bが変換したビット列とルックアップテーブル130とを比較することで粗い絶対位置を検出する。粗検出部13Bは、調整後の粗い絶対位置を高精度検出部15Bに送る。
The coarse detection unit 13B detects the coarse absolute position by comparing the bit string converted by the
高精度検出部15Aは、粗検出部13Aが検出した粗い絶対位置と、位相検出部14Aが算出した位相ずれ量θとを足し合わせることで、スケール20の絶対位置を算出する。高精度検出部15Aは、算出した絶対位置を位置データ生成部16に送る。
The high-
高精度検出部15Bは、粗検出部13Bが検出した粗い絶対位置と、位相検出部14Bが算出した位相ずれ量θとを足し合わせることで、スケール20の絶対位置を算出する。高精度検出部15Bは、算出した絶対位置を位置データ生成部16に送る。
The high-
このように、絶対位置演算部6Zは、イメージセンサ3Zが取得した信号と、イメージセンサ4Zが取得した信号とを別々に処理して、それぞれの信号から絶対位置を算出する。すなわち、絶対位置演算部6Zは、光量補正部10Aから高精度検出部15Aまでの処理によって、イメージセンサ3Zが取得した信号から絶対位置を算出する。また、絶対位置演算部6Zは、光量補正部10Bから高精度検出部15Bまでの処理によって、イメージセンサ4Zが取得した信号から絶対位置を算出する。
In this way, the absolute position calculation unit 6Z separately processes the signal acquired by the
位置データ生成部16は、イメージセンサ3Zの絶対位置とイメージセンサ4Zの絶対位置との平均位置を位置データ40Zとして算出し出力する。実施の形態3では、イメージセンサ3Zの絶対位置が第2の絶対位置であり、イメージセンサ4Zの絶対位置が第3の絶対位置である。また、実施の形態3では、位置データ40Zが第1の絶対位置である。
The position
図13は、実施の形態3にかかるアブソリュートエンコーダの位置データ生成部による位置データの生成処理手順を示すフローチャートである。位置データ生成部16は、高精度検出部15Aが算出した絶対位置と、高精度検出部15Bが算出した絶対位置との位相差を補正する(ステップS10)。高精度検出部15Aが算出した絶対位置が、イメージセンサ3Zから得られる絶対位置であり、高精度検出部15Bが算出した絶対位置が、イメージセンサ4Zから得られる絶対位置である。位置データ生成部16は、予め算出しておいたイメージセンサ3Z,4Zの位相差を用いて、イメージセンサ3Z,4Zから得られる絶対位置の少なくとも一方を補正する。
FIG. 13 is a flowchart showing a procedure for generating position data by the position data generation unit of the absolute encoder according to the third embodiment. The position
位置データ生成部16は、アブソリュートエンコーダ1Zの異常の有無を判定する(ステップS20)。アブソリュートエンコーダ1Zの異常は、イメージセンサ3Zの角度検出機能およびイメージセンサ4Zの角度検出機能の少なくとも一方の異常である。位置データ生成部16が異常を検出すると、アブソリュートエンコーダ1Zの動作を緊急停止させるか、または正常な絶対位置となるよう絶対位置を補正して動作を継続する。
The position
図14は、実施の形態3にかかるアブソリュートエンコーダの位置データ生成部による異常判定処理の第1例の処理手順を示すフローチャートである。位置データ生成部16は、位相差を補正した後にイメージセンサ3Z,4Zから得られる絶対位置の差分が、差分の基準値以上であるか否かを判定する(ステップS110)。
FIG. 14 is a flowchart showing a processing procedure of a first example of abnormality determination processing by the position data generation unit of the absolute encoder according to the third embodiment. The position
絶対位置の差分が差分の基準値以上である場合(ステップS110、Yes)、位置データ生成部16は、アブソリュートエンコーダ1Zの異常であると判定する。すなわち、位置データ生成部16は、イメージセンサ3Zの角度検出機能およびイメージセンサ4Zの角度検出機能の少なくとも一方が異常であると判定する。この場合、位置データ生成部16は、回転シャフト7を回転させるモータを緊急停止させることでスケール20の回転を緊急停止させる(ステップS120)。具体的には、絶対位置の差分が差分の基準値以上である場合、位置データ生成部16は、モータを緊急停止させるための指令を、モータを制御するモータ制御装置に送信する。これにより、モータ制御装置が、モータを停止させる。
When the difference in absolute position is equal to or greater than the reference value of the difference (step S110, Yes), the position
一方、絶対位置の差分が差分の基準値未満である場合(ステップS110、No)、位置データ生成部16は、アブソリュートエンコーダ1Zが正常であると判定する。この場合、位置データ生成部16は、イメージセンサ3Z,4Zから得られた位相差補正後の絶対位置の平均位置を位置データ40Zとして出力する(ステップS130)。これにより、アブソリュートエンコーダ1Zは、簡易な演算で信頼性の高い絶対位置を得ることができる。
On the other hand, when the difference in absolute position is less than the reference value of the difference (step S110, No), the position
図15は、実施の形態3にかかるアブソリュートエンコーダの位置データ生成部による異常判定処理の第2例の処理手順を示すフローチャートである。位置データ生成部16は、イメージセンサ3Zの角度検出機能が異常であるか否かを判定する(ステップS210)。位置データ生成部16は、例えば、エッジ検出部11Aが検出したエッジ画素位置110の個数が、エッジ数の基準値以下である場合に異常であると判定する。また、位置データ生成部16は、粗検出部13Aが求めるビット列120と、ルックアップテーブル130内のビット列140との差異ビット数が閾値以上である場合に異常であると判定してもよい。
FIG. 15 is a flowchart showing a processing procedure of a second example of the abnormality determination processing by the position data generation unit of the absolute encoder according to the third embodiment. The position
イメージセンサ3Zの角度検出機能が異常である場合(ステップS210、Yes)、位置データ生成部16は、イメージセンサ4Zの角度検出機能が異常であるか否かを判定する(ステップS220)。位置データ生成部16は、例えば、エッジ検出部11Bが検出したエッジ画素位置110の個数が、エッジ数の基準値以下である場合に異常であると判定する。イメージセンサ3Zにおけるエッジ画素位置110が第1のエッジ位置であり、イメージセンサ4Zにおけるエッジ画素位置110が第2のエッジ位置である。
When the angle detection function of the
また、位置データ生成部16は、粗検出部13Bが求めるビット列120と、ルックアップテーブル130内のビット列140との差異ビット数が閾値以上である場合に異常であると判定してもよい。実施の形態3では、粗検出部13Aが求めるビット列120が第1のビット列であり、粗検出部13Bが求めるビット列120が第2のビット列である。また、ルックアップテーブル130内のビット列140が、第3のビット列である。また、実施の形態3では、イメージセンサ3Zの角度検出機能が第1の角度検出機能であり、イメージセンサ4Zの角度検出機能が第2の角度検出機能である。
Further, the position
イメージセンサ4Zの角度検出機能が異常である場合(ステップS220、Yes)、位置データ生成部16は、モータを緊急停止させる(ステップS230)。
When the angle detection function of the
イメージセンサ3Zの角度検出機能が異常であるが、イメージセンサ4Zの角度検出機能が異常でない場合(ステップS220、No)、位置データ生成部16は、イメージセンサ4Zから得られた絶対位置を位置データ40Zとして出力する(ステップS240)。すなわち、位置データ生成部16は、高精度検出部15Bから送られてきた絶対位置を位置データ40Zとして出力する。
When the angle detection function of the
イメージセンサ3Zの角度検出機能が異常でない場合(ステップS210、No)、位置データ生成部16は、イメージセンサ4Zの角度検出機能が異常であるか否かを判定する(ステップS250)。ここでの位置データ生成部16は、エッジ検出部11Bが検出したエッジ画素位置110の個数が、エッジ数の基準値以下である場合に異常であると判定してもよいし、ビット列120とビット列140との差異ビット数が閾値以上である場合に異常であると判定してもよい。
When the angle detection function of the
イメージセンサ3Zの角度検出機能は異常ではないが、イメージセンサ4Zの角度検出機能が異常である場合(ステップS250、Yes)、位置データ生成部16は、イメージセンサ3Zから得られた絶対位置を位置データ40Zとして出力する(ステップS260)。すなわち、位置データ生成部16は、高精度検出部15Aから送られてきた絶対位置を位置データ40Zとして出力する。
When the angle detection function of the
イメージセンサ3Z,4Zの角度検出機能が異常ではない場合(ステップS250、No)、位置データ生成部16は、イメージセンサ3Z,4Zから得られた絶対位置の平均位置を位置データ40Zとして出力する(ステップS270)。すなわち、位置データ生成部16は、高精度検出部15A,15Bから送られてきた絶対位置の平均位置を位置データ40Zとして出力する。
When the angle detection function of the
このように、位置データ生成部16は、イメージセンサ3Z,4Zの角度検出機能が異常であるか否かを判定し、正常な角度検出機能があれば動作を継続するので、アブソリュートエンコーダ1Zは、ロバストに絶対位置を得ることができる。
In this way, the position
また、アブソリュートエンコーダ1Zでは、180°の位相差でイメージセンサ3Z,4Zが配置されている。そして、アブソリュートエンコーダ1Zは、イメージセンサ3Z,4Zで得られた絶対位置の平均位置を位置データ40Zとして生成している。これにより、アブソリュートエンコーダ1Zは、回転するスケール20の面振れによる絶対位置の誤差成分を除去することができる。
Further, in the
図16は、実施の形態3にかかるアブソリュートエンコーダのスケールに発生する面振れを説明するための図である。アブソリュートエンコーダ1Zでは、スケール20の上面と制御基板27の上面とが対向するように配置されている。
FIG. 16 is a diagram for explaining the surface runout generated on the scale of the absolute encoder according to the third embodiment. In the
発光素子2A,2Bおよびイメージセンサ3Z,4Zは、制御基板27の上面に配置されている。図16では、制御基板27に対してスケール20が面振れによって傾いている場合を図示している。なお、スケール20に対して制御基板27が傾く場合もある。
The
このように実施の形態3のアブソリュートエンコーダ1Zでは、イメージセンサ3Z,4Zが180°の位相差で配置されているので、イメージセンサ3Zとスケール20との間の距離と、イメージセンサ4Zとスケール20との間の距離との和は、スケール20の回転位置によらず一定になる。したがって、絶対位置演算部6Zは、イメージセンサ3Z,4Zから得られた絶対位置の平均位置を位置データ40Zとすることで、面振れに起因する絶対位置の誤差成分を除去することが可能となる。
As described above, in the
なお、イメージセンサ3Zとスケール20との間の距離と、イメージセンサ4Zとスケール20との間の距離とが異なっていてもよい。この場合であっても、絶対位置演算部6Zは、イメージセンサ3Z,4Zから得られた絶対位置の平均位置を位置データ40Zとすることで、面振れに起因する絶対位置の誤差成分を低減することが可能となる。
The distance between the
実施の形態4.
つぎに、図17から図21を用いて実施の形態4について説明する。実施の形態4では、発光素子2、およびイメージセンサ3X,4Xが1つのモジュールに実装される。
Next, the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 17 to 21. In the fourth embodiment, the
図17は、実施の形態4にかかるアブソリュートエンコーダの概略構成を示す図である。図17の各構成要素のうち図1に示す実施の形態1のアブソリュートエンコーダ1Xと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
FIG. 17 is a diagram showing a schematic configuration of the absolute encoder according to the fourth embodiment. Of the components of FIG. 17, components that achieve the same functions as the
実施の形態4のアブソリュートエンコーダ1Xは、実施の形態1のアブソリュートエンコーダ1Xと同様の構成要素を有している。実施の形態4のアブソリュートエンコーダ1Xでは、発光素子2、およびイメージセンサ3X,4Xが、1つのモジュール80aに集約され、アブソリュートエンコーダ1Xのハードウェアを構成する制御基板27に実装されている。具体的には、発光素子2、およびイメージセンサ3X,4Xが、小基板26上に実装され、この小基板26が制御基板27の上面に実装されている。
The
ここで、モジュール80aの構成と、モジュール80aとは異なる位置に発光素子2、またはイメージセンサ3X,4Xが配置されたモジュール80b,80cの構成について説明する。
Here, the configuration of the
図18は、実施の形態4にかかるアブソリュートエンコーダのイメージセンサが実装されたモジュールの第1の構成例を示す図である。図18では、モジュール80aをイメージセンサ3X,4Xの実装方向から見たモジュール80aの上面図を示している。
FIG. 18 is a diagram showing a first configuration example of a module in which the image sensor of the absolute encoder according to the fourth embodiment is mounted. FIG. 18 shows a top view of the
図19は、実施の形態4にかかるアブソリュートエンコーダのイメージセンサが実装されたモジュールの第2の構成例を示す図である。図19では、モジュール80bをイメージセンサ3P,4Pの実装方向から見たモジュール80bの上面図を示している。モジュール80bは、実施の形態1で説明したアブソリュートエンコーダ1Xなどに適用可能である。
FIG. 19 is a diagram showing a second configuration example of a module on which the image sensor of the absolute encoder according to the fourth embodiment is mounted. FIG. 19 shows a top view of the
図20は、実施の形態4にかかるアブソリュートエンコーダのイメージセンサが実装されたモジュールの第3の構成例を示す図である。図20では、モジュール80cをイメージセンサ3Zの実装方向から見たモジュール80cの上面図を示している。モジュール80cは、実施の形態3で説明したアブソリュートエンコーダ1Zなどに適用可能である。
FIG. 20 is a diagram showing a third configuration example of a module on which the image sensor of the absolute encoder according to the fourth embodiment is mounted. FIG. 20 shows a top view of the
モジュール80aでは、発光素子2およびイメージセンサ3X,4Xが小基板26の上面に配置されている。モジュール80aでは、発光素子2に対向する位置にイメージセンサ4Xが配置され、発光素子2とイメージセンサ4Xとの間にイメージセンサ3Xが配置されている。
In the
モジュール80bでは、発光素子2およびイメージセンサ3P,4Pが小基板26の上面に配置されている。イメージセンサ3P,4Pは、イメージセンサ3X,4Xと同様のイメージセンサであり、イメージセンサ3X,4Xとは配置位置が異なる。モジュール80bでは、イメージセンサ3Pとイメージセンサ4Pとが対向するようにイメージセンサ3P,4Pが配置され、イメージセンサ3Pとイメージセンサ4Pとの間に発光素子2が配置されている。
In the
モジュール80cでは、発光素子2Aおよびイメージセンサ3Zが小基板26の上面に配置されている。モジュール80cでは、発光素子2Aに対向する位置にイメージセンサ3Zが配置されている。また、図20に示した小基板26とは異なる小基板26の上面に、発光素子2Bおよびイメージセンサ4Zが配置される。
In the
図21は、図20に示したモジュールを実施の形態3のアブソリュートエンコーダに適用した場合の、アブソリュートエンコーダの構成を示す図である。図21では、上段にアブソリュートエンコーダ1Zが備える制御基板27などの断面図を示し、下段にアブソリュートエンコーダ1Zが備える制御基板27の上面図を示している。
FIG. 21 is a diagram showing a configuration of an absolute encoder when the module shown in FIG. 20 is applied to the absolute encoder of the third embodiment. In FIG. 21, a cross-sectional view of a
制御基板27の上面には、モジュール80c,80cが、スケール20の中心を挟んで対向するよう配置されている。一方のモジュール80cは、図20で説明したモジュールであり、発光素子2Aおよびイメージセンサ3Zが実装されている。他方のモジュール80cでは、発光素子2Bに対向する位置にイメージセンサ4Zが実装されている。
なお、実施の形態2で説明したアブソリュートエンコーダ1Yの発光素子2およびイメージセンサ3Y,4Yが1つのモジュールに実装されてもよい。このようにアブソリュートエンコーダ1X,1Y,1Zでは、少なくとも1つの発光素子と少なくとも1つのイメージセンサとが1つのモジュールに実装されている。
The
このように実施の形態4によれば、モジュール80a,80b,80cの何れかが使用されることで実装部品の集約化を実現でき、制御基板27の実装面積への圧迫を抑制することができる。また、モジュールとして部品を実装できるので、生産時の実装速度が向上し、実装時の実装位置誤りを低減することが可能となる。
As described above, according to the fourth embodiment, by using any of the
ここで、絶対位置演算部6X〜6Zのハードウェア構成について説明する。なお、絶対位置演算部6X〜6Zは、同様のハードウェア構成を有しているので、ここでは、絶対位置演算部6Xのハードウェア構成について説明する。 Here, the hardware configuration of the absolute position calculation units 6X to 6Z will be described. Since the absolute position calculation units 6X to 6Z have the same hardware configuration, the hardware configuration of the absolute position calculation unit 6X will be described here.
図22は、実施の形態1にかかるアブソリュートエンコーダが備える絶対位置演算部を実現するハードウェア構成例を示す図である。絶対位置演算部6Xは、入力装置300、プロセッサ100、メモリ200、および出力装置400により実現することができる。プロセッサ100の例は、CPU(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、DSP(Digital Signal Processor)ともいう)またはシステムLSI(Large Scale Integration)である。メモリ200の例は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)である。
FIG. 22 is a diagram showing an example of a hardware configuration that realizes an absolute position calculation unit included in the absolute encoder according to the first embodiment. The absolute position calculation unit 6X can be realized by the
絶対位置演算部6Xは、プロセッサ100が、メモリ200で記憶されている絶対位置演算部6Xの動作を実行するための、コンピュータで実行可能な、絶対位置演算プログラムを読み出して実行することにより実現される。絶対位置演算部6Xの動作を実行するためのプログラムである絶対位置演算プログラムは、絶対位置演算部6Xの手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
The absolute position calculation unit 6X is realized by the processor 100 reading and executing a computer-executable absolute position calculation program for executing the operation of the absolute position calculation unit 6X stored in the
絶対位置演算部6Xで実行される絶対位置演算プログラムは、光量補正部10A,10Bと、エッジ検出部11A,11Bと、デコード部12Aと、粗検出部13Aと、位相検出部14Bと、高精度検出部15Xとを含むモジュール構成となっており、これらが主記憶装置上にロードされ、これらが主記憶装置上に生成される。
The absolute position calculation program executed by the absolute position calculation unit 6X includes light
入力装置300は、AD変換器5A,5Bからデジタル信号を受け付けてプロセッサ100に送る。メモリ200は、プロセッサ100が各種処理を実行する際の一時メモリに使用される。また、メモリ200は、閾値レベル105、ルックアップテーブル130などを記憶する。出力装置400は、プロセッサ100が算出した位置データ40Xを出力する。
The
絶対位置演算プログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルで、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されてコンピュータプログラムプロダクトとして提供されてもよい。また、絶対位置演算プログラムは、インターネットなどのネットワーク経由で絶対位置演算部6Xに提供されてもよい。なお、絶対位置演算部6Xの機能について、一部を専用回路などの専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。 The absolute position arithmetic program may be a file in an installable format or an executable format, stored in a computer-readable storage medium, and provided as a computer program product. Further, the absolute position calculation program may be provided to the absolute position calculation unit 6X via a network such as the Internet. It should be noted that some of the functions of the absolute position calculation unit 6X may be realized by dedicated hardware such as a dedicated circuit, and some may be realized by software or firmware.
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration shown in the above embodiments is an example, and can be combined with another known technique, can be combined with each other, and does not deviate from the gist. It is also possible to omit or change a part of the configuration.
1X,1Y,1Z アブソリュートエンコーダ、2,2A,2B 発光素子、3P,3X,3Y,3Z,4P,4X,4Y,4Z イメージセンサ、5A,5B AD変換器、6X〜6Z 絶対位置演算部、7 回転シャフト、10A,10B 光量補正部、11A,11B エッジ検出部、12A,12B デコード部、13A,13B,13Y 粗検出部、14A,14B 位相検出部、15A,15B,15X 高精度検出部、16 位置データ生成部、20 スケール、21A,21B 受光面、22 半直線、24,25 基準画素位置、30 絶対値符号パターン、31 反射部、32 非反射部、40X,40Y,40Z 位置データ、45 演算部、70〜73 光強度分布、80a,80b,80c モジュール、100 プロセッサ、105 閾値レベル、110 エッジ画素位置、130 ルックアップテーブル、150 基準画素位置、160,170 反射地点、200 メモリ、300 入力装置、400 出力装置。 1X, 1Y, 1Z absolute encoder, 2,2A, 2B light emitting element, 3P, 3X, 3Y, 3Z, 4P, 4X, 4Y, 4Z image sensor, 5A, 5B AD converter, 6X to 6Z absolute position calculation unit, 7 Rotating shaft, 10A, 10B light amount correction unit, 11A, 11B edge detection unit, 12A, 12B decoding unit, 13A, 13B, 13Y coarse detection unit, 14A, 14B phase detection unit, 15A, 15B, 15X high-precision detection unit, 16 Position data generator, 20 scale, 21A, 21B light receiving surface, 22 half straight, 24,25 reference pixel position, 30 absolute value code pattern, 31 reflective part, 32 non-reflective part, 40X, 40Y, 40Z position data, 45 operations Unit, 70-73 light intensity distribution, 80a, 80b, 80c module, 100 processor, 105 threshold level, 110 edge pixel position, 130 look-up table, 150 reference pixel position, 160, 170 reflection point, 200 memory, 300 input device , 400 output device.
Claims (14)
前記スケールに光を照射する発光素子と、
前記スケールの中心から第1の距離だけ離れた第1の位置からの第1の光を受光して前記第1の光に対応する第1のアナログ信号を出力する第1のイメージセンサと、
前記スケールの中心から第2の距離だけ離れた第2の位置からの第2の光を受光して前記第2の光に対応する第2のアナログ信号を出力する第2のイメージセンサと、
前記第1のアナログ信号を第1のデジタル信号に変換する第1の信号変換部と、
前記第2のアナログ信号を第2のデジタル信号に変換する第2の信号変換部と、
前記第1のデジタル信号および前記第2のデジタル信号に基づいて、前記スケール上での第1の絶対位置を算出する絶対位置演算部と、
を備え、
前記絶対値符号パターンは、前記円板状のスケールの前記発光素子と対向する側の面内で径方向に向かって交互に設けられた線状の反射部と線状の非反射部とで形成されており、前記反射部および前記非反射部は、前記第2の位置における線幅よりも前記第1の位置における線幅の方が狭く、前記第1の位置に含まれる前記反射部の本数は前記第2の位置に含まれる前記反射部の本数よりも多い、
ことを特徴とするアブソリュートエンコーダ。 A disk-shaped scale with an absolute value code pattern and
A light emitting element that irradiates the scale with light,
A first image sensor that receives a first light from a first position separated by a first distance from the center of the scale and outputs a first analog signal corresponding to the first light.
A second image sensor that receives a second light from a second position separated by a second distance from the center of the scale and outputs a second analog signal corresponding to the second light.
A first signal conversion unit that converts the first analog signal into a first digital signal, and
A second signal conversion unit that converts the second analog signal into a second digital signal,
An absolute position calculation unit that calculates the first absolute position on the scale based on the first digital signal and the second digital signal.
Equipped with a,
The absolute value code pattern is formed by linear reflecting portions and linear non-reflecting portions alternately provided in the radial direction in the plane of the disk-shaped scale facing the light emitting element. The line width at the first position of the reflecting portion and the non-reflecting portion is narrower than the line width at the second position, and the number of the reflecting portions included in the first position. Is greater than the number of the reflecting portions included in the second position.
Absolute encoder featuring this.
前記第1のデジタル信号に基づいて前記スケール上での第2の絶対位置を算出するとともに、前記第2のデジタル信号に基づいて基準となる画素位置である基準画素位置からの位相ずれ量を算出し、前記第2の絶対位置と前記位相ずれ量とを足し合わせることで前記第1の絶対位置を算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載のアブソリュートエンコーダ。 The absolute position calculation unit
The second absolute position on the scale is calculated based on the first digital signal, and the amount of phase shift from the reference pixel position, which is the reference pixel position, is calculated based on the second digital signal. Then, the first absolute position is calculated by adding the second absolute position and the phase shift amount.
The absolute encoder according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1または2に記載のアブソリュートエンコーダ。 The first image sensor, the second image sensor, and the light emitting element are on a half straight line extending from the center of the scale in the first radial direction of the scale when viewed from the rotation axis direction of the scale. Arranged so as to overlap with,
The absolute encoder according to claim 1 or 2.
ことを特徴とする請求項3に記載のアブソリュートエンコーダ。 The first image sensor, the second image sensor, and the light emitting element have the center of the first image sensor, the second image sensor, on the half line when viewed from the rotation axis direction of the scale. The center of the image sensor and the center of the light emitting element are arranged so as to overlap each other.
The absolute encoder according to claim 3.
前記絶対位置演算部は、
前記第1のデジタル信号および前記第2のデジタル信号に基づいて前記スケール上での第2の絶対位置を算出するとともに、前記第1のデジタル信号に基づいて基準となる画素位置である第1の基準画素位置からの第1の位相ずれ量を算出し、前記第2のデジタル信号に基づいて基準となる画素位置である第2の基準画素位置からの第2の位相ずれ量を算出し、前記第2の絶対位置と前記第1の位相ずれ量とを足し合わせることで第3の絶対位置を算出し、前記第2の絶対位置と前記第2の位相ずれ量とを足し合わせることで第4の絶対位置を算出し、前記第3の絶対位置および前記第4の絶対位置の平均位置を前記第1の絶対位置として算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載のアブソリュートエンコーダ。 The first image sensor and the second image sensor are arranged so as to overlap each other on a half straight line extending from the center of the scale in the first radial direction of the scale when viewed from the rotation axis direction of the scale. And the center of the first image sensor and the center of the second image sensor are arranged so as not to overlap on the half straight line.
The absolute position calculation unit
The second absolute position on the scale is calculated based on the first digital signal and the second digital signal, and the first pixel position which is a reference pixel position based on the first digital signal. The first phase shift amount from the reference pixel position is calculated, and the second phase shift amount from the second reference pixel position, which is the reference pixel position, is calculated based on the second digital signal. The third absolute position is calculated by adding the second absolute position and the first phase shift amount, and the fourth by adding the second absolute position and the second phase shift amount. Is calculated, and the average position of the third absolute position and the fourth absolute position is calculated as the first absolute position.
The absolute encoder according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1から5の何れか1つに記載のアブソリュートエンコーダ。 The light emitting element and at least one of the first image sensor and the second image sensor are mounted in one module.
The absolute encoder according to any one of claims 1 to 5.
前記スケールの中心から第1の距離だけ離れた第1の位置に光を照射する第1の発光素子と、
前記スケールの中心から第2の距離だけ離れた第2の位置に光を照射する第2の発光素子と、
前記第1の位置からの第1の光を受光して前記第1の光に対応する第1のアナログ信号を出力する第1のイメージセンサと、
前記第2の位置からの第2の光を受光して前記第2の光に対応する第2のアナログ信号を出力する第2のイメージセンサと、
前記第1のアナログ信号を第1のデジタル信号に変換する第1の信号変換部と、
前記第2のアナログ信号を第2のデジタル信号に変換する第2の信号変換部と、
前記第1のデジタル信号および前記第2のデジタル信号に基づいて前記スケール上での第1の絶対位置を算出する絶対位置演算部と、
を備え、
前記絶対位置演算部は、
前記第1のデジタル信号および前記第2のデジタル信号に基づいて、前記第1のイメージセンサの第1の角度検出機能および前記第2のイメージセンサの第2の角度検出機能が異常であるか否かを判定し、前記第1の角度検出機能および前記第2の角度検出機能が正常であれば、前記第1のデジタル信号に対応する前記スケール上での第2の絶対位置と前記第2のデジタル信号に対応する前記スケール上での第3の絶対位置との平均位置を前記第1の絶対位置として算出する、
ことを特徴とするアブソリュートエンコーダ。 A disk-shaped scale with an absolute value code pattern and
A first light emitting element that irradiates light to a first position separated by a first distance from the center of the scale.
A second light emitting element that irradiates light to a second position separated from the center of the scale by a second distance,
A first image sensor that receives the first light from the first position and outputs a first analog signal corresponding to the first light.
A second image sensor that receives the second light from the second position and outputs a second analog signal corresponding to the second light.
A first signal conversion unit that converts the first analog signal into a first digital signal,
A second signal conversion unit that converts the second analog signal into a second digital signal,
An absolute position calculation unit that calculates the first absolute position on the scale based on the first digital signal and the second digital signal.
With
The absolute position calculation unit
Whether or not the first angle detection function of the first image sensor and the second angle detection function of the second image sensor are abnormal based on the first digital signal and the second digital signal. If the first angle detection function and the second angle detection function are normal, the second absolute position on the scale corresponding to the first digital signal and the second absolute position The average position with the third absolute position on the scale corresponding to the digital signal is calculated as the first absolute position.
Absolute encoder featuring this.
前記第1の角度検出機能が正常で前記第2の角度検出機能が異常であれば、前記第2の絶対位置を、前記第1の絶対位置として算出し、
前記第1の角度検出機能が異常で前記第2の角度検出機能が正常であれば、前記第3の絶対位置を、前記第1の絶対位置として算出する、
ことを特徴とする請求項7に記載のアブソリュートエンコーダ。 The absolute position calculation unit
If the first angle detection function is normal and the second angle detection function is abnormal, the second absolute position is calculated as the first absolute position.
If the first angle detection function is abnormal and the second angle detection function is normal, the third absolute position is calculated as the first absolute position.
The absolute encoder according to claim 7.
前記第1の角度検出機能および前記第2の角度検出機能が異常であれば、前記スケールの回転を停止させる、
ことを特徴とする請求項7に記載のアブソリュートエンコーダ。 The absolute position calculation unit
If the first angle detection function and the second angle detection function are abnormal, the rotation of the scale is stopped.
The absolute encoder according to claim 7.
前記第1の絶対位置と前記第2の絶対位置との差分が基準値以上である場合に、前記第1の角度検出機能および前記第2の角度検出機能の少なくとも一方が異常であると判定し、前記スケールの回転を停止させる、
ことを特徴とする請求項7から9の何れか1つに記載のアブソリュートエンコーダ。 The absolute position calculation unit
When the difference between the first absolute position and the second absolute position is equal to or greater than the reference value, it is determined that at least one of the first angle detection function and the second angle detection function is abnormal. , Stop the rotation of the scale,
The absolute encoder according to any one of claims 7 to 9.
前記第1のデジタル信号の立ち上がりまたは立ち下がりの位置であり前記第1のデジタル信号の有無の境界である第1のエッジ位置を検出し、前記第1のエッジ位置の個数が基準値以下である場合に前記第1の角度検出機能が異常であると判定し、
前記第2のデジタル信号の立ち上がりまたは立ち下がりであり前記第2のデジタル信号の有無の境界である第2のエッジ位置を検出し、前記第2のエッジ位置の個数が前記基準値以下である場合に前記第2の角度検出機能が異常であると判定する、
ことを特徴とする請求項7から9の何れか1つに記載のアブソリュートエンコーダ。 The absolute position calculation unit
The first edge position, which is the rising or falling position of the first digital signal and the boundary of the presence or absence of the first digital signal, is detected, and the number of the first edge positions is equal to or less than the reference value. In this case, it is determined that the first angle detection function is abnormal, and
When the second edge position, which is the rising or falling edge of the second digital signal and is the boundary between the presence and absence of the second digital signal, is detected, and the number of the second edge positions is equal to or less than the reference value. It is determined that the second angle detection function is abnormal.
The absolute encoder according to any one of claims 7 to 9.
前記第1のデジタル信号に対応する第1のビット列を生成するとともに、前記第2のデジタル信号に対応する第2のビット列を生成し、
前記第1のビット列と、前記絶対値符号パターンのビット列を示すルックアップテーブル内のビット列である第3のビット列の差異ビット数が、閾値以上である場合に前記第1の角度検出機能が異常であると判定し、
前記第2のビット列と、前記第3のビット列の差異ビット数が、前記閾値以上である場合に前記第2の角度検出機能が異常であると判定する、
ことを特徴とする請求項7から9の何れか1つに記載のアブソリュートエンコーダ。 The absolute position calculation unit
A first bit string corresponding to the first digital signal is generated, and a second bit string corresponding to the second digital signal is generated.
When the number of difference bits between the first bit string and the third bit string, which is a bit string in the lookup table showing the bit string of the absolute value code pattern, is equal to or greater than the threshold value, the first angle detection function is abnormal. Judging that there is
When the number of difference bits between the second bit string and the third bit string is equal to or greater than the threshold value, it is determined that the second angle detection function is abnormal.
The absolute encoder according to any one of claims 7 to 9.
ことを特徴とする請求項7から12の何れか1つに記載のアブソリュートエンコーダ。 The first image sensor and the second image sensor are arranged at positions facing each other across the center of the scale when viewed from the rotation axis direction of the scale.
The absolute encoder according to any one of claims 7 to 12.
ことを特徴とする請求項7から13の何れか1つに記載のアブソリュートエンコーダ。 At least one of the first light emitting element and the second light emitting element and at least one of the first image sensor and the second image sensor are mounted in one module.
The absolute encoder according to any one of claims 7 to 13.
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