JPWO2016092638A1 - エンコーダ及びエンコーダ付きモータ - Google Patents
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Abstract
Description
まず、図1を参照しつつ、本実施形態に係るエンコーダを備えたサーボシステムの構成について説明する。図1に示すように、サーボシステムSは、サーボモータSMと、制御装置CTとを有する。サーボモータSMは、エンコーダ100と、モータMとを有する。
次に、本実施形態に係るエンコーダ100について説明する。図2に示すように、エンコーダ100は、ディスク110と、光学モジュール130と、位置データ生成部140とを有する。エンコーダ100は、光学モジュール130に備えられた光源131と受光アレイPA1,PA2等がディスク110のパターンSA1,SA2等に対し同じ側に配置された、いわゆる反射型のエンコーダである。但し、エンコーダ100は、反射型エンコーダに限定されるものではなく、光源131と受光アレイPA1,PA2等がディスク110を挟んで反対側に配置された、いわゆる透過型のエンコーダであってもよい。但し、説明の便宜上、以下ではエンコーダ100が反射型エンコーダである場合について説明する。
ディスク110は、図3に示すように円板状に形成され、ディスク中心Oが軸心AXとほぼ一致するように配置される。ディスク110は、モータMのシャフトSHに連結され、シャフトSHの回転により回転する。なお、本実施形態では、モータMの回転を測定する被測定対象の例として、円板状のディスク110を例に挙げて説明するが、例えば、シャフトSHの端面などの他の部材を被測定対象として使用することも可能である。また、図2に示す例では、ディスク110がシャフトSHに直接連結されているが、ハブ等の連結部材を介して連結されてもよい。
光学検出機構は、パターンSA1,SA2,SIと光学モジュール130等とにより構成される。
各パターンは、ディスク110の上面にディスク中心Oを中心としたリング状に配置されたトラックとして形成される。各パターンは、トラックの全周にわたって、測定方向Cに沿って並べられた複数の反射スリット(図4における斜線ハッチング部分)を有する。1つ1つの反射スリットは、光源131から照射された光を反射する。
図4に示すように、パターンSA1,SA2が有する複数の反射スリットは、測定方向Cに沿ってアブソリュートパターンを有するように、ディスク110の全周に配置される。これらパターンSA1,SA2がアブソリュートパターンの一例に相当する。
一方、パターンSIが有する複数の反射スリットは、測定方向Cに沿ってインクリメンタルパターンを有するように、ディスク110の全周に配置される。
光学モジュール130は、図2及び図5に示すように、ディスク110と平行な一枚の基板BAとして形成される。これにより、エンコーダ100を薄型化したり、光学モジュール130の製造を容易にすることが可能である。従って、ディスク110の回転に伴い、光学モジュール130は、パターンSA1,SA2,SIに対して測定方向Cで相対移動する。なお、光学モジュール130は必ずしも一枚の基板BAとして構成される必要はなく、各構成が複数の基板として構成されてもよい。この場合、それらの基板が集約して配置されていればよい。また、光学モジュール130は基板状でなくともよい。
図3に示すように、光源131は、パターンSIと対向する位置に配置される。そして、光源131は、光学モジュール130の対向する位置を通過する3つのパターンSA1,SA2,SIの対向した部分に光を出射する。
複数の受光アレイは、光源131の周囲に配置され、対応付けられたパターンの反射スリットで反射された光を各々受光する複数の受光素子(図5のドットハッチング部分)を有する。複数の受光素子は、図5に示すように、測定方向Cに沿って並べられる。
ε=(2G−Δd)/(G−Δd) …(式1)
1つ1つの受光素子としては、例えばフォトダイオードを使用することができる。各受光素子は、それぞれ所定の受光面積を有する形状に形成されており、その受光面積全体で受光した総光量(以下、「受光光量」という)に応じた大きさのアナログ検出信号を出力する。但し、受光素子としては、フォトダイオードに限られるものではなく、光源131から出射された光を受光して電気信号に変換可能なものであれば、特に限定されるものではない。
位置データ生成部140は、モータMの絶対位置を測定するタイミングにおいて、光学モジュール130から、第1絶対位置を表すビットパターンをそれぞれ備えた2つのアブソリュート信号と、位相が90°ずつずれる4つの信号を含むインクリメンタル信号とを取得する。そして、位置データ生成部140は、取得した信号に基づいて、これらの信号が表すモータMの第2絶対位置を算出し、算出した第2絶対位置を表す位置データを制御装置CTに出力する。
次に、受光アレイPA1,PA2が有する各受光素子の形状について説明する。
図8に、受光アレイPA2が有する9つの受光素子のうちの一つである受光素子P6の形状を例に挙げて拡大して示す。この図8を参照しつつ、尖端部を有する受光素子の各部の形状及び寸法設定について詳細に説明する。
まず比較例として、尖端部Psを有していない矩形形状の受光素子PD’の場合のアナログ検出信号の変化特性について、図9を参照しつつ説明する。この図9において、矩形形状の受光素子PD’に対し、パターンSA1,SA2が有する反射スリットからの反射光の照射面Rsが、時間の経過とともに測定方向Cに沿って位置X1〜X11の順に進行する。なお、照射面Rsは幅方向Rで受光素子PD’より大きく、測定方向Cで受光素子PD’と同じ大きさの矩形形状とする。またここでは、照射面Rs中における光強度の分布は均一であるとする。これら位置X1〜X11にそれぞれ対応して、受光素子PD’における受光光量は太線VXに示すような変化特性で経時変化する。
以上説明した実施形態では、エンコーダ100が、測定方向Cに沿って並べられ、光源131から出射されパターンSA1,SA2で反射された光を受光する受光アレイPA1,PA2を有する。そして、それら受光アレイPA1,PA2が有する複数の受光素子(図5等に示す例では受光素子P1〜P9)は、各々の測定方向Cの最大外形寸法及び幅方向Rの最大外形寸法が互いに等しく、且つ、各々の受光光量が互いに等しくなるように光源131からの距離が異なる受光素子同士が異なる形状を有する。これにより、受光アレイPA1,PA2の各々において、各受光素子の受光光量が均一になるので、1ビット1ビットの検出精度を均一化して絶対位置の誤検出を抑制でき、検出精度を向上できる。また、各受光素子の信号出力を調整する処理が不要となると共に、各受光素子からのアナログ検出信号を2値化信号に変換するための閾値を各受光素子で共通化できるので、信号処理や回路構成を単純化できる。
以上、添付図面を参照しながら一実施の形態について詳細に説明した。しかしながら、技術的思想の範囲は、ここで説明した実施の形態に限定されないことは言うまでもない。実施形態の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、様々な変更や修正、組み合わせなどを行うことに想到できることは明らかである。従って、これらの変更や修正、組み合わせなどが行われた後の技術も、当然に技術的思想の範囲に属するものである。以下、そのような変形例を順を追って説明する。なお、以下の説明において前述の実施形態と同様の部分には同符号を付し、適宜説明を省略する。
比較のために、図12に上記実施形態における受光アレイPA2の各受光素子の形状を示す。この例では、受光アレイPA2の両端に位置する2つの受光素子P1,P9が尖端部Psを有しない第2受光素子であり、その間に尖端部Psを有する第1受光素子P2〜P8が配置されている。また、第1受光素子P3〜P7については受光面積が等しく、これら第1受光素子P3〜P7では、前述のWo割合が測定方向Cにおいて光源131に近い受光素子ほど大きく設定されている。また、互いに面積が異なる第1受光素子P2,P3と第1受光素子P7,P8については、尖端部PsのWo+Wnが測定方向Cにおいて光源131に近い受光素子ほど大きくなっている。
図13に示すような形状としてもよい。この例では、受光素子P2〜P4,P6〜P8は、端部En側に尖端部Psを有する第1受光素子である。また、最も光源131に近い受光素子P5は、端部Eo側に尖端部Psを有する第1受光素子である。
また、図14に示すような形状としてもよい。この例では、受光素子P2,P8は、端部En側に尖端部Psを有する第1受光素子である。また、受光素子P3,P4,P6,P7は、端部Eo,Enの両側にそれぞれ尖端部Psを有する第1受光素子である。また、最も光源131に近い受光素子P5は、端部Eo側に尖端部Psを有する第1受光素子である。
また、図15に示すような形状としてもよい。この例では、全ての受光素子P1〜P9が尖端部Psを有する第1受光素子であり、尖端部Psを有しない第2受光素子については配置されていない。また、両端に位置する2つの受光素子P1,P9は、端部En側に尖端部Psを有する第1受光素子である。また、受光素子P2〜P4,P6〜P8は、端部Eo,Enの両側にそれぞれ尖端部Psを有する第1受光素子である。また、最も光源131に近い受光素子P5は、端部Eo側に尖端部Psを有する第1受光素子である。
また、図16に示すような形状としてもよい。この例では、全ての受光素子P1〜P9が尖端部Psのみで構成されている。すなわち、両端に位置する2つの受光素子P1,P9は、全体が端部En側に向けた尖端部Psだけで形成(つまりWn=WPA2で形成)された第1受光素子である。また、受光素子P2〜P8は、端部Eo,Enの両側に向けた尖端部Psだけで形成(つまりWo+Wn=WPA2で形成)された第1受光素子である。
また、図17に示すような形状としてもよい。この例では、両端に位置する2つの受光素子P1,P9は、尖端部Psを有しない第2受光素子である。また、受光素子P2〜P8は、端部Eo側に尖端部Psを有する第1受光素子である。そして、全ての受光素子P1〜P9は、互いに受光面積が異なっている。そして、互いに受光面積が異なる第1受光素子P2〜P8においては、尖端部PsのWo+Wnが測定方向Cにおいて光源131に近い受光素子ほど大きくなっている。本変形例においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、図18に示すような形状としてもよい。この例では、両端の第2受光素子P1,P9を除く第1受光素子P2〜P8が、光源131とは反対側である端部En側だけに尖端部Psを有する。そして、上記変形例(4−6)と同様に、全ての受光素子P1〜P9は、互いに受光面積が異なっている。そして、互いに受光面積が異なる第1受光素子P2〜P8においては、尖端部PsのWo+Wnが測定方向Cにおいて光源131に近い受光素子ほど大きくなっている。本変形例においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
SM サーボモータ
CT 制御装置
M モータ
SH シャフト
100 エンコーダ
110 ディスク
130 光学モジュール
131 光源
140 位置データ生成部
SA1,SA2,SI パターン
PA1,PA2 受光アレイ
PI1,PI2 受光アレイ
P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8,P9 受光素子
C 測定方向
R 幅方向
AX 回転軸
O ディスク中心
Op 光学中心
Lcd,Lcp,Lo,Loc ライン
BA 基板
Claims (10)
- 測定方向に沿ったアブソリュートパターンと、
前記アブソリュートパターンに光を出射するように構成された光源と、
前記測定方向に沿って並べられ、前記光源から出射され前記アブソリュートパターンを透過又は反射された光を受光するように構成された複数の受光素子と、を有し、
前記複数の受光素子は、
各々の前記測定方向の最大外形寸法及び前記測定方向に垂直な幅方向の最大外形寸法が互いに等しく、且つ、各々の受光光量が互いに等しくなるように前記光源からの距離が異なる前記受光素子同士が異なる形状を有する、
エンコーダ。 - 前記複数の受光素子は、
前記光源からの距離が異なると共に互いに面積が等しい複数の受光素子を含む、
請求項1に記載のエンコーダ。 - 前記複数の受光素子は、
先細り形状の尖端部を前記幅方向の端部に備えた第1受光素子を含む、
請求項1又は2に記載のエンコーダ。 - 互いに面積が等しい複数の前記第1受光素子は、
前記尖端部の幅方向寸法の合計が互いに等しく、該合計に対する前記光源側の前記端部に形成された前記尖端部の前記幅方向寸法の割合が、前記測定方向において前記光源に近い前記第1受光素子ほど大きい、
請求項3に記載のエンコーダ。 - 前記複数の受光素子は、
前記測定方向において前記第1受光素子を間に挟んで配置され、前記尖端部を備えない2つの第2受光素子を含む、
請求項3又は4に記載のエンコーダ。 - 前記第2受光素子は、
四角形状であり、
前記第1受光素子は、
前記四角形状の角部がトリミングされた形状である、
請求項5に記載のエンコーダ。 - 前記複数の受光素子は、
前記光源からの距離が異なると共に互いに面積が異なる複数の前記第1受光素子を含み、
該面積が異なる前記複数の第1受光素子は、
前記尖端部の幅方向寸法の合計が、前記測定方向において前記光源に近い前記第1受光素子ほど大きい、
請求項2〜6のいずれか1項に記載のエンコーダ。 - 前記複数の受光素子は、
前記光源を挟むように前記幅方向に互いにオフセットした位置に2セット並列に配置される、
請求項1〜7のいずれか1項に記載のエンコーダ。 - 前記光源は、
前記アブソリュートパターンに拡散光を出射するように構成された点光源であり、
前記アブソリュートパターンは、
前記光源より出射された光を反射するように構成されたパターンであり、
前記複数の受光素子は、
前記アブソリュートパターンで反射された光を受光するように構成される、
請求項1〜8のいずれか1項に記載のエンコーダ。 - モータと、
請求項1〜9のいずれか1項に記載のエンコーダと、
を有する、エンコーダ付きモータ。
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