JPWO2018163424A1 - Absolute encoder - Google Patents
Absolute encoder Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2018163424A1 JPWO2018163424A1 JP2018507742A JP2018507742A JPWO2018163424A1 JP WO2018163424 A1 JPWO2018163424 A1 JP WO2018163424A1 JP 2018507742 A JP2018507742 A JP 2018507742A JP 2018507742 A JP2018507742 A JP 2018507742A JP WO2018163424 A1 JPWO2018163424 A1 JP WO2018163424A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- absolute encoder
- signal
- scale
- optical pattern
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 78
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 58
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 29
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 25
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 23
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 238000003708 edge detection Methods 0.000 description 16
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 description 10
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 8
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical group [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 2
- LFEUVBZXUFMACD-UHFFFAOYSA-H lead(2+);trioxido(oxo)-$l^{5}-arsane Chemical compound [Pb+2].[Pb+2].[Pb+2].[O-][As]([O-])([O-])=O.[O-][As]([O-])([O-])=O LFEUVBZXUFMACD-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000023077 detection of light stimulus Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
Abstract
アブソリュートエンコーダ(1)は、光学パターン(10)が設けられ、可動とされたたスケール(2)と、光学パターンへ進行させる光を射出する発光体と、光学パターンからの光を検出して、検出された光の強度を表す信号を出力するセンサ(4)と、センサからの信号を基に、スケールの位置を求める演算部(13)とを備える。光学パターンでは、スケールがとり得る位置ごとに割り当てられた固有のデータから符号化されたデータが、第1の領域(11)と、センサにて第1の領域とは異なる光強度で検出可能とされた第2の領域(12)との配列に置き換えられている。発光体の幅は、第1の領域が連続して配列されている部分の幅と、第2の領域が連続して配列されている部分の幅とのいずれよりも小さい。An absolute encoder (1) is provided with an optical pattern (10), detects a light from an optical pattern, a movable scale (2), a light emitter emitting light to be advanced to the optical pattern, A sensor (4) for outputting a signal representing the intensity of the detected light, and an operation unit (13) for obtaining the position of the scale based on the signal from the sensor. In the optical pattern, data encoded from unique data assigned to each possible position of the scale can be detected at a light intensity different from that of the first region (11) and the first region by the sensor It is replaced by the arrangement with the second region (12). The width of the light emitter is smaller than the width of the portion in which the first regions are continuously arranged and the width of the portion in which the second regions are continuously arranged.
Description
本発明は、測定対象物の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 invention relates to an absolute encoder that measures the position of an object to be measured.
ロータリーエンコーダは、測定対象物とともに回転させたスケールの回転角度を検出することにより、測定対象物の回転角度を測定する。光学式ロータリーエンコーダは、スケールに設けられた光学パターンからの反射光あるいは透過光をセンサにて検出して、センサからの信号に基づく演算処理によりスケールの回転角度を求める。光学パターンには、第1の領域と、センサにて第1の領域とは異なる光強度で検出可能とされた第2の領域とが配列されている。 The rotary encoder measures the rotation angle of the measurement object by detecting the rotation angle of the scale rotated with the measurement object. The optical rotary encoder detects the reflected light or transmitted light from the optical pattern provided on the scale with a sensor, and obtains the rotation angle of the scale by arithmetic processing based on the signal from the sensor. In the optical pattern, a first area and a second area detectable at a light intensity different from that of the first area by the sensor are arranged.
ロータリーエンコーダの種類には、インクリメンタルエンコーダとアブソリュートエンコーダとが知られている。インクリメンタルエンコーダは、第1の領域と第2の領域とが一定のピッチで配列された光学パターンであるインクリメンタルパターンを備える。インクリメンタルエンコーダは、センサからのパルス信号の数を積算してスケールの回転角度を求める。アブソリュートエンコーダは、センサで検出された光の強度のパターンから、スケールの絶対位置である回転角度のデータを取得する。アブソリュートエンコーダのスケールに備えられた光学パターンであるアブソリュートパターンでは、符号化されたデータであるビット列が、第1の領域と第2の領域との配列に置き換えられている。アブソリュートパターンでは、第1の領域と第2の領域とが不規則に配列されている。 As types of rotary encoders, an incremental encoder and an absolute encoder are known. The incremental encoder comprises an incremental pattern which is an optical pattern in which a first area and a second area are arranged at a constant pitch. The incremental encoder integrates the number of pulse signals from the sensor to determine the rotation angle of the scale. The absolute encoder acquires data of the rotation angle which is the absolute position of the scale from the light intensity pattern detected by the sensor. In an absolute pattern which is an optical pattern provided on the scale of an absolute encoder, a bit string which is encoded data is replaced with an arrangement of a first area and a second area. In the absolute pattern, the first region and the second region are irregularly arranged.
特許文献1には、インクリメンタルエンコーダであるメインスリット板と、メインスリット板に対向させたインデックススリット板とを備えるロータリーエンコーダが開示されている。メインスリット板とインデックススリット板とには、光を透過させるスリットが一定の間隔で設けられている。ロータリーエンコーダは、スリットでの回折作用によるタルボット効果を利用することで、高精度かつ高い分解能での測定が可能となる。
また、特許文献2には、互いに位相差を含む信号を取得して、取得された信号を加算して得られた光源調整信号を用いて光源のフィードバック制御を行うことが開示されている。互いに位相差を含む信号は、インクリメンタルパターンからの光を検出することにより取得される。ロータリーエンコーダは、光源の高精度なフィードバック制御により、高精度かつ高い分解能での測定が可能となる。 Further, Patent Document 2 discloses that a signal including a phase difference is acquired, and feedback control of the light source is performed using a light source adjustment signal obtained by adding the acquired signals. Signals containing phase differences from one another are obtained by detecting light from the incremental pattern. The rotary encoder enables measurement with high accuracy and high resolution by highly accurate feedback control of the light source.
上述するように、アブソリュートパターンでは、第1の領域と第2の領域とが不規則なピッチで配列される。特許文献1の技術では一定の間隔のスリットを備えることがタルボット効果の条件となることから、アブソリュートエンコーダに特許文献1の技術を適用しても、高精度および高い分解能での測定は困難である。また、アブソリュートパターンでは、第1の領域と第2の領域とが不規則なピッチで配列されていることから、光が入射している部分によって、センサで検出される光の強度が変化することとなる。インクリメンタルパターンを持たないアブソリュートエンコーダに特許文献2の技術を適用した場合、アブソリュートパターンからの光を利用して得られる光源調整信号のレベルは、光が入射している部分によって変化することとなる。この場合、光源の調整が不安定となることで、高精度および高い分解能での測定が困難となる。
As described above, in the absolute pattern, the first area and the second area are arranged at an irregular pitch. In the technique of
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高精度かつ高い分解能で測定対象物の位置を測定可能とす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 invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain an absolute encoder capable of measuring the position of a measurement object with high accuracy and high resolution.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のアブソリュートエンコーダは、光学パターンが設けられ、可動とされたスケールと、光学パターンへ進行させる光を射出する発光体と、光学パターンからの光を検出して、検出された光の強度を表す信号を出力するセンサと、センサからの信号を基に、スケールの位置を求める演算部とを備える。光学パターンでは、スケールがとり得る位置ごとに割り当てられた固有のデータから符号化されたデータが、第1の領域と、センサにて第1の領域とは異なる光強度で検出可能とされた第2の領域との配列に置き換えられている。発光体の幅は、第1の領域が連続して配列されている部分の幅と、第2の領域が連続して配列されている部分の幅とのいずれよりも小さい。 In order to solve the problems described above and achieve the object, the absolute encoder of the present invention is provided with an optical pattern, a movable scale, a light emitter for emitting light to be advanced to the optical pattern, and an optical pattern And a sensor for outputting a signal representing the intensity of the detected light, and an operation unit for obtaining the position of the scale based on the signal from the sensor. In the optical pattern, data encoded from unique data assigned to each possible position of the scale can be detected in a first area and a light intensity different from that of the first area by the sensor. It has been replaced with an array of 2 regions. The width of the light emitter is smaller than the width of the portion in which the first regions are continuously arranged and the width of the portion in which the second regions are continuously arranged.
本発明にかかるアブソリュートエンコーダは、高精度かつ高い分解能で測定対象物の位置を測定できるという効果を奏する。 The absolute encoder according to the present invention is effective in that the position of the object to be measured can be measured with high accuracy and high resolution.
以下に、本発明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。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, an absolute encoder according to an embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings. The present invention is not limited by the embodiment.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかるアブソリュートエンコーダ1の概略構成を示す図である。アブソリュートエンコーダ1は、光学パターン10が設けられたスケール2と、光学パターン10へ進行させる光を射出する発光体を含む発光素子3とを備える。また、アブソリュートエンコーダ1は、光学パターン10からの光を検出し、検出された光の強度のパターンを表す信号を出力するセンサであるイメージセンサ4を備える。
FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of an
アブソリュートエンコーダ1は、回転可能とされたスケール2を含むロータリーエンコーダである。スケール2は、円形の平板である。スケール2と、測定対象物であるモータのシャフト6とは、シャフト6の軸心AXの位置をスケール2の中心点Oに一致させて、互いに連結されている。スケール2は、シャフト6の回転とともに回転する。図1では、シャフト6を回転させるモータ本体の図示を省略している。
The
光学パターン10は、スケール2の表面に形成されている。光学パターン10は、第1の領域11と、イメージセンサ4にて第1の領域11とは異なる光強度で検出可能とされた第2の領域12との配列である。第1の領域11と第2の領域12とは、スケール2のうち外縁より内側の領域を環状に囲んで、一列に配列されている。第1の領域11は、発光素子3からの光を反射する。第2の領域12の反射率は、第1の領域11の反射率より低い。第2の領域12は、発光素子3からの光を吸収あるいは散乱させることで、第1の領域11より低い反射率とされている。
The
光学パターン10を反射した光を検出する構成の場合、スケール2のうち光学パターン10が形成されている部分は、発光素子3およびイメージセンサ4に対向する位置に配置される。1つの例では、スケール2には、金属材料の平板が使用される。金属材料の1つの例は、アルミニウムである。金属材料は、アルミニウム以外の反射性の金属材料、あるいは金属材料以外の反射性材料でも良い。光学パターン10は、スケール2の表面に形成された光吸収膜へのパターン加工により形成される。光吸収膜の1つの例は、金属材料の表面を酸化させることにより形成された酸化膜である。スケール2の表面のうち、パターン加工において光吸収膜を残存させた領域が第2の領域12となる。光吸収膜を残存させた領域同士の間の領域であって金属材料を露出させた領域が、第1の領域11となる。第2の領域12には、光吸収膜に代えて、光を散乱させる部材が設けられても良い。
In the case of a configuration in which light reflected from the
光源である発光素子3は、スケール2の上に配置されている。発光素子3の1つの例は、点光源LED(Light Emitting Diode)である。発光素子3は、光を射出する発光体であるLEDチップを備える。発光素子3から射出された光は、光学パターン10に斜めに入射する。LEDは、LD(Laser Diode)に比較して、熱に強くかつ寿命が長い。アブソリュートエンコーダ1は、光源にLEDが用いられることで、LDが用いられる場合に比較して、高温環境での安定した測定ができ、かつ光源の寿命を長くすることができる。
The light emitting element 3 which is a light source is disposed on the scale 2. One example of the light emitting element 3 is a point light source LED (Light Emitting Diode). The light emitting element 3 includes an LED chip which is a light emitting body that emits light. The light emitted from the light emitting element 3 obliquely enters the
イメージセンサ4は、発光素子3から光学パターン10で反射した光の進行方向前方に配置されている。イメージセンサ4は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサあるいはCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサである。イメージセンサ4は、光電変換素子である複数のフォトダイオードを備える。複数のフォトダイオードは、一次元方向へ配列されている。フォトダイオードは、光を受けたことにより信号電荷を生成する。イメージセンサ4は、各フォトダイオードからのアナログ信号を、アナログデジタル変換器においてデジタル信号へ変換する。イメージセンサ4は、各フォトダイオードで検出された光の強度のパターンを表すデジタル信号を出力する。なお、図1では、光電変換素子とアナログデジタル変換器との図示を省略している。
The
実施の形態1では、発光素子3と光学パターン10との間、および光学パターン10とイメージセンサ4との間には、光を平行化、収束あるいは発散させるレンズ系は設けられていない。発光素子3と光学パターン10との間、あるいは光学パターン10とイメージセンサ4との間には、光を平行化、収束あるいは発散させるレンズ系が設けられても良い。
In the first embodiment, no lens system for collimating, converging, or diverging light is provided between the light emitting element 3 and the
アブソリュートエンコーダ1は、アブソリュートエンコーダ1の全体を制御する機能部である制御部5を備える。図1には、制御部5の機能構成を示している。制御部5は、イメージセンサ4での光強度の検知結果を基に、スケール2の回転角度を求める機能部である角度演算部13を備える。演算部である角度演算部13は、イメージセンサ4からの信号を基に、スケール2の位置である回転角度を求める。アブソリュートエンコーダ1は、角度演算部13で求められた回転角度を示す絶対位置データを出力する。また、制御部5は、発光素子3の駆動を制御する機能部である光源制御部14と、ルックアップテーブル(Look Up Table,LUT)16を保持する機能部である記憶部15と、イメージセンサ4の駆動を制御する機能部であるセンサ制御部17とを備える。光源制御部14の機能は、発光素子3の光量を調整する光量調整部の機能を含む。
The
LUT16は、スケール2の回転角度を示す絶対位置データと、符号化されたデータであるビット列とを対応付けて保持する。絶対位置データの1つの例は、弧度法あるいは度数法により回転角度を表した数値である。絶対位置データは、スケール2の回転角度ごとに割り当てられた固有のデータであれば良く、単位角度おきに割り当てられたアドレスであっても良い。
The
図1に示すアブソリュートエンコーダ1は、光学パターン10で反射した光を検出して、スケール2の回転角度を求める。アブソリュートエンコーダ1は、光学パターン10で反射した光を検出する構成に代えて、光学パターン10を透過した光を検出する構成を備えていても良い。
The
光学パターン10を透過した光を検出する構成の場合、スケール2のうち光学パターン10が形成されている部分は、発光素子3とイメージセンサ4との間の光路中に配置される。スケール2は、ガラス板あるいは樹脂板である。スケール2の材料は、光を透過させる他の材料でも良い。光学パターン10は、スケール2上に蒸着された金属膜のパターン加工により形成される。金属膜の材料の1つの例は、クロムである。金属膜が除去された領域が、第1の領域11となる。第1の領域11の間の、金属膜が残された領域が、第2の領域12となる。金属膜の材料は、クロム以外の光吸収性の材料でも良い。スケール2は、第1の領域11を開口とした板部材であっても良い。
In the case of a configuration in which light transmitted through the
アブソリュートエンコーダ1では、スケール2の絶対位置である回転角度ごとに、固有の絶対位置データが割り当てられている。アブソリュートパターンである光学パターン10では、符号化された絶対位置データが第1の領域11と第2の領域12との配列に置き換えられている。アブソリュートエンコーダ1は、符号化された絶対位置データを、イメージセンサ4で検出される像に含まれる第1の領域11と第2の領域12とのパターンから抽出する。光学パターン10において、第1の領域11と第2の領域12とは、不規則なピッチで配列されている。アブソリュートエンコーダ1は、第1の領域11と第2の領域12とのパターンから抽出されたデータのデコードにより、イメージセンサ4での光の検出時におけるスケール2の回転角度を示す絶対位置データを求める。
In the
実施の形態1において、第1の領域11と第2の領域12との配列で表される符号化されたデータは、絶対位置データから擬似ランダム符号への符号化により得られたデータに、さらにマンチェスター符号への符号化を施すことにより得られたデータである。擬似ランダム符号の1つの例は、M系列符号である。マンチェスター符号への符号化により得られたデータであるビット列のうち、ビット「1」は、第1の領域11へ置き換えられている。ビット列のうち、ビット「0」は、第2の領域12へ置き換えられている。
In the first embodiment, the encoded data represented by the arrangement of the
イメージセンサ4では、第1の領域11は、第2の領域12に比べて光強度が高い明部となって検出される。第2の領域12は、第1の領域11に比べて光強度が低い暗部となって検出される。第2の領域12の反射率が第1の領域11の反射率より低いことで、第2の領域12は、イメージセンサ4にて第1の領域11とは異なる光強度で検出される。イメージセンサ4の画素である各フォトダイオードは、イメージセンサ4に投影される像の光強度を、単位領域ごとに分担して検出する。以下の説明にて、イメージセンサ4において画素が配列されている方向に平行な軸をX軸と称する。スケール2の回転により、イメージセンサ4に投影される光学パターン10の像は、イメージセンサ4にてX軸方向へ移動する。
In the
次に、角度演算部13の構成について説明する。図2は、図1に示す角度演算部13のブロック図である。角度演算部13には、イメージセンサ4からの信号36が入力される。角度演算部13は、信号36の強度分布を補正する機能部である強度分布補正部31と、信号レベルの高と低との切り換わりであるエッジを検出する機能部であるエッジ検出部32とを備える。また、角度演算部13は、検出されたエッジを基に絶対位置データの粗データを算出する機能部である粗データ算出部33を備える。粗データ算出部33は、図1に示すLUT16から回転角度のデータ38を読み出す。さらに、角度演算部13は、イメージセンサ4で検出される光の強度分布のパターンの位相ずれ量を算出する機能部である位相ずれ算出部34と、絶対位置情報を算出する機能部である絶対位置算出部35とを備える。
Next, the configuration of the
図3は、図2に示す角度演算部13へ入力される信号36の強度分布の例を示す図である。信号36は、イメージセンサ4の画素ごとにおいて検出された光の強度を表す。図3に示す縦軸は、信号36の強度Iを表す。横軸は、イメージセンサ4におけるX軸方向の位置を表す。以下の説明では、X軸方向における位置を表す値を「X値」と称することがある。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the intensity distribution of the
信号36の強度Iの分布には、複数のピークが現れる。各ピークは、第1の領域11からの光の強度を表している。また、ピーク同士の間のボトムは、第2の領域12からの光の強度を表している。信号36のピークのレベルとボトムのレベルとには、さまざまな要因の影響によりばらつきが生じている。かかる要因には、発光素子3から射出された光の強度分布の影響と、イメージセンサ4の画素ごとの感度のばらつきの影響とが含まれ得る。
A plurality of peaks appear in the distribution of intensity I of
図4は、図2に示す強度分布補正部31で補正された信号37の強度分布の例を示す図である。強度分布補正部31は、図3に示す信号36の補正により、信号36のピーク同士のレベルを均一にするとともに、ボトム同士のレベルを均一にする。補正後の信号37のピークのレベルは一定とされ、ボトムのレベルも一定とされている。これにより、強度分布補正部31は、ピークであるHレベルとボトムであるLレベルとに強度Iが変化する信号37を得る。強度分布補正部31は、エッジ検出部32と、図1に示す光源制御部14とへ信号37を出力する。強度分布補正部31における補正の手法は、信号36のレベルを補正可能であれば良く、任意であるものとする。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the intensity distribution of the
エッジ検出部32は、強度Iがあらかじめ設定された閾値レベル39であるときのX値を求める。エッジ検出部32は、閾値レベル39を基準にして、明部と暗部との境界であるエッジを検出する。閾値レベル39に対応するX値は、イメージセンサ4上におけるエッジの位置を表している。
The
図5は、図4の枠VII内の部分についてのエッジ検出について説明する図である。エッジ検出部32は、閾値レベル39より低い強度Iと閾値レベル39より高い強度IとであるI(i−1)およびI(i)に対応する2つの画素の位置を表すX値であるX(i−1)およびX(i)を検出する。X(i−1)の画素とX(i)の画素とは、X軸方向において互いに隣り合う2つの画素とする。I(i−1)とI(i)との一方が閾値レベル39より低く、かつ他方が閾値レベル39より高ければ良く、エッジ検出部32での検出においてI(i−1)とI(i)との大小は無関係とする。
FIG. 5 is a diagram for explaining edge detection for the portion in the frame VII of FIG. The
エッジ検出部32は、2つのX値であるX(i−1)とX(i)とを用いたサブピクセル処理により、閾値レベル39に対応するX値であるエッジ位置42を求める。サブピクセル処理の1つの例は、X(i−1)およびX(i)である2点の線形補間である。エッジ検出部32は、3点以上の線形補間、あるいは線形補間以外の手法によりエッジ位置42を求めても良い。エッジ検出部32は、信号37における各エッジのエッジ位置42を求める。
The
粗データ算出部33は、エッジ検出部32で検出されたI(i−1)およびI(i)を比較して、エッジが立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとのいずれであるかを判別する。立ち上がりエッジは、X値の増加により強度IがLレベルからHレベルへ上がるエッジとする。立ち下がりエッジは、X値の増加により強度IがHレベルからLレベルへ下がるエッジとする。I(i)がI(i−1)より大きく、I(i−1)<I(i)が成り立つ場合、粗データ算出部33は、エッジが立ち上がりエッジであると判別する。I(i)がI(i−1)より小さく、I(i−1)>I(i)が成り立つ場合、粗データ算出部33は、エッジが立ち下がりエッジであると判別する。
The rough
次に、粗データ算出部33は、エッジの判別結果を基に、信号37からビット列への変換を行う。図6は、図4に示す信号37からビット列41への変換について説明する図である。粗データ算出部33は、信号37における立ち上がりエッジをビット「1」へ、立ち下がりエッジをビット「0」へ置き換える。また、粗データ算出部33は、エッジ同士の間隔を計算して、各間隔があらかじめ設定された基本周期44の何倍に相当するかを求める。
Next, the rough
粗データ算出部33は、基本周期44と同じ間隔で立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとが隣り合っている部分を、「1」、「0」のビット列に置き換える。また、粗データ算出部33は、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとが基本周期44の2倍に相当する間隔で隣り合っている部分を、「1」、「1」、「0」のビット列に置き換える。粗データ算出部33は、立ち下がりエッジと立ち上がりエッジとが基本周期44の2倍に相当する間隔で隣り合っている部分を、「0」、「0」、「1」のビット列に置き換える。これにより、粗データ算出部33は、イメージセンサ4に投影された光学パターン10からビット列41への変換を行う。
The coarse
粗データ算出部33は、LUT16を参照して、得られたビット列41に対応する回転角度のデータ38をLUT16から読み出す。これにより、粗データ算出部33は、絶対位置算出部35での補正前の回転角度のデータである粗データを算出する。粗データ算出部33は、ビット列41に付加された冗長ビットを用いて、ビット列41の誤り訂正を行っても良い。アブソリュートエンコーダ1は、光学パターン10のうちビット列41に対応する部分の像を得るための視野よりイメージセンサ4の視野を広げることにより、ビット列41に付随する冗長ビットを得ることとしても良い。
The coarse
図7は、図2に示す位相ずれ算出部34における位相ずれ量43の算出について説明する図である。粗データ算出部33で得られた粗データは、複数の画素のうち、X軸方向における中心Xcにある画素を基準とする回転角度を示している。位相ずれ算出部34は、エッジ検出部32で検出されたエッジの中から、中心Xcに最も近い1つのエッジ位置42を検索して、かかるエッジ位置42と中心Xcとの間の位相ずれ量43を算出する。位相ずれ算出部34は、1つのエッジ位置42を基に位相ずれ量43を算出するほか、2つ以上のエッジ位置42を基に位相ずれ量43を算出しても良い。なお、位相ずれ算出部34は、エッジ検出の結果をエッジ検出部32から得る以外に、粗データ算出部33から得ても良い。この場合、粗データ算出部33は、エッジ検出部32から得たエッジ検出の結果を位相ずれ算出部34へ出力する。位相ずれ算出部34における位相ずれ量43の算出は、粗データ算出部33における粗データの算出と同時であっても良く、粗データの算出の後であっても良い。
FIG. 7 is a diagram for explaining the calculation of the
絶対位置算出部35は、粗データ算出部33で算出された粗データに位相ずれ算出部34で算出された位相ずれ量43を足し合せることにより、スケール2の絶対位置を示す回転角度を算出する。絶対位置算出部35は、算出された回転角度を示す絶対位置データ40を出力する。
The absolute
次に、光源制御部14による光量調整の動作について説明する。測定場所の環境条件の変化により、発光素子3から射出される光量が変化することがある。環境条件の変化の1つの例は、温度の上昇である。測定場所の温度が上昇することで、発光素子3の光量が減少することがある。この場合、光学パターン10からイメージセンサ4へ入射する光の強度が減少することで、図3に示す信号36の全体の振幅が縮小する。信号36の振幅の縮小により、図4に示す信号37の振幅も縮小することで、角度演算部13における回転角度の演算の精度と分解能とが低下することがあり得る。光源制御部14は、環境の変化に関わらず発光素子3の光量が一定となるように、イメージセンサ4での光の強度の検出結果を基に、発光素子3の光量を調整する。
Next, the operation of the light amount adjustment by the light source control unit 14 will be described. The amount of light emitted from the light emitting element 3 may change due to changes in the environmental conditions at the measurement location. One example of a change in environmental conditions is a rise in temperature. The light amount of the light emitting element 3 may decrease due to the temperature increase at the measurement location. In this case, the intensity of light incident on the
図8は、図1に示す光源制御部14による光量調整について説明する図である。図8の左側には、標準の温度であるときの信号37の強度分布の例を示している。図8の右側には、温度が標準の温度より上昇した場合における強度分布補正部31からの信号51の強度分布の例を示している。信号51の振幅は、信号37の振幅に比べて縮小している。実施の形態1の光源制御部14は、信号37の強度Iの最大値52と、信号51の強度Iの最大値53との比率を算出して、比率を用いて発光素子3の駆動電流値を調整する。
FIG. 8 is a diagram for explaining light amount adjustment by the light source control unit 14 shown in FIG. The left side of FIG. 8 shows an example of the intensity distribution of the
図9は、実施の形態1における光源制御部14の光量調整の手順を示すフローチャートである。光源制御部14は、強度分布補正部31での補正を経た信号51を、強度分布補正部31から取得する。ステップS1において、光源制御部14は、取得された信号51における強度Iの最大値53を検出する。
FIG. 9 is a flowchart showing a procedure of light amount adjustment of the light source control unit 14 according to the first embodiment. The light source control unit 14 acquires, from the intensity
ステップS2において、光源制御部14は、ステップS1で検出された最大値53と、標準時の信号37における強度Iの最大値52との比率を算出する。ステップS3において、光源制御部14は、ステップS2において算出された比率を基に、発光素子3の駆動電流値を調整する。光源制御部14は、駆動電流値に比率を乗算することで、発光素子3の光量が標準時と同じ光量となるように駆動電流値を調整する。
In step S2, the light source control unit 14 calculates the ratio between the
アブソリュートエンコーダ1は、光源制御部14の光量調整により、測定場所の環境条件が変化しても高精度かつ高い分解能でスケール2の回転角度を求めることができる。なお、光源制御部14は、強度分布補正部31での補正前の信号を取得して、かかる信号における強度Iの最大値を基に光量を調整しても良い。また、光源制御部14は、測定場所の温度が低下した場合には、温度が上昇した場合とは逆に、発光素子3の光量が減少するように駆動電流値を調整し得る。
The
光源制御部14は、測定場所の温度以外の環境条件、あるいは環境条件以外の条件の変化があった場合にも、発光素子3の光量を調整しても良い。環境条件以外の条件の1つの例は、スケール2とイメージセンサ4との位置関係である。スケール2とイメージセンサ4との位置関係は、スケール2あるいはイメージセンサ4が振動を受けることにより変化し得る。スケール2とイメージセンサ4との間の距離の変化により、スケール2とイメージセンサ4との位置関係が変化した場合、イメージセンサ4で検出される光の強度が減少することがある。この場合、発光素子3の光量を増加させる調整を光源制御部14が行うことで、アブソリュートエンコーダ1は、高精度かつ高い分解能でスケール2の回転角度を求めることができる。
The light source control unit 14 may adjust the light amount of the light emitting element 3 also when there is a change in environmental conditions other than the temperature of the measurement place or conditions other than the environmental conditions. One example of conditions other than environmental conditions is the positional relationship between the scale 2 and the
次に、発光体の幅と、第1の領域11および第2の領域12の幅の設定について説明する。実施の形態1において、発光体は、発光素子3のLEDチップである。LEDチップは、光が射出する側に設けられた開口部を備える。実施の形態1において、発光体の幅は、開口部の幅とする。1つの例では、開口部は、半導体材料の上に設けられた金属材料をパターニングすることで形成される。なお、開口部には、光透過性材料が設けられていても良い。光透過性材料の1つの例は、透明電極材料である。開口部に光透過性材料が設けられている場合も、開口部の幅が発光体の幅となるものとする。なお、以下に述べる図10および図11では、開口部の図示を省略している。
Next, the setting of the width of the light emitter and the widths of the
図10は、図1に示すアブソリュートエンコーダ1において、発光体20からの光が光学パターン10を経てイメージセンサ4へ到達するまでの様子を示した第1の模式図である。なお、図10では、第1の領域11での反射により折り返される光線を、第1の領域11を透過する光線に置き換えて示している。図10と、以下に述べる図11とについては、第1の領域11が発光体20からの光を透過させるものとして説明する。なお、図10および図11についての説明は、第1の領域11における光の折り返しを含めることにより、第1の領域11で光を反射させる場合にも適用可能であるものとする。
FIG. 10 is a first schematic diagram showing how the light from the
また、図10および図11において、イメージセンサ4を示す直線は、イメージセンサ4の受光面の位置を表している。かかる直線の上に示した曲線は、イメージセンサ4で検出された光の強度分布を示している。
Further, in FIG. 10 and FIG. 11, the straight line indicating the
図10に示す距離23は、発光体20から射出された光の主光線25の方向における発光体20と光学パターン10との間の距離とする。距離24は、主光線25の方向における光学パターン10とイメージセンサ4の受光面との間の距離とする。距離23と距離24とは、同じである。なお、実施の形態1において、点光源とは、発光体20と光学パターン10との間の距離23に比べて点とみなし得るサイズの発光体20を備えることを指すものとする。
The
イメージセンサ4の複数の画素は、X軸方向へ配列されている。主光線25は、X軸に垂直である。ここでは、X軸方向のうち矢印の方向をプラスX方向、矢印と逆の方向をマイナスX方向とする。第1の領域11の幅、第2の領域12の幅および発光体20の幅とは、いずれもX軸方向の幅を指すものとする。1つの第1の領域11の幅と、1つの第2の領域12の幅とは、光学パターン10の単位幅である。光学パターン10の単位幅は、第1の領域11と第2の領域12との配列の単位となる幅である。
The plurality of pixels of the
図10に示す例では、発光体20の幅26は、光学パターン10の単位幅と同じであるものとする。また、図10には、光学パターン10のうち、いずれも単位幅の第1の領域11と第2の領域12とが交互に配列されている部分を示している。2つの第1の領域11a,11bは、1つの第2の領域12を挟んで互いに隣り合う第1の領域11である。光線21は、発光体20のうちマイナスX方向の端から射出され、第1の領域11aのうちプラスX方向の端へ入射した光線である。光線22は、発光体20のうちプラスX方向の端から射出され、第1の領域11bのうちマイナスX方向の端へ入射した光線である。
In the example shown in FIG. 10, the
光線21と光線22とは、互いに平行となる。光線21と光線22とは互いに交わらないため、イメージセンサ4は、第1の領域11aからの光と第1の領域11bからの光とを互いに分離して検出することができる。これにより、イメージセンサ4は、光学パターン10の単位幅と同じ幅26の発光体20を用いることで、第1の領域11および第2の領域12を高い分解能で検出することが可能である。
The light beam 21 and the
図11は、図1に示すアブソリュートエンコーダ1において、発光体20からの光が光学パターン10を経てイメージセンサ4へ到達するまでの様子を示した第2の模式図である。図11には、光学パターン10のうち、連続して配列された2つの第1の領域11を含む部分を示している。図11に示す例では、発光体20の幅26は、光学パターン10の単位幅の2倍に相当する。
FIG. 11 is a second schematic diagram showing how the light from the
領域11cは、単位幅の2つの第1の領域11が連続して配列されている領域である。領域11cの幅は、発光体20の幅26と同じである。第1の領域11dは、1つの第2の領域12を間に挟んで領域11cと隣り合う第1の領域11である。
The
光線27は、発光体20のうちマイナスX方向の端から射出され、領域11cのうちプラスX方向の端へ入射した光線である。光線28は、発光体20のうちプラスX方向の端から射出され、第1の領域11dのうちマイナスX方向の端へ入射した光線である。光線27と光線28とは、互いに平行ではなく、イメージセンサ4の受光面において互いに交わる。イメージセンサ4は、領域11cの光と第1の領域11dの光とを互いに分離して検出することができる。これにより、イメージセンサ4は、ビット幅の2倍に相当する幅26の発光体20を用いて、第1の領域11および第2の領域12を高い分解能で検出することが可能である。
The
仮に、図11に示す状態より発光体20の幅26が領域11cの幅より拡大されたとする。この場合、光線27と光線28とは、イメージセンサ4の受光面の手前において互いに交わる。この場合、イメージセンサ4では、領域11cからの光と第1の領域11dからの光とが互いに分離されずに検出されることとなる。この場合、イメージセンサ4は、第1の領域11および第2の領域12を高い分解能で検出することが困難となる。
Temporarily, it is assumed that the
実施の形態1では、発光体20の幅26が、光学パターン10のうち第1の領域11が連続して配列されている部分の最大幅以下とされている。また、発光体20の幅26が、光学パターン10のうち第2の領域12が連続して配列されている部分の最大幅以下とされている。これにより、イメージセンサ4は、各第1の領域11からの光と、第1の領域11が連続して配置されている各部分からの光とを分離して検出することができるため、光学パターン10を高い分解能で検出することができる。アブソリュートエンコーダ1は、高精度かつ高い分解能でスケール2の回転角度を求めることができる。
In the first embodiment, the
次に、光学パターン10に置き換えられるデータの符号化について説明する。図12は、図1に示す光学パターン10へ置き換えられるデータについて説明する図である。ビット列55は、絶対位置データから擬似ランダム符号への符号化により得られたビット列とする。ビット列56は、擬似ランダム符号であるビット列55からマンチェスター符号への符号化により得られたビット列とする。
Next, encoding of data to be replaced by the
アブソリュートエンコーダ1による測定の精度と分解能とを向上可能とするために、絶対位置データが割り当てられる位置の数を増加させた場合、擬似ランダム符号のビット数も増加することとなる。ビット列55のビット数が増加するほど、ビット列55の中においてビット「0」が連続する部分とビット「1」が連続する部分との頻度が増加することとなる。1つの例において、スケール2の回転角度により、ビット「1」を表す複数の第1の領域11が連続して配置されている部分の幅と、1つの第1の領域11が単独で配置されている部分の幅とが大きく異なることがあり得る。この場合、光の回折作用により、複数の第1の領域11の部分と1つの第1の領域11の部分とでは、イメージセンサ4で検出される光の強度に差が生じることがある。イメージセンサ4で検出される光の強度がスケール2の回転角度によってばらつくこととなるため、角度演算部13における回転角度の演算の精度と分解能とが低下することがあり得る。
When the number of positions to which absolute position data is assigned is increased in order to improve the accuracy and resolution of measurement by the
マンチェスター符号への符号化により、符号化前のデータにおけるビット「0」の信号は、LレベルからHレベルへ遷移する信号へ置き換えられる。また、符号化前のデータにおけるビット「1」の信号は、HレベルからLレベルへ遷移する信号へ置き換える。これにより、擬似ランダム符号であるビット列55のビット「0」は、マンチェスター符号であるビット列56においてビット「01」に置き換えられる。擬似ランダム符号であるビット列55のビット「1」は、マンチェスター符号であるビット列56においてビット「10」に置き換えられている。
By encoding into Manchester code, the signal of bit “0” in the data before encoding is replaced with a signal transitioning from L level to H level. Also, the signal of bit "1" in the data before encoding is replaced with a signal that transitions from H level to L level. Thereby, bit "0" of
図12に示す例では、ビット列55において3つのビット「1」が連続している部分は、ビット列56においていずれもビット「10」に置き換えられることにより解消されている。このように、マンチェスター符号への符号化により、連続する3つ以上のビット「0」と、連続する3つ以上のビット「1」とが解消される。また、ビット列55のビット「0」とビット「1」とが連続する部分が、ビット列56ではビット「0110」に置き換えられることで、ビット列56には2つのビット「1」が連続する部分が生じている。ビット列55のビット「1」とビット「0」とが連続する部分が、ビット列56ではビット「1001」に置き換えられることで、ビット列56には2つのビット「0」が連続する部分が生じている。このように、マンチェスター符号への符号化により、連続するビット「0」の最大数と、連続するビット「1」の最大数とを、いずれも2つとすることが可能となる。
In the example shown in FIG. 12, the portion where three bits “1” are continuous in the
光学パターン10の第1の領域11と第2の領域12とは、ビット列56にしたがって配列される。光学パターン10のうち第1の領域11が連続して配列されている部分の最大幅と、第2の領域12が連続して配列されている部分の最大幅とは、光学パターン10の単位幅の2倍となる。かかる最大幅が単位幅の2倍に抑えられることで、アブソリュートエンコーダ1は、高精度かつ高い分解能でスケール2の回転角度を求めることができる。
The
ここで、インクリメンタルエンコーダとの比較におけるアブソリュートエンコーダ1の利点について説明する。インクリメンタルエンコーダの場合、検出されたパルス信号の数を積算してスケール2の回転角度を求める。原点を基準とする回転角度を検出するために、測定のたびに原点復帰の動作が行われる。原点復帰とは、スケール2の回転角度を原点に戻すことをいう。アブソリュートエンコーダ1では、絶対位置を検出可能であることから、原点復帰の動作が不要である。このため、アブソリュートエンコーダ1には、測定が開始されるまでの時間を短縮できるという利点がある。
Here, an advantage of the
図1に示す制御部5の機能の全部あるいは任意の一部は、CPU(Central Processing Unit)あるいはマイクロコンピュータ上で実行しても良い。制御部5の機能の全部あるいは任意の一部は、CPUあるいはマイクロコンピュータにて解析および実行されるプログラム上で実行しても良い。または、制御部5の機能の全部あるいは任意の一部は、ワイヤードロジックによるハードウェア上で実行しても良い。
All or any part of the functions of the
図13は、図1に示す制御部5の機能を実行するアブソリュートエンコーダ1のハードウェア構成の例を示す図である。アブソリュートエンコーダ1は、通信インタフェースである通信部81と、各種処理を実行するCPU82と、図1に示す発光素子3およびイメージセンサ4との間の入出力インタフェースである入出力部83とを備える。また、アブソリュートエンコーダ1は、プログラム格納領域およびデータ格納領域を含むRAM(Random Access Memory)84と、不揮発性メモリであるROM(Read Only Memory)85とを備える。バス86は、通信部81と、CPU82と、入出力部83と、RAM84と、ROM85を接続する。
FIG. 13 is a diagram showing an example of a hardware configuration of the
通信部81は、角度演算部13での演算結果である回転角度のデータを外部へ送信する。ROM85には、各種処理のためのプログラムが格納されている。プログラムは、ROM85以外に、ドライブでの読み取りが可能な記録媒体に記録されたものでも良い。記録媒体は、可搬型記録媒体であるCD−ROM、DVDディスクあるいはUSBメモリ、半導体メモリであるフラッシュメモリのいずれであっても良い。図13には、ドライブおよび記録媒体の図示を省略している。
The communication unit 81 transmits the data of the rotation angle which is the calculation result of the
プログラムは、RAM84にロードされる。CPU82は、RAM84内のプログラム格納領域にてプログラムを展開して各種処理を実行する。RAM84内のデータ格納領域は、各種処理の実行における作業領域とされる。角度演算部13、光源制御部14およびセンサ制御部17の機能は、CPU82を使用して実現される。図1に示すLUT16は、RAM84に格納される。記憶部15の機能は、RAM84を使用して実現される。
The program is loaded into the RAM 84. The
実施の形態1によると、アブソリュートエンコーダ1は、第1の領域11が連続して配列されている部分の幅と、第2の領域12が連続して配列されている部分の幅とのいずれよりも発光体20の幅を小さくすることで、第1の領域11および第2の領域12を高い分解能で検出することができる。また、マンチェスター符号のビット列へ符号化されたデータが第1の領域11と第2の領域12へ置き換えられていることで、第1の領域11が連続して配列されている部分の最大幅と、第2の領域12が連続して配列されている部分の最大幅とが、光学パターン10の単位幅の2倍に抑えられる。アブソリュートエンコーダ1は、高精度かつ高い分解能でスケール2の回転角度を求めることができる。さらに、アブソリュートエンコーダ1は、光量調整部である光源制御部14による発光素子3の光量の調整により、高精度かつ高い分解能でスケール2の回転角度を求めることができる。以上により、アブソリュートエンコーダ1は、高精度かつ高い分解能で測定対象物の回転角度を測定できるという効果を奏する。
According to the first embodiment, the
実施の形態2.
図14は、実施の形態2にかかるアブソリュートエンコーダ1の光源制御部14による光量調整について説明する図である。実施の形態2において、光量調整部である光源制御部14は、図8に示す最大値52,53に代えて、平均値63,64を使用して光量調整を行う。実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。Second Embodiment
FIG. 14 is a diagram for explaining light amount adjustment by the light source control unit 14 of the
図14の左側には、標準の温度であるときの信号37の強度分布の例を示している。図14の右側には、温度が標準の温度より上昇した場合における強度分布補正部31からの信号61の強度分布の例を示している。信号61の振幅は、信号37の振幅に比べて縮小している。また、信号61のHレベルより高いレベルのノイズ62が、信号61に生じている。実施の形態2の光源制御部14は、信号37の強度Iの平均値63と、信号61の強度Iの平均値64との比率を算出して、比率を用いて発光素子3の駆動電流値を調整する。
The left side of FIG. 14 shows an example of the intensity distribution of the
光学パターン10の第1の領域11と第2の領域12とは、図12に示すマンチェスター符号であるビット列56にしたがって配列されている。イメージセンサ4で検出される像において、ビット「1」に対応する第1の領域11の数と、ビット「0」に対応する第2の領域12の数とは、互いに同じであるか1つ程度の違いとなる。このため、標準時の信号37から算出される平均値63は、回転角度に関わらず一定とみなせる。よって、光源制御部14は、平均値63と平均値64との比率を基に、発光素子3の光量を一定とする調整を行うことができる。
The
図15は、実施の形態2における光源制御部14の光量調整の手順を示すフローチャートである。光源制御部14は、強度分布補正部31での補正を経た信号61を、強度分布補正部31から取得する。ステップS11において、光源制御部14は、取得された信号61における強度Iの平均値64を検出する。
FIG. 15 is a flowchart showing the procedure of light amount adjustment of the light source control unit 14 according to the second embodiment. The light source control unit 14 acquires from the intensity
ステップS12において、光源制御部14は、ステップS11で検出された平均値64と、標準時の信号37における強度Iの平均値63との比率を算出する。ステップS13において、光源制御部14は、ステップS12において算出された比率を基に、発光素子3の駆動電流値を調整する。光源制御部14は、駆動電流値に比率を乗算することで、発光素子3の光量が標準時と同じ光量となるように駆動電流値を調整する。光源制御部14は、平均値63,64を使用して光量調整を行うことで、光量調整におけるノイズ62の影響を低減可能とする。
In step S12, the light source control unit 14 calculates the ratio of the
アブソリュートエンコーダ1は、光源制御部14の光量調整により、測定場所の環境条件が変化しても高精度かつ高い分解能でスケール2の回転角度を求めることができる。なお、光源制御部14は、実施の形態1と同様に、強度分布補正部31での補正前の信号36における強度Iの平均値を基に光量を調整しても良い。また、光源制御部14は、測定場所の温度以外の環境条件、あるいは環境条件以外の条件の変化があった場合にも、発光素子3の光量を調整しても良い。
The
実施の形態2によると、アブソリュートエンコーダ1は、光量調整部である光源制御部14により、平均値63,64を使用して発光素子3の光量を調整する。アブソリュートエンコーダ1は、高精度かつ高い分解能でスケール2の回転角度を求めることができる。以上により、アブソリュートエンコーダ1は、高精度かつ高い分解能で測定対象物の回転角度を測定できるという効果を奏する。
According to the second embodiment, the
実施の形態3.
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1の光源制御部14による光量調整について説明する図である。実施の形態3において、光量調整部である光源制御部14は、図14に示す平均値63,64に代えて、最大値74A,74B,74Cの平均値と最大値75A,75B,75Cの平均値とを使用して光量調整を行う。実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。Third Embodiment
FIG. 16 is a diagram for explaining light amount adjustment by the light source control unit 14 of the
図16の左側には、標準の温度であるときの信号37の強度分布の例を示している。図16の右側には、温度が標準の温度より上昇した場合における強度分布補正部31からの信号71の強度分布の例を示している。信号71の振幅は、信号37の振幅に比べて縮小している。また、信号71には、ピークが欠落している部分73が生じている。かかるピークの欠落が生じる要因の1つの例は、光学パターン10とイメージセンサ4との間の光路に侵入した異物によって光が遮られることである。
The left side of FIG. 16 shows an example of the intensity distribution of the
実施の形態3の光源制御部14は、X軸方向において3つの領域72A,72B,72Cにイメージセンサ4を分けて、各領域72A,72B,72Cにおける信号71の最大値75A,75B,75Cを算出する。また、光源制御部14は、各領域72A,72B,72Cにおける信号37の最大値74A,74B,74Cを算出する。光源制御部14は、信号37の最大値74A,74B,74Cの平均値と、信号71の最大値75A,75B,75Cの平均値との比率を算出して、比率を用いて発光素子3の駆動電流値を調整する。
The light source control unit 14 according to the third embodiment divides the
図17は、実施の形態3における光源制御部14の光量調整の手順を示すフローチャートである。光源制御部14は、強度分布補正部31での補正を経た信号71を、強度分布補正部31から取得する。ステップS21において、光源制御部14は、取得された信号71から、領域72A,72B,72Cごとにおける強度Iの最大値75A,75B,75Cを検出する。ステップS22において、光源制御部14は、ステップS21で検出された最大値75A,75B,75Cの平均値を算出する。
FIG. 17 is a flowchart showing a procedure of light amount adjustment of the light source control unit 14 in the third embodiment. The light source control unit 14 acquires from the intensity
ステップS23において、光源制御部14は、ステップS22において算出された平均値と、標準時の信号37における最大値74A,74B,74Cの平均値との比率を算出する。ステップS24において、光源制御部14は、ステップS23において算出された比率を基に、発光素子3の駆動電流値を調整する。光源制御部14は、駆動電流値に比率を乗算することで、発光素子3の光量が標準時と同じ光量となるように駆動電流値を調整する。光源制御部14は、領域72A,72B,72Cごとにおける最大値74A,74B,74Cの平均値と最大値75A,75B,75Cの平均値とを使用して光量調整を行うことで、イメージセンサ4全体の強度Iの平均値を使用する場合と比較して、光量調整における欠落の部分73の影響を低減可能とする。
In step S23, the light source control unit 14 calculates the ratio between the average value calculated in step S22 and the average value of the
光源制御部14は、イメージセンサ4を3つの領域72A,72B,72Cに分けて最大値75A,75B,75Cを検出するものに限られない。領域の数は2つであっても良く、4つ以上であっても良い。
The light source control unit 14 is not limited to one that divides the
アブソリュートエンコーダ1は、光源制御部14の光量調整により、測定場所の環境条件が変化しても高精度かつ高い分解能でスケール2の回転角度を求めることができる。なお、光源制御部14は、実施の形態1および2と同様に、強度分布補正部31での補正前の信号における強度Iの平均値を基に光量を調整しても良い。また、光源制御部14は、測定場所の温度以外の環境条件、あるいは環境条件以外の条件の変化があった場合にも、発光素子3の光量を調整しても良い。
The
実施の形態3によると、アブソリュートエンコーダ1は、光量調整部である光源制御部14により、領域72A,72B,72Cごとにおける最大値74A,74B,74Cの平均値と最大値75A,75B,75Cの平均値とを使用して発光素子3の光量を調整する。アブソリュートエンコーダ1は、高精度かつ高い分解能でスケール2の回転角度を求めることができる。以上により、アブソリュートエンコーダ1は、高精度かつ高い分解能で測定対象物の回転角度を測定できるという効果を奏する。
According to the third embodiment, the
実施の形態1から3のアブソリュートエンコーダ1は、ロータリーエンコーダに代えて、リニアエンコーダであっても良い。リニアエンコーダであるアブソリュートエンコーダ1は、直線方向へ動作する測定対象物の位置を測定する。この場合、アブソリュートエンコーダ1では、直線方向におけるスケール2の絶対位置ごとに、固有の絶対位置データが割り当てられている。アブソリュートエンコーダ1は、イメージセンサ4における光学パターン10の検知結果へのデコードにより、直線方向におけるスケール2の位置を求める。リニアエンコーダであるアブソリュートエンコーダ1は、高精度かつ高い分解能で測定対象物の位置を測定することができる。
The
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の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、本発明の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 embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and one of the configurations is possible within the scope of the present invention. Parts can be omitted or changed.
1 アブソリュートエンコーダ、2 スケール、3 発光素子、4 イメージセンサ、5 制御部、6 シャフト、10 光学パターン、11,11a,11b,11d 第1の領域、11c,72A,72B,72C 領域、12 第2の領域、13 角度演算部、14 光源制御部、15 記憶部、16 LUT、17 センサ制御部、20 発光体、21,22,27,28 光線、23,24 距離、25 主光線、26 幅、31 強度分布補正部、32 エッジ検出部、33 粗データ算出部、34 位相ずれ算出部、35 絶対位置算出部、36,37,51,61,71 信号、38 回転角度のデータ、39 閾値レベル、40 絶対位置データ、42 エッジ位置、43 位相ずれ量、44 基本周期、52,53,74A,74B,74C,75A,75B,75C 最大値、62 ノイズ、63,64 平均値、55,56 ビット列、81 通信部、82 CPU、83 入出力部、84 RAM、85 ROM、86 バス。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のアブソリュートエンコーダは、光学パターンが設けられ、可動とされたスケールと、光学パターンへ進行させる光を射出する発光体と、光学パターンからの光を検出して、検出された光の強度を表す信号を出力するセンサと、センサからの信号を基に、スケールの位置を求める演算部とを備える。光学パターンでは、スケールがとり得る位置ごとに割り当てられた固有のデータから符号化されたデータが、光学パターンの単位幅と同じ幅の第1の領域と、センサにて第1の領域とは異なる光強度で検出可能とされ、光学パターンの単位幅と同じ幅の第2の領域との配列に置き換えられている。発光体の幅は、第1の領域が連続して配列されている部分の幅と、第2の領域が連続して配列されている部分の幅とのいずれよりも小さい。 In order to solve the problems described above and achieve the object, the absolute encoder of the present invention is provided with an optical pattern, a movable scale, a light emitter for emitting light to be advanced to the optical pattern, and an optical pattern And a sensor for outputting a signal representing the intensity of the detected light, and an operation unit for obtaining the position of the scale based on the signal from the sensor. In the optical pattern, data encoded from unique data assigned to each possible position of the scale is different from the first area having the same width as the unit width of the optical pattern and the first area in the sensor It is made detectable by light intensity and replaced with an arrangement with a second region of the same width as the unit width of the optical pattern . The width of the light emitter is smaller than the width of the portion in which the first regions are continuously arranged and the width of the portion in which the second regions are continuously arranged.
Claims (9)
前記光学パターンへ進行させる光を射出する発光体と、
前記光学パターンからの光を検出して、検出された光の強度を表す信号を出力するセンサと、
前記センサからの前記信号を基に、前記スケールの位置を求める演算部と
を備え、
前記光学パターンでは、前記スケールがとり得る位置ごとに割り当てられた固有のデータから符号化されたデータが、第1の領域と、前記センサにて前記第1の領域とは異なる光強度で検出可能とされた第2の領域との配列に置き換えられており、
前記発光体の幅が、前記第1の領域が連続して配列されている部分の幅と、前記第2の領域が連続して配列されている部分の幅とのいずれよりも小さいことを特徴とするアブソリュートエンコーダ。A movable scale provided with an optical pattern,
A light emitter for emitting light to be advanced to the optical pattern;
A sensor that detects light from the optical pattern and outputs a signal representing the intensity of the detected light;
An arithmetic unit for determining the position of the scale based on the signal from the sensor;
In the optical pattern, data encoded from unique data assigned to each possible position of the scale can be detected at a first region and at a light intensity different from the first region by the sensor Is replaced with an array with the second region
The width of the light emitter is smaller than both the width of the portion in which the first regions are continuously arranged and the width of the portion in which the second regions are continuously arranged. Absolute encoder to be.
前記演算部は、前記スケールの位置である回転角度を求めることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載のアブソリュートエンコーダ。The scale is rotatable.
The absolute encoder according to any one of claims 1 to 4, wherein the calculation unit obtains a rotation angle which is a position of the scale.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2017/009807 WO2018163424A1 (en) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | Absolute encoder |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2018163424A1 true JPWO2018163424A1 (en) | 2019-03-22 |
Family
ID=63447464
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018507742A Pending JPWO2018163424A1 (en) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | Absolute encoder |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2018163424A1 (en) |
WO (1) | WO2018163424A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102360458B1 (en) * | 2019-04-11 | 2022-02-14 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | encoder |
JP7443140B2 (en) | 2020-04-09 | 2024-03-05 | Dmg森精機株式会社 | position detection device |
JPWO2022107421A1 (en) * | 2020-11-20 | 2022-05-27 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59501725A (en) * | 1982-09-01 | 1984-10-11 | ロ−ズマウント エンジニアリング コムパニ− リミテツド | position measuring device |
JPH03229116A (en) * | 1990-02-05 | 1991-10-11 | Olympus Optical Co Ltd | Waveform shaping circuit in position detector |
US20050018204A1 (en) * | 2003-07-24 | 2005-01-27 | Zhejiang University | Method and apparatus for optically measuring absolute displacement |
JP2006139216A (en) * | 2004-11-15 | 2006-06-01 | Ricoh Co Ltd | Mark detecting apparatus, drive controller and image forming apparatus |
JP2008268215A (en) * | 2007-04-20 | 2008-11-06 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | Encoder |
JP2009150879A (en) * | 2007-12-19 | 2009-07-09 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | Position measuring device and method for measuring absolute position |
JP2011185806A (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-22 | Canon Inc | Optical encoder and displacement measuring device |
JP2015500457A (en) * | 2012-02-07 | 2015-01-05 | 三菱電機株式会社 | Method and apparatus for determining position |
JP2015090303A (en) * | 2013-11-05 | 2015-05-11 | 株式会社安川電機 | Encoder, motor with encoder, and servo system |
JP2016061600A (en) * | 2014-09-16 | 2016-04-25 | 株式会社安川電機 | Encoder and luminescence quantity adjustment method of encoder |
-
2017
- 2017-03-10 JP JP2018507742A patent/JPWO2018163424A1/en active Pending
- 2017-03-10 WO PCT/JP2017/009807 patent/WO2018163424A1/en active Application Filing
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59501725A (en) * | 1982-09-01 | 1984-10-11 | ロ−ズマウント エンジニアリング コムパニ− リミテツド | position measuring device |
JPH03229116A (en) * | 1990-02-05 | 1991-10-11 | Olympus Optical Co Ltd | Waveform shaping circuit in position detector |
US20050018204A1 (en) * | 2003-07-24 | 2005-01-27 | Zhejiang University | Method and apparatus for optically measuring absolute displacement |
JP2006139216A (en) * | 2004-11-15 | 2006-06-01 | Ricoh Co Ltd | Mark detecting apparatus, drive controller and image forming apparatus |
JP2008268215A (en) * | 2007-04-20 | 2008-11-06 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | Encoder |
JP2009150879A (en) * | 2007-12-19 | 2009-07-09 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | Position measuring device and method for measuring absolute position |
JP2011185806A (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-22 | Canon Inc | Optical encoder and displacement measuring device |
JP2015500457A (en) * | 2012-02-07 | 2015-01-05 | 三菱電機株式会社 | Method and apparatus for determining position |
JP2015090303A (en) * | 2013-11-05 | 2015-05-11 | 株式会社安川電機 | Encoder, motor with encoder, and servo system |
JP2016061600A (en) * | 2014-09-16 | 2016-04-25 | 株式会社安川電機 | Encoder and luminescence quantity adjustment method of encoder |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2018163424A1 (en) | 2018-09-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8525102B2 (en) | Optical encoding system and optical encoder having an array of incremental photodiodes and an index photodiode for use in an optical encoding system | |
KR102008632B1 (en) | Absolute encoder | |
JP5659220B2 (en) | Position encoder device | |
US7132647B2 (en) | Optical encoder | |
JPWO2018163424A1 (en) | Absolute encoder | |
JP2009150879A (en) | Position measuring device and method for measuring absolute position | |
US20060267822A1 (en) | Optical encoder | |
TWI660159B (en) | Absolute encoder | |
US6438860B1 (en) | Device and process for determining position between two parts which are movable relative to one another | |
JP4703059B2 (en) | Photoelectric encoder | |
JP2009257891A (en) | Absolute position length measurement type encoder | |
JP5200550B2 (en) | Detection unit and encoder | |
JP2005526951A5 (en) | ||
JP6149740B2 (en) | Absolute encoder | |
US9534936B2 (en) | Reference signal generation apparatus and reference signal generation system | |
JP6684087B2 (en) | Optical encoder | |
JP2005037333A (en) | Absolute encoder and angle sensing method | |
US8068040B2 (en) | Optical encoder with integrated monitor | |
US9157769B2 (en) | Reference signal generation apparatus and reference signal generation system | |
US9322675B2 (en) | Absolute encoder and method of obtaining absolute position by a plurality of quantized data based on a plurality of extrema | |
JP6865915B1 (en) | Absolute encoder | |
US11946780B2 (en) | Optical encoder and control apparatus | |
JP5701740B2 (en) | Optical encoder | |
JP2017167145A (en) | Optical distance sensor, and position measuring device comprising optical distance sensor | |
JP2007078357A (en) | Optical absolute value encoder |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180214 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180214 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20180214 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20180308 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180410 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20181016 |