KR101449357B1 - 광학식 인코더 - Google Patents

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하지메 나카지마
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

광학식 인코더는, 주기적인 광학 패턴을 갖고, 상대적으로 각 변위 가능한 광학식 스케일과, 광학식 스케일을 향해서 광을 조사하기 위한 투광부와, 광학식 스케일로부터의 광을 수광하기 위한 수광부와, 수광부로부터의 신호에 기초해서, 광학식 스케일의 절대 회전 각도 θ를 연산하기 위한 연산부를 구비한다. 광학 패턴은 교대로 배치된 복수의 차광부 및 복수의 투과부를 포함하며, 소정의 원주 방향을 따라 n번째의 차광부의 피치를 Pn, n번째의 차광부의 폭을 Wn이라고 하면, n번째의 차광부의 각도 θn에 대응하는 투과율 T(θn) 및 차광부의 피치 Pn은, 소정의 식을 만족시키고, 광학 패턴의 차광부의 폭 Wn은 차광부의 피치 Pn의 함수로 변화되고 있다. n번째의 차광부(6a)의 피치 Pn 및 폭 Wn은, 바람직하게는 반비례의 관계가 된다.
이러한 구성에 의해, 종래의 것에서 비해서 고정밀도이며 또한 고분해능인 광학식 인코더를 달성할 수 있다.

Description

광학식 인코더{OPTICAL ENCODER}
본 발명은 광학식 스케일의 절대 회전 각도를 검출할 수 있는 광학식 인코더에 관한 것이다.
일반적으로, 측정 대상물의 회전 각도를 검출하는 로터리 인코더는, 명암의 광학 패턴을 가진 광학식 스케일과, 광학식 스케일 상의 광학 패턴을 검출하기 위한 검출 소자와, 검출 소자의 후단에 배치된 연산 장치를 구비하고, 연산 장치에 의해서 모터 등의 회전축에 연결된 광학식 스케일의 회전 각도가 검출된다.
이러한 종류의 로터리 인코더로는, 검출 소자로부터 출력된 펄스 신호를 연산 장치로 적산하여 회전 각도를 검출하는 인크리멘털 방식과, 광학식 스케일 상의 각도 고유의 광학 패턴으로부터 연산 장치에 의해서 광학식 스케일의 절대 각도를 검출하는 앱솔루트 방식이 알려져 있다. 인크리멘털 방식은, 원점 위치로부터의 증가분에 의해 회전 각도를 검출하기 때문에, 전원 투입시에는 원점 복귀 동작이 필요하게 된다. 한편, 앱솔루트 방식은, 펄스 신호의 적산을 행할 필요가 없기 때문에, 전원 투입시에 원점 복귀 동작이 불필요하여, 비상 정지나 정전시로부터의 복구를 신속하게 행하는 것이 가능해진다.
또한, 절대 각도 또는 절대 위치를 검출하기 위한 기술로서, 광학식 스케일의 광학 패턴을 변조하는 방식이 알려져 있다. 예컨대, 특허문헌 1의 리니어 스케일 측정 장치는, 투명부와 불투명부로 이루어지는 광학식 스케일과, 광학식 스케일에 광을 조사하기 위한 투광부와, 광학식 스케일로부터의 광을 수광하기 위한 수광부를 갖고, 광학식 스케일 상의 불투명부의 선폭을 가는 선으로부터 굵은 선으로 순차적으로 변화시켜서, 수광부에서 검출되는 투과 광량을 정현적으로 변화시키는 것으로 언급하고 있다.
또한, 특허문헌 2의 위치 검출 장치는, 차광부와 투과부로 이루어지는 광학식 스케일과, 광학식 스케일에 광을 조사하기 위한 투광부와, 광학식 스케일로부터의 광을 수광하기 위한 수광부를 갖고, 광학식 스케일 상의 차광부의 길이를 변조하여, 광학식 스케일을 투과하는 광의 절대량을 단조 감소 또는 단조 증가시키고 있다.
일본 특허 공개 소 61-182522호 공보(도 6) 일본 특허 공개 제 2007-248359 호 공보(도 1, 도 2) 일본 특허 공개 제 2003-177036 호 공보 일본 특허 공개 제 2003-75200 호 공보 일본 특허 공개 제 2005-164533 호 공보
특허문헌 1에서는, 광학식 스케일 상의 광학 패턴을 변조시킴으로써 정현파 출력을 얻을 수 있고, 나아가 1/4 주기 어긋난 위치에 수광 소자를 마련함으로써 여현파 출력이 얻어지며, 이들 정현파 출력과 여현파 출력의 역정접(arctangent) 연산에 의해서 절대 각도를 검출하는 것이 가능해진다.
그런데, 광학계의 위치 어긋남 등이 발생하여, 정현파 출력의 바닥(bottom)부가 상승된 경우, 오프셋 오차 a가 발생한다. 이 경우, 정현파 출력의 오프셋을 a, 진폭을 b라고 하면 역정접 연산의 결과는 다음 식과 같이 되어, 오차 ε가 발생해 버린다.
Figure 112013075226516-pct00001
즉, 각도 오차 ε는, 진폭 b에 대한 오프셋 오차 a의 크기로 결정되기 때문에, 진폭 b를 크게 하는 것에 따라 a/b의 값이 작아져서, 오프셋 오차 a의 영향을 경감시킬 수 있다. 그런데, 특허문헌 1에 의한 광학식 스케일의 경우, 진폭을 크게 하여, 최대 광량과 최소 광량의 차를 크게 하기 위해서는, 정현파의 바닥부에 상당하는 개소에서 투명부의 폭을 극력 작게 할 필요가 있고, 한편 정현파의 피크부에 상당하는 개소에서 불투명부의 폭을 극력 작게 해야 하므로, 진폭의 증가에서도 제조 상의 한계가 있다.
또한, 특허문헌 2에서는, 리니어 인코더라면, 삼각파 또는 정현파의 출력을 얻는 것이 가능하지만, 로터리 인코더로 정현파 출력을 실현하기 위해서는, 원호 형상의 광학 패턴이 되기 때문에, 복잡한 설계가 필요하다. 또한, 리니어 인코더와 로터리 인코더에서 광학식 스케일의 설계 수법이 달라져 버려서, 설계가 번잡하게 된다.
본 발명의 목적은, 종래의 것에 비해서 고정밀도이며 또한 고분해능인 광학식 인코더를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 광학식 인코더는,
주기적인 광학 패턴을 갖고, 상대적으로 각 변위 가능한 광학식 스케일과,
광학식 스케일을 향해서 광을 조사하기 위한 투광부와,
광학식 스케일로부터의 광을 수광하기 위한 수광부와,
수광부로부터의 신호에 기초해서, 광학식 스케일의 절대 회전 각도 θ를 연산하기 위한 연산부를 구비하고,
광학 패턴은 교대로 배치된 복수의 차광부 및 복수의 투과부를 포함하며,
소정의 원주 방향을 따라 n번째의 차광부의 피치를 Pn, n번째의 차광부의 폭을 Wn이라고 하면, n번째의 차광부의 각도 θn에 대응하는 투과율 T(θn) 및 차광부의 피치 Pn은 하기의 식 (A1) 및 (A2)를 만족시키고,
광학 패턴의 차광부의 폭 Wn은, 차광부의 피치 Pn, 정수 A 및 계수 m(m은 0보다 큰 실수)를 이용해서 하기의 식 (A3)으로 표현되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112013075375926-pct00033
본 발명에 의하면, 차광부의 피치 Pn 및 차광부의 폭 Wn 양쪽이 광학식 스케일의 원주 방향에 따라 변화함으로써, 광학식 스케일의 회전에 따라서 임의의 투과율을 얻는 것이 가능해진다. 이 때문에, 피치만의 변조 또는 폭만의 변조에 비해서, 최대 광량과 최소 광량의 차를 보다 크게 할 수 있게 된다. 그 결과, 고정밀도이며 또한 고분해능으로 광학식 스케일의 절대 회전 각도 θ를 계측할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1의 구성을 나타내는 사시도,
도 2는 광학식 스케일의 일례를 나타내는 단면도,
도 3은 광학식 스케일의 다른 예를 나타내는 단면도,
도 4는 수광부의 출력 신호를 나타내는 그래프,
도 5는 수광부의 출력 신호로부터 오프셋을 감산한 결과를 나타내는 그래프,
도 6은 광량 변동에 기인한 오프셋 오차를 나타내는 그래프,
도 7은 광학식 스케일의 치수를 나타내는 설명도,
도 8은 본 발명의 실시예 2를 나타내는 설명도이다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1의 구성을 나타내는 사시도이다. 광학식 인코더(1)는 투광부(2)와, 광학식 스케일(3)과, 수광부(4)와, 연산부(5) 등으로 구성된다.
투광부(2)는 광학식 스케일(3)을 향해서 광을 조사하기 위한 광원으로, 예컨대 수명이나 비용의 관점에서 LED(발광 다이오드)를 사용하는 것이 바람직하다. LED는, 렌즈가 부착된 것이어도 되고, 저비용화를 위해 단일 칩이어도 상관없다. 투광부(2)와 광학식 스케일(3) 사이에는, 렌즈나 미러 등의 광학계를 마련해도 상관없다.
광학식 스케일(3)은, 투광부(2) 및 수광부(4)에 대해 상대적으로 각 변위 가능하도록 지지되고, 원주 방향을 따라 복수의 차광부(6a) 및 복수의 투과부(6b)가 교대로 배치된 주기적인 광학 패턴(6)을 갖는다. 광학 패턴(6)은 투광부(2)에 의해서 조사된 광 강도를 변조하기 위한 광 강도 변조 수단으로서 기능한다.
본 실시예에서는, 투광부(2)와 수광부(4) 사이에 광학식 스케일(3)이 놓여 있는 투과형 인코더를 예시하지만, 이와 달리 광학식 스케일(3)의 한쪽에 투광부(2) 및 수광부(4)가 배치되는 반사형 인코더도 마찬가지로 사용할 수 있다. 투과형 및 반사형의 어느 경우에도, 투과부와 차광부의 주기 구조 또는 반사부와 비 반사부의 주기 구조가 형성되어 있으면, 광학식 스케일(3)의 구조는 특별히 한정되지 않는다.
광학식 스케일(3)은 예컨대, 유리 기판 상에 크로뮴 등의 금속을 증착하고, 포토리소그래피를 이용해서 금속막을 패턴 가공함으로써 형성해도 된다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 기재(base material)로서, 예컨대 폴리카보네이트 등의 투명 수지를 사용하며, 투과부(6b)가 평탄하고, 차광부(6a)가 단면 V자 형상인 돌기가 되도록 성형한 것이어도 된다. 이 경우, 돌기의 각도는, 사용하는 광의 임계각 이상으로 구성해 두면, V자 돌기에 조사된 광은 전반사에 의해서 투과하지 않게 되어, 차광부(6a)로서 기능하게 된다. 차광부(6a)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 단면 V자 형상의 홈이어도 되고, 마찬가지의 차광 기능을 낸다. 이러한 일체 성형품의 채용에 의해서, 저렴하게 광학식 스케일(3)을 제조하는 것이 가능해진다.
광학식 스케일(3)에는, 주기적인 광학 패턴(6)을 가진 트랙이 적어도 2개 동심원 형상으로 마련된다. 예컨대, 제 1 트랙(T1)에 마련된 광학 패턴(6)은, 광학식 스케일(3)의 1회전당 1주기의 정현파 함수로 광 강도를 변조하고, 한편 제 2 트랙(T2)에 마련된 광학 패턴(6)은, 광학식 스케일(3)의 1회전당 1주기의 여현파 함수로 광 강도를 변조한다. 즉, 각 트랙(T1, T2)의 광학 패턴(6)은, 차광부(6a) 및 투과부(6b)의 분포 형상은 주 방향에 관해서 동일하지만, 서로 90도만큼 위상이 어긋나서 배치되어 있다.
수광부(4)는 광학식 스케일(3)로부터의 광, 예컨대 투과광 또는 반사광을 수광하고, 수광 강도에 비례한 신호를 출력하는 광 검출 수단으로, 예컨대 PD(포토 다이오드) 등의 수광 소자가 채용된다. 수광부(4)와 광학식 스케일(3) 사이에는, 렌즈나 미러 등의 광학계를 마련해도 상관없다. 수광부(4)는 광학식 스케일(3)의 각 트랙(T1, T2)에 대응한 2개의 수광 소자(41, 42)를 갖는다. 광학식 스케일(3)이 1회전하면, 수광 소자(41)는 정현파로 변화되는 신호(S1)를 출력하고, 수광 소자(42)는 여현파로 변화되는 신호(S2)를 출력한다.
연산부(5)는, A/D 변환기나 마이크로세서 등으로 구성되며, 수광부(4)로부터의 신호(S1, S2)에 기초해서, 광학식 스케일(3)의 절대 회전 각도 θ를 연산한다. 이 연산 수법에 관해서는 자세하게 후술한다.
다음으로 동작에 대해서 설명한다. 광학식 스케일(3)은, 모터나 로터 등의 회전체의 회전축에 연결되어 있고, 그 회전각에 따라 투광부(2)로부터의 광을 강도 변조한다. 각 트랙(T1, T2)의 광학 패턴(6)으로 변조된 광은, 수광부(4)의 수광 소자(41, 42)로 각각 검출된다.
광학식 스케일(3)이 회전하면, 그 회전각 θ에 따라, 도 4에 나타낸 바와 같이, 수광 소자(41)로부터는 오프셋 a와 진폭 b를 가진 정현파 출력 S1=(a+b×sinθ)이 얻어진다. 마찬가지로, 수광 소자(42)로부터는 오프셋 a와 진폭 b를 가진 여현파 출력 S2=(a+b×cosθ)이 얻어진다.
연산부(5)에는 미리 계측해 둔 오프셋값 a가 보정값으로서 기억되어 있다. 여기서, 연산부(5)는 수광부(4)의 정현파 출력 S1 및 여현파 출력 S2로부터 오프셋값 a를 감산함으로써, 도 5에 나타낸 바와 같이, 오프셋 제로인 정현파 출력 S3=b×sinθ 및 오프셋 제로의 여현파 출력 S4=b×cosθ가 얻어진다. 계속해서, 연산부(5)는 하기의 식 (2)를 이용해서 역정접 연산을 실행함으로써, 광학식 스케일(3)의 절대 회전 각도 θ를 산출할 수 있다.
Figure 112013075226516-pct00003
다음으로 광량 변동이 발생한 경우의 각도 오차에 대해서 설명한다. 지금, 어떠한 영향에 의해서 광량 변동이 발생했다고 한다. 이 때, 도 6에 나타낸 바와 같이, 원래의 출력 S1은 오프셋 오차 α의 가산에 의해서 출력 S1α으로 변동되어 버린다. 이 상태에서 연산부(5)가 오프셋값 a의 감산을 행하더라도 오프셋 오차 α가 남아서, 그대로 역정접 연산을 실행하면, 다음 식 (3)에 나타낸 바와 같이 각도 오차 ε가 생겨 버린다.
Figure 112013075226516-pct00004
따라서, 식 (3)으로부터 분명한 바와 같이, 오프셋 오차 α의 영향을 줄이기 위해서는 진폭 b를 크게 하는 것이 필요하게 된다.
다음으로 진폭 b를 증대시키기 위한 수법에 대해서 설명한다. 이하, 도 7에 나타낸 바와 같이, 광학식 스케일(3)의 기재로서 수지 재료를 이용하고, 차광부(6a)로서 단면 V자 형상의 돌기를 형성한 경우를 예시하지만, 투과부와 차광부의 주기 구조 또는 반사부와 비반사부의 주기 구조를 구비한 광학식 스케일(3)이라면특별히 한정되지 않는다.
1회전 1주기의 정현파를 출력하는 광학식 스케일(3)에 있어서, 각도에 대한 광학식 스케일(3)의 투과율 T(θ)는 직류 성분 DC과 교류 성분 AC을 이용해서, 하기의 식 (4)와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, θn은, 기준 각도 θ0로부터 소정의 원주 방향을 따라 세어서 n번째의 차광부의 각도이다.
Figure 112013075226516-pct00005
또한, n번째의 차광부의 각도 θn에 대응하는 투과율 T(θn)은, n번째의 차광부(6a)의 피치를 Pn, n번째의 차광부(6a)의 폭을 Wn이라고 하면, 이하의 식 (5)로 나타내는 것도 가능하다.
Figure 112013075226516-pct00006
또한, n번째의 차광부의 각도 θn는, m번째의 차광부(6a)의 피치 Pm을 이용해서 다음 식 (6)으로 정의할 수 있다.
Figure 112013075226516-pct00007
여기서, n번째의 차광부(6a)의 피치 Pn 및 폭 Wn을 정수 A를 이용해서, 이하의 식 (7), 식 (7a)로 정의한다.
Figure 112013075226516-pct00008
이와 같이 피치 및 폭이 반비례의 관계가 되도록 정의함으로써, 차광부(6a)의 피치 Pn가 클 때에는 차광부(6a)의 폭 Wn을 작게 하고, 또한 차광부(6a)의 피치 Pn이 작을 때에는 차광부(6a)의 폭 Wn을 크게 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 최대 광량과 최소 광량의 차이가 보다 커져서, 수광부(4)에서 보다 큰 진폭을 가진 광 강도를 얻을 수 있다.
정현파의 피크 위치에서의 투과율 TH(θ)와 정현파의 바닥 위치에서의 투과율 TL(θ)는, 정현파의 피크 위치에서의 차광부(6a)의 피치를 PH, 차광부(6a)의 폭을 WH라고 하고, 정현파의 바닥 위치에서의 차광부(6a)의 피치를 PL, 차광부(6a)의 폭을 WL라고 하면, 이하의 식 (8), 식 (9)으로 표현된다.
Figure 112013075226516-pct00009
또한, 최대 투과율 TH와 최소투과율 TL을 이용해서, 정현파의 직류 성분 DC와 교류 성분 AC은 이하의 식 (10), 식 (11)으로 각각 표현된다.
Figure 112013075226516-pct00010
식 (4), 식 (5)를 이용하여, 차광부(6a)의 피치 Pn은 다음 식 (12)로 표현된다.
Figure 112013075226516-pct00011
이 식 (12)에 식 (7)을 대입하면, 다음 식 (13)이 얻어진다.
Figure 112013075226516-pct00012
예컨대, 정현파의 피크 위치에서의 차광부(6a)의 폭 WH를 1도(度), 정현파의 피크 위치에서의 차광부(6a)의 피치 PH를 10도라고 하면, 투과율 TH=90%, 정수 A=10가 되고, 정현파의 바닥 위치에서의 투과율을 TL=5%라고 하면, n번째의 각도에 대한 차광부(6a)의 피치 Pn과 n번째의 차광부(6a)의 각도 θn은, 다음 (표 1)과 같이 된다.
Figure 112013075226516-pct00013
여기서, n=0을 원점이라고 하면, 최후의 차광부(6a)의 각도와 원점을 일치시키기 위해서 수정할 필요가 있다. 그래서, 수정후의 n번째의 차광부(6a)의 위치에 상당하는 각도 θn'를, 최후의 차광부(6a)의 각도 θ를 이용해서, 다음식 (14)에 따라 수정한다.
Figure 112013075226516-pct00014
이 때, n번째의 각도에 관한 차광부(6a)의 피치 Pn과 n번째의 차광부(6a)의 각도 θn'는, 다음 (표 2)와 같이 된다.
Figure 112013075226516-pct00015
여기서, 차광부(6a)의 폭 W가 일정하고, 차광부(6a)의 피치 Pn만으로 변조하는 경우를 생각한다. 지금, 식 (7)에서 정의했을 때와 마찬가지로, W를 1도, 정현파의 피크 위치에서의 차광부(6a)의 피치 PH를 10도, 투과율 TH=90%, 정현파의 바닥 위치에서의 투과율 TL=5%로 한다. n번째의 투과율 T(θn)은 식 (5)와 같이, 이하의 식 (15)로 나타내여진다.
Figure 112013075226516-pct00016
식 (15)에 W=1도, TL=5%를 대입하면, PL=1.05도가 된다. 따라서, 정현파의 바닥부에서는 차광부(6a)의 간격은 0.05도가 된다. 이것은, 예컨대 광학식 스케일(3)의 광학 패턴(6) 상에서의 반경을 10㎜이라고 하면, 약 8.7㎛에 상당한다.
한편, 식 (9)에 식 (7)을 대입하면, 이하의 식 (16)이 얻어진다.
Figure 112013075226516-pct00017
식 (16) 및 식 (7)에 TL=5%, A=10를 대입하면, WL=3.08도, PL=3.24도가 된다. 따라서, 정현파의 바닥부에서는 차광부(6a)의 간격은 0.16도가 된다. 이것은, 예컨대 광학식 스케일(3)의 광학 패턴(6) 상에서의 반경을 10㎜이라고 하면, 약 27.9㎛에 상당한다. 이것은, 차광부(6a)의 폭 Wn만으로 변조한 경우에도 마찬가지이다. 즉, 상기 값을 이용한 경우, 식 (7)과 같이 정의함으로써, 차광부(6a)가 가장 조밀하게 되는 간격의 우도(尤度:likelihood)를 약 3배로 할 수 있어, 광학식 스케일(3)의 제조가 용이하게 된다.
또한, 차광부(6a)의 폭 W가 일정하고, 차광부(6a)의 피치 Pn만으로 변조하는 경우에 있어서, 차광부(6a)가 가장 조밀하게 되는 간격을, 식 (7)과 같이 0.16도라고 하면, PL=1.16도가 되어, 정현파의 바닥부에서의 투과율은 약 14%가 되고, 식 (7)과 같이 정의한 경우에 비해서, 진폭이 약 1/3로 저하되어 버린다.
이상, 본 실시예에 의하면, 최대 광량과 최소 광량의 차가 보다 커져서, 수광광의 진폭을 증대시키는 것이 가능해지기 때문에, 오프셋 오차에 의한 각도 오차의 영향을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 고정밀도이며 또한 고분해능으로 광학식 스케일의 절대 회전 각도 θ를 계측할 수 있다. 또한, 차광부(6a)가 가장 조밀하게 되는 부분에서의 간격을 크게 취하는 것이 가능해지기 때문에, 광학식 스케일(3)의 제조도 용이하게 된다.
(실시예 2)
도 8은 본 발명의 실시예 2를 나타내는 설명도이다. 본 실시예의 광학식 인코더는, 실시예 1의 광학식 인코더(1)와 마찬가의 구성을 갖지만, 식 (7) 대신, 광학 패턴(6)의 차광부(6a)의 폭 W'n을, 이하의 식 (17), 식 (17a)에 나타낸 바와 같이 한 점이 다르다. 단, 계수 m은 0보다 큰 실수이다.
Figure 112013075226516-pct00018
그 외의 구성 및 검출 원리에 대해서는, 실시예 1의 경우와 마찬가지기 때문에, 이하에서는 상이한 구성 부분에 대해서만 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
이하, 광학식 스케일(3)의 기재로서 수지 재료를 이용하고, 차광부(6a)로서 단면 V자 형상의 돌기를 형성한 경우를 예시하지만, 투과부와 차광부의 주기 구조 또는 반사부와 비반사부의 주기 구조를 구비한 광학식 스케일(3)이라면 특별히 한정되지 않는다.
n번째의 차광부(6a)의 피치 Pn 및 폭 W'n의 관계를 식 (17)과 같이 정의함으로써, 차광부(6a)의 피치 Pn이 클 때에는 차광부(6a)의 폭 W'n을 작게 하고, 또한 차광부(6a)의 피치 Pn이 작을 때에는 차광부(6a)의 폭 W'n을 크게 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 최대 광량과 최소 광량의 차이가 보다 커져서, 수광부(4)에서 보다 큰 진폭을 가진 광 강도를 얻을 수 있다.
식 (12)의 Wn에 식 (17)의 W'n을 대입하면, 차광부(6a)의 피치 Pn은 이하의 식 (18)과 같이 된다.
Figure 112013075226516-pct00019
예컨대, 정현파의 피크 위치에서의 차광부(6a)의 폭 WH를 1도, 정현파의 피크 위치에서의 차광부(6a)의 피치 PH를 10도, 계수 m=2라고 하면, 투과율 TH=90%, 정수 A=10가 되고, 정현파의 바닥 위치에서의 투과율을 TL=5%이라고 하면 n번째의 각도에 대한 차광부(6a)의 피치 Pn과 n번째의 차광부(6a)의 각도 θn은 다음 (표 3)과 같이 된다.
Figure 112013075226516-pct00020
여기서 실시예 1과 마찬가지로, 마지막 차광부(6a)의 각도를 원점과 일치시키기 위해서 수정할 필요가 있다. 그래서, 수정후의 n번째의 차광부(6a)의 위치에 상당하는 각도 θn'를, 마지막 차광부(6a)의 각도 θ를 이용해서 식 (14)에 따라서 수정한다. 이 때의 n번째의 각도에 대한 차광부(6a)의 피치 Pn과 n번째의 차광부(6a)의 각도 θn'는, 다음 (표 4)와 같이 된다.
Figure 112013075226516-pct00021
여기서, 식 (16) 및 식 (17)로부터, 정현파가 가장 조밀한 부분에서의 차광부(6a)의 폭 W'L과 차광부(6a)의 피치 PL를 각각 구하면, W'L=2.12도, PL=2.23도가 되고, 정현파의 바닥부에서의 차광부(6a)의 간격은 0.11도로, 실시예 1에서 설명한 m=1의 경우에 비해서, 약간 작게 되어 버린다. 그러나 (표 3)와 같이, 1회전 1주기의 정현파를 구성하는 계조수가 많아져서, 식 (14)에서 각도를 보정하기 이전의 각도가 거의 원점 위치와 일치하기 때문에, 이상(理想) 정현파로부터의 오차가 작아져서, 보다 고정밀도의 검출이 가능하게 된다.
이상, 본 실시예에 의하면, 최대 광량과 최소 광량의 차이가 보다 커져서, 수광광의 진폭을 증대시키는 것이 가능해지기 때문에, 오프셋 오차에 의한 각도 오차의 영향을 저감할 수 있다. 그 결과, 고정밀도이며 또한 고분해능으로 광학식 스케일의 절대 회전 각도 θ를 계측할 수 있다. 또한, 차광부(6a)가 가장 조밀한 부분에서의 간격을 크게 취하는 것이 가능해지기 때문에, 광학식 스케일(3)의 제조도 용이하게 된다. 또한, 1회전 1주기의 정현파를 구성하는 계조수가 많아지기 때문에, 이상 정현파로부터의 오차가 작아져서, 고정밀도 검출이 가능하게 된다.
1 : 광학식 인코더 2 : 투광부
3 : 광학식 스케일 4 : 수광부
5 : 연산부 6 : 광학 패턴
6a : 차광부 6b : 투과부
41, 42 : 수광 소자 T1, T2 : 트랙
S1, S3 : 정현파 출력 S2, S4 : 여현파 출력
S1α : 광량 변동후의 정현파 출력

Claims (3)

  1. 주기적인 광학 패턴을 갖고, 상대적으로 각 변위 가능한 광학식 스케일과,
    광학식 스케일을 향해서 광을 조사하기 위한 투광부와,
    광학식 스케일로부터의 광을 수광하기 위한 수광부와,
    수광부로부터의 신호에 기초해서, 광학식 스케일의 절대 회전 각도 θ를 연산하기 위한 연산부
    를 구비하고,
    광학 패턴은 교대로 배치된 복수의 차광부 및 복수의 투과부를 포함하며,
    소정의 원주 방향을 따라서 n번째의 차광부의 피치를 Pn, n번째의 차광부의 폭을 Wn이라고 하면, n번째의 차광부의 각도 θn에 대응하는 투과율 T(θn) 및 차광부의 피치 Pn은 하기의 식 (A1) 및 (A2)를 만족시키고, 광학 패턴의 차광부의 폭 Wn은, 차광부의 피치 Pn, 정수 A 및 계수 m(m은 0보다 큰 실수)를 이용해서 하기의 식 (A3)으로 표현되는 것을 특징으로 하는 광학식 인코더.
    [수학식 1]
    Figure 112013075375926-pct00034

  2. 제 1 항에 있어서,
    광학 패턴의 투과율 T(θn)은, 최대 투과율을 TH, 최소 투과율을 TL이라고 하면, 하기의 식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 광학식 인코더.
    [수학식 2]
    Figure 112013075375926-pct00024
  3. 삭제
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