KR20010033220A - 엔코더 - Google Patents

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KR20010033220A
KR20010033220A KR1020007006616A KR20007006616A KR20010033220A KR 20010033220 A KR20010033220 A KR 20010033220A KR 1020007006616 A KR1020007006616 A KR 1020007006616A KR 20007006616 A KR20007006616 A KR 20007006616A KR 20010033220 A KR20010033220 A KR 20010033220A
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사카이요시히로
하세가와히데노리
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하시모토 신이치
가부시키가이샤 야스카와덴키
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Abstract

고속시에 있어서 위치정밀도의 저하를 방지하는 엔코더의 슬릿구조를 제공한다.
회전슬릿원판(1)에 코드패턴을 설치하고 상기 코드패턴을 투과 또는 반사한 발광소자(2)로부터의 빛을 수광소자(4)로 수광함으로써 상기 회전슬릿원판(1)의 회전속도, 회전위치를 검출하는 엔코더에 있어서, 회전슬릿원판(1)과 수광소자(4) 사이에 배치되고, 상기 코드패턴을 투과 또는 반사한 빛이 통과하는 수광창이 회전슬릿원판(1)의 반경방향이 다른 위치에 서로 위상차를 가지고 복수배치되는 고정슬릿(3)을 갖추며, 상기 수광창의 회전슬릿원판(1)의 반경방향길이를 내주측을 기준으로 외주측에 걸쳐 차례로 짧게 설정하고, 고정슬릿(3)의 내주측 수광창의 개구면적과 외주측 수광창의 개구면적을 동일하게 설정하였다.

Description

엔코더{Encoder}
광학식 로터리엔코더는, 유리 등으로 구성된 회전하는 원판에 코드패턴이 설치되어 있으며 이 코드패턴에 LED 등의 발광소자로부터의 빛을 입사하여 코드패턴을 투과 또는 반사한 빛을 직접 또는 수광창을 통해 포토다이오드 등의 수광소자로 수광한다. 그리고 수광소자의 미소전류를 회로기판에 의해 증폭, 조정된 전기신호로 변환한 후 체배, 내삽 또는 펄스화하여 상술한 원판의 회전속도 또는 회전위치를 검출하는 것이다.
상술한 로터리엔코더에 있어서는, 각 수광소자로 수광되는 빛의 양이 동일하지 않기 때문에 수광소자 내의 미소전류에 차이가 생긴다. 따라서 이 미소전류를 회로기판에서 증폭하여 전기신호를 생성한 경우, 각 수광소자에서의 증폭도에 차이가 발생한다.
로터리엔코더의 고정밀도화에 관해 체배, 내삽 또는 펄스화하는 경우에 각 기본신호에 증폭도의 차이가 있으면 주파수특성 등의 문제에 의해 고속시에서의 위치정밀도가 저하되는 등의 문제가 있다.
그래서 본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 고속시에서의 위치정밀도의 저하를 방지할 수 있는 엔코더를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 서보모터 등의 회전축에 설치되는 광학식 엔코더에 관한 것으로서, 특히 빛이 입사하는 슬릿에 배치되는 수광창 형상에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 엔코더의 구성도이고,
도 2는 도 1에 도시한 회전슬릿원판(1)의 평면도이고,
도 3은 도 1에 도시한 고정슬릿(3)에 설치된 수광창의 상세도이고,
도 4는 도 1에 도시한 수광소자(4)에 설치된 수광부의 상세도이고,
도 5는 수광소자(4)의 전류파형을 도시한 도면이고,
도 6은 증폭된 전압파형을 도시한 도면이고,
도 7은 실시형태에 관한 회전슬릿원판(1) 및 고정슬릿(3)과 종래의 회전슬릿원판(22) 및 고정슬릿(23)을 도시한 도면이고,
도 8은 다른 실시형태에 관한 고정슬릿(9)에 설치된 수광창의 상세도이고,
도 9는 다른 실시형태에 관한 고정슬릿(10)에 설치된 수광창의 상세도이고,
도 10은 다른 실시형태에 관한 수광소자(11)에 설치된 수광부의 상세도이고,
도 11은 다른 실시형태에 관한 수광소자(12)에 설치된 수광부의 상세도이고,
도 12는 다른 실시형태에 관한 수광소자(13)에 설치된 수광부의 상세도이다.
본 발명에 관한 엔코더는, 회전원판에 코드패턴을 설치하고 상기 코드패턴을 투과 또는 반사한 발광소자로부터의 빛을 수광소자로 수광함으로써 상기 회전원판의 회전속도, 회전위치를 검출하는 엔코더에 있어서, 상기 회전원판과 상기 수광소자 사이에 배치되고, 상기 코드패턴을 투과 또는 반사한 빛이 통과하는 수광창이 상기 회전원판의 반경방향이 다른 위치에 서로 위상차를 두고 복수배치되는 고정슬릿을 가지며, 상기 수광창의 상기 회전원판의 반경방향길이가 내주측을 기준으로 외주측에 걸쳐 순서대로 짧게 설정되며, 상기 고정슬릿의 내주측 수광창의 개구면적과 외주측 수광창의 개구면적이 동일하게 설정된 것이다.
또는 회전원판에 코드패턴을 설치하고 상기 코드패턴을 투과 또는 반사한 발광소자로부터의 빛을 수광소자로 수광함으로써 상기 회전원판의 회전속도, 회전위치를 검출하는 엔코더에 있어서, 상기 수광소자가 상기 코드패턴을 투과 또는 반사한 발광소자로부터의 빛을 수광하는, 상기 회전원판의 반경방향이 다른 위치에 서로 위상차를 가지고 복수배치되는 수광부를 갖추며, 상기 수광부의 상기 회전원판의 반경방향길이가 내주측을 기준으로 외주측에 걸쳐서 차례로 짧게 설정되며 상기 수광소자의 내주측 수광부의 면적과 외주측 수광부의 면적이 동일하게 설정된 것이다.
본 발명에 관한 엔코더에 따르면, 수광창 또는 수광부 형상의 회전원판 반경방향길이가 내주측을 기준으로 외주측에 걸쳐 차례로 짧게 설정되기 때문에 회전원판의 반경방향의 위치에 상관없이 수광창 또는 수광부의 면적이 동일하게 설정된다.
도 1은 본 발명의 실시형태의 엔코더의 구성도, 도 2는 엔코더를 구성하는 회전슬릿원판의 평면도이다. 도 1에 있어서, 1은 회전위치 또는 회전속도를 검출하려고 하는 모터축에 직접 또는 커플링 등의 이음매를 통해 축에 고착된 유리 등의 회전슬릿원판이며, 회전슬릿원판(1)에는 도 2에 도시된 바와 같이 기본피치(6)의 코드패턴이 설치되어 있다. 2는 적외선LED 등의 발광소자, 3은 발광소자(2)에서 방사된, 회전슬릿원판(1) 위의 코드패턴을 투과한 평행광선을 투과시키는 후술하는 형상의 수광창을 갖는 고정슬릿, 4는 포토다이오드 등의 수광소자이다. 5는 회로기판이며, 수광소자(4)에 있어서 광량전류변환된 신호를 전압으로 변환하는 증폭부(51), 체배, 내삽 또는 펄스화하기 위한 파형처리회로(52), 출력회로(53) 및 LED구동회로(54)로 구성되어 있다.
도 3은, 고정슬릿(3)에 설정된 수광창을 도시하고 있다. 동일반경상의 다른 반경위치에 있는 수광창(31,32,33,34)은 기본 피치(6)에 대하여 각각 90°씩 위상차를 가지며 배치되어 있다. 각 수광창은 외주측 내지 내주측에서 수광창의 개구면적을 동일하게 하기 위해 외주측에서 내주측에 걸쳐서 직경방향길이가 순서대로 길어지도록 설정되어 있다.
회전슬릿원판(1)을 일정회전수로 회전시킨 상태에서 적외선LED 등의 발광소자(2)의 빛을 방사하고 회전슬릿원판(1)의 코드패턴 및 고정슬릿(3)의 수광창을 투과한 빛을 수광소자(4)(도 4 참조)에 입사시킴으로써 광량전류변화된 미소전류(도 5 참조)를 얻을 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 수광소자(4)를 구성하는 각 수광부(41,42,43,44)는 각각 고정슬릿(3)의 수광창(31,32,33,34)에 대응하고 있다.
또한 고정슬릿(3)의 각 수광창의 개구면적이 동일면적이기 때문에 수광소자(4)의 각 수광부에서 수광하는 광량이 동일해지고 따라서 도 5에 도시한 바와 같이 미소전류는, 각 수광부(41,42,43,44)에서 얻어지는 미소전류(71,72,73,74)는 각각 동일한 크기를 나타낸다.
도 6은, 도 5에 도시한 특성의 전류를 전압으로 변환한 결과를 도시하고 있다. 수광부에서 얻어지는 미소전류는, 증폭부(51)에 의해 시리즈 저항법 등을 이용하여 전압으로 변환된다. 이 결과 도 6에 도시한 바와 같이 각 신호(81,82,83,84) 모두 동일한 진폭(전압)을 갖는 파형이 된다.
상술한 바와 같이 하여 얻어진 신호(81,82,83,84)를 파형처리회로(52)에 의해 체배, 내삽 또는 펄스화할 때 각 신호 모두 동일한 주파수특성을 가지고 있기 때문에 고속시에서의 위상차 변동이 없으며 또 브리지회로 등을 이용하여 체배할 때 발생하는 고속시의 플러터 증대도 없다. 또한 A/D변환하여 회전위치를 디지털화하는 경우에도 넓은 레인지에 있어서 위치정밀도가 좋은 엔코더를 실현할 수 있다.
또 고정슬릿(3)을 구성하는 각 수광창의 반경방향길이를 내주측에서 외주측에 걸쳐 차례대로 짧게 설정하고 있기 때문에 회전슬릿원판(1)의 직경을 작게 설계할 수 있다. 즉 도 7에 도시한 바와 같이 종래의 고정슬릿(23)을 구성하는 각 수광창의 반경방향길이는 회전슬릿원판(22)의 반경방향으로 모두 동일하게 설정되어 있다. 한편, 실시형태의 고정슬릿(3)을 구성하는 각 수광창의 반경방향길이는 외주측에 걸쳐 차례로 짧게 설정되어 있기 때문에 이에 따라 회전슬릿원판(1)의 직경을 작게 할 수 있다.
나아가 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이 분해능력을 높이기 위해 슬릿(9,10)에 동일위상의 복수의 수광창(91,92,93,94) 및 (101,102,103,104)이 형성된 엔코더가 있는데, 이 경우에도 동일위상의 수광창 개구면적의 총합과 다른 위상의 수광창 개구면적의 총합이 동일하게 설정된다.
또한 도 10에 도시한 바와 같이 고정슬릿과 수광소자가 공통화된 구성, 즉 포토다이오드 위에 슬릿이 형성된 구성에 있어서도, 수광소자(11)의 각 수광부(111,112,113,114)의 직경방향길이가, 외주측에서 내주측에 걸쳐 차례대로 길어지도록 설정하고 각 수광부의 면적이 같아지도록 설정한다.
또한 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이 고정슬릿과 수광소자가 공통화된 구성, 즉 포토다이오드 위에 슬릿이 형성된 구성에 있어서, 상술한 도 8 및 도 9에 도시한 고정슬릿(9,10)에 대응하면서 수광소자(12,13)에 동일위상의 복수의 수광부(121,122,123,124) 및 (131,132,133,134)를 설치하고, 동일위상의 수광부 면적의 총합과 다른 위상의 수광부 면적의 총합을 동일하게 설정하도록 설정한다.
이상 설정한 바와 같이 본 발명의 엔코더에 따르면, 회전원판에 코드패턴을 설치하고, 상기 코드패턴을 투과 또는 반사한 발광소자로부터의 빛을 수광소자로 수광함으로써 상기 회전원판의 회전속도, 회전위치를 검출하는 엔코더에 있어서 상기 회전원판과 상기 수광소자 사이에 배치되고, 상기 코드패턴을 반사 또는 투과한 빛이 통과하는 수광창이 상기 회전원판의 반경방향이 다른 위치에 서로 위상차를 가지고 복수배치되는 고정슬릿을 가지며, 상기 수광창의 상기 회전원판의 반경방향길이가 내주측을 기준으로 외주측에 걸쳐 차례대로 짧게 설정되고 상기 고정슬릿의 내주측 수광창의 개구면적과 외주측 수광창의 개구면적이 동일하게 설정되도록 했기 때문에, 또는 회전원판에 코드패턴을 설치하여 상기 코드패턴을 투과 또는 반사한 발광소자로부터의 빛을 수광소자로 수광함으로써 상기 회전원판의 회전속도, 회전위치를 검출하는 엔코더에 있어서, 상기 수광소자가 상기 코드패턴을 투과 또는 반사한 발광소자로부터의 빛을 수광하는, 상기 회전원판의 반경방향의 다른 위치에 서로 위상차를 가지고 복수배치되는 수광부를 가지며 상기 수광부의 상기 회전원판의 반경방향길이가 내주측을 기준으로 외주측에 걸쳐 차례로 짧게 설정되고 상기 수광소자의 내주측 수광부의 면적과 외주측 수광부의 면적이 동일하게 설정되도록 하였기 때문에,
수광소자가 수광하는 광량을, 회전원판의 위치와 상관없이 동일하게 할 수 있다. 따라서 고속시에서의 위상차의 변동, 브리지회로 등을 이용하여 체배할 때 발생하는 고속시의 플러터의 증대를 막을 수 있다. 또한 A/D변환하여 회전위치를 디지탈신호로 변환하는 경우에도 넓은 레인지에 있어서 회전위치정밀도가 좋은 엔코더를 제공할 수 있다. 나아가 수광창 또는 수광부의 면적을 회전원판의 위치에 상관없이 동일하게 하기 위해서 내주측을 기준으로 반경방향길이를 외주측에 걸쳐 차례로 짧게 설정하고 있기 때문에 종래에 비해 회전원판의 직경을 작게 설계할 수 있으며 특히 분해능력이 좋은 트랙이 많은 엔코더를 소형화할 수 있다.
본 발명은, 서보모터 등의 회전축위치 또는 회전속도를 검출하여 고정밀도로 위치 또는 속도를 제어하는 용도로 이용가능하다.

Claims (6)

  1. 회전원판에 코드패턴을 설치하고 상기 코드패턴을 투과 또는 반사한 발광소자로부터의 빛을 수광소자로 수광함으로써 상기 회전원판의 회전속도, 회전위치를 검출하는 엔코더에 있어서,
    상기 회전원판과 상기 수광소자 사이에 배치되고, 상기 코드패턴을 투과 또는 반사한 빛이 통과하는 수광창이 상기 회전원판의 반경방향이 다른 위치에 서로 위상차를 가지고 복수배치되는 고정슬릿을 가지며,
    상기 수광창의 상기 회전원판의 반경방향길이가 내주측을 기준으로 외주측에 걸쳐 순서대로 짧게 설정되며, 상기 고정슬릿의 내주측 수광창의 개구면적과 외주측 수광창의 개구면적이 동일하게 설정된 것을 특징으로 하는 엔코더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수광창이 동일반경 위에 동일위상으로 배치되는 복수의 수광창으로 이루어지는 수광창군이고, 동일위상의 수광창 개구면적의 총합과 다른 위상의 수광창 개구면적의 총합이 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 엔코더.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수광창군이 동일반경 위에 복수배치되는 것을 특징으로 하는 엔코더.
  4. 회전원판에 코드패턴을 설치하고 상기 코드패턴을 투과 또는 반사한 발광소자로부터의 빛을 수광소자로 수광함으로써 상기 회전원판의 회전속도, 회전위치를 검출하는 엔코더에 있어서,
    상기 수광소자가 상기 코드패턴을 투과 또는 반사한 발광소자로부터의 빛을 수광하는, 상기 회전원판의 반경방향이 다른 위치에 서로 위상차를 가지고 복수배치되는 수광부를 갖추며,
    상기 수광부의 상기 회전원판의 반경방향길이가 내주측을 기준으로 외주측에 걸쳐서 차례로 짧게 설정되며 상기 수광소자의 내주측 수광부의 면적과 외주측 수광부의 면적이 동일하게 설정된 것을 특징으로 하는 엔코더.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수광부가 동일반경 위에 동일위상으로 배치되는 복수의 수광부로 이루어지는 수광부군이고, 동일위상의 수광부 개구면적의 총합과 다른 위상의 수광부 개구면적의 총합이 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 엔코더.
  6. 제5항에 있어서, 상기 수광부군이 동일반경 위에 복수배치되는 것을 특징으로 하는 엔코더.
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