KR20080095911A - 광학식 엔코더 - Google Patents

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KR20080095911A
KR20080095911A KR1020087022852A KR20087022852A KR20080095911A KR 20080095911 A KR20080095911 A KR 20080095911A KR 1020087022852 A KR1020087022852 A KR 1020087022852A KR 20087022852 A KR20087022852 A KR 20087022852A KR 20080095911 A KR20080095911 A KR 20080095911A
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KR
South Korea
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slit
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fixed
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rotary
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KR1020087022852A
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야스시 요시다
유지 아리나가
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가부시키가이샤 야스카와덴키
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Abstract

구성이 간단하고, 정밀도가 높은 원점 신호를 출력할 수 있는 광학식 엔코더를 제공한다.
회전 디스크(110)에, 평행하게 배열된 동일한 피치의 직선 형상의 슬릿 패턴으로 이루어지는 원점상용 회전 슬릿(112)을 형성하여, 원점상용 고정 스케일(120)에, 평행하게 배열된 동일한 피치의 직선 형상의 슬릿 패턴으로 이루어지는 원점상용 고정 슬릿(122)을 형성한다. 광원(130)으로부터의 조사광은 사출창(121)을 통해 원점상용 회전 슬릿(112)을 조사한다. 원점상용 회전 슬릿(112)으로부터의 반사광을 원점상용 고정 슬릿(122)을 통해 수광 소자(140)로 검출하여, 이 검출 신호로부터 원점 신호를 생성한다.

Description

광학식 엔코더{OPTICAL ENCODER}
본 발명은, 모터 등 회전 구동장치의 위치 결정용 센서로서 사용되는 광학식 엔코더에 관한 것이며, 특히, 원점 검출 기능을 구비한 광학식 엔코더에 관한 것이다.
(종래예 1)
종래, 주스케일 및 판독 스케일에 각각 소정의 격자 피치를 가지는 제1 격자와, 상기 격자 피치의 정수배의 격자 피치를 가지는 제2 격자가 형성되어, 제1 격자 및 제2 격자의 검출 출력을 합성하여 원점 신호를 생성하는 기준 위치 신호 발생 장치가 개시되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
도 19는 종래의 기준 위치 신호 발생 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도면에서, 210은 주스케일, 220은 판독 스케일이다. 주스케일(210) 및 판독 스케일(220)에는 광투과부와 불투과부로 이루어지는 제1 격자부(211, 221)와, 제2 격자부(212, 222)와, 제3 격자부(213, 223)가 형성되어 있다. 제2 격자부(212, 222)의 피치는 제1 격자부(211, 221)의 2배, 제3 격자부(213, 223)의 피치는 제1 격자부(211, 221)의 4배가 되어 있다.
또, 201, 202, 203은 광원, 231, 232, 233은 수광 소자, 240은 가산 회로, 250은 변별 회로이다.
다음에 동작에 대하여 설명한다.
도 20은 종래의 기준 위치 신호 발생 장치의 동작 원리를 나타내는 모식도이다.
주스케일(210)과 판독 스케일(220)의 상대적 이동에 수반하여, 수광 소자(231)는, 도 20의 (a)에 나타내는 바와 같이 제1 격자부(211, 221)의 격자 피치에 대응한 피크값을 가지는 기본 신호를 출력한다. 또, 수광 소자(232, 233)에서는, 각각(b, d)로 나타내는 신호가 얻어진다. (c)는 수광 소자(231, 232)의 출력의 가산 신호이고, (e)는 수광 소자(231, 232, 233)의 출력의 가산 신호이다. 수광 소자의 출력의 가산은 가산 회로(240)에서 행해지고, (e)로부터 알 수 있듯이, 상기 기본 신호가 가지던 복수의 피크 중의 특정한 피크가 올라와 인접 피크를 억압한 신호가 된다. 가산 회로(240)의 출력 신호가 변별 회로(250)에 도입되어 원점 신호가 생성된다.
이와 같이 피치가 다른 복수의 격자를 이용하고, 각각의 격자에 의해 생성되는 검출 신호를 합성함으로써, 원점 신호가 생성되고 있었다.
(종래예 2)
또, 종래, 3격자 광학계를 이용한 인크리멘탈 신호를 가지는 광학식 엔코더에, 원점 검출 기능을 부가한 것이 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).
도 21은, 본 종래 기술에서의 엔코더의 사시도이다.
3격자 광학계는, 갭 변동에 강하고 이상 정현파 신호를 얻을 수 있다는 특징 을 가진다.
도면에서 300은 반사형의 메인 스케일, 310은 인덱스 스케일이다.
반사형의 메인 스케일(300)에는 변위 검출용 고정 광학 격자(301), 원점 검출용 고정 광학 격자(302), 및 참조 마크(303)가 형성되어 있고, 인덱스 스케일(310)에는 변위 검출용 가동 광학 격자(331A, 331B), 원점 검출용 가동 광학 격자(341), 원점 검출창(342) 및 기준광 검출창(343)이 형성되어 있다.
또, 311A, 311B는 변위 검출용 광원, 321은 원점 검출용 광원, 322는 원점 검출창용 광원, 323은 기준광 검출용 광원이다. 또, 411A, 411B는 변위 검출용 수광 소자, 421은 원점 검출용 수광 소자, 422는 원점 검출창용 수광 소자, 423은 기준광 검출용 수광 소자이다.
다음에 본 종래 기술에서의 원점 신호의 생성 동작에 대해 설명한다.
도 22는 원점 신호의 생성 원리를 나타내는 신호 파형도이다. 도면에서, 원점 검출용 광원(321)으로부터의 사출광은, 원점 검출용 가동 광학 격자(341)를 투과하고, 원점 검출용 고정 광학 격자(302)에서 반사해, 다시 원점 검출용 가동 광학 격자(341)를 투과하고 원점상용 수광 소자(421)에서 검출된다. 수광 소자(421)는, 인덱스 스케일(310)에 대해 메인 스케일(300)을 화살표 C방향 또는 반대 방향으로 변위시켰을 때, 도 22에 나타내는 피치(S2)의 원점 검출용 제1 전기 신호(Vol)를 발생한다.
원점 검출창용 광원(322)으로부터의 사출광은, 원점 검출창(342)을 투과하여 참조 마크(303)를 조사한다. 메인 스케일(300)을 화살표 C방향 또는 반대 방향으로 변위시켰을 때, 수광 소자(422)는, 원점 검출용 고정 광학 격자(302) 및 참조 마크(303)로부터의 반사광을 검출하여, 도 22에 나타내는 원점 검출용 제2 전기 신호(Vo2)를 발생한다.
또, 기준광 검출용 광원(323)으로부터의 사출광은, 기준광 검출창(343)을 통해 변위 검출용 고정 광학 격자(301)를 조사하여, 그 반사광을 기준광 검출용 수광 소자(423)로 검출한다. 수광 소자(423)는, 광학적 변조를 거의 받지 않는 도 20에 나타내는 제1 기준 전압(Vref1) 및 제2 기준 전압(Vref2)을 발생한다.
다음에 원점 신호 생성 동작에 대해 설명한다.
제2 전기 신호(Vo2)는, 메인 스케일(300)의 변위를 따라, 도 22의 Vo21, Vo22, Vo23로 표시하는 변화를 한다. Vo21은, 수광 소자(422)가 광학 격자(302)만의 광신호를 판독하고 있을 때의 전압이고, Vo22는 광학 격자(302)와 참조 마크(303)의 양쪽 모두를 판독하고 있을 때의 전압이고, Vo23은 참조 마크(303)만의 광신호를 판독하고 있을 때의 전압이다.
우선, 제2 전기 신호(Vo2)가 제2 기준 전압(Vref2)과 같게 되는 제2 교점(PO)을, 도시하지 않는 제2 콤퍼레이터로 검출한다. 다음에, 이 교점에서의 위치에서, 제1 전기 신호(Vol)가 제1 기준 전압(Vref1)과 같게 되는 교점의 상수(N) 번째, 예를 들면 1번째의 제1 교점(P3)을, 도시하지 않는 제1 콤퍼레이터로 검출하여, 도시하지 않는 절대 원점 특정 회로에서 그 1번째의 제1 교점(P3)을 원점 위치로 정함으로써 원점 위치를 결정하고 있었다.
(종래예 3)
또, 종래, 원점 신호에 관한 기재는 없지만, 3격자 광학계를 이용한 광학식 로터리 엔코더의 발명이 개시되어 있다(예를 들면 특허 문헌 3 참조).
도 23은, 본 종래 기술에서의 광학식 로터리 엔코더의 사시도이다.
도면에서, 회전 디스크(110)에는 동일한 피치의 회전 슬릿(111)이 형성되고, 고정 스케일(160)에는, 변위 검출용 광원 슬릿(133) 및 변위 검출용 고정 슬릿(134, 135)이 형성되어 있다.
광원(130)으로부터의 광은, 변위 검출용 광원 슬릿(133)을 통해 변위 검출용 회전 슬릿(111)을 조사하여, 반사광은 변위 검출용 고정 슬릿(134, 135)상에 회절상을 생성한다.
본 종래예에 의하면, 광원으로부터 사출된 광선의 직선 광노상에서, 상기 3개의 슬릿의 슬릿 피치가 동일해지도록 형성하거나, 혹은 변위 검출용 광원 슬릿(133) 및 변위 검출용 고정 슬릿(134, 135)의 피치가 변위 검출용 회전 슬릿(111)의 슬릿 피치의 2배가 되도록 슬릿 패턴을 형성함으로써, 갭 변동에 강하고 S/N이 좋은 변위 신호를 얻을 수 있는 것이 기재되어 있다.
[특허 문헌 1: 일본국 특허 공개 소56-14112호 공보]
[특허 문헌 2: 일본국 특허 공개 소61-212727호 공보]
[특허 문헌 3: 일본국 특허 공개 평9-133552호 공보]
[발명이 해결하려고 하는 과제]
그러나 제1 종래 기술의 발명은, 격자 피치가 다른 복수의 슬릿으로부터의 검출 출력을 합성하여 원점 신호를 생성하기 때문에, 검출 출력을 합성하기 위한 연산 회로가 필요하게 되고, 검출 회로의 구성이 복잡했다. 또, 3격자 광학계에서는 복수의 다른 격자 피치로부터 S/N이 좋은 검출 신호의 획득을 공통의 갭 설정으로 얻는 것이 어렵고, 3격자 광학계의 적용은 곤란했다.
또, 제2 종래 기술의 발명은, 원점 검출용 제1 전기 신호(Vo1)와 원점 검출용 제2 전기 신호(Vo2)를 조합하여 제2 전기 신호(Vo2)로부터 얻어진 기준 위치를 바탕으로 원점 검출용 제1 전기 신호(Vo1)와 제1 기준 전압(Vref1)이 같게 되는 교점을 특정하여, 원점 위치를 결정하기 때문에, 절대 원점 특정 회로가 필요하게 되고 회로 구성이 복잡했다.
또, 원점 검출용 제2 전기 신호(Vo2)는 격자에 의한 광학적 변조를 거치지 않는 신호이기 때문에, 변위에 대해 가파르게 변화하는 신호를 생성하는 것이 어렵고, 정도가 높은 원점 신호를 생성하는 것이 곤란했다.
또, 제3 종래 기술의 발명은, 원점 신호를 가지지 않기 때문에 외부에 다른 원점 신호 생성 수단을 설치할 필요가 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 구성이 간단하고, 또 3격자 광학계에도 적용할 수 있는 고정밀한 원점 신호 생성 수단을 구비한 광학식 엔코더를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명은, 다음과 같이 구성한 것이다.
청구항 1에 기재된 발명은, 상대적으로 회전하는 2개의 부재의 한쪽 부재에 회전 디스크를 구비하여 다른 쪽의 부재에 광원과 고정 스케일과 수광 소자를 구비하고, 상기 2개의 부재의 상대적인 회전 각도를 검출하는 광학식 엔코더에서, 상기 회전 디스크는, 평행하게 배열된 동일한 피치의 직선 형상의 슬릿 패턴이 형성된 원점상용 회전 슬릿을 구비하고, 상기 고정 스케일은, 평행하게 배열된 동일한 피치의 직선 형상의 슬릿 패턴이 형성된 원점상용 고정 슬릿을 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2에 기재된 발명은, 상기 원점상용 고정 슬릿은, 상기 회전 디스크의 회전 중심으로부터 슬릿의 장축(長軸) 방향의 서로 다른 위치에 복수의 상기 슬릿 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3에 기재된 발명은, 상기 원점상용 회전 슬릿은, 상기 회전 디스크의 회전 중심으로부터 슬릿의 단축(短軸) 방향으로 편심하여 상기 슬릿 패턴이 형성되고, 상기 원점상용 고정 슬릿은, 상기 회전 중심으로부터 슬릿의 단축 방향으로 편심하여 상기 슬릿 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4에 기재된 발명은, 상기 원점상용 회전 슬릿은, 상기 회전 디스크의 회전 중심으로부터 슬릿의 단축 방향으로 편심하여 상기 슬릿 패턴이 형성되고, 상기 원점상용 고정 슬릿은, 상기 회전 중심으로부터 슬릿의 단축 방향으로 편심함과 더불어, 상기 회전 중심으로부터 슬릿의 장축 방향의 서로 다른 위치에 복수의 상기 슬릿 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5에 기재된 발명은, 상기 고정 스케일은, 평행하게 배열된 동일한 피치의 직선 형상의 슬릿 패턴이 형성되고 상기 광원의 전면에 배치된 원점상용 광원 슬릿 및 상기 원점상용 고정 슬릿을 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6에 기재된 발명은, 상기 원점상용 고정 슬릿은, 상기 회전 디스크의 회전 중심으로부터 슬릿의 장축 방향의 서로 다른 위치에 복수의 상기 슬릿 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 7에 기재된 발명은, 상기 원점상용 회전 슬릿은, 상기 회전 디스크의 회전 중심으로부터 슬릿의 단축 방향으로 편심하여 상기 슬릿 패턴이 형성되고, 상기 원점상용 고정 슬릿은 상기 회전 중심으로부터 슬릿의 단축 방향으로 편심하여 상기 슬릿 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8에 기재된 발명은, 상기 원점상용 회전 슬릿은, 상기 회전 디스크의 회전 중심으로부터 슬릿의 단축 방향으로 편심하여 상기 슬릿 패턴이 형성되고, 상기 원점상용 고정 슬릿은 상기 회전 중심으로부터 슬릿의 단축 방향으로 편심함과 더불어, 상기 회전 중심으로부터 슬릿의 장축 방향의 서로 다른 위치에 복수의 상기 슬릿 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 9에 기재된 발명은, 상대적으로 회전하는 2개의 부재의 한쪽 부재에 회전 디스크를 구비하여 다른 쪽의 부재에 광원과 고정 스케일과 수광 소자를 구비하여, 상기 2개의 부재의 상대적인 회전 각도를 검출하는 광학식 엔코더에서, 상기 회전 디스크는, 상기 상대적으로 회전하는 2개의 부재의 회전 중심과 다른 위치에 방사 중심을 가지는 동일한 피치의 방사 형상의 슬릿 패턴이 형성된 원점상용 회전 슬릿을 구비하고, 상기 고정 스케일은, 동일한 피치의 방사 형상의 슬릿 패턴이 형성된 원점상용 고정 슬릿을 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 10에 기재된 발명은, 상기 고정 스케일은, 방사 형상의 슬릿 패턴이 형성되어 상기 광원의 전면에 배치된 원점상용 광원 슬릿 및 상기 원점상용 고정 슬릿을 구비한 것을 특징으로 한다.
[발명의 효과]
청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 원점상용 회전 슬릿 및 원점상용 고정 슬릿은 각각 한 종류의 동일한 피치의 직선 형상의 슬릿 패턴을 형성만하면 되기 때문에, 패턴 구성이 간단하다. 또, 원점상용 회전 슬릿 및 원점상용 고정 슬릿을 통해 얻어진 하나의 신호만을 처리하면 되기 때문에, 검출 회로도 간단하게 된다.
청구항 5 또는 청구항 10에 기재된 발명에 의하면, 3격자 광학계를 이용한 원점 검출을 할 수 있으므로, 회전 디스크와 고정 스케일 사이의 갭을 크게 설정할 수 있고, 갭 변동에 강한 원점 신호를 구비한 엔코더를 실현할 수 있다.
청구항 9에 기재된 발명에 의하면, 원점상용 회전 슬릿 및 원점상용 고정 슬릿은 각각 한 종류의 동일한 피치의 방사 형상의 슬릿 패턴을 형성만 하면 되기 때문에, 패턴 구성이 간단하다. 또, 원점상용 회전 슬릿 및 원점상용 고정 슬릿을 통해 얻어진 하나의 신호만 처리하면 되기 때문에, 검출 회로도 간단하게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 원점상용 회전 슬릿의 배치를 나타내는 슬릿 패턴도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 원점상용 회전 슬릿에 의한 상과 원점상용 고정 슬릿의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예의 원점상용 회전 슬릿의 회전 각도와 원점상용 수광 소자의 출력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에서의 원점상용 회전 슬릿의 배치를 나타내는 슬릿 패턴도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예의 원점상용 회전 슬릿에 의한 상과 원점상용 고정 슬릿의 위치관계를 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예의 원점상용 회전 슬릿의 회전 각도와 원점상용 수광 소자의 출력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예의 원점상용 회전 슬릿의 회전 각도와 원점상용 수광 소자의 출력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예의 원점상용 회전 슬릿에 의한 상과 원점상용 고정 슬릿의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예의 다른 효과를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제6 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 제7 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도 17은 본 발명의 제8 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도 18은 본 발명의 제9 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도 19는 제1 종래 기술의 기준 위치 신호 발생 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 20은 제1 종래 기술의 기준 위치 신호 발생 장치의 동작 원리를 나타내는 모식도이다.
도 21은 제2 종래 기술에서의 엔코더의 사시도이다.
도 22는 제2 종래 기술에서의 원점 신호의 생성 원리를 나타내는 신호 파형도이다.
도 23은 제3 종래 기술에서의 광학식 로터리 엔코더의 사시도이다.
(부호의 설명)
100 회전 중심
110 회전 디스크
111 변위 검출용 회전 슬릿
112 원점상용 회전 슬릿
120, 160 고정 스케일
121 사출창
122~124 원점상용 고정 슬릿
125, 126, 134, 135 변위 검출용 고정 슬릿
130 광원
132 원점상용 광원 슬릿
133 변위 검출용 광원 슬릿
140, 141, 142 원점상용 수광 소자
143, 144 변위 검출용 수광 소자
150 회전축
170 상
250 허브
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
(실시예 1)
도 1은, 본 발명의 제1 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도면에서 110은 회전 디스크, 120은 고정 스케일, 130은 광원, 140은 원점상용 수광 소자, 150은 회전축이고, 회전 디스크(110)상에는 변위 검출상용 회전 슬릿(111)과 원점상용 회전 슬릿(112)이 설치되고, 고정 스케일(120)에는 사출창(121), 원점상용 고정 슬릿(122)이 설치되어 있다. 원점상용 회전 슬릿(112)은 평행하게 배열된 직선 형상의 슬릿 패턴으로 구성되고, 원점상용 고정 슬릿(122)도 평행하게 배열된 직선 형상의 슬릿 패턴으로 구성되어 있다.
또한, 변위 검출부의 구성에 대해서는 공지되어 있으므로, 그 설명을 생략한다.
도 2는 본 실시예에서의 원점상용 회전 슬릿의 배치를 나타내는 회전 디스크(110)의 슬릿 패턴도이고, 도면에 나타내는 바와 같이, 원점상용 회전 슬릿(112)은 슬릿의 장축 방향의 중심(CL)이 회전 중심(100)을 지나가도록 형성했다. 원점상용 회전 슬릿(112)은 슬릿 피치(P)의 슬릿 패턴이 형성되어 있다.
다음은 동작에 대해 설명한다.
도 3은 회전 디스크가 회전했을 때의 원점상용 회전 슬릿에 의한 상과 원점상용 고정 슬릿의 위치 관계를 나타내는 모식도이고, 170은 광원(130)으로부터의 조사광이 원점상용 회전 슬릿(112)에서 반사되어 원점상용 고정 슬릿(122)상에 형성된 상이고, 원점상용 고정 슬릿(122)상에는 피치 P의 상이 형성된다. 점선 내는 명부(明部)를 나타내고, 그 이외는 암부(暗部)를 나타낸다. 또, L은 원점상용 고정 슬릿의 장축 방향의 슬릿 길이를 나타낸다.
도 3의 (a)는, 상(170)과 원점상용 고정 슬릿(122)이 이루는 각(θ)(회전 각도(θ))이 tan-1(P/L) 보다 큰 경우이다. 이 범위에서는, 상(170)이 복수의 원점상용 고정 슬릿(122)과 교차하고, 상(170)의 명부와 암부가 대략 반반으로 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에서 겹쳐지므로, 원점상용 고정 슬릿(122)을 통과하는 광양은 최대값의 대략 반값으로 나타낸다.
(a)의 상태로부터 (b)→(c)→(d)→(e)→(f)를 향해 θ가 0으로 다가가면, 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부는 상(170)의 명부와 많이 겹쳐지므로, 원점상용 고정 슬릿(122)을 통과하는 광양은 점차 커지고, 도 3의 (f)의 θ=0 상태에서는, 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에서는 상(170)의 명부만 겹치고, 원점상용 고정 슬릿(122)을 통과하는 광양은 최대가 된다.
도 4는 원점상용 회전 슬릿의 회전 각도와 원점상용 수광 소자의 출력의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 실시예에서는, P=40㎛, L=2.4㎜로 했다. 또한, 세로축의 원점상용 수광 소자 출력은, 최대값이 1로 규격화된 값이다.
도면에서, θ=±tan-1(P/L)=약±1°이고 출력은 대략 0.5가 되고, θ=0으로 가까워질수록 출력은 가파르게 올라가는 것을 알 수 있다. 따라서, 예를 들면, 도시하지 않는 전류 전압 변환 회로에서 소자 출력을 전압 신호로 변환하여 콤퍼레이터 회로 등의 신호 처리 회로에서, 원점상용 수광 소자 출력의 0.8 이상의 포인트를 검출하면, 대략 ±0.5°폭의 원점 신호를 얻을 수 있다.
(실시예 2)
도 5는 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다. 또, 도 6은 본 실시예에서의 원점상용 회전 슬릿의 배치를 나타내는 슬릿 패턴도이다. R은 회전 중심(100)으로부터 원점상용 회전 슬릿(112)의 장축 방향의 끝까지의 거리이다.
본 실시예가 제1 실시예와 다른 점은, 원점상용 회전 슬릿(112)을 슬릿의 장축 방향으로 회전 중심(100)으로부터 옮겨 배치한 점이다. 도 5에 나타내는 바와 같이 고정 스케일(120), 광원(130) 및 원점상용 수광 소자도 이와 같이 옮기고 배치한다.
다음에, 본 실시예의 동작에 대해 설명한다.
도 7은 본 실시예에서의 회전 디스크가 회전했을 때의 원점상용 회전 슬릿에 의한 상과 원점상용 고정 슬릿의 위치 관계를 나타내는 모식도이고, A)는 R=0, B)는 R=0.5L, C)는 R=L인 경우다.
도 7에서 A), B), C) 모두, (a)는 상(170)과 원점상용 고정 슬릿(122)이 이루는 각(회전 각도(θ))이 θ＜-tan-1(P/L), 또는 θ＞tan-1(P/L)의 경우이다. 이 범위에서는, 상(170)이 복수의 원점상용 고정 슬릿(122)과 교차하고, 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부를 통과하는 상(170)은 명부와 암부가 실시예 1과 같이 대략 반반이 된다. 그러나 원점상용 고정 슬릿(122)의 일부가 상(170)에서 벗어나 있는 것이, 실시예 1과 다르다. 원점상용 고정 슬릿(122)을 통과하는 광양은 그만큼 작아지고, 또한 θ가 커지고 상(170)이 원점상용 고정 슬릿(122)으로부터 크게 벗어나면 원점상용 수광 소자 출력은 0으로 다가간다.
도 7에서 A)의 경우, (b)의 θ=±tan-1(P/L) 상태에서는 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에는 상(170)의 명부와 암부가 동일하게 겹쳐지므로, 원점상용 수광 소자 출력은 0.5가 된다. (c)의 θ=±tan-1(3P/4L) 부근에서는, 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에는 상(170)의 암부가 많이 겹쳐지므로, 원점상용 수광 소자 출력이 0.5보다 감소한다. θ가 0으로 다가가고 (d)의 θ=±tan-1(P/2L) 상태가 되면, 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에는 상(170)의 명부와 암부가 동일하게 겹 쳐지므로, 원점상용 수광 소자 출력이 0.5가 된다. 그 후, (e)→(f)를 향해 θ가 0으로 다가가면, 단순히 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에 상(170)의 명부가 겹치는 비율이 많아지므로, 광양은 점차 커지고, (f)의 θ=0 상태에서, 원점상용 수광 소자 출력이 최대인 1이 된다.
B)의 경우, (b)의 θ=±tan-1(P/L) 상태에서는, A)의 경우와 같이 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에는 상(170)의 명부와 암부가 동일하게 겹쳐지므로 원점상용 수광 소자 출력은 0.5가 된다. 이 상태에서는, 상(170)의 명부가 원래 통과해야 하는 슬릿의 이웃 슬릿을 통과한다. (b)→(c)→(d)→(c)→(f)처럼 θ가 0으로 다가가면, 상(170)은 회전함과 더불어, 원점상용 고정 슬릿(122)의 단축 방향으로 평행 이동하고, 명부가 θ=0에서의 슬릿과 겹쳐져 간다. (c)의 상태에서는, 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에는 상(170)의 명부와 암부가 동일하게 겹쳐지고, 원점상용 수광 소자 출력은 0.5가 된다. (d)의 θ=±tan-1(P/2L) 상태에서는, 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에는 상(170)의 암부가 많이 겹쳐지므로, 원점상용 수광 소자 출력은 0.5보다 감소한다. (e)의 상태에서는, 재차, 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에는 상(170)의 명부와 암부가 동일하게 겹쳐져, 원점상용 수광 소자 출력은 0.5가 된다. 그 후는, 단조롭게 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에 상(170)의 명부가 겹쳐져 가고, 원점상용 고정 슬릿(122)을 통과하는 광양은 커지게 되고, 원점상용 수광 소자 출력이 최대값 1로 다가간다. (f)의 θ=0 상태에서, 원점상용 수광 소자 출력이 최대인 1이 된다.
C)의 경우, (b)의 θ=±tan-1(P/L) 상태에서는, A) 및 B)의 경우와 같이 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에는 상(170)의 명부와 암부가 동일하게 겹쳐지므로 원점상용 수광 소자 출력은 0.5가 된다. 이 상태에서는, 상(170)의 명부가 θ=0에서의 슬릿의 첫 번째 이웃과 2번재 이웃의 슬릿을 통과한다. (b)→(c)→(d)→(e)→(f)처럼 θ가 0으로 다가가면, 상(170)은 회전함과 더불어, 원점상용 고정 슬릿(122)의 단축 방향으로 평행 이동하고, 명부가 θ=0에서의 슬릿과 겹쳐져 간다. (c)의 상태에서는, 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에는 상(170)의 명부가 약간 많이 겹쳐지고, 원점상용 수광 소자 출력은 0.5보다 다소 커지게 된다. (d)의 θ=±tan-1(P/2L)의 상태에서는, 재차, 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에는 상(170)의 명부와 암부가 동일하게 겹쳐지고, 원점상용 수광 소자 출력은 0.5가 된다. (e)의 상태에서는, 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에는 상(170)의 암부가 많이 겹쳐지므로, 원점상용 수광 소자 출력은 0.5보다 작아진다. 그 후는 단조롭게 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에 상(170)의 명부가 겹쳐져 가고, 원점상용 고정 슬릿(122)을 통과하는 광양은 커지게 되고, 원점상용 수광 소자 출력이 최대값 1로 다가간다. (f)의 θ=0 상태에서, 원점상용 수광 소자 출력이 최대인 1이 된다.
도 8은 회전 각도(θ)와 원점상용 수광 소자 출력의 관계를 나타내는 그래프이고, 상(170)과 원점상용 고정 슬릿(122)의 관계가 회전 각도(θ)에 따라 도 7과 같이 변화할 때의 회전 각도(θ)와 원점상용 수광 소자 출력의 관계를 나타낸 것이다.
원점상용 회전 슬릿(112)의 중심과 회전 중심(100)의 거리 R에 따라, 원점상용 수광 소자(140)의 출력은 도 8과 같이 변화한다. 즉, 원점상용 회전 슬릿(112)의 중심과 회전 중심(100)의 거리 R이 커질수록, θ=0에서의 펄스 형상 출력의 좌우에 측대파 형상으로 발생하는 출력 신호가 커지게 되지만, θ=0에서의 펄스 형상 출력은 보다 가파른 신호가 된다. R=0㎜이 도 7의 A)의 경우에 대응하여, R=1.2㎜이 도 7의 B)의 경우에 대응하여, R=2.40㎜이 도 7의 C)의 경우에 대응한다.
예를 들면 P=40㎛, L=2.4㎜일 때, R=1.2㎜로 설정하면, 실시예 1 상당의 R=-1.2㎜에서의 출력 신호 파형과 비교하고, θ=0에서의 펄스 형상 출력은 보다 가파르고, 좌우에서 발생하는 출력 신호의 높이(山)의 크기도 펄스 형상의 출력 신호에 비해 충분히 작은 것이 알 수 있다. 예를 들면, 세로축의 원점상용 수광 소자 출력의 0.8의 레벨을 임계값으로서 콤퍼레이터 회로에서 검출되면, ±0.25°폭의 원점 신호를 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는 원점상용 회전 슬릿을 슬릿의 장축 방향으로 회전 중심으로부터 옮기고 배치했으므로 가파른 펄스 형상 출력을 얻을 수 있으므로 정밀도가 높은 원점 신호를 얻을 수 있다. 또, 제1 실시예에서는, 원점상용 회전 슬릿(112) 및 원점상용 고정 슬릿(122)의 중심을 회전 중심(100)상에 배치하므로, 180도 회전한 위치에도 펄스 형상의 출력 신호가 발생하여, 1회전에 2펄스의 신호가 발생하지만, 본 실시예에서는, 원점상용 회전 슬릿(112)을 회전 중심(100)으로부터 옮기고 형성하므로, 180도 회전한 위치에는 발생하지 않고, 회전 디스크 1회전에 1펄스의 원점 신호를 얻을 수 있다.
(실시예 3)
도 9는, 본 발명의 제3 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도면에서, 123은 제1 원점상용 고정 슬릿, 124는 제2 원점상용 고정 슬릿이다. 본 실시예가 제2 실시예와 다른 점은, 고정 스케일(120)상의 2개의 원점상용 고정 슬릿을 설치하여, 장축 방향이 다른 위치로 배치한 점이다. 제1 원점상용 고정 슬릿(123)과 제2 원점상용 고정 슬릿(124)의 각각의 장축 방향의 끝과 회전 중심(100)의 거리는 각각 R1 및 R2가 되도록 배치되어 있다.
다음에, 본 실시예의 동작에 대해 설명한다.
제2 실시예에서 기재한 바와 같이, 원점상용 고정 슬릿의 장축 방향의 끝과 회전 중심의 거리(R)에 의해, 원점상용 수광 소자 출력의 출력 파형이 변화된다. 이를 이용해, 거리(R)가 다른 복수의 원점상용 고정 슬릿으로부터 얻어지는 원점상용 수광 소자 출력을 가함으로써, θ=0에서 얻을 수 있는 펄스 형상의 출력이 가파르고, θ=0의 근방에서 발생하는 펄스 형상의 출력을 억제할 수 있다.
도 10은 본 실시예에서의 회전 각도와 원점상용 수광 소자의 출력의 관계를 나타내는 그래프이다. 본 실시예에서는, P=40㎛, L=2.4㎜인 제1 원점상용 고정 슬릿(123)과 제2 원점상용 고정 슬릿(124)을 각각 거리 R1=2.5㎜, R2=5㎜로 배치하고, 각각의 원점상용 고정 슬릿에 대응하는 원점상용 수광 소자로부터 얻어지는 출력 신호를 가산 연산하여 합성했다. ±0.4°부근에서, 제2 원점상용 고정 슬릿(124)을 통과한 원점상용 수광 소자 출력 신호에는 큰 측대파 신호가 발생하지만, 제1 원점상용 고정 슬릿(123)을 통과한 원점상용 수광 소자 출력 신호로 지우 도록 합성된다. 그 결과, 예를 들면, 세로축의 원점상용 수광 소자 출력의 1.5의 레벨을 임계값으로서 콤퍼레이터 회로에서 검출되면, ±0.075°폭의 원점 신호를 얻을 수 있다.
이와 같이, 장축 방향의 끝과 회전 중심(100)의 거리가 다른 원점상용 고정 슬릿을 적절히 조합하면, 측대파가 작고, 가파른 O°부근의 펄스 형상의 파형을 얻을 수 있고, 고분해능의 원점 신호를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는, R1, R2를 1:2의 비율로 구성했지만, 그 외에도 바람직한 조합은 존재한다. 또, 본 실시예에서는, 슬릿 길이 방향이 다른 위치에 2개의 원점상용 고정 슬릿을 배치했지만, 3개 이상의 원점상용 고정 슬릿을 조합하는 것도 가능하다.
(실시예 4)
도 11은, 본 발명의 제4 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
본 실시예가 제1 실시예와 다른 점은, 원점상용 회전 슬릿(112)을 슬릿 단축 방향으로 회전 중심(100)으로부터 옮기고 배치한 점이다. 도면에서, 250은, 샤프트(150)로부터 연장하고 회전 디스크(110)의 중심부를 뚫고, 회전 디스크(110)의 고정에 사용되는 허브이다.
도 12는 본 실시예에서, 회전 디스크(110)가 원점 위치로부터 각도(θ) 만큼 회전한 위치에 있을 때의 상(170)과 원점상용 고정 슬릿(122)의 관계를 나타낸다. 여기에서, 300은 원점상용 고정 슬릿(122)의 중심, 200은 원점상용 회전 슬릿(112)에 의한 상(170)의 중심이고, 원점 위치에 있을 때는 원점상용 고정 슬릿(122)의 중심(300)과 겹친다. 회전 중심(100)으로부터 상(170)의 중심(200)까지의 거리를 r로 한다.
상(170)은, 상의 중심(200)을 중심으로 θ만큼 자전함과 더불어, 상의 중심(200)이 원점상용 고정 슬릿(122)의 중심(300)으로부터 도면의 X 및 Y방향으로 각각 r-r·cosθ 및 r·sinθ만큼 평행 이동했다고 볼 수 있다. 따라서, 원점상용 수광 소자로부터 얻어지는 출력 신호는, 회전에 의한 상(170)과 원점상용 고정 슬릿(122)의 차이와, 평행 이동에 의한 상(170)과 원점상용 고정 슬릿(122)의 차이에 의해 영향을 받는다.
회전에 의한 영향은, 실시예 1의 도 3과 같고, 상(170)과 원점상용 고정 슬릿(122)이 이루는 각이 θ가 tan-1(P/L)보다 클 경우, 상(170)이 복수의 원점상용 고정 슬릿(122)과 교차하고, 상(170)의 명부와 암부가 대략 반반으로 원점상용 고정 슬릿(122)의 개구부에 겹쳐진다. 원점상용 수광 소자 출력은 최대값의 대략 반이 된다. 따라서, 이 경우에는, 평행 이동에 의한 영향이 있어도 원점상용 수광 소자 출력은 최대값의 대략 반이 되어 있어, 커지지는 않는다. 또, 또한 θ가 커질수록, 상(170)이 원점상용 고정 슬릿(122)에서는 벗어나고 원점상용 수광 소자 출력은 0으로 다가간다.
θ가 tan-1(P/L)보다 작을 경우의 평행 이동에 의한 영향은, θ의 값이 작기 때문에, X방향의 변위 r-r·cosθ는 상당히 작고, 또 원점상용 고정 슬릿(122)이, 단축에 비해 장축 방향으로 충분히 긴 형상이 되어 있으므로, Y방향의 변위 r·sin θ에 대해서도 무시할 수 있는 정도의 크기이다. 예를 들면, P=40㎛, L=2.4㎜, r=10㎜일 경우, θ=tan-1(P/L)=0.95°일 때의 X방향의 변위는 1.4㎛, Y방향의 변위는 0.17㎜이고, 충분히 무시할 수 있는 크기이다. 따라서 이 범위에서는, 원점상용 수광 소자 출력은 회전에 의한 영향만 생긴다.
이와 같이 본 실시예에서는, 회전 중심으로부터 원점상용 회전 슬릿(120)의 단축 방향으로 편심하여 원점상용 회전 슬릿(120)을 형성했으므로, 회전 디스크(110)의 중심부에는, 회전 디스크(110)의 고정에 사용되는 허브(250)를 설치할 수 있다.
도 13은, 본 실시예에서의 다른 효과를 설명하기 위한 엔코더의 사시도이다.
도면에서, 112는 원점상용 회전 슬릿이고, 슬릿 단축 방향으로 회전 중심(100)으로부터 옮기고, 변위 검출용 회전 슬릿(111)의 근방에 형성되어 있다. 또, 122는 원점상용 고정 슬릿, 125, 126은 변위 검출용 고정 슬릿이고, 1개의 고정 스케일(120)상에 형성되어 있다. 또, 130은 변위 검출용 회전 슬릿(111) 및 원점상용 회전 슬릿(112)을 조사하는 광원이다.
다음에 동작에 대해 설명한다.
광원(130)으로부터의 조사광은, 사출창(121)을 통과하여 변위 검출용 회전 슬릿(111) 및 원점상용 회전 슬릿(112)을 조사한다. 변위 검출용 회전 슬릿(111)에서 반사된 광은, 변위 검출용 고정 슬릿(125, 126)을 통과하여 수광 소자(143, 144)에서 검출되어, 도시하지 않는 신호 처리 회로에서 변위 신호로 변환된다. 이 와 같이 원점상용 회전 슬릿(112)에서 반사된 광은 원점상용 고정 슬릿(122)을 통과하여 원점상용 수광 소자(140)에서 검출된다.
이와 같이, 본 실시예에서는 원점상용 회전 슬릿을 슬릿 단축 방향으로 회전 중심으로부터 옮기고 배치했으므로, 변위 검출용 회전 슬릿의 근처에 원점상용 회전 슬릿을 배치할 수 있다. 따라서, 변위 검출용 고정 슬릿과 근방에 원점상용 고정 슬릿을 1개의 고정 스케일상에 형성할 수 있고, 구성이 간단하게 된다. 또, 1개의 광원으로 양쪽 슬릿을 조사할 수 있다. 즉, 발광소자, 수광 소자, 고정 스케일로 구성되는 검출부를 작게 할 수 있다.
(실시예 5)
도 14는, 본 발명의 제5 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도면에서, 123은 제1 원점상용 고정 슬릿, 124는 제2 원점상용 고정 슬릿으로, 슬릿 단축 방향으로 회전 중심으로부터 옮기고 배치함과 더불어, 원점상용 고정 슬릿의 장축 방향이 다른 위치로 배치되어 있다. 본 발명이 제4 실시예와 다른 점은, 원점상용 고정 슬릿의 장축 방향이 다른 위치로 제1 원점상용 고정 슬릿(123)과 제2 원점상용 고정 슬릿(124)을 설치한 것이다.
이와 같이, 본 실시예에서는 원점상용 회전 슬릿을 원점상용 고정 슬릿의 단축 방향으로 회전 중심(100)으로부터 옮기고 배치함과 더불어, 장축 방향이 다른 위치에 제1 원점상용 고정 슬릿(123)과 제2 원점상용 고정 슬릿(124)을 설치함으로써, 회전 디스크(110)의 중심부에는, 회전 디스크(110)의 고정에 사용되는 허브(250)를 설치할 수 있고, 또한 2개의 고정 슬릿으로부터의 검출 신호를 조합함으 로써, 측대파가 작고 가파른 펄스 형상의 파형을 얻을 수 있다. 따라서, 고분해능의 원점 신호를 얻을 수 있다.
또, 본 실시예의 구성을 가짐으로써, 변위 검출용 회전 슬릿 근처에 원점상용 회전 슬릿을 배치함과 더불어, 변위 검출용 고정 슬릿과 그 근방에 원점상용 고정 슬릿을 하나의 고정 스케일상으로 형성할 수 있고, 구성이 간단하게 된다. 또한, 그때, 하나의 광원으로 양 슬릿을 조사하는 것도 가능하고, 발광 소자, 수광 소자, 고정 스케일로 구성되는 검출부를 작게 할 수 있다.
(실시예 6)
도 15는, 본 발명의 제6 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도면에서, 132는 광원(130)으로부터의 조사광을 선광원열로 변환하는 원점상용 광원 슬릿이다. 본 발명이 제2 실시예와 다른 점은, 고정 스케일(120)에 원점상용 광원 슬릿(132)과 원점상용 고정 슬릿(122)을 형성한 점이다.
광원(130)으로부터의 조사광은 원점상용 광원 슬릿(132)을 통해 원점상용 회전 슬릿(112)을 조사한다. 원점상용 회전 슬릿(112)으로부터의 반사광은 원점상용 고정 슬릿(122)상에 간섭 무늬를 생성한다. 이 간섭 무늬를 원점상용 고정 슬릿(122)을 통해 수광 소자(140)에서 검출한다. 이와 같이, 원점상용 광원 슬릿, 원점상용 회전 슬릿 및 원점상용 고정 슬릿을 이용한 3격자 광학계에 의한 원점 검출을 행할 수 있다.
본 실시예의 회전 디스크가 회전했을 때의 원점상용 회전 슬릿에 의한 상과 원점상용 고정 슬릿의 위치 관계는 제2 실시예와 동일하고, 제2 실시예와 같이 가 파른 원점 신호를 얻을 수 있는 것과 더불어, 광학계로서 3격자 광학계를 사용하므로, 회전 디스크(110)와 고정 스케일(120) 사이의 갭이 변동해도 안정적으로 원점 검출 신호를 얻을 수 있다.
또, 도시하지 않지만 변위 검출부도 3격자 광학계로 구성함으로써, 변위 검출부도 원점 검출부도 갭 변동에 강한 엔코더를 실현할 수 있다.
또한, 상기 원점상용 광원 슬릿, 상기 원점상용 회전 슬릿 및 원점상용 고정 슬릿의 피치를, 1:1:1의 비율로 형성해도, 2:1:2의 비율로 형성해도 상관없다.
(실시예 7)
도 16은, 본 발명의 제7 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도면에서, 123은 제1 원점상용 고정 슬릿, 124는 제2 원점상용 고정 슬릿이고, 슬릿 단축 방향으로 회전 중심으로부터 옮기고 배치함과 더불어, 원점상용 고정 슬릿의 장축 방향이 다른 위치에 배치되어 있다. 본 발명이 제6 실시예와 다른 점은, 원점상용 고정 슬릿의 장축 방향이 다른 위치에 제1 원점상용 고정 슬릿(123)과 제2 원점상용 고정 슬릿(124)을 설치한 것이다.
다음에, 동작에 대해 설명한다.
광원(130)으로부터의 조사광은 원점상용 광원 슬릿(132)을 통해 원점상용 회전 슬릿(112)을 조사한다. 원점상용 회전 슬릿(112)으로부터의 반사광은 제1 원점상용 고정 슬릿(123) 및 제2 원점상용 고정 슬릿(124)상에 간섭 무늬를 생성한다. 이 간섭 무늬를 제1 원점상용 고정 슬릿(123) 및 제2 원점상용 고정 슬릿(124)을 통해 수광 소자(141, 142)로 검출한다. 이와 같이, 원점상용 광원 슬릿, 원점상용 회전 슬릿 및 원점상용 고정 슬릿을 이용한 3격자 광학계에 의한 원점 검출을 행할 수 있다.
광학계로서 3격자 광학계를 사용하므로, 제6 실시예와 같이 회전 디스크(110)와 고정 스케일(120) 사이의 갭이 변동해도 안정적으로 원점 검출 신호를 얻을 수 있다. 또, 본 실시예에서는 2개의 고정 슬릿으로부터의 검출 신호를 조합함으로써, 측대파가 작고 가파른 펄스 형상의 파형을 얻을 수 있다. 따라서, 고분해능의 원점 신호를 얻을 수 있다. 또한, 변위 검출부(도시하지 않음)도 3격자 광학계로 구성함으로써, 제6 실시예와 같이 변위 검출부도 원점 검출부도 갭 변동에 강한 엔코더를 실현할 수 있다. 상기 원점상용 광원 슬릿, 상기 원점상용 회전 슬릿 및 원점상용 고정 슬릿의 피치를, 1:1:1의 비율로 형성해도, 2:1:2의 비율로 형성해도 상관없다.
(실시예 8)
도 17은, 본 발명의 제8 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도면에서, 112는 원점상용 회전 슬릿, 122는 상기 원점상용 고정 슬릿이다.
본 발명이 제2 실시예와 다른 점은, 제2 실시예에서는 원점상용 회전 슬릿(112)과 상기 원점상용 고정 슬릿(122)에 각각 평행하게 배열된 직선 형상의 슬릿 패턴을 이용했지만, 본 실시예에서는, 원점상용 회전 슬릿으로서 인접하는 슬릿간의 각도가 동일한, 동일한 피치의 방사 형상의 슬릿을 이용한 점이다. 원점상용 회전 슬릿의 방사 형상의 중심(101)은, 회전 중심(100)과 다른 위치에 배치되어 있다.
본 실시예에서는, 원점상용 회전 슬릿(112)의 방사 형상의 열림의 방향을 반대로 하고 변위 검출상용 회전 슬릿(111)의 근처에 배치했다. 방사 형상의 열림의 방향을 반대로 함으로써, 원점상용 회전 슬릿(112)을 변위 검출상용 회전 슬릿(111)에 접근시켜도 원점 근방에서 복수의 피크가 발생하기 어렵다는 특징이 있다.
또, 1개의 광원(130)이고, 원점상용 회전 슬릿(112)과 변위 검출상용 회전 슬릿(111)을 조사할 수 있고 또한, 원점상용 고정 슬릿(122)을 변위 검출상용 고정 슬릿(125, 126)의 근처에 배치할 수 있으므로, 검출부를 작게 할 수 있다.
(실시예 9)
도 18은, 본 발명의 제9 실시예를 나타내는 엔코더의 사시도이다.
도면에서, 132는 원점상용 광원 슬릿이다. 본 발명이 실시예 8과 다른 점은, 고정 스케일(120)에 방사 형상의 원점상용 광원 슬릿(132)을 형성한 점이다.
다음에, 동작에 대해 설명한다.
광원(130)으로부터의 조사광은 원점상용 광원 슬릿(132)을 통해 원점상용 회전 슬릿(112)을 조사한다. 원점상용 회전 슬릿(112)으로부터의 반사광은 원점상용 고정 슬릿(122)상에 간섭 무늬를 생성한다. 이 간섭 무늬를 원점상용 고정 슬릿(122)을 통해 원점상용 수광 소자(140)에서 검출한다. 이와 같이, 원점상용 광원 슬릿, 원점상용 회전 슬릿 및 원점상용 고정 슬릿을 이용한 3격자 광학계에 의한 원점 검출을 행할 수 있다.
또, 본 실시예에서는 원점상용 회전 슬릿(112)을 변위 검출용 회전 슬 릿(111)의 근처에 배치했다. 이에 의해 변위 검출 및 원점 검출에 공통의 광원을 이용할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 발광 소자, 수광 소자, 고정 스케일로 구성되는 검출부를 작게 할 수 있음과 더불어, 3격자 광학계의 특징인 갭 변동에 강한 엔코더를 실현할 수 있다. 또한, 상기 원점상용 광원 슬릿, 상기 원점상용 회전 슬릿 및 원점상용 고정 슬릿의 피치를, 1:1:1의 비율로 형성해도, 2:1:2의 비율로 형성해도 상관없다.
또한, 제1~ 제9 실시예에서는 반사형 광학계를 이용한 실시예를 나타냈지만, 투과형 광학계를 이용해도 동일하게 실시할 수 있다.
간단한 구성으로 회전체의 절대 위치를 검출할 수 있으므로, 산업용 로봇이나 공작 기계를 구동하는 서보 모터의 위치 검출기로 적용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 상대적으로 회전하는 2개의 부재 중 한쪽 부재에 회전 디스크를 구비하고, 다른 쪽 부재에 광원과 고정 스케일과 수광 소자를 구비하여, 상기 2개의 부재의 상대적인 회전 각도를 검출하는 광학식 엔코더에 있어서,
    상기 회전 디스크는, 평행하게 배열된 동일한 피치의 직선 형상의 슬릿 패턴이 형성된 원점상용 회전 슬릿을 구비하고,
    상기 고정 스케일은, 평행하게 배열된 동일한 피치의 직선 형상의 슬릿 패턴이 형성된 원점상용 고정 슬릿을 구비한 것을 특징으로 하는 광학식 엔코더.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 원점상용 고정 슬릿은, 상기 회전 디스크의 회전 중심으로부터 슬릿의 장축(長軸) 방향의 서로 다른 위치에 복수의 상기 슬릿 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 엔코더.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 원점상용 회전 슬릿은, 상기 회전 디스크의 회전 중심으로부터 슬릿의 단축(短軸) 방향으로 편심하여 상기 슬릿 패턴이 형성되고, 상기 원점상용 고정 슬릿은, 상기 회전 중심으로부터 슬릿의 단축 방향으로 편심하여 상기 슬릿 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 엔코더.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 원점상용 회전 슬릿은, 상기 회전 디스크의 회전 중심으로부터 슬릿의 단축 방향으로 편심하여 상기 슬릿 패턴이 형성되고, 상기 원점상용 고정 슬릿은, 상기 회전 중심으로부터 슬릿의 단축 방향으로 편심함과 더불어, 상기 회전 중심으로부터 슬릿의 장축 방향의 서로 다른 위치에 복수의 상기 슬릿 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 엔코더.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정 스케일은, 평행하게 배열된 동일한 피치의 직선 형상의 슬릿 패턴이 형성되어 상기 광원의 전면에 배치된 원점상용 광원 슬릿 및 상기 원점상용 고정 슬릿을 구비한 것을 특징으로 하는 광학식 엔코더.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 원점상용 고정 슬릿은, 상기 회전 디스크의 회전 중심으로부터 슬릿의 장축 방향의 서로 다른 위치에 복수의 상기 슬릿 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 엔코더.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 원점상용 회전 슬릿은, 상기 회전 디스크의 회전 중심으로부터 슬릿의 단축 방향으로 편심하여 상기 슬릿 패턴이 형성되고, 상기 원점상용 고정 슬릿은, 상기 회전 중심으로부터 슬릿의 단축 방향으로 편심하여 상기 슬릿 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 엔코더.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 원점상용 회전 슬릿은, 상기 회전 디스크의 회전 중심으로부터 슬릿의 단축 방향으로 편심하여 상기 슬릿 패턴이 형성되고, 상기 원점상용 고정 슬릿은, 상기 회전 중심으로부터 슬릿의 단축 방향으로 편심함과 더불어, 상기 회전 중심으로부터 슬릿의 장축 방향의 서로 다른 위치에 복수의 상기 슬릿 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 엔코더.
  9. 상대적으로 회전하는 2개의 부재 중 한쪽 부재에 회전 디스크를 구비하고, 다른 쪽 부재에 광원과 고정 스케일과 수광 소자를 구비하여, 상기 2개의 부재의 상대적인 회전 각도를 검출하는 광학식 엔코더에 있어서,
    상기 회전 디스크는, 상기 상대적으로 회전하는 2개의 부재의 회전 중심과 다른 위치에 방사 중심을 가지는 동일한 피치의 방사 형상의 슬릿 패턴이 형성된 원점상용 회전 슬릿을 구비하고, 상기 고정 스케일은, 동일한 피치의 방사 형상의 슬릿 패턴이 형성된 원점상용 고정 슬릿을 구비한 것을 특징으로 하는 광학식 엔코더.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 고정 스케일은, 방사 형상의 슬릿 패턴이 형성되어 상기 광원의 전면에 배치된 원점상용 광원 슬릿 및 상기 원점상용 고정 슬릿을 구비한 것을 특징으로 하는 광학식 엔코더.
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