WO2007108398A1

WO2007108398A1 - 光学式エンコーダ

Info

Publication number: WO2007108398A1
Application number: PCT/JP2007/055247
Authority: WO
Inventors: Yasushi Yoshida; Yuji Arinaga
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2007-09-27
Also published as: TW200804770A; EP2006643A4; US20090321621A1; EP2006643A2; EP2006643A9; JP4678553B2; CN101405576A; CN101405576B; JPWO2007108398A1; KR20080095911A; US8148674B2

Abstract

　構成が簡単で、精度の高い原点信号を出力できる光学式エンコーダを提供する。　回転ディスク（１１０）に、平行に配列された等ピッチの直線状のスリットパターンからなる原点相用回転スリット（１１２）を形成し、原点相用固定スケール（１２０）に、平行に配列された等ピッチの直線状のスリットパターンからなる原点相用固定スリット（１２２）を形成する。光源（１３０）からの照射光は射出窓（１２１）を通して原点相用回転スリット（１１２）を照射する。原点相用回転スリット（１１２）からの反射光を原点相用固定スリット（１２２）通して受光素子（１４０）で検出し、この検出信号から原点信号を生成する。　

Description

明細書

光学式エンコーダ

技術分野

[0001] 本発明は、モータ等回転駆動装置の位置決め用センサとして使用される光学式ェンコーダに関し、特に、原点検出機能を備えた光学式エンコーダに関する。

背景技術

[0002] (従来例 1)

従来、主スケール及び読み出しスケールにそれぞれ所定の格子ピッチを有する第 1格子と、前記格子ピッチの整数倍の格子ピッチを有する第 2格子が形成され、第 1 格子及び第 2格子の検出出力を合成して原点信号を生成する基準位置信号発生装置が開示されている (例えば、特許文献 1参照)。

図 19は従来の基準位置信号発生装置の構成を示す斜視図である。

図において、 210は主スケール、 220は読み出しスケールである。主スケール 210 及び読み出しスケール 220には光透過部と不透過部力もなる第 1格子部 211、 221 と、第 2格子部 212、 222と、第 3格子部 213、 223が形成してある。第 2格子部 212、 222のピッチは第 1格子部 211、 221の 2倍、第 3格子部 213、 223のピッチは第 1格子咅 211、 221の 4倍【こなって!/ヽる。

また、 201、 202、 203は光源、 231、 232、 233は受光素子、 240はカロ算回路、 25 0は弁別回路である。

[0003] 次に動作について説明する。

図 20は従来の基準位置信号発生装置の動作原理を示す模式図である。主スケール 210と読み出しスケール 220の相対的移動に伴って、受光素子 231は、図 20 (a)に示すように第 1格子部 211、 221の格子ピッチに対応したピーク値をもつ基本信号を出力する。また、受光素子 232、 233からは、それぞれ (b)、（d)で示す信号が得られる。（c)は受光素子 231、 232の出力の加算信号で、（e)は受光素子 231、 232、 233の出力の加算信号である。受光素子の出力の加算は加算回路 2 40で行われ、（e)から分力るように、前記基本信号力もっていた複数のピークの内の特定のピークを立ち上げ、隣接のピークを抑圧した信号となる。加算回路 240の出力信号が弁別回路 250に導入され原点信号が生成される。

このようにピッチの異なる複数の格子を用いて、それぞれの格子によって生成される検出信号の合成することによって、原点信号を生成していた。

[0004] (従来例 2)

また、従来、 3格子光学系を用いたインクレ信号を有する光学式エンコーダに、原点検出機能を付加したものがある (例えば、特許文献 2参照)。

図 21は、本従来技術におけるエンコーダの斜視図である。

3格子光学系は、ギャップ変動に強く理想正弦波信号が得られるという特徴を持つ図において 300は反射型のメインスケール、 310はインデックススケールである。反射型のメインスケール 300には変位検出用固定光学格子 301、原点検出用固定光学格子 302、及び参照マーク 303が形成してあり、インデックススケール 310には変位検出用可動光学格子 331A、 331B、原点検出用可動光学格子 341、原点検出窓 342及び基準光検出窓 343が形成してある。

また、 311A、 311Bは変位検出用光源、 321は原点検出用光源、 322は原点検出窓用光源、 323は基準光検出用光源である。また、 411A、 41 IBは変位検出用受光素子、 421は原点検出用受光素子、 422は原点検出窓用受光素子、 423は基準光検出用受光素子である。

[0005] 次に本従来技術における原点信号の生成動作について説明する。

図 22は原点信号の生成原理を示す信号波形図である。図において、原点検出用光源 321からの射出光は、原点検出用可動光学格子 341を透過し、原点検出用固定光学格子 302で反射し、再び原点検出用可動光学格子 341を透過し原点相用受光素子 421で検出される。受光素子 421は、インデックススケール 310に対してメインスケール 300を矢印 C方向または反対方向に変位させたとき、図 22に示すようなピッチ S2の原点検出用第 1電気信号 Volを発生する。

原点検出窓用光源 322からの射出光は、原点検出窓 342を透過して参照マーク 3 03を照射する。メインスケール 300を矢印 C方向または反対方向に変位させたとき、受光素子 422は、原点検出用固定光学格子 302及び参照マーク 303からの反射光を検出し、図 22に示すような原点検出用第 2電気信号 Vo2を発生する。

また、基準光検出用光源 323からの射出光は、基準光検出窓 343を通して変位検出用固定光学格子 301を照射し、その反射光を基準光検出用受光素子 423で検出する。受光素子 423は、光学的変調をほとんど受けない図 20に示すような第 1基準電圧 Vrefl及び第 2基準電圧 Vref2を発生する。

[0006] 次に原点信号生成動作について説明する。

第 2電気信号 Vo2は、メインスケール 300の変位に応じて、図 22の Vo21、 Vo22、 V o23で示すような変化をする。 Vo21は、受光素子 422が光学格子 302のみの光信号を読み取つているときの電圧であり、 Vo22は光学格子 302と参照マーク 303の両方を読み取つているときの電圧であり、 Vo23は参照マーク 303のみの光信号を読み取つているときの電圧である。

まず、第 2電気信号 Vo2が第 2基準電圧 Vref2と等しくなる第 2交点 P0を図示しない第 2コンパレータで検出する。次に、この交点における位置から、第 1電気信号 Volが第 1基準電圧 Vreflと等しくなる交点の定数 (N)番目、例えば 1番目の第 1交点 P3を図示しない第 1コンパレータで検出し、図示しない絶対原点特定回路で該 1番目の第 1交点 P3を原点位置と定めることにより原点位置を決定していた。

[0007] (従来例 3)

また、従来、原点信号に関する記載は無いが、 3格子光学系を用いた光学式ロータリエンコーダの発明が開示されている（例えば特許文献 3参照)。

図 23は、本従来技術における光学式ロータリエンコーダの斜視図である。図において、回転ディスク 110には等ピッチの回転スリット 111が形成され、固定スケール 160には、変位検出用光源スリット 133および変位検出用固定スリット 134、 1 35が形成してある。

[0008] 光源 130からの光は、変位検出用光源スリット 133を通して変位検出用回転スリット 111を照射し、反射光は変位検出用固定スリット 134、 135上に回折像を生成する。本従来例によると、光源から射出された光線の直線光路上において、前記 3つのスリットのスリットピッチが等しくなるように形成する力、あるいは変位検出用光源スリット 1 33および変位検出用固定スリット 134、 135のピッチが変位検出用回転スリット 111 のスリットピッチの 2倍となるようにスリットパターンを形成することにより、ギャップ変動に強く SZNの良、変位信号が得られることが記載されて、る。

特許文献 1 :特開昭 56— 14112号公報

特許文献 2：特開昭 61— 212727号公報

特許文献 3：特開平 9— 133552号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] し力しながら、第 1従来技術の発明は、格子ピッチの異なる複数のスリットからの検出出力を合成して原点信号を生成しているため、検出出力を合成するための演算回路が必要となり、検出回路の構成が複雑であった。また、 3格子光学系では複数の異なる格子ピッチから SZNの良い検出信号得を共通のギャップ設定で得ることは難しぐ 3格子光学系の適用は困難であった。

[0010] また、第 2従来技術の発明は、原点検出用第 1電気信号 Volと原点検出用第 2電気信号 Vo2を組み合わせて第 2電気信号 Vo2から得られた基準位置を基に原点検出用第 1電気信号 Volと第 1基準電圧 Vreflと等しくなる交点を特定し、原点位置を決定しているため、絶対原点特定回路が必要となり回路構成が複雑であった。また、原点検出用第 2電気信号 Vo2は格子による光学的変調を受けない信号であるため変位に対して急峻に変化する信号を生成することが難しぐ精度の高い原点信号を生成することが困難であった。

[0011] また、第 3従来技術の発明は、原点信号を持たないので外部に別の原点信号生成手段を設ける必要があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、構成が簡単で、また 3格子光学系にも適用できる高精度の原点信号生成手段を備えた光学式エンコーダを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

[0012] 上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。

請求項 1に記載の発明は、相対的に回転する 2つの部材の一方の部材に回転ディスクを備え、他方の部材に光源と固定スケールと受光素子とを備え、前記 2つの部材の相対的な回転角度を検出する光学式エンコーダにおいて、前記回転ディスクは、平行に配列された等ピッチの直線状のスリットパターンが形成された原点相用回転スリットを備え、前記固定スケールは、平行に配列された等ピッチの直線状のスリットパターンが形成された原点相用固定スリットを備えたことを特徴としてヽる。

また、請求項 2記載の発明は、前記原点相用固定スリットは、前記回転ディスクの回転中心からスリットの長軸方向のお互いに異なる位置に複数の前記スリットパターンが形成されてヽることを特微としてヽる。

また、請求項 3記載の発明は、前記原点相用回転スリットは、前記回転ディスクの回転中心からスリットの短軸方向に偏心して前記スリットパターンが形成され、前記原点相用固定スリットは、前記回転中心からスリットの短軸方向に偏心して前記スリットバターンが形成されて、ることを特微として、る。

また、請求項 4記載の発明は、前記原点相用回転スリットは、前記回転ディスクの回転中心からスリットの短軸方向に偏心して前記スリットパターンが形成され、前記原点相用固定スリットは、前記回転中心からスリットの短軸方向に偏心するとともに、前記回転中心からスリットの長軸方向のお互いに異なる位置に複数の前記スリツトパターンが形成されて、ることを特微として、る。

また、請求項 5記載の発明は、前記固定スケールは、平行に配列された等ピッチの直線状のスリットパターンが形成されて前記光源の前面に配置された原点相用光源スリットおよび前記原点相用固定スリットを備えたことを特徴として、る。

また、請求項 6記載の発明は、前記原点相用固定スリットは、前記回転ディスクの回転中心からスリットの長軸方向のお互いに異なる位置に複数の前記スリットパターンが形成されてヽることを特微としてヽる。

また、請求項 7記載の発明は、前記原点相用回転スリットは、前記回転ディスクの回転中心からスリットの短軸方向に偏心して前記スリットパターンが形成され、前記原点相用固定スリットは、前記回転中心からスリットの短軸方向に偏心して前記スリットバターンが形成されて、ることを特微として、る。

また、請求項 8記載の発明は、前記原点相用回転スリットは、前記回転ディスクの回転中心からスリットの短軸方向に偏心して前記スリットパターンが形成され、前記原点相用固定スリットは、前記回転中心からスリットの短軸方向に偏心するとともに、前記回転中心からスリットの長軸方向のお互いに異なる位置に複数の前記スリツトパターンが形成されて、ることを特微として、る。

また、請求項 9記載の発明は、相対的に回転する 2つの部材の一方の部材に回転ディスクを備え、他方の部材に光源と固定スケールと受光素子とを備え、前記 2つの部材の相対的な回転角度を検出する光学式エンコーダにおいて、前記回転ディスクは、前記相対的に回転する 2つの部材の回転中心と異なる位置に放射中心をもつ等ピッチの放射状のスリットパターンが形成された原点相用回転スリットを備え、前記固定スケールは、等ピッチの放射状のスリットパターンが形成された原点相用固定スリツトを備えたことを特徴として、る。

また、請求項 10記載の発明は、前記固定スケールは、放射状のスリットパターンが形成されて前記光源の前面に配置された原点相用光源スリットおよび前記原点相用固定スリットを備えたことを特徴として、る。

発明の効果

[0013] 請求項 1に記載の発明によると、原点相用回転スリット及び原点相用固定スリットはそれぞれ 1種類の等ピッチの直線状のスリットパターンを形成するだけでょ、ので、パターン構成が簡単である。また、原点相用回転スリットおよび原点相用固定スリットを通して得られた 1信号だけを処理すれば良いので、検出回路も簡単になる。

請求項 5または請求項 10記載の発明によると、 3格子光学系を用いた原点検出ができるので、回転ディスクと固定スケール間のギャップが広く取れ、ギャップ変動に強 V、原点信号を備えたエンコーダが実現できる。

請求項 9に記載の発明によると、原点相用回転スリット及び原点相用固定スリットはそれぞれ 1種類の等ピッチの放射状のスリットパターンを形成するだけでよ、ので、パターン構成が簡単である。また、原点相用回転スリットおよび原点相用固定スリットを通して得られた 1信号だけを処理すれば良いので、検出回路も簡単になる。

図面の簡単な説明

[0014] [図 1]本発明の第 1実施例を示すエンコーダの斜視図である。圆 2]本発明の第 1実施例の原点相用回転スリットの配置を示すスリットパターン図である。

圆 3]本発明の第 1実施例の原点相用回転スリットによる像と原点相用固定スリットの位置関係を示す模式図である。

圆 4]本発明の第 1実施例の原点相用回転スリットの回転角度と原点相用受光素子の出力との関係を示すグラフである。

圆 5]本発明の第 2実施例を示すエンコーダの斜視図である。

圆 6]本発明の第 2実施例における原点相用回転スリットの配置を示すスリットパターン図である。

圆 7]本発明の第 2実施例の原点相用回転スリットによる像と原点相用固定スリットの位置関係を示す模式図である。

圆 8]本発明の第 2実施例の原点相用回転スリットの回転角度と原点相用受光素子の出力との関係を示すグラフである。

圆 9]本発明の第 3実施例を示すエンコーダの斜視図である。

圆 10]本発明の第 3実施例の原点相用回転スリットの回転角度と原点相用受光素子の出力との関係を示すグラフである。

圆 11]本発明の第 4実施例を示すエンコーダの斜視図である。

圆 12]本発明の第 4実施例の原点相用回転スリットによる像と原点相用固定スリットの位置関係を示す模式図である。

圆 13]本発明の第 4実施例の別の効果を示すエンコーダの斜視図である。

圆 14]本発明の第 5実施例を示すエンコーダの斜視図である。

圆 15]本発明の第 6実施例を示すエンコーダの斜視図である。

圆 16]本発明の第 7実施例を示すエンコーダの斜視図である。

圆 17]本発明の第 8実施例を示すエンコーダの斜視図である。

圆 18]本発明の第 9実施例を示すエンコーダの斜視図である。

[図 19]第 1従来技術の基準位置信号発生装置の構成を示す斜視図である。

[図 20]第 1従来技術の基準位置信号発生装置の動作原理を示す模式図である。

[図 21]第 2従来技術におけるエンコーダの斜視図である。 [図 22]第 2従来技術における原点信号の生成原理を示す信号波形図である。

[図 23]第 3従来技術における光学式ロータリエンコーダの斜視図である。

符号の説明

[0015] 100 回転中心

110 回転ディスク

111 変位検出用回転スリット

112 原点相用回転スリット

120、 160 固定スケール

121 射出窓

122-124 原点相用固定ススリット

125、 126、 134、 135 変位検出用固定スリット

130 光源

132 原点相用光源スリット

133 変位検出用光源スリット

140、 141、 142 原点相用受光素子

143、 144 変位検出用受光素子

150 回転軸

170 像

250 ノヽブ

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

実施例 1

[0017] 図 1は、本発明の第 1実施例を示すエンコーダの斜視図である。

図において 110は回転ディスク、 120は固定スケール、 130は光源、 140は原点相用受光素子、 150は回転軸で、回転ディスク 110上には変位検出相用回転スリット 1 11と原点相用回転スリット 112が設けられ、固定スケール 120には射出窓 121、原点相用固定スリット 122が設けられている。原点相用回転スリット 112は平行に配列された直線状のスリットパターン力も構成され、原点相用固定スリット 122も平行に配列された直線状のスリットパターン力構成されて、る。

なお、変位検出部の構成については公知であるので、その説明を省略する。

[0018] 図 2は本実施例における原点相用回転スリットの配置を示す回転ディスク 110のスリットパターン図で、図に示すように、原点相用回転スリット 112はスリットの長軸方向の中心 CLが回転中心 100を通るように形成した。原点相用回転スリット 112はスリットピツチ Pのスリットパターンが形成されて、る。

[0019] つぎに動作について説明する。

図 3は回転ディスクが回転したときの原点相用回転スリットによる像と原点相用固定スリットの位置関係を示す模式図で、 170は光源 130からの照射光が原点相用回転スリット 112で反射され原点相用固定スリット 122上に形成された像で、原点相用固定スリット 122上にはピッチ Pの像が形成される。点線内は明部、それ以外は暗部を示す。また、 Lは原点相用固定スリットの長軸方向のスリット長を示す。

[0020] 図 3 (a)は、像 170と原点相用固定スリット 122とのなす角 Θ (回転角度 0 )が tan— P/L)より大きい場合である。この範囲では、像 170が複数の原点相用固定スリット 12 2と交差して、像 170の明部と暗部がほぼ半々に原点相用固定スリット 122の開口部に重なるので、原点相用固定スリット 122を通過する光量は最大値のほぼ半分の値を示す。

[0021] ^の状態から^— ^— ^— ^— に向カて^カ^に近づく原点相用固定スリット 122の開口部は像 170の明部と多く重なるので、原点相用固定スリット 12 2を通過する光量は次第に大きくなり、図 3 (f)の 0 =0の状態では、原点相用固定スリット 122の開口部には像 170の明部のみが重なり、原点相用固定スリット 122を通過する光量は最大となる。

[0022] 図 4は原点相用回転スリットの回転角度と原点相用受光素子の出力との関係を示すグラフである。

本実施例では、 Ρ=40 /ζ πι、 L = 2. 4mmとした。なお、縦軸の原点相用受光素子出力は、最大値を 1に規格ィ匕した値である。

[0023] 図から、 0 =士 tan— / ニ約 ± 1° で出力はほぼ 0. 5となり、 0 =0に近づくに従って出力は急峻に立ち上がつていることが分かる。したがって、例えば、図示しない電流電圧変換回路で素子出力を電圧信号に変換しコンパレータ回路等の信号処理回路で、原点相用受光素子出力の 0. 8以上のポイントを検出すれば、ほぼ ±0. 5 ° 幅の原点信号を得ることができる。

実施例 2

[0024] 図 5は本発明の第 2実施例を示すエンコーダの斜視図である。また、図 6は本実施例における原点相用回転スリットの配置を示すスリットパターン図である。 Rは回転中心 100から原点相用回転スリット 112の長軸方向の端までの距離である。

本実施例が第 1実施例と異なる点は、原点相用回転スリット 112をスリットの長軸方向に回転中心 100からずらして配置した点である。図 5に示すように固定スケール 12 0、光源 130および原点相用受光素子も同様にずらして配置している。

[0025] 次に、本実施例の動作について説明する。

図 7は本実施例における回転ディスクが回転したときの原点相用回転スリットによる像と原点相用固定スリットの位置関係を示す模式図であり、 A)は R=0、 B)は R=0. 5L、 C)は R=Lの場合である。

[0026] 図 7において A)、 B)、 C)とも、 (a)は像 170と原点相用固定スリット 122とのなす角

(回転角度 0 )が 0く -tan"¹ (P/L)、または Θ >tan— ¹ (P/L)の場合である。この範囲では、像 170が複数の原点相用固定スリット 122と交差して、原点相用固定スリット 1 22の開口部を通過する像 170は明部と暗部は実施例 1と同様にほぼ半々となる。しかし、原点相用固定スリット 122の一部が像 170からはずれていることが、実施例 1と異なる。原点相用固定スリット 122を通過する光量はその分小さくなり、さらに Θが大きくなり像 170から原点相用固定スリット 122から大きくはずれると原点相用受光素子出力は 0に近づく。

[0027] 図 7において A)の場合、（b)の 0 =士 tan— P/L)の状態では原点相用固定スリット 122の開口部には像 170の明部と暗部が等しく重なるので、原点相用受光素子出力は 0. 5になる。（c)の 0

付近では、原点相用固定スリット 122の開口部には像 170の暗部が多く重なるので、原点相用受光素子出力が 0. 5より減少する。 Θ力^に近づき（d)の 0 =±tan— P/SL)の状態になると、原点相用固定スリット 1 22の開口部には像 170の明部と暗部が等しく重なるので、原点相用受光素子出力が 0. 5になる。その後、（e)→(f)に向かって Θカ^に近づいていくと、単純に原点相用固定スリット 122の開口部に像 170の明部が重なる割合が多くなるので、光量は次第に大きくなり、（f)の 0 =0の状態で、原点相用受光素子出力が最大の 1になる。

[0028] B)の場合、 (b)の Θ =±tan— ¹ (P/L)の状態では、 A)の場合と同様に原点相用固定スリット 122の開口部には像 170の明部と暗部が等しく重なるので原点相用受光素子出力は 0. 5になる。この状態では、像 170の明部が本来通過すべきスリットの隣のスリットを通過して、る。 (b)→ (c)→ (d)→ (e)→ (f)と Θが 0に近づ!/ヽて、くと、像 170 は回転するとともに、原点相用固定スリット 122の短軸方向に平行移動して、明部が Θ =0におけるスリットに重なっていく。（c)の状態では、原点相用固定スリット 122の開口部には像 170の明部と暗部が等しく重なり、原点相用受光素子出力は 0. 5になる。（d)の 0 =±tan— P/SL)の状態では、原点相用固定スリット 122の開口部には像 170の暗部が多く重なるので、原点相用受光素子出力は 0. 5より減少する。（e)の状態では、再度、原点相用固定スリット 122の開口部には像 170の明部と暗部が等しく重なり、原点相用受光素子出力は 0. 5になる。その後は、単調に原点相用固定スリット 122の開口部に像 170の明部が重なっていき、原点相用固定スリット 122を通過する光量は大きくなり、原点相用受光素子出力が最大値 1に近づく。（f)の 0 =0の状態で、原点相用受光素子出力が最大の 1になる。

[0029] C)の場合、 (b)の Θ =±tan— ¹ (P/L)の状態では、 A)および B)の場合と同様に原点相用固定スリット 122の開口部には像 170の明部と暗部が等しく重なるので原点相用受光素子出力は 0. 5になる。この状態では、像 170の明部が Θ =0におけるスリットの隣と 2つ隣のスリットを通過している。（1))→(じ）→((1)→(6)→(£)と0カ^に近づぃていくと、像 170は回転するとともに、原点相用固定スリット 122の短軸方向に平行移動して、明部が 0 =0におけるスリットに重なっていく。（c)の状態では、原点相用固定スリット 122の開口部には像 170の明部が若干多く重なり、原点相用受光素子出力は 0. 5より多少大きくなる。（d)の 0

の状態では、再度、原点相用固定スリット 122の開口部には像 170の明部と暗部が等しく重なり、原点相用受光素子出力は 0. 5になる。（e)の状態では、原点相用固定スリット 122の開口部には像 1 70の暗部が多く重なるので、原点相用受光素子出力は 0. 5より小さくなる。その後は、単調に原点相用固定スリット 122の開口部に像 170の明部が重なっていき、原点相用固定スリット 122を通過する光量は大きくなり、原点相用受光素子出力が最大値 1 に近づく。（f)の 0 =0の状態で、原点相用受光素子出力が最大の 1になる。

[0030] 図 8は回転角度 Θと原点相用受光素子出力との関係を示すグラフで、像 170と原点相用固定スリット 122の関係が回転角度 Θに応じて図 7のように変化するときの回転角度 Θと原点相用受光素子出力との関係を示したものである。

[0031] 原点相用回転スリット 112の中心と回転中心 100との距離 Rに応じて、原点相用受光素子 140の出力は図 8のように変化する。すなわち、原点相用回転スリット 112の中心と回転中心 100との距離を Rが大きくなるにつれて、 Θ =0におけるパルス状出力の左右に側帯波状に発生する出力信号が大きくなるが、 Θ =0におけるパルス状出力はより急峻な信号になる。 R=Ommが図 7の A)の場合に対応し、 R= l. 2mm が図 7の B)の場合に対応し、 R= 2. 40mmが図 7の C)の場合に対応する。

[0032] 例えば Ρ=40 /ζ πι、 L= 2. 4mmのとき、 R= l. 2mmに設定すると、実施例 1相当の R=— l. 2mmにおける出力信号波形と比較して、 Θ =0におけるパルス状出力はより急峻であり、左右で発生する出力信号の山の大きさもパルス状の出力信号に比べて十分小さいことがわかる。例えば、縦軸の原点相用受光素子出力の 0. 8のレベルを閾値としてコンパレータ回路で検出すれば、 ±0. 25° 幅の原点信号を得ることがでさる。

[0033] このように、本実施例では原点相用回転スリットをスリットの長軸方向に回転中心からずらして配置したので急峻なパルス状出力を得ることができるので精度の高い原点信号を得ることができる。また、第 1実施例では、原点相用回転スリット 112および原点相用固定スリット 122の中心を回転中心 100上に配置しているので、 180度回転した位置にもパルス状の出力信号が発生し、 1回転に 2パルスの信号が発生するが、本実施例では、原点相用回転スリット 112を回転中心 100からずらして形成しているので、 180度回転した位置には発生せず、回転ディスク 1回転に 1パルスの原点信号を得ることができる。

実施例 3

[0034] 図 9は、本発明の第 3実施例を示すエンコーダの斜視図である。図において、 123は第 1の原点相用固定スリット、 124は第 2の原点相用固定スリツトである。本実施例が第 2実施例と異なる点は、固定スケール 120上の 2個の原点相用固定スリットを設け、長軸方向の異なる位置に配置した点である。第 1の原点相用固定スリット 123と第 2の原点相用固定スリット 124のそれぞれの長軸方向の端と回転中心 100との距離はそれぞれ R1および R2となるように配置されている。

[0035] 次に、本実施例の動作について説明する。

第 2実施例で記載したように、原点相用固定スリットの長軸方向の端と回転中心との距離 Rによって、原点相用受光素子出力の出力波形が変化する。これを利用し、距離 Rの異なる複数の原点相用固定スリットから得られる原点相用受光素子出力をカロえることにより、 Θ =0で得られるパルス状の出力が急峻で、 Θ =0の近傍で発生するパルス状の出力を抑制することができる。

[0036] 図 10は本実施例における回転角度と原点相用受光素子の出力との関係を示すグラフである。本実施例では、 Ρ=40 /ζ πι、 L = 2. 4mmである第 1の原点相用固定スリット 123と第 2の原点相用固定スリット 124をそれぞれ距離 Rl = 2. 5mm、 R2 = 5 mmに配置して、それぞれの原点相用固定スリットに対応する原点相用受光素子から得られる出力信号を加算演算して合成した。 ±0. 4° 付近で、第 2の原点相用固定スリット 124を通過した原点相用受光素子出力信号には大きな側帯波信号生じる力第 1の原点相用固定スリット 123を通過した原点相用受光素子出力信号で打ち消すように合成される。その結果、例えば、縦軸の原点相用受光素子出力の 1. 5のレベルを閾値としてコンパレータ回路で検出すれば、 ±0. 075° 幅の原点信号を得ることがでさる。

[0037] このように、長軸方向の端と回転中心 100との距離が異なる原点相用固定スリットを適当に組み合わせれば、側帯波が小さぐ急峻な 0° 付近のパルス状の波形を得ることができ、高分解能な原点信号を得ることができる。

本実施例では、 Rl、 R2を 1 : 2の比で構成した力他にも好ましい組み合わせは存在する。また、本実施例では、スリット長方向の異なる位置に 2つの原点相用固定スリットを配置した力 3つ以上の原点相用固定スリットを組み合わせることも可能である。実施例 4 [0038] 図 11は、本発明の第 4実施例を示すエンコーダの斜視図である。

本実施例が第 1実施例と異なる点は、原点相用回転スリット 112をスリット短軸方向に回転中心 100からずらして配置した点である。図において、 250は、シャフト 150から延びて回転ディスク 110の中心部を貫き、回転ディスク 110の固定に使用されるハブである。

[0039] 図 12は本実施例において、回転ディスク 110が原点位置力も角度 Θだけ回転した位置にあるときの像 170と原点相用固定スリット 122の関係を示している。ここで、 30 0は原点相用固定スリット 122の中心、 200は原点相用回転スリット 112による像 170 の中心で、原点位置にある時は原点相用固定スリット 122の中心 300と重なる。回転中心 100から像 170の中心 200までの距離を rとしている。

[0040] 像 170は、像の中心 200を中心に Θ分だけ自転するとともに、像の中心 200が原点相用固定スリット 122の中心 300から図の Xおよび Y方向にそれぞれ r—r'cos Θおよび r'sin Θ分だけ平行移動したと見なせる。したがって、原点相用受光素子から得られる出力信号は、回転による像 170と原点相用固定スリット 122のずれと、平行移動による像 170と原点相用固定スリット 122のずれより影響される。

[0041] 回転による影響は、実施例 1の図 3と同様であり、像 170と原点相用固定スリット 12 2とのなす角 Θ力 ¾aiT P/L)より大きい場合、像 170が複数の原点相用固定スリット 1 22と交差して、像 170の明部と暗部がほぼ半々に原点相用固定スリット 122の開口部に重なる。原点相用受光素子出力は最大値のほぼ半分になる。したがって、この場合には、平行移動による影響があっても原点相用受光素子出力は最大値のほぼ半分により大きくなることはない。また、さらに Θが大きくなるに従って、像 170が原点相用固定スリット 122からはずれて、き、原点相用受光素子出力は 0に近づヽて、く

[0042] Θ力 ¾an— P/L)より小さい場合の平行移動による影響は、 Θの値が小さいので、 X 方向の変位 r—r'cos Θは非常に小さぐまた原点相用固定スリット 122が、短軸に比ベて長軸方向に十分に長い形状をしているので、 Y方向の変位 r'sin Θについても無視できる程度の大きさである。例えば、 P=40 m、 L = 2. 4mm、 r=10mmの場合、 Θ =tan^_1 (P/L) =0. 95° のときの X方向の変位は 1. 4 m、 Y方向の変位は 0. 1 7mmであり、十分無視できる大きさである。したがつてこの範囲では、原点相用受光素子出力は回転による影響のみ生じる。

[0043] このように本実施例では、回転中心力原点相用回転スリット 120の短軸方向に偏心して原点相用回転スリット 120を形成したので、回転ディスク 110の中心部には、回転ディスク 110の固定に使用されるハブ 250を設けることができる。

[0044] 図 13は、本実施例における別の効果を説明するためのエンコーダの斜視図である。

図において、 112は原点相用回転スリットで、スリット短軸方向に回転中心 100からずらし、変位検出用回転スリット 111の近傍に形成している。また、 122は原点相用固定スリット、 125、 126は変位検出用固定スリットで、 1つの固定スケール 120上に形成されている。また、 130は変位検出用回転スリット 111および原点相用回転スリツト 112を照射する光源である。

[0045] 次に動作について説明する。

光源 130からの照射光は、射出窓 121を通過して変位検出用回転スリット 111および原点相用回転スリット 112を照射する。変位検出用回転スリット 111で反射した光は、変位検出用固定スリット 125、 126を通過して受光素子 143、 144で検出され、図示しない信号処理回路で変位信号に変換される。同様に、原点相用回転スリット 1 12で反射した光は原点相用固定スリット 122を通過して原点相用受光素子 140で検出される。

[0046] このように、本実施例では原点相用回転スリットをスリット短軸方向に回転中心からずらして配置したので、変位検出用回転スリットの近くに原点相用回転スリットを配置できる。従って、変位検出用固定スリットと近傍に原点相用固定スリットを 1つの固定スケール上に形成でき、構成が簡単になる。また、 1つの光源で両スリットを照射できる。すなわち、発光素子、受光素子、固定スケールで構成される検出部を小さくできる。

実施例 5

[0047] 図 14は、本発明の第 5実施例を示すエンコーダの斜視図である。

図において、 123は第 1の原点相用固定スリット、 124は第 2の原点相用固定スリツトで、スリット短軸方向に回転中心力ずらして配置すると共に、原点相用固定スリットの長軸方向の異なる位置に配置されている。本発明が第 4実施例と異なる点は、原点相用固定スリットの長軸方向の異なる位置に第 1の原点相用固定スリット 123と第 2 の原点相用固定スリット 124を設けたことである。

[0048] このように、本実施例では原点相用回転スリットを原点相用固定スリットの短軸方向に回転中心 100からずらして配置するとともに、長軸方向の異なる位置に第 1の原点相用固定スリット 123と第 2の原点相用固定スリット 124を設けることにより、回転ディスク 110の中心部には、回転ディスク 110の固定に使用されるハブ 250を設けることができ、さらに 2つの固定スリットからの検出信号を組み合わせることによって、側帯波が小さく急峻なパルス状の波形を得ることができる。従って、高分解能な原点信号を得ることができる。

[0049] また、本実施例の構成を取ることにより、変位検出用回転スリットの近くに原点相用回転スリットを配置するとともに、変位検出用固定スリットと近傍に原点相用固定スリツトを 1つの固定スケール上に形成でき、構成が簡単になる。さらに、その際、 1つの光源で両スリットを照射することも可能であり、発光素子、受光素子、固定スケールで構成される検出部を小さくすることができる。

実施例 6

[0050] 図 15は、本発明の第 6実施例を示すエンコーダの斜視図である。

図にお、て、 132は光源 130からの照射光を線光源列に変換する原点相用光源スリットである。本発明が第 2実施例と異なる点は、固定スケール 120に原点相用光源スリット 132と原点相用固定スリット 122を形成した点である。

[0051] 光源 130からの照射光は原点相用光源スリット 132を通して原点相用回転スリット 1 12を照射する。原点相用回転スリット 112からの反射光は原点相用固定スリット 122 上に干渉縞を生成する。この干渉縞を原点相用固定スリット 122を通して受光素子 1 40で検出する。このように、原点相用光源スリット、原点相用回転スリットおよび原点相用固定スリットを用いた 3格子光学系による原点検出を行うことができる。

[0052] 本実施例の回転ディスクが回転したときの原点相用回転スリットによる像と原点相用固定スリットの位置関係は第 2実施例と同様であり、第 2実施例と同様に急峻な原点信号が得られるとともに、光学系として 3格子光学系を使用しているので、回転ディスク 110と固定スケール 120間のギャップが変動しても安定して原点検出信号が得られる。

また、図示しないが変位検出部も 3格子光学系で構成することにより、変位検出部も原点検出部もギャップ変動に強いエンコーダを実現できる。

なお、前記原点相用光源スリット、前記原点相用回転スリットおよび原点相用固定スリットのピッチを、 1 : 1 : 1の比で形成しても、 2 : 1 : 2の比で形成しても力まわな、。

実施例 7

[0053] 図 16は、本発明の第 7実施例を示すエンコーダの斜視図である。

図において、 123は第 1の原点相用固定スリット、 124は第 2の原点相用固定スリツトで、スリット短軸方向に回転中心力ずらして配置すると共に、原点相用固定スリットの長軸方向の異なる位置に配置されている。本発明が第 6実施例と異なる点は、原点相用固定スリットの長軸方向の異なる位置に第 1の原点相用固定スリット 123と第 2 の原点相用固定スリット 124を設けたことである。

[0054] 次に、動作について説明する。

光源 130からの照射光は原点相用光源スリット 132を通して原点相用回転スリット 11 2を照射する。原点相用回転スリット 112からの反射光は第 1の原点相用固定スリット 123および第 2の原点相用固定スリット 124上に干渉縞を生成する。この干渉縞を第 1の原点相用固定スリット 123および第 2の原点相用固定スリット 124を通して受光素子 141および 142で検出する。このように、原点相用光源スリット、原点相用回転スリットおよび原点相用固定スリットを用いた 3格子光学系による原点検出を行うことができる。

[0055] 光学系として 3格子光学系を使用しているので、第 6実施例と同様に回転ディスク 11 0と固定スケール 120間のギャップが変動しても安定して原点検出信号が得られる。また、本実施例では 2つの固定スリットからの検出信号を組み合わせることによって、側帯波が小さく急峻なパルス状の波形を得ることができる。従って、高分解能な原点信号を得ることができる。なお、変位検出部（図示せず)も 3格子光学系で構成することにより、第 6実施例と同様に変位検出部も原点検出部もギャップ変動に強いェンコーダを実現できる。前記原点相用光源スリット、前記原点相用回転スリットおよび原点相用固定スリットのピッチを、 1 : 1 : 1の比で形成しても、 2 : 1 : 2の比で形成してもかまわない。

実施例 8

[0056] 図 17は、本発明の第 8実施例を示すエンコーダの斜視図である。

図において、 112は原点相用回転スリット、 122は前記原点相用固定スリットである本発明が第 2実施例と異なる点は、第 2実施例では原点相用回転スリット 112と前記原点相用固定スリット 122にそれぞれ平行に配列された直線状のスリットパターンを用いたが、本実施例では、原点相用回転スリットとして隣接するスリット間の角度が等し、等ピッチの放射状のスリットを用いた点である。原点相用回転スリットの放射状の中心 101は、回転中心 100と異なる位置に配置して!/、る。

[0057] 本実施例では、原点相用回転スリット 112の放射形状の開きの向きを逆にして変位検出相用回転スリット 111の近くに配置した。放射形状の開きの向きを逆にすることによって、原点相用回転スリット 112を変位検出相用回転スリット 111に近づけても原点近傍で複数のピークが発生しにく、と、う特徴がある。

また、 1つの光源 130で、原点相用回転スリット 112と変位検出相用回転スリット 11 1照射でき、さらに、原点相用固定スリット 122を変位検出相用固定スリット 125、 126 の近くに配置できるので、検出部を小さくできる。

実施例 9

[0058] 図 18は、本発明の第 9実施例を示すエンコーダの斜視図である。

図において、 132は原点相用光源スリットである。本発明が実施例 8と異なる点は、固定スケール 120に放射状の原点相用光源スリット 132を形成した点である。

[0059] 次に、動作について説明する。

光源 130からの照射光は原点相用光源スリット 132を通して原点相用回転スリット 1 12を照射する。原点相用回転スリット 112からの反射光は原点相用固定スリット 122 上に干渉縞を生成する。この干渉縞を原点相用固定スリット 122を通して原点相用受光素子 140で検出する。このように、原点相用光源スリット、原点相用回転スリットおよび原点相用固定スリットを用いた 3格子光学系による原点検出を行うことができるまた、本実施例では原点相用回転スリット 112を変位検出用回転スリット 111の近くに配置した。これによつて変位検出および原点検出に共通の光源を用いることができる。

[0060] このように本実施例では発光素子、受光素子、固定スケールで構成される検出部を小さくできるとともに、 3格子光学系の特徴であるギャップ変動に強いエンコーダが実現できる。なお、前記原点相用光源スリット、前記原点相用回転スリットおよび原点相用固定スリットのピッチを、 1 : 1 : 1の比で形成しても、 2 : 1 : 2の比で形成してもかまわない。

[0061] なお、第 1〜第 9実施例では反射型光学系を用いた実施例を示したが、透過型光学系を用いても同様に実施できる。

産業上の利用可能性

[0062] 簡単な構成で回転体の絶対位置を検出できるので、産業用ロボットや工作機械を駆動するサーボモータの位置検出器に適用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 相対的に回転する 2つの部材の一方の部材に回転ディスクを備え、他方の部材に光源と固定スケールと受光素子とを備え、前記 2つの部材の相対的な回転角度を検出する光学式エンコーダにおいて、

前記回転ディスクは、平行に配列された等ピッチの直線状のスリットパターンが形成された原点相用回転スリットを備え、

前記固定スケールは、平行に配列された等ピッチの直線状のスリットパターンが形成された原点相用固定スリットを備えたことを特徴とする光学式エンコーダ。

[2] 前記原点相用固定スリットは、前記回転ディスクの回転中心力スリットの長軸方向のお互いに異なる位置に複数の前記スリットパターンが形成されていることを特徴とする請求項 1記載の光学式エンコーダ。

[3] 前記原点相用回転スリットは、前記回転ディスクの回転中心力スリットの短軸方向に偏心して前記スリットパターンが形成され、前記原点相用固定スリットは、前記回転中心からスリットの短軸方向に偏心して前記スリットパターンが形成されていることを特微とする請求項 1記載の光学式エンコーダ。

[4] 前記原点相用回転スリットは、前記回転ディスクの回転中心力スリットの短軸方向に偏心して前記スリットパターンが形成され、前記原点相用固定スリットは、前記回転中心からスリットの短軸方向に偏心するとともに、前記回転中心力スリットの長軸方向のお互いに異なる位置に複数の前記スリットパターンが形成されていることを特微とする請求項 1記載の光学式エンコーダ。

[5] 前記固定スケールは、平行に配列された等ピッチの直線状のスリットパターンが形成されて前記光源の前面に配置された原点相用光源スリットおよび前記原点相用固定スリットを備えたことを特徴とする請求項 1記載の光学式エンコーダ。

[6] 前記原点相用固定スリットは、前記回転ディスクの回転中心力スリットの長軸方向のお互いに異なる位置に複数の前記スリットパターンが形成されていることを特徴とする請求項 5記載の光学式エンコーダ。

[7] 前記原点相用回転スリットは、前記回転ディスクの回転中心力スリットの短軸方向に偏心して前記スリットパターンが形成され、前記原点相用固定スリットは、前記回転中心からスリットの短軸方向に偏心して前記スリットパターンが形成されていることを特微とする請求項 5記載の光学式エンコーダ。

[8] 前記原点相用回転スリットは、前記回転ディスクの回転中心力スリットの短軸方向に偏心して前記スリットパターンが形成され、前記原点相用固定スリットは、前記回転中心からスリットの短軸方向に偏心するとともに、前記回転中心力スリットの長軸方向のお互いに異なる位置に複数の前記スリットパターンが形成されていることを特微とする請求項 5記載の光学式エンコーダ。

[9] 相対的に回転する 2つの部材の一方の部材に回転ディスクを備え、他方の部材に光源と固定スケールと受光素子とを備え、前記 2つの部材の相対的な回転角度を検出する光学式エンコーダにおいて、

前記回転ディスクは、前記相対的に回転する 2つの部材の回転中心と異なる位置に放射中心をもつ等ピッチの放射状のスリットパターンが形成された原点相用回転スリットを備え、前記固定スケールは、等ピッチの放射状のスリットパターンが形成された原点相用固定スリットを備えたことを特徴とする光学式エンコーダ。

[10] 前記固定スケールは、放射状のスリットパターンが形成されて前記光源の前面に配置された原点相用光源スリットおよび前記原点相用固定スリットを備えたことを特徴とする請求項 9記載の光学式エンコーダ。