WO2008044367A1 - Codeur - Google Patents

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detected light
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Seiichiro Mizuno
Takayuki Suzuki
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Hamamatsu Photonics KK
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    • G01D5/36—Forming the light into pulses

Definitions

  • the present invention relates to an optical encoder.
  • This conventional encoder has an optical scale in which grating windows having different diffraction patterns are arranged in an annular shape, and a diffraction pattern of detected light irradiated to the grating window through a slit is imaged by an image sensor.
  • the captured diffraction pattern force also identifies the grating window, identifies the position of the grating window based on the position of the diffraction pattern in the image, and detects the absolute angle of the measurement object.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 8-10145
  • the absolute angle is detected directly from the position of each specified grating window. For this reason, for example, if the positional relationship of each member constituting the optical system is shifted due to difficulty in processing the disk of the scale or subsequent changes over time, and the irradiation position of the light to be detected with respect to the scale is shifted, the absolute angle is There was a problem that the detection accuracy decreased.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and provides an encoder capable of accurately detecting an absolute angle even when the irradiation position of the light to be detected with respect to the scale deviates from the reference force.
  • the purpose is to do.
  • an encoder includes a rotating body, a light source device that emits detection light to the rotating body, a scale in which a plurality of light receiving elements are arranged, and the rotating body. And a light receiving device having an output unit that outputs an output signal based on the light intensity of the detected light incident on the light receiving element via the light receiving element, the light receiving element being scaled along the annular array line
  • the rotating body includes an area including a part of the array line as a bright part irradiated with the detection light, and the area including the other part except the part of the array line is irradiated with the detection light. It is not characterized by dark areas.
  • a region including a part of an array line on a scale in which a plurality of light receiving elements are arrayed in a ring is defined as a bright part irradiated with detection light, and other parts excluding a part of the array line
  • the rotating body is used as a dark part where the detection light is not irradiated.
  • the angle range (reference angle range) corresponding to the half-value width of the one-dimensional profile of the output signal can also grasp in advance the shape force of the bright portion formed on the scale.
  • the angle range corresponding to the half-value width of the one-dimensional profile of the output signal at the time of angle detection changes by a certain amount from the reference angle range.
  • this encoder calculates the amount of change in the angle range as a correction amount, and adjusts the correction amount with respect to the absolute angle indicated by the reference point, so that even if the irradiation position of the detected light on the scale deviates from the reference force, The absolute angle can be accurately detected.
  • a semicircular light transmission portion having a diameter corresponding to the array line is formed in the rotating body, and the bright portion is formed by the detected light that has passed through the light transmission portion.
  • the light transmission part is preferably an opening.
  • the rotating body has a semicircular light reflecting portion having a diameter corresponding to the array line, and the bright portion is formed by the detected light reflected by the light reflecting portion.
  • the light reflecting portion is formed at a position shifted from the optical axis central force of the detected light. In this case, it is possible to prevent the peak portion of the detected light from directly entering the light receiving element, so that it is possible to suppress a decrease in the detection accuracy of the encoder due to the saturation of the light receiving element.
  • the light receiving elements are preferably arranged in a staggered pattern along the arrangement line. In this case, the resolution of angle detection can be improved while keeping the scale small.
  • a light absorption film is formed in a region excluding a region where the light receiving elements are arranged. In this way, the influence of multiple reflections of the detected light can be mitigated, and the S / N ratio of the one-dimensional profile of the output signal that can also obtain the light receiving element force can be improved.
  • the absolute angle can be accurately detected even when the irradiation position of the light to be detected with respect to the scale is deviated from the reference force.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an encoder according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an optical system of the encoder shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of the light receiving device.
  • FIG. 4 is a plan view of a rotating plate with gears.
  • FIG. 5 is a diagram showing an arrangement relationship between an opening and a scale.
  • FIG. 6 is a flowchart showing processing when an absolute angle of a measurement object is detected by the encoder shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a one-dimensional profile of light intensity of detected light.
  • FIG. 8 is a diagram showing an arrangement relationship between an opening and a scale when a positional deviation occurs.
  • FIG. 9 is a diagram showing a one-dimensional profile of the light intensity of the detected light when there is a positional shift.
  • FIG. 10 is a perspective view showing an encoder according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view of a rotating plate with gears according to a modification.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an encoder according to the first embodiment of the present invention.
  • An encoder 1 shown in FIG. 1 is a so-called absolute type rotary encoder, and is a device that detects an absolute angle of a measurement object (not shown) such as a steering wheel of an automobile.
  • the encoder 1 includes a rotating shaft 2 connected to an object to be measured and a geared disc 3 fixed to the rotating shaft 2.
  • the geared disk 3 rotates in the direction of arrow A along with the rotation of the rotating shaft 2 interlocked with the measurement object.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the optical system S of the encoder 1.
  • the optical system S of the encoder 1 is a point light source LED (light source device) 6 that emits the detected light, and a light receiving device 7 that is arranged to face the LED 6 and receives the detected light.
  • a geared rotary plate (rotary body) 8 that meshes with the geared disc 3 and a pair of parallel lenses 9A and 9B arranged so as to sandwich the geared rotary plate 8 therebetween.
  • the light receiving device 7 includes a scale plate 11 in which a plurality of PDs (light receiving elements) 10 are arranged, and an output unit 12 that outputs an output signal from each PDIO. is doing.
  • Concentric first array lines L1 and second array lines L2 are set on the scale plate 11, and each PDIO is arranged in an annular and staggered manner across the array lines LI and L2. .
  • Each PDIO is assigned angle information in increments of 0.5 ° clockwise from the first PDIO (0 °) force to the final PDIO (359.5 °).
  • a light absorption film 18 made of, for example, black resin containing carbon is formed by printing or the like in a region excluding the region where the PDIO is arranged.
  • the output unit 12 includes a plurality (four in this embodiment) of shift registers 13, video lines 14, And a signal processing unit 16.
  • Each shift register 13 is arranged in a substantially rectangular shape concentrically with the scale plate 11 on the inner side of each array line LI, L2, and outputs an output signal based on the light intensity of the received detected light to each PD 10.
  • a scanning signal for outputting is supplied.
  • the video lines 14 are arranged concentrically outside the array lines LI and L2, and output the output signals of as many as PD10 to the signal processing unit 16.
  • the signal processing unit 16 outputs the output signal received from each PD 10 via the video line 14 to the outside.
  • a drive signal supply line (not shown) to each shift register 13 is connected between, for example, PD10 and PD10.
  • the geared rotary plate 8 has an opening 17 through which a part of the detected light emitted from the LED 6 passes.
  • the opening 17 has a semicircular shape concentric with the rotating plate 8 with gears, and the diameter of the opening 17 is larger than the arrangement lines LI and L2 in the scale plate 11.
  • the opening 17 is formed in the direction of the arrow B around the optical axis X of the detected light as shown in FIG. 1 by the cooperation of the geared disc 3 and the geared rotary plate 8. Rotate. Further, a light absorption film 21 having the same material force as that of the light absorption film 18 is formed in a region excluding the opening 17 on the surface of the geared rotary plate 8.
  • the portion that has passed through the opening 17 has a semicircular shape similar to the shape of the opening 17.
  • a bright portion 19 to which the detection light is irradiated is formed in a region of the scale plate 11 including the half circumference of the array lines LI and L2.
  • a portion of the detected light that does not pass through the opening 17 is absorbed by the light absorption film 21.
  • step S01 output signals obtained from each PD 10 are collected, and a one-dimensional profile of the light intensity of the detected light for each PD 10 is obtained (step S01).
  • the detected light that has passed through the opening 17 is incident on each PD 10 corresponding to the half circumference of the array lines LI and L2, and therefore, when a one-dimensional profile is analyzed, FIG. In this way, a wide light intensity waveform P having a substantially flat top is obtained.
  • the obtained light intensity waveform P is binarized (step S02). Then, the PD 10 corresponding to the half-value center of the binarized light intensity waveform P is specified, and the angle of the reference point is detected based on the angle information assigned to the PD 10 (step S03). After detecting the angle of the reference point, the half value width W of the light intensity waveform P is detected, and the angle range corresponding to this half value width W is detected (step S04).
  • a semicircular opening 17 is formed in the geared rotary plate 8. Therefore, when the irradiation position of the light to be detected on the scale plate 11 does not deviate from the reference force, the angle range corresponding to the half width W of the light intensity waveform P (hereinafter referred to as “reference angle range”) is unambiguous. It is calculated as 180 °.
  • reference angle range corresponding to the half width W of the light intensity waveform P
  • a bright portion 19 is formed in a region including half or more of the array lines LI and L2.
  • the angle range corresponding to the half-value width W of the light intensity waveform P increases with respect to the reference angle range, and the position of the reference point is shifted by ⁇ ° / 2 from the true value. It will be.
  • the arrangement lines LI and L2 of the scale plate 11 are arranged.
  • the area including the half-circle is formed with the bright part 19 where the detected light is irradiated, and the area excluding the bright part 19 A dark portion 20 is formed in which no detection light is irradiated. Therefore, the angle range (reference angle range) corresponding to the half-value width W of the light intensity waveform P of the detected light can be uniquely calculated as 180 °.
  • the encoder 1 since the bright portion 19 and the dark portion 20 are formed by using the semicircular opening portion 17, it is opened compared to the case where a slit is used as in the prior art. It is difficult to cause clogging due to the large size of dust. Therefore, the encoder 1 can suppress a decrease in absolute angle detection accuracy due to a decrease in the level of the output signal, etc., even after long-term use.
  • the shift registers 13 are arranged in a substantially rectangular shape concentrically with the scale plate 11 inside the array lines LI and L2. As described above, the light receiving device 7 can be further reduced in size by arranging the shift registers 13 in the extra space inside the array lines LI and L2.
  • the PDs 10 are arranged in a staggered manner across the annular array lines LI and L2. Such an arrangement of the PD 10 can improve the angle detection resolution while keeping the scale plate 11 small.
  • a light absorption film 18 is formed in a region excluding the region where the PDs 10 are arranged. As a result, the influence of multiple reflection of the detected light can be mitigated, and the SN ratio of the one-dimensional profile of the output signal obtained from each PD 10 can be improved.
  • the encoder 30 according to the second embodiment includes a bright portion 19 and a dark portion 20 on a scale plate 11.
  • the light to be detected emitted from the LED 6 is reflected by the light reflecting portion 32 of the geared rotary plate 31 and the light to be detected passes through the opening 17 of the geared rotary plate 8. Is different.
  • the geared rotary plate 31 has a light reflecting portion 32 that reflects a part of the detected light emitted from the LED 6.
  • the light reflecting portion 32 is formed in a semicircular shape concentric with the rotating plate 31 with a gear by, for example, an aluminum thin film.
  • the diameter of the light reflecting portion 32 is larger than the array lines LI and L2 on the scale plate 11.
  • a light absorbing film 33 made of, for example, black resin containing a strong bonnet is formed on the portion excluding the light reflecting portion 32 by printing or the like.
  • the LED 6 is arranged at the center portion of the scale plate 11 in the light receiving device 7.
  • Each PD 10 outputs an output signal based on the received light intensity of the detected light, and is output from the signal processing unit 16 to the outside. Therefore, in this encoder 30 as well, the irradiation position of the detected light on the scale plate 11 1 deviates from the reference by analyzing the one-dimensional profile of the output signal of the detected light according to the same procedure as in the first embodiment. Even in this case, the absolute angle of the measurement object can be detected with high accuracy.
  • the semicircular light reflecting portion 32 is used for forming the bright portion 19 and the dark portion 20, and therefore clogging with dust is less likely to occur as in the first embodiment. Therefore, even when used for a long period of time, it is possible to suppress a decrease in absolute angle detection accuracy due to a decrease in the level of the output signal. Further, since the LED 6 can be disposed on the scale plate 11 side, the optical system Sa can be reduced in size.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be applied.
  • the light-absorbing film 21 is formed in the region excluding the opening 17 in the geared rotary plate 8, but instead of the light-absorbing film 21, a light-reflecting film ( (Not shown) may be formed.
  • the detected light that does not pass through the opening 17 is reflected to the opposite side of the light receiving device 7 by the light reflecting film, so that the SN ratio of the one-dimensional profile of the output signal obtained from each PD 10 can be improved.
  • the encoder 30 as shown in FIG. 11, for example, a semicircular shape in which the side connecting both ends of the arc is located on the arc side with respect to the center of the rotating plate 31 with gears.
  • the reflection part 35 may be formed. As described above, when the reflecting portion 35 is formed at a position deviated from the center of the geared rotary plate 31, the reflecting portion 35 and the optical axis center of the detected light are displaced from each other. Direct incidence can be avoided. Therefore, it is possible to suppress a decrease in detection accuracy of the encoder 30 due to saturation of PD10.
  • the optical axis direction of the detected light is near the center of the rotating plate 31 with the gear so that the reflection of the detected light emitted from the LED 6 does not directly return to the LED 6.
  • a light absorbing film 33 may be provided instead of the light reflecting portion 32 in the region inside the array lines LI and L2 when viewed from the direction.
  • the rotating body with a gear is not limited as long as a part of the scale plate 11 is a bright part where the detection light is incident and another part is a dark part where the detection light is not incident.
  • the shape of the rotating body with the gear itself may be a semicircular shape, and a light absorbing film or a light reflecting film may be formed on the surface.

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Description

明 細 書
エンコーダ
技術分野
[0001] 本発明は、光学式のエンコーダに関する。
背景技術
[0002] 従来の光学式のエンコーダとして、例えば特許文献 1に記載の光学式エンコーダ がある。この従来のエンコーダは、異なる回折パターンを持つ格子窓が環状に配置さ れた光学スケールを有しており、スリットを通して格子窓に照射した被検出光の回折 ノターンをイメージセンサで撮像する。そして、撮像した回折パターン力も格子窓を 特定すると共に、画像中における回折パターンの位置に基づいて格子窓の位置を特 定し、測定対象物の絶対角度を検出する。
特許文献 1 :特公平 8— 10145号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] し力しながら、上述した従来の光学式のエンコーダでは、特定された各格子窓の位 置から直接絶対角度の検出を行っている。そのため、例えばスケールの円板加工の 困難性やその後の経時変化等によって光学系を構成する各部材の配置関係がずれ 、スケールに対する被検出光の照射位置が基準力 ずれてしまうと、絶対角度の検 出精度が低下するという問題があった。
[0004] 本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、スケールに対する被検出 光の照射位置が基準力もずれた場合でも、絶対角度を精度良く検出することができ るエンコーダを提供することを目的とする。 課題を解決するための手段
[0005] 上記課題の解決のため、本発明に係るエンコーダは、回転体と、回転体に対して被 検出光を出射する光源装置と、複数の受光素子が配列されたスケール、及び回転体 を経由して受光素子に入射する被検出光の光強度に基づく出力信号を出力する出 力部を有する受光装置とを備え、受光素子は、環状の配列ラインに沿ってスケール に配列され、回転体は、スケールにおいて、配列ラインの一部を含む領域を被検出 光が照射される明部とし、配列ラインの一部を除く他の部分を含む領域を被検出光 が照射されな 、暗部とすることを特徴として 、る。
[0006] このエンコーダは、複数の受光素子が環状に配列されたスケールにおける配列ライ ンの一部を含む領域を被検出光が照射される明部とし、配列ラインの一部を除く他の 部分を含む領域を被検出光が照射されない暗部とする回転体を有している。これに より、受光素子力もの出力信号の 1次元プロファイルの半値中心を基準点とし、この 基準点に対応する受光素子を特定することによって絶対角度を算出することができる 。一方、出力信号の 1次元プロファイルの半値幅に対応する角度範囲（基準角度範 囲）は、スケールに形成される明部の形状力も予め把握しておくことができる。ここで、 スケールに対する被検出光の照射位置が基準力 ずれている場合、角度検出時に おける出力信号の 1次元プロファイルの半値幅に対応する角度範囲は、基準角度範 囲から一定量変化することとなる。そこで、このエンコーダでは、角度範囲の変化量を 補正量として算出し、基準点が示す絶対角度に対して補正量を加減することにより、 スケールに対する被検出光の照射位置が基準力 ずれた場合でも、絶対角度を精 度良く検出することができる。
[0007] また、回転体には、配列ラインに対応する径の半円状の光透過部が形成されており 、明部は、光透過部を通過した被検出光によって形成されていることが好ましい。さら に、光透過部は、開口部であることも好ましい。このような半円状の光透過部や開口 部を用いる場合、従来のようにスリットを用いる場合に比べて塵埃による目詰まりが生 じにくぐ出力信号のレベル低下等による絶対角度の検出精度の低下を抑制するこ とが可能となる。
[0008] また、回転体には、配列ラインに対応する径の半円状の光反射部が形成されており 、明部は、光反射部で反射した前記被検出光によって形成されていることが好ましい 。この場合も、従来のようにスリットを用いる場合に比べて塵埃による目詰まりが生じに くぐ出力信号のレベル低下等による絶対角度の検出精度の低下を抑制できる。また 、スケール側に光源装置を配置することが可能となるので、光学系の小型化が図られ る。 [0009] また、光反射部は、被検出光の光軸中心力 ずれた位置に形成されていることが 好ましい。この場合、受光素子に被検出光のピーク部分が直接入射することを回避 できるので、受光素子の飽和によるエンコーダの検出精度の低下を抑制できる。
[0010] また、受光素子は、配列ラインに沿って千鳥状に配列されていることが好ましい。こ の場合、スケールを小型に保ちつつ、角度検出の分解能を向上させることができる。
[0011] また、スケールにおいて、受光素子が配列された領域を除く領域には、光吸収膜が 形成されていることが好ましい。こうすると、被検出光の多重反射等の影響を緩和で き、受光素子力も得られる出力信号の 1次元プロファイルの SN比を向上させることが できる。
発明の効果
[0012] 以上説明したように、本発明に係るエンコーダによれば、スケールに対する被検出 光の照射位置が基準力もずれた場合でも、絶対角度を精度良く検出することができ る。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]本発明の第 1実施形態に係るエンコーダを示す斜視図である。
[図 2]図 1に示したエンコーダの光学系を示す斜視図である。
[図 3]受光装置の平面図である。
[図 4]歯車付き回転板の平面図である。
[図 5]開口部とスケールとの配置関係を示す図である。
[図 6]図 1に示したエンコーダによって測定対象物の絶対角度を検出する際の処理を 示すフローチャートである。
[図 7]被検出光の光強度の 1次元プロファイルを示す図である。
[図 8]位置ずれが生じている場合の開口部とスケールとの配置関係を示す図である。
[図 9]位置ずれが生じている場合の被検出光の光強度の 1次元プロファイルを示す図 である。
[図 10]本発明の第 2実施形態に係るエンコーダを示す斜視図である。
[図 11]変形例に係る歯車付き回転板の平面図である。
符号の説明 [0014] 1, 30· ··エンコーダ、 6—LED (光源装置）、 7…受光装置、 8, 31· ··歯車付き回転 板（回転体）、 10 PD (受光素子）、 11…スケール板、 12…出力部、 13· ··シフトレジ スタ、 17· ··開口部（光透過部）、 18· ··光吸収膜、 19· ··明部、 20…暗部、 32· ··光反 射部、 L1…第 1配列ライン、 L2 第 2配列ライン、 X…光軸。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、図面を参照しながら、本発明に係るエンコーダの好適な実施形態について 詳細に説明する。
[第 1実施形態]
[0016] 図 1は、本発明の第 1実施形態に係るエンコーダを示す斜視図である。図 1に示す エンコーダ 1は、いわゆるアブソリユート型のロータリエンコーダであり、例えば自動車 のハンドルといった測定対象物（図示しない）の絶対角度を検出するデバイスである 。このエンコーダ 1は、測定対象物に連結される回転軸 2と、この回転軸 2に固定され た歯車付き円板 3とを備えている。歯車付き円板 3は、測定対象物と連動する回転軸 2の回転に伴って、矢印 A方向に回転する。
[0017] 図 2は、エンコーダ 1の光学系 Sを示す斜視図である。図 2に示すように、エンコーダ 1の光学系 Sは、被検出光を出射する点光源の LED (光源装置） 6と、 LED6に対向 するように配置され、被検出光を受光する受光装置 7と、歯車付き円板 3と嚙合する 歯車付き回転板（回転体) 8と、歯車付き回転板 8を挟むように配置された一対の平 行レンズ 9A, 9Bとによって構成されている。
[0018] 受光装置 7は、図 3に示すように、複数の PD (受光素子） 10が配列されてなるスケ ール板 11と、各 PDIOからの出力信号を出力する出力部 12とを有している。スケー ル板 11には、同心円状の第 1配列ライン L1及び第 2配列ライン L2が設定されており 、各 PDIOは、各配列ライン LI, L2に渡って円環状かつ千鳥状に配置されている。 各 PDIOには、 1番目の PDIO (0° )力ら最終番目の PDIO (359. 5° )まで、例え ば時計回りに 0. 5° 刻みで角度情報が割り当てられている。また、スケール板 11の 表面において、 PDIOが配列された領域を除いた領域には、例えばカーボンを含有 する黒色の榭脂からなる光吸収膜 18が印刷等によって形成されている。
[0019] 出力部 12は、複数 (本実施形態では 4個）のシフトレジスタ 13と、ビデオライン 14と 、信号処理部 16とを有している。各シフトレジスタ 13は、各配列ライン LI, L2よりも内 側で、スケール板 11と同心に略矩形状に配置され、各 PD10に対して、受光した被 検出光の光強度に基づく出力信号を出力させるための走査信号を供給する。また、 ビデオライン 14は、各配列ライン LI, L2よりも外側で同心円状に配置され、各 PD10 力もの出力信号を信号処理部 16に出力する。そして、信号処理部 16は、ビデオライ ン 14を介して各 PD10から受け取った出力信号を外部出力する。なお、各シフトレジ スタ 13への駆動信号の供給ライン（図示しない）は、例えば、 PD10と PD10との間 に接続されている。
[0020] 一方、歯車付き回転板 8は、図 4に示すように、 LED6から出射した被検出光の一 部を通過させる開口部 17を有している。開口部 17は、歯車付き回転板 8と同心の半 円状をなしており、開口部 17の径は、スケール板 11における配列ライン LI, L2より も大径となっている。この開口部 17は、測定対象物が回転すると、歯車付き円板 3と 歯車付き回転板 8との協働により、図 1に示すように、被検出光の光軸 X周りに矢印 B 方向に回転する。また、歯車付き回転板 8の表面において、開口部 17を除く領域に は、光吸収膜 18と同じ材料力もなる光吸収膜 21が形成されている。
[0021] 歯車付き回転板 8に向けて出射した被検出光のうち、開口部 17を通過した部分は 、開口部 17の形状と同様に半円状となる。これにより、図 5に示すように、スケール板 11のうち、配列ライン LI, L2の半周分を含む領域に、被検出光が照射される明部 1 9が形成される。また、被検出光のうち、開口部 17を通過しな力つた部分は、光吸収 膜 21によって吸収される。これにより、スケール板 11のうち、明部 19を除いた領域に は、被検出光が照射されない暗部 20が形成される。
[0022] このような光学系 Sでは、図 2に示すように、点光源である LED6から被検出光が出 射されると、この被検出光が平行レンズ 9Aによって平行光束ィ匕され、開口部 17に入 射する。開口部 17を通過して半円状となった被検出光は、平行レンズ 9Bによって収 束され、円環状に配列された各 PD10のうち、配列ライン LI, L2の半周分に相当す る各 PD10に入射する。各 PD10からは、受光した被検出光の光強度に基づく出力 信号がそれぞれ出力され、信号処理部 16から外部出力される。
[0023] 次に、図 6に示すフローチャートを参照しながら、上述した構成を有するエンコーダ 1によって測定対象物の絶対角度を検出する際の処理について説明する。
[0024] まず、各 PD10から得られる出力信号をそれぞれ収集し、各 PD10に対する被検出 光の光強度の 1次元プロファイルを取得する（ステップ S01)。このとき、エンコーダ 1 では、開口部 17を通過した被検出光は、配列ライン LI, L2の半周分に相当する各 PD10に入射するので、 1次元プロファイルを解析すると、図 7 (a)に示すように、頂部 がほぼフラットの幅広な光強度波形 Pが得られる。
[0025] 次に、所定のコンパレートレベルに基づ 、て、図 7 (b)に示すように、得られた光強 度波形 Pをニ値ィ匕する (ステップ S02)。そして、二値化した光強度波形 Pの半値中心 に対応する PD10を特定し、この PD10に割り当てられた角度情報に基づいて、基準 点の角度を検出する (ステップ S03)。基準点の角度を検出した後、光強度波形 Pの 半値幅 Wを検出し、この半値幅 Wに対応する角度範囲を検出する (ステップ S04)。
[0026] ここで、エンコーダ 1においては、歯車付き回転板 8に半円状の開口部 17が形成さ れている。そのため、スケール板 11に対する被検出光の照射位置が基準力もずれて いない場合には、光強度波形 Pの半値幅 Wに対応する角度範囲（以下、「基準角度 範囲」と称す）は、一義的に 180° と算出される。一方、例えば歯車付き回転板 8の 軸ずれ及び回転ずれ等により、スケール板 11に対する開口部 17の位置ずれが生じ ており、スケール板 11に対する被検出光の照射位置が基準力もずれている場合に は、図 8に示すように、スケール板 11において、配列ライン LI, L2の半周以上を含 む領域に明部 19が形成される。この場合、図 9に示すように、光強度波形 Pの半値幅 Wに対応する角度範囲が基準角度範囲に対して 増加し、基準点の位置は、真 の値カゝら α ° /2ずれることとなる。
[0027] そこで、ステップ S04で検出した角度範囲と基準角度範囲との間に差 α ° が生じた 場合には、これに対応する α ° Ζ2を位置ずれの補正量として算出する (ステップ SO 5)。そして、ステップ S03で検出した基準点の角度力も補正量ひ。 Z2を加算（また は減算)することにより、基準点における絶対角度を算出する (ステップ S06)。
[0028] 以上説明したように、エンコーダ 1では、歯車付き回転板 8に形成された半円状の 開口部 17に被検出光を通すことにより、スケール板 11のうち、配列ライン LI, L2の 半周分を含む領域に被検出光が照射される明部 19が形成され、明部 19を除く領域 に被検出光が照射されない暗部 20が形成される。したがって、被検出光の光強度波 形 Pの半値幅 Wに対応する角度範囲 (基準角度範囲）は、一義的に 180° と算出で きる。これにより、エンコーダ 1では、スケール板 11に対する被検出光の照射位置が 基準力もずれている場合であっても、角度検出時における光強度波形 Pの半値幅 W に対応する角度範囲と基準角度範囲との差 α ° に基づく補正量を算出し、基準点が 示す角度に対して補正量を加減することにより、測定対象物の絶対角度を精度良く 検出することができる。
[0029] また、エンコーダ 1では、明部 19及び暗部 20の形成にあたって、半円状の開口部 1 7を用いて 、るので、従来のようにスリットを用いる場合に比べて開口して 、るサイズ が大きぐ塵埃による目詰まりが生じにくい。したがって、エンコーダ 1では、長期間の 使用によっても、出力信号のレベル低下等による絶対角度の検出精度の低下を抑制 することが可能となる。
[0030] 一方、受光装置 7側では、各 PD10に入射する被検出光の光強度に基づく出力信 号を外部出力するといつた簡素な処理のみが行われるので、信号処理が迅速になさ れる。また、フレームメモリ等も不要であり、受光装置 7の小型化及び低コスト化が図 られる。さらに、受光装置 7では、各シフトレジスタ 13は、配列ライン LI, L2の内側で 、スケール板 11と同心に略矩形状に配置されている。このように、配列ライン LI, L2 の内側にある余剰なスペースに各シフトレジスタ 13を配置することにより、受光装置 7 の一層の小型化が図られる。
[0031] また、スケール板 11において、各 PD10は、円環状の各配列ライン LI, L2に渡つ て千鳥状に配列されている。このような PD10の配置により、スケール板 11を小型に 保ちつつ、角度検出の分解能を向上させることができる。これに加え、スケール板 11 の表面において、 PD10が配列された領域を除く領域には、光吸収膜 18が形成され ている。これにより、被検出光の多重反射等の影響を緩和でき、各 PD10から得られ る出力信号の 1次元プロファイルの SN比を向上させることができる。
[第 2実施形態]
[0032] 続いて、本発明の第 2実施形態に係るエンコーダについて説明する。図 10に示す ように、第 2実施形態に係るエンコーダ 30は、スケール板 11に明部 19及び暗部 20 を形成するにあたり、 LED6から出射した被検出光を歯車付き回転板 31の光反射部 32で反射させる点で、被検出光を歯車付き回転板 8の開口部 17から通過させる第 1 実施形態と異なっている。
[0033] すなわち、エンコーダ 30の光学系 Saにおいて、歯車付き回転板 31は、 LED6から 出射した被検出光の一部を反射させる光反射部 32を有している。光反射部 32は、 例えばアルミニウム薄膜によって歯車付き回転板 31と同心の半円状に形成されてい る。光反射部 32の径は、スケール板 11における配列ライン LI, L2よりも大径となつ ている。また、歯車付き回転板 31において、光反射部 32を除く部分には、例えば力 一ボンを含有する黒色の榭脂からなる光吸収膜 33が印刷等によって形成されている 。さらに、 LED6は、受光装置 7におけるスケール板 11の中央部分に配置されている
[0034] このエンコーダ 30では、 LED6から歯車付き回転板 31に向けて被検出光が出射さ れると、この被検出光のうち、光反射部 32に当たった半円状の部分が受光装置 7側 に反射する。これにより、スケール板 11において、配列ライン LI, L2の半周分に相 当する PD10が含まれる領域に、被検出光が照射される明部 19が形成される（図 5 参照)。また、被検出光のうち、光反射部 32に当たらな力つた部分は、光吸収膜 33 によって吸収される。これにより、スケール板 11のうち、明部 19を除いた領域には、 被検出光が照射されない暗部 20が形成される。そして、各 PD10からは、受光した被 検出光の光強度に基づく出力信号がそれぞれ出力され、信号処理部 16から外部出 力される。したがって、このエンコーダ 30においても、第 1実施形態と同様の手順に 従って被検出光の出力信号の 1次元プロファイルを解析することにより、スケール板 1 1に対する被検出光の照射位置が基準からずれた場合でも、測定対象物の絶対角 度を精度良く検出することができる。
[0035] また、エンコーダ 30では、明部 19及び暗部 20の形成にあたって半円状の光反射 部 32を用いているので、第 1実施形態と同様に、塵埃による目詰まりが生じにくい。し たがって、長期間にわたって使用した場合でも、出力信号のレベル低下等による絶 対角度の検出精度の低下を抑制することが可能となる。さらに、スケール板 11側に L ED6を配置することが可能となるので、光学系 Saの小型化が図られる。 [0036] 本発明は、上記実施形態に限られるものではなぐ種々の変形を適用し得る。例え ば、第 1実施形態に係るエンコーダ 1では、歯車付き回転板 8において、開口部 17を 除く領域には光吸収膜 21を形成しているが、光吸収膜 21に代えて光反射膜 (図示 しない）を形成してもよい。この場合、開口部 17を通過しない被検出光は、光反射膜 によって受光装置 7の反対側に反射するので、各 PD10から得られる出力信号の 1次 元プロファイルの SN比を向上させることができる。
[0037] また、第 2実施形態に係るエンコーダ 30において、例えば図 11に示すように、円弧 の両端を結ぶ辺が歯車付き回転板 31の中心よりも円弧側に位置するような半円状の 反射部 35を形成するようにしてもよい。このように、歯車付き回転板 31の中心からず れた位置に反射部 35を形成すると、反射部 35と被検出光の光軸中心とがずれるの で、 PD10に被検出光のピーク部分が直接入射することを回避できる。したがって、 P D10の飽和によるエンコーダ 30の検出精度の低下を抑制できる。また、第 2実施形 態に係るエンコーダ 30において、 LED6から出射される被検出光の反射が直接 LE D6に戻らないように、歯車付き回転板 31の中心付近において、被検出光の光軸方 向から見て配列ライン LI, L2の内側の領域には、光反射部 32に代えて光吸収膜 3 3を設けてもよい。
[0038] この他、歯車付き回転体は、スケール板 11の一部の領域を被検出光が入射する明 部とし、他の領域を被検出光が入射しない暗部とするものであればよぐ例えば歯車 付き回転体そのものの形状を半円状とし、その表面に光吸収膜又は光反射膜を形成 してちよい。

Claims

請求の範囲
[1] 回転体と、
前記回転体に対して被検出光を出射する光源装置と、
複数の受光素子が配列されたスケール、及び前記回転体を経由して前記受光素 子に入射する前記被検出光の光強度に基づく出力信号を出力する出力部を有する 受光装置とを備え、
前記受光素子は、環状の配列ラインに沿って前記スケールに配列され、 前記回転体は、前記スケールにおいて、前記配列ラインの一部を含む領域を前記 被検出光が照射される明部とし、前記配列ラインの一部を除く他の部分を含む領域 を前記被検出光が照射されない暗部とすることを特徴とするエンコーダ。
[2] 前記回転体には、前記配列ラインに対応する径の半円状の光透過部が形成されて おり、
前記明部は、前記光透過部を通過した前記被検出光によって形成されていること を特徴とする請求項 1記載のエンコーダ。
[3] 前記光透過部は、開口部であることを特徴とする請求項 2記載のエンコーダ。
[4] 前記回転体には、前記配列ラインに対応する径の半円状の光反射部が形成されて おり、
前記明部は、前記光反射部で反射した前記被検出光によって形成されていること を特徴とする請求項 1記載のエンコーダ。
[5] 前記光反射部は、前記被検出光の光軸中心からずれた位置に形成されていること を特徴とする請求項 4記載のエンコーダ。
[6] 前記受光素子は、前記配列ラインに沿って千鳥状に配列されていることを特徴とす る請求項 1記載のエンコーダ。
[7] 前記スケールにお 、て、前記受光素子が配列された領域を除く領域には、光吸収 膜が形成されていることを特徴とする請求項 1記載のエンコーダ。
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