WO2017126339A1 - エンコーダ装置、駆動装置、ステージ装置、及びロボット装置 - Google Patents

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雅彦 後藤
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株式会社ニコン
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Definitions

  • the present invention relates to an encoder device, a driving device, a stage device, and a robot device.
  • a multi-rotation type encoder device that distinguishes the number of rotations of a shaft is mounted on various devices such as a robot device (for example, see Patent Document 1 below).
  • the encoder apparatus receives power supply from, for example, a main power supply of the robot apparatus, and includes rotational position information including multi-rotation information indicating the number of rotations and angular position information indicating an angular position of less than one rotation. Is detected.
  • the robot apparatus finishes the predetermined processing, its main power may be turned off. In this case, the power supply from the main power supply of the robot apparatus to the encoder apparatus is also stopped.
  • the robot apparatus may require information such as an initial posture when the main power source is turned on next time, that is, when the next operation is started. For this reason, the encoder device is required to retain the multi-rotation information even in a state where power is not supplied from the outside. Therefore, an encoder device that retains multi-rotation information with power supplied from a battery in a state where power supply from the main power source cannot be obtained is used.
  • the encoder apparatus as described above has no battery maintenance (eg, replacement) or the maintenance frequency is low.
  • a light emitting unit that irradiates light to the scale, a light detection unit that changes a relative position with the scale by movement of the moving unit, and a detection result of the light detection unit
  • a position detecting system including a detecting unit for detecting position information of the moving unit, an electric signal generating unit that generates an electric signal by the movement of the moving unit, and adjusting light irradiation from the light emitting unit based on the electric signal
  • an encoder device including a light emission adjusting unit.
  • the position information of the scale is optically detected, the detection system in which the relative position to the scale is changed by the movement of the moving unit, and the signal that outputs a signal by the movement of the moving unit
  • An encoder device includes a generation unit and an adjustment unit that controls the operation of a detection system based on a signal.
  • a drive device including the encoder device according to the first aspect or the second aspect, and a power supply unit that supplies power to the moving unit.
  • a stage device including a moving object and a driving device according to the third aspect for moving the moving object.
  • a robot apparatus including the driving device according to the third aspect, and a first arm and a second arm that are relatively moved by the driving device.
  • FIG. 1 is a diagram showing an encoder device EC according to the present embodiment.
  • the encoder device EC detects rotational position information of the rotation shaft SF (moving unit) of the motor M (power supply unit).
  • the rotating shaft SF is, for example, a shaft (rotor) of the motor M, and is a working shaft (output shaft) connected to the shaft of the motor M via a power transmission unit such as a transmission and to a load. May be.
  • the rotational position information detected by the encoder device EC is supplied to the motor control unit MC.
  • the motor control unit MC controls the rotation of the motor M using the rotational position information supplied from the encoder device EC.
  • the motor control unit MC controls the rotation of the rotation shaft SF.
  • Encoder device EC includes a position detection system 1 and a power supply system 2.
  • the position detection system 1 detects rotation position information of the rotation axis SF.
  • the encoder device EC is a so-called multi-rotation absolute encoder, and detects rotational position information including multi-rotation information indicating the number of rotations of the rotating shaft SF and angular position information indicating an angular position (rotation angle) of less than one rotation.
  • the encoder device EC includes a multi-rotation information detection unit 3 that detects multi-rotation information of the rotation axis SF, and an angle detection unit 4 that detects an angular position of the rotation axis SF.
  • At least a part of the position detection system 1 (for example, the angle detection unit 4) is, for example, in a state where the power of a device (for example, a drive device, a stage device, a robot device) on which the encoder device EC is mounted is turned on. It operates with power supplied from this device.
  • at least a part of the position detection system 1 (for example, the multi-rotation information detection unit 3) supplies power from the power supply system 2 in a state in which the power of the device on which the encoder device EC is mounted is not turned on, for example. To work.
  • the power supply system 2 is intermittently connected to at least a part of the position detection system 1 (for example, the multi-rotation information detection unit 3) in a state where the power supply from the device on which the encoder device EC is mounted is cut off.
  • the position detection system 1 detects at least a part (for example, multi-rotation information) of the rotational position information of the rotation axis SF when power is supplied from the power supply system 2. .
  • the angle detector 4 optically detects position information (angular position information) within one rotation of the scale, for example.
  • the angle detection unit 4 includes a light emitting element 11 (light emitting unit, irradiation unit), a scale S, a light receiving sensor 12 (light detection unit), and a detection unit 13.
  • the angle detection unit 4 detects the angular position within one rotation of the rotation axis SF by reading the patterning information of the scale S with a light receiving element, for example.
  • the patterning information of the scale S is represented by bright and dark slits on the scale S, for example.
  • the scale S is provided on a disk 14 fixed to the rotation shaft SF.
  • the scale S includes an incremental scale and an absolute scale.
  • the light emitting element 11 irradiates the scale S with light.
  • the light receiving sensor 12 detects light emitted from the light emitting element 11 and passing through the scale S.
  • the relative positions of the light emitting element 11 and the light receiving sensor 12 with respect to the scale S are changed by the rotation (movement) of the rotation axis SF (movement unit).
  • the angle detection unit 4 is a transmission type, and the light receiving sensor 12 detects light transmitted through the scale S.
  • the light receiving sensor 12 includes a light receiving unit (not shown) that detects (receives) light that passes through the incremental scale, and a light receiving unit (not shown) that detects (receives) light that passes through the absolute scale.
  • the angle detector 4 may be a reflection type.
  • the light receiving sensor 12 supplies a signal indicating the detection result of the angular position information to the detection unit 13.
  • the detection unit 13 detects the angular position of the first resolution using the result of detecting the light from the absolute scale.
  • the detection unit 13 detects an angular position of the second resolution higher than the first resolution by performing an interpolation operation on the angular position of the first resolution using the result of detecting the light from the incremental scale. .
  • FIG. 2 is a diagram showing the scale S and the light receiving sensor 12 according to the present embodiment.
  • a portion used for detecting multi-rotation information is illustrated, and illustration of a portion used for detecting angular position information (an incremental scale, an absolute scale, and a light receiving unit corresponding thereto) is omitted.
  • the scale S includes a first scale Sa and a second scale Sb.
  • Each of the first scale Sa and the second scale Sb is an annular member centered on the rotation axis SF.
  • Each of the first scale Sa and the second scale Sb varies in optical characteristics (eg, transmittance, reflectance, light absorption rate) depending on the circumferential angular position.
  • the optical characteristics of the first scale Sa and the second scale Sb are switched in a binary manner in the circumferential direction with respect to the rotation axis SF.
  • the angular position at which the optical characteristics are switched in a binary manner is set to be different from the angular position of the boundary between the N pole and the S pole in the circumferential direction of the magnet 11.
  • the second scale Sb is the same as the first scale Sa, but has a different phase in which optical characteristics change in the circumferential direction as compared to the first scale Sa.
  • the phase difference between the optical characteristics of the first scale Sa and the second scale Sb is set in a range larger than 0 ° and smaller than 180 °, for example, 90 °.
  • the first scale Sa and the second scale Sb may be provided on a member different from the incremental scale and the absolute scale.
  • the first scale Sa and the second scale Sb may be provided on the same disk 15 as the magnet 11.
  • the light emitting element that irradiates light to the first scale Sa and the second scale Sb is provided separately from the light emitting element that irradiates light to the incremental scale and the absolute scale, for example.
  • the light receiving sensor 12 includes a first light receiving unit 12a and a second light receiving unit 12b.
  • the first light receiving unit 12a is arranged at a position where light irradiated from the light emitting element 11 and passing through the first scale Sa (eg, transmitted or reflected) enters.
  • the transmittance of the first scale Sa changes in the circumferential direction, and the amount of light emitted from the light emitting element 11 and transmitted through the first scale Sa depends on the angular position of the first scale Sa (rotation axis SF).
  • the amount of light that changes and enters the first light receiving unit 12a also changes according to the angular position of the first scale Sa (rotation axis SF).
  • the second light receiving unit 12b is disposed at a position where light irradiated from the light emitting element 11 and passing through the second scale Sb (eg, transmitted or reflected) is incident.
  • the second light receiving unit 12b is disposed at substantially the same angular position as the first light receiving unit 12a in the circumferential direction of the scale S.
  • the transmittance of the second scale Sb varies in the circumferential direction, and the amount of light emitted from the light emitting element 11 and transmitted through the second scale Sb depends on the angular position of the second scale Sb (rotation axis SF).
  • the amount of light that changes and enters the second light receiving unit 12b also changes in accordance with the angular position of the second scale Sb (rotation axis SF).
  • the detection unit 13 uses, for example, the detection result of the first light receiving unit 12a as an A phase signal, and the second light receiving unit 12b The detection result can be used for the B phase signal.
  • the first scale Sa and the second scale Sb have different optical characteristics and the angular positions of the first light receiving unit 12 a and the second light receiving unit 12 b are substantially the same.
  • the scale Sa and the second scale Sb may have the same phase of change in optical characteristics, and the angular positions of the first light receiving unit 12a and the second light receiving unit 12b may be different.
  • the detection result of the first light receiving unit 12a can be used for the A phase signal
  • the detection result of the second light receiving unit 12b can be used for the B phase signal.
  • the detection unit 13 of the angle detection unit 4 detects the angular position of the rotation axis SF using the detection results of the first light receiving unit 12a and the second light receiving unit 12b of the light receiving sensor 12. Also good.
  • the multi-rotation information detection unit 3 optically detects multi-rotation information of the same rotation axis SF as the detection target of the angle detection unit 4.
  • the multi-rotation information detecting unit 3 includes a light emitting element 11 (light emitting unit), a scale S, a light receiving sensor 12 (light detecting unit), a detecting unit 21, and a storage unit 22. Note that at least some of the light emitting element 11, the scale S, and the light receiving sensor 12 may be shared by the multi-rotation information detection unit 3 and the angle detection unit 4.
  • the detection unit 21 detects multi-rotation information of the rotation axis SF using the detection result of the light receiving sensor 12.
  • the detection unit 21 adds (increments) the number of rotations by one. ). Further, for example, when the rotation axis SF rotates in the reverse direction of the predetermined direction and the predetermined position on the scale S passes the detection position by the light receiving sensor 12, the detection unit 13 subtracts the number of rotations by one. (Decrement).
  • the storage unit 22 stores the multi-rotation information detected by the detection unit 21.
  • the encoder device EC includes a signal processing unit 25.
  • the signal processing unit 25 processes the detection result by the position detection system 1.
  • the signal processing unit 25 includes a synthesis unit 26 and an external communication unit 27.
  • the synthesizing unit 26 acquires the angular position information of the second resolution detected by the detecting unit 13. Further, the synthesizing unit 26 acquires multi-rotation information of the rotation axis SF from the storage unit 22 of the multi-rotation information detection unit 3.
  • the synthesizer 26 synthesizes the angular position information from the detector 13 and the multi-rotation information from the multi-rotation information detector 3 to calculate rotational position information.
  • the synthesis unit 26 calculates (2 ⁇ ⁇ n + ⁇ ) as rotation position information.
  • the rotation position information may be information obtained by combining multi-rotation information and angular position information of less than one rotation.
  • the synthesizing unit 26 supplies the rotational position information to the external communication unit 27.
  • the external communication unit 27 is communicably connected to the communication unit MC1 of the motor control unit MC by wire or wireless.
  • the external communication unit 27 supplies digital rotational position information to the communication unit MC1 of the motor control unit MC.
  • the motor control unit MC appropriately decodes the rotational position information from the external communication unit 27 of the angle detection unit 4.
  • the motor control unit MC controls the rotation of the motor M by controlling the power (drive power) supplied to the motor M using the rotational position information.
  • the power supply system 2 includes an electric signal generation unit 31, a battery 32 (battery), a switching unit 33, and a light emission adjusting unit 34.
  • the electric signal generating unit 31 generates an electric signal by the rotation of the rotating shaft SF.
  • This electric signal includes, for example, a waveform in which power (current, voltage) changes with time.
  • electric power is generated as an electric signal by a magnetic field that changes in accordance with the rotation of the rotating shaft SF.
  • the rotating shaft SF is provided with a disc 36, and the disc 36 is provided with a magnet 37.
  • the relative position (relative angular position) between the magnet 37 and the electric signal generating unit 31 is changed by the rotation of the rotating shaft SF, and the magnetic field formed at the position of the electric signal generating unit 31 by the magnet 37 is changed.
  • FIG. 3 is a diagram showing the magnet 37 and the electric signal generation unit 31 according to this embodiment.
  • FIG. 3A shows a perspective view
  • FIG. 3B shows a plan view seen from the direction of the rotation axis SF.
  • the magnet 37 is configured such that the direction and strength of the magnetic field in the radial direction (radial direction) with respect to the rotation axis SF is changed by rotation.
  • the magnet 37 is, for example, an annular member that is coaxial with the rotation axis SF.
  • the main surfaces (front surface and back surface) of the magnet 37 are substantially perpendicular to the rotation axis SF.
  • the magnet 37 is, for example, a permanent magnet magnetized to 8 poles.
  • the magnet 37 has a shape obtained by combining two concentric circular magnets. Each of the two annular magnets is magnetized to 4 poles, and N and S poles are alternately arranged in the circumferential direction.
  • the two annular magnets have N and S poles arranged in the radial direction (radial direction of the rotation axis SF).
  • the magnet 37 forms an AC magnetic field in which the direction of the radial magnetic field is reversed with the rotation of the magnet 37 with respect to the coordinate system fixed outside the magnet 37.
  • the electric signal generation unit 31 is disposed at a position overlapping the magnet 37 when viewed from the normal direction of the main surface of the magnet 37.
  • the counterclockwise rotation when viewed from the front end side of the rotating shaft SF (the side opposite to the motor M in FIG. 1) is referred to as forward rotation, and the clockwise rotation is referred to as reverse rotation.
  • the forward rotation angle is represented by a positive value
  • the reverse rotation angle is represented by a negative value. Note that, when viewed from the base end side (the motor M side in FIG. 1) of the rotation shaft SF, counterclockwise rotation may be defined as forward rotation, and clockwise rotation as reverse rotation.
  • the electric signal generating unit 31 is provided in non-contact with the magnet 37.
  • the electric signal generation unit 31 includes a magnetic sensitive part 41 and a power generation part 42.
  • the magnetic sensing unit 41 and the power generation unit 42 are fixed to the outside of the magnet 37, and the relative position with respect to each position on the magnet 37 changes as the magnet 37 rotates.
  • the magnetic sensitive part 41 is a magnetic sensitive wire such as a Wiegand wire.
  • a large Barkhausen jump (Wiegand effect) is generated in the magnetic sensitive part 41 due to a change in the magnetic field accompanying the rotation of the magnet 37.
  • the magnetic sensitive part 41 is a columnar member, and the axial direction thereof is set to the radial direction of the magnet 37. In the magnetic sensitive part 41, when an AC magnetic field is applied in the axial direction and the magnetic field is reversed, a domain wall is generated from one end to the other end in the axial direction.
  • the power generation unit 42 is a high-density coil or the like that is wound around the magnetic sensing unit 41.
  • electromagnetic induction occurs due to the occurrence of the domain wall in the magnetic sensing unit 41, and an induced current flows.
  • a pulsed current (electric signal) is generated in the power generation part 42. This electric signal is used for switching between conduction and interruption in a circuit included in the position detection system 1.
  • the direction of the current generated in the power generation unit 42 changes according to the direction before and after the reversal of the magnetic field.
  • the direction of the current generated when reversing from the magnetic field facing the outside of the magnet 37 to the magnetic field facing the inside is opposite to the direction of the current generated when reversing from the magnetic field facing the inside of the magnet 37 to the magnetic field facing the outside.
  • the power (inductive current) generated in the power generation unit 42 can be set by, for example, the number of turns of the high-density coil.
  • the magnetic sensitive part 41 and the power generation part 42 are housed in a case 43.
  • the case 43 is provided with a terminal 43a and a terminal 43b.
  • One end of the high-density coil of the power generation unit 42 is electrically connected to the terminal 43a, and the other end is electrically connected to the terminal 43b.
  • the electric power generated in the power generation unit 42 can be taken out of the electric signal generation unit 31 through the terminals 43a and 43b.
  • the scale S shown in FIG. 1 may be provided on the disk 36 or a member integrated with the disk 36.
  • the scale S may be provided on the surface of the disc 36 opposite to the magnet 37.
  • the scale S may be provided on at least one of the inside and the outside of the magnet 37.
  • the battery 32 supplies at least part of the power consumed by the position detection system 1 in accordance with the electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31.
  • the battery 32 is a primary battery such as a button-type battery or a dry battery.
  • the battery 32 is a button-type battery, for example, and is held by the holding unit 45.
  • the holding unit 45 is, for example, a circuit board on which at least a part of the position detection system 1 is provided.
  • the holding unit 45 holds, for example, the detection unit 21, the switching unit 33, and the storage unit 22.
  • the holding unit 45 is provided with, for example, a battery case that can accommodate the battery 32, electrodes connected to the battery 32, wiring, and the like.
  • the switching unit 33 switches the presence / absence of power supply from the battery 32 to the position detection system 1 in accordance with the electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31. For example, the switching unit 33 starts supplying power from the battery 32 to the position detection system 1 when the level of the electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31 is equal to or higher than a threshold value. For example, the switching unit 33 starts the supply of power from the battery 32 to the position detection system 1 when the electric signal generation unit 31 generates power that is equal to or greater than the threshold value. Further, the switching unit 33 stops the supply of power from the battery 32 to the position detection system 1 when the level of the electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31 is less than the threshold value.
  • the switching unit 33 stops the supply of power from the battery 32 to the position detection system 1 when the power generated by the electrical signal generation unit 31 becomes less than the threshold value. For example, when a pulsed electric signal is generated in the electric signal generating unit 31, the switching unit 33 causes the position detection system 1 from the battery 32 when the level (electric power) of the electric signal rises from a low level to a high level. The power supply from the battery 32 to the position detection system 1 is stopped after a predetermined time has elapsed since the level (power) of the electric signal has changed to a low level.
  • the light emission adjusting unit 34 adjusts the light emitted from the light emitting element 11 (light emitting unit) based on the electric signal generated by the electric signal generating unit 31. For example, the timing at which light is emitted from the light emitting element 11 is adjusted. For example, the light emission adjusting unit 34 switches between a lighting state and a light-off state of the light emitting element 11 using an electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31. For example, the light emission adjusting unit 34 adjusts the timing at which light is emitted from the light emitting element 11 (light emitting unit) by switching whether to supply power to the light emitting element 11.
  • the light emission adjusting unit 34 is provided in a power supply path between the switching unit 33 and the light emitting element 11.
  • the light emission adjusting unit 34 is electrically connected to the switching unit 33 and can be supplied with electric power from the switching unit 33.
  • the light emission adjusting unit 34 is electrically connected to the light emitting element 11, and can supply power necessary for the light emitting element 11 to maintain the lighting state.
  • the light emission adjusting unit 34 starts supplying power to the light emitting element 11 when triggered by the power supplied from the switching unit 33 in accordance with the electrical signal generated by the electrical signal generating unit 31.
  • the light emission adjusting unit 34 supplies the power to the light emitting element 11 to turn on the light emitting element 11.
  • the light emission adjusting unit 34 starts the irradiation of light from the light emitting element 11 using the electric signal generated by the electric signal generating unit 31.
  • the light emission adjusting unit 34 may adjust the intensity (light emission amount) of light emitted from the light emitting element 11 (light emitting unit). For example, the light emission adjusting unit 34 may reduce the light amount emitted from the light emitting element 11 below the predetermined light amount after the light emitting element 11 emits light with a predetermined light amount in a predetermined period.
  • the light emission adjusting unit 34 may adjust the timing and the amount of light emitted from the light emitting element 11. For example, the light emission adjusting unit 34 may adjust the light emission amount of the light emitting element 11 using an electric signal generated by the electric signal generating unit 31.
  • the light emission adjusting unit 34 may adjust the timing at which the light receiving sensor 12 performs the detection operation based on the electric signal generated by the electric signal generating unit 31. For example, the light emission adjustment unit 34 switches between a detection period in which the light receiving sensor 12 performs a detection operation and a non-detection period in which the detection operation is not performed, using an electric signal generated by the electric signal generation unit 31. For example, the light emission adjusting unit 34 switches between the detection period and the non-detection period in which the detection operation is not performed by switching whether or not to supply power to the light receiving sensor 12.
  • the light emission adjusting unit 34 is provided in a power supply path between the switching unit 33 and the light receiving sensor 12.
  • the light emission adjusting unit 34 is electrically connected to the light receiving sensor 12, and can supply power necessary for the light receiving sensor 12 to detect light (perform a detection operation) to the light receiving sensor 12. is there.
  • the light emission adjusting unit 34 starts the detection period of the light receiving sensor 12 using a power supplied from the switching unit 33 in accordance with an electric signal generated by the electric signal generating unit 31 as a trigger.
  • the light emission adjusting unit 34 supplies this power to the light receiving sensor 12 so that the light receiving sensor 12 can perform a detection operation.
  • the light emission adjusting unit 34 may not adjust the timing at which the light receiving sensor 12 performs the detection operation.
  • the light receiving sensor 12 may perform the detection operation by receiving power supply without going through the light emission adjusting unit 34.
  • the light emission adjusting unit 34 stops the light irradiation from the light emitting element 11 after the light receiving sensor 12 detects the light from the scale S, for example.
  • the light emission adjustment unit 34 stops the light irradiation from the light emitting element 11 when a predetermined time has elapsed since the light irradiation from the light emitting element 11 is started (triggered by the passage of the predetermined time).
  • the predetermined time is set in advance to be longer than the time during which the light receiving sensor 12 can perform the detection operation.
  • the light emission adjusting unit 34 turns off the light emitting element 11 by stopping the supply of power to the light emitting element 11 when a predetermined time has elapsed since the start of supplying power to the light emitting element 11.
  • the light emission adjusting unit 34 may switch to the non-detection period of the light receiving sensor 12 when a predetermined time has elapsed since the start of the detection period of the light receiving sensor 12. For example, the light emission adjusting unit 34 stops the supply of power to the light receiving sensor 12 with a predetermined time after the start of supplying power to the light receiving sensor 12 as a trigger. You may make it the state which does not perform a detection operation. For example, the length of the period in which light is emitted from the light emitting element 11 is equal to or shorter than the length of the period in which power is supplied to the position detection system 1 based on the electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31.
  • the period in which light is emitted from the light emitting element 11 is a part of the period in which the circuit included in the position detection system is conductive based on the electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31. Further, for example, a period from when the light emitting element 11 is turned on to when it is turned off is a part of a period during which the electric signal generating unit 31 generates an electric signal.
  • the period during which the electrical signal is generated occurs, for example, after the pulsed electrical signal starts to be generated (from the rising edge of the pulse). This is the period until it disappears (at the falling edge of the pulse).
  • the light emission adjusting unit 34 may not switch to the non-detection period.
  • the light receiving sensor 12 may perform a detection operation by receiving power supply without going through the light emission adjusting unit 34, and may be in a state in which the detection operation is not performed when power supply is cut off.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a circuit configuration of the power supply system 2 and the multi-rotation information detection unit 3 according to the present embodiment.
  • the power supply system 2 includes an electric signal generation unit 31, a rectifying stack 51, and a battery 32.
  • the power supply system 2 includes a regulator 52 as the switching unit 33 illustrated in FIG.
  • the rectification stack 51 is a rectifier that rectifies the current flowing from the electric signal generation unit 31.
  • the first input terminal 51 a of the rectifying stack 51 is connected to the terminal 43 a of the electric signal generating unit 31.
  • the second input terminal 51 b of the rectification stack 51 is connected to the terminal 43 b of the electric signal generation unit 31.
  • the ground terminal 51g of the rectifying stack 51 is connected to a ground line GL to which the same potential as the signal ground SG is supplied. During the operation of the multi-rotation information detection unit 3, the potential of the ground line GL becomes the reference potential of the circuit.
  • the output terminal 51 c of the rectifying stack 51 is connected to the control terminal 52 a of the regulator 52.
  • the regulator 52 adjusts the electric power supplied from the battery 32 to the position detection system 1.
  • the regulator 52 may include a switch 53 provided in a power supply path between the battery 32 and the position detection system 1.
  • the regulator 52 controls the operation of the switch 53 based on the electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31.
  • the input terminal 52 b of the regulator 52 is connected to the battery 32.
  • the output terminal 52c of the regulator 52 is connected to the power supply line PL.
  • the ground terminal 52g of the regulator 52 is connected to the ground line GL.
  • the control terminal 52a of the regulator 52 is an enable terminal, and the regulator 52 maintains the potential of the output terminal 52c at a predetermined voltage in a state where a voltage equal to or higher than the threshold is applied to the control terminal 52a.
  • the output voltage of the regulator 52 (the above-mentioned predetermined voltage) is, for example, 3V when the counter 57 (described later) is formed of a CMOS or the like.
  • the operating voltage of the storage unit 22 (non-volatile memory 58 described later) is set to the same voltage as a predetermined voltage, for example.
  • the predetermined voltage is a voltage necessary for power supply, and may be a voltage that changes stepwise as well as a constant voltage value.
  • the switch 53 has a first terminal 53a connected to the input terminal 52b and a second terminal 53b connected to the output terminal 52c.
  • the regulator 52 uses the electrical signal supplied from the electrical signal generation unit 31 to the control terminal 52a as a control signal (enable signal), and conducts between the first terminal 53a and the second terminal 53b of the switch 53 (ON). ) And insulation state (off).
  • the switch 53 includes a switching element such as a MOS or a TFT, the first terminal 53a and the second terminal 53b are a source electrode and a drain electrode, and the gate electrode is connected to the control terminal 52a.
  • the gate electrode is charged by an electric signal (electric power) generated by the electric signal generating unit 31, and when the potential of the gate electrode becomes equal to or higher than the threshold value, the source electrode and the drain electrode can be electrically connected (ON state). )become.
  • the switch 53 may be provided outside the regulator 52, and may be externally attached, such as a relay.
  • the first input terminal 34a of the light emission adjusting unit 34 is connected to the power line PL.
  • the first output terminal 34 b of the light emission adjusting unit 34 is connected to the power supply terminal 11 p of the light emitting element 11.
  • the ground terminal 11g of the light emitting element 11 is connected to the ground line GL.
  • the light emitting element 11 emits light by power supplied from the power supply system 2 through the power supply terminal 11p and the ground terminal 11g.
  • the first input terminal 34a power supply line PL
  • the light emission adjustment unit 34 turns on (on) the first input terminal 34a and the first output terminal 34b, After the elapse of time, the first input terminal 34a and the first output terminal 34b are insulated (off).
  • the light emission adjusting unit 34 supplies power to the light emitting element 11 when the first input terminal 34a and the first output terminal 34b are in a conductive state.
  • the light emission adjusting unit 34 does not supply power to the light emitting element 11 when the first input terminal 34a and the first output terminal 34b are in an insulated state.
  • the second input terminal 34c of the light emission adjusting unit 34 is connected to the power line PL.
  • the second output terminal 34 d of the light emission adjusting unit 34 is connected to the power supply terminal 12 p of the light receiving sensor 12.
  • the ground terminal 12g of the light receiving sensor 12 is connected to the ground line GL.
  • the light receiving sensor 12 detects light by power supplied from the power supply system 2 via the power supply terminal 12p and the ground terminal 12g.
  • the first output terminal 12c of the light receiving sensor 12 outputs the detection result of the first light receiving unit 12a shown in FIG.
  • the second output terminal 12d of the light receiving sensor 12 outputs the detection result of the second light receiving unit 12b shown in FIG.
  • the light emission adjusting unit 34 When the second input terminal 34c (power supply line PL) reaches a predetermined potential, the light emission adjusting unit 34 turns on the conductive state (on) between the second input terminal 34c and the second output terminal 34d. After the elapse of time, the second input terminal 34c and the second output terminal 34d are insulated (off). The light emission adjusting unit 34 supplies power to the light receiving sensor 12 when the second input terminal 34c and the second output terminal 34d are in a conductive state. The light emission adjusting unit 34 does not supply power to the light receiving sensor 12 when the second input terminal 34c and the second output terminal 34d are in an insulated state.
  • the timing at which the light emission adjustment unit 34 starts supplying power to the light receiving sensor 12 may be the same as or different from the timing at which power supply to the light emitting element 11 is started.
  • the multi-rotation information detection unit 3 includes an analog comparator 55, an analog comparator 56, and a counter 57 as the detection unit 21 shown in FIG.
  • the analog comparator 55 is a comparator that compares the voltage output from the first light receiving unit 12a of the light receiving sensor 12 with a predetermined voltage.
  • a power supply terminal 55p of the analog comparator 55 is connected to the power supply line PL.
  • the ground terminal 55g of the analog comparator 55 is connected to the ground line GL.
  • An input terminal 55 a of the analog comparator 55 is connected to the first output terminal 12 c of the light receiving sensor 12.
  • the output terminal 55 b of the analog comparator 55 is connected to the first input terminal 57 a of the counter 57.
  • the analog comparator 55 outputs an H level signal from the output terminal 55b when the output voltage of the first light receiving unit 12a is equal to or higher than a threshold value, and outputs an L level signal from the output terminal 55b when the output voltage is lower than the threshold value.
  • the analog comparator 56 is a comparator that compares the voltage output from the second light receiving unit 12b of the light receiving sensor 12 with a predetermined voltage.
  • the power supply terminal 56p of the analog comparator 56 is connected to the power supply line PL.
  • the ground terminal 56g of the analog comparator 56 is connected to the ground line GL.
  • the input terminal 56 a of the analog comparator 56 is connected to the second output terminal 12 d of the light receiving sensor 12.
  • the output terminal 56 b of the analog comparator 56 is connected to the second input terminal 57 b of the counter 57.
  • the analog comparator 56 outputs an H level signal from the output terminal 56b when the output voltage of the second light receiving unit 12b is equal to or higher than the threshold value, and outputs an L level signal from the output terminal 56b when the output voltage is lower than the threshold value.
  • the counter 57 counts the multi-rotation information of the rotation axis SF using the power supplied from the battery 32.
  • the counter 57 includes a CMOS logic circuit, for example.
  • the counter 57 operates using electric power supplied via the power supply terminal 57p and the ground terminal 57g.
  • the power terminal 57p of the counter 57 is connected to the power line PL.
  • the ground terminal 57g of the counter 57 is connected to the ground line GL.
  • the counter 57 performs a counting process using the voltage supplied via the first input terminal 57a and the voltage supplied via the second input terminal 57b as control signals.
  • a nonvolatile memory 58 is provided as the storage unit 22 shown in FIG.
  • the nonvolatile memory 58 stores at least a part (for example, multi-rotation information) of the rotational position information detected by the detection unit 21 using the power supplied from the battery 32 (performs a writing operation).
  • the nonvolatile memory 58 can hold information written while power is supplied even when power is not supplied.
  • the nonvolatile memory 58 stores the result of counting by the counter 57 (multi-rotation information) as the rotational position information detected by the detection unit 21.
  • a power supply terminal 58p of the nonvolatile memory 58 is connected to the power supply line PL.
  • the ground terminal 58g of the nonvolatile memory 58 is connected to the ground line GL.
  • a capacitor 59 is provided between the rectifying stack 51 and the regulator 52.
  • the first electrode 59 a of the capacitor 59 is connected to a signal line that connects the rectifying stack 51 and the control terminal 52 a of the regulator 52.
  • the second electrode 59b of the capacitor 59 is connected to the ground line GL.
  • This capacitor 59 is a so-called smoothing capacitor and reduces pulsation to reduce the load on the regulator.
  • the constant of the capacitor 59 is such that, for example, the power supply from the battery 32 to the detection unit 21 and the storage unit 22 is maintained during the period from the detection of the rotation position information by the detection unit 21 to the writing of the rotation position information in the storage unit 22. Is set to
  • FIG. 5 is a diagram illustrating operations of the power supply system and the multi-rotation information detection unit according to the present embodiment.
  • Magnetic in FIG. 5 is the angular position of the magnet according to the angular position of the rotation axis SF, and the N pole and the S pole are indicated by different hatching.
  • Electrical signal generating unit, light receiving element is an angular position of the electric signal generating unit 31 and the light receiving sensor 12, and is constant regardless of the angular position of the rotation axis SF.
  • the “electric signal generating unit” is an output of the electric signal generating unit 31, and an output of a current flowing in one direction is positive (+), and an output of a current flowing in the opposite direction is negative ( ⁇ ).
  • the output of the electric signal generating unit 31 when the rotating shaft SF rotates counterclockwise is shown as “counterclockwise”, and the output of the electric signal generating unit 31 when the rotating shaft SF rotates clockwise is “ “Clockwise”.
  • the “enable signal” indicates a potential applied to the control terminal 52a of the regulator 52 by an electric signal generated by the electric signal generating unit 31, and a high level is indicated by “H” and a low level is indicated by “L”.
  • “Regulator” indicates the output of the regulator 52, the high level is represented by “H”, and the low level is represented by “L”.
  • first output of light receiving element and “second output of light receiving element” are the output of the first light receiving unit 12a and the output of the second light receiving unit 12b, respectively.
  • First analog comparator and “second analog comparator” indicate outputs from the analog comparator 55 and the analog comparator 56, respectively.
  • the output of the electric signal generating unit 31 is inverted depending on the rotation direction of the rotating shaft SF.
  • the rectifying stack 51 rectifies the current from the electric signal generating unit 31, the enabling signal is counterclockwise on the rotating shaft SF. It is the same when rotating clockwise and when rotating clockwise.
  • the enable signal rises to a high level (H) when the angular position is 45 °, 135 °, 225 °, or 315 °.
  • the output of the regulator 52 becomes high level (H) in response to the rise of the enable signal.
  • the set of the output of the analog comparator 55 and the output of the analog comparator 56 is expressed as (0, 1), where H is “1” and L is “0”.
  • the set of the output of the analog comparator 55 and the output of the analog comparator 56 are (1, 1), (1, 0), (0, 0) at the angular positions of 45 °, 135 °, 225 °, and 315 °, respectively. (0.1).
  • the four angular positions can be distinguished from the set of the output of the analog comparator 55 and the output of the analog comparator 56.
  • the counter 57 detects multi-rotation information of the rotation axis SF using the output of the analog comparator 55 and the output of the analog comparator 56. For example, when the output set is (1, 1) in the previous detection and (1,0) in the current detection, it can be seen that the angular position has changed from 45 ° to 135 °. For example, when the output set changes from (1, 1) to (1, 0), the counter 57 increments the counter by 1, and the output set changes from (1, 0) to (1 , 1), the counter is decremented by one.
  • the storage unit 22 nonvolatile memory 58 stores multi-rotation information (counter value) detected by the counter 57.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating operation timings of the light emitting unit and the light receiving element according to the present embodiment.
  • the timing is conceptually shown ignoring signal delays and the like.
  • the level of the enable signal rises from L to H, and the output power of the regulator 52 switches from L to H.
  • the light emission adjusting unit 34 switches the output power from L to H in response to the output power from the regulator 52 switching from L to H.
  • the light emission adjusting unit 34 starts to supply power to the light emitting element 11, and the light emitting element 11 is switched from the unlit state (represented by “OFF” in the figure) to the lit state (“ON” in the figure).
  • the light emission adjusting unit 34 starts supplying power to the light receiving sensor 12, and the light receiving sensor 12 (represented by “light receiving element” in the figure) does not perform the detection operation (“OFF” in the figure).
  • the light receiving sensor 12 detects light at a predetermined sampling frequency in a state where the detection operation is performed, and outputs a detection result to the detection unit 21 (see FIG. 1).
  • the output power of the light emission adjusting unit 34 switches from H to L at time t2 when a predetermined time has elapsed from time t1.
  • the light emission adjusting unit 34 stops supplying power to the light emitting element 11, and the light emitting element 11 is switched from the lighting state (“ON”) to the unlit state (“OFF”).
  • the light emission adjusting unit 34 stops supplying power to the light receiving sensor 12, and the light receiving sensor 12 does not perform the detection operation ("OFF") from the state where the detection operation is performed ("ON").
  • the detection part 21 performs the detection operation of multi-rotation information at the time t2 or after that using the detection result output from the light receiving sensor 12.
  • the detection unit 21 outputs the detection result of the multi-rotation information to the storage unit 22 at time t3 after time t2.
  • the storage unit 22 performs a writing operation of the multi-rotation information output from the detection unit 21 at or after time t3.
  • the level of the enable signal falls from H to L at time t4 after time t3, and the output of the regulator 52 falls from H to L.
  • Storage unit 22 completes the writing of the multi-rotation information before time t4.
  • the light emission adjusting unit 34 stops the irradiation of light from the light emitting element 11 in at least a part of a period during which the multi-rotation information detecting unit 3 (eg, the detecting unit 21) operates.
  • the light emission adjusting unit 34 stops the light irradiation from the light emitting element 11 in at least a part of the period in which the storage unit 22 writes the multi-rotation information, for example.
  • the encoder device EC has no maintenance (e.g., replacement) of the battery 32 or the maintenance frequency is low.
  • the light emission adjusting unit 34 may reduce the light irradiation amount (light emission intensity) from the light emitting element 11 in at least a part of a period during which the multi-rotation information detection unit 3 (eg, the detection unit 21) operates. . In this case, during a period in which the multi-rotation information detection unit 3 (eg, the detection unit 21) operates, the case where the light emission amount is large and the case where the light emission amount is small are switched.
  • the light emission adjusting unit 34 may reduce the light irradiation amount (light emission intensity) from the light emitting element 11 in at least a part of the period in which the storage unit 22 writes the multi-rotation information, for example.
  • power consumption can be suppressed by the amount that the light receiving sensor 12 does not perform the detection operation, and consumption of the battery 32 can be suppressed. Therefore, the encoder device EC has no maintenance (e.g., replacement) of the battery 32 or the maintenance frequency is low.
  • the light emission adjusting unit 34 stops supplying power to the light emitting element 11 when a predetermined time has elapsed after starting to supply power to the light emitting element 11.
  • the timing at which the light emitting element 11 is turned off may be adjusted using this trigger.
  • the light emission adjusting unit 34 may turn off the light emitting element 11 using the output of the light receiving sensor 12 or a signal generated from the output of the light receiving sensor 12 as a trigger.
  • the light emission adjustment unit 34 may stop supplying power to the light emitting element 11 when a signal is output a predetermined number of times from the analog comparator 55.
  • the light emission adjusting unit 34 may stop supplying power to the light emitting element 11 when a signal (multi-rotation information) is output from the counter 57 to the storage unit 22.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a circuit configuration of the encoder device EC according to the present embodiment.
  • the encoder device EC includes a light amount compensation unit 61.
  • the light amount compensation unit 61 adjusts the amount of light emitted from the light emitting element 11.
  • the light amount compensation unit 61 adjusts the amount of light emitted from the light emitting element 11 by adjusting the power supplied to the light emitting element 11.
  • the light quantity compensation unit 61 is provided in a power supply path between the light emission adjustment unit 34 and the light emitting element 11, for example.
  • the light quantity compensation unit 61 adjusts the power supplied from the light emission adjustment unit 34 and supplies the adjusted power to the light emitting element 11.
  • the light emission efficiency of the light emitting element 11 may decrease due to deterioration over time.
  • the light amount compensation unit 61 adjusts the power supplied to the light emitting element 11 so that at least a part of the decrease in the light emission amount due to deterioration over time is compensated, for example.
  • the light amount compensation unit 61 adjusts the power supplied to the light emitting element 11 so that the light amount of light emitted from the light emitting element 11 approaches a predetermined value based on the detection result of the light receiving sensor 12.
  • the light quantity compensation unit 61 is connected to the first output terminal 12 c of the light receiving sensor 12.
  • the light amount compensation unit 61 compares the level of the signal output from the first output terminal 12c with a threshold value. For example, when the level of the signal output from the first output terminal 12c is less than the threshold, the light amount compensation unit 61 increases the power supplied to the light emitting element 11. In this case, the level of the output signal of the light receiving sensor 12 can be ensured even if the light emission efficiency of the light emitting element 11 is lowered due to aging or the like.
  • the light quantity compensation unit 61 is connected to the second output terminal 12 d of the light receiving sensor 12. The light quantity compensation unit 61 uses the signal output from the second output terminal 12d to adjust the power supplied to the light emitting element 11 so that the light quantity of light emitted from the light emitting element 11 approaches a predetermined value.
  • the light amount compensation unit 61 may reduce the power supplied to the light emitting element 11 when the level of the signal output from the first output terminal 12c or the second output terminal 12d exceeds a threshold value, for example. In this case, since the power consumed by the light emitting element 11 is reduced, the consumption of the battery 32 can be suppressed. Further, the light amount compensation unit 61 adjusts the amount of light emitted from the light emitting element 11 using only one of the output signal from the first output terminal 12c and the output signal from the second output terminal 12d of the light receiving sensor 12. May be. Further, the light amount compensation unit 61 may adjust the amount of light emitted from the light emitting element 11 without using the detection result of the light receiving sensor 12.
  • the light amount compensation unit 61 may adjust the amount of light emitted from the light emitting element 11 based on the total light emission time of the light emitting element 11. Further, the light amount compensation unit 61 may adjust the light amount of light emitted from the light emitting element 11 according to the user setting. For example, when the level of the signal output from the light receiving sensor 12 exceeds the level at which position information can be detected, the light amount compensation unit 61 may adjust the light emission amount of the light emitting element 11 in advance so as to reduce the light emission amount. Further, when the level of the signal output from the light receiving sensor 12 is less than the level at which position information can be detected, the light amount compensation unit 61 may adjust the light emission amount of the light emitting element 11 to increase.
  • the light amount adjustment amount by the light amount compensation unit 61 can be arbitrarily set and adjusted in consideration of the balance between noise resistance performance and battery life.
  • the light emission amount of the light emitting element 11 can be set to be stronger, and when priority is given to battery life, the light emission amount of the light emitting element 11 can be set to be weaker.
  • FIG. 8 is a diagram showing an encoder device EC according to the present embodiment.
  • the battery 32 includes a primary battery 66 and a secondary battery 67.
  • the motor control unit MC includes a power supply unit MC2, and the secondary battery 67 is charged with electric power supplied from the power supply unit MC2.
  • the power supply unit MC2 is a power supply that supplies power used to drive the rotating shaft SF (moving unit), for example, and supplies power to the motor M.
  • the secondary battery 67 is charged by receiving power from the power supply unit MC2 in a state where the power supply unit MC2 can supply power to the motor M (for example, a state where the main power supply is on). In addition, at least a part of the charging of the secondary battery 67 is performed using electric power of the electric signal generated by the electric signal generation unit (electric signal generation unit 31). In this case, the secondary battery 67 can be charged even in a state in which the supply of electric power from the outside to the encoder device EC is cut off (for example, the main power supply is off or a power failure).
  • the battery 32 can supply at least a part of the power consumed by the position detection system 1 from the primary battery 66 or can be supplied from the secondary battery 67.
  • the primary battery 66 and the secondary battery 67 are each electrically connected to the switching unit 33, and the switching unit 33 stores the power from the primary battery 66 or the power from the secondary battery 67 and the storage unit 13. Supply to each of the sections 22.
  • FIG. 9 is a diagram showing a circuit configuration of the encoder device EC according to the present embodiment.
  • the secondary battery 67 is electrically connected to the power supply unit MC2 of the motor control unit MC. Power is supplied from the power supply unit MC2 to the secondary battery 67 in at least part of a period during which the power supply unit MC2 of the motor control unit MC can supply power (eg, the main power supply is in an on state). 67 is charged. In a period during which the power supply unit MC2 of the motor control unit MC cannot supply power (eg, the main power supply is off), the power supply from the power supply unit MC2 to the secondary battery 67 is cut off.
  • the secondary battery 67 is also electrically connected to an electric signal transmission path from the electric signal generating unit 31.
  • the secondary battery 67 can be charged with electric power of the electric signal from the electric signal generating unit 31.
  • the secondary battery 67 is electrically connected to a circuit between the rectifying stack 51 and the regulator 52.
  • the secondary battery 67 is charged by the electric power of the electric signal generated by the electric signal generating unit 31 by the rotation of the rotating shaft SF in a state where the supply of electric power from the power supply unit MC2 is cut off.
  • the secondary battery 67 may be charged by electric power of an electric signal generated by the electric signal generating unit 31 when the rotating shaft SF is driven by the motor M to rotate.
  • the encoder device EC selects which of the primary battery 66 and the secondary battery 67 supplies power to the position detection system 1 in a state where power supply from the outside is cut off.
  • the power supply system 2 includes a power switch 68, and the power switch 68 switches (selects) whether the power is supplied from the primary battery 66 or the secondary battery 67 to the position detection system 1.
  • the first input terminal of the power switch 68 is electrically connected to the positive electrode of the primary battery 66, and the second input terminal of the power switch 68 is electrically connected to the secondary battery 67.
  • the output terminal of the power switch 68 is electrically connected to the input terminal 52b of the regulator 52.
  • the power switch 68 selects, for example, the primary battery 66 or the secondary battery 67 as the battery that supplies power to the position detection system 1 based on the remaining amount of the secondary battery 67. For example, when the remaining amount of the secondary battery 67 is equal to or greater than the threshold value, the power switch 68 supplies power from the secondary battery 67 and does not supply power from the primary battery 66.
  • This threshold is set based on the power consumed by the position detection system 1, and is set to be equal to or higher than the power to be supplied to the position detection system 1, for example. For example, when the power consumed by the position detection system 1 can be supplied by the power from the secondary battery 67, the power switch 68 supplies power from the secondary battery 67 and supplies power from the primary battery 66. I won't let you.
  • the power switch 68 When the remaining amount of the secondary battery 67 is less than the threshold, the power switch 68 does not supply power from the secondary battery 67 but supplies power from the primary battery 66.
  • the power switch 68 may also serve as, for example, a charger that controls charging of the secondary battery 67, and uses the information on the remaining amount of the secondary battery 67 used for charging control. It may be determined whether the remaining amount is greater than or equal to a threshold value.
  • the encoder device EC Since the encoder device EC according to the present embodiment uses the secondary battery 67 together, the consumption of the primary battery 66 can be delayed. Therefore, the encoder device EC has no maintenance (e.g., replacement) of the battery 32 or the maintenance frequency is low.
  • the battery 32 may include at least one of the primary battery 66 and the secondary battery 67.
  • power is alternatively supplied from the primary battery 66 or the secondary battery 67, but power may be supplied from the primary battery 66 and the secondary battery 67 in parallel.
  • the primary battery 66 is powered according to the power consumption of each processing unit (for example, the light emitting element 11, the light receiving sensor 12, the analog comparator 55, the analog comparator 56, the counter 57, and the nonvolatile memory 58) of the position detection system 1.
  • a processing unit that supplies power from the secondary battery 67 may be determined.
  • the secondary battery 67 may be charged using at least one of the power supplied from the power supply unit EC2 and the power of the electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31.
  • the encoder device EC does not have to include the battery 32, and is consumed by the position detection system 1 (for example, the multi-rotation information detection unit 3) by the electric power of the electric signal generated by the electric signal generation unit 31, for example. Electricity may be provided. In this case, the encoder device EC may not include the switching unit 33.
  • FIG. 10A to FIG. 10D are diagrams showing a part of a modified encoder device.
  • the magnet 37 generates an alternating magnetic field by a ring-shaped magnet (see FIG. 3), but the magnet 37 in FIG. 10A generates an alternating magnetic field by a bar magnet.
  • the magnet 37 includes bar magnets 71a to 71f provided on a disk-shaped plate 72.
  • the plate 72 is fixed to the rotating shaft SF and rotates integrally with the rotating shaft SF.
  • the bar magnets 71a to 71f are fixed to the plate 72 and rotate integrally with the plate 72 and the rotation shaft SF.
  • Each of the bar magnets 71a to 71f is disposed substantially parallel to the radial direction of the plate 72.
  • the bar magnets 71a to 71c are arranged with the south pole facing the center of the plate 72 (rotation axis SF) and the north pole facing the radial direction with respect to the rotation axis SF (outside the plate 72).
  • the bar magnet 71 a is disposed near the position 72 d of the plate 72.
  • the bar magnet 71 b is disposed at the position 72 a of the plate 72.
  • the bar magnet 71 c is disposed in the vicinity of the position 72 b of the plate 72.
  • the bar magnets 71d to 71f are arranged with the north pole facing the center (rotation axis SF) of the plate 72 and the south pole facing the radial direction with respect to the rotation axis SF (outside the plate 72).
  • the bar magnet 71d is disposed adjacent to the bar magnet 71c in the vicinity of the position 72b of the plate 72.
  • the bar magnet 71e is disposed at a position 72c of the plate 72.
  • the bar magnet 71f is disposed adjacent to the bar magnet 71a in the vicinity of the position 72d of the plate 72.
  • an electric signal generation unit 31a and an electric signal generation unit 31b are provided as the electric signal generation unit 31.
  • the electrical signal generation unit 31 b is arranged with a phase difference of 180 ° from the electrical signal generation unit 31 in the circumferential direction of the magnet 37.
  • the position 37a of the magnet 37 passes near the electric signal generation unit 31
  • the position 37c of the magnet 37 passes near the electric signal generation unit 31c.
  • the electric signal generation unit 31a and the electric signal generation unit 31c generate electric power almost simultaneously, and the electric power (electric signal level) generated in the electric signal generation unit 31 can be increased.
  • an electric signal generation unit 31a and an electric signal generation unit 31c are provided as the electric signal generation unit 31.
  • the electric signal generation unit 31 c is provided on the opposite side of the electric signal generation unit 31 a with respect to the magnet 37.
  • the electrical signal generation unit 31 c is provided at the same angular position as the electrical signal generation unit 31 a in the circumferential direction of the magnet 37.
  • the electric signal generating unit 31a and the electric signal generating unit 31c generate electric power almost simultaneously, and the electric power (electric signal level) generated in the electric signal generating unit 31 can be increased. .
  • a magnet 73a and a magnet 73b are provided as the magnet 37.
  • an electric signal generation unit 31a and an electric signal generation unit 31d are provided as the electric signal generation unit 31.
  • the magnet 73a is disposed on the front surface of the disk 36 shown in FIG. 1 and the like, and the magnet 73b is disposed on the back surface.
  • the electric signal generating unit 31a is disposed in the vicinity of the magnet 73a and generates power by changing the magnetic field formed by the magnet 73a.
  • the electrical signal generation unit 31d is disposed in the vicinity of the magnet 73b and generates power by changing the magnetic field formed by the magnet 73b.
  • the number of electrical signal generation units provided in the encoder device EC may be three or more.
  • the electric signal generating unit is provided with a magnetic sensitive part and a power generating part on each of one side and the other side of the magnet 37, and the magnetic sensitive part and the power generating part are accommodated in one casing. It may be.
  • the position detection system 1 detects rotational position information of the rotation axis SF (moving unit) as position information, but detects at least one of a position, speed, and acceleration in a predetermined direction as position information. May be.
  • the encoder device EC may include a rotary encoder or a linear encoder.
  • the power generation unit and the detection unit are provided on the rotation shaft SF, and the magnet 37 is provided outside the moving body (for example, the rotation shaft SF), so that the relative position between the magnet and the detection unit moves. It may change as the part moves.
  • the position detection system 1 may not detect the multi-rotation information of the rotation axis SF, and may detect the multi-rotation information by a processing unit outside the position detection system 1.
  • the electric signal generation unit 31 may supply at least a part of the power consumed by the position detection system 1. For example, when the power supply system 2 does not include the battery 32 (battery), an electric signal (current) generated by the power generation unit may be supplied to the light emission adjustment unit. For example, the electrical signal generation unit 31 may supply power to a processing unit that consumes relatively little power in the position detection system 1. Further, the power supply system 2 may not supply power to a part of the position detection system 1. For example, the power supply system 2 may intermittently supply power to the detection unit 21 and may not supply power to the storage unit 22. In this case, power may be intermittently or continuously supplied to the storage unit 22 from a power source, a battery, or the like provided outside the power supply system 2.
  • the power generation unit may generate electric power due to a phenomenon other than a large Barkhausen jump.
  • the power generation unit may generate electric power by electromagnetic induction accompanying a change in a magnetic field accompanying movement of a moving unit (eg, rotation axis SF).
  • the storage unit that stores the detection result of the detection unit may be provided outside the position detection system 1 or may be provided outside the encoder device EC.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the driving device MTR.
  • the drive device MTR is a motor device including an electric motor.
  • the drive device MTR includes a rotary shaft SF, a main body (drive unit) BD that rotationally drives the rotary shaft SF, and an encoder device EC that detects rotational position information of the rotary shaft SF.
  • the rotary shaft SF has a load side end SFa and an anti-load side end SFb.
  • the load side end portion SFa is connected to another power transmission mechanism such as a speed reducer.
  • the scale S is fixed to the non-load side end portion SFb through a fixing portion.
  • an encoder device EC is attached.
  • the encoder device EC is an encoder device according to the above-described embodiment, modification, or combination thereof.
  • the motor control unit MC shown in FIG. 1 and the like controls the main body BD using the detection result of the encoder device EC. Since the drive device MTR has no or low need for battery replacement of the encoder device EC, the maintenance cost can be reduced.
  • the drive device MTR is not limited to a motor device, and may be another drive device having a shaft portion that rotates using hydraulic pressure or pneumatic pressure.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the stage apparatus STG.
  • This stage device STG has a configuration in which a rotary table (moving object) TB is attached to the load side end portion SFa of the rotation shaft SF of the drive device MTR shown in FIG.
  • components that are the same as or equivalent to those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
  • the stage device STG rotates the rotating shaft SF by driving the driving device MTR, this rotation is transmitted to the rotary table TB.
  • the encoder device EC detects the angular position and the like of the rotating shaft SF. Therefore, the angular position of the rotary table TB can be detected by using the output from the encoder device EC.
  • a reduction gear or the like may be disposed between the load side end SFa of the drive device MTR and the rotary table TB.
  • the stage apparatus STG can reduce the maintenance cost because the necessity of replacing the battery of the encoder apparatus EC is low or absent.
  • the stage apparatus STG can be applied to a rotary table provided in a machine tool such as a lathe.
  • FIG. 13 is a perspective view showing an example of the robot apparatus RBT.
  • FIG. 13 schematically shows a part (joint part) of the robot apparatus RBT.
  • the robot apparatus RBT includes a first arm AR1, a second arm AR2, and a joint portion JT.
  • the first arm AR1 is connected to the second arm AR2 via the joint portion JT.
  • the first arm AR1 includes an arm portion 101, a bearing 101a, and a bearing 101b.
  • the second arm AR2 has an arm portion 102 and a connection portion 102a.
  • the connecting portion 102a is disposed between the bearing 101a and the bearing 101b in the joint portion JT.
  • the connecting portion 102a is provided integrally with the rotation shaft SF2.
  • the rotation shaft SF2 is inserted into both the bearing 101a and the bearing 101b in the joint portion JT.
  • the end of the rotary shaft SF2 on the side inserted into the bearing 101b passes through the bearing 101b and is connected to the speed reducer RG.
  • the reduction gear RG is connected to the drive device MTR, and decelerates the rotation of the drive device MTR to, for example, 1/100 and transmits it to the rotary shaft SF2.
  • the load-side end portion SFa of the rotation shaft SF of the drive device MTR is connected to the speed reducer RG.
  • the scale S of the encoder device EC is attached to the non-load-side end portion SFb of the rotation shaft SF of the drive device MTR.
  • the robot apparatus RBT drives the drive apparatus MTR to rotate the rotation axis SF
  • the rotation is transmitted to the rotation axis SF2 via the reduction gear RG.
  • the connecting portion 102a rotates integrally, whereby the second arm AR2 rotates relative to the first arm AR1.
  • the encoder device EC detects the angular position and the like of the rotating shaft SF. Therefore, the angular position of the second arm AR2 can be detected by using the output from the encoder device EC.
  • the robot apparatus RBT does not require or is low in battery replacement of the encoder apparatus EC, the maintenance cost can be reduced.
  • the robot apparatus RBT is not limited to the above configuration, and the drive apparatus MTR can be applied to various robot apparatuses having joints.
  • the encoder device switches ON / OFF of the battery based on the electric signal generated by the electric signal generating unit, and at least a part of the position detection system (for example, the light emitting element 11, the electric power from the battery).
  • the power consumed by the detection unit 21 and the storage unit 22) may be covered.
  • the encoder device extracts the electric signal generated by the electric signal generation unit as electric power, and at least a part of the position detection system (for example, the light emitting element 11, the detection unit 21, and the storage unit 22). The consumed power may be covered.
  • SYMBOLS 1 Position detection system, 2 ... Power supply system, 3 ... Multi-rotation information detection part, 11 ... Light emitting element (light emission part), 12 ... Light receiving sensor (light detection part), 21 ?? Detecting unit, 22 ... Storage unit, 31 ... Electric signal generating unit (electrical signal generating unit), 32 ... Battery, 33 ... Switching unit, 34 ... Light emission adjusting unit, 61 ... Light quantity compensation unit, EC ... Encoder device, MTR ... Drive device, RBT ... Robot device, S ... Scale, STG ... Stage device

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Abstract

【課題】バッテリーのメンテナンスがない、あるいはメンテナンスの頻度が低いエンコーダ装置を提供する。 【解決手段】エンコーダ装置は、スケールと、スケールへ光を照射する発光部と、移動部の移動によってスケールとの相対位置が変化する光検出部と、光検出部の検出結果に基づいて移動部の位置情報を検出する検出部とを含む位置検出系と、移動部の移動によって電気信号が発生する電気信号発生部と、電気信号に基づいて、発光部からの光の照射を調整する発光調整部と、を備える。

Description

エンコーダ装置、駆動装置、ステージ装置、及びロボット装置
 本発明は、エンコーダ装置、駆動装置、ステージ装置、及びロボット装置に関する。
 軸の回転の数を区別する多回転型のエンコーダ装置は、ロボット装置などの各種装置に搭載されている(例えば、下記の特許文献1参照)。ロボット装置の動作中において、エンコーダ装置は、例えばロボット装置の主電源から電力供給を受けて、回転の数を示す多回転情報、および1回転未満の角度位置を示す角度位置情報を含む回転位置情報を検出する。
 ところで、ロボット装置が所定の処理を終了すると、その主電源がオフにされることがある。この場合に、ロボット装置の主電源からエンコーダ装置への電力供給も停止される。ロボット装置には、主電源が次にオンに切り替えられた際に、つまり次回の動作を開始する際に、初期の姿勢などの情報が必要とされることがある。そのため、エンコーダ装置には、外部から電力が供給されない状態においても、多回転情報を保持することが求められる。そこで、エンコーダ装置として、主電源からの電力供給が得られない状態において、バッテリーから供給される電力によって多回転情報を保持するものが用いられる。
特開平8-50034号公報
 上述のようなエンコーダ装置は、バッテリーのメンテナンス(例、交換)がない、あるいはメンテナンスの頻度が低いことが望まれる。
 本発明の第1の態様に従えば、スケールと、スケールへ光を照射する発光部と、移動部の移動によってスケールとの相対位置が変化する光検出部と、光検出部の検出結果に基づいて移動部の位置情報を検出する検出部とを含む位置検出系と、移動部の移動によって電気信号が発生する電気信号発生部と、電気信号に基づいて、発光部からの光の照射を調整する発光調整部と、を備えるエンコーダ装置が提供される。
 本発明の第1の態様に従えば、スケールの位置情報を光学的に検出するとともに、移動部の移動によってスケールとの相対位置が変化する検出系と、移動部の移動によって信号を出力する信号発生部と、信号に基づいて検出系の動作を制御する調整部と、を備えるエンコーダ装置が提供される。
 本発明の第3の態様に従えば、第1の態様または第2の態様のエンコーダ装置と、移動部に動力を供給する動力供給部と、を備える駆動装置が提供される。
 本発明の第4の態様に従えば、移動物体と、移動物体を移動させる第3の態様の駆動装置と、を備えるステージ装置が提供される。
 本発明の第5の態様に従えば、第3の態様の駆動装置と、駆動装置によって相対移動する第1アームおよび第2アームと、を備えるロボット装置が提供される。
第1実施形態に係るエンコーダ装置を示す図である。 実施形態に係るスケール、及び受光センサの例を示す図である。 実施形態に係る磁石および電気信号発生ユニットの例を示す図である。 第1実施形態に係る電力供給系および多回転情報検出部の回路構成を示す図である。 第1実施形態に係る電力供給系および多回転情報検出部の動作を示す図である。 実施形態に係る発光部および受光素子の動作タイミングを示す図である。 第2実施形態に係るエンコーダ装置の回路構成を示す図である。 第3実施形態に係るエンコーダ装置を示す図である。 第3実施形態に係るエンコーダ装置の回路構成を示す図である。 変形例のエンコーダ装置の一部を示す図である。 実施形態に係る駆動装置の一例を示す図である。 実施形態に係るステージ装置の一例を示す図である。 実施形態に係るロボット装置の一例を示す斜視図である。
[第1実施形態]
 第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係るエンコーダ装置ECを示す図である。このエンコーダ装置ECは、モータM(動力供給部)の回転軸SF(移動部)の回転位置情報を検出する。回転軸SFは、例えばモータMのシャフト(回転子)であるが、モータMのシャフトに変速機などの動力伝達部を介して接続されるとともに負荷に接続される作用軸(出力軸)であってもよい。エンコーダ装置ECが検出した回転位置情報は、モータ制御部MCに供給される。モータ制御部MCは、エンコーダ装置ECから供給された回転位置情報を使って、モータMの回転を制御する。モータ制御部MCは、回転軸SFの回転を制御する。
 エンコーダ装置ECは、位置検出系1および電力供給系2を備える。位置検出系1は、回転軸SFの回転位置情報を検出する。エンコーダ装置ECは、いわゆる多回転アブソリュートエンコーダであり、回転軸SFの回転の数を示す多回転情報、および1回転未満の角度位置(回転角)を示す角度位置情報を含む回転位置情報を検出する。エンコーダ装置ECは、回転軸SFの多回転情報を検出する多回転情報検出部3、及び回転軸SFの角度位置を検出する角度検出部4を備える。
 位置検出系1の少なくとも一部(例、角度検出部4)は、例えば、エンコーダ装置ECが搭載される装置(例、駆動装置、ステージ装置、ロボット装置)の電源が投入されている状態で、この装置から電力の供給を受けて動作する。また、位置検出系1の少なくとも一部(例、多回転情報検出部3)は、例えば、エンコーダ装置ECが搭載される装置の電源が投入されていない状態で、電力供給系2から電力の供給を受けて動作する。例えば、エンコーダ装置ECが搭載される装置からの電力の供給が断たれた状態において、電力供給系2は、位置検出系1の少なくとも一部(例、多回転情報検出部3)に対して断続的(間欠的)に電力を供給し、位置検出系1は、電力供給系2から電力が供給された際に回転軸SFの回転位置情報の少なくとも一部(例、多回転情報)を検出する。
 角度検出部4は、例えば、スケールの一回転内の位置情報(角度位置情報)を光学的に検出する。角度検出部4は、発光素子11(発光部、照射部)、スケールS、受光センサ12(光検出部)、及び検出部13を備える。角度検出部4は、例えば、スケールSのパターンニング情報を受光素子で読み取ることにより、回転軸SFの1回転以内の角度位置を検出する。スケールSのパターンニング情報は、例えば、スケールS上の明暗のスリットで表される。
 スケールSは、回転軸SFに固定された円板14に設けられている。スケールSは、インクリメンタルスケール及びアブソリュートスケールを含む。発光素子11は、スケールSに光を照射する。受光センサ12は、発光素子11から照射されスケールSを経由した光を検出する。発光素子11および受光センサ12は、回転軸SF(移動部)の回転(移動)によってスケールSとの相対位置が変化する。図1において、角度検出部4は透過型であり、受光センサ12は、スケールSを透過した光を検出する。受光センサ12は、インクリメンタルスケールを経由した光を検出(受光)する受光部(図示せず)、及びアブソリュートスケールを経由した光を検出(受光)する受光部(図示せず)を含む。角度検出部4は反射型であってもよい。受光センサ12は、角度位置情報の検出結果を示す信号を検出部13へ供給する。例えば、検出部13は、アブソリュートスケールからの光を検出した結果を使って第1分解能の角度位置を検出する。また、検出部13は、インクリメンタルスケールからの光を検出した結果を使って、第1分解能の角度位置に内挿演算を行うことにより、第1分解能よりも高い第2分解能の角度位置を検出する。
 図2は、本実施形態に係るスケールS、及び受光センサ12を示す図である。なお、図2には、多回転情報の検出に用いる部分を図示し、角度位置情報の検出に用いる部分(インクリメンタルスケール、アブソリュートスケール、及びこれらに対応する受光部)の図示を省略した。スケールSは、第1スケールSaおよび第2スケールSbを含む。第1スケールSaおよび第2スケールSbは、それぞれ、回転軸SFを中心とする環状の部材である。第1スケールSaおよび第2スケールSbは、それぞれ、その周方向の角度位置によって光学特性(例、透過率、反射率、光吸収率)が変化する。例えば、第1スケールSaおよび第2スケールSbは、それぞれ、回転軸SFに対する周方向において光学特性が2値的に切替わる。第1スケールSaおよび第2スケールSbのそれぞれにおいて、光学特性が2値的に切替わる角度位置は、磁石11の周方向においてN極とS極との境界の角度位置と異なるように設定される。第2スケールSbは、第1スケールSaと同様であるが、第1スケールSaと比較して、周方向で光学特性が変化する位相が異なる。第1スケールSaと第2スケールSbとの光学特性の位相差は、0°より大きく180°よりも小さい範囲に設定され、例えば、90°に設定される。なお、第1スケールSaおよび第2スケールSbは、インクリメンタルスケール、アブソリュートスケールと別の部材に設けられてもよく、例えば、磁石11と同じ円板15に設けられてもよい。この場合、第1スケールSaおよび第2スケールSbに光を照射する発光素子は、例えば、インクリメンタルスケール、アブソリュートスケールに光を照射する発光素子と別に設けられる。
 受光センサ12は、第1受光部12aおよび第2受光部12bを含む。第1受光部12aは、発光素子11から照射されて第1スケールSaを経由(例、透過、反射)した光が入射する位置に配置される。例えば、第1スケールSaは周方向で透過率が変化し、発光素子11から照射されて第1スケールSaを透過する光の光量は、第1スケールSa(回転軸SF)の角度位置に応じて変化し、第1受光部12aに入射する光の光量も第1スケールSa(回転軸SF)の角度位置に応じて変化する。
 第2受光部12bは、発光素子11から照射されて第2スケールSbを経由(例、透過、反射)した光が入射する位置に配置される。第2受光部12bは、例えば、スケールSの周方向において第1受光部12aとほぼ同じ角度位置に配置される。例えば、第2スケールSbは周方向で透過率が変化し、発光素子11から照射されて第2スケールSbを透過する光の光量は、第2スケールSb(回転軸SF)の角度位置に応じて変化し、第2受光部12bに入射する光の光量も第2スケールSb(回転軸SF)の角度位置に応じて変化する。
 第1スケールSaと第2スケールSbとで光学特性の位相差があることから、検出部13は、例えば、第1受光部12aの検出結果をA相信号に利用し、第2受光部12bの検出結果をB相信号に利用することができる。なお、図2においては、第1スケールSaと第2スケールSbとで光学特性の変化の位相が異なり、第1受光部12aおよび第2受光部12bの角度位置がほぼ同じであるが、第1スケールSaと第2スケールSbとで光学特性の変化の位相が同じであり、第1受光部12aおよび第2受光部12bの角度位置が異なっていてもよい。この場合にも、第1受光部12aの検出結果をA相信号に利用し、第2受光部12bの検出結果をB相信号に利用することができる。
 なお、図1の説明において、角度検出部4の検出部13は、受光センサ12の第1受光部12aおよび第2受光部12bの検出結果を使って、回転軸SFの角度位置を検出してもよい。
 多回転情報検出部3は、角度検出部4の検出対象と同じ回転軸SFの多回転情報を光学的に検出する。多回転情報検出部3は、発光素子11(発光部)、スケールS、受光センサ12(光検出部)、検出部21、及び記憶部22を備える。なお、発光素子11、スケールS、受光センサ12の少なくとも一部は、多回転情報検出部3と角度検出部4とで共用であってもよい。検出部21は、受光センサ12の検出結果を使って、回転軸SFの多回転情報を検出する。また、例えば、検出部21は、回転軸SFが所定の向きに回転してスケールS上の所定の位置が受光センサ12による検出位置を通過した場合、回転の数を1だけ加算する(インクリメントする)。また、例えば、検出部13は、回転軸SFが所定の向きの逆向きに回転してスケールS上の所定の位置が受光センサ12による検出位置を通過した場合、回転の数を1だけ減算する(デクリメントする)。記憶部22は、検出部21が検出した多回転情報を記憶する。
 本実施形態において、エンコーダ装置ECは、信号処理部25を備える。信号処理部25は、位置検出系1による検出結果を処理する。信号処理部25は、合成部26および外部通信部27を備える。合成部26は、検出部13が検出した第2分解能の角度位置情報を取得する。また、合成部26は、多回転情報検出部3の記憶部22から回転軸SFの多回転情報を取得する。合成部26は、検出部13からの角度位置情報、及び多回転情報検出部3からの多回転情報を合成し、回転位置情報を算出する。例えば、検出部13の検出結果がθ[rad]であり、多回転情報検出部3の検出結果がn回転である場合に、合成部26は、回転位置情報として(2π×n+θ)を算出する。回転位置情報は、多回転情報と、1回転未満の角度位置情報とを組にした情報でもよい。
 合成部26は、回転位置情報を外部通信部27に供給する。外部通信部27は、有線または無線によって、モータ制御部MCの通信部MC1と通信可能に接続されている。外部通信部27は、デジタル形式の回転位置情報を、モータ制御部MCの通信部MC1に供給する。モータ制御部MCは、角度検出部4の外部通信部27からの回転位置情報を適宜復号する。モータ制御部MCは、回転位置情報を使ってモータMへ供給される電力(駆動電力)を制御することにより、モータMの回転を制御する。
 電力供給系2は、電気信号発生ユニット31、バッテリー32(電池)、切替部33、及び発光調整部34を備える。電気信号発生ユニット31は、回転軸SFの回転によって電気信号が発生する。この電気信号は、例えば、電力(電流、電圧)が時間変化する波形を含む。電気信号発生ユニット31には、例えば、回転軸SFの回転に応じて変化する磁界によって、電気信号として電力が発生する。例えば、回転軸SFには円板36が設けられ、円板36には磁石37が設けられる。回転軸SFの回転によって、磁石37と電気信号発生ユニット31との相対位置(相対的な角度位置)が変化し、磁石37によって電気信号発生ユニット31の位置に形成される磁界が変化する。
 図3は、本実施形態に係る磁石37および電気信号発生ユニット31を示す図である。図3(A)には斜視図を示し、図3(B)には回転軸SFの方向から見た平面図を示した。
 磁石37は、回転軸SFに対する放射方向(径方向)における磁界の向きおよび強さが回転によって変化するように構成される。磁石37は、例えば回転軸SFと同軸の円環状の部材である。磁石37の主面(表面および裏面)は、それぞれ、回転軸SFとほぼ垂直である。図3(B)に示すように、磁石37は、例えば、8極に着磁された永久磁石である。磁石37は、同心円状の2つの環状の磁石を組み合わせた形状である。2つの環状の磁石は、それぞれ、4極に着磁されており、その周方向にN極、S極が交互に配置される。2つの環状の磁石は、その径方向(回転軸SFの放射方向)において、N極とS極が並んでいる。磁石37は、磁石37の外部に固定された座標系に対し、磁石37の回転に伴って径方向の磁界の向きが反転する交流磁界を形成する。電気信号発生ユニット31は、磁石37の主面の法線方向から見て磁石37と重なる位置に配置されている。
 ここでは説明の便宜上、回転軸SFの先端側(図1のモータMと反対側)から見た場合の、反時計回りの回転を順回転、時計回りの回転を逆回転という。また、順回転の角度を正の値で表し、逆回転の角度を負の値で表す。なお、回転軸SFの基端側(図1のモータM側)から見た場合の、反時計回りの回転を順回転、時計回りの回転を逆回転と定義してもよい。
 本実施形態において、電気信号発生ユニット31は、磁石37と非接触に設けられている。電気信号発生ユニット31は、感磁性部41および発電部42を備える。感磁性部41および発電部42は、磁石37の外部に固定されており、磁石37の回転に伴って磁石37上の各位置との相対位置が変化する。
 感磁性部41は、ウィーガントワイヤなどの感磁性ワイヤである。感磁性部41には、磁石37の回転に伴う磁界の変化によって大バルクハウゼンジャンプ(ウィーガンド効果)が生じる。感磁性部41は、円柱状の部材であり、その軸方向が磁石37の径方向に設定されている。感磁性部41は、その軸方向に交流磁界が印加され磁界が反転する際に、軸方向の一端から他端に向かう磁壁が発生する。
 発電部42は、感磁性部41に巻き付けられて配置される高密度コイルなどである。発電部42には、感磁性部41における磁壁の発生に伴って電磁誘導が生じ、誘導電流が流れる。磁石37が感磁性部41の位置に形成する磁界の向きが反転する際に、発電部42にパルス状の電流(電気信号)が発生する。この電気信号は、位置検出系1に含まれる回路における導通と遮断との切替に用いられる。
 発電部42に発生する電流の向きは、磁界の反転前後の向きに応じて変化する。例えば、磁石37の外側を向く磁界から内側を向く磁界へ反転時に発生する電流の向きは、磁石37の内側を向く磁界から外側を向く磁界へ反転時に発生する電流の向きの反対になる。発電部42に発生する電力(誘導電流)は、例えば高密度コイルの巻き数により設定できる。
 図3(A)に示すように、感磁性部41および発電部42は、ケース43に収納されている。ケース43には端子43aおよび端子43bが設けられている。発電部42の高密度コイルは、その一端が端子43aと電気的に接続され、その他端が端子43bと電気的に接続されている。発電部42で発生した電力は、端子43aおよび端子43bを介して、電気信号発生ユニット31の外部へ取り出し可能である。
 なお、図1に示したスケールSは、円板36に設けられてもよいし、円板36と一体化された部材であってもよい。例えば、スケールSは、円板36において磁石37と反対側の面に設けられていてもよい。スケールSは、磁石37の内側と外側の少なくとも一方に設けられていてもよい。
 図1の説明に戻り、バッテリー32は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号に応じて、位置検出系1で消費される電力の少なくとも一部を供給する。バッテリー32は、例えばボタン型電池、乾電池などの一次電池である。バッテリー32は、例えばボタン型電池であり、保持部45に保持される。保持部45は、例えば、位置検出系1の少なくとも一部が設けられる回路基板などである。保持部45は、例えば、検出部21、切替部33、及び記憶部22を保持する。保持部45には、例えば、バッテリー32を収容可能な電池ケース、及びバッテリー32と接続される電極、配線などが設けられる。
 切替部33は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号に応じて、バッテリー32から位置検出系1への電力の供給の有無を切り替える。例えば、切替部33は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号のレベルが閾値以上になることでバッテリー32から位置検出系1への電力の供給を開始させる。例えば、切替部33は、電気信号発生ユニット31で閾値以上の電力が発生することでバッテリー32から位置検出系1への電力の供給を開始させる。また、切替部33は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号のレベルが閾値未満になることでバッテリー32から位置検出系1への電力の供給を停止させる。例えば、切替部33は、電気信号発生ユニット31で発生する電力が閾値未満になることでバッテリー32から位置検出系1への電力の供給を停止させる。例えば、電気信号発生ユニット31にパルス状の電気信号が発生する場合、切替部33は、この電気信号のレベル(電力)がローレベルからハイレベルに立ち上がった際に、バッテリー32から位置検出系1への電力の供給を開始させ、この電気信号のレベル(電力)がローレベルへ変化してから所定の時間経過後に、バッテリー32から位置検出系1への電力の供給を停止させる。
 発光調整部34は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号に基づいて、発光素子11(発光部)から照射される光の調整を行う。例えば、発光素子11から光が照射されるタイミングを調整する。例えば、発光調整部34は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号を用いて、発光素子11の点灯状態と消灯状態とを切り替える。発光調整部34は、例えば、発光素子11へ電力を供給するか否かを切り替えることで、発光素子11(発光部)から光が照射されるタイミングを調整する。発光調整部34は、切替部33と発光素子11との間の電力の供給経路に設けられる。例えば、発光調整部34は、切替部33と電気的に接続され、切替部33から電力の供給を受けることが可能である。発光調整部34は、発光素子11と電気的に接続され、発光素子11に対して、発光素子11が点灯状態を維持するのに必要とされる電力を供給可能である。発光調整部34は、例えば、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号に応じて切替部33から電力が供給されることをトリガーとして、発光素子11への電力の供給を開始する。例えば、発光調整部34は、切替部33から電力が供給された際に、この電力を発光素子11に供給することで発光素子11を点灯させる。このように、発光調整部34は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号を用いて、発光素子11からの光の照射を開始させる。なお、発光調整部34は、発光素子11(発光部)から照射される光の強度(発光量)を調整するのでもよい。例えば、発光調整部34は、発光素子11が所定の期間において所定の光量で光を照射した後、発光素子11から照射される光量を上記の所定の光量よりも減らしてもよい。また、発光調整部34は、発光素子11から照射される光のタイミングおよび発光量を調整するのでもよい。例えば、発光調整部34は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号を用いて、発光素子11の発光量を調整してもよい。
 本実施形態において、発光調整部34は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号に基づいて、受光センサ12が検出動作を行うタイミングを調整してもよい。例えば、発光調整部34は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号を用いて、受光センサ12が検出動作を行う検出期間と検出動作を行わない非検出期間とを切り替える。発光調整部34は、例えば、受光センサ12へ電力を供給するか否かを切り替えることで、検出期間と検出動作を行わない非検出期間とを切り替える。発光調整部34は、切替部33と受光センサ12との間の電力の供給経路に設けられる。例えば、発光調整部34は、受光センサ12と電気的に接続され、受光センサ12に対して、受光センサ12が光を検出する(検出動作を行う)のに必要とされる電力を供給可能である。例えば、発光調整部34は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号に応じて切替部33から電力が供給されることをトリガーとして、受光センサ12の検出期間を開始する。例えば、発光調整部34は、切替部33から電力が供給された際に、この電力を受光センサ12に供給することで、受光センサ12が検出動作を行うことが可能な状態にする。なお、発光調整部34は、受光センサ12が検出動作を行うタイミングを調整しなくてもよい。例えば、受光センサ12は、発光調整部34を介することなく電力の供給を受けて、検出動作を行ってもよい。
 発光調整部34は、例えば、受光センサ12がスケールSからの光を検出した後に、発光素子11からの光の照射を停止させる。例えば、発光調整部34は、発光素子11からの光の照射を開始させてから所定の時間が経過した時点で(所定時間の経過をトリガーとして)、発光素子11からの光の照射を停止させる。上記の所定の時間は、例えば、受光センサ12が検出動作を行うことが可能な時間以上に予め設定される。発光調整部34は、例えば、発光素子11への電力の供給を開始してから所定の時間が経過した時点で、発光素子11への電力の供給を停止することで、発光素子11を消灯状態にする。なお、発光調整部34は、例えば、受光センサ12の検出期間を開始してから所定の時間が経過した時点で、受光センサ12の非検出期間へ切り替えてもよい。例えば、発光調整部34は、受光センサ12への電力の供給を開始してから所定の時間が経過したことをトリガーとして、受光センサ12への電力の供給を停止することで、受光センサ12が検出動作を行わない状態にしてもよい。例えば、発光素子11から光が照射される期間の長さは、電気信号発生ユニット31で発生した電気信号に基づいて、位置検出系1への電力の供給を行う期間の長さ以下になる。例えば、発光素子11から光が照射される期間は、電気信号発生ユニット31で発生した電気信号に基づいて、位置検出系に含まれる回路が導通している期間の一部になる。また、例えば、発光素子11が点灯状態となってから消灯状態となるまでの期間は、電気信号発生ユニット31で電気信号が発生する期間の一部になる。電気信号発生ユニット31にパルス状の電気信号が発生している場合には、電気信号が発生する期間は、例えば、パルス状の電気信号が発生し始めてから(パルスの立ち上がり時点から)、発生しなくなるまで(パルスの立下りの時点)の期間である。また、発光調整部34は、非検出期間へ切り替えを行わなくてもよい。例えば、受光センサ12は、発光調整部34を介することなく電力の供給を受けて検出動作を行い、電力の供給が絶たれることで検出動作を行わない状態になってもよい。
 図4は、本実施形態に係る電力供給系2および多回転情報検出部3の回路構成を示す図である。電力供給系2は、電気信号発生ユニット31、整流スタック51、及びバッテリー32を備える。また、電力供給系2は、図1に示した切替部33として、レギュレータ52を備える。
 整流スタック51は、電気信号発生ユニット31から流れる電流を整流する整流器である。整流スタック51の第1入力端子51aは、電気信号発生ユニット31の端子43aと接続されている。整流スタック51の第2入力端子51bは、電気信号発生ユニット31の端子43bと接続されている。整流スタック51の接地端子51gは、シグナルグランドSGと同電位が供給される接地線GLに接続されている。多回転情報検出部3の動作時に、接地線GLの電位は、回路の基準電位になる。整流スタック51の出力端子51cは、レギュレータ52の制御端子52aに接続されている。
 レギュレータ52は、バッテリー32から位置検出系1へ供給される電力を調整する。レギュレータ52は、バッテリー32と位置検出系1との間の電力の供給経路に設けられるスイッチ53を含んでもよい。レギュレータ52は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号をもとにスイッチ53の動作を制御する。
 レギュレータ52の入力端子52bは、バッテリー32に接続されている。レギュレータ52の出力端子52cは、電源線PLに接続されている。レギュレータ52の接地端子52gは、接地線GLに接続されている。レギュレータ52の制御端子52aはイネーブル端子であり、レギュレータ52は、制御端子52aに閾値以上の電圧が印加された状態で、出力端子52cの電位を所定電圧に維持する。レギュレータ52の出力電圧(上記の所定電圧)は、計数器57(後述する)がCMOSなどで構成される場合に例えば3Vである。記憶部22(後述する不揮発性メモリ58)の動作電圧は、例えば、所定電圧と同じ電圧に設定される。なお、所定電圧は、電力供給に必要な電圧であり、一定の電圧値のことだけでなく、段階的に変化する電圧であってもよい。
 スイッチ53は、第1端子53aが入力端子52bと接続され、第2端子53bが出力端子52cと接続される。レギュレータ52は、電気信号発生ユニット31から制御端子52aに供給される電気信号を制御信号(イネーブル信号)に用いて、スイッチ53の第1端子53aと第2端子53bとの間の導通状態(オン)と絶縁状態(オフ)とを切り替える。例えば、スイッチ53は、MOS、TFTなどのスイッチング素子を含み、第1端子53aと第2端子53bとはソース電極とドレイン電極であり、ゲート電極が制御端子52aと接続される。スイッチ53は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号(電力)によってゲート電極が充電され、ゲート電極の電位が閾値以上になると、ソース電極とドレイン電極との間が導通可能な状態(オン状態)になる。なお、スイッチ53はレギュレータ52の外部に設けられてもよく、例えばリレー等の外付けであってもよい。
 発光調整部34の第1入力端子34aは、電源線PLと接続されている。発光調整部34の第1出力端子34bは、発光素子11の電源端子11pと接続されている。発光素子11の接地端子11gは、接地線GLに接続されている。発光素子11は、電源端子11pおよび接地端子11gを介して電力供給系2から供給される電力によって、光を発する。発光調整部34は、第1入力端子34a(電源線PL)が所定の電位になった際に、第1入力端子34aと第1出力端子34bとの間を導通状態(オン)とし、所定の時間経過後に第1入力端子34aと第1出力端子34bとの間を絶縁状態(オフ)にする。発光調整部34は、第1入力端子34aと第1出力端子34bとの間が導通状態である場合に、発光素子11に電力を供給する。発光調整部34は、第1入力端子34aと第1出力端子34bとの間が絶縁状態である場合に、発光素子11に電力を供給しない。
 また、発光調整部34の第2入力端子34cは、電源線PLと接続されている。発光調整部34の第2出力端子34dは、受光センサ12の電源端子12pと接続されている。受光センサ12の接地端子12gは、接地線GLに接続されている。受光センサ12は、電源端子12pおよび接地端子12gを介して電力供給系2から供給される電力によって、光を検出する。受光センサ12の第1出力端子12cは、図2に示した第1受光部12aの検出結果を出力する。受光センサ12の第2出力端子12dは、図2に示した第2受光部12bの検出結果を出力する。発光調整部34は、第2入力端子34c(電源線PL)が所定の電位になった際に、第2入力端子34cと第2出力端子34dとの間を導通状態(オン)とし、所定の時間経過後に第2入力端子34cと第2出力端子34dとの間を絶縁状態(オフ)にする。発光調整部34は、第2入力端子34cと第2出力端子34dとの間が導通状態である場合に、受光センサ12に電力を供給する。発光調整部34は、第2入力端子34cと第2出力端子34dとの間が絶縁状態である場合に、受光センサ12に電力を供給しない。発光調整部34が受光センサ12へ電力の供給を開始するタイミングは、発光素子11へ電力の供給を開始するタイミングと同じでもよいし、異なっていてもよい。
 多回転情報検出部3は、図1に示した検出部21として、アナログコンパレータ55、アナログコンパレータ56、及び計数器57を備える。
 アナログコンパレータ55は、受光センサ12の第1受光部12aから出力される電圧を所定電圧と比較する比較器である。アナログコンパレータ55の電源端子55pは、電源線PLに接続されている。アナログコンパレータ55の接地端子55gは、接地線GLに接続されている。アナログコンパレータ55の入力端子55aは、受光センサ12の第1出力端子12cと接続されている。アナログコンパレータ55の出力端子55bは、計数器57の第1入力端子57aに接続されている。アナログコンパレータ55は、第1受光部12aの出力電圧が閾値以上である場合に出力端子55bからHレベルの信号を出力し、閾値未満である場合に出力端子55bからLレベルの信号を出力する。
 アナログコンパレータ56は、受光センサ12の第2受光部12bから出力される電圧を所定電圧と比較する比較器である。アナログコンパレータ56の電源端子56pは、電源線PLに接続されている。アナログコンパレータ56の接地端子56gは、接地線GLに接続されている。アナログコンパレータ56の入力端子56aは、受光センサ12の第2出力端子12dと接続されている。アナログコンパレータ56の出力端子56bは、計数器57の第2入力端子57bに接続されている。アナログコンパレータ56は、第2受光部12bの出力電圧が閾値以上である場合に出力端子56bからHレベルの信号を出力し、閾値未満である場合に出力端子56bからLレベルの信号を出力する。
 計数器57は、回転軸SFの多回転情報を、バッテリー32から供給される電力を用いて計数する。計数器57は、例えばCMOS論理回路などを含む。計数器57は、電源端子57pおよび接地端子57gを介して供給される電力を用いて動作する。計数器57の電源端子57pは、電源線PLに接続されている。計数器57の接地端子57gは、接地線GLに接続されている。計数器57は、第1入力端子57aを介して供給される電圧、及び第2入力端子57bを介して供給される電圧を制御信号として、計数処理を行う。
 本実施形態において、図1に示した記憶部22として不揮発性メモリ58が設けられる。不揮発性メモリ58は、検出部21が検出した回転位置情報の少なくとも一部(例、多回転情報)を、バッテリー32から供給される電力を用いて記憶する(書き込み動作を行う)。不揮発性メモリ58は、電力が供給されている間に書き込まれた情報を、電力が供給されない状態においても保持可能である。不揮発性メモリ58は、検出部21が検出した回転位置情報として、計数器57による計数の結果(多回転情報)を記憶する。不揮発性メモリ58の電源端子58pは、電源線PLに接続されている。不揮発性メモリ58の接地端子58gは、接地線GLに接続されている。
 本実施形態において、整流スタック51とレギュレータ52との間には、コンデンサ59が設けられている。コンデンサ59の第1電極59aは、整流スタック51とレギュレータ52の制御端子52aとを接続する信号線に接続されている。コンデンサ59の第2電極59bは、接地線GLに接続されている。このコンデンサ59は、いわゆる平滑コンデンサであり、脈動を低減してレギュレータの負荷を低減する。コンデンサ59の定数は、例えば、検出部21により回転位置情報を検出して記憶部22に回転位置情報を書き込むまでの期間に、バッテリー32から検出部21および記憶部22への電力供給が維持されるように設定される。
 図5は、本実施形態に係る電力供給系および多回転情報検出部の動作を示す図である。図5の「磁石」は、回転軸SFの角度位置に応じた磁石の角度位置であり、N極とS極とを異なるハッチングで示した。「電気信号発生ユニット、受光素子」は、電気信号発生ユニット31および受光センサ12の角度位置であり、回転軸SFの角度位置に依らずに一定である。「電気信号発生ユニット」は、電気信号発生ユニット31の出力であり、1方向に流れる電流の出力を正(+)とし、その逆方向に流れる電流の出力を負(-)とした。また、回転軸SFが反時計回りに回転する際の電気信号発生ユニット31の出力を「反時計回り」に示し、回転軸SFが時計回りに回転する際の電気信号発生ユニット31の出力を「時計回り」に示した。「イネーブル信号」は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号によりレギュレータ52の制御端子52aに印加される電位を示し、ハイレベルを「H」で表し、ローレベルを「L」で表した。「レギュレータ」は、レギュレータ52の出力を示し、ハイレベルを「H」で表し、ローレベルを「L」で表した。
 図5の「受光素子の第1出力」、「受光素子の第2出力」は、それぞれ、第1受光部12aの出力、第2受光部12bの出力である。「第1アナログコンパレータ」、「第2アナログコンパレータ」は、それぞれ、アナログコンパレータ55、アナログコンパレータ56からの出力を示す。
 電気信号発生ユニット31の出力は、回転軸SFの回転方向によって正負が反転するが、整流スタック51が電気信号発生ユニット31からの電流を整流するので、イネーブル信号は、回転軸SFが反時計回りに回転する場合と時計回りに回転する場合とで同じになる。イネーブル信号は、角度位置が45°、135°、225°、315°においてハイレベル(H)に立ち上がる。レギュレータ52の出力は、イネーブル信号の立ち上がりに応じてハイレベル(H)になる。レギュレータ52の出力がハイレベルになると、発光素子11および受光センサ12に電力が供給され、発光素子11は光をスケールSに照射し、受光センサ12は、発光素子11から照射されてスケールSを経由した光を検出する。ここで、アナログコンパレータ55の出力およびアナログコンパレータ56の出力の組を、Hを「1」とし、Lを「0」として(0,1)のように表す。アナログコンパレータ55の出力およびアナログコンパレータ56の出力の組は、角度位置45°、135°、225°、315°において、それぞれ、(1,1)、(1,0)、(0,0)、(0.1)となる。従って、アナログコンパレータ55の出力およびアナログコンパレータ56の出力の組から、4つの角度位置を区別することができる。計数器57は、アナログコンパレータ55の出力およびアナログコンパレータ56の出力を用いて、回転軸SFの多回転情報を検出する。例えば、上記の出力の組が前回の検出において(1,1)であり、今回の検出で(1,0)である場合、角度位置が45°から135°に変化したことが分かる。計数器57は、例えば、上記の出力の組みが(1,1)から(1,0)に変化した場合に、カウンタを1増加させ、上記の出力の組みが(1,0)から(1,1)に変化した場合に、カウンタを1減少させる。記憶部22(不揮発性メモリ58)は、計数器57が検出した多回転情報(カウンタの値)を記憶する。
 図6は、本実施形態に係る発光部および受光素子の動作タイミングを示す図である。図6では、信号の遅延などを無視してタイミングを概念的に示した。時刻t1において、イネーブル信号のレベルがLからHへ立ち上がり、レギュレータ52の出力電力がLからHに切り替わる。また、時刻t1において、発光調整部34は、レギュレータ52からの出力電力がLからHに切り替わったのを受けて、出力電力がLからHへ切り替わる。時刻t1において、発光調整部34は、発光素子11へ電力の供給を開始し、発光素子11は、消灯状態(図中「OFF」で表す)から点灯状態(図中「ON」)へ切り替わる。また、時刻t1において、発光調整部34は、受光センサ12へ電力の供給を開始し、受光センサ12(図中「受光素子」で表す)は、検出動作を行わない状態(図中「OFF」で表す)から、検出動作を行う状態(図中「ON」)へ切り替わる。受光センサ12は、検出動作を行う状態において所定のサンプリング周波数で光を検出し、検出結果を検出部21(図1参照)へ出力する。
 発光調整部34の出力電力は、時刻t1から所定の時間が経過した時刻t2において、HからLへ切り替わる。時刻t2において、発光調整部34は、発光素子11へ電力の供給を停止し、発光素子11は、点灯状態(「ON」)から消灯状態(「OFF」)へ切り替わる。また、時刻t2において、発光調整部34は、受光センサ12へ電力の供給を停止し、受光センサ12は、検出動作を行う状態(「ON」)から、検出動作を行わない状態(「OFF」)へ切り替わる。また、検出部21は、受光センサ12から出力された検出結果を用いて、時刻t2あるいはそれ以降に、多回転情報の検出動作を行う。検出部21は、時刻t2よりも後の時刻t3において、多回転情報の検出結果を記憶部22に出力する。記憶部22は、時刻t3あるいはそれ以降に、検出部21から出力された多回転情報の書込動作を行う。イネーブル信号は、時刻t3よりも後の時刻t4においてレベルがHからLへ立下り、レギュレータ52の出力がHからLへ立ち下がる。記憶部22は、時刻t4よりも前に多回転情報の書込みを完了させる。
 このように、発光調整部34は、例えば、多回転情報検出部3(例、検出部21)が動作する期間の少なくとも一部において発光素子11からの光の照射を停止させる。この場合、発光素子11を消灯状態にした分(発光時間を短縮した分)だけ消費電力を抑えることができ、バッテリー32の消耗を抑えることができる。また、発光調整部34は、例えば、記憶部22が多回転情報を書き込む期間の少なくとも一部において発光素子11からの光の照射を停止させる。この場合、受光センサ12が検出動作を行わない分だけ消費電力を抑えることができ、バッテリー32の消耗を抑えることができる。したがって、エンコーダ装置ECは、バッテリー32のメンテナンス(例、交換)がない、あるいはメンテナンスの頻度が低い。また、発光調整部34は、例えば、多回転情報検出部3(例、検出部21)が動作する期間の少なくとも一部において発光素子11からの光の照射量(発光強度)を下げてもよい。この場合、多回転情報検出部3(例、検出部21)が動作する期間において、発光量が大きい場合と小さい場合とが切り替えられる。この場合、発光素子11の発光量を抑えた期間は消費電力を抑えることができ、バッテリー32の消耗を抑えることができる。また、発光調整部34は、例えば、記憶部22が多回転情報を書き込む期間の少なくとも一部において発光素子11からの光の照射量(発光強度)を下げてもよい。この場合、受光センサ12が検出動作を行わない分だけ消費電力を抑えることができ、バッテリー32の消耗を抑えることができる。したがって、エンコーダ装置ECは、バッテリー32のメンテナンス(例、交換)がない、あるいはメンテナンスの頻度が低い。
 なお、上述の実施形態において、発光調整部34は、発光素子11への電力の供給を開始してから所定の時間が経過した時点で、発光素子11への電力の供給を停止するが、他のトリガーを用いて発光素子11の消灯するタイミングを調整してもよい。例えば、発光調整部34は、受光センサ12の出力、あるいは受光センサ12の出力から生成される信号をトリガーに用いて、発光素子11を消灯させてもよい。例えば、発光調整部34は、アナログコンパレータ55から所定の回数だけ信号が出力された時点で、発光素子11への電力の供給を停止してもよい。また、発光調整部34は、計数器57から記憶部22に信号(多回転情報)が出力された時点で、発光素子11への電力の供給を停止してもよい。
[第2実施形態]
 第2実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図7は、本実施形態に係るエンコーダ装置ECの回路構成を示す図である。このエンコーダ装置ECは、光量補償部61を備える。光量補償部61は、発光素子11から照射される光の光量を調整する。例えば、光量補償部61は、発光素子11に供給される電力を調整することにより、発光素子11の発光量を調整する。
 光量補償部61は、例えば、発光調整部34と発光素子11との間の電力の供給経路に設けられる。光量補償部61は、発光調整部34から供給される電力を調整して、調整後の電力を発光素子11に供給する。発光素子11は、経年劣化などによって発光効率が低下することがある。光量補償部61は、例えば、経年劣化による発光量の低下の少なくとも一部が補われるように、発光素子11へ供給される電力を調整する。光量補償部61は、例えば、受光センサ12の検出結果に基づいて、発光素子11から照射される光の光量が所定値に近づくように、発光素子11へ供給される電力を調整する。例えば、光量補償部61は、受光センサ12の第1出力端子12cと接続される。光量補償部61は、例えば、第1出力端子12cから出力される信号のレベルを閾値と比較する。光量補償部61は、例えば、第1出力端子12cから出力される信号のレベルが閾値未満である場合、発光素子11へ供給される電力を増加させる。この場合、発光素子11が経年劣化などにより発光効率が低下していても、受光センサ12の出力信号のレベルを確保することができる。また、光量補償部61は、受光センサ12の第2出力端子12dと接続される。光量補償部61は、第2出力端子12dから出力される信号を用いて、発光素子11から照射される光の光量が所定値に近づくように、発光素子11へ供給される電力を調整する。
 なお、光量補償部61は、例えば、第1出力端子12cあるいは第2出力端子12dから出力される信号のレベルが閾値を超える場合、発光素子11へ供給される電力を減少させてもよい。この場合、発光素子11で消費される電力が減少するので、バッテリー32の消耗を抑制することができる。また、光量補償部61は、受光センサ12の第1出力端子12cからの出力信号と第2出力端子12dからの出力信号の一方のみを用いて、発光素子11から照射される光の光量を調整してもよい。また、光量補償部61は、受光センサ12の検出結果を用いないで、発光素子11から照射される光の光量を調整してもよい。例えば、光量補償部61は、発光素子11の総発光時間に基づいて、発光素子11から照射される光の光量を調整してもよい。また、光量補償部61は、ユーザの設定に従って、発光素子11から照射される光の光量を調整してもよい。例えば、受光センサ12から出力される信号のレベルが位置情報の検出可能なレベルを超える場合に、予め発光素子11の発光量を減らすように光量補償部61によって調整しておいてもよい。また、受光センサ12から出力される信号のレベルが位置情報の検出可能なレベル未満である場合に、発光素子11の発光量を増やすように光量補償部61によって調整しておいてもよい。例えば、光量補償部61による光量の調整量は、耐ノイズ性能と電池の寿命のバランスを加味して、任意に設定、調整が可能である。耐ノイズ性能を優先する場合は発光素子11の発光量を強めに設定し、電池の寿命を優先する場合には発光素子11の発光量を弱めに設定することもできる。
[第3実施形態]
 第3実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図8は、本実施形態に係るエンコーダ装置ECを示す図である。本実施形態において、バッテリー32は、一次電池66および二次電池67を含む。モータ制御部MCは電源部MC2を備え、二次電池67は、電源部MC2から供給される電力により充電される。電源部MC2は、例えば、回転軸SF(移動部)の駆動に使われる電力を供給する電源であり、モータMに対して電力を供給する。二次電池67は、電源部MC2がモータMに対して電力を供給可能な状態(例、主電源がオンの状態)において、電源部MC2から電力の供給を受けて充電される。また、二次電池67への充電の少なくとも一部は、電気信号発生部(電気信号発生ユニット31)で発生する電気信号の電力を用いて行われる。この場合、エンコーダ装置ECに対して外部からの電力の供給が絶たれた状態(例、主電源のオフ状態、停電)などにおいても、二次電池67を充電することができる。
 バッテリー32は、位置検出系1で消費される電力の少なくとも一部を、一次電池66から供給することもできるし、二次電池67から供給することもできる。例えば、一次電池66および二次電池67は、それぞれ、切替部33と電気的に接続され、切替部33は、一次電池66からの電力または二次電池67からの電力を、検出部13および記憶部22のそれぞれへ供給する。
 図9は、本実施形態に係るエンコーダ装置ECの回路構成を示す図である。二次電池67は、モータ制御部MCの電源部MC2と電気的に接続されている。モータ制御部MCの電源部MC2が電力を供給可能な期間(例、主電源のオン状態)の少なくとも一部において、電源部MC2から二次電池67へ電力が供給され、この電力によって二次電池67が充電される。モータ制御部MCの電源部MC2が電力を供給不能な期間(例、主電源のオフ状態)において、電源部MC2から二次電池67への電力の供給は絶たれる。
 また、二次電池67は、電気信号発生ユニット31からの電気信号の伝達経路にも電気的に接続される。二次電池67は、電気信号発生ユニット31からの電気信号の電力により充電可能である。例えば、二次電池67は、整流スタック51とレギュレータ52との間の回路と電気的に接続される。二次電池67は、電源部MC2からの電力の供給が絶たれた状態において、回転軸SFの回転により電気信号発生ユニット31で発生する電気信号の電力によって、充電される。なお、二次電池67は、モータMに駆動されて回転軸SFが回転することにより電気信号発生ユニット31で発生する電気信号の電力によって、充電されてもよい。
 本実施形態に係るエンコーダ装置ECは、外部からの電力の供給が絶たれた状態において、一次電池66と二次電池67とのいずれから位置検出系1へ電力を供給するかを選択する。電力供給系2は、電源切替器68を備え、電源切替器68は、位置検出系1に対して一次電池66と二次電池67とのいずれから電力を供給するかを切り替える(選択する)。電源切替器68の第1入力端子は、一次電池66の正極と電気的に接続され、電源切替器68の第2入力端子は、二次電池67と電気的に接続される。電源切替器68の出力端子は、レギュレータ52の入力端子52bと電気的に接続される。
 電源切替器68は、例えば、二次電池67の残量に基づいて、位置検出系1に対して電力を供給する電池を、一次電池66または二次電池67に選択する。例えば、二次電池67の残量が閾値以上である場合、電源切替器68は、二次電池67から電力を供給させ、一次電池66から電力を供給させない。この閾値は、位置検出系1で消費される電力に基づいて設定され、例えば、位置検出系1へ対して供給すべき電力以上に設定される。例えば、電源切替器68は、位置検出系1で消費される電力を二次電池67からの電力でまかなうことが可能な場合、二次電池67から電力を供給させ、一次電池66から電力を供給させない。また、二次電池67の残量が閾未満である場合、電源切替器68は、二次電池67から電力を供給させず、一次電池66から電力を供給させる。電源切替器68は、例えば、二次電池67の充電を制御する充電器を兼ねていてもよく、充電の制御に使われる二次電池67の残量の情報を用いて、二次電池67の残量が閾値以上であるか否かを判定してもよい。
 本実施形態に係るエンコーダ装置ECは、二次電池67を併用するので、一次電池66の消耗を遅らせることができる。したがって、エンコーダ装置ECは、バッテリー32のメンテナンス(例、交換)がない、あるいはメンテナンスの頻度が低い。
 なお、バッテリー32は、一次電池66と二次電池67の少なくとも一方を備えればよい。また、上述の実施形態においては、一次電池66または二次電池67から択一的に電力を供給するが、一次電池66および二次電池67から並行して電力を供給してもよい。例えば、位置検出系1の各処理部(例、発光素子11、受光センサ12、アナログコンパレータ55、アナログコンパレータ56、計数器57、不揮発性メモリ58)の消費電力に応じて、一次電池66が電力を供給する処理部と、二次電池67が電力を供給する処理部とが定められてもよい。なお、二次電池67は、電源部EC2から供給される電力と、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号の電力との少なくとも一方を用いて、充電されればよい。また、エンコーダ装置ECは、バッテリー32を備えなくてもよく、例えば、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号の電力によって、位置検出系1(例、多回転情報検出部3)で消費される電力をまかなってもよい。この場合、エンコーダ装置ECは、切替部33を備えなくてもよい。
 次に、変形例について説明する。図10(A)~図10(D)は、それぞれ、変形例のエンコーダ装置の一部を示す図である。上述の各実施形態において、磁石37は、リング状の磁石(図3参照)により交流磁場を発生するが、図10(A)の磁石37は棒磁石により交流磁場を発生する。本変形例において磁石37は、円盤状のプレート72上に設けられた棒磁石71a~71fを含む。
 プレート72は、回転軸SFに固定されており、回転軸SFと一体的に回転する。棒磁石71a~71fは、プレート72と固定されており、プレート72および回転軸SFと一体的に回転する。棒磁石71a~71fは、それぞれ、プレート72の径方向とほぼ平行に配置されている。
 棒磁石71a~71cは、プレート72の中心(回転軸SF)にS極を向けて、かつN極を回転軸SFに対する放射方向(プレート72の外側)を向けて、配置されている。棒磁石71aは、プレート72の位置72dの付近に配置されている。棒磁石71bは、プレート72の位置72aに配置されている。棒磁石71cは、プレート72の位置72bの付近に配置されている。
 棒磁石71d~71fは、プレート72の中心(回転軸SF)にN極を向けて、かつS極を回転軸SFに対する放射方向(プレート72の外側)を向けて、配置されている。棒磁石71dは、プレート72の位置72bの付近に、棒磁石71cと隣接して配置されている。棒磁石71eは、プレート72の位置72cに配置されている。棒磁石71fは、プレート72の位置72dの付近に、棒磁石71aと隣接して配置されている。
 このような磁石37によれば、プレート72の位置72bまたは位置72dが電気信号発生ユニット31の近傍を通過する際に、電気信号発生ユニット31における磁界の向きが反転し、電気信号発生ユニット31から電力が出力される。
 図10(B)の変形例において、電気信号発生ユニット31として、電気信号発生ユニット31aおよび電気信号発生ユニット31bが設けられる。電気信号発生ユニット31bは、磁石37の周方向において、電気信号発生ユニット31と180°の位相差で配置されている。磁石37の位置37aが電気信号発生ユニット31の近傍を通過する際に、磁石37の位置37cは、電気信号発生ユニット31cの近傍を通過する。このように、電気信号発生ユニット31aと電気信号発生ユニット31cとがほぼ同時に電力を発生することになり、電気信号発生ユニット31で発生する電力(電気信号のレベル)を増加させることができる。
 図10(C)の変形例において、電気信号発生ユニット31として、電気信号発生ユニット31aおよび電気信号発生ユニット31cが設けられる。電気信号発生ユニット31cは、磁石37に対して電気信号発生ユニット31aの反対側に設けられている。電気信号発生ユニット31cは、例えば、磁石37の周方向において電気信号発生ユニット31aと同じ角度位置に設けられる。このエンコーダ装置ECは、電気信号発生ユニット31aと電気信号発生ユニット31cとがほぼ同時に電力を発生することになり、電気信号発生ユニット31で発生する電力(電気信号のレベル)を増加させることができる。
 図10(D)の変形例において、磁石37として、磁石73aおよび磁石73bが設けられる。また、電気信号発生ユニット31として、電気信号発生ユニット31aおよび電気信号発生ユニット31dが設けられる。磁石73aは、図1などに示した円板36の表面に配置されており、磁石73bは裏面に配置されている。電気信号発生ユニット31aは、磁石73aの近傍に配置され、磁石73aが形成する磁界の変化によって発電する。電気信号発生ユニット31dは、磁石73bの近傍に配置され、磁石73bが形成する磁界の変化によって発電する。このように複数の電気信号発生ユニットが設けられる場合に、電気信号発生ユニット31aと対になる磁石73aと、電気信号発生ユニット31dと対になる磁石73bとが異なる別の部材であってもよい。
 なお、エンコーダ装置ECに設けられる電気信号発生ユニットの数は、3つ以上であってもよい。また、電気信号発生ユニットは、磁石37の一面側と他面側のそれぞれに感磁性部および発電部が設けられており、これら感磁性部および発電部が1つの筐体に収容されている態様であってもよい。
 なお、上述の実施形態において、位置検出系1は、位置情報として回転軸SF(移動部)の回転位置情報を検出するが、位置情報として所定方向の位置、速度、加速度の少なくとも一つを検出してもよい。エンコーダ装置ECは、ロータリーエンコーダを含んでもよいし、リニアエンコーダを含んでもよい。また、エンコーダ装置ECは、発電部および検出部が回転軸SFに設けられ、磁石37が移動体(例、回転軸SF)の外部に設けられることで、磁石と検出部との相対位置が移動部の移動に伴って変化するものでもよい。また、位置検出系1は、回転軸SFの多回転情報を検出しなくてもよく、位置検出系1の外部の処理部により多回転情報を検出してもよい。
 なお、電気信号発生ユニット31は、位置検出系1で消費される電力の少なくとも一部を供給してもよい。例えば、電力供給系2がバッテリー32(電池)を備えない場合に、発電部で発生した電気信号(電流)を、発光調整部に供給してもよい。例えば、電気信号発生ユニット31は、位置検出系1のうち消費電力が相対的に小さい処理部に対して、電力を供給してもよい。また、電力供給系2は、位置検出系1の一部に対して電力を供給しなくてもよい。例えば、電力供給系2は、検出部21に間欠的に電力を供給し、記憶部22へ電力を供給しなくてもよい。この場合、電力供給系2の外部に設けられる電源、バッテリーなどから記憶部22に対して、間欠的または連続的に電力が供給されてもよい。発電部は、大バルクハウゼンジャンプ以外の現象により電力が発生するものでもよく、例えば移動部(例、回転軸SF)の移動に伴う磁界の変化に伴う電磁誘導により、電力を発生するものでもよい。検出部の検出結果を記憶する記憶部は、位置検出系1の外部に設けられてもよく、エンコーダ装置ECの外部に設けられてもよい。
[駆動装置]
 次に、駆動装置について説明する。図11は、駆動装置MTRの一例を示す図である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。この駆動装置MTRは、電動モータを含むモータ装置である。駆動装置MTRは、回転軸SFと、回転軸SFを回転駆動する本体部(駆動部)BDと、回転軸SFの回転位置情報を検出するエンコーダ装置ECとを有している。
 回転軸SFは、負荷側端部SFaと、反負荷側端部SFbとを有している。負荷側端部SFaは、減速機など他の動力伝達機構に接続される。反負荷側端部SFbには、固定部を介してスケールSが固定される。このスケールSの固定とともに、エンコーダ装置ECが取り付けられている。エンコーダ装置ECは、上述した実施形態、変形例、あるいはその組み合わせに係るエンコーダ装置である。
 この駆動装置MTRは、エンコーダ装置ECの検出結果を使って、図1などに示したモータ制御部MCが本体部BDを制御する。駆動装置MTRは、エンコーダ装置ECのバッテリー交換の必要性が無いもしくは低いので、メンテナンスコストを減らすことができる。なお、駆動装置MTRは、モータ装置に限定されず、油圧や空圧を利用して回転する軸部を有する他の駆動装置であってもよい。
[ステージ装置]
 次に、ステージ装置について説明する。図12は、ステージ装置STGの一例を示す図である。このステージ装置STGは、図11に示した駆動装置MTRの回転軸SFのうち負荷側端部SFaに、回転テーブル(移動物体)TBを取り付けた構成である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
 ステージ装置STGは、駆動装置MTRを駆動して回転軸SFを回転させると、この回転が回転テーブルTBに伝達される。その際、エンコーダ装置ECは、回転軸SFの角度位置等を検出する。従って、エンコーダ装置ECからの出力を用いることにより、回転テーブルTBの角度位置を検出することができる。なお、駆動装置MTRの負荷側端部SFaと回転テーブルTBとの間に減速機等が配置されてもよい。
 このようにステージ装置STGは、エンコーダ装置ECのバッテリー交換の必要性が低い又は無いので、メンテナンスコストを減らすことができる。なお、ステージ装置STGは、例えば、旋盤等の工作機械に備える回転テーブル等に適用できる。
[ロボット装置]
 次に、ロボット装置について説明する。図13は、ロボット装置RBTの一例を示す斜視図である。なお、図13には、ロボット装置RBTの一部(関節部分)を模式的に示した。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。このロボット装置RBTは、第1アームAR1と、第2アームAR2と、関節部JTとを有している。第1アームAR1は、関節部JTを介して、第2アームAR2と接続されている。
 第1アームAR1は、腕部101、軸受101a、及び軸受101bを備えている。第2アームAR2は、腕部102および接続部102aを有する。接続部102aは、関節部JTにおいて、軸受101aと軸受101bの間に配置されている。接続部102aは、回転軸SF2と一体的に設けられている。回転軸SF2は、関節部JTにおいて、軸受101aと軸受101bの両方に挿入されている。回転軸SF2のうち軸受101bに挿入される側の端部は、軸受101bを貫通して減速機RGに接続されている。
 減速機RGは、駆動装置MTRに接続されており、駆動装置MTRの回転を例えば100分の1等に減速して回転軸SF2に伝達する。図13に図示しないが、駆動装置MTRの回転軸SFのうち負荷側端部SFaは、減速機RGに接続されている。また、駆動装置MTRの回転軸SFのうち反負荷側端部SFbには、エンコーダ装置ECのスケールSが取り付けられている。
 ロボット装置RBTは、駆動装置MTRを駆動して回転軸SFを回転させると、この回転が減速機RGを介して回転軸SF2に伝達される。回転軸SF2の回転により接続部102aが一体的に回転し、これにより第2アームAR2が、第1アームAR1に対して回転する。その際、エンコーダ装置ECは、回転軸SFの角度位置等を検出する。従って、エンコーダ装置ECからの出力を用いることにより、第2アームAR2の角度位置を検出することができる。
 このようにロボット装置RBTは、エンコーダ装置ECのバッテリー交換の必要性が無いもしくは低いので、メンテナンスコストを減らすことができる。なお、ロボット装置RBTは、上記の構成に限定されず、駆動装置MTRは、関節を備える各種ロボット装置に適用できる。
 なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の1つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態などで引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。
 上述の実施形態に係るエンコーダ装置は、電気信号発生ユニットで発生した電気信号に基づいてバッテリのON、OFFを切り替え、バッテリからの電力によって位置検出系での少なくとも一部(例、発光素子11、検出部21、記憶部22)で消費される電力をまかなってもよい。また、上述の実施形態に係るエンコーダ装置は、電気信号発生ユニットで発生した電気信号を電力として取り出して、位置検出系の少なくとも一部(例、発光素子11、検出部21、記憶部22)で消費される電力をまかなってもよい。
1・・・位置検出系、2・・・電力供給系、3・・・多回転情報検出部、11・・・発光素子(発光部)、12・・・受光センサ(光検出部)、21・・・検出部、22・・・記憶部、31・・・電気信号発生ユニット(電気信号発生部)、32・・・バッテリー、33・・・切替部、34・・・発光調整部、61・・・光量補償部、EC・・・エンコーダ装置、MTR・・・駆動装置、RBT・・・ロボット装置、S・・・スケール、STG・・・ステージ装置

Claims (22)

  1.  スケールと、前記スケールへ光を照射する発光部と、移動部の移動によって前記スケールとの相対位置が変化する光検出部と、前記光検出部の検出結果に基づいて前記移動部の位置情報を検出する検出部とを含む位置検出系と、
     前記移動部の移動によって電気信号が発生する電気信号発生部と、
     前記電気信号に基づいて、前記発光部からの光の照射を調整する発光調整部と、を備えるエンコーダ装置。
  2.  前記発光調整部は、前記発光部から照射される光の強度を変化させるタイミングを調整する、請求項1に記載のエンコーダ装置。
  3.  前記発光調整部は、前記発光部から照射される光の点灯状態と消灯状態とを切り替えるタイミングを調整する、請求項1又は請求項2に記載のエンコーダ装置。
  4.  前記電気信号は、前記位置検出系に含まれる回路における導通と遮断との切替に用いられる、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  5.  前記発光調整部は、前記電気信号に基づいて、前記発光部からの光の照射を開始させる、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  6.  前記発光調整部は、前記発光部からの光の照射を開始させてから所定の時間が経過した時点で、前記発光部からの光の照射を停止させる、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  7.  前記発光調整部は、前記光検出部が前記スケールからの光を検出した後に、前記発光部からの光の照射を停止させる、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  8.  前記発光調整部は、前記発光部へ電力を供給するか否かを切り替える、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  9.  前記移動部は、回転軸を含み、
     前記位置検出系は、前記光検出部の検出結果に基づいて前記回転軸の多回転情報を検出する多回転情報検出部を備え、
     前記発光調整部は、前記多回転情報検出部が動作する期間の少なくとも一部において前記発光部からの光の照射を停止させる、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  10.  前記移動部は、回転軸を含み、
     前記位置検出系は、
     前記光検出部の検出結果に基づいて前記回転軸の多回転情報を検出する多回転情報検出部と、
     前記回転軸の多回転情報を記憶する記憶部と、を備え、
     前記発光調整部は、前記記憶部が前記多回転情報を書き込む期間の少なくとも一部において前記発光部からの光の照射を停止させる、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  11.  前記電気信号発生部で発生する電気信号に応じて、前記位置検出系で消費される電力の少なくとも一部を供給するバッテリーを備える、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  12.  前記電気信号発生部で発生する電気信号に応じて、前記バッテリーから前記検出部への電力の供給の有無を切り替える切替部を備え、
     前記発光調整部は、前記切替部と前記発光部との間の電力の供給経路に設けられる、請求項11に記載のエンコーダ装置。
  13.  前記発光調整部は前記発光部から照射される光の光量を調整する光量補償部を備える、請求項1から請求項12のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  14.  前記光量補償部は、前記光検出部の検出結果に基づいて、前記発光部から照射される光の光量が所定値に近づくように前記発光部へ供給される電力を調整する、請求項13に記載のエンコーダ装置。
  15.  前記電気信号発生部は、
     前記移動部と連動して移動する磁石と、
     前記磁石の移動に伴う磁界の変化によって大バルクハウゼンジャンプを生じる感磁性部と、を含む、請求項1から請求項14のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  16.  スケールの位置情報を光学的に検出するとともに、移動部の移動によって前記スケールとの相対位置が変化する検出系と、
     前記移動部の移動によって信号を出力する信号発生部と、
     前記信号に基づいて前記検出系の動作を制御する調整部と、を備えるエンコーダ装置。
  17.  前記調整部は光の照射又は光の受光を制御する、請求項16に記載のエンコーダ装置。
  18.  前記信号に基づいて発光部又は受光センサへの電力供給の有無を切り替える切替部を備える、請求項16又は請求項17に記載のエンコーダ装置。
  19.  前記調整部は、前記スケールに光が照射されるタイミングを制御する、請求項16から請求項18のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  20.  請求項1から請求項19のいずれか一項に記載のエンコーダ装置と、
     前記移動部に動力を供給する動力供給部と、を備える駆動装置。
  21.  移動物体と、
     前記移動物体を移動させる請求項20に記載の駆動装置と、を備えるステージ装置。
  22.  請求項20に記載の駆動装置と、
     前記駆動装置によって相対移動する第1アームおよび第2アームと、を備えるロボット装置。
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