JP5379761B2 - アブソリュートエンコーダ - Google Patents
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Description
以下に、本発明の第1実施形態に係るアブソリュートエンコーダを図1A、図1Bを用いて説明する。図1Aは、透過スリット型エンコーダのヘッド部の構成を説明する図である。図1Bは、その算出部における信号処理のフローを説明する図である。図1Aに示すように、LED等の点光源から射出した発散光束を、コリメータレンズLNSにて平行光に変換する。平行光は、相対移動するディスクDSKに形成された、Mビットのアブソリュートコードを埋め込んだスケールSCLに照明される。スケールSCLには、少なくとも2種類のマークを含む複数のマークが一定の周期で一方向(第1方向)に沿って配列されている。第1実施形態では、スケールSCLに透過スリット、半透過スリット及び非透過スリットを含むスリットGTが形成されている。スリットGTは、まず非透過スリットを等間隔で配置し、その間に透過スリット又は半透過スリットを配置している。半透過スリットは、透過スリットに半透過薄膜を付設することで実現できる。半透過スリット及び透過スリットの2種類のスリットが2種類のマークを構成し、2種類のスリットが複数配列されてMビットのアブソリュートコードを形成している。第1実施形態では、2種類のマークは形状が同じで透過率が互いに異なり、かつ、2種類のマークのそれぞれはマーク内において一様の透過率を有している。第1実施形態では、アブソリュートコードのビット数MはM=11である。
図2は第2実施形態のアブソリュートエンコーダを示す。第1実施形態の2種類のマークである透過スリットと半透過スリットのそれぞれはマーク内において一様の透過率を有するものであった。第2実施形態では、2種類のマークとして、それぞれがマーク内の位置に応じて変化する透過率を有するものを使用する。すなわち、第2実施形態では、連続的に透過濃度が変化するように形成したパターンGTを用いていて、透過率の極大値が大のパターンと透過率の極大値が小のパターンとをバイナリー符号の1、0に対応させるように記録している。なお前記連続的な透過濃度の変化の付与方法としては、薄膜の構成の変化による方法、境界部の形状を直線ではなく曲線にするなどして透過光量が連続的に変化させる方法、ハッチングによる遮光手段を追加する方法などがある。
図3は第3実施形態のアブソリュートロータリーエンコーダを示す。第1及び第2実施形態では、2種類のマークとして、形状が同じで透過率が互いに異なるマークを使用した。第3実施形態では、透過率は同じであるがマークの方向(第1方向)に直交する方向(第2方向)における長さが互いに異なる2種類のマークを使用する。ディスクDSK上に長い透過スリットGT1と短い透過スリットGT2とをバイナリー符号の1、0に対応させるように記録してある。このディスクDSKの回転軸に対して検出ヘッドHEADを配置している。検出ヘッドHEADは点光源LEDから射出した発散光束を、コリメータレンズLNSにて平行光に変換し、相対回転移動するディスクDSK上の透過スリットGT1,GT2に照明し、その透過光を受光素子アレイPDAにて受光する。
本発明は、第1実施形態の構成にとらわれず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。第1実施形態では、非透過スリットを等間隔で配置し、その間に透過スリット又は半透過スリットを配置することで、透過スリットと半透過スリットとをアブソリュートコードを構成するマークとした。しかし、全透過スリットを等間隔で配置し、その間に非透過スリット又は半透過スリットを配置することで、非透過スリット又は半透過スリットとをアブソリュートコードを構成するマークとしてもよい。その場合の光量分布は、GRPH0の波形を上下反転させたものになり、それに応じて2値化処理部等を変更すればよい。また透過光量や反射光量を100%と50%の2値ではなく、その他の値(100%と70%とか)にしたり、3値以上(例えば、100%、75%、50%、25%の4値)にしたりした循環コードを用いても良い。その場合は1スリットあたり2ビット以上の情報を埋め込める。第1実施形態のように明暗1周期を12素子で検出するとスケールSCLと受光素子アレイPDAとの間隔の変動で受光素子アレイ上への光投影パターンが正弦波状にならない場合がある。しかし、1スリットあたり2ビット以上の情報を埋め込めると、3次以上の高調波歪成分を効果的に除去できるので高精度に位相を演算することができる。但し、必要精度や受光素子アレイPDAの入手性を勘案し、明暗1周期を3素子や4素子、6素子、8素子等に変更しても良い。
1.本発明の実施形態に係るアブソリュートエンコーダは、整数部のアブソリュートコードと小数点以下の位相情報を同一のスリット列、同一の受光素子アレイから同時に算出する。そのため、本発明の実施形態に係るアブソリュートエンコーダは、グレイコードのような複数トラックのアブソリュート検出する方式に比べて位置情報の同期ずれが原理的に発生しないため検出誤りが非常に少なく高安定、高信頼性である。
2.本発明の実施形態に係るアブソリュートエンコーダは、従来の方式のようなアブソリュートコードをエッジ着目する方法ではなく、光束照明部全体の明暗分布情報からアブソリュートコードおよび位相情報を算出する。そのため、本発明の実施形態に係るアブソリュートエンコーダでは、エッジの精度や明瞭さの影響を受けず、アブソリュートコードの整数部の情報は高精度である。すなわち、本発明の実施形態に係るアブソリュートエンコーダでは、アブソリュートエンコーダのコードパターン描画誤差の影響を受けない。
3、本発明の実施形態に係るアブソリュートエンコーダは、従来の方式のような整数部アブソリュートコードをDSPやCPUなどを用いたパターンマッチングにて判定、検出する方法ではなく、電気回路にて算出するため、高速応答が可能である。
4.本発明の実施形態に係るアブソリュートエンコーダは、位相情報を受光素子アレイ信号より2相信号のアークタンジェント演算で算出しているため、受光素子アレイ投影光の分布に歪や強度ムラがあっても、常に低歪な2相正弦波信号にてアークタンジェント演算できる。そのため、本発明の実施形態に係るアブソリュートエンコーダは、アブソリュートコードの小数点以下の情報も高分解能、高精度である。すなわち、本発明の実施形態に係るアブソリュートエンコーダは、所謂内挿誤差が小さい。
5、本発明の実施形態に係るアブソリュートエンコーダは、整数部のアブソリュートコードと小数点以下の位相情報を同一のスリット列、同一の受光素子アレイから同時に算出する。そのため、スケール、光源、受光素子アレイの間隔が変化して投影される明暗分布パターンが多少変化しても、本発明の実施形態に係るアブソリュートエンコーダは、アブソリュートコード及び位相情報の検出を安定して行うことができるので、取り付け性に優れる。
Claims (12)
- アブソリュートエンコーダであって、
複数種類のマークを含む複数のマークが間隙および周期をもって第1方向に沿って配列されたスケールと、
前記第1方向に沿って配置された複数の光電変換素子を含み、該複数の光電変換素子によって前記複数のマークの中の一部の複数のマークを検出する検出器と、
前記検出器の出力に基づいて前記スケールの前記第1方向における絶対位置を表すデータを生成する信号処理部と、
を備え、
前記信号処理部は、
前記検出器から出力された複数周期分の周期信号の周期ごとの振幅を量子化することによってデータ列を生成し、該データ列から前記周期を分解能とする第1位置データを得、
前記複数周期分の周期信号のうちの少なくとも1周期分の信号の位相から、前記周期を分割した区分を分解能とする第2位置データを得、
前記第1位置データと前記第2位置データとに基づいて前記スケールの前記第1方向における絶対位置を表すデータを生成する、
ことを特徴とするアブソリュートエンコーダ。 - 前記複数のマークは、透過率が互いに異なる複数種類のマークを含み、前記複数の光電変換素子は、前記一部のマークを透過した光を検出する、ことを特徴とする請求項1に記載のアブソリュートエンコーダ。
- 前記複数種類のマークのそれぞれは、該マーク内において一様の透過率を有する、ことを特徴とする請求項2に記載のアブソリュートエンコーダ。
- 前記複数種類のマークのそれぞれは、該マーク内の位置に応じて変化する透過率を有する、ことを特徴とする請求項2に記載のアブソリュートエンコーダ。
- 前記複数のマークは、反射率が互いに異なる複数種類のマークを含み、前記複数の光電変換素子は、前記一部のマークで反射した光を検出する、ことを特徴とする請求項1に記載のアブソリュートエンコーダ。
- 前記複数のマークは、透過率が互いに同じで前記一方向に直交する第2方向における長さが互いに異なる複数種類のマークを含み、前記複数の光電変換素子は、前記一部のマークを透過した光を検出する、ことを特徴とする請求項1に記載のアブソリュートエンコーダ。
- 前記複数のマークは、反射率が互いに同じで前記一方向に直交する第2方向における長さが互いに異なる複数種類のマークを含み、前記複数の光電変換素子は、前記一部のマークで反射した光を検出する、ことを特徴とする請求項1に記載のアブソリュートエンコーダ。
- 前記信号処理部は、前記光電変換素子ごとに、該光電変換素子とそれに隣接する複数の光電変換素子との出力の総和を得、該総和と基準値とを比較することによって前記周期ごとの振幅を量子化する、ことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のアブソリュートエンコーダ。
- 前記信号処理部は、前記周期ごとの振幅を規格化し、該振幅の規格化された前記複数周期分の周期信号に基づいて前記位相を得る、ことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のアブソリュートエンコーダ。
- 前記信号処理部は、前記データ列に基づいて、前記周期ごとの振幅を規格化する、ことを特徴とする請求項9に記載のアブソリュートエンコーダ。
- 前記信号処理部は、前記第1位置データおよび前記第2位置データをそれぞれ上位ビットおよび下位ビットとして連結することにより、前記絶対位置を表すデータを生成する、ことを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載のアブソリュートエンコーダ。
- ロータリーエンコーダとして構成されている、ことを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載のアブソリュートエンコーダ。
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