JP5479255B2 - 光学式エンコーダ - Google Patents
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Description
前記スケールトラックに設けられた透過率分布または反射率分布は、スケール変位方向に対して第1の変調周期及び第2の変調周期を有しており、
前記受光素子アレイは、前記第1の変調周期内の相対位相が反転している2相信号を含む第1の信号群と、前記第2の変調周期内の相対位相が反転している2相信号を含む第2の信号群とを検出するように配列されており、
前記第1の信号群より前記第1の変調周期内の第1の位置情報が検出されるとともに前記第2の信号群より前記第2の変調周期内が第2の位置情報を検出されており、
前記第2の変調周期は、前記第1の変調周期の奇数倍であることを特徴とする。
第1の実施形態における光学式エンコーダの構成を図1に示す。このリニアエンコーダは、可動部に取り付けられる変位スケール200、固定部に取り付けられるセンサユニット301、制御手段としての信号処理回路401、記憶装置402とからなる。制御手段としての信号処理回路401は、センサユニット301で得られたエンコーダ信号の内挿処理や、記憶装置402への信号の書き込み、および、読み出し、位置信号の出力、等を行う。
S(A)=S(A+)−S(A−)
S(B)=S(B+)−S(B−)
なる演算を行って、直流分が除去された2相正弦波状信号S(A)、S(B)を生成し、さらにこれらの逆正接演算を行うことで位相信号を得る。
スイッチ回路への入力がハイ(検出ピッチ100μm)の時の第1トラック201における位相信号をφ1、第2トラック202における位相信号をφ2とする。また、スイッチ回路への入力がロー(検出ピッチ700μm)の時の第1トラック201における位相信号をφ1´、第2トラック202における位相信号をφ2´とする。スイッチ回路への入力の切り替え前後で、時間差をおかずに信号を取得することにより、同一位置でのφ1、φ2、φ1´、φ2´を得ることができる。変位スケール200が高速移動中は同期性が低下するが、その場合は複数回の取り込みを行って、位相の平均を取るようにして同期性を確保しても良い。すなわち、まず、検出ピッチ100μmでS(A+)、S(A−)、S(B+)、S(B−)を取得し、スイッチ回路への入力をハイからローへ切り替える。続いて、検出ピッチ700μmでS(A+)、S(A−)、S(B+)、S(B−)を取得し、スイッチ回路への入力をローからハイへ切り替え、再度、検出ピッチ100μmでS(A+)、S(A−)、S(B+)、S(B−)を取得する。それぞれの取得タイミングのインターバルはほぼ一定とする。これらから演算した1回目のφ1、φ2と2回目φ1、φ2の平均を取ることによって、φ1、φ2とφ1´、φ2´の同期性を向上させることができる。
P1=φ1´−φ2´
P2=φ1−φ2
P3=φ1´
P4=φ1
まず、所定の方向に変位スケール200を移動させる。そして、P1のゼロクロス通過後の、最初のP2のゼロクロスを検出し、さらに、その直後のP3のゼロクロスを検出し、さらに、その直後のP4のゼロクロスを検出する。その点を仮想原点に設定する。この仮想原点におけるP1、P2、P3の位相信号をそれぞれP1_offset、P2_offset、P3_offsetとする。この初期化動作時に、制御手段としての信号処理回路401はP1_offset、P2_offset、P3_offsetを記憶装置402に書き込む。この初期化処理は、例えば、エンコーダ出荷時に行う他、任意のタイミングで行って良い。
まず、中間信号Q1、Q2を以下の演算によって取得する。
Q1=Round[(P1−P1_offset)−(P2−P2_offset)/7]+(P2−P2_offset)/7
Q2=Round[Q1−(P3−P3_offset)/49]+ (P3−P3_offset)/49
ここで、Round[ ]は四捨五入の処理を行う関数である。
S_abs=Round[Q2−P4/343]+P4/343
第2の実施形態では、第1の実施形態に対しリニア式の変位スケールのパターンが異なっている。それ以外の構成、信号処理は実施形態1と同様なので説明を省略する。
残りの2本は、39.6μm、128.6μmである。
第3の実施形態におけるロータリー式の光学式エンコーダの構成を図10に示す。このロータリーエンコーダは、回転可動部に取り付けられるロータリー式の変位スケール210、固定部に取り付けられるセンサユニット302、信号処理回路401、記憶装置402とからなる。信号処理回路401は、センサユニット302で得られたエンコーダ信号の内挿処理や、記憶装置402への信号の書き込み、および、読み出し、位置信号の出力、等を行う。
残りの2本は、39.6μm、128.6μmである。
201 スケールトラック
202 スケールトラック
203 放射状トラック
204 M系列トラック
210 ロータリースケール
211 単位ブロックパターン
301 センサユニット
302 センサユニット
310 光源(LED)
311 フォトダイオードアレイ
312 フォトダイオードアレイ
313 M系列用フォトダイオードアレイ
401 信号処理回路
402 記憶装置
Claims (4)
- 光源と、位置情報を含んだ透過率分布または反射率分布を有するスケールトラックを備えた変位スケールと、前記光源から出射され前記変位スケールにて透過又は反射された光束を受光する受光素子アレイと、有する光学式エンコーダであって、
前記スケールトラックに設けられた透過率分布または反射率分布は、スケール変位方向に対して第1の変調周期及び第2の変調周期を有しており、
前記受光素子アレイは、前記第1の変調周期内の相対位相が反転している2相信号を含む第1の信号群と、前記第2の変調周期内の相対位相が反転している2相信号を含む第2の信号群とを検出するように配列されており、
前記第1の信号群より前記第1の変調周期内の第1の位置情報が検出されるとともに前記第2の信号群より前記第2の変調周期内が第2の位置情報を検出されており、
前記第2の変調周期は、前記第1の変調周期の奇数倍であることを特徴とする光学式エンコーダ。 - 前記受光素子アレイは、前記第1の変調周期内の第1の位置情報を検出する第1の電気的接続の組み合わせ及び前記第2の変調周期内の第2の位置情報を検出する第2の電気的接続の組み合わせが切り替えられるように制御されており、
前記第1の電気的接続の組み合わせより前記第1の信号群が検出され、
前記第2の電気的接続の組み合わせより前記第2の信号群が検出されることを特徴とする請求項1の光学式エンコーダ。 - 前記第2の電気的接続の組み合わせにおける一つの連続する積算アレイ領域は、前記受光素子アレイの前記第1の変調周期に対応した受光面上の幅に等しいことを特徴とする請求項1又は2に記載の光学式エンコーダ。
- 前記第1の電気的接続の組み合わせに含まれる受光素子アレイの全幅は、前記第2の変調周期を読み取る検出ピッチの整数倍であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の光学式エンコーダ。
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