JP5484980B2 - 光学式エンコーダ - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の光学式エンコーダは、スケールベース(スケール)と、検出ヘッド(ヘッド)と、出力コネクタ(コネクタ)とを備え、スケールに対するヘッドの位置を測定するものである。
具体的に、例えば、特許文献2に記載の光学式エンコーダは、読取ヘッドに設けられ、スケール、及び読取ヘッド(ヘッド)の離間距離(位置関係)に応じて受光素子から出力される電気信号に基づいて発光色が変化するLED(Light Emitting Diode)を備えている。そして、使用者は、読取ヘッドをスケールに対して移動させながらLEDの発光色を視認することによって、スケール、及び読取ヘッドの位置関係を調整することができる。
また、制御手段は、ボタンスイッチなどで構成される操作手段が操作されることで調整を実行する強度調整部を備えるので、発光素子から出射される光の強度、および電気信号の強度の少なくともいずれかを自動的に調整することができる。
本発明によれば、2相正弦波信号の位相差は、90度であるので、振幅算出部は、2相正弦波信号における所定の中心電圧、及び2相正弦波信号の瞬時値に基づいて、2相正弦波信号の振幅を算出することができる。そして、表示制御部は、2相正弦波信号の振幅に基づいて、表示手段を制御するので、ヘッドをスケールに対して移動させることなく、受光素子にて受光される光の状態を表示手段に表示させることができる。したがって、使用者は、スケール、及びヘッドの位置関係を更に容易に調整することができる。
また、操作手段は、直交面、及びケーブル面にそれぞれ設けられているので、例えば、複数の光学式エンコーダを用いて測定を行う際に、複数のコネクタを所定方向に沿って配列して外部機器に接続した場合であってもケーブル面側から操作手段を操作することができる。したがって、複数の光学式エンコーダを用いて測定を行う場合であっても、使用者は、発光素子から出射される光の強度、および電気信号の強度の少なくともいずれかを容易に調整することができる。
さらに、前述したように、制御手段を、振幅算出部と、振幅算出部にて算出される2相正弦波信号の振幅に基づいて、表示手段を制御する表示制御部とを備える構成とすれば、使用者は、操作手段を操作した後、ヘッドをスケールに対して移動させることなく、発光素子から出射される光の強度、および電気信号の強度の少なくともいずれかを調整することができる。
また、コネクタは、強度調整部にて調整が実行されたことを報知する報知手段を備えるので、使用者は、強度調整部による調整が終了したことを知ることができる。
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
〔光学式エンコーダの概略構成〕
図1は、本発明の第1実施形態に係るリニアエンコーダ1を示す平面図である。図2は、リニアエンコーダ1の概略構成を示すブロック図である。
光学式エンコーダとしてのリニアエンコーダ1は、図1、及び図2に示すように、格子状の目盛を有するスケールScと、スケールScに光を出射する発光素子21(図1において図示略)、及び発光素子21から出射され、スケールScにて反射される光を受光して電気信号を出力する受光素子22(図1において図示略)とを有する直方体状のヘッド2と、ヘッド2にケーブル3を介して接続されるコネクタ4とを備え、受光素子22にて受光される光に基づいて、スケールScに対するヘッド2の位置を測定するものである。なお、リニアエンコーダ1は、コネクタ4の構成を除き、特許文献1に記載の光学式エンコーダと同様の構成とされている。
ヘッド側制御手段23は、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などで構成され、発光素子21から出射される光の強度を制御するとともに、所定の中心電圧を有する2相正弦波信号を、受光素子22にて受光される光の強度に応じて出力する。ヘッド側制御手段23から出力される2相正弦波信号は、ケーブル3を介してコネクタ4に出力される(図2中矢印A)。そして、コネクタ4に接続される外部機器(図示略)は、コネクタ4から出力される2相正弦波信号に基づいて(図2中矢印B)、スケールScに対するヘッド2の位置を測定する。すなわち、リニアエンコーダ1は、電気信号を所定の中心電圧を有する多相正弦波信号とするインクリメンタル型の光学式エンコーダとして構成されている。
コネクタ4は、図1、図3、及び図4に示すように、外部機器に接続するための端子41Aが設けられる端子面41と、端子面41に対向するとともに、ケーブル3を導入させるケーブル面42と、端子面41、及びケーブル面42に直交する上面43、側面44,45、及び下面46とを有する略直方体状に形成されている。
直交面としての上面43には、図1、図3、及び図4に示すように、ケーブル面42側に向かうに従って幅狭となるように傾斜する平面状の傾斜部431が形成されている。
傾斜部431には、図1に示すように、受光素子22にて受光される光の状態を表示する表示手段5と、CALスイッチ421と同一の機能を有する操作手段としてのCALスイッチ432と、CALスイッチ421,432による調整の状況を報知する報知手段としてのCALインジケータ433とが設けられている。なお、CALインジケータ433は、発光ダイオードで構成されている。
なお、中央のLED53の発光色は、緑色であり、両端のLED51,55の発光色は、赤色であり、他のLED52,54の発光色は、橙色である。
側面44には、図3に示すように、ゴム製のカバー441が取り付けられ、このカバー441は、USBコネクタ47(図2参照)を覆っている。すなわち、カバー441を取り外すことでUSBコネクタ47を利用することができる。
コネクタ側制御手段6は、振幅算出部61と、表示制御部62と、強度調整部63と、信号調整部64とを備える。
振幅算出部61は、ヘッド側制御手段23から出力される2相正弦波信号における所定の中心電圧と、2相正弦波信号の瞬時値とに基づいて、2相正弦波信号の振幅を算出する。
表示制御部62は、振幅算出部61にて算出される2相正弦波信号の振幅に基づいて、表示手段5を制御する。すなわち、表示制御部62は、受光素子22にて受光される光の強度に応じて出力される電気信号に基づいて表示手段5を制御する。
なお、表示制御部62は、受光素子22にて受光される光の強度に応じて段階的にLED51〜55を発光させるものであり、光の強度は、LED51を発光させている状態が最も弱く、LED55を発光させている状態が最も強い。すなわち、表示手段5は、受光素子22にて受光される光の状態を表示する。
また、補正値の算出は、例えば、2相正弦波信号のピークを複数の周期で検出して平均を求め、2相正弦波信号の強度、及び中心電圧を算出することで行われ、コネクタ側制御手段6のメモリ(図示略)に記憶される。ここで、リニアエンコーダ1には、コネクタ4に接続される外部機器を介して電源が供給されている。そして、リニアエンコーダ1の電源がオンになった場合には、コネクタ側制御手段6は、メモリから補正値を読み出し、この補正値に基づいて、2相正弦波信号の振幅、及び中心電圧を調整する。
具体的に、例えば、コネクタ側制御手段6は、外部の処理装置による制御の下、ヘッド側制御手段23から出力される2相正弦波信号を外部の処理装置に出力することができる。そして、外部の処理装置は、コネクタ側制御手段6から入力される2相正弦波信号を解析することによって、例えば、リニアエンコーダ1に不具合が生じた際の診断を行うことができる。
また、コネクタ側制御手段6は、外部の処理装置による制御の下、強度調整部63、及び信号調整部64に、発光素子21から出射される光の強度、及び受光素子22にて受光される光の強度に応じて出力される2相正弦波信号を調整させることができる。これによれば、例えば、複数のリニアエンコーダ1を用いて測定を行う際に、各リニアエンコーダ1の調整を同時に実行することができる。
次に、リニアエンコーダ1のスケールSc、及びヘッド2を、相対的に変位する2つの測定対象に対して取り付ける際の取り付け方法、及び調整方法について説明する。
リニアエンコーダ1の使用者は、スケールSc、及びヘッド2を、中央のLED53が発光するように、表示手段5のLED51〜55の発光状態を見ながら各測定対象に対して取り付ける。そして、使用者は、スケールSc、及びヘッド2を、各測定対象に対して取り付けた後、発光素子21から出射される光の強度、及び受光素子22にて受光される光の強度に応じて出力される2相正弦波信号を調整するために、CALスイッチ421、またはCALスイッチ432を押下する。
CALスイッチ421、またはCALスイッチ432が押下されると、コネクタ側制御手段6は、図5に示すように、以下のステップS1〜S3を実行する。
具体的に、強度調整部63は、発光素子21から出射される光の強度を受光素子22にて受光される光の強度に応じて調整する(S1:強度調整工程)。なお、使用者は、CALスイッチ421、またはCALスイッチ432を押下した後、ヘッド2をスケールScに対して移動させることなく、強度調整部63に発光素子21から出射される光の強度を調整させることができる。
ヘッド2がスケールScに対して移動すると、信号調整部64は、受光素子22にて受光される光の強度に応じて出力される2相正弦波信号を調整する(S3:信号調整工程)。
以上のステップS1〜S3を実行することでリニアエンコーダ1は、発光素子21から出射される光の強度、及び受光素子22にて受光される光の強度に応じて出力される2相正弦波信号を調整する。
(1)コネクタ4は、受光素子22にて受光される光の状態を表示する表示手段5を備え、ケーブル3を介してヘッド2に接続されているので、ヘッド2をスケールScに対して移動させながらであっても表示手段5を視認しやすくすることができる。したがって、使用者は、スケールSc、及びヘッド2の位置関係を容易に調整することができる。
(2)2相正弦波信号の位相差は、90度であるので、振幅算出部61は、2相正弦波信号における所定の中心電圧、及び2相正弦波信号の瞬時値に基づいて、2相正弦波信号の振幅を算出することができる。そして、表示制御部62は、2相正弦波信号の振幅に基づいて、表示手段5を制御するので、ヘッド2をスケールScに対して移動させることなく、受光素子22にて受光される光の状態を表示手段5に表示させることができる。
(6)表示手段5は、5個のLED51〜55を所定方向に沿って配列して構成され、受光素子22にて受光される光の強度に応じて発光させるLED51〜55の位置は異なるので、表示手段5を視認することで受光素子22にて受光される光の状態を容易に把握することができる。
以下、本発明の第2実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図6は、本発明の第2実施形態に係るリニアエンコーダ1Aを示す平面図である。図7は、リニアエンコーダ1Aの概略構成を示すブロック図である。
これに対して、本実施形態では、表示手段5Aは、4個のLED56〜59を端子面41、及びケーブル面42に対して平行となる方向に沿って配列して構成されている点で異なる。
なお、中央の2個LED57,58の発光色は、緑色であり、両端のLED56,59の発光色は、赤色である。
これに対して、本実施形態では、表示制御部62Aは、振幅算出部61にて算出される2相正弦波信号の振幅が所定の範囲内にあるときは、中央の2個のLED57,58を発光させ、所定の範囲内よりも強いときは、中央のいずれか一方の側のLED58,59(図6中左側)を発光させ、所定の範囲内よりも弱いときは、中央のいずれか他方の側のLED57,56(図6中左側)を発光させている点で異なる。
なお、表示制御部62Aは、受光素子22にて受光される光の強度に応じて出力される電気信号に基づいて段階的にLED56〜59を発光させるものであり、光の強度は、LED56を発光させている状態が最も弱く、LED59を発光させている状態が最も強い。
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、コネクタ側制御手段6は、振幅算出部61を備え、振幅算出部61は、ヘッド側制御手段23から出力される2相正弦波信号における所定の中心電圧と、2相正弦波信号の瞬時値とに基づいて、2相正弦波信号の振幅、すなわち受光素子22にて受光される光の強度を算出していた。これに対して、例えば、制御手段は、引用文献2に記載の光学式エンコーダと同様に、比較器を用いた回路などによって、受光素子にて受光される光の強度を検出するように構成されていてもよい。要するに、制御手段は、受光素子にて受光される光の強度に応じて出力される電気信号に基づいて表示手段を制御する表示制御部を備えていればよい。
前記各実施形態では、傾斜部431は、ケーブル面42側に向かうに従って幅狭となるように傾斜していたが、他の方向に向かうに従って幅狭となるように傾斜していてもよい。
前記各実施形態では、コネクタ4は、略直方体状に形成されていたが、半楕円体などの他の形状に形成されていてもよい。
前記各実施形態では、側面44には、ゴム製のカバー441が取り付けられていたが、プラスチック製のカバーがネジを介して取り付けられていてもよい。
前記各実施形態では、強度調整部63は、発光素子21から出射される光の強度を受光素子22にて受光される光の強度に応じて調整していたが、2相正弦波信号、すなわち電気信号の強度を受光素子22にて受光される光の強度に応じて調整してもよい。なお、電気信号の強度は、例えば、増幅回路を利用することで調整することができる。
前記各実施形態では、コネクタ4は、CALスイッチ421,432、CALインジケータ433、強度調整部63、及び信号調整部64を備え、発光素子21から出射される光の強度、及び受光素子22にて受光される光の強度に応じて出力される2相正弦波信号を自動的に調整していたが、これらの機能を備えていなくてもよい。
前記第2実施形態では、表示手段5Aは、4個のLED56〜59を端子面41、及びケーブル面42に対して平行となる方向に沿って配列して構成されていた。これに対して、例えば、表示手段は、2個の発光ダイオードを所定方向に沿って配列して構成されていてもよく、6以上の偶数個の発光ダイオードを所定方向に沿って配列して構成されていてもよい。要するに、表示手段は、2以上の偶数個の発光ダイオードを所定方向に沿って配列して構成されていればよい。
前記実施形態では、光学式エンコーダとしてリニアエンコーダ1を例示したが、例えば、光学式のロータリエンコーダに本発明を適用してもよい。
2…ヘッド
3…ケーブル
4…コネクタ
5,5A…表示手段
6…コネクタ側制御手段(制御手段)
21…発光素子
22…受光素子
41…端子面
42…ケーブル面
43…上面(直交面)
51,52,53,54,55…LED(発光ダイオード)
61…振幅算出部
62,62A…表示制御部
63…強度調整部
64…信号調整部
421,432…CALスイッチ(操作手段)
431…傾斜部
433…CALインジケータ(報知手段)
Sc…スケール
Claims (7)
- 格子状の目盛を有するスケールと、前記スケールに光を出射する発光素子、及び前記発光素子から出射され、前記スケールにて反射、または透過される光を受光する受光素子とを有するヘッドと、前記ヘッドにケーブルを介して接続されるコネクタとを備え、前記受光素子にて受光される光に基づいて、前記スケールに対する前記ヘッドの位置を測定する光学式エンコーダであって、
前記コネクタは、
前記受光素子にて受光される光の状態を表示する表示手段と、
前記表示手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記受光素子にて受光される光の強度に応じて出力される電気信号に基づいて前記表示手段を制御する表示制御部と、
前記発光素子から出射される光の強度、及び前記電気信号の強度の少なくともいずれかを前記受光素子にて受光される光の強度に応じて調整する強度調整部とを備えることを特徴とする光学式エンコーダ。 - 請求項1に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記電気信号を所定の中心電圧を有する多相正弦波信号とするインクリメンタル型の光学式エンコーダとして構成され、
前記制御手段は、
前記所定の中心電圧と、前記多相正弦波信号の瞬時値とに基づいて、前記多相正弦波信号の振幅を算出する振幅算出部を備え、
前記表示制御部は、前記振幅算出部にて算出される前記多相正弦波信号の振幅に基づいて、前記表示手段を制御することを特徴とする光学式エンコーダ。 - 請求項1または請求項2に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記コネクタは、端子が設けられる端子面と、前記端子面に対向するとともに、前記ケーブルを導入させるケーブル面とを有する略直方体状に形成され、
前記端子面、及び前記ケーブル面に直交する直交面には、前記ケーブル面側に向かうに従って幅狭となるように傾斜する傾斜部が形成され、
前記表示手段は、前記傾斜部に設けられていることを特徴とする光学式エンコーダ。 - 請求項3に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記コネクタは、
前記直交面、及び前記ケーブル面にそれぞれ設けられ、前記強度調整部に調整を実行させる操作手段を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。 - 請求項4に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記制御手段は、
前記強度調整部にて調整が実行された後、前記電気信号を調整する信号調整部を備え、
前記コネクタは、
前記強度調整部にて調整が実行されたことを報知する報知手段を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、
前記表示手段は、3以上の奇数個の発光ダイオードを所定方向に沿って配列して構成され、
前記表示制御部は、前記受光素子にて受光される光の強度が所定の範囲内にあるときは、中央の発光ダイオードを発光させ、前記所定の範囲内よりも強いときは、前記中央のいずれか一方の側の発光ダイオードを発光させ、前記所定の範囲内よりも弱いときは、前記中央のいずれか他方の側の発光ダイオードを発光させることを特徴とする光学式エンコーダ。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、
前記表示手段は、2以上の偶数個の発光ダイオードを所定方向に沿って配列して構成され、
前記表示制御部は、前記受光素子にて受光される光の強度が所定の範囲内にあるときは、中央の2個の発光ダイオードを発光させ、前記所定の範囲内よりも強いときは、前記中央のいずれか一方の側の発光ダイオードを発光させ、前記所定の範囲内よりも弱いときは、前記中央のいずれか他方の側の発光ダイオードを発光させることを特徴とする光学式エンコーダ。
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