(57)【要約】【課題】絶対位置検出用スリット開口部の機械的剛性を向上させるとともに絶対位置検出用スリットを透過した漏れ光がインクリメンタル用受光部の信号に与えるオフセット量を低減させ、絶対位置検出精度の向上を図る。  【解決手段】絶対位置検出用スリットで検出されるビット列が互いに重複せずかつ連続性を持った循環乱数コードを用い、同循環乱数コードでのスリット開口が連続して続く最大スリット開口部前後の特定領域を間引いた循環乱数コードにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転シャフトと、前記回転シャフトに取り付けられ絶対位置検出用スリットを有する回転ディスクと、前記回転ディスクと対向して配置される複数個の受光素子からなる受光部と、前記回転ディスクを挟んで前記受光素子と対向して配置される発光素子とからなる絶対位置検出装置において、
前記絶対位置検出用スリットは、互いに隣り合う任意のＮ個のスリットで１つのビット列を構成し、任意の回転位置を示すアドレスでの各ビット列は互いに重複せず、かつ隣り合うアドレスのビット列が下位１ビット分のビットシフトしたアドレスの連続性を示す循環乱数コードからなり、
前記循環乱数コードはスリット開口が連続して続く最大スリット開口部を間引いた循環乱数コードからなることを特徴とする絶対位置検出装置。
【請求項２】
前記回転ディスクには前記絶対位置検出用スリットに並設されたインクリメンタル用スリットを設けることを特徴とする請求項１記載の絶対位置検出装置。
【請求項３】
前記絶対位置検出用スリットは、前記任意の回転位置を示すアドレスにおいて連続するスリットの最大開口部がＮ−２スリット以下になるよう間引かれた循環乱数コードからなることを特徴とする請求項１記載の絶対位置検出装置。
【請求項４】
前記回転ディスクが金属板の場合にはスリットは打ち抜きまたはエッチング処理にて形成され、回転ディスクがガラス板の場合にはエッチング処理にて形成され、回転ディスクが樹脂の場合には射出成型または打ち抜き、またはエッチング処理にて形成されることを特徴とする請求項１または３記載の絶対位置検出装置。
【請求項５】
前記請求項１または３記載の絶対位置検出装置を搭載したモータ。
【請求項６】
直線上に移動可能なスライダと、前記スライダを移動拘束するガイドと、前記スライダと対向して前記ガイドに配置され、絶対位置検出用スリットを有するリニアスケールと、前記リニアスケールと対向して配置されるＮ個の受光素子を有する受光部と、前記リニアスケールを挟んで前記受光素子と対向して配置される発光素子とから構成される絶対位置検出装置において、
前記絶対位置検出用スリットは、互いに隣り合う任意のＮ個のスリットで１つのビット列を構成し、任意の位置を示すアドレスでの各ビット列は互いに重複せず、かつ隣り合うアドレスのビット列が下位１ビット分のビットシフトしたアドレスの連続性を示す循環乱数コードからなり、
前記循環乱数コードはスリット開口が連続して続く最大スリット開口部を間引いた循環乱数コードからなること特徴とする絶対位置検出装置。
【請求項７】
前記リニアスケールには前記絶対位置検出用スリットに並設されたインクリメンタル用スリットを設けることを特徴とする請求項６記載の絶対位置検出装置。
【請求項８】
前記絶対位置検出用スリットは、前記任意の位置を示すアドレスにおいてそのビット列が連続する最大開口部がＮ−２スリット以下になるよう間引かれた循環乱数コードからなることを特徴とする請求項６記載の絶対位置検出装置。
【請求項９】
前記リニアスケールが金属板の場合にはスリットは打ち抜きまたはエッチング処理にて形成され、リニアスケールがガラス板の場合にはエッチング処理にて形成され、リニアスケールが樹脂の場合には射出成型またはは打ち抜き、またはエッチング処理にて形成されることを特徴とする請求項６または８記載の絶対位置検出装置。
【請求項１０】
前記請求項６または８記載の絶対位置値検出装置を搭載したモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転型またはリニア型エンコーダでの絶対位置を検出する絶対位置検出装置および絶対位置検出装置を搭載したモータに関するものである。  
【背景技術】
【０００２】
モータなどに搭載されモータ回転軸などの絶対角度を検出する絶対角度検出用エンコーダに用いられる符号スリットは読み取りミスの防止や任意の分解能を得る目的から、エンコーダ板のスリット列符号の構成に工夫をこらしたものがある。例えば文献１に記載のエンコーダは使用されるガラスや透明樹脂からなるエンコーダ板での光の屈折や散乱に伴う読み取りミスを避けるために、金属板のエンコーダ板を用い、絶対角度を表すＢＣＤコードで表されるスリット列を回転円板に設け、これに隣接してインクリメンタル信号を発生する斜行スリットを設けている。このエンコーダでは、絶対角度を表すスリット列の開口部が回転円板の内周側と外周側で物理的に分離されるのを避けるためにスリットが角度方向にある一定以上連続しないパターンとなるように特定角度のコードを他の角度のＢＣＤコードと異なる方法でコード化することが記載されている。これにより特定角度のコードがスリットの角度方向で連続するのを防止し、回転円板の内周側と外周側で分離されないようにしている。
【０００３】
一方、上記のようなＢＣＤコード列ではなく、循環乱数コードを用い、円周方向のスリット列に絶対角度情報をもたせ、なおかつ２の（Ｎ−１）乗〜２のＮ乗（Ｎは整数）の範囲の任意の分解能を得るために循環乱数の一部を乱数コードが重複せずかつ連続したコードになるように循環乱数コードを間引くことで任意の分解能の絶対値エンコーダを得る方法が開示されている（例えば文献２、文献３）。
【特許文献１】特公平07-074742（図１、２〜３頁）
【特許文献２】特許第3184939号（段落１１）
【特許文献３】特開2004-170221号（図２、段落１６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例での構成では特に文献１の構成ではスリット列の分離は避けられるものの、ごく一部でつながっているに過ぎず、機械的剛性が低い部分があり、またその開口からの漏れ光がインクリメンタル信号受光部に到達し、信号オフセットを発生させ、この結果機械的特性や光学的特性の悪さからエンコーダとしての位置検出精度が低下するといった問題があった。
【０００５】
例えば２の（Ｎ−１）乗〜２のＮ乗の循環乱数コードでは、最大Ｎ個の連続する開口部を持つビット列（開口部をビット０とした場合）が存在し、同部位においては他と比較し局部的な機械的強度の低下や絶対位置検出用スリットを透過した漏れ光がインクリメンタル信号受光部に到達し出力信号のオフセットを発生させる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、機械的強度の低下を抑え、出力信号のオフセットを低減することができる絶対位置検出用エンコーダおよび絶対位置エンコーダを搭載したモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は回転シャフトと、前記回転シャフトに取り付けられ絶対位置検出用スリットを有する回転ディスクと、前記回転ディスクと対向して配置される複数個の受光素子からなる受光部と、前記回転ディスクを挟んで前記受光素子と対向して配置される発光素子とからなる絶対位置検出装置において、前記絶対位置検出用スリットは、互いに隣り合う任意のＮ個のスリットで１つのビット列を構成し、任意の回転位置を示すアドレスでの各ビット列は互いに重複せず、かつ隣り合うアドレスのビット列が下位１ビット分のビットシフトしたアドレスの連続性を示す循環乱数コードからなり、前記循環乱数コードはスリット開口が連続して続く最大スリット開口部を間引いた循環乱数コードからなる。
請求項２に記載の発明は、前記回転ディスクには前記絶対位置検出用スリットに並設されたインクリメンタル用スリットを設ける。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、前記絶対位置検出用スリットは、前記任意の回転位置を示すアドレスにおいて連続するスリットの最大開口部がＮ−２スリット以下になるよう間引く。
請求項４に記載の発明は、前記回転ディスクが金属板の場合にはスリットは打ち抜きまたはエッチング処理にて形成され、回転ディスクがガラス板の場合にはエッチング処理にて形成され、回転ディスクが樹脂の場合には射出成型または打ち抜き、またはエッチング処理にて形成される。
請求項５に記載の発明は、前記請求項１または３記載の絶対位置値検出装置を搭載したモータとしている。
【０００８】
請求項６に記載の発明は直線上に移動可能なスライダと、前記スライダを移動拘束するガイドと、前記スライダと対向して前記ガイドに配置され、絶対位置検出用スリットを有するリニアスケールと、前記リニアスケールと対向して配置されるＮ個の受光素子を有する受光部と、前記リニアスケールを挟んで前記受光素子と対向して配置される発光素子とから構成される絶対位置検出装置において、前記絶対位置検出用スリットは、互いに隣り合う任意のＮ個のスリットで１つのビット列を構成し、任意の位置を示すアドレスでの各ビット列は互いに重複せず、かつ隣り合うアドレスのビット列が下位１ビット分のビットシフトしたアドレスの連続性を示す循環乱数コードからなり、前記循環乱数コードはスリット開口が連続して続く最大スリット開口部を間引いた循環乱数コードからなる。
請求項７に記載の発明は、前記リニアスケールには前記絶対位置検出用スリットに並設されたインクリメンタル用スリットを設ける。
請求項８に記載の発明は、前記絶対位置検出用スリットは、前記任意の位置を示すアドレスにおいてそのビット列が連続する最大開口部がＮ−２スリット以下になるよう間引かれた循環乱数コードからなる。
請求項９に記載の発明は、前記リニアスケールが金属板の場合にはスリットは打ち抜きまたはエッチング処理にて形成され、リニアスケールがガラス板の場合にはエッチング処理にて形成され、リニアスケールが樹脂の場合には射出成型またはは打ち抜き、またはエッチング処理にて形成される。
請求項１０に記載の発明は、前記請求項６記載の絶対位置値検出装置を搭載したモータとしている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１、３、６、８に記載の発明によると、絶対位置検出用スリットを透過した光がインクリメンタル信号に漏れ光としてオフセットを発生させるが、従来では出力信号のオフセットが大きく出ていた連続開口部の開口長をたとえば約半分以下の長さに短くすることが可能となるため、出力信号のオフセット発生量を抑えることができ、それによりオフセットによる精度低下を抑えることが可能となる。また、オフセットの量を抑えることができるため、従来と同レベルの位置精度を実現するのに必要な符号板と受光部との光学ギャップをより大きめに設定できることとなり、設計の自由度が増す。
また、開口部を短くすることによる機械的強度の低下を抑え、更にディスク全周にわたるスリット列全体での機械剛性を向上させることができる。またディスクと受光面までの光学ＧＡＰをより小さくとることが可能となり、更に前記漏れ光が減少することでオフセットが低減し、最終的には光学特性、精度を向上させることができる。
【００１０】
請求項２または7記載の発明によると、インクリメンタル用スリットを併設することによって高速時での位置計測をインクリメンタル方式で行うことが出来、幅広い用途での位置検出にも適用ができる。
請求項４または９記載の発明によると、回転ディスクやリニアスケールを種々の材料で製作でき、またその材質に適した方法でスリットの製作が出来るため精度良く、低コストで作成できる。
請求項５または１０記載の発明によると、精度が高く、剛性の高い絶対値エンコーダを搭載したモータのため、振動など発生しやすい高速運転までの動作範囲の広いモータを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は回転型絶対位置検出器１００の構成図である。
図において、１００は回転型位置検出器、１０１は発光素子、１０２は発光素子ホルダ、１０３は基板固定ネジ、１０４は位置検出用基板、１０５はスペーサ、１０６は基板取付けベース、１０７は符号板、１０８は検出素子、１０９は符号板ホルダ、１１０は符号板回転中心、１１１ａはインクリメンタル用スリット、１１１ｂは絶対位置検出用スリットである。位置検出器用基板１０４はスペーサ１０５を介して基板取付ベース１０６に基板固定ネジ１０３によって固定される。符号板１０７は符号板ホルダ１０９と共に符号板の回転中心軸１１０を中心として回転する。発光素子ホルダ１０２に固定された発光素子１０１から発した光は、符号板１０７に設けられたインクリメンタル用スリット１１１ａ、絶対位置検出用スリット１１１ｂを透過して検出素子１０８で受光され、位置信号として処理される。同絶対位置検出用スリット１１１ｂには循環乱数コードとなるスリットが設けられており、同循環乱数コードは相隣り合うＮ個のスリットで１つのビット列を構成する。従来の技術と異なるのは、前記符号板の絶対位置検出用スリットであり、前記循環乱数コードにおいて開口スリット長が長いスリットに対応するビット列前後の特定領域においてその領域を間引いた後も連続性（任意の相隣り合うアドレスのビット列は下位１ｂｉｔ分のビットシフトの関係にある）を失わず、かつ最大連続開口長を小さくしたことである。
【００１３】
図２、図３は従来のエンコーダのスリット（図中Ｂ）と本発明における構成のスリット（図中Ａ）を比較表示したものである。本発明の構成（図中Ａ）では絶対位置検出用スリットの最大スリット開口長（開口部をハッチングで示す）が半減するようにスリット開口長の長い部分を非重複性と前記連続性を保ちながら特定領域のビット列を省き、最大スリット開口長を半減した例である。
【００１４】
図４はスリット開口長が長い部分を間引く様子を示したものである。横軸はアドレス（絶対位置を表す）を、縦軸はスリット開口長を示す。図中Ａは間引きを行う前の様子を示す（この例では１２スリットを一つのアドレスにおけるビット列としている）。アドレスの所々にスリット開口長の長い部分（図中＊印）が現われる。この部分を間引くことにより図中Ｂに示すように、この例では開口長は７スリット以下に抑えるように間引いた例である。
前記に従い最大スリット開口長が半減した際のディスクの剛性をＦＥＭにより解析した結果、約２０％以上の剛性向上を確認し、また、絶対位置検出用スリットを透過しインクリメンタル信号に発生させていたオフセット量が約５〜１０％抑制できることを実測にて確認した。
もちろんスリット開口長が最大となる上記例では１２スリットが開口する部分を間引くだけでも剛性を上げる効果などがある。
【００１５】
図５は間引き方法の一例を示したものである。
２のＮ乗以下の循環乱数コードより構成される任意の循環乱数コードであり、前記相隣り合うＮ個（図５ではＮ＝１２）のビット列から構成されるスリット列と各ビット列のアドレスとの関係を示したものである。ビット列のアドレスは絶対位置を直接表しており、各アドレスのビット列は異なるアドレス間で重複しないように設定されている。
前記絶対位置検出用スリットは、２のＮ乗以下の循環乱数コードから構成されるビット列をもとにして、スリット開口長の長い部分を間引くことによりスリット開口長の小さい循環乱数コードを作成する。
ｉ番目アドレスのビット列のうち１２ｂｉｔ目から２ｂｉｔ目までは、ｉ＋１番目のビット列と１ｂｉｔ分のビットシフトの関係にあるため、ｉ＋１番目のアドレスの１１ｂｉｔ目から１ｂｉｔ目までと等しいため、相隣り合うアドレス間のビット列は連続である。
同様に、同図に示したようにｉ番目のアドレスのビット列のうち１２ｂｉｔ目から２ｂｉｔ目までと、ｊ（＞ｉ）番目のアドレスの１１ｂｉｔ目から１ｂｉｔ目までが等しい場合、ｉ＋１番目からｊ−１番目までのアドレスのビット列は間引いても、前記の通り、ｉ番目とｊ番目は１ｂｉｔ分のビットシフトの関係を維持することから、連続性を失わない。
【実施例２】
【００１６】
本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。
図６はリニア型位置センサに適用した場合の一実施例である。
２００はリニア型位置検出器、２０１は発光素子、２０２は発光素子ホルダ、２０３は基板固定ネジ、２０４は基板、２０５はスペーサ、２０６はスライダ、２０７は符号板、２０８は検出素子、２０９はガイド、２１０は符号板ホルダ、２１１ａはインクリメンタル用スリット、２１１ｂは絶対位置検出用スリットである。
位置検出器２００において、位置検出器用基板２０４はスペーサ２０５を介してスライダ２０６に基板固定ネジ２０３によって固定され、ガイド２０９に沿って並進移動する。
符号板２０７は符号板ホルダ２１０により固定される。発光素子ホルダ２０２に固定された発光素子２０１から発した光は、符号板２０７に設けられたインクリメンタル用スリット２１１ａ、絶対位置検出用スリット２１１ｂを同時に透過して検出素子２０８で受光され、位置信号として処理される。同絶対位置検出用スリット２１１ｂには循環乱数コードとなる絶対位置検出用スリットが設けられており、同循環乱数コードは相隣り合うＮ個のスリットで１つのビット列を構成する点は、実施例１と同じである。
実施例１と異なるのは、リニア型位置検出装置に適用したことである。前記符号板の絶対位置検出用スリットであり、乱数列から開口スリット長の長い特定領域においてその領域を間引いた後も前記連続性を失わず、かつ最大開口スリット長を小さくする。その他は実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００１７】
回転ディスクやリニアスケールは金属板、ガラス、樹脂モールド材など種々な材料で製作可能である。金属板を用いて製作する場合はスリットを打ち抜きやエッチング処理にて形成でき、またガラス板の場合にはエッチング処理にて、また樹脂モールドの場合には射出成型や打ち抜きまたはエッチング処理にて形成することにより精度良く、低コストで形成することができる。
また、上記の絶対位置エンコーダを搭載したモータに適用することにより振動の発生しやすい高速領域まで運転可能なモータを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】回転型絶対位置検出装置を示す図
【図２】（Ａ）本発明第１実施例でのスリット列拡大模式図、（Ｂ）従来技術でのスリット列拡大模式図
【図３】（Ａ）本発明の第１実施例での符号板を示す図、（Ｂ）従来型の符号板を示す図
【図４】（Ａ）本発明の第１実施例での間引き実施前の連続スリット開口長を示す図、（Ｂ）本発明の第１実施例での間引き実施後の連続スリット開口長を示す図
【図５】乱数列とスリットアドレスとの関係、および乱数間引きを示す図
【図６】リニア型絶対位置検出装置を示す図
【符号の説明】
【００１９】
１００  回転型絶対位置検出器
１０１  発光素子
１０２  発光素子ホルダ
１０３  基板固定ネジ
１０４  位置検出用基板
１０５  スペーサ
１０６  基板取付けベース
１０７  符号板
１０８  検出素子
１０９  符号板ホルダ
１１０  符号板回転中心
１１１ａ  インクリメンタル用スリット
１１１ｂ  絶対位置検出用スリット
２００  リニア型絶対位置検出器
２０１  発光素子
２０２  発光素子ホルダ
２０３  基板固定ネジ
２０４  基板
２０５  スペーサ
２０６  スライダ
２０７  符号板
２０８  検出素子
２０９  ガイド
２１０  符号板ホルダ
２１１ａ  インクリメンタル用スリット
２１１ｂ  絶対位置検出用スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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