(57)【要約】      （修正有）【課題】回転可能な機構の製造コスト全体を削減することが可能な光学式エンコーダを提供する。【解決手段】符号化ディスクが、第１開口部および第２開口部を有する。第１開口部は、符号化ディスクを、符号化ディスクの第１表面から符号化ディスクの第２表面まで貫通している。第１開口部が第１の幅を有する。第２開口部は、符号化ディスクを、符号化ディスクの第１表面から符号化ディスクの第２表面まで貫通している。第２開口部が第２の幅を有する。第２開口部の第２の幅は、第１開口部の第１の幅とは異なる。【選択図】図１
2019120679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１表面及び前記第１表面の反対側の第２表面を有する符号化ディスク（３００）であって（図３Ｂ）：
前記符号化ディスクを、前記符号化ディスクの前記第１表面から前記符号化ディスクの前記第２表面まで貫通する第１開口部／スロット（３１０ｂ）であって、第１の幅を有する、第１開口部／スロットと、
前記符号化ディスクを、前記符号化ディスクの前記第１表面から前記符号化ディスクの前記第２表面まで貫通する第２開口部／スロット（３１１）であって、第２の幅を有する、第２の開口部／スロットと、
を備え、
前記第２開口部／スロットの前記第２の幅が、前記第１開口部／スロットの前記第１の幅とは異なる、
符号化ディスク。
【請求項２】
前記第２開口部／スロットの前記第２の幅が、前記第１開口部／スロットの前記第１の幅よりも大きい、請求項１に記載の符号化ディスク。
【請求項３】
前記符号化ディスクを、前記符号化ディスクの前記第１表面から前記符号化ディスクの前記第２表面まで貫通する複数の第３開口部／スロットをさらに備え、前記第１開口部／スロット、前記第２開口部／スロットおよび前記複数の第３開口部／スロットが相互から離間している、請求項１に記載の符号化ディスク。
【請求項４】
前記複数の第３開口部／スロットのそれぞれの幅が、前記第１開口部／スロットの前記第１の幅と実質的に等しい、請求項３に記載の符号化ディスク。
【請求項５】
前記複数の第３開口部／スロットのそれぞれの幅が、前記第２開口部／スロットの前記第２の幅よりも小さい、請求項３に記載の符号化ディスク。
【請求項６】
前記第１の幅を有し、前記第１開口部／スロットから離間している第３開口部／スロット（３１０ａ）であって、前記第１開口部／スロットの第１の側に配置されている、第３開口部／スロットと、
前記第１の幅を有し、前記第１開口部／スロットから離間している第４開口部／スロット（３１０ｃ）であって、前記第１開口部／スロットの第２の側に配置されている、第３開口部／スロットと、
を更に備え、
前記第１開口部／スロットと前記第３開口部／スロットとの間の距離が、前記第１開口部／スロットと前記第４開口部／スロットとの間の距離と実質的に等しい、
請求項１に記載の符号化ディスク。
【請求項７】
前記第１の幅を有し、前記第２開口部／スロットから離間している第３開口部／スロット（３１０ａ）であって、前記第２開口部／スロットの第１の側に配置されている、第３開口部／スロットと、
前記第１の幅を有し、前記第２開口部／スロットから離間している第４開口部／スロット（３１０ｅ）であって、前記第２開口部／スロットの第２の側に配置されている、第４開口部／スロットと、
を更に備え、
前記第２開口部／スロットと前記第４開口部／スロットとの間の距離が、前記第２開口部／スロットと前記第３開口部／スロットとの間の距離よりも大きい、
請求項１に記載の符号化ディスク。
【請求項８】
前記第１開口部／スロットおよび前記第２開口部／スロットを含む複数の開口部／スロットがその中に配置されている、第１領域と、
開口部／スロットを有さない第２領域と、
を更に備え、
前記第２領域の長さ（弧長）が、前記第１領域内の任意の２つの隣接する開口部／スロット間の距離よりも大きい、
請求項１に記載の符号化ディスク。
【請求項９】
前記複数の開口部／スロットが前記符号化ディスクの周縁に隣接して配置されている、請求項１に記載の符号化ディスク。
【請求項１０】
エンコーダ（３００）であって（図３Ａ）、
発光領域を有する光エミッタ（３２０）と、
前記発光領域に対面する光感知領域を有する、光学式センサ（３３０）と、
前記発光領域と前記光感知領域との間に配置された不透明なプレート（３１０）であって、前記不透明なプレートが、
前記不透明なプレートを貫通する第１開口部／スロットであって、第１の幅を有する、第１開口部／スロットと、
前記不透明なプレートを貫通する第２開口部／スロットであって、第２の幅を有する、第２開口部／スロットと、
を備え、
前記第２開口部／スロットの前記第２の幅が、前記第１開口部／スロットの前記第１の幅とは異なる、
エンコーダ。
【請求項１１】
前記光学式センサが、
前記第１開口部／スロットを通過する光が前記光感知領域に到達している間は、第１信号（図４Ａの時間Ｔ１を有する信号）を生成し、
前記光感知領域に光が到達していない間は、第２信号（図４Ａの時間Ｔ２を有する信号）を生成する
ように構成されている、
請求項１０に記載のエンコーダ。
【請求項１２】
前記第１信号が第１電圧レベルを有し、前記第２信号が第２電圧レベルを有し、前記第１電圧レベルが前記第２電圧レベルよりも大きい、請求項１１に記載のエンコーダ。
【請求項１３】
前記第１信号の前記時間が、前記不透明なプレートの第１回転度／角度を表し、
前記第２信号の前記時間が、前記不透明なプレートの第２回転度／角度を表す、
請求項１２に記載のエンコーダ。
【請求項１４】
前記第１回転度／角度が、前記第２回転度／角度と実質的に等しい、請求項１３に記載のエンコーダ。
【請求項１５】
前記第２開口部／スロットを通過する光が前記光感知領域に到達している間は、前記光学式センサが第３信号（図４Ａの時間Ｔ３を有する信号）を生成し、前記第３信号が第１電圧レベルを有し、前記第３信号の時間が前記第１信号の時間よりも長い、請求項１２に記載のエンコーダ。
【請求項１６】
前記第２開口部／スロットの前記第２の幅が、前記第１開口部／スロットの前記第１の幅よりも大きい、請求項１０に記載のエンコーダ。
【請求項１７】
複数の第３開口部／スロットを更に備え、前記複数の第３開口部／スロットが前記第１の幅を有し、前記第１開口部／スロット、前記第２開口部／スロットおよび前記複数の第３開口部／スロットが相互から離間している、請求項１０に記載のエンコーダ。
【請求項１８】
前記第１の幅を有し、前記第１開口部／スロットから離間している第３開口部／スロットであって、前記第１開口部／スロットの第１の側に配置されている、第３開口部／スロットと、
前記第１の幅を有し、前記第１開口部／スロットから離間している第４開口部／スロットであって、前記第１開口部／スロットの第２の側に配置されている、第４開口部／スロットと、
を更に備え、
前記第１開口部／スロットと前記第３開口部／スロットとの間の距離が、前記第１開口部／スロットと前記第４開口部／スロットとの間の距離と概ね等しい、
請求項１０に記載のエンコーダ。
【請求項１９】
前記第１の幅を有し、前記第２開口部／スロットから離間している第３開口部／スロットであって、前記第２開口部／スロットの第１の側に配置されている、第３開口部／スロットと、
前記第１の幅を有し、前記第２開口部／スロットから離間している第４開口部／スロットであって、前記第２開口部／スロットの第２の側に配置されている、第４開口部／スロットと、
を更に備え、
前記第２開口部／スロットと前記第４開口部／スロットとの間の距離が、前記第２開口部／スロットと前記第３開口部／スロットとの間の距離よりも大きい、
請求項１０に記載のエンコーダ。
【請求項２０】
前記第１開口部／スロットおよび前記第２開口部／スロットを含む複数の開口部／スロットがその中に配置されている第１領域と、
開口部／スロットを有さない第２領域と、
を更に備え、
前記第２領域の長さ（弧長）が、前記第１領域内の任意の２つの隣接する開口部／スロット間の距離よりも大きい、
請求項１０に記載のエンコーダ。
【請求項２１】
物体の位置を判定する方法であって、
基準時間を求めることと、
第１信号の第１時間を前記基準時間と比較することと、
前記第１時間と前記基準時間との比較に基づいて、前記物体の位置を判定することと、
を含む方法。
【請求項２２】
前記物体の位置が、前記第１時間が前記基準時間よりも長い間は終端／端位置であると判定される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記物体が、前記第１時間が前記基準時間よりも長く、かつ前記第１信号が第１電圧レベルを有する間は第１終端／端位置にあると判定され、
前記物体が、前記第１時間が前記基準時間よりも長く、かつ前記第１信号が第２電圧レベルを有する間は第２終端／端位置にあると判定され、
前記第１電圧レベルが前記第２電圧レベルとは異なる、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記物体の位置が、前記第１時間が前記基準時間と実質的に等しい間は中間位置であると判定される、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１． 発明の分野
本開示は、概略的には装置ならびにその位置及び移動をセンサ装置を使用して検出するための方法に関し、より詳細には、装置ならびにその位置および移動を光学式エンコーダセンサを使用して検出するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２． 先行技術の記載
光学式エンコーダは、様々な用途で有用である。例えば、光学式エンコーダを、物理的な位置をそのような位置に対応する電気信号へと変換することにより、物体の位置、移動または角度を判定するために使用することが可能である。（ロボットアームなどの）比較回転機構においては、回転機構の位置または回転角度を検出または測定するため、および回転機構の位置または回転角度が限界位置または角度に達しているか否かを判定するために、回転機構の関節部に２つの光学式エンコーダが必要とされる。しかし、より多くの光学式エンコーダの使用は、コストを増大させ、その結果、市場における競争性を低下させてしまうであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
１つ以上の実施形態においては、第１表面および前記第１表面の反対側の第２表面を有する符号化ディスクが設けられている。前記符号化ディスクは、第１開口部および第２開口部を有する。前記第１開口部は、前記符号化ディスクを、前記符号化ディスクの前記第１表面から前記符号化ディスクの前記第２表面まで貫通している。前記第１開口部は、第１の幅を有する。前記第２開口部は、前記符号化ディスクを、前記符号化ディスクの前記第１開口部から前記符号化ディスクの前記第２の開口部まで貫通している。前記第２開口部は、第２の幅を有する。前記第２開口部の前記第２の幅は、前記第１開口部の前記第１の幅とは異なる。
【０００４】
１つ以上の実施形態においては、エンコーダが、光エミッタ、光学式センサおよび不透明なプレートを有する。前記光エミッタは、発光領域を有する。前記光学式センサは、前記発光領域に対面する光感知領域を有する。前記不透明なプレートは、前記発光領域と前記光感知領域との間に配置されている。前記不透明なプレートは、第１開口部および第２開口部を有する。前記第１開口部は、前記不透明なプレートを貫通している。前記第１開口部／スロットが第１の幅を有する。前記第２開口部は、前記不透明なプレートを貫通している。前記第２開口部が第２の幅を有する。前記第２の開口部の前記第２の幅は、前記第１開口部の前記第１の幅とは異なる。
【０００５】
１つ以上の実施形態においては、物体の位置を判定する方法が、基準時間を求めることと、第１信号の第１時間を前記基準時間と比較することと、前記第１時間と前記基準時間との比較に基づいて前記物体の位置を判定することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本開示の複数の局面が、添付の図面を参考としながら以下の詳細な説明を参照することで、最適に理解されよう。図面において、様々な特徴が正確な縮尺率で図示される必要はなく、これらの様々な特徴の寸法が、説明の明瞭化のために任意に拡大または縮小されていてもよいことに留意されたい。
【図１】図１は、本開示の幾つかの実施形態による回転可能な機構の斜視図である。
【図２】図２は、本開示の幾つかの実施形態による図１の回転可能な機構の一部の拡大図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本開示の幾つかの実施形態による光学式エンコーダの斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本開示の幾つかの実施形態による図３Ａの光学式エンコーダのディスクの上面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本開示の幾つかの実施形態による光検出装置によって出力される波形を図示したものである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本開示の幾つかの実施形態による光検出装置によって出力される波形を図示したものである。
【図５】図５は、本開示の幾つかの実施形態による回転可能な機構の動作方法のフロー図である。
【０００７】
図面および発明の詳細な説明を通じ、同一のまたは同様の要素は共通の参照番号を用いて表される。本開示は、以下の詳細な説明を添付の図面と組み合わせて参照することで、より明らかとなろう。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
発明の詳細な説明
本開示の複数の実施形態の構造、製造および使用を、以下に詳細に説明する。ただし、これらの実施形態が、様々な状況で具現化しうる数多くの利用可能な構想を示すものであることが理解されるべきである。以下の開示が、数多くの異なる実施形態または、様々な実施形態の異なる特徴を具現化した複数の例を述べたものであることが理解されるべきである。複数の部品及び装置の例を、以下に説明の目的のために記載する。これらは、当然のことながら、単に例示的なものであり、限定的であることは意図されていない。
【０００９】
図面に図示される複数の実施形態または実施例を、以下に特定の言語を用いて開示するが、これらの実施形態または実施例が限定を意図しないことが理解されよう。開示された実施形態ならびに、この文書に開示する原理の任意の更なる適用のいかなる変更および修正も本開示の範囲に含まれることが、当業者に理解されよう。
【００１０】
加えて、本開示が、様々な実施例において参照番号及び／または文字を繰り返してもよい。この繰り返しは、簡潔化および明瞭化の目的でなされ、記載される様々な実施例および／または構成間の関連性をそれ自体が規定するものではない。
【００１１】
図１は、本開示の幾つかの実施形態による回転可能な機構１００の斜視図である。幾つかの実施形態においては、回転可能な機構１００が、ロボットアームまたはロボットアームの一部分である。回転可能な機構１００は、第１端部１００Ａおよび、第１端部１００Ａと反対側の第２端部１００Ｂを有する。回転可能な機構１００は、複数のモータ１１０、減速歯車装置１２０、駆動プレート１３０、スクリューロッド１４０および関節１５０をさらに有する。（ＬｅｅおよびＬｉ：本出願の主たる発明は「関節側におけるエンコーダ」であるので、明細書にはエンコーダの特徴は詳細に記載されているが、ロボットアームのその他の要素は詳細には記載されていない）
【００１２】
減速歯車装置１２０は、複数のモータ１１０の回転数を変化させるために、回転可能な機構１００の第１端部１００Ａに接続され、かつ複数のモータ１１０に取り付けられている。これらのモータ１１０および減速歯車装置１２０は、回転可能な機構１００のための複数の異なる駆動体を構成する。駆動プレート１３０が、回転可能な機構１００の第１端部１００Ａに回転可能に取り付けられている。スクリューロッド１４０が、回転可能な機構１００の第１端部に接続され、回転可能な機構１００の第２端部１００Ｂが、複数のモータ１１０によって発生された動力を使用して関節１５０を駆動し、関節１５０を回転または移動させる。
【００１３】
図２は、本開示の幾つかの実施形態による、図１の複数のモータ１１０の赤色の四角で囲んだ部分の拡大図である。図２に示すように、光学式エンコーダ１１５が複数のモータ１１０のうちの１つに接続されている。光学式エンコーダ１１５は、回転または直線位置を測定するための機械的な断絶を有する一対の光検出装置及び光エミッタを有する。例えば、光学式エンコーダ１１５が、複数の開口部（または透明な部分）１１５ｈを有するリング１１５ｒであって、光検出装置と光エミッタと（図示せず）の間に配置されたリング１１５ｒを有してもよい。光エミッタによって発せられた光が、リング１１５ｒの開口部１１５ｈまたは透明な部分によって検出されると、第１電圧レベルを有する信号が、例えば光検出装置によって生成される。光エミッタによって発せられた光がリング１１５ｒによって遮断されると、第２電圧レベルを有する信号が、例えば光検出装置によって生成される。幾つかの実施形態においては、第１電圧レベルが第２電圧レベルとは異なる。例えば、第１電圧レベルが論理値「１」であり、第２電圧レベルが論理値「０」である。モータ１１０が周期的に回転するために、光エミッタと光検出装置との間の周期的な断絶がモータ１１０の回転に伴って起こり、この結果、図４Ａまたは４Ｂの下部に示す波形としてのパルス列が発生する。
【００１４】
図３Ａは、本開示の幾つかの実施形態における光学式エンコーダ３００の斜視図である。幾つかの実施形態においては、光学式エンコーダ３００が、図１の回転可能な機構１００の第２端部１００Ｂに配置されていてもよい。例えば、光学式エンコーダ３００が、図１の回転可能な機構１００の関節１５０に接続されているか、またはこれに隣接していてもよい。光学式エンコーダ３００は、（「符号化ディスク」と称されてもよい）ディスク３１０、光エミッタ３２０および（「光検出器」、「光センサ」または「光学式センサ」と称されてもよい）光検出装置３３０を有する。
【００１５】
光エミッタ３２０は、発光領域を有し、光を発生するように構成されている。幾つかの実施形態においては、光エミッタ３２０が、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）ダイオード、端面発光型レーザダイオードまたはその他の照光部品であってもよい。
【００１６】
光検出装置３３０は、光エミッタ３２０の発光領域に対面する光感知領域を有する。光検出装置３３０は、光エミッタから発生された光を受光または検出し、前記受光または検出された光に応答して信号を発生するように構成されている。幾つかの実施形態においては、光検出装置３３０は、光エミッタ３２０によって発せられた光が光検出装置３３０によって検出または受光された場合に、第１電圧レベルの信号を生成するように構成されている。幾つかの実施形態においては、光検出装置３３０は、光エミッタ３２０によって発せられた光が光検出装置３３０によって受光または検出されなかった場合に、第２電圧レベルの信号を生成するように構成されている。幾つかの実施形態においては、第１電圧レベルが第２電圧レベルよりも高い。あるいは、設計要件によっては、第１電圧レベルが第２電圧レベルよりも低くてもよい。幾つかの実施形態においては、光検出装置３３０が、ＰＩＮダイオード（ｐ型半導体領域、真性半導体領域およびｎ型半導体領域を有するダイオード）またはフォトダイオードまたはフォトトランジスタを有してもよい。
【００１７】
ディスク３１０が、光エミッタ３２０と光検出装置３３０との間に配置されている。幾つかの実施例においては、ディスク３１０が、半透明の材料から形成されている。本開示の幾つかの実施形態における光学式エンコーダ３００のディスク３１０の上面図である図３Ｂを参照すると、ディスク３１０が、第１開口部（またはスロット）セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆならびに第２開口部（またはスロット）３１１を有する。幾つかの実施形態においては、第１開口部セット及び第２開口部が、光が透過することの可能な透明な材料と置き換えられていてもよい。
【００１８】
第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆは、ディスク３１０を、ディスク３１０の表面からディスク３１０の裏面まで貫通する。第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆは、ディスク３１０の周縁に隣接して配置されている。第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆは、相互から離間している。例えば、開口部３１０ａは開口部３１０ｂに隣接し、かつ開口部３１０ｂから離間している。幾つかの実施形態においては、第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆの幅が実質的に同一である。幾つかの実施形態においては、第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆのうちの任意の隣接する２つの開口部間の距離が、実質的に同一である。例えば、開口部３１０ａと開口３１０ｂとの間の距離は、開口部３１０ｂと開口部ｂ３１０ｃとの間の距離と実質的に同一である。図３Ｂに示すように、開口部３１０ａは、第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆの一端に配置され、開口３１０ｅは、第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆの他端に配置されている。例えば、開口部３１０ａは、第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆのうちの１つの開口部（即ち開口部３１０ｂ）のみに隣接しており、開口部３１０ｅは、第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆのうちの１つの開口部（即ち開口部３１０ｆ）のみに隣接している。
【００１９】
第２開口部３１１は、ディスク３１０を、ディスク３１０の表面からディスク３１０の裏面まで貫通している。第２開口部３１１は、開口部３１０ａと開口部３１０ｅとの間に配置されている。図３Ｂに示すように、第２開口部３１１は、開口部３１０ｅよりも開口部３１０ａに近い。例えば、第２開口部３１１と開口部３１０ａとの間の距離は、第２開口部３１１と開口部３１０ｅとの間の距離よりも短い。幾つかの実施形態においては、第２開口部３１１と開口部３１０ａとの間の距離は、第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆのうちの任意の２つの隣接する開口部間の距離と実質的に同一である。幾つかの実施例においては、第２開口部３１１の幅は、第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆのそれぞれの幅よりも大きい。
【００２０】
幾つかの実施例においては、ディスク３１０が、その上に第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆならびに第２開口部３１１が配置された第１領域３１Ａと、開口部を有さない第２領域３１Ｂとを有する。例えば、第２領域３１Ｂは、開口部３１０ｅと第２開口部３１１との間の領域を含む。第２領域３１Ｂの長さ（または弧長）は、第１領域３１Ａ内の任意の２つの隣接する開口部間の距離よりも大きい。
【００２１】
図３Ａに示すように、光エミッタ３２０によって発せられた光Ｌ１が、ディスク３１０の第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆならびに第２開口部３１１のうちのいずれかを通って光検出装置３３０によって検出されると、第１電圧レベルを有する信号が、例えば光検出装置３３０によって生成される。光エミッタ３２０によって発せられた光Ｌ１が（ディスク３１０の２つの隣接する開口部間の不透明な部分またはディスク３１０の第２部分３１Ｂなどの）ディスク３１０によって遮断されると、第２電圧レベルを有する信号が、例えば光検出装置３３０によって生成される。幾つかの実施形態においては、第１電圧レベルが第２電圧レベルよりも高い。例えば、第１電圧レベルが論理値「０」である一方で、第２電圧レベルが論理値「１」である。あるいは、異なる設計要件によっては、第１電圧レベルが論理値「１」である一方で、第２電圧レベルが論理値「０」であってもよい。ディスク３１０が回転しているために、ディスク３１０の回転に伴って光エミッタ３２０と光検出装置３３０との間の周期的な断絶が起こり、この結果、図４Ａまたは４Ｂの上部に示す波形としてのパルス列が発生する。
【００２２】
図４Ａは、本開示の幾つかの実施形態による波形のタイミング図である。幾つかの実施形態においては、図４Ａの上部に図示される波形Ｖ３００は、図３Ａの光学式エンコーダ３００の光検出装置３３０によって生成され、一方、図４Ａの下部に図示される波形Ｖ１１５は、図２の光学式エンコーダ１１５の光検出装置によって生成される。図４Ａに示すように、波形Ｖ３００は第１電圧レベル（論理値「１」）および第２電圧レベル（論理値「０」）を有する。図３Ａの光エミッタ３２０によって発せられた光Ｌ１が、ディスク３１０の第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆならびに第２開口部３１１のいずれかを通って光検出装置３３０によって検出されると、第１電圧レベルを有する信号が、例えば光検出装置３３０によって生成される。光エミッタ３２０によって発せられた光Ｌ１がディスク３１０によって遮断されると、第２電圧レベルを有する信号が、例えば光検出装置３３０によって生成される。パルスの第１電圧レベルの時間Ｔ１は、開口部が光エミッタ３２０と光検出装置３３０との間にある時間である。パルスの第２電圧レベルの時間Ｔ２は、ディスク３１０の不透明な部分が光エミッタ３２０と光検出装置３３０との間にある時間である。幾つかの実施形態においては、時間Ｔ１が時間Ｔ２と同一である。幾つかの実施形態においては、時間Ｔ１またはＴ２が、図１に示す関節１５０の回転角度を表す。従って、関節１５０の回転角度を、光学式エンコーダ３００の光検出装置３３０によって生成される波形Ｖ３００から導出するかまたは得ることが可能である。
【００２３】
幾つかの実施形態においては、図１に示すように、減速歯車装置１２０がモータ１１０に接続されてモータ１１０の回転数を変化させることから、（関節１５０に接続されている）光学式エンコーダ３００のディスクの角速度は、光学式エンコーダ１１５のリングの角速度よりも小さい。従って、エンコーダ１１５の光検出装置によって生成されるパルスの周波数は、エンコーダ３００の光検出装置３３０によって生成されるパルスの周波数よりも高い。本開示の幾つかの実施形態によれば、図４Ａに示すように、エンコーダ３００の光検出装置３３０が１個のパルスを生成する間に、エンコーダ１１５の光検出装置は５個のパルスを生成する。例えば、エンコーダ１１５の光検出装置によって生成されたパルスの周波数とエンコーダ３００の光検出装置３３０によって生成されたパルスの周波数との比は、約５：１である。幾つかの実施形態においては、エンコーダ１１５の光検出装置によって生成されたパルスの周波数とエンコーダ３００の光検出装置３３０によって生成されたパルスの周波数との比を、異なる設計要件によっては調節することが可能である。
【００２４】
光学式エンコーダ１１５のリングの複数の開口部が実質的に共通の幅を有し、光学式エンコーダ３００のディスク３１０の第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆも実質的に共通の幅を有することから、エンコーダ１１５の光検出装置によって生成されたパルスの周波数とエンコーダ３００の光検出装置３３０によって生成されたパルスの周波数との比は、ディスク３１０が第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆの一端と第１開口部セット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅおよび３１０ｆの他端との間（即ち、開口部３１０ａと開口部３１０ｅとの間）の範囲内で回転する時に、５：１を保つ。この状況では、関節１５０は動作範囲内で動作し、関節１５０の回転は限界角度には達していない。換言すれば、関節１５０が動作範囲内で動作する時には、エンコーダ３００の光検出装置３３０によって生成される信号の電圧レベルは、エンコーダ１１５の光検出装置が５個のパルス（または異なる実施形態においては他の個数のパルス）を生成すると、（論理値「１」から論理値「０」へ、または論理値「０」から論理値「１」へと）変化する。
【００２５】
ディスク３１０が、第２開口部３１１が光エミッタ３１１と光検出装置３３０との間に位置するまで時計回り方向に回転し続けている間は、エンコーダ３００の光検出装置３３０によって生成される信号は、（図４Ａの時間Ｔ３に示されるように）エンコーダ１１５の光検出装置が５個以上のパルスを生成する場合においても、第１信号レベル（論理値「１」）に維持される。この状況では、関節１５０の回転は、時計回り方向における限界角度に達しており、停止されるべきである。
【００２６】
同様に、ディスク３１０が、ディスク３１０の第２領域３１Ｂが光エミッタ３２０と光検出装置３３０との間に位置するまで反時計回り方向に回転し続けている間は、エンコーダ３００の光検出装置３３０によって生成される信号は、（図４Ｂの時間Ｔ４に示されるように）エンコーダ１１５の光検出装置が５個以上のパルスを生成する場合においても、第２電圧レベル（論理値「０」）を維持する。この状況では、関節１５０の回転は、反時計回り方向における限界角度に達しており、停止されるべきである。
【００２７】
既存の幾つかの方法においては、回転機構の関節部分に２つの光学式エンコーダが必要とされ、このうち一方の光学式エンコーダが、回転機構の位置または回転角度の検出または測定に使用され、他方が、回転機構の位置または回転角度が限界位置または角度に達しているか否かを判定するために使用される。しかし、２つの光学式エンコーダの使用は製造コストを増大させる。本開示の幾つかの実施形態によれば、図１〜図４Ｂに示すように、回転角度または位置と限界角度または位置の双方を、異なる幅（即ち、第１開口部セットの幅及び第２の開口部の幅）を有する複数の開口部を有するディスク３１０を有する１つの光学式エンコーダ３１０を用いることで測定することが可能である。従って、回転可能な機構１００の製造コスト全体を削減することが可能である。
【００２８】
図５は、本開示の幾つかの実施形態による回転可能な機構１００の動作方法を示すフロー図である。幾つかの実施形態においては、図５に示す方法を、設計要件の相違に応じ、他の回転可能な機構の動作に用いてもよい。
【００２９】
Ｓ５１を参照すると、回転可能な機構１００が動作を開始すると、関節１５０に接続された光学式エンコーダ３００のディスク３１０が、モータ１１０の回転に伴って回転を開始し、光学式エンコーダ３００の光検出装置３３０の出力における信号が検出される。幾つかの実施形態においては、光学式エンコーダ３００の光検出装置３３０の出力における信号が、図４Ａおよび４Ｂに示すようなデジタル信号であってもよい。あるいは、光学式エンコーダ３００の光検出装置３３０の出力における信号が、アナログ信号であり、アナログ−デジタル変換器によってデジタル信号へと変換されてもよい。
【００３０】
Ｓ５２を参照すると、光学式エンコーダ３００の光検出装置３３０の出力における信号が、出力された信号が一定の時間を有するパルス信号であるか否かを判定するために検査される。
【００３１】
Ｓ５３を参照すると、出力された信号が、（例えば図４Ａに示す時間Ｔ１またはＴ２を有するパルスなどの）一定の時間を有するパルス信号である場合には、回転可能な機構１００が動作範囲内で動作され、関節１５０の回転角度が、光学式エンコーダ３００の光検出装置３３０によって生成された波形から得られるかまたは導出されることが可能である。
【００３２】
Ｓ５４を参照すると、エンコーダ３００の光検出装置３３０によって生成された信号が、（図４Ａの時間Ｔ３または図４Ｂの時間Ｔ４で示されるような）一定の電圧レベルに維持されている場合には、モータ１１０に接続されたエンコーダ１１５の光検出装置が（例えば５個以上のパルスなどの）所定数のパルスを生成している場合であっても、（モータ１１０に接続されたエンコーダ１１５の信号に基づいて）関節１５０の回転が限界角度に達していると判定される。
【００３３】
Ｓ５５を参照すると、一定の電圧レベルが（図４Ａの時間Ｔ３で示されるように）論理値「１」である場合には、関節１５０の回転が時計回り方向における限界角度に達していると判定される。Ｓ５６を参照すると、関節１５０の回転が停止され、関節１５０の位置をリセットするために、モータ１１０が逆方向への回転を開始する。
【００３４】
Ｓ５７を参照すると、一定の電圧レベルが（図４Ｂの時間Ｔ４で示されるように）論理値「０」である場合には、関節１５０の回転が反時計回り方向における限界角度に達していると判定される。Ｓ５８を参照すると、関節１５０の回転が停止され、関節１５０の位置をリセットするために、モータ１１０が逆方向への回転を開始する。
【００３５】
ここで使用される「約」、「実質的に」、「実質的な」および「概ね」という用語は、微小な差異を記載し、これを説明するために用いられる。これらの用語は、ある事象または状況と組み合わせて用いられる場合に、前記事象または状況が正確に発生する場合とともに、前記事象または状況がきわめて近似的に発生する場合も指しうる。例えば、これらの用語は、数値と組み合わせて用いられる場合に、±５％以内、±４％以内、±３％以内、±２％以内、±１％以内、±０．５％以内、±０．１％以内または±０．０５％以内などの、その数値の±１０％以内の差異の範囲を指してもよい。例えば、２つの数値の間の差が、これらの値の平均の、例えば±５％以内、±４％以内、±３％以内、±２％以内、±１％以内、±０．５％以内、±０．１％以内または±０．０５％以内などの、±１０％以内である場合に、これらの値が「実質的に」または「概ね」同一であるかまたは等しいとみなされてもよい。例えば、「実質的に」平行であることが、０°に対する角度差の範囲が、例えば±５％以内、±４％以内、±３％以内、±２％以内、±１％以内、±０．５％以内、±０．１％以内または±０．０５％以内などの、±１０％以内であることを指してもよい。例えば、「実質的に」垂直であることが、９０°に対する角度差の範囲が、例えば±５％以内、±４％以内、±３％以内、±２％以内、±１％以内、±０．５％以内、±０．１％以内または±０．０５％以内などの、±１０％以内であることを指してもよい。
【００３６】
２つの表面間の変位が、５μｍ未満、２μｍ未満、１μｍ未満または０．５μｍ未満である場合に、これらの表面が同一平面上にあるか、または実質的に同一表面上にあるとみなされてもよい。
【００３７】
ここで使用される「伝導性の」、「導電性の」および「導電性」という用語は、電流を搬送する能力を指す。導電性材料とは、典型的には、電流に対する抵抗を殆どまたは全く発揮しない材料を表す。導電性の指標の一つに、ジーメンス毎メートル（Ｓ／ｍ）がある。典型的には、導電性材料は、少なくとも１０５Ｓ／ｍまたは少なくとも１０６Ｓ／ｍなどの、約１０４Ｓ／ｍよりも大きい導電性を有する材料である。材料の導電性が、温度によって変化する場合がありうる。特別に指定しない限り、材料の導電性は室温で測定される。
【００３８】
ここで使用される単数を表す用語「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、別段の明示がなされていない限り、複数の指示対象を含む。幾つかの実施形態の記載においては、別の部品「の上」または「上」に設けられている部品は、前者の部品が後者の部品に（物理的に接触しているなど）直接に接している場合とともに、前者の部品と後者の部品との間に１つ以上の介在する部品が配置されている場合をも包含しうる。
【００３９】
本開示を、その具体的な実施形態を参照しながら説明および例示してきたが、これらの説明および例示は、本開示を限定するものではない。様々な変更を加えることが可能であり、同等の複数の部品を、実施形態において、添付の請求項に定める本開示の精神および範囲から逸脱することなく置き換えることが可能であることが当業者に明確に理解されよう。図面が正確な縮尺率である必要はない。本開示の描画と実際の装置との間に、製造工程における不確定要素などによる差があってもよい。具体的に例示されていない本開示のその他の実施形態が存在しうる。明細書及び図面は、限定的であるよりも例示的であることを意図されている。特定の状況、材料、物質の組成、方法またはプロセスを本開示の目的、精神および範囲に適合させるための修正を行うことが可能である。そのような修正はすべて、添付の請求項の範囲に含まれることを意図されている。ここに開示する複数の方法は、特定の順序で実施される特定の動作と関連させて記載されているが、これらの方法が、組み合わせられ、分割され、または並べ替えられて、本開示の教示から逸脱することなく同等な方法を構成することが可能である。従って、ここに特に指定しない限り、動作の順序および組み合わせは、本開示の限定事項ではない。
【図１】
2019120679.tif 000003
【図２】
2019120679.tif 000004
【図３Ａ】
2019120679.tif 000005
【図３Ｂ】
2019120679.tif 000006
【図４Ａ】
2019120679.tif 000007
【図４Ｂ】
2019120679.tif 000008
【図５】
2019120679.tif 000009