(57)【要約】【課題】受光素子の信号間の位相差を電気的に調整可能とすること。【解決手段】第１の受光素子１６１からの第１電気角の信号（ｅ１）と、第２の受光素子１６２からの第２電気角の信号（ｅ２）との出力間の第１の抵抗分割回路５１と、第２の受光素子１６２からの第２電気角の信号（ｅ２）と第３の受光素子１６３からの第３電気角の信号（ｅ３）との出力間の第２の抵抗分割回路５２と、を備え、上記両抵抗分割回路５１，５２でそれぞれ信号（ｅ１）と信号（ｅ２）との差信号（ｅ０１）と、信号（ｅ２）と信号（ｅ３）との差信号（ｅ０２）を得ると共に、両差信号（ｅ０１、ｅ０２）の位相差を上記抵抗分割回路５２内の可変抵抗ｒ３により調整可能とした。【選択図】図３
2008116229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と受光素子との間の光路上に回転スリットと固定スリットとを対向配置し、複数の回転スリットを光路上を横断移動させつつ上記光源側からの光を上記両スリットを通過させて生成した光信号を受光素子で受光し、この光信号の受光に応答して受光素子から出力される信号を演算回路で演算処理するインクリメンタル型ロータリエンコーダにおいて、
上記固定スリットは上記回転スリットの上記移動に伴い、それぞれ電気角で９０度ずつずれた光信号を生成させる３つの固定スリットを含み、
上記受光素子は、上記各固定スリットを透過する光信号をそれぞれ受光してそれぞれ９０度ずつずれた第１、第２、第３電気角の信号を出力する３つの第１、第２、第３の受光素子を含み、
上記演算回路は、
第１の受光素子からの信号（ｅ１）と、第２の受光素子からの信号（ｅ２）との出力間の第１の抵抗分割回路と、第２の受光素子からの信号（ｅ２）と第３の受光素子からの信号（ｅ３）との出力間の第２の抵抗分割回路と、を含み、
かつ、上記両抵抗分割回路でそれぞれ信号（ｅ１）と信号（ｅ２）との差信号（ｅ０１）と、信号（ｅ２）と信号（ｅ３）との差信号（ｅ０２）を得ると共に、両差信号（ｅ０１、ｅ０２）の位相差を上記抵抗分割回路内の可変抵抗により調整可能とした、ことを特徴とするインクリメンタル型ロータリエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円周方向複数の回転スリットを設けた回転スリット板等の回転体に対して固定スリットを介して光源側から光を当てて上記両スリットを通過した光信号を受光素子で受光し、この受光に応答して受光素子から出力される信号を演算処理して上記回転体の回転情報を得るインクリメンタル型ロータリエンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクリメンタル型のロータリエンコーダは、一般的に、発光素子側と受光素子側との間に、円周方向等間隔に発光素子側からの光を透過することができる複数のスリット（以下回転スリットと言う）を有する回転スリット板と、この回転スリット板の一方側に上記スリットと同様に発光素子側からの光を透過することができるスリット（以下固定スリットと言う）を有する固定スリット板とを対向配置している。
【０００３】
この固定スリットは、発光素子からの光を電気角で順次９０度ずつずれさせて回転スリット板の回転スリットを通過させて光信号を形成すると共に、受光素子側では４つの受光素子を配置すると共にこれら４つの受光素子それぞれで上記電気角で９０度ずつずれた光信号を受光しこれら光信号を電気的な信号に変換するようになっている。そして従来のインクリメンタル型ロータリエンコーダには、これら４つの受光素子からの信号のうち例えば電気角で０度と電気角で１８０度の位相差がある信号のレベルを大小比較をしてＡ信号を、また、電気角で９０度と電気角で２７０度の位相差がある信号のレベルの大小比較をしてＢ信号（Ａ信号に対して９０度位相差がある信号）を得る演算回路を備えたものがある。
【０００４】
上記構成のインクリメンタル型ロータリエンコーダでは、固定スリットおよびその他の光学系部品の機械的な取り付け位置や、発光素子の配光特性によりＡ信号とＢ信号相互間の位相差が所期の値からずれが生じてきて回転検出上の誤差が生じてくることがある。
【０００５】
しかしながら、上記各受光素子それぞれの信号間の電気角で９０度ずつずれた位相関係は固定スリットの配置により決まるために、演算回路側ではＡ信号とＢ信号の位相差を電気的に調整することはできなかった。なお、特開２００３−２４０６０７号公報で提供されているように回転スリットの円周方向の配列ピッチの２倍、４倍等の分解能を電気的に得る逓倍回路を備えた場合では、Ａ信号とＢ信号との位相差の誤差を調整することができないことにより回転検出上の誤差がより拡大されて生じてくるようになる。
【０００６】
以上から従来のインクリメンタル型ロータリエンコーダでは上記誤差が回転スリット板の回転検出精度が機構上あるいは光学上の製作精度や経年変化あるいは温度ドリフト等に起因して発生してきた場合にはその交換時期となり易く、また、機構上や光学上のメンテナンスにも想定外に高額な費用を費やす必要もあった。
【０００７】
そのため、交換寿命が長く持ちメンテナンスも簡易安価に行うことが可能でかつ高精度な調整が容易に実施することが可能なインクリメンタル型ロータリエンコーダが要求されている。
【特許文献１】特開２００３−２４０６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明により解決すべき課題は、電気的調整により受光素子の信号間の位相差を電気的に調整可能として回転検出上の誤差を抑制し、交換寿命が長く持ちメンテナンスも簡易安価に行うことが可能でかつ高精度な調整が容易に実施することが可能なインクリメンタル型ロータリエンコーダを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるインクリメンタル型ロータリエンコーダは、
光源と受光素子との間の光路上に回転スリットと固定スリットとを対向配置し、複数の回転スリットを光路上を横断移動させつつ上記光源側からの光を上記両スリットを通過させて生成した光信号を受光素子で受光し、この光信号の受光に応答して受光素子から出力される信号を演算回路で演算処理するインクリメンタル型ロータリエンコーダにおいて、
上記固定スリットは上記回転スリットの上記移動に伴い、それぞれ電気角で９０度ずつずれた光信号を生成させる３つの固定スリットを含み、
上記受光素子は、上記各固定スリットを透過する光信号をそれぞれ受光してそれぞれ９０度ずつずれた第１、第２、第３電気角の信号を出力する３つの第１、第２、第３の受光素子を含み、
上記演算回路は、
第１の受光素子からの信号（ｅ１）と、第２の受光素子からの信号（ｅ２）との出力間の第１の抵抗分割回路と、
第２の受光素子からの信号（ｅ２）と第３の受光素子からの信号（ｅ３）との出力間の第２の抵抗分割回路と、を含み、
かつ、上記両抵抗分割回路でそれぞれ信号（ｅ１）と信号（ｅ２）との差信号（ｅ０１）と、信号（ｅ２）と信号（ｅ３）との差信号（ｅ０２）を得ると共に、両差信号（ｅ０１、ｅ０２）の位相差を上記抵抗分割回路内の可変抵抗により調整可能としたことを特徴とするものである。
【００１０】
上記可変抵抗の種類、構造、数、形態は特に限定しないものであり、また、抵抗値をどのように可変させるかは任意であり、本発明はいかなる可変抵抗の形態も含むことができる。
【００１１】
本発明によると、両抵抗分割回路でそれぞれ信号（ｅ１）と信号（ｅ２）との差信号（ｅ０１）と信号（ｅ２）と信号（ｅ３）との差信号（ｅ０２）とを電気角で９０度の位相差関係とし、この位相差に、固定スリットおよびその他の光学系部品の機械的な取り付け位置や、発光素子の配光特性により、誤差が生じてきた場合には、両抵抗分割回路内の可変抵抗により調整することができる。
【００１２】
上記の場合、差信号（ｅ０１，ｅ０２）は一方がＡ信号に対応し、他方がＢ信号に対応する。この差信号（ｅ０１，ｅ０２）の波形はｓｉｎ波形であるが、これらを基準電圧以上か否かを比較してパルス波形に変換してＡ信号、Ｂ信号を生成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、受光素子の信号間の位相差を調整することができるので、回転検出上の誤差を吸収ないし抑制し、交換寿命が長く持ちメンテナンスも簡易安価に行うことが可能でかつ高精度な調整が容易に実施することが可能なインクリメンタル型ロータリエンコーダを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るインクリメンタル型ロータリエンコーダ（以下ロータリエンコーダと言う）を詳細に説明する。
【００１５】
図１にロータリエンコーダの基本的な概略構成を示す。なお、ロータリエンコーダの詳細な機構図はその基本構成以外は特に限定しないので図示を略している。
【００１６】
このロータリエンコーダは図示略の被検出軸に連結する回転スリット板１０を備える。回転体としての回転スリット板１０には円周方向所定間隔で光を透過することができる複数の回転スリット１２が形成されている。
【００１７】
回転スリット１２を挟んで、その一方に光源としての発光素子１４が、また、他方に受光素子１６が対向配置されている。
【００１８】
発光素子１４から回転スリット１２を通過した光信号は受光素子１６で受光される。受光素子１６は受光した光信号を電気的な信号に変換して出力する。この受光素子１６からの信号は図示略の回路で矩形波に変換されるなどしてさらに図示略の外部装置に出力することができる。
【００１９】
このように回転スリット板１０のトラック１８上を円周方向等間隔に形成された回転スリット１２は受光素子１６で検出され、その出力値は累積加算されて被検出軸の回転角度位置が検知され、これによって実施の形態のロータリエンコーダはインクリメンタル型のロータリエンコーダを構成する。
【００２０】
そこで回転スリット板１０には回転の起点を検出する原点検出スリット２０が設けられ、この原点検出スリット２０の検出により回転スリット板１０の起点が検出され、外部装置で例えば累積カウンタ値がリセットされる等の処理が施される。
【００２１】
上記回転スリット１２と原点検出スリット２０とは回転スリット板１０に配置され、この両スリット１２，２０を挟んで発光素子１４と受光素子１６とが対向する位置に配置される。
【００２２】
回転スリット板１０は金属薄板にホトエッチング加工などでスリットを形成して回転スリット１２及び原点検出スリット２０を構成するか、或いはガラス板に蒸着加工でスリットを被膜形成するか、何れかの方法を用いる。
【００２３】
前者はトラック上に形成するスリットの数に限界があり、低分解能であるが耐衝撃性に富み、後者は高分解能が得られる特徴がある。
【００２４】
このように回転スリット板１０には回転スリット１２と原点検出スリット２０とが形成され、この回転スリット板１０と発光素子１４との間には、発光素子１４からの光が透過することにより光信号を生成する固定スリット２４を備えた固定体としての固定スリット板２２が設けられている。
【００２５】
上記固定スリット２４は複数の固定スリット２４１〜２４５から構成されている。第１〜第３の固定スリット２４１〜２４３はそれぞれ電気角で９０ずつずれている。この場合、実施の形態では固定スリット２４１〜２４５を設ける対象物を板状である固定スリット板としたが、これに限定されず、固定スリット２４１〜２４５を設けることができるものであればよい。
【００２６】
以上の構成から光源である発光素子１４と受光素子１６との間の光路上に回転スリット１２と固定スリット２４１〜２４５とが対向配置され、回転スリット板１０の回転に伴い複数の回転スリット１２が上記光路上を横断移動し上記は送出１６側からの光が両回転と固定のスリット１２、２４１〜２４４を通過して光信号が生成され、この生成された光信号が受光素子１４で受光することができるようになる。
【００２７】
発光素子１４は光源であれば特に限定しないが好ましくはＬＥＤなどの発光ダイオードから構成される。発光素子１４としては回転スリット１２および原点検出スリット２０に均一な光量の平行な光信号を照射することが好ましい。
【００２８】
このように発光素子１４から受光素子１６に至る光路を平行な光信号にすると回転スリット板１０と固定スリット板２２との位置関係を正確に検出することが可能となる。
【００２９】
次に図２および図３を参照して回転スリット板１０の回転スリット１２と、受光素子１６と、固定スリット２４と、発光素子１４等の関係について説明する。
【００３０】
図２には理解のため固定スリット板２２が示されると共に回転スリット板１０の円周トラック１８の一部が示される。図２には回転スリット１２と、受光素子１６と、固定スリット２４を通過した受光素子１６上での受光領域との位置関係が示される。図３は固定スリット２４に対する回転スリット１２の回転移動に伴う受光素子１４の受光面積すなわち受光量の変化を示す。
【００３１】
回転スリット板１０の円周トラック１８上には回転スリット１２と遮光部２６とが交互に配置されている。回転スリット１２と遮光部２６の回転方向幅は同一に設定されている。遮光部２６は図解の都合でハッチングが付されている。トラック１８外の遮光部は符号を付していないが一部ハッチングで示されている。原点検出スリット２０の図示は略している。Ｃは発光素子１４の発光領域を示す。
【００３２】
受光素子１６は、特に限定しないが、実施の形態ではホトダイオードなどの半導体受光素子で構成される。通常、受光素子１６はＮ形のベース部材上に４つのＰ形の受光領域と遮光マスキング領域を形成する薄膜で形成される。受光素子１６は、上記トラック１８に対応して太破線で囲む４つの受光領域によりそれぞれ第１〜第３の受光素子１６１〜１６３ならびに基準受光素子１６４を構成する。これら４つの受光素子１６１〜１６４の受光領域形状は互いに同一面積で同じ矩形形状である。
【００３３】
固定スリット２４は、受光素子１６１〜１６４にそれぞれ対応して点線で囲む４つの固定スリット２４１〜２４４と、原点検出スリット２０に対応する固定スリット２８とから構成されている。
【００３４】
図中の矩形領域ｅ１は第１の固定スリット２４１のスリット形状に対応しており、回転スリット１２の回転に伴い第１の固定スリット２４１を通過して生成された光信号は回転スリット１２により制約を受ける結果、第１受光素子１６１が光信号を受光することができる面積は変化する。
【００３５】
同様に、図中の矩形領域ｅ２は第２の固定スリット２４２のスリット形状に対応しており回転スリット１２の回転に伴い第２の固定スリット２４２を通過して生成された光信号は回転スリット１２により制約を受ける結果、第２受光素子１６２が光信号を受光することができる面積は変化する。
【００３６】
同様に、図中の矩形領域ｅ３は第３の固定スリット２４３のスリット形状に対応しており回転スリット１２の回転に伴い第３の固定スリット２４３を通過して生成された光信号は回転スリット１２により制約を受ける結果、第３受光素子１６３が光信号を受光することができる面積は変化する。
【００３７】
同様に、図中の矩形領域ｒｅｆは基準固定スリット２４４のスリット形状に対応しており回転スリット１２が回転しても基準固定スリット２４４を通過して生成された光信号を基準受光素子１６４が受光することができる面積は変化しない。
【００３８】
領域ｅ１〜ｅ３と回転スリット１２とが重なる部分が受光素子１６１〜１６３が光信号を受光する面積Ｓ１〜Ｓ３であり同時に第１の受光素子１６１の信号（ｅ１〜ｅ３）の状態を表している。ここで、各領域ｅ１〜ｅ３は回転スリット１２のスリット幅と同一領域幅を有する。なお、領域ｒｅｆは回転スリット１２のスリット幅の２倍の領域幅を有する。領域ｅ１とｅ２は回転スリット板１３の回転方向において領域ｅ１を電気角で０度の位置とすると領域ｅ２は電気角で９０度の位置であり、領域ｅ３は電気角で１８０度の位置である。
【００３９】
また、図２は回転スリット板１０の任意の回転位置を表しており、この回転状態では、領域ｅ１においては回転スリット１２と一致しているので最大の光信号受光面積であり、信号（ｅ１）のレベルは最大である。領域ｅ２はその半分が回転スリット１２と重なるので信号（ｅ２）のレベルは中間である。領域ｅ３は回転スリット１２と重ならないので信号（ｅ３）のレベルはゼロである。領域ｒｅｆは回転スリット１２のスリット幅の２倍の領域幅のため、信号（ｒｅｆ）のレベルは常に同一である。領域ｒｅｆは発光素子１４、受光素子１６が経年変化し、受光量が低下した場合に備えたものである。
【００４０】
図３を参照して、回転スリット１２が固定スリット２４１〜２４３に対して第１の回転位置に回転移動して、信号（ｅ１〜ｅ３）のレベルが最大となる点Ｐ１では領域ｅ１〜ｅ３と回転スリット１２とが重なる面積Ｓ１〜Ｓ３は最大である。
【００４１】
この第１の回転位置からさらに回転スリット１２が第２の回転位置に回転移動して信号（ｅ１〜ｅ３）のレベルが中となる点Ｐ２では領域ｅ１〜ｅ３と回転スリット１２とが重なる面積Ｓ１〜Ｓ３は中である。
【００４２】
この第２の回転位置からさらに回転スリット１２が第３の回転位置に回転移動して信号（ｅ１〜ｅ３）のレベルが最小となる点Ｐ３では領域ｅ１〜ｅ３と回転スリット１２とが重なる面積Ｓ１〜Ｓ３は最小のゼロである。
【００４３】
この第３の回転位置からさらに回転スリット１２が第４の回転位置に回転移動して信号（ｅ１〜ｅ３）のレベルが中となる点Ｐ４では領域ｅ１〜ｅ３と回転スリット１２とが重なる面積Ｓ１〜Ｓ３は中である。
【００４４】
こうして回転スリット１２が回転移動することにより受光素子１６１〜１６３それぞれの受光面積Ｓ１〜Ｓ３が変化して当該受光素子１６１〜１６３からの信号（ｅ１〜ｅ３）のレベルはｓｉｎ波形（あるいはｃｏｓ波形）で変化する。
【００４５】
以上説明したように実施の形態では回転スリット板１０の回転に伴い、電気角でそれぞれ９０度ずつずれた上記３つの固定スリット２４１，２４２，２４３を透過して生成された第１、第２、第３電気角の光信号を受光する３つの受光素子１６１〜１６３を備え、これら受光素子１６１〜１６３からの信号に基づいて以下説明する演算処理をする演算回路３０を備えたことを特徴とする。
【００４６】
この演算回路３０を図４を参照して説明する。
【００４７】
この演算回路３０は、ゲイン調整回路３１，３２，３３と、増幅回路４１，４２，４３と、第１の抵抗分割回路５１、第２の抵抗分割回路５２と、を有する。
【００４８】
ゲイン調整回路３１，３２，３３はそれぞれ例えば可変抵抗で構成され、この可変抵抗の調整により第１〜第３の受光素子１６１〜１６３が出力する信号（ｅ１〜ｅ３）それぞれのゲインを調整することができるものであり、電源（Ｖｄ）とグランドとの間に直列接続されている。増幅回路４１，４２，４３は信号（ｅ１〜ｅ３）の電圧を増幅するものである。
【００４９】
ここで、第１の受光素子１６１の信号は第１電気角として０度の信号（ｅ１）であり、第２の受光素子１６２の信号は第２電気角として９０度の信号（ｅ２）であり、第３の受光素子１６３の信号は第３電気角として１８０度の信号（ｅ３）である。
【００５０】
第１の抵抗分割回路５１は、抵抗ｒ１，ｒ２の直列回路で構成されており、抵抗ｒ１の一端側には信号（ｅ１）が与えられ、抵抗ｒ２の一端側には信号（ｅ２）が与えられる。そして抵抗ｒ１とｒ２それぞれの他端側は共通に接続されて信号（ｅ１）と信号（ｅ２）とが両抵抗ｒ１，ｒ２による分割で位相シフトされた差信号（ｅ０１）の出力部５１ａを構成している。
【００５１】
第２の抵抗分割回路５２は、抵抗ｒ３，ｒ４の直列回路で構成されており、抵抗ｒ３の一端側には信号（ｅ２）が与えられ、抵抗ｒ４の一端側には信号（ｅ３）が与えられる。そして抵抗ｒ３とｒ４それぞれの他端側は共通に接続されて信号（ｅ２）と信号（ｅ３）とが両抵抗ｒ３，ｒ４による分割で位相シフトされた差信号（ｅ０２）の出力部５２ａを構成している。
【００５２】
ここで、図５を参照してこれら各信号（ｅ１），（ｅ２），（ｅ３），（ｅ０１），（ｅ０２）の波形を示す。図５で示すように、信号（ｅ１）はｓｉｎ波形信号であり、信号（ｅ２）は信号（ｅ１）よりも電気角で９０度位相差があるｃｏｓ波形信号であるので、上記抵抗分割により、差信号（ｅ０１）は両信号（ｅ１，ｅ２）の位相差により位相シフトした信号波形となる。
【００５３】
同様に、信号（ｅ２）はｃｏｓ波形信号であり、信号（ｅ３）は信号（ｅ１）よりも電気角で１８０度位相差がある−ｓｉｎ波形信号であるので、上記抵抗分割により、差信号（ｅ０２）は両信号（ｅ２，ｅ３）の位相差により位相シフトした信号波形となる。
【００５４】
なお、上記抵抗分割により位相シフトすることは計算式によっても説明することができるが、ここではその計算式の説明は割愛する。
【００５５】
そして、第２の抵抗分割回路５２では可変抵抗ｒ３により差信号（ｅ０２）の位相を調整することができる。この調整において可変抵抗ｒ３の抵抗値を大きくすると、位相は実線（ａ）から破線（ａ１）にシフトし、可変抵抗ｒ３の抵抗値を小さくすると、位相は実線（ａ）から破線（ａ２）にシフトする。一方、第１の抵抗分割回路５１は抵抗ｒ１，ｒ２の抵抗値は固定であるから、差信号（ｅ０１）の位相はシフトせず、固定となっている。したがって、両差信号（ｅ０１，ｅ０２）は可変抵抗ｒ３の抵抗値調整により、位相差を調整することができる。
【００５６】
これら差信号（ｅ０１、ｅ０２）は、図示略の比較回路により、基準電圧と大小比較することにより、パルス状の信号（Ａｏｕｔ＝Ａ信号）、信号（Ｂｏｕｔ＝Ｂ信号）を得ることができる。また、差信号（ｅ０１，ｅ０２）から逓倍した信号を図示略の逓倍回路により生成することができる。
【００５７】
以上説明したように本実施の形態では、両抵抗分割回路５１，５２でそれぞれ信号（ｅ１）と信号（ｅ２）との差信号（ｅ０１）と信号（ｅ２）と信号（ｅ３）との差信号（ｅ０２）とを電気角で９０度の位相差関係とし、この位相差に、ロータリエンコーダ部品の機構上あるいは光学上に起因してそれら位相差関係に狂い等の誤差が生じてきた場合には、抵抗分割回路５２内の可変抵抗ｒ３により調整することができる。
【００５８】
なお、この可変抵抗はｒ３単独に限定されるものではなく、いずれかあるいは双方の抵抗分割回路５１，５２に設けた１つないし複数の可変抵抗により調整してもよい。また、抵抗分割回路５１，５２の抵抗の数等は実施の形態に特に限定されるわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係るインクリメンタル型ロータリエンコーダの構成を概略で示す斜視図である。
【図２】図２は回転スリット板のトラック上の回転スリット、発光素子、各受光素子、ならびに各固定スリット等の関係の説明に供する図である。
【図３】図３は固定スリットに対する回転スリットの回転移動に伴う受光素子の受光面積すなわち受光量の変化を示す図である。
【図４】図４は演算回路の回路図である。
【図５】図５は各信号の波形を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  回転スリット板
１２  回転スリット
１４  発光素子
１６  受光素子
１６１〜１６３  第１〜第３の受光素子
１８  トラック
２２  固定スリット板
２４  固定スリット
２４１〜２４３  第１〜第３の固定スリット
３０  演算回路
５１，５２  第１、第２の抵抗分割回路
ｒ３  可変抵抗
【図１】
2008116229.tif 000003
【図２】
2008116229.tif 000004
【図３】
2008116229.tif 000005
【図４】
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【図５】
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