(57)【要約】【課題】投光素子の長寿命化を達成すること。【解決手段】投光素子ＬＥＤと複数の受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４との間の光路上に配置した回転スリットｒｓを被検出軸と同期回転させて上記投光素子ＬＥＤの投光を上記両スリットを通過させて電気角で９０度ずつずれたＡ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相の光信号を生成すると共にこの光信号を上記各受光素子で受光可能として回転スリットが回転中も回転停止中も上記各相の光信号に対する受光素子の受光光量合計を一定にする一方、制御手段ＣＰＵにより各受光素子の受光光量合計が一定になるように投光素子の投光強度を制御可能とした。【選択図】図３
2008261760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光素子と複数の受光素子との間の光路上に配置した回転スリットを被検出軸と同期回転させて電気角で９０度ずつずれた複数の光信号を生成すると共にこれら光信号から上記被検出軸の回転状態を検出するロータリエンコーダにおいて上記投光素子の光量を調整する方法において、
上記複数の受光素子の受光光量合計を回転中も回転停止中も同じ一定値にする第１ステップと、
上記複数の受光素子の受光光量合計が上記一定値を維持するように投光素子の投光光量を調整する第２ステップと、
を含むことを特徴とするロータリエンコーダにおける投光素子の光量調整方法。
【請求項２】
上記第１ステップは、上記投光素子の投光を上記両スリットを通過させて電気角で９０度ずつずれたＡ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相の光信号を生成すると共にこの光信号を４つの受光素子それぞれで受光し、上記回転中も回転停止中も上記各受光素子の受光光量合計を一定にする、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記第２ステップは、投光素子の投光光量をデジタル制御により調整する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも、投光素子と、複数の受光素子と、これら投光素子と受光素子との間の光路上に配置された回転スリットと、を備えたロータリエンコーダにおいて、
上記回転スリットを被検出軸と同期回転させて上記投光素子の投光から電気角で９０度ずつずれたＡ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相の光信号を生成する手段と、
上記各光信号を受光する４つの受光素子と、
上記４つの受光素子の受光光量出力を合計すると共に、上記各受光素子の受光光量合計が一定になるように上記投光素子の投光光量を調整制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするロータリエンコーダ。
【請求項５】
上記制御手段による制御がデジタル制御である、ことを特徴とする請求項４に記載の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、インクリメンタル型やアブソリュート型のロータリエンコーダにおける投光素子の光量調整方法および該ロータリエンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７を参照してロータリエンコーダＲＥは、一般的に、投光素子ＬＥＤと受光素子ＰＤ１，ＰＤ２との間に、円周方向等間隔に投光素子ＬＥＤ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ＲＳと、この回転スリット板ＲＳの一方側に上記スリットと同様に投光素子ＬＥＤ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ＦＳとを対向配置している（特許文献１）。
【０００３】
この固定スリット板ＦＳの固定スリットは、投光素子ＬＥＤ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ＲＳの回転スリットを通過させてＡ相とＢ相の光信号を形成すると共に、受光素子ＰＤ１，ＰＤ２では電気角で９０度ずつずれた上記Ａ相とＢ相の光信号を受光しこれらＡ相とＢ相の光信号を図８で示すような電気的な信号に変換するようになっている。
【０００４】
そしてロータリエンコーダＲＥには、上記光信号の単位時間当たりの数から回転速度、また、Ａ相とＢ相の光信号のバイナリーコードでＡ相光信号「０」、Ｂ相光信号「０」の組み合わせでは「０」、Ａ相光信号「１」、Ｂ相光信号「０」の組み合わせでは「１」、Ａ相光信号「１」、Ｂ相光信号「１」の組み合わせでは「２」、Ａ相光信号「０」、Ｂ相光信号「１」の組み合わせでは「３」としそのバイナリーコードの変化順序から回転方向を判定することができる。
【０００５】
ところで、従来では、図９で示すように、受光素子ＰＤ１，ＰＤ２それぞれの出力をマイクロコンピュータである制御手段ＣＰＵのＡＤ変換ポートそれぞれに入力し、投光素子ＬＥＤと直列に接続したトランジスタＴＲ０のベースに制御手段ＣＰＵからＰＷＭ（パルス幅変調）制御パルスを印加することにより、投光素ＬＥＤをＯＮ、ＯＦＦ制御している。そして、投光素子ＬＥＤをＯＮさせるパルス幅を制御することにより、投光素子ＬＥＤの投光強度（単位時間当たりの投光光量）を制御しているが、投光素子ＬＥＤの早期劣化を抑制しその長寿命化を図るために、Ａ相またはＢ相の光信号を受光する受光素子ＰＤ１，ＰＤ２での受光光量が一定となるように投光素子ＬＥＤの投光強度をＰＷＭ制御している。ＰＷＭ１は投光素子ＬＥＤをＯＮさせる期間を長くして投光強度を大きくして受光素子ＰＤ１，ＰＤ２での受光光量が一定となるようにしたパルス列であり、ＰＷＭ２は投光強度をＰＷＭ１より小さくして受光素子ＰＤ１，ＰＤ２での受光光量が一定となるようにしたパルス列であり、ＰＷＭ３は投光強度をＰＷＭ２より小さくして受光素子ＰＤ１，ＰＤ２での受光光量が一定となるようにしたパルス列である。
【０００６】
しかしながら、図８で明らかであるように、受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の受光光量を制御手段ＣＰＵに入力する場合、回転スリット板ＲＳが回転していない回転停止中では、制御手段ＣＰＵに受光光量のデータが入力されない期間がある。すなわち、Ａ相、Ｂ相の光信号のバイナリーコードが共に「０」「０」のときである。このバイナリーコードの場合では、Ａ相、Ｂ相の光信号のバイナリーコードの組み合わせでの受光光量合計は「０」「１」「２」の３種類があり、受光光量合計が「１」の場合では一方の受光ダイオードＰＤ１，ＰＤ２の受光光量であり、受光光量合計が「２」の場合では両受光ダイオードＰＤ１，ＰＤ２の受光光量であり、受光光量合計が「０」の場合では両受光ダイオードＰＤ１，ＰＤ２からの受光光量はない。
【０００７】
したがって、受光光量合計「０」の場合では、制御手段ＣＰＵには受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の受光光量に関するデータが入力されないので、制御手段ＣＰＵは受光素子ＰＤ１，ＰＤ２での受光光量を一定とするように投光素子ＬＥＤをＰＷＭ制御によりその光量を調整することができない。また、回転スリット板ＲＳが安定な回転域になるまでは投光素子ＬＥＤの受光光量を高精度に検出できないので、投光素子ＬＥＤをＰＷＭ制御によりその光量を調整することができない。
【０００８】
そのため従来のロータリエンコーダＲＥでは、回転体が回転停止の状態から安定回転状態に到達するまでの間は、投光素子ＬＥＤの制御を停止させ、安定回転状態になってから投光素子ＬＥＤのＰＷＭ制御を行うとすると、非効率なロータリエンコーダとなる一方、回転停止中も投光素子ＬＥＤを投光駆動すると発光強度の制御ができないので投光素子ＬＥＤの早期劣化を来たすおそれがある。また、回転停止中では投光素子ＬＥＤや、受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の故障の検出ができないため、ロータリエンコーダを含め、当該ロータリエンコーダを搭載した装置やシステムでは稼働後でしか異常判断ができないという課題がある。
【特許文献１】特開平０７−１３４０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明により解決すべき課題は、被検出軸等が回転停止中で回転スリットが回転停止している間でも投光素子の投光光量を受光素子の受光光量合計が一定となるよう調整して投光素子の早期劣化の抑制と長寿命化達成とを可能とした投光素子の光量調整方法を提供すると共に、さらに、回転停止中でロータリエンコーダを搭載した装置やシステムが稼動する前に、投光素子や受光素子等の故障等を診断可能として当該装置やシステムの信頼性向上を図ることを可能とした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】
【００１０】
本発明によるロータリエンコーダにおける投光素子の光量調整方法は、投光素子と複数の受光素子との間の光路上に配置した回転スリットを被検出軸と同期回転させて電気角で９０度ずつずれた複数の光信号を生成すると共にこれら光信号から上記被検出軸の回転状態を検出するロータリエンコーダにおいて上記投光素子の光量を調整する方法において、上記複数の受光素子の受光光量合計を回転中も回転停止中も同じ一定値にする第１ステップと、上記複数の受光素子の受光光量合計が上記一定値を維持するように投光素子の投光光量を調整する第２ステップと、を含むことを特徴とするものである。
【００１１】
上記では回転スリット単独で上記複数の光信号を生成する場合、回転スリットと固定スリット双方により上記複数の光信号を生成する場合を含む。
【００１２】
好ましい態様は、上記第１ステップは、上記投光素子の投光を上記両スリットを通過させて電気角で９０度ずつずれたＡ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相の光信号を生成すると共にこの光信号を４つの受光素子それぞれで受光し、被検出軸が回転中も回転停止中も上記各受光素子の受光光量合計を一定にすることである。
【００１３】
本発明では、第１ステップでは、例えば上記態様のように、電気角で９０度ずつずれたＡ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相の光信号を受光素子で受光させて各受光素子の受光光量の合計を被検出軸等の回転体が回転中だけでなく回転停止している状態でも常に一定の値とする一方、第２ステップでは投光素子の投光強度（投光光量）を上記受光光量合計の一定値を維持するように調整するようにしたので、結果として、投光素子の長寿命化を達成することができるようになる。
【００１４】
本発明によるロータリエンコーダは、少なくとも、投光素子と、複数の受光素子と、これら投光素子と受光素子との間の光路上に配置された回転スリットと、を備えたロータリエンコーダにおいて、上記回転スリットを被検出軸と同期回転させて上記投光素子の投光から電気角で９０度ずつずれたＡ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相の光信号を生成する手段と、上記各光信号を受光する４つの受光素子と、上記４つの受光素子の受光光量出力を合計すると共に、上記各受光素子の受光光量合計が一定になるように上記投光素子の投光光量を調整制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
好ましくは、上記制御手段による投光素子の投光光量の調整制御はデジタル制御である。デジタル制御にはパルス幅制御（ＰＷＭ）がその代表される制御であるが、これ以外にも、振幅制御（ＰＡＭ）等がある。
【００１６】
本発明によるロータリエンコーダでは、電気角で９０度ずつずれたＡ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相の光信号を受光素子で受光させて各受光素子の受光光量の合計を被検出軸等の回転体が回転中だけでなく回転停止している状態でも常に一定の値とし、投光素子の投光強度を上記受光光量合計の一定値を維持するように制御できるので、投光素子の長寿命化が達成可能となる。また、ロータリエンコーダを搭載した装置やシステムが稼動前で被検出軸等の回転体が停止中でも、投光素子や受光素子等の故障等を受光光量合計から診断することが可能となり、当該装置やシステムの信頼性向上に貢献できるロータリエンコーダを提供することができる。
【００１７】
なお、本発明のロータリエンコーダでは、実施の形態では回転スリット板と固定スリット板を用いるが、固定スリット板は必須ではなく、回転スリット板だけでも電気角で９０度ずつずれたＡ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相の光信号を生成し、それら光信号を受光素子で受光させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のロータリエンコーダにおける投光素子の光量調整方法では、投光素子の光量を常に必要分一定にすることができるため、投光素子の長寿命化を達成することができると同時にロータリエンコーダを搭載した装置やシステムが稼動前で被検出軸等の回転体が停止中でも、投光素子や受光素子等の故障等を受光光量合計から診断することが可能となり、当該装置やシステムの信頼性向上に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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ロータリエンコーダの投光素子の光量調整方法を詳細に説明する。実施の形態のロータリエンコーダの基本構成は図７と同様であるが、実施の形態では、図１で示すように、投光素子ＬＥＤからの投光を回転スリット板ＲＳの回転スリットｒｓと、固定スリット板ＦＳの固定スリットｆｓとを介して４つの受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４で受光する。これら受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４は電源と接地との間に電流制限抵抗Ｒ１−Ｒ４を介して接続されている。投光素子ＬＥＤは抵抗Ｒ０を介してトランジスタＴＲ０に接続されている。受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４それぞれの出力はマイクロコンピュータからなる制御手段ＣＰＵのＡＤ変換ポートに入力される。
【００２０】
制御手段ＣＰＵはこれら出力に基づいて受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４の受光光量合計が一定となるようＰＷＭ制御パルスをトランジスタＴＲ０のベースに入力することにより投光素子ＬＥＤをＰＷＭ制御により発光駆動させる。
【００２１】
以上のロータリエンコーダでは、投光素子ＬＥＤ、回転スリットｒｓ、固定スリットｆｓは、電気角で９０度ずつずれたＡ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相の光信号を生成させる手段を構成する。
【００２２】
固定スリット板ＦＳには図２で示すように回転スリット板ＲＳの回転スリットｒｓに対して、投光素子ＬＥＤの光を電気角で９０度ずつずれたＡ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相の光信号を生成することができるような位置関係で複数の固定スリットｆｓが形成されている。固定スリットｆｓには図２中括弧内で各対応相（Ａ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相）が記入されている。受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の出力はアナログ信号であるので制御手段ＣＰＵのＡＤ変換ポートに入力されデジタル値に変換されたうえで制御手段ＣＰＵ内部で演算処理される。
【００２３】
制御手段ＣＰＵのＡＤ変換ポートに入力された受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４それぞれの出力（受光光量）はアナログであるが、図３で示すデジタル値として扱うことができる。それら受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４の受光光量に対応する出力レベルをそれぞれ「１」で示した場合、Ａ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相の同じタイミングの出力合計である受光光量合計は常に「２」となる。
【００２４】
図４を参照して固定スリットｆｓに対して回転スリットｒｓが矢印方向に移動するに伴い、両スリットｆｓ，ｒｓを通過する投光素子ＬＥＤからの光を受光する受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４それぞれの受光光量を図５に示す。図５の横軸は時間、縦軸は受光光量を示す。図４の回転位置ａでは固定スリットｆｓと回転スリットｒｓとが重なっていないので図５の受光光量ａが対応する。図４の回転位置ｂ以降では固定スリットｆｓに対して回転スリットｒｓが重なるので、図５の受光光量ｂ以降に受光光量は変化する。すなわち、固定スリットｆｓに対する回転スリットｒｓの重なりによる受光光量の変化は図５で示すように三角波となる。しかし、実際の受光波形は空間フィルタリングで正弦波となる。図６ではＡ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相それぞれの光信号の受光光量の変化波形を重ねるとそれら受光光量合計は常に一定の「２」になることを示す。
【００２５】
なお、実施の形態のロータリエンコーダで制御手段ＣＰＵ内部ではＡ相と−Ａ相の受光素子ＰＤ１，ＰＤ３の出力からＡ相の信号を生成し、Ｂ相と−Ｂ相の受光素子ＰＤ２，ＰＤ４の出力からＢ相の信号を生成し、それらＡ相とＢ相の信号から被検出軸の回転速度や回転方向を検出するようになっている。
【００２６】
以上のように実施の形態では、制御手段ＣＰＵは受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４の受光光量合計が一定になるように投光素子ＬＥＤの投光強度（投光光量）をＰＷＭ制御により調整するので、投光素子ＬＥＤの長寿命化を達成することができるようになる。また、本発明によれば、ロータリエンコーダを搭載した装置やシステムの稼動前で被検出軸等の回転体が回転停止中でも、投光素子ＬＥＤや受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４等の故障等を上記受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４の受光光量合計から診断することが可能となり、当該装置やシステムの信頼性向上に貢献できるロータリエンコーダを提供することができる。
【００２７】
なお、実施の形態ではインクリメンタル型のロータリエンコーダであったが、アブソリュート型のロータリエンコーダにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係るロータリエンコーダの電気的な概略構成を示す図である。
【図２】図２は回転スリットと、固定スリットとの対応関係の説明に供する図である。
【図３】図３はＡ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相の受光光量と、それら受光光量の合計との説明に供する図である。
【図４】図４は回転スリット、固定スリットとの位置関係の変化を示す図である。
【図５】図５は図４の位置関係の変化に伴い受光光量の変化を波形で示す図である。
【図６】図６はＡ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相の受光光量の変化と、それら受光光量の合計とを波形で示す図である。
【図７】図７は従来のロータリエンコーダの機構的な概略構成を示す図である。
【図８】図８は従来のロータリエンコーダによるＡ相とＢ相の関係を示す図である。
【図９】図９は従来のロータリエンコーダの電気的な概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
ＲＳ  回転スリット板
ＦＳ  固定スリット板
ＬＥＤ  投光ダイオード（投光素子）
ＰＤ１〜ＰＤ４  受光ダイオード（受光素子）
ＣＰＵ  制御手段
【図１】
2008261760.tif 000003
【図２】
2008261760.tif 000004
【図３】
2008261760.tif 000005
【図４】
2008261760.tif 000006
【図５】
2008261760.tif 000007
【図６】
2008261760.tif 000008
【図７】
2008261760.tif 000009
【図８】
2008261760.tif 000010
【図９】
2008261760.tif 000011