(57)【要約】【課題】  従来のロータリー光学エンコーダにおいて位相変化信号出力を増加させるために、コードホイールの空間と、光センサと、照射源のサイズを増大させるという問題を解決すること。【解決手段】  ロータリー光学エンコーダであって、回転軸に連結されており、かつ第１の開口と、第２の開口と、第３の開口と、第４の開口と、第５の開口と、第６の開口とを具備する複数の領域を備えたコードトラックを有しているコードホイールであり、前記第１、第２、および第３の開口は、前記第６、第５、および第４の開口と対称的関係を有しているコードホイールと、前記コードホイールに光線を投影する発光器と、前記コードホイールを介して光強度を検出するために前記発光器に対向する前記コードホイールの一方の側に配置されている２つの光センサと、前記光強度を出力用の位相変化信号に変換するための前記光センサに接続されている処理回路とを含む、ロータリー光学エンコーダ。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その上に固定されている回転軸とロータとを備えている永久磁化モータにおいて位相変化信号を出力するためのロータリー光学エンコーダであって、
前記回転軸に連結されており、かつ第１の開口と、第２の開口と、第３の開口と、第４の開口と、第５の開口と、第６の開口とを具備する複数の領域を備えたコードトラックを有しているコードホイールであり、
前記第１、第２、および第３の開口は、前記第６、第５、および第４の開口と対称的関係を有しているコードホイールと、
前記コードホイールに光線を投影する発光器と、
前記コードホイールを介して光強度を検出するために前記発光器に対向する前記コードホイールの一方の側に配置されている２つの光センサと、
前記光強度を出力用の位相変化信号に変換するための前記光センサに接続されている処理回路と、を含んでいる、
ロータリー光学エンコーダ。
【請求項２】
前記第１および第６の開口は開口を有しておらず、前記第２および第５の開口は１ユニットの開口であり、前記第３および第４の開口は２ユニットの開口である、請求項１に記載のロータリー光学エンコーダ。
【請求項３】
前記光センサはフォトダイオードである、請求項１に記載のロータリー光学エンコーダ。
【請求項４】
前記処理回路は２つの基準レベルを有しており、そのうちの１つは光が検出されたか否かを判断するために使用され、もう一つは受信した光の強度を判断するために使用される、請求項１に記載のロータリー光学エンコーダ。
【請求項５】
前記処理回路は、前記光強度を電圧信号に変換するための複数の直列抵抗器を含んでいる、請求項１に記載のロータリー光学エンコーダ。
【請求項６】
前記処理回路は、前記電圧信号を位相変化信号に変換するための変換回路を含んでいる、請求項１に記載のロータリー光学エンコーダ。
【請求項７】
前記変換回路はコード変換器によって提供されている、請求項６に記載のロータリー光学エンコーダ。
【請求項８】
前記コード変換器はプログラム可能なリードオンリーメモリ(PROM)を信号変換に使用する、請求項７に記載のロータリー光学エンコーダ。
【請求項９】
第１の開口と、第２の開口と、第３の開口と、第４の開口と、第５の開口と、第６の開口とを具備する複数の領域を備えたコードトラックを有するコードホイールであり、
前記第１、第２、および第３の開口は、前記第６、第５、および第４の開口と対称的関係を有している、
コードホイール。
【請求項１０】
前記第１および第６の開口は開口を有しておらず、前記第２および第５の開口は１ユニット開口であり、前記第３および第４の開口は２ユニット開口である、請求項９に記載のコードホイール。
【請求項１１】
永久磁化モータから位相変化信号を出力するためのロータリー光学エンコーダの符号化方法であって、
前記ロータリー光学エンコーダは、第１の開口と、第２の開口と、第３の開口と、第４の開口と、第５の開口と、第６の開口とを具備する複数の領域を備えたコードトラックを有するコードホイールを備えており、
前記第１、第２、および第３の開口は前記第６、第５、および第４の開口と対称的関係を有しており、
発光器から前記ホイールに光線を投影するステップと、
前記コードホイールを介して光強度を検出するための２つの光センサを使用するステップと、
検出された光強度に従って前記光センサによって生成された誘導電流を受信するステップと、
前記誘導電流を電圧信号に変換するステップと、
前記電圧信号を位相変化信号に変換するステップと、
前記位相変化信号を出力するステップと、を備えているロータリー光学エンコーダの符号化方法。
【請求項１２】
前記第１および第６の開口は開口を有しておらず、前記第２および第５の開口は１ユニット開口であり、前記第３および第４の開口は２ユニット開口である、請求項１１に記載のロータリー光学エンコーダの符号化方法。
【請求項１３】
前記光センサはフォトダイオードである、請求項１１に記載のロータリー光学エンコーダの符号化方法。
【請求項１４】
前記処理回路は２つの基準レベルを有しており、そのうちの１つは光が検出されたか否かを判断するために使用され、もう一つは受信した光の強度を判断するために使用される、請求項１１に記載のロータリー光学エンコーダの符号化方法。
【請求項１５】
前記誘導電流を電圧信号に変換する前記ステップはさらに、ソース電圧信号を基準電圧と比較して、前記電圧信号のレベル範囲を得るステップを含んでいる、請求項１１に記載のロータリー光学エンコーダの符号化方法。
【請求項１６】
前記電圧信号を位相変化信号に変換する前記ステップはさらに、コード変換器が前記電圧信号を記憶アドレスとして使用して、対応する位相変化信号の出力値を記憶するステップ含んでいる、請求項１１に記載のロータリー光学エンコーダの符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロータリー光学エンコーダに関し、とりわけ位相変化信号を出力するという機能を有するロータリー光学エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリー光学エンコーダは主にロータの磁極位置を検出するために使用されている。それは発光器と、受光器と、中間にあるコードホイールおよびコードプレートと、処理回路とを含んでいる。コードホイールおよびコードプレート上のコードトラックのパターンを適切に設計することによって、必要な信号出力を容易に得ることができる。
【０００３】
通常のサーボモータの設計は一般的に、その回転位置、速度、および方向を検出するためのロータリー光学エンコーダを使用する。サーボモータがブラシレスである場合、Ｈａｌｌ装置が必要なロータ位置信号を提供するために従来使用されており、ステータの電流は正確に位相を変化させることができる。空間を節約し、かつコストを下げるために、エンコーダの製造者は、ブラシレスモータに必要な位相変化機能をエンコーダ内に一体化させている。これはより正確な位相変化信号を提供することができる。
【０００４】
図１を参照すると、位相変化信号を有する通常のロータリー光学エンコーダは一般的にコードホイール上に３つの余分なトラックを有している。従って、コードホイールは等距離に分散され、かつ等距離に分割されているコードトラック２、３、４を補間する密集したスリット１を含んでいる。これら３つのコードトラックの組み合わせはモータコイルの電流に位相変化信号を提供する。
【０００５】
しかしながら、コードホイール上に３つのコードトラックがあるために、３つの対応する光センサが必要となる。照射領域は、全光センサをカバーするために増大されなければならない。このことはエンコーダの空間およびコストを必然的に増加させる。従って、必要な位相変化機能を有するが上記の問題のないより良好なエンコーダを求めることが必須である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は従来のロータリー光学エンコーダにおいて位相変化信号出力を増加させるために、コードホイールの空間と、光センサと、照射源のサイズを増大させるという問題を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の観点に従って、本発明はコードホイールと、発光器と、対応する処理回路を伴う２つの光センサとを含むロータリー光学エンコーダを提供する。コードホイールは複数の領域を含むコードトラックを有しており、この各々は第１の開口、第２の開口、および第３の開口と、上記の最初の３つの開口と対称的関係となる第６の開口、第５の開口、および第４の開口とを有する。コードホイールがロータと共に回転する場合、発光器はコードホイールに光線を投影する。光センサはコードホイール上の光強度を検出し、その処理回路を使用してこの強度を出力用の位相変化信号に変換する。
【０００８】
開示されているコードホイールは簡素な開口を有するコードトラックを含んでいる。コードトラックは複数の領域を含んでおり、この各々は第１の開口と、第２の開口と、第３の開口と、第４の開口と、第５の開口と、第６の開口とを有している。第１、第２と、第３の開口は、第６と、第５と、第４の開口とそれぞれ対称的である。
【０００９】
上述のロータリー光学エンコーダとそのコードホイールによると、本発明はさらにロータリー光学エンコーダの符号化方法を提供する。該方法は以下のステップを含んでいる。発光器が該コードホイールに光を投影するステップと、該コードホイール上の光強度を検出するために２つの光センサを使用して、該光センサによって検出された該光強度に従って生成された誘導電流を受信するステップと、該誘導電流を電圧信号に変換するステップと、該電圧信号を位相変化信号に変換するステップと、該位相変化信号を出力するステップとにより構成する。
【００１０】
本発明は、コードホイール上の１つの追加コードトラックと対応する処理回路を伴う２つの光センサのみを使用して位相変化信号を出力するという目的を達成する。それはまた、狭いエンコーダ空間と低い生産コストという要件を満たすことができる。
【００１１】
本発明は以下に例示としてのみ示され、従って本発明を制限することのない詳細な説明からより完全に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図２および３に示されているように、開示されているロータリー光学エンコーダ１００は、ロータ５１０の磁極位置を提供するために永久磁化モータ５００において使用されている。ロータリー光学エンコーダ１００は発光器１２０と、コードホイール１１０と、２つの光センサ１３０および１４０と、処理回路１５０とを含んでいる。コードホイール１１０は永久磁化モータ５００の回転軸５２０に連結されている。ロータ５１０が回転すると、コードホイール１１０は回転させられる。コードホイール１１０上で規則的にエッチングされている密集したスリット１１１とコードトラック１１２は透明である。コードホイール１１０の両側に１つの発光器１２０と２つの光センサ１３０および１４０とが設置されている。コードホイール１１０が回転すると、光センサ１３０および１４０によって受信された光強度は変化する。処理回路１５０は光強度を位相変化信号に変換し、それをロータ５１０の位置を判断するための基準として出力する。
【００１３】
一般的に、p個の磁極を有するロータを備えた永久磁化モータについてエンコーダはロータの1サイクルを３６０／（ｐ*3）個の領域に分割し、この各々は対応する位相に対応している。隣接する６個の領域が１つのグループを形成する。グループには独立したコードが割り当てられ、反復して使用される。合計（ｐ／２）個のグループがある。図４は、１０個の磁極を有するロータと、コードホイールの分割と、分割を達成する位相変化信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）とを示している。
【００１４】
開示されているロータリー光学エンコーダ１００は従来の３つのコードトラックのコードホイールを使用して等化位相変化信号を達成しつつ、コードトラックのパターン変化を利用してコードホイール１１０上にコードトラック１１２を１つだけ有している。
【００１５】
図５を参照すると、コードホイール１１０のコードトラック１１２を真直ぐにしてその一部のみを示す。必要なグループに従って、コードホイール１１０は第１の開口５と、第２の開口６と、第３の開口７と、これらと対称的な第４の開口８と、第５の開口９と、第６の開口１０とを具備している。とりわけ、第１の開口５と第６の開口１０は閉鎖されている。第２の開口６と第５の開口９は１ユニット開口である。第３の開口７と第４の開口８は２ユニット開口である。１つの光センサによって６個の開口の絶対位置を判断することができない場合、基準ポイントとしてベースに固定されている２つの光センサ１３０および１４０を必要とする。
【００１６】
以下に、等化位相変化信号出力を達成するためのコードホイール１１０のコードトラック１１２におけるパターン変化の使用方法を説明する。図６に概説されているように、開示されている符号化方法は以下のステップを含んでいる。まず、発光器がコードホイールに光線を投影する（ステップ６００）。コードホイールは光をブロックするか、光を通過させる。２つの光センサが光強度を検出する（ステップ６１０）。そしてシステムは光センサによって検出された光強度から生成された誘導電流を受信する（ステップ６２０）。誘導電流は電圧信号に変換され（ステップ６３０）、これはさらに位相変化信号に変換される（ステップ６４０）。最後に、システムは位相変化信号を出力する（ステップ６５０）。
【００１７】
コードホイール１１０がロータ５１０と共に回転すると、光センサ１３０および１４０は発光器１２０から投影された光強度の変化を検出できる（ステップ６００、６１０）。コードホイールが方向１３に回転すると、光センサ１３０および１４０によって検出された光強度は（１、０）、（２、１）、（２、２）、（１、２）、（０、１）、（０、０）、（１、０）、・・・という順序である。２つの光センサ１３０および１４０を監視することによって、グループ分割におけるロータ５１０の絶対位置を判断することができる。
【００１８】
後に、光センサ１３０および１４０によって検出された光強度は位相変化信号に変換される。以下のように本発明の処理回路の実現を説明する。
【００１９】
図７を参照すると、光センサ１３０および１４０によって検出された光強度の変化は０、１、２である。これら３つの状態を効果的に識別するために、２つの基準が必要とされる。そのうちの１つは光が検出されたか否かを識別するために使用される。もう一つは１ユニットの光強度と２ユニットの光強度のいずれの場合かを識別するために使用される。光センサ１３０および１４０としてフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２を使用する。誘導電流は光を受信した後に生成され（ステップ６２０）、ソース電圧信号Ｖ１およびＶ２としての直列抵抗器Ｒ１およびＲ２を介して電圧に変換される（ステップ６３０）。信号の変化を識別するために、２つの基準電圧ＶｒｅｆおよびＶ０が導入される。Ｖｒｅｆは、フォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２が１．５ユニットの光を受信する場合に、その値がその状況に対応する電圧信号にほぼ等しくなるように適切にチューニングされなければならない。Ｖ０また、フォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２が光（暗電流のみ）を全く検出しない場合電圧信号にほぼ等しくなるようにチューニングされる。
【００２０】
ソース電圧信号Ｖ１およびＶ２は基準電圧ＶｒｅｆおよびＶ０と比較されて、レベル範囲を得る。本発明において、その出力値がそれぞれＳ０＝Ｖ１−Ｖ２、Ｓ１＝Ｖ２−Ｖ０、Ｓ２＝Ｖ１−Ｖｒｅｆ、およびＳ３＝Ｖ２−Ｖｒｅｆである４個の比較器Ｃｐ０、Ｃｐ１、Ｃｐ２、およびＣｐ３を使用する。コードホイール１１０のコードトラック１１２が方向１３に回転すると、比較器Ｃｐ０、Ｃｐ１、Ｃｐ２、およびＣｐ３の信号出力は図８に示されている。信号（Ｖ１、Ｖ２）＝（２、０）と（Ｖ１、Ｖ２）＝（０、２）の２つの余分なセットを挙げることによって、（Ｖ１、Ｖ２）信号が（１、０）から（２、１）へ、および（１、２）から（０、１）へと、コードトラック１１２が回転すると切り替えられるという可能な状況を考慮に入れる。
【００２１】
コードホイール１１０の位置は内部信号（Ｓ３、Ｓ２、Ｓ１、Ｓ０）から判断可能である。従来のロータリー光学エンコーダと同一の位相変化信号出力を提供するために、変換回路は内部信号（Ｓ３、Ｓ２、Ｓ１、Ｓ０）と位相変化信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）間に提供されている。変換回路はコード変換器１５１によって提供されている。内部信号（Ｓ３、Ｓ２、Ｓ１、Ｓ０）はコード変換器１５１によって出力用の位相変化信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）（ステップ６４０）に変換される（ステップ６５０）。コード変換器１５１内に記憶されている値は実際柔軟に調整可能である。図８は、異なる（Ｖ１、Ｖ２）値から得られた内部信号（Ｓ３、Ｓ２、Ｓ１、Ｓ０）を示している。信号は、対応する位相変化信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の出力値を記憶するためにコード変換器１５１の記憶アドレスとして使用されている。
【００２２】
コード変換器１５１はプログラム可能なリードオンリーメモリ（PROM）を信号変換に使用する。このことは、固定ハードウェア設計下の製品の実際のニーズに従って調整の柔軟性を増大させる。
【００２３】
さらに、コードホイールのコードトラックのパターンは開口を有していない部分を含んでいる。よって、全材料が除去されるわけではない。このことは過剰なサポートを必要としないために、とりわけ金属コードホイールに適している。当然、光センサがコードトラック上の全開口の絶対位置を判断可能である限り、本発明の主旨から逸脱することなくコードホイール上の別のコードトラックパターンを使用可能である。
【００２４】
要約すると、本発明はロータリー光学エンコーダと位相変化信号を出力するためのその符号化方法とを提供する。２つの光センサを伴うコードホイール上の開口の変化を有する１つの追加コードトラックと対応する処理回路のみによって、必要な位相変化信号を永久磁化モータから得ることができる。従来技術と比較して本発明はエンコーダの空間と、光センサの数と、照射源の空間とを削減し、低コスト、少容量、かつより柔軟なロータリー光学エンコーダを提供することができる。
【００２５】
その変化が特許請求されている本発明の主旨よび範囲内と考えられる若干の変化は当業者に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来技術における位相変化信号出力を備えたロータリー光学エンコーダのコードホイールの概略図である。
【図２】永久磁化モータにおいて使用されている、ロータリー光学エンコーダの概略図である。
【図３】開示されているロータリー光学エンコーダの概略図である。
【図４】１０個の磁極を有するロータのコードホイールの分割と、分割を達成する位相変化信号の分布とを示している。
【図５】本発明のコードホイール上のコードトラックパターンの一部の概略図である。
【図６】ロータリー光学エンコーダの開示されている符号化方法のフローチャートである。
【図７】ロータリー光学エンコーダにおける処理回路の概略図である。
【図８】位相変化信号の出力データを示している。
【図１】
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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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【図７】
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【図８】
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【図２】
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