(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のエンコーダパターン、及び、第２のエンコーダパターンが設けられたコードホイールと、
前記第１のエンコーダパターンに供給される光を生成するように構成された第１の光源、及び、前記第１のエンコーダパターンから光を受け取り、その光に応じて、前記コードホイールの回転運動を示す１以上の信号を出力するように構成された第１の光センサを含む、第１の光エンコーダと、
前記第２のエンコーダパターンに供給される光を生成するように構成された第２の光源、及び、前記第２のエンコーダパターンから光を受け取り、その光に応じて、前記コードホイールの傾きを示す１以上の信号を出力するように構成された第２の光センサを含む、第２の光エンコーダと
を含み、
前記第２のエンコーダパターンは、前記コードホイールの外周面に設けられた異なる光反射率を有する環状リングの交互パターンからなるモーションエンコーダセット。
【請求項２】
前記コードホイールは単一のディスクからなり、前記第１のエンコーダパターンは、前記ディスクの少なくとも１つの平坦な表面上に設けられる、請求項１に記載のモーションエンコーダセット。
【請求項３】
前記コードホイールは少なくとも２つの個別のディスクからなり、前記第１のエンコーダパターンは、前記ディスクのうちの第１のディスクに設けられ、前記第２のエンコーダパターンは、前記ディスクのうちの第２のディスクに設けられる、請求項１に記載のモーションエンコーダセット。
【請求項４】
前記コードホイールは単一のディスクからなり、前記第１のエンコーダパターンと前記第２のエンコーダパターンは両方とも、前記単一のディスクに設けられる、請求項１に記載のモーションエンコーダセット。
【請求項５】
前記第１の光エンコーダは透過型光エンコーダであり、前記第１の光源及び前記第１の光センサは、前記コードホイールの両側に設けられる、請求項１に記載のモーションエンコーダセット。
【請求項６】
前記第２の光エンコーダは反射型光エンコーダであり、前記第２の光源と前記第２の光センサは、前記コードホイールの同じ側に設けられる、請求項５に記載のモーションエンコーダセット。
【請求項７】
前記第２の光エンコーダは反射型光エンコーダであり、前記第２の光源及び前記第２の光センサは、前記コードホイールの外周面に対向して配置される、請求項５に記載のモーションエンコーダセット。
【請求項８】
前記第１の光エンコーダは反射型光エンコーダであり、前記第１の光源及び前記第１の光センサは、前記コードホイールの同じ側に配置される、請求項１に記載のモーションエンコーダセット。
【請求項９】
前記第２の光センサによって出力された１以上の信号を受信するように構成されたプロセッサを更に含み、前記プロセッサは、前記第２の光センサによって出力された、前記コードホイールの傾きが閾値を超えたことを示す１以上の信号に応じて、前記モーションエンコーダセットのメンテナンスの必要性を示す信号を出力する、請求項１に記載のモーションエンコーダセット。
【請求項１０】
コードホイールの回転運動を測定する方法であって、
コードホイールに設けられた第１のエンコーダパターンに光を供給するステップと、
前記第１のエンコーダパターンからの光を受け取り、その光に応じて、前記コードホイールの回転運動を示す１以上の信号を出力するステップと、
前記コードホイールに設けられた第２のエンコーダパターンに光を供給するステップと、
前記第２のエンコーダパターンからの光を受け取り、その光に応じて、前記コードホイールの傾きを示す１以上の信号を出力するステップと
を含み、
前記第２のエンコーダパターンは、前記コードホイールの外周面に設けられた異なる光反射率を有する環状リングの交互パターンからなる、方法。
【請求項１１】
前記コードホイールの傾きが閾値を超えたことを示す１以上の信号に応答して、メンテナンスの必要性を示す信号を出力するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
コードホイールの回転運動を測定する方法であって、
コードホイールの傾きに起因する誤差成分を含むコードホイールの回転運動を測定するステップと、
前記コードホイールの外周面に設けられた異なる光反射率を有する環状リングの交互パターンに光を供給するステップと、
前記環状リングの交互パターンからの反射光に基いて、前記コードホイールの傾きを測定するステップと、
測定された前記コードホイールの傾きを使用して、前記コードホイールの回転運動の誤差補正された測定値を生成することにより、前記コードホイールの測定された回転運動の誤差成分を除去するステップと
からなる方法。
【請求項１３】
前記コードホイールの傾きが閾値を超えていることに応答して、メンテナンスの必要性を示す信号を生成するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エンコーダセットのコードホイールの偏心運動及び上下運動を検出する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光エンコーダは、何らかの基準に対する物体の移動及び位置を検出する種々の局面で使用されている。光エンコーダは、可動部品の位置を測定し、トラッキングするための安価で信頼性の高い手段として、機械系に使用されることが多い。例えば、プリンタ、スキャナ、写真式複写機、ファックス機、プロッタ、及び、他の撮像システムは、画像を用紙に印刷するときや、イメージ媒体から画像を読み取る際に、光エンコーダを使用して、用紙のような画像形成媒体の動きをトラッキングすることが多い。
【０００３】
モーションエンコーディングのための１つの一般的技術として、光エンコーダとエンコーダパターン（エンコーディング媒体）を使用するものがある。光エンコーダは、エンコーダパターンの表面上に光を集束させる。エンコーダパターン（又はエンコーディング媒体）が光エンコーダに対して相対的に移動する際に、光センサは、その動きを検出するために、エンコーダパターンを通過した光、又は、エンコーダパターンから反射された光のパターンを読み取る。
【０００４】
一般的なエンコーダパターンは、互い違いに並ぶ一連の特徴である。エンコーダパターンが光エンコーダに対して（又はその逆に）相対的に移動する際に、パターン上のある特徴から次の特徴への移動が、光学的に検出される。例えば、エンコーダパターンは、不透明な材料に互い違いに設けられた複数の穴、又は、光透過性の窓のパターンである場合がある。その場合、光センサは、穴や窓を通過する光の明暗の変化を検出することができる。
【０００５】
図１は、光放出器１１２及び光センサ１１４を含む光エンコーダ１１０と、光エンコーダ１１０を取り付けるハウジング１７５と、光放出器１１２と光センサ１１４の間に配置され、回転シャフト１５０に取り付けられたエンコーダパターン１３２とを含む、基本的なモーションエンコーダセット１００を示している。コードホイール１３０が回転すると、それによってエンコーダパターン１３２は光エンコーダ１１０に対して相対的に運動する。
【０００６】
図１の実施形態において、光エンコーダ１１０は、コードホイール１３０のエンコーダパターン１３２を通過する光を検出することにより、透過モードで動作する。他の実施形態において、光放出器１１２と光センサ１１４はコードホイール１３０の同じ側に配置され、光エンコーダ１１０は、コードホイール１３０のエンコーダパターン１３２によって反射された光を検出することにより、反射モードで動作するように構成される場合がある。
【０００７】
一実施形態において、エンコーダパターン１３２は、光エンコーダ１１０の設計によって決まる異なる光透過率、又は、光反射率の領域を交互に有するＡ／Ｂパターンである。光センサ１１４は、ＡパターンとＢパターンの変化速度を検出することにより、エンコーダパターン１３２と光エンコーダ１１０の間の相対的な回転運動を推定する。
【０００８】
しかしながら、コードホイール１３０又はシャフト１５０の磨耗や亀裂、あるいは、シャフト１５０の軸受けの磨耗や亀裂に起因して、コードホイール１３０の縁部は最終的に、偏心運動を開始したり（ふらふら、及び／又は、がたがたと）、エンコーダハウジング１７５の中で上下運動を開始することがある。コードホイール１５０の運動にがたがたとした偏心があると、光エンコーダ１１０は、その回転運動を正確にエンコードしなくなり、特にその運動が一回転に満たない場合に、正確にエンコードしなくなる。また、揺動するコードホイール１３０、すなわち上下運動をするコードホイール１３０は、ハウジング１７５に擦り付けられたり、ハウジング１７５に衝突したりすることがあり、モーション検出信号（複数の場合もあり）が不正確になり、場合によっては、ハウジング１７５やコードホイール１３０が損傷することもある。
【０００９】
多くの場合、モーションエンコーダセットは何らかのホスト装置の内部に配置されるため、エンコーダハウジング内でふらふら又はがたがたするコードホイール、すなわち、上下運動するコードホイールを容易に観察し、認識することはできない。したがってユーザは、コードホイールやシャフトの揺動運動、または、上下運動の大きさを判断する手段をもたない。したがってユーザは、モーションエンコーダが、ホスト装置の動作を劣化させ、又は、ホスト装置に損傷を与え、あるいは、モーションエンコーダセットそのものに損傷を与える可能性がある不正確な信号を生成していることを認識することはできない。
【００１０】
この問題に対処するために、現在では、光エンコーダセットに対して予防的なメンテナンスを定期的に実施し、偏心運動、及び／又は、上下運動があるか否かを検査し、必要な修理や部品交換を実施しなければならない。多くの場合、そのためには、ホスト装置をシャットダウンし、検査のために開けてみなければならない。したがって、この定期的なメンテナンスは非常にコストが高く、ホスト装置のダウンタイムを増加させることになる。また、多くの場合、メンテナンスは、コードホイールに偏心運動や上下運動がなく、モーションエンコーダが完璧に動作している場合でも、不必要に実施される。
【００１１】
したがって、既存のモーションセンサセットに関するこれらの欠点を少なくとも克服するモーションエンコーダセットが必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施例において、モーションエンコーダセットは、
第１のエンコーダパターン及び第２のエンコーダパターンが設けられたコードホイールと、
前記第１のエンコーダパターンに光を供給するように構成された第１の光源、及び、前記第１のエンコーダパターンから光を受け取り、それに応じて前記コードホイールの回転運動を表わす１以上の信号を出力するように構成された第１の光センサを含む第１の光エンコーダと、
前記第２のエンコーダパターンに光を供給するように構成された第２の光源、及び、前記第２のエンコーダパターンから光を受け取り、それに応じて前記コードホイールの非回転運動を表わす１以上の信号を出力するように構成された第２の光センサを含む第２の光エンコーダと
から構成される。
【００１３】
他の実施例において、コードホイールの運動を検出する方法は、前記コードホイール上に設けられた第１のエンコーダパターンに光を供給するステップと、前記第１のエンコーダパターンからの光を受け取り、それに応じて、前記コードホイールの回転運動を表わす１以上の信号を出力するステップと、前記コードホイール上に設けられた第２のエンコーダパターンに光を供給するステップと、前記第２のエンコーダパターンからの光を受け取り、それに応じて、前記コードホイールの非回転運動を表わす１以上の信号を出力するステップとから構成される。
【００１４】
さらに他の実施例において、コードホイールの回転運動を測定する方法は、前記コードホイールの非回転運動に起因する誤差成分を含む前記コードホイールの回転運動を測定するステップと、前記コードホイールの非回転運動を測定するステップと、測定された前記コードホイールの非回転運動を使用して前記コードホイールの測定された回転運動の誤差成分を除去することにより、前記コードホイールの回転運動の誤差補正測定値を生成するステップとからなる。
【００１５】
実施例は、添付の図面と合わせて下記の詳細な説明を読むことにより、最もよく理解できるであろう。なお、種々の特徴は、必ずしも同じ縮尺で描かれてはいない。実際には、説明を分かり易くするために、様々に拡大縮小されている場合がある。可能な限り、同じ参照符号は同様の要素を意味している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
下記の詳細な説明では、説明の目的で、制限の意図はなく、本明細書の教示を完全に理解してもらうために、特定の詳細を開示した幾つかの実施形態を例として説明する。ただし、本明細書の開示の開示の恩恵を受けた当業者には、本明細書に開示した特定の詳細を持たない本明細書の教示による他の実施形態も、特許請求の範囲内であることは明らかであろう。また、実施例の説明が不明瞭にならないように、既知の装置及び方法に関する説明は省略している。それらの方法及び装置も、当然ながら本発明の範囲内である。
【００１７】
図２は、第１の光放出器２１２及び第１の光センサ２１４を含む第１の光エンコーダ２１０と、第２の光放出器２２２及び第２の光センサ２２４を含む第２の光エンコーダ２２０と、第１の光エンコーダ２１０及び第２の光エンコーダ２２０を取り付けるハウジング２７５と、シャフト２５０に取り付けられたコードホイール２３０とを含む自己デューティ誤差補正モーションエンコーダセット２２０の一実施形態を示している。コードホイール２３０上には、第１のエンコーダパターン２３２及び第２のエンコーダパターン２３４が設けられ、第１のエンコーダパターン２３２は、第１の光放出器２１２と第１の光センサ２１４の間に配置される。コードホイール２３０はシャフト２５０と共に回転し、それによって、第１のエンコーダパターン２３２は第１の光エンコーダ２１０に対して相対的に運動し、第２のエンコーダパターン２３４は第２の光エンコーダ２２０に対して相対的に運動する。
【００１８】
図２〜図５に示す実施形態では、説明を簡単にするために、コードホイール２３０は、単一のディスクから構成されるものとして描かれ、コードホイール２３０の一方又は両方の表面上に、第１のエンコーダパターン２３２及び第２のエンコーダパターン２３４が配置される。ただし、コードホイールセット２３０は、回転する２以上の個別のディスクを回転シャフト２５０上に有し、第１のエンコーダパターン２３２は１つのディスク上に配置され、第２のエンコーダパターン２３４は別のディスク上に配置される場合もある。
【００１９】
また、図２〜図５に示す実施形態では、説明を簡単にするために、第１の光エンコーダ２１０と第２の光エンコーダ２２０が、同じハウジング２７５上に取り付けられるものとして描かれている。しかしながら、第１の光エンコーダ２１０と第２の光エンコーダ２２０は別々にパッケージングすることもでき、２つのハウジング２７５に別々に取り付けてもよい。
【００２０】
再度図２を参照すると、後で詳しく説明するように、第１の光エンコーダ２１０は第１のエンコーダパターン２３２と協働し、コードホイール２３０の回転運動を測定し、コードホイール２３０の回転運動を示す１以上の信号を出力する働きをする。すなわち、第１のモーション検出器２１０は、コードホイール２３０が取り付けられたシャフト２５０の回転速度を示す第１の符号化情報を有する１以上の信号を出力する。これに対し、第２の光エンコーダ２２０は第２のエンコーダパターン２３４と協働し、コードホイール２３０の非回転運動を測定し、コードホイール２３０の非回転運動を示す１以上の信号を出力する。具体的には、第２の光エンコーダ２２０は第２のエンコーダパターン２３４と協働し、コードホイール２３０の偏心運動、具体的には揺動運動を測定する。
【００２１】
図２に示す実施形態において、第１の光エンコーダ２１０は、コードホイール２３０の第１のエンコーダパターン２３２を通過する光を検出することにより、透過モードで動作するのに対し、第２の光エンコーダ２２０は、第２のエンコーダパターン２３４によって反射された光を検出することにより、反射モードで動作する。ただし、透過モード又は反射モードで動作する光エンコーダの組み合わせは、どのような組み合わせであってもよい。例えば、他の実施形態では、第１の光放出器２１２と第１の光センサ２１４はコードホイール２３０の同じ側に配置され、第１の光エンコーダ２１０は、コードホイール２３０の第１のエンコーダパターン２３２によって反射された光を検出することにより、反射モードで動作する場合がある。
【００２２】
図３は、自己デューティ誤差補正モーションエンコーダセット２００に使用されるコードホイール２３０の一実施形態の底面図である。図３に示すように、コードホイール２３０は単一のディスクからなり、その一方又は両方の面に第１のエンコーダパターン２３２及び第２のエンコーダパターン２３４を有する。図３の実施形態において、第１のエンコーダパターン２３２は、透過型エンコーダパターンであり、第２のエンコーダパターン２３４は反射型エンコーダパターンである。第１のエンコーダパターン２３２は、回転運動検出のための情報を符号化し、第２のエンコーダパターン２３４は、非回転運動検出のための情報を符号化する。
【００２３】
図３の実施形態において、第１のエンコーダパターン２３２は、第１の光エンコーダ２１０の設計によって決まる異なる光透過率又は反射率の領域を交互に有するＡ／Ｂパターンである。その場合、光センサ２１４は、ＡパターンとＢパターンの変化速度を検出することにより、第１の光エンコーダ２１０とエンコーダパターン２３２の間の相対回転運動を推定することができる。
【００２４】
一方、図３の実施形態において、第２のエンコーダパターン２３４は、第２の光エンコーダ２２０の設計によって決まる異なる光反射率を有する環状リングの交互パターンである。光センサ２２４は、例えば、コードホイール２３０の揺動又は偏心に起因する第２の光エンコーダ２２０に対するコードホイール２３０の相対的な内方位置又は外方位置に応じて、第２のエンコーダパターン２３４の異なる環状リングを追跡する。
【００２５】
次に、自己デューティ誤差補正モーションエンコーダセット２００の動作の一例について、図４及び図５を参照して説明する。
【００２６】
図４は、シャフト２５０の揺動又は偏心によって、シャフト２５０が、第１の光エンコーダ２１０に対する公称位置から僅かに遠くに配置された場合の、自己誤差補正モーションエンコーダセット２００のコードホイール２３０を示す底面図である。具体的には、図４に示す例の場合、シャフト２５０の揺動（がたつき）により、コードホイール２３０は偏心し、第１の光エンコーダ２１０は、第１のエンコーダパターン２３２の公称位置を通してではなく、コードホイール２３０の平坦な表面上の第１のエンコーダパターン２３２の外縁部を通して光を送出する。
【００２７】
この場合、第１の光エンコーダ２１０は第１のエンコーダパターン２３２の外縁部で情報を読み取るため、第１の光エンコーダ２１０から１以上の出力信号として報告されるパルスのデューティサイクルは、１８０度を越える回転を示す。このとき、第２の光エンコーダ２２０は、第２のエンコーダパターン２３４の何個の環状リングがその最初の読み出しから外側に移動したかに基づいて、コードホイール２３０の偏心運動の大きさを報告する。すなわち、第２の光エンコーダ２２０が第２のエンコーダパターン２３４の中央の環状リングを最初に読み出す場合、シャフト２５０やコードホイール２３０の偏心運動によって、第２の光エンコーダ２２０は、その中央の環状リングよりも外側の別の環状リングを読み取り始める。その場合、第２の光エンコーダ２２０は、第２の光エンコーダ２２０がどの環状リングを読み出すかに応じて、すなわち、コードホイール２３０の偏心運動の大きさに応じて、＋１、＋２などの偏心運動を報告することになる。
【００２８】
第２の光エンコーダ２２０から得られる情報は、第１の光エンコーダ２１０のデューティサイクル誤差の補正に使用することができる。補正は単純な補間法によって行うことができる。例えば、コードホイール２３０が、偏心量Ｙカウントにおいて（符号化範囲を外れるまでに）最大で＋Ｘ°のデューティサイクルを有する場合、自己デューティ誤差補正は、次のようになるであろう。
【００２９】
１）  誤差＝（Ｘ°−１８０°）＊（Ｎ／Ｙ）
ただし、Ｎは、第２の光エンコーダ２２０から報告された偏心数（＋１、＋２など）である。
【００３０】
一方、シャフト２５０やコードホイール２３０に偏心がない場合、第２の光エンコーダ２２０が追跡している第２のエンコーダパターン２３４の環状リングに変化はなく、したがって、第２の光エンコーダ２３４は、コードホイール２３０の偏心運動を示す信号を何も生成しない。
【００３１】
図５は、コードホイール２３０やシャフト２５０の偏心運動（たとえば、揺動）により、シャフト２５０が、第１の光エンコーダ２１０に対して公称位置よりも僅かに近い位置に配置されたときの、自己デューティ誤差補正モーションエンコーダセット２００を示す底面図である。具体的には、図５に示す例の場合、シャフト２５０の偏心運動により、コードホイール２３０が偏心運動し、第１の光エンコーダ２１０は、第１のエンコーダパターン２３２の公称位置を通してではなく、コードホイール２３０の平坦な表面上の第１のエンコーダパターン２３２の内縁部を通して光を送出する。
【００３２】
この場合、第１の光エンコーダは、第１のエンコーダパターン２３２の内縁部において情報を読み出すため、第１の光エンコーダ２１０から１以上の出力信号として報告されるパルスのデューティサイクルは、１８０°未満の回転を示す。このとき、第２の光エンコーダ２２０は、第２のエンコーダパターン２３４の何個の環状リングが、その最初の読み出しから内側に移動したかに基づいて、コードホイール２３０の偏心運動の大きさを報告する。すなわち、第２の光エンコーダ２２０が第２のエンコーダパターン２３４の中央の環状リングを最初に読み出す場合、シャフト２５０やコードホイール２３０の偏心運動によって、第２の光エンコーダ２２０は、その中央の環状リングよりも内側の別の環状リングを読み取り始める。その場合、第２の光エンコーダ２２０は、第２の光エンコーダ２２０がどの環状リングを読み出すかに応じて、すなわち、コードホイール２３０の偏心運動の大きさに応じて、−１、−２などの偏心運動を報告することになる。
【００３３】
第２の光エンコーダ２２０から得られる情報は、第１の光エンコーダ２１０のデューティサイクル誤差の補正に使用することができる。補正は単純な補間法によって行うことができる。
【００３４】
一実施形態において、自己デューティ誤差補正モーションエンコーダセット２００は、第２の光エンコーダ２２０によって検出されたコードホイール２３０の偏心運動が所定の閾値を超えたときは常に、メンテナンスが必要であることを示す警報又は他の信号を出力する。その結果、モーションエンコーダセットの計画的で定期的で予防的なメンテナンスの必要性が低減され、その結果、自己デューティ誤差補正モーションエンコーダセット２２０を含む装置又はシステムのダウンタイム又は運転コストが低減される。
【００３５】
図６は、コードホイールの上下運動検出機能を備えたモーションエンコーダセット６００の一実施形態を示している。モーションエンコーダセット６００は、第１の光放出器６１２及び第１の光センサ６１４を含む第１の光エンコーダ６１０と、第２の光放出器６２２及び第２の光センサ６２４を含む第２の光エンコーダ６２０と、第１の光エンコーダ及び第２の光エンコーダを取り付けるためのハウジング６７５と、回転シャフト６５０と、第１の光放出器６１２と第１の光センサ６１４の間に配置され、回転シャフト６５０に取り付けられたコードホイール６３０であって、その平坦な表面６３６上に第１のエンコーダパターン６３２を有するコードホイール６３０と、コードホイール６３０の外周表面６３８（「厚み方向の面」）に設けられた第２のエンコーダパターン６３４と、プロセッサ６８０と、警報インジケータ６９０とを含む。コードホイール６３０はシャフト６５０と共に回転し、それによって、第１のエンコーダパターン６３２は第１の光エンコーダ６１０に対して相対的に運動し、第２のエンコーダパターン６３４は第２の光エンコーダ６２０に対して相対的に運動する。
【００３６】
図６〜図１１に示す実施形態では、説明を簡単にするために、コードホイール６３０は単一のディスクから構成され、その上に第１のエンコーダパターン６３２及び第２のエンコーダパターン６３４が設けられるものとして描かれている。ただし、コードホイール６３０は任意選択で、回転シャフト上で回転する２以上の個別のディスクからなり、第１のエンコーダパターン２３２は１つのディスク上に配置され、第２のエンコーダパターン２３４は別のディスク上に配置される場合もある。
【００３７】
さらに、図６〜図１１に示す実施形態では、説明を簡単にするために、第１の光エンコーダ６１０と第２の光エンコーダ６２０が、同じハウジング６７５上に取り付けられるものとして描かれている。しかしながら、第１の光エンコーダ６１０と第２の光エンコーダ６２０は個別にパッケージングすることもでき、２つの個別のハウジング６７５に取り付けることも可能であるものと考えられる。
【００３８】
自己デューティ誤差補正モーションエンコーダセット２００の第１のモーション検出器２１０と同様に、第１の光エンコーダ６１０は第１のエンコーダパターン６３２と協働してコードホイール６３０の回転運動を測定し、コードホイール６３０の回転運動を示す１以上の信号を出力する働きをする。すなわち、第１のモーション検出器６１０は、コードホイール６３０が取り付けられたシャフト６５０の回転速度を示す第１の符号化情報を含む１以上の信号を出力する。これに対し、第２の光エンコーダ６２０は第２のエンコーダパターン６３４と協働してコードホイール６３０の外周表面６３８の上下運動を測定し、コードホイール６３０の上下運動、及び／又は、揺動運動を示す１以上の信号を出力する。
【００３９】
図６の実施形態において、第１の光エンコーダ６１０は、コードホイール６３０の第１のエンコーダパターン６３２を通過した光を検出することにより、透過モードで動作する。ただし、他の実施形態では、第１の光放出器６１２と第１の光センサ６１４が、コードホイール６３０の同じ側に配置され、第１の光エンコーダ６１０は、コードホイール６３０の第１のエンコーダパターン６３２によって反射された光を検出することにより、反射モードで動作する場合もある。
【００４０】
図７は、コードホイール６３０の一実施形態を示す底面図であり、図８は、コードホイール６３０が第２の光エンコーダ６２０に対して公称位置にあるときの、コードホイールの上下運動検出機能を備えたモーションエンコーダセット６００のコードホイール６３０の一実施形態を示す側面図である。図７に示すように、コードホイール６３０は単一のディスクからなり、その平坦な平面上に第１のエンコーダパターン６３２を有する。一方、図８から容易に分かるように、コードホイール６３０は、その外周表面６３８（「厚み方向の面」）上に第２のエンコーダパターン６３４を更に有する。図７の実施形態では、第１のエンコーダパターン６３２は透過型エンコーダパターンであり、第２のエンコーダパターン６３４は反射型エンコーダパターンである。第１のエンコーダパターン６３２は、回転運動検出のための情報を符号化し、第２のエンコーダパターン６３４は上下運動、及び／又は、揺動運動検出のための情報を符号化する。
【００４１】
図７の実施形態において、第１のエンコーダパターン６３２は、第１の光エンコーダ６１０の設計によって決まる異なる光透過率又は反射率の領域を交互に有するＡ／Ｂパターンである。光センサ６１４は、パターンＡとパターンＢの変化速度を検出し、それによって、第１の光エンコーダ６１０とエンコーダパターン６３２の間の相対回転運動を推定する。
【００４２】
一方、図７に示す実施形態において、第２のエンコーダパターン６３４は、コードホイール６３０の外周表面上に配置された異なる光反射率の環状リングの交互パターンである。図８に示すような公称位置において、光センサ６２４は最初に、第２のエンコーダパターン６３４の中間又は中央の環状リングを追跡する。光センサ６２４は、例えば、コードホイール６３０やシャフト６５０の上下運動、及び／又は、揺動運動による第２の光エンコーダ６２０に対するコードホイール６３０の外周表面６３８の相対的な上下位置に応じて、第２のエンコーダパターン６３４の異なる環状リングを追跡する。
【００４３】
次に、コードホイールの上下運動及び／又は揺動運動の検出機能を備えたモーションエンコーダセット６００の動作について、図９〜図１１を参照して説明する。
【００４４】
図９は、例えば、シャフト６５０やコードホイール６３０の揺動運動により、コードホイール６３０が上向きに傾いたときの、コードホイールの上下運動検出機能を備えたモーションエンコーダセット６００のコードホイール６３０を示す側面図である。上記のように、第２の光エンコーダ６２０は最初に、第２のエンコーダパターン６３４の中心又は中間の環状リングを追跡する。しかしながら、コードホイール６３０の外周表面６３８が上向きに傾きはじめると、第２の光エンコーダ６２０は、外周表面６３８上の第２のエンコーダパターン６３４のより低い位置にある環状リングを追跡しはじめる。第２の光エンコーダ６２０は、第２の光エンコーダが追跡している第２のエンコーダパターン６３４の環状リングの位置の変化に遭遇するため、コードホイール６３０の傾き、すなわち、上下運動の大きさ、及び、第２のエンコーダパターン６３４の分解能に応じて、＋１、＋２などの変化量を報告することになる。
【００４５】
一方、これに対し、図１０は、例えば、シャフト６５０やコードホイール６３０の揺動運動によってコードホイール６３０が下向きに傾いたときの、コードホイールの上下運動検出機能を備えたモーションエンコーダセット６００のコードホイール６３０を示す側面図である。コードホイール６３０の外周表面６３８が下向きに傾くと、第２の光エンコーダ６２０は、外周表面６３８上の第２のエンコーダパターン６３４の、より高い、すなわち、より高い位置にある環状リングを追跡しはじめる。第２の光エンコーダ６２０は、第２の光エンコーダ６２０が追跡している第２のエンコーダパターン６３４の環状リングの位置の変化に遭遇するため、変化量を報告することになる。運動の向きが図９に関して説明した方向とは反対であるため、第２の光エンコーダ６２０は、コードホイール６３０の傾斜運動、すなわち上下運動、及び、第２のエンコーダパターン６３４の分解能に応じて、今度は逆の符号を有する例えば−１、−２などの大きさを報告することになる。
【００４６】
第２の光エンコーダ６２０によって検出されるコードホイール６３０の揺動運動が所定の閾値を超えたときは常に、第２の光エンコーダ６２０は、コードホイール６３０の揺動運動を示す１以上の信号を出力し、したがって、そのような問題がモニタリングされる。第２の光エンコーダ６２０によって検出されるコードホイール６３０の揺動運動が所定の閾値を超えたときは常に、第２の光エンコーダ６２０によって出力される信号（複数の場合もあり）が、プロセッサ６８０に渡され、そこで、その信号を使用して、メンテナンスが必要であることを示す警報又は他の信号が生成され、それが警報器６９０に送られる。その結果、計画的で定期的で予防的なメンテナンスの必要性が低減され、したがって、モーションエンコーダセット６００を含む装置又はシステムのダウンタイム及び運用コストが低減される。
【００４７】
図１１は、コードホイールの上下運動検出機能を備えた光エンコーダセット６００のコードホイール６３０を上下運動を示している。ここで、コードホイール６３０は、磨耗したシャフト６５０に取り付けられ、シャフト６５０は、ハウジング６７５に対して望ましくない上下運動をする。コードホイール６３０がシャフト６５０に取り付けられているため、コードホイール６３０も、ハウジング６７５の中で上下に運動することになる。この上下運動が余りにも大きいと、コードホイール６３０は、ハウジング６７５に対して擦り付けられたり、衝突したりして、モーションエンコーダセット６００は、不正確な信号を生成することがあり、その信号は、モーションエンコーダセット６００を含むホスト装置の動作に悪影響を与えたり、場合によっては、ホスト装置に損傷を与えたり、あるいは、最終的にモーションエンコーダセット６００自体に損傷を与えることがある。
【００４８】
しかしながら、第２のエンコーダ６２０は、コードホイール６３０の上下運動を示す１以上の信号を出力するため、そのような問題はモニタリングされる。第２の光エンコーダ６２０によって検出されるコードホイール６３０の上下運動が所定の閾値を超えたときは常に、第２の光エンコーダ６２０によって出力される信号（複数の場合もあり）が、プロセッサ６８０に渡され、そこで、その信号を使用して、メンテナンスが必要であることを示す警報又は他の信号が生成され、警報器６９０に送られる。その結果、計画的で定期的で予防的なメンテナンスの必要性が低減され、したがって、モーションエンコーダセット６００を含む装置又はシステムのダウンタイム及び運用コストが低減される。また、モータ制御装置６７０が上下運動制御機能を有する場合、プロセッサ６８０はコードホイール６３０及びシャフト６５０の最終的な上下運動を低減、または、最小限に抑えるためにモータ制御装置６７０に供給すべき適当な信号を生成することができる。
【００４９】
他の実施形態において、モーションエンコーダセットは第１、第２、及び、第３の光エンコーダを含み、第１の光エンコーダはコードホイールの回転運動を測定し、第２の光エンコーダは上で述べた光エンコーダ２２０と同様に、コードホイールの偏心運動（すなわち、揺動）を測定し、第３の光エンコーダは上で述べた光エンコーダ６２０のようにコードホイールの上下運動を測定する場合がある。その場合、コードホイールは、第１、第２、及び、第３のパターンを有する。この場合も、コードホイールは、１以上のディスクを含む場合があり、エンコーダパターンは、適宜、同じディスク上に配置してもよいし、２つ又は３つの異なるディスク上に配置してもよい。単一のディスクを使用する場合、第１のエンコーダパターンと第２のエンコーダパターンは、ディスクの１以上の平坦な表面上に設けられ、第３のエンコーダパターンはディスクの外周表面上に設けられる。第２の光エンコーダと第３の光エンコーダのいずれか又は両方の出力に応じて、修理の必要性を示す警報信号を生成してもよい。
【００５０】
本明細書には、幾つかの実施形態が例として開示されているが、当業者には明らかなように、本明細書の教示による種々の変形形態もまた、添付の特許請求の範囲内である。したがって、添付の特許請求の範囲内である限り、実施形態を制限すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】基本的なモーションエンコーダセットを示す図である。
【図２】自己デューティ誤差補正モーションエンコーダセットの一実施形態を示す図である。
【図３】自己デューティ誤差補正モーションエンコーダセットのコードホイールを示す底面図である。
【図４】コードホイールの偏心によって、コードホイールを取り付けるシャフトが、光エンコーダに対して公称位置から僅かに遠くに配置されたときの、自己デューティ誤差補正モーションエンコーダセットを示す底面図である。
【図５】コードホイールの偏心によって、コードホイールを取り付けるシャフトが、光エンコーダに対して公称位置から僅かに近くに配置されたときの、自己デューティ誤差補正モーションエンコーダセットを示す底面図である。
【図６】コードホイールの上下運動補正機能を備えたモーションエンコーダセットの一実施形態を示す図である。
【図７】コードホイールの上下運動補正機能を備えたモーションエンコーダセットのコードホイールを示す底面図である。
【図８】コードホイールが正常位置にあるときの、コードホイールの上下運動検出機能を備えた光エンコーダセットのコードホイールを示す側面図である。
【図９】コードホイールが上向きに傾いたときの、コードホイールの上下運動検出機能を備えた光エンコーダセットのコードホイールを示す側面図である。
【図１０】コードホイールが下向きに傾いたときの、コードホイールの上下運動検出機能を備えた光エンコーダのコードホイールの側面図である。
【図１１】コードホイールの上下運動検出機能を備えた光エンコーダにおけるコードホイールの上下運動を示す図である。
【図１】
0004495707.tif 000002
【図２】
0004495707.tif 000003
【図３】
0004495707.tif 000004
【図４】
0004495707.tif 000005
【図５】
0004495707.tif 000006
【図６】
0004495707.tif 000007
【図７】
0004495707.tif 000008
【図８】
0004495707.tif 000009
【図９】
0004495707.tif 000010
【図１０】
0004495707.tif 000011
【図１１】
0004495707.tif 000012