(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ディスクに半径方向外側から順に外周側インクリメンタルトラック、アブソリュートトラック、内周側インクリメンタルトラックの各コードパターンを設け、それらコードパターンを透過または、反射した発光素子からの光をインクリメンタル受光部群およびアブソリュート受光部群で受光し、前記回転ディスクの速度、回転位置を検出する光学式アブソリュートエンコーダにおいて、
前記内周側インクリメンタルトラックの半径方向外側から異なる２箇所の位相の異なる位置にａ＋受光部、及び前記ａ＋受光部からの出力信号に対して電気角９０°位相差を持つ信号を出力するｂ+受光部を配置し、
前記外周側インクリメンタルトラックの半径方向外側から異なる２箇所の位相が異なる位置に前記ｂ+受光部からの出力信号に対して電気角１８０°位相差を持つ信号を出力するｂ−受光部、及び前記ａ＋受光部からの出力信号に対して電気角１８０°位相差を持つ信号を出力するａ−受光部を配置し、
ａ＋受光部とａ−受光部からの差動信号、およびｂ＋受光部とｂ−受光部からの差動信号により電気角９０°の位相差を持つ２つのインクリメンタル波形を生成する手段を設け、
ａ＋受光部とａ−受光部とを結ぶ線の中心とｂ+受光部とｂ−受光部とを結ぶ線の中心が一致し、かつこの中心が前記アブソリュートトラック上にあることを特徴とする光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械あるいはロボット等に組み込まれるサーボモータに取り付けられた光学式エンコーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学式のエンコーダは、モータの回転軸になんらかの機構で繋がれたガラス等で構成された回転ディスクに、コードパターンが設けられており、このコードパターンにＬＥＤ等の発光素子からの光を入射し、コードパターンを透過または反射した光を、直接もしくは固定スリットのような受光窓を介してフォトダイオード等の受光素子で認識するものである。そして、受光素子の微小信号を回路基板により増幅、調整された電気信号に変換したのち、逓倍、内挿またはパルス化して上述した円板の回転速度または回転位置を検出するようにしている。
ところが、従来技術では限られたスペースの中で、様々な回転情報（波形）を取り込むために、例えばインクリメンタルトラックは一本のみ、という具合に、回転ディスクの同一分解能トラック配置を一本化する傾向があった。
また傾向として外周側は分解能の高いインクリメンタルトラック、内周側は分解能のそれより低いランダムトラック、というように配置されていた。
【０００３】
ここで、従来の光学式エンコーダ受光素子配置の一例を図７に示す。同図において、１はエンコーダ回転ディスクを示す。２−２，２−４は回転ディスク上のコードパターン部であり、それぞれアブソリュート（（Ｎ−ｎ）ビットランダム）トラック、インクリメントトラックである。ａ＋受光部３−１１とｂ＋受光部３−１２は電気角９０°位相を持つ受光部になる。同様にｂ−受光部３−１４とａ−受光部３−１３は電気角９０°位相を持つ受光部になる。また受光部ａ＋とａ−、ｂ＋とｂ−はそれぞれ電気角１８０°の位相を持つように配置されている。図中の点５は受光部ａ＋とａ−、ｂ＋とｂ−それぞれの光学基準点を示す。前記光学基準点とは、ａ＋，ａ−のペアを考えた場合、受光部ａ＋、ａ−それぞれの重心を結ぶ線の中心を意味する。
図７によれば、受光部ａ＋とａ−、ｂ＋とｂ−の光学基準点５は一致している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示す従来例では、アブソリュート（（Ｎ−ｎ）ビットランダム）受光部群３−２は、光学基準点５から離れた位置にあることがわかる。この場合、回転ディスク１に対する固定スリットもしくは受光部の配置されたフォトダイオードユニットの位置合わせが設計どおりに行われない場合、アブソリュート（（Ｎ−ｎ）ビットランダム）受光部群３−２から出力される波形と、インクリメンタルトラックに設けられた受光部群３−１１，３−１２，３−１３，３−１４から出力される波形の位相関係に、位置ずれ角と配置距離に比例する位相差が生じることになる。
このため、回転ディスクに対する固定スリットもしくは受光部の配置されたフォトダイオードユニットの位置合わせ作業が、正規位置から何らかの位置ずれがあると生成波形間の位相差が生じるというように、異なるトラック間の光学的位相関係に影響を及ぼし、製作されるエンコーダの特性を大きく左右していた。
もちろん、高分解能エンコーダになればなるほど、この位置合わせ作業が、特性ではなく製品の歩留まりにも影響してくるという問題があった。
そこで、本発明は、固定スリットもしくは受光部の配置されたフォトダイオードユニットの位置合わせ作業がエンコーダの特性に左右しないように、また高分解能エンコーダについては歩留まりを向上させるようにすることのできる光学式エンコーダを提供すること目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の光学式エンコーダは、回転ディスクに半径方向外側から順に外周側インクリメンタルトラック、アブソリュートトラック、内周側インクリメンタルトラックの各コードパターンを設け、それらコードパターンを透過または、反射した発光素子からの光をインクリメンタル受光部群およびアブソリュート受光部群で受光し、前記回転ディスクの速度、回転位置を検出する光学式アブソリュートエンコーダにおいて、前記内周側インクリメンタルトラックの半径方向外側から異なる２箇所の位相の異なる位置にａ＋受光部、及び前記ａ＋受光部からの出力信号に対して電気角９０°位相差を持つ信号を出力するｂ+受光部を配置し、前記外周側インクリメンタルトラックの半径方向外側から異なる２箇所の位相が異なる位置に前記ｂ+受光部からの出力信号に対して電気角１８０°位相差を持つ信号を出力するｂ−受光部、及び前記ａ＋受光部からの出力信号に対して電気角１８０°位相差を持つ信号を出力するａ−受光部を配置し、ａ＋受光部とａ−受光部からの差動信号、およびｂ＋受光部とｂ−受光部からの差動信号により電気角９０°の位相差を持つ２つのインクリメンタル波形を生成する手段を設け、ａ＋受光部とａ−受光部とを結ぶ線の中心とｂ+受光部とｂ−受光部とを結ぶ線の中心が一致し、かつこの中心が前記アブソリュートトラック上にあるように構成した。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施例の構成を示す概略図、図２は同実施例における受光素子の配置図である。
図１において、１は光学式エンコーダの回転ディスクを示す。２−１，２−２，２−３はそれぞれ回転ディスク上のコードパターン部であり、順番に外周側インクリメンタルトラック、アブソリュート（（Ｎ−ｎ）ビットランダム）トラック、内周側インクリメンタルトラックである。３−１，３−２，３−３はフォトダイオードに設けられた受光部群もしくは固定スリットの設けられた受光窓であり順番に外周側インクリメンタル受光部群、アブソリュート（（Ｎ−ｎ）ビットランダム）受光部群、内周側インクリメンタル受光部群である。
外周側インクリメンタル受光部群３−１の詳細は、第１実施例では、図２に示されるように、電気角９０°の位相を持ったａ＋受光部３−１１とｂ＋受光部３−１２になる。同様に、内周側インクリメンタル受光部群３−３は、図２に示されるように、同じく９０°の位相を持ったｂ−受光部３−１４とａ−受光部３−１３になる。ここで、ａ＋とａ−、ｂ＋とｂ−はそれぞれ電気角１８０°の位相を持つように配置されていることを表す。
【０００７】
図２の実施例の回転ディスクが矢印の方向に回転した時のａ＋受光部３−１１の出力波形ａ０＋とａ−受光部３−１３の出力波形ａ０−とその位相関係を図３に示す。Ａ０の波形はエンコーダの回路基板にて生成したａ０＋、ａ０−の差動増幅波形である。回転ディスク１と受光部群３−１１，３−１２の位置関係が図２の状熊の時はａ０＋、ａ０−、Ａ０の出力波形の共通の基準位置は、図３中の一点鎖線の位置で示されるものである。図２中の点４はａ＋受光部３−１１とａ−受光部３−１３、ｂ＋受光部３−１２とｂ−受光部３−１４のそれぞれの光学基準点を示す。
ここでいう光学基準点とはａ＋受光部３−１１、ａ−受光部３−１３のペアを考えた場合、ａ＋受光部３−１１とａ−受光部３−１４のそれぞれの重心を結ぶ線の中心を意味する。ａ＋受光部３−１１とａ−受光部３−１３から求めた光学基準点に一つの受光部が設けられていると仮定すると、その受光部から出力される波形の位相は差動増幅波形Ａ０が示す位相に等しい。同様にｂ＋受光部３−１２とｂ−受光部３−１４から求めた光学基準点に一つの受光部が設けられていると仮定するとその受光部から出力される波形の位相は図３の差動増幅波形Ｂ０が示す位相に等しい。
【０００８】
図２によれば、ａ＋受光部３−１１とａ−受光部３−１３、ｂ＋受光部３−１２とｂ−受光部３−１４の光学基準点４は一致していて、そしてその近傍にアブソリュート（（Ｎ−ｎ）ビットランダム）受光部群３−２があることがわかる。図４は回転ディスク１に対して固定スリットもしくは受光素子の位置合わせがずれた場合のイメージ図である。この位置合わせの状態で矢印の方向に回転ディスクが回転した時のａ＋受光部３−１１の出力波形ａ１＋とａ−受光部３−１３の出力波形ａ１−とその位相関係を図５に示す。
Ａ１の波形はエンコーダの回路基板にて生成したａ＋受光部３−１１の出力とａ−受光部３−１３の出力の差動増幅波形であり、回転ディスク１と受光部群３−１１，３−１２、３−１３，３−１４の関係が図４の状態の時はａ＋受光部３−１１、ａ−受光部３−１３、差動増幅波形Ａ１、Ｂ１は、図５中の一点鎖線の位置で示される。図４の場合でもａ＋受光部３−１１とａ−受光部３−１３、ｂ＋受光部３−１２とｂ−受光部３−１４の光学基準点４は一致していて、そしてその近傍にアブソリュート（（Ｎ−ｎ）ビットランダム）受光部群３−２があることがわかる。
このように受光素子を配置すれば、回転ディスク１に対する固定スリットもしくは受光部の配置されたフォトダイオードユニットの位置合わせ作業が、インクリメンタル信号とその光学基準点近傍に設けられたアブソリュート（（Ｎ−ｎ）ビットランダム）受光部群３−２から生成される信号の光学的位相関係に影響を及ぼさない。特にこの場合、インクリメンタル信号ＡとＢの位相差は固定スリットもしくは受光部の配置されたフォトダイオードユニットの位置ズレの影響を確実にキャンセルできる。
【０００９】
次に本発明の第２実施例について説明する。
図６は第２実施例を示す受光素子配置図である。図２の場合との違いは、異なる受光部群が同一半径上には設けられていないということである。図６において、内周側インクリメンタル受光部群３−３は、電気角９０°の位相差を持つａ＋受光部３−１１とｂ＋受光部３−１２になる。同様に外周側インクリメンタル受光部群３−１は、同じく電気角９０°の位相差を持つｂ−受光部３−１４とａ−受光部３−１３になる。またａ＋受光部３−１１とａ−受光部３−１３、ｂ＋受光部３−１２とｂ−受光部３−１４はそれぞれ電気角１８０°の位相を持つように配置されている。
図６中の点４はａ＋受光部３−１１とａ−受光部３−１３、ｂ＋受光部３−１２とｂ−受光部３−１４のそれぞれの光学基準点を示す。この場合でもａ＋受光部３−１１とａ−受光部３−１３、ｂ＋受光部３−１２とｂ−受光部３−１４の光学基準点４は一致していて、そしてその近傍にアブソリュート（Ｎ−ｎ）ビットランダム）受光部群３−２があることがわかる。
この第２実施例においても、第１実施例と同様に、回転ディスク１に対する固定スリットもしくは受光部の配置されたフォトダイオードユニットの位置合わせ作業が、インクリメンタル信号とその光学基準点近傍に設けられたアブソリュート（（Ｎ−ｎ）ビットランダム）受光部群３−２から生成される信号の光学的位相関係に影響を及ぼさない。また、第１実施例と同様に、インクリメンタル信号ＡとＢの位相差は固定スリットもしくは受光部の配置されたフォトダイオードユニットの位置ズレの影響を確実にキャンセルできる。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、下記の効果を奏する。
（１）回転ディスクの半径方向の異なる位置に設けられた外周側インクリメンタルトラックと内周側インクリメンタルトラックに挟まれた部分に、回転ディスクの基準位置を検出するためのランダムトラックを設けたので、固定スリットもしくは受光部の配置されたフォトダイオードユニットの位置ずれがエンコーダの特性に左右されることがなくなり、位置合わせ作業が容易になる。
（２）複数の受光部出力を差動増幅することにより、固定スリットもしくは受光部の配置されたフォトダイオードユニットの位置ズレの影響を確実にキャンセルできるため、固定スリットもしくは受光部の配置されたフオトダイオードユニットの位置合わせ作業がエンコーダの特性に左右されず、また高分解能エンコーダについては歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のエンコーダの第１実施例の構成を示す概略図である。
【図２】  本発明の第１実施例に基づく受光素子配置図である。
【図３】  本発明の第１実施例の受光素子配置による出力波形図である。
【図４】  本発明の第１実施例において、回転ディスクに対して固定スリットもしくは受光素子の位置合わせがずれた場合のイメージ図である。
【図５】  本発明の第１実施例における受光素子の出力波形図である。
【図６】  本発明の第２実施例に基づく受光素子配置図である。
【図７】  従来の受光素子配置図の一例である。
【符号の説明】
１  回転ディスク（一部のみ）
２−１  外周側インクリメンタルトラック
２−２  アブソリュートトラック
２−３  内周側インクリメンタルトラック
２−４  インクリメンタルトラック
３−１  外周側インクリメンタル受光部群
３−２  アブソリュートトラック受光部群
３−３  内周側インクリメンタル受光部群
３−１１  ａ＋受光部（群）
３−１２  ｂ＋受光部（群）
３−１３  ａ−受光部（群）
３−１４  ｂ−受光部（群）
４  光学基準点（本発明）
５  光学基準点（従来例）
【図１】
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【図２】
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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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