(57)【要約】【課題】  隣接するスリットからの光もれによる信号変動の影響を小さくできるようにする。【解決手段】  発光手段と、回転ディスクと、固定スリット板と、受光素子と、受光素子からの出力信号を処理する回路基板を有した光学式エンコーダにおいて、インクリメンタルスリットを透過した光を受けるインクリメンタル信号用受光素子の出力信号に原点スリットを透過した光を受ける原点信号用受光素子の出力信号を重畳し、光もれによる振幅変動を抑制した補正インクリメンタル信号を生成するための加算回路を備える。  【選択図】図１
2009092618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光手段１０と、光の透過部および遮光部からなり、１回転内を任意の値に分割したインクリメンタルスリットと１回転に１パルスを出力するための原点スリットを有した回転ディスク１３と、前記の各スリットに対応した光の透過部および遮光部からなるスリットを有する固定スリット板１４と、前記発光手段１０に対して回転ディスク１３と固定スリット板１４を挟んで対向する位置に配置された受光素子１５と、受光素子からの出力信号を処理する回路基板１６を有した光学式エンコーダにおいて、
前記受光素子１５のインクリメンタルスリットを透過した光を受けるインクリメンタル信号用受光素子の出力信号に原点スリットを透過した光を受ける原点信号用受光素子の出力信号を重畳し、補正インクリメンタル信号を生成するための加算回路１８を備えたことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記加算回路は、非反転増幅器によるボルテージフォロワ回路と抵抗器からなる分圧回路で構成されることを特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】
前記加算回路は、抵抗器からなる分圧回路で構成されることを特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記加算回路は、可変抵抗器を使用して信号の重畳率を可変できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
前記固定スリット板１４は、互いに交差した位置に配置されたＡ＋，Ａ−，Ｂ＋，Ｂ−の４つのインクリメンタル固定スリットと、前記４つのインクリメンタル固定スリットを挟むように配置されたＺ＋，Ｚ−の２つの原点固定スリットを有し、Ｚ＋，Ｚ−の原点固定スリットは、Ａ＋，Ａ−，Ｂ＋，Ｂ−のインクリメンタル固定スリットの配置中心と回転ディスクの回転中心とを結ぶ直線上の左右に振り分けられた位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかの項に記載の光学式エンコーダを取り付けたことを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式エンコーダおよび光学式エンコーダを取り付けたモータに関するものである。  
【背景技術】
【０００２】
従来の光学式エンコーダの基本構成図の一例を図５に示す。
図５において１００は発光手段のＬＥＤであり、１３０は回転ディスク、１４０は固定スリット板、１５０は受光素子、１６０は回路基板、１７０は増幅部、１９０は逓倍部、２００はパルス成形部である。図において、ＬＥＤ１００から発光された光は、回転ディスク１３０、固定スリット板１４０に設けられたスリットを透過して受光素子１５０に照射される。受光素子１５０の出力信号は回路基板１６０に入力する。原点信号の増幅部１７０からの出力はパルス成形部２００に入力される。インクリメンタル信号の増幅部１７０からの出力は逓倍部１９０へ入力される。逓倍部１９０とパルス成形部２００の出力はそれぞれ図示しない演算部等に入力して信号処理される。
【０００３】
図６（ａ）に回転ディスク１３０が回転した時の固定スリット板１４０を透過して受光素子１５０に照射された光による受光素子１５０の出力信号を示す。回転ディスク１３０と固定スリット板１４０に設けられた各スリットの配置から、Ａ＋信号とＡ−信号、Ｂ＋信号とＢ−信号、Ｚ＋信号とＺ−信号はそれぞれ反転信号となる。また、Ａ＋，Ａ−信号とＢ＋，Ｂ−信号は電気角で９０度位相がずれている。
【０００４】
今、１回転に１回、光が透過または遮光される回転ディスクの原点スリットを介して原点固定スリットを透過した光が隣接するインクリメンタル用の受光素子にもれると、受光素子から出力されるインクリメンタル信号は原点付近だけ振幅が異なる波形となる。特に回転ディスクと固定スリット板の原点スリットが完全に一致する位置では、光量が最大または最小になるので、光もれによるインクリメンタル信号の振幅変動も最大となる。図６（ｂ）は、回転ディスク１３０と固定スリット板１４０の原点スリットが完全に一致する位置でのＡ＋，Ａ−信号の拡大図である。エンコーダの分解能を高くするためには、回路基板の逓倍部に設けられたＡＤコンバータ等を使って電気逓倍をするが、前記の原点付近の振幅が異なる部分と原点以外の部分とで逓倍結果が異なることとなり、１回転内の検出精度が低下することになる。同様に、回転ディスクの原点スリットを介して隣接するインクリメンタル 固定スリットを透過しインクリメンタル用受光素子に達する光もれでも同様なインクリメンタル信号の振幅変動が起こる。
【０００５】
このため、従来の光学式エンコーダは、発光手段１００により発光された光が、回転ディスク１３０と固定スリット板１４０に設けられた信号別のスリットを透過した後、隣接する他の信号用の受光素子１５０にもれないように、発光する光をできるだけ平行光にしたり、受光素子への照射を均一になるようにしたりしている。（例えば、特許文献１参照）。また、回転ディスク１３０と固定スリット板１４０および受光素子１５０を組み立てた後に、受光素子１５０からの出力信号を測定しながら発光手段例えばＬＥＤ等を動かして、光もれによる信号への影響が最も小さくなるように光軸調整をしているものもある。さらには、複数個の発光手段を使用して、回転ディスクや固定スリット板に設ける信号別のスリット間隔およびそれぞれのスリットを透過した光を受光する受光素子の間隔を大きく配置しているものもある。
【０００６】
図７において、１００は発光手段のＬＥＤであり、１２０は平行光に近づけ光の分布を均一にする光ファイバ、１３０は回転ディスク、１４０は固定スリット板、１５０は受光素子である。
このように、従来の光学式エンコーダは、他信号用の光が隣接する受光素子にもれることを防止することによって、受光素子からの出力信号の精度を向上させている。
【特許文献１】特開平６−１１３６２号公報（第４頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の光学式エンコーダは、発光手段１００と回転ディスク１３０、あるいは固定スリット板１４０、あるいは受光素子１５０との間に発光手段１００からの光をできるだけ平行光になるように、あるいは光の分布が均一になるようにするための部品を追加する必要があり、コストアップとなり小型化もできないという問題があった。また、発光手段例えばＬＥＤ等を動かして光軸調整をするような場合は、組立工数がかかり生産性が上がらないというような問題もあった。さらに、発光手段を複数個使用するような場合もコストアップとなり、また小型化できないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、目立ったコストアップもなく製品寸法も現状を維持するとともに、光もれによる影響を小さくすることができる光学式エンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、  発光手段と、光の透過部および遮光部からなり、１回転内を任意の値に分割したインクリメンタルスリットと１回転に１パルスを出力するための原点スリットを有した回転ディスクと、前記の各スリットに対応した光の透過部および遮光部からなるスリットを有する固定スリット板と、前記発光手段に対して回転ディスクと固定スリット板を挟んで対向する位置に配置された受光素子と、受光素子からの出力信号を処理する回路基板を有した光学式エンコーダにおいて、前記受光素子におけるインクリメンタルスリットを透過した光を受けるインクリメンタル信号用受光素子の出力信号に原点スリットを透過した光を受ける原点信号用受光素子の出力信号を重畳し、補正インクリメンタル信号を生成するための加算回路１８を備えたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記加算回路が非反転増幅器によるボルテージフォロワ回路と抵抗器からなる分圧回路で構成されていることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記加算回路が抵抗器からなる分圧回路で構成されていることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記加算回路に可変抵抗器を使用して信号の重畳率を可変できるようにしたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、固定スリット板のインクリメンタルスリットと原点スリットの配置位置を限定したことを特徴とするものである。
請求項６に記載のモータの発明は、請求項１から５のいずれかの１項記載の光学式エンコーダを取り付けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によると、光もれによる受光素子の出力信号の振幅変動を補正することができ、エンコーダの検出精度を向上させることができる。
また、請求項２に記載の発明によると、回路基板に非反転増幅器と抵抗器を追加するだけで、前記と同様の効果が得られる。
請求項３に記載の発明によると、回路基板に抵抗器を追加するだけで、前記と同様の効果が得られる。
請求項４に記載の発明によると、信号の重畳率を可変できるので、発光手段や受光素子のばらつきや組立の誤差等があっても最適に調整ができる。
請求項５に記載の発明によると、インクリメンタル固定スリットの配置に対する原点固定スリットの配置を工夫することで、加算回路の部品点数を少なくすることができ、且つ、加算回路による光もれ補正の効果を向上させることができる。
請求項６に記載の発明によると、コストアップを抑え、かつ寸法を変更することなく検出精度の高い光学式エンコーダをモータに備えることができ、例えば低速時の速度リップルを小さく抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の光学式エンコーダの基本構成図である。１０は発光手段のＬＥＤであり、１３は回転ディスク、１４は固定スリット板、１５は受光素子、１６は回路基板、１７は増幅部、１８は加算回路、１９は逓倍部、２０はパルス成形部である。図において、ＬＥＤ１０から発光された光は、回転ディスク１３、固定スリット板１４に設けられたスリットを透過して受光素子１５に照射される。受光素子１５の出力信号は回路基板１６に入力する。原点信号の増幅部１７からの出力は、加算回路１８とパルス成形部２０に分岐して入力される。インクリメンタル信号の増幅部１７からの出力は、前記加算回路１８からの出力が加算されて光もれによる振幅変動を抑えた補正インクリメンタル信号を生成し逓倍部１９へ入力される。逓倍部１９とパルス成形部２０の出力はそれぞれ図示しない演算部等に入力して信号処理される。
本発明が従来技術と異なる部分は、回路基板内に加算回路１８を備えた部分である。
【００１２】
図２（ａ）は固定スリット板、図２（ｂ）は受光素子の拡大図である。固定スリット板１４には、図示しない回転ディスク１３の１回転内を任意の値に分割したインクリメンタルスリットと通常同一ピッチであるＡ＋，Ａ−，Ｂ＋，Ｂ−の４つのインクリメンタル固定スリットと、１回転に１パルスを出力するためのＺ＋，Ｚ−の原点固定スリットが配置されている。ここで、インクリメンタル固定スリットＡ＋，Ａ−とＢ＋，Ｂ−は、互いに交差した位置に配置され、原点固定スリットＺ＋，Ｚ−は、前記４つのインクリメンタル固定スリットを挟むように配置されている。受光素子１５は、前記スリットを透過した光をそれぞれ受光するように配置され、通常、対応する固定スリット板１４のスリットより大きい寸法になっている。なお、実際のスリットは回転ディスク１３の回転中心に向かって放射状に配置されるため台形に近い形状になるが、便宜上長方形で示している。
【００１３】
図３（ａ）に加算回路に係る回路の実施例を示す。受光素子１５に光が照射されるとインクリメンタルＡ＋，Ａ−、原点Ｚ＋，Ｚ−の各受光素子から、それぞれ光量に比例した電流ＩＡ＋，ＩＡ−，ＩＺ＋，ＩＺ−が出力される。出力電流はＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の抵抗器によって電圧に変換され、後段の増幅部で適当な振幅に増幅される。ここで、ＩＣ１，ＩＣ２，ＩＣ３，ＩＣ４は増幅器であり、Ｒ５〜Ｒ１０は増幅率を決定するための抵抗器である。増幅後の各信号ＶＡ＋，ＶＡ−，ＶＺ＋，ＶＺ−は、本発明により備えられた加算回路１８に入力される。加算回路１８は非反転増幅器ＩＣ５，ＩＣ６，ＩＣ７，ＩＣ８によるボルテージフォロワ回路と抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４からなる分圧回路で構成されている。
【００１４】
加算回路１８のＩＣ８から出力されたＶＶＺ−信号は抵抗器Ｒ１３，Ｒ１４の定数によって分圧され、ＶＡ＋信号をＩＣ５によってボルテージフォロワした出力ＶＶＡ＋に重畳される。ＶＶＡ＋信号には、前述のようにＺ＋スリットを透過した光もれの影響で振幅変動が発生しているが、Ｚ＋と光の明暗が逆、すなわち反転信号の関係であるＺ−のＶＶＺ−信号をＶＶＡ＋信号に重畳させることによって、振幅変動を相殺することができる。同様にＶＶＡ−信号にはＶＶＺ＋信号を重畳させて、振幅変動を相殺させる。Ｂ相にも同様の加算回路を設けることで、後段の逓倍部での電気逓倍時の誤差が小さくなり、エンコーダの原点付近での検出精度の低下を防ぐことができる。尚、加算回路１８にボルテージフォロワ回路を取り入れたのは、前段の増幅部や後段のパルス成形部への影響を小さくするためであり、増幅率や信号振幅の大きさなどから、適切に定数選定を行って、その影響が無視できる程度であれば、単純に抵抗器による分圧回路だけで加算回路を構成することも可能である。
【実施例２】
【００１５】
図３（ｂ）に第２の実施例を示す。前記の加算回路の抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４を図のようにそれぞれ可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２，ＶＲ３，ＶＲ４に変更すれば、重畳させる信号量を調整することができ、さらにエンコーダの精度を向上させることができる。ここで、必ずしもすべての抵抗器を可変抵抗器に変更する必要はなく、求める調整範囲を満足することができれば、Ｒ１１とＲ１３だけ、またはＲ１２とＲ１４だけというように必要な抵抗器のみを可変抵抗器に変更すればよい。
【実施例３】
【００１６】
図４に第３の実施例を示す。固定スリット板１４は、互いに交差した位置に配置されたＡ＋，Ａ−，Ｂ＋，Ｂ−の４つのインクリメンタル固定スリットと、前記４つのインクリメンタル固定スリットを挟むように配置されたＺ＋，Ｚ−の２つの原点固定スリットを有し、Ｚ＋，Ｚ−スリットは、Ａ＋，Ａ−，Ｂ＋，Ｂ−スリットの配置中心と回転ディスク１３の回転中心とを結ぶ直線上の左右に振り分けられた位置に配置されている。前述の図２（ａ）に示すスリット配置では、原点固定スリットＺ＋，Ｚ−の光は、４つのインクリメンタル受光素子のすべてにもれるため、それぞれに前記加算回路１８を設ける必要がある。また、原点固定スリットＺ＋，Ｚ−は、回転ディスク１３と固定スリット板１４のスリットが完全に一致した時に光量変化がピークとなるように、図に示すように左右が対象でないランダムな形状に設計されていることがある。その場合、例えばＺ＋スリットからＡ＋受光素子にもれる光量と、Ｚ−スリットからＡ−受光素子にもれる光量に違いがあり、前記加算回路１８による補正効果が低下してしまう。Ｂ＋，Ｂ−受光素子についても同様である。
【００１７】
したがって、図４のようにスリットを配置することで、原点固定スリットＺ＋，Ｚ−からＢ＋，Ｂ−受光素子への光もれがなくなり、前記加算回路１８はＡ＋，Ａ−信号とＺ＋，Ｚ−信号についてのみ設ければよくなり、部品点数を削減することができる。また、回転ディスク１３と固定スリット板１４の原点スリットが完全に一致した時の、Ｚ＋スリットからＡ＋受光素子、Ｚ−スリットからＡ−受光素子への光もれも明暗が逆で同じ変化量となるので、前記加算回路の効果を向上させることができる。
【００１８】
上記光もれを回転ディスクの原点スリットを介して原点固定スリットを透過した光が隣接するインクリメンタル用の受光素子に達する経路の光もれで説明したが、回転ディスクの原点スリットを介して隣接するインクリメンタル固定スリットを透過しインクリメンタル用の受光素子に達する経路の光もれに対しても同様に、インクリメンタル信号用受光素子の出力信号に原点信号用受光素子の出力信号を重畳することによって、光もれの影響を小さくし、受光素子の出力信号の振幅変動を補正することが出来る。
また、前記エンコーダを取り付けたモータでは、精度の高い回転角度または位置を測定出来るので、例えば低速時の速度リップルを小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の光学式エンコーダの基本構成図
【図２】本発明の固定スリット板および受光素子の拡大図
【図３】本発明の実施例を示す回路構成図
【図４】本発明の実施例を示す固定スリット板の拡大図
【図５】従来の光学式エンコーダの構成図
【図６】従来の光学式エンコーダの受光素子出力信号を示す図
【図７】従来の光学式エンコーダの他の構成図
【符号の説明】
【００２０】
１０，１００  ＬＥＤ
１１０  光
１２０  光ファイバ
１３，１３０  回転ディスク
１４，１４０  固定スリット板
１５，１５０  受光素子
１６，１６０  回路基板
１７，１７０  増幅部
１８  加算回路
１９，１９０  逓倍部
２０，２００  パルス成形部
【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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