JP5434760B2 - エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、エンコーダに関する。

例えば、回転角を検出するロータリーエンコーダは、円板状のスケール（符号板）を挟むように発光素子とイメージセンサとを対向して配置し、このイメージセンサが発光素子から射出した光をスケールのパターンを介して受光し、この光を受光したイメージセンサによって得られる光電変換信号に基づき、スケールの回転角を検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特表２００６−５２４３３５号公報

このようなロータリーエンコーダは、例えば、作業員によって、モータの回転軸に対してスケールの取り付けを行う場合がある。このとき、回転軸に取り付けられたスケールのパターンの中心軸と、回転軸の回転中心軸とがずれてしまうおそれがある。このように、回転軸に対して偏芯した状態で取り付けられたスケールが回転されると、スケールのパターンを介して入射する光の位置が、イメージセンサ上において変動する。
つまり、スケールの取り付け方によって、イメージセンサの位置とスケールの位置とが相対的にずれていることにより、イメージセンサにおいてスケールからの光の入射するエリアが回転に応じて変動する。このため、スケールを介して入射する光に基づく光電変換信号を出力する光電変換素子が回転軸の回転に応じて変わってしまい、スケール上のパターンを検出するためのパターン信号として、十分な出力レベルのパターン信号を得ることが難しくなる。よって、得られたパターン信号の信頼性が低下する場合があるという問題がある。

本発明の目的は、イメージセンサの位置とスケールの位置との相対的なずれに応じて、スケール上のパターンを検出するために得られるパターン信号の信頼性を高めることができるエンコーダを提供することにある。

本発明の一態様に係るエンコーダは、第１移動軸を有する支持部に接続され、第２移動軸を基準に設けられる基準パターンと、当該基準パターンを基準に設けられる位置情報パターンとを有するスケールと、前記基準パターンを介した第１の光を受光して当該第１の光に基づく第１の光電変換信号を出力する複数の第１の光電変換素子と、前記位置情報パターンを介した第２の光を受光して当該第２の光に基づく第２の光電変換信号を出力する複数の第２の光電変換素子とを有する光電変換部と、前記第２の光電変換信号に基づき前記スケールの位置情報を検出し、前記第１の光電変換信号に基づき前記スケールの位置情報に対応する前記第２の光電変換素子を選択する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、スケール上のパターンを検出するために得られるパターン信号の信頼性を高めることができる。

本発明の第１の実施形態のロータリーエンコーダを用いた回転機構の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態のロータリーエンコーダを用いた回転機構の外観構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態のロータリーエンコーダにおけるスケールの構成の説明図である。 本発明の第１の実施形態のロータリーエンコーダにおけるスケールの各トラックに形成されているパターンの説明図である。 本実施形態におけるイメージセンサ上でのパターンの位置の変動の説明図である。 本実施形態におけるイメージセンサ上でのパターンの位置の変動の説明図である。 本発明の第１の実施形態のロータリーエンコーダにおける制御部の動作に基づく機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態のロータリーエンコーダにおけるイニシャライズ処理の説明に用いるフローチャートである。 本発明の第１の実施形態のロータリーエンコーダにおけるメモリに記憶された回転角毎の補正量の一例の説明図である。 本発明の第２の実施形態のエンコーダにおけるスケールの構成の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明のエンコーダに係る第１の実施形態のロータリーエンコーダを用いた回転機構の構成を示すブロック図である。図２は、その外観構成を示す斜視図である。なお、ここでは、エンコーダとして、スケールを回転させるロータリーエンコーダ１について以下説明するが、本発明はこれに限られず、スケールを線形上に移動させるリニアエンコーダであってもよい。

図１に示す通り、回転モータ（モータ）１１は、筐体１０本体内に設けられ、この筐体１０の上端面１０ａのほぼ中央に取り付けられる。この筐体１０本体の上端面１０ａには、回転モータ１１の回転軸１２が突出している。この回転モータ１１の回転軸１２には、円板状のスケール２１が取り付けられる。この回転軸１２は、回転中心軸（第１移動軸）Ｃ１を中心に回転する。
また、発光素子２２及びイメージセンサ２３は、スケール２１を挟むように対向して設けられる。
この筐体１０本体の上端面１０ａには、図２に示すように、上端面１０ａを覆う円筒部材２０が固定部材１６により筐体１０本体に対して取り付けられている。

スケール２１は、図３に示すように、中心軸Ｃ２とする同心円状に形成されているインクリメンタルトラック３１、アブソリュートトラック３２、および基準トラック３３を備える。
このインクリメンタルトラック３１およびアブソリュートトラック３２は、回転モータ１１の回転角を示す情報（以下、位置情報という）を取得するためのパターン（位置情報パターン）として、それぞれ、インクリメンタルパターンＩＰとアブソリュートパターンＡＰとを備える。また、この位置情報は、回転モータ１１によって回転される回転軸１２の回転角、および回転軸１２の回転に伴って回転するスケール２１の回転角を示す情報を含むものである。
基準トラック３３は、スケール２１の偏芯等に起因して発生する、スケール２１とイメージセンサ２３との間の相対的な位置ずれを検出するための基準パターンＲＰを備える。

なお、本実施形態に係るロータリーエンコーダ１は、透過タイプの装置であり、これらインクリメンタルパターンＩＰ、アブソリュートパターンＡＰ、および基準パターンＲＰは、発光素子２２と対向して配置されており、発光素子２２から入射した光をイメージセンサ２３の光電変換面上に射出する位置に配置されている。なお、本実施形態に係るロータリーエンコーダ１は、透過タイプのものに限られず、反射タイプの装置であってもよい。この場合、これらインクリメンタルパターンＩＰ、アブソリュートパターンＡＰ、および基準パターンＲＰは、発光素子２２から入射する光をイメージセンサ２３の光電変換面（受光面）に向けて反射する位置に、回転（移動）可能に設けられる。

図４は、スケール２１の各トラックに形成されているパターンを示す。図４に示すように、インクリメンタルトラック３１には、インクリメンタルパターンＩＰが形成されている。このインクリメンタルパターンＩＰは、例えば、論理状態を示す最小識別幅ＩＴのスリットが等間隔に形成されている。
また、アブソリュートトラック３２には、アブソリュートパターンＡＰが形成されている。このアブソリュートパターンＡＰは、インクリメンタルパターンＩＰの最小識別幅ＩＴより広い最小識別幅ＡＴで、例えば、６ビットのＭ系列パターンのスリット（図においては、それぞれ最小識別幅ＡＴで形成されている透過部の白部分と非透過部の黒部分を含む）が等間隔に形成されている。
なお、インクリメンタルパターンＩＰとアブソリュートパターンＡＰとは、基準パターンＲＰを基準に設けられており、アブソリュートパターンＡＰは、基準パターンＲＰよりも中心軸Ｃ２に近い側に、一定間隔Ｍ１をあけて設けられている。また、インクリメンタルパターンＩＰは、基準パターンＲＰよりも中心軸Ｃ２から遠い側に、一定間隔Ｍ２をあけて設けられている。

基準トラック３３には、基準パターンＲＰが形成されている。この基準パターンＲＰは、スケール２１の中心軸（第２移動軸）Ｃ２を基準とした円環状の全透過パターンである。
また、基準パターンＲＰのトラック幅ＲＷは、インクリメンタルパターンＩＰのトラック幅ＩＷやアブソリュートパターンＡＰのトラック幅ＡＷと異なる。本実施形態においては、基準パターンＲＰのトラック幅ＲＷの方が、インクリメンタルパターンＩＰのトラック幅ＩＷやアブソリュートパターンＡＰのトラック幅ＡＷよりも狭く、トラック幅ＩＷとトラック幅ＡＷとが同一である。
このように、基準パターンＲＰのトラック幅ＲＷを、より狭くすることで、基準パターンＲＰに対応するイメージセンサ２３上の位置を、より高い精度で検出することができる。また、基準パターンＲＰを用いてスケール２１とイメージセンサ２３との間の相対的な位置ずれを検出するイニシャライズ処理は、インクリメンタルパターンＩＰおよびアブソリュートパターンＡＰを用いて位置情報を検出する位置検出処理に比べて回転速度を遅くすることができるので、基準パターンＲＰのトラック幅はインクリメンタルパターンＩＰおよびアブソリュートパターンＡＰのトラック幅より狭くすることができる。

なお、各パターンはスリットではなく、反射パターンで形成しても良い。また、反射パターンとした場合には、基準パターンＲＰは、全反射の円環状のパターンであってもよい。

図１に戻って、ロータリーエンコーダ１の制御系について説明すると、当該ロータリーエンコーダは、発光素子２２と、イメージセンサ２３と、制御部２４と、センサ駆動部２５と、光源制御部２７と、光源駆動部２８と、増幅器３５と、Ａ/Ｄ変換部３６と、メモリ３７とを備える。また、回転モータ１１は、回転軸１２と、移動指示入力部１３と、モータ制御部１４と、モータ駆動部１５と、を備える。
なお、本実施形態に係るロータリーエンコーダ１の制御部２４は、例えば電源が投入された際、イニシャライズ処理を実行してイメージセンサ２３における基準パターンＲＰに対応する位置を得る。そして、イニシャライズ処理が終了した後、制御部２４は、位置情報検出処理に移行して、イニシャライズ処理において得られた基準パターンＲＰに対応する位置に基づき、アブソリュートパターンＡＰとインクリメンタルパターンＩＰとに対応するイメージセンサ２３上における位置を選択するものである。

移動指示入力部１３は、回転軸１２を回転させる移動指示信号が入力され、モータ制御部１４に出力する。このモータ制御部１４は、移動指示信号に基づき、指示された移動量で回転軸１２を回転させるためのモータ駆動信号を生成し、モータ駆動部１５に出力する。このモータ駆動部１５は、入力されるモータ駆動信号に基づき、回転モータ１１を駆動させ、回転軸１２を回転させる。
なお、モータ制御部１４は、移動指示入力部１３から出力される移動指示信号に加えて、制御部２４から出力される位置情報に基づき、モータ駆動部１５に与えるモータ駆動信号を生成し、スケール２１の回転を制御することもできる。

発光素子２２は、スケール２１に形成されているトラックのパターンを検出するためにイメージセンサ２３に入射する光を射出する光源であり、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）からなる。この発光素子２２には、光源制御部２７から出力される発光制御信号が光源駆動部２８に入力され、この光源駆動部２８が駆動されるにより、発光素子２２が発光し、光が照射される。

イメージセンサ（光電変換部）２３は、発光素子２２からスケール２１を介して入射する光を受光する光電変換面を備え、受光した光を光電変換して光電変換信号を増幅部３５に出力する。
このイメージセンサ２３には、画素を形成する複数の光電変換素子が、行方向および列方向の二次元に配列されている。イメージセンサ２３としては、汎用のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサや、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＭＯＳ）イメージセンサを用いることができる。

このイメージセンサ２３から出力される光電変換信号は、増幅部３５で増幅され、Ａ／Ｄ変換部３６でディジタル化された後、制御部２４に入力される。

また、イメージセンサ２３は、センサ駆動部２５からの駆動信号に基づき、駆動信号が入力した光電変換素子から光電変換信号を得て、増幅器３５およびＡ/Ｄ変換部３６を介して制御部２４に出力する。このセンサ駆動部２５は、制御部２４によって制御されて、制御部２４によって指示された光電変換素子に対して駆動信号を出力する。つまり、イメージセンサ２３は、制御部２４によって画素の読み出し位置が制御される。

なお、詳細については後述するが、例えば、イニシャライズ処理において全画素読み出しが設定されている場合、制御部２４は、イメージセンサ２３の全ての光電変換素子から出力信号を得るようにセンサ駆動部２５を駆動することができる。これにより、制御部２４は、イメージセンサ２３の全ての光電変換素子から出力される光電変換信号を得て、これら光電変換信号に基づき、基準パターンＲＰを介した光が入射した光電変換素子を決定する。この基準パターンＲＰを介した光が入射した光電変換素子は、基準トラック３３に対応する光電変換素子（以下、基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘという）であり、制御部２４は、スケール２１の回転角度（つまり、スケール２１の位置を示すスケール位置情報）に応じた基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘを決定し、この基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘから出力された光電変換信号を、基準パターンＲＰを示す基準パターン信号として得る。

一方、位置情報検出処理において、回転モータ１１の回転軸１２の回転角（位置情報）を検出する場合、制御部２４は、イニシャライズ処理において検出された基準トラック３３に対応する基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘを基準として、インクリメンタルパターンＩＰに対応する光電変換素子（以下、インクリメンタルパターン光電変換素子Ｉ＿ｐｉｘという）およびアブソリュートパターンＡＰに対応する光電変換素子（以下、アブソリュートパターン光電変換素子Ａ＿ｐｉｘという）を選択する。
よって、イメージセンサ２３は、位置情報検出処理において、少なくともインクリメンタルパターン光電変換素子Ｉ＿ｐｉｘおよびアブソリュートパターン光電変換素子Ａ＿ｐｉｘにおいて得られる光電変換信号を制御部２４に出力するように、センサ駆動部２５によって制御される。このように、本実施形態におけるロータリーエンコーダ１は、回転モータ１１の位置情報（回転位置）を検出するとき（位置情報検出処理）では、位置情報の検出に必要な画素の部分（少なくともインクリメンタルパターン光電変換素子Ｉ＿ｐｉｘおよびアブソリュートパターン光電変換素子Ａ＿ｐｉｘ）の読み出しを行うことで、発熱を抑えて、精度の向上を図ることができる。

また、制御部２４は、位置情報検出処理において、イメージセンサ２３から得られる光電変換信号に基づき、インクリメンタルトラック３１を介して得られた光に基づくインクリメンタルパターンＩＰのパターン信号（以下、インクリメンタルパターン信号ＩＳという）、およびアブソリュートトラック３２を介して得られた光に基づくアブソリュートパターンＡＰのパターン信号（以下、アブソリュートパターン信号ＡＳという）を得る。この制御部２４は、このインクリメンタルパターン信号ＩＳとアブソリュートパターン信号ＡＳに基づき、スケール２１および回転モータ１１の回転軸１２の回転角を検出する。
なお、例えば、このパターン信号は、図４に示した通り各パターンに含まれる論理状態を示す信号（例えば、「１０１０１１０・・・」等）である。制御部２４は、このパターン信号に基づき、スケール（インクリメンタルパターンＩＰおよびアブソリュートパターンＡＰ）の現在の位置を示す位置情報を得ることができる。

上述の通り、制御部２４は、イニシャライズ処理において、イメージセンサ２３から出力される光電変換信号に基づき、基準パターンＲＰに対応する基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘの光電変換信号を検出する。ここで、制御部２４は、イメージセンサ２３から出力される光電変換信号のうち、この出力レベルが予め決められている閾値以上の光電変換信号を出力する光電変換素子を、基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘとして決定する。なお、制御部２４によって判断される光電変換信号の出力レベルとは、光の強度や光量等が利用可能である。
そして、制御部２４は、回転軸１２の回転角に応じた基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘを示す基準読取位置をメモリ３７に記憶させる。

また、制御部２４は、スケール２１に形成されるインクリメンタルトラック３１、アブソリュートトラック３２、および基準トラック３３の位置関係に基づき、この基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘに対するインクリメンタルパターン光電変換素子Ｉ＿ｐｉｘおよびアブソリュートパターン光電変換素子Ａ＿ｐｉｘを決定する。例えば、制御部２４は、メモリ３７に記憶されている基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ（基準読取位置）を読み出し、これを基準にして、回転軸１２の回転角に応じて決定されるインクリメンタルパターン光電変換素子Ｉ＿ｐｉｘおよびアブソリュートパターン光電変換素子Ａ＿ｐｉｘを示す位置情報読取位置を決定する。
そして、制御部２４は、イニシャライズ処理で決定された基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘを示す基準読取位置に対して、この基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘに対応するインクリメンタルパターン光電変換素子Ｉ＿ｐｉｘおよびアブソリュートパターン光電変換素子Ａ＿ｐｉｘを示す位置情報読取位置を対応付けた情報をメモリ３７に記憶させる。

本発明の第１の実施形態では、位置情報を取得する場合、イメージセンサ２３は、インクリメンタルトラック３１のインクリメンタルパターンＩＰやアブソリュートトラック３２のアブソリュートパターンＡＰの検出に使用される画素を選択してパターン信号（光電変換信号）を読み出すように制御している。
これにより、例えば、スケール２１の中心軸Ｃ２が回転軸１２の回転中心軸Ｃ１に対しての偏芯している場合であっても、イメージセンサ２３におけるインクリメンタルパターンＩＰやアブソリュートパターンＡＰに対応する位置情報読取位置を、イニシャライズ時に選択することができるため、制御部２４は、十分な出力レベルを有するパターン信号を得ることができる。

ここで、基準読取位置および位置情報読取位置について説明する。
図５及び図６は、イメージセンサ２３上におけるアブソリュートパターンＡＰおよびインクリメンタルパターンＩＰに対応する位置情報読取位置の変動について説明する図である。なお、イメージセンサ２３上においてアブソリュートパターンＡＰを介した光が入射する領域をアブソリュートパターン照射領域ＡＲといい、イメージセンサ２３上においてインクリメンタルパターンＩＰを介した光が入射する領域をインクリメンタルパターン照射領域ＩＲという。

図５（ａ）は、回転軸１２（スケール２１）がＡ地点にある場合においてイメージセンサ２３上に形成されるアブソリュートパターン照射領域ＡＲ＿ａとインクリメンタルパターン照射領域ＩＲ＿ａとを示す図である。また、図５（ｂ）は、回転軸１２がＡ地点と異なるＢ地点にある場合におけるアブソリュートパターン照射領域ＡＲ＿ｂとインクリメンタルパターン照射領域ＩＲ＿ｂとを示す図であり、図５（ｃ）は、回転軸１２がＡ地点およびＢ地点と異なるＣ地点にある場合におけるアブソリュートパターン照射領域ＡＲ＿ｃとインクリメンタルパターン照射領域ＩＲ＿ｃとを示す図である。なお、Ａ〜Ｃ地点は、スケール２１上のそれぞれ異なる位置を示した位置情報であって、スケール２１の回転角度（回転角）で表わすことができる。

例えば、回転軸１２の回転中心軸Ｃ１とスケール２１の中心軸Ｃ２とが一致しており偏芯が生じていない場合、取り付けられたスケール２１とイメージセンサ２３との間において相対的な位置ずれが生じていない。このため、図５（ａ）に示すように、アブソリュートパターン照射領域ＡＲ＿ａおよびインクリメンタルパターン照射領域ＩＲ＿ａは、回転軸１２が回転してスケール２１がＢ地点あるいはＣ地点に移動した場合であっても、一定の位置に形成される。この一定の位置とは、回転軸１２に従動してスケール２１が回転しても、アブソリュートパターン照射領域ＡＲおよびインクリメンタルパターン照射領域ＩＲの変化量が、イメージセンサ２３上においてほとんど動いていないとみなされる範囲の微差となる位置である。

ところが、スケール２１が偏芯している場合、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、アブソリュートパターン照射領域ＡＲやインクリメンタルパターン照射領域ＩＲは、点線で示すＡ地点におけるそれぞれの位置から外れた位置となる。
つまり、図５（ｂ）に示す通り、Ｂ地点のアブソリュートパターン照射領域ＡＲ＿ｂおよびインクリメンタルパターンＩＲ＿ｂは、それぞれ、Ａ地点のそれぞれの位置（図において点線で示す位置）から紙面左側に動いている。また、図５（ｃ）に示す通り、アブソリュートパターン照射領域ＡＲ＿ｃおよびインクリメンタルパターンＩＲ＿ｃは、それぞれ、Ａ地点のそれぞれの位置（図において点線で示す位置）から紙面右側に動いている。

つまり、イメージセンサ２３における位置情報読取位置を、例えば図５（ａ）に示すＡ地点のアブソリュートパターン照射領域ＡＲ＿ａやインクリメンタルパターン照射領域ＩＲ＿ａに基づき決定し、回転軸１２の回転に応じて変化させない場合、Ｂ地点およびＣ地点におけるアブソリュートパターン信号ＡＳおよびインクリメンタルパターン信号ＩＳを検出することができない。
そこで、本第１の実施形態に係るロータリーエンコーダでは、インクリメンタルパターン信号ＩＳやアブソリュートパターン信号ＡＳを検出する場合に、基準パターンＲＰに対応する基準読取位置を基準とした位置情報読取位置に従って、インクリメンタルパターン信号ＩＳやアブソリュートパターン信号ＡＳを検出する。

図６を用いて説明すると、イニシャライズ処理において、回転軸１２の回転に応じた基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘが決定される。例えば、この基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘとして、回転軸１２がＡ地点において検出された基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ＿ａ、回転軸１２がＢ地点において検出された基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ＿ｂ、回転軸１２がＣ地点において検出された基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ＿ｃ、がそれぞれ決定されたとする。なお、図６（ａ）〜（ｃ）には、Ａ〜Ｃ地点において対してそれぞれ決定された基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ＿ａ〜Ｒ＿ｐｉｘ＿ｃを示す。

図６（ａ）に示す通り、Ａ地点における基準読取位置として、基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ＿ａが決定された場合、この基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ＿ａから間隔Ｍ１だけスケール２１の中心軸Ｃ２に近い方にアブソリュートパターン照射領域ＡＲ＿ａを決定し、この基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ＿ａから間隔Ｍ２だけスケール２１の中心軸Ｃ２より遠い方にインクリメンタルパターン照射領域ＩＲ＿ａを決定する。
同様にして、図６（ｂ）に示す通り、Ｂ地点における基準読取位置として、基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ＿ｂが決定された場合、この基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ＿ｂから間隔Ｍ１だけスケール２１の中心軸Ｃ２に近い方にアブソリュートパターン照射領域ＡＲ＿ｂを決定し、この基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ＿ｂから間隔Ｍ２だけスケール２１の中心軸Ｃ２より遠い方にインクリメンタルパターン照射領域ＩＲ＿ｂを決定する。
また、図６（ｃ）に示す通り、Ｃ地点における基準読取位置として、基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ＿ｃが決定された場合、この基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ＿ｃから間隔Ｍ１だけスケール２１の中心軸Ｃ２に近い方にアブソリュートパターン照射領域ＡＲ＿ｃを決定し、この基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ＿ｃから間隔Ｍ２だけスケール２１の中心軸Ｃ２より遠い方にインクリメンタルパターン照射領域ＩＲ＿ｃを決定する。

上述の通り、本実施形態に係るロータリーエンコーダ１では、イニシャライズ処理において、基準パターンＲＰに対応する基準読取位置を回転軸１２の回転角度毎に検出し、検出された基準読取位置を回転角度に対応付けてメモリ３７に記憶する。そして、この基準読取位置を基準にして、それぞれ決定されるアブソリュートパターンＡＰやインクリメンタルパターンＩＰに対応する位置情報読取位置を選択し、回転角度に対応付けてメモリ３７に記憶する。これにより、スケール２１の中心軸Ｃ２が回転中心軸Ｃ１に対して偏芯していた場合であっても、イメージセンサ２３の光電変換面における位置情報読取位置に応じて、インクリメンタルパターン信号ＩＳおよびアブソリュートパターン信号ＡＳを読み取る光電変換素子を位置情報読取位置の変動に応じて変更することができる。

よって、インクリメンタルパターン信号ＩＳおよびアブソリュートパターン信号ＡＳの出力レベルを十分に確保するとともに、これらインクリメンタルパターン信号ＩＳおよびアブソリュートパターン信号ＡＳを出力する光電変換素子を、イメージセンサ２３が含む複数の光電変換素子の中から選択することができる。従って、本実施形態におけるロータリーエンコーダ１は、選択された光電変換素子に対して電力や制御を行えばよく、コストの削減に貢献することができる。また、制御部２４は、インクリメンタルパターン信号ＩＳおよびアブソリュートパターン信号ＡＳを生成するため、位置情報読取位置に対応する光電変換素子からの光電変換信号を利用すればよいため、イメージセンサ２３から得られるその他複数の光電変換信号に基づき、位置情報読取位置に対応する光電変換素子からの光電変換信号を、その都度判断する等の制御負荷が軽減される。

ここで、制御部２４における処理についてより詳細に説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態における制御部２４の動作に基づく機能ブロック図である。イニシャライズ処理では、回転モータ１１の回転軸１２が１回転され、回転するスケール２１を介した光が、イメージセンサ２３に入射する。そして、イメージセンサ２３は、入射した光に基づき光電変換信号を、増幅部３５、Ａ／Ｄコンバータ３６を介して、基準パターン検出位置取得部５１に出力する。
基準パターン検出位置取得部５１は、イメージセンサ２３から入力される光電変換信号に基づき、例えば、出力レベルが閾値以上となる光電変換信号を出力する画素（光電変換素子）を、基準パターンＲＰに対応する基準読取位置として決定する。そして、基準パターン検出位置取得部５１は、当該光電変換信号が出力されたスケール２１の位置（例えば回転角度）に応じた基準読取位置をメモリ３７に記憶する。なお、この基準読取位置に対応付けられるスケール２１の回転角度は、後述の通り、アブソリュート位置検出部５２によってスケール２１の絶対位置が検出されることにより得る。

なお、イニシャライズ処理において、イメージセンサ２３は、全画素読み出し状態に設定される。これにより、スケール２１の偏芯量が大きくイメージセンサ２３におけるアブソリュートパターン照射領域ＡＲおよびインクリメンタルパターン照射領域ＩＲの移動量が大きい場合であっても、基準トラック３３の基準パターンＲＰを介した光に基づく光電変換信号を得ることができる。

アブソリュート位置検出部５２は、イニシャライズ処理において、イメージセンサ２３から出力される光電変換信号に基づき、アブソリュートパターンＡＰに対応するアブソリュートパターン信号ＡＳを得て、スケール２１の絶対位置を決定する。このアブソリュート位置検出部５２は、この絶対位置に基づきスケール２１の回転角度を得て、基準パターン検出位置取得部５１により得られた基準読取位置に対応付けてメモリ３７に記憶させる。また、アブソリュート位置検出部５２は、スケール２１の絶対位置を示す絶対位置情報を位置算出部５９に出力する。
なお、位置情報検出処理では、制御部２５によってイメージセンサ２３の位置情報読取位置が制御されて、位置情報読取位置に対応するアブソリュート光電変換素子Ａ＿ｐｉｘから出力される光電変換信号がアブソリュート位置検出部５２に入力される。よって、アブソリュート位置検出部５２は、この光電変換信号に基づき、スケール２１の絶対位置を検出する。

インクリメンタル位置検出部５３は、位置情報検出処理において、制御部２５によってイメージセンサ２３の位置情報読取位置が制御されることにより、位置情報読取位置に対応するインクリメンタル光電変換素子Ｉ＿ｐｉｘから出力される光電変換信号が入力される。このインクリメンタル位置検出部５３は、例えば、インクリメンタル光電変換素子Ｉ＿ｐｉｘから出力されるＡ相信号とＢ相信号を用いて、スケール２１の回転方向（時計周りか反時計周りか）を検出し、位置算出部５９に出力する。
また、インクリメンタル位置検出部５３は、カウンタ５４によって計数されるカウント値に基づき、回転軸１２の所定の回転角度からの相対角度（例えば現在位置からの移動量）を検出し、この相対角度を示す相対位置情報を位置算出部５９に出力する。
カウンタ５４は、インクリメンタル位置検出部５３において得られるＡ相信号とＢ相信号に基づき、インクリメンタルパターンＩＰの論理状態が変化した回数をカウントし、このカウント値をインクリメンタル検出部５３を介して、位置算出部５９に出力する。

アブソリュートパターン読取位置決定部５５は、メモリ３７に記憶されている基準読取位置（基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ）を基準として、イメージセンサ２３上のアブソリュートパターンＡＰに対応する読み出し位置（アブソリュートパターン光電変換素子Ａ＿ｐｉｘ）を決定し、センサ駆動部２５に対して、アブソリュートパターン光電変換素子Ａ＿ｐｉｘを駆動するよう制御する。
また、インクリメンタルパターン読取位置決定部５６は、メモリ３７に記憶されている基準読取位置（基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ）を基準として、イメージセンサ２３上のインクリメンタルパターンＩＰに対応する読み出し位置（インクリメンタルパターン光電変換素子Ｉ＿ｐｉｘ）を決定し、センサ駆動部２５に対して、インクリメンタルパターン光電変換素子Ｉ＿ｐｉｘを駆動するよう制御する。

なお、アブソリュートパターン読取位置決定部５５およびインクリメンタルパターン読取位置決定部５６は、メモリ３７に記憶されている基準読取位置に基づき、回転角度が変化するたびに、基準読取位置と位置情報読取位置との相対的な位置関係を示す情報である間隔Ｍ１、Ｍ２を用いて、位置情報読取位置（アブソリュートパターン光電変換素子Ａ＿ｐｉｘおよびインクリメンタルパターン光電変換素子Ｉ＿ｐｉｘ）を決定するものであってもよい。また、アブソリュートパターン読取位置決定部５５およびインクリメンタルパターン読取位置決定部５６が、位置情報読取位置を予め決めて、回転角度に対応付けてメモリ３７に記憶しておき、位置情報検出処理において、回転角度が変化するたびに、メモリ３７を参照して、対応する位置情報読取位置を読み出し、センサ駆動部２５を制御するものであってもよい。

センサ駆動部２５は、アブソリュートパターン読取位置決定部５５で決定された位置情報読取位置に基づいて、アブソリュートパターン光電変換素子Ａ＿ｐｉｘによって得られた光電変換信号をアブソリュート位置検出部５２に出力するように制御する。また、センサ駆動部２５は、インクリメンタルパターン読取位置決定部５６で決定された位置情報読取位置に従って、インクリメンタルパターン光電変換素子Ｉ＿ｐｉｘによって得られた光電変換信号をインクリメンタル位置検出部５３に出力するように制御する。

位置算出部５９は、アブソリュート位置検出部５２で検出された絶対位置情報と、インクリメンタル位置検出部５３で検出された相対位置情報が入力される。この位置算出部５９は、アブソリュート位置検出部５２からの絶対位置情報と、インクリメンタル位置検出部５３からの相対位置情報とが合成され、回転軸１２の回転角が求められる。

図８は、イニシャライズ処理における処理を説明するためのフローチャートである。図８に示す通り、制御部２４は、センサ駆動部２５に指令を与え、イメージセンサ２３を全画素読み出し状態に設定する（ステップＳ１）。そして、制御部２４は、モータ制御部１４に指令を与え、回転モータ１１により、スケール２１を１回転させる（ステップＳ２）。そして、制御部２４は、イメージセンサ２３の光電変換出力信号から、基準パターンＲＰに対応するイメージセンサ２３上の位置である基準読取位置を各回転角度において検出する（ステップＳ３）。そして、制御部２４は、検出された基準読取位置を、各回転角度に対応付けてメモリ３７に記憶させる（ステップＳ４）。

図９は、メモリ３７に記憶された回転角毎の基準パターンＲＰのイメージセンサ２３の位置の一例である。図９に示すメモリ３７に記憶された情報においては、回転軸１２の位置情報として回転軸１２の回転角度を５度ずつ変化させた際に、イニシャライズ処理によって得られた基準読取位置（例えば、基準光電変換素子Ｒ＿ｐｉｘ）と、この基準読取位置に対応する位置情報読取位置（例えば、アブソリュートパターン光電変換素子Ａ＿ｐｉｘとインクリメンタルパターン光電変換素子Ｉ＿ｐｉｘ）とを、それぞれ対応づけた情報を含む。

以上説明したように、本発明に係る第１の実施形態では、スケール２１に基準トラック３３が設けられ、イニシャライズ処理で、スケール２１を回転させた際の回転角度を検出するとともに、基準パターンＲＰに対応するイメージセンサ２３上の基準読取位置を得て、この回転角度に基準読取位置を対応付けた情報をメモリ３７に記憶される。そして、この基準読取位置を基準として、アブソリュートパターンＡＰやインクリメンタルパターンＩＰに対応するイメージセンサ２３上の位置情報読取位置を選択する。これにより、本実施形態におけるロータリーエンコーダ１は、回転軸１２の偏芯等があっても、アブソリュートパターンＡＰやインクリメンタルパターンＩＰに対応するパターン信号を正確に検出して、スケール２１の位置検出を行うことができる。

なお、上述の第１の実施形態では、基準トラック３３を、インクリメンタルトラック３１とアブソリュートトラック３２との間に配置しているが、基準トラック３３は、どの位置に配置しても良い。

また、上述の説明では、発光素子２２からの光をスケール２１上のパターン（アブソリュートパターンＡＰ、インクリメンタルパターンＩＰ、基準パターンＲＰ）を透過させ、イメージセンサ２３で受光する構成としたが、本発明はこれに限られず、スケール２１上のパターンで反射させる構成としても良い。

また、上述の例では、発光素子２２を下側に設け、イメージセンサ２３を上側に設けているが、イメージセンサ２３を下側に設け、発光素子２２を上側に設けるようにしても良い。

また、上述の説明は、回転軸の回転角を検出するロータリーエンコーダ１の構成であるが、本発明は、直線上の位置を検出するリニアエンコーダにも、同様に用いることができる。リニアエンコーダの場合には、本発明によって、ヨーイングにより発生するイメージセンサとパターンと間の相対的な位置ずれによる問題を解決することができる。

＜第２の実施形態＞
図１０は、本発明の第２の実施形態のエンコーダにおけるスケール１２１を示すものである。図１０に示すように、本発明の第２の実施形態のエンコーダにおけるスケール１２１には、インクリメンタルトラック１３１と、アブソリュートトラック１３２と、基準トラック１３３とが設けられている。インクリメンタルトラック１３１及びアブソリュートトラック１３２については、前述の第１の実施形態と同様である。

この第２の実施形態においては、図１０に示すように、基準トラック１３３に、バーコード１４１が設けられている。このバーコード１４１には、機器を種別するためのシリアル番号、機器の種類、円径、エンコーダの種類等、イニシャライズ時に必要な情報が記録される。本発明の第２の実施形態では、このバーコード１４１の情報をイニシャライズ時に取得して、各種の動作設定を行える。他の構成については、前述の第１の実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

＜第３の実施形態＞
本実施形態に係るロータリーエンコーダ１の取り付け方法の一例について説明する。
図１、２を参照して説明すると、筐体１０本体には、回転モータ１１が収容されている。この筐体１０の上端面１０ａには、上述の通り、回転モータ１１の回転軸１２が突出している。
なお、このロータリーエンコーダ１を組み立てる前において、この筐体１０本体と、円筒部材２０とは別々の部材であって、スケール２１も回転軸１２に取り付けられていない状態である。また、円筒部材２０の内側には、イメージセンサ２３が取り付けられており、このイメージセンサ２３と、センサ駆動部２５と増幅器３５とを接続するための接続部を備える。

まず、筐体１０から突出している回転軸１２に対して、スケール２１の接合部２１ａの凹部に回転軸１２の凸部を勘合させて、回転軸１２の上にスケール２１を置く（セットする）。ここで、スケール２１の接合部２１ａと回転軸１２の凸部は、回転軸１２上に置かれたスケール２１がぐらつかないように、ある程度の自由度を確保しつつ互いに保持するように噛み合せる構造であることが好ましい。
なお、回転軸１２に接合部２１ａを合わせてスケール２１がセットされることにより、発光素子２２の光を射出する部分とスケール２１のインクリメンタルパターンＩＰ、アブソリュートパターンＡＰおよび基準パターンＲＰとが向かい合う。

次いで、スケール２１のインクリメンタルパターンＩＰ、アブソリュートパターンＡＰ、および基準パターンＲＰを透過した光がイメージセンサ２３の光電変換面に入射するように、円筒部材２２を筐体１０の上端面１０ａに置き、固定部材１６で円筒部材２２と筐体１０とを固定する。
なお、スケール２１および発光素子２２に対するイメージセンサ２３の位置決めは、図２に示すように、円筒部材１６において予め決められている固定部材１６を固定する場所（３箇所）と、筐体１０の上端面１０ａにおいて予め決められている固定部材１６を固定する場所とを合わせて行われる。例えば、固定部材１６がネジの場合、円筒部材１６において固定部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃを固定するネジ穴が予め決められている。また、筐体１０においても、この固定部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃを固定するネジ穴が予め決められている。そして、この固定部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃを固定するネジ穴同士をそれぞれ合わせて、筐体１０と円筒部材２０とを固定させた場合、図１に示す通り、発光素子２２からスケールの各トラック３１〜３３を透過した光がイメージセンサ２３の光電変換面に入射する位置に、イメージセンサ２３が円筒部材２０の内側に取り付けられている。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

１０ 筐体
１１ 回転モータ
１２ 回転軸
２１ スケール
２２ 発光素子
２３ イメージセンサ
２４ 制御部
２５ センサ駆動部
３７ メモリ

Claims (8)

1. 第１移動軸を有する支持部に接続され、第２移動軸を基準に設けられる基準パターンと、当該基準パターンを基準に設けられる位置情報パターンとを有するスケールと、
   前記基準パターンを介した第１の光を受光して当該第１の光に基づく第１の光電変換信号を出力する複数の第１の光電変換素子と、前記位置情報パターンを介した第２の光を受光して当該第２の光に基づく第２の光電変換信号を出力する複数の第２の光電変換素子とを有する光電変換部と、
   前記第２の光電変換信号に基づき前記スケールの位置情報を検出し、前記第１の光電変換信号に基づき前記スケールの位置情報に対応する前記第２の光電変換素子を選択する制御部と、
   を備えることを特徴とするエンコーダ。
2. 前記制御部は、
   所定の閾値以上の前記第１の光電変換信号を出力する前記第１の光電変換素子を基準として、前記スケールの位置情報に応じた前記第２の光電変換素子を選択することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記制御部は、
   前記支持部を動作させることで前記スケールを移動させて、前記スケールの位置情報に対応する前記第２の光電変換素子を選択し、選択された前記第２の光電変換素子を前記スケールの位置情報に対応付けた情報を記憶部に記憶させることを特徴とする請求項１または２に記載のエンコーダ。
4. 前記制御部は、
   前記記憶部に記憶されている前記情報を参照して、前記スケールの位置情報に対応する前記第２の光電変換信号に基づき前記スケールの移動量を検出することを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ。
5. 前記スケールの前記基準パターンは、前記位置情報パターンのトラック幅とは異なるトラック幅を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンコーダ。
6. 前記スケールの前記基準パターンは、
   第１のトラック幅で形成される前記位置情報パターンに比べて狭い第２のトラック幅で形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のエンコーダ。
7. 前記基準パターンの少なくとも一部は、バーコード情報を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のエンコーダ。
8. 前記基準パターンは、前記スケールと前記光電変換部との相対的な位置ずれを検出するためのパターンであることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のエンコーダ。

Images