エンコーダ
【課題】 絶対位置を検出するアブソリュート方式のロータリエンコーダは、グレイコード等の任意のアブソリュートパターンの符号ビット数と同じ数の受光素子が必要であった。また分解能を上げる場合、アブソリュートパターンの符号ビット数が増加するため、構造が複雑になり、コストも高額となっていた。
【解決手段】 回転体の回転角度に応じて反射板の高さがリニアに変化する回転円板に対して、光学的センサを用いて反射板との距離を測定し、測定した距離から回転体の絶対位置を算出することを特徴としたアブソリュートエンコーダを提供する。
【解決手段】 回転体の回転角度に応じて反射板の高さがリニアに変化する回転円板に対して、光学的センサを用いて反射板との距離を測定し、測定した距離から回転体の絶対位置を算出することを特徴としたアブソリュートエンコーダを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アブソリュート方式の位置検出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体の移動量、角度、位置、速度などの移動に関する物理的なアナログ量をデジタル量として検出するために、光学式のエンコーダが広く利用されている。一般的なロータリエンコーダは、必要な信号パターンを設けた回転信号板に対し、一方の側から発光ダイオードやＬＥＤ等の発光素子により均一光を照射し、信号パターンを透過した後の透過光、または信号板からの反射光を、フォトダイオードまたはフォトトランジスタ等の受光素子により受光し検知する。機能的に分けるとインクリメンタル方式とアブソリュート方式のロータリエンコーダがある。
【０００３】
インクリメンタル方式のロータリエンコーダは、回転軸の回転角度に応じたパルス信号を出力するものが一般的である。具体的には、等間隔の２値（明／暗）パターンや、等間隔の透過／遮蔽のスリットを同心円状に設けた回転信号板に対して光を照射し、各パターンからの反射光、もしくは各スリットからの透過光をデジタルに変換することで得られる規則的なパルス信号を積算カウントすることにより、基準点からの回転角度や回転量を相対的に検出する特徴を有している。また、このインクリメンタル方式のロータリエンコーダは、電源を入れる度に基準点を設定するための初期化が必要という特徴を有している。
【０００４】
一方、アブソリュート方式のロータリエンコーダは、回転軸の回転角度の絶対値を２進数値に変換して出力するものが一般的である。具体的には、同心円状に形成された複数のトラックに、所望の信号パターン（アブソリュートパターン）を形成した回転信号板に対して光を照射し、各信号パターンからの反射光、もしくは透過光から、二進ビット「０」「１」の読み取りを行うことにより、回転体の絶対的な回転角度や回転位置を検出する特徴を有している。また、このアブソリュート方式のロータリエンコーダは、電源を入れた際に前述のアブソリュートパターンを読み取ることにより現在位置を検出できるため、初期化は不要である。
【０００５】
アブソリュート方式のロータリエンコーダは、回転信号板に同心円状に形成されたアブソリュートパターンが持つ符号ビット数によって、エンコーダの分解能が決定されている。前記符号ビット数をｎとすると、一回転（３６０度）を２のｎ乗分割したエンコーダ信号が得られる。例えば、１０ビットのアブソリュートパターンを用いれば、一回転を２の１０乗（＝１０２４）個に分割したエンコーダ信号が得られる。
特許文献１には、回転角度に応じて半径が変動する曲線を回転円板上に形成し、この半径を２ヶ所で測定した信号とインクリメンタル信号とに基づいて２相信号を出力する光学式アブソリュートエンコーダが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−０９６５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アブソリュート方式のエンコーダは、絶対位置を検出できるといった特徴を有しているが、一方で、分解能を上げようとした場合に、より多ビットなアブソリュートパターン、及びそのパターンを検出するために多数のセンサが必要となり、構成が複雑化しコストが飛躍的に上昇してしまうという問題点があった。
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、装置全体の構成を簡素化するとともにコストを抑えたアブソリュート方式のエンコーダ技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る位置検出装置は、軸の回転角の絶対値を検出するアブソリュート方式のエンコーダであって、光を照射する照射手段と、軸と連動して回転する回転部材と、前記照射手段からの光を反射し、前記軸の回転角度に応じて前記照射手段から反射面までの位置を異ならせる反射手段と、前記反射手段が反射した反射光を受光する受光手段と、前記受光手段の受光した反射光に基づいて前記照射手段から前記反射手段の反射面までの距離を測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された距離に基づいて、前記軸の回転角の絶対値を出力する出力手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、反射板までの距離を測定することにより絶対位置を検出するようにしたため、複雑なアブソリュートパターン等を形成したり、多数の受光センサを用いたりすることなく、高い分解能で絶対位置を検出することが可能である。また、構成が簡単であるため、装置全体のコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】光学センサ部の構成図である。
【図２】受光素子の出力波形を示す波形図である。
【図３】アブソリュートエンコーダの構成図である。
【図４】絶対位置検出部の構成図である。
【図５】信号処理部の内部ブロック図である。
【図６】絶対位置検出の処理を示すフローチャートである。
【図７】アブソリュートエンコーダの構成図である（実施形態２）。
【図８】アブソリュートエンコーダの構成図である（実施形態３）。
【図９】絶対位置検出部の構成図である。
【図１０】信号処理部の内部ブロック図である。
【図１１】絶対位置検出の処理を示すフローチャートである。
【図１２】アブソリュートエンコーダの構成図である（実施形態４）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施形態１）
以下、本発明の一実施形態である実施形態１について図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、実施形態１の位置検出装置としてのアブソリュートエンコーダの光学センサ部１１０の構成を示す概略図である。光学センサ部１１０は、レーザダイオードやＬＥＤ等を有する光源１０１、光源の光を反射板１０５の表面に集光する集光レンズ１０２、反射板１０５から反射された光を受光素子に結像する受光レンズ１０３、および受光レンズに結像された像の空間的な強度分布を撮像する受光素子列１０４を備えている。反射板についての詳細は後述するが、回転軸の回転角度に応じて受光素子列から反射面までの位置を異ならせる機能をもっているものとする。
【００１３】
図２は、受光素子列１０４からの出力波形を示している。
【００１４】
図２のグラフは、縦軸を「光量」、横軸を「受光素子位置」として、受光素子列１０４から出力される中央が最大となるピーク波形を示している。２０１は、ある反射位置での反射波形を示し、同様に２０２は、２０１とは違う反射位置での反射波形を示している。
【００１５】
このように、反射位置の違い（光学センサ部１１０から反射板１０５までの距離の違い）に応じて、反射光の像が受光素子列１０４上の違った位置に結像されるため、光源１０１の光が反射板１０５によって反射されている時の反射波形のピーク位置（中心位置）を検出することで、光学センサ部１１０から反射板１０５までの距離が計測される仕組みとなっている。なお、図１の構成、図２の仕組みは三角測量を利用しているレーザー変位計としては一般的な内容である。
【００１６】
図３は、実施形態１のアブソリュートエンコーダの構成を示している。
【００１７】
図３に示すアビソリュートエンコーダは、モータの回転軸３０１の回転に連動して回転する回転円板部（回転部材）３０２、回転円板部３０２上に構成され回転軸の回転角度に応じて反射面の高さがリニアに変化するように形成された反射板３０３、光学センサ部１１０を有している。図３の構成では光源１０１は回転軸３０１の軸方向から反射板３０３へ照射する。
【００１８】
まず、モータの回転軸３０１が回転すると、それに連動して回転円板部３０２が回転する。反射板３０３は、回転軸３０１の回転角度に応じて高さがリニアに変化するため、回転のたびに光学センサ部を使用して反射板３０３との距離を測定する。次に、測定された距離の値を基に、後に説明する絶対位置換算テーブル５１０の値を参照してモータの絶対位置（回転角の絶対値）を算出する。この絶対位置換算テーブル５１０には、あらかじめ光学センサ部１１０と反射板３０３との距離に応じたモータの絶対位置の値が格納されている。格納方法としては、例えば製品出荷時、または定期的なキャリブレーション時に、測定した距離の値に対応したモータの絶対位置の値を絶対位置換算テーブル５１０へ格納しておけばよい。
【００１９】
図４は、光学センサ部１１０を含めた絶対位置検出部の構成図を示している。
【００２０】
絶対位置検出部は、図４に示すように、前述の光学センサ部１１０と、受光素子列１０４から得られた反射波形をデジタル信号に変換し、デジタル信号を記憶する記憶部４０１、記憶部４０１に保存された反射波形データからモータの絶対位置を算出する信号処理部４０２を有している。
【００２１】
図５は、受光素子列１０４によって取り込んだ反射波形データからモータの絶対位置を算出する信号処理部４０２の概略構成を示すブロック図である。
【００２２】
ピーク検出部５０１は、記憶部４０１に記憶されている反射波形データの最も高い強度を示すピークの位置を検出する。受光素子位置検出部５０２は、ピーク検出部５０１で検出された反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置を検出する。距離算出部５０３は、反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置によって、光学センサ部１１０と反射板３０３との距離を算出する。絶対位置換算テーブル５１０は、あらかじめ光学センサ部１１０と反射板３０３との距離に応じたモータの絶対位置の値が格納されている。絶対位置算出部５０４は、距離算出部５０３で算出した距離の値を基に、絶対位置換算テーブル５１０に格納されている値を参照し、モータの絶対位置を算出する。
【００２３】
図６は、モータの絶対位置を検出する処理を示すフローチャートである。
【００２４】
ステップＳ１０１では、光源１０１が光を照射する。ステップＳ１０２では、受光素子列１０４が反射光を受光する。ステップＳ１０３では、受光した反射波形データを記憶部４０１が記憶する。ステップＳ１０４では、ピーク検出部５０１が反射波形データのピークを検出する。ステップＳ１０５では、検出したピークを受光した受光素子位置を受光素子位置検出部５０２が検出する。ステップＳ１０６では、距離算出部５０３が受光素子の位置から反射面までの距離を算出する。ステップＳ１０７では、絶対位置算出部５０４が絶対位置換算テーブルの値を参照してモータの絶対位置を算出する。
【００２５】
以上説明した通り、実施形態１によれば、反射板までの距離を測定することにより回転体の絶対位置を検出するようにしたため、回転円板に複雑なアブソリュートパターン等を形成したり、多数の受光センサを用いたりすることなく、高い分解能でモータの絶対位置を検出することが可能となった。
【００２６】
（実施形態２）
図７は、実施形態２におけるアブソリュートエンコーダの構成を示す概略図である。なお実施形態１と同様の構成については同じ符号を付すとともに機能的に変わらないものについては詳細な説明を省略する。
【００２７】
図７のアブソリュートエンコーダは、外周に反射板７０３を備え回転軸の回転角度に応じて回転軸から光源方向への半径がリニアに変化する回転円板部７０２を有している。従って、反射板７０３との距離を測定するために光学センサ部１１０は回転軸３０１に対して略垂直に光を照射する。
【００２８】
まず、モータの回転軸３０１が回転すると、それに連動して回転円板部７０２が回転する。反射板７０３は、回転軸３０１の回転量に応じて回転半径がリニアに変化するため、回転のたびに光学センサ部を使用して、反射板７０３との距離を測定する。測定された距離の値を基に、絶対位置換算テーブル５１０の値を参照してモータの絶対位置を算出する。
実施形態１と同様に、絶対位置換算テーブル５１０には、あらかじめ光学センサ部１１０と反射板３０３との距離に応じた絶対位置の値が格納されていることとする。
【００２９】
以上説明した通り、実施形態２ではモータの回転量に応じて回転半径がリニアに変化する回転円板を用いる構成で反射板から光学センサ部までの距離を測定し、モータの絶対位置を検出している。
【００３０】
（実施形態３）
実施形態１においては、モータの回転量に応じて高さがリニアに変化するように形成された反射板を用いる構成で、反射板から光学センサ部までの距離を測定する例を示した。しかしながら、これは回転円板部が理想的に水平回転することが前提になっており、モータの回転ムラや偏心等の影響で、回転円板部上に形成された反射板の位置が微妙に上下にブレてしまうことまでは考慮されていなかった。そこで本実施形態では反射板の位置のブレに着目している。
【００３１】
図８は、実施形態３におけるアブソリュートエンコーダの構成図を示している。
【００３２】
モータの回転軸３０１、回転軸３０１に連動して回転する回転円板部８０２、回転円板部８０２上に構成され、回転軸の回転量に応じて高さがリニアに変化するように形成された反射板３０３、また回転円板部８０２上に構成され、回転軸の回転量に関係なく高さが一定になるように形成された基準反射板８０３が配備される。但し、「回転軸の回転量に関係なく高さが一定であること」とは回転ムラなどの影響による反射板の位置ブレを含まないものとする。光学センサ部においては、レーザダイオード等から構成される光源１０１、光源の光を反射板３０３および基準反射板８０３のそれぞれの表面に分光・集光して照射する分光レンズ８０１、反射板３０３および基準反射板８０３から反射された光を受光素子に結像する受光レンズ１０３、受光レンズに結像された像の空間的な強度分布を撮像する受光素子列１０４によって構成されている。
【００３３】
また、図８の構成図においては、光源、分光レンズ、受光レンズ、受光素子列は共通で使用される構成を示しているが、ここでは特に構成を限定するものではなく、例えば、反射板３０３用と基準反射板８０３用に光源、集光レンズ、受光レンズ、受光素子列をそれぞれ別々に持つ構成でもよい。また、共通で使うものと別々に使うものとの組み合わせでもよいとする。
【００３４】
まず、回転軸３０１の回転量に応じて高さがリニアに変化する反射板３０３と光学センサ部との距離を測定し、続いて、回転軸３０１の回転量に関係なく高さが一定な基準反射板８０３と光学センサ部との距離を測定する。そして、それぞれ測定した距離の差分をとることで、反射板３０３の高さが検出される。これは以下の式で表される。
【００３５】
「光学センサ部から基準反射板８０３まで距離」−「光学センサ部から反射板３０３までの距離」＝「反射板３０３の高さ」
この反射板３０３の高さ値は、たとえモータの回転ムラや偏心等があったとしても、その影響を受けることはなく不変の値として取り扱うことが可能である。
【００３６】
次に、測定された反射板３０３の高さ値を基に、後に説明する絶対位置換算テーブル１０１０の値を参照してモータの絶対位置を算出する。この絶対位置換算テーブル１０１０には、あらかじめ反射板３０３の高さ値に応じた絶対位置の値が格納されていることとする。格納方法としては、例えば製品出荷時、または定期的なキャリブレーション時に、測定した反射板３０３の高さに対応したモータの絶対位置の値を、絶対位置換算テーブル１０１０へ格納しておけばよい。
【００３７】
図９は、光学センサ部を含む絶対位置検出部の構成図を示している。
【００３８】
絶対位置検出部は、図９に示すように、前述の光学センサ部（光源１０１、分光レンズ８０１、受光レンズ１０３、受光素子列１０４）と、受光素子列１０４から得られた反射板（第１反射板）３０３からの反射光（第１反射光）の波形（第１波形データ）をデジタル信号に変換し、デジタル信号を記憶する記憶部９０１、基準反射板（第２反射板）８０３からの反射光（第２反射光）の波形（第２波形データ）をデジタル信号に変換し、デジタル信号を記憶する記憶部９０２、記憶部９０１と記憶部９０２に保存された反射波形データから、第１反射光に対応する第１距離と第２反射光に対応する第２距離を取得し、これらの差分に基づいてモータの絶対位置を算出する信号処理部９０３で構成される。
【００３９】
図１０は、受光素子列１０４によって取り込んだ反射波形データからモータの絶対位置を算出する信号処理部９０３の内部ブロックを示している。
【００４０】
ピーク検出部１００１は、記憶部９０１に記憶されている反射波形データの最も高い強度を示すピークの位置（第１、第２中心位置）を検出する。ピーク検出部１００２は、記憶部９０２に記憶されている反射波形データの最も高い強度を示すピークの位置を検出する。
【００４１】
受光素子位置検出部１００３は、ピーク検出部１００１で検出された反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置を検出する。受光素子位置検出部１００４は、ピーク検出部１００２で検出された反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置を検出する。
【００４２】
距離算出部１００５は、反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置によって、光学センサ部と反射板３０３との距離を算出する。距離算出部１００６は、反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置によって、光学センサ部と基準反射板８０３との距離を算出する。
【００４３】
差分検出部１００７は、算出した光学センサ部と反射板３０３との距離と、算出した光学センサ部と基準反射板８０３との距離の差分を求める。
【００４４】
絶対位置換算テーブル１０１０は、あらかじめ反射板３０３の高さ値に応じたモータの絶対位置の値が格納されている。絶対位置算出部１００８は、差分検出部１００７で算出した反射板３０３の高さ値を基に、絶対位置換算テーブル１０１０に格納されている値を参照し、モータの絶対位置を算出する。
【００４５】
図１１は、実施形態３におけるモータの絶対位置を検出するフローを示している。
【００４６】
ステップＳ２０１は、光源１０１から光を照射するステップを表す。ステップＳ２０２は、分光レンズによって照射光を分光するステップを表す。ステップＳ２０３は、受光素子列１０４にて反射光を受光するステップを表す。
【００４７】
ステップＳ２０４は、反射板３０３からの反射波形データを記憶部９０１にて記憶するステップを表す。ステップＳ２０５は、反射波形データのピークを検出するステップを表す。ステップＳ２０６は、検出したピークを受光した受光素子の位置を検出するステップを表す。ステップＳ２０７は、受光素子の位置によって、光学センサ部から反射板３０３までの距離を算出するステップを表す。
【００４８】
ステップＳ２０８は、基準反射板８０３からの反射波形データを記憶部９０２にて記憶するステップを表す。ステップＳ２０９は、反射波形データのピークを検出するステップを表す。ステップＳ２１０は、検出したピークを受光した受光素子の位置を検出するステップを表す。ステップＳ２１１は、受光素子の位置によって、光学センサ部から反射板８０３までの距離を算出するステップを表す。
【００４９】
ステップＳ２１２は、光学センサ部から反射板３０３までの距離と、光学センサ部から基準反射板８０３との距離の差分を算出するステップを表す。ここで算出された差分の値が反射板３０３の高さ値となる。ステップＳ２１３は、算出された反射板３０３の高さ値を基に、絶対位置換算テーブル１０１０の値を参照してモータの絶対位置を算出するステップを表す。
【００５０】
以上説明した通り、実施形態３によれば、光学センサ部から反射板３０３までの距離と、光学センサ部から基準反射板８０３までの距離の差分を算出し、反射板３０３の高さ値からモータの絶対位置を検出するようにした。これにより、例えモータの回転ムラや偏心等で回転円板部８０２が微妙に上下にブレてしまっても、それらに影響されることなく精度良くモータの絶対位置を検出することが可能となった。
【００５１】
（実施形態４）
図１２は、実施形態４におけるアブソリュートエンコーダを上から見た構成図を示している。なお、図１２の構成図以外は実施形態３と同様の構成であるため、図１２以外の説明は省略する。
【００５２】
モータの回転軸３０１、回転軸３０１に連動して回転する回転円板部１００２、回転円板部１００２の半径は、回転軸の回転量に応じてリニアに変化するように形成されおり、この回転円板部１００２の外周に反射板７０３が配備される。また回転円板部１００２上に構成され、回転軸を中心とした真円の外周に基準反射板１００３が配備される。光学センサ部においては、レーザダイオード等から構成される光源１０１、光源の光を反射板７０３および基準反射板１００３のそれぞれの表面に分光・集光して照射する分光レンズ８０１、反射板７０３および基準反射板１００３から反射された光を受光素子に結像する受光レンズ１０３、受光レンズに結像された像の空間的な強度分布を撮像する受光素子列１０４によって構成されている。
【００５３】
また、図１２の構成図においては、光源、分光レンズ、受光レンズ、受光素子列は共通で使用される構成を示しているが、ここでは特に構成を限定するものではなく、例えば、反射板７０３用と基準反射板１００３用に光源、集光レンズ、受光レンズ、受光素子列をそれぞれ別々に持つ構成でもよい。また、共通で使うものと別々に使うものとの組み合わせでもよいとする。
【００５４】
まず、回転軸３０１の回転量に応じて半径がリニアに変化する反射板７０３と光学センサ部との距離を測定し、続いて、回転軸３０１の回転量に関係なく半径が一定な基準反射板１００３と光学センサ部との距離を測定する。そして、それぞれ測定した距離の差分をとることで、基準反射板１００３から反射板７０３までの距離が検出される。これは以下の式で表される。
【００５５】
「光学センサ部から基準反射板１００３までの距離」−「光学センサ部から反射板７０３までの距離」＝「基準反射板１００３から反射板７０３までの距離」
この基準反射板１００３から反射板７０３までの距離の値は、たとえモータの回転ムラや偏心等があったとしても、その影響を受けることはなく不変の値として取り扱うことが可能である。
【００５６】
次に、測定された基準反射板１００３から反射板７０３までの距離の値を基に、絶対位置換算テーブル１０１０の値を参照してモータの絶対位置を算出する。
実施形態３と同様に、絶対位置換算テーブル１０１０には、あらかじめ反射板７０３から基準反射板１００３までの距離応じたモータの絶対位置の値が格納されていることとする。
【００５７】
以上説明した通り、実施形態４によれば、光学センサ部から反射板７０３までの距離と、光学センサ部から基準反射板１００３までの距離の差分を算出し、基準反射板１００３から反射板７０３までの距離の値からモータの絶対位置を検出するようにした。これにより、例えモータの回転ムラや偏心等で回転円板部１００２が偏心回転しても、それらに影響されることなく精度良くモータの絶対位置を検出することが可能となった。
【００５８】
上述の実施形態ではロータリエンコーダ単体について説明しているが、例えば、本発明は監視カメラ等に適用できる。
【００５９】
停電等により電源の供給が一時ストップ、再度、復旧した場合を想定すると、従来のインクリメンタル方式のロータリエンコーダを搭載している監視カメラの場合は、電源の復旧直後に初期化動作が入る。即ち、監視カメラのレンズ部を一旦初期位置まで移動させ、初期化動作をした後に電源がストップした時のレンズの位置まで戻す。そして映像の記録を再開するという手順が必須であった。
【００６０】
しかし、本発明のアブソリュート方式のロータリエンコーダを搭載している監視カメラの場合は、初期化の必要がないため、電源が復旧すれば現在位置のまま映像の記録を再開することが可能というメリットがある。また特許文献１のように複数の信号を用いて絶対位置を検出する必要がなく位置検出の処理が簡単であり、センサを多数設ける必要もないので装置の小型化、低コスト化を図ることが可能となる。
【００６１】
なお、上述の実施形態では三角測距式の光学センサを用いる例について説明したが、レーザフォーカス方式の光学センサを用いてもよい。また、本願発明は回転軸の回転角度に応じて測定基準面の位置を異ならせる方式であるため、他の変位計測方式を用いても同様に適用することができる。ただ、回転体であることから非接触方式の非接触変位計であることが好ましい。
【００６２】
また、変位計は回転のたびにセンサから反射面までの距離を測定すると説明したが、単純に所定のサンプリング周期毎に測定してもよい。また、外部からのトリガ（電源オン、所定モード開始）に応じてサンプリングを開始するように構成してもよい。また、上述の説明では回転部材に用いるアブソリュートエンコーダについて説明したが、回転部材に限らず、平行移動などの移動をする他の移動部材においても移動部材の移動方向に対して垂直な報告から位置検出する位置検出技術において本発明を広く適用することができる。この場合は移動部材の移動量に応じて変位計の計測する距離を異ならせる部材を移動部材に設けれることが好ましい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アブソリュート方式の位置検出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体の移動量、角度、位置、速度などの移動に関する物理的なアナログ量をデジタル量として検出するために、光学式のエンコーダが広く利用されている。一般的なロータリエンコーダは、必要な信号パターンを設けた回転信号板に対し、一方の側から発光ダイオードやＬＥＤ等の発光素子により均一光を照射し、信号パターンを透過した後の透過光、または信号板からの反射光を、フォトダイオードまたはフォトトランジスタ等の受光素子により受光し検知する。機能的に分けるとインクリメンタル方式とアブソリュート方式のロータリエンコーダがある。
【０００３】
インクリメンタル方式のロータリエンコーダは、回転軸の回転角度に応じたパルス信号を出力するものが一般的である。具体的には、等間隔の２値（明／暗）パターンや、等間隔の透過／遮蔽のスリットを同心円状に設けた回転信号板に対して光を照射し、各パターンからの反射光、もしくは各スリットからの透過光をデジタルに変換することで得られる規則的なパルス信号を積算カウントすることにより、基準点からの回転角度や回転量を相対的に検出する特徴を有している。また、このインクリメンタル方式のロータリエンコーダは、電源を入れる度に基準点を設定するための初期化が必要という特徴を有している。
【０００４】
一方、アブソリュート方式のロータリエンコーダは、回転軸の回転角度の絶対値を２進数値に変換して出力するものが一般的である。具体的には、同心円状に形成された複数のトラックに、所望の信号パターン（アブソリュートパターン）を形成した回転信号板に対して光を照射し、各信号パターンからの反射光、もしくは透過光から、二進ビット「０」「１」の読み取りを行うことにより、回転体の絶対的な回転角度や回転位置を検出する特徴を有している。また、このアブソリュート方式のロータリエンコーダは、電源を入れた際に前述のアブソリュートパターンを読み取ることにより現在位置を検出できるため、初期化は不要である。
【０００５】
アブソリュート方式のロータリエンコーダは、回転信号板に同心円状に形成されたアブソリュートパターンが持つ符号ビット数によって、エンコーダの分解能が決定されている。前記符号ビット数をｎとすると、一回転（３６０度）を２のｎ乗分割したエンコーダ信号が得られる。例えば、１０ビットのアブソリュートパターンを用いれば、一回転を２の１０乗（＝１０２４）個に分割したエンコーダ信号が得られる。
特許文献１には、回転角度に応じて半径が変動する曲線を回転円板上に形成し、この半径を２ヶ所で測定した信号とインクリメンタル信号とに基づいて２相信号を出力する光学式アブソリュートエンコーダが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−０９６５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アブソリュート方式のエンコーダは、絶対位置を検出できるといった特徴を有しているが、一方で、分解能を上げようとした場合に、より多ビットなアブソリュートパターン、及びそのパターンを検出するために多数のセンサが必要となり、構成が複雑化しコストが飛躍的に上昇してしまうという問題点があった。
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、装置全体の構成を簡素化するとともにコストを抑えたアブソリュート方式のエンコーダ技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る位置検出装置は、軸の回転角の絶対値を検出するアブソリュート方式のエンコーダであって、光を照射する照射手段と、軸と連動して回転する回転部材と、前記照射手段からの光を反射し、前記軸の回転角度に応じて前記照射手段から反射面までの位置を異ならせる反射手段と、前記反射手段が反射した反射光を受光する受光手段と、前記受光手段の受光した反射光に基づいて前記照射手段から前記反射手段の反射面までの距離を測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された距離に基づいて、前記軸の回転角の絶対値を出力する出力手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、反射板までの距離を測定することにより絶対位置を検出するようにしたため、複雑なアブソリュートパターン等を形成したり、多数の受光センサを用いたりすることなく、高い分解能で絶対位置を検出することが可能である。また、構成が簡単であるため、装置全体のコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】光学センサ部の構成図である。
【図２】受光素子の出力波形を示す波形図である。
【図３】アブソリュートエンコーダの構成図である。
【図４】絶対位置検出部の構成図である。
【図５】信号処理部の内部ブロック図である。
【図６】絶対位置検出の処理を示すフローチャートである。
【図７】アブソリュートエンコーダの構成図である（実施形態２）。
【図８】アブソリュートエンコーダの構成図である（実施形態３）。
【図９】絶対位置検出部の構成図である。
【図１０】信号処理部の内部ブロック図である。
【図１１】絶対位置検出の処理を示すフローチャートである。
【図１２】アブソリュートエンコーダの構成図である（実施形態４）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施形態１）
以下、本発明の一実施形態である実施形態１について図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、実施形態１の位置検出装置としてのアブソリュートエンコーダの光学センサ部１１０の構成を示す概略図である。光学センサ部１１０は、レーザダイオードやＬＥＤ等を有する光源１０１、光源の光を反射板１０５の表面に集光する集光レンズ１０２、反射板１０５から反射された光を受光素子に結像する受光レンズ１０３、および受光レンズに結像された像の空間的な強度分布を撮像する受光素子列１０４を備えている。反射板についての詳細は後述するが、回転軸の回転角度に応じて受光素子列から反射面までの位置を異ならせる機能をもっているものとする。
【００１３】
図２は、受光素子列１０４からの出力波形を示している。
【００１４】
図２のグラフは、縦軸を「光量」、横軸を「受光素子位置」として、受光素子列１０４から出力される中央が最大となるピーク波形を示している。２０１は、ある反射位置での反射波形を示し、同様に２０２は、２０１とは違う反射位置での反射波形を示している。
【００１５】
このように、反射位置の違い（光学センサ部１１０から反射板１０５までの距離の違い）に応じて、反射光の像が受光素子列１０４上の違った位置に結像されるため、光源１０１の光が反射板１０５によって反射されている時の反射波形のピーク位置（中心位置）を検出することで、光学センサ部１１０から反射板１０５までの距離が計測される仕組みとなっている。なお、図１の構成、図２の仕組みは三角測量を利用しているレーザー変位計としては一般的な内容である。
【００１６】
図３は、実施形態１のアブソリュートエンコーダの構成を示している。
【００１７】
図３に示すアビソリュートエンコーダは、モータの回転軸３０１の回転に連動して回転する回転円板部（回転部材）３０２、回転円板部３０２上に構成され回転軸の回転角度に応じて反射面の高さがリニアに変化するように形成された反射板３０３、光学センサ部１１０を有している。図３の構成では光源１０１は回転軸３０１の軸方向から反射板３０３へ照射する。
【００１８】
まず、モータの回転軸３０１が回転すると、それに連動して回転円板部３０２が回転する。反射板３０３は、回転軸３０１の回転角度に応じて高さがリニアに変化するため、回転のたびに光学センサ部を使用して反射板３０３との距離を測定する。次に、測定された距離の値を基に、後に説明する絶対位置換算テーブル５１０の値を参照してモータの絶対位置（回転角の絶対値）を算出する。この絶対位置換算テーブル５１０には、あらかじめ光学センサ部１１０と反射板３０３との距離に応じたモータの絶対位置の値が格納されている。格納方法としては、例えば製品出荷時、または定期的なキャリブレーション時に、測定した距離の値に対応したモータの絶対位置の値を絶対位置換算テーブル５１０へ格納しておけばよい。
【００１９】
図４は、光学センサ部１１０を含めた絶対位置検出部の構成図を示している。
【００２０】
絶対位置検出部は、図４に示すように、前述の光学センサ部１１０と、受光素子列１０４から得られた反射波形をデジタル信号に変換し、デジタル信号を記憶する記憶部４０１、記憶部４０１に保存された反射波形データからモータの絶対位置を算出する信号処理部４０２を有している。
【００２１】
図５は、受光素子列１０４によって取り込んだ反射波形データからモータの絶対位置を算出する信号処理部４０２の概略構成を示すブロック図である。
【００２２】
ピーク検出部５０１は、記憶部４０１に記憶されている反射波形データの最も高い強度を示すピークの位置を検出する。受光素子位置検出部５０２は、ピーク検出部５０１で検出された反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置を検出する。距離算出部５０３は、反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置によって、光学センサ部１１０と反射板３０３との距離を算出する。絶対位置換算テーブル５１０は、あらかじめ光学センサ部１１０と反射板３０３との距離に応じたモータの絶対位置の値が格納されている。絶対位置算出部５０４は、距離算出部５０３で算出した距離の値を基に、絶対位置換算テーブル５１０に格納されている値を参照し、モータの絶対位置を算出する。
【００２３】
図６は、モータの絶対位置を検出する処理を示すフローチャートである。
【００２４】
ステップＳ１０１では、光源１０１が光を照射する。ステップＳ１０２では、受光素子列１０４が反射光を受光する。ステップＳ１０３では、受光した反射波形データを記憶部４０１が記憶する。ステップＳ１０４では、ピーク検出部５０１が反射波形データのピークを検出する。ステップＳ１０５では、検出したピークを受光した受光素子位置を受光素子位置検出部５０２が検出する。ステップＳ１０６では、距離算出部５０３が受光素子の位置から反射面までの距離を算出する。ステップＳ１０７では、絶対位置算出部５０４が絶対位置換算テーブルの値を参照してモータの絶対位置を算出する。
【００２５】
以上説明した通り、実施形態１によれば、反射板までの距離を測定することにより回転体の絶対位置を検出するようにしたため、回転円板に複雑なアブソリュートパターン等を形成したり、多数の受光センサを用いたりすることなく、高い分解能でモータの絶対位置を検出することが可能となった。
【００２６】
（実施形態２）
図７は、実施形態２におけるアブソリュートエンコーダの構成を示す概略図である。なお実施形態１と同様の構成については同じ符号を付すとともに機能的に変わらないものについては詳細な説明を省略する。
【００２７】
図７のアブソリュートエンコーダは、外周に反射板７０３を備え回転軸の回転角度に応じて回転軸から光源方向への半径がリニアに変化する回転円板部７０２を有している。従って、反射板７０３との距離を測定するために光学センサ部１１０は回転軸３０１に対して略垂直に光を照射する。
【００２８】
まず、モータの回転軸３０１が回転すると、それに連動して回転円板部７０２が回転する。反射板７０３は、回転軸３０１の回転量に応じて回転半径がリニアに変化するため、回転のたびに光学センサ部を使用して、反射板７０３との距離を測定する。測定された距離の値を基に、絶対位置換算テーブル５１０の値を参照してモータの絶対位置を算出する。
実施形態１と同様に、絶対位置換算テーブル５１０には、あらかじめ光学センサ部１１０と反射板３０３との距離に応じた絶対位置の値が格納されていることとする。
【００２９】
以上説明した通り、実施形態２ではモータの回転量に応じて回転半径がリニアに変化する回転円板を用いる構成で反射板から光学センサ部までの距離を測定し、モータの絶対位置を検出している。
【００３０】
（実施形態３）
実施形態１においては、モータの回転量に応じて高さがリニアに変化するように形成された反射板を用いる構成で、反射板から光学センサ部までの距離を測定する例を示した。しかしながら、これは回転円板部が理想的に水平回転することが前提になっており、モータの回転ムラや偏心等の影響で、回転円板部上に形成された反射板の位置が微妙に上下にブレてしまうことまでは考慮されていなかった。そこで本実施形態では反射板の位置のブレに着目している。
【００３１】
図８は、実施形態３におけるアブソリュートエンコーダの構成図を示している。
【００３２】
モータの回転軸３０１、回転軸３０１に連動して回転する回転円板部８０２、回転円板部８０２上に構成され、回転軸の回転量に応じて高さがリニアに変化するように形成された反射板３０３、また回転円板部８０２上に構成され、回転軸の回転量に関係なく高さが一定になるように形成された基準反射板８０３が配備される。但し、「回転軸の回転量に関係なく高さが一定であること」とは回転ムラなどの影響による反射板の位置ブレを含まないものとする。光学センサ部においては、レーザダイオード等から構成される光源１０１、光源の光を反射板３０３および基準反射板８０３のそれぞれの表面に分光・集光して照射する分光レンズ８０１、反射板３０３および基準反射板８０３から反射された光を受光素子に結像する受光レンズ１０３、受光レンズに結像された像の空間的な強度分布を撮像する受光素子列１０４によって構成されている。
【００３３】
また、図８の構成図においては、光源、分光レンズ、受光レンズ、受光素子列は共通で使用される構成を示しているが、ここでは特に構成を限定するものではなく、例えば、反射板３０３用と基準反射板８０３用に光源、集光レンズ、受光レンズ、受光素子列をそれぞれ別々に持つ構成でもよい。また、共通で使うものと別々に使うものとの組み合わせでもよいとする。
【００３４】
まず、回転軸３０１の回転量に応じて高さがリニアに変化する反射板３０３と光学センサ部との距離を測定し、続いて、回転軸３０１の回転量に関係なく高さが一定な基準反射板８０３と光学センサ部との距離を測定する。そして、それぞれ測定した距離の差分をとることで、反射板３０３の高さが検出される。これは以下の式で表される。
【００３５】
「光学センサ部から基準反射板８０３まで距離」−「光学センサ部から反射板３０３までの距離」＝「反射板３０３の高さ」
この反射板３０３の高さ値は、たとえモータの回転ムラや偏心等があったとしても、その影響を受けることはなく不変の値として取り扱うことが可能である。
【００３６】
次に、測定された反射板３０３の高さ値を基に、後に説明する絶対位置換算テーブル１０１０の値を参照してモータの絶対位置を算出する。この絶対位置換算テーブル１０１０には、あらかじめ反射板３０３の高さ値に応じた絶対位置の値が格納されていることとする。格納方法としては、例えば製品出荷時、または定期的なキャリブレーション時に、測定した反射板３０３の高さに対応したモータの絶対位置の値を、絶対位置換算テーブル１０１０へ格納しておけばよい。
【００３７】
図９は、光学センサ部を含む絶対位置検出部の構成図を示している。
【００３８】
絶対位置検出部は、図９に示すように、前述の光学センサ部（光源１０１、分光レンズ８０１、受光レンズ１０３、受光素子列１０４）と、受光素子列１０４から得られた反射板（第１反射板）３０３からの反射光（第１反射光）の波形（第１波形データ）をデジタル信号に変換し、デジタル信号を記憶する記憶部９０１、基準反射板（第２反射板）８０３からの反射光（第２反射光）の波形（第２波形データ）をデジタル信号に変換し、デジタル信号を記憶する記憶部９０２、記憶部９０１と記憶部９０２に保存された反射波形データから、第１反射光に対応する第１距離と第２反射光に対応する第２距離を取得し、これらの差分に基づいてモータの絶対位置を算出する信号処理部９０３で構成される。
【００３９】
図１０は、受光素子列１０４によって取り込んだ反射波形データからモータの絶対位置を算出する信号処理部９０３の内部ブロックを示している。
【００４０】
ピーク検出部１００１は、記憶部９０１に記憶されている反射波形データの最も高い強度を示すピークの位置（第１、第２中心位置）を検出する。ピーク検出部１００２は、記憶部９０２に記憶されている反射波形データの最も高い強度を示すピークの位置を検出する。
【００４１】
受光素子位置検出部１００３は、ピーク検出部１００１で検出された反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置を検出する。受光素子位置検出部１００４は、ピーク検出部１００２で検出された反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置を検出する。
【００４２】
距離算出部１００５は、反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置によって、光学センサ部と反射板３０３との距離を算出する。距離算出部１００６は、反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置によって、光学センサ部と基準反射板８０３との距離を算出する。
【００４３】
差分検出部１００７は、算出した光学センサ部と反射板３０３との距離と、算出した光学センサ部と基準反射板８０３との距離の差分を求める。
【００４４】
絶対位置換算テーブル１０１０は、あらかじめ反射板３０３の高さ値に応じたモータの絶対位置の値が格納されている。絶対位置算出部１００８は、差分検出部１００７で算出した反射板３０３の高さ値を基に、絶対位置換算テーブル１０１０に格納されている値を参照し、モータの絶対位置を算出する。
【００４５】
図１１は、実施形態３におけるモータの絶対位置を検出するフローを示している。
【００４６】
ステップＳ２０１は、光源１０１から光を照射するステップを表す。ステップＳ２０２は、分光レンズによって照射光を分光するステップを表す。ステップＳ２０３は、受光素子列１０４にて反射光を受光するステップを表す。
【００４７】
ステップＳ２０４は、反射板３０３からの反射波形データを記憶部９０１にて記憶するステップを表す。ステップＳ２０５は、反射波形データのピークを検出するステップを表す。ステップＳ２０６は、検出したピークを受光した受光素子の位置を検出するステップを表す。ステップＳ２０７は、受光素子の位置によって、光学センサ部から反射板３０３までの距離を算出するステップを表す。
【００４８】
ステップＳ２０８は、基準反射板８０３からの反射波形データを記憶部９０２にて記憶するステップを表す。ステップＳ２０９は、反射波形データのピークを検出するステップを表す。ステップＳ２１０は、検出したピークを受光した受光素子の位置を検出するステップを表す。ステップＳ２１１は、受光素子の位置によって、光学センサ部から反射板８０３までの距離を算出するステップを表す。
【００４９】
ステップＳ２１２は、光学センサ部から反射板３０３までの距離と、光学センサ部から基準反射板８０３との距離の差分を算出するステップを表す。ここで算出された差分の値が反射板３０３の高さ値となる。ステップＳ２１３は、算出された反射板３０３の高さ値を基に、絶対位置換算テーブル１０１０の値を参照してモータの絶対位置を算出するステップを表す。
【００５０】
以上説明した通り、実施形態３によれば、光学センサ部から反射板３０３までの距離と、光学センサ部から基準反射板８０３までの距離の差分を算出し、反射板３０３の高さ値からモータの絶対位置を検出するようにした。これにより、例えモータの回転ムラや偏心等で回転円板部８０２が微妙に上下にブレてしまっても、それらに影響されることなく精度良くモータの絶対位置を検出することが可能となった。
【００５１】
（実施形態４）
図１２は、実施形態４におけるアブソリュートエンコーダを上から見た構成図を示している。なお、図１２の構成図以外は実施形態３と同様の構成であるため、図１２以外の説明は省略する。
【００５２】
モータの回転軸３０１、回転軸３０１に連動して回転する回転円板部１００２、回転円板部１００２の半径は、回転軸の回転量に応じてリニアに変化するように形成されおり、この回転円板部１００２の外周に反射板７０３が配備される。また回転円板部１００２上に構成され、回転軸を中心とした真円の外周に基準反射板１００３が配備される。光学センサ部においては、レーザダイオード等から構成される光源１０１、光源の光を反射板７０３および基準反射板１００３のそれぞれの表面に分光・集光して照射する分光レンズ８０１、反射板７０３および基準反射板１００３から反射された光を受光素子に結像する受光レンズ１０３、受光レンズに結像された像の空間的な強度分布を撮像する受光素子列１０４によって構成されている。
【００５３】
また、図１２の構成図においては、光源、分光レンズ、受光レンズ、受光素子列は共通で使用される構成を示しているが、ここでは特に構成を限定するものではなく、例えば、反射板７０３用と基準反射板１００３用に光源、集光レンズ、受光レンズ、受光素子列をそれぞれ別々に持つ構成でもよい。また、共通で使うものと別々に使うものとの組み合わせでもよいとする。
【００５４】
まず、回転軸３０１の回転量に応じて半径がリニアに変化する反射板７０３と光学センサ部との距離を測定し、続いて、回転軸３０１の回転量に関係なく半径が一定な基準反射板１００３と光学センサ部との距離を測定する。そして、それぞれ測定した距離の差分をとることで、基準反射板１００３から反射板７０３までの距離が検出される。これは以下の式で表される。
【００５５】
「光学センサ部から基準反射板１００３までの距離」−「光学センサ部から反射板７０３までの距離」＝「基準反射板１００３から反射板７０３までの距離」
この基準反射板１００３から反射板７０３までの距離の値は、たとえモータの回転ムラや偏心等があったとしても、その影響を受けることはなく不変の値として取り扱うことが可能である。
【００５６】
次に、測定された基準反射板１００３から反射板７０３までの距離の値を基に、絶対位置換算テーブル１０１０の値を参照してモータの絶対位置を算出する。
実施形態３と同様に、絶対位置換算テーブル１０１０には、あらかじめ反射板７０３から基準反射板１００３までの距離応じたモータの絶対位置の値が格納されていることとする。
【００５７】
以上説明した通り、実施形態４によれば、光学センサ部から反射板７０３までの距離と、光学センサ部から基準反射板１００３までの距離の差分を算出し、基準反射板１００３から反射板７０３までの距離の値からモータの絶対位置を検出するようにした。これにより、例えモータの回転ムラや偏心等で回転円板部１００２が偏心回転しても、それらに影響されることなく精度良くモータの絶対位置を検出することが可能となった。
【００５８】
上述の実施形態ではロータリエンコーダ単体について説明しているが、例えば、本発明は監視カメラ等に適用できる。
【００５９】
停電等により電源の供給が一時ストップ、再度、復旧した場合を想定すると、従来のインクリメンタル方式のロータリエンコーダを搭載している監視カメラの場合は、電源の復旧直後に初期化動作が入る。即ち、監視カメラのレンズ部を一旦初期位置まで移動させ、初期化動作をした後に電源がストップした時のレンズの位置まで戻す。そして映像の記録を再開するという手順が必須であった。
【００６０】
しかし、本発明のアブソリュート方式のロータリエンコーダを搭載している監視カメラの場合は、初期化の必要がないため、電源が復旧すれば現在位置のまま映像の記録を再開することが可能というメリットがある。また特許文献１のように複数の信号を用いて絶対位置を検出する必要がなく位置検出の処理が簡単であり、センサを多数設ける必要もないので装置の小型化、低コスト化を図ることが可能となる。
【００６１】
なお、上述の実施形態では三角測距式の光学センサを用いる例について説明したが、レーザフォーカス方式の光学センサを用いてもよい。また、本願発明は回転軸の回転角度に応じて測定基準面の位置を異ならせる方式であるため、他の変位計測方式を用いても同様に適用することができる。ただ、回転体であることから非接触方式の非接触変位計であることが好ましい。
【００６２】
また、変位計は回転のたびにセンサから反射面までの距離を測定すると説明したが、単純に所定のサンプリング周期毎に測定してもよい。また、外部からのトリガ（電源オン、所定モード開始）に応じてサンプリングを開始するように構成してもよい。また、上述の説明では回転部材に用いるアブソリュートエンコーダについて説明したが、回転部材に限らず、平行移動などの移動をする他の移動部材においても移動部材の移動方向に対して垂直な報告から位置検出する位置検出技術において本発明を広く適用することができる。この場合は移動部材の移動量に応じて変位計の計測する距離を異ならせる部材を移動部材に設けれることが好ましい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸の回転角の絶対値を検出するアブソリュート方式のエンコーダであって、
光を照射する照射手段と、
軸と連動して回転する回転部材と、
前記照射手段からの光を反射し、前記軸の回転角度に応じて前記照射手段から反射面までの位置を異ならせる反射手段と、
前記反射手段が反射した反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段の受光した反射光に基づいて前記照射手段から前記反射手段の反射面までの距離を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された距離に基づいて、前記軸の回転角の絶対値を出力する出力手段とを有することを特徴とするアブソリュート方式のエンコーダ。
【請求項２】
前記受光手段は、前記反射手段で反射した反射光に応じた波形データを撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された波形データの中心位置を検出する検出手段と、をさらに備え、前記測定手段は前記検出手段により検出された中心位置によって、前記照射手段から前記反射手段の反射面までの距離を測定することを特徴とする請求項１に記載のアブソリュート方式のエンコーダ。
【請求項３】
前記反射手段は前記軸の回転角度に応じて反射面の高さがリニアに変化するように前記回転部材の前記軸と略垂直な面に設けられ、前記照射手段は前記反射手段に対し前記軸の軸方向から光を照射することを特徴とする請求項１又は２に記載のアブソリュート方式のエンコーダ。
【請求項４】
前記反射手段は前記軸の回転角度に応じて反射面の高さがリニアに変化するように前記回転部材の外周に設けられ、前記照射手段は前記反射手段に対し前記軸に垂直な方向から光を照射することを特徴とする請求項１又は２に記載のアブソリュート方式のエンコーダ。
【請求項５】
軸の回転角の絶対値を検出するアブソリュート方式のエンコーダであって、
光を照射する照射手段と、
軸と連動して回転する回転部材と、
前記照射手段からの光を第１反射光として反射し、前記軸の回転角度に応じて前記照射手段から反射面までの位置を異ならせる第１反射手段と、
前記軸の回転角度によらず前記照射手段からの光を第２反射光として反射する第２反射手段と、
前記第１、第２反射手段が反射した第１、第２反射光を受光する受光手段と
前記受光手段の受光した第１、第２反射光に基づいて前記軸の回転角の絶対値を出力する出力手段とを有することを特徴とするアブソリュート方式のエンコーダ。
【請求項６】
前記受光手段は、前記第１、第２反射手段で反射した第１、第２反射光に応じた第１、第２波形データを撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された第１、第２波形データの第１、第２中心位置を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された中心位置によって第１、第２距離を取得する測定手段と、をさらに備え、前記出力手段は第１、第２距離の差分に基づいて前記軸の回転角の絶対値を出力することを特徴とする請求項５に記載のアブソリュート方式のエンコーダ。
【請求項７】
移動部材の絶対位置を前記移動部材の移動方向に対して垂直な方向から検出するアブソリュート方式のエンコーダであって、非接触変位計と、前記移動部材の移動量に応じて前記非接触変位計の測定する変位を異ならせる変位手段と、前記非接触変位計によって測定された距離に基づいて、前記移動部材の絶対位置を出力する出力手段とを有することを特徴とするアブソリュート方式のエンコーダ。
【請求項８】
軸と連動して回転し、回転角度に応じて円の半径がリニアに変化するように構成された円の外周に取り付けられた第１反射板と、
回転角度によらず円の半径が一定になるように構成された円の外周に取り付けられた第２反射板を備えた回転円板部と、
前記第１、第２反射板に対し、光を照射する照射手段と、
前記第１、第２反射板で反射した反射光に応じた波形データを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された波形データの中心位置を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された中心位置に基づいて、前記反射板の反射位置までの距離を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された、前記第１反射板までの距離と前記第２反射板までの距離の差分に基づいて、前記軸の回転角度の絶対値を出力する出力手段とを有することを特徴とするアブソリュート方式のエンコーダ。
【請求項１】
軸の回転角の絶対値を検出するアブソリュート方式のエンコーダであって、
光を照射する照射手段と、
軸と連動して回転する回転部材と、
前記照射手段からの光を反射し、前記軸の回転角度に応じて前記照射手段から反射面までの位置を異ならせる反射手段と、
前記反射手段が反射した反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段の受光した反射光に基づいて前記照射手段から前記反射手段の反射面までの距離を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された距離に基づいて、前記軸の回転角の絶対値を出力する出力手段とを有することを特徴とするアブソリュート方式のエンコーダ。
【請求項２】
前記受光手段は、前記反射手段で反射した反射光に応じた波形データを撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された波形データの中心位置を検出する検出手段と、をさらに備え、前記測定手段は前記検出手段により検出された中心位置によって、前記照射手段から前記反射手段の反射面までの距離を測定することを特徴とする請求項１に記載のアブソリュート方式のエンコーダ。
【請求項３】
前記反射手段は前記軸の回転角度に応じて反射面の高さがリニアに変化するように前記回転部材の前記軸と略垂直な面に設けられ、前記照射手段は前記反射手段に対し前記軸の軸方向から光を照射することを特徴とする請求項１又は２に記載のアブソリュート方式のエンコーダ。
【請求項４】
前記反射手段は前記軸の回転角度に応じて反射面の高さがリニアに変化するように前記回転部材の外周に設けられ、前記照射手段は前記反射手段に対し前記軸に垂直な方向から光を照射することを特徴とする請求項１又は２に記載のアブソリュート方式のエンコーダ。
【請求項５】
軸の回転角の絶対値を検出するアブソリュート方式のエンコーダであって、
光を照射する照射手段と、
軸と連動して回転する回転部材と、
前記照射手段からの光を第１反射光として反射し、前記軸の回転角度に応じて前記照射手段から反射面までの位置を異ならせる第１反射手段と、
前記軸の回転角度によらず前記照射手段からの光を第２反射光として反射する第２反射手段と、
前記第１、第２反射手段が反射した第１、第２反射光を受光する受光手段と
前記受光手段の受光した第１、第２反射光に基づいて前記軸の回転角の絶対値を出力する出力手段とを有することを特徴とするアブソリュート方式のエンコーダ。
【請求項６】
前記受光手段は、前記第１、第２反射手段で反射した第１、第２反射光に応じた第１、第２波形データを撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された第１、第２波形データの第１、第２中心位置を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された中心位置によって第１、第２距離を取得する測定手段と、をさらに備え、前記出力手段は第１、第２距離の差分に基づいて前記軸の回転角の絶対値を出力することを特徴とする請求項５に記載のアブソリュート方式のエンコーダ。
【請求項７】
移動部材の絶対位置を前記移動部材の移動方向に対して垂直な方向から検出するアブソリュート方式のエンコーダであって、非接触変位計と、前記移動部材の移動量に応じて前記非接触変位計の測定する変位を異ならせる変位手段と、前記非接触変位計によって測定された距離に基づいて、前記移動部材の絶対位置を出力する出力手段とを有することを特徴とするアブソリュート方式のエンコーダ。
【請求項８】
軸と連動して回転し、回転角度に応じて円の半径がリニアに変化するように構成された円の外周に取り付けられた第１反射板と、
回転角度によらず円の半径が一定になるように構成された円の外周に取り付けられた第２反射板を備えた回転円板部と、
前記第１、第２反射板に対し、光を照射する照射手段と、
前記第１、第２反射板で反射した反射光に応じた波形データを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された波形データの中心位置を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された中心位置に基づいて、前記反射板の反射位置までの距離を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された、前記第１反射板までの距離と前記第２反射板までの距離の差分に基づいて、前記軸の回転角度の絶対値を出力する出力手段とを有することを特徴とするアブソリュート方式のエンコーダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
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【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
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【公開番号】特開２０１３−２８７４（Ｐ２０１３−２８７４Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３２２８１（Ｐ２０１１−１３２２８１）
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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