特開 2020-118576 光学式エンコーダ及びその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-118576(P2020-118576A)

(43)【公開日】2020年8月6日

(54)【発明の名称】光学式エンコーダ及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/347 20060101AFI20200710BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/347 110A

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2019-10833(P2019-10833)

(22)【出願日】2019年1月25日

(71)【出願人】

【識別番号】514150181

【氏名又は名称】大銀微系統股▲分▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＨＩＷＩＮ ＭＩＫＲＯＳＹＳＴＥＭ ＣＯＲＰ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】陳燦林

(72)【発明者】

【氏名】劉金松

【テーマコード（参考）】

2F103

【Ｆターム（参考）】

2F103BA09

2F103CA01

2F103CA02

2F103CA03

2F103DA01

2F103EA03

2F103EA12

2F103EA17

2F103EB01

2F103EB16

2F103EB32

2F103EB33

(57)【要約】      （修正有）

【課題】光学式エンコーダを提供する。
【解決手段】光学式エンコーダは、発光素子１０、コードホイール２０、グレーティングディスク３０及び検出素子４０を含む。コードホイール２０は発光素子１０の側に設けられ、且つ複数のキャラクタ領域２１を含む。グレーティングディスク３０は、発光素子１０と向かい合うコードホイール２０の一方の側に設けられ、且つ複数の透光パターン３１を含む。検出素子４０は、コードホイール２０と向かい合うグレーティングディスク３０の一方の側に設けられ、且つ制御ユニット及び透光パターン３１に対応する複数の検出ユニット４２を含み、そのうちの検出素子４０は複数の検出アレイを含み、そのうちの各検出アレイは少なくとも２つの検出ユニット４２で構成され、且つ隣り合う検出アレイ中の等間隔の検出ユニット４２は同一の信号伝送路に接続される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光素子と、
前記発光素子の側に設けられ、且つ周期的環形状配置を呈するとともに、光を透過させるか又は光を反射することができる複数のキャラクタ領域を含むコードホイール（ｃｏｄｅ ｗｈｅｅｌ）と、
並列配置を呈する複数の透光パターンを含むグレーティングディスク（ｇｒａｔｉｎｇ ｄｉｓｋ）と、
制御ユニット及び前記透光パターンに対応する複数の検出ユニットを含み、そのうちの前記検出ユニットは前記グレーティングディスクのキャラクタ領域及び前記透光パターンを経由した光線を受光し、受光した光線を電気信号に変換した後、複数の信号伝送路から前記制御ユニットに伝送する検出素子と、を含み、
前記検出素子は複数の検出アレイを含み、そのうちの各前記検出アレイは少なくとも２つの前記検出ユニットで構成され、且つ隣り合う検出アレイ中の等間隔の前記検出ユニットは同一の信号伝送路に接続されることを特徴とする光学式エンコーダ。

【請求項2】

前記検出素子は４組の検出アレイを含み、各前記検出アレイは第１検出ユニット、第２検出ユニット、第３検出ユニット及び第４検出ユニットで構成され、且つ各前記透光パターンに対応する前記第１検出ユニットの信号伝送路は並列接続を呈し、各前記透光パターンに対応する前記第２検出ユニットの信号伝送路は並列接続を呈し、各前記透光パターンに対応する前記第３検出ユニットの信号伝送路は並列接続を呈し、各前記透光パターンに対応する前記第４検出ユニットの信号伝送路は並列接続を呈することを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。

【請求項3】

前記グレーティングディスクは前記発光素子と向かい合う前記コードホイールの一方の側に設けられ、且つ前記検出素子は、前記コードホイールと向かい合う前記グレーティングディスクの一方の側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。

【請求項4】

前記グレーティングディスク、前記検出素子及び前記発光素子は前記コードホイールの同一の側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。

【請求項5】

各前記透光パターンは２つの円形領域及び２つの接続領域を含み、前記２つの接続領域はそれぞれ前記２つの円形領域の間に位置しており、且つ互いに頂点で相接しており、且つ隣接する円形領域と相接していることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。

【請求項6】

各前記透光パターンは３つの円形領域及び２つの接続領域を含み、前記２つの接続領域はそれぞれ前記３つの円形領域の間に位置しており、且つ各前記円形領域は隣り合う互いの接線によって前記接続領域の境界を形成していることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。

【請求項7】

前記円形領域の半径は互いに異なるか又は同一であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の光学式エンコーダ。

【請求項8】

前記制御ユニットの制御方法には、
前記検出アレイの前記信号伝送路の信号を受信すること、
各前記同一の信号伝送路から来る信号を独立信号と定義すること、
前記検出アレイの前記独立信号を平均して検出信号を取得すること、及び、
前記検出信号に基づいて変位情報を解析することを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。

【請求項9】

前記制御ユニットの前記制御方法には、
前記透光パターンに対応する前記第１検出ユニットの信号伝送路を第１信号として受信すること、
前記透光パターンに対応する前記第２検出ユニットの信号伝送路を第２信号として受信すること、
前記透光パターンに対応する前記第３検出ユニットの信号伝送路を第３信号として受信すること、
前記透光パターンに対応する前記第４検出ユニットの信号伝送路を第４信号として受信すること、及び、
前記第１信号、前記第２信号、前記第３信号、前記第４信号を平均することで変位情報を解析することを含むことを特徴とする請求項２に記載の光学式エンコーダ。

【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に関し、特に製造プロセスを簡略化し、検出精度を向上させた光学式エンコーダに関するものである。

【背景技術】

【0002】

光学式エンコーダは、光の変動を検出して取得した信号によって機械的変位量の程度を測定するが、取得するアナログ信号を正弦波信号により近づけるため、周知技術では、透光パターンを矩形、台形、菱形、波形又はＶ字などの形状に設計して、正弦波に近いアナログ信号を取得するものが開示されている。

【0003】

従来技術では、透光パターンの形状を変更することで、検出されたアナログ信号を正弦波の値により近づけることを可能にしているが、その形状はあまりに複雑であり、製造プロセスが困難であるという欠点があった。

【0004】

また、上記パターンの設計サイズはいずれもマイクロメートル級であるため、単一の透光パターンに対応する光検出ユニットでサンプリングして変位情報を判断する場合には、検出される光の強度が低すぎるために干渉を受けやすく、信号不良を招いて誤判断が生じてしまう可能性があった。そのため、如何に透光パターンの形状及び検出方式の変更によって製造プロセスを簡略化し、検出精度を向上させるかが光学式エンコーダにおける研究の方向性となっている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

これに鑑み、本発明は、グレーティングディスク上に設計された透光パターンの形状によって理想的な正弦波信号を発生させ、且つ異なる検出アレイの検出信号の平均を用いて検出精度を向上させる、光学式エンコーダを提供することを主な目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明が提供する光学式エンコーダは、発光素子、コードホイール、グレーティングディスク及び検出素子を含む。コードホイールは発光素子の側に設けられ、且つ複数のキャラクタゾーンを含む。グレーティングディスクは、発光素子と向かい合うコードホイールの一方の側に設けられ、且つ複数の透光パターンを含む。検出素子は、コードホイールと向かい合うグレーティングディスクの一方の側に設けられ、且つ制御ユニット及び透光パターンに対応する複数の検出ユニットを含み、そのうちの検出素子は複数の検出アレイを含み、そのうちの各検出アレイは少なくとも２つの検出ユニットで構成され、且つ隣り合う検出アレイ中の等間隔の検出ユニットは同一の信号伝送路に接続される。

【0007】

本発明の１つの実施例では、検出素子は４組の検出アレイを含み、各検出アレイは第１検出ユニット、第２検出ユニット、第３検出ユニット及び第４検出ユニットで構成され、且つ各透光パターンに対応する第１検出ユニットの信号伝送路は並列接続を呈し、各透光パターンに対応する第２検出ユニットの信号伝送路は並列接続を呈し、各透光パターンに対応する第３検出ユニットの信号伝送路は並列接続を呈し、各透光パターンに対応する第４検出ユニットの信号伝送路は並列接続を呈する。

【0008】

本発明の１つの実施例では、グレーティングディスクの透光パターンは並列配置を呈する。

【0009】

本発明の１つの実施例では、コードホイールのキャラクタ領域は周期的環形状配置を呈する。さらに、キャラクタ領域には、光を透過させることができるか、又は光を反射することができる機能を持たせている。

【0010】

本発明の１つの実施例では、各透光パターンは２つの円形領域及び２つの接続領域を含み、２つの接続領域はそれぞれ２つの円形領域の間に位置しており、且つ互いに頂点で相接しており、且つ隣接する円形領域と相接している。

【0011】

本発明の１つの実施例では、各透光パターンは３つの円形領域及び２つの接続領域を含み、２つの接続領域はそれぞれ３つの円形領域の間に位置しており、且つ各円形領域は隣り合う互いの接線によって接続領域の境界を形成している。

【0012】

本発明の１つの実施例では、円形領域の半径は互いに異なるか又は同一である。

【0013】

本発明の１つの実施例では、制御ユニットの制御方法には、検出アレイの信号伝送路の信号を受信し、同一の信号伝送路から来る信号をそれぞれ独立信号と定義し、検出アレイの独立信号を平均することで検出信号を取得し、さらに検出信号に基づいて変位情報を解析することを含む。

【0014】

本発明の１つの実施例では、制御ユニットの制御方法には、透光パターンに対応する第１検出ユニットの信号伝送路を第１信号として受信し、透光パターンに対応する第２検出ユニットの信号伝送路を第２信号として受信し、透光パターンに対応する第３検出ユニットの信号伝送路を第３信号として受信し、透光パターンに対応する第４検出ユニットの信号伝送路を第４信号として受信し、さらに第１信号、第２信号、第３信号及び第４信号を平均することで変位情報を解析することを含む。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の光学式エンコーダの実施例の構造分解概略図である。

【図2】本発明の実施例のグレーティングディスクの平面概略図である。

【図3-1】本発明の実施例のグレーティングディスク上の透光パターンの概略図である。

【図3-2】本発明の別の実施例のグレーティングディスクの透光パターンの概略図である。

【図4】本発明の実施例の検出素子の平面概略図である。

【図5】本発明の実施例の制御ユニットの制御方法のフローチャートである。

【図6】本発明の光学式エンコーダの別の実施例の構造分解概略図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例】

【0016】

最初に、図１及び図４を参照して、本発明の実施例の光学式エンコーダは、発光素子（１０）、コードホイール（２０）、グレーティングディスク（３０）及び検出素子（４０）が含まれる。

【0017】

コードホイール（２０）は発光素子の片側に設けられ、且つ周期的に環形状に配置された複数のキャラクタ領域（２１）を含む。グレーティングディスク（３０）は、発光素子（１０）と向かい合うコードホイール（２０）の一方の側に設けられ、且つ複数の透光パターン（３１）を含む。検出素子（４０）は、コードホイール（２０）と向かい合うグレーティングディスク（３０）の一方の側に設けられ、且つ制御ユニット（４１）及び透光パターン（３１）に対応する複数の検出ユニット（４２）を含む。

【0018】

本発明の実施例の光学式エンコーダは、回転軸部材の端部に設置され、検出素子（４０）の検出ユニット（４２）がコードホイール（２０）のキャラクタ領域（２１）及び透光パターン（３１）の光線を受光し、受光した光線を電気信号に変換した後、複数の信号伝送路によって制御ユニット（４１）に伝送し、これにより回転運動の変位情報を解析する。

【0019】

図２及び図３−１を参照して、グレーティングディスク（３０）の透光パターン（３１）は並列配置を呈しており、本実施例では、各透光パターン（３１）は３つの円形領域（３１１）及び２つの接続領域（３１２）を有し、そのうち２つの接続領域（３１２）はそれぞれ３つの円形領域（３１１）の間に位置しており、且つ各円形領域（３１１）は隣り合う互いの接線によって接続領域（３１２）の境界を形成している。本実施例において、３つの円形領域（３１１）のそれぞれは異なる半径を有するが、決してこれに限定されず、その他の実施例では、３つの円形領域（３１１）は同一の半径を有することができる。

【0020】

図３−２を参照して、別の透光パターンの実施例では、各透光パターン（３１）は２つの円形領域（３１１）及び２つの接続領域（３１２）を含み、２つの接続領域（３１２）はそれぞれ２つの円形領域（３１１）の間に位置しており、且つ互いに頂点で相接しており、且つ隣接する円形領域（３１１）と相接している。本実施例において、２つの円形領域（３１１）のそれぞれは同一の半径を有するが、決してこれに限定されず、その他の実施例では、２つの円形領域（３１１）は異なる半径を有することができる。

【0021】

図４及び図５を参照して、検出素子（４０）は４組の検出アレイ（４２１）を含み、各検出アレイ（４２１）は第１検出ユニット（４２ａ）、第２検出ユニット（４２ｂ）、第３検出ユニット（４２ｃ）及び第４検出ユニット（４２ｄ）で構成され、その中で、検出ユニット（４２）は対応する透光パターン（３１）を有する。隣り合う検出アレイ（４２１）中の第１検出ユニット（４２ａ）は同一の間隔（ｄ１）を有し、且つ同一の信号伝送路（４３）に接続されて並列接続を呈しており、隣り合う検出アレイ（４２１）中の第２検出ユニット（４２ｂ）は同一の間隔（ｄ２）を有し、且つ同一の信号伝送路（４３）に接続されて並列接続を呈しており、隣り合う検出アレイ（４２１）中の第３検出ユニット（４２ｃ）は同一の間隔（ｄ３）を有し、且つ同一の信号伝送路（４３）に接続されて並列接続を呈しており、隣り合う検出アレイ（４２１）中の第４検出ユニット（４２ｄ）は同一の間隔（ｄ４）を有し、且つ同一の信号伝送路（４３）に接続されて並列接続を呈している。信号伝送路（４３）のそれぞれは、制御ユニット（４１）と各検出ユニット（４２）との間に接続され、これにより受光した光線が電気信号に変換された後に、伝送路から制御ユニット（４１）に伝送される。

【0022】

上記の検出ユニット（４２）及び信号伝送路（４３）の配置により、制御ユニット（４１）が信号伝送路（４３）の信号を受信した後に、同一の信号伝送路（４３）から来る信号を独立信号と定義し、且つそれらの独立信号を平均して検出信号を取得し、最後に検出信号に基づいて変位情報を解析する。

【0023】

本実施例では、制御ユニット（４１）が、透光パターン（３１）に対応する第１検出ユニット（４２ａ）の信号伝送路（４３）を第１信号として受信し、透光パターン（３１）に対応する第２検出ユニット（４２ｂ）の信号伝送路（４３）を第２信号として受信し、透光パターン（３１）に対応する第３検出ユニット（４２ｃ）の信号伝送路（４３）を第３信号として受信し、透光パターン（３１）に対応する第４検出ユニット（４２ｄ）の信号伝送路（４３）を第４信号として受信し、さらに第１信号、第２信号、第３信号及び第４信号を平均することで変位情報を解析する。

【0024】

上記の説明では、キャラクタ領域（２１）が光を透過させることができるスリット構造の透過型光学式エンコーダを実施例としたが、本発明は反射型光学式エンコーダ（図６が示す通り）にも応用可能であり、透過型光学式エンコーダとの構造の違いは、グレーティングディスク（３０ａ）と検出素子（４０ａ）がコードホイール（２０ａ）に設けられた発光素子（１０ａ）と同じ側にあるという点だけであり、コードホイール（２０ａ）表面に設けられた高反射率のコーティングで構成された各キャラクタ領域（２１ａ）が光線を反射し、検出素子（４０ａ）の検出ユニット（４２ａ）が透光パターン（３１ａ）を透過する光線を受光し、受光した光線を電気信号に変換した後に、複数の信号伝送路から制御ユニット（４１）に伝送し、これにより回転運動の変位情報を解析する。また、その他の実施例ではグレーティングディスク（３０ａ）と検出素子（４０ａ）を単一の素子に統合することができ、上記の実施例が開示する分離式設計に限定されない。

【0025】

要約すると、本発明は、グレーティングディスク（３０）上に設計された透光パターン（３１）の形状によって理想的な正弦波信号を発生させ、且つ異なる検出アレイ（４２１）の検出信号の平均を用いて検出精度を向上させる。

【図1】

【図2】

【図3-1】

【図3-2】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2020年4月15日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光素子と、
前記発光素子の側に設けられ、且つ周期的環形状配置を呈するとともに、光を透過させるか又は光を反射することができる複数のキャラクタ領域を含むコードホイール（ｃｏｄｅ ｗｈｅｅｌ）と、
並列配置を呈する複数の透光パターンを含むグレーティングディスク（ｇｒａｔｉｎｇ ｄｉｓｋ）と、
制御ユニット及び前記透光パターンに対応する複数の検出ユニットを含み、そのうちの前記検出ユニットは前記グレーティングディスクのキャラクタ領域及び前記透光パターンを経由した光線を受光し、受光した光線を電気信号に変換した後、複数の信号伝送路から前記制御ユニットに伝送する検出素子と、を含み、
前記検出素子は複数の検出アレイを含み、そのうちの各前記検出アレイは少なくとも２つの前記検出ユニットで構成され、且つ隣り合う検出アレイ中の等間隔の前記検出ユニットは同一の信号伝送路に接続され、
各前記透光パターンは２つの円形領域及び２つの接続領域を含み、前記２つの接続領域はそれぞれ前記２つの円形領域の間に位置しており、且つ互いに頂点で相接しており、且つ隣接する円形領域と相接していることを特徴とすることを特徴とする光学式エンコーダ。

【請求項2】

発光素子と、
前記発光素子の側に設けられ、且つ周期的環形状配置を呈するとともに、光を透過させるか又は光を反射することができる複数のキャラクタ領域を含むコードホイール（ｃｏｄｅ ｗｈｅｅｌ）と、
並列配置を呈する複数の透光パターンを含むグレーティングディスク（ｇｒａｔｉｎｇ ｄｉｓｋ）と、
制御ユニット及び前記透光パターンに対応する複数の検出ユニットを含み、そのうちの前記検出ユニットは前記グレーティングディスクのキャラクタ領域及び前記透光パターンを経由した光線を受光し、受光した光線を電気信号に変換した後、複数の信号伝送路から前記制御ユニットに伝送する検出素子と、を含み、
前記検出素子は複数の検出アレイを含み、そのうちの各前記検出アレイは少なくとも２つの前記検出ユニットで構成され、且つ隣り合う検出アレイ中の等間隔の前記検出ユニットは同一の信号伝送路に接続され、
各前記透光パターンは３つの円形領域及び２つの接続領域を含み、前記２つの接続領域はそれぞれ前記３つの円形領域の間に位置しており、且つ各前記円形領域は隣り合う互いの接線によって前記接続領域の境界を形成していることを特徴とする光学式エンコーダ。

【請求項3】

前記検出素子は４組の検出アレイを含み、各前記検出アレイは第１検出ユニット、第２検出ユニット、第３検出ユニット及び第４検出ユニットで構成され、且つ各前記透光パターンに対応する前記第１検出ユニットの信号伝送路は並列接続を呈し、各前記透光パターンに対応する前記第２検出ユニットの信号伝送路は並列接続を呈し、各前記透光パターンに対応する前記第３検出ユニットの信号伝送路は並列接続を呈し、各前記透光パターンに対応する前記第４検出ユニットの信号伝送路は並列接続を呈することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学式エンコーダ。

【請求項4】

前記グレーティングディスクは前記発光素子と向かい合う前記コードホイールの一方の側に設けられ、且つ前記検出素子は、前記コードホイールと向かい合う前記グレーティングディスクの一方の側に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学式エンコーダ。

【請求項5】

前記グレーティングディスク、前記検出素子及び前記発光素子は前記コードホイールの同一の側に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学式エンコーダ。

【請求項6】

前記円形領域の半径は互いに異なるか又は同一であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学式エンコーダ。

【請求項7】

前記制御ユニットの制御方法には、
前記検出アレイの前記信号伝送路の信号を受信すること、
各前記同一の信号伝送路から来る信号を独立信号と定義すること、
前記検出アレイの前記独立信号を平均して検出信号を取得すること、及び、
前記検出信号に基づいて変位情報を解析することを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学式エンコーダ。

【請求項8】

前記制御ユニットの前記制御方法には、
前記透光パターンに対応する前記第１検出ユニットの信号伝送路を第１信号として受信すること、
前記透光パターンに対応する前記第２検出ユニットの信号伝送路を第２信号として受信すること、
前記透光パターンに対応する前記第３検出ユニットの信号伝送路を第３信号として受信すること、
前記透光パターンに対応する前記第４検出ユニットの信号伝送路を第４信号として受信すること、及び、
前記第１信号、前記第２信号、前記第３信号、前記第４信号を平均することで変位情報を解析することを含むことを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。

【外国語明細書】

2020118576000001.pdf