专利名称：光全周编码器及马达系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光全周编码器及马达系统。
背景技术：
编码器使用于测定移动体的位置、速度等物理量。该编码器根据移动体的移动方向主要大致分类为旋转型(以下也称为“旋转”)和直线型(以下也称为“线性”)。使用旋转编码器(以下也仅称为“编码器”)的旋转马达(以下也仅称为“马达”) 大多根据由编码器检测出的旋转位置等来进行位置控制。这种位置控制的精度等较大地受到编码器精度的影响。因而，在精密化的设备等中，为实现高精度的位置控制，正在开发高精度的编码器。可是，在根据检测原理而大致分类为多个种类的编码器中，尤其光学式编码器与例如磁式等的利用其它检测原理的编码器相比，可实现高精度的位置检测。主要的光学式编码器向在与旋转体(移动体的一个例子)连接的圆盘上所形成的狭缝照射光，接收来自该狭缝的反射光或透过光。其结果，光学式编码器根据基于圆盘的旋转而反复出现的反射光或透过光来检测位置。因而，该光学式编码器可根据形成狭缝的精度实现非常高的位置检测精度。在这种光学式编码器中，大多使用与形成在圆盘上的旋转狭缝相对应的固定狭缝，以产生与圆盘的旋转相对应的反射光或透过光。也就是说，该光学式编码器构成为，旋转狭缝基于圆盘的旋转而相对于固定狭缝到达规定位置时，反射光或透过光到达受光元件。因而，受光元件接收基于圆盘旋转的信号，根据该受光信号生成位置信息。因而，为了进行高精度的位置检测，光学式编码器需要高精度地调整旋转狭缝和固定狭缝的位置关系。 这是因为当固定狭缝和旋转狭缝的位置关系存在误差时，由于该误差，受光元件接收到设计上所不希望的反射光及透过光等，由此增加了干扰。为了减少这种干扰，开发出了光全周补偿式的旋转编码器(以下也称为“光全周编码器”)(例如参照日本国特表2006-515426号公报)。该光全周编码器相对于大致所有形成在圆盘全周上的多个狭缝照射光，接收其反射光或透过光。因而，即使例如像圆盘被偏心安装时等在固定圆盘和旋转圆盘的位置关系上产生误差时，也能够通过使用从全周上得到的反射光或透过光而使误差相互抵消。因而，如此提高抗误差性能的结果，可容易地制造光全周编码器。另一方面，不限于光学式编码器，为了检测出圆盘的旋转方向，需要取得电角例如 90°相位不同的周期性的2个以上的受光信号。如此，将相位不同的2个受光信号也分别称为A相信号及B相信号。为了生成这种A相信号及B相信号，在上述光全周编码器中，如日本国特表 2006-515426号公报所示，在绕转轴的全周上形成的旋转狭缝及固定狭缝的至少一方由例如90°相位不同且在径向上并列的二重狭缝形成。而且，为在二重化后的每个狭缝上得到不同的信号，使光路等在径向、高度方向(轴向)上二重化。如此，在径向、高度方向上二重化后的光路等导致装置整体大型化。
发明内容
于是，本发明是鉴于上述问题而进行的，本发明的目的在于提供一种容易制造且能够实现小型化的光全周编码器及马达系统。 为了解决上述课题，根据本发明的一个观点，提供一种光全周编码器，其具有旋转码道，能够跟随可绕转轴旋转的旋转体旋转，并且以上述转轴为中心被设定为环状；多个旋转狭缝，在上述旋转码道中等节距地形成为以上述转轴为中心的放射状并使光透过；固定码道，被设定为在上述旋转码道的一侧与该旋转码道相对应地以环状固定， 并且在周向上被分割为2个以上的区域；多个固定狭缝，在上述固定码道中等节距地在上述区域内形成为以上述转轴为中心的放射状并使光透过；导光部，使透过上述多个固定狭缝及上述多个旋转狭缝后的光集中并导向上述转轴附近；及2个以上的受光部，配置在上述转轴附近，在上述2个以上的每个区域内分别接收被上述导光部引导的光，上述固定码道中的一个上述区域内的多个固定狭缝和与该一个区域邻接的其它上述区域内的多个固定狭缝以在上述2个以上的受光部的受光信号之间产生可判别旋转方向的相位差的方式而形成。而且，上述固定码道也可以被分割为4的整数倍个数的上述区域。而且，上述导光部也可以具有多个遮光部，其在对应于上述2个以上区域的边界的位置上遮挡横跨上述2个以上区域的光。而且，上述固定码道所具有的2个以上的区域被设定为绕上述转轴成上述区域数量的旋转对称，绕上述转轴成点对称关系的2个上述区域各自的上述多个固定码道也能够以在2 个上述受光部的受光信号之间产生电角0°或180°的相位差的方式而形成。而且，也可以还具有位置数据生成部，其根据对从成上述点对称关系的2个区域得到的2个受光信号彼此进行加法运算或减法运算后的结果，生成包括上述旋转体旋转方向的位置数据。而且，也可以还具有基板，配置有发光的光源及上述2个以上的受光部，在上述固定码道的与上述旋转码道的相反侧以位于上述转轴上的方式配置有上述光源；及反射部，配置在上述旋转码道的另一侧，使透过上述多个固定狭缝后透过上述多个旋转狭缝的光向该多个旋转狭缝反射，上述导光部为，以与上述固定码道之间夹着上述基板而覆盖该基板的方式从上述转轴上向上述固定码道延长形成，向上述固定码道照射从配置在上述转轴上的光源发出的光，
使被上述反射部反射后依次透过上述多个旋转狭缝及上述多个固定狭缝的光向上述转轴集中并导向上述2个以上的受光部。而且，为了解决上述课题，根据本发明的另一个观点，提供一种马达系统，其具备 马达部，使旋转轴旋转；光全周编码器，与上述旋转轴连结并测定上述旋转轴的位置；及控制部，根据上述光全周编码器所检测出的位置控制上述马达部的旋转，上述光全周编码器具有旋转码道，可跟随上述旋转体旋转，并且以上述转轴为中心被设定为环状；多个旋转狭缝，在上述旋转码道中等节距地形成为以上述转轴为中心的放射状并使光透过；固定码道，被设定为在上述旋转码道的一侧与该旋转码道相对应地以环状固定， 并且在周向上被分割为2个以上的区域；多个固定狭缝，在上述固定码道中等节距地在上述区域内形成为以上述转轴为中心的放射状并使光透过；导光部，使透过上述多个固定狭缝及上述多个旋转狭缝后的光集中并导向上述转轴附近；及2个以上的受光部，配置在上述转轴附近，在上述2个以上的每个区域内分别接收被上述导光部引导的光，上述固定码道中的一个上述区域内的多个固定狭缝和与该一个区域邻接的其它上述区域内的多个固定狭缝以在上述2个以上的受光部的受光信号之间产生可判别旋转方向的相位差的方式而形成。如以上说明，根据本发明，可容易地制造并实现小型化。
图1是用于说明本发明第1实施方式所涉及的马达系统的构成的说明图。图2是用于说明该实施方式所涉及的编码器的构成的说明图。图3是用于说明该实施方式所涉及的编码器的构成的说明图。图4是用于说明该实施方式所涉及的基板的构成的说明图。图5是用于说明该实施方式所涉及的基板的构成的说明图。图6是用于说明该实施方式所涉及的导光部的构成的说明图。图7是用于说明该实施方式所涉及的导光部的构成的说明图。图8是用于说明该实施方式所涉及的导光部的构成的说明图。图9是用于说明该实施方式所涉及的导光部的构成的说明图。图10是用于说明该实施方式所涉及的导光部的构成的说明图。图11是用于说明该实施方式所涉及的挡板的构成的说明图。图12是用于说明该实施方式所涉及的圆盘的构成的说明图。图13是用于说明该实施方式所涉及的信号处理部的构成的说明图。符号说明1-马达系统；10-马达；20-控制部；100-编码器；110-基板；111-发光部；112、112A、112B、112C、112D-受光部；113、1131、1132、1133_ 绝对值检测部；1134、1135、1136、 1137-绝对值检测部；114-信号处理部；1141-A相信号生成部；1142-B相信号生成部； 1143-绝对值信号生成部；1144-位置数据生成部；120-导光部；121-进光部；122-发散集光部；122A-发散面；122B-集光面；123-第1导光部；124-换向面；125-第2导光部； 126-照射进光面;127、127A、127B、127C、127D-出光部；128-锷部；CO-涂层；SP-遮光部； SPl-第1遮光部；SP2-第2遮光部；SP3-第3遮光部；130-挡板；131-开口部；Tl-固定码道；S 1、S3-固定狭缝；S31、S32、S33、S34、S35、S36、S37-绝对值用固定狭缝；140-圆盘； 141-挡板；142-导光部；T2-旋转码道；S2、S4-旋转狭缝；S41、S42、S43、S44、S45、S46、 S47-绝对值用旋转狭缝；VI、V2-反射部；200-马达部；201、202_旋转轴；203-开口部； AX-转轴；ΧΑ、XB、XC、XD-区域；φΑ、φΒ、(pC、φ -狭缝间隔；ρ-节距；χ-位置。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。另外，在本说明书及附图中，实质上具有相同功能的构成要素原则上由相同符号来表示，适当省略对于这些构成要素的重复说明。在以下说明的本发明的各实施方式中，以具有旋转型光学式编码器的旋转马达系统为例进行说明。也就是说，各实施方式所涉及的光全周编码器适用于旋转马达系统(以下也称为“马达系统”)，测定马达系统所具有的马达轴(旋转体的一个例子)的包括旋转角度(也称为“位置”)的位置数据。但是，不用说在此说明的各实施方式所涉及的光全周编码器可适用于例如像原动机、转向器等这样绕一定的转轴旋转的各种旋转体。另外，为了便于理解，按以下顺序说明本发明的各实施方式。<1.第1实施方式>(1-1.第1实施方式所涉及的马达系统)(1-2.第1实施方式所涉及的编码器的构成)(1-3.第1实施方式所涉及的编码器的动作)(1-4.第1实施方式的效果例)<1.第1实施方式>(1-1.第1实施方式所涉及的旋转马达系统)首先，参照图1对本发明第1实施方式所涉及的马达系统的构成进行说明。图1 是用于说明本发明第1实施方式所涉及的马达系统的构成的说明图。如图1所示，本实施方式所涉及的马达系统1具有马达10和控制部20。而且，马达10具有光学式光全周编码器(以下也仅称为“编码器”)100和马达部200。马达部200是不包括编码器100的动力产生源的一个例子。有时也仅将该马达部 200称为马达。马达部200至少在一侧具有旋转轴201，通过使该旋转轴201绕转轴AX旋转而输出回转力。另外，只要马达部200是根据位置数据来进行控制的伺服马达，则不进行特别限定。而且，马达部200并不局限于作为动力源使用电力的电动式马达部的情况，例如也可以是液压式马达部、气动式马达部、蒸汽式马达部等使用其它动力源的马达部。但是，为了便于说明，以下对马达部200是电动式马达部的情况进行说明。
编码器100配置在与马达部200的旋转轴201相反的一侧，连结在与该旋转轴201 相对应地旋转的其它旋转轴202上。而且，该编码器100检测旋转轴202的位置数据。也就是说，编码器100对输出回转力的旋转轴201 (旋转体的一个例子)的位置数据进行检测。另外，本实施方式所涉及的编码器100所检测出的位置数据包括旋转轴201等的位置(旋转角度。以下也称为“马达位置”等)和旋转轴201等的包括旋转方向的速度(旋转速度。以下也称为“马达速度”等。)，在以下对其进行说明。但是，本实施方式所涉及的编码器100也可以仅检测出旋转方向来代替马达速度，还可以进一步检测出旋转轴201等的加速度(角加速度。以下也称为“马达加速度”等)。另外，编码器100的配置位置并未特别限定。例如，编码器100既可以配置为与旋转轴201直接连结，还可以通过减速器、转向转换器等其它机构与旋转轴201等旋转体连结。控制部20取得从编码器100输出的位置数据，并根据该位置数据控制马达部200 的旋转。因而，在作为马达部200使用电动式马达部的本实施方式中，控制部20通过根据位置数据控制施加在马达部200上的电流或电压等来控制马达部200的旋转。而且，控制部20也可以如下控制马达部200，取得来自上位控制装置(未图示)的上位控制信号，并从马达部200的旋转轴201输出由该上位控制信号所表示的位置或速度等。另外，在马达部 200使用液压式、气动式、蒸汽式等其它动力源时，控制部20通过控制这些动力源的供给， 而能够控制马达部200的旋转。(1-2.第1实施方式所涉及的编码器的构成)下面，参照图2及图3对本实施方式所涉及的编码器100的构成进行说明。图2 及图3是用于说明本实施方式所涉及的光全周编码器的构成的说明图。另外，图2是从斜上方观察本实施方式所涉及的编码器100的一部分构成的图，图3是沿A-A线切断图2所示的编码器100后的截面图。如图2及图3所示，本实施方式所涉及的编码器100大致分类为具有基板110、导光部120、挡板130及圆盘140。以下，适当参照附图对各构成进行说明，其后通过编码器 100的动作对光的流向、检测原理等进行说明。另外，以下为了便于说明，也将转轴AX的马达部200侧(旋转轴202侧)称为“下方”或“下”，也将离开马达部200的方向称为“上方” 或“上”，也将与转轴AX垂直的方向称为“侧方”或“径向”。但是，本实施方式所涉及的编码器100并未束缚于上下的概念，不用说能够以任意姿态进行配置。(基板110)如图3所示，基板110具有发光部111、受光部112、绝对值检测部113及信号处理部114(参照图1 。而且，基板110配置在挡板130的上方(固定码道的与旋转码道相反侧的一个例子)。在图4及图5中示出该基板110所具有的构成。图4及图5是用于说明本实施方式所涉及的基板的构成的说明图。另外，图4是表示基板110的上面的图，图5是表示基板110的下面的图。如图4所示，发光部111在基板110的上面配置在转轴AX上。而且，发光部111 沿转轴AX向上方发光。另外，该发光部111所发出的光可以是激光、平行光、发散光、收束光等各种光，而且，其波长也并未特别限定。受光部112是2个以上受光部的一个例子，如图4所示，在本实施方式中由4个受光部112A 112D构成。受光部112A 112D在转轴AX附近分别配置在4个区域XA 》) 的每一个上，以在基板110的上面包围发光部111。另外，在本实施方式中，由于4个区域 XA 》)被设定为绕转轴AX点对称，因此受光部112A 112D也被配置为绕转轴AX点对称。该受光部112A 112D分别在各区域XA 》)的每一个上接收光，生成受光信号。也就是说，在本实施方式中，在各区域XA 》)的每一个上生成4个受光信号。另外，在本实施方式中如后所述，挡板130被分割为绕转轴AX点对称的4个区域 XA 》)。因此，该受光部112A 112D、后述的其它构成被配置为4个。但是，设定在该挡板130上的区域数为2个以上即可，而区域的设定位置也可以不是点对称。此时，优选受光部112、其它的构成根据区域个数及其设定位置来配置。另外，区域为4的整数倍时，本实施方式所涉及的编码器100可进一步提高使对于偏心的影响降低的效果。而且，这种耐偏心性在区域以点对称形成时进一步提升。另一方面，绝对值检测部113在本实施方式中由7个绝对值检测部1131 1137 构成。如图5所示，绝对值检测部1131 1137在基板110的下面，点对称地配置在离开转轴AX的位置上。作为绝对值检测部1131 1137，例如可使用受光发光一体型元件。绝对值检测部1131 1137向下方(圆盘140)发光，接收来自下方的光。其结果，绝对值检测部1131 1137生成受光信号。该绝对值检测部1131 1137所生成的受光信号包括绝对位置，也就是绝对位置的信息，使用于后述的马达位置计算。因此，该绝对值检测部113的个数及配置位置只要是可检测出马达位置的绝对值的构成，则不局限于本实施方式。虽然在图4及图5中进行了省略，但是信号处理部114配置在基板110上。而且， 信号处理部114从上述受光部112及绝对值检测部113取得受光信号，根据该多个受光信号生成包括马达位置(包括绝对值)及马达速度(包括旋转方向)的位置数据。该生成的位置数据被发送至控制部20。另外，在编码器100的动作中以包括构成的方式对该信号处理部114进行说明(参照图13)。而且，信号处理部114也可以与本实施方式不同，是配置在基板110以外的编码器100的构成或配置在控制部20内，还可以是与编码器100及控制部20不同的构成。(导光部120)导光部120主要由例如玻璃材料、塑料材料等使光透过的材质形成，从转轴AX上向挡板130延长形成，以在与挡板130(固定码道Tl)之间夹着基板110而覆盖该基板110 的上方及侧方的大致整体。而且，导光部120使从发光部111发出的光向侧方发散并进行引导后导向下方，照射挡板130的固定码道Tl的大致全周。不仅如此，导光部120采用与上述照射时相同的光路使后述的透过多个固定狭缝及多个旋转狭缝大致全周的光集中并导向转轴AX附近，照射至受光部112。在此，在该光的流向上，也将使光照射在挡板130上的过程称为“去程”，也将使从挡板130等返回的光照射在受光部112上的过程称为“回程”。参照图3及图6 图10更详细地说明该导光部120的构成等。图6 图10是用于说明本实施方式所涉及的导光部的构成的说明图。另外，图6是从斜上方观察导光部120 的图，图7是从上方观察导光部120的图，图8是从斜下方观察导光部120的图，图9是从下方观察导光部120的图。而且，图10是沿图6的B-B线切断导光部120的切断面。如图3、图6及图8所示，导光部120大致分类为具有进光部121、发散集光部122、 第1导光部123、换向面124、第2导光部125、照射进光面126、出光部127、锷部128、涂层CO及遮光部SP。如图8及图9所示，进光部121配置在转轴AX上，沿转轴AX从第1导光部123向发光部111延长形成。而且，进光部121使从发光部111发出的光进入，将该光导向上方。 此时，优选进光部121形成为随着朝向上方而半径变大的圆柱状。从进光部121进入的光照射在发散集光部122的发散面122A上。发散集光部122具有向下方凹陷而形成的大致圆锥形的面，并且从转轴AX向周向分为发散面122A和集光面122B。发散面122A由弯曲的面形成，以向径向反射从进光部 121传播来的光，并使光以沿第1导光部123全周的方式发散。另外，优选该弯曲面被设定为，当从径向外周照射平行光时，则集中于发光部111。另一方面，集光面122B在发散集光部122的大致圆锥形中与发散面122A相比设置在半径方向外侧。而且，集光面122B由弯曲的面形成，以向受光部112方向反射沿回程传播并沿第1导光部123在径向上向转轴AX 集中的光。优选该弯曲面被设定为，当从径向外周照射平行光时，焦点最大限度地集中在受光部112上。如图3及图6 图10所示，第1导光部123以覆盖基板110的方式形成为大致圆板状，向径向外周引导通过发散面122A发散的光，另一方面，向径向内周引导回程光。如图3及图6所示，换向面124在第1导光部123的径向外周上相对于半径方向形成为大致45°的环状面。而且，换向面124向下方反射沿第1导光部123向径向传播的光。另一方面，换向面1 在径向上向转轴AX反射第2导光部125向上方传播的光。第2导光部125在环状换向面124的下方配置为环状，覆盖基板110的侧方，并从换向面IM延长形成至挡板130(固定码道Tl)附近。而且，照射进光面1 形成在该第2 导光部125的下方。因此，沿导光部120的去程传播的光通过第2导光部125被引导至挡板130附近，通过照射进光面1 照射至挡板130。另一方面，从挡板130等返回的光从照射进光面126进入第2导光部125，通过导光部120沿上述回程传播。出光部127为，在进光部121附近，在各区域XA 》)的每一个上的与受光部 112A 112D相对应的位置上，配置有出光部127A 127D这4个出光部。而且，各出光部 127A 127D将沿回程传播并通过集光面122B集中的光引导至各受光部112A 112D附近，向受光部112A 112D照射。锷部1 从第2导光部125的外周向径向外侧突出地形成。该锷部1 具有将导光部120固定在编码器100的框体(未图示)上的作用。涂层CO配置在除照射进光面126、进光部121的进光面、出光部127的出光面以外的导光部120的面上。而且，该涂层CO由反射或遮挡光的材质形成。因此，涂层CO能够防止导光部120所引导的光向外部漏出，或防止照射光及返回光以外的多余的光混入导光部 120。另外，如果泄漏光、杂散光的影响较少，则也可以不配置该涂层CO。如图9所示，遮光部SP配置在与4个区域XA 》)的边界相对应的位置上，遮挡横跨区域XA 》)间的光。也就是说，在本实施方式的情况下，分别在4个区域XA 》)的4 个边界上配置1个遮光部SP。通过具有这种遮光部SP，导光部120能够将分别从挡板130 的区域XA 》)射入的光分别导向所对应的受光部112A 112D，能够减少受光信号的干扰成分。更详细地对遮光部SP进行说明。
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如图9及图10等所示，遮光部SP从转轴AX起依次具有第1遮光部SPl、第2遮光部SP2及第3遮光部SP3。第1遮光部SPl如下形成，随着从转轴AX朝向径向外周，导光部120的宽度(与转轴AX垂直的面内的宽度)扩大且厚度(转轴AX方向的厚度)减少。 另一方面，如图6、图8及图10所示，第2遮光部SP2及第3遮光部SP3作为导光部120的切口而形成。另外，第1遮光部SPl通过具有上述形状，而使导光部120整体的机械强度提高。而且，第1遮光部SPl通过这种形状，可提高防止去程光扩散并在各区域XA 》)之间适当地防止回程光串扰的效果。另外，第1遮光部SPl 第3遮光部SP3也可以不是切口等而是由不使光透过的材质来形成。具有这种形状的导光部120可使去程光和回程光沿挡板130和发光部111或受光部112和挡板130之间传播。此时，导光部120通过具有遮光部SP，可减少横跨各区域XA XD间的光从而减少受光信号的干扰。而且，导光部120通过具有涂层C0，可防止接收泄漏光或杂散光，进一步减少受光信号的干扰。而且，由于导光部120除一部分构成以外，可由同一材质一体地形成进行导光的构件整体，因此使用模具进行成形等制造较为容易。(挡板130)挡板130主要由至少表面吸收光或使光扩散的材质形成，具有覆盖圆盘140的旋转码道T2的上面的形状，固定配置在遮挡导光部120所照射的光的位置上。图11中示出该挡板130的构成。图11是用于说明该实施方式所涉及的挡板的构成的说明图。如图11 所示，挡板130具有固定码道Tl、绝对值用固定狭缝S3(绝对值用固定狭缝S31 S37)及开口部131。固定码道Tl在旋转码道T2的上方(一侧的一个例子)被设定为以转轴AX为中心的环状。另外，该固定码道Tl与旋转码道T2相对应，具有大致一致的形状。而且，如图 11所示，该固定码道Tl在周向(旋转方向)上被分割为4个区域XA 》)。而且，在该区域XA 》)的每一个上配置多个固定狭缝Si。如图11所示，以转轴AX为中心在各区域XA 》)内以节距(重复间隔)ρ相等的放射状图案形成多个固定狭缝Si。而且，固定狭缝Sl使去程光及回程光透过。另外，将区域XA 》)各自所包括的多个固定狭缝Sl称为固定狭缝SlA S1D。也就是说，透过固定狭缝SlA后的光沿区域XA传播，透过固定狭缝SlB后的光沿区域XB传播，透过固定狭缝 SlC后的光沿区域)(C传播，透过固定狭缝SlD后的光沿区域》)传播。更具体地以多个固定狭缝SlA为例进行说明。多个固定狭缝SlA配置在码道Tl的区域XA内。多个固定狭缝SlA以等节距ρ (例如角度节距)配置为以转轴AX为中心的放射状。另外，固定狭缝SlB SlD各自的节距ρ 也设定为与固定狭缝SlA的节距ρ相等。另一方面，固定码道Tl中的一个区域内的多个固定狭缝Sl和与该一个区域邻接的其它区域内的多个固定狭缝Sl以在受光部112的受光信号间产生可判别旋转方向的相位差的方式而形成。也就是说，多个固定狭缝Sl相对于绕转轴AX的角度以规定的重复周期(节距P)形成在一个区域内，但是该一个区域和与其邻接的其它区域的固定狭缝Sl形成为即使重复周期相同，也在其周期上产生相位差。而且，该相位差被设定为可判别后述的圆盘140的旋转方向的相位差。另外，虽然所希望的值根据固定码道Tl的分割数(本实施方式为4)、受光信号的分辨率而不同，但是通过将该相位差设定为大于0°小于180°的值，可判别圆盘140的旋转方向。另外，在本实施方式的情况下，由于区域XA 》)是等分为4个的区域，因此优选相位差被设定为90°或180°。由此，能够使各区域间的相位差相同，制造或信号处理变得容易。另外，在本实施方式中，以邻接的区域间的相位差为90°的情况为例进行说明。更具体地以邻接的固定狭缝SlA和固定狭缝SlB的关系为例进行说明。在位于区域XA的固定狭缝SlB侧端部的固定狭缝SlA和位于区域XB的固定狭缝SlA侧端部的固定狭缝SlB之间设置狭缝间隔φΑ(相位差)。由于在本实施方式中相位差为90°，因此该狭缝间隔φΑ被设定为节距ρ的4分之1的奇数倍。而且，其它狭缝间隔φΒ (pD也同样被设定为节距P的4分之1的奇数倍。另外，相位差为180°时，狭缝间隔φΑ CpD被设定为节距P的2分之1的奇数倍。开口部131设置在挡板130的中央位置上，对由基板110的发光部111等发出的热进行散热。另外，也可以在轴202上设置鼓风机构，将其旋转所产生的风通过开口部131 向基板110送出，从上述遮光部SP的切口放热。此时，鼓风机构也可以设置在轴202的开口部190内。绝对值用固定狭缝S31 S37形成在与图5所示的绝对值检测部1131 1137在转轴AX方向上一致的位置上。而且，该绝对值用固定狭缝S31 S37使由绝对值检测部 1131 1137的发光元件所发出的光沿转轴AX方向透过并照射至圆盘140，并且使被圆盘 140反射的光仍旧沿转轴AX方向透过并导向绝对值检测部1131 1137的受光元件。此时，绝对值用固定狭缝S31 S37不仅为使受光元件的受光信号精度提高，还为使上述受光部112的受光信号的干扰减少，而对照射光和反射光进行校准从而接近于直进光。(圆盘140)如图3所示，圆盘140固定在传递马达部200的旋转输出的旋转轴202上。另外， 上述挡板130、导光部120的第1导光部123、基板110等的构成也是如此，圆盘140配置为与垂直于转轴AX的面平行。而且，如图3所示，圆盘140具有挡板141和导光部142。而且，挡板141具有旋转码道Τ2和绝对值用旋转狭缝S4。参照图3及图12更具体地对该圆盘140的构成进行说明。图12是用于说明本实施方式所涉及的圆盘的构成的说明图。另外，图12是观察圆盘140的挡板141侧的面(上方)的图。如图12所示，圆盘140形成为以转轴AX为中心的圆板状。而且，挡板141配置在圆盘140的上面。另外，挡板141的配置位置并未特别限定，但是优选与导光部142的反射部Vl及V2相比配置在基板110侧。挡板141例如由不使光透过或不使光镜面反射地进行吸收或扩散的材质形成。另一方面，在挡板141上设置码道Τ2，在该码道Τ2上配置使光透过的多个旋转狭缝S2。而且， 挡板141同样具有使光透过的绝对值用旋转狭缝S4(绝对值用旋转狭缝S41 S47)。另外，这些狭缝与挡板141的其它部位不同而使光透过。码道T2在图11所示的挡板130的码道Tl的下方以大致相同半径被设定为以转轴 AX为中心的环状。而且，旋转狭缝S2以与固定狭缝SlA SlD的节距ρ相同的节距ρ形成为以转轴AX为中心的放射状。因此，圆盘140旋转，仅图11所示的固定狭缝SlA SlD和旋转狭缝S2在转轴AX方向上一致后的区域XA 》)的挡板141使光向下方(导光部142 侧)透过。
绝对值用旋转狭缝S41 S47距转轴AX的距离被配置在与绝对值用固定狭缝 S31 S37、绝对值检测部1131 1137相同的位置上。而且，绝对值用旋转狭缝S41 S47 具有规定的绝对图案(absolute pattern)，在绝对值用旋转狭缝S41 S47和绝对值用固定狭缝S31 S37在转轴AX方向上一致时，使光向下方透过。另外，该绝对值用旋转狭缝 S4的绝对图案在圆盘140旋转1周内，与绝对值用固定狭缝S31 S37的任意一个在转轴 AX方向上一致的组合被设定为不会相同。也就是说，该绝对值用旋转狭缝S4的绝对图案形成为，通过与绝对值用固定狭缝S31 S37的任意一个在转轴AX方向上一致的组合，表示 1X(旋转1周内的绝对位置)。如图3所示，导光部142具有反射部VI、反射部V2及涂层CO。反射部Vl及反射部V2分别配置在旋转狭缝S2及绝对值用旋转狭缝S4的下方， 向上方反射透过旋转狭缝S2及绝对值用旋转狭缝S4后的光，从而再次透过旋转狭缝S2及绝对值用旋转狭缝S4。如图3所示，本实施方式中的反射部V1、V2在导光部142的下面形成为截面以V字形环状突出。由此，反射部V1、V2在径向上使透过各狭缝并沿与转轴AX平行的光路朝向下方的光偏向内侧，接下来沿与转轴AX平行的光路向上方进行反射。另外， 观察反射部Vl中的回程光时，该回程光再次透过旋转狭缝S2及固定狭缝Sl并射入导光部 120，被换向面124反射的结果，与去程光相比沿上方通过，到达集光面122B，向受光部112 集中。另外，只要反射部Vl及反射部V2是如此使光路在径向上偏移，并以使光返回各狭缝的方式进行反射的构成，则并不限定于这种构成。例如，反射部Vl及反射部V2也可以是设置在导光部142上面的V字形槽(此时导光部142不需要使光透过)。但是，如此通过将反射部Vl及反射部V2设置为向导光部142下方突起，能够提高传递离心力、信号的圆盘 140的机械强度。以上，对本发明第1实施方式所涉及的编码器100的构成进行了说明。下面，对本发明第1实施方式所涉及的编码器100的动作进行说明。另外，在该动作说明中，参照图13 对该编码器100所具有的信号处理部114的详细构成进行说明。图13是用于说明该实施方式所涉及的信号处理部的构成的说明图。(1-3.第1实施方式所涉及的编码器的动作)如图13所示，信号处理部114具有A相信号生成部1141、B相信号生成部1142、 绝对值信号生成部1143、位置数据生成部1144。通过动作对各构成进行说明。(绝对值信号生成动作)首先，对绝对(绝对位置)信号(绝对值信号)的生成动作进行说明。该绝对值信号生成动作通过图13所示的绝对值信号生成部1143来进行。下面，与光的流向一起进行说明。图3及图5所示的绝对值检测部1131 1137各自的发光元件向挡板130照射光。 于是，该光分别透过图11所示的挡板130的绝对值用固定狭缝S31 S37，被校准并照射至圆盘140。另一方面，由于圆盘140通过马达部200的旋转而旋转，因此具有图12所示的规定图案的绝对值用旋转狭缝S41 S47也旋转。其结果，绝对值用旋转狭缝S41 S47与绝对值用固定狭缝S31 S37 —致后的光透过绝对值用旋转狭缝S41 S47。透过后的光被导光部142的反射部V2反射。该反射后的光再次透过绝对值用旋转狭缝S41 S47和绝对值用固定狭缝S31 S37，被绝对值检测部1131 1137的受光元件接收。因而，绝对值检测部1131 1137输出具有圆盘140旋转1周内的周期的规定组合的受光信号。于是，绝对值信号生成部1143从绝对值检测部1131 1137取得该受光信号。而且，绝对值信号生成部1143根据这7个受光信号的组合计算出旋转1周内的大致的绝对位置。该绝对值信号生成部1143的表示绝对位置的绝对值信号处理可使用各种方法，例如预先在图表等中储存7个受光信号的组合和绝对位置之间的关系，并根据该关系来进行计算等。而且，绝对值信号生成部1143向位置数据生成部1144输出所生成的绝对值信号。(A相信号及B相信号生成动作)下面，对与上述绝对值信号生成动作一起进行的对应于增量信号的A相信号及B 相信号的生成动作进行说明。该A相信号及B相信号生成动作通过A相信号生成部1141 和B相信号生成部1142来进行。下面，与光的流向一起进行说明。图3及图4所示的光源111向导光部120的进光部121照射光。从进光部121射入的光沿进光部121向上方传播，通过发散集光部122的位于转轴AX侧的发散部向径向反射，沿第1导光部123向径向外周的大致全周传播。而且，该光通过换向面IM进一步向下方(挡板130侧)反射，沿第2导光部125向下方传播，从照射进光面1 照射至挡板130。 如图11所示，在圆盘130的各个区域XA 》)上，形成有具有90°相位差的相同节距ρ的多个固定狭缝SlA S1D。因而，从导光部120照射的光透过该固定狭缝SlA S1D，以该固定狭缝SlA SlD的图案照射至圆盘140。另一方面，如图12所示，由于正在旋转的圆盘140在全周上形成有等节距ρ的旋转狭缝S2，因此根据该圆盘140的位置(角度)，仅在固定狭缝SlA SlD和旋转狭缝S2重合的部位使光向下方透过。因而，在圆盘140旋转旋转狭缝S2的1个节距ρ的量的期间，强度以大致正弦波状变化的光透过圆盘140的旋转狭缝S2。另一方面，由于固定狭缝SlA SlD在各区域XA 》)彼此间形成有90°或180°相位差，因此在对应于各区域XA 》) 的位置上透过圆盘140的光成为分别具有90°或180°相位差的大致正弦波状的光。也就是说，在圆盘140旋转1个节距ρ的量的期间，例如旋转狭缝S2依次与区域XA的固定狭缝 S1A、区域XB的固定狭缝S1B、区域)(C的固定狭缝S1C、区域》)的固定狭缝SlD —致。如此，透过圆盘140后的光如图3所示，透过形成在圆盘140背面的导光部142，通过V字形反射部Vl暂时向径向内侧反射后，再次向上方(旋转狭缝S2侧)反射。沿向径向内侧偏移后的回程而向与去程相反方向前进的光依次透过旋转狭缝S2及固定狭缝Si，进入导光部120。于是，该光与去程相反，从未施加有涂层CO的照射进光面被导向导光部120 的第2导光部125，沿第2导光部125向上方传播。而且，该光通过换向面124向径向内侧 (也就是转轴AX侧)反射、集中。由于通过换向面IM反射后的光在反射前与去程光相比沿径向内侧通过，因此在反射后与去程光相比沿上方(离开挡板130的方向)通过。因而， 该回程光与去程光不同，主要到达发散集光面122的集光面122B。另一方面，由于集光面 122B被设定为，光路通过出光部127而集中在受光部112的受光面附近，因此，通过集光面 122B反射后的光集中并沿出光部127传播从而被受光部122接收。另外，如上所述，该回程光等根据圆盘140的旋转，通过固定狭缝SlA SlD而在每个区域XA 》)上以不同的时刻被受光部112A 112D接收。而且，如图10所示，导光部120具有遮光部SP，可防止在该不同的时刻生成的每个区域XA 》)的光串扰。而且，
14如图4及图8 图9所示，出光部127及受光部112A 112D设置在各区域XA 》)的每一个上。因而，根据本实施方式所涉及的编码器100，受光部112A 112D产生干扰减少且在各区域XA 》)的每一个上具有90°或180°相位差的正弦波状的受光信号。而且，如图13所示，夹着转轴AX相对的受光部112A及受光部112C的受光信号输出至信号处理部 114的A相信号生成部1141，同样夹着转轴AX相对的受光部112B及受光部112D的受光信号输出至信号处理部114的B相信号生成部1142。A相信号生成部1141及B相信号生成部1142分别取得2个受光信号，即2个受光部从呈点对称关系的2个区域分别接收光而得到的2个受光信号。而且，A相信号生成部 1141及B相信号生成部1142分别通过对这2个受光信号彼此进行减法运算(差动)而生成1个信号。因而，从A相信号生成部1141及B相信号生成部1142生成2个信号(A相信号及B相信号)。此时，由于在本实施方式的情况下，夹着转轴AX配置的区域的固定狭缝Sl具有 180°相位差，因此A相信号生成部1141及B相信号生成部1142所分别取得的2个受光信号具有180°相位差。因而，如此通过差动，根据2个受光信号生成偏心量等误差被相互抵消的1个A相信号或B相信号。也就是说，例如在图11中，圆盘140的转轴AX从所希望的位置向区域XA和区域)(C的方向偏心时，该偏心所引起的误差与其它区域相比，产生在来自区域XA的受光信号和来自区域)(C的受光信号中。但是，该误差所引起的受光信号的强度在区域XA的受光信号和区域)(C的受光信号中相反。因而，如本实施方式这样，A相信号生成部1141通过使两个受光信号进行差动而使这种误差相互抵消。同样，B相信号生成部1142 可使在圆盘140的转轴AX从所希望的位置向区域XB和区域》)的方向偏心时所产生的误差相互抵消。而且，由于固定狭缝S1A、S1C和固定狭缝S1B、S1D具有电角90°相位差，因此如上生成的A相信号和B相信号在圆盘140旋转1个节距P的量时为1个周期，并且具有90° 相位差。而且，A相信号生成部1141及B相信号生成部1142输出所生成的A相信号及B 相信号。此时，A相信号生成部1141及B相信号生成部1142也可以通过用规定的倍增数使所生成的A相信号及B相信号倍增并输出，而使分辨率提高。而且，优选A相信号生成部 1141及B相信号生成部1142在生成A相信号及B相信号的过程中，实施模拟 数字转换处理、信号放大处理。另外，在此A相信号生成部1141及B相信号生成部1142分别取得的2个受光信号具有90°相位差，因此，使这2个受光信号进行差动放大，但是例如在2个受光信号具有 180°相位差时，通过对这2个受光信号进行加法运算并放大，同样可使误差相互抵消。(位置数据生成动作)最后，对根据上述绝对值信号、A相信号及B相信号生成位置数据的动作进行说明。该位置数据生成动作是通过位置数据生成部1144来进行的。位置数据生成部1144取得如上生成的绝对值信号、A相信号及B相信号。而且， 位置数据生成部1144根据这些信号生成包括圆盘140旋转方向的位置数据。也就是说，位置数据生成部1144根据绝对值信号特定圆盘140旋转1周内的大致的绝对位置(Absolute Position) 0另一方面，位置数据生成部1144通过对A相信号及B相信号的至少一方进行计数等，而相对于上述大致的绝对位置特定更详细的绝对位置。而且，位置数据生成部1144 通过参照A相信号及B相信号的相位差是90°还是-90°，而特定圆盘140的旋转方向。而且，位置数据生成部1144生成包括所特定的精度高的绝对位置和旋转方向的位置数据，并输出至控制部20。(1-4.第1实施方式的效果例)以上，对本发明第1实施方式所涉及的编码器100及具备该编码器100的马达系统1进行了说明。根据该编码器100等，在圆盘140的大致全周上照射光，根据从其全周得到的信号生成受光信号。因而，编码器100等可降低因圆盘140的偏心等而产生的误差的影响，可进行精度高的位置检测。因而，根据该编码器100等，不需要圆盘140等的高精度的定位，可容易地制造编码器100等。而且，该编码器100等在1个码道Tl中具有多个区域XA 》)，可在各区域XA XD的每一个上得到相位不同的受光信号。因而，该编码器100等不需要为得到检测旋转方向的多相受光信号而在圆盘140、挡板130上设定多个码道，不必准备与其相对应的多个导光部。因而，根据该编码器100等，不仅仅可使零部件数量减少而使制造成本降低，还能使装置自身小型化。进一步来说，这不仅仅涉及到降低原材料的使用量，由于不需要准备多个光源111，因此还能降低能量消耗量。此时，根据该编码器100等，以从夹着轴相对的区域得到以电角0°或180°相位不同的受光信号的方式设定固定狭缝Si，并且，如果相位差为180°则对从两个区域得到的2个受光信号进行减法运算，如果为0°则进行加法运算。因而，根据该编码器100等，可防止上述偏心误差降低效果减少。另外，在这一点上，虽然在本实施方式中对码道Tl被4 分割的情况进行了说明，但是该码道Tl的分割数并未特别限定。但是，分割数是4的倍数时，可从夹着转轴AX相对的区域生成A相信号或B相信号，可发挥更大的偏心误差降低效果。而且，分割数越大，则越能发挥更大的偏心误差降低效果。而且，根据该编码器100等，通过具有防止在各区域XA 》)中传播的光串扰的遮光部SP，可降低因在同一导光部120中传播A相信号用受光信号和B相信号用受光信号所产生的干扰。因而，编码器100等可实现精度更高的位置检测。以上，参照附图对本发明的实施方式详细地进行了说明。但是，不用说本发明并不限定于这些实施方式的例子。如果是本发明所属技术领域中的具有通常知识的人，则可知在专利方案所记载的技术思想的范围内，可想到进行各种变更、修正。因而，这些变更后、修正后的技术也当然属于本发明的技术范围。例如，在上述实施方式中，以从相邻接的区域XA 》)得到的受光信号彼此的相位为90°不同的方式，在相邻接的固定狭缝SlA SlX之间设置电角90°的狭缝间隔 φΑ (pD。但是，该狭缝间隔φΑ (pD并不限定于该例，只要是受光信号产生电角大于0° 小于180°的分辨率以上的相位差这样的间隔即可。而且，在上述实施方式中，对作为向圆盘140的背面突出的部位而设置反射部VI、 V2的情况进行了说明。但是，只要该反射部VI、V2是能够使透过旋转狭缝S2后的去程光在与该去程相同或平行的光路上进行反射的构成，则可以考虑各种各样的构成。也就是说， 例如反射部V1、V2也可以作为配置在旋转狭缝S2自身或旋转狭缝S2下方的V字形槽而形成。此时，并不一定需要导光部142。而且，使去程光和回程光在同一光路上传播时，也可以使旋转狭缝S2自身作为反射狭缝而构成。例如，通过在平板状低反射构件上局部地将高反射涂层仅配置于141的狭缝开口部，可成为不需要142的结构。而且，在上述实施方式中，作为导光部120以具有多个反射面等的导光构件进行了说明。但是，该导光部120例如也可以由可在全周上照射光的光纤、光纤束等来构成。而且，在上述实施方式中，对最终为了构成绝对型编码器而还具备得到绝对值信号的构成的例子进行了说明。但是，该绝对值信号用构成除上述实施方式以外，不论光学式、磁式、旋转变压器式、机械式还可以使用各种各样的构成。进一步来说，构成增量型编码器时，不用说不需要绝对值信号用的构成，可通过使绝对值用元件配置和绝对值用狭缝配置变为U、V、W相等的配置来实现应对。
权利要求
1.一种光全周编码器，其特征在于，具有旋转码道，能够跟随可绕转轴旋转的旋转体旋转，并且以所述转轴为中心被设定为环状；多个旋转狭缝，在所述旋转码道中等节距地形成为以所述转轴为中心的放射状并使光透过；固定码道，被设定为在所述旋转码道的一侧与该旋转码道相对应地以环状固定，并且在周向上被分割为2个以上的区域；多个固定狭缝，在所述固定码道中等节距地在所述区域内形成为以所述转轴为中心的放射状并使光透过；导光部，使透过所述多个固定狭缝及所述多个旋转狭缝后的光集中并导向所述转轴附近；及2个以上的受光部，配置在所述转轴附近，在所述2个以上的每个区域内分别接收被所述导光部引导的光，所述固定码道中的一个所述区域内的多个固定狭缝和与该一个区域邻接的其它所述区域内的多个固定狭缝以在所述2个以上的受光部的受光信号之间产生可判别旋转方向的相位差的方式而形成。
2.根据权利要求1所述的光全周编码器，其特征在于， 所述固定码道被分割为4的整数倍个数的所述区域。
3.根据权利要求1或2所述的光全周编码器，其特征在于，所述导光部具有多个遮光部，其在对应于所述2个以上区域的边界的位置上遮挡跨过所述2个以上区域的光。
4.根据权利要求1所述的光全周编码器，其特征在于，所述固定码道所具有的2个以上的区域被设定为绕所述转轴成所述区域数量的旋转对称，绕所述转轴成点对称关系的2个所述区域各自的所述多个固定码道以在2个所述受光部的受光信号之间产生电角0°或180°的相位差的方式而形成。
5.根据权利要求4所述的光全周编码器，其特征在于，还具有位置数据生成部，其根据对从成所述点对称关系的2个区域得到的2个受光信号彼此进行加法运算或减法运算后的结果，生成包括所述旋转体旋转方向的位置数据。
6.根据权利要求1所述的光全周编码器，其特征在于，还具有基板，配置有发光的光源及所述2个以上的受光部，在所述固定码道的与所述旋转码道的相反侧以位于所述转轴上的方式配置有所述光源；及反射部，配置在所述旋转码道的另一侧，使透过所述多个固定狭缝后透过所述多个旋转狭缝的光向该多个旋转狭缝反射， 所述导光部为，以与所述固定码道之间夹着所述基板而覆盖该基板的方式从所述转轴上向所述固定码道延长形成，向所述固定码道照射从配置在所述转轴上的光源发出的光，使被所述反射部反射后依次透过所述多个旋转狭缝及所述多个固定狭缝的光向所述转轴集中并导向所述2个以上的受光部。
7. —种马达系统，其特征在于，具备 马达部，使旋转轴旋转；光全周编码器，与所述旋转轴连结并测定所述旋转轴的位置；及控制部，根据所述光全周编码器所检测出的位置控制所述马达部的旋转，所述光全周编码器具有旋转码道，可跟随所述旋转体旋转，并且以所述转轴为中心被设定为环状； 多个旋转狭缝，在所述旋转码道中等节距地形成为以所述转轴为中心的放射状并使光透过；固定码道，被设定为在所述旋转码道的一侧与该旋转码道相对应地以环状固定，并且在周向上被分割为2个以上的区域；多个固定狭缝，在所述固定码道中等节距地在所述区域内形成为以所述转轴为中心的放射状并使光透过；导光部，使透过所述多个固定狭缝及所述多个旋转狭缝后的光集中并导向所述转轴附近；及2个以上的受光部，配置在所述转轴附近，在所述2个以上的每个区域内分别接收被所述导光部引导的光，所述固定码道中的一个所述区域内的多个固定狭缝和与该一个区域邻接的其它所述区域内的多个固定狭缝以在所述2个以上的受光部的受光信号之间产生可判别旋转方向的相位差的方式而形成。
全文摘要
本发明提供一种光全周编码器，该光全周编码器具有多个旋转狭缝，在旋转码道中等节距地形成为以转轴为中心的放射状并使光透过；多个固定狭缝，在周向上被分割为2个以上的区域内等节距地形成为放射状并使光透过；及2个以上的受光部，配置在转轴附近，在2个以上的每个区域内分别接收被导光部引导的光，一个区域内的多个固定狭缝和与该一个区域邻接的其它区域内的多个固定狭缝以在2个以上的受光部的受光信号之间产生可判别旋转方向的相位差的方式而形成。
文档编号G01D5/347GK102200452SQ20111006119
公开日2011年9月28日 申请日期2011年3月14日 优先权日2010年3月19日
发明者井上贞敏, 村冈次郎 申请人:株式会社安川电机
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