DE102015210590A1

DE102015210590A1 - Optischer Codierer und Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen für einen optischen Codierer

Info

Publication number: DE102015210590A1
Application number: DE102015210590.3A
Authority: DE
Inventors: Akihide Kimura
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2035-06-11
Also published as: DE102015210590B4; US20150362344A1; JP2016003945A; CN105203138A; US9587965B2; CN105203138B; JP6400345B2

Abstract

Es werden erste und zweite Ausgangssignale basierend auf Lichtmengen generiert, die jeweils von ersten und zweiten lichtempfangenden Elementen empfangen werden, wenn ein Detektionskopf an einer Skala entlang bewegt wird; eine erste Amplitudenanpassung wird ausgeführt, um eine Amplitude des ersten oder zweiten Ausgangssignals derart anzupassen, dass die Pegel der ersten und zweiten Ausgangssignale in einer ersten Referenzphase gleich werden; eine zweite Amplitudenanpassung wird ausgeführt, um eine Amplitude des ersten oder zweiten Ausgangssignals derart anzupassen, dass die Pegel der ersten und zweiten Ausgangssignale in einer zweiten Referenzphase gleich werden; und ein Referenzsignal, das zu einem Zeitpunkt beginnt, an dem die Pegel des zweiten Ausgangssignals und des ersten Ausgangssignals, die der ersten Amplitudenanpassung unterzogen werden, gleich werden, und zu einem Zeitpunkt endet, an dem die Pegel des zweiten Ausgangssignals und des ersten Ausgangssignals, die der zweiten Amplitudenanpassung unterzogen werden, gleich werden, [wird ausgegeben].

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Codierer und ein Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen für den optischen Codierer.
Beschreibung der verwandten Technik
Optische Codierer, die eine Position eines Detektionskopfes mit Bezug auf eine Skala detektieren, sind weit verbreitet, um eine Position einer Messvorrichtung und dergleichen zu detektieren. Eine Skala eines Inkrementalpositionsgebers ist mit einem Verlagerungsdetektionsmuster zum Detektieren einer relativen Position des Detektionskopfes im Verhältnis zur Skala und mit einem Referenzpunkt-Detektionsmuster zum Detektieren einer Referenzposition versehen. Der Inkrementalpositionsgeber ist in der Lage, relative Positionsinformationen, die aus dem Verlagerungsdetektionsmuster detektiert werden, basierend auf dem Referenzpunkt-Detektionsmuster in absolute Positionsinformationen umzuwandeln. Daher ist es notwendig, dass der Inkrementalpositionsgeber eine Referenzposition mit hoher Genauigkeit detektiert.
Das japanische Patent Nr. 3358854 offenbart einen optischen Drehpositionsgeber, der eine Konfiguration aufweist, bei der ein erstes lichtempfangendes Element und ein zweites lichtempfangendes Element in einer Bewegungsrichtung einer Skala parallel angeordnet sind. Wie in 21 gezeigt, generiert der in dem japanischen Patent Nr. 3358854 offenbarte Drehpositionsgeber ein Referenzsignal basierend auf einem ersten Ausgangssignal V11, das von dem ersten lichtempfangenden Element ausgegeben wird, ein zweites Ausgangssignal V12, das von dem zweiten lichtempfangenden Element ausgegeben wird, ein drittes Ausgangssignal V13, das durch Reduzieren der Amplitude des ersten Ausgangssignals V11 ausgegeben wird, und ein viertes Ausgangssignal V14, das durch Reduzieren der Amplitude des zweiten Ausgangssignals V12 generiert wird.
Bei dem in dem japanischen Patent Nr. 3358854 offenbarten Drehpositionsgeber wird ein Kreuzungspunkt zwischen dem zweiten Ausgangssignal V12 und dem dritten Ausgangssignal V13 als Startpunkt des Referenzsignals verwendet, und ein Kreuzungspunkt zwischen dem ersten Ausgangssignal V11 und dem vierten Ausgangssignal V14 wird als Endpunkt des Referenzsignals verwendet. Breite und Zeitpunkt des generierten Referenzsignals können angepasst werden, indem ein Verstärkungsfaktor angepasst wird, wenn das erste Ausgangssignal V11 und das zweite Ausgangssignal V12 in eine Signalverarbeitungsschaltung eingegeben werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Das japanische Patent Nr. 3358854 offenbart eine Technik zum Anpassen der Breite und des Zeitpunktes des Referenzsignals. Es ist wünschenswert, ein Referenzsignal mit einer konstanten Breite und einem konstanten Zeitpunkt im Verhältnis zu einer bestimmten Referenz zu generieren, jedes Mal wenn die Breite und der Zeitpunkt des Referenzsignals angepasst werden. Das japanische Patent Nr. 3358854 offenbart jedoch keine Technik zum Generieren eines Referenzsignals mit einer derartigen konstanten Breite und einem konstanten Zeitpunkt, jedes Mal wenn die Breite und der Zeitpunkt des Referenzsignals angepasst werden.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der zuvor erwähnten Umstände erstellt, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Referenzsignal mit einer konstanten Breite und einem konstanten Zeitpunkt sicher bereitzustellen.
Ein erster beispielhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen für einen optischen Codierer, wobei der optische Codierer Folgendes umfasst: eine Skala, die ein Referenzpunkt-Detektionsmuster und ein Verlagerungsdetektionsmuster umfasst; und einen Detektionskopf, der Folgendes umfasst: eine Lichtquelle, die Licht auf die Skala emittiert; ein erstes lichtempfangendes Element und ein zweites lichtempfangendes Element, die Licht empfangen, das von dem Referenzpunkt-Detektionsmuster emittiert wird, wenn von der Lichtquelle Licht auf das Referenzpunkt-Detektionsmuster gestrahlt wird, wobei das erste lichtempfangende Element und das zweite lichtempfangende Element in einer Längenmessrichtung der Skala parallel angeordnet sind; und eine Hauptsignal-Detektionseinheit, die ein Hauptsignal aus dem Licht detektiert, das durch das Verlagerungsdetektionsmuster übertragen wird, wobei das Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen folgende Schritte umfasst: Generieren eines ersten Ausgangssignals basierend auf einer Lichtmenge, die von dem ersten lichtempfangenden Element empfangen wird, wenn der Detektionskopf an der Skala entlang bewegt wird; Generieren eines zweiten Ausgangssignals basierend auf einer Lichtmenge, die von dem zweiten lichtempfangenden Element empfangen wird, wenn der Detektionskopf an der Skala entlang bewegt wird; Ausführen einer ersten Amplitudenanpassung, um eine Amplitude eines von dem ersten Ausgangssignal und dem zweiten Ausgangssignal derart anzupassen, dass ein Pegel des ersten Ausgangssignals und ein Pegel des zweiten Ausgangssignals gleich werden, wenn eine Phase des Hauptsignals eine erste Referenzphase ist; Ausführen einer zweiten Amplitudenanpassung, um eine Amplitude eines von dem ersten Ausgangssignal und dem zweiten Ausgangssignal derart anzupassen, dass der Pegel des ersten Ausgangssignals und der Pegel des zweiten Ausgangssignals gleich werden, wenn die Phase des Hauptsignals eine zweite Referenzphase ist; und Ausgeben eines Referenzsignals, das zu einem Zeitpunkt beginnt, an dem der Pegel des zweiten Ausgangssignals und der Pegel des ersten Ausgangssignals, die der ersten Amplitudenanpassung unterzogen werden, gleich werden, und zu einem Zeitpunkt endet, an dem der Pegel des zweiten Ausgangssignals und der Pegel des ersten Ausgangssignals, die der zweiten Amplitudenanpassung unterzogen werden, gleich werden.
Gemäß dem ersten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, bei der ersten Amplitudenanpassung ein drittes Ausgangssignal zu generieren, indem eine Amplitude des ersten Ausgangssignals derart angepasst wird, dass der Pegel des ersten Ausgangssignals und der Pegel des zweiten Ausgangssignals gleich werden, wenn die Phase des Hauptsignals die erste Referenzphase ist; es wird bevorzugt, bei der zweiten Amplitudenanpassung ein viertes Ausgangssignal zu generieren, indem eine Amplitude des zweiten Ausgangssignals derart angepasst wird, dass der Pegel des zweiten Ausgangssignals und der Pegel des ersten Ausgangssignals gleich werden, wenn die Phase des Hauptsignals die zweite Referenzphase ist; und es wird bevorzugt, das Referenzsignal auszugeben, das zu einem Zeitpunkt beginnt, an dem der Pegel des zweiten Ausgangssignals und der Pegel des dritten Ausgangssignals gleich werden, und zu einem Zeitpunkt endet, an dem der Pegel des ersten Ausgangssignals und der Pegel des vierten Ausgangssignals gleich werden.
Gemäß dem ersten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass der optische Codierer eine Vielzahl von Paaren der ersten und zweiten lichtempfangenden Elemente umfasst, die in der Längenmessrichtung der Skala ausgerichtet sind, wobei die Vielzahl von Paaren der ersten und zweiten lichtempfangenden Elemente jeweils einer Vielzahl von Referenzpunkt-Detektionsmustern entspricht, die in der Längenmessrichtung der Skala ausgerichtet sind, und es wird ebenfalls bevorzugt, dass das erste Ausgangssignal generiert wird, indem Signale addiert werden, die von der Vielzahl von ersten lichtempfangenden Elementen ausgegeben werden, und das zweite Ausgangssignal generiert wird, indem Signale addiert werden, die von der Vielzahl von zweiten lichtempfangenden Elementen ausgegeben werden.
Gemäß dem ersten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass ein erstes Array von lichtempfangenden Elementen, das die ersten und zweiten lichtempfangenden Elemente umfasst, bereitgestellt wird; ein zweites Array von lichtempfangenden Elementen, das die ersten und zweiten lichtempfangenden Elemente umfasst, bereitgestellt wird; die erste Amplitudenanpassung an dem ersten Ausgangssignal, das von dem ersten lichtempfangenden Element des ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen ausgegeben wird, und an dem zweiten Ausgangssignal, das von dem zweiten lichtempfangenden Element des ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen ausgegeben wird, ausgeführt wird; und die zweite Amplitudenanpassung an dem ersten Ausgangssignal, das von dem ersten lichtempfangenden Element des zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen ausgegeben wird, und an dem zweiten Ausgangssignal, das von dem zweiten lichtempfangenden Element des zweiten lichtempfangenden Elements ausgegeben wird, ausgeführt wird.
Gemäß dem ersten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass das erste Ausgangssignal, das von dem ersten lichtempfangenden Element des zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen ausgegeben wird, im Verhältnis zu dem ersten Ausgangssignal, das von dem ersten lichtempfangenden Element des ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen ausgegeben wird, um eine vorbestimmte Zeit verzögert wird, und dass das zweite Ausgangssignal, das von dem zweiten lichtempfangenden Element des zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen ausgegeben wird, im Verhältnis zu dem zweiten Ausgangssignal, das von dem zweiten lichtempfangenden Element des ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen ausgegeben wird, um die vorbestimmte Zeit verzögert wird.
Gemäß dem ersten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass das erste lichtempfangende Element des zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen und das erste lichtempfangende Element des ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen mit einem Versatz in der Längenmessrichtung der Skala angeordnet ist, und dass das zweite lichtempfangende Element des zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen und das zweite lichtempfangende Element des ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen mit einem Versatz in der Längenmessrichtung der Skala angeordnet ist.
Gemäß dem ersten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass eine Vielzahl von lichtempfangenden Bereichen, die jeweils die ersten und zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen umfassen, bereitgestellt wird, die Vielzahl von lichtempfangenden Bereichen in einer Richtung ausgerichtet ist, die zur Längenmessrichtung der Skala orthogonal ist; die erste Amplitudenanpassung an einem Signal, das erzielt wird, indem die ersten Ausgangssignale, die von den ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen der Vielzahl von lichtempfangenden Bereichen ausgegeben werden, addiert werden, und an einem Signal, das erzielt wird, indem die zweiten Ausgangssignale, die von den ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen der Vielzahl von lichtempfangenden Bereichen ausgegeben werden, addiert werden, ausgeführt wird; und die zweite Amplitudenanpassung an einem Signal, das erzielt wird, indem die ersten Ausgangssignale, die von den zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen der Vielzahl von lichtempfangenden Bereichen ausgegeben werden, addiert werden, und an einem Signal, das erzielt wird, indem die zweiten Ausgangssignale, die von den zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen der Vielzahl von lichtempfangenden Bereichen ausgegeben werden, addiert werden, ausgeführt wird.
Gemäß dem ersten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, das dritte Ausgangssignal zu generieren, indem eine Verstärkung für das erste Ausgangssignal bereitgestellt wird, und das vierte Ausgangssignal zu generieren, indem eine Verstärkung für das zweite Ausgangssignal bereitgestellt wird.
Gemäß dem ersten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, das dritte Ausgangssignal zu generieren, indem das erste Ausgangssignal reduziert wird, und das vierte Ausgangssignal zu generieren, indem das zweite Ausgangssignal reduziert wird.
Gemäß dem ersten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass das Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen ferner folgende Schritte umfasst: Bewegen des Detektionskopfes entlang der Skala, um einen ersten Zeitpunkt, an dem ein Pegel des zweiten Ausgangssignals und ein Pegel des dritten Ausgangssignals gleich werden, und einen zweiten Zeitpunkt, an dem ein Pegel des ersten Ausgangssignals und ein Pegel des vierten Ausgangssignals gleich werden, zu detektieren; Korrigieren des dritten Ausgangssignals durch Multiplizieren des dritten Ausgangssignals mit einem Verhältnis eines Wertes des zweiten Ausgangssignals zu dem Wert des dritten Ausgangssignals, wenn die Phase des Hauptsignals die erste Referenzphase ist; Korrigieren des vierten Ausgangssignals durch Multiplizieren des vierten Ausgangssignals mit einem Verhältnis eines Wertes des ersten Ausgangssignals zu einem Wert des vierten Ausgangssignals, wenn die Phase des Hauptsignals die zweite Referenzphase ist; Berechnen eines korrigierten ersten Zeitpunktes, an dem der Pegel des zweiten Ausgangssignals und der Pegel des korrigierten dritten Ausgangssignals gleich werden; Berechnen eines korrigierten zweiten Zeitpunktes, an dem der Pegel des ersten Ausgangssignals und der Pegel des korrigierten vierten Ausgangssignals gleich werden; und Ausgeben einer Referenzausgabe, die an dem korrigierten ersten Zeitpunkt beginnt und an dem korrigierten zweiten Zeitpunkt endet.
Ein zweiter beispielhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein optischer Codierer, der Folgendes umfasst: eine Skala, die ein Referenzpunkt-Detektionsmuster und ein Verlagerungsdetektionsmuster umfasst; einen Detektionskopf, der Folgendes umfasst: eine Lichtquelle, die Licht auf die Skala emittiert; ein erstes lichtempfangendes Element und ein zweites lichtempfangendes Element, die Licht empfangen, das von dem Referenzpunkt-Detektionsmuster emittiert wird, wenn von der Lichtquelle Licht auf das Referenzpunkt-Detektionsmuster gestrahlt wird, wobei das erste lichtempfangende Element und das zweite lichtempfangende Element in einer Längenmessrichtung der Skala parallel angeordnet sind; und eine Hauptsignal-Detektionseinheit, die ein Hauptsignal aus dem Licht detektiert, das durch das Verlagerungsdetektionsmuster übertragen wird; und eine Referenzsignal-Generierungseinheit, die ein Referenzsignal basierend auf Ausgangssignalen aus dem ersten lichtempfangenden Element und dem zweiten lichtempfangenden Element generiert. Die Referenzsignal-Generierungseinheit ist konfiguriert zum: Generieren eines ersten Ausgangssignals basierend auf einer Lichtmenge, die von dem ersten lichtempfangenden Element empfangen wird, wenn der Detektionskopf an der Skala entlang bewegt wird; Generieren eines zweiten Ausgangssignals basierend auf einer Lichtmenge, die von dem zweiten lichtempfangenden Element empfangen wird, wenn der Detektionskopf an der Skala entlang bewegt wird; Ausführen einer ersten Amplitudenanpassung, um eine Amplitude eines von dem ersten Ausgangssignal und dem zweiten Ausgangssignal derart anzupassen, dass ein Pegel des ersten Ausgangssignals und ein Pegel des zweiten Ausgangssignals gleich werden, wenn eine Phase des Hauptsignals eine erste Referenzphase ist; Ausführen einer zweiten Amplitudenanpassung, um eine Amplitude eines von dem ersten Ausgangssignal und dem zweiten Ausgangssignal derart anzupassen, dass der Pegel des ersten Ausgangssignals und der Pegel des zweiten Ausgangssignals gleich werden, wenn die Phase des Hauptsignals eine zweite Referenzphase ist; und Ausgeben eines Referenzsignals, das zu einem Zeitpunkt beginnt, an dem der Pegel des zweiten Ausgangssignals und der Pegel des ersten Ausgangssignals, die der ersten Amplitudenanpassung unterzogen werden, gleich werden, und zu einem Zeitpunkt endet, an dem der Pegel des zweiten Ausgangssignals und der Pegel des ersten Ausgangssignals, die der zweiten Amplitudenanpassung unterzogen werden, gleich werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Referenzsignal mit einer konstanten Breite und konstanten Zeitpunkten sicher bereitzustellen.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der ausführlichen Beschreibung, die nachstehend erfolgt, und den beiliegenden Zeichnungen besser hervorgehen, die rein beispielhaft angegeben werden, und somit nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend anzusehen sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht, die einen optischen Codierer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
2 eine perspektivische Ansicht, die den optischen Codierer gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
3 ein Blockdiagramm, das eine Referenzsignal-Generierungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
4 ein Diagramm zum Erklären eines Verfahrens zum Generieren von Referenzsignalen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5 ein Schaltbild, das Beispiele von Schaltungen einer Referenzsignal-Verarbeitungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
6 ein Zeitdiagramm, das einen Vorgang der Referenzsignal-Verarbeitungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
7 ein Ablaufschema zum Erklären eines Ablaufs des Verfahrens zum Generieren von Referenzsignalen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
8 ein Diagramm zum Erklären eines Verfahrens zum Generieren eines dritten Ausgangssignals;
9 ein Diagramm zum Erklären eines Verfahrens zum Generieren eines vierten Ausgangssignals;
10 ein Diagramm zum Erklären eines Verfahrens zum Erzielen eines Startpunktes und eines Endpunktes eines Referenzsignals;
11 eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Konfiguration eines optischen Codierers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
12 eine Draufsicht, die schematisch eine Anordnung von lichtempfangenden Einheiten zur Referenzpunktdetektion gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
13 eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Konfiguration eines optischen Codierers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
14 eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration einer lichtempfangenden Einheit zur Referenzpunktdetektion gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
15 ein Schaltbild, das Beispiele von Schaltungen einer Referenzsignal-Verarbeitungseinheit gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
16 ein Zeitdiagramm, das einen Vorgang einer Referenzsignal-Generierungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
17 eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration einer lichtempfangenden Einheit zur Referenzpunktdetektion gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt;
18 eine Draufsicht, die eine Form eines Lichtpunktes, der auf die lichtempfangende Einheit zur Referenzpunktdetektion ausgestrahlt wird, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
19 ein Zeitdiagramm, das ein Signal in der Referenzsignal-Verarbeitungseinheit, wenn die Punkte SP1 und SP2 auf die lichtempfangenden Einheit zur Referenzpunktdetektion ausgestrahlt werden, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
20 eine Draufsicht, die eine Form eines Lichtpunktes, der auf die lichtempfangende Einheit zur Referenzpunktdetektion ausgestrahlt wird, gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt; und
21 ein Diagramm zum Erklären eines Verfahrens zum Generieren von Referenzsignalen gemäß der verwandten Technik.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Erstes Ausführungsbeispiel
Ein optischer Codierer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf 1 bis 10 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfasst ein optischer Codierer 1 eine sich längs erstreckende Skala 2, einen Detektionskopf 3, der entlang der Skala 2 bewegbar ist, und eine Referenzsignal-Generierungseinheit 4 (Referenzsignal-Generierungseinheit), die basierend auf einer Ausgabe aus dem Detektionskopf 3 ein Referenzsignal generiert. Der optische Codierer 1 detektiert eine Bewegung des Detektionskopfes 3 mit Bezug auf die Skala 2.
2 zeigt Einzelheiten des Innern des Detektionskopfes 3 und der Skala 2. Wie in 2 gezeigt, umfasst die Skala 2 ein Verlagerungsdetektionsmuster 21 und ein Referenzpunkt-Detektionsmuster 22. Das Verlagerungsdetektionsmuster 21 wird dadurch gebildet, dass abwechselnd ein lichtdurchlässiger Abschnitt 23 und ein undurchlässiger Abschnitt 24 in einem konstanten Abstand in einer X-Richtung angeordnet werden. Das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 ist ein Schlitz, der sich in einer Richtung (Y-Richtung) senkrecht zu einer Längenmessrichtung (X-Richtung) der Skala 2 erstreckt.
Der Detektionskopf 3 umfasst eine Lichtquelle 31, die Licht auf die Skala 2 emittiert, und eine lichtempfangende Einheit 32, die in einer Position gegenüber der Lichtquelle 31 angeordnet ist, wobei die Skala 2 dazwischen eingeschoben ist. Mit anderen Worten sind die Lichtquelle 31, die Skala 2 und die lichtempfangende Einheit 32 in einer Z-Richtung ausgerichtet. Die lichtempfangende Einheit 32 umfasst eine lichtempfangende Einheit zur Referenzpunktdetektion 11 und eine lichtempfangende Einheit zur Verlagerungsdetektion 12. Die lichtempfangende Einheit zur Referenzpunktdetektion 11 umfasst ein erstes lichtempfangendes Element 34 und ein zweites lichtempfangendes Element 35. Die lichtempfangende Einheit zur Verlagerungsdetektion 12 umfasst ein lichtempfangendes Hauptsignalgitter 33 (Hauptsignal-Detektionseinheit). Die Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 40 umfasst eine lichtempfangende Einheit 32 und die Referenzsignal-Generierungseinheit 4.
Das erste lichtempfangende Element 34 und das zweite lichtempfangende Element 35 sind in der Längenmessrichtung (der X-Richtung, die der Richtung der Bewegung des Detektionskopfes 3 entspricht) der Skala 2 parallel angeordnet und empfangen Licht, das durch das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 übertragen wird. Das erste lichtempfangende Element 34 und das zweite lichtempfangende Element 35 sind derart angeordnet, dass sie von dem lichtempfangenden Hauptsignalgitter 33 in der Y-Richtung getrennt sind. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel bewegt sich der Detektionskopf 3 (die Lichtquelle 31 und die lichtempfangende Einheit 32) in einer –X-Richtung im Verhältnis zu der Skala 2. Das Licht, das durch das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 übertragen wird, fällt zuerst auf das erste lichtempfangende Element 34 und fällt dann auf das zweite lichtempfangende Element 35.
Das lichtempfangende Hauptsignalgitter 33 detektiert ein Hauptsignal aus dem Licht, das durch das Verlagerungsdetektionsmuster 21 übertragen wird. In 2 sind die lichtempfangenden Abschnitte des lichtempfangenden Hauptsignalgitters 33 schraffiert angegeben. Das Hauptsignal, das von dem lichtempfangenden Hauptsignalgitter 33 detektiert wird, umfasst ein A-Phasensignal und ein B-Phasensignal, das eine Phase aufweist, die sich um 90 von der Phase des A-Phasensignals unterscheidet. Falls das A-Phasensignal eine Sinuswelle ist, die bei 0 beginnt, wenn die Phase des A-Phasensignals gleich 135 und 225 ist, kreuzen sich das A-Phasensignal und das B-Phasensignal und es bildet sich ein Kreuzungspunkt.
Die Referenzsignal-Generierungseinheit 4 generiert ein Referenzsignal basierend auf Ausgangssignalen aus dem ersten lichtempfangenden Element 34 und dem zweiten lichtempfangenden Element 35. Wenn der Detektionskopf 3 durch das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 geht, nehmen die Ausgangssignale aus dem ersten lichtempfangenden Element 34 und dem zweiten lichtempfangenden Element 35 zu oder ab. Da das erste lichtempfangende Element 34 und das zweite lichtempfangende Element 35 derart angeordnet sind, dass sie voneinander in der X-Richtung getrennt sind, kommt es zu einem Zeitunterschied zwischen einer Zunahme oder Abnahme der Ausgabe aus dem ersten lichtempfangenden Element 34 und einer Zunahme oder Abnahme der Ausgabe aus dem zweiten lichtempfangenden Element 35.
3 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Referenzsignal-Generierungseinheit 4 zeigt. Wie in 3 gezeigt, umfasst die Referenzsignal-Generierungseinheit 4 eine Auslösergenerierungseinheit 41, eine Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 und einen Mikrocomputer 43.
Die Auslösergenerierungseinheit 41 empfängt das A-Phasensignal und das B-Phasensignal von dem Detektionskopf 3 und generiert ein Auslösesignal zu einem Zeitpunkt, an dem die Phase des A-Phasensignals 225 ist. Die Auslösergenerierungseinheit 41 gibt das generierte Auslösesignal an den Mikrocomputer 43 aus.
Die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 empfängt von dem Detektionskopf 3 das A-Phasensignal, das B-Phasensignal, ein erstes Ausgangssignal V1 und ein zweites Ausgangssignal V2. Die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 generiert ein Gate-Signal G, indem sie die Summe des ersten Ausgangssignals V1 und des zweiten Ausgangssignals V2 berechnet, und gibt das generierte Gate-Signal G an den Mikrocomputer 43 aus.
Die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 umfasst digitale Potentiometer und generiert ein drittes Ausgangssignal V3, indem sie eine Verstärkung für das erste Ausgangssignal V1 bereitstellt, und generiert auch ein viertes Ausgangssignal V4, indem sie eine Verstärkung für das zweite Ausgangssignal V2 bereitstellt. In der Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 können die Verstärkungen, die dem ersten Ausgangssignal V1 und dem zweiten Ausgangssignal V2 bereitgestellt werden, durch die digitalen Potentiometer geändert werden. Entsprechend können die Amplitudenwerte des dritten Ausgangssignals V3 und des vierten Ausgangssignals V4 geändert werden.
Wie in 4 gezeigt, generiert die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 das Referenzsignal, indem sie ein logisches UND nimmt, wenn drei Bedingungen erfüllt sind, d. h. a) es gilt V1 > V4, b) es gilt V2 > V3, und c) das Gate-Signal überschreitet eine Schwellenspannung V_Th und ist aktiv. Dann gibt die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 das generierte Referenzsignal von der Referenzsignal-Generierungseinheit 4 nach außen aus.
Wie in 3 gezeigt, werden die ersten bis vierten Ausgangssignale V1 bis V4 von der Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 an den Mikrocomputer 43 gesendet. Der Mikrocomputer 43 berechnet die Verstärkungen, die dem dritten Ausgangssignal V3 und dem vierten Ausgangssignal V4 bereitzustellen sind, um das Referenzsignal mit einer gewünschten Breite und Zeitpunkten zu erzielen, indem die ersten bis vierten Ausgangssignale V1 bis V4 verwendet werden. Der Mikrocomputer 43 gibt an die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 eine Anweisung aus, die Verstärkung jedes digitalen Potentiometers der Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 zu ändern.
5 ist ein Schaltbild, das spezifische Beispiele von Schaltungen zeigt, welche die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 bilden. Wie in 5 gezeigt, umfasst die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 Verstärker 51 bis 55, Vergleicher 61 bis 63, eine UND-Schaltung 66, digitale Potentiometer 58 und 59 und Widerstände R1 bis R12.
Das erste Ausgangssignal V1, das von dem ersten lichtempfangenden Element 34 ausgegeben wird, und das zweite Ausgangssignal V2, das von dem zweiten lichtempfangenden Element 35 ausgegeben wird, werden in die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 eingegeben.
Das digitale Potentiometer 58 empfängt das erste Ausgangssignal V1. Eine Spannung, die erzielt wird, indem der Pegel des ersten Ausgangssignals V1 durch das digitale Potentiometer 58 angepasst wird, wird in eine nicht invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 51 eingegeben. Eine invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 51 ist an eine Ausgangsklemme des Verstärkers 51 angeschlossen. Entsprechend wird das dritte Ausgangssignal V3, das erzielt wird, indem die Amplitude des ersten Ausgangssignals V1 angepasst wird, von der ersten Ausgangsklemme des Verstärkers 51 ausgegeben.
Das digitale Potentiometer 59 empfängt das zweite Ausgangssignal V2. Eine Spannung, die erzielt wird, indem der Pegel des zweiten Ausgangssignals V2 durch das digitale Potentiometer 59 angepasst wird, wird in eine nicht invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 52 eingegeben. Eine invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 52 ist an eine Ausgangsklemme des Verstärkers 52 angeschlossen. Entsprechend wird das vierte Ausgangssignal V4, das erzielt wird, indem die Amplitude des zweiten Ausgangssignals V2 angepasst wird, von der Ausgangsklemme des Verstärkers 52 ausgegeben.
Ein Ende des Widerstandes R1 empfängt das zweite Ausgangssignal V2, und das andere Ende des Widerstandes R1 ist an eine invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 53 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R2 ist an die Ausgangsklemme des Verstärkers 51 angeschlossen und empfängt das dritte Ausgangssignal V3. Das andere Ende des Widerstandes R2 ist an eine nicht invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 53 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R8 empfängt eine Referenzspannung V_REF, und das andere Ende des Widerstandes R8 ist an die nicht invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 53 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R10 ist an die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 53 angeschlossen, und das andere Ende des Widerstandes R10 ist an eine Ausgangsklemme des Verstärkers 53 angeschlossen. Die Widerstände R1, R2, R8 und R10 haben den gleichen Widerstandswert. Entsprechend wird eine Spannung eines Signals S1, das von der Ausgangsklemme des Verstärkers 53 ausgegeben wird, als (V3 – V2 + V_REF) ausgedrückt.
Ein Ende des Widerstandes R3 empfängt das erste Ausgangssignal V1, und das andere Ende des Widerstandes R3 ist an eine invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 54 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R4 empfängt das zweite Ausgangssignal V2, und das andere Ende des Widerstandes R4 ist an die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 54 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R5 empfängt die Referenzspannung V_REF, und das andere Ende des Widerstandes R5 ist an eine nicht invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 54 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R11 ist an die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 54 angeschlossen, und das andere Ende des Widerstandes R11 ist an eine Ausgangsklemme des Verstärkers 54 angeschlossen. Die Widerstände R3, R4, R5 und R11 haben den gleichen Widerstandswert. Entsprechend wird eine Spannung eines Signals S2, das von der Ausgangsklemme des Verstärkers 54 ausgegeben wird, als (–V1 – V2 + V_REF) ausgedrückt.
Ein Ende des Widerstandes R6 empfängt das vierte Ausgangssignal V4, und das andere Ende des Widerstandes R6 ist an eine invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 55 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R7 empfängt das erste Ausgangssignal V1, und das andere Ende des Widerstandes R7 ist an eine nicht invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 55 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R9 empfängt die Referenzspannung V_REF, und das andere Ende des Widerstandes R9 ist an eine nicht invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 55 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R12 ist an die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 55 angeschlossen, und das andere Ende des Widerstandes R12 ist an eine Ausgangsklemme des Verstärkers 55 angeschlossen. Die Widerstände R6, R7, R9 und R12 haben den gleichen Widerstandswert. Entsprechend wird eine Spannung eines Signals S3, das von der Ausgangsklemme des Verstärkers 55 ausgegeben wird, als (V1 – V4 + V_REF) ausgedrückt.
Eine invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 61 ist an die Ausgangsklemme des Verstärkers 53 angeschlossen. Das Signal S1 wird in die invertierende Eingangsklemme des Vergleichers 61 eingegeben. Die Referenzspannung V_REF wird in eine nicht invertierende Eingangsklemme des Vergleichers 61 eingegeben. Entsprechend wird ein Signal Z1 von einer Ausgangsklemme des Vergleichers 61 ausgegeben und die Spannung des Signals Z1 wird als (V2 – V3) ausgedrückt.
Eine invertierende Eingangsklemme des Vergleichers 62 ist an die Ausgangsklemme des Verstärkers 54 angeschlossen. Das Signal S2 wird in die invertierende Eingangsklemme des Vergleichers 62 eingegeben. Die Schwellenspannung V_Th wird in eine nicht invertierende Eingangsklemme des Vergleichers 62 eingegeben. Entsprechend wird das Gate-Signal G von einer Ausgangsklemme des Vergleichers 62 ausgegeben und die Spannung des Signals G wird als (V1 + V2) ausgedrückt.
Eine nicht invertierende Eingangsklemme des Vergleichers 63 ist an die Ausgangsklemme des Verstärkers 55 angeschlossen. Das Signal S3 wird in die nicht invertierende Eingangsklemme des Vergleichers 63 eingegeben. Die Referenzspannung V_REF wird in eine invertierende Eingangsklemme des Vergleichers 63 eingegeben. Entsprechend wird ein Signal Z2 von einer Ausgangsklemme des Vergleichers 63 ausgegeben und die Spannung des Signals Z2 wird als (V1 – V4) ausgedrückt.
Die Ausgangsklemmen der Vergleicher 61, 62 und 63 sind jeweils an eine Eingangsklemme der UND-Schaltung 66 angeschlossen. Eine Ausgangsklemme der UND-Schaltung 66 ist außen an die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 angeschlossen. Die UND-Schaltung 66 generiert das Referenzsignal, indem sie ein logische UND des Signals Z1, des Signals Z2 und des Gate-Signals G nimmt, und gibt das Referenzsignal aus der Ausgangsklemme der UND-Schaltung 66 aus.
6 ist ein Zeitdiagramm, das einen Vorgang der Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 zeigt.
Wie in 6 gezeigt, liest das erste lichtempfangende Element 34 zunächst das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22, so dass eine Lesewellenform in dem ersten Ausgangssignal V1 generiert wird. Gleichzeitig generiert die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 das dritte Ausgangssignal V3, indem sie eine Verstärkung für das erste Ausgangssignal V1 bereitstellt, so dass eine Lesewellenform in dem dritten Ausgangssignal V3 generiert wird. Ferner wird zu dem Zeitpunkt, an dem das erste Ausgangssignal V1 ansteigt, das Signal Z2 HIGH.
Dann liest das zweite lichtempfangende Element 35 das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22, so dass eine Lesewellenform in dem zweiten Ausgangssignal V1 generiert wird. Gleichzeitig generiert die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 das vierte Ausgangssignal V4, indem sie eine Verstärkung für das zweite Ausgangssignal V2 bereitstellt, so dass eine Lesewellenform in dem vierten Ausgangssignal V4 generiert wird.
Dann wird zu einem Zeitpunkt T1, an dem der Pegel des zweiten Ausgangssignals V2 gleich dem Pegel des dritten Ausgangssignals V3 wird, das Signal Z1 HIGH. Zu einem Zeitpunkt T2, an dem der Pegel des ersten Ausgangssignals V1 gleich dem Pegel des vierten Ausgangssignals V4 ist, wird das Signal Z2 LOW. Anschließend wird zu dem Zeitpunkt, an dem das zweite Ausgangssignal V2 abfällt, das Signal Z1 LOW.
Die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 generiert das Referenzsignal, indem sie ein logisches UND des Signals Z1 und des Signals Z2 nimmt, wenn das Gate-Signal G (V1 + V2) die Schwellenspannung V_Th überschreitet und aktiv ist. Der Zeitpunkt T1 entspricht dem Anfangspunkt des Referenzsignals, und der Zeitpunkt T2 entspricht dem Endpunkt des Referenzsignals.
Ein Verfahren, bei dem die Referenzsignal-Generierungseinheit 4 ein Referenzsignal generiert, wird mit Bezug auf das in 7 gezeigte Ablaufschema beschrieben.
Wie in 9 gezeigt, generiert die Referenzsignal-Generierungseinheit 4 das erste Ausgangssignal V1 basierend auf der Lichtmenge, die von dem ersten lichtempfangenden Element 34 empfangen wird, wenn der Detektionskopf 3 über die Skala 3 bewegt wird (ST101). Wie in 8 gezeigt, generiert die Referenzsignal-Generierungseinheit 4 ferner das zweite Ausgangssignal V2 basierend auf der Lichtmenge, die von dem zweiten lichtempfangenden Element 35 empfangen wird, wenn der Detektionskopf 3 über die Skala 3 bewegt wird (ST102).
Erste Amplitudenanpassung
Dann berechnet, wie in 8 gezeigt, der Mikrocomputer 42 der Referenzsignal-Generierungseinheit 4 eine Verstärkung A, die dem ersten Ausgangssignal V1 bereitzustellen ist, wenn das dritte Ausgangssignal V3 derart generiert wird, dass der Pegel des dritten Ausgangssignals V3 gleich dem Pegel des zweiten Ausgangssignals V2 an dem Zeitpunkt T1 wird (erste Referenzphase), wenn die Phase des A-Phasensignals zuerst 255 wird, nachdem der Pegel des zweiten Ausgangssignals V2 höher als der Pegel des ersten Ausgangssignals V1 geworden ist (ST103). Dann stellt die Referenzsignal-Generierungseinheit 4 die Verstärkung A dem ersten Ausgangssignal V1 bereit, um das erste Ausgangssignal V1 zu reduzieren, wodurch das dritte Ausgangssignal V3 generiert wird (ST104).
Das Verfahren zum Berechnen der Verstärkung A wird ausführlicher beschrieben. Zuerst wird ein drittes Ausgangssignal V₀3, das nicht korrigiert wurde, generiert, indem dem ersten Ausgangssignal V1 eine vorbestimmte Verstärkung A₀ bereitgestellt wird. Zu dem Zeitpunkt T1 wird der Amplitudenwert des zweiten Ausgangssignals V2 durch V2_T1 dargestellt, und der Amplitudenwert des dritten Ausgangssignals V₀3, das nicht korrigiert wurde, wird durch V₀3_T1 dargestellt. Die Referenzsignal-Generierungseinheit 4 multipliziert das dritte Ausgangssignal V₀3, das nicht korrigiert wurde, mit dem Verhältnis des Amplitudenwertes V2_T1 des zweiten Ausgangssignals V2 zu dem Amplitudenwert V₀3_T1 des dritten Ausgangssignals V₀3 zu dem Zeitpunkt T1, wodurch das dritte Ausgangssignal V3 generiert wird, das einen gewünschten Amplitudenwert aufweist. D. h. es gelten die folgenden Ausdrücke. V3 = V₀3·(V2_T1/V₀3_T1) = V1·A₀·(V2_T1/V₀3_T1) A = A₀·(V2_T1/V₀3_T1)
Zweite Amplitudenanpassung
Wie in 2 gezeigt, berechnet dann die Referenzsignal-Generierungseinheit 4 eine Verstärkung B, die dem zweiten Ausgangssignal V2 bereitzustellen ist, wenn das vierte Ausgangssignal V4 generiert wird, so dass der Pegel des vierten Ausgangssignals V4 gleich dem Pegel des ersten Ausgangssignals V1 wird, wenn die Phase des A-Phasensignals dem Zeitpunkt T2 entspricht (zweite Referenzphase) (ST105). Der Zeitpunkt T2 ist ein Zeitpunkt, an dem die Phase des A-Phasensignals gegenüber dem Zeitpunkt T1 um 360 vorrückt und zu 225 wird. Die Referenzsignal-Generierungseinheit 4 stellt die Verstärkung B dem zweiten Ausgangssignal V2 bereit, um das zweite Ausgangssignal V2 zu reduzieren, wodurch das vierte Ausgangssignal V4 generiert wird (ST106).
Das Verfahren zum Berechnen der Verstärkung B wird ausführlicher beschrieben. Zuerst wird ein viertes Ausgangssignal V₀4, das nicht korrigiert wurde, generiert, indem dem ersten Ausgangssignal V2 eine vorbestimmte Verstärkung B₀ bereitgestellt wird. Zu dem Zeitpunkt T2 wird der Amplitudenwert des ersten Ausgangssignals V1 durch V1_T2 dargestellt, und der Amplitudenwert des vierten Ausgangssignals V₀4, das nicht korrigiert wurde, wird durch V₀4_T2 dargestellt. Die Referenzsignal-Generierungseinheit 4 multipliziert das vierte Ausgangssignal V₀4, das nicht korrigiert wurde, mit dem Verhältnis des Amplitudenwertes V1_T2 des ersten Ausgangssignals V1 zu dem Amplitudenwert V₀4_T2 des vierten Ausgangssignals V₀4 zu dem Zeitpunkt T2, wodurch das vierte Ausgangssignal V4 generiert wird, das einen gewünschten Amplitudenwert aufweist. D. h. es gelten die folgenden Ausdrücke. V4 = V₀4·(V1_T2/V₀4_T2) = V2·B₀·(V1_T2/V₀4_T2) B = B₀·(V1_T2/V₀4_T2)
Dann wird, wie in 10 gezeigt, das Referenzsignal, das zu dem Zeitpunkt T1 beginnt, an dem der Pegel des zweiten Ausgangssignals V2 und der Pegel des dritten Ausgangssignals V3 gleich werden, und zu einem Zeitpunkt endet, an dem der Pegel des ersten Ausgangssignals V1 und der Pegel des vierten Ausgangssignals V4 gleich werden, ausgegeben (ST107).
Bei dem optischen Codierer 1 wird die Verstärkung A, die dem ersten Ausgangssignal V1 bereitzustellen ist, angepasst, wenn das dritte Ausgangssignal V3 generiert wird, so dass der Pegel des dritten Ausgangssignals V3 gleich dem Pegel des zweiten Ausgangssignals V2 zu dem Zeitpunkt T1 wird. Gleichzeitig wird die Verstärkung B, die dem zweiten Ausgangssignal V2 bereitzustellen ist, angepasst, wenn das vierte Ausgangssignal V4 generiert wird, so dass der Pegel des vierten Ausgangssignals V4 gleich dem Pegel des ersten Ausgangssignals V1 zu dem Zeitpunkt T2 wird. Der Zeitpunkt T1 entspricht dem Anfangspunkt des Referenzsignals, und der Zeitpunkt T2 entspricht dem Endpunkt des Referenzsignals. Entsprechend können die Breite und der Zeitpunkt des Referenzsignals frei angepasst werden, indem der Zeitpunkt T1 und der Zeitpunkt T2 geändert werden.
Ferner wird bei dem optischen Codierer 1 basierend auf einem Auslösesignal ein Zeitpunkt, an dem die Phase des A-Phasensignals des Hauptsignals 225 wird, als Zeitpunkt T1 definiert, und ein Zeitpunkt, an dem die Phase des A-Phasensignals gegenüber dem Zeitpunkt T1 um 360 vorrückt, wird als Zeitpunkt T2 definiert. Entsprechend kann der optische Codierer 1 das Referenzsignal ausgeben, das eine Breite von 360 aufweist, basierend auf dem Zeitpunkt, an dem die Phase des A-Phasensignals 45 wird.
Wie zuvor beschrieben, ist es gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglich, ein Referenzsignal mit einer konstanten Breite und Zeitpunkten sicher bereitzustellen.
Das obige Ausführungsbeispiel erläutert einen Fall, bei dem das erste lichtempfangende Element 34 und das zweite lichtempfangende Element 35 in dieser Reihenfolge in eine Position unter dem Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 bewegt werden. Selbst wenn jedoch das zweite lichtempfangende Element 35 und das erste lichtempfangende Element 34 in dieser Reihenfolge in eine Position unter dem Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 bewegt werden, kann das Referenzsignal ebenso generiert werden, wie wenn sie in der zuvor erwähnten umgekehrten Reihenfolge bewegt werden.
Das obige Ausführungsbeispiel erläutert einen Fall, bei dem das erste lichtempfangende Element 34 das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 detektiert und dann das zweite lichtempfangende Element 35 das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 detektiert. Der Detektionskopf 3 kann sich jedoch in eine umgekehrte Richtung bewegen. Insbesondere wenn sich der Detektionskopf 3 nicht in der –X-Richtung bewegt, sondern stattdessen in einer +X-Richtung, kann das Referenzsignal ebenso generiert werden, wie zuvor beschrieben, indem das zweite lichtempfangende Element 35 als das erste lichtempfangende Element behandelt wird und das erste lichtempfangende Element 34 als das zweite lichtempfangende Element behandelt wird.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nun wird ein optischer Codierer 3000 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. 11 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration des optischen Codierers 3000 schematisch zeigt. Der optische Codierer 3000 weist eine Konfiguration auf, bei der die Skala 2 und die Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 40 des optischen Codierers 1 jeweils durch eine Skala 8 und eine Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 300 ersetzt werden.
Die Skala 8 umfasst Referenzpunkt-Detektionsmuster 22a bis 22d, die in der X-Richtung angeordnet sind, und das darauf gebildete Verlagerungsdetektionsmuster 21. Die Vielzahl von Referenzpunkt-Detektionsmustern 22a bis 22d ist in der Längenmessrichtung (X-Richtung) des Verlagerungsdetektionsmusters 21 angeordnet. Die Referenzpunkt-Detektionsmuster 22a bis 22d sind jeweils ähnlich wie die Referenzpunkt-Detektionsmuster 22, und somit entfällt ihre Beschreibung.
Die Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 300 umfasst eine lichtempfangende Einheit 6 und die Referenzsignal-Generierungseinheit 4. Die lichtempfangende Einheit 6 umfasst lichtempfangende Einheiten zur Referenzpunktdetektion 11a bis 11d und die lichtempfangende Einheit zur Verlagerungsdetektion 12. 12 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Anordnung der lichtempfangenden Einheiten zur Referenzpunktdetektion 11a bis 11d gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Wie in 12 gezeigt, sind die lichtempfangenden Einheiten zur Referenzpunktdetektion 11a bis 11d in der X-Richtung ausgerichtet, wobei es sich um die Leserichtung handelt. Die lichtempfangenden Einheiten zur Referenzpunktdetektion 11a bis 11d sind in Positionen angeordnet, die jeweils den Referenzpunkt-Detektionsmustern 22a bis 22d entsprechen. Die lichtempfangenden Einheiten zur Referenzpunktdetektion 11a bis 11d weisen jeweils die gleiche Konfiguration wie die lichtempfangende Einheit zur Referenzpunktdetektion 11 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf. Die lichtempfangenden Einheiten zur Referenzpunktdetektion 11a bis 11d umfassen jeweils die lichtempfangenden Elemente PD11 und PD12. Das lichtempfangende Element PD11 entspricht dem ersten lichtempfangenden Element 34, und das lichtempfangende Element PD12 entspricht dem zweiten lichtempfangenden Element 35.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die Vielzahl von Referenzpunkt-Detektionsmustern 22a bis 22d und die Vielzahl von lichtempfangenden Einheiten zur Referenzpunktdetektion 11a bis 11d bereitgestellt, anders als bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Ein Signal S11, das erzielt wird, indem die Ausgangssignale aus den lichtempfangenden Elementen PD11 der lichtempfangenden Einheiten zur Referenzpunktdetektion 11a bis 11d addiert werden, wird als erstes Ausgangssignal bezeichnet, und ein Signal S12, das erzielt wird, indem die Ausgangssignale aus den lichtempfangenden Elemente PD12 der lichtempfangenden Einheiten zur Referenzpunktdetektion 11a bis 11d addiert werden, wird als zweites Ausgangssignal bezeichnet. Entsprechend kann bei dem optischen Codierer 3000 ein Referenzsignal ebenso generiert werden wie bei dem optischen Codierer 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und zusätzlich kann ein S/N-Verhältnis erhöht werden, so dass es unwahrscheinlicher ist, dass der optische Codierer 3000 durch Rauschen beeinflusst wird.
Drittes Ausführungsbeispiel
13 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Konfiguration eines optischen Codierers 1000 als ein Beispiel eines optischen Codierers, der eine Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 100 umfasst, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt. Der optische Codierer 1000 umfasst die Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 100, die Lichtquelle 31 und eine Skala 5.
Die Skala 5 umfasst das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 und das darauf gebildete Verlagerungsdetektionsmuster 21. Das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 und das Verlagerungsdetektionsmuster 21 sind jeweils als Schlitz gebildet, der in einem plattenartigen Element perforiert ist.
Die Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 100 ist als eine Vorrichtung konfiguriert, um das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 zu lesen, das von dem Licht ausgestrahlt wird, das von der Lichtquelle 31 emittiert wird, und um ein Referenzsignal zu generieren. Da das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 ein Schlitz ist, wird ein Kontrast des Referenzpunkt-Detektionsmusters 22 anders als die Umgebung des Referenzpunkt-Detektionsmusters 20 durch das ausgestrahlte Licht gemacht. Entsprechend erkennt die Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 100 das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 als ein helles Muster.
Die Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 100 umfasst eine lichtempfangende Einheit 7 und die Referenzsignal-Generierungseinheit 4. Die lichtempfangende Einheit 7 umfasst die lichtempfangende Einheit zur Verlagerungsdetektion 12 und eine lichtempfangende Einheit zur Referenzpunktdetektion 13. Die lichtempfangende Einheit zur Verlagerungsdetektion 12 liest ein Muster des Verlagerungsdetektionsmusters 21, das von dem Licht ausgestrahlt wird, das von der Lichtquelle 31 übertragen wird. Die lichtempfangende Einheit zur Verlagerungsdetektion 12 gibt ein Signal aus, das einer Verlagerungsdetektionseinheit (nicht gezeigt) ein Leseergebnis angibt. Die Verlagerungsdetektionseinheit (nicht gezeigt) bestimmt eine detektierte Verlagerung basierend auf dem empfangenen Signal.
14 ist eine Draufsicht, die schematisch die Konfiguration der lichtempfangenden Einheit zur Referenzpunktdetektion 13 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt. Die lichtempfangende Einheit zur Referenzpunktdetektion 13 umfasst ein Array von lichtempfangenden Elementen, in dem zwei lichtempfangende Elemente in der X-Richtung ausgerichtet sind, wobei es sich um die Leserichtung des Referenzpunkt-Detektionsmusters 22 handelt. Mindestens zwei Arrays von lichtempfangenden Elementen sind in der Y-Richtung ausgerichtet, die zur X-Richtung, wobei es sich um die Lese-Richtung des Referenzpunkt-Detektionsmusters 22 handelt, senkrecht ist. Diese beiden Arrays von lichtempfangenden Elementen bilden einen einzelnen lichtempfangenden Bereich U1.
Wie in 14 gezeigt, umfasst die lichtempfangende Einheit zur Referenzpunktdetektion 13 die lichtempfangenden Elemente PD11 bis PD14. Die lichtempfangenden Elemente PD11 und PD12 sind in einem Abstand P in der X-Richtung ausgerichtet und bilden ein Array von lichtempfangenden Elementen L1. Die lichtempfangenden Elemente PD13 und PD14 sind in dem Abstand P in der X-Richtung ausgerichtet und bilden ein Array von lichtempfangenden Elementen L2. Wie zuvor beschrieben, sind das lichtempfangende Element-Array L1 und das lichtempfangende Element-Array L2 in der Y-Richtung ausgerichtet. Es sei zu beachten, dass ein Endteil des Arrays von lichtempfangenden Elementen L2 in der X-Richtung mit einem Versatz D gegenüber einem Endteil des Arrays von lichtempfangenden Elementen L1 in der X-Richtung angeordnet ist. Nachstehend werden die Arrays von lichtempfangenden Elementen L1 und L2 auch jeweils als erstes Array von lichtempfangenden Elementen und zweites Array von lichtempfangenden Elementen bezeichnet.
Bei der lichtempfangenden Einheit zur Referenzpunktdetektion 13 beginnt zum Zeitpunkt des Lesens des Referenzpunkt-Detektionsmusters 22 das lichtempfangende Element PD11 zuerst mit dem Lesen des Referenzpunkt-Detektionsmusters 22, und etwas später beginnt das lichtempfangende Element PD13 mit dem Lesen des Referenzpunkt-Detektionsmusters 22. Danach beginnt das lichtempfangende Element PD12 mit dem Lesen des Referenzpunkt-Detektionsmusters 22, und etwas später beginnt das lichtempfangende Element PD14 mit dem Lesen des Referenzpunkt-Detektionsmusters 22. Die lichtempfangenden Elemente PD11 bis PD14 geben Helligkeit oder Dunkelheit des gelesenen Referenzpunkt-Detektionsmusters 22 jeweils als Ausgangssignale S11 bis S14 aus.
Wie die Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 40 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Referenzsignal-Generierungseinheit 4 der Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 100 die Auslösergenerierungseinheit 41, die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 und den Mikrocomputer 43. 15 ist ein Schaltbild, das spezifische Beispiele von Schaltungen zeigt, welche die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 bilden. Wie in 15 gezeigt, umfasst die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 die Verstärker 51 bis 55, die Vergleicher 61 bis 63, die UND-Schaltung 66, die digitalen Potentiometer 58 und 59 und die Widerstände R1 bis R12.
Die Ausgangssignale S11 bis S14, die jeweils von den lichtempfangenden Elementen PD11 bis PD14 ausgegeben werden, werden in die Referenzsignal-Verarbeitungseinheit 42 eingegeben.
Das Ausgangssignal S12 wird in das digitale Potentiometer 58 eingegeben. Eine Spannung, die erzielt wird, indem der Pegel des Ausgangssignals S12 durch das digitale Potentiometer 58 angepasst wird, wird in die nicht invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 51 eingegeben. Die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 51 ist an die Ausgangsklemme des Verstärkers 51 angeschlossen. Entsprechend wird ein Signal S22, das durch Anpassen der Amplitude des Ausgangssignals S12 erzielt wird, von der Ausgangsklemme des Verstärkers 51 ausgegeben.
Das Ausgangssignal S14 wird in das digitale Potentiometer 59 eingegeben. Eine Spannung, die erzielt wird, indem der Pegel des Ausgangssignals S14 durch das digitale Potentiometer 59 angepasst wird, wird in die nicht invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 52 eingegeben. Die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 52 ist an die Ausgangsklemme des Verstärkers 52 angeschlossen. Entsprechend wird ein Signal S24, das erzielt wird, indem die Amplitude des Ausgangssignals S14 angepasst wird, von der Ausgangsklemme des Verstärkers 52 ausgegeben.
Ein Ende des Widerstandes R1 empfängt das Ausgangssignal S11, und das andere Ende des Widerstandes R1 ist an die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 53 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R2 ist an die Ausgangsklemme des Verstärkers 51 angeschlossen. Das amplitudenangepasste Signal S22 wird in ein Ende des Widerstandes R2 eingegeben. Das andere Ende des Widerstandes R2 ist an die nicht invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 53 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R8 empfängt die Referenzspannung V_REF, und das andere Ende des Widerstandes R8 ist an die nicht invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 53 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R10 ist an die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 53 angeschlossen, und das andere Ende des Widerstandes R10 ist an die Ausgangsklemme des Verstärkers 53 angeschlossen. Die Widerstände R1, R2, R8 und R10 haben den gleichen Widerstandswert. Entsprechend wird ein Signal S31, das von der Ausgangsklemme des Verstärkers 53 ausgegeben wird, als (S22 – S11 + V_REF) ausgedrückt.
Ein Ende des Widerstandes R3 empfängt das Ausgangssignal S11, und das andere Ende des Widerstandes R3 ist an die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 54 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R4 empfängt das Ausgangssignal S13, und das andere Ende des Widerstandes R4 ist an die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 54 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R13 empfängt das Ausgangssignal S12, und das andere Ende des Widerstandes R13 ist an die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 54 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R14 empfängt das Ausgangssignal S14, und das andere Ende des Widerstandes R14 ist an die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 54 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R5 empfängt die Referenzspannung V_REF, und das andere Ende des Widerstandes R5 ist an die nicht invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 54 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R11 ist an die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 54 angeschlossen, und das andere Ende des Widerstandes R11 ist an die Ausgangsklemme des Verstärkers 54 angeschlossen. Die Widerstände R3, R4, R5, R11, R13 und R14 haben den gleichen Widerstandswert. Entsprechend wird ein Signal S32, das von der Ausgangsklemme des Verstärkers 54 ausgegeben wird, als (–S11 – S12 – S13 – S14 + V_REF) ausgedrückt.
Ein Ende des Widerstandes R6 empfängt das Signal S24, dessen Amplitude angepasst wurde, und das andere Ende des Widerstandes R6 ist an die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 55 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R7 empfängt das Ausgangssignal S13, und das andere Ende des Widerstandes R7 ist an die nicht invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 55 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R9 empfängt die Referenzspannung V_REF, und das andere Ende des Widerstandes R9 ist an eine nicht invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 55 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes R12 ist an die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 55 angeschlossen, und das andere Ende des Widerstandes R12 ist an die Ausgangsklemme des Verstärkers 55 angeschlossen. Die Widerstände R6, R7, R9 und R12 haben den gleichen Widerstandswert. Entsprechend wird ein Signal S33, das von der Ausgangsklemme des Verstärkers 55 ausgegeben wird, als (S13 – S24 + V_REF) ausgedrückt.
Ein Prozess ähnlich wie der des ersten Ausführungsbeispiels wird an jedem der Signale S31 bis S33 ausgeführt, die jeweils von den Ausgangsklemmen der Verstärker 53 bis 55 ausgegeben werden, und das Referenzsignal wird von der Ausgangsklemme der UND-Schaltung 66 ausgegeben. Die Vorgänge der Vergleicher 61 bis 63 und der UND-Schaltung 66 sind ähnlich wie die des ersten Ausführungsbeispiels, und somit entfällt ihre Beschreibung.
Nun wird der Referenzsignal-Generierungsvorgang der Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 100 beschrieben. 16 ist ein Zeitdiagramm, das den Vorgang der Referenzsignal-Generierungseinheit 100 zeigt. In dem Array von lichtempfangenden Elementen L1 liest das lichtempfangende Element PD11 das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22, und anschließend liest das lichtempfangende Element PD12 das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22. Entsprechend wird eine Lesewellenform in dem Ausgangssignal S11 generiert, und dann wird eine Lesewellenform in dem Ausgangssignal S12 generiert. Ein Zeitpunkt (Kreuzungspunkt IP1), an dem der Pegel des Ausgangssignals S11 und der Pegel des Signals S22, die erzielt werden, indem die Amplitude des Ausgangssignals S12 angepasst wird, gleich werden, wird als Zeitpunkt T1 definiert.
Ferner liest in dem Array von lichtempfangenden Elementen L2 das lichtempfangende Element PD13 das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 mit einer Verzögerung eines Versatzes D gegenüber dem lichtempfangenden Element PD11, und anschließend liest das lichtempfangende Element PD14 das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 mit einer Verzögerung des Versatzes D gegenüber dem lichtempfangenden Element PD12. Entsprechend wird eine Lesewellenform in dem Ausgangssignal S13 mit einer Verzögerung des Versatzes D gegenüber dem Ausgangssignal S11 generiert, und anschließend wird eine Lesewellenform in dem Ausgangssignal S14 mit einer Verzögerung des Versatzes D gegenüber dem Ausgangssignal S12 generiert. Ein Zeitpunkt (Kreuzungspunkt IP2), an dem der Pegel des Ausgangssignals S13 und der Pegel des Signals S24, die erzielt werden, indem die Amplitude des Ausgangssignals S14 angepasst wird, gleich werden, wird als Zeitpunkt T2 definiert.
Zum Zeitpunkt T1 wird das Signal Z1 HIGH, und zu dem Zeitpunkt, an dem die Lesewellenform des Ausgangssignals S12 abfällt, wird das Signal Z1 LOW. Zu dem Zeitpunkt, an dem eine Lesewellenform in dem Ausgangssignal S13 generiert wird, wird das Signal Z2 HIGH, und das Signal Z2 wird zu dem Zeitpunkt T2 LOW.
Die Referenzsignal-Generierungseinheit 4 generiert das Referenzsignal, indem sie ein logisches UND des Signals Z1 und des Signals Z2 nimmt, wenn das Gate-Signal G (S11 + S12 + S13 + S14) die Schwellenspannung V_Th überschreitet und aktiv ist. Der Zeitpunkt T1 entspricht dem Anfangspunkt des Referenzsignals, und der Zeitpunkt T2 entspricht dem Endpunkt des Referenzsignals.
Wie zuvor beschrieben, generieren bei dieser Konfiguration die beiden Arrays von lichtempfangenden Elementen L1 und L2 jeweils die beiden Kreuzungspunkte IP1 und IP2, die sich durch die Zeitpunkte unterscheiden. Dann wird ein Referenzimpulssignal Z3, das zwischen dem Kreuzungspunkt IP1 und dem Kreuzungspunkt IP2 eingeschoben ist, generiert. Bei dieser Konfiguration wird der Zeitpunkt des Kreuzungspunktes IP1 durch die Anordnung der lichtempfangenden Elemente PD11 und PD12 und die Vergrößerung der Amplitude, die für das Ausgangssignal S12 anzupassen ist, bestimmt. Bei dieser Konfiguration wird ferner der Zeitpunkt des Kreuzungspunktes IP2 durch die Anordnung der lichtempfangenden Elemente PD13 und PD14 und die Vergrößerung der Amplitude, die für das Ausgangssignal S12 anzupassen ist, bestimmt. Wenn die Vergrößerung der Amplitude, die für das Ausgangssignal S12 anzupassen ist, gleich derjenigen für das Ausgangssignal S14 ist, wird eine Differenz zwischen dem Zeitpunkt des Kreuzungspunktes IP1 und dem Zeitpunkt des Kreuzungspunktes IP2 ein konstanter Wert, der durch den Versatz D bestimmt wird. Somit ist es gemäß dieser Konfiguration möglich, die Impulsbreite des Referenzimpulssignals Z3, das ein Referenzsignal t ist, konstant zu halten.
Ferner kann bei dieser Konfiguration der Versatz D nur durch die Anordnung der Arrays von lichtempfangenden Elementen bestimmt werden. Entsprechend unterliegt der Versatz D keiner Einschränkung einer minimalen Merkmalsgröße, wie etwa ein Herstellungsprozess der lichtempfangenden Einheit. Folglich kann der Wert des Versatzes D gemäß einem gewünschten Wert der Impulsbreite des Referenzimpulssignals Z3 frei bestimmt werden.
Ferner ist es bei dieser Konfiguration möglich, das Referenzsignal mit einer konstanten Breite zu erzielen, ohne auf Seiten des Referenzpunkt-Detektionsmusters 22 besondere Bemühungen zu erfordern. Um somit das Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 zu lesen, ist es nicht notwendig, ein optisches System oder dergleichen zwischen dem Referenzpunkt-Detektionsmuster 22 und der lichtempfangenden Einheit 7 einzufügen, wodurch eine einfache Konfiguration erreicht wird.
Viertes Ausführungsbeispiel
Nun wird eine Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 200 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 200 ist ein geändertes Beispiel der Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 100 und wird verwendet, um eine Referenzposition eines optischen Inkrementalpositionsgebers zu bestimmen, die verwendet wird, um eine Position einer Messvorrichtung oder dergleichen zu bestimmen. Die Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 200 weist eine Konfiguration auf, bei der die lichtempfangende Einheit zur Referenzpunktdetektion 13 der Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 100 durch eine lichtempfangende Einheit zur Referenzpunktdetektion 14 ersetzt wird. 17 ist eine Draufsicht, die schematisch die Konfiguration der lichtempfangenden Einheit zur Referenzpunktdetektion 14 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt.
Die lichtempfangende Einheit zur Referenzpunktdetektion 14 umfasst einzelne lichtempfangende Bereiche U1 bis U3. Die einzelnen lichtempfangenden Bereiche U1 bis U3 sind in der Y-Richtung ausgerichtet. Der einzelne lichtempfangende Bereich U1 weist eine Konfiguration auf, die ähnlich ist wie die des dritten Ausführungsbeispiels, und die einzelnen lichtempfangenden Bereiche U2 und U3 weisen eine Konfiguration auf, die ähnlich ist wie die des einzelnen lichtempfangenden Bereichs U1, und somit entfällt ihre Beschreibung. Da andere Konfigurationen und der Referenzsignal-Generierungsvorgang der Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 200 ähnlich sind wie die der Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 100, entfällt ihre Beschreibung.
Bei der Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 200 wird ein Signal, das erzielt wird, indem Ausgangssignale aus den lichtempfangenden Elementen PD11 der einzelnen lichtempfangenden Bereiche U1 bis U3 addiert werden, als Ausgangssignal S11 bezeichnet; ein Signal, das erzielt wird, indem Ausgangssignale aus den lichtempfangenden Elementen PD12 der einzelnen lichtempfangenden Bereiche U1 bis U3 addiert werden, wird als Ausgangssignal S12 bezeichnet; ein Signal, das erzielt wird, indem Ausgangssignale aus den lichtempfangenden Elementen PD13 der einzelnen lichtempfangenden Bereiche U1 bis U3 addiert werden, wird als Ausgangssignal S13 bezeichnet; ein Signal, das erzielt wird, indem Ausgangssignale aus den lichtempfangenden Elementen PD14 der einzelnen lichtempfangenden Bereiche U1 bis U3 addiert werden, wird als Ausgangssignal S14 bezeichnet. Diese Signale ermöglichen es der Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 200, ein Referenzsignal auf die gleiche Weise zu generieren wie jenes bei der Referenzsignal-Generierungsvorrichtung 100 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
Bei der Referenzsignal-Generierungsvorrichtung kann sich ein Lichtpunkt, der auf die lichtempfangende Einheit ausgestrahlt wird, beim Lesen des Referenzpunkt-Detektionsmusters 22 auf Grund eines Herstellungsfehlers oder einer Störung und dergleichen im Betrieb drehen. 18 ist eine Draufsicht, die schematisch die Form des Lichtpunktes zeigt, der auf den einzelnen lichtempfangenden Bereich U1 der lichtempfangenden Einheit zur Referenzpunktdetektion 13 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ausgestrahlt wird. Wenn sich der Lichtpunkt nicht dreht, hat der Lichtpunkt eine Form, bei der eine lange Achse in der Y-Richtung liegt, wie beispielsweise ein Punkt SP1. Wenn sich dagegen der Lichtpunkt dreht, hat der Lichtpunkt eine Form, bei der sich eine lange Achse im Gegenuhrzeigersinn dreht, wie beispielsweise ein Punkt SP2.
19 ist ein Zeitdiagramm, das ein Signal in der lichtempfangenden Einheit zur Referenzpunktdetektion 13 zeigt, wenn die Punkte SP1 und S22 ausgestrahlt werden. Wenn sich der Lichtpunkt in der Zeichnung von links nach rechts bewegt, wird das Licht auf die lichtempfangenden Elemente PD11 und PD12 durch den Punkt SP2 schneller als durch den Punkt SP1 ausgestrahlt, und das Licht wird auf die lichtempfangenden Elemente PD13 und PD14 durch den Punkt S22 langsamer als durch den Punkt SP1 ausgestrahlt. Daher weist ein Kreuzungspunkt IP3, wenn der Punkt SP2 ausgestrahlt wird, einen Zeitpunkt auf, der schneller als der des Kreuzungspunktes IP1 ist, wenn der Punkt SP1 ausgestrahlt wird. Wenn der Punkt SP2 ausgestrahlt wird, weist ein Kreuzungspunkt IP4 ferner einen Zeitpunkt auf, der langsamer als der des Kreuzungspunktes IP2 ist, wenn der Punkt SP1 ausgestrahlt wird. Entsprechend weist ein Referenzimpulssignal Z20, das basierend auf dem Punkt SP2 generiert wird, eine Impulsbreite auf, die breiter als die des Referenzimpulssignals Z3 ist, das basierend auf dem Punkt SP1 generiert wird.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch eine Vielzahl von einzelnen lichtempfangenden Bereichen in der Y-Richtung bereitgestellt wird, ist es möglich, die Schwankung der Breite des Referenzimpulssignals durch Drehung des Lichtpunktes zu reduzieren. 20 ist eine Draufsicht, die eine Form eines Lichtpunktes zeigt, der auf die lichtempfangende Einheit zur Referenzpunktdetektion ausgestrahlt wird. Wenn sich der Lichtpunkt nicht dreht, hat der Lichtpunkt eine Form, bei der eine lange Achse in der Y-Richtung liegt, wie beispielsweise ein Punkt SP3. Wenn sich dagegen der Lichtpunkt dreht, hat der Lichtpunkt eine Form, bei der sich eine lange Achse im Uhrzeigersinn dreht, wie beispielsweise ein Punkt SP4.
Bei der lichtempfangenden Einheit zur Referenzpunktdetektion 14 sind die einzelnen lichtempfangenden Bereiche in einer Längsachsenrichtung (Y-Richtung) des Lichtpunktes ausgerichtet. Selbst wenn sich der Lichtpunkt wie der Punkt SP4 dreht, gibt das lichtempfangende Element demnach ein Signal zu einem frühen Zeitpunkt in dem oberen Teil des Punktes SP4 in der Y-Richtung aus, wohingegen das lichtempfangende Element einen Zeitpunkt mit einer verzögerten Zeiteinstellung in dem unteren Teil des Punktes S24 in der Y-Richtung ausgibt. Daher werden die Ausgangssignale S11 bis S14, die jeweils von den einzelnen lichtempfangenden Bereichen des oberen Teils des Punktes S24 und von den einzelnen lichtempfangenden Bereichen des unteren Teils des Punktes S24 ausgegeben werden, synthetisiert, und eine Differenz zwischen den Zeitpunkten des Kreuzungspunktes IP3 und des Kreuzungspunktes IP4 wird aufgehoben. Folglich ist es gemäß dieser Konfiguration möglich, eine Breite eines Referenzsignals zu bewahren, selbst wenn sich ein Lichtpunkt, der auf die lichtempfangende Einheit ausgestrahlt wird, dreht (giert).
Obwohl zuvor ein Beispiel erklärt wurde, bei dem es drei einzelne lichtempfangende Bereiche gibt, ist dies rein beispielhaft. Die Anzahl der einzelnen lichtempfangenden Bereiche kann bei diesem Ausführungsbeispiel eine beliebige andere Mehrzahl als drei sein.
Es sei zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele eingeschränkt ist und dass gegebenenfalls Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Beispielsweise ist der optische Codierer der vorliegenden Erfindung nicht auf einen durchlässigen Codierer eingeschränkt, sondern ist auch auf einen reflektierenden Codierer anwendbar. Ferner ist der optische Codierer der vorliegenden Erfindung nicht auf einen linearen Codierer eingeschränkt, sondern ist auch auf einen Drehpositionsgeber anwendbar.
Obwohl die obigen Ausführungsbeispiele einen Fall erläutern, bei dem der Zeitpunkt T1 und der Zeitpunkt T2 übereinstimmen, wenn die Phase des Hauptsignals 225 beträgt, ist dieser Fall rein beispielhaft. Die Phase des Hauptsignals zum Zeitpunkt T1 und zum Zeitpunkt T2 kann eine beliebige andere Phase als 225 sein.
Bei den obigen Ausführungsbeispielen wird das Auslösesignal unter Verwendung des Hauptsignals als Referenz generiert. Es kann jedoch ein beliebiges anderes Signal als das Hauptsignal als Referenz verwendet werden.
Aus der somit beschriebenen Erfindung geht hervor, dass die Ausführungsformen der Erfindung vielfältig variiert werden können. Derartige Variationen sind nicht als ein Verlassen von Geist und Umfang der Erfindung anzusehen, und alle Änderungen, die für den Fachmann offensichtlich sind, sind zum Einschluss in den Umfang der folgenden Ansprüche gedacht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3358854 [0003, 0003, 0004, 0005, 0005]

Claims

Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen für einen optischen Codierer, wobei der optische Codierer Folgendes umfasst: eine Skala, die ein Referenzpunkt-Detektionsmuster und ein Verlagerungsdetektionsmuster umfasst; und einen Detektionskopf, umfassend: eine Lichtquelle, die Licht auf die Skala emittiert; ein erstes lichtempfangendes Element und ein zweites lichtempfangendes Element, die Licht empfangen, das von dem Referenzpunkt-Detektionsmuster emittiert wird, wenn von der Lichtquelle Licht auf das Referenzpunkt-Detektionsmuster ausgestrahlt wird, wobei das erste lichtempfangende Element und das zweite lichtempfangende Element in einer Längenmessrichtung der Skala parallel angeordnet sind; und eine Hauptsignal-Detektionseinheit, die ein Hauptsignal aus dem Licht detektiert, das durch das Verlagerungsdetektionsmuster übertragen wird; wobei das Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen folgende Schritte umfasst: Generieren eines ersten Ausgangssignals, basierend auf einer Lichtmenge, die von dem ersten lichtempfangenden Element empfangen wird, wenn der Detektionskopf an der Skala entlang bewegt wird; Generieren eines zweiten Ausgangssignals, basierend auf einer Lichtmenge, die von dem zweiten lichtempfangenden Element empfangen wird, wenn der Detektionskopf an der Skala entlang bewegt wird; Ausführen einer ersten Amplitudenanpassung, um eine Amplitude eines von dem ersten Ausgangssignal und dem zweiten Ausgangssignal derart anzupassen, dass ein Pegel des ersten Ausgangssignals und ein Pegel des zweiten Ausgangssignals gleich werden, wenn eine Phase des Hauptsignals eine erste Referenzphase ist; Ausführen einer zweiten Amplitudenanpassung, um eine Amplitude eines von dem ersten Ausgangssignal und dem zweiten Ausgangssignal derart anzupassen, dass der Pegel des ersten Ausgangssignals und der Pegel des zweiten Ausgangssignals gleich werden, wenn die Phase des Hauptsignals eine zweite Referenzphase ist; und Ausgeben eines Referenzsignals, das zu einem Zeitpunkt beginnt, an dem der Pegel des zweiten Ausgangssignals und der Pegel des ersten Ausgangssignals, die der ersten Amplitudenanpassung unterzogen werden, gleich werden, und zu einem Zeitpunkt endet, an dem der Pegel des zweiten Ausgangssignals und der Pegel des ersten Ausgangssignals, die der zweiten Amplitudenanpassung unterzogen werden, gleich werden.
Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen nach Anspruch 1, wobei bei der ersten Amplitudenanpassung ein drittes Ausgangssignal generiert wird, indem eine Amplitude des ersten Ausgangssignals derart angepasst wird, dass der Pegel des ersten Ausgangssignals und der Pegel des zweiten Ausgangssignals gleich werden, wenn die Phase des Hauptsignals die erste Referenzphase ist, bei der zweiten Amplitudenanpassung ein viertes Ausgangssignal generiert wird, indem eine Amplitude des zweiten Ausgangssignals derart angepasst wird, dass der Pegel des zweiten Ausgangssignals und der Pegel des ersten Ausgangssignals gleich werden, wenn die Phase des Hauptsignals die zweite Referenzphase ist, und das Referenzsignal, das zu einem Zeitpunkt beginnt, an dem der Pegel des zweiten Ausgangssignals und der Pegel des dritten Ausgangssignals gleich werden, und zu einem Zeitpunkt endet, an dem der Pegel des ersten Ausgangssignals und der Pegel des vierten Ausgangssignals gleich werden, ausgegeben wird.
Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen nach Anspruch 1 oder 2, wobei der optische Codierer eine Vielzahl von Paaren der ersten und zweiten lichtempfangenden Elemente umfasst, die in der Längenmessrichtung der Skala ausgerichtet sind, wobei die Vielzahl von Paaren der ersten und zweiten lichtempfangenden Elemente jeweils einer Vielzahl von Referenzpunkt-Detektionsmustern entspricht, die in der Längenmessrichtung der Skala ausgerichtet ist, und das erste Ausgangssignal generiert wird, indem Signale, die von der Vielzahl von ersten lichtempfangenden Elementen ausgegeben werden, addiert werden, und das zweite Ausgangssignal generiert wird, indem Signale, die von der Vielzahl von zweiten lichtempfangenden Elementen ausgegeben werden, addiert werden.
Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein erstes Array von lichtempfangenden Elementen, das die ersten und zweiten lichtempfangenden Elemente umfasst, bereitgestellt wird, ein zweites Array von lichtempfangenden Elementen, das die ersten und zweiten lichtempfangenden Elemente umfasst, bereitgestellt wird, die erste Amplitudenanpassung an dem ersten Ausgangssignal, das von dem ersten lichtempfangenden Element des ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen ausgegeben wird, und an dem zweiten Ausgangssignal, das von dem zweiten lichtempfangenden Element des ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen ausgegeben wird, ausgeführt wird; und die zweite Amplitudenanpassung an dem ersten Ausgangssignal, das von dem ersten lichtempfangenden Element des zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen ausgegeben wird, und an dem zweiten Ausgangssignal, das von dem zweiten lichtempfangenden Element des zweiten lichtempfangenden Elements ausgegeben wird, ausgeführt wird.
Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen nach Anspruch 4, wobei das erste Ausgangssignal, das von dem ersten lichtempfangenden Element des zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen ausgegeben wird, im Verhältnis zu dem ersten Ausgangssignal, das von dem ersten lichtempfangenden Element des ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen ausgegeben wird, um eine vorbestimmte Zeit verzögert wird, und das zweite Ausgangssignal, das von dem zweiten lichtempfangenden Element des zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen ausgegeben wird, im Verhältnis zu dem zweiten Ausgangssignal, das von dem zweiten lichtempfangenden Element des ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen ausgegeben wird, um die vorbestimmte Zeit verzögert wird.
Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen nach Anspruch 5, wobei das erste lichtempfangende Element des zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen und das erste lichtempfangende Element des ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen mit einem Versatz in der Längenmessrichtung der Skala angeordnet sind, und das zweite lichtempfangende Element des zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen und das zweite lichtempfangende Element des ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen mit einem Versatz in der Längenmessrichtung der Skala angeordnet sind.
Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei eine Vielzahl von lichtempfangenden Bereichen, die jeweils die ersten und zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen umfassen, bereitgestellt wird, wobei die Vielzahl von lichtempfangenden Bereichen in einer Richtung ausgerichtet ist, die zur Längenmessrichtung der Skala orthogonal ist, die erste Amplitudenanpassung an einem Signal, das erzielt wird, indem die ersten Ausgangssignale, die von den ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen der Vielzahl von lichtempfangenden Bereichen ausgegeben werden, addiert werden, und an einem Signal, das erzielt wird, indem die zweiten Ausgangssignale, die von den ersten Arrays von lichtempfangenden Elementen der Vielzahl von lichtempfangenden Bereichen ausgegeben werden, addiert werden, ausgeführt wird; und die zweite Amplitudenanpassung an einem Signal, das erzielt wird, indem die ersten Ausgangssignale, die von den zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen der Vielzahl von lichtempfangenden Bereichen ausgegeben werden, addiert werden, und an einem Signal, das erzielt wird, indem die zweiten Ausgangssignale, die von den zweiten Arrays von lichtempfangenden Elementen der Vielzahl von lichtempfangenden Bereichen ausgegeben werden, addiert werden, ausgeführt wird.
Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen nach Anspruch 7, wobei das dritte Ausgangssignal generiert wird, indem eine Verstärkung für das erste Ausgangssignal bereitgestellt wird, und das vierte Ausgangssignal generiert wird, indem eine Verstärkung für das zweite Ausgangssignal bereitgestellt wird.
Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen nach Anspruch 7 oder 8, wobei das dritte Ausgangssignal generiert wird, indem das erste Ausgangssignal reduziert wird, und das vierte Ausgangssignal generiert wird, indem das zweite Ausgangssignal reduziert wird.
Verfahren zum Generieren von Referenzsignalen nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner umfassend folgende Schritte: Bewegen des Detektionskopfes entlang der Skala, um einen ersten Zeitpunkt, an dem ein Pegel des zweiten Ausgangssignals und ein Pegel des dritten Ausgangssignals gleich werden, und einen zweiten Zeitpunkt, an dem ein Pegel des ersten Ausgangssignals und ein Pegel des vierten Ausgangssignals gleich werden, zu detektieren; Korrigieren des dritten Ausgangssignals durch Multiplizieren des dritten Ausgangssignals mit einem Verhältnis eines Wertes des zweiten Ausgangssignals zu einem Wert des dritten Ausgangssignals, wenn die Phase des Hauptsignals die erste Referenzphase ist; Korrigieren des vierten Ausgangssignals durch Multiplizieren des vierten Ausgangssignals mit einem Verhältnis eines Wertes des ersten Ausgangssignals zu einem Wert des vierten Ausgangssignals, wenn die Phase des Hauptsignals die zweite Referenzphase ist; Berechnen eines korrigierten ersten Zeitpunktes, an dem der Pegel des zweiten Ausgangssignals und der Pegel des korrigierten dritten Ausgangssignals gleich werden; Berechnen eines korrigierten zweiten Zeitpunktes, an dem der Pegel des ersten Ausgangssignals und der Pegel des korrigierten vierten Ausgangssignals gleich werden; und Ausgeben einer Referenzausgabe, die zu dem korrigierten ersten Zeitpunkt beginnt und zu dem korrigierten zweiten Zeitpunkt endet.
Optischer Codierer, umfassend: eine Skala, die ein Referenzpunkt-Detektionsmuster und ein Verlagerungsdetektionsmuster umfasst; einen Detektionskopf, umfassend: eine Lichtquelle, die Licht auf die Skala emittiert; ein erstes lichtempfangendes Element und ein zweites lichtempfangendes Element, die Licht empfangen, das von dem Referenzpunkt-Detektionsmuster emittiert wird, wenn von der Lichtquelle Licht auf das Referenzpunkt-Detektionsmuster ausgestrahlt wird, wobei das erste lichtempfangende Element und das zweite lichtempfangende Element in einer Längenmessrichtung der Skala parallel angeordnet sind; und eine Hauptsignal-Detektionseinheit, die ein Hauptsignal aus dem Licht detektiert, das durch das Verlagerungsdetektionsmuster übertragen wird; und eine Referenzsignal-Generierungseinheit, die basierend auf Ausgangssignalen aus dem ersten lichtempfangenden Element und dem zweiten lichtempfangenden Element ein Referenzsignal generiert, wobei die Referenzsignal-Generierungseinheit konfiguriert ist zum: Generieren eines ersten Ausgangssignals, basierend auf einer Lichtmenge, die von dem ersten lichtempfangenden Element empfangen wird, wenn der Detektionskopf an der Skala entlang bewegt wird; Generieren eines zweiten Ausgangssignals, basierend auf einer Lichtmenge, die von dem zweiten lichtempfangenden Element empfangen wird, wenn der Detektionskopf an der Skala entlang bewegt wird; Ausführen einer ersten Amplitudenanpassung, um eine Amplitude eines von dem ersten Ausgangssignal und dem zweiten Ausgangssignal derart anzupassen, dass ein Pegel des ersten Ausgangssignals und ein Pegel des zweiten Ausgangssignals gleich werden, wenn eine Phase des Hauptsignals eine erste Referenzphase ist; Ausführen einer zweiten Amplitudenanpassung, um eine Amplitude eines von dem ersten Ausgangssignal und dem zweiten Ausgangssignal derart anzupassen, dass der Pegel des ersten Ausgangssignals und der Pegel des zweiten Ausgangssignals gleich werden, wenn die Phase des Hauptsignals eine zweite Referenzphase ist; und Ausgeben eines Referenzsignals, das zu einem Zeitpunkt beginnt, an dem der Pegel des zweiten Ausgangssignals und der Pegel des ersten Ausgangssignals, die der ersten Amplitudenanpassung unterzogen werden, gleich werden, und zu einem Zeitpunkt endet, an dem der Pegel des zweiten Ausgangssignals und der Pegel des ersten Ausgangssignals, die der zweiten Amplitudenanpassung unterzogen werden, gleich werden.