JP2000275063A - 光電式エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低ノイズで正確な原点検出を行うことを可能
とした原点検出方式を採用した光電式エンコーダを提供
する。 【解決手段】 スケール１には、第１トラックに光学格
子１３、第２トラックの原点位置に原点検出用パターン
１４が形成される。変位センサ２には、光照射するＬＥ
Ｄ２１，２２、光学格子１３からの光を受光して変位信
号を出力する受光素子２５及び、原点検出パターン１４
からの光を受光して原点検出信号を出力するための受光
素子２６を有する。変位センサ２には、第２トラックを
照射するための照射窓２４が形成され、スケール１上の
原点検出用パターン１４は不等間隔の格子により構成さ
れ、受光素子２６の受光面には、原点位置で原点検出用
パターン１４からの全光束を受光するように、原点検出
用パターン１４の格子間隔を比例的に拡大してなる不等
間隔の受光窓２５１〜２５４が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光電式エンコー
ダに係り、特に原点検出方式の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】光電式エンコーダにおいて、原点検出信
号を発生させるためには、簡単にはスケール上に原点検
出マークを形成し、これを検出することが行われる。セ
ンサ部には原点検出マークに対応する受光スリットを設
けて、原点位置で原点検出マークからの光がこの受光ス
リットに入るようにすればよい。

【０００３】上述の原点検出方式の場合、Ｓ／Ｎのよい
原点検出信号を得るためには、原点検出用の受光素子に
入る入射光量を大きくすることが必要である。そしてそ
のためには、原点検出マークや受光窓の幅をある程度以
上大きくすることが必要となる。しかし、原点検出マー
クや受光窓の幅を大きくすると、検出される原点位置の
正確性が損なわれる。

【０００４】光電式エンコーダにおける別の原点検出方
式として、メインスケール上に不等間隔の格子からなる
原点検出パターンを形成し、これに対向するインデック
ススケール上に同じ原点検出パターンを形成して、両原
点検出パターンの一致検出を行う方式も知られている。
この方式は、平行光源を用いた幾何光学式のエンコーダ
の場合であって、メインスケールとインデックススケー
ルがごく近接して配置される場合には有効であるが、拡
散光源を用いた場合や、回折の影響が問題となる微細ス
ケールピッチの場合には、原点検出のノイズが大きくな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
光電式エンコーダにおける原点検出方式は、低ノイズで
正確な原点検出を行うには問題があった。この発明は、
低ノイズで正確な原点検出を行うことを可能とした原点
検出方式を採用した光電式エンコーダを提供することを
目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光電式エ
ンコーダは、第１トラックに光学格子が形成され、第１
トラックと平行する第２トラックの設定された原点位置
に原点検出用パターンが形成されたスケールと、このス
ケールに対して前記測定軸方向に相対移動可能に配置さ
れて前記スケールに光照射する光源、前記光学格子から
の光を受光して変位信号を出力する第１の受光素子及
び、前記原点検出パターンからの光を受光して原点検出
信号を出力するための第２の受光素子を有する変位セン
サとを備え、前記変位センサには前記第２トラックを照
射するための測定軸方向に見たときに実質的に点光源と
なる照射窓が形成され、前記スケール上の原点検出用パ
ターンは、不等間隔の格子により構成され、前記第２の
受光素子の受光面には、原点位置で前記原点検出用パタ
ーンからの全光束を受光するように前記原点検出用パタ
ーンの格子間隔を比例的に拡大してなる不等間隔の受光
窓が形成されていることを特徴とする。

【０００７】この発明においては、スケール上の原点検
出用パターンを不等間隔の格子とし、これを照射するた
めの照射窓を、測定軸方向に見たときに実質的に点光源
となるようにし、且つ原点検出の受光側には、原点位置
で原点検出用パターンからの全光束を受光するように原
点検出用パターンの格子間隔を比例的に拡大してなる不
等間隔の受光窓を形成している。これにより、照射窓や
原点検出用パターンの個々の格子幅を大きくすることな
く、原点検出用信号のための受光光量を大きいものとす
ることができる。従って、低ノイズでしかも正確な原点
検出が可能になる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図１は、この発明の実施の形態に
よる反射型の光電式エンコーダの構成を示し、図２はそ
の原点検出部に着目した断面構造を示している。この光
電式エンコーダは、スケール１と、これに対向して測定
軸ｘ方向に相対移動可能に配置された変位センサ２とか
ら構成されている。

【０００９】スケール１は反射型スケールであって、ス
ケール基板１０の第１トラック１１に所定ピッチの光学
格子１３が形成されている。スケール基板１０の第１ト
ラック１１と平行する第２トラック１２の原点位置に原
点検出パターン１４が形成されている。原点検出パター
ン１４は、不等間隔の格子により、具体的には図２に示
すように、不等間隔の複数本の反射格子１４１〜１４４
により構成されている。

【００１０】変位センサ２には、センサ基板２０上に、
それぞれ変位検出用光源、原点検出用光源であるＬＥＤ
２１、ＬＥＤ２２が設けられ、また変位検出用受光素子
２５と原点検出用受光素子２６が搭載されている。変位
検出用ＬＥＤ２１からの光は、インデックス格子２３を
介してスケール１に照射され、光学格子１３からの反射
光が受光素子２５により受光される。原点検出用ＬＥＤ
２２からの光は、スリット状の照射窓２４を介してスケ
ール１に照射され、原点位置では原点検出用パターン１
４からの反射光が受光素子２６に受光されるようになっ
ている。照射窓２４は、測定軸ｘ方向に見たときに、ス
ケール１に対して実質的に点光源となるスリット幅を持
つものとする。

【００１１】変位検出用受光素子２５は例えば、４相の
変位検出信号を出力する受光素子アレイにより構成され
ている。原点検出用受光素子２６は、図２に示すように
この実施の形態の場合一つの受光接合２６１が形成され
ており、その受光接合２６１に対向してセンサ基板２０
には、原点検出用パターン１４に対応する不等間隔のス
リット状の受光窓２５（２５１〜２５４）が形成されて
いる。

【００１２】ここで、図２に示したように、原点検出用
パターン１４の不等間隔反射格子１４１〜１４４の間隔
をそれぞれ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３としたとき、原点検出用
受光部の受光窓２５１〜２５４の間隔は、所定の比例係
数をｋとして、ｋＤ１，ｋＤ２，ｋＤ３に設定されてい
る。即ち、間隔Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を比例的に拡大した間
隔に設定されている。比例係数ｋは、光源からスケール
１の原点検出パターン１４までの光路長に対する、光源
からスケールの原点検出パターンを経て受光窓までの光
路長の比であり、要するに、照射窓２４を介して原点検
出パターン１４を照射して得られる複数の反射光束が、
原点位置においては全て受光窓２５に受光されるよう
に、設定されている。具体的にこの実施の形態の反射型
エンコーダの場合には、ｋ＝２である。

【００１３】原点位置からずれた位置においても、原点
検出パターン１４のいずれかの反射格子からの反射光
が、受光窓２５のいずれかに受光されることがある。し
かし、原点検出パターン１４からの全光束が受光される
のは原点位置のみとなるように、原点検出用パターン１
４の不等間隔を設定することにより、原点位置のみで受
光素子２６には大きな受光信号が得られることになる。
即ち、受光素子２６の出力信号を所定のしきい値で検出
することにより、原点信号を得ることができる。

【００１４】この実施の形態によると、原点検出用パタ
ーンとして不等間隔の格子を用いて、それらの反射光束
が原点位置で全て受光されるようにすることで、原点検
出の受光光量は大きなものとなる。しかも、原点検出パ
ターン１４を構成する個々の格子の幅を小さく設定すれ
ば、原点検出の誤差範囲は十分小さいものとなる。

【００１５】図３は、別の実施の形態による光電式エン
コーダの平面図である。先の実施の形態と対応する部分
には先の実施の形態と同じ符号を付して詳細な説明は省
く。この実施の形態では、変位センサ２側の光源を一つ
のＬＥＤ２１のみとして、これを変位検出用及び原点検
出用として兼用している。

【００１６】図４は、図３の実施の形態を変形した実施
の形態による光電式エンコーダの平面図である。ここで
も、先の実施の形態と対応する部分には先の実施の形態
と同じ符号を付して詳細な説明は省く。先の実施の形態
では、光源と受光部を測定軸ｘ方向に配列したのに対
し、この実施の形態ではこれらを測定軸ｘと直交する方
向に配置している。それ以外は図３の実施の形態と変わ
らない。

【００１７】図５は、この発明を透過型の光電式エンコ
ーダに適用した実施の形態について、原点検出部の構成
を、図２に対応させて示している。この場合、スケール
１は透過型スケールである。従って、原点検出用パター
ン１４は、不等間隔の透過格子１６１〜１６４により構
成される。原点検出用受光素子２６は、先の実施の形態
と基本的に同様の不等間隔の受光窓２５１〜２５４を有
する。この実施の形態によっても、先の実施の形態と同
様の効果が得られる。

【００１８】図６は、原点検出用受光素子２６の別の構
成例を示す。ここまでの実施の形態では、原点検出用受
光素子２６は、複数の受光窓をカバーする一つの受光接
合を持つものしたが、この実施の形態では受光窓２５１
〜２５４にそれぞれ対応して受光接合６１〜６４が形成
されている。但し、これらの受光接合６１〜６４から得
られる出力は合算されて原点検出用信号として処理され
る。この様に、受光素子２６の受光接合を複数の受光窓
２５１〜２５４に対応する部分のみに形成した受光素子
アレイ構成とすることにより、一つの受光接合を用いた
場合に比べて、無用なノイズが少なくなる。

【００１９】図７は更に別の原点検出用受光素子２６の
構成例である。この受光素子２６はガラス等の基板を用
いて、アモルファスシリコン等の薄膜による受光ダイオ
ード７１〜７４を形成したものである。この場合、受光
ダイオード７１〜７４がそのまま受光窓になるから、格
別の受光窓形成は要らない。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、低
ノイズで正確な原点検出を行うことを可能とした原点検
出方式を採用した光電式エンコーダを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態による光電式エンコー
ダの構成を示す図である。

【図２】 同実施の形態の原点検出部の構成を示す図で
ある。

【図３】 他の実施の形態による光電式エンコーダの平
面図である。

【図４】 他の実施の形態による光電式エンコーダの平
面図である。

【図５】 他の実施の形態による光電式エンコーダの構
成を示す図である。

【図６】 他の実施の形態による原点検出用受光素子の
構成を示す図である。

【図７】 他の実施の形態による原点検出用受光素子の
構成を示す図である。

【符号の説明】

１…スケール、２…変位センサ、１３…光学格子、１４
…原点検出用パターン、２１，２２…ＬＥＤ、２４…照
射窓、２５，２６…受光素子、１４１〜１４４…反射格
子、２５１〜２５４…受光窓。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１トラックに光学格子が形成され、第
   １トラックと平行する第２トラックの設定された原点位
   置に原点検出用パターンが形成されたスケールと、 このスケールに対して前記測定軸方向に相対移動可能に
   配置されて前記スケールに光照射する光源、前記光学格
   子からの光を受光して変位信号を出力する第１の受光素
   子及び、前記原点検出パターンからの光を受光して原点
   検出信号を出力するための第２の受光素子を有する変位
   センサとを備え、 前記変位センサには前記第２トラックを照射するための
   測定軸方向に見たときに実質的に点光源となる照射窓が
   形成され、 前記スケール上の原点検出用パターンは、不等間隔の格
   子により構成され、 前記第２の受光素子の受光面には、原点位置で前記原点
   検出用パターンからの全光束を受光するように前記原点
   検出用パターンの格子間隔を比例的に拡大してなる不等
   間隔の受光窓が形成されていることを特徴とする光電式
   エンコーダ。
2. 【請求項２】 前記第２の受光素子は、前記不等間隔の
   受光窓の範囲をカバーする一つの受光接合を有すること
   を特徴とする請求項１記載の光電式エンコーダ。
3. 【請求項３】 前記第２の受光素子は、前記不等間隔の
   受光窓に対応する複数の受光接合を有することを特徴と
   する請求項１記載の光電式エンコーダ。