JP2007183116A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】位置検出誤差やＳ／Ｎの低下を生じることなくスケールと受光素子との間隔を広くすることができ、組立て精度及び要素部品の寸法公差を緩和して組立てコスト及び部品コストを下げること。
【解決手段】光学式エンコーダにおいて、スケール板４と受光素子２との間隔Ｈを大きくすると共に受光素子１上に投影されるスケール板４のスリット投影像の周期に合わせて受光セルアレイの周期Ｐを設定し、スリット投影像の周期と受光セルアレイの周期Ｐとのずれに起因した位置検出誤差を排除する。
【選択図】図５

Description

本発明は、回転方向や直線方向の位置を検出する光学式エンコーダに関する。

図１１（ａ）（ｂ）は、従来の光学式リニアエンコーダの構成例を示す概略図である。同図に示す光学式リニアエンコーダは、ＬＥＤで構成された発光素子５００と、この発光素子５００から光が入射するスケール５０１と、このスケール５０１から反射して入射する光を検出する受光素子５０２と、この受光素子５０２を搭載したプリント基板５０３とを備えている。発光素子５００及びプリント基板５０３（受光素子５０２を含む）からセンサヘッドを構成していて、センサヘッドとスケール５０１とが矢印５０４又は５０５方向へ相対移動可能になっている。

スケール５０１は、図１２に示すように長方形をなす透明ガラス板５１１の表面にクロム５１２をガラス板幅方向にスリット状に形成し、透明ガラス板５１１の長手方向には同一形状のクロム５１２を所定周期で配列して構成されている。このように所定周期で配列したクロム５１２が位置情報パターンのスリット列となる。

受光素子５０２は、図１３に示すようにスケール５０１のスリット列（位置情報パターン）の周期と略同一周期Ｗ１００で一方向に配置された感帯部５１３（斜線部）を有する。感帯部５１３の幅Ｗ１０１は感帯部５１３の周期Ｗ１００の１／２又はそれ以下となっている。第１感帯部列５１４と第２感帯部列５１５との間隔Ｗ１０２は電気角で９０°位相がずれるように設定されている。

以上のように構成された光学式リニアエンコーダにおいて、発光素子５００から出射された光線がスケール５０１の位置情報パターンで反射し、この反射光を受光素子５０２の感帯部５１３にて検出する。受光素子５０２からは図１４に示す９０°位相がずれた正弦波状の電流信号１００，１０１が出力される。図１５に示すように、電流信号１００，１０１はＩ／Ｖ変換回路５２１で電圧信号１１０，１１１に変換された後、マイクロコンピュータユニット５２２に取り込まれる。そして、マイクロコンピュータユニット５２２において内挿処理することにより高い分解能を有する位置情報を取得している。

また、Ｍ系列を利用して直線位置又は回転角度の絶対変位量を計測する光学式絶対値エンコーダが開発されている。

特許文献１には、Ｍ系列スリット列、第１内挿倍スリット列及び第２内挿倍スリット列からなる検出用トラックを有するスケールを介して、発光素子（ＬＥＤ）から照射される照射光を受光素子が検出する光学式絶対値エンコーダが提案されている。受光素子を搭載するプリント基板にＣＰＵを設け、該ＣＰＵにおいて受光素子からＭ系列スリット列、第１内挿倍スリット列及び第２内挿倍スリット列に対応して出力されるＭ系列信号、第１内挿倍信号、第２内挿倍信号を組み合わせて絶対値情報を得ている。
特開２００１−１９４１８５号公報

しかしながら、上記従来の各光学式エンコーダは、スケールと受光素子との間隔を狭く設定する必要があることから、精密な組立て精度が要求され、要素部品にも高い寸法精度が要求され、組立てコスト及び部品コストが高くなるといった問題がある。

ここで、スケールと受光素子との間隔を広くすることができれば、組立ても容易となり、要素部品の寸法公差も緩和できることになる。ところが、発光素子に用いられる発光ダイオードは照明光が完全な平行光とはならない。スリットの周期と受光素子を構成する感帯部(又は受光セル)の周期とを同一周期に設定した従来の光学式エンコーダにおいて、スケールと受光素子との間の距離を長くすると、受光素子上に投影されるスリット投影像の周期と受光素子の感帯部(又は受光セル)の周期とが一致しなくなるため、検出誤差が発生する可能性がある。

例えば、光学式絶対値エンコーダでは、各受光セルが独立して検出信号を出力するため、離れた位置にある受光セル間に位相差が発生し、位置検出結果に誤差が生じる。また、内挿倍信号を出力する受光セルは並列に接続されていて各受光セルからの信号が合成されるため、受光セル間で位相差が発生すると信号のＳ／Ｎが低下し、内挿誤差により精度が低下することとなる。

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、位置検出誤差やＳ／Ｎの低下を生じることなくスケール板又は回転板と受光素子との間隔を広くすることができ、組立て精度及び要素部品の寸法公差を緩和して組立てコスト及び部品コストを下げることのできる光学式エンコーダを提供することを目的とする。

本発明の光学式エンコーダは、照射光を出射する発光素子と、前記発光素子から入射する照射光を反射又は透過するスリット列が形成されたスケール板と、前記スケール板に形成されたスリット列のスリット投影像が投影される受光素子と、前記スリット投影像が投影された前記受光素子から出力される検出信号に基づいて絶対位置又は相対位置を検出する制御手段と、を備えた光学式エンコーダであって、前記受光素子は、前記スケール板のスリット列と対向する位置に、前記スリット列の形成方向に沿って周期的に形成された複数の受光セルからなる受光セルアレイを備え、前記スケール板のスリット列の周期よりも前記受光素子上に投影されたスリット投影像の周期が大きくなるように前記スケール板と前記受光素子との間隔を設定し、かつ前記受光セルアレイの周期を前記スリット投影像の周期に合わせてスリット列の周期よりも大きくしたことを特徴とする。

このように構成された光学式エンコーダによれば、スケール板のスリット列の周期よりも前記受光素子上に投影されたスリット投影像の周期が大きくなるように前記スケール板と前記受光素子との間隔を設定したので、スケール板と受光素子との間を広くすることができ、組立て精度及び要素部品の寸法公差を緩和して組立てコスト及び部品コストを下げることができる。しかも、受光セルアレイの周期を前記スリット投影像の周期に合わせてスリット列の周期よりも大きくしたので、受光セルアレイの周期とスリット投影像の周期との位相差に起因した位置検出誤差を排除できる。

また本発明の光学式エンコーダは、照射光を出射する発光素子と、前記発光素子から入射する照射光を反射又は透過するスリット列が周方向に沿って形成された回転板と、前記回転板に形成されたスリット列を反射又は透過した光で形成されるスリット投影像が投影される受光素子と、前記スリット投影像が投影された前記受光素子から出力される検出信号に基づいて絶対位置又は相対位置を検出する制御手段と、を備えた光学式エンコーダであって、前記受光素子は、前記回転板のスリット列と対向する位置に、前記スリット列の形成方向に沿って周期的に形成された複数の受光セルからなる受光セルアレイを備え、前記回転板のスリット列の周期よりも前記受光素子上に投影されたスリット投影像の周期が大きくなるように前記回転板と前記受光素子との間隔を設定し、かつ前記受光セルアレイの周期を前記スリット投影像の周期に合わせてスリット列の周期よりも大きくしたことを特徴とする。

このように構成された光学式エンコーダによれば、ロータリエンコーダにおいても上記リニアエンコーダと同様に回転板と受光素子との間を広くすることができ、組立て精度及び要素部品の寸法公差を緩和して組立てコスト及び部品コストを下げることができる。しかも、受光セルアレイの周期を前記スリット投影像の周期に合わせてスリット列の周期よりも大きくしたので、受光セルアレイの周期とスリット投影像の周期との位相差に起因した位置検出誤差を排除できる

なお、前記受光セルアレイは、次式で表される周期Ｐで配置され、
Ｐ＝ｆ×Ｐ０
但し、Ｐは受光セルアレイの周期
Ｐ０はスリット列の周期
ｆは係数
係数ｆの値が１よりも大きくすることが望ましい。

係数ｆの値を１よりも大きくすることにより、受光セルアレイの周期がスリット列の周期よりも大きくなるように設定され、組立て精度及び要素部品の寸法公差を緩和して組立てコスト及び部品コストを下げることができると共に受光セルアレイの周期とスリット投影像の周期との位相差に起因した位置検出誤差を排除できる。

なお、前記係数ｆは、前記スケール板又は前記回転板と前記受光素子との間の距離と、前記発光素子の照射角度との関数であることが望ましく、特に１．００１から１．１の範囲に含まれることが望ましい。

本発明によれば、検出誤差やＳ／Ｎの低下を生じることなくスケール板又は回転板と受光素子との間隔を広くすることができ、組立て精度及び要素部品の寸法公差を緩和して組立てコスト及び部品コストを下げるこができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
図１（ａ）（ｂ）は、本実施の形態に係る光学式絶対値リニアエンコーダの概略構成を示す構成図である。同図に示す光学式絶対値リニアエンコーダは、発光ダイオードからなる発光素子１、複数の受光セルアレイから構成される受光素子２、図示していない電子部品を搭載した回路基板３、スケール板４から構成される。スケール板４は、同図に示す矢印８０及び８１方向へ移動可能になっている。発光素子１から出射した照明光は、スケール板４の反射部で反射して受光素子２へ入射するように受光素子２とスケール板４とが対向配置されている。

図２は回路基板３側から眺めたスケール板４の全体構成図である。回路基板３に対向しているスケール板４のスリット形成面に、Ｍ系列に従ってスリットが形成されたＭ系列トラック５と、明暗格子からなり周期的に光を透過及び反射する内挿倍トラック６とが形成されている。Ｍ系列トラック５は、Ｍ系列規定に従って反射領域と透過領域とが繰り返すスリット列を形成している。透過領域とは反射領域よりも反射率が低いという意味であり、必ずしも光が全く反射しない（反射率０）ということに限定する趣旨ではない。内挿倍トラック６は、明暗格子による反射部と透過部とが周期的に繰り返されるスリット列を構成している。スケール板４上に形成されたＭ系列トラック５及び内挿倍トラック６は、ガラス板上にクロム膜を蒸着し、該クロム膜の一部をエッチングによって除去することにより得ることができる。

ここで、Ｍ系列とは、１周期あたり２^ｎ個の１，０の組み合わせで構成され、簡単な規則によって作られる確定的系列であるが、概観上不規則な系列に似ている。このＭ系列の特定位置から連続するｎ個の１，０情報（パターン）は、系列内で１つしか存在しないため、２^ｎ個の重複しない情報を持つことになる。上記Ｍ系列トラック５は、このＭ系列の「１」を反射領域（図２の斜線部１２ａ）、「０」を非反射領域（図２の非斜線部１２ｂ）とする２^ｎ個の反射領域１２ａを有する反射パターンで構成される。ここでは、ｎ＝８で２^８（＝２５６）個の系列からなるものとして説明する。

図３はスケール板４側から回路基板３上の受光素子２を眺めた場合の受光素子２の受光セルアレイを示す平面図である。図中の斜線で示した領域は光を感じる感帯部を示し、その他の領域は光を検出しない不感帯部を示している。同図において、最上段に配置された８個の受光セルからＭ系列用の受光セルアレイＡ群４３が構成され、上から２段目に配置された８個の受光セルからＭ系列用の受光セルアレイＢ群４４が構成される。また、左下に配置された６個の受光セルから内挿倍用の受光セルアレイＡ’群４５が構成され、右下に配置された６個の受光セルから内挿倍用の受光セルアレイＢ’群４６が構成される。各受光セルはフォトダイオードで構成することができる。

なお、Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群４３の各受光セルの出力端が光電流を増幅するトランジスタに接続され、Ｂ群４４の各受光セルの出力端が光電流を増幅する別のトランジスタに接続される。

受光セルアレイＡ群４３，Ｂ群４４の各受光セルは周期的に配置されるものであり、隣接する２つの受光セル間の距離である周期ピッチＰ１をＭ系列用周期ピッチ＝Ｐというものとする。受光セルアレイＡ群４３，Ｂ群４４の位相差Ｐ５を電気角で１８０°とするため、位相差Ｐ５の距離はＭ系列用周期ピッチＰの半分、つまり、Ｐ／２とする。

また、受光セルアレイＡ’群４５、受光セルアレイＢ’群４６の周期ピッチ（以下、内挿倍用周期ピッチという。）Ｐ２、Ｐ３はＭ系列検出用周期ピッチＰ１と同じ値、つまり、内挿倍用周期ピッチはＰとなるように設けられている。内挿倍用周期ピッチＰ２，Ｐ３（＝Ｐ）を電気角で３６０°とした場合に、受光セルアレイＡ’群４５、受光セルアレイＢ’群４６の位相差Ｐ４を９０°もしくは２７０°の電気角の位相差に設定するためには、位相差Ｐ４となる距離を、Ｐ／４または３Ｐ／４とすることにより達成される。

また、Ｍ系列用の受光セルアレイＢ群４４と内挿倍検出用の受光セルアレイＡ’群４５とは適当な位相差にて配置されるが、本例では受光セルアレイＢ群４４と受光セルアレイＡ’群４５とが同位相となるように配置されている。

なお、受光セルアレイＡ群４３，Ｂ群４４及び受光セルアレイＡ’群４５、Ｂ’群４６のそれぞれのピッチＰ１、Ｐ２、Ｐ３、受光セルアレイＡ群４３及びＢ群４４との位相差Ｐ５、受光セルアレイＡ’群４５及びＢ’群４６との位相差Ｐ４については特開2001-194185号公報に詳述されている。

受光素子２の受光セルアレイＡ群４３及びＢ群４４は、スケール板４のＭ系列トラック５のスリット投影像が投影される位置に対向配置される。また受光素子２の受光セルアレイＡ’群４５、Ｂ’群４６は、スケール板４の内挿倍トラック６のスリット投影像が投影される位置に対向配置される。

図４は受光セルアレイＡ群４３及びＢ群４４、受光セルアレイＡ’群４５及びＢ’群４６及びその周辺回路の回路構成図である。受光セルアレイＡ群４３，Ｂ群４４，Ａ’群４５，Ｂ’群４６の個々の受光セル（３１−１〜３１−８、３２−１〜３２−８、３３−１〜３３−６、３４−１〜３４−６）のカソード側に電源(Ｖcc)が接続されており、逆バイアス接続となっている。

Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群４３及びＢ群４４の全ての受光セル３１−１〜３１−８及び３２−１〜３２−８のアノード側はトランジスタ４０１〜４１６のベース−エミッタ間を介してそれぞれ電流電圧変換用抵抗１４１−１〜１４１−８，１４２−１〜１４２−８が接続されており、ＣＰＵ（Central Processing Unit)５０がＭ系列検出信号を電圧信号として取り込めるようになされている。

内挿倍用の受光セルアレイＡ’群４５及びＢ’群４６の周辺回路構成は、内挿倍用の受光セルアレイＡ’群４５及びＢ’群４６の各受光セル３３−１〜３３−６、３４−１〜３４−６のアノード側を全て結合して電流電圧変換用抵抗１４３，１４４に接続され、また、これら電流電圧変換用抵抗１４３，１４４の他端はグランド接地されている。これによりＩ／Ｖ変換された内挿倍検出信号を電圧信号としてＣＰＵ５０内のＡ／Ｄ変換器（図示せず）を介して取り込む。

これにより、Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群４３，Ｂ群４４では個々の受光セル３１−１〜３１−８及び３２−１〜３２−８から出力される検出信号がそれぞれＣＰＵ５０に入力されるのに対し、内挿倍用の受光セルアレイＡ’群４５及びＢ’群４６では、個々の受光セル３３−１〜３３−６、３４−１〜３４−６からの出力信号の総和が出力される。

ここで、スケール板４に形成した内挿倍トラック６のスリット列の周期Ｐ０（以下、適宜「スリット列の周期」という）と、受光素子２に設けた受光セルアレイＡ’群４５、Ｂ’群４６の受光セル（３３−１〜３３−６、３４−１〜３４−６）の周期Ｐ（以下、適宜「受光セルアレイの周期」という）との関係について説明する。

図５に本実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダにおける光学系の拡大図を示す。本実施の形態は、スケール板４と受光素子２との間の距離Ｈを、組立てを容易にできて要素部品の寸法公差を緩和できる程度まで広げた値に設定している。同図に示すように、内挿倍トラック６のスリット列は反射部と透過部とが周期的に繰り返しており、ここに発光素子１から出射される完全な平行光ではない照明光が照射される。スリット列からの反射光は、スケール板４から遠ざかるに従い発散する。よって、スケール板４と受光素子２との間隔である距離Ｈが大きくなるのに従って、受光素子２上に投影されるスリット投影像は拡大されることとなる。

本実施の形態は、スリット投影像の拡大に伴う位置検出誤差の発生を防止するため、受光素子２における受光セルアレイＡ’群４５、Ｂ’群４６の受光セルアレイのピッチＰ（受光セルアレイＡ群４３、Ｂ群４４の受光セルアレイも同一ピッチ）を、次式に基づいて計算された値に設定している。
Ｐ＝ｆ（Ｈ，θ）×Ｐ０
但し、Ｐは受光セルアレイの周期、Ｐ０は内挿倍トラック６におけるスリット列の周期、ｆ（Ｈ，θ）はスケール板４と受光素子２との間の距離Ｈと発光素子１の照射角度θの関数である。

距離Ｈ及び照射角度θは、受光素子２上に投影されるスリット投影像がどの程度拡大されるかを決めると共にスリット投影像の光強度を左右する変数（パラメータ）である。したがって、距離Ｈ及び照射角度θを変数とする関数ｆ（Ｈ，θ）により、受光セルアレイの周期Ｐとスリット投影像の周期とを略同一周期とすると共に精度低下を招かない程度の光強度を実現し得る係数を決定することができる。ここで、本発明は受光セルアレイの周期Ｐとスリット投影像の周期とが必ず同一周期になる場合に限定されるものではない。従来の光学式絶対値エンコーダのようにスケール板と受光素子との距離Ｈを０に近い値まで近接させた場合における受光セルアレイの周期Ｐとスリット投影像の周期との関係を、スリット投影像が拡大された場合にも維持できることが重要である。距離Ｈを０に近い値まで近接させた場合の受光セルアレイ周期Ｐとスリット投影像周期とが同一周期であれば、関数ｆ（Ｈ，θ）により、受光セルアレイ周期Ｐとスリット投影像の周期とが同一周期となる係数を決定することになる。

コスト低減の観点から、スケール板４と受光素子２との間隔を広げる場合、関数ｆ（Ｈ，θ）の値は必ず１より大きな値をとることになる。距離Ｈを大きくし及び又は照射角度θを大きくし過ぎても光強度が低下するため検出精度は低下する。シミュレーションの結果、関数ｆ（Ｈ，θ）の値は１．００１〜１．１の範囲が望ましい範囲であることが確認された。

なお、以上の説明では、説明を簡素化するために内挿倍トラック６のスリット列（スリット投影像）と受光セルアレイＡ’群４５、Ｂ’群４６の受光セルアレイとの関係について説明したが、Ｍ系列トラック５のスリット投影像と受光セルアレイＡ群４３、Ｂ群４４の受光セルアレイとの関係についても同様のことが言える。したがって、受光セルアレイＡ群４３、Ｂ群４４の受光セルアレイの周期Ｐも上記計算式に基づいて設定する。

次に、以上のように構成された本実施の形態の動作について説明する。
図５に示すように、発光素子１から出射した照明光が照射角度θでスケール板４のＭ系列トラック５及び内挿倍トラック６に入射する。当該Ｍ系列トラック５及び内挿倍トラック６の透過部に入射した光はそのまま透過するが、反射部に入射した光は受光素子２の方向へ向けて反射する。スケール板４と受光素子２との間隔Ｈは、関数ｆ（Ｈ，θ）の値が１．００１〜１．１の値をとる範囲で広くなるように設定している。スケール板４と受光素子２との間隔Ｈを広くしたことにより、完全な平行光でない照明光は僅かに発散して受光素子２に入射する。その結果、Ｍ系列トラック５及び内挿倍トラック６の実際のスリット列よりも拡大されたスリット投影像が受光素子２の対応する受光セルアレイ上に投影される。

一方、受光素子２上においてスリット投影像が投影される受光セルアレイ（４３〜４６）は受光セルアレイの周期Ｐがスリット投影像の拡大率に応じて拡大されている。すなわち、受光セルアレイの周期Ｐは、関数ｆ（Ｈ，θ）によって計算された係数をスリット投影像の拡大前の周期Ｐ０に掛け合わせて得られた値まで拡大されている。したがって、図６に示すような周期のスリット投影像が受光素子面上に投影されるが、スリット投影像の周期と受光セルアレイの周期Ｐとが略一致することとなり、スリット投影像が拡大したことによる位相差は生じない。

また、スケール板４と受光素子２との間隔Ｈを大きくし過ぎるとスリット投影像の光強度が低下してしまうが、関数ｆ（Ｈ，θ）によって計算される係数の最大値を１．１以下に抑えているので、図６に示すように精度低下を招かない程度の光強度を維持することができている。

Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群４３及びＢ群４４の全ての受光セル３１−１〜３１−８及び３２−１〜３２−８のアノード側はトランジスタ４０１〜４１６のベース−エミッタ間を介してそれぞれ電流電圧変換用抵抗１４１−１〜１４１−８，１４２−１〜１４２−８が接続されているので、Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群４３，Ｂ群４４では個々の受光セル３１−１〜３１−８及び３２−１〜３２−８から出力されるＭ系列検出信号がそれぞれＣＰＵ５０に入力される。また、内挿倍用の受光セルアレイＡ’群４５及びＢ’群４６では、個々の受光セル３３−１〜３３−６、３４−１〜３４−６からの出力信号の総和が内挿倍検出信号として出力される。

図７に示すＭ系列検出信号７１及び７２は受光セルアレイ群Ａ４３及びＢ群４４の受光セル３１−１及び３１−２から出力された電流信号を電流電圧変換して得られた信号波形である。また、内挿倍検出信号７５，７６は内挿倍用の受光セルアレイ群Ａ’３１３及びＢ’群３１４から出力された電流信号を加算し電流電圧変換して得られた信号波形である。

Ｍ系列検出信号及び内挿倍検出信号をＣＰＵ５０に取り込み、Ｍ系列検出信号を絶対値位置情報に変換する。更に、Ｍ系列検出信号と同期して得られる内挿倍検出信号を電気的に内挿倍することによりＭ系列検出信号で得られた分解能を超える分解能を実現している。

また、内挿倍検出信号はＡ群４３から出力されるＭ系列検出信号とＢ群４４から出力されるＭ系列検出信号とを切り替える選択信号として用いることができる。例えば、図７に示すタイミングＴ１にてＭ系列検出信号を得る場合、Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群４３のＭ系列検出信号７１はハイレベル側からローレベル側へ変化するタイミングであり、ＣＰＵ５０に取り込まれるＭ系列検出信号７１の値が不安定になる。図８はＭ系列検出信号７１、７１の各変化領域がＣＰＵ５０に取り込まれた場合のデジタル値の状況を示している。同図に示すように、Ｍ系列検出信号７１、７１の各変化領域ではデジタル値が不安定な状態となっている。

そこで、受光セルアレイＡ群４３のＭ系列検出信号の状態が不安定な領域（タイミングＴ１など）において、信号状態が安定している受光セルアレイＢ群４４のＭ系列検出信号（７２等）を位置検出に用いるようにする。

以上のように本実施の形態によれば、スケール板４と受光素子２との間隔Ｈを大きくすると共に受光素子１上に投影されるスケール板４のスリット投影像の周期に合わせて受光セルアレイの周期Ｐを設定したので、スリット投影像の周期と受光セルアレイの周期Ｐとのずれに起因した位置検出誤差を排除でき、しかも組立て作業を容易化できてコストダウンを図ることもできる。

なお、上記光学式絶対値リニアエンコーダはスケール板４からの反射光を受光素子２で検出する方式であるが、発光素子と受光素子とをスケール板を挟んで対向配置し、スケール板にＭ系列トラック５及び内挿倍トラック６に相当するスリット列を形成し、スリット列を透過した光を受光素子で検出する方式もある。

上記実施の形態はリニアエンコーダに関するものであったが、本発明はリニアエンコーダに限らずロータリエンコーダにも同様に適用可能である。

図９は光学式絶対値ロータリエンコーダの概略的な構成例を示す図である。この光学式絶対値ロータリエンコーダは、エンコーダケース１５１、ベアリング１５２，１５３、中空軸１５４、回転板としてのスリット円板１５５、発光素子としてのＬＥＤ(Light Emitting Diode)１５６、受光素子２、回路ユニットを搭載するプリント基板１５８を備えている。スリット円板１５５が取り付けられる中空軸１５４は回転角度の検出対象である回転体の回転中心となっている。

エンコーダケース１５１には、ベアリング１５２，１５３を介して中空軸１５４が回動自在となるように取り付けられている。この中空軸１５４には、スリット円板１５５が取り付けられている。このスリット円板１５５には、図１０に示すように、複数のトラックで構成された検出用トラック１５９が設けられている。検出用トラック１５９は、Ｍ系列トラック５、内挿倍トラック６が同心円状に形成されたものである。Ｍ系列トラック５、内挿倍トラック６で照射光を強く反射する反射領域に相当する部分にスリットを設けて透過部となし、照射光を反射しない又は反射光量が少ない非反射領域に相当する部分をスリットの無い遮光部となしてスリット円板１５５を構成する。

なお、スリットは、図９で示すような貫通孔や、また、図示しない透明なスリット円板に明暗格子状に印刷したパターン（明は透明な透過部であり、暗は遮光部である）のうち透過部などを指すものとする。この検出用トラック１５９のうち一方のスリット列はＭ系列の規則に従って配置されたＭ系列スリットからなる円形トラックであり、他方のスリット列は特定の周期で交互に光を透過・遮光させるスリット列（内挿倍スリット列）からなる円形トラックである。すなわち、直線的なＭ系列トラック５、内挿倍トラック６を、スリット円板１５５に同心円状に配置するように円形にしたものである。

以上のように構成された光学式絶対値ロータリエンコーダによれば、ＬＥＤ１５６から出射された照射光がスリット円板１５５のＭ系列トラック５、内挿倍トラック６を透過して受光素子２に受光される。受光素子２から出力されるＭ系列検出信号、内挿倍検出信号がＣＰＵ５０に取り込まれ、上記実施の形態と同様に処理されて回転方向変位情報が得られるものとなる。

なお、上記光学式絶対値ロータリエンコーダは、スリット円板を用いた透過型のロータリエンコーダであったが、反射型の光学式絶対値ロータリエンコーダを構成することもできる。

本発明は、スケール板のスリット投影像を受光素子上に投影させる光学式リニアエンコーダ又は光学式ローラリエンコーダに適用可能である。

（ａ）一実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダの概略的な全体構成を示す側面図、（ｂ）同図（ａ）の光学式絶対値エンコーダをスケール側から見た概略的な平面図 上記実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダのスケール板の部分的な平面図 上記実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダの受光素子の平面図 上記実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダの受光素子及び回路基板の回路構成図 上記実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダの光学系の拡大図 上記実施の形態における受光素子上でのスリット投影像の光強度を示す図 上記実施の形態におけるＭ系列検出信号及び内挿倍検出信号の波形図 上記実施の形態におけるＭ系列検出信号の切替えタイミングを説明するための波形図 変形例に係る光学式絶対値ロータリエンコーダの断面図 図９に示すスリット円板の構成図 （ａ）従来の光学式エンコーダの側面図、（ｂ）同図（ａ）の光学式エンコーダをスケール側から見た概略的な平面図 図１１に示す光学式エンコーダにおけるスケール板の平面図 図１１に示す光学式エンコーダにおける受光素子の平面図 図１１に示す光学式エンコーダの出力信号の波形図 図１１に示す光学式エンコーダの処理過程を示す図

符号の説明

１ 発光素子
２ 受光素子
３ 回路基板
４ スケール板
５ Ｍ系列トラック
６ 内挿倍トラック
３１−１〜３１−８、３２−１〜３２−８ 受光セル
３３−１〜３３−６、３４−１〜３４−６ 受光セル
４３ 受光セルアレイＡ群
４４ 受光セルアレイＢ群
４５ 受光セルアレイＡ’群
４６ 受光セルアレイＢ’群
５０ ＣＰＵ

Claims (6)

1. 照射光を出射する発光素子と、
   前記発光素子から入射する照射光を反射又は透過するスリット列が形成されたスケール板と、
   前記スケール板に形成されたスリット列のスリット投影像が投影される受光素子と、
   前記スリット投影像が投影された前記受光素子から出力される検出信号に基づいて絶対位置又は相対位置を検出する制御手段と、
   を備えた光学式エンコーダであって、
   前記受光素子は、前記スケール板のスリット列と対向する位置に、前記スリット列の形成方向に沿って周期的に形成された複数の受光セルからなる受光セルアレイを備え、
   前記スケール板のスリット列の周期よりも前記受光素子上に投影されたスリット投影像の周期が大きくなるように前記スケール板と前記受光素子との間隔を設定し、かつ前記受光セルアレイの周期を前記スリット投影像の周期に合わせてスリット列の周期よりも大きくしたことを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 照射光を出射する発光素子と、
   前記発光素子から入射する照射光を反射又は透過するスリット列が周方向に沿って形成された回転板と、
   前記回転板に形成されたスリット列のスリット投影像が投影される受光素子と、
   前記スリット投影像が投影された前記受光素子から出力される検出信号に基づいて絶対位置又は相対位置を検出する制御手段と、
   を備えた光学式エンコーダであって、
   前記受光素子は、前記回転板のスリット列と対向する位置に、前記スリット列の形成方向に沿って周期的に形成された複数の受光セルからなる受光セルアレイを備え、
   前記回転板のスリット列の周期よりも前記受光素子上に投影されたスリット投影像の周期が大きくなるように前記回転板と前記受光素子との間隔を設定し、かつ前記受光セルアレイの周期を前記スリット投影像の周期に合わせてスリット列の周期よりも大きくしたことを特徴とする光学式エンコーダ。
3. 前記受光セルアレイは、次式で表される周期Ｐで配置され、
   Ｐ＝ｆ×Ｐ０
   但し、Ｐは受光セルアレイの周期
   Ｐ０はスリット列の周期
   ｆは係数
   係数ｆの値が１よりも大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式エンコーダ。
4. 前記係数ｆは、前記スケール板又は前記回転板と前記受光素子との間の距離と、前記発光素子の照射角度との関数であることを特徴とする請求項３記載の光学式エンコーダ。
5. 前記係数ｆは、１．００１から１．１の範囲に含まれることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の光学式エンコーダ。
6. 前記スケール板又は前記回転板は、Ｍ系列規定に基づいて照射光を反射又は透過するＭ系列スリット列と、予め定められた周期で交互に照射光を反射又は透過する内挿倍スリットとを備え、
   前記受光セルアレイは、前記Ｍ系列スリット列と対向する位置に配置されたＭ系列用受光セルアレイと、内挿倍スリットと対向する位置に配置された内挿倍用受光セルアレイとを備え、
   前記制御手段は、前記Ｍ系列用受光セルアレイ及び前記内挿倍用受光セルアレイから出力された検出信号を組み合わせて絶対位置を検出することを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の光学式エンコーダ。
   

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