JP2016003945A - 光学式エンコーダ及び光学式エンコーダにおける原点信号生成方法 - Google Patents

光学式エンコーダ及び光学式エンコーダにおける原点信号生成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】一定の幅とタイミングを有する原点信号を安定して提供すること。
【解決手段】本発明では、検出ヘッド３をスケール２上で移動させるときの第１受光素子３４の受光量に基づいて第１出力信号Ｖ１を生成し、第２受光素子３５の受光量に基づいて第２出力信号Ｖ２を生成し、第１基準位相のときに第１出力信号Ｖ１及び第２出力信号Ｖ２のレベルが等しくなるように、第１出力信号Ｖ１又は第２出力信号Ｖ２の振幅を調整する第１振幅調整を行い、第２基準位相のときに第１出力信号Ｖ１及び第２出力信号Ｖ２のレベルが等しくなるように、第１出力信号Ｖ１又は第２出力信号Ｖ２の振幅を調整する第２振幅調整を行い、第１振幅調整後の第１出力信号Ｖ１のレベルと第２出力信号Ｖ２のレベルが等しくなるタイミングを始点とし、第２振幅調整後の第１出力信号Ｖ１のレベルと第２出力信号Ｖ２のレベルが等しくなるタイミングを終点とする原点信号を出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学式エンコーダ及び光学式エンコーダにおける原点信号生成方法に関する。
測定装置などの位置検出には、スケールに対する検出ヘッドの位置を検出する光学式エンコーダが広く用いられている。インクリメント型の光学式エンコーダのスケールには、検出ヘッドのスケールに対する相対位置の検出を行うための変位検出パターンと、原点位置を検出するための原点検出パターンとが設けられている。インクリメント型の光学式エンコーダは、原点検出パターンから検出した原点位置を基準とすることにより、変位検出パターンから検出した相対位置情報を絶対位置情報に変換することができる。したがって、インクリメント型の光学式エンコーダでは、原点位置を高精度に検出することが要求される。
特許文献１には、スケールの移動方向に第１受光素子及び第２受光素子を並列して配置した光学式のロータリーエンコーダが記載されている。図２１に示すように、特許文献１に記載のロータリーエンコーダは、第１受光素子から出力される第１出力信号Ｖ１１と、第２受光素子から出力される第２出力信号Ｖ１２と、第１出力信号Ｖ１１の振幅を縮小することにより生成される第３出力信号Ｖ１３と、第２出力信号Ｖ１２の振幅を縮小することにより生成される第４出力信号Ｖ１４と、に基づいて原点信号を生成する。
特許文献１に記載のロータリーエンコーダは、第２出力信号Ｖ１２と第３出力信号Ｖ１３とのクロスポイントを原点信号の始点とし、第１出力信号Ｖ１１と第４出力信号Ｖ１４とのクロスポイントを原点信号の終点としている。第１出力信号Ｖ１１及び第２出力信号Ｖ１２を信号処理回路に入力するときの増幅率を調整することにより、生成される原点信号の幅とタイミングを調整することができる。
特許第３３５８８５４号公報
特許文献１には、原点信号の幅とタイミングを調整することが記載されている。原点信号は、いつ調整してもある基準に対して同一の幅とタイミングで生成されることが望ましい。しかし、常に一定の幅とタイミングの原点信号を生成することについては、特許文献１には記載されていない。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、一定の幅とタイミングを有する原点信号を安定して提供することを目的とする。
本発明の原点信号生成方法は、
原点検出パターンと変位検出パターンとを有するスケールと、
前記スケールに光を照射する光源と、前記光源によって前記原点検出パターンに光が照射されることにより前記原点検出パターンから出射された光を受光するとともに前記スケールの測長方向に並列して配置された第１受光素子及び第２受光素子と、前記変位検出パターンを通過した光から主信号を検出する主信号検出手段と、を有する検出ヘッドと、
を備える光学式エンコーダにおける原点信号生成方法であって、
前記検出ヘッドを前記スケールに沿って移動させるときの前記第１受光素子の受光量に基づいて第１出力信号を生成し、
前記検出ヘッドを前記スケールに沿って移動させるときの前記第２受光素子の受光量に基づいて第２出力信号を生成し、
前記主信号の位相が第１基準位相のときに前記第１及び第２出力信号のレベルが等しくなるように、前記第１出力信号又は前記第２出力信号の振幅を調整する第１振幅調整を行い、
前記主信号の位相が第２基準位相のときに前記第１及び第２出力信号のレベルが等しくなるように、前記第１出力信号又は前記第２出力信号の振幅を調整する第２振幅調整を行い、
前記第１振幅調整が行われた前記第１出力信号のレベルと前記第２出力信号のレベルが等しくなるタイミングを始点とし、前記第２振幅調整が行われた前記第１出力信号のレベルと前記第２出力信号のレベルが等しくなるタイミングを終点とする原点信号を出力する。
本発明では、
前記第１振幅調整では、前記主信号の位相が前記第１基準位相になるときに前記第２出力信号とレベルが等しくなるように、前記第１出力信号の振幅を調整することにより第３出力信号を生成し、
前記第２振幅調整では、前記主信号の位相が前記第２基準位相になるときに前記第１出力信号とレベルが等しくなるように、前記第２出力信号の振幅を調整することにより第４出力信号を生成し、
前記第２出力信号のレベルと前記第３出力信号のレベルが等しくなるタイミングを始点とし、前記第１出力信号のレベルと前記第４出力信号のレベルが等しくなるタイミングを終点とする前記原点信号を出力する
ことが好ましい。
本発明では、
前記光学式エンコーダは、前記スケールの測長方向に並んで配置された複数の前記原点検出パターンのそれぞれに対応する、前記測長方向に並んで配置された複数対の前記第１及び前記第２受光素子を備え、
複数の前記第１受光素子から出力された信号を足し合わせて前記第１出力信号を生成し、複数の前記第２受光素子のから出力された信号を足し合わせて前記第２出力信号を生成する
ことが好ましい。
本発明では、
前記第１及び前記第２受光素子を有する第１受光素子列と、
前記第１及び前記第２受光素子を有する第２受光素子列と、を備え、
前記第１受光素子列の前記第１受光素子が出力する前記第１出力信号と前記第２受光素子が出力する前記第２出力信号とに対して前記第１振幅調整を行い、
前記第２受光素子列の前記第１受光素子が出力する前記第１出力信号と前記第２受光素子が出力する前記第２出力信号とに対して前記第２振幅調整を行う
ことが好ましい。
本発明では、
前記第２受光素子列の前記第１受光素子が出力する前記第１出力信号は、前記第１受光素子列の前記第１受光素子が出力する前記第１出力信号に対して、所定時間遅延し、
前記第２受光素子列の前記第２受光素子が出力する前記第２出力信号は、前記第１受光素子列の前記第２受光素子が出力する前記第２出力信号に対して、前記所定時間遅延する、
ことが好ましい。
本発明では、
前記第２受光素子列の前記第１受光素子と、前記第１受光素子列の前記第１受光素子とは、前記スケールの測長方向にオフセットして配置され、
前記第２受光素子列の前記第１受光素子と、前記第１受光素子列の前記第１受光素子とは、前記スケールの測長方向にオフセットして配置される、
ことが好ましい。
本発明では、
前記第１及び前記第２受光素子列を有し、前記スケールの測長方向とは直交する方向に並んで配置される受光領域を複数備え、
前記複数の受光領域のそれぞれの前記第１受光素子列から出力される前記第１出力信号が加算された信号と、前記複数の受光領域のそれぞれの前記第１受光素子列から出力される前記第２出力信号が加算された信号と、に前記第１振幅調整を行い、
前記複数の受光領域のそれぞれの前記第２受光素子列から出力される前記第１出力信号が加算された信号と、前記複数の受光領域のそれぞれの前記第２受光素子列から出力される前記第２出力信号が加算された信号と、に前記第２振幅調整を行う、
ことが好ましい。
本発明では、
前記第１出力信号にゲインを与えることにより前記第３出力信号を生成し、
前記第２出力信号にゲインを与えることにより前記第４出力信号を生成する
ことが好ましい。
本発明では、
前記第１出力信号を縮小することにより第３出力信号を生成し、
前記第２出力信号を縮小することにより第４出力信号を生成する
ことが好ましい。
本発明では、
前記検出ヘッドを前記スケールに沿って移動させて、前記第２出力信号と前記第３出力信号のレベルが等しくなる第１タイミング及び前記第１出力信号と前記第４出力信号のレベルが等しくなる第２タイミングを検出し、
前記主信号の位相が第１基準位相になるときの前記第３出力信号の値に対する前記第２出力信号の値の比を前記第３出力信号に乗じることにより、前記第３出力信号を補正し、
前記主信号の位相が第２基準位相になるときの前記第４出力信号の値に対する前記第１出力信号の値の比を前記第４出力信号に乗じることにより、前記第４出力信号を補正し、
補正後の前記第３出力信号のレベルと前記第２出力信号のレベルとが等しくなる補正後の第１タイミングを算出し、
補正後の前記第４出力信号のレベルと前記第１出力信号のレベルが等しくなる補正後の第２タイミングを算出し、
前記補正後の第１タイミングを始点とし、前記補正後の第２タイミングを終点とする原点信号を出力する
ことが好ましい。
本発明の光学式エンコーダは、
原点検出パターンと変位検出パターンを有するスケールと、
前記スケールに光を照射する光源と、前記光源によって前記原点検出パターンに光が照射されることにより前記原点検出パターンから出射された光を受光するとともに前記スケールの測長方向に並列して配置された第１受光素子及び第２受光素子と、前記変位検出パターンを通過した光から主信号を検出する主信号検出手段と、を有する検出ヘッドと、
前記第１受光素子及び前記第２受光素子の出力に基づいて原点信号を生成する原点信号生成手段と、を備え、
前記原点信号生成手段は、
前記検出ヘッドを前記スケールに沿って移動させるときの前記第１受光素子の受光量に基づいて第１出力信号を生成し、
前記検出ヘッドを前記スケールに沿って移動させるときの前記第２受光素子の受光量に基づいて第２出力信号を生成し、
前記主信号の位相が第１基準位相のときに前記第１及び第２出力信号のレベルが等しくなるように、前記第１出力信号又は前記第２出力信号の振幅を調整する第１振幅調整を行い、
前記主信号の位相が第２基準位相のときに前記第１及び第２出力信号のレベルが等しくなるように、前記第１出力信号又は前記第２出力信号の振幅を調整する第２振幅調整を行い、
前記第１振幅調整が行われた前記第１出力信号のレベルと前記第２出力信号のレベルが等しくなるタイミングを始点とし、前記第２振幅調整が行われた前記第１出力信号のレベルと前記第２出力信号のレベルが等しくなるタイミングを終点とする原点信号を出力する。
本発明によれば、一定の幅とタイミングを有する原点信号を安定して提供できる。
実施の形態１に係る光学式エンコーダの斜視図である。 実施の形態１に係る光学式エンコーダの斜視図である。 実施の形態１に係る原点信号生成手段のブロック図である。 実施の形態１に係る原点信号生成方法を説明する図である。 実施の形態１に係る原点信号処理部の回路例を示す回路図である。 実施の形態１に係る原点信号処理部の動作を示すタイミング図である。 実施の形態１に係る原点信号生成方法の流れを説明するフロー図である。 第３出力信号を生成する方法を説明する図である。 第４出力信号を生成する方法を説明する図である。 原点信号の始点と終点を求める方法を説明する図である。 実施の形態２に係る光学式エンコーダの構成を模式的に示す斜視図である。 実施の形態２に係る原点検出用受光部の配置を模式的に示す上面図である。 実施の形態３に係る光学式エンコーダの構成を模式的に示す斜視図である。 実施の形態３に係る原点検出用受光部の構成を模式的に示す上面図である。 実施の形態３に係る原点信号処理部の回路例を示す回路図である。 実施の形態３に係る原点信号発生装置の動作を示すタイミング図である。 実施の形態４に係る原点検出用受光部の構成を模式的に示す上面図である。 実施の形態３に係る原点検出用受光部に照射された光のスポット形状を示す上面図である。 実施の形態３に係る原点検出用受光部にスポットＳＰ１及びＳＰ２が照射された場合の原点信号処理部での信号を示すタイミング図である。 実施の形態４に係る原点検出用受光部に照射された光のスポット形状を示す上面図である。 従来の原点信号生成方法を説明する図である。
[実施の形態１]
以下、図１〜図１０を参照して本発明の実施の形態１に係る光学式エンコーダについて説明する。
図１に示すように、光学式エンコーダ１は、長手形状のスケール２と、スケール２に沿って移動する検出ヘッド３と、検出ヘッド３の出力から原点信号を生成する原点信号生成部４（原点信号生成手段）と、を備える。光学式エンコーダ１は、スケール２に対する検出ヘッド３の移動量を検出する。
図２は、検出ヘッド３の内部とスケール２とを詳細に示した図である。図２に示すように、スケール２は、変位検出パターン２１と原点検出パターン２２とを有する。変位検出パターン２１は、光透過部２３と不透過部２４とが一定のピッチでＸ方向に交互に配列されることにより形成されている。原点検出パターン２２は、スケール２の測長方向（Ｘ方向）と垂直な方向（Ｙ方向）に延びたスリットである。
検出ヘッド３は、スケール２に光を照射する光源３１と、スケール２を挟んで光源３１と対向する位置に配置された受光部３２と、を有する。すなわち、光源３１、スケール２、受光部３２がＺ方向に並んで配置されている。受光部３２は、原点検出用受光部１１及び変位検出用受光部１２を有する。原点検出用受光部１１は、第１受光素子３４及び第２受光素子３５を有する。変位検出用受光部１２は、主信号受光格子３３（主信号検出手段）を有する。原点信号発生装置４０は、受光部３２及び原点信号生成部４を有する。
第１受光素子３４及び第２受光素子３５は、スケール２の測長方向（Ｘ方向であり、検出ヘッド３の移動方向）に並列して配置されており、原点検出パターン２２を通過した光を受光する。第１受光素子３４及び第２受光素子３５は、主信号受光格子３３に対してＹ方向に離隔して配置されている。図２の例では、検出ヘッド３（光源３１と受光部３２）がスケール２に対して−Ｘ方向に移動する。原点検出パターン２２を透過した光は、先に第１受光素子３４に入射し、その後第２受光素子３５に入射する。
主信号受光格子３３は、変位検出パターン２１を通過した光から主信号を検出する。図２では、主信号受光格子３３の受光部位をハッチングで示している。主信号受光格子３３により検出される主信号は、Ａ相信号と、Ａ相信号とは位相が９０°異なるＢ相信号と、を含む。Ａ相信号が０°を始点とする正弦波の場合は、Ａ相信号の位相が１３５°及び２２５°のときに、Ａ相信号とＢ相信号とが交差し、クロスポイントが形成される。
原点信号生成部４は、第１受光素子３４及び第２受光素子３５の出力に基づいて原点信号を生成する。検出ヘッド３が原点検出パターン２２を通過するときに第１受光素子３４及び第２受光素子３５の出力は増減する。第１受光素子３４及び第２受光素子３５はＸ方向に離隔して配置されているので、第１受光素子３４及び第２受光素子３５の出力の増減には時間差が生じる。
図３は、原点信号生成部４の構成を示すブロック図である。図３に示すように、原点信号生成部４は、トリガ生成部４１と、原点信号処理部４２と、マイコン４３と、を有する。
トリガ生成部４１は、検出ヘッド３からＡ相信号及びＢ相信号を受け取り、Ａ相信号の位相２２５°になるタイミングでトリガ信号を生成する。トリガ生成部４１は、生成されたトリガ信号をマイコン４３に出力する。
原点信号処理部４２は、検出ヘッド３からＡ相信号、Ｂ相信号、第１出力信号Ｖ１、及び第２出力信号Ｖ２を受け取る。原点信号処理部４２は、第１出力信号Ｖ１と第２出力信号Ｖ２との和をとってゲート信号Ｇを生成し、ゲート信号Ｇをマイコン４３に出力する。
原点信号処理部４２は、デジタルポテンショメータを有しており、第１出力信号Ｖ１にゲインを与えることにより第３出力信号Ｖ３を生成し、第２出力信号Ｖ２にゲインを与えることにより第４出力信号Ｖ４を生成する。原点信号処理部４２は、デジタルポテンショメータにより、第１出力信号Ｖ１及び第２出力信号Ｖ２に与えるゲインを変更することができる。これにより、第３出力信号Ｖ３及び第４出力信号Ｖ４の振幅値を変更することができる。
図４に示すように、原点信号処理部４２は、（ａ）Ｖ１＞Ｖ４が成り立つこと、（ｂ）Ｖ２＞Ｖ３が成り立つこと、（ｃ）ゲート信号が閾値電圧ＶＴｈを超えておりアクティブであること、の３つの条件が成り立つ時のＡＮＤをとって原点信号を生成し、原点信号生成部４の外部に出力する。
図３に示すように、第１出力信号Ｖ１〜第４出力信号Ｖ４が、原点信号処理部４２からマイコン４３に送られる。マイコン４３は、第１出力信号Ｖ１〜第４出力信号Ｖ４を用いて、所望の幅とタイミングで原点信号を得るために第３出力信号Ｖ３及び第４出力信号Ｖ４に与えるゲインを算出する。マイコン４３は、原点信号処理部４２のデジタルポテンショメータのゲインを変更する指示を原点信号処理部４２に出力する。
図５は、原点信号処理部４２を構成する回路の具体例を示す回路図である。図５に示すように、原点信号処理部４２は、増幅器５１〜５５と、比較器６１〜６３と、ＡＮＤ回路６６と、デジタルポテンショメータ５８，５９と、抵抗Ｒ１〜Ｒ１２と、を有する。
第１受光素子３４から出力された第１出力信号Ｖ１と、第２受光素子３５から出力された第２出力信号Ｖ２とが、原点信号処理部４２に入力される。
デジタルポテンションメータ５８には、第１出力信号Ｖ１が入力される。増幅器５１の非反転入力端子には、デジタルポテンションメータ５８によって第１出力信号Ｖ１のレベルが調整された電圧が入力される。増幅器５１の反転入力端子は、増幅器５１の出力端子と接続される。これにより、増幅器５１の出力端子からは、第１出力信号Ｖ１の振幅が調整された第３出力信号Ｖ３が出力される。
デジタルポテンションメータ５９には、第２出力信号Ｖ２が入力される。増幅器５２の非反転入力端子には、デジタルポテンションメータ５９によって第２出力信号Ｖ２のレベルが調整された電圧が入力される。増幅器５２の反転入力端子は、増幅器５２の出力端子と接続される。これにより、増幅器５２の出力端子からは、第２出力信号Ｖ２の振幅が調整された第４出力信号Ｖ４が出力される。
抵抗Ｒ１の一端には第２出力信号Ｖ２が入力され、他端は増幅器５３の反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ２の一端は、増幅器５１の出力端子と接続され、第３出力信号Ｖ３が入力される。抵抗Ｒ２の他端は、増幅器５３の非反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ８の一端には参照電圧ＶＲＥＦが入力され、他端は増幅器５３の非反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ１０の一端は増幅器５３の反転入力端子と接続され、他端は増幅器５３の出力端子と接続される。なお、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ８及びＲ１０は、同じ抵抗値を有する。よって、増幅器５３の出力端子から出力される信号Ｓ１の電圧は、（Ｖ３−Ｖ２＋ＶＲＥＦ）となる。
抵抗Ｒ３の一端には第１出力信号Ｖ１が入力され、他端は増幅器５４の反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ４の一端には第２出力信号Ｖ２が入力され、他端は増幅器５４の反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ５の一端には参照電圧ＶＲＥＦが入力され、他端は増幅器５４の非反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ１１の一端は増幅器５４の反転入力端子と接続され、他端は増幅器５４の出力端子と接続される。なお、抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及びＲ１１は、同じ抵抗値を有する。よって、増幅器５４の出力端子から出力される信号Ｓ２の電圧は、（−Ｖ１−Ｖ２＋ＶＲＥＦ）となる。
抵抗Ｒ６の一端には第４出力信号Ｖ４が入力され、他端は増幅器５５の反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ７の一端には第１出力信号Ｖ１が入力され、他端は増幅器５５の非反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ９の一端には参照電圧ＶＲＥＦが入力され、他端は増幅器５５の非反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ１２の一端は増幅器５５の反転入力端子と接続され、他端は増幅器５５の出力端子と接続される。なお、抵抗Ｒ６、Ｒ７、Ｒ９及びＲ１２は、同じ抵抗値を有する。よって、増幅器５５の出力端子から出力される信号Ｓ３の電圧は、（Ｖ１−Ｖ４＋ＶＲＥＦ）となる。
比較器６１の反転入力端子には、増幅器５３の出力端子が接続されている。信号Ｓ１が比較器６１の反転入力端子に入力される。比較器６１の非反転入力端子には、参照電圧ＶＲＥＦが入力される。よって、比較器６１の出力端子からは信号Ｚ１が出力され、信号Ｚ１の電圧は（Ｖ２−Ｖ３）となる。
比較器６２の反転入力端子には、増幅器５４の出力端子が接続されている。信号Ｓ２が比較器６２の反転入力端子に入力される。比較器６２の非反転入力端子には、閾値電圧ＶＴｈが入力される。よって、比較器６２の出力端子からはゲート信号Ｇが出力され、信号Ｇの電圧は（Ｖ１＋Ｖ２）となる。
比較器６３の非反転入力端子には、増幅器５５の出力端子が接続されている。信号Ｓ３が比較器６３の非反転入力端子に入力される。比較器６３の反転入力端子には、参照電圧ＶＲＥＦが入力される。よって、比較器６３の出力端子からは信号Ｚ２が出力され、信号Ｚ２の電圧は（Ｖ１−Ｖ４）となる。
ＡＮＤ回路６６の入力端子には、比較器６１、比較器６２、及び比較器６３の出力端子が接続されている。ＡＮＤ回路６６の出力端子は、原点信号処理部４２の外部に接続されている。ＡＮＤ回路６６は、信号Ｚ１、信号Ｚ２、及びゲート信号Ｇの論理積をとって原点信号を生成し、ＡＮＤ回路６６の出力端子から原点信号が出力される。
図６は、原点信号処理部４２の動作を示すタイミング図である。
まず、図６に示すように、第１受光素子３４が原点検出パターン２２を読み取り、第１出力信号Ｖ１の読み取り波形が生じる。同時に、原点信号処理部４２は第１出力信号Ｖ１にゲインを与えて第３出力信号Ｖ３を生成し、第３出力信号Ｖ３の読み取り波形が生じる。また、第１出力信号Ｖ１が立ち上がると同時に、信号Ｚ２はＨＩＧＨになる。
続いて、第２受光素子３５が原点検出パターン２２を読み取り、第２出力信号Ｖ２の読み取り波形が生じる。同時に、原点信号処理部４２は第２出力信号Ｖ２にゲインを与えて第４出力信号Ｖ４を生成し、第４出力信号Ｖ４の読み取り波形が生じる。
続いて、第２出力信号Ｖ２のレベルと第３出力信号Ｖ３のレベルとが等しくなるタイミングＴ１において、信号Ｚ１がＨＩＧＨになる。続いて、第１出力信号Ｖ１のレベルと第４出力信号Ｖ４のレベルとが等しくなるタイミングＴ２において、信号Ｚ２がＬＯＷになる。続いて、第２出力信号Ｖ２が立ち下がると同時に、信号Ｚ１がＬＯＷになる。
原点信号処理部４２は、ゲート信号Ｇ（Ｖ１＋Ｖ２）が閾値電圧ＶＴｈを超えてアクティブであるときに、信号Ｚ１と信号Ｚ２との論理積をとって原点信号を生成する。タイミングＴ１が原点信号の始点となり、タイミングＴ２が原点信号の終点となる。
図７のフロー図に沿って、原点信号生成部４が原点信号を生成する方法を説明する。
図９に示すように、原点信号生成部４は、検出ヘッド３をスケール２上で移動させるときの第１受光素子３４の受光量に基づいて第１出力信号Ｖ１を生成する（ＳＴ１０１）。そして、図８に示すように、原点信号生成部４は、検出ヘッド３をスケール２上で移動させるときの第２受光素子３５の受光量に基づいて第２出力信号Ｖ２を生成する（ＳＴ１０２）。
（第１振幅調整）
次に、図８に示すように、原点信号生成部４のマイコン４２は、第２出力信号Ｖ２のレベルが第１出力信号Ｖ１のレベルより大きくなった後、最初にＡ相信号の位相が２２５°になるタイミングＴ１（第１基準位相）のときに第２出力信号Ｖ２とレベルが合うように、第３出力信号Ｖ３を生成するときに第１出力信号Ｖ１に与えるゲインＡを算出する（ＳＴ１０３）。そして、原点信号生成部４は、第１出力信号Ｖ１にゲインＡを与えて縮小することにより第３出力信号Ｖ３を生成する（ＳＴ１０４）。
ゲインＡの算出方法をより詳細に説明する。まず、第１出力信号Ｖ１に予め定められたゲインＡ０を与えることにより、補正前の第３出力信号Ｖ０３を生成する。タイミングＴ１において、第２出力信号Ｖ２の振幅値をＶ２Ｔ１、補正前の第３出力信号Ｖ０３の振幅値をＶ０３Ｔ１、とする。原点信号生成部４は、タイミングＴ１における第３出力信号Ｖ０３の振幅値Ｖ０３Ｔ１に対する第２出力信号Ｖ２の振幅値Ｖ２Ｔ１の比を、補正前の第３出力信号Ｖ０３に乗じることにより、所望の振幅値の第３出力信号Ｖ３を生成する。つまり、Ｖ３＝Ｖ０３・（Ｖ２Ｔ１／Ｖ０３Ｔ１）＝Ｖ１・Ａ０・（Ｖ２Ｔ１／Ｖ０３Ｔ１）となり、Ａ＝Ａ０・（Ｖ２Ｔ１／Ｖ０３Ｔ１）となる。
（第２振幅調整）
次に、図９に示すように、原点信号生成部４は、Ａ相信号の位相がタイミングＴ２（第２基準位相）のときに第１出力信号Ｖ１とレベルが合うように、第４出力信号Ｖ４を生成するときに第２出力信号Ｖ２に与えるゲインＢを算出する（ＳＴ１０５）。タイミングＴ２は、Ａ相信号の位相がタイミングＴ１から３６０°進んで２２５°になるときをいう。そして、原点信号生成部４は、第２出力信号Ｖ２にゲインＢを与えて縮小することにより第４出力信号Ｖ４を生成する（ＳＴ１０６）。
ゲインＢの算出方法をより詳細に説明する。まず、第２出力信号Ｖ２に予め定められたゲインＢ０を与えることにより、補正前の第４出力信号Ｖ０４を生成する。タイミングＴ２において、第１出力信号Ｖ１の振幅値をＶ１Ｔ２、補正前の第４出力信号Ｖ０４の振幅値をＶ０４Ｔ２、とする。原点信号生成部４は、タイミングＴ２における第４出力信号Ｖ０４の振幅値Ｖ０４Ｔ２に対する第１出力信号Ｖ１の振幅値Ｖ１Ｔ２の比を、補正前の第４出力信号Ｖ０４に乗じることにより、所望の振幅値の第４出力信号Ｖ４を生成する。つまり、Ｖ４＝Ｖ０４・（Ｖ１Ｔ２／Ｖ０４Ｔ２）＝Ｖ２・Ｂ０・（Ｖ１Ｔ２／Ｖ０４Ｔ２）となり、Ｂ＝Ｂ０・（Ｖ１Ｔ２／Ｖ０４Ｔ２）となる。
次に、図１０に示すように、第２出力信号Ｖ２と第３出力信号Ｖ３のレベルが等しくなるタイミングＴ１を始点とし、第１出力信号Ｖ１と第４出力信号Ｖ４のレベルが等しくなるタイミングＴ２を終点とする原点信号を出力する（ＳＴ１０７）。
光学式エンコーダ１では、タイミングＴ１において第３出力信号Ｖ３のレベルが第２出力信号Ｖ２のレベルと等しくなるように、第３出力信号Ｖ３を生成するときに第１出力信号Ｖ１に与えるゲインＡを調整している。それとともに、タイミングＴ２において第４出力信号Ｖ４のレベルが第１出力信号Ｖ１のレベルと等しくなるように、第４出力信号Ｖ４を生成するときに第２出力信号Ｖ２に与えるゲインＢを調整している。タイミングＴ１が原点信号の始点となり、タイミングＴ２が原点信号の終点となるので、タイミングＴ１及びタイミングＴ２を変えることにより、原点信号の幅とタイミングを自由に調整することができる。
さらに、光学式エンコーダ１では、トリガ信号に基づいて主信号のＡ相信号の位相が２２５°のときをタイミングＴ１とし、Ａ相信号の位相がタイミングＴ１から３６０°進んだときをタイミングＴ２としている。これにより、光学式エンコーダ１は、Ａ相信号の位相が４５°となるタイミングを中心として、幅が３６０°の原点信号を出力することができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、一定の幅とタイミングを有する原点信号を安定して提供できる。
本実施の形態では、第１受光素子３４、第２受光素子３５の順番で原点検出パターン２２の下に移動していく場合について説明した。しかし、第２受光素子３５、第１受光素子３４の順番で原点検出パターン２２の下に移動していく場合についても、同様に原点信号を生成することができる。
本実施の形態では、先に第１受光素子３４、次に第２受光素子３５が原点検出パターン２２を検出する場合について説明したが、検出ヘッド３の移動方向は逆方向であってもよい。具体的には、−Ｘ方向ではなく、＋Ｘ方向が検出ヘッド３の移動方向である場合、第２受光素子３５を第１受光素子、第１受光素子３４を第２受光素子として取り扱うことで、上述で説明したのと同様の原点信号を生成することができるのはいうまでもない。
[実施の形態２]
次に、実施の形態２に係る光学式エンコーダ３０００について説明する。図１１は、光学式エンコーダ３０００の構成を模式的に示す斜視図である。光学式エンコーダ３０００は、光学式エンコーダ１のスケール２及び原点信号発生装置４０を、それぞれスケール８及び原点信号発生装置３００に置換した構成を有する。
スケール８には、Ｘ方向に並ぶ原点検出パターン２２ａ〜２２ｄと、変位検出パターン２１と、が形成されている。原点検出パターン２２ａ〜２２ｄは、変位検出パターン２１の測長方向（Ｘ方向）に沿って複数配置されている。原点検出パターン２２ａ〜２２ｄは、それぞれ原点検出パターン２２と同様であるので、説明を省略する。
原点信号発生装置３００は、受光部６及び原点信号生成部４を有する。受光部６は、原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄ及び変位検出用受光部１２を有する。図１２は、実施の形態２にかかる原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄの配置を模式的に示す上面図である。図１２に示すように、原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄは、読み取り方向であるＸ方向に並んで配置される。原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄは、それぞれ原点検出パターン２２ａ〜２２ｄに対応する位置に配置されている。原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄは、それぞれ実施の形態１に係る原点検出用受光部１１と同様の構成を有する。原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄは、受光素子ＰＤ１１及びＰＤ１２を有する。受光素子ＰＤ１１が第１受光素子３４に対応し、ＰＤ１２は第２受光素子３５に対応する。
実施の形態１と異なり、原点検出パターン２２ａ〜２２ｄ及び原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄが複数設けられている。原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄのそれぞれの受光素子ＰＤ１１からの出力を足し合わせた信号Ｓ１１を第１出力信号、原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄのそれぞれの受光素子ＰＤ１２からの出力を足し合わせた信号Ｓ１２を第２出力信号とする。これにより、光学式エンコーダ３０００は、実施の形態１の光学式エンコーダ１と同様に原点信号を発生するだけでなく、さらにＳ／Ｎ比を大きくしてノイズの影響をより受けにくくすることができる。
[実施の形態３]
図１３は、実施の形態３にかかる原点信号発生装置１００が組み込まれた光学式エンコーダの例である光学式エンコーダ１０００の構成を模式的に示す斜視図である。光学式エンコーダ１０００は、原点信号発生装置１００、光源３１、及びスケール５を有する。
スケール５には、原点検出パターン２２及び変位検出パターン２１が形成されている。原点検出パターン２２及び変位検出パターン２１は、平板状部材に穿たれたスリットとして形成される。
原点信号発生装置１００は、光源３１により透過照明された原点検出パターン２２を読み取り、原点信号を発生させる装置として構成される。原点検出パターン２２はスリットであるので、透過照明により周囲とコントラストが異なる。よって、原点信号発生装置１００は、原点検出パターン２２を明パターンとして認識する。
原点信号発生装置１００は、受光部７及び原点信号生成部４を有する。受光部７は、変位検出用受光部１２及び原点検出用受光部１３を有する。変位検出用受光部１２は、光源３１からの光に照明された変位検出パターン２１のパターンを読みとる。変位検出用受光部１２は、読み取り結果を示す信号を変位検出部（不図示）に出力する。変位検出部（不図示）は、受け取った信号に基づいて、検出した変位を決定する。
図１４は、実施の形態３にかかる原点検出用受光部１３の構成を模式的に示す上面図である。原点検出用受光部１３は、原点検出パターン２２の読み取り方向であるＸ方向に受光素子が２つ並べて配された受光素子列を有する。この受光素子列は、原点検出パターン２２の読み取り方向であるＸ方向と垂直なＹ方向に少なくとも２列並んで配置される。この２つの受光素子列が、１つの単位受光領域Ｕ１を構成する。
図１４に示すように、原点検出用受光部１３は、受光素子ＰＤ１１〜ＰＤ１４を有する。受光素子ＰＤ１１及びＰＤ１２は、Ｘ方向にピッチＰで並んで配置され、１つの受光素子列Ｌ１を構成する。受光素子ＰＤ１３及びＰＤ１４は、Ｘ方向にピッチＰで並んで配置され、１つの受光素子列Ｌ２を構成する。上述のように、受光素子列Ｌ１と受光素子列Ｌ２とは、Ｙ方向に並んで配置される。なお、受光素子列Ｌ２のＸ方向の端部は、受光素子列Ｌ１のＸ方向の端部に対して、Ｄだけオフセットして配置される。以下では、受光素子列Ｌ１及びＬ２を、それぞれ第１及び第２の受光素子列とも称する。
原点検出用受光部１３では、原点検出パターン２２を読み取る際に、まず受光素子ＰＤ１１が原点検出パターン２２の読み取りを開始し、やや遅れて受光素子ＰＤ１３が原点検出パターン２２の読み取りを開始する。その後、受光素子ＰＤ１２が原点検出パターン２２の読み取りを開始し、やや遅れて受光素子ＰＤ１４が原点検出パターン２２の読み取りを開始する。受光素子ＰＤ１１〜ＰＤ１４は、読み取った原点検出パターン２２の明暗をそれぞれ出力信号Ｓ１１〜Ｓ１４として出力する。
実施の形態１に係る原点信号発生装置４０と同様に、原点信号発生装置１００の原点信号生成部４は、トリガ生成部４１と、原点信号処理部４２と、マイコン４３と、を有する。図１５は、原点信号処理部４２を構成する回路の具体例を示す回路図である。図１５に示すように、原点信号処理部４２は、増幅器５１〜５５と、比較器６１〜６３と、ＡＮＤ回路６６と、デジタルポテンショメータ５８，５９と、抵抗Ｒ１〜Ｒ１２と、を有する。
受光素子ＰＤ１１〜ＰＤ１４から出力された出力信号Ｓ１１〜Ｓ１４が、原点信号処理部４２に入力される。
デジタルポテンションメータ５８には、出力信号Ｓ１２が入力される。増幅器５１の非反転入力端子には、デジタルポテンションメータ５８によって出力信号Ｓ１２のレベルが調整された電圧が入力される。増幅器５１の反転入力端子は、増幅器５１の出力端子と接続される。これにより、増幅器５１の出力端子からは、出力信号Ｓ１２の振幅が調整された信号Ｓ２２が出力される。
デジタルポテンションメータ５９には、出力信号Ｓ１４が入力される。増幅器５２の非反転入力端子には、デジタルポテンションメータ５９によって出力信号Ｓ１４のレベルが調整された電圧が入力される。増幅器５２の反転入力端子は、増幅器５２の出力端子と接続される。これにより、増幅器５２の出力端子からは、出力信号Ｓ１４の振幅が調整された信号Ｓ２４が出力される。
抵抗Ｒ１の一端には出力信号Ｓ１１が入力され、他端は増幅器５３の反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ２の一端は、増幅器５１の出力端子と接続され、振幅調整された信号Ｓ２２が入力される。抵抗Ｒ２の他端は、増幅器５３の非反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ８の一端には参照電圧ＶＲＥＦが入力され、他端は増幅器５３の非反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ１０の一端は増幅器５３の反転入力端子と接続され、他端は増幅器５３の出力端子と接続される。なお、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ８及びＲ１０は、同じ抵抗値を有する。よって、増幅器５３の出力端子から出力される信号Ｓ３１は、（Ｓ２２−Ｓ１１＋ＶＲＥＦ）となる。
抵抗Ｒ３の一端には出力信号Ｓ１１が入力され、他端は増幅器５４の反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ４の一端には出力信号Ｓ１３が入力され、他端は増幅器５４の反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ１３の一端には出力信号Ｓ１２が入力され、他端は増幅器５４の反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ１４の一端には出力信号Ｓ１４が入力され、他端は増幅器５４の反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ５の一端には参照電圧ＶＲＥＦが入力され、他端は増幅器５４の非反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ１１の一端は増幅器５４の反転入力端子と接続され、他端は増幅器５４の出力端子と接続される。なお、抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ１１、Ｒ１３、及びＲ１４は、同じ抵抗値を有する。よって、増幅器５４の出力端子から出力される信号Ｓ３２は、（−Ｓ１１−Ｓ１２−Ｓ１３−Ｓ１４＋ＶＲＥＦ）となる。
抵抗Ｒ６の一端には振幅調整された信号Ｓ２４が入力され、他端は増幅器５５の反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ７の一端には出力信号Ｓ１３が入力され、他端は増幅器５５の非反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ９の一端には参照電圧ＶＲＥＦが入力され、他端は増幅器５５の非反転入力端子と接続される。抵抗Ｒ１２の一端は増幅器５５の反転入力端子と接続され、他端は増幅器５５の出力端子と接続される。なお、抵抗Ｒ６、Ｒ７、Ｒ９及びＲ１２は、同じ抵抗値を有する。よって、増幅器５５の出力端子から出力される信号Ｓ３３は、（Ｓ１３−Ｓ２４＋ＶＲＥＦ）となる。
増幅器５３〜５５の出力端子から出力された信号Ｓ３１〜Ｓ３３について、実施の形態１と同様の処理が行われ、ＡＮＤ回路６６の出力端子から原点信号が出力される。比較器６１〜６３及びＡＮＤ回路６６の動作は、実施の形態１と同様なので、説明は省略する。
続いて、原点信号発生装置１００の原点信号発生動作について説明する。図１６は、原点信号発生装置１００の動作を示すタイミング図である。受光素子列Ｌ１では、受光素子ＰＤ１１が原点検出パターン２２を読み取り、その後、受光素子ＰＤ１２が原点検出パターン２２を読み取る。これにより、出力信号Ｓ１１に読み取り波形が生じ、その後、出力信号Ｓ１２に読み取り波形が生じる。出力信号Ｓ１２の振幅が調整された信号Ｓ２２のレベルと、出力信号Ｓ１１のレベルとが等しくなるタイミング（交差点ＩＰ１）をタイミングＴ１とする。
また、受光素子列Ｌ２では、受光素子ＰＤ１１からオフセットＤ分だけ遅れて、受光素子ＰＤ１３が原点検出パターン２２を読み取り、その後、受光素子ＰＤ１２からオフセットＤ分だけ遅れて、受光素子ＰＤ１４が原点検出パターン２２を読み取る。これにより、出力信号Ｓ１１からオフセットＤ分だけ遅れて、出力信号Ｓ１３に読み取り波形が生じ、その後、出力信号Ｓ１２からオフセットＤ分だけ遅れて、出力信号Ｓ１４に読み取り波形が生じる。出力信号Ｓ１４の振幅が調整された信号Ｓ２４のレベルと、出力信号Ｓ１３のレベルとが等しくなるタイミング（交差点ＩＰ２）をタイミングＴ２とする。
タイミングＴ１において信号Ｚ１はＨＩＧＨになり、出力信号Ｓ１２の読み取り波形がたち下がると同時に信号Ｚ１はＬＯＷになる。出力信号Ｓ１３に読み取り波形が生じると同時に信号Ｚ２はＨＩＧＨになり、タイミングＴ２において信号Ｚ２はＬＯＷになる。
原点信号生成部４は、ゲート信号Ｇ（Ｓ１１＋Ｓ１２＋Ｓ１３＋Ｓ１４）が閾値電圧ＶＴｈを超えてアクティブであるときに、信号Ｚ１と信号Ｚ２との論理積をとって原点信号を生成する。タイミングＴ１が原点信号の始点となり、タイミングＴ２が原点信号の終点となる。
上述のように、本構成では、２つの受光素子列Ｌ１及びＬ２により、タイミングの相違する２つの交差点ＩＰ１及びＩＰ２を生成する。そして、交差点ＩＰ１と交差点ＩＰ２とに挟まれる原点パルス信号Ｚ３を生成する。本構成では、交差点ＩＰ１のタイミングは受光素子ＰＤ１１及びＰＤ１２の配置並びに出力信号Ｓ１２への振幅調整の倍率で決定される。また、本構成では、交差点ＩＰ２のタイミングは受光素子ＰＤ１３及びＰＤ１４の配置並びに出力信号Ｓ１４への振幅調整の倍率で決定される。出力信号Ｓ１２及び出力信号Ｓ１４の振幅調整の倍率が等しい場合、交差点ＩＰ１と交差点ＩＰ２とのタイミング差は、オフセットＤで決定される一定の値となる。これにより、本構成によれば、原点信号である原点パルス信号Ｚ３のパルス幅を一定に維持することができる。
また、本構成によれば、オフセットＤは、受光素子列の配置のみで決定できる。したがって、受光部の製造プロセスなどの最小加工寸法の制約を受けることもない。その結果、原点パルス信号Ｚ３のパルス幅の所望値に応じて、オフセットＤの値を自由に決定することができる。
さらに、本構成では、原点検出パターン２２側には特段の工夫を施さずとも、一定幅の原点信号を得ることができる。したがって、原点検出パターン２２を読み取るにあたって、原点検出パターン２２と受光部７との間に光学系などを挿入する必要もなく、簡易な構成とすることができる。
[実施の形態４]
次に、実施の形態４にかかる原点信号発生装置２００について説明する。原点信号発生装置２００は、原点信号発生装置１００の変形例であり、測定装置などの位置決めに用いられるインクリメント型光学式エンコーダの原点位置の決定に用いられるものである。原点信号発生装置２００は、原点信号発生装置１００の原点検出用受光部１３を原点検出用受光部１４に置換した構成を有する。図１７は、実施の形態４にかかる原点検出用受光部１４の構成を模式的に示す上面図である。
原点検出用受光部１４は、単位受光領域Ｕ１〜Ｕ３を有する。単位受光領域Ｕ１〜Ｕ３は、Ｙ方向に並んで配置される。単位受光領域Ｕ１は実施の形態３と同様の構成であり、かつ、単位受光領域Ｕ２及びＵ３は、単位受光領域Ｕ１と同様の構成を有するので、説明を省略する。また、原点信号発生装置２００のその他の構成及び原点信号発生動作は、原点信号発生装置１００と同様であるので、説明を省略する。
原点信号発生装置２００では、単位受光領域Ｕ１〜Ｕ３のそれぞれの受光素子ＰＤ１１からの出力を足し合わせた信号を出力信号Ｓ１１、単位受光領域Ｕ１〜Ｕ３のそれぞれの受光素子ＰＤ１２からの出力を足し合わせた信号を出力信号Ｓ１２、単位受光領域Ｕ１〜Ｕ３のそれぞれの受光素子ＰＤ１３からの出力を足し合わせた信号を出力信号Ｓ１３、単位受光領域Ｕ１〜Ｕ３のそれぞれの受光素子ＰＤ１４からの出力を足し合わせた信号を出力信号Ｓ１４とする。これにより、原点信号発生装置２００は、実施の形態３の原点信号発生装置１００と同様に原点信号を発生することができる。
原点信号発生装置では、製造誤差や運用中の外乱等により、原点検出パターン２２を読み取る際に受光部に照射される光のスポットが回転してしまう場合が有る。図１８は、実施の形態３にかかる原点検出用受光部１３の単位受光領域Ｕ１に照射される光のスポット形状を示す上面図である。光のスポットに回転が無い場合には、光のスポットは、例えばスポットＳＰ１のように長径がＹ方向に沿った形状となる。一方、光のスポットに回転が有る場合には、光のスポットは、例えばスポットＳＰ２のように長径が時計回りに回転した形状となる。
図１９は、スポットＳＰ１及びＳＰ２が照射された場合の原点検出用受光部１３での信号を示すタイミング図である。光のスポットが紙面左から右へ移動する場合、スポットＳＰ２では、スポットＳＰ１と比べて、受光素子ＰＤ１１及びＰＤ１２には光が早く照射され、受光素子ＰＤ１３及びＰＤ１４には光が遅く照射される。このため、スポットＳＰ２が照射された場合の交差点ＩＰ３は、スポットＳＰ１が照射された場合の交差点ＩＰ１よりもタイミングが早くなる。また、スポットＳＰ２が照射された場合の交差点ＩＰ４は、スポットＳＰ１が照射された場合の交差点ＩＰ２よりもタイミングが遅くなる。そのため、スポットＳＰ２に基づいて生成される原点パルス信号Ｚ２０は、スポットＳＰ１に基づいて生成される原点パルス信号Ｚ３と比べて、パルス幅が広くなってしまう。
ところが、本実施の形態では、単位受光領域がＹ方向に複数設けられているので、光のスポットの回転による原点パルス信号の幅の変動を抑制することができる。図２０は、原点検出用受光部１４に照射される光のスポット形状を示す上面図である。光のスポットに回転が無い場合には、光のスポットは、例えばスポットＳＰ３のように長径が方向Ｙに沿った形状となる。一方、光のスポットに回転が有る場合には、光のスポットは、例えばスポットＳＰ４のように長径が時計回りに回転した形状となる。
原点検出用受光部１４では、光スポットの長径方向（Ｙ方向）に単位受光領域が並んで配置されている。そのため、スポットＳＰ４のように回転が有る場合でも、スポットＳＰ４のＹ方向上側では受光素子が早いタイミングで信号を出力し、スポットＳＰ４のＹ方向下側では受光素子が遅いタイミングで信号を出力する。そのため、スポットＳＰ４の上側の単位受光領域とスポットＳＰ４の下側の単位受光領域とから出力される出力信号Ｓ１１〜Ｓ１４とがそれぞれ合成され、交差点ＩＰ３と交差点ＩＰ４との間のタイミング差が相殺される。よって、本構成によれば、受光部に照射される光スポットの回転（ヨーイング）が生じても原点信号の幅を維持することが可能となる。
上記では、単位受光領域が３つの場合について説明したが、これは例示に過ぎない。本実施の形態には、単位受光領域を３つ以外の任意の複数個設けることが可能である。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本発明の光学式エンコーダは、透過型エンコーダに限定されるものではなく、反射型エンコーダにも適用することができる。また、本発明の光学式エンコーダは、リニアエンコーダに限定されるものではなく、ロータリーエンコーダにも適用することができる。
また、上記実施の形態において、タイミングＴ１及びタイミングＴ２は、主信号の位相の２２５°のときに一致するものとして説明したが、これは例示にすぎない。タイミングＴ１及びタイミングＴ２の位相は、２２５°以外であってもよい。
さらに、上記実施の形態において、主信号を基準としてトリガ信号を生成しているが、主信号以外の他の信号を基準としてもよい。
１，１０００，３０００…光学式エンコーダ ２，５，８…スケール ３…検出ヘッド ４…原点信号生成部 ６，７，３２…受光部 １１，１１ａ〜１１ｄ，１３，１４…原点検出用受光部 １２…変位検出用受光部 ２１…変位検出パターン ２２，２２ａ〜２２ｄ…原点検出パターン ２３…光透過部 ２４…不透過部 ３１…光源 ３３…主信号受光格子 ３４…第１受光素子 ３５…第２受光素子 ４０，１００，２００，３００…原点信号発生装置 ４１…トリガ生成部 ４２…原点信号処理部 ４３…マイコン ５１〜５５…増幅器 ５８，５９…デジタルポテンショメータ ６１〜６３…比較器 ６６…ＡＮＤ回路 ＩＰ１〜ＩＰ４…交差点 Ｌ１，Ｌ２…受光素子列 ＰＤ１１〜ＰＤ１４…受光素子 Ｒ１〜Ｒ１４…抵抗

Claims (11)

  1. 原点検出パターンと変位検出パターンとを有するスケールと、
    前記スケールに光を照射する光源と、前記光源によって前記原点検出パターンに光が照射されることにより前記原点検出パターンから出射された光を受光するとともに前記スケールの測長方向に並列して配置された第１受光素子及び第２受光素子と、前記変位検出パターンを通過した光から主信号を検出する主信号検出手段と、を有する検出ヘッドと、
    を備える光学式エンコーダにおける原点信号生成方法であって、
    前記検出ヘッドを前記スケールに沿って移動させるときの前記第１受光素子の受光量に基づいて第１出力信号を生成し、
    前記検出ヘッドを前記スケールに沿って移動させるときの前記第２受光素子の受光量に基づいて第２出力信号を生成し、
    前記主信号の位相が第１基準位相のときに前記第１及び第２出力信号のレベルが等しくなるように、前記第１出力信号又は前記第２出力信号の振幅を調整する第１振幅調整を行い、
    前記主信号の位相が第２基準位相のときに前記第１及び第２出力信号のレベルが等しくなるように、前記第１出力信号又は前記第２出力信号の振幅を調整する第２振幅調整を行い、
    前記第１振幅調整が行われた前記第１出力信号のレベルと前記第２出力信号のレベルが等しくなるタイミングを始点とし、前記第２振幅調整が行われた前記第１出力信号のレベルと前記第２出力信号のレベルが等しくなるタイミングを終点とする原点信号を出力する
    原点信号生成方法。
  2. 前記第１振幅調整では、前記主信号の位相が前記第１基準位相になるときに前記第２出力信号とレベルが等しくなるように、前記第１出力信号の振幅を調整することにより第３出力信号を生成し、
    前記第２振幅調整では、前記主信号の位相が前記第２基準位相になるときに前記第１出力信号とレベルが等しくなるように、前記第２出力信号の振幅を調整することにより第４出力信号を生成し、
    前記第２出力信号のレベルと前記第３出力信号のレベルが等しくなるタイミングを始点とし、前記第１出力信号のレベルと前記第４出力信号のレベルが等しくなるタイミングを終点とする前記原点信号を出力する
    請求項１に記載の原点信号生成方法。
  3. 前記光学式エンコーダは、前記スケールの測長方向に並んで配置された複数の前記原点検出パターンのそれぞれに対応する、前記測長方向に並んで配置された複数対の前記第１及び前記第２受光素子を備え、
    複数の前記第１受光素子から出力された信号を足し合わせて前記第１出力信号を生成し、複数の前記第２受光素子のから出力された信号を足し合わせて前記第２出力信号を生成する
    請求項１又は２に記載の原点信号生成方法。
  4. 前記第１及び前記第２受光素子を有する第１受光素子列と、
    前記第１及び前記第２受光素子を有する第２受光素子列と、を備え、
    前記第１受光素子列の前記第１受光素子が出力する前記第１出力信号と前記第２受光素子が出力する前記第２出力信号とに対して前記第１振幅調整を行い、
    前記第２受光素子列の前記第１受光素子が出力する前記第１出力信号と前記第２受光素子が出力する前記第２出力信号とに対して前記第２振幅調整を行う、
    請求項１〜３のいずれか一項に記載の原点信号生成方法。
  5. 前記第２受光素子列の前記第１受光素子が出力する前記第１出力信号は、前記第１受光素子列の前記第１受光素子が出力する前記第１出力信号に対して、所定時間遅延し、
    前記第２受光素子列の前記第２受光素子が出力する前記第２出力信号は、前記第１受光素子列の前記第２受光素子が出力する前記第２出力信号に対して、前記所定時間遅延する、
    請求項４に記載の原点信号生成方法。
  6. 前記第２受光素子列の前記第１受光素子と、前記第１受光素子列の前記第１受光素子とは、前記スケールの測長方向にオフセットして配置され、
    前記第２受光素子列の前記第２受光素子と、前記第１受光素子列の前記第２受光素子とは、前記スケールの測長方向にオフセットして配置される、
    請求項５に記載の原点信号生成方法。
  7. 前記第１及び前記第２受光素子列を有し、前記スケールの測長方向とは直交する方向に並んで配置される受光領域を複数備え、
    前記複数の受光領域のそれぞれの前記第１受光素子列から出力される前記第１出力信号が加算された信号と、前記複数の受光領域のそれぞれの前記第１受光素子列から出力される前記第２出力信号が加算された信号と、に前記第１振幅調整を行い、
    前記複数の受光領域のそれぞれの前記第２受光素子列から出力される前記第１出力信号が加算された信号と、前記複数の受光領域のそれぞれの前記第２受光素子列から出力される前記第２出力信号が加算された信号と、に前記第２振幅調整を行う、
    請求項４〜６のいずれか一項に記載の原点信号生成方法。
  8. 請求項７に記載の原点信号生成方法であって、
    前記第１出力信号にゲインを与えることにより前記第３出力信号を生成し、
    前記第２出力信号にゲインを与えることにより前記第４出力信号を生成する
    ことを特徴とする原点信号生成方法。
  9. 請求項７又は８に記載の原点信号生成方法であって、
    前記第１出力信号を縮小することにより第３出力信号を生成し、
    前記第２出力信号を縮小することにより第４出力信号を生成する
    ことを特徴とする原点信号生成方法。
  10. 請求項７〜９のいずれか一項に記載の原点信号生成方法であって、
    前記検出ヘッドを前記スケールに沿って移動させて、前記第２出力信号と前記第３出力信号のレベルが等しくなる第１タイミング及び前記第１出力信号と前記第４出力信号のレベルが等しくなる第２タイミングを検出し、
    前記主信号の位相が第１基準位相になるときの前記第３出力信号の値に対する前記第２出力信号の値の比を前記第３出力信号に乗じることにより、前記第３出力信号を補正し、
    前記主信号の位相が第２基準位相になるときの前記第４出力信号の値に対する前記第１出力信号の値の比を前記第４出力信号に乗じることにより、前記第４出力信号を補正し、
    補正後の前記第３出力信号のレベルと前記第２出力信号のレベルとが等しくなる補正後の第１タイミングを算出し、
    補正後の前記第４出力信号のレベルと前記第１出力信号のレベルが等しくなる補正後の第２タイミングを算出し、
    前記補正後の第１タイミングを始点とし、前記補正後の第２タイミングを終点とする原点信号を出力する
    ことを特徴とする原点信号生成方法。
  11. 原点検出パターンと変位検出パターンを有するスケールと、
    前記スケールに光を照射する光源と、前記光源によって前記原点検出パターンに光が照射されることにより前記原点検出パターンから出射された光を受光するとともに前記スケールの測長方向に並列して配置された第１受光素子及び第２受光素子と、前記変位検出パターンを通過した光から主信号を検出する主信号検出手段と、を有する検出ヘッドと、
    前記第１受光素子及び前記第２受光素子の出力に基づいて原点信号を生成する原点信号生成手段と、を備え、
    前記原点信号生成手段は、
    前記検出ヘッドを前記スケールに沿って移動させるときの前記第１受光素子の受光量に基づいて第１出力信号を生成し、
    前記検出ヘッドを前記スケールに沿って移動させるときの前記第２受光素子の受光量に基づいて第２出力信号を生成し、
    前記主信号の位相が第１基準位相のときに前記第１及び第２出力信号のレベルが等しくなるように、前記第１出力信号又は前記第２出力信号の振幅を調整する第１振幅調整を行い、
    前記主信号の位相が第２基準位相のときに前記第１及び第２出力信号のレベルが等しくなるように、前記第１出力信号又は前記第２出力信号の振幅を調整する第２振幅調整を行い、
    前記第１振幅調整が行われた前記第１出力信号のレベルと前記第２出力信号のレベルが等しくなるタイミングを始点とし、前記第２振幅調整が行われた前記第１出力信号のレベルと前記第２出力信号のレベルが等しくなるタイミングを終点とする原点信号を出力する
    光学式エンコーダ。
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