JP2016133452A - エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】検出ヘッドの取り付け誤差に関わらず、原点位置の精度を保つことができるエンコーダを提供すること。【解決手段】スケール１は、原点検出用パターン１２と変位検出パターン１１とが形成される。検出ヘッド２は、原点検出信号Ｓ１、位相補償信号Ｓ２及び変位検出信号Ｓｍを出力する。信号処理部３は、位相補償信号Ｓ２及び原点検出信号Ｓ１の一方又は両方を増幅して加算することで原点信号を生成し、原点信号と変位検出信号Ｓｍとに基づいてスケール１に対する検出ヘッド２の位置を検出する。検出ヘッド２は、光源４、複合受光格子５及び複合受光素子６を有する。複合受光格子５は、原点検出用受光格子５２と原点検出用受光格子５１に対して測定方向にシフトして配置された位相補償用受光格子５３とを有する。複合受光素子６は、原点検出信号Ｓ１を出力する原点検出用受光素子６２と位相補償信号Ｓ２を出力する位相補償用受光素子６３とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、エンコーダに関し、例えば光学式リニアエンコーダに関する。

現在、移動量を測定する装置の一つとして、光学式リニアエンコーダがある。光学式リニアエンコーダは、スケールとスケールに沿って移動する検出ヘッドとを有する。スケールには、原点位置を検出するための原点パターンと、スケールと検出ヘッドとの間の相対的な移動量を検出するためのメインパターンが設けられる。光学式リニアエンコーダは、スケール上の原点パターンを基準として、メインパターンの周期と同等の幅を持った原点信号を検出することで、原点位置を検出する。この原点位置を基準として上記の移動量を考慮することで、スケールと検出ヘッドとの間の絶対的な位置関係を検出することができる。

原点位置の決め方としては、メインパターンの検出結果を示すメイン信号と原点信号との位相を同期させる方法が知られている。例えば、原点信号の位相とメイン信号の位相とを同期させるために、メインパターンに原点パターンを内包させる手法が提案されている（特許文献１）。

また、原点パターンとメインパターンとを別トラックに配置し、原点信号の位相とメイン信号の位相を同期させ、光の入射方向を回転軸とする回転方向の機械的ミスアライメントを微調整する方法が記載されている（特許文献２）。

特開平１０−１６０４４２号公報 特表２００８−５０３７４５号公報

ところが、発明者は、上述の手法には以下に示す問題点が有ることを見出した。特許文献１の方法では、検出ヘッドが原点パターンを横切るときにメイン信号を劣化させてしまい、測定精度が悪化するおそれがある。

特許文献２の方法では、メインパターンは原点パターンを内包しないので、上記のような課題は生じない。しかし、特許文献２の方法では、メイン信号の繰り返し周期が小さい場合、回転方向のアライメント調整を精密に行う必要がある。回転方向のアライメント調整の精度が不十分で検出ヘッドの取り付けに回転方向のずれが発生した場合、原点位置の精度が悪化する。しかし、このような十分な精度のアライメント調整を行うことは困難である。

本発明は、検出ヘッドの取り付け誤差に関わらず、原点位置の精度を保つことができるエンコーダを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様であるエンコーダは、
測定方向の原点位置を検出するための原点検出用パターンと前記測定方向の変位を検出するための変位検出パターンとが形成されたスケールと、
前記原点検出用パターンの検出結果である原点検出信号及び位相補償信号と、前記変位検出パターンの検出結果である変位検出信号と、を出力する検出ヘッドと、
前記位相補償信号及び前記原点検出信号の一方又は両方を増幅して加算することで原点信号を生成し、前記原点信号と前記変位検出信号とに基づいて、前記スケールに対する前記検出ヘッドの位置を検出する信号処理部と、を備え、
前記検出ヘッドは、
前記スケールに光を照射する光源と、
前記原点検出用パターンからの光を透過させる原点検出用受光格子と、前記原点検出用パターンからの光を透過させる前記原点検出用受光格子に対して前記測定方向にシフトして配置された位相補償用受光格子と、を有する複合受光格子と、
前記原点検出用受光格子を透過した光を光電変換して前記原点検出信号を出力する原点検出用受光素子と、前記位相補償用受光格子を透過した光を光電変換して前記位相補償信号を出力する位相補償用受光素子と、を有する複合受光素子と、を備えるものである。

本発明の第２の態様であるエンコーダは、上記のエンコーダであって、
前記位相補償用受光格子を構成する格子の前記測定方向の幅は、前記原点検出用受光格子を構成する格子の前記測定方向の幅と同じ所定の幅であり、
前記位相補償用受光格子を構成する前記格子は、前記原点検出用受光格子を構成する前記格子に対して、前記測定方向に前記所定の幅の１／２だけシフトして配置されるものである。

本発明の第３の態様であるエンコーダは、上記のエンコーダであって、
前記原点検出用受光格子を構成する格子は、前記測定方向に複数個並んで配置され、
前記位相補償用受光格子は、前記原点検出用受光格子を構成する複数の前記格子のそれぞれに対応する複数の格子が、前記測定方向にシフトして配置されるものである。

本発明の第４の態様であるエンコーダは、上記のエンコーダであって、
前記位相補償用受光格子は、前記原点検出用受光格子に対して、前記スケールの前記原点検出用受光格子及び前記位相補償用受光格子が形成される面に平行かつ前記測定方向に垂直な方向に離れて配置されるものである。

本発明の第５の態様であるエンコーダは、上記のエンコーダであって、
前記信号処理部は、前記位相補償信号の振幅値を−１倍から１倍の範囲で増幅する増幅器と、
増幅後の前記位相補償信号と前記原点信号とを加算した信号を前記原点信号として出力する加算器と、を備えるものである。

本発明の第６の態様であるエンコーダは、上記のエンコーダであって、
前記光源は、前記スケールに平行光を照射するものである。

本発明の第７の態様であるエンコーダは、上記のエンコーダであって、
前記複合受光格子には、前記光源から出射され、かつ、前記スケールを透過した光が入射するものである。

本発明の第８の態様であるエンコーダは、上記のエンコーダであって、
前記複合受光格子には、前記光源から出射され、かつ、前記スケールで反射された光が入射するものである。

本発明の第９の態様であるエンコーダは、上記のエンコーダであって、
前記複合受光格子は、前記変位検出パターンからの光を透過させる変位検出用受光格子を更に有し、
前記複合受光素子は、前記変位検出用受光格子を透過した光を光電変換して前記変位検出信号を出力する変位検出用受光素子を更に有するものである。

本発明によれば、検出ヘッドの取り付け誤差に関わらず、原点位置の精度を保つことができるエンコーダを提供することができる。

実施の形態１にかかる光学式エンコーダの概略構成を示す斜視図である。 実施の形態１にかかる光学式エンコーダの構成を示す斜視図である。 実施の形態１にかかる複合受光格子の上面図である。 実施の形態１にかかる信号処理部の構成を示すブロック図である。 原点検出信号の例を示す図である。 位相補償信号の例を示す図である。 原点検出信号と位相補償信号とを加算して得た原点信号の例を示す図である。 比較例であ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。 比較例にかかる光学式エンコーダにおいて回転ずれが発生していない場合のスケール及び複合受光格子の上面図である。 比較例にかかる光学式エンコーダにおいて回転ずれが発生している場合のスケール及び複合受光格子の上面図である。 比較例にかかる光学式エンコーダにおいて回転ずれが発生している場合の原点信号及び変位検出信号の例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。

実施の形態１
本発明の実施の形態１にかかる光学式エンコーダについて説明する。図１は、実施の形態に１かかる光学式エンコーダ１００の概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、光学式エンコーダ１００は、スケール１、検出ヘッド２及び信号処理部３を有する。スケール１と検出ヘッド２とは、スケール１の長手方向である測定方向（図１のＸ軸方向）に沿って相対的に移動が可能なように構成される。スケール１は、位置検出に用いるパターンが設けられ、パターンに光が照射されることで干渉光が生じる。検出ヘッド２は、干渉光の測定方向の変化を検出し、検出結果を示す電気信号を信号処理部３に出力する。信号処理部３は、受け取った電気信号を信号処理することで、スケール１と検出ヘッド２との間の位置関係を検出することができる。

なお、以下では、測長方向（図１のＸ軸方向）に対して垂直、かつ、スケール１の幅を示す方向をＹ軸とする。すなわち、スケール１の主面は、Ｘ−Ｙ平面となる。また、スケール１の主面（Ｘ−Ｙ平面）に垂直、すなわちＸ軸及びＹ軸に垂直な方向をＺ軸とする。また、以下で参照する斜視図では、紙面左下手前から右上奥へ向かう方向を、Ｘ軸の正方向とする。紙面右下手前から左上奥へ向かう方向を、Ｙ軸の正方向とする。紙面下側から上側へ向かう方向を、Ｚ軸の正方向とする。

光学式エンコーダ１００について、より詳細に説明する。図２は、実施の形態１にかかる光学式エンコーダ１００の構成を示す斜視図である。図２に示すように、検出ヘッド２は、光源４、複合受光格子５及び複合受光素子６を有する。上述のように、スケール１と検出ヘッド２とは、測定方向（図２のＸ軸方向）に相対的に移動可能に構成される。

光源４は、光源素子４１及び光源格子４２を有する。光源素子４１は、光源格子４２の上方（図２のＺ軸の正方向側）に配置される。光源格子４２は、図２のＺ軸に垂直な面（Ｘ−Ｙ平面）を主面とし、Ｘ軸方向を長手方向とする板状の部材である。光源格子４２を構成する板状部材には、図２のＹ軸を長手方向とする格子状の光透過部４２Ａが、Ｘ軸方向に並んで複数配置される。つまり、光源格子４２では、光透過部４２Ａと光透過部以外の不透過部４２Ｂとが、Ｘ軸方向に交互に、かつ、繰り返して配置される。光源素子４１が発した光は、光源格子４２を透過することで、Ｚ軸に沿って伝搬する平行光となる。光源素子４１としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）、半導体レーザ、ＳＬＥＤ（Self-Scanning Light Emitting Device：自己走査型発光素子）、ＯＬＥＤ（Organic light-emitting diode：有機発光ダイオード）などを用いることができる。

スケール１は、図２のＺ軸に垂直な面（Ｘ−Ｙ平面）を主面とし、Ｘ軸方向を長手方向とする板状の部材である。スケール１は、光源４からの平行光が主面（Ｘ−Ｙ平面）に垂直に入射する位置に配置される。図２では、スケール１は、光源４に対してＺ軸の負方向側に配置される。

スケール１を構成する板状部材には、変位検出用パターン１１及び原点検出用パターン１２が形成される。変位検出用パターン１１では、図２のＹ軸を長手方向とする格子状の光透過部が、Ｘ軸方向に並んで複数配置される。つまり、変位検出用パターン１１では、光透過部１１Ａと不透過部１１Ｂとが、Ｘ軸方向に交互に、かつ、繰り返して配置される。原点検出用パターン１２は、変位検出用パターン１１からＹ軸の正方向に離れた位置に、図２のＹ軸を長手方向とする１つの格子状の光透過部として配置される。スケール１は、ガラスで構成されることが好適であるが、光を透過する格子状の光透過部と、光を透過しない不透過部を構成できる材料であれば、いずれも適用することができる。

複合受光格子５は、スケール１からの光、すなわちスケール１を透過した光が入射する位置に配置される。図２では、複合受光格子５は、スケール１に対してＺ軸の負方向側に配置され、スケール１を透過した光が入射する。なお、光学式エンコーダ１００は透過型の光学式エンコーダであるが、反射型の光学式エンコーダとして構成することもできる。この場合、複合受光格子５は、スケール１に対してＺ軸の正方向側に配置され、スケール１で反射された光が入射することとなる。

複合受光格子５は、図２のＺ軸に垂直な面を主面とし、Ｘ軸方向を長手方向とする板状の部材である。図３は、実施の形態１にかかる複合受光格子５の上面図である。複合受光格子５を構成する板状部材には、変位検出用受光格子５１、原点検出用受光格子５２及び位相補償用受光格子５３が形成される。変位検出用受光格子５１は、スケール１の変位検出用パターン１１を透過した光が入射する位置に配置される。原点検出用受光格子５２及び位相補償用受光格子５３は、スケール１の原点検出用パターン１２を透過した光が入射する位置に配置される。ここでは、原点検出用受光格子５２は、変位検出用受光格子５１に対してＹ軸の正方向に離れた位置に形成される。位相補償用受光格子５３は、原点検出用受光格子５２に対してＹ軸の正方向に離れた位置に形成される。

変位検出用受光格子５１、原点検出用受光格子５２及び位相補償用受光格子５３では、図３のＹ軸を長手方向とする格子状の光透過部が、Ｘ軸方向に並んで複数配置される。つまり、変位検出用受光格子５１では、光透過部５１Ａと不透過部５１Ｂとが、Ｘ軸方向に交互に、かつ、繰り返して配置される。原点検出用受光格子５２では、光透過部５２Ａと不透過部５２Ｂとが、Ｘ軸方向に交互に、かつ、繰り返して配置される。位相補償用受光格子５３では、光透過部５３Ａと不透過部５３Ｂとが、Ｘ軸方向に交互に、かつ、繰り返して配置される。

原点検出用受光格子５２の光透過部５２Ａと位相補償用受光格子５３の光透過部５３Ａとは、Ｘ軸方向で同じ幅Ｗａを有する。しかし、位相補償用受光格子５３の光透過部５３Ａは、原点検出用受光格子５２の光透過部５２Ａに対して測定方向（Ｘ軸方向）にシフトして配置される。図３では、位相補償用受光格子５３の光透過部５３Ａは、原点検出用受光格子５２の光透過部５２Ａに対して、測定方向（Ｘ軸方向）の幅Ｗａの１／２だけＸ軸の正方向にシフトして配置されている。

複合受光素子６は、複合受光格子５を透過した光が入射する位置に配置される。図２では、複合受光素子６は、複合受光格子５に対してＺ軸の負方向側に配置される。

複合受光素子６は、変位検出用受光素子６１、原点検出用受光素子６２及び位相補償用受光素子６３を有する。変位検出用受光素子６１、原点検出用受光素子６２及び位相補償用受光素子６３は、フォトダイオード・アレーで構成されることが望ましい。また、変位検出用受光素子６１、原点検出用受光素子６２及び位相補償用受光素子６３は、入射する光を電気信号に変換できる素子であれば、フォトトランジスタ、フォトレジスタなどの他の受光手段を適用してもよい。

変位検出用受光素子６１、原点検出用受光素子６２及び位相補償用受光素子６３は、それぞれ、変位検出用受光格子５１、原点検出用受光格子５２及び位相補償用受光格子５３を透過した光を受光する位置に配置される。

変位検出用受光素子６１は、光源格子４２、変位検出用パターン１１及び変位検出用受光格子５１を透過した光を電気信号に変換し、変換した信号を変位検出信号Ｓｍとして出力する。原点検出用受光素子６２は、光源格子４２、原点検出用パターン１２及び原点検出用受光格子５２を透過した光を電気信号に変換し、変換した信号を原点検出信号Ｓ１として出力する。位相補償用受光素子６３は、光源格子４２、原点検出用パターン１２及び位相補償用受光格子５３を透過した光を電気信号に変換し、変換した信号を位相補償信号Ｓ２として出力する。

上述の通り、位相補償用受光格子５３の光透過部５３Ａは、原点検出用受光格子５２の光透過部５２Ａに対して測定方向（Ｘ軸方向）にシフトして配置される。そのため、位相補償信号Ｓ２は、原点検出信号Ｓ１に対して所定の位相差を有する信号となる。本実施の形態では、図２に示すように、位相補償用受光格子５３の光透過部５３Ａは、原点検出用受光格子５２の光透過部５２Ａに対して、測定方向（Ｘ軸方向）の幅の１／２だけＸ軸（＋）方向にシフトして配置されている。そのため、位相補償信号Ｓ２は、原点検出信号Ｓ１に対して９０°の位相差を有することになる。本実施の形態では、原点検出信号Ｓ１及び位相補償信号Ｓ２の一方または両方を増幅して加算することにより、原点信号Ｓ_ｏｒｉｇを生成することができる。

次に、信号処理部３の構成について説明する。ここでは、信号処理部３が位相補償信号Ｓ２を増幅する例について説明する。図４は、実施の形態１にかかる信号処理部３の構成を示すブロック図である。信号処理部３は、原点信号生成部３１、変位検出信号処理部３２、位置検出部３３を有する。

原点信号生成部３１は、検出ヘッド２が出力した原点検出信号Ｓ１及び位相補償信号Ｓ２を用いて、位相が調整された原点信号Ｓ_ｏｒｉｇを出力する。原点信号Ｓ_ｏｒｉｇは、スケール１の測長方向における測定の原点位置において、最も強くなる。

変位検出信号処理部３２は、検出ヘッド２が出力した変位検出信号Ｓｍを用いて、スケール１と検出ヘッド２との間の相対的な移動量を検出する。スケール１と検出ヘッド２とが相対的に変位すると、ヤングの干渉の原理に従い、変位検出用受光素子６１の受光強度が変化する。変位検出用受光素子６１の受光強度の変化に伴って、変位検出信号Ｓｍの強度も変化する。変位検出信号処理部３２は、変位検出信号Ｓｍの強度の変化を測定することで、測長方向（Ｘ軸方向）の相対的な移動量Ｓｄを測定することができる。

位置検出部３３は、原点信号生成部３１が出力する原点信号Ｓ_ｏｒｉｇと変位検出信号処理部３２が出力する移動量Ｓｄとから、スケール１と検出ヘッド２との間の絶対的な位置関係、換言すれば、スケール１に対する検出ヘッド２の位置を検出することができる。位置検出部３３は、検出結果を、例えば位置検出信号Ｓｐとして出力する。

以下、原点信号生成部３１について説明する。原点信号生成部３１は、検出ヘッド２が出力した原点検出信号Ｓ１及び位相補償信号Ｓ２を用いて、位相が調整された原点信号Ｓ_ｏｒｉｇを出力する。図４に示すように、原点信号生成部３１は、増幅器３１１及び加算器３１２を有する。

増幅器３１１は、位相補償信号Ｓ２を増幅し、増幅した信号を加算器３１２へ出力する。増幅器３１１の増幅率は、−１倍から１倍の範囲で可変である。増幅器３１１としては、トランジスタ、ＯＰアンプなどの電気信号を増幅する構成であれば、いずれも適用することができる。また、位相補償信号Ｓ２をアナログデジタル変換した後、デジタルデータの演算を行うことで増幅してもよい。

加算器３１２は、増幅された位相補償信号Ｓ２と原点検出信号Ｓ１とを加算し、加算した信号を原点信号Ｓ_ｏｒｉｇとして出力する。原点信号Ｓ_ｏｒｉｇは、原点検出信号Ｓ１の位相が補償された信号として出力される。加算器３１２は、演算増幅器を用いたアナログの加算回路でもよいし、被加算信号をアナログデジタル変換し、デジタル値を演算するデジタルの加算回路であってもよい。

原点信号生成部３１は、上述のように、原点検出信号Ｓ１と増幅された位相補償信号Ｓ２とを加算することで、出力する原点信号Ｓ_ｏｒｉｇの位相を調整することができる。以下、原点信号生成部３１での原点信号Ｓ_ｏｒｉｇの位相調整について説明する。

上述したように、位相補償信号Ｓ２は、原点検出信号Ｓ１に対して９０°の位相差を有している。すなわち、原点検出信号Ｓ１を（ヤングの干渉縞で示されるような）余弦関数、位相補償信号Ｓ２を正弦関数で表すことができる。よって、原点検出信号Ｓ１及び位相補償信号Ｓ２を、それぞれ式（１）及び（２）で表すことができる。但し、Ａは原点検出信号Ｓ１の振幅、Ｂは位相補償信号Ｓ２の振幅、θは原点検出信号Ｓ１及び位相補償信号Ｓ２の位相である。

原点検出信号Ｓ１及び位相補償信号Ｓ２を加算した原点信号Ｓ_ｏｒｉｇは、以下の式（３）で表される。但し、αは原点検出信号Ｓ１に対する位相補償信号Ｓ２の位相差である。

式（３）に示すように、原点信号Ｓ_ｏｒｉｇは、同じ周期の余弦関数で表される原点検出信号Ｓ１に対して、位相差αだけ位相がシフトした信号として表される。式（４）に示すように、位相差αは、原点検出信号Ｓ１の振幅Ａと位相補償信号Ｓ２の振幅Ｂとを変数とする関数である。よって、増幅器３１１の増幅率を変化させることで、位相差αを調整することができる。増幅器３１１の増幅率は−１倍から１倍の範囲で可変であるので、位相差αがとり得る値の範囲は、−４５°≦α≦４５°となる。位相差αの変化ピッチは、増幅器の分解能を適宜選択することで、好適に設定できる。

以上、本構成によれば、原点検出信号Ｓ１に対して位相差を有する位相補償信号Ｓ２の振幅値を所定の増幅率で増幅して原点検出信号Ｓ１に加算することで、原点検出信号Ｓ１の位相をシフトさせた信号を、原点信号Ｓ_ｏｒｉｇとして出力することができる。

なお、原点検出信号Ｓ１及び位相補償信号Ｓ２は、原点位置付近のピークから位相方向に離れるに従って信号の強度が弱くなる。図５は、原点検出信号Ｓ１の例を示す図である。図６は、位相補償信号Ｓ２の例を示す図である。図５では、横軸は移動方向に対するスケール１の位置（すなわち、原点検出信号Ｓ１の位相）を示し、縦軸は原点検出信号Ｓ１の信号強度を示す。図６では、横軸は移動方向に対するスケール１の位置（すなわち、位相補償信号Ｓ２の位相）を示し、縦軸は位相補償信号Ｓ２の信号強度を示す。図５及び６では、信号強度の極大値と極小値とを線でつないでいるが、横軸方向のサンプリング間隔を短くすると、原点検出信号Ｓ１は余弦関数に近似した波形となり、位相補償信号Ｓ２は正弦関数に近似した波形となる。

図７は、原点検出信号Ｓ１と位相補償信号Ｓ２とを加算して得た原点信号Ｓ_ｏｒｉｇの例を示す図である。図７では、横軸は移動方向に対するスケール１の位置（すなわち、原点信号Ｓ_ｏｒｉｇの位相）を示し、縦軸は信号の強度を示す。また、図７では、原点検出信号Ｓ１を破線、位相補償信号Ｓ２を実戦で示している。図７に示すように、原点信号Ｓ_ｏｒｉｇは、原点検出信号Ｓ１に対して横軸方向にシフトしていることが理解できる。

本構成では、スケール１を原点に位置させた際に得られる原点信号の位相にずれが生じていた場合、原点信号の位相のシフト量αの調整を行うことが効果的である。すなわち、スケール１を原点に位置させた状態で、原点信号の位相のずれが無くなるまで位相補償信号の増幅率を変化させることで、現実の原点位置に対する原点信号の位相のずれを打ち消すことができる。これにより、機械的なミスアライメントに起因する光学的なずれを、電気信号の処理で容易に校正することができる。

比較例
続いて、機械的なミスアライメントに起因する光学的なずれについて、比較例を提示して説明する。ここでは、光学式エンコーダにおいて、平行光の伝搬方向（上述のＺ軸）を回転軸とする回転ずれ（ミスアライメント）が生じた場合について説明する。

図８は、比較例である光学式エンコーダ２００の構成を模式的に示す斜視図である。光学式エンコーダ２００は、スケール７、検出ヘッド８及び信号処理部９を有する。光学式エンコーダ２００のスケール７、検出ヘッド８及び信号処理部９は、それぞれ上述の光学式エンコーダ１００のスケール１、検出ヘッド２及び信号処理部３に対応する。

検出ヘッド８は、光源４、複合受光格子８１及び複合受光素子８２を有する。光源４は、上述の光学式エンコーダ１００と同様であるので、説明を省略する。

スケール７を構成する板状部材には、変位検出用パターン１１及び原点検出用パターン１３が形成される。変位検出用パターン１１は、上述の光学式エンコーダ１００と同様であるので、説明を省略する。原点検出用パターン１３は、原点検出用パターン１２と同様であるので、説明を省略する。

複合受光格子８１は、光学式エンコーダ１００の複合受光格子５に対応するものである。複合受光格子８１を構成する板状部材には、変位検出用受光格子５１及び原点検出用受光格子５４が形成される。変位検出用受光格子５１は、上述の光学式エンコーダ１００と同様であるので、説明を省略する。原点検出用受光格子５４は、スケール７の原点検出用パターン１３を透過した光が入射する位置に配置される。ここでは、原点検出用受光格子５４は、変位検出用受光格子５１に対してＹ軸の正方向に離れた位置に形成される。

複合受光素子８２は、光学式エンコーダ１００の複合受光素子６に対応するものである。複合受光素子８２は、変位検出用受光素子６１及び原点検出用受光素子６４を有する。変位検出用受光素子６１は、上述の光学式エンコーダ１００と同様であるので、説明を省略する。原点検出用受光素子６４は、原点検出用受光格子５４を透過した光を受光する位置に配置される。原点検出用受光素子６４は、光源格子４２、原点検出用パターン１３及び原点検出用受光格子５４を透過した光を電気信号に変換し、変換した信号を原点信号Ｓ１０として出力する。

図９は、比較例にかかる光学式エンコーダ２００において回転ずれが発生していない場合のスケール７及び複合受光格子８１の上面図である。Ｚ軸を回転軸とする回転ずれが発生していない場合、図９に示すように、スケール７の変位検出用パターン１１と変位検出用受光格子５１との位置が一致し、スケール７の原点検出用パターン１３と原点検出用受光格子５４との位置が一致する。そのため、変位検出用パターン１１の検出と原点検出用パターン１３の検出との間に位相差は存在しないので、原点検出用パターン１３の検出結果をそのまま原点信号として用いることができる。

これに対し、光学式エンコーダ２００でＺ軸を回転軸とする回転ずれが発生する場合について検討する。図１０は、比較例にかかる光学式エンコーダ２００において回転ずれが発生している場合のスケール７及び複合受光格子８１の上面図である。ここでは、スケール７の原点検出用パターン１３の中心と原点検出用受光格子５４の中心とが一致した時のずれに注目する。Ｚ軸を回転軸とする回転ずれが発生している場合、図１０に示すように、スケール７の原点検出用パターン１３の中心と原点検出用受光格子５４の中心とが一致した時に、スケール７の変位検出用パターン１１と変位検出用受光格子５１との間で位置ずれΔθが生じる。

図１１は、比較例にかかる光学式エンコーダ２００において回転ずれが発生している場合の原点信号及び変位検出信号の例を示す図である。図１１では、横軸はスケール７の変位を示し、縦軸は信号強度を示す。回転ずれがない場合には原点信号が検出されるときの変位検出信号の位相は０°となる。しかし、図１１に示すように、回転ずれが生じることで、原点信号が検出される時の変位検出信号がΔθだけずれてしまう。このように、原点信号が検出されるときの変位検出信号の位相がずれることで、光学式エンコーダ２００が検出する検出ヘッド８の移動量には誤差が含まれることになる。

このような位置ずれΔθが生じた場合でも、本構成によれば、位相補償信号の増幅率を変化させることで位置ずれΔθを打ち消すことができる。その結果、回転ずれによる位相ずれを容易に校正することができる。

その他の実施の形態
また、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、上述の実施の形態では、上述の実施の形態では、本発明の光学式エンコーダはリニアエンコーダであるものとして説明したが、これは例示である。つまり、本発明は、ロータリーエンコーダとして構成してもよい。

上述の実施の形態では、複合受光格子５において、原点検出用受光格子５２に対する位相補償用受光格子５３のシフト量は、格子の幅の１／２としたが、シフト量はこれに限られない。

また、複合受光格子５における、変位検出用受光格子５１、原点検出用受光格子５２及び位相補償用受光格子５３の順序は例示であり、順序は入れ替えても良い。この場合、変位検出用受光素子６１、原点検出用受光素子６２及び位相補償用受光素子６３は、それぞれ変位検出用受光格子５１、原点検出用受光格子５２及び位相補償用受光格子５３に対応する位置に配置される。

また、各格子及びスケールは、不透明部と光透過部を構成する素材の組み合わせであればいずれも適用できる。すなわち、不透明ガラスに格子形状の孔を形成して光透過部としても良いし、透明ガラスの一部を遮蔽して不透明部を形成しても良い。またガラス以外の材料についても同様に適用できる。

１、７ スケール
２、８ 検出ヘッド
３、９ 信号処理部
４ 光源
５、８１ 複合受光格子
６、８２ 複合受光素子
１１ 変位検出用パターン
１１Ａ、４２Ａ、５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ 光透過部
１１Ｂ、４２Ｂ、５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂ 不透過部
１２、１３ 原点検出用パターン
３１ 原点信号生成部
３２ 変位検出信号処理部
３３ 位置検出部
４１ 光源素子
４２ 光源格子
５１ 変位検出用受光格子
５２、５４ 原点検出用受光格子
５３ 位相補償用受光格子
６１ 変位検出用受光素子
６２、６４ 原点検出用受光素子
６３ 位相補償用受光素子
１００、２００ 光学式エンコーダ
３１１ 増幅器
３１２ 加算器
Ｓ１ 原点検出信号
Ｓ２ 位相補償信号
Ｓｍ 変位検出信号
Ｓ１０、Ｓ_ｏｒｉｇ 原点信号

Claims (9)

1. 測定方向の原点位置を検出するための原点検出用パターンと前記測定方向の変位を検出するための変位検出パターンとが形成されたスケールと、
   前記原点検出用パターンの検出結果である原点検出信号及び位相補償信号と、前記変位検出パターンの検出結果である変位検出信号と、を出力する検出ヘッドと、
   前記位相補償信号及び前記原点検出信号の一方又は両方を増幅して加算することで原点信号を生成し、前記原点信号と前記変位検出信号とに基づいて、前記スケールに対する前記検出ヘッドの位置を検出する信号処理部と、を備え、
   前記検出ヘッドは、
   前記スケールに光を照射する光源と、
   前記原点検出用パターンからの光を透過させる原点検出用受光格子と、前記原点検出用パターンからの光を透過させる前記原点検出用受光格子に対して前記測定方向にシフトして配置された位相補償用受光格子と、を有する複合受光格子と、
   前記原点検出用受光格子を透過した光を光電変換して前記原点検出信号を出力する原点検出用受光素子と、前記位相補償用受光格子を透過した光を光電変換して前記位相補償信号を出力する位相補償用受光素子と、を有する複合受光素子と、を備える、
   エンコーダ。
2. 前記位相補償用受光格子を構成する格子の前記測定方向の幅は、前記原点検出用受光格子を構成する格子の前記測定方向の幅と同じ所定の幅であり、
   前記位相補償用受光格子を構成する前記格子は、前記原点検出用受光格子を構成する前記格子に対して、前記測定方向に前記所定の幅の１／２だけシフトして配置される、
   請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記原点検出用受光格子を構成する格子は、前記測定方向に複数個並んで配置され、
   前記位相補償用受光格子は、前記原点検出用受光格子を構成する複数の前記格子のそれぞれに対応する複数の格子が、前記測定方向にシフトして配置される、
   請求項１又は２に記載のエンコーダ。
4. 前記位相補償用受光格子は、前記原点検出用受光格子に対して、前記スケールの前記原点検出用受光格子及び前記位相補償用受光格子が形成される面に平行かつ前記測定方向に垂直な方向に離れて配置される、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンコーダ。
5. 前記信号処理部は、前記位相補償信号の振幅値を−１倍から１倍の範囲で増幅する増幅器と、
   増幅後の前記位相補償信号と前記原点信号とを加算した信号を前記原点信号として出力する加算器と、を備える、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエンコーダ。
6. 前記光源は、前記スケールに平行光を照射する、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエンコーダ。
7. 前記複合受光格子には、前記光源から出射され、かつ、前記スケールを透過した光が入射する、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエンコーダ。
8. 前記複合受光格子には、前記光源から出射され、かつ、前記スケールで反射された光が入射する、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエンコーダ。
9. 前記複合受光格子は、前記変位検出パターンからの光を透過させる変位検出用受光格子を更に有し、
   前記複合受光素子は、前記変位検出用受光格子を透過した光を光電変換して前記変位検出信号を出力する変位検出用受光素子を更に有する、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエンコーダ。

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