JP2017138281A - 光電式エンコーダ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電式エンコーダ1は、スケール2と、発光部4とインデックス5と検出部6とを有する検出ヘッド3とを備えている。インデックス5は、スケール2の長手方向に沿って所定ピッチで交互に並設された回折部と非回折部からなる第1インデックス部50と、第1インデックス部50の2倍のピッチで交互に並設された回折部と非回折部からなる第2インデックス部51とを備えている。スケール2は、スケール2の長手方向に沿って所定ピッチで交互に並設された回折部と非回折部からなる第1パターン部20と、市松状に配置された回折部と非回折部からなる第2パターン部21とを含んで構成される。
【選択図】図1
Description
本発明によれば、所定ピッチと所定ピッチの2倍のピッチとの2種類のインデックス部と、異なる配列パターンを有する2種類のパターン部が交互に並設された一連のスケールパターンと、を介して発光部からの光を回折させて干渉縞を生成することで、インクリメンタル(INC)信号とアブソリュート(ABS)信号とを検出することができる。
また、通常、光電式エンコーダではレンズ光学系を用いて各パターンから信号を検出するが、本発明は、レンズ等を用いずに実現できる構成のため、少ない部品点数で光電式エンコーダを構成でき、コスト削減や小型化を図ることができる。
M系列符号は、2のn乗−1個の0または1とされる符号により形成され、n個の連続した符号の組み合わせが全て異なる符号列とされるパターンである。検出部は、n個の連続した0または1とされる符号を読み取ることにより、M系列符号の配列パターンから絶対位置を検出することができる。
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
各図において、スケールの長手方向をX方向とし、短手方向をY方向とし、高さ方向をZ方向として示し、以下では単にX方向、Y方向、Z方向として説明することがある。
図1は、本発明の第1実施形態に係る光電式エンコーダを示す斜視図である。
光電式エンコーダ1は、長尺状のスケール2と、スケール2に沿って移動するとともにスケール2との相対移動量から位置情報を取得するための検出ヘッド3とを備える。
検出ヘッド3は、光を照射する発光部4と、発光部4からの光をスケール2に向かって回折させるインデックス5と、スケール2およびインデックス5を介して生成された干渉縞を検出して電気信号を出力する検出部6と、を備える。これらを備えた検出ヘッド3は、スケール2に対してX方向に一体で進退可能に設けられている。
発光部4は、例えばLED(Light Emitting Diode)が用いられている。なお、発光部4はLEDに限らず、任意の光源を用いてもよい。また、発光部4は、スケール2およびインデックス5に光を照射するために適切な角度で設置されている。
PDAは、複数の干渉縞を1度に測定することができる性質を持つ検出器である。なお、検出部6はPDAに限らず、PSD(Position Sensitive Detector)やCCD(Charge-Coupled Device)等の任意の検出器を用いてもよい。
以上のような、スケール2と、発光部4、インデックス5および検出部6を備える検出ヘッド3と、によって本発明の光電式エンコーダ1が構成されている。
図2に示すように、スケール2は、第1パターン部20と第2パターン部21とがX方向に交互に配置されたスケールパターンを有して構成されている。これらの第1パターン部20と第2パターン部21とは、X方向に沿って互いの長さがM系列符号となるように配列されている。
図3に示すように、インデックス5は、第1インデックス部50と第2インデックス部51とを有し、第1インデックス部50と第2インデックス部51とは、インデックス5のY方向に並設されている。
具体的には、図4(A)はスケール2と第1インデックス部50とによってINC信号7が生成されることを示す図であり、図4(B)はスケール2と第2インデックス部51とによってABS信号8が生成されることを示す図である。
先ず、発光部4からの光はインデックス5における第1インデックス部50の透過部50aと非透過部50bとを介してスケール2に照射される(図3参照)。そして、第1インデックス部50の透過部50aを透過した光は、スケール2における第1パターン部20の透過部20aと非透過部20bとを介して干渉縞を生成する(図2参照)。検出部6は、生成された干渉縞から信号70を検出する。
先ず、発光部4からの光はインデックス5における第2インデックス部51の透過部51aと非透過部51bとを介してスケール2に照射される(図3参照)。そして、第2インデックス部51の透過部51aを透過した光は、スケール2における第1パターン部20の透過部20aと非透過部20bとを介して干渉縞を生成する(図2参照)。検出部6は、生成された干渉縞から信号80を検出する。
以下、スケール2における市松状のパターンを有する第2パターン部21とインデックス5とによる光電式エンコーダ1の作用について、図5および図6を参照して説明する。
図5において、(A)にはインデックス5における第1インデックス部50が示され、(B)にはスケール2における第2パターン部21が示され、(C)には(A),(B)のA−A断面における第2パターン部21と第1インデックス部50とによる光電式エンコーダ1の作用が示されている。
図5(A)に示す第1インデックス部50は、スケール2のX方向に沿って透過部50aと非透過部50bとが交互に所定ピッチPで配置されている。図5(B)に示す第2パターン部21は、市松状に透過部21a,22aおよび非透過部21b,22bが配置されており、これらの透過部21a,22aおよび非透過部21b,22bは、それぞれX方向に沿って所定ピッチPで配置されるとともに、互いにスケール2のY方向に並設され、かつ互いにX方向に1/2周期ずれて配置されている。
また、第2パターン部21の透過部22aと非透過部22bとによって回折させた発光部4からの光は、二点鎖線矢印の方向に進み干渉縞となり、この干渉縞が信号S2として検出部6によって検出される。従って、検出部6によって干渉縞から同じ位相で同じ周期の複数の信号S1,S2が検出され、これらの信号S1,S2は同じ位相で同じ周期の信号であるため、信号S1,S2が重ね合わされ、図4(A)に示すように、信号71として検出される。
図6(A)に示す第2インデックス部51は、スケール2のX方向に沿って透過部51aと非透過部51bとが交互に所定ピッチPの2倍のピッチである所定ピッチ2Pで配置されている。図6(B)に示す第2パターン部21は、図5(B)に示すものと同一である。
また、第2パターン部21の透過部22aと非透過部22bとによって回折させた発光部4からの光は、二点鎖線矢印の方向に進み干渉縞となり、この干渉縞が信号S4として検出部6によって検出される。従って、検出部6によって干渉縞から同じ周期で位相が180°異なる2種類の信号S3,S4が検出され、これら2種類の信号S3,S4は同じ周期で位相が180°異なるため互いに相殺され、検出部6は図4(B)に示すように、無信号81を検出する。
(1)光電式エンコーダ1は、発光部4からの光をインデックス5に透過させ、インデックス5を透過させた光をさらにスケール2に透過させることで干渉縞を生成し、生成された干渉縞から検出されるINC信号7は抜けのない状態の1つのINC信号7として検出されるため、一連のスケールパターンにINCパターンとABSパターンとを統合して配置しても、位置情報の検出精度を高めることができる。
(2)また、INC信号7と同時にABS信号8も得ることができるので、より正確な位置情報を検出することができ、検出する位置情報の精度向上を図ることができる。
(5)スケール2の第1パターン部20と第2パターン部21とをX方向に沿って互いの長さがM系列符号となるように配置することで、この配列に応じて現れるABS信号を0または1として符号化し演算することによって、より詳細な位置情報を算出することができる。
(6)インデックス5において第1インデックス部50と第2インデックス部51とがY方向に並設されていることで、X方向に並設した場合と比較してインデックス5はスケール2のX方向の長さを短くすることができるため、コスト削減や小型化を図ることができる。
以下、本発明の第2実施形態を図面に基づいて説明する。
前記第1実施形態では、スケール2およびインデックス5は透過型の回折格子が設けられていたが、スケール2には反射型の回折格子が設けられ、インデックス5には透過型の回折格子が設けられていてもよい。
図7は、本発明の第2実施形態に係る光電式エンコーダを示す斜視図である。
光電式エンコーダ1Aは、長尺状のスケール2Aと、スケール2Aに沿って移動するとともにスケール2Aとの相対移動量から位置情報を取得するための検出ヘッド3Aとを備える。
検出ヘッド3Aは、光を照射する発光部4と、発光部4からの光をスケール2Aに向かって透過させるインデックス5と、スケール2Aおよびインデックス5を介して生成された干渉縞を検出して電気信号を出力する検出部6と、を備える。これらを備えた検出ヘッド3Aは、スケール2Aに対してX方向に一体で進退可能に設けられている。
発光部4とインデックス5とは、図1に示すものと同一であるが、発光部4は照射した光をスケール2Aに反射させるため、適切な角度で設置されている。
以上のような、スケール2Aと、発光部4、インデックス5および検出部6を備える検出ヘッド3Aと、によって本発明の光電式エンコーダ1Aが構成されている。
図8に示すように、反射型の回折格子を有するスケール2Aは、第1パターン部20Aと第2パターン部21AとがX方向に交互に配置されたスケールパターンを有して構成されている。これらの第1パターン部20Aと第2パターン部21Aとは、X方向に沿って互いの長さがM系列符号となるように配列されている。
また、発光部4からの光は第2インデックス部51を透過し、透過することで回折した光は反射型の回折格子を有するスケール2Aの第1パターン部20Aと第2パターン部21Aとに照射される。照射された光は第1パターン部20Aと第2パターン部21Aとで反射し、反射することで回折した光は干渉縞として検出部6に照射され、検出部6は干渉縞からABS信号8を検出する(図4(B)参照)。
(7)光電式エンコーダ1Aは、発光部4からの光をインデックス5に透過させ、インデックス5を透過させた光をスケール2Aに反射させることで干渉縞を生成し、生成された干渉縞から検出されるINC信号7は抜けのない状態の1つのINC信号7として検出されるため、一連のスケールパターンにINCパターンとABSパターンとを統合して配置しても、位置情報の検出精度を高めることができる。
以下、本発明の第3実施形態を図面に基づいて説明する。
前記第2実施形態ではスケール2Aには反射型の回折格子が設けられ、インデックス5には透過型の回折格子が設けられていたが、スケール2には透過型の回折格子が設けられ、インデックス5には反射型の回折格子が設けられていてもよい。
図9は、本発明の第3実施形態に係る光電式エンコーダを示す斜視図である。
光電式エンコーダ1Bは、長尺状のスケール2と、スケール2に沿って移動するとともにスケール2との相対移動量から位置情報を取得するための検出ヘッド3Bとを備える。
検出ヘッド3Bは、光を照射する発光部4と、発光部4からの光をスケール2に向かって反射させるインデックス5Bと、スケール2およびインデックス5Bを介して生成された干渉縞を検出して電気信号を出力する検出部6と、を備える。これらを備えた検出ヘッド3Bは、スケール2に対してX方向に一体で進退可能に設けられている。
インデックス5Bは、発光部4からの光を反射可能な例えば一面に金属を塗布したガラス等の部材で形成され、スケール2のZ方向他方側(下方)にスケール2と向かい合わせて設置されている。そして、インデックス5Bの一面には反射型の回折格子が設けられている。反射型の回折格子において回折部は反射部であり、非回折部は非反射部である。インデックス5Bの一面に設けられている反射型の回折格子は、X方向に沿って所定ピッチで交互に並設された反射部および非反射部からなる第1インデックス部50Bと、第1インデックス部50Bの2倍のピッチで交互に並設された反射部および非反射部からなる第2インデックス部51Bとが設けられており、第1インデックス部50Bと第2インデックス部51Bとはインデックス5BのY方向に並設されている。
以上のような、スケール2と、発光部4、インデックス5Bおよび検出部6を備える検出ヘッド3Bと、によって本発明の光電式エンコーダ1Bが構成されている。
図10に示すように、インデックス5Bは、第1インデックス部50Bと第2インデックス部51Bとを有し、第1インデックス部50Bと第2インデックス部51Bとは、インデックス5BのY方向に並設されている。
また、発光部4からの光は反射型の回折格子を有する第2インデックス部51Bで反射し、反射することで回折した光はスケール2の第1パターン部20と第2パターン部21とに照射される。照射された光は第1パターン部20と第2パターン部21とを透過し、透過することで回折した光は干渉縞として検出部6に照射され、検出部6は干渉縞からABS信号8を検出する(図4(B)参照)。
(8)光電式エンコーダ1Bは、発光部4からの光をインデックス5Bで反射させ、インデックス5で反射させた光をスケール2に透過させることで干渉縞を生成し、生成された干渉縞から検出されるINC信号7は抜けのない状態の1つのINC信号7として検出されるため、一連のスケールパターンにINCパターンとABSパターンとを統合して配置しても、位置情報の検出精度を高めることができる。
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
2 スケール
3 検出ヘッド
4 発光部
5 インデックス
6 検出部
7 インクリメンタル信号(INC信号)
8 アブソリュート信号(ABS信号)
20 第1パターン部
21 第2パターン部
50 第1インデックス部
51 第2インデックス部
Claims (3)
- スケールパターンを有するスケールと検出ヘッドとの相対移動量から位置情報を取得するための光電式エンコーダであって、
光を照射する発光部と、
前記発光部からの光を前記スケールに向かって回折させるインデックスと、
前記インデックスおよび前記スケールを介して生成された干渉縞を検出して電気信号を出力する検出部と、を備え、
前記インデックスは、
前記スケールの長手方向に沿って所定ピッチで交互に並設された回折部および非回折部からなる第1インデックス部と、
前記第1インデックス部の2倍のピッチで交互に並設された回折部および非回折部からなる第2インデックス部と、を備え、
前記スケールパターンは、
前記スケールの長手方向に沿って所定ピッチで交互に並設された回折部および非回折部からなる第1パターン部と、
前記スケールの長手方向に沿って所定ピッチで市松状に配置された回折部および非回折部からなる第2パターン部と、を備えるとともに、
前記第1パターン部と前記第2パターン部とが前記スケールの長手方向に沿って交互に並設され、
前記検出部は、
前記第1インデックス部と前記第1パターン部および前記第2パターン部とで生成された干渉縞によってインクリメンタル信号を検出し、
前記第2インデックス部と前記第1パターン部および前記第2パターン部とで生成された干渉縞によってアブソリュート信号を検出する
ことを特徴とする光電式エンコーダ。 - 請求項1に記載された光電式エンコーダにおいて、
前記第1パターン部と前記第2パターン部とは、前記スケールの長手方向に沿った互いの長さがM系列符号となるように並設されていることを特徴とする光電式エンコーダ。 - 請求項1または請求項2に記載された光電式エンコーダにおいて、
前記第1インデックス部と前記第2インデックス部とは、前記スケールの短手方向に並設されていることを特徴とする光電式エンコーダ。
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