JP3514381B2 - 光学式エンコーダ - Google Patents
光学式エンコーダInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光学式エンコー
ダに関する。
ダに関する。
【０００２】
【従来の技術】光学式エンコーダは、メインスケール
と、このメインスケールを光学的に読み取る検出ヘッド
を組み立てて構成される。この様な光学式エンコーダで
は、高性能を実現するためには組立時の姿勢調整が重要
になる。具体的には、メインスケールと検出ヘッドの間
のギャップ、検出ヘッドとメインスケールの間の各軸回
りの回転、検出ヘッドとメインスケールとの間の測定軸
と直交する方向へのオフセット等の姿勢調整が必要であ
る。
と、このメインスケールを光学的に読み取る検出ヘッド
を組み立てて構成される。この様な光学式エンコーダで
は、高性能を実現するためには組立時の姿勢調整が重要
になる。具体的には、メインスケールと検出ヘッドの間
のギャップ、検出ヘッドとメインスケールの間の各軸回
りの回転、検出ヘッドとメインスケールとの間の測定軸
と直交する方向へのオフセット等の姿勢調整が必要であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】特に、光学格子を微細
ピッチで形成する小型の光学式エンコーダでは、高性能
化のためには高精度の組立及び取り付けを必要とすると
いう難点があった。姿勢変動を機械的に調整する手法は
従来より用いられているが、機械的な姿勢調整には限界
がある。
ピッチで形成する小型の光学式エンコーダでは、高性能
化のためには高精度の組立及び取り付けを必要とすると
いう難点があった。姿勢変動を機械的に調整する手法は
従来より用いられているが、機械的な姿勢調整には限界
がある。
【０００４】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、高精度の組立や姿勢調整を要せず、高性能化を
実現できる光学式エンコーダを提供することを目的とし
ている。
もので、高精度の組立や姿勢調整を要せず、高性能化を
実現できる光学式エンコーダを提供することを目的とし
ている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、円弧を描く
測定軸に沿って所定の角度ピッチで第１の光学格子が形
成されたメインスケールと、このメインスケールと対向
配置されて前記測定軸方向に相対移動する第２の光学格
子が形成された検出ヘッドとを備えた光学式エンコーダ
において、前記検出ヘッドの第２の光学格子が直線上に
所定のピッチで格子配列されていることを特徴とする。
測定軸に沿って所定の角度ピッチで第１の光学格子が形
成されたメインスケールと、このメインスケールと対向
配置されて前記測定軸方向に相対移動する第２の光学格
子が形成された検出ヘッドとを備えた光学式エンコーダ
において、前記検出ヘッドの第２の光学格子が直線上に
所定のピッチで格子配列されていることを特徴とする。
【０００６】この発明はまた、直線を描く測定軸に沿っ
て所定のピッチで第１の光学格子が形成されたメインス
ケールと、このメインスケールと対向配置されて前記測
定軸方向に相対移動する第２の光学格子が形成された検
出ヘッドとを備えた光学式エンコーダにおいて、前記検
出ヘッドの第２の光学格子が円弧上に所定の角度ピッチ
で格子配列されていることを特徴とする。
て所定のピッチで第１の光学格子が形成されたメインス
ケールと、このメインスケールと対向配置されて前記測
定軸方向に相対移動する第２の光学格子が形成された検
出ヘッドとを備えた光学式エンコーダにおいて、前記検
出ヘッドの第２の光学格子が円弧上に所定の角度ピッチ
で格子配列されていることを特徴とする。
【０００７】この発明においては、メインスケールが円
弧を描く測定軸を持つロータリエンコーダの場合は、検
出ヘッドの光学格子の格子配列は直線状とし、メインス
ケールが直線の測定軸を持つリニアエンコーダの場合
は、検出ヘッドの光学格子の格子配列は所定の角度ピッ
チで円弧を描くようにする。この様な構成にすると、メ
インスケールの光学格子と検出ヘッドの光学格子の重な
りは、検出ヘッドの測定軸方向の長さの範囲で少しずつ
変化した状態となる。この結果、対向する光学格子の間
の姿勢にずれが生じても、その姿勢ずれによる光学格子
の重なり状態の変化が小さくなり、姿勢変動の影響を受
けにくいものとなる。
弧を描く測定軸を持つロータリエンコーダの場合は、検
出ヘッドの光学格子の格子配列は直線状とし、メインス
ケールが直線の測定軸を持つリニアエンコーダの場合
は、検出ヘッドの光学格子の格子配列は所定の角度ピッ
チで円弧を描くようにする。この様な構成にすると、メ
インスケールの光学格子と検出ヘッドの光学格子の重な
りは、検出ヘッドの測定軸方向の長さの範囲で少しずつ
変化した状態となる。この結果、対向する光学格子の間
の姿勢にずれが生じても、その姿勢ずれによる光学格子
の重なり状態の変化が小さくなり、姿勢変動の影響を受
けにくいものとなる。
【０００８】この発明においては、対向する二つの光学
格子が円弧配列と直線配列であるため、測定軸方向に見
て検出ヘッドの中心から離れるにつれて次第に二つの光
学格子の間の傾斜角が大きくなり、二つの光学格子の重
なる面積が小さくなるため、出力信号の直流オフセット
成分は大きくなる。これに対しては、検出ヘッドの第２
の光学格子の測定軸方向の長さの範囲内で有効な受光面
を、二つの光学格子のピッチが略同じである範囲に制限
することが有効である。そのためには例えば、第２の光
学格子の測定軸方向の長さの範囲の中央部で大きく周辺
部で小さくなるように制限するためのアパーチャを設け
ることが有効である。この様なアパーチャを設けると、
検出ヘッド側光学格子の測定軸方向両端部で生じる大き
な直流光成分を抑圧することができ、出力信号のピーク
・ピーク値ＶPPと直流オフセットＶDCの比を十分大きく
確保することが可能になる。
格子が円弧配列と直線配列であるため、測定軸方向に見
て検出ヘッドの中心から離れるにつれて次第に二つの光
学格子の間の傾斜角が大きくなり、二つの光学格子の重
なる面積が小さくなるため、出力信号の直流オフセット
成分は大きくなる。これに対しては、検出ヘッドの第２
の光学格子の測定軸方向の長さの範囲内で有効な受光面
を、二つの光学格子のピッチが略同じである範囲に制限
することが有効である。そのためには例えば、第２の光
学格子の測定軸方向の長さの範囲の中央部で大きく周辺
部で小さくなるように制限するためのアパーチャを設け
ることが有効である。この様なアパーチャを設けると、
検出ヘッド側光学格子の測定軸方向両端部で生じる大き
な直流光成分を抑圧することができ、出力信号のピーク
・ピーク値ＶPPと直流オフセットＶDCの比を十分大きく
確保することが可能になる。
【０００９】この発明において、検出ヘッドは、（ａ）
第２の光学格子が形成されたインデックススケールとそ
の透過光を受光する受光素子とを有するものとして構成
してもよいし、或いは（ｂ）第２の光学格子を兼ねた受
光素子アレイを用いて構成してもよい。
第２の光学格子が形成されたインデックススケールとそ
の透過光を受光する受光素子とを有するものとして構成
してもよいし、或いは（ｂ）第２の光学格子を兼ねた受
光素子アレイを用いて構成してもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例について説明する。 ［実施の形態１］図１は、この発明をロータリエンコー
ダに適用した実施の形態１の構成を示している。このロ
ータリエンコーダは、メインスケール１とこれを読み取
る検出ヘッド２とから構成される。メインスケール１
は、スケール円板１０に円弧を描くように設定された測
定軸ｘ１に沿って反射部と非反射部とが所定の角度ピッ
チ（トラック幅の中心での直線距離がＰ）で光学格子
（スケール格子）１１が形成されている。
の実施例について説明する。 ［実施の形態１］図１は、この発明をロータリエンコー
ダに適用した実施の形態１の構成を示している。このロ
ータリエンコーダは、メインスケール１とこれを読み取
る検出ヘッド２とから構成される。メインスケール１
は、スケール円板１０に円弧を描くように設定された測
定軸ｘ１に沿って反射部と非反射部とが所定の角度ピッ
チ（トラック幅の中心での直線距離がＰ）で光学格子
（スケール格子）１１が形成されている。
【００１１】検出ヘッド２は、図２に断面図を示したよ
うに、光源であるＬＥＤ３と、インデックススケール基
板４、及び受光素子５ａ，５ｂを有する。インデックス
スケール基板４には、ＬＥＤ３の光を受けてメインスケ
ール１を照射するための二次光源を構成する光源側光学
格子６と、メインスケール１からの反射光を受ける受光
側光学格子７を有する。受光側光学格子７は、メインス
ケールのスケール格子１１のピッチとの関係で９０°位
相がずれたＡ，Ｂ相出力用の格子部を有し、これらに対
応してＡ，Ｂ相用の受光素子５ａ，５ｂが設けられてい
る。
うに、光源であるＬＥＤ３と、インデックススケール基
板４、及び受光素子５ａ，５ｂを有する。インデックス
スケール基板４には、ＬＥＤ３の光を受けてメインスケ
ール１を照射するための二次光源を構成する光源側光学
格子６と、メインスケール１からの反射光を受ける受光
側光学格子７を有する。受光側光学格子７は、メインス
ケールのスケール格子１１のピッチとの関係で９０°位
相がずれたＡ，Ｂ相出力用の格子部を有し、これらに対
応してＡ，Ｂ相用の受光素子５ａ，５ｂが設けられてい
る。
【００１２】図３は、メインスケール１のスケール格子
１１と、検出ヘッド２側の受光側光学格子７のパターン
を並べて示している。メインスケール１の測定軸ｘ１が
円弧を描いているのに対して、検出ヘッド２の受光側光
学格子７は、直線の格子配列軸ｘ２を有している。受光
側光学格子７の透過部と不透過部は格子配列軸ｘ２に沿
ってピッチＰで配列されており、Ａ相出力用の格子部と
Ｂ相出力用の格子部は、格子配列軸ｘ２に沿って（２ｎ
＋１）Ｐ／４だけ位相がずれた状態で配列されている
（ｎは整数）。
１１と、検出ヘッド２側の受光側光学格子７のパターン
を並べて示している。メインスケール１の測定軸ｘ１が
円弧を描いているのに対して、検出ヘッド２の受光側光
学格子７は、直線の格子配列軸ｘ２を有している。受光
側光学格子７の透過部と不透過部は格子配列軸ｘ２に沿
ってピッチＰで配列されており、Ａ相出力用の格子部と
Ｂ相出力用の格子部は、格子配列軸ｘ２に沿って（２ｎ
＋１）Ｐ／４だけ位相がずれた状態で配列されている
（ｎは整数）。
【００１３】この実施の形態によると、検出ヘッド２の
受光側光学格子７とメインスケール１のスケール格子１
１との重なり状態は、受光側光学格子７の測定軸方向の
長さの範囲の中央部では格子が大きく重なり、両端部に
行くにつれて互いの格子が傾斜する結果、格子の重なり
は小さくなる。この格子の重なり状態の測定軸方向の変
化が、検出ヘッド２とメインスケール１の間の姿勢変動
に対する出力変動を小さいものとする。
受光側光学格子７とメインスケール１のスケール格子１
１との重なり状態は、受光側光学格子７の測定軸方向の
長さの範囲の中央部では格子が大きく重なり、両端部に
行くにつれて互いの格子が傾斜する結果、格子の重なり
は小さくなる。この格子の重なり状態の測定軸方向の変
化が、検出ヘッド２とメインスケール１の間の姿勢変動
に対する出力変動を小さいものとする。
【００１４】図４は、相対姿勢により、検出ヘッド２の
受光側光学格子７とメインスケール１のスケール格子１
１との重なり状態が変化する様子を示している。図４
（ａ）は設計通りのベストアライメントの場合であり、
図４（ｂ）は、径方向のオフセットがある場合であり、
図４（ｃ）は、回転変動（モアレ変動）があった場合で
ある。図４（ａ）から明らかなように、ベストアライメ
ントの状態でも、光学格子７の測定軸方向の長さＬの範
囲で、その中央部では格子の重なりが大きく、周辺に行
くにつれて格子の重なりは小さくなっている。このた
め、図４（ｂ），（ｃ）に示すように姿勢変動があった
場合にも、光学格子７全体の平均的な格子重なり状態
は、大きく変化しない。
受光側光学格子７とメインスケール１のスケール格子１
１との重なり状態が変化する様子を示している。図４
（ａ）は設計通りのベストアライメントの場合であり、
図４（ｂ）は、径方向のオフセットがある場合であり、
図４（ｃ）は、回転変動（モアレ変動）があった場合で
ある。図４（ａ）から明らかなように、ベストアライメ
ントの状態でも、光学格子７の測定軸方向の長さＬの範
囲で、その中央部では格子の重なりが大きく、周辺に行
くにつれて格子の重なりは小さくなっている。このた
め、図４（ｂ），（ｃ）に示すように姿勢変動があった
場合にも、光学格子７全体の平均的な格子重なり状態
は、大きく変化しない。
【００１５】従って、この実施の形態によると、姿勢変
動に対して検出ヘッドの応答は鈍感になる。これによ
り、高精度の組立や姿勢調整を要せず、エンコーダの高
性能化を図ることができる。
動に対して検出ヘッドの応答は鈍感になる。これによ
り、高精度の組立や姿勢調整を要せず、エンコーダの高
性能化を図ることができる。
【００１６】［実施の形態２］上の実施の形態では、図
４から明らかなように、受光側光学格子７の中央部では
大きな振幅の信号光が得られるのに対し、周辺に行くと
格子が互いに傾斜して重ならないため、信号光に対して
直流光成分が大きくなる。そこで好ましい実施の形態２
では、検出ヘッド２の受光側光学格子７の測定軸方向の
長さＬの範囲内で有効な受光面のトラック幅を、長さＬ
の範囲の中央部で大きく、周辺部で小さくなるように制
限するためのアパーチャを設ける。
４から明らかなように、受光側光学格子７の中央部では
大きな振幅の信号光が得られるのに対し、周辺に行くと
格子が互いに傾斜して重ならないため、信号光に対して
直流光成分が大きくなる。そこで好ましい実施の形態２
では、検出ヘッド２の受光側光学格子７の測定軸方向の
長さＬの範囲内で有効な受光面のトラック幅を、長さＬ
の範囲の中央部で大きく、周辺部で小さくなるように制
限するためのアパーチャを設ける。
【００１７】図５（ａ）は、アパーチャ８ａと、これを
用いたときの光学格子７とスケール格子１１の重なりパ
ターンに対するマスク状態を示している。図５（ｂ）
は、別のアパーチャ８ｂと、これを用いたときの光学格
子７とスケール格子１１の重なりパターンに対するマス
ク状態を示している。アパーチャ８ａは、全体が光学格
子７をカバーする大きさのマスク材８２に、菱形の窓８
１が開けられている。また、アパーチャ８ｂは、全体が
光学格子７をカバーするマスク材８２に、略菱形の窓８
１が開けられている。
用いたときの光学格子７とスケール格子１１の重なりパ
ターンに対するマスク状態を示している。図５（ｂ）
は、別のアパーチャ８ｂと、これを用いたときの光学格
子７とスケール格子１１の重なりパターンに対するマス
ク状態を示している。アパーチャ８ａは、全体が光学格
子７をカバーする大きさのマスク材８２に、菱形の窓８
１が開けられている。また、アパーチャ８ｂは、全体が
光学格子７をカバーするマスク材８２に、略菱形の窓８
１が開けられている。
【００１８】アパーチャ８ａ，８ｂは具体的には、図２
において、インデックススケール基板４の受光側光学格
子７の面、又は受光素子５ａ，５ｂの受光面に形成す
る。或いは、インデックススケール基板４の受光側光学
格子７が形成された面と反対側の面に形成してもよい。
或いはまた、アパーチャ８ａ，８ｂと受光側光学格子７
とを同じ金属膜を用いて同時に一体にパターン形成する
こともできる。この様にアパーチャを組み合わせること
により、出力信号振幅は制限されるが、無用な直流成分
光を抑圧することができ、出力信号のピーク・ピーク値
ＶPPと直流オフセットＶDCの比を十分大きく確保するこ
とが可能になる。
において、インデックススケール基板４の受光側光学格
子７の面、又は受光素子５ａ，５ｂの受光面に形成す
る。或いは、インデックススケール基板４の受光側光学
格子７が形成された面と反対側の面に形成してもよい。
或いはまた、アパーチャ８ａ，８ｂと受光側光学格子７
とを同じ金属膜を用いて同時に一体にパターン形成する
こともできる。この様にアパーチャを組み合わせること
により、出力信号振幅は制限されるが、無用な直流成分
光を抑圧することができ、出力信号のピーク・ピーク値
ＶPPと直流オフセットＶDCの比を十分大きく確保するこ
とが可能になる。
【００１９】［実施の形態３］図６は、別の実施の形態
によるエンコーダの構成を、図２に対応させて示してい
る。その他の構成は、先の実施の形態１，２と同様であ
るものとする。上記実施の形態１，２では、検出ヘッド
２の受光部を、光学格子７と受光素子５ａ，５ｂとから
構成したのに対し、この実施の形態では光学格子７を用
いず、光学格子７を兼ねた受光素子アレイ９を用いてい
る。受光素子アレイ９は、フォトダイオード等の受光素
子を例えば、メインスケール１の格子ピッチＰに対し
て、３Ｐ／４ピッチで配列して構成される。これにより
受光素子アレイ９からは、Ａ（＝０°），ＢＢ（＝２７
０°），ＡＢ（＝９０°），Ｂ（＝１８０°）の４相の
変位信号を出力することができる。
によるエンコーダの構成を、図２に対応させて示してい
る。その他の構成は、先の実施の形態１，２と同様であ
るものとする。上記実施の形態１，２では、検出ヘッド
２の受光部を、光学格子７と受光素子５ａ，５ｂとから
構成したのに対し、この実施の形態では光学格子７を用
いず、光学格子７を兼ねた受光素子アレイ９を用いてい
る。受光素子アレイ９は、フォトダイオード等の受光素
子を例えば、メインスケール１の格子ピッチＰに対し
て、３Ｐ／４ピッチで配列して構成される。これにより
受光素子アレイ９からは、Ａ（＝０°），ＢＢ（＝２７
０°），ＡＢ（＝９０°），Ｂ（＝１８０°）の４相の
変位信号を出力することができる。
【００２０】［実施の形態４］図７は、図６で説明した
実施の形態３における受光素子アレイ９の好ましいアレ
イパターンを示している。図示のように受光素子アレイ
９の受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，…は、その長さ
が少しずつ変化して、そのレイアウトの包絡線が略菱形
になるようにしている。これは、実施の形態２で説明し
たアパーチャを通常の受光素子アレイと組み合わせたこ
とと等価になる。これにより、アパーチャを形成する工
程を省いて、アパーチャを用いた場合と同様に出力信号
のピーク・ピーク値ＶPPと直流オフセットＶDCの比を大
きく確保することが可能になる。
実施の形態３における受光素子アレイ９の好ましいアレ
イパターンを示している。図示のように受光素子アレイ
９の受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，…は、その長さ
が少しずつ変化して、そのレイアウトの包絡線が略菱形
になるようにしている。これは、実施の形態２で説明し
たアパーチャを通常の受光素子アレイと組み合わせたこ
とと等価になる。これにより、アパーチャを形成する工
程を省いて、アパーチャを用いた場合と同様に出力信号
のピーク・ピーク値ＶPPと直流オフセットＶDCの比を大
きく確保することが可能になる。
【００２１】［実施の形態５］ここまでの実施の形態で
は、本発明の反射型のエンコーダへの適用例を示した
が、本発明は透過型のエンコーダにも適用することがで
きる。図８は、図２において示した実施の形態１に係る
光学式エンコーダの構成を透過型エンコーダに応用した
実施例の構成を示している。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ある。本実
施の形態に係る透過型エンコーダは、メインスケール１
とこれを読み取る検出ヘッド２とから構成される。メイ
ンスケール１はガラス等の透明基板からなるスケール円
盤１０上に透過部と非透過部とを配列した透過型光学格
子を構成している。検出ヘッド２は、光源であるＬＥＤ
３と、インデックススケール基板４、及び受光素子５
ａ，５ｂとから構成される。インデックススケール基板
４及び受光素子５ａ，５ｂについては実施の形態１にお
ける構成と同様である。
は、本発明の反射型のエンコーダへの適用例を示した
が、本発明は透過型のエンコーダにも適用することがで
きる。図８は、図２において示した実施の形態１に係る
光学式エンコーダの構成を透過型エンコーダに応用した
実施例の構成を示している。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ある。本実
施の形態に係る透過型エンコーダは、メインスケール１
とこれを読み取る検出ヘッド２とから構成される。メイ
ンスケール１はガラス等の透明基板からなるスケール円
盤１０上に透過部と非透過部とを配列した透過型光学格
子を構成している。検出ヘッド２は、光源であるＬＥＤ
３と、インデックススケール基板４、及び受光素子５
ａ，５ｂとから構成される。インデックススケール基板
４及び受光素子５ａ，５ｂについては実施の形態１にお
ける構成と同様である。
【００２２】本実施の形態において、ＬＥＤ３はメイン
スケール１の一方の面と対向配置され、受光素子５ａ，
５ｂはインデックススケール基板４を介してメインスケ
ール１の他方の面と対向配置されている。ＬＥＤ３から
照射される光はメインスケール１上に形成されているス
ケール格子１１の透過部を透過する。メインスケール１
を透過した光が、更にインデックススケール基板４の受
光側光学格子７を通過した後、受光素子５ａ，５ｂへ到
達する。そして、メインスケール１と検出ヘッド２との
相対変位に依存するＡ，Ｂの２相の信号が得られる。な
お、この他スケール円盤１０に光を透過しない材質を用
いる場合でも、スケール円盤１０上のスケール格子１１
を貫通する格子状に形成することで、透過型エンコーダ
に適用可能なメインスケール１を得ることができる。
スケール１の一方の面と対向配置され、受光素子５ａ，
５ｂはインデックススケール基板４を介してメインスケ
ール１の他方の面と対向配置されている。ＬＥＤ３から
照射される光はメインスケール１上に形成されているス
ケール格子１１の透過部を透過する。メインスケール１
を透過した光が、更にインデックススケール基板４の受
光側光学格子７を通過した後、受光素子５ａ，５ｂへ到
達する。そして、メインスケール１と検出ヘッド２との
相対変位に依存するＡ，Ｂの２相の信号が得られる。な
お、この他スケール円盤１０に光を透過しない材質を用
いる場合でも、スケール円盤１０上のスケール格子１１
を貫通する格子状に形成することで、透過型エンコーダ
に適用可能なメインスケール１を得ることができる。
【００２３】［実施の形態６］図９は、図８において示
した実施の形態５に係る光学式エンコーダの応用例の構
成を示している。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ある。本実施の形態に
係る透過型エンコーダは、メインスケール１とこれを読
み取る検出ヘッド２とから構成される。メインスケール
１はガラス等の透明基板からなるスケール円盤１０上に
透過部と非透過部とを配列した透過型光学格子を構成し
ている。検出ヘッド２は、光源であるＬＥＤ３と、イン
デックススケール基板４、光源側光学格子６、及び受光
素子５ａ，５ｂとから構成される。インデックススケー
ル基板４及び受光素子５ａ，５ｂについては実施の形態
１における構成と同様である。
した実施の形態５に係る光学式エンコーダの応用例の構
成を示している。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ある。本実施の形態に
係る透過型エンコーダは、メインスケール１とこれを読
み取る検出ヘッド２とから構成される。メインスケール
１はガラス等の透明基板からなるスケール円盤１０上に
透過部と非透過部とを配列した透過型光学格子を構成し
ている。検出ヘッド２は、光源であるＬＥＤ３と、イン
デックススケール基板４、光源側光学格子６、及び受光
素子５ａ，５ｂとから構成される。インデックススケー
ル基板４及び受光素子５ａ，５ｂについては実施の形態
１における構成と同様である。
【００２４】本実施の形態において、ＬＥＤ３は光源側
光学格子６を介してメインスケール１の一方の面と対向
配置され、受光素子５ａ，５ｂはインデックススケール
基板４を介してメインスケール１の他方の面と対向配置
されている。ＬＥＤ３から照射される光は、光源側光学
格子６を介してスケールを均一に照射する二次光源とな
り、メインスケール１上に形成されているスケール格子
１１の透過部を透過する。メインスケール１を透過した
光が、更にインデックススケール基板４の受光側光学格
子７を通過した後、受光素子５ａ，５ｂへ到達する。そ
して、メインスケール１と検出ヘッド２との相対変位に
依存するＡ，Ｂの２相の信号が得られる。また、先の実
施の形態５と同様に、この他スケール円盤１０に光を透
過しない材質を用いる場合でも、スケール円盤１０上の
スケール格子１１を貫通する格子状に形成することで、
透過型エンコーダに適用可能なメインスケール１を得る
ことができる。
光学格子６を介してメインスケール１の一方の面と対向
配置され、受光素子５ａ，５ｂはインデックススケール
基板４を介してメインスケール１の他方の面と対向配置
されている。ＬＥＤ３から照射される光は、光源側光学
格子６を介してスケールを均一に照射する二次光源とな
り、メインスケール１上に形成されているスケール格子
１１の透過部を透過する。メインスケール１を透過した
光が、更にインデックススケール基板４の受光側光学格
子７を通過した後、受光素子５ａ，５ｂへ到達する。そ
して、メインスケール１と検出ヘッド２との相対変位に
依存するＡ，Ｂの２相の信号が得られる。また、先の実
施の形態５と同様に、この他スケール円盤１０に光を透
過しない材質を用いる場合でも、スケール円盤１０上の
スケール格子１１を貫通する格子状に形成することで、
透過型エンコーダに適用可能なメインスケール１を得る
ことができる。
【００２５】［実施の形態７］図１０は、図６において
示した受光素子アレイ９を用いる実施の形態３を透過型
エンコーダに応用した実施例の構成を示している。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
号を付してある。本実施の形態に係る透過型エンコーダ
は、メインスケール１、受光素子アレイ９、光源である
ＬＥＤ３から構成されている。メインスケール１は実施
の形態５と同様な構成となっている。受光素子アレイ９
は、実施の形態３における構成と同様に受光側光学格子
を兼ねた構造となっている。
示した受光素子アレイ９を用いる実施の形態３を透過型
エンコーダに応用した実施例の構成を示している。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
号を付してある。本実施の形態に係る透過型エンコーダ
は、メインスケール１、受光素子アレイ９、光源である
ＬＥＤ３から構成されている。メインスケール１は実施
の形態５と同様な構成となっている。受光素子アレイ９
は、実施の形態３における構成と同様に受光側光学格子
を兼ねた構造となっている。
【００２６】本実施の形態において、ＬＥＤ３はメイン
スケール１の一方の面と対向配置され、受光素子アレイ
９は、メインスケール１の他方の面と対向配置されてい
る。ＬＥＤ３から照射される光は、先の実施の形態５と
同様にメインスケール１上のスケール格子１１の透過部
を透過する。メインスケール１の透過部を透過した光
が、受光素子アレイ９へ到達することで、メインスケー
ル１と受光素子アレイ９との相対変位信号がＡ，ＢＢ，
ＡＢ，Ｂの４相の変位信号として出力される。
スケール１の一方の面と対向配置され、受光素子アレイ
９は、メインスケール１の他方の面と対向配置されてい
る。ＬＥＤ３から照射される光は、先の実施の形態５と
同様にメインスケール１上のスケール格子１１の透過部
を透過する。メインスケール１の透過部を透過した光
が、受光素子アレイ９へ到達することで、メインスケー
ル１と受光素子アレイ９との相対変位信号がＡ，ＢＢ，
ＡＢ，Ｂの４相の変位信号として出力される。
【００２７】［実施の形態８］図１１は、図１０におい
て示した実施の形態７に係る透過型エンコーダの応用例
の構成を示している。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ある。本実施の形
態に係る透過型エンコーダは、メインスケール１、受光
素子アレイ９、光源であるＬＥＤ３、及び二次光源を形
成するための光源側光学格子６から構成されている。メ
インスケール１は実施の形態５と同様な構成となってい
る。受光素子アレイ９は、実施の形態３における構成と
同様に受光側光学格子を兼ねた構造となっている。
て示した実施の形態７に係る透過型エンコーダの応用例
の構成を示している。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ある。本実施の形
態に係る透過型エンコーダは、メインスケール１、受光
素子アレイ９、光源であるＬＥＤ３、及び二次光源を形
成するための光源側光学格子６から構成されている。メ
インスケール１は実施の形態５と同様な構成となってい
る。受光素子アレイ９は、実施の形態３における構成と
同様に受光側光学格子を兼ねた構造となっている。
【００２８】本実施の形態において、ＬＥＤ３は光源側
光学格子６を介してメインスケール１の一方の面と対向
配置され、受光素子アレイ９は、メインスケール１の他
方の面と対向配置されている。ＬＥＤ３から照射される
光は、光源側光学格子６を介してスケールを均一に照射
する二次光源となり、二次光源は先の実施の形態５と同
様にメインスケール１上のスケール格子１１の透過部を
透過する。メインスケール１の透過部を透過した光が、
受光素子アレイ９へ到達することで、メインスケール１
と受光素子アレイ９との相対変位信号がＡ，ＢＢ，Ａ
Ｂ，Ｂの４相の変位信号として出力される。
光学格子６を介してメインスケール１の一方の面と対向
配置され、受光素子アレイ９は、メインスケール１の他
方の面と対向配置されている。ＬＥＤ３から照射される
光は、光源側光学格子６を介してスケールを均一に照射
する二次光源となり、二次光源は先の実施の形態５と同
様にメインスケール１上のスケール格子１１の透過部を
透過する。メインスケール１の透過部を透過した光が、
受光素子アレイ９へ到達することで、メインスケール１
と受光素子アレイ９との相対変位信号がＡ，ＢＢ，Ａ
Ｂ，Ｂの４相の変位信号として出力される。
【００２９】［実施の形態９］これまでに述べた実施の
形態においては本発明のロータリーエンコーダへの適用
例を示したが、先の実施の形態１〜８における構成をリ
ニアエンコーダに適用することも可能である。図１２
は、この発明をリニアエンコーダに適用した実施例の構
成を示している。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ある。この実施の形態
の場合、直線の測定軸ｘ１を持ち、スケール格子１１は
この測定軸ｘ１に沿って所定ピッチＰで配列される。検
出ヘッド２の受光側光学格子７は、円弧を描く格子配列
軸ｘ２を持ち、この格子配列軸ｘ２に沿って所定の角度
ピッチ（トラック中心部での直線距離がＰ）で透過部と
不透過部が配列されている。この実施の形態でのメイン
スケール１のスケール格子１１と検出ヘッド２の受光側
光学格子７の重なり状態は、図４のスケール格子１１と
光学格子７の関係を逆にしただけであるから、図４と同
様になる。即ち、姿勢変動に対して鈍感となり、実施の
形態１と同様の効果が得られる。またこの実施の形態９
の場合にも、実施の形態２と同様にアパーチャを組み合
わせることは有効である。更に、実施の形態３，４と同
様に、受光側格子７を兼ねて受光素子アレイを用いるこ
とも可能である。
形態においては本発明のロータリーエンコーダへの適用
例を示したが、先の実施の形態１〜８における構成をリ
ニアエンコーダに適用することも可能である。図１２
は、この発明をリニアエンコーダに適用した実施例の構
成を示している。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ある。この実施の形態
の場合、直線の測定軸ｘ１を持ち、スケール格子１１は
この測定軸ｘ１に沿って所定ピッチＰで配列される。検
出ヘッド２の受光側光学格子７は、円弧を描く格子配列
軸ｘ２を持ち、この格子配列軸ｘ２に沿って所定の角度
ピッチ（トラック中心部での直線距離がＰ）で透過部と
不透過部が配列されている。この実施の形態でのメイン
スケール１のスケール格子１１と検出ヘッド２の受光側
光学格子７の重なり状態は、図４のスケール格子１１と
光学格子７の関係を逆にしただけであるから、図４と同
様になる。即ち、姿勢変動に対して鈍感となり、実施の
形態１と同様の効果が得られる。またこの実施の形態９
の場合にも、実施の形態２と同様にアパーチャを組み合
わせることは有効である。更に、実施の形態３，４と同
様に、受光側格子７を兼ねて受光素子アレイを用いるこ
とも可能である。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
直線配列の光学格子と円弧配列の光学格子の組み合わせ
を用いることにより、組立誤差やその後の姿勢変動の影
響を低減し、高精度の組立や姿勢調整を要せずに高性能
化できる光学式エンコーダが得られる。
直線配列の光学格子と円弧配列の光学格子の組み合わせ
を用いることにより、組立誤差やその後の姿勢変動の影
響を低減し、高精度の組立や姿勢調整を要せずに高性能
化できる光学式エンコーダが得られる。
【図１】 この発明の実施の形態１に係る光学式エンコ
ーダの構成を示す図である。
ーダの構成を示す図である。
【図２】 同実施の形態１の光学式エンコーダの断面構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図３】 同実施の形態１のスケール格子と受光側光学
格子のパターンを示す図である。
格子のパターンを示す図である。
【図４】 同実施の形態１の光学式エンコーダの姿勢変
動による光学格子の重なり状態の変化を示す図である。
動による光学格子の重なり状態の変化を示す図である。
【図５】 アパーチャを組み合わせる実施の形態２を説
明するための図である。
明するための図である。
【図６】 受光素子アレイを用いる実施の形態３の断面
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態４に係る光学式エンコ
ーダの受光素子アレイの構成を示す図である。
ーダの受光素子アレイの構成を示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態５に係る光学式エンコ
ーダの断面構造を示す図である。
ーダの断面構造を示す図である。
【図９】 この発明の実施の形態６に係る光学式エンコ
ーダの断面構造を示す図である。
ーダの断面構造を示す図である。
【図１０】 この発明の実施の形態７に係る光学式エン
コーダの断面構造を示す図である。
コーダの断面構造を示す図である。
【図１１】 この発明の実施の形態８に係る光学式エン
コーダの断面構造を示す図である。
コーダの断面構造を示す図である。
【図１２】 この発明の実施の形態９に係る光学式エン
コーダの構成を示す図である。
コーダの構成を示す図である。
１…メインスケール、１１…スケール格子、２…検出ヘ
ッド、３…ＬＥＤ、４…インデックススケール基板、５
ａ，５ｂ…受光素子、６…光源側光学格子、７…受光側
光学格子、８ａ，８ｂ…アパーチャ、９…受光素子アレ
イ。
ッド、３…ＬＥＤ、４…インデックススケール基板、５
ａ，５ｂ…受光素子、６…光源側光学格子、７…受光側
光学格子、８ａ，８ｂ…アパーチャ、９…受光素子アレ
イ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−304117（ＪＰ，Ａ)
実開 平６−7013（ＪＰ，Ｕ)
実開 平１−102819（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01D 5/26 - 5/38
G01B 11/00 - 11/30
Claims (9)
- 【請求項１】 円弧を描く測定軸に沿って所定の角度ピ
ッチで第１の光学格子が形成されたメインスケールと、 このメインスケールと対向配置されて前記測定軸方向に
相対移動する第２の光学格子が形成された検出ヘッドと
を備えた光学式エンコーダにおいて、 前記検出ヘッドの第２の光学格子が直線上に所定のピッ
チで格子配列されていることを特徴とする光学式エンコ
ーダ。 - 【請求項２】 直線を描く測定軸に沿って所定のピッチ
で第１の光学格子が形成されたメインスケールと、この
メインスケールと対向配置されて前記測定軸方向に相対
移動する第２の光学格子が形成された検出ヘッドとを備
えた光学式エンコーダにおいて、 前記検出ヘッドの第２の光学格子が円弧上に所定の角度
ピッチで格子配列されていることを特徴とする光学式エ
ンコーダ。 - 【請求項３】 前記検出ヘッドは、前記第２の光学格子
が形成されたインデックススケールとその透過光を受光
する受光素子とを有することを特徴とする請求項１又は
２記載の光学式エンコーダ。 - 【請求項４】 前記検出ヘッドは、前記第２の光学格子
を兼ねた受光素子アレイを有することを特徴とする請求
項１又は２記載の光学式エンコーダ。 - 【請求項５】 前記検出ヘッドの第２の光学格子の測定
軸方向の長さの範囲内で有効な受光面が、前記第１の光
学格子のピッチと前記第２の光学格子のピッチが略同じ
である領域に制限されていることを特徴とする請求項１
又は２記載の光学式エンコーダ。 - 【請求項６】 前記検出ヘッドの第２の光学格子の測定
軸方向の長さの範囲内で有効な受光面を制限するための
アパーチャを有することを特徴とする請求項５記載の光
学式エンコーダ。 - 【請求項７】 前記検出ヘッドは、前記第２の光学格子
を兼ねた受光素子アレイを有し、前記測定軸方向の長さ
の範囲内で有効な受光面を制限する領域は、前記受光素
子アレイのレイアウトの包絡線により囲まれた領域であ
ることを特徴とする請求項５記載の光学式エンコーダ。 - 【請求項８】 前記有効な受光面を制限する領域は、菱
形であることを特徴とする請求項５記載の光学式エンコ
ーダ。 - 【請求項９】 前記有効な受光面を制限する領域は、略
菱形であることを特徴とする請求項５記載の光学式エン
コーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000229589A JP3514381B2 (ja) | 1999-08-06 | 2000-07-28 | 光学式エンコーダ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22329699 | 1999-08-06 | ||
| JP11-223296 | 1999-08-06 | ||
| JP2000229589A JP3514381B2 (ja) | 1999-08-06 | 2000-07-28 | 光学式エンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001116592A JP2001116592A (ja) | 2001-04-27 |
| JP3514381B2 true JP3514381B2 (ja) | 2004-03-31 |
Family
ID=26525389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000229589A Expired - Fee Related JP3514381B2 (ja) | 1999-08-06 | 2000-07-28 | 光学式エンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3514381B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5993564B2 (ja) * | 2011-07-13 | 2016-09-14 | 新日本無線株式会社 | 反射型フォトセンサを用いた位置検出装置 |
| CN103604447B (zh) * | 2013-11-25 | 2016-03-02 | 长春禹衡光学有限公司 | 一种高分辨率增量型总线式光电编码器的实现方法 |
| JP7474186B2 (ja) | 2020-11-30 | 2024-04-24 | 株式会社ミツトヨ | 光電式ロータリエンコーダ |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0450486Y2 (ja) * | 1987-12-28 | 1992-11-27 | ||
| JP2570510Y2 (ja) * | 1992-07-03 | 1998-05-06 | 株式会社コパル | 光学式エンコーダ |
| JPH08304117A (ja) * | 1995-05-11 | 1996-11-22 | Futaba Corp | 測定装置 |
-
2000
- 2000-07-28 JP JP2000229589A patent/JP3514381B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001116592A (ja) | 2001-04-27 |
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