JP5595148B2 - アブソリュートエンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、被計測物の絶対位置を検出するアブソリュートエンコーダに関する。

従来、物体の移動距離を測定するための装置として、相対移動距離を測定するインクリメンタルエンコーダの他、絶対位置の測長を可能にしたアブソリュートエンコーダが知られている。

特許文献１には、スケール部に、インクリメンタルパターンの長さが位置に応じて変化する１つのトラックが配置され、スケール部とセンサユニット部の相対移動量により反射光量が変化するように構成されたアブソリュートエンコーダが開示されている。このアブソリュートエンコーダは、スケール部とセンサユニット部の相対移動量に応じた光量変化により被計測物の絶対位置を検出可能に構成されている。

特許文献２には、アブソリュート情報を取得するための専用のトラックをスケール部に設けて３トラック構成としたアブソリュートエンコーダが開示されている。

特開２００６−１７０７８８号公報 特開２００９−００２７０２号公報

しかしながら、特許文献１のアブソリュートエンコーダでは、光源の光量変動があった場合や外来ノイズによって誤差が蓄積される。

一方、特許文献２のアブソリュートエンコーダのような３トラック構成を採用すると、センサユニット部、スケール部を含めたアブソリュートエンコーダ全体が大型化し、コストアップの要因となる。また、特許文献２の構成では、信号振幅ゼロの領域では信号を取得することができないため、バーニア検出において良好な検出精度が得られない。また、バーニア検出方式において、スケール部が２トラック構成でスケール部の長手方向が長い場合、全ストロークにおいて絶対位置同期保証を行うことは困難である。この精度劣化を回避するには、センサユニット部をスケール部の移動方向へ大型化させる必要があり、小型化や低コスト化の妨げとなる。また、スケール部やセンサユニット部が大型化することにより、スケール部の広い範囲に均一に光を照射することが困難となり、精度劣化の一因となる。

そこで本発明は、小型かつ低コストで高精度なアブソリュートエンコーダを提供する。

本発明の一側面としてのアブソリュートエンコーダは、被計測物の絶対位置を計測するアブソリュートエンコーダであって、前記被計測物とともに移動可能に構成され、第１間隔で形成された第１スリットを有する第１トラック、及び、該第１間隔とは異なる第２間隔で形成された第２スリットを有する第２トラック、を備えたスケール部と、前記第１スリット及び前記第２スリットに光を照射する光源と、前記第１スリットで反射又は透過した光から得られた第１信号を検出する第１検出手段と、前記第２スリットで反射又は透過した光から得られた第２信号を検出する第２検出手段と、前記第１信号及び前記第２信号に基づいて前記被計測物の絶対位置を算出する演算手段とを有し、前記第２スリットは、前記スケール部の移動方向における位置に応じて前記光源から照射された光の反射光量又は透過光量が異なるように形成され、前記演算手段は、前記第２検出手段で得られた光電流の電圧値又は前記第２信号の振幅値に基づいて上位信号を取得し、前記第１信号及び前記第２信号を用いてバーニア演算を行うことにより中位信号を取得し、前記第１信号を用いてアークタンジェント演算を行うことにより下位信号を取得し、前記上位信号、前記中位信号、及び、前記下位信号に基づいて前記被計測物の絶対位置を算出する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、小型かつ低コストで高精度なアブソリュートエンコーダを提供することができる。

第１実施形態におけるアブソリュートエンコーダの構成を示す斜視図である。 第１実施形態におけるアブソリュートエンコーダの断面図である。 第１実施形態におけるスケール部の平面図である。 第１実施形態における検出ヘッドの主要部品の平面図である。 第１実施形態における信号処理の処理ブロックと処理フローを示す図である。 第１実施形態における信号の補正方法についての説明図である。 第１実施形態における絶対位置情報検出における同期保証についての説明図である。 第１実施形態における信号処理回路部の構成図である。 第１実施形態における別のスケール部の平面図である。 第１実施形態における別のスケール部の平面図である。 第２実施形態における信号処理の処理ブロックと処理フローを示す図である。 第２実施形態における上位信号取得についての説明図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
図１乃至図１０を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は本実施形態におけるアブソリュートエンコーダ１００の構成を表す斜視図であり、図２はＸ軸方向から見たアブソリュートエンコーダ１００の断面図である。アブソリュートエンコーダ１００は、被計測物の絶対位置を計測する。全長でスリット数が異なる等間隔の２トラックパターンを有するスケール部２は、移動する被計測物に固定され、格子配列方向であるＸ軸方向に被計測物とともに移動可能に構成されている。センサユニット部７は、スケール部２に対向して配置されている。センサユニット部７は、ＬＥＤチップからなる光源１、フォトダイオードアレイを有する２つの受光部９、１０と信号処理回路部とを内蔵したフォトＩＣチップからなる半導体素子３、８、及び、それらを実装したプリント基板４等を備えて構成される。光源１及び半導体素子３、８は樹脂５で封止され、樹脂５は透明ガラス基板６で覆われている。なお本実施形態では、部品の共通化、及び、コストダウンを図るため、２つの半導体素子３、８として同一の半導体素子を用いることが好ましい。このため、本実施形態では半導体素子３、８が同一の半導体素子を用いて構成されるものとして説明するが、これに限定されるものではなく、互いに異なる半導体素子を用いても構わない。

次に、本実施形態における絶対位置検出アルゴリズムについて説明する。図３は、本実施形態におけるスケール部の平面図であり、図３（ａ）はスケール部の全体構成図、図３（ｂ）はその一部の拡大図である。図３では、反射型のスリットパターンを一例として示している。スケール部４１はガラス基板により構成され、ガラス基板上には、２つのトラックがクロム反射膜をパターニングすることにより形成されている。スケール部４１を構成する基板としては、ガラス以外にシリコンのような他の材料を用いることができる。また、薄いフィルムのような平板状の材料以外のものを用いてもよい。また反射膜は、クロム以外の材料を用いて形成してもよい。

スケール部４１は、第１トラック４２と第２トラック４３の２つのトラックを備えて構成される。第１トラック４２では、反射パターンであるスリット４４（第１スリット）が間隔Ｐ１（第１間隔）で形成されている。第２トラック４３では、反射パターンであるスリット４５（第２スリット）が間隔Ｐ２（第２間隔）で形成されている。第２トラック４３におけるスリット４５は、スケール部４１の幅方向（Ｙ軸方向）に等間隔で（所定の周期で）欠落したパターンである。またスリット４５は、スケール部４１の移動方向（Ｘ軸方向）における位置に応じて光源１から照射された光の反射光量又は透過光量が異なるように形成される。本実施形態では、光の反射面積又は透過面積がスケール部４１の移動方向における位置に応じて異なる（変調する）ように構成されている。

なお、欠落のパターン周期は等間隔でなくても構わないが、フォトダイオードへ到達する光の均一性等を考慮すると等間隔であることが好ましい。また、光源１からスケール部４１までの距離とスケール部４１からフォトダイオードまでの距離が等しい場合、欠落のパターン周期はフォトダイオードの幅の１／２ｎに設定するのが好ましい。ここで、ｎは整数である。

光源１から出射された光は、２トラックの反射パターン（スリット４４、４５）が形成されたスケール部４１に照射される。スリット４４が形成された第１トラック４２とスリット４５が形成された第２トラック４３に照射された光はそれぞれ反射され、受光部９（第１センサ）、受光部１０（第２センサ）に入射する。受光部９は、スリット４４（第１トラック４２）で反射又は透過した光から得られた信号（第１信号）を検出する第１検出手段である。受光部１０は、スリット４５（第２トラック４３）で反射又は透過した光から得られた信号（第２信号）を検出する第２検出手段である。受光部９に入射した第１トラック４２からの反射光を受光部９で受光する受光量、又は、受光部９から得られる信号の振幅に基づいて光源１にＡＰＣ（オートパワーコントロール）をかけ、受光部９に入射する光量又は受光部９の信号振幅を一定に保つ。このような構成により、光源光量変動などの経時変化の影響を受けにくくすることができる。

図４は、本実施形態における検出ヘッドの主要部品の平面図である。図４に示されるように、光源１の近傍には半導体素子３、８が配置されている。半導体素子３は、光源１に近い側に配設された受光領域２４と信号処理回路部２５から構成されている。半導体素子８は、光源１に近い側に配設された受光領域２６と信号処理回路部２７から構成されている。信号処理回路部２５、２７は各種演算を行い、信号処理回路部２５、２７の上位制御装置（不図示）とともに、第１信号及び第２信号に基づいて被計測物の絶対位置を算出する演算手段を構成する。

受光領域２４には、水平方向に１６個のフォトダイオード２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、…、２４ｍ、２４ｎ、２４ｏ、２４ｐが等間隔に配列されている。同様に、受光領域２６には、水平方向に１６個のフォトダイオード２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、…、２６ｍ、２６ｎ、２６ｏ、２６ｐが等間隔に配列されている。フォトダイオード２４ａ、２４ｅ、２４ｉ、２４ｍ（フォトダイオード２６ａ、２６ｅ、２６ｉ、２６ｍ）は電気的に接続されており、この組をａ相とする。また、フォトダイオード２４ｂ、２４ｆ、２４ｊ、２４ｎ（フォトダイオード２６ｂ、２６ｆ、２６ｊ、２６ｎ）の組をｂ相とする。以下同様に、ｃ相、ｄ相とする。ａ相、ｂ相、ｃ相、ｄ相の各フォトダイオード群は、光を受けると、その光量に応じた光電流を出力する。スケール部２のＸ軸方向への移動と共に、ａ相〜ｄ相のフォトダイオード群はａ相を基準に、ｂ相は９０度、ｃ相は１８０度、ｄ相は２７０度の位相関係で変動する電流が出力される。信号処理回路部２５、２７では、それぞれ、この出力電流を電流電圧変換器で電圧値に変換した後に、差動増幅器によりそれぞれａ相とｃ相の差動成分、及び、ｂ相とｄ相の差動成分を求め、９０°位相のずれたＡ、Ｂ相変位出力信号を出力する。

図５は、本実施形態における信号処理の処理ブロックと処理フローを示す図である。図６は、本実施形態における信号の補正方法についての説明図である。図７は、本実施形態における絶対位置情報検出の同期保証についての説明図である。以下、図３、図６、及び、図７を参照して、本実施形態における絶対位置情報検出の信号処理方法と処理フローについて説明する。

第１トラック４２、第２トラック４３から得られるＡ、Ｂ相の信号はそれぞれ、図６（ａ）に示されるように、信号オフセットや信号振幅が異なっている場合がある。このような信号をそのまま絶対位置情報検出アルゴリズムに用いると検出位置の誤差要因となるため、信号の補正６１が必要である。そこでまず、第１トラック４２と第２トラック４３のＡ、Ｂ相それぞれの信号オフセット補正と信号振幅補正（補正６１）について説明する。

以下、受光部９と受光部１０として同様の構成の受光部を用い、受光部内の４個のフォトダイオードの間隔（例えば２４ａ〜２４ｄの間隔）が第１トラック４２の間隔Ｐ１の２倍であるとして説明する。第１トラック４２から得られるＡ相、Ｂ相の信号は、それぞれ、以下の式（１）、（２）のように表される。

Ａ相の信号：ａ１×ＣＯＳθ＋ｓ１ … （１）
Ｂ相の信号：ａ２×ＳＩＮθ＋ｓ２ … （２）
ここで、ａ１、ｓ１はそれぞれＡ相信号の振幅とオフセット、ａ２、ｓ２はそれぞれＢ相信号の振幅とオフセット、θは信号の位相である。Ａ相信号の最大値はａ１＋ｓ１、最小値はａ１−ｓ１、信号振幅はａ１、平均値はｓ１である。同様に、Ｂ相信号の最大値はａ２＋ｓ２、最小値はａ２−ｓ２、信号振幅はａ２、平均値はｓ２である。これらの値を用いて、式（１）、（２）で表されるＡ相、Ｂ相の信号を補正すると、それぞれ、以下の式（３）、（４）のように表される。

Ａ相の信号：｛（ａ１×ＣＯＳθ＋ｓ１）−ｓ１｝×ａ２
＝ａ１×ａ２×ＣＯＳθ … （３）
Ｂ相の信号：｛（ａ２×ＳＩＮθ＋ｓ２）−ｓ２｝×ａ１
＝ａ１×ａ２×ＳＩＮθ … （４）
この結果、Ａ相、Ｂ相信号のオフセットが除去され、信号振幅が同一となった信号６２、６３が得られる（図６（ｂ））。このようにして得られたＡ相とＢ相の出力信号に基づいて、図７（ｃ）で表されるようなアークタンジェント（ａｒｃｔａｎ）の値６４を計算する。図７（ｃ）において、横軸はスケール部の位置を示し、縦軸はＡ相、Ｂ相信号のアークタンジェントの値であり、±πｒａｄで折り返して示している。このように、演算手段は、第１信号（Ａ相、Ｂ相信号）を用いてアークタンジェント演算を行うことにより下位信号６５を取得することができる。

次に、中位信号７５の取得方法について説明する。図３に示されるように、第１トラック４２の間隔Ｐ１（周期）と第２トラック４３の間隔Ｐ２はわずかに異なるように構成されており、間隔Ｐ１と間隔Ｐ２の位相差から、演算手段により求めた信号を取得することができる。例えば、間隔Ｐ１が１００μｍ、間隔Ｐ２が１２０μｍであるとすると、領域１における演算手段により求められるバーニア信号の周期は、それらの最小公倍数である６００μｍとなる。

ここで、第２トラック４３の信号補正について説明する。バーニア信号を取得するため、第２トラック４３の間隔Ｐ２は、第１トラック４２の間隔Ｐ１とは異なるため、受光部１０内の４個のフォトダイオードの間隔（例えば２６ａ〜２６ｄの間隔）は、第２トラック４３の間隔Ｐ２の２倍とはならない。このため、第２トラック４３から得られるＡ相、Ｂ相の信号は、９０度からずれた位相関係となる。

第２トラック４３から得られるＡ相、Ｂ相の信号は、それぞれ、以下の式（５）、（６）のように表される。

Ａ相の信号：ｂ１×ＣＯＳθ＋ｔ１ … （５）
Ｂ相の信号：ｂ２×ＳＩＮ（θ＋α）＋ｔ２ … （６）
ここで、ｂ１、ｔ１はそれぞれＡ相信号の振幅とオフセット、ｂ２、ｔ２はそれぞれＢ相信号の振幅とオフセット、θは信号の位相、αは位相のずれ量である。まず、第１トラック４２の場合と同様に、信号のオフセットと振幅の補正処理（補正７１）を行うと、Ａ相、Ｂ相の信号は、それぞれ、以下の式（７）、（８）のように表される。

Ａ相の信号：｛（ｂ１×ＣＯＳθ＋ｔ１）−ｔ１｝×ｂ２
＝ｂ１×ｂ２×ＣＯＳθ … （７）
Ｂ相の信号：｛（ｂ２×ＳＩＮ（θ＋α）＋ｔ２）−ｔ２｝×ｂ１
＝ｂ１×ｂ２×ＳＩＮ（θ＋α） … （８）
このとき、Ａ相、Ｂ相信号のオフセットが除去され、信号振幅が同一となった信号が得られる（図６（ｂ））。

次に、式（７）、（８）を用いて、Ａ相、Ｂ相の位相差を９０度とする処理について説明する。式（７）、（８）の差は、以下の式（９）のように表される。

ｂ１×ｂ２×（ＳＩＮ（θ＋α）−ＣＯＳθ）
＝ｂ１×ｂ２×２×ＳＩＮ｛（α−９０）／２｝×ＣＯＳ｛θ＋（α＋９０）／２｝ … （９）
また、式（７）、（８）の和は、以下の式（１０）のように表される。

ｂ１×ｂ２×（ＳＩＮ（θ＋α）＋ＣＯＳθ）
＝ｂ１×ｂ２×２×ＣＯＳ｛（α−９０）／２｝×ＳＩＮ｛θ＋（α＋９０）／２｝ … （１０）
このように、式（９）、（１０）の位相差は９０度となる（図６（ｃ））。

ここで、式（９）、（１０）の振幅は異なっているため、次に、振幅の補正を行う。式（９）に式（１０）の振幅の一部であるＣＯＳ｛（α−９０）／２｝を乗じ、式（１０）に式（９）の振幅の一部であるＳＩＮ｛（α−９０）／２｝を乗ずると、以下の式（１１）、（１２）が得られる。

ｂ１×ｂ２×２×ＳＩＮ｛（α−９０）／２｝×ＣＯＳ｛（α−９０）／２｝×ＣＯＳ｛θ＋（α＋９０）／２｝ … （１１）
ｂ１×ｂ２×２×ＳＩＮ｛（α−９０）／２｝×ＣＯＳ｛（α−９０）／２｝×ＳＩＮ｛θ＋（α＋９０）／２｝ … （１２）
この結果、振幅の補正が行われることになる（図６（ｄ））。このようにして、Ａ相、Ｂ相信号のオフセットが除去され、信号振幅が同一となり、９０度位相差の補正の後、信号振幅の補正まで行われた信号７２、７３を得ることができる。

以上の補正を行って得られたＡ相とＢ相の出力信号から、第１トラックの場合と同様に、アークタンジェント（ａｒｃｔａｎ）の値７４を計算する。そして、第１トラック４２のＡ相とＢ相の出力信号から得られるアークタンジェントの値６４と、第２トラック４３のＡ相とＢ相の出力信号から得られるアークタンジェントの値７４の差分を計算することにより、バーニア信号が得られる。

図７（ｂ）は、第１トラック４２のスリット４４と第２トラック４３のスリット４５の本数差が、スケール部４１の全長において８本である場合について示したものである。横軸はスケール部の位置を示し、縦軸は第１トラック４２と第２トラック４３から得られるバーニア信号のアークタンジェントの計算値であり、±πｒａｄで折り返して示している。本実施形態では、スケール部４１の全長において８つの周期のバーニア信号が得られる。このように、演算手段は、第１信号及び第２信号を用いてバーニア演算を行うことにより中位信号７５を取得することができる。

続いて、上位信号８２の取得方法について説明する。前述のとおり、光源１の出力は、第１トラック４２からの反射光が受光部９に入射した受光量、又は、受光部９から得られる信号の振幅に基づいてオートパワーコントロールをかけて規格化されて一定値となるようにフィードバックされる。図３に示されるように、第２トラック４３のスリット４５は、その位置に応じて反射面積が異なるように構成されている。このため、第２トラック４３からの反射光を受光部１０で受光する受光量は、スケール部４１の位置情報に基づいた値として得ることができる。この受光量に応じて得られる光電流を、電流電圧変換器で電圧値に変換して検出する処理８１からスケール部の位置情報を取得する流れについて、図７及び図８を参照して説明する。

図８は、本実施形態における信号処理回路部２７の構成図である。光源１（発光素子）の発光回路３１、アナログ信号処理部３２により構成されている。アナログ信号処理部３２からのＡ、Ｂ相のアナログ信号を基に、スケール部２の移動量を算出して測定対象物（被計測物）の位置を求める位置演算部３３が設けられている。初段増幅器３４、３５、３６、３７は、ａ相、ｂ相、ｃ相、ｄ相の各フォトダイオード群で発生したフォト電流を電流電圧変換するためのＩ／Ｖ増幅器であり、Ｖｆ１の電位を基準として、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の電位を発生する。ａ相とｃ相のフォトダイオード群から、出力Ｖ１とＶ３の差動を求める差動出力増幅器３８により、Ｖｆ２をバイアス電位としたＡ相信号（ＶＡ）を得る。同様に、ｂ相とｄ相のフォトダイオード群から出力Ｖ２とＶ４を差動出力増幅器３９により差動増幅してＢ相信号（ＶＢ）を得ている。また、信号処理回路部２７は、これらの電位の総和であるＶ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４の値に基づいてスケール部２の位置情報に対応する信号を算出する。このように、演算手段は、受光部１０で得られた光電流の電圧値に基づいて、図７（ａ）で示されるようなスケール部の位置情報に応じた上位信号８２を取得することができる。より具体的には、演算手段は、スリット４５で反射又は透過した光を受光部１０で受光し、得られた光電流を電流電圧変換器で変換した電圧値に基づいて上位信号を取得する。演算手段は、ここで取得した上位信号とともに、前述の中位信号及び下位信号に基づいて被計測物の絶対位置を算出する。

ここで、スケール部２の移動方向（Ｘ軸方向）に反射光量が変化するスリット（パターン）が配設されているトラックが第２トラックではなく、受光部内の４個のフォトダイオードの間隔（ピッチ）がトラックの間隔の２倍となっている第１トラックであってもよい。ただし、この場合、上位信号８２は受光部９で受光した受光量から変換される電圧値に基づいて取得される。以上より得られた下位信号６５、中位信号７５、上位信号８２に基づいて、それぞれの信号の同期を取ることにより、スケール部２の絶対位置情報８３が算出される（図７）。

また本実施形態では、図９に示されるスケール部１４１のように、第１トラック４２、第２トラック４３の反射率の変調パターン（変化方向）が互いに反対方向になるように構成されたスリット１４４、１４５を用いてもよい。受光部９、１０から得られる信号の差分を算出すると、信号のレンジが２倍となるため、上位信号としてより好ましい信号を得ることができる。この場合、受光部９、１０で受光する受光量の総和、又は、受光部９、１０から得られる信号の振幅の総和に基づいて、光源１のオートパワーコントロールを行う。なお本実施形態では、反射型のアブソリュートエンコーダが用いられているが、これに限定されるものではなく、本実施形態は透過型のアブソリュートエンコーダにも適用可能である。また、光源１と受光部９、１０が別体として構成されていてもよい。

また、スケール部における第２トラックのスリット（反射又は遮光パターン）は、その位置によって反射面積又は遮光面積が異なるように構成されているが、これに限定されるものではない。図１０（ａ）に示されるスリット部５１のように、光源から照射された光の反射率又は透過率がスケール部の移動方向における位置に応じて異なる膜を用いて第2トラック４３のスリット５５を形成してもよい。この場合、例えば、反射膜又は遮光膜の密度を変化させ、また、反射膜又は遮光膜の材質を変化させる等により、反射率又は透過率を変化させたスリットを形成することができる。また、図９の場合と同様の考え方により、図１０（ｂ）に示されるスケール部１５１のように、第１トラック４２、第２トラック４３からの反射率又は透過率の変調パターンを互いに反対方向に構成したスリット１５４、１５５を形成してもよい。この場合、信号のレンジが２倍となるため、上位信号としてより好ましい信号が得られる。

以上のとおり、本実施形態のバーニア検出を用いたアブソリュートエンコーダによれば、アブソリュート専用トラックを設けずに絶対位置情報を取得可能に構成されている。このため、小型でローコストなアブソリュートエンコーダを提供することができる。また、２つの受光部の少なくとも一方で受光する受光量又は信号の振幅に基づいてオートパワーコントロールをかけることにより、光源光量変動などの経時変化の影響を受けず、高精度なアブソリュートエンコーダを提供することができる。また、スケール部の反射パターン（スリット）は、スケール部の幅方向に等間隔で欠落したパターンや、スケール部の幅方向に均一なパターンで形成されている。このため、受光部へ入射する光量が略均一となり、ＬＥＤなどの安価な光源をレンズを必要とすることなく用いることが可能となる。
（第２実施形態）
次に、図１１及び図１２を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図１１は、本実施形態における信号処理の処理ブロックと処理フローを示す図である。図１２は、本実施形態における上位信号取得についての説明図である。第１トラックから得られる下位信号６５、第１、第２トラックの信号のバーニア信号から得られる中位信号７５の取得方法は、第１実施形態と同様である。以下、本実施形態における絶対位置情報検出の信号処理の処理ブロックと処理フローの中で、第１実施形態との差異である上位信号９２の取得方法について説明する。

上位信号９２は、図１１に示されるように、スケール部の第２トラックから得られるＡ相信号とＢ相信号の値（信号振幅値）の２乗平均平方根の計算９１を行うことで、式（１３）のように得られる。

式（１３）の値は、スケール部の位置によって異なるため、式（１３）で求められた値に基づいて被計測物の位置情報を得ることができる。

続いて、図１２を参照して、実際の信号の一例について説明する。図１２（ａ）の横軸は位置、縦軸は信号振幅であり、スケール部の第２トラックから得られるＡ相信号及びＢ相信号（第２信号）の値を示す。図１２（ｂ）は、横軸にスケール部の第２トラックから得られるＡ相信号の値、縦軸にＢ相信号の値をプロットした図である。ここで、図１２で示される信号は、第１実施形態と同様に、図６（ａ）〜図６（ｄ）の各種補正が行われた後のデータであり、図中の０点からプロットした点までの距離が信号（第２信号）の振幅値であり、式（１３）の２乗平均平方根の値に相当する。

このように、演算手段は、式（１３）を計算することにより上位信号９２を求めることができる。すなわち、演算手段は、スリット４５で反射又は透過した光を受光部１０で受光し、第２信号を構成するＡ相信号及びＢ相信号の振幅値に基づいて上位信号を取得する。上位信号９２は、受光部の位置とトラックの位置との間の信号取得位置関係の如何に関わらず、すなわち、Ａ相信号及びＢ相信号の位相状態の如何に関わらず算出可能である。そして、第１実施形態と同様に、得られた下位信号６５、中位信号７５、及び、上位信号９２の同期を取ることにより、スケール部２の絶対位置情報９３が算出される。

本実施形態の構成は、センサユニット部の内部での反射光等の迷光の影響を大きく受け、スケール部の位置に基づいた上位信号として大きな変調を得ることが難しい、という場合に特に有効である。このような場合、本実施形態のように上位信号を取得することにより、第１実施形態と比較して、大きな変調の上位信号を取得することが可能となり、絶対位置情報を取得する際の同期保証が容易となる、という利点がある。

上記各実施形態によれば、小型かつ低コストで高精度なアブソリュートエンコーダを提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ 光源
２ スケール部
９、１０ 受光部
２５、２７ 信号処理回路部
４１ スケール部
４２ 第１トラック
４３ 第２トラック
４４、４５ スリット

Claims (6)

1. 被計測物の絶対位置を計測するアブソリュートエンコーダであって、
   前記被計測物とともに移動可能に構成され、第１間隔で形成された第１スリットを有する第１トラック、及び、該第１間隔とは異なる第２間隔で形成された第２スリットを有する第２トラック、を備えたスケール部と、
   前記第１スリット及び前記第２スリットに光を照射する光源と、
   前記第１スリットで反射又は透過した光から得られた第１信号を検出する第１検出手段と、
   前記第２スリットで反射又は透過した光から得られた第２信号を検出する第２検出手段と、
   前記第１信号及び前記第２信号に基づいて前記被計測物の絶対位置を算出する演算手段と、を有し、
   前記第２スリットは、前記スケール部の移動方向における位置に応じて前記光源から照射された光の反射光量又は透過光量が異なるように形成され、
   前記演算手段は、
   前記第２検出手段で得られた光電流の電圧値又は前記第２信号の振幅値に基づいて上位信号を取得し、
   前記第１信号及び前記第２信号を用いてバーニア演算を行うことにより中位信号を取得し、
   前記第１信号を用いてアークタンジェント演算を行うことにより下位信号を取得し、
   前記上位信号、前記中位信号、及び、前記下位信号に基づいて前記被計測物の絶対位置を算出する、
   ことを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
2. 前記第２スリットは、前記光源から照射された光の反射面積又は透過面積が前記スケール部の前記移動方向における位置に応じて異なるように、前記スケール部の前記移動方向と垂直な方向において、所定の周期で欠落したパターンにより構成され、
   前記所定の周期は、前記第２検出手段を構成するフォトダイオードの幅の１／２ｎ（ｎは整数）であることを特徴する請求項１に記載のアブソリュートエンコーダ。
3. 前記演算手段は、前記第２スリットで反射又は透過した光を前記第２検出手段で受光し、得られた光電流を電流電圧変換器で変換した電圧値に基づいて前記上位信号を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載のアブソリュートエンコーダ。
4. 前記演算手段は、前記第２スリットで反射又は透過した光を前記第２検出手段で受光し、前記第２信号を構成するＡ相信号及びＢ相信号の振幅値に基づいて前記上位信号を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載のアブソリュートエンコーダ。
5. 前記第１検出手段で受光した光の受光量、又は、該第１検出手段から得られる信号の振幅に基づいて、前記第２検出手段で受光する光の受光量が前記スケール部の位置情報に基づいた値として取得可能なように、前記光源のオートパワーコントロールを行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアブソリュートエンコーダ。
6. 前記第１スリットは、前記スケール部の移動方向における位置に応じて前記光源から照射された光の反射光量又は透過光量が異なるように形成され、
   前記第１スリット及び前記第２スリットにおける前記光の反射光量又は透過光量が変化する方向は、互いに反対方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアブソリュートエンコーダ。