JP6487724B2 - エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、原点位置の検出機能を備えたエンコーダに関する。

現在、位置や速度を検出するための手段としてエンコーダが用いられている。エンコーダの一例としてインクリメンタルエンコーダがある。インクリメンタルエンコーダにおける検出位置はスケールとセンサの相対変位によりカウンタなどによって累積されるが、電源投入直後はカウンタがリセットされるため、位置がわからなくなる。そこで、電源投入時にセンサとスケールを相対変位させて原点位置を検出する動作を行い、原点信号により原点位置を認識した時点でカウンタをリセットさせる。これを原点検出という。原点検出以降は、原点位置からの位置検出が可能になる。

特許文献１のエンコーダでは、原点信号生成用パターンで反射され、検出部に入力された所定の勾配で変化する出力信号を二値化することで求められた原点検出信号に基づいて、デジタル化された原点信号を出力する。

特開２０１２―１０３２３０号公報

しかしながら、特許文献１では、原点検出信号がノイズや光量変動などにより高電圧側もしくは低電圧側に変動した場合、二値化回路からの出力位相が変化し、原点位置を誤検出してしまう可能性がある。

また、特許文献１の構成を、例えばロータリーエンコーダに適用すると、原点信号が全周の回転角度に対して異なる角度で２回出力されることがある。これは特許文献１の構成において、ロータリースケールが有する原点パターンの対向しているパターン境界を見分ける手段を有さないことによる。ロータリーエンコーダにおいては、原点信号により回転角度の初期角度を決定するため、異なる角度で２回原点信号が出力されると、回転角度を誤ってしまうことが問題になる。

このような課題を鑑みて、本発明は、原点信号の誤検出の可能性を低減可能であり、原点として設定した原点検出用パターン端部以外の原点検出用パターン端部における原点信号出力を抑制可能であるエンコーダを提供することを目的とする。

本発明の一側面としてのエンコーダは、原点検出用パターンが形成されたスケールと、前記原点検出用パターンを読み取る原点検出部と、原点信号を出力する処理部と、を有し、前記原点検出部は、複数の検出素子群を有し、前記検出素子群は、少なくとも第１の検出部、第２の検出部、第３の検出部および第４の検出部を有し、前記原点検出部は、中央部に分布する前記検出部の第１の信号感度に対して、周辺部に分布する前記検出部の第２の信号感度が小さくなるよう構成され、前記原点検出用パターンは、前記原点検出部によって検出される、原点周辺部と異なる物理的特性の検出方向の長さが、前記検出素子群の前記検出方向の長さ以上になる原点パターンを有し、前記原点検出部は、前記第１の検出部と前記第３の検出部からの信号の差動を取ることで得られる第１の信号と、前記第２の検出部と前記第４の検出部からの信号の差動を取ることで得られる第２の信号を出力し、前記処理部は、前記第１の信号と第１の閾値を処理することで得られた第３の信号と、前記第２の信号と第２の閾値を処理することで得られた第４の信号と、を処理することで得られた第５の信号を前記原点信号として出力し、前記原点検出部は、前記検出方向に沿って並べられた第１の検出素子群と、第２の検出素子群を有し、前記第１の検出素子群は、端部から順に、前記第２の信号感度を有する前記第１および第２の検出部と、前記第１の信号感度を有する前記第３および第４の検出部と、を有し、前記第２の検出素子群は、前記第１の検出素子群の前記第４の検出部側から順に前記第１の信号感度を有する第１および第２の検出部と、前記第２の信号感度を有する第３および第４の検出部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、原点信号の誤検出の可能性を低減可能なエンコーダを提供することを目的とする。

実施例１のエンコーダの構成を表す図である。 スケールのトラックを表す図である。 光学系を表す図である。 変位検出センサの検出ブロックを表す図である。 変位検出センサからの信号を表す図である。 変位検出センサからの信号を２値化した信号を表す図である。 変位検出センサからの信号から求めた位相信号を表す図である。 原点検出センサの検出ブロックを表す図である。 実施例１の第１および第２の信号、ならびに第１および第２の閾値を表す図である。 原点検出処理部の処理部分を表す図である。 第３および第４の信号を表す図である。 第５の信号を表す図である。 原点信号処理のフローチャートである。 受光感度比が１であるときの受光部を表す図である。 受光感度比が１であるときの各受光素子からの信号強度を表す図である。 図１５の信号の差動を取ったときの信号変化を表す図である。 受光感度比が１／２であるときの受光部を表す図である。 受光感度比が１／２であるときの各受光素子からの信号強度を表す図である。 図１８の信号の差動を取ったときの信号変化を表す図である。 受光感度比が０．２５であるときの第１〜第５の信号を表す図である。 受光感度比が０．５であるときの第１〜第５の信号を表す図である。 受光感度比が０．７５であるときの第１〜第５の信号を表す図である。 受光感度比が１であるときの第１〜第５の信号を表す図である。 受光感度比とクロスポイント電圧値との関係を表す図である。 一様入射光と各受光素子の信号強度および差動後の信号強度の関係を表す図である。 一様入射光と各受光素子の信号強度および差動後の信号強度の関係を表す図である。 実施例２のエンコーダの構成を表す図である。 逓倍器の動作に関する説明図である。 原点信号、原点パルスおよび位置変動余裕幅の関係を表す図である。 第１および第２の閾値が等しい場合の第１の信号、第２の信号および第５の信号を表す図である。 第１の閾値が低電圧側、第２の閾値が高電圧側である場合の第１の信号、第２の信号および第５の信号を表す図である。 第１の閾値が高電圧側、第２の閾値が低電圧側である場合の第１の信号、第２の信号および第５の信号を表す図である。 実施例３のロータリースケールを表す図である。 実施例３の原点検出センサの検出ブロックを表す図である。 実施例３の原点検出処理部の領域判定回路を表す図である。 原点検出用パターンの第１の端部からの反射光の原点検出センサの検出面における強度を表した図である。 原点検出用パターンの第１の端部からの反射光を受光したときの各検出素子からの出力信号強度を表す図である。 原点検出用パターンの第１の端部からの反射光を受光したときの第１および第２の信号、ならびに第１および第２の閾値を表す図である。 原点検出用パターンの第１の端部からの反射光を受光したときの第３および第４の信号を表す図である。 原点検出用パターンの第１の端部からの反射光を受光したときの第５の信号を表す図である。 原点検出用パターンの第１の端部からの反射光を受光したときの第６の信号および第３の閾値を表す図である。 原点検出用パターンの第１の端部からの反射光を受光したときの第７の信号を表す図である。 原点検出用パターンの第２の端部からの反射光の原点検出センサの検出面における強度を表した図である。 原点検出用パターンの第２の端部からの反射光を受光したときの各検出素子からの出力信号強度を表す図である。 原点検出用パターンの第２の端部からの反射光を受光したときの第１および第２の信号、ならびに第１および第２の閾値を表す図である。 原点検出用パターンの第２の端部からの反射光を受光したときの第３および第４の信号を表す図である。 原点検出用パターンの第２の端部からの反射光を受光したときの第５の信号を表す図である。 原点検出用パターンの第２の端部からの反射光を受光したときの第６の信号および第３の閾値を表す図である。 原点検出用パターンの第２の端部からの反射光を受光したときの第７の信号を表す図である。 検出面における信号強度が原点検出センサの検出方向長に対し１／８の長さをかけて変化するときの信号強度、第１、第２、第５〜第７の信号、ならびに第１〜第３の閾値を表した図である。 検出面における信号強度が原点検出センサの検出方向長に対し１／４の長さをかけて変化するときの信号強度、第１、第２、第５〜第７の信号、ならびに第１〜第３の閾値を表した図である。 検出面における信号強度が原点検出センサの検出方向長に対し１／２の長さをかけて変化するときの信号強度、第１、第２、第５〜第７の信号、ならびに第１〜第３の閾値を表した図である。 検出面における信号強度が原点検出センサの検出方向長と等しい長さをかけて変化するときの信号強度、第１、第２、第５〜第７の信号、ならびに第１〜第３の閾値を表した図である。 実施例３における回転角度に対する原点信号と領域判定信号を表した図である。 実施例３における処理をリニアエンコーダに適用する場合の代表的なリニアスケール構成を表す図である。 実施例４のリニアステージを表す図である。

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。

本実施例では、一軸方向の移動量を検出するリニア型のエンコーダを例に説明する。図１は、本実施例のエンコーダの構成を表す図である。エンコーダは、スケール１０、変位検出センサ（変位検出部）２０、原点検出センサ（原点検出部）３０、変位検出信号処理部４０および原点信号処理部５０を有する。本実施形態のエンコーダは、スケール１０と、変位検出センサ２０および原点検出センサ３０との相対変位を検出する反射型の光学式インクリメンタルエンコーダである。被計測対象の一軸移動方向にスケール１０を取り付け、さらに固定部材に変位検出センサ２０を取り付けることで被計測対象の変位を検出する。スケール１０が原点位置に位置するとき、原点検出センサ３０から原点信号がデジタルパルスとして変位検出信号処理部４０に送られる。

スケール１０は、図２に示すように、２つのトラック１１，１２で構成されている。トラック１１は変位検出用、トラック１２は原点検出用である。各トラックにおいて、黒色の部分は反射部を表しており、白色の部分は非反射部を表している。トラック１１は、周期が２００μｍであり、反射部と非反射部はそれぞれ１００μｍおきに配置されている。トラック１２には、反射部１３が中央からスケール１０端部まで連続して形成されている。

変位検出センサ２０および原点検出センサ３０は、図３に示すように、光源２１とともに同一の実装基板２２上に実装されている。変位検出センサ２０は光源２１からトラック１１に照射された光の反射光を受光し、原点検出センサ３０はトラック１２に照射された光の反射光を受光する。この構成は、光源とスケールの間に光束を平行に束ねる平行光束レンズが存在しない発散光束構成である。発散光束構成とは、光源から発せられた光が平行、もしくは１点に集約されることなく、一様に広がりを持って進行する構成のことである。本実施例では、スケール１０上においてＰの幅を持つパターンの像は、各センサ上において２Ｐに拡大される。なお、本実施例では、各センサを同一の実装基板２２上に実装しているが、各センサは別基板上に実装してもよい。また、本実施例では、各センサに対して同一の光源２１を用いたが、各センサに対して別々の光源を使用してもよい。また、本実施例では、変位検出および原点検出を光学式において行うが、磁気式で行ってもよい。

変位検出センサ２０は、図４に示す検出ブロックを有する。図４において、受光素子Ａ〜Ｄは、受光量に比例した電圧を出力する。受光素子は端からＢ，Ｃ，Ｄ，Ａの順に配置され、この繰り返し単位が受光部２３で８周期分配置されている。各受光素子Ａ〜Ｄはそれぞれ変位検出方向に１００μｍの長さを有し、受光部２３は３２００μｍの長さを有する。

各受光素子Ａ〜Ｄにおいて出力された電圧は、ＡとＣを１組として差動アンプ１で中心電圧を基準として差動が取られ、ＢとＤを１組として差動アンプ２で中心電圧を基準として差動が取られる。差動アンプ１の出力を変位検出信号１、差動アンプ２の出力を変位検出信号２とする。受光素子Ａ〜Ｄの各出力電圧をＶＡ〜ＶＤ、差動アンプ１の出力電圧値をＶ１、差動アンプ２の出力電圧値をＶ２、Ｖｏｆｆｓｅｔを中心電圧とすると、第１および第２の信号Ｖ１，Ｖ２は以下の式（１），（２）で表される。

ＶＡ、ＶＢ、ＶＣおよびＶＤの値は、検出する物理的特性が変化するのに応じて変化する。本実施例は光学式エンコーダであるため、以降は検出する物理的特性は反射光量であるとする。

ここで、スケール１０におけるトラック１１が周期２００μｍで明暗の変化するパターンであるため、その反射光が受光部２３上で２倍に拡大され周期４００μｍで明暗の変化する像になる。それは受光部２３上における各受光素子Ａ〜Ｄの配置する周期になった結果、各受光素子Ａ〜Ｄの出力の周期間隔となる。

以上の関係と、受光素子ＡとＢ、受光素子ＣとＤの位置関係から、受光素子Ｃは受光素子Ａの１８０°位相差信号、受光素子Ｄは受光素子Ｂの１８０°位相差信号をそれぞれ出力する。

この関係から、各受光素子Ａ〜Ｄはこれらで１組の受光素子配列群として数えることができる。群とは、変位検出センサ２０における変位検出信号１，２が出力されるための受光素子の最小構成単位である。変位検出信号１，２は、９０°の位相差を持っている。スケール１０と変位検出センサ２０が相対変位すると、変位に応じて各受光素子Ａ〜Ｄにおける受光量が変化し、変位検出信号１，２は正弦波状の信号として出力される。

変位検出センサ２０に対してスケール１０が相対的に１０００μｍ移動したときの変位検出信号１，２を図５に示す。図５では、横軸が変位、縦軸が電圧値を表している。前述した通り、スケール１０からの反射光は受光素子上で各受光素子Ａ〜Ｄの周期の正弦波になっているため、各変位検出信号の周期もトラック１１の周期である２００μｍになっている。また、変位検出信号１，２は、９０°の位相差を持っているため、２００μｍ周期における９０°位相差である５０μｍ位相差になっている。変位検出センサ２０の電源電圧は３．３Ｖであり、差動アンプ１，２が電源電圧に対して中心電圧を基準に作動を取っているため、中心電圧は１／２Ｖｃｃである１．６５Ｖになっている。変位検出信号１，２は、中心電圧を基準に低電圧側と高電圧側に振れている。振幅は、光量やセンサとスケールとの位置関係によって変わるが、本実施例では２．０Ｖｐ−ｐにしている。

変位の検出はこの２相の信号に基づいて、変位検出信号処理部４０により行う。変位検出信号処理部４０は、２相信号をそれぞれ２値化し、カウントすることで周期ごとの変位検出を行う。変位検出信号１，２を２値化した信号を図６に示す。図６において、変位検出信号１を２値化した信号をデジタル信号１、変位検出信号２を２値化した信号をデジタル信号２とする。デジタル信号１，２ともに、変位検出信号１，２の周期である２００μｍおきに波形が立ち上がる。変位検出信号処理部４０は、これらデジタル信号１，２の立ち上がりの組み合わせから変位方向を判断し、周期ごとのカウントの増減を行う。

また、変位検出信号処理部４０は、周期内における変位検出のために、変位検出信号の電圧値をデジタル値として取り込み、２相の電圧値を基に逆正接演算を行う。２πを２５６とし、変位検出信号１，２を逆正接演算したときの位相値を図７に示す。図７では、横軸が変位、縦軸が正弦波の位相を表している。位相は、正弦波周期内で０〜２５５の値をとり、複数周期であればこれを繰り返す。すなわち、位相が２５５まで進んだとき、次の位相は０になる。本実施例では、周期が２００μｍであるため、変位検出センサ２０に対してスケール１０が相対的に１０００μｍ移動したときは、この繰り返しが５回繰り返されている。

１周期内における変位は、逆正接演算によって計算された位相を２πの値としている２５６で割ることにより求まる。これと２値化されたデジタル信号１，２から求められる周期ごとのカウンタ値を組み合わせ、検出変位は以下の式（３）により求められる。Ｐｏｓｉｔｉｏｎは検出変位、ｃｎｔは変位検出信号１、２の周期ごとのカウント値、θは変位検出信号１，２を逆正接演算することにより求められた正弦波周期内の位相である。

次に、本実施例の原点検出について説明する。原点検出センサ３０は、図８に示す検出ブロックを有する。図８において、受光素子（検出部）Ａ〜Ｄは、受光量に比例した電圧を出力する。受光素子は端からＢ，Ｃ，Ｄ，Ａの順に配置され、この受光素子配列群（検出素子群）が受光部３１で２周期分配置されている。各受光素子Ａ〜Ｄはそれぞれ検出方向に４００μｍの長さを有し、受光部３１は３２００μｍの長さを有する。受光部３１では、周辺部の受光感度（信号感度）が中央部の受光感度（信号感度）に比べて１／２になるように各受光素子Ａ〜Ｄが配置されている。ここで周辺部とは、左端および右端に配置している受光素子、すなわち図８において左端に配置された２つの受光素子Ｂおよび２つの受光素子Ｃ、右端に配置された２つの受光素子Ａおよび２つの受光素子Ｄが存在する空間を表す。中央部とは、中央に配置している受光素子、すなわち受光部３１の中心から両側に受光素子配列群の１／２周期分だけ配置された４つの受光素子Ｄ、４つの受光素子Ａ、４つの受光素子Ｂ、４つの受光素子Ｃが存在する空間を表す。具体的に受光素子Ａに着目すると、中央部の受光素子Ａは４つ配置されているのに対し、右端の受光素子Ａは２つ配置されている。受光素子の出力電圧値は受光素子の配置数に比例するため、右端の受光素子Ａは中央部の受光素子Ａに比べ受光感度（信号感度）が１／２になる。これは他の受光素子に関しても同様である。

各受光素子Ａ〜Ｄにおいて出力された電圧は、ＡとＣを１組として差動アンプ３で中心電圧を基準として差動が取られ、ＢとＤを１組として差動アンプ４で中心電圧を基準として差動が取られる。差動アンプ３の出力を第１の信号、差動アンプ４の出力を第２の信号とする。

原点検出センサ３０における受光部３１の検出方向の長さをｘとすると、図８における配列から、第１および第２の信号の位相差は受光部３１上におけるｘ／８となり、これはスケール上のｘ／１６に相当する。このことは、生成される第１および第２の信号の位相差が受光部３１上における４００μｍ、すなわちスケール上における２００μｍになることを表す。

第１および第２の信号から原点位置を検出するための基準信号として、それぞれについて第１の閾値、第２の閾値を用意する。これらは第１および第２の信号がそれぞれ原点上における信号値になっているかどうかを判別するための信号である。

この構成において、検出方向において、中央部から端部まで連続的に続く原点パターンが形成されたスケールを原点検出センサ３０によって読み取ったときの第１の信号と第２の信号、ならびに第１の閾値と第２の閾値を図９に示す。図９では、横軸が変位、縦軸が電圧値を表している。原点検出センサ３０の電源電圧は、変位検出センサ２０と同様、３．３Ｖである。また、差動アンプ３，４が電源電圧に対して中心電圧を基準に差動を取っているため、中心電圧は１／２Ｖｃｃである１．６５Ｖになっている。第１および第２の信号は、中心電圧を基準に低電圧側と高電圧側に振れている。振幅は、光量やセンサとスケールとの位置関係によって変わるが、本実施例では、０．７〜２．５Ｖまで振れている。

原点検出センサ３０は、図８に示されるように、各受光素子Ａ〜Ｄから構成される２組の受光素子配列群を有することから、原点検出センサ３０の反射部１３に対する応答出力は、第１および第２の信号ともに２周期分の信号になる。検出方向において、差動アンプ３，４の非反転入力端子に接続される受光素子ＡとＢ、差動アンプ３，４の反転入力端子に接続される受光素子ＣとＤは、受光素子配列群の中心に対してそれぞれ対称に配置されている。また、受光素子配列群において受光素子ＡとＢが外側、受光素子ＣとＤが内側に配置されている。なお、本実施例では受光素子配列群における受光素子の並びをＢ，Ｃ，Ｄ，Ａの順としたが、ＡとＢが隣接もしくは受光素子配列群の両端に、ＣとＤが隣接もしくは受光素子配列群の両端に配置されていれば、この配置に限らない。すなわち、受光素子Ａ，Ｃの出力信号を処理することで得られる第１の信号と、受光素子Ｂ，Ｄの出力信号を処理することで得られる第２の信号の位相差が、受光素子配列群の変位検出方向の長さに換算したときの１／４になっていればよい。

原点信号処理部５０は、図１０に示す処理部分を有する。コンパレータ５１は第１の信号と第１の閾値を比較して第３の信号を出力し、コンパレータ５２は第２の信号と第２の閾値を比較して第４の信号を出力する。コンパレータ５１は、第１の信号の電圧値が第１の閾値よりも高いときにハイレベルの信号を出力し、そうでないときにロウレベルの信号を出力する。コンパレータ５２も同様に、第２の信号の電圧値が第２の閾値よりも高いときにハイレベルの信号を出力し、そうでないときにロウレベルの信号を出力する。図１１は、第３の信号と第４の信号を表す図である。各信号は２周期分出力されるため、各コンパレータからの出力もそれぞれ２周期分の２値化出力となる。ＡＮＤ回路５３は、第３の信号と第４の信号の論理積を取り、第５の信号を出力する。第１の信号と第２の信号がともにハイレベルになるのは受光部３１の中心部のみであることから、ＡＮＤ回路５３により論理積を取ると、図１２に示すように、１パルスの原点信号である第５の信号が生成される。本実施例では、第５の信号がハイレベルになったとき、変位検出信号処理部４０は被計測対象が原点位置に位置すると判断し、周期ごとのカウント値を０にリセットする。なお、本実施例では、原点信号処理部５０をコンパレータ５１、コンパレータ５２およびＡＮＤ回路５３で構成したが、第５の信号と同様の信号を得られればこれらは何を用いてもよい。

以上の処理に関して、具体的な例を図１３のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ２００で原点信号処理開始後、まず第１の信号が第１の閾値よりも高い電圧値であるかどうかを評価する（ステップＳ２０１）。この評価を満たしていれば次の評価に進み、満たしていなければ終了する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０２では、第２の信号が第２の閾値よりも高い電圧値であるかどうかを評価する。この評価を満たしたときに原点信号を出力する（ステップＳ２０３）。なお、本実施例では、第１の信号と第１の閾値についての評価を先に行い、第２の信号と第２の閾値についての評価を後に行っているが、この順番は問わない。また、同時に評価した後にいずれも満たしているかを評価してもよい。

前述したように、第５の信号は、第１および第２の信号がともに中心電圧よりも高い値を持つときに有効になる。よって、第１の閾値と第２の閾値をそれぞれ式（４）、（５）に示す範囲で設定すればよい。Ｖｏｆｆｓｅｔ１、Ｖｏｆｆｓｅｔ２はそれぞれ第１の信号、第２の信号の中心電圧、Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２はそれぞれ第１の閾値、第２の閾値である。また、Ｖｃｒｏｓｓは、中心電圧より高く、第１の信号と第２の信号が交差する電圧（以下、クロスポイント電圧という）である。

これらの式は、基準信号である第１の閾値と第２の閾値の値が、中心電圧と、クロスポイント電圧によってのみ決定され、周辺部の信号の影響を受けないことを表す。ただし、中心電圧、クロスポイント電圧は、それぞれ光量変動、原点パターン変動、振幅変動などの変動成分を持つ。よって、式（４）、（５）は以下の式（６）、（７）のように書き換えられる。Ｖｏｍは中心電圧変動因子、ｖｃｍはクロスポイント電圧変動因子である。

第５の信号がハイレベルになったとき、変位検出信号処理部４０は原点上だと判断し、周期ごとのカウント値を０にリセットする。

次に、原点検出センサ３０の受光部３１の周辺部の感度φＮを中央部の受光感度（信号感度）φＭに対して、受光感度（信号感度）比φＮ／φＭを１／２としたときの効果について説明する。図１４に、受光感度（信号感度）比φＮ／φＭが１であるときの受光部３１を示す。受光部３１には、受光素子Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ａの順の並びの組み合わせが２周期分配置されている。受光素子Ｂに注目したとき、図１４において左端に配置された受光素子Ｂと中央部に配置された受光素子Ｂは同じ受光感度（信号感度）になっているため、このときの受光感度比φＮ／φＭは１である。トラック１２を、受光部３１に対する反射部１３からの反射光が無照射状態から受光部３１全域に照射されるまで、変位させたときの各受光素子Ａ〜Ｄの出力信号強度と変位の関係を表したグラフを図１５に示す。図１５では、横軸が受光素子単位の変位、縦軸は信号強度を表している。図１４に示した受光素子の配置および受光感度（信号感度）比から、各受光素子の信号強度は受光素子Ｂから順に持ち上がり、受光素子Ｃ、受光素子Ｄ、受光素子Ａの信号強度がそれぞれ遅れて持ち上がる。このとき、各受光素子の受光感度（信号感度）は同じであるため、持ち上がり比率は同じになる。反射部１３からの反射光が受光部３１の１／２の長さに到達したとき、すなわち図１５における地点４において、全ての受光素子が同じ光量を受光するため、これら受光素子の出力信号強度はこの時点で同一の値となる。このときの信号強度を基準とした同一の変化が以降の反射部１３からの反射光の変位においても続き、受光部３１全域に照射されたときに再び各受光素子の信号強度は同一値になる。図１５における各受光素子からの信号強度を式（１）に基づいて差動を取ったときの信号変化のグラフを図１６に示す。図１６では、横軸が受光素子単位の変位、縦軸は信号強度を表している。また、単純化のために式（１）におけるＶｏｆｆｓｅｔは０とした。図１５における地点４において同一の値を持った各受光素子の信号強度値は、差動を取ることにより０になり、また、地点４以降の各受光素子からの信号強度が持つ同一のオフセットも除去される。以上から、差動後の出力信号は地点０から地点４の間における波形と地点４から地点８における波形が同一の波形になり、また各信号から唯一の条件を取ることができないため、原点検出はできない。

図１７に、受光感度（信号感度）比φＮ／φＭが１／２であるときの受光部３１を示す。図１７では、図１４と比較して周辺部に配置された受光素子の受光感度（信号感度）φＮが１／２になっているため、受光感度（信号感度）比φＮ／φＭが１／２になっている。トラック１２を相対変位させたときの各受光素子の出力信号強度を図１８に、差動後の出力信号強度を図１９に示す。周辺部に配置された受光素子と中央部に存在する受光素子との受光感度（信号感度）比φＮ／φＭが１／２になっていることから、地点０から地点４までの間の信号強度変化と地点４から地点８までの間の信号強度変化は異なる。これは他の受光素子についても同様であり、全ての受光素子の信号強度を組み合わせると、その信号強度の組み合わせは一意となる。例えば、受光素子Ａの出力信号強度ＶＡが受光素子Ｃの出力信号強度ＶＣよりも強度が強く、かつ受光素子Ｂの出力信号強度ＶＢが受光素子Ｄの出力信号強度ＶＤよりも強度が強い条件をもつ領域は地点４から地点６の間だけである。また、差動後の出力信号強度も一意の値を持ち、差動出力信号強度Ｖ１，Ｖ２がともに信号強度が０よりも強くなる領域は地点４から地点６の間だけである。このときの状態を原点の条件とすることで、原点検出が可能になる。

図２０Ａ〜図２０Ｄでは、それぞれ受光感度（信号感度）比φＮ／φＭが０．２５，０．５，０．７５，１であるときの第１〜第５の信号を表している。各図において、横軸が変位、縦軸が電圧値を表している。これらのグラフから、第１および第２の信号は受光感度（信号感度）が１未満である場合にともに中心電圧よりも高い電圧値をとる領域を持ち、各信号の交差の仕方は感度比とともに変化することがわかる。図２０のグラフから、本発明において原点信号処理によって原点とみなす上での指標であるクロスポイント電圧値と受光感度（信号感度）比の関係を表したグラフを図２１に示す。図２１では、横軸が受光感度（信号感度）比φＮ／φＭ、縦軸が電圧値を表している。図２１に示すように、受光感度（信号感度）比が０．５であるときにクロスポイント電圧値が最も高くなる。そのため、受光感度（信号感度）比を０．５とするのが望ましく、本実施例においても受光感度（信号感度）比を１／２としている。

本発明の効果として、差動処理による信号変動耐性がある。本実施形態における光学式エンコーダにおいては、受光部３１の全域に渡って一様に光が入射すると、全ての受光素子が同一の値である信号強度を示す。以下、この一様な入射光をＤＣ光、それにより発生する同一の信号強度をＤＣ成分とする。図２２ＡはＤＣ成分を０．２、図２２ＢはＤＣ成分を０．４付加したときのグラフである。図２２Ａ，Ｂには、各受光素子Ａ〜Ｄの信号強度、および差動後の信号強度を表している。図２２Ａ，Ｂでは、横軸が受光素子単位の変位、縦軸は信号強度を表している。図２２Ａ，Ｂの各受光素子の信号強度を示す図を見ると、各受光素子の信号強度がＤＣ成分の値だけ強く持ち上がっている。しかしながら、差動後の信号強度を示す図を見ると、ＤＣ成分の値が変化しても信号強度が変化しておらず、そのために信号の位相も変化していない。これは各受光素子に乗ったＤＣ成分は、式（１）および（２）に示した差動処理により除去されるからである。

以上の構成により、本実施形態では、ノイズなどに左右されない良好な原点検出を行うことができる。

本実施例では、変位検出センサ２０および原点検出センサ３０が光源２１と同一平面上に存在し、スケール１０からの反射光を受光することで変位ならびに原点位置を検出する反射型の構成において説明した。しかしながら、本発明は、各センサが光源２１と別平面上に存在し、光源２１と各センサとの間にスケール１０が存在する透過型の構成においても適用できる。

また、本実施例では、変位検出のために原点検出センサとは別の変位検出センサを用いたが、原点検出センサの構成が受光素子配列群の配置数以外の部分で、本実施例における変位検出センサと同様であるため、変位検出のために原点検出センサを用いてもよい。

また、本実施例では、原点検出処理を回路で行ったが、第５の信号と同様の信号を得られればソフトウェアで行っても構わない。

本実施例では、実施例１の変位検出信号処理部４０に変え、逓倍器６０を備える。図２３は、本実施例のエンコーダの構成を表す図である。また、図２４は、逓倍器の動作に関する説明図である。なお、原点検出処理の方法は、実施例１と同様である。

図２４において、逓倍器６０は、変位検出信号１，２をそれぞれ５０分割した周期のデジタル信号を逓倍パルス１、２として出力する。このときの各逓倍パルスのパルス長は４μｍになる。原点パルスは、逓倍パルス１、２のエッジに同期し、かつ原点信号の入力があったとき、原点パルス出力位相において出力される。原点パルス出力位相は、変位検出信号１，２が中心電圧よりも低電圧側で同値をとる位相である。

図２５は、原点信号、原点パルスおよび位置変動余裕幅の関係を表す図である。図２５において、原点パルス出力位相が原点信号に対し中央にあるとき、位置変動余裕幅１と位置変動余裕幅２はほぼ同値であり、これはそのどちらの方向の位置変動にも同等の耐性を持つことを意味する。一方、原点パルス出力位相が原点信号に対し偏在するとき、位置変動余裕幅２と比較して位置変動余裕幅１の位置変動の耐性が劣る。これは変位検出センサ２０と原点検出センサ３０が互いに片方向に偏った位置変動余裕を持つことを意味する。

以下、変位検出センサ２０の出力の位相と原点信号処理部５０から出力される原点信号との位相ズレの問題に対する対処方法について説明する。ここで問題とは、位相ズレによる位置変動余裕幅の減少により原点パルス出力位相が原点信号から外れてしまい、所望の位置において原点パルスが出力されないことである。

本実施例では、原点パルス出力位相に対する原点位置の出力位置の調整を行っている。原点信号である第５の信号は、第１の閾値と第２の閾値によって波幅が決定される。例えば、１００μｍの波幅を持つ信号を得たい場合は、第１の閾値と第２の閾値を中心電圧と、クロスポイント電圧の中間値にすればよい。これは第１の信号と第２の信号の位相差が受光素子の配列によって決定され、その値が中心電圧において常に２００μｍであること、そこから閾値を大きくするにつれて減少し、第１の信号と第２の信号が交差する位置において０になるためである。第１の信号と第２の信号は、中心電圧からクロスポイント電圧にかけて直線性を持っていることから、原点信号波幅と閾値の関係は以下の式（８）のように表せる。λは原点信号波幅、Ｘは中心電圧における第１の信号と第２の信号の位相差である。簡略化のため、Ｖｒｅｆ１＝Ｖｒｅｆ２＝Ｖｒｅｆ、Ｖｏｆｆｓｅｔ１＝Ｖｏｆｆｓｅｔ２＝Ｖｏｆｆｓｅｔとしている。

この構成において原点信号である第５の信号の位置調整を行うときは、第１の信号と第２の信号におけるそれぞれの閾値である第１の閾値と第２の閾値を個別に逆向きに変化させる。図２６Ａ〜２６Ｃは、第１の閾値と第２の閾値の値を、第１の閾値と第２の閾値が等しい状態からそれぞれ変化させたときの第１の信号、第２の信号および第５の信号を表している。例えば、原点位置を右に移動させる場合（図２６Ａの状態から図２６Ｂの状態）、第１の閾値Ｖｒｅｆ１を低電圧側に、第２の閾値Ｖｒｅｆ２を高電圧側に変化させる。逆に、原点位置を左に移動させる場合（図２６Ａの状態から図２６Ｃの状態）、第１の閾値Ｖｒｅｆ１を高電圧側に、第２の閾値Ｖｒｅｆ２を低電圧側に変化させる。このときの各閾値の変化の絶対値は同値であるほうがよい。変化値が個別の絶対値を持ったとき、Ｖｒｅｆ１＝Ｖｒｅｆ２時の原点信号幅よりも幅が狭く、もしくは広く変化してしまうからである。

Ｖｒｅｆ１＝Ｖｒｅｆ２＝Ｖｒｅｆであるときの原点位置を初期位置としたとき、原点位置の調整幅ΔＯｒｇは以下の式（９）で表すことができる。

さらに、中心電圧変動因子Ｖｏｍ、クロスポイント電圧変動因子ｖｃｍを考慮すると、式（９）は以下の式（１０）のように書き換えられる。

以上の構成により、逓倍器６０に接続された場合でも原点信号の出力位置が調整可能であるため、変位検出信号に同期した原点信号を用いて原点パルスを出力する系においても本発明の原点検出処理を適用できる。なお、本実施例においても、実施例１と同様に信号の検出方法および処理部構成の異なる系においても適用可能である。

本実施例のエンコーダは、実施例１と同様、スケール１０、変位検出センサ２０、原点検出センサ３０、変位検出信号処理部４０および原点信号処理部５０を有する。ただし、スケール１０がロータリースケールであることが実施例１と異なる。本実施例のロータリースケールを図２７に示す。図２７の各トラックにおいて、黒色は反射部、それ以外は非反射部を表す。また、図２７は、外側のトラックが変位検出用パターンであり、内側のトラックが原点検出用パターンである。変位検出用パターンは１周に渡って３０周期分形成されており、原点検出用パターンはそのうちの１７周期分形成されている。変位検出センサ２０の分解能は２００μｍであることから、原点検出用パターンのパターン長は変位検出センサが読み取る変位検出信号を基準に換算すると変位検出信号における３４００μｍ相当である。この原点検出用パターンからの反射光が原点検出センサ３０の検出面に形成する反射像の検出方向の長さは変位検出信号を基準に換算すると６８００μｍ相当となり、これは原点検出センサ３０の検出素子群の検出方向の長さよりも十分に長い。加えて、本実施例においては内側のトラックの原点検出用パターンが領域判定用のパターンも兼ねる。原点検出用パターン１３の第１の端部１４と第２の第２の端部１５は形状が異なっており、第１の端部１４のパターン境界は検出方向に対して直角になっているのに対し、第２の端部１５のパターン境界は検出方向に対して傾斜している。なお、本実施例では第１の端部１４を原点位置として設定する。

本実施例は実施例１の原点検出部に加え、スケールが検出方向に対してどこの領域にいるかを検出するための領域検出部を含む。本実施例における領域判定処理を行うための原点検出系、領域判定処理回路を図２８，図２９に示す。本実施例の原点検出系は、図２８に示されるように、実施例１の原点検出系とほぼ同様であるが、第１から第４の検出素子およびそれ以外の検出素子を含む全ての検出素子からの信号の和を取るための加算アンプを有する点が異なる。この加算アンプから出力される信号の平均値である和信号を以降、第６の信号と呼ぶ。また、図２９の回路は、第６の信号から領域判定信号を生成する。この回路は、第６の信号に対して比較を行うための第３の閾値を有し、第６の信号が第３の閾値よりも小さい場合はロウレベルの信号を出力し、第６の信号が第３の閾値よりも大きい場合はハイレベルの信号を出力する。

図３０は、第１の端部１４からの反射光の検出面における強度を表した図である。図３０において、座標０は原点検出センサ３０の検出部の中央を表し、座標−１６００，１６００は検出部の端部を表す。第１の端部１４の非反射部から反射部へ（もしくは反射部から非反射部へ）変化する境界は検出方向に対して垂直になっている鋭敏なエッジであり、そのため原点検出用パターンの第１の端部１４からの反射光も鋭敏な信号となる。この信号を検出部が読み取ったときの各検出素子の信号を図３１に、第１および第２の信号、ならびに第１および第２の閾値を図３２に、第３および第４の信号を図３３に、第５の信号を図３４に示す。なお、横軸はロータリースケールの回転を原点検出センサ３０が検出面において検出する移動量に換算したものである。それらの内容、処理方法、原点検出方法は実施例１と同様であるため、ここでの説明は省く。また、以降の図において、横軸に関しての特別な説明がない場合には、同じようにロータリースケールの回転を原点検出センサ３０が検出面において検出する移動量に換算したものとする。

図３５は、第６の信号と第３の閾値を表す図である。図３５において、縦軸は電圧値を表している。原点検出用パターンは、原点検出センサ３０の検出部よりも長いパターン長を持っている。そのため、原点検出用パターンからの反射光が検出面に形成する反射像の検出方向の長さは、第１の端部１４からの反射光が検出面に進入し始めてから徐々に長くなっていき、反射像が完全に検出面を覆った時点で飽和する。これは検出面における反射光量が徐々に大きくなっていき、検出面を完全に覆った時点で飽和することを意味する。検出素子からの信号強度は反射光量に比例することから、図２８の構成における加算アンプからの和信号である第６の信号も原点検出用パターンの進入とともに０Ｖから徐々に大きくなっていき、反射光が検出面を完全に覆った時点で２．４Ｖに飽和する。第３の閾値は１．２Ｖであり、これは第６の信号の飽和電圧値である２．４Ｖと０Ｖの中点を取ったものである。なお、第３の閾値は、この値に縛られることはなく、第６の信号の信号変化を検出できる電圧値であれば足りる。ただし、原点検出用パターンからの反射光量の変動により原点検出センサ３０の検出部における総受光量が変化し、第６の信号の飽和電圧値が変化する。そのため、第３の閾値を常にこの飽和電圧値と０Ｖの電位の中間の電圧に設定しておけば、図３６によって説明される第７の信号の位相変化を抑えることが可能である。

図３６は、第６の信号と第３の閾値を処理することによって得られる第７の信号を表すものである。図３６における縦軸の定義は図３５と同様であるため、説明は省略する。図３６における第７の信号によって、原点検出センサ３０と原点検出用パターンの相対的な位置関係がわかる。第７の信号がロウレベルであれば第１の端部１４が原点検出センサ３０の原点検出部を通過していない状態であるか、もしくは通過し始めた状態である。第７の信号がハイレベルであれば、第１の端部１４は原点検出部の通過を終えようとしている状態であるか、通過し終えた状態である。つまり、原点検出センサ３０が原点検出用パターンの反射部を読んでいるのか非反射部を読んでいるのかが判別できる。

図３７は、第２の端部１５からの反射光の検出面における強度を表した図である。縦軸の定義は図３０と同様であるため、説明は省略する。第２の端部１５の境界は検出方向に対して傾斜していることから、反射像の強度もまた検出面において検出方向に徐々に強度を低くする信号となる。なお、第１の端部１４と第２の端部１５はロータリースケールにおいて対向するように配置されている。そのため、ロータリースケールの図２７で定義している回転方向への回転によって、第１の端部１４からの反射光強度は、検出方向にしたがって低強度から高強度へと変化する。一方、第２の端部１５からの反射光強度は、検出方向にしたがって高強度から低強度へと変化する。本実施例において、第２の端部１５は反射光強度が検出部の検出方向の長さの１／２の長さをかけて変化するように傾き角をつけている。傾き角θと反射光強度の変化する長さとの関係は以下の式（１１）で表される。

式（１１）において、Ｓｘは反射光強度の変化する長さ、Ｓｙは原点検出センサ３０における検出素子の検出方向と垂直な方向の長さである。

図３８は、各受光素子Ａ〜Ｄから出力される信号の信号強度を表した図である。図３８において、縦軸は信号強度を表している。図３８において、差動関係にあるＶＡとＶＣは、原点検出用パターンの第２の端部１５からの反射光が通過前は同一の強い強度を示し、第２の端部１５の反射光が通過し始めたときはＶＡ＜ＶＣとなる。第２の端部１５からの反射光が原点検出センサ３０の検出部の中央まで進入したときに信号強度が同一になるが、その後は再びＶＡ＜ＶＣとなり、第２の端部１５が通過し切ったときに同一の弱い強度を示す。対して、差動関係にあるＶＢとＶＤは、原点検出用パターンの第２の端部１５からの反射光が通過前は同一の強い強度を示し、第２の端部１５の反射光が通過し始めたときはＶＢ＞ＶＤとなる。第２の端部１５からの反射光が原点検出センサ３０の検出部の中央まで進入したときに信号強度が同一になるが、その後は再びＶＢ＞ＶＤとなり、第２の端部１５が通過し切ったときに同一の弱い強度を示す。つまり、ＶＡとＶＣおよびＶＢとＶＤの信号変化は、同一でない強度を取るときの互いの信号の高強度、低強度の関係が逆向きになる。それらの信号の差動を取った信号を表す図が図３９である。縦軸の定義は図３０と同様であるため、説明は省略する。第１の信号はＶＡからＶＣを減じた信号、第２の信号はＶＢからＶＤを減じた信号である。なお、本実施例においても実施例１と同様、各信号は中心電圧を基準に差動処理を行っている。図３８において、ＶＡとＶＣおよびＶＢとＶＤの中心電圧からの変化の向きが逆向きになっていたことから、それらの差動信号である第１の信号と第２の信号もまた、中心電圧値からの変化の符号が逆になる。すなわち、第１の信号は中心電圧値から高電圧側へ変化しているのに対し、第２の信号は中心電圧値から低電圧側へ変化している。実施例１において説明した通り、本発明の原点検出は、第１の信号と第２の信号がともに第３、第４の閾値による判定結果が同一となったときに第５の信号を原点信号として出力する。これに基づき、第１の信号と第２の信号を第１の閾値、第２の閾値によって処理した信号である第３の信号と第４の信号を表す図が図４０である。図４０の縦軸の定義は図３５と同一であるため、説明は省略する。図３９において、第１の信号と第２の信号の中心電圧を基準とする変化が逆であったことから、第１の信号は変化部において第１の閾値よりも高い電圧値を取るものの、第２の信号は変化部において第２の閾値よりも高い電圧値を取ることはない。よって、図４０に示すとおり、第３の信号は出力されるものの、第４の信号が出力されることはない。図４１は、第５の信号を表したものである。図４１の縦軸の定義は図３５と同一であるため、説明は省略する。図１５に示した通り、第３の信号がハイレベルであるときに第４の信号がハイレベルであることはないため、第３の信号と第４の信号の論理和を取ることにより得られる第５の信号が出力されることはない。これにより、原点位置として設定した原点検出用パターン端部と対向する原点検出用パターン端部における原点信号の出力を抑制することができる。

図４２は、全ての検出素子の和信号である第６の信号と、第６の信号を処理するために用いる第３の閾値を表したものである。図４２の縦軸の定義は図３５と同一であるため、説明は省略する。原点検出センサ３０の検出面全体における信号強度は、原点検出用パターンの端部の形状に関わらず、原点検出用パターンの端部の通過に比例して強くなるため、図３５に示したような原点検出用パターンの端部の通過による受光量変化のみに比例した信号変化を取る。よって、図３５における処理同様、第３の閾値によって処理することで領域判定信号である第７の信号を得ることができる。第７の信号を表す図を図４３に示す。図４３における縦軸の定義は図３５と同様であるため、説明は省略する。図４３における信号の扱いは図３６におけるものと同様である。すなわち、第７の信号がハイレベルであれば原点検出センサ３０は原点検出用パターンの反射部を読んでおり、第７の信号がロウレベルであれば原点検出センサ３０は原点検出パターンの非反射部を読んでいる。

実施例１において説明したように、本発明は中央部と周辺部とで受光感度（信号感度）に違いのある受光素子によって特異な信号を作り出している。このことは、逆に言えば受光面における各検出素子の信号の差異がなければ信号強度が強い強度を示さないことを意味する。本実施例において、第２の端部１５の信号強度変化の割合を小さくしているのはこの目的からである。なお、本実施例において信号強度が検出部の検出方向の長さの１／２の長さをかけて変化させているのは、本実施例における中央部と周辺部の受光感度（信号感度）比が１／２であるからである。このとき、各検出素子の受光状態の組み合わせは実施例１における受光感度（信号感度）比が１／１である時とほぼ同義となり、信号プロファイルは図１６の信号プロファイルとほぼ一致する。実施例１により、この波形による原点検出は不可能である。

図４４Ａから図４４Ｄまでは、パターン端における信号強度変化の割合を変化させていったときの検出面における反射光強度、第１，第２，第５から第７の信号、および第１から第３の閾値を示す。図４４Ａは、検出面における信号強度が原点検出センサ３０の検出部の検出方向長に対し１／８の長さをかけて変化するときである。図４４Ｂは、検出面における信号強度が原点検出センサ３０の検出部の検出方向長に対し１／４の長さをかけて変化するときである。図４４Ｃは、検出面における信号強度が原点検出センサ３０の検出部の検出方向長に対し１／２の長さをかけて変化するときである。図４４Ｄは、検出面における信号強度が原点検出センサ３０の検出部の検出方向長と等しい長さをかけて変化するときである。なお、各図の縦軸の定義は図３５と同様であるため、説明は省略する。第１および第２の信号のクロスポイント電圧値は、信号強度の検出方向に対する変化割合が小さくなるほど低電圧側へ低下し、信号強度の変化する検出方向の長さが１／２の長さになったときに中心電圧よりも高電圧側でクロスすることはなくなる。以降、再び中心電圧よりも高電圧側でクロスすることはない。ただし、第６の信号と第３の閾値との処理により得られる領域判定信号である第７の信号は、検出面における信号強度の変化割合には寄らない。これは受光部における配置座標の異なる受光素子からの信号を差動演算する第１の信号および第２の信号と異なり、第６の信号は単純に検出面における全ての検出素子が受光する信号強度の総和であるためである。よって、受光部における信号強度の検出方向の変化割合を小さくして原点検出を抑制しても、領域判定信号である第７の信号が消失することはない。

以上の構成により、パターンの有無を判定する領域判定信号の出力は確保しつつ、第１の端部１４においてのみ安定して原点信号を出力し、第２の端部１５においては原点信号を出力しないロータリーエンコーダを実現している。図４５に本実施例のエンコーダの原点信号の出力角度と領域判定信号の出力角度の関係を示す。図４５において、横軸はロータリースケールの回転角度を指し、３６０°でスケールが１周回転することを表す。縦軸は電圧値であり、原点信号、領域判定信号の信号レベルを表している。なお、認識性のため、原点検出用パターンの第１の端部１４は回転角度９０°位置、原点検出用パターンの端部は回転角度２７０°位置であるとする。図４５からわかるように、基準位置（角度）信号である原点信号は９０°回転角において出力され、対向の２７０°においては出力されない。かつ、領域判定信号は原点検出用パターンが反射部を示す９０°から２７０°にかけて出力される。なお、本実施例においても、実施例１と同様に信号の検出方法および処理部構成の異なる構成においても適用可能である。

また、本実施例では回転角度を検出するロータリーエンコーダにおいて説明したが、リニアエンコーダに適用しても構わない。図４６によって説明すると、上部のトラックが変位検出トラックであり、下部のトラックが領域判定を兼ねる原点検出用パターンである。図４６の構成において本実施例における原点検出処理および領域判定処理を適用すると、下部トラックの左側に配置した反射パターンのパターン端部でのみ原点信号が出力され、右側に配置した反射パターンの傾いたパターン端部では原点信号は出力されない。それでいながら、左右いずれの反射部において領域判定信号は出力される。また、図４６はリニアエンコーダにおいて適用した場合の一例であり、本発明はこの限りに因われない。すなわち、原点位置として定めた原点検出用パターン境界においてのみ原点検出を行うように他の原点検出用パターンでの原点検出を抑制する必要がある構成であれば適用できる。また、本実施例では信号強度の検出方向の変化の割合を小さくするために原点検出用パターンの端部に傾きをつけたが、同じように信号強度の検出方向の変化の割合を小さくできればこの方法に限らない。例えば、反射型エンコーダであれば原点検出用パターンの端部の検出方向に対する反射率の変化が傾きを持つような構成をとってもよく、透過型エンコーダであれば検出方向に対する透過率の変化が傾きを持つような構成をとってもよい。

図４７は、本実施例のリニアステージである。リニアステージは、スケール１０、モータ７０、ボールねじ８０、ステージ９０、エンコーダ１００およびコントローラ１１０を有する。エンコーダ１００は、実施例１の変位検出センサ２０、原点検出センサ３０、変位検出信号処理部４０および原点信号処理部５０を有する。また、エンコーダ１００は、他の実施例と同様に反射型の光学式エンコーダである。

ボールねじ８０はモータ７０の回転運動を直線運動に変換可能であり、ボールねじ８０によってステージ９０はモータ７０の回転量に応じて図４７の移動方向に移動する。スケール１０はステージ９０の側面に一軸移動方向を検出する向きに貼り付けられ、エンコーダ１００はスケール１０を読み取る向きに取り付けられている。コントローラ１１０は、エンコーダ１００からの信号を元にステージ９０の変位を検出し、モータ７０の回転量を制御することでステージ９０の位置制御を行っている。

変位の検出は、エンコーダ１００の変位検出センサ２０、スケール１０のトラック１１の変位検出用パターンによって行う。変位検出センサ２０は、スケール１０との相対変位に応じて二相の正弦波信号を出力し、エンコーダ１００がこれを位置信号に変換してコントローラ１１０に伝える。

この構成において、コントローラ１１０はステージ９０の基準位置からの変位を知る必要がある。それはステージ９０が一軸移動方向の限界位置に達したにも関わらず、コントローラ１１０がそれを誤り、モータ７０を回転させ続けようとするといった誤動作を避けるためである。一軸移動方向の限界位置を知るだけであればリミットセンサを使用してもよいが、エンコーダ１００に加えてリミットセンサを設けることによる構成部品の増加を招くために本実施例では使用しない。ここでの構成部品とは、エンコーダ１００やリミットセンサにおける周辺回路部品を指す。

そこで、本実施例では、スケール１０に絶対位置の基準としてトラック１１の変位検出用パターンとは別にトラック１２の原点検出用パターンを用意し、エンコーダ１００の原点検出センサ３０で原点検出用パターンを検出する。

本実施例では、電源投入時、原点を検出するために、ステージ９０を移動させて原点パターンを探す原点検出を行う。原点検出用パターンがエンコーダ１００の原点検出センサ３０上に達すると、原点信号処理部５０を経て原点信号として第５の信号がコントローラ１１０に送られる。原点信号の受信によりステージ９０が原点上に位置していると認識したコントローラ１１０は、この時点での検出位置を０にリセットする。それにより、以降は原点検出パターンの存在する領域を原点位置とした変位検出が可能になり、ステージ９０の正確な制御が行える。

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。

１０ スケール
３０ 原点検出センサ（原点検出部）
３１ 受光素子配列群（検出素子群）
５０ 原点信号処理部（処理部）

Claims (9)

1. 原点検出用パターンが形成されたスケールと、
   前記原点検出用パターンを読み取る原点検出部と、
   原点信号を出力する処理部と、を有し、
   前記原点検出部は、複数の検出素子群を有し、
   前記検出素子群は、少なくとも第１の検出部、第２の検出部、第３の検出部および第４の検出部を有し、
   前記原点検出部は、中央部に分布する前記検出部の第１の信号感度に対して、周辺部に分布する前記検出部の第２の信号感度が小さくなるよう構成され、
   前記原点検出用パターンは、前記原点検出部によって検出される、原点周辺部と異なる物理的特性の検出方向の長さが、前記検出素子群の前記検出方向の長さ以上になる原点パターンを有し、
   前記原点検出部は、前記第１の検出部と前記第３の検出部からの信号の差動を取ることで得られる第１の信号と、前記第２の検出部と前記第４の検出部からの信号の差動を取ることで得られる第２の信号を出力し、
   前記処理部は、前記第１の信号と第１の閾値を処理することで得られた第３の信号と、前記第２の信号と第２の閾値を処理することで得られた第４の信号と、を処理することで得られた第５の信号を前記原点信号として出力し、
   前記原点検出部は、前記検出方向に沿って並べられた第１の検出素子群と、第２の検出素子群を有し、
   前記第１の検出素子群は、端部から順に、前記第２の信号感度を有する前記第１および第２の検出部と、前記第１の信号感度を有する前記第３および第４の検出部と、を有し、
   前記第２の検出素子群は、前記第１の検出素子群の前記第４の検出部側から順に前記第１の信号感度を有する第１および第２の検出部と、前記第２の信号感度を有する第３および第４の検出部と、を有することを特徴とするエンコーダ。
2. 前記処理部は、前記第１の閾値または前記第２の閾値を変更することで、前記原点信号の出力位置を調整可能であることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
3. 第１の閾値と第２の閾値が共通の値であることを特徴とする請求項１または２に記載のエンコーダ。
4. 前記スケールに形成された変位検出用パターンを読み取ることで変位検出信号を出力する変位検出部と、を更に有し、
   前記変位検出用パターンと前記原点検出用パターンは、異なるトラック内に形成され、
   前記原点検出部と前記変位検出部は、それぞれ前記原点検出用パターンと前記変位検出用パターンを読み取ることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のエンコーダ。
5. 前記原点信号は、前記変位検出信号に非同期であり、原点検出に使用することを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ。
6. 前記原点信号は、前記変位検出信号に同期し、原点検出に使用する原点パルスを出力するために使用することを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ。
7. 原点検出用パターンが形成されたスケールと、
   前記原点検出用パターンを読み取る原点検出部と、
   原点信号を出力する処理部と、を有し、
   前記原点検出部は、複数の検出素子群を有し、
   前記検出素子群は、少なくとも第１の検出部、第２の検出部、第３の検出部および第４の検出部を有し、
   前記原点検出部は、中央部に分布する前記検出部の第１の信号感度に対して、周辺部に分布する前記検出部の第２の信号感度が小さくなるよう構成され、
   前記原点検出用パターンは、前記原点検出部によって検出される、原点周辺部と異なる物理的特性の検出方向の長さが、前記検出素子群の前記検出方向の長さ以上になる原点パターンを有し、
   前記原点検出部は、前記第１の検出部と前記第３の検出部からの信号の差動を取ることで得られる第１の信号と、前記第２の検出部と前記第４の検出部からの信号の差動を取ることで得られる第２の信号を出力し、
   前記処理部は、前記第１の信号と第１の閾値を処理することで得られた第３の信号と、前記第２の信号と第２の閾値を処理することで得られた第４の信号と、を処理することで得られた第５の信号を前記原点信号として出力し、
   前記原点検出用パターンは、原点位置として設定した前記原点検出用パターンの端部の検出方向に対する物理的特性の変化の割合と比較して、前記原点位置以外の前記原点検出用パターンの端部の検出方向に対する物理的特性の変化の割合が小さくなるよう構成されていることを特徴とするエンコーダ。
8. 前記原点検出部は、前記第１の検出部、第２の検出部、第３の検出部、第４の検出部を少なくとも含む前記原点検出部における検出面の全ての検出部からの出力の平均値である第６の信号を出力し、前記第６の信号を第３の閾値によって処理することで得られる第７の信号を領域判定のための信号として用いることを特徴とする請求項１または７に記載のエンコーダ。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載のエンコーダを有する装置。