JPH03115810A - エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンコーダに関し、特に被測定物体の移動量や
移動方向等の移動状悪を透光部と遮光部を周期的に設け
た主スケールと副スケールを利用して検出するようにし
た充電的なエンコーダに関するものでる。

（従来の技術） 従来より被測定物体の回転や移動等に関する変位状態を
検出する装置として充電的なロータリーエンコーダやリ
ニアエンコーダが多く利用されている。

第３図（Ａ）　、　（Ｂ）は被測定物体の直線移動状態
を検出するようにした従来のリニアエンコーダの光学系
の平面と側面の要部概略図である。

同図においてＬＥＤ等の光源５１からの光束は投光レン
ズ５２により略平行光束とされ主スケール５３に投光さ
れる。主スケール５３はガラス等の透明基材又は金属の
薄板にエツチング等のｆ法により幅の等しい透光部と遮
光部を周期的に設けたスリット列より構成されている。

主スケール５３を通過した光束は主スケール５３と同じ
周期のパターンより成る副スケール５４に入射し、副ス
ケール５４を通過した光束は受光手段５５で受光される
。

主スケール５３は一点鎖線で囲まれた検出ヘッド部６０
に対し、相対的に矢印六方向に移動可能となるように構
成されている。

ここで副スケール５４は例えば第４図に示すように４つ
の補助スケール５４−１〜５４−４を有し、これらの各
補助スケールは主スケール５３と同周期のスリット列よ
り成り、主スケール５３の透光部と遮光部の並び方向で
かつ投光レンズ５２から投射される光束中に配置されて
いる。又各スケール５４−１〜５４−４の位置関係は例
えばスケール５４−１を基準にとるとスケール５４−２
はスリットピッチの１／２だけスケール５４−１とずれ
ており、同様にスケール５４−３はスリットピッチの１
／４、スケール５４−４はスリットピッチの３／４だけ
ずれた状態となっている。

受光手段５５は第４図に示すように４つの光検出器５５
−１〜５５−４を有し、各スケール５４−１〜５４−４
の後方に各々対応して配置されている。ここでスケール
５４−１〜５４−４は主スケール５３の移動の方向判別
及びＤＣオフセット成分を除くことを目的として配置さ
れている。

第６図は第３図に示したリニアエンコーダにおいて主ス
ケール５３と検出ヘッド部６０が相対的に所定量移動し
たときの光検出器５５−１〜５５−４から得られる出力
信号の説明図である。

同図に示す出力信号波形はいずれもスリットピッチを単
位として周期的に変化している。同図（Ａ）〜（Ｄ）は
順に光検出器５５−１〜５５−４からの出力波形である
。

今、第６図（Ａ）の出力波形を基準にとれば副スケール
の位置関係より同図（Ｂ）　、　（Ｃ）　、　（Ｄ）の
出力波形は各々１８０度、９０度、２７０度だけ位相が
ずれている。

従来のリニアエンコーダはこれら４つの出力信号を用い
て、例えば第６図（Ａ）と同図（Ｂ）の差動出力及び同
図（Ｃ）と同図（Ｄ）の差動出力よりＤＣオフセット変
動分を除き、各２つの差動出力の位相関係から周知の方
法により主スケール５３の移動量及び移動方向を検出し
ている。

第５図は従来の副スケール５４の複数の補助スケール５
４−１〜５４−４と光検出器５５−１〜５５−４の配置
を示す他の一例の説明図である。

同図では光源からの光束中に光軸中心対称に近い状態で
４つの補助スケール５４−１〜５４−４と４つの光検出
器５５−１〜５５−４を配置し、光束の有効利用を図っ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） 第３図に示す従来のリニアエンコーダにおいては主スケ
ール５３と副スケール５４との間隔が変わると受光手段
５５からの出力値が変動してくる。

第７図は第６図と同様の受光手段５５のうちの１つの光
検出器からの出力信号の波形を表わす説明図である。主
スケール５３と副スケール５４との間隔が０に近い状態
で双方が相対的に移動した場合には受光手段５５からは
図中の破線が示す三角形状の出力信号が得られる。主ス
ケール５３と副スケール５４との間隔が拡大するに従い
出力波形は実線で示すように徐々に振幅が小さくなると
共に波形が歪んで正弦波に似た形状になってくる。

第８図は主スケールと副スケールとの間の距離に対する
光検出器からの出力信号の振幅の変化を定性的に示した
説明図である。このような光検出器からの出力信号の変
動が４つの光検出器に対して一様に同じ割合で生じるな
らば、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）技術等を用
いて電気的に補償することができる。

しかしながら一般に光源であるＬＥＤは数十ミクロン−
数百ミクロン程度の発光部サイズを有している為にコリ
メーターレンズからの平行光束といえどもある程度の画
角範囲の広がりを有している。

又コリメーターレンズは一般に樹脂モールド等により光
源と一体成形されているので収差補正状態が悪く大きな
球面収差、コマ収差等を有している。しかも光軸ずれに
より主スケールと副スケールに対して垂直に光が投射さ
れないことが多々ある。

このような条件下では主スケールと副スケールの間隔が
変化したときに、それに伴って起こる光の遮られ方が前
記４つの光検出器の部分で異なりオフセットを生じたり
、方向判別を誤ったりし、測定の信頼性を低下させる原
因となってくる。

このように従来のリニアエンコーダでは相対的なスケー
ルの移動に伴ワて主スケールと副スケールとの間の距離
が変わったり、維続的な変形により双方の距離が変わっ
たりすると出力信号の波形か変動し、検出粒度が低下し
てくるという問題点があった。

尚、このような問題点はロータリーエンコーダにおいて
も同様に生じてくる。

本発明は主スケールと副スケールとの間の距離が変動し
たとき各光検出器からの出力信号のバラツキを少なくし
、双方の相対的な移動状態を精度良く検出することので
きるエンコーダの提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明のエンコーダは、投光手段からの光束をスリット
状の透光部と遮光部を周期的に設けたパターンより成る
主スケールに投光し、該主スケールを介した光束を該主
スケールと同じ周期のパターンを有し、互いの位相関係
が異なる複数の補助スケールを有する副スケールに投光
し、該副スケールからの光束を受光手段で受光し、該受
光手段からの出力信号を用いて該主スケールの相対的移
動量を検出する際、該複数の補助スケールを該主スケー
ルのスリット状の透光部と遮光部の並び方向と直交する
方向に配置したことを特徴としている。

（実施例） 第１図（Ａ）　、　（Ｂ）は本発明の一実施例の光学系
の平面と側面の要部概略図である。

本実施例は第３図の従来のリニアエンコーダに比べて副
スケール５４を構成する複数の補助スケール５４−１〜
５４−４と受光手段５５を構成する複数の光検出器５５
−１〜５５−４の配列方向を主スケール５３のスリット
状の透光部と遮光部の並び方向と直交する方向に配置し
たことが大きく異っている。

次に本実施例の構成の各要件につき一部第３図のリニア
エンコーダの説明と重複するが順次説明する。

本実施例においてＬＥＤ等の光源５１からの光束は投光
レンズ（コリメーターレンズ）５２により略平行光束と
され主スケール５３に投光される。主スケール５３はガ
ラス等の透明基材、又は金属の薄板にエツチング等の手
法により幅の等しいスリット状の透光部と遮光部を周期
的に設けたパターン（スリット列）より構成されている
。

主スケール５３を通過した光束は主スケール５３と同じ
周期のパターンより成る４つの補助スケール５４−１〜
５４−４を有する副スケール５４に入射し、副スケール
５４を通過した光束は受光手段５５で受光される。

主スケール５３は一点鎖線で囲まれた検出ヘット部６０
に対し、相対的に矢印六方向に移動可能となるように構
成されている。

副スケール５４は第２図に示すように４つの補助スケー
ル５４−１〜５４−４が主スケール５３のスリット状の
透光部と遮光部の並び方向（第１図（Ａ）のｙ軸方向）
と直交する方向（Ｚ軸方向）で、しかも投光レンズ５２
から投光される光束中に位置するようにして構成されて
いる。

本実施例における補助スケール５４−１〜５４−４の位
置関係は例えば補助スケール５４−１を基準にとると補
助スケール５４−２はスリットピッチの１７２だけ補助
スケール５４−１とずれており、同様に補助スケール５
４−３はスリットピッチの１／４、補助スケール５４−
４はスリットピッチの３／４だけずれた状態となってい
る。

受光手段５５は第２図に示すように４つの光検出器５５
−１〜５５−４を有し、各スケール５４−１〜５４−４
の後方に各々対応して配置されている。

本実施例では光検出器５５−１からの出力信号を基準に
すれば各補助スケールの位置関係より光検出器５５−２
〜５５−４からの出力信号は各々１８０度、９０度、２
７０度位相がずれたものとなる。

従ってこれらの各信号を用いれば第３図で示した従来の
リニアエンコーダと同様に主スケール５３の移動量及び
移動方向を求めることができる。

本実施例では係る構成をとることにより主スケール５３
と副スケール５４との間隔が変動したり、機械的変形や
経時的変化等により光軸が曲がって光束の出射方向が変
化しても、第１図（Ａ）に示す主スケール５３の配列方
向の断面内においては副スケールの補助スケール５４−
１〜５４−４が光学的に同じ位置となるようにしている
。これにより光検出器に現われる振幅変動はいずれも同
じ割合とし、互いの差が生じないようにし、オフセット
や方向判別の誤差が生じなくしている。

尚、光検出器からの出力信号の振幅の変動自体は前述と
同様にＡＧＣをかけることにより補正することができる
。

又、第１図（Ｂ）の紙面内は主スケール５３、副スケー
ル５４の透光部を形成するスリットの長手方向を含む面
内であるから主スケール５３のスリット列の長手方向の
長さを十分長くしておけば振幅変動を容易に防止するこ
とができる。

尚、以上の実施例では本発明をリニアエンコーダに適用
した場合を示したが本発明はロータリーエンコーダにも
同様に適用することができる。このときは副スケールを
構成する複数の補助スケールの周期を対応する主スケー
ルの放射状パターンの各位置の周期に対応させた放射状
パターンより構成し、かつ放射状スリット方向が回転中
心に向くように配置すれば良い。

（発明の効果） 本発明によれば主スケールと副スケールを介した光束を
利用して主スケールの相対的な移動状態を検出する際、
副スケールを構成する互いに位相の異なる複数の補助ス
ケールを前述の如く配置することにより、主スケールと
副スケールとの間の距離が変動したときの各光検出器か
らの出力信号のバラツキを少なくした高精度な検出が可
能なエンコーダを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　、　（Ｂ）は本発明の一実施例の要部概
略図、第２図は第１図の一部分の説明図、第３図（＾）
、（Ｂ）は従来のリニアエンコーダの説明図、第４．第
５図は各々第３図の一部分の説明図、第６〜第８図は従
来のリニアエンコーダにおける出力信号波形の説明図で
ある。 図中、１０１は投光手段、５１は光源、５２はコリメー
ターレンズ、５３は主スケール、５４は副スケール、５
５は受光手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）投光手段からの光束をスリット状の透光部と遮光
   部を周期的に設けたパターンより成る主スケールに投光
   し、該主スケールを介した光束を該主スケールと同じ周
   期のパターンを有し、互いの位相関係が異なる複数の補
   助スケールを有する副スケールに投光し、該副スケール
   からの光束を受光手段で受光し、該受光手段からの出力
   信号を用いて該主スケールの相対的移動量を検出する際
   、該複数の補助スケールを該主スケールのスリット状の
   透光部と遮光部の並び方向と直交する方向に配置したこ
   とを特徴とするエンコーダ。