JPH0540046A

JPH0540046A - アブソリユ−ト・エンコ−ダ用照明装置

Info

Publication number: JPH0540046A
Application number: JP3221261A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Ono; 康大野; Takeshi Matsumoto; 豪松本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-08-07
Filing date: 1991-08-07
Publication date: 1993-02-19

Abstract

(57)【要約】【目的】１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ンとイ
ンクリメンタル・パタ−ンを１つの光源で共通に照明す
ると、１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ンの読取り
の信号のＳＮ比を確保できない。無理に該信号のＳＮ比
を確保しようとすると、符号板−センサ間のギャップを
極端に小さくする必要がある。本発明によれば、両方の
パタ−ンを１つの光源で共通に照明しつつも、符号板−
センサ間のギャップを大きく採れ、しかも１トラック型
アブソリュ−ト・パタ−ンの読取りの信号のＳＮ比が確
保される。【構成】光源と符号板の間に遮光板を配置する。遮光
板には、インクリメンタル・パタ−ン照明用開口とは別
にアブソリュ−ト・パタ−ン照明用開口を設けてある。
インクリメンタル・パタ−ン照明用開口は、該開口を通
じた照明光がアブソリュ−ト・パタ−ン読取りに関与し
ないように設けてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、符号板上のアブソリュ
−ト・パタ−ンおよびインクリメンタル・パタ−ンを光
学的に読取るために検出部に設けられ、両方のパタ−ン
を共通に照明するアブソリュ−ト・エンコ−ダ用照明装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アブソリュ−ト・エンコ−ダは、符号板
に対する検出部の位置情報をそれぞれの相対位置に固有
な絶対位置信号として出力する計測器であって、符号板
と検出部は相対移動可能に組合せられ、符号板には、絶
対位置信号の数字を特定の物理情報に置換えて連続的に
配置したアブソリュ−ト・パタ−ン、検出部には、該パ
タ−ンの物理情報を判別するセンサが設けられている。
アブソリュ−ト・エンコ−ダは外観上、帯状の符号板に
沿って検出部が直線的に移動するリニア型のものと、円
盤または円筒状の符号板に対して検出部が角移動するロ
−タリ−型のものとに大別されるが、いずれにせよアブ
ソリュ−ト・パタ−ン上に物理情報として記録された目
盛情報（絶対位置信号）を検出部のセンサにより直接に
読取り、再び数字に組立て直す計測器である。

【０００３】アブソリュ−ト・エンコ−ダとして、従来
は、それぞれピッチの異なる並列な複数本のインクリメ
ンタル・パタ−ンからなる多トラック型アブソリュ−ト
・パタ−ンを並列に読取って絶対位置信号を組立てる多
トラック型アブソリュ−ト・エンコ−ダが一般的であっ
た。また、パタ−ンの読取り方法としては、パタ−ンの
磁気的性質の差を磁気ヘッド（センサ）で判別して０、
１を読み取る方式も採用された。

【０００４】しかし、近年では、多トラック型に代って
１トラック型のものが、また、磁気的な読取り方法に代
えて光学的な読取り方法を採用したものが盛んに研究さ
れ実用化されている。１トラック型アブソリュ−ト・エ
ンコ−ダは、１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ンと
呼ばれる１本の不規則なパタ−ンによってアブソリュ−
ト・パタ−ンが構成されており、パタ−ン本数が少ない
分、多トラック型アブソリュ−ト・エンコ−ダに比較し
て機械構成が簡略で済み、機械全体の小型化および組立
ての自動化に有利である。また、光源とフォトセンサの
組合せによってパタ−ンの透明不透明を判別する光学的
な読取り方法は、複数のフォトセンサを１枚の基板上に
一括して形成したセンサアレイ、および該センサアレイ
の複数のフォトセンサを共通に一括照明するコリメ−ト
レンズ付き光源を採用すれば、部品点数が大幅に削減さ
れるとともに、従来の磁気的な読取り方法に比較して高
い分解能とＳＮ比を可能にしている。

【０００５】１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ン
は、全周期系列やＭ系列等の特殊な二値数列の１と０を
２種類の最小読取り単位（透明不透明）に置換えて１列
に並べたものであって、該パタ−ン上で連続して隣接し
た所定複数個の最小読取り単位をそれぞれ独立に読取っ
て二進数を組立てることにより、該パタ−ン上の最小読
取り単位の個数だけの絶対位置を相互に判別する絶対位
置信号が得られる。該信号は「それぞれ異なるが順序は
全くでたらめな二進数」に過ぎないが、安価に得られる
近年の半導体メモリ素子を用いてバイナリ−コ−ドのよ
うな規則正しい絶対位置信号に１対１変換することがで
きる。

【０００６】ところで、一般的な１トラック型アブソリ
ュ−ト・エンコ−ダにおける符号板には、１トラック型
アブソリュ−ト・パタ−ンと並列にインクリメンタル・
パタ−ンが配置される。このインクリメンタル・パタ−
ンは、１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ンの最小読
取り単位長さをλ、自然数をｎとして、ピッチλまたは
ピッチλ／２ⁿ の単純な０、１の等間隔の繰返しパタ−
ンであって、１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ン
の読取り時期を制御する、または、最小読取り単位長
さを分割してさらに細かい刻みで絶対位置信号を組立て
る、ために用いられる。

【０００７】本願出願人は、先に、特願平２−２０１３
１３号において、インクリメンタル・パタ−ンを用い
て１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ンの読取り時期
を制御する技術、インクリメンタル・パタ−ンの複数
ピッチに該パタ−ンの一部からなるマスクを重ねて一括
検出する技術、およびアブソリュ−ト・パタ−ン読取
り用照明装置として半導体レ−ザを用いる技術、を紹介
している。ここでは、１トラック型アブソリュ−ト・パ
タ−ンに対して最小読取り単位長さλの１／２の間隔で
配置した２個のセンサをインクリメンタル・パタ−ンの
０、１に応じて切り替えることにより、最小読取り単位
の境界領域を避けたパタ−ン読取りを可能にしている。
また、インクリメンタル・パタ−ンの周期性に鑑みて、
インクリメンタル・パタ−ンにマスクを重ねてインクリ
メンタル・パタ−ンの複数ピッチにおける照明光の透過
量を検出し、インクリメンタル・パタ−ン読取りのＳＮ
比を向上させている。さらに、１トラック型アブソリュ
−ト・パタ−ンにはの技術を応用できない点を鑑み
て、点光源性の高い半導体レ−ザを採用して１トラック
型アブソリュ−ト・パタ−ン読取りの信号のＳＮ比を向
上させている。

【０００８】本願出願人は、また、特願平２−１８７９
８８号において、インクリメンタル・パタ−ンを用い
て最小読取り単位長さを分割する技術を紹介している。
ここでは、最小読取り単位長さに等しいピッチのインク
リメンタル・パタ−ンを検出して得た疑似正弦波を位相
分割して、該パタ−ンの１ピッチ内の位置を相互に判別
する細かい刻みの補助信号を作成し、１トラック型アブ
ソリュ−ト・パタ−ンから得た絶対位置信号に該補助信
号を組合せて出力している。

【０００９】本願出願人は、さらに、特願平２−４０６
１９４号において、１トラック型アブソリュ−ト・パ
タ−ンとインクリメンタル・パタ−ンに対して共通な読
取り用照明装置を設ける技術を提案している。ここで
は、１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ン検出用セン
サアレイおよびインクリメンタル・パタ−ン検出用フォ
トセンサに対し、符号板を介して共通な光源が配置さ
れ、必要な際に光源を強く発光させて１トラック型アブ
ソリュ−ト・パタ−ンから初期値を蓄え、通常は光源を
弱く発光させてインクリメンタル・パタ−ンを読取って
初期値に加算減算して刻々の絶対位置信号を出力してい
る。これにより、光源の消費電力が節約される。

【００１０】図６は、光学式１トラック型アブソリュ−
ト・エンコ−ダにおけるパタ−ン検出方法の説明図であ
って、(a) は１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ンの
検出方法、(b) はインクリメンタル・パタ−ンの検出方
法を示す。これらは、前記特願平２−１８７９８８号、
特願平２−２０１３１３号、および特願平２−４０６１
９４号の発明に共通する従来の方法である。

【００１１】図６(a) において、符号板Ａには最小読取
り単位長さλの１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ン
Ｐが、検出部Ｂには光源Ｒ１、コリメ−トレンズＬおよ
びセンサアレイＧが配置されている。センサアレイＧ
は、連続してピッチλで配列した８個のフォトセンサＳ
１〜Ｓ８を１枚の基板上に一括形成したものである。こ
こで、センサＳ１〜Ｓ８の汚染や破損を防ぐためには、
センサアレイＧと符号板の間に透明な保護板を配置する
のが好ましい。

【００１２】このように構成された検出部Ｂでは、光源
Ｒ１から射出された照明光がコリメ−トレンズＬを経て
平行光線として符号板Ａに入射し、パタ−ンＰをそのま
まセンサアレイＧのセンサＳ１〜Ｓ８の上に投影する。
センサＳ１〜Ｓ８は、連続８個の最小読取り単位の投影
像のそれぞれについてパタ−ンＰの透明不透明に応じた
信号０、１を出力する。

【００１３】ここで、例えば、センサＳ５に相当する最
小読取り単位の投影像の半影部分が両隣のセンサＳ４、
Ｓ６にまで達していると、センサＳ５自身の出力が低下
する一方でセンサＳ４、Ｓ６の出力が上昇してしまい、
結果として０、１を読取った信号のＳＮ比が低下する。
該半影部分は、符号板Ａ（パタ−ンＰ）と検出部Ｂ（セ
ンサＳ１〜Ｓ８）の間の距離に正比例して拡大する。し
かし、例えば、半導体レ−ザのような点光源性の高い光
源を採用すれば、最小読取り単位の投影像における半影
部分が小さくて済み、読取り信号のＳＮ比は高く維持さ
れる。従って、１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ン
の検出部Ｂにおいては、１個の最小読取り単位の半影部
分が両隣のセンサにかからないように、光源Ｒ１の点光
源性に応じて、パタ−ンＰとセンサＳ１〜Ｓ８との間隔
を相当に小さく設定する必要がある。

【００１４】図６(b) において、符号板Ａにはピッチλ
のインクリメンタル・パタ−ンＩが形成され、検出部Ｂ
には光源Ｒ２、コリメ−トレンズＬ１、マスクＭ、コリ
メ−トレンズＬ２およびセンサＳが配置されている。マ
スクＭは、パタ−ンＩを５ピッチ分だけ透明基板上に形
成したものである。

【００１５】このように構成された検出部Ｂでは、光源
Ｒ２から射出された照明光がコリメ−トレンズＬ１、マ
スクＭを経てストライプ状の平行光線として符号板Ａに
入射し、該ストライプ状の平行光線のうちでパタ−ンＩ
を透過できた部分だけがコリメ−トレンズＬ２を経てセ
ンサＳに入射する。センサＳは、マスクＭのパタ−ンと
パタ−ンＩの重なり具合、すなわちピッチλ内の位相位
置に応じて上昇下降する三角波を出力し、該三角波のピ
−クはパタ−ンＩの５ピッチ分の受光量にも相当してい
る。

【００１６】この場合、センサＳは、マスクＭのパタ−
ンとパタ−ンＩとの重なりの透過光量を検出している。
従って、センサＳは、パタ−ンＩの５ピッチ分の光量を
検出することで出力を高くでき、その分読取り信号のＳ
Ｎ比を高くすることも可能である。そのため、インクリ
メンタル・パタ−ンを読取る際は、高分解能が求められ
る場合でもアブソリュ−トパタ−ンを読取るときのよう
な照明光の光源に対する高い点光源性は必要とされてい
なかった。

【００１７】特に、本願出願人が特願平２−１８７９８
８号において提案したように、インクリメンタル・パタ
−ンの検出信号を正弦波とみなして位相分割するような
場合、前記検出信号はできるだけ正弦波に近い形で出力
されることが望ましいから、光源Ｒ１の点光源性を低
く、符号板とセンサＳとの間隔を大きくして、センサＳ
の受光量のピ−クを落し（パタ−ンＩの投影像がぼけて
センサＳからはみ出す）てさえいる。

【００１８】以上のように、特願平２−１８７９８８
号、特願平２−２０１３１３号、特願平２−４０６１９
４号に共通な背景として、インクリメンタル・パタ−ン
については、規則性を利用した検出方法を採用すれば高
分解能なパタ−ンに対しても通常の光源で十分対応でき
るが、パタ−ンの規則性を欠き、しかも連続して隣接し
た多数の最小読取り単位をそれぞれ独立に読取る必要が
ある１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ンについて
は、検出の点からパタ−ンの高分解能化が困難であり、
高分解能なパタ−ンに対しては点光源性の高い特殊な光
源が必須であることが理解できる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、１トラック
型アブソリュ−ト・パタ−ンとインクリメンタル・パタ
−ンを並列に符号板に配置した光学式１トラック型アブ
ソリュ−ト・エンコ−ダにおいては、前記特願平２−４
０６１９４号にも記載されるように、消費電力を節約
し、部品点数を削減するために両方のパタ−ンに対して
共通な光源を設けるのが好ましい。また、部品点数およ
び組立て工数を削減するためにインクリメンタル・パタ
−ン検出用センサとアブソリュ−ト・パタ−ン検出用セ
ンサとを同一基板上に一括形成してセンサ全体を１チッ
プ化するのも好ましい。

【００２０】しかし、共通な光源を採用する場合、イン
クリメンタル・パタ−ンについては読取り信号のＳＮ比
が容易に確保されるものの、１トラック型アブソリュ−
ト・パタ−ンについては、光源の点光源性および符号板
−センサ間隔に対する制約が大きく、マスクを挿入する
スペ−スを確保するために符号板とセンサとの間隔を拡
大すると、センサ上におけるアブソリュ−ト・パタ−ン
の投影像の半影部分が拡大して読取り信号のＳＮ比が低
下する。従って、インクリメンタル・パタ−ン検出用セ
ンサとアブソリュ−ト・パタ−ン検出用センサを検出部
に別々のレベルで配置するしかなく、両者を一括形成し
た１チップ型センサを採用できない。

【００２１】一方、アブソリュ−ト・パタ−ン読取り信
号のＳＮ比を確保するために符号板−センサ間隔を縮小
すると、符号板とセンサの直接接触や両者間の間隙にお
ける異物巻込みの可能性が増し、センサ保護板を配置す
るスペ−スも失われて、アブソリュ−ト・エンコ−ダの
寿命と信頼性が損なわれる。また、インクリメンタル・
パタ−ンの検出信号が三角波状に近くなり、正弦波の状
態から遠ざかるため、該信号を位相分割した際の誤差が
大きくなるという問題も生じてしまった。

【００２２】本発明は、上記課題を解決することを目的
とする。すなわち、１トラック型アブソリュ−ト・パタ
−ンとインクリメンタル・パタ−ンに対して共通な光源
を採用して、しかも、符号板−センサ間の間隔を大きく
採ることが可能なアブソリュ−ト・エンコ−ダ用照明装
置を提供することを目的としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的のために、本発
明では、１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ンの照明
光の光源とインクリメンタル・パタ−ンの照明光の光源
を共用するアブソリュ−ト・エンコ−ダ用照明装置にお
いて、前記両パタ−ンと光源との間に前記アブソリュ−
ト・パタ−ンを照明するための第１の開口と前記インク
リメンタル・パタ−ンを照明するための第２の開口とを
有する遮光手段を設けた。

【００２４】また、１トラック型アブソリュ−ト・パタ
−ンの照明光の光源とインクリメンタル・パタ−ンの照
明光の光源を共用するアブソリュ−ト・エンコ−ダ用照
明装置において、前記両パタ−ンと光源との間に前記照
明光の光軸を中心として開口領域を調節できる開口を有
する遮光手段を設けた。

【００２５】

【作用】請求項１のアブソリュ−ト・エンコ−ダ用照明
装置においては、１トラック型アブソリュ−ト・パタ−
ンとインクリメンタル・パタ−ンに対して、符号板を介
して、共通な読取り用の光源が設けられるが、遮光板に
設けたアブソリュ−ト・パタ−ン照明用開口により、１
トラック型アブソリュ−ト・パタ−ンについては点光源
性の高い光束が確保される。一方、インクリメンタル・
パタ−ンについてはインクリメンタル・パタ−ン照明用
開口を通じた点光源性の低い光束により照明される。イ
ンクリメンタル・パタ−ン照明用開口は、該開口を通じ
た光束がアブソリュ−ト・パタ−ン検出用センサに入射
することの無い位置に設け、該光束がセンサ上における
アブソリュ−ト・パタ−ン投影像の半影部分を拡大しな
いようにしている。遮光手段は、光源と符号板の間の任
意の空間位置、例えば、光源表面、光源と符号板の中間
位置、コリメ−トレンズ表面等に配置することができ
る。ここで許容される符号板（アブソリュ−ト・パタ−
ン）とセンサの距離は、アブソリュ−ト・パタ−ン照明
用開口を通じた光束による、センサ上における最小読取
り単位の投影像の半影部分を計算して定めることができ
る。

【００２６】請求項２のアブソリュ−ト・エンコ−ダ用
照明装置においては、照明光の光軸を中心とする比較的
強い光束によって１トラック型アブソリュ−ト・パタ−
ンが照明される。また、より外側に環状に形成した開口
を通じた比較的弱い光束によってインクリメンタル・パ
タ−ンが照明される。

【００２７】請求項３のアブソリュ−ト・エンコ−ダ用
照明装置においては、コリメ−トレンズの外側を通るよ
うに進む光束が除去されるから、該光束が周囲の壁面等
に反射してインクリメンタル・パタ−ン検出用センサま
たは１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ン検出用セン
サに入射することがない。

【００２８】請求項４のアブソリュ−ト・エンコ−ダ用
照明装置においては、１トラック型アブソリュ−ト・パ
タ−ンを読取る際に、遮光手段の照明用開口を絞って点
光源性の高い光束を選択して１トラック型アブソリュ−
ト・パタ−ンを照明する。１トラック型アブソリュ−ト
・パタ−ンを読取らない期間は照明用開口をより大きく
開いて、より大きな光量でインクリメンタル・パタ−ン
も照明する。

【００２９】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。

【００３０】図１は、第１実施例のアブソリュ−ト・エ
ンコ−ダ用照明装置を側面から見た模式図である。ま
た、図２は、図１のアブソリュ−ト・エンコ−ダの部分
的な平面図であって、(a) は符号板、(b) は保護板、
(c) は受光素子を示す。ここでは、１トラック型アブソ
リュ−ト・パタ−ンおよびインクリメンタル・パタ−ン
を共通なＬＥＤにより照明して１チップ型の受光素子６
により読取る。該受光素子６は、遮光板の略中央部に設
けた円形の絞り開口３Ａからはアブソリュ−ト・パタ−
ン読取り用の照明光を、絞り開口３Ａの外側の環状の絞
り開口３Ｉからはインクリメンタル・パタ−ン読取り用
の照明光をそれぞれ得ている。

【００３１】図１において、符号板４の下面には、図２
(a) に見られるように、２本の１トラック型アブソリュ
−ト・パタ−ン４Ａ、４Ｂと、２本のインクリメンタル
・パタ−ン４Ｉ、４Ｊとが形成されている。パタ−ン４
Ａ、４Ｂ、およびパタ−ン４Ｉ、４Ｊは、それぞれ透
明、不透明を反転したパタ−ンである。光源側の検出部
７Ｌには、４本のパタ−ン４Ａ、４Ｂ、４Ｉ、４Ｊに対
して共通なＬＥＤ１（発光ダイオ−ド）と、アブソリュ
−ト・パタ−ン４Ａ、４Ｂ用の絞り開口３Ａおよびイン
クリメンタル・パタ−ン４Ｉ、４Ｊ用の絞り開口３Ｉを
設けた遮光板３と、ＬＥＤ１に焦点を一致させた平行光
線を得るための非球面コリメ−トレンズ２とが配置され
る。

【００３２】一方、センサ側の検出部７Ｓには、図２
(b) に見られるように、インクリメンタル・パタ−ン４
Ｉ、４Ｊ検出用のインデックス・スケ−ル（マスク）５
Ｉ、５Ｊ、５Ｋ、５Ｌおよび１トラック型アブソリュ−
ト・パタ−ン４Ａ、４Ｂ検出用の透明部５Ａ、５Ｂを設
けた保護板５と、図２(c) に見られるように、同一基板
上に、パタ−ン４Ｉ、４Ｊ検出用のセンサ６Ｉ、６Ｊ、
６Ｋ、６Ｌおよびパタ−ン４Ａ、４Ｂ検出用のセンサア
レイ６Ａ、６Ｂを一括形成した受光素子６とが配置され
ている。配線８は、受光素子６のセンサ６Ｉ、６Ｊ、６
Ｋ、６Ｌおよびセンサアレイ６Ａ、６Ｂから信号を取り
出すためのものである。

【００３３】遮光板３には、略中心に円形の絞り開口３
Ａ、絞り開口３Ａの周囲に同心円の環状の絞り開口３Ｉ
を設けてあって、絞り開口３Ａと絞り開口３Ｉの間の環
状の遮光部の幅は、絞り開口３Ｉを通過した照明光がセ
ンサアレイ６Ａ、６Ｂに入射することがないように定め
てある。

【００３４】このように構成されたアブソリュ−ト・エ
ンコ−ダにおいては、図２(a) に示されるように、絞り
開口３Ａを通じた点光源性の高い光束１Ａによってのみ
パタ−ン４Ａ、４Ｂが照明されることとなり、センサア
レイ６Ａ、６Ｂ上には半影部分の小さいパタ−ン４Ａ、
４Ｂの投影像が形成され、センサアレイ６Ａ、６Ｂの読
取り信号のＳＮ比が確保される。一方、パタ−ン４Ｉ、
４Ｊについては、絞り開口３Ｉを通過したあまり点光源
性の高くない光束１Ｉによって照明されるが、わずかな
距離を隔てて対向するパタ−ン４Ｉ、４Ｊとインデック
ススケ−ル５Ｉ、５Ｊの重なりを透過する光量を多数ピ
ッチ分まとめて検出するので十分な読取り信号のＳＮ比
が確保される。

【００３５】図３は、図１の光源側の検出部７Ｌの拡大
図である。ここでは、第１実施例における各部の寸法の
決め方を説明する。

【００３６】図１、図３において、レンズ２の焦点距離
をｆ、遮光板３−レンズ２間の距離をｌ₁ 、レンズ２−
受光素子６間の距離をｌ₂ 、符号板４−受光素子６間の
距離をｇとする。また、遮光板３の絞り開口３Ａの半径
をｒ₁ 、絞り開口３Ｉの内側および外側の半径をそれぞ
れｒ₂ 、ｒ₃ 、ＬＥＤ１の半径をｓ₁ 、レンズ２の開口
半径をｄとする。

【００３７】半径ｒ₁ の絞り開口３Ａから出射してレン
ズ２を通過した光線の最大傾き角度θ_a は、θ_a ＝tan
^-1(r₁／l₁) である。この光線がパタ−ン４Ａに照射さ
れると受光素子６面上にパタ−ン４Ａのエッジを通過し
た光線がθ_a の角度を持って内側に入ってくる。この量
をΔλとするとΔλ＝ｇtan θ_a 、従ってΔλ＝(r₁ ／
l₁) ｇとなる。

【００３８】Δλは１トラック型アブソリュ−ト・パタ
−ンの最小読取り単位の１／４までであれば信号を正し
く出力することができるので、λ／４＝(r₁ ／l₁) ｇ、
従って絞り開口３Ａの半径ｒ₁ は、 r₁＝l₁λ／４ｇ …(1) にて決定される。

【００３９】次に、絞り開口３Ｉの内側の半径ｒ₂ であ
るが、図３のＬＥＤ１から発し、かつr₁より小さい部分
を通過して受光素子６面で光軸から最も近いところと、
ＬＥＤ１から発する光線のうちで遮光板３の光軸からr₂
の位置を通過して受光素子６面で最も光軸に近いところ
を一致させる（図１の地点１１）ことでr₂を求めてい
る。

【００４０】ＬＥＤ１の点ａから遮光板３のr₁の位置を
通過して受光素子６面に到達する位置の光軸からの距離
は、 (s₁ −r₁)f／(f−l₁) ＋ (l₂／l₁) r₁−s₁ …(2) となる。もう一方のｂ点からの光線も同様に計算する
と、 f(r₂−s₁) ／(f−l₁) ＋s₁−s₁l₂／f …(3) となる。ここで、(2) と(3) は同一点１１であるから、 r₂＝２s₁−r₁＋［(l₂r₁)／(l₁f) −(s₁ ／f)( ２−l₂／f)］(f−l₁) …(4) となる。

【００４１】次に、絞り開口３Ｉの外側の半径ｒ₃ を求
める。この半径ｒ₃ は、ＬＥＤ１のｂ点から発してコリ
メ−トレンズ２の最外径の地点１５に入射する光線と、
遮光板３とが交わる点を計算することにより求められ
る。これにより、半径ｒ₃ より外側に拡がってコリメ−
トレンズ２に入射しない光束を遮光できるので、該光束
が照明装置内部の壁面等で反射して検出部に設けられた
各センサに入射するのを防止できる。レンズ２の有効半
径をｄとすればｒ₃ は、 r₃＝(f−l₁)(d −s₁) ／f ＋s₁ …(5) となる。ｒ₂ より大きく、ｒ₃ より小さい部分を通過す
る光はインクリメンタル・パタ−ンを照明し、その光線
の最大傾き角θ_i は、 θ_i ＝tan^-1 s₁／f …(6) である。

【００４２】１トラック型アブソリュ−ト・エンコ−ダ
は、アブソリュ−ト・デ−タを検出する際に読み誤りを
防止するためにインクリメンタル・トラックの信号が必
要である。このインクリメンタル・パタ−ンは、繰返し
パタ−ンのある符号板と同じピッチの繰返しパタ−ンの
あるインデックス・パタ−ンとを重ねてインデックス・
スケ−ル全体を通過してきた光の強弱でインクリメンタ
ル信号としている。符号板とインデックス・パタ−ンの
間隔は、パタ−ンのピッチにもよるが通常０．１〜０．
５mm程度である。

【００４３】一方、アブソリュ−ト・パタ−ンを検出す
るには、トラック方向に並んだ１ピッチ幅もしくは１／
２ピッチ幅の検出素子で１個ずつ読取る。このときのア
ブソリュ−ト・パタ−ン検出素子とアブソリュ−ト・パ
タ−ンとの間隔を、スケ−ル・パタ−ンとインクリメン
タル・パタ−ンを読むための検出素子との距離と等しく
なるようにしている。そのために本実施例では、アブソ
リュ−ト部分のスケ−ルと検出素子との距離（保護板５
の厚さと配線８のためのスペ−スとを加えた量）ｇを大
きくしてもアブソリュ−ト・パタ−ンが正確に読めるよ
うにするために、遮光板３の内側の絞り開口により、最
大傾き角度θa の小さい光線のみでアブソリュ−ト・パ
タ−ンを照明した。

【００４４】一方、インクリメンタル・パタ−ンは、従
来の光で十分検出できるので外側の絞り開口を通過して
きた光を用いて検出する。このとき、なるべく光量を増
すために、アブソリュ−ト検出部分に光が入らないぎり
ぎりまで小さくしている。

【００４５】ここで、ＬＥＤの半径ｓ₁ を０．２mm、レ
ンズ２の焦点距離ｆを１０mm、パタ−ンＡ、Ｂの最小読
取り単位長さλを６４μm 、ギャップｇを２mm、距離l₂
を８mm、距離l₁を９mmとすると、式(1) 、(4) により絞
りの半径ｒ₁ 、ｒ₂ は、 r₁＝９×０．０６４／（４×２）＝０．０７２（mm） r₂＝２×０．２−０．０７２＋［８×０．０７２／（９×１０） −（０．２／１０）（２−８／１０）］（１０−９）＝０．３１０４（mm）となる。

【００４６】以上の計算で求めたｒ₁ 、ｒ₂ 、ｒ₃を有
する遮光板をＬＥＤの発光点の位置に配置すれば、検出
素子６上にはアブソリュ−ト・パタ−ンの影が形成され
る。このアブソリュ−ト・パタ−ンが配置できる範囲
は、図１の点９を光軸として１１の地点の内側であり、
点９と点１１の距離は式(2) 、(3) により、（０．２−０．０７２）×１０／（１０−９）＋８×０．０７２／９ −０．２＝１．１４４（mm）である。従って、アブソリュ−ト部分は、光軸中心より
半径１．１４４mm以内に配置されればよい。

【００４７】インデックス・パタ−ンは、図１の点１２
から点１３の範囲の光を使用することが望ましい。点１
１から点１２の部分は暗いのでできれば使用しない。点
１２の位置は、r₂f ／(3f −l₁) で表わされ、半径で
３．１０４mmとなる。レンズ２の有効半径は５mmとして
あるので、インクリメンタル・パタ−ンは半径で３．１
から５mmの間に配置されればよい。このときのスケ−ル
・パタ−ンを上方から見たものが図２(a) である。中央
にアブソリュ−ト・パタ−ン４Ａと、その反転パタ−ン
４Ｂがあり、その両側にインクリメンタル・パタ−ン４
Ｉ、４Ｊが配置されている。パタ−ン４Ｉ、４Ｊは片方
だけでもよいが、本実施例では受光素子の面積を大きく
して大きな光電流を得ることを目的として２本としてい
る。図２(b) のインデックススケ−ル５Ｉ、５Ｊ、５
Ｋ、５Ｌはそれぞれ位相が０度、９０度、１８０度、２
７０度の信号を検出するためのものである。図２(b)
は、保護板５を光源側から見た図で、インデックススケ
−ル５Ｉ、５Ｊ、５Ｋ、５Ｌとアブソリュ−ト・パタ−
ンを検出するための窓５Ａ、５Ｂが開いている。

【００４８】図４は、第２実施例のアブソリュ−ト・エ
ンコ−ダにおける部分的な平面図であって、(a) は符号
板、(b) は保護板を示す。また、図５は、インデックス
スケ−ルの平面図である。ここでは、ピッチの異なる２
本のインクリメンタル・パタ−ンが用いられ、ピッチの
大きな方のインクリメンタル・パタ−ンを位相分割して
細かい刻みの絶対位置信号を得るようにしている。

【００４９】図４(a) において、符号板２４には、第１
実施例と同じ２本のアブソリュ−ト・パタ−ン２４Ａ、
２４Ｂと、ピッチを６４μm および１６μm としたイン
クリメンタル・パタ−ン２４Ｉ、２４Ｊとが配置されて
いる。このスケ−ルは、６４μm のインクリメンタル・
パタ−ン２４Ｉを電気的に８分割し、さらに１６μmの
インクリメンタル・パタ−ン２４Ｊと位相調整すること
により、１６μm のアブソリュ−ト・スケ−ルとした。
さらにその１６μm を位相分割で１６０分割しているの
で、０．１μm 読みのアブソリュ−ト・スケ−ルとな
る。これは、本願出願人が特願平２−１８７９８８号に
おいて提案した方法による。この方式においては、１６
μm と６４μm のパタ−ン２４Ｉ、２４Ｊ両者共に分割
するために正弦波を得る必要があるが、１６μm のスケ
−ルで正弦波を出そうと図５(a) に示されるインデック
ス・スケ−ルとスケ−ルのギャップを設定すると６４μ
m のスケ−ルでは三角波となる。一方、６４μm のスケ
−ルで正弦波を出すと１６μm の波形が全く出ない。よ
って、ギャップは１６μm で正弦波が出力されるように
設定し、６４μm 用のインデックススケ−ルを図５(b)
のように正弦波状のパタ−ンを作ることで６４μm の正
弦波を作っている。

【００５０】ところで、本願出願人が特願平２−４０６
１９４号で提案したように、近年では電源投入時等にの
み１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ンを読取るが、
通常はインクリメンタル・パタ−ンのカウントを行うも
のが一般的である。そこで、遮光板に開口量を自在に可
変できる絞り機構を設け、電源投入時等、要求信号入力
時のみ絞り開口の半径を前記ｒ₁ にまで絞りこみ、その
後は前記ｒ₃ あるいは全開としてインクリメンタル信号
を検出するようにしてもよい。これによりインクリメン
タル信号の検出における光量が増し、第１、第２実施例
よりも高速動作が可能となる。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、１トラック型アブソリ
ュ−ト・パタ−ンの照明光の光源とインクリメンタル・
パタ−ンの照明光の光源を共用したまま、精度を低下さ
せることなく符号板とセンサとの間隔を拡げることがで
きる。また、１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ン検
出用センサとインクリメンタル・パタ−ン検出用センサ
とを同一基板上に設けることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のアブソリュ−ト・エンコ−ダ用照
明装置の模式図である。

【図２】図１のアブソリュ−ト・エンコ−ダの部分的な
平面図である。

【図３】図１のアブソリュ−ト・エンコ−ダの部分的な
拡大図である。

【図４】第２実施例のアブソリュ−ト・エンコ−ダの部
分的な平面図である。

【図５】第２実施例のアブソリュ−ト・エンコ−ダのイ
ンデックススケ−ルの平面図である。

【図６】従来例のアブソリュ−ト・エンコ−ダにおける
パタ−ン検出方法を示す概略図である。

【符号の説明】

１ＬＥＤ２非球面コリメ−トレンズ３絞り板４符号板５保護板６受光素子３Ａ絞り開口３Ｂ絞り開口４Ａ１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ン４Ｂ１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ン４Ｉインクリメンタル・パタ−ン４Ｊインクリメンタル・パタ−ン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ン
の照明光の光源とインクリメンタル・パタ−ンの照明光
の光源を共用するアブソリュ−ト・エンコ−ダ用照明装
置において、前記両パタ−ンと光源との間に前記アブソ
リュ−ト・パタ−ンを照明するための第１の開口と前記
インクリメンタル・パタ−ンを照明するための第２の開
口とを有する遮光手段、を設けたことを特徴とするアブ
ソリュ−ト・エンコ−ダ用照明装置。
【請求項２】前記第１の開口の中心が前記照明光の光
軸と略一致して設けられ、前記第２の開口が前記第１の
開口の外側に環状に設けられていることを特徴とする請
求項１のアブソリュ−ト・エンコ−ダ用照明装置。
【請求項３】前記照明光を平行光にするコリメ−トレ
ンズを有し、前記遮光手段が前記コリメ−トレンズに入
射しない照明光を遮光することを特徴とする請求項１、
２いずれかのアブソリュ−ト・エンコ−ダ用照明装置。
【請求項４】１トラック型アブソリュ−ト・パタ−ン
の照明光の光源とインクリメンタル・パタ−ンの照明光
の光源を共用するアブソリュ−ト・エンコ−ダ用照明装
置において、前記両パタ−ンと光源との間に前記照明光
の光軸を中心として開口領域を調節できる開口を有する
遮光手段を設けたことを特徴とするアブソリュ−ト・エ
ンコ−ダ用照明装置。