JPH11132793A - エンコーダの原点位置検出装置 - Google Patents

エンコーダの原点位置検出装置

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JPH11132793A
JPH11132793A JP31130997A JP31130997A JPH11132793A JP H11132793 A JPH11132793 A JP H11132793A JP 31130997 A JP31130997 A JP 31130997A JP 31130997 A JP31130997 A JP 31130997A JP H11132793 A JPH11132793 A JP H11132793A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学式エンコーダにおいて、ノイズの影響を
受けることない精度の良い原点信号を得る。 【解決手段】 光学系1から入射角θ1で投射された平
行光束は、メインスケール4に垂直に設置された反射部
2で反射され、受光部3に入射する。メインスケール4
が矢印X方向に移動すると、反射部2は、位置Aから位
置Bに移動し、反射光は、受光部3の位置aから位置b
に移動する。このときの受光部3の出力波形は、波形a
1及び波形b2となるので、これらより原点信号cを得る
ことができる。前記構成によれば、受光部3上を走査す
る光束は1μm以下の分解能で検出可能となる。また、
入射角θ1を小さくすることにより、更に分解能を高め
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンコーダの原点
位置検出装置に関し、より詳細には、光反射部がメイン
スケールに、メインスケールの移動方向と垂直に設置さ
れるとともに、光学系が前記反射部に対して所定の角度
で光照射を行うよう設置されたエンコーダの原点位置検
出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の光学式エンコーダ原点位置検出装
置として、メインスケールとインデックススケールが対
向配置され、メインスケールは乱数パターンと窓ピッチ
パターンを有し、インデックススケールは乱数パターン
と窓を有しており、メインスケールが移動するとき、光
源からの照射光がインデックススケールとの相対的位置
関係によって通過又は遮断され、このとき、乱数パター
ン,窓ピッチパターン,窓を通過して受光され光電変換
された出力から原点位置を検知する装置が公知(特開平
5−296797号公報)である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような2つのスケ
ールを対向配置する形式のエンコーダにおいては、2つ
のスケールの間隔を10μm以下に制御する必要があ
り、また、2つのスケール相互の傾きによりノイズの発
生や原点信号の誤差が発生するという問題点があった。
さらに、1つのスケール(インデックススケール)で、
1ヵ所の原点信号しか検出できないため位置決めの際、
不便である等の問題点があった。
【0004】本発明は、上述のような実情に鑑みてなさ
れたもので、光反射部がメインスケールに、メインスケ
ールの移動方向と垂直に設置され、光源を含む光学系が
前記反射部に対して所定角度で光照射を行うよう設置さ
れ、また、前記反射部並びに該反射部に対応する光電変
換器が複数設けられたエンコーダの原点検出装置を提供
するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、可動
体の変位に応じた電気信号を出力するエンコーダにおい
て、光源からの光を平行光束にする光学系と、該光学系
からの平行光束を反射する反射部と、該反射部を有する
メインスケール手段と、前記反射部からの平行光束を光
電変換する受光手段とを有し、前記反射部は前記メイン
スケール手段に該メインスケール手段の移動方向に対し
垂直に設置し、前記光学系は前記反射部に対し前記平行
光束が所定の角度で照射するよう設置したことを特徴と
し、もって、ノイズの影響を受けない精度の良い原点信
号を得るようにしたものである。
【0006】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記メインスケール手段に該メインスケールの移動
方向に対し垂直、かつ異なる角度で複数の反射部を設置
し、前記複数の反射部のそれぞれに対応する光電変換器
を有する受光手段を設置したことを特徴とし、もって、
複数の原点位置を検出するようにしたものである。
【0007】請求項3の発明は、請求項1又は2の発明
において、前記受光手段は、光位置に応じた電圧レベル
を出力する光位置検出器であることを特徴とし、もっ
て、スケール位置の絶対位置を連続して検出するように
したものである。
【0008】請求項4の発明は、請求項1又は2の発明
において、前記受光手段は、2次元の光位置に応じた電
圧レベルを出力する光位置検出器であることを特徴と
し、もって、反射部の判別とメインスケールの位置を検
出するようにしたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
(請求項1の発明)図1(A)は、本発明の一実施例を
説明するためのエンコーダの原点位置検出装置の概略構
成図で、図中、1は光学系、2は反射部、3は受光部、
4はメインスケールである。
【0010】光学系1は反射部2に光束を照射するため
の光発生部である光源を含み、光束はビーム径の小さい
平行光が好ましいため、光源としては半導体レーザを用
い、また、コリメータレンズにより平行光化させる構成
をとる。光源やレンズ構成として、LEDや他のレンズ
を用いても本発明の一般性は失われない。反射部2はメ
インスケール4にスケールの移動方向Xに対し垂直に取
り付けられ、鏡面を有するものであれば何でも使用で
き、ガラスにアルミ蒸着したミラー等が好ましい。受光
部3は反射部2で反射された光束を受光するためのもの
であり、光電変換機能を有するフォトダイオード(P
D)が好ましい。また、分解能の高い信号を得るために
2分割フォトダイオードの差信号を利用することが好ま
しい。A,Bは反射部2の位置を示しており、位置Aで
反射する光束は受光部3の位置aへ、位置Bで反射する
光束は位置bへ、それぞれ照射する。
【0011】図1(B)は、受光部3から得られる出力
信号及び該出力信号から得られた信号波形を表わす図
で、図中、a1及びb1はそれぞれ受光部3の位置a,b
の出力信号、a2及びb2は前記出力信号a1及びb1から
得たパルス信号波形、cはこれらパルス信号a2,b2
ら得た原点信号である。
【0012】光学系1から出射した平行光束は角度θ1
をもって反射部2に照射する。反射部2に照射された光
束は、さらに受光部3に照射する。メインスケール4が
移動し反射部2が位置Aから位置Bに移動したとき反射
部2に照射される光束の位置は受光部3の位置aから位
置bを走査する。このとき光束の走査する距離zは、z
=2x/tanθ1で与えられる。ただし、x:メイン
スケールの移動距離,θ1:反射部への入射光角度。受
光部3の受光面上を光束が走査すると、出力波形a1
1(図1(B))が得られる。これらの波形a1,b1
を点線で示したレベルでスライスすることによりパルス
信号a2,b2が得られ、これらの信号を図示しない演算
回路で処理することにより原点信号(z相)の信号cが
得られる。このような方法で受光部上を走査する光束は
1μm以下の分解能で検出が可能である。
【0013】さらに、反射部への入射角θ1を小さくす
ることで更に分解能を高めることが可能である。例え
ば、θ1を1°とすると分解能は約114倍になる。ま
た、本発明によると受光部では光束が走査している間、
信号を取得でき、ノイズとの分離が容易になる。さらに
引例のようにインデックススケールを用いないため精密
な位置合わせやスケール同士の接触による破損がない。
【0014】(請求項2の発明)図2(A)は、本発明
の他の実施例を説明するためのエンコーダの原点位置検
出装置の概略構成図で、図中、2′はメインスケールの
移動方向に対し角度を少しずつ変えることができる反射
ミラー(角度付き反射ミラー)を有する反射部である。
また、図2(B)は、図2(A)のエンコーダ原点位置
検出装置の側面図である。
【0015】反射部2′は上述のように角度を少しずつ
変えてメインスケール4に取り付けられている。このと
き反射部2′の位置,個数は原点信号として得たい分だ
け設置する。受光部3はそれぞれの反射部2′の光束を
受光できるように反射部2′の個数だけ設置する。受光
部3はアレイ状のもの、例えば、フォトダイオードアレ
イが好ましく、このように設置することで反射部2′の
別により、別々の原点信号を検出することができる。
【0016】図2の装置は、メインスケールが長いとき
に特に有用である。従来はスケールが長くなっても原点
信号が1つしかないためエンコーダにより位置を決める
際、毎回原点復帰する必要があったが、本発明によると
近くの原点信号を得るだけですぐ位置決めが可能であ
る。
【0017】引例において多数の原点信号を得ようとす
ると異なる乱数スケールをインデックススケールとメイ
ンスケールの両方に備え、受光手段もその数に応じて設
置しなければならない。しかし、本発明では図2のよう
に反射部を多数設けそれぞれの角度を変えることで容易
に実施可能である。
【0018】(請求項3の発明)請求項3の発明は、図
1(A)において、受光部の2分割フォトダイオード
を、光位置に応じた電圧レベルを出力する光位置検出器
(以下、PSDという)に置き換えたものである。請求
項1の発明の実施例のように、メインスケール4と光学
系1,受光部3の位置が変化すると受光部3に照射され
る光束が受光面を走査する。このとき、PSDの電圧レ
ベルは光束の照射されている位置に応じた値となるた
め、請求項1及び2の発明のように原点の信号としてパ
ルス信号ではなく連続した信号を得ることができる。こ
のため、原点位置のほか、スケール位置の絶対位置を連
続して検出することが可能である。
【0019】(請求項4の発明)請求項4の発明は、図
2において、受光部の2分割フォトダイオードを2次元
のPSDとすることにより実施するものである。即ち、
図2における受光部3を前記PSDとする。実施例2の
ようにメインスケール4が移動するとき反射部2′の別
により、受光面を走査するY方向の位置が変化する。こ
のY方向の位置を一方の軸のPSDで検知することによ
り、その電圧レベルで、検出している反射部を判別する
ことができる。また、走査している光束の位置を他方の
軸のPSDで検出することにより、その電圧レベルで、
メインスケールの位置を検出することができるため、2
つの電圧レベルを組み合わせることにより広範囲の絶対
位置検出が可能である。
【0020】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、可動体の変位
に応じた電気信号を出力するエンコーダにおいて、光源
からの光を平行光束にする光学系と、該光学系からの平
行光束を反射する反射部と、該反射部を有するメインス
ケール手段と、前記反射部からの平行光束を光電変換す
る受光手段とを有し、前記反射部は前記メインスケール
手段に該メインスケール手段の移動方向に対し垂直に設
置し、前記光学系は前記反射部に対し前記平行光束が所
定の角度で照射するよう設置したので、ノイズの影響を
受けない精度の良い原点信号を得ることができる。
【0021】請求項2の発明によれば、請求項1の発明
の効果に加えて、前記メインスケール手段に該メインス
ケールの移動方向に対し垂直、かつ異なる角度で複数の
反射部を設置し、前記複数の反射部のそれぞれに対応す
る光電変換器を有する受光手段を設置したので、複数の
原点位置を検出することができ、そのため、位置決めの
際、遠くの原点まで復帰する必要がなくなる。
【0022】請求項3の発明によれば、請求項1又は2
の発明の効果に加えて、前記受光手段は、光位置に応じ
た電圧レベルを出力する光位置検出器であるので、スケ
ール位置の絶対位置を連続して検出することができる。
【0023】請求項4の発明によれば、請求項1又は2
の発明の効果に加えて、前記受光手段は、2次元の光位
置に応じた電圧レベルを出力する光位置検出器であるの
で、反射部の判別とともにメインスケールの位置を検出
することができ、そのため広範囲な絶対位置の検出がで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を説明するためのエンコー
ダの原点位置検出装置の概略構成図と出力波形図であ
る。
【図2】 本発明の他の実施例を説明するためのエンコ
ーダの原点位置検出装置の概略構成図である。
【符号の説明】
1…光学系、2…反射部、2′…反射部(角度付き反射
ミラー)、3…受光部、4…メインスケール、A,B…
反射部の位置、a,b…光束の位置、a1,b1…光束位
置a,bにおける出力信号、c…原点信号。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可動体の変位に応じた電気信号を出力す
    るエンコーダにおいて、光源からの光を平行光束にする
    光学系と、該光学系からの平行光束を反射する反射部
    と、該反射部を有するメインスケール手段と、前記反射
    部からの平行光束を光電変換する受光手段とを有し、前
    記反射部は前記メインスケール手段に該メインスケール
    手段の移動方向に対し垂直に設置し、前記光学系は前記
    反射部に対し前記平行光束が所定の角度で照射するよう
    設置したことを特徴とするエンコーダの原点検出装置。
  2. 【請求項2】 前記メインスケール手段に該メインスケ
    ールの移動方向に対し垂直、かつ異なる角度で複数の反
    射部を設置し、前記複数の反射部のそれぞれに対応する
    光電変換器を有する受光手段を設置したことを特徴とす
    る請求項1に記載のエンコーダの原点検出装置。
  3. 【請求項3】 前記受光手段は、光位置に応じた電圧レ
    ベルを出力する光位置検出器であることを特徴とする請
    求項1又は2に記載のエンコーダの原点検出装置。
  4. 【請求項4】 前記受光手段は、2次元の光位置に応じ
    た電圧レベルを出力する光位置検出器であることを特徴
    とする請求項1又は2に記載のエンコーダの原点検出装
    置。
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JP2012005221A (ja) * 2010-06-16 2012-01-05 Nidec Copal Electronics Corp 停止位置制御用モータ
EP2650654A1 (en) 2012-04-11 2013-10-16 Mitutoyo Corporation Encoder

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EP2650654A1 (en) 2012-04-11 2013-10-16 Mitutoyo Corporation Encoder
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