JPS61198020A - 基準点検出装置 - 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】 （ａ）、産業上の利用分母 本発明はパルスコーダ、インダクトシン、マグネスケー
ル等の位置検出装置における原点等の基準点の検出用に
用いるに好適な基準点検出装置に関する。

（ｂ）、従来の技術 従来、こうした位置検出装置における原点等の基準点の
検出は、光源及びフォトセンサを、外周部に多数のスリ
ットの穿設されたスリット円板等を介して設け、原点等
を表示する原点スリットを光学的に検出することにより
行ってきｔこ。

（Ｃ）９発明が解決しようとする問題点しかし、これで
は、スリットの形成精度上の限界（通常、エツチング加
工により形成される。）からＱ、５μｍ程度の測定精度
が限界であり、さらに測定精度を向上させるためには別
の測定原理を用いた基準点検出装置の開発の必要が有っ
た。

本発明は上記した事情に゛鑑み、スリット等の人為的に
加工された素子を光線が通過すること無く、従ってそう
した素子の加工精度に影響されることなく正確に基準点
を検出することの出来る基準点検出装置を提供すること
を目的とするものである。

（ｄ）０問題点を解決するための手段 即ち、本発明は、白色光源を有し、前記白色光源からの
光線を２つの光線に分割するビームスプリッタを設け、
前記分割された光線の一方の光線を外部に照射してその
反射光線を再度前記ビームスプリッタに入射させる導光
素子を設け、前記分割された光線の他方の光線を再度ビ
ームスプリッタに入射させる反射手段を設け、前記導光
素子により導かれる反射光線と前記反射手段から反射し
てきた光線が再結合した際の光強度を測定する光強度測
定手段を設けた、基準点センサを有し、更に、基準点を
検出すべき被検出物を基準点センサに対して相対的に移
動自在に設けると共に、前記被検出物上に前記基準点セ
ンサから照射される光線を基準点センサ側に反射し得る
ドッグを設け、前記基準点センサの光強度測定手段から
の信号から、光強度測定手段に入射する光線の強度の最
大ピークを検出して所定の信号を出力する基準点検出回
路を設けて構成される。

（ｅ）０作用 上記した構成により、本発明は、基準点センサと被測定
物のドッグとの間の距離が、所定の値になった時点で、
光強度測定手段を介して基準点検出回路が分光干渉現象
によるＯ縞を検出し、その位置を原点として検出するよ
うに作用する。

（ｆ）、実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明による基準点検出装置の一実施例が用い
られたリニアエンコーダの一例を示す制御ブロック図、
第２図は本発明の動作原理を示す基準点センサの一例を
示す図、第３図はフォトダイオードへの入光強度分布を
示す図、第４図はリニアエンコーダにおける信号処理態
様を示すタイムチャートである。

リニアエンコーダ１は、第１図に示すように、図中矢印
Ａ、Ｂ方向に連続した形で帯板状に形成されたパルスス
ケール２を有しておゆ、パルススケール２には図中紙面
と直角方向に短冊状に形成された多数のスリット２ａが
、矢印Ａ、、Ｂ方向に等間隔に配列された形で貫通穿設
されている。パルススケール２のスリット２ａが配列さ
れた側方の、基準位置ｓｐには、本発明による基準点検
出装置を構成し、パルススケール２の基準点としての原
点となるドッグ２ｂが貼着されており、ドッグ２ｂはそ
の反射面２Ｃが角度がθなるテーパ状に形成されている
。

また、パルススケール２のスリット２ａを挾だ両側には
発光ダイオード等の発光素子３とフォトダイオード等の
受光素子４が設けられており、受光素子４にはパルス検
出部５を介してパルス積算部８が接続している。パルス
積算部８には主制御部２７が接続しており、主制御部２
７には外部装置と接続されたインタフェース回路２９が
接続している。

一方、前述のドッグ２ｂ等と共に本発明により基準点検
出装置を構成する基準点センサ７は、第１図に示すよう
に、ハウジング１２を有しており、ハウジング１２には
白色光源１３が設けられている。白色光源１３０図中左
方にはピンホール１５を介してコリメータレンズ１４が
設けられており、コリメータレンズ１４の更に左方には
５０陽の透過率を有するビームスプリッタ１６　カ設＜
ｆられている。ビームスプリッタ１６の上下両側には反
射鏡１７．１９が設けられており、反射鏡１７の右方に
はりドロリフレクタであるコーナキューブ２０が設けら
れている。また、反射鏡１９の右方にはフォトダイオー
ド２１が設けられており、更に、ビームスプリッタ１６
の左方には、導光素子である光ファイバ２２が設けられ
ている。なお、フォトダイオード２１には、増幅口Ｆａ
！Ｉ２３を介してフィルタ２５が接続しており、フィル
タ２５には波形整形回路２６を介して主制御部２７が接
続している。更に前述の白色光源１３には白色光源１３
駆動用の電源３０が接続している。

リニアエンコーダ１は、以上のような構成を有するが、
本発明の測定原理について、第２図により説明する。第
２図には、第１図に示した基準点センサ７のハウジング
１２部分を示すが、その詳細な各構成部分については、
第１図において既に説明したので、同一の部分には同一
の番号を付してその部分の説明を省略する。

即ち、白色光源１３から射出された光線３１はピンホー
ル１５を介してコリメータレンズ１４で平行光線になり
、更にビームスプリッタ１６により、その一部の光、９
３１Ａは透過して光ファイバ２２からハウジング１２の
外部に射出され、更に測定すべき被測定物３２の表面で
反射して再度光ファイバ２２を通って、ビームスプリッ
タ１６、反射鏡１９を介してフォトダイオード２１に入
射する。一方、ビームスプリッタ１６において、分割さ
れた光線３１Ａ以外の光線３１８は、反射鏡１７からコ
ーナキューブ２０に入射し、更に同一の入射角で反射鏡
１７側に反射して、ビームスプリッタ１６内で、被測定
物３２から反射してきた光線３１　と再結合して反射鏡
１９からフォトダイオード２１に入射する。この時、各
光線３１Ａ、３１はビームスプリッタ１６内で再結合し
た際に、干渉を生じる。ビームスプリッタ１６から反射
鏡１７迄の光路長をＬｌとし、反射鏡１７からコーナキ
ューブ２０までの光路長をＬ２とし、更にビームスプリ
ッタ１６から被測定物３２までの光路長をＬ３として、
Ｘ　＝　Ｌ　３−　（Ｌ　１　＋　Ｌ　２　）　ヲハラ
メータとして、フォトダイオード２１に入射する光の強
１ＬＸｉｅ測定すると、第３図に示すようになる。図か
らも明らかなように、光１ａ３１が分割されるビームス
プリッタ１６から、各光線３１Ａ１３１　が反射される
コーナキューブ２０及び被測定物３２までの光路長が等
しくなる、即ちＬ３＝Ｌ１＋Ｌ２　（Ｘ＝Ｏ）となるよ
うな位置関係に基準点センサ７と被測定物３２がなると
、各光１１３１Ａ。

３１　が再結合した後の強度ＬＸが最大になり、フォト
ダイオード２１は分光干渉現象によろいわゆるＯ（ゼロ
）１ｉ１を検出することになる。従って、被測定物３２
としてパルススケール２に貼着されたドッグ２ｂを採用
し、ドッグ２ｂと基準点センサ７の距離がＯ縞を検出す
るＬ３となった時点をパルススケール２の原点とすると
、正確にパルススケール２の原点を検出設定することが
出来る。

次に、第１図に基づいて、基準点検出装置を用いたリニ
アエンコーダ１の原点の検出について説明する。発光素
子３から受光素子４へ光線１８を照射した状態で、ニア
エンコーダ１のパルススケール２が矢印Ａ、Ｂ方向に駆
動されると、光線１８がパルススケール２のスリット２
ａを介して断続的に受光素子４に到達する。受光素子４
により検出された光線１８は、パルス信号ＰＳＩとして
パルス検出部５に出力され、パルス検出部５は当該信号
ＰＳＩを波形整形してパルス積算部８に出力し、パルス
積算部８は信号Ｐｓｉを積算してその積算値ＴＶを主制
御部２７に出力する。主制御部２７は積算値ＴＶをイン
タフェース回路２９を介して外部の図示しない信号処理
回路に出力し、それに基づいてパルススケール２が装着
された物体の移動距離や角度等を演算する。

しかし、この際、パルススケール２のどこかラハルス（
Ｗ号ＰＳ１の積算を開始するか、即ち原点を何処に設定
するかが重要な問題となるが、リニアエンコーダ１には
、パルススケール２上の基準位置ＳＰにドッグ２ｂが設
けられているので、パルススケール２が矢印Ａ、Ｂ方向
に移動すると、ドッグ２ｂは、基準点センサ７の光ファ
イバ２２と対向する位置を通過する。光ファイバ２２の
射出口２２ａからは白色光源１３からの光線３１　がパ
ルススケール２に向けて常時射出しており、その反射光
線３１　とコーナキューブ２ｏがらの反射光線３１１．
が再結合した後の干渉光の強度ＬＸに対応した信号Ｓ１
が、フォトダイオード２１がら増幅回路２３に出力され
、該信号Ｓ１は、第４図（ａ）に示すように、ドッグ２
ｂが射出口２２ａと対向し、ビームスプリッタ１６とド
ッグ２ｂとの間の距離、即ち、光路長Ｌ３がＬ３＝Ｌ１
＋Ｌ２となった時点Ｔ１を最大ピークＰＫとする波形と
なる。

ドッグ２ｂの反射面２ｃは、パルススケール２の移動方
向であるＡ、Ｂ方向にテーパ状に形成されているので、
パルススケール２がＡまたはＢ方向に移動するにつれて
反射面２Ｃとビームスプリッタ１６との距離Ｌ３は連続
的に変化する。基準点センサ７は、射出口２２ａが反射
面２ｃと対向してる間にＬ３＝Ｌ１＋Ｌ２となるように
予めパルススケール２に対して設定されているので、ド
ッグ２ｂがパルススケール２の移動と共に基準点センサ
７の前を移動する間に、必ずＬ３＝Ｌ１＋Ｌ２なる位置
、即ち原点位置が有る。

Ｌ３＝Ｌ１＋Ｌ２となり、原点が検出されたところで、
フィルタ２５を介して、第４図（ｂ）に示すように、サ
イドピークを抑制する形で波形整形し、□更に波形整形
回路２６により、最大ピークＰＫについて、第４図（Ｃ
１に示すような方形波パルスｐｓに波形整形する。従っ
て、主制御部２７は、パルススケール２が移動している
間は、連続的にフォトダイオード２１から出力される信
号Ｓ１の出力状態を監視し、最大ピークＰＫに対応する
方基準点センサ７はパルススケール２上の原点を検出し
たことになる。）、パルス信号ＰＳ１の積算値ＴＶをイ
ニシャライズするようにパルス積算部８に指令する。こ
れを受けてパルス積算部８は、パルス（ｇ号Ｐｓ１を、
パルススケール２の検出された原点を基準にして、積算
動作を開始し、その積算値ＴＶを定期的に主制御部２７
に通知する。

これによす、主制御部２７は、パルススケール２の矢印
Ａ、Ｂ方向への正確な移動量を基準点センサ７により検
出された原点を基準に求めることが出来る。なお、基準
点センサ７とパルススケール２との図左右方向の位置関
係は、固定されているので、基準点センサ７によるパル
ススケール２の原点は、ドッグ２ｂ上の特定の点となり
、原点が測定の度に移動してしまうようなことは無い。

なお、上述の実施例は、パルススケール２等の原点を検
出すべき被検出物体が基準点センサ７に対して移動した
場合について述べたが、被検出物体を固定し、基準点セ
ンサ７が移動するように構成することも当然可能である
。

（ｇ）０発明の効果 以上、説明したように、本発明によれば、白色光源１３
を有し、前記白色光源１３からの光線３１を２つの光線
３１Ａ、３１．に分割するビームスプリッタ１６を設け
、前記分割された光＠３１の一方の光線３１Ａを外部に
照射してその反射光を再度前記ビームスプリッタ１６に
入射させる光フアイバ２２等の導光素子を設け、前記分
割された光線３１の他方の光線３１．を再度ビームスプ
リッタ１６に入射させるコーナキューブ２０等の反射手
段を設け、前記導光素子により導かれる反射光５３１Ａ
と前記反射手段から反射してきた光線３１が再結合した
際の光強度を測定するフォトダイオード２１等の光強度
測定手段を設けた、基準点センサ７を有し、更に、パル
ススケール２等の、原点等の基準点を検出すべき被検出
物を基準点センサ７に対して相対的に移動自在に設ける
と共に、前記被検出物上に前記基準点センサ７から照射
される光線を基準点センサ７側に反射し得るドッグ２ｂ
を設け、前記基準点センサ７の光強度測定手段からの信
号Ｓ１から、光強度測定手段に入射する光線３１の強度
の最大ピークＰＫを検出して方形波パルスＰＳ等の所定
の信号を出力する増幅回路２３、フィルタ２５、波形整
形回路２６等の基準点検出回路を設けたので、基準点セ
ンサ７から被検出物に射出された光線がドッグ２ｂに反
射されて基準点センサ７がＯ縞を検出した位置を原点等
の基準点とすることが出来るようになり、スリットを加
工形成する場合のように、高度な加工技術を用いること
なり、シかも人為的に加工されたスリットを通過する光
を測定する方法に比して、基準点の検出動作をすべて光
学的な作用で行わせることが可能となるので、スリット
を用いた方法よりも極めて正確に基準点を検出すること
が可能となる（光源１３のスペクトルにより異なるが、
理論的には、０．１μｍ程度での検出が可能となる。）
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による基準点検出装置の−実雄側が用い
られたリニアエンコーダの一例を示す制剤ブロック図、
第２図は本発明の動作原理を示す基準点センサの一例を
示す図、第３図はフォトダイオードへの入光強度分布を
示す図、第４図はリニアエンコーダにおける信号処理態
様を示すタイムチャートである。 ２・・・・・・被検Ｉｎ　（パルススケール）２ｂ・・
・・・・ドッグ ７・・・・基準点センサ １３・・・・・白色光源 １６・・・・−・ビームスプリッタ １７・・・・・反射手段（反射鏡） ２０・・・・・・反射手段（コーナキューブ）２１・・
・・・・光強度測定手段（フォトダイオード）２２・・
・・導光素子（光ファイバ） ２３・・・基準点検出回路（増幅回路）２５・・・・基
準点検出回路（フィルタ）２６・・・・・・基準点検出
回路（波形整形回路）３１・・・・・・光線 Ｓｌ・・・・信号 ＰＫ・・・・最大ピーク ＰＳ・・・・・・所定の信号（方形波パルス）出願人　
　株式会社　山崎鉄工所 代理人　　弁理士　　相１）伸二 （ほか１名） 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 白色光源を有し、前記白色光源からの光線 を２つの光線に分割するビームスプリッタを設け、前記
   分割された光線の一方の光線を外部に照射してその反射
   光線を再度前記ビームスプリッタに入射させる導光素子
   を設け、前記分割された光線の他方の光線を再度ビーム
   スプリッタに入射させる反射手段を設け、前記導光素子
   により導かれる前記反射光線と前記反射手段から反射し
   てきた光線が再結合した際の光強度を測定する光強度測
   定手段を設けた、基準点センサを有し、更に、基準点を
   検出すべき被検出物を基準点センサに対して相対的に移
   動自在に設けると共に、前記被検出物上に前記基準点セ
   ンサから照射される光線を基準点センサ側に反射し得る
   ドッグを設け、前記基準点センサの光強度測定手段から
   の信号から、光強度測定手段に入射する光線の強度の最
   大ピークを検出して所定の信号を出力する基準点検出回
   路を設けて構成した基準点検出装置。