(57)【要約】      （修正有）【課題】インクレメンタル方式の光学式リニア・エンコーダにおいて、光学スケールを大型化することなく、簡単な構成を付加するだけで、原点を決定できる手段を提供する。【解決手段】透過部２ｂと反射部２ａの対のパターンが規則的に多数配列されたリニア・スケール１と、光源１１ａ，１１ｂと、光源１１ａ，１１ｂから出射された光の透過光または反射光のいずれかを検出する受光センサ１４ａ，１４ｂを有し、リニア・スケール１のパターン配列方向にリニア・スケール１に対し相対的に移動するリーディング・ヘッド４１ａ，４１ｂを備える。リニア・スケール１の端部近傍に、透過部２ｂまたは反射部２ａの幅が他の部分と異なる幅のシフト境界部２ｄを設ける。リーディング・ヘッド４１ａ，４１ｂは、実質的に同一の受光センサ１４ａ，１４ｂを２個有し、これら２個の受光センサ１４ａ，１４ｂをリニア・スケール１のパターン配列方向に並べて配置する。【選択図】図１
2020112573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過部と反射部の対のパターンが規則的に多数配列されたリニア・スケールと、このリニア・スケールに光を出射する光源と、この光源から出射された光の透過光または反射光のいずれかを検出する受光センサを有し、前記リニア・スケールのパターン配列方向にリニア・スケールに対し相対的に移動するリーディング・ヘッドを備えた、リニア・スケールを有するインクレメンタル方式のエンコーダにおいて、
前記リニア・スケールの端部近傍に、前記透過部または前記反射部の幅が他の部分と異なる幅の周期変化部を設け、
前記リーディング・ヘッドは実質的に同一の前記受光センサを２個有し、
これら２個の前記受光センサを前記リニア・スケールのパターン配列方向に並べて配置し、
２個の前記受光センサの一方が、前記周期変化部を検出しないよう、前記リニア・スケールまたは一方の前記受光センサの移動を制限するストッパを設けたことを特徴とするリニア・スケールを有するエンコーダ。
【請求項２】
前記リニア・スケールは円弧状に形成されており、前記周期変化部を検出不能な一方の前記受光センサと、前記周期変化部を検出可能な他方の前記受光センサを同一円弧上であって前記パターンの配列位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載のリニア・スケールを有するエンコーダ。
【請求項３】
２個の前記受光センサは、いずれもＡ相、Ｂ相、Ａ−相、Ｂ−相を検出する１組のフォト・ダイオードを、複数組だけ組み合わせて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリニア・スケールを有するエンコーダ。
【請求項４】
前記リニア・スケールを絶対空間で移動側に、前記リーディング・ヘッドを絶対空間で固定側に設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のリニア・スケールを有するエンコーダ。
【請求項５】
透過部と反射部の対のパターンが規則的に多数配列されたリニア・スケールに光源から出射し、光源から出射された光の透過光または反射光のいずれかを、前記リニア・スケールに相対的に移動する受光センサを有するリーディング・ヘッドが検出し、前記受光センサの出力に基づいて前記リニア・スケールの原点を決定するリニア・スケールを有するエンコーダの原点決定方法において、
前記受光センサは、前記パターン配列方向に並んで配置された実質的に同一な２個の受光センサであり、前記リニア・スケールの端部近傍に設けた、前記透過部または前記反射部の幅が他の部分と異なる幅の周期変化部を超えず、前記周期変化部を検出不能な一方の前記受光センサと、前記周期変化部を越えて移動可能で、前記周期変化部を検出可能な他方の前記受光センサであり、これら２個の前記受光センサの出力の差を予め定めた閾値と比較して、前記リニア・スケールの原点とすることを特徴とするリニア・スケールを有するエンコーダの原点決定方法。
【請求項６】
２個の前記受光センサの出力差が予め定めた閾値を超えたカウント数が、所定カウント経過したら、この所定カウント経過後から所定カウント分だけ遡った他方の前記受光センサが検出した位置を原点とすることを特徴とする請求項５に記載のリニア・スケールを有するエンコーダの原点決定方法。
【請求項７】
前記周期変化部を形成する前記透過部または前記反射部の幅は、他のパターンの幅の約１．３〜１．５倍であることを特徴とする請求項５または６に記載のリニア・スケールを有するエンコーダの原点決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学スケールを有するエンコーダ及びその原点決定方法に係り、特に光学スケールが直線状または円弧状である時に好適な、リニア・スケールを有するエンコーダ及びその原点決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の長さ、厚さ、内外径などの形状や、回転角度または移動量などの変位量を高精度に測定するために、光学スケールとこの光学スケールに相対的に移動可能なリーディング・ヘッドを備えた光学式エンコーダが使用されている。光学式エンコーダには、光学スケールを透過した透過光を検出する透過式と、光学スケールで反射した反射光を検出する反射式があり、最近は、小型化可能な利点を有するため反射式が多く使用されている。
【０００３】
光学式エンコーダは、光学スケール上に反射部と透過部とを交互に形成したパターンを読み取って、光学スケールとリーディング・ヘッドの相対的な移動量を測定する。その際、インクレメンタルに構成した光学式エンコーダでは、光学スケールの相対的な変位だけが計測され、絶対位置は測定されない。一方、光学式エンコーダを有する装置に何らかの衝撃や光学スケールの汚れ、電源の停止等の事象が生じると、その時の計測に誤計測を生じる恐れがある。このような事象が生じた場合には、原点を有するエンコーダにおいては、原点復帰動作により再計測を開始できる。しかしながら、エンコーダが原点を有しない場合には、装置全体を再設定せざるを得ず、インクレメンタルな光学式エンコーダにおいても、簡単な装置を付加するだけで原点を決定できることが、望まれている。
【０００４】
特許文献１では、２つの光学スケールを利用し、簡単な演算回路で高精度の原点検出を可能とするため、第１の光学スケールでは、透過部と反射部を規則正しく配置している。そして、第１のスケールに近接して第２の光学スケールを設け、第２の光学スケールの一部の透過部と反射部の配置が、規則性を破っている。また、第１、第２のスケールの反射光を検出する第１、第２の受光センサを各スケールに対応して配置し、第１の光学スケールを検出する第１の受光センサで光学スケールの移動量を検出し、第２の光学スケールを検出する第２の受光センサで規則性を破った位置を原点として検出している。
【０００５】
また、特許文献２には、光学式エンコーダにおいて、正確な原点信号が得られるよう、計測対象に固定されたスケールに、原点計測用スリットを含む原点トラックを形成している。そして、光源から射出するビームのスポットを、原点トラック上でスケールの移動方向と垂直な方向まで延在させて、原点検出用スリットまで照射可能にし、スケールの移動方向を検出する受光素子が、原点計測用スリットを透過した光も集光している。
【０００６】
さらに、特許文献３では、操作方向の依存性が小さく、Ａ相またはＢ相信号に同期した原点検出を安定して行うことができるエンコーダを得るため、エンコーダが、発光部から出射された光をスケールに投影し、その反射光の回折パターンを検出する検出部と、検出部の信号をエンコーダ信号として処理する信号処理回路を備えている。そして、原点位置を検出するＺ相信号を形成するＺ相スケールに、光反射領域と光透過領域の２領域からなるベタパターンを用い、このパターンを検出してデジタル化したパルス状信号のＺ相信号を得、Ｚ相信号とスケールとの相対移動量から、対象物の変位を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１６１５９５号公報
【特許文献２】特開２００７−１２７５３９号公報
【特許文献３】特開２０１２−１０３２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１〜３のいずれも、インクレメンタルな光学式エンコーダにおいて、変位量計測手段の外に、原点決定手段を設けることにより、正確な測定を繰り返し可能にしている。特に、特許文献１においては、ほぼ同様の２つの光学スケールを並べて配置し、一方の光学スケールの透過部及び反射部が、一部で規則的配置を破っているだけであるから、光学スケールの作製や受光センサの作製等においては、特殊な方法を用いる必要がなく、移動量検出に使用する一般的な回路に、簡単な演算回路を付加するだけとなり、高精度に原点検出できる、という利点を有している。
【０００９】
しかしながら、微小部分等の計測や加工に用いる場合において顕著であるが、計測器や加工部全体の小型化の要求に伴い、エンコーダにおいても小型化が求められている。例えば微小加工用センサに用いるリニア・エンコーダにおいては、センサ部分の大きさが、加工用スピンドルの押し込み量に対応した大きさであることが求められている。そのため、移動量または変位量測定用の光学スケールと、原点検出用の光学スケールの、２本のスケールを平行配置することは、光学スケール部の大型化を招き、改善が求められている。
【００１０】
特許文献２に記載の光学式エンコーダでは、測距用のスケールと平行にＺ相用のスリットを設けているので、スケールの長さを同一にしても、スケールの幅がほぼ２倍になっている。その結果、スケール全体として専有面積が増大し、スケールの大型化を招いている。また、光源からのビームをＺ相用スリットまで広げる必要があり、レンズ系が大型化する恐れがある。また、特許文献３でも、Ａ相、Ｂ相検出用のスケールの外に、Ｚ相検出用のスケールを設けているので、スケールの大型化とそれに伴う受光センサのための空間の増大を招く恐れがある。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、インクレメンタル方式の光学式リニア・エンコーダにおいて、光学スケールを大型化することなく、簡単な構成を付加するだけで、原点を決定できるようにすることにある。本発明の他の目的は、上記に加え、円弧型の光学スケールを用いる場合に、測長用と原点決定用のリーディング・ヘッドの速度特性を同じくし得る光学式エンコーダを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、透過部と反射部の対のパターンが規則的に多数配列されたリニア・スケールと、このリニア・スケールに光を出射する光源と、この光源から出射された光の透過光または反射光のいずれかを検出する受光センサを有し、前記リニア・スケールのパターン配列方向にリニア・スケールに対し相対的に移動するリーディング・ヘッドを備えた、リニア・スケールを有するインクレメンタル方式のエンコーダにおいて、前記リニア・スケールの端部近傍に、前記透過部または前記反射部の幅が他の部分と異なる幅の周期変化部を設け、前記リーディング・ヘッドは実質的に同一の前記受光センサを２個有し、これら２個の前記受光センサを前記リニア・スケールのパターン配列方向に並べて配置し、２個の前記受光センサの一方が、前記周期変化部を検出しないよう、前記リニア・スケールまたは一方の前記受光センサの移動を制限するストッパを設けている。
【００１３】
そしてこの特徴において、前記リニア・スケールは円弧状に形成されており、前記周期変化部を検出不能な一方の受光センサと、前記周期変化部を検出可能な他方の受光センサを同一円弧上であって前記パターンの配列位置に配置してもよい。
【００１４】
また、上記特徴において、前記２個の受光センサは、いずれもＡ相、Ｂ相、Ａ−相、Ｂ−相を検出する１組のフォト・ダイオードを、複数組だけ組み合わせて形成されていてもよく、前記リニア・スケールを絶対空間で移動側に、前記リーディング・ヘッドを絶対空間で固定側に設けるようにしてもよい。ここで、「絶対空間で移動側に」とは、相対的にではなく、実際に移動する側にという意味であり、「絶対空間で固定側に」とは、実際に移動しない固定側にという意味である。
【００１５】
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、透過部と反射部の対のパターンが規則的に多数配列されたリニア・スケールに光源から出射し、光源から出射された光の透過光または反射光のいずれかを、前記リニア・スケールに相対的に移動する受光センサを有するリーディング・ヘッドが検出し、前記受光センサの出力に基づいて前記リニア・スケールの原点を決定するリニア・スケールを有するエンコーダの原点決定方法において、前記受光センサは、前記パターン配列方向に並んで配置された実質的に同一な２個の受光センサであり、前記リニア・スケールの端部近傍に設けた、前記透過部または前記反射部の幅が他の部分と異なる幅の周期変化部を超えず、前記周期変化部を検出不能な一方の受光センサと、前記周期変化部を越えて移動可能で、前記周期変化部を検出可能な他方の受光センサであり、これら２つの受光センサの出力の差を予め定めた閾値と比較して、前記リニア・スケールの原点とすることにある。
【００１６】
そしてこの特徴において、前記２つの受光センサの出力差が予め定めた閾値を超えたカウント数が、所定カウントだけ経過したら、この所定カウント経過後から所定カウント分だけ遡った前記他方の受光センサが検出した位置を原点とするのがよく、前記周期変化部を形成する前記透過部または前記反射部の幅は、他のパターンの幅の約１．３〜１．５倍であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、インクレメンタル方式の光学式リニア・エンコーダにおいて、リニア・スケールの一部に間隔が他と異なる反射部または透過部を設け、リニア・スケールに対向し、リニア・スケールがそれに相対的に移動可能な、実質的に同一の受光センサを設けて、それぞれ測距用及び原点決定用として用いているので、光学式リニア・エンコーダの光学スケールを大型化することなく、簡単な構成を付加するだけで、原点を決定できる。また、光学スケールが円弧型の光学スケールであっても、測長用と原点決定用のリーディング・ヘッドの速度特性を同じくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る光学式エンコーダの一実施例の模式図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。
【図２】図１に示した光学式エンコーダの動作範囲を説明する図である。
【図３】受光センサの構成を説明する図である。
【図４】受光センサとリニア・スケールの関係を説明する図であり、（ａ）は測距位置、（ｂ）はシフト境界位置を示す。
【図５】受光センサのゲインを説明する図である。
【図６】原点検出の原理を説明するグラフである。
【図７】原点検出のシミュレーション結果である。
【図８】円弧型スケールの例を示す模式図である。
【図９】原点位置の設定を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る光学式リニア・エンコーダのいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。なお、以下の説明においては、光学スケールが直線状のもののみならず、円弧状のものであって無限回転するものを除いたものも、リニア・エンコーダと称する。また、以下の説明では、光学スケールが移動する場合について記載しているが、光学スケールが静止し、リーディング・ヘッドが移動する場合も、同様である。すなわち、光学スケールとリーディング・ヘッドが相対的に移動できればよい。
【００２０】
図１は、本発明に係る光学式リニア・エンコーダ１００の主要部を示す図であり、同図（ａ）はその正面図、同図（ｂ）は上面図である。透明なガラス等で構成されたスケール基板１の長手方向に、所定長さだけ、光を反射する反射部２ａと透過部２ｂの対で反射パターン２が、ピッチｐ２で繰り返し規則的に形成されている。スケール基板１上に形成される反射パターン２は、詳細を後述するように、その一部に、周期変化部２ｃを有している。スケール基板１の上部には、センサ基板１０が配置されており、センサ基板１０の下面には、２個のリーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂが近接して、または間隔を置いて、同一軸上に配置されている。なお、理解を容易にするため、図１（ｂ）では、リーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂを一点鎖線で示している。
【００２１】
上述したように本実施例では、リーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂは、リニア・エンコーダ１００の使用中には静止しており、スケール基板１が、図１で矢印５１に示した方向に往復移動する。そのため、２つのリーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂは、スケール基板１の移動方向５１に合わせた同一軸上に設けている。リーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂは全く同一仕様であり、各々ＬＥＤの光源１１a、１１ｂと受光部１４ａ、１４ｂを有している。なお、小型化のために、光源を独立的に設け、リーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂは受光部１４ａ、１４ｂだけ有するようにしてもよい。
【００２２】
図２に、図１の関係にある光学式リニア・エンコーダ１００を用いた装置の具体例を、模式的に上面図で示す。測長器８０の場合であり、リニア・エンコーダ１００の部分は、円弧状に形成されている。スケール基板１が、円弧状に形成されており、その外周近傍に、反射パターン２が円弧に垂直に形成されている。繰り返される反射パターン２の一方側端部、図では右側端部近傍に、反射パターン２の周期が異なる周期変化部２ｃが形成されている。この周期変化部２ｃは、原点用スケール・シフト・ポイントまたはシフト境界部とも呼ばれる。円弧状のスケール基板１の中央部には、円弧の内側に半径方向に延びるスケール回動軸２２ａがあり、スケール回動軸２２ａの長手方向中間には、回動中心２１が設けられている。スケール回動軸２２ａの他端部にはプローブ軸２２ｂがあり、その先端部にはプローブ２２が取り付けられている。
【００２３】
スケール回動軸２２ａの両側面であって、回動中心２１とスケール基板１との間には、ストッパ１７ａ、１７ｂが設けられており、このストッパ１７ａ、１７ｂに対応して、図示しないケーシングに取り付けたストッパ１８ａ、１８ｂが配置されている。一方、ケーシングには、リーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂも設けられており、それらはスケール基板１上の反射パターン２が形成する円弧上に位置している。なおこの図２では、リーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂは、両ストッパ１８ａ、１８ｂを結ぶ線の中間点に垂直な線近傍に配置している。
【００２４】
このように構成した測長器８０では、プローブ２２の移動に伴い、スケール基板１の検出位置とリーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂの相対位置が変化する。すなわち、プローブ２２が最も押し込まれると、スケール基板１が回動中心２１を中心にして回動（１ａ）して、スケール基板１のストッパ１７ｂがハウジング側のストッパ１８ｂに当接する。その時、２つのリーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂは、スケール基板１の左端付近の反射パターン２を検出する。
【００２５】
一方、プローブ２２の押し込み量が最も少なくなった場合には、スケール基板１は回動中心２１を中心に上記とは逆に回転（１ｂ）し、スケール基板１のストッパ１７ａがハウジング側のストッパ１８ａに当接する。この状態では、２つのリーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂは、スケール基板１の右端付近の反射パターン２を検出する。しかし、右側のリーディング・ヘッド４１ｂは、このスケール基板１の移動において、周期変化部２ｃを移動途中に検出するが、左側のリーディング・ヘッド４１ａはこの周期変化部２ｃまで到達できない。これにより、左側のリーディング・ヘッド４１ａを、測距（移動距離測定）用に、右側のリーディング・ヘッド４１ｂを原点測定用に使用することができる。以下に、この詳細を、原理とともに説明する。
【００２６】
図３に、受光部１４ａ、１４ｂの構成の一例を示す。図示のように、同じ幅の４個のセンサ部ＰＳ１〜ＰＳ４が、センサ部ピッチｓｐで反射パターン２の配列軸方向に形成され、これら４個のセンサ部ＰＳ１〜ＰＳ４を１組として、複数組配列して受光部１４ａ、１４ｂを構成する。本実施例では、このセンサ部の組Ｇｒは１３組あり、センサ部は合計５２個設けられている。センサ部ＰＳ１〜ＰＳ４は、例えばフォト・ダイオードで形成され、独立した受光素子として動作する。１３組のセンサ部ＰＳ１〜ＰＳ４の組は、それぞれ同じセンサ部同士、たとえばＰＳ１同士の出力が共通に接続される。ＰＳ１同士を接続したものがＡ相信号に、ＰＳ２同士を接続したものが、Ａ相とは９０°位相の異なるＢ相信号に、ＰＳ３同士を接続したものがＡ相とは逆相のＡ−相信号に、ＰＳ４同士を接続したものがＢ相の逆相となるＢ−相信号として、出力される。
【００２７】
ここで、光源１１ａ、１１ｂからの光は、反射部２ａで反射され受光部１４ａ、１４ｂに入射するが、各受光部１４ａ、１４ｂは上述した通り、１３組のセンサ部ＰＳ１〜ＰＳ４の組を有しており、各センサ部ＰＳ１〜ＰＳ４の幅を１０μｍとしているので、Ｌ０＝１３×４０＝５２０μｍ必要とする。なお、このセンサ部ＰＳ１の長さについては、本出願人の先願公報（特開２０１５−１６１５９５号）に開示されている。
【００２８】
図４に、受光部１４ａ、１４ｂとスケール基板１の関係を正面図で示す。同図（ａ）は測距範囲における関係であり、同図（ｂ）は、周期変化部２ｃを含む位置での関係を示す。なお、周期変化部２ｃの開始位置を、シフト境界２ｄと称する。測距範囲では、反射部２ａと透過部２ｂの反射パターン２が規則的であるから、受光部１４ａ、１４ｂを構成する各組Ｇｒ１〜Ｇｒ１３の同一相のセンサ部ＰＳ１（ＰＳ２、ＰＳ３、ＰＳ４）の出力はほぼ同じになる。これに対して、周期変化部２ｃを含む位置では、１３組Ｇｒ１〜Ｇｒ１３のセンサ部中の同相のセンサ部においても、出力差が生じる。
【００２９】
この様子を、図５に示す。図５の縦軸は、受光部１４ａ、１４ｂで検出する各相、例えばＡ相の正規化した出力であり、横軸はスケール基板１の移動距離Ｘを示す。図５に実線で示すように、各相（Ａ相、Ｂ相、Ａ−相、Ｂ−相）の出力信号は、スケール基板１の反射パターン２が規則的な測距範囲を検出する限り、２０μｍを周期とする正弦波状の信号であり、図示は省略したが、各相は９０°ずつ位相がずれたものになっている。しかしながら、スケール基板１のシフト境界２ｄがリーディング・ヘッド４１ｂを通過する場合には、図中破線で示したように、出力の低下とともに、２０μｍの周期もわずかに増大している。この周期と出力の変化は、スケール基板１のシフト境界２ｄが完全にリーディング・ヘッド４１ｂを超えると、元に戻っている。
【００３０】
２個のリーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂは実質的に同一のものであるから、リーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂが、スケール基板１上に反射パターン２が規則的に配置された測距範囲を検出する限り、図５の検出信号に基づく、２個のリーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂ間の反射パターン２のカウント数の変化は生ぜず、初期状態と同じになるはずである。これに対して、リーディング・ヘッドの一方４１ａがスケール基板１上の測距範囲を検出中に、リーディング・ヘッドの他方４１ｂがスケール基板１上の周期変化部２ｃを検出すると、センサ部ＰＳ１〜ＰＳ４の出力の低下と周期の変化が生じる。なおこの周期の変化は、周期変化部２ｃが完全にリーディング・ヘッド４１ｂの検出範囲外に移動すると無くなるので、以後の検出においては２つのリーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂの周期に変化はない。
【００３１】
この状態を、模式的に図６に示す。２つのリーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂがともに測距範囲にある場合を想定し、周期変化部２ｃがリーディング・ヘッドに近づくように、スケール基板１を動かし始める場合を考える。各リーディング・ヘッドの受光部１４ａ、１４ｂは、スケール基板１に形成された反射パターン２に基づいて、カウントを開始する。図６では、２つの受光部１４ａ、１４ｂが検出するカウント数の差Δを、スケール基板１の移動開始時の差を基準にして示しており、したがって、移動開始時のΔはΔ＝０である。横軸は、スケール基板１の移動距離Ｘである。この図６では、一方のリーディング・ヘッド４１ｂを周期変化部２ｃが通過するときだけカウント数が変化するように記載したが、実際は、受光部が１３×４個のセンサ部ＰＳ１〜ＰＳ４で構成されているので、より長い時間カウント数が変化し、その後一定となる。
【００３２】
したがって、カウント数の変化から、スケール基板１上の反射パターン２の変化する位置、すなわち、シフト境界２ｄを原点とすることにより、インクレメンタルなエンコーダにおいても、原点検出専用トラックを設けることなく、１トラックだけで、簡単に原点を検出できる。その際、２つの実質的に同一のリーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂを使用し、スケール基板１の一部に、周期の異なる周期変化部２ｃを有するパターン２を設けるだけでよく、装置の大型化を防止して、簡単な構造で、原点を検出できる。
【００３３】
また、２つの実質的に同じリーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂ、より正確には２つの実質的に同じ受光部１４ａ、１４ｂは、スケール基板１の移動方向に同軸にする必要はあるが、上述したように、スケール基板１に形成された反射パターン２とは、必ずしも位相を合致させる必要はなく、２個配置するにもかかわらず、リーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂや受光部１４ａ、１４ｂの組立等における工数の増加を回避できる。
【００３４】
上記構成の光学式リニア・エンコーダを用いた測距システムのシミュレーション結果を、図７に示す。エンコーダは、パターンのピッチが２０μｍであり、内挿ビット数が４０９６のものを使用している。周期変化部２ｃの幅は１４μｍであり、パターン・ピッチｐ２ｍは２４μｍである。原点検出側のリーディング・ヘッド４１ｂは、周期変化部２ｃを往復させている。
【００３５】
この図７から、周期変化部２ｃの他の部分との幅の違い、すなわち、パターン・ピッチｐ２ｍとパターン・ピッチｐ２の差が４μｍとなる点を、明確に原点と定めることができることが分かる。このシミュレーション結果では、スケール基板１の移動距離Ｘが約８００μｍから１１００μｍの間で、周期幅４μｍの差があるように判定されているので、この変化の開始点である８００μｍを原点に定める。または、変化が収まった１１００μｍから所定カウント数だけ遡った点を原点に定める、ことにより、簡単にかつ再現性良く、原点を定めることができる。
なお、この図７の例では、周期変化部２ｃの長さを１４μｍとしているが、これは元の反射パターン２のピッチが２０μｍで、反射部２ａ（または透過部２ｂ）のピッチがｐ２／２が１０μｍであることを考慮して定めている。周期変化部２ｃの長さをたとえば、２０μｍとすれば、図７におけるΔの傾きが急峻となり、より原点位置を確実に決定できると考えられるが、その場合には、Ａ相とＢ相の区別がつきにくく、測定が困難になる。一方、周期変化部２ｃの長さをより短くすると、図７から分かるように、差Δの変化が周期の変化によるものなのか、外乱等の他の要因によるものなのかの区別がつきにくく、また傾きが緩やかになるので、臨界点を見つけにくくなる。したがって、本実施例の場合には、周期変化のない反射部２ａ（または透過部２ｂ）より３〜５μｍ程度長くするのが好ましい。これを反射部２ａ（または透過部２ｂ）のピッチｐ２／２で除すると、１．３〜１．５倍程度が最適になる。
【００３６】
次に、図８に図２に示したと同様の円弧型の光学式リニア・エンコーダ１００の例を示す。半円弧型のスケール基板１の一方端側に、周期変化部２ｃを設けることにより、ほぼ半円周に亘る測距を高精度に実施できる。この場合にも、一方のリーディング・ヘッド４１ａを、周期変化部２ｃが超えさせないで、スケール基板１を動かすようにする。従来は、原点用のトラックをスケール基板１の内側に設ける必要があったが、本実施例によれば、１本のトラックのみでよく、スケール基板１を小型化できる。
【００３７】
図９に、本発明の変形例を示す。２個の実質的に同一のリーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂを用いることは、上記各実施例と同じであるが、スケール基板１の両端側に周期変化部２ｃ、２ｆを設ける点で、上記各実施例と相違している。加工具２３を取り付けたスピンドル２３ｂ等への応用を想定したものである。周期変化部２ｃ、２ｆをスケール基板１の両端側に設けるため、スケール基板１の有効長さはリーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂの長さ程度短くなるが、２つのリーディング・ヘッド４１ａ、４１ｂのいずれをも原点検出用に使用でき、装置の適性に合わせて使用することができ、操作の裕度が増す。例えば、同図（ｂ）では同図（ａ）との組み合わせで、スピンドル解放端を原点検出用に用い、同図（ｃ）では同図（ａ）とは逆のリーディング・ヘッドの配置で、スピンドル押し込み端を原点検出用に用いる。他方の周期変化部２ｆは、検出限界等の安全装置に用いればよい。なお、スケール基板１の両端側に周期変化部２ｃ、２ｆを設けることは、スピンドルに限るものではなく、測長器等でもよいことは言うまでもない。
【００３８】
上記実施例および各変形例によれば、光学式リニア・エンコーダが実質的に同一の２個の受光部を有しているので、測距データにエラーが生じた場合、スケール基板側にエラーがあるのか、リーディング・ヘッド側に異常があるのかを、２個のリーディング・ヘッドのデータを比較することにより、容易に判定できる、という効果もある。
【符号の説明】
【００３９】
１、１ａ、１ｂ…スケール基板、２…反射パターン、２ａ…反射部、２ｂ…透過部、２ｃ…周期変化部、２ｄ…シフト境界、２ｆ…周期変化部、１０…センサ基板、１１ａ、１１ｂ…光源、１４ａ、１４ｂ…受光部、１７ａ、１７ｂ…（スケール基板側）ストッパ、１８ａ、１８ｂ…（ハウジング側）ストッパ、２１…回動中心、２２…プローブ、２２ａ…スケール回動軸、２２ｂ…プローブ軸、２３…加工具、２３ｂ…スピンドル、４１ａ…（測距用）リーディング・ヘッド、４１ｂ…（原点検出用）リーディング・ヘッド、５１…移動方向、８０…測長器、１００…（光学式リニア・）エンコーダ、Ａ、Ｂ、Ａ−、Ｂ−…（検出）相、Ｇｒ１〜Ｇｒ１３…（フォトセンサの）組み、ｐ２…パターン・ピッチ、ｐ２ｍ…（周期変化部）パターン・ピッチ、ｐ３…（フォトセンサ組）ピッチ、ＰＳ１〜ＰＳ４…センサ部（フォトセンサ）、ｓｐ…（センサ部）ピッチ、Ｘ…距離、Δ…差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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