(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測長方向に沿って等間隔に反射型格子が形成されたインクリメンタルトラックを有するスケールと、該スケールに対して相対変位する検出器と、を備えた光電式エンコーダにおいて、
前記スケールに設けられた、前記インクリメンタルトラックの少なくとも１箇所に形成された反射型の原点マークと、
前記検出器に設けられた、前記インクリメンタルトラックに光を照射する光照射部、及び前記測長方向で該光照射部に対して対称に配置される１対の原点信号受光部と、
前記原点マークで反射された光による該１対の原点信号受光部からの出力の差動信号を求めて該原点マークの位置に対応する原点検出信号を発生させることで原点信号を出力する原点信号処理部を有する信号処理部と、を備え、
前記原点信号処理部は、前記原点マークで反射されることにより生じるサイドローブ光により前記原点信号受光部から出力される信号レベルの最大値を規定値として設け、前記相対変位により先に該規定値よりも大きな信号レベルを出力する一方の前記原点信号受光部の出力が該規定値よりも大きな信号レベルとなる最初の位置から、もう一方の前記原点信号受光部の出力が該規定値を超えてから該規定値よりも小さな信号レベルとなる最初の位置の間に、原点検出の有効領域を設け、該有効領域内で前記原点検出信号を発生させる構成とされていることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
前記有効領域は、更に、前記もう一方の原点信号受光部の出力が前記差動信号の信号レベルよりも大となる範囲とされていることを特徴とする請求項１に記載の光電式エンコーダ。
【請求項３】
更に、前記信号処理部は前記原点検出信号でリセットされると共に前記相対変位で生じる前記反射型格子による周期の数を計数する内部周期カウンタを備え、
前記原点信号処理部は、前記原点検出信号の発生位置に対する前記原点信号の位置を外部から指定して記憶するメモリ／設定回路と、前記内部周期カウンタから出力される計数による位置が該メモリ／設定回路で指定される位置とされた状態で該原点信号を出力する出力回路と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電式エンコーダ。
【請求項４】
前記検出器に、前記光照射部の位置を中心としてその周囲に配置されると共に、前記光照射部から照射された光が前記スケールの前記反射型格子で回折されて形成された干渉縞を、前記測長方向に沿って配置されて９０度位相差、且つ、測長方向に対して垂直方向に沿って配置されて１８０度位相差の関係となっている４つの受光窓を介して受光し、位相の異なる４つのインクリメンタル信号を出力するメイン受光部を備え、
前記１対の原点信号受光部は、更に、前記光照射部の位置を点対称の中心位置として前記測長方向に対して垂直方向に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項５】
更に、前記信号処理部は、前記インクリメンタル信号に基づいて２相方形波信号を生成し、該２相方形波信号のエッジを検出する回路を備え、
前記原点信号処理部は、前記原点検出信号と前記２相方形波信号のエッジ間隔とを検出するパルス間隔検出回路と、該原点検出信号と２相方形波信号のエッジ間隔とから前記内部周期カウンタの計数開始位置を変更する回路と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の光電式エンコーダ。
【請求項６】
前記原点信号処理部は、更に、前記差動信号の信号レベルを記憶する回路と、記憶された該差動信号の信号レベルと新たに得られる前記差動信号の信号レベルとを比較することで前記原点検出信号の発生有無を決定する回路と、を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項７】
前記光照射部が拡散光源であり、前記原点マークの幅が前記原点信号受光部の開口幅の半分であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項８】
前記光照射部が、点光源又は空間フィルタを有する光源であることを特徴とする請求項７に記載の光電式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測長方向に沿って等間隔に反射型格子が形成されたインクリメンタルトラックを有するスケールと、該スケールに対して相対変位する検出器と、を備えた光電式エンコーダに係り、特に原点マークでの光の回折による原点の誤検出を回避して正確に原点検出が可能な光電式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
測長方向に沿って等間隔に反射型格子が形成されたインクリメンタルトラックを有するスケールと、該スケールに対して相対変位する検出器と、を備えた光電式エンコーダにおいて、小型の検出器構成で、且つ、原点検出機能を持たせるために、例えば、特許文献１に示すような構成が提案されている。それは、スケールのインクリメンタルトラック上に原点マークを施すものである。このため、特許文献１では、原点マークに照射された光をレンズなどの結像手段で、２分割されたセンサ上に結像させて、そのセンサの一方の出力を他方の出力から引き算する。そしてその引き算された信号（差分信号）において、ゼロクロスする位置を求めることで、特許文献１では原点検出が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５０３７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、少なくとも結像手段が検出器に設けられることで、検出器が複雑化するおそれがある。
【０００５】
そこで、特許文献１の原点検出に関する配置において、例えば結像手段を用いずに、原点マークで光を反射させてその光を直接的にセンサに入射させることも考えられる。しかし、原点マークは相応に小さく、このために光が原点マークに照射されると、光の回折がなされる。このため、当該センサには原点マークによる回折光が入射して、差動信号を得た際にゼロクロスする位置が複数個所で発生して原点を誤検出するおそれがある。
【０００６】
本発明は、前記問題点を解消するべくなされたもので、検出器を複雑化することなく、原点マークでの光の回折による原点の誤検出を回避して正確な原点検出を可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の請求項１に係る発明は、測長方向に沿って等間隔に反射型格子が形成されたインクリメンタルトラックを有するスケールと、該スケールに対して相対変位する検出器と、を備えた光電式エンコーダにおいて、前記スケールに設けられた、前記インクリメンタルトラックの少なくとも１箇所に形成された反射型の原点マークと、前記検出器に設けられた、前記インクリメンタルトラックに光を照射する光照射部、及び前記測長方向で該光照射部に対して対称に配置される１対の原点信号受光部と、前記原点マークで反射された光による該１対の原点信号受光部からの出力の差動信号を求めて該原点マークの位置に対応する原点検出信号を発生させることで原点信号を出力する原点信号処理部を有する信号処理部と、を備え、前記原点信号処理部を、前記原点マークで反射されることにより生じるサイドローブ光により前記原点信号受光部から出力される信号レベルの最大値を規定値として設け、前記相対変位により先に該規定値よりも大きな信号レベルを出力する一方の前記原点信号受光部の出力が該規定値よりも大きな信号レベルとなる最初の位置から、もう一方の前記原点信号受光部の出力が該規定値を超えてから該規定値よりも小さな信号レベルとなる最初の位置の間に、原点検出の有効領域を設け、該有効領域内で前記原点検出信号を発生させる構成としたことにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
本願の請求項２に係る発明は、前記有効領域を、更に、前記もう一方の原点信号受光部の出力が前記差動信号の信号レベルよりも大となる範囲としたものである。
【０００９】
本願の請求項３に係る発明は、更に、前記信号処理部が前記原点検出信号でリセットされると共に前記相対変位で生じる前記反射型格子による周期の数を計数する内部周期カウンタを備え、前記原点信号処理部が、前記原点検出信号の発生位置に対する前記原点信号の位置を外部から指定して記憶するメモリ／設定回路と、前記内部周期カウンタから出力される計数による位置が該メモリ／設定回路で指定される位置とされた状態で該原点信号を出力する出力回路と、を備えるようにしたものである。
【００１０】
本願の請求項４に係る発明は、前記検出器に、前記光照射部を中心としてその周囲に配置されると共に、前記光照射部から照射された光が前記スケールの前記反射型格子で回折されて形成された干渉縞を、前記測長方向に沿って配置されて９０度位相差、且つ、測長方向に対して垂直方向に沿って配置されて１８０度位相差の関係となっている４つの受光窓を介して受光し、位相の異なる４つのインクリメンタル信号を出力するメイン受光部を備え、前記１対の原点信号受光部を、更に、前記光照射部の位置を点対称の中心位置として前記測長方向に対して垂直方向に配置するようにしたものである。
【００１１】
本願の請求項５に係る発明は、更に、前記信号処理部が、前記インクリメンタル信号に基づいて２相方形波信号を生成し、該２相方形波信号のエッジを検出する回路を備え、前記原点信号処理部が、前記原点検出信号と前記２相方形波信号のエッジ間隔とを検出するパルス間隔検出回路と、該原点検出信号と２相方形波信号のエッジ間隔とから前記内部周期カウンタの計数開始位置を変更する回路と、を備えるようにしたものである。
【００１２】
本願の請求項６に係る発明は、前記原点信号処理部が、更に、前記差動信号の信号レベルを記憶する回路と、記憶された該差動信号の信号レベルと新たに得られる前記差動信号の信号レベルとを比較することで前記原点検出信号の発生有無を決定する回路と、を有するようにしたものである。
【００１３】
本願の請求項７に係る発明は、前記光照射部を拡散光源とし、前記原点マークの幅を前記原点信号受光部の開口幅の半分としたものである。なお、ここでの原点信号受光部の開口幅の半分とは、厳密さを要求するものではなく、多少の違いがあってもよい。
【００１４】
本願の請求項８に係る発明は、前記光照射部を、点光源又は空間フィルタを有する光源としたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、検出器には原点検出のための結像手段が不要なので検出器も複雑にすることなく、小型とすることができる。
【００１６】
また、原点マークで反射されることにより生じる（光の回折の）サイドローブ光により原点信号受光部から出力される信号レベルの最大値を規定値として設け、いわばいずれかの原点信号受光部からの出力が当該規定値よりも大きいことを条件に用いて原点検出の有効領域を定めている。そして、その有効領域内で原点検出信号を発生させるようにしている。このため、原点マークでの光の回折による原点の誤検出を回避して正確に原点検出が可能である。
【００１７】
即ち、本発明は、複雑な光学系を必要とせず、且つ新たに検出器やセンサを付加するのではなく、小規模な電気回路の付加で実現できるため、光電式エンコーダをコンパクト・低コストとしながら、正確な原点検出を可能としている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る光電式エンコーダの一例の概略を示す斜視図
【図２】同じく平面図
【図３】同じくスケールの斜視図
【図４】同じくスケールの例を示す断面図
【図５】同じく検出器の受光配置を示す平面図
【図６】同じく検出器に接続された信号処理部の構成を示すブロック図
【図７】同じくスケールと検出器とを示す斜視図
【図８】同じく原点検出の流れを示す図
【図９】同じく原点マークと検出器の関係を示す模式図
【図１０】同じく原点検出の概略を示す模式図
【図１１】同じく原点検出の詳細を示す模式図
【図１２】同じく取付により検出器が傾いた場合の原点検出の流れの概略を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。
【００２０】
最初に、本発明の実施形態に係わる光電式エンコーダの構成について図１を用いて以下に説明する。
【００２１】
本実施形態の光電式エンコーダ１は、図１に示す如く、スケール１０と、スケール１０に対して相対変位する検出器２０と、を備えている。なお、検出器２０には、図６に示す信号処理部４０が接続されている。
【００２２】
前記スケール１０は、図３に詳細に示す如く、インクリメンタルトラック１１を有する。そして、インクリメンタルトラック１１には、測長方向に沿って等間隔に反射型の位相格子（反射型格子）１２が形成されている。また、インクリメンタルトラック１１の測長範囲外で検出器２０により検出可能なインクリメンタルトラック１１の端部に、反射型格子１２と平行に反射型の原点マーク１４が形成されている。原点マーク１４は、例えば図４（ａ）に示す如く格子一体構造としたり、あるいは図４（ｂ）に示す如くアドオン構造としたりすることができる。なお、原点マーク１４の位置は、スケール１０の端部の１箇所に限定されず、任意の位置に複数箇所設けることができる。
【００２３】
前記検出器２０は、図１に示す如く、例えば光ファイバケーブル２２に設けられている。光ファイバケーブル２２は、その中心に投光用光ファイバ２６と、その周囲に６つの受光用光ファイバ２９ａ、２９ｂ、２９ａｂ、２９ｂｂ、２９ｚ、２９ｚｂと、を備える。即ち、受光用光ファイバ２９ａ、２９ｂ、２９ａｂ、２９ｂｂ、２９ｚ、２９ｚｂは、全て投光用光ファイバ２６から等距離とされている。
【００２４】
投光用光ファイバ２６は、図１に示す如く、その端面に配設された空間フィルタ２８及び他の端面に配設された図示せぬレーザ光源により、点光源２４を構成している。即ち、本実施形態では点光源２４が光照射部となり、点光源２４が拡散光源として機能し、インクリメンタルトラック１１に光を照射している。なお、光照射部は、空間フィルタを有さずに点光源とされていてもよいし、点光源ではなく単に拡散光源であってもよいし、若しくは拡散光源でなくてもよい。
【００２５】
光ファイバケーブル２２の受光用光ファイバ２９ａ、２９ｂ、２９ａｂ、２９ｂｂの端面（空間フィルタ２８の配設された投光用光ファイバ２６と同じ端面側）には、図５に詳細に示す如く、点光源２４の位置を中心としてその周囲に配置されると共に、測長方向に沿って配置されて９０度位相差（位相０°のａ相と位相９０°のｂ相、位相１８０°のａｂ相と位相２７０°のｂｂ相）、且つ、測長方向に対して垂直方向に沿って配置されて１８０度位相差（位相０°のａ相と位相１８０°のａｂ相、位相９０°のｂ相と位相２７０°のｂｂ相）の関係となっているインデックスパターン３１ａ、３１ｂ、３１ａｂ、３１ｂｂが受光窓として配設されている。即ち、インデックスパターン３１ａ、３１ｂ、３１ａｂ、３１ｂｂは、いわば田型に配設されている。このため、受光用光ファイバ２９ａ、２９ｂ、２９ａｂ、２９ｂｂは、点光源２４から照射された光がスケール１０の反射型格子１２で回折されて形成された干渉縞を、前記４つの受光窓を介して受光している。そして、インデックスパターン３１ａ、３１ｂ、３１ａｂ、３１ｂｂが設けられていない受光用光ファイバ２９ａ、２９ｂ、２９ａｂ、２９ｂｂの他の端面に図示せぬ光検出器が配置されることで、メイン受光部３０ａ、３０ｂ、３０ａｂ、３０ｂｂがそれぞれ構成されている。このため、メイン受光部３０ａ、３０ｂ、３０ａｂ、３０ｂｂは、位相の異なる４つのインクリメンタル信号を出力することができる。
【００２６】
光ファイバケーブル２２の受光用光ファイバ２９ｚ、２９ｚｂの端面（空間フィルタ２８の配設された投光用光ファイバ２６と同じ端面側）には、図２に示す如く、点光源２４の位置を点対称の中心位置として測長方向に対して垂直方向、即ち原点マーク１４の長手方向に受光用差動スリット３３ｚ、３３ｚｂが配設されている。更に、受光用差動スリット３３ｚ、３３ｚｂは、測長方向で点光源２４に対して対称に配置されている。そして、受光用差動スリット３３ｚ、３３ｚｂが設けられていない受光用光ファイバ２９ｚ、２９ｚｂの他の端面に図示せぬ光検出器が配置されることで、１対の原点信号受光部３２ｚ（ｚ相）、３２ｚｂ（ｚｂ相）がそれぞれ構成されている。なお、原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂは、図５に示す如く、メイン受光部３０ａ、３０ｂ、３０ａｂ、３０ｂｂを測長方向に対して垂直な方向で挟み込むように外側に配置されている。このため、点光源２４を中心に回転して検出器２０が取り付けられても、原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂで受光される光量は等しくでき、且つ原点検出位置の位置ずれを最小限に抑えることができる（例えば図１２（ａ））。
【００２７】
このように、検出器２０には、原点検出のための結像手段が不要なので、検出器２０も複雑にすることなく、小型とすることができる。
【００２８】
ここで、反射型格子１２で生じるインクリメンタル信号を出力するメイン受光部３０ａ、３０ｂ、３０ａｂ、３０ｂｂの測長方向幅をＷｄ、原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂの開口幅（受光用差動スリット３３ｚ、３３ｚｂの幅）をＷｚとする。すると、本実施形態では、原点マーク１４の幅Ｗ０は、次の式（１）、式（２）の条件を満たしている。
【００２９】
（１／４）Ｗｄ＞Ｗ０            …（１）
【００３０】
原点マーク１４を照射するのは点光源２４（拡散光源）であり、図１、図７（ｂ）に示す如く、点光源２４及びインデックスパターン３１ａ、３１ｂ、３１ａｂ、３１ｂｂの原点マーク１４からの距離は同じである。即ち、本実施形態では、インデックスパターン３１ａ、３１ｂ、３１ａｂ、３１ｂｂ上で原点マーク１４の反射光の幅は、幅Ｗ０のほぼ２倍となる。しかし、式（１）を満たしているので、原点マーク１４の反射光の領域を検出器２０が通過した時であっても、インクリメンタル信号のためのメイン受光部３０ａ、３０ｂ、３０ａｂ、３０ｂｂの測長方向幅は最低でも（１／２）Ｗｄ確保することができる。即ち、式（１）を満たしていることで、メイン受光部３０ａ、３０ｂ、３０ａｂ、３０ｂｂからエラーを起こさずに安定したインクリメンタル信号を得ることができる。
【００３１】
（１／２）Ｗｚ≒Ｗ０            …（２）
【００３２】
前述の如く、本実施形態では、受光用差動スリット３３ｚ、３３ｚｂ上の原点マーク１４の反射光の幅は、原点マーク１４の幅Ｗ０のほぼ２倍となる。即ち、式（２）を満たすことで、原点マーク１４の反射光の幅は、原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂの開口幅Ｗｚとほぼ等しくなる。つまり、原点マーク１４の反射光の領域を検出器２０が通過すると、原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂで受光される受光量を最大限に変化させることができる。このため、アライメント調整が容易となる。また、検出器２０のスケール１０に対する高さが変化しても原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂで受光される光量はほぼ同じなので、比較的検出器２０のスケール１０に対する高さ変動の許容範囲を広くすることが可能である。
【００３３】
なお、原点マーク１４による反射光の幅は、後述するように光の回折の影響を受ける。このせいもあり、本実施形態では原点マーク１４による反射光の幅に厳密さを要求していない。原点マーク１４の幅Ｗ０は、反射型格子１２の周期より十分大きい（例えば５〜１０倍）ことが望ましい。
【００３４】
前記信号処理部４０は、図６に示す如く、インクリメンタル信号処理部４２と、方向判別部５６と、内部Ｕｐ／Ｄｏｗｎカウンタ（内部周期カウンタ）５８と、原点信号処理部６０と、を有している。インクリメンタル信号処理部４２は、メイン受光部３０ａ、３０ａｂ、３０ｂ、３０ｂｂの出力であるインクリメンタル信号を、ラテラル差動ベクトル合成により処理する。方向判別部５６は、後述するＡ相方形波信号とＢ相方形波信号（２相方形波信号）のエッジを検出し、スケール１０に対して相対変位する検出器２０の方向を判別する。内部周期カウンタ５８は、前記相対変位で生じる反射型格子１２による周期の数を計数する。原点信号処理部６０は、原点マーク１４で反射された光による１対の原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂからの出力の差動Ｚ信号（差動信号）を求めて原点マーク１４の位置に対応する原点検出信号を発生させることで原点信号を出力する。以下、各構成について説明する。
【００３５】
前記インクリメンタル信号処理部４２は、図６に示す如く、電流−電圧変換器４４ａ、４４ａｂ、４４ｂ、４４ｂｂと、増幅器４６ａ、４６ａｂ、４６ｂ、４６ｂｂと、３相信号生成部４８と、２相正弦波信号生成部５０と、利得調整部５２Ａ、５２Ｂと、比較器５４Ａ、５４Ｂと、を有する。
【００３６】
電流−電圧変換器４４ａ、４４ａｂ、４４ｂ、４４ｂｂはそれぞれ、検出器２０のメイン受光部３０ａ、３０ｂ、３０ａｂ、３０ｂｂに接続されている。そして、メイン受光部３０ａ、３０ｂ、３０ａｂ、３０ｂｂからのインクリメンタル信号（出力）が電圧信号（周期信号Ｓａ、Ｓａｂ、Ｓｂ、Ｓｂｂ）に変換される。電流−電圧変換器４４ａ、４４ａｂ、４４ｂ、４４ｂｂは、増幅器４６ａ、４６ａｂ、４６ｂ、４６ｂｂを介して、３つの差動増幅器４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃでなる３相信号生成部４８に接続されている。即ち、周期信号Ｓａ、Ｓａｂ、Ｓｂ、Ｓｂｂは、３相信号生成部４８により３つの差動信号Ｄｓａ、Ｄｓｂ、Ｄｓｃに生成される。３相信号生成部４８は、２つのベクトル合成差動増幅器５０Ａ、５０Ｂでなる２相正弦波信号生成部５０に接続されている。即ち、３つの差動信号Ｄｓａ、Ｄｓｂ、Ｄｓｃは、２つのベクトル信号Ａ、Ｂに合成される。２相正弦波信号生成部５０は、利得調整部５２Ａ、５２Ｂに接続され、２つのベクトル信号Ａ、Ｂはそれぞれ、Ａ相正弦波信号、Ｂ相正弦波信号として出力される。
【００３７】
一方で、２相正弦波信号生成部５０は、比較器５４Ａ、５４Ｂに接続され、２つのベクトル信号Ａ、Ｂはそれぞれ、Ａ相方形波信号、Ｂ相方形波信号（２相方形波信号）として出力される。このため、インクリメンタル信号処理部４２は、メイン受光部３０ａ、３０ｂ、３０ａｂ、３０ｂｂのインクリメンタル信号に基づいて２相方形波信号を生成する回路とも言える。
【００３８】
前記原点信号処理部６０は、電流−電圧変換器６２ｚ、６２ｚｂと、増幅器６４ｚ、６４ｚｂと、判定出力回路６６と、エッジ検出回路７０と、トリガ回路７２と、パルス間隔検出回路７４と、下位２ビット加算回路７６と、メモリ／設定回路８０と、Ｚ信号出力回路８２と、を有している。
【００３９】
電流−電圧変換器６２ｚ、６２ｚｂはそれぞれ、検出器２０の原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂに接続されている。そして、原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂからの出力は電圧信号Ｓｚ、Ｓｚｂに変換される。電流−電圧変換器６２ｚ、６２ｚｂは、増幅器６４ｚ、６４ｚｂを介して、判定出力回路６６に接続されている。
【００４０】
判定出力回路６６は、例えば、図示せぬ、記憶器と差動増幅器と論理回路と比較器とを有する。記憶器は、増幅器６４ｚ、６４ｚｂの出力を記憶する。差動増幅器は、当該出力を差動増幅してゼロクロスする差動Ｚ信号を生成する。論理回路は、増幅器６４ｚ、６４ｚｂの出力と、前記記憶器に記憶した信号レベル及び差動Ｚ信号の信号レベルとの比較を行い原点検出の有効領域を判定する。比較器は、その有効領域の判定された範囲で、閾値を発生させてその閾値で当該差動Ｚ信号を方形波となして出力する。
【００４１】
エッジ検出回路７０は、判定出力回路６６から出力された方形波のエッジを検出する。トリガ回路７２は、エッジ検出回路７０の出力に基づいて、内部周期カウンタ５８の計数を開始するためのトリガ信号である原点検出信号を発生させる。即ち、原点検出信号は、内部周期カウンタ５８をリセットすることができる。
【００４２】
このように、判定出力回路６６とエッジ検出回路７０とトリガ回路７２とにより、原点検出の有効領域を設け、その有効領域内で原点検出信号を発生させることができる。
【００４３】
トリガ回路７２は、パルス間隔検出回路７４にも接続されている。パルス間隔検出回路７４は、トリガ回路７２による原点検出信号と、方向判別部５６による２相方形波信号のエッジ間隔とを検出する。パルス間隔検出回路７４には下位２ビット加算回路７６が接続され、原点検出信号と２相方形波信号のエッジ間隔とから、内部周期カウンタ５８に下位２ビットを付加する。即ち、下位ビット２ビット加算回路７６は、原点検出信号と２相方形波信号の間隔とから内部周期カウンタ５８の計数開始位置を変更することができる。
【００４４】
メモリ／設定回路８０は、原点検出信号の発生位置に対する原点信号の位置を外部から自在に指定して記憶する。Ｚ信号出力回路８２（出力回路）は、内部周期カウンタ５８から出力される計数による位置がメモリ／設定回路８０で指定される位置とされた状態で原点信号を出力する。
【００４５】
次に、図６に示すインクリメンタル信号処理部４２の動作について概略を説明する。
【００４６】
点光源２４より照射された光は、図７に示す如く、インクリメンタルトラック１１の反射型格子１２で回折され、検出器２０上で干渉縞を形成する。この干渉縞は、位相の異なる４つのインデックスパターン３１ａ、３１ｂ、３１ａｂ、３１ｂｂを有するメイン受光部３０ａ、３０ｂ、３０ａｂ、３０ｂｂで受光される。メイン受光部３０ａ、３０ｂ、３０ａｂ、３０ｂｂからはそれぞれインクリメンタル信号が出力される。そして、各インクリメンタル信号に基づき、電流−電圧変換器４４ａ、４４ａｂ、４４ｂ、４４ｂｂ、増幅器４６ａ、４６ａｂ、４６ｂ、４６ｂｂ、３相信号生成部４８、２相正弦波信号生成部５０、そして利得調整部５２Ａ、５２Ｂを経て、Ａ相正弦波信号、Ｂ相正弦波信号がインクリメンタル信号処理部４２から出力される。
【００４７】
次に、原点信号処理部６０の動作を、図８〜図１２を参照して説明する。
【００４８】
図８（ａ）に示すように、原点マーク１４の相対移動（図ではＣＷ方向）に対して、まずメイン受光部３０ａ（ａ相）、３０ａｂ（ａｂ相）での受光量が、原点マーク１４による反射の影響を受けて変動する。それに伴い、周期信号Ｓａ、Ｓａｂの信号レベルも変動する（図８（ｂ）のＰ１部分）。しかし、受光量の変動があっても、既に説明したように、２相正弦波信号生成部５０から出力されるベクトル信号Ａ、Ｂでは、カウントエラーを生じない。なお、この現象は、図８（ｂ）のＰ３、Ｐ５、Ｐ７部分も同様である。
【００４９】
次に、メイン受光部３０ａ（３０ａｂ）とメイン受光部３０ｂ（３０ｂｂ）の間に配置されている原点信号受光部３２ｚ（３２ｚｂ）の出力による電圧信号Ｓｚ（Ｓｚｂ）の信号レベルが、回折光量の一時的な低下により、変動する（図８（ｄ）のＰ２部分）。なお、この現象は、図８（ｄ）のＰ６部分も同様である。
【００５０】
次に、原点マーク１４が原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂと対向する位置に来ると、原点マーク１４による反射光を原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂで直接的に受光する光量が増えていく。それに従って、原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂの出力による電圧信号Ｓｚ、Ｓｚｂの信号レベルが増加し、最大値を取り、そして減少することとなる（図８（ｄ）のＰ４部分）。そして、電圧信号Ｓｚ、Ｓｚｂにより、差動Ｚ信号が得られる。
【００５１】
次に、差動Ｚ信号の立下りエッジで原点検出信号を発生させ、内部周期カウンタ５８をリセットする（図８（ｅ）（ｅ２））。なお、図８（ｄ）に示す如く、原点マーク１４の原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂと対向する位置の前後における変動（Ｐ２、Ｐ６部分）と該対向する位置における変動（Ｐ４部分）では、差動Ｚ相信号のエッジ方向が異なる（前者が立上りエッジ、後者が立下がりエッジ）。このため、原点マーク１４の位置に対応する原点検出が可能となる。
【００５２】
ここで、原点マーク１４による反射光を原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂで直接的に受光する様子（Ｐ４部分に該当）について、以下に詳細に説明する。
【００５３】
まず、その際の配置を図９（ａ）、図９（ｂ）に示す。ここで、符号１５は原点マーク１４による原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂ上での反射光を示し、その幅は原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂの開口幅Ｗｚとほぼ同一である。この原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂは、原点マーク１４を検出した場合（反射光１５が直接的に入射した場合）、概略的には図１０に示すような電圧信号Ｓｚ、Ｓｚｂ、及び差動Ｚ信号が出力される。なお、図１０で示す位置関係はあくまでも原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂの開口幅Ｗｚと原点マーク１４による反射光１５の幅と各信号の幅との関係をわかりやすく配置したもので、必ずしも実際の位置関係を示したものではない。なお、各原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂの出力による電圧信号Ｓｚ、Ｓｚｂは原点マーク１４以外からの回折光干渉成分の直流成分を含んでいる。ここで、図１０はあくまでも概略的な信号を示したものであるので、より詳細な信号を図１１に示し説明する。
【００５４】
本実施形態において、原点マーク１４に光が照射されると、光の回折が生じる。このため、原点マーク１４の正反射の位置にあるときには、原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂが最大の光量を観測できるが、その正反射の位置の外側には光の回折によるサイドローブ光が存在する。即ち、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示す如く、当該サイドローブ光によって、原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂの出力による電圧信号Ｓｚ、Ｓｚｂもサイドローブ信号ＳＬｚ、ＳＬｚｂを備えることとなる。このため、このサイドローブ信号ＳＬｚ、ＳＬｚｂの影響により、図１１（ｃ）に示す如く、電圧信号Ｓｚ、Ｓｚｂの差動Ｚ信号を求めると、複数のゼロクロス点が生じる。
【００５５】
このため、判定出力回路６６では、原点マーク１４で反射されることにより生じるサイドローブ光により原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂから出力される電圧信号Ｓｚ、Ｓｚｂの信号レベルの最大値（サイドローブ信号ＳＬｚ、ＳＬｚｂの最大値Ｖｔ１、Ｖｔ２）を記憶器に記憶し、その最大値を規定値Ｖｔとして設ける（なお、原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂの開口幅Ｗｚが同一なのでＶｔ１＝Ｖｔ２となる）。
【００５６】
そして、スケール１０に対する検出器２０の相対変位により先に規定値Ｖｔよりも大きな電圧信号Ｓｚの信号レベルを出力する原点信号受光部３２ｚにおいて、その出力による電圧信号Ｓｚが規定値Ｖｔよりも大きな信号レベルとなる最初の位置ｘ１を求める（図１１（ａ））。そして、原点信号受光部３２ｚｂにおいて、その出力による電圧信号Ｓｚｂが規定値Ｖｔを超えてから規定値Ｖｔよりも小さな信号レベルとなる最初の位置ｘ２を求める（図１１（ｂ））。そして、図１１（ｄ）に示す如く、位置ｘ１と位置ｘ２の間に、原点検出の有効領域を設ける。
【００５７】
一方で、原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂの出力による周期信号Ｓｚ、Ｓｚｂを差動増幅して図１１（ｃ）に示す差動Ｚ信号を得る。そして、原点検出の有効領域を、原点信号受光部３２ｚｂの出力による電圧信号Ｓｚｂが差動Ｚ信号の信号レベルよりも大となる範囲の位置ｘ３から位置ｘ２の間に制限する（図１１（ｅ））。
【００５８】
そして、制限された原点検出の有効領域である位置ｘ３から位置ｘ２の間で、差動Ｚ信号が比較器で方形波とされて出力される。即ち、図１１（ｃ）における差動信号のゼロクロスする位置ｘ４〜ｘ１０のうち、位置ｘ３から位置ｘ２の間の位置ｘ７でゼロクロス点の判定がなされる。ここまでが、判定出力回路６６で行われる。
【００５９】
そして、エッジ検出回路７０とトリガ回路７２とで、図１１（ｆ）に示す原点検出信号を発生させることとなる。
【００６０】
このように、原点マーク１４で反射されることにより生じる（光の回折の）サイドローブ光により原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂから出力される周期信号Ｓｚ、Ｓｚｂの信号レベルの最大値を規定値Ｖｔとして設け、いわばいずれかの原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂからの出力が規定値Ｖｔよりも大きいことを条件に用いて原点検出の有効領域を定めている。そして、その有効領域内で原点検出信号を発生させるようにしている。なお、ここでの規定値Ｖｔは、原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂで受光する受光量の変動に連動して変化するので、当該受光量の変動にロバストな原点検出の有効領域を定めることができる。このため、原点マークでの光の回折による原点の誤検出を回避して正確に原点検出が可能である。
【００６１】
又、原点検出の有効領域は、原点信号受光部３２ｚｂの出力が図１１（ｃ）に示す差動Ｚ信号の信号レベルよりも大となる範囲の位置ｘ３から位置ｘ２の間に制限されているので、更に、確実に原点の誤検出を回避して、且つ、原点検出を迅速に行うことができる。
【００６２】
以下、図８（ｅ）から説明する。
【００６３】
次に、前述した原点検出信号で、内部周期カウンタ５８をリセットして、周期カウントを開始させる。そして、メモリ／設定回路８０で設定した任意の位置（所望位置）で（エッジパルスより充分後のメイン受光部３０ａ、３０ａｂ、３０ｂ、３０ｂｂの受光量変動が起きない位置が望ましい）、Ｚ信号出力回路８２から、周期カウントと同期して原点信号を出力する。これにより、任意の位置での原点信号の出力が可能となる。
【００６４】
なお、ごみがスケール１０上にあった場合には、差動Ｚ相信号の増減方向が逆となるため、方向判別部５６の機能により移動方向を判別して容易にごみの有無を識別することができる。
【００６５】
本実施形態においては、更に、原点検出信号と２相方形波信号のエッジ間隔とを検出するパルス間隔検出回路７４と、原点検出信号と２相方形波信号のエッジ間隔とから内部周期カウンタ５８に下位２ビットを加算する下位２ビット加算回路７６と、を備えている。即ち、下位２ビット加算回路７６は、内部周期カウンタ５８の計数開始位置を変更することができる。このため、原点検出信号によるリセット位置の変動で生じうる周期飛びを防止して、原点信号の再現性を確保することができる。具体的に、図１２を用いて説明する。
【００６６】
図１２（ａ）に示す如く、取付により検出器２０がスケール１０に対して傾いた場合、繰返し測定を行った際（図中で丸数字１，２，３で表記）に、カウンタ（１／４周期カウンタとした場合）の下位に２ｂｉｔを加算して、半周期ずらすことができる。このため、２相方形波信号（図中では２相方形波で表記）のダウンエッジで内部周期カウンタ５８で周期カウント開始することができて、原点信号の繰返し再現性を向上させることができる（図１２（ｄ）の場合）。理論的には、再現性＜±１／２周期でも、原点信号（任意の位置）の再現性を確保できる。即ち、図１２（ｃ）に示すような周期カウントが跳んでしまうことを防止して、取付による原点検出の再現性の劣化を補償することで、原点信号の繰返し再現性を向上させることができる。なお、図１２（ｂ）は、検出器２０が傾いていない場合を示している。
【００６７】
なお、判定出力回路６６に差動Ｚ信号の信号レベルを記憶する回路と、記憶された差動Ｚ信号の信号レベルと新たに得られる差動Ｚ信号の信号レベルとを比較することで原点検出信号の発生有無を決定する回路と、を有することで、光源の劣化や表面の汚れ／酸化による反射率の変化にかかわらず、より高精度に原点を検出することもできる。
【００６８】
即ち、本実施形態は、複雑な光学系を必要とせず、且つ新たに検出器やセンサを付加するのではなく、小規模な電気回路の付加で実現できるため、光電式エンコーダ１をコンパクト・低コストとしながら、正確な原点検出を可能としている。
【００６９】
本発明について本実施形態を上げて説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことはいうまでもない。
【００７０】
本実施形態においては、原点検出の有効領域を、更に、原点信号受光部３２ｚｂの出力による周期信号Ｓｚｂを差動Ｚ信号の信号レベルよりも大となる範囲として、２重に制限していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記制限を更に設ける必要もなく、２重の制限をするにしても原点信号受光部で受光する最大光量に対する割合（例えば半分など）などを実験から定めて用いてもよい。
【００７１】
又、本実施形態においては、信号処理部４０が原点検出信号でリセットされると共にスケール１０に対する検出器２０の相対変位で生じる反射型格子１２による周期の数を計数する内部周期カウンタ５８を備え、原点信号処理部６０が、前記原点検出信号の発生位置に対する原点信号の位置を外部から指定して記憶するメモリ／設定回路８０と、内部周期カウンタ５８から出力される計数による位置がメモリ／設定回路８０で指定される位置とされた状態で原点信号を出力する出力回路（Ｚ信号出力回路８２）と、を備えていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、それらを備えずに原点検出信号が発生した段階で原点信号を出力するようにしてもよい。
【００７２】
また、本実施形態においては、検出器２０に、光照射部（点光源２４）を中心としてその周囲に配置されると共に、光照射部から照射された光がスケール１０の反射型格子１２で回折されて形成された干渉縞を、測長方向に沿って配置されて９０度位相差、且つ、測長方向に対して垂直方向に沿って配置されて１８０度位相差の関係となっている４つの受光窓（インデックスパターン３１ａ、３１ｂ、３１ａｂ、３１ｂｂ）を介して受光し、位相の異なる４つのインクリメンタル信号を出力するメイン受光部３０ａ、３０ｂ、３０ａｂ、３０ｂｂを備え、１対の原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂを、更に、光照射部の位置を点対称の中心位置として測長方向に対して垂直方向に配置するようにしていたが、本発明はこれに限定されずに、これらを必須構成とはしない。
【００７３】
又、本実施形態においては、更に、信号処理部４０が、インクリメンタル信号に基づいて２相方形波信号を生成し、該２相方形波信号のエッジを検出する回路（インクリメンタル信号処理部４２と方向判別部５６）を備え、原点信号処理部６０が、原点検出信号と２相方形波信号のエッジ間隔とを検出するパルス間隔検出回路７４と、該原点検出信号と２相方形波信号のエッジ間隔とから内部周期カウンタ５８の計数開始位置を変更する回路（下位２ビット加算回路７６）と、を備えていたが、本発明はこれに限定されずに、これらを必須構成とはしない。
【００７４】
又、本実施形態においては、原点信号処理部６０が、更に、差動Ｚ信号の信号レベルを記憶する回路と、記憶された該差動Ｚ信号の信号レベルと新たに得られる前記差動Ｚ信号の信号レベルとを比較することで原点検出信号の発生有無を決定する回路と、を有していたが、本発明はこれに限定されずに、これらを必須構成とはしない。
【００７５】
又、本実施形態においては、光照射部を拡散光源とし、原点マーク１４の幅Ｗ０を原点信号受光部３２ｚ、３２ｚｂの開口幅Ｗｚの半分としたが、本発明はこれに限定されずに、これらを必須構成とはしない。
【００７６】
又、本実施形態においては、検出器が光ファイバで検出されていたが、本発明の適用対象は、これに限定されず、例えば発光ダイオードとフォトダイオード又はフォトダイオードアレイ等を用いて検出器を構成することもできる。
【符号の説明】
【００７７】
１…光電式エンコーダ
１０…スケール
１１…インクリメンタルトラック
１２…反射型格子
１４…原点マーク
１５…原点マークの反射光
２０…検出器
２４…点光源
２６…投光用光ファイバ
２８…空間フィルタ
３０ａ、３０ｂ、３０ａｂ、３０ｂｂ…メイン受光部
３２ｚ、３２ｚｂ…原点信号受光部
４０…信号処理部
４２…インクリメンタル信号処理部
４８…３相信号生成部
５０…２相正弦波信号生成部
５６…方向判別部
５８…内部周期カウンタ
６０…原点信号処理部
６６…判定出力回路
７０…エッジ検出回路
７２…トリガ回路
７４…パルス間隔検出回路
７６…下位２ビット加算回路
８０…メモリ／設定回路
８２…Ｚ信号出力回路
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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