(57)【特許請求の範囲】
【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、１つの光源と、前記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複数の受光手段とを有し、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、前記受光手段は前記メインスケールの移動により変化する前記反射部からの光束の移動方向に複数配置し、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。
【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、かつ前記平行光束が異なる照射角度となるように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束の移動方向に複数の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。
【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。
【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。
【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、１つの光源と、前記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複数の受光手段とを有し、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、前記受光手段は前記メインスケールの移動により変化する前記反射部からの光束の移動方向に複数配置し、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、かつ前記平行光束が異なる照射角度となるように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束の移動方向に複数の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（ＰＤ）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か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，ｂ１（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、１つの光源と、前記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複数の受光手段とを有し、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、前記受光手段は前記メインスケールの移動により変化する前記反射部からの光束の移動方向に複数配置し、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、かつ前記平行光束が異なる照射角度となるように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束の移動方向に複数の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。
【図１】
0003630541.tif 000002
【図２】
0003630541.tif 000003