(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学格子が形成されたスケールと、このスケールに所定のギャップをもって相対変位可能に対向設置されて光学格子が形成されたインデックスと、前記スケールに光を照射する照光手段と、前記スケールとインデックスの光学格子の重なりによる明暗像の相対変位に伴う変化を検出する変位検出用受光手段と、この受光手段の出力信号を処理して変位量を求める信号処理手段と、前記スケールに形成された原点検出用パターンと、この原点検出用パターンに対向するように前記インデックスに形成された原点検出用受光手段と、この原点検出用受光手段の出力信号を処理して原点検出信号を出力する原点検出手段とを備えた光電式エンコーダにおいて、
前記原点検出用パターンは、原点位置を中心として相対変位方向に所定の幅をもつ光の透過又は反射を阻止するマスク部により構成され、
前記原点検出用受光手段は、前記原点位置において前記マスク部の両エッジがそれぞれの受光面にかかるような距離をおいて配置された第１及び第２の受光素子と、これらの受光素子の中間位置に配置された第３の受光素子とから構成され、
前記原点検出手段は、前記第１の受光素子の出力と第２の受光素子の出力を比較して、第１の相対変位方向でのレベル反転を検出する第１のコンパレータと、前記第１の受光素子と第２の受光素子の出力を比較して、第２の相対変位方向でのレベル反転を検出する第２のコンパレータと、前記第３の受光素子の前記マスク部による出力を検出する第３のコンパレータと、この第３のコンパレータの出力を前記第１の相対変位方向において前記第１のコンパレータの出力の立ち上がりで取り込んで前記原点位置で立ち上がる原点検出パルスを出力する第１のＤ型フリップフロップと、前記第３のコンパレータの出力を前記第２の相対変位方向において前記第２のコンパレータの出力の立ち上がりで取り込んで前記原点位置で立ち上がる原点検出パルスを出力する第２のＤ型フリップフロップとを有する
ことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
前記光照射手段により照射される光を平行光とし、前記マスク部の前記相対変位方向の幅をＷＳとして、前記第１及び第２の受光素子の中心間の距離がＷＳに設定されていることを特徴とする
請求項１記載の光電式エンコーダ。
【請求項３】
前記光照射手段により照射される光を拡散光とし、前記マスク部の前記相対変位方向の幅をＷＳとして、前記第１及び第２の受光素子の中心間の距離がＷＳより大きく設定されていることを特徴とする
請求項１記載の光電式エンコーダ。
【請求項４】
前記原点検出手段は、前記第１及び第２のコンパレータに対してそれぞれ入力関係を逆にして併設された第１及び第２のヒステリシス・コンパレータを有し、前記第１及び第２のＤ型フリップフロップはそれぞれ、前記第１及び第２のヒステリシス・コンパレータの出力の立下りによりクリアされるようにした
ことを特徴とする請求項１記載の光電式エンコーダ。
【請求項５】
光学格子が形成されたスケールと、このスケールに所定のギャップをもって相対変位可能に対向設置されて光学格子が形成されたインデックスと、前記スケールに光を照射する光照射手段と、前記スケールとインデックスの光学格子の重なりによる明暗像の相対変位に伴う変化を検出する変位検出用受光手段と、この受光手段の出力信号を処理して変位量を求める信号処理手段と、前記スケールに形成された原点検出用パターンと、この原点検出用パターンに対向するように前記インデックスに形成された原点検出用受光手段と、この原点検出用受光手段の出力信号を処理して原点検出信号を出力する原点検出手段とを備えた光電式エンコーダにおいて、
前記原点検出用パターンは、スケール幅方向の第１のトラックに原点位置を挟んで光の透過又は反射を阻止するマスク部と非マスク部とが配置され、スケール幅方向の第２のトラックに前記第１のトラックとは逆パターンでマスク部と非マスク部とが配置されて構成され、
前記原点検出用受光手段は、それぞれ前記第１及び第２のトラックに対向するようにスケール幅方向に並んで配置された第１及び第２の受光素子により構成され、
前記原点検出手段は、前記第１の受光素子の出力と第２の受光素子の出力を比較して、第１の相対変位方向でのレベル反転を検出する第１のコンパレータと、前記第１の受光素子の出力と第２の受光素子の出力を比較して、第２の相対変位方向でのレベル反転を検出する第２のコンパレータと、前記第１のコンパレータの出力の立ち上がりで前記第１の相対変位方向でのレベル反転データを取り込んで前記原点位置で立ち上がる原点検出パルスを出力する第１のＤ型フリップフロップと、前記第２のコンパレータの出力の立ち上がりで前記第２の相対変位方向でのレベル反転データを取り込んで前記原点位置で立ち上がる原点検出パルスを出力する第２のＤ型フリップフロップとを有する
ことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項６】
前記原点検出手段は、前記第１及び第２のコンパレータに対してそれぞれ入力関係を逆にして併設された第１及び第２のヒステリシス・コンパレータを有し、前記第１及び第２のＤ型フリップフロップはそれぞれ、前記第１及び第２のヒステリシス・コンパレータの出力をそれぞれ前記第１及び第２のコンパレータの出力の立上がりで取り込み、それぞれ前記第１及び第２のヒステリシス・コンパレータの出力の立下りによりクリアされるようにした
ことを特徴とする請求項５記載の光電式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リニアエンコーダやロータリエンコーダとして用いられる光電式エンコーダに係り、特にその原点検出方式の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光電式エンコーダは、それぞれ光学格子が形成されたスケールとインデックスが所定ギャップをもって相対移動可能に対向配置され、スケールに光を照射する光源と、スケールとインデックスの光学格子の重なりによる明暗像の相対移動に伴う変化を検出する受光手段とを設けて構成される。光電式エンコーダの方式として、スケールの透過光パターンを検出する透過型と、反射光パターンを検出する反射型とがある。また、受光手段とインデックスを兼ねて受光素子アレイを用いる方式もある。
【０００３】
この種の光電式エンコーダにおいて、従来より、原点信号を得るために種々の方式が用いられている。代表的には、スケール上にランダムな原点検出用パターンを形成し、インデックス上にも同じ原点検出用パターンを形成して、両者のパターンマッチングを利用したピーク検出を行う方式が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパターンマッチングを利用した原点検出方式は、次のような問題があった。
（１）原点検出パターンがランダムパターンであるため、インデックスとスケール間のギャップが大きくなると光の回折の影響により、像面がぼやけてくる。このため、原点位置で得られるピーク電圧が下がり、原点検出のＳ／Ｎか悪くなる。
（２）ピーク電圧をあるしきい値でコンパレートすることにより、原点検出パルスを出力するが、この原点検出パルスはエッジ検出を行って変位検出カウンタをリセットするために用いられるから、パルス幅が広いと、スケールがいずれの方向に移動しているかによって、原点検出にパルス幅分の誤差が生じることになる。
（３）受光素子や発光素子の温度変動の影響でピーク電圧が変動し、従って原点検出パルスのエッジ位置が変動するため、原点検出位置が安定しない。
（４）原点検出の再現性を高めるためには、狭い幅のピーク電圧が得られるように、微細な原点検出用パターンを形成することが必要になり、これはコスト高の原因となり、また調整を難しくする。
【０００５】
この発明は、上記事情を考慮してなされたもので、簡単な構成で誤差のない高精度の原点検出を可能とした原点検出方式を採用した光電式エンコーダを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、第１に、光学格子が形成されたスケールと、このスケールに所定のギャップをもって相対変位可能に対向設置されて光学格子が形成されたインデックスと、前記スケールに光を照射する照光手段と、前記スケールとインデックスの光学格子の重なりによる明暗像の相対変位に伴う変化を検出する変位検出用受光手段と、この受光手段の出力信号を処理して変位量を求める信号処理手段と、前記スケールに形成された原点検出用パターンと、この原点検出用パターンに対向するように前記インデックスに形成された原点検出用受光手段と、この原点検出用受光手段の出力信号を処理して原点検出信号を出力する原点検出手段とを備えた光電式エンコーダにおいて、前記原点検出用パターンは、原点位置を中心として相対変位方向に所定の幅をもつ光の透過又は反射を阻止するマスク部により構成され、前記原点検出用受光手段は、前記原点位置において前記マスク部の両エッジがそれぞれの受光面にかかるような距離をおいて配置された第１及び第２の受光素子と、これらの受光素子の中間位置に配置された第３の受光素子とから構成され、前記原点検出手段は、前記第１の受光素子の出力と第２の受光素子の出力を比較して、第１の相対変位方向でのレベル反転を検出する第１のコンパレータと、前記第１の受光素子と第２の受光素子の出力を比較して、第２の相対変位方向でのレベル反転を検出する第２のコンパレータと、前記第３の受光素子の前記マスク部による出力を検出する第３のコンパレータと、この第３のコンパレータの出力を前記第１の相対変位方向において前記第１のコンパレータの出力の立ち上がりで取り込んで前記原点位置で立ち上がる原点検出パルスを出力する第１のＤ型フリップフロップと、前記第３のコンパレータの出力を前記第２の相対変位方向において前記第２のコンパレータの出力の立ち上がりで取り込んで前記原点位置で立ち上がる原点検出パルスを出力する第２のＤ型フリップフロップとを有することを特徴とする。
【０００７】
第１の発明において好ましくは、前記光照射手段による光が平行光である場合に、前記マスク部の前記相対変位方向の幅をＷS として、前記第１及び第２の受光素子の中心間の距離をＷSに設定する。
また第１の発明において好ましくは、前記原点検出手段は、前記第１及び第２のコンパレータに対してそれぞれ入力関係を逆にして併設された第１及び第２のヒステリシス・コンパレータを有し、前記第１及び第２のＤ型フリップフロップはそれぞれ、前記第１及び第２のヒステリシス・コンパレータの出力の立下がりによりクリアされるようする。
【０００８】
この発明は、第２に、光学格子が形成されたスケールと、このスケールに所定のギャップをもって相対変位可能に対向設置されて光学格子が形成されたインデックスと、前記スケールに光を照射する光照射手段と、前記スケールとインデックスの光学格子の重なりによる明暗像の相対変位に伴う変化を検出する変位検出用受光手段と、この受光手段の出力信号を処理して変位量を求める信号処理手段と、前記スケールに形成された原点検出用パターンと、この原点検出用パターンに対向するように前記インデックスに形成された原点検出用受光手段と、この原点検出用受光手段の出力信号を処理して原点検出信号を出力する原点検出手段とを備えた光電式エンコーダにおいて、前記原点検出用パターンは、スケール幅方向の第１のトラックに原点位置を挟んで光の透過又は反射を阻止するマスク部と非マスク部とが配置され、スケール幅方向の第２のトラックに前記第１のトラックとは逆パターンでマスク部と非マスク部とが配置されて構成され、前記原点検出用受光手段は、それぞれ前記第１及び第２のトラックに対向するようにスケール幅方向に並んで配置された第１及び第２の受光素子により構成され、前記原点検出手段は、前記第１の受光素子の出力と第２の受光素子の出力を比較して、第１の相対変位方向でのレベル反転を検出する第１のコンパレータと、前記第１の受光素子の出力と第２の受光素子の出力を比較して、第２の相対変位方向でのレベル反転を検出する第２のコンパレータと、前記第１のコンパレータの出力の立ち上がりで前記第１の相対変位方向でのレベル反転データを取り込んで前記原点位置で立ち上がる原点検出パルスを出力する第１のＤ型フリップフロップと、前記第２のコンパレータの出力の立ち上がりで前記第２の相対変位方向でのレベル反転データを取り込んで前記原点位置で立ち上がる原点検出パルスを出力する第２のＤ型フリップフロップとを有することを特徴とする。
【０００９】
第２の発明において好ましくは、前記原点検出手段は、前記第１及び第２のコンパレータに対してそれぞれ入力関係を逆にして併設された第１及び第２のヒステリシス・コンパレータを有し、前記第１及び第２のＤ型フリップフロップはそれぞれ、前記第１及び第２のヒステリシス・コンパレータの出力をそれぞれ前記第１及び第２のコンパレータの出力の立上がりで取り込み、それそれ前記第１及び第２のヒステリシスコンパレータの出力の立下がりによりクリアされるようにする。
【００１０】
第１の発明による原点検出方式は、スケール側には、原点位置を中心として所定幅のマスク部（透過型の場合には透過を阻止し、反射型の場合は反射を阻止する）を設け、インデックス側には、中心点間の距離を前記マスク部の幅とほぼ等しく設定することにより、原点位置でマスク部の両エッジが受光面にかかるようにした第１及び第２の受光素子と、これらの中間位置に配置された第３の受光素子とを設けて、これらの受光素子の出力信号処理により検出検出がなされる。原点検出の原理は、次の通りである。
【００１１】
第１及び第２の受光素子の出力は、原点位置で一方は高レベルから低レベルへ、他方が低レベルから高レベルへ遷移する。このレベル遷移の交点位置（即ち原点位置）でのレベル反転（レベル交差）を第１及び第２のコンパレータにより検出する。ここで、第１，第２のコンパレータでのレベル反転検出の出力は、相対移動方向との関係で一方が“Ｈ”から“Ｌ”へ、他方が“Ｌ”から“Ｈ”へとなる。一方、第３の受光素子は、原点位置を中心とするマスク部を検出することができる。そこで、第３の受光素子の出力データを、第１，第２のコンパレータの出力の立上りをクロックとして第１，第２のＤ型フリップフロップに取り込むようにすれば、第１，第２のコンパレータのいずれか一方の出力のみが有効なクロックとして働き、移動方向に応じて第１，第２のフリップフロップのいずれから、原点位置で立ち上がる原点検出パルスを得ることができる。
【００１２】
特に、マスク部の幅をＷS とし、第１及び第２の受光素子の中心間の距離をＷSに設定すれば、第１及び第２の受光素子の出力レベル遷移は原点位置で交差することになり、従って第１及び第２のコンパレータの出力立上りをクロックとしてデータ取り込みを行うことにより、光量分布のばらつきやミスアライメントの影響を低減して、正確に原点位置で立ち上がる原点検出パルスを得ることができる。
また、原点検出パルスの幅は、第１及び第２のヒステリシスコンパレータのヒステリシスの幅で決まるから、従来のようなピーク検出信号をあるしきい値でスライスして原点検出パルスを得る方式に比べて狭いパルス幅の原点検出パルスを得ることができる。
【００１３】
第２の発明の場合は、スケール側に原点検出用の二つのトラックが設けられてこれらに互いに逆パターンとなるマスク部と非マスク部とが配置される。マスク部と非マスク部の境界が原点位置である。一方、インデックスにはスケール上の二つのトラックに対向してスケール幅方向に並ぶ二つの受光素子が配置される。そして、第１及び第２の受光素子の出力を比較して、スケール移動方向に応じて一方が有効となるようなレベル反転を検出する第１及び第２のコンパレータを用い、これらのコンパレータによりレベル反転データを取り込む二つのＤ型フリップフロップにより、二つの受光素子の出力レベル遷移の交点位置で原点検出パルスを出すことができる。
【００１４】
第１の発明ではスケール移動方向に並び、第２の発明ではスケール幅方向に並ぶ二つの受光素子をインデックス側に配置して、それらの受光素子の出力が原点位置で互いに逆方向にレベル遷移する点を検出して、相対移動方向がいずれの方向であっても原点位置で立ち上がる原点検出パルスを得ることができる。スケール上の原点検出用パターンはいずれも単純なものであり、製作も容易である。また、上述の二つの受光素子の出力の互いに逆方向のレベル遷移の交点即ち原点位置をコンパレータで比較検出するから、原点検出パルスが得られる位置近傍でのノイズの影響も小さい。更に、従来のランダムパターンのパターンマッチングを利用する方式と異なりギャップ変動に強いものとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施例を説明する。
図１は、この発明を透過型の光電式エンコーダに適用した実施例の要部断面構造を示し、図２はそのスケールとインデックスのレイアウトを示している。この光電式エンコーダは、所定ギャップをもって相対移動可能に配置された透過型のスケール３とインデックス４、及びスケール３に平行光を照射するためのＬＥＤ１とコリメータレンズ２を有する。
【００１６】
スケール３は、ガラス等の透明基板１１にＣｒ等の光遮蔽膜による所定ピッチの光学格子１２が形成され、インデックス４はやはり透明基板１８に、光学格子１２に対向して、インデックス格子を兼ねた所定ピッチの受光素子アレイ１４が形成されている。受光素子アレイ１４は例えば、スケール３の光学格子１２のピッチλに対して、３λ／４のピッチをもって、４個で１セットの受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，…を配置したもので、この受光素子アレイ１４によりスケール移動に伴って４相（Ａ，ＢＢ，ＡＢ，Ｂ相）の正弦波状出力信号が得られる。これらの出力は信号処理回路１６により処理されて変位量が求められる。
【００１７】
原点検出を行うために、スケール３には、光学格子１２に隣接して、スケール移動方向に一定幅に設定された、光透過を阻止するＣｒ等のマスク部１３が原点検出用パターンとして形成されている。またインデックス４には、マスク部１３に対向するトラック上に３個の受光素子Ｚ１〜Ｚ３をスケール移動方向に並べた原点検出用受光手段１５が構成されている。原点検出用受光素子Ｚ１〜Ｚ３と、インデックス格子となる受光素子アレイ１２の受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，…は、例えばａ−Ｓｉ膜を用いて同時に形成されたフォトダイオードである。
【００１８】
スケール３上の原点検出用マスク部１３と、インデックス４上の原点検出用受光素子Ｚ１〜Ｚ３の具体的なパターンを図３に拡大して示す。マスク部１３は、原点位置を中心としてスケール移動方向に幅がＷS に設定された矩形パターンであり、これに対して、第１の受光素子Ｚ１と第２の受光素子Ｚ２とは、中心点間距離がほぼＷS に設定されて、原点位置ではマスク部１３の両エッジがそれぞれ第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２の受光面のほぼ中心に位置するようになっている。
【００１９】
第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２の幅は等しくＷ１に設定されている。上述のように、原点位置でマスク部１３の両エッジがそれぞれ第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２の受光面にかかるための条件は、第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２の中心間距離を２ｄとして、下記式１で与えられる。
【００２０】
【数１】
２ｄ−Ｗ１＜ＷS ＜２ｄ＋Ｗ１
【００２１】
上記数１は、原点位置近傍で第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２の出力が、一方が上昇し、他方が低下してクロスするための条件となる。特にこの実施例では、最も好ましい条件として、第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２の出力が原点近傍でレベル遷移して原点位置で確実に交差する条件である、Ｗs ＝２ｄに設定している。
第３の受光素子Ｚ３の幅Ｗ２は、図ではＷ１より小さく示しているが、これは本質的ではない。また、マスク部１３及び受光素子Ｚ１〜Ｚ３のスケール幅方向の寸法Ｌ１，Ｌ２は、ほぼ等しく設定されればよい。
【００２２】
なお、第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２の幅は必ずしも等しくなるとは限らず、ある程度の相違は許容される。この相違を考慮して、第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２の幅をそれぞれ、Ｗ11，Ｗ12としたとき、上記数１は、Ｗ11，Ｗ12の平均値を用いて、下記数２のように表される。
【００２３】
【数２】
２ｄ−（Ｗ11＋Ｗ12）／２＜ＷS ＜２ｄ＋（Ｗ11＋Ｗ12）／２
【００２４】
図２に示すように、信号処理回路１６内には、受光素子Ｚ１〜Ｚ３の出力を取り込んで原点検出を行う原点検出回路１７が設けられる。この原点検出回路１７の具体構成例を、図４に示す。
【００２５】
受光素子Ｚ１〜Ｚ３の出力電流はそれぞれ、オペアンプＯＰ１〜ＯＰ３を用いて構成された電流電圧変換回路４１1 〜４１3 により電圧信号Ｖ１〜Ｖ３に変換される。オペアンプＯＰ１〜ＯＰ３の非反転入力端子は、基準電位ＶREF （例えば、ＶREF ＝ＶDD／２）に設定されて、反転入力端子に電流出力が入る。スケール３とインデックス４が図１の状態にあるときが原点であり、例えばスケール３がこの状態よりも、マスク部１３が３つの受光素子Ｚ１〜Ｚ３を覆わない左側の位置から右方向に変位したとすると、その変位ｘにより、受光素子Ｚ１〜Ｚ３が順次マスクされるから、これらの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３は、図５に示すように変化する。露光状態での出力電圧Ｖ１〜Ｖ３のレベルは、それぞれの面積により決まり、完全なマスク状態（即ち出力電流がゼロの状態）では出力電圧Ｖ１〜Ｖ３は全て基準電位ＶREF である。
【００２６】
原点位置近くになると、第１の受光素子Ｚ１はマスク状態から次第に光が当たり、第２の受光素子Ｚ２は反対に光が当たっている状態から次第にマスクされる。図３の寸法関係から、このとき第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２の出力変化は対称的になる。即ち図５に示すように、第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２は、原点位置近くでは、Ｖ１は次第に低下し、Ｖ２は次第に上昇して、このレベル遷移の交点位置が原点ということになる。
【００２７】
上に説明した第１の変位方向での出力電圧Ｖ１，Ｖ２のレベル遷移の交点位置を検出するために、第１のコンパレータ４２とこれに併設された第１のヒステリシスコンパレータ４３が用いられている。第１のコンパレータ４２は、反転入力端子に第１の受光素子Ｚ１の出力電圧Ｖ１が入力され、非反転入力端子に第２の受光素子Ｚ２の出力電圧Ｖ２が入力されるオペアンプＯＰ４により構成されている。第１のヒステリシスコンパレータ４３は、第１のコンパレータ４２とは逆の入力関係としたオペアンプＯＰ５により構成され、非反転入力端子に入力抵抗Ｒ３を接続し、非反転入力端子への帰還抵抗Ｒ４を接続してヒステリシス特性をもたせたものである。
【００２８】
オペアンプＯＰ６，ＯＰ７を用いた第２のコンパレータ４４とこれに併設された第２のヒステリシスコンパレータ４５は、上に説明した第１の変位方向とは逆の第２の変位方向での原点検出を行うために設けられている。これら第２のコンパレータ４４と第２のヒステリシスコンパレータ４５では、それぞれ第１のコンパレータ４２と第１のヒステリシスコンパレータ４３とは入力関係を逆にしている。
更に、第３の受光素子Ｚ３の出力電圧Ｖ３を所定のしきい値で検出する第３のコンパレータ４６が設けられている。このコンパレータ４６は、オペアンプＯＰ８の反転端子に抵抗Ｒ５，Ｒ６によって例えばＶREF より僅かに低い値に設定された基準電位が与えられ、非反転入力端子に第３の受光素子Ｚ３の出力電圧を入力して、原点位置の前後でマスクされる第３の受光素子Ｚ３の出力電圧Ｖ３を検知するものである。
【００２９】
そして、第１のコンパレータ４２と第１のヒステリシスコンパレータ４３の出力により制御されて、第１の変位方向のときの原点検出パルスを出力するために、第１のＤ型フリップフロップ４７が設けられている。また、第２のコンパレータ４４と第２のヒステリシスコンパレータ４５の出力により制御されて、第２の変位方向のときの原点検出パルスを出力するために、第２のＤ型フリップフロップ４８が設けられている。これらのフリップフロップ４７，４８は、第３の受光素子Ｚ３の出力電圧Ｖ３がＶREF に近くなることにより第３のコンパレータ４６が発生する“Ｈ”レベル電圧Ｖ４をデータ入力とし、それぞれ第１，第２のコンパレータ４２，４４の出力電圧Ｖ５，Ｖ７の立上りをクロックとして、原点検出パルスとなる出力Ｄ１，Ｄ２を出力するものである。ヒステリシスコンパレータ４３，４５の出力はそれぞれ出力Ｄ１，Ｄ２のパルス幅を決定するクリア信号として用いられる。フリップフロップ４７，４８の出力Ｄ１，Ｄ２はオアゲート４９により取り出されて原点検出パルスＤ３となる。
【００３０】
図５は、上述した第１の変位方向の場合の、図４の原点検出回路の各部出力波形を示している。上述のように原点位置を挟んで第３の受光素子Ｚ３がマスクされることにより、第３のコンパレータ４６の出力電圧Ｖ４が“Ｈ”になる。原点位置では、第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２が交差し、第１のコンパレータ４２の出力電圧Ｖ５がこの交点で立ち上がるから、第１のフリップフロップ４７に原点位置で立ち上がる出力Ｄ１が得られる。この出力Ｄ１は、第１のコンパレータ４２の出力の立上りに僅かに遅れる第１のヒステリシスコンパレータ４３の出力の立下がりによりクリアされて、微小幅のパルスとなる。
【００３１】
このとき、第２のコンパレータ４４の出力Ｖ７は、第１のコンパレータ４２の出力とは逆であるから、第３のコンパレータ４６の“Ｈ”出力を取り込むことはない。従って、第１のフリップフロップ４７の出力Ｄ１がそのまま、原点検出出力Ｄ３として取り出される。
上の説明と逆の第２の変位方向の場合には、第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の変化が図５とは逆になる。このとき、電圧波形は示さないが、第１，第２のコンパレータ４２，４４の出力関係が逆、第１，第２のヒステリシスコンパレータ４３，４５の出力関係も逆になり、第１のフリップフロップ４７に代わって、第２のフリップフロップ４８から、やはり原点位置で立ち上がる出力パルスＤ２が得られる。
【００３２】
以上のようにこの実施例によれば、矩形の簡単なマスク部と３個の受光素子を組み合わせて原点検出を行うことができる。原点検出パルスは、スケールの変位方向によらず、原点位置で立ち上がるパルスとなる。また第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２の出力の互いに逆方向のレベル遷移の交点を第１，第２のコンパレータ４２，４４で比較検出しているから、原点検出パルスが得られる位置近傍でのノイズの影響も小さい。更に、原点検出パルスの幅は、第１及び第２のヒステリシスコンパレータ４３，４５のヒステリシスにより決まり、非常に狭いパルス出力として取り出すことができる。
【００３３】
図６は、この発明の別の実施例による透過型エンコーダのスケール３とインデックス４のレイアウトを図２に対応させて示している。この実施例では、スケール３の幅方向に第１，第２の二つの原点検出用トラックＴＲ１，ＴＲ２が設けられている。第１のトラックＴＲ１では、原点より右側がマスク部１３ａ、左側が非マスク部であり、第２のトラックＴＲ２では第１のトラックＴＲ１とは逆パターン、即ち原点より右側が非マスク部、左側がマスク部１３ｂとなっている。
【００３４】
スケール３上の第１，第２トラックＴＲ１，ＴＲ２に対応して、インデックス４上には、スケール幅方向に並ぶ第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２を並べて、原点検出用受光手段を構成している。
【００３５】
図７は、この実施例の場合の原点検出回路の構成を示している。先の実施例と同様に、第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２の出力電流をそれぞれ電圧に変換する電流電圧変換回路４１1 ，４１2 が設けられ、これらの出力電圧Ｖ１，Ｖ２の先の実施例と同様の原点近傍での変化を検出するために、第１，第２のコンパレータ４２，４４、更にこれらに併設された第１，第２のヒステリシスコンパレータ４３，４５が設けられている。ここまでは、先の実施例と同様である。
【００３６】
原点検出パルスを発生するための第１，第２のＤ型フリップフロップ４７，４８は、それぞれ、第１，第２のコンパレータ４２，４４の出力Ｖ５，Ｖ６の立上りをクロックとし、第１，第２のヒステリシスコンパレータ４３，４５の出力Ｖ７，Ｖ８をデータとして取り込むもので、第１，第２のヒステリシスコンパレータ４３，４５の出力Ｖ７，Ｖ８の立下がりがそのままクリア信号として用いられるようになっている。
【００３７】
図８は、先の実施例と同様に第１の変位方向の場合の原点検出の様子を示す各部電圧波形である。原点位置から離れている間、第１の受光素子Ｚ１はマスクされ、第２の受光素子Ｚ２には光が当たっていて、Ｖ１＝“Ｈ”（＝ＶREF）、Ｖ２＝“Ｌ”である。原点位置に近づくと、先の実施例と同様に、電圧Ｖ１は次第に低下し電圧Ｖ２は上昇して、原点位置で交差する。
これにより、コンパレータ４２，４４及びヒステリシスコンパレータ４３，４５には先の実施例と同様の出力電圧Ｖ５〜Ｖ８が得られる。
【００３８】
そして、第１のフリップフロップ４７は、第１のコンパレータ４２の出力Ｖ５の立上りで第１のヒステリシスコンパレータ４３の“Ｈ”レベル出力Ｖ６を取り込み、僅かに遅れる第１のヒステリシスコンパレータ４３の出力Ｖ６の立下がりでこれをクリアすることにより、原点位置で立ち上がるパルス出力Ｄ１が得られる。これがそのまま原点検出パルスＤ３となる。
先の実施例と同様に、この第１の変位方向では、第２のフリップフロップ４８からはパルス出力はなく、第２の変位方向の場合に、第２のフリップフロップ４８から原点位置で立ち上がるパルス出力Ｄ２が得られる。
この実施例によると、原点検出の受光素子数はより少なく、原点検出回路も簡単になる。
【００３９】
図６の実施例の場合、原点検出用パターンのマスク部１３ａ，１３ｂの原点位置と反対側のエッジについては、説明を省いたが、第１，第２のトラックＴＲ１，ＴＲ２ともにそのエッジの外側は全て非マスク部である。このため、原点位置を横切るときのように受光素子Ｚ１，Ｚ２の出力電圧が交差してレベル反転することはなく、原理的には原点検出パルスを出すことはない。しかし、ノイズ等により受光素子Ｚ１，Ｚ２の出力電圧が交差するおそれがあるから、原点検出パターンが一つでよければ、マスク部１３ａ，１３ｂはそれぞれ、スケール端部まで連続させることが好ましい。
【００４０】
上記各実施例においては、一つの原点検出用パターンのみを説明したが、通常スケール上には所定間隔で複数箇所に原点検出用パターンが設けられる。
例えば、図６の実施例において、通常行われているように、スケール上に複数個の原点検出パターンを設ける場合には、二つのトラックＴＲ１，ＴＲ２のマスク部と非マスク部とを、図１２に示すように所定間隔でスケール全体にわたって形成すればよい。これにより、マスク部と非マスク部の切り替わり部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…が原点となり、ノイズによる誤った原点検出は確実に防止できる
更に、図６の実施例においては、原点検出用の第１，第２のトラックＴＲ１，ＴＲ２を光学格子１２の一方側にまとめたが、光学格子１２の両サイドに配置してもよい。この場合、原点検出用受光素子Ｚ１，Ｚ２も同様に、受光素子アレイ１４を挟んで両サイドに配置する。
【００４１】
ここまでは、透過型エンコーダの実施例を説明したが、この発明は反射型エンコーダにも同様に適用できる。反射型エンコーダの実施例の要部構造を、図１に対応させて図９に示す。スケール３は、反射部と非反射部による光学格子（図示せず）が形成された反射型スケールであって、原点検出用トラックには、原点位置を挟んで幅ＷS の反射を阻止するマスク部１３が形成され、その外側には反射膜１９が形成されている。ＬＥＤ１はインデックス４と同じ側に配置され、例えば透過型光学格子を形成した光源側インデックス５を用いることにより得られる二次光源光をスケール３に照射するようにしている。受光側インデックス４は先の実施例と同様である。
図６の実施例の原点検出方式も同様に、反射型エンコーダに適用することができる。
【００４２】
また、図１の実施例は平行光をスケールに照射するようにしたが、図１０に示すように、一次光源であるＬＥＤ１の出力拡散光を、図９の反射型エンコーダにおけると同様に、光源側インデックス５を用いて二次点光源アレイを作ってスケール３を照明する３格子システムの透過型エンコーダにも同様にこの発明を適用することができる。
【００４３】
更に、図１１に示すように、ＬＥＤ１の拡散光をそのままスケール３に照射する透過型方式とすることもできる。この場合、スケール３上の原点検出用マスク部１３は、ＬＥＤ１とスケール３の格子面間の距離をＧ１、格子面とインデックス４の受光面間の距離をＧ２として、ｋ＝（Ｇ１＋Ｇ２）／Ｇ１の倍率で受光面に投影されるから、先の数１或いは数２の関係はこの倍率ｋを考慮して変形することが必要になる。具体的には、マスク部１３の相対変位方向の幅をＷS として、第１，第２の受光素子Ｚ１，Ｚ２の中心間の距離をＷSより大きく、ｋ・ＷS に設定すればよい。
【００４４】
また、実施例では受光素子アレイがインデックス格子を兼ねる方式を説明したが、インデックスに所定ピッチの光学格子を形成し、この光学格子による変調光を受光する受光手段を別途設ける方式にも同様にこの発明を適用することが可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、スケール上の簡単なマスクパターンとインデックス上の受光素子の組み合わせにより、確実に原点位置で立ち上がる原点検出パルスを得るようにした光電式エンコーダが得られる。また原点検出には、マスク部との関係で二つの受光素子の互いに逆方向にレベル遷移する出力を用いてそのレベル遷移の交点をコンパレータで検出することにより、ノイズ等の影響を低減することができる。更に、コンパレータとヒステリシスコンパレータの組み合わせにより制御されるＤ型フリップフロップを用いて原点検出パルスを出力することにより、狭いパルス幅の原点検出パルスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施例による光電式エンコーダの要部断面構造を示す図である。
【図２】  同実施例のスケールとインデックスのレイアウトを示す図である。
【図３】  同実施例の原点検出用マスク部と原点検出用受光素子の寸法関係を示す図である。
【図４】  同実施例の原点検出回路の構成を示す図である。
【図５】  同原点検出回路のある変位方向での変位に対する各部電圧波形を示す図である。
【図６】  他の実施例による光電式エンコーダのスケールとインデックスのレイアウトを示す図である。
【図７】  同実施例の原点検出回路の構成を示す図である。
【図８】  同検出回路のある変位方向での変位に対する各部電圧波形を示す図である。
【図９】  この発明を反射型エンコーダに適用した実施例を示す図である。
【図１０】  この発明を３格子システムの透過型エンコーダに適用した実施例を示す図である。
【図１１】  この発明を透過型エンコーダに適用した他の実施例を示す図である。
【図１２】  他の実施例の原点検出用パターンを示す図である。
【符号の説明】
１…ＬＥＤ、２…コリメータレンズ、３…スケール、４…インデックス、１２…光学格子、１３…原点検出用マスク部、１４…受光素子アレイ、１５…原点検出用受光手段、Ｚ１〜Ｚ３…第１〜第３の受光素子、１６…信号処理回路、１７…原点検出回路。４１1〜４１3…電流電圧変換回路、４２…第１のコンパレータ、４３…第１のヒステリシスコンパレータ、４４…第２のコンパレータ、４５…第２のヒステリシスコンパレータ、４６…第３のコンパレータ、４７，４８…第１，第２のＤ型フリップフロップ、４９…オアゲート。
【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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