(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、相対移動する検出対象部材の相対的変位に対して前記光源からの光を受けて周期的な変位信号を発生する変位信号生成手段と、前記光源からの光を受けて前記検出対象部材の原点信号を生成する原点信号生成手段とからなり、
前記変位信号生成手段は、相対移動する一方の部材に固定された第１のスケールと、前記第１のスケールに空隙を介して対向して相対移動する他方の部材に固定された第２のスケールと、前記第１のスケール上に形成され、かつ一定のピッチの周期的格子を持つ変位信号用メイン格子と、前記第２のスケール上に形成され、前記光源からの照射光を制限して線光源を形成する変位信号用光源格子と、前記変位信号用メイン格子に反射された光を更に制限する変位信号用インデックス格子と、前記変位信号用インデックス格子によって制限された照射光を受光して電気信号に変換する変位信号用受光素子と、前記変位信号用受光素子の出力から前記変位信号を生成する変位信号生成回路とで構成され、
前記原点信号生成手段は、前記検出対象部材の原点位置の近傍で前記変位信号の周期より長く、かつ互いに周期の異なる複数の一定周期の原点補助信号を生成する原点補助信号生成手段と、前記変位信号と前記原点補助信号とから前記原点信号を生成する原点信号生成回路とを備えた光学式位置検出器において、
前記原点補助信号生成手段は、前記変位信号用メイン格子より長い格子ピッチを備え、かつ前記第１のスケール上の少なくとも２か所に形成された互いに異なるピッチの原点信号用メイン格子と、前記第２のスケール上に形成され、前記光源からの照射光を制限して線光源を形成する少なくとも２か所に形成された互いに異なるピッチの原点信号用光源格子と、前記原点信号用メイン格子に反射された光を更に制限する少なくとも２か所に形成された互いに異なるピッチの原点信号用インデックス格子と、前記原点信号用インデックス格子によって制限された照射光を受光して電気信号に変換する原点信号用受光素子とで構成され、
前記原点信号生成回路は、前記原点補助信号生成手段によって生成された少なくとも周期の異なる２種類の原点補助信号を合成して原点補助合成信号を生成する原点補助信号生成回路と、前記原点補助合成信号と前記変位信号とを合成して原点アナログ信号を生成する原点信号合成回路と、前記原点アナログ信号からパルス状の原点信号を生成する比較器とを備えたことを特徴とする光学式位置検出器。
【請求項２】
前記原点補助信号は、前記変位信号の２〜４倍および４〜７倍の２種類の周期の信号からなる請求項１記載の光学式位置検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学格子を形成したメインスケールと、それに対応する光学格子を形成したインデックススケールとの相対変位によって生じる光電変換信号の変化から、二つの部材の相対位置を検出する光学式位置検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学格子を利用して二つの部材の相対位置を検出する光学式位置検出器には、例えば図４および図５に示すような構成を備えたものがある（例えば、特開昭６４−７４４１４号公報）。
すなわち、１は相対的に移動し得る二つの部材の内の一方に固定された光源、２は光源１と共に一方の部材に固定された第２のスケールである。
第２のスケール２には、変位信号用光源格子４Ａ、４Ｂ、原点信号用光源スリット７を備えている。また、原点信号用インデックススリット８、互いに９０度位相の異なる変位信号用インデックス格子５Ａ〜５Ｄ、原点信号用受光素子９、変位信号用受光素子６Ａ〜６Ｄを備えている。
３は二つの部材のうちの他方の部材に固定された第１のスケールで、第２のスケール２に空隙を介して平行に設置され、一定のピッチの周期的格子からなる変位信号用メイン格子１０と原点信号用パターン１１を備えている。
このような構成により、変位信号用光源格子４Ａ、４Ｂ、変位信号用インデックス格子５Ａ〜５Ｄ、変位信号用受光素子６Ａ〜６Ｄ、および変位信号用メイン格子１０によって変位信号生成手段を形成し、原点信号用光源スリット７、原点信号用インデックススリット８、原点信号用受光素子９、および原点信号用パターン１１によって原点信号生成手段を形成してある。
１２０は変位信号用受光素子６Ａ〜６Ｄからの出力信号を受けて位置信号Ａ，Ｂを出力する変位信号生成回路である。１３０は原点信号用受光素子９からの出力信号を受けて原点信号Ｚを出力する原点信号生成回路である。
【０００３】
光源１からの照射光は、変位信号用光源格子４Ａ，４Ｂおよび原点信号用光源スリット７を通して、それぞれ変位信号用メイン格子１０および原点信号用パターン１１を照射する。
第１スケール３上の変位信号用メイン格子１０で反射された光は、変位信号用インデックス格子５Ａ〜５Ｄを通して、それぞれ変位信号用受光素子６Ａ〜６Ｄを照射し、図５に示した変位信号生成回路部１２０の増幅器１２Ａ〜１２Ｄで光量に応じた電圧信号に変換される。
この電圧信号は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、検出対象部材の移動に対して、それぞれ９０度づつ位相の異なる正弦波状の周期的な信号ｖａ，ｖｂ，ｖａ’，ｖｂ’となる。さらに、比較器１２Ｅで信号ｖａと信号ｖａ’が、比較器１２Ｆで信号ｖｂと信号ｖｂ’が比較され、図６（ｃ），（ｄ）に示すように、それぞれデジタル化された変位信号Ａ，Ｂに変換される。
第１スケール３上の原点信号用パターン１１で反射された光は、第２スケール２上の原点信号用インデックススリット８を通して、原点信号用受光素子９を照射し、原点信号生成回路部１３０の増幅器１３１で光量に応じた電圧信号に変換される。
検出対象部材が所定の位置を通過すると、所定の位置で、図６（ｅ）に示すようにパルス状の信号ｖｚが得られる。さらに、比較器１３２によって基準信号ｖｃと比較され、図６（ｆ）に示すように、デジタル化された原点信号Ｚに変換される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の従来技術では、一定ピッチの周期的格子によって生成される変位信号に対しては、第１のスケールと第２のスケールの間のギャップが広くても信号振幅が大きく、ＳＮ比の高い信号が得られる。
しかし、原点信号は所定の位置で急峻なパルス信号が必要であり、従来の原点信号生成手段では、急峻なパルス信号を得るために、原点信号用パターン１１の幅を小さくし原点信号用インデックススリット８のスリット幅を小さくするが、回折効果や受光素子への光量が小さくなるため検出信号のレベルが低くなる。
また、格子幅を大きくすると、パルス状の検出信号の幅が広くなり、急峻なパルス信号が得られず、精度の良い原点信号を得ることができないという問題があった。
本発明は、スケール間のギャップが広くても、急峻なパルス状の原点信号が得られる光学式位置検出器を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、光源と、相対移動する検出対象部材の相対的変位に対して前記光源からの光を受けて周期的な変位信号を発生する変位信号生成手段と、前記光源からの光を受けて前記検出対象部材の原点信号を生成する原点信号生成手段とからなり、
前記変位信号生成手段は、相対移動する一方の部材に固定された第１のスケールと、前記第１のスケールに空隙を介して対向して相対移動する他方の部材に固定された第２のスケールと、前記第１のスケール上に形成され、かつ一定のピッチの周期的格子を持つ変位信号用メイン格子と、前記第２のスケール上に形成され、前記光源からの照射光を制限して線光源を形成する変位信号用光源格子と、前記変位信号用メイン格子に反射された光を更に制限する変位信号用インデックス格子と、前記変位信号用インデックス格子によって制限された照射光を受光して電気信号に変換する変位信号用受光素子と、前記変位信号用受光素子の出力から前記変位信号を生成する変位信号生成回路とで構成され、
前記原点信号生成手段は、前記検出対象部材の原点位置の近傍で前記変位信号の周期より長く、かつ互いに周期の異なる複数の一定周期の原点補助信号を生成する原点補助信号生成手段と、前記変位信号と前記原点補助信号とから前記原点信号を生成する原点信号生成回路とを備えた光学式位置検出器において、前記原点補助信号生成手段は、前記変位信号用メイン格子より長い格子ピッチを備え、かつ前記第１のスケール上の少なくとも２か所に形成された互いに異なるピッチの原点信号用メイン格子と、前記第２のスケール上に形成され、前記光源からの照射光を制限して線光源を形成する少なくとも２か所に形成された互いに異なるピッチの原点信号用光源格子と、前記原点信号用メイン格子に反射された光を更に制限する少なくとも２か所に形成された互いに異なるピッチの原点信号用インデックス格子と、前記原点信号用インデックス格子によって制限された照射光を受光して電気信号に変換する原点信号用受光素子とで構成され、前記原点信号生成回路は、前記原点補助信号生成手段によって生成された少なくとも周期の異なる２種類の原点補助信号を合成して原点補助合成信号を生成する原点補助信号生成回路と、前記原点補助合成信号と前記変位信号とを合成して原点アナログ信号を生成する原点信号合成回路と、前記原点アナログ信号からパルス状の原点信号を生成する比較器とを備えたものである。また、前記原点補助信号は、前記変位信号の２〜４倍および４〜７倍の２種類の周期の信号からなるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施例について説明する。
図１は本発明の実施例を示す斜視図である。
図において、光源１、第２のスケール２、第１のスケール３、変位信号用光源格子４Ａ，４Ｂ、変位信号用インデックス格子５Ａ〜５Ｄ、変位信号用メイン格子１０、変位信号用受光素子６Ａ〜６Ｄ、および変位信号生成回路部１２で構成される変位信号生成手段は従来例で示した構成とほぼ同様である。
従来例と異なるのは、原点信号生成手段および原点信号生成回路の構成である。
すなわち、７Ａは第２スケール２に設けた第１の原点信号用光源格子、７Ｂは第２の原点信号用光源格子、８Ａは第１の原点信号用インデックス格子、８Ｂは第２の原点信号用インデックス格子、９Ａは第１の原点信号用受光素子、９Ｂは第２の原点信号用受光素子である。
１１Ａは第１のスケール３に設けた第１の原点信号用メイン格子、１１Ｂは、第１のスケール３に設けた第２の原点信号用メイン格子である。
【０００７】
図２は原点信号生成回路部１３を示すブロック図である。
原点信号生成回路部１３は、原点補助信号生成回路１３Ｘと、原点信号合成回路１３Ｙと、比較器１３Ｆから構成されている。
原点補助信号生成回路１３Ｘは、第１の原点信号用受光素子９Ａおよび第２の原点信号用受光素子９Ｂからの出力を増幅器１３Ａ，１３Ｂを介して原点補助信号ｖｚ１，ｖｚ２を出力する。原点補助信号ｖｚ１，ｖｚ２は演算器１３Ｃにより差動信号である原点補助合成信号Ｖｚを出力する。
一方、原点信号合成回路１３Ｙは、変位信号生成回路部６の増幅器１２Ａ，１２Ｂから出力される信号ｖａ，ｖａ’を入力とする演算増幅器１３Ｄから図３（ａ）に示すような変位信号Ｖａを出力し、さらに、比較器１３Ｅで原点補助合成信号Ｖｚと加算されて、原点アナログ信号Ｖｚａを出力する。
原点アナログ信号Ｖｚａは比較器１３Ｆで直流レベルＶｃと比較され、パルス状の原点信号Ｚを出力する。
【０００８】
光源１から第１の原点信号用光源格子７Ａを通る光は、第１の原点信号用メイン格子１１Ａで反射して第１の原点信号用インデックス格子８Ａを通り、第１の原点信号用受光素子９Ａを照射する。
このとき、第１の原点信号用光源格子７Ａ、第１の原点信号用メイン格子１１Ａおよび第１の原点信号用インデックス格子８Ａの格子ピッチ、格子数および位相は、第１の原点信号用受光素子９Ａから、変位信号生成回路部６で得られた変位信号ｖａの３倍の周期を持つ原点補助信号ｖｚ１（図３（ｂ））を出力するように、かつ検出対象部材の変位に対して、原点位置で信号振幅が最大となり、原点近傍でのみで信号が生成されるように形成されている。
一方、光源１から第２の原点信号用光源格子７Ｂを通る光は、第２の原点信号用メイン格子１１Ｂで反射して第２の原点信号用インデックス格子８Ｂを通り、第２の原点信号用受光素子９Ｂを照射する。
このとき、第１の原点信号用光源格子７Ｂ、第１の原点信号用メイン格子１１Ｂおよび第１の原点信号用インデックス格子８Ｂの格子ピッチ、格子数および位相は、第２の原点信号用受光素子９Ｂから変位信号ｖａの５倍の周期を持つ原点補助信号ｖｚ２（図３（ｃ））を出力し、かつ検出対象部材の変位に対して、原点位置で信号振幅が最大となり、原点近傍でのみで信号が生成されるように形成されている。
【０００９】
このような構成により、光源１からの光を第１の原点信号用受光素子９Ａおよび第２の原点信号用受光素子９Ｂが受光し、互いに異なる周期を持った二つの原点補助信号ｖｚ１、ｖｚ２を出力して、その差動信号として図３（ｄ）に示すような、原点補助合成信号Ｖｚが得られる。更に、周期の短い変位信号Ｖａと合成して、図３（ｅ）に示すような、原点位置で急峻なピークを持つ原点アナログ信号Ｖｚａが得られる。
したがって、スケール間のギャップが広くても、図３（ｆ）に示すように、幅の狭いパルス状の原点信号Ｚが得られ、高分解能に対応できる精度の高い原点信号が得られる。
なお、上記実施例では原点補助信号ｖｚ１、ｖｚ２の周期は変位信号ｖａの３倍および５倍に形成した例について説明したが、原点補助信号ｖｚ１の周期は変位信号ｖａの２〜４倍、原点補助信号ｖｚ２の周期は変位信号ｖａの４〜７倍の周期の信号の範囲で、原点位置で急峻なピーク信号を持ち、かつ原点位置以外では信号レベルが小さくなるように本検出器の特性に応じて選定する。
また、上記実施例は、本発明を光学式リニアエンコーダに適用した例について説明したが、第１のスケールを円板状に、第２のスケールを扇形に形成することにより、光学式ロータリエンコーダに適用することもできる。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、複数の一定ピッチの周期的格子によって生成された原点補助信号と変位信号を合成して、原点位置で急峻なピークを持つ原点信号を得るようにしてあるので、スケール間のギャップが広くても、幅の狭いパルス状の原点信号が得られる光学式位置検出器を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す斜視図である。
【図２】  本発明の実施例の変位信号生成回路部および原点信号生成回路部を示すブロック図である。
【図３】  本発明の実施例の動作波形を示す説明図である。
【図４】  従来例を示す斜視図である。
【図５】  従来例の変位信号生成回路および原点信号生成回路を示すブロック図である。
【図６】  従来例の動作波形を示す説明図である。
【符号の説明】
１：光源、２：第２のスケール、３：第１のスケール、４Ａ，４Ｂ：変位信号用光源格子、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ：変位信号用インデックス格子、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ：変位信号用受光素子、７Ａ：第１の原点信号用光源格子、７Ｂ：第２の原点信号用光源格子、８Ａ：第１の原点信号用インデックス格子、８Ｂ：第２の原点信号用インデックス格子、９Ａ：第１の原点信号用受光素子、９Ｂ：第２の原点信号用受光素子、１０：変位信号用メイン格子、１１Ａ：第１の原点信号用メイン格子、１１Ｂ：第２の原点信号用メイン格子、１２：変位信号生成回路部、１３：原点信号生成回路部、１３Ｘ：原点補助信号生成回路、１３Ｙ：原点信号合成回路、１３Ｆ：比較器
【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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