(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対移動する検出対象物の相対的位置変位に対して周期的な変位信号を発生する変位信号生成手段と、
前記検出対象物の相対移動の基準位置の近傍で、パルス状またはステップ状の基準位置仮信号を発生する基準位置仮信号生成手段と、
前記変位信号の周期と異なる周期の補助信号であって、前記変位信号と周期的な相対位相を形成する前記補助信号を発生する補助信号生成手段と、
前記変位信号と前記補助信号の相対位相の繰り返し周期となるビート周期信号を発生するビート周期生成手段と、
前記基準位置仮信号が発生した後の前記ビート周期信号を基準に前記変位信号を計数する変位信号計数手段を有する位置エンコーダ。
【請求項２】
前記変位信号の一方の立上がりエッジから次の立上がりエッジまでまたは立下がりエッジから次の立下がりエッジまでのある１周期が、前記補助信号の立上がりエッジから次の立上がりエッジまでまたは立下がりエッジから次の立下がりエッジまでのある１周期の中央にある、請求項１記載の位置エンコーダ。
【請求項３】
前記ビート周期生成手段は、前記変位信号の一方の立上がりエッジまたは立下がりエッジでカウントアップし、前記補助信号の一方の立上がりエッジまたは立下がりエッジでカウント値がクリヤされるカウンタまたは前記補助信号の一方の立上がりエッジまたは立下がりエッジでカウントアップし、前記変位信号の一方の立上がりエッジまたは立下がりエッジでカウント値がクリヤされるカウンタを含み、該カウンタの値が周期的に特定の値になる毎に前記ビート周期信号を発生するものである、請求項１または２記載の位置エンコーダ。
【請求項４】
前記補助信号の周期が前記変位信号の周期の５／４倍である、請求項１から３いずれか１項に記載の位置エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は位置エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の光学式透過型位置エンコーダの構成図、図６はその信号処理回路の回路図、図７は各部の動作波形を示す図である。図５において光源１からの光は、コリメータレンズ２を通して、第１スケール３上に一定ピッチのスリットパターンをもつ変位信号用パターン４および所定の位置を境に透過部、非透過部からなる基準位置信号用のパターン５′を通して、第２のスケール６を照射する。第２のスケール６には、９０度づつ位相の異なる信号を生成するために、それぞれ位相の異なる４個の一定ピッチの変位信号用パターン７−１〜７−４と、基準位置信号用パターン８′が形成してある。第２スケール６を通過した光は、変位信号用受光素子１１−１〜１１−４および基準位置信号用受光素子１３′を照射する。受光素子１１−１〜１１−４が得た光は変位信号生成回路部６０（図６）の増幅器２１−１〜２１−４でそれぞれ図７に示すような光量に応じた電圧信号ｖａ  ，ｖｂ  ，ｖａ  ’，ｖｂ  ’に変換される。さらに、比較器２２−１〜２２−２でデジタル信号（変位信号）ＶＡ  ，ＶＢ  に変換される。移動体が基準位置を通過し所定の方向に移動すると、受光素子１３′の受光量が変化し、基準位置信号生成回路部７０の増幅器２１−５で図７に示すような電圧信号ｖｚ  に変換される。電圧信号ｖｚ  があるレベルｖｃ  に達する点を比較器２２−３で検出し、ステップ状の基準位置信号ＶＺ  を出力する。基準位置信号ＶＺ  がＨレベルになった後、変位信号生成回路部６０の変位信号ＶＡ  ，ＶＢ  およびこれらの反転信号であるＶＡ  ’，ＶＢ  ’の各相の立上がりエッジ部から得られるパルス信号Ｖｐ  のうち、変位信号ＶＡ  の立上がりエッジで作られたパルス信号を１番目のパルスとしてパルス数をカウントすることにより、基準位置からの移動体の移動量を検出できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
基準位置信号は、周期的な信号である変位信号の特定の１周期を規定できる必要がある。エンコーダの高分解能化が進むにつれて、変位信号の周期の長さが短くなり、これに伴って基準位置信号の必要精度も高くなってくる。基準位置信号は第１スケールに設けられた透過型であれば透過部と非透過部の境での透過光の光量変化を、反射型であれば反射部と非反射部の境での反射光の光量変化を第２スケール上に設けられた細いスリットを通して検出する。この検出信号のＳ／Ｎを確保し、あるレベルの信号を得るには第２スケール状のスリット幅はある程度大きくする必要がある。このため、検出信号の傾斜がなだらかになり、素子の特性変化や機械的取り付け状態の変化による検出信号のレベル変化が基準位置信号発生位置に大きく影響し、必要な性能が確保できないという問題があった。すなわち、変位信号の高分解能化に対して、基準位置信号の必要精度が実現できないという問題があった。
【０００４】
また、英国特許出願第４４５２２／７４号（特公昭６０−２３２８２号）で開示されているような３格子を使ったシステムにおいて、これを反射型リニアエンコーダに適用した場合、変位信号に対しては第１スケールと第２スケール間のギャップが比較的大きくてもＳ／Ｎのよい信号がとれるという特徴を有するが、基準位置信号に対しては、ギャップが大きくなれば回折による光の広がりや信号レベルの低下のため、精度の高い基準位置信号を得ることができないという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、精度の高い基準位置信号が得られる位置エンコーダを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の位置エンコーダは、
相対移動する検出対象物の相対的位置変位に対して周期的な変位信号を発生する変位信号生成手段と、
前記検出対象物の相対移動の基準位置の近傍で、パルス状またはステップ状の基準位置仮信号を発生する基準位置仮信号生成手段と、
前記変位信号の周期と異なる周期の補助信号であって、前記変位信号と周期的な相対位置を形成する前記補助信号を発生する補助信号生成手段と、
前記変位信号と前記補助信号の相対位相の繰り返し周期となるビート周期信号を発生するビート周期生成手段と、
前記基準位置仮信号が発生した後の前記ビート周期信号を基準に前記変位信号を計数する変位信号計数手段を有する。
【０００７】
本発明の位置エンコーダは、変位信号の一方の立上がりエッジから次の立上がりエッジまでまたは立下がりエッジから次の立下がりエッジまでのある１周期が、補助信号の立上がりエッジから次の立上がりエッジまでまたは立下がりエッジから次の立下がりエッジまでのある１周期の中央にある。
【０００８】
また、本発明の位置エンコーダは、ビート周期生成手段が、変位信号の一方の立上がりエッジまたは立下がりエッジでカウントアップし、補助信号の一方の立上がりエッジまたは立下がりエッジでカウント値がクリヤされるカウンタまたは補助信号の一方の立上がりエッジまたは立下がりエッジでカウントアップし、変位信号の一方の立上がりエッジまたは立下がりエッジでカウント値がクリヤされるカウンタを含み、該カウンタの値が周期的に特定の値になる毎にビート周期信号を発生するものである。
また、本発明の位置エンコーダは、補助信号の周期が変位信号の周期の５／４倍とするものである。
【０００９】
【作用】
本発明は、基準位置信号ｖＺ  が立上がった後すぐにパルスＶｐ  のカウントを開始するのではなく、基準仮位置信号ＶＴ  が発生した後のビート周期信号ＶＲＺを基準に、パルスＶｐ  のカウントを開始するようにしたものである。
ここで、基準位置仮信号ＶＴ  は変位信号より十分周期の長いビート周期信号の特定の１周期で発生すればよい。
【００１０】
したがって、本発明によれば、精度の高い基準位置信号が得られる。
【００１１】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例の構成図、図２は信号処理回路の回路図、図３は各部の動作波形を示す図である。
【００１２】
光源１からの光は、コリメータレンズ２、第１スケール３上の各パターン、第２スケール６上の各パターンを通して各受光素子１１−１〜１１−４，１２−１，１２−２，１３を照射する。各受光素子１１−１〜１１−４，１２−１，１２−２，１３で検出された光信号は図２に示す信号処理回路で必要な電気信号に変換される。
【００１３】
図１の第１スケール３上のパターン４と第２スケール６上のパターン７−１〜７−４と受光素子１１−１〜１１−４と図２に示す変位信号生成回路部３０は、相対移動する移動体の位置の変位に応じて一定周期の変位信号ＶＡ  ，ＶＢ  を発生する変位信号生成手段を構成している。図１の第１スケール３上のパターン５と第２スケール６上のパターン８と受光素子１３と図２に示す基準位置仮信号生成回路部５０は、基準位置の近傍で、ステップ状の基準位置仮信号ＶＴ  を発生する基準位置仮信号生成手段を構成している。図１の第１スケール３上のパターン９と第２スケール６上のパターン１０−１〜１０−２と受光素子１２−１〜１２−２と図２に示す補助信号生成回路部４０は、変位信号ＶＡ  ，ＶＢ  の周期と僅かに異なる周期の補助信号ＶＯＺを発生する補助信号生成手段を構成している。図２に示す補助信号生成回路部４０中のビート周期信号生成手段２４は変位信号ＶＡ  と補助信号ＶＯＺを入力し、ビート周期信号ＶＲＺを発生する。
【００１４】
次に、本実施例の動作を図３の動作波形図により説明する。移動体がある方向に移動すると、図２の変位信号生成回路部３０の演算増幅器２１−１〜２１−４からの出力ｖａ  ，ｖｂ  ，ｖａ  ’，ｖｂ  ’はそれぞれ位相の異なる正弦波状の信号となる。図３（Ａ）は信号ｖａ  ，ｖａ  ’を示しており、図３（Ｂ）は信号ｖｂ  ，ｖｂ  ’を示している。信号ｖａ  とｖａ  ’、信号ｖｂ  とｖｂ  ’がそれぞれ比較器２２−１，２２−２で電圧比較され、デジタル信号（変位信号）ＶＡ  、ＶＢ  （図３（Ｄ），（Ｅ））になる。さらに、反転器２３−１，２３−２で反転信号ＶＡ  ’，ＶＢ  ’（波形図示せず）が作られる。変位信号ＶＡ  ，ＶＢ  ，ＶＡ  ’，ＶＢ  ’のそれぞれの信号の立上がりエッジを検出し、図３（Ｊ）に示すパルス状の信号Ｖｐ  （Ｖｐ  を生成する具体的回路については図示せず）が作られる。図２の補助信号生成回路部４０の演算増幅器２１−６，２１−７からの出力（補助信号）ｖＯＺ，ｖＯＺ’は図３（Ｃ）に示すような基準位置の近傍で互いに１８０°位相が異なる正弦波状の信号である。信号ｖｏｚ，ｖｏｚ’が比較器２２−４で電圧比較され、デジタル信号（補助信号）Ｖｏｚ（図３（Ｆ））になる。本実施例では、補助信号ＶＯＺの周期は、変位信号ＶＡ  ，ＶＢ  の周期の５／４倍とした。補助信号ＶＯＺと変位信号間ＶＡ  ，ＶＢ  の位相については、変位信号ＶＡ  の立上がりエッジから次の立上がりエッジまでのある１周期が、補助信号ＶＯＺの立上がりエッジから次の立上がりエッジまでのある１周期の中央にあるように第１スケール３と第２スケール６の変位信号用パターンと補助信号用パターンの位置関係が決められている。次に、変位信号ＶＡ  、補助信号ＶＯＺはビート周期信号生成生手段２４に加えられる。ビート周期信号生成手段２４は、変位信号ＶＡ  と補助信号ＶＯＺ間の周期的に発生する特定の相対位相状態を検出するため、内部にカウンタをもち、図３（Ｇ）に示すように変位信号ＶＡ  の立上がりエッジでカウントアップ、補助信号ＶＯＺの立上がりエッジでカウント値をクリアする。ビート周期信号生成手段２４からは図３（Ｈ）のようなカウント数２の部分がビート周期信号ＶＲＺとして出力される。ビート周期信号ＶＲＺの周期は変位信号ＶＡ  の５倍となる。移動体が基準位置を通過し所定の方向へ移動すると、基準位置仮信号ＶＴ  が立上がる。次に、変位信号計数手段（図示せず）は基準位置仮信号ＶＴ  立上がり後の最初のビート周期信号ＶＲＺを検出し、このビート周期信号ＶＲＺと同期したパルス信号Ｖｐ  を１番目のパルスとしてパルスカウントを行う。上記説明から分かるように、基準位置仮信号ＶＴ  は、ビート周期信号ＶＲＺの特定の１周期内で発生すればよい。また、ビート周期信号ＶＲＺが正しい周期で出力されるための変位信号ＶＡ  、補助信号ＶＯＺ間の位相精度は補助信号ＶＯＺの周期を３６０°とした場合±３６°でよく、これは比較的容易に実現できる精度である。したがって、位置信号となるパルス信号Ｖｐ  のパルスカウント開始点が安定し、正確な位置信号が得られる。
【００１５】
また、詳細な実施例は示さないが、補助信号生成手段の各スリットパターン１０−１，１０−２のスリット数を制限することにより、ビート周期信号ＶＲＺが１個所だけで発生するようにし、基準位置仮信号生成手段を省略することができる。
【００１６】
本実施例では、補助信号ＶＯＺと変位信号ＶＡ  との位相関係は両信号の立ち上がりエッジで規定したが、立ち下がりエッジが同様な位相関係になるように構成してもよい。この場合、ビート周期信号生成手段２４のカウンタは、両信号の立ち下がりエッジで動作する。また、変位信号ＶＡ  の変わりに変位信号ＶＢ  を使ってもよい。
【００１７】
図４は本発明の第２の実施例を示す構成図で、いわゆる３格子を用いた反射型リニアエンコーダへの適用例である。
【００１８】
変位信号は、第２スケール６上の光源１の前面に設けられたパターン１４−１，１４−２を通過した光が、第１スケール３上のパターン４で反射し、パターン１４−１からの光がパターン７−１および７−４を、パターン１４−２からの光がパターン７−２および７−３を通過して、それぞれの位置に対応する受光素子１１−１，１１−２，１１−３，１１−４を照射することにより得られる。補助信号は、第２スケール６上で光源１の前面に設けられたパターン１５を通過した光が第１スケール３上のパターン９で反射され、パターン１０−１および１０−２を通過してそれぞれの位置に対応する受光素子１２−１，１２−１を照射することにより得られる。基準位置仮信号は、第２スケール６上で光源１の前面の光透過部１６を通過した光が第１スケール３上のパターン５で反射され、スリット８を通して受光素子１３を照射することにより得られる。補助信号の周期および変位信号との位相関係や信号処理の方法については、第１の実施例と同様である。
【００１９】
以上、光学式位置エンコーダについて説明したが、本発明は磁気式位置エンコーダにも適用できる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エンコーダの高分解能に対応できる精度の高い基準位置信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図である。
【図２】第１の実施例の信号処理回路の回路図である。
【図３】第１の実施例の各部の動作波形を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示す構成図である。
【図５】従来例の光学式透過型位置エンコーダの構成図である。
【図６】図５の従来例の信号処理回路の回路図である。
【図７】図５の従来例の各部の動作波形を示す図である。
【符号の説明】
１    光源
２    コリメータレンズ
３    第１スケール
４    第１スケール３上の変位信号用パターン
５    第１スケール３上の基準位置仮信号用パターン
５′    基準位置信号用パターン
６    第２スケール
７    第２スケール６上の変位信号用パターン
８    第２スケール６上の基準位置仮信号用パターン
８′    基準位置信号用パターン
９    第１スケール３上の補助信号用パターン
１０    第２スケール６上の補助信号用パターン
１１    変位信号用受光素子
１２    補助信号用受光素子
１３    基準位置仮信号用受光素子
１３′    基準位置信号用受光素子
１４    第２スケール６上で光源の前面に設けられた変位信号用パターン
１５    第２スケール６上で光源の前面に設けられた補助信号用パターン
１６    第２スケール６上で光源の前面に設けられた基準位置仮信号用光透過部
２１−１〜２１〜７    増幅器
２２−１〜２２〜４    比較器
２３−１，２３−２    反転器
２４    ビート周期信号生成手段
３０，６０    変位信号生成回路部
４０    補助信号生成回路部
５０    基準位置仮信号生成回路部
７０    基準位置信号生成回路部
ＶＡ  ，ＶＢ      変位信号
ＶＯＺ    補助信号
ＶＲＺ    ビート周期信号
ＶＴ      基準位置仮信号
Ｖｚ      基準位置信号
Ｖｐ      パルス信号
【図１】
0003633670.tif 000002
【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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