(57)【要約】【課題】簡易な構成により原点信号を高精度に生成すること。【解決手段】原点検出用受光部１１は、受光素子列Ｌ１及びＬ２を有し、原点検出用パターン５ａからの光を受光する。原点信号発生回路２０は、原点検出用パターン５ａの読み取り結果から原点信号を発生させる。受光素子列Ｌ１は、読み取り信号Ｓ１を出力する受光素子ＰＤ１１、受光素子ＰＤ１１のＸ方向に配置され、読み取り信号Ｓ２を出力する受光素子ＰＤ１２を有する。受光素子列Ｌ２は、読み取り信号Ｓ３を出力する受光素子ＰＤ１３、受光素子ＰＤ１３のＸ方向に配置され、読み取り信号Ｓ４を出力する受光素子ＰＤ１４を有する。受光素子列Ｌ２は、受光素子列Ｌ１に対してＹ方向に、かつ、Ｘ方向にオフセットして配置される。原点信号発生回路２０は、読み取り信号Ｓ１及びＳ２が同じレベルとなる時期を始期、読み取り信号Ｓ３及びＳ４が同じレベルとなる時期を終期とする原点信号を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源により照明されることで生じる原点検出用パターンからの光を受光する原点検出用受光部と、
前記原点検出用受光部での前記原点検出用パターンの読み取り結果から原点信号を発生させる原点信号発生回路と、を備え、
前記原点検出用受光部は、
第１の受光素子列及び第２の受光素子列を有する単位受光領域を備え、
前記第１の受光素子列は、
前記原点検出用パターンの読み取り結果を第１の信号として出力する第１の受光素子と、
前記第１の受光素子に対して前記原点検出用パターンの読み取り方向である第１の方向に配置される、前記原点検出用パターンの読み取り結果を第２の信号として出力する第２の受光素子と、を備え、
前記第２の受光素子列は、
前記原点検出用パターンの読み取り結果を第３の信号として出力する第３の受光素子と、
前記第３の受光素子に対して前記第１の方向に配置される、前記原点検出用パターンの読み取り結果を第４の信号として出力する第４の受光素子と、を備え、
前記第２の受光素子列は、前記第１の受光素子列に対して、前記第１の方向と直行する方向である第２の方向に配置され、かつ、前記第１の受光素子列に対して前記第１の方向にオフセットして配置され、
前記原点信号発生回路は、
前記第１の信号と前記第２の信号とが同じレベルとなる時期を始期とし、前記第３の信号と前記第４の信号とが同じレベルとなる時期を終期とする前記原点信号を出力する、
原点信号発生装置。
【請求項２】
前記原点検出用受光部は、前記第２の方向に配列された複数の前記単位受光領域を備える、
請求項１に記載の原点信号発生装置。
【請求項３】
前記原点信号発生回路は、
前記第１の信号から前記第２の信号を減算した値が所定値となる時期を始期とし、前記第３の信号から前記第４の信号を減算した値が前記所定値となる時期を終期とする前記原点信号を出力する、
請求項１又は２に記載の原点信号発生装置。
【請求項４】
前記原点信号発生回路は、
前記第１の信号から前記第２の信号を減算した信号と前記所定値を示す第１の固定電位とを比較した結果を示す第１の比較信号を生成し、
前記第３の信号から前記第４の信号を減算した信号と前記第１の固定電位とを比較した結果を示す第２の比較信号を生成し、
前記第１の比較信号と前記第２の比較信号との論理積を示す信号を前記原点信号として出力する、
請求項３に記載の原点信号発生装置。
【請求項５】
前記原点信号発生回路は、
前記第１の信号から前記第２の信号を減算した第１の差分信号を出力する第１の減算器と、
前記第３の信号から前記第４の信号を減算した第２の差分信号を出力する第２の減算器と、
前記第１の差分信号と前記第１の固定電位との比較結果である前記第１の比較信号を出力する第１の比較器と、
前記第２の差分信号と前記第１の固定電位との比較結果である前記第２の比較信号を出力する第２の比較器と、
前記第１の比較信号と前記第２の比較信号との前記論理積を出力する第１のＡＮＤ回路と、を備え、
前記第１の比較信号と前記第２の比較信号との前記論理積が、前記原点信号として出力される、
請求項４に記載の原点信号発生装置。
【請求項６】
前記原点信号発生回路は、
前記第１〜第４の信号の加算値から前記第１の固定電位を減算した第３の差分信号を出力する第３の減算器と、
前記第３の差分信号から第２の固定電位との比較結果である第３の比較信号を出力する第３の比較器と、
前記第１の比較信号と前記第２の比較信号との前記論理積と、前記第３の比較信号と、の論理積を前記原点信号として出力する第２のＡＮＤ回路と、を備える、
請求項５に記載の原点信号発生装置。
【請求項７】
前記第１の方向に並んで配置された複数の前記原点検出用パターンのそれぞれに対応する、前記第１の方向に並んで配置された複数の前記原点検出用受光部を備え、
前記複数の原点検出用受光部のそれぞれから、前記原点信号発生回路に前記第１〜第４の信号が出力される、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の原点信号発生装置。
【請求項８】
光源と、
原点検出用パターンが形成され、前記原点検出用パターンが前記光源により照明されるスケールと、
照明により生じた前記原点検出用パターンからの光を受光する原点検出用受光部と、
前記原点検出用受光部での前記原点検出用パターンの読み取り結果から原点信号を発生させる原点信号発生回路と、を備え、
前記原点検出用受光部は、
第１の受光素子列及び第２の受光素子列を有する単位受光領域を備え、
前記第１の受光素子列は、
前記原点検出用パターンの読み取り結果を第１の信号として出力する第１の受光素子と、
前記第１の受光素子に対して前記原点検出用パターンの読み取り方向である第１の方向に配置される、前記原点検出用パターンの読み取り結果を第２の信号として出力する第２の受光素子と、を備え、
前記第２の受光素子列は、
前記原点検出用パターンの読み取り結果を第３の信号として出力する第３の受光素子と、
前記第３の受光素子に対して前記第１の方向に配置される、前記原点検出用パターンの読み取り結果を第４の信号として出力する第４の受光素子と、を備え、
前記第２の受光素子列は、前記第１の受光素子列に対して、前記第１の方向と直行する方向である第２の方向に配置され、かつ、前記第１の受光素子列に対して前記第１の方向にオフセットして配置され、
前記原点信号発生回路は、
前記第１の信号と前記第２の信号とが同じレベルとなる時期を始期とし、前記第３の信号と前記第４の信号とが同じレベルとなる時期を終期とする前記原点信号を出力する、
原点信号発生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原点信号発生装置及び原点信号発生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定装置などの位置検出には、光学式のエンコーダが広く用いられている。インクリメント型のエンコーダでは、相対位置の検出を行うスケールと原点位置を検出するためのスケールとが設けられている。インクリメント型のエンコーダは、原点位置を検出するためのスケールを読み取ることで、検出した相対位置情報を絶対位置情報に変換することができる。したがって、インクリメント型のエンコーダでは、原点位置を高精度に検出することが要求される。
【０００３】
原点位置の検出には、原点検出用パターンの読み取り方向に離隔した複数の受光素子を配置し、受光素子間の差信号を生成する手法が知られている。この差信号がゼロレベルをまたぐ点（交差点）を検出することで、読み取り方向での原点検出用パターンの位置を特定できる（例えば、特許文献１）。
【０００４】
交差点検出の他の例として、交差点パターンのずれを補正するため、原点検出用パターンよりも細かなパターンの読み取り結果により、交差点パターンのずれを補正する方法が提案されている（特許文献２）。
【０００５】
また、読み取り方向の幅が狭小な受光素子を読み取り方向に複数配置し、隣接する２つの受光素子の差信号の論理積をとることで、狭小な幅を有する原点信号を生成する手法も提案されている（特許文献３）。
【０００６】
他にも、原点検出用パターンを複数設け、各パターンの読み取りのタイミング差から原点信号を生成する手法も提案されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３３２４３１号公報
【特許文献２】特表２００９−５１５１８２号公報
【特許文献３】特開２００６−３２９６５２号公報
【特許文献４】特開２０００−３０４５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、発明者は、上述の手法には以下に示す問題点が有ることを見出した。特許文献１では、読み取った原点検出用パターンの片側のエッジを基準として原点信号を生成する。そのため、読み取り方向により基準となるエッジが変わってしまい、原点信号のタイミングが変化してしまう。そのため、原点信号の高精度化の点で原理的に劣る。特許文献２では、原点信号の位置を補正できるものの、予め補正動作を行う必要がある。そのため、エンコーダの運用の制約要因となる。
【０００９】
特許文献３では、上記の問題は回避できるものの、原点信号の精度は、受光素子の読み取り方向のサイズ、特に受光素子自体の幅と受光素子との間の間隔で決まる。しかし、受光素子の微細化は製造プロセスの制約により限界があるため、原点信号の高精度化が制約されてしまう。  
【００１０】
特許文献４では、高精度の原点信号生成を期待できるものの、複数の原点検出用パターンのそれぞれからの光を対応する受光素子により受光するため、光学系等が必要となる。そのため、通常のエンコーダでは必要ない構成要素が付加され、複雑な構成となってしまう。さらに、原点信号の高精度化のために原点検出用パターンを微細化すると、回折格子としての作用が強くなり、原点検出用パターンを効率的に読み取ることが困難となってしまう。
【００１１】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、簡易な構成により原点信号を高精度に生成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様である原点信号発生装置は、光源により照明されることで生じる原点検出用パターンからの光を受光する原点検出用受光部と、前記原点検出用受光部での前記原点検出用パターンの読み取り結果から原点信号を発生させる原点信号発生回路と、を備え、前記原点検出用受光部は、第１及び第２の受光素子列を有する単位受光領域を備え、前記第１の受光素子列は、前記原点検出用パターンの読み取り結果を第１の信号として出力する第１の受光素子と、前記第１の受光素子に対して前記原点検出用パターンの読み取り方向である第１の方向に配置される、前記原点検出用パターンの読み取り結果を第２の信号として出力する第２の受光素子と、を備え、前記第２の受光素子列は、前記原点検出用パターンの読み取り結果を第３の信号として出力する第３の受光素子と、前記第３の受光素子に対して前記第１の方向に配置される、前記原点検出用パターンの読み取り結果を第４の信号として出力する第４の受光素子と、を備え、前記第２の受光素子列は、前記第１の受光素子列に対して、前記第１の方向と直行する方向である第２の方向に配置され、かつ、前記第１の受光素子列に対して前記第１の方向にオフセットして配置され、前記原点信号発生回路は、前記第１の信号と前記第２の信号とが同じレベルとなる時期を始期とし、前記第３の信号と前記第４の信号とが同じレベルとなる時期を終期とする前記原点信号を出力するものである。これにより、オフセットで決定される幅を有する原点信号を生成できる。よって、受光素子の製造プロセスの制約を受けることなく、一定幅の高精度な原点信号を発生させることができる。
【００１３】
本発明の第２の態様である原点信号発生装置は、上記の原点信号発生装置において、前記原点検出用受光部は、前記第２の方向に配列された複数の前記単位受光領域を備えるものである。これにより、原点検出用受光部に照射される光のスポットが回転した場合の原点信号の幅変動を抑制できる。
【００１４】
本発明の第３の態様である原点信号発生装置は、上記の原点信号発生装置において、前記原点信号発生回路は、前記第１の信号から前記第２の信号を減算した値が所定値となる時期を始期とし、前記第３の信号から前記第４の信号を減算した値が前記所定値となる時期を終期とする前記原点信号を出力するものである。これにより、オフセットで決定される幅を有する原点信号を生成できる。よって、受光素子の製造プロセスの制約を受けることなく、一定幅の高精度な原点信号を発生させることができる。
【００１５】
本発明の第４の態様である原点信号発生装置は、上記の原点信号発生装置において、前記原点信号発生回路は、前記第１の信号から前記第２の信号を減算した信号と前記所定値を示す第１の固定電位とを比較した結果を示す第１の比較信号を生成し、前記第３の信号から前記第４の信号を減算した信号と前記第１の固定電位とを比較した結果を示す第２の比較信号を生成し、前記第１の比較信号と前記第２の比較信号との論理積を示す信号を前記原点信号として出力するものである。これにより、オフセットで決定される幅を有する原点信号を生成できる。よって、受光素子の製造プロセスの制約を受けることなく、一定幅の高精度な原点信号を発生させることができる。
【００１６】
本発明の第５の態様である原点信号発生装置は、上記の原点信号発生装置において、前記原点信号発生回路は、前記第１の信号から前記第２の信号を減算した第１の差分信号を出力する第１の減算器と、前記第３の信号から前記第４の信号を減算した第２の差分信号を出力する第２の減算器と、前記第１の差分信号と前記第１の固定電位との比較結果である前記第１の比較信号を出力する第１の比較器と、前記第２の差分信号と前記第１の固定電位との比較結果である前記第２の比較信号を出力する第２の比較器と、前記第１の比較信号と前記第２の比較信号との前記論理積を出力する第１のＡＮＤ回路と、を備え、前記第１の比較信号と前記第２の比較信号との前記論理積が、前記原点信号として出力されるものである。これにより、オフセットで決定される幅を有する原点信号を生成できる。よって、受光素子の製造プロセスの制約を受けることなく、一定幅の高精度な原点信号を発生させることができる。
【００１７】
本発明の第６の態様である原点信号発生装置は、上記の原点信号発生装置において、前記原点信号発生回路は、前記第１〜第４の信号の加算値から前記第１の固定電位を減算した第３の差分信号を出力する第３の減算器と、前記第３の差分信号から第２の固定電位との比較結果である第３の比較信号を出力する第３の比較器と、前記第１の比較信号と前記第２の比較信号との前記論理積と、前記第３の比較信号と、の論理積を前記原点信号として出力する第２のＡＮＤ回路と、を備えるものである。これにより、オフセットで決定される幅を有する原点信号を生成できる。よって、受光素子の製造プロセスの制約を受けることなく、一定幅の高精度な原点信号を発生させることができる。
【００１８】
本発明の第７の態様である原点信号発生装置は、上記の原点信号発生装置において、前記第１の方向に並んで配置された複数の前記原点検出用パターンのそれぞれに対応する、前記第１の方向に並んで配置された複数の前記原点検出用受光部を備え、前記複数の原点検出用受光部のそれぞれから、前記原点信号発生回路に前記第１〜第４の信号が出力されるものである。これにより、複数の前記原点検出用受光部の一部又は複数の前記原点検出用パターンの一部に異物が付着した場合でも、一定幅の高精度な原点信号の幅変動を抑制することができる。
【００１９】
本発明の第８の態様である原点信号発生システムは、光源と、原点検出用パターンが形成され、前記原点検出用パターンが前記光源により照明されるスケールと、照明により生じた前記原点検出用パターンからの光を受光する原点検出用受光部と、前記原点検出用受光部での前記原点検出用パターンの読み取り結果から原点信号を発生させる原点信号発生回路と、を備え、前記原点検出用受光部は、第１の受光素子列及び第２の受光素子列を有する単位受光領域を備え、前記第１の受光素子列は、前記原点検出用パターンの読み取り結果を第１の信号として出力する第１の受光素子と、前記第１の受光素子に対して前記原点検出用パターンの読み取り方向である第１の方向に配置される、前記原点検出用パターンの読み取り結果を第２の信号として出力する第２の受光素子と、を備え、前記第２の受光素子列は、前記原点検出用パターンの読み取り結果を第３の信号として出力する第３の受光素子と、前記第３の受光素子に対して前記第１の方向に配置される、前記原点検出用パターンの読み取り結果を第４の信号として出力する第４の受光素子と、を備え、前記第２の受光素子列は、前記第１の受光素子列に対して、前記第１の方向と直行する方向である第２の方向に配置され、かつ、前記第１の受光素子列に対して前記第１の方向にオフセットして配置され、前記原点信号発生回路は、前記第１の信号と前記第２の信号とが同じレベルとなる時期を始期とし、前記第３の信号と前記第４の信号とが同じレベルとなる時期を終期とする前記原点信号を出力するものである。これにより、オフセットで決定される幅を有する原点信号を生成できる。よって、受光素子の製造プロセスの制約を受けることなく、一定幅の高精度な原点信号を発生させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡易な構成により原点信号を高精度に生成することができる。
【００２１】
本発明の上述及び他の目的、特徴、及び長所は以下の詳細な説明及び付随する図面からより完全に理解されるだろう。付随する図面は図解のためだけに示されたものであり、本発明を制限するためのものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態１にかかる原点信号発生装置１００が組み込まれたエンコーダの例であるエンコーダ１０００の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかる原点検出用受光部１１の構成を模式的に示す上面図である。
【図３】原点信号発生回路２０の構成を模式的に示す回路ブロック図である。
【図４】原点信号発生装置１００の動作を示すタイミング図である。
【図５】実施の形態２にかかる原点検出用受光部１２の構成を模式的に示す上面図である。
【図６】実施の形態１にかかる原点検出用受光部１１の単位受光領域Ｕ１に照射される光のスポット形状を示す上面図である。
【図７】スポットＳＰ１及びＳＰ２が照射された場合の原点検出用受光部１１での信号を示すタイミングチャートである。
【図８】原点検出用受光部１２に照射される光のスポット形状を示す上面図である。
【図９】実施の形態３にかかる原点信号発生装置３００が組み込まれたエンコーダの例であるエンコーダ３０００の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１０】実施の形態３にかかる原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄの配置を模式的に示す上面図である。
【図１１】実施の形態１にかかる原点検出用受光部１１の一部に異物が付着した場合の状況を示す上面図である。
【図１２】実施の形態１にかかる原点検出用受光部１１の一部に異物が付着した場合の信号を示すタイミング図である。
【図１３】実施の形態３にかかる原点検出用受光部１１ａの一部に異物が付着した場合の状況を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
【００２４】
実施の形態１
まず、実施の形態１にかかる原点信号発生装置１００について説明する。原点信号発生装置１００は、測定装置などの位置決めに用いられるインクリメント型エンコーダの原点位置の決定に用いられるものである。原点信号発生装置１００の使用態様を理解するため、初めに原点信号発生装置１００が組み込まれたエンコーダの例について説明する。なお、以下で述べるエンコーダは原点信号を発生させる原点信号発生装置が組み込まれたものであるので、広義にはエンコーダを原点信号発生システムの一態様として理解してもよい。
【００２５】
図１は、実施の形態１にかかる原点信号発生装置１００が組み込まれたエンコーダの例であるエンコーダ１０００の構成を模式的に示す斜視図である。エンコーダ１０００は、原点信号発生装置１００、光源２、光学素子３、インデックススケール４及びスケール５を有する。光源２は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、インデックススケール４及びスケール５に光を照射する。光学素子３は例えばコリメータであり、光源２からの光２ａを平行光２ｂに変換する。インデックススケール４及びスケール５は、平行光２ｂの光軸上（Ｚ方向）に順に配置される。
【００２６】
インデックススケール４は、原点検出用パターン４ａ及び位置検出用パターン４ｅが形成されている。原点検出用パターン４ａ及び位置検出用パターン４ｅは、平板状部材に穿たれたスリットとして形成される。スケール５は、原点検出用パターン５ａ及び位置検出用パターン５ｅが形成されている。原点検出用パターン５ａ及び位置検出用パターン５ｅは、平板状部材に穿たれたスリットとして形成される。なお、インデックススケール４及びスケール５を、原点検出用パターンが形成されたスケールとして、一体としてとらえてもよい。
【００２７】
原点信号発生装置１００は、光源２により透過照明された原点検出用パターン５ａを読み取り、原点信号を発生させる装置として構成される。原点検出用パターン５ａはスリットであるので、透過照明により周囲とコントラストが異なる。よって、原点信号発生装置１００は、原点検出用パターン５ａを明パターンとして認識する。
【００２８】
原点信号発生装置１００は、受光部１及び原点信号発生回路２０を有する。受光部１は、位置検出用受光部１ｂ及び原点検出用受光部１１を有する。位置検出用受光部１ｂは、位置検出用パターン４ｅを通過した光に照明された位置検出用パターン５ｅのパターンを読みとる。位置検出用受光部１ｂは、読み取り結果を示す信号を位置検出部（不図示）に出力する。位置検出部（不図示）は、受け取った信号に基づいて、検出した位置を決定する。
【００２９】
図２は、実施の形態１にかかる原点検出用受光部１１の構成を模式的に示す上面図である。原点検出用受光部１１は、原点検出用パターン５ａの読み取り方向であるＸ方向に受光素子が２つ並べて配された受光素子列を有する。この受光素子列は、原点検出用パターン５ａの読み取り方向であるＸ方向と垂直なＹ方向に少なくとも２列並んで配置される。この２つの受光素子列が、１つの単位受光領域Ｕ１を構成する。
【００３０】
図２に示すように、原点検出用受光部１１は、受光素子ＰＤ１１〜ＰＤ１４を有する。受光素子ＰＤ１１及びＰＤ１２は、Ｘ方向にピッチＰで並んで配置され、１つの受光素子列Ｌ１を構成する。受光素子ＰＤ１３及びＰＤ１４は、Ｘ方向にピッチＰで並んで配置され、１つの受光素子列Ｌ２を構成する。上述のように、受光素子列Ｌ１と受光素子列Ｌ２とは、Ｙ方向に並んで配置される。なお、受光素子列Ｌ２のＸ方向の端部は、受光素子列Ｌ１のＸ方向の端部に対して、Ｄだけオフセットして配置される。以下では、受光素子列Ｌ１及びＬ２を、それぞれ第１及び第２の受光素子列とも称する。また、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向、すなわち、光学素子３からの光の伝搬方向をＺ方向とする。
【００３１】
原点検出用受光部１１では、原点検出用パターン５ａを読み取る際に、まず受光素子ＰＤ１１が原点検出用パターン５ａの読み取りを開始し、やや遅れて受光素子ＰＤ１３が原点パターン５ａの読み取りを開始する。その後、受光素子ＰＤ１２が原点検出用パターン５ａの読み取りを開始し、やや遅れて受光素子ＰＤ１４が原点検出用パターン５ａの読み取りを開始する。受光素子ＰＤ１１〜ＰＤ１４は、読み取った原点検出用パターン５ａの明暗をそれぞれ読み取り信号Ｓ１〜Ｓ４として出力する。以下では、読み取り信号Ｓ１〜Ｓ４をそれぞれ第１〜第４の信号とも称する。
【００３２】
続いて、原点信号発生回路２０について説明する。図３は、原点信号発生回路２０の構成を模式的に示す回路ブロック図である。原点信号発生回路２０は、減算器２１〜２３、比較器２４〜２６、ＡＮＤ回路２７及び２８を有する。以下では、減算器２１〜２３を、それぞれ第１〜第３の減算器とも称する。比較器２４〜２６を、それぞれ第１〜第３の比較器とも称する。ＡＮＤ回路２７及び２８を、それぞれ第１のＡＮＤ回路及び第２のＡＮＤ回路とも称する。
【００３３】
減算器２１は、読み取り信号Ｓ１から読み取り信号Ｓ２を減算し、減算結果を差分信号Ｔ１として出力する。減算器２２は、読み取り信号Ｓ３から読み取り信号Ｓ４を減算し、減算結果を差分信号Ｔ２として出力する。減算器２３は、読み取り信号Ｓ１〜Ｓ４から接地電位を減算し、減算結果を差分信号Ｔ３として出力する。すなわち、減算器２３は、読み取り信号Ｓ１〜Ｓ４の和信号を差分信号Ｔ３として出力する。以下では、差分信号Ｔ１〜Ｔ３を、それぞれ第１〜第３の差分信号とも称する。
【００３４】
比較器２４の非反転入力端子には接地電位が入力され、反転入力端子には差分信号Ｔ１が入力される。比較器２４は、接地電位と差分信号Ｔ１との比較結果を信号Ｚ１として出力する。比較器２５の非反転入力端子には差分信号Ｔ２が入力され、反転入力端子には接地電位が入力される。比較器２５は、差分信号Ｔ２と接地電位との比較結果を信号Ｚ２として出力する。比較器２６の非反転入力端子には差分信号Ｔ３が入力され、反転入力端子には基準電位Ｖｒｅｆが入力される。比較器２６は、差分信号Ｔ３と基準電位Ｖｒｅｆとの比較結果を信号Ｚ３として出力する。以下では、信号Ｚ１〜Ｚ３を、それぞれ第１〜第３の比較信号とも称する。
【００３５】
ＡＮＤ回路２７は、信号Ｚ１及びＺ２の論理積をパルス信号Ｚ４として出力する。ＡＮＤ回路２８は、パルス信号Ｚ４及びＺ５の論理積を、原点信号である原点パルス信号Ｚ５として出力する。
【００３６】
続いて、原点信号発生装置１００の原点信号発生動作について説明する。図４は、原点信号発生装置１００の動作を示すタイミング図である。受光素子列Ｌ１では、受光素子ＰＤ１１が原点検出用パターン５ａを読み取り、その後、受光素子ＰＤ１２が原点検出用パターン５ａを読み取る。これにより、読み取り信号Ｓ１に読み取り波形が生じ、その後、読み取り信号Ｓ２に読み取り波形が生じる。減算器２１は、読み取り信号Ｓ１と読み取り信号Ｓ２とを上述の構成にて減算するので、差分信号Ｔ１（Ｓ１−Ｓ２）には、交差点ＩＰ１が生じる。交差点ＩＰ１は、読み取り信号Ｓ１のレベルと読み取り信号Ｓ２のレベルとが等しくなる点と理解してもよい。
【００３７】
また、受光素子列Ｌ２では、受光素子ＰＤ１１からオフセットＤ分だけ遅れて、受光素子ＰＤ１３が原点検出用パターン５ａを読み取り、その後、受光素子ＰＤ１２からオフセットＤ分だけ遅れて、受光素子ＰＤ１４が原点検出用パターン５ａを読み取る。これにより、読み取り信号Ｓ１からオフセットＤ分だけ遅れて、読み取り信号Ｓ３に読み取り波形が生じ、その後、読み取り信号Ｓ２からオフセットＤ分だけ遅れて、読み取り信号Ｓ４に読み取り波形が生じる。減算器２２は、読み取り信号Ｓ３と読み取り信号Ｓ４とを上述の構成にて減算するので、差分信号Ｔ２（Ｓ３−Ｓ４）には、交差点ＩＰ２が生じる。つまり、交差点ＩＰ２は、交差点ＩＰ１に対してオフセットＤ分だけタイミングが遅れる。交差点ＩＰ２は、読み取り信号Ｓ３のレベルと読み取り信号Ｓ４のレベルとが等しくなる点と理解してもよい。
【００３８】
減算器２３は、上述のように、読み取り信号Ｓ１〜Ｓ４の和信号である差分信号Ｔ３を出力する。
【００３９】
比較器２４は、上述の構成にて、接地電位と差分信号Ｔ１とを比較する。その結果、比較器２４から出力される信号Ｚ１は、交差点ＩＰ１を始期とする差分信号Ｔ１が負電位の期間でＨＩＧＨとなる。
【００４０】
比較器２５は、上述の構成にて、信号Ｚ２と接地電位とを比較する。その結果、比較器２５から出力される信号Ｚ２は、交差点ＩＰ２を終期とする差分信号Ｔ２が正電位の期間でＨＩＧＨとなる。
【００４１】
比較器２６は、信号Ｚ３と基準電位を比較する。その結果、比較器２６から出力される信号Ｚ３は、Ｚ３≧Ｖｒｅｆの期間にＨＩＧＨとなる。
【００４２】
ＡＮＤ回路２７は、信号Ｚ１と信号Ｚ２との論理積をパルス信号Ｚ４として出力する。すなわち、パルス信号Ｚ４は、交差点ＩＰ１を始期とし、交差点ＩＰ２を終期とするパルス信号となる。
【００４３】
ＡＮＤ回路２８は、信号Ｚ３とパルス信号Ｚ４との論理積を、原点パルス信号Ｚ５として出力する。この場合、パルス信号Ｚ４は、そのまま原点パルス信号Ｚ５として出力されることとなる。
【００４４】
上述のように、本構成では、２つの受光素子列Ｌ１及びＬ２により、受光素子列間のオフセットＤ分だけタイミングが相違する２つの交差点ＩＰ１及びＩＰ２を生成する。そして、交差点ＩＰ１と交差点ＩＰ２とに挟まれる原点パルス信号Ｚ５を生成する。本構成では、交差点ＩＰ１のタイミングは受光素子ＰＤ１１及びＰＤ１２の配置のみで決定され、交差点ＩＰ２のタイミングは受光素子ＰＤ１３及びＰＤ１４の配置のみで決定される。よって、交差点ＩＰ１と交差点ＩＰ２とのタイミング差は、オフセットＤで決定される一定の値となる。これにより、本構成によれば、原点信号である原点パルス信号Ｚ５のパルス幅を一定に維持することができる。
【００４５】
また、本構成によれば、オフセットＤは、受光素子列の配置のみで決定できる。したがって、受光部の製造プロセスなどの最小加工寸法の制約を受けることもない。その結果、原点パルス信号Ｚ５のパルス幅の所望値に応じて、オフセットＤの値を自由に決定することができる。
【００４６】
さらに、本構成では、原点検出用パターン５ａ側には特段の工夫を施さずとも、一定幅の原点信号を得ることができる。したがって、原点検出用パターンを読み取るにあたって、原点検出用パターンと受光部との間に光学系などを挿入する必要もなく、簡易な構成とすることができる。
【００４７】
実施の形態２
次に、実施の形態２にかかる原点信号発生装置２００について説明する。原点信号発生装置２００は、原点信号発生装置１００の変形例であり、測定装置などの位置決めに用いられるインクリメント型エンコーダの原点位置の決定に用いられるものである。原点信号発生装置２００は、原点信号発生装置１００の原点検出用受光部１１を原点検出用受光部１２に置換した構成を有する。図５は、実施の形態２にかかる原点検出用受光部１２の構成を模式的に示す上面図である。
【００４８】
原点検出用受光部１２は、単位受光領域Ｕ１〜Ｕ３を有する。単位受光領域Ｕ１〜Ｕ３は、Ｙ方向に並んで配置される。単位受光領域Ｕ１は実施の形態１と同様の構成であり、かつ、単位受光領域Ｕ２及びＵ３は、単位受光領域Ｕ１と同様の構成を有するので、説明を省略する。また、原点信号発生装置２００のその他の構成及び原点信号発生動作は、原点信号発生装置１００と同様であるので、説明を省略する。
【００４９】
原点信号発生装置では、製造誤差や運用中の外乱等により、原点検出用パターン５ａを読み取る際に受光部に照射される光のスポットが回転してしまう場合が有る。図６は、実施の形態１にかかる原点検出用受光部１１の単位受光領域Ｕ１に照射される光のスポット形状を示す上面図である。光のスポットに回転が無い場合には、光のスポットは、例えばスポットＳＰ１のように長径がＹ方向に沿った形状となる。一方、光のスポットに回転が有る場合には、光のスポットは、例えばスポットＳＰ２のように長径が時計回りに回転した形状となる。
【００５０】
図７は、スポットＳＰ１及びＳＰ２が照射された場合の原点検出用受光部１１での信号を示すタイミング図である。光のスポットが紙面左から右へ移動する場合、スポットＳＰ２では、スポットＳＰ１と比べて、受光素子ＰＤ１１及びＰＤ１２には光が早く照射され、受光素子ＰＤ１３及びＰＤ１４には光が遅く照射される。このため、スポットＳＰ２が照射された場合の交差点ＩＰ３は、スポットＳＰ１が照射された場合の交差点ＩＰ１よりもタイミングが早くなる。また、スポットＳＰ２が照射された場合の交差点ＩＰ４は、スポットＳＰ１が照射された場合の交差点ＩＰ２よりもタイミングが遅くなる。そのため、スポットＳＰ２に基づいて生成される原点パルス信号Ｚ２０は、スポットＳＰ１に基づいて生成される原点パルス信号Ｚ５と比べて、パルス幅が広くなってしまう。
【００５１】
ところが、本実施の形態では、単位受光領域がＹ方向に複数設けられているので、光のスポットの回転による原点パルス信号の幅の変動を抑制することができる。図８は、原点検出用受光部１２に照射される光のスポット形状を示す上面図である。光のスポットに回転が無い場合には、光のスポットは、例えばスポットＳＰ３のように長径が方向Ｙに沿った形状となる。一方、光のスポットに回転が無い場合には、光のスポットは、例えばスポットＳＰ４のように長径が時計回りに回転した形状となる。
【００５２】
原点検出用受光部１２では、光スポットの長径方向（Ｙ方向）に単位受光領域が並んで配置されている。そのため、スポットＳＰ４のように回転が有る場合でも、スポットＳＰ４のＹ方向上側では受光素子が早いタイミングで信号を出力し、スポットＳＰ４のＹ方向下側では受光素子が遅いタイミングで信号を出力する。そのため、スポットＳＰ４の上側の単位受光領域とスポットＳＰ４の下側の単位受光領域とから出力される読み取り信号Ｓ１〜Ｓ４とがそれぞれ合成され、差分信号Ｔ１と差分信号Ｔ２との間のタイミング差が相殺される。よって、本構成によれば、受光部に照射される光スポットの回転（ヨーイング）が生じても原点信号の幅を維持することが可能となる。
【００５３】
上記では、単位受光領域が３つの場合について説明したが、これは例示に過ぎない。単位受光領域を、３つ以外の任意の複数個設けることが可能である。
【００５４】
実施の形態３
次に、実施の形態３にかかる原点信号発生装置３００について説明する。原点信号発生装置３００は、原点信号発生装置１００の変形例であり、測定装置などの位置決めに用いられるインクリメント型エンコーダの原点位置の決定に用いられるものである。図９は、実施の形態３にかかる原点信号発生装置３００が組み込まれたエンコーダの例であるエンコーダ３０００の構成を模式的に示す斜視図である。エンコーダ３０００は、エンコーダ１０００のインデックススケール４、スケール５及び原点信号発生装置１００を、それぞれインデックススケール７、スケール８及び原点信号発生装置３００に置換した構成を有する。
【００５５】
インデックススケール７は、Ｘ方向に並ぶ原点検出用パターン４ａ〜４ｄと、位置検出用パターン４ｅと、が形成されている。原点検出用パターン４ｂ〜４ｄは、それぞれ原点検出用パターン４ａと同様であるので、説明を省略する。スケール８は、Ｘ方向に並ぶ原点検出用パターン５ａ〜５ｄと、位置検出用パターン５ｅと、が形成されている。原点検出用パターン５ａ〜５ｄは、それぞれ原点検出用パターン４ａ〜４ｄに対応する位置に形成されている。原点検出用パターン５ｂ〜５ｄは、それぞれ原点検出用パターン５ａと同様であるので、説明を省略する。
【００５６】
原点信号発生装置３００は、受光部６及び原点信号発生回路２０を有する。受光部６は、原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄ及び位置検出用受光部１ｂを有する。原点検出用受光部１１ｂ〜１１ｄは、それぞれ原点検出用受光部１１ａと同様であるので、説明を省略する。原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄは、それぞれ原点検出用パターン５ａ〜５ｄに対応する位置に配置されている。図１０は、実施の形態２にかかる原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄの配置を模式的に示す上面図である。原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄは、それぞれ実施の形態１にかかる原点検出用受光部１１と同様の構成を有する。原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄは、読み取り方向であるＸ方向に並んで配置される。また、原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄのそれぞれに対応するように、原点検出用パターン４ａ〜４ｄ、５ａ〜５ｄが配置される。
【００５７】
ここで、本実施の形態にかかる原点信号発生装置３００の利点を理解するため、原点信号発生装置１００の原点検出用受光部１１に異物が付着した場合の影響を説明する。図１１は、実施の形態１にかかる原点検出用受光部１１の一部に異物が付着した場合の状況を示す上面図である。図１２は、実施の形態１にかかる原点検出用受光部１１の一部に異物が付着した場合の信号を示すタイミング図である。例えば、原点検出用受光部１１の受光素子ＰＤ１１に異物５０が付着すると、異物５０により受光素子ＰＤ１１に入射すべき光が遮蔽される。その結果、図１１に示すように、読み取り信号Ｓ１の波形が歪み、交差点の位置がＩＰ１からＩＰ３１に移動してしまう。その結果、原点パルス信号の幅が変動してしまう。
【００５８】
これに対し、本構成では、受光部を読み取り方向であるＸ方向に複数設けているので、異物の付着による原点パルス信号の幅の変動を抑制することができる。図１３は、実施の形態３にかかる原点検出用受光部１１ａの一部に異物が付着した場合の状況を示す上面図である。この場合、原点検出用受光部１１ａから出力される信号Ｓ３１は、図１２の読み取り信号Ｓ１と同様に波形が歪み、交差点の位置が移動してしまう。しかし、本構成では、原点検出用受光部１１ａ〜１１ｄから出力される信号Ｓ３１〜Ｓ３４を加算して読み取り信号Ｓ１を生成している。したがって、複数の原点検出用受光部の一部に異物が付着しても、異物が付着していない原点検出用受光部からは、正常な波形の信号が出力される。その結果、原点検出用受光部１１ａに異物が付着しても読み取り信号Ｓ１の波形の歪みを緩和できる。その結果、差分信号Ｔ１の交差点の移動を防止することが可能となる。
【００５９】
よって、本構成によれば、受光部に異物が付着した場合でも原点パルス信号の幅の変動を抑制ないしは防止することができる。
【００６０】
なお、上記では、受光素子に異物が付着した場合について説明したが、これは例示に過ぎない。インデックススケール又はスケールの原点検出用パターンに異物が付着した場合でも同様であるのは、言うまでもない。
【００６１】
上記では、原点検出用パターン及び原点検出用受光部が４つの場合について説明したが、これは例示に過ぎない。原点検出用パターン及び原点検出用受光部を、４つ以外の任意の複数個設けることが可能である。
【００６２】
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の原点信号発生回路は例示に過ぎない。すなわち、原点検出用受光部からの信号に基づいて同様の原点信号を発生させることができるならば、原点信号発生回路の構成は、適宜変更してもよい。
【００６３】
上述の実施の形態３では、原点検出用パターンの読み取り方向に原点検出用受光部１１と同様の構成を有する原点検出用受光部を複数並べる場合について説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、原点検出用パターンの読み取り方向に原点検出用受光部１２と同様の構成を有する原点検出用受光部を複数並べてもよい。この場合、異物の付着のみならず、原点検出用受光部に照射される光のスポットの回転の影響も併せて抑制することが可能となる。
【００６４】
上述の実施の形態では、光源２をＬＥＤとして説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、ＬＥＤは単色でも白色でもよい。また、光源として、レーザダイオードや他のレーザ装置を用いてもよい。さらに、光源として、ハロゲンランプなどの通常のブロードバンド光源を用いることも可能である。
【００６５】
上記の実施の形態において、原点検出用受光部１１の受光素子列Ｌ１と受光素子列Ｌ２とは、適宜入れ替えることが可能である。また、原点検出用受光部１２において複数の単位受光領域の一部又は全部において、受光素子列Ｌ１と受光素子列Ｌ２とを適宜入れ替えることが可能である。
【００６６】
上述の実施の形態では、透過型のエンコーダについて説明したが、これは例示に過ぎない。よって上述の実施の形態にかかるエンコーダを、スケールで光が反射され、反射光が位置検出用受光部により受光される、いわゆる反射型エンコーダとしてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１、６
１ｂ  位置検出用受光部
２  光源
２ａ  光
２ｂ  平行光
３  光学素子
４、７  インデックススケール
４ａ〜４ｄ、５ａ〜５ｄ  原点検出用パターン
４ｅ、５ｅ  位置検出用パターン
５、８  スケール
１１、１２、１１ａ〜１１ｄ  原点検出用受光部
２０  原点信号発生回路
２１〜２３  減算器
２４〜２６  比較器
２７、２８  ＡＮＤ回路
５０    異物
１００、２００、３００  原点信号発生装置
１０００、３０００  エンコーダ
Ｌ１、Ｌ２  受光素子列
ＰＤ１１〜ＰＤ１４  受光素子
Ｓ１〜Ｓ４、Ｓ３１〜Ｓ３４  読み取り信号
ＳＰ１〜ＳＰ４  スポット
Ｔ１〜Ｔ３  差分信号
Ｕ１〜Ｕ３  単位受光領域
Ｖｒｅｆ  基準電位
Ｚ１〜Ｚ３  信号
Ｚ４  パルス信号
Ｚ５  原点パルス信号
【図１】
2014224745.tif 000003
【図２】
2014224745.tif 000004
【図３】
2014224745.tif 000005
【図４】
2014224745.tif 000006
【図５】
2014224745.tif 000007
【図６】
2014224745.tif 000008
【図７】
2014224745.tif 000009
【図８】
2014224745.tif 000010
【図９】
2014224745.tif 000011
【図１０】
2014224745.tif 000012
【図１１】
2014224745.tif 000013
【図１２】
2014224745.tif 000014
【図１３】
2014224745.tif 000015