(57)【要約】【課題】  スケール板の動作角度等の絶対値を簡単な構成で精度良く検出し得るエンコーダを提供する。【解決手段】  このエンコーダでは、動作方向αに沿ってスケール板に複数形成された光中継部４のそれぞれは、光透過部５及び光遮断部６の１次元配列のパターンが互いに異なっている。これにより、そのパターンをコードとして、第２光強度プロファイルデータＶＹ(ｍ)に基づき、受光領域１００上に位置する光中継部４を識別することができる。更に、第１光強度プロファイルデータＶＸ(ｎ)に基づき、受光領域１００中の基準位置に対する受光領域１００中の重心検出用光透過部１０の重心位置を算出し、その重心位置からスケール板の動作角度を算出することができる。【選択図】  図６
2006145433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の動作方向に可動するスケール板と、
前記動作方向に沿って前記スケール板に複数形成され、前記動作方向に垂直な方向に光伝播部及び光非伝播部が１次元配列されて構成された光中継部と、
前記光中継部に向けて光を投光する光源装置と、
前記光源装置により投光された光を前記光中継部を介して受光するように配置され、前記動作方向、及び前記動作方向に垂直な方向に複数の画素が２次元配列されて構成された受光領域を有して、前記動作方向、及び前記動作方向に垂直な方向のそれぞれについて入射光強度の１次元分布を示す光強度プロファイルデータを出力する光検出装置とを備え、
前記光中継部のそれぞれは、前記光伝播部及び前記光非伝播部の１次元配列のパターンが互いに異なっており、
前記スケール板において、隣り合う前記光中継部間を前記動作方向に垂直な方向に沿って通る第１のライン上には、基準光伝播部が形成されていることを特徴とするエンコーダ。
【請求項２】
前記動作方向に垂直な方向についての前記光強度プロファイルデータに基づいて、前記光源装置により投光された光を前記光検出装置に対して中継した前記光中継部を識別した後、前記動作方向についての前記光強度プロファイルデータに基づいて、前記受光領域中の基準位置に対する前記基準光伝播部の位置を算出し、前記基準光伝播部の位置から前記スケール板の動作絶対値を求める処理部を備えることを特徴とする請求項１記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記基準光伝播部は、前記動作方向において前記光中継部と重ならないように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記光検出装置は、前記光源装置により投光された光を１個又は２個の前記光中継部を介して受光するように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のエンコーダ。
【請求項５】
前記光中継部は、前記動作方向に沿った第２のライン上に複数形成されており、
隣り合う前記光中継部間では、前記光伝播部及び前記光非伝播部の１次元配列のパターンが１箇所異なっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のエンコーダ。
【請求項６】
前記光中継部は、動作方向に沿った第３のライン上と第４のライン上とに渡って千鳥状に複数形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式のエンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来における光学式のエンコーダとして、次のようなものが特許文献１に記載されている。すなわち、異なる種類の回折格子からなる格子窓が所定の距離置きに複数形成された光学スケールに対して光を照射し、格子窓によって回折された回折光のパターンを２次元イメージセンサで撮像する。そして、撮像された回折光のパターンに基づいて格子窓を特定すると共に、画像中における回折光のパターンの位置に基づいて光学スケールの動作方向における格子窓の位置を特定し、光学スケールの動作距離を検出する。
【特許文献１】特公平８−１０１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したようなエンコーダにあっては、光学スケールの動作距離検出の分解能は高いものの、２次元イメージセンサを用いているためフレームメモリが必要となるなど、装置が複雑化してしまうという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スケール板の動作角度や動作距離等の絶対値を簡単な構成で精度良く検出することができるエンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係るエンコーダは、所定の動作方向に可動するスケール板と、動作方向に沿ってスケール板に複数形成され、動作方向に垂直な方向に光伝播部及び光非伝播部が１次元配列されて構成された光中継部と、光中継部に向けて光を投光する光源装置と、光源装置により投光された光を光中継部を介して受光するように配置され、動作方向、及び動作方向に垂直な方向に複数の画素が２次元配列されて構成された受光領域を有して、動作方向、及び動作方向に垂直な方向のそれぞれについて入射光強度の１次元分布を示す光強度プロファイルデータを出力する光検出装置とを備え、光中継部のそれぞれは、光伝播部及び光非伝播部の１次元配列のパターンが互いに異なっており、スケール板において、隣り合う光中継部間を動作方向に垂直な方向に沿って通る第１のライン上には、基準光伝播部が形成されていることを特徴とする。
【０００６】
このエンコーダにおいては、スケール板の動作方向に沿って当該スケール板に複数形成された光中継部のそれぞれは、光伝播部及び光非伝播部の１次元配列のパターンが互いに異なっている。これにより、その１次元配列のパターンをコードとして、例えば、スケール板の動作角度や動作距離等の絶対値（動作絶対値）の情報を各光中継部に付与すれば、動作方向に垂直な方向についての光強度プロファイルデータに基づいて、光源装置により投光された光を光検出装置に対して中継した光中継部を識別し、識別された光中継部から基本となる動作絶対値を求めることができる。更に、動作方向についての光強度プロファイルデータに基づいて、例えば、受光領域中の基準位置に対する受光領域中の基準光伝播部の位置を算出し、算出された基準光伝播部の位置から基本となる動作絶対値を補正して、より詳細な動作絶対値を求めることができる。このように、動作方向、及び動作方向に垂直な方向のそれぞれについて入射光強度の１次元分布を示す光強度プロファイルデータを出力する光検出装置を用いることによって、スケール板の動作角度や動作距離等の絶対値を簡単な構成で精度良く検出することが可能になる。なお、基準光伝播部の位置を基準として光中継部の識別を行ってもよい。これによれば、光源装置により投光された光を光検出装置に対して中継した光中継部を精度良く識別することが可能になる。
【０００７】
また、動作方向に垂直な方向についての光強度プロファイルデータに基づいて、光源装置により投光された光を光検出装置に対して中継した光中継部を識別した後、動作方向についての光強度プロファイルデータに基づいて、受光領域中の基準位置に対する基準光伝播部の位置を算出し、基準光伝播部の位置からスケール板の動作絶対値を求める処理部を備えることが好ましい。このような処理部を備えることにより、上述したようにして、スケール板の動作角度や動作距離等の絶対値を容易に検出することが可能になる。
【０００８】
また、基準光伝播部は、動作方向において光中継部と重ならないように形成されていることが好ましい。これにより、光源装置により投光された光を光検出装置に対して中継した光中継部を識別するに際し、その処理を単純化することができる。
【０００９】
また、光検出装置は、光源装置により投光された光を１個又は２個の光中継部を介して受光するように配置されていることが好ましい。これにより、スケール板の動作角度や動作距離等の絶対値を検出するに際し、その処理を単純化することができる。
【００１０】
また、本発明に係るエンコーダにおいては、光中継部が動作方向に沿った第２のライン上に複数形成され、且つ隣り合う光中継部間で光伝播部及び光非伝播部の１次元配列のパターンが１箇所異なっていてもよいし、光中継部が動作方向に沿った第３のライン上と第４のライン上とに渡って千鳥状に複数形成されていてもよい。これらの構成を採用することで、光源装置により投光された光を光検出装置に対して中継した光中継部が例えば２個同時に存在する場合でも、動作方向に垂直な方向についての光強度プロファイルデータに基づいて、その２個の光中継部を識別することが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るエンコーダによれば、スケール板の動作角度や動作距離等の絶対値を簡単な構成で精度良く検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係るエンコーダの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
［第１実施形態］
図１に示されるように、第１実施形態に係るエンコーダ１は、いわゆるアブソリュート型のロータリエンコーダであり、測定対象物（図示せず）に連結される回転軸２を備えている。この回転軸２には、円板状のスケール板３が固定されており、このスケール板３は、回転軸２の回転に伴って回転する。この回転方向をスケール板３の動作方向αとする。図２に示されるように、スケール板３において動作方向αに沿ったライン（第２のライン）Ｌ１上には、回転軸２を中心として等角度置きに光中継部４が複数形成されている。
【００１４】
光中継部４は、図３に示されるように、光透過孔として形成された光透過部（光伝播部）５及び光遮断部（光非伝播部）６が動作方向αに垂直な方向に１次元配列されて構成されている。光透過部５は、光を透過させることによって光を伝播し、光遮断部６は、光を反射又は吸収することによって光を伝播しない。そして、光中継部４のそれぞれは、光透過部５及び光遮断部６の１次元配列のパターンが互いに異なっており、隣り合う光中継部４，４間では、光透過部５及び光遮断部６の１次元配列のパターンが１箇所異なっている。
【００１５】
ここでは、回転軸２を中心として等角度置きに８個の光中継部４がラインＬ１上に配置されているものとする。このとき、光中継部４のそれぞれについて光透過部５及び光遮断部６の１次元配列のパターンを互いに異ならせるためには、３ビットのコードを利用すればよく、隣り合う光中継部４，４間について光透過部５及び光遮断部６の１次元配列のパターンを１箇所異ならせるためには、いわゆるグレイコードを利用すればよい。つまり、光透過部５を「１」、光遮断部６を「０」として光中継部４をコードで表すと、図３において右から順に「０００」，「００１」，「０１１」，「０１０」，「１１０」，「１１１」，「１０１」，「１００」となる。
【００１６】
スケール板３において、動作方向αに垂直な方向に沿って光中継部４を通るラインＬ２上で、且つ動作方向αに沿ったラインＬ３上には、光中継部４との間に１個の光遮断部６を挟んで位置検出用光透過部７が光透過孔として形成されている。更に、スケール板３において、隣り合う光中継部４，４間の中心位置を動作方向αに垂直な方向に沿って通るラインＬ４（第１のライン）上で、且つ動作方向αに沿ったラインＬ３上には、重心検出用光透過部（基準光伝播部）１０が円形状の光透過孔として形成されている。
【００１７】
また、図１に示されるように、エンコーダ１は、ラインＬ１上に配置された光中継部４に向けて平行光を投光するＬＥＤ等からなる光源装置８と、スケール板３を挟んで光源装置８と対向するように配置されたプロファイルセンサ（光検出装置）９とを備えている。プロファイルセンサ９は、光源装置８により投光された光のうち光中継部４の光透過部５を透過した光を受光して（換言すれば、光源装置８により投光された光を光中継部４を介して受光して）、光強度プロファイルデータを処理部１１に出力する。
【００１８】
ここで、プロファイルセンサ９の構成について説明する。図４に示されるように、プロファイルセンサ９は、受光領域１００、第１信号処理部１１０及び第２信号処理部１２０を有している。受光領域１００は、動作方向α（ラインＬ１の接線方向）、及び動作方向αに垂直な方向に２次元配列されたＭ×Ｎ個の画素により構成されており、第ｍ行第ｎ列の位置にある画素には２つのフォトダイオードＰＤＸ,ｍ,ｎ及びＰＤＹ,ｍ,ｎが形成されている。なお、Ｍ，Ｎのそれぞれは２以上の整数であり、ｍは１以上Ｍ以下の任意の整数、ｎは１以上Ｎ以下の任意の整数である。各フォトダイオードＰＤＸ,ｍ,ｎ，ＰＤＹ,ｍ,ｎのアノード端子は接地されている。第ｎ列にあるＭ個のフォトダイオードＰＤＸ,１,ｎ〜ＰＤＸ,Ｍ,ｎのカソード端子は、共通の配線ＬＸ,ｎにより第１信号処理部１１０と接続されている。第ｍ行にあるＮ個のフォトダイオードＰＤＹ,ｍ,１〜ＰＤＹ,ｍ,Ｎのカソード端子は、共通の配線ＬＹ,ｍにより第２信号処理部１２０と接続されている。
【００１９】
第１信号処理部１１０は、図５に示されるように、シフトレジスタ１１１、積分回路１１２及びＮ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＮを有している。各スイッチＳＷｎの一端は配線ＬＸ,ｎに接続されており、各スイッチＳＷｎの他端は共通の配線を介して積分回路１１２の入力端に接続されている。また、各スイッチＳＷｎは、シフトレジスタ１１１から出力される制御信号に基づいて順次に閉じる。積分回路１１２は、アンプＡ、容量素子Ｃ及びスイッチＳＷを有している。容量素子Ｃ及びスイッチＳＷは、互いに並列的に接続されて、アンプＡの入力端子と出力端子との間に設けられている。スイッチＳＷが閉じると、容量素子Ｃが放電されて、積分回路１１２から出力される電圧値が初期化される。スイッチＳＷが開いて、スイッチＳＷｎが閉じると、配線ＬＸ,ｎに接続されている第ｎ列のＭ個のフォトダイオードＰＤＸ,１,ｎ〜ＰＤＸ,Ｍ,ｎそれぞれの光入射に応じて発生した電荷の総和が積分回路１１２に入力し、その電荷が容量素子Ｃに蓄積されて、この蓄積電荷量に応じた電圧値ＶＸ(ｎ)が積分回路１１２から出力される。第２信号処理部１２０も、第１信号処理部１１０と同様の構成を有し、同様の動作をする。
【００２０】
以上のように構成されたプロファイルセンサ９は、受光領域１００における動作方向α（ラインＬ１の接線方向）について入射光強度の１次元分布を示す第１光強度プロファイルデータＶＸ(ｎ)を第１信号処理部１１０から出力すると共に、動作方向αに垂直な方向について入射光強度の１次元分布を示す第２光強度プロファイルデータＶＹ(ｍ)を第２信号処理部１２０から出力することができる。処理部１１には、これら第１光強度プロファイルデータＶＸ(ｎ)及び第２光強度プロファイルデータＶＹ(ｍ)が入力される。
【００２１】
なお、プロファイルセンサ９は、光源装置８により投光された光を１個又は２個の光中継部４を介して受光するように配置されている。つまり、図６に示されるように、受光領域１００の動作方向αに沿った幅をＷとし、隣り合う光中継部４，４の動作方向αに沿った距離をＤとすると、Ｗ／２＜Ｄ＜Ｗの関係式を満たす。これにより、受光領域１００上には、１個又は２個の光中継部４が常に位置することになる。
【００２２】
次に、処理部１１における処理手順について、図６を参照して説明する。
【００２３】
まず、動作方向αについての第１光強度プロファイルデータＶＸ(ｎ)に基づいて所定の閾値th１を超えた領域の数が算出され、受光領域１００上に位置する光中継部４の数が判断される。ここで、閾値th１は、重心検出用光透過部１０のプロファイルデータを検出可能な基準として予め定めされる。なお、重心検出用光透過部１０は、円形状の光透過孔として形成されていることから、すべて同じようなプロファイルデータを示す。そのため、閾値th１を超える画素の数や、プロファイルデータの形状によって、光中継部４と重心検出用光透過部１０との識別を容易に行うことができる。
【００２４】
続いて、動作方向αに垂直な方向についての第２光強度プロファイルデータＶＹ(ｍ)に基づいて位置検出用光透過部７の重心位置が算出され、その重心位置が基準位置ｙ０とされる。なお、位置検出用光透過部７の重心位置の算出に際しては、光中継部４との間に１個の光遮断部６を挟んで位置検出用光透過部７が形成されているため、第２光強度プロファイルデータＶＹ(ｍ)に基づいて位置検出用光透過部７の重心位置を正確に算出することができる。
【００２５】
そして、基準位置ｙ０を基準として、光中継部４において重心間距離ｐ１置きに現れる光透過部５又は光遮断部６のコードが以下の演算によりｊビット(ｊ＝１，２，３)読み取られる。
(１)受光領域１００上に位置する光中継部４の数が１個の場合
code(ｊ)＝ｆ(ＶＹ(ｙｊ))＝ｆ(ＶＹ(ｙ０＋(ｊ＋１)×ｐ１))
if (ＶＹ(ｙｊ)＞th２)    then ｆ(ＶＹ(ｙｊ))＝１；
else ｆ(ＶＹ(ｙｊ))＝０；
(２)受光領域１００上に位置する光中継部４の数が２個の場合
code(ｊ)＝ｆ(ＶＹ(ｙｊ))＝ｆ(ＶＹ(ｙ０＋(ｊ＋１)×ｐ１))
if (ＶＹ(ｙｊ)＞th３)                          then ｆ(ＶＹ(ｙｊ))＝２；
if (ＶＹ(ｙｊ)＞th２) and (ＶＹ(ｙｊ)＜th３)    then ｆ(ＶＹ(ｙｊ))＝１；
if (ＶＹ(ｙｊ)＜th２)                          then ｆ(ＶＹ(ｙｊ))＝０；
ここで、ｆ(ＶＹ(ｙｊ))は閾値関数である。また、th２，th３は、光源装置８、プロファイルセンサ９の受光感度等から予め決定される閾値であり、閾値th２は、動作方向αに沿って光透過部５が１個存在する場合の明るさの判断基準として定められ、閾値th３は、動作方向αに沿って光透過部５が２個存在する場合の明るさの判断基準として定められる。
【００２６】
以上の演算により、例えば、図６に示される場合に得られる出力値は「１２０」となる。このように、隣り合う光中継部４，４の出力値が「１２０」となるのは、エンコーダ１において１組しかない。つまり、受光領域１００上に位置する光中継部４のコードは「０１０」及び「１１０」である。そして、光中継部４のコードの配列（図３において右から順に「０００」，「００１」，「０１１」，…，「１００」）を処理部１１が記憶しているため、図６において右側の光中継部４のコードが「０１０」、左側の光中継部４のコードが「１１０」と一意に識別される。
【００２７】
このように、第１実施形態に係るエンコーダ１においては、プロファイルセンサ９の受光領域１００上に２個の光中継部４が同時に位置する場合でも、隣り合う光中継部４，４間では、光透過部５及び光遮断部６の１次元配列のパターンが１箇所異なっていることから、動作方向αに垂直な方向についての第２光強度プロファイルデータＶＹ(ｍ)に基づくその２個の光中継部４の識別が妨げられることはない。
【００２８】
続いて、スケール板３の動作角度の算出が以下のように行われる。初めに、動作方向αについての第１光強度プロファイルデータＶＸ(ｎ)に基づいて、識別された光中継部４に隣接する重心検出用光透過部１０の重心位置posが次の演算により算出される。ここで、動作方向αにおける受光領域１００の中心位置を重心位置posの原点（基準位置）とする。なお、重心検出用光透過部１０の重心位置posの算出に際しては、重心検出用光透過部１０が円形状の光透過孔として形成されており、すべて同じプロファイルデータを示すことから、第１光強度プロファイルデータＶＸ(ｎ)に基づいて重心検出用光透過部１０の重心位置posを正確に算出することができる。
pos＝１次モーメント／０次モーメント
１次モーメント＝Σ(ＶＸ(ｎ)×ｎ)  （重心検出用光透過部１０を示す領域に対して）
０次モーメント＝Σ(ＶＸ(ｎ))      （重心検出用光透過部１０を示す領域に対して）
【００２９】
そして、この演算により算出された重心位置posから、スケール板３の動作角度θが次の演算により算出される。なお、動作方向αにおける受光領域１００の中心位置にコード「０００」の光中継部４の重心位置が一致した状態を０度とする。
θ＝((コード順−direc)×(３６０／コード数))＋((pos／ｐ２)×(３６０／コード数))
ここで、ｐ２は、隣り合う光中継部４，４の重心間距離である。また、コード順は、図３において右から順に「０００」が「０」、「００１」が「１」、「０１１」が「２」、…、「１００」が「７」である。そして、direcは、識別された光中継部４に隣接する重心検出用光透過部１０の相対位置で決定され、光中継部４に対して重心検出用光透過部１０が図６において右側にある場合は「１」、光中継部４に対して重心検出用光透過部１０が図６において左側にある場合は「０」である。
【００３０】
具体例として、図６に示される場合において、重心検出用光透過部１０の重心位置がpos＝−４０（画素）、隣り合う光中継部４，４の重心間距離がｐ２＝４００（画素）であるとき、コード「０１０」に基づけば、スケール板３の動作角度θは次のようになる。
θ＝((３−０)×(３６０／８))＋((−４０／４００)×(３６０／８))＝１３０．５度
【００３１】
一方、コード「１１０」に基づけば、スケール板３の動作角度θは次のようになる。
θ＝((４−１)×(３６０／８))＋((−４０／４００)×(３６０／８))＝１３０．５度
【００３２】
このように、受光領域１００上に２個の光中継部４が位置する場合には、どちらの光中継部４に基づいてもスケール板３の動作角度θを算出することができる。
【００３３】
以上説明したように、第１実施形態に係るエンコーダ１においては、動作方向αに沿ってスケール板３に複数形成された光中継部４のそれぞれは、光透過部５及び光遮断部６の１次元配列のパターンが互いに異なっている。これにより、その１次元配列のパターンをコードとして、動作角度αに垂直な方向についての第２光強度プロファイルデータＶＹ(ｍ)に基づき、受光領域１００上に位置する光中継部４を処理部１１で識別することができる。更に、動作方向αについての第１光強度プロファイルデータＶＸ(ｎ)に基づき、受光領域１００中の基準位置に対する受光領域１００中の重心検出用光透過部１０の重心位置を算出し、その重心位置からスケール板３の詳細な動作角度を算出することができる。このように、プロファイルセンサ９を用いることで、２次元イメージセンサを用いる際に必要となるフレームメモリ等が不要となり、スケール板３の動作角度を簡単な構成で精度良く検出することが可能になる。しかも、プロファイルセンサ９を用いることで、同じ画素数であれば、２次元イメージセンサを用いた場合に比べ処理時間を大幅に短縮化することが可能になる。
【００３４】
また、第１実施形態に係るエンコーダ１においては、光源装置８により投光された光を１個又は２個の光中継部４を介して受光するようにプロファイルセンサ９が配置されている。これにより、スケール板３の動作角度を算出するに際し、その処理を単純化することができる。
【００３５】
［第２実施形態］
図７及び図８に示されるように、第２実施形態に係るエンコーダ１は、スケール板３に対する光中継部４の配置において、第１実施形態に係るエンコーダ１と主に異なっている。
【００３６】
すなわち、スケール板３には、動作方向αに沿って同心円状のライン（第３のライン）Ｌ５及びライン（第４のライン）Ｌ６が設定され、これらのラインＬ５上とラインＬ６上とに渡って千鳥状に光中継部４が複数形成されている。より具体的には、光中継部４は、ラインＬ５上及びラインＬ６上のそれぞれに、回転軸２を中心として等角度置きに複数配置されており、ラインＬ６上に配置された光中継部４は、ラインＬ５上に配置された光中継部４のうち隣り合う光中継部４，４の中間に位置している。
【００３７】
光中継部４は、図９に示されるように、光透過部（光伝播部）５及び光遮断部（光非伝播部）６が動作方向αに垂直な方向に１次元配列されて構成されている。そして、光中継部４のそれぞれは、光透過部５及び光遮断部６の１次元配列のパターンが互いに異なっている。
【００３８】
ここでは、回転軸２を中心として等角度置きに１６個の光中継部４がラインＬ５上とラインＬ６上とに渡って千鳥状に配置されているものとする。このとき、光中継部４のそれぞれについて光透過部５及び光遮断部６の１次元配列のパターンを互いに異ならせるためには、光透過部５を「１」、光遮断部６を「０」とした４ビットのコードを利用すればよい。
【００３９】
スケール板３において、動作方向αに垂直な方向に沿って光中継部４を通るラインＬ２上で、且つ動作方向αに沿ってラインＬ５とラインＬ６との間を通るラインＬ３上には、光中継部４との間に１個の光遮断部６を挟んで位置検出用光透過部７が形成されている。更に、スケール板３において、隣り合う光中継部４，４間の中心位置を動作方向αに垂直な方向に沿って通るラインＬ４（第１のライン）上で、且つ動作方向αに沿ったラインＬ３上には、重心検出用光透過部（基準光伝播部）１０が形成されている。
【００４０】
なお、第２実施形態に係るエンコーダ１においても、プロファイルセンサ（光検出装置）９は、光源装置８により投光された光を１個又は２個の光中継部４を介して受光するように配置されている。つまり、図１０に示されるように、受光領域１００の動作方向αに沿った幅をＷとし、ラインＬ５上とラインＬ６上とに渡って隣り合う光中継部４，４の動作方向αに沿った距離をＤとすると、Ｗ／２＜Ｄ＜Ｗの関係式を満たす。これにより、受光領域１００上には、１個又は２個の光中継部４が常に位置することになる。
【００４１】
次に、処理部１１における処理手順について、図１０を参照して説明する。
【００４２】
まず、動作方向αについての第１光強度プロファイルデータＶＸ(ｎ)に基づいて所定の閾値th１を超えた領域の数が算出され、受光領域１００上に位置する光中継部４の数が判断される。
【００４３】
続いて、動作方向αに垂直な方向についての第２光強度プロファイルデータＶＹ(ｍ)に基づいて位置検出用光透過部７の重心位置が算出され、その重心位置が基準位置ｙ０とされる。
【００４４】
そして、基準位置ｙ０を基準として、光中継部４において重心間距離ｐ１置きに現れる光透過部５又は光遮断部６のコードが以下の演算によりｊビット(ｊ＝１，２，３，４)読み取られる。
ラインＬ５上の光中継部４に対して：
code(ｊ)＝ｆ(ＶＹ(ｙｊ))＝ｆ(ＶＹ(ｙ０−(ｊ＋１)×ｐ１))
if (ＶＹ(ｙｊ)＞th２)    then ｆ(ＶＹ(ｙｊ))＝１；
else ｆ(ＶＹ(ｙｊ))＝０；
ラインＬ６上の光中継部４に対して：
code(ｊ)＝ｆ(ＶＹ(ｙｊ))＝ｆ(ＶＹ(ｙ０＋(ｊ＋１)×ｐ１))
if (ＶＹ(ｙｊ)＞th２)    then ｆ(ＶＹ(ｙｊ))＝１；
else ｆ(ＶＹ(ｙｊ))＝０；
【００４５】
以上の演算により、例えば、図１０に示される場合に得られる出力値は、ラインＬ５上の光中継部４については「０１１１」となり、ラインＬ６上の光中継部４については「１０００」となる。これにより、図１０において右側の光中継部４のコードが「０１１１」、左側の光中継部４のコードが「１０００」と一意に識別される。
【００４６】
このように、第２実施形態に係るエンコーダ１においては、プロファイルセンサ９の受光領域１００上に２個の光中継部４が同時に位置する場合でも、その２個の光中継部４はラインＬ５上とラインＬ６上とのそれぞれに存在するため、動作方向αに垂直な方向についての第２光強度プロファイルデータＶＹ(ｍ)に基づくその２個の光中継部４の識別が妨げられることはない。
【００４７】
以下、第１実施形態に係るエンコーダ１と同様に、スケール板３の動作角度の算出が行われる。
【００４８】
以上説明したように、第２実施形態に係るエンコーダ１においては、動作方向αに沿ってスケール板３に複数形成された光中継部４のそれぞれは、光透過部５及び光遮断部６の１次元配列のパターンが互いに異なっている。これにより、その１次元配列のパターンをコードとして、動作方向αに垂直な方向についての第２光強度プロファイルデータＶＹ(ｍ)に基づき、受光領域１００上に位置する光中継部４を処理部１１で識別することができる。更に、動作方向αについての第１光強度プロファイルデータＶＸ(ｎ)に基づき、受光領域１００中の基準位置に対する受光領域１００中の重心検出用光透過部１０の重心位置を算出し、その重心位置からスケール板３の詳細な動作角度を算出することができる。このように、プロファイルセンサ９を用いることで、２次元イメージセンサを用いる際に必要となるフレームメモリ等が不要となり、スケール板３の動作角度を簡単な構成で精度良く検出することが可能になる。しかも、プロファイルセンサ９を用いることで、同じ画素数であれば、２次元イメージセンサを用いた場合に比べ処理時間を大幅に短縮化することが可能になる。
【００４９】
本発明は、上述した第１及び第２実施形態に限定されるものではない。
【００５０】
例えば、上記各実施形態に係るエンコーダ１は、スケール板３が回転動作を行い、その回転方向をスケール板３の動作方向αとして光中継部４がスケール板３に複数形成されて構成されたロータリエンコーダであったが、本発明に係るエンコーダは、スケール板が直線動作を行い、その直線方向をスケール板の動作方向として光中継部がスケール板に複数形成されて構成されたリニアエンコーダであってもよい。
【００５１】
また、上記各実施形態に係るエンコーダ１は、光源装置８により投光された光のうち光中継部４の光透過部５を透過した光を受光するようにプロファイルセンサ９が配置されて構成された透過型のエンコーダであったが、本発明に係るエンコーダは、光源装置により投光された光のうち光中継部の光伝播部により回折又は散乱等された光を受光するようにプロファイルセンサが配置されて構成された反射型のエンコーダであってもよい。すなわち、本発明に係るエンコーダは、光源装置により投光された光を光中継部を介して受光するようにプロファイルセンサが配置されて構成されたものであればよい。
【００５２】
また、上記各実施形態に係るエンコーダ１における位置検出用光透過部７は、本発明に係るエンコーダにおいては必須ではない。なお、重心検出用光透過部１０の位置を基準として光中継部４の識別を行ってもよい。これによれば、位置検出用光透過部７を基準とした場合と同様に、光源装置８により投光された光をプロファイルセンサ９に対して中継した光中継部４を精度良く識別することが可能になる。
【００５３】
また、上記各実施形態に係るエンコーダ１においては、隣り合う光中継部４，４間を動作方向αに垂直な方向に沿って通る１本のラインＬ４に１個の重心検出用光透過部１０が形成されていたが、隣り合う光中継部４，４間を動作方向αに垂直な方向に沿って通る複数のラインＬ４に複数の重心検出用光透過部１０が形成されていてもよい。これによれば、重心検出用光透過部１０の重心位置から、スケール板３の動作角度をより一層精度良く算出することが可能になる。
【００５４】
また、上記各実施形態に係るエンコーダ１においては、光源装置８により投光された光をプロファイルセンサ９に対して中継した光中継部４を識別するに際し、その処理を単純化し得ることから、重心検出用光透過部１０は、動作方向αにおいて光中継部４と重ならないように形成されていたが、これに限定されない。一例として、図１１に示されるように、重心検出用光透過部１０は、動作方向αにおいて光中継部４と完全に重なるように、動作方向αに垂直な方向に沿って延在するものであってもよい。この場合にも、光源装置８により投光された光をプロファイルセンサ９に対して中継した光中継部４を識別するに際し、その処理が複雑化するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１実施形態に係るエンコーダの構成図である。
【図２】図１に示されたエンコーダのスケール板の正面図である。
【図３】図１に示されたエンコーダの光中継部及び重心検出用光透過部を示す図である。
【図４】図１に示されたエンコーダのプロファイルセンサの構成図である。
【図５】図１に示されたエンコーダのプロファイルセンサに含まれる第１信号処理部の回路図である。
【図６】図１に示されたエンコーダにおける受光領域と光中継部との関係を示す図である。
【図７】第２実施形態に係るエンコーダの構成図である。
【図８】図７に示されたエンコーダのスケール板の正面図である。
【図９】図７に示されたエンコーダの光中継部及び重心検出用光透過部を示す図である。
【図１０】図７に示されたエンコーダにおける受光領域と光中継部との関係を示す図である。
【図１１】重心検出用光透過部の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…エンコーダ、３…スケール板、４…光中継部、５…光透過部（光伝播部）、６…光遮断部（光非伝播部）、８…光源装置、９…プロファイルセンサ（光検出装置）、１０…重心検出用光透過部（基準光伝播部）、１１…処理部、Ｌ１…ライン（第２のライン）、Ｌ４…ライン（第１のライン）、Ｌ５…ライン（第３のライン）、Ｌ６…ライン（第４のライン）、α…動作方向。
【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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