(57)【要約】【課題】従来に比べて、受光部における反射光の利用効率が向上可能な反射型の光学式エンコーダを提供する。【解決手段】光源１０１と、反射スケール１３０と、光検出部１６０と、演算部１７０とを備え、反射スケールにおける第１反射部１１１，１２１からの反射光を、光検出部の第１受光部１４１，１５１にて受光し、第１反射部と異なる傾斜をつけた第２反射部１１２，１２２からの反射光を第２受光部１４２，１５２にて受光し、演算部はその２つの出力を元に演算する。【選択図】図１Ａ
2011145118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
測定対象に設けられ該測定対象の動きに連動し、上記光源からの光線を変調する第１反射部及び第２反射部を設けた一つ以上の信号トラックを有する反射スケールと、
上記第１反射部からの反射光束を受光し電気信号に変換する第１受光部、及び、上記第２反射部からの反射光束を受光し電気信号に変換する第２受光部を有する光検出部と、
上記光検出部に接続され、上記第１受光部及び上記第２受光部からの２つの出力信号を元に上記測定対象の変位を演算する演算部と、
を備えたことを特徴とする反射型光学式エンコーダ。
【請求項２】
上記第１反射部は平坦面若しくは第１角度にて傾斜した第１傾斜面であり、上記第２反射部は上記平坦面及び上記第１角度とは異なる第２角度にて傾斜した第２傾斜面である、請求項１記載の反射型光学式エンコーダ。
【請求項３】
上記第２反射部は、上記反射スケールから上記光源及び上記光検出部側へ凸にて形成される、請求項１又は２記載の反射型光学式エンコーダ。
【請求項４】
上記第２反射部は、上記測定対象の駆動方向に対して直交方向に沿って傾斜する、請求項２又は３記載の反射型光学式エンコーダ。
【請求項５】
上記光源は、上記測定対象の駆動方向に対して直交成分を有する光を上記信号トラックに照射する位置に配置され、上記第２反射部は、上記駆動方向に沿って傾斜する、請求項２又は３記載の反射型光学式エンコーダ。
【請求項６】
上記光源は、上記測定対象の駆動方向に対して平行成分を有する光を上記信号トラックに照射する位置に配置され、上記第２反射部は、上記駆動方向に対して直交方向に沿って傾斜する、請求項２又は３記載の反射型光学式エンコーダ。
【請求項７】
上記演算部は、上記第１受光部及び上記第２受光部からの２つの出力信号を差動増幅する差動増幅部を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の反射型光学式エンコーダ。
【請求項８】
上記光源は、平行光でない点光源又は拡散光源である、請求項１から７のいずれか１項に記載の反射型光学式エンコーダ。
【請求項９】
上記信号トラックは、インクリメンタルトラックと、絶対符号コードによる絶対値トラックとを有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の反射型光学式エンコーダ。
【請求項１０】
上記演算部は、上記第１受光部及び上記第２受光部からの反転系列信号を復号化して互いに照合する絶対位置演算部を有する、請求項９に記載の反射型光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象に設けられた光学式スケールからの反射光を受光して、光学式スケールとセンサ部との相対位置の変位を求める反射型光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に光学式エンコーダとして、透過型エンコーダ及び反射型エンコーダが知られている。この内、反射型エンコーダは、発光素子及び受光素子が光学式スケールの片側に配置され、発光素子から出射され光学式スケールにて反射した反射光を受光素子にて受光するように構成されている。
【０００３】
このような反射型エンコーダに備わる上記光学式スケールの従来例として、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されるものが挙げられる。
特許文献１に開示される反射型スケールは、平坦な反射部である普通反射部と、該普通反射部とは異なる反射方向へ反射光を偏向させる偏向反射部とを備えており、普通反射部及び偏向反射部を含む光学式スケールの表面全体に反射膜がコートされている。
【０００４】
また、特許文献２に開示される反射型スケールは、フォトリソグラフ技術及び異方性エッチング技術を用いて、第１傾斜面領域と第２傾斜面領域とを設け、第１傾斜面領域にて反射した反射光は受光素子に到達するが、第２傾斜面領域にて反射した反射光は上記受光素子には到達しないように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１１４１４０号公報
【特許文献２】特開平１１−２４３２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
反射型スケールを用いた光学式エンコーダの課題の一つとして、反射型スケールにおける光反射率の低さによる、受光部における受光光量の低下が挙げられる。一般に、反射コート剤としては、アルミやクロム等が用いられるが、クロムの反射率は、概ね５０％前後、アルミの反射率は、８０〜９０％程度である。よって、透過型スケールにおける光透過率と比較すると、反射型スケールでは受光部に入射する光量が低下する。したがって、受光部からの出力信号強度の低下による光学式エンコーダの分解能の低下や、Ｓ／Ｎ比の低下による光学式エンコーダの信号安定性の低下が懸念される。
【０００７】
反射型スケールにおける光反射率を向上させる手法として、誘電体多層膜を反射型スケールにコーティングすることによる増反射膜形成が挙げられる。しかしながら、増反射膜形成は、基材上に複数の層をコーティングする必要があり、結果として、反射型エンコーダのコストアップにつながるという欠点がある。
【０００８】
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたもので、従来に比べて、受光部における反射光の利用効率が向上可能な反射型の光学式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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における反射型光学式エンコーダは、光源と、測定対象に設けられ該測定対象の動きに連動し、上記光源からの光線を変調する第１反射部及び第２反射部を設けた一つ以上の信号トラックを有する反射スケールと、上記第１反射部からの反射光束を受光し電気信号に変換する第１受光部、及び、上記第２反射部からの反射光束を受光し電気信号に変換する第２受光部を有する光検出部と、上記光検出部に接続され、上記第１受光部及び上記第２受光部からの２つの出力信号を元に上記測定対象の変位を演算する演算部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様における反射型光学式エンコーダによれば、光検出部は、反射スケールの第１反射部及び第２反射部からの反射光をそれぞれ受光する第１受光部及び第２受光部を有し、かつ演算部は、第１受光部及び第２受光部からの２つの出力信号を元に測定対象の変位を演算するように構成した。よって、従来、受光部以外へ逃がしていた反射スケールでの反射光について、又はそもそも反射スケールで反射させなかった光について、上記一態様における反射型光学式エンコーダでは利用することができる。したがって、本反射型光学式エンコーダは、従来に比べて、光利用効率、換言すると信号強度が向上する。その結果、エンコーダの高分解能化ができ、高信頼性化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１における反射型光学式エンコーダの構成を示す側面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す反射型光学式エンコーダの機能を説明するための図である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態２における反射型光学式エンコーダの構成を示す側面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す反射型光学式エンコーダの機能を説明するための図である。
【図２Ｃ】図２Ａに示す反射型光学式エンコーダの機能を説明するための図である。
【図３Ａ】本発明の実施の形態３における反射型光学式エンコーダの構成を示す側面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す反射型光学式エンコーダの機能を説明するための図である。
【図４Ａ】本発明の実施の形態４における反射型光学式エンコーダの構成を示し、その機能を説明するための図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示す矢印Ｉ方向から反射型光学式エンコーダを見たときの側面図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態５における反射型光学式エンコーダの構成を示す側面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示す反射型光学式エンコーダの機能を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態である反射型光学式エンコーダについて、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１３】
実施の形態１．
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の実施の形態１による反射型光学式エンコーダ２０１の構成を示す図であり、図１Ａは側面図にて、図１Ｂは平面図にて、構成を示している。反射型光学式エンコーダ２０１は、いわゆる反射型の光学式エンコーダであり、その基本的構成部分として、光源１０１と、光学式スケールに相当する反射スケール１３０と、光検出部１６０と、演算部１７０とを備える。これらの構成部分について以下に順次説明する。
【００１４】
光源１０１は、反射スケール１３０へ投光するための発光手段であり、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザーダイオード）等が使用可能である。本実施の形態では、光源１０１はＬＥＤチップなどの点光源もしくは拡散光源を例に採る。拡散光源とすることで、コリメートに要するレンズを省略でき、その分のコスト低減を図ることができる。また、光源１０１は、本実施形態では、光検出部１６０の構成部分の一つである基板１６１に実装され、反射スケール１３０の半径方向において、以下に説明する２つの信号トラック１１０、１２０の中間位置の上方に配置される。
【００１５】
本実施形態では、反射型光学式エンコーダ２０１はロータリーエンコーダを例に採るため、反射スケール１３０は、本実施形態における測定対象である回転軸１３０ａに取り付けられた、例えば樹脂成形などにより形成された円板であり、光源１０１からの光束を変調する２つの信号トラック１１０、１２０を備える。反射スケール１３０の全面もしくは信号トラック１１０，１２０の部分には、例えばアルミ、金、クロムなどの反射膜が蒸着やメッキもしくは印刷などの方法により形成され、信号トラック１１０、１２０のそれぞれは、回転軸１３０ａの回転角に対応した反射部を有する。
【００１６】
信号トラック１１０、１２０について以下に詳しく説明する。
反射型光学式エンコーダ２０１では、回転軸１３０ａの１回転における絶対角度位置が特定可能なように、反射スケール１３０は、複数トラックを有する構成としたもので、本実施の形態では、複数の周波数のスリットを組合せたマルチトラックの例を示している。尚、このような本実施形態の構成に限定されるものではなく、反射スケール１３０は一つの信号トラック、及び３以上の信号トラックを有することもでき、該構成においても本実施形態と同等の効果を得ることができるものである。
【００１７】
信号トラック１１０は、回転軸１３０ａの一回転に対して周波数ｍ（ｍは自然数）の信号周期を有し、信号トラック１２０は、周波数ｎ（ｎはｍとは異なる自然数）の信号周期を有している。
信号トラック１１０は、平坦な第１反射部１１１と、反射スケール１３０の半径方向１３１（駆動方向１３２、即ち回転方向と直交する方向）に沿って傾斜する傾斜面にてなる第２反射部１１２とから構成される。第１反射部１１１と第２反射部１１２とは、反射スケール１３０における駆動方向１３２における同一半径上にて、駆動方向１３２に沿って周波数ｍに相当する周期で等間隔にて交互に配置されている。
【００１８】
信号トラック１１０と光源１０１との位置関係により、本実施形態では、第２反射部１１２は、半径方向１３１において反射スケール１３０の中心側に向かって登りとなる傾斜面にて形成されている。また、本実施形態では第１反射部１１１は、平坦面にて形成したが、第２反射部１１２と同様に、半径方向１３１において反射スケール１３０の中心側に向かって登りとなる第１角度にて傾斜した傾斜面にて構成してもよい。この構成を採る場合、第２反射部１１２における傾斜角は、上記第１傾斜角度を超える第２傾斜角度とする。
【００１９】
信号トラック１２０についても同様に、平坦な第１反射部１２１と、半径方向１３１に傾斜する傾斜面にてなる第２反射部１２２とから構成される。第１反射部１２１と第２反射部１２２とは、反射スケール１３０における駆動方向１３２における同一半径上にて、駆動方向１３２に沿って周波数ｎに相当する周期で等間隔にて交互に配置されている。
【００２０】
尚、本実施形態では、信号トラック１２０を信号トラック１１０よりも反射スケール１３０の外周側に配置しているが、これに限定するものではない。
また、信号トラック１２０と光源１０１との位置関係により、本実施形態では、第２反射部１２２は、半径方向１３１において反射スケール１３０の外周側に向かって登りとなる傾斜面にて形成されている。また、本実施形態では第１反射部１２１は、平坦面にて形成したが、第２反射部１２２と同様に、半径方向１３１において反射スケール１３０の外周側に向かって登りとなる第１角度にて傾斜した傾斜面にて構成してもよい。この構成を採る場合、第２反射部１２２における傾斜角は、上記第１傾斜角度を超える第２傾斜角度とする。
【００２１】
次に、光検出部１６０について説明する。
光検出部１６０は、上記第１反射部からの反射光束を受光し電気信号に変換する第１受光部、及び、上記第２反射部からの反射光束を受光し電気信号に変換する第２受光部を有する。上述のように、本実施形態では反射スケール１３０は２つの信号トラック１１０，１２０を有することから、これらに対応して光検出部１６０は、２つの受光トラック１４０、１５０を有し、受光トラック１４０は、上記第１受光部１４１と上記第２受光部１４２とを有し、受光トラック１５０は、上記第１受光部１５１と上記第２受光部１５２とを有する。
【００２２】
具体的には、光源１０１から照射された光線のうち、信号トラック１１０の第１反射部１１１にて反射した光線は、アレイ状に形成されている受光トラック１４０内の第１受光部１４１に入射し、信号トラック１１０の第２反射部１１２にて反射した光線は、受光トラック１４０内の第２受光部１４２に入射して、それぞれ光電変換される。
同様に、光源１０１からの光線のうち、信号トラック１２０の第１反射部１２１にて反射した光線は、アレイ状に形成されている受光トラック１５０内の第１受光部１５１に入射し、第２反射部１２２にて反射した光線は、受光トラック１５０内の第２受光部１５２に入射してそれぞれ光電変換される。
【００２３】
また、受光トラック１４０を構成する第１受光部１４１と第２受光部１４２、及び、受光トラック１５０を構成する第１受光部１５１と第２受光部１５２は、図１Ａに示すように、光検出部１６０を構成する基板１６１に、上記半径方向１３１に沿って光源１０１の両側に配置される。また、第１受光部１４１及び第２受光部１４２、並びに、第１受光部１５１及び第２受光部１５２は、それぞれ、反射スケール１３０の駆動方向（回転方向）１３２に対する接線方向１３３に沿って配列されている。また、第１受光部１４１及び第２受光部１４２、並びに、第１受光部１５１及び第２受光部１５２の配置位置は、信号トラック１１０、１２０におけるそれぞれ対応の第１反射部及び第２反射部にて反射した光源１０１の光を受光可能な位置である。
【００２４】
このような光検出部１６０は、信号トラック１１０、１２０にて反射した光束を受光し、電気信号に変換して演算部１７０へ出力する。
【００２５】
次に、演算部１７０は、上記光検出部１６０に接続され、受光トラック１４０及び受光トラック１５０からの各出力信号を元に上記測定対象の変位を演算する。つまり、演算部１７０は、機能的に、差動増幅部１７１及び電気角演算部１７２を有し、上記各出力信号を元に反射スケール１３０つまり回転軸１３０ａの回転角度又は回転位置を演算し出力する。
【００２６】
本実施の形態１では、図示するように、又、上述したように、反射型光学式エンコーダ２０１は、ロータリーエンコーダの場合を例にとるが、この形態に限定されず、リニアエンコーダの実施形態に対しても本発明は適用可能である。
【００２７】
以上のように構成された本実施形態の反射型光学式エンコーダ２０１における検出動作について以下に説明する。
光源１０１から出射された拡散光は、反射スケール１３０における信号トラック１１０の第１反射部１１１にて反射し受光トラック１４０内の第１受光部１４１に入射し、また、信号トラック１１０の第２反射部１１２にて反射し受光トラック１４０内の第２受光部１４２に入射する。同時にまた、上記拡散光は、反射スケール１３０における信号トラック１２０の第１反射部１２１にて反射し受光トラック１５０内の第１受光部１５１に入射し、また、信号トラック１２０の第２反射部１２２にて反射し受光トラック１５０内の第２受光部１５２に入射する。
【００２８】
ここで、従来の反射スケールでは、上記第２反射部に相当する部分は、非反射部（非受光部）として光吸収膜等により構成され、光は、吸収される、又は、特許文献１の偏向反射部のように光源方向へ再帰反射させる、もしくは特許文献２の第２傾斜面のように受光部以外の方向へ反射される。このように、従来の、上記第２反射部に相当する部分は、受光部に光を入射させない工夫が施されている。よって従来の反射スケールでは、上記第２反射部に相当する部分からの反射光線は利用されない。その結果、光源から信号トラックに照射される光線の内、約５０％しか光検出部にて受光されていない。
【００２９】
本実施の形態１の構成では、第２反射部１１２，１２２からの反射光は、第１受光部１４１，１５１にとって非受光光線であり、逆に、第１反射部１１１，１２１からの反射光は、第２受光部１４２，１５２にとって非受光光線である。しかしながら、例えば信号トラック１１０における、第１反射部１１１での反射光、及び、第２反射部１１２での反射光は、受光トラック１４０において、第１受光部１４１及び第２受光部１４２にてそれぞれ分離して受光され、第１受光部１４１及び第２受光部１４２からそれぞれ異なる信号となり出力される。この動作は、信号トラック１２０の場合も同様である。
【００３０】
したがって、本実施形態では、光源１０１から信号トラック１１０、１２０に照射される光線を、ほぼ１００％受光することができる。その結果、本実施形態における反射型光学式エンコーダ２０１では、従来に比べて光利用効率つまり信号強度が上昇し、エンコーダの高分解能化及び高信頼性化が可能となる。
【００３１】
また、一般的に受光部はスケール駆動方向（ロータリーエンコーダの場合は周方向）に並んだ複数個の受光素子アレイから構成されるため、スケールの駆動方向に平行に光線を照射すると、第２反射部の傾斜を大きくして、第１受光部から離れたところに第２受光部を形成する必要がある。これに対して本実施形態のように、第２反射部１１２，１２２の斜面の傾斜方向を、反射スケール１３０の駆動方向１３２に対して直交する方向、つまり半径方向１３１とすることで、第２反射部１１２，１２２の傾斜を小さくすることができる。
【００３２】
受光トラック１４０及び受光トラック１５０から出力された各信号は、演算部１７０の差動増幅器１７１にて差動増幅され、電気角演算部１７２にて電気角が演算される。尚、受光トラック１４０及び受光トラック１５０から出力された各信号は、位相が反転した関係になるので、これらの信号を差動増幅することで信号の安定化を図ることができる。
演算された電気角より、演算部１７０は、回転軸１３０ａの回転角度又は回転位置を演算し出力する。尚、回転角度又は回転位置の演算手法は、公知の方法を用いることから、ここでの説明は省略する。
【００３３】
本実施の形態では、第２反射部１１２，１２２の傾斜は、反射スケール１３０から光源１０１及び受光部１４１，１４２，１５１，１５２側へ凸になるように形成しているが、これとは逆に、光源１０１及び受光部１４１，１４２，１５１，１５２から見て、凹になる方向に形成することもできる。但し、凹になる方向に第２反射部１１２，１２２を形成した場合、凹部を形成する壁面、つまり傾斜からの立ち上がりの面で、光線が多重反射し、迷光となり受光部へ入射する場合があり、信号劣化の原因となることもある。よって、本実施の形態のように凸になる方向に第２反射部１１２，１２２を形成する方が迷光を低減でき、安定した信号を得ることができ、好ましい。
【００３４】
また、本実施の形態では、光源１０１について、点光源もしくは拡散光源を用い、信号トラック１１０と信号トラック１２０との中間位置に配置して、両方の信号トラック１１０，１２０に光源１０１からの光線を照射する形態を採っているが、このような構成に限定するものではない。例えば、以下に説明する実施の形態２における構成のように、光源１０１にレンズを設け、出射光を平行光とした光源を用いてもよい。
【００３５】
また、本実施の形態では、第１受光部１４１，１５１及び第２受光部１４２、１５２は、それぞれ１つのチャンネルにて説明を行っているが、実際には受光部１４１，１４２，１５１，１５２は、電気角演算部１７２にて電気角演算するための正弦波及び余弦波に対応したチャンネルの受光部を有し、各々のチャンネル受光部が上述の機能を有している。
【００３６】
また、上記第２反射部１１２，１２２の傾斜について、後述する実施の形態３で説明するように傾斜させてもよい。
【００３７】
実施の形態２．
図２Ａから図２Ｃは、本発明の実施の形態２における反射型光学式エンコーダ２０２の構成を示す図である。
本実施の形態２における反射型光学式エンコーダ２０２においても、上述の反射型光学式エンコーダ２０１と同様に、いわゆる反射型の光学式エンコーダであり、その基本的構成部分として、光源１０２と、光学式スケールに相当する反射スケール１３５と、光検出部１６０Ａと、演算部１７０とを備える。これらの構成部分の内、実施の形態１と相違する構成部分についてのみ、以下に説明する。
【００３８】
光源１０２は、レンズ１０２ａを有し、平行光にコリメートした光を出射する。
反射スケール１３５は、直線状の駆動方向１８０ａに沿って駆動されるリニアスケールであり、一つの信号トラック１８０を有する。尚、反射スケール１３５の材料、及び信号トラック１８０の形成方法等は、実施の形態１における反射スケール１３０及び信号トラック１１０、１２０にて説明した内容に同じであり、ここでの説明を省略する。また、本実施の形態２では、反射スケール１３５は一つの信号トラック１８０のみを有するが、これに限定されず、実施の形態１で説明したように複数の信号トラックを有してもよい。
【００３９】
反射スケール１３５における信号トラック１８０では、図２Ｂに示すように、駆動方向１８０ａにおいて一定のピッチＰにて第１反射部１８１と、第２反射部１８２とが交互に配置され、第１反射部１８１及び第２反射部１８２は、上記駆動方向１８０ａに対して直角方向１８０ｂに沿って延在するように形成されている。ここで、第１反射部１８１は、実施形態１で説明した第１反射部１１１，１２１に対応し、平坦面又は上記第１傾斜角度を有する第１傾斜面にて形成される。第２反射部１８２は、実施形態１で説明した第２反射部１１２，１２２に対応し、上記第２傾斜角度を有する傾斜面にて形成される。また、実施形態１における第１反射部１１１，１２１、及び第２反射部１１２，１２２の説明は、本実施形態２における第１反射部１８１、第２反射部１８２にも適用可能である。
【００４０】
光検出部１６０Ａは、実施の形態１における光検出部１６０に対応するもので、第１受光部１６２ａ及び第２受光部１６２ｂを有し、第１受光部１６２ａ及び第２受光部１６２ｂは、それぞれ駆動方向１８０ａに沿って配列されている。ここで、第１受光部１６２ａは、実施の形態１にて説明した第１受光部１４１，１５１に対応し、第２受光部１６２ｂは、実施の形態１の第２受光部１４２，１５２に対応する。また、アレイ状に形成された第１受光部１６２ａ及び第２受光部１６２ｂにて、受光トラック１６２−１を構成している。
【００４１】
一方、上記直角方向１８０ｂに沿って延在する第１反射部１８１及び第２反射部１８２に対して平行に出射光が照射されるように、光源１０２が配置される。光源１０２から出射され反射スケール１３５の第１反射部１８１にて反射された光線は、受光トラック１６２−１内の第１受光部１６２ａに入射し、第２反射部１８２にて反射された光線は、第２受光部１６２ｂに入射してそれぞれ光電変換される。第１受光部１６２ａと第２受光部１６２ｂは、反射スケール１３５の駆動方向１８０ａに対して同一の位相関係で配置されている。
【００４２】
このように構成される、実施の形態２の反射型光学式エンコーダ２０２において、反射スケール１３５の第１反射部１８１及び第２反射部１８２と、受光トラック１６２−１内の第１受光部１６２ａ及び第２受光部１６２ｂとが、図２Ｂに示すような位置関係にある場合には、第１反射部１８１からの反射光は、第１受光部１６２ａ同士の間に位置する非受光部１６２ｃに入射する。よって、第１受光部１６２ａは、全て受光ＯＦＦの状態にある。一方、第２反射部１８２からの反射光は、第２受光部１６２ｂに入射し、全て受光ＯＮの状態にある。
【００４３】
反射スケール１３５が駆動方向１８０ａにピッチＰの半周期分だけ移動すると、第１受光部１６２ａと第２受光部１６２ｂとの受光ＯＮ／ＯＦＦは反対になる。即ち、反射スケール１３５の移動に伴い、第１受光部１６２ａと第２受光部１６２ｂとは反転した信号を出力することになる。よって、第１受光部１６２ａ及び第２受光部１６２ｂの２つの出力信号を差動増幅器１７１にて差動増幅することで、信号強度が増加すると共に差動によりオフセットの影響が除去され安定した信号出力を得ることが可能となる。
【００４４】
また、第１受光部１６２ａ及び第２受光部１６２ｂの配置を、図２Ｃに示す受光トラック１６２−２のように、第１受光部１６２ａ及び第２受光部１６２ｂが反射スケール１３５の駆動方向１８０ａに対して反転の位相関係になる形態をとることもできる。この場合には、第１反射部１８１からの反射光、及び第２反射部１８２からの反射光は、ともに第１受光部１６２ａ及び第２受光部１６２ｂにそれぞれ入射する。即ち、反射スケール１３５の移動に伴い、第１受光部１６２ａと第２受光部１６２ｂとは、同一位相の信号をそれぞれ出力することとなり、これら２つの信号を演算部１７０内もしくは配線上にて合算することにより、大きな信号強度を得ることができる。
【００４５】
このように、本実施形態２の反射型光学式エンコーダ２０２においても、実施形態１の反射型光学式エンコーダ２０１が奏する、光利用効率、換言すると信号強度の向上、それによるエンコーダの高分解能化、高信頼性化が可能となる。
また、実施の形態１において説明した変形例について、本実施形態に適用することも可能である。
【００４６】
実施の形態３．
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の実施の形態３における反射型光学式エンコーダ２０３の構成を示す図である。反射型光学式エンコーダ２０３の基本構成は、実施の形態１における反射型光学式エンコーダ２０１の構成と同様であり、以下では、実施の形態１と異なる構成部分についてのみ説明を行う。
【００４７】
実施の形態１での反射スケール１３０に対応する、本実施形態での反射スケール１３６では、上記半径方向１３１における信号トラック１１０と信号トラック１２０との間隔を反射スケール１３０に比べて狭く配置している。また、このような２つの信号トラック１１０、１２０に対して、斜め上方から投光されるように、光源１０１は、図３Ｂに示すように、反射スケール１３６の駆動方向（回転方向）１３２側の上方に配置されている。即ち、光源１０１の出射光線は、反射スケール１３６の駆動方向１３２に対して平行な成分を有して反射スケール１３６に照射される。
【００４８】
信号トラック１１０、１２０は、基本的に実施の形態１と同様に、信号トラック１１０にて第１反射部１１１及び第２反射部１１２を有し、信号トラック１２０にて第１反射部１２１及び第２反射部１２２を有するが、光源１０１の上述した構成に応じて、第２反射部１１２、１２２における傾斜方向は、実施の形態１と異なり、信号トラック１１０における第２反射部１１２は、図３Ｂにて点線で示すように光源１０１からの光線を反射スケール１３６の内側へ反射するように、信号トラック１２０における第２反射部１２２は、図３Ｂにて点線で示すように光源１０１からの光線を反射スケール１３６の外側へ反射するように、それぞれ傾斜している。
【００４９】
一方、信号トラック１１０における第１反射部１１１及び信号トラック１２０における第１反射部１２１は共に、図３Ｂにて実線で示すように光源１０１からの光線をそのまま直進するように反射する。
【００５０】
信号トラック１１０、１２０における第２反射部１１２、１２２、及び第１反射部１１１、１２１の上述した構成に伴い、実施の形態１の光検出部１６０に対応する本実施形態での光検出部１６０Ｃは、以下のように構成される。
即ち、受光トラック１４０に対応する受光トラック１４０−１では、図３Ｂに示すように、複数の第１受光部１４１及び複数の第２受光部１４２は、それぞれ、上記接線方向１３３に沿って配列されるが、複数の第１受光部１４１にて構成される第１群１４１ａと、複数の第２受光部１４２にて構成される第２群１４２ａとは、互いに、半径方向１３１及び接線方向１３３にずれて配置される。これと同様に、受光トラック１５０に対応する受光トラック１５０−１でも、複数の第１受光部１５１にて構成される第１群と、複数の第２受光部１５２にて構成される第２群とは、互いに、半径方向１３１及び接線方向１３３にずれて配置される。
【００５１】
以上のように構成される実施の形態３における反射型光学式エンコーダ２０３では、光源１０１からの光線照射方向に対して直交方向の傾きを第２反射部１１２，１２２に持たせることにより、受光トラック１４０−１における第１受光部１４１及び第２受光部１４２へ入射する各光線を、より確実に分離することができ、同様に、受光トラック１５０−１における第１受光部１５１及び第２受光部１５２へ入射する各光線を、より確実に分離することができる。
【００５２】
したがって、本反射型光学式エンコーダ２０３では、迷光による角度検出精度の劣化を防止することができ、安定したエンコーダ出力を得ることが可能となる。勿論、本実施形態３の反射型光学式エンコーダ２０３においても、実施形態１の反射型光学式エンコーダ２０１が奏する、光利用効率、換言すると信号強度の向上、それによるエンコーダの高分解能化、高信頼性化が可能という効果を奏する。
【００５３】
本実施の形態３では、信号トラック１１０は、光源１０１からの光線を反射スケール１３６の内側へ、信号トラック１２０は反射スケール１３６の外側へ反射するように構成したが、これに限定するものではなく、実施の形態１と同様の方向に、第２反射部１１２，１２２を傾斜させてもよい。
【００５４】
また、本実施の形態３では、反射型光学式エンコーダ２０３は、ロータリーエンコーダの場合を例にとるが、この形態に限定されず、実施の形態２のようにリニアエンコーダの実施形態に対しても本発明は適用可能である。
また、実施の形態１において説明した変形例について、本実施形態に適用することも可能である。
【００５５】
実施の形態４．
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施の形態４における反射型光学式エンコーダ２０４の構成を示す図である。尚、図４Ｂは、図４Ａに示す矢印Ｉに沿って当該反射型光学式エンコーダ２０４を見たときの図である。また、本実施の形態４では、反射型光学式エンコーダ２０４は、リニアエンコーダの場合を例にとるが、実施の形態１、３の構成のようにロータリーエンコーダの形態をとることもできる。
また、反射型光学式エンコーダ２０４の基本構成は、実施の形態２における反射型光学式エンコーダ２０２の構成と同様であり、以下では、実施の形態２と異なる構成部分についてのみ説明を行う。
【００５６】
実施の形態２における反射スケール１３５に対応する、本実施形態での反射スケール１３７は、２つの信号トラック１１０、１２０を有する。各信号トラック１１０，１２０は、実施の形態１、３の場合と同様に、それぞれ、第１反射部１１１，１２１と、第２反射部１１２，１２２とを有する。本実施形態の反射スケール１３７における信号トラック１１０を構成する第１反射部１１１及び第２反射部１１２、並びに、信号トラック１２０を構成する第１反射部１２１及び第２反射部１２２は、共に、反射スケール１３７の駆動方向１８０ａに沿ってそれぞれ交互に配置されている。
【００５７】
第２反射部１１２，１２２は、図４Ｂに示すように、駆動方向１８０ａに沿って傾斜する傾斜面にてなり、全ての第２反射部１１２，１２２が同方向を向いて形成される。
尚、実施の形態１で説明した、第１反射部１１１，１２１、及び、第２反射部１１２，１２２に対する変形例は、本実施の形態４の反射型光学式エンコーダ２０４にも適用可能である。
【００５８】
このような反射スケール１３７に対して、駆動方向１８０ａに対する直角方向１８０ｂに沿って平行光が照射されるように、実施の形態２で説明した光源１０２が配置される。
【００５９】
実施の形態１の光検出部１６０に対応する本実施形態４での光検出部１６０Ｄは、受光トラック１６３−１、１６３−２を有し、以下のように構成される。
即ち、受光トラック１６３−１は、図４Ａに示すように、上記直角方向１８０ｂにおいて反射スケール１３７に隣接して配置され、それぞれ複数の第１受光部１４１、１５１を有する。受光トラック１６３−１において、複数の第１受光部１４１は駆動方向１８０ａに沿って配列され、複数の第１受光部１５１は駆動方向１８０ａに沿って配列されている。それぞれ駆動方向１８０ａに沿って配列された第１受光部１４１及び第１受光部１５１は、直角方向１８０ｂにおいて互いに分離して配置される。
【００６０】
受光トラック１６３−２は、図４Ａに示すように、駆動方向１８０ａに沿って反射スケール１３７の延長上に配置され、それぞれ複数の第２受光部１４２、１５２を有する。受光トラック１６３−２において、複数の第２受光部１４２は駆動方向１８０ａに沿って配置され、複数の第２受光部１５２は駆動方向１８０ａに沿って配置されている。それぞれ駆動方向１８０ａに沿って配列された第２受光部１４２及び第２受光部１５２は、直角方向１８０ｂにおいて互いに分離して配置される。
【００６１】
このように構成された本実施形態における反射型光学式エンコーダ２０４では、光源１０２の出射光線のうち、反射スケール１３７の信号トラック１１０における第１反射部１１１にて反射した光線は、受光トラック１６３−１に配置された第１受光部１４１に入射し、信号トラック１１０における第２反射部１１２にて反射された光線は、受光トラック１６３−２に配置された第２受光部１４２に入射してそれぞれ光電変換される。
【００６２】
同様に、光源１０２の出射光線のうち、反射スケール１３７の信号トラック１２０における第１反射部１２１にて反射した光線は、受光トラック１６３−１に配置された第１受光部１５１に入射し、信号トラック１２０における第２反射部１２２にて反射した光線は、受光トラック１６３−２に配置された第２受光部１５２に入射してそれぞれ光電変換される。
【００６３】
このように本実施形態４における反射型光学式エンコーダ２０４では、反射スケール１３７に対して駆動方向１８０ａ側と直角方向１８０ｂ側との位置に、第１受光部１４１，１５１と、第２受光部１４２，１５２とを分離して配置することができる。さらに、光源１０２からの光線照射方向に対して直交方向の傾きを第２反射部１１２，１２２に持たせることにより、第１受光部１４１，１５１、及び第２受光部１４２、１５２へ入射する光線を、より確実に分離することができる。よって、本実施形態４における反射型光学式エンコーダ２０４では、迷光による角度検出精度の劣化を防止することができ、安定したエンコーダ出力を得ることが可能となる。勿論、本実施形態４の反射型光学式エンコーダ２０４においても、実施形態１の反射型光学式エンコーダ２０１が奏する、光利用効率、換言すると信号強度の向上、それによるエンコーダの高分解能化、高信頼性化が可能という効果を奏する。
【００６４】
実施の形態５．
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施の形態５における反射型光学式エンコーダ２０５の構成を示す図である。また、本実施の形態５では、反射型光学式エンコーダ２０５は、リニアエンコーダの場合を例にとるが、実施の形態１、３と同様にロータリーエンコーダの形態をとることもできる。また、実施の形態５における反射型光学式エンコーダ２０５の基本構成は、実施の形態２、４における反射型光学式エンコーダ２０２、２０４の構成と同様である。即ち、実施の形態５の反射型光学式エンコーダ２０５は、実施の形態２における光源１０２、光検出部１６０Ａ、演算部１７０を有し、実施の形態４におけるように複数の信号トラックを有する。以下では、これらと異なる構成部分についてのみ説明を行う。尚、上述した各実施形態で説明した変形例は、本実施形態の反射型光学式エンコーダ２０５にも適用可能である。
【００６５】
例えば実施の形態１、３では、測定対象である回転軸１３０ａの１回転の絶対角度位置が特定できるよう、複数トラックの構成例のうち、複数の周波数のスリットを組合せたマルチトラックの例を示した。これに対して、本実施の形態５では、上述の反射スケール１３７に相当する反射スケール１３８は、インクリメンタルトラック１１５と、Ｍ系列などの絶対符号コードを有する絶対値トラック１２５との２つの信号トラックを有する。インクリメンタルトラック１１５は、実施の形態１〜４にて説明した例えば信号トラック１１０に相当し、ここでの説明を省略する。以下では、絶対値トラック１２５に対応する受光部に関連する構成部分についてのみ記述する。
【００６６】
一般に、絶対値トラックは、例えばＭ系列の場合、０と１に符号化するためのスリットのＯＮ／ＯＦＦが一定の法則にしたがって並ぶトラック構成となる。従来の光学式エンコーダであれば、第１反射部は、ＯＮすなわち１、第２反射部（従来では非反射部あるいは非受光部）は、ＯＦＦすなわち０に対応している。例えば図５Ｂに示す絶対値トラック１２５に示すコードを例に採ると、上から順に０，０，０，１，１，０，０，１，０，１，０の系列を表しており、これを従来の光検出部にて光電変換する。演算部１７０は、光検出部にて光電変換された系列信号を復号化して絶対位置を検出するための絶対位置演算部１７３を有する。
【００６７】
本実施の形態５の場合、図５Ｂに示す位置に反射スケール１３８があった場合に、光源１０２の出射光の第１反射部１２１での反射光を、光検出部１６０Ａに配列されている第１受光部１６２ａにて検出した場合の出力は、上から順に０、１、１、０となる。一方、光検出部１６０Ａに配列されている第２受光部１６２ｂにおける出力は、上から順に１、０、０、１となり、第１受光部１６２ａと第２受光部１６２ｂとからは、互いに反転した系列信号を得ることができる。
【００６８】
Ｍ系列などの絶対符号コードは、電気的ノイズなどにより、その絶対コードを読み違えた場合、例えば図５Ｂに示す例で、０、１、１、０を０、１、１、１と読み違えた場合には、現在位置とは全く異なる位置出力を出力してしまう。その結果、エンコーダ信号のフィードバックにて動作するモータの誤動作や暴走を引き起こす可能性が生じる。
【００６９】
これに対し本実施形態５のように、第１受光部１６２ａ及び第２受光部１６２ｂから出力された互いに反転した信号を演算部１７０内の絶対位置演算部１７３にて復号化して互いに照合するように演算することで、第１受光部１６２ａからの絶対値信号と、第２受光部１６２ｂからの絶対値信号とを相互に照らし合わせながら絶対位置を出力することができる。よって、上述の誤動作や暴走の可能性が低い、安全な、反射型光学式エンコーダを提供することができる。
【００７０】
勿論、本実施形態５の反射型光学式エンコーダ２０５においても、実施形態１の反射型光学式エンコーダ２０１が奏する、光利用効率、換言すると信号強度の向上、それによるエンコーダの高分解能化、高信頼性化が可能という効果を奏する。
【符号の説明】
【００７１】
１０１、１０２  光源、
１１０  信号トラック、１１１  第１反射部、１１２  第２反射部、
１１５  インクリメンタルトラック、
１２０  信号トラック、１２１  第１反射部、１２２  第２反射部、
１２５  絶対値トラック、
１３０  反射スケール、１３２  駆動方向、
１３５，１３６，１３７，１３８  反射スケール、
１４１  第１受光部、１４２  第２受光部、
１５１  第１受光部、１５２  第２受光部、
１６０、１６０Ａ，１６０Ｂ，１６０Ｃ，１６０Ｄ  光検出部、
１６２ａ  第１受光部、１６２ｂ  第２受光部、
１７０  演算部、
１８０  信号トラック、１８０ａ  駆動方向、１８０ｂ  直角方向、
１８１  第１反射部、１８２  第２反射部、
２０１〜２０５  反射型光学式エンコーダ。
【図１Ａ】
2011145118.tif 000003
【図１Ｂ】
2011145118.tif 000004
【図２Ａ】
2011145118.tif 000005
【図２Ｂ】
2011145118.tif 000006
【図２Ｃ】
2011145118.tif 000007
【図３Ａ】
2011145118.tif 000008
【図３Ｂ】
2011145118.tif 000009
【図４Ａ】
2011145118.tif 000010
【図４Ｂ】
2011145118.tif 000011
【図５Ａ】
2011145118.tif 000012
【図５Ｂ】
2011145118.tif 000013