(57)【要約】【課題】低価格化、小型化を達成し、かつ、最適な出力信号を選択可能な自由度のある高分解能の光学式エンコーダを提供する。【解決手段】光学変調トラックを持つパルスコードスケール１３と、発光素子と受光素子３を同一平面上あるいは対向して配置された光学式エンコーダモジュールとを有する光学式エンコーダにおいて、受光素子を、パルスコードスケールの反射領域部あるいは透過領域部のピッチ方向と直角方向に分割されたラインセンサ状に構成し、反射領域部あるいは透過領域部に対してラインセンサ状の受光素子を、スケールピッチの半分相当分傾斜してずれるように配置した構成にする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射領域部と非反射領域部あるいは透過領域部と非透過領域部を交互に配置されてなる光学変調トラックを持つパルスコードスケールと、
発光素子と受光素子を同一平面上あるいは対向して配置された光学式エンコーダモジュールとを有し、前記光学式エンコーダモジュールを、前記パルスコードスケールに平行に対向させ、前記発光素子からの光の反射光あるいは透過光の変調を前記受光素子により検出して、被検出部材の移動に関する情報を得る光学式エンコーダにおいて、
前記受光素子を、前記パルスコードスケールの前記反射領域部あるいは透過領域部のピッチ方向と直角方向に分割されたラインセンサ状に構成し、前記反射領域部あるいは透過領域部に対して前記ラインセンサ状の受光素子を、スケールピッチの半分相当分傾斜してずれるように配置したことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記ラインセンサ状の受光素子は、分割された各素子が階段状にずれており、ずれ量の総和がスケールピッチの半分であることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】
前記受光素子の分割数に応じて分割逓倍化された信号を得るようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式エンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転式反射型インクリメンタルエンコーダは種々提案（特許文献１等）されている。この種のエンコーダは、発光素子と受光素子を同一平面上に配置し、エンコーダモジュールに平行して、反射領域部と非反射領域部を交互に配置した光学変調トラックを備えている。そして、薄い金属板や合成樹脂板で製作されたパルスコードスケールを対向させ、取付部材を介して回転軸にねじで固定される。そして、回転軸に固定されたパルスコードスケールの回転に伴い、９０度位相差のある２相のインクリメンタル信号を得て、回転軸の回転方向と速度を得るように構成されている。
【特許文献１】特開平０７―２１８２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来例のように、２相のインクリメンタル信号は、受光素子の光学的ピッチとパルスコードスケールピッチによって規定される分解能の信号が得られるだけである。したがって、それ以上の回転位置分解能を得るには、受光素子の光学的ピッチとスケールピッチを小さくするか、パルスコードスケール径を大きくするか、あるいは出力信号を逓倍回路で処理する必要があった。
【０００４】
しかしながら、分解能を高くするために受光素子の光学的ピッチやパルスコードスケールピッチを小さくすることは、明暗コントラスト比低下と製作や取り扱い上の困難を引き起こすので、ピッチの微細化には限度がある。さらには、パルスコードスケールの製作にもコスト上昇を招くことになる。
【０００５】
また、パルスコードスケールの径を大きくすることはエンコーダが大型化するため、製品構成上不利であり、逓倍回路で処理するにも、コスト上昇や回路収納スペースの捻出などさまざまな問題を招くことになる。
【０００６】
上記問題は、後述の図１に示すような、反射式光学エンコーダに限らない。発光素子と受光素子とを対向させ、構成したエンコーダモジュールの間隙に、回転軸に固定された光学変調トラックを持つパルスコードスケールを配置した、後述の図２に示すような、透過式エンコーダにも当てはまるものである。
【０００７】
さらに、上記した回転型エンコーダに限らず、後述の図３に示すような、リニア型のエンコーダでも同じような問題は存在する。特に、リニア型は回転型のようにパルスコードスケールの径を大きくして回転位置分解能を高くすることができない。そのため、位置分解能の向上には光学的ピッチの微細化、逓倍処理回路の併用が必須となり、上記の問題は避けられない。
【０００８】
（発明の目的）
本発明の目的は、低価格化、小型化を達成し、かつ、最適な出力信号を選択可能な自由度のある高分解能の光学式エンコーダを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、反射領域部と非反射領域部あるいは透過領域部と非透過領域部を交互に配置されてなる光学変調トラックを持つパルスコードスケールと、発光素子と受光素子を同一平面上あるいは対向して配置された光学式エンコーダモジュールとを有し、前記光学式エンコーダモジュールを、前記パルスコードスケールに平行に対向させ、前記発光素子からの光の反射光あるいは透過光の変調を前記受光素子により検出して、被検出部材の移動に関する情報を得る光学式エンコーダにおいて、前記受光素子を、前記パルスコードスケールの前記反射領域部あるいは透過領域部のピッチ方向と直角方向に分割されたラインセンサ状に構成し、前記反射領域部あるいは透過領域部に対して前記ラインセンサ状の受光素子を、スケールピッチの半分相当分傾斜してずれるように配置した光学式エンコーダとするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低価格化、小型化を達成し、かつ、最適な出力信号を選択可能な自由度のある高分解能の光学式エンコーダを提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例に示す通りである。
【実施例】
【００１２】
図１ないし図３は、本発明の一実施例に係わる光学式エンコードをそれぞれ示す図である。詳しくは、図１は反射式エンコーダの斜視図、図２は透過式エンコーダの斜視図、図３はリニア型反射式エンコーダの斜視図であり、以下にそれぞれの構成について説明する。
【００１３】
まず、図１に示す反射式エンコーダについて説明する。この反射式エンコーダは、発光素子２、受光素子３および処理回路４を同一平面上に配置して構成された反射式エンコーダモジュール５を有する。また、反射式エンコーダモジュール５に平行に対向して、非反射領域部と反射領域部を交互に配置された光学変調トラック９を持つパルスコードスケール６を有する。このパルスコードスケール６は、取付部材７に取り付けられ、該取付部材７を介してモータＭの回転軸１にねじ８で固定される。
【００１４】
次に、図２に示す透過式エンコーダについて説明する。図示せぬ発光素子と受光素子を対向させて構成された透過式エンコーダモジュール１１は、ねじ１２ａ，１２ｂによりモータＭに取り付けられる。パルスコードスケール６は取付部材７に一体に取り付けられ、該取付部材７がモータＭの回転軸１にねじ８で固定される。この状態で、パルスコードスケール６は、透過式エンコーダモジュール１１の図示せぬ発光素子と受光素子の間隙に配置されることになる。カバー部材１０は、透過式エンコーダモジュール１１やパルスコードスケール６を覆うものである。
【００１５】
次に、図３に示すリニア型反射式エンコーダについて説明する。発光素子２、受光素子３および処理回路４を同一平面上に配置して構成された反射式エンコーダモジュール５は、不図示の部材に取り付けられる。また、反射式エンコーダモジュール５に平行に対向して、非反射領域部１４と反射領域部１５を交互に配置された光学変調トラック９を持つパルスコードスケール１３が配置される。そして、上記反射式エンコーダモジュール５とパルスコードスケール１３のいずれかが、移動部材に固定されることになる。
【００１６】
上記図１〜図３のいずれの光学式エンコーダも、発光素子からの光をパルスコードスケールの光学変調トラックによって明暗変調し、受光素子で電圧変化に変換して処理回路で必要とされる電気信号を得る構成となっている。つまり、これらはエンコーダ構成形態としては、従来のものと何ら変わりはなく、基本的には上記のように、発光素子、受光素子そしてパルスコードスケールの組み合わせにより構成されている。
【００１７】
次に、従来の受光素子１０３について、図４を用いて説明する。図４（ａ），図４（ｂ）は、反射領域部１１４、非反射領域部１１５を有するリニア型パルスコードスケール１１３、および、反射領域部１１４と非反射領域部１１５からの受光素子１０３での出力波形等を示す図である。
【００１８】
従来の受光素子１０３は、図４に示すような構成になっており、リニア型パルスコードスケール１１３の反射領域部（あるいは透過部）１１４、非反射領域部１１５（あるいは遮蔽部）のピッチに対応して、直線（回転式の場合は円周方向）に配列されている。そして、４列の受光素子エレメントで１組のセグメントを構成し、１セグメント長はパルスコードスケール１１３の１ピッチに等しく、１サイクル分に相当する信号を取り出すことができる。それぞれに対応する受光素子エレメントからは位相の９０度ずれた信号Ｅ１〜Ｅ４が得られ、この受光素子エレメント４列１組で構成されたセグメントが複数（この例ではＳ１〜Ｓ３）個並列接続される。
【００１９】
このことで、発光素子（図４では不図示）から投射され、パルスコードスケール１１３からの変調光をゴミ、埃などに影響されず、有効に信号に変換できるようになっている。よって、お互いに逆相の信号差を得ることで、より大きな信号を得てＳ／Ｎ比の向上を図り、９０度位相の異なる二相の出力信号Ａ１，Ｂ１を得るようになっている。
【００２０】
図５及び図６は、本発明の前提技術となるリニア型エンコーダモジュール５に具備される受光素子３やパルスコードスケール１３の構成を示す図である。
【００２１】
図５，図６及び図８（ａ）に示すように、受光素子３のエレメントが、パルスコードスケール１３の反射領域部（あるいは透過部）１４、非反射領域部１５（あるいは遮蔽部）１５のピッチ方向と直角方向にラインセンサ状に多分割されている。そして、それぞれに処理回路が接続されている。
【００２２】
このように、分割された受光素子３をもつエレメントと平行にパルスコードスケール１３の光学変調のピッチ方向が一致するようになっている。しかし、分割された受光素子３からは、図６（ｃ）に示すように、同じ位相の信号Ａ１〜Ａ１０及びＢ１〜Ｂ１０が出力され、従来方式のエンコーダと変わらない。そして、信号Ａ１〜Ａ１０と信号Ｂ１〜Ｂ１０とは９０度位相の異なる二相の出力信号となることでも変わらない。
【００２３】
図７は、本発明の実施例に係るリニア型エンコーダモジュール５に具備される受光素子３やパルスコードスケール１３の構成を示す図である。
【００２４】
図５及び図６の構成に対し、図７（ａ）に示すように、受光素子３とパルスコードスケール１３をスケールピッチの半分相当分傾斜させずらして配置する。すると、図７（ｂ）に示すように、それぞれ等分に分割された受光素子からの信号は、１８０度を分割数で除した分だけ位相がずれたものとなる。よって、分割された数だけ逓倍された信号Ａ１’〜Ａ１０ ’及びＢ１’〜Ｂ１０ ’が得られることになる。したがって、それぞれの信号から選択的に接続すれば、自由に逓倍率を変化することも可能である。
【００２５】
なお、受光素子３とパルスコードスケール１３を、図７の方向にスケールピッチの半分相当分傾斜させずらして配置する替わりに、図８（ｂ）に示す方向に、スケールピッチの半分相当分傾斜させずらして配置してもよい。また、分割された受光素子３を、図８（ｃ）のように、階段状にずらせて配置しても同様の効果が得られる。
【００２６】
また、回転型のパルスコードスケールの場合は、反射領域部（あるいは透過部）、非反射領域部（あるいは非透過部）は扇型になり、半径方向に同じ寸法で分割すると、内外径では受光素子の面積が僅かながらも異なることになり感度差を生じる。よって、それを避けるためには内径側の分割寸法は外径側より大きくする方が好ましい。
【００２７】
上記の実施例における光学式エンコーダは、反射領域部と非反射領域部あるいは透過領域部と非透過領域部を交互に配置されてなる光学変調トラックを持つパルスコードスケール５又は１１を有する。さらに、発光素子２と受光素子３を同一平面上あるいは対向して配置された光学式エンコーダモジュール６又は１３を有する。そして、光学式エンコーダモジュール６，１３を、パルスコードスケール５又は１１に平行に対向させ、発光素子２からの反射光あるいは透過光の変調を受光素子３により検出する。そして、モータＭの回転情報（被検出部材の移動に関する情報）を得るように構成されている。この構成は従来の光学式エンコーダと同様である。
【００２８】
しかし、本実施例における光学式エンコーダは、以下の点が従来と異なる。つまり、受光素子３を、パルスコードスケール５又は１１の反射領域部あるいは透過領域部のピッチ方向と直角方向に分割されたラインセンサ状に構成している。そして、反射領域部あるいは透過領域部に対してラインセンサ状の受光素子３を、スケールピッチの半分相当分傾斜してずれるように配置し、受光素子の分割数に応じて分割逓倍化された信号を得るようにしている。あるいは、反射領域部あるいは透過領域部に対してラインセンサ状の受光素子３を、ずれ量の総和がスケールピッチの半分となるように、分割された各素子が階段状にずれるように配置する。そして、受光素子の分割数に応じて逓倍化された信号を得る、換言すれば、目的に応じて逓倍化された信号を選択可能にしている。
【００２９】
したがって、パルスコードスケール径を大きくすることも、外部に逓倍処理回路も必要とせず、逓倍化率も受光素子の分割数以下であれば選択ができるので、自由の高い、高分解能の光学式エンコーダを構成できる。つまり、上記構成をとることによって、安価で、小型な出力パルス数を選択できる自由度の高い、高分解能の光学式エンコーダを提供することが可能となる。
【００３０】
また、受光素子３、処理回路４などは半導体プロセスによって容易に作り込めることが可能である。よって、微細なピッチ加工したパルスコードスケールのように明暗コントラスト比の低下が発生せず、加工も容易な通常のパルスコードスケールを用いて容易に信号の逓倍化を図ることができる。
【００３１】
（本発明と実施例に対応）
パルスコードスケール６及びリニア型パルスコードスケール１３が本発明のパルスコードスケールに、反射式エンコーダモジュール５及び透過式エンコーダモジュール１１が光学式エンコーダモジュールに、それぞれ相当する。また、発光素子２が本発明の発光素子に、受光素子３がラインセンサ状の受光素子に、それぞれ相当する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施例に係わる反射式エンコーダを示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施例に係わる透過式エンコーダを示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施例に係わるリニア型反射式エンコーダを示す斜視図である。
【図４】従来の受光素子の構成を説明するための図である。
【図５】本発明の前提技術となる受光素子の構成を説明するための図である。
【図６】同じく本発明の前提技術となる受光素子の構成を説明するための図である。
【図７】同じく本発明の受光素子の構成を説明するための図である。
【図８】本発明の受光素子の配置について説明するための図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    回転軸
２    発光素子
３    受光素子
４    処理回路
５    反射式エンコーダモジュール
６    パルスコードスケール
７    取付部材
９    光学変調トラック
１１  透過式エンコーダモジュール
１３  リニア型パルスコードスケール
１４  反射部領域
１５  非反射部領域
Ｅ１〜Ｅ４  受光素子の各エレメントから得られる電気信号
Ａ１’，Ｂ１’〜Ａ１０’，Ｂ１０’  逓倍化された二相出力信号
【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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