(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケールパターンを有するスケールと検出ヘッドとの相対移動量から位置情報を取得するための光電式エンコーダであって、
光を照射する発光部と、
前記発光部からの光を前記スケールに向かって回折させるインデックスと、
前記インデックスおよび前記スケールを介して生成された干渉縞を検出して電気信号を出力する検出部と、を備え、
前記インデックスは、
前記スケールの長手方向に沿って所定ピッチで交互に並設された回折部および非回折部からなる第１インデックス部と、
前記第１インデックス部の２倍のピッチで交互に並設された回折部および非回折部からなる第２インデックス部と、を備え、
前記スケールパターンは、
前記スケールの長手方向に沿って所定ピッチで交互に並設された回折部および非回折部からなる第１パターン部と、
前記スケールの長手方向に沿って所定ピッチで市松状に配置された回折部および非回折部からなる第２パターン部と、を備えるとともに、
前記第１パターン部と前記第２パターン部とが前記スケールの長手方向に沿って交互に並設され、
前記検出部は、
前記第１インデックス部と前記第１パターン部および前記第２パターン部とで生成された干渉縞によってインクリメンタル信号を検出し、
前記第２インデックス部と前記第１パターン部および前記第２パターン部とで生成された干渉縞によってアブソリュート信号を検出する
ことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載された光電式エンコーダにおいて、
前記第１パターン部と前記第２パターン部とは、前記スケールの長手方向に沿った互いの長さがＭ系列符号となるように並設されていることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された光電式エンコーダにおいて、
前記第１インデックス部と前記第２インデックス部とは、前記スケールの短手方向に並設されていることを特徴とする光電式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スケールパターンを有するスケールと、スケールに沿って移動するとともにスケールとの相対移動量を検出する検出ヘッドと、を備えた光電式エンコーダが知られている。検出ヘッドは、スケールに向かって光を照射する発光部と、スケールにより回折されて生成された干渉縞を検出して電気信号を出力する検出部とを、有し、検出部から出力された電気信号に基づいて相対移動量が算出される。
【０００３】
このような光電式エンコーダの相対移動量の検出方式としては、インクリメンタル（ＩＮＣ）方式と、アブソリュート（ＡＢＳ）方式とが、知られている。ＩＮＣ方式は、スケールに設けられた一定ピッチのインクリメンタル（ＩＮＣ）パターンを連続的に検出し、通過したＩＮＣパターンの目盛りの数をカウントアップまたはカウントダウンすることで、相対位置を検出する方式である。ＡＢＳ方式は、スケールにランダムに設けられたアブソリュート（ＡＢＳ）パターンを適宜なタイミングで検出し、ＡＢＳパターンを解析することで、絶対位置を検出する方式である。
【０００４】
光電式エンコーダは、ＩＮＣ方式またはＡＢＳ方式のいずれか一方の方式を用いたものや、ＩＮＣパターンとＡＢＳパターンとを並設したスケールを用いるＩＮＣ・ＡＢＳ併用方式のものがある。しかし、ＩＮＣ・ＡＢＳ併用方式では、スケールの短手方向に並設したＩＮＣパターンとＡＢＳパターンとを、それぞれ別々の検出部を用いて検出することから、検出ヘッドの姿勢がズレた場合やスケールにうねりがあった場合、検出部によって検出される位置情報に誤差が生じるという問題がある。そこで、一連のスケールパターンにＩＮＣパターンとＡＢＳパターンとを組み合わせたハイブリッドのＩＮＣ・ＡＢＳ統合スケールパターンを用いた位置エンコーダ（光電式エンコーダ）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４００８３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたような従来のＩＮＣ・ＡＢＳ統合スケールパターンを用いた光電式エンコーダでは、ＩＮＣパターンは、ＡＢＳパターンと統合させるために間引かれた状態となり、所定ピッチで連続した一連のＩＮＣパターンではなくなる。このため、ＩＮＣパターンによって検出されるインクリメンタル（ＩＮＣ）信号は間引かれた状態の不完全な信号となり、間引かれていない状態のＩＮＣパターンを用いたものと比べて、検出されるＩＮＣ信号は抜けがあるため精度が劣化し、光電式エンコーダの検出精度が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、ＩＮＣパターンとＡＢＳパターンとの位置情報の誤差を軽減することができ、かつ信号の抜けがないＩＮＣ信号を検出することで検出精度を高めることができる光電式エンコーダを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光電式エンコーダは、スケールパターンを有するスケールと検出ヘッドとの相対移動量から位置情報を取得するための光電式エンコーダであって、光を照射する発光部と、前記発光部からの光を前記スケールに向かって回折させるインデックスと、前記インデックスおよび前記スケールを介して生成された干渉縞を検出して電気信号を出力する検出部と、を備え、前記インデックスは、前記スケールの長手方向に沿って所定ピッチで交互に並設された回折部および非回折部からなる第１インデックス部と、前記第１インデックス部の２倍のピッチで交互に並設された回折部および非回折部からなる第２インデックス部と、を備え、前記スケールパターンは、前記スケールの長手方向に沿って所定ピッチで交互に並設された回折部および非回折部からなる第１パターン部と、前記スケールの長手方向に沿って所定ピッチで市松状に配置された回折部および非回折部からなる第２パターン部と、を備えるとともに、前記第１パターン部と前記第２パターン部とが前記スケールの長手方向に沿って交互に並設され、前記検出部は、前記第１インデックス部と前記第１パターン部および前記第２パターン部とで生成された干渉縞によってインクリメンタル信号を検出し、前記第２インデックス部と前記第１パターン部および前記第２パターン部とで生成された干渉縞によってアブソリュート信号を検出することを特徴とする。
【０００９】
ここで回折とは、光が障害物に遮られたとき障害物を回りこむように伝播する現象である。この現象を実現させる回折部と非回折部とを有する回折格子は、照射された光を回折部と非回折部とを介して透過した光を、任意の角度に回折させる透過型と、照射された光を回折部と非回折部とを介して反射した光を、任意の角度に回折させる反射型とがある。
本発明によれば、所定ピッチと所定ピッチの２倍のピッチとの２種類のインデックス部と、異なる配列パターンを有する２種類のパターン部が交互に並設された一連のスケールパターンと、を介して発光部からの光を回折させて干渉縞を生成することで、インクリメンタル（ＩＮＣ）信号とアブソリュート（ＡＢＳ）信号とを検出することができる。
【００１０】
本発明において、検出されるＩＮＣ信号は抜けのない状態の１つのＩＮＣ信号として検出されるため、一連のスケールパターンにＩＮＣパターンとＡＢＳパターンとを統合して配置しても、位置情報の検出精度を高めることができる。また、ＡＢＳ信号も同時に得ることができるので、より正確な位置情報を検出することができ、検出する位置情報の精度向上を図ることができる。
【００１１】
さらに、検出ヘッドの姿勢がスケールからズレた場合やスケールにうねりがある場合であっても、従来、別々に読み取ることで生じていた位置情報の誤差を軽減することができるため、検出部は安定した位置情報の検出をすることができる。
また、通常、光電式エンコーダではレンズ光学系を用いて各パターンから信号を検出するが、本発明は、レンズ等を用いずに実現できる構成のため、少ない部品点数で光電式エンコーダを構成でき、コスト削減や小型化を図ることができる。
【００１２】
この際、本発明の光電式エンコーダでは、前記第１パターン部と前記第２パターン部とは、前記スケールの長手方向に沿った互いの長さがＭ系列符号となるように並設されていることが好ましい。
【００１３】
一般的に、ＡＢＳ信号を生成するＡＢＳパターンにはグレイコードが用いられている。グレイコードは交番２進符号と呼ばれる２進数の一種であり、隣り合う数値のコードを比較すると変化するビットが常に１箇所に限られるという特徴を持つ。このグレイコードと同等の分解能を持つコードとして擬似ランダム符号の一部であるＭ系列符号による配列パターンがある。
Ｍ系列符号は、２のｎ乗−１個の０または１とされる符号により形成され、ｎ個の連続した符号の組み合わせが全て異なる符号列とされるパターンである。検出部は、ｎ個の連続した０または１とされる符号を読み取ることにより、Ｍ系列符号の配列パターンから絶対位置を検出することができる。
【００１４】
従って、第１パターン部と第２パターン部とをスケールの長手方向に沿って互いの長さがＭ系列符号となるように配列することで、この配列に応じて現れるＡＢＳ信号を０または１として符号化し演算することができるため、より詳細な位置情報を算出することができる。
【００１５】
この際、前記第１インデックス部と前記第２インデックス部とは、前記スケールの短手方向に並設されていることが好ましい。
【００１６】
このような構成にすることで、スケールの長手方向に並設した場合と比較してインデックスはスケールの長手方向の長さを短くすることができるため、コスト削減や小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光電式エンコーダを示す斜視図
【図２】前記光電式エンコーダのスケールを示す図
【図３】前記光電式エンコーダのインデックスを示す図
【図４】前記光電式エンコーダにより検出される信号を説明する図
【図５】前記光電式エンコーダのスケールと第１インデックス部との作用を示す図
【図６】前記光電式エンコーダのスケールと第２インデックス部との作用を示す図
【図７】本発明の第２実施形態に係る光電式エンコーダを示す斜視図
【図８】前記光電式エンコーダのスケールを示す図
【図９】本発明の第３実施形態に係る光電式エンコーダを示す斜視図
【図１０】前記光電式エンコーダのインデックスを示す図
【図１１】本発明の各実施形態に係る光電式エンコーダのインデックスの変形例を示す図
【図１２】本発明の各実施形態に係る光電式エンコーダのスケールパターンの変形例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
各図において、スケールの長手方向をＸ方向とし、短手方向をＹ方向とし、高さ方向をＺ方向として示し、以下では単にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向として説明することがある。
図１は、本発明の第１実施形態に係る光電式エンコーダを示す斜視図である。
光電式エンコーダ１は、長尺状のスケール２と、スケール２に沿って移動するとともにスケール２との相対移動量から位置情報を取得するための検出ヘッド３とを備える。
検出ヘッド３は、光を照射する発光部４と、発光部４からの光をスケール２に向かって回折させるインデックス５と、スケール２およびインデックス５を介して生成された干渉縞を検出して電気信号を出力する検出部６と、を備える。これらを備えた検出ヘッド３は、スケール２に対してＸ方向に一体で進退可能に設けられている。
【００１９】
スケール２は、発光部４からの光を透光可能な例えばガラス等の透光部材で形成され、スケール２の一面には透過型の回折格子が設けられている。透過型の回折格子において回折部は透過部であり、非回折部は非透過部である。スケール２の一面に設けられている透過型の回折格子は、Ｘ方向に沿って所定ピッチＰで交互に並設された透過部および非透過部からなる第１パターン部２０と、Ｘ方向に沿って所定ピッチで市松状に配置された透過部および非透過部からなる第２パターン部２１とが、Ｘ方向に沿って交互に配置されて設けられている。
発光部４は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられている。なお、発光部４はＬＥＤに限らず、任意の光源を用いてもよい。また、発光部４は、スケール２およびインデックス５に光を照射するために適切な角度で設置されている。
【００２０】
インデックス５は、発光部４からの光を透光可能な例えばガラス等の透光部材で形成され、スケール２のＺ方向一方側（上方）にスケール２と重なるように向かい合わせて設置されている。そして、インデックス５の一面には透過型の回折格子が設けられている。具体的には、Ｘ方向に沿って所定ピッチで交互に並設された透過部および非透過部からなる第１インデックス部５０と、第１インデックス部５０の２倍のピッチで交互に並設された透過部および非透過部からなる第２インデックス部５１とが設けられており、第１インデックス部５０と第２インデックス部５１とはインデックス５のＹ方向に並設されている。
【００２１】
検出部６は、ＰＤＡ(Photo Diode Array)が用いられ、スケール２のＺ方向他方側（下方）にスケール２と重なるように向かい合わせて設置されている。すなわち、インデックス５と検出部６とは、スケール２を挟んで互いに重なるように向い合せて設置されているとともに、それぞれスケール２からの距離が同一となる位置に設置されている。
ＰＤＡは、複数の干渉縞を１度に測定することができる性質を持つ検出器である。なお、検出部６はＰＤＡに限らず、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）やＣＣＤ（Charge-Coupled Device）等の任意の検出器を用いてもよい。
【００２２】
検出部６は、第１インデックス部５０と第１パターン部２０および第２パターン部２１とで生成された干渉縞によってＩＮＣ信号を検出し、第２インデックス部５１と第１パターン部２０および第２パターン部２１とで生成された干渉縞によってＡＢＳ信号を検出する。検出部６によって検出されたＩＮＣ信号およびＡＢＳ信号は、図示しないマイコン等により解析され、図示しない表示部に位置情報として表示される。
以上のような、スケール２と、発光部４、インデックス５および検出部６を備える検出ヘッド３と、によって本発明の光電式エンコーダ１が構成されている。
【００２３】
図２は、前記光電式エンコーダのスケールを示す図である。
図２に示すように、スケール２は、第１パターン部２０と第２パターン部２１とがＸ方向に交互に配置されたスケールパターンを有して構成されている。これらの第１パターン部２０と第２パターン部２１とは、Ｘ方向に沿って互いの長さがＭ系列符号となるように配列されている。
【００２４】
第１パターン部２０は、Ｘ方向に交互に配置された透過部２０ａと非透過部２０ｂとを有する。透過部２０ａと非透過部２０ｂとは、Ｘ方向に所定ピッチＰで配置されており、非透過部２０ｂのＸ方向の長さはＰ／２に設定されている。
【００２５】
第２パターン部２１は、市松状に配置された透過部２１ａと非透過部２１ｂとを有する。透過部２１ａと非透過部２１ｂとは、Ｘ方向に所定ピッチＰで配置され、Ｙ方向にピッチＱで配置されている。また、非透過部２１ｂのＸ方向の長さはＰ／２に設定され、Ｙ方向の長さはＱ／２に設定されている。Ｙ方向のピッチＱは、Ｘ方向の所定ピッチＰと同一とされ、これにより非透過部２１ｂが正方形状に形成されてもよいし、所定ピッチＰよりも大きくされ、これにより非透過部２１ｂがＹ方向に長い長方形状に形成されてもよいし、所定ピッチＰよりも小さくされ、これにより非透過部２１ｂがＸ方向に長い長方形状に形成されてもよい。
【００２６】
図３は、前記光電式エンコーダのインデックスを示す図である。
図３に示すように、インデックス５は、第１インデックス部５０と第２インデックス部５１とを有し、第１インデックス部５０と第２インデックス部５１とは、インデックス５のＹ方向に並設されている。
【００２７】
第１インデックス部５０は、Ｘ方向に交互に配置された透過部５０ａと非透過部５０ｂとを有する。透過部５０ａと非透過部５０ｂとは、Ｘ方向に所定ピッチＰで配置されており、非透過部５０ｂのＸ方向の長さはＰ／２に設定されている。
【００２８】
第２インデックス部５１は、Ｘ方向に交互に配置された透過部５１ａと非透過部５１ｂとを有する。透過部５１ａと非透過部５１ｂとは、Ｘ方向に所定ピッチＰの２倍のピッチである所定ピッチ２Ｐで配置されており、非透過部５１ｂのＸ方向の長さはＰに設定されている。
【００２９】
ここで、スケール２の第１パターン部２０および第２パターン部２１（図２参照）とインデックス５の第１インデックス部５０とは、それぞれの透過部２０ａ，２１ａ，５０ａおよび非透過部２０ｂ，２１ｂ，５０ｂのＸ方向の所定ピッチＰが同一に設定されている。すなわち、透過部２０ａ，２１ａ，５０ａおよび非透過部２０ｂ，２１ｂ，５０ｂのＸ方向の長さは、同一のＰ／２に設定されている。
【００３０】
図４は、前記光電式エンコーダにより検出される信号を説明する図である。
具体的には、図４（Ａ）はスケール２と第１インデックス部５０とによってＩＮＣ信号７が生成されることを示す図であり、図４（Ｂ）はスケール２と第２インデックス部５１とによってＡＢＳ信号８が生成されることを示す図である。
【００３１】
ＩＮＣ信号７は、図４（Ａ）に示すように、スケール２と第１インデックス部５０とによって生成され、検出部６（図１参照）によって検出される。
先ず、発光部４からの光はインデックス５における第１インデックス部５０の透過部５０ａと非透過部５０ｂとを介してスケール２に照射される（図３参照）。そして、第１インデックス部５０の透過部５０ａを透過した光は、スケール２における第１パターン部２０の透過部２０ａと非透過部２０ｂとを介して干渉縞を生成する（図２参照）。検出部６は、生成された干渉縞から信号７０を検出する。
【００３２】
次に、発光部４からの光はインデックス５における第１インデックス部５０の透過部５０ａと非透過部５０ｂとを介してスケール２に照射される。そして、第１インデックス部５０の透過部５０ａを透過した光は、スケール２における第２パターン部２１の透過部２１ａと非透過部２１ｂとを介して干渉縞を生成する（図２参照）。検出部６は、生成された干渉縞から信号７１を検出する。
【００３３】
検出部６によって検出された信号７０，７１は、同じ周期であり同じ位相の信号であるため、互いに重ね合わされて１つの信号が生成される。従って、光電式エンコーダ１は、図示しないマイコン等で解析されることによりＩＮＣ信号７を検出することができる。
【００３４】
ＡＢＳ信号８は、図４（Ｂ）に示すように、スケール２と第２インデックス部５１とによって生成され、検出部６（図１参照）によって検出される。
先ず、発光部４からの光はインデックス５における第２インデックス部５１の透過部５１ａと非透過部５１ｂとを介してスケール２に照射される（図３参照）。そして、第２インデックス部５１の透過部５１ａを透過した光は、スケール２における第１パターン部２０の透過部２０ａと非透過部２０ｂとを介して干渉縞を生成する（図２参照）。検出部６は、生成された干渉縞から信号８０を検出する。
【００３５】
次に、発光部４からの光はインデックス５における第２インデックス部５１の透過部５１ａと非透過部５１ｂとを介してスケール２に照射される。そして、第２インデックス部５１の透過部５１ａを透過した光は、スケール２における第２パターン部２１の透過部２１ａと非透過部２１ｂとを介して干渉縞を生成する（図２参照）。検出部６は、生成された干渉縞から位相が１８０°ズレた同じ周期の複数の信号を検出する。この位相が１８０°ズレた同じ周期の複数の信号は信号同士が互いの信号を打ち消し合うため、検出部６は信号を検出することができない。従って、検出部６は無信号８１を検出する。
以下、スケール２における市松状のパターンを有する第２パターン部２１とインデックス５とによる光電式エンコーダ１の作用について、図５および図６を参照して説明する。
【００３６】
図５および図６は、光電式エンコーダ１のスケール２とインデックス５との作用を示す図である。
図５において、（Ａ）にはインデックス５における第１インデックス部５０が示され、（Ｂ）にはスケール２における第２パターン部２１が示され、（Ｃ）には（Ａ），（Ｂ）のＡ−Ａ断面における第２パターン部２１と第１インデックス部５０とによる光電式エンコーダ１の作用が示されている。
図５（Ａ）に示す第１インデックス部５０は、スケール２のＸ方向に沿って透過部５０ａと非透過部５０ｂとが交互に所定ピッチＰで配置されている。図５（Ｂ）に示す第２パターン部２１は、市松状に透過部２１ａ，２２ａおよび非透過部２１ｂ，２２ｂが配置されており、これらの透過部２１ａ，２２ａおよび非透過部２１ｂ，２２ｂは、それぞれＸ方向に沿って所定ピッチＰで配置されるとともに、互いにスケール２のＹ方向に並設され、かつ互いにＸ方向に１／２周期ずれて配置されている。
【００３７】
図５（Ｃ）に示すように、Ｘ方向の長さＰ／２の非透過部５０ｂが所定ピッチＰで配置された第１インデックス部５０は、発光部４からの光を回折させ、回折させた光を第２パターン部２１に向かって透過させる。第２パターン部２１は、透過部２１ａと非透過部２１ｂとによって発光部４からの光を回折させ、回折させた光は、実線矢印の方向に進み干渉縞となり、この干渉縞が信号Ｓ１として図示しない検出部６によって検出される。
また、第２パターン部２１の透過部２２ａと非透過部２２ｂとによって回折させた発光部４からの光は、二点鎖線矢印の方向に進み干渉縞となり、この干渉縞が信号Ｓ２として検出部６によって検出される。従って、検出部６によって干渉縞から同じ位相で同じ周期の複数の信号Ｓ１，Ｓ２が検出され、これらの信号Ｓ１，Ｓ２は同じ位相で同じ周期の信号であるため、信号Ｓ１，Ｓ２が重ね合わされ、図４（Ａ）に示すように、信号７１として検出される。
【００３８】
図６において、（Ａ）にはインデックス５における第２インデックス部５１が示され、（Ｂ）には第２パターン部２１が示され、（Ｃ）には（Ａ），（Ｂ）のＢ−Ｂ断面における第２パターン部２１と第２インデックス部５１による光電式エンコーダ１の作用が示されている。
図６（Ａ）に示す第２インデックス部５１は、スケール２のＸ方向に沿って透過部５１ａと非透過部５１ｂとが交互に所定ピッチＰの２倍のピッチである所定ピッチ２Ｐで配置されている。図６（Ｂ）に示す第２パターン部２１は、図５（Ｂ）に示すものと同一である。
【００３９】
図６（Ｃ）に示すように、Ｘ方向の長さＰの非透過部５１ｂが所定ピッチ２Ｐで配置された第２インデックス部５１は、発光部４からの光を回折させ、回折させた光を第２パターン部２１に向かって透過させる。第２パターン部２１は、透過部２１ａと非透過部２１ｂとによって発光部４からの光を回折させ、回折させた光は、実線矢印の方向に進み干渉縞となり、この干渉縞が信号Ｓ３として図示しない検出部６によって検出される。
また、第２パターン部２１の透過部２２ａと非透過部２２ｂとによって回折させた発光部４からの光は、二点鎖線矢印の方向に進み干渉縞となり、この干渉縞が信号Ｓ４として検出部６によって検出される。従って、検出部６によって干渉縞から同じ周期で位相が１８０°異なる２種類の信号Ｓ３，Ｓ４が検出され、これら２種類の信号Ｓ３，Ｓ４は同じ周期で位相が１８０°異なるため互いに相殺され、検出部６は図４（Ｂ）に示すように、無信号８１を検出する。
【００４０】
以上のような作用により、図４（Ｂ）に示すように、検出部６は信号８０と無信号８１とを検出する。ここで、第１パターン部２０と第２パターン部２１とはＭ系列符号の配列パターンとなるように配置されているため、検出された信号８０と無信号８１とは図示しないマイコン等で解析することによりＡＢＳ信号８を検出することができる。
【００４１】
このような本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（１）光電式エンコーダ１は、発光部４からの光をインデックス５に透過させ、インデックス５を透過させた光をさらにスケール２に透過させることで干渉縞を生成し、生成された干渉縞から検出されるＩＮＣ信号７は抜けのない状態の１つのＩＮＣ信号７として検出されるため、一連のスケールパターンにＩＮＣパターンとＡＢＳパターンとを統合して配置しても、位置情報の検出精度を高めることができる。
（２）また、ＩＮＣ信号７と同時にＡＢＳ信号８も得ることができるので、より正確な位置情報を検出することができ、検出する位置情報の精度向上を図ることができる。
【００４２】
（３）さらに、検出ヘッド３の姿勢がスケール２からズレた場合やスケール２にうねりがある場合であっても、スケール２は一連のスケールパターンに第１パターン部２０と第２パターン部２１とを備えることで、ＩＮＣパターンとＡＢＳパターンとを別々に読み取ることにより生じていた位置情報の誤差を軽減することができる。従って、検出部６は安定した位置情報の検出をすることができる。
【００４３】
（４）光電式エンコーダ１は、スケール２およびインデックス５を用いることでレンズ等を用いずに実現できる構成のため、少ない部品点数で光電式エンコーダ１を構成でき、コスト削減や小型化を図ることができる。
（５）スケール２の第１パターン部２０と第２パターン部２１とをＸ方向に沿って互いの長さがＭ系列符号となるように配置することで、この配列に応じて現れるＡＢＳ信号を０または１として符号化し演算することによって、より詳細な位置情報を算出することができる。
（６）インデックス５において第１インデックス部５０と第２インデックス部５１とがＹ方向に並設されていることで、Ｘ方向に並設した場合と比較してインデックス５はスケール２のＸ方向の長さを短くすることができるため、コスト削減や小型化を図ることができる。
【００４４】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
前記第１実施形態では、スケール２およびインデックス５は透過型の回折格子が設けられていたが、スケール２には反射型の回折格子が設けられ、インデックス５には透過型の回折格子が設けられていてもよい。
図７は、本発明の第２実施形態に係る光電式エンコーダを示す斜視図である。
光電式エンコーダ１Ａは、長尺状のスケール２Ａと、スケール２Ａに沿って移動するとともにスケール２Ａとの相対移動量から位置情報を取得するための検出ヘッド３Ａとを備える。
検出ヘッド３Ａは、光を照射する発光部４と、発光部４からの光をスケール２Ａに向かって透過させるインデックス５と、スケール２Ａおよびインデックス５を介して生成された干渉縞を検出して電気信号を出力する検出部６と、を備える。これらを備えた検出ヘッド３Ａは、スケール２Ａに対してＸ方向に一体で進退可能に設けられている。
【００４５】
スケール２Ａは、発光部４からの光を反射可能な例えば一面に金属を塗布したガラス等の部材で形成され、スケール２Ａの一面には反射型の回折格子が設けられている。反射型の回折格子において回折部は反射部であり、非回折部は非反射部である。スケール２Ａの一面に設けられている反射型の回折格子は、Ｘ方向に沿って所定ピッチＰで交互に並設された反射部および非反射部からなる第１パターン部２０Ａと、Ｘ方向に沿って所定ピッチで市松状に配置された反射部および非反射部からなる第２パターン部２１Ａとが、Ｘ方向に沿って交互に配置されて設けられている。
発光部４とインデックス５とは、図１に示すものと同一であるが、発光部４は照射した光をスケール２Ａに反射させるため、適切な角度で設置されている。
【００４６】
検出部６は、スケール２ＡのＺ方向一方側（上方）にスケール２Ａと向かい合わせて設置されている。すなわち、インデックス５と検出部６とは、スケール２ＡのＺ方向一方側（上方）のＸ方向に並設されているとともに、それぞれスケール２Ａからの距離が同一となる位置に設置されている。
【００４７】
検出部６は、第１インデックス部５０と第１パターン部２０Ａおよび第２パターン部２１Ａとで生成された干渉縞によってＩＮＣ信号を検出し、第２インデックス部５１と第１パターン部２０Ａおよび第２パターン部２１Ａとで生成された干渉縞によってＡＢＳ信号を検出する。検出部６によって検出されたＩＮＣ信号およびＡＢＳ信号は、図示しないマイコン等により解析され、図示しない表示部に位置情報として表示される。
以上のような、スケール２Ａと、発光部４、インデックス５および検出部６を備える検出ヘッド３Ａと、によって本発明の光電式エンコーダ１Ａが構成されている。
【００４８】
図８は、第２実施形態に係る光電式エンコーダのスケールを示す図である。
図８に示すように、反射型の回折格子を有するスケール２Ａは、第１パターン部２０Ａと第２パターン部２１ＡとがＸ方向に交互に配置されたスケールパターンを有して構成されている。これらの第１パターン部２０Ａと第２パターン部２１Ａとは、Ｘ方向に沿って互いの長さがＭ系列符号となるように配列されている。
【００４９】
第１パターン部２０Ａは、Ｘ方向に交互に配置された反射部２０ｃと非反射部２０ｄとを有する。反射部２０ｃと非反射部２０ｄとは、Ｘ方向に所定ピッチＰで配置されており、非反射部２０ｄのＸ方向の長さはＰ／２に設定されている。
【００５０】
第２パターン部２１Ａは、市松状に配置された反射部２１ｃと非反射部２１ｄとを有する。反射部２１ｃと非反射部２１ｄとは、Ｘ方向に所定ピッチＰで配置され、Ｙ方向にピッチＱで配置されている。また、非反射部２１ｄのＸ方向の長さはＰ／２に設定され、Ｙ方向の長さはＱ／２に設定されている。Ｙ方向のピッチＱは、Ｘ方向の所定ピッチＰと同一とされ、これにより非反射部２１ｄが正方形状に形成されてもよいし、所定ピッチＰよりも大きくされ、これにより非反射部２１ｄがＹ方向に長い長方形状に形成されてもよいし、所定ピッチＰよりも小さくされ、これにより非反射部２１ｄがＸ方向に長い長方形状に形成されてもよい。
【００５１】
ここで、スケール２Ａの第１パターン部２０Ａおよび第２パターン部２１Ａとインデックス５の第１インデックス部５０（図３参照）とは、反射部２０ｃ，２１ｃと透過部５０ａおよび非反射部２０ｄ，２１ｄと非透過部５０ｂのＸ方向の長さが同一のＰ／２に設定されている。
【００５２】
このような構成により、発光部４からの光は第１インデックス部５０を透過し、透過することで回折した光は反射型の回折格子を有するスケール２Ａの第１パターン部２０Ａと第２パターン部２１Ａとに照射される。照射された光は第１パターン部２０Ａと第２パターン部２１Ａとで反射し、反射することで回折した光は干渉縞として検出部６に照射され、検出部６は干渉縞からＩＮＣ信号７を検出する（図４（Ａ）参照）。
また、発光部４からの光は第２インデックス部５１を透過し、透過することで回折した光は反射型の回折格子を有するスケール２Ａの第１パターン部２０Ａと第２パターン部２１Ａとに照射される。照射された光は第１パターン部２０Ａと第２パターン部２１Ａとで反射し、反射することで回折した光は干渉縞として検出部６に照射され、検出部６は干渉縞からＡＢＳ信号８を検出する（図４（Ｂ）参照）。
【００５３】
このような本実施形態によれば、前記実施形態の（２）〜（６）と同様の作用・効果を奏することができる他、以下の作用・効果を奏することができる。
（７）光電式エンコーダ１Ａは、発光部４からの光をインデックス５に透過させ、インデックス５を透過させた光をスケール２Ａに反射させることで干渉縞を生成し、生成された干渉縞から検出されるＩＮＣ信号７は抜けのない状態の１つのＩＮＣ信号７として検出されるため、一連のスケールパターンにＩＮＣパターンとＡＢＳパターンとを統合して配置しても、位置情報の検出精度を高めることができる。
【００５４】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。
前記第２実施形態ではスケール２Ａには反射型の回折格子が設けられ、インデックス５には透過型の回折格子が設けられていたが、スケール２には透過型の回折格子が設けられ、インデックス５には反射型の回折格子が設けられていてもよい。
図９は、本発明の第３実施形態に係る光電式エンコーダを示す斜視図である。
光電式エンコーダ１Ｂは、長尺状のスケール２と、スケール２に沿って移動するとともにスケール２との相対移動量から位置情報を取得するための検出ヘッド３Ｂとを備える。
検出ヘッド３Ｂは、光を照射する発光部４と、発光部４からの光をスケール２に向かって反射させるインデックス５Ｂと、スケール２およびインデックス５Ｂを介して生成された干渉縞を検出して電気信号を出力する検出部６と、を備える。これらを備えた検出ヘッド３Ｂは、スケール２に対してＸ方向に一体で進退可能に設けられている。
【００５５】
スケール２と発光部４とは、図１に示すものと同一であるが、発光部４は照射した光をインデックス５Ｂに反射させるため、適切な角度で設置されている。
インデックス５Ｂは、発光部４からの光を反射可能な例えば一面に金属を塗布したガラス等の部材で形成され、スケール２のＺ方向他方側（下方）にスケール２と向かい合わせて設置されている。そして、インデックス５Ｂの一面には反射型の回折格子が設けられている。反射型の回折格子において回折部は反射部であり、非回折部は非反射部である。インデックス５Ｂの一面に設けられている反射型の回折格子は、Ｘ方向に沿って所定ピッチで交互に並設された反射部および非反射部からなる第１インデックス部５０Ｂと、第１インデックス部５０Ｂの２倍のピッチで交互に並設された反射部および非反射部からなる第２インデックス部５１Ｂとが設けられており、第１インデックス部５０Ｂと第２インデックス部５１Ｂとはインデックス５ＢのＹ方向に並設されている。
【００５６】
検出部６は、スケール２のＺ方向一方側（上方）にスケール２と向かい合わせて設置されている。すなわち、インデックス５Ｂと検出部６とは、スケール２を挟んで互いに向い合せて設置されているとともに、それぞれスケール２からの距離が同一となる位置に設置されている。
【００５７】
検出部６は、第１インデックス部５０Ｂと第１パターン部２０および第２パターン部２１とで生成された干渉縞によってＩＮＣ信号を検出し、第２インデックス部５１Ｂと第１パターン部２０および第２パターン部２１とで生成された干渉縞によってＡＢＳ信号を検出する。検出部６によって検出されたＩＮＣ信号およびＡＢＳ信号は、図示しないマイコン等により解析され、図示しない表示部に位置情報として表示される。
以上のような、スケール２と、発光部４、インデックス５Ｂおよび検出部６を備える検出ヘッド３Ｂと、によって本発明の光電式エンコーダ１Ｂが構成されている。
【００５８】
図１０は、第３実施形態に係る光電式エンコーダのインデックスを示す図である。
図１０に示すように、インデックス５Ｂは、第１インデックス部５０Ｂと第２インデックス部５１Ｂとを有し、第１インデックス部５０Ｂと第２インデックス部５１Ｂとは、インデックス５ＢのＹ方向に並設されている。
【００５９】
第１インデックス部５０Ｂは、Ｘ方向に交互に配置された反射部５０ｃと非反射部５０ｄとを有する。反射部５０ｃと非反射部５０ｄとは、Ｘ方向に所定ピッチＰで配置されており、非反射部５０ｄのＸ方向の長さはＰ／２に設定されている。
【００６０】
第２インデックス部５１Ｂは、Ｘ方向に交互に配置された反射部５１ｃと非反射部５１ｄとを有する。反射部５１ｃと非反射部５１ｄとは、Ｘ方向に所定ピッチＰの２倍のピッチである所定ピッチ２Ｐで配置されており、非反射部５１ｄのＸ方向の長さはＰに設定されている。
【００６１】
ここで、スケール２の第１パターン部２０および第２パターン部２１（図２参照）とインデックス５Ｂの第１インデックス部５０Ｂとは、それぞれの透過部２０ａ，２１ａと反射部５０ｃおよび非透過部２０ｂ，２１ｂと非反射部５０ｄのＸ方向の所定ピッチＰが同一に設定されている。すなわち、透過部２０ａ，２１ａと反射部５０ｃおよび非透過部２０ｂ，２１ｂと非反射部５０ｄのＸ方向の長さは、同一のＰ／２に設定されている。
【００６２】
このような構成により、発光部４からの光は反射型の回折格子を有する第１インデックス部５０Ｂで反射し、反射することで回折した光はスケール２の第１パターン部２０と第２パターン部２１とに照射される。照射された光は第１パターン部２０と第２パターン部２１とを透過し、透過することで回折した光は干渉縞として検出部６に照射され、検出部６は干渉縞からＩＮＣ信号７を検出する（図４（Ａ）参照）。
また、発光部４からの光は反射型の回折格子を有する第２インデックス部５１Ｂで反射し、反射することで回折した光はスケール２の第１パターン部２０と第２パターン部２１とに照射される。照射された光は第１パターン部２０と第２パターン部２１とを透過し、透過することで回折した光は干渉縞として検出部６に照射され、検出部６は干渉縞からＡＢＳ信号８を検出する（図４（Ｂ）参照）。
【００６３】
このような本実施形態によれば、前記実施形態の（２）〜（６）と同様の作用・効果を奏することができる他、以下の作用・効果を奏することができる。
（８）光電式エンコーダ１Ｂは、発光部４からの光をインデックス５Ｂで反射させ、インデックス５で反射させた光をスケール２に透過させることで干渉縞を生成し、生成された干渉縞から検出されるＩＮＣ信号７は抜けのない状態の１つのＩＮＣ信号７として検出されるため、一連のスケールパターンにＩＮＣパターンとＡＢＳパターンとを統合して配置しても、位置情報の検出精度を高めることができる。
【００６４】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００６５】
例えば、前記各実施形態では、インデックス５，５Ｂにおける第１インデックス部５０，５０Ｂと第２インデックス部５１，５１ＢとがＹ方向に並設されていたが、図１１に示すように、回折部５１ｅ（透過部または反射部）と非回折部５１ｆ（非透過部または非反射部）とからなる第１インデックス部５０Ｃおよび第２インデックス部５１Ｃを有するインデックス５Ｃは、第１インデックス部５０Ｃと第２インデックス部５１ＣとがＸ方向に並べられていてもよい。なお、図１１では、Ｘ方向の左側に第１インデックス部５０Ｃが配置され、その右側に第２インデックス部５１Ｃが配置されているが、Ｘ方向の左側に第２インデックス部５１Ｃが配置され、その右側に第１インデックス部５０Ｃが配置されてもよい。このように第１インデックス部５０Ｃと第２インデックス部５１Ｃとがスケール２，２Ａの長手方向に並設されていた場合であっても、各インデックス部５０Ｃ，５１Ｃに対応する検出部６の検出位置が特定されるため、検出した干渉縞を適宜に演算することによってＩＮＣ信号７とＡＢＳ信号８を検出することができる。
【００６６】
また、前記各実施形態では、スケール２，２Ａにおける第２パターン部２１の非透過部２１ｂ、第２パターン部２１Ａの非反射部２１ｄを矩形としたが、この形状は矩形に限らず、任意の形状でもよい。例えば図１２に示すように、透過型または反射型のいずれか一方の回折格子を有する第２パターン部２１Ｃは、円形状に非回折部２１ｆを形成してもよい。また、回折部２１eを円形状に形成してもよい。すなわち、第２パターン部２１Ｃの回折部２１ｅと非回折部２１ｆとは、互いにＸ，Ｙ方向に市松状に配置されていればよく、回折部２１ｅおよび非回折部２１ｆの個々の形状は特に限定されるものではなく、矩形状や円形状の他に楕円形状や任意の多角形状等、適宜な形状が選択可能である。
【００６７】
前記各実施形態では、スケール２，２Ａの第１パターン部２０，２０Ａと第２パターン部２１，２１ＡとがＭ系列符号の配列パターンで配置されていたが、これに限らず、擬似ランダム配列等の任意の配列パターンで配列されていればよい。すなわち、第１パターン部２０，２０Ａと第２パターン部２１，２１Ａとの配列に基づき、それぞれの干渉縞のパターンからＡＢＳ信号が検出できればよく、配列パターンとしては任意に設定可能である。
【００６８】
前記第２実施形態では、検出ヘッド３Ａはインデックス５と検出部６とをＸ方向に並設していたが、インデックス５と検出部６とはＹ方向に並設されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように、ＩＮＣパターンとＡＢＳパターンとの位置情報の誤差を軽減することができ、かつ信号の抜けがないＩＮＣ信号を検出することで検出精度を高めることができる光電式エンコーダに利用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１    光電式エンコーダ
２    スケール
３    検出ヘッド
４    発光部
５    インデックス
６    検出部
７    インクリメンタル信号（ＩＮＣ信号）
８    アブソリュート信号（ＡＢＳ信号）
２０    第１パターン部
２１    第２パターン部
５０    第１インデックス部
５１    第２インデックス部
【図１】
0006651371.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0006651371.tif 000006
【図６】
0006651371.tif 000007
【図７】
0006651371.tif 000008
【図８】
0006651371.tif 000009
【図９】
0006651371.tif 000010
【図１０】
0006651371.tif 000011
【図１１】
0006651371.tif 000012
【図１２】
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