(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位方向と略垂直方向に延びる多数の主格子が形成され、変位方向に沿って略一直線状に配設される複数のメインスケールと、
該メインスケールに沿って移動するインデックススケールと、
前記メインスケールに形成された主格子とインデックススケールに形成された副格子の相互作用による受光量の変化を読み取って電気信号に変換する検出部とを有する光電式リニヤエンコーダにおいて、
前記メインスケールに形成された主格子に対して、インデックススケールに形成された副格子を少し傾け、傾きによる副格子の変位方向のずれを、該副格子の有効な範囲内に設けることにより、単一の検出部で、メインスケールのつなぎ目における信号強度低下の少ない出力信号を得ることを特徴とする光電式リニヤエンコーダ。
【請求項２】
前記傾きによる副格子の変位方向のずれが、メインスケールのつなぎ目における位相ずれより大であることを特徴とする請求項１に記載の光電式リニヤエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電式リニヤエンコーダに係り、特に、長い測定範囲を確保するために、複数のメインスケールをつなぎ合わせた際に、単一の検出部で、格子が不連続なつなぎ部も検出することが可能な光電式リニヤエンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光電式リニヤエンコーダは、図１に示すような２格子構成の透過型と、図２に示すような３格子構成の反射型がよく知られている。図において、１０は、変位方向（図の左右方向）と略垂直方向（図の上下方向）に延びる多数の光学格子（主格子と称する）１２が形成された、変位方向に配設されるメインスケール、２０は、前記主格子１２と対応する、移動方向を識別するために、９０°毎位相が異なる、例えば４つの光学格子（副格子と称する）２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄが配設されたインデックススケール、３０は、コリメータレンズ３２（図１の場合）又はインデックススケール２０上の光学格子（副格子と称する）２２（図２の場合）を介して、前記リニヤスケール１０及びインデックススケール２０に平行光又は拡散光を照射するための光源、３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄは、前記主格子１２及び各副格子２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄの関与を受けた光を検出するための受光素子であり、前記メインスケール１０以外の光源３０、コリメートレンズ３２、インデックススケール２０等は、メインスケール１０の長手方向に相対移動可能な、図示しないスライダに配設され、検出部と称する。
【０００３】
このような光電式リニヤエンコーダは、図１に示すような透過型、図２に示すような反射型のいずれにおいても、その測定範囲は、主格子１２が配設されているメインスケール１０の長さに制限される。一方、メインスケールの長さは、ラップ機の加工長さや表面処理用の蒸着機の真空炉の長さ等により制限を受ける。そこで、複数のスケールをつなぎ合わせて測定範囲を広げるために、次の方法が提案されている。
【０００４】
即ち、特開平２−６４４０５には、図３に示す如く、複数のメインスケール１０Ａ、１０Ｂを、所定の間隔で変位方向に並べ、それらを、移動テーブル４０上に所定の間隔で変位方向に配置した、検出部を含む複数のスライダ４２Ａ、４２Ｂで検出することが記載されている。
【０００５】
又、特開平６−１３７８９９には、図４に示す如く、複数のメインスケール１０Ａ、１０Ｂを、所定の狭い間隔で変位方向に並べ、そのつなぎ部での検出を支障なく行うために、スライダ４２上に近接配置した２つの検出部４４Ａ、４４Ｂが、つなぎ部を跨いで検出することが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの方法によっても、複数のメインスケール１０Ａ、１０Ｂを所定の間隔で配置し、且つ、複数の検出部が必要になり、構成が複雑になるだけでなく、コストも高くなるという問題点を有していた。
【０００７】
そこで、単一の検出部でつなぎ部が検出できれば、構成が簡単化されるので好ましい。しかし、つなぎ部１０Ｃにおいては、左右の主格子１２Ａ、１２Ｂの連続性が保たれねばならず、図５に示すような位相ずれδＰがあってはならない。例えば格子ピッチＰが２０μｍで位相ずれδＰが１０μｍである場合、検出部がつなぎ部１０Ｃに来ると、左右の主格子から得られる干渉縞が互いに逆位相になるので、信号が無くなってしまう。特に、計数値を積算していくインクリメンタルエンコーダにおいて、そのような場所が１箇所でもあると、そこで積算が中断してしまい、そこを通過した後の測定ができなくなる。
【０００８】
そのため、位相ずれδＰが格子ピッチＰの半分の１０μｍにならない保証を確保しつつ、複数のメインスケールをつなげる必要から、数ｍの長さのメインスケールを数μｍの精度でつなぎ合わせる複雑な機構や組立方法が必要である。更に、温度が変化すると、スケールと本体ベースの熱膨張係数の違いにより、つなぎ部での目盛ピッチ精度が変化してしまう等の問題点を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、特に左右のスケールのずれを管理しないでつなぎ合わせをしたメインスケールと、単一の検出部を組み合わせて、信号が消失しないように検出することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、変位方向と略垂直方向に延びる多数の主格子が形成され、変位方向に沿って略一直線状に配設される複数のメインスケールと、該メインスケールに沿って移動するインデックススケールと、前記メインスケールに形成された主格子とインデックススケールに形成された副格子の相互作用による受光量の変化を読み取って電気信号に変換する検出部とを有する光電式リニヤエンコーダにおいて、前記メインスケールに形成された主格子に対して、インデックススケールに形成された副格子を少し傾け、傾きによる副格子の変位方向のずれを、該副格子の有効な範囲内に設けることにより、単一の検出部で、メインスケールのつなぎ目における信号強度低下の少ない出力信号を得るようにして、前記課題を解決したものである。
【００１１】
又、前記傾きによる格子の変位方向のずれが、メインスケールのつなぎ目における位相ずれより大となるようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
本発明の第１実施形態は、図１に示したような、光源３０から発生させた光が、メインスケール１０に形成された主格子１２及びインデックススケール２０に形成された副格子２４を通過して受光素子３４に至る、２格子構成の透過型光電式リニヤエンコーダに本発明を適用したもので、図６に示す如く、メインスケール１０に形成された主格子１２に対して、インデックススケール２０に形成された副格子２４を角度θだけ少し傾けることにより、隣り合うメインスケール１０Ａ、１０Ｂのつなぎ目１０Ｃにおける検出信号の落ち込みを小さくしたものである。
【００１４】
前記傾きによる副格子２４の変位方向のずれは、該副格子２４の有効な範囲内に設けられ、メインスケールのつなぎ部１０Ｃにおける位相ずれδＰよりも大きくして、逆相になって消えるのを防ぐ。
【００１５】
ピッチずれが約３μｍの場合における、つなぎ部付近の出力振幅電圧と傾き角θの関係の実測例を図７に示す。傾き角θを０°から０．１５°、０．２４°、０．３４°、０．４０°へと増やしていくに連れて、つなぎ部における出力信号の落ち込みが小さくなっていることが明らかである。この実測例では、副格子２４の有効な範囲の高さが１０００μｍであったので、傾き角の設定における変位方向のずれは、それぞれ、０、２．６μｍ、４．２μｍ、５．９μｍ、７．０μｍとなる。
【００１６】
図８から明らかなように、約３μｍのピッチずれと同じ程度の変位方向のずれ（３〜４μｍ）を設定すれば、傾けないときよりも２倍程度の信号が得られている。又、変位方向のずれを６μｍ（ピッチずれ（３μｍ）の約２倍程度）に設定すれば、つなぎ部でない所で得られる出力の５０％以上の出力を得ることができる。
【００１７】
次に、メインスケール１２の受光素子３４側に２枚の副格子２４、２６が配置された、３格子構成の透過型光電式リニヤエンコーダに適用した本発明の第２実施形態を図９に示す。
【００１８】
本実施形態においては、メインスケール１０に形成された主格子１２に対して、インデックススケール２０に形成された２枚の副格子２４、２６を共に傾けている。傾きによる変位方向のずれは、２枚の副格子２４と２６のうちの有効範囲が広い方（拡散であれば副格子２６）の格子の有効範囲の上端と下端とのずれで規定され、つなぎ部１０Ｃにおける位相ずれδＰよりも大きくする。
【００１９】
次に、メインスケール１０の両側に２枚の副格子２２、２４が配置された、３格子構成の透過型光電式リニヤエンコーダに適用した本発明の第３実施形態を図１０に示す。
【００２０】
本実施形態においても、メインスケール１０に形成された主格子１２に対して、インデックススケール２０に形成された２枚の副格子２２、２４を共に傾けている。傾きによる変位方向のずれは、２枚の副格子２２と２４のうちの有効範囲が広い方の格子の有効範囲の上端と下端とのずれで規定され、つなぎ部１０Ｃにおける位相ずれδＰよりも大きくする。
【００２１】
次に、図２に示したような、メインスケール１０が反射型である３格子構成の反射型光電式リニヤエンコーダに適用した本発明の第４実施形態を図１１に示す。
【００２２】
本実施形態においても、メインスケール１０に形成された主格子１２に対して、インデックススケール２０に形成された２枚の副格子２２、２４を共に傾けている。他の点に関しては、第３実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００２３】
次に、メインスケール１０の光源３０側に２枚の副格子２２、２４が配置された、３格子構成の透過型光電式リニヤエンコーダに適用した本発明の第５実施形態を図１２に示す。
【００２４】
本実施形態においても、メインスケール１０に形成された主格子１２に対して、インデックススケール２０に形成された２枚の副格子２２、２４を共に傾けている。他の点に関しては、第３実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、精密に調整することなく、簡易につなぎ合わせたスケールを単一の検出部で検出しても、つなぎ部における信号変動を低減できる。従って、長い測定範囲を有する光電式リニヤエンコーダを、安価に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の２格子構成の透過型光電式リニヤエンコーダの構成を示す斜視図
【図２】従来の３格子構成の反射型光電式リニヤエンコーダの構成を示す斜視図
【図３】特開平２−６４４０５で提案された光電式リニヤエンコーダの複数のメインスケールのつなぎ部の構成を示す断面図
【図４】同じく特開平６−１３７８９９で提案された光電式リニヤエンコーダの複数のメインスケールのつなぎ部の構成を示す断面図
【図５】単一の検出部でつなぎ部を検出する際の問題点を説明するための正面図
【図６】本発明の第１実施形態の構成を示す断面図及び正面図
【図７】本発明の原理を説明するための、つなぎ部近傍の位置と出力信号振幅の関係の例を示す線図
【図８】同じく格子の変位方向のずれと出力変化率の関係の例を示す線図
【図９】本発明の第２実施形態の構成を示す断面図及び正面図
【図１０】本発明の第３実施形態の構成を示す断面図及び正面図
【図１１】本発明の第４実施形態の構成を示す断面図及び正面図
【図１２】本発明の第５実施形態の構成を示す断面図及び正面図
【符号の説明】
１０、１０Ａ、１０Ｂ…メインスケール
１０Ｃ…つなぎ目
１２、１２Ａ、１２Ｂ…主格子
２０…インデックススケール
２２、２４、２６…副格子
３０…光源
３２…コリメートレンズ
３４…受光素子
【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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【図１２】
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