(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケールと受光素子を有する光電式エンコーダにおいて、
受光素子が測定方向に細分化された受光アレイ素子と、
各受光素子を、検出すべき縞の周期に合わせてオンオフするための手段とを備えると共に、
前記オンオフするための手段が、
前記各受光素子に接続されたコンパレータを有するコンパレータ部と、
該コンパレータ部の出力に基づいて、前記縞の周期を検出する手段と、
該検出された縞の周期に合わせて各受光素子をオンオフするためのスイッチを有する選択スイッチ部と、
該選択スイッチ部で選択された信号を加算する手段と、
を備えた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、スケールと受光素子の間に光学系が配設された光電式エンコーダに係り、特に、光学系結像性能の収差（歪み）等によって受光素子前面に到来している縞周期がばらついても、１種類の受光アレイ素子で対応可能な光電式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、特許文献１で、図１に示す如く、スケール１０上のピッチ（格子ピッチと称する）ｐ１の格子１２のパターンを、例えばレンズ２０及び、その焦点距離ｆの位置に配置されたアパーチャ２２でなる光学系を用いて、受光アレイ３０上に結像させることによって、受光素子３２がピッチ（アレイピッチと称する）ｐ３で表面に配列された１種類の受光アレイ３０を採用しながらも、レンズ２０と格子１２、受光素子３２間の距離ａ、ｂを調整することで、倍率設定を行なって、異なる格子ピッチｐ１のスケール１０に対応できるようにした光電式エンコーダを提案している。ここで、光学系（レンズ２０）の結像性能に収差（歪み）が無い場合は、受光アレイ３０上の縞ピッチｐ２は、測定方向（図の上下方向）に一定であり、受光アレイ３０上のアレイピッチｐ３は、この縞ピッチｐ２に合わせてある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６４２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、光学系の結像性能に収差（レンズ収差とも称する）がある場合には、図２に示す如く、受光アレイ３０上の縞ピッチｐ２が測定方向に一定ではなくなってしまうため、受光素子３２が一定のアレイピッチｐ３で製作されている受光アレイ３０で検出すると、ピッチの不一致により検出信号出力が低下してしまうという問題を有する。又、レンズ収差以外にも、スケール面の凹凸や反り、更に、円筒面や球面、曲面にスケール格子を生成することでも、縞が歪んで検出信号出力が低下してしまう。
【０００５】
そこで、図３に示す比較例の如く、受光アレイ３０の受光素子３２の配設ピッチｐ３を光学系の収差等に合わせることが考えられる。この比較例によれば、光学系等によって歪んだ縞でも、受光アレイ３０で検出することができる。
【０００６】
しかしながら、製造時のばらつきや温度変化によるレンズ２０の焦点距離ｆの変動、製造時や、エンコーダ検出部取付時のばらつき、温度による線膨張変化によるスケール１０−レンズ２０間距離やレンズ２０−受光アレイ３０間距離の変動、光軸に対するレンズ２０の傾き等により光学系の結像性能が設計時の収差等からずれると、図４に示す如く、再び縞ピッチｐ２とアレイピッチｐ３の不一致により検出信号出力が低下してしまうという問題が再現する。
【０００７】
この場合、比較例では、光学系の結像性能のばらつきに応じた受光アレイを複数用意しなければならないので、不経済である。又、ばらつきをレンズ２０や受光アレイ３０の位置調整によって吸収しようとすると、製造時や現地組付け時に位置調整の工程が入ってしまい、コストを上昇させてしまう。
【０００８】
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、光学系の結像性能等にばらつきがあっても、１種類の受光アレイで検出できるようにして、低価格化を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、スケールと受光素子を有する光電式エンコーダにおいて、受光素子が測定方向に細分化された受光アレイ素子と、各受光素子を、検出すべき縞の周期に合わせてオンオフするための手段とを備えると共に、前記オンオフするための手段が、前記各受光素子に接続されたコンパレータを有するコンパレータ部と、該コンパレータ部の出力に基づいて、前記縞の周期を検出する手段と、該検出された縞の周期に合わせて各受光素子をオンオフするためのスイッチを有する選択スイッチ部と、該選択スイッチ部で選択された信号を加算する手段と、を備えることにより、前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光学系の結像性能等にばらつきがあっても、（１）１種類の受光アレイで対応できる。又、（２）レンズや受光アレイ等の組立時の位置調整をせずに、ばらつきに対応できる。
【００１４】
更に、レンズ収差以外のスケール面の凹凸や反り、又は、円筒面や球面、曲面にスケール格子を生成することで生じた縞の歪みにも対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
本実施形態の検出器は、図５に要部を示す如く、受光素子であるフォトダイオード４３が測定方向に細分化されたフォトダイオードアレイ部４２、各フォトダイオード４３に接続されたコンパレータ４５を有するコンパレータ部４４、及び、同じく各フォトダイオード４３毎に設けられたアナログスイッチ４７を有する選択スイッチ部４６を備えた受光アレイ素子４０と、前記コンパレータ部４４の出力に基づいて、光学系の結像性能の収差による縞の周期を検出して、内蔵されたラッチ５１（図９参照）により保持し、前記選択スイッチ部４６の各スイッチ４７に選択信号Ｓ１〜Ｓ１６を出力する縞周期検出部５０と、前記選択スイッチ部４６で選択された信号を加算して増幅する増幅回路５２と、電源がオンとされると前記縞周期検出部５０をリセットするパワーオンリセット回路５４とを備えている。
【００１７】
図５では１６個のフォトダイオード４３を含むフォトダイオードアレイ部４２を例示したが、実際には、４μｍ幅の受光素子が５ｍｍ程度の受光アレイ素子４０の中に１０００個程度設けられている。
【００１８】
前記各コンパレータ４５は、具体的には、図６に詳細に示す如く、アンプ４５Ａとコンパレータ４５Ｂで構成されている。
【００１９】
光源、スケール１０、レンズ２０、アパーチャ２２を含む他の構成は、図１〜４と同様であるので、説明は省略する。
【００２０】
以下、図７（フローチャート）及び図８（タイムチャート）を参照して動作を説明する。
【００２１】
光電式エンコーダに電源が投入され、ステップ１００でパワーオンリセットされると、図９に示す如く、フォトダイオードアレイ部４２に、光学系で結像された縞が受光する。
【００２２】
そこで、ステップ１０２で、個々のフォトダイオード４３に入射する光量の大小により縞周期を検出し、例えば、基準レベルより大きい光量が入っているフォトダイオードを同相信号として選択する。なお、コンパレータ４５Ｂの基準レベルは、例えばフォトダイオード４３の出力を積分し、場所に応じて閾値を変えることにより、周辺光量の低下に合わせて中央と端で閾値を変え、縞周期のピッチが同じになるようにすることができる。
【００２３】
ステップ１０４で測定終了と判定されると、ステップ１０６に進み、前記縞周期検出部５０の検出結果に基づいて、Ｓ１〜Ｓ１６のデータをラッチし、ステップ１０８で、選択されたスイッチ４７をオンとする。
【００２４】
次いで、ステップ１１０に進み、パワーオンリセット回路５４を解除して、ステップ１１２で位置測定を開始し、その後の光電式エンコーダとしての動作時には、図１０に示す如く、選択スイッチ４７のオンオフ状態は固定しておく。
【００２５】
縞周期に応じた選択スイッチの選択例を図１１（短周期の例）、図１２（長周期の例）及び図１３（周期が場所により変化する例）に示す。
【００２６】
本実施形態においては、コンパレータ部４４及びパワーオンリセット回路５４を設け、電源投入毎に縞の周期を検出しているので、経時変化にも、確実に対応できる。なお、経時変化が少ない場合には、パワーオンリセット回路５４の代わりに手動によるリセット回路を設けて、電源投入毎でなく、より長い間隔で縞の周期を検出することも可能である。又、経時変化が問題にならない場合は、組立調整時にのみ縞の周期を検出することもできる。更に、エンコーダの仕様により、縞の周期のばらつきが決まってくる場合は、コンパレータ部４４を省略して、選択スイッチ部４６のみを設けることもできる。
【００２７】
又、前記実施形態においては、光学系にアパーチャが設けられていたので、ギャップ変動の影響を低減して、安定性に優れた信号を得ることができる。なお、アパーチャが必要無いときには省略することもできる。受光素子もフォトダイオードに限定されない。
【００２８】
又、前記実施形態においては、受光アレイ素子４０が、透過型メインスケール１０を挟んで光源の反対側に配設された透過型のリニアエンコーダに適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、受光アレイ素子が反射型メインスケールに対して光源と同じ側に配設された反射型エンコーダや、ロータリーエンコーダにも同様に適用可能である。
【００２９】
更に、円筒面の側面に光学格子６６を備えた円弧スケール６４を使った、図１４（全体構成を示す斜視図）及び図１５（受光アレイ素子上の縞の光強度分布を示す図）に反射型を例示するようなロータリーエンコーダにも適用可能である。図において、６０は光源、６２はスリットである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】特許文献１に記載された光電式エンコーダの一例の構成を示す光路図
【図２】図１に示した従来例の問題点を示す光路図
【図３】従来例の問題点を解決可能な比較例を示す光路図
【図４】図３に示した比較例の問題点を示す光路図
【図５】本発明の実施形態の光検出器の要部構成を示す回路図
【図６】前記実施形態の各コンパレータの構成を示す回路図
【図７】前記実施形態の動作を示すフローチャート
【図８】同じく各部動作波形を示すタイムチャート
【図９】同じく縞周期を検出している状態を示す回路図
【図１０】同じく選択スイッチをオンオフした状態を示す回路図
【図１１】縞の周期と選択スイッチのオンオフ状態の実施例を示す回路図
【図１２】同じく他の実施例を示す回路図
【図１３】同じく更に他の実施例を示す回路図
【図１４】本発明の適用対象の１つである、円弧スケールを用いたロータリーエンコーダの全体構成を示す斜視図
【図１５】同じく、受光アレイ素子上の縞の光強度分布を示す図
【符号の説明】
【００３１】
１０、６４…スケール
１２、６６…格子
４０、６８…受光アレイ素子
４２…フォトダイオードアレイ部
４３…フォトダイオード（受光素子）
４４…コンパレータ部
４５…コンパレータ
４６…選択スイッチ部
４７…アナログスイッチ
５０…縞周期検出部
５２…増幅回路
５４…パワーオンリセット回路
６０…光源
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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