(57)【要約】    【課題】  小型化して設計性を向上させることができる光学式スケール検出器を提供する。    【解決手段】  光学式反射型２つ目のスケール検出器１００は、メインスケール１０上をその長手方向にスライド自在な２つのインデックスパターンＡ，Ｂを有するインデックススケール３１を備え、インデックスパターンＡに対応してメインスケール１０からの反射光をインデックスパターンＡを介して受光する２つのフォトトランジスタ（ＰＴ）２１２ａ，２１２ａ’と、オペアンプ２１３とを備え、インデックスパターンＢに対応してＰＴ２１２ｂ，２１２ｂ’と、オペアンプ２１６とを備える。ＰＴ２１２ａの入力端が主電源２１１に接続され、且つＰＴ２１２ａ’の出力端がＧＮＰ２１７に接続されており、オペアンプ２１３の非反転入力端とオペアンプ２１６の非反転入力端との間には、参照電源２１４が接続されている。【選択図】      図３
2005249733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインスケールのスケールを読み取る光学式スケール検出器において、前記メインスケール上をスライド自在に配され、インデックスパターンを有するインデックススケールと、前記メインスケールに光を照射する光源と、前記メインスケールからの光を前記インデックスパターンを介して受光すると共に当該受光した光を第１の位相の電気信号に変換する第１の光電変換部と、前記メインスケールからの光を前記インデックスパターンを介して受光すると共に当該受光した光を前記第１の位相と反転関係にある第２の位相の電気信号に変換する第２の光電変換部とを備えることを特徴とする光学式スケール検出器。
【請求項２】
前記第１の光電変換部は、前記メインスケールから前記インデックスパターンを介して受光した光を電流に変換する第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子に接続され、前記変換された電流を電圧に変換する第１の電流電圧変換器とから成り、前記第２の光電変換部は、前記メインスケールから前記インデックスパターンを介して受光した光を電流に変換する第２の光電変換素子と、前記第２の光電変換素子に接続され、前記変換された電流を電圧に変換する第２の電流電圧変換器とから成ることを特徴とする請求項１記載の光学式スケール検出器。
【請求項３】
前記第１の光電変換素子は、その入力端が第１の電位に接続され、前記第１の電流電圧変換器は、その反転入力端が前記第１の光電変換素子に接続されると共に、前記第２の電流電圧変換器は、その反転入力端が前記第２の光電変換素子に接続され、前記第１の電流電圧変換器の非反転入力端と前記第２の電流電圧変換器の非反転入力端とが互いに接続され、前記第２の光電変換素子は、その出力端が前記第１の電位よりも低い第２の電位に接続されることを特徴とする請求項２記載の光学式スケール検出器。
【請求項４】
前記第１の電流電圧変換器の非反転入力端及び前記第２の電流電圧変換器の非反転端は、夫々、前記第１の電位及び前記第２の電位間の基準電位に接続されることを特徴とする請求項２又は３記載の光学式スケール検出器。
【請求項５】
前記インデックスパターンは単一のインデックスパターンから成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学式スケール検出器。
【請求項６】
前記光源は単一の光源から成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学式スケール検出器。
【請求項７】
前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部は、前記互いに反転関係にある第１の位相及び第２の位相間のオフセットをキャンセルする単一の補正回路を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学式スケール検出器。
【請求項８】
前記メインスケールからの反射光をインデックスパターンを介して受光する反射型のスケール検出器から成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学式スケール検出器。
【請求項９】
前記メインスケールを通過した透過光をインデックスパターンを介して受光する透過型のスケール検出器から成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学式スケール検出器。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学式スケール検出器が２連に配されたことを特徴とする光学式スケール検出器。
【請求項１１】
前記２連に配された２つの光学式スケール検出器が前記メインスケールに対して横並びに配されていることを特徴とする請求項１０記載の光学式スケール検出器。
【請求項１２】
前記２連に配された２つの光学式スケール検出器が前記メインスケールに対して縦並びに配されていることを特徴とする請求項１０記載の光学式スケール検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式スケール検出器に関し、特に、メインスケールのスケールを読み取る光学式スケール検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式反射型４つ目のスケール検出器は、長尺状のメインスケール上をメインスケールの長手方向にスライド自在なインデックススケールとを備える。インデックススケールは、４つのインデックスパターンＡ，Ａ／，Ｂ，Ｂ／（目）を有する。なお、「／」は、反転を意味し、例えば「Ａ」の反転は「Ａ／」である。
【０００３】
スケール検出器は、さらに、赤外光をメインスケールに照射すべく、インデックススケール上に配された光源としての赤外光発光ダイオード（ｉＲＥＤ）を備え、４つのインデックスパターンに対応する４つの回路（図８）とを備える。
【０００４】
光学式スケール検出器には、反射型のものと透過型のものとがある。
【０００５】
スケール検出器が反射型である場合には、スケール検出器は、内部光源からの光を各インデックスパターンを介して出射させ、反射した光を再び各インデックスパターンを介して入射させ、この入射した光を図８の回路で処理することにより各インデックスパターンに対応して１相の検出信号を得る。スケール検出器が透過型である場合には、スケール検出器は、外部光源からの光を各インデックスパターンを介して入射させ、この入射した光を図８と同等の構成の回路で処理することにより各インデックスパターンに対応して１相の検出信号を得る。
【０００６】
また、従来の４つ目スケール検出器としては、測定の分解能を向上させるために、４つのインデックスパターンＡ，Ａ／，Ｂ，Ｂ／が田の字型又は横並び型若しくは縦並び型に配置されたスケール検出器が提案されている。
【０００７】
例えば特許文献１において提案されている田の字型の４つ目スケール検出器では、４分の１ピッチずらした２種類のほぼ同面積のインデックスパターンが上下左右に交互に２個配置されており、各インデックスパターンを介して入射した光に基づいて、互いに位相が２分の１ずれた位相Ａ及び位相Ａ／、並びに位相Ｂ及び位相Ｂ／の４相の検出信号が得られる。即ち、４分の１ピッチずらした２種類のインデックスパターンが、互いに反転している位相Ａ及び位相Ａ／並びに位相Ｂ及び位相Ｂ／を光学的に生成している。
【０００８】
４つのインデックスパターンの各インデックスパターンに対応する回路は、以下のように構成されている。
【０００９】
図８は、従来のスケール検出器における各回路構成を概略的に示す図である。
【００１０】
図８において、各回路８０は、電圧＋５Ｖで電流を供給可能な電源８１と、電源８１に接続された光電変換型の受光素子としてのフォトトランジスタ（ＰＴ：phototransistor）８２と、反転入力端がＰＴ８２の出力端に接続されたオペアンプ（operational amplifier）８３と、オペアンプ８３の非反転入力端に接続された参照電圧Ｖｒｅｆ〔Ｖ〕の参照電源８４と、ＰＴ８２の出力端とオペアンプ８３の出力端との間に接続され、フィードバック回路を構成する可変抵抗器Ｒｅｓ８５と、オペアンプ８３の出力端に接続された信号処理回路（図示せず）とを備える。ＰＴ８２は、光源ｉＲＥＤ（Infrared Emitting Diode）（図示せず）からの光をメインスケール及びインデックスパターンを介して受光して、この受光した光に光電変換を行って対応する位相の電圧で電流を生成する。
【００１１】
図８の回路では、参照電源８４から供給された電流がオペアンプ８３を介して信号処理回路に入力される一方、ＰＴ８２が光源ｉＲＥＤからの光がインデックスパターンを介して受光されると、受光した光量に応じて電流がＰＴ８２及び可変抵抗器８５を介して信号処理回路に入力される。オペアンプ８３及び信号処理回路は、参照電圧Ｖｒｅｆと、ＰＴ８２を介して入力された電流の電圧とを比較し、インデックスパターンの位相に対応する１相の検出信号を生成する。
【００１２】
４つの回路８０が備える４つの信号処理回路の出力端は移動量決定部（図示せず）に接続され、移動量決定部は、４つの回路８０において生成された４つの位相Ａ，Ａ／，Ｂ，Ｂ／の検出信号に基づいて、メインスケールに対するインデックススケールの移動方向と、その移動量とを決定する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来のスケール検出器は、４つ目であるのでインデックススケールが大型であると共にその配線が複雑化し、その設計性が優れているとはいえない。
【００１４】
また、スケール検出器において、インデックスパターンの数が多いほど、インデックスパターン間に設けられるスペースの数が増大する。さらには、スケール検出器が横並び型又は縦並び型であると、インデックスパターンを配置するためのインデックスパターンの横方向又は縦方向の長さが２倍必要となる。即ち、インデックスパターンのためのスペースを確保する点において、スケール検出器の設計性が優れているとはいえない。
【００１５】
本発明の目的は、小型化して設計性を向上させることができる光学式スケール検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述の目的を達成するために、請求項１記載の光学式スケール検出器は、メインスケールのスケールを読み取る光学式スケール検出器において、前記メインスケール上をスライド自在に配され、インデックスパターンを有するインデックススケールと、前記メインスケールに光を照射する光源と、前記メインスケールからの光を前記インデックスパターンを介して受光すると共に当該受光した光を第１の位相の電気信号に変換する第１の光電変換部と、前記メインスケールからの光を前記インデックスパターンを介して受光すると共に当該受光した光を前記第１の位相と反転関係にある第２の位相の電気信号に変換する第２の光電変換部とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の光学式スケール検出器は、請求項１記載の光学式スケール検出器において、前記第１の光電変換部は、前記メインスケールから前記インデックスパターンを介して受光した光を電流に変換する第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子に接続され、前記変換された電流を電圧に変換する第１の電流電圧変換器とから成り、前記第２の光電変換部は、前記メインスケールから前記インデックスパターンを介して受光した光を電流に変換する第２の光電変換素子と、前記第２の光電変換素子に接続され、前記変換された電流を電圧に変換する第２の電流電圧変換器とから成ることを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の光学式スケール検出器は、請求項２記載の光学式スケール検出器において、前記第１の光電変換素子は、その入力端が第１の電位に接続され、前記第１の電流電圧変換器は、その反転入力端が前記第１の光電変換素子に接続されると共に、前記第２の電流電圧変換器は、その反転入力端が前記第２の光電変換素子に接続され、前記第１の電流電圧変換器の非反転入力端と前記第２の電流電圧変換器の非反転入力端とが互いに接続され、前記第２の光電変換素子は、その出力端が前記第１の電位よりも低い第２の電位に接続されることを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の光学式スケール検出器は、請求項２又は３記載の光学式スケール検出器において、前記第１の電流電圧変換器の非反転入力端及び前記第２の電流電圧変換器の非反転端は、夫々、前記第１の電位及び前記第２の電位間の基準電位に接続されることを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載の光学式スケール検出器は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学式スケール検出器において、前記インデックスパターンは単一のインデックスパターンから成ることを特徴とする。
【００２１】
請求項６記載の光学式スケール検出器は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学式スケール検出器において、前記光源は単一の光源から成ることを特徴とする。
【００２２】
請求項７記載の光学式スケール検出器は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学式スケール検出器において、前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部は、前記互いに反転関係にある第１の位相及び第２の位相間のオフセットをキャンセルする単一の補正回路を備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項８記載の光学式スケール検出器は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学式スケール検出器において、前記メインスケールからの反射光をインデックスパターンを介して受光する反射型のスケール検出器から成ることを特徴とする。
【００２４】
請求項９記載の光学式スケール検出器は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学式スケール検出器において、前記メインスケールを通過した透過光をインデックスパターンを介して受光する透過型のスケール検出器から成ることを特徴とする。
【００２５】
上記目的を達成するために、請求項１０記載の光学式スケール検出器は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学式スケール検出器が２連に配されたことを特徴とする。
【００２６】
請求項１１記載の光学式スケール検出器は、請求項１０記載の光学式スケール検出器において、前記２連に配された２つの光学式スケール検出器が前記メインスケールに対して横並びに配されていることを特徴とする。
【００２７】
請求項１２記載の光学式スケール検出器は、請求項１０記載の光学式スケール検出器において、前記２連に配された２つの光学式スケール検出器が前記メインスケールに対して縦並びに配されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１記載の光学式スケール検出器によれば、メインスケールからの光をインデックスパターンを介して受光すると共に当該受光した光を第１の位相の電気信号に変換する第１の光電変換部と、メインスケールからの光をインデックスパターンを介して受光すると共に当該受光した光を第１の位相と反転関係にある第２の位相の電気信号に変換する第２の光電変換部とを備えるので、光学式スケール検出器を小型化してその設計性を向上させることができる。
【００２９】
請求項２記載の光学式スケール検出器によれば、第１の光電変換部及び第２の光電変換部が、夫々、メインスケールからインデックスパターンを介して受光した光を電流に変換する光電変換素子と、光電変換素子に接続され、変換された電流を電圧に変換する電流電圧変換器とから成るので、光学式スケール検出器における測定の分解能を向上させることができる。
【００３０】
請求項３記載の光学式スケール検出器によれば、第１の光電変換素子の入力端が第１の電位に接続され、第１の電流電圧変換器の反転入力端が第１の光電変換素子に接続されると共に、第２の電流電圧変換器の反転入力端が第２の光電変換素子に接続され、第１の電流電圧変換器の非反転入力端と第２の電流電圧変換器の非反転入力端とが互いに接続され、第２の光電変換素子の出力端が第１の電位よりも低い第２の電位に接続されているので、第１の位相と第２の位相とを互いに反転関係にすることを確実に行うことができ、もって、光学式スケール検出器を小型化してその設計性を向上させることができる。
【００３１】
請求項４記載の光学式スケール検出器によれば、第１の電流電圧変換器の非反転入力端及び第２の電流電圧変換器の非反転端が夫々第１の電位及び第２の電位間の基準電位に接続されているので、第１の位相及び第２の位相が基準電位を基準として電圧値が互いに反転関係にあり、もって、光学式スケール検出器における測定の分解能を向上させることができる。
【００３２】
請求項５記載の光学式スケール検出器によれば、インデックスパターンが単一のインデックスパターンから成るので、第１の光電変換部及び第２の光電変換部の各々に対応するインデックスパターンを用意する必要をなくすことができる。
【００３３】
請求項６記載の光学式スケール検出器によれば、光源が単一の光源から成るので、光源の配置すべき位置の調整を容易にすることができると共に、第１の光電変換部及び第２の光電変換部の各々に対応する光源を用意する必要をなくすことができる。
【００３４】
請求項７記載の光学式スケール検出器によれば、第１の光電変換部及び第２の光電変換部が互いに反転関係にある第１の位相及び第２の位相間のオフセットをキャンセルする単一の補正回路を備えるので、補正回路を単一の回路に集積化させることができる。
【００３５】
請求項８記載の光学式スケール検出器によれば、メインスケールを通過した透過光をインデックスパターンを介して受光する透過型のスケール検出器から成るので、メインスケールを光学式スケール検出器とは別体にすることができる。
【００３６】
請求項９記載の光学式スケール検出器によれば、メインスケールからの透過光をインデックスパターンを介して受光する反射型のスケール検出器から成るので、光源をインデックススケールとは別体にすることができる。
【００３７】
請求項１０記載の光学式スケール検出器によれば、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学式スケール検出器が２連に配されているので、従来の４つ目のスケール検出器と同等の機能を果たすことができると共に、光学式スケール検出器を小型化してその設計性を向上させることができる。
【００３８】
請求項１１記載の光学式スケール検出器によれば、２連に配された２つの光学式スケール検出器がメインスケールに対して横並びに配されているので、メインスケールの長手方向に容易に合致させることができる。
【００３９】
請求項１２記載の光学式スケール検出器によれば、２連に配された２つの光学式スケール検出器がメインスケールに対して縦並びに配されているので、メインスケールの長手方向に容易に合致させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４１】
図１は、本発明の実施の形態に係る光学式スケール検出器の構成を概略的に示すブロック図である。
【００４２】
図１において、光学式反射型２つ目のスケール検出器１００は、長尺状のメインスケール１０上をメインスケール１０の長手方向にスライド自在なインデックススケール３１を備える。インデックススケール３１は、互いに平行に配列された後述する図２（ａ）の２つのインデックスパターンＡ，Ｂを有する。
【００４３】
図２（ａ）は、図１におけるインデックススケール３１が有する２つのインデックスパターンＡ，Ｂの配列を概略的に示す正面図である。
【００４４】
図２（ａ）において、２つのインデックスパターンＡ，Ｂは、メインスケール１０の長手方向に対して平行に横並びに配列されている。
【００４５】
また、メインスケール１０からの反射光をインデックスパターンＡを介して受光する２つの光電変換型の受光素子としてのフォトトランジスタ（ＰＴ）２１２ａ，２１２ａ’（第１及び第２の光電変換素子）は、インデックススケール３１上においてそれに対して互いに等間隔隔ててそれと平行にインデックスパターンＡに対応して配置されている。赤外光をメインスケール１０に照射すべく、インデックススケール３１上に配された単一の光源としての赤外光発光ダイオード（ｉＲＥＤ）２０は、インデックススケール３１上においてＰＴ２１２ａ，２１２ａ’の間にインデックスパターンＡに対応して配置されている。２つのＰＴ２１２ａ，２１２ａ’に対して単一のｉＲＥＤ２０が設けられているので、ｉＲＥＤ２０の配置すべき位置を容易に調整することができると共に、スケール検出器１００を小型化してその設計性を向上させることができる。
【００４６】
ＰＴ２１２ｂ，２１２ｂ’及びｉＲＥＤ２０’もＰＴ２１２ａ，２１２ａ’及びｉＲＥＤ２０と同様にインデックスパターンＢに対応して配置されている。
【００４７】
なお、図２（ｂ）に示すように、２つのインデックスパターンＡ，Ｂは、メインスケール１０の長手方向に対して平行に縦並びに配列されていてもよい。
【００４８】
図１に戻り、スケール検出器１００は、さらに、インデックスパターンＡに対応して、ｉＲＥＤ２０と、ＰＴ２１２ａ，２１２ａ’と、ＰＴ２１２ａ，２１２ａ’が受光した光を電気的な検出信号として処理する信号処理部２００’とを備えると共に、インデックスパターンＢに対応して、ｉＲＥＤ２０’と、ＰＴ２１２ｂ，２１２ｂ’と、ＰＴ２１２ｂ，２１２ｂ’が受光した光を電気的な検出信号として処理する信号処理部２００’とを備える。
【００４９】
さらに、スケール検出器１００は、信号処理部２００，２００’に接続されメインスケール１０上をスライドするインデックススケール３１の移動量を決定する移動量決定部３００を備える。なお、移動量決定部３００は、スケール検出器１００に設けられているとしたが、スケール検出器１００が適用される他の装置に設けられていてもよい。
【００５０】
信号処理部２００は、ＰＴ２１２ａ，２１２ａ’が受光した光に基づいて発生した電流を電圧に変換する後述する図３のＩＶ変換部２１０と、ＩＶ変換部２１０からの信号の参照電圧Ｖｒｅｆに対するオフセットを除く後述する図５のＶｒｅｆ補正回路部２２０と、Ｖｒｅｆ補正回路部２２０からの信号を増幅する後述する図７の増幅部（ＡＭＰ部）２３０とを備える。信号処理部２００’は、信号処理部２００と同様の構成を有し、ＩＶ変換部２１０’と、Ｖｒｅｆ補正回路部２２０’と、増幅部（ＡＭＰ部）２３０’とを備える。
【００５１】
図３は、図１におけるＩＶ変換部２１０の回路構成を示す図である。
【００５２】
図３において、ＩＶ変換部２１０は、ＰＴ２１２ａの出力端と反転入力端が接続されたオペアンプ２１３（第１の電流電圧変換器）と、オペアンプ２１３の非反転入力端に接続された参照電圧Ｖｒｅｆ〔Ｖ〕の参照電源２１４と、ＰＴ２１２ａの出力端とオペアンプ２１３の出力端との間に接続され、フィードバック回路を構成する可変抵抗器Ｒｅｓ２１５と、ＰＴ２１２ａ’の入力端と反転入力端が接続され且つ参照電源２１４と非反転入力端で接続されたオペアンプ２１６（第２の電流電圧変換器）と、ＰＴ２１２ａ’の入力端とオペアンプ２１６の出力端との間に接続され、フィードバック回路を構成する可変抵抗器Ｒｅｓ２１８とを備える。参照電圧Ｖｒｅｆ〔Ｖ〕は、主電源２１１の供給する電流の電圧＋５Ｖの２分の１である＋２．５Ｖが好ましい。
【００５３】
また、図３に示すように、ＰＴ２１２ａの入力端は、電圧＋５Ｖ（第１の電位）で電流を供給可能な主電源２１１に接続されており、また、ＰＴ２１２ａ’の出力端は、電圧０〔Ｖ〕（第２の電位）の基準となるアース（ＧＮＤ）２１７に接続している。また、オペアンプ２１３の出力端は接点Ａを介して、且つオペアンプ２１６の出力端は接点Ｂを介して、夫々、後述する図５のＶｒｅｆ補正回路部２２０に接続される。
【００５４】
ＰＴ２１２ａは、受光した光に光電変換を行って、位相Ａの電圧で電流を生成し、ＰＴ２１２ａ’は、受光した光に光電変換を行って、図２（ａ）に示す「Ａバー」に相当する位相Ａ／の電圧で電流を生成する。ＰＴ２１２ａ’の生成した電流の電圧の位相がＰＴ２１２ａによる位相Ａの反転相Ａ／である理由は、図３に示す回路上で、ＰＴ２１２ａ’と同一の光を受光するＰＴ２１２ａがその入力端が主電源２１１に互いに接続され且つ出力端がオペアンプ２１３の反転入力端に接続されているのに対して、ＰＴ２１２ａ’は、その入力端がオペアンプ２１６の反転入力端に接続され且つ出力端がＧＮＰ２１７に接続されているからである。これにより、位相Ａ及び位相Ａ／は位相が互いに反転関係にあるので、各位相に対応する回路（図３，図５）が対称的になり、各位相が安定化し、スケール検出器１００における測定の分解能を向上させることができる。
【００５５】
図４（ａ）は、図３におけるＰＴ２１２ａによって生成された電流の電圧の変化を示すグラフであり、図４（ｂ）は、図３におけるＰＴ２１２ａ’によって生成された電流の電圧の変化を示すグラフである。
【００５６】
図４に示すように、スケール検出器１００は、１つの電気的な回路であるＩＶ変換部２１０から、互いに参照電圧Ｖｒｅｆに対して反転している電圧波形を取得することができる。各電圧波形は、メインスケール１０及びインデックススケール３１の相対的な移動に伴うＰＴ２１２ａ，２１２ａ’の受光量の変化を表している。各図において、検出信号の参照電源２１４の電圧値Ｖｒｅｆに対するずれ、即ちオフセット値Ｖｒ（ａ），Ｖｒ（ａ’）は、回路上の、例えばｉＲＥＤ２０やＰＴ２１２ａ，２１２ａ’のばらつきによるオフセットである。
【００５７】
オフセット値Ｖｒ（ａ），Ｖｒ（ａ’）間のずれは、２つのＰＴ２１２ａ，２１２ａ’間におけるｉＲＥＤ２０の配置すべき位置を調整することにより、その値を小さくすることができ、もって、スケール検出器１００による測定の分解能を向上させることができる。
【００５８】
図５は、図１におけるＶｒｅｆ補正回路部２２０の回路構成を示す図である。
【００５９】
図５において、Ｖｒｅｆ補正回路部２２０は、図３における接点Ａ及び接点Ｂに夫々接続されたレベルシフタ２２１から成る。
【００６０】
レベルシフタ２２１は、第１の光電変換部からの検出信号が入力される接点Ａ側の回路２２２と、第２の光電変換部からの検出信号が入力される接点Ｂ側の回路２２３とに大別され、接点Ａ側の回路２２２と接点Ｂ側の回路２２３との間には、オシロスコープ（図示せず）に接続された可変抵抗器Ｒｅｓ２２４が接続されている。接点Ａ側の回路２２２と接点Ｂ側の回路２２３とに接続された可変抵抗器Ｒｅｓ２２４を備えるオシロスコープが設けられているので、接点Ａ側の回路２２２及び接点Ｂ側の回路２２３の双方にオシロスコープを設ける必要をなくすことができる。
【００６１】
ユーザは、このオシロスコープを見ながらレベルシフタ２２１を操作することにより、図４（ａ），（ｂ）に示す２つのオフセットの値Ｖｒ（ａ），Ｖｒ（ａ’）の和の値が「０」となるように可変抵抗器Ｒｅｓ２２４の抵抗値を変更して、オフセット値Ｖｒ（ａ），Ｖｒ（ａ’）を調整する。これにより、オフセットの値Ｖｒ（ａ），Ｖｒ（ａ’）間のずれをキャンセルすることができ、スケール検出器１００の測定の分解能を向上させることができる。また、オシロスコープの設定数が少ないので、ユーザの操作性を向上させることができる。
【００６２】
また、接点Ａ側の回路２２２は、オフセット値Ｖｒ（ａ）が調節された位相Ａに対応する検出信号を増幅して、それらを接点Ｃを介して後述する図７のＡＭＰ部２３０へ入力するオペアンプ２２５を備え、接点Ｂ側の回路２２３は、オフセット値Ｖｒ（ａ’）が調節された位相Ａ／に対応する検出信号を増幅して、それらを接点Ｄを介して後述する図７のＡＭＰ部２３０へ入力するオペアンプ２２６を備える。これらのオペアンプ２２５，２２６により、スケール検出器１００における測定の分解能を向上させることができる。
【００６３】
オペアンプ２２５，２２６の各非反転入力端間には、参照電圧Ｖｒｅｆの参照電源２１４が接続されている。また、接点Ａ側の回路２２２及び接点Ｂ側の回路２２３には、夫々、各接点間に抵抗器Ｒｅｓが設けられている。
【００６４】
図６は、図５のＶｒｅｆ補正回路部２２０の変形例の回路構成を示す図である。
【００６５】
図６のＶｒｅｆ補正回路部２２００は、図５のレベルシフタ２２１の代わりに用いるものであって、レベルシフタ２２１を簡略化したものから成る。即ち、Ｖｒｅｆ補正回路部２２００は、接点Ａ側の回路２２２０と、接点Ｂ側の回路２２３０と、接点Ａ側の回路２２２０及び接点Ｂ側の回路２２３０間に設けられた可変抵抗器Ｒｅｓ２２４０とから成り、オペアンプ２２５，２２６が無いレベルシフタ２２１と同じであるので、その詳細な説明を省略する。Ｖｒｅｆ補正回路部２２００がレベルシフタ２２１を簡略化したものから成るので、熱源である回路素子の数を減少させることができる。
【００６６】
図７は、図１におけるＡＭＰ部２３０の回路構成を示す図である。
【００６７】
図７において、ＡＭＰ部２３０は、オペアンプ２３１と、オペアンプ２３１の反転入力端と出力端との間に設けられ、フィードバック回路を構成する抵抗Ｒｅｓ２３２とを備える。
【００６８】
オペアンプ２３１には、接点Ｃからの位相Ａに対応する検出信号が反転入力端を介して入力されると共に、接点Ｄからの位相Ａ／に対応する検出信号が非反転入力端を介して入力されている。オペアンプ２３１は、２つの検出信号を加算すると共にフィードバック回路で所定の増幅率で増幅して、位相Ａに関連する検出信号（以下、「位相信号φＡ」という）として後述する移動量決定部３００へ接点Ｅを介して出力される。なお、オペアンプ２３１による増幅率は、スケール検出器１００に求められる増幅率に応じて適宜変更される。
【００６９】
図１のスケール検出器１００では、ＡＭＰ部２３０からの位相信号Ａが、もう１つのＡＭＰ部２３０’からの位相Ｂに関連する検出信号（位相信号φＢ）と共に移動量決定部３００に入力され、移動量決定部３００が、２つのＡＭＰ部２３０，２３０’からの位相信号φＡ，φＢに基づいて、メインスケール１０に対するインデックススケール３１の移動方向と、その移動量とを決定する。
【００７０】
図１乃至図７に示したように、スケール検出器１００は、１つのインデックスパターンＡに対して２つ設けられたＰＴ２１２ａ，２１２ａ’からの位相Ａ及び位相Ａ／に対応する検出信号から１つの位相信号φＡを抽出するように構成されているので、小型化されており、その設計性を向上させることができる。また、小型化されているので、ＥＭＣ（Electromagnetic interference：電磁波干渉）などによるノイズに対する対策の実施を容易にすることができる。
【００７１】
また、２つ目のスケール検出器１００は、２つのインデックスパターンＡ，Ｂを介して受光した光から回路的に反転相Ａ／，Ｂ／を得ることにより、光学的に光を回折する４つのインデックスパターンを介して光を受光して位相Ａ，Ｂ及びそれらの反転相Ａ／，Ｂ／を得る４つ目のスケール検出器と同等の機能を果たすことができる。したがって、２つ目のスケール検出器１００では、インデックスパターン間のスペースを確保するのが容易であると共に、互いに反転関係にある２つの位相を得るための回路を１つの回路に集積化することができ、もってその設計性を向上させることができる。
【００７２】
さらに、スケール検出器１００は、発光素子であるｉＲＥＤ２０やインデックスパターンＡ，Ｂが従来のスケール検出器と同じもの（市販品）を利用することができるので、半導体製造工程の変化に伴って従来の反射型の光電変換ユニットに替わる次世代のリフレクタとして適用することができる。また、カウンタ、モーションコントローラ、変位測定器などの従来機と同じ仕様、例えば２相正弦波に対するカウンタに関する仕様を持つので、従来機との互換性を維持することができる。
【００７３】
なお、本実施の形態では、ＰＴ２１２ａ，２１２ａ’により受光される光を、メインスケール１０からの反射光としたが、メインスケール１０を通過した透過光であってもよい。即ち、スケール検出器１００は、反射型に代えて透過型であってもよい。
【００７４】
スケール検出器１００は、２つのインデックスパターンＡ，Ｂ（目）を有するインデックススケール３１を備える２つ目のものとしたが、１つ目のものであっても、３つ目以上のものであってもよい。
【００７５】
ｉＲＥＤ２０を、赤外光発光ダイオード（ｉＲＥＤ）としたが、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）であればいかなるものであってもよい。また、ｉＲＥＤ２０は、各インデックスパターンに対応して１つ設けられているが、２つ又はそれ以上設けられていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の実施の形態に係る光学式スケール検出器は、例えば、倣いプローブ、画像測定機、ＣＭＭ（Coordinate Measuring Machines）などの３次元測定装置、リニアエンコーダ（Linear encoder）などのエンコーダ（測長器）、輪郭形状装置（contracer:コントレーサ）、カウンタ、モーションコントローラ、変位測定器、及びこれらの応用商品に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態に係る光学式スケール検出器の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】（ａ）は、図１におけるインデックススケール３１が有する２つのインデックスパターンＡ，Ｂの配列を概略的に示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）の配列の他の例を示す正面図である。
【図３】図１におけるＩＶ変換部２１０の回路構成を示す図である。
【図４】（ａ）は、図３におけるＰＴ２１２ａによって生成された電流の電圧の変化を示すグラフであり、（ｂ）は、図３におけるＰＴ２１２ａ’によって生成された電流の電圧の変化を示すグラフである。
【図５】図１におけるＶｒｅｆ補正回路部２２０の回路構成を示す図である。
【図６】図５のＶｒｅｆ補正回路部２２０の変形例の回路構成を示す図である。
【図７】図１におけるＡＭＰ部２３０の回路構成を示す図である。
【図８】従来のスケール検出器における各回路構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０  メインスケール
２０，２０’  赤外光発光ダイオード（ｉＲＥＤ）
３１  インデックススケール
２００  信号処理部
２１０  ＩＶ変換部
２１２ａ，２１２ａ’，２１２ｂ，２１２ｂ’  フォトトランジスタ（ＰＴ）
２２０  Ｖｒｅｆ補正回路部
２３０  増幅部（ＡＭＰ部）
【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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