(57)【要約】【課題】容易かつ確実に絶対位置検出手段を自動的に校正することができ、かつ、構造を簡易なものとすることができ、小型化、軽量化を図ることができるアブソリュートエンコーダを提供すること。【解決手段】磁気スケール１３の磁場を検出する磁気センサ１４、１５と、位置検出用スケール１１からの反射光を検出するフォトセンサ１２と、磁気センサ１４、１５の検出結果に基づいて磁気スケール１３に対する磁気センサ１４、１５の相対位置と、フォトセンサ１２の検出結果に基づいて位置検出対象の絶対位置とを求めるデータ制御部７０とを備えた、アブソリュートエンコーダ１であって、フォトセンサ１２と磁気センサ１４、１５との検出結果に基づいて、データ制御部７０内の位置検出対象と絶対位置との関係を表すデータを自動的に校正することを特徴とする。【選択図】図１
2005172696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気スケールと、
前記磁気スケールから生じる磁場を検出して電磁変換する少なくとも１つの磁気センサと、
前記磁気センサの検出結果に基づいて前記磁気スケールに対する前記磁気センサの相対位置を求める相対位置検出手段と、
位置検出用スケールと、
前記位置検出用スケールに光を照射する発光部と、前記発光部から照射され、前記位置検出用スケールで反射した光を受光して光電変換する受光部とを有するフォトセンサと、
前記フォトセンサの検出結果に基づいて位置検出対象の絶対位置を求める、絶対位置検出手段とを備えた、アブソリュートエンコーダであって、
前記位置検出用スケールは、前記位置検出用スケールへの光の照射位置を前記位置検出用スケールに沿って移動させたとき、前記位置検出用スケールからの反射光の光量が漸増または漸減するよう構成され、
前記位置検出用スケールと、前記フォトセンサとの一方に対する他方の移動と、前記磁気スケールと、前記磁気センサとの一方に対する他方の移動とが、対応するように構成され、
前記相対位置検出手段により得られたデータと、前記フォトセンサで検出される前記反射光の光量とに基づいて、前記絶対位置検出手段を自動的に校正することを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
【請求項２】
磁気スケールと、
前記磁気スケールから生じる磁場を検出して電磁変換する少なくとも１つの磁気センサと、
前記磁気センサの検出結果に基づいて前記磁気スケールに対する前記磁気センサの相対位置を求める相対位置検出手段と、
位置検出用スケールと、
前記位置検出用スケールに光を照射する発光部と、前記発光部から照射され、前記位置検出用スケールで反射した光を受光して光電変換する受光部とを有するフォトセンサと、
前記フォトセンサの検出結果と、該検出結果と位置検出対象の絶対位置との関係を示す検量線とに基づいて、前記位置検出対象の絶対位置を求める絶対位置検出手段とを備えた、アブソリュートエンコーダであって、
前記位置検出用スケールは、前記位置検出用スケールへの光の照射位置を前記位置検出用スケールに沿って移動させたとき、前記位置検出用スケールからの反射光の光量が漸増または漸減するよう構成され、
前記位置検出用スケールと、前記フォトセンサとの一方に対する他方の移動と、前記磁気スケールと、前記磁気センサとの一方に対する他方の移動とが、対応するように構成され、
前記相対位置検出手段により得られたデータと、前記フォトセンサで検出される前記反射光の光量とに基づいて、前記検量線を自動的に校正することを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
【請求項３】
前記校正は、前記位置検出用スケールと前記フォトセンサとの一方に対して他方を移動させ、前記フォトセンサでの前記位置検出用スケールからの反射光の光量の検出を、前記位置検出用スケールの第１の位置から第２の位置まで順次行い、その際に、前記フォトセンサでの検出点に対応させて、前記磁気センサでの前記磁気スケールから生じる磁場の検出を順次行い、前記フォトセンサと前記磁気センサとから得られた情報に基づいて行われる請求項１または２に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項４】
前記位置検出用スケールと、前記磁気スケールとが、平面視で重なるように配置されている請求項１ないし３のいずれかに記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項５】
前記位置検出用スケールが、前記磁気スケールを兼ねる請求項１ないし３のいずれかに記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項６】
前記磁気スケールは、該磁気スケールに沿って略等間隔で極性が変化する請求項１ないし５のいずれかに記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項７】
前記位置検出用スケールは、該位置検出用スケールに沿って反射率が漸増または漸減するように構成されている請求項１ないし６のいずれかに記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項８】
前記位置検出用スケールは、反射率が互いに異なる第１の部位および第２の部位を有し、前記第２の部位の面積に対する前記第１の部位の面積の比率が、前記位置検出用スケールに沿って漸増または漸減している請求項１ないし６のいずれかに記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項９】
前記第１の部位および前記第２の部位は、それぞれ複数設けられている請求項８に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項１０】
前記第１の部位と前記第２の部位との配列は、ディザ法または誤差拡散法を用いて設定されたものである請求項９に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項１１】
前記位置検出用スケールの方向に対して略垂直な方向における前記第１の部位の長さは、前記位置検出用スケールに沿って漸増し、前記位置検出用スケールの方向に対して略垂直な方向における前記第２の部位の長さは、前記位置検出用スケールに沿って漸減している請求項８に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項１２】
前記第１の部位および前記第２の部位は、それぞれ１つ設けられている請求項１１に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項１３】
前記第１の部位は白色であり、前記第２の部位は黒色または暗色である請求項８ないし１２のいずれかに記載のアブソリュートエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アブソリュートエンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転あるいは直動する移動物の絶対位置を検出するためのアブソリュートエンコーダが知られている。
本発明に関わるアブソリュートエンコーダの関連特許は、以下のようなものがある。
＜磁気式アブソリュートエンコーダ＞
例えば、図１０（ａ）に示すように、回転軸１００に固定されたドラム２００とその側面に形成された磁気記録媒体３００と、基板４００上に形成され、ＭＲ素子５００および導体端子６００を有する検出ヘッドと、導体端子６００に接続されたリード線７００および外部への出力端子を有する駆動検出回路８００とで構成されている。磁気記録媒体３００には、５本の磁化パターン列ｎ１〜ｎ５が書き込まれており、これらの磁化パターンｎ１〜ｎ５から漏れる磁界が対応するＭＲ素子５００に作用する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
＜光学式アブソリュートエンコーダ＞
エンコーダでは、例えば、図１０（ｂ）に示すように、符号板２１０と符号検出部材（符号板２１０のホログラムパターンを照射する参照光の出射光源１１０と、所定位置に各ビットの符号像を受光するように各ビットを対応させて配設した各ビットの光電変換部材３１０）とを相対的に移動させ、両者の相対的位置関係に応じた信号を符号板２１０および符号検出部材から得るようになっており、相対位置に応じた各ビット（各層）の明暗の符号像が所定位置に生ずるようなホログラムパターンを符号板２１０に形成している（例えば、特許文献２参照）。
＜両方式に共通する問題点＞
しかしながらこのようなエンコーダでは、パターン列毎にセンサが必要となり、パターン列（層）が増えると、対応するセンサの数が多くなり、パターンも多層かつ複雑になるため、センサ部が大型になってしまうという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１４５５２０号公報
【特許文献２】特開平１−２６３５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、容易かつ確実に絶対位置検出手段を自動的に校正することができ、かつ、構造を簡易なものとすることができ、小型化、軽量化を図ることができるアブソリュートエンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアブソリュートエンコーダは、磁気スケールと、
前記磁気スケールから生じる磁場を検出して電磁変換する少なくとも１つの磁気センサと、
前記磁気センサの検出結果に基づいて前記磁気スケールに対する前記磁気センサの相対位置を求める相対位置検出手段と、
位置検出用スケールと、
前記位置検出用スケールに光を照射する発光部と、前記発光部から照射され、前記位置検出用スケールで反射した光を受光して光電変換する受光部とを有するフォトセンサと、
前記フォトセンサの検出結果に基づいて位置検出対象の絶対位置を求める、絶対位置検出手段とを備えた、アブソリュートエンコーダであって、
前記位置検出用スケールは、前記位置検出用スケールへの光の照射位置を前記位置検出用スケールに沿って移動させたとき、前記位置検出用スケールからの反射光の光量が漸増または漸減するよう構成され、
前記位置検出用スケールと、前記フォトセンサとの一方に対する他方の移動と、前記磁気スケールと、前記磁気センサとの一方に対する他方の移動とが、対応するように構成され、
前記相対位置検出手段により得られたデータと、前記フォトセンサで検出される前記反射光の光量とに基づいて、前記絶対位置検出手段を自動的に校正することを特徴とする。
これにより、容易かつ確実に絶対位置検出手段を自動的に校正することができ、かつ、構造を簡易なものとすることができ、小型化、軽量化を図ることができるアブソリュートエンコーダを提供することができる。
【０００７】
本発明のアブソリュートエンコーダは、磁気スケールと、
前記磁気スケールから生じる磁場を検出して電磁変換する少なくとも１つの磁気センサと、
前記磁気センサの検出結果に基づいて前記磁気スケールに対する前記磁気センサの相対位置を求める相対位置検出手段と、
位置検出用スケールと、
前記位置検出用スケールに光を照射する発光部と、前記発光部から照射され、前記位置検出用スケールで反射した光を受光して光電変換する受光部とを有するフォトセンサと、
前記フォトセンサの検出結果と、該検出結果と位置検出対象の絶対位置との関係を示す検量線とに基づいて、前記位置検出対象の絶対位置を求める絶対位置検出手段とを備えた、アブソリュートエンコーダであって、
前記位置検出用スケールは、前記位置検出用スケールへの光の照射位置を前記位置検出用スケールに沿って移動させたとき、前記位置検出用スケールからの反射光の光量が漸増または漸減するよう構成され、
前記位置検出用スケールと、前記フォトセンサとの一方に対する他方の移動と、前記磁気スケールと、前記磁気センサとの一方に対する他方の移動とが、対応するように構成され、
前記相対位置検出手段により得られたデータと、前記フォトセンサで検出される前記反射光の光量とに基づいて、前記検量線を自動的に校正することを特徴とする。
これにより、容易かつ確実に検量線を自動的に校正することができ、かつ、構造を簡易なものとすることができ、小型化、軽量化を図ることができるアブソリュートエンコーダを提供することができる。
【０００８】
本発明のアブソリュートエンコーダでは、前記校正は、前記位置検出用スケールと前記フォトセンサとの一方に対して他方を移動させ、前記フォトセンサでの前記位置検出用スケールからの反射光の光量の検出を、前記位置検出用スケールの第１の位置から第２の位置まで順次行い、その際に、前記フォトセンサでの検出点に対応させて、前記磁気センサでの前記磁気スケールから生じる磁場の検出を順次行い、前記フォトセンサと前記磁気センサとから得られた情報に基づいて行われることが好ましい。
これにより、精度の高い校正を行うことができる。
【０００９】
本発明のアブソリュートエンコーダでは、前記位置検出用スケールと、前記磁気スケールとが、平面視で重なるように配置されていることが好ましい。
これにより、より構造を簡易なものとすることができ、小型化、軽量化を図ることができる。
本発明のアブソリュートエンコーダでは、前記位置検出用スケールが、前記磁気スケールを兼ねることが好ましい。
これにより、さらに構造を簡易なものとすることができ、小型化、軽量化を図ることができる。
【００１０】
本発明のアブソリュートエンコーダでは、前記磁気スケールは、該磁気スケールに沿って略等間隔で極性が変化することが好ましい。
これにより、精度の高い校正を行うことができる。
本発明のアブソリュートエンコーダでは、前記位置検出用スケールは、該位置検出用スケールに沿って反射率が漸増または漸減するように構成されていることが好ましい。
これにより、より確実に位置検出対象の絶対位置を検出することができる。
【００１１】
本発明のアブソリュートエンコーダでは、前記位置検出用スケールは、反射率が互いに異なる第１の部位および第２の部位を有し、前記第２の部位の面積に対する前記第１の部位の面積の比率が、前記位置検出用スケールに沿って漸増または漸減していることが好ましい。
これにより、より確実に位置検出対象の絶対位置を検出することができる。
【００１２】
本発明のアブソリュートエンコーダでは、前記第１の部位および前記第２の部位は、それぞれ複数設けられていることが好ましい。
これにより、センサの検出精度を高めることができ、より確実に位置検出対象の絶対位置を検出することができる。
本発明のアブソリュートエンコーダでは、前記第１の部位と前記第２の部位との配列は、ディザ法または誤差拡散法を用いて設定されたものであることが好ましい。
これにより、センサの検出精度を高めることができ、より確実に位置検出対象の絶対位置を検出することができる。
【００１３】
本発明のアブソリュートエンコーダでは、前記位置検出用スケールの方向に対して略垂直な方向における前記第１の部位の長さは、前記位置検出用スケールに沿って漸増し、前記位置検出用スケールの方向に対して略垂直な方向における前記第２の部位の長さは、前記位置検出用スケールに沿って漸減していることが好ましい。
これにより、ノイズに容易に対応することができ、より確実に位置検出対象の絶対位置を検出することができる。
【００１４】
本発明のアブソリュートエンコーダでは、前記第１の部位および前記第２の部位は、それぞれ１つ設けられていることが好ましい。
これにより、より確実に位置検出対象の絶対位置を検出することができる。
本発明のアブソリュートエンコーダでは、前記第１の部位は白色であり、前記第２の部位は黒色または暗色であることが好ましい。
これにより、前記第１の部位および前記第２の部位の明度の差を最大にすることができ、より確実に位置検出対象の絶対位置を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明のアブソリュートエンコーダを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のアブソリュートエンコーダの第１実施形態を示すブロック図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の右側を「右」、左側を「左」、上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００１６】
図１に示すように、アブソリュートエンコーダ１は、リニアエンコーダであり、位置検出用スケール（グレースケール）１１と、フォトセンサ１２と、磁気スケール１３と、磁気センサ１４、１５と、データ制御部７０とを有している。以下、これらの各構成要素について順次説明する。
位置検出用スケール１１は、平面視で帯状（略長方形）をなしている。この位置検出用スケール１１は、例えば、第１の位置である、図１中上側（一端側）が白色、第２の位置である、下側（他端側）が黒色をなし、上側から下側に向かって、黒色に対する白色の割合が少しずつ減少している。すなわち、位置検出用スケール１１に沿って光の反射率が漸減するように構成されている。
【００１７】
これにより、位置検出用スケール１１の移動に伴って光の照射位置が位置検出用スケール１１に沿って移動（変化）し、後述する受光部１２２で受光する光の光量が漸減する。
フォトセンサ１２は、位置検出用スケール１１へ向けて光を照射する発光部１２１と、この発光部１２１から発せられ、位置検出用スケール１１で反射した光（反射光）を受光して光電変換する受光部１２２とを有している。なお、発光部１２１としては、例えば、発光ダイオード、レーザダイオード等が挙げられ、受光部１２２としては、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等が挙げられる。
【００１８】
位置検出用スケール１１を反射した光が、受光部１２２で受光されると、光電変換により、受光光量に応じた大きさの電流が出力される。この信号は、例えば、フォトセンサ１２内部に設けられた図示されない抵抗器を介して電圧、すなわちアナログ信号に変換される。
磁気スケール１３は、帯状（略長方形）をなしており、長手方向（図１中上下方向）の長さが、位置検出用スケール１１と、略等しく形成されている。また、磁気スケール１３は、平面視で棒状のＳ極部と、平面視で棒状のＮ極部とをそれぞれ複数有し、図１中上下方向に平面視でそれらの長手方向の辺が、互いに等間隔に配置されている。すなわち、図１中上下方向に沿って略等間隔に極性が交互に入れ替わるように構成されている。
【００１９】
磁気センサ１４、１５は、それぞれ、磁気スケール１３から生じる磁場を検出して電磁変換するセンサ部１４１、１５１を有している。磁気センサ１４、１５としては、例えば磁気抵抗素子等が挙げられる。
磁気スケール１３から生じる磁場がセンサ部１４１、１５１で検出されると、電磁変換により、センサ部１４１、１５１で検出した磁場に対応する大きさおよび極性を有する電流が出力される。この信号は、例えば、磁気センサ１４、１５内部に設けられた図示されない抵抗器を介して電圧、すなわちアナログ信号に変換される。
【００２０】
また、磁気センサ１５は、磁気センサ１４の磁気スケール１３から検出する位相に比べて９０°の位相差を検出するように設けられている。これにより、磁気センサ１５は、磁気センサ１４に比べて９０°の位相差を有するアナログ信号を、後述するコンパレータ７４、７５に出力する。
また、例えば図２に示すように、この抵抗器を可変抵抗器として、Ａ、Ｂ間に所定の電圧を印加することによって、磁気センサ１４、１５から出力されるアナログ信号の値の範囲を所定の範囲に調整することもできる。
【００２１】
データ制御部７０は、増幅器７１と、Ａ／Ｄ変換器７２と、ＣＰＵ７３と、コンパレータ（２値化回路）７４、７５と、正逆判定回路７６を有している。
増幅器７１は、フォトセンサ１２の出力側に接続されている。この増幅器７１は、入力されたアナログ信号を増幅して出力する。また、増幅器７１の出力側には、Ａ／Ｄ変換器７２が接続されている。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換器７２は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。また、Ａ／Ｄ変換器７２の出力側には、ＣＰＵ７３が接続されている。ＣＰＵ７３については後述する。
増幅器７１と、Ａ／Ｄ変換器７２と、ＣＰＵ７３とで絶対位置検出手段の主要部が構成される。
【００２３】
コンパレータ７４は、磁気センサ１４の出力側に接続され、コンパレータ７５は、磁気センサ１５の出力側に接続されている。このコンパレータ７４、７５は、図３に示すように、磁気スケール１３を図３中矢印の方向に移動させたときに、磁気センサ１４、１５から、それぞれ出力されたアナログ信号（正弦波）を、しきい値データと比較して２値化し、２値化されたＡ相信号、Ｂ相信号を、それぞれ出力する。また、コンパレータ７４、７５の出力側には、正逆判定回路７６が接続されている。
【００２４】
正逆判定回路７６は、図４に示すように、例えば、Ｄフリップフロップを用いて、コンパレータ７４、７５から得られた２値化信号に基づき、ＱＡ信号（正カウント信号）およびＱＢ信号（逆カウント信号）を出力する。このＤフリップフロップは、Ａ相信号に比べてＢ相信号の位相が９０°遅れているときは、ＱＡ信号を出力し、Ａ相信号に比べてＢ相信号の位相が９０°進んでいるときは、ＱＢ信号を出力する。また、正逆判定回路７６の出力側には、ＣＰＵ７３が接続されている。
ＣＰＵ７３は、Ａ／Ｄ変換器７２から出力されたデジタル信号に基づき演算を行い、ＣＰＵ７３の内部に設けられた記憶部に、その演算結果、テーブルデータ等を格納する。
【００２５】
また、正逆判定回路７６から出力されたデジタル信号に基づき演算を行う。具体的には
、ＱＡ信号のパルスが正逆判定回路７６から出力されるときは、図３中矢印の方向に磁気スケール１３が移動していると判断し、ＱＢ信号のパルスが、正逆判定回路７６から出力されるときは、図３中矢印の反対方向に磁気スケール１３が移動していると判断して、これらのＱＡ信号およびＱＢ信号、それぞれの出力パルス列をアップダウンカウンタでカウントし、記憶部にそのカウントデータ（カウント数）等を格納する。これにより、磁気スケール１３に対する磁気センサ１４、１５の相対位置を検出することができる。
【００２６】
ＣＰＵ７３と、コンパレータ７４、７５と、正逆反転回路７６とで、相対位置検出手段の主要部が構成される。
次に、アブソリュートエンコーダ１を用いた測定システム５０について説明する。図５は、測定システム５０の構成例を示すブロック図である。なお、以下では、説明の便宜上、図５中の右側を「右」、左側を「左」、上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００２７】
図５に示すように、測定システム５０は、リニアアクチュエータ２と、アブソリュートエンコーダ１とを有している。
リニアアクチュエータ２は、板状のベース２１と、板状の基台２２と、板状のスライダ２３と、振動体６とを有している。これらベース２１、基台２２、スライダ２３および振動体６は、それぞれ、互いに平行（一部が面方向に重なる場合も含む）になるように設置されている。
【００２８】
基台２２は、ベース２１の中央部に、そのベース２１に対して図５中左右方向に移動可能に設置されている。この場合、ベース２１の中央部には、図示しない１対のガイドピンが図５中左右方向に沿って立設され、基台２２には、図５中左右方向に長い図示しない１対の長穴が図５中左右方向に沿って形成されている。各ガイドピンは、それぞれ、対応する長穴に挿入されている。これにより、基台２２は、ガイドピンに案内され、長穴に沿って図５中左右方向に移動することができる。
【００２９】
この基台２２には、後述するロータ（被駆動体）４１を回転駆動する振動体６が設置されている。振動体６は、凸部（接触部）２６および１対の腕部２８、２８を有し、その凸部２６が図５中右側を向くように、基台２２に対し、各腕部２８に形成された図示しない孔に挿入されたボルト２７によって固定されている。これにより、振動体６は、振動し得るように、各腕部２８によって支持される。なお、振動体６については、後に詳述する。
【００３０】
また、ベース２１の図５中右側の端部（角部）には、１対のバネ止めピン３１が立設されている。一方、基台２２には、１対のバネ掛け部３２、３２が形成されている。一方のバネ掛け部３２は、基台２２の図５中上側に設けられ、他方のバネ掛け部３２は、基台２２の図５中下に設けられている。
そして、これら対応するバネ止めピン３１とバネ掛け部３２には、それぞれ、コイルバネ（付勢手段）３３が伸張した状態（伸張状態）で設置されている。すなわち、各コイルバネ３３は、それぞれ、その一端側が、基台２２のバネ掛け部３２に掛けられ（固定され）、他端側が、ベース２１のバネ止めピン３１に取り付けられている（固定されている）。
【００３１】
各コイルバネ３３の弾性力（復元力）により、ベース２１は、図５中右側に向かって付勢され、振動体６の凸部２６は、後述する被駆動体の外周面に当接するとともに押圧される。
フォトセンサ１２は、ベース２１上に設けられている。このフォトセンサ１２は、図５中上側のコイルバネ３３の近傍のスライダ２３のベース２１とスライダ２３の間に設けられており、スライダ２３のベース２１と対向する面側に位置検出用スケール１１が設けられている。
【００３２】
位置検出用スケール１１は、長手方向が、スライダ２３の移動方向と略一致するようにスライダ２３上に設けられている。
また、スライダ２３が図５中上側に最大に移動した時に位置検出用スケール１１の長手方向の一端側で反射した光（反射光）をフォトセンサ１２が受光するようにその長さ等の諸条件が設定され、スライダ２３が図５中下側に最大に移動した時に位置検出用スケール１１の長手方向の他端側で反射した光をフォトセンサ１２が受光するようにその長さ等の諸条件が設定されている。
【００３３】
磁気スケール１３は、長手方向が、スライダ２３の移動方向と略一致するように、スライダ２３上に設けられている。
また、スライダ２３が、図５中上側に最大に移動したときに、位置検出用スケール１１の第１の位置での磁場の強さを磁気スケール１３が検出するようにその長さ等の諸条件が設定され、スライダ２３が、図５中下側に最大に移動したときに、位置検出用スケール１１の第２の位置での磁場の強さを磁気スケール１３が検出するようにその長さ等の諸条件が設定されている。
【００３４】
すなわち、リニアアクチュエータ２は、スライダ２３の移動に伴い、フォトセンサ１２と、磁気センサ１４、１５とが、スライダ２３上に設けられた位置検出用スケール１１からの反射光と、磁気スケール１３の磁場の強さとを、それぞれ、検出するように構成されている。
また、ベース２１の図５中右側の端部で、かつ、図５中上下方向の中央部には、ロータ４１が回転可能に設置されている。ロータ４１は、略円筒状をなす筒状部材４２と、筒状部材４２の外側（外周）に固着（固定）された被駆動体４３とを有している。被駆動体４３は、略リング状（円環状）をなしており、振動体６に対応する位置（基端側）に位置している。
【００３５】
また、ロータ４１の先端側の外周面には、ピニオンギア４４が形成されている。これにより、ロータ４１が回転すると、被駆動体とピニオンギア４４とが一体的に回転する。
また、ロータ４１のピニオンギア４４が形成されている部位（回転体）の径（外径）は、被駆動体の径（外径）より小さく設定されており、これにより、減速機構が構成される。
【００３６】
また、ベース２１の図５中左側の端部（角部）には、溝を有する２つのローラ２９が回転可能に設置されている。
スライダ２３は、これらのローラ２９の溝内に位置し、各ローラ２９とロータ４１とで挟まれ、ベース２１に対して図５中上下方向に移動可能に設置されている。すなわち、スライダ２３は、各ローラ２９およびロータ４１により、その移動方向が図５中上下方向になり、かつ、姿勢が一定に保持されるように規制される。
【００３７】
このスライダ２３の形状は、略四角形の枠状をなしている。すなわち、スライダ２３の中央部には、略四角形の開口が設けられている。
また、スライダ２３の図５中右側の端面には、スライダ２３の移動方向に沿って、前記ロータ４１に設けられているピニオンギア４４と噛合するラックギア２３１が形成されている。このラックギア２３１とピニオンギア４４とにより、ロータ４１の回転運動がスライダ２３の直線運動に変換される。従って、ラックギア２３１とピニオンギア４４とで回転／移動変換機構が構成される。
【００３８】
また、スライダ２３の図５中右側の両角部には、それぞれ、突出部２３２が形成されている。これらの突出部２３２により、スライダ２３の離脱が阻止（防止）される。
次に、振動体６の構成およびリニアアクチュエータ２の作用（動作）について説明する。
振動体６は、略長方形の板状をなしている。振動体６は、板状の電極と、板状の圧電素子と、補強板と、板状の圧電素子と、板状の電極とをこの順に積層して構成されている。
【００３９】
圧電素子は、それぞれ、長方形状をなし、電圧を印加することにより、その長手方向に伸長・収縮する。圧電素子の構成材料としては、特に限定されず、例えば、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。
【００４０】
これらの圧電素子は、補強板の両面にそれぞれ固着されている。補強板は、振動体６全体を補強する機能を有しており、振動体６が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。補強板の構成材料としては、弾性材料（弾性変形し得るもの）であれば特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金等の各種金属材料であるのが好ましい。
【００４１】
この補強板は、圧電素子よりも厚さが薄い（小さい）ものであることが好ましい。これにより、振動体６を高い効率で振動させることができる。
補強板は、各圧電素子に対する共通の電極としての機能をも有している。すなわち、各圧電素子には、それぞれ、対応する電極と補強板とによって交流電圧が印加され、すなわち、振動体６は、図示しない駆動制御回路に接続されており、その駆動制御回路により交流電圧が印加されるようになっている。なお、例えば、電極の数、形状、配置等は、諸条件に応じて、適宜設定することができる。
【００４２】
また、補強板の図５中の右端部には、凸部（接触部）２６が一体的に形成されている。
また、補強板には、弾性（可撓性）を有する１対（２つ）の腕部２８が一体的に形成されている。１対の腕部２８は、補強板の長手方向略中央に、長手方向と略垂直な方向であって、かつ、補強板（振動体６）を介して互いに反対方向に突出するように（図５中上下対称に）設けられている。
【００４３】
圧電素子は、交流電圧が印加されると所定方向に繰り返し伸縮するので、所定の電極に所定の周波数の交流電圧が印加されると、振動体６は、所定のモード（共振モード）で、微小な振幅で振動し、凸部２６が所定のパターンで振動（例えば、縦振動と屈曲振動との複合振動）する。
この振動体６の振動により、凸部から（凸部を介して）被駆動体４３に所定方向の回転力（駆動力）が繰り返し加えられ（与えられ）、ロータ４１は、所定方向に回転する。そして、ロータ４１に設けられているピニオンギア４４と、スライダ２３に設けられているラックギア２３１とにより、ロータ４１の回転運動がスライダ２３の直線運動に変換され、スライダ２３は、各ローラ２９に案内され、所定方向に移動する。
【００４４】
一方、前記振動が逆になるように振動体６を励振すると、凸部２６から被駆動体４３に前記と逆方向の回転力が繰り返し加えられ、ロータ４１は、前記と逆方向に回転する。そして、ロータ４１に設けられているピニオンギア４４と、スライダ２３に設けられているラックギア２３１とにより、ロータ４１の回転運動がスライダ２３の直線運動に変換され、スライダ２３は、各ローラ２９に案内され、前記と逆方向に移動する。
【００４５】
以下、測定システム５０の作用について図３に示すフローチャートに基づいて説明する。この測定システム５０に電力が供給され、アクチュエータを駆動可能な状態において常時実行される。以下、各ステップについて説明する。
まず、測定システム５０は、起動させたときに、フォトセンサ１２において検出される光量と、スライダ（位置検出用スケール）２３の絶対位置との関係を表す検量線の校正動作を行うかどうかを判断する（ステップＳ１０１）。校正を行う場合には、ステップＳ１０２に移行し、校正を行わない場合には、ステップＳ１０３に移行する。
【００４６】
ステップＳ１０１にて、校正を行う場合には、Ａ／Ｄ変換器７２により、位置検出用スケール１１のサンプリングを行う。具体的には、例えば、フォトセンサ１２の発光部から位置検出用スケール１１に光を照射し、その位置検出用スケール１１で反射した反射光がフォトセンサ１２の受光部に入射する状態で、フォトセンサ１２上を位置検出用スケール１１が、その一端側から他端側まで通過するように、スライダ２３を移動させる（ステップＳ１０２）。このスライダ２３の移動は、図５中上側から下側に行っても、下側から上側に行ってもよい。
【００４７】
データ制御部７０は、前記移動に伴いフォトセンサ１２から出力されるアナログ信号を順次、増幅器７１に入力し、この増幅器７１により増幅し、この増幅されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換器７２に入力する。Ａ／Ｄ変換器７２は、アナログ信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ７３に入力する。ＣＰＵ７３は、デジタル信号を記憶部の所定の格納領域に格納する（ステップＳ１０３）。
ステップＳ１０３の位置検出用スケール１１のサンプリングにおけるスライダ２３の移動の際に、磁気スケール１３のサンプリングも同時に行う。具体的には、磁気スケール１３から生じる磁場を磁気センサ１４、１５で、それぞれ読み取り、その値をコンパレータ７４、７５に、それぞれ順次入力する。これにより、フォトセンサ１２での位置検出用スケール１１の検出点に対応して、磁気センサ１４、１５での磁気スケール１３の磁場の検出を行うことができる。
【００４８】
コンパレータ７４、７５は、入力された信号を２値化し、それぞれ、Ａ相信号およびＢ相信号を作成し、正逆判定回路７６に入力する（ステップＳ１０４）。
正逆判定回路７６は、入力されたＡ相信号およびＢ相信号に基づいて、ＱＡ信号およびＱＢ信号を作成し、ＣＰＵ７３に入力する（ステップＳ１０５）。
ＣＰＵ７３は、ＱＡ信号およびＱＢ信号に基づいてカウントデータを作成し、ステップＳ１０２で作成したデジタル信号と、カウントデータとの関係に基づいて検量線を作成し記憶部に格納する（ステップＳ１０６）。検量線は、テーブルでもよく、数式でもよい。以下、検量線として代表的にテーブルとした場合について説明する。
【００４９】
ステップＳ１０１にて、校正を行わない場合は、Ａ／Ｄ変換器７２により、位置検出用スケール１１のサンプリングを行う。具体的には、データ制御部７０は、発光部１１１から位置検出用スケール１１に光を照射し、その位置検出用スケール１１で反射した反射光がフォトセンサ１２の受光部に入射することによりフォトセンサ１２から出力されたアナログ信号を、増幅器７１に入力し（ステップＳ１０７）、この増幅器７１により増幅し、Ａ／Ｄ変換器７２に出力する。Ａ／Ｄ変換器７２は、アナログ信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ７３に出力する。ＣＰＵ７３は、デジタル信号を記憶部の所定の格納領域に格納する（ステップＳ１０８）。
【００５０】
その後、ＣＰＵ７３は、ステップＳ１０６にて記憶部に格納したテーブルを抽出し（ステップＳ１０９）、このテーブルと、前記格納されたデジタル信号とを用いてスライダ２３の絶対位置を演算して求める。（ステップＳ１１０）。これらの処理によって得られたスライダ２３の絶対位置情報を、記憶部に格納する（ステップＳ１１１）。その後ステップＳ１０１に移行して、再度同様の処理を繰り返す。
【００５１】
以上述べたように、本発明のアブソリュートエンコーダ１によれば、その起動時に、簡易な構成で校正を自動的に行うことができ、精度の高いアブソリュートエンコーダを実現することができる。
また、位置検出用スケール１１の所定の位置におけるフォトセンサ１２での受光光量、すなわち光電変換された電圧（受光光量に応じた大きさとなる）を順次検出することにより、スライダ２３の絶対位置を容易かつ正確に検出することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、フォトセンサを１つしか使用しないため、エンコーダの構造を簡易なものとすることができ、装置全体の小型化を容易に図ることができる。
また、本実施形態の位置検出用スケールは、位置検出用スケールに沿って光の反射率が連続的に漸減するように構成されているが、それに限られず、例えば、光の反射率が段階的に漸減するよう構成してもよい。
【００５３】
また、本実施形態の位置検出用スケールは、位置検出用スケールに沿って光の反射率が連続的に漸減するように構成されているが、それに限られず、例えば、位置検出用スケールに沿って光の反射率が連続的に漸増するように構成されてもよい。この場合は、位置検出スケールの上側を黒色、下側を白色とし、上側から下側に向かって、白色に対する黒色の割合が少しずつ減少するように構成される。
【００５４】
また、本実施形態では、位置検出用スケール１１および磁気スケール１３は、帯状をなしているが、これに限られず、例えば、位置検出用スケール１１および磁気スケール１３が湾曲または屈曲していてもよい。
また、本校正動作は、起動時に限らず、例えば、アブソリュートエンコーダの動作中等の任意の状態で行うことができる。
【００５５】
次に、本発明のアブソリュートエンコーダの第２実施形態について説明する。
図４は、本発明のアブソリュートエンコーダの第２実施形態を示す平面図である。
以下、第２実施形態のアブソリュートエンコーダ１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態のアブソリュートエンコーダ１は、ロータリーエンコーダであり、位置検出用スケールおよび磁気スケールの形状が異なっていること以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【００５６】
図７に示すように、第２実施形態のアブソリュートエンコーダ１では、位置検出用スケール１１の平面視での形状は、リング状（環状）をなしている。この位置検出用スケール１１は、図７中反時計回りに黒色に対する白色の割合が少しずつ減少している。すなわち、位置検出用スケール１１に沿って反時計回りに、光の反射率が漸減するように構成されている。
【００５７】
また、磁気スケール１３は、リング状（環状）をなしている。この磁気スケール１３は、例えば、位置検出用スケール１１と、平面視で重なるように配置されており、平面視で棒状のＳ極部と、平面視で棒状のＮ極部とをそれぞれ複数有し、図７中径方向に平面視でそれらの長手方向の辺が、互いに等間隔に配置されている。すなわち、磁気スケール１３に沿って時計回りに等間隔に極性が交互に入れ替わるように構成されている。
【００５８】
このアブソリュートエンコーダ１によれば、前述した第１実施形態のアブソリュートエンコーダ１と同様の効果が得られる。
そして、このアブソリュートエンコーダ１では、例えば、このリング状の位置検出用スケールを回転体（位置検出対象）の表面に設けることにより、回転体の位置を容易かつ精度よく検出することができる。また、位置の代わりに角度を検出してもよい。
【００５９】
また、本実施形態では、位置検出用スケールの時計回りに光の反射率が連続的に漸減するように構成されているが、それに限られず、例えば、時計回りに光の反射率が連続的に漸増するように構成されていてもよい。この場合、位置検出用スケールは、時計回りに、白色に対する黒色の割合が少しずつ増加するように構成される。
また、本実施形態では、位置検出用スケール１１と、磁気スケール１３とは、平面視で重なるように配置したが、これに限られず、例えば、それぞれの半径が異なっていてもよい。
【００６０】
次に、本発明のアブソリュートエンコーダの第３実施形態について説明する。
図８は、本発明のアブソリュートエンコーダの第３実施形態を示す平面図である。
以下、第３実施形態のアブソリュートエンコーダ１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第３実施形態のアブソリュートエンコーダ１は、位置検出用スケールの形状および配列（パターン）の構成が異なっている。
【００６１】
図８に示すように、第３実施形態のアブソリュートエンコーダ１の位置検出用スケール１１は、平面視で略三角形状の反射率の低い第１の部位である黒色部（暗色部）１１２と、平面視で略三角形状の反射率の高い第２の部位である白色部１１１とをそれぞれ１つ備え、それらが互いに逆方向に重ねられて帯状（略長方形）をなしている。すなわち、位置検出用スケール１１は、平面視で帯状をなし、その一方の対角線を介して白色部１１１と黒色部１１２とが設けられている。このように構成することで位置検出用スケール１１の図８中上側から下側の方向に略垂直な方向における黒色部１１２の長さが位置検出スケールに沿って漸増し、図８中上側から下側の方向に略垂直な方向における白色部１１１の長さが漸減する。すなわち、位置検出用スケール１１の白色部１１１の面積に対する黒色部１１２の面積の比率が、位置検出用スケール１１に沿って漸増している。
【００６２】
このアブソリュートエンコーダ１によれば、前述した第１実施形態のアブソリュートエンコーダ１と同様の効果が得られる。
そして、このアブソリュートエンコーダ１では、位置検出用スケールの白色および黒色の濃度が安定しているため、第１実施形態よりさらに精度の高い制御が可能となる。
また、第１の部位および第２の部位の形状は、本実施形態には限定されず、位置検出用スケールの長手方向に沿って、第１の部位および第２の部位のうち、一方が漸増し、他方が漸減している任意の形状のものを用いることができる。
【００６３】
次に、本発明のアブソリュートエンコーダの第４実施形態について説明する。
図９は、本発明のアブソリュートエンコーダの第４実施形態を示す平面図である。以下、第４実施形態のアブソリュートエンコーダ１について、前述した第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第４実施形態のアブソリュートエンコーダ１は、位置検出用スケールおよび磁気スケールの形状が異なっていること以外は、前述した第３実施形態と同様である。
【００６４】
図９に示すように、第４実施形態のアブソリュートエンコーダ１は、ロータリーエンコーダであり、第１の部位である黒色部１１２と、第２の部位である白色部１１１とをそれぞれ１つ備えたリング状（環状）の位置検出用スケール１１を有している。この位置検出用スケール１１は、図９中反時計回りに、略垂直な方向（円の中心に向かう方向）における白色部１１１の長さが漸減し、黒色部１１２の長さが漸増している。すなわち、位置検出用スケール１１の反時計回りに、白色部１１１の面積に対する黒色部１１２の面積の比率が位置検出用スケール１１に沿って漸増している。
【００６５】
また、磁気スケール１３は、第２実施形態と同様のものを用いることができる。
このアブソリュートエンコーダ１によれば、前述した第３実施形態のアブソリュートエンコーダ１と同様の効果が得られる。
そして、このアブソリュートエンコーダ１では、例えば、このリング状の位置検出用スケールを回転体（位置検出対象）の表面に設けることにより、回転体の位置を容易かつ精度よく検出することができる。
【００６６】
次に、本発明のアブソリュートエンコーダの第５実施形態について説明する。
以下、第５実施形態のアブソリュートエンコーダ１について、前述した第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第５実施形態のアブソリュートエンコーダ１は、位置検出用スケールの配列が異なっていること以外は、前述した第３実施形態と同様である。
【００６７】
第５実施形態のアブソリュートエンコーダ１は、面積階調表現された位置検出用スケール１１を有している。面積階調表現としては、例えば、ディザ法、誤差拡散法等などを用いた階調表現が挙げられる。
この位置検出用スケール１１は白色部および黒色部を、それぞれ複数個有しており、黒色部の個数が漸増し、白色部の個数が漸減している。すなわち、黒色部の面積に対する白色部の面積の比率が、位置検出用スケール１１に沿って漸増している。
【００６８】
このアブソリュートエンコーダ１によれば、前述した第３実施形態のアブソリュートエンコーダ１と同様の効果が得られる。
なお、本実施形態では、黒色部の面積に対する白色部の面積の比率が、位置検出用スケールに沿って漸増するような構成としたがそれに限られず、例えば、黒色部の面積に対する白色部の面積の比率が、位置検出用スケールに沿って漸減するような構成としてもよい。
【００６９】
また、本実施形態では、複数の黒色部の面積および形状が互いに同じであってもよいし、複数の黒色部の面積が異なっていてもよいし、複数の黒色部の形状がことなっていてもよい。また、黒色部同士が接触していてもよく、離間していてもよい。白色部に関しても同様である。
以上、本発明のアブソリュートエンコーダを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【００７０】
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
また、前記実施形態では、フォトセンサ１２をベース２１上に設け、位置検出用スケール１１をスライダ２３上に設けたが、それに限られず、例えば、フォトセンサ１２をスライダ上に設け、位置検出用スケール１１をベース２１上に設けてもよい。
【００７１】
また、前記実施形態では、磁気センサ１４、１５を、それぞれ、ベース２１上に設け、磁気スケール１３をスライダ２３上に設けたが、それに限られず、例えば、磁気センサ１４、１５を、それぞれ、スライダ２３上に設け、位置検出用スケール１１をベース２１上に設けてもよい。
また、前記実施形態では、位置検出用スケール１１と、磁気スケール１３を、それぞれ別個のものとしたが、それに限られず、例えば、位置検出用スケール１１が、磁気スケール１３を兼ねるのが好ましい。
【００７２】
また、前記実施形態では、位置検出用スケールの暗色として黒色を用いたが、それに限られず、他の暗色を用いてもよい。
また、前記実施形態では、位置検出用スケールとして白色および黒色を用いたが、それに限られず、例えば、他の明度（反射率）の異なる２つの色を用いてもよい。
また、本発明のアブソリュートエンコーダの用途は、特に限定されず、例えば、超音波リニアアクチュエータや、形状記憶アクチュエータ等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明のアブソリュートエンコーダの第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】磁気センサを説明するための図である。
【図３】コンパレータの２値化処理を説明するための図である。
【図４】正逆判定回路の処理を説明するための図である。
【図５】本発明のアブソリュートエンコーダを用いた測定システムの構成例を示す図である。
【図６】本発明のアブソリュートエンコーダを用いた測定システムの処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明のアブソリュートエンコーダの第２実施形態を示すブロック図である。
【図８】本発明のアブソリュートエンコーダの第３実施形態を示すブロック図である。
【図９】本発明のアブソリュートエンコーダの第４実施形態を示すブロック図である。
【図１０】従来のアブソリュートエンコーダを示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・アブソリュートエンコーダ、２・・・リニアアクチュエータ、１１・・・位置検出用スケール、１２・・・フォトセンサ、１２１・・・発光部、１２２・・・受光部、１３・・・磁気スケール、１４、１５・・・磁気センサ、１４１、１５１・・・センサ部、２１・・・ベース、２２・・・基台、２３・・・スライダ、２３１・・・ラックギア、２３２・・・突出部、２６・・・凸部、２７・・・ボルト、２８・・・腕部、２９・・・ローラ、３１・・・バネ止めピン、３２・・・バネ掛け部、３３・・・コイルバネ、４１・・・ロータ、４２・・・筒状部材、４３・・・被駆動体、４４・・・ピニオンギア、６・・・振動体、７０・・・データ制御部、７１・・・増幅器、７２・・・Ａ／Ｄ変換器、７３・・・ＣＰＵ、７４、７５・・・コンパレータ、７６・・・正逆判定回路、５０・・・測定システム、１１１・・・白色部、１１２・・・黒色部、１１０・・・出射光源、２１０・・・符号板、３１０・・・光電変換部材、１００・・・回転軸、２００・・・ドラム、３００・・・磁気記録媒体、４００・・・基板、５００・・・ＭＲ素子、６００・・・導体端子、７００・・・リード線、８００・・・駆動検出回路、ｎ１〜ｎ５・・・磁化パターン列、Ｓ１０１〜Ｓ１０７・・・ステップ
【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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