(57)【要約】【課題】簡単な構成で安価に長いストロークを実現できると共に高い検出精度を実現すること。【解決手段】結合スケール５は、複数のスケール５−１、５−２、５−３を結合してなり、スケール結合部には位置情報パターンが形成された補助スケール６−１，６−２を近接配置し、結合スケール５側の位置情報パターンと補助スケール６−１，６−２側の位置情報パターンとをオーバーラップさせる。位置検出手段１８は、検出位置がスケール結合部に来たらオーバーラップ区間において検出信号を切り替えて位置演算を実行する。  【選択図】図３
2007003505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々位置情報パターンが形成された二以上のスケールを連結してなり、スケール結合部において少なくとも一方のスケールの位置情報パターンに対してスケール幅方向の異なる位置で他方のスケールの位置情報パターン又は他の位置情報パターンがスケール長手方向にオーバーラップする結合スケールと、
前記結合スケールの位置情報パターン形成面に対して対向配置された発光手段と、
前記一方のスケールの位置情報パターンと対向する位置に設けられた第１の受光セルアレイと、前記他方のスケールの位置情報パターン又は他の位置情報パターンと対向する位置に設けられた第２の受光セルアレイと、を有する受光手段と、
スケール結合部において一方のスケールの位置情報パターンと他方のスケールの位置情報パターン又は他の位置情報パターンとがオーバーラップする区間で前記第１の受光セルアレイの出力信号から前記第２の受光セルアレイの出力信号に切り替えて位置検出を行う位置検出手段と、
を具備したことを特徴とする光学式リニアエンコーダ。
【請求項２】
前記結合スケールは、スケール結合部に近接して補助スケールを備え、当該補助スケールに一方のスケール端部と他方のスケール端部の双方の位置情報パターンに対してスケール長手方向にオーバーラップする前記他の位置情報パターンが形成され、
前記受光手段は、第１の受光セルアレイが前記一方のスケール及び他方のスケールの位置情報パターンと対向する位置に設けられ、前記第２の受光セルアレイが前記補助スケールの位置情報パターンと対向する位置に設けられ、
前記位置検出手段は、検出位置が一方のスケール端部に到達する手前で前記第１の受光セルアレイの出力信号から前記第２の受光セルアレイの出力信号に切り替え、検出位置が前記補助スケールの端部に到達する手前で前記第２の受光セルアレイの出力信号から前記第１の受光セルアレイの出力信号に切り替えることを特徴とする請求項１記載の光学式リニアエンコーダ。
【請求項３】
前記結合スケールは、スケール結合部において一方のスケール端部に形成された凸部又は凹部と他方のスケール端部に形成された凹部又は凸部とが互いの位置情報パターンをスケール長手方向にオーバーラップするように組み合わされ、
前記受光手段は、第１の受光セルアレイが一方のスケール端部に形成された凸部又は凹部に形成された位置情報パターンと対向する位置に設けられ、第２の受光セルアレイが他方のスケール端部に形成された凹部又は凸部に形成された位置情報パターンと対向する位置に設けられ、
前記位置検出手段は、前記一方のスケールの位置情報パターンと前記他方のスケールの位置情報パターンとがオーバーラップする区間で位置検出に用いる出力信号を切り替えることを特徴とする請求項１記載の光学式リニアエンコーダ。
【請求項４】
前記結合スケールは、スケール結合部において、一方のスケール端部に位置情報パターンを残して形成されたＬ字型の切欠き部と、他方のスケール端部に位置情報パターンを残して形成されたＬ字型の切欠き部とが、互いの位置情報パターンをスケール長手方向にオーバーラップするように組み合わされ、
前記受光手段は、第１の受光セルアレイがスケール結合部においてオーバーラップした位置情報パターンの一方と対向する位置に設けられ、第２の受光セルアレイがスケール結合部においてオーバーラップした位置情報パターンの他方と対向する位置に設けられ、
前記位置検出手段は、前記一方のスケールの位置情報パターンと前記他方のスケールの位置情報パターンとがオーバーラップする区間で位置検出に用いる出力信号を切り替えることを特徴とする請求項１記載の光学式リニアエンコーダ。
【請求項５】
前記結合スケールは、所定の角度で切断された一方のスケールのスケール端部と同一角度で切断された他方のスケールのスケール端部とが互いの位置情報パターンをスケール長手方向にオーバーラップさせて接合され、
前記受光手段は、第１の受光セルアレイがスケール結合部においてオーバーラップした位置情報パターンの一方と対向する位置に設けられ、第２の受光セルアレイがスケール結合部においてオーバーラップした位置情報パターンの他方と対向する位置に設けられ、
前記位置検出手段は、前記一方のスケールの位置情報パターンと前記他方のスケールの位置情報パターンとがオーバーラップする区間で位置検出に用いる出力信号を切り替えることを特徴とする請求項１記載の光学式リニアエンコーダ。
【請求項６】
前記結合スケールは、隣接するスケールが互いに重ならないようにスケール幅方向にずれると共にスケール長手方向に互いの位置情報パターンがオーバーラップするようにスケール端部が接合され、
前記受光手段は、第１の受光セルアレイが一方のスケールの位置情報パターンと対向する位置に設けられ、第２の受光セルアレイが他方のスケールの位置情報パターンと対向する位置に設けられ、
前記位置検出手段は、前記一方のスケールの位置情報パターンと前記他方のスケールの位置情報パターンとがオーバーラップする区間で位置検出に用いる出力信号を切り替えることを特徴とする請求項１記載の光学式リニアエンコーダ。
【請求項７】
前記受光手段は、第１及び第２の受光セルアレイを同一素子上に形成した複合受光素子を備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の光学式リニアエンコーダ。
【請求項８】
複数のスケールからなり互いの位置情報パターンをスケール長手方向にオーバーラップさせて結合した結合スケールと、前記結合スケールの位置情報パターンに対向して配置され、４つ以上に分割された受光素子及び該受光素子の中心又は周辺に配置された光源とを一体化した一体化受発光素子と、スケール結合部では前記受光素子の各分割領域からの出力信号を切り替えて位置を検出する位置検出手段と、を具備したことを特徴とする光学式リニアエンコーダ。
【請求項９】
出力信号を切り替える際に発生する位置検出誤差を補正する信号補正手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の光学式リニアエンコーダ。
【請求項１０】
前記信号補正手段は、信号切替え時に発生する位置検出誤差を補正する補正値をメモリに保持し、前記補正値にて出力信号を補正することを特徴とする請求項９記載の光学式リニアエンコーダ。
【請求項１１】
前記一体化受発光素子が前記スケール結合部に対向する区間では、前記光源の光出力をスケール結合部以外での光出力よりも増大させることを特徴とする請求項８から請求項１０の何れかに記載の光学式リニアエンコーダ。
【請求項１２】
前記受光素子から出力された出力信号のうち位置検出に用いる信号の信号振幅を検知する振幅検知手段と、前記振幅検知手段からの振幅情報に基づいて前記光源の光出力を制御し前記信号振幅を所定値に自動調整する振幅自動調整手段と、を具備したことを特徴とする請求項８から請求項１０の何れかに記載の光学式リニアエンコーダ。
【請求項１３】
前記一体化受発光素子は、スケール結合部においてオーバーラップした一方の位置情報パターンに対向する第１、第２の分割領域とオーバーラップした他方の位置情報パターンに対向する第３、第４の分割領域とが形成されるように前記受光素子が４分割され、前記第１の分割領域と前記第４の分割領域との位相が１８０°だけずれるように調整され、前記第２の分割領域と前記第３の分割領域との位相が１８０°だけずれるように調整され、前記第１の分割領域と前記第４の分割領域の出力信号の差動を取った差動信号を出力すると共に前記第２の分割領域と前記第３の分割領域の出力信号の差動を取った差動信号を出力するように構成され、
前記位置検出手段は、スケール結合部以外では前記差動信号を位置検出信号として用いて位置を検出する、ことを特徴とする請求項８から請求項１２の何れかに記載の光学式リニアエンコーダ。
【請求項１４】
前記出力信号の信号レベルに基づいて出力信号の切り替えタイミングを得ることを特徴とする請求項１から請求項１３の何れかに記載の光学式リニアエンコーダ。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４の何れかに記載の光学式リニアエンコーダを組み込んだ搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度な測長又は位置検出に用いることのできる光学式リニアエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
図３６（ａ）（ｂ）は、従来の光学式リニアエンコーダの構成例を示す概略図である。同図に示す光学式リニアエンコーダは、ＬＥＤで構成された発光素子５００と、この発光素子５００から光が入射するスケール５０１と、このスケール５０１から反射して入射する光を検出する受光素子５０２と、この受光素子５０２を搭載したプリント基板５０３とを備えている。発光素子５００及びプリント基板５０３（受光素子５０２を含む）からセンサヘッドを構成していて、センサヘッドとスケール５０１とが矢印５０４又は５０５方向へ相対移動可能になっている。
【０００３】
スケール５０１は、図３７に示すように長方形をなす透明ガラス板５１１の表面にクロム５１２をガラス板幅方向にスリット状に形成し、透明ガラス板５１１の長手方向には同一形状のクロム５１２を所定周期で配列して構成されている。このように所定周期で配列したクロム５１２が位置情報パターンとなる。
【０００４】
受光素子５０２は、図３８に示すようにスケール５０１の位置情報パターンの周期と略同一周期Ｗ１００で一方向に配置された感帯部５１３（斜線部）を有する。感帯部５１３の幅Ｗ１０１は感帯部５１３の周期Ｗ１００の１／２又はそれ以下となっている。第１感帯部列５１４と第２感帯部列５１５との間隔Ｗ１０２は電気角で９０°位相がずれるように設定されている。
【０００５】
以上のように構成された光学式リニアエンコーダにおいて、発光素子５００から出射された光線がスケール５０１の位置情報パターンで反射し、この反射光を受光素子５０２の感帯部５１３にて検出する。受光素子５０２からは図３９に示す９０°位相がずれた正弦波状の電流信号１００，１０１が出力される。図４０に示すように、電流信号１００，１０１はＩ／Ｖ変換回路５２１で電圧信号１１０，１１１に変換された後、マイクロコンピュータユニット５２２に取り込まれる。そして、マイクロコンピュータユニット５２２において内挿処理することにより高い分解能を有する位置情報を取得している。
【０００６】
以上のような光学式リニアエンコーダでは、スケール長によって最大測定範囲が制限される。しかし、透明ガラス板５１１を基板としたスケール５０１を長くする場合、製造設備によりスケール長には限界があり、また位置情報パターンの歩留まりが悪化してコスト高となる問題がある。
【０００７】
そこで、複数のスケールをつなぎ合わせて測定範囲を延ばした光学式リニアエンコーダが提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる光学式リニアエンコーダは、主格子が形成されたメインスケールに対して、インデックススケールに形成された４つの副格子を少し傾けて配置することにより、スケールのつなぎ目における位相ずれによる検出誤差を防止すると共に単一の検出系でメインスケールのつなぎ目における信号強度低下を抑制している。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３１０７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の光学式リニアエンコーダは、スケールのつなぎあわせ部での位相ずれによる検出誤差を防止することはできるが、スケールのつなぎ合わせ部以外においても常に主格子に対して副格子が傾いているので、副格子を傾けない場合に比べてコントラストが低下し検出精度が低下する問題がある。また、４つの副格子を設けることから構成が複雑化してコストアップになる問題もある。
【００１０】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で安価に長いストロークを実現できると共に高い検出精度を奏することのできる光学式リニアエンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光学式リニアエンコーダは、各々位置情報パターンが形成された二以上のスケールを連結してなり、スケール結合部において少なくとも一方のスケールの位置情報パターンに対してスケール幅方向の異なる位置で他方のスケールの位置情報パターン又は他の位置情報パターンがスケール長手方向にオーバーラップする結合スケールと、前記結合スケールの位置情報パターン形成面に対して対向配置された発光手段と、前記一方のスケールの位置情報パターンと対向する位置に設けられた第１の受光セルアレイと、前記他方のスケールの位置情報パターン又は他の位置情報パターンと対向する位置に設けられた第２の受光セルアレイと、を有する受光手段と、スケール結合部において一方のスケールの位置情報パターンと他方のスケールの位置情報パターン又は他の位置情報パターンとがオアーバーラップする区間で前記第１の受光セルアレイの出力信号から前記第２の受光セルアレイの出力信号に切り替えて位置検出を行う位置検出手段と、を具備したことを特徴とする。
【００１２】
このように構成された光学式リニアエンコーダによれば、スケール結合部において一方のスケールの位置情報パターンと他方のスケールの位置情報パターン又は他の位置情報パターンとをオーバーラップさせ、そのオーバーラップ区間で第１の受光セルアレイの出力信号から第２の受光セルアレイの出力信号に切り替えるので、スケールのつなぎあわせ部での位相ずれによる検出誤差を防止することができる。しかも、従来は必要であった副格子を削除でき、構成が簡素化される共に受光光量の減少も抑制でき、高い検出精度を奏することができる。
【００１３】
また、結合スケールのスケール結合部に近接して補助スケールを備え、当該補助スケールに一方のスケール端部と他方のスケール端部の双方の位置情報パターンに対してスケール長手方向にオーバーラップする位置情報パターンを形成するようにしても良い。
【００１４】
また、スケール結合部において一方のスケール端部に形成された凸部又は凹部と他方のスケール端部に形成された凹部又は凸部とが互いの位置情報パターンをスケール長手方向にオーバーラップするように組み合わされるようにしても良い。スケール端部に形成される凸部又は凹部としてＬ字型の切欠き部を形成してもよい。
【００１５】
また、所定の角度で切断された一方のスケールのスケール端部と同一角度で切断された他方のスケールのスケール端部とが互いの位置情報パターンをスケール長手方向にオーバーラップさせるようにして接合しても良い。
【００１６】
また、隣接するスケールが互いに重ならないようにスケール幅方向にずれると共にスケール長手方向に互いの位置情報パターンがオーバーラップするようにスケール端部が接合されるようにしても良い。
【００１７】
なお、受光手段は、第１及び第２の受光セルアレイを同一素子上に形成した複合受光素子を備えるようにしても良い。
【００１８】
また、本発明の光学式リニアエンコーダは、複数のスケールからなり互いの位置情報パターンをスケール幅方向にオーバーラップさせて結合した結合スケールと、前記結合スケールの位置情報パターンに対向して配置され、４つ以上に分割された受光素子及び該受光素子の中心又は周辺に配置された光源とを一体化した一体化受発光素子と、スケール結合部では前記受光素子の各分割領域からの出力信号を切り替えて位置を検出する位置検出手段と、を具備するものとした。
【００１９】
このように構成された光学式リニアエンコーダによれば、発光素子及び受光素子を一体化した受発光素子を使用することにより、光学系を１系統にすることができて構成を簡略化でき、また位置調整が困難な発光素子及び受光素子の点数を削減できる。
【００２０】
また本発明は、上記光学式リニアエンコーダにおいて、前記受光素子の各分割領域からの出力信号を切り替える際に発生する位置検出誤差を補正する信号補正手段を備えるものとした。
【００２１】
これにより、結合された一方のスケールに形成された位置情報パターンと他方のスケールに形成された位置情報パターンの位相がずれていても信号補正手段により当該位相ずれが補正されるので、パターンの位相ずれに起因した検出誤差を排除することができる。
【００２２】
また本発明は、上記光学式リニアエンコーダにおいて、前記一体化受発光素子が前記スケール結合部に対向する区間では、前記光源の光出力をスケール結合部以外での光出力よりも増大させるものとした。
【００２３】
これにより、スケール結合部に対向する区間では位置情報パターンに対向した一部の分割領域からの出力信号だけで位置検出を行う場合であっても、当該出力信号の信号振幅を増大でき、信号振幅に起因して検出精度が低下するのを防止できる。
【００２４】
また本発明は、上記光学式リニアエンコーダにおいて、前記受光素子から出力された出力信号のうち位置検出に用いる信号の信号振幅を検知する振幅検知手段と、前記振幅検知手段からの振幅情報に基づいて前記光源の光出力を制御し前記信号振幅を所定値に自動調整する振幅自動調整手段と、を具備するものとした。
【００２５】
これにより、スケール結合部に対向する区間では位置情報パターンに対向した一部の分割領域からの出力信号だけで位置検出を行う場合であっても、当該出力信号の信号振幅を増大でき、信号振幅に起因して検出精度が低下するのを防止できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、安価で非常に長いストロークを実現できると共にスケールのつなぎ目での位相ずれに起因した検出誤差を防止でき、さらにストロークの全長に亘り安定して高い検出精度を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を適用した光学式エンコーダの実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）に本発明の第１の実施の形態に係る光学式リニアエンコーダの模式的な側面図を示す。同図（ｂ）はスケール側からセンサヘッド側を見た検出光学系の概略的な平面図である。本実施の形態に係る光学式リニアエンコーダは、センサヘッドとスケールとを対向配置し、センサヘッドからスケールに光線を照射しその反射光を検出する反射型光学式エンコーダである。
【００２９】
本光学式リニアエンコーダのセンサヘッドは、第１の検出光学系を構成する第１の発光素子１及び第１の受光素子２と、第２の検出光学系を構成する第２の発光素子３及び第２の受光素子４とを備えた構成である。第１の発光素子１と第１の受光素子２、並びに第２の発光素子３と第２の受光素子４は、それぞれエンコーダ移動方（矢印１４，１５方向）に沿った直線上に配置されている。第１及び第２の受光素子２，４は回路基板１１上に設けられている。回路基板１１に取り付けられた第１及び第２の発光素子１，３に対向して複数のスケールを連結してなる結合スケール５が配置されている。なお、回路基板１１にはマイクロコンピュータユニット１３が設けられている。
【００３０】
図２は結合スケール５の平面図である。本実施の形態では、３つの独立したスケール（以下、左側スケール５−１、中央スケール５−２、右側スケール５−３という）を連結して長尺化している。左側スケール５−１と中央スケール５−２とのつなぎ合わせ部及び中央スケール５−２と右側スケール５−３とのつなぎ合わせ部には補助スケール６−１及び６−２をそれぞれ設けている。
【００３１】
図３は図２に点線で囲んだ部分Ａの拡大図であり、左側スケール５−１と中央スケール５−２とのつなぎ合わせ部を示している。左側スケール５−１及び中央スケール５−２は従来のスケール５０１と同様に構成されている。すなわち、透明ガラス板５１１の表面に短冊状をなすクロム５１２を形成し、透明ガラス板５１１の長手方向に同一形状のクロム５１２を所定周期で配列して構成されている。このように所定周期で配列したクロム５１２が位置情報パターンとなる。
【００３２】
さらに本実施の形態では、結合スケール５に隣接して左側スケール５−１と中央スケール５−２とのつなぎ合わせ部を跨ぐように補助スケール６−１を設けている。補助スケール６−１は、スケール５と同じ周期の位置情報パターンを有しており、当該つなぎ合わせ部において左側スケール５−１と中央スケール５−２の位置情報パターンとそれぞれオーバーラップするように配置される。なお、補助スケール６−１の位置情報パターンもスケール５と同様に透明ガラス板の表面に短冊状のクロムを形成し、透明ガラス板の長手方向に所定周期で配列してなるものである。
【００３３】
図４は第１及び第２の受光素子２，４を回路基板１１側から見た平面図を示す。第１の受光素子２は結合スケール５と対向するライン上に配置され、第２の受光素子４は補助スケール６−１及び６-２と対向するライン上に配置される。すなわち、第１の受光素子２が結合スケール５を構成する各スケール５−１〜５−３の位置情報パターンを検出し、第２の受光素子４は補助スケール６−１、６−２の位置情報パターンを検出するように位置調整されている。なお、図４において斜線部が光を検出する感帯部５１３であり、各感帯部５１３の周期及び幅については、図３８に示す従来の受光素子と同様の設定になっている。また、第１及び第２の受光素子２、４は、それぞれ第１感帯部列５１４，５１４´と第２感帯部列５１５，５１５´とで構成されている。
【００３４】
図５は、本光学式リニアエンコーダの電気系の概略的なブロック図である。マイクロコンピュータユニット１３は、第１及び第２の受光素子２，４から出力される検出信号を切り替えて位置検出を行う位置検出手段１８を備える。第１及び第２の受光素子２，４から出力される検出信号はＡＤ変換器１９でデジタル信号に変換されてからマイクロコンピュータユニット１３に取り込まれる。なお、位置検出手段１８は、ＣＰＵがソフトウエアをメモリから読み込んで実行することにより実現される機能であるが、同等の機能をＬＳＩで実現することもできる。
【００３５】
次に、以上のように構成された本実施の形態の動作について説明する。
センサヘッドが、図３に示す左側スケール５−１のα領域を検出している場合、第１の発光素子１から出射された光線はα領域の位置情報パターンで反射して第１の受光素子２へ入射する。一方、第２の発光素子３から出射された光線の入射位置にはα領域では補助スケール６−１が存在しないため、第２の受光素子４へは位置情報パターンの反射光が入射しない。その結果、図６に示すように第１の受光素子２からは正弦波状の検出信号１０００、１００１が得られるが、第２の受光素子４からは正弦波状の検出信号は得られずにＬｏｗレベルに固定されたフラットな出力信号１００２，１００３となる。なお、第１の受光素子２からの検出信号１０００は第１感帯部列５１４からの出力信号であり、検出信号１００１は第２感帯部列５１５からの出力信号である。また、第２の受光素子４からの検出信号１００２は第１感帯部列５１４´からの出力信号であり、検出信号１００３は第２感帯部列５１５´からの出力信号である。
【００３６】
また、センサヘッドが、図３に示す左側スケール５−１と中央スケール５−２とのつなぎ合わせ部が存在するβ領域を検出している場合、位置情報パターンの形成されていないβ領域のつなぎ合わせ部において第１の発光素子１から出射された光線が透明ガラス板を透過するため、第１の受光素子２には位置情報パターンからの反射光は実質的に入射しない。一方、第１の発光素子１から出射された光線がβ領域のつなぎ合わせ部に入射している区間では、第２の発光素子３から出射された光線の入射位置に位置情報パターンの形成された補助スケール６−１が存在するため、第２の受光素子４には補助スケール６−１の位置情報パターンからの反射光が入射する。その結果、図７に示すように第１の受光素子２から出力されていた正弦波状の検出信号１０００、１００１は、位置情報パターンの形成されていないβ領域のつなぎ合わせ部に相当する区間でＬｏｗレベルに固定されたフラットな出力信号となるが、第２の受光素子４からはβ領域のつなぎ合わせ部の少し手前から正弦波状の検出信号１００２，１００３となる。
【００３７】
図３のα領域及びβ領域において、図６、７に示すように変化する第１及び第２の受光素子２，４からの検出信号１０００〜１００３はＡＤ変換器１０でデジタル信号に変換されてマイクロコンピュータユニット１３に取り込まれる。
【００３８】
マイクロコンピュータユニット１３では、位置検出手段１８が位置検出に用いる検出信号（１０００，１００１）（１００２，１００３）を次のように切り替える。
【００３９】
エンコーダ移動に伴って、第１の発光素子１の光線入射位置が左側スケール５−１の左端の初期位置から中央スケール側へ移動する。このとき、第２の受光素子４から出力される検出信号１００２，１００３がＬｏｗレベルから立ち上がるまでは、第１の受光素子２から出力される正弦波状信号である検出信号１０００，１００１を用いて位置検出を行い、それまでＬｏｗレベルに固定されていた検出信号１００２，１００３が立ち上がり正弦波状の検出信号になるタイミングで検出信号（１０００，１００１）から検出信号（１００２，１００３）に切り替える。
【００４０】
さらに、第１の発光素子１の光線入射位置がつなぎ合わせ部を通過して中央スケール５−２の最初の感帯部に到達したところで第１の受光素子２から出力される検出信号１０００、１００１が再び立ち上がる。検出信号１０００、１００１が再び立ち上がり正弦波状の検出信号になるタイミングで検出信号（１００２，１００３）から検出信号（１０００，１００１）に切り替える。
【００４１】
ここで、図３に示すようにスケール連結部におけるスケール側の位置情報パターンと補助スケール６−１の位置情報パターンとはエンコーダ移動方向に所定量だけオーバーラップしている。このため、第２の受光素子４が補助スケール６−１の位置情報パターンを検出して正弦波状の検出信号１００２，１００３を出力している途中で、第１の受光素子２から出力される検出信号１０００，１００１が立ち上がり正弦波状信号になる。したがって、エンコーダ検出位置が補助スケール６−１を通過する前に補助スケール６−１から中央スケール５−２に切り替えることができる。
【００４２】
なお、上記説明では第２の受光素子４の検出信号１００２，１００３の立ち上がり及び第１の受光素子２の検出信号１０００，１００１の立ち上がりタイミングで、位置検出に用いる検出信号の切り替えを実行したが、スケールつなぎ合わせ部における位置情報パターンのオーバーラップ区間内であれば、いずれのタイミングで切り替えても良い。
【００４３】
また、中央スケール５−２と右側スケール５−３とのつなぎ合わせ部において、補助スケール６−２を通過する区間では、上記同様に位置検出に用いる検出信号を、第１の受光素子２からの検出信号（１０００，１００１）から第２の受光素子４からの検出信号（１００２，１００３）へ切り替え、右側スケール５−３の位置情報パターンが検出可能になった時点で再び第２の受光素子４からの検出信号（１００２，１００３）から第１の受光素子２からの検出信号（１０００，１００１）へと切り替える。
【００４４】
このように、第１の受光素子２から出力される検出信号１０００，１００１がＬｏｗレベルに固定されて位置検出に用いられない区間では、第２の受光素子４から出力される正弦波状の検出信号１００２，１００３を用いて位置検出を継続する。
【００４５】
なお、マイクロコンピュータユニット１３では以上のような検出信号の切替えタイミングは結合スケール５上の位置に置き換えて管理することができる。例えば、左側スケール５−１と中央スケール５−２とのつなぎ合わせ部での検出信号の切り替えタイミングとして、図３に示すように結合スケール５の左端（距離０となる原点位置）から距離Ｒ１の位置が検出信号（１０００，１００１）から検出信号（１００２，１００３）への切り替えタイミングとなり、結合スケール５の左端から距離Ｒ２の位置が検出信号（１００２，１００３）から検出信号（１０００，１００１）への切り替えタイミングとなるように設定する。中央スケール５−２と右側スケール５−３とのつなぎ合わせ部での検出信号の切り替えタイミングも同様に結合スケール５の左端から各距離で設定しておく。
【００４６】
マイクロコンピュータユニット１３の位置検出手段１８は、ＡＤ変換器１９から取り込んだ検出信号を処理して位置検出を行い、例えば位置検出結果がＲ１になったと認識すると上記検出信号の切り替えを実行する。
【００４７】
このように本実施の形態によれば、複数のスケール５−１〜５−３を直線状に接続すると共に各スケールつなぎ合わせ部に補助スケール６−１、６−２を設け、結合スケール５からの検出信号１０００，１００１が位置検出に用いられない区間では、位置検出に用いる検出信号を補助スケール６−１又は６−２からの検出信号１００２，１００３に切り替えるようにしたので、安価で非常に長いストロークを実現できると共に高い検出精度を奏することができる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る光学式エンコーダについて説明する。
本実施の形態は、上記第１の実施の形態に係る光学式リニアエンコーダにおける検出光学系を簡素化したものである。
【００４９】
図８（ａ）は本実施の形態に係る光学式リニアエンコーダ模式的な側面図であり、同図（ｂ）はスケール側からセンサヘッド側を見た検出光学系の概略的な平面図である。同図に示すように、本実施の形態に係る光学式リニアエンコーダは、センサヘッドが１つの発光素子と一つの受光素子で構成されている。センサヘッド９は、一つの発光素子７と、第１の受光素子及び第２の受光素子としての機能を備える複合受光素子８とで構成されている。センサヘッド９における検出光学系の構成を除き、結合スケールを含めて他の構成は第１の実施の形態と同じであるので、ここでは主にセンサヘッド９について説明する。
【００５０】
発光素子７は、結合スケール５及び補助スケール６−１、６−２の双方に対して同時に光線を照射し得る位置に設けられている。複合受光素子８は、図９に示すように１つの基板２０上に図４に示す第１の受光素子２と同じ第１及び第２感帯部列５１４、５１５を形成すると共に第２の受光素子４と同じ第１及び第２感帯部列５１４´、５１５´を形成している。基板２０の一方の側に形成された第１及び第２感帯部列５１４、５１５は結合スケール５に対して対向する一方、他方の側に形成された第１及び第２感帯部列５１４´、５１５´は補助スケール６−１（６−２）に対して対向するように位置調整されている。各感帯部５１３の幅及び周期は図３８に示す従来の受光素子と同様の設定になっている。
【００５１】
以上のように構成された本実施の形態では、発光素子７から出射された光線によって結合スケール５及び補助スケール６−１（６−２）のそれぞれの位置情報パターンの形成ラインが同時に照射される。結合スケール５の位置情報パターンから反射された反射光は、複合受光素子８の下側の感帯部列である第１及び第２感帯部列５１４、５１５に入射する。また、補助スケール６−１（６−２）が存在するスケールつなぎ合わせ部では、補助スケール６−１（６−２）の位置情報パターンから反射された反射光は、複合受光素子８の上側の感帯部列である第１及び第２感帯部列５１４´、５１５´に入射する。
【００５２】
複合受光素子８からは下側の第１感帯部列５１４から検出信号１０００が出力され、第２感帯部列５１５から検出信号１００１が出力される。また上側の第１感帯部列５１４´から検出信号１００２が出力され、第２感帯部列５１５´から検出信号１００３が出力される。検出信号１０００〜１００４は図６及び図７に示す信号波形と同一になる。
【００５３】
このように、結合スケール５の位置情報パターンを検出する第１の受光素子及び補助スケール６−１（６−２）の位置情報パターンを検出する第２の受光素子を、１つの基板上に作り込んだ１つの複合受光素子８とすることにより、１つの発光素子７で対応可能となり発光素子数を削減可能で、低コスト化を図ることができる。
【００５４】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係る光学式エンコーダについて説明する。
本実施の形態は、上記第１の実施の形態に係る光学式リニアエンコーダにおける結合スケールのつなぎ合わせ部の構成を変えて、補助スケールを削除したものである。
【００５５】
図１０は本実施の形態に係る光学式リニアエンコーダの模式的な側面図である。リニアエンコーダのセンサヘッドは、回路基板１０１、回路基板１０１上に設けた第１発光素子１０２及び第２発光素子１０３（図１０では現れていない）、各発光素子１０２（１０３）に隣接させて回路基板１０１上に設けた第１受光素子１０４及び第２受光素子１０５（図１０では現れていない）を主な構成要素として構成されている。このセンサヘッドと対向するように長尺な結合スケール１０６が配設されている。
【００５６】
図１１は回路基板１０１をスケール側から見た平面図である。第１受光素子１０４と第２受光素子１０５はエンコーダ移動方向１０７，１０８と直交する方向（結合スケール１０６の幅方向）に離間配置されている。すなわち、第１受光素子１０４が結合スケール１０６の片側半分と対向し、第２受光素子１０５が結合スケール１０６の残りの片側半分と対向するように設定している。
【００５７】
図１２は第１受光素子１０４、第２受光素子１０５の拡大平面図である。各受光素子１０４，１０５の表面には、２つの感帯部列１１０、１１１が平行に形成されている。各感帯部列１１０、１１１は、結合スケール１０６に形成している位置情報パターンとなる格子の周期とほぼ同じ周期Ｐで配置された感帯部１１２から構成される。個々の感帯部１１２の幅Ｗ１１は周期Ｐの１／２以下となっている。また、一方の感帯部列１１０を構成する感帯部１１２ともう一方の感帯部列１１１を構成する感帯部１１２とでは９０°の位相差となるずれ幅Ｄ１１が設けられている。
【００５８】
ここで、本実施の形態で用いられる結合スケール１０６の構造について、図１３（ａ）（ｂ）、図１４を参照して説明する。結合前の単体のスケール１０６−１の表面にはその長手方向に周期Ｐの位置情報パターンＣが形成されている。図１３（ａ）（ｂ）に示すようにスケール１０６−１の端部をＬ字型に切欠いている。Ｌ字型に切欠いたスケール端部の凸部内にも位置情報パターンの一部１０６ｂ、１０６ｃが残るようにしている。図１４に示すように一方のスケール１０６−１（左側スケール）のスケール端部と他方のスケール１０６−２（右側スケール）のスケール端部とをかみ合わせて結合している。
【００５９】
スケール双方のＬ字型の切欠き部を連結することにより、スケールの上側半分に位置するつなぎ目１１３とスケールの下側半分に位置するつなぎ目１１４とがスケール長手方向にずれた配置状態となり、スケール端部の凸部内に残した位置情報パターンの一部１０６ｂ、１０６ｃが互いにオーバーラップする。したがって、第２受光素子１０５が上側半分のつなぎ目１１３近傍の位置情報パターンが無い部分と対向したとしても、第１受光素子１０４は左側スケール１０６−１の位置情報パターンＣと対向しているので、引き続き位置情報パターンを検出できる。また第１受光素子１０４がスケール下半分のつなぎ目１１４近傍の位置情報パターンが無い部分と対向した時には、第２受光素子１０５は右側スケール１０６−２の位置情報パターンＣを検出できる状態となる。
【００６０】
次に、上記光学式リニアエンコーダの動作を説明する。図１５は各タイミングＴ１１からＴ１５と第１受光素子１０４及び第２受光素子１０５の対向領域（α１、α２、β１、β２）との関係を示し、図１６は第１受光素子１０４及び第２受光素子１０５から出力される信号波形を示している。なお、図１６に示す検出信号２００１は第１受光素子１０４の一方の感帯部列１１０からの出力信号であり、検出信号２００２は第１受光素子１０４のもう一方の感帯部列１１１からの出力信号である。図１６に示す検出信号２００３は第２受光素子１０５の一方の感帯部列１１０からの出力信号であり、検出信号２００４は第２受光素子１０５のもう一方の感帯部列１１１からの出力信号である。
【００６１】
図１５に示すタイミングＴ１１では、図１６に示すように第１受光素子１０４及び第２受光素子１０５からは正弦波状の検出信号が出力される。
【００６２】
センサヘッドが移動したタイミングＴ１２では図１５に示すように、第１受光素子１０４はα１領域のスケール端部のガラス１１３ａ（つなぎ目１１３近傍の位置情報パターンＣが無い部分）を検出するため、出力信号はＬｏｗレベル又はＨｉｇｈレベルに固定となる。しかし、第２受光素子１０５はβ１領域のパターンＣを検出しているため、正弦波状の検出信号２００３，２００４を発生する。
【００６３】
さらにセンサヘッドが移動したタイミングＴ１３では、第１受光素子１０４は図１５のα２領域のパターンＣを検出し、第２受光素子１０５はβ１領域のパターンＣを検出しているため、双方とも正弦波状の検出信号２００１〜２００４を出力する。
【００６４】
またセンサヘッドが移動したタイミングＴ１４では、第１受光素子１０４は引き続きα２領域のパターンＣを検出しているため、正弦波状の信号２００１、２００２を出力しているが、第２受光素子１０５はスケール端部のガラス１１４ａ（つなぎ目１１４近傍の位置情報パターンＣが無い部分）を検出するため、検出信号２００３、２００４はＬｏｗレベル又はＨｉｇｈレベルに固定となる。
【００６５】
さらにセンサヘッドが移動したタイミングＴ１５では、第１受光素子１０４及び第２受光素子１０５はそれぞれα２領域及びβ２領域のパターンＣを検出しているため、それぞれの受光素子１０４，１０５からは正弦波状の検出信号２００１〜２００４が出力される。
【００６６】
図１６に示す検出信号に対して、図１５に示すタイミングＴ１１、Ｔ１２では、第２受光素子１０５がβ１領域のパターンＣを検出して出力した正弦波状の検出信号２００３，２００４を位置検出に用いる。また、図１５に示すタイミングＴ１３では位置検出に用いる検出信号を切り替える。すなわち、第１受光素子１０４がα２領域のパターンＣを検出して出力する正弦波状の検出信号２００１，２００２を位置検出に用いる。また、図１５に示すタイミングＴ１４、Ｔ１５では第１受光素子１０５がα２領域のパターンＣを検出して出力する正弦波状の検出信号２００１，２００２を位置検出に用いる。このように、図１５に示すタイミングＴ１３で位置検出信号として扱うべき信号を切り替えることにより、スケールのつなぎ合せ部で出力信号がＬｏｗレベル又はＨｉｇｈレベルに固定された状態となっても正確な位置検出信号を得ることが出来る。
【００６７】
ところで、α１領域及びβ１領域で構成される左側スケール１０６−１と、α２領域及びβ２領域で構成される右側スケール１０６−２とは接着剤等で接続するため、必ずしも左右スケール間で位置情報パターンが同期する（ずれのない状態）とは限らない。そのため、タイミングＴ１３での信号切り替え時の検出信号は、図１７に示すように位相差Ｄ１が発生する可能性がある。
【００６８】
そこで、予めタイミングＴ１３での信号切り替え時に発生する位相差Ｄ１をマイクロコンピュータユニット１３のメモリに補正値として保存しておき、タイミングＴ１３での信号切り替え時にこの補正値を用いて位相差Ｄ１の影響を除去するように構成する。すなわち、位置検出手段１８がタイミングＴ１３で位置検出に用いる検出信号を検出信号２００３，２００４から検出信号２００１，２００２に切り替える。この切り替え後の検出信号２００１，２００２の位相を位相差Ｄ１だけ補正して位置検出を行う。
【００６９】
このような本実施の形態によれば、スケール端部を位置情報パターンが残るようにＬ字形状に切り欠いて互いのスケール端部を結合することで位置情報パターンをオーバーラップさせたので、オーバーラップ部分で位置検出に用いる検出信号を切り替えることによりつなぎ合わせ部の影響を受けることなく位置検出を継続することができる。したがって、第１の実施の形態及び第２の実施の形態で用いていた補助スケールを削除することが可能になると共に信号切り替え回数を削減することもできる。
【００７０】
また、右側スケール１０６−１と左側スケール１０６−２との互いの位置情報パターンの位相差Ｄ１が信号切り替え後の位置検出に影響を与えるが、信号切り替え後に位置検出に用いる検出信号を位相差Ｄ１で補正処理するので正確な位置検出を実現できる。また、安価な短いスケールをつなぎ合わせることによりストロークの長いリニアエンコーダを実現でき、低コスト化を図ることもできる。
【００７１】
なお、以上の説明では２本のスケールを結合したが３本以上のスケールを結合してスケールの長尺化を図ることも可能である。
【００７２】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態に係る光学式エンコーダについて説明する。
本実施の形態に係る光学式リニアエンコーダは、上記第３の実施の形態において結合スケールのつなぎ合わせ部の形状を変えたものであり、その他の構成は第３の実施の形態と同様である。
【００７３】
図１８はスケール端部の形状を示す平面図である。本実施の形態に用いる結合スケールは、上記スケール１０６−１、１０６−２と同様の位置情報パターンＣが形成された左側スケール１２０−１及び右側１２０−２を連結してなる。左側スケール１２０−１の連結側端部は、所定の角度にて切断されていて、連結端面１２１が形成されている。一方、右側スケール１２０−２の連結端部は、左側スケール１２０−１の連結側端部の切断角度と同一角度で同一方向に切断されていて、連結端面１２２が形成されている。図１９に示すように、左側スケール１２０−１の連結端面１２１と右側スケール１２０−２の連結端面１２２とを接合して一本の結合スケール１２０としている。双方の連結端面１２１，１２２は同一角度であるので、左側スケール１２０−１の位置情報パターンＣと右側スケール１２０−２の位置情報パターンＣとは平行となる。連結端面１２１，１２２の近傍は位置情報パターンＣが形成されておらずガラスが露出した状態となっている。かかる領域では位置情報パターンの反射光が入射しないための出力信号はＬｏｗレベルに固定された状態となる。
【００７４】
図１９に示すように、スケール連結部において左側スケール１２０−１のスケール端部の位置情報パターンＣ１と右側スケール１２０−２のスケール端部の位置情報パターンＣ２とがオーバーラップするものとなる。したがって、第３の実施の形態と同様の検出光学系にてつなぎ合わせ部における信号の切り替えが可能になる。
【００７５】
第１発光素子１０２及び第１受光素子１０４は結合スケール１２０のα１１領域及びα１２領域上を移動するように対向配置され、第２発光素子１０３及び第２受光素子１０５は結合スケール１２０のβ１１領域及びβ１２領域上を移動するように対向配置される。
【００７６】
以上のように構成された光学式リニアエンコーダの動作について説明する。
図１６のタイミングＴ１２で第１の発光素子１０２からの光線がα１１領域からその先のガラス領域に入射することになり第１の受光素子１０４からの検出信号２００１、２００２がフラットになる。このとき、β１１領域は右側スケール１２０−２側へ突出しているので、第２の受光素子１０５からの検出信号２００３、２００４は正弦波状信号のままである。
【００７７】
タイミングＴ１３では左側スケール１２０−１のβ１１領域の一部と右側スケール１２０−２のα１２領域の一部とがオーバーラップしているので、第１の受光素子１０４から出力される検出信号２００１、２００２と第２の受光素子１０５から出力される検出信号２００３、２００４とは共に正弦波状信号となる。このタイミングＴ１３で、位置検出に用いる検出信号を検出信号２００３、２００４から検出信号２００１、２００２へ切り替える。その後は、スケール端部に到達するまで検出信号２００１、２００２を用いて位置検出を行う。なお、つなぎ合わせ部での信号の切り替え後は位相差Ｄ１で補正処理するものとする。
【００７８】
このような本実施の形態によれば、スケール端部を斜めに切断して接合するといった簡単な構成でスケールを長尺化できる。また、左側スケール１２０−１と右側スケール１２０−２とで位置情報パターンに位相ずれが存在しても、信号切り替え後に位置検出に用いる検出信号を位相差Ｄ１で補正処理するので正確な位置検出を実現できる。
【００７９】
なお、以上の説明では２本のスケールを結合したが３本以上のスケールを結合してスケールの長尺化を図ることも可能である。
【００８０】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態に係る光学式エンコーダについて説明する。
本実施の形態に係る光学式リニアエンコーダは、上記第３及び第４の実施の形態とはスケールのつなぎ方を変えたものであり、その他の構成は第３の実施の形態と同様である。
【００８１】
図２０は本実施の形態で用いられる結合スケールの全体図であり、図２１はスケール端部の連結状態を示す平面図である。本実施の形態に用いる結合スケール１２４は、それぞれ位置情報パターンＣの形成された左側スケール１２４−１、中央スケール１２４−２、右側スケール１２４−３を連結して構成される。
【００８２】
図２１を参照してスケールの連結構造を詳しく説明する。スケール幅方向には重ならないようにずらすと共にスケール長手方向にはスケール端部を一部重ね、左側スケール１２４−１の一端部上辺と中央スケール１２４−２の一端部下辺とを接合している。スケール長手方向に重ねられた左側スケール１２４−１の一端部の位置情報パターンと中央スケール１２４−２の一端部の位置情報パターンとがオーバーラップした状態となっている。なお、中央スケール１２４−２と右側スケール１２４−３との連結部も同様に上下に配置して互いの位置情報パターンの一部をオーバーラップさせた状態としている。
【００８３】
第２発光素子１０３及び第２受光素子１０５は左側スケール１２４−１及び右側スケール１２４−３上を移動するように対向配置され、第１発光素子１０２及び第１受光素子１０４は中央スケール１２４−２上を移動するように対向配置される。
【００８４】
以上のように構成された光学式リニアエンコーダの動作について説明する。
図２２は図２１に示す連結部近傍での検出信号の状態を示す信号波形図である。エンコーダ検出位置が、左側スケール１２４−１の連結部に到達するまで、第１発光素子１０２の対向位置に中央スケール１２４−２は現れないので、第１受光素子１０４から出力される検出信号２００１、２００２はＬｏｗレベルに固定した状態となる。一方、第２発光素子１０３及び第１受光素子１０５には左側スケール１２４−１の位置情報パターンが対向しているので正弦波状の検出信号２００３，２００４が出力される。したがって、検出信号２００１、２００２が立ち上がる図２２のタイミングＴ２１までは第２受光素子１０５からの検出信号２００３，２００４を位置検出に用いる。
【００８５】
エンコーダが左側スケール１２４−１と中央スケール１２４−２との連結部に到達すると、双方のスケールの位置情報パターンがオーバーラップするので、第１受光素子１０４からの検出信号も立ち上がり正弦波状の出力信号となる。このタイミングＴ２１で位置検出に用いる検出信号を第１受光素子１０４から出力される検出信号２００１、２００２に切り替える。中央スケール１２４−２と右側スケール１２４−３とのつなぎ合わせ部でも同様の切り替えが行われる。なお、つなぎ合わせ部での信号の切り替え後は各スケール間での位相差Ｄ１、Ｄ２で補正処理するものとする。
【００８６】
このように本実施の形態によれば、スケール端部を加工する手間が不要となるので、低コスト化を図ることができる。
【００８７】
なお、上記第３、第４、第５の実施の形態において、上記第２の実施の形態と同様に、第１受光素子及び第２受光素子としての機能を、１つの基板上にそれぞれの受光セルアレイを作り込んだ１つの複合受光素子で実現するようにしても良い。光源側も１つの発光素子で対応可能となり発光素子数を削減可能で、低コスト化を図ることができる。
【００８８】
（第６の実施の形態）
次に本発明の第６の実施の形態に係る光学式エンコーダについて説明する。
本実施の形態に係る光学式リニアエンコーダは、スケール結合位置をマイクロコンピュータユニットにおいて自動検出するようにしたものである。なお、センサヘッド及びスケールの構成は第３の実施の形態を前提として説明する。
【００８９】
図２３は第１及び第２の検出光学系及びマイクロコンピュータユニット１３の概略的な機能ブロックを示す構成説明図である。マイクロコンピュータユニット１３は、ＡＤ変換器１９を介して取り込まれる検出信号からスケール結合位置を検出するスケール結合位置検出手段１３０を備える。本実施の形態ではスケール結合位置検出手段１３０から位置検出手段１８に信号切り替えのためのトリガが自動的に与えられるように構成されている。
【００９０】
次に、本実施の形態に係る光学式リニアエンコーダの動作について説明する。
図２４にマイクロコンピュータユニット１３における信号処理のフローチャートを示す。まずステップＳ１では第１受光素子１０４及び第２受光素子１０５からの検出信号をＡＤ変換器１９を介して取り込む。次に、ステップＳ２ではスケール結合位置検出段１３０が取り込まれた検出信号から現在位置がスケール結合位置であるか否か判断する。
【００９１】
ここで、スケール結合位置検出段１３０によるスケール結合位置検出の原理について説明する。図２５はスケール結合部付近での第１及び第２受光素子１０４，１０５から出力される検出信号の波形図であり、図１６に示す波形図に対応している。すなわち、検出信号２００１，２００２は第１受光素子１０４から出力される信号であり、検出信号２００３、２００４は第２受光素子１０５から出力される信号である。
【００９２】
スケール結合部に到達するまでは、結合スケール５とセンサヘッドとの相対移動に伴って第１受光素子１０４からは正弦波状の検出信号２００１、２００２が出力され、第２受光素子１０５からは正弦波状の検出信号２００３，２００４が出力される。センサヘッドの位置を、図２５のＴ３０の位置とし、検出信号２００３，２００４を選択して位置検出に用いているものとする。
【００９３】
センサヘッドが移動してスケール結合部に到達すると、最初に第１受光素子１０４が位置情報パターンの無い領域１１３ａ（図１５参照）と対向する。かかる領域１１３ａからは反射光が無いため検出信号２００１，２００２の信号レベルが著しく低下する。そこで、スケール結合位置検出手段１３０は、検出信号の信号レベルの変化を検出し、信号レベルが予め定めた閾値ＴＨ１を下回った場合は、現在位置がスケール結合位置であると判断する。図２５の検出信号２００１，２００２の場合、タイミングＴ３１で信号レベルが閾値ＴＨ１を下回り、タイミングＴ３２で再び立ち上がり信号レベルが閾値ＴＨ１を越える。このタイミングＴ３２は第１発光素子１０２及び第１受光素子１０４がスケール結合部の領域１１３ａを通過して右側スケール１６０−２の位置情報パターン上に移動したタイミングである。
【００９４】
スケール結合位置検出手段１３０は、検出信号２００１，２００２の信号レベルをモニタしていて、タイミングＴ３１，Ｔ３２の順に信号レベルの変化を検出した場合はスケールが左側スケール１６０−１から右側スケール１６０−２に切り替わったと判断し、位置検出に用いる検出信号を検出信号２００３，２００４から検出信号２００１，２００２に切り替えるトリガを位置検出手段１８へ与える。
【００９５】
図２４のステップＳ３では、ステップＳ２でのスケール結合位置検出結果に基づいて検出信号の切り替えを行う。ステップＳ４では、位置検出手段１８が選択された検出信号を用いて位置演算処理を行い、位置検出する。
【００９６】
このように本実施の形態によれば、スケール結合位置を検出信号の新レベルの変化から検出するスケール結合位置検出手段１３０を設けたので、エンコーダの設定作業を簡略化することができ、検出信号切り替え用の位置情報を格納するメモリを削減することもできる。
【００９７】
なお、以上の説明では第３の実施の形態を前提に説明したが、その他の実施の形態に対して同様に適用可能である。
【００９８】
（第７の実施の形態）
図２６は本実施の形態に係る光学式リニアエンコーダの模式的な側面図である。光学式リニアエンコーダのセンサヘッドは、各種の回路素子が作り込まれた回路基板１１、回路基板１１の一方の面に設けた一体化受発光素子１２、回路基板１１の他方の面に設けたマイクロコンピュータユニット１３を主な構成要素として構成されている。このセンサヘッドと対向するように結合スケール１０６が配設されている。結合スケール１０６は、上述した図１３（ａ）（ｂ）に示すものと同じ構造のスケールを連結した結合スケールである。すなわち、左側スケール１０６−１と右側スケール１０６−２のスケール端部をそれぞれＬ字型に切欠き、左側スケール１０６−１の切欠きと右側スケール１０６−２の切欠きとをかみ合わせて連結している。Ｌ字型の切欠き部を連結することにより、スケールの上側半分に位置するつなぎ目１１３とスケールの下側半分に位置するつなぎ目１１４とがスケール長手方向にずれた配置状態となり、スケール端部の凸部内に残した位置情報パターンの一部１０６ｂ、１０６ｃが互いにオーバーラップする。なお、結合スケール１０６は３つ以上のスケールを連結して長尺化したものを用いることもできる。このようなセンサヘッドと結合スケール１０６とは結合スケール１０６の長手方向である矢印１４，１５方向に相対移動する。
【００９９】
図２７は、回路基板１１に設けた一体化受発光素子１２をスケール側から見た平面図であり、回路基板１１及びマイクロコンピュータユニット１３の機能ブロックを一緒に図示している。結合スケール１０６と対向する回路基板１１の一方の面であって、結合スケール１０６の位置情報パターンＣに対して光源光を入射可能であると共に位置情報パターンＣからの反射光を受光可能な位置に一体化受発光素子１２が配設されている。
【０１００】
一体化受発光素子１２は、独立して光を検出する４つの受光セルアレイ１２−１、１２−２、１２−１１、１２-２２に分割されている。本実施の形態では４分割の例を示すが、分割数は４つ以上であれば任意の分割数に設定可能である。受光セルアレイ１２−１、１２−２、１２−１１、１２-２２の中心に光源１０を配置している。光源１０の配置場所は、光量の大幅な減衰を伴わない範囲であれば４分割された受光素子の周辺にすることもできる。このように、一体化受発光素子１２は受光素子と光源とが一体化された構造を備えている。
【０１０１】
マイクロコンピュータユニット１３は、位相ずれを補正するための補正値を記憶したメモリ１６と、後述する位相ずれを補正する信号補正手段１７と、位置検出信号に基づいて位置を求めるための位置演算を行う位置検出手段１８とを備える。マイクロコンピュータユニット１３のハードウエアは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、内部バス、外部インターフェース等を主な構成要素として構成されている。ＣＰＵがＲＯＭに格納された組み込みソフトウエアを実行することにより信号補正手段１６、位置検出手段１７といった機能を実現している。ＲＡＭがメモリ１６の記憶領域として用いられる。外部インターフェースにはＡＤ変換器１９のデジタル信号出力端子が接続される。ＡＤ変換器１９のアナログ入力端子は一体化受発光素子３０の出力端子が接続され、受光セルアレイ１２−１、１２−２、１２−１１、１２-２２の出力信号が入力する。
【０１０２】
図２８は一体化受発光素子１２の構成を示す平面図である。各受光セルアレイ１２−１、１２−２、１２−１１、１２-２２は、結合スケール１０６の位置情報パターンＣの格子周期とほぼ同じ周期Ｐで、結合スケール１０６と回路基板１１の相対的な移動方向１４，１５に対して垂直方向に配置された光を検出する線状の感帯部２１を有する。各感帯部２１の幅Ｗ１は、感帯部２１の周期Ｐの１／２の幅、もしくはそれ以下に設定している。
【０１０３】
また、感帯部２１の周期Ｐを電気角で３６０°とした場合、左下隅の受光セルアレイ１２−１と右下隅の受光セルアレイ１２−２の位相差を９０°に設定するため、受光セルアレイ１２−１と受光セルアレイ１２−２との間隔Ｌ１を次のように設定している。すなわち、Ｌ１＝Ｐ／４＋ｎ（ｎは整数）としている。また、左上隅の受光セルアレイ１２−１１と右上隅の受光セルアレイ１２−２２の位相差を９０°に設定するため、受光セルアレイ１２−１１と受光セルアレイ１２−２２との間隔Ｌ２を、Ｌ２＝Ｐ／４＋ｎとしている。なお、受光セルアレイ１２−１と受光セルアレイ１２−１１との位相差は、同相であっても、所定の位相差を設けても良いが、図２８に示す例では同相としている。
【０１０４】
ここで、４つの受光セルアレイ１２−１、１２−２、１２−１１、１２-２２と結合スケール１０６におけるスケール結合部との位置関係について説明する。図２９に示すように、スケール結合部では、上側のつなぎ目１１３近傍にパターンの無いガラス部１１３ａが存在し、下側のつなぎ目１１４近傍にパターンの無いガラス部１１４ａが存在する。２つの受光セルアレイ１２−１、１２−２は、図２９に示す結合スケール１０６の上側半分に対向し、検出領域となる進行路上にパターンＣの形成されたα１領域及びα２領域が存在し、さらにα１領域、α２領域間にガラス部１１３ａが存在する。一方、受光セルアレイ１２−１１、１２−２２は、図２９に示す結合スケール１０６の下側半分に対向し、検出領域となる進行路上にパターンＣの形成されたβ１領域及びβ２領域が存在し、さらにβ１領域、β２領域間にガラス部１１４ａが存在する。
【０１０５】
次に、以上のように構成された本実施の形態の動作について説明する。
結合スケール１０６のスケール結合部以外では、受光セルアレイ１２−１、１２−２から出力される正弦波状の出力信号及び受光セルアレイ１２−１１、１２−２２から出力される正弦波状の出力信号を位置検出信号として用いて位置演算を行う。センサヘッドが結合スケール１０６に対して相対移動し図２９に示すスケール結合部に到達したならば、以下のように位置検出信号として使用する出力信号の切り替え処理を行う。
【０１０６】
図２９のタイミングＴ１では、受光セルアレイ１２−１、１２−２はα１領域からの反射光が入射するので、α１領域のパターンＣを検出して図３０に示すように位相が９０°ずれた正弦波状の出力信号１００１、１００２を出力する。一方、受光セルアレイ１２−１１、１２−２２はβ１領域からの反射光が入射するので、β１領域のパターンＣを検出して図３０に示すように位相が９０°ずれた正弦波状の出力信号１００３、１００４を出力する。
【０１０７】
タイミングＴ１で各受光セルアレイ１２−１、１２−２、１２−１１、１２-２２から出力された出力信号はＡＤ変換器１９でデジタル信号に変換されてからマイクロコンピュータユニット１３に取り込まれる。位置検出手段１８は正弦波信号であった出力信号１００３、１００４を位置検出信号として位置演算を実行する。
【０１０８】
図２９のタイミングＴ２では、センサヘッドが進んで、受光セルアレイ１２−１、１２−２がガラス部１１３ａ上に到達する。パターンＣが無いガラス部１１３ａからの反射光を受けた受光セルアレイ１２−１、１２−２の出力信号１００１、１００２は、図３０に示すようにＬｏｗレベル又はＨｉｇｈレベル（図３０ではＬｏｗレベルの状態を示す）に固定された状態となる。一方、受光セルアレイ１２−１１、１２−２２はパターンＣを残して上側のガラス部１１３ａよりも延出させたβ１領域端部からの反射光が入射するので、β１領域のパターンＣを検出して図３０に示すように位相が９０°ずれた正弦波状の信号１００３、１００４を出力する。
【０１０９】
タイミングＴ２で各受光セルアレイ１２−１、１２−２、１２−１１、１２-２２から出力された出力信号はＡＤ変換器１９でデジタル信号に変換される。マイクロコンピュータユニット１３の位置検出手段１８は、正弦波信号であった出力信号１００３、１００４を位置検出信号として位置演算に用いる。
【０１１０】
図２９のタイミングＴ３では、センサヘッドが進んで、受光セルアレイ１２−１、１２−２がスケール端部のガラス部１１３ａを通過して右側スケール１０６−２のα２領域上に到達する。したがって、図３０に示すように、受光セルアレイ１２−１、１２−２の出力する出力信号１００１、１００２は再び正弦波信号に戻る。一方、受光セルアレイ１２−１１、１２−２２は引き続きβ１領域端部上に掛かっているので、β１領域からの反射光が入射し、図３０に示すように位相が９０°ずれた正弦波状の信号１００３、１００４を出力する。
【０１１１】
タイミングＴ３で各受光セルアレイ１２−１、１２−２、１２−１１、１２-２２から出力された出力信号はＡＤ変換器１９でデジタル信号に変換される。受光セルアレイ１２−１１、１２−２２の出力信号１００３，１００４は正弦波信号であるが、受光セルアレイ１２−１、１２−２が右側スケール１０６−２のα２領域のパターンＣの検出を開始しているので、位置検出信号として扱う受光セルアレイを受光セルアレイ１２−１１、１２−２２から受光セルアレイ１２−１、１２−２に切り替える。したがって、位置検出手段１８は出力信号１００１、１００２を位置検出信号として位置演算を実行する。
【０１１２】
図２９のタイミングＴ４では、受光セルアレイ１２−１、１２−２は引き続きα２領域からの反射光が入射するので、図３０に示すように、受光セルアレイ１２−１、１２−２の出力する出力信号１００１、１００２は正弦波信号となる。一方、受光セルアレイ１２−１１、１２−２２は、下側のガラス部１１４ａ上に到達したため、図３０に示すように出力信号１００３、１００４はＬｏｗレベル又はＨｉｇｈレベル（図３０ではＬｏｗレベルの状態を示す）に固定された状態となる。
【０１１３】
タイミングＴ４で各受光セルアレイ１２−１、１２−２、１２−１１、１２-２２から出力された出力信号はＡＤ変換器１９でデジタル信号に変換されるが、位置検出手段１８は引き続き出力信号１００１，１００２を位置検出信号として用いる。
【０１１４】
図２９のタイミングＴ５では、センサヘッドが進んで完全に右側スケール１０６−２側へ移動している。この結果、受光セルアレイ１２−１、１２−２はα２領域からの反射光が入射し、受光セルアレイ１２−１１、１２−２２はβ２領域からの反射光が入射するようになる。図３０に示すように受光セルアレイ１２−１、１２−２の出力信号１００１，１００２、受光セルアレイ１２−１１、１２−２２の出力信号１００３，１００４はそれぞれ正弦波状の信号になる。
【０１１５】
タイミングＴ５では、位置検出手段１８は引き続き出力信号１００１，１００２を位置検出信号として用いる。
【０１１６】
タイミングＴ５以降は、次のスケール端部（更にスケールが結合されている場合はスケール結合部）に到達するまで、各受光セルアレイ１２−１、１２−２、１２−１１、１２-２２の出力信号１００１〜１００４は正弦波信号になるので、信号切り替えを行うことなく出力信号１００１，１００２を位置検出信号として用いて位置演算を行う。
【０１１７】
このように本実施の形態によれば、位置情報パターンを検出する光学系に一体化受発光素子１２を用いたので、複数の光学系（発光素子及び受光素子）を装備する構成に比べて、構成の簡略化を図ることができ、しかも高精度な位置調整を必要とする発光素子及び受光素子の数を低減できるので、全体のコストダウンを図ることもできる。
【０１１８】
次に、複数のスケールをつなぎ合わせることにより生じるスケール間の位相ずれを補正する方法について説明する。
【０１１９】
図１４に示すように、左側スケール１０６−１と右側スケール１０６−２とを結合する場合、互いのスケール端部を接着剤等で簡単に結合している。そのため、右側スケール１０６−２に形成されている位置情報パターンと左側スケール１０６−１に形成されている位置情報パターンとの位相が正確に一致するとは限らない。互いに結合した右側スケール１０６-２と左側スケール１０６−１の位置情報パターンの位相がずれていると、図２９に示すタイミングＴ３で位置検出信号として用いる出力信号の切り替えを行った時に出力信号に位相ずれが生じてしまう。
【０１２０】
本実施の形態では、この出力信号の位相ずれに起因した検出誤差を無くすために、補正値を記憶したメモリ１６と、当該補正値に基づいて位相ずれ補正を行う信号補正手段１７と、を備えている。
【０１２１】
タイミングＴ３での出力信号切り替え時に発生する位相差情報を予めメモリ１６に記憶しておく。補正値の記憶領域はメモリ１６に限定されるものではなく、回路基板１１上に設けた外部メモリでも良い。
【０１２２】
今、図２９においてセンサヘッド（一体化受発光素子１２）が結合スケール１０６に対して相対的に左側スケールから右側スケールの方向へ移動しているものとする。タイミングＴ２までは左側スケールのβ１領域のパターンを検出した出力信号１００３，１００４を位置検出信号として用いているが、タイミングＴ３では右側スケールのα２領域のパターンを検出した出力信号１００１，１００２を位置検出信号として用いるように、位置検出信号として取り込む出力信号が切り替わる。
【０１２３】
信号補正手段１７は、出力信号が切り替わるタイミングＴ３で取り込んだ出力信号１００１，１００２に対してメモリ１６から読み出した補正値を用いて位相補正する。このように位相補正を行った出力信号１００１，１００２のデジタル信号を位置検出手段１８に与えて位置演算を行う。
【０１２４】
これにより、左側スケールと右側スケールの位置情報パターンの位相がずれていたとしても、スケール結合部における位置検出信号の切り替え時に、左側スケールと右側スケールの位置情報パターンの位相ずれに起因した測定誤差を排除することができ、検出精度を上げることができる。
【０１２５】
（第８の実施の形態）
次に、本発明の第８の実施の形態である光学式リニアエンコーダについて説明する。
本実施の形態に係る光学式リニアエンコーダは、上述した第７の実施の形態と基本的な構成は同じであり、一体化受発光素子の受光セルアレイの位相条件及びマイクロコンピュータの機能の一部を変形したものである。以下、第７の実施形態と同一機能を有する構成要素には同一符号を用いて説明する。
【０１２６】
図３１に示すように、一体化受発光素子３０は、独立して光を検出する４つの受光セルアレイ３０−１、３０−２、３０−１１、３０-２２に分割されており、それら受光セルアレイの中心部に光源１０を配置している。光源１０はマイクロコンピュータ１３から与えられる光源電流指令値により光出力を制御可能に構成されている。マイクロコンピュータ１３は、センサヘッドがスケール結合部を通過する期間で光源１０の光出力を略２倍にする光源電流指令値を出力する振幅調整手段３１としての機能を備える。本実施の形態で用いられるスケールは、第７の実施形態で用いられた結合スケール１０６と同じものである。
【０１２７】
図３２は一体化受発光素子３０の平面図である。各受光セルアレイ３０−１、３０−２、３０−１１、３０−２２は、結合スケール１０６の位置情報パターンＣの格子周期とほぼ同じ周期Ｐで、結合スケール１０６と回路基板１１の相対的な移動方向１４，１５に対して垂直方向に配置された光を検出する線状の感帯部２１を有する。各感帯部２１の幅Ｗ１は、感帯部２１の周期Ｐの１／２の幅、もしくはそれ以下に設定している。
【０１２８】
また、感帯部２１の周期Ｐを電気角で３６０°とした場合、左下隅の受光セルアレイ３０−１と右上隅の受光セルアレイ３０−１１の位相差を１８０°に設定するため、受光セルアレイ３０−１と受光セルアレイ３０−１１との間隔Ｌ２を次のように設定している。すなわち、Ｌ２＝Ｐ／２＋ｎＰ（ｎは整数）としている。また、右下隅の受光セルアレイ３０−２と左上隅の受光セルアレイ３０−２２の位相差を１８０°に設定するため、受光セルアレイ３０−２と受光セルアレイ３０−２２との間隔Ｌ３を、Ｌ３＝Ｐ／２＋ｎＰとしている。また、左下隅の受光セルアレイ３０−１と左上隅の受光セルアレイ３０−２２の位相差を９０°に設定するため、受光セルアレイ３０−１と受光セルアレイ３０−２２との間隔Ｌ４を、Ｌ４＝Ｐ／４＋ｎＰとしている。
【０１２９】
また、一体化受発光素子３０は、受光セルアレイ３０−１から出力される出力信号（図３３の２００１）と受光セルアレイ３０−１１から出力される出力信号（図３３の２００４）との差動を取る第１差動回路と、受光セルアレイ３０−２から出力される出力信号（図３３の２００２）と受光セルアレイ３０−２２から出力される出力信号（図３３の２００３）との差動を取る第２差動回路とを備える。回路基板１１のＡＤ変換器１９に入力する検出信号として、上記２つの差動回路の出力信号（図３３の２００５，２００６）を含む構成としている。なお、第１差動回路及び第２差動回路はＡＤ変換器１９の前段に設けるのではなく、マイクロコンピュ−タユニット１３の内部でデジタル信号処理によって生成するようにしてもよい。
【０１３０】
次に、以上のように構成された本実施の形態の動作について説明する。
図３３は、前述した各タイミングＴ１〜Ｔ５（図２９参照）において、各受光セルアレイ３０−１、３０−２、３０−１１、３０−２２が出力する出力信号及び所定の出力信号の差動を取った差動信号の各信号波形を示している。
【０１３１】
結合スケール１０６のスケール結合部以外では、受光セルアレイ３０−１から出力される正弦波状の出力信号２００１と受光セルアレイ３０−１１から出力される正弦波状の出力信号２００４との差動をとった差動信号を位置検出信号２００５とし、受光セルアレイ３０−２から出力される正弦波状の出力信号２００２と受光セルアレイ３０−２２から出力される正弦波状の出力信号２００３との差動をとった差動信号を位置検出信号２００６として位置演算を行う。センサヘッドが結合スケール１０６に対して相対移動し図２９に示すスケール結合部に到達したならば、以下のように位置検出信号の切り替え処理を行う。このように、位相が１８０°ずれた正弦波信号の差動を取ることにより、信号振幅を２倍にすることができ、高分解能、高精度な装置を実現できる。
【０１３２】
図２９のタイミングＴ１では、受光セルアレイ３０−１、３０−２はα１領域からの反射光が入射するので、α１領域のパターンＣを検出して図３３に示すように正弦波状の出力信号２００１、２００２を出力する。一方、受光セルアレイ３０−１１、３０−２２はβ１領域からの反射光が入射するので、β１領域のパターンＣを検出して図３３に示すように正弦波状の出力信号２００３、２００４を出力する。このとき、受光セルアレイ３０−１からの出力信号２００１と受光セルアレイ３０−２２からの出力信号２００３との位相差は設定通り９０°であり、受光セルアレイ３０−１からの出力信号２００１と受光セルアレイ３０−１１からの出力信号２００４との位相差は設定通り１８０°となっている。また、受光セルアレイ３０−２からの出力信号２００２と受光セルアレイ３０−２２からの出力信号２００３との位相差は設定通り１８０°となっている。受光セルアレイ３０−１と受光セルアレイ３０−１１とは位相が１８０°ずれるように設定しているので、第１差動回路で信号２００１と信号２００４との差動を取ることにより、２倍の振幅に増幅された正弦波状の差動信号が生成されて出力される。また、受光セルアレイ３０−２と受光セルアレイ３０−２２とは位相が１８０°ずれるように設定しているので、第２差動回路で信号２００２と信号２００３との差動を取ることにより、２倍の振幅に増幅された正弦波状の差動信号が生成されて出力される。
【０１３３】
タイミングＴ１では、一体化受発光素子３０から出力された上記２つの差動信号を位置検出信号２００５，２００６として扱う。信号２００１と信号２００４との差動を取った差動信号２００５と、信号２００２と信号２００３との差動を取った差動信号２００６とをＡＤ変換器１９でデジタル信号に変換して位置検出信号としてマイクロコンピュータユニット１３に取り込む。位置検出手段１８は位置検出信号（２００５、２００６）を用いて位置演算を行う。
【０１３４】
ここで、本実施の形態は、受光セルアレイ３０−１、３０−２がスケール結合部のガラス部１１３ａに掛かるタイミングＴ２では、もう一方の受光セルアレイ３０−１１、３０−２２の出力信号２００４、２００３を位置検出信号として扱う。また、受光セルアレイ３０−１、３０−２が右側スケール１０６−２のα２領域のパターンＣを検出可能な位置まで進み、受光セルアレイ３０−１１、３０−２２が未だ左側スケール１０６−１上にあるタイミングＴ３，Ｔ４では、受光セルアレイ３０−１、３０−２の出力信号２００１、２００２を位置検出信号として扱う。すなわち、スケール結合においては受光セルアレイ３０−１、３０−２又は受光セルアレイ３０−１１、３０−２２の出力信号をそのまま（差動を取らずに）位置検出信号として用いる。
【０１３５】
ところが、受光セルアレイ３０−１、３０−２、３０−１１、３０−２２の出力信号は、差動信号に比べて信号振幅が半分しかないので、そのままでは差動信号を位置検出信号として用いる場合の半分程度まで分解能が低下してしまう。
【０１３６】
そこで、本実施の形態は、受光セルアレイ３０−１、３０−２、３０−１１、３０−２２の出力信号をそのまま位置検出信号として用いるスケール結合部においては、受光セルアレイ３０−１、３０−２、３０−１１、３０−２２の出力信号の信号振幅を２倍とする対策を講じた。具体的には、センサヘッドがスケール結合部を通過する期間で光源１０の光出力を略２倍にするものとした。
【０１３７】
本実施の形態では、受光セルアレイ３０−１、３０−２の先端部がスケール端部のガラス部１１３ａに到達する直前のタイミングである時刻ｔ１で、光源１０の光出力をそれまでの２倍にする光源電流を流す指令値を与える。そして、受光セルアレイ３０−１１、３０−２２の後端部がスケール端部のガラス部１１４ａを通過した直後のタイミングである時刻ｔ２で、光源１０の光出力が元になる光源電流を流す指令値に変更する。本例では、マイクロコンピュータユニット１３から一体化受発光素子３０に与える光源電流指令値で光源制御を行う。
【０１３８】
図３３に示す光源制御の開始時刻ｔ１から終了時刻ｔ２までの期間、マイクロコンピュータユニット１３の振幅調整手段３１から一体化受発光素子３０に対して光源１０の光出力を２倍とする光源電流指令値が与えられる。光源１０は、光源電流指令値を受けて光出力が２倍になるように光源電流が制御される。光源１０の光出力が２倍になると、スケール１０６のβ１領域のパターンＣ又はα２領域のパターンＣからの反射光量も２倍となる。この結果、β１領域のパターンＣからそれまでの２倍の反射光が入射している受光セルアレイ３０−１１、３０−２２の出力信号の振幅も略２倍になる。また、α２領域のパターンＣからそれまでの２倍の反射光が入射している受光セルアレイ３０−１１、３０−２２の出力信号の振幅も略２倍になる。
【０１３９】
図２９のタイミングＴ２では、センサヘッドが進んで、受光セルアレイ３０−１、３０−２がガラス部１１３ａに位置し、出力信号２００１、２００２は、図３３に示すようにＬｏｗレベル又はＨｉｇｈレベル（図３３ではＬｏｗレベルの状態を示す）に固定された状態となる。一方、受光セルアレイ３０−１１、３０−２２はガラス部１１３ａよりも延出したパターンＣを残したβ１領域端部に位置しているのでそこからスケール結合部以外の領域に比べて２倍の反射光が入射するので、図３３に示すように略２倍の信号振幅を持った正弦波状の信号２００４、２００３を出力する。
【０１４０】
タイミングＴ２では、出力信号２００３と出力信号２００４とをＡＤ変換器１９でデジタル信号に変換して位置検出信号としてマイクロコンピュータユニット１３に取り込む。位置検出手段１８は出力信号２００３，２００４を位置検出信号２００５，２００６として用いて位置演算を行う。
【０１４１】
このように、タイミングＴ２では差動を取らない信号２００３，２００４を位置検出信号とするため、そのままでは信号振幅が低下してしまうところ、光源１０の光出力を２倍にして出力信号２００３、２００４の信号振幅をタイミングＴ１における位置検出信号と同等にしたので、高い検出精度をそのまま維持することができる。
【０１４２】
図２９に示すタイミングＴ３では、受光セルアレイ３０−１、３０−２は、右側スケール１０６−２のα２領域のパターンを検出し、受光セルアレイ３０−１１、アレイ３０−２２は左側スケール１０６−１のβ１領域を検出している。このため、図３３に示すように出力信号２００１〜２００４は全て正弦波信号となる。
【０１４３】
タイミングＴ３では、位置検出信号として扱う信号を出力信号２００３、２００４から出力信号２００１、２００２に切り替える。ＡＤ変換器１９でデジタル信号に変換された出力信号２００１、２００２を位置検出信号２００５，２００６として取り込む。マイクロコンピュータユニット１３の位置検出手段１８は、この位置検出信号２００５，２００６を用いて位置演算を行う。
【０１４４】
図２９のタイミングＴ４では、センサヘッドが進んで、受光セルアレイ３０−１１、３０−２２がガラス部１１４ａに位置する。このため、出力信号２００３、２００４は、図３３に示すようにＬｏｗレベル又はＨｉｇｈレベル（図３３ではＬｏｗレベルの状態を示す）に固定された状態となる。一方、受光セルアレイ３０−１、３０−２は右側スケール１０６−２のα２領域のパターンを検出しているため、正弦波状の出力信号２００１、２００２を出力している。このとき、光源１０は２倍の光出力となるように制御されているので、出力信号２００１、２００２の信号振幅はタイミングＴ１のときの略２倍になっている。
【０１４５】
タイミングＴ４では、タイミングＴ３と同様に、出力信号２００１と出力信号２００２とをＡＤ変換器１９でデジタル信号に変換して位置検出信号２００５，２００６としてマイクロコンピュータユニット１３に取り込む。位置検出手段１８はこの位置検出信号２００５，２００６を用いて位置演算を行う。
【０１４６】
このように、タイミングＴ３、Ｔ４では差動を取らない信号２００１，２００２を位置検出信号とするため、そのままでは信号振幅が低下してしまうところ、光源１０の光出力を２倍にして出力信号２００１、２００２の信号振幅をタイミングＴ１における位置検出信号と同等にしたので、高い検出精度をそのまま維持することができる。
【０１４７】
図３３に示すように、タイミングＴ４とタイミングＴ５との間に光源制御の終了時刻ｔ２が到来する。終了時刻ｔ２になると、振幅調整手段３１から一体化受発光素子３０に対して光源１０の光出力を、タイミングＴ１の時と同じ光出力とする光源電流指令値が与えられる。これにより、光源１０の光出力は当初の光量に戻る。
【０１４８】
図２９に示すタイミングＴ５では、センサヘッドが完全に右側スケール１０６−２に移動している。この時点では、受光セルアレイ３０−１、３０−２は右側スケール１０６−２のα２領域のパターンＣを検出し、受光セルアレイ３０−１１、３０−２２は右側スケール１０６−２のβ２領域のパターンＣを検出しているため、出力信号２００１〜２００４は正弦波状の信号となる。出力信号２００１〜２００４は光出力に対応して元の振幅に戻っている。
【０１４９】
タイミングＴ５では、タイミングＴ１と同様に、出力信号２００１と出力信号２００４との差動を取った差動信号を位置検出信号２００５とし、出力信号２００２と出力信号２００３との差動を取った差動信号を位置検出信号２００６として扱う。位置検出手段１８は差動信号からなる位置検出信号（２００５、２００６）を用いて位置演算を行う。
【０１５０】
このように、タイミングＴ５では出力信号２００１と出力信号２００４との差動を取った差動信号を位置検出信号２００５として扱い、出力信号２００２と出力信号２００３との差動を取った差動信号を位置検出信号２００６として扱うので、差動を取らない場合に比べて位置検出信号の振幅が略２倍となるので高い検出精度を実現することができる。
【０１５１】
以上のように本実施の形態によれば、位相を１８０°ずらした受光セルアレイ（３０−１、３０−１１）（３０−２、３０−２２）からの出力信号の差動を取った差動信号では信号振幅が半分に低下するスケール結合部では、光源１０の光出力を２倍にして、スケール結合部以外の領域での位置検出信号と同等の信号振幅を得られるようにしたので、結合スケール１０６の全長に亘って高精度、高分解能を実現することができる。
【０１５２】
なお、以上の説明では、スケール結合部での光出力をスケール結合部以外の領域で設定する光出力の２倍としたが、２倍に限定されるものではなく所望の信号振幅に応じて任意に設定可能である。高い分解能を実現するならば２倍以上に設定することが望ましい。
【０１５３】
（第９の実施の形態）
次に、本発明の第９の実施の形態である光学式リニアエンコーダについて説明する。
上述した第８の実施の形態ではスケール結合部において光源の光出力を２倍に制御していたが、本実施の形態では出力信号の振幅が目標値になるように光源の光出力をフィードバック制御するものとした。以下、第７の実施の形態、第８の実施の形態と同一機能を有する構成要素には同一符号を用いて説明する。
【０１５４】
図３４に示すように、光源１０はマイクロコンピュータ１３から与えられる光源電流指令値により光出力を制御可能に構成されている。マイクロコンピュータ１３は、受光セルアレイの出力信号の差動を取った差動信号の振幅変化を検出する振幅検知手段４１と、この振幅検知手段４１の検知結果に基づいて光源１０の光出力を自動調整する振幅自動調整手段４２としての機能を備える。本実施の形態で用いられるスケールは、第７の実施形態で用いられた結合スケール１０６と同じものである。
【０１５５】
図３５は光源制御を実施しなかった場合の受光セルアレイ３０−１、３０−２、３０−２２、３０−１１の出力信号２００１〜２００４の信号波形を示している。位置検出信号２００５、２００６は、出力信号２００１と出力信号２００４との差動を取った差動信号、出力信号２００２と出力信号２００３との差動を取った差動信号及び出力信号２００１〜２００４から作られる。タイミングＴ１〜Ｔ５は、図２９に示す各タイミングを示している。
【０１５６】
図３５に示すように、受光セルアレイ３０−１、３０−２がスケール結合部に差し掛かったところで、出力信号２００１と出力信号２００４との差動を取った差動信号（位置検出信号２００５）と出力信号２００２と出力信号２００３との差動を取った差動信号（位置検出信号２００６）の信号振幅が低下する。本実施の形態は、振幅検知手段４１が位置検出信号２００５，２００６として用いられる差動信号の信号振幅の低下を検知し、振幅変化量を振幅自動調整手段４２に送信する。振幅自動調整手段４２は、振幅変化量に基づき、信号振幅が予め設定された値になるように光源１０に流す電流値を変更する。例えば、タイミングＴ１で得られる位置検出信号２００５又は２００６の信号振幅を目標値として、光源１０に流す電流値にフィードバック制御を掛けるように構成する。
【０１５７】
これにより、スケール結合部における受光セルアレイ３０−１、３０−２、３０−１１、３０−２２の出力信号２００１、２００２、２００４、２００３を、図８に示す信号振幅を持った信号波形とすることができる。
【０１５８】
スケール結合部以外では、図３３に示すタイミングＴ１での同じ信号振幅の差動信号が得られるので、これらの差動信号を位置検出信号２００５、２００６として取り込み、位置演算に使用する。
【０１５９】
このような本実施の形態によれば、位置検出信号２００５又は２００６の信号振幅の低下を検出して所望の信号振幅が得られるように光源１０に流す電流値を制御するので、スケール結合部における振幅低下を防ぐことができ、高分解能、高精度な光学式リニアエンコーダを実現できる。
【０１６０】
なお、上記した各実施の形態に係る光学式リニアエンコーダを搬送装置（半導体検査装置、半導体製造装置、工作機械、その他の各種装置を含む）に組み込み、高精度な位置決め、速度制御を可能にする位置検出センサとして用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
本発明は、半導体検査装置、半導体製造装置、工作機械、その他の各種装置において高精度な位置決め、速度制御を可能にする位置検出センサに適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】（ａ）第１の実施の形態に係る光学式リニアエンコーダの断面構造を模式的に示す図、（ｂ）同図（ａ）に示す検出光学系の平面図
【図２】第１の実施の形態における結合スケールの全体図
【図３】図２に示す結合スケールの部分拡大図
【図４】第１の実施の形態における第１及び第２受光素子の平面図
【図５】第１の実施の形態における電気系の構成図
【図６】第１の実施の形態におけるα領域での検出信号の波形図
【図７】第１の実施の形態におけるβ領域での検出信号の波形図
【図８】（ａ）第２の実施の形態に係る光学式リニアエンコーダの断面構造を模式的に示す図、（ｂ）同図（ａ）に示す検出光学系の平面図
【図９】第２の実施の形態における複合受光素子の平面図
【図１０】第３の実施の形態に係る光学式リニアエンコーダの断面構造を模式的に示す図
【図１１】第３の実施の形態における回路基板の平面図
【図１２】第３の実施の形態における第１及び第２受光素子の平面図
【図１３】（ａ）第３の実施の形態におけるスケールの平面図、（ｂ）同図（ａ）に示すスケールの端部拡大図
【図１４】第３の実施の形態における右側スケールと左側スケールとを結合したスケール結合部の拡大図
【図１５】第３の実施の形態におけるスケール結合部における受光セルアレイの検出位置とタイミングを示す平面図
【図１６】第３の実施の形態における受光素子からの出力信号のタイミング図
【図１７】第３の実施の形態における位置情報パターンの位相差説明図
【図１８】第４の実施の形態におけるスケール端部の形状を示す平面図
【図１９】第４の実施の形態におけるスケール結合部の平面図
【図２０】第５の実施の形態における結合スケールの全体図
【図２１】第５の実施の形態におけるスケール結合部の平面図
【図２２】第５の実施の形態におけるスケール結合部付近での検出信号の波形図
【図２３】第６の実施の形態における検出光学系及びマイクロコンピュータユニットの構成図
【図２４】第６の実施の形態におけるマイクロコンピュータユニットのフロー図
【図２５】第６の実施の形態におけるスケール結合部付近での検出信号の波形図
【図２６】第７の実施の形態に係る光学式リニアエンコーダの断面構造を模式的に示す図
【図２７】図２６に示す光学式リニアエンコーダに備えた回路基板の平面及び機能ブロックを示す図
【図２８】第７の実施の形態における一体化受発光素子の構成を示す平面図
【図２９】スケール結合部における受光セルアレイの検出位置とタイミングを示す平面図
【図３０】第７の実施の形態における受光セルアレイの出力信号の信号波形図
【図３１】第８の実施の形態に係る光学式リニアエンコーダに備えた回路基板の平面及び機能ブロックを示す図
【図３２】第８の実施の形態における一体化受発光素子の構成を示す平面図
【図３３】第８の実施の形態における受光セルアレイの出力信号及び差動信号のタイミング図
【図３４】第９の実施の形態に係る光学式リニアエンコーダに備えた回路基板の平面及び機能ブロックを示す図
【図３５】光源制御を行わなかった場合の受光セルアレイの出力信号及び差動信号のタイミング図
【図３６】（ａ）従来の光学式リニアエンコーダの側面図、（ｂ）検出光学系の平面図
【図３７】従来のスケールの全体図及び拡大図
【図３８】受光素子の平面図
【図３９】受光素子から出力される検出信号の波形図
【図４０】従来の光学式リニアエンコーダにおける受光素子からマイクロコンピュータユニットまでの処理ブロック図
【符号の説明】
【０１６３】
１  第１発光素子
２  第１受光素子
３  第２発光素子
４  第２受光素子
５、１０６、１２４  結合スケール
６−１、６−２  補助スケール
８  複合受光素子
９  センサヘッド
１０  光源
１１  回路基板
１２、３０  一体化受発光素子
１３  マイクロコンピュータユニット
１６  メモリ
１７  信号補正手段
１８  位置検出手段
１９  ＡＤ変換器
１２−１、１２−２、１２−１１、１２−２２  受光セルアレイ
２１  感帯部
３０−１、３０−２、３０−１１、３０−２２  受光セルアレイ
３１  振幅調整手段
４１  振幅検知手段
４２  振幅自動調整手段
１０６  スケール
１０６−１  左側スケール
１０６−２  右側スケール
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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