(57)【要約】【課題】  光学系の改善によりより大きな光学信号のコントラストを得られるように工夫し、それによって、その後の工程において信号処理の安定化や高信頼性化を図ることが可能なエンコーダとそのエンコーダを搭載したアクチュエータを提供すること。【解決手段】  光学検出器と光源の間に遮光板を設け、その遮光板が上記光学検出器寄りに設置し、それによって、迷光を低減させて信号のコントラストを改善させ、その後の工程において信号処理の安定化や高信頼性化を図ることが可能となるもの。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学検出器と光源の間に遮光板を設け、その遮光板が上記光学検出器に寄った位置に設置されていることを特徴とするエンコーダ。
【請求項２】
請求項１記載のエンコーダにおいて、
上記遮光板が上記光学検出器に接していることを特徴とするエンコーダ。
【請求項３】
請求項２記載のエンコーダにおいて、
上記遮光板はバネ性を有していて、上記光学検出器に取付けられていることを特徴とするエンコーダ。
【請求項４】
請求項３記載のエンコーダにおいて、
上記遮光板は上記光学検出器の両側を遮光するものであることを特徴とするエンコーダ。
【請求項５】
請求項４記載のエンコーダにおいて、
上記光学検出器は１個で２種類のスケールを読み取ることができるものであることを特徴とするエンコーダ。
【請求項６】
請求項５記載のエンコーダにおいて、
上記遮光板は１個の光学検出器に被冠・固定されるものであることを特徴とするエンコーダ
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れかに記載のエンコーダを用いたことを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、精密位置決めシステムに用いられるエンコーダとそのエンコーダを使用したアクチュエータに係り、特に、光学系の改善によってより大きな光学信号のコントラストを得られるように構成し、それによって、その後の工程において信号処理の安定化や信頼性の向上を図ることができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
精密位置決め装置において、位置決めフィードバック用のセンサーとして、例えば、リニアエンコーダが使用される。これはリニアエンコーダが高精度であって低コストであることに起因する。ところが、現在多く用いられているリニアエンコーダは原点復帰動作の必要なインクリメンタル型である。この種のインクリメンタル型のリニアエンコーダの場合には、装置立ち上げ時或いはトラブル発生時には原点復帰動作を行う必要があり、その為、装置の稼働率が低下してしまうという問題があった。
【０００３】
そこで、インクリメンタル型のリニアエンコーダに代わってアブソリュート型のリニアエンコーダの使用が提案されている。この種のアブソリュート型のリニアエンコーダの場合には上記原点復帰動作が不要になるからである。
【０００４】
尚、本件特許出願人も、特許文献１に示すように、装置起動時に短い距離だけ動くことにより絶対位置を知ることができる簡易型のアブソリュート型リニアエンコーダに関する出願を行っている。そこに開示されているアブソリュート型リニアエンコーダは、ＰＮ符号系列の必要ビット数のデータを読み込むセンサーが搭載されている装置可動部を必要ビット数だけ動かす構成になっていて、それによって、一個のセンサーで済むように構成したものであり、簡易な構成で絶対位置を知ることができるというものである。
【０００５】
しかしながら、装置によっては装置起動時に僅かでも動くとワークやジグ類等を破損させてしまう装置もあり、そのような場合には上記簡易型のアブソリュート型リニアエンコーダを適用できないという問題があった。
【０００６】
一方、全く動かなくてもよいアブソリュート型リニアエンコーダの提案も多くなされている。そのようなアブソリュート型リニアエンコーダを開示するものとして、例えば、特許文献２、特許文献３等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−６８９７８号公報
【特許文献２】特開平０３−２７４４１４号公報
【特許文献３】特開２００５−１２１５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の構成によると次のような問題があった。
すなわち、上記特許文献２、特許文献３に開示されているアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、信頼性の確保が不十分であってコストが高く、又、検出ヘッドのコンパクト化が困難であるという問題があった。具体的に説明すると、まず、上記特許文献２に記載されているアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、１ビットエラー或いは奇数項のエラーについてはこれを検出することはできるが、２ビットエラー或いは偶数項のエラーについてはこれを検出することができないという問題があった。又、全てのビットのエラー検出を行うためには必要ビット数の約２倍のビット長の検査が必要であり、その為多くのセンサー（受光素子）が必要となってしまい、コンパクト化及び低コスト化が困難になってしまうという問題もあった。
又、特許文献３に記載された発明の場合には、コンパクトなセンサー部が開示されているが、その場合には所定の検出に必要なビット数分の受光素子しか搭載されておらず、結局、限定的なエラー検出ができるだけであった。   
又、特許文献２に記載された発明の場合には、そこに開示されているエラー検出方法によってエラーが検出された場合、装置が停止したままとなってしまうという問題もあった。
因みに、本件特許出願人は、特許文献４に示すように、この種の問題を解決するものとして別の特許出願を行っている。
【０００９】
【特許文献４】特開２０１０−２１７１６０号公報
【００１０】
しかしながら、さらに安定した信頼性を確保するためには、光学系の改善によってより大きな光学信号のコントラストが得られることが望ましい。すなわち、光学信号のより大きなコントラストは、光学検出器によってより大きな信号出力に変換され、それがその後の工程において信号処理の安定化や信頼性の向上につながるからである。
【００１１】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、光学系の改善によってより大きな光学信号のコントラストを得られるように工夫し、それによって、その後の工程において信号処理の安定化や信頼性の向上を図ることが可能なエンコーダとそのエンコーダを搭載したアクチュエータを提供することにある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１によるエンコーダは、光学検出器と光源の間に遮光板を設け、その遮光板が上記光学検出器に寄った位置に設置されていることを特徴とするものである。
又、請求項２によるエンコーダは、請求項１記載のエンコーダにおいて、上記遮光板が上記光学検出器に接していることを特徴とするものである。
又、請求項３によるエンコーダは、請求項２記載のエンコーダにおいて、上記遮光板はバネ性を有していて、上記光学検出器に取付けられていることを特徴とするものである。
又、請求項４によるエンコーダは、請求項３記載のエンコーダにおいて、上記遮光板は上記光学検出器の両側を遮光するものであることを特徴とするものである。
又、請求項５によるエンコーダは、請求項４記載のエンコーダにおいて、上記光学検出器は１個で２種類のスケールを読み取ることができるものであることを特徴とするものである。
又、請求項６によるエンコーダは、請求項５記載のエンコーダにおいて、上記遮光板は１個の光学検出器に被冠・固定されるものであることを特徴とするものである。
又、請求項７によるアクチュエータは、請求項１〜請求項６の何れかに記載のアブソリュート型リニアエンコーダを用いたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上述べたように、本願発明の請求項１によるエンコーダによると、光学検出器と光源の間に遮光板を設け、その遮光板が上記光学検出器に寄った位置に設置されている構成になっているので、まず、迷光を低減させることができ、それによって、信号のコントラストを改善させ、その後の工程において信号処理の安定化や高信頼性化を図ることが可能となる。又、遮光板は光学検出器寄りに設置されているので、上記効果をより確実なものとすることができる。
又、請求項２によるエンコーダによると、請求項１記載のエンコーダにおいて、上記遮光板が上記光学検出器に接している構成になっているので、上記効果を奏することができることはもとより、遮光板の位置決め等が容易になる。
又、請求項３によるエンコーダによると、請求項２記載のエンコーダにおいて、上記遮光板はバネ性を有していて、上記光学検出器に取付けられている構成になっているので、光学検出器に対する遮光板の位置決めおよび保持が確実なものとなる。
又、請求項４によるエンコーダによると、請求項３記載のエンコーダにおいて、上記遮光板は上記光学検出器の両側を遮光するものとして構成されているので、少ない数の遮光板で事足りることになる。
又、請求項５によるエンコーダによると、請求項４記載のエンコーダにおいて、上記光学検出器は１個で２種類のスケールを読み取ることができる構成になっているので、上記構成と相まって構成の簡略化を図ることができる。
又、請求項６によるエンコーダによると、請求項５記載のエンコーダにおいて、上記遮光板は１個の光学検出器に被冠・固定される構成になっているので、遮光板の位置決め・取り付けが容易化される。
又、請求項７によるアクチュエータによると、請求項１〜請求項６の何れかに記載のアブソリュート型リニアエンコーダを用いた構成になっているので、低コストで信頼性の高いアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、アクチュエータの構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、アブソリュート型リニアエンコーダの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図で、ＬＳＦＲの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図４（ａ）は光学検出器と光源の構成を示す側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のｂ−ｂ矢視図、図４（ｃ）は図４（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す図で、図５（ａ）は光学検出器と光源の構成を示す側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のｂ−ｂ矢視図、図５（ｃ）は図５（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す図で、図６（ａ）は光学検出器と光源の構成を示す側面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のｂ−ｂ矢視図、図６（ｃ）は図６（ａ）のｃ−ｃ断面図、図６（ｄ）は遮光板の拡大平面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示す図で、図７（ａ）は光学検出器と光源の構成を示す側面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のｂ−ｂ矢視図、図７（ｃ）は図７（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態を示す図で、図８（ａ）は遮光板の平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のｂ−ｂ矢視図、図８（ｃ）は図８（ａ）のｃ−ｃ矢視図、図８（ｄ）は遮光板の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１乃至図４を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。この実施の形態は本願発明を一軸アクチュエータに適用した例を示すものである。図１は本実施の形態によるアクチュエータの全体の構成を示す平面図であり、まず、ハウジング1がある。このハウジング１にはスライダ３が図１中左右方向（矢印ａ方向）に移動可能な状態で取り付けられている。上記ハウジング１内にはボールねじ５が内装されていると共に駆動モータ７が設置されている。上記ボールねじ５は上記駆動モータ７の出力軸に連結されていて、駆動モータ７によって回転・駆動されるように構成されている。
尚、図示したアクチュエータはボールねじ５と駆動モータ７の出力軸が一体化されたものであるが、そのような構成のアクチュエータに限定されるものではない。
【００１６】
上記ボールねじ５には図示しないボールナットがその回転を規制された状態で螺合・配置されている。既に説明したスライダ３はこのボールナットに固着されている。上記ハウジング１にはガイド９、１１が設置されていて、これらガイド９、１１によって上記スライダ３の図１中左右方向（矢印ａ方向）への移動をガイドする。そして、駆動モータ７を適宜の方向に回転させることによりボールねじ５が同方向に回転し、それによって、ボールナットを介してスライダ３が上記ガイド９、１１によってガイドされながら図１中左右方向（矢印ａ方向）に移動する。
【００１７】
上記ガイド１１側にはリニアスケール部２１が設置されており、一方、上記スライダ３には検出ヘッド部２３が取り付けられている。又、アクチュエータに対して離間した場所にはコントローラ部２５が設置されている。
【００１８】
次に、上記リニアスケール部２１、検出ヘッド部２３、コントローラ部２５の構成について詳しく説明する。図２は図１の中から上記リニアスケール部２１、検出ヘッド部２３、コントローラ部２５を抽出して示す図である。まず、リニアスケール部２１は、位相検出用リニアスケール３１とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３とから構成されている。上記ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３だけでも必要な機能を奏することは可能であるが、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３の分解能はアブソリュート信号の１ビットに等しく、よってＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３だけで長いストロークと高分解能を両立させることは応答速度やコスト面で困難である。
そこで、本実施の形態の場合には、ややラフな幅のＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３を用いて、ストロークに対して必要ＰＮ符号系列ビット数を適度に抑え、且つ、アブソリュート１ビットをさらに高分解能に分割できる位相検出用リニアスケール３１を別途設けているものである。
因みに、ストローク２．６ｍで分解能０．１μｍを実現するためには、アブソリュート１ビット幅８０μｍで１５ビットのＰＮ符号系列で８００分割（位相０．４５°）可能な位相検出用リニアスケール３１が必要となる。
【００１９】
上記位相検出用リニアスケール３１は縞状をなしていて、例えば、８０μｍピッチの光学反射式のものとして構成されている。すなわち、上記位相検出用リニアスケール３１は、４０μｍの高反射率領域３１ａと４０μｍの低反射領域３１ｂが交互に配置されて連なった構成をなしている。
【００２０】
一方、上記ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３は１ビットが８０μｍに構成されていて、高反射率領域３３ａと低反射領域３３ｂがＰＮ符号系列に基づいて配置された構成になっている。
尚、図２ではアブソリュートリニアスケール３３のパターンを、説明を容易にするために、ＰＮ符号系列に１：１に対応するように、高反射率領域（黒）３３ａと低反射率領域（白）３３ｂにて表示しているが、本実施の形態におけるアブソリュートリニアスケール３３ではＰＮ符号系列に狭帯域化のために変調を施している。
上記ＰＮ符号系列は擬似ランダム系列（Ｐｓｅｕｄｏ  Ｒａｎｄｏｍ  Ｎｏｉｓｅ、その一部はＭ系列とも呼ばれる）である。この擬似ランダム系列とは、例えば、スペクトラム拡散通信、白色雑音生成、暗号化、エラー訂正等に広く使われているものである。
【００２１】
又、上記ＰＮ符号系列の生成にはＬＦＳＲ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｓｈｉｆｔ  Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）と称されるシフトレジスタが使用される。このシフトレジスタは、図３に示すような構成になっており、ＸＯＲゲート（又は、ＸＮＯＲゲート）５０によって帰還をかける構成になっている。
尚、このＬＦＳＲについては追って詳細に説明する。
【００２２】
図２に戻って検出ヘッド部２３側の構成をみてみると、まず、上記位相検出用リニアスケール３１に対応する位相検出用リニアスケール用光学検出器（ＣＭＯＳリニアアレイを使用したもの）３５と、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３に対応するＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器（ＣＭＯＳリニアアレイを使用したもの）３７が夫々設置されている。上記位相検出用リニアスケール３１と位相検出用リニアスケール用光学検出器３５とによって位相検出リニアスケール部を構成している。又、上記ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７とによってアブソリュートリニアスケール部を構成している。
【００２３】
上記位相検出用リニアスケール用光学検出器３５とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７は、図４に示すような状態で設置される。図４中符号３９はＬＥＤ光源であり、図４に示す構成においては、２個のＬＥＤ光源３９、３９が設置されている。このＬＥＤ光源３９より位相検出用リニアスケール３１に対してＬＥＤ光を投光する。位相検出用リニアスケール３１にて反射した光は上記位相検出用リニアスケール用光学検出器３５によって受光される。これは、上記ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７の場合も同様である。すなわち、ＬＥＤ光源３９よりＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３に対してＬＥＤ光が投光される。ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３にて反射した光は上記ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７によって受光されることになる。位相検出用リニアスケール３１、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３の反射率に応じて位相検出用リニアスケール用光学検出器３５、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７に入光する光の強度が異なり、これにより位相検出用リニアスケール３１、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３の信号パターンを読むことができる。
因みに、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３の低反射率領域３３ｂで反射される光強度は低くＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７では低強度と検出され、信号「０」を検出することができ、高反射率領域３３ａで反射される光強度は高くＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７では高強度と検出され、信号「１」を検出することができる。
【００２４】
尚、図４の光学系では、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５やＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７上の信号ピッチは、位相検出用リニアスケール３１やＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３上のピッチの約２倍に拡大されるが、図２の模式図ではわかり易くするために、位相検出用リニアスケール３１やＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３と位相検出用リニアスケール用光学検出器３５やＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７の信号は等倍で上下対応するように記載してある。
【００２５】
又、本実施の形態では、上記位相検出用リニアスケール用光学検出器（ＣＭＯＳリニアアレイを使用したもの）３５、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器（ＣＭＯＳリニアアレイを使用したもの）３７として、プリント基板の上に汎用のパッケージ品のＣＭＯＳリニアアレイ及び汎用パッケージ品のチップＬＥＤを表面実装したものを用いている。このような汎用品を用いることにより低コストで製造することができる。又、図４において、ＬＥＤ光源３９が２個搭載されているのは、上記位相検出用リニアスケール用光学検出器（ＣＭＯＳリニアアレイを使用したもの）３５、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器（ＣＭＯＳリニアアレイを使用したもの）３７に比べ寿命の短いＬＥＤ光源３９が劣化した場合、他方のＬＥＤ光源３９に切り換えることができるようにするためである。又、２個のＬＥＤ光源３９を切り換えることにより、ＬＥＤ光源３９の照射領域を拡大することもできる。
【００２６】
又、本実施の形態における上記位相検出用リニアスケール３１とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３は、ＰＥＴフィルムの上に熱転写印刷により、アルミ蒸着層の熱転写、さらに、その上に黒色インクの熱転写印刷を行うことにより、アルミ蒸着層による高反射領域と黒インクによる低反射領域により、位相検出用リニアスケール３１の繰り返しパターンとＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３のＰＮ信号系列（変調）パターンを形成している。
【００２７】
又、図２に示すように、上記検出ヘッド部２３には、位相演算器４１、絶対位置データ演算器４３、絶対位置データ構成器４５、トランシーバ４７が設置されている。又、上記コントローラ部２５には、トランシーバ４９、コントローラ５１が設置されている。又、上記絶対位置データ演算器４３では、ＬＦＳＲを介して合致する絶対位置を検出しているが、予め作成されている信号データと絶対位置の対応表より求めても良い。
【００２８】
そして、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７より出力された信号は絶対位置データ演算器４３に入力され、その絶対位置データ演算器４３においてアブソリュートビット単位の絶対位置が求められる。一方、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５より出力された信号は位相演算器４１に入力され、その位相演算器４１によりアブソリュート１ビットを３６０度とした位相が演算され、さらに高分解能の情報が得られる。絶対位置データ構成器４５では、絶対位置データ演算器４３と位相演算器４１より求められた結果を結合して長ストロークで、且つ、高分解能の絶対位置データを演算・出力する。上記高分解能の絶対位置データはトランシーバ４７、トランシーバ４９を介してコントローラ５１に入力される。コントローラ５１はその入力した高分解能の絶対位置データに基づいて駆動モータ７を制御してスライダ３を位置決めするものである。
【００２９】
尚、本実施の形態におけるアブソリュート型リニアエンコーダは、既に説明したように、位相検出用リニアスケール部とアブソリュートリニアスケール部の二つのエンコーダ機能を持っている。前述したように、本来アブソリュートリニアスケール部のみであっても必要な機能を得ることはできるが、アブソリュートリニアスケール部の長ストローク化と高分解能化で応答速度を上げ、且つ、低コスト化することは困難であった。そこで、本実施の形態の場合には、位相検出用リニアスケール部を設け、アブソリュート１ビットをさらに高分解能分割することにより、ややラフな幅のアブソリュートビットを用いることができ、それによって、高分解能、高応答速度で且つ低コストのアブソリュート型リニアエンンコーダを実現しているものである。
以上が本実施の形態によるアクチュエータ及びそこに使用されているアブソリュート型リニアエンコーダの概略の構成である。以下、各部の構成をその作用・効果を交えながら説明する。
【００３０】
まず、前述したＬＦＳＲについて詳細に説明する。ＬＦＳＲは、図３に示されているように、１５個（０〜１４の１５ビット）のシフトレジスタによって構成されている。このような構成をなすＬＦＳＲにおいて、発生可能なＰＮ符号系列の周期長（ＰＮ符号系列長、Ｌ）は次の式（Ｉ）に示すようなものである。
Ｌ＝２ｍ−１―――（Ｉ）
但し、
Ｌ：ＰＮ符号系列長
ｍ：ビット数（検出連続信号数）
である。
ＰＮ符号系列は二値「０／１（ここでは白黒）」の擬似ランダム系列の一つであって、比較的短い連続したｍ個の信号によって長大な信号周期（Ｌ）を得ることができる信号系列である。例えば、ｍ＝１５個であればＰＮ符号系列長（Ｌ）は、既に説明した式（Ｉ）によれば、次の式（ＩＩ）に示すようなものとなる。
Ｌ＝２１５−１＝３２７６７―――（ＩＩ）
又、本実施の形態における上記ＬＦＳＲの場合には、前述したように、０ビットと１ビットの信号がＸＯＲゲート５０を介して１４ビットへフィードバックされるように構成されている。
【００３１】
図２に示した位相検出用リニアスケール３１は、既に説明したように、８０μｍピッチである。又、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３も１ビットが８０μｍであり、よって、ｍ＝１５でのＰＮ符号系列アブソリュートスケール３３のストローク（Ｓ）は次の式（ＩＩＩ）に示すようなものとなる。
Ｓ＝８０μｍ×３２７６７＝約２．６ｍ―――（ＩＩＩ）
尚、式（Ｉ）、（ＩＩ）から明らかなように、アブソリュートリニアスケール部側のＰＮ符号系列の上記検出連続信号数ｍを増加させることにより長いストロークが実現できる。
【００３２】
上記ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３からの信号検出には、既に説明したように、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７を使用しているが、このＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７はストロークに対して必要なＰＮ符号系列ビット数以上の検出素子が必要となる。例えば、前記の例では、ストローク２．６ｍに対して１５ビットのＰＮ符号系列が必要であり、検出素子は１５個以上必要となる。このようにアブソリュート用検出器３７は多くの検出素子を必要とし、そのコンパクト化のためには専用の半導体ＩＣを開発して使用される。しかしながら、専用の半導体ＩＣは非常に高価という難点がある。一方ＣＭＯＳリニアアレイはチャージアンプにより出力を増大させることできるため受光面積を小さくしても容易に出力を確保でき信頼性が高く、又、小型で低コストである。そこで、本実施の形態の場合には、汎用のＣＭＯＳリニアアレイを用いることにより、コンパクト化と低コスト化を実現するようにしている。
【００３３】
上記ＣＭＯＳリニアアレイは、例えば、１２．５μｍピッチで５１２個の検出素子が並んでいる検出器であり、多くの検出素子を内蔵している。又、その信号出力を同時に行うことはできず１個ずつの信号出力となるため、例えば、５１２個の検出素子の信号出力を得ようとすると、略５００倍の時間を要することになり、よって、高速の信号出力が困難である難点がある。そこで、本実施の形態の場合には、連続的に（あるいは極めて短時間応答で）位置データを出力する方式ではなく、ある一定時間間隔（またはある応答時間）にて位置データを出力する方式を用いることにより、ある一定サンプリング時間内にてＣＭＯＳリニアアレイの検出素子の出力を得てエラーチェックや絶対位置データの演算等を行う方式を採用している。
【００３４】
例えば、ＣＭＯＳリニアアレイの検出素子１つ当りの出力時間が１７０ｎｓｅｃ（６ＭＨｚ）であれば、全検出素子５１２個の出力を得るのに略１００μｓｅｃ（１０ＫＨｚ）要することになる。よって、他のロス時間を無視すると、この略１０ＫＨｚが最大応答周波数となる。この応答周波数は高々１００Ｈｚ程度のアクチュエータの応答周波数に比べ十分高応答であり実用上十分である。
【００３５】
又、位相検出用リニアスケール３１は、図２に示すように、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３の１ビットをさらに分割し高分解能を得るものであり、既に説明したように、ＰＮ符号系列アブソソリュートリニアスケール３３の１ビットに対して略１／２ビットの高反射率部３１ａと略１／２ビットの低反射率部３１ｂが対応する構成になっている。ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３の１ビットを３６０度とした時、これら高反射率部３１ａ、低反射率部３１ｂよりの光反射強度が略正弦波１周期（３６０度）になるよう位相検出用リニアスケール用光学検出器３５によって検出する。
【００３６】
又、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５においては少なくとも２個の検出素子が必要であり、互いに略９０度の位相差（アブソリュート１／４ビット相当）を持つものである。そして、９０度位相差を持つ２個の信号強度が得られれば、次の式（ＩＶ）、（Ｖ）に基づいて位相演算器４１によって位相が算出される。
ｔａｎθ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ
＝{α・ｓｉｎθ}／{α・ｓｉｎ（θ−９０°）}―――（ＩＶ）
θ＝ａｒｃｔａｎ-1θ                                  ―――（Ｖ）
【００３７】
そして、アブソリュート１ビット内における位置が位相で求められる。アブソリュート１ビットが３６０度に相当するので、例えば、位相４５度が算出されたら、次の式（ＶＩ）に示すような位置となる。
８０μｍ×４５°／３６０°＝１０μｍ―――（ＶＩ）
つまり、アブソリュート１ビットの内側１０μｍの位置ということになる。このようにして位相検出用リニアスケール部を用いてややラフなアブソリュートスケール部の分解能を向上させることができるものである。
【００３８】
ところで、位相検出用リニアスケール用検出器３５においては、既に説明したように、少なくとも２個のお互いに略９０度位相差を持つ検出素子が必要であり、そのコンパクト化のためには専用の半導体ＩＣを開発し用いるのが一般的である。しかしながら、専用の半導体ＩＣは非常に高価という難点がある。そこで本実施の形態では、前述したＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７の場合と同様に汎用のＣＭＯＳリニアアレイを用いることによってコンパクト化と低コスト化を実現している。ＣＭＯＳリニアアレイは、例えば、１２．５μｍピッチで５１２個の検出素子が並んでいる検出器であって多くの検出素子を内蔵しており、２個の略９０度位相差の検出素子のみではなく、多数組の略９０度位相差を持つ検出素子を用いることができる。各組の検出素子は位相差が等しく（３６０度の整数倍）、１組に多くの検出素子を用いて平均化することによって信号出力の安定化を図ることができる。例えば、位相検出用リニアスケール３１のある箇所にゴミ付着等により信号出力が劣化してもより広い範囲にわたり平均化していればそのゴミの影響は軽微なものとすることができる。又、夫々の組と１８０°位相差を持つ検出素子を設けることにより、各信号出力との差動をとることができるので、信号出力の増大や外乱安定性を増加させることができる。
【００３９】
又、狭ピッチの多くの検出素子を内蔵しているので、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７との対応付けも容易にできる。ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７の固定位置と位相検出用リニアスケール用光学検出器３５の固定位置が検出器の実装ばらつきに起因してずれた場合には、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５における選択する検出素子をずれ量だけずらして選択することによって調整することができる。例えば、選択する検出素子が何番目の出力かＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）のソフトを書き替えてやれば良い。
【００４０】
前述したように、本実施の形態では、アブソリュートスケール部と位相用検出用スケール部との２つのスケール部を用いることにより、ややラフな幅のアブソリュートビットを用いて適度なＰＮ符号系列ビット数にて長ストロークを実現すると共に、位相検出用スケール部によりアブソリュート１ビットを更に位相分割し高分解能も実現している。これらを低コストかつコンパクトに実現するために、各検出器、すなわち、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７としてＣＭＯＳリニアアレイを使用している。前記したようにＣＭＯＳリニアアレイは多くの検出素子を内蔵していて高速での信号出力は困難である。そこであるサンプリング時間内にて検出素子の出力を得て絶対位置データ演算等を行う方式を用いることにより、低コストでかつコンパクトでありながら適度な応答周波数を確保している。
【００４１】
したがって、図２に示す絶対位置データ構成器４５からの出力は連続的ではなくあるサンプリング時間で更新される間欠的なものとなっている。よって、絶対位置データ構成器４５より受信したデータをコントローラ５１側に送信するトランシーバ４７は適度な送信ビットレートで十分であり、省配線化できるシリアル通信用トランシーバが望ましい。
【００４２】
又、図４に示すように、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５とＬＥＤ光源３９と間、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７と光源３９との間には、コ字型であって薄板製の遮光板５１、５３が設置されている。これら遮光板５１、５３を設置することにより、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７への迷光の入射を軽減させ、それによって、光学信号のコントラストの低下を防止し、その後の工程において信号処理の安定化や信頼性の向上を図ることができるように工夫している。
【００４３】
上記遮光板５１、５３について詳しく説明する。上記  遮光板５１、５３は、上記したように、コ字型であって薄板製となっており、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５と一方のＬＥＤ光源３９と間、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７と他方のＬＥＤ光源３９との間に設置されている。上記遮光板５１、５３をコ字型に成形しているのは、薄板製であるため自立が困難であることに基づくものであり、薄板の両端を折り曲げることにより自立できるようにしたものである。又、上記  遮光板５１、５３は、例えば、接着剤によって、検出ヘッド部２３上に接着・固定されている。
【００４４】
又、上記遮光板５１、５３は、例えば、ステンレス等の金属製、又は、ポリアセタール樹脂等の樹脂製である。又、上記遮光板５１、５３の表面は光を反射し難いように鏡面ではなく艶消しの状態が望ましく、又、色は黒色または灰色が望ましい。又、本実施の形態において使用しているＬＥＤ光源３９は、微小な発光部（例えば、直径数１０μｍ）から全方向に放射状に光が放出する擬似点光源である。したがって、図４に示すように、ＬＥＤ光源３９から出た光が、位相検出用リニアスケール３１やＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３にて反射され、その反射光が位相検出用リニアスケール用光学検出器３５やＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７に入射するといった理想的な経路を経由する光ばかりではなく、様々な箇所にて反射されて、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５やＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７に入射される（これが「迷光」である。）。このように、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５やＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７には、理想的な経路にて反射された信号光と迷光の両方が入射されることとなり、迷光が多いと信号光のコントラスト低下が生じ，検出される信号品質の劣化を生じることになる。
【００４５】
そこで、本実施の形態においては、上記遮光板５１、５３を設置しているものである。すなわち、遮光板５１、５３を設置することにより、上記迷光を減じて信号光のコントラストを改善させようとするものである。また、本実施の形態では、擬似点光源であるＬＥＤ光源３９を使用しているので、例えば、ＬＥＤ光源３９が少し傾いた状態で取り付けられていても、あらゆる方向に光を放射しているので、光源としての性能は十分に担保されるものである。そのため、ＬＥＤ光源３９、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３９の検出ヘッド２３への取付姿勢、および検出ヘッド２３のアクチュエータへの取付姿勢、位相検出用リニアスケール３１、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３のアクチュエータへの取付姿勢（ローリング、ピッチング、ヨーイング）に対して比較的大きな許容領域を持つことができる。
【００４６】
又、遮光板５１、５３をＬＥＤ光源３９側に近づけ過ぎると、擬似点光源であるＬＥＤ光源３９の多くの部分を遮断してしまうことになり、上記取付姿勢許容領域を制限してしまうことになる。又、ＬＥＤ光源３９に近いところに設置された遮光板５１、５３では、より強い光を遮光することになるので、反射率を低減させた遮光板５１、５３であってもかなりの光が反射され、それらは迷光へと繋がることになる。そこで、遮光板５１、５３は、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５とＬＥＤ光源３９と間、Ｎ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７とＬＥＤ光源３９との間であって、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７に寄った位置に設置されていることが望ましい。
【００４７】
以上、本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５とＬＥＤ光源３９と間、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７とＬＥＤ光源３９との間に、遮光板５１、５３を設置しているので、いわゆる迷光を低減させることができ、それによって、信号光のコントラストを改善させ、その後の工程において信号処理の安定化や高信頼性化を図ることが可能となる。
又、上記遮光板５１、５３は、上記位相検出用リニアスケール用光学検出器３５と一方のＬＥＤ光源３９と間、Ｎ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７と他方のＬＥＤ光源３９との間であって、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７に寄った位置に設置されているので、上記効果をより確実なものとすることができる。
又、上記遮光板５１、５３はコ字型をなしていて自立性が高められているので、位置決め、接着剤を使用した接着・固定作業も容易である。
又、本実施の形態では、光源として、擬似点光源であるＬＥＤ光源３９を採用しているので、遮光板５１、５３を光学検出器３５，３７寄りに配置することで検出ヘッド２３の取付姿勢や位相検出用リニアスケール３１、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３の取付姿勢（ローリング、ピッチング、ヨーイング）に対して比較的大きな許容領域を持つことができる。
【００４８】
次に、図５を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。
尚、前記第１の実施の形態の場合と同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
この第２の実施の形態の場合には、図５に示すように、薄板の片側を折り曲げＬ字型とした遮光板６１、６３を、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５の側面とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７の側面にそれぞれ貼り付けた状態で設置した構成になっている。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同じであるのでその説明は省略する。
【００４９】
Ｌ字型の遮光板６１、６３を、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７にそれぞれ貼り付けたのは、次のような理由による。すなわち、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５と一方のＬＥＤ光源３９との間、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７と他方のＬＥＤ光源３９との間に遮光板を位置精度よく設置するためには、何等かの機械的な位置決め突起などが不可欠であると考えられる、しかしながら、そのような位置決め突起を設けようとすると、そのための設置スペースも必要となり、又、コストも掛かってしまう。
【００５０】
そこで、本実施の形態の場合には、位相検出用リニアスケール用光学検出器３５とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７の側面にＬ字型の遮光板６１、６３を貼り付けたものである。それによって、別途位置決め突起を設けることなく高精度の位置決めが可能となったものである。又、Ｌ字型としているので、遮光板６１、６３をヘッド取付部２３に対して直角に設置することが容易になるという利点もある。
【００５１】
次に、図６を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。
尚、前記第１の実施の形態の場合と同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
この第３の実施の形態の場合には、図６（特に、図６（ｄ））に示すように、薄板の両側を折り曲げコ字形状より口をさらに狭くしバネ性を持たせた遮光板７１、７３を使用し、それら遮光板７１、７３を位相検出用リニアスケール用光学検出器３５とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７にそれぞれ嵌合・固定したものである。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同じであるのでその説明は省略する。
【００５２】
前記第２の実施の形態の場合には、接着剤が硬化するまで、遮光板６１、６３を押さえておく必要があった。これに対して、本実施の形態の場合には、遮光板７１、７３自身がバネ性を備えているので、単に、遮光板７１、７３を位相検出用リニアスケール用光学検出器３５とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７にそれぞれ嵌合させるだけで固定することができる。又、仮に、接着剤を使用して接着・固定する場合であっても、そのバネ性で位相検出用リニアスケール用光学検出器３５とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール用光学検出器３７に対する嵌合状態は保持されているので、接着剤が硬化するまでを待つ必要はないという利点がある。
【００５３】
次に、図７及び図８を参照して本発明の第４の実施の形態を説明する。
尚、前記第１の実施の形態の場合と同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
この第４の実施の形態の場合には、図８に示すようなバネ性を有するコ字形状の遮光板８１を単一の光学検出器９１の上から被冠・固定させるような構成になっている。又、上記光学検出器９１を挟むように、ＬＥＤ光源９３、９５、９７、９９が設置されている。そして、図７に示すように、上記光学検出器９１の両側の遮光を単一の遮光板８１によって同時に行うように構成されている。
【００５４】
以下、詳細に説明する。上記遮光板８１は、図８（特に、図８（ｃ）、図８（ｄ））に示すように、開口側が狭い断面コ字型となっており、これを単一の光学検出器９１に被冠・固定させるものであり、遮光板８１は自身のバネ性で光学検出器９１に弾性・保持されることになる。又、接着剤を併用して保持信頼性を高める子も考えられる。また、図８（ａ）に示すように、遮光板８１には大きな開口８１ａが形成されていて、この開口８１ａを介して光が入射するように構成されている。又、その両側の側面８１ｂ、８１ｃが遮光機能を発揮する部位となっている。
因みに、図８に示した遮光板８１は、厚み０．１ｍｍのステンレス鋼薄板（ＳＵＳ３０４）を打ち抜き、曲げ加工を施して製作したものであり，表面処理はつや消しの黒色クロムメッキを施している。
尚、これはあくまで一例であり、材質や表面処理はこれに限定されるものではなく、例えば、材質は鋼板、リん青銅板、樹脂板でもよく、表面処理は黒ニッケルメッキでも黒色つや消し塗装でも良い。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同じであるのでその説明は省略する。
【００５５】
そして、この第４の実施の形態の場合には、遮光板８１の左右両側から入射する光を側面８１ｂ、８１ｃによって遮光できるので、図７に示すように、１つの光学検出器９１により、左右両側からの光信号を切り換えて検出することができ、高価な光検出器の使用個数を半減させることができる。例えば、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３の信号読み出し時にはＬＥＤ光源９７（又は、ＬＥＤ光源９９）のみを点灯することにより読み出す。又、位相検出用リニアスケール３１の信号読出し時にはＬＥＤ光源９３（又は、ＬＥＤ光源９５）のみを点灯することにより読み出すことができる。
【００５６】
尚、本発明は前記第１〜第４の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、前記第１〜第４の実施の形態の場合には、検出連続信号数ｍはここでは主に１５を用いたが、アブソリュートリニアエンコーダの必要な分解能およびストロークで最適なｍの値は変わってくる。例えば、より長いストロークではｍ＝１６〜１８が適している場合もある。
又、前記第１〜第４の実施の形態の場合には、低コストであるが故にＣＭＯＳリニアアレイを用いた例を挙げて説明したが、例えば、ＣＣＤリニアアレイ等を用いてもコストは高くつくが、同様の効果は期待できる。
又、本実施例ではアブソリュートリニアエンコーダに適用した例を挙げたが、インクリメンタルエンコーダやロータリーエンコーダ等にも適用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、エンコーダとそのエンコーダを使用したアクチュエータに係り、特に、光学系の改善によってより大きな光学信号のコントラストを得られるように構成し、それによって、その後の工程において信号処理の安定化や信頼性の向上を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、精密位置決めシステムに好適である。
【符号の説明】
【００５８】
１  ハウジング
３  スライダ
５  ボールネジ
７  駆動モータ
９  ガイド
１１  ガイド
２１  リニアスケール部
２３  検出ヘッド部
２５  コントローラ部
３１  位相検出用リニアスケール
３３  アブソリュートリニアスケール
３５  位相検出用リニアスケール用光学検出器
３７  アブソリュートリニアスケール用光学検出器
４１  位相演算器
４３  絶対位置データ演算器
４５  絶対位置データ構成器
４７  トランシーバ
４９  トランシーバ
５１  コントローラ
【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】
2012242313.tif 000009
【図８】
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