【手続補正書】
【提出日】平成25年9月11日(2013.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心に半径方向に等間隔で、また回転方向に連続的に半径が変化し、反射率または透過率が変化する一定幅の螺旋パターンが形成されたロータリースケールと、
前記ロータリースケールと対向して配置され、前記螺旋パターンを照明する光源と、前記螺旋パターンを介した光を検出する第１の受光部を含むセンサユニットを有し、前記センサユニットで得られる信号より前記ロータリースケールの回転角度信号を検出するロータリーエンコーダにおいて、
前記第１の受光部は、前記回転軸を中心とし、半径方向の位置を異ならせて配置した２組以上のセンサアレイから成る第１のセンサアレイ群より成り、
前記ロータリースケール上における前記第１のセンサアレイ群で読み取り可能な第１読み取り領域には、前記螺旋パターンの回転方向の全周にわたって、半径方向に１周期以上の螺旋パターンが形成されており、
前記第１のセンサアレイ群は前記螺旋パターンの半径方向の周期に対応した正弦波状信号を出力し、前記第１のセンサアレイ群より出力された信号に基づく２相の正弦波状信号から第１の位相信号を生成する信号処理回路を有し、前記第１の位相信号に基づいて、前記ロータリースケールの回転角度信号を得ることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項２】
前記ロータリースケールは多重螺旋パターンを有し、前記多重螺旋パターンの螺旋多重度をｍ、前記多重螺旋パターンの半径方向の周期をａ、前記多重螺旋パターンの半径と方位角を各々ｒ、θとし、ｎを１からｍまでの整数とし、
ｒ＝ｍ・（ａ／３６０）・θ−ａ（ｎ−１）
で表わされる半径ｒの多重螺旋パターンの軌跡を螺旋基準線とし、螺旋基準線の外周側端の位相角をθｍａｘ、内周側端の位相角をθｍｉｎとするとき
θｍａｘ−θｍｉｎ＞５４０°／ｍ
なる条件を満足することを特徴とする請求項１のロータリーエンコーダ。
【請求項３】
前記ロータリースケールには、前記回転軸を中心に半径方向に等間隔で、反射率または透過率が変化する一定幅の同心円パターンが形成されており、
前記センサユニットは、前記光源からの光束で照明され、前記同心円パターンを介した光を検出する前記第１の受光部と同一平面上に配置された第２の受光部を有し、
前記第２の受光部は、前記回転軸を中心とし、半径方向の位置を異ならせて配置した２組以上のセンサアレイから成る第２のセンサアレイ群より成り、
前記ロータリースケール上において前記第２のセンサアレイ群で読み取り可能な第２読み取り領域には、前記同心円パターンの回転方向の全周にわたって、半径方向に１周期以上の同心円パターンが形成されており、前記第２のセンサアレイ群は前記同心円パターンの半径方向の周期に対応した正弦波状信号を出力し、前記第２のセンサアレイ群より出力された信号に基づく２相の正弦波状信号から第２の位相信号を前記信号処理回路で生成し、前記第１、第２の位相信号に基づいて、前記ロータリースケールの回転角度信号を得ることを特徴とする請求項１又は２のロータリーエンコーダ。
【請求項４】
前記ロータリースケール上の前記第１のセンサアレイ群による第１読み取り領域と前記第２のセンサアレイ群による読み取り領域は、前記回転軸を通る同一の直線上に位置していることを特徴とする請求項３のロータリーエンコーダ。
【請求項５】
前記ロータリースケール上にはインクリメンタル信号を得るための前記回転軸を中心とする放射状パターンが形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項のロータリーエンコーダ。
【請求項６】
前記螺旋パターンの一部は一定角度周期で半径方向に変位しており、一定角度周期の整数倍が前記センサアレイの円周方向の幅に対する前記螺旋パターンの読み取り幅に等しいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項のロータリーエンコーダ。
【請求項７】
前記同心円パターンの一部は一定角度周期で半径方向に変位しており、一定角度周期の整数倍が前記センサアレイの円周方向の幅に対する前記同心円パターンの読み取り幅に等しいことを特徴とする請求項３のロータリーエンコーダ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項のロータリーエンコーダを備えた光学機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】ロータリーエンコーダ及びこれを備えた光学機器
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は被検出物体の回転速度や回転角度等の回転情報を高精度に検出することができるロータリーエンコーダ及びこれを備えた光学機器に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明は、検出素子の配置誤差や環境の温度変動があっても、全周にわたり高精度に角度検出ができるロータリーエンコーダ及びこれを備えた光学機器の提供を目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明のロータリーエンコーダは、回転軸を中心に半径方向に等間隔で、また回転方向に連続的に半径が変化し、反射率または透過率が変化する一定幅の螺旋パターンが形成されたロータリースケールと、前記ロータリースケールと対向して配置され、前記螺旋パターンを照明する光源と、前記螺旋パターンを介した光を検出する第１の受光部を含むセンサユニットを有し、前記センサユニットで得られる信号より前記ロータリースケールの回転角度信号を検出するロータリーエンコーダにおいて、前記第１の受光部は、前記回転軸を中心とし、半径方向の位置を異ならせて配置した２組以上のセンサアレイから成る第１のセンサアレイ群より成り、前記ロータリースケール上における前記第１のセンサアレイ群で読み取り可能な第１読み取り領域には、前記螺旋パターンの回転方向の全周にわたって、半径方向に１周期以上の螺旋パターンが形成されており、前記第１のセンサアレイ群は前記螺旋パターンの半径方向の周期に対応した正弦波状信号を出力し、前記第１のセンサアレイ群より出力された信号に基づく２相の正弦波状信号から第１の位相信号を生成する信号処理回路を有し、前記第１の位相信号に基づいて、前記ロータリースケールの回転角度信号を得ることを特徴としている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明によれば、検出素子の配置誤差や環境の温度変動があっても、全周にわたり高精度に角度検出ができるロータリーエンコーダ及びこれを備えた光学機器が得られる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
第１の受光部３１２は回転軸２２０を中心とし、半径方向の位置を異ならせて配置した２組以上のセンサアレイ（図４に示される第２の受光部３１１における２組以上のセンサアレイ３２１乃至３２４と同様）から成る第１のセンサアレイ群より成る。第１のセンサアレイ群で螺旋パターン２０２を読み取るときのロータリーパターン２００上での第１読み取り領域２１２は、螺旋パターン２０２の回転方向の全周にわたり、半径方向に１周期以上の螺旋パターン２０２が含まれている。第１のセンサアレイ群は螺旋パターン２０２の半径方向の周期に対応した正弦波状信号Ｓ（Ａ＋）、Ｓ（Ｂ＋）、Ｓ（Ａ−）、Ｓ（Ｂ−）を出力する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
第１のセンサアレイ群より出力された信号に基づく２相の正弦波状信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）から第１の位相信号φ１を生成する信号処理回路４０１を有する。そして第１の位相信号φ１に基づいて、ロータリースケール２００の回転角度信号θABS-outを得ている。この他、本発明のロータリーエンコーダにおいて、ロータリースケール２００には、回転軸２２０を中心に半径方向に等間隔で、反射率または透過率が変化する一定幅の同心円パターン２０１が形成されている。後述するように、同心円パターン２０１を用いることで、偏心、倒れ、軸受けガタの影響をキャンセル（補正）することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
図５は、本実施例におけるロータリースケール２００の各パターン、およびセンサユニット３０１の読み取り領域２１１、２１２、センサユニット３０２の読み取り領域２１３の配置を示す説明図である。センサユニット３０１のフォトダイオードアレイ３１１、３１２の読み取り領域（ロータリーパターン２００上での読み取り領域であって、以下同じ）２１１、２１２は回転軸２２０を通り、回転軸２２０から見て同側の同一直線ＬＡ上に位置している。また、回転軸２２０を通りこの直線ＬＡに垂直な直線ＬＢ上に、図３に示すフォトダイオード３１３の読み取り領域（ロータリーパターン２００上での読み取り領域）２１３が位置している。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
＜アレイ幅とスケールパターン幅の関係＞
さらに、フォトセンサアレイ３１２の幅とスケールパターン２０２の幅との関係に関して説明を加える。まず、前述したフォトダイオードアレイ３１２における（Ａ＋）相（図４のフォトダイオードアレイ３１１に関する（Ａ＋）相と同様）のロータリースケール２００上の読み取り領域に注目する。（Ａ＋）相の読み取り領域はフォトダイオードアレイ３１２全体の読み取り領域２１２の中心に対し、外周に向かって＋１００μｍ〜−２０μｍの範囲である。ここで、センサユニット３０１およびロータリースケール２００に取り付け誤差があった場合を想定する。センサユニット３０１の取り付け位置誤差が外周へ０．２ｍｍ、ロータリースケール２００が回転軸に対して０．０５ｍｍ偏心している場合を考える。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
以上述べたように、本実施例では各センサアレイ３１１、３１２、３１３の読み取り領域（ロータリーパターン２００上での読み取り領域）２１１、２１２、２１３に、スケールパターンが回転方向の全周にわたり１周期分以上含まれるようにしている。これにより、位相検出における不連続点を発生しないようにしている。この結果、センサ配置の誤差や、温度変動があっても、全周にわたり高精度の角度信号を得ることができる。