(57)【要約】【課題】絶対位置検出型光電式エンコーダの組立を容易にして低コスト化を実現する。【解決手段】メインスケール上に配置された擬似ランダムパターン２００を、複数の結像光学系１１０Ａ〜１１０Ｅで検出するようにした絶対位置検出型光電式エンコーダにおいて、前記結像光学系１１０の結像面に配置された、各結像光学系１１０Ａ〜１１０Ｅの受光範囲よりも測長方向に大きい受光アレイ部１３８、１３８Ａ〜Ｅを搭載した単一の受光アレイ素子１３６と、各結像光学系の受光範囲を示す窓信号を記憶する窓信号記憶部３２０と、前記受光アレイ素子の走査信号と窓信号を比較して、個々の結像範囲に対応する信号を得るための窓信号比較部３４０とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインスケール上に配置された擬似ランダムパターンを、複数の結像光学系で検出するようにした絶対位置検出型光電式エンコーダにおいて、
前記結像光学系の結像面に配置された、各結像光学系の受光範囲よりも測長方向に大きい受光アレイ部を搭載した単一の受光アレイ素子と、
各結像光学系の受光範囲を示す窓信号を記憶する窓信号記憶部と、
前記受光アレイ素子の走査信号と窓信号を比較して、個々の結像範囲に対応する信号を得るための窓信号比較部と、
を備えたことを特徴とする絶対位置検出型光電式エンコーダ。
【請求項２】
前記窓信号記憶部からの信号を参照して反転された個々の受光範囲を再び反転して本来の像データに戻す結像データ反転部を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の絶対位置検出型光電式エンコーダ。
【請求項３】
前記受光アレイ部が、測長方向に連続した単一の受光アレイ部とされ、前記窓信号比較部で、走査信号の順番と対応させて、窓信号により、個々の結像範囲に対応する信号を得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の絶対位置検出型光電式エンコーダ。
【請求項４】
前記受光アレイ部が、各結像光学系の受光範囲毎に独立して設けられ、前記窓信号比較部で、走査信号と窓信号の論理積により、個々の結像範囲に対応する信号を得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の絶対位置検出型光電式エンコーダ。
【請求項５】
前記窓信号比較部で、走査信号を、明部に対応する値、各結像光学系の受光範囲外に対応する値、暗部に対応する値の３値に変換することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の絶対位置検出型光電式エンコーダ。
【請求項６】
前記各結像光学系の受光範囲外に対応する値を０とすることを特徴とする請求項５に記載の絶対位置検出型光電式エンコーダ。
【請求項７】
前記結像光学系を構成するレンズアレイの焦点位置にアパーチャアレイを挿入することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の絶対位置検出型光電式エンコーダ。
【請求項８】
前記レンズアレイの隣接するレンズ間に仕切り板を設けることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の絶対位置検出型光電式エンコーダ。
【請求項９】
前記窓信号が、結像光学系と受光アレイ素子を組み立てた後に、メインスケールの代わりに全面白色スケールを相対させ、明部を検出することにより得たものであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の絶対位置検出型光電式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メインスケール上に配置された擬似ランダムパターンを、複数の結像光学系で検出するようにした絶対位置検出型光電式エンコーダに係り、特に、低コストで組立が容易な絶対位置検出型光電式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、特許文献１で、図１に示す如く、メインスケール（図示省略）上に配置された擬似ランダムパターン２００を、複数（図１では５つ）の結像光学系１１０Ａ〜１１０Ｅで検出する構成の絶対位置検出型光電式エンコーダを提案している。
【０００３】
この構成では、結像光学系（例えばレンズアレイ）１１０の結像面に、各結像光学系１１０Ａ〜１１０Ｅの結像範囲に合わせて複数の受光アレイ素子１３０Ａ〜１３０Ｅを配置している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１８６９１号公報（段落［００３５］、［００４４］、図８、図２０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、各結像光学系１１０Ａ〜１１０Ｅの位置と、対応する受光アレイ素子１３０Ａ〜１３０Ｅの位置を正確に一致させる必要があるために、高い組立精度が必要となり、製造コストを高くしてしまう原因となっていた。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、複数の結像光学系による複数の結像範囲に対して単一の受光アレイを配置することにより、組立を容易にして低コスト化を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、メインスケール上に配置された擬似ランダムパターンを、複数の結像光学系で検出するようにした絶対位置検出型光電式エンコーダにおいて、前記結像光学系の結像面に配置された、各結像光学系の受光範囲よりも測長方向に大きい受光アレイ部を搭載した単一の受光アレイ素子と、各結像光学系の受光範囲を示す窓信号を記憶する窓信号記憶部と、前記受光アレイ素子の走査信号と窓信号を比較して、個々の結像範囲に対応する信号を得るための窓信号比較部とを備えることにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
ここで、前記窓信号記憶部からの信号を参照して反転された個々の受光範囲を再び反転して本来の像データに戻す結像データ反転部を更に備えることができる。
【０００９】
又、前記受光アレイ部を、測長方向に連続した単一の受光アレイ部とし、前記窓信号比較部で、走査信号の順番と対応させて、窓信号により、個々の結像範囲に対応する信号を得ることができる。
【００１０】
あるいは、前記受光アレイ部を、各結像光学系の受光範囲毎に独立して設け、前記窓信号比較部で、走査信号と窓信号の論理積により、個々の結像範囲に対応する信号を得ることができる。
【００１１】
又、前記窓信号比較部で、走査信号を、明部に対応する値、各結像光学系の受光範囲外に対応する値、暗部に対応する値の３値に変換することができる。
【００１２】
又、前記各結像光学系の受光範囲外に対応する値を０とすることができる。
【００１３】
又、前記結像光学系を構成するレンズアレイの焦点位置にアパーチャアレイを挿入することができる、
又、前記レンズアレイの隣接するレンズ間に仕切り板を設けることができる。
【００１４】
又、前記窓信号を、結像光学系と受光アレイ素子を組み立てた後に、メインスケールの代わりに全面白色スケールを相対させ、明部を検出することにより得たものとすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、単一の受光アレイ素子を配置するだけなので、低コストで組立が容易である。又、結像光学系の位置が変化しても、窓信号により結像範囲が検出できるので、必要な範囲のデータを抽出でき、高精度な絶対位置検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
本実施形態は、図２（スケール部）及び図３（処理回路部）に示す如く、メインスケール上に配置された擬似ランダムパターン２００を、複数の結像光学系１１０Ａ〜１１０Ｅで検出するようにした絶対位置検出型光電式エンコーダにおいて、前記結像光学系１１０の結像面に配置された、各結像光学系１１０Ａ〜１１０Ｅの受光範囲よりも測長方向（図２の左右方向）に大きい連続した単一の受光アレイ部１３８を搭載した単一の受光アレイ素子１３６と、各結像光学系１１０Ａ〜１１０Ｅの受光範囲を示す窓信号を得るための２値化回路（Ａ）３１０と、得られた窓信号を記憶するための窓信号記憶部３２０と、前記受光アレイ素子１３６の走査信号を２値化するための２値化回路（Ｂ）３３０と、走査信号と窓信号を比較し、明部に対応する値（例えば＋１）、各結像光学系の受光範囲外（以下未解像部と称する）に対応する値（例えば０）、暗部に対応する値（例えば−１）に３値化して出力する窓信号比較部３４０と、前記窓信号記憶部３２０からの信号を参照して反転された個々の受光範囲を反転して本来の像データに戻す結像データ反転部３５０とを備えたものである。
【００１８】
図３において、２１０は、特許文献１と同様の相関器、２２０は同じく絶対位置判定部、３００は、結像光学系１１０と受光アレイ素子１３６を組み立てた後に窓信号を得るための結像範囲測定時と、通常測定時とで走査信号を切替えるための走査信号切替部である。
【００１９】
前記走査信号切替部３００、２値化回路３１０、３３０、窓信号記憶部３２０、窓信号比較部３４０及び結像データ反転部３５０は、受光アレイ素子１３６と相関器２１０の間に挿入されている。
【００２０】
本実施形態の場合、単一受光アレイ部１３８から出力される走査信号は、図４に例示するように、結像された左右反転像の領域から得られた位置データと、未解像領域から得られた不要データに分けられる。
【００２１】
ここで、走査信号を見ただけでは、図４の例えばＡ部は、不要データとして低レベルなのか、又は、位置データとして低レベルなのか判断できない。更には、各データの単一受光アレイ部１３８上の位置は、結像光学系１１０と受光アレイ素子１３６との組立次第で左右に動く。そのため、結像範囲を知る必要がある。
【００２２】
そこで、本実施形態では、結像光学系１１０と受光アレイ素子１３６を組み立てた後に、まず走査信号切替部３００を結像範囲測定側に切替えて、図５に示すように、全面白色（ここで「白色」とは、受光アレイ素子１３６では「明部」と観測される）のスケール４００を検出する。この全面白色スケール４００を測定した場合、受光アレイ部１３８からの走査信号は、図６のように、光が照射されている範囲、即ち、結像範囲が高レベルとなっており、その範囲が結像範囲であると判別できる。
【００２３】
そして、全面白色スケール４００を測定した場合の走査信号（以下、窓信号）データを、２値化回路（Ａ）３１０において高レベルに対応する値（例えば＋１）と低レベルに対応する値（例えば０）に２値化した後、例えば不揮発性メモリでなる窓信号記憶部３２０に記憶しておく。
【００２４】
そして、通常測定時は、走査信号切替部３００を通常測定時に切換え、受光アレイ部１３８から得られる走査信号を、２値化回路（Ｂ）３３０において、高レベルに対応する値（例えば＋１）と低レベルに対応する値（例えば−１）に２値化（図７（Ａ））した後、窓信号比較部３４０に入力する。
【００２５】
窓信号比較部３４０において、記憶された窓信号（図７（Ｂ））と比較することにより、走査信号を図７（Ｃ）に示す如く、明部に対応する値（例えば＋１）、各結像光学系の受光範囲外（未解像部）に対応する値（例えば０）、暗部に対応する値（例えば−１）に３値化して出力する。
【００２６】
該窓信号比較部３４０において３値化された信号は、各結像光学系１１０Ａ〜１１０Ｅの受光範囲の個々について左右反転された像であるため、結像データ反転部３５０において、窓信号を参照しながら、該３値化された信号の受光範囲を反転する処理を行う。
【００２７】
該結像データ反転部３５０において反転された信号は、図３に示した相関器２１０で、基となる擬似ランダムパターンと相関演算を行なう。そして、絶対位置演算部２２０で、擬似ランダムパターン上の絶対位置として確定する。
【００２８】
本実施形態においては、窓信号比較部３４０で、未解像部を０とする３値化を行っているので、相関演算が容易である。具体的には、受光アレイ部１３８から得られる走査信号の明部を１、暗部を−１、未解像部を０とし、一方、基となる擬似ランダムパターンの符号値を１と−１に対応させた例では、相関演算の過程の積和演算において未解像部の符号は０となり、相関ピーク値に影響を与えない利点を有する。なお未解像部を０以外の値としたり、未解像部を例えば暗部と同じ値として、２値化することも可能である。
【００２９】
又、本実施形態においては、受光アレイ部１３８を、測長方向に連続した単一の受光アレイ部としているので、結像光学系のピッチや大きさの設計を変更しても、同一の受光アレイ素子を用いることができ、開発費を低く抑えることができる。
【００３０】
なお、本発明の適用対象は、これに限定されず、図８に示す第２実施形態のように、複数の受光アレイ部１３８Ａ〜１３８Ｅを持った単一の受光アレイ素子１３６を、結像光学系１１０の結像面に配置したものにも適用できる。
【００３１】
本実施形態においても、未解像部からの信号による誤差を防止できる。
【００３２】
なお、結像光学系１１０をレンズアレイにした場合、隣りのレンズからの迷光が入射して来てノイズとなる可能性がある。そこで、図９に示す第３実施形態のように、結像光学系１１０と受光アレイ部１３８の間にアパーチャアレイ１４０を設けても良い。
【００３３】
このように、アパーチャアレイ１４０を設けることで、個々の結像光学系１１０Ａ〜１１０Ｅからの光において、隣接する光学系からの迷光を防ぎ、なお且つ結像部分と未解像部分とのＳ／Ｎ比を高めることが可能となるため、特に窓信号を取得する際に顕著な効果が得られる。
【００３４】
更に、図１０に示す第４実施形態のように、レンズアレイ１１０とアパーチャアレイ１４０との間に仕切り板１４２を設けることによって、迷光を一層確実に防止することができる。
【００３５】
又、レンズアレイ１１０のＮ．Ａ．が小さくてアパーチャが必要ないときは、図１１に示す第５実施形態のように、アパーチャアレイを省略して、仕切り板１４２のみとすることができる。
【００３６】
前記実施形態においては、いずれも、全面白色スケールを用いて窓信号を得るようにしているので、窓信号を極めて容易に得ることができる。なお、窓信号を得る方法は、これに限定されない。又、結像光学系もレンズアレイに限定されず、その数も５つに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】特許文献１で出願人が提案した従来の絶対位置検出型光電式エンコーダの一例のスケール部を示す図
【図２】本発明の第１実施形態のスケール部を示す図
【図３】第１実施形態の信号処理回路を示すブロック図
【図４】第１実施形態の単一受光アレイ部からの走査信号の例を示す図
【図５】第１実施形態において、窓信号を得るために全面白色スケールを測定している状態を示す図
【図６】同じく全面白色スケールを測定した場合の走査信号の例を示す図
【図７】同じく窓信号を用いた個別検出パターンの抜き出し状態を示す図
【図８】本発明の第２実施形態のスケール部を示す図
【図９】本発明の第３実施形態のスケール部を示す図
【図１０】本発明の第４実施形態のスケール部を示す図
【図１１】本発明の第５実施形態のスケール部を示す図
【符号の説明】
【００３８】
１１０、１１０Ａ〜１１０Ｅ…結像光学系
１３６…受光アレイ素子
１３８…受光アレイ部
１４０…アパーチャアレイ
１４２…仕切り板
３００…走査信号切替部
３２０…窓信号記憶部
３４０…窓信号比較部
３５０…結像データ反転部
４００…全面白色スケール
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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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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