(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒部材の内面又は外面の全周にわたって一定周期の格子より成る格子部を設けた光学スケールの、該格子部のうちの第１領域に光照射手段からの可干渉性の光束を照射し、該第１領域で光変調された光束を該格子部のうちの第２領域に入射させ、該第２領域で光変調された光束を複数の受光素子を有する第１の受光手段で受光し、該第１の受光手段からの信号を用いて該光学スケールの回転情報を検出するロータリーエンコーダにおいて、
該円筒部材の外周部端部の全周を複数の領域に分割し、該分割した領域には各々反射面が、該円筒部材の回転軸を含む面内において、該回転軸となす角が互いに異なるように設けられており、該光照射手段からの可干渉性の光束の一部を前記反射面に照射し、該反射面によって反射された該光照射手段からの光束を前記複数の反射面からの各々の反射位置に対応した位置に配置した複数の受光素子を有する第２の受光手段によって受光し、該第２の受光手段からの信号を用いて該反射面の回転位置情報を検出する絶対位置検出手段を設けたことを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項２】
円板部材の表面に該円板部材の１つの円周に沿って放射状の一定周期の格子より成る格子部を設けた光学スケールの、該格子部のうちの第１領域に光照射手段からの可干渉性の光束を照射し、該第１領域で光変調された光束を一定周期の格子部より成る固定回折格子に入射させ、該固定回折格子で光変調された光束を複数の受光素子を有する第１の受光手段で受光し、該第１の受光手段からの信号を用いて該光学スケールの回転情報を検出するロータリーエンコーダにおいて、
該光学スケールの格子部と該固定回折格子の格子部は格子形状と格子周期が同じであり、
該円板部材の円板端部の全周を複数の領域に分割し、該分割した領域には各々反射面が、該円板部材の回転軸を含む面内において、該回転軸となす角が互いに異なるように設けられており、該光照射手段からの可干渉性の光束の一部を前記反射面に照射し、該反射面によって反射された該光照射手段からの光束を前記複数の反射面からの各々の反射位置に対応した位置に配置した複数の受光素子を有する第２の受光手段によって受光し、該第２の受光手段からの信号を用いて該反射面の回転位置情報を検出する絶対位置検出手段を設けたことを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項３】
円板部材の表面周上の第１の円周に沿って放射状の一定周期の格子より成る格子部を設けた光学スケールの、該格子部のうちの第１領域に光照射手段からの可干渉性の光束を照射し、該第１領域で光変調された光束を一定周期の格子部より成る固定回折格子に入射させ、該固定回折格子で光変調された光束を複数の受光素子を有する第１の受光手段で受光し、該第１の受光手段からの信号を用いて該光学スケールの回転情報を検出するロータリーエンコーダにおいて、
該光学スケールの格子部と該固定回折格子の格子部は格子形状と格子周期が同じであり、
該円板部材の表面周上で第２の円周に沿って互いに異なる表面粗さの面よりなる反射率の異なる複数の反射面を設け、該反射面によって反射された光照射手段からの光束を第２の受光手段によって受光し、該第２の受光手段からの信号を用いて該反射面の位置情報を検出する絶対位置検出手段を設けたことを特徴とするロータリーエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光学スケール及びそれを用いたロータリーエンコーダに関し、特に光学式スケール（回転物体）の絶対位置情報を回折やトールボット干渉を利用して検出する機構を有し、光学式スケールの回転情報を高精度に検出する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、NC工作機械などには位置や角度を検出する変位センサーとしてエンコーダが使用されている。特にロータリーエンコーダは簡易な構成でありながら高精度で角度変位量を検出できるので工作機械や計測装置に広く使用されている。
【０００３】
図13は特開平4-130221号公報に開示されているロータリーエンコーダの要部概略図である。このロータリーエンコーダはトールボット干渉の原理を応用し円筒状の光学スケールを用いて回転物体の回転量を測定する。
【０００４】
同図において、11は光源であり、例えば半導体レーザーで構成し、波長λの可干渉性の光束を発する。12はコリメーターレンズ系であり、半導体レーザー11からの発散光束を平行光束に変換する。半導体レーザー11とコリメーターレンズ12等は光照射手段の一要素を構成している。
【０００５】
13は光学スケール（スケール）であり、円筒部材の円周に一定周期の格子より成る格子部を設けており、回転物体の回転軸に取り付けてあり、矢印に示すいずれかの方向に回転する。スケール13の全体或は少なくとも一部は透光性の光学材料で形成した格子部より成り、該格子部の内側には円筒方向の全周にそって多数個のV 溝が等間隔に並んでいる。
【０００６】
14a、14b、14c は受光手段を構成するフォトディテクタであり、スケール13を挟んで光照射手段と対向する位置に配置している。そして、各フォトディテクタからの出力は信号処理回路15に出力する。信号処理回路15はパルスのカウント回路、回転方向の判別回路、信号内挿処理回路などを有する。
【０００７】
従来のロータリーエンコーダの回転情報の検出作用を説明する。光源11からの光束はコリメータレンズ系12によって収束光に変換され、光学スケール13の第１スケール（第１領域）31に入射する。
【０００８】
この収束光束のうち、第１領域31の格子部においてV 溝を形成する２つの傾斜面の範囲に到達する光束は、円筒部材に進入することなく反射され、格子部の平面部に到達した光線のみが円筒部材の内部に進むことになる。即ち、第１領域31においてV 溝型の格子は透過型の振幅回折格子と同様の作用を有する。
この第１領域31の格子部で光束は回折され、格子の作用により０次、±１次、±２次・・・の回折光が生じ、０次光及び±１次光の２つ若しくは３つの光束同士の干渉の結果、第１領域31の格子のフーリエ像が光学スケール13の内部に結像される。フーリエ像は格子面より後方に距離Ｌを基本としてその整数倍の位置に繰り返し結像され、例えば３番目(N=3) のフーリエ像が第２領域32の格子面上に結像されるように、光源波長λ、格子ピッチP 、コリメーターレンズ系12の位置を設定している。このフーリエ像の明暗ピッチは第１領域31及び第２領域32の格子であるV 溝のピッチP と等しくなる。
【０００９】
第２領域32に入射した光束は格子部の平面部と２つのV 溝の斜面部によりそれぞれ異なる３つの方向に回折されて各々ディテクタ14a、14b 及び14c に到達する。即ち、第２領域32においてV 溝格子は光波波面分割素子として機能する。
【００１０】
ここで光学スケール13が回転すると、変化する格子の位置とフーリエ像の位置の相対的変位に応じ、各フォトディテクタ14a ，14b ，14c に入射する光量バランスが変化し、その結果、光学スケール13が反時計廻りに回転したとすると、図14に示すような光量変化（信号）が得られる。
【００１１】
ここで横軸は光学スケール13の回転量、縦軸はフォトディテクタ14a ，14b ，14c の受光光量である。図14の信号a,b,c はそれぞれフォトディテクタ14a ，14b ，14c に対応している。尚、逆に光学スケール13が時計廻りに回転した場合は信号a はフォトディテクタ14b 、信号b はフォトディテクタ14a 、信号c はフォトディテクタ14c の出力となる。この違いによって光学スケール13の回転方向を判別することができる。
【００１２】
信号処理回路15はこれらの信号a,b,c を用いて光学スケール13（回転体）の回転角度や回転量あるいは回転速度や回転加速度等の回転情報を得ている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のインクリメンタル型のロータリーエンコーダにおいてはエンコーダの起動時に光学スケールの原点信号の位置が起動するものに対してどの位置又はどの領域に停止しているかの位置情報は検出することが出来なかった。
【００１４】
例えば、ACサーボモーターに上記の従来のインクリメンタル型のロータリーエンコーダを搭載しようとしても、モーターの始動時にはACサーボモーターの磁極の位置関係が判別できず、従ってACサーボモーターの始動時に適切に電源を投入できないので、従来のインクリメンタル型のエンコーダは搭載されなかった。
【００１５】
しかし、インクリメンタル型のエンコーダの高分解能化にともない、ACサーボモーターにおいても磁極の位置検出機能を有するインクリメンタル型のエンコーダの出現が望まれるようになった。
【００１６】
本発明の目的は、
インクリメンタル型のロータリーエンコーダにおいて、該エンコーダの起動時にその光学スケールの絶対位置を検出可能な、所謂アブソリュート機能を備えたインクリメンタル型のロータリーエンコーダに好適な光学スケール及びそれを用いたロータリーエンコーダの提供である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のロータリーエンコーダは、円筒部材の内面又は外面の全周にわたって一定周期の格子より成る格子部を設けた光学スケールの、該格子部のうちの第１領域に光照射手段からの可干渉性の光束を照射し、該第１領域で光変調された光束を該格子部のうちの第２領域に入射させ、該第２領域で光変調された光束を複数の受光素子を有する第１の受光手段で受光し、該第１の受光手段からの信号を用いて該光学スケールの回転情報を検出するロータリーエンコーダにおいて、
該円筒部材の外周部端部の全周を複数の領域に分割し、該分割した領域には各々反射面が、該円筒部材の回転軸を含む面内において、該回転軸となす角が互いに異なるように設けられており、該光照射手段からの可干渉性の光束の一部を前記反射面に照射し、該反射面によって反射された該光照射手段からの光束を前記複数の反射面からの各々の反射位置に対応した位置に配置した複数の受光素子を有する第２の受光手段によって受光し、該第２の受光手段からの信号を用いて該反射面の回転位置情報を検出する絶対位置検出手段を設けたことを特徴としている。
請求項２の発明のロータリーエンコーダは、円板部材の表面に該円板部材の１つの円周に沿って放射状の一定周期の格子より成る格子部を設けた光学スケールの、該格子部のうちの第１領域に光照射手段からの可干渉性の光束を照射し、該第１領域で光変調された光束を一定周期の格子部より成る固定回折格子に入射させ、該固定回折格子で光変調された光束を複数の受光素子を有する第１の受光手段で受光し、該第１の受光手段からの信号を用いて該光学スケールの回転情報を検出するロータリーエンコーダにおいて、
該光学スケールの格子部と該固定回折格子の格子部は格子形状と格子周期が同じであり、
該円板部材の円板端部の全周を複数の領域に分割し、該分割した領域には各々反射面が、該円板部材の回転軸を含む面内において、該回転軸となす角が互いに異なるように設けられており、該光照射手段からの可干渉性の光束の一部を前記反射面に照射し、該反射面によって反射された該光照射手段からの光束を前記複数の反射面からの各々の反射位置に対応した位置に配置した複数の受光素子を有する第２の受光手段によって受光し、該第２の受光手段からの信号を用いて該反射面の回転位置情報を検出する絶対位置検出手段を設けたことを特徴としている。
請求項３の発明のロータリーエンコーダは、円板部材の表面周上の第１の円周に沿って放射状の一定周期の格子より成る格子部を設けた光学スケールの、該格子部のうちの第１領域に光照射手段からの可干渉性の光束を照射し、該第１領域で光変調された光束を一定周期の格子部より成る固定回折格子に入射させ、該固定回折格子で光変調された光束を複数の受光素子を有する第１の受光手段で受光し、該第１の受光手段からの信号を用いて該光学スケールの回転情報を検出するロータリーエンコーダにおいて、
該光学スケールの格子部と該固定回折格子の格子部は格子形状と格子周期が同じであり、
該円板部材の表面周上で第２の円周に沿って互いに異なる表面粗さの面よりなる反射率の異なる複数の反射面を設け、該反射面によって反射された光照射手段からの光束を第２の受光手段によって受光し、該第２の受光手段からの信号を用いて該反射面の位置情報を検出する絶対位置検出手段を設けたことを特徴としている。
【００２０】
【実施例】
図1 は本発明の実施例1 の要部斜視図である。又図2 は実施例1 の要部概略図であり、そのうち図2(A)は中央断面図、図2(B)は平面図である。
【００２１】
図中、3 は光源であり、例えば半導体レーザーで構成し、波長λの可干渉性光束を発する。C はコリメータレンズ系であり、光源3 、コリメータレンズ系C 等は光照射手段LRの一要素を構成している。
【００２２】
1 は光学スケールであり、その円筒部分（円筒部材）1Dの内周面又は外周面に格子ピッチP の一定周期の格子を形成した格子部1Eを設けている。光学スケール1 は透光性の光学材料例えばポリカーボより成り、不図示の回転体の一部に取り付けており、回転体と一体的に回転軸6aを中心に回転している。
【００２３】
格子部1Eは図3 に示すように光学スケール1 の矢印1Fで示す回転方向に対して垂直方向（回転軸6a方向）に長く、互いに逆方向に傾けた２つの傾斜面を有するV 溝（V 溝部）と円筒面に基づく僅かに曲率を有した略平面に近い曲面部（以下、「平面部」と称する）より成っている。
【００２４】
図3 は光学スケール1 の格子の詳細図であり、V 溝部30b-1 ，30b-2 と平面部30a が交互に配列されて格子を形成している。円筒部分1Dの内側面にV 溝を等間隔にｎ個、円周方向にピッチP で等間隔に配列している。V 溝幅は1/2・P 、又V 溝を形成する２つの平面部は各々1/4・P の幅を有し、各々の傾斜面はV 溝の底部と中心とを結ぶ直線に対し各々臨界角以上、本実施例ではα＝45°で傾いている。
【００２５】
光学スケール1 の第1 スケール（第1 領域）31と第2 スケール（第2 領域）32の光軸O に沿った間隔D(光学スケール内側の直径）は、本実施例では格子ピッチをP 、波長をλとして
D ＝N・P2/ λ  （N は自然数）
P ＝πD/n     （n はスリット（V 溝）の総数）
を満たすように設定している。
【００２６】
このように光学スケール1 の直径D を設定することにより、光学スケール1 の側面の第1 領域31の格子の像を直接第2 領域32の格子へ投影している。ここで投影される格子像はフーリエ像と呼ばれるものであり、光回折現象に伴う格子の自己結像作用により生じる。
【００２７】
尚、本実施例では光学スケール1 の材質をプラスチックとし、射出成型若しくは圧縮成型等の製法によって容易に作成することができるようにしている。
【００２８】
4 はメイン信号受光部（第1 の受光手段）であり、光学スケール1 を挟んで光源3 と対向する位置に配置している。なお、メイン信号受光部4 は複数のフォトディテクタ（第1 の受光素子）4a、4b、4cを有しており、各フォトディテクタからの出力は信号処理回路15に出力する。信号処理回路15はパルスのカウント回路、回転方向の判別回路、信号内挿処理回路などを有しており、メイン信号受光部4 からの信号を用いて光学スケール1 の回転情報を検出している。
【００２９】
又、光学スケール１の円筒部の下端に円筒部の全周を３分割して斜面（反射面）１ａ，１ｂ，１ｃ（複数の領域）を形成している。これらの３つの斜面１ａ，１ｂ，１ｃは回転軸６ａを含む面内において、回転軸６ａとのなす角が互いに異なる角度θａ，θｂ，θｃより成っている。
【００３０】
又、2 はサブ信号受光部（第2 の受光手段）であり、これは一枚の基板の上に複数のセンサー（第2 の受光素子）2a,2b,2cを配置して構成しており、図6 に示すように光学スケール1 の斜面の下に設置している。20はサブ信号処理回路であり、第2 の受光手段からの信号を受けて光束がどの反射面を照射しているかを判断し、絶対位置信号として出力する。なお、第2 の受光手段2 及びサブ信号処理回路20等は絶対位置検出手段の一要素を構成している。
【００３１】
次に本実施例における光学スケール1 （回転体）の回転情報の検出の作用について説明する。
【００３２】
光源3 からの光束はコリメータレンズ系C によって収束光に変換され、光学スケール1 の第1 スケール（第1 領域）31に入射する。ここで収束光とした理由は、光学スケール1 の側面部は外側面と内側面の曲率差により凹レンズ相当の屈折力を有する為であり、この凹レンズ作用によって光学スケール1 内に進入した光束は略平行光になる。
【００３３】
この収束光束は、格子部1Eの第1 領域31において図3(A)に示すように、平面の部分30a に到達した光線はこの部分30a を通過して円筒内に進む。又、斜面の部分30b-1 面に到達した光線は、この部分の傾斜面が臨界角以上に設定されているので、図に示すように全反射して面30b-2 に向けられ、この面30b-2 でも全反射することになるので、結局面30b-1 へ到達した光線は光学スケール1 の円筒部分の内部に進入することなく、略入射方向に戻されることになる。同様に面30b-2 に到達した光線も全反射を繰り返して戻される。
【００３４】
従って第1 領域31においてV 溝を形成する２つの傾斜面30b-1、30b-2 の範囲に到達する光束は、円筒部材に進入することなく反射され、格子部30a に到達した光線のみが円筒部材の内部に進むことになる。即ち、第1 領域31において格子部1Eは透過型の振幅回折格子と同様の作用を有する。
【００３５】
この格子部1Eの第1 領域31で光束は回折され、格子の作用により０次、±１次、±２次・・・の回折光が生じ、０次光及び±１次光の２つ若しくは３つの光束同士の干渉の結果、第1 領域31の格子のフーリエ像が光学スケール1 の内部に結像される。フーリエ像は格子面より後方に距離Ｌを基本としてその整数倍の位置に繰り返し結像される。
【００３６】
本実施例においては３番目(N=3) のフーリエ像が格子部1Eの第2 領域32の格子面上に結像されるように、光源からの光束の波長λ、格子ピッチP 、コリメーターレンズ系C の位置を設定している。このフーリエ像の明暗ピッチは第1 領域31及び第2 領域32のV 溝のピッチP と等しくなる。
【００３７】
第2 領域32において面30a に入射した光束は図3(B)に示すように略垂直入射するため直線透過してフォトディテクタ4cに到達する。又、V 溝面を形成する２つの傾斜面30b-1 及び30b-2 に到達した光線は、各々の面に略45°の入射角をもって入射するためそれぞれ異なる方向に大きく屈折して各々ディテクタ4a及び4bに到達する。このように第2 領域32においては、入射光束に対して異なる方向に傾斜した２つの傾斜面、及びV 溝とV 溝の間の平面の合計３種の傾き方向の異なる面により、光束は３つの方向に別れて進み、各々の面に対応した位置に設けられた各フォトディテクタ4a，4b，4cに到達する。即ち、第2 領域32においてV 溝格子は光波波面分割素子として機能する。
【００３８】
ここで光学スケール1 が回転すると各フォトディテクタ4a，4b，4cで検出される光量が変化する。格子の位置とフーリエ像の位置の相対的変位に応じ、各フォトディテクタに入射する光量バランスが変化し、その結果、光学スケール1 が反時計廻りに回転したとすると、図4(A)に示すような光量変化が得られる。
【００３９】
ここで横軸は光学スケール1 の回転量、縦軸は受光光量である。信号a,b,c はそれぞれフォトディテクタ4a，4b，4cからの信号に対応している。尚、逆に光学スケール1 が時計廻りに回転した場合はa は4b、b は4a、c は4cの出力となる。この違いによって回転方向を判別することができる。
【００４０】
尚、図4(A)はフーリエ像のコントラストが非常に高く理想に近い場合の理論的な光量変化の様子を示したものであり、実際にはフーリエ像のコントラストがもっと低い為、例えば図4(B)のように各光量は略正弦波状に変化する。信号処理回路15はこれらの信号を基に光学スケール1 （回転体）の回転角度や回転量あるいは回転速度や回転加速度等の回転情報を得ている。
【００４１】
次に光学スケール1 の絶対位置を検出する作用を説明する。光照射手段LRから射出した光束は光学スケール1 の斜面1a,1b,1cにおいて反射し、サブ信号受光部2 に到達する。その際、斜面1a,1b,1cは夫々角度が異なるので、図5 に示すように反射光は斜面1a,1b,1cに応じてサブ信号受光部2 のセンサー2a,2b,2cに別れて入射する。そしてこれらのセンサーからの信号をサブ信号処理回路20が受け取って、どのセンサーに反射光が入射したかを検知することにより、エンコーダ起動時にも光学スケール1 の絶対位置（各反射面の位置）を検出することができる。
【００４２】
例えばACサーボモーターにおいて磁極数が３個の場合は、本実施例をモーターの回転子に接続し、これによってACサーボモーターの始動時にも光学スケール1 の絶対的な位置関係が判り、これから磁極の位置関係を検出することができ、適切に電流を流すことができる。
【００４３】
図7 は本発明の実施例2 の要部概略図である。本実施例は平らな円板状の光学スケールを使用するロータリーエンコーダに本発明を適用した例である。
【００４４】
図中、3 は光源であり、例えば半導体レーザーで構成し、波長λの可干渉性光束を発する。C はコリメータレンズ系であり、光源3 、コリメータレンズ系C 等は光照射手段LRの一要素を構成している。
【００４５】
5 は光学スケールであり、円板部材の１つの円周に沿って放射線状の格子を形成した格子部5Eを有し、回転物体の回転軸に取り付けてあり、矢印に示すいずれかの方向に回転する。光学スケール5 は全体或は少なくとも格子部5Eを透光性の光学材料で形成しており、格子部5Eの１面には１つの円周に沿って多数個のV 溝が放射線状に等角度で並んでいる。
【００４６】
又、光学スケール５の円板部材の端には複数の斜面（反射面）５ａ，５ｂ，５ｃ・・・（複数の領域）を形成している。これらの斜面５ａ，５ｂ，５ｃ・・・は図８に示すように回転軸を含む面内において、回転軸とのなす角が互いに異なる角度θａ，θｂ，θｃより成っている。
【００４７】
Ｇは固定回折格子であり、格子の形状、ピッチ（周期）とも光学スケール５の格子部５Ｅのそれと同じである。４はメイン信号受光部（第１の受光手段）であり。なお、メイン信号受光部４は複数のフォトディテクタ（第１の受光素子）を有しており、各フォトディテクタからの出力は信号処理回路１５に出力する。信号処理回路１５はパルスのカウント回路、回転方向の判別回路、信号内挿処理回路などを有する。
【００４８】
又、6 はサブ信号受光部（第2 の受光手段）であり、これは一枚の基板の上に複数のセンサー（第2 の受光素子）6a,6b,6c・・・を配置して構成しており、図7 に示すように光学スケール5 の円板部材の横に設置している。20はサブ信号処理回路であり、第2 の受光手段6 からの信号を受けて光束がどの反射面を照射しているかを判断し、絶対位置信号として出力する。なお、第2 の受光手段6 及びサブ信号処理回路20等は絶対位置検出手段の一要素を構成している。
【００４９】
以上の各要素のうち、光照射手段LR、固定回折格子G ，メイン信号受光部4 、信号処理回路15、サブ信号受光部6 等は１つの筐体の上に設置している。
【００５０】
本実施例の光学スケール5 の回転情報の検出作用について説明する。光源3 からの光束はコリメータレンズ系C によって平行光に変換され、光学スケール5 の格子部5Eの一部（第1 領域）を照射する。
【００５１】
この平行光束は格子部5Eの振幅回折格子の作用によって回折される。そして照射領域（第1 領域）の格子のフーリエ像が光学スケール5 の後方に結像される。フーリエ像は格子面より後方に距離Ｌを基本としてその整数倍の位置に繰り返し結像される。  本実施例においてはN 番目のフーリエ像が固定回折格子G の格子面上に結像されるように、光源波長λ、格子ピッチP 、コリメーターレンズ系C の位置を設定している。このフーリエ像の明暗ピッチは格子部5EのV 溝のピッチP と等しくなる。
【００５２】
実施例1 と同様に固定回折格子G に入射した光束はここで光波波面が分割されて複数の光束に別れ、夫々に対応するフォトディテクタに到達する。
【００５３】
ここで光学スケール5 が回転すると実施例1 と同様に各フォトディテクタで検出される光量が変化し、その信号により信号処理回路15は光学スケール5 （回転体）の回転角度や回転量あるいは回転速度や回転加速度等の回転情報を得ている。
【００５４】
次に光学スケール5 の絶対位置を検出する作用を説明する。光照射手段LRより射出した平行光の一部は光学スケール5 の斜面5a,5b,5c・・・において反射しサブ信号受光部6 に到達する。その際、斜面5a,5b,5c・・・は夫々角度が異なるので、図8 に示すように反射光は斜面5a,5b,5c・・・に応じてサブ信号受光部6 のセンサー6a,6b,6c・・・に別れて入射する。そしてこれらのセンサーからの信号をサブ信号処理回路20が受け取って、どのセンサーに反射光が入射したかを検知することにより、エンコーダ起動時にも光学スケール5 の絶対位置（各反射面の位置）を検出することができる。
【００５５】
例えばACサーボモーターにおいて磁極数が３個の場合は、光学スケール5 の円板端を３分割して斜面5a,5b,5cを構成した本実施例をモーターの回転子に接続する。これによってACサーボモーターの始動時にも光学スケール5 の絶対的な位置関係が判り、これから磁極の位置関係を検出することができ、適切に電源を投入することが出来る。
【００５６】
なお、本実施例では斜面5a,5b,5cを反射面として入射光束を反射して光学スケール5 の絶対位置を検出しているが、斜面5a,5b,5cを透過面とし各斜面で異なった角度で屈折する光束によって光学スケール5 の絶対位置を検出するようにもできる。
【００５７】
図9 は本発明の実施例3 の要部概略図である。本実施例が実施例2 と異なる点は光学スケールの絶対的な位置関係を検出する部分の構成であり、その他の点は同じである。実施例2 と異なる部分のみを説明する。
【００５８】
図中、7 は円板状の光学スケールであり、回転物体の回転軸に取り付けている。光学スケール7 はその円板部材の上に回転軸を中心とする第1 の円周に沿って放射線状の格子を形成した格子部7Eを有し、矢印に示すいずれかの方向に回転する。光学スケール7 は全体或は少なくとも格子部7Eを透光性の光学材料で形成しており、格子部7Eの１面には第1 の円周に沿って多数個のV 溝が放射線状に等角度で並んでいる。
【００５９】
又、光学スケール7 の上面には格子部7Eに隣接して回転軸を中心とする第2 の円周に沿って複数の反射ゾーン（反射面）7a,7b,7c・・・（複数の領域）を形成している。これらの反射ゾーン7a,7b,7c・・・は夫々異なった色相、例えば赤色、黄色、青色、黒色で着色しており、光照射手段LRからの光の反射率が夫々異なっている。
【００６０】
8 はサブ信号受光部（第2 の受光手段）であり、これは一枚の基板の上に１個のセンサー8aを配置して構成しており、図9 に示すように光学スケール7 の上方に設置していて、反射ゾーンからの反射光を受光する。20はサブ信号処理回路であり、第2 の受光手段8 からの信号を受けて光束がどの反射面を照射しているかを判断し、絶対位置信号として出力する。なお、第2 の受光手段8 及びサブ信号処理回路20等は絶対位置検出手段の一要素を構成している。
【００６１】
本実施例の光学スケール7 の回転情報の検出作用は実施例2 と同じである。
【００６２】
次に光学スケール7 の絶対位置を検出する作用を説明する。光照射手段LRより射出する平行光が光学スケール7 の領域70（第1 領域）を照明する。そして格子部7Eを照明した光はこれを透過し、さらに固定回折格子G によって複数の光束に別れてメイン信号受光部4 （第1 の受光手段）へ入射し、光学スケールの回転情報を検出する。
【００６３】
一方、光学スケール7 上の領域70のうち反射ゾーンの一部を照明した光はここで反射されてサブ信号受光部8 に到達する。このとき反射ゾーン7a,7b,7c・・・での反射光は図10に示すようにこの部分の反射率の違いによって強度が異なっている。そこでサブ信号受光部8 のセンサー8aが受光する反射光量の差をサブ信号処理回路20が判断することにより、エンコーダ起動時にも光学スケール7 の絶対位置（各反射面の位置）を検出することができる。
【００６４】
例えばACサーボモーターにおいて磁極数が３個の場合は、光学スケール7 の第2 の円周を３分割して反射ゾーン7a,7b,7cを構成した本実施例をモーターの回転子に接続する。これによってACサーボモーターの始動時にも光学スケール7 の絶対的な位置関係が判り、これから磁極の位置関係を検出することができ、適切に電流を流すことができる。
【００６５】
図11は本発明の実施例4 の要部概略図である。本実施例が実施例3 と異なる点は光学スケールの絶対的な位置関係を検出する部分の構成であり、その他の点は同じである。実施例3 と異なる部分のみを説明する。
【００６６】
図中、9 は円板状の光学スケールであり、回転物体の回転軸に取り付けている。光学スケール9 はその円板部材の上に回転軸を中心とする第1 の円周に沿って放射線状の格子を形成した格子部9Eを有し、矢印に示すいずれかの方向に回転する。光学スケール9 は全体或は少なくとも格子部9Eを透光性の光学材料で形成しており、格子部9Eの１面には回転軸を中心とする第1 の円周に沿って多数個のV 溝が放射線状に等角度で並んでいる。
【００６７】
又、光学スケール9 の上面には格子部9Eに隣接して回転軸を中心とする第2 の円周に沿って複数の反射ゾーン（反射面）9a,9b,9c・・・（複数の領域）を形成している。これらの反射ゾーン9a,9b,9c・・・の表面は夫々異なった表面粗さにしており、光照射手段LRからの光の反射率が異なるようにしている。
【００６８】
本実施例において光学スケール9 の回転情報の検出作用は実施例2 と同じである。
【００６９】
次に光学スケール9 の絶対位置を検出する作用を説明する。光照射手段LRより射出する平行光が光学スケール9 の領域90（第1 領域）を照明する。そして格子部9Eを照明した光はこれを透過し、さらに固定回折格子G によって複数の光束に別れてメイン信号受光部（第1 の受光手段）4 へ入射し、光学スケールの回転情報を検出する。
【００７０】
一方、領域90のうち反射ゾーンの一部を照明した光はここで反射されてサブ信号受光部8 に到達する。このとき反射ゾーン9a,9b,9c・・・での反射光は図12に示すように夫々反射率が異なっているのでサブ信号受光部8 のセンサーが受光する反射光量の差をサブ信号処理回路20が判断することにより、エンコーダ起動時にも光学スケール9 の絶対位置（各反射面の位置）を検出することができる。
【００７１】
例えばACサーボモーターにおいて磁極数が３個の場合は、光学スケール9 の第2 の円周を３分割して反射ゾーン9a,9b,9cを構成した本実施例をモーターの回転子に接続する。これによってACサーボモーターの始動時にも光学スケール9 の絶対的な位置関係が判り、これから磁極の位置関係を検出することができ、適切に電流を流すことができる。
【００７２】
なお、実施例3、4 は反射率の異なる反射面によって光学スケールの絶対位置を検出しているが、反射面の部分を透過率の異なる透過面として透過光束を検出して光学スケールの絶対位置を検出するようにもできる。
【００７３】
以上のように、本発明のロータリーエンコーダによれば、ACサーボモータの電源投入時にその磁極の位置関係を正確に検知し、モータのそれぞれの磁極に適正な電流を流すことができ、サーボモータを正しく制御することができる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明は以上の構成により、
インクリメンタル型のロータリーエンコーダにおいて、該エンコーダの起動時にその光学スケールの絶対位置を検出可能な、所謂アブソリュート機能を備えたインクリメンタル型のロータリーエンコーダに好適な光学スケール及びそれを用いたロータリーエンコーダを達成している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例1 の要部斜視図
【図２】  本発明の実施例1 の要部概略図
【図３】  実施例1 の格子部の説明図
【図４】  実施例1 のメイン信号検出部の信号説明図
【図５】  実施例1 のサブ信号検出の説明図
【図６】  実施例1 の光学スケールとサブ信号受光部の配置の説明図
【図７】  本発明の実施例2 の要部概略図
【図８】  実施例2 のサブ信号検出の説明図
【図９】  本発明の実施例3 の要部概略図
【図１０】  実施例3 の各反射ゾーンからの反射光の信号説明図
【図１１】  本発明の実施例4 の要部概略図
【図１２】  実施例4 の各反射ゾーンからの反射光の信号説明図
【図１３】 従来のロータリーエンコーダの要部概略図
【図１４】 従来例の信号出力の説明図
【符号の説明】
1 ・・・光学スケール
1a,1b,1c・・・光学スケールに設けたそれぞれ角度の異なる斜面
2 ・・・サブ信号受光部
2a,2b,2c・・・それぞれ角度の異なる斜面の反射光を受光するセンサー
3 ・・・光源
4 ・・・メイン信号受光部
5 ・・・光学スケール
5a,5b,5c・・・光学スケールに設けたそれぞれ角度の異なる斜面（反射面）
6 ・・・サブ信号受光部
6a,6b,6c・・・それぞれ角度の異なる斜面の反射光を受光するセンサー
7 ・・・光学スケール
7a・・・赤色の反射ゾーン
7b・・・黄色の反射ゾーン
7c・・・青色の反射ゾーン
7d・・・黒色の反射ゾーン
8 ・・・サブ信号受光部
9 ・・・光学スケール
9a,9b,9c,9d ・・・それぞれ表面粗さのことなる反射ゾーン
11・・・光源
12・・・コリメータレンズ系
13・・・光学スケール
14a,14b,14c ・・・フォトディテクター
15・・・信号処理回路
20・・・サブ信号処理回路
LR・・・光照射手段
【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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