JP2011237262A - 光電式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】インクリメンタルエンコーダにおける原点位置の再現性を向上する。
【解決手段】移動量を検出するためのメイントラック１４が測定方向に形成されたスケール１０を有する光電式エンコーダにおいて、前記メイントラック１４の測定方向と直交する方向の一部に設けられた、メイントラック１４と光透過率が異なるモニタ信号発生部３４と、スケール１０の移動に対して同相の信号を出力するよう、測定方向と直交する方向に並設されたメイン信号検出用受光素子２４及びモニタ信号検出用受光素子３２と、メイン信号とモニタ信号の差に基づいて原点信号を発生する原点信号生成回路（差動回路４０）と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、光電式エンコーダに係り、特に、リニアエンコーダ、円弧エンコーダ、ロータリエンコーダ等のインクリメンタル型エンコーダに用いるのに好適な、原点位置の再現性を向上することが可能な光電式エンコーダに関する。

スケールと検出器の相対移動量を、増分により検出するようにしたインクリメンタル型エンコーダが広く用いられている。このインクリメンタル型エンコーダは、絶対位置を検出するアブソリュートエンコーダに比べて、スケールの測定方向と直交する幅方向に多数のトラックを並べる必要がなく、構成が簡略であるという特徴を有する。一方、電源導入直後や、何らかの原因により基準位置との関係がずれた場合には、これをインクリメンタル信号のみでは修正できないため、図１に例示する如く、移動量を検出するためのメイントラック１４が移動方向（測定方向）に形成されたスケール１０に、前記メイントラック１４と並んで原点トラック１６を設け、電源導入直後等に該原点トラック１６の通過を検出して、インクリメンタルな測定位置を修正するようにしている（特許文献１〜５参照）。図において、２０は、光源２２、メイントラック１４と対向配置されるメイン信号検出用受光素子２４、及び、原点トラック１６と対向配置される原点信号検出用受光素子２６を含む検出器である。

特公平３−６００４１号公報 特公平３−６００４２号公報 特開平７−２８６８６１号公報 特開２００４−２３９８２９号公報 特開２００５−８３８０８号公報

しかしながら、従来の光電式インクリメンタル型エンコーダでは、スケール１０上に、メイン信号を検出するためのメイントラック１４と、原点信号を検出するための原点トラック１６が独立して設けられており、しかも、メイン信号検出用受光素子２４が、相対位置を読み取り可能な受光素子アレイで構成されているのに対して、原点信号検出用受光素子２６が、受光量により原点トラック１６の有無を検出するのみであったため、トラックや光学系の光学的ばらつきや、処理回路の電気的ばらつきにより、メイン信号と原点信号に位相ずれが発生し、原点位置の再現性劣化に繋がり易いという問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、原点位置の再現性を向上することを課題とする。

本発明は、移動量を検出するためのメイントラックが測定方向に形成されたスケールを有する光電式エンコーダにおいて、前記メイントラックの測定方向と直交する方向の一部に設けられた、メイントラックと光透過率が異なるモニタ信号発生部と、スケールの移動に対して同相の信号を出力するよう、測定方向と直交する方向に並設されたメイン信号検出用受光素子及びモニタ信号検出用受光素子と、メイン信号とモニタ信号の差に基づいて原点信号を発生する原点信号生成回路と、を備えることにより、前記課題を解決したものである。

ここで、前記モニタ信号発生部を、スケール保護膜上に形成した、スケール保護膜と透過率の異なる部分とすることができる。

あるいは、前記モニタ信号発生部を、メイントラックの一部を加工することにより形成することができる。

本発明によれば、メイン信号と原点信号を検出するためのモニタ信号が同じメイントラックを使って生成されるため、メイン信号とモニタ信号の位相が一致し、該モニタ信号を使って、メイン信号と位相が一致した原点信号を得ることができ、原点位置の再現性を向上することができる。

従来の光電式エンコーダの問題点を説明するための（Ａ）側面図及び（Ｂ）平面図 本発明の第１実施形態の構成を示す（Ａ）側面図及び（Ｂ）平面図 第１実施形態のスケールと検出器の関係を示す平面図 第１実施形態の受光素子から出力されるモニタ信号とメイン信号の関係の例を示す図 第１実施形態の信号処理回路を示す図 第１実施形態の各部信号の例を示す図 本発明の第２実施形態の要部構成を示す（Ａ）側面図及び（Ｂ）平面図

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。

本発明の第１実施形態の構成を図２（Ａ）側面図及び（Ｂ）平面図に示す。

本実施形態の検出器２０は、図２（Ａ）に示す如く、図１に示した従来例と同様の光源２２及びメイン信号検出用受光素子２４を備えている。

又、本実施形態で使用するスケール１０には、図２（Ｂ）に示す如く、一つのメイントラック１４のみが配置されている。このスケール１０の目盛面には、図２（Ａ）に示す如く、汚れや傷を防止するための透明カバー１８（又は保護膜）が設けられており、接着やモールドによりスケール１０と一体化されている。

この透明カバー１８の材質は、ガラスやプラスチックのフィルムなどを用いることができる。

本実施形態においては、この透明カバー１８の移動方向の一箇所又は複数箇所の移動方向と直交する方向の一部（図では上部）に、透明カバー１８より透過率の小さい素材或いは不透明な素材が、モニタ信号用成膜３０として形成されている。

一方、スケール１０に対面して配置する検出器２０には、図２（Ａ）に示すように、メイン信号を検出するためのアレイ状の受光素子２４と、モニタ信号を検出するためのアレイ状の受光素子３２が、移動方向に対して並列に配置されている。又、この２つの受光素子２４、３２は、スケール上の移動に対して同相の信号を出力するよう、図３に示す如く、移動方向に関して同じ位置に配置されている。

他の構成は図１に示した従来例と同じであるため、説明は省略する。

本実施形態において、モニタ信号とメイン信号は、図４に示す如く、同相の信号で、且つ、モニタ信号用成膜３０以外の部分では、振幅もおよそ同レベルとなる。しかし、検出器２０がモニタ信号用成膜３０の上を通ると、透明カバー１８の素材よりモニタ信号用成膜３０の透過率が小さいため、モニタ信号はメイン信号と同相を維持しつつ、振幅のみが小さくなる。

従って、検出器２０の処理回路に、図５に示す様なメイン信号とモニタ信号の差動回路４０を内蔵し、これにより、図６に示す如く、原点信号を生成することができる。即ち、通常、原点信号の信号振幅レベルは非常に小さくなるが、検出器２０がモニタ信号用成膜３０と対面した場合、原点信号の振幅レベルが大きくなり、原点検出が可能となる。この際、スケール１０の同じメイントラック１４でメイン信号と原点信号を検出するため、両者の位相関係は常に同じになり、原点の再現性が向上する。

なお、モニタ信号発生部は、スケール保護膜（透明カバー１８）上に形成されたモニタ信号用成膜３０に限定されず、図７に要部構成を示す第２実施形態の如く、メイントラック１４の一部を加工（例えば格子間を埋める）ことにより、モニタ信号発生部３４を形成することができる。

この第２実施形態によれば、スケール保護膜が無い場合でも、本発明を実現できる。

なお、前記実施形態においては、いずれも本発明が、メイントラックが直線的な移動を検出するリニアエンコーダに適用されていたが、メイントラックを円弧状に配置することで、円弧エンコーダやロータリエンコーダにも適用できる。

１０…スケール
１４…メイントラック
１８…透明カバー（スケール保護膜）
２０…検出器
２２…光源
２４…メイン信号検出用受光素子
３０…モニタ信号用成膜
３２…モニタ信号検出用受光素子
３４…モニタ信号発生部
４０…原点信号生成用差動回路

スケールと検出器の相対移動量を、増分により検出するようにしたインクリメンタル型エンコーダが広く用いられている。このインクリメンタル型エンコーダは、絶対位置を検出するアブソリュートエンコーダに比べて、スケールの測定方向と直交する幅方向に多数のトラックを並べる必要がなく、構成が簡略であるという特徴を有する。一方、電源投入直後や、何らかの原因により基準位置との関係がずれた場合には、これをインクリメンタル信号のみでは修正できないため、図１に例示する如く、移動量を検出するためのメイントラック１４が移動方向（測定方向）に形成されたスケール１０に、前記メイントラック１４と並んで原点トラック１６を設け、電源投入直後等に該原点トラック１６の通過を検出して、インクリメンタルな測定位置を修正するようにしている（特許文献１〜５参照）。図において、２０は、光源２２、メイントラック１４と対向配置されるメイン信号検出用受光素子２４、及び、原点トラック１６と対向配置される原点信号検出用受光素子２６を含む検出器である。

Claims (3)

1. 移動量を検出するためのメイントラックが測定方向に形成されたスケールを有する光電式エンコーダにおいて、
   前記メイントラックの測定方向と直交する方向の一部に設けられた、メイントラックと光透過率が異なるモニタ信号発生部と、
   スケールの移動に対して同相の信号を出力するよう、測定方向と直交する方向に並設されたメイン信号検出用受光素子及びモニタ信号検出用受光素子と、
   メイン信号とモニタ信号の差に基づいて原点信号を発生する原点信号生成回路と、
   を備えたことを特徴とする光電式エンコーダ。
2. 前記モニタ信号発生部が、スケール保護膜上に形成された、スケール保護膜と透過率の異なる部分であることを特徴とする請求項１に記載の光電式エンコーダ。
3. 前記モニタ信号発生部が、メイントラックの一部を加工することにより形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の光電式エンコーダ。