JPH06213682A - アブソリュートエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学スケールと検出器の受光素子との間隔を
十分に離すことのできるアブソリュートエンコーダを得
ることを目的とする。 【構成】光学スケール１とアブソリュート検出手段３と
の間に、最小読み取り単位の長さλ以下で、かつアブソ
リュートパターン７のビット数と同数の開口部１０、１
１、１２、１３、１４、１５が形成された補助スケール
２を配置し、補助スケール２に形成された開口部１０、
１１、１２、１３、１４、１５は、互いに隣合う開口部
に光学スケールを通過した光が入射しないように形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアブソリュートエンコー
ダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のアブソリュートエンコーダを図５
及び図６に示す。図５はアブソリートエンコーダの構成
を示す図であり、図６は光学スケールと検出器とを示す
図である。図５に示す様にアブソリュートエンコーダ
は、光源３３とコンデンサレンズ３４とから構成される
照明手段４０と、光学スケール３１と、検出器３２とを
備えており、照明手段４０及び検出器３２と、光学スケ
ール３１とは相対移動する構成になっている。

【０００３】図６に示す様に、光学スケール３１には、
最小読み取り単位の長さがλの白部と斜線部とからなる
５ビットの１トラックのアブソリュートパターン４１が
形成されている。白部は「１」を示し、斜線部は「１」
示す。検出器３２には、パターン４１のビット数（＝
５）と同数である、５つの受光素子３５、３６、３７、
３８、３９を備えている。

【０００４】このように構成されたアブソリュートエン
コーダは、光源３３から射出した光をコンデンサレンズ
３４によって平行光束にして光学スケール３１に投射
し、光学スケール３１のパターン４１を透過した光を検
出器３２の各受光素子３５、３６、３７、３８、３９上
に入射させて、絶対位置を検出していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
において、アブソリュートパターンを検出器が読み取る
には、アブソリュートパターンの像を検出器の受光素子
上にぼけないように入射させなければならなかった。そ
の為、平行度の良い照明手段を用いて光学スケールと検
出器の受光素子との間隔を１ｍｍ以下に近接させなけれ
ばならず、光学スケールと受光素子との間隔を調整する
作業が非常に困難であった。

【０００６】また、光学スケールと受光素子との間隔が
非常に近接している為、光学スケールと受光素子との間
にゴミ等が入り込んだ場合、受光素子を傷つけることに
なり、正確な光情報を得られなくなる可能性かあった。
本発明は、この様な従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、光学スケールと検出器との間隔を調整する調整作業
が容易で、かつ受光素子との間隔を十分に離すことので
きるアブソリュートエンコーダを得ることを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、光が通過する通過部（１ｂ）と光を遮光する遮光部
（１ａ）とが最小読み取り単位λで形成され、１つの絶
対値を示す所定のビット数が通過部（１ｂ）と遮光部
（１ａ）との連続した組合せから表されるアブソリュー
トパターン（７）を有する光学スケール（１）と、光学
スケール（１）に対して相対移動し、所定のビット数を
表す通過部（１ｂ）及び遮光部（１ａ）に対応してそれ
ぞれ配置される複数の受光素子（１６、１７、１８、１
９、２０、２１）を有するアブソリュート検出手段
（３）とを備えたアブソリュートエンコーダにおいて、
光学スケール（１）とアブソリュート検出手段（３）と
の間に配置され、光学スケール（１）に対してアブソリ
ュート検出手段（３）と共に相対移動する補助スケール
（２）を有し、補助スケール（２）は、最小読み取り単
位λと略同じ長さで、かつ所定のビット数を表す通過部
（１ｂ）と遮光部（１ａ）との連続した組合せに対して
それぞれ対向する所定のビット数と同数の開口部（１
０、１１、１２、１３、１４、１５）が形成されてお
り、開口部（１０、１１、１２、１３、１４、１５）
は、光学スケール（１）の通過部（１ｂ）を通過した光
が互いに隣合う開口部（１０、１１、１２、１３、１
４、１５）に入射しないように２次元的に離して形成し
た。

【０００８】

【作用】本発明において、アブソリュートパターンが形
成された光学スケールと、アブソリュート検出手段との
間に、互いに隣合う開口部に光学スケールの通過部を通
過した光を入射させないように形成された開口部が形成
された補助スケールを配置したので、光学スケールと検
出器との間隔の調整が容易で、かつ光学スケールと検出
器の受光素子との間隔を十分に離すことができるように
なる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の第１実施例のアブソリュート
エンコーダの全体の構成を示す図であり、図２は図１の
光学スケール１、補助スケール２及び検出器３を示す図
である。図１に示す様に、第１実施例のアブソリュート
エンコーダは、光源（例えば、ＬＥＤ又はレーザダイオ
ード）４とコンデンサレンズ５とを備える照明手段６
と、光学スケール１と、補助スケール２と、検出器３
と、検出器３に配線９により接続された信号処理回路８
とを備えており、光学スケール１のアブソリュートパタ
ーン７が形成された面を挟んで、一方には照明手段６を
配置し、他方には補助スケール２と検出器３とを配置
し、光学スケール１に対して、補助スケール２及び検出
器３が相対移動するように構成されている。

【００１０】図２に示す様に、光学スケール１には、最
小読み取り単位λで５ビットの１トラックアブソリュー
トパターン７が形成されており、アブソリュートパター
ン７は、光が通過する白部（通過部）を「１」、光を遮
光する斜線部（遮光部）を「０」とする、Ｘ⁵ ＋Ｘ³ ＋
Ｘ⁰ の多項式で生成されるものである。補助スケール２
には、アブソリュートパターン７の最小読み取り単位λ
と略同じ長さで、アブソリュートパターン７のビット数
と同数の開口部形成領域１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３
ａ、１４ａを有している。

【００１１】この開口部形成領域１０ａ、１１ａ、１２
ａ、１３ａ、１４ａ、には、一辺がアブソリュートパタ
ーン７の最小読み取り単位λで形成された開口部１０、
１１、１２、１３、１４、１５が形成されており、この
開口部１０、１１、１２、１３、１４、１５は、光学ス
ケール１との相対移動方向に対して、垂直方向及び対角
線上に隣接しないように１つの開口部形成領域に少なく
とも１つの開口部が形成されている。

【００１２】ここでは、開口部形成領域１４ａに連続し
ない開口部１４、１５が形成し、その他の開口部形成領
域にはそれぞれ１つの開口部が形成されている。さら
に、開口部は、紙面左から紙面右に向かって、１つの開
口部形成領域内で隣接せず、なおかつ隣合う開口部形成
領域の対角線上に開口部が存在しないように形成されて
いる。すなわち、開口部は、光学スケール１の通過部１
ｂからの光が隣合う開口部に入射しないように形成され
ている。

【００１３】補助スケール２の開口部を詳細に説明す
る。補助スケール２の開口部を行列で示した時、開口部
を１とする式１で表される。

【００１４】

【数１】

【００１５】即ち、数１において、（１行、１列）にあ
る値（１）は、開口部１０を表し、（５行、１列）にあ
る値（１）は、開口部１５を表し、（３行、２列）にあ
る値（１）は、開口部１２を表し、（５行、３列）にあ
る値（１）は、開口部１４を表し、（２行、４列）にあ
る値（１）は、開口部１１を表し、（４行、５列）にあ
る値（１）は、開口部１３を表している。従って、数１
の（１）は、各開口部を表している。

【００１６】検出器３には、補助スケール２に形成され
た開口部１０、１１、１２、１３、１４、１５と対向す
るようにして、受光素子１６、１７、１８、１９、２
０、２１が配置されている。信号処理回路８は、検出器
３の各受光素子１６、１７、１８、１９、２０、２１と
配線９によって接続される。

【００１７】このように構成されたアブソリュートエン
コーダを以下に説明とする。光源４からの光は、コンデ
ンサレンズ５で平行光束にされて光学スケール１のアブ
ソリュートパターン７の各白部及び補助スケール２の各
開口部１０、１１、１２、１３、１４、１５を通過し、
検出器３の各受光素子１６、１７、１８、１９、２０、
２１上に入射される。各受光素子１６、１７、１８、１
９、２０、２１が受光した光信号は、電気信号に変換さ
れ、配線９を介して信号処理回路８に送られる。

【００１８】信号処理回路８は、各受光素子１６、１
７、１８、１９、２０、２１からの電気信号に基づいて
絶対位置データを検出している。即ち、アブソリュート
パターン７の白部もしくは斜線部と、補助スケール２の
開口部との関係（すなわち照明手段６からの光がアブソ
リュートパターン７及び補助スケール２の白部を通過す
るか否か）をａ1 、ａ2 、ａ3 、ａ4 、ａ5 で表し、ま
た、５ビットの絶対位置データに相当する出力信号をそ
れぞれｂ1 、ｂ2、ｂ3 、ｂ4 、ｂ5 で表した時、数２
に示す５元１次の連立方程式が成立する。

【００１９】即ち、５元１次の連立方程式の右辺が絶対
位置データに相当する出力信号となる。ここで、ａ1 、
ａ2 、ａ3 、ａ4 、ａ5 は、０または１で表され、ｂ1
は０、１または２、ｂ2 は０または１、ｂ3 は０または
１、ｂ4 は０または１、ｂ5 は０または１で表される。

【００２０】

【数２】

【００２１】数２をはき出し法を用いて連立方程式を解
くと数３になる。

【００２２】

【数３】

【００２３】従って、ａ1 ＝ｂ1 −ｂ3 、ａ2 ＝ｂ4 、
ａ3 ＝ｂ2 、ａ4 ＝ｂ5 、ａ5 ＝ｂ3 となり、絶対位置
データを求めることができる。尚、ａ1 、ａ2 、ａ3 、
ａ4、ａ5 で示される信号値は、全て異なり、ａ1 、ａ2
、ａ3 、ａ4 、ａ5 を解読すれば絶対位置データを得
ることができる。検出器３は、図３に示すような検出器
２２を用いてもよい。

【００２４】即ち、図３において、検出器２２は、アブ
ソリュートパターン７の最小読み取り単位の長手方向に
対し、各受光素子２３、２４、２５、２６、２７の長手
方向とが略垂直になる様に、紙面上方向から順に配置さ
れている。各受光素子２３、２４、２５、２６、２７
は、アブソリュートパターン７に対する相対移動方向
に、最小読み取り単位の５倍の長さを有している。

【００２５】この様に構成された検出器２２を用いた場
合でも、検出器３と同様に絶対位置データに相当する出
力信号を検出できる。従って、受光素子２３からの出力
はｂ1 、受光素子２４からの出力はｂ2 、受光素子２５
からの出力はｂ3 、受光素子２６からの出力はｂ4 、受
光素子２７からの出力はｂ5 となり、ａ1 ＝ｂ1 −ｂ3
、ａ2 ＝ｂ4 、ａ3 ＝ｂ2 、ａ4 ＝ｂ5 、ａ5 ＝ｂ3
となり、絶対位置データを求めることができる。

【００２６】検出器２２は、光学スケール１と検出器２
２との相対移動方向に対して略平行に受光素子が配列し
てあるので、補助スケール２の開口部１０、１５からの
光を１つの受光素子２３で検出することができる。図４
は第２実施例の光学スケール１、補助スケール５０及び
検出器５６を備えている。尚、光学スケール１について
は、第１実施例と同じ構成なので説明を省略し、同じ符
号を使用する。

【００２７】図４において、補助スケール５０には、ア
ブソリュートパターン７の最小読み取り単位λと略同じ
長さで、アブソリュートパターン７のビット数と同数の
開口部形成領域５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ、５５
ａを有している。この開口部形成領域５１ａ、５２ａ、
５３ａ、５４ａ、５５ａ、には、一辺がアブソリュート
パターン７の最小読み取り単位λで形成された開口部５
１、５２、５３、５４、５５が形成されており、この開
口部５１、５２、５３、５４、５５は、光学スケール１
との相対移動方向に対して、垂直方向及び対角線上に隣
接しないように、１つの開口部形成領域に１つの開口部
が形成されており、一つの最小読み取り単位に対して、
一つの開口部が対向するように形成されている。

【００２８】さらに、開口部５１、５２、５３、５４、
５５は、紙面左から紙面右に向かって、１つの開口部形
成領域内で隣接せず、なおかつ隣合う開口部形成領域の
対角線上に開口部が存在しないように形成されている。
検出器５６には、補助スケール５０に形成された開口部
５１、５２、５３、５４、５５と対向するようにして、
受光素子５７、５８、５９、６０、６１が配置されてい
る。

【００２９】各受光素子５７、５８、５９、６０、６１
は、開口部５１、５２、５３、５４、５５より大きい面
積を有しているので、広がった光を混じり合うことなく
検出することができる。アブソリュートパターン７の白
部もしくは斜線部と、補助スケール２の開口部との関係
（照明手段６からの光がアブソリュートパターン７及び
補助スケール２の白部を通過するか否か）をａ1 、ａ2
、ａ3 、ａ4 、ａ5 とした時、受光素子５７の出力を
ｂ1 、受光素子５８からの出力をｂ2 、受光素子５９か
らの出力をｂ3 、受光素子６０からの出力をｂ4 、受光
素子６１からの出力をｂ5 とすると、ａ1 ＝ｂ1 、ａ2
＝ｂ4 、ａ3 ＝ｂ2 、ａ4 ＝ｂ5 、ａ5 ＝ｂ3 となり、
第１実施例の様な連立方程式を解かなくとも、絶対位置
データを求めることができる。

【００３０】尚、本発明において、光学スケールにアブ
ソリュートパターンとインクリメンタルパターンとが形
成されている場合、補助スケールにも、アブソリュート
用の開口部とインクリメンタル用の開口部との両方を設
けてもよい。さらに、実施例では５ビットのアブソリュ
ートパターンについての補助スケールについて説明した
が、他のビット数であってもかまわない。

【００３１】

【発明の効果】以上の様に本発明によれば、アブソリュ
ートパターンが形成された光学スケールと、アブソリュ
ート検出手段との間に、互いに隣合う開口部に光学スケ
ールの通過部を通過した光を入射させないように形成し
た補助スケールを配置することにより、光学スケールと
検出器との間隔の調整が容易になり、かつ光学スケール
と検出器の受光素子との間隔を十分に離しても、アブソ
リュートパターンを読み取ることができるので、受光素
子のボンディング部の逃げが取れる様になり、検出部自
体を小型化を図ることができる。

【００３２】さらに、光学スケールと検出器の受光素子
との間にゴミが入っても、受光素子に傷をつけることも
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１実施例の全体を示す構成図で
ある。

【図２】第１実施例の光学スケール、補助スケール及び
検出器を示す図である。

【図３】他の検出器を示す図である。

【図４】本発明による第２実施例の光学スケール、補助
スケール及び検出器を示す図である。

【図５】従来の装置の全体を示す構成図である。

【図６】従来の光学スケール、補助スケール及び検出器
を示す図である。

【符号の説明】

１ 光学スケール ２、５０ 補助スケール ３、２０、５６ 検出器 ６ 照明手段 ８ 信号処理回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光が通過する通過部と光を遮光する遮光部
   とが最小読み取り単位λで形成され、１つの絶対値を示
   す所定のビット数が前記通過部と前記遮光部との連続し
   た組合せから表されるアブソリュートパターンを有する
   光学スケールと、 前記光学スケールに対して相対移動し、前記所定のビッ
   ト数を表す前記通過部及び前記遮光部に対応してそれぞ
   れ配置される複数の受光素子を有するアブソリュート検
   出手段とを備えたアブソリュートエンコーダにおいて、 前記光学スケールと前記アブソリュート検出手段との間
   に配置され、前記光学スケールに対して前記アブソリュ
   ート検出手段と共に相対移動する補助スケールを有し、 前記補助スケールは、前記最小読み取り単位λと略同じ
   長さで、かつ前記所定のビット数を表す前記通過部と前
   記遮光部との連続した組合せに対してそれぞれ対向する
   前記所定のビット数と同数の開口部が形成されており、 前記開口部は、前記光学スケールの前記通過部を通過し
   た光が互いに隣合う前記開口部に入射しないように２次
   元的に離して形成されていることを特徴とするアブソリ
   ュートエンコーダ。