JPH06258100A - アブソリュートエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高分解能な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】アブソリュート検出器３に、最小読み取り単位
λに対して２λ以上の幅を有する複数の受光素子１０、
１１、１２、１３、１４を設け、複数の受光素子１０、
１１、１２、１３、１４をアブソリュートパターン７の
通過部１ａと遮光部１ｂとの連続した異なる組合せに対
してそれぞれ配置する構成にした。

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
ダに関し、特にアブソリュートパターンを検出する検出
器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、光を透過する透過
部であり、斜線部は「０」示し、光を遮光する遮光部で
ある。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の最小読み取り単位
に対して、検出器が備える受光素子の幅は最小読み取り
単位と略同じものを使用していた。近年、アブソリュー
トエンコーダの高分解能化が進んできており、アブソリ
ュートパターンの最小読み取り単位が小さくなってきて
いる。

【０００６】従って、アブソリュートパターンに対する
検出器の受光素子の幅も小さくする必要が生じてくる。
しかしながら、受光素子の幅が小さくなると受光素子の
有効受光面積も小さくなり、最小読み取りパターンを通
過してくる光を受光できなくなるという不都合が生じる
可能性がある。

【０００７】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、最小読み取り単位の幅が小さくなって
も、アブソリュートパターンの透過部を通過した光を受
光できるような受光素子を配置し、高分解能なアブソリ
ュートエンコーダを得ることを目的とする。

【０００８】

【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（１ａ）と光を遮光する遮光部
（１ｂ）とが最小読み取り単位λで形成され、１つの絶
対値が通過部（１ａ）と遮光部（１ｂ）との組合せから
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）と相対移動し、通
過部（１ａ）からの光を検出する複数の受光素子（１
０、１１、１２、１３、１４）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、複数の受光素子（１０、１１、１２、１３、
１４）は、それぞれ最小読み取り単位λに対して２λ以
上の幅を有すると共に、通過部（１ａ）と遮光部（１
ｂ）との連続した異なる組合せに対し、それぞれ配置さ
れるようにした。

【０００９】請求項２に記載の本発明は、光学スケール
（１）とアブソリュート検出手段（３）との間に、複数
の受光素子（１０、１１、１２、１３、１４）が通過部
（１ａ）からの光を受光するような開口部（１５）が形
成された補助スケール（２）を配置した。

【００１０】

【作用】本発明において、アブソリュート検出手段が有
する複数の受光素子を最小読み取り単位λに対して２λ
以上の幅を有すると共に、通過部と遮光部との連続した
異なる組合せに対してそれぞれ配置したので、アブソリ
ュートパターンの最小読み取り単位が小さくなっても、
アブリュートパターンの検出が可能になる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の第１実施例の光学スケール
１、補助スケール２及びアブソリュート検出器３を示
し、図２は図１の光学スケール１、補助スケール２及び
アブソリュート検出器３を備えたアブソリュートエンコ
ーダの全体の構成を示す図である。

【００１２】図２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、アブソリ
ュート検出器３と、アブソリュート検出器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。尚、この構成において、補助スケール
２を備えた構成とになっているが、補助スケール２を設
けずに、光学スケール１とアブソリュート検出器３とを
近接して配置したものでもよい。第１実施例では、補助
スケール２を設けた構成で説明する。

【００１３】図１（ａ）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、光が通過する通過部（白部）１ａを
「１」、光を遮光する遮光部（斜線部）１ｂを「０」と
する、Ｘ⁵ ＋Ｘ³ ＋Ｘ⁰ の多項式で生成されるものであ
る。

【００１４】図１（ｂ）に示す様に、アブソリュート検
出器３には、アブソリュートパターン７の最小読み取り
単位λに対して５λ以上の幅を有し、アブソリュートパ
ターン７のビット数と同数の受光素子１０、１１、１
２、１３、１４を有している。ここで各受光素子１０、
１１、１２、１３、１４が５λ以上の幅を有しているの
は、光の広がりに対応させる為である。

【００１５】受光素子１０、１１、１２、１３、１４
は、光学スケール１とアブゾリュート検出器３との相対
移動方向にλの位相差を有して配置されると共に、アブ
ソリュートパターン７の長手方向に所定間隔ｘ離して順
次配置されている。図２（ｂ）では、各受光素子１０、
１１、１２、１３、１４は、アブソリュートパターン７
の長手方向に所定間隔ｘ離して順次配置されているが、
各受光素子１０、１１、１２、１３、１４を間隔を開け
ずに配置してもよい。 図１（ｃ）に示す様に、補助ス
ケール２には、各受光素子１０、１１、１２、１３、１
４と略同程度（最小読み取り単位λに対して５λの幅）
で、かつアブソリュートパターン７の長手方向にλの位
相差を有し、アブソリュートパターン７の長手方向に連
続した開口部１５が形成されている。

【００１６】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の開口
部１５を通過し、検出器３の各受光素子１０、１１、１
２、１３、１４上に入射される。各受光素子１０、１
１、１２、１３、１４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。

【００１７】信号処理回路８は、各受光素子１０、１
１、１２、１３、１４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。すなわち、光学スケール１の
Ａ位置とアブソリュート検出器３の受光素子１０のＢ位
置とから、光学スケール１とアブゾリュート検出器３と
が相対移動した時、受光素子１０はアブソリュートパタ
ーンを通過した光の総和（アブソリュートパターン７を
通過部を通過してきた光の量）を表す〔５〕を検出する
ことができる。さらに、受光素子１１は通過部１ａから
の光の総和を表す〔４〕を検出することができ、受光素
子１２は通過部１ａからの光の総和を表す〔３〕を検出
することができ、受光素子１３は通過部１ａからの光の
総和を表す〔３〕を検出することができ、受光素子１４
は通過部１ａからの光の総和を表す〔３〕を検出するこ
とができる。各受光素子１０、１１、１２、１３、１４
が検出した光の総和から、１つの絶対値を求めることが
できる。この場合の絶対値は「１」を示す。

【００１８】各受光素子１０、１１、１２、１３、１４
が検出する通過部１ａからの光の総和の関係と、絶対値
の関係とは、表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】尚、本実施例では、各受光素子１０、１
１、１２、１３、１４の幅を５λにしてあるが、５λ以
上の幅でも良いし、２λ、３λ、４λでも良い。尚、受
光素子の幅が２λ、３λ、４λの場合について、上記の
表１に示す。表１からも明らかなように、２λ、３λ、
４λの場合でも５λの場合と同様に各受光素子が検出し
た光の組合せが全て異なることになり、絶対値を得るこ
とができるようになる。

【００２１】また、各受光素子１０、１１、１２、１
３、１４は、λの位相差を有して配置されているが、λ
に限定する必要はない。図３は第２実施例の光学スケー
ル１及びアブソリュート検出器２０を備えている。尚、
アブゾリュートエンコーダの全体の構成については、第
１実施例と同じ構成なので説明を省略すると共に、同じ
符号を使用し、ここでは光学スケールとアブゾリュート
検出器とについて説明する。

【００２２】図３において、アブソリュート検出器２０
は、３λの幅を有する受光素子２１、２２、２３、２
４、２５が、アブソリュートパターン７のビット数と同
数有している。受光素子２１、２２、２３、２４、２５
は、光学スケール１とアブソリュート検出器２０との相
対移動方向に対して、４λピッチで配置されている。

【００２３】この様に構成された光学スケール１とアブ
ソリュート検出器２０とが、アブソリュートパターン７
のＡ位置と、アブソリュート検出器２０の受光素子２１
のＢ位置とから、光学スケール１とアブソリュート検出
器２０とが相対移動した時、受光素子２１はアブソリュ
ートパターン７を通過した光の総和を表す〔３〕を検出
し、受光素子２２はアブソリュートパターン７を通過し
た光の総和を表す〔３〕を検出し、受光素子２３はアブ
ソリュートパターン７を通過した光の総和を表す〔２〕
を検出し、受光素子２４はアブソリュートパターン７を
通過した光の総和を表す〔１〕を検出し、受光素子２５
はアブソリュートパターン７を通過した光の総和を表す
〔１〕を検出する。

【００２４】各受光素子２１、２２、２３、２４、２５
が検出した光の総和から、１つの絶対値を求めることが
でき、その関係を表２に示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２からも明らかなように、各受光素子２
１、２２、２３、２４、２５からの出力データには重複
するものはないので絶対値を検出することができること
が分かる。第２実施例に補助スケールを配置する時、３
λの幅を有すると共に、アブソリュートパターン７の長
手方向に４λピッチで形成した５つの開口部を補助スケ
ールに形成し、開口部がそれぞれ各受光素子２１、２
２、２３、２４、２５に対向するように、光学スケール
１とアブゾリュート検出器２０との間に配置すればよ
い。

【００２７】図４は第３実施例の光学スケール１及びア
ブソリュート検出器５０を備えている。尚、アブゾリュ
ートエンコーダの全体の構成については、第１実施例と
同じ構成なので説明を省略すると共に、同じ符号を使用
し、ここでは光学スケールとアブゾリュート検出器とに
ついて説明する。図４において、アブソリュート検出器
５０は、３λの幅を有する受光素子５１、５２、５３、
５４、５５が、アブソリュートパターン７のビット数と
同数有している。

【００２８】受光素子５１、５２、５３、５４、５５
は、光学スケール１とアブソリュート検出器２０との相
対移動方向に対して、隣合う受光素子が対角線上にある
ように配置されている。この様に構成された光学スケー
ル１とアブソリュート検出器５０とが、アブソリュート
パターン７のＡ位置と、アブソリュート検出器５０の受
光素子５１のＢ位置とから、光学スケール１とアブソリ
ュート検出器５０とが相対移動した時、受光素子５１は
アブソリュートパターン７を通過した光の総和を表す
〔３〕を検出し、受光素子２２はアブソリュートパター
ン７を通過した光の総和を表す〔２〕を検出し、受光素
子２３はアブソリュートパターン７を通過した光の総和
を表す〔２〕を検出し、受光素子２４はアブソリュート
パターン７を通過した光の総和を表す〔１〕を検出し、
受光素子２５はアブソリュートパターン７を通過した光
の総和を表す〔１〕を検出する。

【００２９】各受光素子５１、５２、５３、５４、５５
が検出した光の総和から、１つの絶対値を求めることが
でき、その関係を表３に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】表３からも明らかなように、各受光素子５
１、５２、５３、５４、５５からの出力データには重複
するものはないので絶対値を検出することができること
が分かる。第３実施例に補助スケールを配置する時、３
λの幅を有すると共に、光学スケール１とアブソリュー
ト検出器５０との相対移動方向に対して、隣合う開口部
が対角線上にあるように５つの開口部を補助スケールに
形成し、開口部がそれぞれ各受光素子５１、５２、５
３、５４、５５に対向するように、光学スケール１とア
ブゾリュート検出器５０との間に配置すればよい。

【００３２】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説明したが、他のビット数であっ
てもかまわない。

【００３３】また、アブソリュートパターンのビット数
と受光素子の数とを同じ場合について説明したが、別に
同じでなくてもかまわない。本実施例において、光学ス
ケールとアブソリュート検出手段との間に、複数の受光
素子が通過部からの光を受光するような開口部が形成さ
れた補助スケールを配置したので、光学スケールとアブ
ソリュート検出手段との間隔の調整が容易になると共
に、光学スケールとアブソリュート検出手段との間隔を
十分に離すことができる。また、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。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。

【００３４】

【発明の効果】以上の様に本発明によれば、アブソリュ
ートパターンの最小読み取り単位が小さくとも、アブソ
リュートパターンを通過した光を検出することができる
ので、高分解能なアブソリュートエンコーダを実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】本発明による第１実施例の全体を示す構成図で
ある。

【図３】第２実施例の光学スケール、検出器を示す図で
ある。

【図４】第３実施例の光学スケール、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 補助スケール ３、２０、５０ アブソリュート検出器 ６ 照明手段 ８ 信号処理回路

Claims (2)

【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つの絶対値が前
   記通過部と前記遮光部との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、 前記光学スケールと相対移動し、前記通過部からの光を
   検出す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、 前記複数の受光素子は、それぞれ前記最小読み取り単位
   λに対して２λ以上の幅を有すると共に、前記通過部と
   前記遮光部との連続した異なる組合せに対し、それぞれ
   配置されることを特徴とするアブソリュートエンコー
   ダ。
2. 【請求項２】前記光学スケールと前記アブソリュート検
   出手段との間には、前記複数の受光素子が前記通過部か
   らの光を受光するような開口部が形成された補助スケー
   ルが配置されることを特徴とする請求項１に記載のアブ
   ソリュートエンコーダ。