JPH0933284A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ａ相信号、Ｂ相信号のオフセットと振幅の調
整を不要として、出力ビット数の多いＡＤコンバータや
多数の高精度抵抗器を使うことなく、分解能が高い光学
式エンコーダを提供する。 【解決手段】 メインスケールと、このメインスケール
の光学格子ピッチよりわずかにずれた所定ピッチの光学
格子を設けたインデックススケールと、このメインスケ
ールとインデックススケールとに平行光を透過させてモ
アレ縞を生じさせる光照射手段と、このモアレ縞を検出
して正弦波状信号を出力するラインセンサと、この正弦
波状信号の位相角を検出して前記インデックススケール
の前記メインスケールに対する相対的な移動量を検出す
る変位量検出回路と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学式エンコーダ
に係り、特にモアレ縞をラインセンサーで検出するエン
コーダに関するものである。

【０００２】

【背景技術】従来より、図７に示す透過型光学式エンコ
ーダが周知であり、工作機械、三次元測定機、投影機、
顕微鏡などの測長装置として広く利用されている。この
透過型光学式エンコーダは、透明なガラス板上に金属蒸
着により平行で一定間隔の光学格子を形成したメインス
ケール３と、このメインスケール３に対してその長手方
向に平行移動する検出ヘッド１０と、を備えている。こ
の検出ヘッド１０にはランプ１と、このランプ１から出
る光を平行光にするコリメートレンズ２と、メインスケ
ール３を透過した平行光を受光する２つの受光素子５
１，５２と、この２つの受光素子５１，５２とメインス
ケール３との間にそれぞれ配設されたインデックススケ
ール４１，４２とを備えている。このインデックススケ
ール４１，４２にはそれぞれメインスケール３と全く同
じピッチでそれぞれ９０度位相がずれた光学格子が形成
されていている。説明の便宜上インデックススケール４
１，４２は分けて図示しているが、実際にはインデック
ススケール４１，４２は１枚のガラス板上に形成されて
いる。

【０００３】このインデックススケール４１，４２を含
む検出ヘッド１０をメインスケール３に対して相対的に
移動させると、この２つのスケールを透過する平行光の
光量はその移動に伴い明暗の周期を繰り返す。そしてこ
のインデックススケール４１，４２を透過した光は受光
素子５１，５２により、２相の正弦波状の電気信号を得
ることができる。この電気信号の一定の位相角度変化毎
に検出してアップパルスまたはダウンパルスを発生さ
せ、このパルスをカウントして長さに換算することで、
検出ヘッド１０の相対移動量をデジタル的に求めること
ができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の光学式エン
コーダには次に挙げる問題がある。まず、ＤＣのＡ相信
号、Ｂ相信号のオフセットと各振幅の大きさを正確に一
致させるための補正回路が必要である。また、この光学
式エンコーダの分解能を高くするためには、Ａ相、Ｂ相
各信号の位相角変化をできるだけ小さい単位で検出しな
くてはならず、そのためには出力ビット数の多い、例え
ば２０ビット程度のＡＤコンバータや数百の高精度抵抗
器により構成される位相分割回路が必要になる。従って
回路は複雑化し、消費電力は大きく、且つ高価なものと
なるという問題がある。

【０００５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的はＡ相信号、Ｂ相信号のオフセッ
トと振幅の調整を不要として、出力ビット数の多いＡＤ
コンバータや多数の高精度抵抗器を使うことなく、分解
能が高い光学式エンコーダを提供することを目的として
いる。

【０００６】また、本発明は、多数の光検出セルから構
成されるラインセンサを用いて、この光検出セルの間隔
をインデックススケールの光学格子のピッチと一致させ
ることでインデックススケールを不要として、製作が容
易で低コストで評価がし易い光学式エンコーダを提供す
ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、所定ピッチの光学格子を設けたメインス
ケールと、このメインスケールに対して相対移動可能に
対向配置されると共に前記メインスケールの光学格子の
ピッチよりわずかにずれた所定ピッチの光学格子を設け
たインデックススケールと、前記メインスケールと前記
インデックススケールとに平行光を照射して透過させて
前記インデックススケールが前記メインスケールに対し
て前記メインスケールの光学格子の１ピッチ分の距離だ
け相対移動するのに伴い１周期分位相が変化する一定周
期の明暗のモアレ縞を形成させる光照射手段と、このモ
アレ縞を所定の挿引周期で検出するラインセンサと、前
記ラインセンサから前記挿引周期毎に出力される正弦波
状信号の位相角を検出して、前回検出された位相角との
差を求めて前記インデックススケールの前記メインスケ
ールに対する相対的な移動量を検出する変位量検出回路
と、を備えたことを特徴とする。

【０００８】また、本発明は上記手段に加え、所定ピッ
チの光学格子を設けたメインスケールと、このメインス
ケールに対して相対移動可能に対向配置されると共に前
記メインスケールの光学格子のピッチよりわずかにずれ
た所定ピッチで多数の光検出セルを配設したラインセン
サと、前記メインスケールに平行光を照射して透過した
光をこのラインセンサが受光すると共に、このラインセ
ンサが前記メインスケールに対して前記メインスケール
の光学格子の１ピッチ分の距離だけ相対移動するのに伴
い、前記ラインセンサの検出信号の位相が１周期分変化
する正弦波状信号を生じさせる光照射手段と、前記ライ
ンセンサから所定の挿引周期毎に出力される正弦波状信
号の位相角を検出して、前回検出された位相角との差を
求めて前記ラインセンサの前記メインスケールに対する
相対的な移動量を検出する変位量検出回路と、を備える
ことで本発明を構成することも可能である。

【０００９】また、本発明は上記手段に加えて、所定ピ
ッチの光学格子を設けたメインスケールと、前記メイン
スケールの所定ピッチと同じピッチの光学格子を設けた
部位と前記メインスケールの所定ピッチよりわずかにず
れた所定ピッチの光学格子を設けた部位とを有すると共
に前記メインスケールに対して相対移動可能に対向配置
されるインデックススケールと、このインデックススケ
ールの前記メインスケールの所定ピッチと同じピッチの
光学格子が設けられた部位に対して斜めに光を照射させ
ると共に透過した光を前記メインスケールに照射して反
射した光をさらに前記メインスケールの所定ピッチより
わずかにずれた所定ピッチの光学格子を設けた部位に照
射して透過させて、このインデックススケールが前記メ
インスケールに対して前記メインスケールの格子ピッチ
１周期分の距離だけ相対移動するのに伴い２周期分変位
する一定周期の明暗のモアレ縞を形成させる光照射手段
と、このモアレ縞を所定の挿引周期で検出するラインセ
ンサと、前記ラインセンサからこの挿引周期毎に出力さ
れる正弦波状信号の位相角を検出して、前回検出された
位相角との差を求めて前記インデックススケールの前記
メインスケールに対する相対的な移動量を検出する変位
量検出回路と、を備えることで本発明を構成することも
可能である。

【００１０】また、本発明は上記手段に加えて、所定ピ
ッチの光学格子を設けたメインスケールと、前記メイン
スケールの光学格子のピッチと同じピッチの光学格子を
有すると共に前記メインスケールに対して相対移動可能
に対向配置されるインデックススケールと、前記メイン
スケールの光学格子のピッチよりわずかにずれたピッチ
で多数の光検出セルを配設すると共にこの多数の光検出
セルを前記メインスケールからの距離が前記インデック
ススケールと前記メインスケールまでの距離と同じにな
るように配置したラインセンサと、前記インデックスス
ケールに対して斜めに光を照射させると共に透過した光
を前記メインスケールに照射して反射した光をこのライ
ンセンサが受光すると共に、このラインセンサが前記メ
インスケールに対して前記メインスケールの光学格子の
１ピッチ分の距離だけ相対移動するのに伴い、前記ライ
ンセンサの検出信号に位相が２周期分変化する正弦波状
信号を生じさせる光照射手段と、前記ラインセンサから
所定の挿引周期毎に出力される正弦波状信号の位相角を
検出して、前回検出された位相角との差を求めて前記ラ
インセンサの前記メインスケールに対する相対的な移動
量を検出する変位量検出回路と、を備えることで本発明
を構成することも可能である。

【００１１】また、本発明は上記手段において、前記ラ
インセンサからの検出信号の高周波成分をカットするロ
ーパスフィルタと、前記ラインセンサからの検出信号の
直流成分をカットするハイパスフィルタと、前記ライン
センサから出力される検出信号を前記ローパスフィルタ
と前記ハイパスフィルタとに逐次かけて、得られた信号
と所定の基準電位とを比較して、この基準電位よりも小
さければLow レベル信号を、この基準電位以上であれば
Highレベル信号を出力するコンパレータと、前記挿引周
期毎の各開始から前記コンパレータの出力が初めてLow
レベル信号からHigh レベル信号に切り替わるまでの時
間をカウントしてＡとして、さらに前記コンパレータの
出力がLow レベル信号からHighレベル信号に切り替わる
１回目から２回目までの時間をカウントしてＢとして、
このカウント値Ａとカウント値Ｂをデジタル信号として
出力するカウンターと、前回の挿引周期でのカウント値
ＡをＡ’としてこのカウント値Ａ’と今回の挿引周期で
のカウント値Ａから Ｘ＝Ａ−Ａ’ を計算して、Ｘ＞（Ｂ／２）の場合は Ｄ＝Ｘ−Ｂ あるいはＸ＜−（Ｂ／２）の場合は Ｄ＝Ｂ＋Ｘ あるいは−（Ｂ／２）＜＝Ｘ＜＝（Ｂ／２）の場合は Ｄ＝Ｘ として、前記メインスケールの光学格子のピッチの長さ
をＰとして、１挿引周期の時間内に前記インデックスス
ケールが移動した距離Ｌを Ｌ＝Ｄ・Ｐ／Ｂ から求めるステップを含んだ演算回路と、を備えること
で変位量検出回路を構成することが可能である。

【００１２】また、本発明は上記手段において、フォト
ダイオードアレイまたはＣＣＤラインセンサによりライ
ンセンサを構成することが可能である。

【００１３】本発明ではメインスケールの光学格子のピ
ッチに対してほんのわずかずらしたピッチの光学格子を
設けたインデックススケールをメインスケールに対して
相対移動可能に対向配置することにより、メインスケー
ルの長手方向に明暗の周期性を示すモアレ縞スケールを
構成することができる。また、光を検出する素子にフォ
トダイオードアレイまたはＣＣＤラインセンサ等のライ
ンセンサを用いているので、モアレ縞をラインセンサの
受光面の長さに渡ってそのまま正弦波状信号として検出
可能である。従って検出ヘッドの移動に伴って変化する
この正弦波状信号の位相の変化量を求めれば、長さに換
算することができ、メインスケールに対する相対的な移
動量を求めることができる。

【００１４】また、ラインセンサは多数の光検出セルか
ら構成されているので、この光検出セルのピッチを前記
インデックススケールの光学格子のピッチと一致させる
ことで、このラインセンサーにインデックススケールを
兼用させることが可能となり、インデックススケールを
不要とした光学式エンコーダを実現可能とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を用いた好適な実施
例について図面を用いて説明する。なお、全図中におい
て同一符号を付したものは同一構成要素を表わしてい
る。図１は、本発明の一実施例に係る光学式エンコーダ
の光学系の構成を示す。ランプ１からの出力光はレンズ
２により平行光にコリメートされ、所定ピッチのスリッ
トによる光学格子が形成されたメインスケール３に照射
される。このメインスケール３を透過した前記平行光
は、その後さらにインデックススケール４に照射され
る。このインデックススケール４にはメインスケール３
と同様の所定ピッチのスリットによる光学格子が形成さ
れているが、そのピッチはメインスケール３のピッチと
わずかにずらしてある。メインスケール３の光学格子の
ピッチをＰとし、インデックススケール４の光学格子の
ピッチをＰ’とすると、 Ｐ’＝Ｐ＋Ｐ／ｎ （１） このように表すことができる。ここでｎはパラメータで
あり３以上の整数が望ましく、この値に比例してモアレ
縞の１周期分の長さは決定する。以降、Ｐをメインスケ
ールの格子ピッチ、Ｐ’をインデックススケールの格子
ピッチと呼ぶ。ここでメインスケール３を透過してさら
にインデックススケール４を透過した光が形成するモア
レ縞の１周期の長さをＰ”とすると、 Ｐ”＝ｎＰ （２） このように表すことができる。

【００１６】例えばメインスケールの格子ピッチＰが４
０［μｍ］で、ｎを１００とすれば、インデックススケ
ール４の格子ピッチＰ’は４０．４［μｍ］とすればよ
い。また、このとき発生するモアレ縞の１周期の長さ
Ｐ”は４０００［μｍ］つまり４［ｍｍ］となる。モア
レ縞の特徴はこのように、メインスケール３の格子ピッ
チを容易に拡大した周期の明暗の像を得られることにあ
る。ただし、最低１以上の整数倍の周期分のモアレ縞を
ＣＣＤラインセンサ５で捕えることが必要であるので、
ｎの値はＣＣＤラインセンサ５の受光面の長さから適切
に決めなくてはならない。従って、通常このＰ”はＣＣ
Ｄラインセンサ５の検出長さ以下でかつ整数倍になるよ
うにｎを決定して、これによりインデックススケール４
の格子ピッチＰ’は決定される。

【００１７】図２には本発明にかかるブロック回路図を
示す。上記のようにして発生したモアレ縞をＣＣＤライ
ンセンサ５により検出する。このＣＣＤラインセンサー
５は光を検出するセルが数百から数千個、所定ピッチで
直線状に配置されている。クロック回路７１から出力さ
れる２種類のクロックパルスＴおよびＳに同期して、上
記セルを駆動させるためのリングカウンタを備えた駆動
回路（図示せず）により、ＣＣＤラインセンサ５の端の
セルから順に連続して検出信号を取り出すことができ
る。

【００１８】また、クロックパルスＴおよびＳは変位量
検出回路６０内のカウンタ６４にも入力される。ＣＣＤ
ラインセンサ５はクロックパルスＴが入力されると、先
頭のセルから検出を開始し、クロックパルスＳの１パル
ス毎に順次隣のセルの検出信号を出力するように動作す
る。例えばセルの数が５００個ある場合は、クロックパ
ルスＳが５００個毎にクロックパルスＴを１個発生させ
るように設定する。

【００１９】このようにしてＣＣＤラインセンサ５によ
り検出されたモアレ縞の明暗を示す信号は、センサの性
質上離散的な階段状の信号になっている。この階段状の
波形を図３（ａ）に示す。次にこの信号はローパスフィ
ルタ６１に入力され、図３（ｂ）に示すように略正弦波
と見なせるぐらいに十分に波形整形される。次に直流成
分を除去するためこの信号はハイパスフィルタ６２に入
力され、図３（ｃ）に示すように振幅の中心が０［Ｖ］
になるような波形に整形される。このハイパスフィルタ
６２は、その機能上、微分フィルタに置き換えることが
できる。この微分フィルタを用いた場合でもハイパスフ
ィルタ同様に直流成分を除去することが可能である。ま
た、このハイパスフィルタをより単純なオフセット回路
に置き換えても構わない。いずれの回路を用いても入力
された信号から直流成分を除去することが可能である。

【００２０】次に図３（ｃ）に示すように略正弦波信号
と見なせるぐらいにきれいに整形された検出信号は、コ
ンパレータ６３に入力される。このコンパレータ６３は
入力された信号と基準電圧、例えば０［Ｖ］を比較し
て、入力された信号がこの基準電圧０［Ｖ］と同じかそ
れ以上である場合はHighレベルの信号を出力し、そうで
ない場合はLow レベルの信号を出力する。その結果図３
（ｄ）に示すようなデジタル波形を得ることができる。
この基準電圧０［Ｖ］はＣＣＤラインセンサ５、ローパ
スフィルタ６１、ハイパスフィルタ６２、全てに共通に
なっているので、精度良く安定した動作の比較回路を構
成することができる。

【００２１】次にコンパレータ６３から出力されるHigh
レベルまたはLow レベルのデジタル信号はカウンタ６４
に入力される。また同時に、このカウンタ６４にはクロ
ック回路７１からクロックパルスＴおよびＳも入力され
ている。このカウンタ６４は、クロックパルスＴが入力
されてからコンパレータ６３の出力信号が初めてLowレ
ベルからHighレベルへ変化するまで、クロックパルスＳ
の数をカウントしている。このカウント数をＡとする。
さらにこの位置から再度コンパレータ６３の出力信号が
Low レベルからHighレベルへ変化するまでクロックパル
スＳの数をカウントする。このカウント数をＢとする。
Ａ，ＢとクロックパルスＴの関係は図３（ｅ）に示すよ
うになっている。ここで、ＡはＣＣＤラインセンサの先
頭セルからカウントして、モアレ縞の位相角０度の位置
にあるセルの番号を表している。また、Ｂはモアレ縞の
１周期分の長さに対応するセルの数を表している。この
Ｂの値は常に一定であると考えられるので、最初に１回
だけ求めて、以降の処理にはその値を使っても構わな
い。ただし、メインスケール３およびインデックススケ
ール４はわずかであるが熱膨張するので、厳密には毎回
Ｂの値をカウントした方がより正確な位相角を求めるこ
とができる。こうしてカウントされた２つの値、Ａおよ
びＢはデジタル値として出力される。

【００２２】次に、前記カウンタ６４から出力されるデ
ジタル値Ａ，Ｂおよびクロック回路７１のクロックパル
スＴは演算回路６５へ入力される。この演算回路６５に
は予めメインスケールの光学格子ピッチの長さＰの値が
セットされている。また、前回入力されたＡの値はＡ’
としてバッファ回路６６に一時記憶されている。また、
Ｂの値もこのバッファ回路６６に一時記憶されている。

【００２３】ここで変数Ｘを設けて前回のＡ’と今回の
Ａの差を求める。さらにモアレ縞の位相が移動した方向
と移動量に相当するセルの数をＤとして求める。Ｄの値
は正負の区別があり、例えばＤの値が正であれば、メイ
ンスケール３に対して検出ヘッド１０は右に相対的に移
動し、あるいはＤの値が負であれば、メインスケール３
に対して検出ヘッド１０は左に相対的に移動したことが
わかる。この方向はあくまでも相対的なものであり、表
示器７３等においても切り替え設定可能である。 Ｘ＝Ａ−Ａ’ （３） もしも、Ｘ＞（Ｂ／２）の場合は、 Ｄ＝Ｘ−Ｂ （４） もしも、Ｘ＜ー（Ｂ／２）の場合は、 Ｄ＝Ｂ＋Ｘ （５） それ以外、すなわち、−（Ｂ／２）＜＝Ｘ＜＝（Ｂ／
２）の場合は、 Ｄ＝Ｘ （６） このＤの値が前回検出したエンコーダの位置から、１ク
ロックパルスＴの時間で検出ヘッド１０がメインスケー
ル３に対して相対的に移動したセルの数である。従って
これに相当する変位量は、 Ｌ＝Ｄ・Ｐ／Ｂ （７） により求められる。この値は表示器８１等にデジタル信
号として出力され表示される。また、表示器ではなく、
工作機械、三次元測定機等の駆動制御装置へ信号を出力
することも可能である。

【００２４】ここで注意しなければならないのは、１ク
ロックパルスＴの間にメインスケール３に対する検出ヘ
ッドの移動量がＰ／２を超えるいわゆるオーバースピー
ドとなる場合は、正しい変位量を検出できないことであ
る。通常この検出限界の値は余裕を見てＰ／２よりも多
少小さな値、例えばＰ／３程度に設定され、この値を超
えると、警告を発生させる回路を演算回路中に構成する
ことも可能である。つまり、式（３）のＸの値がＢ／３
以上になった場合は警告を発生させるようにする。

【００２５】オーバースピードを起きにくくするために
は、クロック回路７１の動作周波数を高くすればよい。
すなわち、クロックパルスＴの時間間隔をできるだけ短
くし、併せて、ＣＣＤラインセンサ５、ローパスフィル
タ６１、ハイパスフィルタ６２、コンパレータ６３、カ
ウンタ６４、演算回路６５の動作を高速化し、応答速度
を高速化することで、実用上オーバースピードを発生さ
せないように構成することが可能である。

【００２６】次に図４を用いて本発明の他の好適な実施
例について説明する。インデックススケール４は使わず
に、メインスケール３を透過した光を直接ＣＣＤライン
センサ５で受光させる。このＣＣＤラインセンサ５のセ
ルのピッチが図１のインデックススケール４の光学格子
ピッチと一致していれば、ＣＣＤラインセンサ５にイン
デックススケールの光学格子を兼用させることができ
る。このＣＣＤラインセンサ５のセルのピッチは前記イ
ンデックススケールの光学格子のピッチと全く同じとし
ている。この他の光学系やＣＣＤラインセンサ５の検出
信号処理に関する構成は、最初に示した実施例と全く同
様に構成可能である。このようにインデックススケール
が必要ないので、部品点数を減らし、コストダウンを図
ることができる。

【００２７】以上、本発明について好適な実施例を挙げ
て説明したが、本発明は、この実施例に限られるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能
である。たとえば、上記実施例では、コリメートされた
平行光を照射する光照射手段を用いたいわゆる透過型光
学式エンコーダに限って説明したが、実公平７ー８８８
号等に開示されている３枚の光学格子とメインスケール
に対して斜めに光を照射する光照射手段を用いたいわゆ
る反射型光学式エンコーダにおいても本発明を実施可能
である。その場合の実施例を図５と図６を用いて説明す
る。

【００２８】図５にはインデックススケール４および６
を用いた３枚の光学格子を用いた反射型光学式エンコー
ダが示されている。通常このインデックススケール４と
６は１枚のガラス板上に形成されるが、ここでは説明の
便宜上分けて図示している。インデックススケール６の
光学格子のピッチはメインスケール３の光学格子のピッ
チＰと全く同じに設定されている。また、インデックス
スケール４の光学格子のピッチＰ’はメインスケール３
のピッチに対してわずかに大きくまたは小さく設定され
ている。このＰとＰ’の関係は式（１）と全く同じであ
る。従って、ランプ１から照射された出力光はインデッ
クススケール６を透過して、メインスケール３で反射さ
れ、さらにインデックススケール４を透過して、ＣＣＤ
ラインセンサ５の受光面にモアレ縞を形成する。このモ
アレ縞のピッチＰ”は式（２）により前述の実施例と同
様に求められる。また、ＣＣＤラインセンサ５の検出信
号を処理する回路構成は前述の実施例と全く同じに構成
でき、３枚の光学格子を使用した反射型の光学式エンコ
ーダが実施可能である。

【００２９】図６には図５に示した反射型光学式エンコ
ーダからインデックススケール４を取り除き、インデッ
クススケール４の配設されていた位置にＣＣＤラインセ
ンサを配設したものである。ＣＣＤラインセンサのセル
のピッチは前記インデックススケール４の光学格子のピ
ッチと全く同様に設定されている。従って、ランプ１か
ら照射された出力光はインデックススケール６を透過し
て、メインスケール３で反射され、ＣＣＤラインセンサ
５の受光面のセルのピッチによりモアレ縞を形成する。
このモアレ縞のピッチＰ”は式（２）により前述の実施
例と同様に求められる。このように少ない部品点数で光
学式エンコーダの光学系の構成が可能である。また、Ｃ
ＣＤラインセンサ５の検出信号を処理する回路構成は前
述の実施例と全く同じに構成でき、２枚の光学格子を使
用した反射型の光学式エンコーダが実施可能である。

【００３０】以上、モアレ縞を利用した透過型光学式エ
ンコーダ、反射型光学式エンコーダについて光を検出す
るラインセンサをＣＣＤラインセンサに限って説明した
が、この他にフォトダイオードアレイを用いても本発明
は同様に構成可能である。

【００３１】また、一直線状にのみ光検出のためのセル
が並んだラインセンサではなく、縦横にマス目状に配置
された光検出のためのセルからなるエリアセンサを用い
ても本発明は構成可能である。この場合、疑似的にライ
ンセンサが複数本並列に配置されているものとみなせる
ので、各列の検出信号を列毎に加算または平均化して、
ノイズに強い、より確度の高いモアレ縞の検出が可能と
なる。

【００３２】また、メインスケールとインデックススケ
ールを相対的にやや傾けてモアレ縞を発生させる従来か
らあるモアレ縞エンコーダに本発明を用いることも可能
である。

【００３３】さらに、本発明において、位相角の変位量
を求める方式に、１クロックパルスＴ毎にラインセンサ
から得られた検出信号をフーリエ変換して位相の変化を
求める方式を用いることもできる。例えばセルの数が５
１２個のラインセンサから出力される５１２個の離散的
なデジタル値に対して、ＦＦＴアルゴリズムを用いて周
波数スペクトルに変換して、最も大きい成分、すなわち
モアレ縞を表す周波数スペクトルのみに注目して、逆Ｆ
ＦＴ計算をして、任意のセルにおけるモアレ縞の位相角
を計算により求めることが可能である。この計算結果か
らある特定のセルにおける１クロックパルスＴ間の変化
から、検出ヘッド１０の移動量を求めることが可能であ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いれ
ば、従来の光学式エンコーダでは必要であるＡ相信号、
Ｂ相信号のオフセットおよび振幅等、アンプ回路の各種
電気的調整を不要として、簡易な構成の光学式エンコー
ダを実現可能とする。

【００３５】また、インデックススケールの光学格子ピ
ッチはメインスケールの光学格子ピッチと全く同じにす
ることができ、しかもインデックススケールは１種類１
枚だけで良いので、製作が容易で安価でしかも評価が容
易である。

【００３６】さらに本発明はまた、従来の光学式エンコ
ーダの分解能を高くするために必要であった出力ビット
数の多いＡＤコンバータあるいは多数の高性能抵抗器を
不要として、変位量を検出する回路を簡易に構成可能で
ある。

【００３７】さらに本発明はまた、光を検出する素子に
ラインセンサを用いて、このラインセンサのセルのピッ
チをインデックススケールの光学格子のピッチと同じに
することで、インデックススケールを必要とせず、部品
点数を減らし、コストを下げることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る透過型光学式エンコーダの実施例
である。

【図２】本発明に係る検出信号処理のブロック回路図で
ある。

【図３】本発明に係る変位量検出回路における信号波形
を示したグラフである。

【図４】本発明に係る他の好適な透過型光学式エンコー
ダの実施例である。

【図５】本発明に係る他の好適な反射型光学式エンコー
ダの実施例である。

【図６】本発明に係る他の好適な反射型光学式エンコー
ダの実施例である。

【図７】透過型光学式エンコーダの従来例である。

【符号の説明】

1 ランプ 2 コリメートレンズ 3 メインスケール 4,6,41,42 インデックススケール 5 ＣＣＤラインセンサ 10 検出ヘッド 51,52 受光素子 60 変位量検出回路 61 ローパスフィルタ 62 ハイパスフィルタ 63 コンパレータ 64 カウンタ 65 演算回路 66 バッファ回路 71 クロック回路 81 表示器

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定ピッチの光学格子を設けたメインス
   ケールと、 このメインスケールに対して相対移動可能に対向配置さ
   れると共に前記メインスケールの光学格子のピッチより
   わずかにずれた所定ピッチの光学格子を設けたインデッ
   クススケールと、 前記メインスケールと前記インデックススケールとに平
   行光を照射して透過させて前記インデックススケールが
   前記メインスケールに対して前記メインスケールの光学
   格子の１ピッチ分の距離だけ相対移動するのに伴い１周
   期分位相が変化する一定周期の明暗のモアレ縞を形成さ
   せる光照射手段と、 このモアレ縞を所定の挿引周期で検出するラインセンサ
   と、 前記ラインセンサから前記挿引周期毎に出力される正弦
   波状信号の位相角を検出して、前回検出された位相角と
   の差を求めて前記インデックススケールの前記メインス
   ケールに対する相対的な移動量を検出する変位量検出回
   路と、を備えたことを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 【請求項２】 所定ピッチの光学格子を設けたメインス
   ケールと、 このメインスケールに対して相対移動可能に対向配置さ
   れると共に前記メインスケールの光学格子のピッチより
   わずかにずれた所定ピッチで多数の光検出セルを配設し
   たラインセンサと、 前記メインスケールに平行光を照射して透過した光をこ
   のラインセンサが受光すると共に、このラインセンサが
   前記メインスケールに対して前記メインスケールの光学
   格子の１ピッチ分の距離だけ相対移動するのに伴い、前
   記ラインセンサの検出信号の位相が１周期分変化する正
   弦波状信号を生じさせる光照射手段と、 前記ラインセンサから所定の挿引周期毎に出力される正
   弦波状信号の位相角を検出して、前回検出された位相角
   との差を求めて前記ラインセンサの前記メインスケール
   に対する相対的な移動量を検出する変位量検出回路と、
   を備えたことを特徴とする光学式エンコーダ。
3. 【請求項３】 所定ピッチの光学格子を設けたメインス
   ケールと、 前記メインスケールの所定ピッチと同じピッチの光学格
   子を設けた部位と前記メインスケールの所定ピッチより
   わずかにずれた所定ピッチの光学格子を設けた部位とを
   有すると共に前記メインスケールに対して相対移動可能
   に対向配置されるインデックススケールと、 このインデックススケールの前記メインスケールの所定
   ピッチと同じピッチの光学格子が設けられた部位に対し
   て斜めに光を照射させると共に透過した光を前記メイン
   スケールに照射して反射した光をさらに前記メインスケ
   ールの所定ピッチよりわずかにずれた所定ピッチの光学
   格子を設けた部位に照射して透過させて、このインデッ
   クススケールが前記メインスケールに対して前記メイン
   スケールの格子ピッチ１周期分の距離だけ相対移動する
   のに伴い２周期分変位する一定周期の明暗のモアレ縞を
   形成させる光照射手段と、 このモアレ縞を所定の挿引周期で検出するラインセンサ
   と、 前記ラインセンサからこの挿引周期毎に出力される正弦
   波状信号の位相角を検出して、前回検出された位相角と
   の差を求めて前記インデックススケールの前記メインス
   ケールに対する相対的な移動量を検出する変位量検出回
   路と、を備えたことを特徴とする光学式エンコーダ。
4. 【請求項４】 所定ピッチの光学格子を設けたメインス
   ケールと、 前記メインスケールの光学格子のピッチと同じピッチの
   光学格子を有すると共に前記メインスケールに対して相
   対移動可能に対向配置されるインデックススケールと、 前記メインスケールの光学格子のピッチよりわずかにず
   れたピッチで多数の光検出セルを配設すると共にこの多
   数の光検出セルを前記メインスケールからの距離が前記
   インデックススケールと前記メインスケールまでの距離
   と同じになるように配置したラインセンサと、 前記インデックススケールに対して斜めに光を照射させ
   ると共に透過した光を前記メインスケールに照射して反
   射した光をこのラインセンサが受光すると共に、このラ
   インセンサが前記メインスケールに対して前記メインス
   ケールの光学格子の１ピッチ分の距離だけ相対移動する
   のに伴い、前記ラインセンサの検出信号に位相が２周期
   分変化する正弦波状信号を生じさせる光照射手段と、 前記ラインセンサから所定の挿引周期毎に出力される正
   弦波状信号の位相角を検出して、前回検出された位相角
   との差を求めて前記ラインセンサの前記メインスケール
   に対する相対的な移動量を検出する変位量検出回路と、
   を備えたことを特徴とする光学式エンコーダ。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４の変位量検出回路におい
   て、 前記ラインセンサからの検出信号の高周波成分をカット
   するローパスフィルタと、 前記ラインセンサからの検出信号の直流成分をカットす
   るハイパスフィルタと、 前記ラインセンサから出力される検出信号を前記ローパ
   スフィルタと前記ハイパスフィルタとに逐次かけて、得
   られた信号と所定の基準電位とを比較して、この基準電
   位よりも小さければLow レベル信号を、この基準電位以
   上であればHighレベル信号を出力するコンパレータと、 前記挿引周期毎の各開始から前記コンパレータの出力が
   初めてLow レベル信号からHighレベル信号に切り替わる
   までの時間をカウントしてＡとして、さらに前記コンパ
   レータの出力がLow レベル信号からHighレベル信号に切
   り替わる１回目から２回目までの時間をカウントしてＢ
   として、このカウント値Ａとカウント値Ｂをデジタル信
   号として出力するカウンターと、 前回の挿引周期でのカウント値ＡをＡ’としてこのカウ
   ント値Ａ’と今回の挿引周期でのカウント値Ａから Ｘ＝Ａ−Ａ’ を計算して、Ｘ＞（Ｂ／２）の場合は Ｄ＝Ｘ−Ｂ あるいはＸ＜−（Ｂ／２）の場合は Ｄ＝Ｂ＋Ｘ あるいは−（Ｂ／２）＜＝Ｘ＜＝（Ｂ／２）の場合は Ｄ＝Ｘ として、前記メインスケールの光学格子のピッチの長さ
   をＰとして、１挿引周期の時間内に前記インデックスス
   ケールが移動した距離Ｌを Ｌ＝Ｄ・Ｐ／Ｂ から求めるステップを含んだ演算回路と、を備えたこと
   を特徴とする光学式エンコーダ。
6. 【請求項６】 請求項１乃至４において、前記ラインセ
   ンサをフォトダイオードアレイにより構成したことを特
   徴とする光学式エンコーダ。
7. 【請求項７】 請求項１乃至４において、前記ラインセ
   ンサをＣＣＤラインセンサにより構成したことを特徴と
   する光学式エンコーダ。