WO2006006532A1 - エンコーダ - Google Patents

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Yukinobu Sugiyama
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Definitions

  • the present invention relates to an encoder applicable to position measurement of an object to be measured, and particularly to an optical encoder.
  • the optical encoder includes an optical scale in which a plurality of grating windows having different types of diffraction grating forces are arranged at a predetermined interval, and a two-dimensional image sensor.
  • the two-dimensional image sensor images the diffracted light pattern diffracted by the grating window.
  • the optical encoder identifies the grating window based on the imaged diffracted light pattern, and identifies the position of the grating window in the moving direction of the optical scale based on the position of the diffracted light pattern in the image. The absolute position of the object to be measured is detected.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 8-10145
  • the optical encoder described in Patent Document 1 has a high resolution for detecting the absolute position of the object to be measured, but requires a frame memory because a two-dimensional image sensor is applied. There was a problem of doing it.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and is capable of accurately detecting an absolute value such as a rotation angle or a movement distance of a measurement target with a simple configuration.
  • the purpose is to provide.
  • An encoder is an optical encoder including a scale plate, a light source device, and a light detection device.
  • the scale plate has a reference line in between.
  • a plurality of detection areas arranged alternately along the reference line are provided on the first and second lines that extend, and each of the detection areas transmits one or more light.
  • Light patterns and one or more dark patterns that block light are arranged in any order.
  • the light source device irradiates a plurality of detection areas with light.
  • the light detection device is arranged so as to face the light source device with the scale plate interposed therebetween, and a plurality of pixels are two-dimensionally arranged in a first direction in which a reference line extends and a second direction perpendicular to the first direction. It has a light receiving area.
  • the photodetection device outputs light intensity profile data indicating a one-dimensional distribution of incident light intensity along each of the first and second directions.
  • each of the plurality of detection areas has different arrangements composed of a bright pattern and a dark pattern along the second direction.
  • the width along the first direction in the light receiving area is W
  • the arrangement pitch of the plurality of detection areas alternately arranged between the first and second lines along the reference line is D.
  • At least one of the two detection areas adjacent between the first line and the second line is always overlapped on the light receiving area of the light detection device in view of the light source device force. It will be.
  • each of the detection areas has a different arrangement of light and dark patterns along the second direction perpendicular to the first direction in which the reference line extends, it is based on the light intensity profile data along the second direction.
  • a light detection device that outputs light intensity profile data indicating a one-dimensional distribution of incident light intensity along each of the first direction in which the reference line extends and the second direction perpendicular to the first direction is used.
  • absolute values such as the rotation angle and movement distance of the measurement target can be detected with high accuracy.
  • the two detection areas exist on the first line and the second line, respectively. Identification of the two detection areas based on the light intensity profile data is not hindered.
  • the light / dark pattern along the two directions is preferably defined by the number of light transmitting holes formed in the detection area and the position of the light transmitting holes along the second direction. In this way, by adjusting the number of light transmitting holes formed in the scale plate and the position of the light transmitting holes along the second direction, the arrangement of the light and dark patterns in each detected region can be easily and reliably varied. Can be made.
  • the encoder there are various aspects of the encoder according to the present invention. As one aspect thereof, there is a rotary encoder in which a scale plate performs a rotational motion, and a plurality of detection areas are arranged on the scale plate with the rotation direction as the first direction described above. As another aspect, there is a linear encoder in which the scale plate performs linear motion, and a plurality of detection areas are arranged on the scale plate with the linear direction as the first direction described above.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of an encoder according to the present invention.
  • FIG. 2 is a front view of a scale plate in the encoder according to the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a detection area in the encoder according to the first embodiment shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a profile sensor (optical light) in the encoder according to the first embodiment shown in FIG. FIG.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of a first signal processing unit included in a profile sensor in the encoder according to the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing a first relationship between the light receiving area of the profile sensor and the detected area of the scale plate in the encoder according to the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a second relationship between the light receiving area of the profile sensor and the detected area of the scale plate in the encoder according to the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 8 is a front view of a scale plate when a linear encoder is configured as a modification of the encoder according to the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 9 is a front view of a scale plate in the second embodiment of the encoder according to the present invention.
  • FIG. 10 is a front view of a scale plate when a linear encoder is configured as a modification of the encoder according to the second embodiment shown in FIG.
  • Perforated hole 6 ... Light source device, 7 ... Profile sensor (photodetection device), 100 ... Light receiving area, ⁇ ... Moving direction (first direction), L1, L2 ... Line, R ... Reference line.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of an encoder according to the present invention.
  • the encoder 1 is a so-called absolute type rotary encoder, and includes a rotating shaft 2 connected to an object to be measured.
  • a disc-shaped scale plate 3 is fixed to the rotary shaft 2, and the scale plate 3 rotates as the rotary shaft 2 rotates. This rotational direction is referred to as the moving direction A of the scale plate 3.
  • FIG. 2 is a front view of the scale plate 3 of the encoder 1.
  • the edges of the scale plate 3 are on the line L1 and the line L2 that extend so as to sandwich the reference line R.
  • a plurality of detection areas 4 are alternately arranged. That is, the extending direction of the reference line R and the moving direction A coincide with each other.
  • Concentric lines L 1 and L 2 are set along the moving direction A, and these lines L 1 are set along the moving direction A.
  • a plurality of detection areas 4 are alternately arranged on the top and the line L2. More specifically, a plurality of detected areas 4 are arranged at predetermined intervals on each of the lines L1 and L2, and one of the detected areas 4 arranged on the line L2 is arranged. Is located in an intermediate area between the detection areas 4 adjacent to each other among the detection areas 4 arranged on the line L1.
  • each of the detection regions 4 includes a number of light transmission holes 5 formed in each detection region of the scale plate 3 and a direction perpendicular to the moving direction A (ie, the scale Depending on the position of the light transmission hole 5 in the radial direction of the plate 3, the arrangement of the light and dark patterns along the direction perpendicular to the moving direction A in each detected region is different.
  • the light transmitting portion where the light transmitting hole 5 is located is a bright pattern
  • the light blocking portion is a light pattern.
  • the light transmission hole 5 is always formed. In addition, when two or more light transmission holes 5 are adjacent to each other, these may be connected to form one light transmission hole.
  • the encoder 1 includes a light source device 6 having an LED equal power that irradiates light to the detection regions 4 alternately arranged on the lines Ll and L2, and a scale plate 3 And a profile sensor (light detection device) 7 disposed so as to face the light source device 6 across the surface.
  • the profile sensor 7 receives the light emitted from the light source device 6 that has passed through the light transmission hole 5 of the detection region 4 and outputs light intensity profile data to the analysis unit 8.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the profile sensor 7 in the encoder 1.
  • the profile sensor 7 includes a light receiving region 100, a first signal processing unit 110, and a second signal processing unit 120.
  • the light receiving area 100 is composed of MXN pixels arranged two-dimensionally in a moving direction A (tangential direction of the lines Ll and L2) and in a direction perpendicular to the moving direction A. Two photodiodes PD and PD are formed in the pixel at the column position.
  • M and N is
  • n is an arbitrary integer from 1 to N.
  • the anode terminals of the photodiodes PD and PD are grounded.
  • the power sword terminals of the eight photodiodes PD to PD that make up the row are shared.
  • the first signal processing unit 110 is connected by a line L. N photors that make up the m-th row
  • the power sword terminals of diodes PD to PD are connected to the second signal processing unit by a common wire L.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of the first signal processing unit 110 included in the profile sensor 7.
  • the first signal processing unit 110 includes a shift register 111, an integration circuit 112, and N switches SW to SW. One end of each switch SW is connected to wiring L, and each switch
  • the other end of the switch SW is connected to the input terminal of the integrating circuit 112 through a common wiring.
  • Each switch SW is closed in order based on the control signal output from the shift register 111.
  • the integrating circuit 112 includes an amplifier A, a capacitive element C, and a switch SW.
  • the capacitive element C and the switch SW are connected in parallel to each other, and are provided between the input terminal and the output terminal of the amplifier A. When the switch SW is closed, the capacitive element C is discharged, and the voltage value output from the integrating circuit 112 is initialized.
  • the second signal processing unit 120 has the same configuration as the first signal processing unit 110 and operates in the same manner.
  • the profile sensor 7 configured as described above is the first light intensity indicating the one-dimensional distribution of the incident light intensity in the moving direction ⁇ (the tangential direction of the lines Ll and L2) in the light receiving region 100.
  • the profile data V (n) is output from the first signal processing unit 110 and the movement direction
  • Second light intensity profile data V (m) indicating a one-dimensional distribution of incident light intensity along a direction perpendicular to A can be output from the second signal processing unit 120.
  • the arrangement pitch of the detection area 4 is D
  • the relational expression of W Z2 ⁇ D ⁇ W is satisfied.
  • the arrangement pitch D is defined by the longest distance along the moving direction A between adjacent detection regions 4 as shown in FIG.
  • the analysis unit 8 Furthermore, based on the first light intensity profile data V (n) along the moving direction A, the position of the detected region 4 in the moving direction A is identified.
  • the frame memory required when the two-dimensional image sensor is applied becomes unnecessary, and the device under test is measured. It is possible to accurately detect the absolute value of the target rotation angle with a simple configuration.
  • the profile sensor 7, if the number of pixels is the same the processing time can be significantly shortened compared to the case where a two-dimensional image sensor is applied.
  • the encoder 1 according to the first embodiment is configured as a rotary encoder in which the scale plate 3 performs a rotational motion, and the rotation direction is a movement direction A, and a plurality of detection areas 4 are arranged on the scale plate 3. It is made.
  • the elongated scale plate 3a performs a linear motion in the longitudinal direction, and a plurality of detection regions 4 are arranged on the scale plate 3a with the linear direction as the moving direction A.
  • a linear encoder can also be configured.
  • FIG. 8 is a front view of the scale plate in the modification of the encoder according to the first embodiment shown in FIG. 1, and the scale plate 3 of the encoder 1 shown in FIG. 1 is shown in FIG. The encoder according to this modification can be obtained by replacing the scale plate 3a.
  • FIG. 9 is a front view of the scale plate in the second embodiment of the encoder according to the present invention.
  • the encoder according to the second embodiment can also be obtained by replacing the scale plate 3 of the encoder 1 shown in FIG. 1 with the scale plate 3b shown in FIG.
  • a set of profile sensors 7 are arranged along the direction perpendicular to the moving direction A (that is, the radial direction of the scale plate 3).
  • the detection area 4 on line L1 is positioned on the light receiving area 100 of one profile sensor 7, and the detection area 4 on line L2 is positioned on the light receiving area 100 of the other profile sensor 7.
  • the encoder according to the second embodiment is obtained.
  • the encoder according to the present invention can be configured as a linear encoder, as shown in FIG. That is, FIG. 10 is shown in FIG. FIG. 10 is a front view of a scale plate in a modification of the encoder according to the second embodiment, and the scale plate 3c shown in FIG. 10 may be replaced with the scale plate 3 of the encoder 1 shown in FIG.
  • the encoder according to the present invention is obtained.
  • the encoder according to the present invention is applicable to position measurement of machine tools such as lathes and milling machines and semiconductor manufacturing apparatuses.

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Abstract

　この発明は、被測定対象の回転角度等の絶対値を簡単な構成で精度良く検出し得るエンコーダに関する。当該エンコーダにおいて、光検出装置の受光領域と、スケール板に配置された被検出領域とは、受光領域の幅をＷ、２つのライン上に交互に配置される被検出領域の配置ピッチをＤとするとき、Ｗ／２＜Ｄ＜Ｗの関係式を満たす。この関係により、隣り合う２つの被検出領域の少なくとも１つは受光領域に重なる位置に常に存在する。ここで、各被検出領域は、２つのラインが延びる第１方向に垂直な第２方向に沿った明暗パターンの配列が異なるため、第２方向に沿った光強度プロファイルデータに基づいて受光領域と重なる被検出領域を特定することができる。さらに、第１方向に沿った光強度プロファイルデータに基づいて特定された被検出領域の該第１方向における位置を特定することができる。

Description

明 細 書
エンコーダ
技術分野
[0001] この発明は、被測定対象の位置測定に適用可能なエンコーダ、特に、光学式ェン コーダに関するものである。
背景技術
[0002] 従来のエンコーダとしては、例えば特許文献 1に記載された光学式エンコーダが知 られている。すなわち、この光学式エンコーダは、異なる種類の回折格子力もなる格 子窓が所定の間隔をとつて複数配置された光学スケールと、二次元イメージセンサを 備える。この光学スケールに対して光が照射されると、二次元イメージセンサは格子 窓によって回折された回折光のパターンを撮像する。そして、この光学式エンコーダ は、撮像された回折光パターンに基づいて格子窓を特定するとともに、画像中にお ける回折光パターンの位置に基づいて光学スケールの移動方向における格子窓の 位置を特定し、被測定対象の絶対位置を検出する。
特許文献 1 :特公平 8— 10145号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 発明者らは、従来のエンコーダについて検討した結果、以下のような課題を発見し た。すなわち、上記特許文献 1記載の光学式エンコーダでは、被測定対象の絶対位 置検出の分解能は高いものの、二次元イメージセンサが適用されるためフレームメモ リが必要となるなど、装置が複雑ィ匕してしまうという課題があった。
[0004] この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、被測定対象の 回転角度や移動距離等の絶対値を簡単な構成で精度良く検出することができるェン コーダを提供することを目的としている。
課題を解決するための手段
[0005] この発明に係るエンコーダは、スケール板と、光源装置と、そして、光検出装置とを 備えた光学式エンコーダである。上記スケール板には、基準ラインを挟むようにそれ ぞれ延びた第 1及び第 2ライン上に、該基準ラインに沿って交互に配置された複数の 被検出領域が設けられており、これら被検出領域それぞれには光を透過する 1又は それ以上の明パターンと光を遮断する 1又はそれ以上の暗パターンが任意の順序で 配列されている。上記光源装置は、複数の被検出領域に光を照射する。上記光検出 装置は、スケール板を挟んで光源装置と対向するように配置されており、基準ライン が延びる第 1方向、及び該第 1方向に垂直な第 2方向に複数の画素が 2次元配列さ れた受光領域を有する。また、上記光検出装置は、第 1及び第 2方向それぞれに沿 つた入射光強度の 1次元分布を示す光強度プロファイルデータを出力する。
[0006] 特に、この発明に係るエンコーダにおいて、複数の被検出領域それぞれは、第 2方 向に沿って明パターンと暗パターンで構成された配列が互いに異なって 、る。加えて 、受光領域における第 1方向に沿った幅を Wとし、基準ラインに沿って第 1及び第 2ラ インとの間で交互に配置される複数の被検出領域の配置ピッチを Dとするとき、 WZ 2 < D < Wの関係式を満たして 、る。
[0007] この発明に係るエンコーダでは、第 1ラインと第 2ラインとの間で隣り合う 2つの被検 出領域の少なくとも 1つは、光源装置力 見て光検出装置の受光領域上に常に重な ることになる。ここで、被検出領域それぞれは、基準ラインが延びる第 1方向に垂直な 第 2方向に沿った明暗パターンの配列が互いに異なっているため、該第 2方向に沿 つた光強度プロファイルデータに基づ 、て、受光領域に重なる被検出領域を特定す ることが可能になる。さらに、第 1方向に沿った光強度プロファイルデータに基づいて 、特定された被検出領域の該第 1方向における位置を特定することも可能になる。こ のように、基準ラインが延びる第 1方向及び該第 1方向に垂直な第 2方向それぞれに 沿った入射光強度の 1次元分布を示す光強度プロファイルデータを出力する光検出 装置を利用することで (簡単な構成で)、被測定対象の回転角度や移動距離等の絶 対値が精度良く検出可能になる。なお、光検出装置における受光領域に 2つの被検 出領域が同時に重なる場合でも、その 2つの被検出領域は第 1ライン上と第 2ライン 上とのそれぞれに存在するため、第 2方向に沿った光強度プロファイルデータに基づ く該 2つの被検出領域の特定が妨げられることはない。
[0008] また、この発明に係るエンコーダにおいて、複数の被検出領域それぞれにおける第 2方向に沿った明暗パターンは、当該被検出領域内に形成される光透過孔の数、及 び該第 2方向に沿った該光透過孔の位置によって規定されるのが好ま 、。このよう に、スケール板に形成される光透過孔の数、及び第 2方向に沿った光透過孔の位置 を調節することにより、被検出領域それぞれにおける明暗パターンの配列を容易か つ確実に異ならせることができる。
[0009] この発明に係るエンコーダとしては、種々の態様がある。その一態様として、スケー ル板は回転運動を行い、その回転方向を上述の第 1方向として複数の被検出領域 が該スケール板上に配置されているロータリエンコーダがある。また、ほかの態様とし て、スケール板は直線運動を行い、その直線方向を上述の第 1方向として複数の被 検出領域が該スケール板上に配置されているリニアエンコーダもある。
[0010] なお、この発明に係る各実施例は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに 十分に理解可能となる。これら実施例は単に例示のために示されるものであって、こ の発明を限定するものと考えるべきではない。
[0011] また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかし ながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施例を示すものではある 力 例示のためにのみ示されているものであって、この発明の思想及び範囲における 様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかで ある。
発明の効果
[0012] この発明に係るエンコーダによれば、被測定対象の回転角度や移動距離等の絶対 値を簡単な構成で精度良く検出することができる。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]は、この発明に係るエンコーダの第 1実施例の構成を示す図である。
[図 2]は、図 1に示された第 1実施例に係るェンコーダにおけるスケール板の正面図 である。
[図 3]は、図 1に示された第 1実施例に係るェンコーダにおける被検出領域の構成を 示す図である。
[図 4]は、図 1に示された第 1実施例に係るエンコーダにおけるプロファイルセンサ（光 検出装置)の構成を示す図である。
[図 5]は、図 1に示された第 1実施例に係るエンコーダにおけるプロファイルセンサに 含まれた第 1信号処理部の回路図である。
[図 6]は、図 1に示された第 1実施例に係るエンコーダにおいて、プロファイルセンサ の受光領域とスケール板の被検出領域との第 1の関係を示す図である。
[図 7]は、図 1に示された第 1実施例に係るエンコーダにおいて、プロファイルセンサ の受光領域とスケール板の被検出領域との第 2の関係を示す図である。
[図 8]は、図 1に示された第 1実施例に係るエンコーダの変形例として、リニアェンコ一 ダを構成する場合のスケール板の正面図である。
[図 9]は、この発明に係るエンコーダの第 2実施例におけるスケール板の正面図であ る。
[図 10]は、図 9に示された第 2実施例に係るエンコーダの変形例として、リニアェンコ ーダを構成する場合のスケール板の正面図である。
符号の説明
[0014] 1…エンコーダ、 3· ··スケール板、 4 (4 、 5…光透
1、4
2、 "·4 …被検出領域
63、4 )
64
過孔、 6…光源装置、 7…プロファイルセンサ (光検出装置）、 100…受光領域、 Κ· ·· 移動方向（第 1方向）、 L1、L2…ライン、 R…基準ライン。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、この発明に係るエンコーダの各実施例を、図 1〜図 10を用いて詳細に説明 する。なお、図面の説明において、同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複 する説明を省略する。
[0016] 図 1は、この発明に係るエンコーダの第 1実施例の構成を示す図である。このェンコ ーダ 1は、いわゆるアブソリュート型のロータリエンコーダであり、被測定対象に連結さ れる回転軸 2を備えている。この回転軸 2には、円板状のスケール板 3が固定されて おり、このスケール板 3は、回転軸 2の回転に伴って回転する。この回転方向をスケー ル板 3の移動方向 Aとする。
[0017] 図 2は、エンコーダ 1のスケール板 3の正面図である。この図 2に示されたように、ス ケール板 3の縁部には、基準ライン Rを挟むように延びたライン L1上とライン L2上に 複数の被検出領域 4が交互に配置されている。すなわち、基準ライン Rの延びる方向 と移動方向 Aは一致しており、この移動方向 Aに沿って同心円状のライン L 1及びライ ン L2が設定されており、移動方向 Aに沿ってこれらライン L1上とライン L2上に交互 に複数の被検出領域 4が配置されている。より具体的には、被検出領域 4は、ライン L 1上及びライン L2上のそれぞれにおいて所定の間隔をとつて複数配置されており、ラ イン L2上に配置された被検出領域 4の 1つは、ライン L 1上に配置された被検出領域 4のうち互いに隣接する被検出領域 4の中間領域に位置している。
[0018] 被検出領域 4それぞれは、図 3に示されたように、スケール板 3の各被検出領域に 形成された光透過孔 5の数、及び移動方向 Aに垂直な方向（すなわち、スケール板 3 の半径方向）における光透過孔 5の位置の相異によつて、各被検出領域における移 動方向 Aに垂直な方向に沿った明暗パターンの配列が異なっている。なお、この明 細書では、光透過孔 5が位置する光透過部分を明パターンとし、光遮断部を喑パタ ーンとする。このように、スケール板 3の各被検出領域に形成された光透過孔 5の数、 及び移動方向 Aに垂直な方向における光透過孔 5の位置を相異させることで、各被 検出領域における明暗パターンの配列を容易かつ確実に異ならせることができる。
[0019] 例えば、回転軸 2を中心として等角度間隔ごとに 64個の被検出領域 4、 4、 4、…
1 2 3
、4 、 · ··、4 力 Sスケール板 3の縁部に配置されている場合、被検出領域 4〜4 そ
30 64 1 64 れぞれにおける明暗パターンを異ならせるためには少なくとも 6ビットの情報が必要と なる。ここでは、移動方向 Αに垂直な方向に沿った 6箇所に光透過孔 5を形成するか 否かで 6ビットの情報を作り出している。なお、回転するスケール板 3の振動やスケー ル板 3の反り、軸ずれ等にも対応可能とすべぐ被検出領域 4〜4 の外側端部には
1 64
必ず光透過孔 5が形成されている。また、光透過孔 5が 2つ以上隣り合う場合には、こ れらをつな 、で一つの光透過孔としてもよ 、。
[0020] また、図 1に示されたように、エンコーダ 1は、ライン Ll、 L2上に交互に配置された 被検出領域 4に光を照射する LED等力 なる光源装置 6と、スケール板 3を挟んで光 源装置 6と対向するように配置されたプロファイルセンサ (光検出装置） 7とを備える。 プロファイルセンサ 7は、光源装置 6から出射された光のうち被検出領域 4の光透過 孔 5を通過した光を受光し、光強度プロファイルデータを解析部 8に出力する。 [0021] ここで、プロファイルセンサ 7の構成について説明する。図 4は、エンコーダ 1におけ るプロファイルセンサ 7の構成を示す図である。プロファイルセンサ 7は、受光領域 10 0、第 1信号処理部 110及び第 2信号処理部 120を備える。受光領域 100は、移動方 向 A (ライン Ll、 L2の接線方向）、及びその移動方向 Aに垂直な方向に 2次元配列さ れた M X N個の画素により構成されており、第 m行第 n列の位置にある画素には 2つ のフォトダイオード PD 及び PD が形成されている。なお、 M、 Nのそれぞれは
X,m,n Y,m,n
2以上の整数であり、 mは 1以上 Μ以下の任意の整数、 nは 1以上 N以下の任意の整 数である。各フォトダイオード PD , PD のアノード端子は接地されている。第 n
X,m,n Y,m,n
列を構成する Μ個のフォトダイオード PD 〜PD の力ソード端子は、共通の配
Χ,Ι,η Χ,Μ,η
線 L により第 1信号処理部 110と接続されている。第 m行を構成する N個のフォトダ
Χ,η
ィオード PD 〜PD の力ソード端子は、共通の配線 L により第 2信号処理部
Y，m，l Y,m,N Y,m
120と接続されている。
[0022] 図 5は、プロファイルセンサ 7に含まれる第 1信号処理部 110の回路図である。第 1 信号処理部 110は、シフトレジスタ 111、積分回路 112及び N個のスィッチ SW〜S W により構成されている。各スィッチ SWの一端は配線 L に接続されており、各ス
N η Χ,η
イッチ SWの他端は共通の配線を介して積分回路 112の入力端に接続されて 、る。 また、各スィッチ SWは、シフトレジスタ 111から出力される制御信号に基づいて順に 閉じる。積分回路 112は、アンプ A、容量素子 C及びスィッチ SWを有している。容量 素子 C及びスィッチ SWは、互いに並列的に接続され、アンプ Aの入力端子と出力端 子との間に設けられている。スィッチ SWが閉じると、容量素子 Cが放電されて、積分 回路 112から出力される電圧値が初期化される。スィッチ SWが開いて、スィッチ SW が閉じると、配線 L に接続されている第 n列の M個のフォトダイオード PD 〜PD η Χ,η Χ,Ι,η それぞれの光入射に応じて発生した電荷の総和が積分回路 112に入力され、そ
Χ,Μ,η
の電荷が容量素子 Cに蓄積される。そして、この蓄積電荷量に応じた電圧値 V (η)が
X
積分回路 112から出力される。第 2信号処理部 120も、第 1信号処理部 110と同様の 構成を有し、同様に動作する。
[0023] 以上のように構成されたプロファイルセンサ 7は、受光領域 100における移動方向 Α (ライン Ll、 L2の接線方向）について入射光強度の 1次元分布を示す第 1光強度 プロファイルデータ V (n)を第 1信号処理部 110から出力すると共に、その移動方向
X
Aに垂直な方向に沿った入射光強度の 1次元分布を示す第 2光強度プロファイルデ ータ V (m)を第 2信号処理部 120から出力することができる。解析部 8は、これら第 1
Y
光強度プロファイルデータ V (n)及び第 2光強度プロファイルデータ V (m)を入力し
X Y
て解析する。
[0024] 次に、プロファイルセンサ 7の受光領域 100と、ライン L1及びライン L2上に交互に 配置された被検出領域 4との関係について説明する。図 6に示されたように、受光領 域 100と被検出領域 4とは、受光領域 100の移動方向 Aに沿った幅を Wとし、ライン L 1上とライン L2上に交互に配置された被検出領域 4の配置ピッチを Dとするとき、 W Z2< D<Wの関係式を満たしている。なお、この明細書において配置ピッチ Dは、 図 6に示されたように、隣接する被検出領域 4間の移動方向 Aに沿った最長距離によ つて規定される。
[0025] これにより、エンコーダ 1においては、図 6及び図 7に示されたように、ライン L1上と ライン L2上との間で隣り合う 2つの被検出領域 4 (最も距離の近い 2つの被検出領域 )の少なくとも 1つは、プロファイルセンサ 7の受光領域 100に常に重なることになる。 ここで、被検出領域 4それぞれは、移動方向 Aに垂直な方向に沿った明暗パターン の配列が互いに異なっているため、移動方向 Aに垂直な方向に沿った第 2光強度プ 口ファイルデータ V (m)に基づいて、受光領域 100と重なった位置にある被検出領域
Y
4を解析部 8で特定することができる。さらに、移動方向 Aに沿った第 1光強度プロフ アイルデータ V (n)に基づいて、特定された被検出領域 4の移動方向 Aにおける位置
X
を解析部 8で特定することができる。
[0026] このように、エンコーダ 1に上述のような構造を有するプロファイルセンサ 7が適用さ れることで、二次元イメージセンサが適用される際に必要となるフレームメモリ等が不 要となり、被測定対象の回転角度の絶対値を簡単な構成で精度良く検出することが 可能になる。しかも、プロファイルセンサ 7の適用により、同じ画素数であれば、二次 元イメージセンサが適用された場合と比べ処理時間を大幅に短縮することが可能に なる。
[0027] なお、図 6に示されたように、プロファイルセンサ 7の受光領域 100上に 2つの被検 出領域 4が同時に位置する場合でも、これら 2つの被検出領域 4はライン LI上とライ ン L2上とのそれぞれに存在するため、移動方向 Aに垂直な方向に沿った第 2光強度 プロファイルデータ V (m)に基づく該 2つの被検出領域 4の特定が妨げられることは
Y
ない。
[0028] この発明は、上述の第 1実施例に限定されるものではない。例えば、第 1実施例に 係るエンコーダ 1は、スケール板 3が回転運動を行い、その回転方向を移動方向 Aと して複数の被検出領域 4がスケール板 3に配置されているロータリエンコーダとして構 成されている。しかしながら、図 8に示されたように、長尺状のスケール板 3aがその長 手方向に直線運動を行い、その直線方向を移動方向 Aとして複数の被検出領域 4が スケール板 3aに配置されているリニアエンコーダを構成することもできる。なお、図 8 は、図 1に示された第 1実施例に係るエンコーダの変形例におけるスケール板の正面 図であって、図 1に示されたエンコーダ 1のスケール板 3を図 8に示されたスケール板 3aに置き換えることにより、この変形例に係るェンコーダが得られる。
[0029] このように図 8のスケール板 3aを利用してリニアエンコーダを構成しても、プロフアイ ルセンサ 7の受光領域 100と被検出領域 4とが、受光領域 100の移動方向 Aに沿つ た幅を Wとし、ライン L1上とライン L2上に交互に配置される被検出領域 4の配置ピッ チを Dとするとき、 WZ2< D<Wの関係式を満たしていれば、上述の理由により、被 測定対象の移動距離の絶対値を簡単な構成で精度良く検出することが可能になる。
[0030] 図 9は、この発明に係るエンコーダの第 2実施例におけるスケール板の正面図であ る。なお、この第 2実施例に係るエンコーダも、図 1に示されたエンコーダ 1のスケー ル板 3を図 9に示されたスケール板 3bに置き換えること〖こより得られる。この第 2実施 例に係るエンコーダでは、図 9に示されたように、移動方向 Aに垂直な方向（すなわち 、スケール板 3の半径方向）に沿って一組のプロファイルセンサ 7が配置されている。 ライン L 1上の被検出領域 4を一方のプロファイルセンサ 7の受光領域 100上に位置 させ、ライン L2上の被検出領域 4を他方のプロファイルセンサ 7の受光領域 100上に 位置させるよう構成することで、この第 2実施例に係るエンコーダが得られる。そして、 このような構成が採用された場合にも、図 10に示されたように、リニアエンコーダとし てこの発明に係るエンコーダを構成することができる。すなわち、図 10は、図 9に示さ れた第 2実施例に係るエンコーダの変形例におけるスケール板の正面図であり、この 図 10に示されたスケール板 3cを、図 1に示されたエンコーダ 1のスケール板 3と取り 替えても、この発明に係るエンコーダが得られる。
[0031] 以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのよう な変形は、本発明の思想および範囲力 逸脱するものとは認めることはできず、すべ ての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。 産業上の利用可能性
[0032] この発明に係るエンコーダは、旋盤、フライス盤等の工作機械や、半導体製造装置 の位置計測に適用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 基準ラインを挟むようにそれぞれ延びた第 1及び第 2ライン上に、該基準ラインに沿つ て交互に配置された複数の被検出領域が設けられたスケール板であって、これら被 検出領域それぞれには光を透過する 1又はそれ以上の明ノターンと光を遮断する 1 又はそれ以上の暗パターンが任意の順序で配列されているスケール板と、
前記複数の被検出領域に光を照射する光源装置と、
前記スケール板を挟んで前記光源装置と対向するように配置された光検出装置で あって、前記基準ラインが延びる第 1方向、及び該第 1方向に垂直な第 2方向に複数 の画素が 2次元配列された受光領域を有するとともに、前記第 1及び第 2方向それぞ れに沿った入射光強度の 1次元分布を示す光強度プロファイルデータを出力する光 検出装置とを備え、
前記複数の被検出領域それぞれは、前記第 2方向に沿って前記明パターンと前記 暗パターンで構成された配列が互いに異なっており、
前記受光領域における前記第 1方向に沿った幅を Wとし、前記基準ラインに沿って 前記第 1及び第 2ラインとの間で交互に配置される前記複数の被検出領域の配置ピ ツチを Dとするとき、 WZ2<D<Wの関係式を満たしているエンコーダ。
[2] 請求項 1記載のエンコーダにおいて、
前記複数の被検出領域それぞれにおける前記第 2方向に沿った明暗パターンは、 当該被検出領域内に形成される光透過孔の数、及び前記第 2方向に沿った該光透 過孔の位置によって規定される。
[3] 請求項 1又は 2記載のエンコーダにおいて、
前記スケール板は回転運動を行い、前記スケール板には、その回転方向を前記第 1方向として複数の被検出領域が前記第 1及び第 2ライン上に交互に配置されている
[4] 請求項 1又は 2記載のエンコーダにおいて、
前記スケール板は直線運動を行い、前記スケール板には、その直線方向を前記第 1方向として複数の被検出領域が前記第 1及び第 2ライン上に交互に配置されている
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