JP2007071732A

JP2007071732A - 光学式絶対値エンコーダ

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Publication number: JP2007071732A
Application number: JP2005259791A
Authority: JP
Inventors: Yuji Matsuzoe; 雄二松添; Kazuhiro Koizumi; 和裕小泉; Tetsuya Saito; 哲哉斎藤
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】受光部が発光素子の照明範囲から外れることが無く、また回路系の複雑化及びメモリ容量の増大を伴うことなく、スケールの長尺化を図ること。
【解決手段】スケール板１０に、Ｍ系列ユニットを複数ユニット連続配置してなるＭ系列群トラック１１と、一定周期で入射光を反射する明暗格子からなる明暗トラック１２と、Ｍ系列ユニットＭ１〜Ｍ８に対応したグレーコードとなるように反射領域がパターニングされた複数のグレーコードトラック１３〜１６とを備える。受光部２には、Ｍ系列群トラック１１と対向する位置に配置された２つのＭ系列用受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２と、明暗トラック１２と対向する位置に配置された２つの受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４と、各グレーコードトラック１３〜１６と対向する位置に配置された受光セル２１〜２４とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、直線位置又は回転角度の絶対変位量を計測するための光学式絶対値エンコーダに係るものであり、特にスケール又は回転板からＭ系列信号を検出することにより電源投入時の原点復帰動作が不要な絶対値位置検出機能を有する光学式絶対値エンコーダに関する。

図１６（ａ）（ｂ）は、従来の絶対値リニアエンコーダの概略構成を示す構成図である。同図に示す絶対値リニアエンコーダは、発光素子１、受光素子３０１、図示していない電子部品を搭載した回路基板３、スケール板３０２から構成される。スケール板３０２は、同図に示す矢印７及び８方向へ移動可能になっている。発光素子１から出射した光は、スケール板３０２で反射して受光素子３０１へ入射するように受光素子３０１とスケール板３０２とが対向配置されている。

図１７は回路基板３側から眺めたスケール板３０２の全体構成図であり、図１８は図１７に示すスケール板３０２のパターン形成面３０２ａの部分拡大図である。回路基板３に対向しているスケール板３０２のパターン形成面３０２ａに、Ｍ系列にしたがって入射光を反射する反射パターンからなるＭ系列トラック４と、一定周期の明暗格子からなる明暗トラック５とが形成されている。なお、Ｍ系列トラック４は、反射領域と非反射領域とが繰り返すパターンを形成している。非反射領域とは反射領域よりも反射率が低いという意味であり、必ずしも光が全く反射しない（反射率０）ということに限定する趣旨ではない。スケール板３０２上に形成されたＭ系列トラック４及び明暗トラック５は、ガラス板上にクロム膜を蒸着し、該クロム膜の一部をエッチングによって除去することにより得ることができる。

ここで、Ｍ系列とは、１周期あたり２^ｎ個の１，０の組み合わせで構成され、簡単な規則によって作られる確定的系列であるが、概観上不規則な系列に似ている。このＭ系列の特定位置から連続するｎ個の１，０情報（パターン）は、系列内で１つしか存在しないため、２^ｎ個の重複しない情報を持つことになる。上記Ｍ系列トラック４は、このＭ系列の「１」を反射領域（図１８の斜線部４ａ）、「０」を非反射領域（図１８の非斜線部４ｂ）とする２^ｎ個の反射領域４ａを有する反射パターンで構成される。ここでは、ｎ＝８で２^８（＝２５６）個の系列からなるものとして説明する。図１７に示すように、明暗トラック５の周期を２００μｍとすると、Ｍ系列トラック４のパターンは２５６個（０〜２５５）であるので、パターンを配置することができる領域は５１．２ｍｍ（０．２ｍｍ×２５６）となる。

図１９はスケール板３０２側から回路基板３上の受光素子３０１を眺めた場合の受光素子３０１の受光セルパターンを示す平面図である。図中の斜線で示した領域は光を感じる感帯部を示し、その他の領域は光を検出しない不感帯部を示している。同図において、最下段に配置された８個の受光セルからＭ系列用の受光セルアレイＡ群３１１が構成され、下から２段目に配置された８個の受光セルからＭ系列用の受光セルアレイＢ群３１２が構成される。また、左上に配置された６個の受光セルから内挿倍用の受光セルアレイＡ’群３１３が構成され、右上に配置された６個の受光セルから内挿倍用の受光セルアレイＢ’群３１４が構成される。

受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２の各受光セルは周期的に配置されるものであり、隣接する２つの受光セル間の距離である周期ピッチ３２１をＭ系列用周期ピッチ＝Ｐというものとする。受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２の位相差３２２を電気角で１８０°とするため、位相差３２２の距離はＭ系列用周期ピッチＰの半分、つまり、Ｐ／２とする。

また、受光セルアレイＡ’群３１３、受光セルアレイＢ’群３１４の周期ピッチ（以下、内挿倍用周期ピッチという。）３２３、３２４はＭ系列検出用周期ピッチ３２１と同じ値、つまり、内挿倍用周期ピッチはＰとなるように設けられている。内挿倍用周期ピッチ３２３，３２４（＝Ｐ）を電気角で３６０°とした場合に、受光セルアレイＡ’群３１３、受光セルアレイＢ’群３１４の位相差３２５を９０°もしくは２７０°の電気角の位相差に設定するためには、位相差３２５となる距離を、Ｐ／４または３Ｐ／４とすることにより達成される。

また、Ｍ系列用の受光セルアレイＢ群３１２と内挿倍検出用の受光セルアレイＡ’群３１３とは適当な位相差にて配置されるが、この従来技術では、受光セルアレイＢ群３１２と受光セルアレイＡ’群３１３とが同位相となるように配置されている。

なお、受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２及び受光セルアレイＡ’群３１３、Ｂ’群３１４のそれぞれのピッチ３２１、３２３、３２４、受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２との位相差３２２、受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４との位相差３２５については特開2001-194185号公報に詳述されている。

以上のように構成された光学式リニアエンコーダにおいて、スケール板３０２と回路基板３とが矢印７又は８方向へ相対移動すると、受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２が対向配置されたＭ系列トラック４からの照射光を受光して１６個の独立した信号からなるＭ系列検出信号を出力する。同時に、受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４が対向配置された明暗トラック５からの照射光を受光して正弦波信号となる内挿倍検出信号を出力する。受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４の各受光セルの出力段は、Ａ’群３１３及びＢ’群３１４毎に並列接続されており、Ａ’群３１３及びＢ’群３１４毎に出力された２個の独立した内挿倍検出信号を出力する。

Ｍ系列検出信号及び内挿倍検出信号を図示していないＣＰＵに取り込み、Ｍ系列検出信号を絶対値位置情報に変換する。更に、Ｍ系列検出信号と同期して得られる内挿倍検出信号を電気的に内挿倍することによりＭ系列検出信号で得られた分解能を超える分解能を実現している。

なお、上記光学式リニアエンコーダはスケール板３０２からの反射光を受光素子３０１で検出する方式であるが、発光素子と受光素子とをスケール板を挟んで対向配置し、スケール板にＭ系列トラック４及び明暗トラック５に相当するスリット列を形成し、スリット列を透過した光を受光素子で検出する方式もある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１９４１８５号公報

上述した従来の光学式絶対値エンコーダにおいてスケールの長尺化を実現する場合、Ｍ系列のビット数を増やす、２）Ｍ系列パターンの反射領域又はスリット幅及び明暗トラックの明暗周期を長くする、といった方法が採られる。

ところが、上記方式でスケールの長尺化を図った場合、受光素子がスケールの移動方向に長くなり、発光素子（例えばＬＥＤ）の照明範囲から外れるといった問題が生じる。また、ビット数を増やせば検出信号を処理する回路系が複雑になると共にＭ系列情報を格納するメモリ容量が大きくなるといった問題がある。

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、受光素子が発光素子の照明範囲から外れることが無く、また回路系の複雑化及びメモリ容量の増大を伴うことなく、スケールの長尺化を図ることのできる光学式絶対値エンコーダを提供することを目的とする。

本発明の光学式絶対値エンコーダは、照射光を出射する発光部と、前記発光部から照射光が入射するスケール板と、前記スケール板から前記照射光を受光する受光部と、前記受光部から出力された検出信号を処理して絶対位置情報を得る回路ユニットとを備えた光学式絶対値エンコーダであって、前記スケール板は、Ｍ系列の規則に基づいて入射光を反射する反射パターンからなるＭ系列ユニットを複数ユニット連続配置してなるＭ系列群トラックと、前記Ｍ系列群トラックに併設され一定周期で入射光を反射する明暗格子からなる明暗トラックと、前記Ｍ系列群トラックに併設され前記Ｍ系列ユニットに対応したグレーコードとなるように反射領域がパターニングされた複数のグレーコードトラックとを備え、前記受光部は、前記Ｍ系列群トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つのＭ系列用受光素子群と、前記明暗トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つの内挿倍用受光素子群と、前記各グレーコードトラックと対向する位置にそれぞれ配置されたグレーコード用受光素子群とを備え、前記回路ユニットは、前記Ｍ系列用受光素子群から出力されるＭ系列検出信号と、前記内挿倍用受光素子群から出力される内挿倍検出信号と、前記グレーコード用受光素子群から出力されるグレーコード検出信号とを組み合わせて絶対位置情報を得ることを特徴とする。

このように構成された光学式絶対値エンコーダによれば、グレーコード検出信号に基づいて検出位置が存在するＭ系列ユニットを特定でき、Ｍ系列検出信号及び内挿倍検出信号を用いてＭ系列ユニット内での位置を高精度に検出できる。したがって、Ｍ系列ユニットにおけるＭ系列のビット数を増大させることなく又Ｍ系列ユニットの反射パターン幅や明暗トラックの周期を大きくすること無くスケールの長尺化を実現でき、回路系を複雑化したりメモリ容量を大幅に増大させたりすること無くスケールの長尺化を実現できる。

また本発明の光学式絶対値エンコーダは、照射光を出射する発光部と、前記発光部から照射光が入射するスケール板と、前記スケール板を挟んで前記発光部に対向配置され前記スケール板を透過した照射光を受光する受光部と、前記受光部から出力された検出信号を処理して絶対位置情報を得る回路ユニットとを備えた光学式絶対値エンコーダであって、前記スケール板は、Ｍ系列の規則に基づいて入射光を透過及び遮光するスリット列からなるＭ系列ユニットを複数ユニット連続配置してなるＭ系列群トラックと、前記Ｍ系列群トラックに併設され一定周期で入射光を透過及び遮光する明暗格子からなる明暗トラックと、前記Ｍ系列群トラックに併設され前記Ｍ系列ユニットに対応したグレーコードとなるように透過及び遮光領域がパターニングされた複数のグレーコードトラックとを備え、前記受光部は、前記Ｍ系列群トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つのＭ系列用受光素子群と、前記明暗トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つの内挿倍用受光素子群と、前記各グレーコードトラックと対向する位置にそれぞれ配置されたグレーコード用受光素子群とを備え、前記回路ユニットは、前記Ｍ系列用受光素子群から出力されるＭ系列検出信号と、前記内挿倍用受光素子群から出力される内挿倍検出信号と、前記グレーコード用受光素子群から出力されるグレーコード検出信号とを組み合わせて絶対位置情報を得ることを特徴とする。

このように構成された光学式絶対値エンコーダによれば、発光部と受光部とでスケール板を挟みスケール板を透過した照射光を受光部で検出する透過型のリニアエンコーダにおいて、Ｍ系列ユニットにおけるＭ系列のビット数を増大させることなく又Ｍ系列ユニットのスリット幅や明暗トラックの周期を大きくすること無くスケールの長尺化を実現でき、回路系を複雑化したりメモリ容量を大幅に増大させたりすること無くスケールの長尺化を実現できる。

また本発明の光学式絶対値エンコーダは、照射光を出射する発光部と、回転角度の検出対象である回転体の軸を中心として回転する回転板と、前記回転板から前記照射光を受光する受光部と、前記受光部から出力された検出信号を処理して前記回転板の回転方向変位情報を得る回路ユニットとを備えた光学式絶対値エンコーダであって、前記回転板は、Ｍ系列の規則に基づいて入射光を反射する反射パターンからなるＭ系列ユニットを回転中心から所定距離離れた位置に円状に複数ユニット連続配置してなるＭ系列群トラックと、前記Ｍ系列群トラックと同心円状に設けられ一定周期で入射光を反射する明暗格子からなる明暗トラックと、前記Ｍ系列群トラックと同心円状に設けられ前記Ｍ系列ユニットに対応したグレーコードとなるように反射領域がパターニングされた複数のグレーコードトラックとを備え、前記受光部は、前記Ｍ系列群トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つのＭ系列用受光素子群と、前記明暗トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つの内挿倍用受光素子群と、前記各グレーコードトラックと対向する位置にそれぞれ配置されたグレーコード用受光素子群とを備え、前記回路ユニットは、前記Ｍ系列用受光素子群から出力されるＭ系列検出信号と、前記内挿倍用受光素子群から出力される内挿倍検出信号と、前記グレーコード用受光素子群から出力されるグレーコード検出信号とを組み合わせて絶対値回転位置情報を得ることを特徴とする。

このように構成された光学式絶対値エンコーダによれば、回転板で反射した照射光を受光部で検出する反射型のロータリエンコーダにおいて、Ｍ系列ユニットにおけるＭ系列のビット数を増大させることなく又Ｍ系列ユニットの反射パターン幅や明暗トラックの周期を大きくすること無くスケールの長尺化を実現でき、回路系を複雑化したりメモリ容量を大幅に増大させたりすること無くスケールの長尺化を実現できる。

また本発明の光学式絶対値エンコーダは、照射光を出射する発光部と、前記発光部から照射光が入射する回転板と、前記回転板を挟んで前記発光部に対向配置され前記回転板を透過した照射光を受光する受光部と、前記受光部から出力された検出信号を処理して前記回転板の回転方向変位情報を得る回路ユニットとを備えた光学式絶対値エンコーダであって、前記回転板は、Ｍ系列の規則に基づいて入射光を透過及び遮光するスリット列からなるＭ系列ユニットを回転中心から所定距離離れた位置に円状に複数ユニット連続配置してなるＭ系列群トラックと、前記Ｍ系列群トラックと同心円状に設けられ一定周期で入射光を透過及び遮光する明暗格子からなる明暗トラックと、前記Ｍ系列群トラックと同心円状に設けられ前記Ｍ系列ユニットに対応したグレーコードとなるように透過及び遮光領域がパターニングされた複数のグレーコードトラックとを備え、前記受光部は、前記Ｍ系列群トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つのＭ系列用受光素子群と、前記明暗トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つの内挿倍用受光素子群と、前記各グレーコードトラックと対向する位置にそれぞれ配置されたグレーコード用受光素子群とを備え、前記回路ユニットは、前記Ｍ系列用受光素子群から出力されるＭ系列検出信号と、前記内挿倍用受光素子群から出力される内挿倍検出信号と、前記グレーコード用受光素子群から出力されるグレーコード検出信号とを組み合わせて絶対値回転位置情報を得ることを特徴とする。

このように構成された光学式絶対値エンコーダによ回転板を配置し、回転板を透過した照射光を受光部で検出する透過型のロータリエンコーダにおいて、Ｍ系列ユニットにおけるＭ系列のビット数を増大させることなく又Ｍ系列ユニットのスリット幅や明暗トラックの周期を大きくすること無くスケールの長尺化を実現でき、回路系を複雑化したりメモリ容量を大幅に増大させたりすること無くスケールの長尺化を実現できる。

なお、前記受光部は、前記各グレーコードトラックと対向する位置で、かつ、前記グレーコード用受光素子群から前記スケール板の移動方向又は前記回転板の径方向へ少なくとも前記Ｍ系列用受光素子と同一ピッチだけ離れた位置にそれぞれ配置された切替用のグレーコード用受光素子群を備え、前記回路ユニットは、前記グレーコード用受光素子群から出力されるグレーコード検出信号が不安定な期間は、位置検出に用いるグレーコード検出信号を前記切替用のグレーコード用受光素子群から出力されるグレーコード検出信号に切替えることが望ましい。これにより、不安定な状態のグレーコード検出信号を用いて位置検出することによる検出誤差を排除することができる。

また、前記回路ユニットは、Ｍ系列検出信号及び内挿倍検出信号を用いて該当するＭ系列ユニット内での位置情報を計算する一方、各Ｍ系列ユニットの位置情報と各グレーコードとを対応させたテーブルを参照してグレーコード検出信号に対応した位置情報を取得して最終的な位置情報を算出することが望ましい。

本発明によれば、受光素子が発光素子の照明範囲から外れることが無く、また回路系の複雑化及びメモリ容量の増大を伴うことなく、光学式絶対値エンコーダのスケールの長尺化を図ることができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施の形態）
図１（ａ）（ｂ）は第１の実施の形態に係る光学式絶対値リニアエンコーダの概略的な構成図である。同図に示すように、第１の実施の形態に係る光学式絶対値リニアエンコーダの概略的な構成は前述した図１６（ａ）（ｂ）に示すものと同じである。すなわち、発光素子１、受光部２、回路基板３、スケール板１０を主な構成要素として構成されている。本実施の形態に係る光学式絶対値リニアエンコーダは、半導体装置、製造装置又は工作機械等において、直線位置又は回転角度の計測が必要な移動装置に組み込んで用いられる。スケール板１０又はセンサヘッド（受光部２側）を移動装置における計測対象である移動体と一緒に動くようにしてスケール板１０と受光部２とを相対移動させる。

本実施の形態で用いられるスケール板１０は、受光部２との対向面に、Ｍ系列にしたがって反射領域と非反射領域が繰り返す反射パターンからなるＭ系列トラックが複数周期に亘り連続するＭ系列群トラック、Ｍ系列群トラックのトラック長に応じた長さの明暗トラック及び複数段のグレーコードトラックが形成されている。受光部２は、Ｍ系列用の受光セルアレイ、内挿倍用の受光セルアレイの他に、複数段のグレーコードトラックを独立して検出する複数の受光セルが設けられている。

図２及び図３を参照してスケール板１０の構成を詳細に説明する。
図２はスケール板１０のトラック形成面の構成を説明するための構成説明図であり、図３は図２に示すＭ系列ユニットＭ１に相当する領域を上下方向に切り抜いた図である。図２に示すように、Ｍ系列群トラック１１は、移動方向となるスケール長手方向に隙間無く直線状に配置された８個のＭ系列ユニットＭ１〜Ｍ８から構成されている。各Ｍ系列ユニットＭ１〜Ｍ８は、図１７に示すＭ系列トラック４と同じＭ系列パターンを有している。すなわち、Ｍ系列群トラック１１は、図１７に示すＭ系列トラック４を１ユニットとして８ユニット（８周期）連続して配置した構成となっている。Ｍ系列群トラック１１のトラック長に相当するスケール長は、図１７に示す５１．２ｍｍから４０９．６ｍｍになっており、Ｍ系列のビット数を増大させずに、８倍に長尺化されていることになる。

Ｍ系列群トラック１１と同一長さ（４０９．６ｍｍ）の明暗トラック１２がＭ系列群トラック１１に隣接して平行に形成されている。明暗トラック１２の幅はＭ系列群トラック１１と同一である。

Ｍ系列群トラック１１と同一長さ（４０９．６ｍｍ）の４本のグレーコードトラック１３〜１６がＭ系列群トラック１１に隣接して平行に設けられている。４本のグレーコードトラック１３〜１６で０，１情報の４ビットコードを生成し、Ｍ系列群トラック１１の各周期（Ｍ１〜Ｍ８）に対応して隣接周期で１ビットずつコードが変化するようにパターンが組み合わされている。グレーコードトラック１３〜１６により生成されるグレーコードの「１」が反射領域（図２の斜線部）に対応し、「０」が非反射領域（図２の非斜線部）に対応している。

図４は受光部２のスケール板１０と対向しているパターン形成面の構成図である。なお、受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２、受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４の構成は、図１９に示すものと同様である。受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２はＭ系列群トラック１１と対向し、受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４は明暗パターン１２と対向するように配置されている。

受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２の下方には、スケール板１０の移動方向と直交する方向に沿って４個の受光セル２１〜２４が配置されている。これら４個の受光セル２１〜２４はそれぞれ４本のグレーコードトラック１３〜１６と対向するように配置されている。

したがって、受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２がＭ系列群トラック１１を検出し、受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４が明暗パターン１２を検出する一方、受光セル２１〜２４がグレーコードトラック１３〜１６をそれぞれ検出するように構成されている。

図５は受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２、受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４、グレーコード検出用の受光セル２１〜２４、並びにその周辺回路の回路構成図である。Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２と内挿倍用の受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４とでは回路構成が異なっている。

受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２，Ａ’群３１３，Ｂ’群３１４の個々の受光セル（３１−１〜３１−８、３２−１〜３２−８、３３−１〜３３−６、３４−１〜３４−６）のカソード側に電源(Ｖcc)が接続されており、逆バイアス接続となっている。

Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２の全ての受光セル３１−１〜３１−８及び３２−１〜３２−８のアノード側にそれぞれ電流電圧変換用抵抗４１−１〜４１−８，４２−１〜４２−８が接続されており、ＣＰＵ（Central Processing Unit)５０がＭ系列検出信号を電圧信号として取り込めるようになされている。この場合、図５で示すようにコンパレータ４５−１〜４５−８，４６−１〜４６−８を介して波形整形してデジタル信号としてＣＰＵ５０へ入力されるようになされている。

内挿倍用の受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４の周辺回路構成は、内挿倍用の受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４の各受光セル３３−１〜３３−６、３４−１〜３４−６のアノード側を全て結合して電流電圧変換用抵抗４３，４４に接続され、また、これら電流電圧変換用抵抗４３，４４の他端はグランド接地されている。これによりＩ／Ｖ変換された内挿倍信号を電圧信号としてＣＰＵ５０内のＡ／Ｄ変換器（図示せず）を介して取り込む。

これにより、Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２では個々の受光セル３１−１〜３１−８及び３２−１〜３２−８から出力される検出信号がそれぞれＣＰＵ５０に入力されるのに対し、内挿倍用の受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４では、個々の受光セル３３−１〜３３−６、３４−１〜３４−６からの出力信号の総和が出力される。

さらに、本実施の形態では、グレーコード用の受光セル２１〜２４のカソード側に電源(Ｖcc)が接続されており、逆バイアス接続となっている。また受光セル２１〜２４のアノード側にそれぞれ電流電圧変換用抵抗４５−１〜４５−４が接続されており、ＣＰＵ５０がグレーコード検出信号を電圧信号として取り込めるようになされている。

ここで、グレーコードトラック１３〜１６が各位置で構成するグレーコードと位置検出値（スケール位置）との関係について説明する。上記したように、Ｍ系列群トラック１１を構成する各Ｍ系列ユニットＭ１〜Ｍ８は、それぞれ０ｍｍ〜５１．２ｍｍまでの測定可能範囲を有し、Ｍ系列群トラック１１全体では０ｍｍ〜４０９．６ｍｍまでの距離を測定可能である。グレーコードトラック１３〜１６は、Ｍ系列ユニットＭ１〜Ｍ８が切り替わる境目で１ビットだけ変化するようにパターンが配置されている。すなわち、グレーコードトラック１３〜１６が構成する４ビットのグレーコードがＭ系列ユニットＭ１〜Ｍ８のいずれかに１対１で対応している。本実施の形態では、図６に示すテーブル構成となるようにグレーコードトラック１３〜１６がパターニングされている。

次に、以上のように構成された本実施の形態の動作について説明する。
発光素子１から照射光がスケール板１０に照射されると共にスケール板１０が矢印７又は８方向へ移動する。発光素子１の照射領域に位置しているＭ系列群トラック１１、明暗トラック１２及びグレーコードトラック１３〜１６の特定位置が同時に照明される。Ｍ系列群トラック１１からの反射光が受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２の個々の受光セル３１−１〜３１−８及び３２−１〜３２−８に入射し、明暗トラック１２からの反射光が受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４の受光セル３３−１〜３３−６、３４−１〜３４−６へ入射する。さらに、グレーコードトラック１３〜１６からの反射光がグレーコード用の受光セル２１〜２４に入射する。

受光部２は、到達した照射光の光量に比例して光電流信号を出力する。Ｍ系列群トラック１１の反射光を受光して、受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２が出力する電流のＭ系列検出信号は、電流電圧変換用抵抗４１−１〜４１−８，４２−１〜４２−８でＩ／Ｖ変換されて電圧のＭ系列検出信号に変換され、コンパレータ４５−１〜４５−８，４６−１〜４６−８を介して波形整形されたのちに、ＣＰＵ５０に取り込まれる。

同様に、内挿倍用の明暗トラック１２の反射光を受光して、受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４が出力する電流の内挿倍検出信号は、電流電圧変換用抵抗４３，４４でＩ／Ｖ変換されて電圧の内挿倍検出信号に変換され、ＣＰＵ５０が内蔵する図示しないＡ／Ｄ変換器によりアナログ信号からデジタル信号に変換された上でＣＰＵ５０に取り込まれる。

さらに、グレーコード用のグレーコードトラック１３〜１６の反射光を受光して、各受光セル２１〜２４が出力する電流のグレーコード検出信号は、電流電圧変換用抵抗４５−１〜４５−４でＩ／Ｖ変換されて電圧のグレーコード検出信号に変換され、ＣＰＵ５０が内蔵する図示しないＡ／Ｄ変換器によりアナログ信号からデジタル信号に変換された上でＣＰＵ５０に取り込まれる。

図８にＣＰＵ５０に取り込まれる前のアナログ電圧信号を示す。図８（ｃ）（ｄ）に示すＭ系列検出信号は、Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群３１１の受光セル３１−１および受光セルアレイＢ群３１２の受光セル３２−１から出力された検出信号である。また、図８（ａ）（ｂ）に示す内挿倍検出信号は、内挿倍用の受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４の各受光セルからの出力を総和して得られる検出信号である。

図８（ａ）〜（ｈ）の各縦軸は、各受光セルからの電流信号を電圧信号に変換したものを示し、横軸はスケール板１０の絶対位置を示す。なお、内挿倍用の受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４からの内挿倍検出信号は、オフセット電圧が加算されている。

続いて、取り込んだ検出信号を用いてＣＰＵ５０が絶対位置を検出する際の絶対位置の検出原理について説明する。例えば、図９で示すＭ系列用の受光セルアレイＢ群３１２のように各受光セル毎の受光・遮光が明瞭な場合は各受光セル毎の検出が明確にできるが、図９で示すＭ系列用の受光セルアレイＡ群３１１の受光セルのように、スケール板１０のＭ系列群トラック１１にて受光セルの一部の領域（例えば図９の受光セル３１−１，３１−２，３１−３，３１−４，３１−６，３１−７，３１−８）が遮光している場合、受光セルアレイＡ群３１１の受光セル３１−１〜３１−８からの信号は、遮光状態であるか、もしくは、受光状態であるかを判断することが困難な状態であり、正確な位置情報を得ることが困難となる。

そこで、受光セルアレイＢ群３１２では完全に受光又は遮光の状態となっている点に着目し、受光セルアレイＡ群３１１からの出力信号でなく、受光セルアレイＢ群３１２からの出力信号を用いて、正しいＭ系列信号を得ることとなる。例えば、図９で示す状態におけるＭ系列検出信号および内挿倍検出信号を、図８の２０１の位置における出力信号とすると、受光セルアレイＡ群３１１の受光セル３１−１の検出信号（図８（ｃ））は、Ｍ系列信号が立ち上がっている途中であり、Ｈｉｇｈ又はＬｏｗ信号を判断するためには、不安定な状態であることがわかる。しかしながら、受光セルアレイＢ群３１２の受光セル３２−１の検出信号（図８（ｄ））は、完全にＨｉｇｈ側であるために、Ｍ系列トラックを正しく検出できる。

本実施の形態では、位置間隔２０２に含まれる位置の場合にはＣＰＵ５０が受光セルアレイＡ群３１１のＭ系列検出信号を選択するようにする。同様に、位置間隔２０３に含まれる位置の場合にはＣＰＵ５０が受光セルアレイＢ群３１２のＭ系列検出信号を選択するようにする。

このようにして得られた受光セルアレイＡ群３１１，Ｂ群３１２の正しいＭ系列検出信号を、ＣＰＵ５０で位置情報に変換することによって、Ｍ系列検出信号が絶対値位置情報に変換される。ここで、Ｍ系列検出信号によって得られた８ビット分の分解能を上位８ビットと呼ぶ。更に、Ｍ系列検出信号と同期して得られた内挿倍検出信号を電気的に内挿倍することにより、Ｍ系列で得られた８ビットの分解能を超える分解能を実現することが可能となる。ここで、内挿倍によって得られたＸビット分の分解能を下位Ｘビットと呼ぶ。この上位８ビットの分解能と下位Ｘビットの分解能を組合せた分解能、すなわち（８＋Ｘ）ビット分の分解能が本光学式絶対値リニアエンコーダの分解能となる。

ところで、以上のようにして得られた絶対値位置情報は、照射光が入射したＭ系列ユニット内における特定位置の値であり、本実施の形態のスケール板１０のように８個のＭ系列ユニットＭ１〜Ｍ８が存在する場合には照射光が入射したＭ系列ユニットまで特定する必要がある。

本実施の形態は、グレーコード検出信号を用いることにより照射光が入射したＭ系列ユニットを特定している。図７に示すスケール板１０のＴ１を検出する場合を例にして説明する。スケール板１０上での位置Ｔ１は、図８に示す位置２０４に相当するものとする。図７に示すように、１列目のグレーコードトラック１３における位置Ｔ１は遮光状態に相当する非反射領域（非斜線部）が位置し、２列目のグレーコードトラック１４における位置Ｔ１は受光状態に相当する反射領域（斜線部）が位置し、３列目のグレーコードトラック１５における位置Ｔ１は遮光状態に相当する非反射領域（非斜線部）が位置し、４列目のグレーコードトラック１６における位置Ｔ１は遮光状態に相当する非反射領域（非斜線部）が位置する。したがって、１列目から４列目のグレーコードトラック１３〜１６の位置Ｔ１からの反射光を検出した受光セル２１〜２４の出力信号は、図８（ｅ）〜（ｈ）に示すように（０１００）のパターンを示す。すなわち、１列目のグレーコードトラック１３に対向する受光セル２１の出力信号はローレベル（０）、２列目のグレーコードトラック１４に対向する受光セル２２の出力信号はハイレベル（１）、３列目のグレーコードトラック１５に対向する受光セル２３の出力信号はローレベル（０）、４列目のグレーコードトラック１６に対向する受光セル２４の出力信号はローレベル（０）となる。ＣＰＵ５０は、このようなグレーコード検出信号を取り込んでいるので、グレーコード検出信号の０，１のパターンを用いて図６のテーブルを参照し位置Ｔ１に対応した位置検出値を取得する。上記したように、図７に示すＭ系列ユニットの開始位置である位置αから位置Ｔ１までの距離ΔαはＭ系列検出信号及び内挿倍検出信号を用いて計算している。グレーコード検出信号に基づいて取得した位置検出値（１５３．６ｍｍ）と、Ｍ系列検出信号及び内挿倍検出信号を用いて取得したΔαとを合計した値が最終的な位置Ｔ１の計測値となる。

このように本実施の形態によれば、スケール板１０にＭ系列ユニットを直線状に複数ユニット配置すると共に隣接して同一長の内挿倍用の明暗トラック１２を配置してスケールの長尺化を図り、Ｍ系列ユニットの境界で１ビット変化するグレーコードを生成するグレーコードトラック１３〜１６をＭ系列群トラック１１と平行に設けたので、グレーコード検出信号に基づいて検出位置が存在するＭ系列ユニットを特定でき、Ｍ系列検出信号及び内挿倍検出信号を用いてＭ系列ユニット内での位置を高精度に検出できる。したがって、Ｍ系列ユニットにおけるＭ系列のビット数を増大させることなく又Ｍ系列トラックの反射パターン幅や明暗トラックの周期を大きくすること無くスケールの長尺化を実現でき、回路系を複雑化したりメモリ容量を大幅に増大させたりすること無くスケールの長尺化が実現された。

（第２の実施の形態）
図１０は本実施の形態にかかる光学式絶対値リニアエンコーダの概略的な構成を示す図である。同図に示すように、発光素子１と受光部２との間に透過型のスケール板３０を配置する構成となっている。

スケール板３０には、図２に示すＭ系列群トラック１１、明暗トラック１２、グレーコードトラック１３〜１６が、透過部と遮光部とで形成されている。第１の実施の形態におけるトラック１１〜１６において照射光を強く反射する反射領域に相当する部分にスリットを設けて透過部となし、照射光を反射しない又は反射光量が少ない非反射領域に相当する部分をスリットの無い遮光部となして構成する。受光部２の構成は図４に示すものと同一構成である。受光部２及びその周辺回路の回路構成は図５に示すものと同一構成である。

以上のように構成された光学式絶対値リニアエンコーダによれば、発光素子１から出射された照射光がスケール板３０のＭ系列群トラック１１、明暗トラック１２、グレーコードトラック１３〜１６を透過して受光部２に受光される。受光部２から出力されるＭ系列検出信号、内挿倍検出信号及びグレーコード検出信号がＣＰＵ５０に取り込まれ、第１の実施の形態と同様に処理されて絶対値位置情報が得られるものとなる。

（第３の実施の形態）
図１１は本実施の形態にかかる光学式絶対値ロータリエンコーダの概略的な構成を示す図である。この光学式絶対値ロータリエンコーダは、エンコーダケース５１、ベアリング５２，５３、中空軸５４、回転板としてのスリット円板５５、発光素子としてのＬＥＤ(Light Emitting Diode)５６、受光部２、回路ユニットを搭載するプリント基板５８を備えている。スリット円板５５が取り付けられる中空軸５４は回転角度の検出対象である回転体の回転中心となっている。

エンコーダケース５１には、ベアリング５２，５３を介して中空軸５４が回動自在となるように取り付けられている。この中空軸５４には、スリット円板５５が取り付けられている。このスリット円板５５には、図１２に示すように、複数のトラックで構成された検出用トラック５９が設けられている。検出用トラック５９は、図２に示すＭ系列群トラック１１、明暗トラック１２、グレーコードトラック１３〜１６が同心円状に形成されたものである。第１の実施の形態におけるトラック１１〜１６で照射光を強く反射する反射領域に相当する部分にスリットを設けて透過部となし、照射光を反射しない又は反射光量が少ない非反射領域に相当する部分をスリットの無い遮光部となしてスリット円板５５を構成する。

なお、スリットは、図１１で示すような貫通孔や、また、図示しない透明なスリット円板に明暗格子状に印刷したパターン（明は透明な透過部であり、暗は遮光部である）のうち透過部などを指すものとする。この検出用トラック５９のうち一方のスリット列はユニットがＭ系列の規則に従って配置されたＭ系列スリット列ユニットが８ユニットで１周した円形トラックであり、他方のスリット列は特定の周期で交互に光を透過・遮光させるスリット列（以下、内挿倍スリット列という。）からなる円形トラックである。さらに、残りの４本のスリット列は、Ｍ系列スリット列ユニットの境界で１ビットずつ変化するグレーコードとなるように構成された４つの円形トラックである。すなわち、図２に示す直線的なＭ系列群トラック１１、明暗トラック１２、グレーコードトラック１３〜１６を、スリット円板５５に同心円状に配置するように円形にしたものである。

以上のように構成された光学式絶対値ロータリエンコーダによれば、ＬＥＤ５６から出射された照射光がスリット円板５５のＭ系列群トラック１１、明暗トラック１２、グレーコードトラック１３〜１６を透過して受光部２に受光される。受光部２から出力されるＭ系列検出信号、内挿倍検出信号及びグレーコード検出信号がＣＰＵ５０に取り込まれ、第１の実施の形態と同様に処理されて回転方向変位情報が得られるものとなる。

なお、上記第３の実施の形態は、スリット円板を用いた透過型のロータリエンコーダであったが、反射型の光学式絶対値ロータリエンコーダを構成することもできる。図１（ａ）に示す配置において、スケール板１０に代えて回転角度の検出対象である回転体の軸を中心として回転する回転板を設ける。当該回転板には、図２に示すＭ系列群トラック１１、明暗トラック１２、グレーコードトラック１３〜１６と同一機能を奏する円形の検出トラックを同心円状に配置する。回転板に同心円状に配置された各トラックに対して対向するように受光部２の各受光素子群を配置する。これにより、透過型のロータリエンコーダにおいて上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

（第４の実施の形態）
本実施の形態に係る光学式絶対値リニアエンコーダは、第１の実施の形態に係る光学式絶対値リニアエンコーダと概略的な構成は同じである。すなわち、本実施の形態に係る光学式絶対値リニアエンコーダは、発光素子１、受光部７０、回路基板３、スケール板１０を主な構成要素として構成され、これらの構成要素が図１（ａ）に示すように配置されている。

図１３は受光部７０のスケール板１０と対向するパターン形成面の構成図である。同時に示すように、Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２、内挿倍用の受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４、グレーコード用の受光セル２１〜２４（以下、受光セルアレイＣ群２０という）が設けられている。本実施の形態では、受光セルアレイＣ群２０からＭ系列用の受光セルアレイＡ群３１１の周期３２１以上離れた位置に、グレーコード用の受光セル６１〜６４（以下、受光セルアレイＤ群６０という）が配置されている。受光セルアレイＤ群６０を構成する受光セル６１は、Ｃ群２０の受光セル２１と同様に１列目のグレーコードトラック１３に対向配置され、受光セル６２はＣ群２０の受光セル２２と同様に２列目のグレーコードトラック１４に対向配置され、受光セル６３はＣ群２０の受光セル２３と同様に３列目のグレーコードトラック１５に対向配置され、受光セル６４はＣ群２０の受光セル２４と同様に４列目のグレーコードトラック１６に対向配置される。このように、受光セルアレイＤ群６０を設けることにより、受光セルアレイＣ群２０から受光セルアレイＡ群３１１の周期３２１以上離れた位置で、同時にグレーコードトラック１３〜１６を検出可能にしている。

図１４は受光セルアレイＡ群３１１及びＢ群３１２、受光セルアレイＡ’群３１３及びＢ’群３１４、受光セルアレイＣ群２０及びＤ群６０並びにその周辺回路の回路構成図である。なお、図５に示す回路構成と同じ部分には同一符号を付している。

本実施の形態では、グレーコード用の受光セルアレイ群６０の各受光セル６１〜６４のカソード側に電源(Ｖcc)が接続されており、逆バイアス接続となっている。また受光セル６１〜６４のアノード側にそれぞれ電流電圧変換用抵抗６５−１〜６５−４が接続されており、ＣＰＵ５０がグレーコード検出信号を電圧信号として取り込めるようになされている。

次に、以上のように構成された本実施の形態の動作について説明する。
図１５は、スケール板１０が矢印８方向へ移動した場合のタイミングＴ２（図７参照）前後の内挿倍検出信号（図１５（ａ）（ｂ））、Ｍ系列検出信号（図１５（ｃ）（ｄ））、Ｃ群のグレーコード検出信号（図１５（ｅ）〜（ｈ））、Ｄ群のグレーコード検出信号（図１５（ｉ）〜（ｌ））の状態を示す図である。

図１５に示すタイミングＴ４では、グレーコード用受光セルアレイＣ群２０及びＤ群６０のいずれのグレーコード検出信号もハイレベル又はローレベルで安定している。したがって、このような安定状態ではグレーコード用受光セルアレイＣ群２０及びＤ群６０のいずれのグレーコード検出信号を用いてもグレーコードを用いた正確な位置検出が可能である。

ここで、図１５に示すタイミングＴ２１からＴ２２の範囲は、１列目のグレーコードトラック１３を検出する受光セル６１のグレーコード検出信号（図１５（ｅ））がローレベルからハイレベルに変化している期間であり、デジタル値として不安定な状態である。このようなグレーコード検出信号の不安定な期間を用いて位置検出すると大きな誤差が発生する可能性が高い。一方、受光セルアレイＡ群３１１の周期３２１以上離れた位置に配置されたＤ群６０の受光セル６１のグレーコード検出信号（図１５（ｉ））は、Ｃ群２０の受光セル出力が不安定な状態となるタイミングＴ２１からＴ２２の範囲においてローレベルで安定しており、その他のグレーコード検出信号（図１５（ｊ）〜（ｌ））も安定している。そこで、タイミングＴ２１からＴ２２の範囲ではグレーコード検出用の受光セルアレイＤ群６０のグレーコード検出信号（図１５（ｉ）〜（ｌ））を用いて位置検出を行う。本実施の形態では、タイミングＴ２１からＴ２２においてＭ系列検出信号及びグレーコード検出信号を用いて計算される位置情報（以下、Ｍ系列検出位置情報という）を、予め検出位置βとしてＣＰＵ５０に認識させておく。ＣＰＵ５０は、Ｍ系列検出位置情報が検出位置βのときは、グレーコード検出信号のいずれか一つの信号が変化するタイミングであると判断し、受光セルアレイＤ群６０のグレーコード検出信号（図１５（ｉ）〜（ｌ））を用いて位置検出を行う。これにより、タイミングＴ２１からＴ２２におけるグレーコード検出信号の信号変化に伴う誤差を除去することができる。

なお、グレーコード検出用の受光セルアレイＣ群２０のグレーコード検出信号が変化するタイミングはタイミングＴ２１からＴ２２に限られるものではなく、各変化タイミングにおいて上記同様に受光セルアレイＤ群６０のグレーコード検出信号（図１５（ｉ）〜（ｌ））を用いて位置検出を行うように切り替え制御を行う。受光セルアレイＤ群６０の受光セル６１〜６４は受光セルアレイＣ群２０の受光セル２１〜２４と位相がずれているので、受光セルアレイＣ群２０のグレーコード検出信号が変化するタイミングでは、受光セルアレイＤ群６０のグレーコード検出信号は安定した状態となる。

また、受光セルアレイＤ群６０のグレーコード検出信号（図１５（ｉ）〜（ｌ））を用いて位置検出を行う場合、グレーコード検出信号（図１５（ｉ）〜（ｌ））の何れかが変化する検出位置では、受光セルアレイＣ群２０のグレーコード検出信号（図１５（ｅ）〜（ｈ））に切り替えて位置検出を実行する。

例えば、図１５に示すタイミングＴ３１からタイミングＴ３２の範囲では、１列目のグレーコードトラック１３を検出する受光セル６１のグレーコード検出信号（図１５（ｉ））がローレベルからハイレベルに変化している期間であり、デジタル値として不安定な状態である。このようなグレーコード検出信号の不安定な期間を用いて位置検出すると大きな誤差が発生する可能性が高い。一方、受光セルアレイＡ群３１１の受光セル２１のグレーコード検出信号（図１５（ｅ））は、ハイレベルで安定しており、その他のグレーコード検出信号（図１５（ｆ）〜（ｈ））も安定している。上記同様に、タイミングＴ３１からＴ３２において計算されるＭ系列検出位置情報を、予め検出位置γとしてＣＰＵ５０に認識させておく。ＣＰＵ５０は、Ｍ系列検出位置情報が検出位置γのときは、グレーコード検出信号のいずれか一つの信号が変化するタイミングであると判断し、位置検出に用いるグレーコード検出信号を受光セルアレイＣ群２０のグレーコード検出信号（図１５（ｅ）〜（ｌ））に切り替えて位置検出を行う。これにより、タイミングＴ３１からＴ３２におけるグレーコード検出信号の信号変化に伴う誤差を除去することができる。

このように本実施の形態によれば、Ｃ群２０又はＤ群６０のグレーコード検出信号が信号変化するタイミングでは他方の安定したグレーコード検出信号に切り替えて位置検出を行うので、グレーコード検出信号の読み誤りを防ぐことができ、正確な絶対位置検出が可能になる。

なお、上記第２の実施の形態、第３の実施の形態及びこれらの変形例においても、上記第４の実施の形態と同様にＣ群２０及びＤ群６０といった位相をずらした２系統のグレーコード検出信号を検出する構成とし、一方のグレーコード検出信号の信号変化点では安定している他方のグレーコード検出信号に切り替えて位置検出を行うように構成しても良い。

本発明の光学式絶対値エンコーダは、半導体装置、製造装置、工作機械等において直線位置又は回転角度の絶対変位量を計測するセンサとして適用可能である。

（ａ）第１の実施の形態に係る光学式絶対値リニアエンコーダの概略構成図、（ｂ）同図（ａ）に示す回路基板をスケール板側から眺めた平面図図１に示すスケール板の構成を示す構成説明図図２に示すスケール板の一部分を拡大した部分拡大図図１に示す受光素子の平面図第１の実施の形態の受光素子及びその周辺回路の回路構成図グレーコードを位置検出値に変換するテーブル構成図検出タイミングＴ１でのスケール板の検出位置を示す図第１の実施の形態における各検出信号の波形を示す動作説明図第１の実施の形態においてあるタイミングでの受光素子とＭ系列トラックとの関係を示す図第２の実施の形態に係る光学式絶対値リニアエンコーダの概略構成図第３の実施の形態に係る光学式絶対値ロータリエンコーダの概略構成図第３の実施の形態におけるスリット円板の部分平面図第４の実施の形態に係る光学式絶対値リニアエンコーダにおける受光素子の平面図第４の実施の形態における受光素子及びその周辺回路の回路構成図第４の実施の形態における各検出信号の波形を示す動作説明図従来の光学式絶対値エンコーダの概略的な構成図従来の光学式絶対値エンコーダにおけるスケール板の全体構成図図１７に示すスケール板のパターン形成面の部分拡大図従来の光学式絶対値エンコーダにおける受光セルパターンの平面図

符号の説明

１発光素子
２、７０受光素子
３回路基板
４ａ反射部
４ｂ非反射部
１０、３０スケール板
１１Ｍ系列群トラック
１２明暗トラック
１３〜１６グレーコードトラック
２０受光セルアレイＣ群
２１〜２４受光セル（Ｃ群）
３１−１〜３１−８受光セル（Ａ群）
３２−１〜３２−８受光セル（Ｂ群）
３３−１〜３３−６受光セル（Ａ’群）
３４−１〜３４−６受光セル（Ｂ’群）
５０ＣＰＵ
６０受光セルアレイＤ群
６１〜６４受光セル（Ｄ群）

Claims

照射光を出射する発光部と、前記発光部から照射光が入射するスケール板と、前記スケール板から前記照射光を受光する受光部と、前記受光部から出力された検出信号を処理して絶対位置情報を得る回路ユニットとを備えた光学式絶対値エンコーダであって、
前記スケール板は、
Ｍ系列の規則に基づいて入射光を反射する反射パターンからなるＭ系列ユニットを複数ユニット連続配置してなるＭ系列群トラックと、前記Ｍ系列群トラックに併設され一定周期で入射光を反射する明暗格子からなる明暗トラックと、前記Ｍ系列群トラックに併設され前記Ｍ系列ユニットに対応したグレーコードとなるように反射領域がパターニングされた複数のグレーコードトラックとを備え、
前記受光部は、
前記Ｍ系列群トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つのＭ系列用受光素子群と、前記明暗トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つの内挿倍用受光素子群と、前記各グレーコードトラックと対向する位置にそれぞれ配置されたグレーコード用受光素子群とを備え、
前記回路ユニットは、
前記Ｍ系列用受光素子群から出力されるＭ系列検出信号と、前記内挿倍用受光素子群から出力される内挿倍検出信号と、前記グレーコード用受光素子群から出力されるグレーコード検出信号とを組み合わせて絶対位置情報を得ることを特徴とする光学式絶対値エンコーダ。
照射光を出射する発光部と、前記発光部から照射光が入射するスケール板と、前記スケール板を挟んで前記発光部に対向配置され前記スケール板を透過した照射光を受光する受光部と、前記受光部から出力された検出信号を処理して絶対位置情報を得る回路ユニットとを備えた光学式絶対値エンコーダであって、
前記スケール板は、
Ｍ系列の規則に基づいて入射光を透過及び遮光するスリット列からなるＭ系列ユニットを複数ユニット連続配置してなるＭ系列群トラックと、前記Ｍ系列群トラックに併設され一定周期で入射光を透過及び遮光する明暗格子からなる明暗トラックと、前記Ｍ系列群トラックに併設され前記Ｍ系列ユニットに対応したグレーコードとなるように透過及び遮光領域がパターニングされた複数のグレーコードトラックとを備え、
前記受光部は、
前記Ｍ系列群トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つのＭ系列用受光素子群と、前記明暗トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つの内挿倍用受光素子群と、前記各グレーコードトラックと対向する位置にそれぞれ配置されたグレーコード用受光素子群とを備え、
前記回路ユニットは、
前記Ｍ系列用受光素子群から出力されるＭ系列検出信号と、前記内挿倍用受光素子群から出力される内挿倍検出信号と、前記グレーコード用受光素子群から出力されるグレーコード検出信号とを組み合わせて絶対位置情報を得ることを特徴とする光学式絶対値エンコーダ。
照射光を出射する発光部と、回転角度の検出対象である回転体の軸を中心として回転する回転板と、前記回転板から前記照射光を受光する受光部と、前記受光部から出力された検出信号を処理して前記回転板の回転方向変位情報を得る回路ユニットとを備えた光学式絶対値エンコーダであって、
前記回転板は、
Ｍ系列の規則に基づいて入射光を反射する反射パターンからなるＭ系列ユニットを回転中心から所定距離離れた位置に円状に複数ユニット連続配置してなるＭ系列群トラックと、前記Ｍ系列群トラックと同心円状に設けられ一定周期で入射光を反射する明暗格子からなる明暗トラックと、前記Ｍ系列群トラックと同心円状に設けられ前記Ｍ系列ユニットに対応したグレーコードとなるように反射領域がパターニングされた複数のグレーコードトラックとを備え、
前記受光部は、
前記Ｍ系列群トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つのＭ系列用受光素子群と、前記明暗トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つの内挿倍用受光素子群と、前記各グレーコードトラックと対向する位置にそれぞれ配置されたグレーコード用受光素子群とを備え、
前記回路ユニットは、
前記Ｍ系列用受光素子群から出力されるＭ系列検出信号と、前記内挿倍用受光素子群から出力される内挿倍検出信号と、前記グレーコード用受光素子群から出力されるグレーコード検出信号とを組み合わせて絶対値回転位置情報を得ることを特徴とする光学式絶対値エンコーダ。
照射光を出射する発光部と、前記発光部から照射光が入射する回転板と、前記回転板を挟んで前記発光部に対向配置され前記回転板を透過した照射光を受光する受光部と、前記受光部から出力された検出信号を処理して前記回転板の回転方向変位情報を得る回路ユニットとを備えた光学式絶対値エンコーダであって、
前記回転板は、
Ｍ系列の規則に基づいて入射光を透過及び遮光するスリット列からなるＭ系列ユニットを回転中心から所定距離離れた位置に円状に複数ユニット連続配置してなるＭ系列群トラックと、前記Ｍ系列群トラックと同心円状に設けられ一定周期で入射光を透過及び遮光する明暗格子からなる明暗トラックと、前記Ｍ系列群トラックと同心円状に設けられ前記Ｍ系列ユニットに対応したグレーコードとなるように透過及び遮光領域がパターニングされた複数のグレーコードトラックとを備え、
前記受光部は、
前記Ｍ系列群トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つのＭ系列用受光素子群と、前記明暗トラックと対向する位置に配置され、かつ、それぞれが複数個の受光素子からなる２つの内挿倍用受光素子群と、前記各グレーコードトラックと対向する位置にそれぞれ配置されたグレーコード用受光素子群とを備え、
前記回路ユニットは、
前記Ｍ系列用受光素子群から出力されるＭ系列検出信号と、前記内挿倍用受光素子群から出力される内挿倍検出信号と、前記グレーコード用受光素子群から出力されるグレーコード検出信号とを組み合わせて絶対値回転位置情報を得ることを特徴とする光学式絶対値エンコーダ。
前記受光部は、前記各グレーコードトラックと対向する位置で、かつ、前記グレーコード用受光素子群から前記スケール板の移動方向又は前記回転板の径方向へ少なくとも前記Ｍ系列用受光素子と同一ピッチだけ離れた位置にそれぞれ配置された切替用のグレーコード用受光素子群を備え、
前記回路ユニットは、前記グレーコード用受光素子群から出力されるグレーコード検出信号が不安定な期間は、位置検出に用いるグレーコード検出信号を前記切替用のグレーコード用受光素子群から出力されるグレーコード検出信号に切替えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の光学式絶対値エンコーダ。
前記回路ユニットは、Ｍ系列検出信号及び内挿倍検出信号を用いて該当するＭ系列ユニット内での位置情報を計算する一方、各Ｍ系列ユニットの位置情報と各グレーコードとを対応させたテーブルを参照してグレーコード検出信号に対応した位置情報を取得して最終的な位置情報を算出することを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の光学式絶対値エンコーダ。
請求項１から請求項６の何れかに記載の光学式絶対値エンコーダと、
前記光学式絶対値エンコーダから出力される絶対位置情報を用いて位置制御される移動体と、を備えた移動装置。