JP2007127533A - 光学式絶対値エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】高分解能化と絶対値化を同時に実現できると共にスケールと受光素子のギャップの管理を容易化すること。
【解決手段】事前にスケール板１０と回路基板１１とを相対移動させてＭ系列信号と補正値を対応させた補正値テーブルをメモリ内に格納する。位相補正手段１９は、Ｍ系列用受光セルアレイ群４３，４４から出力されるＭ系列信号に基づいて対応する補正値をメモリから読み出して位相ずれを補正する。位置検出手段１８は、Ｍ系列信号と補正された第１内挿倍信号及び第２内挿倍信号を組み合わせて絶対位置情報を得る。
【選択図】図１

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関する。

近年、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エンコーダは、高分解能化および絶対値化が図られている。

特許文献１には、Ｍ系列スリット列、第１内挿倍スリット列及び第２内挿倍スリット列からなる検出用トラックを有するスケールを介して、発光素子（ＬＥＤ）から照射される照射光を受光素子が検出する検出光学系が提案されている。受光素子を搭載するプリント基板にＣＰＵを設け、該ＣＰＵにおいて受光素子からＭ系列スリット列、第１内挿倍スリット列及び第２内挿倍スリット列に対応して出力されるＭ系列信号、第１内挿倍信号、第２内挿倍信号を組み合わせて絶対値情報を得ている。

特許文献２には、第２内挿倍信号検出用のトラックを凹凸格子で構成し、Ｍ系列信号及び第１内挿倍信号を得る第１発光素子及び第１受光素子と、第２内挿倍信号を得る第２発光素子及び第２受光素子とで光学系を分離する構成が提案されている。第２発光素子及び第２受光素子で構成される干渉縞検出光学系で干渉縞を受光して、第２内挿倍信号を高周波化することで、高分解能化を実現している。
特開２００１−１９４１８５号公報 特開２００３−２７９３８４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された光学式絶対値エンコーダにおいて、更なる高分解能化を実現するためには、第２内挿倍スリット列のスリットピッチを小さくしなければならない。そのためには、受光素子とスケールのギャップを非常に小さくしなければならず、ギャップの管理が困難になる問題がある。

また、特許文献２に開示された光学式絶対値エンコーダは、第２内挿倍信号検出用のトラック（凹凸格子）による干渉縞を検出するので、第２内挿倍信号はギャップに依存しない。しかし、第１内挿倍スリット列によって検出される第１内挿倍信号と第２内挿倍信号との位相を一致させなければならないので、依然としてスケールと受光素子のギャップの管理が要求され、僅かなギャップ変動によっても位置検出誤差が発生する問題がある。

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、高分解能化と絶対値化を同時に実現できると共にスケールと受光素子のギャップの管理を容易にし得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、Ｍ系列情報に基づいて反射と透過を繰り返すＭ系列トラックと、所定周期で反射と透過を繰り返す第１内挿倍トラックと、前記第１内挿倍トラックの１／Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の周期の凹凸格子からなる第２内挿倍トラックと、が設けられたスケールと、前記Ｍ系列トラック及び前記第１内挿倍トラックと対向する位置に配置された第１発光素子と、前記Ｍ系列トラックと対向する位置に配置された複数の受光セルからなり前記Ｍ系列トラックからの光を検出してＭ系列信号を出力するＭ系列用受光セル群と、前記第１内挿倍トラックと対向する位置に配置された複数の受光セルからなり前記第１内挿倍トラックからの光を検出して第１内挿倍信号を出力する第１内挿倍用受光セル群とを備えた第１受光素子と、前記第２内挿倍トラックと対向する位置に配置された第２発光素子と、前記第２内挿倍トラックと対向する位置に配置された複数の受光セルからなり前記第２内挿倍トラックからの光を検出して第２内挿倍信号を出力する第２受光素子と、少なくとも前記第１受光素子、前記第２発光素子及び前記第２受光素子が搭載され前記スケールと相対移動する回路基板と、前記第１内挿倍信号と前記第２内挿倍信号との位相ずれを補正する位相補正手段と、前記Ｍ系列信号と前記位相補正手段で補正された第１内挿倍信号及び第２内挿倍信号を組み合わせて絶対位置情報を得る位置検出手段と、を具備したことを特徴とする。

以上のように構成された光学式絶対値エンコーダによれば、第１内挿倍信号と第２内挿倍信号との位相ずれを補正することにより、位置検出誤りを除去し、高分解能化及び製造コストの低減が可能となる。

また本発明の光学式絶対値エンコーダは、Ｍ系列情報に基づいて反射と透過を繰り返すＭ系列トラックと、所定周期で反射と透過を繰り返す第１内挿倍トラックと、前記第１内挿倍トラックの１／Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の周期の凹凸格子からなる第２内挿倍トラックと、が円周方向に沿って設けられた回転板と、前記Ｍ系列トラック及び前記第１内挿倍トラックと対向する位置に配置された第１発光素子と、前記Ｍ系列トラックと対向する位置に配置された複数の受光セルからなり前記Ｍ系列トラックからの光を検出してＭ系列信号を出力するＭ系列用受光セル群と、前記第１内挿倍トラックと対向する位置に配置された複数の受光セルからなり前記第１内挿倍トラックからの光を検出して第１内挿倍信号を出力する第１内挿倍用受光セル群とを備えた第１受光素子と、前記第２内挿倍トラックと対向する位置に配置された第２発光素子と、前記第２内挿倍トラックと対向する位置に配置された複数の受光セルからなり前記第２内挿倍トラックからの光を検出して第２内挿倍信号を出力する第２受光素子と、少なくとも前記第１受光素子、前記第２発光素子及び前記第２受光素子が搭載され前記回転板と相対移動する回路基板と、前記第１内挿倍信号と前記第２内挿倍信号との位相ずれを補正する位相補正手段と、前記Ｍ系列信号と前記位相補正手段で補正された第１内挿倍信号及び第２内挿倍信号を組み合わせて絶対位置情報を得る位置検出手段と、を具備したことを特徴とする。

以上のように構成された光学式絶対値エンコーダによれば、第１内挿倍信号と第２内挿倍信号との位相ずれを補正することにより、位置検出誤りを除去し、高分解能化及び製造コストの低減が可能となる。

また本発明は、上記光学式絶対値エンコーダにおいて、前記回路基板上にＭ系列信号と補正値を対応させた補正値テーブルが格納されたメモリを備え、前記位相補正手段は、前記Ｍ系列用受光セル群から出力されるＭ系列信号に基づいて対応する補正値を前記メモリから読み出して位相ずれを補正することを特徴とする。

これにより、補正値テーブルにＭ系列信号と補正値を対応させて登録しているので、位置検出時に得られるＭ系列信号に基づいて対応する補正値を読み出して第１内挿倍信号と第２内挿倍信号との位相ずれを補正することにより、Ｍ系列信号が示す各絶対位置にしたがって各絶対位置での位相ずれを補正することができ。

なお、補正テーブルは、事前に前記スケール又は回転板と前記回路基板とを相対移動させて取り込んだ各Ｍ系列信号と、前記各Ｍ系列信号位置にて取り込まれた第１内挿倍信号と第２内挿倍信号との位相差からなる補正値と、で構成されることができる。

上記光学式絶対値エンコーダが組み込まれ、当該光学式絶対値エンコーダにて移動部の変位を検出することを特徴とする移動装置を構成することができる。

本発明によれば、光学式絶対値エンコーダにおいて高分解能化と絶対値化を同時に実現できると共にスケールと受光素子のギャップの管理を容易にすることができる。

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。
図１は本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を示す構成説明図であり、図２（ａ）は第１発光素子及び第１受光素子に沿った側断面構造を示す模式図、図２（ｂ）は第２発光素子及び第２受光素子に沿った側断面構造を示す模式図である。図１及び図２を参照して本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を説明する。

本実施の形態に係る光学式絶対値リニアエンコーダは、検出用トラック（Ｍ系列トラック、第１内挿倍トラック及び第２内挿倍トラック）を有するスケール板（図１には現れていない）１０と、このスケール板１０から所定距離だけ離れて対向配置された回路基板１１と、この回路基板１１に搭載又は独立して配置された平行光を発する第１発光素子１２とを備えて構成される。スケール板１０と回路基板１１とは矢印８０又は８１方向に相対移動する。

図１に示すように、回路基板１１には、第１発光素子１２から移動方向と直交方向にずれた位置に第２発光素子１３が設けられている。第１発光素子１２に近接して第１受光素子１４が設けられ、第２発光素子１３に近接して第２受光素子１５が設けられている。回路基板１１にはマイクロコンピュータ２０が搭載されている。マイクロコンピュータ２０は第１及び第２受光素子１４，１５から出力される検出信号から位置検出を行う位置検出手段１８としての機能と検出信号の位相を補正する位相補正手段１９としての機能とを備える。

図２に示すように、第１発光素子１２からスケール板１０に対して照射された光がスケール板１０で反射して第１受光素子１４へ入射して検出されるＭ系列及び第１内挿倍光学系が構成される。また、第２発光素子１３からスケール板１０に対して照射された光がスケール板１０で干渉して生成された干渉縞が第２受光素子１５へ入射して検出される第２内挿倍光学系が構成される

図３（ａ）は回路基板１１側からスケール板１０を眺めた部分平面図であり、図３（ｂ）は同図（ａ）に示すＡ−Ａ´線矢視断面図である。スケール板１０はガラス材料等の透光性基板で形成されている。このスケール板１０の一方の面である回路基板１１との対向面に検出用トラックが形成されている。検出用トラックは、Ｍ系列に従った反射パターンからなるＭ系列トラック７０、周期的に光を反射及び遮光する明暗格子によって形成された第１内挿倍トラック６０、線状の凹凸格子で形成された第２内挿倍トラック５０から構成される。第２内挿倍トラック５０は、第２発光素子１３からの光の１／４波長の深さｄを有し、所定周期でスケール移動方向８０，８１に沿って連続形成されている。以下、第２内挿倍トラック５０の凹凸格子の周期Ｐｄを位相差周期と呼ぶものとする。第２内挿倍トラック５０の凹凸格子上には非常に薄い反射膜が形成されている。なお、第２内挿倍トラック５０の凹凸格子の位相差周期Ｐｄは、第１内挿倍トラック７０の周期Ｐａの１／ｐ倍である。ｐは適当な整数である。

ここで、Ｍ系列とは、Ｎを自然数とし、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、外観上不規則な系列に似ているものである。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、Ｍ系列内では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。このＭ系列トラックは、このＭ系列の１を反射部１２ａ、０を透過部１２ｂとして、２^Ｎ個の明暗格子を有する。

図４は第１受光素子１４の構成を示す平面図である。図４の斜線で示した領域は、それぞれが光を感じる感帯部である受光セルを示し、その他の領域は光を検出しない不感帯を示している。第１受光素子１４は、図４の最上段に位置する８個の受光セルから構成される受光セルアレイＡ群４３、上から２段目に位置する８個の受光セルから構成される受光セルアレイＢ群４４、左下に位置する６個の受光セルから構成される受光セルアレイＡ’群４５、右下に位置する６個の受光セルから構成される受光セルアレイＢ’群４６から構成される。

受光セルアレイＡ群４３，Ｂ群４４は、スケール板１０のＭ系列トラックであるＭ系列トラック７０（図３参照）に対向して配置されており、第１発光素子１２から照射されてＭ系列トラック７０の反射部１２ａで反射した反射光を検出してＭ系列信号を出力する。受光セルアレイＡ´群４５，Ｂ´群４６は、スケール板１０の第１内挿倍トラック６０（図３参照）に対向して配置されており、第１発光素子１２から照射されて第１内挿倍トラック６０の反射部１３ａで反射した反射光を検出して第１内挿倍信号を出力する。Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群４３，Ｂ群４４では１群の受光セルアレイに受光セルが８個あることから１群で８ビットのＭ系列を検出できる。受光セルアレイＡ群４３，Ｂ群４４の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Ｐａ（以下、Ｍ系列用周期ピッチＰａという。）は、電気角で３６０°である。受光セルアレイＡ群４３、Ｂ群４４の位相差を電気角で１８０°とするため、図４の位相差Ｐ５の距離は、Ｍ系列用周期ピッチＰａの半分、つまり、Ｐａ／２とする。

一方、第１内挿倍用の受光セルアレイＡ´群４５の６個の受光セルと受光セルアレイＢ´群４６の６個の受光セルは、それぞれ電気的に並列接続となっている（つまり６個の受光セルから出力される信号の和信号となる）。また、受光セルアレイＡ´群４５，Ｂ’群の周期ピッチ（以下、第１内挿倍用周期ピッチという。）Ｐ２，Ｐ３はＭ系列検出用周期ピッチＰ１と同じ値、つまり、第１内挿倍用周期ピッチはＰａとなるように設けられている。

第１内挿倍用周期ピッチＰａ（＝Ｐ２＝Ｐ３）を電気角で３６０°とした場合に、受光セルアレイＡ´群４５，Ｂ群２３Ｂ’の位相差を９０°もしくは２７０°の電気角の位相差に設定するためには、図４の位相差となる距離Ｐ４を、Ｐａ／４または３Ｐａ／４とすることにより達成される。なお、本実施の形態では説明の具体化のため距離Ｐ４はＰａ／４であるとして説明する。

さらに、Ｍ系列用の受光セルアレイＢ群４４と第１内挿倍検出用の受光セルアレイＡ´群４５とは適当な位相差にて配置されるが、本実施の形態では、受光セルアレイＢ群４４と受光セルアレイＡ´群４５との機械角が同位相となるように配置されている。

続いて、第２発光素子１３、第２受光素子１５について説明する。図５（ａ）に第２発光素子１３を、図５（ｂ）に第２受光素子１５をそれぞれ示す。この図でスケール板１０の移動方向は矢印８０，８１の方向である。第２発光素子１３は、数μｍの発光領域２４に、複数の遮光領域２３を配置して明暗パターンが形成されている。この明暗パターンの周期は、第２内挿倍トラック５０の位相差周期Ｐｂと同じ周期である。発光領域２４および遮光領域２３は、スケール板１０の移動方向８０，８１に対して垂直方向に形成されている。このような光は第２内挿倍トラック５０（図３参照）上で干渉縞を生じることになる。

次に、図５（ｂ）において、第２受光素子１５は、それぞれ独立した光を検出するための４個の受光セルアレイＡ”群３１，受光セルアレイＢ”群３２，Ｃ”群３３，Ｄ”群３４が配置されている。これら４個の受光セルアレイＡ”群３１，Ｂ”群３２，Ｃ”群３３，Ｄ”群３４は、スケール板１０の第２内挿倍トラック５０（図３参照）の位相差周期Ｐｂと同じ周期で、スケール板１０の移動方向（矢印８０，８１方向）に対して垂直方向に形成された感帯部により構成される。

第２受光素子１５は、詳しくは図６に示すように構成される。図６の斜線で示した領域は、それぞれが光を感じる感帯部である受光セルを示し、その他の領域は光を検出しない不感帯を示している。そして、第２受光素子１５は、図６の下段左側に位置する６個の受光セルから構成される受光セルアレイＡ”群３１、下段右側に位置する６個の受光セルから構成される受光セルアレイＢ”群３２、上段左側に位置する６個の受光セルから構成される受光セルアレイＣ”群３３、および、上段右側に位置する６個の受光セルから構成される受光セルアレイＤ”群３４から構成されている。Ａ”群３１，Ｂ”群３２，Ｃ”群３３およびＤ”群３４において、各受光セルは、それぞれ電気的に並列に接続されている（つまり同じ群にある６個の受光セルから出力される信号の和信号となる）。

隣接する２つの受光セル間のピッチＰ６（＝Ｐｂ）とすると、Ｐ７は０．２５Ｐｂ、Ｐ８は０．５Ｐｂ、Ｐ９は１．２５Ｐｂの距離となる。このように配置することで、スケール板１０の第２内挿倍トラック５０（図３参照）の１周期ピッチが電気角３６０゜に対応する周期信号であり、Ａ”群とＢ”群との位相差は、（９０＋α×３６０）゜に、Ａ”群とＣ”群との位相差は、（１８０＋β×３６０）゜に、Ａ”群とＤ”群との位相差は、（２７０＋γ×３６０）゜にそれぞれなる。ここに、α，β，γは適当な任意の整数である。本実施の形態ではＡ”群とＢ”群との位相差は９０゜であり、Ａ”群とＣ”群との位相差は１８０゜であり、Ａ”群とＤ”群との位相差は２７０゜である。

次に、以上のように構成された光学式絶対値エンコーダの動作について説明する。最初に、絶対値情報確立までの動作原理について説明する。
図２（ａ）で示すように、第１発光素子１２からの照明光は、スケール板１０のＭ系列トラック７０と第１内挿倍トラック６０を照明し、反射部での反射により光が多い領域（明領域）と透過部での透過により反射光が少ない領域（暗領域）とを含む反射光が第１受光素子１４へ入射される。第１受光素子１４の各受光セルは光量に比例して光電流信号を出力する。具体的には、図７に示すＭ系列信号７１，７２及び第１内挿倍信号７５，７６を出力する。

一方、第２発光素子１３から照射された光線は、スケール板１０を照明すると、スケール板１０の第２内挿倍トラック５０の凹凸格子（図３（ｂ）参照）により回折しつつ反射膜により反射して発生した±１次回折光により、図８で示すように、所定の位置に干渉縞６２が発生する。そして、この干渉縞６２が第２受光素子１５へ入射する。

なお、干渉縞６２の明暗領域により第２受光素子１５の各受光セルで光量が変化するが、干渉縞６２が第２受光素子１５の受光面でスケール板１０の移動速度の２倍の速度で移動するように受光されるため、第２内挿倍トラック５０の凹凸格子の位相差周期（＝Ｐｂ）の１／２周期で、９０゜位相差の４相光電流信号を得られる。このため、図７で示すように第１内挿倍信号７５，７６の一周期の信号を得る期間で第２内挿倍信号７３，７４を４周期得られている。

このように、第１受光素子１４の受光セルアレイＡ群４３，Ｂ群４４は、Ｍ系列トラック７０による反射光を受光して、光電流信号であるＭ系列信号７１，７２を出力する。第１受光素子１４の受光セルアレイＡ’群４５，Ｂ’群４６は、第１内挿倍トラック６０による反射光を受光して、光電流信号である第１内挿倍信号７５，７６を出力する。第２受光素子１５の受光セルアレイＡ”群３１，Ｂ”群３２，Ｃ”群３３，Ｄ”群３４は、第２内挿倍トラック５０による干渉縞を受光して、光電流信号である第２内挿倍信号７３，７４を出力する。図７では、Ｍ系列用の受光セルアレイＡ群の中の１個の受光セルからのＭ系列信号７１、Ｍ系列用の受光セルアレイＢ群の中の一個の受光セルからのＭ系列信号７２、第１内挿倍用の受光セルアレイＡ’群，Ｂ’群からの第１内挿倍信号７５，７６及び第２内挿倍用の受光セルアレイＡ”群，Ｂ”群からの第２内挿倍信号７３，７４が図示されている。その他の信号は省略している。

これらＭ系列信号，第１内挿倍信号，第２内挿倍信号は、電流電圧変換用抵抗でＩ／Ｖ変換され、コンパレータ等により波形整形されたのちに、マイクロコンピュータ２０に取り込まれる。

次に、マイクロコンピュータ２０の一機能である位相補正手段１９の処理内容について詳しく説明する。
図９、図１０はスケール板１０と回路基板１１（受光素子表面）とのギャップ変動を模式的に示した図である。設計上のギャップｄ０に対してギャップ変動により変動した変動後のギャップがｄ１、ｄ２である。

図１１はスケール板１０と受光素子（１４，１５）のギャップが設計値ｄ０での第１内挿倍信号７５及び第２内挿倍信号７３に対するｄ１又はｄ２での第１内挿倍信号及び第２内挿倍信号の位相ずれの様子を示す図である。同図に示すように、設計値ｄ０での第１内挿倍信号７５に対してギャップｄ１での第１内挿倍信号８２は位相が左方向にずれ、ギャップｄ２での第１内挿倍信号８３は位相が右方向にずれている。一方、第２内挿倍信号７３の場合、第２内挿倍トラック５０を形成する凹凸格子によってスケール板１０から広い領域に亘り等しい干渉縞６２が発生するため、ギャップ変動による第２内挿倍信号の位相ずれは生じない。

したがって、第１内挿倍信号の位相ずれに起因して、第１内挿倍信号と第２内挿倍信号との間に位相ずれ８１又は８４が生じ、この位相ずれ量が第２内挿倍信号の周期を超えると、第１内挿倍信号と第２内挿倍信号とを組み合わせて検出される絶対位置が第２内挿倍信号分だけずれてしまう。

そこで、本実施の形態では、位相補正手段１９において、第１内挿倍信号と第２内挿倍信号の位相ずれ補正を行う。補正値取得処理とその補正値を用いた位相補正の２つに分けて説明する。

図１２は補正値取得処理のフローチャートである。先ず、スケール板１０と回路基板１１とを矢印８０又は８１方向に相対移動させて、その時に得られるＭ系列信号、第１内挿倍信号及び第２内挿倍信号を用いて以下の処理を実行する。矢印８０又は８１方向に相対移動を開始後、ステップＳ１では、マイクロコンピュータ２０に現在位置でのＭ系列信号ｍ１を取り込み、ステップＳ２ではステップＳ１で取得したＭ系列信号ｍ１を図１３に示す補正値テーブルに書き込む。補正値テーブルはマイクロコンピュータ２０内のメモリ又は回路基板１１上の外部メモリ内に作成される。ステップＳ３では、Ｍ系列信号ｍ１と同位置とみなせるタイミングでマイクロコンピュータ２０に第１内挿倍信号を取り込み、ステップＳ４ではＭ系列信号ｍ１と同位置とみなせるタイミングでマイクロコンピュータ２０に第２内挿倍信号を取り込む。好ましくは、Ｍ系列信号ｍ１、第１内挿倍信号、第２内挿倍信号を同時にサンプリングしてマイクロコンピュータ２０に取り込むものとする。ステップＳ５では、ステップＳ３、Ｓ４で取り込んだ第１内挿倍信号と第２内挿倍信号との位相差ｈ１を求め、ステップＳ６ではステップＳ５で求めた位相差ｈ１を図１３に示す補正テーブルのＭ系列検出信号ｍ１に対応するアドレスに補正値として格納する。以上の処理により、図１３に示す補正テーブルにＭ系列検出信号ｍ１と補正値ｈ１が格納される。以降、矢印８０又は８１方向への相対移動期間内に所定周期で図１２に示す処理を繰り返し、図１３に示す補正テーブルに各位置におけるＭ系列検出信号（ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）と補正値（ｈ２、ｈ３、ｈ４、・・・）とを格納していく。

図１４は第１内挿倍信号と第２内挿倍信号との位相ずれの補正処理に関するフローチャートである。ステップＳ１１ではＭ系列信号ｍ１を取得し、ステップＳ１２において図１３に示す補正値テーブルから当該Ｍ系列信号ｍ１に対応する補正値ｈ１を取得する。さらに、ステップＳ１３でＭ系列信号ｍ１に対応した第１内挿倍信号を取得し、ステップＳ１４でＭ系列信号ｍ１に対応した第２内挿倍信号を取得する。ステップＳ１５では、ステップＳ１２で取得した補正値ｈ１を用いてＭ系列信号ｍ１に対応した第１内挿倍信号と第２内挿倍信号との間の位相差を補正する。

ここで、図１１に示すように設定値ｄ０での第１内挿倍信号と第２内挿倍信号との位相差が０であったとする。この場合、設定値ｄ０での第１内挿倍信号７５とギャップ変動後のギャップｄ１での第１内挿倍信号８２との位相ずれ量８１３は、第２内挿倍信号７３とギャップ変動後の第１内挿倍信号８２との位相ずれ量と同じ値となる。第２内挿倍信号７３はギャップ変動の前後で位相が変化しないからである。したがって、第１内挿倍信号８２と第２内挿倍信号７３との位相差を補正値として用いて補正することによりギャップ変動に伴う位相差は完全に補正することができる。また、ギャップｄ２についても同様である。

マイクロコンピュータ２０における位置検出手段１８は、第２内挿倍信号及びＭ系列信号と位相補正手段１９により補正された第１内挿倍信号とを組み合わせることにより絶対位置情報を得る。

このように本実施の形態によれば、第１内挿倍信号と第２内挿倍信号との位相差からギャップ変動後の第１内挿倍信号の位相ずれを検出し、第１内挿倍信号の位相ずれを、上記位相差を補正値として用いて補正し、補正後の第１内挿倍信号と第２内挿倍信号及びＭ系列信号との組み合わせで絶対位置情報を得るので、ギャップ変動に起因した検出誤差を防止することができる。

なお、本実施の形態では、光学式絶対値エンコーダの一具体例である光学式絶対値リニアエンコーダについて説明したが、本発明は光学式絶対値リニアエンコーダに限定するものではなく、電気角を検出するようにした光学式絶対値ロータリエンコーダにも勿論適用可能である。光学式絶対値リニアエンコーダは発光素子と受光素子を一体に取り付けた検出部とスケール板と相対的に移動させる構成であるのに対し、光学式絶対値ロータリエンコーダは上記検出用トラックの形成されたスリット円板を回転させる点で相違するものの下位信号は電気角θを用いるなどその原理は同じである。本発明を適用した光学式ロータリエンコーダでも高分解能化を実現できる。

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。

本発明の一実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダの概略構成図 （ａ）図１における第１発光素子及び第１受光素子に沿った側断面構造を示す模式図、（ｂ）図１における第２発光素子及び第２受光素子に沿った側断面構造を示す模式図 （ａ）スケールの部分平面図、（ｂ）図３（ａ）に示すＡ−Ａ´線矢視断面図 上記実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダが備える第１受光素子の受光セルアレイ群の概略構成図 （ａ）第２発光素子の斜視図、（ｂ）第２受光素子の斜視図 第２受光素子の受光セルアレイの構成を示す平面図 本実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダの検出信号の波形図 本実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダにおける干渉縞検出光学系の原理図 スケール板と回路基板（受光素子）とのギャップ例を示す図 異なるギャップでの第１発光素子−スケール板−回路基板の光路を示す図 第１内挿倍信号と第２内挿倍信号との位相ずれを示す波形図 上記実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダにおける補正値取得処理を示すフローチャート 上記実施の形態における補正値テーブルの構成図 上記実施の形態に係る光学式絶対値エンコーダにおける位相補正処理を示すフローチャート

符号の説明

１０ スケール板
１１ 回路基板
１２ 第１発光素子
１３ 第２発光素子
１４ 第１受光素子
１５ 第２受光素子
１８ 位置検出手段
１９ 位相補正手段
２０ マイクロコンピュータ
４３ 受光セルアレイＡ群
４４ 受光セルアレイＢ群
４５ 受光セルアレイＡ´群
４６ 受光セルアレイＢ´群
５０ 第２内挿倍トラック
６０ 第１内挿倍トラック
６２ 干渉縞
７０ Ｍ系列トラック
７１，７２ Ｍ系列信号
７３，７４ 第２内挿倍信号
７５，７６ 第１内挿倍信号

Claims (5)

1. Ｍ系列情報に基づいて反射と透過を繰り返すＭ系列トラックと、所定周期で反射と透過を繰り返す第１内挿倍トラックと、前記第１内挿倍トラックの１／Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の周期の凹凸格子からなる第２内挿倍トラックと、が設けられたスケールと、
   前記Ｍ系列トラック及び前記第１内挿倍トラックと対向する位置に配置された第１発光素子と、
   前記Ｍ系列トラックと対向する位置に配置された複数の受光セルからなり前記Ｍ系列トラックからの光を検出してＭ系列信号を出力するＭ系列用受光セル群と、前記第１内挿倍トラックと対向する位置に配置された複数の受光セルからなり前記第１内挿倍トラックからの光を検出して第１内挿倍信号を出力する第１内挿倍用受光セル群とを備えた第１受光素子と、
   前記第２内挿倍トラックと対向する位置に配置された第２発光素子と、
   前記第２内挿倍トラックと対向する位置に配置された複数の受光セルからなり前記第２内挿倍トラックからの光を検出して第２内挿倍信号を出力する第２受光素子と、
   少なくとも前記第１受光素子、前記第２発光素子及び前記第２受光素子が搭載され、前記スケールと相対移動する回路基板と、
   前記第１内挿倍信号と前記第２内挿倍信号との位相ずれを補正する位相補正手段と、
   前記Ｍ系列信号と前記位相補正手段で補正された第１内挿倍信号及び第２内挿倍信号を組み合わせて絶対位置情報を得る位置検出手段と、
   を具備したことを特徴とする光学式絶対値エンコーダ。
2. Ｍ系列情報に基づいて反射と透過を繰り返すＭ系列トラックと、所定周期で反射と透過を繰り返す第１内挿倍トラックと、前記第１内挿倍トラックの１／Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の周期の凹凸格子からなる第２内挿倍トラックと、が円周方向に沿って設けられた回転板と、
   前記Ｍ系列トラック及び前記第１内挿倍トラックと対向する位置に配置された第１発光素子と、
   前記Ｍ系列トラックと対向する位置に配置された複数の受光セルからなり前記Ｍ系列トラックからの光を検出してＭ系列信号を出力するＭ系列用受光セル群と、前記第１内挿倍トラックと対向する位置に配置された複数の受光セルからなり前記第１内挿倍トラックからの光を検出して第１内挿倍信号を出力する第１内挿倍用受光セル群とを備えた第１受光素子と、
   前記第２内挿倍トラックと対向する位置に配置された第２発光素子と、
   前記第２内挿倍トラックと対向する位置に配置された複数の受光セルからなり前記第２内挿倍トラックからの光を検出して第２内挿倍信号を出力する第２受光素子と、
   少なくとも前記第１受光素子、前記第２発光素子及び前記第２受光素子が搭載され、前記回転板と相対移動する回路基板と、
   前記第１内挿倍信号と前記第２内挿倍信号との位相ずれを補正する位相補正手段と、
   前記Ｍ系列信号と前記位相補正手段で補正された第１内挿倍信号及び第２内挿倍信号を組み合わせて絶対位置情報を得る位置検出手段と、
   を具備したことを特徴とする光学式絶対値エンコーダ。
3. 前記回路基板上にＭ系列信号と補正値を対応させた補正値テーブルが格納されたメモリを備え、前記位相補正手段は、前記Ｍ系列用受光セル群から出力されるＭ系列信号に基づいて対応する補正値を前記メモリから読み出して位相ずれを補正することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式絶対値エンコーダ。
4. 前記補正テーブルは、事前に前記スケール又は回転板と前記回路基板とを相対移動させて取り込んだ各Ｍ系列信号と、前記各Ｍ系列信号位置にて取り込まれた第１内挿倍信号と第２内挿倍信号との位相差からなる補正値と、で構成されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の光学式絶対値エンコーダ。
5. 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が組み込まれ、当該光学式絶対値エンコーダにて移動部の変位を検出することを特徴とする移動装置。

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