JP7391527B2 - 光電式エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、光電式エンコーダに関する。

従来、測定方向に沿って設けられたスケールパターンを有するスケールと、スケールと対向して測定方向に沿って相対移動するヘッドと、スケールとヘッドとの相対移動に基づく信号を演算する演算手段と、を備える光電式エンコーダが知られている。ヘッドは、スケールに光を照射する光源と、スケールパターンを介した光源からの光を撮像する撮像手段と、を備える。

ここで、光電式エンコーダにおけるスケールとヘッドとの相対移動量の検出方式は、インクリメンタル方式（以下、ＩＮＣ方式と呼ぶことがある）と、アブソリュート方式（以下、ＡＢＳ方式と呼ぶことがある）と、が知られている。
ＩＮＣ方式は、スケールに目盛が一定のピッチで配置されたスケールパターンであるインクリメンタルパターン（以下、ＩＮＣパターンと呼ぶことがある）を連続的に検出し、検出したＩＮＣパターンの目盛の数をカウントアップまたはカウントダウンすることで、相対位置を検出する方式である。
ＡＢＳ方式は、スケールに目盛がランダムに配置されたスケールパターンであるアブソリュートパターン（以下、ＡＢＳパターンと呼ぶことがある）を適宜なタイミングで検出し、ＡＢＳパターンを解析することで、絶対位置を検出する方式である。

ＡＢＳ方式には、光電式エンコーダにおけるスケールの全長に亘って、例えば、２準位化された擬似ランダム符号であるＭ系列符号に基づいてＡＢＳパターンの目盛を配置し、撮像手段にて撮像されたＡＢＳパターンから絶対位置を検出する方法がある。この方法の場合、長大なＡＢＳパターンを設計することができるが、ＩＮＣパターンと比較するとスケールパターンを構成する目盛の数が少ないため、ＩＮＣ方式と比較して検出精度が及ばないことがある。

これに対し、特許文献１に記載されたエンコーダは、ＩＮＣ方式およびＡＢＳ方式の両方の検出方式を併用することで、検出精度の向上を図っている。エンコーダは、ＩＮＣパターンを含むインクリメンタルトラック（以下、ＩＮＣトラックと呼ぶことがある）と、ＡＢＳパターンを含むアブソリュートトラック（以下、ＡＢＳトラックと呼ぶことがある）と、が設けられたダブルトラック形式のスケールを備える。エンコーダは、検出ヘッド（ヘッド）の光源からＩＮＣトラックおよびＡＢＳトラックに向かって光を照射し、各トラックを介した光をそれぞれ受光素子（撮像手段）で受光してＩＮＣパターンおよびＡＢＳパターンを検出し、各パターンに基づいて位置情報を算出する。
しかしながら、ダブルトラック形式を用いる場合、ヘッドの姿勢やスケールのうねりにより、ＩＮＣトラックとＡＢＳトラックとの位置情報に誤差が生じ検出結果に影響を及ぼすことがある。また、そのような影響を抑制するために、ＩＮＣトラックとＡＢＳトラックとの位置情報の誤差を補正しなければならないという問題がある。

このような問題に対し、特許文献２に記載された絶対位置測定装置（光電式エンコーダ）は、増分トラック（ＩＮＣトラック）と絶対トラック（ＡＢＳトラック）とを合成した単一の複合トラックを用いて位置情報を検出している。これにより、絶対位置測定装置は、ヘッドの姿勢やスケールのうねりによりＩＮＣトラックとＡＢＳトラックとの位置情報に誤差が生じることを抑制している。また、絶対位置測定装置は、ＩＮＣトラックとＡＢＳトラックとを単一のトラックとして扱っているため、トラック数を減らし、小型化を図ることができる。

特開２０１３－７９９１５号公報 特開平５－７１９８４号公報

しかしながら、特許文献２に記載された絶対位置測定装置のようにＩＮＣトラックとＡＢＳトラックとを複合し単一のトラックとして扱う場合、ＩＮＣパターンは、目盛に抜けがある不完全なＩＮＣパターンとなることがある。これにより、従来のＩＮＣパターンを用いた場合と比較すると、検出精度が劣化するおそれがあるという問題がある。

本発明の目的は、アブソリュートパターンと目盛の抜けのないインクリメンタルパターンとを複合させて単一のトラックとして構成しつつ位置情報の検出精度の向上を図ることができる光電式エンコーダを提供することである。

本発明の光電式エンコーダは、測定方向に沿って設けられたスケールパターンを有するスケールと、スケールと対向して測定方向に沿って相対移動するヘッドと、スケールとヘッドとの相対移動に基づく信号を演算する演算手段と、を備え、ヘッドは、スケールに光を照射する光源と、スケールパターンを介した光源からの光を撮像する撮像手段と、を備える光電式エンコーダであって、光源から照射される光は、所定の波長の光である第１光と、第１光以外の波長の光である第２光とを有し、スケールパターンは、第１光の撮像手段への導光を阻止し第２光を撮像手段へ導光する第１目盛と、第１目盛とは異なるとともに第１光および第２光を撮像手段へ導光する第２目盛と、を備え、第２目盛は、絶対位置を表現するアブソリュートパターンとなるように測定方向に沿って配置され、第１目盛は、第２目盛によるアブソリュートパターンを補間して第１目盛と第２目盛とを併せて相対位置を表現するインクリメンタルパターンとなるように測定方向に沿って配置され、撮像手段は、第２目盛を介した第１光にて構成されるアブソリュートパターンを撮像する第１撮像部と、第１目盛および第２目盛を介した第２光にて構成されるインクリメンタルパターンを撮像する第２撮像部と、を備え、演算手段は、第１撮像部にて撮像されたアブソリュートパターンからアブソリュート信号を生成するアブソリュート信号生成部と、第２撮像部にて撮像されたインクリメンタルパターンからインクリメンタル信号を生成するインクリメンタル信号生成部と、アブソリュート信号とインクリメンタル信号からスケールに対するヘッドの位置を算出する位置算出部と、を備えることを特徴とする。

このような本発明によれば、第１目盛は、第２光を撮像手段へ導光し、第２目盛は、第１光と第２光を撮像手段へ導光する。そして、第２目盛は、絶対位置を表現するアブソリュートパターンとなるように測定方向に沿って配置され、第１目盛は、第２目盛によるアブソリュートパターンを補間して第１目盛と第２目盛とを併せて相対位置を表現するインクリメンタルパターンとなるように測定方向に沿って配置されるため、第１光によりアブソリュートパターンが表現され、第２光によりインクリメンタルパターンが表現されることになる。
第１撮像部は、第２目盛を介した第１光にて構成されるアブソリュートパターンを撮像し、第２撮像部は、第１目盛および第２目盛を介した第２光にて構成されるインクリメンタルパターンを撮像する。そして、演算手段は、第１撮像部にて撮像されたアブソリュートパターンからアブソリュート信号を生成するアブソリュート信号生成部と、第２撮像部にて撮像されたインクリメンタルパターンからインクリメンタル信号を生成するインクリメンタル信号生成部と、を備え、位置算出部にて、アブソリュート信号とインクリメンタル信号からスケールに対するヘッドの位置を算出する。

ここで、例えば複数の「１」と「０」からなる信号の「１」と「０」の組み合わせである擬似ランダム符号を解析することで絶対位置を算出するＡＢＳ方式がある。擬似ランダム符号は、解析方法および符号の種類により、Ｍ系列符号やゴールド系列符号、バーカー系列符号などがある。
このＡＢＳ方式では、例えばスケールパターンは、１つのトラックの全長に亘って、擬似ランダム符号にしたがって絶対位置を表現するように配置されている。スケールパターンから撮像手段が一度に撮像する像から得られる複数の「１」と「０」からなる信号における「１」と「０」の組み合わせは、１つのトラックの各位置でそれぞれ異なる。このため、光電式エンコーダは、複数の「１」と「０」からなる信号における「１」と「０」の組み合わせを解析することでスケールに対するヘッドの絶対位置を算出することができる。
アブソリュート信号生成部は、例えば第１光を「１」とし、第２光を「０」とし、複数の「１」と「０」からなる信号における「１」と「０」の組み合わせを解析することでアブソリュート信号を生成する。

このため、光電式エンコーダは、第１光の撮像手段への導光を阻止し第２光を撮像手段へ導光する第１目盛と、第１光および第２光を撮像手段へ導光する第２目盛と、を備え、第１光にて構成されるアブソリュートパターンを撮像する第１撮像部と、第２光にて構成されるインクリメンタルパターンを撮像する第２撮像部とを備えることで、単一のトラックから、アブソリュート信号とインクリメンタル信号との双方を取得し、スケールに対するヘッドの位置を算出することができる。
したがって、光電式エンコーダは、アブソリュートパターンと目盛の抜けのないインクリメンタルパターンとを複合させて単一のトラックとして構成しつつ位置情報の検出精度の向上を図ることができる。
また、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をそれぞれ独立したトラックとする必要がないため、光電式エンコーダは、小型化を図るとともにコスト削減を図ることができる。

この際、第１目盛は、第１光を吸収することで撮像手段への導光を阻止し、第２光を撮像手段へ導光することが好ましい。

このような構成によれば、第１目盛は、反射や屈折等をさせずに第１光を吸収するため、確実に撮像手段へ第１光が導光されることを阻止することができる。したがって、光電式エンコーダは、検出精度の向上を図ることができる。

この際、第１目盛は、ナノインプリンティングにより、第１光の撮像手段への導光を阻止し第２光を撮像手段へ導光する構造が成型されることが好ましい。

ここで、所定の微細パターンを介すことで微細パターンに吸収される性質を有する波長の光がある。また、ナノインプリンティング、もしくは、ナノインプリントとは、半導体において、微細パターンが施された原版を基板に押し当てることで微細パターンを転写加工する技術である。
本発明における構成によれば、第１目盛は、ナノインプリンティングにより、所定の微細パターンを介すことで微細パターンに吸収される性質を有する波長の光である第１光の撮像手段への導光を阻止し第２光を撮像手段へ導光する構造である微細パターンが成型される。このため、容易に第１光が撮像手段へ導光されることを阻止することができる第１目盛を成型することができる。
また、ナノインプリンティングを用いて微細パターンを第１目盛に成型するため、露光装置などを使わずに微細パターンを転写して成型することができる。したがって、コスト削減を図ることができる。

この際、第２撮像部は、第１撮像部による撮像とタイミングをずらして撮像することが好ましい。

このような構成によれば、第２撮像部は、第１撮像部による撮像とタイミングをずらして撮像することで、例えば一つの撮像手段を用いて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を撮像することができる。したがって、光電式エンコーダは、コスト削減を図ることができる。

この際、光源は、所定の波長の光をスケールに照射する第１光源と、所定の波長以外の光をスケールに照射する第２光源と、を備えることが好ましい。

このような構成によれば、光源が、所定の波長の光をスケールに照射する第１光源と、所定の波長以外の光をスケールに照射する第２光源と、を備えることで、撮像手段は、例えば、インクリメンタルパターンとアブソリュートパターンとを個別に撮像することができる。また、第１撮像部はアブソリュートパターンについて、第２撮像部はインクリメンタルパターンについて、それぞれ所定のタイミングにて確実に撮像することができる。

本発明の第１実施形態に係る光電式エンコーダを示す斜視図 前記光電式エンコーダにおける第１目盛および第２目盛を示す斜視図 前記光電式エンコーダにおけるスケールパターンを示す斜視図 前記光電式エンコーダを示すブロック図 前記光電式エンコーダの位置算出方法のフローチャート 本発明の第２実施形態に係る光電式エンコーダを示す斜視図 本発明の第３実施形態に係る光電式エンコーダを示す斜視図 変形例に係る光電式エンコーダを示す斜視図

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図１から図５に基づいて説明する。
各図において、光電式エンコーダ１のスケール２の長手方向をＸ方向とし、短手方向をＹ方向とし、高さ方向をＺ方向として示し、以下では単にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向として説明することがある。
図１は、本発明の第１実施形態に係る光電式エンコーダ１を示す斜視図である。

図１に示すように、光電式エンコーダ１は、長尺状のスケール２と、スケール２と対向して測定方向であるＸ方向に沿って相対移動するヘッド３と、を備える。
光電式エンコーダ１は、図示しない測定器であるリニアスケールに用いられるリニアエンコーダである。光電式エンコーダ１は、リニアスケールの内部に設けられている。リニアスケールは、スケール２に対してヘッド３を測定方向であるＸ方向に沿って相対移動させることでスケール２に対するヘッド３の位置を検出し、検出結果を図示しない液晶ディスプレイといった表示手段などに出力する。
ヘッド３は、スケール２に向かって光を照射する光源４と、スケール２を介した光源４からの光を撮像する撮像手段５と、を備える。ヘッド３は、スケール２に対してＸ方向に進退可能に設けられている。光源４と撮像手段５とは、一体でスケール２に対して相対移動するように構成されている。

スケール２は、例えばガラス等で形成され、一面には測定方向であるＸ方向に沿って設けられた周期的なスケールパターン２０が設けられている。
スケールパターン２０は反射型である。スケールパターン２０は、光源４からの光を反射する反射部であり、スケールパターン２０が設けられていない部分であるスケール２の基部２００は、光を反射しない非反射部である。スケールパターン２０は、第１目盛２１と第２目盛２２とを備え、Ｘ方向に沿って所定のピッチｐで第１目盛２１および第２目盛２２を並設している。

光源４は、所定の波長の光である第１光と、第１光以外の波長の光である第２光とを有する光をスケール２に照射する。光源４は、第１光をスケール２に照射する第１光源４１と、第２光をスケール２に照射する第２光源４２と、を備える。第１光は、例えば特定波長λの光である赤外線であり、第１光源４１は、特定波長λの光を照射する赤外線光源である。第２光は特定波長λ以外の波長の光であり、第２光源４２は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。第１光源４１と第２光源４２は、スケール２に光を照射する適切な角度で設置されている。なお、第１光源４１は、所定の波長の光を照射することができればどのような光源でもよく、第２光源４２も第１光源４１とは異なる波長の光を照射することができればＬＥＤに限らず、任意の光源を用いてもよい。

撮像手段５には、ＰＤＡ(Photo Diode Array)が用いられる。なお、撮像手段５はＰＤＡに限らず、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）やＣＣＤ（Charge-Coupled Device）等の任意の検出器を用いてもよい。撮像手段５は、第２目盛２２を介した第１光にて構成されるスケールパターン２０であるアブソリュートパターンを撮像する第１撮像部５１と、第１目盛２１および第２目盛２２を介した第２光にて構成されるスケールパターン２０であるインクリメンタルパターンを撮像する第２撮像部５２と、を備える。第１目盛２１および第２目盛２２とアブソリュートパターンおよびインクリメンタルパターンとの関係については後述する。

撮像手段５は、スケール２の＋Ｚ方向側（紙面上方側）にスケール２と重なるように向かい合わせて設置され、第１撮像部５１と第２撮像部５２とは、測定方向であるＸ方向に並設されている。すなわち、第１撮像部５１は、スケール２を介した第１光源４１の光を撮像できる位置に配置され、第２撮像部５２は、スケール２を介した第２光源４２の光を撮像できる位置に配置されている。なお、第１撮像部５１と第２撮像部５２とは、第１撮像部５１は第１光源４１からの光を撮像でき、第２撮像部５２は第２光源４２からの光を撮像することができれば、Ｙ方向に並設されていてもよいし、互いにＺ方向にずれて配置されていてもよく、ヘッド３において第１撮像部５１と第２撮像部５２とをどのように配置するかは設計事項である。

図２は、光電式エンコーダ１における第１目盛２１および第２目盛２２を示す斜視図である。具体的には、図２（Ａ）は、第１目盛２１を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、第２目盛２２を示す斜視図である。
第１目盛２１は、第１光の撮像手段５への導光を阻止し第２光を撮像手段５へ導光するとともに、図２（Ａ）に示すように、微細な凹凸構造を有する微細パターンＮが成型されている。微細パターンＮは、ナノインプリンティングにより成型される。微細パターンＮは、光源４から照射される光に含まれる特定波長λの光を吸収する性質を有する。具体的には、微細パターンＮは、電磁光学に基づいた計算により、Ｍｉｅ共振によって特定波長λの光を吸収する性質を持つ構造である。

したがって、本実施形態では、微細パターンＮにより吸収される特定波長λの光を第１光とし、特定波長λ以外の光を第２光として説明する。
第１目盛２１は、光を反射する例えば金属膜であり、第１光を微細パターンＮにより吸収する一方、第２光を反射して撮像手段５へ導光する。
第２目盛２２は、光を反射する例えば金属膜であり、図２（Ｂ）に示すように、第１目盛２１が備える微細パターンＮを有していない。第２目盛２２は、微細パターンＮを備えないため、第１光を吸収することなく、第１光および第２光を反射することで撮像手段５へ導光する。なお、第１目盛２１および第２目盛２２は、金属膜でなくてもよく、光を反射することができればどのようなものでもよい。

図３は、光電式エンコーダ１におけるスケールパターン２０を示す斜視図である。具体的には、図３（Ａ）は、第１目盛２１と第２目盛２２との配置の様子を示す図であり、図３（Ｂ）は、第１撮像部５１が撮像するスケールパターン２０を示す図であり、図３（Ｃ）は、第２撮像部５２が撮像するスケールパターン２０を示す図である。
図３（Ａ）に示すように、第２目盛２２は、スケールパターン２０について絶対位置を表現するアブソリュートパターン（ＡＢＳパターン）となるように測定方向であるＸ方向に沿って配置されている。第１目盛２１は、スケールパターン２０について第２目盛２２によるＡＢＳパターンを補間して第１目盛２１と第２目盛２２とを併せて相対位置を表現するインクリメンタルパターン（ＩＮＣパターン）となるように測定方向であるＸ方向に沿って配置されている。

具体的には、ＡＢＳパターンは、図３（Ｂ）に示すように、所定のピッチｐで配置される第１目盛２１および第２目盛２２について、第１目盛２１は特定波長λの光である第１光を吸収する非反射部とし、第２目盛２２は第１光を反射する反射部としている。このため、特定波長λの第１光を照射すると、第２目盛２２でのみ第１光が反射されることになる。例えば第１目盛２１を「０」とし、第２目盛２２を「１」としたとき、第１目盛２１および第２目盛２２は、スケール２の全長に亘ってＭ系列符号（擬似ランダム符号）にしたがって絶対位置を表現するＡＢＳパターンとなるようにＸ方向に沿って配置されている。

第１撮像部５１は、第１光から擬似ランダム符号であるＭ系列符号をＡＢＳパターンとして撮像する。Ｍ系列符号（Maximal Length）とは、撮像手段５である第１撮像部５１にて撮像した「１」と「０」との信号から生成される数列のうち、他の符号と比較して最長の周期を持つ符号である。このため、Ｍ系列符号にしたがって絶対位置を表現するように配置される第１目盛２１および第２目盛２２は、他の擬似ランダム符号を採用した場合と比較して、長いスケールパターン２０を形成することができる。

ＩＮＣパターンは、図３（Ｃ）に示すように、第１目盛２１および第２目盛２２については特定波長λ以外の光である第２光を反射する反射部とし、スケール２の基部２００については非反射部としている。このため、第１目盛２１および第２目盛２２を介して反射した第２光は、ＩＮＣパターンとして第２撮像部５２にて撮像される。

図４は、光電式エンコーダ１を示すブロック図である。
図４に示すように、光電式エンコーダ１は、スケール２とヘッド３との相対移動に基づく信号を演算する演算手段６をさらに備える。
演算手段６は、アブソリュート信号生成部６１と、インクリメンタル信号生成部６２と、位置算出部６３と、を備える。演算手段７は、例えばマイコン等である。
アブソリュート信号生成部６１は、第１撮像部５１にて撮像されたＡＢＳパターンからアブソリュート信号（ＡＢＳ信号）を生成する。インクリメンタル信号生成部６２は、第２撮像部５２にて撮像されたＩＮＣパターンからインクリメンタル信号（ＩＮＣ信号）を生成する。位置算出部６３は、ＡＢＳ信号とＩＮＣ信号からスケール２に対するヘッド３の位置を算出する。

図５は、光電式エンコーダ１の位置算出方法のフローチャートである。以下、図５に基づいて、光電式エンコーダ１におけるスケール２に対するヘッド３の位置算出方法を説明する。
先ず、撮像手段５はスケールパターン２０を介した光源４からの光を撮像する。具体的には、第１撮像部５１は、第２目盛２２で反射された特定波長λの光である第１光からなるＡＢＳパターンを撮像し、第２撮像部５２は、第１目盛２１および第２目盛２２で反射された特定波長λ以外の光である第２光からなるＩＮＣパターンを撮像する。

次に、図５に示すように、アブソリュート信号生成部６１は、第１撮像部５１にて撮像されたＡＢＳパターンからＡＢＳ信号を生成するアブソリュート信号生成工程を実行する（ステップＳＴ０１）。
ＡＢＳ信号の生成方法は、例えば、第１撮像部５１にて８つ分の第１目盛２１および第２目盛２２を介した第１光を撮像する。アブソリュート信号生成部６１は、図３（Ｂ）に示すように、例えば紙面左側から「０１１１０１００」というバイナリーパターンからなる信号を生成する。そして、スケール２に対して＋Ｘ方向側（紙面右方向側）にヘッド３を相対移動させると、第１目盛２１または第２目盛２２の１つ分移動する度に、アブソリュート信号生成部６１は、「１１１０１００１」、「１１０１００１０」といった異なる符号を有する信号を生成する。

また、インクリメンタル信号生成部６２は、第２撮像部５２にて撮像された第２光によるＩＮＣパターンからＩＮＣ信号を生成するインクリメンタル信号生成工程を実行する（ステップＳＴ０２）。この際、インクリメンタル信号生成部６２は、アブソリュート信号生成部６１によるアブソリュート信号生成工程とタイミングをずらしてインクリメンタル信号生成工程を実行する（ステップＳＴ０２）。なお、第１実施形態では、第１光源４１に対応して第１撮像部５１が配置され、第２光源４２に対応して第２撮像部５２が配置されているため、インクリメンタル信号生成部６２は、アブソリュート信号生成部６１によるアブソリュート信号生成工程と同じタイミングでインクリメンタル信号生成工程を実行してもよい。

続いて、位置算出部６３は、アブソリュート信号生成工程にて生成されたＡＢＳ信号と、インクリメンタル信号生成工程にて生成されたＩＮＣ信号と、に基づいてスケール２に対するヘッド３の位置を算出する位置算出工程を実行する（ステップＳＴ０３）。これにより光電式エンコーダ１は、ヘッド３の姿勢やスケール２のうねりによるＩＮＣトラックとＡＢＳトラックとの位置情報の誤差を抑制し、単一のトラックで、ダブルトラック形式と同様の検出精度でスケール２に対するヘッド３の位置を算出することができる。

このような第１実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（１）光電式エンコーダ１は、第１光の撮像手段５への導光を阻止し第２光を撮像手段５へ反射する第１目盛２１と、第１光および第２光を撮像手段５へ反射する第２目盛２２と、を備え、第１光にて構成されるアブソリュートパターンを撮像する第１撮像部５１と、第２光にて構成されるインクリメンタルパターンを撮像する第２撮像部５２とを備えることで、単一のトラックから、アブソリュート信号とインクリメンタル信号との双方を取得し、スケール２に対するヘッド３の位置を算出することができる。
したがって、光電式エンコーダ１は、アブソリュートパターンと目盛の抜けのないインクリメンタルパターンとを複合させて単一のトラックとして構成しつつ位置情報の検出精度の向上を図ることができる。
（２）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をそれぞれ独立したトラックとする必要がないため、光電式エンコーダ１は、小型化を図るとともにコスト削減を図ることができる。

（３）第１目盛２１は、反射や屈折等をさせずに第１光を吸収するため、確実に撮像手段５へ第１光が反射されることを阻止することができる。したがって、光電式エンコーダ１は、検出精度の向上を図ることができる。
（４）第１目盛２１は、ナノインプリンティングにより、所定の微細パターンＮを介すことで微細パターンＮに吸収される性質を有する特定波長λの光である第１光の撮像手段５への反射を阻止し第２光を撮像手段５へ反射する構造である微細パターンＮが成型されるため、容易に第１光が撮像手段５へ反射されることを阻止することができる第１目盛２１を成型することができる。
また、ナノインプリンティングを用いて微細パターンＮを第１目盛２１に成型するため、露光装置などを使わずに微細パターンＮを転写して成型することができる。したがって、コスト削減を図ることができる。

（５）光源４が所定の波長の光をスケールに照射する第１光源４１と、所定の波長以外の光をスケールに照射する第２光源４２と、を備えることで、撮像手段５は、例えば、インクリメンタルパターンとアブソリュートパターンとを個別に撮像することができる。また、第１撮像部５１はアブソリュートパターンについて、第２撮像部５２はインクリメンタルパターンについて、それぞれ所定のタイミングにて確実に撮像することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図６に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図６は、本発明の第２実施形態に係る光電式エンコーダ１Ａを示す斜視図である。
第２実施形態の光電式エンコーダ１Ａは、ヘッド３Ａを除き、前記第１実施形態の光電式エンコーダ１と略同様の構成を備える。

前記第１実施形態の光電式エンコーダ１におけるヘッド３は、図１に示すように、光源４と撮像手段５とを備え、光源４は、第１光源４１と第２光源４２とを備えていた。第２実施形態の光電式エンコーダ１Ａにおけるヘッド３Ａは、単一の光源４Ａと、スケールパターン２０を介した光源４Ａからの光を第１光と第２光とに分光する分光手段１０をさらに備える点で前記第１実施形態と異なる。
分光手段１０は、スケールパターン２０を介した光源４Ａからの光を、特定波長λの光である第１光と特定波長λ以外の光である第２光とに分光する例えばプリズムである。
撮像手段５は、第１撮像部５１は分光手段１０にて分光された第１光を撮像し、第２撮像部５２は、分光手段１０にて分光された第２光を撮像する。

このような第２実施形態においても、前記第１実施形態における（１）～（４）と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（６）ヘッド３Ａは、スケールパターン２０を介した光源４Ａからの光を第１光と第２光とに分光する分光手段１０を備えるため、第１撮像部５１はアブソリュートパターンについて、第２撮像部５２はインクリメンタルパターンについて、それぞれ所定のタイミングにて確実に撮像することができる。
（７）ヘッド３Ａは、分光手段１０を備えることで、単一の光源４Ａを用いたとしても、撮像手段５にてインクリメンタルパターンとアブソリュートパターンとの双方を撮像することができる。また、単一の光源４Ａを用いることができるため、光電式エンコーダ１Ａは、小型化を図ることができる。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態を図７に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図７は、本発明の第３実施形態に係る光電式エンコーダ１Ｂを示す斜視図である。
第３実施形態の光電式エンコーダ１Ｂは、ヘッド３Ｂを除き、前記第２実施形態の光電式エンコーダ１Ａと略同様の構成を備える。

前記第２実施形態の光電式エンコーダ１Ａにおけるヘッド３Ａは、図６に示すように、単一の光源４Ａと分光手段１０とを備えていた。第３実施形態の光電式エンコーダ１Ｂにおけるヘッド３Ｂは、分光手段１０を備えず、撮像手段５Ｂにおける第１撮像部５１Ｂと第２撮像部５２Ｂとは、同一の撮像手段５Ｂ内に設けられ、タイミングをずらしてスケール２を介した光を撮像する点で前記第２実施形態と異なる。
第１撮像部５１Ｂと第２撮像部５２Ｂは、タイミングをずらして、例えば機能を切替えることで光を撮像する。第１撮像部５１Ｂが撮像する際は、第２撮像部５２Ｂの機能をＯＦＦにしてアブソリュートパターンを撮像し、第２撮像部５２Ｂが撮像する際は、第１撮像部５１Ｂの機能をＯＦＦにしてインクリメンタルパターンを撮像する。この際、光源４Ａは、光の色を変更し、第１撮像部５１Ｂと第２撮像部５２Ｂは、色の違いに基づいてアブソリュートパターン、または、インクリメンタルパターンを撮像してもよい。

このような第３実施形態においても、前記第１実施形態における（１）～（４）と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（８）第１撮像部５１Ｂと第２撮像部５２Ｂとは、同一の撮像手段５Ｂ内に設けられ、タイミングをずらしてスケール２を介した光を撮像するため、省スペース化やコスト削減を図ることができる。また、光電式エンコーダの設計の自由度を向上させることができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、光電式エンコーダ１，１Ａ～１Ｂは、測定器としてのリニアスケールに用いられていたが、ダイヤルゲージ（テストインジケータ）やノギス、マイクロメータ等の他の測定器に用いられていてもよい。すなわち、光電式エンコーダは、用いられる測定器の形式や方式などについて特に限定されるものではなく、その他の測定器などにおいても利用可能であり、本発明の光電式エンコーダを何に実装するかについては、特に限定されるものではない。また、光電式エンコーダは、センサ等の測定器以外のものに用いられていてもよい。

前記各実施形態では、光電式エンコーダ１，１Ａ～１Ｂはリニアエンコーダであったが、ロータリーエンコーダであってもよい。また、前記各実施形態では、演算手段６はマイコン等であったが、マイコンでなくともよく、外部接続されたパソコン等であってもよい。要するに、演算手段は、スケールとヘッドとの相対移動に基づく信号を演算することができればよい。

図８は、変形例に係る光電式エンコーダ１Ｃ，１Ｄを示す斜視図である。具体的には、図８（Ａ）は、第１変形例を示す図であり、図８（Ｂ）は第２変形例を示す図である。
前記各実施形態では、第１目盛２１は、第１光の撮像手段５，５Ｂへの反射を阻止し第２光を撮像手段５，５Ｂへ反射し、第２目盛２２は、第１光および第２光を撮像手段５，５Ｂへ反射していた。
第１変形例では、図８（Ａ）に示すように、光電式エンコーダ１Ｃは、透過型のスケールパターン２０Ｃを有するスケール２Ｃと、透過型のスケール２Ｃに対応するヘッド３Ｃと、を備える点で前記各実施形態と異なる。具体的には、第１目盛２１Ｃは、第１光の撮像手段５への透過を阻止し第２光を撮像手段５Ｃへ透過し、第２目盛２２Ｃは、第１光および第２光を撮像手段５Ｃへ透過する。そして、第１撮像部５１Ｃは、スケール２Ｃを透過した第１光からなるＡＢＳパターンを撮像し、第２撮像部５２Ｃは、スケール２Ｃを透過した第２光からなるＩＮＣパターンを撮像する。

また、第２変形例では、図８（Ｂ）に示すように、光電式エンコーダ１Ｄにおけるヘッド３Ｄは、光源４Ａからの光をスケール２Ｃに向かって反射する反射手段１１をさらに備える点で前記第１変形例と異なる。反射手段１１は、例えばミラーであるが、光源４Ａからの光をスケール２Ｃに向かって反射することができればどのようなものであってもよい。光電式エンコーダ１Ｄは、反射手段１１を備えることで、光源４Ａの光の照射方向を調整することができるため、設計の自由度を向上させることができる。
さらに、第１変形例と第２変形例とは、第２実施形態のように分光手段１０を備え、それぞれ独立して設けられる第１撮像部と第２撮像部とを備えていてもよいし、第１実施形態のように、２つの光源を有していてもよい。各実施形態と変形例とをどのように組み合わせるかについては設計変更の範囲内である。

前記各実施形態では、第１目盛２１は、特定波長λの光である第１光を吸収していたが、第１目盛は、第１光を吸収ではなく、撮像手段に影響のない方向へ反射させたり、分散させたり等、他の方法で撮像手段へ導光されることを阻止してもよい。また、第１光は、特定波長λの光ではなく、所定の波長の光であればよい。
また、前記各実施形態では、第１目盛２１には、微細な凹凸構造を有する微細パターンＮが成型され、微細パターンＮは、ナノインプリンティングにより成型されていたが、例えば、第１目盛は、微細な凹凸構造を金属膜に貼り付ける等してナノインプリンティングにより成型されていなくてもよいし、第１光の導光を阻止する手段として凹凸構造を有する微細パターンを用いなくてもよい。要するに、第１目盛は、所定の波長の光である第１光の撮像手段への導光を阻止し所定の波長以外の光である第２光を撮像手段へ導光することができれば、どのように構成されていてもよい。

以上のように、本発明は、光電式エンコーダに好適に利用できる。

１，１Ａ～１Ｄ 光電式エンコーダ
２，２Ｃ スケール
２０，２０Ｃ スケールパターン
２１，２１Ｃ 第１目盛
２２，２２Ｃ 第２目盛
３，３Ａ～３Ｄ ヘッド
４，４Ａ 光源
５，５Ｂ～５Ｃ 撮像手段
５１，５１Ｂ～５１Ｃ 第１撮像部
５２，５２Ｂ～５２Ｃ 第２撮像部
６ 演算手段
６１ アブソリュート信号生成部
６２ インクリメンタル信号生成部
６３ 位置算出部

Claims (5)

1. 光を反射しない非反射部である基部を有し前記基部に測定方向に沿って設けられたスケールパターンを有するスケールと、前記スケールと対向して測定方向に沿って相対移動するヘッドと、前記スケールと前記ヘッドとの相対移動に基づく信号を演算する演算手段と、を備え、前記ヘッドは、前記スケールに光を照射する光源と、前記スケールパターンを介した光源からの光を撮像する撮像手段と、を備える光電式エンコーダであって、
   前記光源から照射される光は、所定の波長の光である第１光と、前記第１光以外の波長の光である第２光とを有し、
   前記スケールパターンは、
   前記第１光の前記撮像手段への導光を阻止し前記第２光を前記撮像手段へ導光する第１目盛と、
   前記第１目盛とは異なるとともに前記第１光および前記第２光を前記撮像手段へ導光する第２目盛と、を備え、
   前記第２目盛は、前記非反射部である前記基部に前記第２光を反射する目盛が絶対位置を表現するアブソリュートパターンとなるように測定方向に沿って配置され、
   前記第１目盛は、前記第２目盛によるアブソリュートパターンを補間して前記第１目盛と前記第２目盛とを併せて前記非反射部である前記基部に前記第１光を反射する目盛が一定ピッチで配置され相対位置を表現するインクリメンタルパターンとなるように測定方向に沿って配置され、
   前記撮像手段は、
   前記第２目盛を介した前記第１光にて構成されるアブソリュートパターンを撮像する第１撮像部と、
   前記第１目盛および前記第２目盛を介した前記第２光にて構成されるインクリメンタルパターンを撮像する第２撮像部と、を備え、
   前記演算手段は、
   前記第１撮像部にて撮像された前記アブソリュートパターンからアブソリュート信号を生成するアブソリュート信号生成部と、
   前記第２撮像部にて撮像された前記インクリメンタルパターンからインクリメンタル信号を生成するインクリメンタル信号生成部と、
   前記アブソリュート信号と前記インクリメンタル信号から前記スケールに対する前記ヘッドの位置を算出する位置算出部と、を備えることを特徴とする光電式エンコーダ。
2. 請求項１に記載された光電式エンコーダにおいて、
   前記第１目盛は、前記第１光を吸収することで前記撮像手段への導光を阻止し、前記第２光を前記撮像手段へ導光することを特徴とする光電式エンコーダ。
3. 請求項１または請求項２に記載された光電式エンコーダにおいて、
   前記第１目盛は、ナノインプリンティングにより前記第１光の前記撮像手段への導光を阻止し、前記第２光を前記撮像手段へ導光する構造が成型されることを特徴とする光電式エンコーダ。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載された光電式エンコーダにおいて、
   前記第２撮像部は、前記第１撮像部による撮像とタイミングをずらして撮像することを特徴とする光電式エンコーダ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載された光電式エンコーダにおいて、
   前記光源は、前記所定の波長の光を前記スケールに照射する第１光源と、前記所定の波長以外の光を前記スケールに照射する第２光源と、を備えることを特徴とする光電式エンコーダ。

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