光学式エンコーダ
【課題】スケールと検出部との各々の相対位置における動的なミスアライメントを補正可能で、かつ、大きなミスアライメントにも対応できる光学式エンコーダを提供することである。
【解決手段】光学式エンコーダは、測長光源から出射される光を光学格子を有するスケール部に照射し、スケール部からの反射光をスケール部と相対移動可能に設けられた受光素子３１１にて検出して被測定物を測長する光学式エンコーダであって、受光素子３１１を移動及び回動させて受光素子３１１による検出位置及び検出方向を変更する圧電素子３１３ａ〜３１３ｌと、測長する際に、受光素子３１１とスケール部との相対位置に応じたミスアライメント情報に基づいて、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌにより、ミスアライメントをキャンセルするように受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させる機能をＣＰＵに実行させる制御プログラムと、を備える。
【解決手段】光学式エンコーダは、測長光源から出射される光を光学格子を有するスケール部に照射し、スケール部からの反射光をスケール部と相対移動可能に設けられた受光素子３１１にて検出して被測定物を測長する光学式エンコーダであって、受光素子３１１を移動及び回動させて受光素子３１１による検出位置及び検出方向を変更する圧電素子３１３ａ〜３１３ｌと、測長する際に、受光素子３１１とスケール部との相対位置に応じたミスアライメント情報に基づいて、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌにより、ミスアライメントをキャンセルするように受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させる機能をＣＰＵに実行させる制御プログラムと、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スケールと検出部とを対向させて、双方の相対変位により被測定物の測長を行うエンコーダにおいては、スケールと検出部とのミスアライメントが測長誤差の要因となっていた。
【０００３】
そこで、上記ミスアライメントを補正するエンコーダとして、例えば、２相以上の位相の異なる受光信号を発信する受光素子をスケールとの相対移動方向に複数有し、各相受光素子の位相軸上の受光面積の重心を一致させると共に、配置角度範囲を等しくすることで、スケールと受光部が正しい位置関係からずれて設置された場合の各位相のばらつきをキャンセルすることにより、組立て誤差に起因した検出誤差を低減できるものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７７６７２号公報
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載のミスアライメントの補正手段は、スケールと検出部とが静止状態にあるときの静的な補正を行うものであり、測長中の動的なミスアライメントを補正することが出来ない。
そこで、測長ストローク全域での姿勢変動の平均値を算出して、上記平均値に基づき動的なミスアライメントを補正する手法が広く用いられている。また、運動の真直度（運動中の姿勢の狂い）の小さい運動系においては、検出部にて検出される検出信号に対する電気的補正を用いることもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記平均値に基づく補正を行う場合、各々の相対位置で十分な測長精度を確保することは難しく、また、電気的補正を用いる場合、補正可能なレンジが限定され、大きなミスアライメントに対応しきれないことがある。
【０００７】
本発明の課題は、スケールと検出部との各々の相対位置における動的なミスアライメントを補正可能で、かつ、大きなミスアライメントにも対応できる光学式エンコーダを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、光源から出射される光を光学格子を有するスケールに照射し、前記スケールからの反射光又は前記スケールを透過した光を前記スケールと相対移動可能に設けられた光検出部にて検出して被測定物を測長する光学式エンコーダにおいて、前記光検出部を移動及び回動させて当該光検出部による検出位置及び検出方向を変更する変更手段と、測長する際に、前記光検出部と前記スケールとの相対位置に応じたミスアライメント情報に基づいて、前記変更手段により、ミスアライメントをキャンセルするように前記光検出部の検出位置及び／又は検出方向を変更させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、前記光検出部を載置する載置部を備え、前記変更手段は、前記載置部をピッチング方向とローリング方向に各々回動可能な回動駆動部と、前記載置部を前記光検出部が前記スケールと接離する第１方向、及び当該第１方向と前記光検出部と前記スケールとの相対移動方向と各々直交する第２方向、に移動させる移動駆動部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、前記変更手段は、前記載置部の下面及び側面の所定位置に配置される複数の圧電素子を有し、前記制御手段は、複数の圧電素子の中で、電圧を印加する圧電素子を指定し、指定した圧電素子に電圧を印加することで前記載置部をピッチング方向とローリング方向に各々回動させ、前記第１方向及び前記第２方向に移動させることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の光学式エンコーダにおいて、前記光検出部の前記スケールとの相対位置に応じたミスアライメント情報を記憶する記憶手段を有し、前記制御手段は、測長する際に、前記記憶手段に記憶されたミスアライメント情報を取得して前記変更手段により前記光検出部の検出位置及び／又は検出方向を変更させることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の光学式エンコーダにおいて、測長する際に、測長される前記相対位置に応じたミスアライメントを検出する検出手段と、前記検出手段により検出されたミスアライメントによりミスアライメント情報を生成するミスアライメント情報生成手段と、を備え、前記制御手段は、前記ミスアライメント情報生成手段により生成されるミスアライメント情報に基づいて、前記変更手段により前記光検出部の検出位置及び／又は検出方向を変更させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、変更手段により光検出部による検出位置及び検出方向が変更可能に構
成されており、測長する際に、制御手段により、相対位置に応じたミスアライメント情報に基づいてミスアライメントをキャンセルするように光検出部の検出位置／検出方向が変更手段で変更される。つまり、本発明は、相対位置に応じて検出位置／検出方向が変更されるので、各々の相対位置における動的なミスアライメントが補正可能であり、かつ、検出信号に対する電気的補正を行うものではないので、補正可能なレンジを拡大することができる。
したがって、本発明は、スケールと検出部との各々の相対位置における動的なミスアライメントを補正可能で、かつ、大きなミスアライメントにも対応できる光学式エンコーダであるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る光学式エンコーダの概略構成図である。
【図２】本発明に係る載置部及び変更手段を説明するための模式図である。
【図３】図２における各々の断面図を示し、（Ａ）がＡ−Ａ断面図、（Ｂ）がＣ−Ｃ断面図、（Ｃ）がＥ−Ｅ，Ｇ−Ｇ断面図（Ｄ）がＩ−Ｉ，Ｋ−Ｋ断面図、である。
【図４】本発明に係る光学式エンコーダの制御構造を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る別の実施形態における光学式エンコーダの制御構造を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
「第１の実施形態」
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、発明の範囲は図示例に限定されない。また、以下の説明では、図１における左右方向をＸ方向、前後方向をＹ方向、上下方向をＺ方向とする。
【００１６】
本実施形態の光学式エンコーダ１は、例えば、図１〜図４に示すように、スケール部１０（スケール）と、受発光部１００と、制御部５００と、等を含んで構成される。そして、光学式エンコーダ１は、受発光部１００がＸ方向に移動可能に構成され、スケール部１０に対して相対移動するとともに、受発光部１００よりスケール部１０に向けて出射される光がスケール部１０にて反射して、受発光部１００で当該反射光を受光することで被測定物の測長を行う。
【００１７】
スケール部１０は、例えば、光学格子１１と、原点用光反射部１２と、を含んで構成される。
光学格子１１は、入射した光を反射させる光反射部１１ａを測定軸方向（Ｘ方向）に沿って所定間隔で備えた測長用の光学格子であり、被測定物の測長用の光（測長光）を反射させる。
原点用光反射部１２は、測定軸方向に沿って光学格子１１と平行に配置され、受発光部１００から出射される原点位置検出用の検出光を反射させる。
【００１８】
受発光部１００は、例えば、測長光及び検出光を発光する発光部２００と、スケール部１０からの反射光を受光する受光部３００と、発光部２００や受光部３００を載置する基板４００と、を含んで構成される。
【００１９】
発光部２００は、測長光を発光する測長用発光部２１０と、検出光を発光する原点検出用発光部２２０と、を含んで構成される。
【００２０】
測長用発光部２１０は、例えば、赤色光（波長６００〜７６０ｎｍ程度）等の被測定物の測長用の測長光を出射するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の測長光源２１１（光源）と、測長光源２１１より出射される測長光を透過させる測長スリット２１２と、を含んで構成される。そして、測長光源２１１より出射され、測長スリット２１２を透過した測長光が、スケール部１０の光学格子１１にて反射し、当該反射光が受光部３００にて受光されるように、測長光源２１１の出射位置が調整されている。
【００２１】
原点検出用発光部２２０は、例えば、測長光と波長域が異なる青色光（波長４５０〜５００ｎｍ程度）等の原点位置検出用の検出光を出射するＬＥＤ等の原点検出光源２２１と、原点検出光源２２１より出射される検出光を透過させる原点検出スリット２２２と、を含んで構成される。そして、原点検出光源２２１より出射され、原点検出スリット２２２を透過した検出光が、スケール部１０の原点用光反射部１２にて反射し、当該反射光が受光部３００にて受光されるように、原点検出光源２２１の出射位置が調整されている。
【００２２】
受光部３００は、例えば、測長光を受光する測長用受光部３１０と、検出光の原点用光反射部１２による反射光を受光する検出用受光部３２０と、を含んで構成される。
【００２３】
測長用受光部３１０は、例えば、図２及び図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、測長光の
光学格子１１による反射光を検出（受光）する受光素子３１１（光検出部）と、受光素子３１１を載置する載置部３１２と、載置部３１２を回転／移動させて受光素子３１１の検出位置及び検出方向を変更する圧電素子３１３ａ〜３１３ｌ（変更手段）と、を含んで構成される。なお、図２は、上面視で基板４００の上方に載置部３１２が配設された状態を模式的に示しており、基板４００と載置部３１２との間に配設される圧電素子３１３ａ〜３１３ｄ，３１３ｊ〜３１３ｌも図示している。
【００２４】
受光素子３１１は、例えば、測長光の光学格子１１による反射光を検出する複数の素子アレイで構成される。そして、検出装置（図示省略）が当該受光素子３１１の受光した反射光に基づいて所定の変位信号を生成して制御部５００に出力し、制御部５００が所定の演算処理を行うことで被測定物の測長がなされるように構成されている。つまり、スケール部１０と受光素子３１１との間にミスアライメントが存在し、受光素子３１１が正確な検出方向（図２に示すＲ１方向又はＲ２方向）及び検出位置（ＹＺ位置）で上記反射光を検出できなかった場合、上記受光素子３１１にて検出される反射光の受光感度が低下するため、被測定物の測長誤差が発生する。
【００２５】
載置部３１２は、例えば、図２及び図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、基板４００の上方に（基板４００の上面からＺ方向に所定距離離れた状態で）配設され、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌ（変更手段）によって支持される板状の部材である。
【００２６】
また、載置部３１２は、図２に示すように、内側載置部３１２ｂと外側載置部３１２ｃとで構成される。
内側載置部３１２ｂは、外枠３１２ｂ１と、この外枠の内側に配置された内枠３１２ｂ２と、この内枠３１２ｂ２の更に内側に配置された載置板３１２ｂ３と、外枠３１２ｂ１と内枠３１２ｂ２とをローリング方向（Ｒ１方向）に回動自在に連結するＲ１軸３１２ｂ４と、内枠３１２ｂ２と載置板３１２ｂ３とをＲ１方向に直交するピッチング方向（Ｒ２方向）に回動自在に連結するＲ２軸３１２ｂ５と、を備えており、ジンバル構造をなしている。
外側載置部３１２ｃは、外枠３１２ｂ１の更に外側を囲むように上面視略ロ字状に形成されている。
上記内側載置部３１２ｂと外側載置部３１２ｃとは上面視ロ字状の空間部３１２ａにより分離されており、当該分離箇所の一部は、図３（Ｃ）に示すように、圧電素子３１３ｅ〜３１３ｈによって連結されている。
【００２７】
圧電素子３１３ａ〜３１３ｌは、例えば、電圧が印加されることにより伸縮し、伸縮方向に伸縮量（電圧値）に応じた力を及ぼすピエゾ素子等である。
【００２８】
圧電素子３１３ａ及び圧電素子３１３ｂは、図２及び図３（Ａ）に示すように、載置板３１２ｂ３の下面に、圧電素子３１３ｄを挟んで対称な位置であって、Ｒ１軸３１２ｂ４を通る直線上に各々配置されている。圧電素子３１３ａ及び圧電素子３１３ｂの各々一方の端部は接着剤等により基板４００の上面に固着され、他方の端部は載置板３１２ｂ３の下面に固着されている。そして、電圧が印加されていない状態で、載置板３１２ｂ３及び載置板３１２ｂ３に載置された受光素子３１１を基板４００に対して平行に支持する。この状態より、圧電素子３１３ａ又は圧電素子３１３ｂの何れか一方に電圧が印加されると、圧電素子３１３ａ又は圧電素子３１３ｂがＺ軸方向に延伸するため、載置板３１２ｂ３がＲ２方向に回転するので、ピッチング方向の検出方向を変更することが出来る。
【００２９】
圧電素子３１３ｃ及び圧電素子３１３ｄは、図２及び図３（Ｂ）に示すように、内枠３１２ｂ２の下面に、圧電素子３１３ａを挟んで対称な位置であって、Ｒ２軸３１２ｂ５を通る直線上に各々配置されている。圧電素子３１３ｃ及び圧電素子３１３ｄの各々一方の端部は接着剤等により基板４００の上面に固着され、他方の端部は外枠３１２ｂ１の下面に固着されている。そして、電圧が印加されていない状態で、載置板３１２ｂ３及び載置板３１２ｂ３に載置された受光素子３１１を基板４００に対して平行に支持する。この状態より、圧電素子３１３ｃ又は圧電素子３１３ｄの何れか一方に電圧が印加されると、圧電素子３１３ｃ又は圧電素子３１３ｄがＺ軸方向に延伸するため、内側載置部３１２ｂがＲ１方向に回転するので、ローリング方向の検出方向を変更することが出来る。
このように、本実施形態において、圧電素子３１３ａ〜３１３ｄは、回動駆動部を構成する。
【００３０】
圧電素子３１３ｅ〜３１３ｈは、図２に示すように、Ｙ軸方向で対向する外側載置部３１２ｃと内側載置部３１２ｂの外枠３１２ｂ１との間の空間部３１２ａであって、受光素子３１１を挟んで、Ｘ軸方向に２つずつ、各々が受光素子３１１から等距離となる位置に配置されている。圧電素子３１３ｅ〜３１３ｈの各々一方の端部は接着剤等により内側載置部３１２ｂの外枠３１２ｂ１の外壁に固着され、他方の端部は、外側載置部３１２ｃの内壁に固着されており、これにより、内側載置部３１２ｂと外側載置部３１２ｃとが連結される。
そして、図２及び図３（Ｃ）に示すように、圧電素子３１３ｅ及び圧電素子３１３ｇの組と、圧電素子３１３ｆ及び圧電素子３１３ｈの組と、に同一電圧値からなる電圧が印加され、一方の組を伸ばすとともに他方の組を縮ませることにより、検出位置（内側載置部３１２ｂ）を正負のＹ方向（受光素子３１１がスケール部１０と接離する第１方向と、受光素子３１１とスケール部１０との相対移動方向と、の各々に直交する第２方向）に変更することが出来る。
【００３１】
圧電素子３１３ｉ〜３１３ｌは、図２及び図３（Ｄ）に示すように、外側載置部３１２ｃの四隅部の下面に各々配置されており、電圧が印加されていない状態で、載置部３１２及び載置部３１２に載置された受光素子３１１を水平に支持する。この状態より、圧電素子３１３ａ〜３１３ｄとともに、圧電素子３１３ｉ〜３１３ｌに同一電圧値からなる電圧が印加されると、圧電素子３１３ａ〜３１３ｄ及び３１３ｉ〜３１３ｌがＺ軸方向に同一変形量の伸縮を行い、受光素子３１１が水平状態を保ったままＺ方向（第１方向）に上下動するので、検出位置を変更することが出来る。
このように、本実施形態において、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌは、移動駆動部を構成する。
【００３２】
なお、上記各々の圧電素子への電圧印加により検出方向／位置を変更した際、電圧が印加されていない圧電素子も上記変更に応じて変形や相互干渉を行うため、当該変更後検出方向／位置を更に変更する場合、各々の圧電素子に上記変形や相互干渉を打ち消すように電圧を付与する必要がある。
【００３３】
検出用受光部３２０は、例えば、検出光の原点用光反射部１２による反射光を受光する受光素子アレイであり、当該反射光を受光することにより所定の原点信号が得られるように構成されている。そのため、受発光部１００がスケール部１０に対して相対移動した際に、上記原点信号を検出することにより、受発光部１００の原点位置合わせが可能となる。
【００３４】
制御部５００は、例えば、図４に示すように、ＣＰＵ５１０と、ＲＡＭ５２０と、記憶部５３０と、等を含み、光学式エンコーダ１の各部構成を統括制御している。そして、制御部５００は、システムバスなどを介して、受光部３００等と接続している。
【００３５】
ＣＰＵ５１０は、例えば、記憶部５３０に記憶される光学式エンコーダ１の備える各種機能を実行するための処理プログラムに従って、各種制御処理を行う。
【００３６】
ＲＡＭ５２０は、例えば、ＣＰＵ５１０によって実行される処理プログラムなどを展開するためのプログラム格納領域や、入力データや処理プログラムが実行される際に生じる処理結果などを格納するデータ格納領域などを備えている。
【００３７】
記憶部５３０は、例えば、光学式エンコーダ１で実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵ５１０によって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。そして、記憶部５３０に記憶されるプログラムやデータとしては例えば、ミスアライメントデータ５３１（記憶手段）や制御プログラム５３２（制御手段）がある。
【００３８】
ミスアライメントデータ５３１は、ミスアライメント情報として、例えば、測長に先立って、受発光部１００をスケール部１０に対して相対移動させて、各々の相対位置における事前測長を実行させ、当該実行による測長結果に基づいて、各々の相対位置に応じたミスアライメント量（例えば、受光素子３１１の検出方向及び検出位置のずれ角／距離）を所定の演算処理を介して導出して記憶したものである。
【００３９】
制御プログラム５３２は、例えば、測長する際に、受光素子３１１とスケール部１０との相対位置に応じたミスアライメントデータ５３１に基づいて、ミスアライメントをキャンセルするように受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させる機能をＣＰＵ５１０に実行させるプログラムである。
具体的には、測長する際にＣＰＵ５１０が制御プログラム５３２を実行すると、測長時の相対位置に応じたミスアライメント量を上記ミスアライメントデータ５３１から抽出する。そして、ＣＰＵ５１０は、当該ミスアライメント量を打ち消すように、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌの中で電圧を印加する圧電素子を指定し、指定した圧電素子に電圧を印加することで、受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させ、ミスアライメントをキャンセルする。
【００４０】
次に、上記のように構成された光学式エンコーダ１による被測定物の測長動作について説明する。
測長の際、ＣＰＵ５１０が測長時の相対位置に応じたミスアライメント量を記憶部５３０のミスアライメントデータ５３１から抽出する。そして、ＣＰＵ５１０は、当該ミスアライメント量を打ち消すように、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌの中で電圧を印加する圧電素子を指定し、指定した圧電素子に電圧を印加することで、受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させ、ミスアライメントをキャンセルする。そして、当該ミスアライメントのキャンセルされた状態で、測長用発光部２１０より出射される測長光の、光学格子１１による反射光を受光素子３１１にて検出することで、被測定物の測長を行う。
上記ミスアライメントのキャンセルは、具体的には、ＣＰＵ５１０がミスアライメントデータ５３１によりピッチング方向（Ｒ２方向）のミスアライメントが存在すると判断した場合、圧電素子３１３ａと圧電素子３１３ｂの何れか一方をミスアライメント量に応じて駆動させる。同様に、ＣＰＵ５１０がローリング方向（Ｒ１方向）のミスアライメントが存在すると判断した場合、圧電素子３１３ｃと圧電素子３１３ｄの何れか一方をミスアライメント量に応じて駆動させる。また、ＣＰＵ５１０が第２方向のミスアライメントが存在すると判断した場合、圧電素子３１３ｅ〜３１３ｈをミスアライメント量に応じて駆動させる。さらに、ＣＰＵ５１０が第１方向のミスアライメントが存在すると判断した場合、圧電素子３１３ａ〜３１３ｄ及び３１３ｉ〜３１３ｌをミスアライメント量に応じて駆動させる。
【００４１】
以上により、本実施形態における光学式エンコーダ１は、測長光源２１１から出射される光を光学格子１１を有するスケール部１０に照射し、スケール部１０からの反射光をスケール部１０と相対移動可能に設けられた受光素子３１１にて検出して被測定物を測長する光学式エンコーダであって、受光素子３１１を移動及び回動させて受光素子３１１による検出位置及び検出方向を変更する圧電素子３１３ａ〜３１３ｌと、測長する際に、受光素子３１１とスケール部１０との相対位置に応じたミスアライメント情報に基づいて、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌにより、ミスアライメントをキャンセルするように受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させる機能をＣＰＵ５１０に実行させる制御プログラム５３２と、を備える。
【００４２】
つまり、光学式エンコーダ１は、相対位置に応じて検出位置／検出方向が変更されるので、各々の相対位置における動的なミスアライメントが補正可能であり、かつ、検出信号に対する電気的補正を行うものではないので、補正可能なレンジを拡大させることができる。
したがって、本発明は、スケールと検出部との各々の相対位置における動的なミスアライメントを補正可能で、かつ、大きなミスアライメントにも対応できる光学式エンコーダであるといえる。
さらに、光学式エンコーダ１は、上記のように動的なミスアライメントを補正可能な構成を備えているため、設置する際に、上記ミスアライメントを考慮した厳密な設置位置の調整を行う必要がないため、ユーザの設置負担が軽減される。
【００４３】
また、光学式エンコーダ１は、受光素子３１１を載置する載置部３１２を備え、圧電素子３１３ａ〜３１３ｄは、載置部３１２をピッチング方向とローリング方向に各々回動可能であり、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌは、載置部３１２を第１方向及び第２方向に移動させる。
つまり、光学式エンコーダ１は、載置部３１２に載置される受光素子３１１の、検出位置／検出方向を自在に変更出来る（ピッチング方向／ローリング方向に回転させ、第１方向／第２方向に移動させることが出来る）。
【００４４】
また、載置部３１２の下面及び側面の所定位置に圧電素子３１３ａ〜３１３ｌが配置され、制御プログラム５３２は、上記圧電素子の中で、電圧を印加する圧電素子を指定し、指定した圧電素子に電圧を印加することで載置部３１２をピッチング方向とローリング方向に各々回動させ、第１方向及び第２方向に移動させる。
つまり、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌに電圧を印加することにより、載置部３１２（受光素子３１１）を回転／移動させて、容易に受光素子３１１の検出位置／検出方向を変更して動的なミスアライメントを補正することが出来る。
【００４５】
また、受光素子３１１のスケール部１０との相対位置に応じたミスアライメント情報がミスアライメントデータ５３１として記憶されており、ＣＰＵ５１０が制御プログラム５３２を実行すると、測長する際に、ミスアライメントデータ５３１を取得して受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させることができる。
つまり、事前測長の結果に基づくミスアライメントデータ５３１を利用して受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向が変更されるので、上記変更に要する時間が比較的短くて済むため、高速でかつ安定した精密測長を行うことが出来る。
【００４６】
「第２の実施形態」
次に、本発明に係る光学式エンコーダの他の実施形態について説明する。第１の実施形態における光学式エンコーダ１では、ＣＰＵ５１０が制御プログラム５３２を実行すると、事前測長を実施した結果によるミスアライメントデータ５３１に基づいて、ミスアライメントをキャンセルする場合を例示した。しかし、例えば、以下の第２の実施形態における光学式エンコーダ１０００で説明するように、測長時に（リアルタイムに）、測長される相対位置に応じたミスアライメント情報を生成し、当該ミスアライメント情報に基づくミスアライメントのキャンセルを実施するように構成しても良い。
以下では、光学式エンコーダ１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略し、相違点について説明する。
【００４７】
第２の実施形態における光学式エンコーダ１０００は、例えば、図５に示すように、測長用受光部３１０に検出センサ３５０（検出手段）と、記憶部５３０にミスアライメント情報生成プログラム５３１ａ（ミスアライメント情報生成手段）と、制御プログラム５３２ａ（制御手段）と、を備える。
【００４８】
検出センサ３５０は、例えば、受光素子３１１と同様に、基板４００上で測長光の光学格子１１による反射光を入力できる位置に配置され、位置検出センサとしてのＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ）を各ＸＹＺ方向に対して配置したものや、光電変換機能を有するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサ等で構成される。そして、測長が行われ、受光素子３１１とスケール部１０との相対位置が変化する度に、検出センサ３５０が上記反射光を検出し、当該検出センサ３５０の出力値（相対位置に応じたミスアライメント）がリサージュ信号等として制御部５００に入力されるように構成される。
【００４９】
ミスアライメント情報生成プログラム５３１ａは、例えば、検出センサ３５０の出力値によりミスアライメント情報を生成する機能をＣＰＵ５１０に実行させるプログラムである。
具体的には、検出センサ３５０より測定時の相対位置における出力値（リサージュ信号等）が入力されると、ＣＰＵ５１０はミスアライメント情報生成プログラム５３１ａを実行し、上記リサージュ信号に基づく測定波形からリサージュ曲線を導出する。そして、ＣＰＵ５１０は、当該リサージュ曲線の振幅，オフセット，位相差等を考慮して理想波形となるように、受光素子３１１の検出方向及び検出位置のずれ等のミスアライメント量で構成される、測定時の相対位置に応じたミスアライメント情報を生成する。
【００５０】
制御プログラム５３２ａは、例えば、測長する際に、ミスアライメント情報生成プログラム５３１ａの実行により生成されるミスアライメント情報に基づいて、ミスアライメントをキャンセルするように受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させる機能をＣＰＵ５１０に実行させるプログラムである。
具体的には、測長する際に、ＣＰＵ５１０がミスアライメント情報生成プログラム５３１ａを実行してミスアライメント情報を生成すると、制御プログラム５３２を実行し、当該ミスアライメント情報のミスアライメント量を打ち消すように、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌの中で電圧を印加する圧電素子を指定し、指定した圧電素子に電圧を印加することで、受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させ、ミスアライメントをキャンセルする。
【００５１】
以上により、本実施形態における光学式エンコーダ１０００は、測長する際に、測長される相対位置に応じたスアライメントを検出する検出センサ３５０と、検出手段により検出されたミスアライメントによりミスアライメント情報を生成する、ＣＰＵ５１０の実行に係るミスアライメント情報生成プログラム５３１ａと、を備え、ＣＰＵ５１０が制御プログラム５３２ａを実行することにより、上記生成されるミスアライメント情報に基づいて、受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させる。
つまり、光学式エンコーダ１０００によると、測長される相対位置に応じたリアルタイムなミスアライメント情報に基づいてミスアライメントのキャンセルを実施することができる。そのため、例えば、測長時にスケール上にゴミが付着する等の汚れが生じた場合でも、リアルタイムなミスアライメントのキャンセルにより、正確な信号を検出することが可能となるので、信号の劣化等を容易に回避することが出来る。
【００５２】
なお、本発明の範囲は上記実施形態に限られることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
具体的には、上記実施形態において、内側載置部３１２ｂの外枠３１２ｂ１，内枠３
１２ｂ２，載置板３１２ｂ３は、Ｒ１軸３１２ｂ４及びＲ２軸３１２ｂ５により連結されて構成されているが、例えば、上記Ｒ１軸３１２ｂ４及びＲ２軸３１２ｂ５を設けることなく、外枠３１２ｂ１，内枠３１２ｂ２，載置板３１２ｂ３を各々分離して独立に駆動させ、受光素子３１１の検出位置及び検出方向を変更するように構成してもよい。
さらに、上記実施形態では、載置部３１２の下面及び側面の所定位置に圧電素子３１３ａ〜３１３ｌを配置することにより、載置部３１２をピッチング方向とローリング方向に各々回動させ、載置部３１２を第１方向及び第２方向に移動させているが、圧電素子を用いた構成に限定されるものではなく、高精度且つ高分解能なアクチュエータであれば適宜の変更が可能である。具体的には、例えば、静電式のアクチュエータ、磁気式のアクチュエータ、超音波式のアクチュエータ、空気圧式のアクチュエータ、形状記憶合金式のアクチュエータ、等を用いることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 光学式エンコーダ
１０ スケール部（スケール）
１１ 光学格子
２１１ 測長光源（光源）
３１１ 受光素子（光検出部）
３１２ 載置部
３１３ａ〜３１３ｄ 圧電素子（変更手段、回動駆動部、移動駆動部）
３１３ｅ〜３１３ｌ 圧電素子（変更手段、移動駆動部）
５００ 制御部
５１０ ＣＰＵ（制御手段）
５３１ ミスアライメントデータ（記憶手段）
５３２ 制御プログラム（制御手段）
１０００ 光学式エンコーダ
３５０ 検出センサ（検出手段）
５１０ ＣＰＵ（ミスアライメント情報生成手段、制御手段）
５３１ａ ミスアライメント情報生成プログラム（ミスアライメント情報生成手段）
５３２ａ 制御プログラム（制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スケールと検出部とを対向させて、双方の相対変位により被測定物の測長を行うエンコーダにおいては、スケールと検出部とのミスアライメントが測長誤差の要因となっていた。
【０００３】
そこで、上記ミスアライメントを補正するエンコーダとして、例えば、２相以上の位相の異なる受光信号を発信する受光素子をスケールとの相対移動方向に複数有し、各相受光素子の位相軸上の受光面積の重心を一致させると共に、配置角度範囲を等しくすることで、スケールと受光部が正しい位置関係からずれて設置された場合の各位相のばらつきをキャンセルすることにより、組立て誤差に起因した検出誤差を低減できるものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７７６７２号公報
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載のミスアライメントの補正手段は、スケールと検出部とが静止状態にあるときの静的な補正を行うものであり、測長中の動的なミスアライメントを補正することが出来ない。
そこで、測長ストローク全域での姿勢変動の平均値を算出して、上記平均値に基づき動的なミスアライメントを補正する手法が広く用いられている。また、運動の真直度（運動中の姿勢の狂い）の小さい運動系においては、検出部にて検出される検出信号に対する電気的補正を用いることもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記平均値に基づく補正を行う場合、各々の相対位置で十分な測長精度を確保することは難しく、また、電気的補正を用いる場合、補正可能なレンジが限定され、大きなミスアライメントに対応しきれないことがある。
【０００７】
本発明の課題は、スケールと検出部との各々の相対位置における動的なミスアライメントを補正可能で、かつ、大きなミスアライメントにも対応できる光学式エンコーダを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、光源から出射される光を光学格子を有するスケールに照射し、前記スケールからの反射光又は前記スケールを透過した光を前記スケールと相対移動可能に設けられた光検出部にて検出して被測定物を測長する光学式エンコーダにおいて、前記光検出部を移動及び回動させて当該光検出部による検出位置及び検出方向を変更する変更手段と、測長する際に、前記光検出部と前記スケールとの相対位置に応じたミスアライメント情報に基づいて、前記変更手段により、ミスアライメントをキャンセルするように前記光検出部の検出位置及び／又は検出方向を変更させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、前記光検出部を載置する載置部を備え、前記変更手段は、前記載置部をピッチング方向とローリング方向に各々回動可能な回動駆動部と、前記載置部を前記光検出部が前記スケールと接離する第１方向、及び当該第１方向と前記光検出部と前記スケールとの相対移動方向と各々直交する第２方向、に移動させる移動駆動部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、前記変更手段は、前記載置部の下面及び側面の所定位置に配置される複数の圧電素子を有し、前記制御手段は、複数の圧電素子の中で、電圧を印加する圧電素子を指定し、指定した圧電素子に電圧を印加することで前記載置部をピッチング方向とローリング方向に各々回動させ、前記第１方向及び前記第２方向に移動させることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の光学式エンコーダにおいて、前記光検出部の前記スケールとの相対位置に応じたミスアライメント情報を記憶する記憶手段を有し、前記制御手段は、測長する際に、前記記憶手段に記憶されたミスアライメント情報を取得して前記変更手段により前記光検出部の検出位置及び／又は検出方向を変更させることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の光学式エンコーダにおいて、測長する際に、測長される前記相対位置に応じたミスアライメントを検出する検出手段と、前記検出手段により検出されたミスアライメントによりミスアライメント情報を生成するミスアライメント情報生成手段と、を備え、前記制御手段は、前記ミスアライメント情報生成手段により生成されるミスアライメント情報に基づいて、前記変更手段により前記光検出部の検出位置及び／又は検出方向を変更させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、変更手段により光検出部による検出位置及び検出方向が変更可能に構
成されており、測長する際に、制御手段により、相対位置に応じたミスアライメント情報に基づいてミスアライメントをキャンセルするように光検出部の検出位置／検出方向が変更手段で変更される。つまり、本発明は、相対位置に応じて検出位置／検出方向が変更されるので、各々の相対位置における動的なミスアライメントが補正可能であり、かつ、検出信号に対する電気的補正を行うものではないので、補正可能なレンジを拡大することができる。
したがって、本発明は、スケールと検出部との各々の相対位置における動的なミスアライメントを補正可能で、かつ、大きなミスアライメントにも対応できる光学式エンコーダであるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る光学式エンコーダの概略構成図である。
【図２】本発明に係る載置部及び変更手段を説明するための模式図である。
【図３】図２における各々の断面図を示し、（Ａ）がＡ−Ａ断面図、（Ｂ）がＣ−Ｃ断面図、（Ｃ）がＥ−Ｅ，Ｇ−Ｇ断面図（Ｄ）がＩ−Ｉ，Ｋ−Ｋ断面図、である。
【図４】本発明に係る光学式エンコーダの制御構造を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る別の実施形態における光学式エンコーダの制御構造を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
「第１の実施形態」
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、発明の範囲は図示例に限定されない。また、以下の説明では、図１における左右方向をＸ方向、前後方向をＹ方向、上下方向をＺ方向とする。
【００１６】
本実施形態の光学式エンコーダ１は、例えば、図１〜図４に示すように、スケール部１０（スケール）と、受発光部１００と、制御部５００と、等を含んで構成される。そして、光学式エンコーダ１は、受発光部１００がＸ方向に移動可能に構成され、スケール部１０に対して相対移動するとともに、受発光部１００よりスケール部１０に向けて出射される光がスケール部１０にて反射して、受発光部１００で当該反射光を受光することで被測定物の測長を行う。
【００１７】
スケール部１０は、例えば、光学格子１１と、原点用光反射部１２と、を含んで構成される。
光学格子１１は、入射した光を反射させる光反射部１１ａを測定軸方向（Ｘ方向）に沿って所定間隔で備えた測長用の光学格子であり、被測定物の測長用の光（測長光）を反射させる。
原点用光反射部１２は、測定軸方向に沿って光学格子１１と平行に配置され、受発光部１００から出射される原点位置検出用の検出光を反射させる。
【００１８】
受発光部１００は、例えば、測長光及び検出光を発光する発光部２００と、スケール部１０からの反射光を受光する受光部３００と、発光部２００や受光部３００を載置する基板４００と、を含んで構成される。
【００１９】
発光部２００は、測長光を発光する測長用発光部２１０と、検出光を発光する原点検出用発光部２２０と、を含んで構成される。
【００２０】
測長用発光部２１０は、例えば、赤色光（波長６００〜７６０ｎｍ程度）等の被測定物の測長用の測長光を出射するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の測長光源２１１（光源）と、測長光源２１１より出射される測長光を透過させる測長スリット２１２と、を含んで構成される。そして、測長光源２１１より出射され、測長スリット２１２を透過した測長光が、スケール部１０の光学格子１１にて反射し、当該反射光が受光部３００にて受光されるように、測長光源２１１の出射位置が調整されている。
【００２１】
原点検出用発光部２２０は、例えば、測長光と波長域が異なる青色光（波長４５０〜５００ｎｍ程度）等の原点位置検出用の検出光を出射するＬＥＤ等の原点検出光源２２１と、原点検出光源２２１より出射される検出光を透過させる原点検出スリット２２２と、を含んで構成される。そして、原点検出光源２２１より出射され、原点検出スリット２２２を透過した検出光が、スケール部１０の原点用光反射部１２にて反射し、当該反射光が受光部３００にて受光されるように、原点検出光源２２１の出射位置が調整されている。
【００２２】
受光部３００は、例えば、測長光を受光する測長用受光部３１０と、検出光の原点用光反射部１２による反射光を受光する検出用受光部３２０と、を含んで構成される。
【００２３】
測長用受光部３１０は、例えば、図２及び図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、測長光の
光学格子１１による反射光を検出（受光）する受光素子３１１（光検出部）と、受光素子３１１を載置する載置部３１２と、載置部３１２を回転／移動させて受光素子３１１の検出位置及び検出方向を変更する圧電素子３１３ａ〜３１３ｌ（変更手段）と、を含んで構成される。なお、図２は、上面視で基板４００の上方に載置部３１２が配設された状態を模式的に示しており、基板４００と載置部３１２との間に配設される圧電素子３１３ａ〜３１３ｄ，３１３ｊ〜３１３ｌも図示している。
【００２４】
受光素子３１１は、例えば、測長光の光学格子１１による反射光を検出する複数の素子アレイで構成される。そして、検出装置（図示省略）が当該受光素子３１１の受光した反射光に基づいて所定の変位信号を生成して制御部５００に出力し、制御部５００が所定の演算処理を行うことで被測定物の測長がなされるように構成されている。つまり、スケール部１０と受光素子３１１との間にミスアライメントが存在し、受光素子３１１が正確な検出方向（図２に示すＲ１方向又はＲ２方向）及び検出位置（ＹＺ位置）で上記反射光を検出できなかった場合、上記受光素子３１１にて検出される反射光の受光感度が低下するため、被測定物の測長誤差が発生する。
【００２５】
載置部３１２は、例えば、図２及び図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、基板４００の上方に（基板４００の上面からＺ方向に所定距離離れた状態で）配設され、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌ（変更手段）によって支持される板状の部材である。
【００２６】
また、載置部３１２は、図２に示すように、内側載置部３１２ｂと外側載置部３１２ｃとで構成される。
内側載置部３１２ｂは、外枠３１２ｂ１と、この外枠の内側に配置された内枠３１２ｂ２と、この内枠３１２ｂ２の更に内側に配置された載置板３１２ｂ３と、外枠３１２ｂ１と内枠３１２ｂ２とをローリング方向（Ｒ１方向）に回動自在に連結するＲ１軸３１２ｂ４と、内枠３１２ｂ２と載置板３１２ｂ３とをＲ１方向に直交するピッチング方向（Ｒ２方向）に回動自在に連結するＲ２軸３１２ｂ５と、を備えており、ジンバル構造をなしている。
外側載置部３１２ｃは、外枠３１２ｂ１の更に外側を囲むように上面視略ロ字状に形成されている。
上記内側載置部３１２ｂと外側載置部３１２ｃとは上面視ロ字状の空間部３１２ａにより分離されており、当該分離箇所の一部は、図３（Ｃ）に示すように、圧電素子３１３ｅ〜３１３ｈによって連結されている。
【００２７】
圧電素子３１３ａ〜３１３ｌは、例えば、電圧が印加されることにより伸縮し、伸縮方向に伸縮量（電圧値）に応じた力を及ぼすピエゾ素子等である。
【００２８】
圧電素子３１３ａ及び圧電素子３１３ｂは、図２及び図３（Ａ）に示すように、載置板３１２ｂ３の下面に、圧電素子３１３ｄを挟んで対称な位置であって、Ｒ１軸３１２ｂ４を通る直線上に各々配置されている。圧電素子３１３ａ及び圧電素子３１３ｂの各々一方の端部は接着剤等により基板４００の上面に固着され、他方の端部は載置板３１２ｂ３の下面に固着されている。そして、電圧が印加されていない状態で、載置板３１２ｂ３及び載置板３１２ｂ３に載置された受光素子３１１を基板４００に対して平行に支持する。この状態より、圧電素子３１３ａ又は圧電素子３１３ｂの何れか一方に電圧が印加されると、圧電素子３１３ａ又は圧電素子３１３ｂがＺ軸方向に延伸するため、載置板３１２ｂ３がＲ２方向に回転するので、ピッチング方向の検出方向を変更することが出来る。
【００２９】
圧電素子３１３ｃ及び圧電素子３１３ｄは、図２及び図３（Ｂ）に示すように、内枠３１２ｂ２の下面に、圧電素子３１３ａを挟んで対称な位置であって、Ｒ２軸３１２ｂ５を通る直線上に各々配置されている。圧電素子３１３ｃ及び圧電素子３１３ｄの各々一方の端部は接着剤等により基板４００の上面に固着され、他方の端部は外枠３１２ｂ１の下面に固着されている。そして、電圧が印加されていない状態で、載置板３１２ｂ３及び載置板３１２ｂ３に載置された受光素子３１１を基板４００に対して平行に支持する。この状態より、圧電素子３１３ｃ又は圧電素子３１３ｄの何れか一方に電圧が印加されると、圧電素子３１３ｃ又は圧電素子３１３ｄがＺ軸方向に延伸するため、内側載置部３１２ｂがＲ１方向に回転するので、ローリング方向の検出方向を変更することが出来る。
このように、本実施形態において、圧電素子３１３ａ〜３１３ｄは、回動駆動部を構成する。
【００３０】
圧電素子３１３ｅ〜３１３ｈは、図２に示すように、Ｙ軸方向で対向する外側載置部３１２ｃと内側載置部３１２ｂの外枠３１２ｂ１との間の空間部３１２ａであって、受光素子３１１を挟んで、Ｘ軸方向に２つずつ、各々が受光素子３１１から等距離となる位置に配置されている。圧電素子３１３ｅ〜３１３ｈの各々一方の端部は接着剤等により内側載置部３１２ｂの外枠３１２ｂ１の外壁に固着され、他方の端部は、外側載置部３１２ｃの内壁に固着されており、これにより、内側載置部３１２ｂと外側載置部３１２ｃとが連結される。
そして、図２及び図３（Ｃ）に示すように、圧電素子３１３ｅ及び圧電素子３１３ｇの組と、圧電素子３１３ｆ及び圧電素子３１３ｈの組と、に同一電圧値からなる電圧が印加され、一方の組を伸ばすとともに他方の組を縮ませることにより、検出位置（内側載置部３１２ｂ）を正負のＹ方向（受光素子３１１がスケール部１０と接離する第１方向と、受光素子３１１とスケール部１０との相対移動方向と、の各々に直交する第２方向）に変更することが出来る。
【００３１】
圧電素子３１３ｉ〜３１３ｌは、図２及び図３（Ｄ）に示すように、外側載置部３１２ｃの四隅部の下面に各々配置されており、電圧が印加されていない状態で、載置部３１２及び載置部３１２に載置された受光素子３１１を水平に支持する。この状態より、圧電素子３１３ａ〜３１３ｄとともに、圧電素子３１３ｉ〜３１３ｌに同一電圧値からなる電圧が印加されると、圧電素子３１３ａ〜３１３ｄ及び３１３ｉ〜３１３ｌがＺ軸方向に同一変形量の伸縮を行い、受光素子３１１が水平状態を保ったままＺ方向（第１方向）に上下動するので、検出位置を変更することが出来る。
このように、本実施形態において、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌは、移動駆動部を構成する。
【００３２】
なお、上記各々の圧電素子への電圧印加により検出方向／位置を変更した際、電圧が印加されていない圧電素子も上記変更に応じて変形や相互干渉を行うため、当該変更後検出方向／位置を更に変更する場合、各々の圧電素子に上記変形や相互干渉を打ち消すように電圧を付与する必要がある。
【００３３】
検出用受光部３２０は、例えば、検出光の原点用光反射部１２による反射光を受光する受光素子アレイであり、当該反射光を受光することにより所定の原点信号が得られるように構成されている。そのため、受発光部１００がスケール部１０に対して相対移動した際に、上記原点信号を検出することにより、受発光部１００の原点位置合わせが可能となる。
【００３４】
制御部５００は、例えば、図４に示すように、ＣＰＵ５１０と、ＲＡＭ５２０と、記憶部５３０と、等を含み、光学式エンコーダ１の各部構成を統括制御している。そして、制御部５００は、システムバスなどを介して、受光部３００等と接続している。
【００３５】
ＣＰＵ５１０は、例えば、記憶部５３０に記憶される光学式エンコーダ１の備える各種機能を実行するための処理プログラムに従って、各種制御処理を行う。
【００３６】
ＲＡＭ５２０は、例えば、ＣＰＵ５１０によって実行される処理プログラムなどを展開するためのプログラム格納領域や、入力データや処理プログラムが実行される際に生じる処理結果などを格納するデータ格納領域などを備えている。
【００３７】
記憶部５３０は、例えば、光学式エンコーダ１で実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵ５１０によって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。そして、記憶部５３０に記憶されるプログラムやデータとしては例えば、ミスアライメントデータ５３１（記憶手段）や制御プログラム５３２（制御手段）がある。
【００３８】
ミスアライメントデータ５３１は、ミスアライメント情報として、例えば、測長に先立って、受発光部１００をスケール部１０に対して相対移動させて、各々の相対位置における事前測長を実行させ、当該実行による測長結果に基づいて、各々の相対位置に応じたミスアライメント量（例えば、受光素子３１１の検出方向及び検出位置のずれ角／距離）を所定の演算処理を介して導出して記憶したものである。
【００３９】
制御プログラム５３２は、例えば、測長する際に、受光素子３１１とスケール部１０との相対位置に応じたミスアライメントデータ５３１に基づいて、ミスアライメントをキャンセルするように受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させる機能をＣＰＵ５１０に実行させるプログラムである。
具体的には、測長する際にＣＰＵ５１０が制御プログラム５３２を実行すると、測長時の相対位置に応じたミスアライメント量を上記ミスアライメントデータ５３１から抽出する。そして、ＣＰＵ５１０は、当該ミスアライメント量を打ち消すように、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌの中で電圧を印加する圧電素子を指定し、指定した圧電素子に電圧を印加することで、受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させ、ミスアライメントをキャンセルする。
【００４０】
次に、上記のように構成された光学式エンコーダ１による被測定物の測長動作について説明する。
測長の際、ＣＰＵ５１０が測長時の相対位置に応じたミスアライメント量を記憶部５３０のミスアライメントデータ５３１から抽出する。そして、ＣＰＵ５１０は、当該ミスアライメント量を打ち消すように、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌの中で電圧を印加する圧電素子を指定し、指定した圧電素子に電圧を印加することで、受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させ、ミスアライメントをキャンセルする。そして、当該ミスアライメントのキャンセルされた状態で、測長用発光部２１０より出射される測長光の、光学格子１１による反射光を受光素子３１１にて検出することで、被測定物の測長を行う。
上記ミスアライメントのキャンセルは、具体的には、ＣＰＵ５１０がミスアライメントデータ５３１によりピッチング方向（Ｒ２方向）のミスアライメントが存在すると判断した場合、圧電素子３１３ａと圧電素子３１３ｂの何れか一方をミスアライメント量に応じて駆動させる。同様に、ＣＰＵ５１０がローリング方向（Ｒ１方向）のミスアライメントが存在すると判断した場合、圧電素子３１３ｃと圧電素子３１３ｄの何れか一方をミスアライメント量に応じて駆動させる。また、ＣＰＵ５１０が第２方向のミスアライメントが存在すると判断した場合、圧電素子３１３ｅ〜３１３ｈをミスアライメント量に応じて駆動させる。さらに、ＣＰＵ５１０が第１方向のミスアライメントが存在すると判断した場合、圧電素子３１３ａ〜３１３ｄ及び３１３ｉ〜３１３ｌをミスアライメント量に応じて駆動させる。
【００４１】
以上により、本実施形態における光学式エンコーダ１は、測長光源２１１から出射される光を光学格子１１を有するスケール部１０に照射し、スケール部１０からの反射光をスケール部１０と相対移動可能に設けられた受光素子３１１にて検出して被測定物を測長する光学式エンコーダであって、受光素子３１１を移動及び回動させて受光素子３１１による検出位置及び検出方向を変更する圧電素子３１３ａ〜３１３ｌと、測長する際に、受光素子３１１とスケール部１０との相対位置に応じたミスアライメント情報に基づいて、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌにより、ミスアライメントをキャンセルするように受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させる機能をＣＰＵ５１０に実行させる制御プログラム５３２と、を備える。
【００４２】
つまり、光学式エンコーダ１は、相対位置に応じて検出位置／検出方向が変更されるので、各々の相対位置における動的なミスアライメントが補正可能であり、かつ、検出信号に対する電気的補正を行うものではないので、補正可能なレンジを拡大させることができる。
したがって、本発明は、スケールと検出部との各々の相対位置における動的なミスアライメントを補正可能で、かつ、大きなミスアライメントにも対応できる光学式エンコーダであるといえる。
さらに、光学式エンコーダ１は、上記のように動的なミスアライメントを補正可能な構成を備えているため、設置する際に、上記ミスアライメントを考慮した厳密な設置位置の調整を行う必要がないため、ユーザの設置負担が軽減される。
【００４３】
また、光学式エンコーダ１は、受光素子３１１を載置する載置部３１２を備え、圧電素子３１３ａ〜３１３ｄは、載置部３１２をピッチング方向とローリング方向に各々回動可能であり、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌは、載置部３１２を第１方向及び第２方向に移動させる。
つまり、光学式エンコーダ１は、載置部３１２に載置される受光素子３１１の、検出位置／検出方向を自在に変更出来る（ピッチング方向／ローリング方向に回転させ、第１方向／第２方向に移動させることが出来る）。
【００４４】
また、載置部３１２の下面及び側面の所定位置に圧電素子３１３ａ〜３１３ｌが配置され、制御プログラム５３２は、上記圧電素子の中で、電圧を印加する圧電素子を指定し、指定した圧電素子に電圧を印加することで載置部３１２をピッチング方向とローリング方向に各々回動させ、第１方向及び第２方向に移動させる。
つまり、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌに電圧を印加することにより、載置部３１２（受光素子３１１）を回転／移動させて、容易に受光素子３１１の検出位置／検出方向を変更して動的なミスアライメントを補正することが出来る。
【００４５】
また、受光素子３１１のスケール部１０との相対位置に応じたミスアライメント情報がミスアライメントデータ５３１として記憶されており、ＣＰＵ５１０が制御プログラム５３２を実行すると、測長する際に、ミスアライメントデータ５３１を取得して受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させることができる。
つまり、事前測長の結果に基づくミスアライメントデータ５３１を利用して受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向が変更されるので、上記変更に要する時間が比較的短くて済むため、高速でかつ安定した精密測長を行うことが出来る。
【００４６】
「第２の実施形態」
次に、本発明に係る光学式エンコーダの他の実施形態について説明する。第１の実施形態における光学式エンコーダ１では、ＣＰＵ５１０が制御プログラム５３２を実行すると、事前測長を実施した結果によるミスアライメントデータ５３１に基づいて、ミスアライメントをキャンセルする場合を例示した。しかし、例えば、以下の第２の実施形態における光学式エンコーダ１０００で説明するように、測長時に（リアルタイムに）、測長される相対位置に応じたミスアライメント情報を生成し、当該ミスアライメント情報に基づくミスアライメントのキャンセルを実施するように構成しても良い。
以下では、光学式エンコーダ１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略し、相違点について説明する。
【００４７】
第２の実施形態における光学式エンコーダ１０００は、例えば、図５に示すように、測長用受光部３１０に検出センサ３５０（検出手段）と、記憶部５３０にミスアライメント情報生成プログラム５３１ａ（ミスアライメント情報生成手段）と、制御プログラム５３２ａ（制御手段）と、を備える。
【００４８】
検出センサ３５０は、例えば、受光素子３１１と同様に、基板４００上で測長光の光学格子１１による反射光を入力できる位置に配置され、位置検出センサとしてのＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ）を各ＸＹＺ方向に対して配置したものや、光電変換機能を有するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサ等で構成される。そして、測長が行われ、受光素子３１１とスケール部１０との相対位置が変化する度に、検出センサ３５０が上記反射光を検出し、当該検出センサ３５０の出力値（相対位置に応じたミスアライメント）がリサージュ信号等として制御部５００に入力されるように構成される。
【００４９】
ミスアライメント情報生成プログラム５３１ａは、例えば、検出センサ３５０の出力値によりミスアライメント情報を生成する機能をＣＰＵ５１０に実行させるプログラムである。
具体的には、検出センサ３５０より測定時の相対位置における出力値（リサージュ信号等）が入力されると、ＣＰＵ５１０はミスアライメント情報生成プログラム５３１ａを実行し、上記リサージュ信号に基づく測定波形からリサージュ曲線を導出する。そして、ＣＰＵ５１０は、当該リサージュ曲線の振幅，オフセット，位相差等を考慮して理想波形となるように、受光素子３１１の検出方向及び検出位置のずれ等のミスアライメント量で構成される、測定時の相対位置に応じたミスアライメント情報を生成する。
【００５０】
制御プログラム５３２ａは、例えば、測長する際に、ミスアライメント情報生成プログラム５３１ａの実行により生成されるミスアライメント情報に基づいて、ミスアライメントをキャンセルするように受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させる機能をＣＰＵ５１０に実行させるプログラムである。
具体的には、測長する際に、ＣＰＵ５１０がミスアライメント情報生成プログラム５３１ａを実行してミスアライメント情報を生成すると、制御プログラム５３２を実行し、当該ミスアライメント情報のミスアライメント量を打ち消すように、圧電素子３１３ａ〜３１３ｌの中で電圧を印加する圧電素子を指定し、指定した圧電素子に電圧を印加することで、受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させ、ミスアライメントをキャンセルする。
【００５１】
以上により、本実施形態における光学式エンコーダ１０００は、測長する際に、測長される相対位置に応じたスアライメントを検出する検出センサ３５０と、検出手段により検出されたミスアライメントによりミスアライメント情報を生成する、ＣＰＵ５１０の実行に係るミスアライメント情報生成プログラム５３１ａと、を備え、ＣＰＵ５１０が制御プログラム５３２ａを実行することにより、上記生成されるミスアライメント情報に基づいて、受光素子３１１の検出位置及び／又は検出方向を変更させる。
つまり、光学式エンコーダ１０００によると、測長される相対位置に応じたリアルタイムなミスアライメント情報に基づいてミスアライメントのキャンセルを実施することができる。そのため、例えば、測長時にスケール上にゴミが付着する等の汚れが生じた場合でも、リアルタイムなミスアライメントのキャンセルにより、正確な信号を検出することが可能となるので、信号の劣化等を容易に回避することが出来る。
【００５２】
なお、本発明の範囲は上記実施形態に限られることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
具体的には、上記実施形態において、内側載置部３１２ｂの外枠３１２ｂ１，内枠３
１２ｂ２，載置板３１２ｂ３は、Ｒ１軸３１２ｂ４及びＲ２軸３１２ｂ５により連結されて構成されているが、例えば、上記Ｒ１軸３１２ｂ４及びＲ２軸３１２ｂ５を設けることなく、外枠３１２ｂ１，内枠３１２ｂ２，載置板３１２ｂ３を各々分離して独立に駆動させ、受光素子３１１の検出位置及び検出方向を変更するように構成してもよい。
さらに、上記実施形態では、載置部３１２の下面及び側面の所定位置に圧電素子３１３ａ〜３１３ｌを配置することにより、載置部３１２をピッチング方向とローリング方向に各々回動させ、載置部３１２を第１方向及び第２方向に移動させているが、圧電素子を用いた構成に限定されるものではなく、高精度且つ高分解能なアクチュエータであれば適宜の変更が可能である。具体的には、例えば、静電式のアクチュエータ、磁気式のアクチュエータ、超音波式のアクチュエータ、空気圧式のアクチュエータ、形状記憶合金式のアクチュエータ、等を用いることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 光学式エンコーダ
１０ スケール部（スケール）
１１ 光学格子
２１１ 測長光源（光源）
３１１ 受光素子（光検出部）
３１２ 載置部
３１３ａ〜３１３ｄ 圧電素子（変更手段、回動駆動部、移動駆動部）
３１３ｅ〜３１３ｌ 圧電素子（変更手段、移動駆動部）
５００ 制御部
５１０ ＣＰＵ（制御手段）
５３１ ミスアライメントデータ（記憶手段）
５３２ 制御プログラム（制御手段）
１０００ 光学式エンコーダ
３５０ 検出センサ（検出手段）
５１０ ＣＰＵ（ミスアライメント情報生成手段、制御手段）
５３１ａ ミスアライメント情報生成プログラム（ミスアライメント情報生成手段）
５３２ａ 制御プログラム（制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射される光を光学格子を有するスケールに照射し、前記スケールからの反射光又は前記スケールを透過した光を前記スケールと相対移動可能に設けられた光検出部にて検出して被測定物を測長する光学式エンコーダにおいて、
前記光検出部を移動及び回動させて当該光検出部による検出位置及び検出方向を変更す
る変更手段と、
測長する際に、前記光検出部と前記スケールとの相対位置に応じたミスアライメント情
報に基づいて、前記変更手段により、ミスアライメントをキャンセルするように前記光検出部の検出位置及び／又は検出方向を変更させる制御手段と、
を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記光検出部を載置する載置部を備え、
前記変更手段は、
前記載置部をピッチング方向とローリング方向に各々回動可能な回動駆動部と、
前記載置部を前記光検出部が前記スケールと接離する第１方向、及び当該第１方向と前記光検出部と前記スケールとの相対移動方向と各々直交する第２方向、に移動させる移動駆動部と、
を有することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記変更手段は、
前記載置部の下面及び側面の所定位置に配置される複数の圧電素子を有し、
前記制御手段は、
複数の圧電素子の中で、電圧を印加する圧電素子を指定し、指定した圧電素子に電圧を印加することで前記載置部をピッチング方向とローリング方向に各々回動させ、前記第１方向及び前記第２方向に移動させることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記光検出部の前記スケールとの相対位置に応じたミスアライメント情報を記憶する記憶手段を有し、
前記制御手段は、測長する際に、前記記憶手段に記憶されたミスアライメント情報を取
得して前記変更手段により前記光検出部の検出位置及び／又は検出方向を変更させることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか一項に記載の光学式エンコーダにおいて、
測長する際に、測長される前記相対位置に応じたミスアライメントを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出されたミスアライメントによりミスアライメント情報を生成するミスアライメント情報生成手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記ミスアライメント情報生成手段により生成されるミスアライメント情報に基づいて、前記変更手段により前記光検出部の検出位置及び／又は検出方向を変更させることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１】
光源から出射される光を光学格子を有するスケールに照射し、前記スケールからの反射光又は前記スケールを透過した光を前記スケールと相対移動可能に設けられた光検出部にて検出して被測定物を測長する光学式エンコーダにおいて、
前記光検出部を移動及び回動させて当該光検出部による検出位置及び検出方向を変更す
る変更手段と、
測長する際に、前記光検出部と前記スケールとの相対位置に応じたミスアライメント情
報に基づいて、前記変更手段により、ミスアライメントをキャンセルするように前記光検出部の検出位置及び／又は検出方向を変更させる制御手段と、
を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記光検出部を載置する載置部を備え、
前記変更手段は、
前記載置部をピッチング方向とローリング方向に各々回動可能な回動駆動部と、
前記載置部を前記光検出部が前記スケールと接離する第１方向、及び当該第１方向と前記光検出部と前記スケールとの相対移動方向と各々直交する第２方向、に移動させる移動駆動部と、
を有することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記変更手段は、
前記載置部の下面及び側面の所定位置に配置される複数の圧電素子を有し、
前記制御手段は、
複数の圧電素子の中で、電圧を印加する圧電素子を指定し、指定した圧電素子に電圧を印加することで前記載置部をピッチング方向とローリング方向に各々回動させ、前記第１方向及び前記第２方向に移動させることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記光検出部の前記スケールとの相対位置に応じたミスアライメント情報を記憶する記憶手段を有し、
前記制御手段は、測長する際に、前記記憶手段に記憶されたミスアライメント情報を取
得して前記変更手段により前記光検出部の検出位置及び／又は検出方向を変更させることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか一項に記載の光学式エンコーダにおいて、
測長する際に、測長される前記相対位置に応じたミスアライメントを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出されたミスアライメントによりミスアライメント情報を生成するミスアライメント情報生成手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記ミスアライメント情報生成手段により生成されるミスアライメント情報に基づいて、前記変更手段により前記光検出部の検出位置及び／又は検出方向を変更させることを特徴とする光学式エンコーダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−３３３６８（Ｐ２０１１−３３３６８Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７７２３０（Ｐ２００９−１７７２３０）
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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