專利名稱：編碼器的制作方法
技術領域：
本發明涉及適用于被測定對象的位置測定的編碼器，尤其涉及光學編碼器。
背景技術：
關于以往的編碼器為人所知的有例如專利文獻1中所記載的光學編碼器。即，光學編碼器具備以特定的間隔配置多個由不同種類的光柵所構成的光柵窗的光學刻度，以及二維影像傳感器。當向該光學刻度照射光線，則二維影像傳感器對由光柵窗所折射的折射光的圖案進行攝影。之后，該光學式編碼器根據所攝影的折射光圖案來決定光柵窗，并且根據影像中的折射光圖案的位置，來決定光學刻度的移動方向上的光柵窗的位置，檢測出被測定對象的絕對位置。
專利文獻1日本特公平8-10145號公報發明內容經由對以往的編碼器進行探討的結果，本發明者們是發現了以下的課題。即，在上述專利文獻1所記載的光學編碼器中，雖然被測定對象的絕對位置檢測的分辨率較高，但由于使用了二維影像傳感器因此必須具備幀存儲器等，從而存在裝置的復雜化的問題。
本發明是為了解決上述課題而完成的發明，其目的在于提供可以以簡單的構成精準地檢測出被測定對象的轉動角度及移動距離等的絕對值的編碼器。
本發明的編碼器為具備刻度板、光源裝置、以及光檢測裝置的光學式編碼器。在上述刻度板中，在以夾著基準線的方式各自延伸的第1及第2線上，設置有沿著該基準線交替配置的多個被檢測區域，在這些各個被檢測區域上，以任意的順序配列有讓光線穿透的1個或是1個以上的明圖案、以及遮斷光線的1個或是1個以上的暗圖案。上述光源裝置向多個的被檢測區域照射光線。上述光檢測裝置以夾著刻度板與上述光源裝置相對的方式配置，該光檢測裝置具備在基準線所延伸的第1方向上以及與該第1方向垂直的第2方向上多個像素以2維方式配列的感光區域，并且輸出顯示各自沿著第1及第2方向的入射光強度的1維分布的光強度分布數據。
特別地，在本發明的編碼器中，多個被檢測區域的各個沿著第2方向由上述明圖案及上述暗圖案所構成的配列互相不同。并且，在將感光區域的沿著第1方向的寬度設為W，沿著基準線在第1及第2線之間交替配置的多個被檢測區域的配置間距設為D時，滿足W/2＜D＜W的關系式。
在本發明的編碼器中，在第1及第2線之間互相鄰接的2個被檢測區域當中至少一個，從光源裝置來觀看經常與光檢測裝置的感光區域重疊。在此，由于在各個被檢測區域上，沿著與基準線所延伸的第1方向垂直的第2方向的明圖案以及暗圖案的配列互相不同，因此可以根據沿著該第2方向的光強度分布數據來決定與感光區域重疊的被檢測區域。此外，也可以根據沿著第1方向的光強度分布數據來決定該被決定被檢測區域的在該第1方向上的位置。如此，通過利用光檢測裝置，該光檢測裝置輸出顯示各自沿著基準線所延伸的第1方向以及與該第1方向垂直的第2方向的入射光強度的1維分布的光強度分布數據，可以以簡單構成精準地檢測出被測定對象的轉動角度及移動距離等的絕對值。此外，即使在光檢測裝置中的感光區域上同時重疊2個被檢測區域的情況下，由于該2個被檢測區域各自存在于第1線及第2線上，也不會妨礙到根據沿著第2方向的光強度分布數據來決定該2個被檢測區域。
此外，在本發明的編碼器中，多個被檢測區域的各個沿著第2方向的明圖案及暗圖案，是由形成在該被檢測區域內的光穿透孔的數目，以及沿著該第2方向的該光穿透孔的位置來規定。如此，通過調節形成在刻度板上的穿透孔的數目、以及沿著第2方向的光穿透孔的位置，可以容易且確實地使各個被檢測區域的明暗圖案的配列不相同。
本發明的編碼器具有各種的方式。作為其中一種方式有旋轉編碼器，即，刻度板進行轉動運動，在刻度板上以該轉動方向為上述第1方向配置有多個被檢測區域。此外，作為其他方式有線型編碼器，即，刻度板進行直線運動，在刻度板上以該直線方向為上述第1方向配置有多個被檢測區域。
本發明的各實施例可以通過以下的詳細說明及附圖進行更詳細的理解。這些實施例僅用于例示，本發明不應視為限定于這些實施例。
此外，本發明的更進一步的應用范圍通過以下的詳細說明將變得更加明了。這些詳細說明及特定例雖然是本分明的優選實施方式，但其僅僅用來例示，本領域技術人員顯然可以從這些詳細說明得知本發明的思想及范圍中的各種變形及改良。
根據本發明的編碼器可以以簡單的構成精準地檢測出被測定對象的轉動角度及移動距離等的絕對值。
圖1是顯示本發明的編碼器的第1實施例的構成的圖。
圖2是顯示圖1所示的第1實施例的編碼器的刻度板的正面圖。
圖3是顯示圖1所示的第1實施例的編碼器的被檢測區域的構成的圖。
圖4是顯示圖1所示的第1實施例的編碼器的分布傳感器(光檢測裝置)的構成的圖。
圖5是顯示圖1所示的第1實施例的編碼器的分布傳感器所包含的第1信號處理部的電路圖。
圖6是顯示在圖1所示的第1實施例的編碼器中，分布傳感器的感光區域及刻度板的被檢測區域的第1種關系的圖。
圖7是顯示在圖1所示的第1實施例的編碼器中，分布傳感器的感光區域及刻度板的被檢測區域的第2種關系的圖。
圖8是顯示作為圖1所示的第1實施例的編碼器的變形例，構成線型編碼器的情況下的刻度板的正面圖。
圖9是顯示本發明的編碼器的第2實施例的刻度板的正面圖。
圖10是顯示作為圖9所示的第2實施例的編碼器的變形例，構成線型編碼器的情況下的刻度板的正面圖。
符號說明
1編碼器3刻度板；4(41、42、.....463、464)被檢測區域；5光穿透孔；6光源裝置；7分布傳感器(光檢測裝置)；100感光區域；A移動方向(第1方向)；L1、L2線；R基準線。
具體實施例方式
以下采用圖1至圖10來詳細說明本發明的編碼器的各個實施例。在附圖的說明中，對相同或是相當的部分賦予相同的符號，并省略重復的說明。
圖1是顯示本發明的編碼器的第1實施例的構成的圖。此編碼器1為所謂的絕對型的旋轉編碼器，具備連結于被測定對象的轉動軸2。在此轉動軸2上固定有圓板狀的刻度板3，此刻度板3伴隨著轉動軸2的轉動而轉動。設定此轉動方向為刻度板3的移動方向A。
圖2是顯示編碼器1的刻度板3的正面圖。如圖2所示，在刻度板3的邊緣部上，在夾著基準線R而延伸的線L1及線L2上交替配置有多個被檢測區域4。即，基準線R的延伸方向與移動方向A一致，沿著此移動方向A設定有同心圓狀的線L1及線L2，并且沿著移動方向A在這些線L1及線L2上交替配置有多個被檢測區域4。具體而言，在各條線L1及線L2上，隔著特定間隔配置有多個被檢測區域4，而配置在線L2上的被檢測區域4中之一，位于配置在線L1上的被檢測區域4當中互為鄰接的被檢測區域4的中間區域上。
如圖3所示，各個被檢測區域4根據形成在刻度板3的各個被檢測區域的光穿透孔5的數目，以及在與移動方向A垂直的方向(即刻度板3的半徑方向)上的光穿透孔5的位置的不同，在各個被檢測區域的沿著與移動方向A垂直的方向的明暗圖案的配列產生不同。另外，在該說明書中，以光穿透孔5所處的光穿透部分為明圖案，以光遮斷部為暗圖案。如此，通過使形成在刻度板3的各個被檢測區域的光穿透孔5的數目，以及與移動方向A垂直的方向的光穿透孔5的位置產生不同，可以容易且確實地使各個被檢測區域的明暗圖案的配列產生不同。
例如，在以轉動軸2為中心，隔著等角度的間隔在刻度板3的邊緣部上配置64個被檢測區域41、42、43、.....、430、.....、464的情況下，為了使各個被檢測區域41～464的明暗圖案的配列產生不同，至少必須具備6位的信息。在此，是以是否在沿著與移動方向A垂直的方向的6個部位上形成光穿透孔5，來制作出6位的信息。此外，應該可以對應于所轉動的刻度板3的振動以及刻度板3的翹曲、軸偏移等，且必須在被檢測區域41～464的外側端部上形成光穿透孔5。此外，在光穿透孔5互相鄰接2個以上的情況下，也可以連結這些光穿透孔5使其成為1個光穿透孔。
此外，如圖1所示，編碼器1具備，將光線照射在交替配置于線L1及線L2上的被檢測區域4的由LED等所組成的光源裝置6，和夾著刻度板3而與光源裝置6相對配置的分布傳感器(光檢測裝置)7。分布傳感器7接收從光源裝置6所射出的光線當中穿透被檢測區域4的光穿透孔5的光線，并將光強度分布數據輸出至解析部8。
接著說明分布傳感器7的構成。圖4是顯示編碼器1的分布傳感器7的構成的圖。分布傳感器7具備感光區域100，第1信號處理部110和第2信號處理部120。感光區域100由在移動方向A(線L1、L2的切線方向)及與移動方向A垂直的方向上配列為2維的M×N個像素所組成，在位于第m行第n列的位置的像素上形成有2個光電二極管PDX，m，n及PDY，m，n。M及N均為2以上的整數，m為1以上M以下的任意整數，n為1以上N以下的任意整數。各個光電二極管PDX，m，n及PDY，m，n的陽極端子是接地。構成第n列的M個光電二極管PDX，1，n～PDX，M，n的陰極端子由共通的配線LX，n連接于第1信號處理部110。構成第m行的N個光電二極管PDY，m，1～PDY，m，N的陰極端子由共通的配線LY，m連接于第2信號處理部120。
圖5是顯示分布傳感器7所包含的第1信號處理部110的電路圖。第1信號處理部110由移位緩存器111和積分電路112，及N個開關SW1～SWN所構成。各個開關SWn的一端連接于配線LX，n，各個開關SWn的另一端經過共通的配線連接于積分電路112的輸入端。此外，各個開關SWn根據由移位緩存器111所輸出的控制信號而依序關閉。積分電路112具備放大器A及電容元件C及開關SW。電容元件C及開關SW互相并聯連接，并設置在放大器A的輸入端子與輸出端子之間。一旦關閉開關SW，則電容元件C放電，使從積分電路112所輸出的電壓值達到初期化。一旦打開開關SW并關閉開關SWn，則因連接在配線LX，n的第n列的M個光電二極管PDX，1，n～PDX，M，n的各個相應于光線入射所產生的電荷的總和，被輸入到積分電路112中，該電荷儲存在電容元件C中。之后，從積分電路112輸出相應于此儲存電荷量的電壓值VX(n)。第2信號處理部120也具備與第1信號處理部110相同的構成，且其動作也相同。
具有以上構成的分布傳感器7，可以從第1信號處理部110輸出對于感光區域100的移動方向A(線L1、L2的切線方向)顯示入射光強度的1維分布的第1光強度分布數據VX(n)，同時，可以從第2信號處理部120輸出沿著與該移動方向A垂直的方向顯示入射光強度的1維分布的第2光強度分布數據VY(m)。解析部8輸入這些第1光強度分布數據VX(n)以及第2光強度分布數據VY(m)并進行解析。
接下來說明分布傳感器7的感光區域100，以及在線L1及線L2上交替配置的被檢測區域4之間的關系。如圖6所示，在感光區域100的沿著移動方向A的寬度設為W，且在線L1及線L2上交替配置的被檢測區域4的配置間距設為D時，感光區域100及被檢測區域4滿足W/2＜D＜W的關系式。另外，如圖6所示，在本說明書當中配置間距D由互相鄰接的被檢測區域4之間的沿著移動方向A的最長距離所規定。
由此，如圖6及圖7所示，在編碼器1當中，在線L1及線L2上之間互相鄰接的2個被檢測區域4(距離最近的2個被檢測區域4)當中至少的一個，經常與分布傳感器7的感光區域100重疊。在此，各個被檢測區域4由于沿著與移動方向A垂直的方向的明暗圖案的配列有所不同，因此可以根據沿著與移動方向A垂直的方向的第2光強度分布數據VY(m)，由解析部8來決定位于與感光區域100重疊的位置上的被檢測區域4。此外，可以根據沿著移動方向A的第1光強度分布數據VX(n)，由解析部8來決定被決定的被檢測區域4的在移動方向A上的位置。
如此，由于對編碼器1使用具有上述構造的分布傳感器7，無需具備在使用二維影像傳感器時所需的幀存儲器等，可以以簡單的構成來精準地檢測出被測定對象的轉動角度的絕對值。并且，通過使用分布傳感器7，在相同的像素數下，較使用二維影像傳感器的情況還可以大幅縮短處理時間。
此外，如圖6所示，即使在2個被檢測區域4同時位于分布傳感器7的感光區域100上的情況下，由于該2個被檢測區域4是各自存在于線L1及線L2上，因此不會妨礙到根據沿著與移動方向A垂直的方向的第2光強度分布資料VY(m)來決定2個被檢測區域4。
本發明并不限定于上述第1實施例。例如，第1實施例的編碼器1是旋轉編碼器，即，刻度板3進行轉動運動，以該轉動方向為移動方向A在刻度板3上配置有多個被檢測區域4。但是，如圖8所示也可以是線型編碼器，即，長條狀的刻度板3a在該長邊方向上進行直線運動，以該直線方向為移動方向A在刻度板3a上配置有多個被檢測區域4。另外，圖8是顯示圖1所示的第1實施例的編碼器的變形例的刻度板的正面圖，通過將圖1所示的編碼器1的刻度板3替換為圖8所示的刻度板3a，而獲得了此變形例的編碼器。
即使采用如此的圖8的刻度板3a來構成線型編碼器，只要在將感光區域100的沿著移動方向A的寬度設為W、且在線L1及線L2上交替配置的被檢測區域4的配置間距設為D時，分布傳感器7的感光區域100及被檢測區域4滿足W/2＜D＜W的關系式，則根據上述理由，可以以簡單的構成精準地檢測出被測定對象的移動距離的絕對值。
圖9是顯示本發明的編碼器的第2實施例的刻度板的正面圖。此第2實施例的編碼器，也可以通過將圖1所示的編碼器1的刻度板3替換為圖9所示的刻度板3b來得到。如圖9所示，在該第2實施例的編碼器中，沿著與移動方向A垂直的方向(即刻度板3的半徑方向)配置有一組的分布傳感器7。使線L1上的被檢測區域4位于一邊的分布傳感器7的感光區域100，并使線L2上的被檢測區域4位于另一邊的分布傳感器7的感光區域100，可以由該構成得到第2實施例的編碼器。另外，如圖10所示，即使在采用該構成的情況下，也可以構成線型編碼器作為本發明的編碼器。即，圖10是顯示圖9所示的第2實施例的編碼器的變形例的刻度板的正面圖，可以通過將由圖10所示的刻度板3c替換為圖1所示的編碼器1的刻度板3，來得到本發明的編碼器。
從以上的本發明的說明可得知可以對本發明進行各種的變形。如此的變形不應視為脫離了本發明的思想及范圍，對于本領域技術人員而言所自明的所有改良均包含于本申請權利要求范圍內。
產業上的可利用性本發明的編碼器可適用于旋轉盤、切削盤等工作機械，以及半導體制造裝置的位置計測。
權利要求
1.一種編碼器，其特征在于，具備刻度板，在以夾著基準線的方式各自延伸的第1及第2線上，設置有沿著該基準線交替配置的多個被檢測區域，在這些各個被檢測區域上，以任意的順序來配列有讓光線穿透的1個或是1個以上的明圖案、以及遮斷光線的1個或是1個以上的暗圖案；和光源裝置，將光線照射于上述多個的被檢測區域上；和光檢測裝置，以夾著上述刻度板而與上述光源裝置相對的方式配置，該光檢測裝置具備在上述基準線所延伸的第1方向上以及與該第1方向垂直的第2方向上由多個像素以2維方式配列的感光區域，并且輸出顯示各自沿著上述第1及第2方向的入射光強度的1維分布的光強度分布數據，上述多個被檢測區域的各個沿著上述第2方向由上述明圖案及上述暗圖案所構成的配列互相不同，在將上述感光區域的沿著上述第1方向的寬度設為W，沿著上述基準線在上述第1及第2線之間交替配置的上述多個被檢測區域的配置間距設為D時，滿足W/2＜D＜W的關系式。
2.如權利要求1所述的編碼器，其特征在于，上述多個被檢測區域的各個沿著上述第2方向的明圖案及暗圖案，是由形成在該被檢測區域內的光穿透孔的數目，以及沿著上述第2方向的該光穿透孔的位置來規定。
3.如權利要求1或2所述的編碼器，其特征在于，上述刻度板進行轉動運動，在上述刻度板上，多個被檢測區域以該轉動方向為上述第1方向交替配置在上述第1及第2線上。
4.如權利要求1或2所述的編碼器，其特征在于，上述刻度板進行直線運動，在上述刻度板上，多個被檢測區域以該直線方向為上述第1方向交替配置在上述第1及第2線上。
全文摘要
本發明是關于可采簡單的構成而精準地檢測出被測定對象的轉動角度等的絕對值的編碼器。在該編碼器當中，在將感光區域的寬度設為W，將交替配置于2條線上的被檢測區域的配置間距設為D時，光檢測裝置的感光區域以及配置于刻度板的被檢測區域滿足W/2＜D＜W的關系式。由于該關系式，互相鄰接的2個被檢測區域當中的至少一個經常存在于與感光區域重疊的位置。在此，在各個被檢測區域中，由于在沿著與2條線所延伸的第1方向垂直的第2方向上，明暗圖案的配列有差異，因此可以根據沿著第2方向的光強度分布數據，來決定與感光區域重疊的被檢測區域。此外，也可以根據沿著第1方向的光強度分布數據來決定所決定的被檢測區域的該第1方向上的位置。
文檔編號G01D5/36GK1977147SQ200580021589
公開日2007年6月6日 申請日期2005年7月8日 優先權日2004年7月12日
發明者杉山行信, 水野誠一郎 申請人:浜松光子學株式會社
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
