專利名稱：編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(xué)編碼器。
背景技術(shù)：
關(guān)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(xué)編碼器。即，光學(xué)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(gòu)成的光柵窗的光學(xué)刻度，以及二維影像傳感器。當(dāng)向該光學(xué)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(xué)式編碼器根據(jù)所攝影的折射光圖案來決定光柵窗，并且根據(jù)影像中的折射光圖案的位置，來決定光學(xué)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(fā)明內(nèi)容經(jīng)由對以往的編碼器進行探討的結(jié)果，本發(fā)明者們是發(fā)現(xiàn)了以下的課題。即，在上述專利文獻1所記載的光學(xué)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(fù)雜化的問題。
本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的發(fā)明，其目的在于提供可以以簡單的構(gòu)成精準(zhǔn)地檢測出被測定對象的轉(zhuǎn)動角度及移動距離等的絕對值的編碼器。
本發(fā)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(xué)式編碼器。在上述刻度板中，在以夾著基準(zhǔn)線的方式各自延伸的第1及第2線上，設(shè)置有沿著該基準(zhǔn)線交替配置的多個被檢測區(qū)域，在這些各個被檢測區(qū)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(qū)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(zhǔn)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(qū)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(shù)據(jù)。
特別地，在本發(fā)明的編碼器中，多個被檢測區(qū)域的各個沿著第2方向由上述明圖案及上述暗圖案所構(gòu)成的配列互相不同。并且，在將感光區(qū)域的沿著第1方向的寬度設(shè)為W，沿著基準(zhǔn)線在第1及第2線之間交替配置的多個被檢測區(qū)域的配置間距設(shè)為D時，滿足W/2＜D＜W的關(guān)系式。
在本發(fā)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(qū)域當(dāng)中至少一個，從光源裝置來觀看經(jīng)常與光檢測裝置的感光區(qū)域重疊。在此，由于在各個被檢測區(qū)域上，沿著與基準(zhǔn)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(jù)沿著該第2方向的光強度分布數(shù)據(jù)來決定與感光區(qū)域重疊的被檢測區(qū)域。此外，也可以根據(jù)沿著第1方向的光強度分布數(shù)據(jù)來決定該被決定被檢測區(qū)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(zhǔn)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(shù)據(jù)，可以以簡單構(gòu)成精準(zhǔn)地檢測出被測定對象的轉(zhuǎn)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(qū)域上同時重疊2個被檢測區(qū)域的情況下，由于該2個被檢測區(qū)域各自存在于第1線及第2線上，也不會妨礙到根據(jù)沿著第2方向的光強度分布數(shù)據(jù)來決定該2個被檢測區(qū)域。
此外，在本發(fā)明的編碼器中，多個被檢測區(qū)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(qū)域內(nèi)的光穿透孔的數(shù)目，以及沿著該第2方向的該光穿透孔的位置來規(guī)定。如此，通過調(diào)節(jié)形成在刻度板上的穿透孔的數(shù)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(qū)域的明暗圖案的配列不相同。
本發(fā)明的編碼器具有各種的方式。作為其中一種方式有旋轉(zhuǎn)編碼器，即，刻度板進行轉(zhuǎn)動運動，在刻度板上以該轉(zhuǎn)動方向為上述第1方向配置有多個被檢測區(qū)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(qū)域。
本發(fā)明的各實施例可以通過以下的詳細(xì)說明及附圖進行更詳細(xì)的理解。這些實施例僅用于例示，本發(fā)明不應(yīng)視為限定于這些實施例。
此外，本發(fā)明的更進一步的應(yīng)用范圍通過以下的詳細(xì)說明將變得更加明了。這些詳細(xì)說明及特定例雖然是本分明的優(yōu)選實施方式，但其僅僅用來例示，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可以從這些詳細(xì)說明得知本發(fā)明的思想及范圍中的各種變形及改良。
根據(jù)本發(fā)明的編碼器可以以簡單的構(gòu)成精準(zhǔn)地檢測出被測定對象的轉(zhuǎn)動角度及移動距離等的絕對值。


圖1是顯示本發(fā)明的編碼器的第1實施例的構(gòu)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(qū)域的構(gòu)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(gòu)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(qū)域及刻度板的被檢測區(qū)域的第1種關(guān)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(qū)域及刻度板的被檢測區(qū)域的第2種關(guān)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(gòu)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(fā)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(gòu)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(qū)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(qū)域；A移動方向(第1方向)；L1、L2線；R基準(zhǔn)線。
具體實施例方式
以下采用圖1至圖10來詳細(xì)說明本發(fā)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(dāng)?shù)牟糠仲x予相同的符號，并省略重復(fù)的說明。
圖1是顯示本發(fā)明的編碼器的第1實施例的構(gòu)成的圖。此編碼器1為所謂的絕對型的旋轉(zhuǎn)編碼器，具備連結(jié)于被測定對象的轉(zhuǎn)動軸2。在此轉(zhuǎn)動軸2上固定有圓板狀的刻度板3，此刻度板3伴隨著轉(zhuǎn)動軸2的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。設(shè)定此轉(zhuǎn)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(zhǔn)線R而延伸的線L1及線L2上交替配置有多個被檢測區(qū)域4。即，基準(zhǔn)線R的延伸方向與移動方向A一致，沿著此移動方向A設(shè)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(qū)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(qū)域4，而配置在線L2上的被檢測區(qū)域4中之一，位于配置在線L1上的被檢測區(qū)域4當(dāng)中互為鄰接的被檢測區(qū)域4的中間區(qū)域上。
如圖3所示，各個被檢測區(qū)域4根據(jù)形成在刻度板3的各個被檢測區(qū)域的光穿透孔5的數(shù)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(qū)域的沿著與移動方向A垂直的方向的明暗圖案的配列產(chǎn)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(qū)域的光穿透孔5的數(shù)目，以及與移動方向A垂直的方向的光穿透孔5的位置產(chǎn)生不同，可以容易且確實地使各個被檢測區(qū)域的明暗圖案的配列產(chǎn)生不同。
例如，在以轉(zhuǎn)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(qū)域41、42、43、.....、430、.....、464的情況下，為了使各個被檢測區(qū)域41～464的明暗圖案的配列產(chǎn)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(yīng)該可以對應(yīng)于所轉(zhuǎn)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(qū)域41～464的外側(cè)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(jié)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(qū)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(dāng)中穿透被檢測區(qū)域4的光穿透孔5的光線，并將光強度分布數(shù)據(jù)輸出至解析部8。
接著說明分布傳感器7的構(gòu)成。圖4是顯示編碼器1的分布傳感器7的構(gòu)成的圖。分布傳感器7具備感光區(qū)域100，第1信號處理部110和第2信號處理部120。感光區(qū)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(shù)，m為1以上M以下的任意整數(shù)，n為1以上N以下的任意整數(shù)。各個光電二極管PDX，m，n及PDY，m，n的陽極端子是接地。構(gòu)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(gòu)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(guān)SW1～SWN所構(gòu)成。各個開關(guān)SWn的一端連接于配線LX，n，各個開關(guān)SWn的另一端經(jīng)過共通的配線連接于積分電路112的輸入端。此外，各個開關(guān)SWn根據(jù)由移位緩存器111所輸出的控制信號而依序關(guān)閉。積分電路112具備放大器A及電容元件C及開關(guān)SW。電容元件C及開關(guān)SW互相并聯(lián)連接，并設(shè)置在放大器A的輸入端子與輸出端子之間。一旦關(guān)閉開關(guān)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(guān)SW并關(guān)閉開關(guān)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(yīng)于光線入射所產(chǎn)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(yīng)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(gòu)成，且其動作也相同。
具有以上構(gòu)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(qū)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)VY(m)。解析部8輸入這些第1光強度分布數(shù)據(jù)VX(n)以及第2光強度分布數(shù)據(jù)VY(m)并進行解析。
接下來說明分布傳感器7的感光區(qū)域100，以及在線L1及線L2上交替配置的被檢測區(qū)域4之間的關(guān)系。如圖6所示，在感光區(qū)域100的沿著移動方向A的寬度設(shè)為W，且在線L1及線L2上交替配置的被檢測區(qū)域4的配置間距設(shè)為D時，感光區(qū)域100及被檢測區(qū)域4滿足W/2＜D＜W的關(guān)系式。另外，如圖6所示，在本說明書當(dāng)中配置間距D由互相鄰接的被檢測區(qū)域4之間的沿著移動方向A的最長距離所規(guī)定。
由此，如圖6及圖7所示，在編碼器1當(dāng)中，在線L1及線L2上之間互相鄰接的2個被檢測區(qū)域4(距離最近的2個被檢測區(qū)域4)當(dāng)中至少的一個，經(jīng)常與分布傳感器7的感光區(qū)域100重疊。在此，各個被檢測區(qū)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(jù)沿著與移動方向A垂直的方向的第2光強度分布數(shù)據(jù)VY(m)，由解析部8來決定位于與感光區(qū)域100重疊的位置上的被檢測區(qū)域4。此外，可以根據(jù)沿著移動方向A的第1光強度分布數(shù)據(jù)VX(n)，由解析部8來決定被決定的被檢測區(qū)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(gòu)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(gòu)成來精準(zhǔn)地檢測出被測定對象的轉(zhuǎn)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(shù)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(qū)域4同時位于分布傳感器7的感光區(qū)域100上的情況下，由于該2個被檢測區(qū)域4是各自存在于線L1及線L2上，因此不會妨礙到根據(jù)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(qū)域4。
本發(fā)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(zhuǎn)編碼器，即，刻度板3進行轉(zhuǎn)動運動，以該轉(zhuǎn)動方向為移動方向A在刻度板3上配置有多個被檢測區(qū)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(qū)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(gòu)成線型編碼器，只要在將感光區(qū)域100的沿著移動方向A的寬度設(shè)為W、且在線L1及線L2上交替配置的被檢測區(qū)域4的配置間距設(shè)為D時，分布傳感器7的感光區(qū)域100及被檢測區(qū)域4滿足W/2＜D＜W的關(guān)系式，則根據(jù)上述理由，可以以簡單的構(gòu)成精準(zhǔn)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(fā)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(qū)域4位于一邊的分布傳感器7的感光區(qū)域100，并使線L2上的被檢測區(qū)域4位于另一邊的分布傳感器7的感光區(qū)域100，可以由該構(gòu)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(gòu)成的情況下，也可以構(gòu)成線型編碼器作為本發(fā)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(fā)明的編碼器。
從以上的本發(fā)明的說明可得知可以對本發(fā)明進行各種的變形。如此的變形不應(yīng)視為脫離了本發(fā)明的思想及范圍，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言所自明的所有改良均包含于本申請權(quán)利要求范圍內(nèi)。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的編碼器可適用于旋轉(zhuǎn)盤、切削盤等工作機械，以及半導(dǎo)體制造裝置的位置計測。
權(quán)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(zhǔn)線的方式各自延伸的第1及第2線上，設(shè)置有沿著該基準(zhǔn)線交替配置的多個被檢測區(qū)域，在這些各個被檢測區(qū)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(qū)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(zhǔn)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(qū)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(shù)據(jù)，上述多個被檢測區(qū)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(gòu)成的配列互相不同，在將上述感光區(qū)域的沿著上述第1方向的寬度設(shè)為W，沿著上述基準(zhǔn)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(qū)域的配置間距設(shè)為D時，滿足W/2＜D＜W的關(guān)系式。
2.如權(quán)利要求1所述的編碼器，其特征在于，上述多個被檢測區(qū)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(qū)域內(nèi)的光穿透孔的數(shù)目，以及沿著上述第2方向的該光穿透孔的位置來規(guī)定。
3.如權(quán)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(zhuǎn)動運動，在上述刻度板上，多個被檢測區(qū)域以該轉(zhuǎn)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(quán)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(qū)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(fā)明是關(guān)于可采簡單的構(gòu)成而精準(zhǔn)地檢測出被測定對象的轉(zhuǎn)動角度等的絕對值的編碼器。在該編碼器當(dāng)中，在將感光區(qū)域的寬度設(shè)為W，將交替配置于2條線上的被檢測區(qū)域的配置間距設(shè)為D時，光檢測裝置的感光區(qū)域以及配置于刻度板的被檢測區(qū)域滿足W/2＜D＜W的關(guān)系式。由于該關(guān)系式，互相鄰接的2個被檢測區(qū)域當(dāng)中的至少一個經(jīng)常存在于與感光區(qū)域重疊的位置。在此，在各個被檢測區(qū)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(jù)沿著第2方向的光強度分布數(shù)據(jù)，來決定與感光區(qū)域重疊的被檢測區(qū)域。此外，也可以根據(jù)沿著第1方向的光強度分布數(shù)據(jù)來決定所決定的被檢測區(qū)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(yōu)先權(quán)日2004年7月12日
發(fā)明者杉山行信, 水野誠一郎 申請人:浜松光子學(xué)株式會社