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JPH05646B2 - - Google Patents
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JPH05646B2 - - Google Patents

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JPH05646B2
JPH05646B2 JP24672787A JP24672787A JPH05646B2 JP H05646 B2 JPH05646 B2 JP H05646B2 JP 24672787 A JP24672787 A JP 24672787A JP 24672787 A JP24672787 A JP 24672787A JP H05646 B2 JPH05646 B2 JP H05646B2
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light
scale
spot position
light source
position detection
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、例えば旋盤、フライス盤等の工作機
械や、半導体製造装置の位置計測に利用すること
ができる光学式エンコーダに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to an optical encoder that can be used for position measurement in machine tools such as lathes and milling machines, and semiconductor manufacturing equipment.

(技術的背景と解決すべき問題点) 第7図は、従来の光学式アブソリユート型エン
コーダの光学系の一例を示す斜視構造図であり、
測定光Laを発する、例えばLED(Light Emitting
Diode)やランプ等の発光素子11と、発光素子
11によつて照射された測定光Laを平行光Lbに
するコリメータレンズ12と、コリメータレンズ
12を透過して来た平行光Lbを透過させる部分
(以下、透過部という)13A及び透過させない
部分(以下、非透過部という)13Bが所定の長
さ(以下、格子ピツチという)で繰返されている
格子トラツクt1,t2,……,toが表面にn本(n
は整数)平行に並設されている第1スケール13
と、透過部13Aを透過して来た光(図示せず)
を透過させる透過窓14A1,14A2,……,1
4Aoが第1スケール13の各格子トラツクt1
t2,……,toに対応して設けられている第2スケ
ール14と、第2スケール14の各透過窓14
A1,14A2,……,14Aoに対応して設けら
れ、各透過窓14A1,14A2,……,14Ao
透過して来た光Lc1,Lc2,……,Lcoの強度に応
じた電気信号に変換する光電変換素子15−1,
15−2,……,15−nとで構成されている。
(Technical background and problems to be solved) FIG. 7 is a perspective structural diagram showing an example of the optical system of a conventional optical absolute encoder.
For example, a light emitting device (LED) that emits measurement light La.
A collimator lens 12 that converts the measurement light La emitted by the light emitting element 11 into parallel light Lb, and a part that transmits the parallel light Lb that has passed through the collimator lens 12. A lattice track t 1 , t 2 , ..., t in which a transparent part 13A (hereinafter referred to as a transparent part) and a part 13B that does not allow transmission (hereinafter referred to as a non-transparent part) are repeated at a predetermined length (hereinafter referred to as a lattice pitch). n o on the surface (n
is an integer) first scales 13 arranged in parallel
and the light that has passed through the transmission section 13A (not shown)
Transmission windows 14A 1 , 14A 2 , ..., 1 that transmit
4A o is each grating track t 1 of the first scale 13,
The second scale 14 provided corresponding to t 2 , ..., t o and each transmission window 14 of the second scale 14
Light L c1 , L c2 , ..., L co transmitted through each transmission window 14A 1 , 14A 2 , ..., 14A o provided corresponding to A 1 , 14A 2 , ..., 14A o a photoelectric conversion element 15-1 that converts into an electrical signal according to the intensity of the
15-2, . . . , 15-n.

このような構成の光学式アブソリユート型エン
コーダの光学系10に用いられる第1スケール1
3には、第8図に示すような隣り合つた格子トラ
ツクt1,t2及びt2,t3及び……及びto-1,toの格子
ピツチP1,P2,P3,……,Po-1,Poが互いに
1:2の関係になつている交番2進符号(グレイ
コード)が設けられている。従つて、この第1ス
ケール13の各格子トラツクt1,t2,t3,……,
to-1,toの透過部13A、及び第1スケール13
の各格子トラツクt1,t2,t3,……,to-1,toに対
応した第2スケール14の各透過窓14A1,1
4A2,14A3,……,14Ao-1,14Aoを透過
して、各透過窓14A1,14A2,14A3,…
…,14Ao-1,14Aoに対応した各光電変換素
子15−1,15−2,15−3,……,15−
n−1,15−nに入射する光Lc1,Lc2,Lc3
……,Lco-1,Lcoの強度が、第1スケール13の
長手方向の移動(図示矢印m)に伴つてそれぞれ
周期的に変化するので、この変化に応じて各光電
変換素子15−1,15−2,15−3,……,
15−n−1,15−nで変換される各電気信号
もそれぞれ周期的に変化する。第9図は、横軸に
第1スケール13の長手方向の移動変位量mlを、
縦軸に各光電変換素子15−1,15−2,15
−3,……,15−n−1,15−nで変換され
た電気信号S1,S2,S3,……,So-1,Soを示すも
ので、各電気信号S1,S2,S3,……,So-1,So
それぞれ周期的に変化していることがわかる。そ
して、これら電気信号S1,S2,S3,……,So-1
Soは、第10図の光学式アブソリユート型エンコ
ーダのブロツク図に示すようにそれぞれコンパレ
ータ20によつてデジタル化d1,d2,d3,……,
do-1,doされ、さらにデコーダ30によつて交番
2進符号から純2進符号やBCD符号等の所望の
形式の絶対位置データDに変換される。
The first scale 1 used in the optical system 10 of the optical absolute encoder having such a configuration
3 includes adjacent grid tracks t 1 , t 2 and t 2 , t 3 and . . . and grid pitches P 1 , P 2 , P 3 , An alternating binary code (Gray code) in which . . . , P o-1 , and P o are in a 1:2 relationship is provided. Therefore, each grid track t 1 , t 2 , t 3 , ..., of this first scale 13
t o-1 , t o transmission part 13A, and first scale 13
Each transmission window 14A 1 , 1 of the second scale 14 corresponds to each grid track t 1 , t 2 , t 3 , ..., t o-1 , t o
4A 2 , 14A 3 , ..., 14A o-1 , 14A o and passes through each transmission window 14A 1 , 14A 2 , 14A 3 , ...
..., 14A o-1 , each photoelectric conversion element 15-1, 15-2, 15-3, ..., 15- corresponding to 14A o
Light incident on n-1, 15-n L c1 , L c2 , L c3 ,
..., L co-1 and L co change periodically as the first scale 13 moves in the longitudinal direction (arrow m in the figure), so each photoelectric conversion element 15- 1, 15-2, 15-3,...,
Each electrical signal converted by 15-n-1 and 15-n also changes periodically. In FIG. 9, the displacement amount ml of the first scale 13 in the longitudinal direction is plotted on the horizontal axis.
Each photoelectric conversion element 15-1, 15-2, 15 is shown on the vertical axis.
-3, ..., 15-n-1, 15-n indicates the electrical signals S 1 , S 2 , S 3 , ..., So-1 , So , and each electrical signal S 1 , S 2 , S 3 , ..., S o-1 , and S o change periodically. And these electric signals S 1 , S 2 , S 3 , ..., S o-1 ,
S o is digitized by a comparator 20 , respectively, as shown in the block diagram of the optical absolute encoder in FIG. 10.
d o-1 and d o , and further converted by the decoder 30 from an alternating binary code to absolute position data D in a desired format such as a pure binary code or a BCD code.

ところで、位置計測に利用される光学式アブソ
リユート型エンコーダは、その位置検出分解能を
高めてより微小な変位量を検出可能にすること、
及び同時により長いストロークにわたつてその絶
対位置を検出可能にすることが求められている。
しかし、上述したような光学式アブソリユート型
エンコーダにおいては、最小位置検出分解能は最
小分割された格子トラツクtoにおける格子ピツチ
Poと同程度であり、絶対位置検出ストローク長
は最大分割された格子トラツクt1における格子ピ
ツチP1と同程度であるので、位置検出分解能を
高め、かつ絶対位置検出ストローク長を長くしよ
うとすると、格子トラツク数nが増加して光学式
アブソリユート型エンコーダが大型化したり、そ
の部品である光電変換素子、コンパレータ等の数
が増加してしまうという欠点があつた。
By the way, the optical absolute encoder used for position measurement needs to improve its position detection resolution to be able to detect even smaller displacement amounts.
At the same time, it is desired to be able to detect the absolute position over a longer stroke.
However, in the optical absolute encoder described above, the minimum position detection resolution is determined by the grating pitch in the minimum divided grating track to.
Since the absolute position detection stroke length is about the same as the grid pitch P 1 in the maximum divided grid track t 1 , it is possible to increase the position detection resolution and lengthen the absolute position detection stroke length. This has disadvantages in that the number n of grating tracks increases, resulting in an increase in the size of the optical absolute encoder and an increase in the number of its components, such as photoelectric conversion elements and comparators.

(発明の目的) 本発明は上述のような事情からなされたもので
あり、本発明の目的は、位置検出分解能が高く、
かつ絶対位置検出ストローク長が長い小型の光学
式エンコーダを提供することにある。
(Object of the invention) The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide high position detection resolution,
Another object of the present invention is to provide a compact optical encoder that has a long absolute position detection stroke length.

(問題点を解決するための手段) 本発明は、例えば旋盤、フライス盤等の工作機
械や、半導体製造装置の位置計測に利用される光
学式エンコーダに関するものであり、本発明の上
記目的は、可干渉性を有する平行光を発する光源
装置と、光の遮断部及び非遮断部の比が同一でピ
ツチの異なる格子トラツクが設けられ前記光源装
置によつて照射された前記平行光を回折するスケ
ールと、このスケールで回折された回折光のうち
同次数の正負の回折光を受光して各回折光の光点
位置を検出して電気信号に変換する光点位置検出
装置とを設けることによつて達成される。さら
に、上記光学式エンコーダの読取装置として、前
記スケールと前記光源装置、前記光点位置検出装
置との相対的移動に伴つて変化する前記光点位置
検出装置から出力される電気信号から前記同次数
の正負の回折光間距離を求めて、前記回折光間距
離を1つの変換手段を通じて前記スケールの位置
データに変換して出力することによつて達成され
る。
(Means for Solving the Problems) The present invention relates to an optical encoder used for position measurement in machine tools such as lathes and milling machines, and semiconductor manufacturing equipment. A light source device that emits coherent parallel light; and a scale that is provided with grating tracks having the same ratio of light blocking portions and non-blocking portions and different pitches and diffracting the parallel light irradiated by the light source device; , by providing a light spot position detection device that receives positive and negative diffracted lights of the same order among the diffracted lights diffracted by this scale, detects the light spot position of each diffracted light, and converts it into an electrical signal. achieved. Furthermore, as a reading device for the optical encoder, the same order is detected from an electric signal output from the light spot position detection device that changes with relative movement between the scale, the light source device, and the light spot position detection device. This is achieved by determining the distance between the positive and negative diffracted lights, converting the distance between the diffracted lights into position data of the scale through one conversion means, and outputting the data.

(発明の作用) 本発明の光学式エンコーダは、同次数の正負の
回折光間の距離がスケールに設けられた格子ピツ
チのパターンによつて変化することを利用して位
置検出を行なつているので、光源部から照射され
る可干渉光の光量変化に影響されずに正確な位置
検出を行なうことができるものである。
(Function of the Invention) The optical encoder of the present invention performs position detection by utilizing the fact that the distance between positive and negative diffracted lights of the same order changes depending on the grating pitch pattern provided on the scale. Therefore, accurate position detection can be performed without being affected by changes in the amount of coherent light emitted from the light source section.

(発明の実施例) 先ず、本発明の原理を説明する。(Example of the invention) First, the principle of the present invention will be explained.

第5図に示すように、光の透過部及び非透過部
が所定のピツチで繰返されている格子トラツクT
が表面に設けられたスケール1にレーザ等の可干
渉光線Lを入射させると、透過部を透過した可干
渉光線Lは回折作用を受けて複数の回折光L0
L±1,L±2,…,L±o,…(以下、n次回折
光という(nは整数))に分かれる。これら回折
光のうちn次回折光L±oの正負の回折光L+o
L-oが可干渉光線Lとなす角(以下、回折角とい
う)±θoは可干渉光線の波長λと格子トラツクT
のピツチPとによつて次式(1)で表わされる。
As shown in FIG. 5, a grating track T in which light transmitting parts and non-transmitting parts are repeated at a predetermined pitch.
When a coherent light beam L from a laser or the like is made incident on the scale 1 provided on the surface, the coherent light beam L transmitted through the transmission part undergoes a diffraction effect and becomes a plurality of diffracted lights L 0 ,
It is divided into L± 1 , L± 2 , ..., L± o , ... (hereinafter referred to as n-order diffracted light (n is an integer)). Among these diffracted lights, the positive and negative diffracted lights L + o of the n-order diffracted lights L±o,
The angle that L -o makes with the coherent light beam L (hereinafter referred to as the diffraction angle) ±θ o is the wavelength λ of the coherent light beam and the grating track T.
It is expressed by the following equation (1) by the pitch P of .

±θo=±sin-1(nλ/P) ……(1) 従つて、スケール1からSの距離に置かれたス
クリーン2に照射される正負の回折光L+o,L-o
間の距離doは次式(2)で表わされる。
±θ o = ±sin -1 (nλ/P) ...(1) Therefore, the positive and negative diffracted lights L +o , L -o irradiated on the screen 2 placed at a distance S from the scale 1
The distance d o between them is expressed by the following equation (2).

do=2S tan{sin-1(nλ/P)} …(2) 第6図は、例として可干渉光線Lの波長λを
1μm、スケール1とスクリーン2との距離Sを
10mmとしたときの±1次回折光L+1,L-1間の距
離d1と格子ピツチPとの関係を示すものであり、
図から明らかなように格子ピツチPが異なること
で回折光間距離d1も異なるため、場所によつて格
子ピツチPの異なる格子トラツクが表面に設けら
れたスケールに可干渉光線Lを入射させて得られ
る任意の同次数の正負の回折光L+o,L-o間距離
doからスケールの位置検出を行なうことができ
る。
d o = 2S tan {sin -1 (nλ/P)} ...(2) Figure 6 shows, as an example, the wavelength λ of the coherent light beam L.
1μm, distance S between scale 1 and screen 2
It shows the relationship between the distance d 1 between the ±1st-order diffracted lights L +1 and L -1 and the grating pitch P when it is 10 mm,
As is clear from the figure, the distance d 1 between the diffracted lights differs depending on the grating pitch P, so the coherent light beam L is incident on the scale whose surface has grating tracks with different grating pitches P depending on the location. Obtained distance between positive and negative diffracted lights of the same order L +o and L -o
The position of the scale can be detected from d o .

次に、本発明の実施例を説明する。 Next, examples of the present invention will be described.

第1図は、本発明の光学式アブソリユートエン
コーダの光学系の一例を示す構造図であり、可干
渉性の測定光LDを発する、例えばLD(Laser
Diode)等の発光素子201と、この発光素子2
01によつて照射された測定光LDを平行光LEに
するコリメータレンズ202と、このコリメータ
レンズ202で平行にされた平行光LEを部分的
に透過させて所定幅の光束LFとするスリツト2
03と、スリツト203からの光束の透過部及び
非透過部の比が同一でピツチの異なる格子が繰返
されている格子トラツクTBが表面に設けられて
いる長形状のスケール204と、格子トラツク
TBで回折された複数の回折光LGをそれぞれ集光
する集光レンズ205と、集光レンズ205から
の各回折光LH0,LH±1,……,LH±o,……の
光点の位置を検出して電気信号に変換する、例え
ばイメージセンサ等の光点位置検出素子206と
で構成されている。発光素子201、コリメータ
レンズ202、スリツト203及び集光レンズ2
05が直線状に固定して配設されており、スケー
ル204に対して相対的に移動できれば良いが、
ここではスケール204がC又はDの長手方向に
直線的に移動するようになつている。
FIG. 1 is a structural diagram showing an example of the optical system of the optical absolute encoder of the present invention.
A light emitting element 201 such as a diode) and this light emitting element 2
A collimator lens 202 converts the measurement light LD irradiated by the 01 into parallel light LE, and a slit 2 which partially transmits the parallel light LE made parallel by the collimator lens 202 to form a luminous flux LF with a predetermined width.
03, an elongated scale 204 having a grating track T B on its surface in which a grating with the same ratio of transmitting portions and non-transmitting portions of the light flux from the slit 203 and different pitches is provided;
A condenser lens 205 that condenses a plurality of diffracted lights LG diffracted by T B , and a light spot of each diffracted light LH 0 , LH± 1 , ..., LH± o , ... from the condenser lens 205 The light spot position detection element 206, such as an image sensor, detects the position of the light spot and converts it into an electrical signal. Light emitting element 201, collimator lens 202, slit 203, and condensing lens 2
05 is fixedly arranged in a straight line and can be moved relative to the scale 204.
Here, the scale 204 moves linearly in the longitudinal direction of C or D.

このような構成の光学式アブソリユート型エン
コーダの光学系200に用いられるスケール20
4には、例えば第2図に示すように格子ピツチが
Lab間で滑らかに変化(f点の格子ピツチPB,g
点の格子ピツチPC,h点の格子ピツチPD,i点
の格子ピツチPC,j点の格子ピツチPB)してい
る格子トラツクTBが設けられている。従つて、
光点位置検出素子206に入射する各回折光LH
±1,……,LH±o,……の回折角が、スケール
204のC又はDの長手方向の移動の際の格子ピ
ツチの変化に伴つてそれぞれ周期的に変化するの
で、この変化に応じて光点位置検出素子206上
に集光する各回折光LH±1,LH±o,…の光点位
置が変化する。即ち、格子ピツチが小さくなれば
回折角は大きくなつて同次数の正負の回折光間の
距離が大きくなり、逆に格子ピツチが大きくなれ
ば回折角は小さくなつて同次数の正負の回折光間
の距離が小さくなる。なお、前述の原理でも説明
したように、格子ピツチは単に回折角を変化させ
るためのものであるから、上記Lab間の格子ピツ
チは任意に変化させることが可能であり、スケー
ル204の移動に伴なつて一定の割合で増加する
電気信号や、sin状、三角波状に変化する電気信
号が容易に得られる。そして、任意の同次数の正
負の回折光間距離によつてスケールの位置を検出
することができる。
The scale 20 used in the optical system 200 of the optical absolute encoder having such a configuration
4 has a grid pitch, for example, as shown in Figure 2.
Changes smoothly between L ab (lattice pitch of point f P B , g
A lattice track T B is provided which has a lattice pitch of points P C , a lattice pitch of h points P D , a lattice pitch of i points P C , and a lattice pitch of j points P B . Therefore,
Each diffracted light LH incident on the light spot position detection element 206
The diffraction angles of ± 1 , ..., LH± o , ... change periodically as the grating pitch changes when the scale 204 moves in the longitudinal direction of C or D. The light spot position of each of the diffracted lights LH± 1 , LH± o , . . . condensed onto the light spot position detection element 206 changes accordingly. In other words, as the grating pitch becomes smaller, the diffraction angle becomes larger and the distance between the positive and negative diffracted lights of the same order becomes larger; conversely, as the grating pitch becomes larger, the diffraction angle becomes smaller and the distance between the positive and negative diffracted lights of the same order increases. distance becomes smaller. As explained in the above principle, the grating pitch is simply for changing the diffraction angle, so the grating pitch between L ab can be changed arbitrarily, and the movement of the scale 204 Accordingly, an electrical signal that increases at a constant rate or an electrical signal that changes in a sinusoidal or triangular waveform can be easily obtained. Then, the position of the scale can be detected based on the distance between the positive and negative diffracted lights of the same order.

第3図は、上述した光点位置検出装置206か
らの電気信号によつて位置データを求める読取回
路の一例を示すブロツク図であり、上述したよう
に任意の同次数の正負の回折光を選択すれば良
く、例えば1次回折光LC±1の2つの光点の位置
は光点位置検出素子206によつてそれぞれ電気
信号S+c及びS−cに変換される。そして、減
算器211で回折光間距離を表わす電気信号Scc
と成り、サンプルホールド回路212及びA/D
変換器213でデジタルデータdccに変換され、
照合回路214に出力される。ここで、記憶回路
215には、格子トラツクのパターンに対応した
正負の1次回折光の間の距離が、対応する位置デ
ータと共に予め記憶されており、この記憶回路2
15から読出した各回折光間の距離dmと、A/
D変換器213でデジタル化された回折光間の距
離dccとを照合して、予め記憶されている該当す
るスケールの位置データDccを出力する。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a reading circuit that obtains position data from the electric signal from the light spot position detection device 206 described above, and selects positive and negative diffracted light of the same order as described above. For example, the positions of the two light spots of the first-order diffracted light LC± 1 are converted into electric signals S+c and S−c by the light spot position detection element 206, respectively. Then, the subtracter 211 generates an electric signal Scc representing the distance between the diffracted lights.
Therefore, the sample hold circuit 212 and A/D
It is converted into digital data dcc by the converter 213,
It is output to the verification circuit 214. Here, the distance between the positive and negative first-order diffracted lights corresponding to the pattern of the grating track is stored in advance in the storage circuit 215 together with the corresponding position data.
The distance dm between each diffracted light read from 15 and A/
It compares the distance dcc between the diffracted lights digitized by the D converter 213 and outputs position data Dcc of the corresponding scale stored in advance.

なお、上述の実施例において、発光素子から照
射された可干渉光をスケールに透過させて回折光
を得ているが、透過光と反射光とは性質上差がな
いのでスケールで反射させて回折光を得るように
することも可能である。反射式とした場合、発光
素子、コリメータ、スリツトと集光レンズ、光点
位置検出素子とはスケールに対して同一側に配設
され、スケールは光反射部と光非反射部とで形成
される。また、第4図に示すようにスケールを円
板207にして、その表面に本発明の格子トラツ
クTBを円環状に設け、円板207の中心を回転
軸にして回転させれば、角度の検出をアブソリユ
ートで行なうことも可能である。さらに、上述の
実施例において光源部及び光点位置検出部を固定
し、スケールを移動させて位置検出を行なつてい
るが、スケールを固定し、光源部及び光点位置検
出部を移動させるようにしても位置検出が可能で
ある。
Note that in the above embodiment, the coherent light emitted from the light emitting element is transmitted through the scale to obtain the diffracted light, but since there is no difference in nature between the transmitted light and the reflected light, the coherent light emitted from the light emitting element is reflected by the scale and diffracted. It is also possible to obtain light. In the case of a reflective type, the light emitting element, collimator, slit, condensing lens, and light spot position detection element are arranged on the same side of the scale, and the scale is formed by a light reflecting part and a light non-reflecting part. . Further, as shown in FIG. 4, if the scale is a disk 207, the grating track T B of the present invention is provided in an annular shape on the surface of the scale, and the center of the disk 207 is rotated as the rotation axis, the angle can be changed. It is also possible to perform absolute detection. Furthermore, in the above embodiment, the light source section and the light spot position detection section are fixed and the position is detected by moving the scale, but it is possible to fix the scale and move the light source section and the light spot position detection section. However, position detection is possible.

(発明の効果) 以上のように本発明の光学式エンコーダによれ
ば、従来複数本の格子トラツクが必要であつた長
ストロークの絶対位置検出が1本の格子トラツク
で可能となるので、部品が小さくなつて光学式エ
ンコーダを小型化することができると共に、光学
式エンコーダの製造コストダウンや製品コストダ
ウンを図ることができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the optical encoder of the present invention, long-stroke absolute position detection, which conventionally required multiple grating tracks, can be performed using a single grating track. As a result, the optical encoder can be made smaller, and the manufacturing cost and product cost of the optical encoder can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の光学式エンコーダの光学系の
一例を示す構造図、第2図はその格子トラツクの
一例を示す図、第3図はその検出回路の一例を示
すブロツク図、第4図はその格子トラツクの別の
適用例を示す斜視図、第5図及び第6図はそれぞ
れ本発明の原理を説明する図、第7図は従来の光
学式エンコーダの光学系の一例を示す斜視構造
図、第8図はその格子トラツクの一例を示す図、
第9図はその電気信号の一例を示す図、第10図
はその検出回路の一例を示すブロツク図である。 10,200…アブソリユート型エンコーダの
光学系、11,201…発光素子、12,202
…コリメータレンズ、13,14,204…スケ
ール、203…スリツト、205…集光レンズ、
206…光点位置検出素子、211…減算器、2
12…サンプルホールド回路、213…A/D変
換器、214…照合回路、215…記憶回路。
Fig. 1 is a structural diagram showing an example of the optical system of the optical encoder of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing an example of its grating track, Fig. 3 is a block diagram showing an example of its detection circuit, and Fig. 4. is a perspective view showing another application example of the grating track, FIGS. 5 and 6 are diagrams each explaining the principle of the present invention, and FIG. 7 is a perspective view showing an example of the optical system of a conventional optical encoder. 8 is a diagram showing an example of the lattice track,
FIG. 9 is a diagram showing an example of the electric signal, and FIG. 10 is a block diagram showing an example of the detection circuit. 10,200...Optical system of absolute type encoder, 11,201...Light emitting element, 12,202
... Collimator lens, 13, 14, 204 ... Scale, 203 ... Slit, 205 ... Condenser lens,
206... Light spot position detection element, 211... Subtractor, 2
12...Sample hold circuit, 213...A/D converter, 214...Verification circuit, 215...Storage circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 可干渉性を有する平行光を発する光源装置
と、光の遮断部及び非遮断部の比が同一でピツチ
の異なる格子トラツクが設けられ前記光源装置に
よつて照射された前記平行光を回析するスケール
と、このスケールで回折された回折光のうち同次
数の正負の回折光を受光して各回折光の光点位置
を検出して電気信号に変換する光点位置検出装置
とで成ることを特徴とする光学式エンコーダ。 2 前記光源装置は、可干渉光を発する光源と、
この光源によつて照射された前記可干渉光を平行
光にするコリメータレンズと、このコリメータレ
ンズで平行化された前記平行光を所定幅に制限す
るスリツトとで構成されている特許請求の範囲第
1項に記載の光学式エンコーダ。 3 前記光源が、レーザ光を発するレーザ光発振
素子である特許請求の範囲第2項に記載の光学式
エンコーダ。 4 前記光源装置及び光点位置検出装置が前記ス
ケールに対して反対側にあり、前記スケールの非
遮断部が、前記光源装置によつて照射された前記
平行光を透過して回折するようになつている特許
請求の範囲第1項に記載の光学式エンコーダ。 5 前記光源装置及び光点位置検出装置が前記ス
ケールに対して同一側にあり、前記スケールの非
遮断部が、前記光源装置によつて照射された前記
平行光を反射して回折するようになつている特許
請求の範囲第1項に記載の光学式エンコーダ。 6 前記スケールが、長方形状の格子トラツクが
設けられている平板であり、前記相対的移動が直
線である特許請求の範囲第1項に記載の光学式エ
ンコーダ。 7 前記スケールが、円環状の格子トラツクが設
けられている円板であり、前記相対的移動が回転
である特許請求の範囲第1項に記載の光学式エン
コーダ。 8、前記光点位置検出装置は、前記スケールによ
つて回折された前記回折光を集光する集光レンズ
と、集光された前記回折光の光点位置を検出して
電気信号に変換する光点位置検出素子とで構成さ
れている特許請求の範囲第1項に記載の光学式エ
ンコーダ。 9 前記光点位置検出素子が光点位置を電気信号
に変換するイメージセンサである特許請求の範囲
第8項に記載の光学式エンコーダ。 10 前記スケールと前記光源装置、前記光点位
置検出装置との相対的移動が、前記スケールが前
記光源装置、前記光点位置検出装置に対して移動
するようになつている特許請求の範囲第1項に記
載の光学式エンコーダ。 11 前記スケールと前記光源装置、前記光点位
置検出装置との相対的移動が、前記光源装置、前
記光点位置検出装置が一緒に前記スケールに対し
て移動するようになつている特許請求の範囲第1
項に記載の光学式エンコーダ。 12 可干渉性を有する平行光を発する光源装置
と、光の遮断部及び非遮断部の比が同一でピツチ
の異なる格子トラツクが設けられ前記光源装置に
よつて照射された前記平行光を回折するスケール
と、このスケールで回折された回折光のうち同次
数の正負の回折光を受光して各回折光の光点位置
を検出して電気信号に変換する光点位置検出装置
とで成る光学系を有し、かつ前記スケールと前記
光源装置、前記光点位置検出装置との相対的移動
に伴つて変化する前記光点位置検出装置から出力
される電気信号から前記同次数の正負の回折光間
距離を求めて、前記回折光間距離を1つの変換手
段を通じて前記スケールの位置データに変換して
出力する読取装置を有することを特徴とする光学
式エンコーダ。 13 前記読取装置が、前記光点位置検出装置か
ら出力され前記同次数の正負の回折光の位置を表
わす電気信号の差を求めて回折光間距離を表わす
電気信号とする減算部と、この減算部で求められ
た電気信号をホールドするホールド部と、このホ
ールド部でホールドされた前記電気信号をA/D
変換するA/D変換部と、このA/D変換部出力
を前記スケールの位置データに変換する変換手段
とで構成されている特許請求の範囲第12項に記
載の光学式エンコーダ。 14 前記変換手段が、前記スケールと前記光源
装置、前記光点位置検出装置との相対的移動に伴
つて変化する前記格子トラツクのパターンに対応
した前記同次数の正負の回折光の各回折光間距離
を予め記憶するようになつている記憶部と、前記
A/D変換部で求められた回折光間距離を前記記
憶部に記憶されている回折光間距離と照合して該
当する前記スケールの位置データを出力する照合
部とで構成されている特許請求の範囲第13項に
記載の光学式エンコーダ。 15 前記変換手段が、前記A/D変換部で求め
られた回折光間距離を入手し予め定められた計算
式に基づいて計算することで前記スケールの位置
データに変換して出力する演算部より成る特許請
求の範囲第13項に記載の光学式エンコーダ。
[Scope of Claims] 1. A light source device that emits collimated light having coherence, and a grating track with the same ratio of light blocking portions and non-blocking portions but different pitches, and irradiated by the light source device. A scale that diffracts the parallel light, and a light spot position that receives positive and negative diffracted lights of the same order among the diffracted lights diffracted by this scale, detects the light spot position of each diffracted light, and converts it into an electrical signal. An optical encoder comprising a detection device. 2. The light source device includes a light source that emits coherent light;
Claim 1 comprising: a collimator lens that converts the coherent light irradiated by the light source into parallel light; and a slit that limits the parallel light collimated by the collimator lens to a predetermined width. The optical encoder according to item 1. 3. The optical encoder according to claim 2, wherein the light source is a laser beam oscillation element that emits laser light. 4. The light source device and the light spot position detection device are on the opposite side to the scale, and the non-blocking portion of the scale transmits and diffracts the parallel light irradiated by the light source device. An optical encoder according to claim 1. 5. The light source device and the light spot position detection device are on the same side with respect to the scale, and the non-blocking portion of the scale reflects and diffracts the parallel light irradiated by the light source device. An optical encoder according to claim 1. 6. The optical encoder according to claim 1, wherein the scale is a flat plate provided with a rectangular grating track, and the relative movement is in a straight line. 7. The optical encoder according to claim 1, wherein the scale is a disk provided with an annular grating track, and the relative movement is rotation. 8. The light spot position detection device includes a condensing lens that condenses the diffracted light diffracted by the scale, and detects the light spot position of the condensed diffracted light and converts it into an electrical signal. The optical encoder according to claim 1, comprising a light spot position detection element. 9. The optical encoder according to claim 8, wherein the light spot position detection element is an image sensor that converts the light spot position into an electrical signal. 10 The relative movement between the scale, the light source device, and the light spot position detection device is such that the scale moves with respect to the light source device and the light spot position detection device. Optical encoder as described in section. 11. The relative movement of the scale, the light source device, and the light spot position detection device is such that the light source device and the light spot position detection device move together with respect to the scale. 1st
Optical encoder as described in section. 12 A light source device that emits collimated light having coherence, and grating tracks having the same ratio of light blocking portions and non-blocking portions but different pitches are provided to diffract the parallel light irradiated by the light source device. An optical system consisting of a scale and a light spot position detection device that receives positive and negative diffracted lights of the same order among the diffracted lights diffracted by the scale, detects the light spot position of each diffracted light, and converts it into an electrical signal. and between the positive and negative diffracted lights of the same order from the electrical signal output from the light spot position detection device that changes with the relative movement of the scale, the light source device, and the light spot position detection device. An optical encoder comprising a reading device that calculates a distance, converts the distance between the diffracted lights into position data of the scale through one converting means, and outputs the data. 13 a subtraction unit in which the reading device calculates a difference between electrical signals output from the light spot position detection device and representing the positions of the positive and negative diffracted lights of the same order to obtain an electrical signal representing the distance between the diffracted lights; A hold section holds the electrical signal obtained in the section, and the electrical signal held in this hold section is sent to the A/D.
13. The optical encoder according to claim 12, comprising an A/D converter that performs the conversion, and a converter that converts the output of the A/D converter into position data of the scale. 14 The converting means converts between each of the positive and negative diffracted lights of the same order corresponding to the pattern of the grating track that changes with the relative movement of the scale, the light source device, and the light spot position detection device. The distance between the diffracted lights determined by the storage unit that stores the distance in advance and the A/D conversion unit is compared with the distance between the diffracted lights stored in the storage unit to determine the corresponding scale. 14. The optical encoder according to claim 13, further comprising a verification section that outputs position data. 15. The conversion means obtains the distance between the diffracted lights obtained by the A/D conversion section, calculates it based on a predetermined calculation formula, and converts it into position data of the scale, and outputs the result. An optical encoder according to claim 13 consisting of:
JP24672787A 1987-09-30 1987-09-30 Optical encoder Granted JPS6488314A (en)

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JP24672787A JPS6488314A (en) 1987-09-30 1987-09-30 Optical encoder
DE3844705A DE3844705C2 (en) 1987-09-30 1988-09-29
DE3833115A DE3833115A1 (en) 1987-09-30 1988-09-29 OPTICAL CODER
DE3844704A DE3844704C2 (en) 1987-09-30 1988-09-29
US07/251,089 US4950891A (en) 1987-09-30 1988-09-29 High resolution optical encoder having a long detection stroke
GB8823120A GB2210525B (en) 1987-09-30 1988-09-29 Optical encoder
US07/374,918 US4948968A (en) 1987-09-30 1989-07-03 High resolution optical encoder having a long detection stroke
US07/374,922 US4956553A (en) 1987-09-30 1989-07-03 Optical encoder with varying grating pitch

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