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JPH05647B2 - - Google Patents
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JPH05647B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH05647B2
JPH05647B2 JP27153087A JP27153087A JPH05647B2 JP H05647 B2 JPH05647 B2 JP H05647B2 JP 27153087 A JP27153087 A JP 27153087A JP 27153087 A JP27153087 A JP 27153087A JP H05647 B2 JPH05647 B2 JP H05647B2
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light
scale
position detection
spot position
light source
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OOKUMA KK
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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8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. 8 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 light emitting element 11 such as a diode or lamp, 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 that is provided corresponding to A 1 , 14A 2 , ..., 14A o and transmitted through each transmission window 14A 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9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10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が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11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, adjacent grid tracks t 1 , t 2 and t 2 , t 3 and . . . and t o-1 , t o as shown in FIG. 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 Figure 10, the horizontal axis shows the displacement amount ml of the first scale 13 in the longitudinal direction.
The vertical axis represents each photoelectric conversion element 15-1, 15-2,
15-3, ..., 15-n-1, 15-n shows the electrical signals S 1 , S 2 , S 3 , ..., S o-1 , S o , and each electrical signal S 1 , S 2 , S 3 , ..., S o-1 ,
It can be seen that S o changes periodically. And these electric signals S 1 , S 2 , S 3 , ...,
S o-1 and S o are respectively digitized by a comparator 20 as shown in the block diagram of the optical absolute encoder in FIG. 11 .
. . , d o-1 , d o and further converted by the decoder 30 from the alternating binary code to absolute position data D in a desired format such as pure binary code or 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及びピツチ
が同一で格子線方向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の光点の回転角度を
求めて、前記回転角度を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 grating track having the same ratio and pitch of light blocking portions and non-blocking portions and different grating line directions are provided to emit the parallel light irradiated by the light source device. A scale for diffraction and 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 is provided. This is achieved by 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 rotation angle of the light spot of the positive and negative diffracted lights, converting the rotation angle 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
回折光の光点がスケールに設けられた格子線方向
のパターンによつて移動(回転)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 detects a position by using the fact that the light spots of positive and negative diffracted lights of the same order move (rotate) according to a pattern in the direction of the grid lines 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.

(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7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格子線に垂直な平面
内で複数の回折光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
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. 7, 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 which is provided on the surface, the coherent light beam L transmitted through the transmission part is subjected to the diffraction effect and becomes a plurality of diffracted light beams L 0 in a plane perpendicular to the grating lines. ,L± 1 ,L± 2 ,...,L± o ,
... (hereinafter referred to as n-order diffracted light (n is an integer)). Among these diffracted lights, the angle (hereinafter referred to as diffraction angle) between the positive and negative diffracted lights L +o and L -o of the n-th order diffracted light L±o and 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 pitch P of the lattice track T, as shown in the following equation (1).

±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
の光点は格子線方向と直交する線上に次式(2)で表
わされる距離doを隔てて位置する。
±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 light spots are located on a line perpendicular to the grid line direction at a distance d o expressed by the following equation (2).

do=2S tan{sin-1(nλ/P)} …(2) そこで場所によつて格子線方向の異なる格子ト
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の光点の移動(回転)角度からス
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) Therefore, an arbitrary light beam L can be obtained by making the coherent light beam L incident on a scale whose surface has grating tracks with different grating line directions depending on the location. The position of the scale can be detected from the movement (rotation) angle of the light spot of the positive and negative diffracted lights L +o and L -o of the same order.

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LIを発する、例えばLD(Laser
Diode)等の発光素子301と、この発光素子3
01によつて照射された測定光LIを平行光LJに
するコリメータレンズ302と、このコリメータ
レンズ302で平行にされた平行光LJを部分的
に透過させて所定幅の光束LKとするスリツト3
03と、スリツト303からの光束の透過部,非
透過部の比及びピツチが同一で方向の異なる格子
が繰返されている格子トラツクTCが表面に設け
られている長形状のスケール304と、格子トラ
ツクTCで回折された複数の回折光(図示せず)
をそれぞれ集光する集光レンズ305と、集光レ
ンズ305からの各回折光LL0,LL±1,……,
のうち、0次回折光LL0のみを遮ぎる0次回折光
遮へい板306と、この遮へい板306を透過し
た同次数の正負の回折光(図では1次回折光を示
す)LM±1の光点LP±1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307とで構成されている。発光素子
301、コリメータレンズ302、スリツト30
3、集光レンズ305及び遮へい板306が直線
状に固定して配設されており、スケール304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304がE又はF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 301 such as a diode), and this light emitting element 3
A collimator lens 302 converts the measurement light LI irradiated by 01 into parallel light LJ, and a slit 3 that partially transmits the parallel light LJ made parallel by this collimator lens 302 to form a luminous flux LK of a predetermined width.
03, an elongated scale 304 whose surface is provided with a grating track T C in which gratings are repeated in different directions with the same ratio and pitch of the transmitting part and non-transmitting part of the light beam from the slit 303, and the grating. Multiple diffracted lights diffracted by track T C (not shown)
A condensing lens 305 condenses the respective diffracted lights LL 0 , LL± 1 , ..., from the condensing lens 305 .
Of these, there is a 0th-order diffracted light shielding plate 306 that blocks only the 0th-order diffracted light LL 0 , and a light point LP of positive and negative diffracted light of the same order (the figure shows the 1st-order diffracted light) LM± 1 that has passed through this shielding plate 306. It is comprised of a light spot position detection element 307, such as an image sensor, which detects the position of ± 1 and converts it into an electrical signal. Light emitting element 301, collimator lens 302, slit 30
3. It is sufficient that the condensing lens 305 and the shielding plate 306 are linearly fixed and movable relative to the scale 304, but here the scale 304 is linearly arranged in the longitudinal direction of E or F. It is starting to move to .

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300に用いられるスケール30
4には、例えば第2図に示すように光の透過部、
非透過部の比及びピツチPEが同一で、lAB間で格
子線方向が変化(k点→l点→m点→n点と移る
に従つて左回りに回転し、0点でk点と同一方向
に戻る)している格子トラツクTCが設けられて
いる。
The scale 30 used in the optical system 300 of the optical absolute encoder having such a configuration
4 includes, for example, a light transmitting part as shown in FIG.
The ratio of the non-transparent part and the pitch P E are the same, and the grid line direction changes between l AB (it rotates counterclockwise as it moves from point k → point l → point m → point n, and at point 0 it becomes point k. A lattice track T C is provided which returns in the same direction.

従つて、光点位置検出素子307に入射する1
次回折光LM±1の光点LP+1,LP-1はスケール3
04のE又はFの長手方向の移動の際の格子線方
向の変化に伴つて光点位置検出素子307上で直
径d1の円周上を常に180゜隔てながら回転(第2図
k′,l′,m′,n′,0′)するので、この回転角度に
よつてスケール304の位置を検出することがで
きる。なお、前述の原理でも説明したように、格
子線方向は単に光点を回転させるためのものであ
るから、上記lAB間の格子線方向は任意に変化さ
せることが可能である。そして、任意の同次数の
正負の回折光の光点の回転角度によつてスケール
の位置を検出することができる。
Therefore, 1 incident on the light spot position detection element 307
Light spots LP +1 and LP -1 of the next diffracted light LM± 1 are scale 3
As the grating line direction changes when moving in the longitudinal direction of E or F of 04, the light spot rotates on the circumference of the light spot position detection element 307 with a constant distance of 180° on the circumference of diameter d 1 (see Fig. 2).
k', l', m', n', 0'), the position of the scale 304 can be detected from this rotation angle. Note that, as explained in the above principle, the grid line direction is simply for rotating the light spot, so the grid line direction between l AB can be changed arbitrarily. Then, the position of the scale can be detected based on the rotation angle of the light spot of the positive and negative diffracted lights of the same order.

第3図は、上述した光点位置検出素子307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LM±1の光点LP+1,LP-1
の位置は第4図に示すように光点位置検出素子3
07によつてそれぞれの(x,y)座標を表わす
電気信号(x+1,y+1)及び(x-1,y-1)に変換さ
れる。そして、減算器311A及び311Bが各
光点間距離のX成分=(x+1−x-1)及びY成分
Y=(y+1−y-1)を求めて大小比較器312及び
除算器313に出力する。そして、大小比較器3
12がX成分及びY成分のの大小を比較
((||≧||又は||<||)し、この
比較結果CRを除算器313に出力すると、除算
器313が||≧||の場合は/、|
|<||の場合は/をそれぞれ求めてデー
タ変換器314に出力する。ここで、第5図は、
除算器313で求めた除算値/又は/と
スケール304の位置との関係、及びこれに対応
する光点位置検出素子307上の光点LP+1
LP-1の位置、大小比較器312の比較結果CRの
一例を示すものである。この例はスケール304
の位置と格子線方向の変化とが比例関係にあるよ
うな格子トラツクTcがスケール304に施され
ている場合で、スケール304の位置が変化する
ことによつて||≧||の範囲内の除算値
Y/はtan曲線、||<||の範囲内の除算
値/はcot曲線となる。そこで、データ変換
器314は大小比較器312からの比較結果
CR′が||≧||のときはtan-1(/)を
演算し、また大小比較器312からの比較結果
CR′が||<||のときはcot-1(/)を
演算して光点LP+1,LP-1を結ぶ直線の傾きφを
求め、予め記憶されている傾きφに対応するスケ
ール304の位置データの中から該当する位置デ
ータDPを出力する。また、スケール304の位
置と格子線方向の変化が比例関係にないような格
子トラツクTCがスケール304に施されている
場合でも、除算値/又は/の値に対応す
るスケール304の位置データをデータ変換器3
14に予め記憶させておけば位置データDpを求
めることができる。
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 element 307 described above, and selects positive and negative diffracted light of the same order as described above. For example, the light points LP +1 , LP -1 of the first-order diffracted light LM± 1
The position of the light spot position detection element 3 is as shown in FIG.
07 into electrical signals (x +1 , y +1 ) and (x -1 , y -1 ) representing respective (x, y) coordinates. Then, the subtracters 311A and 311B calculate the X component = (x +1 - x -1 ) and Y component Y = (y +1 - y -1 ) of the distance between each light spot, and the magnitude comparator 312 and the divider 313. And the size comparator 3
12 compares the magnitude of the If /, |
If |<||, / is determined and output to the data converter 314. Here, Figure 5 shows
The relationship between the division value/or/obtained by the divider 313 and the position of the scale 304, and the corresponding light spot LP +1 on the light spot position detection element 307,
It shows an example of the position of LP -1 and the comparison result CR of the magnitude comparator 312. This example is scale 304
In the case where the scale 304 is provided with a grating track T c in which the position of and the change in the grid line direction are in a proportional relationship, the change in the position of the scale 304 causes the change in the range of ||≧|| The division value Y/ is a tan curve, and the division value / within the range of ||<|| is a cot curve. Therefore, the data converter 314 receives the comparison result from the magnitude comparator 312.
When CR′ is ||≧||, tan -1 (/) is calculated and the comparison result from the magnitude comparator 312 is
When CR' is ||<||, calculate cot -1 (/) to find the slope φ of the straight line connecting the light points LP +1 and LP -1 , and scale the scale corresponding to the pre-stored slope φ. Outputs the corresponding position data D P from among the position data 304. Furthermore, even if the scale 304 is provided with a lattice track T C in which the position of the scale 304 and the change in the direction of the lattice lines are not proportional to each other, the position data of the scale 304 corresponding to the division value / or / Data converter 3
If the position data D p is stored in advance in 14, the position data D p can be obtained.

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、0次
回折光遮へい板、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6図に示
すようにスケールを円板308にして、その表面
に本発明の格子トラツクTCを円環状に設け、円
板308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. When using a reflective type, the light emitting element, collimator, slit, condensing lens, 0th order diffraction light shielding plate, and light spot position detection element are arranged on the same side of the scale, and the scale is placed on the same side as the light reflecting part and the light non-reflecting part. It is formed by the parts. Further, as shown in FIG. 6, if the scale is a disk 308, the grating track T C of the present invention is provided in an annular shape on the surface of the scale, and the center of the disk 308 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 if the scale is fixed,
Position detection is also possible by moving the light source section and the light spot position detection section.

(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
一例を示す斜視構造図、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図及び第5図はそれぞれ
検出方法を説明する図、第6図はその格子トラツ
クの別の適用例を示す斜視図、第7図は本発明の
原理を説明する図、第8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9図は
その格子トラツクの一例を示す図、第10図はそ
の電気信号の一例を示す図、第11図はその検出
回路の一例を示すブロツク図である。 10,300…アブソリユート型エンコーダの
光学系、11,301…発光素子、12,302
…コリメータレンズ、13,14,304…スケ
ール、303…スリツト、305…集光レンズ、
306…0次回折光遮へい板、307…光点位置
検出素子、310…読取回路、311A,311
B…減算器、312…大小比較器、313…除算
器、314…データ変換器。
FIG. 1 is a perspective 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. 5 and 5 are diagrams each explaining the detection method, FIG. 6 is a perspective view showing another application example of the lattice track, FIG. 7 is a diagram explaining the principle of the present invention, and FIG. FIG. 9 is a perspective structural diagram showing an example of the optical system of an optical encoder, FIG. 9 is a diagram showing an example of its grating track, FIG. 10 is a diagram showing an example of its electrical signal, and FIG. 11 is an example of its detection circuit. FIG. 10,300...Absolute type encoder optical system, 11,301...Light emitting element, 12,302
...Collimator lens, 13, 14, 304...Scale, 303...Slit, 305...Condenser lens,
306... 0th order diffraction light shielding plate, 307... Light spot position detection element, 310... Reading circuit, 311A, 311
B...subtractor, 312...size comparator, 313...divider, 314...data converter.

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及びピツチが同
一で格子線方向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うち0次回折光のみ
を遮ぎる遮へい板と、この遮へい板を透過した前
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及びピツチが同
一で格子線方向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
正負の回折光の光点の回転角度を求めて、前記回
転角度を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
ら出力される前記同次数の正負の回折光の光点の
直交座標上の差によつて前記各光点を結ぶ線分の
各直交成分を求める減算部と、この減算部で求め
られた前記直交成分の大小を比較する比較部と、
この比較部からの比較結果に基づいて前記減算部
からの前記各直交成分を除算する除算部と、この
除算部からの除算値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光点の回転角度
を予め記憶するようになつている記憶部と、前記
除算部で求められた除算値から前記回転角度を求
め、この回転角度を前記記憶部に記憶されている
回転角度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
した前記除算値を予め記憶するようになつている
記憶部と、前記除算部で求められた除算値を前記
記憶部に記憶されている除算値と照合して該当す
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。
[Scope of Claims] 1. A light source device that emits collimated light having coherence, and a grating track having the same ratio and pitch of light blocking portions and non-blocking portions and different grating line directions; A scale that diffracts the parallel light irradiated by the scale, and a scale 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. 1. An optical encoder comprising: a light spot position 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, a shielding plate that blocks only the 0th-order diffracted light of the condensed diffracted light, and The optical encoder according to claim 1, further comprising a light spot position detection element that detects the light spot position of the diffracted light transmitted through the shielding plate and converts it into an electrical signal. 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 a grating track having the same ratio and pitch of light blocking portions and non-blocking portions and different grating line directions, and providing the parallel beams irradiated by the light source device. A scale that diffracts light, 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. and detects the positive or negative 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. What is claimed is: 1. An optical encoder comprising: a reading device for determining a rotation angle of a light spot of diffracted light, converting the rotation angle into position data of the scale through one conversion means and outputting the data. 13 The reading device determines each orthogonal component of a line segment connecting each of the light points based on the difference in the orthogonal coordinates of the light points of the positive and negative diffracted lights of the same order output from the light point position detection device. a subtraction unit; a comparison unit that compares the magnitude of the orthogonal component obtained by the subtraction unit;
It is composed of a division section that divides each of the orthogonal components from the subtraction section based on the comparison result from the comparison section, and a conversion means that converts the division value from the division section into position data of the scale. An optical encoder according to claim 12. 14. The conversion means rotates the light spot of the positive and negative diffracted light of the same order in accordance with 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 rotation angle is determined from a storage unit that stores angles in advance and the division value determined by the division unit, and this rotation angle is compared with the rotation angle stored in the storage unit to determine whether the rotation angle corresponds to the rotation angle stored in the storage unit. 14. The optical encoder according to claim 13, further comprising a collation section that outputs position data of the scale. 15. A memory in which the conversion means stores in advance the division value corresponding to the pattern of the lattice track that changes as the scale, the light source device, and the light spot position detection device move relative to each other. and a collation unit that compares the division value obtained by the division unit with the division value stored in the storage unit and outputs the corresponding position data of the scale. The optical encoder according to item 13.
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