JPH04115017U - 光電型エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 第一格子２６及び第二格子３０が十字状に相
直交する格子であることを特徴とする光電型エンコー
ダ。 【効果】 簡易な構成でしかも製造が容易なＸ，Ｙ方向
検出を行なうことが可能となる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は光電型エンコーダ、特に２次元方向の変位を検出可能な光電型エンコ ーダの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

各種測定機、工作機械、更に最近は各種情報機械等で、相対移動する二つの部 材の変位量を検出するために各種エンコーダが用いられており、特に非接触で変 位量検出が必要なところに光電型エンコーダが汎用される。 この光電型エンコーダは、相対移動するそれぞれの部材にメインスケール、イ ンデックススケールを設け、例えばインデックススケールに設けられた格子を介 してメインスケールに光を照射し、更にメインスケールの格子を介した光を受光 器にて受光し、その位相変化等から前記部材の相対移動量を検出するものである 。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら従来の一般的な光電型エンコーダは、直線変位或いは回転変位を 一次元的に測定するのみであり、二次元方向に相対移動する２つの部材間の相対 変位を単一のエンコーダで検出することはできないものであった。

【０００４】 本考案は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は構成が簡 易であり、しかも製造も容易で二次元方向の微小変位の検出可能な光電型エンコ ーダを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

前記目的を達成するために本出願の請求項１記載の考案は、所定の第一格子が 形成されるメインスケールと、前記メインスケールに対し二次元方向に相対移動 可能に並列配置され、所定の第二格子が形成されるインデックススケールと、を 含み、前記第一格子及び第二格子が十字状に相直交する格子であることを特徴と する。

【０００６】 また、請求項２記載の光電型エンコーダは、第一格子が反射式十字状格子より なり、またインデックススケールには透過式十字状第二格子と、第二格子の外周 部に設けられた透過式第三格子が設けられ、前記透過式十字状第二格子の裏面に 発光素子が、また透過式第三格子の裏面に受光素子が設けられたことを特徴とす る。

【０００７】

【作用】

本考案にかかる光電型エンコーダは、前述したようにメインスケール及びイン デックススケールにそれぞれ十字状格子が設けられているので、直交する格子が それぞれの方向へのスケールの相対移動を検出することができる。

【０００８】

【実施例】

以下、図面に基づき本考案の好適な実施例を説明する。 図１には本考案の一実施例にかかる光電型エンコーダの基本構成を示す縦断面 図が示されており、また図２には図１II−II線での断面図が示されている。

【０００９】 同図において、光電型エンコーダ１０は、そのメインスケール１２が移動部材 １４に設けられ、又インデックススケール１６が移動部材１８に設けられている 。そして、移動部材１４，１８の相対移動量を検出するものである。

【００１０】 インデックススケール１６の図１中下面には、一個の発光素子２０及び八個の 受光素子２２ａ，２２ｂ，…２２ｈが配置されている。発光素子２０及び各受光 素子２２のリード線は、プリント基板２４に固定されている。 前記メインスケール１２には、図３に示す第一格子２６が設けられ、該第一格 子２６は各五角形状の反射格子部２８ａ，２８ｂ，…２８ｄを含む十字状反射式 格子よりなる。格子部２８ａ，２８ｂにはＹ軸に平行な格子が形成され、格子部 ２８ｃ，２８ｄにはＸ軸に平行な格子が形成されている。

【００１１】 一方、インデックススケール１６は、図４から明らかなように、第二格子３０ 及び第三格子３２ａ，３２ｂ，…３２ｈを備えている。そして、第二格子３０は 前記発光素子２０に対応する各三角形状の透過格子部３４ａ，３４ｂ，…３４ｄ を含む十字状透過式格子よりなる。また第三格子３２ａ，３２ｂ，…３２ｈはそ れぞれ受光素子２２ａ，２２ｂ，…２２ｈに対応する透過格子よりなる。 このため、発光素子２０から出光した光Ｌは第二格子部３４ａ，３４ｂ，…３ ４ｄを介して第一格子２６に反射され、該反射光は第三格子３２ａ，３２ｂ，… ３２ｈを介して受光素子２２ａ，２２ｂ，…２２ｈに受光される。

【００１２】 以上のように、本実施例にかかる光電型エンコーダは、Ｘ方向への相対移動に 対しては第二格子部３４ａ，３４ｂ、第一格子部２８ａ，２８ｂ、第三格子部３ ２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ、受光素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが、 それぞれ三格子型変位検出器として機能する。また、Ｙ方向への相対移動に対し ては第二格子部３４ｃ，３４ｄ、第一格子部２８ｃ，２８ｄ、第三格子部３２ｅ ，３２ｆ，３２ｇ，３２ｈがそれぞれ三格子型変位検出器として機能する。

【００１３】 すなわち、三格子型変位検出器は図５に示すように３枚の格子の重なり合いの 変化により変位量を検出するものである(Journal of the optical society of A merica, 1965, vol.55, No.4, p373-381)。

【００１４】 図５に示す三格子型変位検出器は、平行配置された第二格子３０及び第三格子 ３２と、両格子３０，３２の間に相対移動可能に平行配置された第一格子２６と 、前記第二格子３０の図中左側に配置された発光素子２０と、前記第三格子３２ の図中右側に配置された受光素子２２と、を含む。 そして、発光素子２０から出射された光は第二格子３０、第一格子２６、第三 格子３２を介して受光素子２２に至り、該受光素子２２は各格子３０，２６，３ ２で制限された照明光を光電変換し、更にプリアンプ５２で増幅して検出信号ｓ を得る。

【００１５】 ここで、第一格子２６が、第二格子３０及び第三格子３２に対して例えばｘ方 向に相対移動すると、発光素子２０からの照明光のうち、格子３０，２６，３２ により遮蔽される光量が徐々に変化し、検出信号ｓは略正弦波として出力される 。 そして、前記第一格子２６のピッチＰ₁と検出信号ｓの波長Ｐが対応し、該検 出信号ｓの波長及びその分割値より前記基準格子２６の相対移動量を測定するも のである。

【００１６】 従って、第一格子２６を移動部材１４に、第二格子３０及び第三格子３２を移 動部材１８にそれぞれ設置することにより、両移動部材の相対移動量を検出する ことができる。 そして、本実施例においては第一格子２６の格子部２８ａ，２８ｂはＹ軸に平 行でピッチＰ₁の格子が形成され、格子部２８ｃ，２８ｄはＸ軸に平行でピッチ Ｐ₁'の格子が形成されている。

【００１７】 また、第二格子３０の格子部３４ａ，３４ｂにはＹ軸に平行でピッチＰ₂の格 子が形成され、格子部２４ｃ，３４ｄにはＸ軸に平行でピッチＰ₂'の格子が形成 されている。 更に、第三格子３２ａにはＡｘ相用の格子、第三格子３２ｂにはＡｘ'相用の 格子、第三格子３２ｃにはＢｘ相用の格子、第三格子３２ｄにはＢｘ'相用の格 子がそれぞれＹ軸に平行にピッチＰ₃で形成され、第三格子３２ｅにはＡｙ相用 の格子、第三格子３２ｆにはＡｙ'相用の格子、第三格子３２ｇにはＢｙ相用の 格子、第三格子３２ｈにはＢｙ'相用の格子がそれぞれＸ軸に平行にピッチＰ₃' で形成されている。

【００１８】 従って、Ａｘ＝０゜とすると、Ａｘに対し、 Ａｘ'＝１８０゜（１／２Ｐ₃異なる） Ｂｘ＝９０゜（１／４Ｐ₃異なる） Ｂｘ'＝２７０゜（３／４Ｐ₃異なる） また、Ａｙ＝Ｏ゜とすると、Ａｙに対して Ａｙ'＝１８０゜（１／２Ｐ₃'異なる） Ｂｙ＝９０゜（１／４Ｐ₃'異なる） Ｂｙ'＝２７０゜（３／４Ｐ₃'異なる） となるように目盛が付けられている。

【００１９】 この結果、受光素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄからは、それぞれπ／２ ずつ位相のずれたＡｘ相、Ａｘ'相、Ｂｘ相、Ｂｘ'相の信号を得ることができ、 Ａｘ相−Ａｘ'相より差動振幅増幅されたＡｘ相出力を、またＢｘ相−Ｂｘ'相よ り差動振幅増幅されたＢｘ相出力を得る。そして、該Ａｘ相出力及びＢｘ相出力 の位相のずれ方向等よりスケールのＸ方向への相対移動方向の弁別を行なうと共 に、電気的に検出信号の分割を行ない、分解能の高い変位量検出を行なっている 。 一方、受光素子２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈからはそれぞれπ／２ずつ位 相のずれたＡｙ相、Ａｙ'相、Ｂｙ相、Ｂｙ'相の信号を得ることができ、前記Ｘ 方向と同様にして移動部材１４，１８のＹ方向の位相弁別及び相対移動距離を検 出することができる。 以上のように、第一実施例にかかる光電型エンコーダによれば、Ｘ方向及びＹ 方向の移動方向及び移動距離を検出することができる。

【００２０】 図６には本考案の第二実施例にかかる光電型エンコーダに用いられる第一格子 １２６が示されている。 同図に示す第一格子１２６は、Ｘ方向の移動検出を行なう格子部１２８ａ及び １２８ｂと、Ｙ方向の移動検出を行なう格子部１２８ｃ及び１２８ｄのピッチが 異なって設けられている。すなわち、格子部１２８ａ及び１２８ｂのピッチは比 較的粗いピッチＰ₁が刻まれており、Ｘ方向への移動の高速読取りが可能である 。一方、格子部１２８ｃ，１２８ｄは比較的細かいピッチＰ₁'が刻まれており、 Ｙ方向への移動の高分解能読取りが可能である。 このように移動部材の移動特性に応じてそれぞれのピッチを決定することが可 能であり、しかもそのピッチに従った格子の形成は従来と同じ製法により極めて 正確に行なうことができる。

【００２１】 尚、例えば次のようにピッチを構成することが好適である。 Ｐ₁＝４０μm（明部長＝暗部長＝２０μm） Ｐ₂＝１６０μm（明部長＝４０μm、暗部長＝１２０μm） Ｐ₃＝８０μm（明部長＝暗部長＝４０μm） Ｐ₁'＝２０μm（明部長＝暗部長＝１０μm） Ｐ₂'＝８０μm（明部長＝２０μm、暗部長＝６０μm） Ｐ₃'＝４０μm（明部長＝暗部長＝２０μm） このように第二格子のピッチを第一格子のピッチより大とすると共に、その光 透過部の長さを第一格子のピッチの長さ以下とすることにより、第二格子を透過 した照明光間の独立性（インコヒーレンシイ）が向上し、検出信号のＳＮ比が高 くなる。このため、信号処理が容易となり、高精度の変位検出が可能となる。

【００２２】 また、ピッチ構成は次のようにすることも好適である。 Ｐ₁＝１００μm（明部長＝暗部長＝５０μm） Ｐ₂＝４００μm（明部長＝１００μm、暗部長＝３００μm） Ｐ₃＝２００μm（明部長＝暗部長＝１００μm） Ｐ₁'＝４０μm（明部長＝暗部長＝２０μm） Ｐ₂'＝１６０μm（明部長＝４０μm、暗部長＝１２０μm） Ｐ₃'＝８０μm（明部長＝暗部長＝４０μm）

【００２３】

【考案の効果】

以上説明したように本発明にかかる光電型エンコーダによれば、メインスケー ル及びインデックススケールに、それぞれ直交する格子を十字状に設けたので、 簡易な構成でしかも製造が容易なＸ，Ｙ方向検出を行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例にかかる光電型エンコーダ
の概略構成の説明図である。

【図２】第一実施例にかかる光電型エンコーダの発光素
子及び受光素子の配置の説明図である。

【図３】第一実施例にかかる光電型エンコーダのメイン
スケール（第一格子）の説明図である。

【図４】第一実施例にかかる光電型エンコーダのインデ
ックススケール（第二格子及び第三格子）の説明図であ
る。

【図５】第一実施例にかかる光電型エンコーダの移動検
出原理の説明図である。

【図６】本発明の第二実施例にかかる光電型エンコーダ
に用いられるメインスケール（第一格子）の説明図であ
る。

【符号の説明】

１０ 光電型エンコーダ １２ メインスケール １６ インデックススケール ２０ 発光素子 ２２ 受光素子 ２６，１２６ 第一格子 ３０ 第二格子 ３２ 第三格子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 黒木 真吾 神奈川県川崎市高津区坂戸165番地 株式 会社ミツトヨ開発研究所内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の第一格子が形成されるメインスケ
   ールと前記メインスケールに対し二次元方向に相対移動
   可能に並列配置され、所定の第二格子が形成されるイン
   デックススケールと、を含み、前記第一格子及び第二格
   子は十字状に相直交する格子であることを特徴とする光
   電型エンコーダ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のエンコーダにおいて、第
   一格子は反射式十字状格子よりなり、またインデックス
   スケールには透過式十字状第二格子と、第二格子の外周
   部に設けられた透過式第三格子が設けられ、前記透過式
   十字状第二格子の裏面に発光素子が、また透過式第三格
   子の裏面に受光素子が設けられたことを特徴とする光電
   型エンコーダ。