JPH05647B2 - - Google Patents
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- 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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- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
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- Optical Transform (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。
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。
（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を
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。
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を
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（発明の実施例）
先ず、本発明の原理を説明する。
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。
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。
±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。
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。
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。
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。
次に、本発明の実施例を説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27153087A JPH01280215A (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 光学式エンコーダ |
| GB8823120A GB2210525B (en) | 1987-09-30 | 1988-09-29 | Optical encoder |
| US07/251,089 US4950891A (en) | 1987-09-30 | 1988-09-29 | High resolution optical encoder having a long detection stroke |
| DE3844705A DE3844705C2 (ja) | 1987-09-30 | 1988-09-29 | |
| DE3844704A DE3844704C2 (ja) | 1987-09-30 | 1988-09-29 | |
| DE3833115A DE3833115A1 (de) | 1987-09-30 | 1988-09-29 | Optischer codierer |
| US07/374,922 US4956553A (en) | 1987-09-30 | 1989-07-03 | Optical encoder with varying grating pitch |
| US07/374,918 US4948968A (en) | 1987-09-30 | 1989-07-03 | High resolution optical encoder having a long detection stroke |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27153087A JPH01280215A (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 光学式エンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01280215A JPH01280215A (ja) | 1989-11-10 |
| JPH05647B2 true JPH05647B2 (ja) | 1993-01-06 |
Family
ID=17501348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27153087A Granted JPH01280215A (ja) | 1987-09-30 | 1987-10-27 | 光学式エンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01280215A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5073710A (en) * | 1989-09-21 | 1991-12-17 | Copal Company Limited | Optical displacement detector including a displacement member's surface having a diffractive pattern and a holographic lens pattern |
| DE102005058808B4 (de) | 2005-12-09 | 2019-02-21 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Positionsmessgerät mit holographischem Maßstab |
| EP1862774B1 (fr) * | 2006-05-31 | 2015-07-29 | Delphi Technologies, Inc. | Optical multiturn rotational encoder |
| EP1862775A1 (fr) * | 2006-05-31 | 2007-12-05 | Delphi Technologies, Inc. | Codeur de position à haute résolution |
| CN110440688B (zh) * | 2019-07-19 | 2021-10-22 | 清华大学深圳研究生院 | 一种绝对式光栅尺参考位置测量方法及系统 |
-
1987
- 1987-10-27 JP JP27153087A patent/JPH01280215A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01280215A (ja) | 1989-11-10 |
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