JPH058427U

JPH058427U - 光電型エンコーダ

Info

Publication number: JPH058427U
Application number: JP9222591U
Authority: JP
Inventors: 宗次市川; 幹男鈴木; 渡石橋; 真吾黒木
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1991-05-13
Filing date: 1991-10-14
Publication date: 1993-02-05
Anticipated expiration: 2005-12-20
Also published as: JPH0755457Y2

Abstract

(57)【要約】【構成】第一格子２６にマトリックス状の島状第一格
子部２８を形成し、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広範囲のＸ，Ｙ方向変位
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から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、しかも広範囲の二次元方向変位の検出を行なうことのできる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記載の光電型エンコーダは、マトリックス状の島状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、十字状に相直交する第二格子が形成されるインデックススケールと、を含むことを特徴とする。

【０００６】また、請求項２記載の光電型エンコーダは、第一格子が反射式島状格子よりなり、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、前述したようにインデックススケールに十字状格子が設けられており、一方メインスケールにはマトリックス状の島状格子が設けられている。このため、十字状第二格子の一方向の格子が島状第一格子のマトリックスの行方向に対応し、その方向への移動量を検出する。また、十字状第二格子の他方向への格子が島状第一格子のマトリックスの列方向に対応し、その方向への移動量を検出する。このように本考案にかかる光電型エンコーダによれば、直交する方向への相対移動量を一のエンコーダで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はマトリックス状の長方形島状反射格子部２８₁₁，２８₁₂…２８_1n、２８ 2₁，２８₂₂…２８_2n、…、２８_m1，２８_m2，…２８_mnを含む十字状反射式格子よりなる。格子部２８のＸ軸（列）方向への並びはＹ軸に平行なピッチＰ₁の格子を構成し、格子部２８のＹ軸（行）方向への並びはＸ軸に平行なピッチＰ₁'の格子を構成する。

【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，…３４ｄ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２８の列方向への並び、第三格子部３２ａ，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２８の行方向への並び、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３０，２６，３２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２８のＸ軸方向への並びはＹ軸に平行でピッチＰ₁の格子が構成し、格子部２８のＹ軸方向への並びはＸ軸に平行でピッチＰ₁'の格子を構成している。

【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】また、本実施例ではＸ方向の移動検出を行なう列方向格子部２８と、Ｙ方向の移動検出を行なう行方向格子部２８のピッチが異なって設けられている。すなわち、列方向へ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、行方向へのピッチ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】さらに、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＝２０μm（明部長＝暗部長＝１０μm）Ｐ₂＝２０μm（明部長＝暗部長＝１０μm）Ｐ₃＝２０μm（明部長＝暗部長＝１０μm）Ｐ₁'＝１０μm（明部長＝暗部長＝５μm）Ｐ₂'＝１０μm（明部長＝暗部長＝５μm）Ｐ₃'＝１０μm（明部長＝暗部長＝５μm）このように第一格子、第二格子、第三格子のピッチを等しくし、さらに可動スケール２６とインデックススケール１６の格子間隔をｄとすると、この例ではＰ₁＝２０μm＞Ｐ₁'＝１０μm であるから、可動スケール２６とインデックススケール１６の格子間隔ｄを、ｄ≧Ｐ₁ ²／２λ に設定すれば、格子間隔ｄの変動に対して出力がほとんど変動しないＸＹエンコーダが実現できる。なお、Ｐ₁＝Ｐ₁'のときは、どちらを採用してもよい。この構成の特徴として、（１）Ｘ方向へ１ピッチＰ₁送ると、出力信号は２ピッチＰ₁出力され、光学的な２分割信号が得られるため、電気分割回路が容易に構成される。（２）格子間隔ｄの変動に対して寛容なため、例えばＰ₁又はＰ₁'が４０μm以下の細かいピッチのシステムに適する。

【００２４】また、ピッチ構成は同様に次のようにすることも好適である。Ｐ₁＝４０μm（明部長＝暗部長＝２０μm）Ｐ₂＝８０μm（明部長＝暗部長＝４０μm）Ｐ₃＝８０μm（明部長＝暗部長＝４０μm）Ｐ₁'＝１０μm（明部長＝暗部長＝５μm）Ｐ₂'＝１０μm（明部長＝暗部長＝５μm）Ｐ₃'＝１０μm（明部長＝暗部長＝５μm）このように構成すると、Ｘ軸方向に１ピッチ送った場合、１ピッチＰ₁の出力信号が得られる。Ｙ軸方向に１ピッチＰ₁'送ると、２ピッチＰ₁'の出力信号が得られる。従って、Ｘ軸方向は分解能が粗く、高速度の検出、Ｙ軸方向は分解能が高く低速度の検出に適する。

【００２５】更に本考案においては、第一格子２６を広範囲にわたって形成することができ、検出の広範囲化も可能である。また、第一格子２６の形状は、メインスケール及びインデックススケールの相対移動距離等を考慮して任意に決定することができる。また、メインスケールに設けられたマトリックス状の島状格子２８を透過部とし、島状格子でない部分２９を反射部として構成することも可能である。

【００２６】

【考案の効果】

以上説明したように本考案にかかる光電型エンコーダによれば、メインスケールにマトリックス状の島状第一格子を、またインデックススケールに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広範囲のＸ，Ｙ方向変位検出を行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の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】前記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】前記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】前記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】前記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。

【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

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】マトリックス状に島状第一格子が形成さ
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、十字状に相直交す
る第二格子が形成されるインデックススケールと、を含むことを特徴とする光電型エンコーダ。
【請求項２】請求項１記載のエンコーダにおいて、第一格子は反射式島状格子よりなり、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。