JPH11183200A - Optical encoder device - Google Patents
Optical encoder deviceInfo
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- JPH11183200A JPH11183200A JP36546997A JP36546997A JPH11183200A JP H11183200 A JPH11183200 A JP H11183200A JP 36546997 A JP36546997 A JP 36546997A JP 36546997 A JP36546997 A JP 36546997A JP H11183200 A JPH11183200 A JP H11183200A
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- light
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スケールの移動方向と垂直な方向へのスケー
ルの多少の移動があっても、スケールあるいは光ヘッド
に傾きが多少はあっても受光して移動量の検出が可能な
光ヘッドの光学式エンコーダ装置を提供する。
【解決手段】 光源11と、光の散乱部と非散乱部によ
る周期的な位置情報が記録されたスケール13と、前記
光源と前記スケールの相対的な位置の変化に伴う前記ス
ケールからの散乱光の強度の変化を検出する受光手段1
5と、前記受光手段の検出結果から前記スケールの相対
的な位置の変化を検出する位置変化検出手段を、光の遮
断状態と透過光や反射光の受光状態を検出するのではな
く、散乱光の受光状態と光の透過状態か反射状態を検出
する。
(57) [Abstract] [Problem] It is possible to detect the movement amount by receiving light even if the scale moves slightly in the direction perpendicular to the scale movement direction, even if the scale or the optical head is slightly inclined. Provided is an optical encoder device for an optical head. SOLUTION: A light source 11, a scale 13 on which periodic position information is recorded by a light scattering portion and a non-scattering portion, and scattered light from the scale accompanying a change in a relative position between the light source and the scale. Receiving means 1 for detecting a change in the intensity of light
5 and a position change detecting means for detecting a change in the relative position of the scale based on the detection result of the light receiving means, instead of detecting the light blocking state and the transmitted light or reflected light receiving state, The light receiving state and the light transmitting state or the light reflecting state are detected.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、位置の変化により
長さや移動量等を検出するための光学式エンコーダ装置
に関し、さらに詳しくは、発光部からの光を、位置の変
化に伴ってスケールにより周期的に変化する光が受光部
で受光され、その光量変化により位置の変化を検出する
光学式エンコーダ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical encoder device for detecting a length, a movement amount, and the like based on a change in a position. The present invention relates to an optical encoder device that receives periodically changing light at a light receiving unit and detects a change in position based on a change in the amount of light.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、各種の測長機器、計測装置、
工作機械、複写機等の装置の分野では、位置の変化によ
り長さや移動を検出可能な光学式エンコーダ装置が知ら
れている。以下に、図18を用いて、そのような従来の
光学式エンコーダ装置のうちの透過式のものについて説
明する。図18において、光源1は、ライトやLED等
の発光部であり、安定した光を供給する部分である。コ
リメートレンズ2は、光源からの出力光を平行光線とし
てスケールに投射するためのものである。スケール3
は、一定の格子定数を有する光学格子からなるスケール
である。インデックススケール4は、上記スケール3の
移動方向を識別するために1/4波長ずらされた2つの
上記スケール3と同じ格子定数を有するスケールであ
る。光検出器5は、上記インデックススケール4の1/
4波長ずらされた2つの光学格子の通過光をそれぞれ検
出可能な検出器である。移動方向6は、スケール3の移
動方向を示す矢印である。上記の構成において、通常
は、コリメートレンズ2とインデックススケール4の間
にスケール3の移動が可能なスリット等を有し、そのコ
リメートレンズ2とインデックススケール4の他の光源
1と光検出器5を含んで遮光されたケースに入った一体
の光ヘッドを構成するようにしている。そして、スケー
ル3を光ヘッドの光源部と受光部が挟むような位置関係
で、スケール3の移動により光源部からの光が通過か遮
断されスケール3の移動が検出されるので、スケール3
を移動量の確認が必要な部分に設置することで、その部
分の移動が確認できる。検出時には、光源1が点灯さ
れ、コリメートレンズ2で平行光線化したビーム光は、
スケール3とインデックススケール4を通過してあるい
は遮断され、通過光が光検出器5で受光され、遮断光は
光検出器5では受光されないことになる。そして、その
受光のオン/オフの数量を不図示のカウンタ等で計数す
ることで長さや位置又は移動量を検出することが可能と
なる。インデックススケール4は、スケール3の移動方
向を知るために受光部の光検出器5とスケール3の間に
設置される1/4波長ずれた2つのスケール3と同周期
の格子定数の光学格子であるので、そのそれぞれの光学
格子の通過光を光検出器5で検出し、それぞれの光学格
子をA相とB相とすると、そのA相とB相の検出間隔
は、1/4波長ずれた短い検出間隔の場合と3/4波長
ずれた長い検出間隔の場合が交互に発生し、例えば、長
い検出間隔の後にどちらの光学格子の通過光が検出され
るかで、移動方向を決定することができる。図19は、
従来の光学式エンコーダ装置のうちの反射式のものを示
す図である。反射式の場合には、光源1からの出力光
は、反射物7で反射されて光検出器5で検出されるが、
その場合の角度反射率特性8は図19中に図示したよう
に指向性の強い急峻なビーム形状を示している。2. Description of the Related Art Conventionally, various length measuring devices, measuring devices,
2. Description of the Related Art In the field of devices such as machine tools and copiers, there are known optical encoder devices capable of detecting a length or a movement by a change in position. Hereinafter, a transmission type optical encoder device of the related art will be described with reference to FIG. In FIG. 18, a light source 1 is a light emitting unit such as a light or an LED, and is a unit that supplies stable light. The collimating lens 2 is for projecting the output light from the light source as a parallel light beam on a scale. Scale 3
Is a scale consisting of an optical grating with a constant lattice constant. The index scale 4 is a scale having the same lattice constant as the two scales 3 shifted by 4 wavelength to identify the moving direction of the scale 3. The photodetector 5 is 1/1 of the index scale 4
The detector is capable of detecting the light passing through two optical gratings shifted by four wavelengths. The moving direction 6 is an arrow indicating the moving direction of the scale 3. In the above configuration, usually, a slit or the like capable of moving the scale 3 is provided between the collimating lens 2 and the index scale 4, and the other light source 1 and the photodetector 5 of the collimating lens 2 and the index scale 4 are arranged. An integrated optical head is included in a light-shielded case. Then, with the positional relationship such that the light source unit and the light receiving unit of the optical head sandwich the scale 3, the light from the light source unit passes or is blocked by the movement of the scale 3, and the movement of the scale 3 is detected.
By placing the in a portion where the movement amount needs to be confirmed, the movement of that portion can be confirmed. At the time of detection, the light source 1 is turned on, and the light beam collimated by the collimator lens 2 is
The light passes through the scale 3 and the index scale 4 or is cut off, the passing light is received by the photodetector 5, and the cutoff light is not received by the photodetector 5. Then, the length, position, or movement amount can be detected by counting the number of ON / OFF of the light reception by a counter (not shown) or the like. The index scale 4 is an optical grating having a lattice constant of the same period as the two scales 3 shifted by 4 wavelength and installed between the photodetector 5 of the light receiving section and the scale 3 in order to know the moving direction of the scale 3. Therefore, when the light passing through each optical grating is detected by the photodetector 5 and each optical grating is A-phase and B-phase, the detection interval between the A-phase and the B-phase is shifted by 波長 wavelength. A short detection interval and a long detection interval shifted by 3/4 wavelength occur alternately. For example, the moving direction is determined based on which optical grating is detected after the long detection interval. Can be. FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a reflection type optical encoder device in the related art. In the case of the reflection type, the output light from the light source 1 is reflected by the reflector 7 and detected by the photodetector 5,
In this case, the angular reflectance characteristic 8 shows a steep beam shape with strong directivity as shown in FIG.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の透過式の構成では、ノイズ成分となる外部から
の光と区別して通過光を検出するので、高分解能を得よ
うとすると、少なくともスケール3とインデックススケ
ール4の間隔を微少化する必要があり、スケール3とイ
ンデックススケール4を含む光ヘッド(のスリット等)
は微少間隔で、非接触の平行な間隔が維持されるように
配置されることになる。スケール3に対して、スケール
3が移動した場合にも、常時、微少間隔を保つように光
ヘッドを取り付けることは、通常は取付時にスキューや
ヨーイングといった角度を有して取り付けられてしまう
ことから、難易度の高い工数の多く必要な作業である。
又、反射式の場合でも、上記のように角度反射率特性8
は指向性の強いビーム形状であることから、光検出器5
の設置位置や受光面の角度にずれが生じると、光検出器
5の検出感度は非常に変動することになる。本発明は、
上記課題に鑑みて、スケールの移動方向と垂直な方向へ
のスケールの多少の移動があっても、スケールあるいは
光ヘッドに傾きが多少はあっても受光して移動量の検出
が可能な光ヘッドの光学式エンコーダ装置を提供するこ
とを目的とする。However, in the above-described conventional transmission-type configuration, the transmitted light is detected separately from the external light which is a noise component. It is necessary to make the interval between the scale 3 and the index scale 4 very small, and the optical head including the scale 3 and the index scale 4 (slit or the like)
Will be arranged so that the non-contact, parallel spacing is maintained. Even if the scale 3 moves with respect to the scale 3, mounting the optical head so that it always keeps a small interval usually involves mounting at an angle such as skew or yawing at the time of mounting. This is a task that requires a lot of man-hours with high difficulty.
Further, even in the case of the reflection type, as described above, the angular reflectance characteristic 8
Has a highly directional beam shape.
If there is a shift in the installation position or the angle of the light receiving surface, the detection sensitivity of the photodetector 5 will vary greatly. The present invention
In view of the above problems, an optical head capable of detecting the amount of movement by receiving light even if the scale slightly moves in a direction perpendicular to the direction of movement of the scale, or even if the scale or the optical head is slightly inclined. It is an object of the present invention to provide an optical encoder device.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために請求項1の本発明では、光源と、光の散乱部と非
散乱部による周期的な位置情報が記録されたスケール
と、前記光源と前記スケールの相対的な位置の変化に伴
う前記スケールからの散乱光の強度の変化を検出する受
光手段と、前記受光手段の検出結果から前記スケールの
相対的な位置の変化を検出する位置変化検出手段を備え
たことを特徴とし、光の遮断状態と透過光や反射光の受
光状態を検出するのではなく、散乱光の受光状態光の遮
断状態を検出するようにした。請求項2の本発明では、
前記光源と前記スケールの間の光路には、前記光源から
の光を前記スケール上に集光する投光レンズを備えたこ
とを特徴とし、投光部から発散しようとする光が集光さ
れる。請求項3の本発明では、前記スケールと前記受光
手段の間の光路には、前記散乱光を前記受光手段上に集
光する受光レンズを備えたことを特徴とし、スケールか
らの散乱光を受光レンズで集光する。請求項4の本発明
では、前記光源の出射光の前記スケールへ光路と、前記
スケールの散乱光の一部の受光手段への光路を一致させ
るための光分割手段を備えたことを特徴とし、出射光の
光路と受光手段への光路を一致させる。請求項5の本発
明では、前記投光レンズと前記受光レンズを兼ねる1つ
のレンズを備えたことを特徴とし、投光と受光のレンズ
を1つにできる。請求項6の本発明では、前記光源と前
記スケールの間の光路には、前記光源から出射した光が
前記スケール上に前記スケールの周期的な位置情報の略
半周期に相当する短辺を有する少なくとも1つの長方形
状の光ビームとして前記スケール上に投射されるように
整形するスリットマスクを備えたことを特徴とし、光ビ
ームをスリットマスクにより長方形に整形する。請求項
7の本発明では、前記光源と前記スケールの間の光路に
は、前記光源から出射した光が前記スケール上に前記ス
ケールの周期的な位置情報の略半周期に相当する短辺を
有する少なくとも1つの長方形状の光ビームが前記スケ
ール上に投射されるように整形するシリンドリカルレン
ズ手段を備えたことを特徴とし、光ビームをシリンドリ
カルレンズにより長方形に整形する。請求項8の本発明
では、前記受光手段へ入射する光ビームの形状を円形に
整形するシリンドリカルレンズ手段又はウエッジ手段を
備えたことを特徴とし、受光手段への入射光を円形に整
形する。請求項9の本発明では、前記スケールの周期的
な位置情報は、全反射部と散乱部により形成されること
を特徴とし、スケールを全反射部と散乱部とする。請求
項10の本発明では、前記スケールの周期的な位置情報
は、吸収部と散乱部により形成されることを特徴とし、
スケールを吸収部と散乱部とする。請求項11の本発明
では、前記スケールの散乱部は、2次元又は3次元のレ
リーフ格子により形成されることを特徴とし、レリーフ
格子からの反射光量は一定となる。In order to achieve the above object, according to the present invention, a light source, a scale on which periodic position information is recorded by a light scattering portion and a non-scattering portion, and A light receiving unit that detects a change in the intensity of scattered light from the scale due to a change in the relative position of the light source and the scale; and a position that detects a change in the relative position of the scale from the detection result of the light receiving unit. It is characterized in that a change detecting means is provided, and instead of detecting a light blocking state and a transmitted light or reflected light receiving state, a scattered light receiving state and a light blocking state are detected. According to the second aspect of the present invention,
An optical path between the light source and the scale is provided with a light projecting lens for condensing light from the light source on the scale, and light to be diverged from the light projecting unit is collected. . According to a third aspect of the present invention, the light path between the scale and the light receiving means is provided with a light receiving lens for condensing the scattered light on the light receiving means, and receives the scattered light from the scale. Focus with a lens. In the present invention according to claim 4, an optical path to the scale of light emitted from the light source to the scale, and a light splitting unit for matching an optical path to a light receiving unit of a part of the scattered light of the scale, The optical path of the emitted light is made to coincide with the optical path to the light receiving means. According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a single lens serving both as the light projecting lens and the light receiving lens, and the number of light projecting and light receiving lenses can be reduced to one. According to the present invention of claim 6, in the optical path between the light source and the scale, the light emitted from the light source has a short side on the scale corresponding to substantially a half cycle of the periodic position information of the scale. A slit mask for shaping the light beam so as to be projected on the scale as at least one rectangular light beam is provided, and the light beam is shaped into a rectangle by the slit mask. According to the present invention of claim 7, in a light path between the light source and the scale, light emitted from the light source has a short side on the scale corresponding to substantially a half cycle of periodic position information of the scale. The apparatus further comprises a cylindrical lens means for shaping at least one rectangular light beam so as to be projected on the scale, wherein the light beam is shaped into a rectangular shape by the cylindrical lens. According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a cylindrical lens means or a wedge means for shaping a light beam incident on the light receiving means into a circular shape, and the light incident on the light receiving means is shaped into a circular shape. According to a ninth aspect of the present invention, the periodic position information of the scale is formed by a total reflection portion and a scattering portion, and the scale is defined as a total reflection portion and a scattering portion. According to a tenth aspect of the present invention, the periodic position information of the scale is formed by an absorbing part and a scattering part,
The scale is an absorption part and a scattering part. According to an eleventh aspect of the present invention, the scattering portion of the scale is formed by a two-dimensional or three-dimensional relief grating, and the amount of light reflected from the relief grating is constant.
【0005】[0005]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て図を用いて説明する。尚、以下の全ての図において、
一度説明した実施形態における部分と同様な内容の部分
が他の実施形態に現れた場合には、その部分に同じ番号
を付して記載し、その説明は省略する。図1は、本発明
の光学式エンコーダ装置の第1の実施形態を示す斜視図
である。光源11は、半導体レーザを含む様々なレーザ
光源やLED等使用が可能であるが、高分解能を得る場
合には、例えば、He−Neレーザのようなレーザ光を
用いるか、他の光源の場合には集光スポットを小径化す
るために集光レンズ等の使用が望ましい。又、LEDを
用いる場合には、なるべく発光面積の小さいもの、反射
板構造の無いものが望ましい。スケール13は、通常の
光学式エンコーダ装置で用いられている透過部と非透過
部で構成され、透過部が矩形の周期構造の光学格子とな
っているスケールと同様なパターンで良いが、非透過部
は全反射や吸収ではなく、散乱部となっていることが必
要になる。又、散乱部の構造については、材質や形状等
は任意であるが、高分解能を必要とする場合には、散乱
部の散乱パターンも微少化する必要がある。光検出器1
5は、通常の光学式エンコーダ装置で用いられているフ
ォトダイオードと同様な光検出器の使用が可能である。
ビーム照射位置16は、光源11からのビームのスケー
ル13における照射位置であり、その位置の散乱光が光
検出器15で受光される。光源11から照射されたビー
ムは、スケール13上のビーム照射位置16で散乱され
て、散乱されたビームの一部が光検出器15によりの検
出され、その検出結果によりスケール13の位置の移動
が検出される。尚、光検出器15の検出結果である散乱
部の検出信号と透過部の検出信号から、スケールの相対
的な位置の変化を検出する位置変化検出装置について
は、従来の検出装置と同様にして、例えば、散乱光の検
出レベルと透過光の検出レベルの間にしきい値を設定し
て、光検出器15の検出値がそのしきい値より上になっ
たか下になったかにより移動を検出することが可能であ
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the following figures,
When a part having the same content as the part in the embodiment described once appears in another embodiment, the part is denoted by the same number, and the description is omitted. FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the optical encoder device of the present invention. As the light source 11, various laser light sources including a semiconductor laser, an LED, or the like can be used. However, when high resolution is obtained, for example, a laser beam such as a He-Ne laser is used, or another light source is used. It is desirable to use a condenser lens or the like to reduce the diameter of the condenser spot. When an LED is used, it is desirable that the LED has a light emitting area as small as possible and has no reflector structure. The scale 13 is composed of a transmission portion and a non-transmission portion used in a normal optical encoder device, and may have a pattern similar to that of a scale in which the transmission portion is an optical grating having a rectangular periodic structure. It is necessary that the portion is not a total reflection or absorption but a scattering portion. The structure of the scattering section may be of any material, shape, etc., but if high resolution is required, the scattering pattern of the scattering section must be miniaturized. Photodetector 1
5 can use a photodetector similar to a photodiode used in an ordinary optical encoder device.
The beam irradiation position 16 is an irradiation position of the beam from the light source 11 on the scale 13, and the scattered light at that position is received by the photodetector 15. The beam emitted from the light source 11 is scattered at the beam irradiation position 16 on the scale 13, and a part of the scattered beam is detected by the photodetector 15, and the position of the scale 13 is moved based on the detection result. Is detected. Note that a position change detection device that detects a change in the relative position of the scale from the detection signal of the scattering portion and the detection signal of the transmission portion, which is the detection result of the photodetector 15, is the same as a conventional detection device. For example, a threshold is set between the detection level of the scattered light and the detection level of the transmitted light, and the movement is detected depending on whether the detection value of the photodetector 15 is higher or lower than the threshold. It is possible.
【0006】図2は、図1の実施形態の散乱光を説明す
るための側面図である。図2において、光源11からの
ビームは、ビーム照射位置16に達すると、そのビーム
照射位置16は散乱部であるので、散乱パターンにより
ビームは散乱して散乱光17になり、光検出部15でそ
の散乱光17が検出される。次に、スケール13が移動
して、光源11’のビームがビーム照射位置16’に達
する位置関係の場合には、光源11’のビームは、スケ
ール13の透過部を透過してしまうので、光検出部1
5’では散乱光17が検出されない。図3は、図2にお
ける散乱光17の角度反射率特性を説明するための図で
あり、図19の従来の反射式のものにおける角度反射率
特性8に対応するものである。図3の角度反射率特性9
は、図19の急峻な角度反射率特性8とは異なり、図示
したように円形に近い特性を示している。スケール13
上の散乱部は、光利用効率と検出安定性の面から理想的
には完全拡散反射面を用いることが望ましい。完全拡散
反射面とは、光強度I=Incosθで、反射率は1で
ある散乱面であり、その場合のInは法線方向の光強
度、θは法線方向を0°としたときの角度である。完全
拡散反射面の例としては、光学曇りガラス、液晶用反射
板、石膏面等が近い特性を示す。尚、上記のように完全
拡散反射面が理想的ではあるものの、本発明の効果を得
るためには必ずしも完全拡散反射面である必要な無い。
本発明は、従来の図19におけるような光の全反射の急
峻な角度特性を避けるために散乱面を利用しているから
である。従って、例えば、反射率が90%以上有るよう
なアルミ面等の高反射率の面に代えて反射率50%程度
の吸収の少ない面を用いて、受光器を反射光ではなく、
散乱光を受光するような配置で用いることで本発明の効
果を得ることができる。FIG. 2 is a side view for explaining the scattered light of the embodiment of FIG. In FIG. 2, when the beam from the light source 11 reaches the beam irradiation position 16, the beam irradiation position 16 is a scattering portion, so that the beam is scattered by the scattering pattern to become scattered light 17. The scattered light 17 is detected. Next, when the scale 13 is moved and the beam of the light source 11 ′ reaches the beam irradiation position 16 ′, the beam of the light source 11 ′ passes through the transmission part of the scale 13. Detector 1
At 5 ', the scattered light 17 is not detected. FIG. 3 is a diagram for explaining the angular reflectance characteristic of the scattered light 17 in FIG. 2, and corresponds to the angular reflectance characteristic 8 in the conventional reflection type of FIG. Angular reflectance characteristic 9 in FIG.
Differs from the steep angular reflectance characteristic 8 shown in FIG. 19, and shows a characteristic close to a circle as shown. Scale 13
For the upper scattering portion, it is desirable to use a perfect diffuse reflection surface ideally from the viewpoint of light use efficiency and detection stability. The perfect diffuse reflection surface is a scattering surface having a light intensity I = Incos θ and a reflectance of 1, where In is the light intensity in the normal direction and θ is the angle when the normal direction is 0 °. It is. As an example of the perfect diffuse reflection surface, optically frosted glass, a reflection plate for liquid crystal, a plaster surface, etc. show similar characteristics. Although the perfect diffuse reflection surface is ideal as described above, it is not always necessary to use the perfect diffuse reflection surface in order to obtain the effects of the present invention.
This is because the present invention uses a scattering surface in order to avoid a steep angle characteristic of total reflection of light as shown in FIG. Therefore, for example, instead of a high-reflectance surface such as an aluminum surface having a reflectance of 90% or more, a light-absorbing surface with a reflectance of about 50% is used, and the light receiver is not reflected light,
The effect of the present invention can be obtained by using an arrangement that receives scattered light.
【0007】図4は、図1と図2のビーム照射位置の変
化の様子を示す上から見た平面図である。図4におい
て、スケール13は、矢印の方に動くと、ビーム照射位
置16は、実線の円で示された散乱部から点線の円で示
された透過部の方へ移動し、図4では不図示の光検出部
15で散乱光17の検出が行われていたのが、検出でき
なくなる。図5は、図4のスケールに進行方向を特定す
るためのインデックススケールの機能を持たせた場合を
示す図である。図5(a)においては、スケール14の
透過部と散乱部が、例えば、従来のインデックススケー
ルと同様にスケールの進行方向に平行な線により2つの
分割されたスケールが1/4周期ずれて形成されてお
り、光検出器15で読み取った位相は、A相とB相に分
かれて検出される。ビーム照射位置16は、透過部と散
乱部の2分割された両方にほぼ均等にビームが配分され
て照射されるような中間位置に照射され、スケール14
の移動により、ビームが2分割された透過部と散乱部を
区切る中間線上を移動するようになる。図5(b)にお
いては、図5(a)におけるスケール14の分割された
スケールに合わせて、光検出器15におけるフォトダイ
オードが、それぞれの位相(A相とB相)を検出できる
ように2分割された2分割フォトダイオード18とな
る。尚、位相による移動方向の検出は、従来と同様の方
法で検出することが可能である。FIG. 4 is a top plan view showing how the beam irradiation position in FIGS. 1 and 2 changes. In FIG. 4, when the scale 13 moves in the direction of the arrow, the beam irradiation position 16 moves from the scattering part shown by the solid circle to the transmission part shown by the dotted circle. The scattered light 17 has been detected by the light detection unit 15 shown in the figure, but cannot be detected. FIG. 5 is a diagram showing a case where the scale of FIG. 4 is provided with an index scale function for specifying the traveling direction. In FIG. 5 (a), the transmission portion and the scattering portion of the scale 14 are formed, for example, like a conventional index scale, by dividing two divided scales by a line parallel to the traveling direction of the scale with a 周期 period shift. The phase read by the photodetector 15 is detected separately in the A phase and the B phase. The beam irradiation position 16 is applied to an intermediate position where the beam is distributed and evenly applied to both of the two parts of the transmission part and the scattering part, and the scale 14
Moves the beam on an intermediate line that separates the transmission part and the scattering part into two parts. In FIG. 5B, the photodiode 14 in the photodetector 15 is adjusted to match the divided scale of the scale 14 in FIG. 5A so that each phase (A phase and B phase) can be detected. The divided photodiode 18 is obtained. The detection of the moving direction by the phase can be performed by the same method as in the related art.
【0008】図6は、本発明の光学式エンコーダ装置の
第2の実施形態を示す斜視図である。第1の実施形態
と、本第2の実施形態の構成上の違いは、光源11から
照射される光を集光して所望のビーム径をスケール13
上に形成するための投光レンズ12を有していることで
ある。投光レンズ12は、光利用効率の面から光源11
の発散角以上の開口を持つレンズが望ましい。又、分解
能の向上という面からは、スケール13上でなるべく小
さいスポットを形成するようなレンズを選択することが
望まれる。第2の実施形態のように投光レンズを用いる
ことで、スケール13上のビーム照射位置16のビーム
径を小型化できるので、光学式エンコーダとしての分解
能を高めることができる。又、光源11として、発散性
のLEDや半導体レーザを使用しても集光してスケール
13上に小径のビームスポットを形成できるので、光学
式エンコーダ装置の小型化や低価格化が可能になるとい
う効果が得られる。尚、この第2の実施形態の動作は第
1の実施形態と同様となる。FIG. 6 is a perspective view showing a second embodiment of the optical encoder device of the present invention. The difference between the first embodiment and the second embodiment is that the light emitted from the light source 11 is condensed and the desired beam diameter is adjusted to the scale 13.
It has a light projecting lens 12 to be formed thereon. The light projecting lens 12 has a light source 11 in terms of light use efficiency.
A lens having an aperture larger than the divergence angle is desirable. From the viewpoint of improving the resolution, it is desired to select a lens that forms a spot as small as possible on the scale 13. By using the light projecting lens as in the second embodiment, the beam diameter of the beam irradiation position 16 on the scale 13 can be reduced, so that the resolution as an optical encoder can be increased. Even if a divergent LED or a semiconductor laser is used as the light source 11, the light can be condensed and a small-diameter beam spot can be formed on the scale 13, so that the optical encoder device can be reduced in size and cost. The effect is obtained. The operation of the second embodiment is the same as that of the first embodiment.
【0009】図7は、本発明の光学式エンコーダ装置の
第3の実施形態を示す斜視図である。第1の実施形態、
及び、第2の実施形態と、本第3の実施形態の構成上の
違いは、第2の実施形態の光源11から照射される光を
集光して所望のビーム径をスケール13上に形成するた
めの投光レンズ12を有していることに加えて、スケー
ル13からの散乱光についても光を集光して所望のビー
ム径を光検出器15の受光部に形成するための受光レン
ズ14を有していることである。この受光レンズ14の
開口は、通常のスケールからの反射光を検出するタイプ
の光学式エンコーダ装置に用いられる受光レンズの開口
よりも大きい開口のレンズが望ましい。一般的なスケー
ル反射光タイプの受光レンズでは、例えば、スケールに
投光されるビームの焦点位置がスケール上のビーム照射
位置である場合には、受光側には投光レンズの開口と同
程度のビーム径の光が反射光として検出されることにな
り、投光レンズ程度の開口のレンズがあれば十分と考え
られる。ところが、本発明の場合には、スケール13上
には反射パターンではなく散乱パターンが形成されてい
るので、反射パターンにおける反射光と散乱パターンに
おける散乱光では光の強さが異なっており、散乱光は反
射光に比べて非常に弱いのことになる。この弱い散乱光
を効率よく検出するためには、反射光の検出タイプに比
べると比較的大きな開口の受光レンズが必要になる。
又、この受光レンズの開口を大きくすることでは、光ヘ
ッドのアライメント誤差やスケールの取り付けの傾き等
に対しても許容量が増加しする。FIG. 7 is a perspective view showing a third embodiment of the optical encoder device of the present invention. A first embodiment,
The difference between the second embodiment and the third embodiment is that the light emitted from the light source 11 of the second embodiment is condensed to form a desired beam diameter on the scale 13. In addition to having a light projecting lens 12, a light receiving lens for collecting light scattered from the scale 13 and forming a desired beam diameter on a light receiving portion of the photodetector 15. 14. The opening of the light receiving lens 14 is desirably a lens having an opening larger than the opening of the light receiving lens used in an optical encoder device of a type that detects reflected light from a normal scale. In a general scale reflected light type light receiving lens, for example, when the focal position of the beam projected on the scale is the beam irradiation position on the scale, the light receiving side has the same size as the aperture of the light projecting lens. Light having a beam diameter is detected as reflected light, and it is considered that a lens having an opening equivalent to a light projecting lens is sufficient. However, in the case of the present invention, since a scattering pattern is formed on the scale 13 instead of a reflection pattern, the intensity of light is different between the reflected light in the reflection pattern and the scattered light in the scattering pattern. Is much weaker than the reflected light. In order to efficiently detect this weak scattered light, a light receiving lens having a relatively large aperture is required as compared with the reflected light detection type.
Increasing the aperture of the light receiving lens also increases the allowable amount with respect to the alignment error of the optical head, the inclination of the scale, and the like.
【0010】図8は、本発明の光学式エンコーダ装置の
第4の実施形態を示す側面図である。第4の実施形態と
第3の実施形態との構成上の違いは、光源11から照射
される光と、スケール13からの散乱光の光軸を一致さ
せて、投射光と散乱光(反射光)の光軸をスケール13
と垂直にするためのビームスプリッタ19が光路上に挿
入されていることである。ビームスプリッタ19は、図
8示されるように、光源11からの出射光軸と光検出器
15への入射光軸が直角となるように交わるように配設
される。投光部11から出射したビームは、投光レンズ
12を経て、ビームスプリッタ19により光量の約50
%が直角に曲げられてスケール13に垂直に照射され
る。スケール13上の散乱部で散乱したビームは、投光
と同じ経路で戻り、ビームスプリッタ19を通過して受
光レンズ14で集光されて光検出器15により受光され
る。ここで、本実施形態において、出射光と散乱光(反
射光)の光軸が同じ経路でスケール13に垂直にする理
由としては、スケール13の散乱部における光の散乱
は、一般的に全反射方向を0°とすると、(cosθ)
2 に比例した散乱強度分布になるので、散乱光を検出す
る場合には全反射方向から検出することが望ましいこと
が挙げられる。又、本実施形態では、上記した光ヘッド
のアライメント誤差やスケールの取り付けの傾き等に対
しても許容量が増加することに加え、投光と受光の直角
配置により、光ヘッドの小型化が可能であり、投光部と
受光部を個別に配設する場合に比べて調整の容易化が可
能になる。FIG. 8 is a side view showing a fourth embodiment of the optical encoder device according to the present invention. The difference in configuration between the fourth embodiment and the third embodiment is that the light emitted from the light source 11 and the scattered light from the scale 13 have the same optical axis so that the projected light and the scattered light (the reflected light ) Optical axis scale 13
That is, a beam splitter 19 for making the beam vertical is inserted on the optical path. As shown in FIG. 8, the beam splitter 19 is disposed so that an emission optical axis from the light source 11 and an incidence optical axis to the photodetector 15 intersect at right angles. The beam emitted from the light projecting unit 11 passes through the light projecting lens 12, and has a light amount of about 50
% Is bent at a right angle and irradiates the scale 13 vertically. The beam scattered by the scattering portion on the scale 13 returns along the same path as the light projection, passes through the beam splitter 19, is condensed by the light receiving lens 14, and is received by the photodetector 15. Here, in the present embodiment, the reason why the optical axes of the outgoing light and the scattered light (reflected light) are perpendicular to the scale 13 along the same path is that light scattering at the scattering portion of the scale 13 is generally caused by total internal reflection. If the direction is 0 °, (cos θ)
Since the scattering intensity distribution is proportional to 2 , it is desirable to detect scattered light from the direction of total reflection when detecting scattered light. In addition, in the present embodiment, in addition to an increase in the tolerance for the above-described alignment error of the optical head and the inclination of the mounting of the scale, the optical head can be downsized by the right angle arrangement of the light emission and the light reception. Therefore, the adjustment can be facilitated as compared with the case where the light projecting unit and the light receiving unit are separately provided.
【0011】図9は、本発明の光学式エンコーダ装置の
第5の実施形態を示す側面図である。第5の実施形態と
第4の実施形態との構成上の違いは、光源11から照射
される光を集光する投光レンズ12と、スケール13か
らの散乱光を集光する受光レンズを共用するようにして
1枚の投・受光レンズ20としたことである。この図9
ように光源11、光検出器15及びビームスプリッタ1
9を配置することで、投光と受光のレンズを1枚にする
ことが可能となり、その結果、光ヘッドの小型化や調整
の容易化がさらに可能であり、部品点数の削減もさらに
可能となる。FIG. 9 is a side view showing a fifth embodiment of the optical encoder device of the present invention. The configuration difference between the fifth embodiment and the fourth embodiment is that the light projecting lens 12 for condensing the light emitted from the light source 11 and the light receiving lens for condensing the scattered light from the scale 13 are shared. Thus, one projection / light reception lens 20 is formed. This figure 9
Light source 11, photodetector 15 and beam splitter 1
By arranging 9, it becomes possible to use one lens for light emission and light reception, and as a result, it is possible to further reduce the size and the adjustment of the optical head, and to further reduce the number of parts. Become.
【0012】図10は、本発明の光学式エンコーダ装置
の第6の実施形態を示す側面図(a)と、スケール13
の上面図(b)である。第6の実施形態と第5の実施形
態との構成上の違いは、光源11とビームスプリッタ1
9の間に長方形のスリットを有するスリットマスク21
を挿入した点である。このスリットマスク21は、他の
実施形態も考慮して挿入位置を説明すれば、光源11と
投光レンズ12の間、又は、投光レンズ12とスケール
13の間で、且つ、ビームスプリッタ19を用いている
場合には、その光源11側に挿入される。スリットマス
ク21により、スケール13上のビーム形状22が長方
形になり、このようにスケール上のビーム形状をスケー
ルの移動方向と直角に長いパターンとすることで、スケ
ールの一部に欠陥があったとしても光量変化が少なく安
定した検出が可能となる。図11は、図10の単一の矩
形ビームを形成するスリットマスクを複数のビーム形成
する第7の実施形態を示すスリットマスクの上面図
(a)と、スケール13の上面図(b)である。図11
の場合には、スリットマスク23には、複数のスリット
が形成されているため、スケール13上に形成されるビ
ーム照射も複数となる。このようにスリットマスク23
により複数のビームを形成することで光源11から放射
される光の利用効率が高くなり、又、スケール13の一
部の透過部や散乱部に欠陥が有る場合にも他のビームで
補償できるため検出の安定性が向上する。FIG. 10 is a side view showing a sixth embodiment of the optical encoder device according to the present invention, and FIG.
FIG. 4B is a top view of FIG. The configuration difference between the sixth embodiment and the fifth embodiment is that the light source 11 and the beam splitter 1
Slit mask 21 having a rectangular slit between 9
Is the point where If the insertion position is described in consideration of other embodiments, the slit mask 21 is provided between the light source 11 and the light projecting lens 12 or between the light projecting lens 12 and the scale 13 and the beam splitter 19. If used, it is inserted into the light source 11 side. The slit mask 21 turns the beam shape 22 on the scale 13 into a rectangular shape. In this way, by setting the beam shape on the scale to a pattern that is long at right angles to the moving direction of the scale, it is possible to determine that a part of the scale has a defect. Also, stable detection is possible with little change in light quantity. 11A and 11B are a top view of a slit mask and a top view of a scale 13 showing a seventh embodiment for forming a plurality of beams from the slit mask for forming a single rectangular beam in FIG. . FIG.
In the case of (1), since a plurality of slits are formed in the slit mask 23, a plurality of beam irradiations are formed on the scale 13. Thus, the slit mask 23
By forming a plurality of beams, the use efficiency of the light emitted from the light source 11 is increased, and even if there is a defect in a part of the transmission part or the scattering part of the scale 13, it can be compensated by another beam. The stability of detection is improved.
【0013】図12は、図10のスリットマスクをシリ
ンドリカルレンズとした本発明の第8の実施形態を示す
側面図である。シリンドリカルレンズ25は、円筒形の
側面を切り取った形状のレンズであるので、形成される
ビームの縦と横の集光角が異なることから細長いビーム
が得られ、結果的に図10のスリットマスクで形成した
ビームと同様なビーム形状が得られる。図12では、ス
リットマスク21に代えて、シリンドリカルレンズ25
を用いているので、スリットマスクの場合に遮られて無
駄になっていた光も利用することができ、光源11から
放射される光の利用効率が高くなる。又、図12のよう
に投光レンズ12を用いる場合には、投光レンズ12と
シリンドリカルレンズ25を一体化することで部品点数
の削減や小型化が可能である。更に、複数のシリンドリ
カルレンズ25を用いて、図11のように複数のビーム
を形成することも可能である。FIG. 12 is a side view showing an eighth embodiment of the present invention in which the slit mask of FIG. 10 is a cylindrical lens. Since the cylindrical lens 25 is a lens having a shape obtained by cutting off a cylindrical side surface, an elongated beam is obtained because the formed beams have different vertical and horizontal converging angles. As a result, the slit mask shown in FIG. A beam shape similar to the formed beam is obtained. In FIG. 12, a cylindrical lens 25 is used instead of the slit mask 21.
Is used, light that is blocked and wasted in the case of a slit mask can be used, and the efficiency of use of light emitted from the light source 11 increases. When the light projecting lens 12 is used as shown in FIG. 12, the number of parts can be reduced and the size can be reduced by integrating the light projecting lens 12 and the cylindrical lens 25. Further, a plurality of beams can be formed by using a plurality of cylindrical lenses 25 as shown in FIG.
【0014】図13は、図10〜図12の矩形や細長い
ビームを受光する第9の実施形態を示す光検出器の受光
面の平面図である。図13では、図示されていない受光
レンズ14がシリンドリカルレンズに変更されるかウエ
ッジが光検出器15の手前に挿入されて、矩形ビームの
長辺や細長いビームの長辺の短縮化が行われてからビー
ムが光検出器15に入射される。従って、第9の実施形
態の受光面は、受光面形状26の中の円形ビーム28の
ように小さくなる。それに対し、従来のスリットマスク
21やシリンドリカルレンズ25等で細長い形状になっ
て受光面上に照射されるビームは細長ビーム27として
受光される。又、受光面の形状は、一般的に正方形か円
形であるので、従来の細長ビームを受光するために必要
な受光面は受光面形状25のようになる。受光面形状2
5のように受光面積が大きい面積の場合には、検知スピ
ードが低下し、外乱光の誤検知の原因となり、検出信号
のS/N比が悪化するが、本実施形態では逆にそれらが
向上する。図14は、図12の第8の実施形態の光検出
器15の入射光を図13のように短くするためにシリン
ドリカルレンズを挿入した図である。この図14(a)
のように構成することで、本来は図14(b)のビーム
形状22のような長方形のビームが光検出器15に入射
されるところを、シリンドリカルレンズ29により長方
形ビームの長辺を短縮して図13のような円形ビーム2
8を得ることができる。FIG. 13 is a plan view of a light receiving surface of a photodetector showing a ninth embodiment for receiving a rectangular or elongated beam shown in FIGS. In FIG. 13, the light receiving lens 14 (not shown) is changed to a cylindrical lens or the wedge is inserted in front of the photodetector 15 to shorten the long side of the rectangular beam or the long side of the elongated beam. , The beam is incident on the photodetector 15. Accordingly, the light receiving surface of the ninth embodiment is small like a circular beam 28 in the light receiving surface shape 26. On the other hand, a beam which is elongated by the conventional slit mask 21 and cylindrical lens 25 and is irradiated on the light receiving surface is received as an elongated beam 27. In addition, since the shape of the light receiving surface is generally a square or a circle, the light receiving surface required to receive a conventional elongated beam has a light receiving surface shape 25. Light receiving surface shape 2
In the case of an area having a large light receiving area as shown in FIG. 5, the detection speed is reduced, which causes erroneous detection of disturbance light, and the S / N ratio of the detection signal is deteriorated. I do. FIG. 14 is a diagram in which a cylindrical lens is inserted to shorten the incident light of the photodetector 15 of the eighth embodiment of FIG. 12 as shown in FIG. FIG. 14 (a)
14B, the long side of the rectangular beam is shortened by the cylindrical lens 29 where the rectangular beam like the beam shape 22 in FIG. Circular beam 2 as shown in FIG.
8 can be obtained.
【0015】図15は、図12の第8の実施形態の光検
出器15の入射光を図13のように短くするためにウエ
ッジ30を挿入した図である。この図15(a)のよう
に構成することで、本来は図15(b)のビーム形状2
2のような長方形のビームが光検出器15に入射される
ところを、ウエッジ30により長方形ビームの長辺を短
縮して図13のような円形ビーム28を得ることができ
る。但し、ウエッジ30を挿入する場合には、図示した
ように長方形ビームの長辺の光軸は曲がるので、光検出
器15をオフセットして設置する必要がある。図16
は、図7の第3の実施形態のスケールにおける透過部を
反射部に代えた第10の実施形態を示す。尚、他の実施
形態の透過部を反射部に代える場合も、本実施形態と同
様にすることで可能である。図16のスケール31で
は、散乱部16の散乱光17については、他の実施形態
と同様であるが、他の実施形態では透過部としていた部
分を反射部32として反射光33を得ている。この反射
部32の部材としては、なるべく散乱が少なく反射率の
高いものが望ましいが、一般的な金属膜や誘電体多層膜
等が利用可能である。この散乱部16と反射部32でス
ケール31を構成するようにした場合には、他の透過部
と散乱部の場合に比べて、透過部の基材の材質にもよる
が光の散乱や反射によるノイズ成分が発生しやすかった
ことを解消することができる。その結果として、S/N
比を高く確保することができる。又、散乱光を検出する
実施形態で、反射光を全て受光するようにすると受光光
量が多すぎになる場合には、受光部と投光部の配置を変
えて全反射光が受光部に入射しないようにする必要があ
る。更に、同様な図になるため特に図示はしないが、反
射部32を吸収部に代えた場合にも、ノイズ成分が発生
しやすかったことを解消することができ、その結果とし
て、S/N比を高く確保することができる。吸収部の部
材としては、なるべく散乱が少ないものが望ましいが、
同一散乱物で濃度が高く反射が少ないものであれば利用
が可能である。例えば、紙に黒いラインを周期的に形成
したようなものであっても利用できる。その場合には、
紙や通常の散乱体の濃度変化でスケールを形成するので
安価で取り扱いが容易となる。FIG. 15 is a view in which a wedge 30 is inserted to shorten the incident light of the photodetector 15 of the eighth embodiment of FIG. 12 as shown in FIG. By configuring as shown in FIG. 15A, the beam shape 2 shown in FIG.
When a rectangular beam such as 2 is incident on the photodetector 15, the long side of the rectangular beam is shortened by the wedge 30, and a circular beam 28 as shown in FIG. 13 can be obtained. However, when the wedge 30 is inserted, since the optical axis of the long side of the rectangular beam is bent as shown in the figure, the photodetector 15 needs to be installed with an offset. FIG.
Shows a tenth embodiment in which the transmission part in the scale of the third embodiment of FIG. 7 is replaced by a reflection part. It should be noted that the case where the transmissive portion of the other embodiment is replaced with the reflective portion can be performed in the same manner as in the present embodiment. In the scale 31 of FIG. 16, the scattered light 17 of the scattering unit 16 is the same as in the other embodiments, but the reflected light 33 is obtained by using the part that was the transmission unit in the other embodiments as the reflection unit 32. As the member of the reflecting portion 32, a member having as little scattering as possible and having a high reflectance is desirable, but a general metal film, a dielectric multilayer film or the like can be used. When the scale 31 is constituted by the scattering section 16 and the reflection section 32, the scattering and reflection of light depends on the material of the base material of the transmission section as compared with the case of the other transmission section and the scattering section. It is possible to eliminate the fact that the noise component is likely to occur due to. As a result, S / N
A high ratio can be secured. In the embodiment in which the scattered light is detected, if the amount of the received light is too large if all the reflected light is received, the arrangement of the light receiving unit and the light projecting unit is changed so that the totally reflected light is incident on the light receiving unit. You need to avoid it. Further, although not shown in particular, since the drawing is similar, it is possible to solve the problem that the noise component is easily generated even when the reflecting portion 32 is replaced with the absorbing portion. As a result, the S / N ratio is reduced. Can be kept high. As the member of the absorbing portion, it is desirable that the scattering is as small as possible,
If the same scattered substance has a high concentration and a small reflection, it can be used. For example, even if black lines are periodically formed on paper, it can be used. In that case,
Since the scale is formed by changing the concentration of paper or a normal scatterer, it is inexpensive and easy to handle.
【0016】図17は、スケール上の散乱部を正弦波状
のレリーフ格子とした第11の実施形態を示す図であ
る。図17では、スケール34において、ノイズ成分を
除去してS/N比の高い検出を可能とするために正弦波
状に2次元もしくは3次元のレリーフ格子により正弦波
状散乱物36を形成している。照射光35は、スケール
34上に形成された各正弦波状散乱物36の表面の曲面
で反射することで散乱されて散乱光37となる。各各正
弦波状散乱物36は、正弦波状で同様に形成されている
ことから、垂直入射から鋭角入射までのあらゆる方向に
一定の反射光量の散乱光の反射が得られる。この正弦波
パターンの作成方法としては、通常の回折格子を形成す
る2光束干渉露光法、ルーリングエンジン、マスク露光
等のプロセスを利用することができる。尚、本実施形態
の正弦波状のレリーフ格子を散乱部として利用する場合
には、散乱部以外のスケール34の表面は全反射部とす
ることが望ましい。本実施形態のように散乱パターンと
して線状ではなく3次元のレリーフ構造の正弦波状散乱
物36とすることで、むらの少ない安定した信号検知が
可能となる。上記のように、散乱光を検出するようにし
て、上記の各実施形態を用いることで、光学式エンコー
ダ装置における光ヘッドやスケールの柔軟で容易な配置
が可能になり、光源の光の利用効率を上げることが可能
で、小型化や低価格化が促進され、安定した信号の検知
が可能となる。尚、本実施形態では、直線移動の検出と
して記載したが、本発明はこれに限られるものではな
く、散乱光を検出することにより位置の移動を検出する
他の移動、例えば、回転移動の検出等にも利用すること
ができる。FIG. 17 is a diagram showing an eleventh embodiment in which the scattering portion on the scale is a sinusoidal relief grating. In FIG. 17, in the scale 34, a sine-wave scattered object 36 is formed by a two-dimensional or three-dimensional relief grating in a sine wave shape in order to enable detection with a high S / N ratio by removing a noise component. The irradiation light 35 is scattered by being reflected by the curved surface of each of the sinusoidal scatterers 36 formed on the scale 34 to be scattered light 37. Since each of the sine-wave scattered objects 36 is similarly formed in a sine-wave shape, reflection of a scattered light having a constant amount of reflected light in all directions from vertical incidence to acute incidence is obtained. As a method of creating the sine wave pattern, processes such as a two-beam interference exposure method for forming a normal diffraction grating, a ruling engine, and a mask exposure can be used. When the sinusoidal relief grating of the present embodiment is used as a scattering part, it is desirable that the surface of the scale 34 other than the scattering part is a total reflection part. By using a sine-wave scattered object 36 having a three-dimensional relief structure instead of a linear pattern as the scattering pattern as in the present embodiment, stable signal detection with less unevenness is possible. As described above, by using each of the above embodiments to detect the scattered light, a flexible and easy arrangement of the optical head and the scale in the optical encoder device becomes possible, and the light use efficiency of the light source is improved. , And miniaturization and cost reduction are promoted, and stable signal detection becomes possible. In the present embodiment, detection of linear movement is described. However, the present invention is not limited to this, and other movements that detect movement of a position by detecting scattered light, for example, detection of rotation movement Etc. can also be used.
【0017】[0017]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の本発明
では、光の遮断状態と透過光や反射光の受光状態を検出
するのではなく、散乱光の受光状態と光の遮断状態とを
検出するようにしたことから、投光部と受光部あるいは
スケールとのアライメントのずれに強く、従来の光ヘッ
ドの設置困難なヘッドを傾けて取り付ける場合やスケー
ルとヘッドの距離が必要な場合にも対応が可能になっ
た。請求項2の本発明では、投光部の光が集光されるこ
とから、投光される光の利用効率が向上し、LEDや半
導体レーザ等の発散性の光源の利用が可能になる。その
結果、さらに、小型化や低価格化が可能になる。請求項
3の本発明では、スケール散乱光を受光レンズで集光す
ることで効率の良い受光となる。請求項4の本発明で
は、出射光の光路と受光手段への光路を一致させたこと
で、光利用効率が向上し、安定した計測が可能になり、
光ヘッドの小型化ができきる。請求項5の本発明では、
投光と受光のレンズを1つにできることから、部品点数
の削減及び装置の小型化が可能になる。請求項6の本発
明では、光ビームをスリットマスクにより長方形に整形
するようにしたので、スケールの一部に欠陥があったと
しても、その欠陥による光量の変化が少なくなり、安定
した検出が可能となる。請求項7の本発明では、光ビー
ムをシリンドリカルレンズにより長方形に整形するよう
にしたので、スケールの一部に欠陥があったとしても、
その欠陥による光量の変化が少なくなり、安定した検出
が可能となる。請求項8の本発明では、受光手段への入
射光を円形に整形したので、光検出器を小面積化できる
ので、信号検出スピードの向上を図ることができる。請
求項9の本発明では、スケールを全反射部と散乱部とす
ることで、透過部を有する場合に比べて高いS/N比を
得ることができる。請求項10の本発明では、スケール
を吸収部と散乱部とすることで、光の散乱を一定量に設
定でき、ノイズ成分が除去しやすく、安価で取り扱いが
容易なスケールを提供できる。請求項11の本発明で
は、レリーフ格子からの反射光量は一定となるので、安
定した信号検知が可能になる。As described above, according to the first aspect of the present invention, the light blocking state and the transmitted light or reflected light receiving state are not detected but the scattered light receiving state and the light blocked state are detected. Is strong against misalignment between the light-emitting part and light-receiving part or the scale, and is difficult to install the conventional optical head when mounting it at an angle or when the distance between the scale and the head is required. It is now possible to respond. According to the second aspect of the present invention, since the light from the light projecting portion is collected, the utilization efficiency of the projected light is improved, and a divergent light source such as an LED or a semiconductor laser can be used. As a result, it is possible to further reduce the size and cost. According to the third aspect of the present invention, efficient light reception is achieved by condensing the scale scattered light with the light receiving lens. According to the fourth aspect of the present invention, since the light path of the emitted light and the light path to the light receiving unit are made to coincide with each other, the light use efficiency is improved, and stable measurement becomes possible.
The optical head can be reduced in size. According to the fifth aspect of the present invention,
Since the light-emitting and light-receiving lenses can be integrated into one, the number of components can be reduced and the size of the apparatus can be reduced. According to the sixth aspect of the present invention, since the light beam is shaped into a rectangle by a slit mask, even if there is a defect in a part of the scale, a change in the amount of light due to the defect is reduced, and stable detection is possible. Becomes According to the seventh aspect of the present invention, the light beam is shaped into a rectangular shape by the cylindrical lens. Therefore, even if a part of the scale has a defect,
The change in the amount of light due to the defect is reduced, and stable detection becomes possible. According to the eighth aspect of the present invention, since the light incident on the light receiving means is shaped into a circle, the area of the photodetector can be reduced, so that the signal detection speed can be improved. According to the ninth aspect of the present invention, by using the scale as a total reflection portion and a scattering portion, a higher S / N ratio can be obtained as compared with a case having a transmission portion. According to the tenth aspect of the present invention, by using the scale as the absorbing portion and the scattering portion, the scattering of light can be set to a constant amount, the noise component can be easily removed, and the scale can be provided at low cost and easy to handle. According to the eleventh aspect of the present invention, since the amount of reflected light from the relief grating is constant, stable signal detection is possible.
【図1】本発明の光学式エンコーダ装置の第1の実施形
態を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of an optical encoder device according to the present invention.
【図2】図1の実施形態の散乱光を説明するための側面
図である。FIG. 2 is a side view for explaining scattered light in the embodiment of FIG.
【図3】図2における散乱光17の角度反射率特性を説
明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an angular reflectance characteristic of scattered light 17 in FIG. 2;
【図4】図1と図2のビーム照射位置の変化の様子を示
す上から見た平面図である。FIG. 4 is a plan view seen from above showing how the beam irradiation position in FIGS. 1 and 2 changes.
【図5】(a)及び(b)は、図4のスケールに進行方
向を特定するためのインデックススケールの機能を持た
せた場合を示す図である。5A and 5B are diagrams showing a case where the scale of FIG. 4 is provided with an index scale function for specifying a traveling direction.
【図6】本発明の光学式エンコーダ装置の第2の実施形
態を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a second embodiment of the optical encoder device of the present invention.
【図7】本発明の光学式エンコーダ装置の第3の実施形
態を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a third embodiment of the optical encoder device of the present invention.
【図8】本発明の光学式エンコーダ装置の第4の実施形
態を示す側面図である。FIG. 8 is a side view showing a fourth embodiment of the optical encoder device according to the present invention.
【図9】本発明の光学式エンコーダ装置の第5の実施形
態を示す側面図である。FIG. 9 is a side view showing a fifth embodiment of the optical encoder device of the present invention.
【図10】(a)及び(b)は、本発明の光学式エンコ
ーダ装置の第6の実施形態を示す側面図である。FIGS. 10A and 10B are side views showing a sixth embodiment of the optical encoder device of the present invention.
【図11】(a)及び(b)は、図10の単一の矩形ビ
ームを形成するスリットマスクを複数のビーム形成する
スリットマスクとした第7の実施形態を示す上面図であ
る。11A and 11B are top views showing a seventh embodiment in which the slit mask for forming a single rectangular beam in FIG. 10 is replaced with a slit mask for forming a plurality of beams.
【図12】図10のスリットマスクをシリンドリカルレ
ンズとした本発明の第8の実施形態を示す側面図であ
る。FIG. 12 is a side view showing an eighth embodiment of the present invention in which the slit mask of FIG. 10 is a cylindrical lens.
【図13】図10〜図12の矩形や細長いビームを受光
する第9の実施形態を示す光検出器の受光面の平面図で
ある。FIG. 13 is a plan view of a light receiving surface of a photodetector showing a ninth embodiment for receiving a rectangular or elongated beam shown in FIGS. 10 to 12;
【図14】(a) 及び(b) は図12の第8の実施形態の光
検出器15の入射光を図13の第9の実施形態のように
短くするためにシリンドリカルレンズを挿入した図であ
る。FIGS. 14A and 14B are diagrams in which a cylindrical lens is inserted to shorten the incident light of the photodetector 15 of the eighth embodiment of FIG. 12 as in the ninth embodiment of FIG. 13; It is.
【図15】(a) 及び(b) は図12の第8の実施形態の光
検出器15の入射光を図13の第9の実施形態のように
短くするためにウエッジを挿入した図である。FIGS. 15A and 15B are diagrams in which a wedge is inserted to shorten the incident light of the photodetector 15 of the eighth embodiment of FIG. 12 as in the ninth embodiment of FIG. 13; is there.
【図16】図7の第3の実施形態のスケールにおける透
過部を反射部に代えた第10の実施形態を示す。FIG. 16 shows a tenth embodiment in which the transmitting part in the scale of the third embodiment of FIG. 7 is replaced by a reflecting part.
【図17】スケール上の散乱部を正弦波状のレリーフ格
子とした第11の実施形態を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an eleventh embodiment in which a scattering portion on a scale is a sinusoidal relief grating.
【図18】従来の光学式エンコーダ装置のうちの透過式
のものを示す斜視図である。FIG. 18 is a perspective view showing a transmission type optical encoder device in the related art.
【図19】従来の光学式エンコーダ装置のうちの反射式
のものを示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a reflection type optical encoder device in the related art.
1、11、11’・・・光源、2・・・コリメートレン
ズ、3、13、31、34・・・スケール、4・・・イ
ンデックススケール、5、15、15’・・・光検出
器、6・・・スケールの移動方向、7・・・反射物、
8、9・・・角度反射特性、12・・・投光レンズ、1
4・・・受光レンズ、16、16’・・・ビームの照射
位置、17、37・・・散乱光、18・・・2分割フォ
トダイオード、19・・・ビームスプリッタ、20・・
・投・受光レンズ、21・・・スリットマスク、22・
・・スケール上ビーム形状、22’・・・スケール上複
数ビーム形状、23・・・複数スリットマスク、24、
29・・・シリンドリカルレンズ、25・・・細長ビー
ム時受光面形状、26・・・円形ビーム時受光面形状、
27・・・細長ビーム、28・・・円形ビーム、30・
・・ウエッジ、33・・・全反射光、35・・・照射
光、36・・・正弦波状散乱物1, 11, 11 ': light source, 2: collimating lens, 3, 13, 31, 34: scale, 4: index scale, 5, 15, 15': photodetector, 6: scale moving direction, 7: reflective object,
8, 9 ... Angle reflection characteristics, 12 ... Light projection lens, 1
4: light receiving lens, 16, 16 ': irradiation position of beam, 17, 37: scattered light, 18: split photodiode, 19: beam splitter, 20 ...
・ Projection / light reception lens, 21 ・ ・ ・ Slit mask, 22 ・
..Beam shape on the scale, 22 ': multiple beam shape on the scale, 23: multiple slit mask, 24,
29: Cylindrical lens, 25: Shape of light-receiving surface for elongated beam, 26: Shape of light-receiving surface for circular beam,
27 ・ ・ ・ Elongated beam, 28 ・ ・ ・ Circular beam, 30 ・
..Wedge, 33 ... total reflection light, 35 ... irradiation light, 36 ... sinusoidal scattering object
Claims (11)
期的な位置情報が記録されたスケールと、前記光源と前
記スケールの相対的な位置の変化に伴う前記スケールか
らの散乱光の強度の変化を検出する受光手段と、前記受
光手段の検出結果から前記スケールの相対的な位置の変
化を検出する位置変化検出手段を備えたことを特徴とす
る光学式エンコーダ装置。1. A scale on which periodic position information is recorded by a light source, a light scattering portion and a non-scattering portion, and a scale of scattered light from the scale accompanying a change in a relative position between the light source and the scale. An optical encoder device comprising: a light receiving means for detecting a change in intensity; and a position change detecting means for detecting a change in a relative position of the scale from a detection result of the light receiving means.
は、前記光源からの光を前記スケール上に集光する投光
レンズを備えたことを特徴とする請求項1に記載の光学
式エンコーダ装置。2. The optical encoder according to claim 1, wherein a light projecting lens for condensing light from the light source on the scale is provided in an optical path between the light source and the scale. apparatus.
には、前記散乱光を前記受光手段上に集光する受光レン
ズを備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の光
学式エンコーダ装置。3. The optical system according to claim 1, wherein a light receiving lens for condensing the scattered light on the light receiving means is provided in an optical path between the scale and the light receiving means. Encoder device.
と、前記スケールの散乱光の一部の受光手段への光路を
一致させるための光分割手段を備えたことを特徴とする
請求項1〜3の何れか1項に記載の光学式エンコーダ装
置。4. A light splitting means for matching an optical path of the light emitted from the light source to the scale and an optical path of a part of the scattered light of the scale to a light receiving means. The optical encoder device according to any one of claims 1 to 3.
る1つのレンズを備えたことを特徴とする請求項4に記
載の光学式エンコーダ装置。5. The optical encoder device according to claim 4, further comprising one lens serving as both the light projecting lens and the light receiving lens.
は、前記光源から出射した光が前記スケール上に前記ス
ケールの周期的な位置情報の略半周期に相当する短辺を
有する少なくとも1つの長方形状の光ビームとして前記
スケール上に投射されるように整形するスリットマスク
を備えたことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に
記載の光学式エンコーダ装置。6. An optical path between the light source and the scale includes at least one short side on which the light emitted from the light source has a short side corresponding to substantially a half cycle of periodic position information of the scale. The optical encoder device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a slit mask for shaping the light beam so as to be projected on the scale as a rectangular light beam.
は、前記光源から出射した光が前記スケール上に前記ス
ケールの周期的な位置情報の略半周期に相当する短辺を
有する少なくとも1つの長方形状の光ビームが前記スケ
ール上に投射されるように整形するシリンドリカルレン
ズ手段を備えたことを特徴とする請求項1〜5の何れか
1項に記載の光学式エンコーダ装置。7. An optical path between the light source and the scale includes at least one short side on which the light emitted from the light source has a short side corresponding to substantially a half cycle of periodic position information of the scale. The optical encoder device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a cylindrical lens unit configured to shape a rectangular light beam so as to be projected on the scale.
を円形に整形するシリンドリカルレンズ手段又はウエッ
ジ手段を備えたことを特徴とする請求項1〜5の何れか
1項に記載の光学式エンコーダ装置。8. An optical encoder according to claim 1, further comprising a cylindrical lens means or a wedge means for shaping a light beam incident on said light receiving means into a circular shape. apparatus.
反射部と散乱部により形成されることを特徴とする請求
項1〜8の何れか1項に記載の光学式エンコーダ装置。9. The optical encoder device according to claim 1, wherein the periodic position information of the scale is formed by a total reflection portion and a scattering portion.
吸収部と散乱部により形成されることを特徴とする請求
項1〜8の何れか1項に記載の光学式エンコーダ装置。10. The periodic position information of the scale,
The optical encoder device according to claim 1, wherein the optical encoder device is formed by an absorption unit and a scattering unit.
3次元のレリーフ格子により形成されることを特徴とす
る請求項9又は10に記載の光学式エンコーダ装置。11. The optical encoder device according to claim 9, wherein the scattering portion of the scale is formed by a two-dimensional or three-dimensional relief grating.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36546997A JPH11183200A (en) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | Optical encoder device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36546997A JPH11183200A (en) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | Optical encoder device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11183200A true JPH11183200A (en) | 1999-07-09 |
Family
ID=18484345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36546997A Pending JPH11183200A (en) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | Optical encoder device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11183200A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007232689A (en) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Nissan Motor Co Ltd | Steering angle detection device and steering angle detection method |
| US7532370B2 (en) | 2002-12-02 | 2009-05-12 | Ricoh Company, Ltd. | Optical encoder, motor driver and image forming apparatus |
-
1997
- 1997-12-19 JP JP36546997A patent/JPH11183200A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7532370B2 (en) | 2002-12-02 | 2009-05-12 | Ricoh Company, Ltd. | Optical encoder, motor driver and image forming apparatus |
| JP2007232689A (en) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Nissan Motor Co Ltd | Steering angle detection device and steering angle detection method |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20040903 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20041004 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20050927 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |