JP2003166856A - Optical encoder - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、計測器
や、高精度の位置決め制御が必要な装置等に用いられ
る、相対位置の移動量を検出するための光学式エンコー
ダに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical encoder for detecting the amount of movement of a relative position, which is used in, for example, a measuring instrument or a device that requires highly accurate positioning control.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光学式エンコーダは、高精度の計測制御
を高速に実行でき、高分解能、非接触という特徴から、
測長等の計測機器用途の他、いわゆる計測制御用途とし
て、例えば、プリント回路基板に電子部品を載せるため
の電子部品実装装置等のような搬送物の高精度の位置決
め制御等に広く用いられている。そして、この光学式エ
ンコーダは、近年の機械加工の進歩や半導体の微細化に
伴い、リニアエンコーダ、ロータリーエンコーダ共に、
高精度、高分解能が要求されている。2. Description of the Related Art Optical encoders are capable of high-precision measurement control at high speed, have high resolution, and are non-contact.
In addition to measuring equipment such as length measurement, it is widely used for so-called measurement control applications, such as high-precision positioning control of conveyed objects such as electronic component mounting devices for mounting electronic components on printed circuit boards. There is. And this optical encoder, along with recent advances in machining and miniaturization of semiconductors, both linear encoders and rotary encoders
High precision and high resolution are required.
【０００３】従来の光学式エンコーダの方式としては、
光シャッタ方式が知られている。光シャッタ方式は、一
般に、光源および受光素子の間に移動格子板であるイン
デックススケールおよび固定格子板であるメインスケー
ルを対向して配置し、その背面から光を照射してメイン
スケールの移動に伴う光量変化を検出する構造となって
いる。As a conventional optical encoder system,
An optical shutter system is known. In the optical shutter method, generally, an index scale, which is a moving grating plate, and a main scale, which is a fixed grating plate, are arranged so as to face each other between a light source and a light receiving element, and light is emitted from the back surface of the main scale to move. It has a structure that detects changes in light intensity.
【０００４】通常の光シャッタ方式においては、上記の
原理より、検出信号が、メインスケールとインデックス
スケールを密着させた場合には三角波となるが、スケー
ルの間隔を開けるにしたがって、光の拡散と回折の影響
によってＳ／Ｎ比が低下してしまうので擬似ｓｉｎ波と
なる。したがって、この擬似ｓｉｎ波を正確に維持する
ためには、格子の対向間隔を正確に維持する必要があ
り、しかも分解能を上げるためには両スケールの対向間
隔を非常に狭める必要がある。また、スケールの格子ピ
ッチを狭めれば分解能が向上するが、格子間の隙間を狭
めることには加工上の限界がある。In the ordinary optical shutter system, the detection signal becomes a triangular wave when the main scale and the index scale are brought into close contact with each other according to the above-mentioned principle. However, as the scale is opened, the light is diffused and diffracted. As a result, the S / N ratio is reduced, resulting in a pseudo sin wave. Therefore, in order to maintain this pseudo sin wave accurately, it is necessary to maintain the facing distance between the gratings accurately, and to raise the resolution, the facing distance between both scales must be extremely narrowed. Further, if the grid pitch of the scale is narrowed, the resolution is improved, but there is a processing limit in narrowing the gap between the grids.
【０００５】このような問題に対して高分解能を実現す
る方法として、フーリエスペクトルを利用したサブミク
ロンレベルの分解能を有するエンコーダが知られてお
り、レーザ計測ハンドブック編集委員会編「レーザ計測
ハンドブック」（平成５年９月２５日発行、丸善株式会
社（東京））の３９６頁から３９７頁に開示されている
ような方法が既に知られている。As a method of realizing high resolution for such a problem, an encoder having a resolution of submicron level using Fourier spectrum is known, and "Laser Measurement Handbook" (edited by the Laser Measurement Handbook Editing Committee) ( The method as disclosed on pages 396 to 397 of Maruzen Co., Ltd. (Tokyo), issued on September 25, 1993 is already known.
【０００６】この方法は、半導体レーザ光を格子に照射
し、格子によって生じる回折光の明暗パターンを一種の
空間フィルタで選択して、ｓｉｎ波の信号を取出すよう
にしたものである。In this method, a grating is irradiated with a semiconductor laser beam, a bright and dark pattern of diffracted light generated by the grating is selected by a kind of spatial filter, and a sin wave signal is extracted.
【０００７】図５にはこのような光学式エンコーダの構
成の一例を模式的に示している。この光学式エンコーダ
９５は、メインスケール６０と、このメインスケール６
０に対向して配置されたインデックススケール７０と、
インデックススケール７０の背面に設けられた受光素子
８１を有する受光部８０と、メインスケール６０に対向
して、インデックススケール７０と同じ側に配置された
発光部４０より構成されている。FIG. 5 schematically shows an example of the structure of such an optical encoder. The optical encoder 95 includes a main scale 60 and a main scale 6
An index scale 70 arranged opposite to 0,
The index scale 70 includes a light receiving portion 80 having a light receiving element 81 provided on the back surface thereof, and a light emitting portion 40 facing the main scale 60 and disposed on the same side as the index scale 70.
【０００８】メンイスケール６０上には、一定の周期ｐ
で反射用の第１格子目盛６１が設けられている。また、
インデックススケール７０は透明なガラス基板７２から
なり、やはりメインスケールと同じ周期ｐでスリット状
の第２格子目盛７１が設けられている。そして、図５で
は、２つの受光部８０の間に発光部４０が配置されてお
り、発光部４０はレーザーダイオード４１及び集光レン
ズ４２より構成されている。On the Meny scale 60, a constant period p
The first grating graduation 61 for reflection is provided. Also,
The index scale 70 is composed of a transparent glass substrate 72, and is also provided with slit-like second lattice scales 71 at the same period p as the main scale. In FIG. 5, the light emitting section 40 is arranged between the two light receiving sections 80, and the light emitting section 40 is composed of a laser diode 41 and a condenser lens 42.
【０００９】この光学式エンコーダ９５によれば、発光
部４０の点光源であるレーザダイオード４１から出射し
た光は、図５の点線で示すように集光レンズ４２により
集光点４３にほぼ点状に集光された後、メインスケール
６０に広がりながら向い、メインスケール６０上の第１
格子目盛６１で反射された後に、インデックススケール
７０の第２格子目盛７１を透過して、受光部８０に達す
る。According to this optical encoder 95, the light emitted from the laser diode 41, which is the point light source of the light emitting section 40, is substantially point-shaped at the condensing point 43 by the condensing lens 42 as shown by the dotted line in FIG. After being focused on the main scale 60, the main scale 60 spreads and faces the first scale on the main scale 60.
After being reflected by the grating scale 61, it passes through the second grating scale 71 of the index scale 70 and reaches the light receiving unit 80.
【００１０】このとき、メインスケール６０上の第１格
子目盛６１が回折格子として作用し、フレネル回折によ
る光強度分布が、インデックススケール７０の第２格子
目盛７１の表面上に得られる。そして、第２格子目盛７
１と第１格子目盛６１との間隔ｄを、集光レンズの集光
点４３から第１格子目盛６１までの距離に一致させる
と、インデックススケール７０の第２格子目盛７１の表
面上のフレネル回折光強度分布には、第１格子目盛６１
と同じ周期ｐで正弦波状に変化する成分が含まれる。At this time, the first grating graduation 61 on the main scale 60 acts as a diffraction grating, and a light intensity distribution by Fresnel diffraction is obtained on the surface of the second grating graduation 71 of the index scale 70. And the second grid scale 7
If the distance d between 1 and the first grating graduation 61 is matched with the distance from the condensing point 43 of the condenser lens to the first grating graduation 61, Fresnel diffraction on the surface of the second grating graduation 71 of the index scale 70 is obtained. In the light intensity distribution, the first grid scale 61
A component that changes sinusoidally with the same period p as is included.
【００１１】第２格子目盛７１は透過部と遮光部を交互
に配置して形成してあり、その周期ｐは第１格子目盛６
１と一致させてあるので、フレネル回折光強度分布の強
い部分が第２格子目盛７１の透過部に一致する場合に受
光素子８０の受光強度は最大となり、その遮光部分に一
致する場合は受光強度は最小となる。メインスケール６
０が図５におけるＸ方向に移動した場合、これに伴いフ
レネル回折光強度分布も移動するので、受光素子８０の
受光強度の変化から、メインスケール６０とインデック
ススケール７０の相対移動量を検出することができる。The second grid graduation 71 is formed by alternately arranging the transmissive portions and the light-shielding portions, and the period p thereof is the first grid graduation 6
Since the intensity is matched with 1, the light receiving intensity of the light receiving element 80 becomes maximum when the portion where the Fresnel diffracted light intensity distribution is strong coincides with the transmitting portion of the second grating scale 71, and the light receiving intensity when it coincides with the light shielding portion. Is the smallest. Main scale 6
When 0 moves in the X direction in FIG. 5, the Fresnel diffracted light intensity distribution also moves accordingly. Therefore, the relative movement amount between the main scale 60 and the index scale 70 should be detected from the change in the received light intensity of the light receiving element 80. You can
【００１２】この方式によれば、通常の光シャッタ方式
と異なり、フレネル回折光強度分布は格子間の対向距離
ｄに依存しないので、メインスケールとインデックスス
ケールを離すことができ、距離ｄの位置決め精度も大幅
に緩和されるという利点がある。上記の従来技術によれ
ば、ｐ＝８μｍ、ｄ＝２ｍｍの光学式エンコーダが実用
化されており、分解能０．０２μｍ、格子間の距離ｄの
変動許容値０．２５ｍｍという、高分解能が得られてい
る。According to this method, unlike the ordinary optical shutter method, the Fresnel diffracted light intensity distribution does not depend on the facing distance d between the gratings, so that the main scale and the index scale can be separated and the positioning accuracy of the distance d can be increased. Also has the advantage of being significantly eased. According to the above-mentioned conventional technique, an optical encoder with p = 8 μm and d = 2 mm has been put to practical use, and a high resolution of 0.02 μm in resolution and 0.25 mm in the variation allowance of the distance d between the gratings can be obtained. ing.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】一般的に、光学式エン
コーダの光源としては、レーザダイオードに較べ寿命や
コストに優ることから、発光ダイオードが適用できるこ
とが好ましい。しかしながら、上記の光学式エンコーダ
の動作原理は、光源は点光源であることを前提としてい
るので、上記従来技術を発光ダイオードを用いて実現し
ようとすれば発光領域の大きさを小さくして点光源に近
づける必要がある。Generally, a light emitting diode is preferably used as a light source of an optical encoder because it has a longer life and cost than a laser diode. However, the operating principle of the above optical encoder is based on the premise that the light source is a point light source. Therefore, if the above prior art is to be realized by using a light emitting diode, the size of the light emitting region is reduced to a point light source. Need to be close to.
【００１４】しかしながら、一般的に発光ダイオードの
発光面の面積当りの光出力の大きさはレーザダイオード
に較べて小さいので、発光領域を小さくすると光出力も
小さくなり、所望とする光強度が得られなくなるという
問題がある。However, the light output per area of the light emitting surface of the light emitting diode is generally smaller than that of the laser diode. Therefore, if the light emitting region is made smaller, the light output becomes smaller and the desired light intensity can be obtained. There is a problem of disappearing.
【００１５】また、上記の光学式エンコーダでは、発光
部４０に集光レンズ４２を配置する必要があることから
構造が複雑化し、装置の小型化が困難であるという問題
もある。Further, in the above-mentioned optical encoder, since it is necessary to dispose the condenser lens 42 in the light emitting section 40, there is a problem that the structure becomes complicated and it is difficult to downsize the apparatus.
【００１６】本発明は、このような問題点を解決するた
めにされたもので、その目的は、分解能に優れ、かつ長
寿命であり、しかも小型でコンパクトに構成できる光学
式エンコーダを提供することにある。The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an optical encoder which is excellent in resolution, has a long life, and can be constructed in a small size and a compact size. It is in.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光学式エンコーダは、位置検出すべき一方
の部材に取付けられたメインスケールと、前記一方の部
材に対して相対移動する他方の部材に取付けられて、前
記メインスケールに対向して配置されたインデックスス
ケールとを備え、前記メインスケールには、所定間隔で
反射用の第１格子目盛が設けられ、前記インデックスス
ケールには、スリット状の透過部分を所定間隔で設けた
透過用の第２格子目盛が設けられ、かつ、該第２格子目
盛の背面側に受光部が配置されており、更に、前記メイ
ンスケールに対向して、前記インデックススケールと同
じ側には、発光素子を有する発光部が設けられており、
該発光部にスリット状の透過部分を所定間隔で設けた透
過用の第３格子目盛が設けられ、この第３格子目盛が、
前記第２格子目盛と同一面上に配置されていることを特
徴とする。In order to achieve the above object, the optical encoder of the present invention comprises a main scale attached to one member whose position is to be detected, and the other which relatively moves with respect to the one member. And an index scale attached to the member of the main scale so as to face the main scale, wherein the main scale is provided with first grid scales for reflection at predetermined intervals, and the index scale has slits. Second grating scales for transmission, which are provided with a plurality of transparent portions at predetermined intervals, and a light receiving portion is arranged on the back side of the second grating scales. Further, facing the main scale, A light emitting section having a light emitting element is provided on the same side as the index scale,
The light emitting portion is provided with a third grid scale for transmission in which slit-shaped transmission parts are provided at predetermined intervals, and the third grid scale is
It is characterized in that it is arranged on the same plane as the second grid scale.
【００１８】本発明の光学式エンコーダによれば、発光
部に透過用の第３格子目盛が設けられ、この第３格子目
盛が、第２格子目盛と同一面上に配置されているので、
発光部の面光源が複数のスリット光源に分割されて第３
格子目盛が回折格子として作用する。このため、各々の
スリット光源によるフレネル回折光の周期ｐの成分が同
位相で重なり合って強め合うので、発光面の面積当りの
光出力の小さい発光素子を用いた場合でも、第２格子目
盛上に充分な光強度を得ることができる。According to the optical encoder of the present invention, the light emitting portion is provided with the third grating graduation for transmission, and the third grating graduation is arranged on the same plane as the second grating graduation.
The surface light source of the light emitting unit is divided into a plurality of slit light sources,
The grating scale acts as a diffraction grating. For this reason, the components of the period p of the Fresnel diffracted light by the respective slit light sources overlap and intensify in the same phase, so that even when a light emitting element with a small light output per area of the light emitting surface is used, it is on the second grating scale. Sufficient light intensity can be obtained.
【００１９】また、この構造の光学式エンコーダでは、
インデックススケールの背面側に、集光レンズを配置す
る必要がないので、構造が単純であり、装置の小型化が
可能となると共に、製造コストも低下できる。Further, in the optical encoder of this structure,
Since it is not necessary to dispose a condenser lens on the back side of the index scale, the structure is simple, the device can be downsized, and the manufacturing cost can be reduced.
【００２０】本発明の好ましい態様としては、前記発光
部が、発光素子とそれを覆う透明部材より構成され、該
透明部材に前記第３格子目盛が設けられている。この態
様によれば、発光素子を覆う透明部材に格子目盛を設け
ることにより、発光素子を共通化することができ、汎用
性に優れる光学式エンコーダを提供できる。In a preferred aspect of the present invention, the light emitting portion is composed of a light emitting element and a transparent member covering the light emitting element, and the transparent member is provided with the third grid scale. According to this aspect, the light emitting element can be shared by providing the transparent member covering the light emitting element with the grid scale, and it is possible to provide an optical encoder having excellent versatility.
【００２１】本発明の別の好ましい態様としては、前記
発光部の発光素子の表面に、前記第３格子目盛が成膜に
よって設けられている。この態様によれば、直接発光面
上に前記第３格子目盛を設けたので、部品点数が削減で
き、より簡単な構成で低コストの光学式エンコーダを提
供できる。As another preferred aspect of the present invention, the third lattice scale is provided on the surface of the light emitting element of the light emitting section by film formation. According to this aspect, since the third grating scale is provided directly on the light emitting surface, it is possible to reduce the number of parts and to provide an optical encoder with a simpler structure and low cost.
【００２２】本発明の別の好ましい態様としては、前記
発光部の発光素子が発光ダイオードである。この態様に
よれば、レーザーダイオード等に比べて長寿命で低コス
トであり、しかも小型でコンパクトに構成できる光学式
エンコーダを提供できる。In another preferred aspect of the present invention, the light emitting element of the light emitting section is a light emitting diode. According to this aspect, it is possible to provide an optical encoder that has a long life and is low in cost as compared with a laser diode or the like, and that is small and compact.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定さ
れるものではない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments.
【００２４】図１、２には、本発明の光学式エンコーダ
の実施形態の一例を示している。ここで、図１は本発明
の光学式エンコーダの構成を示す概略図、図２は同光学
式エンコーダにおける発光部の拡大図であって、（ａ）
断面図、（ｂ）平面図である。なお、基本的な構成は図
５と同じであるので、実質的に同一部分には同符号を付
してその説明を省略することにする。1 and 2 show an example of an embodiment of the optical encoder of the present invention. Here, FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an optical encoder of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a light emitting portion in the optical encoder,
It is sectional drawing and (b) top view. Since the basic configuration is the same as that in FIG. 5, the substantially same parts are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【００２５】この実施形態では、図１に示すように光学
式エンコーダ９０は、メインスケール６０と、このメイ
ンスケール６０に対向して配置されたインデックススケ
ール７０と、インデックススケール７０の背面に設けら
れた受光部８０と、メインスケール６０に対向して、イ
ンデックススケール７０と同じ側に配置された発光部３
０より構成されている。In this embodiment, as shown in FIG. 1, the optical encoder 90 is provided on the main scale 60, the index scale 70 disposed so as to face the main scale 60, and the rear surface of the index scale 70. The light receiving unit 80 and the light emitting unit 3 arranged on the same side as the index scale 70 facing the main scale 60.
It consists of zero.
【００２６】そして、図２に示すように、発光部３０に
スリット状の透過部分を所定間隔で設けた透過用の第３
格子目盛２２が設けられ、この第３格子目盛２２が、図
１に示すようにインデックススケール７０上の第２格子
目盛７１と同一面上に配置されている点が図５と異なっ
ている。Then, as shown in FIG. 2, a third light-transmitting portion in which slit-like light-transmitting portions are provided at predetermined intervals in the light-emitting portion 30.
A grid graduation 22 is provided, and this third grid graduation 22 is arranged on the same plane as the second grid graduation 71 on the index scale 70 as shown in FIG.
【００２７】メインスケール６０は、相対距離の移動量
を検出するための反射用の第１格子目盛６１が周期ｐで
設けられており、このメインスケール６０は、図示しな
い、相対移動する移動部又は固定部の一方に取付けられ
ている。メインスケール６０としては、例えばガラス基
板の表面にクロム等の金属によるライン状の反射膜を一
定周期で配置したスリット列を形成したものが例示でき
る。また、第１格子目盛６１が、移動部又は固定部を構
成する構造物本体の表面に直接形成されていてもよい。The main scale 60 is provided with a reflection first grating graduation 61 for detecting a moving amount of a relative distance at a period p. It is attached to one of the fixed parts. As the main scale 60, for example, one having a slit array in which a linear reflection film made of a metal such as chrome is arranged at a constant period on the surface of a glass substrate can be exemplified. Further, the first grid scale 61 may be directly formed on the surface of the structure main body that constitutes the moving portion or the fixed portion.
【００２８】インデックススケール７０は、やはりガラ
ス基板７２上に周期ｐで第２格子目盛７１が設けられて
いる透過用のスケールであり、格子目盛７１の形成方法
としては、メインスケール６０と同様に、ガラス基板７
２の表面上に、クロム等の金属によるライン状の反射膜
を一定周期で配置したスリット列を形成する方法などが
例示できる。The index scale 70 is also a transmission scale in which the second grid graduations 71 are provided on the glass substrate 72 at the period p, and the method of forming the grid graduations 71 is similar to that of the main scale 60. Glass substrate 7
A method of forming a slit row in which a line-shaped reflective film made of a metal such as chrome is arranged at a constant period on the surface of No. 2 can be exemplified.
【００２９】そして、インデックススケール７０の背面
側には例えばフォトダイオードなどの受光素子８１から
なる受光部８０が配置されており、この実施形態では、
図１に示すように発光部３０を挟んで両側の２ヶ所に受
光部８０が配置されている。A light receiving portion 80 including a light receiving element 81 such as a photodiode is arranged on the back side of the index scale 70. In this embodiment,
As shown in FIG. 1, the light receiving portions 80 are arranged at two positions on both sides of the light emitting portion 30.
【００３０】次に、発光部３０について説明する。図２
（ａ）は本発明に係る発光部３０の断面図を示してい
る。発光部３０は発光素子１０とスリット板２０とより
構成され、両者が接着剤５０を介して接合されている。
そしてこの実施形態においては、発光素子１０として発
光ダイオード１０ａが用いられている。Next, the light emitting section 30 will be described. Figure 2
(A) has shown sectional drawing of the light emission part 30 which concerns on this invention. The light emitting section 30 is composed of the light emitting element 10 and the slit plate 20, and both are bonded via an adhesive 50.
In this embodiment, a light emitting diode 10a is used as the light emitting element 10.
【００３１】発光ダイオード１０ａは、ｐ側電極１１、
絶縁層１２、ｐ層１３、活性層１４、ｎ層１５、ｎ側電
極１６の順に積層されており、活性層１４が発光領域１
７となるように構成されている。そして、この発光ダイ
オードは図２（ｂ）の破線で示すように円形状の発光領
域１７を有している。発光ダイオード１０ａとしては、
従来公知のものが使用でき特に限定されない。The light emitting diode 10a includes a p-side electrode 11,
The insulating layer 12, the p layer 13, the active layer 14, the n layer 15, and the n-side electrode 16 are stacked in this order, and the active layer 14 serves as the light emitting region 1.
It is configured to be 7. The light emitting diode has a circular light emitting region 17 as shown by a broken line in FIG. As the light emitting diode 10a,
A conventionally known one can be used without any particular limitation.
【００３２】なお、本発明における発光素子１０として
は、面発光する発光素子が使用可能であり特に限定され
ないが、コストや発光寿命の点から、発光ダイオードを
用いることが好ましい。また、その他の発光素子として
は、例えば面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Em
itting Laser）が挙げられる。As the light emitting element 10 in the present invention, a light emitting element which emits surface light can be used and is not particularly limited, but it is preferable to use a light emitting diode from the viewpoint of cost and light emission life. Further, other light emitting elements include, for example, a surface emitting laser (Vertical Cavity Surface Em).
itting Laser).
【００３３】スリット板２０は、図２（ｂ）に示すよう
に、ガラス基板２１からなり、その表面に、光を透過す
る部分と透過しない部分とが周期ｐで交互に配置され
た、スリット状の第３格子目盛２２が形成されている。
この第３格子目盛２２は、ＣｒやＡｌ等の金属あるいは
その酸化物などからなる薄膜であり、第３格子目盛２２
の形成方法としては、従来公知の蒸着やエッチングなど
の薄膜形成方法により設けることができる。As shown in FIG. 2 (b), the slit plate 20 is composed of a glass substrate 21, and a slit-like shape in which light-transmitting portions and light-transmitting portions are alternately arranged at a cycle p on the surface thereof. The third grid scale 22 is formed.
The third lattice graduation 22 is a thin film made of a metal such as Cr or Al or an oxide thereof.
As a method of forming a film, a conventionally known thin film forming method such as vapor deposition or etching can be used.
【００３４】そして、スリット板２０は、第３格子目盛
２２が発光面である発光ダイオード１０ａのｎ層１５と
対向するように、透明で絶縁性を有するエポキシ樹脂な
どの接着剤５０により接着されている。したがって、こ
の発光部３０は、第３格子目盛２２の透過部が発光面と
なる、スリット列状の発光面を有する光源となってい
る。Then, the slit plate 20 is adhered with an adhesive 50 such as a transparent and insulating epoxy resin so that the third grid graduation 22 faces the n layer 15 of the light emitting diode 10a which is the light emitting surface. There is. Therefore, the light emitting unit 30 is a light source having a slit array light emitting surface in which the transmitting portion of the third grid graduation 22 serves as a light emitting surface.
【００３５】本発明においては、図１に示すように、発
光部３０の第３格子目盛２２がインデックススケール７
０の第２格子目盛７１と同一面上となるように配置され
る。これにより、後述するように周期ｐで並列された各
々の光源によるフレネル回折光の周期ｐの成分がすべて
同位相となるため、それらが重なり合って強め合うの
で、発光ダイオードのような面光源を用いても、充分な
光強度を得ることができる。なお、本発明においては、
第３格子目盛２２の間隔は必ずしも周期ｐに限られるも
のでなく、例えば２ｐ、３ｐのような周期ｐの整数倍で
あってもよい。In the present invention, as shown in FIG. 1, the third grid scale 22 of the light emitting section 30 is the index scale 7.
It is arranged so as to be on the same plane as the second grid scale 71 of 0. As a result, as will be described later, since the components of the period p of the Fresnel diffracted light by the respective light sources arranged in parallel with the period p are all in the same phase, they overlap and reinforce each other. Therefore, a surface light source such as a light emitting diode is used. However, sufficient light intensity can be obtained. In the present invention,
The interval of the third grid graduations 22 is not necessarily limited to the period p, and may be an integral multiple of the period p such as 2p and 3p.
【００３６】また、発光部３０は、図１に示すように、
インデックススケール７０及び受光部８０と別に配置さ
れていてもよく、受光部８０と発光部３０を一体に組み
込んでもよい。更に、インデックススケール７０と、発
光部３０のスリット板２０を共通化し、第２格子目盛７
１と、第３格子目盛２２を一体の透明基板上に設けても
よい。Further, the light emitting section 30, as shown in FIG.
The index scale 70 and the light receiving unit 80 may be arranged separately, or the light receiving unit 80 and the light emitting unit 30 may be integrated. Further, the index scale 70 and the slit plate 20 of the light emitting unit 30 are commonly used, and the second grid 7
1 and the third grid scale 22 may be provided on an integrated transparent substrate.
【００３７】次にこの光学式エンコーダ９０の作用につ
いて説明する。図２に示すように、発光素子１０である
発光ダイオード１０ａに対して、図示しない電源によっ
てｐ側電極１１からｎ側電極１６に向かって順電流を流
すと、活性層１４の中の発光領域１７が発光し、主にｎ
側電極１６の間から発光ダイオード１０ａの外部に、図
２（ａ）の破線矢印に示す光３１が面状で放射される。Next, the operation of the optical encoder 90 will be described. As shown in FIG. 2, when a forward current is passed from the p-side electrode 11 to the n-side electrode 16 by a power source (not shown) to the light emitting diode 10a which is the light emitting element 10, the light emitting region 17 in the active layer 14 is formed. Emits light, mainly n
Light 31 indicated by a broken line arrow in FIG. 2A is radiated in a planar shape from between the side electrodes 16 to the outside of the light emitting diode 10a.
【００３８】次に図１に示すように、発光部３０の面光
源である発光ダイオード３１から出射した光は、第３格
子目盛２２を透過することによって、周期ｐの複数のス
リット状の光源となり、図２（ａ）の破線矢印に示す光
３２がスリット状に放射される。Next, as shown in FIG. 1, the light emitted from the light emitting diode 31 which is the surface light source of the light emitting section 30 becomes a plurality of slit-shaped light sources having a period p by passing through the third grating scale 22. 2A, the light 32 shown by the broken line arrow is radiated in a slit shape.
【００３９】ここで、発光部３０の第３格子目盛２２
と、インデックススケール７０の第２格子目盛７１とが
同一面上に配置されているので、周期ｐで並列された光
源は、各々の光源によるフレネル回折光の周期ｐの成分
がすべて同位相となるため、それらが重なり合って強め
合った状態でメインスケール６０上に到達し、第１格子
目盛６１で反射され、インデックススケール７０の第２
格子目盛７１を透過して、受光部８０に達する。Here, the third grid graduation 22 of the light emitting section 30.
And the second grating scale 71 of the index scale 70 are arranged on the same plane, so that in the light sources arranged in parallel with the period p, the components of the period p of the Fresnel diffracted light by the respective light sources have the same phase. Therefore, they reach the main scale 60 in a state where they overlap and strengthen each other, are reflected by the first grid scale 61, and are reflected by the second scale of the index scale 70.
The light passes through the grid 71 and reaches the light receiving unit 80.
【００４０】このとき、前記従来技術で述べたように、
図１におけるインデックススケール７０の第２格子目盛
７１の表面上に現れるフレネル回折光の強度は図中のＸ
方向に周期ｐで正弦波的に変化する成分を持つので、フ
レネル回折光強度分布の強い部分が第２格子目盛７１の
透過部に一致する場合に受光素子８０の受光強度は最大
となり、その遮光部分に一致する場合は受光強度は最小
となる。この受光素子８０の受光強度の変化から、メイ
ンスケール６０とインデックススケール７０の相対移動
量を検出することができる。At this time, as described in the prior art,
The intensity of the Fresnel diffracted light that appears on the surface of the second grating scale 71 of the index scale 70 in FIG.
Since there is a sinusoidally varying component with a period p in the direction, the light receiving intensity of the light receiving element 80 becomes maximum when the portion where the Fresnel diffracted light intensity distribution is strong coincides with the transmitting portion of the second grating scale 71, and its light shielding When it coincides with the part, the received light intensity becomes the minimum. The relative movement amount of the main scale 60 and the index scale 70 can be detected from the change in the received light intensity of the light receiving element 80.
【００４１】このように、本発明の光学式エンコーダに
よれば、例えば発光ダイオードのような、発光面の面積
当りの光出力の大きさがレーザダイオードに較べて小さ
い発光素子を用いた場合でも、レーザダイオードの場合
と同程度の光出力を得ることができる。また、レーザー
ダイオードを用いた場合には必須であった集光レンズが
不要となるため、装置の小型化が可能となり、製造コス
トを低減できる。As described above, according to the optical encoder of the present invention, even when a light emitting element, such as a light emitting diode, which has a smaller light output per area of the light emitting surface than the laser diode is used, It is possible to obtain the same optical output as in the case of the laser diode. Further, since the condenser lens which is indispensable when the laser diode is used is unnecessary, the device can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.
【００４２】図３には、本発明の他の実施形態が示され
ている。この実施形態では、発光部３０ａのスリット板
２０に設けた第３格子目盛２２が、図２とは逆側、すな
わち、ガラス基板２１の発光ダイオード１０ａ側でない
面上に設けられている点が図２と異なっている。このよ
うに、本発明においては、第３格子目盛２２の位置は特
に限定されず、ガラズ基板２１のいずれの面に設けても
よい。FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the third grid scale 22 provided on the slit plate 20 of the light emitting section 30a is provided on the opposite side of FIG. 2, that is, on the surface of the glass substrate 21 that is not the light emitting diode 10a side. Different from 2. As described above, in the present invention, the position of the third grid scale 22 is not particularly limited and may be provided on any surface of the glass substrate 21.
【００４３】図４には、本発明の更に他の実施形態が示
されている。この実施形態では、発光部３０ｂはガラス
基板を有さず、発光素子１０となる発光ダイオード１０
ａのｎ層１５の表面に第３格子目盛２２が形成されてい
る。このように、本発明においては、第３格子目盛２２
を直接発光素子上に形成してもよい。このような第３格
子目盛２２の形成方法としては、従来公知の薄膜形成方
法が採用でき、例えば、ｎ層１５の上にｎ側電極１６を
形成するのと同じ成膜方法で第３格子目盛２２を形成し
てもよい。また、第３格子目盛２２を電極１６と同時に
形成してもよい。FIG. 4 shows still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the light emitting section 30b does not have a glass substrate, and the light emitting diode 10 serving as the light emitting element 10 is provided.
A third lattice graduation 22 is formed on the surface of the n layer 15 of a. Thus, in the present invention, the third grid scale 22
May be directly formed on the light emitting element. As a method of forming such a third lattice graduation 22, a conventionally known thin film forming method can be adopted. For example, the third lattice graduation can be formed by the same film forming method as that of forming the n-side electrode 16 on the n layer 15. 22 may be formed. Further, the third grid scale 22 may be formed simultaneously with the electrode 16.
【００４４】[0044]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
分解能に優れ、かつ長寿命であり、しかもコンパクトに
構成できる光学式エンコーダを低コストで提供できる。
したがって、この光学式エンコーダは、例えば、計測器
や、高精度の位置決め制御が必要な装置等に好適に使用
できる。As described above, according to the present invention,
It is possible to provide an optical encoder with excellent resolution, long life, and compact structure at low cost.
Therefore, this optical encoder can be suitably used, for example, in a measuring instrument, a device that requires highly accurate positioning control, or the like.
【図１】本発明の一実施形態である光学式エンコーダの
概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical encoder that is an embodiment of the present invention.
【図２】同光学式エンコーダの発光部の拡大図であっ
て、（ａ）断面図、（ｂ）平面図である。FIG. 2 is an enlarged view of a light emitting portion of the optical encoder, which is a sectional view (a) and a plan view (b).
【図３】本発明の他の実施形態である光学式エンコーダ
の発光部の拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a light emitting unit of an optical encoder that is another embodiment of the present invention.
【図４】本発明の更に他の実施形態である光学式エンコ
ーダの発光部の拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a light emitting unit of an optical encoder that is another embodiment of the present invention.
【図５】従来の光学式エンコーダの概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a conventional optical encoder.
１０：発光素子 １０ａ：発光ダイオード １１：ｐ側電極 １２：絶縁層 １３：ｐ層 １４：活性層 １５：ｎ層 １６：ｎ側電極 １７：発光領域 ２０：スリット板 ２１：ガラス基板 ２２：第３格子目盛 ３０、３０ａ、３０ｂ：発光部 ３１、３２：光 ５０：接着剤 ６０：メインスケール ６１：第１格子目盛 ７０：インデックススケール ７１：第２格子目盛 ７２：ガラス基板 ８０：受光部 ８１：受光素子 ９０：光学式エンコーダ ｐ：周期 ｄ：距離 Ｘ：移動方向 10: Light emitting element 10a: Light emitting diode 11: p-side electrode 12: Insulation layer 13: p layer 14: Active layer 15: n layer 16: n-side electrode 17: Light emitting area 20: Slit plate 21: Glass substrate 22: Third grid scale 30, 30a, 30b: light emitting unit 31, 32: light 50: Adhesive 60: Main scale 61: First grid scale 70: Index scale 71: Second grid scale 72: Glass substrate 80: Light receiving part 81: Light receiving element 90: Optical encoder p: period d: distance X: Moving direction
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F103 BA04 BA37 CA03 CA04 CA08 DA01 DA12 EA15 EA19 EA20 EA22 EB02 EB06 EB07 EB12 EB16 EB32 ED07 FA01 FA11Continued front page F-term (reference) 2F103 BA04 BA37 CA03 CA04 CA08 DA01 DA12 EA15 EA19 EA20 EA22 EB02 EB06 EB07 EB12 EB16 EB32 ED07 FA01 FA11
Claims (4)
メインスケールと、前記一方の部材に対して相対移動す
る他方の部材に取付けられて、前記メインスケールに対
向して配置されたインデックススケールとを備え、 前記メインスケールには、所定間隔で反射用の第１格子
目盛が設けられ、 前記インデックススケールには、スリット状の透過部分
を所定間隔で設けた透過用の第２格子目盛が設けられ、
かつ、該第２格子目盛の背面側に受光部が配置されてお
り、 更に、前記メインスケールに対向して、前記インデック
ススケールと同じ側には、発光素子を有する発光部が設
けられており、該発光部にスリット状の透過部分を所定
間隔で設けた透過用の第３格子目盛が設けられ、この第
３格子目盛が、前記第２格子目盛と同一面上に配置され
ていることを特徴とする光学式エンコーダ。1. A main scale attached to one member whose position is to be detected, and an index scale attached to the other member that moves relative to the one member and arranged to face the main scale. The main scale is provided with a first grid scale for reflection at a predetermined interval, and the index scale is provided with a second grid scale for transmission with slit-shaped transmissive portions provided at a predetermined space. The
And, a light receiving portion is disposed on the back side of the second lattice scale, and further, a light emitting portion having a light emitting element is provided on the same side as the index scale, facing the main scale, The light emitting section is provided with a third grid scale for transmission in which slit-shaped transmission parts are provided at a predetermined interval, and the third grid scale is arranged on the same plane as the second grid scale. And optical encoder.
部材より構成され、該透明部材に前記第３格子目盛が設
けられている、請求項１に記載の光学式エンコーダ。2. The optical encoder according to claim 1, wherein the light emitting section is composed of a light emitting element and a transparent member covering the light emitting element, and the third grating scale is provided on the transparent member.
格子目盛が成膜によって設けられている、請求項１に記
載の光学式エンコーダ。3. The surface of the light emitting element of the light emitting portion is provided with the third
The optical encoder according to claim 1, wherein the grating scale is provided by film formation.
ある、請求項１〜３のいずれか一つに記載の光学式エン
コーダ。4. The optical encoder according to claim 1, wherein the light emitting element of the light emitting section is a light emitting diode.
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