JPH03115920A - Zero-point position detector - Google Patents

Zero-point position detector

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JPH03115920A
JPH03115920A JP25552089A JP25552089A JPH03115920A JP H03115920 A JPH03115920 A JP H03115920A JP 25552089 A JP25552089 A JP 25552089A JP 25552089 A JP25552089 A JP 25552089A JP H03115920 A JPH03115920 A JP H03115920A
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scale
light
zero point
pattern
point position
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JP25552089A
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Akira Ishizuka
公 石塚
Tetsuji Nishimura
西村 哲治
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Abstract

PURPOSE:To constitute the device of a simple optical system and to reduce the size by splitting luminous flux into 1st and 2nd parts through the ridge line of a prism means, and directing the 1st luminous flux and 2nd luminous flux to a 1st and a 2nd photoelectric converting means through the prism means. CONSTITUTION:An irradiating means is equipped with the prism means 4 which has 1st and 2nd refracting surfaces 42 and 43 separated along the specific ridge line 41. The irradiating means splits the luminous flux from ja light source 1 into the 1st and 2nd parts by the ridge line 41 of the prism means 4, the 1st part is refracted by the 1st refracting surface 42 and made incident slantingly on a scale as the 1st luminous flux R1, and the 2nd part is refracted by the 2nd refracting surface 43 and made incident slantingly on the scale as the 2nd luminous flux R2; and the 1st luminous flux R1 and 2nd luminous flux R2 which are reflected by a pattern for zero-point detection are directed to the 1st and 2nd photoelectric converting means through the prism means 4.

Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] 本発明は産業用工作機械や計測機械などの分野で物体の
移動や回転を計測するために取り付けられるエンコーダ
ーの零点位置の検出法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to a method for detecting the zero point position of an encoder installed in the field of industrial machine tools, measuring machines, etc. to measure the movement and rotation of objects.

[従来の技術] 従来より、NO工作機械等に、位置や角度を検出する変
位センサーとしてエンコーダーが使用されている。そし
て、この種のエンコーダーの高分解能化と高精度化が要
求されてきている。
[Prior Art] Encoders have conventionally been used in NO machine tools and the like as displacement sensors for detecting positions and angles. There is a growing demand for higher resolution and higher accuracy for this type of encoder.

本出願人は、スケールとして用いる回折格子の記録密度
を数ミクロン/ピッチにし、この回折格子で生じる一対
の回折光を取り出して干渉させ、干渉光を光電変換する
ことにより、回折格子の変位に応じた周期信号を得る、
高分解能且つ高精度な変位測定装置をいくつか考案して
いる。一方、この装置に組み込まれるスケールの零点位
置検出装置の検出分解能や精度も、回折格子の変位測定
装置の分解能や精度が要求される。この要求に沿って、
本件出願人は、第4図に示す零点位置検出装置を考案し
た。第4図の装置では、半導体レーザ1からの平行光束
を、ビームスプリッタ3によって一部反射して取り出し
、シリンドリカルレンズ6によって、矢印で示すスケー
ル7の移動方向のみにビーム断面形状を縮めて線状にし
、スケール7上の零点位置検出用線状パターン8の通過
予定地点Pに線状ビームを照射する。そして、そこに反
射体である線状パターン8が侵入すると、線状ビームが
パターン8で反射せしめられて、反射光が生じ、矢印方
向へのパターン8の移動に伴なって、反射光の進行領域
が連続的に変化する。そこで、反射光をシリンドリカル
レンズ6を再透過させてビーム断面形状をほぼ元通りに
戻し、更にビームスプリッタ3を透過させてから受光素
子S、、S2に入射させると、受光素子S1.S2のそ
れぞれに入射する光量のバランスがパターン8の移動に
伴なって連続的に変化する。
The applicant set the recording density of the diffraction grating used as a scale to several microns/pitch, extracted a pair of diffracted lights generated by this diffraction grating, caused them to interfere, and photoelectrically converted the interference light, thereby responding to the displacement of the diffraction grating. obtain a periodic signal,
We have devised several high-resolution and high-precision displacement measurement devices. On the other hand, the detection resolution and accuracy of the zero point position detection device of the scale incorporated in this device is also required to be the same as that of the displacement measurement device of the diffraction grating. In line with this request,
The applicant has devised a zero point position detection device shown in FIG. In the apparatus shown in FIG. 4, a parallel beam from a semiconductor laser 1 is partially reflected and extracted by a beam splitter 3, and a cylindrical lens 6 reduces the cross-sectional shape of the beam only in the moving direction of a scale 7 shown by an arrow to form a linear beam. Then, a linear beam is irradiated onto the planned passage point P of the linear pattern 8 for zero point position detection on the scale 7. When the linear pattern 8, which is a reflector, enters there, the linear beam is reflected by the pattern 8, a reflected light is generated, and as the pattern 8 moves in the direction of the arrow, the reflected light advances. The area changes continuously. Therefore, if the reflected light is transmitted through the cylindrical lens 6 again to return the beam cross-sectional shape to almost its original state, and then transmitted through the beam splitter 3, it is incident on the light receiving elements S, , S2, and then the light receiving elements S1, . The balance of the amount of light incident on each of S2 changes continuously as the pattern 8 moves.

ここでは、2つの受光素子S1.S2の出力レベルが一
致したところでスケール7の零点位置を示す信号を発生
させるようにしている。
Here, two light receiving elements S1. When the output levels of S2 match, a signal indicating the zero point position of the scale 7 is generated.

しかしながら、この装置では、ビームの照射領域(ビー
ムスポット)の線幅dgと零点検出用の線状パターンの
線幅dPの関係が2dP≧dB≧dPを満たしている必
要があり、ビームが矢印方向に関して収斂しているため
に、シリンドリカルレンズ6からスケール7までの距離
の変動に敏感である。
However, in this device, the relationship between the line width dg of the beam irradiation area (beam spot) and the line width dP of the linear pattern for zero point detection must satisfy 2dP≧dB≧dP, and the beam is directed in the direction of the arrow. Since the scale 7 is convergent with respect to the cylindrical lens 6, it is sensitive to changes in the distance from the cylindrical lens 6 to the scale 7.

従って、回折格子70の変位を測定するための読み取り
ヘッドとスケール7とを分離して、それぞれを被検物体
に組み込んで使用する場合(組み込みタイプの装置)、
取り付は調整が容易ではない。そこで、本件出願人は、
あらかじめ2つのビームを用意しておき、それぞれを、
スケール上の互いにわずかにずらした位置に照射する装
置を提案している。
Therefore, when the reading head and scale 7 for measuring the displacement of the diffraction grating 70 are separated and used by being incorporated into the object to be measured (embedded type device),
Installation is not easy to adjust. Therefore, the applicant
Prepare two beams in advance, and each
We are proposing a device that irradiates slightly shifted positions on the scale.

[発明の概要] 本発明は、上述の複数のビームを利用する零点位置検出
装置の改良に関するものであり、簡単な光学系を備えた
零点位置検出装置の提供を目的としている。
[Summary of the Invention] The present invention relates to an improvement of the above-mentioned zero point position detecting device using a plurality of beams, and aims to provide a zero point position detecting device having a simple optical system.

この目的を達成するために、本発明の第1の形態の装置
は、零点位置検出用のパターンが形成されたスケールに
第1と第2の光束を照射する照射手段と、パターンで反
射した第1光束を光電変換して第1信号を出力する第1
光電変換手段と、パターンで反射した第2光束を光電変
換して第2信号を出力する第2光電変換手段と、第1及
び第2光電変換手段から出力された第1及び第2信号の
レベルの一致に応答して、スケールの零点位置を示す信
号を出力する零点検出手段とを有する零点位置検出装置
において、上記照射手段が光源と所定の稜線により分け
られた第1と第2の屈折面を備えたプリズム手段とを有
し、上記照射手段が、光源からの光束をプリズム手段の
稜線を介して第1及び第2部分に分け、第1部分を第1
屈折面で屈折せしめて上記第1光束として上記スケール
に斜入射させ、第2部分を第2屈折面で屈折せしめて上
記第2光束として上記スケールに斜入射させて、上記パ
ターンで反射した第1光束及び第2光束をプリズム手段
を介して上記第1及び第2光電変換手段に向けるように
、構成されている。
In order to achieve this object, the apparatus according to the first aspect of the present invention includes an irradiation means for irradiating first and second light beams onto a scale on which a pattern for detecting the zero point position is formed, and a light beam reflected by the pattern. A first unit that photoelectrically converts one luminous flux and outputs a first signal.
a photoelectric conversion means, a second photoelectric conversion means that photoelectrically converts a second light flux reflected by the pattern and outputs a second signal, and levels of the first and second signals output from the first and second photoelectric conversion means. and zero point detection means for outputting a signal indicating the zero point position of the scale in response to coincidence of the zero point position, wherein the irradiation means includes a light source and first and second refractive surfaces separated by a predetermined ridge line. and a prism means comprising a prism means, wherein the irradiation means divides the luminous flux from the light source into first and second parts via the ridge line of the prism means, and divides the first part into a first part.
A first beam that is refracted by a refracting surface and obliquely incident on the scale as the first beam, a second portion of which is refracted by a second refracting surface and obliquely incident on the scale as the second beam, and reflected by the pattern. The light beam and the second light beam are configured to be directed to the first and second photoelectric conversion means via the prism means.

また、同様に、本発明の第2の形態の装置は、零点位置
検出用のパターンが形成されたスケールに第1と第2の
光束を照射する照射手段と、パターンで反射した第1光
束を光電変換して第1信号を出力する第1光電変換手段
と、パターンで反射した第2光束を光電変換して第2信
号を出力する第2光電変換手段と、第1及び第2光電変
換手段から出力された第1及び第2信号のレベルの一致
に応答して、スケールの零点位置を示す信号を出力する
零点検出手段とを有する零点位置検出装置において、上
記照射手段が光源と回折手段とを有し、上記照射手段が
、光源からの光束を回折手段で回折せしめて得られる正
負同次数の回折光を上記第1及び第2光束として上記ス
ケールに斜入射させて、上記パターンで反射した第1及
び第2光束を回折手段を介して上記第1及び第2光電変
換手段に向けるように構成されている。
Similarly, the device according to the second aspect of the present invention includes an irradiation means for irradiating the first and second light beams onto a scale on which a pattern for detecting the zero point position is formed, and a first light beam reflected by the pattern. A first photoelectric conversion means that photoelectrically converts and outputs a first signal, a second photoelectric conversion means that photoelectrically converts a second light beam reflected by the pattern and outputs a second signal, and first and second photoelectric conversion means. and zero point detection means for outputting a signal indicating the zero point position of the scale in response to matching of the levels of the first and second signals output from the scale, wherein the irradiation means includes a light source and a diffraction means. The irradiation means diffracts the light beam from the light source by the diffraction means, and causes the diffracted light of the same positive and negative orders to be obliquely incident on the scale as the first and second light beams, and is reflected by the pattern. The first and second light beams are configured to be directed to the first and second photoelectric conversion means via the diffraction means.

本発明では、照明手段が上記の通り構成されているため
、複数のビームを使用してパターンの検出を行なうにも
関わらず、簡単な光学系で装置を構成できる。従って、
小型で安価な、組み込みタイプの変位測定装置の提供も
可能になる。また、本発明の装置は様々なタイプの変位
測定装置、例えば、磁気式や光学式のリニア或いはロー
タリータイプの各種エンコーダーに応用可能であり、前
述した、干渉光を利用して回折格子の変位を読取るタイ
プに限定されない。
In the present invention, since the illumination means is configured as described above, the apparatus can be configured with a simple optical system even though a plurality of beams are used to detect a pattern. Therefore,
It also becomes possible to provide a small, inexpensive, built-in displacement measuring device. Furthermore, the device of the present invention can be applied to various types of displacement measuring devices, such as magnetic and optical linear or rotary type encoders, and can measure the displacement of a diffraction grating using interference light as described above. It is not limited to the type of reading.

本発明のいくつかの特徴と具体的形態は、後述する実施
例で明らかにされる。
Some features and specific forms of the present invention will be made clear in the Examples described below.

[実施例] 第1図は、本発明の一実施例を示す概略図である。[Example] FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention.

同図において、】はレーザーダイオード、2はコリメー
ターレンズ、3はハーフミラ−14はプリズム、41は
プリズム40の稜線、42.43は稜線41で分けられ
たプリズム40の屈折面、6はシリンドリカルレンズ、
7は回折格子(不図示)が形成されたリニアスケール、
8は零点位置検出用のパターン、81゜82はパターン
8を構成する第1及び第2反射マーク、SL、S2は受
光素子、9はスケールに形成した回折格子を読み取る光
学系、100は受光素子s、。
In the figure, ] is a laser diode, 2 is a collimator lens, 3 is a half mirror, 14 is a prism, 41 is a ridgeline of the prism 40, 42.43 is a refractive surface of the prism 40 divided by the ridgeline 41, and 6 is a cylindrical lens. ,
7 is a linear scale on which a diffraction grating (not shown) is formed;
8 is a pattern for detecting the zero point position, 81° and 82 are first and second reflective marks constituting the pattern 8, SL and S2 are light receiving elements, 9 is an optical system for reading the diffraction grating formed on the scale, 100 is a light receiving element s.

S2からの信号に基づいてスケール7の零点位置を示す
信号を出力する零点検出手段である。レーザーlから射
出した光束はコリメータレンズ2によって平行光束に変
換されハーフミラ−3に向かう。この光束はハーフミラ
−3で一部反射させられ、コリメーターレンズ2の光軸
と交わるよう設定されたプリズム4の稜線41に向かい
、この稜線41を中心に2つの屈折面によって2つの部
分に分けられ、互いに異なる2方向に進行する光束R,
,R2に分離される。また、稜線41が延びる方向はス
ケール7の移動方向(矢印A)と一致させている。次に
光束R,,R2はシリンドリカルレンズ6によって、そ
れぞれ矢印A方向に縮められ、集光され反射マーク81
.82の通過予定位置PI、P2(矢印A方向に関して
互いにほぼ同じ位置にある。)に斜入射させられ、位置
P、、P2にそれぞれ、矢印Aと直交する方向に伸びた
線状のビームスポットを形成する。[このようなビーブ
スポットを形成するために、シリンドリカルレンズ6の
母線が矢印Aの方向で直交する方向に向けられている。
This is a zero point detection means that outputs a signal indicating the zero point position of the scale 7 based on the signal from S2. The light beam emitted from the laser l is converted into a parallel light beam by the collimator lens 2 and directed toward the half mirror 3. This light beam is partially reflected by the half mirror 3, heads toward the ridgeline 41 of the prism 4, which is set to intersect with the optical axis of the collimator lens 2, and is divided into two parts by two refractive surfaces around the ridgeline 41. A luminous flux R traveling in two different directions,
, R2. Further, the direction in which the ridge line 41 extends is made to coincide with the moving direction of the scale 7 (arrow A). Next, the luminous fluxes R, , R2 are each contracted and condensed by the cylindrical lens 6 in the direction of the arrow A, and the reflective mark 81
.. 82 are obliquely incident on the expected passing positions PI and P2 (almost at the same position with respect to the arrow A direction), and linear beam spots extending in the direction perpendicular to the arrow A are formed at the positions P, P2, respectively. Form. [In order to form such a bead spot, the generatrix of the cylindrical lens 6 is oriented in a direction perpendicular to the direction of arrow A.

さて、反射マーク81.82は、矢印Aの方向に関して
、互いの位置をずらして形成してあり、各マークの形状
は、矢印Aの方向と直交する方向に長手方向を有する短
形形状である。」このような反射マーク81゜82が位
置PI+ P2にさしかかると、反射マーク81が先に
位置P1に到達するので、光束R3が先に反射マーク8
1で反射されて反射光束R、I  が生じ、続いて、反
射マーク82が位置P2に到達して光束R2が反射マー
ク82で反射し、反射光束R2が生じる。そして、光束
R1、R2′ はシリンドリカルレンズ6を再透過して
ほぼ元の光束断面形状に戻されて、更にプリズム4に再
入射する。
Now, the reflective marks 81 and 82 are formed with their positions shifted from each other in the direction of arrow A, and each mark has a rectangular shape with its longitudinal direction perpendicular to the direction of arrow A. . ” When such reflective marks 81 and 82 reach the position PI+P2, the reflective mark 81 reaches the position P1 first, so the luminous flux R3 reaches the reflective mark 8 first.
1 to produce a reflected light beam R, I. Subsequently, the reflection mark 82 reaches position P2, and the light beam R2 is reflected by the reflection mark 82, producing a reflected light beam R2. Then, the light beams R1 and R2' pass through the cylindrical lens 6 again, are returned to approximately the original cross-sectional shape, and further enter the prism 4 again.

このとき往路で屈折面41を透過した光束R1は、復路
では屈折面42を透過して屈折せしめられ、往路で屈折
面42を透過した光束R2は、復路では屈折面41を透
過して屈折せしめられる。そして、この時、両光束R,
,R2はプリズム4の稜線41からはずれた位置を通過
する。両光束R1R2は、プリズム4の2つの屈折面4
.1.42がら互いに平行に射出しくプリズム4に最初
に入射した光とも平行)、ハーフミラ−3を透過して各
々受光素子S、、S2に入射する。受光素子S、、S2
は各々に入射した光束R,、R2を光電変換して、その
強度に応じた信号を出力する。これらの信号は互いに位
相がずれた信号であり、各々零点で検出手段100に信
号線を介して入力される。零点検出手段100はこれら
の信号のレベルの一致を判定して、これらの信号レベル
が一致した瞬間にスケール7の零点位置を示す零点信号
を発生させる。
At this time, the light beam R1 that passed through the refraction surface 41 on the outward path is transmitted through the refraction surface 42 and refracted on the return path, and the light beam R2 that passed through the refraction surface 42 on the outbound path is transmitted through the refraction surface 41 and refracted on the return path. It will be done. At this time, both luminous fluxes R,
, R2 pass through a position away from the ridgeline 41 of the prism 4. Both light beams R1R2 are reflected by the two refractive surfaces 4 of the prism 4.
.. 1.42 (parallel to the light that first entered the prism 4), the light passes through the half mirror 3 and enters the light receiving elements S, , S2, respectively. Light receiving element S,,S2
photoelectrically converts the incident light beams R, , R2, and outputs a signal corresponding to the intensity thereof. These signals are out of phase with each other, and are input to the detection means 100 via signal lines at their respective zero points. The zero point detection means 100 determines whether the levels of these signals match, and generates a zero point signal indicating the zero point position of the scale 7 at the moment when these signal levels match.

これにより、スケール7の零点位置が検出されたことに
なる。
This means that the zero point position of the scale 7 has been detected.

本実施例では、上述した様な方法で2つの光束R,,R
2をスケール7上へ照射するプリズム4を使用したため
、光学系の構成を極めて簡単にすることができた。尚、
第1図においては、光束R1゜R29反射光束R,、R
2の光路を説明し易くするために、プリズム4とシリン
ドリカルレンズ6の矢印A方向に関する半分の部分だけ
を図示した。
In this embodiment, two luminous fluxes R,,R are generated using the method described above.
Since the prism 4 was used to irradiate the light beam 2 onto the scale 7, the configuration of the optical system could be made extremely simple. still,
In Fig. 1, the luminous flux R1゜R29 reflected luminous flux R,,R
In order to facilitate the explanation of the optical path No. 2, only half of the prism 4 and the cylindrical lens 6 in the direction of arrow A are illustrated.

第1図に示した回折格子読み取り光学系9に関して簡単
に説明すると、この光学系9は、ビームスプリッタ−3
を透過した、コリメーターレンズ2からの平行光束を受
けて、スケール7上に形成した不図示の回折格子に向け
る。そして、回折格子で生じた正負同次数の回折光同志
を干渉させて干渉光を形成し、この干渉光を光検出器で
検出し、スケール7の変位に対応した電気信号に変換す
る。
To briefly explain the diffraction grating reading optical system 9 shown in FIG. 1, this optical system 9 includes a beam splitter 3
A parallel beam of light from the collimator lens 2 is received and directed to a diffraction grating (not shown) formed on a scale 7. Then, the diffracted lights of the same positive and negative orders generated by the diffraction grating are caused to interfere with each other to form interference light, and this interference light is detected by a photodetector and converted into an electrical signal corresponding to the displacement of the scale 7.

この信号に基づいてスケール7の移動量が測定され、こ
の信号と、検出手段】00から出力される零点信号が不
図示の制御装置に入力されて、スケール7の位置が検出
できる。
The amount of movement of the scale 7 is measured based on this signal, and this signal and the zero point signal output from the detection means 00 are input to a control device (not shown), so that the position of the scale 7 can be detected.

第2図は、本発明の他の実施例を示す概略図であり、2
光束を生成する手段としてプリズムの代りに回折格子を
用いたものである。
FIG. 2 is a schematic diagram showing another embodiment of the present invention;
A diffraction grating is used instead of a prism as a means for generating a beam of light.

第2図において、1は、レーザーダイオード、2はコリ
メーターレンズ、3はハーフミラ−15は回折格子、6
は回折格子5の格子線及び矢印A方向と直交する方向に
母線を向けたシリンドリカルレンズ、7はリニアスケー
ル、8は零点位置検出用のパターン、81.2はパター
ン8を構成する反射マーク、SI+82は、受光素子、
9は回折格子読み取り光学系である。また、受光素子S
、、S2からの出力信号は、第1図で示した零点検出手
段100に入力される。そして、本実施例の回折格子5
を除く他の部材の配置と機能は、第1図の装置と全(同
じである。
In FIG. 2, 1 is a laser diode, 2 is a collimator lens, 3 is a half mirror, 15 is a diffraction grating, and 6
is a cylindrical lens whose generating line is orthogonal to the grating lines of the diffraction grating 5 and the direction of arrow A; 7 is a linear scale; 8 is a pattern for zero point position detection; 81.2 is a reflective mark forming pattern 8; SI+82 is a light receiving element,
9 is a diffraction grating reading optical system. In addition, the light receiving element S
, , the output signals from S2 are input to the zero point detection means 100 shown in FIG. Then, the diffraction grating 5 of this embodiment
The arrangement and functions of all other parts are the same as in the apparatus shown in FIG.

レーザーlから射出した光束は、コリメーターレンズ2
によって平行光束に変換され、この光束がハーフミラ−
3で一部反射せしめられて回折格子5に入射する。回折
格子5は入射光束を回折して回折光R十、R−を生成す
る。この時、回折格子5からはR+、R−以外の他の次
数の回折光も発生するが、マスク等の遮光手段で、これ
らの不要な他の次数の回折光は遮光する。
The light beam emitted from the laser l passes through the collimator lens 2
The beam is converted into a parallel beam by a half-mirror.
3 and enters the diffraction grating 5. The diffraction grating 5 diffracts the incident light beam to generate diffracted lights R1 and R-. At this time, diffracted lights of orders other than R+ and R- are also generated from the diffraction grating 5, but these unnecessary diffracted lights of other orders are blocked by a light shielding means such as a mask.

回折光R+、R−はシリンドリカルレンズ6によって、
それぞれ、矢印A方向に縮められ(集光され)、反射マ
ーク81.82の通過予定位置PI +P2に入射させ
られ、位置P、、P2に、それぞれが矢印A方向と直交
する方向に伸びた線状のビームスポットを形成する。反
射マーク81.82が位置P1.R2にさしかかると、
反射マーク81が先に位置PIに到達するので、回折光
R−が先に反射マーク81で反射されて反射光束R−が
生じ、続いて、反射マーク82が位置P2に到達して回
折光子が反射マーク82で反射されて反射光束R′十が
生じる。光束R+’ 、R−はシリンドリカルレンズ6
を再透過してほぼ元の光束断面形状に戻されて、更に回
折格子5に再入射する。このとき往路で+1次回折した
光束R+’  は、復路で回折格子5により−1次回折
し、往路で一1次回折した光束Rは、復路で回折格子に
より+1次回折する。そうすると、両光束R+’、R−
は、回折格子5から、回折格子5に最初に入射した光束
に対して各々略平行に射出し、ハーフミラ−3を透過し
て、受光素子S、、S2に入射する。
The diffracted lights R+ and R- are transmitted by the cylindrical lens 6.
Each line is contracted (condensed) in the direction of arrow A, made incident on the expected passing position PI + P2 of the reflective mark 81, 82, and each extends in a direction perpendicular to the direction of arrow A at positions P, , P2. A shaped beam spot is formed. Reflective marks 81 and 82 are at position P1. When you reach R2,
Since the reflective mark 81 reaches the position PI first, the diffracted light R- is reflected by the reflective mark 81 first to generate a reflected light flux R-, and then the reflective mark 82 reaches the position P2 and the diffracted photons are generated. The light is reflected by the reflective mark 82 to generate a reflected light beam R'. Luminous flux R+' and R- are cylindrical lens 6
The beam is transmitted again and returned to approximately the original beam cross-sectional shape, and then enters the diffraction grating 5 again. At this time, the light beam R+' that has been diffracted to the +1st order on the outward path is diffracted to the -1st order by the diffraction grating 5 on the return path, and the light beam R that has been diffracted to the 11th order on the forward path is diffracted to the +1st order by the diffraction grating on the return path. Then, both luminous fluxes R+', R-
are emitted from the diffraction grating 5 substantially parallel to the light beam that first entered the diffraction grating 5, transmit through the half mirror 3, and enter the light receiving elements S, , S2.

従って、第1図に示した実施例同様、受光素子S、、S
2からの出力信号に基づいて、零点検出手段100から
零点信号が出力せしめられる。
Therefore, similarly to the embodiment shown in FIG.
Based on the output signal from 2, the zero point detection means 100 outputs a zero point signal.

第3図は、本発明の更なる実施例を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a further embodiment of the invention.

本実施例は第2図で2光束を生成する手段として利用し
た回折格子を、例えば読み取り光学系9用の光束を取り
出すビームスプリッタとしても利用するものである。第
3図において、1はレーザーダイオード、2はコリメー
ターレンズ、5は光反射部と透光部を交互に並べて成る
回折格子、6はシリンドリカルレンズ、7はリニアスケ
ール、8は零点位置検出用パターン、81.82はパタ
ーン8を構成する反射マーク、S、、S2は受光素子、
9は回折格子読み取り光学系である。また、受光素子S
l。
In this embodiment, the diffraction grating used as a means for generating two beams in FIG. 2 is also used as a beam splitter for taking out a beam for the reading optical system 9, for example. In Fig. 3, 1 is a laser diode, 2 is a collimator lens, 5 is a diffraction grating consisting of alternating light reflecting parts and transparent parts, 6 is a cylindrical lens, 7 is a linear scale, and 8 is a zero point position detection pattern. , 81.82 are reflective marks constituting pattern 8, S, , S2 are light receiving elements,
9 is a diffraction grating reading optical system. In addition, the light receiving element S
l.

S2からの出力信号は、第1図で示した零点検出手段1
00に入力される。そして、本実施例の回折格子5を 
除く他の部材の配置と機能は、第2図の装置と全く同じ
である。
The output signal from S2 is transmitted to the zero point detection means 1 shown in FIG.
00 is input. Then, the diffraction grating 5 of this embodiment is
The arrangement and function of the other parts are exactly the same as the apparatus shown in FIG.

レーザー1から射出した光束は、コリメーターレンズ2
によって平行光束に変換され、この光束が回折格子5で
一部反射回折せしめられて、回折格子5が回折光R+、
R−を生成する。この時、回折格子5からはR+、R−
以外の他の次数の回折光も発生するが、マスク等の遮光
手段で、これらの不要な他の次数の回折光は遮光する。
The light beam emitted from the laser 1 passes through the collimator lens 2
is converted into a parallel light beam, and this light beam is partially reflected and diffracted by the diffraction grating 5, and the diffraction grating 5 generates the diffracted light R+,
generate R-. At this time, from the diffraction grating 5, R+, R-
Although diffracted lights of other orders are also generated, these unnecessary diffracted lights of other orders are blocked by a light shielding means such as a mask.

回折光R十、R−は、シリンドリカルレンズ6によって
、それぞれ、矢印入方向に縮められ(集光され)、反射
マーク81.82の通過予定位置P、。
The diffracted lights R1 and R- are respectively contracted (condensed) by the cylindrical lens 6 in the direction of the arrow, and reach the expected passing positions P of the reflective marks 81 and 82.

P2に入射させられ、位置p、、p2に、それぞれが、
矢印A方向と直交する方向に延びた線状のビームスポッ
トを形成する。反射マーク81.82が位置P1.R2
にさしかかると、反射マーク81が先に位置PIに到達
するので、回折光R−が先に反射マーク81で反射され
て反射光束R−が生じ、続いて、反射マーク82が位置
P2に到達して回折光R十が反射マーク82で反射され
て反射光束R十’が生じる。光束R十’、R−はシリン
ドリカルレンズ6を再透過してほぼ元の光束断面形状に
戻されて、更に回折格子5に再入射する。このとき往路
で+1次反射回折した光束R+’ は、復路で回折格子
5により一1次透過回折し、往路で−1次反射回折した
光束R−は、復路で回折格子5により+1次透過回折す
る。そうすると、両光束R+’ 、R−は、回折格子5
から、回折格子5から最初に射出した光束に対して各々
略平行に射出し、受光素子S I +S2に入射する。
are made incident on P2, and at positions p, , p2, respectively,
A linear beam spot extending in a direction perpendicular to the direction of arrow A is formed. Reflective marks 81 and 82 are at position P1. R2
When reaching the position, the reflective mark 81 reaches the position PI first, so the diffracted light R- is reflected by the reflective mark 81 first to generate a reflected luminous flux R-, and then the reflective mark 82 reaches the position P2. The diffracted light R0 is reflected by the reflective mark 82 to generate a reflected light beam R1'. The light beams R1' and R- are transmitted through the cylindrical lens 6 again, are returned to substantially the original cross-sectional shape, and are further incident on the diffraction grating 5 again. At this time, the light beam R+' that was reflected and diffracted in the +1st order on the outward path is subjected to the 11th order transmission diffraction by the diffraction grating 5 on the return path, and the light beam R- that was reflected and diffracted in the -1st order on the outgoing path is subjected to the +1st order transmission diffraction by the diffraction grating 5 on the return path. do. Then, both luminous fluxes R+' and R- are reflected by the diffraction grating 5
, each of the light beams is emitted substantially parallel to the light beam initially emitted from the diffraction grating 5, and enters the light receiving element S I +S2.

従って、第1図と第2図に示した実施例同様、受光素子
S、、S2からの出力信号に基づいて、零点検出手段1
00から零点信号が出力せしめられる。
Therefore, similarly to the embodiments shown in FIGS. 1 and 2, the zero point detection means 1
A zero point signal is output from 00.

第3図において、コリメーターレンズ2からの平行光束
のうち、回折格子5を透過する光束は読み取り光学系9
に向けられるが、この時、複数の透過回折光が生じる。
In FIG. 3, among the parallel light beams from the collimator lens 2, the light beams that pass through the diffraction grating 5 are transmitted through the reading optical system 9.
At this time, multiple transmitted diffracted lights are generated.

本実施例では、回折格子5からの零次透過回折光(直進
する光)を選択的に光学系9に入射させるために、遮光
マスク10で、高次の回折光を遮光している。これによ
り、光学系9に不要な光(ゴースト光)が入射しないの
で、光学系9による回折格子の読み取り精度が向上する
In this embodiment, in order to selectively allow the zero-order transmitted diffracted light (light traveling in a straight line) from the diffraction grating 5 to enter the optical system 9, a light-shielding mask 10 blocks higher-order diffracted light. This prevents unnecessary light (ghost light) from entering the optical system 9, thereby improving the accuracy of reading the diffraction grating by the optical system 9.

以上水した第2図及び第3図の実施例でも、各々上述し
た様な方法で2つの光束R+、R−をスケール7上へ照
射する回折格子5を使用したため、光学系の構成を極め
て簡単にすることができた。
In the embodiments shown in FIGS. 2 and 3 described above, the configuration of the optical system is extremely simple because the diffraction grating 5 that irradiates the two luminous fluxes R+ and R- onto the scale 7 in the manner described above is used. I was able to do it.

尚、第2図及び第3図においても、光束R+。Incidentally, also in FIGS. 2 and 3, the luminous flux R+.

R−1反射光束R十′、R−の光路を説明し易(するた
めに、第2図では回折格子5とシリンドリカルレンズ6
、第3図ではシリンドリカルレンズ6の矢印A方向に関
する半分の部分だけを図示している。
To make it easier to explain the optical path of the R-1 reflected light beams R1' and R-, the diffraction grating 5 and the cylindrical lens 6 are shown in FIG.
In FIG. 3, only half of the cylindrical lens 6 in the direction of arrow A is shown.

以上説明した各実施例では、ハーフミラ−3若しくは回
折格子5を介して、レーザー1へ達する光路とは異なる
光路に受光素子Sl+32を設けているが、2つの反射
光の光路がレーザー1からの光束の光路に対してずれる
ように照射手段(1〜6)が構成されているので、受光
素子14.15をレーザー1と、ハーフミラ−3若しく
は回折格子5との間に配置することも可能である。この
時、レーザーlを零点位置検出のためだけに使用し、読
み取り光学系9が別途能の光源(レーザー)を搭載して
いれば、例えばハーフミラ−3を全反射鏡にすることが
でき、光の有効利用が図れる。
In each of the embodiments described above, the light receiving element Sl+32 is provided on an optical path different from the optical path reaching the laser 1 via the half mirror 3 or the diffraction grating 5. Since the irradiation means (1 to 6) are configured to be shifted from the optical path of . At this time, if the laser l is used only for zero point position detection and the reading optical system 9 is equipped with a separately capable light source (laser), the half mirror 3 can be made into a total reflection mirror, for example, and the light can be used effectively.

また、パターン8に関しても、マーク81.82の2つ
のマークを用いず、例えば、マーク81だけをスケール
7上に形成し、このマークをスケール上に投射した、ス
ケールの移動方向に並ぶ2つの線状ビームで検出するよ
う照射手段を構成しても良い。
Regarding pattern 8, for example, only the mark 81 is formed on the scale 7 without using the two marks 81 and 82, and this mark is projected onto the scale to form two lines aligned in the moving direction of the scale. The irradiation means may be configured to detect with a shaped beam.

また、シリンドリカルレンズ6の代りに、格子ピッチを
徐々に変化させた回折格子を利用した板状のフレネルレ
ンズや板状ホログラムレンズを用いることもでき、この
場合、このレンズを2光束生成用のプリズム4や回折格
子5に重ねること(例えば接着して)で光学系をコンパ
クトに出来る。また、プリズム4の稜線は、スケール5
側を向いていても良い。
In addition, instead of the cylindrical lens 6, a plate-shaped Fresnel lens or a plate-shaped hologram lens using a diffraction grating whose grating pitch is gradually changed can also be used. In this case, this lens can be used as a prism for generating two beams. 4 or the diffraction grating 5 (for example, by adhering them), the optical system can be made compact. Also, the ridgeline of prism 4 is on scale 5
You can also turn to the side.

また、上記各実施例では、光学式のスケールを対象とし
ていたが、本発明は、前述したように、様々なタイプの
エンコーダーに応用できるので、スケールとして磁化パ
ターンが記録された磁気式スケールを対象としても良い
。この場合、磁気式スケールの零点位置を光学的に検出
することになる。
In addition, although each of the above embodiments is directed to an optical scale, the present invention can be applied to various types of encoders as described above, and therefore, the present invention is directed to a magnetic scale in which a magnetization pattern is recorded as a scale. It's good as well. In this case, the zero point position of the magnetic scale will be detected optically.

[発明の効果] 以上、本発明では、複数のビームを使用してパターンの
検出を行なうにも関わらず、簡便な光学系で装置を構成
できる。従って、小型で、安価な、組み込みタイプの変
位測定装置の提供も可能になる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, although a plurality of beams are used to detect a pattern, the apparatus can be configured with a simple optical system. Therefore, it is also possible to provide a compact, inexpensive, built-in displacement measuring device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す概略図。 第2図及び第3図は本発明の他の実施例を示す概略図。 第4図は従来の零点位置検出装置を示す説明図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention. FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams showing other embodiments of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a conventional zero point position detection device.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)零点位置検出用のパターンが形成されたスケール
に第1と第2の光束を照射する照射手段と、パターンで
反射した第1光束を光電変換して第1信号を出力する第
1光電変換手段と、パターンで反射した第2光束を光電
変換して第2信号を出力する第2光電変換手段と、第1
及び第2光電変換手段から出力された第1及び第2信号
のレベルの一致に応答して、スケールの零点位置を示す
信号を出力する零点検出手段とを有する零点位置検出装
置において、上記照射手段が光源と所定の稜線により分
けられた第1と第2の屈折面を備えたプリズム手段とを
有し、上記照射手段が、光源からの光束をプリズム手段
の稜線を介して第1及び第2部分に分け、第1部分を第
1屈折面で屈折せしめて上記第1光束として上記スケー
ルに斜入射させ、第2部分を第2屈折面で屈折せしめて
上記第2光束として上記スケールに斜入射させて、上記
パターンで反射した第1光束及び第2光束をプリズム手
段を介して上記第1及び第2光電変換手段に向けるよう
に、構成されていることを特徴とする零点位置検出装置
(1) An irradiation unit that irradiates a scale on which a pattern for detecting the zero point position is formed with first and second light beams, and a first photoelectric device that photoelectrically converts the first light beam reflected by the pattern and outputs a first signal. a conversion means, a second photoelectric conversion means for photoelectrically converting the second light beam reflected by the pattern and outputting a second signal;
and zero point detection means for outputting a signal indicating the zero point position of the scale in response to matching of the levels of the first and second signals output from the second photoelectric conversion means, wherein the irradiation means has a light source and a prism means having first and second refractive surfaces separated by a predetermined ridge line, and the irradiation means directs the light beam from the light source to the first and second refractive surfaces through the ridge line of the prism means. A first part is refracted by a first refracting surface to be obliquely incident on the scale as the first beam, and a second part is refracted by a second refracting surface to be obliquely incident on the scale as the second beam. The zero point position detection device is characterized in that it is configured to direct the first and second light beams reflected by the pattern to the first and second photoelectric conversion means via a prism means.
(2)零点位置検出用のパターンが形成されたスケール
に第1と第2の光束を照射する照射手段と、パターンで
反射した第1光束を光電変換して第1信号を出力する第
1光電変換手段と、パターンで反射した第2光束を光電
変換して第2信号を出力する第2光電変換手段と、第1
及び第2光電変換手段から出力された第1及び第2信号
のレベルの一致に応答して、スケールの零点位置を示す
信号を出力する零点検出手段とを有する零点位置検出装
置において、上記照射手段が光源と回折手段とを有し、
上記照射手段が、光源からの光束を回折手段で回折せし
めて得られる正負同次数の回折光を上記第1及び第2光
束として上記スケールに斜入射させて、上記パターンで
反射した第1及び第2光束を回折手段を介して上記第1
及び第2光電変換手段に向けるように、構成されている
ことを特徴とする零点位置検出装置。
(2) An irradiation unit that irradiates a scale on which a pattern for detecting the zero point position is formed with first and second light beams, and a first photoelectric device that photoelectrically converts the first light beam reflected by the pattern and outputs a first signal. a conversion means, a second photoelectric conversion means for photoelectrically converting the second light beam reflected by the pattern and outputting a second signal;
and zero point detection means for outputting a signal indicating the zero point position of the scale in response to matching of the levels of the first and second signals output from the second photoelectric conversion means, wherein the irradiation means has a light source and a diffraction means,
The irradiation means diffracts the light beam from the light source by the diffraction means, and causes the diffracted light of the same positive and negative orders to be obliquely incident on the scale as the first and second light beams, and the first and second beams reflected by the pattern. The two beams are passed through the diffraction means to the first
and a zero point position detection device configured to direct toward the second photoelectric conversion means.
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