DE10013813A1 - Optical encoder has scale with first optical grid with transmitting, reflecting regions, movable sensor head, light source sending light to scale, second grid and photosensitive array - Google Patents
Optical encoder has scale with first optical grid with transmitting, reflecting regions, movable sensor head, light source sending light to scale, second grid and photosensitive arrayInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Kodierer und betrifft insbesondere einen Kodierer, der in der Lage ist, ein hochaufgelöstes Signal unter Verwendung eines fotosen sitiven Bauteilarrays zu erzeugen.The present invention relates to an optical encoder and, more particularly, relates to one Encoder capable of a high resolution signal using a photo to generate sititive component arrays.
Im Stand der Technik ist ein optischer Kodierer mit einem fotosensitiven Bauteilarray als ein System bekannt, das eine hohe Auflösung mit einer vergleichsweise einfacheren Jus tierung zum Ausrichten erzielen kann. Das System umfasst ein Array aus fotosensitiven Bauteilen, wie etwa Fotodioden, um Unstabilitäten, wie etwa Variationen und Verschmut zungen von Maßstäben und Schwankungen in der Lichtintensität einer Lichtquelle, her auszumitteln. Somit kann der Kodierer ein gleichmäßiges Ausgangssignal erzeugen.In the prior art, an optical encoder with a photosensitive component array is used as known a system that has a high resolution with a comparatively simpler jus can achieve alignment. The system includes an array of photosensitive Components, such as photodiodes, around instabilities, such as variations and dirt tongues of scale and fluctuations in the light intensity of a light source to average out. The encoder can thus produce a uniform output signal.
Eine Beschränkung besteht jedoch darin, den Teilungsabstand des fotosensitiven Bauteil arrays auf einem Maßstab in Abhängigkeit eines reduzierten Gitterabstands zu verklei nern. Demgegenüber hat die Anmelderin früher ein Kodiersystem zum Erfassen von Schwankungen von Moiré-Figuren bzw. Muster vorgeschlagen, die aufgrund der Interfe renz zweier, zueinander geneigter optischer Gitter erzeugt werden (JP 9-196706 A). Die ses Moiré-System kann Figuren erzeugen, die unterschiedlich zur Richtung einer Mess achse des Maßstabs mit einer größeren Periode bzw. räumlichen Periodenlänge als der Teilungsabstand des Maßstabs variieren. Daher ist es nicht erforderlich, die Periode des fotosensitiven Bauteilarrays zu verkleinern, selbst wenn der Teilungsabstand des Maß stabs verringert wird.One limitation, however, is the pitch of the photosensitive device to scale arrays on a scale depending on a reduced grid spacing nern. In contrast, the applicant previously had a coding system for detecting Fluctuations in moire figures or patterns suggested due to the interfe limit of two mutually inclined optical gratings are generated (JP 9-196706 A). The This moiré system can create figures that differ from the direction of a measurement axis of the scale with a larger period or spatial period length than that Scale spacing varies. Therefore, it is not necessary to change the period of the to shrink photosensitive component arrays even if the pitch of the dimension staff is reduced.
Die Moiré-Figuren, die durch einen Neigungswinkel zwischen einem Maßstabsgitter und einem Indexgitter bestimmt sind, weisen nicht immer eine Richtung auf, die im Allgemei nen mit der Messachse des Maßstabs übereinstimmt. Wenn die Moiré-Figuren zur Mess achse des Maßstabs geneigt sind, sollte das fotosensitive Bauteilarray so hergestellt sein, dass die sich darauf befindlichen fotosensitiven Elemente zu einer Maßstabsachse geneigt sind. Die Herstellung des fotosensitiven Bauteilarrays mit einer Neigung zum Maßstab erfordert ein hohes Maß an mechanischer Präzision, da es wichtige Einflussfaktoren bei der Anordnung der fotosensitiven Elemente auf einem Substrat angeordnet werden; d. h. die Justierung ihrer Drehwinkel als auch ihre Befestigungspositionen, gibt.The moiré figures, characterized by an angle of inclination between a scale grid and index grids do not always have a direction that generally coincides with the measuring axis of the scale. When the moiré figures to measure are inclined axis of the scale, the photosensitive component array should be manufactured in such a way that the photosensitive elements on it are inclined to a scale axis are. The production of the photosensitive component array with an inclination to the scale requires a high level of mechanical precision because it is important influencing factors the arrangement of the photosensitive elements can be arranged on a substrate; d. H. the adjustment of their angles of rotation as well as their mounting positions.
Wenn ferner der Gitterabstand des Maßstabs geändert wird, variiert die Periode der Moiré- Figuren ebenfalls. Folglich ist es notwendig, den Winkel des Indexgitters auf dem fotosen sitiven Bauteilarray einzustellen, die Periode der Moiré-Figuren auf eine Periode zu justie ren, die von dem fotosensitiven Bauteilarray erfasst werden kann, und den Montagewinkel des fotosensitiven Arrays zu ändern. Um daher Kodierer mit unterschiedlichen Signalperi oden unter Verwendung des gleichen fotosensitiven Bauteilarrays zu entwerfen und her zustellen, ist es ebenfalls erforderlich, ein neues Substrat zum Aufbringen des fotosensiti ven Bauteilarrays zusätzlich zur Änderung des Maßstabs zu entwerfen und herzustellen.Furthermore, if the grid spacing of the scale is changed, the period of the moiré Figures too. It is therefore necessary to determine the angle of the index grid on the photo set the component array to adjust the period of the moiré figures to one period that can be detected by the photosensitive component array and the mounting angle of the photosensitive array. Therefore, encoders with different signal peri design and manufacture using the same photosensitive component array it is also necessary to deliver a new substrate for the application of the photosensiti to design and manufacture component arrays in addition to changing the scale.
Wenn ferner ein Intervall zwischen den Moiré-Figuren und dem fotosensitiven Bauteilarray verhältnismäßig größer ist, d. h. wenn ein großer Abstand zwischen dem Indexgitter und dem fotosensitiven Bauteilarray vorliegt, wird der Kontrast der Moiré-Figuren kleiner und ein S/R-Verhältnis (Signal-zu-Rauschen) des Ausgangssignals verringert sich in nachteili ger Weise.If there is also an interval between the moiré figures and the photosensitive component array is relatively larger, d. H. if there is a large distance between the index grid and the photosensitive component array, the contrast of the moiré figures becomes smaller and an S / R ratio (signal-to-noise) of the output signal is disadvantageously reduced ger way.
Im Hinblick auf die oben aufgezeigte Situation ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, einen optischen Kodierer bereitzustellen, der in der Lage ist, ein Signal mit fein auf gelöster Periode mittels einer einfachen Ausgestaltung und Herstellungsweise sowie einer einfachen Umgestaltungsmöglichkeit zu erzeugen.In view of the situation shown above, it is a task of the present inventor to provide an optical encoder capable of fine-tuning a signal solved period by means of a simple design and production method as well as a to create a simple redesign option.
Die vorliegende Erfindung stellt einen optischen Kodierer bereit, der einen Maßstab mit einem ersten optischen Gitter mit transmittierenden oder reflektierenden Bereichen, die mit einem ersten Teilungsabstand in einer Richtung einer Messachse als Array angeord net sind, umfasst. Der Kodierer umfasst ebenfalls einen Sensorkopf, der gegenüber dem Maßstab angeordnet und relativ zu diesem in der Richtung der Messachse bewegbar ist, zum Erzeugen eines Verschiebesignals, das der relativen Bewegung entspricht. Der Sen sorkopf umfasst eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht zum Maßstab. Er umfasst e benfalls ein zweites optisches Gitter, das gegenüber dem ersten optischen Gitter ange ordnet ist und transmittierende Bereiche, die als Array mit einem zweiten Teilungsabstand in einer zur Messachse geneigten Richtung zum Modulieren eines durch das erste opti sche Gitter transmittierten oder davon reflektierten Lichts zur Erzeugung von Moiré- Figuren angeordnet sind, aufweist. Ferner umfasst der Sensorkopf ein fotosensitives Bauteilarray zum Erfassen eines Variierens der Moiré-Figuren. Die Moiré-Figuren sind parallel zur Messachse mit der Bedingung festgelegt: L = P1/tanθ und P2 = P1cosθ, wobei P1 den ersten Teilungsabstand, P2 den zweiten Teilungsabstand, θ einen Neigungswinkel des ersten optischen Gitters zum zweiten optischen Gitter, und L eine Periode der besag ten Moiré-Figuren kennzeichnet.The present invention provides an optical encoder using a scale a first optical grating with transmitting or reflecting areas that arranged as an array with a first division distance in one direction of a measuring axis net are included. The encoder also includes a sensor head that is opposite to the Arranged scale and movable relative to this in the direction of the measuring axis, to generate a displacement signal that corresponds to the relative movement. The sen Sorkopf includes a light source for emitting light to scale. It includes e if necessary, a second optical grating, which is opposite the first optical grating is arranged and transmitting areas that act as an array with a second pitch in a direction inclined to the measuring axis for modulating one by the first opti lattice transmitted or reflected light to generate moiré Figures are arranged. The sensor head also includes a photosensitive Component array for detecting a variation of the moiré figures. The moire figures are set parallel to the measuring axis with the condition: L = P1 / tanθ and P2 = P1cosθ, where P1 the first pitch, P2 the second pitch, θ an angle of inclination of the first optical grating to the second optical grating, and L is a period of said features ten moire figures.
Erfindungsgemäß wird eine Kombination optischer Gitter verwendet, die es erlaubt, dass die Messachse parallel zu den Moiré-Figuren ist. Somit kann das fotosensitive Bauteilar ray aus mehreren fotosensitiven Elementen gebildet werden, die als Array in einer Rich tung senkrecht zur Messachse angeordnet sind, um Licht unterschiedlicher Phase in den Moiré-Figuren zu erfassen. Daher können die fotosensitiven Elemente einfach hergestellt und montiert werden.According to the invention, a combination of optical gratings is used which allows the measuring axis is parallel to the moiré figures. Thus, the photosensitive component ray are formed from several photosensitive elements, which are arranged as an array in a rich are arranged perpendicular to the measuring axis in order to emit light in different phases Capture moire figures. Therefore, the photosensitive elements can be easily manufactured and be assembled.
Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls einen optischen Kodierer bereit, der einen Maß stab mit einem ersten optischen Gitter mit transmittierenden oder reflektierenden Berei chen aufweist, die mit einem ersten Teilungsabstand in einer Richtung einer Messachse angeordnet sind, umfasst. Der Kodierer umfasst ebenfalls einen Sensorkopf, der gegen über dem Maßstab angeordnet und relativ zu diesem in Richtung der Messachse beweg bar ist, zum Erzeugen eines Schiebesignals entsprechend der relativen Bewegung. Der Sensorkopf umfasst eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht zum Maßstab. Ferner um fasst dieser ein zweites optisches Gitter, das gegenüber dem ersten optischen Gitter an geordnet ist und transmittierende Bereiche aufweist, die als Array mit einem zweiten Tei lungsabstand in einer zur Messachse geneigten Richtung zum Modulieren eines durch das erste optische Gitter transmittierten oder von diesem reflektierten Lichts zur Erzeugung von Moiré-Figuren angeordnet sind. Ferner umfasst dieser ein fotosensitives Bauteilarray zum Erfassen des Variierens der Moiré-Figuren. Das fotosensitive Bauteilarray umfasst mehrere fotosensitive Elemente, die in einer Richtung senkrecht zur Messachse als Array angeordnet sind, wobei jedes Elements ausgebildet ist, Licht mit einer unterschiedlichen Phase von den Moiré-Figuren zu erfassen. Das zweite optische Gitter ist mit Dünnfilm strukturen auf den fotosensitiven Elementen gebildet. Die Dünnfilmstrukturen weisen transmittierende und undurchsichtige Bereiche auf, die abwechselnd als Array mit dem ersten Teilungsabstand in Richtung der Messachse und mit aufeinanderfolgend unter schiedlichen Phasen in benachbarten fotosensitiven Elementen angeordnet sind.The present invention also provides an optical encoder that is a measure rod with a first optical grating with a transmitting or reflecting area Chen, which has a first pitch in a direction of a measurement axis are arranged, includes. The encoder also includes a sensor head that counteracts arranged above the scale and move relative to it in the direction of the measuring axis bar, for generating a shift signal according to the relative movement. The Sensor head includes a light source for emitting light to scale. Furthermore around this grips a second optical grating, which is opposite the first optical grating is arranged and has transmitting areas, which as an array with a second part distance in a direction inclined to the measuring axis for modulating a by the first optical grating transmitted or reflected by this light for generation of moire figures are arranged. This also includes a photosensitive component array to grasp the variation of the moiré figures. The photosensitive component array includes several photosensitive elements arranged in a direction perpendicular to the measuring axis as an array are arranged, wherein each element is formed, light with a different Phase of the moiré figures. The second optical grating is with thin film structures formed on the photosensitive elements. The thin film structures show transmitting and opaque areas that alternate as an array with the first division distance in the direction of the measuring axis and with successively below different phases are arranged in adjacent photosensitive elements.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die transmittierenden Bereiche, die auf den fotosensitiven Elementen des fotosensitiven Bauteilarrays angeordnet sind, optimal ges taltet werden. Es folgt: (a) das fotosensitive Bauteilarray kann parallel zur Messachse des Maßstabs angeordnet werden, so dass die Moiré-Figuren parallel zur Messachse entste hen können. (b) Wenn das fotosensitive Bauteilarray zur Messachse geneigt ist, können die Moiré-Figuren parallel zum fotosensitiven Bauteilarray sein. Ferner ist es nicht erfor derlich, einen Montagewinkel des fotosensitiven Bauteilarrays einzustellen. Selbst wenn der Teilungsabstand des Maßstabgitters geändert wird, ist für das fotosensitive Bauteilar ray eine Änderung im Aufbau nicht erforderlich, sondern lediglich für die Dünnfilmstruktu ren, die auf dem Maßstab ausgebildet sind.According to the present invention, the transmissive areas that are on the Photosensitive elements of the photosensitive component array are arranged, optimal total be switched on. It follows: (a) the photosensitive component array can be parallel to the measuring axis of the Be arranged on a scale so that the moiré figures are created parallel to the measuring axis can hen. (b) If the photosensitive component array is inclined to the measuring axis, the moiré figures are parallel to the photosensitive component array. Furthermore, it is not required necessary to set a mounting angle of the photosensitive component array. Even if the pitch of the scale grid is changed for the photosensitive component ray a change in the structure is not necessary, but only for the thin film structure ren, which are formed on the scale.
Insbesondere können in der vorliegenden Erfindung die transmittierenden Bereiche, die auf den fotosensitiven Elementen angeordnet sind, in individuellen Mustern, die von dem auf benachbarten fotosensitiven Elementen angeordneten Dünnfilmstrukturen separiert sind, gebildet werden. Alternativ können diese auch in stufenartigen Strukturen, die mit den auf benachbarten fotosensitiven Elementen angeordneten Dünnfilmstrukturen gekop pelt sind, gebildet werden.In particular, in the present invention, the transmitting areas that are arranged on the photosensitive elements, in individual patterns by the Thin film structures arranged on adjacent photosensitive elements are separated are formed. Alternatively, these can also be used in step-like structures the thin-film structures arranged on adjacent photosensitive elements pelt are formed.
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung lässt sich aus der folgenden detail lierten Beschreibung gewinnen, wobei auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genom men wird. Es zeigen:A better understanding of the present invention can be seen from the following detail win lated description, reference being made to the accompanying drawings men will. Show it:
Fig. 1 einen Aufbau eines optischen Kodierers des transmittierenden Typs, auf den die vorliegende Erfindung angewendet ist; Fig. 1 shows a structure of a transmitting type optical encoder to which the present invention is applied;
Fig. 2 einen Aufbau eines optischen Kodierers des reflektierenden Typs, auf den die vorliegenden Erfindung angewendet ist; Fig. 2 shows a structure of a reflective type optical encoder to which the present invention is applied;
Fig. 3A-3C jeweils spezielle Anordnungen von Teilen in einer Ausführungsform; Figures 3A-3C each have specific arrangements of parts in one embodiment;
Fig. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Moiré-Figuren und einem foto sensitiven Bauteilarray in der Ausführungsform darstellt; Fig. 4 is a diagram illustrating the relationship between moire figures and a photosensitive device array in the embodiment;
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines Verhältnisses zwischen zwei optischen Git tern in der Ausführungsform; Fig. 5 is an enlarged view of a relationship between two optical Git tern in the embodiment;
Fig. 6 ein Diagramm, das einen Aufbau eines fotosensitiven Bauteilarrays gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt; Fig. 6 is a diagram showing a structure of a photosensitive member arrays according to another embodiment;
Fig. 7 ein Diagramm, das einen Aufbau eines fotosensitiven Arrays gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt; Fig. 7 is a diagram illustrating a construction of a photosensitive array according to another embodiment;
Fig. 8 einen Aufbau eines fotosensitiven Bauteilarrays gemäß einer weiteren Aus führungsform; Fig. 8 is a structure of a photosensitive member arrays according to another management form;
Fig. 9 einen Aufbau eines fotosensitiven Bauteilarrays gemäß einer weiteren Aus führungsform; und Fig. 9 is a structure of a photosensitive member array according guide die from another; and
Fig. 10 das Verhältnis zwischen zwei optischen Gittern gemäß der Ausführungsform aus Fig. 9 im Zusammenhang mit Fig. 5. Fig. 10, the ratio between two optical gratings in the embodiment of Fig. 9 related to Fig. 5.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen grundsätzlichen Aufbau von optischen Kodierern, die jeweils vom Transmissionstyp und Reflexionstyp sind und auf die die vorliegende Erfin dung angewendet ist. Figs. 1 and 2 show a basic structure of optical encoders, each of the transmission type and reflection type, and to which the present is applied OF INVENTION dung.
Der Transmissionskodierer umfasst, wie in Fig. 1 gezeigt ist, einen Hauptmaßstab 1 und eine Lichtquelle 2 zum Aussenden von Licht zu dem Hauptmaßstab 1. Ferner umfasst der Kodierer einen Indexmaßstab 3 zum Erzeugen von Moiré-Figuren, wenn Interferenz mit Licht stattfindet, das durch den Hauptmaßstab 1 geleitet wurde. Ferner umfasst der Kodie rer ein fotosensitives Bauteilarray 4 zum Erfassen der erzeugten Moiré-Figuren. Die Licht quelle 2, der Indexmaßstab 3 und das fotosensitive Bauteilarray 4 sind in integraler Weise auf einem einzelnen Sensorkopf 5 gebildet, der gegenüber dem Hauptmaßstab angeord net und relativ dazu in einer Richtung einer Messachse X bewegbar ist, wie dies durch einen Pfeil gezeigt ist, und der ein Verschiebesignal entsprechend der relativen Bewegung erzeugt.As shown in FIG. 1, the transmission encoder comprises a main scale 1 and a light source 2 for emitting light to the main scale 1 . The encoder further comprises an index scale 3 for generating moiré figures when there is interference with light that has been passed through the main scale 1 . Furthermore, the encoder comprises a photosensitive component array 4 for capturing the generated moiré figures. The light source 2 , the index scale 3 and the photosensitive component array 4 are integrally formed on a single sensor head 5 which is arranged relative to the main scale and can be moved relative thereto in a direction of a measurement axis X, as shown by an arrow, and which generates a shift signal corresponding to the relative movement.
Der Hauptmaßstab 1 umfasst ein transparentes Substrat 10, auf dem ein optisches Gitter 11 gebildet ist, das transmittierende Bereiche in Arrayform mit einem gegebenen Tei lungsabstand in der Messachse X aufweist. Der Indexmaßstab 3 umfasst ein ähnliches transparentes Substrat 13, auf dem ein optisches Gitter 31 gebildet ist, das zum optischen Gitter 11 auf dem Hauptmaßstab 1 geneigt ist.The main scale 1 comprises a transparent substrate 10 , on which an optical grating 11 is formed, which has transmitting regions in array form with a given pitch in the measuring axis X. The index scale 3 comprises a similar transparent substrate 13 on which an optical grating 31 is formed, which is inclined to the optical grating 11 on the main scale 1 .
Im Falle des Kodierers des reflektierenden Typs ist der Hauptmaßstab 1 so aufgebaut, dass dieser ein optisches Gitter 11 umfasst, das Licht reflektierende Bereiche in Arrayform mit einem gegebenen Teilungsabstand auf dem Substrat 10 aufweist, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Der Indexmaßstab 3 umfasst einen Lichtquellen-Seitenindexmaßstab 3a und einen Lichtempfangs-Seitenindexmaßstab 3b, die beide in diesem Falle auf einem einzel nen Substrat 30 angeordnet sind. Diese Indexmaßstäbe 3a und 3b weisen jeweils trans mittierende optische Gitter 31a und 31b auf. Das optische Gitter 11 auf dem Hauptmaß stab 1 besitzt in der Messachse X ein Array an Gittern. Die optischen Gitter 31b an der Lichtempfangsseite des Indexmaßstabs 3 sind in Arrayform unter einem gewissen Winkel zum optischen Gitter 11 geneigt angeordnet, so dass aufgrund der Interferenz zwischen diesen Gittern 11 und 31b Moiré-Figuren erzeugt werden können.In the case of the reflective type encoder, the main scale 1 is constructed to include an optical grating 11 having light reflecting areas in array form with a given pitch on the substrate 10 , as shown in FIG. 2. The index scale 3 comprises a light source-side index scale 3 a and a light receiving side index scale 3, both the b, in this case, on a single NEN substrate 30 are arranged. These index scales 3 a and 3 b each have transmittable optical gratings 31 a and 31 b. The optical grating 11 on the main dimension rod 1 has an array of gratings in the measuring axis X. The optical grids 31 b on the light receiving side of the index scale 3 are arranged in an array at an angle to the optical grating 11 , so that moiré figures can be generated due to the interference between these grids 11 and 31 b.
Die Fig. 3A-3C sind Draufsichten, die die Beziehung zwischen dem optischen Gitter 11 auf dem Hauptmaßstab 1, dem optischen Gitter 31 auf dem Indexmaßstab 3 (entspre chend dem optischen Gitter 31b im Falle des Reflexionstyps in Fig. 2), und dem fotosen sitiven Bauteilarray 4 zeigen. Im fotosensitiven Bauteilarray 4 sind mehrere Fotodioden 41 so angeordnet, um ein Vierfach-Phasensignal zu erhalten. Somit sind in diesem speziellen dargestellten Falle lediglich vier Fotodioden 41 (41a-41d), die mindestens notwendig sind, um die Vierfach-Phasensignale zu erhalten, dargestellt. In dieser Ausführungsform sind die optischen Gitter 11 und 13 so gestaltet, um ein optimales Verhältnis in den Teilungs abständen und dergleichen aufzuweisen, so dass die Moiré-Figuren parallel zur Messach se X gebildet werden. Folglich verursachen die Moiré-Figuren Hell- und Dunkelvariationen in einer Richtung senkrecht zur Messachse X in Abhängigkeit der Bewegung des Maß stabs. Folglich sind die Fotodioden 41 zum Erfassen der Moiré-Figuren auf dem fotosensi tiven Bauteilarray 4 in der Richtung senkrecht zur Messachse X als rechteckförmige Mus ter angeordnet, wobei jeweils deren längere Seite parallel zur Messachse X ist. FIGS. 3A-3C are plan views showing the relationship between the optical grating 11 on the main scale 1, the optical grating 31 on the index scale 3 (accordingly the optical grating 31 b in the case of the reflection type in Fig. 2), and the Show photosite component array 4 . A plurality of photodiodes 41 are arranged in the photosensitive component array 4 in order to obtain a quadruple phase signal. Thus, in this particular case illustrated, are to obtain the four-phase signals only four photodiodes 41 (41 a- 41 d) which are at least necessary, is shown. In this embodiment, the optical grids 11 and 13 are designed to have an optimal ratio in the division distances and the like, so that the moiré figures are formed parallel to the measuring axis X. Consequently, the moiré figures cause light and dark variations in a direction perpendicular to the measuring axis X depending on the movement of the scale. Consequently, the photodiodes 41 for detecting the moiré figures on the photosensitive component array 4 are arranged in the direction perpendicular to the measurement axis X as a rectangular pattern, with the longer side of each being parallel to the measurement axis X.
Mit Bezug zu Fig. 4 wird eine Möglichkeit zur Bildung der oben genannten Moiré-Figuren
beschrieben. Dabei ist das optische Gitter 11 auf dem Hauptmaßstab 1 so gebildet, dass
es einen Teilungsabstand P1 aufweist, und das optische Gitter 31 auf dem Indexmaßstab
3 ist so gebildet, dass es gegenüber dem optischen Gitter 11 unter einem Winkel A geneigt
ist und einen Teilungsabstand P2 aufweist. Der hierin erwähnte Teilungsabstand P2 ist ein
Gitterabstand in einer Richtung, die zur Messachse X unter einem Winkel A geneigt ist.
Wenn angenommen wird, dass die zu erzeugende Moiré-Figuren eine Periode L aufwei
sen, wie aus der vergrößerten Ansicht aus Fig. 4 zu entnehmen ist, können sich die Moi
ré-Figuren in der Richtung der Messachse X unter der Bedingung anordnen, die durch die
folgenden zwei Gleichungen gegeben ist.
With reference to FIG. 4, one way of forming the above-mentioned moiré figures is described. Here, the optical grating 11 on the main scale 1 is formed such that it has a pitch P1, and the optical grating 31 on the index scale 3 is formed such that it is inclined at an angle A with respect to the optical grating 11 and a pitch P2 having. The pitch P2 mentioned herein is a grating distance in a direction inclined to the measurement axis X at an angle A. If it is assumed that the moiré figures to be generated have a period L, as can be seen from the enlarged view in FIG. 4, the moiré figures can arrange themselves in the direction of the measuring axis X under the condition that the following two equations are given.
L = P1/tanθ (1)
L = P1 / tanθ (1)
P2 = P1cosθ (2)P2 = P1cosθ (2)
Unter Erfüllung der obigen Bedingungen und wie in Fig. 4 gezeigt ist, werden die Fotodi oden 41 mit einer Periode 3L/4, im Gegensatz zur Periode L der Moiré-Figuren, in Array form angeordnet. Somit können aus den Fotodioden 41 Vierfach-Phasensinuswellen- Ausgangssignale mit einer Phasenverschiebung von 270° zueinander, d. h. Ausgangssig nale der Phasen A, BB, AB und B, erhalten werden. In diesem Zeitpunkt können die Foto dioden 41 in der Richtung der Messachse X ausgerichtet werden.Under the above conditions and as shown in Fig. 4, the photo diodes 41 are arranged in an array form with a period 3L / 4, in contrast to the period L of the moiré figures. Thus, quadruple-phase sine wave output signals with a phase shift of 270 ° to one another, ie output signals of phases A, BB, AB and B, can be obtained from the photodiodes 41 . At this time, the photo diodes 41 can be aligned in the direction of the measurement axis X.
Im Gegensatz zur Periode L der Moiré-Figuren werden die Fotodioden 41 mit der Periode 3L/4 (= 270°) in Fig. 4 angeordnet, obwohl sie auch im Allgemeinen mit einem Teilungs abstand gleich einem ungeraden Vielfachen von L/4 (= 90°) angeordnet werden können. Ferner können die Fotodioden 41 mit einem Teilungsabstand angeordnet werden, der gleich einem ganzzahligen Vielfachen von L/3 (mit Ausnahme von Vielfachen von 3) ist, um Dreifach-Phasenausgangssignale zu erhalten.In contrast to the period L of the moiré figures, the photodiodes 41 are arranged with the period 3L / 4 (= 270 °) in FIG. 4, although they are also generally with a pitch equal to an odd multiple of L / 4 (= 90 °) can be arranged. Furthermore, the photodiodes 41 can be arranged with a pitch equal to an integer multiple of L / 3 (except multiples of 3) to obtain triple phase outputs.
Wenn der Teilungsabstand des optischen Gitters 11 speziell zu P1 = 10 µm und der Tei lungsabstand der notwendigen Moiré-Figuren zu L = 100 µm festgelegt ist, dann wird der relative Neigungswinkel θ zwischen den optischen Gittern 11 und 31 zu θ = tan-1 (P1/L) = 5.71°. In diesem Falle wird der Teilungsabstand P2 des optischen Gitters 31 zu P2 = P1cosθ = 9.95 µm. If the pitch of the optical grating 11 is specifically set to P1 = 10 µm and the pitch of the necessary Moiré figures is set to L = 100 µm, then the relative inclination angle θ between the optical grids 11 and 31 becomes θ = tan -1 ( P1 / L) = 5.71 °. In this case, the pitch P2 of the optical grating 31 becomes P2 = P1cosθ = 9.95 µm.
Um den Teilungsabstand des optischen Gitters 11 auf P1 = 20 µm unter Beibehaltung des Abstandes der Moiré-Figuren und folglich ohne Änderung des Teilungsabstands des foto sensitiven Bauteilarrays zu ändern, ist es erforderlich, θ = 11.31° und P2 19.61 µm zu set zen. Dies ist nämlich hilfreich bei der Änderung des Maßstabgitters ohne Änderung der Position und des Teilungsabstands des fotosensitiven Bauteilarrays.In order to change the pitch of the optical grating 11 to P1 = 20 µm while maintaining the distance between the moiré figures and consequently without changing the pitch of the photosensitive component array, it is necessary to set θ = 11.31 ° and P2 19.61 µm. This is because it is helpful when changing the scale grid without changing the position and the spacing of the photosensitive component array.
Eine praktische Ausgestaltung für einen Kodierer kann durch Berechnung lediglich von L = P1/tanθ, eine der oben genannten beiden Bedingungsgleichungen (1) und (2), erzielt wer den. Und zwar ist der Teilungsabstand des optischen Gitters 31 gleich P1 in der Richtung der Moiré-Figuren, der die Richtung senkrecht zum optischen Gitter 11 auf dem Haupt maßstab 1 darstellt. Daher kann das optische Gitter 31 erhalten werden, indem eine ge wisse Referenzachse auf dem optischen Gitter 11 in der Richtung der Messachse festge legt und jedes Gitter des optischen Gitters 11 um den Winkel 8 an einem Kreuzungspunkt zwischen der Referenzachse jedes der Gitter gedreht wird.A practical embodiment for an encoder can be achieved by calculating only L = P1 / tanθ, one of the above two condition equations (1) and (2). Namely, the pitch of the optical grating 31 is P1 in the direction of the Moiré figures, which represents the direction perpendicular to the optical grating 11 on the main scale 1 . Therefore, the optical grating 31 can be obtained by setting a certain reference axis on the optical grating 11 in the direction of the measuring axis and rotating each grating of the optical grating 11 by the angle 8 at a cross point between the reference axis of each of the grids.
Obwohl in der obigen Erläuterung der Indexmaßstab 3 und das fotosensitive Bauteilarray 4 als voneinander unabhängig hergestellt beschrieben wurden, können diese als Einheit ausgebildet sein. Wie beispielsweise in Fig. 6 gezeigt ist, kann ein optisches Gitter 31 hergestellt werden, indem ein dünner Film 62 auf einem Metall strukturiert und weiter an der Oberfläche des fotosensitiven Bauteilarrays 4 mittels eines isolierenden Films 61 ge bildet wird, um undurchsichtige Bereiche 63 und transmittierende Bereiche 64 zu bilden. Somit kann ein Indexsubstrat weggelassen werden.Although the index scale 3 and the photosensitive component array 4 have been described as being produced independently of one another in the above explanation, they can be embodied as a unit. For example, as shown in FIG. 6, an optical grating 31 can be made by patterning a thin film 62 on a metal and further forming it on the surface of the photosensitive device array 4 by means of an insulating film 61 to cover opaque areas 63 and transmitting Form areas 64 . Thus, an index substrate can be omitted.
Diese Ausführungsform stellt ein System zur Erfassung der Moiré-Figuren mittels des fo tosensitiven Bauteilarrays bereit. Daher kann selbst bei Verkleinerung des Teilungsab stands des Maßstabs ein äußerst gleichmäßiges Ausgangssignal mit einer feinaufgelösten Periode erhalten werden, ohne dass der Teilungsabstand des fotosensitiven Bauteilarrays stark verringert wird. Ferner ist es nicht notwendig, das fotosensitive Bauteilarray geneigt zum Maßstab herzustellen. Somit kann der Einfluss eines mechanischen Fehlers bei der Herstellung verringert werden. Selbst wenn der Gitterabstand des Hauptmaßstabs geän dert wird, ist es nicht erforderlich, den Teilungsabstand des fotosensitiven Bauteilarrays zu ändern und die Position und den Winkel zum Montieren desselben einzustellen. Somit können eine Vielzahl diverser Kodierer mit verschiedenen Signalperioden in einfacher Weise gestaltet und hergestellt werden, wobei sich die Kosten und die Arbeitszeit reduzie ren.This embodiment provides a system for acquiring the moiré figures using the fo ready sensitive component arrays. Therefore, even if the pitch is reduced the scale of an extremely uniform output signal with a finely resolved Period can be obtained without the pitch of the photosensitive component array is greatly reduced. Furthermore, it is not necessary to incline the photosensitive component array to manufacture to scale. The influence of a mechanical error in the Manufacturing can be reduced. Even if the grid spacing of the main scale changes it is not necessary to increase the pitch of the photosensitive component array change and adjust the position and angle to mount it. Consequently can use a variety of different encoders with different signal periods in easier Be designed and manufactured in a way that reduces costs and labor ren.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, die aus einer Weiterentwicklung der Ausfüh rungsform aus Fig. 6 hervorgeht. Ein fotosensitives Bauteilarray 4 umfasst rechteckige Fotodioden 41, deren jeweils längere Seite parallel zur Messachse X ist, ähnlich wie bei dem entsprechenden Gesichtspunkt in der vorhergehenden Ausführungsform. Die jeweils an den Fotodioden 41 angeordneten rechteckigen Muster 71 bilden ein optisches Gitter 31 an der Indexseite zum Modulieren des Lichts vom Hauptmaßstab 1. Die rechteckigen Muster 71 sind beispielsweise Dünnfilmstrukturen, die als undurchsichtige Bereiche die nen. Andere Strukturen sind im Gegensatz zu den rechteckigen Musters 71 transmittie rende Bereiche, die abwechselnd mit den undurchsichtigen Bereichen angeordnet sind. Alternativ können die rechteckigen Muster 71 transmittierende Fenster sein, und die ande ren Strukturen können als die Dünnfilmstrukturen ausgebildet sein. Fig. 7 shows a further embodiment which results from a further development of the embodiment from FIG. 6. A photosensitive component array 4 comprises rectangular photodiodes 41 , the longer sides of which are parallel to the measurement axis X, similar to the corresponding point of view in the previous embodiment. The rectangular patterns 71 each arranged on the photodiodes 41 form an optical grating 31 on the index side for modulating the light from the main scale 1 . The rectangular patterns 71 are, for example, thin-film structures which serve as opaque areas. In contrast to the rectangular pattern 71, other structures are transmitting regions which are arranged alternately with the opaque regions. Alternatively, the rectangular patterns 71 may be transmitting windows, and the other structures may be formed as the thin film structures.
Die rechteckigen Muster 71, die in der Richtung der Messachse X in Arrayform auf den Fotodioden 41 angeordnet sind, besitzen einen Teilungsabstand, der gleich einem Tei lungsabstand eines daraus projizierten Hell-/Dunkel-Musters, d. h. gleich dem Teilungsab stand P1 des optischen Gitters 11 auf dem Hauptmaßstab 1 ist. Ferner sind die rechtecki gen Muster 71 so angeordnet, dass diese aufeinanderfolgend an benachbarten Fotodio den um P1/4 verschoben sind. Dies ist äquivalent dazu, dass das optische Gitter 31 an der Indexseite so gebildet ist, um zum optischen Gitter 31 auf dem Hauptmaßstab 1 ge neigt zu sein, was im Wesentlichen ähnlich zur vorhergehenden Ausführungsform ist. Wenn dann das optische Gitter 31 in einer zur Richtung der Messachse X um einen Win kel 6 geneigten Richtung betrachtet wird, ist der Arrayteilungsabstand P2 kleiner als der Teilungsabstand P1, mit P2 = P1cosθ in der gleiche Weise wie in der vorhergehenden Ausführungsform. Ferner sind die Moiré-Figuren in ähnlicher Weise wie in der vorherge henden Ausführungsform parallel zu dem fotosensitiven Bauteilarray 4. In der Ausfüh rungsform aus Fig. 7 können Vierfach-Phasenausgangssignale A, B, AB und BB mit ei ner aufeinanderfolgenden Phasendifferenz von 90° zueinander an den Fotodioden 41 er halten werden.The rectangular patterns 71 , which are arranged in the form of an array in the direction of the measurement axis X on the photodiodes 41 , have a pitch which is equal to a pitch of a light / dark pattern projected therefrom, ie equal to the pitch P1 of the optical grating 11 on the main scale is 1 . Furthermore, the rectangular patterns 71 are arranged so that they are successively shifted to neighboring photo diodes by P1 / 4. This is equivalent to the optical grating 31 being formed on the index side so as to be inclined to the optical grating 31 on the main scale 1 , which is substantially similar to the previous embodiment. Then, when the optical grating 31 is viewed in a direction inclined to the direction of the measurement axis X by an angle 6 , the array pitch P2 is smaller than the pitch P1, with P2 = P1cos θ in the same manner as in the previous embodiment. Further, the moiré figures are parallel to the photosensitive device array 4 in a similar manner as in the previous embodiment. In the embodiment from FIG. 7, quadruple phase output signals A, B, AB and BB with a successive phase difference of 90 ° to one another can be maintained at the photodiodes 41 .
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform, die durch Modifizierung der Ausführungsform aus Fig. 7 hervorgeht. In dieser modifizierten Ausführungsform ist ein auf jeder der Foto dioden 41 gebildetes rechteckförmiges Muster 71 mit einem weiteren, auf einer benach barten Fotodiode gebildeten Muster gekoppelt, um ein Stufenmuster zu bilden. Durch dies Ausführungsform ist es möglich, dass das rechteckige Muster 71 eine ausgezeichnete Haftung auf dem Substrat aufweist, besser als in Fig. 7, wenn das rechteckige Muster 71 aus einer Dünnfilmstruktur aus Metall oder dergleichen gebildet ist. Die weiteren Merkmale sind identisch zur Ausführungsform in Fig. 7. FIG. 8 shows a further embodiment, which results from modification of the embodiment from FIG. 7. In this modified embodiment, a rectangular pattern 71 formed on each of the photo diodes 41 is coupled to another pattern formed on a neighboring photo diode to form a step pattern. With this embodiment, it is possible that the rectangular pattern 71 has excellent adhesion to the substrate, better than in Fig. 7, when the rectangular pattern 71 is formed of a thin film structure of metal or the like. The other features are identical to the embodiment in FIG. 7.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, die durch Modifizierung der Ausführungsform in Fig. 7 hervorgeht. In dieser modifizierten Ausführungsform umfasst ein fotosensitives Bauteilarray rechteckige Fotodioden 41, die so angeordnet sind, dass deren längere Seite unter einem Winkel α zur Messachse X geneigt sind. In diesem Falle besitzen die in Richtung der Messachse X auf den Fotodioden 41 in Arrayform angeordneten rechtecki gen Muster 71 einen Teilungsabstand, der gleich dem Teilungsabstand P1 des optischen Gitters 11 auf dem Hauptmaßstab 1 ist. Ferner sind die rechteckigen Muster 71 so ausge bildet, dass sie nacheinander um P1/4 auf benachbarten Fotodioden verschoben sind. FIG. 9 shows a further embodiment, which results from modification of the embodiment in FIG. 7. In this modified embodiment, a photosensitive component array comprises rectangular photodiodes 41 which are arranged such that their longer sides are inclined at an angle α to the measurement axis X. In this case, the rectangular patterns 71 arranged in array form in the direction of the measuring axis X on the photodiodes 41 have a pitch which is equal to the pitch P1 of the optical grating 11 on the main scale 1 . Furthermore, the rectangular patterns 71 are formed so that they are successively shifted by P1 / 4 on adjacent photodiodes.
In diesem Fall ist ein Teilungsabstand P2 in einer Richtung parallel zu den fotosensitiven
Elementen 41 der rechteckigen Muster 71, die das optische Gitter 31 bilden, größer als P1
in Fig. 10 und zeigt eine Abhängigkeit, die durch die folgende Gleichung (3) dargestellt
wird:
In this case, a pitch P2 in a direction parallel to the photosensitive elements 41 of the rectangular patterns 71 constituting the optical grating 31 is larger than P1 in Fig. 10 and shows a dependency represented by the following equation (3) :
P1 = P2cosα (3)P1 = P2cosα (3)
Andererseits sind die Moiré-Figuren parallel zu den fotosensitiven Elementen 41, wie dies
in Fig. 10 gezeigt ist, und deren Periode L wird durch die folgende Gleichung (4) wieder
gegeben:
On the other hand, the moiré figures are parallel to the photosensitive elements 41 , as shown in Fig. 10, and their period L is given by the following equation (4):
L = P2/tanα (4)L = P2 / tanα (4)
Diese Bedingungen (3) und (4) unterscheiden sich von den Bedingungen (1) und (2) der vorhergehenden Ausführungsform bezüglich P1 und P2, die gegeneinander ausgetauscht sind. Diese Bedingungen sind jedoch hinsichtlich der Bildung de Moiré-Figuren parallel zum fotosensitiven Bauteilarray 4 zueinander äquivalent. Und zwar ist in der vorhergehen den Ausführungsform das fotosensitive Bauteilarray 4 parallel zur Messachse X, so dass die Moiré-Figuren parallel zur Messachse X sein können. Im Gegensatz dazu ist in der Ausführungsform aus Fig. 9 das fotosensitive Bauteilarray 4 zur Messachse X geneigt. In diesem Falle werden die Moiré-Figuren hinsichtlich des fotosensitiven Bauteilarrays 4 in einem geneigten Zustand gebildet.These conditions (3) and (4) differ from the conditions (1) and (2) of the previous embodiment with respect to P1 and P2, which are interchanged. However, these conditions are equivalent to one another with regard to the formation of de Moire figures parallel to the photosensitive component array 4 . Namely, in the previous embodiment, the photosensitive component array 4 is parallel to the measuring axis X, so that the moiré figures can be parallel to the measuring axis X. In contrast to this, in the embodiment from FIG. 9, the photosensitive component array 4 is inclined to the measurement axis X. In this case, the moiré figures are formed in an inclined state with respect to the photosensitive component array 4 .
Gemäß dieser Ausführungsform können Vierfach-Phasenausgangssignale in ähnlicher Weise wie in der Ausführungsform aus Fig. 7 erhalten werden. Die Ausführungsformen der Fig. 7 bis 9 stellen Mittel zur Bildung des optischen Gitters 3 an der Indexseite be reit, die dem fotosensitiven Bauteilarray 4 entspricht. Daher ergibt sich in dieser Ausfüh rungsform bei der Herstellung des fotosensitiven Bauteilarrays ebenfalls kein Problem.According to this embodiment, quadruple phase output signals can be obtained in a similar manner as in the embodiment of FIG. 7. The embodiments of FIGS. 7 to 9 provide means for forming the optical grating 3 on the index side, which corresponds to the photosensitive component array 4 . Therefore, in this embodiment there is also no problem in the production of the photosensitive component array.
In der Ausführungsform der Fig. 9 können die rechteckigen Muster 71 ebenfalls ein stu fenartiges Muster bilden, indem diese nacheinander auf benachbarten Fotodioden anei nandergekoppelt sind, ähnlich wie in der Ausführungsform aus Fig. 8.In the embodiment of FIG. 9, the rectangular patterns 71 can also form a step-like pattern in that they are successively coupled to one another on adjacent photodiodes, similarly to the embodiment from FIG. 8.
Die in den Fig. 7 bis 9 gezeigten Ausführungsformen können ebenso die gleiche Wir kung wie die vorhergehende Ausführungsform erzielen.The embodiments shown in FIGS. 7 to 9 can also achieve the same effect as the previous embodiment.
Die in den Ausführungsformen der Fig. 7 bis 9 gezeigten rechteckigen Muster 71 müs sen nicht immer rechteckig, sondern können oval oder kreisförmige sein.The rectangular patterns 71 shown in the embodiments of FIGS. 7 to 9 need not always be rectangular, but may be oval or circular.
Ferner kann das fotosensitive Bauteilarray in einem Dünnfilmhalbleiter auf einem Glas substrat ausgebildet sein und muss nicht in einem Halbleitersubstrat integriert sein, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.Furthermore, the photosensitive component array can be formed in a thin-film semiconductor on a glass substrate and does not have to be integrated in a semiconductor substrate, as is shown in FIG. 6.
Wie zuvor beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung einen optischen Kodierer bereitstellen, der in der Lage ist, ein Signal mit einer feinaufgelösten Periode mit einer einfachen Ausgestaltung und Herstellungsweise sowie einfachen Gestaltungsänderungen zu erhalten.As described above, the present invention can be an optical encoder which is able to provide a signal with a finely resolved period with a simple design and production method as well as simple design changes to obtain.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den obigen Ausführungsformen beschrie ben wurde, sind für den Fachmann andere Ausführungsformen und Variationen im Bereich der vorliegenden Erfindung ersichtlich. Die vorliegende Erfindung sollte daher nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt werden, sondern sollte vielmehr als durch den Grundgedanken und den Schutzbereich der angefügten Ansprüche abgegrenzt gesehen werden.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments Other embodiments and variations are within the scope of the person skilled in the art of the present invention. The present invention should therefore not be limited to disclosed embodiments should be limited, rather than by the Basic ideas and the scope of protection of the appended claims seen delimited become.
Claims (12)
einem Maßstab mit einem ersten optischen Gitter mit transmittierenden oder reflek tierenden Bereichen, die mit einem ersten Teilungsabstand in einer Richtung einer Messachse in Arrayform angeordnet sind; und
einem gegenüber dem Maßstab angeordneten Sensorkopf, der in Richtung der Messachse relativ bewegbar ist, zum Erzeugen eines Verschiebesignals entspre chend der Relativbewegung, wobei der Sensorkopf umfasst:
eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht zu dem Maßstab;
ein zweites optisches Gitter, das gegenüber dem ersten optischen Gitter angeordnet ist und transmittierende Bereiche aufweist, die mit einem zweiten Teilungsabstand in einer zur Messachse geneigten Richtung in Arrayform angeordnet sind zum Modulie ren eines von dem ersten optischen Gitter transmittierten oder von diesem reflek tierten Lichts, um Moiré-Figuren zu bilden; und
ein fotosensitives Bauteilarray zum Erfassen einer Änderung der Moiré-Figuren, da durch gekennzeichnet, dass
die Moiré-Figuren parallel zur Messachse unter einer Bedingung L = P1/tanθ und P2 = P1cosθ festgelegt sind, wobei P1 den ersten Teilungsabstand, P2 den zweiten Teilungsabstand, A einen Neigungswinkel des ersten optischen Gitters zum zweiten optischen Gitter, und L eine Periode der Moiré-Figuren kennzeichnet.1. Optical encoder with:
a scale with a first optical grating with transmitting or reflecting areas that are arranged at a first pitch in a direction of a measurement axis in array form; and
a sensor head arranged relative to the scale, which is relatively movable in the direction of the measurement axis, for generating a displacement signal corresponding to the relative movement, the sensor head comprising:
a light source for emitting light to the scale;
a second optical grating which is arranged opposite the first optical grating and has transmitting regions which are arranged in an array form at a second pitch in a direction inclined to the measuring axis for modulating a light transmitted by or reflected by the first optical grating, to form moiré figures; and
a photosensitive component array for detecting a change in the moiré figures, as characterized in that
the Moiré figures are set parallel to the measurement axis under a condition L = P1 / tanθ and P2 = P1cosθ, where P1 is the first pitch, P2 the second pitch, A is an angle of inclination of the first optical grating to the second optical grating, and L is a period of Features moiré figures.
einem Maßstab mit einem ersten optischen Gitter mit transmittierenden oder reflek tierenden Bereichen, die mit einem ersten Teilungsabstand in einer Richtung einer Messachse in Arrayform angeordnet sind, und
einem über dem Maßstab angeordneten Sensorkopf, der in der Richtung der Mess achse relativ bewegbar ist, zum Erzeugen eines Verschiebesignals, das der Relativ bewegung entspricht, wobei der Sensorkopf umfasst:
eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht zu dem Maßstab;
ein zweites optisches Gitter, das gegenüber dem ersten optischen Gitter angeordnet ist und transmittierende Bereiche aufweist, die mit einem zweiten Teilungsabstand in einer zur Messachse geneigten Richtung in Arrayform zum Modulieren eines durch das erste optische Gitter transmittierten oder von diesem reflektierten Lichts zur Bil dung von Moiré-Figuren angeordnet sind; und
ein fotosensitives Bauteilarray zum Erfassen einer Änderung der Moiré-Figuren, da durch gekennzeichnet, dass
das fotosensitive Bauteilarray mehrere fotosensitive Elemente umfasst, die in einer Richtung senkrecht zur Messachse in Arrayform angeordnet sind, und die jeweils zum Erfassen eines Lichts der Moiré-Figuren mit unterschiedlicher Phase dienen, und
das zweite optische Gitter mit auf den fotosensitiven Elementen gebildeten Dünn filmstrukturen gebildet ist, wobei die Dünnfilmstrukturen transmittierende Bereiche und undurchsichtige Bereiche aufweisen, die abwechselnd mit dem ersten Teilungs abstand in der Richtung der Messachse und mit aufeinanderfolgend unterschiedli chen Phasen in benachbarten fotosensitiven Elementen in Arrayform angeordnet sind.8. Optical encoder with:
a scale with a first optical grating with transmitting or reflecting regions which are arranged at a first pitch in a direction of a measurement axis in array form, and
a sensor head arranged above the scale, which is relatively movable in the direction of the measuring axis, for generating a displacement signal which corresponds to the relative movement, the sensor head comprising:
a light source for emitting light to the scale;
a second optical grating which is arranged opposite the first optical grating and has transmitting regions which are arranged at a second pitch in a direction inclined to the measurement axis in the form of an array for modulating a light transmitted through the first optical grating or reflected by it to form moiré -Figures are arranged; and
a photosensitive component array for detecting a change in the moiré figures, as characterized in that
the photosensitive component array comprises a plurality of photosensitive elements which are arranged in a direction perpendicular to the measurement axis in the form of an array and which each serve to detect a light of the moiré figures with different phases, and
the second optical grating is formed with thin film structures formed on the photosensitive elements, the thin film structures having transmitting regions and opaque regions which are arranged alternately with the first division distance in the direction of the measuring axis and with successively different phases in adjacent photosensitive elements in array form are.
der zweite Teilungsabstand kleiner als der erste Teilungsabstand ist, und
die Moiré-Figuren parallel zu dem fotosensitiven Bauteilarray ausgebildet sind. 11. The optical encoder according to claim 8, characterized in that the multiple ren photosensitive elements are formed in rectangular patterns, each with a longer side parallel to the measuring axis,
the second pitch is smaller than the first pitch, and
the moiré figures are formed parallel to the photosensitive component array.
der zweite Teilungsabstand größer als der erste Teilungsabstand ist, und
die Moiré-Figuren parallel zu dem fotosensitiven Bauteilarray ausgebildet sind.12. The optical encoder according to claim 8, characterized in that the multiple ren photosensitive elements are formed in rectangular patterns, each with a longer side inclined to the measuring axis,
the second pitch is greater than the first pitch, and
the moiré figures are formed parallel to the photosensitive component array.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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