DE102006019491B4

DE102006019491B4 - Optical encoder

Info

Publication number: DE102006019491B4
Application number: DE200610019491
Authority: DE
Inventors: Keiji Matsui
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: DE102006019491A1; JP4629486B2; JP2006308358A

Abstract

Optischer Encoder mit
einer Lichtquelle,
einer Hauptskala, welche ein erstes Gitter aufweist,
einem zweiten Gitter, welches 4N (N ist ein Integer größer oder gleich 2) Schlitzgruppen aufweist, welche in einem Matrixmuster angeordnet sind, wobei jede Schlitzgruppe mehrere Schlitze aufweist, und
einem Lichtempfangselement, welches ausgelegt ist, vier Arten von periodischen Verschiebungssignalen zu erzeugen, welche untereinander unterschiedliche Phasen zur Detektion einer relativen Verschiebung der Hauptskala aufweisen, wobei das zweite Gitter vier Arten von Schlitzgruppen aufweist, die mit vier Arten von Verschiebungssignalen korrespondieren und jede Art die gleiche Anzahl von Schlitzgruppen aufweist;
wobei jede Spalte des zweiten Gitters die vier Arten von Schlitzgruppen aufweist, welche mit den vier Arten von Verschiebungssignalen korrespondieren; und
wobei eine beliebige Kombination von vier Schlitzgruppen, die in einem Matrixmuster angeordnet sind, welches aus 2 Reihen × 2 Spalten besteht, jede der vier Arten von Schlitzgruppen, welche mit den vier Arten von Verschiebungssignalen...Optical encoder with
a light source,
a main scale, which has a first grid,
a second grid having 4N (N is an integer greater than or equal to 2) slot groups arranged in a matrix pattern, each slot group having a plurality of slots, and
a light receiving element configured to generate four kinds of periodic displacement signals having mutually different phases for detecting a relative displacement of the main scale, the second lattice having four kinds of slit groups corresponding to four kinds of displacement signals and each kind the same Number of slot groups;
each column of the second grid having the four types of slot groups corresponding to the four types of shift signals; and
wherein any combination of four slot groups arranged in a matrix pattern consisting of 2 rows x 2 columns, each of the four types of slot groups associated with the four types of shift signals ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Encoder, der robust gegen Störungen, wie eine Verschmutzung oder eine Aufbaufuge auf einer Skala ist.The invention relates to an optical encoder which is robust against disturbances, such as soiling or a construction bead on a scale.

EP 1 477 775 A2 beschreibt einen fotoelektrischen Encoder mit einem optischen Empfangschip, auf welchem die Lichtempfangsoberflächen einer Mehrzahl von Fotodioden zweidimensional angeordnet sind. EP 1 477 775 A2 describes a photoelectric encoder having an optical receiving chip on which the light receiving surfaces of a plurality of photodiodes are arranged two-dimensionally.

Aus der US 5,068,530 ist ein optischer Encoder mit einem ersten Gitter und einem zweiten Gitter bekannt, welches relativ zu dem ersten Gitter verschiebbar ist, wobei der Encoder dazu geeignet ist, die relative Verschiebung zu erfassen.From the US 5,068,530 For example, an optical encoder having a first grid and a second grid which is displaceable relative to the first grid is known, wherein the encoder is adapted to detect the relative displacement.

5 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines optischen Systems zeigt, wie es in einem herkömmlichen optischen Encoder bzw. Codierer verwendet wird. Ein Licht emittierendes Element 1 erzeugt Licht, welches durch eine Kollimatorlinse 2 passiert. Nachdem das Licht durch die Kollimatorlinse 2 passiert ist, breitet sich das Licht in einem fokussierten parallelen Strahl in Richtung einer Hauptskala 3 aus. Das Licht passiert nacheinander die Hauptskala 3 und eine Indexskala 4, bevor es an einer Lichtempfangsoberfläche eines Lichtempfangselementes 5 ankommt. Das Lichtempfangselement 5 kann das empfangene Licht in ein elektrisches Signal umwandeln. Die Hauptskala 3 kann aus einem metallischen Film ausgebildet sein, der auf einem Glasträger aufgebracht ist und durch Ätzen teilweise entfernt ist. Die Hauptskala 3 ist ein optisches Gitter (im Folgenden als erstes Gitter bezeichnet), das ein regelmäßiges Muster von alternierenden durchlassenden bzw. durchlässigen Bereichen (das heißt Schlitzen) und nicht durchlassenden bzw. nicht durchlässigen Bereichen aufweist. Die Gitterlinie bzw. -linien der Hauptskala 3 ist/sind senkrecht zur Längsrichtung der Hauptskala 3. Die Indexskala 4 kann durch Aufbringen eines metallischen Filmes auf einem Glasträger und anschließendem teilweisen Entfernen des Filmes durch Ätzen ausgebildet werden. Die Indexskala 4 ist ein optisches Gitter (ein zweites Gitter), welches ein regelmäßiges Muster von abwechselnden Übertragungsbereichen bzw. durchlässigen Bereichen (Schlitzen) und Nichtübertragungsbereichen bzw. nicht durchlässigen Bereichen aufweist. 5 Fig. 16 is a perspective view showing an example of an optical system used in a conventional optical encoder. A light-emitting element 1 generates light through a collimator lens 2 happens. After the light through the collimator lens 2 happened, the light spreads in a focused parallel beam towards a main scale 3 out. The light passes successively the main scale 3 and an index scale 4 before it is on a light-receiving surface of a light-receiving element 5 arrives. The light receiving element 5 can convert the received light into an electrical signal. The main scale 3 may be formed of a metallic film deposited on a glass substrate and partially removed by etching. The main scale 3 is an optical grating (hereinafter referred to as a first grating) having a regular pattern of alternating transmissive regions (ie slits) and non-transmissive regions. The grid line or lines of the main scale 3 is / are perpendicular to the longitudinal direction of the main scale 3 , The index scale 4 can be formed by applying a metallic film on a glass substrate and then partially removing the film by etching. The index scale 4 is an optical grating (a second grating) which has a regular pattern of alternating transmission areas (slits) and non-transmission areas.

Bei einem derartigen optischen System kann die Hauptskala 3 entlang ihrer Längsrichtung verschoben bzw. bewegt werden. Die positionale Beziehung zwischen dem optischen Gitter, welches auf der Hauptskala 3 ausgebildet ist, und dem optischen Gitter, welches auf der Indexskala 4 ausgebildet ist, verändert sich in Abhängigkeit jegliche Verschiebung der Hauptskala 3. Die Quantität des durchgelassenen bzw. abgestrahlten Lichtes ändert sich periodisch und dementsprechend erzeugt das Lichtempfangselement 5 ein sich periodisch änderndes Verschiebungssignal. Das Verschiebungssignal hat eine Periode die gleich einem Abstand P des optischen Gitters ist, welches auf der Hauptskala 3 ausgebildet ist.In such an optical system, the main scale 3 be moved or moved along its longitudinal direction. The positional relationship between the optical grating, which is on the main scale 3 is formed, and the optical grating which is on the index scale 4 is formed, varies depending on any shift of the main scale 3 , The quantity of the transmitted light changes periodically, and accordingly, the light receiving element generates 5 a periodically changing displacement signal. The shift signal has a period equal to a pitch P of the optical grating which is on the main scale 3 is trained.

Allgemein kann ein optischer Encoder ein derartiges periodisches Verschiebungssignal, welches erhältlich ist, wenn sich die Hauptskala verschiebt, elektrisch interpolieren und dividieren, um eine hohe Auflösung sicherzustellen. Zu diesem Zweck kann das optische System vier Arten von Verschiebungssignalen erzeugen, welche gegenseitige Phasendifferenzen von 90 Grad aufweisen. In der folgenden Beschreibung stellen ”a”, ”b”, ”a/”, und ”b/” die vier Arten von Verschiebungssignalen verwandter bzw. ähnlicher optischer Systeme dar. Die Verschiebungssignale ”b”, ”a/” und ”b/” haben eine Phasendifferenz, in elektrischen Winkeln, von 90 Grad, 180 Grad und 270 Grad bezüglich des Verschiebungssignals ”a”.In general, an optical encoder can electrically interpolate and divide such a periodic shift signal, which is obtainable when the main scale shifts, to ensure high resolution. For this purpose, the optical system can generate four types of displacement signals having mutual phase differences of 90 degrees. In the following description, "a", "b", "a /", and "b /" represent the four kinds of displacement signals of related optical systems. The displacement signals "b", "a /" and "b / "Have a phase difference, in electrical angles, of 90 degrees, 180 degrees and 270 degrees with respect to the shift signal" a ".

Die Verschiebungssignale eines optischen Encoders können als Sinuswellen betrachtet werden. Repräsentiert ”X” eine Verschiebung der Hauptskala 3 in ihre Längsrichtung, können vier Arten von Verschiebungssignalen jeweils durch K + M·sinX, K + M·cosX, K – M·sinX und K – M·cosX ausgedrückt werden. ”K” stellt eine Offsetkomponente dar und ”M” stellt die Amplitude dar. In der folgenden Beschreibung werden die vier Arten von Verschiebungssignalen jeweils als Signale Sa, Sb, Sa/ und Sb/ bezeichnet. Entsprechend einem allgemeinen Interpolations- und Divisionsverfahrens, kann ein Differenzsignal SA, basierend auf einer Subtraktion von zwei Signalen Sa und Sa/, welche entgegengesetzte Phasen haben, erhalten werden. Das Differenzsignal SA kann durch 2M·sinX ausgedrückt werden, als ein Ergebnis der Auslöschung der Offsetkomponenten. In gleicher bzw. ähnlicher Weise kann ein Differenzsignal SB, als 2M·cosX, als Ergebnis einer Subtraktion der Signale Sb und Sb/, welche entgegengesetzte Phasen haben, erhalten werden. Ein Verhältnis der zwei Differenzsignale SA und SB kann durch sinX/cosX ausgedrückt werden. Durch Errechnen eines Arcustangens oder durch Verwenden einer Referenztabelle, kann die Position in einer Periode eines Verschiebungssignals erhalten werden.The displacement signals of an optical encoder can be considered as sine waves. "X" represents a shift in the main scale 3 in its longitudinal direction, four kinds of shift signals can be expressed by K + M × sinX, K + M × cosX, K-M × sinX and K-M × cosX, respectively. "K" represents an offset component and "M" represents the amplitude. In the following description, the four types of shift signals are referred to as signals Sa, Sb, Sa / and Sb /, respectively. According to a general interpolation and division method, a difference signal SA based on a subtraction of two signals Sa and Sa / which have opposite phases can be obtained. The difference signal SA can be expressed by 2M · sinX as a result of the cancellation of the offset components. In a similar manner, a difference signal SB, as 2M · cosX, can be obtained as a result of subtracting the signals Sb and Sb / having opposite phases. A ratio of the two difference signals SA and SB can be expressed by sinX / cosX. By calculating an arctangent or by using a reference table, the position can be obtained in a period of a shift signal.

Zum Beispiel kann, wenn die vier Arten von Verschiebungssignalen gleich bzw. ähnlich im Verursachen einer Änderung der Offsetkomponente oder der Amplitude als Folge auf eine Änderung der Quantität des Lichts sind, welches von dem Lichterzeugungselement 1 erzeugt wird, die Offsetkomponente, basierend auf den Differenzwerten, bei dem Interpolations- und Divisionsverfahren entfernt werden. Des Weiteren hat die Veränderung der Amplitude keine Auswirkung auf das Verhältnis der Differenzsignale SA und SB. Dementsprechend wird kein Interpolationsfehler erzeugt.For example, when the four types of displacement signals are the same in causing a change in the offset component or the amplitude as a result of a change in the quantity of light that is emitted from the light-generating element 1 is generated, the offset component based on the difference values are removed in the interpolation and division method. Furthermore, the change in amplitude has no effect on the ratio of the difference signals SA and SB. Accordingly, no interpolation error is generated.

Wenn jedoch die vier Arten von Verschiebungssignalen gegenseitig unabhängig bei der Änderung der Offsetkomponente oder der Amplitude sind, kann die Interpolation und die Division nicht genau bzw. exakt ausgeführt werden, und es werden Interpolationsfehler entstehen.However, if the four kinds of shift signals are mutually independent in the change of the offset component or the amplitude, the interpolation and the division can not be accurately executed, and interpolation errors will result.

Um vier Arten von Signalen zu erhalten, sind bei herkömmlichen optischen Encodern vier Schlitzgruppen auf der Indexskala 4, wie in 5 oder in 6A gezeigt, vorgesehen. 6A stellt eine Kombination aus vier rechteckigen Schlitzgruppen dar, die in einem Matrixmuster, welches aus 2 Zeilen und 2 Spalten besteht, angeordnet sind. Jede Schlitzgruppe beinhaltet eine Vielzahl, zum Beispiel einige zehn bis einige hundert Schlitze. Die Periode der Schlitze auf der Indexskala 4 entspricht der Periode der Schlitze auf der Hauptskala 3. In der folgenden Beschreibung stellen Ga, Gb, Ga/ und Gb/ Schlitzgruppen dar, die jeweils die Verschiebungssignale Sa, Sb, Sa/ und Sb/ erzeugen können.In order to obtain four types of signals, four slot groups are on the index scale in conventional optical encoders 4 , as in 5 or in 6A shown, provided. 6A represents a combination of four rectangular slit groups arranged in a matrix pattern consisting of 2 rows and 2 columns. Each slot group includes a plurality, for example, tens to hundreds of slots. The period of the slots on the index scale 4 corresponds to the period of the slits on the main scale 3 , In the following description, Ga, Gb, Ga / and Gb represent slit groups which can respectively generate the displacement signals Sa, Sb, Sa / and Sb /.

Um Verschiebungssignale mit unterschiedlichen Phasen zu erhalten, können zum Beispiel die Schlitze, welche zu der Schlitzgruppe Gb gehören, leicht in der Längsrichtung der Hauptskala 3 bezüglich der Schlitze, welche zu der Schlitzgruppe Ga gehören, versetzt sein. In diesem Fall ist die Größe des Versatzes gleich P/4, wobei P die Periode des Verschiebungssignals darstellt. Das Verschiebungssignal, welches von der Schlitzgruppe Gb/ erhalten wird, hat eine Phasendifferenz von 90 Grad, in elektrischen Winkeln, in Bezug auf das Verschiebungssignal, welches von der Schlitzgruppe Ga erhalten wird. Ähnlich sind die Schlitze, welche zu der Schlitzgruppe Ga/ gehören mit nP + P/2 (n ist ein Integer) relativ zu den Schlitzen, welche zu der Schlitzgruppe Ga gehören, versetzt. Das Verschiebungssignal, welches von der Schlitzgruppe Ga/ erhalten wird, hat eine Phasendifferenz von 180 Grad, im elektrischen Winkel, in Bezug auf das Verschiebungssignal, welches von der Schlitzgruppe Ga erhalten wird.For example, in order to obtain shift signals having different phases, the slots belonging to the slot group Gb may be slightly inclined in the longitudinal direction of the main scale 3 with respect to the slots belonging to the slot group Ga. In this case, the amount of offset is P / 4, where P represents the period of the shift signal. The shift signal obtained from the slot group Gb / has a phase difference of 90 degrees, in electrical angles, with respect to the shift signal obtained from the slot group Ga. Similarly, the slots belonging to the slot group Ga / are offset with nP + P / 2 (n is an integer) relative to the slots belonging to the slot group Ga. The shift signal obtained from the slot group Ga / has a phase difference of 180 degrees in electrical angle with respect to the shift signal obtained from the slot group Ga.

Der Strahl, der diese Schlitzgruppen passiert hat, kann in das Lichtempfangselement 5 eintreten. Das Lichtempfangselement 5 hat vier separate Lichtempfangsregionen, welche in der Form den entsprechenden Schlitzgruppen Ga, Gb, Ga/ und Gb/ der Indexskala 4 entsprechen. Jede Lichtempfangsregion weist eine photoelektrische Umwandlungsfunktion zum Umwandeln des eintretenden Strahls in ein elektrisches Signal auf. So kann das Lichtempfangselement 5 vier Arten von elektrischen Signalen erzeugen, die den vier separaten Lichtempfangsregionen entsprechen.The beam which has passed through these slot groups may enter the light receiving element 5 enter. The light receiving element 5 has four separate light receiving regions which are in the form of the respective slot groups Ga, Gb, Ga / and Gb / of the index scale 4 correspond. Each light receiving region has a photoelectric conversion function for converting the incoming beam into an electrical signal. So the light receiving element 5 generate four types of electrical signals corresponding to the four separate light-receiving regions.

6B stellt eine andere Kombination von vier rechteckigen Schlitzgruppen Ga, Gb, Ga/ und Gb/ dar, welche in Längsrichtung aufgereiht sind, so dass die vier Schlitzgruppen Verschiebungssignale erzeugen können, welche gegenseitige Phasendifferenzen von 90 Grad aufweisen. 6B Fig. 12 illustrates another combination of four rectangular slit groups Ga, Gb, Ga / and Gb / which are lined up in the longitudinal direction so that the four slit groups can generate displacement signals having mutual phase differences of 90 degrees.

Es wird nun angenommen, dass eine Verschmutzung oder Ähnliches auf der Hauptskala 3 vorhanden ist. 7A zeigt eine Verschmutzung auf der Hauptskala 3. Verschiebt sich die Hauptskala 3 relativ zu der Indexskala 4, blockiert die Verschmutzung auf der Hauptskala 3 teilweise einen Strahl, der die Schlitze auf der Hauptskala 3 passiert so, dass das Lichtempfangselement 5 innerhalb des Schattens der Verschmutzung kein Licht empfängt. Als Ergebnis sind die Verschiebungssignale gestört. 8A zeigt eine Verschiebungsbewegung einer Verschmutzung auf der Hauptskala 3 (unter Bezug auf einen schraffierten Bereich in 7A) relativ zu den Schlitzgruppen Ga, Gb, Ga/ und Gb/, welche auf der Indexskala 4 (aus 6A) angeordnet sind, die beobachtet wird, wenn sich die Hauptskala 3 relativ zu der Indexskala 4 bewegt. Zur Vereinfachung zeigt 8 die Hauptskala 3 nicht.It is now assumed that a pollution or the like on the main scale 3 is available. 7A shows pollution on the main scale 3 , Shifts the main scale 3 relative to the index scale 4 , blocks pollution on the main scale 3 partially a jet, which has the slots on the main scale 3 happens so that the light receiving element 5 within the shadow of pollution no light is received. As a result, the shift signals are disturbed. 8A shows a displacement movement of pollution on the main scale 3 (with reference to a hatched area in 7A ) relative to the slot groups Ga, Gb, Ga / and Gb /, which are on the index scale 4 (out 6A ), which is observed when the main scale 3 relative to the index scale 4 emotional. For simplicity shows 8th the main scale 3 Not.

Bewegt sich die Hauptskala 3 von links nach rechts in der Zeichnung, beeinflusst die Verschmutzung zuerst die Schlitzgruppe Ga und entsprechend ist das Verschiebungssignal Sa größtenteils abgeschwächt. Als Nächstes beeinflusst die Verschmutzung die Schlitzgruppe Gb/ und entsprechend ist das Verschiebungssignal Sb/ größtenteils abgeschwächt. In dieser Art werden die Verschiebungssignale nacheinander abgeschwächt. Wie zuvor beschrieben, erzeugen die entsprechenden Verschiebungssignale unabhängig voneinander Variationen der Offsetkomponente oder der Amplitude. So kann die Verschmutzung große Interpolationsfehler erzeugen.Moves the main scale 3 from left to right in the drawing, the fouling first affects the slot group Ga, and accordingly, the displacement signal Sa is largely attenuated. Next, the pollution affects the slit group Gb /, and accordingly, the shift signal Sb / is largely attenuated. In this way, the displacement signals are successively attenuated. As described above, the corresponding displacement signals independently generate variations in the offset component or the amplitude. Thus, the contamination can generate large interpolation errors.

Des Weiteren, im Falle der Verwendung einer Indexskala, welche Schlitzgruppen, wie in 6B gezeigt, aufweist, beeinträchtigt die Verschmutzung erst die Schlitzgruppe Ga, wie in 8B gezeigt, und entsprechend ist das Verschiebungssignal Sa größtenteils abgeschwächt bzw. gedämpft. Dann beeinträchtigt die Verschmutzung nacheinander die Schlitzgruppen Gb, Ga/ und Gb/ und die Verschiebungssignale Sb, Sa/ und Sb/ sind in dieser Reihenfolge größtenteils abgeschwächt. Ähnlich wie bei der Indexskala, welche in 6A gezeigt ist, kann die Verschmutzung große Interpolationsfehler verursachen.Furthermore, in case of using an index scale, which slot groups, as in 6B As shown in FIG. 1, the fouling first affects the slot group Ga as shown in FIG 8B and accordingly, the displacement signal Sa is largely attenuated. Then, the contamination sequentially deteriorates the slit groups Gb, Ga / and Gb /, and the shift signals Sb, Sa / and Sb / are largely attenuated in this order. Similar to the index scale, which in 6A is shown, the pollution can cause large interpolation errors.

Eine Fuge (das heißt ein Verbindungsbereich) der Hauptskala kann ebenso Interpolationsfehler erzeugen. Meistens ist die Hauptskala aus einem gläsernen Material aufgebaut. Aufgrund von materialeigenen Beschränkungen ist die Länge einer Glassektion selten mehr oder größer als 2 m bis 3 m. Deswegen ist es zur Positionsbestimmung einer langen Strecke oder eines langen Striches notwendig, eine Vielzahl von Sektionen aneinander zu fügen um eine Hauptskala mit einer genügenden Länge zu gestalten. Wird dies gemacht, so hat die Hauptskala zumindest eine Aufbaufuge entlang einer Linie, die senkrecht zur Längsrichtung verläuft. 7B zeigt ein Beispiel einer Hauptskala, die aus einer Vielzahl von Bauteilen aufgebaut ist. In einem Bereich, welcher der Fuge entspricht (das heißt, die schraffierte Region) kann kein Schlitz auf der Hauptskala vorgesehen werden.A joint (that is, a joint area) of the main scale can also produce interpolation errors. Mostly the main scale is made of a glass material. Due to intrinsic limitations, the length of a glass section is rarely more or greater than 2 m to 3 m. Therefore, to locate a long distance or stroke, it is necessary to join a plurality of sections together to form a main scale of sufficient length. When this is done, the main scale has at least one construction line along a line that is perpendicular to the longitudinal direction. 7B shows an example of a main scale, which is composed of a plurality of components. In a region corresponding to the joint (that is, the hatched region), no slit can be provided on the main scale.

Bewegt sich die Hauptskala aus 7B relativ zu einer dahinter liegenden Indexskala, erreicht ein Lichtstrahl, welcher durch die Verbindungsstelle oder Fuge auf der Hauptskala blockiert wird, das Lichtempfangselement über die Schlitzgruppen der Indexskala nicht und entsprechend werden die Verschiebungssignale gestört sein. Wenn zum Beispiel eine Indexskala verwendet wird, die Schlitzgruppen wie in 6A gezeigt aufweist, verdeckt die Fuge erst die Schlitzgruppen Ga und Gb in Bezug auf die Bewegung der Hauptskala, die sich von links nach rechts verschiebt. Die Verschiebungssignale Sa und Sb werden abgeschwächt. Als Nächstes beeinflusst bzw. beeinträchtigt die Fuge die Schlitzgruppen Ga/ und Gb/ und entsprechend werden die Verschiebungssignale Sa/ und Sb/ abgeschwächt. In diesem Fall werden die Verschiebungssignale nacheinander abgeschwächt. Wie zuvor beschrieben, verursachen dementsprechende Verschiebungssignale unabhängig voneinander Veränderungen bzw. Variationen in der Offsetkomponente und der Amplitude. Dadurch kann die Fuge große Interpolationsfehler erzeugen.Moves out the main scale 7B relative to an underlying index scale, a light beam blocked by the junction on the main scale does not reach the light receiving element via the slit groups of the index scale, and accordingly the displacement signals will be disturbed. For example, if an index scale is used, the slot groups as in 6A 1, the groove first obscures the slit groups Ga and Gb with respect to the movement of the main scale, which shifts from left to right. The displacement signals Sa and Sb are attenuated. Next, the groove affects the slit groups Ga / and Gb /, and accordingly, the displacement signals Sa / and Sb / are attenuated. In this case, the displacement signals are successively attenuated. As described above, corresponding shift signals independently cause variations in the offset component and the amplitude. This allows the joint to generate large interpolation errors.

Wenn des Weiteren eine Indexskala mit Schlitzgruppen wie in 6B gezeigt verwendet wird, beeinflusst die Fuge zuerst die Schlitzgruppe Ga und entsprechend wird das Verschiebungssignal Sa abgeschwächt. Dann beeinträchtigt die Fuge nacheinander die Schlitzgruppen Gb, Ga/ und Gb/ und entsprechend werden die Verschiebungssignale Sb, Sa/ und Sb/ in dieser Reihenfolge verringert. Wiederum kann die Fuge große Interpolationsfehler erzeugen.Furthermore, if an index scale with slot groups as in 6B As shown, the gap first influences the slit group Ga, and accordingly, the displacement signal Sa is attenuated. Then, the groove sequentially affects the slit groups Gb, Ga / and Gb / and, accordingly, the shift signals Sb, Sa / and Sb / are decreased in this order. Again, the joint can produce large interpolation errors.

Des Weiteren können, wie in der internationalen Patentanmeldung WO 01/031292 beschrieben, mehrere Lichtempfangsbereiche für jedes Signal vorgesehen sein, um Fehler durch Verschmutzungen auszumitteln. Jedoch ist der Ausmittlungseffekt, der in dieser Veröffentlichung offenbart ist, ungenügend, wenn die Skala eine Fuge, eine teilweise Verschmutzung oder eine andere Art eines defekten oder kaputten Schlitzes aufweist.Furthermore, as in the international patent application WO 01/031292 described, a plurality of light receiving areas for each signal be provided to average out errors due to contamination. However, the gauging effect disclosed in this publication is insufficient if the scale has a joint, partial fouling or other type of defective or broken slot.

Wie aus der vorangehenden Beschreibung offensichtlich, wird das Layout von herkömmlichen Schlitzgruppen nachteilig durch eine Verschmutzung oder eine Fuge auf der Hauptskala beeinflusst. Dadurch werden Interpolationsfehler erzeugt.As apparent from the foregoing description, the layout of conventional slot groups is adversely affected by fouling or grouting on the main scale. This generates interpolation errors.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Encoder, der Schlitzgruppen beinhaltet, die in einem derartigen Muster angeordnet sind, dass nachteilige Effekte bzw. Wirkungen von einer Verschmutzung oder einer Fuge auf der Hauptskala gleichmäßig zwischen jeweiligen Verschiebungssignalen verteilt werden können.The present invention relates to an optical encoder including slit groups arranged in such a pattern that adverse effects of a fouling or a groove on the main scale can be evenly distributed between respective shift signals.

Die beiliegenden Zeichnungen, die einen Teil der Beschreibung bilden und auf die sich die Beschreibung bezieht, stellen erfindungsgemäße Ausführungsformen dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären. In diesen zeigen:The accompanying drawings, which form a part of the specification and to which the description relates, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. In these show:

1A und 1B eine Indexskala und ein Lichtempfangselement, entsprechend einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; 1A and 1B an index scale and a light receiving element according to a first embodiment of the present invention;

2A und 2B die Funktion der Indexskala, entsprechend dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; 2A and 2 B the function of the index scale, according to the first embodiment of the invention;

3 eine perspektivische Ansicht eines optischen Systems, entsprechend einem zweiten und dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; 3 a perspective view of an optical system, according to a second and third embodiment of the invention;

4A und 4B Schlitzgruppen, entsprechend einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; 4A and 4B Slot groups, according to a fourth embodiment of the invention;

5 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen optischen Systems; 5 a perspective view of a conventional optical system;

6A und 6B Beispiele für eine Indexskala, die in einem herkömmlichen optischen System verwendet wird; 6A and 6B Examples of an index scale used in a conventional optical system;

7A und 7B Beispiele einer Hauptskala, die in einem herkömmlichen optischen System verwendet wird; und 7A and 7B Examples of a main scale used in a conventional optical system; and

8A und 8B die Funktion einer Indexskala, welche in einem herkömmlichen optischen System verwendet wird. 8A and 8B the function of an index scale used in a conventional optical system.

Im Folgenden werden exemplarisch Ausführungsbeispiele der Erfindung in Bezug auf die Figuren beschrieben.Exemplary embodiments of the invention will be described below with reference to the figures.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Das optische System eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ist mit Ausnahme der Anordnung der Indexskala und des Lichtempfangselementes im Wesentlichen gleich dem herkömmlichen optischen System, wie es in 5 gezeigt ist.The optical system of a first embodiment of the present invention is substantially the same except for the arrangement of the index scale and the light receiving element conventional optical system, as it is in 5 is shown.

1A zeigt ein Beispiel einer Indexskala, wie sie in dem optischen Encoder nach dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird. Ein optisches Gitter (das heißt ein zweites Gitter) ist auf der Indexskala ausgebildet. In dem Ausführungsbeispiel ist eine Gesamtheit von 16 Schlitzgruppen in einem Matrixmuster, welches aus 4 Zeilen (in vertikaler Richtung) und 4 Spalten (in seitlicher Richtung) besteht, angeordnet. Jede Schlitzgruppe beinhaltet eine Vielzahl von Schlitzen. Die Schlitzgruppen Ga1, Ga2, Ga3 und Ga4 können jeweils Verschiebungssignale erzeugen, welche dieselbe Phase haben. 1A FIG. 11 shows an example of an index scale used in the optical encoder according to the first embodiment. An optical grating (that is, a second grating) is formed on the index scale. In the embodiment, a total of 16 slot groups are arranged in a matrix pattern consisting of 4 lines (in the vertical direction) and 4 columns (in the lateral direction). Each slot group includes a plurality of slots. The slit groups Ga1, Ga2, Ga3 and Ga4 can respectively generate shift signals having the same phase.

1B zeigt ein Lichtempfangselement, welches hinter der Indexskala in optischer Richtung des Lichtes, welches von der Lichtquelle emittiert wird, angeordnet ist. Eine Gesamtzahl von 16 Lichtempfangsoberflächen, die den 16 Schlitzgruppen der Indexskala entsprechen, ist auf dem Lichtempfangselement ausgebildet. Das Licht, das in jede Lichtempfangsoberfläche eintritt, kann in ein Verschiebungssignal umgewandelt werden. 1B zeigt Verschiebungssignale Sa1, Sa2, Sa3, Sa4, ... die von den 16 Lichtempfangsoberflächen erhalten werden. Die Summe der Signale Sa1, Sa2, Sa3 und Sa4 ist zum Beispiel gleich mit dem herkömmlichen Abweichungs- bzw. Verschiebungssignal Sa und die Summe der Signale Sb/1, Sb/2, Sb/3 und Sb/4 ist gleich dem herkömmlichen Abweichungssignal Sb. 1B shows a light receiving element which is disposed behind the index scale in the optical direction of the light emitted from the light source. A total of 16 light-receiving surfaces corresponding to the 16 slot groups of the index scale are formed on the light-receiving element. The light entering each light receiving surface can be converted into a displacement signal. 1B shows displacement signals Sa1, Sa2, Sa3, Sa4, ... obtained from the 16 light receiving surfaces. The sum of the signals Sa1, Sa2, Sa3 and Sa4 is equal to, for example, the conventional offset signal Sa, and the sum of the signals Sb / 1, Sb / 2, Sb / 3 and Sb / 4 is equal to the conventional deviation signal Sb ,

Auf ähnliche Weise können die Schlitzgruppen Gb1, Gb2, Gb3 und Gb4 jeweils Abweichungssignale erzeugen, die dieselbe Phase haben. Die Verschiebungssignale, die von den Schlitzgruppen Gb1 bis Gb4 erhalten werden, haben Phasenunterschiede von 90 Grad in Bezug auf die Verschiebungssignale, die von den Schlitzgruppen Ga1 bis Ga4 erhalten werden. Die Verschiebungssignale, die von den Schlitzgruppen Ga/1 bis Ga/4 erhalten werden, haben Phasendifferenzen von 180 Grad in Bezug auf die Verschiebungssignale, die von den Schlitzgruppen Ga1 bis Ga4 erhalten werden. Die Verschiebungssignale, die von den Schlitzgruppen Gb/1 bis Gb/4 erhalten werden, haben Phasenunterschiede von 270 Grad in Bezug auf die Verschiebungssignale, welche von den Schlitzgruppen Ga1 bis Ga4 erhalten werden. Mit anderen Worten können die Schlitzgruppen, welche mit unterschiedlichen Buchstaben bezeichnet sind (zum Beispiel a oder a/), Verschiebungssignale mit gegenseitig unterschiedlichen Phasen erzeugen. Die Schlitzgruppen, welche mit denselben Buchstaben bezeichnet sind, können, auch wenn sie mit unterschiedlichen Nummern bezeichnet sind, Verschiebungssignale erzeugen, welche dieselben Phasen aufweisen.Similarly, the slit groups Gb1, Gb2, Gb3 and Gb4 may respectively generate deviation signals having the same phase. The shift signals obtained from the slot groups Gb1 to Gb4 have phase differences of 90 degrees with respect to the shift signals obtained from the slot groups Ga1 to Ga4. The shift signals obtained from the slot groups Ga / 1 to Ga / 4 have phase differences of 180 degrees with respect to the shift signals obtained from the slot groups Ga1 to Ga4. The shift signals obtained from the slot groups Gb / 1 to Gb / 4 have phase differences of 270 degrees with respect to the shift signals obtained from the slot groups Ga1 to Ga4. In other words, the slot groups designated by different letters (for example, a or a /) can generate shift signals having mutually different phases. The slot groups, which are labeled with the same letters, even if they are designated with different numbers, can generate shift signals having the same phases.

Wie in 1A und 1B gezeigt, sind in diesem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Schlitzgruppen in einem Matrixmuster angeordnet, welches aus 4 vertikalen Spalten beziehungsweise Linien × 4 seitliche Zeilen beziehungsweise Reihen besteht, welche die folgenden drei Bedingungen erfüllen:

1. Es gibt vier (das heißt a, b, a/ und b/) Arten von Schlitzgruppen und jede Art beinhaltet dieselbe Anzahl von Schlitzgruppen (das heißt vier Schlitzgruppen);
2. Jede Spalte beinhaltet vier (a, b, a/ und b/) Arten von Schlitzgruppen; und
3. Jede Kombination von vier Schlitzgruppen, die in einer rechteckigen Form angeordnet ist, wie eine Matrix, welche aus 2 Zeilen × 2 Spalten besteht, beinhaltet jede der vier Arten der Schlitzgruppen.

As in 1A and 1B In this embodiment, a plurality of slit groups are arranged in a matrix pattern consisting of 4 vertical columns or lines x 4 lateral rows or rows satisfying the following three conditions:

1. There are four (ie a, b, a / and b /) types of slot groups and each type contains the same number of slot groups (ie four slot groups);
2. Each column contains four (a, b, a / and b /) types of slot groups; and
3. Each combination of four slot groups arranged in a rectangular shape, such as a matrix consisting of 2 rows × 2 columns, includes each of the four types of slot groups.

Wenn beispielsweise bei einem optischen Encoder, der die Schlitzgruppen verwendet, die, wie oben beschrieben angeordnet sind, eine Verschmutzung auf der Hauptskala 3 (siehe 7A) vorhanden ist, verschiebt sich eine projizierte Verschmutzungsregion, wie durch Pfeile in 2A angezeigt, gemäß einer Bewegung der Hauptskala relativ zu der Indexskala. Eine Schlitzgruppe, die von der Verschmutzungsregion blockiert ist, wird kein Licht empfangen und demnach ein Verschiebungssignal erzeugen, welches in der Offsetkomponente oder der Amplitude verringert bzw. abgeschwächt ist. Nach diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch vier Schlitzgruppen im Wesentlichen gleichmäßig durch die Verschmutzung beeinflusst bzw. beeinträchtigt, anders als in dem herkömmlichen oben beschriebenen optischen System, bei dem nur eine Schlitzgruppe von der Verschmutzung beeinträchtigt ist.For example, in an optical encoder using the slit groups arranged as described above, soiling on the main scale 3 (please refer 7A ), a projected fouling region shifts as indicated by arrows in FIG 2A displayed, according to a movement of the main scale relative to the index scale. A slot group blocked by the fouling region will not receive light and thus generate a shift signal which is reduced or attenuated in the offset component or the amplitude. However, according to this embodiment, four slit groups are substantially uniformly affected by the contamination unlike the conventional optical system described above in which only one slit group is affected by the scumming.

Da die vier Arten von Schlitzgruppen nahe aneinander, wie oben beschrieben, angeordnet sind (zum Beispiel als eine Matrix), kann weiterhin sichergestellt werden, dass eine beliebige Region auf der Indexskala regelmäßig beziehungsweise grundsätzlich vier (a, b, a/ und b/) Arten von Schlitzgruppen beinhalten kann. Anders gesagt, unabhängig von der Position der Verschmutzung wird die Auswirkung, die dieser Effekt auf jede der vier Arten von Schlitzgruppen haben wird, im Wesentlichen derselbe sein.Since the four types of slot groups are arranged close to each other as described above (for example, as a matrix), it can further be ensured that any region on the index scale regularly or basically four (a, b, a / and b /) May include types of slot groups. In other words, regardless of the location of the contamination, the effect this effect will have on each of the four types of slot groups will be essentially the same.

In den Gleichungen, welche die vier Arten von Verschiebungssignalen ausdrücken (das heißt Sa = K + M·sinX, Sb = K + M·cosX, Sa/ = K – M·sinX und Sb/ = K – M·cosX), kann genauer gesagt die Offsetkomponente K als ein Ergebnis einer Subtraktion zwischen Sa und Sa/ und als Ergebnis einer Subtraktion zwischen Sb und Sb/ ausgelöscht werden, wenn sich die Offsetkomponente K in den entsprechenden Signalen mit derselben Rate vergrößert oder verkleinert. Des Weiteren hat die Amplitude M keine Auswirkungen auf das Rechenergebnis, wenn sich die Amplitude M mit derselben Rate in den entsprechenden Signalen vergrößert oder verkleinert, da die endgültige Position, basierend auf dem Verhältnis 2M·sinX/2M·cosX ausgerechnet wird. In der Praxis können sich die entsprechenden Signale unabhängig von einander verändern. Verglichen mit der oben beschriebenen herkömmlichen Technik kann jedoch dieses Ausführungsbeispiel größtenteils Interpolationsfehler verringern.In the equations expressing the four kinds of shift signals (that is, Sa = K + M × sinX, Sb = K + M × cosX, Sa / = K-M × sinX and Sb / = K-M × cosX) more specifically, the offset component K is canceled as a result of a subtraction between Sa and Sa / and as a result of a subtraction between Sb and Sb / when the offset component K in the corresponding signals increases or decreases at the same rate. Furthermore, the amplitude M has no effect on the calculation result when the amplitude M is increased or decreased at the same rate in the corresponding signals, since the final position is calculated based on the ratio 2M · sinX / 2M · cosX. In practice, the corresponding signals can change independently of each other. However, compared with the conventional technique described above, this embodiment can largely reduce interpolation errors.

Wenn des Weiteren eine Fuge auf der Hauptskala 3 vorhanden ist, wie in 7B gezeigt, bewegt sich eine projezierte Fugenregion wie durch Pfeile in 2B angezeigt, in Übereinstimmung mit einer Bewegung der Hauptskala 3 relativ zu der Indexskala 4. Die Schlitzgruppe kann, wenn sie von der Fugenregion blockiert wird, das Licht nicht empfangen und erzeugt dementsprechend ein Verschiebungssignal, welches in der Offsetkomponente oder der Amplitude verringert beziehungsweise abgeschwächt ist. Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel, beinhaltet jedoch jede Spalte vier Arten von Schlitzgruppen, die vier Arten von Verschiebungssignalen entsprechen, wohingegen nach der oben beschriebenen herkömmlichen Technik nur eine Schlitzgruppe durch die Fuge beeinflusst beziehungsweise beeinträchtigt wird. Nach diesem Ausführungsbeispiel werden die vier Arten von Schlitzgruppen gleichmäßig durch die Fuge beeinträchtigt. So kann diese Ausführungsform in großem Maße Interpolationsfehler verringern.If further, a gap on the main scale 3 is present as in 7B As shown by arrows, a projected joint region moves as shown by arrows 2 B displayed, in accordance with a movement of the main scale 3 relative to the index scale 4 , The slot group, when blocked by the joint region, can not receive the light and accordingly generates a shift signal that is reduced or attenuated in the offset component or the amplitude. However, according to this embodiment, each column includes four types of slot groups corresponding to four kinds of shift signals, whereas according to the above-described conventional technique, only one slot group is affected by the joint. According to this embodiment, the four kinds of slit groups are uniformly affected by the joint. Thus, this embodiment can greatly reduce interpolation errors.

Die Indexskala, die von diesem Ausführungsbeispiel beschrieben wird, beinhaltet eine Gesamtanzahl von 16 Schlitzgruppen, welche in einem Matrixmuster von 4 Zeilen × 4 Spalten angeordnet sind. Jedoch kann jede Indexskala, welche die oben beschriebenen drei Bedingungen erfüllt, verwendet werden. Zum Beispiel kann die Indexskala dieses Ausführungsbeispiels eine Gesamtanzahl von 64 Schlitzgruppen aufweisen, welche in einem Matrixmuster von 8 Zeilen × 8 Spalten angeordnet sind, oder kann weitere Schlitzgruppen aufweisen. Das Ausbilden von so vielen Schlitzgruppen wie möglich ist vorteilhaft in Bezug auf die Verbesserung des Effektes der Auslöschung oder des Ausgleichens der nachteiligen Auswirkung einer Verschmutzung auf die vier Arten von Schlitzregionen, da jede Verschmutzung eine einzigartige Form und Größe aufweist.The index scale described by this embodiment includes a total of 16 slot groups arranged in a matrix pattern of 4 rows x 4 columns. However, any index scale that satisfies the three conditions described above can be used. For example, the index scale of this embodiment may have a total of 64 slot groups arranged in a matrix pattern of 8 rows × 8 columns, or may have other slot groups. The formation of as many slot groups as possible is advantageous in terms of improving the effect of canceling out or compensating the adverse effect of contamination on the four types of slot regions, since each contamination has a unique shape and size.

Obwohl des Weiteren die Beschreibung dieser Ausführungsform, wie oben beschrieben, auf einem optischen System des Übertragungstyps bzw. Durchlasstyps basiert, das eine Lichtquelle beinhaltet, die einen Strahl aussendet, der durch die Schlitze einer Hauptskala dringen kann und ein Lichtempfangselement erreicht, ist entsprechend diesem Ausführungsbeispiel jeder nicht durchlässige beziehungsweise nicht übertragende Bereich der Hauptskala ein metallischer Film, der eine höhere Reflektivität aufweist. Das Muster eines abwechselnden durchlässigen Bereiches und eines nicht-durchlässigen Bereiches kann somit durch ein gleiches Muster ersetzt werden, in dem nichtreflektierende Bereiche und reflektierende Bereiche wechseln. Dementsprechend kann dieses Ausführungsbeispiel auf ein optisches System des Reflektionstyps angewendet werden, das ein Lichtempfangselement aufweist, welches auf derselben Seite wie eine Lichtquelle bezüglich der Hauptskala angeordnet ist. Ein optisches System des Reflektionstyps kann ebenso in Verbindung mit jedem der folgenden Ausführungsbeispiele angewendet werden.Further, although the description of this embodiment as described above is based on a transmission type optical system including a light source emitting a beam that can pass through the slits of a main scale and reaches a light receiving element, according to this embodiment each non-transmissive region of the main scale is a metallic film having a higher reflectivity. The pattern of an alternating transmissive region and a non-transmissive region can thus be replaced by a similar pattern in which non-reflective regions and reflective regions alternate. Accordingly, this embodiment can be applied to a reflection type optical system having a light receiving element disposed on the same side as a light source with respect to the main scale. A reflection-type optical system may also be used in conjunction with each of the following embodiments.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

3 zeigt ein optisches System nach einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird keine Indexskala verwendet. Stattdessen sind Schlitze direkt auf dem Lichtempfangselement 105 vorgesehen. 3 shows an optical system according to a second embodiment of the invention. In the second embodiment, no index scale is used. Instead, slots are directly on the light receiving element 105 intended.

Genauer gesagt hat das Lichtempfangselement 105 eine Vielzahl von Lichtempfangsoberflächen, wie in 1B gezeigt. Zuerst wird ein transparenter isolierender Film auf dem Lichtempfangselement 105 ausgebildet. Anschließend wird ein metallischer Film auf dem transparenten isolierenden Film durch Verdampfung oder Zerstäubung beziehungsweise Bedampfung ausgebildet. Anschließend wird der metallische Film teilweise durch Ätzen entfernt, um Schlitzgruppen ähnlich denen aus 1A auszubilden.More specifically, the light receiving element has 105 a variety of light receiving surfaces, as in 1B shown. First, a transparent insulating film is formed on the light receiving element 105 educated. Subsequently, a metallic film is formed on the transparent insulating film by evaporation or sputtering. Subsequently, the metallic film is partially removed by etching to form slit groups similar to those 1A train.

Da die Indexskala und das Lichtempfangselement einstückig ausgebildet sind, kann die Anordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein kompakteres optisches System bieten, verglichen zu dem des ersten Ausführungsbeispiel. Des Weiteren benötigt das System nach dem zweiten Ausführungsbeispiel keine vorbereitenden Arbeiten zur Ausrichtung der Indexskala in Bezug auf das Lichtempfangselement. Derartige Ausrichtungsarbeiten werden in dem ersten Ausführungsbeispiel benötigt, da das Licht, welches durch die Schlitzgruppen auf der Indexskala auftritt, genau eine korrespondierende Lichtempfangsoberfläche des Lichtempfangselementes erreichen muss. Diesbezüglich kann das System nach dem zweiten Ausführungsbeispiel leichter eine hochgenaue Positionierung der Lichtempfangsoberflächen und der Schlitzgruppen realisieren, da die Positionierung bei dem zweiten Ausführungsbeispiel als ein Halbleiterprozess beziehungsweise -herstellungsprozess ausgeführt werden kann.Since the index scale and the light receiving element are formed integrally, the arrangement according to the second embodiment can provide a more compact optical system compared to that of the first embodiment. Furthermore, the system according to the second embodiment does not require preparatory work for aligning the index scale with respect to the light receiving element. Such alignment work is required in the first embodiment because the light which appears through the slit groups on the index scale must reach exactly one corresponding light-receiving surface of the light-receiving element. In this regard, the system according to the second embodiment can more easily realize high-precision positioning of the light-receiving surfaces and the slit groups, since the positioning in the second embodiment can be performed as a semiconductor process.

Genauer gesagt, wird jede Schlitzgruppe einen kleineren Bereich haben, wenn die Gesamtanzahl der Schlitzgruppen vergrößert wird, um die oben beschriebene ausgleichende Wirkung zu steigern. In einem derartigen Fall können mit dem zweiten Ausführungsbeispiel die Schlitzgruppen genauer in Bezug auf die Lichtempfangsoberflächen ausgerichtet werden. Dementsprechend kann das zweite Ausführungsbeispiel bevorzugt sein, wenn die Gesamtanzahl an Schlitzgruppen groß ist.More specifically, each slot group will have a smaller area as the total number of slot groups is increased to enhance the balancing effect described above. In such a case, with the second Embodiment, the slot groups are aligned more precisely with respect to the light receiving surfaces. Accordingly, the second embodiment may be preferable if the total number of slot groups is large.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel stellt die Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden der Lichtempfangsoberflächen, welche eine Schlitzanordnung auf dem Lichtempfangselement haben, bereit. Bei dem Herstellungsprozess des Lichtempfangselementes kann jede Lichtempfangsoberfläche, welche eine Lichtempfangsempfindlichkeit hat, in einer Schlitzanordnung ähnlich zu der in 1A gezeigten, ausgebildet werden. Dann kann die gesamte Lichtempfangsoberfläche, die eine Schlitzanordnung aufweist, zum Beispiel eine Lichtempfangsoberfläche, die Ga1 entspricht, mit einem leitenden Muster verbunden werden. Mit dieser Anordnung können Signale gleich denen des zweiten Ausführungsbeispieles erhalten werden. Das dritte Ausführungsbeispiel ist relativ einfach verglichen mit dem zweiten Ausführungsbeispiel, da beides, der Ausbildungsprozess des metallischen Films und der Ätzprozess des metallischen Films weggelassen werden können.According to a third embodiment, the invention provides a method of forming the light receiving surfaces having a slot arrangement on the light receiving element. In the manufacturing process of the light receiving element, each light receiving surface having a light receiving sensitivity can be arranged in a slot arrangement similar to that in FIG 1A shown, trained. Then, the entire light-receiving surface having a slit array, for example, may be connected to a light-receiving surface corresponding to Ga1 with a conductive pattern. With this arrangement, signals similar to those of the second embodiment can be obtained. The third embodiment is relatively simple as compared with the second embodiment because both the formation process of the metallic film and the etching process of the metallic film can be omitted.

Ausführungsbeispiel 4Embodiment 4

Als Nächstes wird die oben beschriebene Indexskala oder die Schlitzgruppen, welche auf dem Lichtempfangselement ausgebildet sind, genauer beschrieben. Als dabei vereinfachstes Beispiel, wie in 4A gezeigt, beinhaltet eine Schlitzgruppe eine Vielzahl von Schlitzen. Die Periode P der Vielzahl von Schlitzen ist im Wesentlichen gleich der Periode der Schlitze, welche auf der Hauptskala angeordnet sind. Durch Definieren der Positionsbeziehung zwischen den Schlitzen auf der Hauptskala und den Schlitzen der Schlitzgruppen, kann auf diese Art, durch Änderung der positionalen Beziehung zwischen den gegenüberliegenden Schlitzen die Menge des übertragenen Lichts geändert werden. In Bezug auf eine relative Verschiebung der Hauptskala kann ein Verschiebungssignal, welches im Wesentlichen eine Sinusform aufweist, erzeugt werden, wie in der Beschreibung der herkömmlichen Technik beschrieben ist.Next, the above-described index scale or slit groups formed on the light-receiving element will be described in more detail. As the simplest example, as in 4A As shown, a slot group includes a plurality of slots. The period P of the plurality of slots is substantially equal to the period of the slots arranged on the main scale. By defining the positional relationship between the slits on the main scale and the slots of the slit groups, in this way, by changing the positional relationship between the opposing slits, the amount of transmitted light can be changed. With respect to a relative shift of the main scale, a shift signal having a substantially sine shape may be generated as described in the description of the conventional art.

Jedoch weist das aktuelle Verschiebungssignal höhere harmonische Komponenten auf, deren Perioden gleich 1 / 2 oder 1 / 3 der Signalperiode sind. Im Allgemeinen kann ein Verschiebungssignal, welches höhere harmonische Komponenten aufweist, größere Interpolationsfehler erzeugen. Des Weiteren tendieren höhere harmonische Komponenten dazu, abhängig von dem Abstand oder der Lücke zwischen der Hauptskala und der Indexskala oder abhängig von Herstellungsfehlern der Schlitze zu variieren. Des wegen können höhere harmonische Komponenten nicht durch einfaches Korrigieren derselben durch Interpolationsberechnungen entfernt werden.However, the actual displacement signal has higher harmonic components whose periods are equal 1/2 or 1/3 of the signal period. In general, a shift signal having higher harmonic components can produce larger interpolation errors. Furthermore, higher harmonic components tend to vary depending on the spacing or gap between the main scale and the index scale or depending on manufacturing errors of the slots. Because of this, higher harmonic components can not be removed by simply correcting them by interpolation calculations.

Das vierte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel schlägt ein effektives Layout einer Vielzahl von Schlitzen in einer Schlitzgruppe vor, das höhere Harmonische entfernen kann. 4B zeigt ein Beispiel eines Schlitz-Layouts, das sowohl höhere Harmonische 3. Ordnung wie auch höhere Harmonische 5. Ordnung entfernen kann. Entsprechend dem in 4B gezeigten Beispiel, ist die Lücke zwischen den zwei Schlitzen SL1 und SL2 um die Größe P/6 kleiner als die Schlitzperiode P der Hauptskala (das heißt die Lücke zwischen SL1 und SL2 ist P – P/6). Gleichermaßen ist ein Abstand zwischen zwei Schlitzen SL3 und SL4, ein Abstand zwischen SL5 und SL6 und ein Abstand zwischen SL7 und SL8 gleich P – P/6. Mit dieser abgeänderten Anordnung können die höheren Harmonischen der 3. Ordnung, die eine Periode P/3 haben, sich gegenseitig auslöschen beziehungsweise ausgelöscht werden.The fourth embodiment of the invention proposes an effective layout of a plurality of slots in a slot group that can remove higher harmonics. 4B shows an example of a slot layout that can remove both 3rd order higher harmonic and higher 5th order harmonics. According to the in 4B As shown, the gap between the two slots SL1 and SL2 is smaller by the size P / 6 than the slot period P of the main scale (that is, the gap between SL1 and SL2 is P - P / 6). Similarly, a distance between two slots SL3 and SL4, a distance between SL5 and SL6, and a distance between SL7 and SL8 is P - P / 6. With this modified arrangement, the higher order harmonics having a period P / 3 can cancel each other out.

Des Weiteren ist ein Abstand zwischen zwei Schlitzen SL1 und SL3 um P/10 kleiner als zweimal die Schlitzperiode P der Hauptskala (das heißt der Abstand zwischen SL1 und SL3 ist 2P – P/10). Ähnlich ist ein Abstand zwischen zwei Schlitzen SL2 und SL4, ein Abstand zwischen SL5 und SL7 und ein Abstand zwischen SL6 und SL8 gleich 2P – P/10. Mit dieser abgeänderten Anordnung können die höheren Harmonischen der 5. Ordnung, die eine Periode von P/5 haben, gegenseitig ausgelöscht werden.Further, a pitch between two slots SL1 and SL3 is smaller by P / 10 than twice the slot period P of the main scale (that is, the distance between SL1 and SL3 is 2P-P / 10). Similarly, a distance between two slots SL2 and SL4, a distance between SL5 and SL7, and a distance between SL6 and SL8 is 2P-P / 10. With this modified arrangement, the 5th order higher harmonic having a period of P / 5 can be canceled each other out.

Auf diese Weise kann das Verfahren des vierten Ausführungsbeispiels die höheren Harmonischen der 3. und die höheren Harmonischen der 5. Ordnung von den entsprechenden Verschiebungssignalen entfernen und genaue Sinussignale, welche nicht gestört bzw. verzerrt sind, erhalten. Durch Verwendung einer ähnlichen Methode können Harmonische der 7. Ordnung und höherer Ordnung ebenso ausgelöscht werden. Des Weiteren können höhere harmonische Komponenten der 2. Ordnung und anderer gerader Ordnungen durch eine Subtraktion von zwei Verschiebungssignalen entfernt werden, die eine Phasendifferenz von 180 Grad aufweisen, zum Beispiel Sa und Sa/ oder Sb und Sb/, wie oben bei dem Interpolations- und Divisionsverfahren beschrieben. Wird das Schlitz-Layout des vierten Ausführungsbeispiels auf entsprechende Schlitzgruppen angewendet, können Interpolationsfehler reduziert werden und eine hohe Genauigkeit der Positionsdetektion realisiert werden.In this way, the method of the fourth embodiment can remove the 3rd order higher harmonics and the 5th order higher harmonics from the corresponding shift signals and obtain accurate sine signals which are not distorted. By using a similar method, harmonics of the 7th order and higher order can also be canceled out. Furthermore, higher order harmonic components and other even orders can be removed by subtracting two displacement signals having a phase difference of 180 degrees, for example, Sa and Sa / or Sb and Sb /, as in the above interpolation and Division method described. When the slot layout of the fourth embodiment is applied to corresponding slot groups, interpolation errors can be reduced and high accuracy of position detection can be realized.

Die Erfindung kann ebenso auf einen Rotationsencoder angewendet werden, der eine kreisförmige Hauptskala zur Detektion eines Rotationswinkels aufweist. Des Weiteren ist die Erfindung nicht auf Encoder des Transmissionstyps bzw. Durchlasstyps beschränkt, dessen optisches System in den oben angeführten Ausführungsbeispielen beschrieben ist, sondern kann entsprechend auch auf einen Encoder des Reflektionstyps angewendet werden, der eine Hauptskala des Reflektionstyps aufweist.The invention may also be applied to a rotary encoder having a circular main scale for detecting a rotation angle. Further, the present invention is not limited to transmission-type encoders whose optical system is described in the above-mentioned embodiments, but can be similarly applied to a reflection-type encoder having a main scale of the reflection type.

Wie oben beschrieben, können, ohne Vergrößerung der Anzahl der wesentlichen Bestandteile oder Komponenten, nachteilige Wirkungen einer Verschmutzung oder einer Fuge auf der Hauptskala zwischen den verschiedenen Verschiebungssignalen aufgelöst oder ausgeglichen werden, und Interpolationsfehler können größtenteils reduziert werden. Des Weiteren schlägt die Erfindung vor, die Gesamtanzahl der Schlitzgruppen, die auf einer Indexskala angeordnet sind, zu vergrößern und die Schlitzgruppen entsprechend den oben beschriebenen Regeln anzuordnen, was Interpolationsfehler, die aus einer Verschmutzung oder einer Fuge auf der Hauptskala resultieren, äußerst deutlich reduzieren kann.As described above, without increasing the number of constituents or components, adverse effects of staining or fuging on the main scale between the various displacement signals can be resolved or compensated for, and interpolation errors can largely be reduced. Furthermore, the invention proposes to increase the total number of slot groups arranged on an index scale and to arrange the slot groups according to the rules described above, which can extremely reduce interpolation errors resulting from fouling or fouling on the main scale ,

Während die Erfindung in Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist verständlich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist. Der Schutzbereich der folgenden Ansprüche soll breit ausgelegt werden, so dass alle Modifikationen, äquivalente Ausführungen und Funktionen eingeschlossen sind.While the invention has been described in terms of exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the described exemplary embodiments. The scope of the following claims should be construed broadly to encompass all modifications, equivalent implementations, and functions.

Claims

Optical encoder with a light source, a main scale, which has a first grid, a second grid having 4N (N is an integer greater than or equal to 2) slot groups arranged in a matrix pattern, each slot group having a plurality of slots, and a light receiving element configured to generate four kinds of periodic displacement signals having mutually different phases for detecting a relative displacement of the main scale, the second lattice having four kinds of slit groups corresponding to four kinds of displacement signals and each kind the same Number of slot groups; each column of the second grid having the four types of slot groups corresponding to the four types of shift signals; and wherein any combination of four slot groups arranged in a matrix pattern consisting of 2 rows × 2 columns has each of four kinds of slot groups corresponding to the four kinds of shift signals.

An optical encoder according to claim 1, characterized in that the second grating is a transmission type grating comprising a non-transparent film formed on a transparent support, the non-transparent film having an area removed.

An optical encoder according to claim 1, characterized in that the second grating is a transmission type grating having a non-transparent film on the light receiving element and partially removed.

An optical encoder according to any one of claims 1 to 3, characterized in that each slot group has a plurality of slots arranged in a predetermined pattern for canceling at least one higher order odd-order harmonic included in the shift signals.

Optical encoder with a light source, a main scale, which has a first grid, a light-receiving element having 4N (N is an integer greater than or equal to 2) light-receiving region groups arranged in a matrix pattern, each light-receiving region group having a plurality of light-receiving regions formed so that light-receiving surfaces having a light-receiving sensitivity are formed in a slit array and a conductive pattern for connecting the slit-shaped light-receiving regions, and the light-receiving element is arranged to generate four kinds of periodical displacement signals having mutually different phases to detect relative displacement of the main scale, the light-receiving element having four kinds of light-receiving region groups corresponding to the four types of shift signals and each type having the same number of light receiving region groups; each column of the light receiving element having the four kinds of light receiving region groups corresponding to the four kinds of displacement signals; and wherein any combination of four light receiving region groups arranged in a matrix pattern consisting of 2 rows x 2 columns has each of the four kinds of light receiving region groups corresponding to the four kinds of shift signals.

An optical encoder according to claim 5, characterized in that each of the light receiving region groups has a plurality of light receiving regions arranged in a predetermined pattern by at least a higher one Harmonic odd order, which is included in the shift signals, extinguish.