DE4447617C2 - Moving body displacement measuring appts. - Google Patents

Moving body displacement measuring appts.

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Abstract

The apparatus has a light source (11) which produces a coherent, parallel beam with a known wavelength lambda and dia. D and a fixed and a movable diffraction plate (13,14) with grids of equal grid interval p and main diffraction components of order +/- 1. The diffraction plates are arranged in an optical path of the parallel beam so that the beam is diffracted first at the grid in the fixed plate and then at the gird in the movable plate. An optical detector (16) detects a light quantity produced by interference of the diffraction components produced by the successive diffractions. A displacement of the movable plate is detected from the detected light quantity.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer Referenz­ position bei der Messung der Position eines bewegbaren Körpers zu einem vorgegebenen Objekt.The present invention relates to a device for acquiring a reference position when measuring the position of a movable body to a given object.

Fig. 1 zeigt eine bekannte, optische Kodiereinrichtung zum Messen einer Position oder eines Winkels, wobei das Bezugszeichen 301 eine Lichtquelle bezeichnet, das Bezugszeichen 302 einen Drehteller, der eine A/B-Phasen-Signalregion besitzt, in der gleichmäßig beabstandete Schlitze oder ein Gitter 306 am Umfang angeordnet sind, und eine Z-Phasen-Signalregion enthält, bei der nur ein Schlitz 307 am Umfang angeordnet ist. Das Bezugszeichen 303 bezeichnet eine feste Platte mit einer A/B-Phasen-Signalregion, bei der Schlitze oder ein Gitter 308 mit dem selben Abstand wie auf dem Drehteller angeordnet ist bzw. sind, und einer Z-Phasen- Signalregion, wobei lediglich ein Schlitz 309 am Umfang vorgesehen ist. Das Bezugszeichen 304 bezeichnet einen Fotosensor zum Erfassen von Licht, welches durch den Drehteller 302 und die feste Platte 303 hindurchtritt. Beim Erfassen von Licht, das durch die A/B-Phasen-Signalregion des Drehtellers und der festen Platte hindurchtritt, wird ein Signal (A/B-Phasensignal) in Übereinstimmung mit einem Winkel des Drehtellers erfaßt, während beim Erfassen von Licht, das durch die Z- Phasen-Signalregionen hindurchtritt, ein Signal (Z-Phasensignal) erfaßt wird, welches einen Ursprung des Drehtellers anzeigt. Fig. 1 shows a known optical encoder for measuring a position or an angle, wherein reference numeral 301 denotes a light source, reference numeral 302 a turntable, which has an A / B phase signal region, in the evenly spaced slots or a grid 306 are circumferentially arranged and includes a Z-phase signal region in which only one slot 307 is circumferentially arranged. Reference numeral 303 denotes a fixed disk with an A / B phase signal region in which slots or a grid 308 are arranged at the same pitch as on the turntable and a Z phase signal region with only one slot 309 is provided on the circumference. Reference numeral 304 denotes a photo sensor for detecting light which passes through the turntable 302 and the fixed plate 303 . When detecting light that passes through the A / B phase signal region of the turntable and the fixed plate, a signal (A / B phase signal) is detected in accordance with an angle of the turntable, while when detecting light that passes through passes through the Z-phase signal regions, a signal (Z-phase signal) is detected which indicates an origin of the turntable.

Es ist jedoch beim zuvor genannten, bekannten Verfahren ein Problem, daß der Grad der Modulation des A/B-Phasensignals gestört ist. Dieses Problem wird nachfolgend erklärt. Fig. 2 zeigt eine Basisstruktur einer bekannten, optischen Kodiereinrichtung, welche zum Messen einer Position oder eines Winkels von einem bewegten Körper benutzt wird (japanische Patent-Offenlegungsschrift 257419/1991). In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 11 eine Lichtquelle, die eine Laserdiode oder eine lichtemittierende Diode relativ hoher Kohärenz enthält; das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Kollimatorlinse zum parallelen Ausrichten von Licht, das von der Lichtquelle 11 emittiert wurde, das Bezugszeichen 13 eine feste Beugungsplatte, die ein Gitter mit einer Sektion mit rechteck-wellenähnlicher Gestalt besitzt und senkrecht zu einer optischen Achse des parallel ausgerichteten Lichtes bzw. kollimierten Lichtes angeordnet ist, welches von der Linse 12 emittiert wird, das Bezugszeichen 14 eine bewegliche Beugungsplatte mit einer Sektion von rechteck-wellenförmiger Gestalt, die senkrecht zu der optischen Achse angeordnet ist, wobei die bewegbare Beugungsplatte in der Lage ist, sich senkrecht zu bewegen (in der Zeichnung auf- und abwärts). Die Gitter der festen und drehbaren Beugungsplatten besitzen die selbe Periode.However, there is a problem with the aforementioned known method that the degree of modulation of the A / B phase signal is disturbed. This problem is explained below. Fig. 2 shows a basic structure of a known optical encoder used for measuring a position or an angle of a moving body (Japanese Patent Laid-Open No. 257419/1991). In Fig. 2, reference numeral 11 denotes a light source containing a laser diode or a light emitting diode of relatively high coherence; the reference numeral 12 denotes a collimator lens for parallel alignment of light emitted by the light source 11 , the reference numeral 13 a fixed diffraction plate which has a grating with a section with a rectangular wave-like shape and perpendicular to an optical axis of the parallel aligned light or collimated light which is emitted from the lens 12 , reference numeral 14 is a movable diffraction plate having a section of a rectangular wave shape which is arranged perpendicular to the optical axis, the movable diffraction plate being capable of being perpendicular to move (up and down in the drawing). The gratings of the fixed and rotating diffraction plates have the same period.

Darüber hinaus hat eine Schrittdifferenz "d" bezüglich der Höhe zwischen Oberkanten und Unterkanten der festen und bewegbaren Beugungsplatten 13, 14 die folgende Beziehung zur Wellenlänge λ der Lichtquelle 11:

|n - n0| × d = (λ/2) × (1 + 2 m) (Gleichung 1),
In addition, a step difference "d" with respect to the height between the upper and lower edges of the fixed and movable diffraction plates 13 , 14 has the following relationship to the wavelength λ of the light source 11 :

| n - n 0 | × d = (λ / 2) × (1 + 2 m) (equation 1),

wobei m = 0, ±1, ±2, . . ., n einen Brechungsindex des Materials der festen und drehbaren Beugungsplatten 13, 14 bezeichnen und n0 einen Brechungsindex eines Mediums zwischen den Platten 13 und 14 bezeichnet. Weiterhin bezeichnet in Fig. 2 das Bezugszeichen 105 eine Kondensorlinse zum Konzentrieren von Licht, das durch die bewegbare Beugungsplatte 14 hindurchtritt, während das Bezugszeichen 105 einen Fotosensor bezeichnet, der ein gebeugtes Bild, welches von der Linse 105 konzentriert wurde, in ein elektrisches Signal umwandelt. Die bewegbare Beugungsplatte 14 ist beispielsweise an einer sich drehenden Rotationseinrichtung befestigt, während die feste Beugungsplatte 13 stationär befestigt ist. Eine Rotationsgröße oder ähnliches der Rotationseinrichtung kann durch Herbeiführung eines Versatzes der bewegbaren Beugungsplatte 14 gegen die feste Beugungsplatte 13 aus einem Ausgangssignal des Fotosensors 16 erzielt werden.where m = 0, ± 1, ± 2,. , ., A refractive index n of the material of the fixed and rotatable diffraction plates 13, 14 denote 0 and n is a refractive index of a medium between the plates 13 and 14, respectively. Furthermore, in Fig. 2, reference numeral 105 denotes a condenser lens for concentrating light which passes through the movable diffraction plate 14 , while reference numeral 105 denotes a photosensor which converts a diffracted image which has been concentrated by the lens 105 into an electrical signal . The movable diffraction plate 14 is, for example, attached to a rotating rotation device, while the fixed diffraction plate 13 is attached in a stationary manner. A rotation amount or the like of the rotation device can be obtained by causing the movable diffraction plate 14 to be offset from the fixed diffraction plate 13 from an output signal of the photosensor 16 .

Nachfolgend wird eine Arbeitsweise der bekannten, optischen Kodiereinrichtung beschrieben, welche die zuvor beschriebene Struktur besitzt. Zunächst wird von einer optischen Quelle 11 ausgesandtes Licht durch eine Kollimatorlinse 12 parallel ausgerichtet bzw. kollimiert. Dann tritt das Licht im wesentlichen senkrecht auf die feste Beugungsplatte. Die Differenz "d" bezüglich der Höhe zwischen Ober- und Unterkante der festen Beugungsplatte 13 wird so gestaltet, daß sich die Beziehung gemäß Gleichung 1, wie zuvor beschrieben, ergibt. Für diesen Fall ist bekannt, daß die Komponenten des gebeugten Lichtes der Ordnung mit geraden Nummern - einschließlich 0 - zu 0 werden und daß ein Maximum an Energie an gebeugtem Licht bei Ordnungen ±1 (ungefähr jeweils 40%) konzentriert ist. Deshalb wird das in die feste Beugungsplatte 13 eintretende Licht von der Platte 13 gebeugt und tritt als gebeugtes Licht 110 der Ordnung +1 und als gebeugtes Licht 111 der Ordnung -1 aus. Dieses gebeugte Licht 110, 111 tritt in die beweg­ bare Beugungsplatte 14 ein und tritt als gebeugtes Licht aus. Analog zu dem von der festen Beugungsplatte 13 gebeugten Licht hat das gebeugte Licht der bewegbaren Beugungsplatte 14 0-Komponenten von gebeugtem Licht der Ordnungen mit geraden Nummern einschließlich 0, und ein Maximum an Energie ist auf gebrochenes Licht der Ordnungen ±1 (ungefähr jeweils 40%) konzentriert.An operation of the known optical coding device which has the structure described above is described below. First, light emitted by an optical source 11 is aligned or collimated in parallel by a collimator lens 12 . Then the light strikes the solid diffraction plate substantially perpendicularly. The difference "d" in height between the upper and lower edges of the fixed diffraction plate 13 is designed to give the relationship in accordance with Equation 1 as described above. In this case, it is known that the components of the order even numbered diffracted light - including 0 - become 0 and that a maximum of diffracted light energy is concentrated at orders ± 1 (approximately 40% each). Therefore, the light entering the fixed diffraction plate 13 is bent from the plate 13 and enters as diffracted light 110 and the +1 order light as diffracted from 111 -1 order. This diffracted light 110 , 111 enters the movable diffraction plate 14 and exits as diffracted light. Analogous to the light diffracted by the fixed diffraction plate 13 , the diffracted light of the movable diffraction plate 14 has 0-components of diffracted light of the orders with even numbers including 0, and a maximum of energy is on refracted light of the orders ± 1 (approximately 40% each ) concentrated.

Gebrochenes Licht, welches von der bewegbaren Beugungsplatte 14 austritt, wird ausgedrückt als (n, m), wobei n eine Beugungsordnung der festen Beugungsplatte 13 und m eine Beugungsordnung der bewegbaren Beugungsplatte 14 bezeichnet. Anschließend tritt gebeugtes Licht durch die bewegbare Beugungsplatte 14 parallel zur optischen Achse einschließlich gebeugtem Licht 121 mit (+1, -1), gebeugtem Licht 122 mit (-1, +1), gebeugtem Licht mit (-3, +3), gebeugtem Licht mit (+3, -3) usw. hindurch. Gebeugtes Licht der Ordnungen 3 oder mehr ist in Fig. 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet. Wenn die bewegbare Beugungsplatte 14 mit konstanter Geschwindigkeit senkrecht zu der optischen Achse bewegt wird, verändert sich die Phase des gebeugten Lichtes mit Ordnungen von mehr als 3 relativ zu dem der Ordnung 0. Es ist bekannt, daß eine optische Intensität eines Lichtes durch Interferenz von gebeugtem Licht (+k, -k) mit dem von (-k, +k) mit einer Sinuswelle einer Frequenz von k/p erzielt werden kann (oder einer Frequenz, die ein k-faches der Basisfrequenz 1/k beträgt), wobei p einen Gitterabstand eines Gitters bezeichnet, welches in der bewegbaren Beu­ gungsplatte 14 angeordnet ist. Deshalb interferiert das gebeugte Licht mit (+1, -1) und (-1, +1) miteinander, welches einen wesentlichen Teil der Lichtmenge ausmacht, und ein Ausgangssignal in Form einer Sinuswelle wird erzielt, die eine Frequenz besitzt, die dem zweifachen der Basisfrequenz der festen und beweg­ baren Beugungsplatten 13 und 14 entspricht. Deshalb ermöglichen es im Stand der Technik bekannte Verfahren, eine Position durch die Benutzung der Komponen­ ten der doppelten Frequenz präzise zu erfassen.Refracted light emerging from the movable diffraction plate 14 is expressed as (n, m), where n denotes a diffraction order of the fixed diffraction plate 13 and m denotes a diffraction order of the movable diffraction plate 14 . Then diffracted light passes through the movable diffraction plate 14 parallel to the optical axis including diffracted light 121 with (+1, -1), diffracted light 122 with (-1, +1), diffracted light with (-3, +3), diffracted Light with (+3, -3) etc. through. Diffracted light of orders 3 or more is not shown in FIG. 2 for reasons of clarity. When the movable diffraction plate 14 is moved at a constant speed perpendicular to the optical axis, the phase of the diffracted light changes with orders of more than 3 relative to that of the order 0. It is known that an optical intensity of a light by interference from diffracted Light (+ k, -k) with which (-k, + k) can be obtained with a sine wave of a frequency of k / p (or a frequency that is k times the base frequency 1 / k), where p denotes a grid spacing of a grid which is arranged in the movable diffraction plate 14 . Therefore, the diffracted light interferes with (+1, -1) and (-1, +1), which makes up a substantial part of the amount of light, and an output signal in the form of a sine wave is obtained which has a frequency twice that Base frequency of the fixed and movable diffraction plates 13 and 14 corresponds. Therefore, methods known in the prior art make it possible to precisely detect a position by using the components of twice the frequency.

Im Stand der Technik gibt es jedoch ein Problem, das darin besteht, daß der Modulationsgrad gestört ist. Das gebrochene Licht von (+1, -1) und (-1, +1) wird von der Kondensorlinse 105 konzentriert, um das Licht, wie zuvor beschrieben, effizient zu nutzen. Dann wird eine minimale, optische Intensität, welche von dem Fotosensor 16 erfaßt wird, nicht 0, oder der Modulationsgrad ist gestört. However, there is a problem in the prior art that the degree of modulation is disturbed. The refracted light from (+1, -1) and (-1, +1) is concentrated by the condenser lens 105 to use the light efficiently as described above. Then a minimum optical intensity, which is detected by the photosensor 16 , does not become 0, or the degree of modulation is disturbed.

Dies wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 erklärt, in der λ die Wellenlänge des Lichtes der Lichtquelle 11, D die Strahlgröße, p den Gitterabstand der festen und bewegbaren Beugungsplatten 13, 14 und das Bezugszeichen 105 eine Fourier- Transformationslinse mit einer Brennweite f bezeichnet. Darüber hinaus bezeichnet Δx eine Versatzmenge der bewegbaren Beugungsplatte 14 und α einen Differen­ zwinkel λ/p von gebrochenem Licht der Ordnung 1. Da α hinreichend klein ist, gilt sinα = tanα = α. Eine Gestalt eines Abschnittes des Gitters der festen und bewegbaren Beugungsplatten 13, 14 wird aus Gründen der Einfachheit mit einer komplexen Amplitude ausgedrückt als
This is explained with reference to Fig. 3, in which λ is the wavelength of the light from the light source 11 , D is the beam size, p is the grating distance of the fixed and movable diffraction plates 13 , 14 and reference numeral 105 denotes a Fourier transform lens with a focal length f. In addition, Δx denotes an offset amount of the movable diffraction plate 14 and α a difference angle λ / p of refracted light of order 1. Since α is sufficiently small, sinα = tanα = α applies. A shape of a portion of the grating of the fixed and movable diffraction plates 13 , 14 is expressed as a complex amplitude for simplicity

cos(kαx) = {exp(ikαx) + exp(-ikαx)}/2,
cos (kαx) = {exp (ikαx) + exp (-ikαx)} / 2,

und das gebrochene Licht der Ordnungen ±1 wird als parallel ausgerichtetes Licht approximiert. Anschließend wird eine komplexe Amplitude von gebrochenem Licht der Ordnung +1 bei der bewegbaren Beugungsplatte 14 ausgedrückt als Aϕexp(-ikαx), während das der Ordnung -1 ausgedrückt wird als Aϕexp(+ikαx), wobei ϕ = exp(-ikgcosα) und A eine Amplitude eines auftreffenden Strahls bezeichnet. Eine komplexe Amplitude f1 von gebrochenem Licht der Ordnung +1 an der bewegbaren Beugungsplatte 14 wird wie folgt ausgedrückt:
and the refracted light of the orders ± 1 is approximated as light aligned in parallel. Subsequently, a complex amplitude of refracted light of order +1 in the movable diffraction plate 14 is expressed as Aϕexp (-ikαx), while that of order -1 is expressed as Aϕexp (+ ikαx), where ϕ = exp (-ikgcosα) and A denotes an amplitude of an incident beam. A complex amplitude f1 of refracted light of order +1 on the movable diffraction plate 14 is expressed as follows:

f1(x) = Aϕ/2{e -ikαΔx + e - ikα(2x - Δx) (Gleichung 2).f1 (x) = Aϕ / 2 { e -ikαΔx + e - ikα (2x - Δx) (Equation 2).

Auf entsprechende Weise wird eine komplexe Amplitude f2 von gebeugtem Licht in der Ordnung +1 an der bewegbaren Beugungsplatte 14 wie folgt ausgedrückt:
Similarly, a complex amplitude f2 of diffracted light in order +1 on the movable diffraction plate 14 is expressed as follows:

f2(x) = AΘ/2{eikα(2x - Δx) + eikαΔx} (Gleichung 3).f2 (x) = AΘ / 2 { e ikα (2x - Δx) + e ikαΔx} (Equation 3).

Dann wird eine Divergenz des gebeugten Lichtes mit +1 an der bewegbaren Beugungsplatte 14: (-D/2 - gα, D/2 - gα). Falls Gleichung 2 in diesem Bereich Fourier-transformiert wird, wird deshalb eine folgende Gleichung 4 erzielt, bei der ω = 2πx(fλ) ist.Then a divergence of the diffracted light with +1 on the movable diffraction plate 14 : (-D / 2 - gα, D / 2 - gα). If equation 2 is Fourier-transformed in this area, a following equation 4 is therefore achieved in which ω = 2πx (fλ).

Da eine Divergenz des gebeugten Lichtes von -1 an der bewegbaren Beugungs­ platte 14 (-D/2 + gα, D/2 + gα) wird, wird auf entsprechende Weise, wenn Gleichung 3 in diesem Bereich Fourier-transformiert wird, eine folgende Gleichung 5 erzielt. Deshalb entspricht eine komplexe Amplitude, die von dem Fotosensor 16 erfaßt wird, der Gleichung 6.Accordingly, since a divergence of the diffracted light of -1 on the movable diffraction plate 14 becomes (-D / 2 + gα, D / 2 + gα), when Equation 3 is Fourier transformed in this area, a following equation becomes 5 scored. Therefore, a complex amplitude detected by the photosensor 16 corresponds to Equation 6.

In Gleichung 6 bezieht sich der erste Ausdruck auf gebeugtes Licht von (+1, -1) und (-1, +1); der zweite Ausdruck bezieht sich auf gebeugtes Licht mit (+1, +1), und der dritte Ausdruck bezieht sich auf gebeugtes Licht mit (-1, -1).In Equation 6, the first expression refers to diffracted light from (+1, -1) and (-1, +1); the second term refers to diffracted light with (+1, +1), and the third term refers to diffracted light with (-1, -1).

Als nächstes wird ein Effekt um die optische Achse vom zweiten und dritten Ausdruck erklärt. In Gleichung 6 wird, falls ω = Δx = 0 gilt, die Amplitude des ersten Terms AX. Auf der anderen Seite wären die Amplituden vom zweiten und dritten Ausdruck
Next, an effect around the optical axis of the second and third expressions will be explained. In equation 6, if ω = Δx = 0, the amplitude of the first term AX. On the other hand, the amplitudes would be from the second and third expression

A|sin(kαD)|/(2kα) ≦ A/(2kα) = Ap/(4π).A | sin (kαD) | / (2kα) ≦ A / (2kα) = Ap / (4π).

Falls D = 0,5 mm und p = 10 µm ist, sind (der erste Ausdruck/der zweite Ausdruck) und (der dritte Ausdruck/der zweite Ausdruck) 0,0016 oder weniger. If D = 0.5 mm and p = 10 µm, (are the first expression / the second Expression) and (the third expression / the second expression) 0.0016 or less.  

Deshalb sind der zweite und der dritte Ausdruck hinreichend klein und in der Nähe der optischen Achse vernachlässigbar, und nur der erste Ausdruck wird von dem Fotosensor 16 erfaßt. Dann wird nur der erste Ausdruck in Gleichung 6 nachfol­ gend in Betracht gezogen.Therefore, the second and third printouts are sufficiently small and negligible in the vicinity of the optical axis, and only the first printout is detected by the photosensor 16 . Then only the first expression in Equation 6 is considered below.

Fig. 4 zeigt eine Amplitudenverteilung am Fotosensor 14, wenn eine Versatz­ menge Δx der bewegbaren Beugungsplatte 14 0 beträgt oder die Ausgangs­ signal-Intensität maximal ist. Es wurde in Fig. 4 gefunden, daß die Amplitude an der optischen Achse maximal ist. Bei der Berechnung wird angenommen, daß λ = 633 nm, g = 2 mm, f = 5 mm, p = 10 µm und D = 0,5 mm beträgt. Auf der anderen Seite zeigt Fig. 5 eine Amplitudenverteilung, wenn die Intensität minimal ist (kaΔx = π/2 oder Δx = p/4), wobei die Amplitude mit der maximalen Amplitude in Fig. 4 normalisiert ist. In diesem Fall wird der erste Ausdruck in Gleichung 6 zu Gleichung 7:
Fig. 4 shows an amplitude distribution on the photosensor 14 when an offset amount Δx of the movable diffraction plate 14 is 0 or the output signal intensity is maximum. It was found in Fig. 4 that the amplitude on the optical axis is maximum. The calculation assumes that λ = 633 nm, g = 2 mm, f = 5 mm, p = 10 µm and D = 0.5 mm. On the other hand, Fig. 5 shows an amplitude distribution when the intensity is minimum (kaΔx = π / 2 or Ax = p / 4), wherein the amplitude with the maximum amplitude in Fig. 4 is normalized. In this case, the first expression in Equation 6 becomes Equation 7:

Fig. 5 und Gleichung 7 zeigen, daß Licht außerhalb der optischen Achse existiert. Wenn solch ein Licht existiert, wird der Modulationsgrad gestört. Fig. 6 zeigt den Modulationsgrad, wenn die oben erwähnten Werte benutzt werden und die Größe des Fotosensors 55 0 µm beträgt. Der Modulationsgrad ist definiert als (Ausgangs­ signal-Intensität - minimale Intensität)/(maximale Intensität - minimale Intensität). Figure 5 and Equation 7 show that light exists outside the optical axis. If such a light exists, the degree of modulation is disturbed. Fig. 6 shows the degree of modulation when the above-mentioned values are used and the size of the photo sensor is 55 0 µm. The degree of modulation is defined as (output signal intensity - minimum intensity) / (maximum intensity - minimum intensity).

Um solch einen Effekt zu vermeiden, kann ein Stiftloch oder ähnliches vorgesehen werden, um Licht außerhalb der optischen Achse abzuschatten. Eine Strahlgröße, die eine wesentliche Menge des Lichtes in Fig. 5 enthält, ist jedoch lediglich 12 µm klein, und es ist somit notwendig, das Stiftloch so klein zu gestalten, daß es einige µm kleiner als die Strahlgröße ist. In diesem Fall jedoch wird auch Licht erfaßt und der Modulationsgrad beeinträchtigt. Darüber hinaus ist die Positionie­ rung des Stiftloches relativ zu der optischen Achse schwierig. Weiterhin, falls solch ein kleines Stiftloch benutzt wird, ist der Verlust an Lichtmenge groß und ein von dem Fotosensor erzieltes Signal schwach, und der Apparat ist anfällig, von Rauschen beeinträchtigt zu werden.To avoid such an effect, a pin hole or the like can be provided to shade light outside the optical axis. However, a beam size containing a substantial amount of the light in Fig. 5 is only 12 µm small, and it is therefore necessary to make the pin hole so small that it is a few µm smaller than the beam size. In this case, however, light is also detected and the degree of modulation is impaired. In addition, the positioning of the pin hole relative to the optical axis is difficult. Furthermore, if such a small pin hole is used, the amount of light lost is large, a signal obtained from the photosensor is weak, and the apparatus is susceptible to being affected by noise.

Nachfolgend wird ein anderes Problem von bekannten Verfahren erklärt. Falls eine geometrische Mitte des Drehtellers von seinem Rotationszentrum abweicht, werden Fehler der A/B-Phasensignale akkumuliert. Dieses Problem wird durch Benutzung eines Modells, welches in Fig. 7 dargestellt ist, erklärt, wobei das Bezugszeichen 51 eine Lichtquelle bezeichnet, das Bezugszeichen 52 eine Kollima­ torlinse zur parallelen Ausrichtung von Licht, welches von der Lichtquelle ausgesandt wurde, Bezugszeichen 53 einen Drehteller mit gleichmäßig be­ abstandeten Schlitzen am Umfang, das Bezugszeichen 54 eine feste Platte mit Schlitzen, die den selben Abstand wie die Schlitze des Drehtellers haben, und das Bezugszeichen 55 bezeichnet einen Fotosensor zur Erfassung von Licht, welches durch den Drehteller 53 und die feste Platte 54 hindurchtritt.Another problem of known methods is explained below. If a geometric center of the turntable deviates from its center of rotation, errors in the A / B phase signals are accumulated. This problem is explained by using a model shown in Fig. 7, numeral 51 denotes a light source, numeral 52 a collimator lens for parallel alignment of light emitted from the light source, numeral 53 a turntable be evenly spaced slots on the circumference, reference numeral 54 is a fixed plate with slots which are the same distance as the slots of the turntable, and reference numeral 55 denotes a photosensor for detecting light which passes through the turntable 53 and the fixed plate 54 .

Wenn der Drehteller 53 gedreht wird, verändern sich die Positionen der Schlitzöff­ nungen des Drehtellers 53 relativ zu denen der festen Platte 54, so daß sich eine von dem Fotosensor empfangene Lichtmenge gemäß der Veränderung der relativen Positionen verändert. Die Fig. 8A und 8B zeigen eine Veränderung des Ausgangssignals des Fotosensors 55 für diesen Fall. Falls der Spaltabstand groß genug ist, keine Beugung zu verursachen, verändert sich das Ausgangssignal wie in Fig. 8A dargestellt ist. Falls der Spaltabstand in bezug auf die Entfernung zwischen dem Drehteller 53 und der festen Platte 54 klein ist, wird eine Wellenform eines Ausgangssignals des Fotosensors 55 von der Beugung an den Schlitzen beeinflußt und die Flanken der Wellenform werden gerundet, um wie eine Sinuswelle verändert zu werden, wie in Fig. 8B dargestellt ist.When the turntable 53 is rotated, the positions of the slit openings of the turntable 53 change relative to those of the fixed plate 54 , so that an amount of light received by the photosensor changes in accordance with the change in the relative positions. FIGS. 8A and 8B show a variation of the output signal of the photo sensor 55 in this case. If the gap distance is large enough not to cause diffraction, the output signal changes as shown in Fig. 8A. If the gap distance with respect to the distance between the turntable 53 and the fixed plate 54 is small, a waveform of an output signal of the photo sensor 55 is affected by the diffraction at the slits, and the edges of the waveform are rounded to be changed like a sine wave as shown in Fig. 8B.

Gleichung 8 zeigt das Ausgangssignal des Fotosensors 55, wenn die Signalwellenform als Sinuswelle approximiert wird.
Equation 8 shows the output signal of the photo sensor 55 when the signal waveform is approximated as a sine wave.

y = Asin(NΘ) + B (Gleichung 8),
y = Asin (NΘ) + B (Equation 8),

wobei A eine Signalamplitude, B eine dc-Komponente des Signals, N eine Anzahl der Schlitze, die in dem Drehteller 43 ausgebildet sind, und Θ einen Rota­ tionswinkel bezeichnet.where A is a signal amplitude, B is a dc component of the signal, N is a number of slots formed in the turntable 43 , and Θ is a rotation angle.

Die oben erwähnten, aufgelaufenen Fehler, welche durch die Exzentrizität des Drehtellers 53 hervorgerufen wurden, werden unter Bezugnahme auf Fig. 9 erklärt, die eine Bestrahlungsposition eines Strahls und die Spur des Strahls auf dem Drehteller 53 illustriert. Falls eine Exzentrizitätsgröße zwischen einem Rotationszentrum 60 und einem Zentrum 61 des Drehtellers 53 existiert, ist ein Rotationswinkel eines bestimmten Punktes 62 oder eines Winkels Θ relativ zum Rotationszentrum 60 verschieden von einem Winkel Θa relativ zum Zentrum 61 des Drehtellers 53. Falls r eine Distanz zwischen dem Rotationswinkel 60 und dem Fotosensor 55 bezeichnet, gilt δ = Θ - Θa = (∈/r)cosΘ. Da das Ausgangssignal des Fotosensors 55 vom Winkel Θa vom Zentrum des Drehtellers 61 abhängt, wird das Ausgangssignal gemäß Gleichung 9 ausgedrückt:
The above-mentioned accumulated errors caused by the eccentricity of the turntable 53 are explained with reference to FIG. 9, which illustrates an irradiation position of a beam and the trace of the beam on the turntable 53 . If an eccentricity quantity exists between a rotation center 60 and a center 61 of the turntable 53 , a rotation angle of a specific point 62 or an angle Θ relative to the rotation center 60 is different from an angle Θ a relative to the center 61 of the turntable 53 . If r denotes a distance between the rotation angle 60 and the photosensor 55 , then δ = Θ - Θ a = (∈ / r) cosΘ. Since the output signal of the photo sensor 55 depends on the angle Θ a from the center of the turntable 61 , the output signal is expressed according to equation 9:

y = Asin(NΘa) + B
= Asin{N(Θ + (∈/r)cosΘ)} + B (Gleichung 9).
y = asin (NΘ a ) + B
= Asin {N (Θ + (∈ / r) cosΘ)} + B (Equation 9).

Wenn ein Rotationswinkel von Null auf Θ verändert wird, wird die Anzahl der Impulse eines Fotosensors 55 wie folgt ausgedrückt:
When a rotation angle is changed from zero to Θ, the number of pulses of a photo sensor 55 is expressed as follows:

N(Θ + (∈/r)cosΘ)/(2π) (Gleichung 10).N (Θ + (∈ / r) cosΘ) / (2π) (Equation 10).

Anschließend, wenn ein Rotationswinkel von α auf β verändert wird, wird die Anzahl an Impulsen des Fotosensors 55 wie folgt ausgedrückt:
Then, when a rotation angle is changed from α to β, the number of pulses of the photosensor 55 is expressed as follows:

N(β - α + (∈/r)(cosβ - cosα))/(2π) (Gleichung 11).N (β - α + (∈ / r) (cosβ - cosα)) / (2π) (Equation 11).

Deshalb wird eine Differenz bezüglich der Anzahl an Impulsen relativ zu einer wahren Impulsanzahl N(β - α) oder ein aufgelaufener Fehler der Signale wie folgt ausgedrückt:
Therefore, a difference in the number of pulses relative to a true number of pulses N (β - α) or an accumulated error of the signals is expressed as follows:

N(∈/r)(cosβ - cosα)/(2π)
= {N∈/(πr)}sin{(β + α)/2}sin{β - α)/2} (Gleichung 12).
N (∈ / r) (cosβ - cosα) / (2π)
= {N∈ / (πr)} sin {(β + α) / 2} sin {β - α) / 2} (Equation 12).

Ein maximaler, aufgelaufener Fehler tritt dann auf, wenn α = 0 und β = π ist, und er beträgt N∈/(πr) Impulse. Beträgt beispielsweise die Anzahl an Impulsen pro Umdrehung 10.000, beträgt die Position r des Fotosensors vom Rotationszentrum 20 mm und beträgt die Exzentrizitätsgröße ∈ 10 µm, so belaufen sich die aufgelaufenen Fehler auf 1,6 Impulse. Dies ist zu viel für eine Kodiereinrichtung von 10.000 Impulsen, und die Kodiereinrichtung kann praktisch nicht verwendet werden.A maximum accumulated error occurs when α = 0 and β = π, and it is N∈ / (πr) pulses. For example, the number of pulses per Revolution 10,000, the position r of the photosensor is from the center of rotation 20 mm and the eccentricity size is ∈ 10 µm, this amounts to accumulated errors on 1.6 pulses. This is too much for an encoder of 10,000 pulses, and the encoder cannot be used practically become.

Die aufgelaufenen Fehler können herabgesetzt werden, falls r erhöht wird oder die Exzentrizitätsgröße ∈ vermindert wird. Um jedoch die aufgelaufenen Fehler auf 0,1 Impulse oder weniger herabzusetzen, muß r mehr als 320 mm betragen, und die Größe der Kodiervorrichtung wird sehr groß. Falls die Exzentrizitätsgröße ∈ vermindert wird, muß sie auf einen Wert von weniger als 0,6 µm vermindert werden, und dies macht den Aufbau des Drehtellers 53 sehr schwierig.The accumulated errors can be reduced if r is increased or the eccentricity quantity ∈ is reduced. However, in order to reduce the accumulated errors to 0.1 pulses or less, r must be more than 320 mm, and the size of the encoder becomes very large. If the eccentricity quantity ∈ is reduced, it must be reduced to a value of less than 0.6 µm, and this makes the construction of the turntable 53 very difficult.

Deshalb werden bei Verfahren im Stand der Technik für die Realisierung einer hochauflösenden Kodiervorrichtung zwei Fotosensoren an zwei symmetrischen Punkten in bezug auf das Rotationszentrum des Drehtellers 53 angeordnet und ein arithmetisches Mittel der optischen Intensitäten benutzt, die von den Fotosensoren erfaßt werden, um die aufgelaufenen Fehler zu vermeiden. Das Prinzip dieses Ver­ fahrens wird nachfolgend erklärt. Therefore, in prior art methods for realizing a high resolution encoder, two photosensors are placed at two symmetrical points with respect to the center of rotation of the turntable 53 and an arithmetic mean of the optical intensities detected by the photosensors is used to detect the errors that have occurred avoid. The principle of this method is explained below.

Wenn die Exzentrizität des Drehtellers auftritt, werden die Ausgangssignale der beiden Fotosensoren gemäß Gleichungen 13 und 14 unter Benutzung von Gleichung 9 ausgedrückt.
When the eccentricity of the turntable occurs, the output signals of the two photosensors are expressed according to Equations 13 and 14 using Equation 9.

y1 = A1sin{N(Θ + (∈/r)cosΘ)} + B1 (Gleichung 13).
y1 = A1sin {N (Θ + (∈ / r) cosΘ)} + B1 (Equation 13).

y2 = A2sin{N(Θ - π + (∈/r)cos(Θ - π))} + B2
= A2sin{N(Θ - (∈/r)cosΘ)} + B2 (Gleichung 14).
y2 = A2sin {N (Θ - π + (∈ / r) cos (Θ - π))} + B2
= A2sin {N (Θ - (∈ / r) cosΘ)} + B2 (Equation 14).

Falls der Einfachheit halber angenommen wird, daß A1 = A2 = A und B1 = B2= B gilt, wird ein arithmetisches Mittel dieser zwei Ausgangssignale gemäß Gleichung 15 erzielt.
If it is assumed for the sake of simplicity that A1 = A2 = A and B1 = B2 = B, an arithmetic mean of these two output signals according to equation 15 is achieved.

y = y1 + y2
= 2Asin(NΘ)cos{(N∈/r)cosΘ} + 2B (Gleichung 15).
y = y1 + y2
= 2Asin (NΘ) cos {(N∈ / r) cosΘ} + 2B (Equation 15).

Gleichung 15 zeigt, daß Fehler nicht auf aufgelaufenen Fehlern beruhen, da der Effekt der Exzentrizität in dem Ausdruck bezüglich der Periode der Impulssignale verschwindet.Equation 15 shows that errors are not due to accumulated errors because the Effect of eccentricity in the expression on the period of the pulse signals disappears.

Gleichung 15 zeigt jedoch deutlich, daß eine Amplitude des erzielten Signals mit cos{(N∈/r)cosΘ} multipliziert wird, und dies bedeutet, daß die Signalamplitude sich mit dem Umdrehungswinkel verändert, wenn eine Exzentrizität ∈ existiert. Wenn |N∈/r| < π gilt, existiert ein Teil, bei dem die Signalamplitude bei einer Drehung des Drehtellers 0 wird. Deshalb ist es zur Benutzung in einer Kodiereinrichtung erforderlich, daß |N∈/r| < π gilt. Zum Beispiel, falls N = 10.000 und r = 20 mm gilt, ist es notwendig, daß ∈ 6,3 µm oder weniger beträgt. Anschließend, um eine kompakte Kodiereinrichtung mit hoher Auflösung zu erzeugen, muß der Drehteller sehr präzise aufgebaut werden, wodurch die Kosten erhöht werden. Da die Exzen­ trizität oder die Achse aufgrund einer Last gleichfalls vermindert werden muß, wird die Achse darüber hinaus groß, um ihr Gewicht zu erhöhen, und die Einsatzbereiche für die zu benutzende Kodiereinrichtung sind begrenzt.Equation 15, however, clearly shows that an amplitude of the signal obtained with cos {(N∈ / r) cosΘ} is multiplied, and this means that the signal amplitude changed with the angle of rotation if there is an eccentricity ∈. If | N∈ / r | <π applies, there exists a part in which the signal amplitude during a rotation of the turntable becomes 0. Therefore it is for use in an encoder required that | N∈ / r | <π applies. For example, if N = 10,000 and r = 20 mm applies, it is necessary that ∈ is 6.3 µm or less. Then to a To produce compact coding device with high resolution, the turntable be built very precisely, which increases the costs. Since the exzen tricity or the axis must also be reduced due to a load the axle is also large to increase its weight, and the areas of use  are limited for the coding device to be used.

Ein weiteres Problem bei bekannten Verfahren wird nachfolgend beschrieben; es besteht darin, daß die Präzision der Positionserfassung des Ursprungs der Kodiereinrichtung entsprechend der Veränderung der Intensität der Lichtquelle beeinträchtigt wird. Dieses Problem wird nachfolgend erklärt. Es ist bekannt, eine Position eines Bauteils ohne physikalischen Kontakt zu erfassen. Zum Beispiel wird, wie in der japanischen Offenlegungsschrift 44,202/1990 offenbart, ein Körper mit einem Licht beleuchtet, um sein Bild mit einer Videokamera abzubilden, und es wird eine Position durch Binärisierung des Ausgangssignals eines linearen Array-Sensors erfaßt. Darüber hinaus, um eine Referenzposition eines bewegten Körpers zu erfassen, ist ein Schlitz in dem bewegten Körper vorgesehen, und der Körper wird beleuchtet. Ein den Schlitz durchquerendes Licht wird von Fotosenso­ ren empfangen und ihre Ausgangssignale binärisiert.Another problem with known methods is described below; it is that the precision of the position detection of the origin of the Encoder according to the change in the intensity of the light source is affected. This problem is explained below. It is known to be a Detect the position of a component without physical contact. For example is disclosed as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 44,202 / 1990 Body illuminated with a light to display its image with a video camera, and it becomes a position by binarizing the output of a linear Array sensors detected. In addition, to a reference position of a moving To detect the body, a slit is provided in the moving body, and the Body is illuminated. A light passing through the slot is used by Fotosenso received and their output signals are binarized.

Ein Beispiel einer bekannten Positionsbestimmung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11A, 11B erklärt. Fig. 10 ist eine Ansicht eines bekannten Positionsbestimmungsapparates, wobei das Bezugszeichen 251 eine Lichtquelle und das Bezugszeichen 252 einen bewegten Körper bezeichnet. Ein Schlitz 253 ist in dem bewegten Körper 252 vorgesehen. Das Bezugszeichen 254 bezeichnet einen Fotosensor. Der bewegte Körper 252 ist zwischen der Lichtquelle 251 und dem Fotosensor 254 angeordnet und er bewegt sich senkrecht zu einer Achse zwischen der Lichtquelle 251 und dem Fotosensor 254.An example of a known position determination will be explained with reference to Figs. 10 and 11A, 11B. Fig. 10 is a view of a known positioning apparatus, wherein numeral 251 denotes a light source and numeral 252 a moving body. A slot 253 is provided in the moving body 252 . Reference numeral 254 denotes a photosensor. The moving body 252 is arranged between the light source 251 and the photo sensor 254 and it moves perpendicular to an axis between the light source 251 and the photo sensor 254 .

Eine Betriebsweise dieses Apparates wird nachfolgend beschrieben. Fig. 11A zeigt einen Lichtstrahl 255, der durch den Schlitz 253 in dem bewegten Körper 252 hindurch zum Fotosensor 254 reicht. Es wird angenommen, daß der bewegte Körper sich entlang einer x-Achse von links nach rechts bewegt. Deshalb überstreicht der Lichtstrahl 255 den Fotosensor 254 gemäß der Bewegung des bewegten Körpers 252. Dann besitzt das Ausgangssignal des Fotosensors 254 eine Wellenform, wie in Fig. 11B dargestellt ist. Um dem Einfluß von in den Fotosensor 254 eintretendem Streulicht oder ähnlichem zu begegnen, wird ein geeigneter Schwellwert für die Umsetzung des Ausgangssignals in ein Binärsignal gesetzt. Auf diese Weise kann ein Referenzpositionssignal des bewegten Körpers erzielt werden.An operation of this apparatus is described below. FIG. 11A shows a light beam 255, which extends through the slot 253 in the moving body 252 to photo sensor 254th The moving body is assumed to move from left to right along an x-axis. Therefore, the light beam 255 sweeps over the photosensor 254 according to the movement of the moving body 252 . Then, the output of the photo sensor 254 has a waveform as shown in Fig. 11B. In order to counter the influence of scattered light or the like entering the photosensor 254 , a suitable threshold value is set for converting the output signal into a binary signal. In this way, a reference position signal of the moving body can be obtained.

Es existiert jedoch das folgende Problem: Wenn die Intensität des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes fluktuiert, tritt schließlich ein Einfluß auf, der der Fluktuation des Schwellwertes entspricht, und die Impulsbreite des Referenzposi­ tionssignals und die Position der Signalflanken werden verändert. Deshalb wird die Präzision der Positionserfassung beeinträchtigt. Darüber hinaus wird mit verminderter Strahlgröße beim Fotosensor 254 eine Veränderung des Ausgangs­ signals des Fotosensors 254 mit einer Veränderung des bewegten Körpers 252 groß. Deshalb nimmt die Beeinträchtigung der Präzision der Positionserfassung aufgrund von Rauschen von Streulicht und elektrischem Rauschen ab. Falls die Größe des Schlitzes 253 jedoch zu stark verkleinert wird, um die Strahlgröße zu verkleinern, findet eine Beugung statt, und die Strahlgröße beim Fotosensor 254 nimmt gegenläufig zu. Wenn die Schlitzgröße vermindert wird, nimmt darüber hinaus eine von dem Fotosensor 254 empfangene Lichtmenge ab, und Fehler aufgrund von Rauschen nehmen zu. Ein Spalt zwischen dem Schlitz 253 und dem Fotosensor 254 kann verkleinert werden, um die Beugungseffekte zu vermeiden. Wenn der Spalt verkleinert wird, gibt es jedoch die Möglichkeit, daß der bewegte Körper den Fotosensor berührt und ihn beschädigt. Um einen Impuls von zuvor beschriebener, schmaler Breite zu erzeugen, müssen weiterhin die Breite des Fotosensors 254 und die Strahlgröße vermindert werden. Die zuvor genannten Probleme des Kontaktes zwischen dem bewegten Körper 252 und dem Fotosensor 254 und der Beeinträchtigung der Präzision der Positionsbestimmung aufgrund von Rauschen findet auch in diesem Fall statt.However, there is the following problem: when the intensity of the light emitted from the light source fluctuates, an influence that corresponds to the fluctuation of the threshold value finally occurs, and the pulse width of the reference position signal and the position of the signal edges are changed. Therefore the precision of the position detection is impaired. In addition, with a reduced beam size in the photosensor 254, a change in the output signal of the photosensor 254 becomes large with a change in the moving body 252 . Therefore, the deterioration in the precision of the position detection due to the noise of stray light and electrical noise decreases. However, if the size of the slit 253 is reduced too much to reduce the beam size, diffraction takes place and the beam size at the photosensor 254 increases in the opposite direction. In addition, as the slit size is reduced, an amount of light received by the photosensor 254 decreases and errors due to noise increase. A gap between the slit 253 and the photosensor 254 can be narrowed to avoid the diffraction effects. If the gap is narrowed, however, there is a possibility that the moving body may touch the photosensor and damage it. In order to generate a pulse of the narrow width previously described, the width of the photo sensor 254 and the beam size must also be reduced. The aforementioned problems of contact between the moving body 252 and the photosensor 254 and deterioration in the precision of the position determination due to noise also take place in this case.

Die DE 26 17 797 A1 offenbart in den Fig. 1 und 5 Vorrichtungen zur optischen Messung der Position und der Bewegung eines Objekts. Aufgrund der Blendengröße und der geometrischen Abmessungen der Fotodetektoren sind diese Vorrichtungen für eine hochgenaue Messung einer Referenzposition nicht geeignet. Die Vorrichtungen sind vielmehr dazu geeignet, die Position innerhalb eines kleinen Weges aus dem Verhältnis der Differenz zur Summe der von den zwei Fotodioden abgegebenen Fotoströme zu bestimmen.DE 26 17 797 A1 discloses in FIGS. 1 and 5 devices for optically measuring the position and movement of an object. Due to the size of the diaphragm and the geometric dimensions of the photodetectors, these devices are not suitable for high-precision measurement of a reference position. Rather, the devices are suitable for determining the position within a small path from the ratio of the difference to the sum of the photo currents emitted by the two photodiodes.

Die DD 276 012 A3 betrifft eine Einrichtung zur Referenzpunktgewinnung während mechanischer Bewegungsvorgänge, insbesondere für inkrementale Meßsysteme im Präzisionsmaschinen- bzw. im Präzisionsgerätebau. Als fotoelektrischer Empfänger kommt eine Doppeldiode zum Einsatz. Bei der bekannten Einrichtung rührt das über die Fotosensoren bewegte Licht von einem Spalt her, der von der Optik auf dem bewegten Schlitten auf die Fotosensoren abgebildet wird. Die bekannte Einrichtung weist eine Anordnung einer Optik an dem bewegten Objekt auf, das einen Lichtfleck über zwei benachbarte Fotosenso­ ren lenkt, wobei die Referenzposition dann erreicht ist, wenn der Lichtfleck die Fotosensoren symmetrisch bestrahlt. Diese Referenzposition wird aus dem Differenzsignal der Fotosensoren hergeleitet. Die Einrichtung zur Referenzpunkt­ gewinnung findet bei einem inkrementellen Meßsystem Anwendung. An dem bewegten Objekt ist eine fokussierte Optik angeordnet, die einen Lichtstrahl zur Bestimmung einer Referenzposition über eine Differentialdiode lenkt.DD 276 012 A3 relates to a device for obtaining reference points during mechanical movements, especially for incremental ones Measuring systems in precision machine or precision device construction. As A double diode is used for the photoelectric receiver. In the known device stirs the light moved by the photo sensors from one The gap from the optics on the moving sled to the photo sensors is mapped. The known device has an arrangement of optics the moving object, which has a light spot over two neighboring photosenso ren directs, the reference position is reached when the light spot Photo sensors irradiated symmetrically. This reference position is derived from the Difference signal derived from the photo sensors. The establishment of the reference point extraction is used in an incremental measuring system. To the moving object, a focused optic is arranged, which is a beam of light Determination of a reference position via a differential diode steers.

Die DE 27 51 757 B2 offenbart eine fotoelektrische Einrichtung zur Festlegung einer Nullstellung. Bei dieser bekannten Einrichtung handelt es sich um einen Apparat zur Erfassung einer Bezugsposition eines bewegbaren Körpers zu einem vorgegebenen Objekt, mit einer Lichtquelle zur Erzeugung eines kohärenten, parallel ausgerichteten Lichtbündels bzw. kohärenten, kollimierten Lichtstrahls, einem bewegbaren Körper, der durch einen optischen Pfad des parallel ausgerich­ teten Strahls senkrecht zu dem parallel ausgerichteten Strahl hindurchtreten kann, einer ersten Zylinderlinse, die an dem beweglichen Körper befestigt ist, das den parallel ausgerichteten Strahl konzentriert, einer Differentialfotodiode an dem vorgegebenen Objekt zur Erfassung einer Lichtmenge nur desjenigen Strahls, der von der Zylinderlinse konzentriert wurde, wobei die Differentialfotodiode einen Trennsteg aufweist, der kleiner als ein Durchmesser des konzentrierten Strahls in Bewegungsrichtung des bewegbaren Körpers ist, und die Differentialfotodiode eine Breite bestitzt, die größer als der Durchmesser des konzentrierten Strahls ist, und eine Auswerteschaltung zur Erzeugung eines Differenzsignals zwischen Ausgangs­ signalen der Differentialfotodiode, wobei eine Position des bewegbaren Körpers gemäß dem Differenzsignal bestimmt werden.DE 27 51 757 B2 discloses a photoelectric device for fixing a zero position. This known device is a Apparatus for detecting a reference position of a movable body relative to one given object, with a light source for generating a coherent, parallel light beam or coherent, collimated light beam, a movable body which is aligned by an optical path of the parallel can pass perpendicular to the parallel aligned beam, a first cylindrical lens attached to the movable body that the parallel aligned beam, a differential photodiode on the predefined object for detecting a quantity of light only of that beam was concentrated by the cylindrical lens, the differential photodiode one  Separator that is smaller than a diameter of the concentrated beam in Direction of movement of the movable body, and the differential photodiode Width that is larger than the diameter of the concentrated beam, and an evaluation circuit for generating a difference signal between the output signals of the differential photodiode, a position of the movable body can be determined according to the difference signal.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die ein Signal einer Referenzposition mit einer vorbestimmten Impulsbreite erzeugt, das von Veränderungen einer Lichtintensität eines von einer Lichtquelle emittierten Lichtes unbeeinträchtigt ist und eine Präzision bestitzt, die von Signalrauschen nicht so sehr beeinträchtigt wird.It is an object of the present invention to provide a device that a Generated signal of a reference position with a predetermined pulse width, the of changes in light intensity from that emitted by a light source Light is unaffected and has a precision that of signal noise is not so affected.

Erfindungsgemäß trifft ein kohärenter, parallel ausgerichteter Strahl auf einen bewegten Körper, welcher durch einen optischen Pfad des parallel ausgerichteten Strahls sich senkrecht zu dem parallel ausgerichteten Strahl bewegt. In diesem Fall konzentriert ein erstes Kondensormittel bzw. fokussierendes, optisches Element, wie beispielsweise eine Kondensorlinse, die an dem bewegbaren Körper befestigt ist, den parallel ausgerichteten Strahl. Erste und zweite Fotosensoren erfassen nur eine Lichtmenge des Strahls, die von dem ersten Kondensormittel konzentriert ist. Die ersten und zweiten Fotosensoren haben einen Abstand voneinander, der kleiner ist, als ein Durchmesser des parallel ausgerichteten Strahls in einer Bewe­ gungsrichtung des bewegbaren Körpers, während sie eine Breite besitzen, die größer als der Durchmesser des parallel ausgerichteten Strahls ist. Ein Signalver­ arbeitungsmittel erzeugt ein Differenzsignal zwischen den Ausgangssignalen der ersten und zweiten Fotosensoren, und eine Position des bewegbaren Körpers kann gemäß dem Differenzsignal bestimmt werden. Auf diese Weise kann ein Referenz­ punkt zur Erfassung der Position eines bewegten Körpers präzise bestimmt werden. Bevorzugt wird ein zweites Kondensormittel darüber hinaus an dem bewegbaren Körper befestigt, und dritte und vierte Fotosensormittel bzw. Fotosensoren erfassen eine Lichtmenge nur desjenigen Strahls, welcher von dem zweiten Kondensormittel entsprechend parallel ausgerichtet ist. Dann wird ein zweites Differenzsignal zwischen den Ausgangssignalen von den dritten und vierten Fotosensoren erzielt, und eine Position des bewegbaren Körpers kann gemäß einer Lichtquelle zur Erzeugung von Impulssignalen aus den ersten und zweiten Differenzsignalen bestimmt werden.According to the invention, a coherent, parallel beam hits one moving body, which is aligned by an optical path of the parallel Beam moves perpendicular to the parallel aligned beam. In this case concentrates a first condenser or focusing optical element, such as a condenser lens attached to the movable body is the parallel beam. First and second photo sensors only capture an amount of light of the beam concentrated by the first condenser means. The first and second photo sensors are spaced from each other, the is smaller than a diameter of the parallel aligned beam in a movement direction of the movable body while having a width that is larger than the diameter of the parallel aligned beam. A signal ver working means generates a difference signal between the output signals of the first and second photo sensors, and a position of the movable body can can be determined according to the difference signal. In this way, a reference point for detecting the position of a moving body precisely determined become. A second condenser is also preferred on the fixed movable body, and third and fourth photosensor means and Photo sensors detect a quantity of light only from that beam which of that  second condenser is aligned accordingly in parallel. Then one second difference signal between the output signals from the third and fourth photo sensors achieved, and a position of the movable body can according to a light source for generating pulse signals from the first and second difference signals can be determined.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Position eines bewegten Körpers optisch erfaßt werden kann, ohne von Intensitätsveränderungen des von einer Lichtquelle ausgesandten Lichtes beeinflußt zu werden.An advantage of the present invention is that a position of a moving body can be detected optically without changes in intensity to be influenced by the light emitted by a light source.

Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen deutlich. Es zeigen:These and other objects and features of the present invention based on the following description of the preferred embodiments of the Invention with reference to the accompanying drawings clearly. Show it:

Fig. 1 eine Darstellung einer bekannten, optischen Kodiereinrichtung; Fig. 1 is an illustration of a prior art optical encoder;

Fig. 2 eine Darstellung einer bekannten, optischen Kodiereinrichtung; Fig. 2 is an illustration of a known optical encoder;

Fig. 3 eine Darstellung eines Modells der optischen Kodiereinrichtung; Fig. 3 is a representation of a model of the optical encoder;

Fig. 4 einen Graph einer Amplitudenverteilung eines in dem Modell benutzten Fotosensors; Fig. 4 is a graph showing an amplitude distribution of a photo sensor used in the model;

Fig. 5 einen Graph einer Amplitudenverteilung eines in dem Modell benutzten Fotosensors; Fig. 5 is a graph of an amplitude distribution of a photo sensor used in the model;

Fig. 6 einen Graph des Modulationsgrades in dem Modell; Fig. 6 is a graph showing the degree of modulation in the model;

Fig. 7 eine Darstellung einer bekannten, optischen Kodiereinrichtung; Fig. 7 is an illustration of a known optical encoder;

Fig. 8A und 8B Graphen von Signalwellenformen einer bekannten, optischen Kodiereinrichtung; . 8A and 8B are graphs of signal waveforms of a prior art optical encoder;

Fig. 9 eine Darstellung der Exzentrizität eines Drehtellers der optischen Kodiereinrichtung; Fig. 9 is an illustration of the eccentricity of a turntable of the optical encoder;

Fig. 10 eine Ansicht eines bekannten Positionsbestimmungsapparates; Fig. 10 is a view of a known positioning apparatus;

Fig. 11A und 11B Darstellungen des Apparates und eines Graphs seiner Ausgangs­ signale; Fig. Signals 11A and 11B are representations of the apparatus and a graph of its output;

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht eines Positionsmeßapparates einer ersten Ausführungsform der Erfindung; FIG. 12 is a perspective view of a Positionsmeßapparates a first embodiment of the invention;

Fig. 13 ein Blockdiagramm eines Signalverarbeitungsmittels dieser Aus­ führungsform; FIG. 13 is a block diagram of EMBODIMENT OF A signal processing means of this off;

Fig. 14 eine Darstellung von Wellenformen jedes Teils des Signalver­ arbeitungsmittels dieser Ausführungsform; Fig. 14 is an illustration of waveforms of each part of the signal processing means of this embodiment;

Fig. 15 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; FIG. 15 is an illustration of a second embodiment of the invention;

Fig. 16 eine Darstellung eines Fotosensors dieser Ausführungsform; FIG. 16 is an illustration of a photo-sensor of this embodiment;

Fig. 17 eine Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung; FIG. 17 is an illustration of a third embodiment of the invention;

Fig. 18 eine Darstellung eines Fotosensors dieser Ausführungsform; FIG. 18 is an illustration of a photo-sensor of this embodiment;

Fig. 19 eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform, und Fig. 19 is a perspective view of a fourth embodiment, and

Fig. 20 eine Darstellung eines Fotosensors dieser Ausführungsform; FIG. 20 is an illustration of a photo-sensor of this embodiment;

Fig. 21 einen optischen Pfad von der Lichtquelle 1 zum Spiegel 5 aus Fig. 19, und FIG. 21 shows an optical path from the light source 1 to the mirror 5 from FIG. 19, and

Fig. 22 einen optischen Pfad vom Spiegel 6 zu den Fotosensoren 8 aus Fig. 19. Fig. 22 is an optical path from the mirror 6 to the photo sensors 8 of Fig. 19.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche oder entsprechende Teile in verschiedenen Darstellungen und Ausführungsformen der Erfindung mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, wird nachfolgend erklärt.Referring to the drawings, in which like or corresponding parts in different representations and embodiments of the invention with the same Reference numerals are provided, is explained below.

Erste AusführungsformFirst embodiment

Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Fig. 12 bis 14 erklärt. Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht des Apparates gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Eine Laserlichtquelle 201 ist an einer Position angeordnet, die sich im Brennpunkt vor einer Kollimatorlinse 202 zum parallelen Ausrichten eines von der Lichtquelle 201 emittierten Lichtes befindet. Die z-Achse wird übereinstimmend mit einer optischen Achse der Kollimatorlinse 202 angenommen. Ein bewegbarer Körper 203 bewegt sich senkrecht zu der optischen Achse durch das emittierte Licht. Die x-Achse wird als eine Richtung angenom­ men, entlang der sich der bewegbare Körper 203 bewegt.A first embodiment of the invention will be explained with reference to FIGS. 12 to 14. Fig. 12 is a perspective view of the apparatus according to the first embodiment of the invention. A laser light source 201 is disposed at a position which is located before the focal point of a collimator lens 202 for collimating a light emitted from the light source 201 light. The z-axis is assumed to coincide with an optical axis of the collimator lens 202 . A movable body 203 moves perpendicular to the optical axis through the emitted light. The x-axis is assumed to be a direction along which the movable body 203 moves.

Eine erste Kondensorlinse 216 und eine zweite Kondensorlinse 217 werden an dem bewegbaren Körper 203 in y-Richtung senkrecht zu der optischen Achse angeordnet und lassen Licht von der Kollimatorlinse 202 hindurchtreten. Eine Abschattungssektion 223 ist am bewegbaren Körper 203 vorgesehen und schattet das von der Kollimatorlinse 202 außerhalb der Eingangspupille der Kondensorlinsen 216 und 217 auftreffende Licht ab, um zu verhindern, daß Licht von der Kollima­ torlinse 202 auf Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 in einem Bereich auftrifft, in dem sich der bewegbare Körper 203 bewegt.A first condenser lens 216 and a second condenser lens 217 are arranged on the movable body 203 in the y direction perpendicular to the optical axis and allow light to pass through from the collimator lens 202 . A shading section 223 is provided on the movable body 203 and shades the light incident from the collimator lens 202 outside the entrance pupil of the condenser lenses 216 and 217 to prevent light from the collimator lens 202 on photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 in one Area in which the movable body 203 moves.

Der erste Fotosensor 218 und der zweite Fotosensor 219 sind auf einem Pfad eines Brennpunktes der ersten Kondensorlinse 216 außerhalb eines Pfades eines Brennpunktes der zweiten Kondensorlinse 217 angeordnet. Der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Fotosensor 218 und 219 in x-Richtung des bewegbaren Körpers 203 ist kleiner als die Größe des von der Kondensorlinse 216 auf die Fotosensoren 218 und 219 konzentrierten Strahls. Der dritte Fotosensor 220 und der vierte Fotosensor 221 sind auf einem Pfad eines Brennpunktes der zweiten Kondensorlinse 217 außerhalb eines Pfades eines Brennpunktes der ersten Kondensorlinse 216 angeordnet. Der Abstand zwischen dem dritten und vierten Fotosensor 220 und 221 in x-Richtung des bewegbaren Körpers 203 ist kleiner als eine Größe des von der Kondensorlinse 217 auf die Fotosensoren konzentrierten Strahls.The first photo sensor 218 and the second photo sensor 219 are arranged on a path of a focal point of the first condenser lens 216 outside a path of a focal point of the second condenser lens 217 . The distance between the first and second photo sensors 218 and 219 in the x direction of the movable body 203 is smaller than the size of the beam concentrated by the condenser lens 216 on the photo sensors 218 and 219 . The third photo sensor 220 and the fourth photo sensor 221 are arranged on a path of a focal point of the second condenser lens 217 outside a path of a focal point of the first condenser lens 216 . The distance between the third and fourth photosensors 220 and 221 in the x direction of the movable body 203 is smaller than a size of the beam concentrated by the condenser lens 217 on the photosensors.

Wie zuvor erwähnt, ist der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Fotosensor 218 und 219 in der Bewegungsrichtung des bewegbaren Körpers 203 kleiner als die Größe des von der Kondensorlinse 216 auf die Fotosensoren 218 und 219 konzentrierten Strahls, und der Abstand zwischen den dritten und vierten Fotosensoren 220 und 221 in Bewegungsrichtung des bewegbaren Körpers 203 ist kleiner als die Größe des von der Kondensorlinse 217 auf die Fotosensoren konzentrierten Strahls. Darüber hinaus nimmt eine Distanz zwischen einer Position, in der die Ausgangssignale der ersten und zweiten Fotosensoren 218 und 219 entlang der Bewegungsrichtung des bewegbaren Körpers 203 einander ent­ sprechen, und einer Position, in der die Ausgangssignale der dritten und vierten Fotosensoren entlang einer Bewegungsrichtung des bewegbaren Körpers 203 einander entsprechen, einen Wert an, der von einem vorbestimmten Wert ver­ schieden ist, der einer Distanz zwischen einem Mittelpunkt der ersten Kon­ densorlinse 216 und dem der zweiten Kondensorlinse 217 entspricht. Wenn sich ein Teil des von der ersten Kondensorlinse 216 parallel ausgerichteten Strahl am ersten oder zweiten Fotosensor 218, 219 befindet, befindet sich deshalb ein Teil des von der zweiten Kondensorlinse 217 parallel ausgerichteten Strahls am dritten oder vierten Fotosensor 220, 221.As previously mentioned, the distance between the first and second photosensors 218 and 219 in the moving direction of the movable body 203 is smaller than the size of the beam concentrated by the condenser lens 216 on the photosensors 218 and 219 , and the distance between the third and fourth photosensors 220 and 221 in the direction of movement of the movable body 203 is smaller than the size of the beam concentrated by the condenser lens 217 on the photosensors. In addition, a distance takes between a position in which the output signals of the first and second photo sensors 218 and 219 correspond to each other along the moving direction of the movable body 203 and a position in which the output signals of the third and fourth photo sensors along a moving direction of the movable body Body 203 correspond to each other, a value that is different from a predetermined value ver, which corresponds to a distance between a center of the first condenser lens 216 and that of the second condenser lens 217 . Therefore, if part of the beam aligned in parallel by the first condenser lens 216 is on the first or second photosensor 218 , 219 , part of the beam aligned in parallel by the second condenser lens 217 is on the third or fourth photosensor 220 , 221 .

Das Bezugszeichen 222 bezeichnet ein Signalverarbeitungsmittel, welches Ausgangssignale der Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 empfängt und ein Positionserfassungssignal ausgibt. Fig. 13 ist ein Blockdiagramm einer Struktur des Signalverarbeitungsmittels 222. Ein Summensignalgeneratorkreis 224 erzeugt ein Summensignal C1 eines Ausgangssignals A1 des Fotosensors 218 und eines Ausgangssignals B1 des Fotosensors 219, während ein Differenzsignalgenerator­ kreis 225 ein Differenzsignal D1 der Signale A1 und B1 erzeugt. Ein Binärisa­ tionskreis 226 erzeugt ein Binärsignal E1 des Signals C1. Weiterhin empfängt ein Binärisationskreis 227 das Signal D1 und führt eine Binärisation unter Benutzung einer Hysterese-Charakteristik durch, um ein Signal F1 auszugeben. Ein Summensi­ gnalgeneratorkreis 228 erzeugt ein Summensignal C2 aus einem Ausgangssignal A2 des Fotosensors 220 und einem Ausgangssignal B2 des Fotosensors 221, während ein Differenzsignalgeneratorkreis 229 ein Differenzsignal D2 aus den Signalen A2 und B2 erzeugt. Ein Binärisationskreis 230 gibt ein Binärsignal E2 des Signals C2 aus. Darüber hinaus empfängt ein Binärisationskreis 231 das Signal D2 und führt eine Binärisation unter Benutzung einer Hysterese-Charakteristik zur Erzeugung eines Signales F2 durch. Ein exklusives Oder-Gatter 223 empfängt die Signale F1 und F2 und erzeugt ein exklusives Oder-Signal J. Ein Und-Gatter 233 empfängt Signale E1 und E2 und erzeugt ein Und-Signal K.Reference numeral 222 denotes a signal processing means which receives output signals from the photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 and outputs a position detection signal. Fig. 13 is a block diagram of a structure of the signal processing means 222. A sum signal generator circuit 224 generates a sum signal C1 of an output signal A1 of the photosensor 218 and an output signal B1 of the photosensor 219 , while a difference signal generator circuit 225 generates a difference signal D1 of the signals A1 and B1. A binaryization circuit 226 generates a binary signal E1 of the signal C1. Furthermore, a binarization circuit 227 receives the signal D1 and performs binarization using a hysteresis characteristic to output a signal F1. A Summensi gnalgeneratorkreis 228 generates a sum signal C2 from an output signal A2 of the photo sensor 220 and an output signal B2 of the photosensor 221, while a differential signal generator circuit 229 generates a difference signal D2 from the signals A2 and B2. A binarization circuit 230 outputs a binary signal E2 of the signal C2. In addition, a binarization circuit 231 receives the signal D2 and performs binarization using a hysteresis characteristic to generate a signal F2. An exclusive OR gate 223 receives signals F1 and F2 and generates an exclusive OR signal J. An AND gate 233 receives signals E1 and E2 and generates an AND signal K.

Eine Arbeitsweise des zuvor beschriebenen Apparates wird nun erklärt. Wie in Fig. 12 zu sehen ist, trifft Licht auf einen Brennpunkt der Kondensorlinse, wenn Licht aus der Kollimatorlinse 202 austritt und in die Eingangspupille der Kon­ densorlinsen 216, 217 eintritt, wenn sich der bewegbare Körper 203 bewegt. Der Brennpunkt liegt auf einer Achse, die parallel zu dem aus der Kollimatorlinse 202 austretenden Licht verläuft und durch ein Zentrum von ihr hindurchreicht. Deshalb entspricht eine Versatzgröße des bewegbaren Körpers 203 in Richtung der x- Achse einer Versatzgröße der Brennpunkte der Kondensorlinsen 216 und 217. Die Fotosensoren 218 und 219 liegen auf einer Spur des Brennpunktes der Kon­ densorlinse 217. Dann überstreicht der konzentrierte Strahl die Fotosensoren, wenn sich der bewegbare Körper 203 bewegt.An operation of the apparatus described above will now be explained. As seen in FIG. 12, light hits a focal point of the condenser lens when light exits the collimator lens 202 and enters the entrance pupil of the condenser lens 216 , 217 when the movable body 203 moves. The focal point lies on an axis which runs parallel to the light emerging from the collimator lens 202 and extends through a center thereof. Therefore, an offset amount of the movable body 203 in the x-axis direction corresponds to an offset amount of the focal points of the condenser lenses 216 and 217 . The photo sensors 218 and 219 lie on a track of the focal point of the condenser lens 217 . Then the concentrated beam sweeps over the photosensors as the movable body 203 moves.

Im folgenden wird die Erzeugung eines Referenzpositionssignals aus den Signalen A1, A2, B1 und B2 unter Bezugnahme auf Fig. 14 erklärt, die Wellenformen des Signalprozessors 222 zeigt, wenn der bewegbare Körper 203 sich in positiver Richtung bewegt. Es werden Signale A1 und B1 durch die Fotosensoren 218 und 219 erzeugt, wenn der von der Kondensorlinse 216 erzeugte, konzentrierte Strahl sich von dem Fotosensor 218 zu dem Fotosensor 219 bewegt. Dann ändert sich das Differenzsignal D1 von einem negativen Wert in einen positiven Wert. Wenn die Binärisation mit einer Hysterese-Charakteristik durchgeführt wird, um in dem Signal D1 enthaltenes Rauschen zu verhindern, wird ein Signal F1 erzeugt. Analog werden Signale A1 und B1 von den Fotosensoren 220 und 221 erzeugt, wenn der von der Kondensorlinse 217 erzeugte, konzentrierte Strahl sich von dem Fotosensor 220 zum Fotosensor 221 bewegt. Es wird dann ein Signal F2 durch Binärisierung des Signals D2 erzeugt. Eine Bewegungsentfernung des Körpers 203 von einer Anstiegsflanke des Signals F1 zu der des Signals F2 oder von einer An­ stiegsflanke des Signals F2 zu der des Signals F1 ist gegeben als Differenz zwischen einer Entfernung von einer Position des bewegten Körpers 203, in der die Ausgangssignale des ersten und zweiten Fotosensors 218 und 219 einander in einer Bewegungsrichtung des Körpers 203 entsprechen, zu einer Position des bewegten Körpers 203, in der die Ausgangssignale von dem dritten und vierten Fotosensor 220 und 221 einander entsprechen, und einer Entfernung von einem Zentrum eines von der ersten Kondensorlinse 216 konzentrierten Strahls und dem des von der zweiten Kondensorlinse 217 konzentrierten Strahls. Falls sich der von der ersten Kondensorlinse 216 und der zweiten Kondensorlinse 217 konzentrierte Strahl am Fotosensor befindet, kann deshalb ein Signal J vorbestimmter Breite als ein Referenzpositionssignal des bewegbaren Körpers 203 durch Benutzung einer exklusiven Oder-Operation der Signale F1 und F2 erzielt werden.In the following, the generation of a reference position signal from the signals A1, A2, B1 and B2 will be explained with reference to FIG. 14, which shows waveforms of the signal processor 222 when the movable body 203 moves in the positive direction. Signals A1 and B1 are generated by the photo sensors 218 and 219 when the concentrated beam generated by the condenser lens 216 moves from the photo sensor 218 to the photo sensor 219 . Then the difference signal D1 changes from a negative value to a positive value. When the binarization is performed with a hysteresis characteristic to prevent noise contained in the signal D1, a signal F1 is generated. Analogously, signals A1 and B1 are generated by the photo sensors 220 and 221 when the concentrated beam generated by the condenser lens 217 moves from the photo sensor 220 to the photo sensor 221 . A signal F2 is then generated by binarizing the signal D2. A movement distance of the body 203 from a rising edge of the signal F1 to that of the signal F2 or from a rising edge of the signal F2 to that of the signal F1 is given as the difference between a distance from a position of the moving body 203 in which the output signals of the first and second photo sensors 218 and 219 correspond to each other in a moving direction of the body 203 , to a position of the moving body 203 where the output signals from the third and fourth photo sensors 220 and 221 correspond to each other, and a distance from a center of one of the first condenser lens 216 concentrated beam and that of the beam concentrated by the second condenser lens 217 . Therefore, if the beam concentrated by the first condenser lens 216 and the second condenser lens 217 is on the photosensor, a signal J of predetermined width can be obtained as a reference position signal of the movable body 203 by using an exclusive OR operation of the signals F1 and F2.

Als nächstes werden ein Summensignal C1 aus den Signalen A1 und B1 und ein Summensignal C2 aus den Signalen A2 und B2 binärisiert, um Signale E1 und E2 zu erzielen. Aus den Signalen E1 und E2 wird ermittelt, daß sich der konzentrierte Strahl an den Fotosensoren befindet. Dann wird durch Benutzung einer Und- Operation mit dem Signal J ein Positionserfassungsignal K des bewegbaren Körpers 203 erzielt. Da eine Flanke des Signals K an einer Nullstelle der Differenz­ signale D1 und D2 erzeugt wird, wird es durch Intensitätsveränderungen der Lichtquelle 201 nicht beeinträchtigt. Weil das Signal D1 ein Differenzsignal der Signale A1 und B1 und das Signal D2 ein Differenzsignal der Signale A2 und B2 ist, löschen sich darüber hinaus Gleichtaktstörungen in den Signalen - wie beispielsweise Signalrauschen aufgrund von Streulicht an den Fotosensoren - einander aus. Eine Signalveränderungsrate an einer Nullstelle der Signale D1, D2 in bezug auf einen Versatz des bewegbaren Körpers 203 in Richtung der x-Achse wird ungefähr zweimal so groß, wie die der Signale A1, B1, A2 oder B2 allein. Deshalb kann ein Fehler des Referenzpositionssignals aufgrund von Signalrauschen reduziert werden. Das Signal K wird somit als ein korrektes Referenzsignal mit vorbestimmter Breite verwendet. Next, a sum signal C1 from signals A1 and B1 and a sum signal C2 from signals A2 and B2 are binarized to obtain signals E1 and E2. It is determined from the signals E1 and E2 that the concentrated beam is located at the photosensors. Then, by using an AND operation with the signal J, a position detection signal K of the movable body 203 is obtained. Since an edge of the signal K is generated at a zero point of the difference signals D1 and D2, it is not impaired by changes in intensity of the light source 201 . In addition, because the signal D1 is a differential signal of the signals A1 and B1 and the signal D2 is a differential signal of the signals A2 and B2, common-mode interferences in the signals - such as signal noise due to stray light on the photosensors - cancel each other out. A signal change rate at a zero point of the signals D1, D2 with respect to an offset of the movable body 203 in the direction of the x-axis becomes approximately twice as large as that of the signals A1, B1, A2 or B2 alone. Therefore, an error of the reference position signal due to signal noise can be reduced. The signal K is thus used as a correct reference signal with a predetermined width.

Wie zuvor beschrieben, werden die ersten und zweiten konzentrierten Strahlen bei dieser Ausführungsform aus dem von der Lichtquelle emittierten Licht mit zwei Linsen erzeugt, die an dem bewegbaren Körper angeordnet sind und sie werden von den ersten und zweiten Fotosensoren bzw. von den dritten und vierten Fotosensoren ermittelt. Es wird dann ein Impulssignal entsprechend einem Differenzsignal zwischen den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Fotosen­ sors und das der Ausgangssignale des dritten und vierten Fotosensors erzeugt. Es kann deshalb ein Signal einer Referenzposition mit einer vorbestimmten Impuls­ breite erzielt werden, ohne durch Veränderungen der Lichtintensität des von der Lichtquelle emittierten Lichtes beeinträchtigt zu werden, wobei das Signal eine Präszision besitzt, die von Signalrauschen nicht so sehr beeinträchtigt wird.As previously described, the first and second concentrated rays are at this embodiment from the light emitted by the light source with two Generates lenses which are arranged on the movable body and they will from the first and second photo sensors or from the third and fourth Photo sensors determined. It then becomes a pulse signal corresponding to one Difference signal between the output signals of the first and second photos sors and that of the output signals of the third and fourth photosensors. It can therefore a signal of a reference position with a predetermined pulse can be achieved without changing the light intensity of the Light source emitted light to be affected, the signal being a Precision that is not so affected by signal noise.

Eine Fresnel-Zonenplatte des Amplitudentyps oder Phasentyps kann anstelle der Kondensorlinsen 216, 217 benutzt werden. Ein Abschattungselement 223 wird in der Ausführungsform verwendet, um zu verhindern, daß Licht von der Kollimatorlinse 202 außerhalb der Eingangspupille der Kondensorlinse zu den Fotosensoren gelangt. Eine Linse mit einem Brennpunkt außerhalb der optischen Achse kann jedoch als Kondensorlinse 216, 217 verwendet werden, um den Brennpunkt außerhalb des optischen Pfades zu erzeugen oder um sicherzustellen, daß von der Kollimatorlinse emittiertes Licht nicht die Fotosensoren direkt beleuchtet. Die Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 sind an einem Brennpunkt an der Rückseite der Kondensorlinse 216, 217 in dieser Ausführungsform angeordnet, um die Größe des konzentrierten Strahls herabzusetzen. Sie können jedoch auch außerhalb des Brennpunktes angeordnet werden. Weil ein Zentrum des von der Kondensorlinse 216, 217 konzentrierten Strahls auf einer Linie angeordnet ist, welche parallel zu dem von der Kollimatorlinse 202 ausgesandten Licht verläuft und durch die Zentren der Kondensorlinse 216, 217 hindurchtritt, entspricht eine Versatzgröße des bewegbaren Körpers 203 in x-Richtung derjenigen des Zentrums des konzentrierten Strahls. Die Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 sind in einer Ebene angeordnet, die senkrecht zur z-Achse in dem zuvor erwähnten Beispiel angeordnet ist. Sie können jedoch auch in einer Ebene angeordnet werden, welche in bezug auf die z-Achse geneigt ist. Obwohl die Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 in derselben Ebene bei dem zuvor erwähnten Beispiel angeordnet sind, können sie jedoch auch in verschiedenen Ebenen angeordnet werden. Die Lichtquelle 201 kann eine Licht emittierende Diode oder ähnliches anstelle der Laserlichtquelle sein.A Fresnel zone plate of the amplitude type or phase type can be used in place of the condenser lenses 216 , 217 . A shading element 223 is used in the embodiment to prevent light from the collimator lens 202 outside the entrance pupil of the condenser lens from reaching the photosensors. However, a lens with a focal point outside the optical axis can be used as the condenser lens 216 , 217 to create the focal point outside the optical path or to ensure that light emitted by the collimator lens does not illuminate the photosensors directly. The photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 are located at a focal point on the back of the condenser lens 216 , 217 in this embodiment to reduce the size of the concentrated beam. However, they can also be placed out of focus. Because a center of the beam concentrated by the condenser lens 216 , 217 is arranged on a line which runs parallel to the light emitted by the collimator lens 202 and passes through the centers of the condenser lens 216 , 217 , an offset quantity of the movable body 203 in x corresponds to Direction of that of the center of the concentrated beam. The photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 are arranged in a plane which is arranged perpendicular to the z-axis in the aforementioned example. However, they can also be arranged in a plane which is inclined with respect to the z-axis. Although the photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 are arranged in the same plane in the aforementioned example, they can also be arranged in different planes. The light source 201 may be a light emitting diode or the like instead of the laser light source.

Zweite AusführungsformSecond embodiment

Fig. 15 zeigt eine Basisstruktur einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 16 zeigt eine Struktur einer optischen Erfassungssektion. Zunächst wird eine Struktur einer A/B-Phasensignalausgangssektion erklärt. In Fig. 15 enthält eine Lichtquelle 11 eine Laserdiode oder eine Licht emittierende Diode mit einer relativ hohen Kohärenz. Eine Kollimatorlinse 12 richtet Licht, welches von einer Lichtquelle 11 emittiert wird, parallel aus. Eine feste Beugungsplatte 313 besitzt ein Gitter mit einem rechteckigen Wellenabschnitt und ist senkrecht zu einer optischen Achse des parallel ausgerichteten Lichtes angeordnet. Eine bewegbare Beugungsplatte 314 besitzt ein Gitter mit einem rechteckigen Wellenabschnitt und ist in x-Richtung senkrecht zu der optischen Achse bewegbar. Das Gitter der festen Beugungsplatte 313 besitzt dieselbe Periode, wie die der bewegbaren Beugungsplatte 314. Eine Schrittdifferenz "d" in bezug auf die Höhe zwischen Ober- und Unterkanten der festen und bewegbaren Beugungsplatten 313 und 314 erfüllt Gleichung 1, wie zuvor erklärt. Eine Kondensorlinse 15 richtet Licht, das durch die bewegbare Beugungsplatte 314 hindurchtritt, parallel aus. Die Eingangs­ pupille der Linse 15 ist auf einen Bereich innerhalb von D - 2gλ/p begrenzt, wobei "D" die Größe des Strahls bezeichnet, der von der Kollimatorlinse 12 parallel ausgerichtet wurde, "g" eine Distanz zwischen der festen Beugungsplatte 313 und der bewegbaren Beugungsplatte 314, λ die Wellenlänge des Lichtes und "p" einen Gitterabstand der in den Beugungsplatten angeordneten Gitter. Die Entfernung zwischen den Beugungsplatten 313 und 314 wird so eingestellt, daß g < pD/(2λ) gilt. Fig. 15 shows a basic structure of a second embodiment of the invention, and Fig. 16 shows a structure of an optical detection section. First, a structure of an A / B phase signal output section is explained. In Fig. 15, a light source 11 includes a laser diode or a light-emitting diode with a relatively high coherence. A collimator lens 12 aligns light which is emitted by a light source 11 in parallel. A fixed diffraction plate 313 has a grating with a rectangular wave section and is arranged perpendicular to an optical axis of the parallel aligned light. A movable diffraction plate 314 has a grating with a rectangular wave section and is movable in the x direction perpendicular to the optical axis. The grating of the fixed diffraction plate 313 has the same period as that of the movable diffraction plate 314 . A step difference "d" with respect to the height between the upper and lower edges of the fixed and movable diffraction plates 313 and 314 satisfies Equation 1 as previously explained. A condenser lens 15 aligns light that passes through the movable diffraction plate 314 in parallel. The input pupil of lens 15 is limited to a range within D - 2gλ / p, where "D" denotes the size of the beam that was collimated by collimator lens 12 , "g" is a distance between fixed diffraction plate 313 and movable diffraction plate 314 , λ the wavelength of the light and "p" a grating distance of the gratings arranged in the diffraction plates. The distance between the diffraction plates 313 and 314 is set so that g <pD / (2λ).

Eine optische Erfassungssektion 316, die in Fig. 16 im Detail dargestellt ist, enthält Fotosensoren 16, 218, 219, 220 und 221. Im Unterschied zu der optischen Erfassungssektion, die in Fig. 12 dargestellt ist, ist der Fotosensor 16 enthalten, der ein von der Linse 15 konzentriertes, gebeugtes Bild in ein elek­ trisches Signal umwandelt.An optical detection section 316 , shown in detail in FIG. 16, includes photo sensors 16 , 218 , 219 , 220 and 221 . In contrast to the optical detection section shown in FIG. 12, the photo sensor 16 is included, which converts a diffracted image concentrated by the lens 15 into an electrical signal.

Als nächstes wird eine Z-Phasensignal-Ausgangssektion erklärt. Der erste Fotosensor 218 und der zweite Fotosensor 219 sind nicht auf einer Spur eines Brennpunktes der Fresnel-Zonenplatte 217 angeordnet. Der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Fotosensor 218 und 219 in Bewegungsrichtung der bewegbaren Beugungsplatte 314 ist kleiner als eine Größe des Strahls, der von den Kondensorlinse 216 auf die Fotosensoren 218 und 219 konzentriert wurde. Der dritte Fotosensor 220 und der vierte Fotosensor 221 sind auf einer Spur eines Brennpunktes der Fresnel-Zonenplatte 217 außerhalb einer Spur eines Brenn­ punktes einer Fresnel-Zonenplatte 216 angeordnet. Der Abstand zwischen dem dritten und vierten Fotosensor 220 und 221 in Bewegungsrichtung der beweg­ baren Beugungsplatte 314 ist kleiner als eine Größe des Strahls, der von der Fresnel-Zonenplatte 217 auf die Fotosensoren konzentriert ist.Next, a Z-phase signal output section will be explained. The first photo sensor 218 and the second photo sensor 219 are not arranged on a trace of a focal point of the Fresnel zone plate 217 . The distance between the first and second photosensors 218 and 219 in the moving direction of the movable diffraction plate 314 is smaller than a size of the beam that was concentrated on the photosensors 218 and 219 by the condenser lens 216 . The third photo sensor 220 and the fourth photo sensor 221 are arranged on a trace of a focal point of the Fresnel zone plate 217 outside a trace of a focal point of a Fresnel zone plate 216 . The distance between the third and fourth photosensors 220 and 221 in the moving direction of the movable diffraction plate 314 is smaller than a size of the beam which is concentrated by the Fresnel zone plate 217 on the photosensors.

Die Breite der Fotosensoren 218 und 219 in x-Achsenrichtung ist größer als eine Größe des von der Fresnel-Zonenplatte 216 auf die Fotosensoren konzentrierten Strahls, während eine Breite der Fotosensoren 220 und 221 in x-Achsenrichtung größer ist als eine Größe des von den Fresnel-Zonenplatten 217 auf die Fotosenso­ ren konzentrierten Strahls.The width of the photo sensors 218 and 219 in the x-axis direction is larger than a size of the beam concentrated by the Fresnel zone plate 216 on the photo sensors, while a width of the photo sensors 220 and 221 in the x-axis direction is larger than a size of that of the Fresnel Zone plates 217 on the photosensors ren concentrated beam.

Wie zuvor erklärt, ist der Abstand zwischen den ersten und zweiten Fotosensoren 218 und 220 in x-Achsenrichtung kleiner als ein Durchmesser eines von der Fresnel-Zonenplatte 216 konzentrierten Strahls wenigstens auf den Fotosensoren, während der Abstand zwischen den ersten und zweiten Fotosensoren 218 und 220 geringer als ein Durchmesser eines von der Fresnel-Zonenplatte 217 auf die Fotosensoren konzentrierten Strahls ist. Darüber hinaus wird eine Entfernung zwi­ schen einer Position, in der die Ausgangssignale der ersten und zweiten Fotosensoren entlang einer Bewegungsrichtung der bewegbaren Beugungsplatte 314 einander entsprechen und einer Position, in der die Ausgangssignale der dritten und vierten Fotosensoren entlang einer Bewegungsrichtung der beweg­ baren Beugungsplatte 314 einander entsprechen, verschieden von einem vorbestimmten Wert einer Entfernung zwischen einem Zentrum der ersten Fresnel- Zonenplatte 216 und dem der zweiten Fresnel-Zonenplatte 217. Wenn ein Teil des von der ersten Fresnel-Zonenplatte 216 konzentrierten Strahls auf den ersten oder zweiten Fotosensor 218, 219 trifft, trifft ein Teil des von der zweiten Fresnel- Zonenplatte 217 konzentrierten Strahls auf den dritten oder vierten Fotosensor 220, 221.As previously explained, the distance between the first and second photo sensors 218 and 220 in the x-axis direction is smaller than a diameter of a beam concentrated by the Fresnel zone plate 216 at least on the photo sensors, while the distance between the first and second photo sensors 218 and 220 is less than a diameter of a beam concentrated by Fresnel zone plate 217 onto the photo sensors. Moreover, a distance is Zvi rule a position in which the output signals of the first and second photo sensors along a direction of movement of the movable diffraction plate correspond and 314 to each other to a position in which the output signals of the third and fourth photosensors along a moving direction of the moving cash diffraction plate 314 to each other correspond to a distance between a center of the first Fresnel zone plate 216 and that of the second Fresnel zone plate 217 different from a predetermined value. When a portion of the beam concentrated by the first Fresnel zone plate 216 hits the first or second photo sensor 218 , 219 , a portion of the beam concentrated by the second Fresnel zone plate 217 hits the third or fourth photo sensor 220 , 221 .

Das Bezugszeichen 222 bezeichnet einen Signalprozessor, der Ausgangssignale der Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 empfängt und ein Positionserfas­ sungssignal erzeugt. Eine Abschattungssektion 223 ist an der bewegbaren Beugungsplatte 314 vorgesehen und schattet Licht, das von der Kollimatorlinse 12 austritt, außerhalb der Eingangspupille der Fresnel-Zonenplatte 216 und 217 ab, um zu verhindern, daß das von der Kollimatorlinse 12 austretende Licht die Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 in einer Region befeuchtet, in der sich die bewegbare Beugungsplatte 314 bewegt.Reference numeral 222 denotes a signal processor which receives output signals from the photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 and generates a position detection signal. A shading section 223 is provided on the movable diffraction plate 314 and shades light emerging from the collimator lens 12 outside the entrance pupil of the Fresnel zone plate 216 and 217 to prevent the light emerging from the collimator lens 12 from the photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 in a region where the movable diffraction plate 314 moves.

Der Signalprozessor 222 ist in Fig. 13 gezeigt und wurde bereits beschrieben. Der Summensignalgeneratorkreis 224 erzeugt ein Summensignal C1 aus einem Ausgangssignal A1 des Fotosensors 218 und einem Ausgangssignal B1 des Fotosensors 219, während der Differenzsignalgeneratorkreis 225 ein Differenzsi­ gnal D1 der Signale A1 und B1 erzeugt. Der Binärisierungskreis 226 erzeugt ein Binärsignal E1 des Signals C1. Darüber hinaus empfängt der Binärisierungskreis 227 das Signal D1 und führt eine Binärisierung durch Benutzung einer Hysterese- Charakteristik durch, um das Signal F1 auszugeben. Der Summensignalgenerator­ kreis 228 erzeugt ein Summensignal C2 eines Ausgangssignals A2 des Fotosen­ sors 220 und ein Ausgangssignal B2 des Fotosensors 221, während der Differenzsignalgeneratorkreis 229 ein Differenzsignal D2 der Signale A2 und B2 erzeugt. Der Binärisierungskreis 230 gibt ein Binärsignal E2 des Signals C2 aus. Weiterhin empfängt der Binärisierungskreis 231 das Signal D2 und führt eine Binärisierung durch Benutzung einer Hysterese-Charakteristik durch, um ein Signal F2 zu erzeugen. Das exklusive Oder-Gatter 232 empfängt die Signale F1 und F2 und erzeugt ein exklusives Oder-Signal J.The signal processor 222 is shown in Fig. 13 and has already been described. The sum signal generator circuit 224 generates a sum signal C1 from an output signal A1 of the photosensor 218 and an output signal B1 of the photosensor 219 , while the difference signal generator circuit 225 generates a difference signal D1 of the signals A1 and B1. The binaryization circuit 226 generates a binary signal E1 of the signal C1. In addition, the binarization circuit 227 receives the signal D1 and binarizes using a hysteresis characteristic to output the signal F1. The sum signal generator circuit 228 generates a sum signal C2 of an output signal A2 of the photosensor 220 and an output signal B2 of the photosensor 221 , while the difference signal generator circuit 229 generates a difference signal D2 of the signals A2 and B2. The binarization circuit 230 outputs a binary signal E2 of the signal C2. Furthermore, the binarization circuit 231 receives the signal D2 and performs binarization using a hysteresis characteristic to generate a signal F2. Exclusive OR gate 232 receives signals F1 and F2 and generates exclusive OR signal J.

Ein Und-Gatter 233 empfängt Signale E1 und E2 und erzeugt ein Und-Signal K.An AND gate 233 receives signals E1 and E2 and generates an AND signal K.

Unter Bezugnahme auf den zuvor beschriebenen Apparat wird zuerst eine Arbeitsweise der A/B-Phasensignalausgangssektion erklärt. Ein von der Lichtquelle 11 emittiertes Licht wird von der Linse 12 parallel ausgerichtet und trifft im wesentlichen senkrecht auf die feste Beugungsplatte 313. Da die Schrittdifferenz "d" in bezug auf die Höhe zwischen Ober- und Unterkanten der festen Beugungs­ platte 13 die Beziehung gemäß Gleichung 1, wie zuvor beschrieben, besitzt, wird ein Maximum an Energie in gebeugtem Licht der Ordnungen ±1 konzentriert. Deshalb wird das in die feste Beugungsplatte 313 eintretende Licht gebeugt und tritt als gebeugtes Licht aus. Das gebeugte Licht tritt in die bewegbare Beugungs­ platte 314 ein und tritt als gebeugtes Licht aus. Analog zu der festen Beugungs­ platte 313 wird ein Maximum an Energie des gebeugten Lichtes, welches aus der bewegbaren Beugungsplatte 314 austritt, in gebeugtem Licht der Ordnungen ±1 konzentriert. Die Eingangspupille der Linse 15 ist auf einen Bereich innerhalb von D - 2gλ/p begrenzt, wie zuvor beschrieben wurde.An operation of the A / B phase signal output section will first be explained with reference to the apparatus described above. A light emitted by the light source 11 is aligned in parallel by the lens 12 and strikes the fixed diffraction plate 313 substantially perpendicularly. Since the step difference "d" with respect to the height between the upper and lower edges of the fixed diffraction plate 13 has the relationship according to equation 1 as described above, a maximum of energy is concentrated in diffracted light of orders ± 1. Therefore, the light entering the fixed diffraction plate 313 is diffracted and exits as diffracted light. The diffracted light enters the movable diffraction plate 314 and exits as diffracted light. Analogous to the fixed diffraction plate 313 , a maximum of energy of the diffracted light, which emerges from the movable diffraction plate 314 , is concentrated in diffracted light of the orders ± 1. The input pupil of lens 15 is limited to a range within D - 2gλ / p, as previously described.

Die auf den Bereich D - 2gλ/p begrenzte Region wird unter Bezugnahme auf Fig. 12 erklärt. Ein Beugungswinkel von gebeugtem Licht 110 der Ordnung +1 beträgt λ/p. Falls λ/p hinreichend klein ist, wird gebeugtes Licht der Ordnung + 1 nur um gλ/p an einem Punkt gebeugt, der um eine Entfernung "g" entfernt ist. Analog wird gebeugtes Licht 111 der Ordnung -1 auch um gλ/p gebeugt. In der Zeichnung bezeichnet eine durch durchgezogene Linien begrenzte Region eine Region mit gebeugtem Licht in der Ordnung +1, während eine Region, die von einer gestrichtelten Linie eingeschlossen ist, eine Region mit gebeugtem Licht der Ordnung -1 bezeichnet. Deshalb bezeichnet eine Region, die mit D - 2gλ/p abgebildet wird, eine Region, in der gebeugtes Licht der Ordnungen ±1 miteinander interferiert. In dieser Region wird von der bewegbaren Beugungsplatte 314 gebeugtes Licht parallel zu der optischen Achse von der Linse 15 konzentriert. Das von der Linse 15 konzentrierte Licht wird von einem Fotosensor 16 erfaßt.The region limited to the D - 2gλ / p region will be explained with reference to FIG. 12. A diffraction angle of diffracted light 110 of order +1 is λ / p. If λ / p is sufficiently small, diffracted light of order + 1 is only diffracted by gλ / p at a point that is a distance "g" away. Similarly, diffracted light 111 of order -1 is also diffracted by gλ / p. In the drawing, a region delimited by solid lines denotes a region with diffracted light in order +1, while a region enclosed by a broken line denotes a region with diffracted light of order -1. Therefore, a region that is imaged with D - 2gλ / p denotes a region in which diffracted light of the orders ± 1 interferes with each other. In this region, light diffracted by the movable diffraction plate 314 is concentrated parallel to the optical axis by the lens 15 . The light concentrated by the lens 15 is detected by a photosensor 16 .

Bei dem vorbeschriebenen Apparat wird ein Ausgangssignal mit einer im Vergleich zum Stand der Technik doppelten Frequenz erzielt. Darüber hinaus kann der Modulationsgrad stark verbessert werden, wie anhand der ersten Ausführungsform erklärt wurde. Fig. 13 zeigt eine Modulationscharakteristik für diesen Fall. Der Modulationsgrad beträgt in diesem Fall 1.00. Deshalb kann die Position präzise bestimmt werden.In the above-described apparatus, an output signal with a frequency which is twice that of the prior art is achieved. In addition, the degree of modulation can be greatly improved as explained in the first embodiment. Fig. 13 shows a modulation characteristic for this case. The degree of modulation in this case is 1.00. Therefore, the position can be determined precisely.

Obwohl die Öffnung durch die Eingangspupille der Linse 15 in dieser Aus­ führungsform begrenzt ist, ist klar, daß entsprechende Vorteile durch die Verwendung einer Begrenzung mit einem Stiftloch oder ähnlichem derselben Größe erzielt werden können.Although the opening is limited by the entrance pupil of the lens 15 in this embodiment, it is clear that corresponding advantages can be obtained by using a restriction with a pin hole or the like of the same size.

Als nächstes wird die Z-Phasensignal-Ausgangssektion erklärt. Wie in Fig. 12 dargestellt ist, trifft Licht, wenn es von der Kollimatorlinse 202 auf die Eingangs­ pupille der Fresnel-Zonenplatten 216 und 217 eintrifft, wenn die bewegbare Beugungsplatte 314 sich bewegt, auf die Brennpunkte der Fresnel-Zonenplatten. Der Brennpunkt befindet sich auf einer Achse, welche parallel zu dem aus der Kollimatorlinse austretenden Licht angeordnet ist und reicht durch ein Zentrum der Fresnel-Zonenplatte. Deshalb entspricht eine Versatzgröße der bewegbaren Beugungsplatte 314 in x-Achsen-Richtung einer Versatzgröße der Brennpunkte der Fresnel-Zonenplatten 216 und 217. Die Fotosensoren 218 und 219 sind auf einer Spur des Brennpunkts der Fresnel-Zonenplatte 216 angeordnet, während die Fotosensoren 220 und 221 auf einer Spur des Brennpunktes der Fresnel- Zonenplatte 217 angeordnet sind. Dann überstreicht der konzentrierte Strahl die Fotosensoren, wenn die bewegbare Beugungsplatte 314 sich bewegt. Next, the Z-phase signal output section will be explained. As shown in Fig. 12, when the collimator lens 202 hits the entrance pupil of Fresnel zone plates 216 and 217 , when the movable diffraction plate 314 moves, light strikes the focal points of the Fresnel zone plates. The focal point is on an axis which is arranged parallel to the light emerging from the collimator lens and extends through a center of the Fresnel zone plate. Therefore, an offset amount of the movable diffraction plate 314 in the x-axis direction corresponds to an offset amount of the focal points of the Fresnel zone plates 216 and 217 . The photo sensors 218 and 219 are arranged on a trace of the focal point of the Fresnel zone plate 216 , while the photo sensors 220 and 221 are arranged on a trace of the focal point of the Fresnel zone plate 217 . Then the concentrated beam sweeps across the photosensors as the movable diffraction plate 314 moves.

Als nächstes wird die Erzeugung eines Referenzpositionssignals aus den Signalen A1, A2, B1 und B2 unter Bezugnahme auf Fig. 22 erklärt, die Wellenformen des Signalverarbeitungsmittels 222 zeigt, wenn der bewegbare Körper 203 sich in positiver Richtung bewegt. Wenn der von der Fresnel-Zonenplatte 216 erzeugte konzentrierte Strahl sich von dem Fotosensor 218 zu dem Fotosensor 219 bewegt, werden Signale A1 und A2 durch die Fotosensoren 218 und 219 erzeugt. Das Differenzsignal D1 verändert sich dann von einem negativen Wert in einen positiven Wert. Falls die Binärisation mit einer Hysterese-Charakteristik durch­ geführt wird, um in dem Signal D1 enthaltenes Signalrauschen zu vermeiden, wird ein Signal F1 erzielt. Analog werden Signale A1 und B2 von den Fotosensoren 220 und 221 erzielt, wenn der von der Fresnel-Zonenplatte 217 erzeugte und konzentrierte Strahl sich vom Fotosensor 220 zum Fotosensor 221 bewegt. Dann wird ein Signal F2 durch Binärisation des Signals D2 erzielt.Next, the generation of a reference position signal from the signals A1, A2, B1 and B2 will be explained with reference to Fig. 22, which shows waveforms of the signal processing means 222 when the movable body 203 moves in the positive direction. When the concentrated beam generated by Fresnel zone plate 216 moves from photosensor 218 to photosensor 219 , signals A1 and A2 are generated by photosensors 218 and 219 . The difference signal D1 then changes from a negative value to a positive value. If the binarization is carried out with a hysteresis characteristic in order to avoid signal noise contained in the signal D1, a signal F1 is achieved. Analogously, signals A1 and B2 are obtained from the photo sensors 220 and 221 when the beam generated and concentrated by the Fresnel zone plate 217 moves from the photo sensor 220 to the photo sensor 221 . Then a signal F2 is obtained by binarizing the signal D2.

Eine Bewegungsentfernung der bewegbaren Beugungsplatte 314 von einer An­ stiegsflanke des Signals F1 zu der des Signals F2 oder von einer Anstiegsflanke des Signals F2 zu der des Signals F1 ist gegeben als eine Differenz zwischen einer Entfernung von einer Position der bewegbaren Beugungsplatte 314, in der die Ausgangssignale der ersten und zweiten Fotosensoren einander in Bewegungs­ richtung der bewegbaren Beugungsplatte 314 entsprechen, zu einer Position der bewegbaren Beugungsplatte 314, in der die Ausgangssignale der dritten und vierten Fotosensoren einander entsprechen, und einer Entfernung von einem Zentrum des von der ersten Fresnel-Zonenplatte 216 konzentrierten Strahls zu dem des von der zweiten Fresnel-Zonenplatte 217 konzentrierten Strahls. Wenn der von der ersten Fresnel-Zonenplatte 216 und der zweiten Fresnel-Zonenplatte 217 konzentrierte Strahl sich an den Fotosensoren befindet, kann deshalb ein Signal F mit zuvor beschriebener Breite als ein Referenzpositionssignal durch Durch­ führung einer exklusiven Oder-Operation der Signale F1 und F2 erzielt werden.A moving distance of the movable diffraction plate 314 from a rising edge of the signal F1 to that of the signal F2 or from a rising edge of the signal F2 to that of the signal F1 is given as a difference between a distance from a position of the movable diffraction plate 314 in which the output signals the first and second photosensors correspond to each other in the moving direction of the movable diffraction plate 314 , to a position of the movable diffraction plate 314 in which the output signals of the third and fourth photosensors correspond to each other, and a distance from a center of the one concentrated by the first Fresnel zone plate 216 Beam to that of the beam concentrated by the second Fresnel zone plate 217 . Therefore, when the beam concentrated by the first Fresnel zone plate 216 and the second Fresnel zone plate 217 is at the photosensors, a signal F of the width described above can be obtained as a reference position signal by performing an exclusive OR operation of the signals F1 and F2 become.

Als nächstes werden ein Summensignal C1 aus den Signalen A1 und B1 und ein Summensignal C2 aus den Signalen A2 und B2 binärisiert, um Signale E1 und E2 zu erzielen. Aus den Signalen E1 und E2 wird ermittelt, daß der konzentrierte Strahl sich an den Fotosensoren befindet. Durch die Benutzung einer logischen Produktoperation mit dem Signal J wird dann ein Positionserfassungssignal K der bewegbaren Beugungsplatte 314 erzielt. Da eine Flanke des Signals K an einer Nullstelle der Differenzsignale D1 und D2 erzielt wird, wird es darüberhinaus durch Intensitätsveränderungen der Lichtquelle 201 nicht beeinflußt. Da das Signal D1 ein Differenzsignal aus den Signalen A1 und B1 und das Signal D2 ein Differenzsi­ gnal aus den Signalen A2 und B2 ist, löschen sich Signalrauschen derselben Phase in den Signalen, wie beispielsweise Rauschen aufgrund von Streulicht an den Fotosensoren, gegenseitig aus. Eine Signalveränderungrate an den Nullstellen der Signale D1, D2 gegen einen Versatz der bewegbaren Beugungsplatte 314 in x- Achsen-Richtung wird ungefähr doppelt so groß, wie das der einzelnen Signale A1, B1, A2 oder B2. Deshalb kann ein Fehler des Referenzpositionssignals aufgrund von Rauschen reduziert werden. Deshalb wird das Signal K als ein korrektes Referenzsignal mit zuvor beschriebener Breite verwandt.Next, a sum signal C1 from signals A1 and B1 and a sum signal C2 from signals A2 and B2 are binarized to obtain signals E1 and E2. It is determined from the signals E1 and E2 that the concentrated beam is located on the photosensors. By using a logical product operation with the signal J, a position detection signal K of the movable diffraction plate 314 is then achieved. Furthermore, since an edge of the signal K is obtained at a zero point of the difference signals D1 and D2, it is not influenced by changes in the intensity of the light source 201 . Since the signal D1 is a difference signal from the signals A1 and B1 and the signal D2 is a difference signal from the signals A2 and B2, signal noise of the same phase in the signals, such as noise due to stray light on the photosensors, cancels one another. A signal change rate at the zeros of the signals D1, D2 against an offset of the movable diffraction plate 314 in the x-axis direction becomes approximately twice as large as that of the individual signals A1, B1, A2 or B2. Therefore, an error of the reference position signal due to noise can be reduced. Therefore, the signal K is used as a correct reference signal with the previously described width.

Die Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 werden an einem rückseitigen Brenn­ punkt der Fresnel-Zonenplatten 216, 217 in dieser Ausführungsform angeordnet, um die Größe des konzentrierten Strahls zu verkleinern. Sie können jedoch auch außerhalb des Brennpunktes angeordnet werden. Die Ursache hierfür besteht darin, daß ein Zentrum des konzentrierten Strahls der fokussierenden Linsen 216, 217 sich auf einer Geraden befindet, welche parallel zu dem Licht verläuft, welches aus der Kollimatorlinse 202 austritt und durch die Zentren der Fresnel- Zonenplatten 216, 217 hindurchtritt, wobei eine Versatzgröße der bewegbaren Beugungsplatten 314 in x-Richtung derjenigen des Zentrums des konzentrierten Strahls entspricht. Die Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 sind in einer Ebene angeordnet, welche senkrecht zur z-Achse beim zuvor genannten Beispiel verläuft. Sie können jedoch auch in einer in bezug auf die z-Achse geneigten Ebene angeordnet werden. Obwohl die Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 bei dem zuvor genannten Beispiel in derselben Ebene angeordnet sind, können sie auch in verschiedenen Ebenen angeordnet werden. Die Lichtquelle 1 kann eine Licht-emittierende Diode oder ähnliches anstelle der Laserlichtquelle sein.The photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 are arranged at a rear focal point of the Fresnel zone plates 216 , 217 in this embodiment to reduce the size of the concentrated beam. However, they can also be placed out of focus. The reason for this is that a center of the concentrated beam of the focusing lenses 216 , 217 is on a straight line which is parallel to the light which emerges from the collimator lens 202 and passes through the centers of the Fresnel zone plates 216 , 217 , wherein an amount of displacement of the movable diffraction plates 314 in the x direction corresponds to that of the center of the concentrated beam. The photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 are arranged in a plane which is perpendicular to the z-axis in the aforementioned example. However, they can also be arranged in a plane inclined with respect to the z-axis. Although the photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 are arranged in the same plane in the aforementioned example, they can also be arranged in different planes. The light source 1 may be a light emitting diode or the like instead of the laser light source.

In dieser Ausführungsform ist der Modulationsgrad gut, und ein Winkelsignal wird präzise erzielt, weil die Eingangspupille der Kondensorlinse 15 begrenzt ist auf den Bereich D - 2gλ/p. Wie zuvor beschrieben, werden die ersten und zweiten konzentrierten Strahlen aus dem von der Lichtquelle 11 gebildeten Licht mit zwei Fresnel-Zonenplatten 216, 217 erzeugt, die am bewegbaren Körper 314 angeord­ net sind und sie werden von dem ersten und zweiten Fotosensor 218 und 219 bzw. dem dritten und vierten Fotosensor 220 und 221 erfaßt. Dann wird ein Impulssignal gemäß dem Differenzsignal zwischen den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Fotosensors 218 und 219 und dem der Ausgangssignale der dritten und vierten Fotosensoren 220 und 221 erzeugt. Deshalb kann ein Signal einer Referenzposition mit vorbestimmter Impulsbreite erzielt werden, ohne durch Veränderungen der Intensität von Licht, welches von einer Lichtquelle 11 emittiert wurde, und mit einer Präzision, die von Rauschen nicht so sehr beeinträchtigt wird, erzielt werden. Weil die Beugungsplatte 314 und die Fresnel-Zonenplatten 216, 217 gleichzeitig mit einem Stanzer hergestellt werden kann, ist darüberhinaus die Produktivität hoch und die Kosten niedrig.In this embodiment, the degree of modulation is good and an angle signal is obtained precisely because the input pupil of the condenser lens 15 is limited to the range D - 2gλ / p. As described above, the first and second concentrated beams are generated from the light formed by the light source 11 with two Fresnel zone plates 216 , 217 which are arranged on the movable body 314 , and they are generated by the first and second photosensors 218 and 219 and the third and fourth photosensors 220 and 221 . Then, a pulse signal is generated in accordance with the difference signal between the output signals of the first and second photo sensors 218 and 219 and that of the output signals of the third and fourth photo sensors 220 and 221 . Therefore, a signal of a reference position with a predetermined pulse width can be obtained without changing the intensity of light emitted from a light source 11 and with a precision that is not so affected by noise. In addition, because the diffraction plate 314 and the Fresnel zone plates 216 , 217 can be manufactured with a punch, the productivity is high and the cost is low.

Dritte AusführungsformThird embodiment

Fig. 17 zeigt eine Basisstruktur einer dritten Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 18 zeigt eine Struktur einer optischen Erfassungssektion 217. Zunächst wird eine Struktur einer A/B-Phasensignal-Ausgangssektion erklärt, die der der dritten Ausführungsform entspricht, die in Fig. 15 dargestellt ist. Eine Lichtquelle 11 emittiert ein kohärentes Licht, und eine Kollimatorlinse 12 richtet das Licht parallel aus. Eine feste Beugungsplatte 313 besitzt ein Gitter mit einem rechteckigen Wellenabschnitt und ist senkrecht zu einer optischen Achse des parallel ausgerichteten Lichtes angeordnet. Eine bewegbare Beugungsplatte 314 besitzt ein Gitter mit einem rechteckigen Wellenabschnitt und ist in x-Richtung senkrecht zu der optischen Achse bewegbar. Das Gitter der festen Beugungsplatte 313 besitzt eine Periode, die identisch mit der der bewegbaren Beugungsplatte 314 ist. FIG. 17 shows a basic structure of a third embodiment of the invention, and FIG. 18 shows a structure of an optical detection section 217 . First, a structure of an A / B phase signal output section corresponding to that of the third embodiment shown in Fig. 15 will be explained. A light source 11 emits a coherent light, and a collimator lens 12 aligns the light in parallel. A fixed diffraction plate 313 has a grating with a rectangular wave section and is arranged perpendicular to an optical axis of the parallel aligned light. A movable diffraction plate 314 has a grating with a rectangular wave section and is movable in the x direction perpendicular to the optical axis. The grating of the fixed diffraction plate 313 has a period identical to that of the movable diffraction plate 314 .

Eine Schrittdifferenz "d" in bezug auf die Höhe zwischen Ober- und Unterkanten der festen und bewegbaren Beugungsplatten 313, 314 hat eine Beziehung gemäß Gleichung 1, wie zuvor erklärt.A step difference "d" with respect to the height between the upper and lower edges of the fixed and movable diffraction plates 313 , 314 has a relationship according to equation 1, as previously explained.

Die optische Erfassungssektion 317, die in Fig. 18 dargestellt ist, enthält Fotosensoren 106, 218, 219, 220 und 221. Der Fotosensor 106 wird mit einem Abstand von pD/(2λ) - g oder mehr von einer bewegbaren Beugungsplatte 314 angeordnet, wobei D eine Größe eines von der Kollimatorlinse 12 parallel ausgerichteten Strahls, g eine Entfernung zwischen einer festen Beugungsplatte 313 und der bewegbaren Beugungsplatte 314, λ die Wellenlänge des Lichtes und p einen Gitterabstand der Beugungsplatten bezeichnet. Der Fotosensor 106 empfängt Licht, welches in der Breite begrenzt ist auf D - 2gλ/p. Diese Aus­ führungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform in dem Punkt, daß diese Ausführungsform keine Kondensorlinse 15 benutzt, die in der zweiten Ausführungsform verwendet wird.The optical detection section 317 shown in Fig. 18 includes photo sensors 106 , 218 , 219 , 220 and 221 . The photosensor 106 is placed at a distance of pD / (2λ) - g or more from a movable diffraction plate 314 , where D is a size of a beam aligned in parallel by the collimator lens 12 , g is a distance between a fixed diffraction plate 313 and the movable diffraction plate 314 , λ denotes the wavelength of the light and p denotes a grating distance of the diffraction plates. The photo sensor 106 receives light which is limited in width to D - 2gλ / p. This embodiment differs from the second embodiment in the point that this embodiment does not use a condenser lens 15 used in the second embodiment.

Als nächstes wird eine Z-Phasensignal-Ausgangssektion erklärt. Ein erster Fotosensor 218 und ein zweiter Fotosensor 219 sind nicht auf einer Spur eines Brennpunktes der Fresnel-Zonenplatte 217 angeordnet. Eine Entfernung zwischen dem ersten und zweiten Fotosensor 218 und 219 in Bewegungsrichtung der bewegbaren Beugungsplatte 314 ist kleiner, als eine Größe des von der Kon­ densorlinse 216 auf die Fotosensoren 218 und 219 konzentrierten Strahls. Ein dritter Fotosensor 220 und ein vierter Fotosensor 221 sind auf einer Spur eines Brennpunktes der Fresnel-Zonenplatte 217 außerhalb einer Spur eines Brenn­ punktes der Fresnel-Zonenplatte 216 angeordnet. Eine Entfernung zwischen dem dritten und vierten Fotosensor 220 und 221 in Bewegungsrichtung der beweg­ baren Beugungsplatte 314 ist kleiner, als eine Größe des von der Fresnel- Zonenplatte 217 auf den Fotosensoren konzentrierten Strahls. Die Breite der Fotosensoren 218 und 219 in x-Achsen-Richtung ist jeweils größer, als eine Größe des von der Fresnel-Zonenplatte 216 auf die Fotosensoren konzentrierten Strahls, während die Breite der Fotosensoren 220 und 221 in der x-Achsen-Richtung jeweils größer ist, als eine Größe des von der Fresnel-Zonenplatte 217 auf die Fotosensoren konzentrierten Strahls.Next, a Z-phase signal output section will be explained. A first photo sensor 218 and a second photo sensor 219 are not arranged on a trace of a focal point of the Fresnel zone plate 217 . A distance between the first and second photosensors 218 and 219 in the moving direction of the movable diffraction plate 314 is smaller than a size of the beam concentrated by the condenser lens 216 on the photosensors 218 and 219 . A third photo sensor 220 and a fourth photo sensor 221 are arranged on a trace of a focal point of the Fresnel zone plate 217 outside a trace of a focal point of the Fresnel zone plate 216 . A distance between the third and fourth photosensors 220 and 221 in the direction of movement of the movable diffraction plate 314 is smaller than a size of the beam concentrated by the Fresnel zone plate 217 on the photosensors. The width of the photo sensors 218 and 219 in the x-axis direction is larger than a size of the beam concentrated by the Fresnel zone plate 216 on the photo sensors, while the width of the photo sensors 220 and 221 in the x-axis direction is larger is a size of the beam concentrated by the Fresnel zone plate 217 onto the photosensors.

Wie zuvor erklärt, ist der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Fotosensor 218 und 220 in x-Achsen-Richtung kleiner, als ein Durchmesser eines von der Fresnel-Zonenplatte 216 wenigstens auf die Fotosensoren konzentrierten Strahls, während der Abstand zwischen den ersten und zweiten Fotosensoren 218 und 220 kleiner ist, als ein Durchmesser eines von der Fresnel-Zonenplatte 217 auf die Fotosensoren konzentrierten Strahls. Weiterhin ist eine Entfernung zwischen einer Position, in der die Ausgangssignale der ersten und zweiten Fotosensoren entlang einer Bewegungsrichtung der bewegbaren Beugungsplatte 314 einander gleich werden, und einer Position, in der die Ausgangssignale der dritten und vierten Fotosensoren entlang einer Bewegungsrichtung der beweg­ baren Beugungsplatte 314 einander gleich werden, um einen vorbestimmten Wert von einer Entfernung zwischen einem Zentrum der ersten Fresnel-Zonenplatte 216 und dem der zweiten Fresnel-Zonenplatte 217 verschieden. Wenn ein Teil des von der ersten Fresnel-Zonenplatte 216 konzentrierten Strahls sich beim ersten oder zweiten Fotosensor 218, 219 befindet, befindet sich ein Teil des von der zweiten Fresnel-Zonenplatte 217 konzentrierten Strahls auf dem dritten oder vierten Fotosensor 220, 221. Das Bezugszeichen 222 bezeichnet einen Signalprozessor, der Ausgangssignale der Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 empfängt und ein Positionserfassungssignal ausgibt. Eine Abschattungssektion 223 ist an der bewegbaren Beugungsplatte 314 angeordnet und schattet Licht, das von der Kollimatorlinse 12 ausgesandt wurde und außerhalb der Eingangspupille der Fresnel-Zonenplatten 216 und 217 auftrifft, ab, um zu verhindern, daß von der Kollimatorlinse 12 ausgesandtes Licht die Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 in einer Region beleuchtet, in der sich die bewegbaren Beugungsplatten 314 bewegen.As previously explained, the distance between the first and second photosensors 218 and 220 in the x-axis direction is smaller than a diameter of a beam concentrated by the Fresnel zone plate 216 at least on the photosensors, while the distance between the first and second Photo sensors 218 and 220 is smaller than a diameter of a beam concentrated by Fresnel zone plate 217 on the photo sensors. Further, a distance between a position in which the output signals of the first and second photo sensors along a direction of movement of the movable diffraction plate 314 are equal to each other, and a position in which the output signals of the third and fourth photosensors along a moving direction of the moving cash diffraction plate 314 to each other become the same by a predetermined value from a distance between a center of the first Fresnel zone plate 216 and that of the second Fresnel zone plate 217 . When a portion of the beam concentrated by the first Fresnel zone plate 216 is at the first or second photosensor 218 , 219 , a portion of the beam from the second Fresnel zone plate 217 is on the third or fourth photosensor 220 , 221 . Reference numeral 222 denotes a signal processor which receives output signals from the photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 and outputs a position detection signal. A shading section 223 is disposed on the movable diffraction plate 314 and shades light emitted from the collimator lens 12 and incident outside the entrance pupil of the Fresnel zone plates 216 and 217 to prevent light emitted from the collimator lens 12 from the photo sensors 218 , 219 , 220, and 221 are illuminated in a region where the movable diffraction plates 314 move.

Der Signalprozessor 222 ist in Fig. 13 dargestellt und wurde bereits erklärt. Der Summensignal-Generatorkreis 224 erzeugt ein Summensignal C1 eines Ausgangs­ signals A1 des Fotosensors 218 und eines Ausgangssignals B1 des Fotosensors 219, während der Differenzsignal-Generatorkreis 225 ein Differenzsignal D1 der Signale A1 und B1 erzeugt. Der Binärisationskreis 226 erzeugt ein Binärsignal E1 des Signals C1. Weiterhin empfängt der Binärisationskreis 227 das Signal D1 und führt eine Binärisation unter Verwendung einer Hysterese-Charakteristik durch, um ein Signal F1 auszugeben. Die Hysterese wird so gewählt, daß sie einen Wert besitzt, der größer ist, als eine maximale Amplitude des im Signal G1 enthaltenen Rauschens. Der Summensignal-Generatorkreis 228 erzeugt ein Summensignal C2 eines Ausgangssignals A2 des Fotosensors 220 und eines Ausgangssignals B2 des Fotosensors 221, während der Differenzsignal-Generatorkreis 229 ein Differenzsignal D2 der Signale A2 und B2 erzeugt. Der Binärisationskreis 230 erzeugt ein Binärsignal E2 des Signals C2. Weiterhin empfängt der Binärisations­ kreis 231 das Signal D2 und führt eine Binärisation unter Verwendung einer Hysterese-Charakteristik durch, um ein Signal F2 auszugeben. Die Hysterese wird so gewählt, daß sie einen Wert besitzt, der größer als eine maximale Amplitude des in dem Signal D2 enthaltenden Rauschens ist. Das exklusive Oder-Gatter 232 empfängt die Signale F1 und F2 und erzeugt ein exklusives Oder-Signal J. Ein Und- Gatter 233 empfängt Signale E1 und E2 und erzeugt ein Und-Signal K.The signal processor 222 is shown in Fig. 13 and has already been explained. The sum signal generator circuit 224 generates a sum signal C1 of an output signal A1 of the photosensor 218 and an output signal B1 of the photosensor 219 , while the difference signal generator circuit 225 generates a difference signal D1 of the signals A1 and B1. The binarization circuit 226 generates a binary signal E1 of the signal C1. Furthermore, the binarization circuit 227 receives the signal D1 and performs binarization using a hysteresis characteristic to output a signal F1. The hysteresis is chosen so that it has a value that is greater than a maximum amplitude of the noise contained in the signal G1. The sum signal generator circuit 228 generates a sum signal C2 of an output signal A2 of the photosensor 220 and an output signal B2 of the photosensor 221 , while the difference signal generator circuit 229 generates a difference signal D2 of the signals A2 and B2. The binarization circuit 230 generates a binary signal E2 of the signal C2. Furthermore, the binarization circuit 231 receives the signal D2 and performs binarization using a hysteresis characteristic to output a signal F2. The hysteresis is chosen to have a value greater than a maximum amplitude of the noise contained in the signal D2. Exclusive OR gate 232 receives signals F1 and F2 and generates an exclusive OR signal J. An AND gate 233 receives signals E1 and E2 and generates an AND signal K.

In bezug auf den oben beschriebenen Apparat wird zunächst eine Arbeitsweise der A/B-Phasensignal-Ausgangssektion unter Bezugnahme auf Fig. 15 und Fig. 15 erklärt. Ein von der Lichtquelle 11 emittiertes Licht wird von der Linse 12 parallel ausgerichtet und trifft im wesentlichen vertikal auf die feste Beugungsplatte 313. Das auf die feste Beugungsplatte 313 auftreffende Licht wird gebeugt und tritt als gebeugtes Licht aus.With respect to the above-described apparatus an operation of the A / B-phase signal output section with reference to Fig. 15 and Fig. 15 is first explained. A light emitted by the light source 11 is aligned in parallel by the lens 12 and strikes the fixed diffraction plate 313 substantially vertically. The light incident on the fixed diffraction plate 313 is diffracted and emerges as diffracted light.

Das von der bewegbaren Beugungsplatte 314 austretende Licht wird ausgedrückt als (n, m), wobei n eine Ordnung der Beugung der festen Beugungsplatte 313 und m eine Ordnung der Beugung der bewegbaren Beugungsplatte 314 bezeichnet. Ein mit "a" gekennzeichnetes Gebiet zeigt ein Gebiet mit (-1, +1) und (+ 1, -1); ein Gebiet, das mit "b" bezeichnet ist, zeigt ein Gebiet mit (-1, +1), und ein mit "c" gekennzeichnetes Gebiet zeigt ein Gebiet mit (+1, -1); ein mit "d" bezeichnetes Gebiet zeigt ein Gebiet mit (-1, -1), und ein Gebiet, das mit "e" bezeichnet ist, zeigt ein Gebiet mit (+1, +1). Gebeugtes Licht der Ordnung 3 oder mehr ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 15 nicht dargestellt. Eine Licht-empfangende Ebene eines Fotosensors 106 ist so gewählt, daß eine Entfernung von der Beu­ gungsplatte 314 pD/(2λ) - g oder mehr beträgt und das Licht auf eine Region innerhalb von D - 2gλ/p begrenzt. Deshalb erfaßt der Fotosensor 106 das Licht nur in dem Gebiet "a".The light emerging from the movable diffraction plate 314 is expressed as (n, m), where n denotes an order of diffraction of the fixed diffraction plate 313 and m denotes an order of diffraction of the movable diffraction plate 314 . An area marked with "a" shows an area with (-1, +1) and (+ 1, -1); an area labeled "b" shows an area labeled (-1, +1), and an area labeled "c" shows an area labeled (+1, -1); an area labeled "d" indicates an area labeled (-1, -1), and an area labeled "e" indicates an area labeled (+1, +1). Diffracted light of order 3 or more is not shown in FIG. 15 for reasons of clarity. A light receiving plane of a photosensor 106 is selected such that a distance from the diffraction plate is 314 pD / (2λ) - g or more and limits the light to a region within D - 2gλ / p. Therefore, the photosensor 106 detects the light only in the area "a".

Als nächstes wird die Z-Phasensignal-Ausgangssektion erklärt. Wie in Fig. 12 dargestellt ist, trifft Licht, das von der Kollimatorlinse 202 in die Eingangspupille der Fresnel-Zonenplatten 216 und 217 eintritt, wenn sich die bewegbare Beugungsplatte 314 bewegt, auf die Brennpunkte der Fresnel-Zonenplatten. Der Brennpunkt befindet sich auf einer Achse, die parallel zu dem von der Kollimator­ linse abgestrahlten Licht verläuft und durch ein Zentrum der Fresnel-Zonenplatte hindurchreicht. Deshalb entspricht eine Versatzgröße der bewegbaren Beugungs­ platte 314 in x-Achsen-Richtung einer Versatzgröße der Brennpunkte der Fresnel- Zonenplatten 216 und 217. Die Fotosensoren 218 und 219 sind auf einer Spur des Brennpunktes der Fresnel-Zonenplatte 216 angeordnet, während die Fotosensoren 220 und 221 auf einer Spur der Brennpunkte der Fresnel-Zonen­ platte 217 angeordnet sind. Dann überstreicht der konzentrierte Strahl die Fotosensoren, wenn sich die bewegbare Beugungsplatte 314 bewegt.Next, the Z-phase signal output section will be explained. As shown in FIG. 12, light entering collimator lens 202 into the entrance pupil of Fresnel zone plates 216 and 217 as movable diffraction plate 314 moves strikes the focal points of Fresnel zone plates. The focal point is on an axis that runs parallel to the light emitted by the collimator lens and extends through a center of the Fresnel zone plate. Therefore, an offset amount of the movable diffraction plate 314 in the x-axis direction corresponds to an offset amount of the focal points of the Fresnel zone plates 216 and 217 . The photo sensors 218 and 219 are arranged on a track of the focal point of the Fresnel zone plate 216 , while the photo sensors 220 and 221 are arranged on a track of the focal point of the Fresnel zone plate 217 . Then the concentrated beam sweeps across the photosensors as the movable diffraction plate 314 moves.

Als nächstes wird die Erzeugung eines Referenz-Positionssignals aus den Signalen A1, A2, B1 und B2 unter Bezugnahme auf Fig. 14 erklärt, die Wellenformen im Signalverarbeitungsmittel 222 zeigt, wenn der bewegbare Körper 203 sich in positiver Richtung bewegt. Wenn sich der von der Fresnel-Zonenplatte 216 erzeugte, konzentrierte Strahl von dem Fotosensor 218 zum Fotosensor 219 bewegt, werden Signale A1 und B1 von den Fotosensoren 218 und 219 erzielt. Dann verändert sich das Differenzsignal D1 von einem negativen Wert in einen positiven Wert. Wenn die Binärisation mit einer Hysterese-Charakteristik durchgeführt wird, um ein in dem Signal D1 enthaltenes Rauschen zu vermeiden, wird ein Signal F1 erzielt. Analog werden Signale A2 und B2 von den Fotosenso­ ren 220 und 221 erzielt, wenn sich der von den Fresnel-Zonenplatten 217 erzeugte Strahl von dem Fotosensor 220 zum Fotosensor 221 bewegt. Dann wird ein Signal F2 durch Binärisierung des Signals D2 erzielt.Next, the generation of a reference position signal from the signals A1, A2, B1 and B2 will be explained with reference to Fig. 14, which shows waveforms in the signal processing means 222 when the movable body 203 moves in the positive direction. When the concentrated beam generated by Fresnel zone plate 216 moves from photosensor 218 to photosensor 219 , signals A1 and B1 are obtained from photosensors 218 and 219 . Then the difference signal D1 changes from a negative value to a positive value. If the binarization is performed with a hysteresis characteristic in order to avoid noise contained in the signal D1, a signal F1 is obtained. Similarly, signals A2 and B2 are obtained from photosensors 220 and 221 when the beam generated by Fresnel zone plates 217 moves from photosensor 220 to photosensor 221 . Then a signal F2 is obtained by binarizing the signal D2.

Eine Bewegungsentfernung der bewegbaren Beugungsplatte 314 von einer Anstiegsflanke des Signals F1 zu der des Signals F2 oder von einer Anstiegsflanke des Signals F2 zu der des Signals F1 ist gegeben als eine Differenz zwischen einer Entfernung von einer Position der bewegbaren Beugungsplatte 314, in der die Ausgangssignale der ersten und zweiten Fotosensoren in eine Bewegungsrichtung der bewegbaren Beugungsplatte 314 einander entsprechen, zu einer Position der bewegbaren Beugungsplatte 314, in der die Ausgangssignale der dritten und vierten Fotosensoren einander entsprechen, und einer Entfernung von einem Zentrum des von der ersten Fresnel-Zonenplatte 216 konzentrierten Strahls und dem des von der zweiten Fresnel-Zonenplatte 217 konzentrierten Strahls. Wenn der von der ersten Fresnel-Zonenplatte 216 und der zweiten Fresnel-Zonenplatte 217 konzentrierte Strahl sich an den Fotosensoren befindet, kann deshalb ein Signal F mit einer zuvor genannten Breite als ein Referenzpositionssignal durch Verwendung einer exklusiven Oder-Operation der Signale F1 und F2 erzielt werden.A moving distance of the movable diffraction plate 314 from a rising edge of the signal F1 to that of the signal F2 or from a rising edge of the signal F2 to that of the signal F1 is given as a difference between a distance from a position of the movable diffraction plate 314 at which the output signals of the first and second photosensors correspond to each other in a moving direction of the movable diffraction plate 314 , to a position of the movable diffraction plate 314 in which the outputs of the third and fourth photosensors correspond to each other, and a distance from a center of the beam concentrated by the first Fresnel zone plate 216 and that of the beam concentrated by the second Fresnel zone plate 217 . Therefore, when the beam concentrated by the first Fresnel zone plate 216 and the second Fresnel zone plate 217 is at the photosensors, a signal F having a width as mentioned above can be obtained as a reference position signal by using an exclusive OR operation of the signals F1 and F2 become.

Als nächstes werden ein Summensignal C1 der Signale A1 und B1 und ein Summensignal C2 der Signale A2 und B2 binärisiert, um Signale E1 und E2 zu erzielen. Es wird aus den Signalen E1 und E2 ermittelt, daß sich der konzentrierte Strahl an den Fotosensoren befindet. Dann wird durch Ausführung einer Und- Operation mit dem Signal J ein Positionserfassungssignal K der bewegbaren Beugungsplatte 314 erzielt. Weil eine Flanke des Signals K an einer Nullstelle der Differenzsignale D1 und D2 erzielt wird, wird es nicht von Intensitätsveränderun­ gen der Lichtquelle 201 beeinflußt. Weil das Signal D1 ein Differenzsignal der Signale A1 und B1 ist und das Signal D2 ein Differenzsignal der Signale A2 und B2 ist, löschen sich darüber hinaus in den Signalen enthaltenes Signalrauschen der selben Phase, wie beispielsweise Rauschen aufgrund von Streulicht an den Fotosensoren, einander aus. Eine Signalveränderungsrate der Signale D1, D2 an einer Nullstelle gegen einen Versatz der bewegbaren Beugungsplatte 314 in x- Achsen-Richtung wird ungefähr doppelt so groß, wie das der Signale A1, B1, A2 oder B2 allein. Deshalb kann ein Fehler des Referenz-Positionssignals aufgrund von Rauschen reduziert werden. Deshalb wird das Signal K als ein korrektes Referenzsignal mit vorbestimmter Breite benutzt.Next, a sum signal C1 of signals A1 and B1 and a sum signal C2 of signals A2 and B2 are binarized to obtain signals E1 and E2. It is determined from the signals E1 and E2 that the concentrated beam is located on the photosensors. Then, by performing an AND operation on the J signal, a position detection signal K of the movable diffraction plate 314 is obtained. Because an edge of the signal K is obtained at a zero point of the difference signals D1 and D2, it is not influenced by changes in intensity of the light source 201 . In addition, because the signal D1 is a differential signal of the signals A1 and B1 and the signal D2 is a differential signal of the signals A2 and B2, signal noises of the same phase contained in the signals, such as noise due to stray light at the photosensors, cancel each other out . A signal change rate of the signals D1, D2 at a zero point against an offset of the movable diffraction plate 314 in the x-axis direction becomes approximately twice as large as that of the signals A1, B1, A2 or B2 alone. Therefore, an error of the reference position signal due to noise can be reduced. Therefore, the signal K is used as a correct reference signal with a predetermined width.

Bei dieser Ausführungsform wird der Modulationsgrad dadurch verbessert, daß nur das Gebiet benutzt wird, in dem gebeugtes Licht der Ordnungen ±1 miteinander interferieren. Weil eine Kondensorlinse nicht gebraucht wird, wird die Anzahl der Komponenten vermindert, und das Gewicht der Kodiereinrichtung kann her­ abgesetzt werden. Darüber hinaus ist, da die Beugungsplatten und die Fresnel- Zonenplatten gleichzeitig mit einem Stanzer hergestellt werden können, die Produktivität hoch und die Kosten gering.In this embodiment, the degree of modulation is improved in that only the area is used in the diffracted light of orders ± 1 with each other interfere. Because a condenser lens is not needed, the number of Components reduced, and the weight of the encoder can be be dropped off; be discontinued; be deducted; be dismissed. In addition, since the diffraction plates and the Fresnel Zone plates can be made simultaneously with a punch that High productivity and low costs.

Die Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 werden an einem Brennpunkt an der Rückseite der Fresnel-Zonenplatten 216, 217 in dieser Ausführungsform angeordnet, um die Größe des konzentrierten Strahls zu vermindern. Sie können jedoch auch außerhalb des Brennpunktes angeordnet werden. Die Ursache hierfür liegt darin, daß ein Zentrum des von den fokussierenden Linsen 216 und 217 parallel ausgerichteten Strahls sich auf einer Geraden befindet, welche parallel zu dem von der Kollimatorlinse 202 ausgesandten Licht verläuft und durch das Zentrum der Fresnel-Zonenplatten 216, 217 hindurchreicht, wobei eine Versatz­ größe der bewegbaren Beugungsplatten 314 in x-Richtung derjenigen des Zentrums des konzentrierten Strahls entspricht. Die Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 sind in einer senkrecht zur z-Achse in dem zuvor genannten Beispiel verlaufenden Ebene angeordnet. Sie können jedoch auch in einer in bezug auf die z-Achse geneigten Ebene angeordnet sein. Obwohl die Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 in der selben Ebene bei dem zuvor genannten Beispiel angeordnet sind, können sie auch darüber hinaus in verschiedenen Ebenen angeordnet sein. Die Lichtquelle 11 kann eine Licht emit­ tierende Diode oder ähnliches anstelle der Laserlichtquelle sein.The photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 are placed at a focal point on the back of the Fresnel zone plates 216 , 217 in this embodiment to reduce the size of the concentrated beam. However, they can also be placed out of focus. The reason for this is that a center of the beam aligned in parallel by the focusing lenses 216 and 217 is located on a straight line which runs parallel to the light emitted by the collimator lens 202 and extends through the center of the Fresnel zone plates 216 , 217 , wherein an offset size of the movable diffraction plates 314 in the x direction corresponds to that of the center of the concentrated beam. The photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 are arranged in a plane running perpendicular to the z-axis in the aforementioned example. However, they can also be arranged in a plane inclined with respect to the z-axis. In addition, although the photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 are arranged on the same level in the aforementioned example, they can also be arranged on different levels. The light source 11 may be a light emitting diode or the like instead of the laser light source.

Vierte AusführungsformFourth embodiment

Fig. 19 zeigt eine Basis-Struktur einer vierten Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 20 zeigt eine Struktur eines Fotosensors. Zuerst wird eine Struktur einer A/B- Phasensignal-Ausgangssektion erklärt. Eine Kollimatorlinse 2 richtet Licht, das von einer kohärenten Lichtquelle 1 mit einer Wellenlänge λ emittiert wird, parallel aus. Eine erste, feste Platte 3 besitzt ein Gitter mit einem rechteckigen Wellenabschnitt, das gebeugtes Licht nur der Ordnungen ±1 hindurchläßt, und ein Drehteller 324 besitzt ein Gitter mit einem rechteckigen Wellenabschnitt, der gebeugtes Licht nur der Ordnungen ±1 desselben Beugungswinkels hindurchläßt, wie das der ersten festen Platte 3. Der Drehteller 324 besitzt Spalte in radialen Richtungen am Umfang und enthält erste und zweite Fresnel-Zonenplatten 216 und 217. Spiegel 5, 6 lenken Licht, das von dem Drehteller 324 austritt, zu einer in bezug auf das Drehzentrum symmetrischen Position. Eine zweite feste Platte 7 besitzt ein Gitter mit einem rechteckigen Wellenabschnitt, der gebeugtes Licht nur der Ordnungen ±1 mit demselben Beugungswinkel hindurchläßt, wie dem der ersten, festen Platte 3. Eine optische Erfassungssektion 318 enthält Fotosensoren 8, 218, 219, 220 und 221, wie in Fig. 20 im Detail erkennbar ist. Fig. 19 shows a basic structure of a fourth embodiment of the invention, and Fig. 20 shows a structure of a photo sensor. First, a structure of an A / B phase signal output section is explained. A collimator lens 2 aligns light that is emitted by a coherent light source 1 with a wavelength λ in parallel. A first, fixed plate 3 has a grating with a rectangular wave section which transmits diffracted light of orders ± 1 only, and a turntable 324 has a grating with a rectangular shaft section which transmits diffracted light only orders of ± 1 of the same diffraction angle as that the first fixed plate 3 . The turntable 324 has circumferential gaps in radial directions and includes first and second Fresnel zone plates 216 and 217 . Mirrors 5 , 6 direct light emerging from the turntable 324 to a position symmetrical with respect to the center of rotation. A second fixed plate 7 has a grating with a rectangular wave section which transmits diffracted light of only the orders ± 1 with the same diffraction angle as that of the first fixed plate 3 . An optical detection section 318 contains photo sensors 8 , 218 , 219 , 220 and 221 , as can be seen in detail in FIG. 20.

Nachfolgend wird eine Z-Phasensignal-Ausgangssektion erklärt. Der erste Fotosensor 218 und der zweite Fotosensor 219 sind auf einer Spur eines Brennpunktes der Fresnel-Zonenplatte 216 und nicht auf einer Spur eines Brennpunktes der Fresnel-Zonenplatte 217 angeordnet. Ein Abstand zwischen dem ersten und zweiten Fotosensor 218 und 219 in Bewegungsrichtung des Drehtellers 324 ist kleiner, als eine Größe des von der Kondensorlinse 216 auf die Fotosenso­ ren 218 und 219 parallel ausgerichteten Strahls. Der dritte Fotosensor 220 und der vierte Fotosensor 221 sind auf einer Spur eines Brennpunktes der Fresnel- Zonenplatte 217 außerhalb einer Spur eines Brennpunktes der Fresnel-Zonenplatte 216 angeordnet. Ein Abstand zwischen den dritten und vierten Fotosensoren 220 und 221 in Bewegungsrichtung des Drehtellers 324 ist kleiner, als eine Größe des von der Fresnel-Zonenplatte 217 auf die Fotosensoren parallel ausgerichteten Strahls. Eine Breite der Fotosensoren 218 und 219 in x-Achsen-Richtung ist größer, als eine Größe des von der Fresnel-Zonenplatte 216 auf die Fotosensoren parallel ausgerichteten Strahls, während eine Breite der Fotosensoren 220 und 221 in x-Achsen-Richtung größer ist, als eine Größe des von der Fresnel-Zonenplatte 217 auf die Fotosensoren parallel ausgerichteten Strahls. Ein Abstand zwischen dem ersten und zweiten Fotosensor 218 und 220 in x-Achsen-Richtung ist kleiner, als ein Durchmesser eines von der Fresnel-Zonenplatte 216 wenigstens auf die Fotosensoren parallel ausgerichteten Strahls, während ein Abstand zwischen den ersten und zweiten Fotosensoren 218, 220 kleiner ist, als ein Durchmesser eines von der Fresnel-Zonenplatte 217 auf die Fotosensoren parallel ausgerichteten Strahls. Eine Entfernung zwischen einer Position, in der die Ausgangssignale der ersten und zweiten Fotosensoren 218, 219 entlang einer Drehrichtung des Drehtellers 324 einander entsprechen und einer Position, in der die Ausgangs­ signale der dritten und vierten Fotosensoren 220, 221 entlang einer Drehrichtung des Drehtellers 324 einander entsprechen, ist um einen vorbestimmten Wert von einer Entfernung zwischen einem Zentrum der ersten Fresnel-Zonenplatte 216 und dem der zweiten Fresnel-Zonenplatte 217 verschieden. Wenn ein Teil des von der ersten Fresnel-Zonenplatte 216 parallel ausgerichteten Strahls sich auf dem ersten oder zweiten Fotosensor 218, 219 befindet, befindet sich ein Teil des von der zweiten Fresnel-Zonenplatte 217 parallel ausgerichteten Strahls auf dem dritten oder vierten Fotosensor 220, 221.A Z phase signal output section is explained below. The first photo sensor 218 and the second photo sensor 219 are arranged on a trace of a focal point of the Fresnel zone plate 216 and not on a trace of a focal point of the Fresnel zone plate 217 . A distance between the first and second photosensors 218 and 219 in the direction of movement of the turntable 324 is smaller than a size of the beam aligned in parallel by the condenser lens 216 onto the photosensors 218 and 219 . The third photo sensor 220 and the fourth photo sensor 221 are arranged on a trace of a focal point of the Fresnel zone plate 217 outside a trace of a focal point of the Fresnel zone plate 216 . A distance between the third and fourth photo sensors 220 and 221 in the direction of movement of the turntable 324 is smaller than a size of the beam aligned in parallel by the Fresnel zone plate 217 on the photo sensors. A width of the photo sensors 218 and 219 in the x-axis direction is larger than a size of the beam aligned in parallel from the Fresnel zone plate 216 to the photosensors, while a width of the photo sensors 220 and 221 in the x-axis direction is larger, as a size of the beam parallel from Fresnel zone plate 217 to the photosensors. A distance between the first and second photosensors 218 and 220 in the x-axis direction is smaller than a diameter of a beam aligned at least in parallel by the Fresnel zone plate 216 onto the photosensors, while a distance between the first and second photosensors 218 , 220 is smaller than a diameter of a beam aligned in parallel by the Fresnel zone plate 217 onto the photosensors. A distance between a position in which the output signals of the first and second photo sensors 218 , 219 correspond to one another along a direction of rotation of the rotary plate 324 and a position in which the output signals of the third and fourth photo sensors 220 , 221 correspond to one another along a direction of rotation of the rotary plate 324 is different from a distance between a center of the first Fresnel zone plate 216 and that of the second Fresnel zone plate 217 by a predetermined value. When a portion of the beam aligned in parallel from the first Fresnel zone plate 216 is on the first or second photosensor 218 , 219 , a portion of the beam aligned in parallel by the second Fresnel zone plate 217 is on the third or fourth photosensor 220 , 221 .

Das Bezugszeichen 222 bezeichnet einen Signalprozessor, der Ausgangssignale der Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 empfängt und ein Positionserfassungs­ signal ausgibt. Eine Abschattungssektion 223 ist auf dem Drehteller 324 vorgesehen und beschattet das Licht, das die Kollimatorlinse 12 verläßt, außerhalb der Eingangspupille der Fresnel-Zonenplatten 216 und 217 ab, um zu verhindern, daß das Licht, das von der Kollimatorlinse 12 ausgesandt wird, die Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 in einer Region belichtet, in der sich der Drehteller 324 bewegt.Reference numeral 222 denotes a signal processor which receives output signals from the photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 and outputs a position detection signal. A shading section 223 is provided on the turntable 324 and shades the light exiting the collimator lens 12 outside the entrance pupil of the Fresnel zone plates 216 and 217 to prevent the light emitted from the collimator lens 12 from the photosensors 218 , 219 , 220 and 221 exposed in a region where the turntable 324 is moving.

Der Signalprozessor 222 ist in Fig. 13 dargestellt und wurde bereits erklärt. Der Summensignalgeneratorkreis 224 erzeugt ein Summensignal C1 eines Ausgangs­ signals A1 des Fotosensors 218 und eines Ausgangssignals B1 des Fotosensors 219, während der Differenzsignal-Generatorkreis 225 ein Differenzsignal D1 der Signale A1 und B1 erzeugt. Der Binärisationskreis 226 erzeugt ein Binärsignal E1 des Signals C1. Darüber hinaus empfängt der Binärisationskreis 227 das Signal D1 und führt eine Binärisation durch Verwendung einer Hysterese-Charakteristik durch, um ein Signal F1 auszugeben. Die Hysterese ist so gewählt, daß sie einen Wert besitzt, der größer als eine maximale Amplitude des im Signal D 1 enthaltenen Rauschens ist. Der Summensignalgeneratorkreis 228 erzeugt ein Summensignal C2 eines Ausgangssignals A2 des Fotosensors 220 und eines Ausgangssignals B2 des Fotosensors 221, während der Differenzsignalgeneratorkreis 229 ein Differenzsignal D2 der Signale A2 und B2 erzeugt. Ein Binärisationskreis 230 erzeugt ein Binärsignal E2 des Signals C2. Darüber hinaus empfängt der Binärisationskreis 231 das Signal D2 und führt eine Binärisation unter Benutzung einer Hysterese-Charakteristik durch, um ein Signal F2 auszugeben. Die Hysterese ist so gewählt, daß sie einen Wert besitzt, der größer als eine maximale Amplitude des im Signal D2 enthaltenen Signalrauschens ist. Das exklusive Oder-Gatter 232 empfängt die Signale F1 und F2 und erzeugt ein exklusives Oder-Signal J. Ein Und- Gatter 233 empfängt Signale E1 und E2 und erzeugt ein Und-Signal K.The signal processor 222 is shown in Fig. 13 and has already been explained. The sum signal generator circuit 224 generates a sum signal C1 of an output signal A1 of the photosensor 218 and an output signal B1 of the photosensor 219 , while the difference signal generator circuit 225 generates a difference signal D1 of the signals A1 and B1. The binarization circuit 226 generates a binary signal E1 of the signal C1. In addition, the binarization circuit 227 receives the signal D1 and performs binarization using a hysteresis characteristic to output a signal F1. The hysteresis is chosen so that it has a value that is greater than a maximum amplitude of the noise contained in the signal D 1. The sum signal generator circuit 228 generates a sum signal C2 of an output signal A2 of the photosensor 220 and an output signal B2 of the photosensor 221 , while the difference signal generator circuit 229 generates a difference signal D2 of the signals A2 and B2. A binarization circuit 230 generates a binary signal E2 of the signal C2. Furthermore, the binarization circuit 231 receives the signal D2 and performs binarization using a hysteresis characteristic to output a signal F2. The hysteresis is selected so that it has a value that is greater than a maximum amplitude of the signal noise contained in the signal D2. Exclusive OR gate 232 receives signals F1 and F2 and generates exclusive OR signal J. An AND gate 233 receives signals E1 and E2 and generates an AND signal K.

In bezug auf die Ausführungsform, die wie zuvor erklärt hergestellt wurde, wird nachfolgend zunächst eine Arbeitsweise der A/B-Phasensignal-Ausgangssektion erklärt. In Fig. 19 entspricht ein optischer Pfad von der Lichtquelle 1 zum Spiegel 5 auf eine x-y-Ebene von einer positiven x-Richtung dem in Fig. 21. Nachfolgend wird die Arbeitsweise unter Verwendung von Fig. 21 erklärt. Das von der Lichtquelle 1 ausgesandte Licht wird von der Kollimatorlinse 2 parallel ausgerichtet und trifft auf die erste, feste Platte 3. Das Licht wird von der ersten, festen Platte 3 in gebeugtes Licht der Ordnungen ±1 separiert. Das gebeugte Licht der Ordnungen ±1, das die erste, feste Platte 3 verläßt, trifft auf den Drehteller 324 und wird in gebeugtes Licht der Ordnungen ±1 separiert. Da die Beugungswinkel von gebeugtem Licht der Ordnung ±1 an der ersten, festen Platte 3 und dem Drehteller 324 identisch sind, ist ein Lichtstrom 31 parallel zu einem Lichtstrom 32. Der Lichtstrom 31 bezeichnet einen Lichtstrom, welcher von der ersten, festen Platte 3 in positiver x-Richtung gebeugt ist und weiter in negativer x-Richtung von dem Drehteller 324 gebeugt ist, während der Li 13397 00070 552 001000280000000200012000285911328600040 0002004447617 00004 13278chtstrom 32 einen Lichtstrom bezeichnet, welcher von der ersten, festen Platte 3 in negativer y-Richtung gebeugt ist und weiter in positiver y-Richtung von dem Drehteller 324 gebeugt ist.With respect to the embodiment made as explained above, an operation of the A / B phase signal output section will first be explained below. In FIG. 19, an optical path from the light source 1 to the mirror 5 on an xy plane from a positive x direction corresponds to that in FIG. 21. The operation will now be explained using FIG. 21. The light emitted by the light source 1 is aligned in parallel by the collimator lens 2 and strikes the first, fixed plate 3 . The light is separated from the first, fixed plate 3 into diffracted light of the orders ± 1. The diffracted light of the orders ± 1, which leaves the first fixed plate 3 , strikes the turntable 324 and is separated into the diffracted light of the orders ± 1. Since the diffraction angles of diffracted light of the order ± 1 on the first, fixed plate 3 and the turntable 324 are identical, a luminous flux 31 is parallel to a luminous flux 32 . The luminous flux 31 denotes a luminous flux which is diffracted by the first, fixed plate 3 in the positive x-direction and further diffracted in the negative x-direction by the turntable 324 , while the Li 13397 00070 552 001000280000000200012000285911328600040 0002004447617 00004 13278chtstrom 32 denotes a luminous flux which is bent by the first, fixed plate 3 in the negative y-direction and is further bent in the positive y-direction by the turntable 324 .

Es ist bekannt, daß, wenn ein Gitter sich relativ zu einem eintreffenden Licht bewegt, die Phase des gebeugten Lichtes der Ordnungen ±1 sich erhöht oder erniedrigt. Das bedeutet, daß die Phase von gebeugtem Licht der Ordnung +1, welches entlang einer Bewegungsrichtung des Gitters in bezug auf eine optische Achse des eintreffenden Lichtes gebeugt wird, um 2πx(λp) beschleunigt wird, wobei p einen Gitterabstand des Gitters und λ die Wellenlänge des Lichtes bezeichnet. Auf der anderen Seite verlangsamt sich die Phase von gebeugtem Licht der Ordnung +1, welches entlang einer der Bewegungsrichtung des Gitters in bezug auf eine optische Achse des eintreffenden Lichtes entgegengesetzten Richtung gebeugt wird um 2πx(λp). Deshalb werden komplexe Amplituden optischer Ströme 31 und 32 ausgedrückt, wie in Gleichung 19, wobei θ einen Drehwinkel des Drehtellers 324 bezeichnet, wobei eine Bewegungsrichtung des Gitters des Drehtellers 324 als eine positive Richtung des Rotationswinkels θ in Fig. 21 angenommen wird, N eine Teilerzahl des Gitters in dem Drehteller 324 bezeichnet und r eine Entfernung von einem Zentrum des Drehtellers 324 zu einem Punkt bezeichnet, an dem ein Strahl auf den Drehteller 324 auftrifft. Die Ströme 31 und 32 werden einer Phasenmodulation durch den Drehteller 324 ausgesetzt und von dem Spiegel 5 in eine in bezug auf das Drehzentrum des Drehtellers 324 symmetrische Position gelenkt. It is known that when a grating moves relative to an incoming light, the phase of the diffracted light of orders ± 1 increases or decreases. This means that the phase of diffracted light of the order +1, which is diffracted along a direction of movement of the grating with respect to an optical axis of the incoming light, is accelerated by 2πx (λp), where p is a grating distance of the grating and λ is the wavelength of the light. On the other hand, the phase of diffracted light of the order +1, which is diffracted along a direction opposite to the direction of movement of the grating with respect to an optical axis of the incident light, slows by 2πx (λp). Therefore, complex amplitudes of optical currents 31 and 32 are expressed as in Equation 19, where θ denotes an angle of rotation of the turntable 324 , wherein a moving direction of the grating of the turntable 324 is taken as a positive direction of the angle of rotation θ in Fig. 21, N is a divisor of the grating in the turntable 324 and r denotes a distance from a center of the turntable 324 to a point at which a beam hits the turntable 324 . The currents 31 and 32 are subjected to phase modulation by the turntable 324 and are directed by the mirror 5 into a position symmetrical with respect to the center of rotation of the turntable 324 .

Fig. 22 bezieht sich auf einen optischen Pfad vom Spiegel 6 zu dem Fotosensor 8 auf eine x-z Ebene aus einer positiven y-Richtung in Fig. 19. Deshalb wird diese Ausführungsform unter Bezugnahme von Fig. 22 erklärt. Die Lichtströme 31 und 32, die von dem Spiegel 6 ausgehen, sind parallel und werden von der zweiten festen Platte 7 in gebeugtes Licht der Ordnungen ±1 separiert. Der Strom 31 wird von der zweiten, festen Platte 7 in eine negative x-Richtung und weiter von dem Drehteller 324 in eine positive x-Richtung gebeugt, um einen Strom 33 zu erzielen. Der Strom 32 wird von dem zweiten, festen Gitter 7 in eine positive x-Richtung und weiter von dem Drehteller 324 in eine negative x-Richtung gebeugt, um einen Strom 34 zu erzielen. Die Ströme 33 und 34 sind parallel zueinander und über­ lagert, um Interferenzen zu erzeugen. Wenn der Drehteller 324 sich in eine positive Richtung dreht, werden komplexe Amplituden der Ströme 33 und 34 gemäß Gleichung (20) ausgedrückt, weil die Bewegungsrichtung des Drehtellers 324 eine negative x-Richtung in Fig. 7 besitzt. Darüber hinaus wird eine Interferenz- Lichtamplitude der Ströme 31 und 32 gemäß Gleichung (21) berechnet. Der Fotosensor 8 erfaßt eine optische Intensität, die in Gleichung (21) ausgedrückt ist, aus der sich ergibt, daß 4N Impulse pro Umdrehung erfaßt werden können oder ein Vierfaches der Teilerzahl des Gitters in dem Drehteller erzielt werden kann. Fig. 22 relates to an optical path from the mirror 6 to the photo sensor 8 to an xz plane of a positive y-direction in Fig. 19. Therefore, this embodiment is described with reference to FIG. 22 explained. The light fluxes 31 and 32 emanating from the mirror 6 are parallel and are separated from the second fixed plate 7 into diffracted light of the orders ± 1. The current 31 is diffracted by the second, fixed plate 7 in a negative x direction and further by the turntable 324 in a positive x direction in order to achieve a current 33 . The current 32 is diffracted by the second fixed grating 7 in a positive x direction and further by the turntable 324 in a negative x direction in order to achieve a current 34 . Streams 33 and 34 are parallel to and overlaid to create interference. When the turntable 324 rotates in a positive direction, complex amplitudes of the currents 33 and 34 are expressed according to equation (20) because the direction of movement of the turntable 324 has a negative x direction in FIG. 7. In addition, an interference light amplitude of the currents 31 and 32 is calculated according to equation (21). The photosensor 8 detects an optical intensity, which is expressed in equation (21), from which it follows that 4N pulses per revolution can be detected or four times the number of divisions of the grating can be achieved in the turntable.

Als nächstes werden aufgelaufene Fehler erklärt, wenn eine Exzentrizitätsgröße ∈ des Drehtellers 324 auftritt. Falls der Drehteller 324 eine Exzentrizität besitzt, weicht ein Drehwinkel θ von einem Drehwinkel θa im Hinblick auf das Drehzentrum des Drehtellers 324 ab. Der Rotationswinkel θa wird ausgedrückt als θa = θ + (∈/r)cosθ, wie aus der Zeichnung hervorgeht. Deshalb werden die komplexen Am­ plituden der Ströme 31 und 32 wie in Gleichung (22) ausgedrückt. In bezug auf den zu einem bestimmten Punkt symmetrischen Punkt im Hinblick auf das Drehzentrum des Drehtellers 324 gilt:
θa = θ - (∈/r)cosθ. Deshalb werden die komplexen Amplituden der Ströme 33 und 34 wie in Gleichung (23) ausgedrückt. Eine Interferenz-Intensität der Ströme 33 und 34 oder eine von dem Fotosensor 8 empfangene, optische Intensität ist in Gleichung (24) ausgedrückt. Da Gleichung (24) keinen Ausdruck besitzt, der eine Exzentrizitätsgröße ∈ enthält, wurde gefunden, daß keine akkumulierten Fehler aufgrund einer Exzentrizität auftreten, und es wurde auch gefunden, daß es keine Intensitätsveränderungen gibt.
Accumulated errors are next explained when an eccentricity quantity ∈ of the turntable 324 occurs. If the turntable 324 has an eccentricity, a rotation angle θ deviates from a rotation angle θ a with respect to the rotation center of the turntable 324 . The angle of rotation θ a is expressed as θ a = θ + (∈ / r) cosθ, as can be seen from the drawing. Therefore, the complex amplitudes of streams 31 and 32 are expressed as in equation (22). With respect to the point symmetrical about a certain point with regard to the center of rotation of the turntable 324 :
θ a = θ - (∈ / r) cosθ. Therefore, the complex amplitudes of currents 33 and 34 are expressed as in equation (23). An interference intensity of the currents 33 and 34 or an optical intensity received by the photosensor 8 is expressed in equation (24). Since equation (24) has no expression containing an eccentricity quantity ∈, it was found that there were no accumulated errors due to eccentricity, and it was also found that there were no changes in intensity.

Als nächstes wird die Z-Phasensignal-Ausgangssektion unter Bezugnahme auf Fig. 12 erklärt. Wie in Fig. 12 dargestellt ist, erreicht das Licht einen Brennpunkt der Fresnel-Zonenplatte, wenn von der Kollimatorlinse 202 austretendes Licht auf die Eingangspupille der Fresnel-Zonenplatten 216 und 217 trifft, wenn sich der Drehteller 324 dreht. Der Brennpunkt befindet sich auf einer Achse, welche parallel zu dem aus der Kollimatorlinse austretenden Licht verläuft und durch ein Zentrum der Fresnel-Zonenplatte hindurchläuft. Deshalb entspricht eine Versatz­ größe des Drehtellers 324 in x-Achsen-Richtung einer Versatzgröße der Brenn­ punkte der Fresnel-Zonenplatten 216 und 217. Die Fotosensoren 218 und 219 befinden sich auf einem Pfad des Brennpunktes der Fresnel-Zonenplatte 217. Dann überstreicht der konzentrierte Strahl die Fotosensoren, wenn sich der Drehteller 324 dreht.Next, the Z-phase signal output section will be explained with reference to FIG. 12. As shown in FIG. 12, the light reaches a focal point of the Fresnel zone plate when light emerging from the collimator lens 202 hits the entrance pupil of the Fresnel zone plates 216 and 217 when the turntable 324 rotates. The focal point is on an axis which runs parallel to the light emerging from the collimator lens and runs through a center of the Fresnel zone plate. Therefore, an offset size of the turntable 324 in the x-axis direction corresponds to an offset size of the focal points of the Fresnel zone plates 216 and 217 . The photo sensors 218 and 219 are located on a path of the focal point of the Fresnel zone plate 217 . Then the concentrated beam sweeps across the photosensors as the turntable 324 rotates.

Als nächstes wird die Erzeugung eines Referenz-Positionssignals aus den Signalen A1, A2, B1 und B2 unter Bezugnahme auf Fig. 14 erklärt, die Wellenformen des Signalverarbeitungsmittels 222 zeigt, wenn sich der Drehteller 324 in die positive Richtung bewegt. Wenn der konzentrierte Strahl, der von der Fresnel-Zonenplatte 216 erzeugt wurde, von dem Fotosensor 218 sich zu dem Fotosensor 219 bewegt, werden Signale A1 und B1 von den Fotosensoren 218 und 219 erzeugt. Dann verändert sich das Differenzsignal D1 von einem negativen in einen positiven Wert. Falls die Binärisation mit einer Hysterese-Charakteristik durchgeführt wird, um in dem Signal D1 enthaltenes Signalrauschen zu vermeiden, wird ein Signal F1 erzielt. Analog werden Signale A2 und B2 von den Fotosensoren 220 und 221 erzielt, wenn sich der von der Fresnel-Zonenplatte 217 erzeugte, konzentrierte Strahl von dem Fotosensor 220 zu dem Fotosensor 221 bewegt. Dann wird ein Signal F2 durch Binärisierung des Signals D2 erzielt. Next, the generation of a reference position signal from the signals A1, A2, B1 and B2 will be explained with reference to Fig. 14, which shows waveforms of the signal processing means 222 when the turntable 324 moves in the positive direction. When the concentrated beam generated by Fresnel zone plate 216 moves from photosensor 218 to photosensor 219 , signals A1 and B1 are generated by photosensors 218 and 219 . Then the difference signal D1 changes from a negative to a positive value. If the binarization is carried out with a hysteresis characteristic in order to avoid signal noise contained in the signal D1, a signal F1 is achieved. Analogously, signals A2 and B2 are obtained from the photo sensors 220 and 221 when the concentrated beam generated by the Fresnel zone plate 217 moves from the photo sensor 220 to the photo sensor 221 . Then a signal F2 is obtained by binarizing the signal D2.

Eine Bewegungsentfernung des Drehtellers 324 von einer Anstiegsflanke des Signals F1 zu der des Signals F2 oder von einer Anstiegsflanke des Signals F2 zu der des Signals F1 ist gegeben als eine Differenz zwischen einer Entfernung von einer Position des Drehtellers 324, bei der die Ausgangssignale der ersten und zweiten Fotosensoren sich in einer Bewegungsrichtung des Drehtellers 324 ent­ sprechen, zu einer Position des Körpers, in der die Ausgangssignale der dritten und vierten Fotosensoren einander entsprechen, und einer Entfernung von einem Zentrum des von der ersten Fresnel-Zonenplatte 216 konzentrierten Strahls und dem des von der zweiten Fresnel-Zonenplatte 217 konzentrierten Strahls. Falls der von der ersten und der zweiten Fresnel-Zonenplatte 216 und 217 konzentrierte Strahl sich an den Fotosensoren befindet, kann deshalb ein Signal F einer vorbestimmten Breite als ein Referenz-Positionssignal des Drehtellers 324 durch Benutzung einer exklusiven Oder-Operation der Signale F1 und F2 erzielt werden.A movement distance of the turntable 324 from a rising edge of the signal F1 to that of the signal F2 or from a rising edge of the signal F2 to that of the signal F1 is given as a difference between a distance from a position of the turntable 324 at which the output signals of the first and second photosensors correspond in a direction of movement of the turntable 324 , a position of the body where the outputs of the third and fourth photosensors correspond to each other, and a distance from a center of the beam concentrated by the first Fresnel zone plate 216 and that of the second Fresnel zone plate 217 concentrated beam. Therefore, if the beam concentrated by the first and second Fresnel zone plates 216 and 217 is on the photosensors, a signal F of a predetermined width can be used as a reference position signal of the turntable 324 by using an exclusive OR operation of the signals F1 and F2 be achieved.

Als nächstes werden ein Oder-Signal C1 der Signale A1 und B1 und ein Oder- Signal C2 der Signal A2 und B2 binärisiert, um Signale E1 und E2 zu erzielen. Aus den Signalen E1 und E2 wird ermittelt, daß der konzentrierte Strahl sich bei den Fotosensoren befindet. Durch Benutzung einer Und-Operation mit dem Signal J wird dann ein Positionserfassungssignal K des Drehtellers 324 erzielt. Weil eine Flanke des Signals K an einer Nullstelle des Differenzsignals D1 und D2 erzielt wird, wird es darüber hinaus nicht von Intensitätsveränderungen der Lichtquelle 201 beeinflußt. Da das Signal D1 ein Differenzsignal zwischen den Signalen A1 und B1 und das Signal D2 ein Differenzsignal zwischen den Signalen A2 und B2 ist, löschen sich Gleichtaktstörungen in den Signalen, wie beispielsweise Rauschen aufgrund von Streulicht bei den Fotosensoren, gegenseitig aus. Eine Signalver­ änderungsrate an einer Nullstelle der Signale D1 und D2 gegen einen Versatz des Drehtellers 324 in x-Achsenrichtung wird ungefähr zweimal so groß, wie die der Signale A1, B1, A2 oder B2 allein. Deshalb kann ein Fehler des Referenzpositions­ signals aufgrund von Rauschen reduziert werden. Das Signal K wird deshalb als ein korrektes Referenzsignal mit vorbestimmter Breite benutzt. Next, an OR signal C1 of signals A1 and B1 and an OR signal C2 of signals A2 and B2 are binarized to obtain signals E1 and E2. It is determined from the signals E1 and E2 that the concentrated beam is located at the photosensors. A position detection signal K of the turntable 324 is then achieved by using an AND operation with the signal J. Furthermore, because an edge of the signal K is achieved at a zero point of the difference signal D1 and D2, it is not influenced by changes in the intensity of the light source 201 . Since signal D1 is a difference signal between signals A1 and B1 and signal D2 is a difference signal between signals A2 and B2, common-mode interferences in the signals, such as noise due to stray light from the photo sensors, cancel each other out. A signal change rate at a zero point of the signals D1 and D2 against an offset of the turntable 324 in the x-axis direction becomes approximately twice as large as that of the signals A1, B1, A2 or B2 alone. Therefore, an error of the reference position signal due to noise can be reduced. The signal K is therefore used as a correct reference signal with a predetermined width.

Die Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 werden an einem Brennpunkt an der Rückseite der Fresnel-Zonenplatte 216, 217 angeordnet, um die Größe des konzentrierten Strahls zu verkleinern. Sie können jedoch auch außerhalb des Brennpunktes angeordnet werden. Dem liegt zugrunde, daß ein Zentrum des konzentrierten Strahls der Fresnel-Zonenplatte 216, 217 sich auf einer Geraden befindet, welche parallel zu dem aus der Kollimatorlinse 202 austretenden Licht verläuft und durch das Zentrum der Fresnel-Zonenplatte 216, 217 hindurchläuft, wobei eine Versatzgröße des Drehtellers 324 in x-Richtung der des Zentrums des konzentrierten Strahls entspricht. Die Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 sind in einer Ebene angeordnet, welche senkrecht zur z-Achse in dem zuvor erwähnten Beispiel verläuft. Sie können jedoch auch in einer Ebene angeordnet sein, welche in Bezug auf die z-Achse geneigt ist. Darüber hinaus, obwohl Fotosensoren 218, 219, 220 und 221 in derselben Ebene in dem zuvor genannten Beispiel angeordnet sind, können sie auch in verschiedenen Ebenen angeordnet werden. Die Lichtquelle kann eine Licht emittierende Diode oder ähnliches anstelle der Laserlichtquelle sein.The photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 are placed at a focal point on the back of the Fresnel zone plate 216 , 217 to reduce the size of the concentrated beam. However, they can also be placed out of focus. This is based on the fact that a center of the concentrated beam of the Fresnel zone plate 216 , 217 is located on a straight line which runs parallel to the light emerging from the collimator lens 202 and passes through the center of the Fresnel zone plate 216 , 217 , an offset quantity of the turntable 324 in the x direction corresponds to that of the center of the concentrated beam. The photo sensors 218 , 219 , 220 and 221 are arranged in a plane which is perpendicular to the z-axis in the previously mentioned example. However, they can also be arranged in a plane which is inclined with respect to the z axis. In addition, although photo sensors 218 , 219 , 220, and 221 are arranged in the same plane in the aforementioned example, they can also be arranged in different planes. The light source may be a light emitting diode or the like instead of the laser light source.

Eine Entfernung zwischen der ersten festen Platte 3 und dem Drehteller 324 wird erhöht, um gebrochenes Licht der Ordnungen ±1 auf dem Drehteller 324 vollständig zu separieren und sie wird auf eine Entfernung zwischen der ersten festen Platte 3 und dem Drehteller 324 eingestellt, um nur Ströme 334 von dem Fotosensor 8 zu empfangen, so daß Signale mit einem höheren Modulationsgrad erzielt werden können.A distance between the first fixed plate 3 and the turntable 324 is increased to completely separate refracted light of orders ± 1 on the turntable 324, and it is set to a distance between the first fixed plate 3 and the turntable 324 by currents only 334 to be received by the photosensor 8 , so that signals with a higher degree of modulation can be obtained.

Wie zuvor erklärt, wird in dieser Ausführungsform das gebeugte Licht der Ordnungen ±1, welches aufgrund der ersten, festen Platte 3 und dem Drehteller 324 mit Gittern parallel zueinander verläuft, einer Phasenmodulation ausgesetzt. Als nächstes wird es weiter einer Phasenmodulation an im Hinblick auf das Drehzentrum des Drehtellers 324 symmetrischen Positionen ausgesetzt. Dann wird es an der zweiten, festen Platte interferiert. Selbst wenn der Drehteller 324 eine Exzentrizität besitzt, kann deshalb ein Winkel präzise erfaßt werden, ohne von den Veränderungen der optischen Intensität sehr beeinflußt zu werden und ohne akkumulierte Fehler. Da ein präziser Aufbau und eine präzise Einstellung des Drehtellers nicht erforderlich sind, können deshalb die Kosten reduziert werden, eine Kodiereinrichtung mit kompakten Außenabmessungen hergestellt werden und die Auflösung verbessert werden. Darüber hinaus ist eine Kodiereinrichtung von einer Exzentrizität einer Achse aufgrund einer Last nicht so stark beeinflußt, und es kann eine kompakte Achse hergestellt werden. Da die Beugungsplatte 324 und die Fresnel-Zonenplatten 216, 217 gleichzeitig mit einem Stanzer hergestellt werden können, ist darüber hinaus die Produktivität hoch und die Kosten gering. Bei den Ausführungsformen 2-4 werden Fresnel-Zonenplatten benutzt, um einen konzentrierten Strahl zu erzeugen. Anstelle der Fresnel-Zonenplatte kann jedoch auch eine Kondensorlinse benutzt werden. Andererseits kann eine Fresnel- Zonenplatte in den zuvor erwähnten Ausführungsformen, in denen eine Kon­ densorlinse verwendet wird, anstelle einer Kondensorlinse zur Erzeugung eines konzentrierten Strahls verwendet werden.As previously explained, in this embodiment the diffracted light of orders ± 1, which is parallel to each other due to the first fixed plate 3 and the turntable 324 with gratings, is subjected to phase modulation. Next, it is further subjected to phase modulation at positions symmetrical with respect to the center of rotation of the turntable 324 . Then it is interfered with on the second fixed plate. Therefore, even if the turntable 324 has an eccentricity, an angle can be detected precisely without being greatly influenced by the changes in the optical intensity and without accumulated errors. Since a precise construction and a precise adjustment of the turntable are not necessary, the costs can be reduced, a coding device with compact outer dimensions can be manufactured and the resolution can be improved. In addition, an encoder is not so much affected by an eccentricity of an axis due to a load, and a compact axis can be manufactured. In addition, since the diffraction plate 324 and the Fresnel zone plates 216 , 217 can be manufactured with a punch, the productivity is high and the cost is low. In embodiments 2-4, Fresnel zone plates are used to generate a concentrated beam. However, a condenser lens can also be used instead of the Fresnel zone plate. On the other hand, in the aforementioned embodiments in which a condenser lens is used, a Fresnel zone plate can be used instead of a condenser lens to generate a concentrated beam.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Erfassung einer Referenzposition bei der Messung der Position eines bewegbaren Körpers zu einem vorgegebenen Objekt, mit
einer Lichtquelle (201) zur Erzeugung eines kohärenten, parallel ausgerichteten Strahls;
einem bewegbaren Körper (203; 314; 324), der sich senkrecht zu dem parallel ausgerichteten Strahl in einer bestimmten Richtung hindurchbewegt;
einem ersten Kondensor (216), der an dem bewegten Körper (203; 314; 324) angeordnet ist und den parallel ausgerichteten Strahl fokussiert;
einem ersten und zweiten in Bewegungsrichtung nebeneinander an dem vorgegebenen Objekt angeordneten Fotosensor (218; 219) zur Erfassung nur desjenigen Lichts, das von dem ersten Kondensor fokussiert wird, wobei die ersten und zweiten Fotosensoren (218; 219) einen Abstand voneinander besitzen, der kleiner als der Durchmesser des fokussierten Strahls in Bewegungsrichtung des bewegten Körpers (203; 314; 324) ist, und die ersten und zweiten Fotosensoren (218; 219) eine Breite besitzen, die größer als der Durchmesser des fokussierten Strahls ist; und
einer ersten Signalverarbeitung zur Erzeugung eines ersten Differenzsignals aus den Ausgangssignalen des ersten und des zweiten Fotosensors, aus dem ein erstes Positionssignal für den bewegten Körper bestimmt wird;
gekennzeichnet durch
einen zweiten Kondensor (217), der an dem bewegten Körper (203; 314; 324) angeordnet ist und den parallel ausgerichteten Strahl fokussiert;
einen dritten und einen vierten in Bewegungsrichtung nebeneinander an dem vorgegebenen Objekt angeordneten Fotosensor (220, 221) zur Erfassung nur desjenigen Lichts, das von dem zweiten Kondensor fokussiert wurde, wobei die dritten und vierten Fotosensoren (220; 221) einen Abstand voneinander besitzen, der kleiner als der Durchmesser des fokussierten Strahls in Bewegungsrichtung des bewegten Körpers (203; 314; 324) ist, und die dritten und vierten Fotosensoren (220; 221) eine Breite besitzen, die größer als der Durchmesser des fokussierten Strahls ist;
einer zweiten Signalverarbeitung (222) zur Erzeugung eines zweiten Differenz­ signals aus den Ausgangssignalen des dritten und des vierten Fotosensors (220; 221), aus dem ein zweites Positionssignal für den bewegten Körper bestimmt wird, sowie eines Impulssignals aus dem ersten und zweiten Differenzsignal und eines Positionssignals als Referenzposition für den bewegten Körper (203; 314; 324) gemäß dem Impulssignal.
1. Device for detecting a reference position when measuring the position of a movable body to a predetermined object, with
a light source ( 201 ) for generating a coherent, parallel beam;
a movable body ( 203 ; 314 ; 324 ) that travels perpendicular to the parallel beam in a particular direction;
a first condenser ( 216 ) which is arranged on the moving body ( 203 ; 314 ; 324 ) and focuses the parallel aligned beam;
a first and second photo sensor ( 218 ; 219 ) arranged next to one another on the predetermined object in the direction of movement for detecting only that light which is focused by the first condenser, the first and second photo sensors ( 218 ; 219 ) being at a distance from one another which is smaller than the diameter of the focused beam in the moving direction of the moving body ( 203 ; 314 ; 324 ), and the first and second photo sensors ( 218 ; 219 ) have a width larger than the diameter of the focused beam; and
a first signal processing for generating a first difference signal from the output signals of the first and the second photo sensor, from which a first position signal for the moving body is determined;
marked by
a second condenser ( 217 ) which is arranged on the moving body ( 203 ; 314 ; 324 ) and focuses the parallel aligned beam;
a third and a fourth photo sensor ( 220 , 221 ) arranged next to one another on the predetermined object in the direction of movement for detecting only that light which has been focused by the second condenser, the third and fourth photo sensors ( 220 ; 221 ) being at a distance from one another is smaller than the diameter of the focused beam in the direction of movement of the moving body ( 203 ; 314 ; 324 ), and the third and fourth photo sensors ( 220 ; 221 ) have a width which is larger than the diameter of the focused beam;
a second signal processing ( 222 ) for generating a second difference signal from the output signals of the third and fourth photosensors ( 220 ; 221 ), from which a second position signal for the moving body is determined, and a pulse signal from the first and second difference signals and one Position signal as a reference position for the moving body ( 203 ; 314 ; 324 ) according to the pulse signal.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Kondensoren (216; 217) eine Kondensorlinse enthält.2. Device according to claim 1, characterized in that at least one of the condensers ( 216 ; 217 ) contains a condenser lens. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Kondensoren (216; 217) eine Fresnel-Zonen-Platte besitzt. 3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that at least one of the condensers ( 216 ; 217 ) has a Fresnel zone plate. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
eine feste Beugungsplatte (3; 313) vorgesehen ist und der bewegbare Körper (203; 314, 324) eine bewegbare Beugungsplatte enthält, die je ein Gitter mit einem Gitterabstand ("p") mit Hauptbeugungskomponenten der Ordnungen ±1 enthalten, die parallel zueinander in einem Abstand ("g") in einem optischen Pfad des parallel ausgerichteten Strahls senkrecht zu der optischen Achse des parallel ausgerichteten Strahls angeordnet sind, so dass der parallel ausgerichtete Strahl nacheinander von den Gittern in der festen und der bewegbaren Beugungsplatte (313; 314) gebeugt wird; und dass weiterhin
ein optisches Erfassungsmittel (316; 318) zur Erfassung einer Lichtmenge vorgesehen ist, die im Wesentlichen durch Interferenz der Beugungskomponenten der Ordnungen ±1 hervorgerufen wurde, wobei die Beugungskomponenten durch aufeinanderfolgende Beugung an der ersten (3; 313) und der zweiten Beugungsplatte erzeugt wurden;
wobei der erste und der zweite Kondensor (216; 217) an der bewegbaren Beugungsplatte befestigt ist und der kohärente, parallel ausgerichtete Strahl eine Wellenlänge (λ) und einen Durchmesser ("D") besitzt; und
ein Versatz der bewegbaren Beugungsplatte aus der erfaßten Lichtmenge bestimmt werden kann.
4. The device according to claim 1, characterized in that
a fixed diffraction plate ( 3 ; 313 ) is provided and the movable body ( 203 ; 314 , 324 ) contains a movable diffraction plate, each containing a grating with a grating spacing ("p") with main diffraction components of the orders ± 1, which are parallel to each other in a distance ("g") in an optical path of the parallel beam perpendicular to the optical axis of the parallel beam so that the parallel beam is successively diffracted from the gratings in the fixed and movable diffraction plates ( 313 ; 314 ) becomes; and that continues
optical detection means ( 316 ; 318 ) is provided for detecting an amount of light substantially caused by interference of the diffraction components of the orders ± 1, the diffraction components being generated by successive diffraction at the first ( 3 ; 313 ) and the second diffraction plate;
the first and second condensers ( 216 ; 217 ) being attached to the movable diffraction plate and the coherent, parallel beam having a wavelength (λ) and a diameter ("D"); and
an offset of the movable diffraction plate can be determined from the detected amount of light.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Erfassungsmittel (316; 318) eine Kondensorlinse (15) mit einer Eingangspupillengröße innerhalb eines Bereiches von D - 2gλ/p enthält, wobei die Kondensorlinse (15) das durch die festen und bewegbaren Beugungsplatten hindurchtretende Licht konzentriert, und dass das optische Erfassungsmittel (316) einen Fotosensor (16) zur Erfassung von Licht enthält, das von der Kondensorlinse (15) konzentriert wird.5. The device according to claim 4, characterized in that the optical detection means ( 316 ; 318 ) contains a condenser lens ( 15 ) with an entrance pupil size within a range of D - 2gλ / p, the condenser lens ( 15 ) being able to move through the fixed and movable Light diffuses through diffraction plates, and the optical detection means ( 316 ) includes a photosensor ( 16 ) for detecting light concentrated by the condenser lens ( 15 ). 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Erfassungsmittel (316; 318) einen Fotosensor (16) enthält, der an einer Position im Abstand von der festen und bewegbaren Beugungsplatte von D/2λ - g oder mehr in einem Bereich innerhalb von D - 2gλ/p um die optische Achse angeordnet ist.6. The device according to claim 4, characterized in that the optical detection means ( 316 ; 318 ) includes a photosensor ( 16 ) located at a position away from the fixed and movable diffraction plate of D / 2λ - g or more in an area within of D - 2gλ / p is arranged around the optical axis. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
eine erste feste Beugungsplatte (313) vorgesehen ist, die ein erstes Gitter mit Hauptbeugungskomponenten der Ordnung ±1 enthält;
der bewegbare Körper (202; 314; 324) einen Drehteller enthält, der sich um ein Rotationszentrum drehen kann, wobei die bewegbare Beugungsplatte ein zweites Gitter mit ringförmiger Gestalt enthält, das symmetrisch in Bezug auf das Rotationszentrum angeordnet ist, wobei das zweite Gitter denselben Gitterabstand wie das des ersten Gitters besitzt, das Hauptbeugungskomponenten der Ordnungen ±1 enthält, wobei die erste feste Beugungsplatte (3; 313) und der Drehteller parallel zueinander in einem optischen Pfad des parallel ausgerichteten Strahls senkrecht zu der optischen Achse des parallel ausgerichteten Strahls angeordnet ist, so dass der parallel ausgerichtete Strahl nacheinander an dem ersten und zweiten Gitter gebeugt wird;
ein optisches Lenkmittel (5, 6) zum Lenken eines Lichtes vorgesehen ist, das durch das erste und das zweite Gitter zu einer zweiten festen Beugungsplatte (7) an einer Position hindurchtritt, die symmetrisch in Bezug auf das Rotationszentrum des Drehtellers liegt; und
die zweite feste Beugungsplatte (7) mit einem dritten Gitter versehen ist, die parallel zum Drehteller angeordnet ist, wobei das dritte Gitter Hauptbeugungs­ komponenten der Ordnung ±1 und einen Beugungswinkel besitzt, der dem der Beugungskomponenten der ersten festen Beugungsplatte (3; 313) entspricht, das dritte Gitter denselben Gitterabstand wie das der ersten festen Beugungsplatte (3; 313) besitzt und die zweite feste Beugungsplatte (7) in einem optischen Pfad des optischen Lenkmittels (5, 6) senkrecht zu der optischen Achse angeordnet ist, so dass von dem optischen Lenkmittel (5, 6) gelenktes Licht nacheinander von dem zweiten und dem dritten Gitter gebeugt wird;
ein optisches Erfassungsmittel (316; 318) zur Erfassung einer Lichtmenge vorgesehen ist, die im Wesentlichen durch Interferenz von Beugungskomponenten der Ordnungen ±1 erzeugt wurde, wobei Beugungskomponenten durch aufeinanderfolgende Beugung an dem ersten, zweiten und dritten Gitter erzeugt wurden; und
der erste und der zweite Kondensor (204; 216; 217) an dem Drehteller in einem optischen Pfad des optischen Lenkmittels zu dem optischen Erfassungsmittel (316; 318) befestigt ist.
7. The device according to claim 1, characterized in that
a first fixed diffraction plate ( 313 ) is provided which contains a first grating with main diffraction components of order ± 1;
the moveable body ( 202 ; 314 ; 324 ) includes a turntable that can rotate about a center of rotation, the moveable diffraction plate including a second grating with an annular shape that is symmetrical with respect to the center of rotation, the second grating having the same spacing like that of the first grating containing main diffraction components of orders ± 1, the first fixed diffraction plate ( 3 ; 313 ) and the turntable being arranged parallel to each other in an optical path of the parallel beam perpendicular to the optical axis of the parallel beam, so that the parallel beam is successively diffracted at the first and second gratings;
optical steering means ( 5 , 6 ) is provided for directing light which passes through the first and second gratings to a second fixed diffraction plate ( 7 ) at a position symmetrical with respect to the center of rotation of the turntable; and
the second fixed diffraction plate ( 7 ) is provided with a third grating which is arranged parallel to the turntable, the third grating having main diffraction components of the order ± 1 and a diffraction angle which corresponds to that of the diffraction components of the first fixed diffraction plate ( 3 ; 313 ) , the third grating has the same grating spacing as that of the first fixed diffraction plate ( 3 ; 313 ) and the second fixed diffraction plate ( 7 ) is arranged in an optical path of the optical steering means ( 5 , 6 ) perpendicular to the optical axis, so that from the optical steering means ( 5 , 6 ) directed light is sequentially diffracted by the second and third gratings;
optical detection means ( 316 ; 318 ) is provided for detecting an amount of light substantially generated by interference of diffraction components of orders ± 1, diffraction components being generated by successive diffraction on the first, second and third gratings; and
the first and second condensers ( 204 ; 216 ; 217 ) are attached to the turntable in an optical path of the optical steering means to the optical detection means ( 316 ; 318 ).
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