JP2000275065A - 光学式エンコーダ - Google Patents
光学式エンコーダInfo
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
Abstract
(57)【要約】
【課題】 設計制作が容易で且つ設計変更も容易な、微
細周期信号を得ることができる光学式エンコーダを提供
する。 【解決手段】 メインスケールの光学格子１１とインデ
ックススケールの光学格子３１とが形成するモアレ縞
を、フォトダイオード４１を配列した受光素子アレイに
より検出する光学式エンコーダであり、光学格子１１の
ピッチをＰ１、光学格子３１のピッチをＰ２、これらの
光学格子１１と３１のなす角度をθ、モアレ縞の周期を
Ｌとして、Ｌ＝Ｐ１／ｔａｎθ、及びＰ２＝Ｐ１・ｃｏ
ｓθを満たして、モアレ縞が測定軸ｘと平行になるよう
に設定されている。
細周期信号を得ることができる光学式エンコーダを提供
する。 【解決手段】 メインスケールの光学格子１１とインデ
ックススケールの光学格子３１とが形成するモアレ縞
を、フォトダイオード４１を配列した受光素子アレイに
より検出する光学式エンコーダであり、光学格子１１の
ピッチをＰ１、光学格子３１のピッチをＰ２、これらの
光学格子１１と３１のなす角度をθ、モアレ縞の周期を
Ｌとして、Ｌ＝Ｐ１／ｔａｎθ、及びＰ２＝Ｐ１・ｃｏ
ｓθを満たして、モアレ縞が測定軸ｘと平行になるよう
に設定されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光学式エンコー
ダに係り、特に受光素子アレイを用いて高分解能信号を
得ることができるエンコーダに関する。
ダに係り、特に受光素子アレイを用いて高分解能信号を
得ることができるエンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、アラインメント調整が比較的
容易で且つ高分解能を得ることができる光学式エンコー
ダとして、受光素子アレイを用いたものが知られてい
る。この方式では、フォトダイオード等の受光素子をア
レイ状に配列することで、スケールのムラや汚れ、光源
の光量ムラといった不安定要素を平均化することがで
き、安定した出力信号を得ることができる。
容易で且つ高分解能を得ることができる光学式エンコー
ダとして、受光素子アレイを用いたものが知られてい
る。この方式では、フォトダイオード等の受光素子をア
レイ状に配列することで、スケールのムラや汚れ、光源
の光量ムラといった不安定要素を平均化することがで
き、安定した出力信号を得ることができる。
【０００３】しかし、スケールの格子ピッチを微細化し
たときに、それに伴って受光素子アレイはピッチを微細
化するには、加工上限界がある。これに対して、本出願
人は先に、互いに傾斜した二つの光学格子の干渉による
モアレ縞を生成して、そのモアレ縞の変化を検出するエ
ンコーダ方式を提案している（特開平９−１９６７０６
号公報）。このモアレ方式によると、スケールの測定軸
方向とは異なる方向に変化するモアレ縞を、スケールピ
ッチよりも大きい周期をもって形成することができる。
従って、スケールピッチを微細化した場合にも、受光素
子アレイの周期をそれ程小さくする必要がない。
たときに、それに伴って受光素子アレイはピッチを微細
化するには、加工上限界がある。これに対して、本出願
人は先に、互いに傾斜した二つの光学格子の干渉による
モアレ縞を生成して、そのモアレ縞の変化を検出するエ
ンコーダ方式を提案している（特開平９−１９６７０６
号公報）。このモアレ方式によると、スケールの測定軸
方向とは異なる方向に変化するモアレ縞を、スケールピ
ッチよりも大きい周期をもって形成することができる。
従って、スケールピッチを微細化した場合にも、受光素
子アレイの周期をそれ程小さくする必要がない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】スケール格子とインデ
ックス格子の傾斜角で決まるモアレ干渉縞は、一般的に
はその方向がスケールの測定軸と一致するとは限らな
い。モアレ縞がスケールの測定軸に対して傾斜している
場合には、受光素子アレイはその受光素子をスケール軸
と傾斜させて組み立てることが必要になる。受光素子ア
レイをスケールに対して傾斜させて組み立てるというこ
とは、受光素子を基板上に取り付ける際に取り付け位置
の他、回転角度の調整という要素が重要になり、厳しい
機械精度が要求されることになる。
ックス格子の傾斜角で決まるモアレ干渉縞は、一般的に
はその方向がスケールの測定軸と一致するとは限らな
い。モアレ縞がスケールの測定軸に対して傾斜している
場合には、受光素子アレイはその受光素子をスケール軸
と傾斜させて組み立てることが必要になる。受光素子ア
レイをスケールに対して傾斜させて組み立てるというこ
とは、受光素子を基板上に取り付ける際に取り付け位置
の他、回転角度の調整という要素が重要になり、厳しい
機械精度が要求されることになる。
【０００５】また、スケールの格子ピッチを変更した場
合には、モアレ縞の周期も変わるので、受光素子アレイ
上のインデックス格子の角度を調整し、受光素子アレイ
が検出できる周期にモアレ縞の周期を合わせ、更に受光
素子アレイの取り付け角度も変更することが必要にな
る。従って、同じ受光素子アレイを用いて異なる信号周
期のエンコーダを設計制作しようとすると、スケールの
変更だけでは済まず、受光素子アレイを実装する基板の
再設計・再制作も必要となる。更に、モアレ縞と受光素
子アレイとの間の間隔が大きい場合、即ちインデックス
格子と受光素子アレイの間に大きな距離がある場合、モ
アレ縞のコントラストが低下し、出力信号のＳ／Ｎが低
下するという問題がある。
合には、モアレ縞の周期も変わるので、受光素子アレイ
上のインデックス格子の角度を調整し、受光素子アレイ
が検出できる周期にモアレ縞の周期を合わせ、更に受光
素子アレイの取り付け角度も変更することが必要にな
る。従って、同じ受光素子アレイを用いて異なる信号周
期のエンコーダを設計制作しようとすると、スケールの
変更だけでは済まず、受光素子アレイを実装する基板の
再設計・再制作も必要となる。更に、モアレ縞と受光素
子アレイとの間の間隔が大きい場合、即ちインデックス
格子と受光素子アレイの間に大きな距離がある場合、モ
アレ縞のコントラストが低下し、出力信号のＳ／Ｎが低
下するという問題がある。
【０００６】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、設計制作が容易で且つ設計変更も容易な、微細
周期信号を得ることができる光学式エンコーダを提供す
ることを目的としている。
もので、設計制作が容易で且つ設計変更も容易な、微細
周期信号を得ることができる光学式エンコーダを提供す
ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係る光学式エ
ンコーダは、格子の配列方向を測定軸方向とする第１の
光学格子と、この第１の光学格子に光を照射する光源
と、前記第１の光学格子に対向して配置されて前記第１
の光学格子の透過光又は反射光と干渉してモアレ縞を形
成する第２の光学格子と、前記第１の光学格子の前記第
２の光学格子に対する相対移動に伴う前記モアレ縞の変
化を検出する受光素子アレイとを備え、前記第１の光学
格子のピッチをＰ１、前記第２の光学格子のピッチをＰ
２、前記第１の光学格子と第２の光学格子のなす角度を
θ、前記モアレ縞の周期をＬとして、Ｌ＝Ｐ１／ｔａｎ
θ、及びＰ２＝Ｐ１・ｃｏｓθを満たして、前記モアレ
縞が前記測定軸と平行になるように設定されていること
を特徴とする。
ンコーダは、格子の配列方向を測定軸方向とする第１の
光学格子と、この第１の光学格子に光を照射する光源
と、前記第１の光学格子に対向して配置されて前記第１
の光学格子の透過光又は反射光と干渉してモアレ縞を形
成する第２の光学格子と、前記第１の光学格子の前記第
２の光学格子に対する相対移動に伴う前記モアレ縞の変
化を検出する受光素子アレイとを備え、前記第１の光学
格子のピッチをＰ１、前記第２の光学格子のピッチをＰ
２、前記第１の光学格子と第２の光学格子のなす角度を
θ、前記モアレ縞の周期をＬとして、Ｌ＝Ｐ１／ｔａｎ
θ、及びＰ２＝Ｐ１・ｃｏｓθを満たして、前記モアレ
縞が前記測定軸と平行になるように設定されていること
を特徴とする。
【０００８】この発明によると、モアレ縞が測定軸と平
行になるような光学格子の組み合わせを用いることによ
り、受光素子アレイは、測定軸と直交する方向に、モア
レ縞の異なる位相の光を検出するように複数個の受光素
子を配列して形成される。従って、受光素子の組立や取
り付けが容易になる。この発明において好ましくは、第
２の光学格子は、受光素子アレイ上に薄膜によりパター
ン形成される。
行になるような光学格子の組み合わせを用いることによ
り、受光素子アレイは、測定軸と直交する方向に、モア
レ縞の異なる位相の光を検出するように複数個の受光素
子を配列して形成される。従って、受光素子の組立や取
り付けが容易になる。この発明において好ましくは、第
２の光学格子は、受光素子アレイ上に薄膜によりパター
ン形成される。
【０００９】この発明に係る光学式エンコーダはまた、
格子の配列方向を測定軸とする第１の光学格子と、この
第１の光学格子に光を照射する光源と、前記第１の光学
格子に対向して配置されて前記第１の光学格子の透過光
又は反射光を変調する第２の光学格子と、前記第１の光
学格子の前記第２の光学格子に対する相対移動に伴う第
２の光学格子の透過光の変化を検出する受光素子アレイ
とを備え、前記受光素子アレイは、それぞれ前記測定軸
方向に細長い矩形の受光面を有し、前記測定軸と直交す
る方向に異なる位相の光を検出するように配列された複
数の受光素子により構成され、前記第２の光学格子は、
前記各受光素子上に、前記測定軸方向に前記第１の光学
格子の周期と同じ周期で且つ、隣接した受光素子で順次
位相がずれた状態の光透過部と光遮蔽部の交互配列とな
る薄膜パターンにより構成されていることを特徴とす
る。
格子の配列方向を測定軸とする第１の光学格子と、この
第１の光学格子に光を照射する光源と、前記第１の光学
格子に対向して配置されて前記第１の光学格子の透過光
又は反射光を変調する第２の光学格子と、前記第１の光
学格子の前記第２の光学格子に対する相対移動に伴う第
２の光学格子の透過光の変化を検出する受光素子アレイ
とを備え、前記受光素子アレイは、それぞれ前記測定軸
方向に細長い矩形の受光面を有し、前記測定軸と直交す
る方向に異なる位相の光を検出するように配列された複
数の受光素子により構成され、前記第２の光学格子は、
前記各受光素子上に、前記測定軸方向に前記第１の光学
格子の周期と同じ周期で且つ、隣接した受光素子で順次
位相がずれた状態の光透過部と光遮蔽部の交互配列とな
る薄膜パターンにより構成されていることを特徴とす
る。
【００１０】この発明によると、受光素子アレイの各受
光素子上に配列する光透過部を最適設計することによ
り、受光素子アレイの取り付け角度の調整が要らず、受
光素子アレイをスケールの測定軸と平行に配置すること
ができる。またスケール格子ピッチを変更した場合に
も、その上に形成する薄膜パターンの設計変更のみでよ
く、受光素子アレイの設計変更まで必要がない。具体的
にこの発明において、各受光素子上に配列された光透過
部は、（ａ）隣接する受光素子上に配列された薄膜パタ
ーンとは分離された独立パターンとして形成されるか、
或いは（ｂ）隣接する受光素子上に配列された薄膜パタ
ーンと順次連結された階段状パターンとして形成された
ものとすることができる。
光素子上に配列する光透過部を最適設計することによ
り、受光素子アレイの取り付け角度の調整が要らず、受
光素子アレイをスケールの測定軸と平行に配置すること
ができる。またスケール格子ピッチを変更した場合に
も、その上に形成する薄膜パターンの設計変更のみでよ
く、受光素子アレイの設計変更まで必要がない。具体的
にこの発明において、各受光素子上に配列された光透過
部は、（ａ）隣接する受光素子上に配列された薄膜パタ
ーンとは分離された独立パターンとして形成されるか、
或いは（ｂ）隣接する受光素子上に配列された薄膜パタ
ーンと順次連結された階段状パターンとして形成された
ものとすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態を説明する。図１及び図２は、この発明が
適用される光学式エンコーダである透過型エンコーダと
反射型エンコーダの基本構成を示している。
の実施の形態を説明する。図１及び図２は、この発明が
適用される光学式エンコーダである透過型エンコーダと
反射型エンコーダの基本構成を示している。
【００１２】透過型エンコーダは、図１に示すように、
メインスケール１と、これに光を照射する光源２と、メ
インスケール１の透過光と干渉してモアレ縞を生成する
インデックススケール３と、生成されたモアレ縞を検出
する受光素子アレイ４とから構成される。メインスケー
ル１は、透明基板１０に、矢印で示す測定軸ｘ方向に格
子配列された光学格子１１を形成して構成されている。
インデックススケール３は同様に透明基板３０に、メイ
ンスケール１上の光学格子１１とは傾斜した光学格子３
１を形成して構成されている。
メインスケール１と、これに光を照射する光源２と、メ
インスケール１の透過光と干渉してモアレ縞を生成する
インデックススケール３と、生成されたモアレ縞を検出
する受光素子アレイ４とから構成される。メインスケー
ル１は、透明基板１０に、矢印で示す測定軸ｘ方向に格
子配列された光学格子１１を形成して構成されている。
インデックススケール３は同様に透明基板３０に、メイ
ンスケール１上の光学格子１１とは傾斜した光学格子３
１を形成して構成されている。
【００１３】反射型エンコーダの場合は、図２に示すよ
うに、メインスケール１は、光学格子１１が基板１０上
に反射部と非反射部を配列して構成される。インデック
ススケール３は、図の例では一つの基板３０に、透過型
光学格子３１ａ，３１ｂが形成された光源側インデック
ススケール部３ａと受光側インデックススケール部３ｂ
を有する。メインスケール１上の光学格子１１は測定軸
ｘ方向に格子配列され、これに対してインデックススケ
ール３上の受光側の光学格子３１ｂが一定角度傾斜させ
て配列されて、これらの間の干渉によりモアレ縞が生成
されるようにしている。
うに、メインスケール１は、光学格子１１が基板１０上
に反射部と非反射部を配列して構成される。インデック
ススケール３は、図の例では一つの基板３０に、透過型
光学格子３１ａ，３１ｂが形成された光源側インデック
ススケール部３ａと受光側インデックススケール部３ｂ
を有する。メインスケール１上の光学格子１１は測定軸
ｘ方向に格子配列され、これに対してインデックススケ
ール３上の受光側の光学格子３１ｂが一定角度傾斜させ
て配列されて、これらの間の干渉によりモアレ縞が生成
されるようにしている。
【００１４】図３は、メインスケール１の光学格子１１
と、インデックスケール３上の光学格子３１（図２の反
射型の場合は光学格子３１ｂに対応）、及び受光素子ア
レイ４の関係を平面図で示している。受光素子アレイ４
には、４相の出力信号を得るフォトダイオード４１が配
列形成されているが、図では４相出力を得るに最低限必
要な４個のフォトダイオード４１（４１ａ〜４１ｄ）の
み示している。この実施の形態においては、光学格子１
１，３１のピッチ等の関係を最適設計して、モアレ縞の
方向が測定軸ｘの方向に一致して形成され、スケール移
動によりモアレ縞が測定軸と直交する方向に明暗が変化
するようにしている。従ってそのモアレ縞を検出する受
光素子アレイ４上のフォトダイオード４１は、その長辺
を測定軸ｘ方向に一致させた矩形パターンとして、測定
軸ｘと直交する方向に配列されている。
と、インデックスケール３上の光学格子３１（図２の反
射型の場合は光学格子３１ｂに対応）、及び受光素子ア
レイ４の関係を平面図で示している。受光素子アレイ４
には、４相の出力信号を得るフォトダイオード４１が配
列形成されているが、図では４相出力を得るに最低限必
要な４個のフォトダイオード４１（４１ａ〜４１ｄ）の
み示している。この実施の形態においては、光学格子１
１，３１のピッチ等の関係を最適設計して、モアレ縞の
方向が測定軸ｘの方向に一致して形成され、スケール移
動によりモアレ縞が測定軸と直交する方向に明暗が変化
するようにしている。従ってそのモアレ縞を検出する受
光素子アレイ４上のフォトダイオード４１は、その長辺
を測定軸ｘ方向に一致させた矩形パターンとして、測定
軸ｘと直交する方向に配列されている。
【００１５】図４を用いて、上述したモアレ縞形成の様
子を具体的に説明する。メインスケール１上の光学格子
１１はピッチがＰ１であり、インデックススケール３上
の光学格子３１は、光学格子１１とはθだけ傾斜して、
ピッチＰ２で形成されているものとする。このとき、生
成されるモアレ縞の周期をＬとすると、モアレ縞が測定
軸ｘ方向に揃う条件は、図５に示す拡大図から理解され
るように、Ｌ＝Ｐ１／ｔａｎθ、及びＰ２＝Ｐ１・ｃｏ
ｓθとなる。
子を具体的に説明する。メインスケール１上の光学格子
１１はピッチがＰ１であり、インデックススケール３上
の光学格子３１は、光学格子１１とはθだけ傾斜して、
ピッチＰ２で形成されているものとする。このとき、生
成されるモアレ縞の周期をＬとすると、モアレ縞が測定
軸ｘ方向に揃う条件は、図５に示す拡大図から理解され
るように、Ｌ＝Ｐ１／ｔａｎθ、及びＰ２＝Ｐ１・ｃｏ
ｓθとなる。
【００１６】以上の条件を満たし、且つ図４に示すよう
に、モアレ縞の周期Ｌに対して、３Ｌ／４の周期でフォ
トダイオード４１を配列する。これにより、フォトダイ
オード４１からは、９０°ずつ位相がずれた４相の正弦
波状出力、即ちＡ，ＢＢ，ＡＢ，Ｂ相の出力を得ること
ができる。このとき、フォトダイオード４１は、測定軸
ｘ方向に並ぶことになる。
に、モアレ縞の周期Ｌに対して、３Ｌ／４の周期でフォ
トダイオード４１を配列する。これにより、フォトダイ
オード４１からは、９０°ずつ位相がずれた４相の正弦
波状出力、即ちＡ，ＢＢ，ＡＢ，Ｂ相の出力を得ること
ができる。このとき、フォトダイオード４１は、測定軸
ｘ方向に並ぶことになる。
【００１７】なお、図４では、モアレ縞の周期Ｌに対し
て、フォトダイオード４１を３Ｌ／４（＝２７０°）の
周期で配列したが、一般的にはＬ／４（＝９０°）の奇
数倍ピッチで配列すればよい。また、３相出力信号を得
るためには、フォトダイオード４１の配列ピッチをＬ／
３の整数倍（但し、３の倍数は除く）とすればよい。
て、フォトダイオード４１を３Ｌ／４（＝２７０°）の
周期で配列したが、一般的にはＬ／４（＝９０°）の奇
数倍ピッチで配列すればよい。また、３相出力信号を得
るためには、フォトダイオード４１の配列ピッチをＬ／
３の整数倍（但し、３の倍数は除く）とすればよい。
【００１８】具体的に、光学格子１１のピッチをＰ１＝
１０μｍとし、必要なモアレ縞のピッチをＬ＝１００μ
ｍとした場合、光学格子１１と３１の相対傾斜角度θ
は、θ＝ｔａｎ（Ｐ１／Ｌ）＝５．７１°となる。ま
た、光学格子３１のピッチＰ２は、Ｐ２＝Ｐ１・ｃｏｓ
θ＝９．９５μｍとなる。また、モアレ縞のピッチはそ
のまま維持し、従って受光素子アレイのピッチは変更せ
ずに、光学格子１１のピッチをＰ１＝２０μｍにするた
めには、θ＝１１．３１°、Ｐ２＝１９．６１μｍとす
ればよい。即ち、受光素子アレイの位置やピッチを変更
することなく、スケール格子の変更に対応できる。
１０μｍとし、必要なモアレ縞のピッチをＬ＝１００μ
ｍとした場合、光学格子１１と３１の相対傾斜角度θ
は、θ＝ｔａｎ（Ｐ１／Ｌ）＝５．７１°となる。ま
た、光学格子３１のピッチＰ２は、Ｐ２＝Ｐ１・ｃｏｓ
θ＝９．９５μｍとなる。また、モアレ縞のピッチはそ
のまま維持し、従って受光素子アレイのピッチは変更せ
ずに、光学格子１１のピッチをＰ１＝２０μｍにするた
めには、θ＝１１．３１°、Ｐ２＝１９．６１μｍとす
ればよい。即ち、受光素子アレイの位置やピッチを変更
することなく、スケール格子の変更に対応できる。
【００１９】なお実際のエンコーダ設計においては、上
述した二つの条件式のうち、Ｌ＝Ｐ１／ｔａｎθのみを
計算するだけで設計可能である。なぜなら、モアレ縞の
方向、即ちメインスケール１の光学格子１１に対して垂
直な方向にみると、光学格子３１のピッチは、Ｐ１と等
しい。従って、光学格子１１に測定軸方向のある基準軸
を設定し、その基準軸と光学格子１１の各格子の交点で
その各格子をθだけ回転させれば、光学格子３１が得ら
れることになるからである。
述した二つの条件式のうち、Ｌ＝Ｐ１／ｔａｎθのみを
計算するだけで設計可能である。なぜなら、モアレ縞の
方向、即ちメインスケール１の光学格子１１に対して垂
直な方向にみると、光学格子３１のピッチは、Ｐ１と等
しい。従って、光学格子１１に測定軸方向のある基準軸
を設定し、その基準軸と光学格子１１の各格子の交点で
その各格子をθだけ回転させれば、光学格子３１が得ら
れることになるからである。
【００２０】ここまでの説明では、インデックススケー
ル３を受光素子アレイ４とは別に用意した例を示した
が、これらは一体化することができる。具体的には、図
６に示すように、受光素子アレイ４の表面に、絶縁膜６
１を介して金属等の薄膜６２をパターン形成して、光遮
蔽部６３と光透過部６４を形成することにより、光学格
子３１が作られる。この様にすれば、インデックス基板
は要らない。
ル３を受光素子アレイ４とは別に用意した例を示した
が、これらは一体化することができる。具体的には、図
６に示すように、受光素子アレイ４の表面に、絶縁膜６
１を介して金属等の薄膜６２をパターン形成して、光遮
蔽部６３と光透過部６４を形成することにより、光学格
子３１が作られる。この様にすれば、インデックス基板
は要らない。
【００２１】この実施の形態によると、モアレ干渉縞を
受光素子アレイで検出する方式であるため、スケールピ
ッチを微細化した場合にも、受光素子アレイのピッチを
それほど微細化する必要がなく、安定性に優れた微細周
期の出力信号を得ることができる。また、受光素子アレ
イをスケールに対して傾斜させて組み立てる必要がな
く、組立時の機械誤差要因を低減させることができる。
更に、メインスケールの格子ピッチを変更したとして
も、受光素子アレイのピッチを変更する必要はなく、そ
の取り付け位置や角度を調整する必要もない。従って、
複数種の異なる信号周期のエンコーダの設計制作が容易
であり、コスト・工数の削減が可能である。
受光素子アレイで検出する方式であるため、スケールピ
ッチを微細化した場合にも、受光素子アレイのピッチを
それほど微細化する必要がなく、安定性に優れた微細周
期の出力信号を得ることができる。また、受光素子アレ
イをスケールに対して傾斜させて組み立てる必要がな
く、組立時の機械誤差要因を低減させることができる。
更に、メインスケールの格子ピッチを変更したとして
も、受光素子アレイのピッチを変更する必要はなく、そ
の取り付け位置や角度を調整する必要もない。従って、
複数種の異なる信号周期のエンコーダの設計制作が容易
であり、コスト・工数の削減が可能である。
【００２２】図７は、図６の実施の形態を発展させた実
施の形態である。受光素子アレイ４のフォトダイオード
４１は、先の実施の形態と同様に測定軸ｘ方向に平行に
矩形パターンをもって形成されている。メインスケール
１からの光を変調するインデックス側の光学格子３１を
構成するのは、各フォトダイオード４１上に配列形成さ
れた、矩形パターン７１である。矩形パターン７１は薄
膜により形成されている。具体的には、矩形パターンが
光遮蔽部となる薄膜パターンであり、それ以外は光透過
部であって、透過部と遮蔽部が交互配列されたことにな
る。あるいは矩形パターンが透過窓であって、それ以外
が薄膜パターンであってもよい。
施の形態である。受光素子アレイ４のフォトダイオード
４１は、先の実施の形態と同様に測定軸ｘ方向に平行に
矩形パターンをもって形成されている。メインスケール
１からの光を変調するインデックス側の光学格子３１を
構成するのは、各フォトダイオード４１上に配列形成さ
れた、矩形パターン７１である。矩形パターン７１は薄
膜により形成されている。具体的には、矩形パターンが
光遮蔽部となる薄膜パターンであり、それ以外は光透過
部であって、透過部と遮蔽部が交互配列されたことにな
る。あるいは矩形パターンが透過窓であって、それ以外
が薄膜パターンであってもよい。
【００２３】各フォトダイオード４１上での矩形パター
ン７１の配列ピッチは、これに投影される明暗パターン
のピッチ、即ちメインスケール１の光学格子１１のピッ
チＰである。そして、隣接するフォトダイオード上で
は、矩形パターン７１の配列が順次Ｐ／４ずつずれた状
態としている。これにより、実質的に先の実施の形態と
同様に、メインスケール１の光学格子１１に対して傾斜
したインデックス側光学格子３１を形成したことにな
る。図７の例では、フォトダイオード４１に順次９０°
ずつ位相がずれたＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢの４相出力信号が
得られる。
ン７１の配列ピッチは、これに投影される明暗パターン
のピッチ、即ちメインスケール１の光学格子１１のピッ
チＰである。そして、隣接するフォトダイオード上で
は、矩形パターン７１の配列が順次Ｐ／４ずつずれた状
態としている。これにより、実質的に先の実施の形態と
同様に、メインスケール１の光学格子１１に対して傾斜
したインデックス側光学格子３１を形成したことにな
る。図７の例では、フォトダイオード４１に順次９０°
ずつ位相がずれたＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢの４相出力信号が
得られる。
【００２４】図８は、図７の実施の形態を変形した実施
の形態である。この実施の形態では、各フォトダイオー
ド４１上に形成される矩形パターン７１が隣接するフォ
トダイオード上のものと互いに連結された、階段状のパ
ターンとしている。この実施の形態は、矩形パターン７
１が金属等の薄膜パターンである場合に、図７に比べて
基板との密着性が良好になる。それ以外は図７の実施の
形態と同様である
の形態である。この実施の形態では、各フォトダイオー
ド４１上に形成される矩形パターン７１が隣接するフォ
トダイオード上のものと互いに連結された、階段状のパ
ターンとしている。この実施の形態は、矩形パターン７
１が金属等の薄膜パターンである場合に、図７に比べて
基板との密着性が良好になる。それ以外は図７の実施の
形態と同様である
【００２５】図９は、図７の実施の形態を変形した実施
の形態である。この実施の形態は、受光素子アレイ４の
フォトダイオード４１が測定軸ｘの方向に対して、αだ
け傾斜して配置されている場合を示している。この場合
も、各フォトダイオード４１上で矩形パターン７１の中
心がフォトダイオード４１の中心軸と一致するように配
列を傾斜させながら、図７の実施の形態と同様に、測定
軸ｘの方向にはモアレ縞のピッチＬで、且つ隣接するフ
ォトダイオード上では順次Ｐ／４ずつずれた状態に矩形
パターン７１を形成する。
の形態である。この実施の形態は、受光素子アレイ４の
フォトダイオード４１が測定軸ｘの方向に対して、αだ
け傾斜して配置されている場合を示している。この場合
も、各フォトダイオード４１上で矩形パターン７１の中
心がフォトダイオード４１の中心軸と一致するように配
列を傾斜させながら、図７の実施の形態と同様に、測定
軸ｘの方向にはモアレ縞のピッチＬで、且つ隣接するフ
ォトダイオード上では順次Ｐ／４ずつずれた状態に矩形
パターン７１を形成する。
【００２６】この様に、受光素子アレイ４の傾斜に対応
して、インデックス側の光学格子３１をパターン形成す
ることにより、同様に４相出力信号を得ることができ
る。即ち、図７〜図９の実施例は、受光素子アレイに対
応させてインデックス側の光学格子３を形成する手法で
あるから、この実施の形態により、受光素子アレイの組
立が問題になることはない。なおこの実施の形態の場合
にも、図８の実施の形態と同様に、矩形パターン７１を
隣接するフォトダイオードで順次連結された階段状パタ
ーンとすることもできる。
して、インデックス側の光学格子３１をパターン形成す
ることにより、同様に４相出力信号を得ることができ
る。即ち、図７〜図９の実施例は、受光素子アレイに対
応させてインデックス側の光学格子３を形成する手法で
あるから、この実施の形態により、受光素子アレイの組
立が問題になることはない。なおこの実施の形態の場合
にも、図８の実施の形態と同様に、矩形パターン７１を
隣接するフォトダイオードで順次連結された階段状パタ
ーンとすることもできる。
【００２７】以上の図７〜図９に示した実施の形態によ
っても、先の実施の形態と同様の効果が得られる。な
お、図７〜図９の実施の形態において示した矩形パター
ン７１は、必ずしも矩形パターンであることは必要な
く、楕円形や円形でもよい。また、受光素子アレイは、
図６に示したように半導体基板に集積形成されるものの
他、ガラス基板上に薄膜半導体により形成されるもので
あってもよい。
っても、先の実施の形態と同様の効果が得られる。な
お、図７〜図９の実施の形態において示した矩形パター
ン７１は、必ずしも矩形パターンであることは必要な
く、楕円形や円形でもよい。また、受光素子アレイは、
図６に示したように半導体基板に集積形成されるものの
他、ガラス基板上に薄膜半導体により形成されるもので
あってもよい。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、設
計制作が容易で且つ設計変更も容易な、微細周期信号を
得ることができる光学式エンコーダを提供することがで
きる。
計制作が容易で且つ設計変更も容易な、微細周期信号を
得ることができる光学式エンコーダを提供することがで
きる。
【図１】 この発明が適用される透過型光学式エンコー
ダの構成を示す図である。
ダの構成を示す図である。
【図２】 この発明が適用される反射型光学式エンコー
ダの構成を示す図である。
ダの構成を示す図である。
【図３】 実施の形態における各部の具体的構成を示す
図である。
図である。
【図４】 同実施の形態におけるモアレ縞と受光素子ア
レイの関係を示す図である。
レイの関係を示す図である。
【図５】 同実施の形態における二つの光学格子の関係
を拡大して示す図である。
を拡大して示す図である。
【図６】 別の実施の形態の受光素子アレイの構成を示
す図である。
す図である。
【図７】 別の実施の形態の受光素子アレイの構成を示
す図である。
す図である。
【図８】 別の実施の形態の受光素子アレイの構成を示
す図である。
す図である。
【図９】 別の実施の形態の受光素子アレイの構成を示
す図である。
す図である。
１…メインスケール、１１…光学格子、２…光源、３…
インデックススケール、３１…光学格子、４…受光素子
アレイ、４１（４１ａ〜４１ｄ）…フォトダイオード、
７１…矩形パターン（薄膜パターン）。
インデックススケール、３１…光学格子、４…受光素子
アレイ、４１（４１ａ〜４１ｄ）…フォトダイオード、
７１…矩形パターン（薄膜パターン）。
Claims (8)
- 【請求項１】 格子の配列方向を測定軸方向とする第１
の光学格子と、 この第１の光学格子に光を照射する光源と、 前記第１の光学格子に対向して配置されて前記第１の光
学格子の透過光又は反射光と干渉してモアレ縞を形成す
る第２の光学格子と、 前記第１の光学格子の前記第２の光学格子に対する相対
移動に伴う前記モアレ縞の変化を検出する受光素子アレ
イとを備え、 前記第１の光学格子のピッチをＰ１、前記第２の光学格
子のピッチをＰ２、前記第１の光学格子と第２の光学格
子のなす角度をθ、前記モアレ縞の周期をＬとして、Ｌ
＝Ｐ１／ｔａｎθ、及びＰ２＝Ｐ１・ｃｏｓθを満たし
て、前記モアレ縞が前記測定軸と平行になるように設定
されていることを特徴とする光学式エンコーダ。 - 【請求項２】 前記受光素子アレイは、前記測定軸と直
交する方向に、前記モアレ縞の異なる位相の光を検出す
るように複数個の受光素子が配列形成されていることを
特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。 - 【請求項３】 前記第２の光学格子は、前記受光素子ア
レイ上に薄膜によりパターン形成されていることを特徴
とする請求項１記載の光学式エンコーダ。 - 【請求項４】 格子の配列方向を測定軸とする第１の光
学格子と、 この第１の光学格子に光を照射する光源と、 前記第１の光学格子に対向して配置されて前記第１の光
学格子の透過光又は反射光を変調する第２の光学格子
と、 前記第１の光学格子の前記第２の光学格子に対する相対
移動に伴う第２の光学格子の透過光の変化を検出する受
光素子アレイとを備え、 前記受光素子アレイは、それぞれ前記測定軸方向に細長
い矩形の受光面を有し、前記測定軸と直交する方向に異
なる位相の光を検出するように配列された複数の受光素
子により構成され、 前記第２の光学格子は、前記各受光素子上に、前記測定
軸方向に前記第１の光学格子の周期と同じ周期で且つ、
隣接した受光素子で順次位相がずれた状態の光透過部と
光遮蔽部の交互配列となる薄膜パターンにより構成され
ていることを特徴とする光学式エンコーダ。 - 【請求項５】 前記各受光素子上に配列された薄膜パタ
ーンは、隣接する受光素子上に配列された薄膜パターン
とは分離された独立パターンとして形成されていること
を特徴とする請求項４記載の光学式エンコーダ。 - 【請求項６】 前記各受光素子上に配列された薄膜パタ
ーンは、隣接する受光素子上に配列された薄膜パターン
と順次連結された階段状パターンとして形成されている
ことを特徴とする請求項４記載の光学式エンコーダ。 - 【請求項７】 前記受光素子アレイの各受光素子は、矩
形の長辺が前記測定軸と平行に配置されていることを特
徴とする請求項４記載の光学式エンコーダ。 - 【請求項８】 前記受光素子アレイの各受光素子は、矩
形の長辺が前記測定軸に対して傾斜して配置されている
ことを特徴とする請求項４記載の光学式エンコーダ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8253999A JP2000275065A (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 光学式エンコーダ |
| DE2000113813 DE10013813A1 (de) | 1999-03-25 | 2000-03-21 | Optischer Kodierer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8253999A JP2000275065A (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 光学式エンコーダ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000275065A true JP2000275065A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=13777324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8253999A Pending JP2000275065A (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 光学式エンコーダ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000275065A (ja) |
| DE (1) | DE10013813A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6660997B2 (en) * | 2001-04-26 | 2003-12-09 | Creo Srl | Absolute position Moiré type encoder for use in a control system |
| US7332711B2 (en) | 2004-12-09 | 2008-02-19 | Mitutoyo Corporation | Photoelectric encoder, scale therefor and method for manufacturing the same |
| JP2019174437A (ja) * | 2017-12-29 | 2019-10-10 | 株式会社ミツトヨ | 変位信号を与える耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式ロータリーエンコーダ構造 |
| WO2022059656A1 (ja) * | 2020-09-15 | 2022-03-24 | 大日本印刷株式会社 | 光学フィルム及び表示装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10351560A1 (de) * | 2003-11-03 | 2005-06-02 | Metronic Ag | Impulsgeber |
-
1999
- 1999-03-25 JP JP8253999A patent/JP2000275065A/ja active Pending
-
2000
- 2000-03-21 DE DE2000113813 patent/DE10013813A1/de not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6660997B2 (en) * | 2001-04-26 | 2003-12-09 | Creo Srl | Absolute position Moiré type encoder for use in a control system |
| US7332711B2 (en) | 2004-12-09 | 2008-02-19 | Mitutoyo Corporation | Photoelectric encoder, scale therefor and method for manufacturing the same |
| JP2019174437A (ja) * | 2017-12-29 | 2019-10-10 | 株式会社ミツトヨ | 変位信号を与える耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式ロータリーエンコーダ構造 |
| WO2022059656A1 (ja) * | 2020-09-15 | 2022-03-24 | 大日本印刷株式会社 | 光学フィルム及び表示装置 |
| JPWO2022059656A1 (ja) * | 2020-09-15 | 2022-03-24 | ||
| JP7148903B2 (ja) | 2020-09-15 | 2022-10-06 | 大日本印刷株式会社 | 光学フィルム及び表示装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10013813A1 (de) | 2000-10-19 |
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