JP2001004411A - Optical encoder - Google Patents

Optical encoder

Info

Publication number
JP2001004411A
JP2001004411A JP17156599A JP17156599A JP2001004411A JP 2001004411 A JP2001004411 A JP 2001004411A JP 17156599 A JP17156599 A JP 17156599A JP 17156599 A JP17156599 A JP 17156599A JP 2001004411 A JP2001004411 A JP 2001004411A
Authority
JP
Grant status
Application
Patent type
Prior art keywords
region
light
optical
optical encoder
reflected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP17156599A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Igaki
Yasushi Miura
Ichiro Okumura
Manabu Takayama
泰 三浦
正彦 井垣
一郎 奥村
学 高山
Original Assignee
Canon Inc
キヤノン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate always stable pulses whose width and phase are not changed when the quantity of light is changed, by obtaining a signal excellent in contrast with the same light receiving element part, to optical scales of all diameters.
SOLUTION: A luminous flux from a light emitting element 11 is converted to a convergent light with a lens 12 and cast to a first region 13a of an optical scale 13. The reflected luminous flux is diffracted by a lattice of the first region 13a, and diffracted lights of zero-order, ±primary, ±secondary... are condensed on the surface of a concave mirror 14. The condensed diffracted lights are reflected by the concave mirror 14, and imaged again on a second region 13b of the optical scale 13, and form an image of radial trenches. By constitution of a slanting surface of the second region 13b, the luminous flux divided into three directions pass the lens 12 again, and the respective quantities of lights are detected by three photodetectors of a light receiving element part 15.
COPYRIGHT: (C)2001,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、移動情報を高精度に検出する光学式エンコーダに関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an optical encoder for detecting the movement information with high accuracy.

【0002】 [0002]

【従来の技術】従来から知られている移動体の位置や速度を検出する方法としては、大別すると磁気式エンコーダによる方法と光学式エンコーダによる方法がある。 As a method of detecting the position and speed of the Related Art A mobile conventionally known, there is a method according to the method and optical encoder according to the magnetic encoder are roughly classified into. 光学式エンコーダは投光部と受光部と光学スケールから構成されており、光学スケールには薄いSUS材が使用され、精密プレス打抜き加工又はエッチング加工により製作されるのが一般的である。 Optical encoder is composed of a light receiving portion and the optical scale and the light projecting unit, a thin SUS material is used for the optical scale, it is generally manufactured by precision press stamping or etching.

【0003】しかし近年では、透明な材質にV型断面を有する溝を形成した光学スケールを用い光学式エンコーダが、例えば特願平11−23324号公報などで提案されており、プリンタや複写機などに使用されている。 [0003] However, in recent years, an optical encoder using the optical scale having grooves having a V-shaped cross section in a transparent material is, for example, been proposed such as in Japanese Patent Application No. 11-23324, a printer or a copying machine, etc. It has been used to.

【0004】図11は従来例の自己投射型光学式エンコーダの光学系の斜視図、図12は断面図を示す。 [0004] Figure 11 is a perspective view of an optical system of the self-projection type optical encoder in the conventional example, FIG. 12 shows a cross-sectional view. 例えば、波長632.8nmの可干渉性光束を発するLED For example, LED which emits coherent light flux of wavelength 632.8nm
や半導体レーザーなどの光源1と、球面レンズ又は非球面レンズから成るレンズ系2とから構成される光照射手段3、位相差検出機構及び振幅型の回折格子機構を有する格子を形成した光学スケール4、この格子のフーリエ変換面に一致する曲面を有し、入射光束の中心部光束の光軸Oに対して偏心差Δだけ偏心した光軸O1を有する凹面ミラー5、3個の光学素子であるフォトディテクタ6a、6b、6cから成る受光手段6が配列されている。 And a light source 1 such as a semiconductor laser, a lens system 2 which consists beam irradiation means 3 consisting of a spherical lens or aspherical lens, optical scale 4 formed a grating having a grating mechanism of the phase difference detection mechanism and an amplitude type , has a curved surface that matches the Fourier transform plane of the grating is the concave mirror 5,3 amino optical element having an optical axis O1 which is eccentric by the eccentricity difference Δ with respect to the optical axis O of the center beam of the incident light beam light receiving means 6 consisting of photo detector 6a, 6b, 6c are arranged. 受光手段6の出力は、パルスカウント回路や回転方向の判別回路を有する信号処理手段7に接続されており、光照射手段3と受光手段6は筐体8内に固定保持されている。 The output of the light receiving unit 6 is connected to the signal processing unit 7 having a discriminating circuit of the pulse counting circuit or the rotation direction, the light receiving unit 6 and light irradiation means 3 is fixed and held in the housing 8.

【0005】光学スケール4は図示しない回転体の一部に取り付けられており、回転体と一体的に回転軸O2を中心に矢印D方向に回転している。 [0005] optical scale 4 is attached to a portion of the rotary member, not shown, and rotated in the arrow D direction on the rotating body and integrally about the rotation axis O2. 光学スケール4の格子は、図13に示すようにV溝を構成する2つの傾斜面I1、I2と1つの平坦部Fが、所定のピッチPで交互に配列されて形成されている。 Grating of the optical scale 4, two inclined surfaces I1, I2 and one flat portion F constituting the V-groove, as shown in FIG. 13 are formed are alternately arranged at a predetermined pitch P. V溝の幅はP/2で、V The width of the V-groove in the P / 2, V
溝を形成する2つの傾斜面I1、I2はそれぞれP/4 Two inclined surfaces forming a groove I1, I2 respectively P / 4
の幅を有し、平坦部Fに対してそれぞれ臨界角以上の例えば角度θ=45度で傾斜している。 Has a width, is inclined at each critical angle or more, for example an angle theta = 45 degrees with respect to the flat portion F.

【0006】光照射手段3の1要素である光源1からの光束は、レンズ系2により集光して光学スケール4に至る。 [0006] Light beam from the light source 1 is one component of the light irradiation means 3, leading to optical scale 4 is condensed by the lens system 2. 光学スケール4の第1領域4aに入射した光束は、 The luminous flux entering the first region 4a of the optical scale 4,
格子により回折して、n次の回折光(0次と±1次の回折光)が凹面ミラー5の瞳位置又はその近傍に集光する。 Diffracted by grating, n order diffracted light (0-order and ± 1-order diffracted light) is focused on the pupil position or near the concave mirror 5.

【0007】凹面ミラー5はこの集光した3つの回折光を反射し、光学スケール4の面上の第2領域4bに、これら3つの回折光に基づく干渉パターン像を結像する。 [0007] concave mirror 5 reflects three diffracted light this condensed, the second region 4b on the surface of the optical scale 4 forms an interference pattern image based on the three diffracted lights.
このとき、光学スケール4が回転方向Dに移動すると、 At this time, the optical scale 4 is moved in the direction of rotation D,
結像した像は回転方向Dと反対の方向に移動する。 Formed image moves in the opposite direction to the rotational direction D. 即ち、格子と干渉パターン像は相対的に光学スケール4の移動量の2倍の値で相対変位する。 That is, the grating and the interference pattern image are displaced relative twice the value of the movement amount of the relatively optical scale 4. これによって、光学スケール4に構成されている格子の2倍の分解能の回転情報が得られる。 Thus, the rotation information of two times the resolution of the grating is configured to optical scale 4 is obtained.

【0008】光学スケール4の第2領域4bの近傍に形成された干渉パターン像と、格子のV溝との位相関係に基づく光束は第2領域4bで幾何学的に屈折され、第2 [0008] and the interference pattern image formed in the vicinity of the second region 4b of the optical scale 4, the light beam based on the phase relationship between the V grooves of the grating are geometrically refracted by the second region 4b, the second
領域4bを射出した3つの光束は、それぞれ受光手段6 The three light beams emerging from the region 4b, respectively receiving means 6
の3つのフォトディテクタ6a、6b、6cで受光され、この受光手段6からの信号が信号処理手段7によって処理されて回転情報が得られる。 Three photodetectors 6a of, 6b, is received by 6c, rotation information is obtained is processed signal from the light receiving means 6 by the signal processing unit 7.

【0009】図13(a) は光学スケール4の第1領域4 [0009] FIG. 13 (a) a first region 4 of the optical scale 4
aの格子上に入射する収束光を示し、この内の格子の平坦部Fに到達した光束は、平坦部Fを通過して凹面ミラー5に進みその面上に結像する。 It shows a convergent light incident on the grating of a, the light beam reaches the flat portion F of the grid of this is imaged on the surface on the flow proceeds to the concave mirror 5 passes through the flat portion F. また、V溝を構成する傾斜面I1に到達した光束は、傾斜面I1の傾斜角が臨界角以上に設定されているために全反射し、同様にV溝を構成する他方の傾斜面I2に向けられ、傾斜面I2で再び全反射する。 The light beam which has reached the inclined plane I1 constituting the V-groove is totally reflected to the inclination angle of the inclined plane I1 is set to more than the critical angle, similarly to the other inclined plane I2 constituting the V-groove directed, totally reflected again by the inclined surface I2.

【0010】このようにして、最終的に格子の傾斜面I [0010] In this way, the inclined surface I of the final grid
1に到達した光束は、光学スケール4の内部に進入することなく入射方向に戻されることになる。 The light beam reaching the 1 will be returned to the incident direction without entering the interior of the optical scale 4. 同様に、他方の傾斜面I2に到達した光束も全反射を繰り返して戻される。 Similarly, the light beam reaches the other inclined plane I2 is also returned repeating total reflection. 従って、第1領域4aにおいて、2つの傾斜面I Accordingly, in a first region 4a, 2 two inclined surfaces I
1、I2に到達する光束は、光学スケール4を透過することなく反射され、平坦部Fに到達した光束のみが光学スケール4内を進むことになる。 The light beam reaching the 1, I2 is reflected without passing through the optical scale 4, only the light beam having reached the flat portion F is to advance the optical scale 4.

【0011】第1領域4aにおいて、V溝型の格子は透過型の振幅回折格子と同様の光学的作用を有する。 [0011] In the first region 4a, V groove type grating have similar optical effect and the amplitude diffraction grating of the transmission type. 即ち、光束は第1領域4aの格子で回折され、格子の作用によって0次、±1次、±2次、‥‥の回折光が発生して、凹面ミラー5の面上に集光する。 That is, the light beam is diffracted by the grating in the first region 4a, 0-order by the action of the grating, ± 1-order, ± 2-order, diffracted light ‥‥ occurs and condensed on the surface of the concave mirror 5. 集光した回折光は凹面ミラー5により反射されて、光学スケール4の第2 Diffracted light condensed is reflected by the concave mirror 5, the second optical scale 4
領域4bに再結像し、光学スケール4面上に放射状の溝の像を結像する。 And re-imaging the area 4b, to form an image of radial grooves on the optical scale 4 on the surfaces of. ここで、第1領域4aと第2領域4b Here, the first region 4a and the second region 4b
は光学スケール4面の放射状格子に対して、半径方向に異なった(一部が重複していてもよい)領域であるために、第1領域4aと第2領域4bの格子ピッチが異なり、更に第2領域4bの照射領域においても、光学スケール4の内周側と外周側でピッチが異なっている。 For radial grating of optical scale 4 side, because different radial (partially overlapping not be) is a region, different from the grating pitch of the first region 4a and the second region 4b, further also in the irradiation area of ​​the second region 4b, it has different pitch on the inner peripheral side and outer peripheral side of the optical scale 4.

【0012】従って、本実施例では第2領域4bに第1 Accordingly, in this embodiment first to the second region 4b
領域4aの格子を拡大投影し、光学スケール4の放射状の格子と同じピッチの反転像を形成するようにしている。 Expanding and projecting a grating region 4a, and so as to form an inverted image of the same pitch as the radial grating of the optical scale 4. このために、凹面ミラー5を所望の曲率半径Rに設定して、入射光束の光軸Oに対して偏心配置すると共に、拡大投影倍率が最適な値になるように、入射光軸O For this, the concave mirror 5 is set to a desired radius of curvature R, as well as decentered relative to the optical axis O of the incident light beam, as enlargement projection magnification becomes an optimum value, the incident optical axis O
に対する凹面ミラー5のずれ量Δを設定している。 It is set a shift amount Δ of the concave mirror 5 against. このようにして、第1領域4aの格子像が凹面ミラー5により第2領域4bの面上に結像する際に、放射状格子の一部のピッチを一致させることによって、S/N比の良い検出信号を得ている。 In this manner, when the lattice image of the first region 4a is to image on the surface of the second region 4b by the concave mirror 5, by matching a portion of the pitch of the radial grating, good S / N ratio to obtain a detection signal.

【0013】第2領域4bにおいて平坦部Fに入射した光束は、図13(b) に示すように傾斜面I1、I2に対して直線的に透過し、受光手段6の中央部のフォトディテクタ6bに到着する。 [0013] The light beam incident on the flat portion F in the second region 4b is linearly transmitted to the inclined surfaces I1, I2 as shown in FIG. 13 (b), a photodetector 6b of the central portion of the light receiving means 6 arrive. また、V溝面を形成する2つの傾斜面I1、I2に到達した光束は、それぞれの面に4 Further, the light beam reaches the two inclined surfaces I1, I2 of forming a V-groove surfaces, on each side 4
5度の入射角を持って入射するために、それぞれ異なる方向に大きく屈折して、受光手段6の両端のフォトディテクタ6a、6cに到達する。 To incident with 5 ° angle of incidence, are greatly refracted in different directions, to reach the photodetector 6a, 6c at both ends of the light receiving means 6.

【0014】このように第2領域4bにおいて、入射光束に対して異なる方向に傾斜した2つの傾斜面I1、I [0014] In the second region 4b Thus, two inclined surfaces which are inclined in different directions with respect to the incident light beam I1, I
2、及びV溝の間の平坦部Fの合計3種の傾き方向の異なる面によって、光束は3つの方向に別れて進み、それぞれの面に対応した位置に設けられた各フォトディテクタ6a、6b、6cに到達する。 2, and the total of three kinds of tilt directions of different surfaces of the flat portion F between the V grooves, the light beam proceeds divided into three directions, each photodetector 6a provided at positions corresponding to the respective surfaces, 6b, to reach the 6c. 即ち、第2領域4bの格子と、その面上に結像した干渉パターン像との位相関係に基づく光束が、3方向に偏向されて各フォトディテクタ6a、6b、6cに結像することになるので、第2 That is, the lattice of the second region 4b, the light beam based on the phase relationship between the interference pattern image formed on that surface, each photodetector 6a is deflected in three directions, 6b, it means that forms an image 6c , the second
領域4bにおいてV溝の格子は光波波面分割素子として機能する。 Lattice of the V-groove functions as a light wave wavefront splitting element in the region 4b.

【0015】ここで、光学スケール4が回転すると、各フォトディテクタ6a、6b、6cで検出される光量が変化する。 [0015] Here, when the optical scale 4 is rotated, the photodetectors 6a, 6b, the amount of light detected by 6c changes. 格子の位置と干渉パターン像の位置の相対的変位に応じて、各フォトディテクタ6a、6b、6cに入射する光量バランスが変化し、その結果として光学スケール4が反時計廻りに回転した場合には、図14に示すような光学スケール4の回転に伴う光量変化が得られる。 Depending on the relative displacement of the position of the interference pattern image of the grating, if each photodetector 6a, 6b, 6c amount balance the incident is changed, the optical scale 4 is consequently rotated counterclockwise, the change in light amount due to the rotation of the optical scale 4, as shown in FIG. 14 is obtained. ここで、横軸は光学スケール4の回転量、縦軸は受光光量を示し、信号a、b、cはそれぞれフォトディテクタ6a、6b、6cの出力に対応している。 Here, the amount of rotation of the horizontal axis optical scale 4, the ordinate indicates the received light amount, the signal a, b, c respectively photodetectors 6a, 6b, which corresponds to the output of 6c. また、逆に光学スケール4が時計廻りに回転した場合には、信号aはフォトディテクタ6b、信号bはフォトディテクタ6a、信号cはフォトディテクタ6cの出力となる。 Further, when the opposite optical scale 4 is rotated clockwise, the signal a photodetector 6b, the signal b is photodetectors 6a, signal c is the output of the photodetector 6c. これらの信号を基にパルス信号を発生し、光学スケール4 Generates a pulse signal based on these signals, the optical scale 4
の回転角度や回転量又は回転速度や回転加速度等の回転情報を得る。 Obtaining rotation information such as rotation angle or amount of rotation or rotational speed and rotational acceleration. なお、図14は第2領域4bに形成される干渉パターン像のコントラストが非常に高く、理想に近い場合の理論的な光量変化を示している。 Incidentally, FIG. 14 is very high contrast of the interference pattern image formed on the second region 4b, illustrates the theoretical change in light quantity is close to ideal.

【0016】 [0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来例の光学式エンコーダは、V溝の光学スケール4の透過光を使用しているために、凹面ミラー5を光学スケール4に対して光源1や受光素子6の反対側に配置しなければならない。 [0005] However the optical encoder of the conventional example, because of the use of light transmitted through the optical scale 4 of the V-groove, the light source 1 and the light receiving element concave mirror 5 relative to the optical scale 4 6 must be placed on the opposite side of the.

【0017】本発明の目的は、上述の従来例の改良として、特に軸方向の高さの面でコンパクトな構成でコントラストの良好な変位情報を検出する光学式エンコーダを提供することにある。 An object of the present invention, as a conventional example improving the above, is to provide an optical encoder for detecting a good displacement information of contrast in particular with a compact configuration in terms of the axial height.

【0018】 [0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための本発明に係る光学式エンコーダは、基板上に周期的に配設した格子部を有する相対移動可能な光学スケール上の第1領域に光照射手段からの光束を入射し、前記第1 Optical encoder according to the present invention for achieving the above object In order to achieve the above, the first area on the relatively movable optical scale having a periodic disposed lattice unit on the substrate and a light beam from the light irradiating means, said first
領域の格子部で反射回折した回折光を反射しかつ集光して前記光学スケールの第2領域に入射し、該第2領域の格子部を介した光束を受光手段で受光することにより、 By the diffracted light reflected and diffracted by the grating portion of the region is reflected vital condensing incident on the second region of the optical scale and receives a light beam through the grating portion of the second region in the light receiving means,
前記光学スケールの変位情報を検出することを特徴とする。 And detecting the displacement information of the optical scale.

【0019】 [0019]

【発明の実施の形態】本発明を図1〜図10に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。 It will be described in detail with reference to Detailed Description of the Invention The present invention embodiment shown in FIGS. 1 to 10. 図1は第1の実施例の光学式エンコーダの断面図を示し、回転方式の光学スケールを有する光学式エンコーダであるが、直線的に移動するリニア型エンコーダでも適用可能である。 Figure 1 shows a cross-sectional view of the optical encoder of the first embodiment, although an optical encoder having an optical scale of the rotating system, it is also applicable in linear encoders that moves linearly. 光学式エンコーダはLEDやLDなどの発光素子11、片面が投光側と受光側とに分かれた形状を有するレンズ12、ポリカードネートなどの透明な材質から成り回転軸を中心に回転する光学スケール13、凹面ミラー14、3個のフォトディテクタ15a、15b、15cから成る受光素子部15から構成されている。 Emitting element 11 such as an optical encoder is an LED or LD, optical scale one side is rotated about the axis of rotation made of a transparent material, such as a lens 12, poly card sulfonates having a shape divided into a light projecting side and receiving side 13, the concave mirror 14, 3 pieces of photodetectors 15a, 15b, and a light-receiving element portion 15 made of 15c. 円板状の光学スケール13には、放射状の光学的グレーティングが形成された第1領域13a及び第2領域13bが設けられている。 The disk-shaped optical scale 13, the first region 13a and second region 13b of radial optical grating is formed is provided.
なお、第1領域13aと第2領域13bのグレーティングの本数やピッチ等は必ずしも一致させる必要はない。 Incidentally, the number and pitch and the like of the grating in the first region 13a and second region 13b does not necessarily need to match.

【0020】図2は径方向から見た第1領域13aの断面図を示し、第1領域13aにはV型断面形状の溝がピッチPで周期的に形成されている。 [0020] Figure 2 shows a cross-sectional view of the first region 13a as viewed from the radial direction, it is periodically formed at a pitch P, groove of V-shaped cross section in the first region 13a. このV溝の斜面の角度は、入射光が全反射するように臨界角以上の角度の例えば45度とされ、平坦面Fに入射した光束は透過し、 Angle of the slope of the V groove, the incident light is the critical angle or more angles, for example 45 degrees so as to totally reflect the light beams incident on the flat surface F is transmitted,
傾斜面Iに入射した光束は反射するようになっている。 The light beam incident on the inclined surface I is adapted to reflect.
即ち、第1領域13aにおいて、V溝の格子部は反射型の振幅回折格子と同様の光学作用をする。 That is, in the first region 13a, the grating portion of the V groove to the same optical effects and amplitude diffraction grating of the reflection type.

【0021】図3は径方向から見た第2領域13bの断面図を示し、第2領域13bにはV型断面形状の溝が放射方向に周期的に形成されている。 [0021] Figure 3 shows a cross-sectional view of the second region 13b as viewed from the radial direction, the grooves of V-shaped cross section are formed periodically in the radial direction in the second region 13b. これらV溝の全ての傾斜面I1、I2、I3、I4は全反射する臨界角以上の角度とされているが、傾斜面I1とI2がなす角はほぼ90度であり、傾斜面I3とI4がなす角は90度より少し大きい角度となるように設定されている。 Although all of the inclined surfaces of the V grooves I1, I2, I3, I4 are the critical angle or more angles of total reflection, the angle is inclined plane I1 and I2 are approximately 90 degrees, the inclined surface I3 I4 There angle is set to be slightly greater than 90 degrees.

【0022】発光素子11から放射された光束はレンズ12の投光側により集束光に変換され、光学スケール1 The light beam emitted from the light emitting element 11 is converted into converging light by the light-projecting side of the lens 12, the optical scale 1
3の第1領域13aに照射される。 It is irradiated to the first region 13a of 3. この第1領域13a The first region 13a
の格子により反射光束は回折され、格子の作用により0 Reflected light flux by the grating is diffracted, 0 by the action of the grating
次、±1次、±2次、‥‥の回折光が発生し、凹面ミラー5面上に集光する。 Next, ± 1-order, ± 2-order diffracted light of ‥‥ occurs and condensed on the concave mirror 5 on the surfaces of.

【0023】集光した回折光は凹面ミラー14により反射され、光学スケール13の第2領域13bで再結像し、光学スケール13面上に放射状の溝の像を結像する。 The diffracted light condensed is reflected by the concave mirror 14, re-imaged in the second region 13b of the optical scale 13, and forms an image of the radial grooves in the optical scale 13 on the surfaces of. このとき、第2領域13bの傾斜面I1〜I4の構成により、傾斜面I1、I2に入射した光束は2回反射した後に、径方向から見て図3に示すように入射方向にそのまま戻る。 In this case, the configuration of the inclined surface I1~I4 of the second region 13b, the light flux incident on the inclined surfaces I1, I2 are after being reflected twice, the process returns to the incident direction as shown in FIG. 3 as viewed from the radial direction. ただし、周方向から見ると図1に示すように外径方向に反射されている。 However, as shown in FIG. 1 when viewed from the circumferential direction is reflected in the outer diameter direction. 一方、傾斜面I3に入射した光束は2回反射した後に、径方向から見て若干左方向に反射される。 Meanwhile, a light beam incident on the inclined surface I3 is after being reflected twice, are reflected slightly leftward as viewed from the radial direction. また、傾斜面I4に入射した光束は2回反射した後に、径方向から見て若干右方向に反射される。 Further, a light beam incident on the inclined surface I4 is after being reflected twice, are slightly reflected in the right direction as viewed from the radial direction.

【0024】このように、3方向に分割された光束はレンズ12の受光側を通って、受光素子部15に到達し、 [0024] Thus, the light beams split in the three directions through the light receiving side of the lens 12, and reaches the light receiving element unit 15,
受光素子部15の3個のフォトディテクタ15a〜15 Three photodetectors of the light receiving element portion 15 15A~15
cはそれぞれの光量を検出する。 c detects the respective light quantity. 即ち、第2領域13b That is, the second region 13b
の格子とその面上に結像した干渉パターン像との位相関係に基づく光束が、3方向に反射偏向されてそれぞれフォトディテクタ15a〜15cに入射する。 Grating the light beam based on the phase relationship between the interference pattern image formed on the surface of, it reflected and deflected in three directions and enters each photodetector 15a to 15c.

【0025】ここで、光学スケール13が回転すると、 [0025] In this case, when the optical scale 13 is rotated,
各フォトディテクタ15a〜15cで検出される光量が変化する。 The amount of light detected by each photodetector 15a~15c changes. 第2領域13bの格子位置と干渉パターン像の位置の相対的変位に応じて、各フォトディテクタ15 Depending on the relative displacement of the position of the grid position and the interference pattern image of the second region 13b, the photodetector 15
a〜15cに入射する光量バランスが変化し、その結果として光学スケール13が反時計廻りに回転すると、従来例と同様に図14に示すような光学スケール13の回転に伴う光量変化が得られる。 Light intensity balance entering changes to A~15c, when the optical scale 13 is rotated counterclockwise as a result, the light amount variation caused by the rotation of the optical scale 13 as similar to the conventional example shown in FIG. 14 is obtained.

【0026】図4は第2の実施例の第2領域13bの格子断面形状を示し、V溝の傾斜面I1とI2のなす角度θ1が90度からずれている。 [0026] Figure 4 shows the lattice cross sectional shape of the second region 13b of the second embodiment, the angle θ1 of the inclined surface I1 and I2 of the V groove deviates from 90 degrees. なお、傾斜面I3とI4 It should be noted that, the inclined surface I3 and I4
のなす角度θ2は第1の実施例と同様に90度よりも少し大きい角度である。 An angle θ2 of an angle slightly greater than 90 degrees as in the first embodiment. また、受光素子部15は4個のフォトディテクタ15a、15a'、15b、15b'から構成されている。 The light receiving element 15 the four photodetectors 15a, 15a ', 15b, 15b' and a. なお、第2領域13bの溝はW形状に限らず、4以上の方向に光束を分割する形状であればよい。 Incidentally, the grooves of the second region 13b is not limited to the W shape, and may be any shape that divides the light beam into four or more directions. また、V溝の傾斜面I1、I2のなす角度θ2 Further, the inclined surface of the V groove I1, I2 of the angle θ2
は、本実施例では90度よりも僅かに大きくなっているが、90度よりも小さくしても同様の機能を実現することができる。 Is in this embodiment is slightly larger than 90 degrees, it is possible to implement the same function be smaller than 90 degrees.

【0027】このような構成により、左側の傾斜面I1 [0027] With such a configuration, the left side of the inclined plane I1
に入射した光束と、右側の傾斜面I2に入射した光束は左右に分離され、また傾斜面I3、I4に入射した光束は更に外側に分割される。 A light beam incident on, the light beam incident on the right side of the inclined plane I2 is divided into right and left, also the light beams incident on the inclined surface I3, I4 is further divided into an outer. 即ち、凹面ミラー14から反射してきた光束は、第2領域13bの溝で4方向に反射される。 That is, the light beam reflected from the concave mirror 14 is reflected in the four directions in the groove of the second region 13b. この4方向に分割された光束はレンズ12を通って受光素子部15に到達し、受光素子部15のフォトディテクタ15a、15a'、15b、15b'にそれぞれ配分されて受光される。 Light beams split in this four directions through the lens 12 to reach the light receiving element 15, the photodetector 15a of the photodetector 15, 15a ', 15b, 15b' is received are allocated respectively.

【0028】図5(a) は各フォトディテクタ15a、1 [0028] FIG. 5 (a) each photodetector 15a, 1
5a'、15b、15b'の出力波形を示し、横軸はスケールと検出ヘッドの相対変位量xであり、縦軸は各フォトディテクタ15a、15a'、15b、15b'の出力A、A'、B、B'である。 5a ', 15b, 15b' shows the output waveform of the horizontal axis is the relative displacement x of the scale and the detection head, and the vertical axis the photodetectors 15a, 15a ', 15b, 15b' output A of, A ', B , it is a B '. ここで、出力AとA'、出力BとB'はそれぞれ位相が180度異なっている。 Here, the output A and A ', the output B and B' are phase respectively are different 180 degrees. 従って、出力AとA'の差及び出力BとB'の差は、図5(b) に示すように0ボルトを中心にして振れる波形となる。 Thus, the difference 'differences and output B and B' output A and A has a waveform swings around a 0 volt as shown in Figure 5 (b). このような0ボルトを中心にして振れる波形は、0ボルトを比較基準値としてパルスを作成すれば、光量が変動しても幅や位相が変化しない常に安定したパルスを発生させることができる。 Waveform swings around the such 0 volts, 0 by creating a pulse bolts as a comparison reference value, it is possible to generate a pulse that constantly stable light quantity does not change the width and phase vary.

【0029】図6は第3の実施例の光学スケール13の第1領域13aの格子断面形状を示す。 [0029] Figure 6 shows a lattice sectional shape of the first region 13a of the optical scale 13 of the third embodiment. 第1の実施例では、V溝で2回全反射する光束を使用したが、本実施例ではピッチPで放射状に反射膜Cが形成されていて、これによって第1の実施例と全く同じ機能を得ることができる。 In the first embodiment, instead of the light beam totally reflected twice by the V grooves and are radially reflective film C is formed at a pitch P in the present embodiment, this first embodiment by exactly the same function it is possible to obtain.

【0030】図7は第4の実施例の光学スケール13の第1領域13aの格子断面形状を示す。 [0030] Figure 7 shows a lattice sectional shape of the first region 13a of the optical scale 13 of the fourth embodiment. この場合には、 In this case,
4分の1波長だけ段差を有する溝を、ピッチPで交互に放射状に形成してその上に反射膜Cが形成されており、 The 4 minute groove having a step only one wavelength, its upper reflection film C is formed on the formed radially alternately at a pitch P,
光束はこの第1領域13aの格子で反射回折される。 The light beam is reflected and diffracted by grating of the first area 13a. 通常の回折では、0次、±1次、±2次、‥‥の回折光が生ずるが、0次では2分の1波長だけ位相の異なった光束が混在しているために0次回折光は消滅し、その結果として最も強度の強いのは±1次の回折光となる。 In a typical diffraction, zero-order, ± 1-order, ± 2-order, although the diffracted light ‥‥ occurs, 0-order diffracted light for the light flux having different phases by one-half wavelength in the zeroth order are mixed disappeared, strongest intensity becomes ± 1-order diffracted light as a result.

【0031】この±1次の回折光は凹面ミラー14の面上に集光し、集光した回折光は凹面ミラー14で反射し、光学スケール13の第2領域13bの格子に再結像し、光学スケール13面上に放射状の溝の像を結像する。 The diffracted light of the ± 1-order is focused on the surface of the concave mirror 14, the diffracted light condensed is reflected by the concave mirror 14, and re-imaged on the grating of the second region 13b of the optical scale 13 , it forms an image of the radial grooves in the optical scale 13 on the surfaces of. 第2領域13bに達した光束は、これ以後第1の実施例と同様の過程により変位量が検出される。 The light beam reaching the second region 13b, this subsequent displacement by the first embodiment and the same process is detected.

【0032】本実施例の場合には、第1領域13aを透過する光束は殆ど0なので、S/N比が良好で強い信号が得られ、更に第2領域13bの格子上に結像する回折像は、主に±1次の2光束から成るために焦点深度が深くなる。 [0032] In the case of this embodiment, since almost 0 light flux passing through the first region 13a, S / N ratio can be obtained good strong signal, further imaged on the grating of the second region 13b diffraction statue, depth of focus to consist mainly ± 1 order two beams. 従って、光学スケール13と受光素子部15の相対的位置関係に必要な精度が緩和されて、組立が容易になる。 Therefore, it is relaxed accuracy required in the relative positional relationship of the optical scale 13 and the light receiving element portion 15, the assembly is facilitated.

【0033】図8は第5の実施例の光学スケール13の第1領域13aの格子断面形状を示し、第1の実施例の格子形状とほぼ同様の形状をしているが、平坦部Fの幅F1、F2が互いに2分の1波長だけ異なるので、V溝の底のピッチ間隔P1、P2が互いに2分の1波長だけ異なっている。 [0033] Figure 8 shows a lattice sectional shape of the first region 13a of the optical scale 13 of the fifth embodiment, it has substantially the same shape as the grating pattern of the first embodiment, the flat portion F since the width F1, F2 differ by a half wavelength from each other, the pitch interval P1, P2 of the bottom of the V-groove is different by one-half wavelength from each other. これによって、V溝の両傾斜面から反射してくる光束は、互いに2分の1波長だけ位相がずれている。 Thus, the light beam reflected from the both inclined surfaces of the V groove is out of phase by one-half wavelength from each other. 従って、第4の実施例と同様に0次回折光は消滅し、第2領域13bの格子上に結像する回折像は、主に±1次の2光束から成り焦点深度が深くなる。 Therefore, the fourth zero-order diffracted light in the same manner as in Example of disappears, the diffraction image formed on the grating of the second region 13b is depth of focus consist mainly ± 1 order two beams.

【0034】図9は第6の実施例の光学スケール13の第1領域13aの格子断面形状を示し、図8の第1領域13aの平坦部F1、F2をなくしたものである。 [0034] Figure 9 is intended to sixth embodiment of the indicated lattice cross sectional shape of the first region 13a of the optical scale 13, lost flat portion F1, F2 of the first region 13a of FIG. V溝の両傾斜面から反射してくる光束が互いに2分の1波長だけ位相がずれるように、V溝の底のピッチ間隔P1、 As phase by one wavelength of the light beam 2 minutes of each other reflected from the both inclined surfaces of the V groove deviates, the pitch spacing of the bottom of the V groove P1,
P2が1つおきに2分の1波長だけ異なっている。 P2 is different from only one wavelength of 2 minutes to every other one. 透過損失する光束をほぼ0として、焦点深度の深い回折像が第2領域13b上に結像する。 As almost zero light beam transmission loss, deep diffraction image depth of focus is imaged on the second area 13b. なお、本実施例の場合は第4の実施例のような反射膜Cを付する必要はない。 In the case of this embodiment need not subjecting the reflective film C, such as in the fourth embodiment.

【0035】図10は第7の実施例の光学スケール13 [0035] Figure 10 is an optical scale 13 of the seventh embodiment
の第1領域13aの格子断面形状を示し、図8の第1領域13aの平坦部F1、F2を1つおきになくしてある。 It shows the lattice cross sectional shape of the first region 13a of, are eliminated the flat portion F1, F2 of the first region 13a of Figure 8 every other. 図9と同様にV溝の両傾斜面から反射してくる光束は、互いに2分の1波長だけ位相がずれるように、V溝の底のピッチ間隔P1、P2が1つおきに2分の1波長だけ異なっている。 Light beam reflected from the both inclined surfaces of the same V-groove and 9, so as to be offset in phase by one-half wavelength from each other, the pitch spacing of the bottom of the V groove P1, P2 is 2 minutes every other one It differs by one wavelength. 透過損失する光束をほぼゼロとして、焦点深度の深い回折像が第2領域13b上に結像される。 The light beam transmission loss as substantially zero, deep diffraction image depth of focus is imaged on the second area 13b. なお、本実施例の場合も第4の実施例のような反射膜Cを付する必要はない。 It is not necessary to subject the reflective film C, such as in the fourth embodiment is also the case of the present embodiment.

【0036】 [0036]

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る光学式エンコーダは、全ての部品が光学スケールの一方側に配置されているので、軸方向の高さが小さくなる。 Optical encoder according to the present invention, as described above, according to the present invention, since all the components are arranged on one side of the optical scale, the axial height decreases. また、 Also,
光学スケールの反対側に部品を固定する固定用アームも原理的には不要となるので、光学スケールの外周より外側にはみ出す部分をなくすこともでき、全体の径も小さくなって部品数も少なくて済む。 Since unnecessary for fixing arm also principle to fix the component to the opposite side of the optical scale, it can also be eliminated portion protruding outward from the outer periphery of the optical scale, and the number of parts is also reduced as smaller overall diameter need. このようなコンパクトな構成により、コントラストの良好な変位情報を検出することができる。 Such a compact structure, it is possible to detect a good displacement information of contrast.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】第1の実施例の光学式エンコーダの断面図である。 1 is a cross-sectional view of the optical encoder of the first embodiment.

【図2】第1領域の溝形状の説明図である。 Figure 2 is an illustration of the groove shape of the first region.

【図3】第2領域の溝形状の説明図である。 Figure 3 is an illustration of a groove shape of the second region.

【図4】第2の実施例の第2領域の溝形状の説明図である。 4 is an explanatory view of the groove shape of the second region of the second embodiment.

【図5】受光素子の出力波形及び処理信号のグラフ図である。 Figure 5 is a graph of the output waveform and processing signals of the light receiving element.

【図6】第3の実施例の第1領域の溝形状の説明図である。 6 is an explanatory view of the groove shape of the first region of the third embodiment.

【図7】第4の実施例の第1領域の溝形状の説明図である。 7 is an explanatory view of the groove shape of the first region of the fourth embodiment.

【図8】第5の実施例の第1領域の溝形状の説明図である。 8 is an explanatory view of the groove shape of the first region of the fifth embodiment.

【図9】第6の実施例の第1領域の溝形状の説明図である。 9 is an explanatory view of the groove shape of the first region of the sixth embodiment.

【図10】第7の実施例の第1領域の溝形状の説明図である。 10 is an explanatory view of a groove shape of the first region of the seventh embodiment.

【図11】従来例の光学式エンコーダの光学系の斜視図である。 11 is a perspective view of an optical system of a conventional example of an optical encoder.

【図12】断面図である。 12 is a cross-sectional view.

【図13】格子の溝形状の説明図である。 13 is an illustration of a groove shape of the grating.

【図14】フォトディテクタの信号出力のグラフ図である。 14 is a graphical representation of the signal output of the photodetector.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

11 発光素子 12 レンズ 13 光学スケール 14 凹面ミラー 15 受光素子部 11 light-emitting element 12 lens 13 optical scale 14 concave mirror 15 the light receiving element unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 泰 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 高山 学 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 2F103 BA00 BA43 CA01 CA02 CA03 CA04 CA08 DA12 DA13 EA02 EA05 EA12 EA15 EB02 EB04 EB06 EB12 EB16 EB32 EC04 EC11 ED01 FA01 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Yasushi Miura Ota-ku, Tokyo Shimomaruko 3-chome No. 30 No. 2 Canon within Co., Ltd. (72) inventor Manabu Takayama Ota-ku, Tokyo Shimomaruko 3-chome No. 30 No. 2 Canon Co., Ltd. in the F-term (reference) 2F103 BA00 BA43 CA01 CA02 CA03 CA04 CA08 DA12 DA13 EA02 EA05 EA12 EA15 EB02 EB04 EB06 EB12 EB16 EB32 EC04 EC11 ED01 FA01

Claims (13)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 基板上に周期的に配設した格子部を有する相対移動可能な光学スケール上の第1領域に光照射手段からの光束を入射し、前記第1領域の格子部で反射回折した回折光を反射しかつ集光して前記光学スケールの第2領域に入射し、該第2領域の格子部を介した光束を受光手段で受光することにより、前記光学スケールの変位情報を検出することを特徴とする光学式エンコーダ。 [Claim 1] with a light beam from the light irradiation means to a first area on the relatively movable optical scale having a periodic disposed lattice unit on the substrate, it reflected and diffracted by grating portion of the first region the diffracted light is reflected vital condensing incident on the second region of the optical scale was, by receiving the light beam through the grating portion of the second region in the light receiving means, detecting the displacement information of the optical scale optical encoder characterized by.
  2. 【請求項2】 前記第1領域は反射部位と透過部位の周期構造を有し、前記第2領域は各部位の各面から異なる方向に光束を反射することにより波面分割を実行する請求項1に記載の光学式エンコーダ。 2. A method according to claim 1 wherein the first region has a periodic structure of the transmission portion and the reflection portion, the second region to perform the wavefront division by reflecting the light beam in different directions from each side of each part optical encoder according to.
  3. 【請求項3】 前記第1領域は平坦部位とV溝形状部位の周期構造を有し、前記第2領域は各部位の各面から異なる方向に光束を出射することにより波面分割を実行する請求項1に記載の光学式エンコーダ。 Wherein the first region has a periodic structure of flat portions and V groove shape portion, said second region to perform the wavefront division by emitting a light flux in different directions from each side of each part according the optical encoder according to claim 1.
  4. 【請求項4】 前記第1領域は平坦部位とV溝形状部位の周期構造を有し、前記第2領域は各部位の各面から異なる4方向に光束を出射することにより波面分割を実行する請求項1に記載の光学式エンコーダ。 Wherein said first region has a periodic structure of flat portions and V groove shape portion, said second region to perform the wavefront division by emitting a light flux in the four different directions from each side of each part the optical encoder according to claim 1.
  5. 【請求項5】 前記第1領域は反射光が周期的に2分の1波長の光路差を持つ周期構造を有する請求項1に記載の光学式エンコーダ。 Wherein said first region is an optical encoder according to claim 1 having a periodic structure with an optical path difference of the periodic half wave reflected light.
  6. 【請求項6】 前記第1領域は平坦部位とV溝形状部位の周期構造と、前記平坦部位の幅が1つおきに2分の1 Wherein said first region has a periodic structure of flat sites with the V-groove shaped portion, the width of the flat portion is 2 minutes every other one 1
    波長だけ異なる周期構造とを有する請求項5に記載の光学式エンコーダ。 The optical encoder according to claim 5 having a wavelength that differs periodic structures.
  7. 【請求項7】 前記第1領域はV溝形状部位の周期構造と山部の高さが、1つおきに4分の1波長だけ異なる周期構造を有する請求項5に記載の光学式エンコーダ。 Wherein said height of the first region and the periodic structure of the V-groove shaped portion crests An optical encoder according to claim 5 having only one wavelength different periodic structures of 4 minutes every other.
  8. 【請求項8】 前記光学スケールとの間の相対変位情報は相対的直動変位情報とした請求項1に記載の光学式エンコーダ。 8. An optical encoder according to claim 1, the relative displacement information of which the relative linear displacement information between said optical scale.
  9. 【請求項9】 前記光学スケールとの間の相対変位情報は相対的回転変位情報とした請求項1に記載の光学式エンコーダ。 9. An optical encoder according to claim 1, the relative displacement information between which a relative rotational displacement information of the optical scale.
  10. 【請求項10】 前記受光手段は前記第2領域の格子部からの反射光を受光する請求項1に記載の光学式エンコーダ。 10. An optical encoder according to claim 1 wherein the light receiving means for receiving light reflected from the grating portion of the second region.
  11. 【請求項11】 前記第1領域の格子部で反射回折した回折光は凹面ミラーで反射して前記第2領域に入射する請求項1に記載の光学式エンコーダ。 Wherein said optical encoder according to claim 1 diffracted light reflected and diffracted by the grating portion of the first region is made incident and reflected by the concave mirror to said second region.
  12. 【請求項12】 請求項1〜11の何れかの請求項に記載の光学式エンコーダを使用して、回転角度及び位置及び回転速度を検出する検出装置。 12. Using an optical encoder according to any one of claims 1 to 11, the rotational angle and position and detection apparatus for detecting the rotational speed.
  13. 【請求項13】 請求項12に記載の検出装置により回転角度又は回転速度を制御する回転シリンダによって紙や布から成る被印刷物を搬送するプリント装置。 13. A printing apparatus for conveying a printing material made of paper or cloth by rotating the cylinder for controlling the rotation angle or rotational speed by the detecting device according to claim 12.
JP17156599A 1999-06-17 1999-06-17 Optical encoder Pending JP2001004411A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17156599A JP2001004411A (en) 1999-06-17 1999-06-17 Optical encoder

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17156599A JP2001004411A (en) 1999-06-17 1999-06-17 Optical encoder
US09588549 US6803560B1 (en) 1999-06-10 2000-06-07 Optical encoder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001004411A true true JP2001004411A (en) 2001-01-12

Family

ID=15925507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17156599A Pending JP2001004411A (en) 1999-06-17 1999-06-17 Optical encoder

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001004411A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1235054A3 (en) * 2001-02-20 2006-03-08 Canon Kabushiki Kaisha Reflection scale and displacement measurement apparatus using the same
CN1303402C (en) * 2002-06-03 2007-03-07 三菱电机株式会社 Photoelectric rotary coder
JP2015501921A (en) * 2011-11-09 2015-01-19 ザイゴ コーポレーションZygo Corporation Double-pass interferometry encoder system
JPWO2014054084A1 (en) * 2012-10-05 2016-08-25 パイオニア株式会社 Semiconductor device manufacturing method of the proximity sensor and semiconductor device including the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1235054A3 (en) * 2001-02-20 2006-03-08 Canon Kabushiki Kaisha Reflection scale and displacement measurement apparatus using the same
CN1303402C (en) * 2002-06-03 2007-03-07 三菱电机株式会社 Photoelectric rotary coder
JP2015501921A (en) * 2011-11-09 2015-01-19 ザイゴ コーポレーションZygo Corporation Double-pass interferometry encoder system
JPWO2014054084A1 (en) * 2012-10-05 2016-08-25 パイオニア株式会社 Semiconductor device manufacturing method of the proximity sensor and semiconductor device including the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4868385A (en) Rotating state detection apparatus using a plurality of light beams
US4757196A (en) Optical encoder and method for producing same
US5260568A (en) Absolute position detector with diffraction grating windows and spot position detection
US4829342A (en) Moving state detection apparatus
US5498870A (en) Rotation information detection apparatus
US6229140B1 (en) Displacement information detection apparatus
EP0305169A2 (en) Optical pickup apparatus and optical grating assembly therefor
US5428217A (en) Annular photodiode for use in an optical rotary encoder
US5365049A (en) Focusing means for a symbol code reader
US5663794A (en) Displacement information detection apparatus, scale used in the apparatus, and drive apparatus using the apparatus
US5309272A (en) Dual pass binary diffractive optical element scanner
US20020024979A1 (en) Device and method for tuning the wavelength of the light in an external cavity laser
US20020122186A1 (en) Reflection scale and displacement measurement apparatus using the same
US7193204B2 (en) Multi-track optical encoder employing beam divider
US5537210A (en) Rotation detecting apparatus and scale having a multi helix diffraction grating for the same
US5956140A (en) Displacement detection apparatus and drive control apparatus using the same constructed to prevent collision between gratings
US4746792A (en) Optical transducer element and displacement meter comprising such an element
US6278107B1 (en) Optical reader for a high-resolution optical coder
US5038032A (en) Encoder incorporating a displaceable diffraction grating
US5059791A (en) Reference position detecting device utilizing a plurality of photo-detectors and an encoder using the device
US4987301A (en) Reflective optical encoder device with light beams applied as spats spaced by 2 predetermined pitch
US20040206894A1 (en) Optical rotary encoder
US20040113058A1 (en) Optical encoder
US6407815B2 (en) Optical displacement measurement system
US5323001A (en) Rotary encoder with scale member and interference of zero and first order diffraction beam