JP2001116592A - Optical encoder - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、光学式エンコー
ダに関する。[0001] The present invention relates to an optical encoder.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光学式エンコーダは、メインスケール
と、このメインスケールを光学的に読み取る検出ヘッド
を組み立てて構成される。この様な光学式エンコーダで
は、高性能を実現するためには組立時の姿勢調整が重要
になる。具体的には、メインスケールと検出ヘッドの間
のギャップ、検出ヘッドとメインスケールの間の各軸回
りの回転、検出ヘッドとメインスケールとの間の測定軸
と直交する方向へのオフセット等の姿勢調整が必要であ
る。2. Description of the Related Art An optical encoder is constructed by assembling a main scale and a detection head for optically reading the main scale. In such an optical encoder, it is important to adjust the posture during assembly in order to achieve high performance. Specifically, postures such as a gap between the main scale and the detection head, rotation around each axis between the detection head and the main scale, and an offset in a direction orthogonal to the measurement axis between the detection head and the main scale. Adjustments are required.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】特に、光学格子を微細
ピッチで形成する小型の光学式エンコーダでは、高性能
化のためには高精度の組立及び取り付けを必要とすると
いう難点があった。姿勢変動を機械的に調整する手法は
従来より用いられているが、機械的な姿勢調整には限界
がある。In particular, a small-sized optical encoder in which an optical grating is formed at a fine pitch has a problem in that high-precision assembly and mounting are required for high performance. Although a method of mechanically adjusting the posture variation has been conventionally used, there is a limit in mechanical posture adjustment.
【０００４】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、高精度の組立や姿勢調整を要せず、高性能化を
実現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。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its object to provide an optical encoder which does not require high-precision assembly and posture adjustment and can realize high performance.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】この発明は、円弧を描く
測定軸に沿って所定の角度ピッチで第１の光学格子が形
成されたメインスケールと、このメインスケールと対向
配置されて前記測定軸方向に相対移動する第２の光学格
子が形成された検出ヘッドとを備えた光学式エンコーダ
において、前記検出ヘッドの第２の光学格子が直線上に
所定のピッチで格子配列されていることを特徴とする。According to the present invention, there is provided a main scale on which a first optical grating is formed at a predetermined angular pitch along a measurement axis that draws an arc, and the measurement axis is arranged to face the main scale. An optical encoder including a detection head on which a second optical grating relatively moving in a direction is formed, wherein the second optical grating of the detection head is arranged in a grid at a predetermined pitch on a straight line. And
【０００６】この発明はまた、直線を描く測定軸に沿っ
て所定のピッチで第１の光学格子が形成されたメインス
ケールと、このメインスケールと対向配置されて前記測
定軸方向に相対移動する第２の光学格子が形成された検
出ヘッドとを備えた光学式エンコーダにおいて、前記検
出ヘッドの第２の光学格子が円弧上に所定の角度ピッチ
で格子配列されていることを特徴とする。The present invention also provides a main scale on which first optical gratings are formed at a predetermined pitch along a measurement axis that draws a straight line, and a main scale that is disposed to face the main scale and relatively moves in the measurement axis direction. An optical encoder comprising a detection head having two optical gratings, wherein the second optical grating of the detection head is arranged in a grid at a predetermined angular pitch on an arc.
【０００７】この発明においては、メインスケールが円
弧を描く測定軸を持つロータリエンコーダの場合は、検
出ヘッドの光学格子の格子配列は直線状とし、メインス
ケールが直線の測定軸を持つリニアエンコーダの場合
は、検出ヘッドの光学格子の格子配列は所定の角度ピッ
チで円弧を描くようにする。この様な構成にすると、メ
インスケールの光学格子と検出ヘッドの光学格子の重な
りは、検出ヘッドの測定軸方向の長さの範囲で少しずつ
変化した状態となる。この結果、対向する光学格子の間
の姿勢にずれが生じても、その姿勢ずれによる光学格子
の重なり状態の変化が小さくなり、姿勢変動の影響を受
けにくいものとなる。In the present invention, when the main scale is a rotary encoder having a measurement axis that draws an arc, the grating arrangement of the optical grid of the detection head is linear, and the linear encoder has a main scale that has a linear measurement axis. Is to make the grating arrangement of the optical grating of the detection head draw an arc at a predetermined angular pitch. With such a configuration, the overlap between the optical grating of the main scale and the optical grating of the detection head slightly changes within the range of the length of the detection head in the measurement axis direction. As a result, even if the posture between the opposing optical gratings is displaced, the change in the overlapping state of the optical gratings due to the displaced posture becomes small, and the influence of the posture change is reduced.
【０００８】この発明においては、対向する二つの光学
格子が円弧配列と直線配列であるため、測定軸方向に見
て検出ヘッドの中心から離れるにつれて次第に二つの光
学格子の間の傾斜角が大きくなり、二つの光学格子の重
なる面積が小さくなるため、出力信号の直流オフセット
成分は大きくなる。これに対しては、検出ヘッドの第２
の光学格子の測定軸方向の長さの範囲内で有効な受光面
を、二つの光学格子のピッチが略同じである範囲に制限
することが有効である。そのためには例えば、第２の光
学格子の測定軸方向の長さの範囲の中央部で大きく周辺
部で小さくなるように制限するためのアパーチャを設け
ることが有効である。この様なアパーチャを設けると、
検出ヘッド側光学格子の測定軸方向両端部で生じる大き
な直流光成分を抑圧することができ、出力信号のピーク
・ピーク値ＶPPと直流オフセットＶDCの比を十分大きく
確保することが可能になる。In the present invention, since the two opposing optical gratings are arranged in an arc and a straight line, the inclination angle between the two optical gratings gradually increases as the distance from the center of the detection head as viewed in the measurement axis direction increases. Since the overlapping area of the two optical gratings is reduced, the DC offset component of the output signal is increased. On the other hand, the second
It is effective to limit the effective light receiving surface within the range of the length of the optical grating in the measurement axis direction to the range where the pitch of the two optical gratings is substantially the same. For this purpose, for example, it is effective to provide an aperture for limiting the length of the second optical grating to be large at the center in the range of the length in the measurement axis direction and small at the periphery. With such an aperture,
It is possible to suppress a large DC light component generated at both ends in the measurement axis direction of the optical grating on the detection head side, and it is possible to secure a sufficiently large ratio between the peak-to-peak value VPP of the output signal and the DC offset VDC.
【０００９】この発明において、検出ヘッドは、（ａ）
第２の光学格子が形成されたインデックススケールとそ
の透過光を受光する受光素子とを有するものとして構成
してもよいし、或いは（ｂ）第２の光学格子を兼ねた受
光素子アレイを用いて構成してもよい。[0009] In the present invention, the detection head comprises:
The index scale on which the second optical grating is formed and a light receiving element for receiving the transmitted light may be configured, or (b) a light receiving element array also serving as the second optical grating may be used. You may comprise.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例について説明する。 ［実施の形態１］図１は、この発明をロータリエンコー
ダに適用した実施の形態１の構成を示している。このロ
ータリエンコーダは、メインスケール１とこれを読み取
る検出ヘッド２とから構成される。メインスケール１
は、スケール円板１０に円弧を描くように設定された測
定軸ｘ１に沿って反射部と非反射部とが所定の角度ピッ
チ（トラック幅の中心での直線距離がＰ）で光学格子
（スケール格子）１１が形成されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. [First Embodiment] FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment in which the present invention is applied to a rotary encoder. This rotary encoder includes a main scale 1 and a detection head 2 that reads the main scale. Main scale 1
The optical grating (scale) is formed such that the reflecting portion and the non-reflecting portion are arranged at a predetermined angular pitch (the linear distance at the center of the track width is P) along the measurement axis x1 set to draw an arc on the scale disk 10. (Grating) 11 is formed.
【００１１】検出ヘッド２は、図２に断面図を示したよ
うに、光源であるＬＥＤ３と、インデックススケール基
板４、及び受光素子５ａ，５ｂを有する。インデックス
スケール基板４には、ＬＥＤ３の光を受けてメインスケ
ール１を照射するための二次光源を構成する光源側光学
格子６と、メインスケール１からの反射光を受ける受光
側光学格子７を有する。受光側光学格子７は、メインス
ケールのスケール格子１１のピッチとの関係で９０°位
相がずれたＡ，Ｂ相出力用の格子部を有し、これらに対
応してＡ，Ｂ相用の受光素子５ａ，５ｂが設けられてい
る。As shown in the sectional view of FIG. 2, the detection head 2 has an LED 3 as a light source, an index scale substrate 4, and light receiving elements 5a and 5b. The index scale substrate 4 has a light source side optical grating 6 that constitutes a secondary light source for irradiating the main scale 1 by receiving light from the LED 3 and a light receiving side optical grating 7 that receives reflected light from the main scale 1. . The light receiving side optical grating 7 has A and B phase output grating portions whose phases are shifted by 90 ° with respect to the pitch of the scale grating 11 of the main scale. Elements 5a and 5b are provided.
【００１２】図３は、メインスケール１のスケール格子
１１と、検出ヘッド２側の受光側光学格子７のパターン
を並べて示している。メインスケール１の測定軸ｘ１が
円弧を描いているのに対して、検出ヘッド２の受光側光
学格子７は、直線の格子配列軸ｘ２を有している。受光
側光学格子７の透過部と不透過部は格子配列軸ｘ２に沿
ってピッチＰで配列されており、Ａ相出力用の格子部と
Ｂ相出力用の格子部は、格子配列軸ｘ２に沿って（２ｎ
＋１）Ｐ／４だけ位相がずれた状態で配列されている
（ｎは整数）。FIG. 3 shows patterns of the scale grating 11 of the main scale 1 and the light receiving side optical grating 7 on the detection head 2 side by side. While the measurement axis x1 of the main scale 1 describes an arc, the light receiving side optical grating 7 of the detection head 2 has a straight grid array axis x2. The transmitting portion and the non-transmitting portion of the light receiving side optical grating 7 are arranged at a pitch P along the grating array axis x2, and the A-phase output grating portion and the B-phase output grating portion are arranged on the grating array axis x2. Along (2n
+1) They are arranged with the phase shifted by P / 4 (n is an integer).
【００１３】この実施の形態によると、検出ヘッド２の
受光側光学格子７とメインスケール１のスケール格子１
１との重なり状態は、受光側光学格子７の測定軸方向の
長さの範囲の中央部では格子が大きく重なり、両端部に
行くにつれて互いの格子が傾斜する結果、格子の重なり
は小さくなる。この格子の重なり状態の測定軸方向の変
化が、検出ヘッド２とメインスケール１の間の姿勢変動
に対する出力変動を小さいものとする。According to this embodiment, the light receiving side optical grating 7 of the detection head 2 and the scale grating 1 of the main scale 1 are arranged.
In the state of overlap with 1, the grating largely overlaps at the center of the range of the length of the light receiving side optical grating 7 in the measurement axis direction, and the gratings are inclined toward both ends, so that the overlap of the gratings is small. It is assumed that the change in the measurement axis direction of the overlapping state of the grating reduces the output fluctuation with respect to the posture fluctuation between the detection head 2 and the main scale 1.
【００１４】図４は、相対姿勢により、検出ヘッド２の
受光側光学格子７とメインスケール１のスケール格子１
１との重なり状態が変化する様子を示している。図４
（ａ）は設計通りのベストアライメントの場合であり、
図４（ｂ）は、径方向のオフセットがある場合であり、
図４（ｃ）は、回転変動（モアレ変動）があった場合で
ある。図４（ａ）から明らかなように、ベストアライメ
ントの状態でも、光学格子７の測定軸方向の長さＬの範
囲で、その中央部では格子の重なりが大きく、周辺に行
くにつれて格子の重なりは小さくなっている。このた
め、図４（ｂ），（ｃ）に示すように姿勢変動があった
場合にも、光学格子７全体の平均的な格子重なり状態
は、大きく変化しない。FIG. 4 shows a light receiving side optical grating 7 of the detection head 2 and a scale grating 1 of the main scale 1 depending on the relative posture.
1 illustrates a state in which the state of overlap with 1 changes. FIG.
(A) is the case of the best alignment as designed,
FIG. 4B shows a case where there is a radial offset,
FIG. 4C shows a case where there is a rotation fluctuation (moire fluctuation). As is clear from FIG. 4A, even in the best alignment state, within the range of the length L of the optical grating 7 in the measurement axis direction, the overlap of the grating is large at the center portion, and the overlap of the grating toward the periphery is large. It is getting smaller. For this reason, even when there is a posture change as shown in FIGS. 4B and 4C, the average grating overlap state of the entire optical grating 7 does not change significantly.
【００１５】従って、この実施の形態によると、姿勢変
動に対して検出ヘッドの応答は鈍感になる。これによ
り、高精度の組立や姿勢調整を要せず、エンコーダの高
性能化を図ることができる。Therefore, according to this embodiment, the response of the detection head to the posture change becomes insensitive. Thus, high performance of the encoder can be achieved without requiring high-precision assembly and posture adjustment.
【００１６】［実施の形態２］上の実施の形態では、図
４から明らかなように、受光側光学格子７の中央部では
大きな振幅の信号光が得られるのに対し、周辺に行くと
格子が互いに傾斜して重ならないため、信号光に対して
直流光成分が大きくなる。そこで好ましい実施の形態２
では、検出ヘッド２の受光側光学格子７の測定軸方向の
長さＬの範囲内で有効な受光面のトラック幅を、長さＬ
の範囲の中央部で大きく、周辺部で小さくなるように制
限するためのアパーチャを設ける。[Embodiment 2] In the above embodiment, as is apparent from FIG. 4, a signal light having a large amplitude can be obtained at the center of the optical grating 7 on the light receiving side. Are inclined and do not overlap with each other, so that the DC light component is larger than the signal light. Therefore, preferred embodiment 2
In the following description, the effective track width of the light receiving surface within the range of the length L in the measurement axis direction of the light receiving side optical grating 7 of the detection head 2 is defined as the length L
An aperture is provided for restricting the area to be larger at the center and smaller at the periphery.
【００１７】図５（ａ）は、アパーチャ８ａと、これを
用いたときの光学格子７とスケール格子１１の重なりパ
ターンに対するマスク状態を示している。図５（ｂ）
は、別のアパーチャ８ｂと、これを用いたときの光学格
子７とスケール格子１１の重なりパターンに対するマス
ク状態を示している。アパーチャ８ａは、全体が光学格
子７をカバーする大きさのマスク材８２に、菱形の窓８
１が開けられている。また、アパーチャ８ｂは、全体が
光学格子７をカバーするマスク材８２に、略菱形の窓８
１が開けられている。FIG. 5A shows an aperture 8a and a mask state for the overlapping pattern of the optical grating 7 and the scale grating 11 when the aperture 8a is used. FIG. 5 (b)
Shows another aperture 8b and a mask state for the overlapping pattern of the optical grating 7 and the scale grating 11 when this is used. The aperture 8a is provided with a diamond-shaped window 8 on a mask material 82 having a size covering the entire optical grating 7.
One is open. The aperture 8b is formed on a mask material 82 which covers the optical grating 7 as a whole, and a substantially rhombic window 8 is formed.
One is open.
【００１８】アパーチャ８ａ，８ｂは具体的には、図２
において、インデックススケール基板４の受光側光学格
子７の面、又は受光素子５ａ，５ｂの受光面に形成す
る。或いは、インデックススケール基板４の受光側光学
格子７が形成された面と反対側の面に形成してもよい。
或いはまた、アパーチャ８ａ，８ｂと受光側光学格子７
とを同じ金属膜を用いて同時に一体にパターン形成する
こともできる。この様にアパーチャを組み合わせること
により、出力信号振幅は制限されるが、無用な直流成分
光を抑圧することができ、出力信号のピーク・ピーク値
ＶPPと直流オフセットＶDCの比を十分大きく確保するこ
とが可能になる。The apertures 8a and 8b are specifically shown in FIG.
Is formed on the light receiving side optical grating 7 of the index scale substrate 4 or the light receiving surfaces of the light receiving elements 5a and 5b. Alternatively, it may be formed on the surface of the index scale substrate 4 opposite to the surface on which the light receiving side optical grating 7 is formed.
Alternatively, the apertures 8a and 8b and the light receiving side optical grating 7
Can be simultaneously and integrally formed using the same metal film. By combining apertures in this manner, the output signal amplitude is limited, but unnecessary DC component light can be suppressed, and the ratio of the peak-to-peak value VPP of the output signal to the DC offset VDC is sufficiently large. Becomes possible.
【００１９】［実施の形態３］図６は、別の実施の形態
によるエンコーダの構成を、図２に対応させて示してい
る。その他の構成は、先の実施の形態１，２と同様であ
るものとする。上記実施の形態１，２では、検出ヘッド
２の受光部を、光学格子７と受光素子５ａ，５ｂとから
構成したのに対し、この実施の形態では光学格子７を用
いず、光学格子７を兼ねた受光素子アレイ９を用いてい
る。受光素子アレイ９は、フォトダイオード等の受光素
子を例えば、メインスケール１の格子ピッチＰに対し
て、３Ｐ／４ピッチで配列して構成される。これにより
受光素子アレイ９からは、Ａ（＝０°），ＢＢ（＝２７
０°），ＡＢ（＝９０°），Ｂ（＝１８０°）の４相の
変位信号を出力することができる。[Embodiment 3] FIG. 6 shows the configuration of an encoder according to another embodiment, corresponding to FIG. Other configurations are the same as those in the first and second embodiments. In the first and second embodiments, the light receiving portion of the detection head 2 is constituted by the optical grating 7 and the light receiving elements 5a and 5b. In this embodiment, the optical grating 7 is not used and the optical grating 7 is used. The light receiving element array 9 which also serves as the light receiving element is used. The light receiving element array 9 is configured by arranging light receiving elements such as photodiodes at a pitch of 3P / 4 with respect to the grid pitch P of the main scale 1, for example. Thus, from the light receiving element array 9, A (= 0 °), BB (= 27)
0 °), AB (= 90 °), and B (= 180 °).
【００２０】［実施の形態４］図７は、図６で説明した
実施の形態３における受光素子アレイ９の好ましいアレ
イパターンを示している。図示のように受光素子アレイ
９の受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，…は、その長さ
が少しずつ変化して、そのレイアウトの包絡線が略菱形
になるようにしている。これは、実施の形態２で説明し
たアパーチャを通常の受光素子アレイと組み合わせたこ
とと等価になる。これにより、アパーチャを形成する工
程を省いて、アパーチャを用いた場合と同様に出力信号
のピーク・ピーク値ＶPPと直流オフセットＶDCの比を大
きく確保することが可能になる。[Embodiment 4] FIG. 7 shows a preferred array pattern of the light receiving element array 9 in Embodiment 3 described with reference to FIG. As shown in the figure, the lengths of the light receiving elements PD1, PD2, PD3,... Of the light receiving element array 9 change little by little so that the envelope of the layout becomes substantially rhombic. This is equivalent to combining the aperture described in the second embodiment with a normal light receiving element array. This makes it possible to omit the step of forming the aperture and to secure a large ratio between the peak-to-peak value VPP of the output signal and the DC offset VDC as in the case where the aperture is used.
【００２１】［実施の形態５］ここまでの実施の形態で
は、本発明の反射型のエンコーダへの適用例を示した
が、本発明は透過型のエンコーダにも適用することがで
きる。図８は、図２において示した実施の形態１に係る
光学式エンコーダの構成を透過型エンコーダに応用した
実施例の構成を示している。先の実施の形態と対応する
部分には先の実施の形態と同じ符号を付してある。本実
施の形態に係る透過型エンコーダは、メインスケール１
とこれを読み取る検出ヘッド２とから構成される。メイ
ンスケール１はガラス等の透明基板からなるスケール円
盤１０上に透過部と非透過部とを配列した透過型光学格
子を構成している。検出ヘッド２は、光源であるＬＥＤ
３と、インデックススケール基板４、及び受光素子５
ａ，５ｂとから構成される。インデックススケール基板
４及び受光素子５ａ，５ｂについては実施の形態１にお
ける構成と同様である。[Embodiment 5] In the above embodiments, an example of application of the present invention to a reflection type encoder has been described, but the present invention can also be applied to a transmission type encoder. FIG. 8 shows a configuration of an example in which the configuration of the optical encoder according to the first embodiment shown in FIG. 2 is applied to a transmission encoder. Parts corresponding to those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the above embodiment. The transmission encoder according to the present embodiment has a main scale 1
And a detection head 2 for reading the same. The main scale 1 forms a transmission optical grating in which transmission portions and non-transmission portions are arranged on a scale disk 10 made of a transparent substrate such as glass. The detection head 2 is an LED which is a light source
3, index scale substrate 4, and light receiving element 5
a, 5b. The index scale substrate 4 and the light receiving elements 5a and 5b are the same as those in the first embodiment.
【００２２】本実施の形態において、ＬＥＤ３はメイン
スケール１の一方の面と対向配置され、受光素子５ａ，
５ｂはインデックススケール基板４を介してメインスケ
ール１の他方の面と対向配置されている。ＬＥＤ３から
照射される光はメインスケール１上に形成されているス
ケール格子１１の透過部を透過する。メインスケール１
を透過した光が、更にインデックススケール基板４の受
光側光学格子７を通過した後、受光素子５ａ，５ｂへ到
達する。そして、メインスケール１と検出ヘッド２との
相対変位に依存するＡ，Ｂの２相の信号が得られる。な
お、この他スケール円盤１０に光を透過しない材質を用
いる場合でも、スケール円盤１０上のスケール格子１１
を貫通する格子状に形成することで、透過型エンコーダ
に適用可能なメインスケール１を得ることができる。In the present embodiment, the LED 3 is arranged to face one surface of the main scale 1, and the light receiving element 5a,
Reference numeral 5 b is arranged to face the other surface of the main scale 1 via the index scale substrate 4. The light emitted from the LED 3 passes through the transmission part of the scale grating 11 formed on the main scale 1. Main scale 1
After passing through the light receiving side optical grating 7 of the index scale substrate 4 further reaches the light receiving elements 5a and 5b. Then, two-phase signals A and B depending on the relative displacement between the main scale 1 and the detection head 2 are obtained. In addition, even when a material that does not transmit light is used for the scale disk 10, the scale grid 11 on the scale disk 10 may be used.
The main scale 1 applicable to the transmission type encoder can be obtained by forming in a lattice shape penetrating through.
【００２３】［実施の形態６］図９は、図８において示
した実施の形態５に係る光学式エンコーダの応用例の構
成を示している。先の実施の形態と対応する部分には先
の実施の形態と同じ符号を付してある。本実施の形態に
係る透過型エンコーダは、メインスケール１とこれを読
み取る検出ヘッド２とから構成される。メインスケール
１はガラス等の透明基板からなるスケール円盤１０上に
透過部と非透過部とを配列した透過型光学格子を構成し
ている。検出ヘッド２は、光源であるＬＥＤ３と、イン
デックススケール基板４、光源側光学格子６、及び受光
素子５ａ，５ｂとから構成される。インデックススケー
ル基板４及び受光素子５ａ，５ｂについては実施の形態
１における構成と同様である。[Sixth Embodiment] FIG. 9 shows a configuration of an application example of the optical encoder according to the fifth embodiment shown in FIG. Parts corresponding to those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the above embodiment. The transmission encoder according to the present embodiment includes a main scale 1 and a detection head 2 that reads the main scale. The main scale 1 forms a transmission optical grating in which transmission portions and non-transmission portions are arranged on a scale disk 10 made of a transparent substrate such as glass. The detection head 2 includes an LED 3 as a light source, an index scale substrate 4, a light source side optical grating 6, and light receiving elements 5a and 5b. The index scale substrate 4 and the light receiving elements 5a and 5b are the same as those in the first embodiment.
【００２４】本実施の形態において、ＬＥＤ３は光源側
光学格子６を介してメインスケール１の一方の面と対向
配置され、受光素子５ａ，５ｂはインデックススケール
基板４を介してメインスケール１の他方の面と対向配置
されている。ＬＥＤ３から照射される光は、光源側光学
格子６を介してスケールを均一に照射する二次光源とな
り、メインスケール１上に形成されているスケール格子
１１の透過部を透過する。メインスケール１を透過した
光が、更にインデックススケール基板４の受光側光学格
子７を通過した後、受光素子５ａ，５ｂへ到達する。そ
して、メインスケール１と検出ヘッド２との相対変位に
依存するＡ，Ｂの２相の信号が得られる。また、先の実
施の形態５と同様に、この他スケール円盤１０に光を透
過しない材質を用いる場合でも、スケール円盤１０上の
スケール格子１１を貫通する格子状に形成することで、
透過型エンコーダに適用可能なメインスケール１を得る
ことができる。In the present embodiment, the LED 3 is arranged opposite to one surface of the main scale 1 via the light source side optical grating 6, and the light receiving elements 5 a and 5 b are arranged on the other side of the main scale 1 via the index scale substrate 4. It is arranged facing the surface. The light emitted from the LED 3 becomes a secondary light source that uniformly irradiates the scale via the light source side optical grating 6, and transmits through the transmission part of the scale grating 11 formed on the main scale 1. The light transmitted through the main scale 1 further passes through the light receiving side optical grating 7 of the index scale substrate 4 and then reaches the light receiving elements 5a and 5b. Then, two-phase signals A and B depending on the relative displacement between the main scale 1 and the detection head 2 are obtained. Further, similarly to the fifth embodiment, even when a material that does not transmit light is used for the scale disk 10, by forming the scale disk 11 in a grid shape penetrating the scale grid 11,
The main scale 1 applicable to the transmission type encoder can be obtained.
【００２５】［実施の形態７］図１０は、図６において
示した受光素子アレイ９を用いる実施の形態３を透過型
エンコーダに応用した実施例の構成を示している。先の
実施の形態と対応する部分には先の実施の形態と同じ符
号を付してある。本実施の形態に係る透過型エンコーダ
は、メインスケール１、受光素子アレイ９、光源である
ＬＥＤ３から構成されている。メインスケール１は実施
の形態５と同様な構成となっている。受光素子アレイ９
は、実施の形態３における構成と同様に受光側光学格子
を兼ねた構造となっている。[Seventh Embodiment] FIG. 10 shows a configuration of an embodiment in which the third embodiment using the light receiving element array 9 shown in FIG. 6 is applied to a transmission type encoder. Parts corresponding to those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the above embodiment. The transmission type encoder according to the present embodiment includes a main scale 1, a light receiving element array 9, and an LED 3 as a light source. The main scale 1 has a configuration similar to that of the fifth embodiment. Light receiving element array 9
Has a structure which also serves as a light receiving side optical grating similarly to the structure in the third embodiment.
【００２６】本実施の形態において、ＬＥＤ３はメイン
スケール１の一方の面と対向配置され、受光素子アレイ
９は、メインスケール１の他方の面と対向配置されてい
る。ＬＥＤ３から照射される光は、先の実施の形態５と
同様にメインスケール１上のスケール格子１１の透過部
を透過する。メインスケール１の透過部を透過した光
が、受光素子アレイ９へ到達することで、メインスケー
ル１と受光素子アレイ９との相対変位信号がＡ，ＢＢ，
ＡＢ，Ｂの４相の変位信号として出力される。In the present embodiment, the LED 3 is arranged to face one surface of the main scale 1, and the light receiving element array 9 is arranged to face the other surface of the main scale 1. The light emitted from the LED 3 passes through the transmission part of the scale grating 11 on the main scale 1 as in the fifth embodiment. When the light transmitted through the transmitting portion of the main scale 1 reaches the light receiving element array 9, the relative displacement signal between the main scale 1 and the light receiving element array 9 becomes A, BB,
It is output as a four-phase displacement signal of AB and B.
【００２７】［実施の形態８］図１１は、図１０におい
て示した実施の形態７に係る透過型エンコーダの応用例
の構成を示している。先の実施の形態と対応する部分に
は先の実施の形態と同じ符号を付してある。本実施の形
態に係る透過型エンコーダは、メインスケール１、受光
素子アレイ９、光源であるＬＥＤ３、及び二次光源を形
成するための光源側光学格子６から構成されている。メ
インスケール１は実施の形態５と同様な構成となってい
る。受光素子アレイ９は、実施の形態３における構成と
同様に受光側光学格子を兼ねた構造となっている。[Eighth Embodiment] FIG. 11 shows a configuration of an application example of the transmission encoder according to the seventh embodiment shown in FIG. Parts corresponding to those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the above embodiment. The transmission encoder according to the present embodiment includes a main scale 1, a light receiving element array 9, LEDs 3 as light sources, and a light source side optical grating 6 for forming a secondary light source. The main scale 1 has a configuration similar to that of the fifth embodiment. The light receiving element array 9 has a structure also serving as a light receiving side optical grating, similarly to the configuration in the third embodiment.
【００２８】本実施の形態において、ＬＥＤ３は光源側
光学格子６を介してメインスケール１の一方の面と対向
配置され、受光素子アレイ９は、メインスケール１の他
方の面と対向配置されている。ＬＥＤ３から照射される
光は、光源側光学格子６を介してスケールを均一に照射
する二次光源となり、二次光源は先の実施の形態５と同
様にメインスケール１上のスケール格子１１の透過部を
透過する。メインスケール１の透過部を透過した光が、
受光素子アレイ９へ到達することで、メインスケール１
と受光素子アレイ９との相対変位信号がＡ，ＢＢ，Ａ
Ｂ，Ｂの４相の変位信号として出力される。In the present embodiment, the LED 3 is arranged to face one surface of the main scale 1 via the light source side optical grating 6, and the light receiving element array 9 is arranged to face the other surface of the main scale 1. . The light emitted from the LED 3 becomes a secondary light source for uniformly irradiating the scale via the light source side optical grating 6, and the secondary light source transmits through the scale grating 11 on the main scale 1 similarly to the fifth embodiment. Through the part. The light transmitted through the transmission part of the main scale 1 is
When the light reaches the light receiving element array 9, the main scale 1
A, BB, A
B and B are output as four-phase displacement signals.
【００２９】［実施の形態９］これまでに述べた実施の
形態においては本発明のロータリーエンコーダへの適用
例を示したが、先の実施の形態１〜８における構成をリ
ニアエンコーダに適用することも可能である。図１２
は、この発明をリニアエンコーダに適用した実施例の構
成を示している。先の実施の形態と対応する部分には先
の実施の形態と同じ符号を付してある。この実施の形態
の場合、直線の測定軸ｘ１を持ち、スケール格子１１は
この測定軸ｘ１に沿って所定ピッチＰで配列される。検
出ヘッド２の受光側光学格子７は、円弧を描く格子配列
軸ｘ２を持ち、この格子配列軸ｘ２に沿って所定の角度
ピッチ（トラック中心部での直線距離がＰ）で透過部と
不透過部が配列されている。この実施の形態でのメイン
スケール１のスケール格子１１と検出ヘッド２の受光側
光学格子７の重なり状態は、図４のスケール格子１１と
光学格子７の関係を逆にしただけであるから、図４と同
様になる。即ち、姿勢変動に対して鈍感となり、実施の
形態１と同様の効果が得られる。またこの実施の形態９
の場合にも、実施の形態２と同様にアパーチャを組み合
わせることは有効である。更に、実施の形態３，４と同
様に、受光側格子７を兼ねて受光素子アレイを用いるこ
とも可能である。[Embodiment 9] In the embodiments described so far, an example of application to the rotary encoder of the present invention has been described. However, the configuration in Embodiments 1 to 8 can be applied to a linear encoder. Is also possible. FIG.
1 shows a configuration of an embodiment in which the present invention is applied to a linear encoder. Parts corresponding to those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the above embodiment. In the case of this embodiment, it has a linear measurement axis x1, and the scale grating 11 is arranged at a predetermined pitch P along this measurement axis x1. The light receiving side optical grating 7 of the detection head 2 has a grid array axis x2 that draws an arc, and the transmitting portion and the non-transmitting portion are arranged along the grid array axis x2 at a predetermined angular pitch (the linear distance at the center of the track is P). Parts are arranged. Since the overlapping state of the scale grating 11 of the main scale 1 and the light receiving side optical grating 7 of the detection head 2 in this embodiment is only the reverse of the relationship between the scale grating 11 and the optical grating 7 in FIG. Same as 4. That is, the user becomes insensitive to the posture change, and the same effect as in the first embodiment can be obtained. Embodiment 9
In this case, it is effective to combine apertures as in the second embodiment. Further, similarly to the third and fourth embodiments, a light receiving element array can be used also as the light receiving side lattice 7.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
直線配列の光学格子と円弧配列の光学格子の組み合わせ
を用いることにより、組立誤差やその後の姿勢変動の影
響を低減し、高精度の組立や姿勢調整を要せずに高性能
化できる光学式エンコーダが得られる。As described above, according to the present invention,
An optical encoder that reduces the effects of assembly errors and subsequent attitude fluctuations by using a combination of a linear arrayed optical grating and an arc arrayed optical grating, and enables high performance without the need for high-precision assembly or attitude adjustment. Is obtained.
【図１】 この発明の実施の形態１に係る光学式エンコ
ーダの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical encoder according to Embodiment 1 of the present invention.
【図２】 同実施の形態１の光学式エンコーダの断面構
造を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of the optical encoder according to the first embodiment.
【図３】 同実施の形態１のスケール格子と受光側光学
格子のパターンを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing patterns of a scale grating and a light receiving side optical grating according to the first embodiment.
【図４】 同実施の形態１の光学式エンコーダの姿勢変
動による光学格子の重なり状態の変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a change in an overlapping state of optical gratings due to a posture change of the optical encoder according to the first embodiment.
【図５】 アパーチャを組み合わせる実施の形態２を説
明するための図である。FIG. 5 is a diagram illustrating Embodiment 2 in which apertures are combined.
【図６】 受光素子アレイを用いる実施の形態３の断面
構造を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure of a third embodiment using a light receiving element array.
【図７】 この発明の実施の形態４に係る光学式エンコ
ーダの受光素子アレイの構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a light receiving element array of an optical encoder according to Embodiment 4 of the present invention.
【図８】 この発明の実施の形態５に係る光学式エンコ
ーダの断面構造を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional structure of an optical encoder according to Embodiment 5 of the present invention.
【図９】 この発明の実施の形態６に係る光学式エンコ
ーダの断面構造を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a sectional structure of an optical encoder according to Embodiment 6 of the present invention.
【図１０】 この発明の実施の形態７に係る光学式エン
コーダの断面構造を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional structure of an optical encoder according to Embodiment 7 of the present invention.
【図１１】 この発明の実施の形態８に係る光学式エン
コーダの断面構造を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional structure of an optical encoder according to Embodiment 8 of the present invention.
【図１２】 この発明の実施の形態９に係る光学式エン
コーダの構成を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a configuration of an optical encoder according to Embodiment 9 of the present invention.
１…メインスケール、１１…スケール格子、２…検出ヘ
ッド、３…ＬＥＤ、４…インデックススケール基板、５
ａ，５ｂ…受光素子、６…光源側光学格子、７…受光側
光学格子、８ａ，８ｂ…アパーチャ、９…受光素子アレ
イ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Main scale, 11 ... Scale grid, 2 ... Detection head, 3 ... LED, 4 ... Index scale substrate, 5
a, 5b: light receiving element, 6: optical grating on the light source side, 7: optical grating on the light receiving side, 8a, 8b: aperture, 9: light receiving element array.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 夜久 亨 神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号 株式会社ミツトヨ内 Ｆターム(参考） 2F103 BA31 BA42 CA02 CA03 DA01 DA13 EA02 EA12 EA19 EB06 EB15 EB32 EB33 FA12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tohru Yaku 1-20-1 Sakado, Takatsu-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa F-term (reference) 2F103 BA31 BA42 CA02 CA03 DA01 DA13 EA02 EA12 EA19 EB06 EB15 EB32 EB33 FA12
Claims (9)
ッチで第１の光学格子が形成されたメインスケールと、 このメインスケールと対向配置されて前記測定軸方向に
相対移動する第２の光学格子が形成された検出ヘッドと
を備えた光学式エンコーダにおいて、 前記検出ヘッドの第２の光学格子が直線上に所定のピッ
チで格子配列されていることを特徴とする光学式エンコ
ーダ。1. A main scale on which a first optical grating is formed at a predetermined angle pitch along a measurement axis describing an arc, and a second scale which is disposed opposite to the main scale and relatively moves in the measurement axis direction. An optical encoder comprising: a detection head on which an optical grating is formed; wherein the second optical grating of the detection head is arranged in a grid at a predetermined pitch on a straight line.
で第１の光学格子が形成されたメインスケールと、この
メインスケールと対向配置されて前記測定軸方向に相対
移動する第２の光学格子が形成された検出ヘッドとを備
えた光学式エンコーダにおいて、 前記検出ヘッドの第２の光学格子が円弧上に所定の角度
ピッチで格子配列されていることを特徴とする光学式エ
ンコーダ。2. A main scale on which first optical gratings are formed at a predetermined pitch along a measurement axis that draws a straight line, and a second optical element arranged to face the main scale and relatively move in the measurement axis direction. An optical encoder comprising: a detection head having a grating formed thereon; wherein the second optical grating of the detection head is arranged in a grid at a predetermined angular pitch on an arc.
が形成されたインデックススケールとその透過光を受光
する受光素子とを有することを特徴とする請求項１又は
２記載の光学式エンコーダ。3. The optical encoder according to claim 1, wherein the detection head includes an index scale on which the second optical grating is formed, and a light receiving element that receives light transmitted therethrough.
を兼ねた受光素子アレイを有することを特徴とする請求
項１又は２記載の光学式エンコーダ。4. The optical encoder according to claim 1, wherein the detection head has a light receiving element array also serving as the second optical grating.
軸方向の長さの範囲内で有効な受光面が、前記第１の光
学格子のピッチと前記第２の光学格子のピッチが略同じ
である領域に制限されていることを特徴とする請求項１
又は２記載の光学式エンコーダ。5. The effective light receiving surface within the range of the length of the second optical grating of the detection head in the measurement axis direction is substantially equal to the pitch of the first optical grating and the pitch of the second optical grating. 2. The method according to claim 1, wherein the areas are the same.
Or the optical encoder according to 2.
軸方向の長さの範囲内で有効な受光面を制限するための
アパーチャを有することを特徴とする請求項５記載の光
学式エンコーダ。6. The optical encoder according to claim 5, further comprising an aperture for limiting an effective light receiving surface within a range of a length in a measurement axis direction of the second optical grating of the detection head. .
を兼ねた受光素子アレイを有し、前記測定軸方向の長さ
の範囲内で有効な受光面を制限する領域は、前記受光素
子アレイのレイアウトの包絡線により囲まれた領域であ
ることを特徴とする請求項５記載の光学式エンコーダ。7. The detection head has a light receiving element array also serving as the second optical grating, and an area that limits an effective light receiving surface within a range of a length in the measurement axis direction is the light receiving element. 6. The optical encoder according to claim 5, wherein the region is a region surrounded by an envelope of an array layout.
形であることを特徴とする請求項５記載の光学式エンコ
ーダ。8. The optical encoder according to claim 5, wherein the area that limits the effective light receiving surface is a rhombus.
菱形であることを特徴とする請求項５記載の光学式エン
コーダ。9. The optical encoder according to claim 5, wherein the area that limits the effective light receiving surface is substantially rhombic.
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- 2000-07-28 JP JP2000229589A patent/JP3514381B2/en not_active Expired - Fee Related
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