JP2004198252A - 光学式エンコーダ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の光学式エンコーダは、固定側物体に設けた第1のスケールおよび第2のスケールと、前記移動側物体に設けた第1の発光手段と第1の集光手段と第1の受光手段と第2の発光手段と第2の集光手段と第2の受光手段と位相差用投射光を出射する第3の発光手段と第3の集光手段と第3の受光手段と第4の発光手段と第4の集光手段と第4の受光手段と、第1の受光手段、第2の受光手段、第3の受光手段および第4の受光手段からの信号を処理する演算手段とからなるものである。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、2次元方向に相対変位する2つの物体の相対変位を検出する光学式エンコーダに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、相対変位する2つの物体の相対変位を検出する装置としては、リニアエンコーダが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】特表2001−518606号公報(第2図)
【0004】
しかし、 2次元方向に相対変位する2つの物体の相対変位を検出するためには、図12のように2つのリニアエンコーダを組み合わせる必要があった。図12において、第1のリニアエンコーダは、固定側物体201の上面に敷設されたX軸測定用のリニアスケール202と、可動ロッド203の端部に一体装着されてリニアスケール202上をX軸方向に走査する案内機構付き読みとりヘッド204からなり、第2のリニアエンコーダは、リニアスケール202の上方に配置されて可動ロッド203の上面に取り付けられたY軸測定用のリニアスケール205と、リニアスケール205上を可動してY方向に走査する案内機構付き読みとりヘッド206からなる。読みとりヘッド206は固体物体201に対して相対変位する移動側物体207に固定されている。
移動側物体207と固定側物体201のX軸方向の相対変位は、第1のリニアエンコーダのX軸リニアスケール202を読みとりヘッド204でより読みとることにより検出し、Y軸方向の相対変位は、第2のリニアエンコーダのY軸リニアスケール205を読みとりヘッド206によって読みとることにより検出する。これら2つのリニアエンコーダの検出出力によって、2つの物体間の相対変位を測定していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光学式エンコーダは2次元方向に相対変位する2つの物体の相対変位を検出するために2つのリニアエンコーダを組み合わせていた。このため、移動体の回転を検出することができず、2次元の方向しか検出できず、ひいては駆動システムの位置制御を困難にしていた。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、2次元方向の相対変位と回転自由度を有する駆動システムにおいて、回転角度の検出可能な光学式エンコーダおよびその最適構成を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項1に記載の発明は、固定側物体に対して、一定の間隙を保って移動する移動側物体の相対変位量を測定する光学式エンコーダにおいて、前記固定側物体に設けられ、いずれも一定間隙で周期的なパターンを有し互いに交叉するように配置された第1のスケールおよび第2のスケールと、前記移動側物体に設けられ、前記第1のスケールに対して投射光を出射する第1の発光手段と、前記第1の投射光を前記第1のスケール上に集光させる第1の集光手段と、前記第1のスケール上で反射した光を検出する第1の受光手段と、前記第2のスケールに対して投射光を出射する第2の発光手段と、前記第2の投射光を前記第2のスケール上に集光させる第2の集光手段と、前記第2のスケール上で反射した光を検出する第2の受光手段と、位相差用投射光を出射する第3の発光手段と、前記第1の集光手段により前記第1のスケール上に集光された投射光スポット位置に対して所定の位相差を有する位置に前記投射光を集光させる第3の集光手段と、前記第1のスケール上で反射した位相差用反射光を検出する第3の受光手段と、位相差用投射光を出射する第4の発光手段と、前記第2の集光手段により前記第2のスケール上に集光された投射光スポット位置に対して所定の位相差を有する位置に前記投射光を集光させる第4の集光手段と、前記第2のスケール上で反射した位相差用反射光を検出する第4の受光手段と、第1の受光手段、第2の受光手段、第3の受光手段および第4の受光手段からの信号を処理する演算手段とからなるものである。
このようになっているため、装置の追加なしに、位相差用の位置検出部を併用して回転角度を検出することができる。
請求項2に記載の発明は、前記第1の受光手段と、前記第2の受光手段と、前記第3の受光手段および前記第4の受光手段からの信号を用いて前記移動側物体の回転角度を算出するものである。
このようになっているため、装置の追加なしに、位相差用の位置検出部を併用して回転角度を検出することができる。
請求項3に記載の発明は、前記スケールと前記移動側物体の回転中心軸の交点位置が、前記第1の発光手段から前記第1スケール上に照射された投射光スポット位置と前記第3の発光手段から前記第1スケール上に照射された投射光スポット位置とを結んだ直線上から外れた位置になるようにし、かつ前記交点位置が、前記第2の発光手段から前記第2スケール上に照射された投射光スポット位置と前記第4の発光手段から前記第2スケール上に照射された投射光スポット位置とを結んだ直線上から外れた位置になるように、前記第1の発光手段、前記第2の発光手段、前記第3の発光手段および前記第4の発光手段を配置したものである。
このようになっているため、第1の受光手段と第3の受光手段の組み合わせにおいてどちらかの検出感度が低いときでも、他方の検出感度が補うことで安定した回転角度を検出することができる。また、第2の受光手段と第4の受光手段の組み合わせにおいても同様である。
請求項4に記載の発明は、前記第1の発光手段の照射スポット位置と、前記移動側物体の回転中心軸と前記第1のスケールの交点とを結んだ直線と、前記第3の発光手段の照射スポット位置と、前記移動側物体の回転中心軸と前記第1のスケールの交点を結んだ直線が、互いに直交しており、かつ、前記第2の発光手段の照射スポット位置と、前記移動側物体の回転中心軸と前記第2のスケールの交点とを結んだ直線と、前記第4の発光手段の照射スポット位置と、前記移動側物体の回転中心軸と前記第2のスケールの交点を結んだ直線が、互いに直交しているものである。
このようになっているため、第1の受光手段と第3の受光手段の組み合わせにおいてどちらかの検出感度が低いときでも、他方の検出感度が補うことで請求項3の場合よりもさらに安定した回転角度を検出することができる。また、第2の受光手段と第4の受光手段の組み合わせにおいても同様である。
請求項5に記載の発明は、固定側物体に対して、一定の間隙を保ち移動する移動側物体の相対変位量を測定する光学式エンコーダにおいて、前記固定側物体に設けられ、1方向に周期的な凹凸形状を有しかつ直交する他方向に前記凹凸形状と高さの異なる周期的な凹凸形状を有し、凸部が交差する部分は互いに重ね合っているスケールと、前記移動側物体に設けられ、投射光を出射する第1の発光手段と、前記投射光を前記スケール上に集光させる第1の集光手段と、前記スケール上で反射した光を検出する第1の受光手段と、位相差用投射光を出射する第2の発光手段と、前記投射光を前記スケール上に集光させる第2の集光手段と、前記スケール上で反射した光を検出する第2の受光手段と、第1の受光手段と第2の受光手段からの信号を処理する演算手段からなるものである。
このようになっているため、装置の追加なしに、位相差用の位置検出部を併用して回転角度を検出することができる。
請求項6に記載の発明は、前記第1の受光手段と前記第2の受光手段からの信号を用いて、前記移動側物体の回転角度を検出するものである。
このようになっているため、装置の追加なしに、位相差用の位置検出部を併用して回転角度を検出することができる。
請求項7に記載の発明は、前記移動側物体の回転中心軸と前記第1スケールの交点位置が、前記移動側物体に配設された第1の発光手段から前記第1スケール上に照射された投射光スポット位置と前記第2の発光手段から前記第2スケール上に照射された投射光スポット位置とを結んだ直線上から外れた位置になるように、前記第1の発光手段、前記第2の発光手段を配置したものである。
このようになっているため、第1の受光手段と第2の受光手段の組み合わせにおいてどちらかの検出感度が低いときでも、他方の検出感度が補うことで安定した回転角度を検出することができる。さらに、請求項1の構成と比較して、発光手段、集光手段、受光手段の数を半分にすることができ、システム構成を簡易にすることができる。
請求項8に記載の発明は、前記第1の発光手段の照射スポット位置と前記移動側物体の回転中心軸と第1のスケールの交点とを結んだ直線と、前記第2の発光手段の照射スポット位置と移動側物体の回転中心軸と第1のスケールの交点とを結んだ直線が、互いに直交しているものである。
このようになっているため、第1の受光手段と第2の受光手段の組み合わせにおいてどちらかの検出感度が低いときでも、他方の検出感度が補うことで、請求項7の場合よりもさらに安定した回転角度を検出することができる。さらに、請求項1の構成と比較して、発光手段、集光手段、受光手段の数を半分にすることができ、システム構成を簡易にすることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。
(第1実施例)
図1は、本発明の光学式エンコーダの第1実施例を示す構成図である。図1において、101は相対変位する2つの物体の固定側物体、102は移動側物体である。固定側物体101には、間隙を保ち互いに直交するように配置された第1のスケール103と第2のスケール104が敷設されている。移動側物体102には、第1の発光手段111、第1の集光手段112、第1の光分離手段113、第1の受光手段114、第2の発光手段121、第2の集光手段122、第2の光分離手段123、第2の受光手段124が設けられている。さらに第1の受光手段114、第2の発光手段121、第2の集光手段122、第2の光分離手段123、第2の受光手段124は、図示しない演算手段に接続されている。
つぎに、動作について説明する。第1の発光手段111から出射した第1の投射光は、第1の光分離手段113を通過し、第1の集光手段112によって第1のスケール103上の第1の投射光スポットに集光される。この第1の投射光スポット105の内、第1のスケール103の光反射部上にある光が、第1のスケール103と垂直に正反射する。この第1の反射光を第1の光分離手段113により第1の投射光と分離し、第1の受光手段114で検出する。
同様に、第2の発光手段121から出射した第2の投射光は、第2の光分離手段123を通過し、第2の集光手段122によって第2のスケール104上の第2の投射光スポットに集光される。この第2の投射光スポットの内、第2のスケール104の光反射部に照射された光が、第2のスケール104と垂直に正反射する。この第2の反射光を第2の光分離手段123により第2の投射光と分離し、第2の受光手段124で検出する。
【0008】
第1の投射光スポットが第1のスケール103の光反射部にある時に、第1の受光手段121で検出する第1の反射光は最大になり、第1の投射光スポットが光透過部にある時に、第1の受光手段121で検出する反射光は最小になる。したがって、移動側物体102が一定方向に変位すると、X軸の変位量に応じた回数で第1の受光手段114の検出出力V114に変化が生じる。この検出出力V114が所定のしきい値電圧を超える回数を積算することにより、移動側物体102のX軸方向の変位量を検出することができる。
同様に、第2の投射光スポットが第2のスケール104の光反射部にある時に、第2の受光手段131で検出する第2の反射光は最大になり、第2の投射光スポットが光透過部にある時に、第2の受光手段121で検出する反射光は最小になる。第1の受光手段114の検出出力V114と第2の受光手段115の検出出力V115が所定のしきい値電圧を超える積算回数から、移動側物体の2次元方向の相対変位を測定することができる。
さらに、進行方向の検出のために、移動側物体102には、第3の発光手段131、第3の集光手段132、第3の光分離手段133、第3の受光手段134、第4の発光手段141、第4の集光手段142、第4の光分離手段143、第4の受光手段144が設けられており、第1の発光手段111より照射される第1の投射光スポットの位置と第3の発光手段131より照射される第3の投射光スポット位置は、スケールのパターン幅の方向に変位しており、一般的にはスケールパターンの周期の1/4だけ変位させるように第3の発光手段131、第3の集光手段132、第3の光分離手段133、第3の受光手段134が配設されている。同様に、第2の発光手段121より照射される第2の投射光スポットの位置と第4の発光手段141より照射される第4の投射光スポット位置は、スケールのパターン幅の方向に変位しており、一般的にはスケールパターンの周期の1/4だけ変位させるように第4の発光手段141、第4の集光手段142、第4の光分離手段143、第4の受光手段144が配設されている。このようにして移動側物体102の2次元の位置と進行方向を知ることができる。
【0009】
回転角度の検出方法について図2を用いて説明する。図2において、102は移動側物体、115は第1の投射光スポット位置、125は第2の投射光スポット位置、135は第3の投射光スポット位置、145は第4の投射光スポット位置である。図に対して水平方向をX軸、垂直方向をY軸とした場合に、基準角度θ0を以下のように規定する。
θ0=tan-1(Δy/Δx) ・・・(1)
ここで、Δxは第1の受光手段の検出位置115と第3の受光手段検出位置135のX軸方向の相対距離、Δyは第2の受光手段の検出位置125と第4の受光手段検出位置145のY軸方向の相対距離である。基準角度に対する回転角度θの検出には、進行方向検出用の第3の受光手段の信号、第4の受光手段の信号を利用する。すなわち、第1の受光手段からの検出信号をx1、第2の受光手段からの検出信号をy1、第3の受光手段からの検出信号をx2、第4の受光手段からの検出信号をy2とすると、基準角度に対する回転角度θは次式のように表される。
θ=tan-1[(y2−y1)/(x2−x1)]−tan-1(Δy/Δx) ・・・(2)
なお、回転方向については、受光手段を2分割しそれぞれを回転軸まわりに変位させて配置することにより、両者の信号のタイミングによって回転方向を判別することができる。また別途、受光手段を追加することも本発明の趣旨を逸脱するものではない。
【0010】
(第2実施例)
図3は本発明の第2実施例の投射光スポット位置と移動側物体回転中心の位置関係を示す図である。図において、102は移動側物体、115は第1の投射光スポット位置、125は第2の投射光スポット位置、135は第3の投射光スポット位置、145は第4の投射光スポット位置、151は移動側物体の回転中心とスケールの交点位置(以下、移動側物体回転中心交点と呼ぶ)である。第1の投射光スポット位置115と第3の投射光スポット位置135とを結んだ直線外に移動側物体回転中心交点151を配置している。同時に第2の投射光スポット位置125と第4の投射光スポット位置145とを結んだ直線外に移動側回転中心交点151を配置している。図4は、本発明の第2実施例の回転中心位置と検出分解能の関係を示す図である。スケールのパターン幅と間隔を等量とし、移動側物体の回転半径をパターン幅の20倍という条件のもとで、回転中心まわりに回転させたときの検出信号の変化を比較したものである。図4(a)は、第1の投射光スポットにおける回転中心まわりに180度回転したときの検出信号の変化を示したものである。図4(b)は、回転中心が2点の投射光スポットの直線上にある場合に回転中心まわりに180度回転したときの検出信号の変化を示したものである。図4(c)は、回転中心が2点の投射光スポットの直線上にない場合に回転中心まわりに180度回転したときの検出信号の変化を示したものである。ここでは、具体的な一形態として中心角が160度のときの場合を示している。図4(a)と図4(b)を比較すると、回転中心が2点の投射光スポットの直線上にある場合は、第1の投射光スポットの検出信号と第2の投射光スポットの検出信号は、まったく同じ信号になるため、第1の投射光スポットの検出信号感度が鈍いときには、同様に第2の投射光スポットの検出信号の感度も鈍くなる。検出信号の感度の評価のため、信号の立ち上がりをカウントすると、180度の回転に対して、カウント数は10となった(図(b)の○印で示す)。一方、図(a)と図(c)を比較すると、回転中心が2点の投射光スポットの直線上にない場合は、第1の投射光スポットの検出信号に対して第2の投射光スポットの検出信号はシフトするため、第1の投射光スポットの検出信号感度と第2の投射光スポットの検出信号感度が回転角度により異なるため、一方の感度が鈍いときには他方で補うことができる。したがって、図4(a)と図4(b)の検出信号を組み合わせると、図4(a)と図4(c)の□印で示すようにカウント数は12となり、よって、回転中心が2点の投射光スポットの直線外にある場合の方がカウント数が多く、高分解能化が可能であることが分かった。
【0011】
(第3実施例)
図5は、本発明の第3実施例の投射光スポット位置と移動側物体回転中心の位置関係を示す図である。図5において第3実施例と異なる点は、第1の投射光スポット115から得られる直交座標の第1軸成分と回転中心と結んだ線分と第2の投射光スポット125から得られる直交座標の第1軸成分と回転中心と結んだ線分が互いに直交すると同時に第1の投射光スポット115から得られる直交座標の第2軸成分と回転中心と結んだ線分と第2の投射光スポット125から得られる直交座標の第2軸成分と回転中心と結んだ線分が互いに直交する第1の受光手段124により検出される直交座標と移動側物体回転中心交点151からなる線分と、第3の受光手段134と第4の受光手段144により検出される直交座標と移動側物体回転中心交点151からなる線分が互いに直交する点である。このように配置することで、第1の受光手段と第3の受光手段の組み合わせにおいてどちらかの検出感度が低いときでも、他方の検出感度が補うことで安定した回転角度を検出することができる。
図6は、本発明の第3実施例の回転中心と検出信号の関係を示す図である。スケールのパターン幅と間隔を等量とし、移動側物体の回転半径をパターン幅の20倍という条件のもとで、回転中心まわりに回転させたときの検出信号を比較したものである。図6(a)は、第1の投射光スポットにおける回転中心まわりに180度回転したときの検出信号の変化である。図6(b)は、中心角が90度のときの第3の投射光スポットにおける回転中心あわりに180度回転したときの検出信号の変化である。図6(a)と図6(b)の検出信号を組み合わせると、図6(a)と図6(c)の□印で示すようにカウント数は14となり、実施例2の場合のカウント数は12だったので、さらに分解能が向上したことが分かった。したがって、請求項3の構成に比べて、請求項4の構成の方がより高分解能化が可能であることが分かった。
なお、回転方向については、受光手段を2分割しそれぞれを回転軸まわりに変位させて配置することにより、両者の信号のタイミングによって回転方向を判別することができる。また別途、受光手段を追加することも本発明の趣旨を逸脱するものではない。
【0012】
(第4実施例)
図7は、本発明の第4実施例を示す構成図である。図7において、移動側物体102には、第1の発光手段111、第1の集光手段112、第1の受光手段113が設けられている。一方、第1スケール103と第2スケール104は、例えばそれぞれ長方形のパターン形状を有する突起部が一定間隔で繰り返し配列されている。第1スケール103と第2スケール104の高さはそれぞれ異なっており、また、第1スケール103と第2スケール104は、それぞれの相対位置関係が、長方形パターンが例えば互いが直交するよう配設されている。図8に第1スケール103と第2スケール104交叉部の拡大図を示す。第1スケール103突部の高さはhA、第2スケール104突部の高さはhB、第1スケール103と第2スケール104が重なった部分の高さはhA+hBである。図9a)はスケールの平面図である。また、図中に示すC−C‘線分に沿って第1の発光手段111によって照射されたときに第1の受光手段113で得られる信号を図9b)に示す。第1の受光手段により得られる高さ情報は0、hA、hB、hA+hBの4種類である。第1スケール103の長手方法と直交する方向(X軸方向)の変位に関しては、第1の受光手段113により得られる信号に高さ情報hAを含んだ状態から含まない状態に変化したとき、および高さ情報hAを含まない状態から含んだ状態に変化したとき1つカウントを進める。一方、第2スケール104の長手方法と直交する方向(Y軸方向)の変位に関しても同様に、第1の受光手段113により得られる信号に高さ情報hBを含んだ状態から含まない状態に変化したとき、および高さ情報hBを含まない状態から含んだ状態に変化したときに1つカウントを進める。すなわち、図9b)においては、X軸方向の変位は3カウント、Y軸方向の変位は2カウントとなる。このようにしてカウント数を積算することにより、移動側物体102の2軸方向の変位量をそれぞれに検出することができる。さらに、進行方向の検出のために、移動体102には、第2の発光手段121、第2の集光手段122、第2の受光手段123が設けられており、第1の発光手段111より照射される第1の投射光スポットの位置と第2の発光手段121より照射される第2の照射スポット位置は、スケールのパターン方向に変位しており、第1のスケール、第2のスケール両方に対して、一般的にはスケールパターン周期の1/4だけ変位させるように第2の発光手段121、第2の集光手段122、第2の受光手段123が配設されている。
このようにして移動体102の2次元の位置と進行方向を知ることができる。つぎに回転角度の検出方法については、実施例1と同様、第1の受光手段113から得られる信号x1,y1と第2の受光手段123から得られる信号x2,y2を用いて、式(1)より算出することができる。
【0013】
(第5実施例)
図10は本発明の第5実施例の構成を示す図である。図において、102は移動側物体、115は第1の投射光スポット位置、125は第2の投射光スポット位置、151は移動側物体回転中心交点である。第1の投射光スポット位置115と第2の投射光スポット位置125とを結んだ直線外に移動側物体回転中心交点151を配置している。このように配置することで第2の実施例同様、回転中心を2つの投射光スポットの直線上に配置した場合と比較して、よりカウント数が得られ高分解能化が可能である。
【0014】
(第6実施例)
図11は、本発明の第6実施例の投射光スポット位置と移動側物体回転中心の位置関係を示す図である。図11において第5実施例と異なる点は、第1のスポット位置115と回転中心とスケールの交点116とからなる線分と、第2のスポット位置125と移動側物体回転中心交点151とからなる線分が互いに直交する点である。このように配置することで第3の実施例同様、直交しない場合に比べて、よりカウント数が得られ高分解能化が可能である。
なお、以上の各実施例では直交した第1のスケールと第2のスケールを例にしたが、必要に応じて他の角度で交叉するように配置したものであっても本発明の趣旨を逸脱するものではない。
また、以上の各実施例の第1のスケールと第2のスケールは、樹脂基板やガラス基板上に作製することが可能である。第1のスケールと第2のスケールの製造には、射出成形法、レプリカ製法、フォトリソグラフィによるエッチング、レーザ加工等の方法が利用できる。特に、樹脂基板上に作成する場合は、安価に製造できる射出成形法が有効な製造方法である。また、ガラス基板を用いれば、温度によるスケール精度の変動が少なく、移動側物体の変位量を精度良く測定できるという特徴がある。さらに、請求項1の構成と比較して、発光手段、集光手段、受光手段の数を半分にすることができ、システム構成を簡易にすることができる。
各実施例の第1のスケールと第2のスケールは、異なる基板上に作製後、重ね合わせてもよいし、同一基板の表面と裏面にそれぞれのスケールを作成してもよい。スケール基板を薄くする必要がある場合には、同一基板の表面と裏面に作製する方が好ましい。
【0015】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の光学式エンコーダによれば、位相差検出用の光学手段を用いたので、追加装置なしに移動側物体の回転角度を検出することができる。また、位相差検出用の光学手段の配置を工夫することにより、精度の高い回転角度の検出が可能な光学式エンコーダを提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す光学式エンコーダの斜視図
【図2】本発明の第1実施例における回転角度の検出方法を示す説明図
【図3】本発明の第2実施例の投射光スポット位置と移動側物体回転中心の位置関係を示す説明図
【図4】本発明の第2実施例の回転中心位置と検出分解能の関係を示す説明図
【図5】本発明の第3実施例の投射光スポット位置と移動側物体回転中心の位置関係を示す説明図
【図6】本発明の第3実施例の回転中心位置と検出分解能の関係を示す説明図
【図7】本発明の第4実施例を示す光学式エンコーダの斜視図
【図8】本発明の第4実施例の第1スケール103と第2スケール104交叉部の拡大斜視図
【図9】本発明の第4実施例を示すスケールの平面図
【図10】本発明の第5実施例の構成を示す説明図
【図11】本発明の第6実施例の投射光スポット位置と移動側物体回転中心の位置関係を示す説明図
【図12】従来の光学式エンコーダを示す斜視図
【符号の説明】
101 固定側物体
102 移動側物体
103 第1のスケール
104 第2のスケール
111 第1の発光手段
112 第1の集光手段
113 第1の光分離手段
114 第1の受光手段
115 第1の投射光スポット位置
121 第2の発光手段
122 第2の集光手段
123 第2の光分離手段
124 第2の受光手段
125 第2の投射光スポット位置
131 第3の発光手段
132 第3の集光手段
133 第3の光分離手段
134 第3の受光手段
135 第3の投射光スポット位置
141 第4の発光手段
142 第4の集光手段
143 第4の光分離手段
144 第4の受光手段
145 第4の投射光スポット位置
151 移動側物体回転中心交点
201 固定側物体
202 X軸測定用リニアスケール
203 可動ロッド
204 X軸測定用読みとりヘッド
205 Y軸測定用リニアスケール
206 Y軸測定用読みとりヘッド
207 移動側物体
Claims (8)
- 固定側物体に対して、一定の間隙を保って移動する移動側物体の相対変位量を測定する光学式エンコーダにおいて、
前記固定側物体に設けられ、いずれも一定間隙で周期的なパターンを有し互いに交叉するように配置された第1のスケールおよび第2のスケールと、
前記移動側物体に設けられ、前記第1のスケールに対して投射光を出射する第1の発光手段と、前記第1の投射光を前記第1のスケール上に集光させる第1の集光手段と、前記第1のスケール上で反射した光を検出する第1の受光手段と、前記第2のスケールに対して投射光を出射する第2の発光手段と、前記第2の投射光を前記第2のスケール上に集光させる第2の集光手段と、前記第2のスケール上で反射した光を検出する第2の受光手段と、位相差用投射光を出射する第3の発光手段と、前記第1の集光手段により前記第1のスケール上に集光された投射光スポット位置に対して所定の位相差を有する位置に前記投射光を集光させる第3の集光手段と、前記第1のスケール上で反射した位相差用反射光を検出する第3の受光手段と、位相差用投射光を出射する第4の発光手段と、前記第2の集光手段により前記第2のスケール上に集光された投射光スポット位置に対して所定の位相差を有する位置に前記投射光を集光させる第4の集光手段と、前記第2のスケール上で反射した位相差用反射光を検出する第4の受光手段と、第1の受光手段、第2の受光手段、第3の受光手段および第4の受光手段からの信号を処理する演算手段とからなることを特徴とする光学式エンコーダ。 - 前記第1の受光手段と、前記第2の受光手段と、前記第3の受光手段および前記第4の受光手段からの信号を用いて前記移動側物体の回転角度を算出することを特徴とする請求項1記載の光学式エンコーダ。
- 前記スケールと前記移動側物体の回転中心軸の交点位置が、前記第1の発光手段から前記第1スケール上に照射された投射光スポット位置と前記第3の発光手段から前記第1スケール上に照射された投射光スポット位置とを結んだ直線上から外れた位置になるようにし、かつ前記交点位置が、前記第2の発光手段から前記第2スケール上に照射された投射光スポット位置と前記第4の発光手段から前記第2スケール上に照射された投射光スポット位置とを結んだ直線上から外れた位置になるように、前記第1の発光手段、前記第2の発光手段、前記第3の発光手段および前記第4の発光手段を配置したことを特徴とする請求項2記載の光学式エンコーダ。
- 前記第1の発光手段の照射スポット位置と、前記移動側物体の回転中心軸と前記第1のスケールの交点とを結んだ直線と、前記第3の発光手段の照射スポット位置と、前記移動側物体の回転中心軸と前記第1のスケールの交点を結んだ直線が、互いに直交しており、かつ、前記第2の発光手段の照射スポット位置と、前記移動側物体の回転中心軸と前記第2のスケールの交点とを結んだ直線と、前記第4の発光手段の照射スポット位置と、前記移動側物体の回転中心軸と前記第2のスケールの交点を結んだ直線が互いに直交していることを特徴とする請求項2または3記載の光学式エンコーダ。
- 固定側物体に対して、一定の間隙を保ち移動する移動側物体の相対変位量を測定する光学式エンコーダにおいて、
前記固定側物体に設けられ、1方向に周期的な凹凸形状を有しかつ直交する他方向に前記凹凸形状と高さの異なる周期的な凹凸形状を有し、凸部が交差する部分は互いに重ね合っているスケールと、
前記移動側物体に設けられ、投射光を出射する第1の発光手段と、前記投射光を前記スケール上に集光させる第1の集光手段と、前記スケール上で反射した光を検出する第1の受光手段と、位相差用投射光を出射する第2の発光手段と、前記投射光を前記スケール上に集光させる第2の集光手段と、前記スケール上で反射した光を検出する第2の受光手段と、第1の受光手段と第2の受光手段からの信号を処理する演算手段からなることを特徴とする光学式エンコーダ。 - 前記第1の受光手段と前記第2の受光手段からの信号を用いて、前記移動側物体の回転角度を検出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。
- 前記移動側物体の回転中心軸と前記第1スケールの交点位置が、前記移動側物体に配設された第1の発光手段から前記第1スケール上に照射された投射光スポット位置と前記第2の発光手段から前記第2スケール上に照射された投射光スポット位置とを結んだ直線上から外れた位置になるように、前記第1の発光手段、前記第2の発光手段を配置したことを特徴とする請求項6記載の光学式エンコーダ。
- 前記第1の発光手段の照射スポット位置と前記移動側物体の回転中心軸と第1のスケールの交点とを結んだ直線と、前記第2の発光手段の照射スポット位置と移動側物体の回転中心軸と第1のスケールの交点とを結んだ直線が、互いに直交していることを特徴とする請求項56または7記載の光学式エンコーダ。
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