JP2004251893A - Optical encoder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は光電式エンコーダに関し、特に、変位エンコーダースケールを用い、各種工作機械や半導体製造装置等の位置測定、移動物体の移動量検出等に使用される光電式エンコーダに関する。 The present invention relates to a photoelectric encoder, and more particularly, to a photoelectric encoder that uses a displacement encoder scale and is used for position measurement of various machine tools, semiconductor manufacturing apparatuses, and the like, detection of a moving amount of a moving object, and the like.
従来の光電式エンコーダでは、信号ピッチPに対してP/4ずつの位相差を持つA相、B相、/A相、/B相の幅P/2の受光素子をスケール移動方向に対して並設し、これら位相の異なる4個の受光素子を1セットとして、複数セットの受光素子群をスケールの移動方向に配置し、スケールの移動量、即ち、移動物体の移動量、相対位置を検出している。光源はスケールに対して受光素子と反対側に配置されており、スケールのデューティ(DUTY)比は50%としている(例えば、特許文献1参照)。 In a conventional photoelectric encoder, a light-receiving element having a width P / 2 of an A phase, a B phase, a / A phase, and a / B phase having a phase difference of P / 4 with respect to a signal pitch P in a scale moving direction. The four light receiving elements having different phases are arranged as one set, and a plurality of light receiving element groups are arranged in the moving direction of the scale to detect the moving amount of the scale, that is, the moving amount and the relative position of the moving object. are doing. The light source is arranged on the side opposite to the light receiving element with respect to the scale, and the duty (DUTY) ratio of the scale is set to 50% (for example, see Patent Document 1).
他の従来例としては、信号ピッチPに対してP/4ずつの位相差を持つA相、B相、/A相、/B相の受光素子をスケール移動方向に対して3P/4毎の間隔を置いて配置し、スケールの移動量を検出する光電式エンコーダを開示している(例えば、特許文献2参照)。 As another conventional example, light receiving elements of A phase, B phase, / A phase, and / B phase having a phase difference of P / 4 with respect to the signal pitch P are arranged at every 3P / 4 in the scale moving direction. A photoelectric encoder that is arranged at intervals and detects the amount of movement of a scale is disclosed (for example, see Patent Document 2).
ここでピッチPはスケールに形成された複数の光通過用スリットの各間隔であり、信号の周期と同じである。また、本明細書の説明では、所定の位相差を持つA相、B相、/A相、/B相については、/A相はA相の、/B相はB相のそれぞれ反転差動信号(位相差が180度)の相補関係にあることを意味している。 Here, the pitch P is each interval between the plurality of light passing slits formed on the scale, and is the same as the signal period. Further, in the description of the present specification, for the A phase, B phase, / A phase, and / B phase having a predetermined phase difference, the / A phase is the A phase and the / B phase is the B phase inverted differential. This means that the signals have a complementary relationship (the phase difference is 180 degrees).
しかしながら、上述のような従来の光電式エンコーダにおいては、ピッチが狭いためクロストーク防止手段を設けるスペースを確保することができず、光信号の受光素子への回り込みや受光素子間のクロストークが発生するといった不都合があった。このようなクロストークを防止する手段を設けるために、受光素子の幅をP/2より小さくすることが考えられるが、このように受光素子の幅を小さくすると信号出力が減少する。 However, in the conventional photoelectric encoder as described above, the pitch is narrow, so that it is not possible to secure a space for providing the crosstalk preventing means, and an optical signal may sneak to the light receiving elements or crosstalk between the light receiving elements may occur. There was an inconvenience of doing it. In order to provide a means for preventing such crosstalk, it is conceivable to make the width of the light receiving element smaller than P / 2. However, if the width of the light receiving element is made smaller in this way, the signal output decreases.
また、従来の光電式エンコーダにおいては配線が複雑で、場所によっては配線同士が重なり、受光素子アレイの製造を困難にしていた。さらに、光源の放射角変動により、各相の位相差に誤差が発生するといった課題があった。 Further, in the conventional photoelectric encoder, the wiring is complicated, and in some places, the wirings overlap each other, which makes it difficult to manufacture the light receiving element array. Further, there is a problem that an error occurs in the phase difference of each phase due to the fluctuation of the radiation angle of the light source.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、各受光素子間にクロストーク防止手段を設けるスペースを確保し、光信号の受光素子への回り込み成分やクロストークを低減できる光電式エンコーダを提供することを目的とする。また、配線の重なりをなくして配線間のクロストークを低減し、受光素子アレイの製造を容易にすることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a photoelectric encoder capable of securing a space for providing a crosstalk preventing means between each light receiving element and reducing a wraparound component of an optical signal to the light receiving element and crosstalk. The purpose is to provide. It is another object of the present invention to reduce the crosstalk between wirings by eliminating the overlapping of the wirings and to facilitate the manufacture of the light receiving element array.
さらに、光源の放射角変動の影響を受けることなく安定した差動増幅を行うことができ、放射角誤差による差動後の位相誤差を低減できる光電式エンコーダを提供することを目的とする。 Further, it is another object of the present invention to provide a photoelectric encoder capable of performing stable differential amplification without being affected by a variation in the radiation angle of a light source and reducing a phase error after differential due to a radiation angle error.
上記目的を達成するために、本発明に係る光電式エンコーダは、光源からの放射光で照射することにより所定ピッチ(P)の周期的な光強度分布パターンを発生するスケールと、スケールと相対変位する複数の受光素子群とを備え、複数の受光素子群それぞれからの所定位相の位相差を有する信号をもとに、移動量を検出する。各受光素子群には複数個の受光素子が配置され、同一位相の複数個の受光素子を隣接させて1つの受光素子群とし、複数の受光素子群を並設したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a photoelectric encoder according to the present invention includes a scale that generates a periodic light intensity distribution pattern having a predetermined pitch (P) by irradiating with a radiation light from a light source, and a relative displacement between the scale and the scale. And a plurality of light receiving element groups for detecting the amount of movement based on signals having a predetermined phase difference from each of the plurality of light receiving element groups. A plurality of light receiving elements are arranged in each light receiving element group, and a plurality of light receiving elements having the same phase are adjacent to each other to form one light receiving element group, and a plurality of light receiving element groups are arranged in parallel.
このように、同位相の受光素子を隣接させ、同位相の複数の受光素子を1セットとして複数組の受光素子群を並設したことにより、比較的狭いピッチでも各受光素子間にクロストーク防止部材を設けるスペースを確保でき、信号光の受光素子への回り込み成分やクロストークを低減できる。さらに、配線の重なりをなくすことができ、受光素子アレイの製造も容易となる。 As described above, the light receiving elements of the same phase are adjacent to each other, and a plurality of light receiving elements of the same phase are arranged as a set, and a plurality of light receiving element groups are arranged in parallel. A space for providing members can be secured, and a signal light sneaking component to the light receiving element and crosstalk can be reduced. Further, the overlapping of the wirings can be eliminated, and the manufacture of the light receiving element array can be facilitated.
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明については簡単のために省略している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, common elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted for simplicity.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1について図1乃び図2を参照して以下に説明する。図1は本発明の実施の形態1に係る光電式エンコーダの概略構成を示し、図2は、位相を基準に複数組の受光素子を配置した受光素子アレイの拡大図である。
図1において、102はLED等の光源であり、ロータリースケール104を照射する放射光を発生する。103は回転軸108を中心に回転する円板であり、被検物体(不図示)の移動と一体的に回転する。
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of a photoelectric encoder according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a light receiving element array in which a plurality of sets of light receiving elements are arranged on the basis of a phase.
In FIG. 1,
ロータリースケール104は複数個に分割された光通過用スリットを放射状に形成した構成であり、円板103の回転軸108を中心に円板(回転体)103内に同心円放射状に配置されている。また、ロータリースケール104は光軸と垂直な照射パターンの中心軸線101を有し、スケールのピッチPでデューティ(DUTY)比は50%としている。106は受光素子アレイであり、ロータリースケール104からの透過光を受光して光電変換するフォトダイオード等の受光素子105を複数個配置し、受光素子アレイ106上にはピッチPのスケールパターンが照射されるように構成されている。ここで、スケールの照射パターンの中心軸線101は、受光素子アレイ106の中心軸線(図2を参照して後述する)と一致させている。
The
図2に示す受光素子アレイ106において、各受光素子の幅がほぼP/2である合計16個の受光素子を配置して、基準のA相(22)に対して90度の位相差を持つB相(24)と、180度の位相差を持つ/A相(23)と、270度の位相差を持つ/B相(25)の4信号を検出するように構成され、4相の信号に対応している。各受光素子の配置位置は、まずA相の受光素子A1を配置し、受光素子の中心間の距離がピッチPとなる位置に2つ目のA相の受光素子A2を配置する。続いてA2から受光素子の中心間の距離が3P/2の位置に/A相の受光素子/A1を配置し、さらに、間隔P毎に/A相の受光素子/A2、/A3、/A4を順次配置した構成としている。
In the light
次に、/A4から受光素子の中心間の距離が3P/2の位置にA相の3個目の受光素子A3を配置し、さらに、間隔Pを置いてA相の4番目の受光素子A4を配置している。同様に、受光素子A4から受光素子の中心間の距離が5P/4の位置にB相の受光素子B1を配置し、間隔Pを置いてB相の受光素子B2を配置し、続いてB2から中心間の距離が3P/2の位置に/B相の受光素子/B1を配置し、さらに、間隔P毎に/B相の受光素子/B2、/B3、/B4を順次配置する。さらに、/B4から受光素子の中心間の距離が3P/2の位置にB相の3個目の受光素子B3を配置し、さらに、間隔Pを置いてB相の受光素子B4を配置している。即ち、同一位相の4個の受光素子で各受光素子群を形成し、それぞれの受光素子群において、少なくとも2個の受光素子を隣接して配置している。 Next, the third light receiving element A3 of the A phase is arranged at a position where the distance between the center of the light receiving element from / A4 is 3P / 2, and further, the fourth light receiving element A4 of the A phase is arranged at an interval P. Is placed. Similarly, the B-phase light-receiving element B1 is arranged at a position where the distance between the light-receiving element A4 and the center of the light-receiving element is 5P / 4, the B-phase light-receiving element B2 is arranged at intervals P, and The / B-phase light receiving element / B1 is arranged at a position where the distance between the centers is 3P / 2, and the / B-phase light receiving elements / B2, / B3, / B4 are sequentially arranged at intervals P. Further, the third light receiving element B3 of the B phase is arranged at a position where the distance between / B4 and the center of the light receiving element is 3P / 2, and the light receiving element B4 of the B phase is arranged at an interval P. I have. That is, each light receiving element group is formed by four light receiving elements having the same phase, and in each light receiving element group, at least two light receiving elements are arranged adjacent to each other.
上記構成において、参照番号28はA相および/A相の各受光素子群の位相軸109上における共通の面積重心、29はB相および/B相の各受光素子群の位相軸上における共通の面積重心である。さらに、照射パターンの中心軸線101から上記位相軸上における面積重心28までの位相距離と、中心軸線101から面積重心29までの位相距離が等しくなるように受光素子群を配置している。
In the above configuration,
4つの受光素子群に分割した合計16個の受光素子により、A相22、B相24、/A相23、/B相25の4信号を検出し、A相22と/A相23、B相24と/B相25で差動増幅し、90度位相差の信号(22,23;24,25)を生成する。16個の各隣接受光素子間の空いたスペースに、クロストーク防止用遮断層として共通のダミー層26を設け、ダミー層26に入射した光成分をダミー信号(D)27として検出している。これにより、各受光素子間を遮断するとともに、受光素子間の空いたスペースに一旦入射した光を、ダミー信号27として吸い取ることで、受光素子への回り込みを防止することがてきる。
Fourteen signals of
一例として、円板103に形成されたロータリースケール104の回転軸中心Oからの平均半径をr=9.55mm、ロータリースケールの分割数を500とすると、ロータリースケールの平均ピッチPは2πr/500として求められ、略120μmとなる。このときの受光素子間の空きスペースは最小でもP/2(即ち、60μm)となり、ダミー層26を設けるのに充分なスペースを確保している。
As an example, if the average radius of the
このような構成において、ダミー層26を設けたことにより、各受光素子への回り込み成分や各信号成分間のクロストークを低減できる。また、A相22、B相24、/A相23、/B相25とダミー信号27の配線を重ねることなく各信号成分を検出することができる。さらに、A相22と/A相23、B相24と/B相25において、受光素子群の位相軸上の面積重心が完全に一致させている。
In such a configuration, by providing the
即ち、A相の受光素子群A1,A2,A3,A4の面積重心と/A相の受光素子群/A1,/A2,/A3,/A4の面積重心はともに面積重心28であり、B相の受光素子群B1,B2,B3,B4の面積重心と/B相の受光素子群/B1,/B2,/B3,/B4の面積重心はともに面積重心29である。このように受光素子群の位相軸上の面積重心を一致させたことにより、光源の放射角変動などの影響を受けずに、所定の位相を持つ複数の信号間の位相差を安定化させることができる。
That is, the area centroids of the A-phase light receiving element groups A1, A2, A3, and A4 and the area centroids of the / A-phase light receiving element groups / A1, / A2, / A3, and / A4 are both
また、照射パターンの中心軸線101から上記位相軸上におけるA相22と/A相23の面積重心28までの位相距離と、B相24と/B相25の面積重心29までの位相距離を等しくしている。このように、所定の位相差を持つ複数の受光素子群において、各受光素子群の位相軸上の面積重心を、光源からの放射光の中心軸(101)に対して軸対称に配置したことにより、光源の放射角変動のうち、軸対称成分の影響を受けずに、所定の位相差を持つ複数の信号間の位相差を安定化させることができる。
Further, the phase distance from the
図5は光源からの放射角変動の一例を示す説明図である。同図において、51は光源、52はスケール、53は受光素子アレイ、破線54は正規の放射光、実線55は誤差発生時の放射光であり、例えば、放射角誤差による、差動後の位相差90度の位相誤差が発生した放射角変動例を示している。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a variation in the radiation angle from the light source. In the figure, 51 is a light source, 52 is a scale, 53 is a light receiving element array, 53 is a normal radiated light, and a
これに対して本実施の形態1では、図2に示すように、A相22と/A相23、B相24と/B相25の各受光素子群の位相軸上の面積重心位置を一致させたことにより、光源の放射角変動などの影響を受けずに、所定の位相差を持つ複数の信号間の位相差を安定化させることができる。
On the other hand, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the area centroid positions on the phase axis of the light receiving element groups of the
また、面積重心28と面積重心29を、照射パターンの中心軸線101に関して対称位置に配置しているので、光源の放射角変動のうち、軸対称成分の影響を受けずに、所定の位相差を持つ複数の信号間の位相差を安定化させることができる。
Further, since the area center of
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2について図3を参照して以下に説明する。図3は本発明の実施の形態2に係る光電式エンコーダの、位相を基準に各受光素子を図示した受光素子アレイ206の拡大図である。
(Embodiment 2)
図3に示すように、受光素子アレイ206において、各受光素子の配置位置は、A相の受光素子A1からの受光素子の中心間の距離がピッチPとなる位置に2つ目のA相の受光素子A2を配置する。続いてA2から受光素子の中心間の距離が5P/4の位置にB相の受光素子B1を配置し、さらに、間隔P毎にB相の受光素子B2、B3、B4を順次配置した構成としている。
As shown in FIG. 3, in the light-receiving
次に、B4から受光素子の中心間の距離が7P/4の位置にA相の3個目の受光素子A3を配置し、さらに、間隔Pを置いてA相の4番目の受光素子A4を配置している。同様に、受光素子A4から受光素子の中心間の距離が3P/2の位置に/A相の1番目の受光素子/A1を配置し、間隔Pを置いて2番目の受光素子/A2を配置し、続いて/A2から受光素子の中心間の距離が5P/4の位置に/B相の1番目の受光素子/B1を配置し、さらに、間隔P毎に/B相の受光素子/B2、/B3、/B4を順次配置している。さらに、/B4から受光素子の中心間の距離が7P/4の位置に/A相の3個目の受光素子/A3を配置し、さらに、間隔Pを置いて/A相の4番目の受光素子/A4を配置している。この構成においても、実施の形態1と同様に、同一位相の4個の受光素子で各受光素子群を形成し、それぞれの受光素子群において、少なくとも2個の受光素子を隣接して配置している。 Next, the third light-receiving element A3 of the A-phase is arranged at a position where the distance between the centers of the light-receiving elements from B4 is 7P / 4. Are placed. Similarly, the first light receiving element / A1 of the / A phase is disposed at a position where the distance between the light receiving element A4 and the center of the light receiving element is 3P / 2, and the second light receiving element / A2 is disposed at an interval P. Then, the first light receiving element / B1 of the / B phase is arranged at a position where the distance between the center of the light receiving element and / A2 is 5P / 4, and the light receiving element / B2 of the / B phase is arranged at every interval P. , / B3 and / B4 are sequentially arranged. Further, a third light receiving element / A3 of the / A phase is arranged at a position where the distance between / B4 and the center of the light receiving element is 7P / 4, and a fourth light receiving element of the / A phase is further provided at an interval P. The element / A4 is arranged. Also in this configuration, as in the first embodiment, each light receiving element group is formed by four light receiving elements having the same phase, and in each light receiving element group, at least two light receiving elements are arranged adjacent to each other. I have.
上記構成において、照射パターンの中心軸線101から上記位相軸上におけるA相とB相の面積重心38までの位相距離と、/A相と/B相の面積重心39までの位相距離がほぼ等しくなるように、受光素子群を配置している。
In the above configuration, the phase distance from the
これら16個の受光素子より、A相32、B相34、/A相33、/B相35の4信号を検出し、A相32と/A相33、B相34と/B相35で差動増幅し、90度位相差の信号を生成する。16個の受光素子間の空いたスペースに、共通のダミー層36を設け、ダミー層36に入射した光成分をダミー信号(D)37として検出している。これにより、各受光素子間を遮断するとともに、受光素子間の空いたスペースに一旦入射した光を、ダミー信号37として吸い取ることで、受光素子への回り込みを防止することがてきる。
From these 16 light receiving elements, four signals of A
このような構成において、ダミー層36を設けたことにより、各受光素子への回り込み成分や各信号成分間のクロストークを低減できる。また、A相32、B相34、/A相33、/B相35とダミー信号37の配線を重ねることなく各信号成分を検出することができる。さらに、照射パターンの中心軸線101から上記位相軸上におけるA相32とB相34の面積重心38までの位相距離と、/A相33と/B相35の面積重心39までの位相距離を等しくしているので、放射角変動などの外乱の影響を受けることはなく、安定した差動増幅を行うことができる。
In such a configuration, by providing the
このように本実施の形態2では、図3に示すように、A相32と/A相33、およびB相34と/B相35の各受光素子群の、図5に示すような放射角誤差による差動後の位相誤差を低減させることができる。
As described above, in the second embodiment, as shown in FIG. 3, the radiation angles of the light receiving element groups of the
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3について図4を参照して以下に説明する。図4は本発明の実施の形態3に係る光電式エンコーダの、位相を基準に各受光素子を図示した受光素子アレイの拡大図である。
(Embodiment 3)
図4に示すように、受光素子アレイ306において、各受光素子の配置位置は、まずA相の受光素子A1を配置し、受光素子の中心間の距離がピッチPとなる位置に2つ目のA相の受光素子A2を配置する。続いてA2から受光素子の中心間の距離が5P/4の位置にB相の受光素子B1を配置し、さらに、間隔Pをおいて受光素子B2を配置している。
As shown in FIG. 4, in the light receiving
次に、B2から受光素子の中心間の距離が5P/4の位置に/A相の1個目の受光素子/A1を配置し、さらに、間隔Pを置いて受光素子/A2を配置している。/A2から受光素子の中心間の距離が5P/4の位置に/B相の受光素子/B1を配置し、さらに、間隔Pをおいて受光素子/B2を配置した構成としている。 Next, the first light receiving element / A1 of the / A phase is arranged at a position where the distance between the centers of the light receiving elements from B2 is 5P / 4, and the light receiving element / A2 is further arranged at an interval P. I have. A / B phase light receiving element / B1 is arranged at a position where the distance between / A2 and the center of the light receiving element is 5P / 4, and a light receiving element / B2 is arranged at an interval P.
同様に、/B2から受光素子の中心間の距離が5P/4の位置にA相の受光素子A3を配置し、さらに、間隔Pを置いて受光素子A4を配置している。受光素子A4から受光素子の中心間の距離が5P/4の位置にB相の受光素子B3を配置し、間隔Pを置いて受光素子B4を配置している。続いてB4から受光素子の中心間の距離が5P/4の位置に/A相の受光素子/A3を配置し、さらに、間隔Pを置いて受光素子/A4を順次配置し、さらに、/A4から受光素子の中心間の距離が5P/4の位置に/B相の3個目の受光素子/B3を配置し、さらに、間隔Pを置いて受光素子/B4を配置している。このように、上記構成においては、例えば受光素子A2とB1に代表される隣接する各受光素子群の端同士の受光素子中心間の距離は5P/4に設定している。この構成においても、実施の形態1や実施の形態2と同様に、同一位相の4個の受光素子で各受光素子群を形成し、それぞれの受光素子群において、少なくとも2個の受光素子を隣接して配置している。 Similarly, an A-phase light receiving element A3 is arranged at a position where the distance between / B2 and the center of the light receiving element is 5P / 4, and furthermore, a light receiving element A4 is arranged at an interval P. The B-phase light receiving element B3 is disposed at a position where the distance between the light receiving element A4 and the center of the light receiving element is 5P / 4, and the light receiving elements B4 are disposed at intervals P. Subsequently, the / A-phase light receiving element / A3 is arranged at a position where the distance between B4 and the center of the light receiving element is 5P / 4, and the light receiving elements / A4 are sequentially arranged at intervals P, and / A4 is further arranged. , A third light receiving element / B3 of the / B phase is arranged at a position where the distance between the centers of the light receiving elements is 5P / 4, and furthermore, the light receiving element / B4 is arranged at an interval P. Thus, in the above configuration, for example, the distance between the centers of the light receiving elements of the adjacent light receiving element groups represented by the light receiving elements A2 and B1 is set to 5P / 4. Also in this configuration, similarly to the first and second embodiments, each light receiving element group is formed by four light receiving elements having the same phase, and at least two light receiving elements are adjacent to each other in each light receiving element group. Are placed.
これら16個の受光素子より、A相42、B相44、/A相43、/B相45の4信号を検出して差動増幅し、90度位相差の信号を生成する。16個の受光素子間の空いたスペースに、共通のダミー層46をクロストーク防止用に設け、ダミー層46に入射した光成分をダミー信号(不図示)として検出している。これにより、各受光素子間を遮断するとともに、受光素子間の空いたスペースに一旦入射した光を、ダミー信号として吸い取ることで、受光素子への回り込みを防止することがてきる。これにより、受光素子を1つずつ5P/4の間隔ごとに配置した場合に比べて、並設配置とダミー層の配置を維持しつつ、受光素子アレイ全体の面積を小さくできる。
From these 16 light receiving elements, four signals of A-phase 42, B-
なお、上述の実施の形態1〜3においては、同一位相の4個の受光素子で各受光素子群を形成し、それぞれの受光素子群において、少なくとも2個の受光素子を隣接して配置しているが、スケールのピッチや光源の照射領域に応じて、各受光素子群の受光素子の数を増やしてもよいし、減らしてもよい。また、受光素子群を構成する受光素子の幅をP/2としているが、この幅を狭めてもよいし広げてもよい。また、各受光素子群の位相差は、実施の形態1〜3のように90度毎の0度、90度、180度、270度とするのが、互いに位相差が180度の信号を差動増幅して90度位相差の2信号を得る点で好ましいが、各受光素子群の位相差は90度以外の位相差であってもよく、例えば45度毎に8個の受光素子群を形成し、互いに位相差が180度の信号を差動増幅して45度位相差の4信号を得る構成とすることで、信号数は増えるが位相検出の精度向上を図ることも可能である。 In the first to third embodiments, each light receiving element group is formed by four light receiving elements having the same phase, and in each light receiving element group, at least two light receiving elements are arranged adjacent to each other. However, the number of light receiving elements in each light receiving element group may be increased or decreased according to the pitch of the scale or the irradiation area of the light source. Further, the width of the light receiving elements constituting the light receiving element group is P / 2, but this width may be narrowed or widened. The phase difference of each light receiving element group is set to 0 degree, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees every 90 degrees as in the first to third embodiments. Although it is preferable in that two signals having a 90-degree phase difference are obtained by dynamic amplification, the phase difference of each light-receiving element group may be a phase difference other than 90 degrees. For example, eight light-receiving element groups are formed every 45 degrees. By forming the signals and differentially amplifying signals having a phase difference of 180 degrees to obtain four signals having a phase difference of 45 degrees, the number of signals increases, but the accuracy of phase detection can be improved.
また、各受光素子群の位相差が不均一であってもよく、例えば、光源の放射角変動や強度変動の影響を受けやすくなるが、受光素子群の位相差が90度と270度、即ち、受光素子群の位相が0度と90度の2つのみとし、差動増幅を行なわずに90度位相差の2信号を得る構成としてもよい。 Further, the phase difference between the respective light receiving element groups may be non-uniform. For example, the phase difference between the light receiving element groups is 90 ° and 270 °, although the light receiving element group is easily affected by the fluctuation of the radiation angle and the intensity of the light source. Alternatively, the configuration may be such that the light receiving element group has only two phases of 0 ° and 90 °, and two signals having a 90 ° phase difference are obtained without performing differential amplification.
また、所定の位相差を持つ受光素子群の数を4個としているが、所定の位相差を有する受光素子群の数は、2個、3個または8個等いくつでもよい。また、位相差が所定の関係にある複数の受光素子群の、各々の位相軸上における面積重心を完全に一致させることが望ましいが、概ね一致している場合でも、複数の受光素子群の位相差を安定化させる効果が得られる。また、位相差が所定の関係にある複数の受光素子群の、各々の位相軸上における面積重心を、光源からの放射光の中心軸に対して軸対称に配置させることが望ましいが、概ね軸対称である場合でも、複数の受光素子群の位相差を安定化させる効果が得られる。 Further, although the number of light receiving element groups having a predetermined phase difference is four, the number of light receiving element groups having a predetermined phase difference may be any number such as two, three, or eight. Further, it is desirable that the area centers of gravity on the respective phase axes of the plurality of light receiving element groups having a predetermined relationship with respect to the phase difference are completely matched. The effect of stabilizing the phase difference is obtained. In addition, it is preferable that the area centroids on the respective phase axes of the plurality of light receiving element groups having a predetermined relationship with respect to the phase difference are arranged axially symmetrically with respect to the central axis of the light emitted from the light source. Even in the case of symmetry, the effect of stabilizing the phase difference between the plurality of light receiving element groups can be obtained.
また、図6に示すように、ピッチP以上の幅を有する受光素子61と、P/2の幅を有する受光窓62をピッチPで(即ち、同位相で)複数個配置した遮光板63とを組み合わせて、1つの受光素子群を構成することも可能である。また、図6において、受光窓62の幅をP/2としているが、この幅を狭めてもよいし広げてもよい。
As shown in FIG. 6, a
また、ロータリースケールにピッチPでデューティ比50%のスケールを用いているが、例えば、ピッチPで正弦波状または三角波状に変化するスケールなど、ピッチPで周期的に変化するものであればよい。また、各隣接受光素子の間に、例えば蒸着膜等による遮光部材を配置して、クロストークを低減させることもできる。また、各受光素子の間に、例えばエッチング等による信号光遮断手段を設け、クロストークを低減させることも可能である。また、上述の実施の形態ではロータリーエンコーダについて説明したが、本発明はリニアエンコーダにも同様に適用可能である。 In addition, although a scale having a duty ratio of 50% is used at the pitch P for the rotary scale, any scale that changes periodically at the pitch P, such as a scale that changes in a sine wave shape or a triangular wave shape at the pitch P, may be used. Further, a light-blocking member such as a vapor-deposited film may be arranged between the adjacent light receiving elements to reduce crosstalk. It is also possible to provide a signal light blocking means, for example, by etching between the light receiving elements, to reduce crosstalk. Further, although the rotary encoder has been described in the above embodiment, the present invention is similarly applicable to a linear encoder.
以上説明したように、本発明によれば、比較的狭いピッチでも各受光素子間にクロストーク防止部材を設けるスペースを確保でき、信号光の受光素子への回り込み成分やクロストークを低減化に活用できる。さらに、配線の重なりをなくすことができ、受光素子アレイの製造も容易化に活用できる。また、A相と/A相、B相と/B相の各受光素子群の面積重心を一致させ、照射パターンの中心軸に対して各面積重心位置を軸対称に配置したことにより、光源の放射角変動などの影響を受けることなく、複数の信号間の位相差を安定させることに活用できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to secure a space for providing a crosstalk preventing member between each light receiving element even at a relatively narrow pitch, and to utilize the signal light wraparound component and the crosstalk to the light receiving element. it can. Further, the overlapping of the wirings can be eliminated, and the manufacture of the light receiving element array can be utilized for facilitation. In addition, the area centroids of the light receiving element groups of the A phase and the / A phase, and the B phase and the / B phase are made to coincide with each other, and the positions of the area centroids are arranged axially symmetric with respect to the center axis of the irradiation pattern. It can be used to stabilize the phase difference between a plurality of signals without being affected by radiation angle fluctuation.
22,32,42 A相信号、 23,33,43 /A相信号、 24,34,44 B相信号、 25,35,45 /B相信号、 26,36,46 ダミー層、 27,37 ダミー信号、 28,29,38,39 受光素子群の面積重心、 61 受光素子、 62 受光窓、 63 遮光板、 101 中心軸線、 102 光源、 103 円板、 104 ロータリースケール、 105 受光素子、 106,206,306 受光素子アレイ、 108 回転軸
22, 32, 42 A phase signal, 23, 33, 43 / A phase signal, 24, 34, 44 B phase signal, 25, 35, 45 / B phase signal, 26, 36, 46 dummy layer, 27, 37 dummy Signals, 28, 29, 38, 39 Area center of gravity of light receiving element group, 61 light receiving elements, 62 light receiving windows, 63 light shielding plate, 101 central axis, 102 light source, 103 disk, 104 rotary scale, 105 light receiving elements, 106, 206 , 306 light receiving element array, 108 rotation axis
Claims (9)
複数個の受光素子を同一位相の位置に、少なくとも2個は隣接するように配置し、前記複数個の同一位相の受光素子を1つの受光素子群としたことを特徴とする光電式エンコーダ。 A scale that generates a periodic light intensity distribution pattern of a predetermined pitch (P) by irradiating with a radiation light from a light source; and a plurality of light receiving element groups that are displaced relative to the scale. Based on a signal having a phase difference of a predetermined phase from each, in a photoelectric encoder that detects the amount of movement,
A photoelectric encoder, wherein a plurality of light receiving elements are arranged at the same phase position and at least two light receiving elements are adjacent to each other, and the plurality of light receiving elements having the same phase constitute one light receiving element group.
The photoelectric encoder according to claim 1, wherein a width of each of the light receiving elements is approximately の of the predetermined pitch (P).
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