JP2562479B2 - Reflective XY encoder - Google Patents

Reflective XY encoder

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JP2562479B2
JP2562479B2 JP63101693A JP10169388A JP2562479B2 JP 2562479 B2 JP2562479 B2 JP 2562479B2 JP 63101693 A JP63101693 A JP 63101693A JP 10169388 A JP10169388 A JP 10169388A JP 2562479 B2 JP2562479 B2 JP 2562479B2
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宗次 市川
直義 寺尾
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【産業上の利用分野】 本発明は、反射式XYエンコーダに係り、特に、XYテー
ブル等の変位を検出する際に用いるのに好適な、2次元
方向に相対移動する2つの部材間の相対変位量を、単一
のエンコーダによつて検出することが可能な、反射式XY
エンコーダに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reflection type XY encoder, and more particularly, to a relative displacement between two members which are relatively movable in a two-dimensional direction and are suitable for use in detecting displacement of an XY table or the like. Reflective XY, capable of detecting quantity with a single encoder
It concerns encoders.

【従来の技術】[Prior art]

相対移動する2つの部材間の相対変位を検出する装置
としては、リニヤエンコーダやロータリエンコーダが知
られているが、いずれにしても直線変位又は回転変位を
1次元的に測定するのみであり、2次元方向に相対移動
する2つの部材間の相対変位を単一のエンコーダで検出
することはできなかつた。 そこで従来は、2つの部材間の一方向、例えばX方向
の変位が現われている部材に、該X方向の変位を検出す
るための第1のリニヤエンコーダを設け、又、2つの部
材間の他の方向、例えばY方向の変位が現われている部
材に、該Y方向の変位を検出するための第2のリニヤエ
ンコーダを設け、これらの2つのリニヤエンコーダの出
力によつて、2つの部材間の相対変位を検出する必要が
あつた。 従つて、エンコーダが2組必要となり、構成が複雑で
高価になる。又、相対変位を測定したい方向、例えばX
方向及びY方向の変位が現われている部材がない場合に
は、何らかの機械的な方法によつて、前記X方向及びY
方向の変位を作り出して、これらの変位を2つのエンコ
ーダでそれぞれ測定するように構成する必要がある。更
に、単一のエンコーダによつて、相対変位の2次元方向
の成分を直接抽出することができない等の問題点を有し
ていた。
Linear encoders and rotary encoders are known as devices for detecting relative displacement between two members that move relative to each other, but in any case, linear displacement or rotational displacement is only one-dimensionally measured. It has not been possible to detect the relative displacement between two members that move relative to each other in the dimension direction with a single encoder. Therefore, conventionally, a first linear encoder for detecting the displacement in the X direction is provided in the member in which the displacement in one direction between the two members, for example, the X direction, is provided. Direction, for example, a member in which a displacement in the Y direction is present, is provided with a second linear encoder for detecting the displacement in the Y direction, and the output of these two linear encoders causes a difference between the two members. It was necessary to detect the relative displacement. Therefore, two sets of encoders are required, which makes the configuration complicated and expensive. Also, the direction you want to measure the relative displacement, eg X
If there is no member in which the displacement in the Y-direction and the Y-direction is present, the X-direction and the Y-direction are determined by some mechanical method.
It is necessary to create directional displacements and configure these displacements to be measured by two encoders respectively. Furthermore, there is a problem in that a two-dimensional component of relative displacement cannot be directly extracted with a single encoder.

【発明が達成しようとする課題】[Problems to be achieved by the invention]

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされた
もので、2次元方向に相対移動する2つの部材の相対変
位のX方向及びY方向成分を、単一のコンパクトな検出
器を有するエンコーダによつて直接検出することが可能
な反射式XYエンコーダを提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an encoder having a single compact detector for the X-direction and Y-direction components of the relative displacement of two members that relatively move in a two-dimensional direction. It is an object of the present invention to provide a reflection type XY encoder that can be directly detected by the.

【課題を達成するための手段】[Means for achieving the object]

本発明は、反射式XYエンコーダを、2次元方向に相対
移動する一方の部材に取付けられる、該2次元方向に共
に周期的な、方形の島状パターンの主格子を形成した反
射型のメインスケールと、他方の部材に取付けられる、
中央部を空けて、該中央部から略等距離の円周上の位置
に、前記2次元の各方向にそれぞれ独立して配設され
て、該各方向にそれぞれ周期的な、縞状パターンの複数
の副格子を形成した透過型のインデツクススケールと、
該インデツクススケール中央部の、各方向の副格子から
それぞれ略等距離の場所に形成された開口と、該開口の
近傍に配置され、該開口から前記主格子に向けて、ほぼ
全方向に均一な拡散光を照射する点状光源とを含み、該
点状光源から、前記開口を通過して前記メインスケール
の主格子に照射・反射され、前記インデツクススケール
の副格子の関与を受けた信号に基づいて、前記両部材の
相対変位のX方向及びY方向成分に対応する、少くとも
2つの周期的な検出出力を生成するようにして、前記目
的を達成したものである。 又、前記主格子及び副格子のピツチを、それぞれ、X
方向とY方向で同一ピツチとしたものである。 又、前記点状光源を、別体の光源から主格子への照明
光を集束して、前記開口に生成した2次点光源としたも
のである。
The present invention relates to a reflection-type main scale, in which a reflection type XY encoder is attached to one member that relatively moves in a two-dimensional direction, and a main grid of a rectangular island pattern that is periodic in the two-dimensional direction is formed. And attached to the other member,
A striped pattern, which is arranged independently of each other in each of the two-dimensional directions at positions on the circumference of the circle approximately equidistant from the center, and which is periodic in each of the directions, is formed. A transmission type index scale having a plurality of sub-lattices,
An opening formed in the central portion of the index scale at a position substantially equidistant from the sub-lattice in each direction, and arranged in the vicinity of the opening, and uniform in almost all directions from the opening toward the main lattice. A point-like light source for irradiating various diffused light, the signal from the point-like light source passing through the opening to be radiated / reflected by the main grating of the main scale, and which is affected by the sub-lattice of the index scale. On the basis of the above, the at least two periodic detection outputs corresponding to the X-direction and Y-direction components of the relative displacement of the both members are generated to achieve the above object. Further, the pitches of the main lattice and the sub lattice are respectively set to X
The pitch is the same in the Y and Y directions. The point light source is a secondary point light source generated in the aperture by converging illumination light from a separate light source to the main grating.

【作用及び効果】[Action and effect]

本発明においては、2次元方向に相対移動する一方の
部材に、例えば第1図(A)に示すような、該2次元方
向(X方向及びY方向)に周期的な主格子12を形成した
反射型のメインスケール10を取付ける。一方、他方の部
材には、例えば第1図(B)に示す如く、前記2次元方
向(X方向及びY方向)にそれぞれ周期的な、前記主格
子12に対応する副格子22を形成した透過型のインデツク
ススケール20を取付ける。 従つて、前記メインスケール10で反射され、インデツ
クススケール20を透過してきた光を、各副格子毎に受光
素子で受光することによつて、相対変位のX方向及びY
方向成分に対応する、少くとも2つの周期的な検出信号
を生成することができる。 従つて、単一のエンコーダで、2次元方向に相対移動
する2つの部材間の相対変位を同時に検出することが可
能となる。よつて、各方向毎にリニヤエンコーダを設け
る必要がなくなり、高精度で且つ高分解能のXYエンコー
ダを小型で実現できる。更に、反射型であるので、取扱
いも容易である。 更に、前記主格子12を、第1図(A)に示した如く、
前記2次元方向に配置された島状パターンとし、前記副
格子22を、第1図(B)に示した如く、X方向及びY方
向にそれぞれ独立して配置された縞状パターンとしたの
で、副格子の形成が容易であり、且つ、比較的高レベル
の検出信号を生成することができる。又、従来と同様の
受光素子を用いることができ、検出信号を生成するため
の構成も簡略である。 又、第1図(B)に示す如く、前記インデックススケ
ール20の中央部の、各方向の副格子からそれぞれ略等距
離の場所に開口24を形成し、該開口24の近傍に配置し
た、ほぼ全方向に均一な拡散光を照射する点状光源から
主格子への照明光を通過させるようにしたので、小型の
構成で均一な照明光を得ることができ、高精度の測定が
可能となる。 又、前記主格子12及び副格子22のピツチを、第1図
(A)、(B)に示す如く、それぞれ、X方向とY方向
で同一ピツチとした場合には、X方向とY方向で同一分
解能とすることができる。なお、方向によつて異なる分
解能で検出したい場合には、方向によつてピツチを変え
ることも可能である。又、主格子12と副格子22のピツチ
は、検出すべき対象物(像)の種類に合わせて、異なる
値とすることができる。 又、前記点状光源を、別体の光源から主格子への照明
光を集束して、前記開口に生成した2次点光源とした場
合には、光源の配置が容易である。
In the present invention, a main lattice 12 that is periodic in the two-dimensional direction (X direction and Y direction) as shown in FIG. 1A is formed on one of the members that relatively moves in the two-dimensional direction. Mount the reflective main scale 10. On the other hand, in the other member, as shown in FIG. 1 (B), for example, a sub-lattice 22 corresponding to the main lattice 12 is formed which is periodic in the two-dimensional direction (X direction and Y direction). Install the model index scale 20. Therefore, the light reflected by the main scale 10 and transmitted through the index scale 20 is received by the light receiving element for each sub-lattice, so that the relative displacement in the X direction and the Y direction.
At least two periodic detection signals corresponding to the directional component can be generated. Therefore, it becomes possible to simultaneously detect the relative displacement between the two members that relatively move in the two-dimensional direction with a single encoder. Therefore, it is not necessary to provide a linear encoder for each direction, and a highly accurate and high resolution XY encoder can be realized in a small size. Furthermore, since it is a reflective type, it is easy to handle. Further, as shown in FIG. 1 (A), the main lattice 12 is
Since the island-shaped pattern is arranged in the two-dimensional direction and the sub-lattice 22 is a stripe pattern independently arranged in the X-direction and the Y-direction as shown in FIG. 1B, The sub-lattice can be easily formed, and a detection signal having a relatively high level can be generated. Further, a light receiving element similar to the conventional one can be used, and the configuration for generating the detection signal is also simple. Further, as shown in FIG. 1 (B), openings 24 are formed in the central portion of the index scale 20 at positions substantially equidistant from the sub-lattice in each direction, and are arranged in the vicinity of the openings 24. Since the illumination light to the main grating is made to pass from the point light source that radiates the diffused light uniformly in all directions, it is possible to obtain the uniform illumination light with a small configuration, and it is possible to perform highly accurate measurement. . Further, when the pitches of the main lattice 12 and the sub-lattice 22 are the same pitch in the X direction and the Y direction, respectively, as shown in FIGS. 1A and 1B, in the X direction and the Y direction, respectively. The resolution can be the same. If it is desired to detect with different resolution depending on the direction, it is possible to change the pitch depending on the direction. Further, the pitches of the main grating 12 and the sub grating 22 can be set to different values according to the type of the object (image) to be detected. Further, when the point light source is a secondary point light source generated by focusing the illumination light from a separate light source to the main grating to generate the secondary light source, the light source can be arranged easily.

【実施例】【Example】

以下、図面を参照して、光学式スケールに適用した本
発明の実施例を詳細に説明する。 本実施例において、照明系は、収納容器32内に格納さ
れたレーザダイオード(LD)チツプ34を含む拡散光源30
で構成されている。この拡散光源30は、1次点光源とし
ての前記LDチツプ34と、該LDチツプ34からの発散光を集
束して2次点光源41を生成するコンデンサレンズとして
の、円柱状の分布屈折率型レンズ40(例えば日本板硝子
(株)の商標名セルホツクレンズ)とを含んで構成さ
れ、前記2次点光源41がインデツクススケール20の副格
子形成面(クローム蒸着面)21上に集束するようにされ
ている。 メインスケール10は、第2図のA−A線に沿う断面を
拡大して第1図(A)に示した如く、例えばガラス製の
プレートで構成され、その前記拡散光源30と反対側の面
14にクロームを蒸着し、その後、例えばエツチングによ
つて島状に残すことによつて、反射部12Aと透明部12Bか
らなる主格子12が形成されている。ここで、主格子12を
拡散光源30と反射側の面14に形成しているのは、メイン
スケール10の厚みの分だけ、検出器を小型化するためで
ある。 前記主格子12の大きさは、例えばX方向、Y方向のい
ずれに関しても、透明部12Bと反射部12Aの長さが等し
く、且つ、同一ピツチP=8μmとなるように形成され
ている。このように、X方向とY方向で同一ピツチとし
て、正方形の島を形成した場合には、X方向とY方向で
同一の分解能を得ることができる。なお、前記島を長方
形とし、これに合わせて副格子のピツチも変えた場合に
は、X方向とY方向で異なる分解能とすることができ
る。 前記インデツクススケール20の副格子形成面(クロー
ム蒸着面)21には、第2図のB−B線に沿う断面を拡大
して第1図(B)に示した如く、前記主格子12と対応す
る副格子22が、X方向に4個(22Ax、22Bx、22x、22
x)、Y方向に4個(22Ay、22By、22y、22y)
の合計8個形成されている。 前記副格子22Ax、22Bx、22x、22xは、いずれ
も、X方向の変位成分を検出するように、Y方向に長い
縞状パターンとされ、同一ピツチで位相がそれぞれ0
゜、+90゜、+180゜、−90゜に対応する4区画に区分
されて配置されている。又、前記副格子22Ay、22By、22
y、22yは、いずれも、Y方向の変位成分を検出す
るべく、X方向に長い縞状パターンとされ、同一ピツチ
で位相がそれぞれ0゜、+90゜、+180゜、−90゜に対
応する4区画に区分されて配置されている。 該副格子22Ax、22Bx、22x、22x、22Ay、22By、
22y、22yの中央には、前記2次点光源41が集束さ
れて通過する前記開口24が形成されている。該開口24の
中に、前記分布屈折率型レンズ40によつて、前記LDチツ
プ34の発散光が集束され、2次点光源41が形成されてい
る。 各副格子22Ax、22Bx、22x、22x、22Ay、22By、
22y、22yの裏側には、前記主格子12の反射部12A
で反射されて、対応する副格子のいずれかを通過してき
た前記拡散光源30からの光をそれぞれ光電変換する8個
の受光素子46Ax、46Bx、46x、46x、46Ay、46By、
46y、46yが設けられている。これらの受光素子46
Ax、46Bx、46x、46x、46Ay、46By、46y、46
yは、受光基板48上に設けられ、これらは第1図(B)
に破線で示すような位置関係にある。前記受光基板48の
中央には、前記分布屈折率型レンズ40も挿入されてい
る。 前記受光素子46Ax、46Bx、46x、46x、46Ay、46
By、46y、46yの出力からX方向及びY方向に、そ
れぞれ位相差が90゜異なる2相の検出信号を形成する信
号生成回路50は、第3図に示す如く、前記受光素子46Ax
の出力信号Axを増幅するための、可変抵抗器VR1によつ
とて増幅率が可変とされた演算増幅器(オペアンプ)OP
1と、前記受光素子46xの出力信号xを増幅するた
めの、可変抵抗器VR2によつて増幅率が可変とされたオ
ペアンプOP2と、該オペアンプOP2とOP1の出力の差動信
号(x−Ax)をX方向の第1相(Ax相とする)信号と
して出力するオペアンプOP3と、前記受光素子46Bxの出
力信号Bxを増幅するための、可変抵抗器VR3によつて増
幅率が可変とされたオペアンプOP4と、前記受光素子46
xの出力信号xを増幅するための、可変抵抗器VR4
によつて増幅率が可変とされたオペアンプOP5と、該オ
ペアンプOP5とOP4の出力の差動信号(−Bx)を、前記
Ax相信号と位相が90゜異なるX方向の第2相(Bx相とす
る)として出力するオペアンプOP6と、前記受光素子46A
yの出力信号Ayを増幅するための、可変抵抗器VR5によつ
て増幅率が可変とされたオペアンプOP7と、前記受光素
子46yの出力信号yを増幅するための、可変抵抗器
VR6によつて増幅率が可変とされたオペアンプOP8と、該
オペアンプOP8とOP7の出力の差動信号(y−Ay)をY
方向の第1相(Ay相とする)信号として出力するオペア
ンプOP9と、前記受光素子46Byの出力信号Byを増幅する
ための、可変抵抗器VR7によつて増幅率が可変とされた
オペアンプOP10と、前記受光素子46yの出力信号y
を増幅するための、可変抵抗器VR8によつて増幅率が可
変とされたオペアンプOP11と、該オペアンプOP11とOP10
の出力の差動信号(y−By)を、前記Ay相信号と位相
が90゜異なるY方向の第2相(By相とする)信号として
出力するオペアンプOP12とから構成されている。 以下、実施例の作用を説明する。 まず、インデツクススケール20がメインスケール10に
対してX方向のみ、又はY方向のみに移動する場合を考
える。例えばY方向には相対変位せず、X方向のみに相
対変位した場合には、Ax相信号及びBx相信号のみが変化
し、Ay相信号及びBy相信号は変化しない。従つて、位相
が互いに90゜異なる2相の検出信号(Ax相信号及びBx相
信号)を用いて、従来と同様に、例えば位相分割等を行
つて、X方向の変位量を高精度に検出することができ
る。 逆に、X方向には相対変位せず、Y方向にのみ相対変
位した場合には、Ax相信号及びBx相信号は変化せず、Ay
相信号及びBy相信号のみが変化する。従つて、位相が互
いに90゜異なる2相の検出信号(Ay相信号及びBy相信
号)を用いて、従来と同様に、例えば位相分割等を行つ
て、Y方向の変位量を高精度に検出することができる。 なお、従来例と異なり、メインスケール10に形成され
た主格子12が島状パターンとなつているため、従来の縞
状パターンの場合に比べて光の反射が1/2になり、受光
素子で得られる信号も、従来のリニヤエンコーダの場合
に比べて約1/2となつているが、オペアンプの増幅率を
高める等によつて、容易に対処可能である。 又、X方向及びY方向のいずれにも相対変位した場合
には、前記Ax相信号、Bx相信号、Ay相信号、By相信号が
全て変化する。この際、相対変位のX方向成分に対応す
る信号がAx相信号及びBx相信号に現われ、又、Y方向変
位に対応する成分がAy相信号及びBy相信号に現われるの
で、これらの信号からX方向変位量及びY方向変位量を
それぞれ独立して検出することができる。 本実施例においては、コンデンサレンズとしての分布
屈折率型レンズ40を用いて2次点光源41を形成し、半導
体レーザダイオード等の回折現象を応用して各方向の変
位を検出しているので、ほぼ理想的な小型の点状光源が
得られ、取付許容値も大きい。なお、各方向の変位を検
出する原理や、点状光源を形成する方法はこれに限定さ
れず、レーザダイオードを直接点状光源としたり、レー
ザダイオード以外のタングステンランプや発光ダイオー
ドを用いることもできる。 又、副格子の数も8個に限定されず、位相分割等を行
う必要がない時には、例えば各方向2個の計4個とする
ことができる。 更に、本実施例においては、2次点光源41を、副格子
形成面21上の小さな丸い開口24に集束して形成している
ので、余分な散乱光が主格子12に照射されることがな
く、S/N比の良い検出信号を得ることができる。なお、
照明光線を通すための開口24の形状や大きさは、これに
限定されない。 又、本実施例においては、副格子の直後に対応する受
光素子を配置しているので、構成が簡略であり、小型で
ある。なお、受光素子の配設位置はこれに限定されず、
例えば光フアイバ等を用いることによつて、対応する副
格子から離れた位置に配設することもできる。 更に、本実施例においては、メインスケール10をガラ
ス製とし、主格子12をその外側面に形成しているので、
メインスケール10の厚さ分だけ、更に検出器を小型化す
ることができる。なお、メインスケールの構成はこれに
限定されず、例えば金属反射型のスケールとすることも
できる。
Hereinafter, embodiments of the present invention applied to an optical scale will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, the illumination system includes a diffused light source 30 including a laser diode (LD) chip 34 stored in a storage container 32.
It is composed of The diffused light source 30 is a cylindrical distributed refractive index type LD chip 34 as a primary point light source and a condenser lens for converging divergent light from the LD chip 34 to generate a secondary point light source 41. A lens 40 (for example, Selfoc lens, trade name of Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) is included, and the secondary point light source 41 is focused on the sub-lattice forming surface (chrome vapor deposition surface) 21 of the index scale 20. Has been The main scale 10 is constituted by, for example, a glass plate as shown in FIG. 1 (A) by enlarging the cross section taken along the line AA in FIG. 2, and its surface opposite to the diffused light source 30.
By depositing chrome on 14 and then leaving it in an island shape by etching, for example, the main grating 12 composed of the reflecting portion 12A and the transparent portion 12B is formed. Here, the main grating 12 is formed on the diffused light source 30 and the reflection-side surface 14 in order to downsize the detector by the thickness of the main scale 10. The size of the main grating 12 is formed such that the transparent portion 12B and the reflecting portion 12A have the same length and the same pitch P = 8 μm in both the X direction and the Y direction. In this way, when a square island is formed with the same pitch in the X and Y directions, the same resolution can be obtained in the X and Y directions. When the island is rectangular and the pitch of the sub-lattice is changed accordingly, different resolutions can be obtained in the X direction and the Y direction. The sub-lattice forming surface (chrome vapor deposition surface) 21 of the index scale 20 has the main lattice 12 and the main lattice 12 as shown in FIG. 1 (B) by enlarging the cross section taken along the line BB in FIG. There are four corresponding sub-lattices 22 in the X direction (22Ax, 22Bx, 22x, 22
x), 4 in Y direction (22Ay, 22By, 22y, 22y)
8 in total are formed. Each of the sub-lattices 22Ax, 22Bx, 22x, 22x has a striped pattern elongated in the Y direction so as to detect a displacement component in the X direction, and the phases are 0 at the same pitch.
It is divided into four sections corresponding to °, +90 °, +180 °, and -90 °. Also, the sub-lattice 22Ay, 22By, 22
Both y and 22y are striped patterns that are long in the X direction in order to detect the displacement component in the Y direction, and the phases correspond to 0 °, + 90 °, + 180 °, and -90 ° respectively in the same pitch. It is arranged in sections. The sub-lattice 22Ax, 22Bx, 22x, 22x, 22Ay, 22By,
The opening 24 through which the secondary point light source 41 is focused and passes is formed in the center of 22y. In the opening 24, the divergent light of the LD chip 34 is focused by the distributed index lens 40, and a secondary point light source 41 is formed. Each sub-lattice 22Ax, 22Bx, 22x, 22x, 22Ay, 22By,
22y, on the back side of 22y, the reflecting portion 12A of the main grating 12 is provided.
Eight light receiving elements 46Ax, 46Bx, 46x, 46x, 46Ay, 46By, which photoelectrically convert the light from the diffused light source 30 that has been reflected by, and has passed through any of the corresponding sub-gratings,
46y and 46y are provided. These light receiving elements 46
Ax, 46Bx, 46x, 46x, 46Ay, 46By, 46y, 46
y is provided on the light receiving substrate 48, and these are shown in FIG. 1 (B).
The positional relationship is as indicated by the broken line. The distributed index lens 40 is also inserted in the center of the light receiving substrate 48. The light receiving elements 46Ax, 46Bx, 46x, 46x, 46Ay, 46
As shown in FIG. 3, the signal generating circuit 50 for forming two-phase detection signals having 90 ° different phase differences in the X direction and the Y direction from the outputs of By, 46y, and 46y is provided with the light receiving element 46Ax.
Operational amplifier (op-amp) OP whose amplification factor is variable by the variable resistor VR1 for amplifying the output signal Ax of
1, an operational amplifier OP2 whose amplification factor is variable by a variable resistor VR2 for amplifying the output signal x of the light receiving element 46x, and a differential signal (x-Ax) of the outputs of the operational amplifiers OP2 and OP1. ) Is output as a first phase (Ax phase) signal in the X direction, and the amplification factor is made variable by a variable resistor VR3 for amplifying the output signal Bx of the light receiving element 46Bx. Operational amplifier OP4 and the light receiving element 46
variable resistor VR4 for amplifying the output signal x of x
The operational amplifier OP5 whose amplification factor is variable, and the differential signal (−Bx) of the outputs of the operational amplifiers OP5 and OP4,
An operational amplifier OP6 which outputs as a second phase (referred to as Bx phase) in the X direction having a phase difference of 90 ° from the Ax phase signal, and the light receiving element 46A.
An operational amplifier OP7 whose amplification factor is variable by a variable resistor VR5 for amplifying the output signal Ay of y, and a variable resistor for amplifying the output signal y of the light receiving element 46y.
The operational amplifier OP8 whose amplification factor is variable by VR6 and the differential signal (y-Ay) output from the operational amplifiers OP8 and OP7 are set to Y.
An operational amplifier OP9 which outputs as a first phase (Ay phase) signal in the direction, and an operational amplifier OP10 whose amplification factor is variable by a variable resistor VR7 for amplifying the output signal By of the light receiving element 46By. , The output signal y of the light receiving element 46y
And an operational amplifier OP11 whose amplification factor is variable by a variable resistor VR8, and the operational amplifiers OP11 and OP10.
Of the operational amplifier OP12 which outputs the differential signal (y-By) as the second phase (By phase) signal in the Y direction having a phase difference of 90 ° from the Ay phase signal. The operation of the embodiment will be described below. First, consider a case where the index scale 20 moves only in the X direction or only in the Y direction with respect to the main scale 10. For example, when the relative displacement does not occur in the Y direction but the relative displacement only in the X direction, only the Ax phase signal and the Bx phase signal change, and the Ay phase signal and the By phase signal do not change. Therefore, using the two-phase detection signals (Ax phase signal and Bx phase signal) whose phases are different from each other by 90 °, for example, the phase division is performed in the same manner as in the past, and the displacement amount in the X direction is detected with high accuracy. can do. Conversely, when the relative displacement does not occur in the X direction but only in the Y direction, the Ax phase signal and the Bx phase signal do not change, and
Only the phase signal and the By phase signal change. Therefore, using the two-phase detection signals (Ay-phase signal and By-phase signal) whose phases are different from each other by 90 degrees, for example, phase division is performed in the same manner as in the past, and the displacement amount in the Y direction is detected with high accuracy. can do. Note that, unlike the conventional example, the main lattice 12 formed on the main scale 10 has an island-shaped pattern, so the light reflection is halved compared to the conventional striped pattern, and The obtained signal is about half that of the conventional linear encoder, but it can be easily dealt with by increasing the amplification factor of the operational amplifier. Further, when the relative displacement is made in both the X direction and the Y direction, the Ax phase signal, the Bx phase signal, the Ay phase signal, and the By phase signal all change. At this time, a signal corresponding to the X-direction component of the relative displacement appears in the Ax phase signal and the Bx phase signal, and a component corresponding to the Y direction displacement appears in the Ay phase signal and the By phase signal. The direction displacement amount and the Y direction displacement amount can be detected independently. In this embodiment, the secondary point light source 41 is formed by using the distributed index lens 40 as the condenser lens, and the displacement in each direction is detected by applying the diffraction phenomenon of the semiconductor laser diode or the like. An almost ideal small point light source can be obtained, and the mounting tolerance is large. The principle of detecting the displacement in each direction and the method of forming the point light source are not limited to this, and the laser diode can be directly used as the point light source, or a tungsten lamp or a light emitting diode other than the laser diode can be used. . Further, the number of sub-lattices is not limited to eight, and when it is not necessary to perform phase division or the like, the number of sub-lattices can be two in each direction, for example, four in total. Furthermore, in this embodiment, since the secondary point light source 41 is formed by focusing on the small round opening 24 on the sub-grid formation surface 21, extra scattered light may be radiated to the main grid 12. It is possible to obtain a detection signal with a good S / N ratio. In addition,
The shape and size of the opening 24 for passing the illumination light beam is not limited to this. Further, in this embodiment, since the corresponding light receiving element is arranged immediately after the sub-lattice, the structure is simple and the size is small. The position of the light receiving element is not limited to this,
For example, by using an optical fiber or the like, it can be arranged at a position apart from the corresponding sub-grating. Further, in this embodiment, since the main scale 10 is made of glass and the main lattice 12 is formed on the outer surface thereof,
The detector can be further miniaturized by the thickness of the main scale 10. The configuration of the main scale is not limited to this, and may be, for example, a metal reflection type scale.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(A)は、本発明の原理を説明するための、メイ
ンスケール上の主格子の形状及び配置の例を示す拡大断
面図、第1図(B)は、同じくインデツクススケール上
の副格子及び受光素子の配置例を示す拡大断面図、第2
図は、本発明が採用された反射式XYエンコーダの実施例
の構成を示す断面図、第3図は、前記実施例の信号生成
回路の構成を示すブロツク線図である。 10……メインスケール、12……主格子、 14……主格子形成面、 20……インデツクススケール、 21……副格子形成面、 22、22Ax、22Bx、22x、22x、22Ay、22By、22
y、22y……副格子、 24……開口、 30……拡散光源、 46Ax、46Bx、46x、46x、46Ay、46By、46y、46
y……受光素子、 50……信号生成回路。
FIG. 1 (A) is an enlarged cross-sectional view showing an example of the shape and arrangement of the main lattice on the main scale for explaining the principle of the present invention, and FIG. 1 (B) is also on the index scale. Second, an enlarged cross-sectional view showing an arrangement example of the sub-grating and the light receiving element,
FIG. 3 is a sectional view showing the construction of the embodiment of the reflection type XY encoder to which the present invention is applied, and FIG. 3 is a block diagram showing the construction of the signal generating circuit of the embodiment. 10 …… Main scale, 12 …… Main lattice, 14 …… Main lattice forming surface, 20 …… Index scale, 21 …… Sub lattice forming surface, 22, 22Ax, 22Bx, 22x, 22x, 22Ay, 22By, 22
y, 22y ... Sub lattice, 24 ... Aperture, 30 ... Diffuse light source, 46Ax, 46Bx, 46x, 46x, 46Ay, 46By, 46y, 46
y: light receiving element, 50: signal generation circuit.

フロントページの続き (72)発明者 岡 英樹 神奈川県川崎市高津区坂戸165番地 株 式会社ミツトヨ研究開発本部内 (56)参考文献 特開 昭63−24128(JP,A) 特開 昭58−100703(JP,A) 特開 昭60−67822(JP,A)Front page continuation (72) Hideki Oka Inventor Hideki Oka 165 Sakado, Takatsu-ku, Kawasaki City, Kanagawa Mitsutoyo R & D Headquarters (56) Reference JP-A-63-24128 (JP, A) JP-A-58-100703 (JP, A) JP-A-60-67822 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】2次元方向に相対移動する一方の部材に折
付けられる、該2次元方向に共に周期的な、方形の島状
パターンの主格子を形成した反射型のメインスケール
と、 他方の部材に取付けられる、中央部を空けて、該中央部
から略等距離の円周上の位置に、前記2次元の各方向に
それぞれ独立して配設されて、該各方向にそれぞれ周期
的な、縞状パターンの複数の副格子を形成した透過型の
インデツクススケールと、 該インデツクススケール中央部の、各方向の副格子から
それぞれ略等距離の場所に形成された開口と、 該開口の近傍に配置され、該開口から前記主格子に向け
て、ほぼ全方向に均一な拡散光を照射する点状光源とを
含み、 該点状光源から、前記開口を通過して前記メインスケー
ルの主格子に照射・反射され、前記インデツクススケー
ルの副格子の関与を受けた信号に基づいて、前記両部材
の相対変位のX方向及びY方向成分に対応する、少くと
も2つの周期的な検出出力を生成することを特徴とする
反射式XYエンコーダ。
1. A reflection-type main scale that is folded on one member that relatively moves in a two-dimensional direction and that forms a main grid of a rectangular island pattern that is periodic in the two-dimensional direction, and another. It is attached to a member, is provided independently of each other in each of the two-dimensional directions at positions on the circumference of the circle that are substantially equidistant from the center, and is periodic in each of the directions. , A transmission type index scale having a plurality of striped sub-lattices formed therein, an opening formed in the central portion of the index scale at positions substantially equidistant from the sub-lattices in each direction, and A point light source that is disposed in the vicinity and irradiates diffused light that is uniform in almost all directions from the opening toward the main grating, and passes from the point light source through the opening to the main scale of the main scale. The index is illuminated and reflected by the grid. A reflection characterized in that it produces at least two periodic detection outputs corresponding to the X-direction and Y-direction components of the relative displacement of the two members, based on the signals involved by the sub-lattice of the X-scale. Type XY encoder.
【請求項2】請求項1において、前記主格子及び副格子
のピツチが、それぞれ、X方向とY方向で同一ピツチと
されていることを特徴とする反射式XYエンコーダ。
2. The reflection type XY encoder according to claim 1, wherein the pitches of the main grating and the sub grating are the same pitch in the X direction and the Y direction, respectively.
【請求項3】請求項1において、前記点状光源が、別体
の光源から主格子への照射光を集束して、前記開口に生
成した2次点光源とされていることを特徴とする反射式
XYエンコーダ。
3. The point light source according to claim 1, wherein the point light source is a secondary point light source generated in the aperture by converging the irradiation light from a separate light source to the main grating. Reflective
XY encoder.
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