JP2575931B2 - 絶対位置エンコーダ - Google Patents
絶対位置エンコーダInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば旋盤，フライス盤等の工作機械や、
半導体製造装置の位置計測に利用することができる光学
式の絶対位置エンコーダに関する。
半導体製造装置の位置計測に利用することができる光学
式の絶対位置エンコーダに関する。
（従来の技術） 第７図は、従来の光学式の絶対位置エンコーダの光学
系の一例を示す斜視構造図であり、例えばLED（Light E
mitting Diode）やランプ等の発光素子11によって照射
された測定光Laを平行光Lbにするコリメータレンズ12を
有している。さらに、コリメータレンズ12を透過して来
た平行光Lbを透過させる部分（以下、透過部という）13
A及び透過させない部分（以下、非透過部という）13Bが
所定の長さ（以下、格子ピッチという）で繰返されてい
る格子トラックt1,t2,……,tnが表面にｎ本（ｎは整
数）平行に並設されている第１スケール13を備え、この
透過部13Aを透過して来た光（図示せず）を透過させる
透過窓14A1,14A2,……,14Anが第１スケール13の各格子
トラックt1,t2,……,tnに対応して設けられている第２
スケール14を有している。そして、第２スケール14の透
過窓14A1,14A2,……,14Anに対応して設けられ、各透過
窓14A1,14A2,……,14Anを透過して来た光Lc11,Lc2,…
…,Lcnの強度に応じた電気信号に変換する光電変換素子
15−1,15−2,……15−ｎを備えた構成となっている。
系の一例を示す斜視構造図であり、例えばLED（Light E
mitting Diode）やランプ等の発光素子11によって照射
された測定光Laを平行光Lbにするコリメータレンズ12を
有している。さらに、コリメータレンズ12を透過して来
た平行光Lbを透過させる部分（以下、透過部という）13
A及び透過させない部分（以下、非透過部という）13Bが
所定の長さ（以下、格子ピッチという）で繰返されてい
る格子トラックt1,t2,……,tnが表面にｎ本（ｎは整
数）平行に並設されている第１スケール13を備え、この
透過部13Aを透過して来た光（図示せず）を透過させる
透過窓14A1,14A2,……,14Anが第１スケール13の各格子
トラックt1,t2,……,tnに対応して設けられている第２
スケール14を有している。そして、第２スケール14の透
過窓14A1,14A2,……,14Anに対応して設けられ、各透過
窓14A1,14A2,……,14Anを透過して来た光Lc11,Lc2,…
…,Lcnの強度に応じた電気信号に変換する光電変換素子
15−1,15−2,……15−ｎを備えた構成となっている。
このような構成の光学式の絶対位置エンコーダの光学
系10に用いられる第１スケール13には、第８図に示すよ
うな隣り合った格子トラックt1,t2,及びt2,t3及び……t
n-1,tnの格子ピッチP1,P2,P3,……,Pn-1,Pnが互いに1:2
の関係になっている交番２進符号（グレイコード）が設
けられている。従って、この第１スケール13の各格子ト
ラックt1,t2,t3,……,tn-1,tnの透過部13A、及び第１ス
ケール13の各格子トラックt1,t2,t3,……,tn-1,tnに対
応した第２スケール14の各透過窓14A1,14A2,14A3,……,
14An-1,14Anを透過して、各透過窓14A1,14A2,14A3,…
…,14An-1,14Anに対応した各光電変換素子15−1,15−2,
15−3,……15−ｎ−1,15−ｎに入射する光Lc1,Lc2,Lc3,
……,Lcn-1,Lcnの強度が、第１スケール13の長手方向の
移動（図示矢印ｘ）に伴ってそれぞれ周期的に変化する
ので、この変化に応じて各光電変換素子15−1,15−2,15
−3,……,15−ｎ−1,15−ｎで変換される各電気信号も
それぞれ周期的に変化する。第９図は、横軸に第１スケ
ール13の長手方向の移動変位量mlを、縦軸に各光電変換
素子15−1,15−2,15−3,……,15−ｎ−1,15−ｎで変換
された電気信号S1,S2,S3,……,Sn-1,Snを示すもので、
各電気信号S1,S2,S3,……,Sn-1,Snがそれぞれ周期的に
変化していることがわかる。そして、これら電気信号
S1,S2,S3,……,Sn-1,Snは、第10図の光学式の絶対位置
エンコーダのブロック図に示すようにそれぞれコンパレ
ータ20によってデジタル化d1,d2,d3,……,dn-1,dnさ
れ、さらにデコーダ30によって交番２進符号から純２進
符号やBCD符号等の所望の形式の絶対位置データＤに変
換される。
系10に用いられる第１スケール13には、第８図に示すよ
うな隣り合った格子トラックt1,t2,及びt2,t3及び……t
n-1,tnの格子ピッチP1,P2,P3,……,Pn-1,Pnが互いに1:2
の関係になっている交番２進符号（グレイコード）が設
けられている。従って、この第１スケール13の各格子ト
ラックt1,t2,t3,……,tn-1,tnの透過部13A、及び第１ス
ケール13の各格子トラックt1,t2,t3,……,tn-1,tnに対
応した第２スケール14の各透過窓14A1,14A2,14A3,……,
14An-1,14Anを透過して、各透過窓14A1,14A2,14A3,…
…,14An-1,14Anに対応した各光電変換素子15−1,15−2,
15−3,……15−ｎ−1,15−ｎに入射する光Lc1,Lc2,Lc3,
……,Lcn-1,Lcnの強度が、第１スケール13の長手方向の
移動（図示矢印ｘ）に伴ってそれぞれ周期的に変化する
ので、この変化に応じて各光電変換素子15−1,15−2,15
−3,……,15−ｎ−1,15−ｎで変換される各電気信号も
それぞれ周期的に変化する。第９図は、横軸に第１スケ
ール13の長手方向の移動変位量mlを、縦軸に各光電変換
素子15−1,15−2,15−3,……,15−ｎ−1,15−ｎで変換
された電気信号S1,S2,S3,……,Sn-1,Snを示すもので、
各電気信号S1,S2,S3,……,Sn-1,Snがそれぞれ周期的に
変化していることがわかる。そして、これら電気信号
S1,S2,S3,……,Sn-1,Snは、第10図の光学式の絶対位置
エンコーダのブロック図に示すようにそれぞれコンパレ
ータ20によってデジタル化d1,d2,d3,……,dn-1,dnさ
れ、さらにデコーダ30によって交番２進符号から純２進
符号やBCD符号等の所望の形式の絶対位置データＤに変
換される。
（発明が解決しようとする課題） 位置計測に利用される光学式の絶対位置エンコーダ
は、その位置検出分解能を高めてより微小な変位量を検
出可能にすること、及び同時により長いストロークにわ
たってその絶対位置を検出可能にすることが求められて
いる。しかし、上述したような光学式の絶対位置エンコ
ーダにおいては、最小位置検出分解能は最小分割された
格子トラックtnにおける格子ピッチPnと同程度であり、
絶対位置検出ストローク長は最大分割された格子トラッ
クt1における格子ピッチP1と同程度であるので、位置検
出分解能を高め、かつ絶対位置検出ストローク長を長く
しようとすると、格子トラック数ｎが増加して光学式の
絶対位置エンコーダが大型化したり、その部品である光
電変換素子，コンパレータ等の数が増加してしまうとい
う欠点があった。
は、その位置検出分解能を高めてより微小な変位量を検
出可能にすること、及び同時により長いストロークにわ
たってその絶対位置を検出可能にすることが求められて
いる。しかし、上述したような光学式の絶対位置エンコ
ーダにおいては、最小位置検出分解能は最小分割された
格子トラックtnにおける格子ピッチPnと同程度であり、
絶対位置検出ストローク長は最大分割された格子トラッ
クt1における格子ピッチP1と同程度であるので、位置検
出分解能を高め、かつ絶対位置検出ストローク長を長く
しようとすると、格子トラック数ｎが増加して光学式の
絶対位置エンコーダが大型化したり、その部品である光
電変換素子，コンパレータ等の数が増加してしまうとい
う欠点があった。
本発明は上述のような事情からなされたものであり、
本発明の目的は、位置検出分解能が高く、かつ絶対位置
検出ストローク長が長い小型の光学式の絶対位置エンコ
ーダを提供することにある。
本発明の目的は、位置検出分解能が高く、かつ絶対位置
検出ストローク長が長い小型の光学式の絶対位置エンコ
ーダを提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、例えば旋盤，フライス盤等の工作機械や、
半導体製造装置の位置計測に利用される光学式の絶対位
置エンコーダに関するものであり、本発明の上記目的
は、可干渉性を有する平行光を発する光源と、第１の回
折格子トラック及び回折格子から成る格子窓が適宜配置
されている格子窓トラックを有する第１のスケールと、
第２の回折格子トラックを有し、前記第１のスケールに
対して相対移動する第２のスケールと、前記第１及び第
２の回折格子トラックを透過若しくは反射した光を受光
して第１の電気信号に変換する光電変換手段と、前記第
１の電気信号により前記第１及び第２のスケールの相対
変位を読取る第１の読取手段と、前記格子窓トラックを
透過若しくは反射した光を受光し、その光点位置を第２
の電気信号に変換する光点位置検出手段と、前記第２の
電気信号により前記第１のスケールの絶対位置を読取る
第２の読取手段と、読取った前記相対変位及び絶対位置
を合成して前記第１のスケールの位置データを求めて出
力する合成演算手段とを具備することによって達成され
る。
半導体製造装置の位置計測に利用される光学式の絶対位
置エンコーダに関するものであり、本発明の上記目的
は、可干渉性を有する平行光を発する光源と、第１の回
折格子トラック及び回折格子から成る格子窓が適宜配置
されている格子窓トラックを有する第１のスケールと、
第２の回折格子トラックを有し、前記第１のスケールに
対して相対移動する第２のスケールと、前記第１及び第
２の回折格子トラックを透過若しくは反射した光を受光
して第１の電気信号に変換する光電変換手段と、前記第
１の電気信号により前記第１及び第２のスケールの相対
変位を読取る第１の読取手段と、前記格子窓トラックを
透過若しくは反射した光を受光し、その光点位置を第２
の電気信号に変換する光点位置検出手段と、前記第２の
電気信号により前記第１のスケールの絶対位置を読取る
第２の読取手段と、読取った前記相対変位及び絶対位置
を合成して前記第１のスケールの位置データを求めて出
力する合成演算手段とを具備することによって達成され
る。
（作用） 本発明の光学式の絶対位置エンコーダは、格子窓の変
位により透過光もしくは反射光の位置が移動すること
と、格子窓を経た光の特徴により格子窓を特定できるこ
とを利用して広範囲な絶対位置データを求めると共に、
相対移動する２枚の格子を用いて高精度な位置データを
求め、これらのデータを組合わせることにより、長スト
ロークにわたって分解能の高い絶対位置データを正確に
得ることができる。
位により透過光もしくは反射光の位置が移動すること
と、格子窓を経た光の特徴により格子窓を特定できるこ
とを利用して広範囲な絶対位置データを求めると共に、
相対移動する２枚の格子を用いて高精度な位置データを
求め、これらのデータを組合わせることにより、長スト
ロークにわたって分解能の高い絶対位置データを正確に
得ることができる。
（実施例） 第１図は本発明の光学式の絶対位置エンコーダの光学
系の一例を示す斜視構造図であり、例えばLD（Laser Di
ode）等の発光素子301によって照射された可干渉性の測
定光LIを平行光LJにするコリメータメンズ302を備え、
このコリメータレンズ302で平行にされた平行光LJを部
分的に透過させて所定幅の光束LKにするスリット303を
有している。さらに、所定の格子定数からなる回折格子
トラックT1及び回折格子から成る格子窓ｔが一定間隔Ｗ
で配置されている格子窓トラックT2を有する長形状のメ
インスケール304を備え、このメインスケール304の格子
窓ｔで回折された複数の回折光をそれぞれ集光するシリ
ンドリカルレンズ307−２からの各回折光LL0,LL±1,…
…,LL±n,……の光点LP0,LP±1,……,LP±n,……の位置
を検出して電気信号に変換する、例えばイメージセンサ
等の光点位置検出素子306を有している。そして、回折
格子トラックT1に対して相対移動する回折格子トラック
を有するインデックススケール305を備え、これら２つ
の回折格子で回折された複数の回折光をシリンドリカル
レンズ307−１でそれぞれ集光し、遮へい板308により所
望の次数の回折光LM±のみを受光して電気信号に変換す
る光電変換素子309を備えた構成となっている。なお、
直線上に固定して配設されている発光子301,コリメータ
レンズ302,スリット303,シリンドリカルレンズ307−1,3
07−2,インデックススケール305,光点位置検出素子306,
光電変換素子309及び遮蔽板308はメインスケール304に
対して相対的に移動できればよいが、この例ではメイン
スケール304が長手方向（図示矢印Ｘ）に直線的に移動
するようになっている。そして、格子窓トラックT2の格
子窓ｔの各回折格子は、光の透過部，非透過部の比及び
格子線方向が同一であって、ピッチが格子窓毎に異なる
ようになっている。
系の一例を示す斜視構造図であり、例えばLD（Laser Di
ode）等の発光素子301によって照射された可干渉性の測
定光LIを平行光LJにするコリメータメンズ302を備え、
このコリメータレンズ302で平行にされた平行光LJを部
分的に透過させて所定幅の光束LKにするスリット303を
有している。さらに、所定の格子定数からなる回折格子
トラックT1及び回折格子から成る格子窓ｔが一定間隔Ｗ
で配置されている格子窓トラックT2を有する長形状のメ
インスケール304を備え、このメインスケール304の格子
窓ｔで回折された複数の回折光をそれぞれ集光するシリ
ンドリカルレンズ307−２からの各回折光LL0,LL±1,…
…,LL±n,……の光点LP0,LP±1,……,LP±n,……の位置
を検出して電気信号に変換する、例えばイメージセンサ
等の光点位置検出素子306を有している。そして、回折
格子トラックT1に対して相対移動する回折格子トラック
を有するインデックススケール305を備え、これら２つ
の回折格子で回折された複数の回折光をシリンドリカル
レンズ307−１でそれぞれ集光し、遮へい板308により所
望の次数の回折光LM±のみを受光して電気信号に変換す
る光電変換素子309を備えた構成となっている。なお、
直線上に固定して配設されている発光子301,コリメータ
レンズ302,スリット303,シリンドリカルレンズ307−1,3
07−2,インデックススケール305,光点位置検出素子306,
光電変換素子309及び遮蔽板308はメインスケール304に
対して相対的に移動できればよいが、この例ではメイン
スケール304が長手方向（図示矢印Ｘ）に直線的に移動
するようになっている。そして、格子窓トラックT2の格
子窓ｔの各回折格子は、光の透過部，非透過部の比及び
格子線方向が同一であって、ピッチが格子窓毎に異なる
ようになっている。
このような構成の光学式の絶対位置エンコーダの光学
系300において、シリンドリカルレンズ307−２からの各
回折光LL0,LL±1,……LL±ｎ……のうち０次回折光LL0
と正負のｎ次回折光LL±ｎとがなす角（以下、回折角と
いう）±θｎは、メインスケール304の格子窓ｔの回折
格子のピッチPPとスリット303からの光束LKの波長λと
により次式（１）で表わされる。
系300において、シリンドリカルレンズ307−２からの各
回折光LL0,LL±1,……LL±ｎ……のうち０次回折光LL0
と正負のｎ次回折光LL±ｎとがなす角（以下、回折角と
いう）±θｎは、メインスケール304の格子窓ｔの回折
格子のピッチPPとスリット303からの光束LKの波長λと
により次式（１）で表わされる。
±θｎ＝±sin-1（ｎλ/PP） ……（１） そして、正負のｎ次回折光の光点位置検出素子306上
の光点LP+n,LP-nは、メインスケール304と光点位置検出
素子306との距離をSSとすると次式（２）で表わされる
距離ddnを隔てて位置する。
の光点LP+n,LP-nは、メインスケール304と光点位置検出
素子306との距離をSSとすると次式（２）で表わされる
距離ddnを隔てて位置する。
ddn＝2SStan（sin-1（ｎλ/PP）） ……（２） 例えば第２図に示すように、メインスケール304が同
図示左方に移動してスリット303からの光束LKの照射範
囲がａ→ｂと変化した場合、光点位置検出素子306上の
０次回折光の光点LP1TO,LP2TO,LP3TOと１次回折光の光
点LP1T±1,LP2T±1,LP3T±１は同図示のようになり、各
１次回折光の光点間距離dd1T,dd2T,dd3Tは次式（３），
（４），（５）で表わされる。
図示左方に移動してスリット303からの光束LKの照射範
囲がａ→ｂと変化した場合、光点位置検出素子306上の
０次回折光の光点LP1TO,LP2TO,LP3TOと１次回折光の光
点LP1T±1,LP2T±1,LP3T±１は同図示のようになり、各
１次回折光の光点間距離dd1T,dd2T,dd3Tは次式（３），
（４），（５）で表わされる。
dd1T＝2SStan（sin-1（λ/PP1T）） ……（３） dd2T＝2SStan（sin-1（λ/PP2T）） ……（４） dd3T＝2SStan（sin-1（λ/PP3T）） ……（５） 従って、光点位置検出素子306上の正負の１次回折光
の光点LPnT±１の位置からそれらの光点間距離ddnTを求
め、この光点間距離ddnTから回折格子のピッチPPnTを求
めてメインスケール304上の格子窓tnTを特定し、また光
点位置検出素子306上の０次回折光の光点LPnT0の位置か
ら格子窓の間隔Ｗ内の絶対位置を求めることで、メイン
スケール304上の絶対位置データPOSnを求めることがで
きる。
の光点LPnT±１の位置からそれらの光点間距離ddnTを求
め、この光点間距離ddnTから回折格子のピッチPPnTを求
めてメインスケール304上の格子窓tnTを特定し、また光
点位置検出素子306上の０次回折光の光点LPnT0の位置か
ら格子窓の間隔Ｗ内の絶対位置を求めることで、メイン
スケール304上の絶対位置データPOSnを求めることがで
きる。
又、メインスケール304の回折格子トラックT1を透過
した光は、このトラックT1上の回折格子の格子定数に対
応した格子定数を持つインデックススケール305の回折
格子を透過し、シリンドリカルレンズ307−１を経て光
電変換素子309に入射して電気信号に変換される。ここ
で、メインスケール304が変位するとメインスケール304
上の回折格子とインデックススケール305上の回折格子
の相対位置が変わり、２枚のスケール304,305を透過す
る光量が変化して、それに比例した電気信号Xaが光電変
換素子309より得られる。この電気信号Xaを用いてメイ
ンスケール304のインデックススケール305に対する相対
変位を高精度に測定することができる。このときの相対
変位データPOS1は、上述の絶対位置データPOSnに対して
測定範囲は小さいが、非常に高精度な測定値となる。
した光は、このトラックT1上の回折格子の格子定数に対
応した格子定数を持つインデックススケール305の回折
格子を透過し、シリンドリカルレンズ307−１を経て光
電変換素子309に入射して電気信号に変換される。ここ
で、メインスケール304が変位するとメインスケール304
上の回折格子とインデックススケール305上の回折格子
の相対位置が変わり、２枚のスケール304,305を透過す
る光量が変化して、それに比例した電気信号Xaが光電変
換素子309より得られる。この電気信号Xaを用いてメイ
ンスケール304のインデックススケール305に対する相対
変位を高精度に測定することができる。このときの相対
変位データPOS1は、上述の絶対位置データPOSnに対して
測定範囲は小さいが、非常に高精度な測定値となる。
第３図は本発明の光学式の絶対位置エンコーダの一例
を示すブロック図であり、上述した光学系300と、内挿
演算部から成る第１読取装置311と、第１変換部320,第
２変換部330及び演算部340で成る第２読取装置310とで
構成されている。
を示すブロック図であり、上述した光学系300と、内挿
演算部から成る第１読取装置311と、第１変換部320,第
２変換部330及び演算部340で成る第２読取装置310とで
構成されている。
第１読取装置311は、メインスケール304とインデック
ススケール305との相対変位に応じた電気信号Xa,Xbを光
電変換素子309より受け（Xa,Xbは所定の位相差を有する
２相信号）、このXa,Xbを用いて演算処理により相対変
位データPOS1を求めて出力する。尚、この相対変位デー
タPOS1の絶対位置検出範囲はXa,Xbの信号周期分であ
る。
ススケール305との相対変位に応じた電気信号Xa,Xbを光
電変換素子309より受け（Xa,Xbは所定の位相差を有する
２相信号）、このXa,Xbを用いて演算処理により相対変
位データPOS1を求めて出力する。尚、この相対変位デー
タPOS1の絶対位置検出範囲はXa,Xbの信号周期分であ
る。
回折判定部322は、光点位置検出素子306上の例えば１
次回折光の光点LPnT±１の位置を表わす第４図に示すよ
うな座標値（xnT+1,ynT+1），（xnT-1,ynT-1）を入力
し、次式（６）により光点間距離ddnTを求めて前式
（２）により回折格子のピッチPPnTを求める。
次回折光の光点LPnT±１の位置を表わす第４図に示すよ
うな座標値（xnT+1,ynT+1），（xnT-1,ynT-1）を入力
し、次式（６）により光点間距離ddnTを求めて前式
（２）により回折格子のピッチPPnTを求める。
記憶部321にはスケール304上の各格子窓t1T,t2T,…,t
nT,…の位置データPOSH1,POSH2,…,POSHn,…と回折格子
のピッチPP1T,PP2T,…,PPnT,…とが対応付けられて記憶
されており、照合部323は回折判定部322からの回折格子
のピッチPPnTに対応する格子窓tnTの位置データPOSHnの
記憶部321から読出して演算部340に送出する。
nT,…の位置データPOSH1,POSH2,…,POSHn,…と回折格子
のピッチPP1T,PP2T,…,PPnT,…とが対応付けられて記憶
されており、照合部323は回折判定部322からの回折格子
のピッチPPnTに対応する格子窓tnTの位置データPOSHnの
記憶部321から読出して演算部340に送出する。
一方、第２変換部330は、光点位置検出素子306上の０
次回折光の光点LPnTOの位置を表わす第４図に示すよう
な座標値（xnTO,ynTO）を入力し、スケール304上の格子
窓tnTの間隙Ｗ内の絶対位置POSLnを求めて演算部340に
送出する。なお、０次回折光の光点LPnTOの座標値（x
nTO,ynTO）の代りに、１次回折光の光点LPnT±１の中間
点の座標値（（xnT+1−xnT-1）/2,（ynT+1−ynT-1）/
2）を用いて上記絶対位置POSLnを求めることも可能であ
る。
次回折光の光点LPnTOの位置を表わす第４図に示すよう
な座標値（xnTO,ynTO）を入力し、スケール304上の格子
窓tnTの間隙Ｗ内の絶対位置POSLnを求めて演算部340に
送出する。なお、０次回折光の光点LPnTOの座標値（x
nTO,ynTO）の代りに、１次回折光の光点LPnT±１の中間
点の座標値（（xnT+1−xnT-1）/2,（ynT+1−ynT-1）/
2）を用いて上記絶対位置POSLnを求めることも可能であ
る。
上述した位置データPOSHn及びPOSLnはメインスケール
304の変位に対して第５図に示すように変化するので、
演算部340は位置データPOSHnとPOSLnを加算してメイン
スケール304上の絶対位置データPOSnを求めて出力す
る。しかし、この絶対位置データは例えば第５図示POSn
をＡの範囲で拡大した第６図に示すように0.1〜0.01μ
ｍレベルでの位置検出に対しては精度が悪い。そこで、
このPOSnを所定周期Ｐを最小単位とする上位データP
OSn1と、Ｐを絶対位置範囲とする下位データPOSn2とに
分別する。ここで、この周期Ｐは内挿演算部からなる第
１読取装置311で求めた相対変位データPOS1の周期であ
る。更に、上述の下位テータPOSn2の代りに相対変位デ
ータPOS1を用いてPOSn1と合成することにより、高精度
かつ測定範囲の広い位置データPOSDが得られる。ここ
で、POS1とPOSn1とを誤りなく合成する為には、POSn2を
用いて桁合せ判定を行なえばよい。
304の変位に対して第５図に示すように変化するので、
演算部340は位置データPOSHnとPOSLnを加算してメイン
スケール304上の絶対位置データPOSnを求めて出力す
る。しかし、この絶対位置データは例えば第５図示POSn
をＡの範囲で拡大した第６図に示すように0.1〜0.01μ
ｍレベルでの位置検出に対しては精度が悪い。そこで、
このPOSnを所定周期Ｐを最小単位とする上位データP
OSn1と、Ｐを絶対位置範囲とする下位データPOSn2とに
分別する。ここで、この周期Ｐは内挿演算部からなる第
１読取装置311で求めた相対変位データPOS1の周期であ
る。更に、上述の下位テータPOSn2の代りに相対変位デ
ータPOS1を用いてPOSn1と合成することにより、高精度
かつ測定範囲の広い位置データPOSDが得られる。ここ
で、POS1とPOSn1とを誤りなく合成する為には、POSn2を
用いて桁合せ判定を行なえばよい。
なお、上述の実施例においてはメインスケール304上
の格子窓トラックT2の格子窓ｔの回折格子のピッチが格
子窓毎に異なる場合を示したが、透過部及び非透過部の
比が格子窓毎に異なるスケールや、格子線方向が格子窓
毎に異なるスケールを用いてもスケール上の絶対位置デ
ータを得ることができる。すなわち、透過部及び非透過
部の比を変えた場合は、異なる次数の回折光の強度比が
透過部及び非透過部の比により変化することを利用する
ものであり、この原理に基づく判定基準を回折判定部32
2が持つことで格子窓を特定することができる。また、
格子線方向を変えた場合は、同次数の正負の回折光の光
点位置が格子線方向により移動（回転）することを利用
するものであり、この原理に基づく判定基準を回折判定
部322が持つことで格子窓を特定することができる。さ
らに、２つ以上の格子窓を含み、これらの格子窓での回
折の仕方が固有の組合せになっている格子窓群を特定す
るようにすれば、メインスケール304をより長尺化する
ことができる。
の格子窓トラックT2の格子窓ｔの回折格子のピッチが格
子窓毎に異なる場合を示したが、透過部及び非透過部の
比が格子窓毎に異なるスケールや、格子線方向が格子窓
毎に異なるスケールを用いてもスケール上の絶対位置デ
ータを得ることができる。すなわち、透過部及び非透過
部の比を変えた場合は、異なる次数の回折光の強度比が
透過部及び非透過部の比により変化することを利用する
ものであり、この原理に基づく判定基準を回折判定部32
2が持つことで格子窓を特定することができる。また、
格子線方向を変えた場合は、同次数の正負の回折光の光
点位置が格子線方向により移動（回転）することを利用
するものであり、この原理に基づく判定基準を回折判定
部322が持つことで格子窓を特定することができる。さ
らに、２つ以上の格子窓を含み、これらの格子窓での回
折の仕方が固有の組合せになっている格子窓群を特定す
るようにすれば、メインスケール304をより長尺化する
ことができる。
また、例えば第２図示ｂのように光束LKの照射範囲内
に２組の格子窓が含まれる場合には、第２読取装置310
において各格子窓毎にスケール304上の絶対位置データ
を求めて平均化するようにしてもよい。この平均化処理
を行なう際、各絶対位置データに重み付けを行なえば格
子窓の間隙Ｗを周期とする誤差成分を低減することがで
きる。
に２組の格子窓が含まれる場合には、第２読取装置310
において各格子窓毎にスケール304上の絶対位置データ
を求めて平均化するようにしてもよい。この平均化処理
を行なう際、各絶対位置データに重み付けを行なえば格
子窓の間隙Ｗを周期とする誤差成分を低減することがで
きる。
さらに、発光素子から照射された可干渉光をスケール
に透過させて回折光を得ているが、透過光と反射光とは
性質上差がないので反射型の構成をとることも可能であ
る。
に透過させて回折光を得ているが、透過光と反射光とは
性質上差がないので反射型の構成をとることも可能であ
る。
また、メインスケール304を円板状にして、その表面
に回折格子トラックT1と格子窓トラックT2とを円環状に
設け、スケール中心を回転軸にして回転させれば、角度
の検出をアブソリュートで行なうことも可能である。
に回折格子トラックT1と格子窓トラックT2とを円環状に
設け、スケール中心を回転軸にして回転させれば、角度
の検出をアブソリュートで行なうことも可能である。
（発明の効果） 以上のように本発明の光学式の絶対位置エンコーダに
よれば、従来複数本の格子トラックが必要であった長ス
トロークの絶対位置検出が直線状に配設された格子窓と
１つの格子トラックで可能となるので、部品が小さくな
って光学式の絶対位置エンコーダを小型化することがで
きると共に、光学式の絶対位置エンコーダの製造コスト
ダウンや製品コストダウンを図ることができる。
よれば、従来複数本の格子トラックが必要であった長ス
トロークの絶対位置検出が直線状に配設された格子窓と
１つの格子トラックで可能となるので、部品が小さくな
って光学式の絶対位置エンコーダを小型化することがで
きると共に、光学式の絶対位置エンコーダの製造コスト
ダウンや製品コストダウンを図ることができる。
第１図は本発明の光学式の絶対位置エンコーダの光学系
の一例を示す斜視構造図、第２図はその光学スケールに
含まれる格子窓トラックの一例を示す図、第３図はその
読取装置の一例を示すブロック図、第４図，第５図及び
第６図はそれぞれ本発明の光学式の絶対位置エンコーダ
による読取を説明する図、第７図は従来の光学式の絶対
位置エンコーダの光学系の一例を示す斜視構造図、第８
図はその格子トラックの一例を示す図、第９図はその電
気信号の一例を示す図、第10図はその読取装置の一例を
示す図である。 10,300……光学式の絶対位置エンコーダの光学系、11,3
01……発光素子、12,302……コリメータレンズ、13,14,
304,305……スケール、303……スリット、307−1,307−
２……シリンドリカルレンズ、308……遮へい板、15,30
9……光電変換素子、20……コンパレータ、30……デコ
ーダ、306……光点位置検出素子、310……第２読取装
置、311……第１読取装置、320……第１変換部、321…
…記憶部、322…回折判定部、323……照合部、330……
第２変換部、340……演算部、341……合成演算部。
の一例を示す斜視構造図、第２図はその光学スケールに
含まれる格子窓トラックの一例を示す図、第３図はその
読取装置の一例を示すブロック図、第４図，第５図及び
第６図はそれぞれ本発明の光学式の絶対位置エンコーダ
による読取を説明する図、第７図は従来の光学式の絶対
位置エンコーダの光学系の一例を示す斜視構造図、第８
図はその格子トラックの一例を示す図、第９図はその電
気信号の一例を示す図、第10図はその読取装置の一例を
示す図である。 10,300……光学式の絶対位置エンコーダの光学系、11,3
01……発光素子、12,302……コリメータレンズ、13,14,
304,305……スケール、303……スリット、307−1,307−
２……シリンドリカルレンズ、308……遮へい板、15,30
9……光電変換素子、20……コンパレータ、30……デコ
ーダ、306……光点位置検出素子、310……第２読取装
置、311……第１読取装置、320……第１変換部、321…
…記憶部、322…回折判定部、323……照合部、330……
第２変換部、340……演算部、341……合成演算部。
Claims (3)
- 【請求項１】可干渉性を有する平行光を発する光源と、
第１の回折格子トラック及び回折格子から成る格子窓が
適宜配置されている格子窓トラックを有する第１のスケ
ールと、第２の回折格子トラックを有し、前記第１のス
ケールに対して相対移動する第２のスケールと、前記第
１及び第２の回折格子トラックを透過若しくは反射した
光を受光して第１の電気信号に変換する光電変換手段
と、前記第１の電気信号により前記第１及び第２のスケ
ールの相対変位を読取る第１の読取手段と、前記格子窓
トラックを透過若しくは反射した光を受光し、その光点
位置を第２の電気信号に変換する光点位置検出手段と、
前記第２の電気信号により前記第１のスケールの絶対位
置を読取る第２の読取手段と、読取った前記相対変位及
び絶対位置を合成して前記第１のスケールの位置データ
を求めて出力する合成演算手段とを備えて成ることを特
徴とする絶対位置エンコーダ。 - 【請求項２】前記格子窓を構成する回折格子が格子窓毎
に光を固有の角度，方向又は強度で回折するように設け
られている請求項１に記載の絶対位置エンコーダ。 - 【請求項３】前記光源からの平行光の光束内に、前記第
１の回折格子トラック及び前記格子窓を１つ以上含むよ
うにした請求項１に記載の絶対位置エンコーダ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19011990A JP2575931B2 (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 絶対位置エンコーダ |
| US08/023,861 US5260568A (en) | 1990-07-18 | 1993-02-25 | Absolute position detector with diffraction grating windows and spot position detection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19011990A JP2575931B2 (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 絶対位置エンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0476419A JPH0476419A (ja) | 1992-03-11 |
| JP2575931B2 true JP2575931B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=16252706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19011990A Expired - Lifetime JP2575931B2 (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 絶対位置エンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2575931B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9933284B2 (en) * | 2015-08-26 | 2018-04-03 | Novanta Corporation | Multi-track absolute encoder |
-
1990
- 1990-07-18 JP JP19011990A patent/JP2575931B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0476419A (ja) | 1992-03-11 |
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