JP3017516B2 - Optical encoder and index mask - Google Patents

Optical encoder and index mask

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JP3017516B2
JP3017516B2 JP2211319A JP21131990A JP3017516B2 JP 3017516 B2 JP3017516 B2 JP 3017516B2 JP 2211319 A JP2211319 A JP 2211319A JP 21131990 A JP21131990 A JP 21131990A JP 3017516 B2 JP3017516 B2 JP 3017516B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は光学的エンコーダおよびインデックスマスク
に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical encoder and an index mask.

[従来の技術] 移動体の変位量や回転量を検出する光学的エンコーダ
ではスケールが移動体と一体化されて変位もしくは回転
し、スケールに形成された格子パターンの変位や回転が
光学的に検知される。
[Prior art] In an optical encoder that detects a displacement amount and a rotation amount of a moving body, a scale is integrated with the moving body to be displaced or rotated, and the displacement or rotation of a grid pattern formed on the scale is optically detected. Is done.

このような光学的エンコーダでは、スケールに形成さ
れた格子パターンの格子ピッチが細かい程変位量や回転
量の細かい検出が可能である。
In such an optical encoder, the smaller the grating pitch of the grating pattern formed on the scale, the finer the amount of displacement and rotation can be detected.

光学的に検出できる格子ピッチの細かさは従来数10μ
m程度が限度とされていたが、近来、極めて細かいピッ
チの格子パターンに光を照射して影絵パターンを発生さ
せ、影絵パターンの移動を検出することにより格子パタ
ーン自体の変位量や回転量を検出する方法が提案され、
格子ピッチとして0.1μm程度までが許容されるように
なった。
Conventionally, the fineness of the grating pitch that can be detected optically is several tens of microns
m has been the limit, but recently, a grid pattern with an extremely fine pitch is irradiated with light to generate a shadow pattern, and the displacement and rotation of the grid pattern itself are detected by detecting the movement of the shadow pattern. How to do it,
A grating pitch of up to about 0.1 μm has been allowed.

即ち線状の光源からのコヒーレント光や、極めて微細
なスリットや楕円状・円状の微細な開口部を有するアパ
ーチュアを介して取り出されたインコヒーレント光を所
定の条件下でピッチの細かい格子パターンに照射すると
格子パターンによる透過光もしくは反射光により、格子
パターンを影絵的に拡大した影絵パターンが得られるの
で、この影絵パターンの変位や回転を検出することで格
子パターン自体の変位量や回転量を測定できるのであ
る。
That is, coherent light from a linear light source or incoherent light extracted through an aperture having an extremely fine slit or an elliptical or circular fine opening is converted into a fine-pitch lattice pattern under predetermined conditions. When illuminated, the transmitted or reflected light of the grid pattern produces a shadow pattern enlarging the grid pattern like a shadow, and the displacement or rotation of the grid pattern itself is measured by detecting the displacement or rotation of the shadow pattern. You can.

[発明が解決しようとする課題] 第7図乃至第9図を参照して上記影絵パターンと本発
明に於ける解決課題とを説明する。
[Problem to be Solved by the Invention] The above-described shadow picture pattern and the problem to be solved in the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 9.

第7図で符号1は光源、符号2は格子パターンを示し
ている。光源1は直径dを有する円形の発光部を有して
おり、単色のコヒーレント光を放射する。光源1の発光
部の直径d、格子パターン2に於ける格子ピッチξが、 (1/10)≦(d/ξ)≦2 (1) なる条件を満足すると、光源1からコヒーレント光を格
子パターン2に照射した場合、影絵パターンが発生す
る。即ち、格子パターン2に平行して仮想的な平面3を
考え、平面3上に於ける光強度の分布を見ると図の右側
に示すような状態になる。第7図に於いて格子パターン
2と平面3は図面に直交しているが、図の右側の部分は
平面3を図面と平行として描かれている。
In FIG. 7, reference numeral 1 denotes a light source, and reference numeral 2 denotes a lattice pattern. The light source 1 has a circular light emitting portion having a diameter d, and emits monochromatic coherent light. When the diameter d of the light emitting portion of the light source 1 and the grating pitch に in the grating pattern 2 satisfy the following condition: (1/10) ≦ (d / ξ) ≦ 2 (1) 2 irradiates a shadow pattern. That is, a virtual plane 3 is considered in parallel with the lattice pattern 2, and the light intensity distribution on the plane 3 is as shown on the right side of the figure. In FIG. 7, the grid pattern 2 and the plane 3 are orthogonal to the drawing, but the right side of the drawing is drawn with the plane 3 parallel to the drawing.

コヒーレント光が光源1から格子パターン2に照射さ
れると、格子パターン2の各被照射部から回折光10が発
生し、各回折光どうしが重なり合う部分に干渉により影
絵パターン11が発生する。
When the coherent light is emitted from the light source 1 to the grating pattern 2, diffracted light 10 is generated from each irradiated portion of the grating pattern 2, and a shadow pattern 11 is generated by interference at a portion where the diffracted lights overlap.

この影絵パターン11は「光源1の位置に点光源を置い
た場合の格子パターン2の幾何光学的な影」のように振
舞うため影絵パターンと呼ばれるのである。光源1と格
子パターン2との間の距離をb1、格子パターン2と平面
3との間の距離をb2とすると、影絵パターン11における
パターンピッチは格子パターン2の格子ピッチを(b1+
b2)/bl倍したものとなっており、b1,b2を変えることで
影絵パターンの大きさを任意に変化させることができ
る。
This shadow pattern 11 is called a shadow pattern because it behaves like "geometric optical shadow of the grid pattern 2 when a point light source is placed at the position of the light source 1". Assuming that the distance between the light source 1 and the grid pattern 2 is b1 and the distance between the grid pattern 2 and the plane 3 is b2, the pattern pitch in the shadow pattern 11 is (b1 +
The size of the shadow pattern can be arbitrarily changed by changing b1 and b2.

影絵パターンを発生させる光はコヒーレント光に限ら
ない。通常の光源から放射された単色のインコヒーレン
ト光をそのまま格子パターン2に照射しても影絵パター
ンは発生しないが、例えば第8図に示すように、スリッ
ト長dAを持つスリットが形成されたアパーチュア(同図
(a))、直径がdAである楕円形もしくは円形の開口部
をもつアパーチュア(同図(b)(c))を介してイン
コヒーレント光を取り出して格子パターン2に照射する
と、上記dAの方向が格子パターンに於ける格子繰返し方
向に対応し、且つ、 (1/10)≦(dA/ξ≦2 (2) なる条件が満足される場合に影絵パターンを発生させる
ことができる。
The light that generates the shadow pattern is not limited to coherent light. Although shadow patterns by irradiating conventional monochromatic incoherent light emitted from the light source directly in a grid pattern 2 does not occur, for example, as shown in FIG. 8, a slit having a slit length d A is formed aperture (FIG. ( A )), when incoherent light is extracted through an aperture having an elliptical or circular opening having a diameter of dA (FIGS. (B) and (c)) and irradiated on the grating pattern 2, Generating a shadow pattern when the direction of d A corresponds to the lattice repetition direction in the lattice pattern and the condition (1/10) ≦ (d A / ξ ≦ 2 (2) is satisfied) Can be.

コヒーレント光源に於いては「格子パターンに於ける
格子繰返し方向に対応する方向の発光部長さd」が上記
(1)を満足すれば影絵パターンが発生し、格子繰返し
方向に直交的に対応する方向の発光部長さは影絵パター
ンの発生・非発生に影響しない。従って格子パターンに
於ける「格子繰返し方向に直交的に対応する方向の発光
部長さ」に就いては適宜に定めることができる。インコ
ヒーレント光に対する上記アパーチュアの開口部径に就
いても同様である。
In the case of the coherent light source, if the “length d of the light emitting portion in the direction corresponding to the grating repetition direction in the grating pattern” satisfies the above (1), a shadow pattern is generated, and the direction orthogonal to the grating repetition direction is generated. Does not affect the occurrence / non-occurrence of the shadow pattern. Therefore, the “length of the light emitting portion in the direction orthogonal to the grating repetition direction” in the grating pattern can be appropriately determined. The same applies to the aperture diameter of the aperture for incoherent light.

そこで本明細書中に於いて「線状光源」とは、格子パ
ターンにおける格子繰返し方向に対応する方向の発光部
長dが上記(1)を満足するようなコヒーレント光源
(半導体レーザー等)、及び、上記格子繰返し方向に対
応する方向に於ける開口部径dAが上記(2)を満足する
アパーチュアとインコヒーレント光源(LED等)との組
合わせを指すものとする。
Therefore, in this specification, the term “linear light source” refers to a coherent light source (semiconductor laser or the like) in which the light emitting portion length d in the direction corresponding to the grating repetition direction in the grating pattern satisfies the above (1); the lattice repeat direction in opening diameter d a in the direction corresponding to intended to refer to the combination of aperture and incoherent light source which satisfies the above (2) (LED or the like).

第9図(a)は影絵パターンの一部を示している。格
子パターン2が第7図に於いて図の上下方向に移動する
と影絵パターンは第9図(a)で左右方向へ移動する。
このとき影絵パターンの変位を検出するには、影絵パタ
ーンの暗部の幅Y0(簡単のために図では明部の幅と等し
くなっている)より小さい幅の受光面を持つ光センサー
を影絵パターンの位置に固定的に配備すれば良い。しか
しこの方法だと影絵パターンの変位が速い場合や影絵パ
ターンのコントラストが低い場合に十分な強度の検出信
号を得るのが難しい。そこで例えば第9図(b)に示す
ように、開口幅Y0をもつ開口部50を影絵パターンのパタ
ーンピッチX0で配列したインデックスマスク5を用い、
開口部50を通過した光のみを大きな受光面積をもつ光セ
ンサー9に入射させれば良好な検出信号を得ることがで
きる。
FIG. 9 (a) shows a part of a shadow picture pattern. When the grid pattern 2 moves in the vertical direction in FIG. 7, the shadow pattern moves in the horizontal direction in FIG. 9 (a).
At this time, in order to detect the displacement of the shadow pattern, a light sensor having a light receiving surface having a width smaller than the width Y 0 of the dark portion of the shadow pattern (for simplicity, it is equal to the width of the light portion) is used. What is necessary is just to arrange fixedly in the position of. However, with this method, it is difficult to obtain a detection signal of sufficient intensity when the displacement of the shadow pattern is fast or when the contrast of the shadow pattern is low. Thus, for example, as shown in FIG. 9 (b), using the index mask 5 having an array of apertures 50 with an aperture width Y 0 in pattern pitch X 0 of shadow pattern,
If only the light passing through the opening 50 is made incident on the optical sensor 9 having a large light receiving area, a good detection signal can be obtained.

ところで光学的エンコーダは場合によって相当に苛酷
な状況で使用される。使用状態によっては常に振動や衝
撃を受けることも珍しくはない。
By the way, optical encoders are sometimes used in rather severe situations. It is not unusual to receive vibration or shock depending on the usage condition.

影絵パターンを利用した光学的エンコーダの場合、格
子パターンのピッチが極めて細かく、影絵パターンでは
格子パターンが大きく拡大されているが、影絵パターン
は振動や衝撃の影響を比較的に受けにくい。これは影絵
パターンが回折光同士の干渉により形成されるものであ
ることによると考えられる。しかしそれでも、振動や衝
撃がある程度大きくなれば、影絵パターンに影響するこ
とは避けられない。
In the case of an optical encoder using a shadow pattern, the pitch of the grid pattern is extremely fine, and the grid pattern is greatly enlarged in the shadow pattern, but the shadow pattern is relatively insensitive to vibration and impact. This is considered because the shadow pattern is formed by interference between diffracted lights. However, even if the vibrations and shocks become large to some extent, it is inevitable that they affect the shadow pattern.

第9図(b)に示すようなインデックスマスクを用い
た場合、上記のように大きな衝撃や振動の影響で、検出
信号の振幅が極端に低下することがある。
When an index mask as shown in FIG. 9 (b) is used, the amplitude of the detection signal may be extremely reduced due to the large impact or vibration as described above.

以下、振動・衝撃は、影絵パターンに影響するよう
な、大きい振動・大きい衝撃を言うものとする。
Hereinafter, the vibration / shock refers to a large vibration / shock that affects the shadow picture pattern.

本発明は上述した事情の鑑みてなされたものであっ
て、振動や衝撃に影響されにくい光学エンコーダと、こ
れを実現するための新規なインデックスマスクの提供を
目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an optical encoder that is hardly affected by vibration and impact, and a novel index mask for realizing the optical encoder.

[課題を解決するための手段] 請求項1〜3のインデックスマスクは「格子パターン
を有するスケールに線状光源からの光を照射しスケール
からの透過光もしくは反射光により格子パターンの影絵
パターンを発生させ、スケールの移動に伴う影絵パター
ンの移動(変位・回転)を光センサーで検出してスケー
ルの移動量を検出する光学的エンコーダ」に於いて、光
センサーの単一の受光面に密接して、もしくは上記受光
面の近傍に配備されるインデックスマスクである。
[Means for Solving the Problems] The index mask according to claims 1 to 3 is “irradiating a scale having a grid pattern with light from a linear light source and generating a shadow pattern of the grid pattern by transmitted light or reflected light from the scale. Optical encoder that detects the movement (displacement and rotation) of the shadow pattern accompanying the movement of the scale with an optical sensor and detects the amount of movement of the scale. Or an index mask provided near the light receiving surface.

請求項1のインデックスマスクはインデックスマスク
配置位置に於ける理想的な影絵パターンのパターンピッ
チをX、明部の幅をYとするとき、n個(n≧2)の開
口部がピッチXで影絵パターン移動方向へ配列するよう
に設けられ、n個の開口部の「影絵パターン移動方向に
於ける」開口幅Di(i=1〜n)が上記明部の幅Yを中
心として 0<Di<X の範囲の分布を有することを特徴とする。即ち、n個の
開口部の移動方向に於ける開口幅Di(i=1〜n)が、
明部の幅Yを基準幅として、 0<Di<X の範囲で種々の大きさを有するのである。
In the index mask according to the present invention, when the pattern pitch of an ideal shadow pattern at the index mask arrangement position is X and the width of a bright portion is Y, n (n ≧ 2) openings have a pitch X. provided so as to be arranged into a pattern moving direction, n-number of "in the shadow pattern moving direction" of the opening opening width Di (i = 1~n) is 0 around the width Y of the bright portion <D i It is characterized by having a distribution in the range of <X. That is, the opening width Di (i = 1 to n) in the moving direction of the n openings is
Using the width Y of the bright portion as a reference width, the light portion has various sizes in the range of 0 <Di <X.

請求項2のインデックスマスクは、n個(n>2)の
開口部が影絵パターン移動方向へ配列するように設けら
れ、上記n個の開口部の配列ピッチが上記パターンピッ
チXを中心として分布を持つことを特徴とする。即ち、
n個の開口部の配列ピッチがパターンピッチXを基準ピ
ッチとして、種々の大きさを有するのである。
The index mask according to claim 2 is provided so that n (n> 2) openings are arranged in the shadow pattern moving direction, and the arrangement pitch of the n openings is distributed around the pattern pitch X. It is characterized by having. That is,
The arrangement pitch of the n openings has various sizes with the pattern pitch X as a reference pitch.

請求項3のインデックスマスクは、n個(n≧2)の
開口部が影絵パターンの移動方向へ配列するように設け
られ、n個の開口部の配列ピッチが上記パターンピッチ
Xを中心として分布を持ち、さらにn個の開口部の影絵
パターン移動方向に於ける開口幅Di(i=1〜n)が上
記明部の幅Yを中心として 0<Di<X の範囲の分布を有することを特徴とする。即ち、n個の
開口部の配列ピッチはパターンピッチXを基準ピッチと
して種々の大きさを有し、また、n個の開口幅Di(i=
1〜n)は明部の幅Yを基準幅として、 0<Di<X の範囲で種々の大きさを有するのである。
The index mask of claim 3 is provided such that n (n ≧ 2) openings are arranged in the moving direction of the shadow pattern, and the arrangement pitch of the n openings has a distribution centered on the pattern pitch X. And that the opening widths Di (i = 1 to n) of the n openings in the shadow pattern moving direction have a distribution in the range of 0 <D i <X around the width Y of the bright portion. Features. That is, the arrangement pitch of the n openings has various sizes with the pattern pitch X as a reference pitch, and the n opening widths Di (i =
1 to n) have various sizes in the range of 0 <Di <X, using the width Y of the bright portion as a reference width.

請求項4の光学的エンコーダは「格子パターンを有す
るスケールに線状光源からの光を照射しスケールからの
透過光もしくは反射光により格子パターンの影絵パター
ンを発生させ、スケールの移動に伴う影絵パターンの移
動を光センサーで検出してスケールの移動量を検出す
る」光学的エンコーダであって請求項1または2または
3のインデックスマスクを有することを特徴とする。
The optical encoder according to claim 4 "irradiates light from a linear light source to a scale having a grid pattern, generates a shadow pattern of the grid pattern by transmitted light or reflected light from the scale, and generates a shadow pattern of the grid pattern accompanying the movement of the scale. The optical encoder detects the movement with an optical sensor to detect the amount of movement of the scale, and has the index mask according to claim 1 or 2 or 3.

請求項5の光学的エンコーダは「格子パターンを有す
るスケールに線状光源からの光を照射しスケールからの
透過光もしくは反射光により格子パターンの影絵パター
ンを発生させ、スケールの移動に伴う影絵パターンの移
動を1対の光センサーで検出してスケールの移動量を検
出する光学的エンコーダであって、1対の光センサーの
一方に組合せて請求項1のインデックスマスクを有し、
他方に組合せて請求項2のインデックスマスクを有する
ことを特徴とする。
The optical encoder according to claim 5, wherein "a scale having a grid pattern is irradiated with light from a linear light source, and a shadow pattern of the grid pattern is generated by transmitted light or reflected light from the scale. An optical encoder for detecting movement by a pair of optical sensors and detecting an amount of movement of the scale, comprising the index mask of claim 1 in combination with one of the pair of optical sensors,
It is characterized by having the index mask of claim 2 in combination with the other.

[作用] 発明者らは影絵パターンを用いる光学的エンコーダへ
の振動・衝撃の影響を調べたが、振動・衝撃は影絵パタ
ーンに以下の如き影響を与えることを見出した。
[Operation] The inventors examined the effects of vibration and impact on the optical encoder using the shadow pattern, and found that the vibration and impact had the following effects on the shadow pattern.

第9図(a)を再び参照すると、影絵パターンに於け
るパターンピッチはX0、明部の幅はY0であるが振動や衝
撃が作用するとこれらX0,Y0が、作用する振動・衝撃の
大きさにより定まる範囲で変動する。従って一定開口幅
・一定ピッチで開口部を配列したインデックスマスク5
を用いた場合、上記X0が変化すると複数の開口部の配列
ピッチと影絵パターンのパターンピッチがずれて互いに
重なり合う程度が減り、検出信号の振幅が減少するので
ある。またY0が変化した場合は一つの開口部に明部と暗
部とが同時に重なったり、或いは開口部に入射する光強
度が減少したりして検出信号の振幅が減少する。
Referring again to FIG. 9 (a), the pattern pitch in the shadow picture pattern is X 0 , and the width of the bright portion is Y 0 , but when vibration or impact acts, these X 0 and Y 0 act on It varies within a range determined by the magnitude of the impact. Therefore, an index mask 5 having openings arranged at a constant opening width and a constant pitch.
When using, when the X 0 is changed reduces the degree of overlap with one another shift pattern pitch of the arrangement pitch and shadow patterns of a plurality of openings, the amplitude of the detection signal is to decrease. The Y 0 is or overlapping at the same time the bright portion and dark portion in one of the openings if changed, or the amplitude of the detection signal light intensity or decreased entering the opening is reduced.

そこで請求項1のインデックスマスクでは、第2図
(a)に示すように開口部の配列ピッチは一定にして開
口部幅Di(i=1〜n)に分布を持たせた。この図では
開口部幅Diは図の左側から右側へ向うに連れて次第に小
さくなっているが、開口部幅の大小を開口部の配列に無
関係に定めても良い。インデックスマスク5Aの配置位置
に於ける理想的な(振動・衝撃の影響を受けていない)
影絵パターンのパターンピッチをX、明部幅をYとする
と、開口部幅Di(i=1〜n)はYを中心として、すな
わち標準幅をYとして、 0<Di<X の範囲で適当な分布を持つように定められる。
Therefore, in the index mask according to claim 1, array pitch of the openings as shown in FIG. 2 (a) is to have a distribution in the opening width D i (i = 1~n) and constant. Although take it gradually becomes smaller in this figure opening width D i is directed from the left side of FIG. To the right, may be determined independently of the size of the opening width to the arrangement of openings. Ideal for placement of index mask 5A (not affected by vibration / shock)
Assuming that the pattern pitch of the shadow pattern is X and the width of the bright portion is Y, the opening width Di (i = 1 to n) is centered around Y, that is, the standard width is Y, and is suitable in the range of 0 <D i <X. It is determined to have an appropriate distribution.

インデックスマスク配置位置における影絵パターンの
拡大倍率をKとし、格子パターンに於ける格子ピッチを
ξ、格子パターンの明部対応部分の幅をδとすると、K
=Kξ、Y=Kδである。
Assuming that the magnification of the shadow pattern at the index mask arrangement position is K, the grid pitch of the grid pattern is ξ, and the width of the light pattern corresponding portion of the grid pattern is δ, K
= Kξ and Y = Kδ.

このようなインデックスマスク5Aを用いると、振動・
衝撃の影響で影絵パターンの明部幅Y0が変化しても検出
信号の振幅変化を小さく抑えることができる。すなわち
明部幅が小さい方向へずれると「開口部幅DiがYよりも
小さい開口部」での検出効率が高くなり、明部幅が大き
い方向へずれた場合には「開口部幅DiがYよりも大きい
開口部」での検出効率が高くなるからである。
When such an index mask 5A is used, vibration and vibration
And bright region width Y 0 of shadow pattern under the influence of impact is changed can be reduced the amplitude change in the detection signal also. That deviated toward the bright portion width is smaller the higher the detection efficiency of the "opening smaller than the opening width D i is Y", if the bright region width is shifted to the large direction "opening width D i This is because the detection efficiency at the “opening larger than Y” becomes higher.

請求項2のインデックスマスクは第2図(b)に示す
ように、開口部幅はYに設定され開口部の配置ピッチPi
が影絵パターンのパターンピッチXを中心として分布を
もっている。このインデックスマスク5BではピッチPi
左から右へ次第に小さくなっているがピッチの分布はラ
ンダムでも良い。
As shown in FIG. 2 (b), in the index mask of claim 2, the opening width is set to Y and the arrangement pitch P i of the openings is set.
Have a distribution centered on the pattern pitch X of the shadow pattern. Distribution of the pitch P i in the index mask 5B is gradually decreases from the left to the right pitch may be at random.

このようにすると影絵パターンのパターンピッチが正
常なピッチXを持つときは、例えば第2図(b)に符号
IIで示す部分の開口部により適性な検出が行われ、パタ
ーンピッチがX+ΔXのときはIの部分の開口により、
またパターンピッチがX−ΔXのときはIIIの部分の開
口により適正な検出が行われる。
In this manner, when the pattern pitch of the shadow pattern has a normal pitch X, for example, the symbol shown in FIG.
Appropriate detection is performed by the opening of the portion indicated by II, and when the pattern pitch is X + ΔX,
When the pattern pitch is X-ΔX, an appropriate detection is performed by the opening of the portion III.

請求項3のインデックスマスクは第2図(C)に示す
ように、開口部Diの幅がYを中心として 0<Di<X の範囲の分布を持ち、開口部の配列ピッチPiがXを中心
として分布をもっている。
As the index mask according to claim 3 shown in FIG. 2 (C), the width of the opening D i is has a distribution in the range 0 <D i <X around the Y, the arrangement pitch P i of the opening It has a distribution centered on X.

このインデックスマスク5Cの場合にはX,Yのどちらが
変化しても検出信号の変動を小さく抑えることができ
る。
In the case of the index mask 5C, the fluctuation of the detection signal can be suppressed to be small regardless of which of X and Y changes.

インデックスマスクは光センサーの受光面の近傍に受
光面に離して配置してもよいが、第3図に示すようにイ
ンデックスマスク5A,5B,5Cを光センサー9の受光面に密
着して設けても良い。
Although the index mask may be arranged near the light receiving surface of the optical sensor and separated from the light receiving surface, the index masks 5A, 5B, and 5C are provided in close contact with the light receiving surface of the optical sensor 9 as shown in FIG. Is also good.

[実施例] 以下、具体的な実施例を説明する。[Example] Hereinafter, a specific example will be described.

第1図は請求項5の光学的エンコーダをリニアエンコ
ーダとして実施した例である。符号1は第7図に即して
説明した線状光源、符号20は図面上下方向へ変位するリ
ニアスケール、符号9A,9Bは光センサー、符号5A,5Bはそ
れぞれ第2図(a),(b)に示したインデックスマス
クを示す。右側の図はインデックスマスク5A,5Bの配置
位置における影絵パターンの様子を示す。光センサー9
A,9Bの出力は適当な比較器で比較され、検出信号の振幅
の大きい方が検出信号として利用される。
FIG. 1 shows an embodiment in which the optical encoder according to claim 5 is implemented as a linear encoder. Reference numeral 1 is a linear light source described with reference to FIG. 7, reference numeral 20 is a linear scale displaced in the vertical direction in the drawing, reference numerals 9A and 9B are optical sensors, and reference numerals 5A and 5B are FIGS. Fig. 3B shows the index mask shown in Fig. 3B. The figure on the right side shows the state of the shadow pattern at the position where the index masks 5A and 5B are arranged. Light sensor 9
The outputs of A and 9B are compared by an appropriate comparator, and the one with the larger amplitude of the detection signal is used as the detection signal.

第4図は請求項4の光学的エンコーダをロータリーエ
ンコーダとして実施した例を示す。符号1Aは線状光源で
あり、具体的には半導体レーザーの発光部長手方向を円
板状スケール2Aの格子パターンにおける格子繰返し方向
に平行に設定したものである。符号9Aは光センサー、符
号5Cは第2図(C)に示した如きインデックスマスクを
示す。
FIG. 4 shows an embodiment in which the optical encoder of claim 4 is implemented as a rotary encoder. Reference numeral 1A denotes a linear light source, and more specifically, the longitudinal direction of the light emitting portion of the semiconductor laser is set parallel to the lattice repetition direction in the lattice pattern of the disk-shaped scale 2A. Reference numeral 9A denotes an optical sensor, and reference numeral 5C denotes an index mask as shown in FIG. 2 (C).

第5図も請求項4の光学的エンコーダーの実施例を示
す。この実施例でスケールは「軸受け6に支持された回
転軸7の周面に格子パターン8を形成したもの」であ
る。スケールは図示されないモーター等の駆動手段で回
転駆動される。
FIG. 5 also shows an embodiment of the optical encoder according to claim 4. In this embodiment, the scale is “the lattice pattern 8 is formed on the peripheral surface of the rotating shaft 7 supported by the bearing 6”. The scale is driven to rotate by driving means such as a motor (not shown).

線状光源1A、インデックスマスク5C、光センサー9Aは
第4図の実施例のものと同じである。
The linear light source 1A, index mask 5C, and optical sensor 9A are the same as those in the embodiment of FIG.

第6図は第5図の実施例の変形例である。即ちこの実
施例では、第8図(a)に示すようなスリット状開口を
持つアパーチュア1A′とLED1′とにより線状光源を構成
している。
FIG. 6 is a modification of the embodiment of FIG. That is, in this embodiment, a linear light source is constituted by an aperture 1A 'having a slit-like opening and an LED 1' as shown in FIG. 8 (a).

第4図〜第6図の実施例とも、振動・衝撃の作用で影
絵パターンのパターンピッチ・明部幅が変動しても検出
信号の変動を小さく抑えて良好な検出を行うことができ
る。
In each of the embodiments shown in FIGS. 4 to 6, even if the pattern pitch and the bright portion width of the shadow pattern fluctuate due to the action of vibration and impact, the fluctuation of the detection signal can be suppressed to a small level and good detection can be performed.

なお本発明の光学的エンコーダに用いられるスケール
における格子パターンのピッチは0.1μm程度の細かい
ものまで可能であるが、このような細かいピッチの格子
パターンを作製する方法としては「スケールの基本表面
に垂直磁化膜もしくは面内磁化膜を形成し、この磁化膜
に磁気ヘッドで格子パターンを磁化パターンとして書込
み、この磁化パターンを磁性流体で顕像化し定着する」
方法が適している。磁性流体としては磁性コロイド流体
や光硬化性磁性流体・熱硬化性磁性流体が利用できる。
The pitch of the grid pattern in the scale used in the optical encoder of the present invention can be as fine as about 0.1 μm. A magnetized film or an in-plane magnetized film is formed, a lattice pattern is written as a magnetized pattern on the magnetized film with a magnetic head, and the magnetized pattern is visualized and fixed with a magnetic fluid. "
The method is suitable. As the magnetic fluid, a magnetic colloid fluid, a photocurable magnetic fluid, or a thermosetting magnetic fluid can be used.

「磁性コロイド流体」は強磁性体を粒径50〜200Åの
微粉末にして界面活性剤中に分散させたものである。
「光硬化性磁性流体」は上記微粉末を界面活性剤と共に
光硬化性樹脂に分散したもの、「熱硬化性磁性流体」は
上記微粉末を界面活性剤とともに熱硬化性樹脂に分散し
たものである。「強磁性体」としては鉄,Mnフェライト,
Baフェライト等を用い得る。「光硬化性樹脂」として
は、N′−ビニルカルバゾル,ポリ塩化ビニル,ポリス
チレン等を用い得る。「熱硬化性樹脂」としては、エポ
キシ樹脂,シリコン樹脂,メラミン樹脂等を用い得る。
"Magnetic colloid fluid" is obtained by dispersing a ferromagnetic substance into a fine powder having a particle size of 50 to 200 ° in a surfactant.
"Photocurable magnetic fluid" is a dispersion of the fine powder in a photocurable resin together with a surfactant, and "thermosetting magnetic fluid" is a dispersion of the fine powder in a thermosetting resin together with a surfactant. is there. Iron, Mn ferrite,
Ba ferrite or the like can be used. As the “photo-curable resin”, N′-vinyl carbazole, polyvinyl chloride, polystyrene and the like can be used. As the “thermosetting resin”, an epoxy resin, a silicone resin, a melamine resin, or the like can be used.

光硬化性樹脂は光照射により硬化するので、光硬化性
磁性流体で磁化パターンを顕像化すると顕像化されたコ
ードパターンに光照射するだけでコードパターンを磁化
膜に定着できる。熱硬化性樹脂は熱により硬化するの
で、熱硬化性磁性流体で磁化パターンを顕像化すると顕
像化されたコードパターンを加熱するだけでコードパタ
ーンを磁化膜に定着できる。
Since the photocurable resin is cured by light irradiation, when the magnetization pattern is visualized with a photocurable magnetic fluid, the code pattern can be fixed to the magnetized film simply by irradiating the visualized code pattern with light. Since the thermosetting resin is cured by heat, when the magnetization pattern is visualized with a thermosetting magnetic fluid, the code pattern can be fixed to the magnetic film only by heating the visualized code pattern.

[発明の効果] 以下、本発明によれば新規な光学的エンコーダとイン
デックスマスクを提供できる。インデックスマスクは上
記の如き構成となっているので、これを用いることによ
り光学的エンコーダにおける振動・衝撃の影響を有効に
軽減させることができる。
[Effects of the Invention] Hereinafter, according to the present invention, a novel optical encoder and index mask can be provided. Since the index mask is configured as described above, the use of the index mask can effectively reduce the influence of vibration and impact on the optical encoder.

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

第1図は本発明の光学的エンコーダをリニアエンコーダ
に適用した例を説明するための図、第2図は本発明のイ
ンデックスマスクを説明するための図、第3図はインデ
ックスマスクと光センサーの位置関係を説明するための
図、第4図は本発明の光学的エンコーダをロータリーエ
ンコーダに適用した例を示す図、第5図は本発明の光学
的エンコーダをロータリーエンコーダに適用した別例を
示す図、第6図は本発明の光学的エンコーダをロータリ
ーエンコーダに適用した他の例を示す図、第7図乃至第
9図は影絵パターンと本発明の解決課題とを説明するた
めの図である。 1……線状光源、20……リニアスケール、5A,5B……イ
ンデックスマスク、9A,9B……光センサー
FIG. 1 is a diagram for explaining an example in which the optical encoder of the present invention is applied to a linear encoder, FIG. 2 is a diagram for explaining an index mask of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a view for explaining a positional relationship, FIG. 4 is a view showing an example in which the optical encoder of the present invention is applied to a rotary encoder, and FIG. 5 is another example in which the optical encoder of the present invention is applied to a rotary encoder. FIG. 6 is a diagram showing another example in which the optical encoder of the present invention is applied to a rotary encoder, and FIGS. 7 to 9 are diagrams for explaining a shadow pattern and a problem to be solved by the present invention. . 1 Linear light source, 20 Linear scale, 5A, 5B Index mask, 9A, 9B Optical sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 明渡 純 東京都新宿区早稲田3丁目18番1号 丸 茂ハイツ203号 (72)発明者 山口 友行 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭63−47616(JP,A) 特開 平1−297513(JP,A) 特開 平2−57913(JP,A) 特開 平1−216210(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01D 5/38 G01D 5/36 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Jun Akito 3-18-1 Waseda, Shinjuku-ku, Tokyo 203 Maru Shigeru Heights 203 (72) Inventor Tomoyuki Yamaguchi 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo (56) References JP-A-63-47616 (JP, A) JP-A-1-297513 (JP, A) JP-A-2-57913 (JP, A) JP-A-1-216210 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01D 5/38 G01D 5/36

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】格子パターンを有するスケールに線状光源
からの光を照射し上記スケールからの透過光もしくは反
射光により上記格子パターンの影絵パターンを発生さ
せ、上記スケールの移動に伴う上記影絵パターンの移動
を光センサーで検出して上記スケールの移動量を検出す
る光学的エンコーダに於いて、光センサーの単一の受光
面に密接して、もしくは上記受光面の近傍に配備される
インデックスマスクであって、 インデックスマスク配置位置に於ける理想的な影絵パタ
ーンに於けるパターンピッチをX、明部の幅をYとする
とき、n個(n≧2)の開口部がピッチXで上記影絵パ
ターンの移動方向へ配列するように設けられ、 上記n個の開口部の上記移動方向に於ける開口幅Di(i
=1〜n)が、上記明部の幅Yを基準幅として、 O<Di<X の範囲で種々の大きさを有することを特徴とするインデ
ックスマスク。
A scale having a grid pattern is irradiated with light from a linear light source to generate a shadow pattern of the grid pattern by transmitted light or reflected light from the scale, and the shadow pattern of the shadow pattern accompanying the movement of the scale is generated. In an optical encoder that detects movement by an optical sensor and detects the amount of movement of the scale, an index mask disposed close to or near the single light receiving surface of the optical sensor. Assuming that the pattern pitch of the ideal shadow pattern at the index mask arrangement position is X and the width of the bright portion is Y, n (n ≧ 2) openings have a pitch X of the shadow pattern. An opening width Di (i) in the moving direction of the n openings in the moving direction.
= 1 to n) have various sizes in the range of O <Di <X, using the width Y of the bright portion as a reference width.
【請求項2】格子パターンを有するスケールに線状光源
からの光を照射し上記スケールからの透過光もしくは反
射光により上記格子パターンの影絵パターンを発生さ
せ、上記スケールの移動に伴う上記影絵パターンの移動
を光センサーで検出して上記スケールの移動量を検出す
る光学的エンコーダに於いて、光センサーの単一の受光
面に密接して、もしくは上記受光面の近傍に配備される
インデックスマスクであって、 インデックスマスク配置位置に於ける理想的な影絵パタ
ーンに於けるパターンピッチをXとするとき、 n個(n>2)の開口部が上記影絵パターンの移動方向
へ配列するように設けられ、 上記n個の開口部の配列ピッチが上記パターンピッチX
を基準ピッチとして、種々の大きさを有することを特徴
とするインデックスマスク。
2. A scale having a grid pattern is irradiated with light from a linear light source to generate a shadow pattern of the grid pattern by transmitted light or reflected light from the scale. In an optical encoder that detects movement by an optical sensor and detects the amount of movement of the scale, an index mask disposed close to or near the single light receiving surface of the optical sensor. When a pattern pitch in an ideal shadow pattern at the index mask arrangement position is X, n (n> 2) openings are provided so as to be arranged in the moving direction of the shadow pattern. The arrangement pitch of the n openings is the pattern pitch X.
An index mask having various sizes with reference to a reference pitch.
【請求項3】請求項2記載のインデックスマスクに於い
て、 理想的な影絵パターンに於ける明部の幅をYとすると
き、n個の開口部の影絵パターン移動方向に於ける開口
幅Di(i=1〜n)が、上記明部の幅Yを基準幅とし
て、 O<Di<X の範囲で種々の大きさを有することを特徴とするインデ
ックスマスク。
3. The index mask according to claim 2, wherein the width of the bright portion in the ideal shadow pattern is Y, and the opening width Di of the n openings in the shadow pattern moving direction is Di. An index mask, wherein (i = 1 to n) has various sizes in a range of O <Di <X, using the width Y of the bright portion as a reference width.
【請求項4】格子パターンを有するスケールに線状光源
からの光を照射し上記スケールからの透過光もしくは反
射光により上記格子パターンの影絵パターンを発生さ
せ、上記スケールの移動に伴う上記影絵パターンの移動
を光センサーで検出して上記スケールの移動量を検出す
る光学的エンコーダであって、 請求項1又は2又は3に記載のインデックスマスクを有
することを特徴とする光学的エンコーダ。
4. A scale having a grid pattern is irradiated with light from a linear light source to generate a shadow pattern of the grid pattern by transmitted light or reflected light from the scale, and the shadow pattern of the shadow pattern accompanying the movement of the scale is generated. An optical encoder that detects movement by an optical sensor and detects the amount of movement of the scale, comprising the index mask according to claim 1, 2, or 3.
【請求項5】格子パターンを有するスケールに線状光源
からの光を照射し上記スケールからの透過光もしくは反
射光により上記格子パターンの影絵パターンを発生さ
せ、上記スケールの移動に伴う上記影絵パターンの移動
を1対の光センサーで検出して上記スケールの移動量を
検出する光学的エンコーダであって、 上記1対の光センサーの一方に組合せて請求項1記載の
インデックスマスクを有し、他方に組合せて請求項2記
載のインデックスマスクを有することを特徴とする光学
的エンコーダ。
5. A scale having a grid pattern is irradiated with light from a linear light source to generate a shadow pattern of the grid pattern by transmitted light or reflected light from the scale, and the shadow pattern of the shadow pattern accompanying the movement of the scale is generated. An optical encoder that detects movement by a pair of optical sensors and detects the amount of movement of the scale, comprising: the index mask according to claim 1 in combination with one of the pair of optical sensors; An optical encoder comprising an index mask according to claim 2 in combination.
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