JP5553669B2 - Optical absolute position measurement encoder - Google Patents

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Description

本発明は、光学式絶対位置測長型エンコーダに係り、特に、アブソリュート(ABS)パターンの検出精度の向上と、スケール上のゴミなどによるノイズの影響の低減を図ることが可能な光学式絶対位置測長型エンコーダに関する。   The present invention relates to an optical absolute position measuring encoder, and in particular, an optical absolute position capable of improving the detection accuracy of an absolute (ABS) pattern and reducing the influence of noise caused by dust on the scale. It relates to a length measuring encoder.

従来、光学式エンコーダは、原点検出のため、特許文献1に例示されるように、検出器側には原点検出用の発光素子、光学系及び受光素子を配置し、一方、スケール側には所定の原点パターンを配置する構成となっている。この構成によれば、スケールと検出器を相対移動させると、スケール上の原点パターンが検出部を横切る際に、例えば特許文献1の図5や図13に例示されるような、デルタ関数的なピーク信号が生成され、予め適切な閾値を設定しておくことにより、原点の検出が可能である。   Conventionally, an optical encoder is provided with a light emitting element, an optical system, and a light receiving element for detecting an origin on the detector side, and a predetermined value on the scale side, as illustrated in Patent Document 1, for detecting the origin. The origin pattern is arranged. According to this configuration, when the scale and the detector are relatively moved, when the origin pattern on the scale crosses the detection unit, for example, a delta function like that illustrated in FIG. 5 or FIG. The peak signal is generated, and the origin can be detected by setting an appropriate threshold value in advance.

又、特許文献2や3に記載されているように、参照マークをスケール上に複数配置し、その配置ピッチを不等として特徴的にずらすことにより、擬似的に絶対位置(ABS)検出を行なう光学式エンコーダも実用化されている。   Further, as described in Patent Documents 2 and 3, a plurality of reference marks are arranged on the scale, and the arrangement pitch is characteristically shifted as unequal, thereby performing pseudo absolute position (ABS) detection. Optical encoders have also been put into practical use.

又、出願人は特許文献4や5で、明暗の等間隔の配列ピッチPiで形成されたインクリメンタル(INC)パターンと、擬似ランダムパターンにより絶対位置を表現したアブソリュート(ABS)パターンとに加え、アブソリュートパターンに対し所定の位相関係を有し、且つ明暗の等間隔の配列ピッチPr(>Pi)で形成された位置基準パターンを備えた、3トラックによる光学式絶対位置測長型エンコーダを提案している。   In addition to the incremental (INC) pattern formed by the arrangement pitch Pi of light and dark equal intervals and the absolute (ABS) pattern in which the absolute position is expressed by a pseudo-random pattern in Patent Documents 4 and 5, the applicant has disclosed an absolute. Proposing a three-track optical absolute position measurement encoder with a position reference pattern that has a predetermined phase relationship with the pattern and is formed with a light and dark equidistant arrangement pitch Pr (> Pi) Yes.

この特許文献4や5で提案した3トラック(ABS、位置基準、INC)による光学式絶対位置測長型エンコーダにおいては、撮像されたABSパターンや位置基準パターンから位置情報を取り出す際に、パターンの一致の検出に画像相関を用いる手法が用いられる。この手法は、自己に記憶されている参照パターンと、撮像から得られた検出パターンとの「差」、または「積」を計算することにより得られる相関関数上で、1本の相関ピークを発生させるという方法である。   In the optical absolute position measurement type encoder based on the three tracks (ABS, position reference, INC) proposed in Patent Documents 4 and 5, when position information is extracted from the captured ABS pattern or position reference pattern, A technique using image correlation is used to detect coincidence. This method generates a single correlation peak on the correlation function obtained by calculating the "difference" or "product" between the reference pattern stored in itself and the detection pattern obtained from imaging. It is a method of letting.

特開平7−318371号公報(図5、図13)JP-A-7-318371 (FIGS. 5 and 13) 特開昭60−120216号公報(第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 60-120216 (FIG. 1) 特開昭62−291507号公報(第2図、第3図)JP 62-291507 A (FIGS. 2 and 3) 特開2008−261701号公報JP 2008-261701 A 特開2009−2702号公報JP 2009-2702 A

しかしながら、例えば図1(a)に示す如く、ABSパターンをランダム符号系列に従って配置した場合、幅の広いパターンがあるため、エッジの数が少なく、図2に破線で例示する如く、相関ピークの幅が広く検出精度が不十分である。又、図1(b)に示す如く汚れが無い状態で、移動量dだけ移動したときの相関ピークが、図1(d)に破線で示す如くであった場合、図1(c)に示す如く汚れが付着すると、相関ピークが図1(d)に実線で示す如くになり、汚れによる誤りピークの発生で誤検出の可能性が高くなるという問題点があった。   However, for example, as shown in FIG. 1A, when the ABS pattern is arranged according to the random code sequence, there are a wide pattern, so the number of edges is small, and the width of the correlation peak as illustrated by a broken line in FIG. However, the detection accuracy is wide and insufficient. In addition, when the correlation peak is as shown by a broken line in FIG. 1 (d) when there is no dirt as shown in FIG. When dirt is attached as described above, the correlation peak becomes as shown by a solid line in FIG. 1D, and there is a problem that the possibility of erroneous detection increases due to the occurrence of an error peak due to dirt.

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、ABSパターンの検出精度の向上を図るとともに、スケール上のゴミ等によるノイズの影響を受け難くすることを課題とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and it is an object of the present invention to improve the detection accuracy of the ABS pattern and to make it less susceptible to noise caused by dust on the scale.

本発明は、相対移動可能な検出器とスケールを備え、前記検出器側には絶対位置検出用の発光素子、光学系及び受光素子を配置し、前記スケール側には所定のアブソリュートパターンを配置した光学式絶対位置測長型エンコーダにおいて、前記アブソリュートパターンをランダム符号系列に従って配置すると共に、各アブソリュートパターンを、ランダム或いは等間隔に測長方向に分割することにより、前記課題を解決したものである。 The present invention includes a relatively movable detector and the scale, the detector-side light-emitting element for absolute position detection, arranged optical system and the light receiving element, and is the scale side disposed a predetermined absolute pattern In the optical absolute position measuring encoder, the above-mentioned problem is solved by arranging the absolute patterns according to a random code sequence and dividing each absolute pattern in the length measuring direction at random or at equal intervals .

ここで、前記アブソリュートパターンの一部のエッジ位置を測長方向に変更することができる。 Here, a part of the edge position of the absolute pattern can be changed in the length measuring direction.

本発明は、又、相対移動可能な検出器とスケールを備え、前記検出器側には絶対位置検出用の発光素子、光学系及び受光素子を配置し、前記スケール側には所定のアブソリュートパターンを配置した光学式絶対位置測長型エンコーダにおいて、前記アブソリュートパターンをランダム符号系列に従って配置すると共に、該アブソリュートパターンの一部のエッジ位置を、ランダム符号系列の1符号に対応したパターンの線幅の±1/2の範囲で測長方向に変更することにより、前記課題を解決したものである。 The present invention also includes a relatively movable detector and the scale, the light-emitting element for absolute position detection in the detector side, place the optical system and the light receiving element, a predetermined absolute patterns on the scale side In the arranged optical absolute position measuring encoder, the absolute pattern is arranged according to a random code sequence, and a part of the edge position of the absolute pattern is set to ± the line width of the pattern corresponding to one code of the random code sequence The problem is solved by changing in the length measuring direction within a range of 1/2 .

本発明によれば、画像相関によるABSパターンの一致の検出にあたり、図3(b)に例示するように、ABSパターンを分割してエッジの位置を増やすと共に、必要に応じてエッジの位置をずらすことにより、図2に実線で示す如く鋭い相関ピークを発生させて、ABSパターンの検出精度の向上を図るとともに、図3(e)に示す如く、スケール上のゴミ等によるノイズの影響を受け難くすることができる。   According to the present invention, in detecting the coincidence of the ABS pattern by image correlation, as illustrated in FIG. 3B, the ABS pattern is divided to increase the edge position, and the edge position is shifted as necessary. As a result, a sharp correlation peak is generated as shown by a solid line in FIG. 2 to improve the detection accuracy of the ABS pattern, and as shown in FIG. 3E, it is hardly affected by noise due to dust on the scale. can do.

従来のABSパターンの一例、及び、その問題点を説明する図A figure explaining an example of the conventional ABS pattern and its problems 従来のABSパターンの一例、及び、他の問題点を説明する図A diagram illustrating an example of a conventional ABS pattern and other problems 本発明の作用を説明する図The figure explaining the effect | action of this invention 本発明の実施形態の全体構成を示す概略図Schematic showing the overall configuration of an embodiment of the present invention 前記実施形態のスケールの構成を示す平面図The top view which shows the structure of the scale of the said embodiment. 同じくフォトダイオードアレイの構成を示す平面図Similarly, a plan view showing the configuration of the photodiode array 同じくABSフォトダイオードアレイの詳細構成を示す回路図Similarly, a circuit diagram showing a detailed configuration of the ABS photodiode array. 同じく動作を説明する図The same figure explaining the operation (A)ランダム符号系列をスケール上に配置した例、及び(B)エッジの位置をランダムにずらした例を示す平面図(A) The top view which shows the example which has arrange | positioned the random code series on a scale, and (B) the example which shifted the position of the edge at random エッジの位置の定義を示す図Diagram showing definition of edge position エッジの位置のずらし方を示す図Diagram showing how to shift the edge position 前記実施形態の変形例を示す概略図Schematic showing a modification of the embodiment

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図4は、本発明の実施形態に係る光学式エンコーダの全体構成を示す概略図である。本実施形態の光学式エンコーダは、発光素子11と、スケール12と、レンズ13と、フォトダイオードアレイ14と、信号処理回路20とを備えて構成されている。   FIG. 4 is a schematic diagram showing the overall configuration of the optical encoder according to the embodiment of the present invention. The optical encoder of this embodiment includes a light emitting element 11, a scale 12, a lens 13, a photodiode array 14, and a signal processing circuit 20.

発光素子11は、コヒーレント光を出射する光源、例えばレーザダイオードである。   The light emitting element 11 is a light source that emits coherent light, for example, a laser diode.

スケール12は、図5に示すように、透明ガラス基板上に、明暗の等間隔な配列ピッチPi(例えば40μm)で形成されたインクリメンタルパターン31からなるインクリメンタルトラック301と、擬似ランダムパターン(ここではM系列符号)により絶対位置を表現した一般的なアブソリュートパターン32からなるアブソリュートトラック302と、このアブソリュートパターン32に対し所定の位相関係を有し、且つ明暗の等間隔な配列ピッチPr(<Pi)で形成された、測長方向の幅がWrの位置基準パターン33からなる位置基準トラック303とを形成して構成される。   As shown in FIG. 5, the scale 12 includes an incremental track 301 composed of an incremental pattern 31 formed on a transparent glass substrate at an evenly spaced arrangement pitch Pi (for example, 40 μm), and a pseudo-random pattern (here, M An absolute track 302 composed of a general absolute pattern 32 expressing an absolute position by a series code), and an arrangement pitch Pr (<Pi) having a predetermined phase relationship with the absolute pattern 32 and at equal intervals between light and dark. A position reference track 303 formed by the position reference pattern 33 having a width Wr in the length measurement direction is formed.

即ち、アブソリュートパターン32は、位置基準パターン33の等間隔パターンの絶対位置を表現している。インクリメンタルパターン31の配列ピッチPiは、例えば位置基準パターン33の配列ピッチPrの整数分の1に設定される。本実施形態では、一例としてPr=4Piであると想定する。一例として、Pi=40μmの場合、Pr=160μmに設定される。   That is, the absolute pattern 32 represents the absolute position of the equally spaced pattern of the position reference pattern 33. For example, the arrangement pitch Pi of the incremental pattern 31 is set to 1 / integer of the arrangement pitch Pr of the position reference pattern 33. In the present embodiment, it is assumed that Pr = 4Pi as an example. As an example, when Pi = 40 μm, Pr = 160 μm is set.

インクリメンタルパターン31と位置基準パターン33とは、いずれもエンコーダの全長にわたって等間隔の配列ピッチ(Pi、Pr)で形成されるため、エンコーダの全長にわたって正確に形成することが比較的容易である。ここで、位置基準パターン33が無く、インクリメンタルパターン31とアブソリュートパターン32のみが存在するエンコーダを想定する。このようなエンコーダでは、例えばインクリメンタルパターン31の配列ピッチを40μmとした場合、アブソリュートパターン32の精度は、スケール12の全長にわたり、その半分未満の±20μm未満にしなければならない。   Since each of the incremental pattern 31 and the position reference pattern 33 is formed at an equally spaced arrangement pitch (Pi, Pr) over the entire length of the encoder, it is relatively easy to form accurately over the entire length of the encoder. Here, an encoder is assumed in which there is no position reference pattern 33 and only the incremental pattern 31 and the absolute pattern 32 exist. In such an encoder, for example, when the arrangement pitch of the incremental patterns 31 is 40 μm, the accuracy of the absolute pattern 32 must be less than ± 20 μm, which is less than half of the entire length of the scale 12.

これに対して、本実施形態のように、インクリメンタルパターン31の配列ピッチPiより大きな配列ピッチPrを有する位置基準パターン33を形成すれば、アブソリュートパターン32の位置精度は、この位置基準パターン33の配列ピッチPrに合わせれば十分である。従って、アブソリュートパターン32の位置誤差の許容度を大きくすることができる。例えば、位置基準パターン33の配列ピッチPrがPiの4倍の160μmであれば、アブソリュートパターン32の位置誤差は、スケール12の全長にわたり、±80μmまで許容することが可能になる。従って、インクリメンタルパターン31の配列ピッチPiを、アブソリュートパターン32の精度を考慮せずに決定することが可能となり、インクリメンタルパターン31のピッチを微細化して、エンコーダを高精度化することができる。   On the other hand, if the position reference pattern 33 having an arrangement pitch Pr larger than the arrangement pitch Pi of the incremental pattern 31 is formed as in the present embodiment, the position accuracy of the absolute pattern 32 is assured by the arrangement of the position reference pattern 33. It is sufficient to match the pitch Pr. Therefore, the tolerance of the position error of the absolute pattern 32 can be increased. For example, if the arrangement pitch Pr of the position reference pattern 33 is 160 μm, which is four times Pi, the position error of the absolute pattern 32 can be allowed to be ± 80 μm over the entire length of the scale 12. Therefore, the arrangement pitch Pi of the incremental pattern 31 can be determined without considering the accuracy of the absolute pattern 32, and the pitch of the incremental pattern 31 can be reduced to increase the accuracy of the encoder.

前記発光素子11は、スケール12を照射し、スケール12を透過した照射光は、レンズ13を介してフォトダイオードアレイ14上に投影される。   The light emitting element 11 irradiates the scale 12, and the irradiation light transmitted through the scale 12 is projected onto the photodiode array 14 via the lens 13.

図6に示すように、例えばCMOSで構成されるフォトダイオードアレイ14は、インクリメンタルトラック301、アブソリュートトラック302及び位置基準トラック303のそれぞれに対応して、INCフォトダイオードアレイ41、ABSフォトダイオードアレイ42及び位置基準フォトダイオードアレイ43を備えている。各フォトダイオードアレイ41〜43は、対応するパターン31〜33のピッチに対応した配列ピッチでフォトダイオードを配列して構成される。   As shown in FIG. 6, the photodiode array 14 composed of, for example, a CMOS, corresponds to the incremental track 301, the absolute track 302, and the position reference track 303, respectively, and includes an INC photodiode array 41, an ABS photodiode array 42, and A position reference photodiode array 43 is provided. Each of the photodiode arrays 41 to 43 is configured by arranging photodiodes at an arrangement pitch corresponding to the pitch of the corresponding patterns 31 to 33.

INCフォトダイオードアレイ41は、例えば90度ずつ位相の異なる4組のフォトダイオードアレイを有し、インクリメンタルパターン31に基づく明暗信号を検出して90度位相差の4相正弦波信号を出力する。ABSフォトダイオードアレイ42は、アブソリュートパターン32に基づく明暗信号を測長方向に掃引して得られた信号を出力する。又、位置基準フォトダイオードアレイ43は、位置基準パターン33を少なくとも1つ以上検出できるよう、測長方向の寸法WPDrが設定されている(WPDr>Pr+Wr)。   The INC photodiode array 41 has, for example, four sets of photodiode arrays having different phases by 90 degrees, detects a light / dark signal based on the incremental pattern 31, and outputs a four-phase sine wave signal having a phase difference of 90 degrees. The ABS photodiode array 42 outputs a signal obtained by sweeping a light / dark signal based on the absolute pattern 32 in the length measuring direction. The position reference photodiode array 43 has a dimension WPDr in the length measurement direction so that at least one position reference pattern 33 can be detected (WPDi> Pr + Wr).

前記ABSフォトダイオードアレイ42及び位置基準フォトダイオードアレイ43は、それぞれ、図7に示す如く、スイッチング素子45でABSフォトダイオードアレイ42又は位置基準フォトダイオードアレイ43の各受光要素1〜Nを掃引することにより、得られた信号を出力する。   The ABS photodiode array 42 and the position reference photodiode array 43 respectively sweep the light receiving elements 1 to N of the ABS photodiode array 42 or the position reference photodiode array 43 by a switching element 45 as shown in FIG. To output the obtained signal.

図4に示す信号処理回路20は、一例として、ノイズフィルタ・増幅回路21、A/D変換器22、相対位置検出回路23、プリアンプ24、27、相関演算回路25、28、絶対位置検出回路26、基準位置検出回路29及び絶対位置合成回路30を備えて構成される。   The signal processing circuit 20 shown in FIG. 4 includes, for example, a noise filter / amplifier circuit 21, an A / D converter 22, a relative position detection circuit 23, preamplifiers 24 and 27, correlation calculation circuits 25 and 28, and an absolute position detection circuit 26. The reference position detection circuit 29 and the absolute position synthesis circuit 30 are provided.

ノイズフィルタ・増幅回路21は、INCフォトダイオードアレイ41からのアナログ出力信号(90度位相差4相信号)のノイズを除去した後、この信号を増幅して出力する。   The noise filter / amplifier circuit 21 removes noise from the analog output signal (90-degree phase difference 4-phase signal) from the INC photodiode array 41 and then amplifies and outputs the signal.

A/D変換器22は、ノイズフィルタ・増幅回路21が出力するアナログ出力信号をデジタル信号に変換する。相対位置検出回路23は、得られたデジタル信号(90度位相差信号)の振幅のarctan演算を行なうことにより、スケール12の相対的な移動量・移動方向を示す相対位置信号D1を出力する。   The A / D converter 22 converts the analog output signal output from the noise filter / amplifier circuit 21 into a digital signal. The relative position detection circuit 23 performs an arctan calculation of the amplitude of the obtained digital signal (90-degree phase difference signal), thereby outputting a relative position signal D1 indicating the relative movement amount / movement direction of the scale 12.

プリアンプ24は、ABSフォトダイオードアレイ42に接続されたスイッチング素子45の出力を増幅して出力する。相関演算回路25は、設計値との相関演算を行い、絶対位置検出回路26は、相関演算回路28の演算結果に基づいて、スケール12の絶対位置を示す絶対位置信号D2を出力する。   The preamplifier 24 amplifies and outputs the output of the switching element 45 connected to the ABS photodiode array 42. The correlation calculation circuit 25 performs a correlation calculation with the design value, and the absolute position detection circuit 26 outputs an absolute position signal D2 indicating the absolute position of the scale 12 based on the calculation result of the correlation calculation circuit 28.

プリアンプ27は、位置基準フォトダイオードアレイ43に接続されたスイッチング素子45の出力を増幅して出力する。相関演算回路28は、設計値との相関演算を行ない、基準位置検出回路29は、相関演算回路28の演算結果に基づいて位置基準パターン33の基準位置を示す位置基準信号D3を出力する。   The preamplifier 27 amplifies and outputs the output of the switching element 45 connected to the position reference photodiode array 43. The correlation calculation circuit 28 performs a correlation calculation with the design value, and the reference position detection circuit 29 outputs a position reference signal D3 indicating the reference position of the position reference pattern 33 based on the calculation result of the correlation calculation circuit 28.

前記絶対位置合成回路30は、絶対位置信号D2、相対位置信号D1、位置基準信号D3に基づいて、スケール12の微細な絶対位置を算出する。この絶対位置合成回路30の動作を、図8を参照して説明する。絶対位置信号D2は、スケール12の絶対位置についての情報を有している。アブソリュートパターン32は、位置基準パターン33に対し所定の情報をもって形成されるので、絶対位置信号D2から絶対位置が得られることで、位置基準パターン33の周期Prの何周期目にスケール12が位置しているのかを特定することができる(図8の(1))。   The absolute position synthesis circuit 30 calculates the fine absolute position of the scale 12 based on the absolute position signal D2, the relative position signal D1, and the position reference signal D3. The operation of the absolute position synthesis circuit 30 will be described with reference to FIG. The absolute position signal D2 has information on the absolute position of the scale 12. Since the absolute pattern 32 is formed with predetermined information with respect to the position reference pattern 33, the absolute position is obtained from the absolute position signal D 2, so that the scale 12 is positioned at what cycle of the period Pr of the position reference pattern 33. Can be identified ((1) in FIG. 8).

位置基準パターン33の周期Prの何周期目かが特定されると、その後、位置基準信号D3の信号量が検出されることにより、インクリメンタルパターン31の何周期目にスケール12が位置しているのかを特定することができる(図8の(2))。インクリメンタルパターン31、位置基準パターン33は、いずれも等間隔の明暗パターンにより形成されるため、配列ピッチPrとPiの比が大きい場合でも、両者間の位置精度を高く保つことが容易である。このため、位置基準パターン33の何周期目かが判明し、更に位置基準信号D3の信号量が検出されることにより、インクリメンタルパターン31の何周期目にスケール12が位置するのかを特定することができる。その後は、インクリメンタルパターン31から得られる相対位置信号D1の明暗を計算することにより、スケール12の絶対位置を算出し出力することが可能である。   When the cycle Pr of the position reference pattern 33 is specified, the signal amount of the position reference signal D3 is detected thereafter, and in what cycle of the incremental pattern 31 the scale 12 is positioned. Can be specified ((2) in FIG. 8). Since the incremental pattern 31 and the position reference pattern 33 are both formed by equally spaced light and dark patterns, even when the ratio of the arrangement pitch Pr and Pi is large, it is easy to keep the positional accuracy between them high. For this reason, the cycle of the position reference pattern 33 is determined, and the signal amount of the position reference signal D3 is further detected, thereby specifying the cycle of the incremental pattern 31 to which the scale 12 is positioned. it can. Thereafter, the absolute position of the scale 12 can be calculated and output by calculating the brightness of the relative position signal D1 obtained from the incremental pattern 31.

以上説明したように、本実施形態によれば、アブソリュートパターン32により得られた絶対位置検出信号D2に基づき、スケール12の絶対位置が、位置基準パターン33との関係において検出され、その後、位置基準パターン33に基づく位置基準信号D3、及びインクリメンタルパターン31に基づく相対位置信号D1により、精緻なスケール12の絶対位置信号を得ることができる。アブソリュートパターン32は微細に形成されたインクリメンタルパターン31に対する位置精度を要求されず、より配列ピッチの大きい位置基準パターン33に対し所定の位置精度で形成されていれば十分である。従って、本実施形態によれば、インクリメンタルパターン31のピッチを微細化することができ、よって、エンコーダの高精度化を図ることができる。   As described above, according to the present embodiment, the absolute position of the scale 12 is detected in relation to the position reference pattern 33 based on the absolute position detection signal D2 obtained by the absolute pattern 32, and then the position reference A precise absolute position signal of the scale 12 can be obtained by the position reference signal D3 based on the pattern 33 and the relative position signal D1 based on the incremental pattern 31. The absolute pattern 32 does not require positional accuracy with respect to the finely formed incremental pattern 31, and it is sufficient if it is formed with a predetermined positional accuracy with respect to the position reference pattern 33 having a larger arrangement pitch. Therefore, according to the present embodiment, the pitch of the incremental pattern 31 can be reduced, and thus the encoder can be highly accurate.

更に、アブソリュートパターン32が、図3(a)に示すような設計値に対して、図3(b)に示す如く、分割され、且つ、一部のパターンのエッジ位置が測長方向に変更されている。従って、図3(d)に示す如く、汚れが付着した場合でも、図3(e)に示す如く、誤りピークの発生が抑制される。アブソリュートパターン32の分割方法は、ランダム或いは等間隔の測長方向の分割のいずれであっても良い。   Further, the absolute pattern 32 is divided as shown in FIG. 3B with respect to the design value as shown in FIG. 3A, and the edge positions of some patterns are changed in the length measuring direction. ing. Therefore, as shown in FIG. 3D, even when dirt is attached, the occurrence of an error peak is suppressed as shown in FIG. The method of dividing the absolute pattern 32 may be either random or equally divided in the length measuring direction.

又、図9(A)に示す如く、スケール上にパターンをランダム符号系列に従って配置するとき、ランダム符号系列の1符合に対応したパターンの線幅をWbitとすると、スケール上に配置されたランダム符号系列のパターンエッジは、Wbit×n(nは正の整数)の位置にのみ現れる。 Further, as shown in FIG. 9A, when a pattern is arranged on a scale according to a random code sequence, if the line width of the pattern corresponding to one code of the random code sequence is W bit , the random pattern arranged on the scale The pattern edge of the code sequence appears only at the position of W bit × n (n is a positive integer).

この特徴により、相関演算を行うとき、Wbit毎にエッジの位置が一致してしまうことから、汚れにより誤りピークが発生しやすく、誤検出をしてしまう可能性が高い。 Due to this feature, when performing the correlation calculation, the edge positions coincide with each W bit , so that an error peak is likely to occur due to contamination, and there is a high possibility of erroneous detection.

そこで、図9(B)に例示する如く、スケールパターンエッジの位置を−Wbit/2からWbit/2の範囲でずらすことにより、相関演算を行なうとき、誤った位置以外でエッジが一致することを抑制し、結果的に誤りピークの発生を抑えることが可能となる。 Therefore, as illustrated in FIG. 9B, when the correlation calculation is performed by shifting the position of the scale pattern edge in the range of −W bit / 2 to W bit / 2, the edges match at positions other than the incorrect position. As a result, it is possible to suppress the occurrence of error peaks.

エッジのずらし方は、図10に示す如く、パターンエッジのずれをΔpi(i=1,2,3・・・N)とし、Δpiの値域を−Wbit/2<Δpi<Wbit/2とすると、図11(A)に示す如く、ランダムにずらしたり、図11(B)に示す如く、正規分布に従ってずらしたり、図11(C)に示す如く、三角波に従ってずらしたり、図11(D)に示す如く、正弦波に従ってずらすことができる。 As shown in FIG. 10, the edge shift method is such that the pattern edge shift is Δp i (i = 1, 2, 3... N), and the range of Δp i is −W bit / 2 <Δp i <W bit. As shown in FIG. 11A, it is shifted randomly as shown in FIG. 11A, shifted according to a normal distribution as shown in FIG. 11B, shifted according to a triangular wave as shown in FIG. As shown in (D), it can be shifted according to a sine wave.

なお、前記実施形態においては、本発明が透過型のエンコーダに適用されていたが、本発明の適用対象は、これに限定されず、図12に示す変形例のように、反射型の光学系として、発光素子11をレンズ13やフォトダイオードアレイ14と同じ側に配置しても良い。   In the above embodiment, the present invention is applied to a transmissive encoder. However, the application target of the present invention is not limited to this, and a reflective optical system as in the modification shown in FIG. As an alternative, the light emitting element 11 may be arranged on the same side as the lens 13 and the photodiode array 14.

11…発光素子
12…スケール
13…レンズ
14…フォトダイオードアレイ
20…信号処理回路
21…ノイズフィルタ・増幅回路
22…A/D変換器
23…相対位置検出回路
24、27…プリアンプ
25、28…相関演算回路
26…絶対位置検出回路
29…基準位置検出回路
30…絶対位置合成回路
31…インクリメンタル(INS)パターン
32…アブソリュート(ABS)パターン
33…位置基準パターン
41…INCフォトダイオードアレイ
42…ABSフォトダイオードアレイ
43…位置基準フォトダイオードアレイ
45…スイッチング素子
301…インクリメンタル(INC)トラック
302…アブソリュート(ABS)トラック
303…位置基準トラック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Light emitting element 12 ... Scale 13 ... Lens 14 ... Photodiode array 20 ... Signal processing circuit 21 ... Noise filter and amplification circuit 22 ... A / D converter 23 ... Relative position detection circuit 24, 27 ... Preamplifier 25, 28 ... Correlation Arithmetic circuit 26 ... Absolute position detection circuit 29 ... Reference position detection circuit 30 ... Absolute position synthesis circuit 31 ... Incremental (INS) pattern 32 ... Absolute (ABS) pattern 33 ... Position reference pattern 41 ... INC photodiode array 42 ... ABS photodiode Array 43 ... Position reference photodiode array 45 ... Switching element 301 ... Incremental (INC) track 302 ... Absolute (ABS) track 303 ... Position reference track

Claims (3)

相対移動可能な検出器とスケールを備え、
前記検出器側には絶対位置検出用の発光素子、光学系及び受光素子を配置し、
前記スケール側には所定のアブソリュートパターンを配置した光学式絶対位置測長型エンコーダにおいて、
前記アブソリュートパターンをランダム符号系列に従って配置すると共に、各アブソリュートパターンを、ランダム或いは等間隔に測長方向に分割したことを特徴とする光学式絶対位置測長型エンコーダ。
With a relatively movable detector and scale,
Emitting element for absolute position detection in the detector side, the optical system and the light receiving element is arranged,
In the optical absolute position measurement type encoder in which a predetermined absolute pattern is arranged on the scale side,
An optical absolute position measuring encoder characterized in that the absolute patterns are arranged according to a random code sequence, and each absolute pattern is divided randomly or at equal intervals in the length measuring direction.
前記アブソリュートパターンの一部のエッジ位置を測長方向に変更したことを特徴とする請求項1に記載の光学式絶対位置測長型エンコーダ。 2. The optical absolute position length measuring encoder according to claim 1, wherein a part of the edge position of the absolute pattern is changed in the length measuring direction. 相対移動可能な検出器とスケールを備え、
前記検出器側には絶対位置検出用の発光素子、光学系及び受光素子を配置し、
前記スケール側には所定のアブソリュートパターンを配置した光学式絶対位置測長型エンコーダにおいて、
前記アブソリュートパターンをランダム符号系列に従って配置すると共に、該アブソリュートパターンの一部のエッジ位置を、ランダム符号系列の1符号に対応したパターンの線幅の±1/2の範囲で測長方向に変更したことを特徴とする光学式絶対位置測長型エンコーダ。
With a relatively movable detector and scale,
Emitting element for absolute position detection in the detector side, the optical system and the light receiving element is arranged,
In the optical absolute position measurement type encoder in which a predetermined absolute pattern is arranged on the scale side,
The absolute pattern is arranged according to a random code sequence, and the edge position of a part of the absolute pattern is changed in the length measurement direction within a range of ± 1/2 of the line width of the pattern corresponding to one code of the random code sequence An optical absolute position measuring encoder characterized by the above.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3141874A1 (en) 2015-09-14 2017-03-15 Mitutoyo Corporation Absolute position detection type photoelectric encoder
DE102017002683A1 (en) 2016-03-25 2017-09-28 Mitutoyo Corporation Photoelectric encoder
US9792688B2 (en) 2015-10-02 2017-10-17 Mitsubishi Electric Corporation Position detection device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6850818B2 (en) * 2016-07-01 2021-03-31 フィジック インストゥルメント(ピーアイ)ゲーエムベーハー アンド ツェーオー.カーゲー Sensor device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60120216A (en) * 1983-12-02 1985-06-27 Mitsutoyo Mfg Co Ltd Photoelectric type displacement detecting device
DE8613887U1 (en) * 1986-05-22 1990-09-13 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 83301 Traunreut Measuring device
JPS63290916A (en) * 1987-05-22 1988-11-28 Tokyo Koku Keiki Kk Optical linear scale device
JPH07318371A (en) * 1994-03-31 1995-12-08 Mitsutoyo Corp Photoelectric encoder
JP4960133B2 (en) * 2007-04-11 2012-06-27 株式会社ミツトヨ Absolute position measuring encoder
JP5286584B2 (en) * 2007-06-19 2013-09-11 株式会社ミツトヨ Absolute position measuring encoder

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3141874A1 (en) 2015-09-14 2017-03-15 Mitutoyo Corporation Absolute position detection type photoelectric encoder
CN107024235A (en) * 2015-09-14 2017-08-08 株式会社三丰 scale and photoelectric encoder
US10119844B2 (en) 2015-09-14 2018-11-06 Mitutoyo Corporation Scale for an absolute position detection type photoelectric encoder with three or more two-bit combination patterns are used to represent a two-level code pattern
US9792688B2 (en) 2015-10-02 2017-10-17 Mitsubishi Electric Corporation Position detection device
DE102017002683A1 (en) 2016-03-25 2017-09-28 Mitutoyo Corporation Photoelectric encoder
US10041815B2 (en) 2016-03-25 2018-08-07 Mitutoyo Corporation Photoelectric encoder having a two-level code pattern using three or more bit-combination patterns
DE102017002683B4 (en) 2016-03-25 2021-09-02 Mitutoyo Corporation Photoelectric coding device

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