JP5902891B2 - Encoder and calibration method - Google Patents
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Description
本発明は、エンコーダ及びそれを用いた校正方法に関する。 The present invention relates to an encoder and a calibration method using the encoder.
角度を校正する装置の校正原理は、非特許文献1、2などに公表されている。それによると「等分割平均法」と呼ばれる方法が採用されていて、目盛位置ずれのわからない2つのロータリーエンコーダ(基準エンコーダと被測定エンコーダ)を比較することにより、2つのロータリーエンコーダを同時に校正する。また、その計測の過程で被測定エンコーダの角度点における基準エンコーダの値を参照する必要がある。しかし、被測定エンコーダの角度点は、基準エンコーダの角度点と通常一致しないため、基準エンコーダの内挿信号を用いる必要がある。ここで角度点とは、例えばエンコーダ信号を2値化してパルス信号に変換したときの角度位置を表す用語であり、角度点が1000個であるとき1回転360°を1000分割するときの目盛りを意味する。また、内挿信号とは、相互に90°位相ずれした正弦波状のアナログエンコーダ信号を基にアークタンジェント演算することで算出される位相の値の信号である。例えばアナログエンコーダ信号の1周期を80分割する場合、位相角として0〜2πを80分割した領域に分割して、その領域が切り替わる毎にパルスを出力することで、位相の値を算出し、分解能を向上させる。
The calibration principle of the device that calibrates the angle is disclosed in
しかし、一般的にエンコーダ信号は正弦波状信号の歪(振幅、オフセット、位相差、高調波成分など)の状態により内挿信号の誤差が変動しまう課題がある。すなわち、エンコーダの正弦波状信号に歪が存在する場合、正弦波信号1周期を等間隔に分割すべきところ不等間隔になる誤差が生じる。例えば、特許文献1、2などにこうした問題が取り上げられていて、歪を予め算出してデータベースに記録しておき、後で補正する方法が示される。しかし一般的なエンコーダは、取り付け状態やスケールの描画誤差などに依存して正弦波状信号の歪が変動してしまうため、不確かさを特定することが困難であり、校正装置としては不都合である。そこで上述の角度校正装置においては、内挿の方法に「時間平均法」を用いている。
However, in general, the encoder signal has a problem that the error of the interpolation signal varies depending on the distortion (amplitude, offset, phase difference, harmonic component, etc.) of the sinusoidal signal. That is, when distortion is present in the sine wave signal of the encoder, an error is generated where one cycle of the sine wave signal should be divided at equal intervals. For example, such problems are taken up in
時間平均法は、図5に示すように、被測定エンコーダ200の回転軸と基準エンコーダのヘッド100の回転ディスク101を共通の回転軸102に連結してモータ103にて等速回転させる。被測定エンコーダ200の角度点に対応する基準エンコーダの値を参照するとき、被測定エンコーダ200の各角度点のパルス発生時間T(i)と、その前後にある基準エンコーダの角度点のパルス発生時間Tm(i)とを測定する。そして、基準エンコーダが各角度点の間で等速回転すると仮定することで、時間情報から基準エンコーダの角度位置情報を線形内挿の方法で算出する。この方法は、原理が明快であり、被測定エンコーダ200や基準エンコーダの波形歪みの影響を受けないことが特徴である。特に基準エンコーダとして高分解能のエンコーダ(即ち目盛りの多いエンコーダ)を用いると、回転構造体の慣性により、基準エンコーダの隣接した角度点間は限りなく等速となるため、本方式は特定標準機に採用されている。
In the time average method, as shown in FIG. 5, the
しかし、本方式は測定対象物を回転させないと計測できないため、ポリゴンミラーなどの静止物体を校正することはできない。そこで従来は干渉測長装置などと組合せ、ポリゴンミラーの角度点近傍の基準エンコーダの角度点を干渉計を用いて補間(内挿)して値を算出する方法を採用している。すなわち、静止物体を校正する場合、直接的に校正できないことで作業が煩雑になったり、レーザ干渉測長装置の不確かさを加算したりしなければならないことなどの課題が存在していた。 However, since this method cannot be measured unless the measurement object is rotated, a stationary object such as a polygon mirror cannot be calibrated. Therefore, conventionally, a method of calculating a value by combining (interpolating) the angle point of the reference encoder near the angle point of the polygon mirror with an interferometer in combination with an interferometer is used. That is, when a stationary object is calibrated, there are problems such as the fact that the work cannot be directly calibrated and the work becomes complicated, and the uncertainty of the laser interference length measuring apparatus must be added.
また近年のエンコーダは、周期信号をカウントする方式の所謂インクリメンタルエンコーダからアブソリュートエンコーダに移行しつつある。アブソリュートエンコーダの場合、角度情報を出力する際に、一方的なデータの吐き出しではなく指令に基づいて角度位置情報を出力するなど機能が変わってきており、連続回転を前提にした校正の原理では不都合がある。 Also, recent encoders are shifting from so-called incremental encoders that count periodic signals to absolute encoders. In the case of an absolute encoder, functions such as the output of angular position information based on commands rather than one-sided data output have been changed when outputting angle information, which is inconvenient for the calibration principle based on continuous rotation. There is.
本発明は、対象物の校正に使用されるエンコーダに有用な技術を提供することを例示的目的とする。 An object of the present invention is to provide a technique useful for an encoder used for calibration of an object.
本発明の1つの側面は、対象物を順次位置決めして該対象物を校正するためのエンコーダであって、光源と、複数のマークが配列され、前記対象物とともに前記光源に対して相対移動するスケールと、前記光源からの光を偏光方向が互いに異なる2つの偏光に分割し、該分割により得られた2つの偏光を前記マークで回折させることによって正の次数の回折光および負の次数の回折光を生成し、該生成をされた2つの回折光を互いに逆向きの円偏光状態で干渉させることによって、前記マークのピッチと前記スケールの相対移動速度とによって偏光方向が回転する直線偏光を生成する光学系と、前記光学系により生成された直線偏光を第1直線偏光と第2直線偏光とに分割する分割部と、前記第1直線偏光が入射する、固定配置された第1偏光板を含み、前記スケールが相対移動する間における前記第1偏光板を通過した光を検出することによって、前記第1直線偏光の偏光方向の回転の数を得る第1ユニットと、前記第2直線偏光が入射する、前記第2直線偏光の偏光方向に対して回転する第2偏光板を含み、前記スケールが静止した状態における前記第2偏光板を通過した光を検出することによって、前記状態における前記第2直線偏光の1回転内の位相を得る第2ユニットと、前記第1ユニットにより得られた前記数および前記第2ユニットにより得られた前記位相に基づいて前記相対移動に係る量を出力する出力部と、を備えることを特徴とする。
One aspect of the present invention is an encoder for sequentially positioning an object and calibrating the object, wherein a light source and a plurality of marks are arranged and move relative to the light source together with the object. Splitting the light from the scale and the light source into two polarized light beams having different polarization directions, and diffracting the two polarized light beams obtained by the splitting by the mark, and diffracting light of positive order and negative order. By generating light and making the generated two diffracted beams interfere with each other in the circular polarization state opposite to each other, linearly polarized light whose polarization direction is rotated by the pitch of the mark and the relative movement speed of the scale is generated. An optical system that divides the linearly polarized light generated by the optical system into a first linearly polarized light and a second linearly polarized light, and a fixedly arranged first polarization on which the first linearly polarized light is incident. A first unit that includes a plate and detects the number of rotations of the polarization direction of the first linearly polarized light by detecting light that has passed through the first polarizing plate during the relative movement of the scale; and the second straight line A second polarizing plate that rotates with respect to a polarization direction of the second linearly polarized light that is incident on the polarized light, and detects light that has passed through the second polarizing plate in a state where the scale is stationary. A second unit for obtaining a phase within one rotation of the second linearly polarized light, and outputting the quantity relating to the relative movement based on the number obtained by the first unit and the phase obtained by the second unit. And an output unit.
本発明によれば、例えば、対象物の校正に使用されるエンコーダに有用な技術を提供することができる。 According to the present invention, for example, a technique useful for an encoder used for calibration of an object can be provided.
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[第1実施形態]
図1は、静止状態のポリゴンミラーやエンコーダの校正する基準エンコーダとして使用可能な第1実施形態の変位又は角度を計測するエンコーダの構成図である。図2は、図1の基準エンコーダを用いてポリゴンミラーを校正する場合の説明図である。半導体レーザ(光源)1から射出された光は、コリメータレンズ2にて略平行光にされ、第1の偏光プリズム31の屋根部に入射し、内部で反射後に、偏光ビームスプリッタ面41にて偏光方向が互いに異なる2つの偏光(P波、S波)に分割される。偏光ビームスプリッタ面41を透過したP波は、光路L1を通り、反射プリズム63で反射された後、1/4波長板71を透過し、回転ディスク(スケール)101の位置P1に斜入射する。回転ディスク101には、複数のマークが一定のピッチで配列され、半導体レーザ1を含むヘッドに対して相対移動する。回転ディスク(スケール)101は、斜入射したP波、S波をマークで回折させることによって正の次数の回折光および負の次数の回折光を生成する。回転ディスク101の位置P1に斜入射されたP波の+1次回折光は、元の光路を戻って、1/4波長板71を再透過して、偏光プリズム31内の偏光ビームスプリッタ面41にて今度は反射され、プリズム3への光路にS波(+1次光)となって出力される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram of an encoder for measuring a displacement or an angle according to a first embodiment that can be used as a reference encoder for calibrating a stationary polygon mirror or encoder. FIG. 2 is an explanatory diagram when a polygon mirror is calibrated using the reference encoder of FIG. The light emitted from the semiconductor laser (light source) 1 is made into substantially parallel light by the
一方、偏光ビームスプリッタ面41にて反射されたS波は光路L2を通り、反射プリズム63で反射された後、1/4波長板71を透過し、回転ディスク101の放射状回折格子5上の位置P1に斜入射する。放射状回折格子5上の位置P1に斜入射されたS波の−1次回折光は元の光路を戻って、1/4波長板71を再透過して、偏光プリズム31内の偏光ビームスプリッタ面41にて今度は透過して、プリズム3への光路にP波(−1次光)となって出力される。
On the other hand, the S wave reflected by the polarization
これらP波(−1次光)、S波(+1次光)の2光束は、光軸を重ねたままプリズム3内の反射面64、65で反射され、1/2波長板8にて互いの偏光方位を入れ替え、それぞれP波(+1次光)、S波(−1次光)となる。P波(+1次光)、S波(−1次光)は、その後、第2の偏光プリズム32の屋根部に入射し、内部で反射後に、偏光ビームスプリッタ面42にて2つの偏光が分割される。
These two light fluxes of P wave (−1st order light) and S wave (+ 1st order light) are reflected by the
まず偏光ビームスプリッタ面42を透過したP波(+1次光)は、光路L3を通り、反射プリズム66で反射された後、1/4波長板72を透過し、回転ディスク101の位置P2に斜入射する。回転ディスク101の位置P2に斜入射されたP波の+1次再回折光は、1/4波長板72を再透過し、偏光プリズム32内の偏光ビームスプリッタ面42にて今度は反射され、1/4波長板73への光路にS波(+1+1次回折)となって出力される。一方、偏光ビームスプリッタ面42にて反射したS波(−1次光)は、光路L4を通り、反射プリズム66で反射された後、1/4波長板72を透過し、回転ディスク101の位置P2に斜入射する。回転ディスク101の位置P2に斜入射され反射されたS波の−1次再回折光は、元の光路を戻って、1/4波長板72を再透過して、偏光ビームスプリッタ面42にて今度は透過して、1/4波長板73への光路にP波(−1−1次回折)となって出力される。なお、ここで回折次数の符号の意味は、回折格子5が時計回りに回転するとき回転方向寄りに回折された光束の回折次数を+とするルールを適用し、例えばS波(+1+1次回折)の意味は+1次回折を2回行った光束でS偏光を意味する。
First, the P wave (+ 1st order light) transmitted through the polarization
1/4波長板73を透過する前のS波(+1+1次回折)とP波(−1−1次回折)は互いに偏光方位が90°ずれた独立した直線偏光である。回転ディスク101が1ピッチ分回転すると、S波(+1+1次回折)は波面の位相が2π×(+2)だけずれ、P波(−1−1次回折)は波面の位相が 2π×(−2)だけずれる。よってこの2光束間の位相差の変化は、8π/ピッチ である。なお、ピッチとはディスク101上の隣接するマーク間のピッチの意味である。
The S wave (+ 1 + 1 order diffraction) and the P wave (-1-1 order diffraction) before passing through the quarter-
1/4波長板73を透過することによって、S波(+1+1次回折)とP波(−1−1次回折)の両光束は、互いに逆向きの円偏光状態にあり、互いに干渉しあって偏光方向が回転する1つの直線偏光が生成される。この直線偏光の光束の偏光方向は、元の2光束間の位相差に依存し、位相差が2πずれると、直線偏光の偏光方向が半回転する。すなわち本実施形態の光学系では、元の2光束間の位相差の変化は、8π/ピッチだったので、直線偏光の偏光方向の回転が2回転/ピッチとなる。第1の偏光プリズム31,32、1/4波長板71,72,73等を含む光学系は、マークのピッチとスケールの相対移動速度とによって決定される周期の整数分の一(1/4)の大きさの周期で偏光方向が回転する直線偏光を生成する。したがって、光学系は、スケール(回転ディスク101)の移動の計測分解能を整数倍に向上させている。なお、ディスク101の回転が停止すると、この直線偏光光束の偏光方向は2光束間の位相差で決定される向きに固定される。こうした特性を有する直線偏光の光束は非偏光ビームスプリッタ(分割部)9にて同一の偏光特性を有する第1直線偏光と第2直線偏光との2つの光束に分割される。
By passing through the quarter-
非偏光ビームスプリッタ9を透過した第1直線偏光は、固定配置された偏光板(第1偏光板)10を透過して受光素子51に入射する。受光素子51で得られた信号はコンパレータ91にて2値化されてインクリメンタル信号S0となる。従来と同様に原点信号にて零にリセットしてカウンター96にてインクリメンタル信号S0を計数する。第1偏光板10、受光素子51、コンパレータ91、カウンター96は、スケールとしてのディスク101が相対移動する間における、前記偏光板10を通過した第1直線偏光の偏光方向の回転の数を得る第1ユニットを構成している。
The first linearly polarized light that has passed through the non-polarizing beam splitter 9 passes through a fixedly disposed polarizing plate (first polarizing plate) 10 and enters the
非偏光ビームスプリッタ9を反射した第2直線偏光は、回転体に連結された偏光板11を透過して受光素子52に入射する。偏光板11は、第2直線偏光の偏光方向に対して所定の角速度で回転する第2偏光板を構成している。偏光板11の透過軸の向きがモータMおよびそのモータドライバー93により(高速に)等速回転しているとする。そうすると、偏光板11の透過軸の向きが第2直線偏光の偏光方向と一致したときに受光素子52の出力が最大になり、直交したときに受光素子52の出力が最小になる。受光素子52の出力をコンパレータ92で2値化すると第2直線偏光の偏光方向の回転周期信号S2が得られる。また偏光板11の透過軸の向きがモータドライバー93によって時間で制御されているとすると、その制御系からタイミング信号S1が得られる。直線偏光の回転周期信号S2の立ち上がり時間Tr(1)、Tr(2)、・・・と、タイミング信号S1の立ち上がり時間T(1)、T(2)、T(3)、・・・とは、図3に示されるようになる。スケールとしてのディスク101の相対移動が停止されると、第2直線偏光の偏光方向は特定の方向で静止する。第2直線偏光のその静止した偏光方向は、回転する偏光板11の回転角を検出することによって取得することができる。演算器95は、直線偏光の偏光方向を検出することによって、ディスク101が静止したときにおける直線偏光の1回転周期内の位相φを算出する。なお、時間Tr(1)、Tr(2)、・・・及び時間T(1)、T(2)、T(3)、・・・は、偏光回転周期信号S2及びタイミング信号S1の立ち上がり時間ではなく、立下り時間でもよい。偏光板11、モータM、受光素子52、コンパレータ92、モータドライバー93、演算器95は、スケールが静止したときにおける直線偏光の1回転内の位相を得る第2ユニットを構成している。
カウンター96は、従来と同様に原点信号にて零にリセットしてインクリメンタル信号S0を計数することで、整数部の位置情報N(回折格子5の格子本数の4倍で全周360°を分割したときの序数)を得る。位置情報演算部97は、これら整数部の位置情報Nと演算器95により算出された位相情報φを統合して、エンコーダの位置情報POSを出力する。位置情報演算部97は、第1ユニットおよび第2ユニットにより得られた結果を統合してスケールの移動量を出力する出力部を構成している。
The second linearly polarized light reflected from the non-polarizing beam splitter 9 passes through the
The
第1実施形態では、ディスク101が静止したときにおける偏光板11を通過した第2直線偏光の強度の時間変化を受光素子52により検出し、該検出結果から演算部95により第2直線偏光の偏光方向を算出している。
In the first embodiment, the time change of the intensity of the second linearly polarized light that has passed through the
図2は、上述のロータリーエンコーダ(基準エンコーダ)を用いてポリゴンミラー(対象物)を校正する場合の構成の側面図である。基準エンコーダの回転ディスク101は、空気軸受け102の下面に結合されていて、更にその下部に基準エンコーダのヘッド100が図1とは逆さまに設置されている。なお、この基準エンコーダのヘッド100は、「等分割平均法」で用いられる設置ルールに従い、サブ回転ステージに搭載され、ヘッド100の設置方位が変更できるようになっている。ここでは詳細は説明しない。また、空気軸受け102の上部にメイン回転ステージ105が取り付けられていて、その上部にポリゴンミラー201が置かれている。ポリゴンミラー201がワーク面106に設置されたオートコリメータ202に正対するタイミングでオートコリメータ202より零クロス信号203が発生するようにしてある。また、メイン回転ステージ105は、この零クロス信号203にて位置決めできるようにコントローラ104およびモータ103で制御されている。以上のポリゴンミラー201と基準エンコーダとを結合する工程により、ポリゴンミラー201と基準エンコーダの回転ディスク101は同軸で回転可能である。
FIG. 2 is a side view of a configuration when a polygon mirror (object) is calibrated using the above-described rotary encoder (reference encoder). The
まず、メイン回転ステージ105を回転制御して、ポリゴンミラー201の各ミラー面の法線が所定方向(オートコリメータ202に対向する方向)を向くように順に位置決めする。位置決めの都度、ポリゴンミラー201の各ミラー面の形成位置と基準エンコーダのヘッド100の回転角POSとを計測する。そして、演算器107は、計測する工程での各ミラー面の形成位置の計測結果と基準エンコーダによる回転角の計測結果とを比較し、所定の演算(等分割平均法など)を行うことで、各ミラー面の角度制御データの補正値を決定する。また、エンコーダを校正する場合も同様である。まず、校正すべき第1エンコーダと基準エンコーダとなる第2エンコーダとの双方を用いて、対象物の位置または角度を計測する。前記計測工程の後、第1エンコーダによる計測結果と第2エンコーダによる計測結果とを比較することによって第1エンコーダの出力の補正値(校正データ)を決定する。例えば、アブソリュートエンコーダを校正する場合、アブソリュートエンコーダの角度点ごとにメイン回転ステージ105を位置決めする。そして、位置決めの都度、アブソリュートエンコーダの絶対位置情報と基準エンコーダのヘッド100の位置情報POSと比較し、所定の演算(等分割平均法など)を行うことで、アブソリュートエンコーダの校正ができる。
First, the rotation of the
[第2実施形態]
図3は、図1の第1実施形態の基準位相を検出する第2ユニットを変更した第2実施形態のエンコーダの構成図である。第2実施形態では、偏光板11の回転制御系にロータリーエンコーダEを設置し、ロータリーエンコーダEにより偏光板11の回転角を検出する。そして、ロータリーエンコーダEが第2直線偏光の偏光方向と一致する偏光板11の偏光方向を検出することにより第2直線偏光の偏光方向が算出される。第2実施形態の場合、第1実施形態のように偏光板11の回転が等速回転である必要はなく、ロータリーエンコーダEの測定精度が、そのまま位相の計算精度になる。内挿信号に求められる精度は1回転を1000分割程度で十分であるが、これを一般的なロータリーエンコーダEで実現することは非常に容易である。なお図3では、偏光板11の外周部にロータリーエンコーダEの放射状格子を一体的に記録しておき、その放射状格子に回転角読取エンコーダヘッドEを近接配置しているので小型化も可能である。なおこのロータリーエンコーダEは光学式だけではなく磁気式、静電式なども使用できる。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a configuration diagram of the encoder of the second embodiment in which the second unit for detecting the reference phase of the first embodiment of FIG. 1 is changed. In the second embodiment, a rotary encoder E is installed in the rotation control system of the
[第3実施形態]
図4は、第3実施形態のエンコーダの構成図である。第3実施形態では、放射状格子を用いたロータリーエンコーダEの代わりに偏光を用いた2つのロータリーエンコーダE1、E2を設置し、それらの値により偏光板11の回転角を検出する。図4では、偏光板11の外周部に0°および45°方位の2つの基準偏光板を近接配置する。そして、偏光板11と2つの基準偏光板の1つとの透過光を受光することで1回転に2周期の位相が90°ずれた2相信号を発生させる。この2相信号を元に算出された偏光板11の回転角度位置に基づいて、サーボドライバー93およびモータMを介して偏光板11の回転を制御する。
[Third Embodiment]
FIG. 4 is a configuration diagram of the encoder of the third embodiment. In the third embodiment, two rotary encoders E1 and E2 using polarized light are installed instead of the rotary encoder E using a radial grating, and the rotation angle of the
〔他の実施形態〕
本発明は、第1〜第3実施形態の構成に限定されることなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
・第1〜3実施形態では、偏光を用いた格子干渉方式のロータリーエンコーダの光学系を、2つの偏光ビームスプリッタ面と3つの1/4波長板と1つの1/2波長板とで構成した。しかし、偏光ビームスプリッタ面、1/4波長板、1/2波長板の数は変更し得る。また、第1〜3実施形態では、偏光ビームスプリッタ面として偏光プリズムの膜面を使用したが、ミラーを用いてもよい。さらに、第1〜3実施形態では、回折格子を反射格子としたが、透過格子としてもよい。
・第1実施例形態では、インクリメンタル信号用の受光素子51の数は、1つのみであった。しかし、受光素子51として、90°の位相差がある2又は4つの受光素子を用いて、2相又は4相信号を出力するように構成し、1相をメインの計数相とし、他の相をカウントアップ/ダウンの不安定性を除くための判定に用いるように設けても良い。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the configurations of the first to third embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist.
In the first to third embodiments, the optical system of the grating interference type rotary encoder using polarized light is composed of two polarization beam splitter surfaces, three quarter-wave plates and one half-wave plate. . However, the number of polarizing beam splitter surfaces, quarter wavelength plates, and half wavelength plates can be changed. In the first to third embodiments, the film surface of the polarizing prism is used as the polarizing beam splitter surface, but a mirror may be used. Furthermore, although the diffraction grating is a reflection grating in the first to third embodiments, it may be a transmission grating.
In the first embodiment, the number of light receiving
・回転する偏光板11は、回転する波長板に変えることもできる。すなわち、第2ユニットは、回転する波長板と固定配置された偏光板とを含み、回転する波長板と固定配置された偏光板とを順次通過した第2直線偏光の強度の時間に対する変化を検出し、該検出結果から第2直線偏光の偏光方向を算出する。
・第1実施形態における時間を用いた内挿位相を演算する演算器95は、同等な機能を他のアルゴリズムやフローで実現させても良い。例えば、タイマーを内蔵し、基準位相信号の立ち上がりパルスの発生時間を順に検出し、回転制御信号の制御時間と比較する手法、回転制御系の制御信号を矩形波に変換し、基準位相信号の矩形波とのANDの時間(または積分値)から位相を算出する手法など様々な手法が採用し得る。
・第1実施形態のメイン回転ステージ105の位置決め(停止)動作は説明を判りやすくするためのものであり、実際には連続的に測定を繰り返すことで完全な停止状態でなくても計測は可能である。但し、その場合、基準エンコーダ内部の偏光板の回転速度との関係で精度が低下することに留意が必要である。
・第1〜3実施形態において基準エンコーダをロータリーエンコーダとした。しかし、本発明は、直進型のエンコーダであるリニアエンコーダにおいても適用が可能である。リニアエンコーダの場合は角度点を座標点に読み替えることで内容は同じである。
The rotating
The
-The positioning (stop) operation of the main
In the first to third embodiments, the reference encoder is a rotary encoder. However, the present invention can also be applied to a linear encoder which is a linear encoder. In the case of a linear encoder, the content is the same by replacing angle points with coordinate points.
また、本発明では以下の作用効果を得ることができる。
・基準エンコーダの内部で、通常の角度点信号生成のための光束と基準位相生成のための光束が、同じ光束から分割されている。そして、角度点信号がこれまでと同じパルス発生時間として得られ、基準位相が別途内蔵された等速回転体によるパルス信号の時間関数として得られる。そのため、不確かさが基準エンコーダや被測定体(エンコーダ、ポリゴンミラー)の信号歪みに依存せず等速回転体の回転ムラだけに依存するため、角度点間の内挿信号の不確かさを見積もることが可能である。
・被測定体が静止状態で内挿測定が可能であるため、ポリゴンミラーやアブソリュートエンコーダの校正が可能になる。
In the present invention, the following effects can be obtained.
Inside the reference encoder, the light beam for generating the normal angle point signal and the light beam for generating the reference phase are divided from the same light beam. Then, the angle point signal is obtained as the same pulse generation time as before, and is obtained as a time function of the pulse signal by the constant speed rotating body in which the reference phase is separately incorporated. Therefore, since the uncertainty does not depend on the signal distortion of the reference encoder or the object to be measured (encoder, polygon mirror) but depends only on the rotation unevenness of the constant speed rotating body, the uncertainty of the interpolation signal between the angle points is estimated. Is possible.
・ Because the object to be measured can be interpolated, the polygon mirror and absolute encoder can be calibrated.
Claims (9)
光源と、
複数のマークが配列され、前記対象物とともに前記光源に対して相対移動するスケールと、
前記光源からの光を偏光方向が互いに異なる2つの偏光に分割し、該分割により得られた2つの偏光を前記マークで回折させることによって正の次数の回折光および負の次数の回折光を生成し、該生成をされた2つの回折光を互いに逆向きの円偏光状態で干渉させることによって、前記マークのピッチと前記スケールの相対移動速度とによって偏光方向が回転する直線偏光を生成する光学系と、
前記光学系により生成された直線偏光を第1直線偏光と第2直線偏光とに分割する分割部と、
前記第1直線偏光が入射する、固定配置された第1偏光板を含み、前記スケールが相対移動する間における前記第1偏光板を通過した光を検出することによって、前記第1直線偏光の偏光方向の回転の数を得る第1ユニットと、
前記第2直線偏光が入射する、前記第2直線偏光の偏光方向に対して回転する第2偏光板を含み、前記スケールが静止した状態における前記第2偏光板を通過した光を検出することによって、前記状態における前記第2直線偏光の1回転内の位相を得る第2ユニットと、
前記第1ユニットにより得られた前記数および前記第2ユニットにより得られた前記位相に基づいて前記相対移動に係る量を出力する出力部と、
を備えることを特徴とするエンコーダ。 An encoder for sequentially positioning an object and calibrating the object,
A light source;
A plurality of marks arranged, and a scale that moves relative to the light source together with the object ;
The light from the light source is divided into two polarized light beams having different polarization directions, and the two polarized light beams obtained by the splitting are diffracted by the mark to generate positive-order diffracted light and negative-order diffracted light. An optical system that generates linearly polarized light whose polarization direction is rotated by the pitch of the mark and the relative movement speed of the scale by causing the two diffracted lights thus generated to interfere with each other in a circularly polarized state in opposite directions. When,
A splitting unit that splits linearly polarized light generated by the optical system into first linearly polarized light and second linearly polarized light;
The first linearly polarized light is detected by detecting light passing through the first polarizing plate while the scale is relatively moved, including a fixedly arranged first polarizing plate on which the first linearly polarized light is incident. A first unit for obtaining a number of rotations in a direction;
A second polarizing plate that rotates with respect to a polarization direction of the second linearly polarized light that is incident on the second linearly polarized light, and detects light that has passed through the second polarizing plate when the scale is stationary. A second unit for obtaining a phase within one rotation of the second linearly polarized light in the state;
An output unit that outputs an amount related to the relative movement based on the number obtained by the first unit and the phase obtained by the second unit;
An encoder comprising:
前記第2ユニットは、前記第2偏光板を通過した光の強度の時間に対する変化を検出し、該検出結果から前記第2直線偏光の偏光方向を得る、ことを特徴とする請求項1記載のエンコーダ。 The second polarizing plate is a polarizing plate that rotates at a predetermined angular velocity,
The said 2nd unit detects the change with respect to time of the intensity | strength of the light which passed the said 2nd polarizing plate, The polarization direction of the said 2nd linearly polarized light is obtained from this detection result, The said 2nd unit is characterized by the above-mentioned. Encoder.
前記第2ユニットは、前記第2偏光板を通過した光の強度と前記第2偏光板の回転角とを検出し、該検出結果から前記第2直線偏光の偏光方向を得る、ことを特徴とする請求項1記載のエンコーダ。 The second polarizing plate is a rotating polarizing plate,
The second unit detects an intensity of light that has passed through the second polarizing plate and a rotation angle of the second polarizing plate, and obtains a polarization direction of the second linearly polarized light from the detection result. The encoder according to claim 1.
校正すべき第1エンコーダと請求項1乃至請求項7のうちいずれか1項に記載の第2エンコーダとの双方を用いて、対象物の相対移動に係る量を計測する工程と、
前記第1エンコーダによる計測結果と前記第2エンコーダによる計測結果とに基づいて前記第1エンコーダの校正を行う工程と、
を含む方法。 A method for calibrating an encoder comprising:
Using both the first encoder to be calibrated and the second encoder according to any one of claims 1 to 7 to measure the amount of relative movement of the object;
Calibrating the first encoder based on the measurement result by the first encoder and the measurement result by the second encoder;
Including methods.
ポリゴンミラーと請求項7に記載のロータリーエンコーダのスケールとを同軸で回転可能なように結合する工程と、
前記ポリゴンミラーと前記スケールとを同軸で回転させて前記ポリゴンミラーの各ミラー面の法線が所定方向を向くように前記ポリゴンミラーを順に位置決めした状態での前記スケールの回転角を前記ロータリーエンコーダにおいて各々計測する工程と、
前記ロータリーエンコーダにおける計測結果に基づいて前記ポリゴンミラーの各ミラー面に関する校正を行う工程と、
を含む方法。 A method for calibrating a polygon mirror,
Combining the polygon mirror and the scale of the rotary encoder according to claim 7 so as to be coaxially rotatable;
In the rotary encoder, the rotation angle of the scale in a state where the polygon mirror and the scale are rotated coaxially and the polygon mirror is sequentially positioned so that the normal of each mirror surface of the polygon mirror faces a predetermined direction. Each measuring step,
Calibrating each mirror surface of the polygon mirror based on the measurement result in the rotary encoder;
Including methods.
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