JP6466642B2 - Encoder - Google Patents

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本発明は、原点位置の検出機能を備えたエンコーダに関する。   The present invention relates to an encoder having an origin position detection function.

現在、位置や速度を検出するための手段としてエンコーダが用いられている。エンコーダの一例としてインクリメンタルエンコーダがある。インクリメンタルエンコーダにおける検出位置はスケールとセンサの相対変位によりカウンタなどによって累積されるが、電源投入直後はカウンタがリセットされるため、位置がわからなくなる。そこで、電源投入時にセンサとスケールを相対変位させて原点位置を検出する動作を行い、原点信号により原点位置を認識した時点でカウンタをリセットさせる。これを原点検出という。原点検出以降は、原点位置からの位置検出が可能になる。   Currently, encoders are used as means for detecting position and speed. An example of an encoder is an incremental encoder. The detection position in the incremental encoder is accumulated by a counter or the like due to the relative displacement between the scale and the sensor, but the position is not known because the counter is reset immediately after the power is turned on. Therefore, when the power is turned on, the sensor and scale are relatively displaced to detect the origin position, and the counter is reset when the origin position is recognized by the origin signal. This is called origin detection. After the origin detection, position detection from the origin position becomes possible.

特許文献1では、原点検出センサとして変位検出センサにおけるフォトダイオードアレイと同一のフォトダイオードアレイを用い、スケールパターンとして変位検出信号生成用パターンと同一ピッチの複数の原点信号生成用パターンを用いている。そして、それらから得られる出力信号を原点信号処理部によって処理することで、原点領域を判別し、原点信号を出力している。   In Patent Document 1, the same photodiode array as that in the displacement detection sensor is used as the origin detection sensor, and a plurality of origin signal generation patterns having the same pitch as the displacement detection signal generation pattern are used as the scale pattern. Then, by processing the output signals obtained from them by the origin signal processing unit, the origin area is determined and the origin signal is output.

特開2013―36945号公報JP 2013-36945 A

しかしながら、特許文献1では、原点検出センサのフォトダイオードアレイが原点検出センサの出力信号の2周期分以上存在すると、処理によっては原点領域を誤る可能性がある。これは原点領域以外の領域における出力信号が、原点信号処理部が原点としてみなす条件を一部満たしてしまうことがあるからである。   However, in Patent Document 1, if the photodiode array of the origin detection sensor exists for two cycles or more of the output signal of the origin detection sensor, there is a possibility that the origin area may be erroneous depending on the processing. This is because an output signal in a region other than the origin region may partially satisfy a condition that the origin signal processing unit regards as the origin.

このような課題を鑑みて、本発明は、原点信号の誤検知を抑制可能なエンコーダを提供することを目的とする。   In view of such a problem, an object of the present invention is to provide an encoder capable of suppressing erroneous detection of an origin signal.

本発明の一側面としてのエンコーダは、原点検出用パターンが形成されたスケールと、前記原点検出用パターンを読み取る原点検出部と、原点信号を出力する処理部と、を有し、前記原点検出部は、2組の検出素子群を有し、前記検出素子群は、第1の検出部、第2の検出部、第3の検出部および第4の検出部を有し、第1の検出部と第2の検出部、第3の検出部と第4の検出部が前記検出素子群の中央に対してそれぞれ対称に配置されており、前記検出素子群において前記第1の検出部と前記第2の検出部が外側、前記第3の検出部と前記第4の検出部が内側に配置されており、前記原点検出用パターンは、前記原点検出部によって検出される、原点周辺部と異なる物理的特性の検出方向の長さが、前記検出素子群の前記検出方向の長さより短くなるような検出方向の長さを有し、前記原点検出部は、前記第1の検出部と前記第3の検出部に基づいた第1の信号と、前記第2の検出部と第4の検出部に基づいた第2の信号を出力し、前記処理部は、前記第1の信号と第1の閾値を処理することで得られた第3の信号と、前記第2の信号と第2の閾値を処理することで得られた第4の信号と、を処理することで得られた第5の信号を、前記原点検出用パターンが、前記2組の検出素子群の間で隣接する、前記2組の検出素子群の一方の検出素子群に配置されている前記第1の検出部及び前記2組の検出素子群の他方の検出素子群に配置されている前記第2の検出部と相対するときに得られる前記第1の信号および前記第2の信号の信号変化を検知することにより原点を検出することで、前記原点信号として出力し、前記第1の閾値または前記第2の閾値を比較処理することで、前記原点信号の出力位置を調整可能であることを特徴とする。
An encoder as one aspect of the present invention includes a scale on which an origin detection pattern is formed, an origin detection unit that reads the origin detection pattern, and a processing unit that outputs an origin signal, and the origin detection unit has two sets of the detecting element group, the detecting element group, the first detector, a second detector, have a third detector and the fourth detector, the first detector And the second detection unit, the third detection unit and the fourth detection unit are arranged symmetrically with respect to the center of the detection element group, and in the detection element group, the first detection unit and the second detection unit The second detection unit is arranged outside, the third detection unit and the fourth detection unit are arranged inside, and the origin detection pattern is physically different from the origin periphery detected by the origin detection unit. The length in the detection direction of the characteristic characteristic is the length in the detection direction of the detection element group. The origin detection unit includes a first signal based on the first detection unit and the third detection unit, a second detection unit, and a second detection unit. 4 outputs a second signal based on the four detection units, and the processing unit processes the first signal and the first threshold value, the third signal obtained by processing the first signal, and the second signal. The fourth signal obtained by processing the second threshold value and the fifth signal obtained by processing, the origin detection pattern is adjacent between the two sets of detection element groups The second detection element arranged in the first detection unit arranged in one detection element group of the two detection element groups and the other detection element group in the two detection element groups detecting an origin by detecting the signal change of the first signal and the second signal obtained when parts and relative The output as an origin signal, by comparison with the first threshold or the second threshold value, characterized in that adjustable output position of the origin signal.

本発明によれば、原点信号の誤検知を抑制可能なエンコーダを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the encoder which can suppress the misdetection of an origin signal can be provided.

実施例1のエンコーダの構成を表す図である。2 is a diagram illustrating a configuration of an encoder according to Embodiment 1. FIG. スケールのトラックを表す図である。It is a figure showing the track of a scale. 光学系を表す図である。It is a figure showing an optical system. 変位検出センサの検出ブロックを表す図である。It is a figure showing the detection block of a displacement detection sensor. 変位検出センサからの信号を表す図である。It is a figure showing the signal from a displacement detection sensor. 変位検出センサからの信号を2値化した信号を表す図である。It is a figure showing the signal which binarized the signal from a displacement detection sensor. 変位検出センサからの信号から求めた位相信号を表す図である。It is a figure showing the phase signal calculated | required from the signal from a displacement detection sensor. 原点検出センサの検出ブロックを表す図である。It is a figure showing the detection block of an origin detection sensor. 実施例1の第1の信号と第2の信号、ならびに第1の閾値と第2の閾値を表す図である。It is a figure showing the 1st signal and 2nd signal of Example 1, and the 1st threshold value and the 2nd threshold value. 原点検出処理部の処理部分を表す図である。It is a figure showing the process part of an origin detection process part. 第3の信号と第4の信号を表す図である。It is a figure showing a 3rd signal and a 4th signal. 第5の信号を表す図である。It is a figure showing a 5th signal. 原点信号処理のフローチャートである。It is a flowchart of an origin signal process. 第1の信号と第2の信号の原点パターン長との関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the origin pattern length of a 1st signal and a 2nd signal. 原点パターン長とクロスポイント電圧との関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between an origin pattern length and a crosspoint voltage. 実施例2のエンコーダの構成を表す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an encoder according to a second embodiment. 逓倍器の動作に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding operation | movement of a multiplier. 原点信号、原点パルスおよび位置変動余裕幅の関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between an origin signal, an origin pulse, and a position fluctuation margin. 第1および第2の閾値が等しい場合の第1の信号、第2の信号および第5の信号を表す図である。It is a figure showing the 1st signal, the 2nd signal, and the 5th signal in case the 1st and 2nd threshold values are equal. 第1の閾値が低電圧側、第2の閾値が高電圧側である場合の第1の信号、第2の信号および第5の信号を表す図である。It is a figure showing the 1st signal, the 2nd signal, and the 5th signal in case the 1st threshold is the low voltage side and the 2nd threshold is the high voltage side. 第1の閾値が高電圧側、第2の閾値が低電圧側である場合の第1の信号、第2の信号および第5の信号を表す図である。It is a figure showing the 1st signal, the 2nd signal, and the 5th signal in case the 1st threshold is the high voltage side and the 2nd threshold is the low voltage side. 実施例3のロータリースケールを表す図である。6 is a diagram illustrating a rotary scale of Example 3. FIG. 分解能と空間周波数応答を表す図である。It is a figure showing resolution and a spatial frequency response. 実施例3の第1の信号と第2の信号、ならびに第1の閾値と第2の閾値を表す図である。It is a figure showing the 1st signal and 2nd signal of Example 3, and the 1st threshold value and the 2nd threshold value. 実施例4のリニアステージを表す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a linear stage according to a fourth embodiment.

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本実施例では、一軸方向の移動量を検出するリニア型のエンコーダを例に説明する。図1は、本実施例のエンコーダの構成を表す図である。エンコーダは、スケール10、変位検出センサ(変位検出部)20、原点検出センサ(原点検出部)30、変位検出信号処理部40および原点信号処理部50を有する。本実施形態のエンコーダは、スケール10と、変位検出センサ20および原点検出センサ30との相対変位を検出する反射型の光学式インクリメンタルエンコーダである。被計測対象の一軸移動方向にスケール10を取り付け、さらに固定部材に変位検出センサ20を取り付けることで被計測対象の変位を検出する。スケール10と原点検出センサ30との位置関係が原点位置にあると、原点検出センサ30から原点信号がデジタルパルスとして変位検出信号処理部40に送られる。   In this embodiment, a linear encoder that detects the amount of movement in one axis direction will be described as an example. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an encoder according to the present embodiment. The encoder includes a scale 10, a displacement detection sensor (displacement detection unit) 20, an origin detection sensor (origin detection unit) 30, a displacement detection signal processing unit 40, and an origin signal processing unit 50. The encoder according to the present embodiment is a reflective optical incremental encoder that detects relative displacement between the scale 10 and the displacement detection sensor 20 and the origin detection sensor 30. The scale 10 is attached in the uniaxial movement direction of the measurement target, and the displacement of the measurement target is detected by attaching the displacement detection sensor 20 to the fixed member. When the positional relationship between the scale 10 and the origin detection sensor 30 is at the origin position, the origin signal is sent from the origin detection sensor 30 to the displacement detection signal processing unit 40 as a digital pulse.

スケール10は、図2に示すように、2つのトラック11、12で構成されている。トラック11は変位検出用、トラック12は原点検出用である。各トラックにおいて、黒色の部分は反射部を表しており、白色の部分は非反射部を表している。トラック11は、周期が200μmであり、反射部と非反射部はそれぞれ100μmおきに配置されている。トラック12は、反射部13が中央に検出方向に400μmの長さを有する。   As shown in FIG. 2, the scale 10 includes two tracks 11 and 12. The track 11 is for displacement detection, and the track 12 is for origin detection. In each track, the black part represents the reflection part, and the white part represents the non-reflection part. The track 11 has a period of 200 μm, and the reflection part and the non-reflection part are arranged every 100 μm. The track 12 has a length of 400 μm in the detection direction in the center of the reflection portion 13.

変位検出センサ20および原点検出センサ30は、図3に示すように、光源21とともに同一の実装基板22上に実装されている。変位検出センサ20は光源21からトラック11に照射された光の反射光を受光し、原点検出センサ30はトラック12に照射された光の反射光を受光する。この構成は、光源とスケールの間に光束を平行に束ねる平行光束レンズが存在しない発散光束構成である。発散光束構成とは、光源から発せられた光が平行、もしくは1点に集約されることなく、一様に広がりを持って進行する構成のことである。本実施例では、スケール10上においてPの幅を持つパターンの像は、各センサ上において2Pに拡大される。なお、本実施例では、各センサを同一の実装基板22上に実装しているが、各センサは別基板上に実装してもよい。また、本実施例では、各センサに対して同一の光源21を用いたが、各センサに対して別々の光源を使用してもよい。また、本実施例では、変位検出および原点検出を光学式において行うが、磁気式で行ってもよい。   As shown in FIG. 3, the displacement detection sensor 20 and the origin detection sensor 30 are mounted on the same mounting board 22 together with the light source 21. The displacement detection sensor 20 receives the reflected light of the light irradiated on the track 11 from the light source 21, and the origin detection sensor 30 receives the reflected light of the light irradiated on the track 12. This configuration is a divergent beam configuration in which there is no parallel beam lens that bundles the beam in parallel between the light source and the scale. The divergent light beam configuration is a configuration in which light emitted from a light source travels in a uniform manner without being collimated or concentrated at one point. In this embodiment, an image of a pattern having a width of P on the scale 10 is enlarged to 2P on each sensor. In this embodiment, each sensor is mounted on the same mounting board 22, but each sensor may be mounted on another board. In the present embodiment, the same light source 21 is used for each sensor, but separate light sources may be used for each sensor. In this embodiment, the displacement detection and the origin detection are performed using an optical method, but may be performed using a magnetic method.

変位検出センサ20は、図4に示す検出ブロックを有する。図4において、受光素子A〜Dは、受光量に比例した電圧を出力する。受光素子は端からB、C、D、Aの順に配置され、この繰り返し単位が受光部23で8周期分配置されている。各受光素子A〜Dはそれぞれ変位検出方向に100μmの長さを有し、受光部23は3200μmの長さを有する。   The displacement detection sensor 20 has a detection block shown in FIG. In FIG. 4, the light receiving elements A to D output a voltage proportional to the amount of received light. The light receiving elements are arranged in the order of B, C, D, and A from the end, and this repeating unit is arranged for 8 periods in the light receiving unit 23. Each of the light receiving elements A to D has a length of 100 μm in the displacement detection direction, and the light receiving unit 23 has a length of 3200 μm.

各受光素子A〜Dにおいて出力された電圧は、AとCを1組として差動アンプ1で中心電圧を基準として差動が取られ、BとDを1組として差動アンプ2で中心電圧を基準として差動が取られる。差動アンプ1の出力を変位検出信号1、差動アンプ2の出力を変位検出信号2とする。   The voltage output from each of the light receiving elements A to D is differentiated with A and C as a set by the differential amplifier 1 with reference to the center voltage, and B and D as a set and the differential amplifier 2 as a set. The differential is taken with reference to. The output of the differential amplifier 1 is the displacement detection signal 1 and the output of the differential amplifier 2 is the displacement detection signal 2.

ここで、スケール10におけるトラック11が周期200μmで明暗の変化するパターンであるため、その反射光が受光部23上で2倍に拡大され周期400μmで明暗の変化する像になり、それは受光部23上における各受光素子A〜Dの配置する周期になる。   Here, since the track 11 on the scale 10 has a pattern in which the brightness changes with a period of 200 μm, the reflected light is doubled on the light receiving part 23 and becomes an image with a change in brightness with a period of 400 μm. This is the period in which the light receiving elements A to D are arranged.

以上の関係と、受光素子AとB、受光素子CとDの位置関係から、受光素子Cは受光素子Aの180°位相差信号、受光素子Dは受光素子Bの180°位相差信号をそれぞれ出力する。   From the above relationship and the positional relationship between the light receiving elements A and B and the light receiving elements C and D, the light receiving element C receives the 180 ° phase difference signal of the light receiving element A, and the light receiving element D receives the 180 ° phase difference signal of the light receiving element B. Output.

この関係から、各受光素子A〜Dはこれらで1組の受光素子配列群として数えることができる。群とは、変位検出センサ20における変位検出信号1、2が出力されるための受光素子の最小構成単位であることを表す。変位検出信号1、2は、90°の位相差を持っている。スケール10と変位検出センサ20が相対変位すると、変位に応じて各受光素子A〜Dにおける受光量が変化し、変位検出信号1、2は正弦波状の信号として出力される。   From this relationship, the light receiving elements A to D can be counted as a set of light receiving element arrangement groups. A group represents a minimum constituent unit of a light receiving element for outputting displacement detection signals 1 and 2 in the displacement detection sensor 20. The displacement detection signals 1 and 2 have a phase difference of 90 °. When the scale 10 and the displacement detection sensor 20 are relatively displaced, the amount of light received by each of the light receiving elements A to D changes according to the displacement, and the displacement detection signals 1 and 2 are output as sinusoidal signals.

変位検出センサ20に対してスケール10が相対的に1000μm移動したときの変位検出信号1、変位検出信号2を図5に示す。図5では、横軸が変位、縦軸が電圧値を表している。前述した通り、スケール10からの反射光は受光素子上で各受光素子A〜Dの周期の正弦波になっているため、各変位検出信号の周期もトラック11の周期である200μmになっている。また、変位検出信号1と変位検出信号2は90°の位相差を持っているため、変位検出信号1と変位検出信号2は200μm周期における90°位相差である50μm位相差になっている。変位検出センサ20の電源電圧は3.3Vであり、差動アンプ1、2が電源電圧に対して中心電圧を基準に差動を取っているため、中心電圧は1/2Vccである1.65Vになっている。変位検出信号1、2は、中心電圧を基準に低電圧側と高電圧側に振れている。振幅は、光量やセンサとスケールとの位置関係によって変わるが、本実施例では2.0Vp−pにしている。 FIG. 5 shows a displacement detection signal 1 and a displacement detection signal 2 when the scale 10 moves relative to the displacement detection sensor 20 by 1000 μm. In FIG. 5, the horizontal axis represents displacement, and the vertical axis represents the voltage value. As described above, since the reflected light from the scale 10 is a sine wave having the period of each of the light receiving elements A to D on the light receiving element, the period of each displacement detection signal is also 200 μm which is the period of the track 11. . Further, since the displacement detection signal 1 and the displacement detection signal 2 have a phase difference of 90 °, the displacement detection signal 1 and the displacement detection signal 2 have a phase difference of 50 μm which is a 90 ° phase difference in a cycle of 200 μm. Since the power supply voltage of the displacement detection sensor 20 is 3.3 V and the differential amplifiers 1 and 2 are differential with respect to the power supply voltage with respect to the center voltage, the center voltage is ½ Vcc, 1.65 V. It has become. The displacement detection signals 1 and 2 swing to the low voltage side and the high voltage side with respect to the center voltage. The amplitude varies depending on the amount of light and the positional relationship between the sensor and the scale, but is set to 2.0 Vp-p in this embodiment.

変位の検出はこの2相の信号に基づいて、変位検出信号処理部40により行う。変位検出信号処理部40は、2相信号をそれぞれ2値化し、カウントすることで周期ごとの変位検出を行う。変位検出信号1、2を2値化した信号を図6に示す。図6において、変位検出信号1を2値化した信号をデジタル信号1、変位検出信号2を2値化した信号をデジタル信号2とする。デジタル信号1、デジタル信号2ともに、変位検出信号1、変位検出信号2の周期である200μmおきに波形が立ち上がる。変位検出信号処理部40は、これらデジタル信号1、2の立ち上がりの組み合わせから変位方向を判断し、周期ごとのカウントの増減を行う。   The displacement is detected by the displacement detection signal processing unit 40 based on the two-phase signals. The displacement detection signal processing unit 40 detects the displacement for each period by binarizing and counting the two-phase signals. A signal obtained by binarizing the displacement detection signals 1 and 2 is shown in FIG. In FIG. 6, a signal obtained by binarizing the displacement detection signal 1 is a digital signal 1, and a signal obtained by binarizing the displacement detection signal 2 is a digital signal 2. Both digital signal 1 and digital signal 2 have waveforms rising every 200 μm, which is the period of displacement detection signal 1 and displacement detection signal 2. The displacement detection signal processing unit 40 determines the displacement direction from the combination of rising edges of the digital signals 1 and 2 and increases or decreases the count for each period.

また、変位検出信号処理部40は、周期内における変位検出のために、変位検出信号の電圧値をデジタル値として取り込み、2相の電圧値を基に逆正接演算を行う。2πを256とし、変位検出信号1、2を逆正接演算したときの位相値を図7に示す。図7では、横軸が変位、縦軸が正弦波の位相を表している。位相は、正弦波周期内で0〜255の値をとり、複数周期であればこれを繰り返す。すなわち、位相が255まで進んだとき、次の位相は0になる。本実施例では、周期が200μmであるため、変位検出センサ20に対してスケール10が相対的に1000μm移動したときは、この繰り返しが5回繰り返されている。   Further, the displacement detection signal processing unit 40 takes the voltage value of the displacement detection signal as a digital value and performs an arctangent calculation based on the two-phase voltage value in order to detect the displacement within the cycle. FIG. 7 shows the phase values when 2π is 256 and the displacement detection signals 1 and 2 are calculated by arctangent calculation. In FIG. 7, the horizontal axis represents displacement, and the vertical axis represents the phase of a sine wave. The phase takes a value of 0 to 255 within a sine wave cycle, and this is repeated if there are multiple cycles. That is, when the phase advances to 255, the next phase becomes zero. In this embodiment, since the cycle is 200 μm, when the scale 10 moves relative to the displacement detection sensor 20 by 1000 μm, this repetition is repeated five times.

1周期内における変位は、逆正接演算によって計算された位相を2πの値としている256で割ることにより求まる。これと2値化されたデジタル信号1、デジタル信号2から求められる周期ごとのカウンタ値を組み合わせ、検出変位は以下の式(1)により求められる。Positionは検出変位、cntは変位検出信号1、2の周期ごとのカウント値、θは変位検出信号1、2を逆正接演算することにより求められた正弦波周期内の位相である。
The displacement within one period is obtained by dividing the phase calculated by the arc tangent calculation by 256 which is 2π. This is combined with a counter value for each period obtained from the binarized digital signal 1 and digital signal 2, and the detected displacement is obtained by the following equation (1). Position is a detected displacement, cnt is a count value for each period of the displacement detection signals 1 and 2, and θ is a phase in a sine wave period obtained by performing an arctangent operation on the displacement detection signals 1 and 2.

次に、本実施例の原点検出について説明する。原点検出センサ30は、図8に示す検出ブロックを有する。図8(A)において、受光素子(検出部)A、B、C、Dは、受光量に比例した電圧を出力する。受光素子は端からB、C、D、Aの順に配置され、この受光素子配列群(検出素子群)が受光部31で2周期分配置されている。各受光素子A〜Dはそれぞれ検出方向に400μmの長さを有し、受光部31は3200μmの長さを有する。なお、本実施例では原点検出センサ30において、各受光素子A〜Dを1つの素子として表したが、図1(B)のように、複数の受光素子を検出方向に連ね、各受光素子からの出力を接続することで1つの受光素子としてみなしてもよい。   Next, origin detection according to the present embodiment will be described. The origin detection sensor 30 has a detection block shown in FIG. In FIG. 8A, the light receiving elements (detecting units) A, B, C, and D output a voltage proportional to the amount of received light. The light receiving elements are arranged in the order of B, C, D, A from the end, and this light receiving element array group (detecting element group) is arranged in the light receiving unit 31 for two cycles. Each of the light receiving elements A to D has a length of 400 μm in the detection direction, and the light receiving unit 31 has a length of 3200 μm. In the present embodiment, each light receiving element A to D is represented as one element in the origin detection sensor 30, but a plurality of light receiving elements are connected in the detection direction as shown in FIG. May be regarded as one light receiving element.

各受光素子A〜Dにおいて出力された電圧は、AとCを1組として差動アンプ3で中心電圧を基準として差動が取られ、BとDを1組として差動アンプ4で中心電圧を基準として差動が取られる。差動アンプ3の出力を第1の信号、差動アンプ4の出力を第2の信号とする。   The voltage output from each of the light receiving elements A to D is differentiated with A and C as a set by the differential amplifier 3 with reference to the center voltage, and B and D as a set and the differential amplifier 4 as a set. The differential is taken with reference to. The output of the differential amplifier 3 is a first signal, and the output of the differential amplifier 4 is a second signal.

原点検出センサ30における受光部31の検出方向の長さをxとすると、図(A)における配列から、第1の信号と第2の信号の位相差は受光部31上におけるx/8となり、これはスケール上のx/16に相当する。このことは、生成される第1の信号と第2の信号の位相差が受光部31上における400μm、すなわちスケール上における200μmになることを表す。 If the detection direction of the light receiving portion 31 at the origin detection sensor 30 the length and x, from the sequence in FIG. 8 (A), the phase difference between the first signal and the second signal becomes x / 8 on the light receiving portion 31 , Which corresponds to x / 16 on the scale. This indicates that the phase difference between the generated first signal and the second signal is 400 μm on the light receiving unit 31, that is, 200 μm on the scale.

第1の信号、第2の信号から原点位置を検出するための基準信号として、それぞれについて第1の閾値、第2の閾値を用意する。これらは第1の信号、第2の信号がそれぞれ原点上における信号値になっているかどうかを判別するための信号である。   As a reference signal for detecting the origin position from the first signal and the second signal, a first threshold value and a second threshold value are prepared for each. These are signals for determining whether or not each of the first signal and the second signal has a signal value on the origin.

この構成において、検出方向に400μmの幅の反射部13を有するトラック12を原点検出センサ30によって読み取ったときの第1の信号と第2の信号、ならびに第1の閾値と第2の閾値を図9に示す。図9では、横軸が変位、縦軸が電圧値を表している。原点検出センサ30の電源電圧は、変位検出センサ20と同様、3.3Vである。また、差動アンプ3、4が電源電圧に対して中心電圧を基準に差動を取っているため、中心電圧は1/2Vccである1.65Vになっている。第1の信号、第2の信号は、中心電圧を基準に低電圧側と高電圧側に振れている。振幅は、光量やセンサとスケールとの位置関係によって変わるが、本実施例では、0〜3.3Vまで振れている。   In this configuration, the first signal and the second signal, and the first threshold value and the second threshold value when the track 12 having the reflection part 13 having a width of 400 μm in the detection direction is read by the origin detection sensor 30 are shown. 9 shows. In FIG. 9, the horizontal axis represents displacement, and the vertical axis represents the voltage value. The power supply voltage of the origin detection sensor 30 is 3.3 V, similar to the displacement detection sensor 20. Further, since the differential amplifiers 3 and 4 are differential with respect to the power supply voltage with respect to the center voltage, the center voltage is 1.65 V which is 1/2 Vcc. The first signal and the second signal swing to the low voltage side and the high voltage side with respect to the center voltage. The amplitude varies depending on the amount of light and the positional relationship between the sensor and the scale, but in this embodiment, it swings from 0 to 3.3V.

原点検出センサ30は、図8(A)に示されるように、各受光素子A〜Dから構成される2組の受光素子配列群を有することから、原点検出センサ30の反射部13に対する応答出力は、第1および第2の信号ともに2周期分の信号になる。検出方向において、差動アンプ3、4の非反転入力に接続される受光素子AとB、差動アンプ3、4の反転入力に接続される受光素子CとDは、受光素子配列群の中心に対してそれぞれ対称に配置されている。また、受光素子配列群において受光素子AとBが外側、受光素子CとDが内側に配置されている。そのため、受光時に第1の信号と第2の信号が中心電圧よりも高電圧側に出力するための受光素子AとBは、受光部31の中心部でのみ隣接し、それ以外の領域では離散的に配置されることになる。このことから、第1の信号と第2の信号は、中心部でのみともに中心電圧よりも高電圧側に出力される。また、中心部以外においては、第1の信号が中心電圧よりも高電圧側に出力されたときは第2の信号は中心電圧よりも低電圧側に出力され、第1の信号が中心電圧よりも低電圧側に出力されたときは第2の信号は中心電圧よりも高電圧側に出力される。   As shown in FIG. 8A, the origin detection sensor 30 has two sets of light receiving element array groups each composed of the light receiving elements A to D, so that the response output to the reflection unit 13 of the origin detection sensor 30 is provided. Is a signal for two cycles for both the first and second signals. In the detection direction, the light receiving elements A and B connected to the non-inverting inputs of the differential amplifiers 3 and 4 and the light receiving elements C and D connected to the inverting inputs of the differential amplifiers 3 and 4 are the center of the light receiving element array group. Are arranged symmetrically with respect to each other. In the light receiving element array group, the light receiving elements A and B are arranged outside, and the light receiving elements C and D are arranged inside. Therefore, the light receiving elements A and B for outputting the first signal and the second signal to a higher voltage side than the center voltage at the time of light reception are adjacent only at the center of the light receiving unit 31 and are discrete in other regions. Will be arranged. For this reason, the first signal and the second signal are output to the higher voltage side than the center voltage only at the center. In addition to the central portion, when the first signal is output to a higher voltage side than the central voltage, the second signal is output to a lower voltage side than the central voltage, and the first signal is higher than the central voltage. When the signal is output to the low voltage side, the second signal is output to the higher voltage side than the center voltage.

原点信号処理部50は、図10に示す処理部分を有する。コンパレータ51、52はそれぞれ、第1の信号と第1の閾値を比較して第3の信号を出力し、第2の信号と第2の閾値を比較して第4の信号を出力する。コンパレータ51は、第1の信号の電圧値が第1の閾値よりも高いときにハイレベルの信号を出力し、そうでないときにロウレベルの信号を出力する。コンパレータ52も同様に、第2の信号の電圧値が第2の閾値よりも高いときにハイレベルの信号を出力し、そうでないときにロウレベルの信号を出力する。図11は、第3の信号と第4の信号を表す図である。各信号は2周期分出力されるため、各コンパレータからの出力もそれぞれ2周期分の2値化出力となる。AND回路53は、第3の信号と第4の信号の論理積を取り、第5の信号を出力する。第1の信号と第2の信号がともにハイレベルになるのは受光部31の中心部のみであることから、AND回路53により論理積を取ると、図12に示すように、1パルスの原点信号である第5の信号が生成される。本実施例では、第5の信号がハイレベルになったとき、変位検出信号処理部40は被計測対象が原点位置に位置すると判断し、周期ごとのカウント値を0にリセットする。なお、本実施例では、原点信号処理部50をコンパレータ51、コンパレータ52およびAND回路53で構成したが、第5の信号と同様の信号を得られればこれらは何を用いてもよい。   The origin signal processing unit 50 has a processing part shown in FIG. Each of the comparators 51 and 52 compares the first signal with the first threshold value and outputs a third signal, and compares the second signal with the second threshold value and outputs a fourth signal. The comparator 51 outputs a high level signal when the voltage value of the first signal is higher than the first threshold, and outputs a low level signal otherwise. Similarly, the comparator 52 outputs a high level signal when the voltage value of the second signal is higher than the second threshold, and outputs a low level signal otherwise. FIG. 11 is a diagram illustrating the third signal and the fourth signal. Since each signal is output for two cycles, the output from each comparator is also a binary output for two cycles. The AND circuit 53 calculates the logical product of the third signal and the fourth signal and outputs a fifth signal. Since both the first signal and the second signal are at the high level only in the central portion of the light receiving unit 31, when the logical product is obtained by the AND circuit 53, as shown in FIG. A fifth signal, which is a signal, is generated. In this embodiment, when the fifth signal becomes high level, the displacement detection signal processing unit 40 determines that the measurement target is located at the origin position, and resets the count value for each period to zero. In the present embodiment, the origin signal processing unit 50 includes the comparator 51, the comparator 52, and the AND circuit 53. However, any signal may be used as long as the same signal as the fifth signal can be obtained.

以上の処理に関して、具体的な例を図13のフローチャートを用いて説明する。ステップS200で原点信号処理開始後、まず第1の信号が第1の閾値よりも高い電圧値であるかどうかを評価する(ステップS201)。この評価を満たしていれば次の評価に進み、満たしてなければ終了する(ステップS204)。ステップS202では、第2の信号が第2の閾値よりも高い電圧値であるかどうかを評価する。この評価を満たしたときに原点信号を出力する(ステップS203)。なお、本実施例では、第1の信号と第1の閾値についての評価を先に行い、第2の信号と第2の閾値についての評価を後に行っているが、この順番は問わない。また、同時に評価した後にいずれも満たしているかを評価してもよい。   A specific example of the above processing will be described with reference to the flowchart of FIG. After starting the origin signal processing in step S200, first, it is evaluated whether or not the first signal has a voltage value higher than the first threshold value (step S201). If this evaluation is satisfied, the process proceeds to the next evaluation, and if not satisfied, the process ends (step S204). In step S202, it is evaluated whether or not the second signal has a voltage value higher than the second threshold value. When this evaluation is satisfied, an origin signal is output (step S203). In this embodiment, the first signal and the first threshold are evaluated first, and the second signal and the second threshold are evaluated later, but this order does not matter. Moreover, you may evaluate whether all are satisfy | filled after evaluating simultaneously.

前述したように、第5の信号は、第1の信号と第2の信号がともに中心電圧よりも高い値を持つときに有効になる。よって、第1の閾値と第2の閾値をそれぞれ式(2)、(3)に示す範囲で設定すればよい。Voffset1、Voffset2はそれぞれ第1の信号、第2の信号の中心電圧、Vref1、Vref2はそれぞれ第1の閾値、第2の閾値である。また、Vcrossは、中心電圧より高く、第1の信号と第2の信号が交差する電圧(以下、クロスポイント電圧という)である。
As described above, the fifth signal is effective when both the first signal and the second signal have a value higher than the center voltage. Therefore, the first threshold value and the second threshold value may be set within the ranges shown in equations (2) and (3), respectively. Voffset1 and Voffset2 are the first signal and the center voltage of the second signal, respectively, and Vref1 and Vref2 are the first threshold and the second threshold, respectively. Vcross is higher than the center voltage and is a voltage at which the first signal and the second signal cross (hereinafter referred to as a cross-point voltage).

これらの式は、基準信号である第1の閾値と第2の閾値の値が、中心電圧と、クロスポイント電圧によってのみ決定され、周辺部の信号の影響を受けないことを表す。ただし、中心電圧、クロスポイント電圧は、それぞれ光量変動、原点パターン変動、振幅変動などの変動成分を持つ。よって、式(2)、(3)は以下の式(4)、(5)のように書き換えられる。Vomは中心電圧変動因子、vcmはクロスポイント電圧変動因子である。
These expressions indicate that the values of the first threshold value and the second threshold value, which are reference signals, are determined only by the center voltage and the cross-point voltage, and are not affected by peripheral signals. However, the center voltage and the cross point voltage have fluctuation components such as light quantity fluctuation, origin pattern fluctuation, and amplitude fluctuation, respectively. Therefore, the expressions (2) and (3) can be rewritten as the following expressions (4) and (5). Vom is a center voltage variation factor, and vcm is a cross-point voltage variation factor.

また、位置の異なる受光素子からの電圧から差動をとる構成においては、クロスポイント電圧は、反射部13の検出方向の長さ(以下、原点パターン長という)によって異なる値になる。これは図8の差動アンプ3、4の出力値である第1の信号と第2の信号が以下の式(6)、(7)によって計算されることによる。V1は第1の信号、V2は第2の信号、Voffsetは中心電圧である。
In addition, in the configuration in which a differential is taken from the voltages from the light receiving elements at different positions, the cross point voltage has a different value depending on the length of the reflection unit 13 in the detection direction (hereinafter referred to as the origin pattern length). This is because the first and second signals, which are the output values of the differential amplifiers 3 and 4 in FIG. 8, are calculated by the following equations (6) and (7). V1 is the first signal, V2 is the second signal, and Voffset is the center voltage.

VA、VB、VCおよびVDの値は、検出する物理的特性の変化に応じて変化する。本実施例は光学式エンコーダであるため、以降は検出する物理的特性は反射光量であるとする。例えば、第1の信号において、ある位置における反射光量を見たとき、(受光素子Aにかかる反射光量)>(受光素子Cにかかる反射光量)であれば信号は中心電圧値よりも高電圧側に出力される。(受光素子Aにかかる反射光量)<(受光素子Cにかかる反射光量)であれば、信号は中心電圧値よりも低電圧側に出力される。(受光素子Aにかかる反射光量)=(受光素子Cにかかる反射光量)であれば、信号は中心電圧となる。受光素子上の反射光の検出方向の長さは、原点パターンの検出方向の長さ(以下、原点パターン長)により変化するため、クロスポイント電圧もまた、原点パターン長によって変化する。また、中心電圧より高電圧側における同相信号の論理積を取るこの処理系では、クロスポイント電圧が大きければ大きいほど原点検出余裕度は拡大する。したがって、原点検出余裕度を高くするために、原点パターン長を最適な値に設定する必要がある。 The values of VA, VB, VC, and VD change according to the change in the physical property to be detected. Since the present embodiment is an optical encoder, the physical characteristic to be detected is assumed to be the amount of reflected light. For example, when the amount of reflected light at a certain position is viewed in the first signal, if (the amount of reflected light applied to the light receiving element A)> (the amount of reflected light applied to the light receiving element C), the signal is higher than the center voltage value. Is output. If (the amount of reflected light applied to the light receiving element A) <(the amount of reflected light applied to the light receiving element C), the signal is output to a lower voltage side than the center voltage value. If (the amount of reflected light applied to the light receiving element A) = (the amount of reflected light applied to the light receiving element C), the signal becomes the center voltage. Since the length of the reflected light on the light receiving element in the detection direction varies depending on the length of the origin pattern in the detection direction (hereinafter referred to as the origin pattern length), the cross-point voltage also varies depending on the origin pattern length. Further, in this processing system that takes the logical product of the in-phase signals on the higher voltage side than the center voltage, the origin detection margin increases as the cross-point voltage increases. Therefore, it is necessary to set the origin pattern length to an optimal value in order to increase the origin detection margin.

図14は第1の信号と第2の信号の原点パターン長との関係を表す図であり、図15は原点パターン長とクロスポイント電圧値との関係を表す図である。図14では、横軸が変位、縦軸が電圧値を表している。図14(A)〜(C)は、それぞれ原点パターン長200μm、600μm、800μmのときの第1の信号と第2の信号を表している。図15では、横軸が原点パターン長、縦軸が電圧を表している。また、図15において、実線はクロスポイント電圧をプロットしたものであり、破線は中心電圧をプロットしたものである。図15より、クロスポイント電圧は原点パターン長が0μmから長くなるにつれて中心電圧から徐々に大きくなり、原点パターンからの反射光が受光部31の中央において隣接する受光素子A、Bの両方に照射される条件である400μmになったときに最大になる。以降は再び減少し、1つの受光素子配列群内の全ての受光素子に照射される条件である800μmになったときに再び中心電圧と同値となる。   FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the origin pattern length of the first signal and the second signal, and FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the origin pattern length and the crosspoint voltage value. In FIG. 14, the horizontal axis represents displacement and the vertical axis represents voltage value. 14A to 14C show the first signal and the second signal when the origin pattern length is 200 μm, 600 μm, and 800 μm, respectively. In FIG. 15, the horizontal axis represents the origin pattern length and the vertical axis represents the voltage. In FIG. 15, the solid line plots the cross-point voltage, and the broken line plots the center voltage. From FIG. 15, the cross-point voltage gradually increases from the center voltage as the origin pattern length increases from 0 μm, and the reflected light from the origin pattern is applied to both the light receiving elements A and B adjacent in the center of the light receiving unit 31. It becomes the maximum when it becomes 400 μm which is the condition to be satisfied. Thereafter, it decreases again, and when it reaches 800 μm, which is a condition for irradiating all the light receiving elements in one light receiving element array group, it becomes the same value as the center voltage again.

よって、原点パターン長は、クロスポイント電圧が中心電圧よりも高い値をとる条件である800μm未満の値であればよく、それはトラック12における反射部13によって形成された反射光の検出方向の長さが1つの受光素子配列群の検出方向の長さ未満になる値である。本実施例では、原点パターン長をクロスポイント電圧が最大の値となる400μmに設定している。   Therefore, the origin pattern length may be a value less than 800 μm, which is a condition that the cross point voltage takes a value higher than the center voltage, and this is the length in the detection direction of the reflected light formed by the reflecting portion 13 in the track 12. Is a value that is less than the length in the detection direction of one light receiving element array group. In this embodiment, the origin pattern length is set to 400 μm at which the cross-point voltage has the maximum value.

以上の構成により、原点以外における信号を原点上だと誤認識する可能性の低い良好な原点検出を行うことができる。   With the above configuration, it is possible to perform good origin detection with a low possibility of erroneously recognizing a signal other than the origin as being on the origin.

本実施例では、変位検出センサ20および原点検出センサ30が光源21と同一平面上に存在し、スケール10からの反射光を受光することで変位ならびに原点位置を検出する反射型の構成において説明した。しかしながら、本発明は、各センサが光源21と別平面上に存在し、光源21と各センサとの間にスケール10が存在する透過型の構成においても適用できる。   In this embodiment, the displacement detection sensor 20 and the origin detection sensor 30 exist on the same plane as the light source 21, and the reflection type configuration that detects the displacement and the origin position by receiving the reflected light from the scale 10 has been described. . However, the present invention can also be applied to a transmissive configuration in which each sensor exists on a different plane from the light source 21 and the scale 10 exists between the light source 21 and each sensor.

また、本実施例では、変位検出のために原点検出センサとは別の変位検出センサを用いたが、原点検出センサの構成が受光素子配列群の配置数以外の部分で、本実施例における変位検出センサと同様であるため、変位検出のために本発明の原点検出センサを用いてもよい。   Further, in this embodiment, a displacement detection sensor different from the origin detection sensor is used for displacement detection. However, the origin detection sensor has a configuration other than the number of arrangements of the light receiving element array groups. Since it is similar to the detection sensor, the origin detection sensor of the present invention may be used for displacement detection.

また、本実施例では、原点検出処理を回路で行ったが、第5の信号と同様の信号を得られればソフトウェアで行っても構わない。   In this embodiment, the origin detection process is performed by a circuit, but may be performed by software if a signal similar to the fifth signal can be obtained.

本実施例では、実施例1の変位検出信号処理部40に変え、逓倍器60を備える。図16は、本実施例のエンコーダの構成を表す図である。また、図17は、逓倍器の動作に関する説明図である。なお、原点検出処理の方法は、実施例1と同様である。   In the present embodiment, a multiplier 60 is provided instead of the displacement detection signal processing unit 40 of the first embodiment. FIG. 16 is a diagram illustrating the configuration of the encoder of the present embodiment. FIG. 17 is an explanatory diagram regarding the operation of the multiplier. The origin detection processing method is the same as in the first embodiment.

図17において、逓倍器60は、変位検出信号1、2をそれぞれ50分割した周期のデジタル信号を逓倍パルス1、2として出力する。このときの各逓倍パルスのパルス長は4μmになる。原点パルスは、逓倍パルス1、2のエッジに同期し、かつ原点信号の入力があったとき、原点パルス出力位相において出力される。原点パルス出力位相は、変位検出信号1、2が中心電圧よりも低電圧側で同値をとる位相である。   In FIG. 17, the multiplier 60 outputs a digital signal having a period obtained by dividing the displacement detection signals 1 and 2 by 50 as the multiplied pulses 1 and 2. At this time, the pulse length of each multiplied pulse is 4 μm. The origin pulse is synchronized with the edges of the multiplied pulses 1 and 2 and is output at the origin pulse output phase when the origin signal is input. The origin pulse output phase is a phase in which the displacement detection signals 1 and 2 take the same value on the lower voltage side than the center voltage.

図18は、原点信号、原点パルスおよび位置変動余裕幅の関係を表す図である。図18において、原点パルス出力位相が原点信号に対し中央にあるとき、位置変動余裕幅1と位置変動余裕幅2はほぼ同値であり、これはそのどちらの方向の位置変動にも同等の耐性を持つことを意味する。一方、原点パルス出力位相が原点信号に対し偏在するとき、位置変動余裕幅2と比較して位置変動余裕幅1の位置変動の耐性が劣る。これは変位検出センサ20と原点検出センサ30が互いに片方向に偏った位置変動余裕を持つことを意味する。   FIG. 18 is a diagram illustrating the relationship between the origin signal, the origin pulse, and the position variation margin. In FIG. 18, when the origin pulse output phase is in the center with respect to the origin signal, the position fluctuation margin width 1 and the position fluctuation margin width 2 are substantially the same value, which is equivalent to the position fluctuation in either direction. It means having. On the other hand, when the origin pulse output phase is unevenly distributed with respect to the origin signal, the tolerance of the position fluctuation of the position fluctuation margin width 1 is inferior to the position fluctuation margin width 2. This means that the displacement detection sensor 20 and the origin detection sensor 30 have a position variation margin that is biased in one direction.

以下、変位検出センサ20の出力の位相と原点信号処理部50から出力される原点信号との位相ズレの問題に対する対処方法について説明する。ここで問題とは、位相ズレによる位置変動余裕幅の減少により原点パルス出力位相が原点信号から外れてしまい、所望の位置において原点パルスが出力されないことである。   Hereinafter, a method for dealing with the problem of the phase shift between the phase of the output of the displacement detection sensor 20 and the origin signal output from the origin signal processing unit 50 will be described. The problem here is that the origin pulse output phase deviates from the origin signal due to the decrease in the position fluctuation margin due to the phase shift, and the origin pulse is not output at the desired position.

本実施例では、原点パルス出力位相に対する原点位置の出力位置の調整を行っている。原点信号である第5の信号は第1の閾値と第2の閾値によって波幅が決定される。例えば、100μmの波幅を持つ信号を得たい場合は、第1の閾値と第2の閾値を中心電圧と、クロスポイント電圧の中間値にすればよい。これは第1の信号と第2の信号の位相差が受光素子の配列によって決定され、その値が中心電圧において常に200μmであること、そこから閾値を大きくするにつれて減少し、第1の信号と第2の信号が交差する位置において0になるためである。第1の信号と第2の信号は、中心電圧からクロスポイント電圧にかけて直線性を持っていることから、原点信号波幅と閾値の関係は以下の式(8)のように表せる。λは原点信号波幅、Xは中心電圧における第1の信号と第2の信号の位相差である。簡略化のため、Vref1=Vref2=Vref、Voffset1=Voffset2=Voffsetとしている。
In the present embodiment, the output position of the origin position is adjusted with respect to the origin pulse output phase. The wave width of the fifth signal that is the origin signal is determined by the first threshold value and the second threshold value. For example, in order to obtain a signal having a wave width of 100 μm, the first threshold value and the second threshold value may be set to an intermediate value between the center voltage and the crosspoint voltage. This is because the phase difference between the first signal and the second signal is determined by the arrangement of the light receiving elements, and the value is always 200 μm at the center voltage, and decreases as the threshold value is increased. This is because it becomes 0 at the position where the second signal intersects. Since the first signal and the second signal have linearity from the center voltage to the cross point voltage, the relationship between the origin signal wave width and the threshold value can be expressed by the following equation (8). λ is the origin signal wave width, and X is the phase difference between the first signal and the second signal at the center voltage. For simplification, Vref1 = Vref2 = Vref and Voffset1 = Voffset2 = Voffset.

この構成において原点信号である第5の信号の位置調整を行うときは、第1の信号と第2の信号におけるそれぞれの閾値である第1の閾値と第2の閾値を個別に逆向きに変化させる。図19A〜19Cは、第1の閾値と第2の閾値の値を、第1の閾値と第2の閾値が等しい状態からそれぞれ変化させたときの第1の信号、第2の信号および第5の信号を表している。例えば、原点位置を右に移動させる場合(図19Aの状態から図19Bの状態)、第1の閾値Vref1を低電圧側に、第2の閾値Vref2を高電圧側に変化させる。逆に、原点位置を左に移動させる場合(図19Aの状態から図19Cの状態)、第1の閾値Vref1を高電圧側に、第2の閾値Vref2を低電圧側に変化させる。このときの各閾値の変化の絶対値は同値であるほうがよい。変化値が個別の絶対値を持ったとき、Vref1=Vref2時の原点信号幅よりも幅が狭く、もしくは広く変化してしまうからである。   In this configuration, when the position of the fifth signal that is the origin signal is adjusted, the first threshold value and the second threshold value that are the respective threshold values in the first signal and the second signal are individually changed in opposite directions. Let 19A to 19C show the first signal, the second signal, and the fifth signal when the values of the first threshold value and the second threshold value are changed from the state where the first threshold value and the second threshold value are equal to each other. Represents the signal. For example, when the origin position is moved to the right (from the state of FIG. 19A to the state of FIG. 19B), the first threshold value Vref1 is changed to the low voltage side, and the second threshold value Vref2 is changed to the high voltage side. Conversely, when the origin position is moved to the left (from the state of FIG. 19A to the state of FIG. 19C), the first threshold value Vref1 is changed to the high voltage side, and the second threshold value Vref2 is changed to the low voltage side. At this time, the absolute values of changes in the respective threshold values should be the same. This is because when the change value has an individual absolute value, the width is narrower or wider than the origin signal width when Vref1 = Vref2.

Vref1=Vref2=Vrefであるときの原点位置を初期位置としたとき、原点位置の調整幅ΔOrgは以下の式(9)で表すことができる。
When the origin position when Vref1 = Vref2 = Vref is set as the initial position, the adjustment width ΔOrg of the origin position can be expressed by the following equation (9).

さらに、中心電圧変動因子Vom、クロスポイント電圧変動因子vcmを考慮すると、式(9)は以下の式(10)のように書き換えられる。
Further, considering the center voltage variation factor Vom and the cross-point voltage variation factor vcm, equation (9) can be rewritten as the following equation (10).

以上の構成により、逓倍器60に接続された場合でも原点信号の出力位置が調整可能であるため、変位検出信号に同期した原点信号を用いて原点パルスを出力する系においても本発明の原点検出処理を適用できる。なお、本実施例においても、実施例1と同様に信号の検出方法および処理部構成の異なる系においても適用可能である。   With the above configuration, since the output position of the origin signal can be adjusted even when connected to the multiplier 60, the origin detection of the present invention is also applied to the system that outputs the origin pulse using the origin signal synchronized with the displacement detection signal. Processing can be applied. Note that the present embodiment can also be applied to systems having different signal detection methods and processing unit configurations as in the first embodiment.

本実施例のエンコーダも実施例1と同様、スケール10、変位検出センサ20、原点検出センサ30、変位検出信号処理部40および原点信号処理部50を有する。ただし、スケール10のパターンが実施例1とは異なり、変位検出用パターンと原点検出用パターンが複合されたシングルトラック構成になっている。本実施例では、スケールの回転角度を検出するロータリー型の構成に関して説明する。   Similarly to the first embodiment, the encoder of the present embodiment also includes a scale 10, a displacement detection sensor 20, an origin detection sensor 30, a displacement detection signal processing unit 40, and an origin signal processing unit 50. However, unlike the first embodiment, the scale 10 has a single track configuration in which the displacement detection pattern and the origin detection pattern are combined. In this embodiment, a rotary type configuration that detects the rotation angle of the scale will be described.

図20は、本実施例のロータリー型のシングルトラックスケールを表す図である。全体に渡って周期的に配置されているパターンは変位検出用パターンであり、上部において変位検出パターンに連結される形で表現されたパターンが原点検出用パターンである。変位検出センサ20と原点検出センサ30は、ともに同一トラック内に配置された変位検出用パターンからの反射光と原点検出用パターンからの反射光が複合した光信号を受光する。本実施例では、実施例1とは異なり、変位検出センサ20と原点検出センサ30の分解能が異なっていること、すなわち受光素子配列群の並びが異なっていることが必須となる。ここで、分解能とは、変位検出センサ20および原点検出センサ30が最も強い応答を示すスケールピッチのことを表す。   FIG. 20 is a diagram illustrating a rotary type single track scale according to the present embodiment. A pattern periodically arranged throughout is a displacement detection pattern, and a pattern expressed in a form connected to the displacement detection pattern in the upper part is an origin detection pattern. Both the displacement detection sensor 20 and the origin detection sensor 30 receive an optical signal in which the reflected light from the displacement detection pattern and the reflected light from the origin detection pattern arranged in the same track are combined. In this embodiment, unlike the first embodiment, it is essential that the resolutions of the displacement detection sensor 20 and the origin detection sensor 30 are different, that is, the arrangement of the light receiving element array groups is different. Here, the resolution represents a scale pitch at which the displacement detection sensor 20 and the origin detection sensor 30 exhibit the strongest response.

変位検出センサ20と原点検出センサ30が異なる配列の受光素子配列群を有することにより、それらは異なる空間周波数応答を有する。例えば、変位検出センサ20は、受光部23上において400μmのピッチを持つ光信号に最も強く応答する。それ以外のピッチの光信号は、各受光素子において差動関係にあるAとC、BとDにおいて同じ出力値を示すために相殺されるため、応答は弱くなる。   Since the displacement detection sensor 20 and the origin detection sensor 30 have different arrangements of light receiving element arrangement groups, they have different spatial frequency responses. For example, the displacement detection sensor 20 responds most strongly to an optical signal having a pitch of 400 μm on the light receiving unit 23. Since the optical signals of other pitches are canceled out to show the same output values in A and C and B and D which are in a differential relationship in each light receiving element, the response becomes weak.

変位検出センサ20と原点検出センサ30が有する空間周波数応答特性を図21に示す。図21では、横軸が空間周波数、縦軸が規格化された各センサ出力の応答を表している。図21に示すように、原点検出センサ30は、原点検出用パターンと変位検出用パターンからの光が混合した光信号において、変位検出用パターンからの光信号には応答せず、原点検出用パターンのみに応答する。変位検出センサ20は、それとは逆に原点検出用パターンからの光信号には応答せず、変位検出用パターンからの光信号にのみ応答する。 The spatial frequency response characteristics of the displacement detection sensor 20 and the origin detection sensor 30 are shown in FIG. In FIG. 21, the horizontal axis represents the spatial frequency and the vertical axis represents the response of each sensor output normalized. As shown in FIG. 21, the origin detection sensor 30 is an optical signal light is mixed from the displacement detection pattern with the origin detection pattern, it does not respond to optical signals from the pattern output displacement detection, for origin detection Respond to patterns only. On the contrary, the displacement detection sensor 20 does not respond to the optical signal from the origin detection pattern, but responds only to the optical signal from the displacement detection pattern.

これにより、同一トラック内に配置された変位検出用パターンと原点検出用パターンにより混合された光信号は、それぞれの有する空間応答周波数が異なる変位検出センサ20と原点検出センサ30によって分離され、それぞれの光信号における応答を示す。   As a result, the optical signals mixed by the displacement detection pattern and the origin detection pattern arranged in the same track are separated by the displacement detection sensor 20 and the origin detection sensor 30 having different spatial response frequencies. The response in the optical signal is shown.

本実施例においても実施例1と同様、第1の信号と第2の信号がそれぞれ原点上における信号値になっているかどうかを判別するために、第1の閾値および第2の閾値を設定する。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the first threshold value and the second threshold value are set in order to determine whether the first signal and the second signal have signal values on the origin. .

図22は、原点検出センサ30の第1の信号と第2の信号、ならびに第1の閾値と第2の閾値を表している。図22では、横軸が変位、縦軸が電圧値を表している。振幅は、光量やセンサとスケールとの位置関係によって変わるが、本実施例では、0.5〜3.0V程度まで振れている。本実施例では、原点検出センサ30は変位検出用パターンからの反射光と原点検出用パターンからの反射光が混合した光信号を受光している。しかしながら、図22に示すように、原点検出センサ30が持つ空間周波数応答特性によって変位検出用パターンからの反射光はほとんど無視され、原点検出用パターンからの反射光の成分を特に出力しているのがわかる。   FIG. 22 shows the first signal and the second signal of the origin detection sensor 30, and the first threshold value and the second threshold value. In FIG. 22, the horizontal axis represents displacement, and the vertical axis represents voltage value. The amplitude varies depending on the amount of light and the positional relationship between the sensor and the scale, but in this embodiment, it swings to about 0.5 to 3.0V. In this embodiment, the origin detection sensor 30 receives an optical signal in which the reflected light from the displacement detection pattern and the reflected light from the origin detection pattern are mixed. However, as shown in FIG. 22, the reflected light from the displacement detection pattern is almost ignored due to the spatial frequency response characteristic of the origin detection sensor 30, and the component of the reflected light from the origin detection pattern is particularly output. I understand.

各検出用パターンが別トラックに配置された構成では、各センサがスケールに対して検出方向とは垂直な方向に変位すると、トラック境界を基準として各センサが各検出用パターンの範囲から超えてしまい、各センサが読み取れなくなる。一方、各検出用パターンが同一トラック内に配置された構成では、トラック境界が存在しないため、各センサがスケールに対して検出方向とは垂直な方向に変位しても各センサが各検出用パターンを読み違えることがない。そのため、原点検出用パターンと変位検出用パターンが同一トラック内に配置されることにより、別トラックに存在する構成よりも各センサの径方向の変動に強くなる。ロータリー型のスケールにおいては、検出方向に垂直な方向はスケールの偏芯方向であるため、これは偏芯変動に強くなることを意味する。   In a configuration in which each detection pattern is arranged on a separate track, when each sensor is displaced in a direction perpendicular to the detection direction with respect to the scale, each sensor exceeds the range of each detection pattern based on the track boundary. Each sensor cannot be read. On the other hand, in the configuration in which each detection pattern is arranged in the same track, since there is no track boundary, each sensor is in each detection pattern even if each sensor is displaced in a direction perpendicular to the detection direction with respect to the scale. Is not misread. For this reason, by arranging the origin detection pattern and the displacement detection pattern in the same track, the variation in the radial direction of each sensor becomes stronger than the configuration existing in another track. In a rotary scale, the direction perpendicular to the detection direction is the eccentric direction of the scale, which means that it is resistant to eccentric fluctuations.

こうすることで得られた原点検出センサ30からの信号を用いて、以降は実施例1と同様の処理を行うことで原点信号を得ることができる。なお、本実施例においても、実施例1と同様に信号の検出方法および処理部構成の異なる系においても適用可能である。   By using the signal from the origin detection sensor 30 obtained in this way, the origin signal can be obtained by performing the same processing as in the first embodiment. Note that the present embodiment can also be applied to systems having different signal detection methods and processing unit configurations as in the first embodiment.

図23は、本実施例のリニアステージである。リニアステージは、スケール10、モータ70、ボールねじ80、ステージ90、エンコーダ100およびコントローラ110を有する。エンコーダ100は、実施例1の変位検出センサ20、原点検出センサ30、変位検出信号処理部40および原点信号処理部50を有する。また、エンコーダ100は、他の実施例と同様に反射型の光学式エンコーダである。   FIG. 23 shows the linear stage of this embodiment. The linear stage includes a scale 10, a motor 70, a ball screw 80, a stage 90, an encoder 100, and a controller 110. The encoder 100 includes the displacement detection sensor 20, the origin detection sensor 30, the displacement detection signal processing unit 40, and the origin signal processing unit 50 of the first embodiment. The encoder 100 is a reflective optical encoder as in the other embodiments.

ボールねじ80はモータ70の回転運動を直線運動に変換可能であり、ボールねじ80によってステージ90はモータ70の回転量に応じて図23の移動方向に移動する。スケール10はステージ90の側面に一軸移動方向を検出する向きに貼り付けられ、エンコーダ100はスケール10を読み取る向きに取り付けられている。コントローラ110は、エンコーダ100からの信号を元にステージ90の変位を検出し、モータ70の回転量を制御することでステージ90の位置制御を行っている。   The ball screw 80 can convert the rotational motion of the motor 70 into a linear motion, and the stage 90 moves in the moving direction of FIG. 23 according to the amount of rotation of the motor 70 by the ball screw 80. The scale 10 is attached to the side surface of the stage 90 so as to detect the uniaxial movement direction, and the encoder 100 is attached so as to read the scale 10. The controller 110 detects the displacement of the stage 90 based on the signal from the encoder 100 and controls the position of the stage 90 by controlling the rotation amount of the motor 70.

変位の検出は、エンコーダ100の変位検出センサ20、スケール10のトラック11の変位検出用パターンによって行う。変位検出センサ20は、スケール10との相対変位に応じて二相の正弦波信号を出力し、エンコーダ100がこれを位置信号に変換してコントローラ110に伝える。   The displacement is detected by the displacement detection pattern of the displacement detection sensor 20 of the encoder 100 and the track 11 of the scale 10. The displacement detection sensor 20 outputs a two-phase sine wave signal according to the relative displacement with the scale 10, and the encoder 100 converts this into a position signal and transmits it to the controller 110.

この構成において、コントローラ110はステージ90の基準位置からの変位を知る必要がある。それはステージ90が一軸移動方向の限界位置に達したにも関わらず、コントローラ110がそれを誤り、モータ70を回転させ続けようとするといった誤動作を避けるためである。一軸移動方向の限界位置を知るだけであればリミットセンサを使用してもよいが、エンコーダ100に加えてリミットセンサを設けることによる構成部品の増加を招くために本実施例では使用しない。ここでの構成部品とは、エンコーダ100やリミットセンサにおける周辺回路部品を指す。   In this configuration, the controller 110 needs to know the displacement of the stage 90 from the reference position. This is to avoid a malfunction in which the controller 110 erroneously tries to keep the motor 70 rotating even though the stage 90 reaches the limit position in the uniaxial movement direction. A limit sensor may be used as long as the limit position in the uniaxial movement direction is known. However, in order to increase the number of components by providing a limit sensor in addition to the encoder 100, this is not used in this embodiment. The component here refers to a peripheral circuit component in the encoder 100 or limit sensor.

そこで、本実施例では、スケール10に絶対位置の基準としてトラック11の変位検出用パターンとは別にトラック12の原点検出用パターンを用意し、エンコーダ100の原点検出センサ30で原点検出用パターンを検出する。   In this embodiment, therefore, an origin detection pattern for the track 12 is prepared separately from the displacement detection pattern for the track 11 as a reference for the absolute position on the scale 10, and the origin detection sensor 30 of the encoder 100 detects the origin detection pattern. To do.

本実施例では、電源投入時、原点を検出するために、ステージ90を移動させて原点パターンを探す原点検出を行う。原点検出用パターンがエンコーダ100の原点検出センサ30上に達すると、原点信号処理部50を経て原点信号として第5の信号がコントローラ110に送られる。原点信号の受信によりステージ0が原点上に位置していると認識したコントローラ110は、この時点での検出位置を0にリセットする。それにより、以降は原点検出パターンの存在する領域を原点位置とした変位検出が可能になり、ステージ0の正確な制御が行える。 In this embodiment, when the power is turned on, in order to detect the origin, the origin is detected by moving the stage 90 and searching for the origin pattern. When the origin detection pattern reaches the origin detection sensor 30 of the encoder 100, the fifth signal is sent to the controller 110 as the origin signal through the origin signal processing unit 50. The controller 110 that recognizes that the stage 90 is located on the origin by receiving the origin signal resets the detection position at this time to 0. As a result, the displacement can be detected with the origin detection pattern in the region where the origin detection pattern exists, and the stage 90 can be accurately controlled.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

10 スケール
0 原点検出センサ(原点検出部)
31 受光部
50 原点信号処理部(処理部)
10 scale
3 0 Origin detection sensor (origin detection unit)
31 Light receiving unit 50 Origin signal processing unit (processing unit)

Claims (7)

原点検出用パターンが形成されたスケールと、
前記原点検出用パターンを読み取る原点検出部と、
原点信号を出力する処理部と、を有し、
前記原点検出部は、2組の検出素子群を有し、
前記検出素子群は、第1の検出部、第2の検出部、第3の検出部および第4の検出部を有し、第1の検出部と第2の検出部、第3の検出部と第4の検出部が前記検出素子群の中央に対してそれぞれ対称に配置されており、前記検出素子群において前記第1の検出部と前記第2の検出部が外側、前記第3の検出部と前記第4の検出部が内側に配置されており、
前記原点検出用パターンは、前記原点検出部によって検出される、原点周辺部と異なる物理的特性の検出方向の長さが、前記検出素子群の前記検出方向の長さより短くなるような検出方向の長さを有し、
前記原点検出部は、前記第1の検出部と前記第3の検出部に基づいた第1の信号と、前記第2の検出部と第4の検出部に基づいた第2の信号を出力し、
前記処理部は、前記第1の信号と第1の閾値を処理することで得られた第3の信号と、前記第2の信号と第2の閾値を処理することで得られた第4の信号と、を処理することで得られた第5の信号を、前記原点検出用パターンが、前記2組の検出素子群の間で隣接する、前記2組の検出素子群の一方の検出素子群に配置されている前記第1の検出部及び前記2組の検出素子群の他方の検出素子群に配置されている前記第2の検出部と相対するときに得られる前記第1の信号および前記第2の信号の信号変化を検知することにより原点を検出することで、前記原点信号として出力し、
前記第1の閾値または前記第2の閾値を比較処理することで、前記原点信号の出力位置を調整可能であることを特徴とするエンコーダ。
A scale on which an origin detection pattern is formed;
An origin detection unit for reading the origin detection pattern;
A processing unit for outputting an origin signal,
The origin detection unit has two sets of detection element groups,
The detecting element group, the first detector, a second detector, the third detector and the fourth detector possess, first detector and the second detector, the third detector And the fourth detection unit are arranged symmetrically with respect to the center of the detection element group, and in the detection element group, the first detection unit and the second detection unit are outside, the third detection unit Part and the fourth detection part are arranged inside,
The origin detection pattern has a detection direction in which a detection direction length of a physical characteristic different from that of the origin periphery detected by the origin detection unit is shorter than the detection direction length of the detection element group. Has a length,
The origin detection unit outputs a first signal based on the first detection unit and the third detection unit, and a second signal based on the second detection unit and the fourth detection unit. ,
The processing unit includes a third signal obtained by processing the first signal and the first threshold value, and a fourth signal obtained by processing the second signal and the second threshold value. And a fifth signal obtained by processing the signal, one detection element group of the two sets of detection element groups , wherein the origin detection pattern is adjacent between the two sets of detection element groups. The first signal obtained when facing the second detection unit arranged in the other detection element group of the first detection unit and the two detection element groups of the two sets of detection element groups, and By detecting the origin by detecting the signal change of the second signal, it is output as the origin signal,
An encoder characterized in that the output position of the origin signal can be adjusted by comparing the first threshold value or the second threshold value.
前記処理部は、前記第1の信号および前記第2の信号が互いに中心電圧より高電圧側に出力されたときに原点を検出することで、前記第5の信号を前記原点信号として出力することを特徴とする請求項1に記載のエンコーダ。   The processing unit outputs the fifth signal as the origin signal by detecting the origin when the first signal and the second signal are output to a higher voltage side than the center voltage. The encoder according to claim 1. 前記スケールに形成された変位検出用パターンを読み取ることで変位検出信号を出力する変位検出部と、を更に有し、
前記変位検出用パターンと前記原点検出用パターンは、異なるトラック内に形成され、
前記原点検出部と前記変位検出部は、それぞれ前記原点検出用パターンと前記変位検出用パターンを読み取ることを特徴とする請求項1または2に記載のエンコーダ。
A displacement detection unit that outputs a displacement detection signal by reading a displacement detection pattern formed on the scale;
The displacement detection pattern and the origin detection pattern are formed in different tracks,
The encoder according to claim 1 or 2, wherein the origin detection unit and the displacement detection unit read the origin detection pattern and the displacement detection pattern, respectively.
前記スケールに形成された前記原点検出用パターンの分解能とは異なる分解能を有する変位検出用パターンを読み取ることで変位検出信号を出力する変位検出部と、を更に有し、
前記変位検出用パターンと前記原点検出用パターンは、同一のトラック内に形成され、
前記原点検出部と前記変位検出部は、前記変位検出用パターンの反射光と前記原点検出用パターンからの反射光が複合した光信号を読み取ることを特徴とする請求項1または2に記載のエンコーダ。
A displacement detection unit that outputs a displacement detection signal by reading a displacement detection pattern having a resolution different from the resolution of the origin detection pattern formed on the scale;
The displacement detection pattern and the origin detection pattern are formed in the same track,
The encoder according to claim 1, wherein the origin detection unit and the displacement detection unit read an optical signal in which the reflected light from the displacement detection pattern and the reflected light from the origin detection pattern are combined. .
前記原点信号は、前記変位検出信号に非同期であり、原点検出に使用することを特徴とする請求項3または4に記載のエンコーダ。   The encoder according to claim 3 or 4, wherein the origin signal is asynchronous with the displacement detection signal and is used for origin detection. 前記原点信号は、前記変位検出信号に同期し、原点検出に使用する原点パルスを出力するために使用することを特徴とする請求項3または4に記載のエンコーダ。   The encoder according to claim 3 or 4, wherein the origin signal is used to output an origin pulse used for origin detection in synchronization with the displacement detection signal. 請求項1から6のいずれか1項に記載のエンコーダを有する装置。   The apparatus which has an encoder of any one of Claim 1 to 6.
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