JPH01272917A - 反射式ｘｙエンコーダ - Google Patents
反射式ｘｙエンコーダInfo
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- JPH01272917A JPH01272917A JP10169388A JP10169388A JPH01272917A JP H01272917 A JPH01272917 A JP H01272917A JP 10169388 A JP10169388 A JP 10169388A JP 10169388 A JP10169388 A JP 10169388A JP H01272917 A JPH01272917 A JP H01272917A
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Landscapes
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、反射式ＸＹエンコーダに係り、特に、ＸＹ子
テーブルの変位を検出する際に用いるのに好適な、２次
元方向に相対移動する２つの部材間の相対変位量を、単
一のエンコーダによって検出することが可能な、新規な
反射式ＸＹエンコーダに関するものである。
テーブルの変位を検出する際に用いるのに好適な、２次
元方向に相対移動する２つの部材間の相対変位量を、単
一のエンコーダによって検出することが可能な、新規な
反射式ＸＹエンコーダに関するものである。
相対移動する２つの部材間の相対変位を検出する装置と
しては、リニヤエンコーダやロークリエンコーダが知ら
れているが、いずれにしても直線変位又は回転変位を１
次元的に測定するのみであり、２次元方向に相対移動す
る２つの部材間の相対変位を単一のエンコーダで検出す
ることはできなかった。 そこで従来は、２つの部材間の一方向、例えばＸ方向の
変位が現われている部材に、該Ｘ方向の変位を検出する
ための第１のりニヤエンコーダを設け、又、２つの部材
間の藺の方向、例えばＹ方向の変位が現われている部材
に、該Ｙ方向の変位を検出するための第２のりニヤエン
コーダを設け、これらの２つのりニヤエンコーダの出力
によって、２つの部材間の相対変位を検出する必要があ
った。 従って、エンコータか２組必要となり、構成が複雑で高
価になる。又、相対変位を測定したい方向、例えばＸ方
向及びＹ方向の変位が現われている部材がない場合には
、何らかの機械的な方法によって、前記Ｘ方向及びＹ方
向の変位を作り出して、これらの変位を２つのエンコー
ダでそれぞれ測定するように構成する必要がある。更に
、単一のエンコーダによって、相対変位の２次元方向の
成分を直接抽出することができない等の問題点を有して
いた。
しては、リニヤエンコーダやロークリエンコーダが知ら
れているが、いずれにしても直線変位又は回転変位を１
次元的に測定するのみであり、２次元方向に相対移動す
る２つの部材間の相対変位を単一のエンコーダで検出す
ることはできなかった。 そこで従来は、２つの部材間の一方向、例えばＸ方向の
変位が現われている部材に、該Ｘ方向の変位を検出する
ための第１のりニヤエンコーダを設け、又、２つの部材
間の藺の方向、例えばＹ方向の変位が現われている部材
に、該Ｙ方向の変位を検出するための第２のりニヤエン
コーダを設け、これらの２つのりニヤエンコーダの出力
によって、２つの部材間の相対変位を検出する必要があ
った。 従って、エンコータか２組必要となり、構成が複雑で高
価になる。又、相対変位を測定したい方向、例えばＸ方
向及びＹ方向の変位が現われている部材がない場合には
、何らかの機械的な方法によって、前記Ｘ方向及びＹ方
向の変位を作り出して、これらの変位を２つのエンコー
ダでそれぞれ測定するように構成する必要がある。更に
、単一のエンコーダによって、相対変位の２次元方向の
成分を直接抽出することができない等の問題点を有して
いた。
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、２次元方向に相対移動する２つの部材の相対変位
のＸ方向及びＹ方向成分を、単一のエンコーダによって
直接検出することが可能な、新規な反射式ｘＹエンコー
タを提供することを目的とする。
ので、２次元方向に相対移動する２つの部材の相対変位
のＸ方向及びＹ方向成分を、単一のエンコーダによって
直接検出することが可能な、新規な反射式ｘＹエンコー
タを提供することを目的とする。
本発明は、反射式ＸＹエンコーダを、２次元方向に相対
移動する一方の部材に取付けられる、該２次元方向に周
期的な主格子を形成した反射型のメインスケールと、他
方の部材に取付けられる、前記２次元方向にそれぞれ周
期的な、前記主格子に対応する副格子を形成した透過型
のインデックススケールとを用いて構成し、前記両部材
の２次元方向の相対変位に応じて、前記メインスケール
とインデックススケールの関与により、相対変位のＸ方
向及びＹ方向成分に対応する、少くとも２つの周期的な
検出信号を生成するようにして、前記目的を達成したも
のである。 又、前記主格子を、前記２次元方向に配置された島状パ
ターンとし、前記副格子を、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞ
れ独立して配置された縞状パターンとしたものである。 又、前記主格子及び副格子のピッチを、それぞれ、Ｘ方
向とＹ方向で同一ピッチとしたものである。 又、前記メインスケール及びインデックススケールを光
学式スケールとし、前記副格子を、照明光を通過させる
開口に関して点対称な位置に形成したものである。
移動する一方の部材に取付けられる、該２次元方向に周
期的な主格子を形成した反射型のメインスケールと、他
方の部材に取付けられる、前記２次元方向にそれぞれ周
期的な、前記主格子に対応する副格子を形成した透過型
のインデックススケールとを用いて構成し、前記両部材
の２次元方向の相対変位に応じて、前記メインスケール
とインデックススケールの関与により、相対変位のＸ方
向及びＹ方向成分に対応する、少くとも２つの周期的な
検出信号を生成するようにして、前記目的を達成したも
のである。 又、前記主格子を、前記２次元方向に配置された島状パ
ターンとし、前記副格子を、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞ
れ独立して配置された縞状パターンとしたものである。 又、前記主格子及び副格子のピッチを、それぞれ、Ｘ方
向とＹ方向で同一ピッチとしたものである。 又、前記メインスケール及びインデックススケールを光
学式スケールとし、前記副格子を、照明光を通過させる
開口に関して点対称な位置に形成したものである。
本発明においては、２次元方向に相対移動する一方の部
材に、例えは第１図（Ａ）に示すような、＝ ４ − 該２次元方向くＸ方向及びＹ方向）に周期的な主格子１
２を形成した反射型のメインスケール１゜を取付ける。 一方、他方の部材には、例えば第１図（Ｂ）に示す如く
、前記２次元方向（Ｘ方向及びＹ方向）にそれぞれ周期
的な、前記主格子１２に対応する副格子２２を形成した
透過型のインデックススケール２０を取付ける。 従って、例えば光学式スケールの場合には、前記メイン
スケール１ｏで反射され、インデックススケール２０を
透過してきた光を、各副格子毎に受光素子で受光するこ
とによって、相対変位のＸ方向及びＹ方向成分に対応す
る、少くとも２つの周期的な検出信号を生成することが
できる。 従って、単一のエンコーダで、２次元方向に相対移動す
る２つの部材間の相対変位を同時に検出することが可能
となる。よって、各方向毎にリニヤエンコーダを設ける
必要がなくなり、高精度で且つ高分解能のＸＹエンコー
ダを小型で実現できる。更に、反射型であるので、取扱
いも容易である。 なお、前記主格子１２を、第１図（Ａ）に示した如く、
前記２次元方向に配置された島状パターンとし、前記副
格子２２を、第１図（Ｂ）に示した如く、Ｘ方向及びＸ
方向にそれぞれ独立して配置された縞状パターンとした
場合には、副格子の−形成が容易であり、且つ、比較的
高レベルの検出信号を生成することができる。又、例え
ば光学式スケールの場合には、従来と同様の受光素子を
用いることができ、検出信号を生成するための構成も簡
略である。 又、前記主格子１２及び副格子２２のピッチを、第１図
（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、それぞれ、Ｘ方向とＸ方向
で同一ピッチとした場合には、Ｘ方向とＸ方向で同一分
解能とすることができる。なお、方向によって異なる分
解能で検出したい場合には、方向によってピッチを変え
ることも可能である６又、主格子１２と副格子２２のピ
ッチは、検出すべき対象物（光学式スケールでは像）の
種類に合わせて、異なる値とすることができる。 又、前記メインスケール１０及びインデックススケール
２０が光学式スケールである場合に、第１図（Ｂ）に示
す如く、副格子２２を、照明光を通過させる開口２４に
関して点対称な位置に形成した場合には、小型の構成で
均一な照明光を得ることができ、高精度の測定が可能と
なる。
材に、例えは第１図（Ａ）に示すような、＝ ４ − 該２次元方向くＸ方向及びＹ方向）に周期的な主格子１
２を形成した反射型のメインスケール１゜を取付ける。 一方、他方の部材には、例えば第１図（Ｂ）に示す如く
、前記２次元方向（Ｘ方向及びＹ方向）にそれぞれ周期
的な、前記主格子１２に対応する副格子２２を形成した
透過型のインデックススケール２０を取付ける。 従って、例えば光学式スケールの場合には、前記メイン
スケール１ｏで反射され、インデックススケール２０を
透過してきた光を、各副格子毎に受光素子で受光するこ
とによって、相対変位のＸ方向及びＹ方向成分に対応す
る、少くとも２つの周期的な検出信号を生成することが
できる。 従って、単一のエンコーダで、２次元方向に相対移動す
る２つの部材間の相対変位を同時に検出することが可能
となる。よって、各方向毎にリニヤエンコーダを設ける
必要がなくなり、高精度で且つ高分解能のＸＹエンコー
ダを小型で実現できる。更に、反射型であるので、取扱
いも容易である。 なお、前記主格子１２を、第１図（Ａ）に示した如く、
前記２次元方向に配置された島状パターンとし、前記副
格子２２を、第１図（Ｂ）に示した如く、Ｘ方向及びＸ
方向にそれぞれ独立して配置された縞状パターンとした
場合には、副格子の−形成が容易であり、且つ、比較的
高レベルの検出信号を生成することができる。又、例え
ば光学式スケールの場合には、従来と同様の受光素子を
用いることができ、検出信号を生成するための構成も簡
略である。 又、前記主格子１２及び副格子２２のピッチを、第１図
（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、それぞれ、Ｘ方向とＸ方向
で同一ピッチとした場合には、Ｘ方向とＸ方向で同一分
解能とすることができる。なお、方向によって異なる分
解能で検出したい場合には、方向によってピッチを変え
ることも可能である６又、主格子１２と副格子２２のピ
ッチは、検出すべき対象物（光学式スケールでは像）の
種類に合わせて、異なる値とすることができる。 又、前記メインスケール１０及びインデックススケール
２０が光学式スケールである場合に、第１図（Ｂ）に示
す如く、副格子２２を、照明光を通過させる開口２４に
関して点対称な位置に形成した場合には、小型の構成で
均一な照明光を得ることができ、高精度の測定が可能と
なる。
以下、図面を参照して、光学式スケールに適用した本発
明の実施例を詳細に説明する。 本実施例において、照明系は、収納容器３２内に格納さ
れたレーザダイオード（ＬＤ）チップ３４を含む拡散光
源３０で構成されている。この拡散光源３０は、１次点
光源としての前記ＬＤチップ３４と、該ＬＤチップ３４
からの発散光を集束して２次点光源４１を生成するコン
デンサレンズとしての、円柱状の分布屈折率型レンズ４
０（例えば日本板硝子（株）の商標名セルホックレンズ
）とを含んで構成され、前記２次点光源４１がインデッ
クススケール２０の副格子形成面（クローム蒸着面）２
１上に集束するようにされている。 メインスケール１０は、第２図のＡ−Ａ線に沿う断面を
拡大して第１図（Ａ）に示した如く、例えばガラス製の
プレートで構成され、その前記拡散光源３０と反対側の
面１４にクロームを蒸着し、その後、例えばエツチング
によって島状に残すことによって、反射部１２Ａと透明
部１２Ｂからなる主格子１２が形成されている。ここで
、主格子１２を拡散光源３０と反対側の面１４に形成し
ているのは、メインスケール１０の厚みの分だけ、検出
器を小型化するためである。 前記主格子１２の大きさは、例えばＸ方向、Ｘ方向のい
ずれに関しても、透明部１２Ｂと反射部１２Ａの長さが
等しく、且つ、同一ピッチＰ＝８μｍとなるように形成
されている。このように、Ｘ方向とＸ方向で同一ピッチ
として、正方形の島を形成した場合には、Ｘ方向とＸ方
向で同一の分解能を得ることができる。なお、前記島を
長方形とし、これに合わせて副格子のピッチも変えた場
合には、Ｘ方向とＸ方向で異なる分解能とすることがで
きる。 前記インデックススケール２０の副格子形成面（クロー
ム蒸着面）２１には、第２図のＢ−Ｂ線に沿う断面を拡
大して第１図（Ｂ）に示した如く、前記主格子１２と対
応する副格子２２が、Ｘ方向に４個（２２ＡＸ 、２２
Ｂｘ 、２２Ａｘ 、２２Ｂｘ）、Ｘ方向に４個（２２
Ａｙ、２２］３＋、２２Ａｙ、２２ＢＹ）の合計８個形
成されている。 前記副格子２２Ａｘ 、２２ＢＸ 、２２ＡＸ 、２２
Ｂｘは、いずれも、Ｘ方向の変位成分を検出するように
、Ｘ方向に長い綿状パターンとされ、同一ピッチで位相
がそれぞれ０°、＋９０’ 、＋１８０°、−９０°に
対応する４区画に区分されて配置されている。又、前記
副格子２２Ａｙ、２２１３１．２２Ａ’／、２２ＢＹは
、いずれも、Ｘ方向の変位成分を検出するべく、Ｘ方向
に長い縞状パターンとされ、同一ピッチで位相がそれぞ
れ０°、＋９０’ 、＋１８０’ 、−９０°に対応す
る４区画に区分されて配置されている。 該副格子２２Ａｘ 、２２Ｂｘ 、２２ＡＸ 、２２８
Ｘ ５，２２Ａ’／ 、２２ＢＶ 、２２Ａｙ、２２Ｂ
Ｖの中央には、前記２次点光源４１が集束されて通適す
る前記開口２４が形成されている。該開口２４の中に、
前記分布屈折率型レンズ４ｏによって、前記ＬＤチップ
３４の発散光が集束され、２次点光源４１が形成されて
いる。 各副格子２２Ａｘ 、２２Ｂｘ 、２２Ａｘ 、２２百
ｘ 、２２Ａ’／ 、２２ＢＹ 、２２Ａｙ 、２２百
ｙの裏側には、前記主格子１２の反射部１２Ａで反射さ
れて、対応する副格子のいずれかを通過してきた前記拡
散光源３０からの光をそれぞれ光電変換する８個の受光
素子４６ＡＸ 、４６ＢＸ 、４６Ａｘ 、４６ＢＸ
、４６Ａｙ 、４６Ｂｙ 、４６Ａｙ、４６ＢＹが設け
られている。これらの受光素子４６ＡＸ 、４６Ｂｘ
、４６Ａｘ 、４６ＢＸ 、４６ＡＹ、４６Ｂ’／、４
６Ａｙ、４６Ｂ’／は、受光基板４８上に設けられ、こ
れらは第１図（Ｂ）に破線で示すような位置関係にある
。前記受光基板４８の中央には、前記分布屈折率型レン
ズ４０も挿入されている。 前記受光素子４６Ａｘ 、４６Ｂｘ 、４６ＡＸ、４６
Ｂｘ 、４６ＡＹ、４６ＢＹ 、４６Ａｙ、４６ＢＹの
出力からＸ方向及びＹ方向に、それぞれ位相差が９０°
異なる２相の検出信号を形成する信号生成回路５０は、
第３図に示す如く、前記受光素子４６ＡＸの出力信号Ａ
ｘを増幅するための、可変抵抗器ＶＲＩによつとて増幅
率か可変とされた演算増幅器（オペアンプ）ＯＰｌと、
前記受光素子４６Ａｘの出力信号ＡＸを増幅するための
、可変抵抗器ＶＲ２によって増幅率が可変とされたオペ
アンプＯＰ２と、該オペアンプＯＰ２とＯＰｌの出力の
差動信号（ＡＸ −ＡＸ ）をＸ方向の第１相（ＡＸ相
とする）信号として出力するオペアンプＯＰ３と、前記
受光素子４６ＢＸの出力信号Ｂ×を増幅するための、可
変抵抗器ＶＲ３によって増幅率が可変とされたオペアン
プＯＰ４と、前記受光素子４６Ｂ×の出力信号Ｂ×を増
幅するための、可変抵抗器ＶＲ４によって増幅率が可変
とされたオペアンプＯＰ５と、該オペアンプＯＰ５とＯ
Ｆ２の出力の差動信号（Ｂｘ −Ｂｘ ）を、前記ＡＸ
相信号と位相が９０゛異なるＸ方向の第２相（Ｂｘ相と
する）として出力するオペアンプＯＰ６と、前記受光素
子４６Ａｙの出力信号ＡＶを増幅するための、可変抵抗
器ＶＲ５によって増幅率が可変とされたオペアンプＯＰ
７と、前記受光素子４６Ａｙの出力信号Ａｙを増幅する
ための、可変抵抗器ＶＲ６によって増幅率が可変とされ
たオペアンプＯＰ８と、該オペアンプＯＰ８とＯＰｌの
出力の差動信号（ＡＶ −ＡＭ ）をＹ方向の第１相（
Ａｙ相とする）信号として出力するオペアンプＯＰ９と
、前記受光素子４６Ｂｙの出力信号ＢＹを増幅するため
の、可変抵抗器ＶＲ７によって増幅率が可変とされたオ
ペアンプ０ＰＩＯと、前記受光素子４６Ｂｙの出力信号
ＢＹを増幅するための、可変抵抗器ＶＲ８によって増幅
率が可変とされたオペアンプ０Ｐ１１と、該オペアンプ
ＯｐＨと０Ｐ１０の出力の差動信号（Ｂｙ −Ｂｙ ）
を、前記Ａｙ相信号と位相が９０°異なるＹ方向の第２
相（Ｂｙ相とする）信号として出力するオペアンプ０Ｐ
１２とから構成されている。 以下、実施例の作用を説明する。 まず、インデックススケール２０がメインスケ− １２
＝ 一ル１０に対してＸ方向のみ、又はＹ方向のみに移動す
る場合を考える。例えばＹ方向には相対変位せず、Ｘ方
向のみに相対変位した場合には、ＡＸ相信号及びＢ×相
信号のみが変化し、Ａｙ相信号及びＢｙ相信号は変化し
ない。従って、位相が互いに９０°異なる２相の検出信
号（ＡＸ相信号及びＢｘ相信号）を用いて、従来と同様
に、例えば位相分割等を行って、Ｘ方向の変位量を高精
度に検出することができる。 逆に、Ｘ方向には相対変位せず、Ｙ方向にのみ相対変位
した場合には、Ａ×相信号及びＢ×相信号は変化せず、
ＡＹ相信号及びＢＹ相信号のみが変化する。従って、位
相が互いに９０°異なる２相の検出信号（Ａｙ相信号及
びＢＹ相信号）を用いて、従来と同様に、例えば位相分
割等を行って、Ｙ方向の変位量を高精度に検出すること
ができる。 なお、従来例と異なり、メインスケール１０に形成され
た主格子１２が島状パターンとなっているため、従来の
綿状パターンの場合に比べて光の反射が１／２になり、
受光素子で得られる信号も、従来のりニヤエンコーダの
場合に比べて約１／２となっているが、オペアンプの増
幅率を高める等によって、容易に対処可能である。 又、Ｘ方向及びＹ方向のいずれにも相対変位した場合に
は、前記ＡＸ相信号、Ｂ×相信号、Ａｙ相信号、Ｂｙ相
信号が全て変化する。この際、相対変位のＸ方向成分に
対応する信号がＡ×相信号及びＢｘ相信号に現われ、又
、Ｙ方向変位に対応する成分がＡｙ＠信号及び１３ｙ相
信号に現われるので、これらの信号からＸ方向変位量及
びＹ方向変位量をそれぞれ独立して検出することができ
る。 本実施例においては、コンデンサレンズとしての分布屈
折率型レンズ４０を用いて２次点光源４′１を形成し、
半導体レーザダイオード等の回折現象を応用して各方向
の変位を検出しているので、はぼ理想的な小型の拡散光
源が得られ、取付許容値も大きい、なお、各方向の変位
を検出する原理や、拡散光源を形成する方法はこれに限
定されず、レーザダイオードを直接拡散光源としたり、
レーザダイオード以外のタングステンランプや発光ダイ
オードを用いることもできる。又、拡散光源でなく、例
えばコリメータレンズを使った平行光源を用いることも
できる。 又、本実施例においては、２次点光源４１を８個の副格
子の中心に形成しているので、各副格子をほぼ均等に照
明することができ、しがも検出器を小型化できる。なお
、２次点光源４１（開口２４）の形成位置は、これに限
定されない、又、副格子の数も８個に限定されず、位相
分割等を行う必要がない時には、例えば各方向２個の計
４個とすることができる。 更に、本実施例においては、２次点光源４１を、副格子
形成面２１上の小さな丸い開口２４に集束して形成して
いるので、余分な散乱光が主格子１２に照射されること
がなく、Ｓ／Ｎ比の良い検出信号を得ることができる。 なお、照明光線を通すための開口２４の形状や大きさは
、これに゛限定されない。 又、本実施例においては、副格子の直後に対応する受光
素子を配置しているので、構成が簡略であり、小型であ
る。なお、受光素子の配設位置はこれに限定されず、例
えば光ファイバ等を用いることによって、対応する副格
子から離れた位置に配設することもできる。 更に、本実施例においては、メインスケール１０をガラ
ス製とし、主格子１２をその外側面に形成しているので
、メインスケール１０の厚さ分だけ、更に検出器を小型
化することができる。なお、メインスケールの構成はこ
れに限定されず、例えば金属反射型のスケールとするこ
ともできる。 前記実施例においては、本発明が、光学式スケールに適
用されていたが、本発明の適用範囲はこれに限定されず
、磁気式、静電容量式等、他の方式のスケールにも同様
に適用できることは明らがである。
明の実施例を詳細に説明する。 本実施例において、照明系は、収納容器３２内に格納さ
れたレーザダイオード（ＬＤ）チップ３４を含む拡散光
源３０で構成されている。この拡散光源３０は、１次点
光源としての前記ＬＤチップ３４と、該ＬＤチップ３４
からの発散光を集束して２次点光源４１を生成するコン
デンサレンズとしての、円柱状の分布屈折率型レンズ４
０（例えば日本板硝子（株）の商標名セルホックレンズ
）とを含んで構成され、前記２次点光源４１がインデッ
クススケール２０の副格子形成面（クローム蒸着面）２
１上に集束するようにされている。 メインスケール１０は、第２図のＡ−Ａ線に沿う断面を
拡大して第１図（Ａ）に示した如く、例えばガラス製の
プレートで構成され、その前記拡散光源３０と反対側の
面１４にクロームを蒸着し、その後、例えばエツチング
によって島状に残すことによって、反射部１２Ａと透明
部１２Ｂからなる主格子１２が形成されている。ここで
、主格子１２を拡散光源３０と反対側の面１４に形成し
ているのは、メインスケール１０の厚みの分だけ、検出
器を小型化するためである。 前記主格子１２の大きさは、例えばＸ方向、Ｘ方向のい
ずれに関しても、透明部１２Ｂと反射部１２Ａの長さが
等しく、且つ、同一ピッチＰ＝８μｍとなるように形成
されている。このように、Ｘ方向とＸ方向で同一ピッチ
として、正方形の島を形成した場合には、Ｘ方向とＸ方
向で同一の分解能を得ることができる。なお、前記島を
長方形とし、これに合わせて副格子のピッチも変えた場
合には、Ｘ方向とＸ方向で異なる分解能とすることがで
きる。 前記インデックススケール２０の副格子形成面（クロー
ム蒸着面）２１には、第２図のＢ−Ｂ線に沿う断面を拡
大して第１図（Ｂ）に示した如く、前記主格子１２と対
応する副格子２２が、Ｘ方向に４個（２２ＡＸ 、２２
Ｂｘ 、２２Ａｘ 、２２Ｂｘ）、Ｘ方向に４個（２２
Ａｙ、２２］３＋、２２Ａｙ、２２ＢＹ）の合計８個形
成されている。 前記副格子２２Ａｘ 、２２ＢＸ 、２２ＡＸ 、２２
Ｂｘは、いずれも、Ｘ方向の変位成分を検出するように
、Ｘ方向に長い綿状パターンとされ、同一ピッチで位相
がそれぞれ０°、＋９０’ 、＋１８０°、−９０°に
対応する４区画に区分されて配置されている。又、前記
副格子２２Ａｙ、２２１３１．２２Ａ’／、２２ＢＹは
、いずれも、Ｘ方向の変位成分を検出するべく、Ｘ方向
に長い縞状パターンとされ、同一ピッチで位相がそれぞ
れ０°、＋９０’ 、＋１８０’ 、−９０°に対応す
る４区画に区分されて配置されている。 該副格子２２Ａｘ 、２２Ｂｘ 、２２ＡＸ 、２２８
Ｘ ５，２２Ａ’／ 、２２ＢＶ 、２２Ａｙ、２２Ｂ
Ｖの中央には、前記２次点光源４１が集束されて通適す
る前記開口２４が形成されている。該開口２４の中に、
前記分布屈折率型レンズ４ｏによって、前記ＬＤチップ
３４の発散光が集束され、２次点光源４１が形成されて
いる。 各副格子２２Ａｘ 、２２Ｂｘ 、２２Ａｘ 、２２百
ｘ 、２２Ａ’／ 、２２ＢＹ 、２２Ａｙ 、２２百
ｙの裏側には、前記主格子１２の反射部１２Ａで反射さ
れて、対応する副格子のいずれかを通過してきた前記拡
散光源３０からの光をそれぞれ光電変換する８個の受光
素子４６ＡＸ 、４６ＢＸ 、４６Ａｘ 、４６ＢＸ
、４６Ａｙ 、４６Ｂｙ 、４６Ａｙ、４６ＢＹが設け
られている。これらの受光素子４６ＡＸ 、４６Ｂｘ
、４６Ａｘ 、４６ＢＸ 、４６ＡＹ、４６Ｂ’／、４
６Ａｙ、４６Ｂ’／は、受光基板４８上に設けられ、こ
れらは第１図（Ｂ）に破線で示すような位置関係にある
。前記受光基板４８の中央には、前記分布屈折率型レン
ズ４０も挿入されている。 前記受光素子４６Ａｘ 、４６Ｂｘ 、４６ＡＸ、４６
Ｂｘ 、４６ＡＹ、４６ＢＹ 、４６Ａｙ、４６ＢＹの
出力からＸ方向及びＹ方向に、それぞれ位相差が９０°
異なる２相の検出信号を形成する信号生成回路５０は、
第３図に示す如く、前記受光素子４６ＡＸの出力信号Ａ
ｘを増幅するための、可変抵抗器ＶＲＩによつとて増幅
率か可変とされた演算増幅器（オペアンプ）ＯＰｌと、
前記受光素子４６Ａｘの出力信号ＡＸを増幅するための
、可変抵抗器ＶＲ２によって増幅率が可変とされたオペ
アンプＯＰ２と、該オペアンプＯＰ２とＯＰｌの出力の
差動信号（ＡＸ −ＡＸ ）をＸ方向の第１相（ＡＸ相
とする）信号として出力するオペアンプＯＰ３と、前記
受光素子４６ＢＸの出力信号Ｂ×を増幅するための、可
変抵抗器ＶＲ３によって増幅率が可変とされたオペアン
プＯＰ４と、前記受光素子４６Ｂ×の出力信号Ｂ×を増
幅するための、可変抵抗器ＶＲ４によって増幅率が可変
とされたオペアンプＯＰ５と、該オペアンプＯＰ５とＯ
Ｆ２の出力の差動信号（Ｂｘ −Ｂｘ ）を、前記ＡＸ
相信号と位相が９０゛異なるＸ方向の第２相（Ｂｘ相と
する）として出力するオペアンプＯＰ６と、前記受光素
子４６Ａｙの出力信号ＡＶを増幅するための、可変抵抗
器ＶＲ５によって増幅率が可変とされたオペアンプＯＰ
７と、前記受光素子４６Ａｙの出力信号Ａｙを増幅する
ための、可変抵抗器ＶＲ６によって増幅率が可変とされ
たオペアンプＯＰ８と、該オペアンプＯＰ８とＯＰｌの
出力の差動信号（ＡＶ −ＡＭ ）をＹ方向の第１相（
Ａｙ相とする）信号として出力するオペアンプＯＰ９と
、前記受光素子４６Ｂｙの出力信号ＢＹを増幅するため
の、可変抵抗器ＶＲ７によって増幅率が可変とされたオ
ペアンプ０ＰＩＯと、前記受光素子４６Ｂｙの出力信号
ＢＹを増幅するための、可変抵抗器ＶＲ８によって増幅
率が可変とされたオペアンプ０Ｐ１１と、該オペアンプ
ＯｐＨと０Ｐ１０の出力の差動信号（Ｂｙ −Ｂｙ ）
を、前記Ａｙ相信号と位相が９０°異なるＹ方向の第２
相（Ｂｙ相とする）信号として出力するオペアンプ０Ｐ
１２とから構成されている。 以下、実施例の作用を説明する。 まず、インデックススケール２０がメインスケ− １２
＝ 一ル１０に対してＸ方向のみ、又はＹ方向のみに移動す
る場合を考える。例えばＹ方向には相対変位せず、Ｘ方
向のみに相対変位した場合には、ＡＸ相信号及びＢ×相
信号のみが変化し、Ａｙ相信号及びＢｙ相信号は変化し
ない。従って、位相が互いに９０°異なる２相の検出信
号（ＡＸ相信号及びＢｘ相信号）を用いて、従来と同様
に、例えば位相分割等を行って、Ｘ方向の変位量を高精
度に検出することができる。 逆に、Ｘ方向には相対変位せず、Ｙ方向にのみ相対変位
した場合には、Ａ×相信号及びＢ×相信号は変化せず、
ＡＹ相信号及びＢＹ相信号のみが変化する。従って、位
相が互いに９０°異なる２相の検出信号（Ａｙ相信号及
びＢＹ相信号）を用いて、従来と同様に、例えば位相分
割等を行って、Ｙ方向の変位量を高精度に検出すること
ができる。 なお、従来例と異なり、メインスケール１０に形成され
た主格子１２が島状パターンとなっているため、従来の
綿状パターンの場合に比べて光の反射が１／２になり、
受光素子で得られる信号も、従来のりニヤエンコーダの
場合に比べて約１／２となっているが、オペアンプの増
幅率を高める等によって、容易に対処可能である。 又、Ｘ方向及びＹ方向のいずれにも相対変位した場合に
は、前記ＡＸ相信号、Ｂ×相信号、Ａｙ相信号、Ｂｙ相
信号が全て変化する。この際、相対変位のＸ方向成分に
対応する信号がＡ×相信号及びＢｘ相信号に現われ、又
、Ｙ方向変位に対応する成分がＡｙ＠信号及び１３ｙ相
信号に現われるので、これらの信号からＸ方向変位量及
びＹ方向変位量をそれぞれ独立して検出することができ
る。 本実施例においては、コンデンサレンズとしての分布屈
折率型レンズ４０を用いて２次点光源４′１を形成し、
半導体レーザダイオード等の回折現象を応用して各方向
の変位を検出しているので、はぼ理想的な小型の拡散光
源が得られ、取付許容値も大きい、なお、各方向の変位
を検出する原理や、拡散光源を形成する方法はこれに限
定されず、レーザダイオードを直接拡散光源としたり、
レーザダイオード以外のタングステンランプや発光ダイ
オードを用いることもできる。又、拡散光源でなく、例
えばコリメータレンズを使った平行光源を用いることも
できる。 又、本実施例においては、２次点光源４１を８個の副格
子の中心に形成しているので、各副格子をほぼ均等に照
明することができ、しがも検出器を小型化できる。なお
、２次点光源４１（開口２４）の形成位置は、これに限
定されない、又、副格子の数も８個に限定されず、位相
分割等を行う必要がない時には、例えば各方向２個の計
４個とすることができる。 更に、本実施例においては、２次点光源４１を、副格子
形成面２１上の小さな丸い開口２４に集束して形成して
いるので、余分な散乱光が主格子１２に照射されること
がなく、Ｓ／Ｎ比の良い検出信号を得ることができる。 なお、照明光線を通すための開口２４の形状や大きさは
、これに゛限定されない。 又、本実施例においては、副格子の直後に対応する受光
素子を配置しているので、構成が簡略であり、小型であ
る。なお、受光素子の配設位置はこれに限定されず、例
えば光ファイバ等を用いることによって、対応する副格
子から離れた位置に配設することもできる。 更に、本実施例においては、メインスケール１０をガラ
ス製とし、主格子１２をその外側面に形成しているので
、メインスケール１０の厚さ分だけ、更に検出器を小型
化することができる。なお、メインスケールの構成はこ
れに限定されず、例えば金属反射型のスケールとするこ
ともできる。 前記実施例においては、本発明が、光学式スケールに適
用されていたが、本発明の適用範囲はこれに限定されず
、磁気式、静電容量式等、他の方式のスケールにも同様
に適用できることは明らがである。
第１図（Ａ）は、本発明の詳細な説明するための、メイ
ンスケール上の主格子の形状及び配置の例を示す拡大断
面図、第１図（Ｂ）は、同じくインデックススケール上
の副格子及び受光素子の配一 １６ − 室側を示す拡大断面図、第２図は、本発明が採用された
反射式ＸＹエンコーダの実施例の構成を示す断面図、第
３図は、前記実施例の信号生成回路の構成を示すブロッ
ク線図である。 １０・・・メインスケール、 １２・・・主格子
、１４・・・主格子形成面、 ２０・・・インデックススケール、 ２１・・・副格子形成面、 ２２．２２Ａｘ 、２２Ｂｘ 、２２Ａｘ 、２２Ｂｘ
、２２Ａｙ、２２Ｂ’ｉｌ、２２ＡＶ、２２８Ｖ・・・
副格子、 ２４・・・開口、 ３０・・・拡散光源、 ４６Ａｘ 、４６Ｂｘ 、４６Ａｘ 、４６ＢＸ、４６
Ａ’／、４６ＢＶ、４６Ａｙ、４６Ｂ’／・・・受光素
子、 ５０・・・信号生成回路。
ンスケール上の主格子の形状及び配置の例を示す拡大断
面図、第１図（Ｂ）は、同じくインデックススケール上
の副格子及び受光素子の配一 １６ − 室側を示す拡大断面図、第２図は、本発明が採用された
反射式ＸＹエンコーダの実施例の構成を示す断面図、第
３図は、前記実施例の信号生成回路の構成を示すブロッ
ク線図である。 １０・・・メインスケール、 １２・・・主格子
、１４・・・主格子形成面、 ２０・・・インデックススケール、 ２１・・・副格子形成面、 ２２．２２Ａｘ 、２２Ｂｘ 、２２Ａｘ 、２２Ｂｘ
、２２Ａｙ、２２Ｂ’ｉｌ、２２ＡＶ、２２８Ｖ・・・
副格子、 ２４・・・開口、 ３０・・・拡散光源、 ４６Ａｘ 、４６Ｂｘ 、４６Ａｘ 、４６ＢＸ、４６
Ａ’／、４６ＢＶ、４６Ａｙ、４６Ｂ’／・・・受光素
子、 ５０・・・信号生成回路。
Claims (4)
- （１）２次元方向に相対移動する一方の部材に取付けら
れる、該２次元方向に周期的な主格子を形成した反射型
のメインスケールと、 他方の部材に取付けられる、前記２次元方向にそれぞれ
周期的な、前記主格子に対応する副格子を形成した透過
型のインデックススケールとを含み、 前記両部材の２次元方向の相対変位に応じて、前記メイ
ンスケールとインデックススケールの関与により、相対
変位のＸ方向及びＹ方向成分に対応する、少くとも２つ
の周期的な検出信号を生成することを特徴とする反射式
ＸＹエンコーダ。 - （２）請求項１に記載の反射式ＸＹエンコーダにおいて
、前記主格子が、前記２次元方向に配置された島状パタ
ーンとされ、前記副格子が、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞ
れ独立して配置された縞状パターンとされていることを
特徴とする反射式ＸＹエンコーダ。 - （３）請求項１又は２に記載の反射式ＸＹエンコーダに
おいて、前記主格子及び副格子のピッチが、それぞれ、
Ｘ方向とＹ方向で同一ピッチとされていることを特徴と
する反射式ＸＹエンコーダ。 - （４）請求項３に記載の反射式ＸＹエンコーダにおいて
、前記メインスケール及びインデックススケールが光学
式スケールとされ、前記副格子が、照明光を通過させる
開口に関して点対称な位置に形成されていることを特徴
とする反射式ＸＹエンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63101693A JP2562479B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 反射式ｘｙエンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63101693A JP2562479B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 反射式ｘｙエンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01272917A true JPH01272917A (ja) | 1989-10-31 |
| JP2562479B2 JP2562479B2 (ja) | 1996-12-11 |
Family
ID=14307414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63101693A Expired - Fee Related JP2562479B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 反射式ｘｙエンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2562479B2 (ja) |
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1988
- 1988-04-25 JP JP63101693A patent/JP2562479B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2562479B2 (ja) | 1996-12-11 |
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