JPH02157618A - High resolution encoder - Google Patents

High resolution encoder

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Publication number
JPH02157618A
JPH02157618A JP31224188A JP31224188A JPH02157618A JP H02157618 A JPH02157618 A JP H02157618A JP 31224188 A JP31224188 A JP 31224188A JP 31224188 A JP31224188 A JP 31224188A JP H02157618 A JPH02157618 A JP H02157618A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
slits
slit
scale
vernier
main
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP31224188A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Kuwabara
正幸 桑原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP31224188A priority Critical patent/JPH02157618A/en
Publication of JPH02157618A publication Critical patent/JPH02157618A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To enable high-accuracy position detection by making the pitch of verneir slits slightly different from the pitches of main slits and index slits. CONSTITUTION:The pitch of the vernier slits on a fixed scale 4 is slightly different from the pitches of the index slits and the main slits on a moving scale 5 and light emitting elements 1 and 2 and photodetector 6 and 7 are provided opposite the vernier slits; and the elements 1 and 6 detect the interference between the slits 11 and 13 and the elements 2 and 7 detect the interference between the slits 12 and 13. The pitch of the slits 13 and 11 is denoted as d1, the pitch of the slits 12 is as d2, and the difference is as DELTA. When slits 11a and 13a, and 12a and 13a are put one over the other, the phase difference between 12n and 13n and nXDELTAn and a light emitting element 12b and succeeding elements are shielded from light. When the scale 5 is moved by DELTA, the slits 12b and 13b are put in phase with each other and a photodetector 7b receives light. Thus, the part between the scales 13a and 13b is divided equally into (n+1), etc., by the vernier slits 12 to obtain high resolution.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高精度の位置又は角度の検出を行なう高分解能
エンコーダに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a high resolution encoder for highly accurate position or angle detection.

従来の技術 近年、組み立ての高精度化に伴ない、高精度の位置検出
を行なう高分解能エンコーダに対する要求が高まってい
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, as assembly precision has increased, there has been an increasing demand for high-resolution encoders that perform highly accurate position detection.

以下図面を参照しながら、上述した従来の高分解能エン
コーダの一例について説明する。第8図は従来のエンコ
ーダの全体図、第9図は、位置検出の為の原理を示した
図、第10図はエンコーダ出力を高分解能にする為の方
法を示した図である。
An example of the above-mentioned conventional high-resolution encoder will be described below with reference to the drawings. FIG. 8 is an overall diagram of a conventional encoder, FIG. 9 is a diagram showing the principle of position detection, and FIG. 10 is a diagram showing a method for making the encoder output high resolution.

第8図において、1は第1投光素子、3はハウジング、
4は固定スケール、6は移動スケール、6は受光素子で
ある。又第9図において、11は、固定スケール4上に
設けられたインデックススリット、13は移動スケール
6上に設けられたメインスリットである。
In FIG. 8, 1 is a first light projecting element, 3 is a housing,
4 is a fixed scale, 6 is a moving scale, and 6 is a light receiving element. Further, in FIG. 9, 11 is an index slit provided on the fixed scale 4, and 13 is a main slit provided on the movable scale 6.

以上のように構成されたエンコーダについて、以下その
動作について説明する。
The operation of the encoder configured as described above will be explained below.

第1投光素子1と第1受光素子6の間に、固定スケール
4および移動スケール6を設ける。移動スケール6上に
は、固定スケール4上のインデックススリットと同じ幅
を持つメインスリットが等間隔で設けられている。両ス
ケールのスリットが完全に重なシあうと投光素子からの
光が透過して受光素子に入る。しかし、移動スケール6
が固定スケール4に対して相対的に移動すると透過光は
しだいに弱くなり、スリットの部分とスリットでない部
分が重なると、光はほとんど透過しない。
A fixed scale 4 and a movable scale 6 are provided between the first light projecting element 1 and the first light receiving element 6. Main slits having the same width as the index slits on the fixed scale 4 are provided on the moving scale 6 at equal intervals. When the slits of both scales completely overlap, light from the light emitting element is transmitted and enters the light receiving element. However, moving scale 6
As it moves relative to the fixed scale 4, the transmitted light gradually becomes weaker, and when the slit portion and the non-slit portion overlap, almost no light is transmitted.

この時の受光素子の出力は、第10図に示すように正弦
波に近いものとなる。この出力信号をもとに両スケール
の相対距離を求めるが、この出力信号を第10図に示す
ように電気的に分解し、高分解能を図ってきた。
The output of the light receiving element at this time becomes close to a sine wave as shown in FIG. The relative distance between both scales is determined based on this output signal, and high resolution has been achieved by electrically decomposing this output signal as shown in FIG.

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、受光素子からの出
力信号が、完全な正弦波ではないので、精度よく分割で
きないという問題点を有していた。
Problems to be Solved by the Invention However, the above configuration has a problem in that the output signal from the light-receiving element is not a perfect sine wave and cannot be divided accurately.

又、レーザ等を用いれば高精度のエンコーダが得られる
が、高価格になるという問題がある。
Furthermore, if a laser or the like is used, a highly accurate encoder can be obtained, but there is a problem in that it is expensive.

本発明は上記問題点に鑑み、安価で高分解能のエンコー
ダを提供するものである。
In view of the above problems, the present invention provides an inexpensive and high-resolution encoder.

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の高分解能エンコー
ダは、投光素子、受光素子、固定スケール、移動スケー
ルからなるエンコーダにおいて、固定スケール上にイン
デックススリット、バーニヤスリットという2列のスリ
ットを設け、そのうちインデックススリットのピッチは
移動スケール上に設けられたメインスリットと同一であ
り、もう一方のバーニヤスリットのピッチが移動スケー
ル上に設けられたメインスリットと僅かに異なるもので
ある。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the high-resolution encoder of the present invention is an encoder consisting of a light emitting element, a light receiving element, a fixed scale, and a moving scale. Two rows of slits are provided, of which the pitch of the index slit is the same as the main slit provided on the moving scale, and the pitch of the other vernier slit is slightly different from that of the main slit provided on the moving scale. be.

作  用 この技術的手段による作用は次のようになる。For production The effect of this technical means is as follows.

固定スクール上に設けられたインデックススリットと移
動スケール上に設けられたメインスリットと投光素子、
受光素子によりまず現在位置を検出する。これは従来の
エンコーダと同じである。
An index slit provided on the fixed scale, a main slit provided on the movable scale, and a light emitting element.
First, the current position is detected by the light receiving element. This is the same as a conventional encoder.

次に、移動スケール上に設けられたメインスリットと固
定スリット上に設けられたピッチの異なるバーニヤスリ
ットおよびそのバーニヤスリットに相対して設けられた
投光素子、受光素子によシ、固定スリット上のどのバー
ニヤスリットが、移動スケール上のメインスリットと重
なり合っているか検出する。これにより分解能が向上し
、高精度の位置検出が行なえる。これは固定スケール上
のバーニヤスリットピッチと移動スケール上のメインス
リットピッチが異なるので可能となる。つまり、固定ス
ケール上のバーニヤスリットピッチをd、移動スケール
上のメインスリットピッチをdl、その差をΔdとする
と、固定スケール上のバーニヤスリットと移動スケール
上のメインスリットの位相差は各々0.Δd、2×Δd
、3×Δd、4XΔd・・・・・・、nXΔdと異なっ
ている。従って、移動スケールがΔd移動する毎に、移
動スケール上のメインスリットと重なりあう固定スクー
ル上のバーニヤスリットが変化する。そこで、固定スケ
ール上のバーニヤスリットに対応して投光素子、受光素
子を設け、移動スケールおよび固定スクール上に設けら
れたスリットの干渉を検出し、移動スケール上のメイン
スリットと重なり合う固定スケール上ツバ−ニヤスリッ
トを見つける。以上により、高分解能の位置検出が可能
になる。
Next, the main slit provided on the moving scale and the vernier slit provided on the fixed slit have different pitches, and the light emitting element and light receiving element provided opposite to the vernier slit are placed on the fixed slit. Detect which vernier slit overlaps with the main slit on the moving scale. This improves resolution and enables highly accurate position detection. This is possible because the vernier slit pitch on the fixed scale and the main slit pitch on the moving scale are different. In other words, if the vernier slit pitch on the fixed scale is d, the main slit pitch on the moving scale is dl, and the difference between them is Δd, then the phase difference between the vernier slit on the fixed scale and the main slit on the moving scale is 0. Δd, 2×Δd
, 3×Δd, 4XΔd..., nXΔd. Therefore, every time the movable scale moves by Δd, the vernier slit on the fixed school that overlaps with the main slit on the movable scale changes. Therefore, a light emitting element and a light receiving element are provided corresponding to the vernier slits on the fixed scale, and the interference between the slits provided on the moving scale and the fixed school is detected. -Find the near slit. The above enables high-resolution position detection.

実施例 以下本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する。Example Embodiments of the present invention will be described below based on the accompanying drawings.

第1図は本発明の高分解能エンコーダの外観図、第2図
は側面図、第3図は正面図である。
FIG. 1 is an external view of a high-resolution encoder of the present invention, FIG. 2 is a side view, and FIG. 3 is a front view.

第1図において4は固定スケールであυ、インデックス
スリット11およびバーニヤスリット12が設けられて
いる。6は移動スケールであり、メインスリット13が
設けられている。固定スケール4上のインデックススリ
ット11に相対して第1投光素子1、第1受光素子6が
設けられており、固定スケール4上のバーニヤスリット
12に相対して第2投光素子2、第2受光素子7が設け
られている。第1投光素子1、第2投光素子2、固定ス
ケール4、第1受光素子6、および第2受光素子7は、
ハウジング3に固定されている。又第2図に示すように
、移動体8は、直進ガイド9により直進運動を行なう。
In FIG. 1, a fixed scale 4 is provided with an index slit 11 and a vernier slit 12. 6 is a moving scale, and a main slit 13 is provided therein. A first light emitting element 1 and a first light receiving element 6 are provided facing the index slit 11 on the fixed scale 4, and a second light emitting element 2 and a first light receiving element 6 are provided facing the vernier slit 12 on the fixed scale 4. Two light receiving elements 7 are provided. The first light emitting element 1, the second light emitting element 2, the fixed scale 4, the first light receiving element 6, and the second light receiving element 7 are as follows:
It is fixed to the housing 3. Further, as shown in FIG. 2, the movable body 8 performs a rectilinear movement by a rectilinear guide 9.

移動体8には移動スケール6が取υ付けられてあり、移
動体8の運動に伴い、移動スケール6も運動を行なう。
A moving scale 6 is attached to the moving body 8, and as the moving body 8 moves, the moving scale 6 also moves.

以上のように構成された高分解能エンコーダについて、
以下第4図を用いて、その原理を説明する。
Regarding the high-resolution encoder configured as above,
The principle will be explained below using FIG. 4.

第1投光素子1、第1受光素子6は、固定スケ−A/4
上のインデックススリット11と移動スケール6上のメ
インスリット13の干渉を検出する。
The first light emitting element 1 and the first light receiving element 6 have a fixed scale A/4.
Interference between the upper index slit 11 and the main slit 13 on the moving scale 6 is detected.

第2投光素子2、第2受光素子7は、固定スケール4上
のバーニヤスリットと移動スクール6上のメインスリッ
ト13の干渉を検出する。メインスリット13およびイ
ンデックススリット11のビラテラd4、バーニヤスリ
ット12のピッチをd2とし、その差をΔdとする。仮
に、インデックススリット11aとメインスリット13
aおよび、バーニヤスリット12aとメインスリット1
3aが重なり合っている状態を考えると、バーニヤスリ
ット12bとメインスリット13bの位相差はΔdであ
る。以下同様にして、バーニヤスリット12nとメイン
スリット13nの位相差はnXΔdとなる。
The second light projecting element 2 and the second light receiving element 7 detect interference between the vernier slit on the fixed scale 4 and the main slit 13 on the moving school 6. The pitch between the main slit 13 and the index slit 11 and the pitch of the vernier slit 12 is d2, and the difference therebetween is Δd. If the index slit 11a and the main slit 13
a, vernier slit 12a and main slit 1
3a are overlapped, the phase difference between the vernier slit 12b and the main slit 13b is Δd. Similarly, the phase difference between the vernier slit 12n and the main slit 13n is nXΔd.

このようにインデックススリット11a1バーニヤスリ
ツト12aおよびメインスリット13aが同一位相であ
る場合、他のバーニヤスリット12b・・・・・・t2
nはメインスリット13b・・・・・・13nと位相が
異なり、投光素子2b・・・・・・2nより各々発光さ
れる光を遮断するので受光素子7b・・・・・・7nは
光を検出しない。
In this way, when the index slit 11a1, the vernier slit 12a, and the main slit 13a are in the same phase, the other vernier slits 12b...t2
n has a different phase from the main slits 13b...13n, and blocks the light emitted from each of the light emitting elements 2b...2n, so the light receiving elements 7b...7n block the light. is not detected.

この状態から移動スケール6がΔdだけ矢印14で示す
方向に移動した場合を考えると、メインスリッ)13a
・・・・・・13nは左にΔd移動するため、インデッ
クスユニツ)11a、バーニヤスリット12aおよびメ
インスリッ)13aが同一位相でなくなる。その代シに
、バーニヤスケール12bとメインスリット13bが同
一位相となり、投光素子2bから投光された光が、受光
素子7bで検出される。尚この時の受光素子からの出力
は、移動スケール5の移動に伴い、第6図のように正弦
波状に変化する。そこで、あるしきい値を決めておき、
そのしきい値を越える場合、信号が出力されるように調
整する。上記の動作を繰り返せば、5の移動スケールが
Δd移動する毎に、投光素子からの光を検出する受光素
子が、7b 、70・・・・・・7nと一個ずつ移動し
ていく。そして、6の移動スケールが、d、移動すれば
、インデックススリット11a、バーニヤスリット12
a1およびメインスリット13bが同一位相となり、以
下は上記の繰り返しとなる。つまり、メインスケール1
3aとメインスケール13bの間が、バーニヤスリット
12a、12b・・・・・・、12nにより、(n+1
)等分されることになり、高分解能となる。
Considering the case where the moving scale 6 moves by Δd in the direction shown by the arrow 14 from this state, the main slide) 13a
. . . 13n moves to the left by Δd, so the index unit) 11a, the vernier slit 12a, and the main slit) 13a are no longer in the same phase. Instead, the vernier scale 12b and the main slit 13b are in the same phase, and the light projected from the light projecting element 2b is detected by the light receiving element 7b. Note that the output from the light receiving element at this time changes sinusoidally as shown in FIG. 6 as the moving scale 5 moves. Therefore, we decided on a certain threshold and
If the threshold value is exceeded, adjustments are made so that a signal is output. If the above operation is repeated, each time the moving scale 5 moves by Δd, the light receiving elements that detect the light from the light projecting element will move one by one as 7b, 70, . . . , 7n. If the movement scale of 6 moves by d, the index slit 11a and the vernier slit 12
a1 and the main slit 13b are in the same phase, and the above is repeated thereafter. In other words, main scale 1
3a and the main scale 13b due to the vernier slits 12a, 12b..., 12n, (n+1
) will be divided into equal parts, resulting in high resolution.

例えばd1= 1 fl 、 d2=0.9511M 
、 n = 19とすれば、Δd =d1−d2=0.
05fl  となり、メインスリットは1H間隔でしか
設けられてないにもかかわらず、20分割され、0.0
5jffの分解能を持つエンコーダが得られる。
For example, d1=1 fl, d2=0.9511M
, n = 19, Δd = d1-d2 = 0.
05fl, and even though the main slits are only provided at 1H intervals, they are divided into 20 parts, and 0.0
An encoder with a resolution of 5jff is obtained.

尚、第4図において、インデックススリットは11a、
11b、11Cと3個設けられているが、これは受光素
子の受光する光景アップのためであり、一つでも間・題
はない。
In addition, in FIG. 4, the index slits are 11a,
Although there are three, 11b and 11C, this is to enhance the view of the light received by the light-receiving element, and there is no problem with just one.

以上の動作原理を示したのが、第6図である。FIG. 6 shows the above principle of operation.

従って回路構成は、第7図に示すように、インデックス
スリットとメインスリットの干渉を検出する回路および
バーニヤスリットとメインスリットの干渉を検出する回
路とから成る。
Therefore, the circuit configuration, as shown in FIG. 7, consists of a circuit for detecting interference between the index slit and the main slit and a circuit for detecting interference between the vernier slit and the main slit.

発明の効果 以上のように本発明は、従来は同ピツチであった固定ス
ケール上のインデックススリットと移動スケール上のメ
インスリットに加えて、固定スケール上に、ピッチが僅
かに異なるバーニヤスリットを加え、そのバーニヤスリ
ットに相対して各々発光素子、受光素子を設け、バーニ
ヤスリットとメインスリットの干渉を検出することによ
り、高分解能のエンコーダを安価に構成することができ
る。
Effects of the Invention As described above, the present invention adds vernier slits with slightly different pitches to the fixed scale in addition to the index slits on the fixed scale and the main slits on the movable scale, which conventionally had the same pitch. By providing a light emitting element and a light receiving element opposite to the vernier slit and detecting interference between the vernier slit and the main slit, a high-resolution encoder can be constructed at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例における高分解能エンコーダ
の斜視図、第2図は同側面図、第3図は同正面図、第4
図は第1図の原理を示した説明図、第5図は第1図の出
力を示した出力図、第6図は第1図の動作を示したフロ
ーチャート図、第7図は第1図の回路構成を示したブロ
ック図、第8図は従来のエンコーダの斜視図、第9図は
第8図の原理を示した説明図、第10図は従来の高分解
能エンコーダの出力を示した出力図である。 1・・・・・・投光素子、2・・・・・・投光素子、4
・・・・・・固定スケール、6・・・・・・移動スケー
ル、e・・・・・・受光素子、7・・・・・・受光素子
、11・・・・・・インデックススリット、12・・・
・・・バーニヤスリット、13・・・・・・メインスリ
ット0 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1名移1
1vt 第 図 区 聰X 派
FIG. 1 is a perspective view of a high-resolution encoder according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of the same, FIG. 3 is a front view of the same, and FIG.
The figure is an explanatory diagram showing the principle of Fig. 1, Fig. 5 is an output diagram showing the output of Fig. 1, Fig. 6 is a flowchart showing the operation of Fig. 1, and Fig. 7 is the diagram of Fig. 1. Fig. 8 is a perspective view of a conventional encoder, Fig. 9 is an explanatory diagram showing the principle of Fig. 8, and Fig. 10 is an output showing the output of a conventional high-resolution encoder. It is a diagram. 1... Light projecting element, 2... Light projecting element, 4
...Fixed scale, 6...Moving scale, e...Light receiving element, 7...Light receiving element, 11...Index slit, 12 ...
... Vernier slit, 13 ... Main slit 0 Agent's name Patent attorney Shigetaka Awano and 1 other person transferred 1
1vt Diagram Kutoshi X faction

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] メインスリットを設け、移動体に取りつけられる移動ス
ケールと、インデックススリット及びバーニヤスリット
を設けた固定スケールと、インデックススリット及びバ
ーニヤスリット各々に相対するように設けられた投光素
子、受光素子とからなるエンコーダにおいて、バーニヤ
スリットのピッチが、メインスリット及びインデックス
スリットのピッチと僅かに異なることを特徴とする高分
解能エンコーダ。
An encoder consisting of a moving scale provided with a main slit and attached to a moving body, a fixed scale provided with an index slit and a vernier slit, and a light emitting element and a light receiving element provided opposite to each of the index slit and the vernier slit. A high-resolution encoder characterized in that the pitch of the vernier slit is slightly different from the pitch of the main slit and the index slit.
JP31224188A 1988-12-09 1988-12-09 High resolution encoder Pending JPH02157618A (en)

Priority Applications (1)

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JP31224188A JPH02157618A (en) 1988-12-09 1988-12-09 High resolution encoder

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06229722A (en) * 1993-02-01 1994-08-19 Kinoshita Denshi Kogyo Kk Optical method and apparatus for measuring length
JP2003098253A (en) * 2001-09-21 2003-04-03 Nippon Steel Corp System for detecting position of moving body
JP2005121640A (en) * 2003-10-14 2005-05-12 Dr Johannes Heidenhain Gmbh Optical position measuring instrument

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