JPH04351918A - Encoder - Google Patents

Encoder

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JPH04351918A
JPH04351918A JP12749091A JP12749091A JPH04351918A JP H04351918 A JPH04351918 A JP H04351918A JP 12749091 A JP12749091 A JP 12749091A JP 12749091 A JP12749091 A JP 12749091A JP H04351918 A JPH04351918 A JP H04351918A
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JP
Japan
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light
pattern
plate
slit plate
slit
Prior art date
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Pending
Application number
JP12749091A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasunari Sugano
泰成 菅野
Yoshiaki Fukatsu
喜明 深津
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NipponDenso Co Ltd filed Critical NipponDenso Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain an optical encoder which allows high resolution. CONSTITUTION:Light emitted from a light source 4 is entered through a beam splitter 14 to a pattern plate 2 after paralleled by a lens system 6, and light reflected from the pattern of the pattern plate 2 is diaphragmed by the lens system 6, parted by the beam splitter 14 and entered to a slit plate 13 in an enlarged image area of the lens system 6. The slit plate 13 has a slit pitched equal to an entered light image and light transmitting into the slit is inputted a light-electricity converting element 8, resulting in the strength of light transmitting into the slit plate 13 which is time-modulated with the one-way movement of the pattern plate 2.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、移動体の位置を検出す
るエンコーダに関する。本発明は例えばサーボモータ等
の回転数、回転方向、絶対回転位置を検出するロータリ
ーエンコーダなどに応用される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an encoder for detecting the position of a moving object. The present invention is applied to, for example, a rotary encoder that detects the rotational speed, rotational direction, and absolute rotational position of a servo motor or the like.

【0002】0002

【従来の技術】回転円盤表面に径方向に伸びるスリット
を互いに一定間隔を隔てて複数個設けて透過型の非回折
格子を形成し、これらスリットを透過する光を検出する
透過型のロータリーエンコーダ、及び、回転円盤表面に
径方向に伸びる反射帯を互いに一定間隔を隔てて複数個
設けて反射型の非回折格子を形成し、この反射帯で反射
される光を検出する反射型のロータリーエンコーダが知
られている。
2. Description of the Related Art A transmission type rotary encoder has a plurality of radially extending slits arranged at regular intervals on the surface of a rotating disk to form a transmission type non-diffraction grating, and detects light transmitted through these slits. Also, a reflective rotary encoder is provided in which a plurality of reflective bands extending in the radial direction are provided on the surface of the rotating disk at regular intervals to form a reflective non-diffraction grating, and the light reflected by the reflective bands is detected. Are known.

【0003】また、ミクロンオーダーの変位量を計測す
るために、互いに相対移動する透過型の非回折格子を有
するいわゆるモワレスケールが用いられている。このモ
ワレスケールでは、上記非回折格子のピッチを周期とす
る正弦波光が得られる。特開平1−176914号公報
の干渉式エンコーダは、一定ピッチの回折格子に平行光
を入射し、回折格子からでた0次光と正の一次光とが干
渉する領域、又は、0次光と負の一次光とが干渉する領
域に、前記回折格子と等ピッチでインデックススケール
を設け、0次光と正の一次光との干渉光、又は、0次光
と負の一次光との干渉光とに基づいて、回折格子の空間
位置変化を検出することを開示している。
Furthermore, in order to measure displacements on the order of microns, a so-called Moire scale is used which has transmission type non-diffraction gratings that move relative to each other. With this Moire scale, sine wave light having a period equal to the pitch of the non-diffraction grating is obtained. The interferometric encoder disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-176914 inputs parallel light into a diffraction grating with a constant pitch, and detects a region where the zero-order light and the positive first-order light emitted from the diffraction grating interfere, or where the zero-order light and the positive first-order light interfere. An index scale is provided at the same pitch as the diffraction grating in the area where the negative primary light interferes, and interference light between the 0th order light and the positive primary light or interference light between the 0th order light and the negative primary light is generated. Discloses detecting spatial position changes of a diffraction grating based on.

【0004】特開昭60−190812の位置検出器は
、回折格子に入射して得られた1対の同一次数の回折光
だけを干渉させて回折格子の空間位置変化を検出するこ
とを開示している。すなわち、上記した各エンコーダで
は、移動する透過型又は反射型の格子に平行光を入射し
てこの平行光を空間変調し、そして、この空間変調光を
所定パタンの静止スリットに透過させ、透過光量の時間
変化により上記格子の位置又は速度を検出している。
A position detector disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-190812 discloses that a change in the spatial position of a diffraction grating is detected by causing only a pair of diffracted lights of the same order obtained by entering the diffraction grating to interfere with each other. ing. That is, in each encoder described above, parallel light is incident on a moving transmissive or reflective grating to spatially modulate the parallel light, and then this spatially modulated light is transmitted through a predetermined pattern of stationary slits to determine the amount of transmitted light. The position or speed of the grid is detected based on the time change of the grid.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
従来のエンコーダでは、望まない回折光の影響を排除す
るために移動格子と静止スリットとを密接化する必要が
あるがそれには作製上、一定の限界があること、移動格
子のピッチを微細化した場合にそれと等ピッチの静止ス
リットのピッチも縮小するためにその作製及び取り付け
が困難となることなどの問題があり、分解能の向上が容
易ではなかった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-mentioned conventional encoder, it is necessary to bring the moving grating and the stationary slit close together in order to eliminate the influence of undesired diffracted light, but this has certain limitations in manufacturing. However, when the pitch of the moving grating is made finer, the pitch of the stationary slits with the same pitch is also reduced, making it difficult to manufacture and install them, making it difficult to improve resolution. .

【0006】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、分解能向上が可能な光学式のエンコーダを提供す
ることを、その目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an optical encoder capable of improving resolution.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、入射光を反射
する所定形状のパタンを有し一方向に移動するパタン板
と、前記パタンから所定距離離れて配設され前記パタン
へ光を放射する光電と、該光源から前記パタン板に到る
光路中に配設され前記パタンに平行光を入射するレンズ
系と、前記光源から前記レンズ系に到る前記光路中に配
設され前記パタンからの反射光を分路するビームスプリ
ッタと、前記レンズ系の拡像領域において前記ビームス
プリッタから出た反射光像のピッチと等ピッチのスリッ
トを有し前記収束レンズから光軸に沿って所定距離離れ
て配設されるスリット板と、前記スリット板を透過する
透過光を光電変換する光電変換素子とを備えることを特
徴としている。
[Means for Solving the Problems] The present invention includes a pattern plate that has a pattern of a predetermined shape that reflects incident light and moves in one direction, and a pattern plate that is arranged at a predetermined distance from the pattern and emits light to the pattern. a lens system disposed in the optical path from the light source to the pattern plate to make parallel light incident on the pattern; and a lens system disposed in the optical path from the light source to the lens system from the pattern. a beam splitter that shunts the reflected light of the lens system; and a beam splitter that has slits with a pitch equal to the pitch of the reflected light image output from the beam splitter in the enlarged image area of the lens system, and is spaced a predetermined distance from the converging lens along the optical axis. The device is characterized in that it includes a slit plate disposed so as to pass through the slit plate, and a photoelectric conversion element that photoelectrically converts transmitted light transmitted through the slit plate.

【0008】好適な一態様としてのロータリーエンコー
ダは、径方向に伸びる反射型の回折格子パタンが円周方
向に所定間隔で形成され回転軸に配設される前記パタン
板を備えている。好適な一態様としてのロータリーエン
コーダは、前記レンズの焦点位置近傍に配設されるとと
もに、前記反射型の回折格子パタンから反射した前記回
折光の所定次数成分の干渉光を抽出する回折光選択板を
備えている。
[0008] A preferred embodiment of the rotary encoder includes the pattern plate in which reflective diffraction grating patterns extending in the radial direction are formed at predetermined intervals in the circumferential direction and are disposed on the rotating shaft. In a preferred embodiment, the rotary encoder includes a diffracted light selection plate that is disposed near the focal point of the lens and that extracts interference light of a predetermined order component of the diffracted light reflected from the reflective diffraction grating pattern. It is equipped with

【0009】光源は、例えばレーザー装置からなる。ビ
ームスプリッタとしては、ハーフミラーや三角プリズム
を用いることができる。
[0009] The light source consists of, for example, a laser device. A half mirror or a triangular prism can be used as the beam splitter.

【0010】0010

【作用及び発明の効果】光源から出た光はビームスプリ
ッタを経由してレンズ系により平行化されてパタン板に
入射し、パタン板のパタンから反射した反射光はレンズ
系で絞られた後、ビームスプリッタで分路されてレンズ
系の拡像領域でスリット板に入射する。スリット板は入
射光像と等しいピッチのスリットを有し、このスリット
を透過した光が光電変換素子に入力し、その結果、パタ
ン板の一方向への移動によりスリット板を透過する光の
強度は時間変調される。そして、インクリメンタルタイ
プでは、その変調周波数から速度が、その変調量からピ
ッチ内の相対位置が決定される。また、アブソリュート
タイプでは、1本乃至複数本の上記時間変調光がもつ情
報により絶対位置や速度が決定される。
[Operation and Effects of the Invention] The light emitted from the light source passes through the beam splitter, is collimated by the lens system, and enters the pattern plate, and the reflected light reflected from the pattern on the pattern plate is focused by the lens system, and then The beam is shunted by the beam splitter and enters the slit plate in the magnification area of the lens system. The slit plate has slits with the same pitch as the incident light image, and the light that passes through the slits enters the photoelectric conversion element.As a result, as the pattern plate moves in one direction, the intensity of the light that passes through the slit plate decreases. Time modulated. In the case of the incremental type, the speed is determined from the modulation frequency, and the relative position within the pitch is determined from the modulation amount. Furthermore, in the absolute type, the absolute position and velocity are determined by information contained in one or more of the above-mentioned time-modulated lights.

【0011】以上説明したように、本発明のエンコーダ
では、移動するパタン板から出た光を収束レンズにより
拡像してスリット板に投射しているので、スリット板を
大型化でき、それによりスリット板の作製精度がばらつ
きにより低下するエンコーダの分解能低下を防止するこ
とができる。また、スリット板のスリットによる再回折
を軽減し、スリット板の作製、取り付け精度を緩和する
こともできる。
As explained above, in the encoder of the present invention, the light emitted from the moving pattern plate is magnified by the converging lens and projected onto the slit plate, so that the slit plate can be made larger. It is possible to prevent the resolution of the encoder from deteriorating due to variations in the manufacturing accuracy of the plate. Furthermore, re-diffraction caused by the slits of the slit plate can be reduced, and the accuracy of manufacturing and mounting the slit plate can be eased.

【0012】更に、回転円板2を透過する透過型のエン
コーダに比較してコリメートレンズと収束レンズとを共
用でき、光路を重複できるので、小型軽量化が実現でき
、レンズ系の削減により光学的な位置合わせが容易とな
る。
Furthermore, compared to a transmission type encoder that transmits through the rotating disk 2, the collimating lens and the converging lens can be used in common, and the optical paths can be overlapped, so the size and weight can be reduced, and the optical positioning becomes easy.

【0013】[0013]

【実施例】【Example】

(実施例1)本発明の一実施例を図1に示す。この装置
は、再回折型のロータリーエンコーダであって、回転軸
3の一端はケーシング1に挿入され、軸受9により回転
自在に支持されている。ケーシング1内において回転軸
3の一端にはその軸心と直角に回転円板2が固定されて
いる。
(Example 1) An example of the present invention is shown in FIG. This device is a re-diffraction type rotary encoder, and one end of a rotating shaft 3 is inserted into a casing 1 and rotatably supported by a bearing 9. Inside the casing 1, a rotating disk 2 is fixed to one end of a rotating shaft 3 at right angles to its axis.

【0014】回転円板2には、図4に示すように、幅1
〜20μmの、長さ1〜1000μmの反射帯20が回
転円板2の全周にわたってピッチ2〜40μmで放射状
にフォトエッチングにより形成されている。反射帯20
はミラーであって、回転円板2の他の部分は黒色に形成
されている。具体的に説明すると、円板形状のガラス板
の裏面に真空蒸着されたアルミニウム膜を反射帯20の
領域でフォトエッチングして反射帯20を形成し、その
上に黒色層を全面塗布して形成されている。
The rotating disk 2 has a width of 1 as shown in FIG.
Reflection bands 20 with a length of 1 to 1000 .mu.m and a length of 1 to 1000 .mu.m are formed radially over the entire circumference of the rotating disk 2 at a pitch of 2 to 40 .mu.m by photo-etching. reflective band 20
is a mirror, and the other parts of the rotating disk 2 are formed in black. Specifically, an aluminum film vacuum-deposited on the back surface of a disk-shaped glass plate is photo-etched in the region of the reflective band 20 to form the reflective band 20, and a black layer is applied over the entire surface. has been done.

【0015】ケーシング1には更に、検出光学系A、光
源駆動回路11、光検出センサ用回路12が収容されて
いる。検出光学系Aは、ケース5と、このケース5に収
容されたレーザーダイオード4、ハーフミラー14、収
束レンズ6、マスク7、スリット板13、PIN型のホ
トダイオード8からなる。ここで、回転円板2は本発明
でいうパタン板を構成し、その反射帯20は本発明でい
うパタンを構成し、レーザーダイオード4は本発明でい
う光源を構成し、ホトダイオード8は本発明でいう光電
変換素子を構成し、マスク7は本発明でいう回折光選択
板を構成し、収束レンズ6は本発明でいうレンズ系を構
成し、ハーフミラー14は本発明でいうビームスプリッ
タを構成している。検出光学系Aの他の構成上の特徴に
ついては、以下の作動説明とともに説明する。
The casing 1 further houses a detection optical system A, a light source drive circuit 11, and a light detection sensor circuit 12. The detection optical system A includes a case 5, a laser diode 4, a half mirror 14, a converging lens 6, a mask 7, a slit plate 13, and a PIN type photodiode 8 housed in the case 5. Here, the rotating disk 2 constitutes a pattern plate according to the present invention, its reflection band 20 constitutes a pattern according to the present invention, the laser diode 4 constitutes a light source according to the present invention, and the photodiode 8 constitutes a pattern plate according to the present invention. The mask 7 constitutes a diffraction light selection plate as referred to in the present invention, the converging lens 6 constitutes a lens system as referred to in the present invention, and the half mirror 14 constitutes a beam splitter as referred to in the present invention. are doing. Other structural features of the detection optical system A will be explained along with the operation description below.

【0016】光電駆動回路11はレーザーダイオード4
を駆動させるための回路であり、レーザーダイオード4
に一定電流を供給する定電流回路を含む。光検出センサ
用回路12はホトダイオード8の出力電圧を増幅、処理
して回転軸3の回転数を検出する回路からなる。マスク
7を図3に示す。マスク7にはピッチdで2条の光透過
可能なスリット70が形成されており、具体的にはガラ
ス板表面にスリット70の領域を残して黒色層を形成し
たものである。スリット70の中間線は回転軸3の放射
方向に配設されている。
The photoelectric drive circuit 11 includes a laser diode 4
This is a circuit for driving the laser diode 4.
includes a constant current circuit that supplies a constant current to the The photodetection sensor circuit 12 includes a circuit that amplifies and processes the output voltage of the photodiode 8 to detect the rotational speed of the rotating shaft 3. Mask 7 is shown in FIG. Two light-transmissible slits 70 are formed in the mask 7 at a pitch d, and specifically, a black layer is formed on the surface of the glass plate leaving the area of the slits 70. The intermediate line of the slit 70 is arranged in the radial direction of the rotating shaft 3.

【0017】スリット板13はこの実施例では回転円板
2の反射帯20から出た回折光が収束レンズ6により結
像する位置に設けられている。スリット板13には上記
回折光がマスク7により再回折された像が入射されるの
で、スリット板13のスリットはこの再回折像と等ピッ
チかつ同位置に形成されている。スリット板13の一部
を図5に示す。
In this embodiment, the slit plate 13 is provided at a position where the diffracted light emitted from the reflection band 20 of the rotating disk 2 is imaged by the converging lens 6. Since the image obtained by re-diffracting the above-mentioned diffracted light by the mask 7 is incident on the slit plate 13, the slits of the slit plate 13 are formed at the same pitch and at the same position as this re-diffracted image. A part of the slit plate 13 is shown in FIG.

【0018】上記装置の作動を図2の要部拡大図を参照
して以下に説明する。レーザーダイオード4から出力さ
れた一定強度のレーザ光はハーフミラー14を透過して
収束レンズ6により平行光線とされ回転円板2に入射し
、反射帯20により回折、反射される。この回転円板2
から反射する光は0次透過光と±n次の回折光(n=1
、2、3、…)16とからなり、これらの光成分は収束
レンズ6により集光され、ハーフミラー14で反射し、
その結果、レンズ6の焦点位置に回折像が形成される。
The operation of the above device will be explained below with reference to the enlarged view of the main part in FIG. A laser beam of constant intensity outputted from the laser diode 4 passes through the half mirror 14, is converted into a parallel beam by the converging lens 6, enters the rotating disk 2, and is diffracted and reflected by the reflection band 20. This rotating disk 2
The light reflected from the
, 2, 3, ...) 16, and these light components are condensed by a converging lens 6, reflected by a half mirror 14,
As a result, a diffraction image is formed at the focal position of the lens 6.

【0019】この実施例では、レンズ6の焦点位置にマ
スク7が設けられており、このマスク7には、図3に示
すように、上記回折像の±1次波成分I1 、I−1の
結像位置にスリット70、70が設けられている。した
がって、このマスク7からは上記±1次波成分I1 、
I−1の再回折像15すなわち干渉像が拡像されつつ、
スリット板13上に入射する。
In this embodiment, a mask 7 is provided at the focal position of the lens 6, and as shown in FIG. Slits 70, 70 are provided at the imaging position. Therefore, from this mask 7, the above ±1st order wave components I1,
While the re-diffraction image 15 of I-1, that is, the interference image is enlarged,
The light is incident on the slit plate 13.

【0020】この場合、回転円板2上の反射帯20の間
隔が上記±1次波成分I1 、I−1の再回折像15の
明暗の縞(エネルギー分布)として観測され(図6の実
線部)、見かけ上、回転円板のビット情報の2倍のビッ
ト情報が得られる(図6参照)。当然、この縞が形成さ
れるスリット板13にはこの縞位置(明位置)にスリッ
トが形成され、スリット板13のスリットを透過した光
がホトダイオード8に入射し、ホトダイオード8はそれ
に応じた信号電流を出力する。
In this case, the interval between the reflection bands 20 on the rotating disk 2 is observed as bright and dark fringes (energy distribution) in the re-diffraction image 15 of the ±1st-order wave components I1 and I-1 (as shown by the solid line in FIG. 6). ), apparently twice the bit information of the rotating disk can be obtained (see FIG. 6). Naturally, the slit plate 13 on which the stripes are formed has slits formed at the stripe positions (bright positions), and the light transmitted through the slits of the slit plate 13 enters the photodiode 8, and the photodiode 8 generates a signal current corresponding to the slit. Output.

【0021】ここで、上記した倍ピッチが得られる原理
を以下に解析する。図9は、マスク7とスリット板13
との間の各光路長関係を示す図である。Qはマスク7の
位置であり、それから光軸に沿って距離Lだけ離れたP
の位置にスリット板13があるものとする。Q1 はマ
スク7の+1次波成分I1 が放射されるスリット70
であり、Q0 はマスク7の0次(基本)波成分I0 
が放射される仮想点であり、スリット70であり、Q−
1はマスク7の−1次波成分I−1が放射されるスリッ
ト70であり、これら各点はここでは点光源と考える。 一方、P1 、P2 はスリット板13上の光軸と直角
方向に隣接する2明点である。更に、Q1 とQ0 と
の間の光軸と直角方向における距離=Q1 とQ0 と
の間の光軸と直角方向における距離はdとし、P1 と
P2 との間の光軸と直角方向における距離はxとする
[0021] The principle by which the above-mentioned double pitch is obtained will be analyzed below. FIG. 9 shows the mask 7 and the slit plate 13.
It is a figure showing each optical path length relationship between. Q is the position of the mask 7 from which P is located a distance L along the optical axis.
It is assumed that the slit plate 13 is located at the position. Q1 is a slit 70 from which the +1st order wave component I1 of the mask 7 is radiated.
, and Q0 is the 0th order (fundamental) wave component I0 of mask 7
is the virtual point from which the radiation is emitted, is the slit 70, and Q-
1 is a slit 70 from which the -1st-order wave component I-1 of the mask 7 is emitted, and each of these points is considered to be a point light source here. On the other hand, P1 and P2 are two bright points adjacent to each other in a direction perpendicular to the optical axis on the slit plate 13. Furthermore, the distance between Q1 and Q0 in the direction perpendicular to the optical axis = the distance between Q1 and Q0 in the direction perpendicular to the optical axis is d, and the distance between P1 and P2 in the direction perpendicular to the optical axis is Let it be x.

【0022】まず最初に、±1次波成分I1 と0次(
基本)波成分I0 との干渉縞について考えれば、  
光路長差ΔL=Q1 P1 −Q0 P2 =(L2 
+(x+d/2) 1/2−(L2 +(x−d/2)
2 )1/2       =L(1+(x+d/2)
2 /L2 ) 1/2−L(1+d/2)2    
     /L2 )1/2  これをテーラー展開すれば、     =L{(1+(x+d/2)2 /2L2 )
−(1+(x−d/2)2         /2L2
 )}     =L・2・(2・x・d/2)/(2・L2 
)    =x・d/L となる。ここで、明点はΔL=nλ(λは正又は負の整
数)の位置に生じるので、結局、スリット板13上の隣
接明点間のピッチxは、       x=n・λ・L/d          
                         
 (a)となる。
[0022] First, the ±1st order wave component I1 and the 0th order (
Basic) If we consider the interference fringes with the wave component I0,
Optical path length difference ΔL = Q1 P1 -Q0 P2 = (L2
+(x+d/2) 1/2-(L2 +(x-d/2)
2)1/2 =L(1+(x+d/2)
2/L2) 1/2-L(1+d/2)2
/L2 )1/2 If we expand this by Taylor, =L{(1+(x+d/2)2 /2L2 )
-(1+(x-d/2)2/2L2
)} =L・2・(2・x・d/2)/(2・L2
)=x・d/L. Here, since the bright spots occur at the position ΔL=nλ (λ is a positive or negative integer), the pitch x between adjacent bright spots on the slit plate 13 is x=n・λ・L/d

(a) becomes.

【0023】次に、+1次波成分I1 と−1次波成分
I−1との干渉を考える。ここで、Q1 とQ−1との
間の距離は2dとなるので(a)の距離dを2dとすれ
ば、+1次波成分I1 と−1次波成分I−1との干渉
によるスリット板13上の 隣接明点間のピッチx’は、x’=n・λ・L/2・d
          (b)となる。
Next, consider the interference between the +1st order wave component I1 and the -1st order wave component I-1. Here, the distance between Q1 and Q-1 is 2d, so if the distance d in (a) is 2d, the slit plate due to the interference between the +1st-order wave component I1 and the -1st-order wave component I-1. The pitch x' between adjacent bright points on 13 is x'=n・λ・L/2・d
(b) becomes.

【0024】以上の式(a)、(b)から+1次波成分
I1 と−1次波成分I−1との干渉縞のピッチx’は
、+1次波成分I1 と0次(基本)波成分I0 との
干渉縞のピッチxの半分の距離となり、その結果、2倍
の干渉縞が得られることがわかる。そして、回転円板2
の移動により回転円板2のスリット位置が移動し、それ
により±1次波成分I1 、I−1による干渉縞の位置
がスリット板13とずれ、スリット板13から出る干渉
像の強度が低下するので、ホトダイオード8の電流変化
を検出すれば回転速度が検出される。当然、互いに回転
円板2にスリットのピッチが90度異なるスリット群を
回転円板2に一対設け、それらを別々に検出することに
より、回転方向も検出することができる。
From the above equations (a) and (b), the pitch x' of the interference fringe between the +1st-order wave component I1 and the -1st-order wave component I-1 is determined by the pitch x' of the interference fringe between the +1st-order wave component I1 and the 0th-order (fundamental) wave. It can be seen that the distance is half the pitch x of the interference fringes with the component I0, and as a result, twice as many interference fringes are obtained. And rotating disk 2
Due to the movement of , the slit position of the rotating disk 2 moves, thereby the position of the interference fringes due to the ±1st order wave components I1 and I-1 deviates from the slit plate 13, and the intensity of the interference image output from the slit plate 13 decreases. Therefore, by detecting the change in the current of the photodiode 8, the rotation speed can be detected. Naturally, the direction of rotation can also be detected by providing a pair of slit groups on the rotating disk 2 with slit pitches that differ by 90 degrees from each other and detecting them separately.

【0025】すなわちこの実施例のロータリーエンコー
ダでは、回転円板2から反射する回折光を収束レンズ6
により拡像してスリット板13上にけせしているので、
スリット板13の作製が容易となり、かつ、スリット板
13による再再回折の影響も軽減することができる。ま
たこの実施例では、収束レンズ6の焦点近傍にマスク7
を設けて±1次波成分I1 、I−1の干渉縞を抽出し
ているので、回転円板2の1反射帯20あたり2本の明
暗縞が得られるので、回転円板2にN本の反射帯20を
設けた場合、回転円板2の一回転当たり2Nビットの情
報が得られ、分解能を倍増することができる。
That is, in the rotary encoder of this embodiment, the diffracted light reflected from the rotating disk 2 is passed through the converging lens 6.
Since the image is enlarged and displayed on the slit plate 13,
The slit plate 13 can be easily manufactured, and the influence of re-diffraction caused by the slit plate 13 can also be reduced. Further, in this embodiment, a mask 7 is placed near the focal point of the converging lens 6.
Since the interference fringes of the ±1st-order wave components I1 and I-1 are extracted by providing the When the reflection band 20 is provided, 2N bits of information can be obtained per revolution of the rotating disk 2, and the resolution can be doubled.

【0026】更にこの実施例では、通常のロータリーエ
ンコーダと異なって光の干渉性を利用して検出している
ので、回折限界を越えて回転円板2に反射帯20を形成
することができ、一層の高分解能を得ることができる。 なお、スリット板13に入射する再回折像15の拡像率
はスリット板13の位置などを調節し任意に決定するこ
とができる。
Further, in this embodiment, unlike a normal rotary encoder, since detection is performed using the coherence of light, it is possible to form a reflection band 20 on the rotating disk 2 beyond the diffraction limit. Even higher resolution can be obtained. Note that the magnification of the re-diffraction image 15 incident on the slit plate 13 can be arbitrarily determined by adjusting the position of the slit plate 13 and the like.

【0027】また、高次の回折光が通過するようにマス
ク7を設置すれば、さらなる高分解能化が図れる。 (変形態様1)上記実施例では、一定ピッチで反射帯2
0が回転円板2に形成されたインクリメンタル形式のロ
ータリーエンコーダについて説明したが、回転円板2を
交換して、回転円板2の反射帯20の位置に特別の位置
情報を持たせたり、又は反射帯20の配列によりデジタ
ルビッド情報を表示したりして絶対回転角度位置を検出
するアブソリュートタイプのロータリーエンコーダとし
てもよい。ただこの場合でも、収束レンズ6の採用によ
り検出面に拡大像が得られるが、マスク7を用いて分解
能を上げることはできない。 (変形態様2)上記説明したインクリメンタル形式のロ
ータリーエンコーダの実施例において、図8に示すよう
にマスク7を省略することもできる。
Further, if the mask 7 is installed so that high-order diffracted light passes through, even higher resolution can be achieved. (Modification 1) In the above embodiment, the reflection bands 2 are arranged at a constant pitch.
0 is formed on the rotating disk 2, but it is also possible to replace the rotating disk 2 and give special positional information to the position of the reflective band 20 of the rotating disk 2, or It may also be an absolute type rotary encoder that displays digital bid information using the arrangement of reflection bands 20 and detects the absolute rotational angular position. However, even in this case, although an enlarged image can be obtained on the detection surface by employing the converging lens 6, the resolution cannot be increased by using the mask 7. (Modification 2) In the embodiment of the incremental type rotary encoder described above, the mask 7 can be omitted as shown in FIG.

【0028】この態様では、ビームスプリッタ14aを
用い、更に、ビームスプリッタ14aの一面にスリット
板13を貼り、スリット板13にホトダイオード8を接
触させている。マスク7は省略されている。更に、平行
光が回転円板2に入射するように補正レン60が追加さ
れている。この場合には、回転円板2の反射帯20から
反射した0次透過光及び±n次の回折光(n=1、2、
3、…)がスリット板13上に回折像として形成される
。したがって、分解能の倍増はできないが、拡像により
縞ピッチを拡大でき、更に回転円板2とスリット板13
とを近接させる必要がないので、スリット板13の作製
や配置が簡単となる。 (変形態様3)上記説明したインクリメンタル形式又は
アブソリュートタイプのロータリーエンコーダにおいて
、回転円板2の反射帯20を大型化(例えば回折限界8
μm以上)して、非回折型のロータリーエンコーダとす
ることもできる。
In this embodiment, a beam splitter 14a is used, and a slit plate 13 is attached to one surface of the beam splitter 14a, and the photodiode 8 is brought into contact with the slit plate 13. Mask 7 is omitted. Furthermore, a correction lens 60 is added so that parallel light enters the rotating disk 2. In this case, the 0th order transmitted light reflected from the reflection band 20 of the rotating disk 2 and the ±nth order diffracted light (n=1, 2,
3,...) are formed on the slit plate 13 as a diffraction image. Therefore, although the resolution cannot be doubled, the fringe pitch can be expanded by enlarging the image, and the rotating disk 2 and slit plate 13 can
Since there is no need to place the slit plate 13 in close proximity to each other, the production and arrangement of the slit plate 13 are simplified. (Variation 3) In the incremental type or absolute type rotary encoder described above, the reflection band 20 of the rotating disk 2 is enlarged (for example, the diffraction limit is 8
μm or more), and a non-diffractive rotary encoder can also be used.

【0029】この変形態様では回転円板2の各反射帯2
0からの反射光の干渉を利用せず、各反射光の0次透過
光を使用するが、この場合でも回転円板2から出た反射
光像を収束レンズ6で拡像してスリット板13上に結像
することができ、更に回転円板2とスリット板13とを
近接させる必要がないので、スリット板13の作製、配
置が容易となる。 (変形態様4)他の変形態様を図7に示す。
In this variant, each reflection band 2 of the rotating disk 2
The 0th-order transmitted light of each reflected light is used without using the interference of the reflected light from 0. Even in this case, the reflected light image emitted from the rotating disk 2 is magnified by the converging lens 6 and sent to the slit plate 13. Since the image can be formed upwardly and there is no need to bring the rotating disk 2 and the slit plate 13 close to each other, the production and arrangement of the slit plate 13 are facilitated. (Modification 4) Another modification is shown in FIG.

【0030】この態様では、ハーフミラー14の代わり
にプリズムからなるビームスプリッタ14aを用い、更
に、ビームスプリッタ14aの一面にマスク7を貼り合
わせたものである。なお、マスク7は収束レンズ6の焦
点位置に配置され、更に回転円板2に平行光が入射する
ように補正レンズ60が追加されている。このようにす
れば、装置構成がより簡単となる。
In this embodiment, a beam splitter 14a made of a prism is used instead of the half mirror 14, and a mask 7 is further bonded to one surface of the beam splitter 14a. The mask 7 is placed at the focal point of the converging lens 6, and a correction lens 60 is added so that parallel light enters the rotating disk 2. In this way, the device configuration becomes simpler.

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

【図1】本発明の一実施例を示す断面図、FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of the present invention;

【図2】図1
の作用を示す光路図、
[Figure 2] Figure 1
Optical path diagram showing the effect of

【図3】マスクを示す正面図、[Fig. 3] Front view showing the mask,

【図4】回転円板の一部を示す正面図、FIG. 4 is a front view showing a part of the rotating disk;

【図5】スリッ
ト板の一部を示す正面図、
FIG. 5 is a front view showing a part of the slit plate;

【図6】再回折状態を説明す
る説明図、
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the re-diffraction state,

【図7】他の態様を示す断面図、FIG. 7 is a sectional view showing another aspect;

【図8】他の構成を示す断面図、FIG. 8 is a sectional view showing another configuration;

【図9】実施例1の倍ピッチ原理を示す光路長図、FIG. 9 is an optical path length diagram showing the double pitch principle of Example 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2は回転円板(パタン板) 4はレーザーダイオード(光源) 6は収束レンズ 7はマスク(回折光選択板) 8はホトダイオード(光電変換素子) 13はスリット板 2 is a rotating disk (pattern board) 4 is a laser diode (light source) 6 is a converging lens 7 is a mask (diffraction light selection plate) 8 is a photodiode (photoelectric conversion element) 13 is a slit plate

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入射光を反射する所定形状のパタンを有し
一方向に移動するパタン板と、前記パタンから所定距離
離れて配設され前記パタンへ光を放射する光源と、該光
源から前記パタン板に到る光路中に配設され前記パタン
に平行光を入射するレンズ系と、前記光源から前記レン
ズ系に到る前記光路中に配設され前記パタンからの反射
光を分路するビームスプリッタと、前記レンズ系の拡像
領域において前記ビームスプリッタから出た反射光像の
ピッチと等ピッチのスリットを有し前記収束レンズから
光軸に沿って所定距離離れて配設されるスリット板と、
前記スリット板を透過する透過光を光電変換する光電変
換素子とを備えることを特徴とするエンコーダ。
1. A pattern plate having a pattern of a predetermined shape that reflects incident light and moving in one direction; a light source disposed at a predetermined distance from the pattern and emitting light to the pattern; A lens system disposed in the optical path leading to the pattern board to make parallel light incident on the pattern; and a beam disposed in the optical path leading from the light source to the lens system to shunt reflected light from the pattern. a slit plate having slits with a pitch equal to the pitch of the reflected light image output from the beam splitter in the enlarged image area of the lens system and disposed at a predetermined distance from the converging lens along the optical axis; ,
An encoder comprising: a photoelectric conversion element that photoelectrically converts transmitted light transmitted through the slit plate.
【請求項2】放射方向に伸びる回折格子パタンが周方向
に所定間隔で形成され回転軸に配設される前記パタン板
を備えるロータリーエンコーダからなる請求項1記載の
エンコーダ。
2. The encoder according to claim 1, comprising a rotary encoder comprising a pattern plate having diffraction grating patterns extending in the radial direction formed at predetermined intervals in the circumferential direction and disposed on a rotating shaft.
【請求項3】前記収束レンズの焦点位置近傍に配設され
るとともに、前記回折格子パタンから出た前記回折光の
所定次数成分の干渉光を抽出する干渉板を備えるロータ
リーエンコーダからなる請求項2記載のエンコーダ。
3. The rotary encoder further comprises an interference plate disposed near the focal point of the converging lens and extracting interference light of a predetermined order component of the diffracted light emitted from the diffraction grating pattern. Encoder listed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6178854A (en) * 1984-09-25 1986-04-22 Takemoto Oil & Fat Co Ltd Method for imparting antistatic and anti-fogging properties to polyolefin resin
JP2015049167A (en) * 2013-09-03 2015-03-16 株式会社ミツトヨ Photoelectric encoder

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