JPH054615B2 - - Google Patents

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JPH054615B2
JPH054615B2 JP62246726A JP24672687A JPH054615B2 JP H054615 B2 JPH054615 B2 JP H054615B2 JP 62246726 A JP62246726 A JP 62246726A JP 24672687 A JP24672687 A JP 24672687A JP H054615 B2 JPH054615 B2 JP H054615B2
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JP
Japan
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scale
light
light source
photoelectric conversion
optical encoder
Prior art date
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JP62246726A
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Japanese (ja)
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JPS6488313A (en
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Keiji Matsui
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OOKUMA KK
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OOKUMA KK
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Publication date
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Priority to GB8823120A priority patent/GB2210525B/en
Priority to DE3833115A priority patent/DE3833115A1/en
Priority to US07/251,089 priority patent/US4950891A/en
Priority to DE3844705A priority patent/DE3844705C2/de
Priority to DE3844704A priority patent/DE3844704C2/de
Publication of JPS6488313A publication Critical patent/JPS6488313A/en
Priority to US07/374,918 priority patent/US4948968A/en
Priority to US07/374,922 priority patent/US4956553A/en
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、例えば旋盤、フライス盤等の工作機
械や、半導体製造装置の位置計測に利用すること
ができる光学式エンコーダに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to an optical encoder that can be used for position measurement in machine tools such as lathes and milling machines, and semiconductor manufacturing equipment.

(技術的背景と解決すべき問題点) 第8図は、従来の光学式アブソリユート型エン
コーダの光学系の一例を示す斜視構造図であり、
測定光Laを発する、例えばLED(Light Emitting
Diode)やランプ等の発光素子11と、発光素子
11によつて照射された測定光Laを平行光Lbに
するコリメータレンズ12と、コリメータレンズ
12を透過して来た平行光Lbを透過させる部分
(以下、透過部という)13A及び透過させない
部分(以下、非透過部という)13Bが所定の長
さ(以下、格子ピツチという)で繰返されている
格子トラツクt1,t2,……,toが表面にn本(n
は整数)平行に並設されている第1スケール13
と、透過部13Aを透過して来た光(図示せず)
を透過させる透過窓14A1,14A2,……,1
4Aoが第1スケール13の各格子トラツクt1
t2,……,toに対応して設けられている第2スケ
ール14と、第2スケール14の各透過窓14
A1,14A2,……,14Aoに対応して設けら
れ、各透明窓14A1,14A2,……,14Ao
透過して来た光Lc1,Lc2,……,Lcoの強度に応
じた電気信号に変換する光電変換素子15−1,
15−2,……15−nとで構成されている。
(Technical background and problems to be solved) FIG. 8 is a perspective structural diagram showing an example of the optical system of a conventional optical absolute encoder.
For example, a light emitting device (LED) that emits measurement light La.
A collimator lens 12 that converts the measurement light La emitted by the light emitting element 11 into parallel light Lb, and a part that transmits the parallel light Lb that has passed through the collimator lens 12. A lattice track t 1 , t 2 , ..., t in which a transparent part 13A (hereinafter referred to as a transparent part) and a part 13B that does not allow transmission (hereinafter referred to as a non-transparent part) are repeated at a predetermined length (hereinafter referred to as a lattice pitch). n o on the surface (n
is an integer) first scales 13 arranged in parallel
and the light that has passed through the transmission section 13A (not shown)
Transmission windows 14A 1 , 14A 2 , ..., 1 that transmit
4A o is each grating track t 1 of the first scale 13,
The second scale 14 provided corresponding to t 2 , ..., t o and each transmission window 14 of the second scale 14
Light L c1 , L c2 , ..., L co transmitted through each transparent window 14A 1 , 14A 2 , ..., 14A o provided corresponding to A 1 , 14A 2 , ..., 14A o a photoelectric conversion element 15-1 that converts into an electrical signal according to the intensity of the
15-2, . . . 15-n.

このような構成の光学式アブソリユート型エン
コーダの光学系10に用いられる第1スケール1
3には、第9図に示すような隣り合つた格子トラ
ツクt1,t2及びt2,t3及び……及びto-1,toの格子
ピツチP1,P2,P3,……,Po-1,Poが互いに
1:2の関係になつている交番2進符号(グレイ
コード)が設けられている。従つて、この第1ス
ケール13の各格子トラツクt1,t2,t3,……,
to-1,toの透過部13A、及び第1スケール13
の各格子トラツクt1,t2,t3,……,to-1,toに対
応した第2スケール14の各透過窓14A1,1
4A2,14A3,……,14Ao-1,14oを透過し
て、各透過窓14A1,14A2,14A3,……,
14Ao-1,14Aoに対応した各光電変換素子1
5−1,15−2,15−3,……,15−n−
1,15−nに入射する光Lc1,Lc2,Lc3,……,
Lco-1,Lcoの強度が、第1スケール13の長手方
向の移動(図示矢m)に伴つてそれぞれ周期的に
変化するので、この変化に応じて各光電変換素子
15−1,15−2,15−3,……,15−n
−1,15−nで変換される各電気信号もそれぞ
れ周期的に変化する。第10図は、横軸に第1ス
ケール13の長手方向の移動変位量mlを、縦軸に
各光電変換素子15−1,15−2,15−3,
……,15−n−1,15−nで変換された電気
信号S1,S2,S3,……,So-1,Soを示すもので、
各電気信号S1,S2,S3,……,So-1,Soがそれぞ
れ周期的に変化していることがわかる。そして、
これら電気信号S1,S2,S3,……,So-1,Soは、
第11図の光学式アブソリユート型エンコーダの
ブロツク図に示すようにそれぞれコンパレータ2
0によつてデジタル化d1,d2,d3,……do-1,do
され、さらにデコーダ30によつて交番2進符号
から純2進符号やBCD符号等の所望の形式の絶
対位置データDに変換される。
The first scale 1 used in the optical system 10 of the optical absolute encoder having such a configuration
3, adjacent grid tracks t 1 , t 2 and t 2 , t 3 and . . . and t o-1 , t o as shown in FIG. An alternating binary code (Gray code) in which . . . , P o-1 , and P o are in a 1:2 relationship is provided. Therefore, each grid track t 1 , t 2 , t 3 , ..., of this first scale 13
t o-1 , t o transmission part 13A, and first scale 13
Each transmission window 14A 1 , 1 of the second scale 14 corresponds to each grid track t 1 , t 2 , t 3 , ..., t o-1 , t o
4A 2 , 14A 3 , ..., 14A o-1 , 14 o , and each transmission window 14A 1 , 14A 2 , 14A 3 , ...,
14A o-1 , each photoelectric conversion element 1 compatible with 14A o
5-1, 15-2, 15-3, ..., 15-n-
Light incident on 1,15-n L c1 , L c2 , L c3 ,...,
Since the intensities of L co-1 and L co change periodically as the first scale 13 moves in the longitudinal direction (arrow m in the figure), each photoelectric conversion element 15-1, 15 -2,15-3,...,15-n
The electrical signals converted by -1 and 15-n also change periodically. In FIG. 10, the horizontal axis represents the displacement amount ml of the first scale 13 in the longitudinal direction, and the vertical axis represents each photoelectric conversion element 15-1, 15-2, 15-3,
It shows the electric signals S 1 , S 2 , S 3 , ..., S o-1 , S o converted by ..., 15-n-1, 15-n,
It can be seen that each of the electrical signals S 1 , S 2 , S 3 , ..., S o-1 , S o changes periodically. and,
These electrical signals S 1 , S 2 , S 3 , ..., S o-1 , S o are
As shown in the block diagram of the optical absolute encoder in Fig. 11, each comparator 2
Digitized by 0 d 1 , d 2 , d 3 , ...d o-1 , d o
Then, the decoder 30 converts the alternating binary code into absolute position data D in a desired format such as pure binary code or BCD code.

ところで、位置計測に利用される光学式アブソ
リユート型エンコーダは、その位置検出分解能を
高めてより微小な変位量を検出可能にすること、
及び同時により長いストロークにわたつてその絶
対位置を検出可能にすることが求められている。
しかし、上述したような光学式アブソリユート型
エンコーダにおいては、最小位置検出分解能は最
小分割された格子トラツクtoにおける格子ピツチ
Poと同程度であり、絶対位置検出ストローク長
は最大分割された格子トラツクt1における格子ピ
ツチP1と同程度であるので、位置検出分解能を
高め、かつ絶対位置検出ストローク長を長くしよ
うとすると、格子トラツク数nが増加して光学式
アブソリユート型エンコーダが大型化したり、そ
の部品である光電変換素子、コンパレータ等の数
が増加してしまうという欠点があつた。
By the way, the optical absolute encoder used for position measurement needs to improve its position detection resolution to be able to detect even smaller displacement amounts.
At the same time, it is desired to be able to detect the absolute position over a longer stroke.
However, in the optical absolute encoder described above, the minimum position detection resolution is determined by the grating pitch in the minimum divided grating track to.
Since the absolute position detection stroke length is about the same as the grid pitch P 1 in the maximum divided grid track t 1 , it is possible to increase the position detection resolution and lengthen the absolute position detection stroke length. This has disadvantages in that the number n of grating tracks increases, resulting in an increase in the size of the optical absolute encoder and an increase in the number of its components, such as photoelectric conversion elements and comparators.

(発明の目的) 本発明は上述のような事情からなされたもので
あり、本発明の目的は、位置検出分解能が高く、
かつ絶対位置検出ストローク長が長い小型の光学
式エンコーダを提供することにある。
(Object of the invention) The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide high position detection resolution,
Another object of the present invention is to provide a compact optical encoder that has a long absolute position detection stroke length.

(問題点を解決するための手段) 本発明は、例えば旋盤、フライス盤等の工作機
械や、半導体製造装置の位置計測に利用される光
学式エンコーダに関するものであり、本発明の上
記目的は、可干渉性を有する平行光を発する光源
装置と、光の遮断部及び非遮断部の比が異なる同
一ピツチの格子トラツクが設けられ前記光源装置
によつて照射された前記平行光を回折するスケー
ルと、このスケールで回折された回折光のうち次
数の異なる複数の回折光を受光して、各回折光の
強度に応じた電気信号に変換する光電変換装置と
を設けることによつて達成される。さらに、上記
光学式エンコーダの読取装置として、前記スケー
ルと前記光源装置、前記光電変換装置との相対的
移動に伴つて変化する前記格子トラツクのパター
ンに対応した前記光電変換装置から出力される電
気信号の比を求めて、前記比を1つの変換手段を
通じて前記スケールの位置データに変換して出力
することによつて達成される。
(Means for Solving the Problems) The present invention relates to an optical encoder used for position measurement in machine tools such as lathes and milling machines, and semiconductor manufacturing equipment. a light source device that emits coherent parallel light; a scale that is provided with grating tracks of the same pitch and different ratios of light blocking portions and non-blocking portions and diffracting the parallel light irradiated by the light source device; This is achieved by providing a photoelectric conversion device that receives a plurality of diffracted lights of different orders among the diffracted lights diffracted on this scale and converts them into electrical signals according to the intensity of each diffracted light. Furthermore, as a reading device for the optical encoder, an electric signal output from the photoelectric conversion device corresponding to a pattern of the grating track that changes with relative movement between the scale, the light source device, and the photoelectric conversion device This is achieved by determining the ratio of the scale, converting the ratio into position data of the scale through one converting means, and outputting the result.

(発明の作用) 本発明の光学式エンコーダは、異なる次数の回
折光の強度比がスケールに設けられた格子1ピツ
チ間の開口率のパターンによつて変化することを
利用して位置検出を行なつているので、光源部か
ら照射される可干渉光の光量変化に影響されずに
正確な位置検出を行なうことができるものであ
る。
(Function of the Invention) The optical encoder of the present invention performs position detection by utilizing the fact that the intensity ratio of diffracted light of different orders changes depending on the pattern of the aperture ratio between one pitch of the grating provided on the scale. Therefore, accurate position detection can be performed without being affected by changes in the amount of coherent light emitted from the light source.

(発明の実施例) 先ず、本発明の原理を説明する。(Example of the invention) First, the principle of the present invention will be explained.

第5図に示すように、光の透過部及び非透過部
が所定のピツチで繰返されている格子トラツクT
が表面に設けられたスケール1にレーザ等の可干
渉光線Lを入射させると、透過部を透過した可干
渉光線Lは回折作用を受けて複数の回折光L0
L±1,L±2,……,L±o,……(以下、n次
回折光という(nは整数))に分れる。第6図は
上述した格子トラツクTを示すものであり、透過
部1Aの長さをla、非透過部1Bの長さをlb、格
子ピツチをPとすると、格子1ピツチ間の透過部
1Aの割合(以下、開口率という)Qは次式(1)で
表わされる。
As shown in FIG. 5, a grating track T in which light transmitting parts and non-transmitting parts are repeated at a predetermined pitch.
When a coherent light beam L from a laser or the like is made incident on the scale 1 provided on the surface, the coherent light beam L transmitted through the transmission part undergoes a diffraction effect and becomes a plurality of diffracted lights L 0 ,
It is divided into L± 1 , L± 2 , ..., L± o , ... (hereinafter referred to as n-order diffracted light (n is an integer)). FIG. 6 shows the above-mentioned grating track T. Letting the length of the transparent part 1A be la, the length of the non-transparent part 1B be lb, and the grating pitch be P, the length of the transparent part 1A between one pitch of the grating is The ratio (hereinafter referred to as aperture ratio) Q is expressed by the following equation (1).

Q=la/P ……(1) また、0次回折光L0に対するn次回折光L±o
の強度比Iは、開口率Qによつて次式(2)で表され
る。
Q=la/P...(1) Also, the n-th diffracted light L± o for the 0th-order diffracted light L0
The intensity ratio I of is expressed by the following equation (2) using the aperture ratio Q.

I=sin2(nπQ)/(nπQ)2 ……(2) 第7図は、例として開口率Qと、0次回折光
L0に対する1次回折光L±1,2次回折光L±2
3次回折光L±3のそれぞれの強度比Iとの関係
を示すものであり、図から明らかなように開口率
Qが異なることで各回折光L±1,L±2,L±3
の強度比Iも異なるため、場所によつて開口率Q
の異なる格子トラツクが表面に設けられたスケー
ルに、可干渉光線Lを入射させて得られる任意の
異なる2つの次数の回折光の強度比Iを検出する
ことによつて、スケールの位置検出を行なうこと
ができる。
I=sin 2 (nπQ)/(nπQ) 2 ...(2) Figure 7 shows, as an example, the aperture ratio Q and the 0th order diffracted light.
1st-order diffracted light L± 1 , 2nd-order diffracted light L± 2 for L 0 ,
This shows the relationship between the intensity ratio I of each of the third-order diffracted lights L± 3 , and as is clear from the figure, each diffracted light L± 1 , L± 2 , L± 3
Since the intensity ratio I also differs, the aperture ratio Q
The position of the scale is detected by detecting the intensity ratio I of diffracted light of two arbitrary different orders obtained by making a coherent light beam L incident on a scale whose surface is provided with different grating tracks. be able to.

次に、本発明の実施例を説明する。 Next, examples of the present invention will be described.

第1図は、本発明の光学式アブソリユートエン
コーダの光学系の一例を示す斜視構造図であり、
可干渉性の測定光LAを発する、例えばLD
(Laser Diode)等の発光素子101と、この発
光素子101によつて照射された測定光LAを平
行光LBにするコリメータレンズ102と、この
コリメータレンズ102で平行にされた平行光
LBを部分的に透過させて所定幅の光束(図示せ
ず)とするスリツト103と、スリツト103か
らの光束の透過部及び非透過部が所定の格子ピツ
チで繰返されている格子トラツクTAが表面に設
けられている長形状のスケール104と、格子ト
ラツクTAで回折された複数の回折光(図示せず)
をそれぞれ集光する集光レンズ105と、集光レ
ンズ105からの各回折光LC0,LC±1,……,
LC±o,……に対応して設けられ、各回折光LC0
LC±1,……,LC±o,……の強度に応じた電気
信号に変換するフオトダイオード等の光電変換素
子PL0,PL±1,……,PL±o,……とで構成さ
れている。発光素子101,コリメータレンズ1
02,スリツト103及び集光レンズ105は直
線状に固定して配設されており、スケール104
に対して相対的に移動できれば良いが、ここでは
スケール104がA又はBの長手方向に直線的に
移動するようになつている。
FIG. 1 is a perspective structural diagram showing an example of the optical system of the optical absolute encoder of the present invention,
emit coherent measurement light LA, e.g. LD
A light emitting element 101 such as a laser diode, a collimator lens 102 that converts measurement light LA emitted by the light emitting element 101 into parallel light LB, and parallel light made parallel by the collimator lens 102.
A slit 103 that partially transmits the LB to produce a luminous flux (not shown) of a predetermined width, and a grating track T A in which the transmitting part and the non-transmitting part of the luminous flux from the slit 103 are repeated at a predetermined grating pitch. A plurality of diffracted lights (not shown) diffracted by the elongated scale 104 provided on the surface and the grating track T A
a condenser lens 105 that condenses the respective diffracted lights LC 0 , LC± 1 , ...,
It is provided corresponding to LC± o ,..., and each diffracted light LC0 ,
It consists of photoelectric conversion elements PL 0 , PL± 1 , ..., PL± o , ... such as photodiodes that convert into electrical signals according to the intensity of LC± 1 , ..., LC± o , ... ing. Light emitting element 101, collimator lens 1
02, the slit 103 and the condensing lens 105 are fixedly arranged in a straight line, and the scale 104
In this case, the scale 104 is designed to move linearly in the longitudinal direction of A or B.

このような構成の光学式アブソリユート型エン
コーダの光学系100に用いられるスケール10
4には、例えば第2図に示すように格子ピツチ
PAはスケール全長にわたつて一定(数μm〜数+
μm)であるが、開口率Qが長さlab間で滑らかに
変化(a点の開口率0.5,b点の開口率0.75,c
点の開口率0.5,d点の開口率0.25,e点の開口
率0.5)している格子トラツクTAが設けられてい
る。従つて、各光電変換素子PL0,PL±1,……,
PL±o,……に入射する各回折光LC0,LC±1
……,LC±o,……の強度が、スケール104の
A又はBの長手方向の移動の際の開口率Qの変化
に伴つてそれぞれ周期的に変化するので、この変
化に応じて各光電変換素子PL0,PL±1,……,
PL±o,……で変換される各電気信号もそれぞれ
周期的に変化する。
The scale 10 used in the optical system 100 of the optical absolute encoder having such a configuration
4 has a grid pitch, for example, as shown in Figure 2.
P A is constant over the entire scale length (several μm to several +
μm), but the aperture ratio Q changes smoothly between the lengths l ab (aperture ratio 0.5 at point a, aperture ratio 0.75 at point b, c
A lattice track T A is provided with an aperture ratio of 0.5 at a point, an aperture ratio of 0.25 at a point d, and an aperture ratio of 0.5 at a point e. Therefore, each photoelectric conversion element PL 0 , PL± 1 , ...,
Each diffracted light incident on PL± o , LC 0 , LC± 1 ,
The intensities of ..., LC± o , ... change periodically as the aperture ratio Q changes when the scale 104 moves in the longitudinal direction of A or B. Conversion element PL 0 , PL± 1 , ...,
Each electrical signal converted by PL± o , ... also changes periodically.

なお、前述の原理でも説明したように、開口率
は単に回折光の強度比を求めるためのものである
から、上記lab間の開口率は任意に変化させるこ
とが可能であり、スケール104の移動に伴なつ
て一定の割合で増加する電気信号や、sin状、三
角波状に変化する電気信号が容易に得られる。そ
して、任意の異なる2つの次数の回折光の強度
比、即ち電気信号の比によつてスケールの位置を
検出することができる。
As explained in the above principle, the aperture ratio is simply used to find the intensity ratio of the diffracted light, so the aperture ratio between l ab can be changed arbitrarily, and the aperture ratio of the scale 104 can be changed as desired. Electrical signals that increase at a constant rate as the robot moves, or electrical signals that change in a sinusoidal or triangular waveform can be easily obtained. Then, the position of the scale can be detected based on the intensity ratio of diffracted light of two arbitrary different orders, that is, the ratio of electric signals.

第3図は、上述した光電変換素子からの電気信
号によつて位置データを求める読取回路の一例を
示すブロツク図であり、上述したように任意の異
なる2つの次数の回折光を選択すれば良く、例え
ば、0次回折光LC0及び1次回折光LC+1を電気信
号に変換する光電変換素子PL0及びPL+1からの電
気信号Sa及びSbは、それぞれサンプルホールド
回路111a及び1111bとA/D変換器11
2a及び112bとでデジタルデータda及びdb
変換される。そして、A/D変換された各デジタ
ルデータda及びdbは、除算回路113によつて除
算されて比を表わすデジタルデータdabとされ、
照合回路114に出力される。ここで、記憶回路
115には、格子トラツクのパターンに対応した
異なる2つの次数の回折光LC0及びLC+1の強度を
表わす各電気信号の比が、対応する位置データと
共に予め記憶されており、この記憶回路115か
ら読出した各電気信号の比dmと、除算回路11
3で求められた電気信号の比dabとを照合して、
予め記憶されている該当するスケールの位置デー
タDabを出力する。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a reading circuit that obtains position data from the electric signal from the photoelectric conversion element described above. As described above, it is sufficient to select two arbitrary different orders of diffracted light. For example, the electrical signals Sa and Sb from the photoelectric conversion elements PL 0 and PL +1 that convert the 0th-order diffracted light LC 0 and the 1st-order diffracted light LC +1 into electrical signals are sent to the sample and hold circuits 111a and 1111b and the A/D, respectively. converter 11
2a and 112b are converted into digital data d a and d b . Then, each A/D converted digital data d a and d b is divided by a division circuit 113 to obtain digital data d ab representing a ratio,
It is output to the verification circuit 114. Here, the storage circuit 115 stores in advance the ratio of electrical signals representing the intensities of the diffracted lights LC 0 and LC +1 of two different orders corresponding to the pattern of the grating track, together with the corresponding position data. , the ratio dm of each electric signal read from this memory circuit 115 and the division circuit 11
Compare the electrical signal ratio d ab obtained in step 3,
The position data D ab of the corresponding scale stored in advance is output.

なお、上述の実施例において、発光素子から照
射された可干渉光をスケールに透過させて回折光
を得ているが、透過光と反射光とは性質上差がな
いのでスケールで反射させて回折光を得るように
することも可能である。反射式とした場合、発光
素子、コリメータ、スリツトと集光レンズ、光電
変換素子とはスケールに対して同一側に配設さ
れ、スケールは光反射部と光非反射部とで形成さ
れる。また、第4図に示すようにスケールを円板
106にして、その表面に本発明の格子トラツク
TAを円環状に設け、円板106の中心を回転軸
にして回転させれば、角度の検出をアブソリユー
トで行なうことも可能である。さらに、上述の実
施例において光源部及び光電交換部を固定し、ス
ケールを移動させて位置検出を行なつているが、
スケールを固定し、光源部及び光電変換部を移動
させるようにしても位置検出が可能である。
Note that in the above embodiment, the coherent light emitted from the light emitting element is transmitted through the scale to obtain the diffracted light, but since there is no difference in nature between the transmitted light and the reflected light, the coherent light emitted from the light emitting element is reflected by the scale and diffracted. It is also possible to obtain light. In the case of a reflective type, the light emitting element, collimator, slit, condensing lens, and photoelectric conversion element are arranged on the same side with respect to the scale, and the scale is formed of a light reflecting part and a light non-reflecting part. Further, as shown in FIG. 4, the scale is made into a disk 106, and the grating track of the present invention is formed on the surface of the disk.
If T A is provided in an annular shape and rotated using the center of the disk 106 as the rotation axis, it is also possible to detect the angle absolutely. Furthermore, in the embodiments described above, the light source section and the photoelectric exchange section are fixed and the position is detected by moving the scale.
Position detection is also possible by fixing the scale and moving the light source section and photoelectric conversion section.

(発明の効果) 以上のように本発明の光学式エンコーダによれ
ば、従来複数本の格子トラツクが必要であつた長
ストロークの絶対位置検出が1本の格子トラツク
で可能となるので、部品が小さくなつて光学式エ
ンコーダを小型化することができると共に、従来
の複数個の光電変換素子から2個の光学変換素子
となるので、部品数が減少して光学式エンコーダ
の製造コストダウンや製品コストダウンを図るこ
とができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the optical encoder of the present invention, long-stroke absolute position detection, which conventionally required multiple grating tracks, can be performed using a single grating track. The smaller size allows the optical encoder to be made smaller, and since there are now two optical conversion elements instead of the conventional multiple photoelectric conversion elements, the number of parts is reduced, reducing the manufacturing cost of the optical encoder and the product cost. You can try to bring it down.

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

第1図は本発明の光学式エンコーダの光学系の
一例を示す斜視構造図、第2図はその格子トラツ
クの一例を示す図、第3図はその検出回路の一例
を示すブロツク図、第4図はその格子トラツクの
別の適用例を示す斜視図、第5図〜第7図はそれ
ぞれ本発明の原理を説明する図、第8図は従来の
光学式エンコーダの光学系の一例を示す斜視構造
図、第9図はその格子トラツクの一例を示す図、
第10図はその電気信号の一例を示す図、第11
図はその検出回路の一例を示す図である。 10,100……アブソリユート型エンコーダ
の光学系、11,101……発光素子、12,1
02……コリメータレンズ、13,14,104
……スケール、103……スリツト、105……
集光レンズ、15,PL……光電変換素子、11
1a,111b……サンプルホールド回路、11
2a,112b……AD変換器、113……除算
回路、114……照合回路、115……記憶回
路。
FIG. 1 is a perspective structural diagram showing an example of the optical system of the optical encoder of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of its grating track, FIG. 3 is a block diagram showing an example of its detection circuit, and FIG. The figure is a perspective view showing another application example of the grating track, Figures 5 to 7 are diagrams each explaining the principle of the present invention, and Figure 8 is a perspective view showing an example of the optical system of a conventional optical encoder. A structural diagram, FIG. 9 is a diagram showing an example of the lattice track,
FIG. 10 is a diagram showing an example of the electrical signal, and FIG.
The figure shows an example of the detection circuit. 10,100...Absolute type encoder optical system, 11,101...Light emitting element, 12,1
02... Collimator lens, 13, 14, 104
...Scale, 103...Slit, 105...
Condensing lens, 15, PL...Photoelectric conversion element, 11
1a, 111b...Sample hold circuit, 11
2a, 112b...AD converter, 113...Division circuit, 114...Verification circuit, 115...Storage circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 可干渉性を有する平行光を発する光源装置
と、光の遮断部及び非遮断部の比が異なる同一ピ
ツチの格子トラツクが設けられ前記光源装置によ
つて照射された前記平行光を回折するスケール
と、このスケールで回折された回折光のうち次数
の異なる複数の回折光を受光して各回折光の強度
に応じた電気信号に変換する光電変換装置とで成
ることを特徴とする光学式エンコーダ。 2 前記光源装置は、可干渉光を発する光源と、
この光源によつて照射された前記可干渉光を平行
光にするコリメータレンズと、このコリメータレ
ンズで平行化された前記平行光を所定幅に制限す
るスリツトとで構成されている特許請求の範囲第
1項に記載の光学式エンコーダ。 3 前記光源がレーザ光を発するレーザ光発振素
子である特許請求の範囲第2項に記載の光学式エ
ンコーダ。 4 前記光源装置及び光電変換装置が前記スケー
ルに対して反対側にあり、前記スケールの非遮断
部が前記光源装置によつて照射された前記平行光
を透過して回折するようになつている特許請求の
範囲第1項に記載の光学式エンコーダ。 5 前記光源装置及び光電変換装置が前記スケー
ルに対して同一側にあり、前記スケールの非遮断
部が前記光源装置によつて照射された前記平行光
を反射して回折するようになつている特許請求の
範囲第1項に記載の光学式エンコーダ。 6 前記スケールが長方形状の格子トラツクが設
けられている平板であり、前記相対的移動が直線
である特許請求の範囲第1項に記載の光学式エン
コーダ。 7 前記スケールが円環状の格子トラツクが設け
られている円板であり、前記相対的移動が回転で
ある特許請求の範囲第1項に記載の光学式エンコ
ーダ。 8 前記光電変換装置が、前記スケールによつて
回折された前記回折光を集光する集光レンズと、
集光された前記回折光の強度に応じた電気信号に
変換する光電変換素子とで構成されている特許請
求の範囲第1項に記載の光学式エンコーダ。 9 前記スケールと前記光源装置、電気光電変換
装置との相対的移動が、前記スケールが前記光源
装置、前記光電変換装置に対して移動するように
なつている特許請求の範囲第1項に記載の光学式
エンコーダ。 10 前記スケールと前記光源装置、前記光電変
換装置との相対的移動が、前記光源装置及び前記
光電変換装置が一緒に前記スケールに対して移動
するようになつている特許請求の範囲第1項に記
載の光学式エンコーダ。 11 可干渉性を有する平行光を発する光源装置
と、光の遮断部及び非遮断部の比が異なる同一ピ
ツチの格子トラツクが設けられ前記光源装置によ
つて照射された前記平行光を回折するスケール
と、このスケールで回折された回折光のうち次数
の異なる複数の回折光を受光して各回折光の強度
に応じた電気信号に変換する光電変換装置とで成
る光学系を有し、かつ前記スケールと前記光源装
置、前記光電変換装置との相対的移動に伴つて変
化する前記格子トラツクのパターンに対応した前
記光電変換装置から出力される各電気信号の比を
求めて、前記比を1つの変換手段を通じて前記ス
ケールの位置データに変換して出力する読取装置
を有することを特徴とする光学式エンコーダ。 12 前記読取装置が、前記光電変換装置から出
力される前記各電気信号をホールドするホールド
部と、このホールド部でホールドされた前記電気
信号をそれぞれA/D変換するA/D変換部と、
この各A/D変換部から出力される値の比を求め
る除算部と、この除算部出力を前記スケールの位
置データに変換する変換手段とで構成されている
特許請求の範囲第11項に記載の光学式エンコー
ダ。 13 前記変換手段が、前記スケールと前記光源
装置、前記光電変換装置との相対的移動に伴つて
変化する前記格子トラツクのパターンに対応した
前記次数の異なる複数の回折光の強度を表す各電
気信号の比を予め記憶するようになつている記憶
部と、前記除算部で求められた比を前記記憶部に
記憶されている比と照合して該当する前記スケー
ルの位置データを出力する照合部とで構成されて
いる特許請求の範囲第12項に記載の光学式エン
コーダ。 14 前記変換手段が、前記除算部で求められた
比を入力し予め定められた計算式に基づいて計算
することで前記スケールの位置データに変換して
出力する演算部より成る特許請求の範囲第12項
に記載の光学式エンコーダ。
[Scope of Claims] 1. A light source device that emits collimated light having coherence, and a grating track of the same pitch with different ratios of light blocking portions and non-blocking portions. It consists of a scale that diffracts parallel light and a photoelectric conversion device that receives multiple diffracted lights of different orders among the diffracted lights diffracted by this scale and converts them into electrical signals according to the intensity of each diffracted light. Features of optical encoder. 2. The light source device includes a light source that emits coherent light;
Claim 1 comprising: a collimator lens that converts the coherent light irradiated by the light source into parallel light; and a slit that limits the parallel light collimated by the collimator lens to a predetermined width. The optical encoder according to item 1. 3. The optical encoder according to claim 2, wherein the light source is a laser beam oscillation element that emits a laser beam. 4. A patent in which the light source device and the photoelectric conversion device are on the opposite side to the scale, and the non-blocking portion of the scale transmits and diffracts the parallel light irradiated by the light source device. An optical encoder according to claim 1. 5. A patent in which the light source device and the photoelectric conversion device are on the same side with respect to the scale, and the non-blocking portion of the scale reflects and diffracts the parallel light irradiated by the light source device. An optical encoder according to claim 1. 6. The optical encoder according to claim 1, wherein the scale is a flat plate provided with a rectangular grating track, and the relative movement is in a straight line. 7. The optical encoder according to claim 1, wherein the scale is a disk provided with an annular grating track, and the relative movement is rotation. 8. The photoelectric conversion device includes a condensing lens that condenses the diffracted light diffracted by the scale;
The optical encoder according to claim 1, further comprising a photoelectric conversion element that converts the focused diffracted light into an electric signal according to the intensity thereof. 9. The method according to claim 1, wherein the relative movement between the scale and the light source device and the electro-photoelectric conversion device is such that the scale moves with respect to the light source device and the photoelectric conversion device. optical encoder. 10. According to claim 1, the relative movement between the scale, the light source device, and the photoelectric conversion device is such that the light source device and the photoelectric conversion device move together with respect to the scale. Optical encoder as described. 11 A scale that is provided with a light source device that emits collimated light having coherence and grating tracks of the same pitch with different ratios of light blocking portions and non-blocking portions and diffracting the parallel light irradiated by the light source device. and a photoelectric conversion device that receives a plurality of diffracted lights of different orders among the diffracted lights diffracted on this scale and converts them into electrical signals according to the intensity of each diffracted light, and The ratio of each electrical signal output from the photoelectric conversion device corresponding to the pattern of the grating track that changes with the relative movement of the scale, the light source device, and the photoelectric conversion device is calculated, and the ratio is converted into one. An optical encoder comprising a reading device that converts and outputs the position data of the scale through a converting means. 12. The reading device includes a hold unit that holds each of the electrical signals output from the photoelectric conversion device, and an A/D conversion unit that A/D converts each of the electrical signals held by the hold unit.
Claim 11 is comprised of a division unit that calculates the ratio of values output from each A/D conversion unit, and conversion means that converts the output of the division unit into position data of the scale. optical encoder. 13 The converting means generates each electrical signal representing the intensity of the plurality of diffracted lights of different orders corresponding to the pattern of the grating track that changes with relative movement between the scale, the light source device, and the photoelectric conversion device. a storage unit configured to store in advance a ratio of the scale, and a verification unit that compares the ratio obtained by the division unit with the ratio stored in the storage unit and outputs position data of the corresponding scale. The optical encoder according to claim 12, comprising: 14. Claim 1, wherein the conversion means comprises a calculation unit that inputs the ratio obtained by the division unit and calculates it based on a predetermined calculation formula to convert it into position data of the scale and output it. The optical encoder according to item 12.
JP62246726A 1987-09-30 1987-09-30 Optical encoder Granted JPS6488313A (en)

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