JPH0612268B2 - Optical encoder - Google Patents

Optical encoder

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JPH0612268B2
JPH0612268B2 JP58098961A JP9896183A JPH0612268B2 JP H0612268 B2 JPH0612268 B2 JP H0612268B2 JP 58098961 A JP58098961 A JP 58098961A JP 9896183 A JP9896183 A JP 9896183A JP H0612268 B2 JPH0612268 B2 JP H0612268B2
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light
disk
groove
scale plate
optical encoder
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JP58098961A
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康一 山田
勢夫 渡辺
睦雄 平井
和郎 西
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34707Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、半導体レーザを使用した回転又は直線距離
変位量を検出する光学式エンコーダに関するものであ
る。
The present invention relates to an optical encoder that uses a semiconductor laser to detect a rotational or linear distance displacement amount.

従来この種の光学式エンコーダとしては、第1図に示す
ものがあつた。第1図は従来の半導体レーザを使用して
回転変位量を検出する光学式ロータリエンコーダの概略
構成を示す斜視図である。図において、1はボールペア
リング、2はボールベアリング1に支持された回転軸、
3は回転軸2に取付けられたパルス円盤、4は光源とし
ての半導体レーザ、5は半導体レーザ4から放射状に発
生するレーザ光、6はレーザ光5を平行にするためのコ
リメータレンズ、7はレーザ光5を数μmの大きさに集
光するための集光レンズ、8はパルス円盤3を透過した
光量の変化を検知する光検知器であり、この光検知器8
としては、例えばフォトダイオードが用いられている。
また、第2図(a)及び(b)に示す様に、パルス円盤3は、
通常、ガラス円盤9が用いられ、このガラス円盤9に
は、明暗格子縞10であるクロム蒸着膜がエツチングに
よりパターンニングすることによつて設けられている。
A conventional optical encoder of this type is shown in FIG. FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an optical rotary encoder for detecting a rotational displacement amount using a conventional semiconductor laser. In the figure, 1 is ball pairing, 2 is a rotary shaft supported by a ball bearing 1,
3 is a pulse disk attached to the rotating shaft 2, 4 is a semiconductor laser as a light source, 5 is laser light radially generated from the semiconductor laser 4, 6 is a collimator lens for making the laser light 5 parallel, and 7 is a laser. A condenser lens for condensing the light 5 into a size of several μm, and 8 is a photodetector for detecting a change in the amount of light transmitted through the pulse disk 3, and this photodetector 8
For this, for example, a photodiode is used.
Further, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the pulse disk 3 is
Usually, a glass disk 9 is used, and a chromium vapor deposition film which is a bright and dark lattice stripe 10 is provided on the glass disk 9 by patterning by etching.

次に、上記第1図の動作について説明する。外部から回
転軸2に回転が伝えられると、明暗格子縞10が刻まれ
ているパルス円盤3が回転され、このパルス円盤3を透
過するレーザ光5の量が変化する。その変化する量を、
光検知器8で検知すれば回転変位量を知ることができ
る。レーザ光5は、半導体レーザ4から約1〜3mWの
強度で発光するが、第1図に示す様に放射状に発生する
ため、コリメータレンズ6によつて平行光となし、集光
レンズ7により直径約2〜10μmに小さく集光し、パ
ルス円盤3の明暗格子縞10に照射されている。さて、
第3図(a)に示す様に、約2〜5μmの小さな円形のス
ポツト光11に集光されたレーザ光5は、明暗格子縞1
0を横切ると、第3図(b),(d)に示す様な波形の各出力
信号が発生する。明暗格子縞10の周期(ピツチ)が大き
い場合、発生する出力信号は、第3図(b)に示す矩形波
に近い波形になるが、明暗格子縞10の周期(ピツチ)が
小さくなり、明暗格子縞10の幅とレーザ光5の円形の
スポツト光11の径がほぼ等しくなると、第3図(d)に
示す様に、発生する出力信号は正弦波状の波形となる。
さらに、明暗格子縞10の幅がレーザ光5の円形のスポ
ツト光11の径よりも小さくなると、発生する出力信号
の振幅は小さくなり、ついには明暗格子縞10が検出で
きなくなつてくる。そのため、明暗格子縞10の幅が小
さくなると、レーザ光5の円形のスポツト光11の径は
小さくしなければならない。例えば、1万パルスを発生
する直径50mmのパルス円盤3を作つた場合、明暗格子
縞10の幅は、約7μmになるので、レーザ光5の円形
のスポツト光11の径は約7μm以下であれば良い。
Next, the operation of FIG. 1 will be described. When the rotation is transmitted to the rotary shaft 2 from the outside, the pulse disk 3 on which the bright and dark lattice stripes 10 are engraved is rotated, and the amount of the laser beam 5 transmitted through the pulse disk 3 changes. The changing amount,
If detected by the light detector 8, the amount of rotational displacement can be known. The laser light 5 is emitted from the semiconductor laser 4 with an intensity of about 1 to 3 mW, but since it is generated radially as shown in FIG. 1, it is collimated by the collimator lens 6 and collimated by the condenser lens 7. The light is condensed to a small size of about 2 to 10 μm and is irradiated on the bright and dark lattice fringes 10 of the pulse disk 3. Now,
As shown in FIG. 3 (a), the laser light 5 focused on the small circular spot light 11 of about 2 to 5 .mu.m is the bright and dark lattice stripes 1.
When it crosses 0, output signals having waveforms as shown in FIGS. 3 (b) and 3 (d) are generated. When the period (pitch) of the bright and dark lattice fringes 10 is large, the generated output signal has a waveform close to the rectangular wave shown in FIG. 3 (b), but the period (pitch) of the bright and dark lattice fringes 10 becomes small and the bright and dark lattice fringes 10 have a small waveform. When the width of the laser beam and the diameter of the circular spot light 11 of the laser beam 5 become substantially equal, the generated output signal has a sinusoidal waveform as shown in FIG. 3 (d).
Further, when the width of the bright and dark lattice fringes 10 becomes smaller than the diameter of the circular spot light 11 of the laser light 5, the amplitude of the generated output signal becomes small, and finally the bright and dark lattice fringes 10 cannot be detected. Therefore, if the width of the bright and dark lattice stripes 10 becomes smaller, the diameter of the circular spot light 11 of the laser light 5 must be made smaller. For example, when the pulse disk 3 having a diameter of 50 mm for generating 10,000 pulses is made, the width of the bright and dark lattice fringes 10 is about 7 μm, so that the diameter of the circular spot light 11 of the laser light 5 is about 7 μm or less. good.

光学式ロータリエンコーダの場合、その検出精度はパル
ス円盤3の明暗格子縞10の寸法精度や、パルス円盤3
の中心と回転中心のズレ(偏心)などによつて決まる。
このため、パルス円盤3の明暗格子縞10の寸法精度
は、パルス数が大きくなる程厳しくなり、例えば、10
000パルスの場合、検出精度を5%以内にするために
は、明暗格子縞10の幅の配置精度を3秒以内に抑さえ
なければならない。そのためには、第2図(a),(b)に示
す従来のガラス円盤9上に、明暗格子縞10であるクロ
ム蒸着膜をエツチングにより作製する方法では、1枚1
枚のパルス円盤3をコントロールされた条件下におい
て、電子ビーム露光でパターンニングしてエツチングに
より作製しなければならず、コストも高くなるなどの欠
点があつた。
In the case of an optical rotary encoder, the detection accuracy is the dimensional accuracy of the bright and dark lattice stripes 10 of the pulse disk 3 or the pulse disk 3
It is determined by the deviation (eccentricity) between the center of rotation and the center of rotation.
For this reason, the dimensional accuracy of the bright and dark lattice stripes 10 of the pulse disk 3 becomes more severe as the number of pulses increases, and for example, 10
In the case of 000 pulses, in order to keep the detection accuracy within 5%, the placement accuracy of the width of the bright and dark lattice fringes 10 must be suppressed within 3 seconds. For that purpose, in the method of producing the chromium vapor deposition film which is the light and dark lattice stripes 10 on the conventional glass disk 9 shown in FIGS.
Under the controlled conditions, one pulse disk 3 has to be patterned by electron beam exposure and manufactured by etching, which is disadvantageous in that the cost is increased.

この発明は上記の様な従来のものの欠点を除去するため
になされたもので、溝又は起伏が一定の周期で、幅がこ
の周期の1/2〜1/3で、深さが光の波長の1/8から3/8であ
る凹状の多数の溝の集まり又は凸状の多数の起伏の集ま
りで形成したスケール板と、光源と、この光源からの光
を所定数の前記溝又は起伏の領域に照射できる様に集光
する第1の光学系と、前記スケール板から反射又は透過
してくる光を光検知器に導く第2の光学系と、前記光検
知器とを備えて成る構成を有し、前記スケール板を成形
加工により製作したものであり、低コストで、信頼性の
高い光学式エンコーダを提供することを目的としてい
る。
The present invention was made to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional ones, and the groove or undulation has a constant cycle, the width is 1/2 to 1/3 of this cycle, and the depth is the wavelength of light. 1/8 to 3/8 is a scale plate formed by a collection of a large number of concave grooves or a large number of convex undulations, a light source, and the light from the light source, and a predetermined number of the grooves or undulations. A configuration including a first optical system that collects light so that it can be irradiated onto an area, a second optical system that guides light reflected or transmitted from the scale plate to a photodetector, and the photodetector. It is intended to provide an optical encoder that has a low cost and high reliability, and is manufactured by molding the scale plate.

以下、この発明の実施例を図について説明する。第4図
(a)及び(b)は、この発明の一実施例である光学式エンコ
ーダに適用されるパルス円盤を示す一部平面図及びその
B−B線の拡大断面図である。図において、11はスポ
ツト光、12はスケール板としてのパルス円盤3に刻ま
れた溝、13は金属膜から成る反射膜である。溝12
は、同心円又はらせん状の連続した溝を、パルス数に応
じて角度分割したものに相当し、パルス円盤3の半径方
向に並んだ一連の溝の集りが、第2図(a)に示す従来の
明暗格子縞10の1本に対応する。したがつて、それぞ
れの溝の長さは、パルス数に応じて分割した角度の大き
さにより変化し、パルス円盤3の中心に向うにしたがつ
て短くなる。また、溝の深さdは、使用するレーザ波長
の約1/4の大きさ、溝の周期Pは、約1.6〜2μm、
溝の幅Wは周期Pの1/3〜1/2に設定すれば良い。金属膜
から成る反射膜13としては、Cr又はAl等の高反射率
で、安定性の良い金属を用いれば良い。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Fig. 4
(a) And (b) is the one part plan view which shows the pulse disk applied to the optical encoder which is one Example of this invention, and the expanded sectional view of the BB line. In the figure, 11 is spot light, 12 is a groove formed in the pulse disk 3 as a scale plate, and 13 is a reflective film made of a metal film. Groove 12
Corresponds to a concentric circle or spiral continuous groove angle-divided according to the number of pulses. A series of grooves arranged in the radial direction of the pulse disk 3 is shown in FIG. 2 (a). It corresponds to one of the bright and dark checkered patterns 10. Therefore, the length of each groove changes depending on the size of the angle divided according to the number of pulses, and becomes shorter as it goes toward the center of the pulse disk 3. The depth d of the groove is about 1/4 of the laser wavelength used, and the period P of the groove is about 1.6 to 2 μm.
The width W of the groove may be set to 1/3 to 1/2 of the period P. As the reflection film 13 made of a metal film, a metal having high reflectance and good stability such as Cr or Al may be used.

次に、上記した溝12を有するパルス円盤3の製作工程
について、第5図(a)ないし(i)を用いて説明する。第5
図(a)に示す様に、ガラス円盤14上にポジフオトレジ
スト15を、使用する半導体レーザの波長の4分の1の
厚さに均一に塗布して円盤16を形成する。ポジフオト
レジスト15としては、例えばAZ1350などの解像
力の大きなものを用いる。第5図(b)に示す様に、円盤
16を一定速度で回転させながら、レーザ光17で露光
する。ここで、レーザ光17にはアルゴンレーザを用
い、集光レンズ7で直径約1μm以下のスポツト光にし
てポジフオトレジスト15の面上に照射する。この時、
レーザ光17は、円盤16が1回転する間に、パルス円
盤として必要なパルス数と同じ回数だけON,OFFを
繰り返しながら、照射位置を、円盤16の矢印で示す半
径方向に一定速度で移動させる。また、レーザ光17を
ON,OFFさせるタイミングは、円盤16の回転と同
期させる必要がある。第5図(c)に示す様に、レーザ光
17で露光された部分18の現像を行うと、第5図(d)
に示す様に、露光された部分18だけが溶けて溝12が
でき、その配置は、第4図(a),(b)に示す様になる。こ
の様にして作製した円盤16を原盤として、レプリカを
作製し、これをパルス円盤として使用する。第5図(e)
に示す様に、原盤の表面に、例えばAg等の金属膜19を
被着させ、この金属膜19を電極としてNiメツキを行
い、第5図(f),(g)に示す様に、原盤からはがしてマス
ター20を作製する。第5図(h)に示す様に、このマス
ター20から数枚のスタンパー21を作製する。このス
タンパー21を用いて、圧縮成形,射出成形により、プ
ラスチツク(PMMA,ポリカーボネート等)に溝を転
写し、第5図(i)に示す様なレプリカ円盤22を大量に
作製する。このレプリカ円盤22の表面に金属膜を蒸着
又はスパツタリングにより形成し、これを反射膜13と
する。なお、反射膜13を保護するため、この反射膜1
3上に保護膜を設けても良い。また、溝12を転写する
方法としては、紫外線硬化樹脂をプラスチツク板又はガ
ラス板に塗布し、スタンパー21を押し付け、紫外線の
照射により樹脂を硬化させて行う方法もある。スケール
板として用いるパルス円盤3すなわちレプリカ円盤22
は上述のように成形加工により大量に製作でき、従来の
ように1枚1枚エッチング加工する必要がない。
Next, a manufacturing process of the pulse disk 3 having the groove 12 will be described with reference to FIGS. 5 (a) to (i). Fifth
As shown in FIG. 3A, a positive photo resist 15 is evenly applied on the glass disk 14 to a thickness of a quarter of the wavelength of the semiconductor laser used to form a disk 16. As the positive photoresist 15, for example, one having a large resolving power such as AZ1350 is used. As shown in FIG. 5 (b), the disc 16 is exposed to the laser beam 17 while being rotated at a constant speed. Here, an argon laser is used as the laser light 17, and spot light having a diameter of about 1 μm or less is made by the condenser lens 7 to irradiate the surface of the positive photoresist 15. At this time,
The laser beam 17 moves the irradiation position at a constant speed in the radial direction indicated by the arrow on the disk 16 while repeatedly turning on and off as many times as the number of pulses required for the pulse disk while the disk 16 makes one rotation. . Further, the timing of turning the laser light 17 on and off needs to be synchronized with the rotation of the disk 16. As shown in FIG. 5 (c), when the portion 18 exposed by the laser beam 17 is developed, FIG. 5 (d)
As shown in FIG. 4, only the exposed portion 18 melts to form the groove 12, and the arrangement is as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). A replica is produced using the disc 16 thus produced as a master disc, and this replica is used as a pulse disc. Fig. 5 (e)
As shown in Fig. 5, a metal film 19 such as Ag is deposited on the surface of the master, and Ni plating is performed using this metal film 19 as an electrode, and as shown in Figs. 5 (f) and 5 (g), The master 20 is produced by peeling it off. As shown in FIG. 5 (h), several stampers 21 are produced from this master 20. Using this stamper 21, grooves are transferred to a plastic (PMMA, polycarbonate, etc.) by compression molding and injection molding, and a large number of replica disks 22 as shown in FIG. 5 (i) are manufactured. A metal film is formed on the surface of the replica disk 22 by vapor deposition or sputtering, and this is used as the reflection film 13. In order to protect the reflective film 13, this reflective film 1
You may provide a protective film on 3. Further, as a method of transferring the groove 12, there is also a method of applying an ultraviolet curable resin to a plastic plate or a glass plate, pressing the stamper 21 and curing the resin by irradiation of ultraviolet rays. Pulse disk 3 used as a scale plate, that is, replica disk 22
Can be manufactured in a large amount by molding as described above, and it is not necessary to perform etching processing one by one as in the conventional case.

次に、この発明のパルス円盤3であるレプリカ円盤22
から信号を検出する方法について、第6図(a)ないし(c)
を用いて説明する。レプリカ円盤22の円盤面に集光レン
ズ7を介して照射されたレーザ光5は、第6図(a)に示
す様に、溝12の存在しない部分では、反射光は元きた
光路をそのままもどつてくる。しかし、第6図(b),(c)
に示す様に、溝12が存在する部分では、溝12の底面
からの反射光23は、溝12の両側の領域部分24から
の反射光25と位相差を生じて互いに干渉し合う。この
溝12の深さを4分の1波長にすると、各反射光23,
25の位相差は2分の1波長になり互いに打ち消し合
い、集光レンズ7を通過する反射光は最小になる。溝の
深さが4分の1波長でなく、例えば8分の1波長の場合
でも両反射光23、25の間には4分の1波長の位相差
があるので、第6図(a)に示す平坦部からの反射光に比
べて、同図(b)に示す溝を有する部分からの反射光は弱
くなる。溝の深さが4分の1波長を中心として8分の1
ないし8分の3波長ぐらいであれば、反射光の強弱を検
出できる。また、第4図(b)に示す溝の幅はWは広すぎ
ると第6図(c)に示す反射光25の光量が少なくなり、
逆に狭すぎると反射光23の光量が少なくなるので、溝
の幅Wはその周期の3分の1ないし2分の1に選ぶとよ
い。レプリカ円盤22は、回転することにより溝12の
存在する部分と溝12の存在しない部分とが交互に表わ
れ、反射光の大きさが変化するので、これを検出するこ
とにより、上記した従来のパルス円盤3の明暗格子縞1
0と同様な信号を取り出すことができる。この信号検出
系としては、例えば第7図に示す様な反射光を検知する
系を用いる。半導体レーザ4からコリメータレンズ6及
び集光レンズ7を介してレーザ光5がレプリカ円盤22
に集光照射され、このレプリカ円盤22の円盤面から反
射してきたレーザ光5は、ハーフミラー26によつて光
路を曲げられ、集光レンズ7により集光されて光検知器
8に導かれる。
Next, the replica disk 22 which is the pulse disk 3 of the present invention.
Figure 6 (a) to (c) for the method of detecting the signal from the
Will be explained. As shown in FIG. 6 (a), the laser light 5 radiated to the disk surface of the replica disk 22 through the condenser lens 7 causes the reflected light to return to its original optical path in the portion where the groove 12 does not exist. Come on. However, Figures 6 (b) and (c)
As shown in FIG. 5, in the portion where the groove 12 is present, the reflected light 23 from the bottom surface of the groove 12 causes a phase difference with the reflected light 25 from the area portions 24 on both sides of the groove 12 and interferes with each other. When the depth of the groove 12 is set to a quarter wavelength, each reflected light 23,
The phase difference of 25 becomes a half wavelength and cancels each other, and the reflected light passing through the condenser lens 7 becomes the minimum. Even if the groove depth is not a quarter wavelength, for example, a quarter wavelength, there is a quarter wavelength phase difference between the two reflected lights 23 and 25. Compared with the reflected light from the flat portion shown in (b), the reflected light from the portion having the groove shown in FIG. The depth of the groove is ⅛ centering on ¼ wavelength
The intensity of the reflected light can be detected if the wavelength is about ⅜ wavelength. Further, if the width W of the groove shown in FIG. 4 (b) is too wide, the amount of reflected light 25 shown in FIG. 6 (c) will decrease,
On the other hand, if the width is too narrow, the amount of the reflected light 23 decreases, so the width W of the groove should be selected to be ⅓ to ½ of the period. When the replica disk 22 is rotated, portions where the grooves 12 are present and portions where the grooves 12 are not present appear alternately, and the magnitude of the reflected light changes. Therefore, by detecting this, the above-described conventional disc Bright and dark checkered pattern 1 of pulse disk 3
A signal similar to 0 can be taken out. As this signal detection system, for example, a system for detecting reflected light as shown in FIG. 7 is used. The laser beam 5 is emitted from the semiconductor laser 4 via the collimator lens 6 and the condenser lens 7 to the replica disk 22.
The laser light 5 that is focused and irradiated on the replica disk 22 and reflected from the disk surface of the replica disk 22 has its optical path bent by the half mirror 26, is focused by the focusing lens 7, and is guided to the photodetector 8.

他の実施例として、スケール板としてのレプリカ円盤2
2を、溝12の転写された金属板で作ると、金属反射面
の凹凸によつて信号を取り出すことができる。
As another example, a replica disk 2 as a scale plate
When 2 is made of a metal plate having the groove 12 transferred, a signal can be taken out by the unevenness of the metal reflection surface.

また、他の実施例として、第8図に示す様にして反射光
を検知する系を用いて行うこともできる。この場合に
は、第5図(h)に示すスタンパー21を透明樹脂で形成
し、この透明樹脂面には、第5図(i)に示す金属膜から
成る反射膜13を形成することなく、透明スケール板か
ら成るレプリカ円盤22として使用する。半導体レーザ
4からコリメータレンズ6及び集光レンズ7を介してレ
ーザ光5がレプリカ円盤22に集光照射され、このレプ
リカ円盤22の円盤面の凹凸の溝に当ると、この凹凸の
溝が回折格子として働き、レーザ光5の透過光は0次光
27,±1次光28,29として分離される。したがつ
て、レプリカ円盤22を回転することにより、溝の存在
する部分と溝の存在しない部分とで0次光27の大きさ
が変化し、この0次光27を光検知器8で受光すること
により、これを振幅の変化として検知できる。
As another embodiment, a system for detecting reflected light as shown in FIG. 8 can be used. In this case, the stamper 21 shown in FIG. 5 (h) is formed of transparent resin, and the transparent resin surface is not formed with the reflection film 13 made of the metal film shown in FIG. 5 (i). It is used as a replica disk 22 made of a transparent scale plate. When the replica disk 22 is focused and irradiated with the laser light 5 from the semiconductor laser 4 through the collimator lens 6 and the condenser lens 7, and hits the concave and convex grooves on the disk surface of the replica disk 22, the concave and convex grooves form the diffraction grating. And the transmitted light of the laser light 5 is separated as 0th-order light 27 and ± first-order lights 28 and 29. Therefore, by rotating the replica disk 22, the size of the 0th-order light 27 changes between the portion where the groove is present and the portion where the groove is not present, and the 0th-order light 27 is received by the photodetector 8. This can be detected as a change in amplitude.

以上の説明では、回転変位量を検出する光学式エンコー
ダのレプリカ円盤22の作用について述べてきたが、同
様な原理で、直線上の距離の変位量を検出する光学式リ
ニアエンコーダにも適用することができることは明らか
である。第9図について、その実施例を説明する。図に
示す様に、表面に多数の凹凸の溝12が形成されたスケ
ール板28は直線形状に形成され、固定端に固定され
る。半導体レーザを含む光学系が移動物体に保持されて
直線上を移動し、複数の溝12を同時に照射するレーザ
光の円形のスポツト光11が、図の矢印Aで示す方向に
動くことにより、上記した光学式ロータリエンコーダと
同様な原理で、直線変位量をパルス化して検知すること
ができる。
In the above description, the operation of the replica disk 22 of the optical encoder for detecting the rotational displacement amount has been described, but the same principle can be applied to the optical linear encoder for detecting the displacement amount of the linear distance. It is clear that An embodiment will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the scale plate 28 having a large number of concave and convex grooves 12 formed on its surface is formed in a linear shape and fixed to a fixed end. An optical system including a semiconductor laser moves on a straight line while being held by a moving object, and circular spot light 11 of laser light that irradiates a plurality of grooves 12 at the same time moves in a direction indicated by an arrow A in the drawing. The linear displacement amount can be pulsed and detected by the same principle as that of the optical rotary encoder.

さらに、他の実施例として、上記したものは1個のレー
ザ光5の円形のスポツト光11からそのパルス数を計数
することにより、変位量を読み取る方式の場合について
説明したが、一般に光学式エンコーダでは、90゜位相
の異なるA相,B相、さらに基準位置を検出するZ相を
設ける場合が多く、この発明におけるスケール板でもZ
相を設けることができる。第10図は、この実施例を光
学式ロータリエンコーダに適用した場合を示している。
半導体レーザによつて集光された円形のスポツト光を3
個設け、それぞれA相,B相,Z相の各円形のスポツト
光30,31,32の信号として、光検知器で反射光又
は透過光を受光することにより達成できる。Z相のスポ
ツト光32は、一周に一回の基準信号を取り出すことが
できる。33はZ相用溝であり、このZ相用溝33は、
多数の溝12から1回転に1回の基準位置を示すために
設けられており、Z相の円形のスポツト光32によつて
信号を検出できる。
Further, as another embodiment, the above-mentioned one describes the case of reading the displacement amount by counting the number of pulses of the circular spot light 11 of one laser light 5, but in general, the optical encoder In many cases, an A phase and a B phase having different 90 ° phases and a Z phase for detecting a reference position are often provided.
Phases can be provided. FIG. 10 shows a case where this embodiment is applied to an optical rotary encoder.
Circular spot light focused by a semiconductor laser
This can be achieved by individually providing each of the circular spot lights 30, 31, and 32 of the A phase, B phase, and Z phase, and receiving reflected light or transmitted light with a photodetector. The Z-phase spot light 32 can extract the reference signal once per revolution. 33 is a Z-phase groove, and this Z-phase groove 33 is
It is provided to indicate a reference position once per one rotation from a large number of grooves 12, and a signal can be detected by the spot light 32 having a circular shape of Z phase.

以上の様に、この発明の光学式エンコーダによれば、凹
状の多数の溝の集まり又は凸状の多数の起伏の集まりと
平面部とで形成したスケール板を適用して成る構成とし
たので、凹凸面で光の干渉または回折が生じて光の強さ
が弱くなり、平面部からの反射光または透過光との間で
光の強さに差が生じ、スケール板の動きに応じた光の強
弱が得られて極めて高い分解能が得られるとともに、上
記スケール板を成形加工により製作するようにしたの
で、安価で大量に高品質のスケール板が得られ、その結
果、低コストで高品質の光学式エンコーダが得られると
いう優れた効果を奏するものである。
As described above, according to the optical encoder of the present invention, a configuration is adopted in which a scale plate formed by a flat surface portion and a large number of concave groove groups or a large number of convex undulations is applied. Light intensity weakens due to interference or diffraction of light on the uneven surface, and there is a difference in light intensity between the reflected light from the flat surface and the transmitted light. The strength and weakness can be obtained and extremely high resolution can be obtained, and since the above scale plate is manufactured by molding processing, a large amount of high quality scale plate can be obtained at low cost, and as a result, low cost and high quality optical This has an excellent effect of obtaining a rotary encoder.

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

第1図は従来の半導体レーザを使用して回転変位量を検
出する光学式ロータリエンコーダの概略構成を示す斜視
図、第2図(a)及び(b)は、第1図の光学式ロータリエン
コーダに適用されるパルス円盤を示す一部平面図及びそ
のA−A線の拡大断面図、第3図(a)ないし(d)は、第2
図(a)及び(b)のパルス円盤の動作態様を示す各説明図、
第4図(a)及び(b)は、この発明の一実施例である光学式
エンコーダに適用されるパルス円盤を示す一部平面図及
びそのB−B線の拡大断面図、第5図(a)ないし(i)は、
第4図(a)及び(b)のパルス円盤の製作工程を示す各説明
図、第6図(a)ないし(c)は、この発明の光学式エンコー
ダに適用されるパルス円盤からの信号検出原理を示す各
説明図、第7図及び第8図は、この発明の他の実施例で
ある光学式エンコーダの信号検出系を示す各説明図、第
9図はこの発明の他の実施例である光学式リニアエンコ
ーダに適用されるスケール板を示す一部平面図、第10
図はこの発明の他の実施例である光学式ロータリエンコ
ーダに適用されるスケール板を示す一部平面図である。 図において、1……ボールベアリング、2……回転軸、
3……パルス円盤、4……半導体レーザ、5,17……
レーザ光、6……コリメータレンズ、7……集光レン
ズ、8……光検知器、9,14……ガラス円盤、10…
…明暗格子縞、11,30,31,32……スポツト
光、12……溝、13……反射溝、15……ポジフオト
レジスト、16……円盤、18……露光された部分、1
9……金属膜、20……マスター、21……スタンパ
ー、22……レプリカ円盤、23,25……反射光、2
4……領域部分、26……ハーフミラー、27……0次
光、28,29……±1次光、33……Z相用溝であ
る。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an optical rotary encoder for detecting a rotational displacement amount using a conventional semiconductor laser, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are optical rotary encoders of FIG. FIG. 3 (a) to FIG. 3 (d) is a partial plan view showing a pulse disk applied to
(A) and (b) each explanatory view showing the operation mode of the pulse disk,
FIGS. 4 (a) and 4 (b) are a partial plan view showing a pulse disk applied to an optical encoder according to an embodiment of the present invention, an enlarged sectional view taken along line BB thereof, and FIG. a) to (i) are
FIGS. 4 (a) and 4 (b) are explanatory views showing the manufacturing process of the pulse disk, and FIGS. 6 (a) to 6 (c) are signal detection from the pulse disk applied to the optical encoder of the present invention. FIGS. 7 and 8 are explanatory diagrams showing the principle, FIGS. 7 and 8 are explanatory diagrams showing a signal detection system of an optical encoder which is another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is another embodiment of the present invention. Partial plan view showing a scale plate applied to an optical linear encoder,
The drawing is a partial plan view showing a scale plate applied to an optical rotary encoder which is another embodiment of the present invention. In the figure, 1 ... ball bearing, 2 ... rotating shaft,
3 ... Pulse disk, 4 ... Semiconductor laser, 5, 17 ...
Laser light, 6 ... Collimator lens, 7 ... Focusing lens, 8 ... Photodetector, 9, 14 ... Glass disk, 10 ...
... bright and dark lattice stripes, 11, 30, 31, 32 ... spot light, 12 ... groove, 13 ... reflection groove, 15 ... positive photoresist, 16 ... disk, 18 ... exposed portion, 1
9 ... Metal film, 20 ... Master, 21 ... Stamper, 22 ... Replica disk, 23, 25 ... Reflected light, 2
4 ... area portion, 26 ... half mirror, 27 ... 0th order light, 28, 29 ... ± 1st order light, 33 ... Z phase groove. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平井 睦雄 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 (72)発明者 西 和郎 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−135405(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mutsuo Hirai 8-1-1 Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City, Hyogo Prefecture Sanryu Electric Co., Ltd. Applied Equipment Research Laboratory (72) Kazuro Nishi Nishi 8-chome Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City, Hyogo Prefecture No. 1-1 Sanryo Electric Co., Ltd., Applied Equipment Research Laboratory (56) Reference JP-A-58-135405 (JP, A)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】溝又は起伏が一定の周期で、幅が該周期の
1/3〜1/2で、深さが光の波長の1/8〜3/8である凹状の多
数の溝の集まり又は凸状の多数の起伏の集まりと平面部
が交互に形成された形状に成形加工により製作されたス
ケール板と、光源と、該光源からの光を所定数の前記溝
又は起伏の領域に照射できる様に集光する第1の光学系
と、前記スケール板から反射又は透過してくる光を光検
知器に導く第2の光学系と、前記光検知器とを備えて成
ることを特徴とする光学式エンコーダ。
1. A groove or undulation has a constant cycle and a width of the cycle.
1/3 to 1/2, the depth is 1/8 to 3/8 of the wavelength of light, and a group of a large number of concave grooves or a large number of convex undulations and flat portions are formed alternately. A scale plate formed by molding into a shape, a light source, a first optical system for condensing light from the light source so that a predetermined number of grooves or undulating regions can be irradiated, and reflection from the scale plate Alternatively, an optical encoder comprising a second optical system for guiding the transmitted light to a photodetector and the photodetector.
【請求項2】前記スケール板は、透明体で形成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光学式エンコ
ーダ。
2. The optical encoder according to claim 1, wherein the scale plate is formed of a transparent body.
【請求項3】前記スケール板に形成した凹状の溝又は凸
状の起伏の表面に、反射膜を形成したことを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の光学式エンコーダ。
3. The optical encoder according to claim 1, wherein a reflective film is formed on the surface of the concave groove or the convex undulation formed on the scale plate.
【請求項4】前記スケール板は、金属で形成したことを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光学式エンコー
ダ。
4. The optical encoder according to claim 1, wherein the scale plate is made of metal.
JP58098961A 1983-06-03 1983-06-03 Optical encoder Expired - Lifetime JPH0612268B2 (en)

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