JPH0783704A - Optical encoder - Google Patents

Optical encoder

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JPH0783704A
JPH0783704A JP5248736A JP24873693A JPH0783704A JP H0783704 A JPH0783704 A JP H0783704A JP 5248736 A JP5248736 A JP 5248736A JP 24873693 A JP24873693 A JP 24873693A JP H0783704 A JPH0783704 A JP H0783704A
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JP
Japan
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detection
window
scale
detection window
bar
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5248736A
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Japanese (ja)
Inventor
Norio Tsuburaya
寛夫 圓谷
Yasuo Suzuki
康夫 鈴木
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Publication of JPH0783704A publication Critical patent/JPH0783704A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable highly accurate measurement to be realized by minimizing variation in the center level of an encoder signal. CONSTITUTION:Two sets of four types of detection windows A, detection window A bars, detection windows B and detection window B bars are arranged in the direction of movement on an index scale 3. The detection windows A, the detection window A bars, the detection windows B and the detection window B bars in the left row set are arranged in the specified order in the direction vertical to the direction of movement and the detection windows A, the detection window A bars, the detection windows B and the detection window B bars in the right row set are arranged in the vertical direction in the order opposite to that of the detection windows in the left row. This prevents influence of variation in the quantity of light in direction of movement and variations in the quantity of light in the direction opposite to the direction of movement respectively.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は光学式エンコーダに関
し、例えば光学式透過型ロータリエンコーダや光学式透
過型リニアエンコーダなどの光学式エンコーダに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical encoder, for example, an optical encoder such as an optical transmissive rotary encoder or an optical transmissive linear encoder.

【0002】[0002]

【従来の技術】光学式透過型ロータリエンコーダでは、
光源の光がメインスケール及びインデックススケールを
通過して受光素子に至り、受光素子で通過光が検出さ
れ、メインスケールとインデックススケールとの相対移
動量を表す90゜位相差の2相正弦波出力(エンコーダ
信号)が得られる。
2. Description of the Related Art In an optical transmission type rotary encoder,
The light from the light source passes through the main scale and index scale to reach the light receiving element, the light passing through is detected by the light receiving element, and a two-phase sine wave output with a 90 ° phase difference indicating the relative movement amount between the main scale and the index scale ( Encoder signal) is obtained.

【0003】しかし、メインスケールとインデックスス
ケールとが互いに平行に配置されていないとき、インデ
ックススケールとメインスケールとが互いに平行に相対
移動を行わないとき、メインスケールの格子目盛りに明
暗のむらがあるとき、光源の光軸がずれ、光がメインス
ケールに対して均等に照射されていないとき等において
は、各検出窓の受光量が一定にならないため、受光素子
で得たエンコーダ信号の中心レベルが変動し、その結果
検出精度が低下する。
However, when the main scale and the index scale are not arranged in parallel with each other, when the index scale and the main scale do not move relative to each other in parallel, and when the grid scale of the main scale has uneven brightness, When the optical axis of the light source is deviated and the light is not evenly applied to the main scale, the received light amount of each detection window is not constant, so the center level of the encoder signal obtained by the light receiving element fluctuates. As a result, the detection accuracy decreases.

【0004】そこで、従来、図6及び図7に示すよう
に、インデックススケールに4種類の検出窓A(0
゜)、Aバー(180゜)、B(90゜)、Bバー(2
70゜)を設けた。各検出窓A、Aバー、B、Bバーの
位置関係は、図6(a)に示すように、検出窓Aと検出
窓B、検出窓Bバーと検出窓Aバーがそれぞれ移動方向
に沿い、検出窓Aと検出窓Bバー、検出窓Bと検出窓A
バーがそれぞれ移動方向に対して垂直の方向に沿う。
Therefore, conventionally, as shown in FIGS. 6 and 7, four types of detection windows A (0
°), A bar (180 °), B (90 °), B bar (2
70 °). As shown in FIG. 6A, the positional relationship among the detection windows A, A bar, B, and B bar is such that the detection window A and the detection window B and the detection window B bar and the detection window A bar are along the moving direction, respectively. , Detection window A and detection window B bar, detection window B and detection window A
Each bar runs along a direction perpendicular to the direction of travel.

【0005】また、図6(b)に示すように、各検出窓
A、B、Aバー、Bバーを移動方向に沿って並べるよう
にしたものもある。
Further, as shown in FIG. 6 (b), there is also one in which the detection windows A, B, A bar, and B bar are arranged along the moving direction.

【0006】図9に示すように、検出窓Aに対向配置さ
れた受光素子としてのフォトダイオード14a,検出窓
Aバーに対向配置された受光素子のとしてフォトダイオ
ード14bが互いに逆極性で並列に接続され、フォトダ
イオード14a,14bの出力の和が演算増幅器15で
増幅される。不図示だが検出窓B、Bバーも検出窓A、
Aバーと同様に増幅される。
As shown in FIG. 9, a photodiode 14a as a light receiving element arranged opposite to the detection window A and a photodiode 14b as a light receiving element arranged opposite to the detection window A bar are connected in parallel with opposite polarities. Then, the sum of the outputs of the photodiodes 14a and 14b is amplified by the operational amplifier 15. Although not shown, the detection windows B and B also have detection windows A and
It is amplified in the same way as A bar.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
において、4種類の検出窓A、Aバー、B、Bバーをイ
ンデックススケールに配置しても、エンコーダ信号の中
心レベルの変動を完全に取り除くことができない。
In the prior art as described above, even if the four kinds of detection windows A, A bar, B and B bar are arranged on the index scale, the fluctuation of the center level of the encoder signal can be completely eliminated. I can't get rid of it.

【0008】以下、図8に基づいて、その理由を詳細に
説明する。
The reason will be described in detail below with reference to FIG.

【0009】図8(a)は、光量分布が30%から60
%に変化している位置をインデックススケールが移動す
る図であり、図8(b)は、その時の検出窓Aバーから
の受光信号の光量変動を示し、図8(c)は、図8
(b)と同様の時の検出窓Aからの受光信号の光量変動
を示し、図8(d)は、検出窓Aと検出窓Aバーからの
受光信号を差動増幅した図である。
In FIG. 8A, the light amount distribution is 30% to 60%.
FIG. 9B is a diagram in which the index scale moves to a position changing to%, FIG. 8B shows fluctuations in the light amount of the received light signal from the detection window A bar at that time, and FIG.
FIG. 8D shows a light amount variation of the received light signal from the detection window A at the same time as in (b), and FIG. 8D is a diagram in which the received light signals from the detection window A and the detection window A bar are differentially amplified.

【0010】図8(a)に示す様に、インデックススケ
ールに配置されている検出窓Aと検出窓Aバーとは、メ
インスケールとインデックススケールとの移動方向にX
間隔だけずれて配置されている。
As shown in FIG. 8 (a), the detection window A and the detection window A bar arranged on the index scale have X in the moving direction between the main scale and the index scale.
They are arranged with a gap.

【0011】従って、範囲Sに渡って光量30%から6
0%に変化した場合、検出窓Aと検出窓Aバーとから受
光信号であるAバー信号とA信号との光量の変化にもX
間隔だけずれ、範囲Sに渡った光量変化が生じる。
Therefore, the light amount over the range S is 30% to 6%.
When it changes to 0%, even if the light amount of the light receiving signal A bar signal and A signal from the detection window A and the detection window A bar changes, X
The light amount changes over the range S due to the gap.

【0012】即ち、Aバー信号とA信号との間には、一
定光量(30%)から光量変化(30%から60%への
変動)し、再び一定光量(60%)に落ちつくまで、X
間隔だけ受光量の変化にずれが生じる。
That is, between the A bar signal and the A signal, the light amount changes from a constant light amount (30%) (variation from 30% to 60%), and until the light amount reaches the constant light amount (60%) again, X
The change in the amount of received light deviates by the distance.

【0013】また、図8(b)、(c)に示す様に、A
バー信号及びA信号は、インデックススケールが受ける
光量の変化が暗い方から明るい方に変動しているので、
Aバー信号及びA信号の振幅も、光量の変化に伴って変
動する。
As shown in FIGS. 8B and 8C, A
For the bar signal and the A signal, the change in the amount of light received by the index scale fluctuates from dark to bright.
The amplitudes of the A-bar signal and the A-signal also fluctuate as the light amount changes.

【0014】Aバー信号と、Aバー信号に対してX間隔
の受光量のずれがあるA信号とを差動増幅すると、図8
(d)に示す様に範囲(S+X)に渡って第1エンコー
ダ信号に中心レベルの変動が生じる。即ち、基準電圧に
対して、光量30%ではL間隔だけ中心レベルが変動
し、光量60%ではM間隔だけ中心レベルが変動するこ
とになる。
When the A-bar signal and the A-signal, which has a difference in the amount of received light at the X intervals from the A-bar signal, are differentially amplified, FIG.
As shown in (d), the center level of the first encoder signal fluctuates over the range (S + X). That is, with respect to the reference voltage, the center level fluctuates by L intervals when the light amount is 30%, and the center level fluctuates by M intervals when the light amount is 60%.

【0015】尚、説明は省略しているが、Bバー信号と
B信号とも同様であり、Bバー信号とB信号との差動増
幅から得られる第2エンコーダ信号にも中心レベルの変
動が生じてしまう。
Although not described, the same applies to the B-bar signal and the B-signal, and the center level of the second encoder signal obtained from the differential amplification of the B-bar signal and the B-signal also varies. Will end up.

【0016】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題はエンコーダ信号の中心レベルの変
動を極力小さくして高精度の測定を可能することができ
る光学式エンコーダを提供することである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical encoder capable of performing highly accurate measurement by minimizing the fluctuation of the center level of the encoder signal. Is.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項1記載の発明の光学式エンコーダは、光源と、
一定ピッチの格子目盛りが形成されたメインスケール
と、前記格子目盛りに対応する第1参照目盛りが形成さ
れた第1の検出窓と、前記第1参照目盛りに対して90
゜位相のずれた第2参照目盛りが形成された第2の検出
窓と、前記第2参照目盛りに対して90゜位相のずれた
第3参照目盛りが形成された第3の検出窓と、前記第3
参照目盛りに対して90゜位相のずれた第4参照目盛り
が形成された第4の検出窓とを有し、前記メインスケー
ルに対して相対移動するインデックススケールと、前記
インデックススケールの各検出窓に対向して配置され、
前記メインスケールと前記インデックススケールとを通
過した前記光源からの光を受光する受光部と、前記受光
部からの受光信号に基づき、前記メインスケールと前記
インデックススケールとの相対移動量を表す90゜位相
差の2相正弦波信号に信号処理して出力する信号出力手
段とを備えた光学式エンコーダにおいて、前記インデッ
クススケールは、前記格子パターンの長手方向に配置さ
れた前記第1から第4の検出窓からなる第1窓群と、前
記第1窓群に対して90゜の位相差を有する前記第1か
ら第4の検出窓からなる第2窓群と、前記第2窓群に対
して90゜の位相差を有する前記第1から第4の検出窓
からなる第3窓群と、前記第3窓群に対して90゜の位
相差を有する前記第1から第4の検出窓からなる第4窓
群とを備え、前記信号出力手段は、前記第1窓群と前記
第2窓群との同検出窓を通過してきた受光信号をそれぞ
れ加算した後に、前記2相正弦波信号に信号処理する。
In order to solve the above-mentioned problems, an optical encoder according to a first aspect of the present invention comprises a light source,
A main scale having a constant pitch grid scale, a first detection window having a first reference scale corresponding to the grid scale, and 90 relative to the first reference scale.
A second detection window having a second reference graduation that is out of phase with a third detection window; a third detection window having a third reference graduation that is 90 degrees out of phase with the second reference graduation; Third
A fourth detection window having a fourth reference scale that is 90 ° out of phase with the reference scale, and an index scale that moves relative to the main scale, and a detection window for each of the index scales. Placed facing each other,
A light receiving unit that receives light from the light source that has passed through the main scale and the index scale, and a 90 ° position indicating a relative movement amount between the main scale and the index scale based on a light receiving signal from the light receiving unit. In the optical encoder provided with a signal output means for processing the signal into a two-phase sinusoidal signal having a phase difference and outputting the signal, the index scale includes the first to fourth detection windows arranged in the longitudinal direction of the lattice pattern. And a second window group consisting of the first to fourth detection windows having a phase difference of 90 ° with respect to the first window group, and 90 ° with respect to the second window group. A third window group consisting of the first to fourth detection windows having a phase difference of 4 and a fourth window consisting of the first to fourth detection windows having a phase difference of 90 ° with respect to the third window group. A group of windows, Signal output means, a light reception signal that has passed through the same detection window and the second window group and the first window group after adding each signal processing to the two-phase sine wave signal.

【0018】また、請求項2記載の発明の光学式エンコ
ーダは、前記インデックススケールは、前記格子パター
ンの長手方向に対して一方向から配置された前記第1か
ら第4の検出窓からなる第1窓群と、前記第1窓群に対
して90゜の位相差を有し、前記格子パターンの長手方
向に対して他方向から配置された前記第1から第4の検
出窓からなる第2窓群とを備えた。
Further, in the optical encoder of the second aspect of the present invention, the index scale has a first detection window which is arranged in one direction with respect to a longitudinal direction of the grating pattern. A second window consisting of the window group and the first to fourth detection windows having a phase difference of 90 ° with respect to the first window group and arranged from the other direction with respect to the longitudinal direction of the grating pattern. Equipped with a flock.

【0019】さらに、請求項3記載の発明の光学式エン
コーダは、前記インデックススケールは、前記格子パタ
ーンの配列方向に対して一方向から配置された前記第1
から第4の検出窓からなる第1窓群と、前記第1窓群に
対して90゜の位相差を有し、前記格子パターンの配列
方向に対して他方向から配置された前記第1から第4の
検出窓からなる第2窓群とを備えている。
Further, in the optical encoder of the third aspect of the invention, the index scale is arranged in one direction with respect to the array direction of the grating pattern.
To a first window group including a fourth detection window, and a first window group having a phase difference of 90 ° with respect to the first window group and arranged from another direction with respect to the array direction of the lattice pattern. And a second window group including a fourth detection window.

【0020】[0020]

【作用】前述のようにインデックススケールに、前記格
子パターンの長手方向に配置された前記第1から第4の
検出窓からなる第1窓群と、前記第1窓群に対して90
゜の位相差を有する前記第1から第4の検出窓からなる
第2窓群と、前記第2窓群に対して90゜の位相差を有
する前記第1から第4の検出窓からなる第3窓群と、前
記第3窓群に対して90゜の位相差を有する前記第1か
ら第4の検出窓からなる第4窓群とを備えているので、
移動方向並びに、移動方向と垂直の方向における光量変
動のそれぞれに対して影響を受けにくくなり、エンコー
ダ信号の中心レベルはほとんど変動しない。
As described above, on the index scale, the first window group consisting of the first to fourth detection windows arranged in the longitudinal direction of the lattice pattern, and 90 with respect to the first window group.
A second window group consisting of the first to fourth detection windows having a phase difference of ° and a first window consisting of the first to fourth detection windows having a phase difference of 90 ° to the second window group. Since the third window group and the fourth window group including the first to fourth detection windows having a phase difference of 90 ° with respect to the third window group are provided,
It is less affected by the movement direction and the fluctuation of the light amount in the direction perpendicular to the movement direction, and the center level of the encoder signal hardly changes.

【0021】[0021]

【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】図2はこの発明の一実施例に係る光学式リ
ニアエンコーダを示す全体構成図である。
FIG. 2 is an overall configuration diagram showing an optical linear encoder according to an embodiment of the present invention.

【0023】この光学式リニアエンコーダは、光源1
と、明暗50対50の比率のパターンが一定ピッチで蒸
着された透過型のメインスケール2(図4参照)と、メ
インスケール2に対向配置され、メインスケール2に対
して相対移動するインデックススケール3と、メインス
ケール2及びインデックススケール3の通過光を検出す
る8個のフォトダイオード(検出部)4a〜4hとを備
えている。
This optical linear encoder includes a light source 1
And a transmissive main scale 2 (see FIG. 4) in which a pattern of light and dark 50:50 is vapor-deposited at a constant pitch, and an index scale 3 that is disposed opposite to the main scale 2 and moves relative to the main scale 2. And eight photodiodes (detection units) 4a to 4h for detecting light passing through the main scale 2 and the index scale 3.

【0024】前記インデックススケール2には、メイン
スケール2とインデックススケール3との相対移動量を
表す90゜位相差の2相正弦波信号(エンコーダ信号)
検出用の4種類の検出窓A,Aバー,B,Bバーが、移
動方向に2組配設されている。検出窓Bは検出窓Aに対
して90゜位相がずれ、検出窓Aバーは検出窓Bに対し
て90゜位相がずれ、検出窓Bバーは検出窓Aバーに対
して90゜位相がずれている。図1(a)に示すよう
に、各組の検出窓A、検出窓Aバー、検出窓B、検出窓
Bバーは移動方向と垂直の方向に配列されているが、各
組の検出窓の配列順序は逆である。すなわち、図1
(a)の左列(以下左列という)では上から検出窓A、
検出窓Bバー、検出窓Aバー、検出窓Bの順に並んでい
るのに対し、図1(a)の右列(以下右列という)では
上から検出窓B、検出窓Aバー、検出窓Bバー、検出窓
Aの順に並んでいる。
The index scale 2 has a two-phase sine wave signal (encoder signal) having a 90 ° phase difference indicating the relative movement amount between the main scale 2 and the index scale 3.
Two sets of four types of detection windows A, A bar, B, and B bar for detection are arranged in the moving direction. The detection window B is 90 ° out of phase with the detection window A, the detection window A bar is 90 ° out of phase with the detection window B, and the detection window B bar is 90 ° out of phase with the detection window A bar. ing. As shown in FIG. 1A, the detection window A, the detection window A bar, the detection window B, and the detection window B bar of each set are arranged in the direction perpendicular to the moving direction. The order of arrangement is reversed. That is, FIG.
In the left column of (a) (hereinafter referred to as the left column), the detection window A,
While the detection window B bar, the detection window A bar, and the detection window B are arranged in this order, the detection window B, the detection window A bar, and the detection window from the top in the right column of FIG. 1A (hereinafter referred to as the right column). The bar B and the detection window A are arranged in this order.

【0025】前記8個のフォトダイオード4a〜4h
は、インデックススケール3の8個の検出窓A、Aバ
ー、B、Bバーにそれぞれ対向配置されている。すなわ
ち、フォトダイオード4aは左列の検出窓A、フォトダ
イオード4bは左列の検出窓Bバー、フォトダイオード
4cは左列の検出窓Aバー、フォトダイオード4dは左
列の検出窓B、フォトダイオード4eは右列の検出窓
B、フォトダイオード4fは右列の検出窓Aバー、フォ
トダイオード4gは右列の検出窓Bバー、フォトダイオ
ード4hは右列の検出窓Aに、それぞれ対向配置されて
いる。したがって、光源1の光は、メインスケール2か
らインデックススケール3の各検出窓A、Aバー、B、
Bバーを通過して、フォトダイオード4a〜4hに至
る。
The eight photodiodes 4a to 4h
Are arranged facing the eight detection windows A, A bar, B, B bar of the index scale 3, respectively. That is, the photodiode 4a is the detection window A in the left column, the photodiode 4b is the detection window B in the left column, the photodiode 4c is the detection window A in the left column, and the photodiode 4d is the detection window B in the left column. 4e is a detection window B in the right row, photodiode 4f is a detection window A bar in the right row, photodiode 4g is a detection window B bar in the right row, and photodiode 4h is a detection window A in the right row. There is. Therefore, the light of the light source 1 is detected by the detection windows A, A bar, B of the main scale 2 to the index scale 3,
It passes through the B bar and reaches the photodiodes 4a to 4h.

【0026】図3に示すように、左列の検出窓Aに対応
するフォトダイオード4a及び右列の検出窓Aに対応す
るフォトダイオード4hと、左列の検出窓Aバーに対応
するフォトダイオード4c及び右列の検出窓Aバーに対
応するフォトダイオード4fとは、互いに逆極性で並列
に接続され、各フォトダイオード4a,4h,4c,4
fの出力の和が演算増幅器(信号出力手段)5で増幅さ
れる。
As shown in FIG. 3, the photodiode 4a corresponding to the detection window A in the left column, the photodiode 4h corresponding to the detection window A in the right column, and the photodiode 4c corresponding to the detection window A bar in the left column. And the photodiode 4f corresponding to the detection window A bar in the right column are connected in parallel with each other with opposite polarities, and the photodiodes 4a, 4h, 4c, 4 are connected.
The sum of the outputs of f is amplified by the operational amplifier (signal output means) 5.

【0027】図1(a)に示すように、インデックスス
ケール3には4種類の検出窓A(0゜)、検出窓Aバー
(180゜)、検出窓B(90゜)、検出窓Bバー(2
70゜)が移動方向に2組配設され、左列の組の検出窓
A、検出窓Aバー、検出窓B、検出窓Bバーは移動方向
と垂直方向に所定の順序で配列され、右列の組の検出窓
A、検出窓Aバー、検出窓B、検出窓Bバーは、左列の
検出窓の順序と逆の順序で垂直方向に配列されているの
で、例えば受光量がインデックススケール3の下側で少
なく、上側で多い場合(移動方向と垂直な方向にリニア
な光量変動がある場合)、左列の組の検出窓Aの受光量
は80、右列の組の検出窓Aの受光量は20で、両組の
検出窓Aの受光量の和は100となり、左列の組の検出
窓Bバーの受光量は60、右列の組の検出窓Bバーの受
光量は40で、両組の検出窓Bバーの受光量の和は10
0となり、検出窓Aバー,Bについても受光量の和は1
00となる。したがって、移動方向と垂直の方向におけ
る光量変動に対して影響を受けにくく、エンコーダ信号
の中心レベルはほとんど変動しないので、高精度の測定
が可能になる。
As shown in FIG. 1A, the index scale 3 has four types of detection windows A (0 °), detection windows A bar (180 °), detection windows B (90 °), and detection windows B bar. (2
70 °) are arranged in two sets in the movement direction, and the detection window A, the detection window A bar, the detection window B, and the detection window B bar in the left column are arranged in a predetermined order in the movement direction and the right direction. The detection window A, the detection window A bar, the detection window B, and the detection window B bar of the column set are arranged in the vertical direction in the order opposite to the order of the detection windows in the left column. 3 is small on the lower side and is large on the upper side (when there is a linear light amount variation in the direction perpendicular to the moving direction), the light receiving amount of the detection window A in the left column is 80, and the light receiving amount in the right column is the detection window A. Is 20, the sum of the received light amounts of the detection windows A of both sets is 100, the received light amount of the detection window B bar of the left column set is 60, and the received light amount of the detection window B bar of the right column set is 40, the sum of the amount of light received by the detection windows B of both groups is 10
It becomes 0, and the sum of the amount of received light is 1 for the detection windows A and B.
It becomes 00. Therefore, it is hardly affected by the change in the light amount in the direction perpendicular to the moving direction, and the center level of the encoder signal hardly changes, so that highly accurate measurement can be performed.

【0028】また、例えば受光量が右列の組の検出窓側
で多く、左列の組の検出窓側で少ない場合(移動方向に
リニアな光量変動がある場合)、左列の組の検出窓Aの
受光量は40、右列の組の検出窓Aの受光量は60で、
両組の検出窓Aの受光量の和は100となり、左列の組
の検出窓Bバーの受光量は40、右列の組の検出窓Bバ
ーの受光量は60で、両組の検出窓Bバーの受光量の和
は100となり、検出窓Aバー,Bについても受光量の
和は100となる。したがって、移動方向における光量
変動に対しても影響を受けにくく、エンコーダ信号の中
心レベルはほとんど変動しないので、高精度の測定が可
能になる。
Further, for example, when the amount of received light is large on the detection window side of the set in the right column and small on the detection window side of the set in the left column (when there is a linear change in the light amount in the moving direction), the detection window A of the set in the left column is shown. Is 40 and the light receiving amount of the detection window A in the right column is 60,
The sum of the amount of light received by the detection windows A of both sets is 100, the amount of light received by the detection window B bar of the left column is 40, and the amount of light received by the detection window B bar of the right column is 60. The sum of the received light amounts of the window B bar is 100, and the sum of the received light amounts of the detection windows A and B is 100. Therefore, it is unlikely to be affected by the change in the light amount in the moving direction, and the center level of the encoder signal hardly changes, so that highly accurate measurement can be performed.

【0029】検出窓A,Aバーについていえば、両組の
検出窓Aの総受光量と両組の検出窓Aバーの総受光量と
は等しいので、図3に示すフォトダイオード4a,4h
の出力とフォトダイオード4c,4fの出力とは等し
く、各出力の和が演算増幅器5で増幅される。演算増幅
器5から出力されるエンコーダ信号の中心レベルはほと
んど変動しない。その詳細は、後述する。
As for the detection windows A and A bar, the total amount of light received by the detection windows A of both sets is equal to the total amount of light received by the detection windows A of both sets, so that the photodiodes 4a and 4h shown in FIG.
Is equal to the outputs of the photodiodes 4c and 4f, and the sum of the outputs is amplified by the operational amplifier 5. The center level of the encoder signal output from the operational amplifier 5 hardly changes. The details will be described later.

【0030】図1(b)はこの発明の第2の実施例に係
るインデックススケールの検出窓の配置を示す図であ
る。
FIG. 1B is a diagram showing the arrangement of the detection windows of the index scale according to the second embodiment of the present invention.

【0031】この実施例では、図1のインデックススケ
ールに2個の基準点検出用の検出窓Zと、2個の光量モ
ニタ用の検出窓Rとを付加したものであり、図1(b)
に示すように、各検出窓Z,Rは移動方向と垂直な方向
に沿って、上から検出窓Z,検出窓R,検出窓R,検出
窓Zの順序で1列に配置されている。この実施例によれ
ば、移動方向と垂直の方向における光量変動に対して影
響を受けにくく、基準点及び光量の正確な検出が可能に
なる。
In this embodiment, two detection windows Z for detecting the reference points and two detection windows R for monitoring the light amount are added to the index scale of FIG. 1, and FIG.
As shown in FIG. 7, the detection windows Z and R are arranged in a row in the order of the detection window Z, the detection window R, the detection window R, and the detection window Z from the top along the direction perpendicular to the moving direction. According to this embodiment, it is possible to accurately detect the reference point and the light amount without being affected by the light amount variation in the direction perpendicular to the moving direction.

【0032】図1(c)は、この発明の第3の実施例に
係るインデックススケールの検出窓の配置を示す図であ
る。
FIG. 1C is a diagram showing the arrangement of the detection windows of the index scale according to the third embodiment of the present invention.

【0033】図1の実施例では、4種類の検出窓A(0
゜)、検出窓Aバー(180゜)、検出窓B(90
゜)、検出窓Bバー(270゜)が、移動方向と垂直方
向に2組配設され、上段の組の検出窓A、検出窓Aバ
ー、検出窓B、検出窓Bバーは移動方向に沿って所定の
順序で配列され、下段の組の検出窓A、検出窓Aバー、
検出窓B、検出窓Bバーは、上段の検出窓の順序と逆の
順序で移動方向に沿って配列されている。したがって、
例えば受光量がインデックススケール3の左側で少なく
右側で多い場合(移動方向にリニアな光量変動がある場
合)、上段の組の検出窓A、Bバー、下段の組の検出窓
B、Aバーの受光量は60、上段の組の検出窓Aバー、
B、下段の組の検出窓Bバー、Aの受光量は30で、上
下両組の検出窓Aの受光量の和は90となり、他の検出
窓Aバー、B、Bバーについても受光量の和は90とな
る。したがって、移動方向における光量変動に対して影
響を受けにくく、エンコーダ信号の中心レベルはほとん
ど変動しないので、高精度の測定が可能になる。
In the embodiment of FIG. 1, four types of detection windows A (0
), Detection window A bar (180 degrees), detection window B (90
2), and the detection window B bar (270 °) is provided in two sets in the direction perpendicular to the moving direction, and the detection window A, the detection window A bar, the detection window B, and the detection window B bar in the upper set are arranged in the moving direction. Are arranged in a predetermined order along the lower row of the detection window A, the detection window A bar,
The detection window B and the detection window B bar are arranged along the moving direction in the order opposite to the order of the upper detection windows. Therefore,
For example, when the amount of received light is small on the left side of the index scale 3 and large on the right side (when there is a linear light amount variation in the moving direction), the detection windows A and B of the upper group and the detection windows B and A of the lower group are The amount of received light is 60, the upper detection window A bar,
The light receiving amount of the detection windows B bar and A in the lower group of B and 30 is 30, the sum of the light receiving amounts of the detection windows A of both upper and lower groups is 90, and the light receiving amounts of the other detection windows A bar, B and B bar are Is 90. Therefore, it is hardly affected by the change in the light amount in the moving direction, and the center level of the encoder signal hardly changes, so that highly accurate measurement is possible.

【0034】また、例えば受光量が上段の組の検出窓側
で多く、下段の組の検出窓側で少ない場合(移動方向と
垂直方向にリニアな光量変動がある場合)、上段の組の
検出窓A、Bバー、Aバー、Bの受光量は70、下段の
組の検出窓B、Aバー、Bバー、Aの受光量は30で、
上下両組の検出窓Aの受光量の和は100となり、他の
検出窓Bバー、Aバー、Bについても受光量の和は10
0となる。したがって、移動方向と垂直な方向における
光量変動に対しても影響を受けにくく、エンコーダ信号
の中心レベルはほとんど変動しないので、高精度の測定
が可能になる。
Further, for example, when the amount of received light is large on the detection window side of the upper set and small on the detection window side of the lower set (when there is a linear change in the light amount in the direction perpendicular to the moving direction), the detection window A of the upper set is detected. , B bar, A bar, B has a light receiving amount of 70, and the detection windows B, A bar, B bar, A of the lower set have a light receiving amount of 30,
The sum of the received light amounts of the upper and lower detection windows A is 100, and the sum of the received light amounts of the other detection windows B bar, A bar, and B is 10 as well.
It becomes 0. Therefore, it is unlikely to be affected by fluctuations in the amount of light in the direction perpendicular to the moving direction, and the center level of the encoder signal hardly changes, so that highly accurate measurement is possible.

【0035】図1(d)はこの発明の第3の実施例に係
るインデックススケールの検出窓の配置を示す図であ
る。図1の実施例では、4種類の検出窓A(0゜)、検
出窓Aバー(180゜)、検出窓B(90゜)、検出窓
Bバー(270゜)を2組用いた場合について述べた
が、これに代え、図1(c)に示すように、検出窓A
(0゜)、検出窓Aバー(180゜)、検出窓B(90
゜)、検出窓Bバー(270゜)を4組用いるようにし
てもよい。これにより光量変動に対する影響をより受け
にくくなり、一層高精度の測定が可能になる。窓数は受
光面積と窓の大きさとの関係で決まり、窓数が多いほど
精度は高くなる。なお、フォトダイオードは前記各検出
窓に対向して配置される。
FIG. 1D is a view showing the arrangement of the detection windows of the index scale according to the third embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 1, a case where two sets of four types of detection window A (0 °), detection window A bar (180 °), detection window B (90 °), and detection window B bar (270 °) are used. However, instead of this, as shown in FIG.
(0 °), detection window A bar (180 °), detection window B (90
4) and four detection windows B bar (270 °) may be used. As a result, it is less likely to be affected by fluctuations in the light amount, and it is possible to perform measurement with higher accuracy. The number of windows is determined by the relationship between the light receiving area and the size of the windows, and the larger the number of windows, the higher the accuracy. The photodiode is arranged so as to face each of the detection windows.

【0036】図1(a)、(c)、(d)と、従来のイ
ンデックススケールとを比較してみると、次の様にな
る。
The comparison between FIGS. 1A, 1C and 1D and the conventional index scale is as follows.

【0037】即ち、図5(a)に示す様に、検出窓A、
Aバー、B、Bバーが形成されたインデックススケール
(以下、2×2のインデックススケールとする)の場合
では、基準電圧に対して、光量30%ではL間隔だけ中
心レベルが変動し、光量60%ではM間隔だけ中心レベ
ルが変動している。
That is, as shown in FIG. 5A, the detection window A,
In the case of an index scale in which A bar, B, and B bar are formed (hereinafter referred to as a 2 × 2 index scale), the center level fluctuates by L intervals at a light amount of 30% with respect to the reference voltage, and the light amount is 60%. In%, the center level fluctuates by M intervals.

【0038】しかしながら、図1(a)、(c)に示す
ような2組の検出窓A、Aバー、B、Bバーが形成され
たインデックススケール(以下4×2のインデックスス
ケール)の場合では、図5(a)に示す様に、基準電圧
に対して、光量30%から光量60%に変化する時に微
妙に変化するだけであって、基準電圧からほとんど変動
することはない。
However, in the case of an index scale (hereinafter 4 × 2 index scale) in which two sets of detection windows A, A bar, B and B bar are formed as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (c). As shown in FIG. 5A, when the light amount changes from 30% to 60% with respect to the reference voltage, it slightly changes, and there is almost no change from the reference voltage.

【0039】さらに、図1(d)に示すような4組の検
出窓A、Aバー、B、Bバーが形成されたインデックス
スケール(以下4×4のインデックススケール)の場合
では、図5(d)に示すように、4×2のインデックス
スケールよりも中心レベルの変動が小さくなることがわ
かる。
Further, in the case of an index scale in which four sets of detection windows A, A bar, B, and B bar are formed as shown in FIG. 1D (hereinafter, 4 × 4 index scale), FIG. As shown in d), it can be seen that the fluctuation of the center level is smaller than that of the 4 × 2 index scale.

【0040】なお、この実施例では、本願発明を光学式
透過型リニアエンコーダに適用した場合について述べた
が、光学式ロータリエンコーダに適用してもよいし、反
射型エンコーダに適用してもよい。
In this embodiment, the case where the present invention is applied to the optical transmission type linear encoder has been described, but it may be applied to the optical rotary encoder or the reflection type encoder.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したようにこの発明の光学式エ
ンコーダによれば、移動方向における光量変動及び移動
方向と垂直の方向における光量変動のそれぞれに対して
影響を受けにくく、エンコーダ信号の中心レベルはほと
んど変動しないので、高精度の測定が可能になる。
As described above, according to the optical encoder of the present invention, it is difficult to be affected by the fluctuation of the light quantity in the moving direction and the fluctuation of the light quantity in the direction perpendicular to the moving direction, and the center level of the encoder signal is reduced. Can be measured with high accuracy, since is almost unchanged.

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

【図1】図1はこの発明の一実施例に係る光学式エンコ
ーダのインデックススケールの検出窓の配置を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing an arrangement of detection windows of an index scale of an optical encoder according to an embodiment of the present invention.

【図2】図2はこの発明の一実施例に係る光学式リニア
エンコーダを示す全体構成図である。
FIG. 2 is an overall configuration diagram showing an optical linear encoder according to an embodiment of the present invention.

【図3】図3は図1の実施例の光学式エンコーダの検出
回路図である。
FIG. 3 is a detection circuit diagram of the optical encoder of the embodiment of FIG.

【図4】図4はメインスケールの正面図である。FIG. 4 is a front view of a main scale.

【図5】図5は中心レベルの変動比較図である。FIG. 5 is a comparison diagram of fluctuations in center level.

【図6】図6は従来の光学式エンコーダのインデックス
スケールの検出窓の配置を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an arrangement of detection windows of an index scale of a conventional optical encoder.

【図7】図7は図6の各検出窓の関係を示す図である。7 is a diagram showing the relationship between the detection windows of FIG.

【図8】図8は移動方向の受光量の変化による中心レベ
ルの変動を説明するための曲線図である。
FIG. 8 is a curve diagram for explaining a change in the center level due to a change in the amount of received light in the moving direction.

【図9】図9は従来の光学式エンコーダの検出回路図で
ある。
FIG. 9 is a detection circuit diagram of a conventional optical encoder.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 メインスケール 3 インデックススケール 4a〜4h フォトダイオード 5 演算増幅器 A,Aバー,B,Bバー 検出窓 1 Light source 2 Main scale 3 Index scale 4a-4h Photodiode 5 Operational amplifier A, A bar, B, B bar Detection window

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源と、 一定ピッチの格子目盛りが形成されたメインスケール
と、 前記格子目盛りに対応する第1参照目盛りが形成された
第1の検出窓と、前記第1参照目盛りに対して90゜位
相のずれた第2参照目盛りが形成された第2の検出窓
と、前記第2参照目盛りに対して90゜位相のずれた第
3参照目盛りが形成された第3の検出窓と、前記第3参
照目盛りに対して90゜位相のずれた第4参照目盛りが
形成された第4の検出窓とを有し、前記メインスケール
に対して相対移動するインデックススケールと、 前記インデックススケールの各検出窓に対向して配置さ
れ、前記メインスケールと前記インデックススケールと
を通過した前記光源からの光を受光する受光部と、 前記受光部からの受光信号に基づき、前記メインスケー
ルと前記インデックススケールとの相対移動量を表す9
0゜位相差の2相正弦波信号に信号処理して出力する信
号出力手段と、 を備えた光学式エンコーダにおいて、 前記インデックススケールは、前記格子パターンの長手
方向に配置された前記第1から第4の検出窓からなる第
1窓群と、前記第1窓群に対して90゜の位相差を有す
る前記第1から第4の検出窓からなる第2窓群と、前記
第2窓群に対して90゜の位相差を有する前記第1から
第4の検出窓からなる第3窓群と、前記第3窓群に対し
て90゜の位相差を有する前記第1から第4の検出窓か
らなる第4窓群と、を備え、 前記信号出力手段は、前記第1窓群と前記第2窓群との
同検出窓を通過してきた受光信号をそれぞれ加算した後
に、前記2相正弦波信号に信号処理することを特徴とす
る光学式エンコーダ。
1. A light source, a main scale on which a grid pitch of a constant pitch is formed, a first detection window on which a first reference graduation corresponding to the grid graduation is formed, and with respect to the first reference graduation. A second detection window having a second reference scale that is 90 degrees out of phase, and a third detection window that has a third reference scale that is 90 degrees out of phase with the second reference scale; An index scale having a fourth detection window formed with a fourth reference scale that is 90 ° out of phase with the third reference scale, the index scale moving relative to the main scale, and each of the index scales. A light receiving unit that is arranged to face the detection window, receives a light from the light source that has passed through the main scale and the index scale, and the main scale based on a light receiving signal from the light receiving unit. 9 representing the amount of relative movement between the index scale
An optical encoder comprising: a signal output unit for processing a signal into a two-phase sine wave signal having a 0 ° phase difference and outputting the signal; wherein the index scale includes the first to the first units arranged in a longitudinal direction of the lattice pattern. A first window group including four detection windows, a second window group including the first to fourth detection windows having a phase difference of 90 ° with respect to the first window group, and the second window group. A third window group consisting of the first to fourth detection windows having a phase difference of 90 °, and the first to fourth detection windows having a phase difference of 90 ° with respect to the third window group. A fourth window group consisting of the two-phase sine wave after adding the received light signals that have passed through the same detection windows of the first window group and the second window group, respectively. An optical encoder characterized by performing signal processing on a signal.
【請求項2】 前記インデックススケールは、前記格子
パターンの長手方向に対して一方向から配置された前記
第1から第4の検出窓からなる第1窓群と、 前記第1窓群に対して90゜の位相差を有し、前記格子
パターンの長手方向に対して他方向から配置された前記
第1から第4の検出窓からなる第2窓群と、 を備えたことを特徴とする請求項1に記載の光学式エン
コーダ。
2. The index scale includes a first window group including the first to fourth detection windows arranged in one direction with respect to a longitudinal direction of the lattice pattern, and the first window group. A second window group having the phase difference of 90 ° and arranged from the other direction with respect to the longitudinal direction of the grating pattern, the second window group including the first to fourth detection windows. Item 1. The optical encoder according to Item 1.
【請求項3】 前記インデックススケールは、前記格子
パターンの配列方向に対して一方向から配置された前記
第1から第4の検出窓からなる第1窓群と、 前記第1窓群に対して90゜の位相差を有し、前記格子
パターンの配列方向に対して他方向から配置された前記
第1から第4の検出窓からなる第2窓群と、 を備えていることを特徴とする請求項1に記載の光学式
エンコーダ。
3. The index scale is provided with respect to the first window group, the first window group including the first to fourth detection windows arranged in one direction with respect to the array direction of the lattice pattern. A second window group having the phase difference of 90 ° and arranged from the other direction with respect to the array direction of the grating pattern, the second window group including the first to fourth detection windows. The optical encoder according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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