JPH08304118A - Compound type rotary encoder - Google Patents

Compound type rotary encoder

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JPH08304118A
JPH08304118A JP13609795A JP13609795A JPH08304118A JP H08304118 A JPH08304118 A JP H08304118A JP 13609795 A JP13609795 A JP 13609795A JP 13609795 A JP13609795 A JP 13609795A JP H08304118 A JPH08304118 A JP H08304118A
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JP
Japan
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diffraction grating
light
origin
rotary encoder
pattern
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Akira Ishizuka
公 石塚
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Canon Inc
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Abstract

PURPOSE: To detect rotation information from a small and stable optical system by constituting either one of an origin pattern and an absolute code pattern of a plurality of circular-arc diffraction gratings. CONSTITUTION: The light flux emitted from a light source LGT is converted into parallel light flux R by a collimator lens LNS. The light, among the light flux R, with which a diffraction grating GT is irradiated, generates ± first-order diffraction grating by a grid GT, and then these diffraction gratings are diffracted again by a first-order diffraction grating GBS1, then crossing at a point in a space, and then diffracted again by a second-order diffraction grating GBS2 disposed there, and overlapped each other to be emitted as interference light flux interfering each other. Transmitted modulation light of the light flux R with which a disk D is irradiated, is detected in a lump by each photo-detecting element on a photo-detecting element array SARY. Since an origin pattern Z and an absolute code pattern UVW are constituted of a circular-arc diffraction grid with a rotation axis as the center, the diffraction light is diffracted in the direction of radiation passing the rotation axis.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は複合型のロータリーエン
コーダに関し、特に回転体の回転位置、回転位置ずれ
量、回転位置ずれ方向、回転速度、回転加速度等の回転
情報を高精度に検出するのに加えて、該回転体が静止時
にも該回転体の絶対的位置を検出できる、特にACモータ
等を駆動する際に好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite rotary encoder, and more particularly to highly accurately detecting rotational information such as a rotational position of a rotating body, an amount of rotational displacement, a rotational displacement direction, rotational speed and rotational acceleration. In addition, the present invention is suitable for detecting the absolute position of the rotating body even when the rotating body is at rest, especially when driving an AC motor or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、インクリメンタルロータリー
エンコーダを利用して物体の回転情報(回転変位量、速
度、加速度等)を高精度に測定することが普及してい
る。また一方でACモータに代表されるブラシレスモータ
においてアブソリュートロータリーエンコーダを利用し
てモータ内のロータの絶対回転位置を検出してモーター
の回転(始動)を制御している。そして、ACモータ等を
利用して物体の回転位置を制御する際には、高精度の相
対変位情報と絶対位置情報、の両方の情報が得られる複
合型のロータリーエンコーダが使われている。
2. Description of the Related Art Conventionally, it has been popular to measure rotation information (rotational displacement amount, speed, acceleration, etc.) of an object with high accuracy by using an incremental rotary encoder. On the other hand, in a brushless motor typified by an AC motor, an absolute rotary encoder is used to detect the absolute rotation position of the rotor in the motor to control the rotation (starting) of the motor. When controlling the rotational position of an object using an AC motor or the like, a composite rotary encoder that can obtain both highly accurate relative displacement information and absolute position information is used.

【0003】インクリメンタルエンコーダとアブソリュ
ートエンコーダの従来例について説明する。図11は特
公昭58-26002号公報において開示されている高精度なイ
ンクリメンタルエンコーダの原理説明図である。図中、
LGT は光源である。D はスケールであり、変位物体に固
定されている。スケールD 上には透過型の回折格子GTが
形成されている。光源LGT がスケールD の下方にあると
して、スケールD の上には固定の第1の回折格子GBS1を
設けている。第1の回折格子GBS1の格子ピッチは回折格
子GTの半分である。更に第1の回折格子GBS1の上には固
定の第2の回折格子GBS2を設けている。第2の回折格子
GBS2の格子ピッチは回折格子GTと同じである。第2の回
折格子GBS2の上には受光素子(変位量検出素子)SAを設
けている。
A conventional example of the incremental encoder and the absolute encoder will be described. FIG. 11 is an explanatory view of the principle of the high-precision incremental encoder disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-26002. In the figure,
LGT is a light source. D is a scale, which is fixed to the displacement object. A transmission type diffraction grating GT is formed on the scale D. Assuming that the light source LGT is below the scale D, the fixed first diffraction grating GBS1 is provided on the scale D. The grating pitch of the first diffraction grating GBS1 is half that of the diffraction grating GT. Further, a fixed second diffraction grating GBS2 is provided on the first diffraction grating GBS1. Second diffraction grating
The grating pitch of GBS2 is the same as that of the diffraction grating GT. A light receiving element (displacement amount detecting element) SA is provided on the second diffraction grating GBS2.

【0004】本従来例の作用を説明する。光源LGT から
射出する単色の光束R は回折格子GTを照明し、該回折格
子で発生する±1次の回折光束R+,R- は第1の回折格子
GBS1に入射し、夫々±1次の回折光束R+-,R-+ を発生す
る。これらの回折光束R+-,R-+ は第2の回折格子GBS2の
所で交差すると共に該回折格子により回折光R+-+,R-+-
を発生する。この2つの回折光束は同じ方向に出射する
と共に光路が重なり互いに干渉して干渉光束となり、受
光素子SAに入射する。そして回折格子GT(スケール)の
移動にともなって干渉光束の光量の周期的変化を作り出
し、それを光電素子SAで検出することでインクリメンタ
ルエンコーダ信号を出力し変位物体の変位量を高精度に
検出している。
The operation of this conventional example will be described. The monochromatic light flux R emitted from the light source LGT illuminates the diffraction grating GT, and the ± first-order diffracted light fluxes R + and R generated by the diffraction grating are the first diffraction grating.
It enters the GBS1, respectively ± 1-order diffracted light beam R + -, R - generates +. These diffracted light beams R +- , R- + intersect at the second diffraction grating GBS2, and are diffracted by the diffraction grating R +-+ , R -+-.
Occurs. The two diffracted light beams are emitted in the same direction, and their optical paths are overlapped with each other to interfere with each other to form an interference light beam, which is then incident on the light receiving element SA. Then, with the movement of the diffraction grating GT (scale), a periodic change in the light amount of the interfering light beam is created, and by detecting it with the photoelectric element SA, an incremental encoder signal is output and the displacement amount of the displacement object is detected with high accuracy. ing.

【0005】図12は特公昭58-45687号公報において開
示されている高精度なインクリメンタルエンコーダの原
理説明図である。図中、LGT は光源である。D はスケー
ルであり、変位物体に固定されている。スケールD 上に
は反射型の回折格子GTが形成されている。光源LGT とス
ケールD の間には固定の回折格子GBS3を設けている。回
折格子GBS3の格子ピッチは回折格子GTのそれの2倍であ
る。光源LGT の横には受光素子(変位量検出素子)SAを
設けている。
FIG. 12 is a diagram illustrating the principle of the high-precision incremental encoder disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-45687. In the figure, LGT is a light source. D is a scale, which is fixed to the displacement object. A reflective diffraction grating GT is formed on the scale D. A fixed diffraction grating GBS3 is provided between the light source LGT and the scale D. The grating pitch of the diffraction grating GBS3 is twice that of the diffraction grating GT. A light receiving element (displacement amount detecting element) SA is provided next to the light source LGT.

【0006】本従来例の作用を説明する。光源LGT から
射出する単色の光束R は固定の回折格子GBS3に斜めに入
射し、該回折格子GBS3で発生する±1次の回折光束R+,R
- は回折格子GTに入射し、該回折格子で反射すると共に
夫々±1次の回折光束R+-,R-+ を発生する。これらの回
折光束R+-,R-+ は固定の回折格子GBS3の所で交差すると
共に該回折格子により回折光R+-+,R-+- を発生する。こ
の2つの回折光束は同じ方向に出射すると共に光路が重
なり互いに干渉して干渉光束となり、受光素子SAに入射
する。そして回折格子GT(スケール)の移動にともなっ
て干渉光束の光量の周期的変化を作り出し、それを光電
素子SAで検出することでインクリメンタルエンコーダ信
号を出力し変位物体の変位量を高精度に検出している。
The operation of this conventional example will be described. The monochromatic light beam R emitted from the light source LGT is obliquely incident on the fixed diffraction grating GBS3, and the ± first-order diffracted light beams R + , R generated by the diffraction grating GBS3 are generated.
- the diffraction grating enters the GT, respectively ± 1-order diffracted light beam R + as well as reflected by the diffraction grating -, R - generates +. These diffracted light beams R +- , R- + intersect at the fixed diffraction grating GBS3 and generate diffracted lights R +-+ , R -+- by the diffraction grating. The two diffracted light beams are emitted in the same direction, and their optical paths are overlapped with each other to interfere with each other to form an interference light beam, which is then incident on the light receiving element SA. Then, with the movement of the diffraction grating GT (scale), a periodic change in the light amount of the interfering light beam is created, and by detecting it with the photoelectric element SA, an incremental encoder signal is output and the displacement amount of the displacement object is detected with high accuracy. ing.

【0007】一方、アブソリュートロータリーエンコー
ダは、例えば米国特許3591841 号明細書等に開示される
ように回転ディスク上の半径の異なる周上に複数の透過
・非透過(又は反射・非反射)のパターン(例えばグレ
イコードパターン)を、1周中に1つのコードの組み合
わせしかないように形成しておき、それぞれの透過光ま
たは反射光(変調光)を検出することでディスクの回転
方向の絶対位置を検出している。
On the other hand, an absolute rotary encoder, as disclosed in, for example, US Pat. No. 3591841, has a plurality of transmission / non-transmission (or reflection / non-reflection) patterns ( For example, a gray code pattern) is formed so that only one code is combined in one rotation, and the absolute position in the rotation direction of the disk is detected by detecting the transmitted light or the reflected light (modulated light) of each. are doing.

【0008】またモータ用のアブソリュートエンコーダ
としては、回転ディスク上の半径の異なる周上に複数の
透過・非透過(または反射・非反射)のパターン(例え
ばグレイコードパターン)を、モータの極数M に応じて
M 個のコードの組み合わせしかないように形成しておれ
ば、それぞれの周において透過光または反射光(変調
光)を検出することでモータのロータ〜ステータ間の位
置が出力される。
Also, as an absolute encoder for a motor, a plurality of transmission / non-transmission (or reflection / non-reflection) patterns (for example, gray code patterns) are provided on the rotating disk on different circumferences, and the number of poles of the motor is M. In response to the
If it is formed so as to have only a combination of M codes, the position between the rotor and the stator of the motor is output by detecting transmitted light or reflected light (modulated light) in each circumference.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】最近の動向としてエン
コーダが小型化(例えば外径10mmのディスク)している
が、上記のように異なる原理に基づくエンコーダを複合
した複合型のエンコーダは小型化が困難であった。
As a recent trend, encoders have been miniaturized (for example, disks having an outer diameter of 10 mm). As described above, composite encoders that combine encoders based on different principles are not miniaturized. It was difficult.

【0010】かかるエンコーダを小型化するには単純に
異なる検出原理に基づく光学系を併設して、それぞれを
小型化すれば良いが、インクリメンタルエンコーダ及び
アブソリュートエンコーダの光学系の小型化には限界が
あり、またこの場合は光源が複数必要になり消費電流が
増えて発熱が増加したり、部品点数が増えて構造が複雑
になる等の問題があった。
To miniaturize such an encoder, it is sufficient to simply provide optical systems based on different detection principles and miniaturize each, but there is a limit to miniaturization of the optical system of the incremental encoder and the absolute encoder. In addition, in this case, there are problems that a plurality of light sources are required, current consumption increases and heat generation increases, and the number of parts increases and the structure becomes complicated.

【0011】さらにこうした高精度のロータリーエンコ
ーダをモータに組み合わせて高精度ポジショナーとして
使用する場合には、モータが発熱するので、信頼性の高
い光源として発光ダイオードLED を使用して干渉信号を
検出する必要がある。
Furthermore, when such a high precision rotary encoder is used as a high precision positioner by combining it with a motor, the motor heats up. Therefore, it is necessary to detect an interference signal by using a light emitting diode LED as a highly reliable light source. There is.

【0012】本発明は、インクリメンタルエンコーダの
一要素を構成する高密度の放射状の回折格子と原点パタ
ーン又は/及びアブソリュートエンコーダの一要素を構
成するアブソリュート符号パターンを形成した小径のデ
ィスクと1つの光源そして受光素子アレイとを用いて複
数の変調光の光強度を一括して読み取ることにより、小
型、小径、薄型でありながら同時に安定な光学系より回
転情報を検出することのできる複合型のロータリーエン
コーダの提供を目的とする。
According to the present invention, a small-diameter disk and one light source having a high-density radial diffraction grating and an origin pattern forming one element of an incremental encoder and / or an absolute code pattern forming one element of an absolute encoder, and By reading the light intensities of multiple modulated lights at once using the light receiving element array, it is a small-sized, small-diameter, thin-type composite rotary encoder that can detect rotation information from a stable optical system at the same time. For the purpose of provision.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の複合型のロータ
リーエンコーダは (1−1) 光源から射出する光束を放射状の位相回折
格子、原点パターン、アブソリュート符号パターンを有
する回転可能な円板状のディスクの一部に照射し、該ア
ブソリュート符号パターンを照射した光の変調光を絶対
位置検出素子で受光して該ディスクの絶対位置を検出
し、該原点パターンを照射した光の変調光を原点位置検
出素子で受光して該ディスクの原点位置を検出し、該デ
ィスク上の位相回折格子と固定した回折格子によって回
折して合成される干渉光を変位量検出素子で受光して該
ディスクの変位情報を得る複合型のロータリーエンコー
ダにおいて、該原点パターン及び該アブソリュート符号
パターンのいずれか一方又は両者を複数個の円弧状の回
折格子で構成していること等を特徴としている。
The composite rotary encoder of the present invention comprises: (1-1) A rotatable disk-shaped disc having a radial phase diffraction grating, an origin pattern, and an absolute code pattern for a light beam emitted from a light source. The modulated light of the light irradiated onto a part of the disk and the absolute code pattern is received by the absolute position detection element to detect the absolute position of the disk, and the modulated light of the light irradiated onto the origin pattern is the origin position. The detection element detects the origin position of the disc, and the displacement detection element receives the interference light diffracted and synthesized by the phase diffraction grating and the fixed diffraction grating on the disc to detect the displacement information of the disc. In the rotary encoder of the composite type for obtaining the above, one or both of the origin pattern and the absolute code pattern are diffracted in a plurality of arcs. It is characterized in such that it is constituted by a child.

【0014】特に、 (1−1−1) 前記円弧状の回折格子が位相回折格子
である。 (1−1−2) 前記原点パターン及びアブソリュート
符号パターンは回折格子の形状パラメータの少なくとも
1つが不連続に変化する回折格子で構成されている。 (1−1−3) 前記絶対位置検出素子、前記原点位置
検出素子及び前記変位量検出素子が1つの基板上に構成
されている。 (1−1−4) 前記ディスクの近傍に前記絶対位置検
出素子、前記原点位置検出素子及び前記変位量検出素子
へ入射する光束を制限する開口部材を有する。こと等を
特徴としている。
In particular, (1-1-1) the arc-shaped diffraction grating is a phase diffraction grating. (1-1-2) The origin pattern and the absolute code pattern are composed of a diffraction grating in which at least one of the shape parameters of the diffraction grating changes discontinuously. (1-1-3) The absolute position detection element, the origin position detection element, and the displacement amount detection element are formed on one substrate. (1-1-4) An opening member for limiting a light beam incident on the absolute position detection element, the origin position detection element, and the displacement amount detection element is provided near the disc. It is characterized by such things.

【0015】更に本発明の複合型のロータリーエンコー
ダは、 (1−2) 光源から射出する光束を放射状の位相回折
格子、原点パターン、アブソリュート符号パターンを有
する回転可能な円板状のディスクと、それと重畳して配
置した固定の回折格子に照射し、該アブソリュート符号
パターンを照射した光の変調光を絶対位置検出素子で受
光して該ディスクの絶対位置を検出し、該原点パターン
を照射した光の変調光を原点位置検出素子で受光して該
ディスクの原点位置を検出し、該固定の回折格子と該デ
ィスク上の位相回折格子を介した回折光より得られる干
渉光を変位量検出素子に受光して該ディスクの変位情報
を得る複合型のロータリーエンコーダにおいて、該原点
パターン及び該アブソリュート符号パターンのいずれか
一方又は両者を複数個の円弧状の回折格子で構成してい
ること等を特徴としている。
The composite rotary encoder of the present invention further comprises (1-2) a rotatable disc-shaped disc having a radial phase diffraction grating, an origin pattern, and an absolute code pattern for a light beam emitted from a light source, and Irradiate the fixed diffraction grating arranged in a superimposed manner, the modulated light of the light irradiated with the absolute code pattern is received by the absolute position detection element to detect the absolute position of the disk, and the light irradiated with the origin pattern is detected. The origin position detection element receives the modulated light to detect the origin position of the disk, and the displacement amount detection element receives the interference light obtained from the diffracted light that passes through the fixed diffraction grating and the phase diffraction grating on the disk. In a composite rotary encoder that obtains the displacement information of the disk, one or both of the origin pattern and the absolute code pattern are used. Is characterized such that it constitutes a by a plurality of arcuate diffraction grating.

【0016】特に、 (1−2−1) 前記円弧状の回折格子が位相回折格子
である。 (1−2−2) 前記原点パターン及びアブソリュート
符号パターンは回折格子の形状パラメータの少なくとも
1つが不連続に変化する回折格子で構成されている。 (1−2−3) 前記絶対位置検出素子、前記原点位置
検出素子及び前記変位量検出素子が1つの基板上に構成
されている。 (1−2−4) 前記ディスクの近傍に前記絶対位置検
出素子、前記原点位置検出素子及び前記変位量検出素子
へ入射する光束を制限する開口部材を有する。こと等を
特徴としている。
In particular, (1-2-1) the arc-shaped diffraction grating is a phase diffraction grating. (1-2-2) The origin pattern and the absolute code pattern are composed of a diffraction grating in which at least one of the shape parameters of the diffraction grating changes discontinuously. (1-2-3) The absolute position detection element, the origin position detection element, and the displacement amount detection element are formed on one substrate. (1-2-4) An opening member is provided near the disk to limit a light beam incident on the absolute position detection element, the origin position detection element, and the displacement amount detection element. It is characterized by such things.

【0017】更に本発明の複合型のロータリーエンコー
ダは、 (1−3) 円板状のディスクの周上に回転軸を中心に
放射状の回折格子と円弧状の回折格子とを設け、光照射
手段からの光束を該放射状回折格子に入射させたときに
生じる回折光を変位量検出素子で検出すると共に該円弧
状の回折格子に入射させたときに生じる回折光を絶対位
置検出素子又は原点位置検出素子で検出し、該変位量検
出素子と該絶対位置検出素子又は該原点位置検出素子か
ら得られる信号を利用して該ディスクの回転情報を検出
していること等を特徴としている。
Further, in the composite rotary encoder of the present invention, (1-3) a disk-shaped disk is provided with a radial diffraction grating and an arc-shaped diffraction grating centered on the rotation axis, and a light irradiation means is provided. From the displacement amount detecting element while detecting the diffracted light generated when the luminous flux from is incident on the radial diffraction grating and detecting the absolute position detecting element or the origin position of the diffracted light generated when the luminous flux is incident on the arc-shaped diffraction grating. It is characterized in that the rotation information of the disk is detected by using a signal obtained by the element and obtained from the displacement amount detecting element and the absolute position detecting element or the origin position detecting element.

【0018】特に、 (1−3−1) 前記円弧状の回折格子は位相回折格子
である。 (1−3−2) 前記円弧状の回折格子は回折格子の形
状パラメータの少なくとも1つが不連続に変化する回折
格子で構成されている。こと等を特徴としている。
In particular, (1-3-1) the arc-shaped diffraction grating is a phase diffraction grating. (1-3-2) The arc-shaped diffraction grating is composed of a diffraction grating in which at least one of the shape parameters of the diffraction grating changes discontinuously. It is characterized by such things.

【0019】[0019]

【実施例】図1は本発明の実施例1の要部概略図であ
る。又図2は実施例1のディスク上のパターンの説明図
である。図3は実施例1の干渉光学系の原理説明図、図
4は実施例1の各回折格子の拡大図、図5は実施例1の
要部斜視図、図6は実施例1のアブソリュート符号パタ
ーンUVW の説明図である。
Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of patterns on the disc of the first embodiment. 3 is an explanatory view of the principle of the interference optical system of the first embodiment, FIG. 4 is an enlarged view of each diffraction grating of the first embodiment, FIG. 5 is a perspective view of essential parts of the first embodiment, and FIG. 6 is an absolute code of the first embodiment. It is explanatory drawing of pattern UVW.

【0020】図1中、LGT は光源であり、LED 等で構成
しており単色光を放射する。LNS はコリメータレンズで
あり、光源LGT からの光束を平行光束R に変換する。光
源LGT 、コリメータレンズLNS 等は光照射手段の一要素
を構成している。
In FIG. 1, LGT is a light source, which is composed of an LED or the like and emits monochromatic light. LNS is a collimator lens, which converts the light beam from the light source LGT into a parallel light beam R. The light source LGT, the collimator lens LNS, etc. constitute one element of the light irradiation means.

【0021】D はディスクであり、透明体で形成した円
板状の部材であり、被測定回転物に固定し回転する。従
ってディスクD は回転軸を持っている。ディスクD 上に
は図2に示すように、回転軸を中心として放射状の位相
回折格子GT、円弧状の位相回折格子より成る原点パター
ンZ 、円弧状の位相回折格子より成るアブソリュート符
号パターンUVW の3つが該ディスクの異なる周(トラッ
ク)上に形成している。これらについて説明する。 (a1) 放射状の位相回折格子GTはディスクD のGTトラッ
ク上に1周中にN 本の回折格子を形成している。従って
格子ピッチP は P= 2π/Nラジアンである。 (a2) 原点パターンZ はZaトラック及びZbトラックの1
周中の1か所に幅の狭い円弧状の位相回折格子Z1,Z2 を
端が接するように並べて設置して構成している。 Zaトラック,Zb トラック上で回折格子Z1若しくはZ2が無
い部分は素通し部分である。なお、回折格子Z1,Z2 は回
折格子の形状パラメータのうちデユーティを変えて形成
している。 (a3) アブソリュート符号パターンUVW はUVW トラック
上に6種類の円弧状の位相回折格子を形成して構成して
いる。これらの回折格子は図6に示すように透過回折光
として0次回折光θ0 のみを発生する回折格子U 、1次
回折光θ1 のみを発生する回折格子W 、0次回折光θ0
と1次回折光θ1 を発生する回折格子V 、2次回折光θ
2 のみを発生する回折格子V-、0次回折光θ0 と2次回
折光θ2 を発生する回折格子W-、1次回折光θ1 と2次
回折光θ2 を発生する回折格子U-の6種類である。これ
らの特定回折光を発生する作用は1つの回折格子を位相
回折格子の形状パラメータ(デユーティ、ピッチ、厚
さ)の少なくとも1つが不連続に異なる回折格子で構成
することにより生じている。アブソリュート符号パター
ンUVW はこれらの6種類の回折格子U〜W-をディスクD
の1周上の各象限に同じ順序で形成している。(なお、
図2に示すようにUVW トラック、GTトラック、Za,Zb
ラックは独立しておれば並び方は任意で良い)。
D is a disk, which is a disk-shaped member formed of a transparent body, which is fixed to a rotating object to be measured and rotates. Therefore, disk D has an axis of rotation. As shown in FIG. 2, on the disk D, a radial phase diffraction grating GT centering on the rotation axis, an origin pattern Z composed of an arcuate phase diffraction grating, and an absolute code pattern UVW composed of an arcuate phase diffraction grating are provided. Are formed on different circumferences (tracks) of the disk. These will be described. (a1) The radial phase diffraction grating GT has N diffraction gratings formed on the GT track of the disk D in one revolution. Therefore, the lattice pitch P is P = 2π / N radian. (a2) Origin pattern Z is one of Z a track and Z b track.
Narrow arc-shaped phase diffraction gratings Z1 and Z2 are installed side by side so that their ends are in contact with each other at one location on the circumference. The portions without the diffraction grating Z1 or Z2 on the Z a track and the Z b track are transparent portions. The diffraction gratings Z1 and Z2 are formed by changing the duty among the shape parameters of the diffraction grating. (a3) Absolute code pattern UVW is formed by forming six types of arc-shaped phase diffraction gratings on the UVW track. As shown in FIG. 6, these diffraction gratings are a diffraction grating U that generates only the 0th- order diffracted light θ 0 as a transmitted diffraction light, a diffraction grating W that generates only the 1st- order diffracted light θ 1 , and a 0th-order diffracted light θ 0.
And the diffraction grating V that generates the first- order diffracted light θ 1 , the second-order diffracted light θ
Diffraction grating V for generating a 2 only -, 0-order diffracted light theta 0 and second diffraction grating W to generate diffracted light theta 2 -, 1-order diffracted light theta 1 and 2 to generate a diffracted light theta second diffraction grating U - six Is. The action of generating these specific diffracted lights is caused by configuring one diffraction grating with at least one of the shape parameters (duty, pitch, thickness) of the phase diffraction grating being discontinuously different. Absolute code pattern UVW these six diffraction grating U to W - disk D
Are formed in the same order in each quadrant on one lap. (Note that
UVW track as shown in FIG. 2, GT track, Z a, Z b tracks the arrangement if I independently may be arbitrary).

【0022】図1においてディスクD の下側にコリメー
タレンズLNS があるとしてディスクD の上側に固定の第
1の回折格子GBS1を設置している。第1の回折格子GBS1
は放射状の位相回折格子であり、その格子ピッチP1はP1
=π/Nラジアンである。
In FIG. 1, assuming that the collimator lens LNS is on the lower side of the disc D, the fixed first diffraction grating GBS1 is installed on the upper side of the disc D. First diffraction grating GBS1
Is a radial phase diffraction grating, and its grating pitch P 1 is P 1
= Π / N radian.

【0023】更に第1の回折格子GBS1の上には固定の第
2の回折格子GBS2を設置している。第2の回折格子GBS2
は放射状の位相回折格子であり、その格子ピッチはP1
2π/Nラジアンである。回折格子GBS2は、図4に示すよ
うに点P0を境界に、領域をGBS2-A,GBS2-B,GBS2-A-,GBS2
-B- の4つに分割していて、互いの格子の配列の位相を
1/8 ピッチ分ずつずらして形成している。
Further, a fixed second diffraction grating GBS2 is installed on the first diffraction grating GBS1. Second diffraction grating GBS2
Is a radial phase diffraction grating, and the grating pitch is P 1 =
It is 2π / N radian. Diffraction grating GBS2 is a boundary point P 0 as shown in FIG. 4, an area GBS2-A, GBS2-B, GBS2-A -, GBS2
-B - have been divided into four, the phase of the sequence of another grid
It is formed by shifting by 1/8 pitch.

【0024】なお、第1、第2の回折格子GBS1、GBS2お
よび回折格子GTは、ラメラ位相格子で0次回折光が発生
しないような微細構造を有している。
The first and second diffraction gratings GBS1, GBS2 and the diffraction grating GT have a fine structure such that 0th-order diffracted light is not generated in the lamella phase grating.

【0025】第2の回折格子GBS2の上には受光素子アレ
イSARYを設置してディスクD より発生する種々の変調光
束を検出している。受光素子アレイSARYは以下の3グル
ープの受光素子を有している。 (b1) インクリメンタル検出部SA,B、(変位量検出素
子) これは4分割受光素子SA,SB,SA-,SB- より成り、第2の
回折格子GBS2の4分割した各領域からの干渉光の光強度
を検出する。 (b2) 原点位置検出部SZ、(原点位置検出素子) これは2つの受光素子SZ1,SZ2 より成り、Zaトラック,Z
b トラックの上に配置し、各トラックからの0次回折光
を受光する。 (b3) アブソリュート位置検出部SUVW、(絶対位置検出
素子) これは1つの直線上に3つの受光素子SU,SV,SWを配置
し、UVW トラック上にある各回折格子U,V,W,U-,V-,W-
よって発生する回折光のうち0次回折光θ0 、1次回折
光θ1 、2次回折光θ2 を受光する。
A light receiving element array SARY is installed on the second diffraction grating GBS2 to detect various modulated light beams generated by the disk D. The light receiving element array SARY has the following three groups of light receiving elements. (b1) Incremental detector S A, B , (displacement detector) This consists of four-division photo detectors SA, SB, SA-, SB-, and interference from each of the four divided regions of the second diffraction grating GBS2. The light intensity of light is detected. (b2) Origin position detector S Z , (Origin position detector) This consists of two photo detectors SZ1 and SZ2, and Z a track, Z
It is placed on the b track and receives the 0th order diffracted light from each track. (b3) Absolute position detector S UVW , (Absolute position detector) This is the arrangement of three photo detectors SU, SV, SW on one straight line and each diffraction grating U, V, W, on the UVW track. Of the diffracted light generated by U , V , W , 0th-order diffracted light θ 0 , 1st-order diffracted light θ 1 , and 2nd-order diffracted light θ 2 are received.

【0026】受光素子アレイSARYは1つの基板の上に上
記の各受光素子を形成して構成している。
The light receiving element array SARY is formed by forming the above respective light receiving elements on one substrate.

【0027】本実施例の作用を説明する。光源LGT より
射出された光束は、コリメータレンズLNS によって平行
光束R に変換され、相対して回転するディスクD 上の一
部を照射し、GTトラック、Za,Zb トラック、UVW トラッ
クの一部が一括して照明される。
The operation of this embodiment will be described. The light flux emitted from the light source LGT is converted into a parallel light flux R by the collimator lens LNS, and irradiates a part on the disk D that rotates in the opposite direction, and a part of the GT track, Z a , Z b track, and UVW track. Are illuminated all at once.

【0028】光束R のうち回折格子GTを照射した光は、
図3に示すように回折格子GTによって2つの±1次回折
光束R+、R-を発生し、次いでこれらの回折光束は第1の
回折格子GBS1により再び回折されて、回折光束R+- 、R
-+ を発生し、光路を折曲げられ空間上の点P0にて交差
する。次いでそこに配置されている第2の回折格子GBS2
により再び回折されて同じ方向に射出する回折光束
R+-+、R-+-を発生し、重なりあって互いに干渉する干渉
光束となって射出する。
Of the light flux R, the light that illuminates the diffraction grating GT is
As shown in FIG. 3, the diffraction grating GT generates two ± 1st-order diffracted light beams R + and R −, and these diffracted light beams are diffracted again by the first diffraction grating GBS1 to produce a diffracted light beam R + − , R
-+ Is generated, the optical path is bent, and it intersects at point P 0 in space. Then the second diffraction grating GBS2 placed there
Diffracted light flux that is diffracted again by and is emitted in the same direction
R +-+ and R -+- are generated and emitted as an interference light beam that overlaps and interferes with each other.

【0029】ディスクD を照明する光束R は広がりを持
っているため回折格子GTで回折して第1の回折格子GBS1
に到達してもほとんど重なりあったままで、回折格子GB
S1、GBS2をへて受光素子SA,SB,SA-,SB- へ導かれる。
Since the luminous flux R illuminating the disc D has a spread, it is diffracted by the diffraction grating GT and then the first diffraction grating GBS1.
Even when it reaches, the diffraction grating GB remains almost overlapping.
The light is guided through S1 and GBS2 to the light receiving elements SA, SB, SA-, SB-.

【0030】たとえば照明する光束径が 500μm 、回折
格子GTの本数N =2500、GTトラックの記録半径r =5000
μm 、LED の波長λ=0.86μm として1次回折角θは、 θ= arcsin{λ・N/( 2πr)} =3.92° となり、回折格子GTと第1の回折格子GBS1とのギャップ
h= 500μm とすれば、2つの回折光束R+,R- の分離量
は68.5μm と極く僅かである。
For example, the luminous flux diameter for illumination is 500 μm, the number of diffraction gratings GT is N = 2500, and the recording radius of the GT track is r = 5000.
μm, LED wavelength λ = 0.86 μm, first-order diffraction angle θ becomes θ = arcsin {λ · N / (2πr)} = 3.92 °, and the gap between the diffraction grating GT and the first diffraction grating GBS1
If h = 500 μm, the amount of separation of the two diffracted light beams R + and R is 68.5 μm, which is extremely small.

【0031】第2の回折格子GBS2から射出する回折光束
R+-+、R-+-は互いに平行に光路を重なりあわせて射出さ
れ、光源LGT からのすべての光路の対称性が保持されて
いて、互いに干渉する。
Diffracted light flux emitted from the second diffraction grating GBS2
The light paths of R +-+ and R -+- are emitted in parallel with each other, and the symmetry of all the light paths from the light source LGT is maintained and interfere with each other.

【0032】その際に、回折光R+-+はディスクD の回転
によって回折格子GTが1ピッチ分移動すると、波面の位
相が-2πずれ、回折光R-+-はディスクD の回転によって
回折格子GTが1ピッチ分移動すると、波面の位相が-2π
ずれる。そこで干渉光は、ディスクD の回転によって回
折格子GTが1ピッチ分移動すると、明暗が正弦波状に2
回変化する。
At this time, when the diffraction grating GT moves by one pitch due to the rotation of the disk D, the diffracted light R +-+ is shifted in phase by -2π, and the diffracted light R -+- is diffracted by the rotation of the disk D. When the grating GT moves by one pitch, the wavefront phase becomes -2π.
It shifts. Therefore, when the diffraction grating GT moves by one pitch due to the rotation of the disk D, the interference light becomes bright and dark with a sine wave shape.
Change times.

【0033】さらに第2の回折格子GBS2においては、点
P0を境界として領域を4つの領域に分け、各領域におい
て互いの格子の配列の位相を1/8 ピッチ分ずつずらして
形成しているので、各領域における干渉位相(明暗の位
相)は1/4 周期ずつずれて正弦波状に2回変化する。
Further, in the second diffraction grating GBS2, the points
The region is divided into four regions with P 0 as the boundary, and the phase of the lattice arrangement is shifted by 1/8 pitch in each region, so the interference phase (bright and dark phase) in each region is 1 It changes twice in a sinusoidal manner with a shift of / 4 cycle.

【0034】この4つの領域からの干渉光は受光素子S
A,SB,SA-,SB- に入射するので、受光素子SA,SB,SA-,SB-
からはディスクD の1回転で干渉位相が1/4 周期づつ
ずれている2N周期の正弦波状アナログ信号電流が発生す
る。
The interference light from these four regions is received by the light receiving element S.
Since it is incident on A, SB, SA-, SB-, the light receiving element SA, SB, SA-, SB-
Generates a sinusoidal analog signal current with a 2N cycle in which the interference phase is deviated by 1/4 cycle per revolution of disk D.

【0035】一方、ディスクD を照射する平行光束R の
うち、Za,Zb トラックを照明する光は原点パターンZ の
位置によって図5に示すように、透過直接光束(0次
光)、透過回折光束(1次光)の2状態が現われ、その
位置に応じて受光素子SZ1 、SZ2 に夫々の光が入射す
る。
On the other hand, of the parallel light flux R illuminating the disk D, the light illuminating the Z a and Z b tracks is transmitted through the direct light flux (0th order light), as shown in FIG. Two states of the diffracted light flux (first-order light) appear, and the respective lights are incident on the light receiving elements SZ1 and SZ2 according to their positions.

【0036】たとえば図1に示すように光束R が原点パ
ターンZ のうち回折格子Z1及びZ2が無い部分(この部分
は素通しである)を照射している場合は受光素子SZ1 、
SZ2に夫々透過直接光束が入射している。もし、原点パ
ターンZ が在る部分を照射している場合は受光素子SZ1
、SZ2 のいずれかには光束は入射しない。その途中は
その位置に応じて2つの受光素子SZ1,SZ2 に光束が入射
する。
For example, as shown in FIG. 1, when the light flux R illuminates a portion of the origin pattern Z where the diffraction gratings Z1 and Z2 are not present (this portion is transparent), the light receiving element SZ1,
Directly transmitted light beams are incident on SZ2. If the area with the origin pattern Z is illuminated, the light receiving element SZ1
, SZ2 does not enter the light beam. During the process, a light beam is incident on the two light receiving elements SZ1 and SZ2 according to the position.

【0037】そこで、ディスクD の回転によって原点パ
ターンZ が照明領域内で移動すると、受光素子SZ1、SZ2
に入射する光量が変化し、互いに光量変化するタイミン
グがずれる。受光素子SZ1 、SZ2 からは互いにピークの
ずれた谷型波形アナログ信号電流が発生する。そこで、
原点信号としては例えば受光素子SZ1 、SZ2 出力が一致
した時点でパルス信号を発生すれば良い。
Therefore, when the origin pattern Z moves within the illumination area due to the rotation of the disk D, the light receiving elements SZ1 and SZ2
The amount of light incident on is changed, and the timings when the amounts of light change are deviated from each other. From the light receiving elements SZ1 and SZ2, valley-shaped waveform analog signal currents having peaks deviated from each other are generated. Therefore,
As the origin signal, for example, a pulse signal may be generated when the outputs of the light receiving elements SZ1 and SZ2 match.

【0038】また、図5には点線にて受光素子SZ1-、SZ
2-を追加して配置しているが、このように原点パターン
Z が無い部分では受光素子SZ1 、SZ2 に光束が入射し、
回折格子Z1若しくはZ2が在る部分では受光素子SZ1-若し
くはSZ2-に光束が入射するように構成することもでき
る。この場合、その途中ではその位置に応じて各受光素
子に光束が分配されて入射する。そこで受光素子SZ1 、
SZ2 、SZ1-、SZ2-からは互いにピークのずれた谷型もし
くは山型波形のアナログ信号電流が発生する。受光素子
SZ1 、SZ1-からは逆位相の信号が、受光素子SZ2 、SZ2-
からは逆位相の信号が発生するので、差信号同士の信号
レベルが一致した時点でパルス信号を発生すれば良い。
Further, in FIG. 5, the light receiving elements SZ1-, SZ are indicated by dotted lines.
2- is added and placed, but the origin pattern is
In the part without Z, the light beam is incident on the light receiving elements SZ1 and SZ2,
The light beam may be incident on the light receiving element SZ1- or SZ2- in the portion where the diffraction grating Z1 or Z2 exists. In this case, in the middle of the process, the luminous flux is distributed and incident on each light receiving element according to the position. Therefore, the light receiving element SZ1,
SZ2, SZ1-, and SZ2- generate analog signal currents having a valley or peak waveform with their peaks deviated from each other. Light receiving element
Opposite phase signals from SZ1 and SZ1-
Since signals having opposite phases are generated from the above, the pulse signal may be generated when the signal levels of the difference signals match.

【0039】一方、ディスクD を照射する平行光束R の
うち、UVW トラックを照明する光は、照明した位置によ
り図6に示すように、0次回折光θ0 のみ発生(U) 、1
次回折光θ1 のみ発生(W) 、0次回折光θ0 及び1次回
折光θ1 を発生(V) 、2次回折光θ2 のみ発生(V-)、0
次回折光θ0 及び2次回折光θ2 を発生(W-)、1次回折
光θ1 及び2次回折光θ2 を発生(U-)の6状態が現わ
れ、その照明位置に応じて受光素子SU,SV,SW上に直接光
及び回折光束が入射する。従って受光素子SU,SV,SWから
はアブソリュート符号信号群が出力され、その2値情報
の組み合わせによってディスクD のアブソリュート位置
が決定される。
On the other hand, of the parallel light flux R illuminating the disk D, the light illuminating the UVW track generates only the 0th-order diffracted light θ 0 (U), 1 as shown in FIG. 6 depending on the illuminated position.
Only the first-order diffracted light θ 1 is generated (W), the 0th-order diffracted light θ 0 and the first-order diffracted light θ 1 are generated (V), and only the second-order diffracted light θ 2 is generated (V ), 0
Six states of generation of the second-order diffracted light θ 0 and the second-order diffracted light θ 2 (W ) and generation of the first-order diffracted light θ 1 and the second-order diffracted light θ 2 (U ) appear, and the light receiving element SU, Light and diffracted light beams are directly incident on the SV and SW. Therefore, an absolute code signal group is output from the light receiving elements SU, SV, SW, and the absolute position of the disc D is determined by the combination of the binary information.

【0040】以上のように、ディスクD を照明した光束
R の透過変調光は受光素子アレイSARY上の各受光素子に
よって一括して検出される。本実施例においては原点パ
ターンZ 及びアブソリュート符号パターンUVW を回転軸
を中心とする円弧状の回折格子で構成するのでその回折
光は回転軸を通る放射線の方向に回折される。従ってイ
ンクリメンタル検出部SA,B、原点位置検出部SZ、アブソ
リュート位置検出部SUVWを略一直線に並べることも可能
になるので受光素子アレイSARYを小型に構成することが
できる。
As described above, the luminous flux illuminating the disk D
The transmission modulated light of R is collectively detected by each light receiving element on the light receiving element array SARY. In the present embodiment, the origin pattern Z and the absolute code pattern UVW are composed of arc-shaped diffraction gratings centering on the rotation axis, so that the diffracted light is diffracted in the direction of the radiation passing through the rotation axis. Therefore, it is possible to arrange the incremental detectors S A and B , the origin position detector S Z , and the absolute position detector S UVW in a substantially straight line, so that the light receiving element array SARY can be made compact.

【0041】なお、本実施例には図1には図示していな
いがディスクD の上又は下の近傍に図7に示す開口部材
BLを設けている。この開口部材BLはGTトラック、Za,Zb
トラック、UVW トラックを照射した後、変位量検出素
子、原点検出素子、絶対位置検出素子へ入射する光束を
制限する。これによって各回折格子からの変調光のS/N
比が向上し、それぞれの検出精度が高まる。
Although not shown in FIG. 1 in this embodiment, the opening member shown in FIG.
BL is provided. This opening member BL is GT track, Z a , Z b
After irradiating the track and UVW track, the luminous flux incident on the displacement amount detection element, the origin detection element, and the absolute position detection element is limited. As a result, the S / N of the modulated light from each diffraction grating is
The ratio is improved, and the detection accuracy of each is increased.

【0042】なお、実施例1の光学系を一部変更して、
インクリメンタル干渉光、アブソリュート符号パターン
UVW 、原点パターンZ を結像投影レンズによって受光素
子アレイSARYに投影するように構成すればアブソリュー
ト符号パターンや原点パターンのエッジの解像度が向上
して、検出精度がよくなる。
The optical system of Example 1 is partially modified to
Incremental interference light, absolute code pattern
If the UVW and the origin pattern Z are projected onto the light receiving element array SARY by the imaging projection lens, the resolution of the edges of the absolute code pattern and the origin pattern is improved, and the detection accuracy is improved.

【0043】また、回折格子GTとアブソリュート符号パ
ターンUVW 、原点パターンZ をディスクD の両面に配置
してもよい。
Further, the diffraction grating GT, the absolute code pattern UVW and the origin pattern Z may be arranged on both sides of the disk D.

【0044】本実施例では放射状の位相回折格子GT、円
弧状の位相回折格子で構成した原点パターンZ 、円弧状
の位相回折格子で構成したアブソリュート符号パターン
UVWをディスクD 上の狭い範囲に形成しているので小型
の複合型のロータリーエンコーダを構成するのに好都合
である。
In this embodiment, the radial phase diffraction grating GT, the origin pattern Z composed of the arcuate phase diffraction grating, and the absolute code pattern composed of the arcuate phase diffraction grating
Since the UVW is formed in a narrow area on the disk D, it is convenient to construct a small-sized composite rotary encoder.

【0045】又、3つの回折格子を1つの光源から発生
する光束で照射しているので、小型化にも有利であると
共に発熱も少ない。
Further, since the three diffraction gratings are irradiated with the light flux generated from one light source, it is advantageous for downsizing and generates less heat.

【0046】又、1つの基板で構成した受光素子アレイ
を使用するので、複合型のロータリーエンコーダの小型
化に有利である。
Further, since the light receiving element array formed on one substrate is used, it is advantageous for downsizing of the composite rotary encoder.

【0047】又、原点パターンZ 、アブソリュート符号
パターンUVW は位相回折格子の形状パラメータ(デユー
ティ、ピッチ、厚さ)が不連続に異なる回折格子で構成
し、これによって特定次数の回折光の強度を効率良く高
めている。これにより高い検出信頼度を得ている。
Further, the origin pattern Z and the absolute code pattern UVW are composed of diffraction gratings in which the shape parameters (duty, pitch, thickness) of the phase diffraction grating are discontinuously different, whereby the intensity of the diffracted light of a specific order is increased efficiently. I am raising it well. As a result, high detection reliability is obtained.

【0048】又、1つの電源、1つの受光素子アレイの
構成により安定な光学系を実現している。
A stable optical system is realized by the structure of one power source and one light receiving element array.

【0049】なお、本実施例の受光素子アレイSARYは1
つの基板によって構成したが、場合によってはこれを複
数の基板に分けても良い。
The light-receiving element array SARY of this embodiment is 1
Although it is composed of one substrate, it may be divided into a plurality of substrates in some cases.

【0050】図8は本発明の実施例2の要部概略図であ
る。本実施例が実施例1と大きく異なる点はディスクD
上に形成する3つの回折格子をいずれも反射型で構成
し、その他の光学的な構成要素をディスクD の片側に設
定している点である。
FIG. 8 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 2 of the present invention. The major difference between this embodiment and Embodiment 1 is disc D.
The point is that all of the three diffraction gratings formed above are reflection type, and other optical components are set on one side of the disk D 1.

【0051】又、図9は実施例2の干渉光学系の原理説
明図、図10は実施例2の各回折格子の拡大図である。
FIG. 9 is an explanatory view of the principle of the interference optical system of the second embodiment, and FIG. 10 is an enlarged view of each diffraction grating of the second embodiment.

【0052】図8中、LGT は光源であり、LED 等で構成
しており単色光を放射する。LNS はコリメータレンズで
あり、光源LGT からの光束を平行光束R に変換する。BS
はビームスプリッタであり、ディスクからの反射回折光
の一部を側方へ反射する。なお、光源LGT 、コリメータ
レンズLNS 等は光照射手段の一要素を構成している。D
はディスクであり、円板状の部材で被測定回転物に固定
して回転する。ディスクD 上には実施例1と同様に、放
射状の位相回折格子GT、円弧状の位相回折格子より成る
原点パターンZ 、円弧状の位相回折格子より成るアブソ
リュート符号パターンUVW の3つの回折格子を該ディス
クの異なる周(トラック)上に形成し、その上に反射膜
を形成している。これらについて説明する。 (c1) 放射状の位相回折格子GTはディスクD のGTトラッ
ク上に1周中にN 本の回折格子を形成している。従って
格子ピッチP は P= 2π/Nラジアンである。 (c2) 原点パターンZ はZaトラック及びZbトラックの1
周中の1か所に幅の狭い円弧状の位相回折格子Z1,Z2 を
端が接するように並べて設置して構成している。Zaトラ
ック,Zb トラック上で回折格子Z1若しくはZ2が無い部分
は平面部分である。なお、回折格子Z1,Z2 は回折格子の
形状パラメータのうちデユーティを変えて形成してい
る。 (c3) アブソリュート符号パターンUVW はUVW トラック
上に6種類の円弧状の位相回折格子を形成して構成して
いる。これらの回折格子は反射回折光として0次の反射
回折光θ0 のみを発生する回折格子U 、1次の反射回折
光θ1 のみを発生する回折格子W 、0次の反射回折光θ
0 と1次の反射回折光θ1 を発生する回折格子V 、2次
の反射回折光θ2 のみを発生する回折格子V-、0次反射
回折光θ0と2次の反射回折光θ2 を発生する回折格子W
-、1次の反射回折光θ1 と2次の反射回折光θ2 を発
生する回折格子U-の6種類である。これらの特定回折光
を発生する作用は1つの回折格子を位相回折格子の形状
パラメータ(デユーティ、ピッチ、厚さ)の少なくとも
1つが不連続に異なる回折格子で構成することにより生
じている。アブソリュート符号パターンUVW はこれらの
6種類の回折格子U〜W-をディスクD の1周上の各象限
に同じ順序で形成している。
In FIG. 8, LGT is a light source, which is composed of an LED or the like and emits monochromatic light. LNS is a collimator lens, which converts the light beam from the light source LGT into a parallel light beam R. BS
Is a beam splitter, which reflects a part of the reflected and diffracted light from the disk to the side. The light source LGT, the collimator lens LNS and the like form one element of the light irradiation means. D
Is a disk, which is fixed to a rotating object to be measured by a disk-shaped member and rotates. Similar to the first embodiment, three diffraction gratings of a radial phase diffraction grating GT, an origin pattern Z consisting of an arcuate phase diffraction grating, and an absolute code pattern UVW consisting of an arcuate phase diffraction grating are provided on the disk D. It is formed on different circumferences (tracks) of the disk, and a reflective film is formed on the disk. These will be described. (c1) The radial phase diffraction grating GT has N diffraction gratings formed on the GT track of the disk D in one revolution. Therefore, the lattice pitch P is P = 2π / N radian. (c2) Origin pattern Z is 1 of Z a track and Z b track.
Narrow arc-shaped phase diffraction gratings Z1 and Z2 are installed side by side so that their ends are in contact with each other at one location on the circumference. The portions without the diffraction grating Z1 or Z2 on the Z a track and the Z b track are plane portions. The diffraction gratings Z1 and Z2 are formed by changing the duty among the shape parameters of the diffraction grating. (c3) Absolute code pattern UVW is constructed by forming six types of arc-shaped phase diffraction gratings on the UVW track. These diffraction gratings are a diffraction grating U that generates only the 0th-order reflected diffracted light θ 0 as the reflected diffracted light, a diffraction grating W that generates only the 1st-order reflected diffracted light θ 1 , and a 0th-order reflected diffracted light θ.
0 and 1-order reflected diffracted light theta 1 the generated diffraction grating V, second-order diffraction grating V which generates only the reflected diffracted light theta 2 -, 0-order reflected diffracted light theta 0 and second order reflected diffraction light theta 2 Generating diffraction grating W
- diffraction grating U generated first-order reflection diffraction light theta 1 and second-order reflected diffracted light theta 2 - is a six. The action of generating these specific diffracted lights is caused by configuring one diffraction grating with at least one of the shape parameters (duty, pitch, thickness) of the phase diffraction grating being discontinuously different. Absolute code pattern UVW these six diffraction grating U to W - a are formed in the same order in each quadrant on one rotation of the disc D.

【0053】ビームスプリッタBSとディスクD との間に
は固定の回折格子GBS3を設置している。回折格子GBS3は
放射状の位相回折格子であり、その格子ピッチP1はP1
4π/Nである。回折格子GBS3は、図10に示すように点
P0を境界に、領域をGBS3-A,GBS3-B,GBS3-A-,GBS3-B-
4つに分割していて、互いの格子の配列の位相を1/8ピ
ッチ分ずつずらして形成している。
A fixed diffraction grating GBS3 is installed between the beam splitter BS and the disc D. The diffraction grating GBS3 is a radial phase diffraction grating, and its grating pitch P 1 is P 1 =
It is 4π / N. The diffraction grating GBS3, as shown in FIG.
The P 0 in the boundary, the area GBS3-A, GBS3-B, GBS3-A -, GBS3-B - Four to have split, by shifting the phase of the sequence of another grating by 1/8 pitch min Is forming.

【0054】なお、回折格子GTおよび回折格子GBS3は、
ラメラ位相格子で0次回折光が発生しないような段差微
細構造を有している。
The diffraction grating GT and the diffraction grating GBS3 are
The lamella phase grating has a stepped fine structure that does not generate zero-order diffracted light.

【0055】ビームスプリッタBSの側方には受光素子ア
レイSARYを設置してディスクD より発生する種々の変調
光束を検出している。受光素子アレイSARYは以下の3グ
ループの受光素子を有している。 (d1) インクリメンタル検出部SA,B、(変位量検出素
子) これは4分割受光素子SA,SB,SA-,SB- より成り、回折格
子GBS3の4分割した各領域からの干渉光の光強度を検出
する。 (d2) 原点位置検出部SZ、(原点位置検出素子) これは2つの受光素子SZ1,SZ2 より成り、Zaトラック,Z
b トラックの上に配置し、各トラックからの0次回折光
を受光する。 (d3) アブソリュート位置検出部SUVW、(絶対位置検出
素子) これは1つの直線上に3つの受光素子SU,SV,SWを配置
し、UVW トラック上にある各回折格子U,V,W,U-,V-,W-
よって発生する回折光のうち0次回折光θ0 、1次回折
光θ1 、2次回折光θ2 を受光する。
A light receiving element array SARY is installed on the side of the beam splitter BS to detect various modulated light beams generated by the disk D. The light receiving element array SARY has the following three groups of light receiving elements. (d1) Incremental detector S A, B , (displacement detector) This consists of four-division photo detectors SA, SB, SA-, SB-, and the light of the interference light from each of the four divisions of the diffraction grating GBS3. Detect intensity. (d2) an origin position detecting unit S Z, consists (origin position detection element) which two light-receiving elements SZ1, SZ2, Z a track, Z
It is placed on the b track and receives the 0th order diffracted light from each track. (d3) Absolute position detector S UVW , (Absolute position detector) This is three diffraction elements SU, SV, SW arranged on one straight line, and each diffraction grating U, V, W, on the UVW track. Of the diffracted light generated by U , V , W , 0th-order diffracted light θ 0 , 1st-order diffracted light θ 1 , and 2nd-order diffracted light θ 2 are received.

【0056】受光素子アレイSARYは1つの基板の上に上
記の各受光素子を形成して構成している。
The light receiving element array SARY is formed by forming the above respective light receiving elements on one substrate.

【0057】本実施例の作用を説明する。光源LGT より
射出する光束は、コリメータレンズLNS によって平行光
束R となり、ビームスプリッタBSを透過した後、そのう
ちの一部の光束が回折格子GBS3により回折されて回折光
束R+、R-を発生して、相対して回転するディスクD 上の
回折格子GTを照射する。平行光束R のうち、回折格子GB
S3の領域を通らない光束は、そのまま回転するディスク
D 上の他のトラックの一部を照明する。
The operation of this embodiment will be described. The light beam emitted from the light source LGT is parallel light beam R becomes by the collimator lens LNS, passes through the beam splitter BS, the diffracted light beam is diffracted part of the light flux by the diffraction grating GBS3 of which R +, R - and generate , Irradiate the diffraction grating GT on the disk D rotating relative to each other. Of the parallel light flux R, the diffraction grating GB
A light beam that does not pass through the S3 area rotates as it is
Illuminate some of the other tracks on D.

【0058】図9に示すように回折格子GTを照射した2
つの回折光束R+、R-は回折格子GTにより2つの±1次反
射回折光束R+- 、R-+ を発生し、これらの光束は回折格
子GBS3により再回折されて同じ方向に射出する回折光束
R+-+、R-+-になり、光路を重ね合わされて互いに干渉し
て干渉光束として射出し、ビームスプリッタBSによって
側方へ反射した後、受光素子に入射する。
Irradiation of a diffraction grating GT as shown in FIG.
The two diffracted light beams R + and R generate two ± 1st-order reflected diffracted light beams R + − and R − + by the diffraction grating GT, and these light beams are re-diffracted by the diffraction grating GBS3 and emitted in the same direction. Luminous flux
R +-+ , R -+- are formed, the optical paths are overlapped with each other, and interfere with each other to be emitted as an interference light beam, which is reflected laterally by the beam splitter BS and then enters the light receiving element.

【0059】ディスクD を照明する光束R は広がりを持
っているため放射状の回折格子GBS3で回折して放射状の
回折格子GTに到達してもほとんど重なりあったままで、
回折格子GT、GBS3をへて受光素子へ導かれる。
Since the luminous flux R illuminating the disc D has a spread, even if it reaches the radial diffraction grating GT after being diffracted by the radial diffraction grating GBS3, it remains almost overlapped.
The light is guided to the light receiving element through the diffraction gratings GT and GBS3.

【0060】たとえば照明する光束径が 500μm 、放射
状格子本数N =2500、ディスクD の記録半径r =5000μ
m 、LED の波長λ=0.86μm としてディスク照明光の入
射角θは、 θ= arcsin{λ・N/( 4πr)} =1.96° となり、放射状の回折格子GTと回折格子GBS3とのギャッ
プ h= 500μm とすれば、2つの回折光束の分離量は3
4.2μm と極く僅かである。
For example, the luminous flux diameter for illumination is 500 μm, the number of radial gratings N = 2500, the recording radius r of the disk D = 5000 μ
When m is the wavelength of the LED λ = 0.86 μm, the incident angle θ of the disc illumination light is θ = arcsin {λ · N / (4πr)} = 1.96 °, and the gap h between the radial diffraction grating GT and the diffraction grating GBS3 is If it is 500 μm, the separation amount of the two diffracted light beams is 3
It is very small, 4.2 μm.

【0061】回折格子GBS3から再回折される光束R+-+
R-+-は互いに平行に光路を重なりあわせて射出され、光
源LGT からのすべての光路の対称性が保持されていて、
互いに干渉する。
The light beam R +-+ re-diffracted from the diffraction grating GBS3,
R -+- are emitted parallel to each other with overlapping optical paths, and the symmetry of all optical paths from the light source LGT is maintained,
Interfere with each other.

【0062】その際に、回折光R+-+はディスクD の回転
によって回折格子GTが1ピッチ分移動すると、波面の位
相が-2πずれ、回折光R-+-はディスクD の回転によって
回折格子GTが1ピッチ分移動すると、波面の位相が-2π
ずれる。そこで干渉光は、ディスクD の回転によって回
折格子GTが1ピッチ分移動すると、明暗が正弦波状に2
回変化する。
At this time, when the diffraction grating GT moves by one pitch due to the rotation of the disk D, the diffracted light R +-+ shifts the phase of the wavefront by -2π, and the diffracted light R -+- is diffracted by the rotation of the disk D. When the grating GT moves by one pitch, the wavefront phase becomes -2π.
It shifts. Therefore, when the diffraction grating GT moves by one pitch due to the rotation of the disk D, the interference light becomes bright and dark with a sine wave shape.
Change times.

【0063】さらに回折格子GBS3においては、点P0を境
界として領域を4つの領域に分け、各領域において互い
の格子の配列の位相を1/8 ピッチ分ずつずらして形成し
ているので、各領域における干渉位相(明暗の位相)は
1/4 周期ずつずれて正弦波状に2回変化する。
Further, in the diffraction grating GBS3, the region is divided into four regions with the point P 0 as a boundary, and the phase of the grating arrangement is shifted by 1/8 pitch in each region. The interference phase (brightness phase) in the area is
It changes twice in a sinusoidal manner with a shift of 1/4 cycle.

【0064】この4つの領域からの干渉光は受光素子S
A,SB,SA-,SB- に入射するので、受光素子SA,SB,SA-,SB-
からはディスクD の1回転で干渉位相が1/4 周期づつ
ずれている2N周期の正弦波状アナログ信号電流が発生す
る。
Interference light from these four areas is received by the light receiving element S.
Since it is incident on A, SB, SA-, SB-, the light receiving element SA, SB, SA-, SB-
Generates a sinusoidal analog signal current with a 2N cycle in which the interference phase is deviated by 1/4 cycle per revolution of disk D.

【0065】一方、ディスクD を照射する平行光束R の
うち、Za,Zb トラックを照明した光原点パターンZ の位
置によって、反射直接光束(0次の回折光)、反射回折
光束(1次の回折光)の2光束が現われ、それに応じて
受光素子SZ1 、SZ2 に夫々の光が入射する。
On the other hand, of the parallel light flux R illuminating the disk D, the reflected direct light flux (0th order diffracted light) and the reflected diffracted light flux (1st order diffracted light) depending on the position of the light origin pattern Z illuminating the Z a and Z b tracks. 2 light beams of (diffracted light) appear, and accordingly, the respective lights are incident on the light receiving elements SZ1 and SZ2.

【0066】たとえば図8に示すように光束R が原点パ
ターンZ が無い部分を照射している場合は受光素子SZ1
、SZ2 に夫々反射直接光束が入射している。もし、回
折格子Z1もしくはZ2が在る部分を照射している場合は受
光素子SZ1 、SZ2 のいずれかには光束は入射しない。そ
の途中はその位置に応じて2つの受光素子に光束が入射
する。
For example, as shown in FIG. 8, when the light flux R illuminates a portion without the origin pattern Z, the light receiving element SZ1
, SZ2 are reflected and direct rays are incident respectively. If the portion where the diffraction grating Z1 or Z2 is present is illuminated, no light beam is incident on any of the light receiving elements SZ1 and SZ2. In the middle of the process, a light beam is incident on the two light receiving elements according to its position.

【0067】そこで、ディスクD の回転によって原点パ
ターンZ が照明領域内で移動すると、受光素子SZ1、SZ2
に入射する光量が変化し、互いに光量変化するタイミン
グがずれる。受光素子SZ1 、SZ2 からは互いにピークの
ずれた谷型波形アナログ信号電流が発生する。そこで、
原点信号としては例えば受光素子SZ1 、SZ2 出力が一致
した時点でパルス信号を発生すれば良い。
Therefore, when the origin pattern Z moves in the illumination area due to the rotation of the disk D, the light receiving elements SZ1, SZ2
The amount of light incident on is changed, and the timings when the amounts of light change are deviated from each other. From the light receiving elements SZ1 and SZ2, valley-shaped waveform analog signal currents having peaks deviated from each other are generated. Therefore,
As the origin signal, for example, a pulse signal may be generated when the outputs of the light receiving elements SZ1 and SZ2 match.

【0068】一方、ディスクD を照射する平行光束R の
うち、UVW トラックを照明する光は、照明した位置によ
り0次回折光θ0 のみ発生(U) 、1次回折光θ1 のみ発
生(W) 、0次回折光θ0 及び1次回折光θ1 を発生(V)
、2次回折光θ2 のみ発生(V-)、0次回折光θ0 及び
2次回折光θ2 を発生(W-)、1次回折光θ1 及び2次回
折光θ2 を発生(U-)の6状態が現われ、その照明位置に
応じて受光素子SU,SV,SW上に直接反射光及び反射回折光
束が入射する。従って受光素子SU,SV,SWからはアブソリ
ュート符号信号群が出力され、その2値情報の組み合わ
せによってディスクD のアブソリュート位置が決定され
る。
On the other hand, of the parallel light flux R illuminating the disc D, the light illuminating the UVW track is generated only by the 0th-order diffracted light θ 0 (U) and only by the 1st-order diffracted light θ 1 (W), depending on the illuminated position. Generates 0th-order diffracted light θ 0 and 1st-order diffracted light θ 1 (V)
Only the second-order diffracted light θ 2 is generated (V ), the 0th-order diffracted light θ 0 and the second-order diffracted light θ 2 are generated (W ), the first-order diffracted light θ 1 and the second-order diffracted light θ 2 are generated (U ). A state appears, and the reflected light and the reflected diffracted light beam are directly incident on the light receiving elements SU, SV, SW according to the illumination position. Therefore, an absolute code signal group is output from the light receiving elements SU, SV, SW, and the absolute position of the disc D is determined by the combination of the binary information.

【0069】以上のように、ディスクD を照明した光束
R の反射変調光は受光素子アレイSARY上の各受光素子に
よって一括して検出される。本実施例においては原点パ
ターンZ 及びアブソリュート符号パターンUVW を回転軸
を中心とする円弧状の回折格子で構成するのでその回折
光は回転軸を通る放射線の方向に回折される。従ってイ
ンクリメンタル検出部SA,B、原点位置検出部SZ、アブソ
リュート位置検出部SUVWを略一直線に並べることも可能
になるので受光素子アレイSARYを小型に構成することが
できる。
As described above, the luminous flux illuminating the disc D
The reflection modulated light of R is collectively detected by each light receiving element on the light receiving element array SARY. In the present embodiment, the origin pattern Z and the absolute code pattern UVW are composed of arc-shaped diffraction gratings centering on the rotation axis, so that the diffracted light is diffracted in the direction of the radiation passing through the rotation axis. Therefore, it is possible to arrange the incremental detectors S A and B , the origin position detector S Z , and the absolute position detector S UVW in a substantially straight line, so that the light receiving element array SARY can be made compact.

【0070】なお、本実施例には図8には図示していな
いがディスクD の上方に図7に示す開口部材BLを設けて
いる。この開口部材BLはGTトラック、Za,Zb トラック、
UVWトラックを照射した後、変位量検出素子、原点検出
素子、絶対位置検出素子へ入射する光束を制限する。こ
れによって各回折格子からの変調光のS/N 比が向上し、
それぞれの検出精度が高まる。
In this embodiment, although not shown in FIG. 8, an opening member BL shown in FIG. 7 is provided above the disc D. This opening member BL is a GT track, Z a , Z b track,
After irradiating the UVW track, the luminous flux incident on the displacement amount detection element, the origin detection element, and the absolute position detection element is limited. This improves the S / N ratio of the modulated light from each diffraction grating,
The detection accuracy of each is improved.

【0071】なお、実施例2の光学系を一部変更して、
インクリメンタル干渉光、アブソリュート符号パターン
UVW 、原点パターンZ を結像投影レンズによって受光素
子アレイSARYに投影するように構成すればアブソリュー
ト符号パターンや原点パターンのエッジの解像度が向上
して、検出精度がよくなる。
A part of the optical system of the second embodiment is changed to
Incremental interference light, absolute code pattern
If the UVW and the origin pattern Z are projected onto the light receiving element array SARY by the imaging projection lens, the resolution of the edges of the absolute code pattern and the origin pattern is improved, and the detection accuracy is improved.

【0072】本実施例では放射状の位相回折格子GT、円
弧状の位相回折格子で構成した原点パターンZ 、円弧状
の位相回折格子で構成したアブソリュート符号パターン
UVWをディスクD 上の狭い範囲に形成しているので小型
の複合型のロータリーエンコーダを構成するのに好都合
である。
In this embodiment, a radial phase diffraction grating GT, an origin pattern Z composed of an arcuate phase diffraction grating, and an absolute code pattern composed of an arcuate phase diffraction grating.
Since the UVW is formed in a narrow area on the disk D, it is convenient to construct a small-sized composite rotary encoder.

【0073】又、3つの回折格子を1つの光源から発生
する光束で照射しているので、小型化に有利であると共
に発熱も少ない。
Further, since the three diffraction gratings are irradiated with the light flux generated from one light source, it is advantageous for downsizing and generates less heat.

【0074】又、1つの基板で構成した受光素子アレイ
を使用するので、複合型のロータリーエンコーダの小型
化に有利である。
Further, since the light receiving element array constituted by one substrate is used, it is advantageous for downsizing of the composite rotary encoder.

【0075】又、原点パターンZ 、アブソリュート符号
パターンUVW は位相回折格子の形状パラメータ(デユー
ティ、ピッチ、厚さ)の少なくとも1つが不連続に異な
る回折格子で構成し、これによって特定次数の回折光の
強度を効率良く高めている。これにより高い検出信頼度
を得ている。
The origin pattern Z and the absolute code pattern UVW are composed of diffraction gratings in which at least one of the shape parameters (duty, pitch, thickness) of the phase diffraction grating is discontinuously different. Efficiently increasing strength. As a result, high detection reliability is obtained.

【0076】又、1つの電源、1つの受光素子アレイの
構成により安定な光学系を実現している。
A stable optical system is realized by the structure of one power source and one light receiving element array.

【0077】なお、本実施例の受光素子アレイSARYは1
つの基板によって構成したが、場合によってはこれを複
数の基板に分けても良い。
The light receiving element array SARY of this embodiment is 1
Although it is composed of one substrate, it may be divided into a plurality of substrates in some cases.

【0078】その他実施例1、2に以下に説明する変更
を加えることも可能である。
In addition, it is possible to add the following modifications to the first and second embodiments.

【0079】 実施例1において、回折格子GTの本数
をN1( 本/周) 、第1の回折格子GBS1の本数をN2( 本/
周) 、第2の回折格子GBS2の本数をN3( 本/周) 、そし
てn1、n2、n3を夫々回折格子GT,第1の回折格子GBS1、
第2の回折格子GBS2による回折次数として、それらの間
に、 n1・N1+ n2・N2+ n3・N3=0 を満たすように構成すること。(実施例1では、n1=+1
、n2=-1 、n3=+1 、N1=2500 、N2=5000 、N3=2500 で
あった。)この時、全周記録する必要のない放射状回折
格子の本数N は整数である必要はなく小数点以下がつい
てもよい。
In Example 1, the number of diffraction gratings GT is N 1 (pieces / circle), and the number of first diffraction gratings GBS 1 is N 2 (pieces / circle).
Circumference), the number of second diffraction gratings GBS2 is N 3 (pieces / circle), and n 1 , n 2 , and n 3 are diffraction grating GT, first diffraction grating GBS1,
As a diffraction order by the second diffraction grating GBS2, it should be configured such that n 1 · N 1 + n 2 · N 2 + n 3 · N 3 = 0 is satisfied between them. (In the first embodiment, n 1 = + 1
, N 2 = -1, n 3 = + 1, N 1 = 2500, N 2 = 5000, N 3 = 2500. ) At this time, the number N of radial diffraction gratings that do not need to be recorded in the entire circumference does not have to be an integer, and may have a decimal point.

【0080】 アブソリュート符号パターンUVW を円
弧状の回折格子から、通常のピュアバイナリーコード、
グレイコード等に変更すること。
The absolute code pattern UVW is converted from a circular diffraction grating into a normal pure binary code,
Change to gray code, etc.

【0081】 アブソリュート符号パターンUVW 、原
点パターンZ の透過・非透過または反射・非反射の関係
を逆にすること。
To reverse the relationship of transmission / non-transmission or reflection / non-reflection of the absolute code pattern UVW and the origin pattern Z.

【0082】 インクリメンタル位相差信号を発生す
る回折格子(実施例1では第2の回折格子GBS2)の分割
数や位相ずらし量を変えること。(例えば2分割にし
て、位相を90度ずらしたり、6分割にして位相を60度ず
つずらしたりすること等) 原点パターンZ を実施例1、2のように2つにわけ
て2信号の差信号から得るのではなく、通常の2つのラ
ンダムピッチパターンの重ね合せによる相関関数のピー
クを検出する方式に変更すること。
Changing the number of divisions and the phase shift amount of the diffraction grating (the second diffraction grating GBS2 in the first embodiment) that generates the incremental phase difference signal. (For example, dividing into 2 and shifting the phase by 90 degrees, dividing into 6 and shifting the phase by 60 degrees, etc.) The origin pattern Z is divided into two as in Examples 1 and 2, and the difference between the two signals is divided. Change to a method that detects the peak of the correlation function by superposing two normal random pitch patterns instead of obtaining from the signal.

【0083】 アブソリュート符号パターンUVW 及び
/又は原点パターンZ を明暗パターンによる円弧状の回
折格子に変更すること。
Changing the absolute code pattern UVW and / or the origin pattern Z to an arc-shaped diffraction grating with a light-dark pattern.

【0084】[0084]

【発明の効果】本発明は以上の構成により、インクリメ
ンタルエンコーダの一要素を構成する高密度の放射状の
回折格子と原点パターン又は/及びアブソリュートエン
コーダの一要素を構成するアブソリュート符号パターン
を形成した小径のディスクと1つの光源そして受光素子
アレイとを用いて複数の変調光の光強度を一括して読み
取ることにより、小型、小径、薄型でありながら同時に
安定な光学系より回転情報を検出することのできる複合
型のロータリーエンコーダを達成している。
As described above, the present invention has a small diameter with a high-density radial diffraction grating forming one element of an incremental encoder and an origin pattern or / and an absolute code pattern forming one element of an absolute encoder. By collectively reading the light intensities of a plurality of modulated lights using the disk, one light source, and the light receiving element array, it is possible to detect rotation information from a stable optical system while being compact, small in diameter, and thin. Achieved a combined rotary encoder.

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

【図1】 本発明の実施例1の要部概略図FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of the present invention.

【図2】 ディスク上の各パターンの説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of each pattern on the disc

【図3】 実施例1の干渉光学系の原理説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of the principle of the interference optical system according to the first embodiment.

【図4】 実施例1の各回折格子の拡大図FIG. 4 is an enlarged view of each diffraction grating of Example 1.

【図5】 実施例1の要部斜視図FIG. 5 is a perspective view of a main part of the first embodiment.

【図6】 実施例1のアブソリュート符号パターンUVW
の説明図
FIG. 6 is an absolute code pattern UVW of the first embodiment.
Illustration of

【図7】 開口部材FIG. 7: Opening member

【図8】 本発明の実施例2の要部概略図FIG. 8 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 2 of the present invention.

【図9】 実施例2の干渉光学系の原理説明図FIG. 9 is an explanatory diagram of the principle of the interference optical system of Example 2.

【図10】 実施例2の各回折格子の拡大図FIG. 10 is an enlarged view of each diffraction grating of Example 2.

【図11】 従来のインクリメンタルエンコーダ(透過
タイプ)の原理説明図
FIG. 11 is an explanatory diagram of the principle of a conventional incremental encoder (transmission type).

【図12】 従来のインクリメンタルエンコーダ(反射
タイプ)の原理説明図
FIG. 12 is an explanatory diagram of the principle of a conventional incremental encoder (reflection type).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

LGT 光源 R 光束 LNS コリメータレンズ D ディスク GBS1、GBS2 固定の放射状の位相回折格子 GBS3 固定の放射状の位相回折格子 GT ディスク上に形成する放射状の位相回折
格子 P0 GBS2またはGBS3上の光束合成位置 SARY 受光素子アレイ SA,B 変位量検出素子 SA,SA-,SB,SB- 放射状の回折格子からの干渉光束の受
光素子 SZ 原点位置検出素子 SZ1,SZ2 原点パターンからの光束の受光素子 SUVW 絶対位置検出素子 SU,SV,SW アブソリュート符号パターンUVW からの
光束の受光素子 Z 原点パターン Z1,Z2 円弧状の位相回折格子 UVW アブソリュート符号パターン U,V,W,U-,V-,W- 円弧状の位相回折格子
LGT Light source R Luminous flux LNS Collimator lens D Disc GBS1, GBS2 Fixed radial phase diffraction grating GBS3 Fixed radial phase diffraction grating GT Radial phase diffraction grating formed on disk P 0 GBS2 or GBS3 Combined luminous flux position SARY Received light Element array S A, B Displacement detection element SA, SA-, SB, SB- Light receiving element for interference light flux from radial diffraction grating S Z Origin position detection element SZ1, SZ2 Light receiving element for light flux from origin pattern S UVW Absolute position detecting elements SU, SV, the light receiving element of the light flux from the SW absolute code pattern UVW Z origin pattern Z1, Z2 arcuate phase grating UVW absolute code pattern U, V, W, U - , V -, W - arcuate Phase diffraction grating

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源から射出する光束を放射状の位相回
折格子、原点パターン、アブソリュート符号パターンを
有する回転可能な円板状のディスクの一部に照射し、該
アブソリュート符号パターンを照射した光の変調光を絶
対位置検出素子で受光して該ディスクの絶対位置を検出
し、該原点パターンを照射した光の変調光を原点位置検
出素子で受光して該ディスクの原点位置を検出し、該デ
ィスク上の位相回折格子と固定した回折格子によって回
折して合成される干渉光を変位量検出素子で受光して該
ディスクの変位情報を得る複合型のロータリーエンコー
ダにおいて、 該原点パターン及び該アブソリュート符号パターンのい
ずれか一方又は両者を複数個の円弧状の回折格子で構成
していることを特徴とする複合型のロータリーエンコー
ダ。
1. A part of a rotatable disc-shaped disc having a radial phase diffraction grating, an origin pattern, and an absolute code pattern is irradiated with a light beam emitted from a light source, and the light irradiated with the absolute code pattern is modulated. The light is received by the absolute position detection element to detect the absolute position of the disc, and the modulated light of the light that illuminates the origin pattern is received by the origin position detection element to detect the origin position of the disc. In the composite rotary encoder for obtaining the displacement information of the disc by receiving the interference light diffracted and synthesized by the phase diffraction grating and the fixed diffraction grating by the displacement amount detection element, the origin pattern and the absolute code pattern A composite rotary encoder, characterized in that one or both of them is composed of a plurality of arc-shaped diffraction gratings.
【請求項2】 前記円弧状の回折格子が位相回折格子で
あることを特徴とする請求項1の複合型のロータリーエ
ンコーダ。
2. The composite rotary encoder according to claim 1, wherein the arc-shaped diffraction grating is a phase diffraction grating.
【請求項3】 前記原点パターン及びアブソリュート符
号パターンは回折格子の形状パラメータの少なくとも1
つが不連続に変化する回折格子で構成されていることを
特徴とする請求項1又は2の複合型のロータリーエンコ
ーダ。
3. The origin pattern and the absolute code pattern are at least one of the shape parameters of the diffraction grating.
3. A composite rotary encoder according to claim 1, wherein the rotary encoder is composed of a diffraction grating that changes discontinuously.
【請求項4】 前記絶対位置検出素子、前記原点位置検
出素子及び前記変位量検出素子が1つの基板上に構成さ
れていることを特徴とする請求項1、2又は3の複合型
のロータリーエンコーダ。
4. The composite rotary encoder according to claim 1, wherein the absolute position detecting element, the origin position detecting element and the displacement amount detecting element are formed on one substrate. .
【請求項5】 前記ディスクの近傍に前記絶対位置検出
素子、前記原点位置検出素子及び前記変位量検出素子へ
入射する光束を制限する開口部材を有することを特徴と
する請求項1〜4のいずれか1項に記載の複合型のロー
タリーエンコーダ。
5. An opening member for limiting a light beam incident on the absolute position detecting element, the origin position detecting element and the displacement amount detecting element is provided in the vicinity of the disc. (1) A composite rotary encoder according to item 1.
【請求項6】 光源から射出する光束を放射状の位相回
折格子、原点パターン、アブソリュート符号パターンを
有する回転可能な円板状のディスクと、それと重畳して
配置した固定の回折格子に照射し、該アブソリュート符
号パターンを照射した光の変調光を絶対位置検出素子で
受光して該ディスクの絶対位置を検出し、該原点パター
ンを照射した光の変調光を原点位置検出素子で受光して
該ディスクの原点位置を検出し、該固定の回折格子と該
ディスク上の位相回折格子を介した回折光より得られる
干渉光を変位量検出素子に受光して該ディスクの変位情
報を得る複合型のロータリーエンコーダにおいて、 該原点パターン及び該アブソリュート符号パターンのい
ずれか一方又は両者を複数個の円弧状の回折格子で構成
していることを特徴とする複合型のロータリーエンコー
ダ。
6. A rotatable disc-shaped disc having a radial phase diffraction grating, an origin pattern, and an absolute code pattern, and a fixed diffraction grating arranged so as to overlap the luminous flux emitted from a light source, The absolute position detection element receives the modulated light of the light irradiated with the absolute code pattern to detect the absolute position of the disk, and the modulated light of the light irradiated with the origin pattern is received by the origin position detection element to detect the absolute position of the disk. A composite rotary encoder that detects the origin position and receives the interference light obtained from the diffracted light that has passed through the fixed diffraction grating and the phase diffraction grating on the disc to the displacement amount detection element to obtain the displacement information of the disc. In either one of or both of the origin pattern and the absolute code pattern, a plurality of arc-shaped diffraction gratings are provided. Complex type rotary encoder that.
【請求項7】 前記円弧状の回折格子が位相回折格子で
あることを特徴とする請求項6の複合型のロータリーエ
ンコーダ。
7. The composite rotary encoder according to claim 6, wherein the arc-shaped diffraction grating is a phase diffraction grating.
【請求項8】 前記原点パターン及びアブソリュート符
号パターンは回折格子の形状パラメータの少なくとも1
つが不連続に変化する回折格子で構成されていることを
特徴とする請求項6又は7の複合型のロータリーエンコ
ーダ。
8. The origin pattern and the absolute code pattern are at least one of shape parameters of a diffraction grating.
8. The composite rotary encoder according to claim 6 or 7, characterized in that one is composed of a diffraction grating that changes discontinuously.
【請求項9】 前記絶対位置検出素子、前記原点位置検
出素子及び前記変位量検出素子が1つの基板上に構成さ
れていることを特徴とする請求項6、7又は8の複合型
のロータリーエンコーダ。
9. The composite rotary encoder according to claim 6, wherein the absolute position detecting element, the origin position detecting element and the displacement amount detecting element are formed on one substrate. .
【請求項10】 前記ディスクの近傍に前記絶対位置検
出素子、前記原点位置検出素子及び前記変位量検出素子
へ入射する光束を制限する開口部材を有することを特徴
とする請求項6〜9のいずれか1項に記載の複合型のロ
ータリーエンコーダ。
10. An aperture member for limiting a light beam incident on the absolute position detection element, the origin position detection element and the displacement amount detection element is provided in the vicinity of the disk. (1) A composite rotary encoder according to item 1.
【請求項11】 円板状のディスクの周上に回転軸を中
心に放射状の回折格子と円弧状の回折格子とを設け、光
照射手段からの光束を該放射状回折格子に入射させたと
きに生じる回折光を変位量検出素子で検出すると共に該
円弧状の回折格子に入射させたときに生じる回折光を絶
対位置検出素子又は原点位置検出素子で検出し、該変位
量検出素子と該絶対位置検出素子又は該原点位置検出素
子から得られる信号を利用して該ディスクの回転情報を
検出していることを特徴とする複合型のロータリーエン
コーダ。
11. A radial diffraction grating and a circular arc diffraction grating are provided around a rotation axis on the circumference of a disc-shaped disk, and when a light beam from a light irradiating means is incident on the radial diffraction grating. The generated diffracted light is detected by the displacement amount detecting element and the diffracted light generated when the diffracted light is incident on the arc-shaped diffraction grating is detected by the absolute position detecting element or the origin position detecting element, and the displacement amount detecting element and the absolute position are detected. A composite rotary encoder characterized in that rotation information of the disk is detected using a signal obtained from a detection element or the origin position detection element.
【請求項12】 前記円弧状の回折格子は位相回折格子
であることを特徴とする請求項11の複合型のロータリ
ーエンコーダ。
12. The composite rotary encoder according to claim 11, wherein the arc-shaped diffraction grating is a phase diffraction grating.
【請求項13】 前記円弧状の回折格子は回折格子の形
状パラメータの少なくとも1つが不連続に変化する回折
格子で構成されていることを特徴とする請求項11又は
12の複合型のロータリーエンコーダ。
13. The composite rotary encoder according to claim 11, wherein the arc-shaped diffraction grating is composed of a diffraction grating in which at least one shape parameter of the diffraction grating changes discontinuously.
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