JPH08320240A - Displacement measuring device with zero point position detecting means - Google Patents

Displacement measuring device with zero point position detecting means

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JPH08320240A
JPH08320240A JP14953995A JP14953995A JPH08320240A JP H08320240 A JPH08320240 A JP H08320240A JP 14953995 A JP14953995 A JP 14953995A JP 14953995 A JP14953995 A JP 14953995A JP H08320240 A JPH08320240 A JP H08320240A
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JP
Japan
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zero point
point position
light
optical scale
scale
Prior art date
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Pending
Application number
JP14953995A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Kadoshima
孝幸 門島
Masaaki Tsukiji
正彰 築地
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP14953995A priority Critical patent/JPH08320240A/en
Publication of JPH08320240A publication Critical patent/JPH08320240A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

PURPOSE: To suppress the lowering of zero point position detecting accuracy even if the thickness error of an optical scale is generated by detecting luminous flux through a zero point detecting pattern by a zero point position detecting means to obtain the zero point information of a optical scale. CONSTITUTION: Luminous flux emitted from a light source 1 enters a beam splitter 3 via a collimator lens 2 so as to be split into luminous flux 10, 11. The luminous flux 10 is used to detect the zero point position of an optical scale 9, and the luminous flux 11 is used to detect the displacement information of the scale 9. The luminous flux 10 irradiates the partial area of the optical scale 9 moved by a converging lens 4, becomes luminous flux 10' being reflected by a reflecting slit 8 and enters a zero point detecting sensor 5 through the beam splitter 3. When the slit 8 enters an irradiated area, the reflected light starts entering a sensor 5A first and enters a sensor 5B with a slit delay. The instant the levels of two signals coincide with each other under the condition of comparator potential or more, a zero point detecting circuit 15 generates a signal indicating the zero point position of the scale 9 to detect the zero point position.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は零点位置検出手段を有し
た変位測定装置に関し、特に物体の移動量や回転量を計
測するために産業用工作機械や計測機械などの分野で利
用されるエンコーダーに好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement measuring device having zero point position detecting means, and in particular an encoder used in the field of industrial machine tools and measuring machines for measuring the amount of movement and rotation of an object. It is suitable for.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来よりNC工作機械や半導体焼き付け装
置等の精密機械においては、回転量や直進移動量を1 μ
m 以下(サブミクロン)の精度で測定する高精度測定機
としてエンコーダが使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in precision machines such as NC machine tools and semiconductor printing equipment, the amount of rotation and the amount of straight movement are 1 μm.
An encoder is used as a high-precision measuring machine that measures with an accuracy of m or less (submicron).

【0003】そして、この種のエンコーダは数ミクロン
/ピッチの回折格子を形成した格子部を有するスケール
(光学スケール)を移動体に取り付け、光源、検出回路
等で構成されるヘッド部を機器の固定部分に取り付け、
このスケールの格子部で発生する一対の回折光を取り出
して干渉させ、干渉光の強度を光電変換して回折格子の
変位に応じた周期信号を得、これを該スケールから発生
させる基準点信号を基準にしてカウントしてスケールの
変位量即ち移動体の変位量を検出している。
In this type of encoder, a scale (optical scale) having a grating portion having a diffraction grating of several microns / pitch is attached to a moving body, and a head portion composed of a light source, a detection circuit, etc. is fixed to the equipment. Attached to the part,
A pair of diffracted lights generated in the grating portion of this scale are extracted and interfered, the intensity of the interference light is photoelectrically converted to obtain a periodic signal corresponding to the displacement of the diffraction grating, and a reference point signal generated from the scale is generated. The displacement amount of the scale, that is, the displacement amount of the moving body is detected by counting with reference.

【0004】この種のエンコーダにおいては上記の機器
の移動体に組み付けるスケールの原点である零点位置の
検出精度は移動量計測値の検出分解能や検出精度に直接
影響するので高い精度が要求される。
In this type of encoder, the detection accuracy of the zero point position, which is the origin of the scale mounted on the moving body of the above-mentioned device, directly affects the detection resolution and the detection accuracy of the moving amount measurement value, and therefore high accuracy is required.

【0005】図6 は従来の零点位置検出手段を有したエ
ンコーダの一部分の要部概略図である。同図において1
は光源であり、例えば半導体レーザで構成し、波長λの
単色光を放射する。2 はコリメータレンズであり、光源
1 が放射する光束を平行光束に変換する。なお、光源1
及びコリメータレンズ2 は光照射手段LRの一要素を構成
している。3 はビームスプリッタ(光束分離手段)、4
は集光レンズである。5 は零点検出用センサであり、こ
れは2 分割センサより成り第1 のセンサ5Aと第2 のセン
サ5Bを有していて、それぞれ第1 の信号5aと第2 の信号
5bを出力する。15は零点検出回路であり、2 つの信号5
a,5b から零点信号を発生する。なお、零点検出用セン
サ5 及び零点検出回路15は零点位置検出手段の一要素を
構成している。
FIG. 6 is a schematic view of a main part of a conventional encoder having a zero point position detecting means. 1 in the figure
Is a light source, which is composed of a semiconductor laser, for example, and emits monochromatic light having a wavelength λ. 2 is a collimator lens, which is a light source
The light flux emitted by 1 is converted into a parallel light flux. In addition, light source 1
And the collimator lens 2 constitutes one element of the light irradiation means LR. 3 is a beam splitter (beam splitting means), 4
Is a condenser lens. Reference numeral 5 is a zero point detection sensor, which is composed of a two-divided sensor and has a first sensor 5A and a second sensor 5B.
Output 5b. Reference numeral 15 is a zero detection circuit, and two signals 5
Generates a zero signal from a and 5b. The zero point detecting sensor 5 and the zero point detecting circuit 15 constitute one element of the zero point position detecting means.

【0006】7 は光学スケールであり、不図示の回転物
(変位物体)に結合され回転する。図7 は図6 の光学ス
ケール7 の平面図である。光学スケール7 の円板(ディ
スク)部分の表面の円環上の一部分は放射線状の回折格
子を形成した格子部(変位情報パターン)7aであり、格
子部7aの移動によって変位物体の変位情報を与える。6
は零点検出用パターンであり、幅t の反射スリットを光
学スケール7 の円板部分の集光レンズ4 側の面に設置し
て構成しており、光学スケール7 の回転に伴い集光レン
ズ4 からの照射光を反射して零点検出用センサ5 に光を
入射させる。この従来例の零点検出作用を説明する。光
源1 から射出した光束はコリメータレンズ2 により平行
光束となり、ビームスプリッタ3 に入射し、これによっ
て光束は光束10と光束11の2 つに分かれる。光束10は光
学スケール7 の零点位置を検出し、光束11は不図示の光
学系で格子部7aに導光し、該格子部7aを介した光束を用
いて光学スケール7 の変位量や変位方向等の変位情報を
検出する。
Reference numeral 7 denotes an optical scale, which is coupled to a rotating object (displacement object) not shown and rotates. FIG. 7 is a plan view of the optical scale 7 of FIG. A part of the surface of the disk (disk) part of the optical scale 7 on the annulus is a grating part (displacement information pattern) 7a on which a radial diffraction grating is formed, and the displacement information of the displaced object is obtained by the movement of the grating part 7a. give. 6
Is a zero point detection pattern, and is constructed by installing a reflective slit of width t on the surface of the optical scale 7 on the side of the condensing lens 4 of the disk part. The irradiation light is reflected and the light is incident on the zero point detection sensor 5. The zero point detecting operation of this conventional example will be described. The light beam emitted from the light source 1 becomes a parallel light beam by the collimator lens 2 and enters the beam splitter 3, whereby the light beam is divided into two light beams 10 and 11. The light flux 10 detects the zero point position of the optical scale 7, and the light flux 11 is guided to the grating portion 7a by an optical system (not shown). Displacement information such as is detected.

【0007】光束10は集光レンズ4 によって光学スケー
ル7 の一部の領域(照射領域)を集光照射し、照射領域
に反射スリット6 があれば光束はこれによって反射され
て集光レンズ4 に向かい、この集光レンズ4 によって略
平行な光束10' となり、ビームスプリッタ3 を透過し、
零点検出用センサ5 に入射する。
The light beam 10 is focused and irradiated on a partial area (irradiation area) of the optical scale 7 by the condenser lens 4, and if there is a reflection slit 6 in the irradiation area, the light flux is reflected by this and is focused on the condenser lens 4. Facing each other, this condensing lens 4 forms a substantially parallel light beam 10 ', which passes through the beam splitter 3,
It is incident on the zero point detection sensor 5.

【0008】図3 はそのとき得られる第1 のセンサ5Aか
らの第1 の信号5aと第2 のセンサ5Bからの第2 の信号5b
の説明図である。これについて説明する。前提として照
射光束10の集光位置が集光レンズ4 から見て光学スケー
ル7 の表面より遠い側にある場合を考える。 光学スケ
ール7 は矢印の方向(図7 )に移動しているとする。こ
のとき反射スリット6 が照射領域に入ってくると、初め
てこの反射スリット6による反射光が発生し、その光が
零点検出用センサ5 に達する。
FIG. 3 shows a first signal 5a from the first sensor 5A and a second signal 5b from the second sensor 5B which are then obtained.
FIG. This will be described. As a premise, consider a case where the converging position of the irradiation light beam 10 is on the side farther from the surface of the optical scale 7 when viewed from the condensing lens 4. It is assumed that the optical scale 7 is moving in the direction of the arrow (Fig. 7). At this time, when the reflection slit 6 enters the irradiation area, reflected light is generated by the reflection slit 6 for the first time, and the light reaches the zero point detection sensor 5.

【0009】反射スリット6 が照射領域に入ってくる
と、先ず第1 のセンサ5Aに反射光の入射が始まり、光学
スケール7 の移動に伴って第1 のセンサ5Aへの入射光は
増大し、あるところでピークに達する。スケール7 の移
動によって反射スリット6 が照射領域から外れ出すと第
1 のセンサ5Aへの入射光は減少して行き、やがて入射光
はゼロになる。図3 に示すように第1 の信号5aもこの光
量に比例して増減する。一方、第2 のセンサ5Bへは第1
のセンサ5Aに少し遅れて反射光の入射が始まり、やがて
ピークに達し、次いで減少する。両センサ5A,5Bからの
第1 、第2 の信号5a,5bは互いに位相がずれた信号とし
て零点検出回路15に入力される。零点検出回路15はこれ
らの2 つの信号のレベルがコンパレータ電位以上の条件
下で一致した瞬間にスケール7 の零点位置を示す信号を
発生し、これによりスケール7 の零点位置が検出され
る。
When the reflection slit 6 enters the irradiation area, the reflected light first enters the first sensor 5A, and the incident light on the first sensor 5A increases as the optical scale 7 moves. At some point it reaches its peak. When the reflective slit 6 moves out of the irradiation area due to the movement of the scale 7,
The incident light of 1 on the sensor 5A decreases, and finally the incident light becomes zero. As shown in FIG. 3, the first signal 5a also increases / decreases in proportion to this light amount. On the other hand, the first sensor for the second sensor 5B
The reflected light starts to be incident on the sensor 5A at a short time, reaches a peak, and then decreases. The first and second signals 5a and 5b from both sensors 5A and 5B are input to the zero point detection circuit 15 as signals whose phases are shifted from each other. The zero point detection circuit 15 generates a signal indicating the zero point position of the scale 7 at the moment when the levels of these two signals match under the condition of the comparator potential or higher, and the zero point position of the scale 7 is detected by this.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】図4 には集光レンズ4
によって反射スリット形成面の照射幅d を変えたとき第
1 のセンサ5Aからの第1 の信号5aと第2 のセンサ5Bから
の第2 の信号5bがどう変化するかを示している。
[Problems to be Solved by the Invention] FIG.
When the irradiation width d of the reflective slit formation surface is changed by
It shows how the first signal 5a from the first sensor 5A and the second signal 5b from the second sensor 5B change.

【0011】図4 によれば照射幅d ≧t で両信号のクロ
スポイントが生じるので照射幅d を≧t とすれば零点信
号が発生する。一方、照射幅d が広がる程出力値が低下
するので、これらを考慮すると、照射幅d の最適値d0
2tで、照射幅d が最適値d0から±t 以上変動するのは好
ましくないことがわかる。
According to FIG. 4, since a cross point of both signals occurs when the irradiation width d ≥t, a zero point signal is generated when the irradiation width d ≥t. On the other hand, since the output value decreases as the irradiation width d increases, the optimum value d 0 of the irradiation width d is
It can be seen that it is not preferable that the irradiation width d fluctuates from the optimum value d 0 by ± t or more at 2t.

【0012】ここで、図8 で示すように照射光束10は集
光レンズ4 によって所定の厚さのスケール7 の表面を照
射幅の最適値d0=2t で照射し、光学スケール7 の表面で
Snell の法則に従って屈折され、集光するようになって
いるとする。この状態で光学スケール7 の厚さに誤差が
生じた場合には、光学スケール7 表面を照射する照射幅
d は変化する。
Here, as shown in FIG. 8, the irradiation light beam 10 irradiates the surface of the scale 7 having a predetermined thickness by the condenser lens 4 with the optimum value of the irradiation width d 0 = 2t, and the surface of the optical scale 7 is irradiated.
It is supposed to be refracted and condensed according to Snell's law. If an error occurs in the thickness of the optical scale 7 in this state, the irradiation width for irradiating the surface of the optical scale 7
d changes.

【0013】光学スケール7 の厚さにδの誤差が生じた
場合、光学スケール7 は不図示の移動体の一部に取り付
けられているのでスケール7 の裏面が取り付け面となっ
ており、光学スケール表面21が図に示すようにδだけ上
方へずれる。従って、集光レンズ4 からの照射光束10の
収束角度をθとすれば、照射幅はd0からd1に変化し、 d1=2t+2δtan θ (1) になる。つまり、この時の照射幅の変化量をΔd1とする
と Δd1=2δtan θ (2) で、この変化量Δd1が≧t となると零点位置検出の精度
が低下してエンコーダの測定精度が低下する。
When an error of δ occurs in the thickness of the optical scale 7, since the optical scale 7 is attached to a part of a moving body (not shown), the back surface of the scale 7 serves as a mounting surface. The surface 21 shifts upward by δ as shown. Therefore, if the convergence angle of the light beam 10 irradiated from the condenser lens 4 is θ, the irradiation width changes from d 0 to d 1 and d 1 = 2t + 2Δtan θ (1). In other words, if the amount of change in the irradiation width at this time is Δd 1 , then Δd 1 = 2δtan θ (2) .If this amount of change Δd 1 becomes ≧ t, the zero point position detection accuracy decreases and the encoder measurement accuracy decreases. To do.

【0014】本発明は上記問題点に鑑みて、光学スケー
ルに厚みの誤差が発生しても零点位置検出の精度低下の
緩い、従って測定精度の低下の緩い零点位置検出手段を
有した変位測定装置の提供を目的とする。
In view of the above problems, the present invention has a displacement measuring device having a zero point position detecting means, in which the accuracy of the zero point position detection is slow to decrease even if a thickness error occurs in the optical scale, and therefore the measurement accuracy is slow to decrease. For the purpose of providing.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の零点位置検出手
段を有した変位測定装置は、 (1−1) 光照射手段からの光束を変位物体に取着し
た透明な平板状の光学スケールの変位情報パターンに入
射させ、該変位情報パターンを介した光束を検出手段で
検出して該光学スケールの変位情報を検出する際、該光
学スケールの光入射側と反対側の面に零点検出用パター
ンを設け、該零点検出用パターンを介した光束を零点位
置検出手段で検出して該光学スケールの零点情報を得て
いること等を特徴としている。
DISCLOSURE OF THE INVENTION A displacement measuring apparatus having a zero point position detecting means of the present invention is (1-1) of a transparent flat plate-shaped optical scale in which a light beam from a light irradiating means is attached to a displaced object. When detecting the displacement information of the optical scale by making the detection means detect the light beam that has entered the displacement information pattern, the zero point detection pattern on the surface opposite to the light incident side of the optical scale. Is provided, and the zero point information of the optical scale is obtained by detecting the light beam passing through the zero point detection pattern by the zero point position detecting means.

【0016】特に、 (1−1−1) 前記零点検出手段は前記変位物体の変
位方向に直列に設けた2つの受光素子を有し、該2つの
受光素子からの出力信号を利用して零点情報を得てい
る。 (1−1−2) 前記変位物体は回転物体であり、前記
光学スケールは円板部分を有する回転体であり、前記零
点検出用パターンは該円板部分の回転中心を通る直線に
沿って設けた反射スリットである。こと等を特徴として
いる。
In particular, (1-1-1) the zero point detecting means has two light receiving elements provided in series in the displacement direction of the displaced object, and the zero point is utilized by using the output signals from the two light receiving elements. I have information. (1-1-2) The displaced object is a rotating object, the optical scale is a rotating body having a disk portion, and the zero point detection pattern is provided along a straight line passing through a rotation center of the disk portion. It is a reflective slit. It is characterized by such things.

【0017】[0017]

【実施例】図1 は本発明の零点位置検出手段を有した変
位測定装置の実施例1の一部分の要部概略図である。本
実施例はロータリーエンコーダに本発明を適用したもの
である。同図において1 は光源であり、例えば半導体レ
ーザで構成し、波長λの単色光を放射する。2 はコリメ
ータレンズ、であり、光源1 が放射する光束を平行光束
に変換する。なお、光源1 及びコリメータレンズ2 は光
照射手段LRの一要素を構成している。3 はビームスプリ
ッタ(光束分離手段)、4 は集光レンズである。
1 is a schematic view of a part of a first embodiment of a displacement measuring apparatus having a zero point position detecting means of the present invention. In this embodiment, the present invention is applied to a rotary encoder. In the figure, 1 is a light source, which is composed of, for example, a semiconductor laser and emits monochromatic light having a wavelength λ. Reference numeral 2 denotes a collimator lens, which converts the light beam emitted by the light source 1 into a parallel light beam. The light source 1 and the collimator lens 2 form one element of the light irradiation means LR. 3 is a beam splitter (light beam separating means), and 4 is a condenser lens.

【0018】5 は零点検出用センサであり、これは2 分
割センサで第1 のセンサ5Aと第2 のセンサ5Bを有してい
て、それぞれ第1 の信号5aと第2 の信号5bを出力する。
15は零点検出回路であり、2 つの信号5a,5b から零点信
号を発生する。なお、零点検出用センサ5 及び零点検出
回路15は零点位置検出手段の一要素を構成している。
Numeral 5 is a zero point detecting sensor, which is a two-divided sensor having a first sensor 5A and a second sensor 5B, and outputs a first signal 5a and a second signal 5b, respectively. .
Reference numeral 15 is a zero point detection circuit, which generates a zero point signal from the two signals 5a and 5b. The zero point detecting sensor 5 and the zero point detecting circuit 15 constitute one element of the zero point position detecting means.

【0019】9 は光学スケールであり、不図示の回転物
(変位物体)に結合され回転する。図2 は図1 の光学ス
ケール9 の平面図である。光学スケール9 の円板(ディ
スク)部分の表面の円環上の一部分は放射線状の回折格
子を形成した格子部(変位情報パターン)9aであり、格
子部9aの移動によって変位物体の変位情報を与える。な
お、ディスク部分は透明な材料で形成しており、その材
料の屈折率はn である。
Reference numeral 9 denotes an optical scale, which is coupled to a rotating object (displacement object) not shown and rotates. FIG. 2 is a plan view of the optical scale 9 of FIG. A part of the surface of the disk (disk) part of the optical scale 9 on the annulus is a grating part (displacement information pattern) 9a forming a radial diffraction grating, and the displacement information of the displaced object is obtained by the movement of the grating part 9a. give. The disk portion is made of a transparent material, and the refractive index of the material is n.

【0020】8 は零点検出用パターンであり、光学スケ
ール9 の円板部分の集光レンズ4 より見て裏面に円板の
中心を通る直線(半径線)に沿って設置した幅t の反射
スリットより成っている。
Reference numeral 8 denotes a zero point detection pattern, which is a reflection slit of width t installed along the straight line (radius line) passing through the center of the disc on the back surface as seen from the condensing lens 4 of the disc portion of the optical scale 9. Is made up of.

【0021】なお、光学スケール9 は移動体に結合して
回転自在であり、又、光源1 、コリメータレンズ2 、ビ
ームスプリッタ3 、集光レンズ4 、零点検出用センサ5
、零点検出回路15、メイン信号受光手段等は1 つの筐
体に配置し固定している。
The optical scale 9 is connected to a moving body and is rotatable, and the light source 1, collimator lens 2, beam splitter 3, condensing lens 4 and zero point detecting sensor 5 are provided.
The zero detection circuit 15, the main signal light receiving means, etc. are arranged and fixed in one housing.

【0022】本実施例の作用を説明する。光源1 から射
出した単色の光束はコリメータレンズ2 により平行光束
となり、ビームスプリッタ3 に入射し、これによって光
束は光束10と光束11の2 つに分かれる。光束10は光学ス
ケール9 の零点位置検出に用い、光束11は光学スケール
9 の変位情報検出に用いている。
The operation of this embodiment will be described. The monochromatic light beam emitted from the light source 1 becomes a parallel light beam by the collimator lens 2 and is incident on the beam splitter 3, whereby the light beam is divided into two light beams 10 and 11. Light flux 10 is used to detect the zero point position of optical scale 9, and light flux 11 is used on the optical scale.
It is used to detect displacement information in item 9.

【0023】先ず、変位情報の検出作用を説明する。光
束11は不図示の光学系によって更に2つの光束に別れて
夫々格子部9aの一部を照射して光変調を受ける。最終的
にメイン信号受光手段(検出手段)がこの光変調した光
束を受光し、それらの光量の変化から光学スケール9 の
変位量や変位方向等の変位情報を検出する。(これらの
変位情報検出に関わる構成については、例えば本出願人
が特開昭62-12814号公報において開示している構成を適
用する)。
First, the operation of detecting displacement information will be described. The light flux 11 is further divided into two light fluxes by an optical system (not shown), and irradiates a part of the grating portion 9a, respectively, and undergoes light modulation. Finally, the main signal light receiving means (detection means) receives this light-modulated light flux, and detects displacement information such as the displacement amount and displacement direction of the optical scale 9 from the change in the light amount thereof. (For the configuration relating to the displacement information detection, for example, the configuration disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-12814 of the present applicant is applied).

【0024】次に零点位置の検出作用を説明する。光束
10は集光レンズ4 によって光学スケール9 の一部の領域
(照射領域)を集光照射し、照射領域に反射スリット8
があれば光束はこれによって反射されて集光レンズ4 に
向かい、この集光レンズ4 によって略平行な光束10' と
なり、ビームスプリッタ3 を透過し、零点検出用センサ
5 に入射する。
Next, the operation of detecting the zero point position will be described. Luminous flux
The condenser lens 4 condenses and irradiates a partial area (irradiation area) of the optical scale 9 with the condensing lens 4, and the reflection slit 8
If there is, the light beam is reflected by this and goes to the condenser lens 4, and it becomes a substantially parallel light beam 10 'by this condenser lens 4, passes through the beam splitter 3, and is a sensor for zero point detection.
Incident on 5.

【0025】図3 はそのとき得られる第1 のセンサ5Aか
らの第1 の信号5aと第2 のセンサ5Bからの第2 の信号5b
の説明図である。これについて説明する。前提として照
射光束10の集光位置が集光レンズ4 から見て反射スリッ
ト8 より遠い側にある場合を考える。
FIG. 3 shows the first signal 5a from the first sensor 5A and the second signal 5b from the second sensor 5B which are then obtained.
FIG. This will be described. As a premise, let us consider a case where the converging position of the irradiation light beam 10 is on the side farther from the reflecting slit 8 when viewed from the condensing lens 4.

【0026】光学スケール9 は矢印の方向(図2 )に移
動しているとする。このとき反射スリット8 が照射領域
に入ってくると、初めてこのスリット8 による反射光が
発生し、その光が零点検出用センサ5 に達する。
It is assumed that the optical scale 9 is moving in the direction of the arrow (FIG. 2). At this time, when the reflection slit 8 enters the irradiation area, the reflected light by the slit 8 is generated for the first time, and the light reaches the zero point detection sensor 5.

【0027】反射スリット8 が照射領域に入ってくる
と、先ず第1 のセンサ5Aに反射光の入射が始まり、光学
スケール9 の移動に伴って第1 のセンサ5Aへの入射光は
増大し、あるところでピークに達する。光学スケール9
の移動によって反射スリット8が照射領域から外れ出す
と第1 のセンサ5Aへの入射光は減少して行き、やがて入
射光はゼロになる。図3 に示すように第1 の信号5aもこ
の光量に比例して増減する。
When the reflection slit 8 enters the irradiation area, the reflected light first enters the first sensor 5A, and the incident light on the first sensor 5A increases as the optical scale 9 moves. At some point it reaches its peak. Optical scale 9
When the reflection slit 8 moves out of the irradiation area by the movement of, the incident light on the first sensor 5A decreases and eventually the incident light becomes zero. As shown in FIG. 3, the first signal 5a also increases / decreases in proportion to this light amount.

【0028】一方、第2 のセンサ5Bへは第1 のセンサ5A
に少し遅れて反射光の入射が始まり、やがてピークに達
し、次いで減少する。両センサ5A,5Bからの第1 、第2
の信号5a,5bは互いに位相がずれた信号として零点検出
回路15に入力される。零点検出回路15はこれらの2 つの
信号のレベルがコンパレータ電位以上の条件下で一致し
た瞬間に光学スケール9 の零点位置を示す信号を発生
し、これにより光学スケール9 の零点位置が検出され
る。
On the other hand, the first sensor 5A is connected to the second sensor 5B.
The reflected light starts to enter a little later, reaches a peak, and then decreases. First and second from both sensors 5A, 5B
The signals 5a and 5b are input to the zero point detection circuit 15 as signals whose phases are shifted from each other. The zero point detection circuit 15 generates a signal indicating the zero point position of the optical scale 9 at the moment when the levels of these two signals match under the condition of the comparator potential or higher, and the zero point position of the optical scale 9 is detected by this.

【0029】図4 には集光レンズ4 によって反射スリッ
トの形成面上の照射光束10の照射幅d を変えたとき第1
のセンサ5Aからの第1 の信号5aと第2 のセンサ5Bからの
第2の信号5bがどう変化するかを示している。
FIG. 4 shows the first case when the irradiation width d of the irradiation light beam 10 on the surface where the reflection slit is formed is changed by the condenser lens 4.
It shows how the first signal 5a from the second sensor 5A and the second signal 5b from the second sensor 5B change.

【0030】同図によれば照射幅d ≧t で両信号のクロ
スポイントが生じるので照射幅d を≧t とすれば零点信
号が発生する。一方、照射幅d が広がる程出力値が低下
するので、これをを考慮すると、d の最適値d0は2tで、
照射幅d が最適値d0から±t以上変動するのは好ましく
ないことがわかる。
According to the figure, since the cross points of both signals occur when the irradiation width d ≧ t, a zero point signal is generated when the irradiation width d ≧ t. On the other hand, the output value decreases as the irradiation width d increases, so considering this, the optimum value d 0 of d is 2t.
It can be seen that it is not preferable that the irradiation width d fluctuates from the optimum value d 0 by ± t or more.

【0031】ここで、図5 に示すように照射光束10は集
光レンズ4 によって所定の厚さのスケール9 の表面から
入射し、スケール9 の表面でSnell の法則に従って屈折
され、裏面を照射幅の最適値d0=2t で照射し、集光する
ようになっているとする。この状態でスケール9 の厚さ
に誤差が生じた場合には、スケール9 裏面を照射する照
射幅d は変化する。
Here, as shown in FIG. 5, the irradiation light beam 10 is incident on the surface of the scale 9 having a predetermined thickness by the condenser lens 4, is refracted on the surface of the scale 9 according to Snell's law, and the irradiation width on the back surface. It is assumed that the light is focused and irradiated with the optimum value of d 0 = 2t. When an error occurs in the thickness of the scale 9 in this state, the irradiation width d for irradiating the back surface of the scale 9 changes.

【0032】スケール9 の厚さにδの誤差が生じた場
合、スケール9 は不図示の移動体の一部に取り付けられ
ているのでスケール9 の裏面が取り付け面となってお
り、スケール表面21は図に示すようにδだけ上方へずれ
る。従って、集光レンズ4 からの照射光束10のスケール
に対する収束角度をθとすると、照射幅はd0からd2に変
化し、 d2=2t+2δ(tanθ-tanγ) (3) になる。ただし、γは照射光束が空気中から入射角θで
屈折率n の媒質に入射したときの屈折角、つまり、 sin θ=n×sin γ (4) を満たす角度である。この時の照射幅d の変化量をΔd2
とすると Δd2=2δ(tanθ-tanγ) (5) となる。
When an error of δ occurs in the thickness of the scale 9, since the scale 9 is attached to a part of the moving body (not shown), the back surface of the scale 9 is the attachment surface, and the scale surface 21 is As shown in the figure, it shifts upward by δ. Therefore, when the convergence angle of the irradiation light beam 10 from the condenser lens 4 with respect to the scale is θ, the irradiation width changes from d 0 to d 2 , and d 2 = 2t + 2δ (tan θ-tan γ) (3). Here, γ is the angle of refraction when the irradiation light beam is incident on the medium having the refractive index n at the incident angle θ from the air, that is, the angle satisfying sin θ = n × sin γ (4). At this time, change amount of irradiation width d is Δd 2
Then, Δd 2 = 2δ (tan θ-tan γ) (5).

【0033】式(2) と式(5) によって従来例の変化量Δ
d1と本実施例の変化量Δd2を比べると、明らかに |Δd1|≧|Δd2| である。従って光学スケールのディスク部分に厚さの誤
差が生じても、本実施例は従来例に比べて照射幅の最適
値d0からの照射幅の変化量が小さいので、本実施例によ
れば零点位置検出の精度の低下が少なく、従ってエンコ
ーダの測定精度の低下も少ない。
From equations (2) and (5), the change amount Δ of the conventional example
Comparing d 1 with the amount of change Δd 2 in this embodiment, it is clear that | Δd 1 | ≧ | Δd 2 |. Therefore, even if there is a thickness error in the disk portion of the optical scale, the variation of the irradiation width from the optimum value d 0 of the irradiation width is smaller in this embodiment than in the conventional example. The accuracy of position detection does not decrease so much, and therefore the accuracy of encoder measurement does not decrease.

【0034】以上、ロータリエンコーダの実施例につい
て説明したが、本発明はロータリーエンコーダだけでな
く、リニアエンコーダにも適用できる。
Although the embodiment of the rotary encoder has been described above, the present invention can be applied to not only the rotary encoder but also the linear encoder.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明は以上の構成により、光学スケー
ルに厚みの誤差が発生しても零点位置検出の精度低下の
緩い、従って測定精度の低下の緩い零点位置検出手段を
有した変位測定装置を達成している。
According to the present invention, the displacement measuring apparatus having the zero point position detecting means, which has a low deterioration of the accuracy of the zero point position detection even if an error in the thickness of the optical scale occurs, and therefore has a small deterioration of the measurement accuracy, is provided. Has been achieved.

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

【図1】 本発明の零点位置検出手段を有した変位測定
装置の実施例1の一部分の要部概略図
FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of a displacement measuring device having a zero point position detecting means of the present invention.

【図2】 実施例1 の光学スケールの要部該略図(平面
図)
FIG. 2 is a schematic view (plan view) of an essential part of the optical scale of Example 1.

【図3】 光学スケールの移動に伴なう第1 、及び第2
のセンサの受光光量(信号)の変化の説明図
[Fig. 3] First and second movements of the optical scale
Explanatory diagram of changes in received light amount (signal) of the sensor

【図4】 反射スリットの照射幅を変えた場合の第1 及
び第2 の信号変化の説明図
FIG. 4 is an explanatory diagram of the first and second signal changes when the irradiation width of the reflection slit is changed.

【図5】 実施例1 において、光学スケールの円板部分
の厚さに誤差が生じた場合の照射幅の変化の説明図
FIG. 5 is an explanatory diagram of a change in irradiation width when an error occurs in the thickness of the disc portion of the optical scale in the first embodiment.

【図6】 従来の零点位置検出手段を有したエンコーダ
の一部分の要部概略図
FIG. 6 is a schematic view of a main part of a part of an encoder having a conventional zero point position detecting means.

【図7】 従来例の光学スケールの要部該略図(平面
図)
FIG. 7 is a schematic view (plan view) of a main part of a conventional optical scale.

【図8】 従来例において、光学スケールの円板部分の
厚さに誤差が生じた場合の照射幅の変化の説明図
FIG. 8 is an explanatory diagram of a change in irradiation width when an error occurs in the thickness of the disc portion of the optical scale in the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1---------- 光源 2---------- コリメータレンズ 3---------- ビームスプリッタ(光束分割手段) 4---------- 集光レンズ 5---------- 零点検出センサ 5A,5B-------第1 及び第2 のセンサ 6、8---------零点検出用パターン 7 、9-------光学スケール 7a,9a-------格子部 10--------- 零点検出用光束 11--------- 変位情報検出用光束 15--------- 零点検出回路 21--------- スケール表面 LR--------- 光照射手段 1 ---------- Light source 2 ---------- Collimator lens 3 ---------- Beam splitter (beam splitting means) 4 ------ ---- Condenser lens 5 ---------- Zero point detection sensor 5A, 5B ------- 1st and 2nd sensor 6, 8 --------- Zero detection pattern 7, 9 ------- Optical scale 7a, 9a ------- Lattice part 10 --------- Zero detection flux 11 ------- --Displacement information detection light beam 15 --------- Zero detection circuit 21 --------- Scale surface LR --------- Light irradiation means

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光照射手段からの光束を変位物体に取着
した透明な平板状の光学スケールの変位情報パターンに
入射させ、該変位情報パターンを介した光束を検出手段
で検出して該光学スケールの変位情報を検出する際、 該光学スケールの光入射側と反対側の面に零点検出用パ
ターンを設け、該零点検出用パターンを介した光束を零
点位置検出手段で検出して該光学スケールの零点情報を
得ていることを特徴とする零点位置検出手段を有した変
位測定装置。
1. A light flux from a light irradiating means is incident on a displacement information pattern of a transparent flat plate-shaped optical scale attached to a displacement object, and a light flux passing through the displacement information pattern is detected by a detecting means to detect the optical flux. When detecting the displacement information of the scale, a zero point detection pattern is provided on the surface of the optical scale on the side opposite to the light incident side, and the light beam passing through the zero point detection pattern is detected by the zero point position detecting means to detect the optical scale. Displacement measuring device having zero point position detecting means, characterized in that it obtains zero point information.
【請求項2】 前記零点検出手段は前記変位物体の変位
方向に直列に設けた2つの受光素子を有し、該2つの受
光素子からの出力信号を利用して零点情報を得ているこ
とを特徴とする請求項1の零点位置検出手段を有した変
位測定装置。
2. The zero point detecting means has two light receiving elements provided in series in the displacement direction of the displaced object, and zero point information is obtained by using output signals from the two light receiving elements. A displacement measuring device having the zero point position detecting means according to claim 1.
【請求項3】 前記変位物体は回転物体であり、前記光
学スケールは円板部分を有する回転体であり、前記零点
検出用パターンは該円板部分の回転中心を通る直線に沿
って設けた反射スリットであることを特徴とする請求項
1又は2の零点位置検出手段を有した変位測定装置。
3. The displacement object is a rotating object, the optical scale is a rotating body having a disk portion, and the zero point detection pattern is a reflection provided along a straight line passing through a rotation center of the disk portion. A displacement measuring device having a zero point position detecting means according to claim 1 or 2, which is a slit.
JP14953995A 1995-05-24 1995-05-24 Displacement measuring device with zero point position detecting means Pending JPH08320240A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019511723A (en) * 2016-04-14 2019-04-25 グラジュエート スクール アット シェンチェン、 ツィングワ ユニバーシティー Lattice scale of absolute formula
JP2020118537A (en) * 2019-01-23 2020-08-06 株式会社Jvcケンウッド Optical disk device, and method for detecting optical disk rotation position

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