KR101377687B1 - Optical encoder mixed incremental type and absolute type - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르는 광학 인코더는, 변위 검출을 위한 경로상에 랜덤코드에 따른 랜덤코드패턴에 대응되는 격자가 반복하여 형성되어 입사된 광을 부분적으로 전달하는 제1랜덤코드격자; 상기 변위 검출을 위한 경로상에 제1반복패턴에 따른 격자가 형성되어 입사된 광을 부분적으로 전달하는 퍼필 격자인 제1반복패턴격자; 광원; 상기 랜덤코드에 따른 랜덤코드패턴에 대응되는 격자가 형성되어 상기 광원으로부터의 광을 입사받아 부분적으로 상기 제1랜덤코드격자로 전달하는 제2랜덤코드격자; 제2반복패턴에 따른 격자가 형성되어 상기 광원으로부터의 광을 입사받아 부분적으로 상기 제1반복패턴격자로 전달하는 오브젝트 격자인 제2반복패턴격자; 제3반복패턴에 따른 격자가 형성되어 상기 광원으로부터의 광을 입사받아 부분적으로 상기 제1반복패턴격자로 전달하는 오브젝트 격자인 제3반복패턴격자; 상기 랜덤코드에 따른 랜덤코드패턴에 대응되게 광검출소자들이 배열된 것이며, 상기 제2랜덤코드격자 및 상기 제1랜덤코드격자가 전달하는 광을 수광하여 절대변위 검출신호를 생성하는 제1광검출부; 제4반복패턴에 대응되게 광검출소자들이 배열된 것이며, 상기 제2반복패턴격자 및 상기 제1반복패턴격자가 전달하는 광을 수광하여 제1타입의 증가형 신호를 생성하는 제2광검출부; 제5반복패턴에 대응되게 광검출소자들이 배열된 것이며, 상기 제3반복패턴격자 및 상기 제1반복패턴격자가 전달하는 광을 수광하여 제2타입의 증가형 신호를 생성하는 제3광검출부; 상기 절대변위 검출신호와 제1 및 제2타입의 증가형 신호를 처리하여 변위정보를 생성하는 신호처리부;를 구비함을 특징으로 한다. An optical encoder according to the present invention includes: a first random code grid for partially transmitting a light incident by repeatedly forming a grating corresponding to a random code pattern according to a random code on a path for displacement detection; A first repeating pattern lattice formed of a lattice according to a first repeating pattern on a path for the displacement detection, the first repeating pattern lattice being a perforated lattice to partially transmit incident light; Light source; A second random code grid formed with a grid corresponding to a random code pattern according to the random code and receiving light from the light source and partially transferring the light from the light source to the first random code grid; A second repeating pattern lattice formed of a lattice according to a second repeating pattern, the second repeating pattern lattice being an object lattice which receives light from the light source and partially transmits the light to the first repeating pattern lattice; A third repeating pattern lattice formed of a lattice according to a third repeating pattern and being an object lattice that receives light from the light source and partially transmits the light to the first repeating pattern lattice; A first photodetector arranged to correspond to a random code pattern according to the random code, the first photodetector configured to receive light transmitted by the second random code grid and the first random code grid to generate an absolute displacement detection signal; A second photodetector, in which photodetectors are arranged to correspond to a fourth repeating pattern, the second photodetecting unit receiving light transmitted by the second repeating pattern grid and the first repeating pattern grid to generate a first type of incremental signal; A third photodetector, in which photodetectors are arranged to correspond to a fifth repeating pattern, the third photodetecting unit receiving light transmitted by the third repeating pattern grid and the first repeating pattern grid to generate a second type of incremental signal; And a signal processor for processing the absolute displacement detection signal and the first and second type incremental signals to generate displacement information.

Description

증가형 방식과 절대치 방식이 혼합된 광학 인코더{Optical encoder mixed incremental type and absolute type}Optical encoder mixed incremental type and absolute type}

본 발명은 광학 인코더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증분형 방식과 절대치 방식이 혼합된 광학 인코더에 관한 것이다. The present invention relates to an optical encoder, and more particularly, to an optical encoder in which an incremental method and an absolute value method are mixed.

물체의 변위정보를 고정밀도로 측정하기 위하여, 다양한 형태의 광학 인코더가 산업용 계측기계 등의 분야에서 널리 사용되고 있다. In order to measure the displacement information of an object with high accuracy, various types of optical encoders are widely used in the field of industrial measuring machines and the like.

상기한 광학 인코더는 형태로는 로터리 인코더(rotary encoder)나 리니어 인코더(linear encoder) 등으로 분류할 수 있고, 신호처리 방식으로는 증가형 인코더(incremental encoder)와 절대치 인코더(absolute encoder)로 분류할 수 있다. The optical encoder may be classified into a rotary encoder or a linear encoder in a form, and may be classified into an incremental encoder and an absolute encoder as a signal processing method. Can be.

상기한 광학 인코더 중 3-그래이팅 광학 인코더의 구성 및 동작에 대해 설명한다. The configuration and operation of the 3-grating optical encoder among the above-described optical encoders will be described.

상기 3-그래이팅 광학 인코더는 베이스에 고정되어 설치된 퍼필 격자(Pupil grating)인 스케일(scale)과, 이동자에 고정되며 상기 스케일에 대해 상대 이동하는 헤드(head)부로 구성된다. The three-grating optical encoder is composed of a scale which is a fixed grating (Pupil grating) fixed to the base and a head portion fixed to the mover and moving relative to the scale.

상기 헤드부는 발광부와 신호처리부와 격자(grating)부와 광센서부로 구성되며, 특히 상기 격자부는 오브젝트 격자(object grating)와 이미지 격자(image grating)로 구성되며, 상기 격자들은 주기적인 패턴 구조를 가진다. The head part includes a light emitting part, a signal processing part, a grating part, and an optical sensor part. In particular, the grating part includes an object grating and an image grating, and the gratings have a periodic pattern structure. Have

상기 발광부로부터의 광은 상기 오브젝트 격자를 투과하여 상기 퍼필 격자로 전달되고, 상기 퍼필 격자는 전달된 광을 투과 또는 반사하여 상기 이미지 격자로 전달하며, 상기 이미지 격자는 상기 퍼필 격자가 전달하는 광을 투과하여 상기 광센서부로 전달한다. Light from the light emitting part is transmitted to the perforated grating through the object grating, the perforated grating transmits or reflects the transmitted light to the image grating, and the image grating is light transmitted by the perforated grating. It passes through and passes to the optical sensor unit.

상기 광센서로 입사되는 광은 퍼필 격자와 오브젝트 격자 사이의 일치도 변화에 따라 광량이 변화한다. 이러한 광량의 변화는 특정 거리 조건에서 정현파 신호의 특성을 가진다. The amount of light that is incident on the light sensor changes according to the change in the degree of coincidence between the perforated grating and the object grating. This change in the amount of light has the characteristics of a sinusoidal signal at a certain distance condition.

이에따라 상기 광학식 엔코더는 상기 특성을 이용하여 상기 베이스에 고정된 스케일과 상기 이동자에 고정되어 상대 이동하는 헤드부 사이의 상대적인 변위정보를 획득한다. Accordingly, the optical encoder acquires relative displacement information between the scale fixed to the base and the head part fixed to the mover and moving relative to each other by using the characteristic.

특히 상기 오브젝트 격자를 투과한 광은 특정 위치에서 높은 콘트라스트의 모아레 상을 형성하므로, 상기 광학식 엔코더는 콘트라스트가 가장 높은 조건에서 광 신호를 얻을 수 있도록 격자들 사이의 간격 및 광센서의 위치를 결정하였다. In particular, since the light transmitted through the object grating forms a high-contrast moiré image at a specific position, the optical encoder determines the distance between the gratings and the position of the light sensor so that an optical signal can be obtained at the highest contrast. .

또한 상기한 광학 인코더는 상대적인 변위정보에 대한 기준정보를 생성하기 위해 원점 검출 장치도 구비된다. In addition, the optical encoder is also provided with an origin detection device for generating reference information for the relative displacement information.

상기 원점 검출 장치는 베이스 및 헤더에 각각 설치된 원점 검출용 패턴은 서로 일치하는 경우에만 최대 광량이 전달될 수 있는 형태로 형성된다. 상기 패턴은 복수개의 단순 사각형 패턴이거나 임의의 랜덤 격자 패턴일 수 있다. The origin detection apparatus is formed in such a way that the maximum amount of light can be transmitted only when the origin detection patterns respectively installed on the base and the header coincide with each other. The pattern may be a plurality of simple square patterns or any random grid pattern.

상기한 바와 같은 광학 인코더의 광원으로 레이저(LASER(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)) 소자를 채용하는 경우에는 상기 광의 콘트라스트가 강해지는 위치가 Z=Np2/λ(Z는 상대 운동하는 대상체와의 거리, N은 정수, p는 회절격자의 주기, λ는 광의 파장)로 정해지나, 상기 광학 인코더의 광원으로 LED(Light Emitting Diode)를 채용하는 경우에는 상기 광의 콘트라스트가 강해지는 위치가 Z=(1/5)p2/λ(p는 회절격자의 주기, λ는 광의 파장)로 정해진다. In the case of employing a laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) device as a light source of the optical encoder as described above, the position where the contrast of the light is increased is Z = Np 2 / λ (Z is the relative motion object and Where N is an integer, p is the period of the diffraction grating, λ is the wavelength of the light), but when the light emitting diode (LED) is employed as the light source of the optical encoder, the position where the contrast of the light is strong is Z = (1/5) p 2 / λ (p is the period of the diffraction grating, λ is the wavelength of the light).

이와 같은 LED를 광원으로 채용하는 경우에는, 조밀한 출력신호를 얻기 위해서 P(회절격자의 주기)를 작게 할수록 높은 광 콘트라스트를 얻을 수 있는 거리 조건이 P가 제곱에 비례하게 작아지므로, 좁은 갭(gap)에 발광부와 수광부를 포함한 시스템을 구성하는 것은 물론이고 그 좁은 갭을 유지하고 정렬해야 하는 문제가 있었다. In the case of employing such an LED as a light source, in order to obtain a dense output signal, the smaller the P (periodic grating period), the smaller the distance condition for obtaining high optical contrast, so that P is proportional to the square. In addition to configuring a system including a light emitting part and a light receiving part in a gap, there is a problem of maintaining and aligning the narrow gap.

이에따라 광학식 인코더의 광원으로 LED를 채용하는 경우에도 높은 콘트라스트의 광 변조 신호 기반 변위정보 및 원점정보의 정확도 및 신뢰도를 높일 수 있도록 상기 광학 인코더의 광학계를 설계할 수 있는 기술의 개발이 요구되었다. Accordingly, even in the case of employing LED as a light source of the optical encoder, it is required to develop a technology that can design the optical system of the optical encoder to increase the accuracy and reliability of high-contrast optical modulation signal-based displacement information and origin information.

본 발명은 광학 인코더의 광원으로 인코히어런트한 광을 발생하는 소자를 채용하는 경우에도 물체의 변위정보를 정밀하게 검출해낼 수 있는 증가형 방식과 절대치 방식이 혼합된 광학 인코더를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide an optical encoder in which an incremental method and an absolute value method are mixed to accurately detect displacement information of an object even when an element generating an incoherent light is used as a light source of the optical encoder. It is done.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 광학 인코더는, 변위 검출을 위한 경로상에 랜덤코드에 따른 랜덤코드패턴에 대응되는 격자가 반복하여 형성되어 입사된 광을 부분적으로 전달하는 제1랜덤코드격자; 상기 변위 검출을 위한 경로상에 제1반복패턴에 따른 격자가 형성되어 입사된 광을 부분적으로 전달하는 퍼필 격자인 제1반복패턴격자; 광원; 상기 랜덤코드에 따른 랜덤코드패턴에 대응되는 격자가 형성되어 상기 광원으로부터의 광을 입사받아 부분적으로 상기 제1랜덤코드격자로 전달하는 제2랜덤코드격자; 제2반복패턴에 따른 격자가 형성되어 상기 광원으로부터의 광을 입사받아 부분적으로 상기 제1반복패턴격자로 전달하는 오브젝트 격자인 제2반복패턴격자; 제3반복패턴에 따른 격자가 형성되어 상기 광원으로부터의 광을 입사받아 부분적으로 상기 제1반복패턴격자로 전달하는 오브젝트 격자인 제3반복패턴격자; 상기 랜덤코드에 따른 랜덤코드패턴에 대응되게 광검출소자들이 배열된 것이며, 상기 제2랜덤코드격자 및 상기 제1랜덤코드격자가 전달하는 광을 수광하여 절대변위 검출신호를 생성하는 제1광검출부; 제4반복패턴에 대응되게 광검출소자들이 배열된 것이며, 상기 제2반복패턴격자 및 상기 제1반복패턴격자가 전달하는 광을 수광하여 제1타입의 증가형 신호를 생성하는 제2광검출부; 제5반복패턴에 대응되게 광검출소자들이 배열된 것이며, 상기 제3반복패턴격자 및 상기 제1반복패턴격자가 전달하는 광을 수광하여 제2타입의 증가형 신호를 생성하는 제3광검출부; 상기 절대변위 검출신호와 제1 및 제2타입의 증가형 신호를 처리하여 변위정보를 생성하는 신호처리부;를 구비함을 특징으로 한다. The optical encoder according to the present invention for achieving the above object, the first random code to partially transmit the incident light by forming a grating corresponding to the random code pattern according to the random code repeatedly on the path for displacement detection grid; A first repeating pattern lattice formed of a lattice according to a first repeating pattern on a path for the displacement detection, the first repeating pattern lattice being a perforated lattice partially transmitting incident light; Light source; A second random code grid formed with a grid corresponding to a random code pattern according to the random code and receiving light from the light source and partially transferring the light from the light source to the first random code grid; A second repeating pattern lattice formed of a lattice according to a second repeating pattern, the second repeating pattern lattice being an object lattice which receives light from the light source and partially transmits the light to the first repeating pattern lattice; A third repeating pattern lattice formed of a lattice according to a third repeating pattern and being an object lattice that receives light from the light source and partially transmits the light to the first repeating pattern lattice; A first photodetector arranged to correspond to a random code pattern according to the random code, the first photodetector configured to receive light transmitted by the second random code grid and the first random code grid to generate an absolute displacement detection signal; A second photodetector, in which photodetectors are arranged to correspond to a fourth repeating pattern, the second photodetecting unit receiving light transmitted by the second repeating pattern grid and the first repeating pattern grid to generate a first type of incremental signal; A third photodetector, in which photodetectors are arranged to correspond to a fifth repeating pattern, the third photodetecting unit receiving light transmitted by the third repeating pattern grid and the first repeating pattern grid to generate a second type of incremental signal; And a signal processor for processing the absolute displacement detection signal and the first and second type incremental signals to generate displacement information.

상기한 본 발명은 광학 인코더의 광원으로 인코히어런트한 광을 발생하는 소자를 채용하는 경우에도 물체의 변위정보를 정밀하게 검출해낼 수 있는 효과를 야기한다. The present invention described above causes an effect of accurately detecting displacement information of an object even when an element generating incoherent light is used as a light source of the optical encoder.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 인코더의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 인코더의 광검출신호를 예시한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제2 또는 제3광검출부의 구조를 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 광학계를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 투과형 광학계의 구조를 예시한 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학계 결정을 위한 OTF 그래프를 예시한 도면.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1 내지 제4광검출부의 구조를 예시한 도면.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 반사형 광학계의 구조를 예시한 도면.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호처리부의 구성도.
1 is a block diagram of an optical encoder according to a preferred embodiment of the present invention.
2 illustrates a photodetection signal of an optical encoder in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
3 and 4 illustrate the structure of a second or third photodetector according to a preferred embodiment of the present invention.
5 schematically shows an optical system according to a preferred embodiment of the present invention.
6 illustrates the structure of a transmission optical system according to a preferred embodiment of the present invention.
7 illustrates an OTF graph for optical system determination according to a preferred embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a structure of the first to fourth photodetectors according to a preferred embodiment of the present invention.
9 illustrates a structure of a reflective optical system according to a preferred embodiment of the present invention.
10 is a block diagram of a signal processing unit according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명은 광학 인코더의 광원으로 인코히어런트한 광을 발생하는 소자를 채용하는 경우에도 물체의 변위정보를 정밀하게 검출해낼 수 있다.
The present invention can accurately detect displacement information of an object even when an element that generates incoherent light is used as a light source of the optical encoder.

<광학 인코더의 구조><Optical Encoder Structure>

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 인코더의 구조를 도 1을 참조하여 설명한다. The structure of an optical encoder according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

상기 광학 인코더는 제어장치(100)와 LED 모듈 구동부(102)와 LED 모듈(104)과 광학계(106)와 제1 내지 제4광검출부(108~114)와 신호처리부(116)로 구성된다. The optical encoder includes a control device 100, an LED module driver 102, an LED module 104, an optical system 106, first to fourth light detectors 108 to 114, and a signal processor 116.

상기 제어장치(100)는 상기 광학 인코더의 각부를 전반적으로 제어함은 물론이며, 특히 LED 모듈 구동부(102)를 통해 LED 모듈(104)을 구동한다. 또한 상기 제어장치(100)는 신호처리부(116)로부터 변위정보를 제공받아 대상체에 대한 변위를 인지한다. 상기 변위정보는 절대변위 검출정보와 상대변위검출정보와 턴 검출정보를 포함한다. The control device 100 controls the respective parts of the optical encoder as a whole, and in particular, the LED module 104 is driven through the LED module driver 102. In addition, the control device 100 receives the displacement information from the signal processor 116 to recognize the displacement with respect to the object. The displacement information includes absolute displacement detection information, relative displacement detection information, and turn detection information .

상기 LED 모듈 구동부(102)는 상기 제어장치(100)의 제어에 따라 LED 모듈(104)을 구동한다. The LED module driver 102 drives the LED module 104 under the control of the control device 100.

상기 LED 모듈(104)은 상기 LED 모듈 구동부(102)의 제어에 따라 인코히어런트한 광을 출사한다. 상기 LED 모듈(104)이 출사하는 광은 광학계(106)로 입사된다. The LED module 104 emits incoherent light under the control of the LED module driver 102. The light emitted from the LED module 104 is incident to the optical system 106.

상기 광학계(106)는 광 전달을 위한 구성 다수를 포함하며, 일부 구성은 대상체에 위치하고 나머지 구성들은 상기 대상체와 상대적으로 이동하는 하우징에 위치한다. 상기 광학계(106)는 상기 대상체와 상기 하우징 사이의 상대적인 이동에 따라 상기 LED 모듈(104)이 출사하는 광을 제1 내지 제4광검출부(108~114)로 전달함과 아울러 그 전달되는 광의 광량을 변화시킨다. The optical system 106 includes a number of configurations for light transmission, with some configurations located in the object and the other configurations located in a housing that moves relative to the object. The optical system 106 transmits the light emitted from the LED module 104 to the first to fourth photodetectors 108 to 114 according to the relative movement between the object and the housing, and the amount of light transmitted therethrough. To change.

상기 제1 내지 제4광검출부(108~114) 각각은 상기 광학계(106)가 전달하는 광을 수광하고, 그에 따라 제1 및 제2타입의 증가형 신호와 절대변위 검출신호와 턴 검출신호를 출력한다. 상기 제1 및 제2타입의 증가형 신호와 절대변위 검출신호와 턴 검출신호는 신호처리부(116)로 제공된다.
Each of the first to fourth photodetectors 108 to 114 receives the light transmitted by the optical system 106, and accordingly, the first and second photodetectors 108 to 114 receive the incremental signals of the first and second types, the absolute displacement detection signal, and the turn detection signal. Output The first and second types of incremental signals, absolute displacement detection signals, and turn detection signals are provided to the signal processor 116.

상기 신호처리부(116)는 제1 및 제2타입의 증가형 신호와 절대변위 검출신호와 턴 검출신호를 입력받아 처리하여 상대변위 검출정보와 절대변위 검출정보와 턴 검출정보를 생성하고, 이를 머지하여 변위정보를 생성한다.
The signal processor 116 receives and processes the first and second types of incremental signals, absolute displacement detection signals, and turn detection signals to generate relative displacement detection information, absolute displacement detection information, and turn detection information. To generate displacement information.

<제1광검출부(108)><First light detector 108>

좀 더 설명하면, 상기 제1광검출부(108)는 광학계(106)에 의해 광이 전달되는 절대변위검출용 수광영역에 미리 정해진 랜덤코드패턴의 각 비트에 대응되는 다수의 광 검출소자가 배열된 것이다. 상기 랜덤코드는 LFSR(Linear feedback shift register)를 이용하여 생성된 랜덤 코드이다.In more detail, the first photodetector 108 may include a plurality of photodetectors corresponding to each bit of a predetermined random code pattern in an absolute displacement detection region through which light is transmitted by the optical system 106. will be. The random code is a random code generated using a linear feedback shift register (LFSR).

이를 좀 더 설명하면, 본 발명에 따르는 절대치 엔코더는 LFSR 랜덤 패턴(Random pattern)을 검출하기 위해, LFSR 랜덤 패턴이 (2N-1) 개의 비트 조합으로 이루어져 있다면 상기 비트 수에 대응하는 독립된 광검출소자들을 배치하고, 상기 광검출소자들 각각의 출력을 입사되는 광량에 따라 0 또는 1로 출력되게 설정한다. 이후 상기 광검출소자들의 출력을 통해 LFSR 랜덤 패턴에 대응되는 지점을 검출하여 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이 MSB(Most Significant Bit) 데이터를 검출한다. 상기 신호처리부(116)는 상기 MSB 데이터를 신호처리하여 도 2의 (b) 내지 (d)와 같이 LSB(Least Significant Bit) 데이터를 생성한다. In more detail, the absolute encoder according to the present invention is an independent photodetector device corresponding to the number of bits if the LFSR random pattern is composed of (2 N -1) bit combinations to detect the LFSR random pattern. And the output of each of the photodetectors is set to 0 or 1 depending on the amount of incident light. Thereafter, a point corresponding to the LFSR random pattern is detected through the output of the photodetectors to detect MSB (Most Significant Bit) data as shown in FIG. The signal processor 116 performs signal processing on the MSB data to generate LSB (Least Significant Bit) data as shown in FIGS. 2B through 2D.

상기한 바와 같이 상기 신호처리부(116)는 상기 제1광검출부(108)의 절대변위 검출신호로부터 도 2의 (a)에 도시한 바와 같은 MSB 데이터 및 도 2의 (b) 내지 (d)에 도시한 바와 같은 LSB 데이터를 생성하며, 그 MSB 데이터 및 LSB 데이터가 절대변위 검출정보가 된다.
As described above, the signal processing unit 116 stores the MSB data as shown in FIG. 2A and (B) to FIG. 2D from the absolute displacement detection signal of the first photodetector 108. LSB data as shown are generated, and the MSB data and LSB data become absolute displacement detection information.

<제2광검출부(110) 및 제3광검출부(112)><2nd light detector 110 and third light detector 112>

상기 제2광검출부(110) 및 상기 제3광검출부(112)는 상기 광학계(106)에 구비된 반복패턴격자들을 통해 전달되는 광을 수광하고 그에 따른 제1 및 제2타입의 증가형 신호를 생성하여 출력한다.The second photodetector 110 and the third photodetector 112 receive the light transmitted through the repeating pattern grating provided in the optical system 106, and accordingly increase the first and second type incremental signals. Create and print

특히 상기 제2광검출부(110)는 OTF(Optical Transfer Function)에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 1인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 이미지 반복 패턴에 대응되게 광검출소자들이 배열된 것으로, OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 1인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 광학계(106)의 오브젝트 반복패턴격자와 퍼필 반복패턴격자를 통해 전달된 광을 수광하고, 그에 따른 제1타입의 증가형 신호를 생성한다. In particular, the second photodetector 110 corresponds to an image repetition pattern in which a slit pitch is determined to correspond to the case where N represents 1, the order in which a moire pattern is formed in an OTF equation according to an optical transfer function (OTF). Are arranged, and the light transmitted through the object repeating pattern lattice and the repeating repeating lattice of the optical system 106 whose slit pitch is determined to correspond to the case where N representing the order of forming the moire pattern in the OTF equation is 1 is received. And generate an increase type signal of the first type accordingly.

그리고 상기 제3광검출부(112)는 OTF에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 2인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 이미지 반복 패턴에 대응되게 광검출소자들이 배열된 것으로, OTF에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 2인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 오브젝트 반복패턴격자와 퍼필 반복패턴격자를 통해 전달된 광을 수광하고, 그에 따른 제2타입의 증가형 신호를 생성한다. 상기 제1타입의 증가형 신호의 주기에 대해 제2타입의 증가형 신호의 주기는 1/2이다.
The third photodetector 112 includes photodetectors arranged to correspond to an image repetition pattern in which a slit pitch is determined to correspond to the case where N representing the order of forming the moire pattern in the OTF equation according to the OTF is 2, In the OTF equation according to the OTF, the light transmitted through the object repeating pattern lattice and the pupil repeating pattern lattice whose slit pitch is determined to correspond to the case where N representing the order of forming the moire pattern is 2 is received. Produces an incremental signal of. The period of the incremental signal of the second type is 1/2 with respect to the period of the incremental signal of the first type.

상기한 제2광검출부(110) 및 제3광검출부(112)는 상기 제1 및 제2타입의 증가형 신호를 안정적으로 생성되게 함과 아울러 광 검출 소자의 배치 간격을 넓혀 제조의 용이성을 도모할 수 있도록 두가지 형태 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
The second photodetector 110 and the third photodetector 112 stably generate the incremental signals of the first and second types, and increase the arrangement interval of the photodetector elements, thereby facilitating manufacturing. It can be configured in one of two forms to do so.

<제2광검출부(110) 또는 제3광검출부(112)의 제1형태><1st form of the 2nd light-detection part 110 or the 3rd light-detection part 112>

먼저 도 3을 참조하여 상기 제2 또는 제3광검출부(110,112)의 첫번째 형태에 대해 상세히 설명한다. First, a first form of the second or third light detectors 110 and 112 will be described in detail with reference to FIG. 3.

하나의 OTF 이미징 주기내에 두 개씩의 광 검출 소자(PD)를 배치함과 아울러 9개의 OTF 이미징 주기를 하나의 광 검출 소자(PD) 어레이 배치 주기로 결정하고, 상기 9개의 OTF 이미징 주기내에 제1 내지 제4페이즈의 증가형 신호(A,B,A/,B/)를 위한 광 검출 소자(PD)들을 고르게 배열한다. In addition to arranging two photodetector PDs in one OTF imaging cycle, nine OTF imaging cycles are determined as one photodetector PD array placement cycle, and the first to sixth OTF imaging cycles are determined in the first to third OTF imaging cycles. The photodetecting elements PD for the incremental signals A, B, A /, B / of the fourth phase are evenly arranged.

이와 같이 하나의 OTF 이미징 주기내에 두 개씩의 광 검출 소자(PD)를 배치함으로써 충분한 크기의 데드섹션을 확보하여 광 검출 신호의 안정성을 확보함과 아울러 제조를 용이하게 한다. As such, by arranging two photodetectors PD in one OTF imaging cycle, a dead section of sufficient size is secured to ensure stability of the photodetection signal and to facilitate manufacturing.

또한 9개의 OTF 이미징 주기내에 제1 내지 제4페이즈의 광 검출 소자(PD)들을 분산시켜 배열하여, 광 검출 신호의 신뢰도를 높인다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이 제1페이즈(A)의 광 검출 소자(PD), 제3페이즈(A/)의 광 검출 소자(PD), 제1페이즈(A)의 광 검출 소자(PD), 제3페이즈(A/)의 광 검출 소자(PD), 제2페이즈(B)의 PD, 제4페이즈(B/)의 광 검출 소자(PD), 제2페이즈(B)의 광 검출 소자(PD), 제4페이즈(B/)의 광 검출 소자(PD), 제1페이즈(A)의 광 검출 소자(PD), 제3페이즈(A/)의 광 검출 소자(PD), 제1페이즈(A)의 광 검출 소자(PD), 제3페이즈(A/)의 광 검출 소자(PD), 제2페이즈(B)의 광 검출 소자(PD), 제4페이즈(B/)의 광 검출 소자(PD), 제2페이즈(B)의 광 검출 소자(PD), 제4페이즈(B/)의 광 검출 소자(PD)로 배열할 수 있다. In addition, the photodetecting elements PD of the first to fourth phases are dispersed and arranged within nine OTF imaging cycles, thereby increasing the reliability of the photodetecting signal. That is, as shown in FIG. 3, the photodetecting device PD of the first phase A, the photodetecting device PD of the third phase A /, and the photodetecting device PD of the first phase A are illustrated. ), The photodetecting device PD of the third phase (A /), the PD of the second phase (B), the photodetecting device PD of the fourth phase (B /), and the photodetection of the second phase (B). Element PD, photodetection element PD of the fourth phase B /, photodetection element PD of the first phase A, photodetection element PD of the third phase A /, The photodetecting element PD of one phase A, the photodetecting element PD of the third phase A /, the photodetecting element PD of the second phase B, and the fourth phase B / The photodetecting device PD, the photodetecting device PD of the second phase B, and the photodetecting device PD of the fourth phase B / may be arranged.

상기한 배치 규격을 수학식으로 표현하면 수학식 1과 같다. The above batch standard is expressed by Equation 1 below.

Figure 112012049795506-pat00001
Figure 112012049795506-pat00001

상기 수학식 1에서 PPD_array는 주기적인 광 검출 소자(PD) 어레이의 주기이고, P2는 OTF에 따른 이미징 주기이고, Sph_each는 각 페이즈의 크기이고, Sdead_section은 데드 섹션의 크기이다.
In Equation 1, P PD_array is a period of a periodic photodetector element (PD) array, P 2 is an imaging period according to the OTF, S ph_each is the size of each phase, S dead_section is the size of the dead section.

<제2광검출부(110) 또는 제3광검출부(112)의 제2형태><2nd form of the 2nd light-detection part 110 or the 3rd light-detection part 112>

그리고 도 4를 참조하여 상기 제2광검출부(110) 또는 제3광검출부(112)의 두 번째 형태에 대해 상세히 설명한다. 4, the second form of the second light detector 110 or the third light detector 112 will be described in detail.

상기 제2광검출부(110) 또는 제3광검출부(112)의 두번째 형태는 OTF의 주기에 따라 다르게 입사되는 광에 적응적으로 제1 내지 제4페이즈의 증가형 신호를 생성하기 위한 것이다. The second type of the second photodetector 110 or the third photodetector 112 is to generate an incremental signal of the first to fourth phases adaptively to light incident differently according to the period of the OTF.

즉 제1 내지 제8광 검출 소자(A,B,C,D,E,F,G,H)를 순서대로 2회 배열한 후에, OTF의 주기가 1인 경우를 고려하여 제1 및 제5광 검출 소자(A,E)들을 연결한 제1출력단자와, 상기 제2 및 제6광 검출 소자(B,F)들을 연결한 제2출력단자와, 상기 제3 및 제7광 검출소자(C,G)들을 연결한 제3출력단자와, 상기 제4 및 제8광 검출 소자(D,H)들을 연결한 제4출력단자를 구비함과 더불어, OTF의 주기가 2인 경우를 고려하여 제1 및 제2광 검출 소자(A,B)들을 연결한 제5출력단자와, 상기 제3 및 제4광 검출 소자(C,D)들을 연결한 제6출력단자와, 상기 제5 및 제6광 검출소자(E,F)들을 연결한 제7출력단자와, 상기 제7 및 제8광 검출 소자(G,H)들을 연결한 제8출력단자를 구비한다. That is, after arranging the first to eighth light detecting elements A, B, C, D, E, F, G, and H twice in order, the first and fifth may be considered in consideration of the case where the period of the OTF is one. A first output terminal connecting the photodetectors A and E, a second output terminal connecting the second and sixth photodetectors B and F, and a third and seventh photodetector Considering a case in which a third output terminal connecting C and G and a fourth output terminal connecting the fourth and eighth light detecting elements D and H are connected, and the period of the OTF is 2, A fifth output terminal connecting the first and second photodetection elements A and B, a sixth output terminal connecting the third and fourth photodetection elements C and D, and the fifth and fifth output terminals. And a seventh output terminal connecting the six light detecting elements E and F, and an eighth output terminal connecting the seventh and eighth light detecting elements G and H.

이와 같이 본 발명은 OTF의 주기에 대응되게 광 검출 소자들을 연결한 출력단자들을 구비하여, 한 종류의 광검출부만을 제조하여도 제2광검출부(110)와 제3광검출부(112)로 사용할 수 있게 한다.
As described above, the present invention is provided with output terminals connecting photodetecting elements corresponding to the period of the OTF, so that the second photodetector 110 and the third photodetector 112 can be used even if only one type of photodetector is manufactured. To be.

상기 신호처리부(116)는 제2광검출부(110)로부터 제공되는 제1 내지 제4페이즈의 증가형 신호(A,B,A/,B/)를 제1타입의 증가형 신호로서 제공받아 피크를 검출하고, 그 검출된 피크에 따른 제1상대변위검출정보를 생성하고, 이를 제어장치(100)에 제공한다. The signal processor 116 receives the incremental signals A, B, A /, and B of the first to fourth phases provided from the second photodetector 110 as peak type incremental signals. And detect the first relative displacement detection information according to the detected peak, and provide it to the control device 100.

또한 상기 신호처리부(116)는 제3광검출부(112)로부터 제공되는 제1 내지 제4페이즈의 증가형 신호(A,B,A/,B/)를 제2타입의 증가형 신호로서 제공받아 피크를 검출하고, 그 검출된 피크에 따른 제2상대변위검출정보를 생성하고, 이를 제어장치(100)에 제공한다.
In addition, the signal processor 116 receives the incremental signals A, B, A /, and B of the first to fourth phases provided from the third photodetector 112 as the second incremental signals. The peak is detected, second relative displacement detection information is generated according to the detected peak, and the control unit 100 is provided to the control unit 100.

<제4광검출부(114)><4th light detector 114>

상기 제4광검출부(114)는 광학계(106)에 구비된 턴 검출을 위한 윈도우들을 통해 전달되는 광을 수광하고 그에 따른 턴 검출신호를 생성하고, 이를 상기 신호처리부(116)에 제공한다. 상기 신호처리부(116)는 상기 턴 검출신호의 피크를 검출하고, 그 검출된 피크에 따른 턴 검출정보를 생성하고, 이를 상기 제어장치(100)에 제공한다.
The fourth light detector 114 receives the light transmitted through the windows for turn detection provided in the optical system 106, generates a turn detection signal according to the signal, and provides the signal to the signal processor 116. The signal processor 116 detects a peak of the turn detection signal, generates turn detection information according to the detected peak, and provides the same to the control device 100.

<광학계(106)><Optical System 106>

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학계(106)는 변위 검출을 위한 경로가 직선이거나 원주일 수 있으며, 이하 설명에서는 편이상 원주상의 변위정보를 생성하는 것에 대해서만 예로 들어 설명한다.
In the optical system 106 according to the preferred embodiment of the present invention, the path for the displacement detection may be a straight line or a circumference. In the following description, only the example of generating the displacement information on the circumference or more will be described.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학계(106)를 개략적으로 도시한 것이다. 5 schematically shows an optical system 106 according to a preferred embodiment of the present invention.

상기 광학계(106)는 크게 기기의 하우징과 연결되는 제1 및 제2플레이트(208,210)와 원반형 디스크(200)로 나눌 수 있다. The optical system 106 may be divided into first and second plates 208 and 210 and a disc-shaped disc 200 which are largely connected to the housing of the device.

상기 원반형 디스크(200)의 원주 가장자리에는 랜덤코드에 따른 랜덤코드패턴에 대응되는 격자를 통해 입사된 광을 부분적으로 전달하는 제1랜덤코드격자(202)가 형성되고, 상기 제1랜덤코드격자(202)의 내측에는 반복패턴에 대응되는 격자를 통해 입사된 광을 부분적으로 전달하는 제1반복패턴격자(204)가 형성되고, 상기 제1반복패턴격자(204)의 내측 중 일부에는 턴 검출을 위한 제1윈도우(206)가 형성된다. 특히 상기 제1랜덤코드격자(202)는 원주를 따라 길게 랜덤코드패턴이 반복되어 형성되며, 상기 랜덤코드패턴은 LFSR를 이용하여 생성된 랜덤 코드에 따른다.
At the circumferential edge of the disc-shaped disc 200, a first random code grid 202 for partially transmitting light incident through a grid corresponding to a random code pattern according to a random code is formed, and the first random code grid ( Inside the 202, a first repeating pattern grid 204 for partially transmitting light incident through a grating corresponding to the repeating pattern is formed, and a part of the inside of the first repeating pattern grid 204 is turned off. A first window 206 is formed. In particular, the first random code grid 202 is formed by repeating a long random code pattern along the circumference, the random code pattern is based on a random code generated using the LFSR.

상기 제1플레이트(208)와 상기 제2플레이트(210)는 광학계가 투과형인 경우에는 상기 디스크(200)의 원주 가장자리를 사이에 두고 상하면에 위치하고, 상기 광학계가 반사형인경우에는 상기 디스크(200)의 상면 또는 하면에 위치한다.
The first plate 208 and the second plate 210 are located on the upper and lower surfaces with the circumferential edge of the disk 200 when the optical system is a transmission type, and the disk 200 when the optical system is a reflection type. It is located on the upper or lower surface of.

이에 상기 제1플레이트(208)와 상기 제2플레이트(210)의 구조를 투과형과 반사형으로 나누어 설명한다.
Thus, the structure of the first plate 208 and the second plate 210 will be described by dividing the transmission type and the reflection type.

<투과형 광학계><Transmissive optical system>

먼저 투과형 광학계의 구조를 도 6을 참조하여 설명한다. First, the structure of the transmission optical system will be described with reference to FIG. 6.

LED 모듈(104)로부터의 광은 제1콜리메이트 렌즈부(300)에 제공된다. Light from the LED module 104 is provided to the first collimated lens unit 300.

상기 제1콜리메이트 렌즈부(300)는 상기 LED 모듈(104)로부터의 광을 시준하여 출사한다. The first collimated lens unit 300 collimates and emits light from the LED module 104.

상기 제1콜리메이트 렌즈부(300)에 의해 시준된 광은 제1플레이트(208)에 구비된 제2랜덤코드격자(302)와 제2반복패턴격자(304)와 제3반복패턴격자(306)와 제2윈도우(308)로 제공된다. The light collimated by the first collimated lens unit 300 includes the second random code grid 302, the second repeated pattern grid 304, and the third repeated pattern grid 306 provided in the first plate 208. ) And a second window 308.

상기 제2랜덤코드격자(302)는 랜덤코드에 따른 랜덤코드패턴에 대응되는 격자를 통해 입사된 광을 부분적으로 투과 전달하며, 이는 원반형 디스크(200)의 제1랜덤코드격자(202)로 전달된다. 상기 랜덤코드패턴은 LFSR를 이용하여 생성된 랜덤 코드에 따른다. The second random code grid 302 partially transmits the light incident through the grating corresponding to the random code pattern according to the random code, which is transmitted to the first random code grid 202 of the disc-shaped disc 200. do. The random code pattern is based on a random code generated using LFSR.

상기 제2반복패턴격자(304)는 오브젝트 격자로서 OTF에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 1인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 반복패턴격자로서, 입사된 광을 반복패턴격자에 따라 부분적으로 투과 전달하며, 이는 원반형 디스크(200)의 제1반복패턴격자(204)로 전달된다. The second repetitive pattern grid 304 is a repetitive pattern grid in which the slit pitch is determined to correspond to the case where N, which represents the order in which the Moire pattern is formed in the OTF equation according to the OTF, is an object lattice, and repeats incident light. The transmission is partially transmitted according to the pattern grid, which is transmitted to the first repeating pattern grid 204 of the disc-shaped disc 200.

상기 제3반복패턴격자(306)는 오브젝트 격자로서 OTF에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 2인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 반복패턴격자로서, 입사된 광을 반복패턴격자에 따라 부분적으로 투과 전달하며, 이는 원반형 디스크(200)의 제1반복패턴격자(204)로 전달된다. The third repetitive pattern grid 306 is a repetitive pattern grid in which the slit pitch is determined to correspond to the case where N, which represents the order in which the moire pattern is formed in the OTF equation according to the OTF, is an object lattice, and repeats incident light. The transmission is partially transmitted according to the pattern grid, which is transmitted to the first repeating pattern grid 204 of the disc-shaped disc 200.

상기 제2윈도우(308)는 입사된 광을 상기 원반형 디스크(200)의 제1윈도우(206)로 투과 전달한다. The second window 308 transmits incident light to the first window 206 of the disc-shaped disc 200.

상기 제2랜덤코드격자(302)와 제2반복패턴격자(304)와 제3반복패턴격자(306)와 제2윈도우(308)가 형성된 제1플레이트(208)는 미리 정해둔 제1거리만큼 원반형 디스크(200)와 이격되어 설치된다. 상기 제1거리는 OTF에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 1과 2인 경우가 모두 적용될 수 있는 거리로 설정된다.
The first plate 208 on which the second random code grid 302, the second repeating pattern grid 304, the third repeating pattern grid 306, and the second window 308 are formed has a predetermined first distance. It is installed spaced apart from the disk-shaped disk (200). The first distance is set to a distance to which both N and 1, which represent the order in which the moire pattern is formed in the OTF equation according to the OTF, are applicable.

상기 원반형 디스크(200)에 형성된 제1랜덤코드격자(202)와 제1반복패턴격자(204)와 제1윈도우(206)는 입사된 광을 투과하여 전달한다. 특히 상기 제1반복패턴격자(204)는 퍼필 격자이다. The first random code grid 202, the first repeating pattern grid 204, and the first window 206 formed on the disc-shaped disc 200 transmit the incident light. In particular, the first repeating pattern grid 204 is a perforated lattice.

상기 원반형 디스크(200)와 미리 정해둔 제2거리만큼 이격되어 설치되는 제2플레이트(210)에는 제1 내지 제4광검출부(108,110,112,114)가 구비된다. 상기 제2거리는 OTF에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 1과 2인 경우가 모두 적용될 수 있는 거리로 설정된다.First to fourth photodetectors 108, 110, 112, and 114 are provided on the second plate 210 spaced apart from the disc-shaped disc 200 by a predetermined second distance. The second distance is set to a distance to which both N and 1, which represent the order in which the moire pattern is formed in the OTF equation according to the OTF, are applicable.

상기 제1광검출부(108)는 상기 랜덤코드에 따른 랜덤코드패턴에 대응되게 배열된 광검출소자들로 구성되어, 절대변위 검출신호를 생성한다. The first photodetector 108 includes photodetectors arranged to correspond to a random code pattern according to the random code, thereby generating an absolute displacement detection signal.

상기 제2광검출부(110)는 이미지 격자로서의 역할과 광검출소자로서의 역할을 동시에 수행하기 위해, OTF에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 1인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 반복패턴에 대응되게 배열된 광검출소자들로 구성되며, 제2반복패턴격자(304) 및 제1반복패턴격자(204)를 통해 전달되는 광을 수광하여 제1타입의 증가형 신호를 생성한다. In order to simultaneously perform the role of the image grating and the photodetecting device, the second photodetector 110 has a slit pitch corresponding to the case where N represents 1, the order in which the moire pattern is formed in the OTF equation according to the OTF. It is composed of photodetectors arranged to correspond to the determined repeating pattern, and receives the light transmitted through the second repeating pattern grid 304 and the first repeating pattern grid 204 to generate a first type of incremental signal. .

상기 제3광검출부(112)는 이미지 격자로서의 역할과 광검출소자로서의 역할을 동시에 수행하기 위해, OTF에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 2인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 반복패턴에 대응되게 배열된 광검출소자들로 구성되어, 제3반복패턴격자(306) 및 제1반복패턴격자(204)를 통해 전달되는 광을 수광하여 제2타입의 증가형 신호를 생성한다. In order to simultaneously perform the role of the image grating and the photodetecting device, the third photodetector 112 has a slit pitch corresponding to the case where N is 2, which represents the order in which the moire pattern is formed in the OTF equation according to the OTF. The photodetector is arranged to correspond to the determined repeating pattern, and receives the light transmitted through the third repeating pattern grid 306 and the first repeating pattern grid 204 to generate a second type of incremental signal. .

상기 제4광검출부(114)는 제1 및 제2윈도우(308,206)를 통해 전달되는 광을 투과 전달받아 턴 검출신호를 생성한다.
The fourth light detector 114 receives the light transmitted through the first and second windows 308 and 206 to generate a turn detection signal.

상기한 투과형 광학계는 랜덤코드패턴이 반복될 때마다 절대변위정보를 생성하기 위해 제1 및 제2랜덤코드격자(202,302)를 이용하여 제1광검출부(108)로 광을 전달한다. The transmission optical system transmits light to the first light detector 108 using the first and second random code grids 202 and 302 to generate absolute displacement information whenever the random code pattern is repeated.

또한 상기한 투과형 광학계는 제1타입의 증가형 신호를 생성하기 위해 N이 1인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 퍼필 격자와 오브젝트 격자인 제1 및 제2반복패턴격자(204,304)를 이용하여 이미지 격자의 형태로 광검출소자들이 배열된 제2광검출부(110)로 광을 전달하며, 상기 제1타입의 증가형 신호에 대해 그 주기가 1/2인 제2타입의 증가형 신호를 생성하기 위해 N이 2인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 퍼필 격자와 오브젝트 격자인 제1 및 제3반복패턴격자(204,306)를 이용하여 이미지 격자의 형태로 광검출소자들이 배열된 제3광검출부(112)로 광을 전달하며, 원반형 디스크(200)에 대해 제1플레이트(208)와 제2플레이트(210) 사이의 거리인 제1 및 제2거리는 OTF에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 1과 2인 경우가 모두 적용될 수 있는 거리로 결정된다. In addition, the above-described transmission optical system uses an image of the first and second repetitive pattern grids 204 and 304, which are perceptual gratings and object gratings whose slit pitches are determined to correspond to the case where N is 1, in order to generate an incremental signal of the first type. To transmit light to the second photodetector 110 in which the photodetectors are arranged in the form of a grating, and to generate a second type incremental signal whose period is 1/2 for the first type of incremental signal. By using the first and third repeating pattern grids 204 and 306 which are the lattice of the slit pitch and the object lattice corresponding to the case where N is 2, the photodetectors 112 are arranged in the form of an image lattice. The first and second distances, which transmit light, and are the distance between the first plate 208 and the second plate 210 with respect to the disc-shaped disc 200, indicate the order in which the moire pattern is formed in the OTF equation according to the OTF. Both cases where N is 1 and 2 apply The distance that can be determined is determined.

또한 상기한 투과형 광학계는 턴 검출을 위해 제1 내지 제2윈도우(206,308)를 통해 제4광검출부(114)로 광을 전달한다.
In addition, the transmission optical system transmits light to the fourth photodetector 114 through the first to second windows 206 and 308 for turn detection.

여기서, 상기 반복패턴격자들의 슬릿 피치와 제1 및 제2거리의 결정과정을 좀 더 설명한다. 이하, 설명의 편이상 상기 제1거리는 오브젝트 거리 Z1, 상기 제2거리는 이미지 거리 Z2로 칭한다. Here, the process of determining the slit pitch and the first and second distances of the repeating pattern grids will be described in more detail. In the following description, the first distance is referred to as the object distance Z1 and the second distance is referred to as the image distance Z2.

광학계의 OTF 방정식 OTF(F)는 일반적인 퍼필 펑션(pupil function)의 자기 상관(autocorrelation)의 항(term)으로 주어질 수 있으며 이는 수학식 2와 같다. The OTF equation OTF (F) of the optical system may be given as a term of autocorrelation of a general pupil function.

Figure 112012049795506-pat00002
Figure 112012049795506-pat00002

상기 수학식 2에서 λ는 입사광의 파장이고, σ2는 푸리에 이미지의 공간적 주파수이고, k는 (2π)/λ이고, a는 (1/Z2+1/Z2)/2이고, Z2는 퍼필 격자와 이미지 격자 사이의 거리이다. 여기서 퍼필 격자는 원반형 디스크(200)에 형성된 제1반복패턴격자(204)이다. 상기 이미지 격자는 제2플레이트(210)에 형성된 제2 및 제2광검출부의 반복패턴이 된다. In Equation 2, λ is the wavelength of incident light, σ 2 is the spatial frequency of the Fourier image, k is (2π) / λ, a is (1 / Z 2 + 1 / Z 2 ) / 2, and Z2 is The distance between the pupil grid and the image grid. Here, the perforated lattice is the first repeating pattern grid 204 formed in the disc-shaped disk 200. The image grating becomes a repeating pattern of the second and second photodetectors formed on the second plate 210.

그리고 상기 퍼필 격자에 의한 퍼필 전달 함수 P(X)는 수학식 3과 같다. The perfill transfer function P (X) by the perfill lattice is represented by Equation 3 below.

Figure 112012049795506-pat00003
Figure 112012049795506-pat00003

상기 수학식 3에서 P는 퍼필 격자의 슬릿 피치이고, 2ε는 각 슬릿의 폭이고, n은 정수이다. In Equation 3, P is the slit pitch of the perforated lattice, 2ε is the width of each slit, and n is an integer.

상기 수학식 3을 수학식 2에 대입한 후에, 상기 퍼필 격자의 슬릿의 수가 무한히 많다고 가정하여 연산하면 수학식 4와 같다. After substituting Equation 3 into Equation 2, assuming that the number of slits in the perforated lattice is infinitely large, Equation 4 is obtained.

Figure 112012049795506-pat00004
Figure 112012049795506-pat00004

상기 수학식 4에서 m은 정수이고, 2ε는 p/2 보다 작거나 같다.
In Equation 4, m is an integer, and 2ε is less than or equal to p / 2.

상기 σ2가 mp/λZ2보다 크거나 같고, (mp/λZ2) + (2ε/λZ2)보다 작다고 가정한 후에 상기 수학식 4를 풀면 수학식 5와 같다. Equation 4 is solved after assuming that sigma 2 is greater than or equal to mp / λZ 2 and less than (mp / λZ 2) + (2ε / λZ 2 ).

Figure 112012049795506-pat00005
Figure 112012049795506-pat00005

Figure 112012049795506-pat00006
Figure 112012049795506-pat00006

Figure 112012049795506-pat00007
Figure 112012049795506-pat00007

Figure 112012049795506-pat00008
Figure 112012049795506-pat00008

Figure 112012049795506-pat00009
Figure 112012049795506-pat00009

Figure 112012049795506-pat00010
Figure 112012049795506-pat00010

상기한 방정식의 풀이에 따라 생성된 퍼필 격자와 오브젝트 격자 사이의 오브젝트 거리 Z1에 기초한 변형된 OTF 방정식은 수학식 6과 같다. 여기서 오브젝트 격자는 제1플레이트(208)에 형성된 제2 및 제3반복패턴격자(304,306) 중 어느 하나이다. The modified OTF equation based on the object distance Z1 between the perforated lattice and the object lattice generated according to the above-described equation is given by Equation 6. The object grating is any one of the second and third repeating pattern grids 304 and 306 formed on the first plate 208.

Figure 112012049795506-pat00011
Figure 112012049795506-pat00011

그리고 상기한 방정식의 풀이에 따라 생성된 퍼필 격자와 이미지 격자 사이의 이미지 거리 Z2에 기초한 OTF 방정식은 수학식 7과 같다.  The OTF equation based on the image distance Z2 between the perforated lattice and the image lattice generated by solving the above equation is represented by Equation 7.

Figure 112012049795506-pat00012
Figure 112012049795506-pat00012

상기한 바와 같은 오브젝트 거리 Z1 및 상기 이미지 거리 Z2에 기초한 OTF 방정식을 이용하여, 오브젝트 거리 Z1과 상기 이미지 거리 Z2의 비가 정해졌다고 가정할 때에 이미지 격자와 오브젝트 격자의 슬릿 피치를 구할 수 있다. Using the OTF equation based on the object distance Z1 and the image distance Z2 as described above, the slit pitches of the image grating and the object grating can be obtained assuming that the ratio of the object distance Z1 and the image distance Z2 is determined .

즉, 이미징 조건(imaging condition)은

Figure 112012049795506-pat00013
이며, 여기서 상기 N은 정수이다. 그리고 시스템 배율(system magnification)은
Figure 112012049795506-pat00014
이라 할 수 있다. In other words, the imaging condition is
Figure 112012049795506-pat00013
Where N is an integer. And system magnification
Figure 112012049795506-pat00014
This can be called.

이에 오브젝트 격자에 의한 변조 주파수는

Figure 112012049795506-pat00015
로 주어지고, 이미지 격자에 의한 변조 주파수는
Figure 112012049795506-pat00016
로 주어진다. 그리고 상기 퍼필 격자의 변조 주파수는
Figure 112012049795506-pat00017
이고, 변조된 신호 주파수는
Figure 112012049795506-pat00018
로 주어질 수 있다. The modulation frequency by the object grid is
Figure 112012049795506-pat00015
And the modulation frequency by the image grid
Figure 112012049795506-pat00016
. And the modulation frequency of the perforated grating is
Figure 112012049795506-pat00017
And the modulated signal frequency is
Figure 112012049795506-pat00018
Lt; / RTI &gt;

이에따라 본 발명은 입사 광의 파장 λ, 퍼필 격자(204)의 슬릿 피치 P, 오브젝트 거리 Z1과 이미지 거리 Z2의 비가 정해졌다는 조건으로부터, 상기 오브젝트 격자 및 이미지 격자의 변조 주파수 σ12를 산출할 수 있고, 그 산출된 변조 주파수 σ12의 역을 취하여 오브젝트 격자 및 이미지 격자의 슬릿 피치 P1,P2를 구한다. Accordingly, the present invention calculates the modulation frequencies σ 1 and σ 2 of the object grating and the image grating from the conditions that the wavelength λ of the incident light, the slit pitch P of the perforated grating 204, and the ratio of the object distance Z1 and the image distance Z2 are determined. The slit pitches P1 and P2 of the object grating and the image grating are obtained by taking the inverse of the calculated modulation frequencies σ 1 and σ 2 .

또한 본 발명은 입사 광의 파장 λ과 퍼필 격자의 슬릿 피치 P를 토대로 모이레 이미지가 형성되는 거리 DF 및 그에 따른 모듈레이션 인텐시티 변화의 주기 PN을 구하고, 그 모듈레이션 인텐시티 변화의 주기에 대한 배수들 중 어느 하나를 상기 퍼필 격자와 오브젝트 격자 사이의 오브젝트 거리 Z1로 결정함과 아울러, 상기 오브젝트 Z1과 이미지 거리 Z2 사이의 비에 따라 상기 퍼필 격자와 이미지 격자 사이의 이미지 거리 Z2를 산출하여 결정한다. 여기서, 상기 DF 는 P2/λ로 결정된다. The present invention also obtains the distance D F at which the moire image is formed and the period P N of the modulation intensity change based on the wavelength λ of the incident light and the slit pitch P of the perforated grating, and among the multiples of the period of the modulation intensity change. One is determined as the object distance Z1 between the perforated grating and the object grating, and the image distance Z2 between the perforated grating and the image grating is determined according to the ratio between the object Z1 and the image distance Z2. Here, D F is determined as P 2 / λ.

Figure 112012049795506-pat00019
Figure 112012049795506-pat00019

상기 수학식 8에서 PN은 모듈레이션 인텐시티 변화의 주기이다.
In Equation 8, P N is a period of modulation intensity change.

퍼필 격자와 오브젝트 격자 사이의 오브젝트 거리 Z1과 상기 퍼필 격자와 상기 이미지 격자 사이의 이미지 거리 Z2의 변화에 따르는 모듈레이션 인텐시티를 시뮬레이션한 도 7을 참조하면, 상기 N의 변화에 따라 모듈레이션 인텐시티 변화주기가 변화되며, N이 2인 경우에 대해 N이 2인 경우에 모듈레이션 인텐시티 변화주기 1/2이 된다. Referring to FIG. 7 which simulates the modulation intensity according to the change in the object distance Z1 between the perforated lattice and the object lattice and the image distance Z2 between the perforated lattice and the image lattice , the modulation intensity according to the change of N The change cycle is changed, and when N is 2, the modulation intensity change cycle is 1/2.

이에 본 발명은 N이 1 및 2로 정한 반복패턴격자들을 이용하여 정밀도가 높은 상대변위정보를 생성한다.
Accordingly, the present invention generates the relative displacement information with high precision by using the repeating pattern grids defined by N as 1 and 2.

도 8은 원반형 디스크를 위한 제1 내지 제4광검출부(108~114)를 배열한 예를 도시한 것으로, 원주를 추종하면서 광을 안정적으로 입사받기 위해 부채꼴 모양으로 형성된다.
FIG. 8 illustrates an example in which the first through fourth photodetectors 108 through 114 for the disc-shaped disc are arranged, and is formed in a fan shape to stably receive light while following the circumference.

<반사형 광학계>Reflective Optics

먼저 반사형 광학계의 구조를 도 9를 참조하여 설명한다. First, the structure of the reflective optical system will be described with reference to FIG. 9.

LED 모듈(104)로부터의 광은 제2콜리메이트 렌즈부(400)에 제공된다. Light from the LED module 104 is provided to the second collimated lens unit 400.

상기 제2콜리메이트 렌즈부(400)는 상기 LED 모듈(104)로부터의 광을 시준하여 출사한다. The second collimated lens unit 400 collimates and emits light from the LED module 104.

상기 제2콜리메이트 렌즈부(400)에 의해 시준된 광은 제3플레이트(410)에 구비된 제3랜덤코드격자(402)와 제4반복패턴격자(404)와 제5반복패턴격자(406)와 제3윈도우(408)로 제공된다. The light collimated by the second collimated lens unit 400 includes a third random code grid 402, a fourth repeating pattern grid 404, and a fifth repeating pattern grid 406 provided in the third plate 410. ) And a third window 408.

상기 제3랜덤코드격자(402)는 랜덤코드에 따른 랜덤코드패턴에 대응되는 격자를 통해 입사된 광을 부분적으로 투과 전달하며, 이는 원반형 디스크(200)의 제1랜덤코드격자(202)로 전달된다. 상기 랜덤코드패턴은 LFSR를 이용하여 생성된 랜덤 코드에 따른다. The third random code grid 402 partially transmits the light incident through the grid corresponding to the random code pattern according to the random code, which is transmitted to the first random code grid 202 of the disc-shaped disc 200. do. The random code pattern is based on a random code generated using LFSR.

상기 제4반복패턴격자(304)는 오브젝트 격자로서 OTF에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 1인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 반복패턴격자로서, 입사된 광을 반복패턴격자에 따라 부분적으로 투과 전달하며, 이는 원반형 디스크(200)의 제1반복패턴격자(204)로 전달된다. The fourth repeating pattern grid 304 is a repeating pattern grid in which the slit pitch is determined to correspond to the case where N, which represents the order in which the moire pattern is formed in the OTF equation according to the OTF, is an object lattice, and repeats incident light. The transmission is partially transmitted according to the pattern grid, which is transmitted to the first repeating pattern grid 204 of the disc-shaped disc 200.

상기 제5반복패턴격자(406)는 오브젝트 격자로서 OTF에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 2인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 반복패턴격자로서, 입사된 광을 반복패턴격자에 따라 부분적으로 투과 전달하며, 이는 원반형 디스크(200)의 제1반복패턴격자(204)로 전달된다. The fifth repeating pattern grid 406 is a repeating pattern grid in which the slit pitch is determined to correspond to the case where N is 2, which represents the order in which the Moire pattern is formed in the OTF equation according to the OTF as an object lattice, and repeats incident light. The transmission is partially transmitted according to the pattern grid, which is transmitted to the first repeating pattern grid 204 of the disc-shaped disc 200.

상기 제3윈도우(408)는 입사된 광을 상기 제1윈도우(206)로 투과 전달한다. The third window 408 transmits incident light to the first window 206.

상기 제3랜덤코드격자(402)와 제4반복패턴격자(404)와 제5반복패턴격자(406)와 제3윈도우(408)가 형성된 제3플레이트(410)는 미리 정해둔 제3거리만큼 원반형 디스크(200)와 이격되어 설치된다. 상기 제3거리는 OTF에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 1과 2인 경우가 모두 적용될 수 있는 거리로 설정된다. The third plate 410 on which the third random code grid 402, the fourth repeated pattern grid 404, the fifth repeated pattern grid 406, and the third window 408 are formed has a predetermined third distance. It is installed spaced apart from the disk-shaped disk (200). The third distance is set to a distance to which both N and 1, which represent the order in which the moire pattern is formed in the OTF equation according to the OTF, are applicable.

상기 원반형 디스크(200)에 형성된 제1랜덤코드격자(202)와 제1반복패턴격자(204)와 제1윈도우(206)는 입사된 광을 반사하여 전달한다. 여기서, 상기 제1반복패턴격자는 퍼필격자이다. The first random code grating 202, the first repeating pattern grating 204, and the first window 206 formed on the disc-shaped disc 200 reflect and transmit incident light. Here, the first repeating pattern grid is a perforated grid.

상기 원반형 디스크(200)와 미리 정해둔 제4거리만큼 이격되어 설치되는 제4플레이트(412)에는 제1 내지 제4광검출부(108,110,112,114)가 구비된다. 상기 제4거리는 OTF에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 1과 2인 경우가 모두 적용될 수 있는 거리로 설정된다.
First to fourth photodetectors 108, 110, 112, and 114 are provided on the fourth plate 412 spaced apart from the disc-shaped disc 200 by a predetermined fourth distance. The fourth distance is set to a distance to which both N and 1, which represent the order in which the moire pattern is formed in the OTF equation according to the OTF, are applicable.

상기 제1광검출부(108)는 상기 랜덤코드에 따른 랜덤코드패턴에 대응되게 배열된 광검출소자들로 구성되어, 상기 제3랜덤코드격자(402)와 상기 제1랜덤코드격자(202)를 통해 전달되는 광을 수광하여 절대변위 검출신호를 생성한다. The first photodetector 108 includes photodetectors arranged to correspond to a random code pattern according to the random code, through the third random code grid 402 and the first random code grid 202. It receives the transmitted light to generate the absolute displacement detection signal.

상기 제2광검출부(110)는 이미지 격자로서의 역할과 광검출소자로서의 역할을 동시에 수행하기 위해, OTF에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 1인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 반복패턴에 대응되게 배열된 광검출소자들로 구성되며, 상기 제4반복패턴격자(404)와 상기 제1반복패턴격자(204)를 통해 전달되는 광을 수광하여 제1타입의 증가형 신호를 생성한다. In order to simultaneously perform the role of the image grating and the photodetecting device, the second photodetector 110 has a slit pitch corresponding to the case where N represents 1, the order in which the moire pattern is formed in the OTF equation according to the OTF. The photodetector is arranged to correspond to the determined repeating pattern, and receives the light transmitted through the fourth repeating pattern lattice 404 and the first repeating pattern lattice 204 to receive an increase type signal of a first type. Create

상기 제3광검출부(112)는 이미지 격자로서의 역할과 광검출소자로서의 역할을 동시에 수행하기 위해, OTF에 따른 OTF 방정식에서 모이레 패턴이 형성되는 순번을 나타내는 N이 2인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 반복패턴에 대응되게 배열된 광검출소자들로 구성되어, 상기 제5반복패턴격자(206)와 상기 제1반복패턴격자(204)를 통해 전달되는 광을 수광하여 제2타입의 증가형 신호를 생성한다. In order to simultaneously perform the role of the image grating and the photodetecting device, the third photodetector 112 has a slit pitch corresponding to the case where N is 2, which represents the order in which the moire pattern is formed in the OTF equation according to the OTF. The photodetectors are arranged to correspond to the determined repeating pattern, and receive light transmitted through the fifth repeating pattern grid 206 and the first repeating pattern grid 204 to receive a second type of increased signal. Create

상기 제4광검출부(114)는 제1 및 제3윈도우(206,408)를 통해 전달되는 광을 투과 전달받아 턴 검출신호를 생성한다.
The fourth light detector 114 receives the light transmitted through the first and third windows 206 and 408 to generate a turn detection signal.

상기한 반사형 광학계는 랜덤코드패턴이 반복될 때마다 절대변위정보를 생성하기 위해 제1 및 제3랜덤코드격자(202,402)를 이용하여 상기 랜덤코드패턴에 대응되게 광검출소자들이 배열된 제1광검출부(108)로 광을 전달한다. The reflective optical system includes a first light in which photodetecting elements are arranged to correspond to the random code pattern using first and third random code grids 202 and 402 to generate absolute displacement information whenever the random code pattern is repeated. The light is transmitted to the detector 108.

또한 상기한 반사형 광학계는 제1타입의 증가형 신호를 생성하기 위해 N이 1인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 퍼필 격자와 오브젝트 격자인 제1 및 제4반복패턴격자(204,404)를 이용하여 N이 1인 경우에 부합되게 슬릿 피치가 결정된 이미지 격자 패턴에 따라 광검출소자들이 배열된 제2광검출부(110)로 광을 전달하고, 상기 제1타입의 증가형 신호에 대해 그 주기가 1/2인 제2타입의 증가형 신호를 생성하기 위해 N이 2인 경우에 부합되게 슬릿피치가 결정된 퍼필 격자와 오브젝트 격자 제1 및 제5반복패턴격자(204,406)를 이용하여 N이 2인 경우에 부합되게 슬릿피치가 결정된 이미지 격자 패턴에 따라 광검출소자들이 배열된 제3광검출부(112)로 광을 전달하며, 원반형 디스크에 대해 제1플레이트와 제2플레이트 사이의 거리인 제1 및 제2거리는 OTF에 따른 OTF 방정식에 따라 미리 결정된다. In addition, the above-described reflective optical system uses the first and fourth repetitive pattern grids 204 and 404, which are perl gratings and object gratings whose slit pitches are determined to correspond to the case where N is 1, in order to generate the first type of incremental signal. According to the image lattice pattern in which the slit pitch is determined to correspond to the case where N is 1, light is transmitted to the second photodetector 110 in which the photodetectors are arranged, and the period is 1/1 for the incremental signal of the first type. In the case where N is 2 using the perforated lattice and the object lattice first and fifth repeating pattern lattice 204 and 406 whose slit pitches are determined to correspond to the case where N is 2 to generate a second type of incremental signal of 2; The light is transmitted to the third photodetector 112 in which the photodetectors are arranged in accordance with the image lattice pattern in which the slit pitch is determined, and the first and second distances, which are the distance between the first plate and the second plate, are OTF according to OTF It is determined in advance according to the official.

또한 상기한 반사형 광학계는 턴 검출을 위해 제1 및 제3윈도우(206,408)를 통해 광을 전달한다.
The reflective optical system also transmits light through the first and third windows 206 and 408 for turn detection.

<신호처리부(116)><Signal Processing Unit 116>

이제 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호처리부(116)의 구성을 도 10을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다. Now, the configuration of the signal processor 116 according to the preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 10.

상기 신호처리부(116)는 제1광검출부(108)로부터 제공되는 절대변위 검출신호를 처리하는 절대변위 검출신호 처리부(510)와, 상기 절대변위 검출신호의 피크를 검출하여 절대변위 검출정보를 생성하는 절대변위 검출정보를 생성하는 절대변위 검출정보 생성부(504)와, 상기 제2광검출부(110)와 상기 제3광검출부(112)로부터의 제1 및 제2타입의 증가형 신호를 제공받아 AD 변환하는 AD 컨버터(500)와, 사용자에 의한 조정과정을 통해 AD 변환된 광검출신호와 상기 절대변위 검출신호가 매칭되도록 보정하는 기준신호 보정부(502)와, 상기 제4광검출부(114)가 제공하는 턴 검출신호의 피크를 검출하고, 그에 따라 턴 검출정보를 생성하는 턴 검출정보 생성부(508)와, 상기 AD 변환된 제1 및 제2타입의 증가형 신호인 상대변위 검출정보와 상기 절대변위 검출정보와 턴 검출정보를 머지하여 변위정보를 생성하는 변위정보 생성부(506)로 구성된다.
The signal processor 116 generates an absolute displacement detection information by detecting an absolute displacement detection signal processor 510 for processing an absolute displacement detection signal provided from the first photodetector 108, and a peak of the absolute displacement detection signal. Provide absolute displacement detection information generation unit 504 for generating absolute displacement detection information, and first and second types of incremental signals from the second light detection unit 110 and the third light detection unit 112; An AD converter 500 for receiving an AD conversion, a reference signal correction unit 502 for correcting the AD conversion light detection signal and the absolute displacement detection signal through an adjustment process by a user , and the fourth light detection unit ( A turn detection information generation unit 508 for detecting peaks of the turn detection signals provided by 114 and generating turn detection information accordingly, and a relative displacement detection being an incremental signal of the first and second types AD converted. Information and the absolute displacement detection information and turn detection Merge information and consists of a displacement information generating unit 506 to generate a displacement information.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예에서는 인코히어런트 광을 조사하는 LED를 광원으로 채용하는 경우만 설명하였으나, 원점 검출 정확도를 높이기 위해 코히어런트 광을 조사하는 레이저 등과 같은 광원을 채용하는 경우에도 적용될 수 있음은 본 발명에 의해 자명하다.
In the above-described preferred embodiment of the present invention, only the case of employing the LED for irradiating incoherent light as a light source has been described. It is apparent by the present invention that it can.

또한 상기한 본 발명의 바람직한 실시예에서는 제1 및 제2타입의 증가형 신호를 생성하는 것을 예시하였으나, 제조의 편이를 고려하여 하나의 증가형 신호만을 이용하는 것 역시 본 발명에 의해 자명하다.
In addition, while the above-described preferred embodiment of the present invention illustrates the generation of the first and second types of incremental signals, it is also apparent by the present invention to use only one incremental signal in consideration of ease of manufacture.

100 : 제어장치
102 : LED 구동부
104 : LED 모듈
106 : 광학계
108 : 제1광검출부
110 : 제2광검출부
112 : 제3광검출부
114 : 제4광검출부
116 : 신호처리부
100: Control device
102: LED driver
104: LED Module
106: optical system
108: first light detector
110: second light detector
112: third light detector
114: fourth light detector
116: signal processing unit

Claims (12)

광학 인코더에 있어서,
변위 검출을 위한 경로상에 랜덤코드에 따른 랜덤코드패턴에 대응되는 격자가 반복하여 형성되어 입사된 광을 부분적으로 전달하는 제1랜덤코드격자;
상기 변위 검출을 위한 경로상에 제1반복패턴에 따른 격자가 형성되어 입사된 광을 부분적으로 전달하는 퍼필 격자인 제1반복패턴격자;
광원;
상기 랜덤코드에 따른 랜덤코드패턴에 대응되는 격자가 형성되어 상기 광원으로부터의 광을 입사받아 부분적으로 상기 제1랜덤코드격자로 전달하는 제2랜덤코드격자;
제2반복패턴에 따른 격자가 형성되어 상기 광원으로부터의 광을 입사받아 부분적으로 상기 제1반복패턴격자로 전달하는 오브젝트 격자인 제2반복패턴격자;
제3반복패턴에 따른 격자가 형성되어 상기 광원으로부터의 광을 입사받아 부분적으로 상기 제1반복패턴격자로 전달하는 오브젝트 격자인 제3반복패턴격자;
상기 랜덤코드에 따른 랜덤코드패턴에 대응되게 광검출소자들이 배열된 것이며, 상기 제2랜덤코드격자 및 상기 제1랜덤코드격자가 전달하는 광을 수광하여 절대변위 검출신호를 생성하는 제1광검출부;
제4반복패턴에 대응되게 광검출소자들이 배열된 것이며, 상기 제2반복패턴격자 및 상기 제1반복패턴격자가 전달하는 광을 수광하여 제1타입의 증가형 신호를 생성하는 이미지 격자인 제2광검출부;
제5반복패턴에 대응되게 광검출소자들이 배열된 것이며, 상기 제3반복패턴격자 및 상기 제1반복패턴격자가 전달하는 광을 수광하여 제2타입의 증가형 신호를 생성하는 이미지 격자인 제3광검출부;
상기 절대변위 검출신호와 제1 및 제2타입의 증가형 신호를 처리하여 변위정보를 생성하는 신호처리부;를 구비함을 특징으로 하는 광학 인코더.
In the optical encoder,
A first random code grid for partially transmitting the incident light by repeatedly forming a grid corresponding to a random code pattern according to a random code on a path for displacement detection;
A first repeating pattern lattice formed of a lattice according to a first repeating pattern on a path for the displacement detection, the first repeating pattern lattice being a perforated lattice partially transmitting incident light;
Light source;
A second random code grid formed with a grid corresponding to a random code pattern according to the random code and receiving light from the light source and partially transferring the light from the light source to the first random code grid;
A second repeating pattern lattice formed of a lattice according to a second repeating pattern, the second repeating pattern lattice being an object lattice which receives light from the light source and partially transmits the light to the first repeating pattern lattice;
A third repeating pattern lattice formed of a lattice according to a third repeating pattern and being an object lattice that receives light from the light source and partially transmits the light to the first repeating pattern lattice;
A first photodetector arranged to correspond to a random code pattern according to the random code, the first photodetector configured to receive light transmitted by the second random code grid and the first random code grid to generate an absolute displacement detection signal;
The second light is an image grating in which photodetecting elements are arranged to correspond to a fourth repeating pattern, and is an image grating which receives the light transmitted by the second repeating pattern grid and the first repeating pattern grid to generate an increased type signal of a first type. Detection unit;
A third light, which is an image grating in which photodetecting devices are arranged to correspond to a fifth repeating pattern, and receives an image of light transmitted by the third repeating pattern grid and the first repeating pattern grid to generate a second type of incremental signal; Detection unit;
And a signal processor configured to process the absolute displacement detection signal and incremental signals of the first and second types to generate displacement information.
제1항에 있어서,
상기 변위 검출을 위한 경로상에 형성되어 입사된 광을 전달하는 제1윈도우;
상기 제1윈도우에 대해 제1거리만큼 이격되어 상기 광원으로부터의 광을 투과시켜 상기 제1윈도우로 전달하는 제2윈도우;
상기 제1윈도우에 대해 제2거리만큼 이격되어 상기 제1윈도우로부터의 광을 수광하여 턴 검출신호를 생성하여 상기 신호처리부에 제공하는 제4광검출부;를 더 구비하며,
상기 신호처리부는 상기 제4광검출부의 턴 검출신호에 따른 턴 검출정보를 생성하여 상기 변위정보에 부가함을 특징으로 하는 광학 인코더.
The method of claim 1,
A first window formed on the path for detecting the displacement and transmitting incident light;
A second window spaced apart from the first window by a first distance to transmit light from the light source to the first window;
And a fourth photodetector spaced apart from the first window by a second distance to receive light from the first window to generate a turn detection signal and provide the turn detection signal to the signal processor.
And the signal processor generates turn detection information according to the turn detection signal of the fourth light detector and adds the turn detection information to the displacement information.
제2항에 있어서,
상기 신호처리부는,
상기 제1 및 제2타입의 증가형 신호를 입력받아 AD 변환하는 AD 변환기;
상기 절대변위 검출신호로부터 절대변위 검출정보를 생성하는 절대변위 검출정보 생성부;
상기 턴 검출신호의 피크를 검출하여 턴 검출정보를 생성하는 턴 검출정보 생성부;
상기 AD 변환기의 출력신호와 상기 절대변위 검출정보와 턴 검출정보를 머지하여 변위정보를 생성하는 변위정보 생성부;를 구비함을 특징으로 하는 광학 인코더.
3. The method of claim 2,
The signal processing unit,
An AD converter which receives the first and second types of incremental signals and converts them into AD;
Absolute displacement detection information generation unit for generating absolute displacement detection information from the absolute displacement detection signal;
A turn detection information generation unit detecting turn peaks of the turn detection signals and generating turn detection information;
And a displacement information generator for generating displacement information by merging the output signal of the AD converter, the absolute displacement detection information, and the turn detection information.
제1항에 있어서,
상기 오브젝트 격자의 슬릿 피치 및 상기 이미지 격자의 슬릿 피치는 수학식 9에 따른 상기 오브젝트 격자의 변조 주파수 및 상기 이미지 격자의 변조 주파수의 역을 취하여 결정되고,
상기 퍼필 격자와 상기 오브젝트 격자 사이의 오브젝트 거리 Z1은 수학식 9에 따라 모듈레이션 인텐시티 변화주기에 대한 배수 중 어느 하나로 선택되며,
상기 퍼필 격자와 상기 이미지 격자 사이의 이미지 거리 Z2는 상기 오브젝트 거리 Z1과의 비에 따라 산출됨을 특징으로 하는 광학 인코더.
수학식 9
Figure 112013079588016-pat00020

상기 수학식 9에서 상기 N은 OTF(Optical Transfer Function)에 따라 모이레 이미지가 형성되는 순번을 나타내는 정수이고,
상기 Z1은 상기 퍼필 격자와 상기 오브젝트 격자 사이의 거리이고,
상기 Z2는 상기 퍼필 격자와 상기 이미지 격자 사이의 거리이고,
상기 P는 퍼필 격자의 슬릿 피치이고,
상기 P1은 오브젝트 격자의 슬릿 피치이고,
상기 P2는 이미지 격자의 슬릿 피치이고,
상기 λ는 입사광의 파장이고,
상기 PN은 모듈레이션 인텐시티 변화의 주기임.
The method of claim 1,
The slit pitch of the object grating and the slit pitch of the image grating are determined by taking the inverse of the modulation frequency of the object grating and the modulation frequency of the image grating according to Equation 9,
The object distance Z1 between the perforated lattice and the object lattice is selected as one of multiples for the modulation intensity change period according to Equation 9,
And the image distance Z2 between the perforated grating and the image grating is calculated according to a ratio with the object distance Z1.
Equation 9
Figure 112013079588016-pat00020

In Equation (9), N is an integer indicating the order in which a moire image is formed according to an optical transfer function (OTF),
Z1 is a distance between the perforated lattice and the object lattice,
Z2 is the distance between the perforated grating and the image grating,
P is the slit pitch of the perfill lattice,
P1 is the slit pitch of the object lattice,
P2 is the slit pitch of the image grid,
Λ is the wavelength of incident light,
P N is a period of modulation intensity change.
제1항에 있어서,
상기 제2 또는 제3광검출부는,
다수의 페이즈에 따른 광 검출 소자들이 미리 정해진 배열패턴에 따라 소정 횟수 반복되어 배열된 것이며,
상기 배열패턴은, 다수의 OTF 이미징 주기내에서 상기 다수의 페이즈에 따른 광 검출소자들이 분산되게 정해짐과 아울러, 하나의 OTF 이미징 주기내에 소수의 광 검출 소자가 배치된 것임을 특징으로 하는 광학 인코더.
The method of claim 1,
The second or third light detector,
Photodetecting elements according to a plurality of phases are arranged repeatedly a predetermined number of times according to a predetermined arrangement pattern,
The array pattern is characterized in that the optical detection elements according to the plurality of phases are determined to be dispersed within a plurality of OTF imaging cycles, and that a few optical detection elements are arranged in one OTF imaging period.
제5항에 있어서,
상기 다수의 페이즈는 제1 내지 제4페이즈로 구성되며,
상기 배열패턴은 제1페이즈의 광 검출 소자, 제3페이즈의 광 검출 소자, 제1페이즈의 광 검출 소자, 제3페이즈의 광 검출 소자, 제2페이즈의 광 검출 소자, 제4페이즈의 광 검출 소자, 제2페이즈의 광 검출 소자, 제4페이즈의 광 검출 소자, 제1페이즈의 광 검출 소자, 제3페이즈의 광 검출 소자, 제1페이즈의 광 검출 소자, 제3페이즈의 광 검출 소자, 제2페이즈의 광 검출 소자, 제4페이즈의 광 검출 소자, 제2페이즈의 광 검출 소자, 제4페이즈의 광 검출 소자임을 특징으로 하는 다수의 광 검출 소자가 배열된 광 검출부를 구비하는 광학 인코더.
6. The method of claim 5,
The plurality of phases are composed of first to fourth phases,
The array pattern includes a light detection device of a first phase, a light detection device of a third phase, a light detection device of a first phase, a light detection device of a third phase, a light detection device of a second phase, and a light detection of a fourth phase. Element, the second phase photodetection element, the fourth phase photodetection element, the first phase photodetection element, the third phase photodetection element, the first phase photodetection element, the third phase photodetection element, An optical encoder including a photodetector in which a plurality of photodetectors are arranged, wherein the photodetector of a second phase, the photodetector of a fourth phase, the photodetector of a second phase, and the photodetector of a fourth phase .
제5항에 있어서,
상기 제2 또는 제3광검출부의 출력단자는 OTF 이미징 주기에 대응되게 다수 구비되며,
상기 OTF 이미징 주기에 대응되는 출력단자들 각각은,
OTF 이미징 주기에 따라 각기 다르게 다수의 광 검출 소자와 결선됨을 특징으로 하는 광학 인코더.
6. The method of claim 5,
A plurality of output terminals of the second or third photodetector are provided to correspond to the OTF imaging period,
Each of the output terminals corresponding to the OTF imaging cycle,
An optical encoder, characterized in that it is connected to a plurality of optical detection elements differently depending on the OTF imaging cycle.
제2항에 있어서,
상기 제1반복 패턴 격자 및 상기 제1랜덤코드격자, 상기 제1윈도우는,
입사된 광을 부분적으로 투과하여 전달하거나,
입사된 광을 부분적으로 반사하여 전달함을 특징으로 하는 광학 인코더.
3. The method of claim 2,
The first repeating pattern grid, the first random code grid, the first window,
Partially transmit the incident light, or
And partially reflects and transmits the incident light.
제1항에 있어서,
상기 광원이 출사하는 광은 인코히어런트 광임을 특징으로 하는 광학 인코더.
The method of claim 1,
And the light emitted from the light source is an incoherent light.
제1항에 있어서,
상기 광원은 LED 모듈임을 특징으로 하는 광학 인코더.
The method of claim 1,
The light source is an optical encoder, characterized in that the LED module.
제1항에 있어서,
상기 광원의 광을 시준하여 출사하는 콜리메이트 렌즈부;
를 더 구비함을 특징으로 하는 광학 인코더.
The method of claim 1,
A collimating lens unit collimating and emitting light from the light source;
Optical encoder characterized in that it further comprises.
제1항에 있어서,
상기 랜덤 코드는 LFSR(Linear feedback shift register)을 통해 생성된 랜덤 코드;
임을 특징으로 하는 다수의 광 검출 소자가 배열된 광 검출부를 구비하는 광학 인코더.
The method of claim 1,
The random code is a random code generated through a linear feedback shift register (LFSR);
An optical encoder comprising a light detection unit is arranged a plurality of light detection elements, characterized in that.
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