JP2003269999A - Origin detecting device for optical displacement length measuring machine - Google Patents
Origin detecting device for optical displacement length measuring machineInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光学式変位測長器
に関するものであり、特に詳しくは、光学式変位測長器
を小型にし、且つ原点信号及び位置検出信号を正確に決
定でき、若しくは原点装置及び位置検出装置を小型に
し、且つ正確に決定できる光学式変位測長器に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical displacement length measuring device, and more particularly, it can downsize an optical displacement length measuring device and accurately determine an origin signal and a position detection signal. The present invention relates to an optical displacement length measuring device capable of accurately determining an origin device and a position detection device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、レーザや発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）を用いた光学式測長器、及び光学式エンコーダを
用いた光学式エンコーダ測長器が知られており、光学式
測長器は、主に２点間の長さを測定する相対位置測定に
用いられる。2. Description of the Related Art Lasers and light emitting diodes (L
ED) and an optical encoder length measuring device using an optical encoder are known, and the optical length measuring device is a relative position that mainly measures the length between two points. Used for measurement.
【０００３】光学式測長器には、位置検出用に、ガラス
板、フィルム又は金属薄板等から構成される移動スケー
ル（移動スケールには所定のピッチで設けられた位置検
出用光学格子が形成されている）と、移動スケールの一
方に設けられ、移動スケールに平行光を照射するための
固定された光源とで構成され、且つ、移動スケールの他
方に設けられ、移動スケールに対して所定の距離を置い
て対向配置された固定スケール（固定スケールには２個
若しくは４個の位置検出用があり、お互いに位相が９０
度ずれている）と位置検出用受光センサとから構成され
ているタイプ（以降、固定スケールタイプとよぶ）と、
同じく移動スケールの他方に設けられ、固定スケールに
形成していたインデックス格子を受光用センサに形成
し、固定スケールを無くしたタイプ（以降、インデック
ス・フォト・ダイオードタイプ：ＩＰＤタイプと呼ぶ）
の２種類がある。The optical length measuring device is provided with a moving scale (a position detecting optical grating provided at a predetermined pitch on the moving scale, which is composed of a glass plate, a film, a metal thin plate or the like, for detecting the position. And a fixed light source for irradiating the moving scale with parallel light, and provided on the other side of the moving scale for a predetermined distance from the moving scale. A fixed scale placed opposite to each other (the fixed scale has two or four position detections, and the phases are 90 degrees relative to each other.
A type (hereinafter referred to as a fixed scale type) composed of a light receiving sensor for position detection and
A type in which an index grating, which is also provided on the other side of the movable scale and is formed on a fixed scale, is formed on the light-receiving sensor to eliminate the fixed scale (hereinafter referred to as an index photo diode type: IPD type).
There are two types.
【０００４】更に、原点検出用に、移動スケールには１
つ又は複数の原点検出用パターンが形成されており、固
定スケールタイプでは、固定スケールに原点検出用パタ
ーンに対向配置された原点検出用固定インデックス格
子、及び原点検出用受光センサーとが設けられており、
ＩＰＤタイプでは、原点検出用パターンに対向配置され
原点検出用インデックス格子が形成された原点検出用受
光センサが設けられている。Further, the moving scale has 1 for detecting the origin.
One or more origin detection patterns are formed.In the fixed scale type, the fixed scale has a fixed index grating for origin detection facing the origin detection pattern and a light receiving sensor for origin detection. ,
The IPD type is provided with an origin detecting light receiving sensor having an origin detecting index grating formed opposite to the origin detecting pattern.
【０００５】此処では古くから用いられてきた固定スケ
ールタイプについてその動作を説明する。The operation of the fixed scale type, which has been used for a long time, will be described here.
【０００６】移動スケールが移動すると、位置検出用光
学格子と位置検出用固定インデックス格子とが重なり合
い、明暗が発生する。When the moving scale moves, the position-detecting optical grating and the position-detecting fixed index grating are overlapped with each other to generate light and dark.
【０００７】又、移動スケールが移動すると、原点検出
用光学格子と原点検出用固定インデックス格子とが重な
り合い、明暗が発生する。Further, when the moving scale moves, the origin detecting optical grating and the origin detecting fixed index grating overlap each other to generate light and dark.
【０００８】位置検出用及び原点検出用受光センサは、
この明暗を検出する。光学式エンコーダ測長器は、デジ
タル変位計として実用化されている。The position detecting and origin detecting light receiving sensors are
This light and darkness is detected. The optical encoder length measuring device has been put to practical use as a digital displacement meter.
【０００９】ここで、従来の光電式透過型リニアエンコ
ーダつまり光学式変位測長器の一具体例の構成について
図８を参照しながら説明する。Here, the construction of a specific example of a conventional photoelectric transmission type linear encoder, that is, an optical displacement measuring device will be described with reference to FIG.
【００１０】即ち、図８に於いて、接触子６が設けられ
たスピンドル５には透明な部材から構成された移動スケ
ール３が接続されており、当該移動スケール３にはピッ
チＳで配置された光学格子からなる位置検出用パターン
１１と、原点検出用パターン７，８とが形成されてい
る。尚、原点検出用パターン７，８のスケール移動方向
は、ベタ塗りのパターンになっている。That is, in FIG. 8, the movable scale 3 made of a transparent member is connected to the spindle 5 provided with the contactor 6, and the movable scale 3 is arranged at the pitch S. A position detection pattern 11 made of an optical grating and origin detection patterns 7 and 8 are formed. The origin movement patterns 7 and 8 are in a solid pattern in the scale movement direction.
【００１１】当該移動スケール３の一方の側には光源１
とコンデンサレンズ２が設けられており、他方の側には
ピッチＳの位置検出用光学格子４７と４８、及び原点検
出用パターンと同一若しくは反転した原点検出用光学格
子４９，５０とが形成された固定スケール３４と、位置
検出用受光半導体素子である位置検出用フォトダイオー
ド２８，２９、及び、原点検出用受光半導体素子である
原点検出用フォトダイオード９，１０が設けられてい
る。The light source 1 is provided on one side of the moving scale 3.
And a condenser lens 2 are provided, and on the other side, position detecting optical gratings 47 and 48 having a pitch S and origin detecting optical gratings 49 and 50 which are the same as or inverted from the origin detecting pattern are formed. The fixed scale 34, the position detection photodiodes 28 and 29 which are the position detection light receiving semiconductor elements, and the origin detection photodiodes 9 and 10 which are the origin detection light receiving semiconductor elements are provided.
【００１２】当該光源１とフォトダイオード２８，２９
及び９，１０は、被測定物の変位に応じて移動する移動
スケール３と一定の位置に固定された固定スケール３４
を挟んで向かい合っている。The light source 1 and the photodiodes 28 and 29
9 and 10 are a moving scale 3 which moves according to the displacement of the object to be measured and a fixed scale 34 which is fixed at a fixed position.
They are facing each other across.
【００１３】当該移動スケール３に設けられている位置
検出用パターン１１と固定スケール３４の設けられてい
る位置検出用光学格子４７、４８は同じピッチ、同じ線
幅であり、たとえばピッチ２０μｍ、線幅１０ミクロン
であり、両者は非常に高精度なスケールに製作されてい
る。The position detecting pattern 11 provided on the movable scale 3 and the position detecting optical gratings 47 and 48 provided on the fixed scale 34 have the same pitch and the same line width, for example, a pitch of 20 μm and a line width. It is 10 microns, and both are manufactured on a very high-precision scale.
【００１４】測定時にスピンドル５が矢印方向に移動
し、移動スケール３の位置検出用パターン１１の透明な
部分と固定スケール３４の位置検出用光学格子４７、若
しくは４８の透明な部分が一致したとき、両者を透過す
る光量は最大となる。During measurement, the spindle 5 moves in the direction of the arrow, and when the transparent portion of the position detecting pattern 11 of the movable scale 3 and the position detecting optical grating 47 or 48 of the fixed scale 34 coincide with each other, The amount of light that passes through both becomes maximum.
【００１５】一方、この状態から移動スケール３が光学
格子の１／２ピッチだけ移動すると、光学格子の透明な
部分と不透明な部分が重なり合うので、当該透過光量は
最小となる。On the other hand, when the moving scale 3 moves from this state by 1/2 pitch of the optical grating, the transparent portion and the opaque portion of the optical grating overlap each other, so that the amount of transmitted light becomes minimum.
【００１６】即ち、移動スケール３の移動に伴い、位置
検出用フォトダイオード２８からの出力信号は正弦波信
号となる。That is, as the movable scale 3 moves, the output signal from the position detecting photodiode 28 becomes a sine wave signal.
【００１７】この誘起の数を計数すれば移動スケール３
の移動距離が求められる。If the number of inductions is counted, the moving scale 3
Is calculated.
【００１８】一般に、固定スケール３４には通常４個で
２ペアの光学格子が形成されており、これに対応して位
置検出用フォトダイオードも４個で２ペア備えられてお
り、ペアを組んだ２個は、お互いに１／２位相のずれた
構成になっており、位置検出用フォトダイオードのお互
い同士、１／２位相のずれた出力を、差分を取って合成
し、ペアの出力としている。In general, the fixed scale 34 is usually formed with two pairs of optical gratings with four pieces, and correspondingly, four pairs of position detecting photodiodes are provided with two pairs, and a pair of them are formed. The two have a configuration in which the phase shifts from each other by ½ phase, and the outputs of the position detection photodiodes that shift from each other by ½ phase are combined by taking the difference and used as a paired output. .
【００１９】そして一方のペアの出力に対して、他方の
ペアの出力は１／４ピッチだけずれている。The output of the other pair is shifted from the output of the other pair by 1/4 pitch.
【００２０】図８の説明に於いては、これらを省略し、
２組の光学格子４７、４８を備えており、これに対応し
て位置検出用フォトダイオードも２組設けられている構
成にしてある。In the description of FIG. 8, these are omitted,
Two sets of optical gratings 47 and 48 are provided, and two sets of position detecting photodiodes are provided correspondingly.
【００２１】そして一方の光学格子４７に対して、他方
の光学格子４８は１／４ピッチだけずれている。The other optical grating 48 is displaced from the one optical grating 47 by 1/4 pitch.
【００２２】図７（ａ）は移動スケール３が移動したと
きに２つの位置検出用フォトダイオード２８、２９の出
力信号波形を示したものである。FIG. 7A shows the output signal waveforms of the two position detecting photodiodes 28 and 29 when the moving scale 3 moves.
【００２３】固定スケール３４の一方の光学格子４７を
透過した光を図７の信号Ａとして表すと、固定スケール
３４の他方の光学格子４８を透過した光を表す信号Ｂ
は、信号ＡのピッチＰに対して位相が１／４ピッチずれ
る。When the light transmitted through one optical grating 47 of the fixed scale 34 is represented by the signal A in FIG. 7, the signal B representing the light transmitted through the other optical grating 48 of the fixed scale 34.
Has a phase shift of 1/4 pitch with respect to the pitch P of the signal A.
【００２４】信号Ｂの信号Ａに対する位相の進み遅れで
移動スケール３の移動方向の右、左を判別することが可
能である。It is possible to discriminate between right and left in the moving direction of the moving scale 3 based on the lead or lag of the phase of the signal B with respect to the signal A.
【００２５】一方、当該移動スケール３に設けられてい
る原点検出用パターン７，８と固定スケール３４の設け
られている位置検出用光学格子４９，５０は、例えば原
点検出用パターン７と８は同一パターンであり、且つ原
点検出用光学格子５０は原点検出用パターン７と同一の
パターンであるが、原点検出用光学格子４９は原点検出
用パターン８とは反転したパターンである様に形成され
ており、両者は非常に高精度に製作されている。On the other hand, the origin detecting patterns 7 and 8 provided on the movable scale 3 and the position detecting optical gratings 49 and 50 provided on the fixed scale 34 are, for example, the same origin detecting patterns 7 and 8. The origin detection optical grating 50 is the same pattern as the origin detection pattern 7, but the origin detection optical grating 49 is formed so as to be the reverse pattern of the origin detection pattern 8. , Both are manufactured with extremely high precision.
【００２６】測定時にスピンドル５が矢印方向に移動
し、移動スケール３の原点検出用パターン７の透明な部
分と固定スケール３４の原点検出用光学格子５０の透明
な部分が一致したとき、両者を透過する光量は最大とな
る。When the spindle 5 moves in the direction of the arrow during measurement and the transparent portion of the origin detection pattern 7 of the movable scale 3 and the transparent portion of the origin detection optical grating 50 of the fixed scale 34 coincide with each other, both are transmitted. The amount of light emitted is maximum.
【００２７】これとは逆に、この状態の時、移動スケー
ル３の原点検出用パターン８の透明な部分と固定スケー
ル３４の原点検出用光学格子４９の不透明な部分が一致
し、両者を透過する光量は最小となる。On the contrary, in this state, the transparent portion of the origin detecting pattern 8 of the movable scale 3 and the opaque portion of the origin detecting optical grating 49 of the fixed scale 34 coincide with each other and pass through both. The amount of light is minimal.
【００２８】図７（ｂ）は移動スケール３が移動したと
きに２つの原点検出用フォトダイオード９，１０の出力
信号及びその合成信号を示したものである。FIG. 7B shows the output signals of the two origin detecting photodiodes 9 and 10 and their combined signals when the moving scale 3 moves.
【００２９】[0029]
【発明が解決しようとする課題】次にこの固定スケール
タイプとＩＰＤタイプの２種類について、長短を比較し
ながら、本発明が解決しようとする課題について説明す
る。Next, the problems to be solved by the present invention will be described by comparing the two types of the fixed scale type and the IPD type in terms of length.
【００３０】固定スケールタイプでは、原点検出用パタ
ーンを位置検出用パターンの長手方向と直交するように
異なる位置に互いに平行に、且つ第１の原点検出用パタ
ーンのパターンと、第２原点検出用パターンのパターン
とはそれぞれの位相が一致するように配置すれば、移動
スケールと固定スケールの位置関係、特に並行度につい
ては、図７（ｂ）に於いて、２つの信号のピークの位置
ずれを検出すれば修正することが可能である。In the fixed scale type, the origin detection pattern is parallel to each other at different positions so as to be orthogonal to the longitudinal direction of the position detection pattern, and the first origin detection pattern and the second origin detection pattern are provided. By arranging so that the phases of the two patterns coincide with each other, the positional relationship between the moving scale and the fixed scale, particularly the parallelism, is detected in FIG. It can be corrected if done.
【００３１】これらの構成については、特開平５−２９
６７９７号公報および、特許公報平４−５３４にも記載
されている。Regarding these structures, Japanese Patent Laid-Open No. 5-29 is known.
6797 and Japanese Patent Laid-Open No. 4-534.
【００３２】然しながら、当然なこととして、固定スケ
ールが必須の部品であり、これがあるために光学式測長
器を薄く、若しくは小型化にしにくかった。However, as a matter of course, the fixed scale is an indispensable component, which makes it difficult to make the optical length measuring device thin or compact.
【００３３】又、上記した従来の固定スケールタイプの
光学式変位測長器に於いては、位置検出用受光半導体素
子であるフォトダイオード２８，２９、及び、原点検出
用受光半導体素子であるフォトダイオード９，１０は各
々個別部品であり、お互いの間隔を近づけることが出来
ず、大きくなるという課題の他、これらの部品を一個一
個正確に位置決めしなければならなかった。Further, in the above-mentioned conventional fixed scale type optical displacement length measuring device, the photodiodes 28 and 29 which are the light receiving semiconductor elements for position detection and the photodiodes which are the light receiving semiconductor elements for origin detection are provided. Each of 9 and 10 is an individual component, and the distance between them cannot be made close to each other, and the components become large, and in addition, these components must be accurately positioned one by one.
【００３４】大きくなるという課題のために、メインス
ケールの幅も大きくせざるを得ず、測長器全体が大型に
なるという課題も生じていた。Due to the problem of increase in size, the width of the main scale has to be increased, and there is also a problem of increase in size of the entire length measuring device.
【００３５】又、位置検出用受光素子、及び原点検出用
受光素子の出力をそのまま光学式変位測長器の出力とし
て、その後で処理する構成とし、光学式変位測長器その
ものを小型にするという方法も採られてはいるが、位置
検出用受光素子、及び原点検出用受光素子の出力がその
ままではノイズに弱く、遠くまで線を引き回すことが困
難であった。Further, the outputs of the position detecting light receiving element and the origin detecting light receiving element are directly processed as the output of the optical displacement length measuring device to be processed thereafter, whereby the optical displacement length measuring device itself is miniaturized. Although the method is adopted, if the outputs of the position detecting light receiving element and the origin detecting light receiving element are left as they are, they are vulnerable to noise and it is difficult to draw a line far.
【００３６】かかる課題を解決するために、例えば、特
開平９−３０４１１２号公報に開示されているように、
ガラス基板上に電源線となるＩＴＯなどの透明電極を形
成し、この上にアモルファスシリコン膜によるｐｉｎ
（又はｐｎｎ等）等の受光接合を持つフォトダイオード
を形成し、フォトダイオードの形成されていない面を受
光面として使う構成について記載されている。In order to solve such a problem, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-304112,
A transparent electrode such as ITO, which will be the power line, is formed on the glass substrate, and a pin made of an amorphous silicon film is formed on the transparent electrode.
(Or pnn or the like), a photodiode having a light receiving junction is formed, and a surface where the photodiode is not formed is used as a light receiving surface.
【００３７】又、当該公報に於いて、フォトダイオード
をアモルファスシリコン膜により形成したが、単結晶シ
リコン基板に形成した受光素子を用いることも出来ると
も記載されている。Further, in this publication, the photodiode is formed of an amorphous silicon film, but it is also described that a light receiving element formed on a single crystal silicon substrate can be used.
【００３８】しかし此処に記載されていることは、受光
素子の部分だけであり、その後の処理回路は全く別の部
品で構成しなければならない。However, what is described here is only the part of the light receiving element, and the subsequent processing circuit must be composed of completely different parts.
【００３９】又、この公報に記載されている原点検出パ
ターンは、位置検出用パターンの片側だけであり、これ
では移動スケールと受光素子の位置関係、特に並行度に
ついての修正を行うことが出来ない。Further, the origin detection pattern described in this publication is only on one side of the position detection pattern, and this cannot correct the positional relationship between the moving scale and the light receiving element, particularly the parallelism. .
【００４０】又、特開平１０−９０００８号公報には、
１チップ化された市販の４分割センサーを使って、原点
検出を行うような記述がある。市販化されたものには、
受光素子の出力をアンプで増幅して最終出力とするよう
になっているものが有るが、このチップを使っても、位
置検出用の受光素子とは別個の部品となる。Further, Japanese Patent Laid-Open No. 10-90008 discloses that
There is a description that the origin detection is performed by using a commercially available 4-division sensor that is made into one chip. The commercially available products include
There is a device in which the output of the light receiving element is amplified by an amplifier to obtain the final output, but even if this chip is used, it is a component separate from the light receiving element for position detection.
【００４１】又、この公報でも、記載されている原点検
出パターンは、位置検出用パターンの片側だけであり、
これでは移動スケールと受光素子の位置関係、特に並行
度についての修正を行うことが出来ない。Also in this publication, the origin detection pattern described is only one side of the position detection pattern,
This makes it impossible to correct the positional relationship between the moving scale and the light receiving element, especially the parallelism.
【００４２】又、特開平１０−１３２６１２号公報に
は、位置検出用受光素子、及び原点検出用受光素子を集
積化し、更に増幅回路まで集積形成する例が記載されて
いる。又当該公報には、上記増幅回路に加え、原点検出
回路及び信号処理回路までも集積形成しても良いと記載
されている。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-132612 discloses an example in which a position detecting light receiving element and an origin detecting light receiving element are integrated, and further an amplifier circuit is also formed. In addition, the publication describes that, in addition to the amplifier circuit, the origin detection circuit and the signal processing circuit may be integrated.
【００４３】然しながら上記した特開平９−３０４１１
２号公報、特開平１０−９０００８号公報、及び特開平
１０−１３２６１２号公報のいずれの従来例に於いて
も、記載されている原点検出パターンは、位置検出用パ
ターンの片側だけであり、これでは移動スケールと受光
素子の位置関係、特に並行度についての修正を行うこと
が出来ないので、課題の解決には至っていない。However, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 9-30411
No. 2, JP-A-10-90008, and JP-A-10-132612, the origin detection pattern described is only on one side of the position detection pattern. Since the positional relationship between the moving scale and the light receiving element, especially the parallelism cannot be corrected, the problem has not been solved yet.
【００４４】従って、本発明の目的は、上記した従来技
術の問題点を解消し、光学式変位測長器を小型にし、且
つ移動スケールと受光素子の位置関係、特に並行度を正
確に決定する事が可能な、原点検出装置を提供するもの
である。Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, downsize the optical displacement measuring device, and accurately determine the positional relationship between the moving scale and the light receiving element, particularly the parallelism. The present invention provides an origin detection device capable of doing the above.
【００４５】[0045]
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention basically adopts the technical constitution as described below.
【００４６】即ち、本発明に於ける第１の実施態様は、
予め定められた所定のピッチＳで配置された光学格子か
らなる位置検出用パターンと、当該位置検出用パターン
とは異なるパターンを持つ光学格子からなる少なくとも
２つの原点検出用パターン、とが設けられた移動可能な
メインスケール、当該メインスケールの一方の側に設け
られた当該メインスケールを照射する光を発生する光源
手段、及び当該メインスケールの他方の側に設けられ、
当該メインスケールの光学格子を透過した光を受光し、
且つピッチＳで設けられた複数の受光素子を有する受光
素子列を複数有する位置検出用受光素子で構成される位
置検出用センサー手段と、当該原点検出用パターンを透
過した光を受光する受光素子で構成された原点検出用セ
ンサー手段、当該位置検出用センサー手段の出力に応じ
て、複数の受光素子列毎に発生する位相の異なるアナロ
グ信号を増幅する位置検出用センサー増幅器、当該原点
検出用センサー手段の出力に応じて発生するアナログ信
号を処理する原点検出処理回路を増幅する原点検出用セ
ンサー増幅器、とからなる光学式変位測長器であって、
当該位置検出用センサー手段と、当該原点検出用センサ
ー手段、及び位置検出用センサー増幅器と、原点検出用
センサー増幅器とを半導体基板の同一チップ内に構成
し、少なくとも当該原点検出用センサー増幅器から、各
々の原点検出のアナログ出力を端子に取り出した光学式
変位測長器に於ける原点検出装置である。That is, the first embodiment of the present invention is as follows.
A position detection pattern formed of an optical grating arranged at a predetermined pitch S and at least two origin detection patterns formed of an optical grating having a pattern different from the position detection pattern are provided. A movable main scale, a light source means provided on one side of the main scale for generating light for irradiating the main scale, and provided on the other side of the main scale,
Receives light that has passed through the main scale optical grating,
In addition, a position detecting sensor means composed of a position detecting light receiving element having a plurality of light receiving element rows having a plurality of light receiving elements provided at a pitch S, and a light receiving element receiving light transmitted through the origin detection pattern. The origin detecting sensor means, the position detecting sensor amplifier for amplifying the analog signals having different phases generated for each of the plurality of light receiving element rows according to the output of the position detecting sensor means, and the origin detecting sensor means An optical displacement measuring instrument comprising an origin detection sensor amplifier for amplifying an origin detection processing circuit for processing an analog signal generated according to the output of
The position detecting sensor means, the origin detecting sensor means, the position detecting sensor amplifier, and the origin detecting sensor amplifier are configured in the same chip of the semiconductor substrate, and at least from the origin detecting sensor amplifier, respectively. It is the origin detection device in the optical displacement length measuring instrument which took out the analog output of the origin detection.
【００４７】本発明に於ける第２の実施態様は、第１の
態様に加え、当該位置検出用センサー手段には、当該受
光素子列がＳ／ｎ（ｎは３６０を得たい出力の位相角で
割った整数）の距離で当該メインスケールの移動方向に
並んでおり、当該受光素子列は各ピッチＳの光学格子と
同一なパターンを有するマスク部が設けられており、当
該位置検出用センサー手段の出力に応じて、複数の受光
素子列毎に発生する位相の異なるアナログ信号、又は当
該複数の受光素子列毎に発生する位相の異なるアナログ
信号及び当該アナログ信号より生成し中間の位相を持つ
信号を増幅・処理する位置検出処理回路が、当該原点検
出用センサー手段には、当該原点検出用パターンが当該
位置検出用パターンの長手方向と直交する、異なる位置
に互いに平行に、且つ当該第１の原点検出用パターンの
パターンと、当該第２原点検出用パターンのパターンと
はそれぞれの位相が一致するように配置されており、且
つ当該双方の原点検出用パターンに対応するように設け
られた第１の原点検出センサー部と第２の原点検出セン
サー部とが設けられており、当該第１の原点検出センサ
ー部に対し当該第２の原点検出センサー部からは反転し
た出力が得られるように構成され、当該原点検出用セン
サー手段の出力に応じて発生するアナログ信号を増幅・
処理する原点検出処理回路が、それぞれ接続されてお
り、当該位置検出処理回路から生成された位相の異なる
デジタル信号と、当該原点検出処理回路から生成された
デジタル信号とから原点信号を生成する原点信号処理回
路で構成されている光学式変位測長器であって、当該位
置検出用センサー手段と、当該原点検出用センサー手
段、及び、当該位置検出処理回路、当該原点検出処理回
路、当該原点信号処理回路、とを半導体基板の同一チッ
プ内に構成し、少なくとも当該原点検出処理回路から、
各々の原点検出のアナログ出力を端子に取り出した光学
式変位測長器に於ける原点検出装置である。In the second embodiment of the present invention, in addition to the first embodiment, in the position detecting sensor means, the light receiving element array is S / n (n is 360) to obtain an output phase angle. (An integer divided by) and arranged in the moving direction of the main scale, the light receiving element array is provided with a mask portion having the same pattern as the optical grating of each pitch S, and the position detecting sensor means. Depending on the output of, the analog signals having different phases generated for each of the plurality of light receiving element rows, or the analog signals having different phases generated for each of the plurality of light receiving element rows and the signals having an intermediate phase generated from the analog signal Position detection processing circuit for amplifying and processing the origin detection sensor means, the origin detection pattern is orthogonal to the longitudinal direction of the position detection pattern, parallel to different positions, The pattern of the first origin detection pattern and the pattern of the second origin detection pattern are arranged such that their phases match each other, and correspond to both origin detection patterns. The first origin detection sensor section and the second origin detection sensor section provided are provided, and an inverted output is obtained from the second origin detection sensor section with respect to the first origin detection sensor section. Configured to amplify the analog signal generated according to the output of the origin detecting sensor means.
Origin detection processing circuits for processing are connected to each other, and origin signals that generate origin signals from digital signals generated by the position detection processing circuits and having different phases and digital signals generated by the origin detection processing circuits are processed. An optical displacement length measuring device including a processing circuit, the position detecting sensor means, the origin detecting sensor means, the position detecting processing circuit, the origin detecting processing circuit, and the origin signal processing. Circuit, and are configured in the same chip of the semiconductor substrate, at least from the origin detection processing circuit,
It is the origin detection device in the optical displacement length measuring instrument that takes out the analog output of each origin detection to the terminal.
【００４８】[0048]
【発明の実施の形態】本発明に係わる光学式変位測長器
は、上記したような技術を採用していることから、移動
スケールと受光素子の位置関係、特に並行度について正
確に調整することが可能であり、ひいては測長精度を上
げることが出来る他、固定スケールを省いたことによ
り、小型化が可能であり、光学式変位測長器自体の大き
さや厚みを更に小型にすることが可能、且つ増幅された
信号や、デジタル信号を取り出すことが出来るので、ノ
イズにも影響されない光学式変位測長器が提供される。Since the optical displacement length measuring device according to the present invention employs the above-described technique, it is necessary to accurately adjust the positional relationship between the moving scale and the light receiving element, particularly the parallelism. It is possible to improve the measurement accuracy, and it is possible to reduce the size by omitting the fixed scale, and it is possible to further reduce the size and thickness of the optical displacement measuring instrument itself. Moreover, since the amplified signal and the digital signal can be taken out, an optical displacement length measuring device which is not affected by noise is provided.
【００４９】以下に、本発明に係わる光学式変位測長器
の具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。Specific examples of the optical displacement measuring device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００５０】（実施例１）図１は本発明に係わる原点検
出装置の一具体例の構成が示されており、本発明に於け
る第１の実施態様を示す。図中、予め定められた所定の
ピッチで配置された光学格子２０からなる位置検出用パ
ターン１１と、当該位置検出用パターン１１とは異なる
パターンを持つ光学格子２１からなる原点検出用パター
ン７，８とが設けられた移動可能なメインスケール３、
当該メインスケール３の一方の側に設けられた当該メイ
ンスケール３を照射する光を発生するＬＥＤ等から構成
された光源手段１及びコンデンサレンズ２、当該メイン
スケール３の他方の側に設けられ、当該メインスケール
３の光学格子２０を透過した光を受光する受光素子など
で構成されたセンサー手段２３及びその出力を増幅する
当該センサー手段２３の中に形成された検出信号増幅器
２２、当該センサー手段２３を搭載するＩＣ搭載基板１
７とから構成されている光学式変位測長器１００であ
る。(Embodiment 1) FIG. 1 shows the construction of a specific example of the origin detecting apparatus according to the present invention, and shows the first embodiment of the present invention. In the figure, origin detection patterns 7 and 8 each including a position detection pattern 11 formed of optical gratings 20 arranged at a predetermined pitch, and an optical grating 21 having a pattern different from the position detection pattern 11. Movable main scale 3 with and
The light source means 1 and the condenser lens 2, which are provided on one side of the main scale 3 and configured to emit light for irradiating the main scale 3, and the condenser lens 2, are provided on the other side of the main scale 3, The sensor means 23 is composed of a light receiving element or the like for receiving the light transmitted through the optical grating 20 of the main scale 3, the detection signal amplifier 22 formed in the sensor means 23 for amplifying the output thereof, and the sensor means 23. IC mounting board 1 to be mounted
7 is an optical displacement length measuring device 100 composed of 7 and 7.
【００５１】当該メインスケール３には、少なくとも２
個の当該原点検出用パターン７，８が、当該位置検出用
パターン１１の長手方向と直行する方向の異なる位置に
互いの並行に設けられており、然も当該原点検出用パタ
ーン７，８のパターン形状は互いに同一であって、且つ
当該第１の原点検出用パターン７のパターンと当該第２
の原点検出用パターン８のパターンとは、それぞれの位
相が一致するように配置されているものであり、且つ、
当該原点検出用パターン７，８を透過した光が直接当該
センサー手段２３に入力される。At least 2 is provided on the main scale 3.
The origin detection patterns 7 and 8 are provided in parallel with each other at different positions in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the position detection pattern 11, and the origin detection patterns 7 and 8 are still patterns. The shapes are the same as each other, and the pattern of the first origin detection pattern 7 and the second origin detection pattern 7 are the same.
The pattern of the origin detection pattern 8 is arranged so that the respective phases match each other, and
The light transmitted through the origin detection patterns 7 and 8 is directly input to the sensor means 23.
【００５２】図１には図示されてはいないが、当該セン
サー手段２３と当該ＩＣ搭載基板１７とを接続するワイ
ヤー、当該ＩＣ搭載基板１７上には当該センサー手段２
３の出力を処理する処理回路や、外部カウンターなどに
接続するためのコネクタ等が取り付けられている。Although not shown in FIG. 1, a wire connecting the sensor means 23 and the IC mounting board 17 and the sensor means 2 on the IC mounting board 17 are connected.
A processing circuit for processing the output of No. 3, a connector for connecting to an external counter and the like are attached.
【００５３】つまり、本発明に於ける当該光学式変位測
長器１００は、上記した様に、固定スケールは使わず、
当該光源から出射された光は当該メインスケール３の位
置検出用パターン１１及び原点検出用パターン７，８を
透過した後、直接当該センサー手段２３に入射される様
に構成されているＩＰＤタイプの光学式変位測長器であ
る。That is, the optical displacement measuring instrument 100 according to the present invention does not use a fixed scale as described above,
The light emitted from the light source passes through the position detection pattern 11 and the origin detection patterns 7 and 8 of the main scale 3, and then is directly incident on the sensor means 23. It is a displacement measuring machine.
【００５４】本発明に於ける当該原点検出用パターン
７，８は、ランダムパターンで構成されていることが望
ましい。It is desirable that the origin detecting patterns 7 and 8 in the present invention are constituted by random patterns.
【００５５】又、本発明に於ける光学式変位測長器１０
０に於いては、当該センサー手段２３は、図１、図２に
示すように、半導体基板の同一チップの構成になってお
り、当該センサー手段２３には当該位置検出用パターン
１１を透過してきた光を受光する位置検出センサー部１
２と、当該第１及び第２の原点検出用パターン７，８を
透過してきた光を受光する第１の原点検出センサー部９
と第２の原点検出センサー部１０、及び当該位置検出セ
ンサー部１２と当該第１の原点検出センサー部９と当該
第２の原点検出センサー部１０の出力を増幅する検出信
号増幅器２２とが設けられており、然も、当該第１の原
点検出センサー部９には、当該原点検出用パターン２１
と同一のパターンを有するマスク部２４が設けられてお
り、且つ、当該第２の原点検出センサー部１０には、当
該原点検出用パターン２１を反転させた形のパターンを
有するマスク部２５が設けられている。Further, the optical displacement length measuring device 10 according to the present invention.
In No. 0, the sensor means 23 has the same chip structure of the semiconductor substrate as shown in FIGS. 1 and 2, and the position detecting pattern 11 has been transmitted to the sensor means 23. Position detection sensor unit 1 that receives light
2 and a first origin detection sensor unit 9 that receives the light transmitted through the first and second origin detection patterns 7 and 8.
And a second origin detection sensor unit 10, a position detection sensor unit 12, a first origin detection sensor unit 9, and a detection signal amplifier 22 that amplifies the output of the second origin detection sensor unit 10. Therefore, the origin detection pattern 21 is not included in the first origin detection sensor unit 9.
Is provided with a mask portion 24 having the same pattern, and the second origin detection sensor portion 10 is provided with a mask portion 25 having a pattern in which the origin detection pattern 21 is inverted. ing.
【００５６】上記説明に於いては、当該メインスケール
３に設けられている当該原点検出用パターン２１は同一
パターンであり、当該第１の原点検出センサー部９と当
該第２の原点検出センサー部１０に於けるマスク部がお
互いに反転している構成を説明したが、これとは逆に、
当該原点検出用パターン２１の当該第１の原点検出用パ
ターン７のパターンと当該第２の原点検出用パターン８
のパターンが、お互いに反転した関係にあり、当該第１
の原点検出センサー部９と当該第２の原点検出センサー
部１０に於けるマスク部が、原点検出用パターン２１の
パターンの何れかと同一のパターンで構成されていて
も、同じ効果を持つことが出来る。In the above description, the origin detection pattern 21 provided on the main scale 3 is the same pattern, and the first origin detection sensor section 9 and the second origin detection sensor section 10 are the same. I explained the configuration in which the mask parts in each other are reversed, but on the contrary,
The first origin detection pattern 7 of the origin detection pattern 21 and the second origin detection pattern 8 of the origin detection pattern 21.
The patterns of the
Even if the origin detection sensor unit 9 and the mask unit of the second origin detection sensor unit 10 are configured with the same pattern as any of the patterns for the origin detection pattern 21, the same effect can be obtained. .
【００５７】図４を用いて更に詳しく説明すると、当該
第１の原点検出センサー部９と当該第２の原点検出セン
サー部１０のそれぞれの電流アナログ信号波形を原点検
出用センサー増幅器２７（ａ）、２７（ｂ）によってＩ
−Ｖ変換し、第１の原点検出信号と第２の原点検出信号
を作り、その出力を位置合わせ用に用いる。Explaining in more detail with reference to FIG. 4, the respective current analog signal waveforms of the first origin detection sensor section 9 and the second origin detection sensor section 10 are converted into origin detection sensor amplifiers 27 (a), 27 (b) by I
-V conversion is performed to create a first origin detection signal and a second origin detection signal, and the output thereof is used for alignment.
【００５８】この出力を更に反転増幅することも望まし
い。又、この２つの出力を図４に示すように、原点合成
信号として取り出すことにより、原点位置を平均化さ
せ、より正確に求めることが出来る。Further inverting amplification of this output is also desirable. Further, as shown in FIG. 4, by taking out these two outputs as origin composite signals, the origin positions can be averaged and more accurately obtained.
【００５９】つまり、本発明に於いては、上記した構成
に於いて、正確に当該メインスケール３と当該センサー
手段２３の位置合わせを行うために、２個の原点検出用
パターン７，８を当該メインスケール３に設けると共
に、個々の原点検出用パターン７，８を個別に透過して
きた光をネガとポジの関係にあるマスクを持つ原点検出
センサー部９と１０とで個別に検出し、それぞれの原点
検出センサー部９と１０から互いに反転した関係にある
２種類の電流アナログ信号波形を形成し、当該２種類の
電流アナログ信号波形を、当該原点検出用センサー増幅
器２７（ａ）、２７（ｂ）によってＩ−Ｖ変換し、その
出力を位置合わせ用のアナログ信号の波形として用いる
ことが可能になる。That is, in the present invention, in the above-mentioned structure, two origin detection patterns 7 and 8 are provided to accurately align the main scale 3 and the sensor means 23. The light that has been provided on the main scale 3 and has individually passed through the individual origin detection patterns 7 and 8 is individually detected by the origin detection sensor units 9 and 10 having a mask having a negative and positive relationship, and each of them is detected. Two kinds of current analog signal waveforms that are in a mutually inverted relationship are formed from the origin detection sensor units 9 and 10, and the two kinds of current analog signal waveforms are used as the origin detection sensor amplifiers 27 (a) and 27 (b). This makes it possible to perform IV conversion and use the output as a waveform of an analog signal for alignment.
【００６０】図５に当該原点検出用センサー増幅器２７
（ａ）、２７（ｂ）によって増幅された第１の原点検出
信号、及び第２の原点検出信号、及び、この２つの出力
を合成した原点合成信号を示す。図５のように、第１の
原点検出信号と第２の原点検出信号のピークが一致して
いれば、当該メインスケール３と当該センサー手段２３
との平行度が一致していることが分かる。FIG. 5 shows the origin detecting sensor amplifier 27.
The first origin detection signal and the second origin detection signal amplified by (a) and 27 (b), and the origin combination signal obtained by combining these two outputs are shown. As shown in FIG. 5, if the peaks of the first origin detection signal and the second origin detection signal match each other, the main scale 3 and the sensor means 23.
It can be seen that the parallelism with
【００６１】その後、本発明に於いては、当該原点検出
アナログ信号波形を所定の基準値を持つ比較手段、例え
ばコンパレータ等に入力することによって、アナログ／
デジタル変換処理を行い、デジタル方形波形信号を形成
することになる。After that, in the present invention, the analog detection waveform of the origin is inputted to a comparing means having a predetermined reference value, for example, a comparator, so that the analog / analog
Digital conversion processing is performed to form a digital square waveform signal.
【００６２】次に、当該位置検出用パターン１１を透過
してきた光を受光する位置検出センサー部１２について
詳細に説明する。Next, the position detecting sensor section 12 for receiving the light transmitted through the position detecting pattern 11 will be described in detail.
【００６３】図３は当該位置検出センサー部１２の一実
施例である。当該メインスケール３の当該位置検出用パ
ターン１１のピッチをＳとすると、当該位置検出用パタ
ーン１１は、Ｓ／２が光を透過する透明部分、Ｓ／２が
光を遮断する不透明な部分で構成されている。これと同
じパターンのマスクを持つ受光素子を、当該メインスケ
ール３の移動方向に配置する。即ち、受光素子はＳ／２
が光を受光する有効面３０９であり、Ｓ／２が光を受光
しない受光無効面３０８で構成され、結果として受光素
子列３０７を形成する。FIG. 3 shows an embodiment of the position detecting sensor section 12. When the pitch of the position detection pattern 11 of the main scale 3 is S, the position detection pattern 11 is composed of a transparent portion where S / 2 transmits light and an opaque portion where S / 2 blocks light. Has been done. A light receiving element having a mask having the same pattern as this is arranged in the moving direction of the main scale 3. That is, the light receiving element is S / 2
Is an effective surface 309 that receives light, and S / 2 is an ineffective light receiving surface 308 that does not receive light. As a result, a light receiving element array 307 is formed.
【００６４】この受光素子列をＳ／ｎ（ｎは３６０を得
たい出力の位相角で割った整数）だけずらして配置し
て、当該位置検出センサー部１２が構成される。例えば
Ｓ＝８μｍとし、４５度おきの位相を得たいとすると、
ｎ＝８となり、ずらす量は１μｍとなる。よって、当該
位置検出センサー部１２は受光素子列３００から、受光
素子列３０７までの８列を１μｍづつずらして配置した
構成となる。The position detecting sensor section 12 is constructed by arranging the light receiving element arrays so as to be offset by S / n (n is an integer obtained by dividing the phase angle of the output desired to be 360). For example, if S = 8 μm and you want to obtain a phase every 45 degrees,
Since n = 8, the shift amount is 1 μm. Therefore, the position detection sensor unit 12 has a configuration in which eight rows from the light receiving element array 300 to the light receiving element array 307 are arranged with a shift of 1 μm.
【００６５】このような構成をすることにより、当該位
置検出センサー部１２から得られる位置信号は、Ｓ／ｎ
毎の、上記の例で言うと、１μｍ毎の出力が得られるこ
とになる。With this configuration, the position signal obtained from the position detection sensor unit 12 is S / n.
In each of the above examples, an output of 1 μm is obtained.
【００６６】本発明に係わる当該光学式変位測長器１０
０における原点検出装置１０１の、より詳細な構成例を
説明するならば、上記した図１に於ける光学式変位測長
器１００における原点検出装置１０１であって、当該セ
ンサー手段２３は、図２に示すように半導体基板の同一
チップの構成になっており、当該センサー手段２３に
は、当該位置検出用パターン１１を透過してきた光を直
接受光する位置検出センサー部１２と、当該第１及び第
２の原点検出用パターン７，８を透過してきた光を受光
する第１及び第２の原点検出センサー部９，１０とが設
けられており、当該位置検出用センサー手段２３の出力
に応じて、複数の受光素子列３００〜３０７毎に発生す
る位相の異なるアナログ信号を増幅する位置検出用セン
サー増幅器２６、更に、位置検出用センサー増幅器２
６、又は位置検出用センサー増幅器２６及び当該アナロ
グ信号より生成し中間の位相を持つ信号を処理する位置
検出処理回路１３、及び、当該原点検出用センサー手段
の９，１０出力に応じて発生するお互いに反転した第１
及び第２の原点検出のアナログ信号を増幅する原点検出
用センサー増幅器２７（ａ），（ｂ）、更に、原点検出
用センサー増幅器２７（ａ），（ｂ）を処理する原点検
出処理回路１４、及び、当該位置検出処理回路１３から
生成された相別のデジタル信号と、当該原点検出処理回
路から生成されたデジタル信号とから原点信号を生成す
る原点信号処理回路１５、及び適宜のカウンター手段１
６とから構成されており、当該原点検出用センサー増幅
器２７（ａ），（ｂ）から、各々の原点検出のアナログ
出力を端子に取り出す構成となっている。The optical displacement length measuring device 10 according to the present invention.
To explain a more detailed configuration example of the origin detecting device 101 in 0, the origin detecting device 101 in the optical displacement length measuring device 100 in FIG. As shown in FIG. 5, the semiconductor chip has the same chip configuration, and the sensor means 23 directly receives the light transmitted through the position detection pattern 11, and the first and first position detection sensor portions 12. There are provided first and second origin detecting sensor units 9 and 10 for receiving the light transmitted through the two origin detecting patterns 7 and 8, and according to the output of the position detecting sensor unit 23, Position detection sensor amplifier 26 for amplifying analog signals having different phases generated for each of the plurality of light receiving element arrays 300 to 307, and further position detection sensor amplifier 2
6, or a position detection sensor amplifier 26, a position detection processing circuit 13 for processing a signal generated from the analog signal and having an intermediate phase, and each other generated according to the 9 and 10 outputs of the origin detection sensor means. First flipped to
And an origin detection sensor amplifier 27 (a), (b) for amplifying the second origin detection analog signal, and an origin detection processing circuit 14 for processing the origin detection sensor amplifier 27 (a), (b). An origin signal processing circuit 15 for generating an origin signal from the phase-dependent digital signal generated by the position detection processing circuit 13 and the digital signal generated by the origin detection processing circuit, and an appropriate counter means 1
6 and the origin detection sensor amplifiers 27 (a) and 27 (b) take out the analog output of each origin detection to a terminal.
【００６７】当該センサー手段２３と、当該位置検出処
理回路１３、当該原点検出処理回路１４、及び当該原点
信号処理回路１５とは、同一の基板１７に搭載しても良
いし、当該センサー手段２３のみを原点検出装置１０１
に設け、当該位置検出処理回路１３、当該原点検出処理
回路１４、及び当該原点信号処理回路１５は別に設けた
基板上に搭載しても良い。このように構成すると、小型
の光学式変位測長器を作ることが出来る。The sensor means 23, the position detection processing circuit 13, the origin detection processing circuit 14, and the origin signal processing circuit 15 may be mounted on the same substrate 17, or only the sensor means 23. Origin detection device 101
The position detection processing circuit 13, the origin detection processing circuit 14, and the origin signal processing circuit 15 may be mounted on a separately provided substrate. With this configuration, a small optical displacement length measuring device can be manufactured.
【００６８】（実施例２）次に本発明に於ける第２の実
施例を示す。図６は本発明のセンサー手段を更に高機能
化した１チップセンサー手段５５であり、第２の態様は
第１の態様のセンサー手段２３と、当該位置検出処理回
路１３、当該原点検出処理回路１４、及び当該原点信号
処理回路１５とを半導体基板の同一チップ内に設けたも
のである。(Embodiment 2) Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows a one-chip sensor means 55 in which the sensor means of the present invention is further enhanced in function. A second aspect is the sensor means 23 of the first aspect, the position detection processing circuit 13, the origin detection processing circuit 14 , And the origin signal processing circuit 15 are provided in the same chip of the semiconductor substrate.
【００６９】このように全てを１チップ構成にした場合
は、当該位置検出用センサー増幅器２６、及び当該原点
検出用センサー増幅器２７（ａ），（ｂ）は、当該位置
検出処理回路１３、当該原点検出処理回路１４の中に設
けてあり、当該原点検出処理回路１４から第１及び第２
の原点検出信号を取り出している。In the case where all of them are formed in one chip in this way, the position detection sensor amplifier 26 and the origin detection sensor amplifiers 27 (a) and (b) are the same as the position detection processing circuit 13 and the origin. It is provided in the detection processing circuit 14, and the first and second
The origin detection signal of is taken out.
【００７０】この構成にすることにより、原点検出装置
１０１からの出力はデジタル出力となり、ノイズに強く
なると同時に、長距離の配線にも耐えることが出来る。
更に、いっそう小型化が可能になることは言うまでもな
い。With this configuration, the output from the origin detection device 101 becomes a digital output, which is resistant to noise and can withstand long-distance wiring.
Further, it goes without saying that further miniaturization is possible.
【００７１】又、本発明に於いては、当該第１の原点検
出センサー部に対し当該第２の原点検出センサー部から
は反転した出力が得られるように構成されているが、原
点検出用パターン及び原点検出用センサー部のマスクを
全て同一パターンとして、反転しない出力が得られるよ
うにしても、効果は同じである。Further, in the present invention, the second origin detecting sensor section is configured to obtain an inverted output with respect to the first origin detecting sensor section. Even if all the masks of the origin detecting sensor unit are made to have the same pattern so as to obtain an output which is not inverted, the same effect is obtained.
【００７２】[0072]
【発明の効果】本発明によれば、上記した従来技術の問
題点を解消し、小型で簡易な構成を有する光学式変位測
長器に於ける原点検出装置が実現することになる。According to the present invention, the above-mentioned problems of the prior art can be solved, and an origin detecting device in an optical displacement measuring instrument having a small size and a simple structure can be realized.
【００７３】更に、固定スケールが不要になり小型化を
実現することがより可能になると共に、正確に当該メイ
ンスケール３と当該センサー手段２３の位置合わせを行
うことが出来、測長精度を上げることが出来る。Further, a fixed scale is not required, which makes it possible to realize a miniaturization, and moreover, the main scale 3 and the sensor means 23 can be accurately aligned with each other to improve the length measurement accuracy. Can be done.
【００７４】更に、本発明の第１の態様にする事によ
り、アナログ出力の小型の光学式変位測長器に於ける原
点検出装置が実現出来るほか、本発明の第２の態様にす
る事により、デジタル出力の小型の光学式変位測長器に
於ける原点検出装置が実現出来る。Further, by adopting the first aspect of the present invention, it is possible to realize an origin detecting device in a small optical displacement measuring instrument with analog output, and by adopting the second aspect of the present invention. , It is possible to realize the origin detection device in a small optical displacement measuring device with digital output.
【図１】図１は、本発明の光学式変位測長器に於ける原
点検出装置の一具体例の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a specific example of an origin detecting device in an optical displacement measuring instrument of the present invention.
【図２】図２は、本発明の光学式変位測長器に於ける原
点検出装置のセンサー手段及びその処理手段の構成を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a sensor unit and a processing unit of the origin detecting device in the optical displacement measuring instrument of the present invention.
【図３】図３は、本発明の光学式変位測長器に於ける位
置検出センサー部の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a position detection sensor section in the optical displacement measuring instrument of the present invention.
【図４】図４は、本発明の光学式変位測長器に於ける原
点検出装置のセンサー手段の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a sensor means of an origin detecting device in the optical displacement measuring instrument of the present invention.
【図５】図５は、本発明の光学式変位測長器に於ける原
点検出装置のセンサー手段の出力を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the output of the sensor means of the origin detecting device in the optical displacement measuring instrument of the present invention.
【図６】図６は、本発明の光学式変位測長器に於ける原
点検出装置の他の具体例のセンサー手段及びその処理手
段の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a sensor means and a processing means of another specific example of the origin detecting device in the optical displacement measuring instrument of the present invention.
【図７】図７は、従来の光学式変位測長器に於けるＡ
相、Ｂ相信号、及び原点出力の例を説明する図である。FIG. 7 is a view of A in a conventional optical displacement measuring device.
It is a figure explaining the example of a phase, a B phase signal, and origin output.
【図８】図８は、従来の光学式変位測長器に於ける原点
検出装置の一具体例の構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a specific example of an origin detecting device in a conventional optical displacement measuring device.
１ 光源手段 ２ コンデンサレンズ ３ メインスケール ５ スピンドル ６ 接触子 ７，８ 原点検出用パターン ９ 第１の原点検出センサー部 １０ 第２の原点検出センサー部 １１ 位置検出用パターン １２ 位置検出センサー部 １３ 位置検出処理回路 １４ 原点検出処理回路 １５ 原点信号処理回路 １６ 適宜のカウンター手段 １７ ＩＣ搭載基板 ２０ 光学格子 ２１ 原点検出用パターン ２２ 検出用センサー増幅器 ２３ センサー手段 ２４，２５ マスク部 ２６ 位置検出用センサー増幅器 ２７（ａ），（ｂ） 原点検出用センサー増幅器 ２８，２９ 位置検出センサー部 ３４ 固定スケール ４７，４８ 固定インデックス格子 ４９，５０ 原点検出用パターン ５５ １チップセンサー手段 １００ 光学式変位測長器 １０１ 原点検出装置 ３００〜３０７ 受光素子列 ３０８ 受光無効面 ３０９ 受光有効面 1 light source means 2 condenser lens 3 main scale 5 spindles 6 contacts 7,8 Origin detection pattern 9 First origin detection sensor section 10 Second origin detection sensor section 11 Position detection pattern 12 Position detection sensor section 13 Position detection processing circuit 14 Origin detection processing circuit 15 Origin signal processing circuit 16 Appropriate counter means 17 IC mounting board 20 optical grating 21 Origin detection pattern 22 Sensor amplifier for detection 23 Sensor means 24,25 mask part 26 Position detection sensor amplifier 27 (a), (b) Origin detection sensor amplifier 28,29 Position detection sensor 34 Fixed scale 47,48 fixed index grid 49,50 Origin detection pattern 55 1-chip sensor means 100 Optical displacement measuring device 101 Origin detection device 300-307 Light receiving element array 308 Light receiving invalid surface 309 Light receiving effective surface
Claims (5)
れた光学格子からなる位置検出用パターンと、当該位置
検出用パターンとは異なるパターンを持つ光学格子から
なる少なくとも２つの原点検出用パターンとが設けられ
た移動可能なメインスケール、当該メインスケールの一
方の側に設けられた当該メインスケールを照射する光を
発生する光源手段、及び当該メインスケールの他方の側
に設けられ、当該メインスケールの光学格子を透過した
光を受光し、且つピッチＳで設けられた複数の受光素子
を有する受光素子列を複数有する位置検出用受光素子で
構成される位置検出用センサー手段と、当該原点検出用
パターンを透過した光を受光する受光素子で構成された
原点検出用センサー手段、当該位置検出用センサー手段
の出力に応じて、複数の受光素子列毎に発生する位相の
異なるアナログ信号を増幅する位置検出用センサー増幅
器、当該原点検出用センサー手段の出力に応じて発生す
るアナログ信号を増幅する原点検出用センサー増幅器と
からなる光学式変位測長器であって、当該位置検出用セ
ンサー手段と、当該原点検出用センサー手段、及び位置
検出用センサー増幅器と、原点検出用センサー増幅器と
を半導体基板の同一チップ内に構成し、少なくとも当該
原点検出用センサー増幅器から各々の原点検出のアナロ
グ出力を端子に取り出したことを特徴とする光学式変位
測長器に於ける原点検出装置。1. A position detection pattern formed of optical gratings arranged at a predetermined pitch S, and at least two origin detection patterns formed of an optical grating having a pattern different from the position detection pattern. A movable main scale provided with, a light source means provided on one side of the main scale for generating light for irradiating the main scale, and provided on the other side of the main scale, Position detecting sensor means for receiving the light transmitted through the optical grating and including a position detecting light receiving element having a plurality of light receiving element rows having a plurality of light receiving elements provided at a pitch S, and the origin detection pattern Sensor unit for origin detection, which is composed of a light receiving element that receives the light transmitted through the Of position detecting sensor amplifiers for amplifying analog signals having different phases generated for each number of light receiving element rows, and origin detecting sensor amplifiers for amplifying analog signals generated according to the output of the origin detecting sensor means. A displacement measuring instrument, wherein the position detecting sensor means, the origin detecting sensor means, the position detecting sensor amplifier, and the origin detecting sensor amplifier are configured in the same chip of a semiconductor substrate, and at least An origin detection device for an optical displacement length measuring instrument, characterized in that an analog output of each origin detection is taken out from the origin detection sensor amplifier to a terminal.
れた光学格子からなる位置検出用パターンと、当該位置
検出用パターンとは異なるパターンを持つ光学格子から
なる少なくとも２つの原点検出用パターン、とが設けら
れた移動可能なメインスケール、当該メインスケールの
一方の側に設けられた当該メインスケールを照射する光
を発生する光源手段、及び当該メインスケールの他方の
側に設けられ、当該メインスケールの光学格子を透過し
た光を受光し、且つピッチＳで設けられた複数の受光素
子を有する受光素子列を複数有する位置検出用受光素子
で構成される位置検出用センサー手段と、当該原点検出
用パターンを透過した光を受光する受光素子で構成され
た原点検出用センサー手段、当該位置検出用センサー手
段の出力に応じて、複数の受光素子列毎に発生する位相
の異なるアナログ信号、又は当該複数の受光素子列毎に
発生する位相の異なるアナログ信号及び当該アナログ信
号より生成し中間の位相を持つ信号を増幅・処理する位
置検出処理回路、当該原点検出用センサー手段の出力に
応じて発生するアナログ信号を増幅・処理する原点検出
処理回路、当該位置検出処理回路から生成された位相の
異なるデジタル信号と、当該原点検出処理回路から生成
されたデジタル信号とから原点信号を生成する原点信号
処理回路、で構成されている光学式変位測長器であっ
て、当該位置検出用センサー手段と、当該原点検出用セ
ンサー手段、及び、当該位置検出処理回路、当該原点検
出処理回路、当該原点信号処理回路、とを半導体基板の
同一チップ内に構成し、少なくとも当該原点検出処理回
路から、各々の原点検出のアナログ出力を端子に取り出
したことを特徴とする光学式変位測長器に於ける原点検
出装置。2. A position detecting pattern made of optical gratings arranged at a predetermined pitch S, and at least two origin detecting patterns made of an optical grating having a pattern different from the position detecting pattern. And a movable main scale provided with, a light source means for generating light for irradiating the main scale provided on one side of the main scale, and the main scale provided on the other side of the main scale. Position detecting sensor means for receiving light transmitted through the optical grating and having a plurality of light receiving element rows having a plurality of light receiving elements arranged at a pitch S, and for detecting the origin. Origin detection sensor means composed of a light receiving element for receiving light transmitted through the pattern, according to the output of the position detection sensor means, Position to amplify / process analog signals with different phases generated for multiple light receiving element arrays, or analog signals with different phases generated for multiple light receiving element arrays, and signals generated from the analog signals and having intermediate phases A detection processing circuit, an origin detection processing circuit for amplifying and processing an analog signal generated according to the output of the origin detection sensor means, a digital signal having a different phase generated from the position detection processing circuit, and the origin detection processing circuit An optical displacement length measuring device comprising an origin signal processing circuit for generating an origin signal from a digital signal generated from the position detecting sensor means, the origin detecting sensor means, and The position detection processing circuit, the origin detection processing circuit, and the origin signal processing circuit are configured in the same chip of the semiconductor substrate, and at least the From point detection processing circuit, each of the origin detection in origin detection device to an optical displacement measurement device, characterized in that the analog output taken out to the terminals of the.
ーンで構成されていることを特徴とする請求項１または
請求項２に記載の光学式変位測長器に於ける原点検出装
置。3. The origin detecting device in an optical displacement length measuring instrument according to claim 1, wherein the origin detecting pattern is composed of a random pattern.
子を有する受光素子列を複数有する位置検出用受光素子
で構成される位置検出用センサー手段は、当該受光素子
列がＳ／ｎ（ｎは３６０を得たい出力の位相角で割った
整数）の距離で当該メインスケールの移動方向に並んで
おり、当該受光素子列は各々ピッチＳの光学格子と同一
なパターンを有するマスク部が設けられていることを特
徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光学式
変位測長器に於ける原点検出装置。4. A position detecting sensor means comprising a position detecting light receiving element having a plurality of light receiving element rows having a plurality of light receiving elements provided at the pitch S, wherein the light receiving element row is S / n (n Are arranged in the moving direction of the main scale at a distance of (integer divided by the phase angle of output desired to obtain 360), and the photodetector array is provided with a mask part having the same pattern as the optical grating of pitch S. The origin detecting device in the optical displacement length measuring device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that.
用パターンの長手方向と直交する、異なる位置に互いに
平行に、且つ第１の原点検出用パターンのパターンと、
第２原点検出用パターンのパターンとはそれぞれの位相
が一致するように配置されており、且つ当該双方の原点
検出用パターンに対応するように設けられた第１の原点
検出センサー部と第２の原点検出センサー部とが設けら
れており、当該第１の原点検出センサー部に対し当該第
２の原点検出センサー部からは反転した出力が得られる
ように、当該双方の原点検出用パターンのパターン形状
は互いに同一であって、然も、当該第１の原点検出セン
サー部には、当該原点検出用パターンと同一のパターン
を有するマスク部が設けられ、且つ当該第２の原点検出
センサー部には、当該原点検出用パターンを反転させた
パターンを有するマスク部が設けられている、若しく
は、当該第１の原点検出用パターンのパターンに対し
て、当該第２原点検出用パターンのパターンは、当該第
１の原点検出用パターンのパターンを反転させたパター
ンになっており、当該第１の原点検出センサー部と当該
第２の原点検出センサー部には当該第１若しくは第２の
原点検出用パターンと同一のパターンを有するマスク部
が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項
４の何れかに記載の光学式変位測長器に於ける原点検出
装置。5. The origin detection pattern is orthogonal to the longitudinal direction of the position detection pattern, is parallel to each other at different positions, and is a first origin detection pattern.
The first origin detection sensor unit and the second origin detection sensor unit, which are arranged so that their phases coincide with the pattern of the second origin detection pattern and are provided so as to correspond to the two origin detection patterns, respectively. An origin detection sensor unit is provided, and the pattern shapes of the origin detection patterns of both the origin detection sensor unit and the origin detection sensor unit are provided so that an inverted output can be obtained from the second origin detection sensor unit. Are the same as each other, and of course, the first origin detection sensor section is provided with a mask section having the same pattern as the origin detection pattern, and the second origin detection sensor section is A mask portion having a pattern obtained by inverting the origin detection pattern is provided, or the second origin detection is performed for the pattern of the first origin detection pattern. The pattern of the pattern is a pattern obtained by inverting the pattern of the first origin detection pattern, and the first origin detection sensor unit and the second origin detection sensor unit have the first or second pattern. The origin detecting device in the optical displacement length measuring instrument according to any one of claims 1 to 4, wherein a mask portion having the same pattern as the origin detecting pattern is provided.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002075632A JP2003269999A (en) | 2002-03-19 | 2002-03-19 | Origin detecting device for optical displacement length measuring machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002075632A JP2003269999A (en) | 2002-03-19 | 2002-03-19 | Origin detecting device for optical displacement length measuring machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003269999A true JP2003269999A (en) | 2003-09-25 |
Family
ID=29204652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002075632A Pending JP2003269999A (en) | 2002-03-19 | 2002-03-19 | Origin detecting device for optical displacement length measuring machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003269999A (en) |
-
2002
- 2002-03-19 JP JP2002075632A patent/JP2003269999A/en active Pending
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