JP2006098413A - Optical encoder - Google Patents

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Tetsuya Saito
哲哉 斎藤
Yuji Matsuzoe
雄二 松添
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical encoder that has improved resolution, has a long lifetime, and can be constituted compactly. <P>SOLUTION: The optical encoder comprises a main scale having a first lattice scale for reflection; an index scale having a second lattice scale for transmission, arranged facing the main scale; a light-receiving section arranged at the rear side of the index scale; and an emission section 30b having a light-emitting element arranged at the same side as that of the index scale. A third lattice scale 22 for transmission is provided at the emission section 30b, and the third lattice scale 22 is film-formed, simultaneously as with an electrode 16 of the light-emitting element 10a on the surface of the light-emitting element 10a for constituting the emission section 30b. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば、計測器や、高精度の位置決め制御が必要な装置等に用いられる、相対位置の移動量を検出するための光学式エンコーダに関する。   The present invention relates to an optical encoder for detecting a movement amount of a relative position, which is used in, for example, a measuring instrument or a device that requires high-precision positioning control.

光学式エンコーダは、高精度の計測制御を高速に実行でき、高分解能、非接触という特徴から、測長等の計測機器用途の他、いわゆる計測制御用途として、例えば、プリント回路基板に電子部品を載せるための電子部品実装装置等のような搬送物の高精度の位置決め制御等に広く用いられている。そして、この光学式エンコーダは、近年の機械加工の進歩や半導体の微細化に伴い、リニアエンコーダ、ロータリーエンコーダ共に、高精度、高分解能が要求されている。   Optical encoders can perform high-precision measurement control at high speed, and have high resolution and non-contact characteristics. Therefore, in addition to measuring instrument applications such as length measurement, so-called measurement control applications include electronic components on printed circuit boards, for example. It is widely used for highly accurate positioning control of transported objects such as electronic component mounting apparatuses for mounting. This optical encoder is required to have high accuracy and high resolution for both linear encoders and rotary encoders in accordance with recent progress in machining and miniaturization of semiconductors.

従来の光学式エンコーダの方式としては、光シャッタ方式が知られている。光シャッタ方式は、一般に、光源および受光素子の間に移動格子板であるインデックススケールおよび固定格子板であるメインスケールを対向して配置し、その背面から光を照射してメインスケールの移動に伴う光量変化を検出する構造となっている。   An optical shutter system is known as a conventional optical encoder system. In the optical shutter method, generally, an index scale that is a moving grating plate and a main scale that is a fixed grating plate are arranged to face each other between a light source and a light receiving element, and light is irradiated from the back side to accompany the movement of the main scale. It has a structure for detecting a change in light quantity.

通常の光シャッタ方式においては、上記の原理より、検出信号が、メインスケールとインデックススケールを密着させた場合には三角波となるが、スケールの間隔を開けるにしたがって、光の拡散と回折の影響によってＳ／Ｎ比が低下してしまうので擬似ｓｉｎ波となる。したがって、この擬似ｓｉｎ波を正確に維持するためには、格子の対向間隔を正確に維持する必要があり、しかも分解能を上げるためには両スケールの対向間隔を非常に狭める必要がある。また、スケールの格子ピッチを狭めれば分解能が向上するが、格子間の隙間を狭めることには加工上の限界がある。   In a normal optical shutter system, the detection signal becomes a triangular wave when the main scale and the index scale are brought into close contact with each other due to the above principle. However, as the scale interval is increased, the detection signal is affected by light diffusion and diffraction. Since the S / N ratio is lowered, it becomes a pseudo sin wave. Therefore, in order to accurately maintain the pseudo sine wave, it is necessary to accurately maintain the spacing between the gratings, and to increase the resolution, it is necessary to extremely narrow the spacing between the two scales. In addition, the resolution can be improved by narrowing the lattice pitch of the scale, but there is a processing limit in reducing the gap between the lattices.

このような問題に対して高分解能を実現する方法として、フーリエスペクトルを利用したサブミクロンレベルの分解能を有するエンコーダが知られており、レーザ計測ハンドブック編集委員会編「レーザ計測ハンドブック」（平成５年９月２５日発行、丸善株式会社（東京））の３９６頁から３９７頁に開示されているような方法が既に知られている。   As a method for realizing such a high resolution, an encoder having a submicron level resolution using a Fourier spectrum is known. “Laser Measurement Handbook” (1993) A method as disclosed on pages 396 to 397 of Maruzen Co., Ltd. (Tokyo, Japan) published on September 25 is already known.

この方法は、半導体レーザ光を格子に照射し、格子によって生じる回折光の明暗パターンを一種の空間フィルタで選択して、ｓｉｎ波の信号を取出すようにしたものである。   In this method, a semiconductor laser beam is irradiated onto a grating, and a light / dark pattern of diffracted light generated by the grating is selected by a kind of spatial filter to extract a sin wave signal.

図５にはこのような光学式エンコーダの構成の一例を模式的に示している。この光学式エンコーダ９５は、メインスケール６０と、このメインスケール６０に対向して配置されたインデックススケール７０と、インデックススケール７０の背面に設けられた受光素子８１を有する受光部８０と、メインスケール６０に対向して、インデックススケール７０と同じ側に配置された発光部４０より構成されている。   FIG. 5 schematically shows an example of the configuration of such an optical encoder. The optical encoder 95 includes a main scale 60, an index scale 70 disposed opposite to the main scale 60, a light receiving unit 80 having a light receiving element 81 provided on the back surface of the index scale 70, and the main scale 60. The light emitting unit 40 is disposed on the same side as the index scale 70 so as to face the surface.

メンイスケール６０上には、一定の周期ｐで反射用の第１格子目盛６１が設けられている。また、インデックススケール７０は透明なガラス基板７２からなり、やはりメインスケールと同じ周期ｐでスリット状の第２格子目盛７１が設けられている。そして、図５では、２つの受光部８０の間に発光部４０が配置されており、発光部４０はレーザダイオード４１及び集光レンズ４２より構成されている。   On the main scale 60, a first lattice scale 61 for reflection is provided with a constant period p. The index scale 70 is made of a transparent glass substrate 72, and is provided with slit-like second lattice scales 71 with the same period p as that of the main scale. In FIG. 5, the light emitting unit 40 is disposed between the two light receiving units 80, and the light emitting unit 40 includes a laser diode 41 and a condenser lens 42.

この光学式エンコーダ９５によれば、発光部４０の点光源であるレーザダイオード４１から出射した光は、図５の点線で示すように集光レンズ４２により集光点４３にほぼ点状に集光された後、メインスケール６０に広がりながら向い、メインスケール６０上の第１格子目盛６１で反射された後に、インデックススケール７０の第２格子目盛７１を透過して、受光部８０に達する。   According to this optical encoder 95, the light emitted from the laser diode 41, which is the point light source of the light emitting unit 40, is condensed in a substantially point-like manner at the condensing point 43 by the condensing lens 42 as shown by the dotted line in FIG. Then, the light is directed to spread over the main scale 60, is reflected by the first grid scale 61 on the main scale 60, passes through the second grid scale 71 of the index scale 70, and reaches the light receiving unit 80.

このとき、メインスケール６０上の第１格子目盛６１が回折格子として作用し、フレネル回折による光強度分布が、インデックススケール７０の第２格子目盛７１の表面上に得られる。そして、第２格子目盛７１と第１格子目盛６１との間隔ｄを、集光レンズの集光点４３から第１格子目盛６１までの距離に一致させると、インデックススケール７０の第２格子目盛７１の表面上のフレネル回折光強度分布には、第１格子目盛６１と同じ周期ｐで正弦波状に変化する成分が含まれる。   At this time, the first grating scale 61 on the main scale 60 acts as a diffraction grating, and a light intensity distribution by Fresnel diffraction is obtained on the surface of the second grating scale 71 of the index scale 70. When the distance d between the second grid scale 71 and the first grid scale 61 is matched with the distance from the condensing point 43 of the condenser lens to the first grid scale 61, the second grid scale 71 of the index scale 70 is obtained. The intensity distribution of the Fresnel diffracted light on the surface includes a component that changes sinusoidally at the same period p as the first grating scale 61.

第２格子目盛７１は透過部と遮光部を交互に配置して形成してあり、その周期ｐは第１格子目盛６１と一致させてあるので、フレネル回折光強度分布の強い部分が第２格子目盛７１の透過部に一致する場合に受光素子８０の受光強度は最大となり、その遮光部分に一致する場合は受光強度は最小となる。メインスケール６０が図５におけるＸ方向に移動した場合、これに伴いフレネル回折光強度分布も移動するので、受光素子８０の受光強度の変化から、メインスケール６０とインデックススケール７０の相対移動量を検出することができる。   The second grating scale 71 is formed by alternately arranging transmissive portions and light-shielding portions, and the period p is made to coincide with the first grating scale 61, so that the portion having a strong Fresnel diffraction light intensity distribution is the second grating. The light receiving intensity of the light receiving element 80 is maximized when it matches the transmitting portion of the scale 71, and the light receiving intensity is minimized when it matches the light shielding portion. When the main scale 60 moves in the X direction in FIG. 5, the Fresnel diffracted light intensity distribution also moves accordingly. Therefore, the relative movement amount of the main scale 60 and the index scale 70 is detected from the change in the light receiving intensity of the light receiving element 80. can do.

この方式によれば、通常の光シャッタ方式と異なり、フレネル回折光強度分布は格子間の対向距離ｄに依存しないので、メインスケールとインデックススケールを離すことができ、距離ｄの位置決め精度も大幅に緩和されるという利点がある。上記の従来技術によれば、ｐ＝８μｍ、ｄ＝２ｍｍの光学式エンコーダが実用化されており、分解能０．０２μｍ、格子間の距離ｄの変動許容値０．２５ｍｍという、高分解能が得られている。   According to this method, unlike the normal optical shutter method, the Fresnel diffracted light intensity distribution does not depend on the facing distance d between the gratings, so the main scale and the index scale can be separated, and the positioning accuracy of the distance d is greatly increased. There is an advantage of mitigation. According to the above prior art, an optical encoder with p = 8 μm and d = 2 mm has been put into practical use, and a high resolution with a resolution of 0.02 μm and an allowable variation value of the distance d between the gratings of 0.25 mm can be obtained. ing.

一般的に、光学式エンコーダの光源としては、レーザダイオードに較べ寿命やコストに優ることから、発光ダイオードが適用できることが好ましい。しかしながら、上記の光学式エンコーダの動作原理は、光源は点光源であることを前提としているので、上記従来技術を発光ダイオードを用いて実現しようとすれば発光領域の大きさを小さくして点光源に近づける必要がある。   In general, as a light source of an optical encoder, it is preferable that a light emitting diode can be applied because it has a longer life and cost than a laser diode. However, since the operation principle of the optical encoder is based on the premise that the light source is a point light source, if the conventional technique is to be realized by using a light emitting diode, the size of the light emitting area is reduced to a point light source. It is necessary to approach.

しかしながら、一般的に発光ダイオードの発光面の面積当りの光出力の大きさはレーザダイオードに較べて小さいので、発光領域を小さくすると光出力も小さくなり、所望とする光強度が得られなくなるという問題がある。   However, since the light output per area of the light emitting surface of the light emitting diode is generally smaller than that of the laser diode, there is a problem that if the light emitting region is reduced, the light output is also reduced and the desired light intensity cannot be obtained. There is.

また、上記の光学式エンコーダでは、発光部４０に集光レンズ４２を配置する必要があることから構造が複雑化し、装置の小型化が困難であるという問題もある。   Further, in the optical encoder described above, since it is necessary to arrange the condensing lens 42 in the light emitting unit 40, there is a problem that the structure is complicated and it is difficult to reduce the size of the apparatus.

本発明は、このような問題点を解決するためにされたもので、その目的は、分解能に優れ、かつ長寿命であり、しかも小型でコンパクトに構成できる光学式エンコーダを提供することにある。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an optical encoder that is excellent in resolution, has a long lifetime, and is small and compact.

上記目的を達成するため、本発明の光学式エンコーダは、位置検出すべき一方の部材に取付けられたメインスケールと、前記一方の部材に対して相対移動する他方の部材に取付けられて、前記メインスケールに対向して配置されたインデックススケールとを備え、
前記メインスケールには、所定間隔で反射用の第１格子目盛が設けられ、
前記インデックススケールには、スリット状の透過部分を所定間隔で設けた透過用の第２格子目盛が設けられ、かつ、該第２格子目盛の背面側に受光部が配置されており、
更に、前記メインスケールに対向して、前記インデックススケールと同じ側には、発光素子を有する発光部が設けられており、該発光部にスリット状の透過部分を所定間隔で設けた透過用の第３格子目盛が設けられ、この第３格子目盛が、前記第２格子目盛と同一面上に配置されており、
前記第３格子目盛は、前記発光部を構成する発光素子の表面に、該発光素子の電極と同時に成膜して形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an optical encoder according to the present invention is attached to a main scale attached to one member whose position is to be detected, and to the other member that moves relative to the one member. With an index scale placed opposite the scale,
The main scale is provided with a first grid scale for reflection at predetermined intervals,
The index scale is provided with a second grating scale for transmission in which slit-like transmission portions are provided at predetermined intervals, and a light receiving part is disposed on the back side of the second grating scale,
Further, a light-emitting portion having a light-emitting element is provided on the same side as the index scale so as to face the main scale, and a light-transmitting first portion having slit-shaped transmission portions provided at predetermined intervals in the light-emitting portion. A three grid scale is provided, the third grid scale being disposed on the same plane as the second grid scale;
The third lattice scale is formed on the surface of the light emitting element constituting the light emitting portion by forming a film simultaneously with the electrode of the light emitting element.

本発明の光学式エンコーダによれば、発光部に透過用の第３格子目盛が設けられ、この第３格子目盛が、第２格子目盛と同一面上に配置されているので、発光部の面光源が複数のスリット光源に分割されて第３格子目盛が回折格子として作用する。このため、各々のスリット光源によるフレネル回折光の周期ｐの成分が同位相で重なり合って強め合うので、発光面の面積当りの光出力の小さい発光素子を用いた場合でも、第２格子目盛上に充分な光強度を得ることができる。   According to the optical encoder of the present invention, the third lattice scale for transmission is provided in the light emitting portion, and the third lattice scale is disposed on the same plane as the second lattice scale. The light source is divided into a plurality of slit light sources, and the third grating scale acts as a diffraction grating. For this reason, since the components of the period p of the Fresnel diffracted light from each slit light source overlap and strengthen each other in the same phase, even when a light emitting element having a small light output per area of the light emitting surface is used, Sufficient light intensity can be obtained.

また、この構造の光学式エンコーダでは、インデックススケールの背面側に、集光レンズを配置する必要がないので、構造が単純であり、装置の小型化が可能となると共に、製造コストも低下できる。   Further, in the optical encoder having this structure, it is not necessary to dispose a condensing lens on the back side of the index scale. Therefore, the structure is simple, the apparatus can be downsized, and the manufacturing cost can be reduced.

本発明の好ましい態様としては、前記発光素子が発光ダイオードからなる。この態様によれば、レーザダイオード等に比べて長寿命で低コストであり、しかも小型でコンパクトに構成できる光学式エンコーダを提供できる。   In a preferred aspect of the present invention, the light emitting element is a light emitting diode. According to this aspect, it is possible to provide an optical encoder that is longer in life and lower in cost than a laser diode or the like, and can be configured compactly and compactly.

本発明の更に好ましい態様としては、前記第３格子目盛は、前記発光ダイオードのｎ層の表面に、ｎ側電極を形成するのと同じ成膜方法で、該ｎ側電極と同時に成膜して形成されている。   In a further preferred aspect of the present invention, the third lattice scale is formed simultaneously with the n-side electrode by the same film formation method as that for forming the n-side electrode on the surface of the n layer of the light emitting diode. Is formed.

本発明によれば、分解能に優れ、かつ長寿命であり、しかもコンパクトに構成できる光学式エンコーダを低コストで提供できる。したがって、この光学式エンコーダは、例えば、計測器や、高精度の位置決め制御が必要な装置等に好適に使用できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical encoder which is excellent in resolution | decomposability, has a long lifetime, and can be comprised compactly can be provided at low cost. Therefore, this optical encoder can be suitably used for, for example, a measuring instrument or a device that requires high-precision positioning control.

以下、図面に基づいて本発明の参考例及び実施形態を説明する。   Hereinafter, reference examples and embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１、２には、本発明を理解するための光学式エンコーダの参考例が示されている。ここで、図１は光学式エンコーダの構成を示す概略図、図２は同光学式エンコーダにおける発光部の拡大図であって、（ａ）断面図、（ｂ）平面図である。なお、基本的な構成は図５と同じであるので、実質的に同一部分には同符号を付してその説明を省略することにする。   1 and 2 show a reference example of an optical encoder for understanding the present invention. Here, FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the optical encoder, and FIG. 2 is an enlarged view of a light emitting portion in the optical encoder, where (a) a sectional view and (b) a plan view. Since the basic configuration is the same as that in FIG. 5, substantially the same parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

この参考例では、図１に示すように光学式エンコーダ９０は、メインスケール６０と、このメインスケール６０に対向して配置されたインデックススケール７０と、インデックススケール７０の背面に設けられた受光部８０と、メインスケール６０に対向して、インデックススケール７０と同じ側に配置された発光部３０より構成されている。   In this reference example, as shown in FIG. 1, the optical encoder 90 includes a main scale 60, an index scale 70 disposed opposite to the main scale 60, and a light receiving unit 80 provided on the back surface of the index scale 70. The light emitting unit 30 is disposed on the same side as the index scale 70 so as to face the main scale 60.

そして、図２に示すように、発光部３０にスリット状の透過部分を所定間隔で設けた透過用の第３格子目盛２２が設けられ、この第３格子目盛２２が、図１に示すようにインデックススケール７０上の第２格子目盛７１と同一面上に配置されている点が図５と異なっている。   Then, as shown in FIG. 2, the light emitting unit 30 is provided with a third grid scale 22 for transmission in which slit-like transmissive portions are provided at predetermined intervals, and the third grid scale 22 is formed as shown in FIG. The point which is arrange | positioned on the same surface as the 2nd grid | lattice scale 71 on the index scale 70 differs from FIG.

メインスケール６０は、相対距離の移動量を検出するための反射用の第１格子目盛６１が周期ｐで設けられており、このメインスケール６０は、図示しない、相対移動する移動部又は固定部の一方に取付けられている。メインスケール６０としては、例えばガラス基板の表面にクロム等の金属によるライン状の反射膜を一定周期で配置したスリット列を形成したものが例示できる。また、第１格子目盛６１が、移動部又は固定部を構成する構造物本体の表面に直接形成されていてもよい。   The main scale 60 is provided with a first grid graduation 61 for reflection for detecting the amount of movement of the relative distance at a period p. The main scale 60 is a moving part or a fixed part that is not shown and is relatively moved. Installed on one side. As the main scale 60, for example, one in which a slit row in which a line-shaped reflective film made of a metal such as chromium is arranged at a constant period on the surface of a glass substrate can be exemplified. Further, the first grid scale 61 may be directly formed on the surface of the structure main body constituting the moving part or the fixed part.

インデックススケール７０は、やはりガラス基板７２上に周期ｐで第２格子目盛７１が設けられている透過用のスケールであり、格子目盛７１の形成方法としては、メインスケール６０と同様に、ガラス基板７２の表面上に、クロム等の金属によるライン状の反射膜を一定周期で配置したスリット列を形成する方法などが例示できる。   The index scale 70 is a transmission scale in which the second grid scale 71 is provided on the glass substrate 72 with a period p. The grid scale 71 is formed in the same manner as the main scale 60 by the glass substrate 72. For example, a method of forming a slit array in which a line-shaped reflective film made of a metal such as chromium is arranged at a constant period on the surface of the substrate can be exemplified.

そして、インデックススケール７０の背面側には例えばフォトダイオードなどの受光素子８１からなる受光部８０が配置されており、この実施形態では、図１に示すように発光部３０を挟んで両側の２ヶ所に受光部８０が配置されている。   A light receiving unit 80 including a light receiving element 81 such as a photodiode is disposed on the back side of the index scale 70. In this embodiment, two places on both sides of the light emitting unit 30 as shown in FIG. The light receiving unit 80 is disposed on the surface.

次に、発光部３０について説明する。   Next, the light emitting unit 30 will be described.

図２（ａ）は発光部３０の断面図を示している。発光部３０は発光素子１０とスリット板２０とより構成され、両者が接着剤５０を介して接合されている。そしてこの実施形態においては、発光素子１０として発光ダイオード１０ａが用いられている。   FIG. 2A shows a cross-sectional view of the light emitting unit 30. The light emitting unit 30 is composed of the light emitting element 10 and the slit plate 20, and both are joined via an adhesive 50. In this embodiment, a light emitting diode 10 a is used as the light emitting element 10.

発光ダイオード１０ａは、ｐ側電極１１、絶縁層１２、ｐ層１３、活性層１４、ｎ層１５、ｎ側電極１６の順に積層されており、活性層１４が発光領域１７となるように構成されている。そして、この発光ダイオードは図２（ｂ）の破線で示すように円形状の発光領域１７を有している。発光ダイオード１０ａとしては、従来公知のものが使用でき特に限定されない。   The light-emitting diode 10 a is formed by sequentially stacking a p-side electrode 11, an insulating layer 12, a p-layer 13, an active layer 14, an n-layer 15, and an n-side electrode 16, and the active layer 14 becomes a light emitting region 17. ing. And this light emitting diode has the circular light emission area | region 17 as shown with the broken line of FIG.2 (b). As the light emitting diode 10a, a conventionally known one can be used and is not particularly limited.

なお、本発明における発光素子１０としては、面発光する発光素子が使用可能であり特に限定されないが、コストや発光寿命の点から、発光ダイオードを用いることが好ましい。また、その他の発光素子としては、例えば面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が挙げられる。   As the light emitting element 10 in the present invention, a surface emitting light emitting element can be used and is not particularly limited, but a light emitting diode is preferably used from the viewpoint of cost and light emitting lifetime. Moreover, as another light emitting element, a surface emitting laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) is mentioned, for example.

スリット板２０は、図２（ｂ）に示すように、ガラス基板２１からなり、その表面に、光を透過する部分と透過しない部分とが周期ｐで交互に配置された、スリット状の第３格子目盛２２が形成されている。この第３格子目盛２２は、ＣｒやＡｌ等の金属あるいはその酸化物などからなる薄膜であり、第３格子目盛２２の形成方法としては、従来公知の蒸着やエッチングなどの薄膜形成方法により設けることができる。   As shown in FIG. 2B, the slit plate 20 is made of a glass substrate 21, and on the surface thereof, slit-like thirds in which light transmitting portions and non-transmitting portions are alternately arranged with a period p. A lattice scale 22 is formed. The third grid scale 22 is a thin film made of a metal such as Cr or Al or an oxide thereof, and the third grid scale 22 is formed by a conventionally known thin film forming method such as vapor deposition or etching. Can do.

そして、スリット板２０は、第３格子目盛２２が発光面である発光ダイオード１０ａのｎ層１５と対向するように、透明で絶縁性を有するエポキシ樹脂などの接着剤５０により接着されている。したがって、この発光部３０は、第３格子目盛２２の透過部が発光面となる、スリット列状の発光面を有する光源となっている。   The slit plate 20 is adhered by an adhesive 50 such as a transparent and insulating epoxy resin so that the third lattice scale 22 faces the n layer 15 of the light emitting diode 10a which is a light emitting surface. Therefore, the light emitting unit 30 is a light source having a slit array of light emitting surfaces in which the transmitting portion of the third grid scale 22 is a light emitting surface.

本発明においては、図１に示すように、発光部３０の第３格子目盛２２がインデックススケール７０の第２格子目盛７１と同一面上となるように配置される。これにより、後述するように周期ｐで並列された各々の光源によるフレネル回折光の周期ｐの成分がすべて同位相となるため、それらが重なり合って強め合うので、発光ダイオードのような面光源を用いても、充分な光強度を得ることができる。なお、本発明においては、第３格子目盛２２の間隔は必ずしも周期ｐに限られるものでなく、例えば２ｐ、３ｐのような周期ｐの整数倍であってもよい。   In the present invention, as shown in FIG. 1, the third grid scale 22 of the light emitting unit 30 is arranged on the same plane as the second grid scale 71 of the index scale 70. Thus, since the components of the period p of the Fresnel diffracted light by the respective light sources arranged in parallel at the period p are all in phase as will be described later, they overlap and strengthen each other, so a surface light source such as a light emitting diode is used. However, sufficient light intensity can be obtained. In the present invention, the interval between the third grid scales 22 is not necessarily limited to the period p, and may be an integer multiple of the period p, such as 2p and 3p.

また、発光部３０は、図１に示すように、インデックススケール７０及び受光部８０と別に配置されていてもよく、受光部８０と発光部３０を一体に組み込んでもよい。更に、インデックススケール７０と、発光部３０のスリット板２０を共通化し、第２格子目盛７１と、第３格子目盛２２を一体の透明基板上に設けてもよい。   As shown in FIG. 1, the light emitting unit 30 may be disposed separately from the index scale 70 and the light receiving unit 80, or the light receiving unit 80 and the light emitting unit 30 may be integrated. Furthermore, the index scale 70 and the slit plate 20 of the light emitting unit 30 may be shared, and the second grid scale 71 and the third grid scale 22 may be provided on an integrated transparent substrate.

次にこの光学式エンコーダ９０の作用について説明する。   Next, the operation of the optical encoder 90 will be described.

図２に示すように、発光素子１０である発光ダイオード１０ａに対して、図示しない電源によってｐ側電極１１からｎ側電極１６に向かって順電流を流すと、活性層１４の中の発光領域１７が発光し、主にｎ側電極１６の間から発光ダイオード１０ａの外部に、図２（ａ）の破線矢印に示す光３１が面状で放射される。   As shown in FIG. 2, when a forward current flows from the p-side electrode 11 to the n-side electrode 16 by a power source (not shown) to the light-emitting diode 10 a that is the light-emitting element 10, the light-emitting region 17 in the active layer 14. Light is emitted, and light 31 indicated by broken-line arrows in FIG. 2A is emitted in a planar shape mainly from between the n-side electrode 16 to the outside of the light emitting diode 10a.

次に図１に示すように、発光部３０の面光源である発光ダイオード３１から出射した光は、第３格子目盛２２を透過することによって、周期ｐの複数のスリット状の光源となり、図２（ａ）の破線矢印に示す光３２がスリット状に放射される。   Next, as shown in FIG. 1, the light emitted from the light emitting diode 31 that is a surface light source of the light emitting unit 30 passes through the third lattice scale 22 to become a plurality of slit-shaped light sources having a period p, and FIG. The light 32 shown by the broken-line arrow in (a) is emitted in a slit shape.

ここで、発光部３０の第３格子目盛２２と、インデックススケール７０の第２格子目盛７１とが同一面上に配置されているので、周期ｐで並列された光源は、各々の光源によるフレネル回折光の周期ｐの成分がすべて同位相となるため、それらが重なり合って強め合った状態でメインスケール６０上に到達し、第１格子目盛６１で反射され、インデックススケール７０の第２格子目盛７１を透過して、受光部８０に達する。   Here, since the third grid scale 22 of the light emitting unit 30 and the second grid scale 71 of the index scale 70 are arranged on the same plane, the light sources arranged in parallel with the period p are Fresnel diffraction by each light source. Since all the components of the light period p are in phase, they reach the main scale 60 in a state where they overlap and strengthen each other, are reflected by the first grid scale 61, and the second grid scale 71 of the index scale 70 is The light passes through and reaches the light receiving unit 80.

このとき、前記従来技術で述べたように、図１におけるインデックススケール７０の第２格子目盛７１の表面上に現れるフレネル回折光の強度は図中のＸ方向に周期ｐで正弦波的に変化する成分を持つので、フレネル回折光強度分布の強い部分が第２格子目盛７１の透過部に一致する場合に受光素子８０の受光強度は最大となり、その遮光部分に一致する場合は受光強度は最小となる。この受光素子８０の受光強度の変化から、メインスケール６０とインデックススケール７０の相対移動量を検出することができる。   At this time, as described in the prior art, the intensity of the Fresnel diffracted light that appears on the surface of the second grating scale 71 of the index scale 70 in FIG. 1 changes sinusoidally with a period p in the X direction in the figure. Since it has a component, the light receiving intensity of the light receiving element 80 is maximized when the portion where the Fresnel diffracted light intensity distribution is strong matches the transmitting portion of the second grating scale 71, and the light receiving intensity is minimum when matching the light shielding portion. Become. The relative movement amount of the main scale 60 and the index scale 70 can be detected from the change in the received light intensity of the light receiving element 80.

このように、この光学式エンコーダによれば、例えば発光ダイオードのような、発光面の面積当りの光出力の大きさがレーザダイオードに較べて小さい発光素子を用いた場合でも、レーザダイオードの場合と同程度の光出力を得ることができる。また、レーザダイオードを用いた場合には必須であった集光レンズが不要となるため、装置の小型化が可能となり、製造コストを低減できる。   Thus, according to this optical encoder, even when a light emitting element such as a light emitting diode whose light output per area of the light emitting surface is smaller than that of the laser diode is used, The same level of light output can be obtained. In addition, since a condensing lens that is essential when a laser diode is used is not required, the apparatus can be miniaturized and the manufacturing cost can be reduced.

図３には、本発明を理解するための他の参考例が示されている。   FIG. 3 shows another reference example for understanding the present invention.

この参考例では、発光部３０ａのスリット板２０に設けた第３格子目盛２２が、図２とは逆側、すなわち、ガラス基板２１の発光ダイオード１０ａ側でない面上に設けられている点が図２と異なっている。   In this reference example, the third grid scale 22 provided on the slit plate 20 of the light emitting unit 30a is provided on the opposite side to FIG. 2, that is, on the surface of the glass substrate 21 that is not on the light emitting diode 10a side. 2 and different.

図４には、本発明の実施形態が示されている。   FIG. 4 shows an embodiment of the present invention.

この実施形態では、発光部３０ｂはガラス基板を有さず、発光素子１０となる発光ダイオード１０ａのｎ層１５の表面に第３格子目盛２２が電極１６と同時に形成されている。すなわち、ｎ層１５の上にｎ側電極１６を形成するのと同じ成膜方法で第３格子目盛２２がｎ側電極１６と同時に形成されている。   In this embodiment, the light emitting portion 30 b does not have a glass substrate, and a third lattice scale 22 is formed simultaneously with the electrode 16 on the surface of the n layer 15 of the light emitting diode 10 a to be the light emitting element 10. That is, the third lattice scale 22 is formed simultaneously with the n-side electrode 16 by the same film forming method as that for forming the n-side electrode 16 on the n layer 15.

このように、本発明においては、第３格子目盛２２を直接発光素子上に、該発光素子の電極と同時に成膜して形成する。   As described above, in the present invention, the third lattice scale 22 is formed directly on the light emitting element and simultaneously with the electrodes of the light emitting element.

本発明を理解するための参考例である光学式エンコーダの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the optical encoder which is a reference example for understanding this invention. 同光学式エンコーダの発光部の拡大図であって、（ａ）断面図、（ｂ）平面図である。It is an enlarged view of the light emission part of the same optical encoder, (a) Cross-sectional view, (b) Plan view. 本発明を理解するための他の参考例である光学式エンコーダの発光部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the light emission part of the optical encoder which is another reference example for understanding this invention. 本発明の実施形態である光学式エンコーダの発光部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the light emission part of the optical encoder which is embodiment of this invention. 従来の光学式エンコーダの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional optical encoder.

符号の説明Explanation of symbols

１０：発光素子
１０ａ：発光ダイオード
１１：ｐ側電極
１２：絶縁層
１３：ｐ層
１４：活性層
１５：ｎ層
１６：ｎ側電極
１７：発光領域
２０：スリット板
２１：ガラス基板
２２：第３格子目盛
３０、３０ａ、３０ｂ：発光部
３１、３２：光
５０：接着剤
６０：メインスケール
６１：第１格子目盛
７０：インデックススケール
７１：第２格子目盛
７２：ガラス基板
８０：受光部
８１：受光素子
９０：光学式エンコーダ
ｐ：周期
ｄ：距離
Ｘ：移動方向
10: light emitting element 10a: light emitting diode 11: p side electrode 12: insulating layer 13: p layer 14: active layer 15: n layer 16: n side electrode 17: light emitting region 20: slit plate 21: glass substrate 22: third Lattice graduations 30, 30a, 30b: light emitting portions 31, 32: light 50: adhesive 60: main scale 61: first lattice graduation 70: index scale 71: second lattice graduation 72: glass substrate 80: light receiving portion 81: light receiving Element 90: Optical encoder p: Period d: Distance X: Movement direction

Claims (3)

位置検出すべき一方の部材に取付けられたメインスケールと、前記一方の部材に対して相対移動する他方の部材に取付けられて、前記メインスケールに対向して配置されたインデックススケールとを備え、
前記メインスケールには、所定間隔で反射用の第１格子目盛が設けられ、
前記インデックススケールには、スリット状の透過部分を所定間隔で設けた透過用の第２格子目盛が設けられ、かつ、該第２格子目盛の背面側に受光部が配置されており、
更に、前記メインスケールに対向して、前記インデックススケールと同じ側には、発光素子を有する発光部が設けられており、該発光部にスリット状の透過部分を所定間隔で設けた透過用の第３格子目盛が設けられ、この第３格子目盛が、前記第２格子目盛と同一面上に配置されており、
前記第３格子目盛は、前記発光部を構成する発光素子の表面に、該発光素子の電極と同時に成膜して形成されていることを特徴とする光学式エンコーダ。 A main scale attached to one member to be position-detected, and an index scale attached to the other member that moves relative to the one member and disposed opposite to the main scale,
The main scale is provided with a first grid scale for reflection at predetermined intervals,
The index scale is provided with a second grating scale for transmission in which slit-like transmission portions are provided at predetermined intervals, and a light receiving part is disposed on the back side of the second grating scale,
Further, a light-emitting portion having a light-emitting element is provided on the same side as the index scale so as to face the main scale, and a light-transmitting first portion having slit-shaped transmission portions provided at predetermined intervals in the light-emitting portion. A three grid scale is provided, the third grid scale being disposed on the same plane as the second grid scale;
The optical encoder is characterized in that the third grid scale is formed on the surface of the light emitting element constituting the light emitting portion simultaneously with the electrode of the light emitting element. 前記発光素子が発光ダイオードからなる請求項１記載の光学式エンコーダ。   The optical encoder according to claim 1, wherein the light emitting element is a light emitting diode. 前記第３格子目盛は、前記発光ダイオードのｎ層の表面に、ｎ側電極を形成するのと同じ成膜方法で、該ｎ側電極と同時に成膜して形成されている請求項２記載の光学式エンコーダ。
3. The third lattice scale is formed on the surface of the n layer of the light emitting diode by forming the film simultaneously with the n-side electrode by the same film forming method as forming the n-side electrode. Optical encoder.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108168582A (en) * 2018-01-18 2018-06-15 上海恩弼科技有限公司 Reflective optical encoder and preparation method thereof

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