JP2562479B2 - 反射式ｘｙエンコーダ - Google Patents
反射式ｘｙエンコーダInfo
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- JP2562479B2 JP2562479B2 JP63101693A JP10169388A JP2562479B2 JP 2562479 B2 JP2562479 B2 JP 2562479B2 JP 63101693 A JP63101693 A JP 63101693A JP 10169388 A JP10169388 A JP 10169388A JP 2562479 B2 JP2562479 B2 JP 2562479B2
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Description
【産業上の利用分野】 本発明は、反射式XYエンコーダに係り、特に、XYテー
ブル等の変位を検出する際に用いるのに好適な、２次元
方向に相対移動する２つの部材間の相対変位量を、単一
のエンコーダによつて検出することが可能な、反射式XY
エンコーダに関するものである。
ブル等の変位を検出する際に用いるのに好適な、２次元
方向に相対移動する２つの部材間の相対変位量を、単一
のエンコーダによつて検出することが可能な、反射式XY
エンコーダに関するものである。
相対移動する２つの部材間の相対変位を検出する装置
としては、リニヤエンコーダやロータリエンコーダが知
られているが、いずれにしても直線変位又は回転変位を
１次元的に測定するのみであり、２次元方向に相対移動
する２つの部材間の相対変位を単一のエンコーダで検出
することはできなかつた。 そこで従来は、２つの部材間の一方向、例えばＸ方向
の変位が現われている部材に、該Ｘ方向の変位を検出す
るための第１のリニヤエンコーダを設け、又、２つの部
材間の他の方向、例えばＹ方向の変位が現われている部
材に、該Ｙ方向の変位を検出するための第２のリニヤエ
ンコーダを設け、これらの２つのリニヤエンコーダの出
力によつて、２つの部材間の相対変位を検出する必要が
あつた。 従つて、エンコーダが２組必要となり、構成が複雑で
高価になる。又、相対変位を測定したい方向、例えばＸ
方向及びＹ方向の変位が現われている部材がない場合に
は、何らかの機械的な方法によつて、前記Ｘ方向及びＹ
方向の変位を作り出して、これらの変位を２つのエンコ
ーダでそれぞれ測定するように構成する必要がある。更
に、単一のエンコーダによつて、相対変位の２次元方向
の成分を直接抽出することができない等の問題点を有し
ていた。
としては、リニヤエンコーダやロータリエンコーダが知
られているが、いずれにしても直線変位又は回転変位を
１次元的に測定するのみであり、２次元方向に相対移動
する２つの部材間の相対変位を単一のエンコーダで検出
することはできなかつた。 そこで従来は、２つの部材間の一方向、例えばＸ方向
の変位が現われている部材に、該Ｘ方向の変位を検出す
るための第１のリニヤエンコーダを設け、又、２つの部
材間の他の方向、例えばＹ方向の変位が現われている部
材に、該Ｙ方向の変位を検出するための第２のリニヤエ
ンコーダを設け、これらの２つのリニヤエンコーダの出
力によつて、２つの部材間の相対変位を検出する必要が
あつた。 従つて、エンコーダが２組必要となり、構成が複雑で
高価になる。又、相対変位を測定したい方向、例えばＸ
方向及びＹ方向の変位が現われている部材がない場合に
は、何らかの機械的な方法によつて、前記Ｘ方向及びＹ
方向の変位を作り出して、これらの変位を２つのエンコ
ーダでそれぞれ測定するように構成する必要がある。更
に、単一のエンコーダによつて、相対変位の２次元方向
の成分を直接抽出することができない等の問題点を有し
ていた。
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされた
もので、２次元方向に相対移動する２つの部材の相対変
位のＸ方向及びＹ方向成分を、単一のコンパクトな検出
器を有するエンコーダによつて直接検出することが可能
な反射式XYエンコーダを提供することを目的とする。
もので、２次元方向に相対移動する２つの部材の相対変
位のＸ方向及びＹ方向成分を、単一のコンパクトな検出
器を有するエンコーダによつて直接検出することが可能
な反射式XYエンコーダを提供することを目的とする。
本発明は、反射式XYエンコーダを、２次元方向に相対
移動する一方の部材に取付けられる、該２次元方向に共
に周期的な、方形の島状パターンの主格子を形成した反
射型のメインスケールと、他方の部材に取付けられる、
中央部を空けて、該中央部から略等距離の円周上の位置
に、前記２次元の各方向にそれぞれ独立して配設され
て、該各方向にそれぞれ周期的な、縞状パターンの複数
の副格子を形成した透過型のインデツクススケールと、
該インデツクススケール中央部の、各方向の副格子から
それぞれ略等距離の場所に形成された開口と、該開口の
近傍に配置され、該開口から前記主格子に向けて、ほぼ
全方向に均一な拡散光を照射する点状光源とを含み、該
点状光源から、前記開口を通過して前記メインスケール
の主格子に照射・反射され、前記インデツクススケール
の副格子の関与を受けた信号に基づいて、前記両部材の
相対変位のＸ方向及びＹ方向成分に対応する、少くとも
２つの周期的な検出出力を生成するようにして、前記目
的を達成したものである。 又、前記主格子及び副格子のピツチを、それぞれ、Ｘ
方向とＹ方向で同一ピツチとしたものである。 又、前記点状光源を、別体の光源から主格子への照明
光を集束して、前記開口に生成した２次点光源としたも
のである。
移動する一方の部材に取付けられる、該２次元方向に共
に周期的な、方形の島状パターンの主格子を形成した反
射型のメインスケールと、他方の部材に取付けられる、
中央部を空けて、該中央部から略等距離の円周上の位置
に、前記２次元の各方向にそれぞれ独立して配設され
て、該各方向にそれぞれ周期的な、縞状パターンの複数
の副格子を形成した透過型のインデツクススケールと、
該インデツクススケール中央部の、各方向の副格子から
それぞれ略等距離の場所に形成された開口と、該開口の
近傍に配置され、該開口から前記主格子に向けて、ほぼ
全方向に均一な拡散光を照射する点状光源とを含み、該
点状光源から、前記開口を通過して前記メインスケール
の主格子に照射・反射され、前記インデツクススケール
の副格子の関与を受けた信号に基づいて、前記両部材の
相対変位のＸ方向及びＹ方向成分に対応する、少くとも
２つの周期的な検出出力を生成するようにして、前記目
的を達成したものである。 又、前記主格子及び副格子のピツチを、それぞれ、Ｘ
方向とＹ方向で同一ピツチとしたものである。 又、前記点状光源を、別体の光源から主格子への照明
光を集束して、前記開口に生成した２次点光源としたも
のである。
本発明においては、２次元方向に相対移動する一方の
部材に、例えば第１図（Ａ）に示すような、該２次元方
向（Ｘ方向及びＹ方向）に周期的な主格子12を形成した
反射型のメインスケール10を取付ける。一方、他方の部
材には、例えば第１図（Ｂ）に示す如く、前記２次元方
向（Ｘ方向及びＹ方向）にそれぞれ周期的な、前記主格
子12に対応する副格子22を形成した透過型のインデツク
ススケール20を取付ける。 従つて、前記メインスケール10で反射され、インデツ
クススケール20を透過してきた光を、各副格子毎に受光
素子で受光することによつて、相対変位のＸ方向及びＹ
方向成分に対応する、少くとも２つの周期的な検出信号
を生成することができる。 従つて、単一のエンコーダで、２次元方向に相対移動
する２つの部材間の相対変位を同時に検出することが可
能となる。よつて、各方向毎にリニヤエンコーダを設け
る必要がなくなり、高精度で且つ高分解能のXYエンコー
ダを小型で実現できる。更に、反射型であるので、取扱
いも容易である。 更に、前記主格子12を、第１図（Ａ）に示した如く、
前記２次元方向に配置された島状パターンとし、前記副
格子22を、第１図（Ｂ）に示した如く、Ｘ方向及びＹ方
向にそれぞれ独立して配置された縞状パターンとしたの
で、副格子の形成が容易であり、且つ、比較的高レベル
の検出信号を生成することができる。又、従来と同様の
受光素子を用いることができ、検出信号を生成するため
の構成も簡略である。 又、第１図（Ｂ）に示す如く、前記インデックススケ
ール20の中央部の、各方向の副格子からそれぞれ略等距
離の場所に開口24を形成し、該開口24の近傍に配置し
た、ほぼ全方向に均一な拡散光を照射する点状光源から
主格子への照明光を通過させるようにしたので、小型の
構成で均一な照明光を得ることができ、高精度の測定が
可能となる。 又、前記主格子12及び副格子22のピツチを、第１図
（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、それぞれ、Ｘ方向とＹ方向
で同一ピツチとした場合には、Ｘ方向とＹ方向で同一分
解能とすることができる。なお、方向によつて異なる分
解能で検出したい場合には、方向によつてピツチを変え
ることも可能である。又、主格子12と副格子22のピツチ
は、検出すべき対象物（像）の種類に合わせて、異なる
値とすることができる。 又、前記点状光源を、別体の光源から主格子への照明
光を集束して、前記開口に生成した２次点光源とした場
合には、光源の配置が容易である。
部材に、例えば第１図（Ａ）に示すような、該２次元方
向（Ｘ方向及びＹ方向）に周期的な主格子12を形成した
反射型のメインスケール10を取付ける。一方、他方の部
材には、例えば第１図（Ｂ）に示す如く、前記２次元方
向（Ｘ方向及びＹ方向）にそれぞれ周期的な、前記主格
子12に対応する副格子22を形成した透過型のインデツク
ススケール20を取付ける。 従つて、前記メインスケール10で反射され、インデツ
クススケール20を透過してきた光を、各副格子毎に受光
素子で受光することによつて、相対変位のＸ方向及びＹ
方向成分に対応する、少くとも２つの周期的な検出信号
を生成することができる。 従つて、単一のエンコーダで、２次元方向に相対移動
する２つの部材間の相対変位を同時に検出することが可
能となる。よつて、各方向毎にリニヤエンコーダを設け
る必要がなくなり、高精度で且つ高分解能のXYエンコー
ダを小型で実現できる。更に、反射型であるので、取扱
いも容易である。 更に、前記主格子12を、第１図（Ａ）に示した如く、
前記２次元方向に配置された島状パターンとし、前記副
格子22を、第１図（Ｂ）に示した如く、Ｘ方向及びＹ方
向にそれぞれ独立して配置された縞状パターンとしたの
で、副格子の形成が容易であり、且つ、比較的高レベル
の検出信号を生成することができる。又、従来と同様の
受光素子を用いることができ、検出信号を生成するため
の構成も簡略である。 又、第１図（Ｂ）に示す如く、前記インデックススケ
ール20の中央部の、各方向の副格子からそれぞれ略等距
離の場所に開口24を形成し、該開口24の近傍に配置し
た、ほぼ全方向に均一な拡散光を照射する点状光源から
主格子への照明光を通過させるようにしたので、小型の
構成で均一な照明光を得ることができ、高精度の測定が
可能となる。 又、前記主格子12及び副格子22のピツチを、第１図
（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、それぞれ、Ｘ方向とＹ方向
で同一ピツチとした場合には、Ｘ方向とＹ方向で同一分
解能とすることができる。なお、方向によつて異なる分
解能で検出したい場合には、方向によつてピツチを変え
ることも可能である。又、主格子12と副格子22のピツチ
は、検出すべき対象物（像）の種類に合わせて、異なる
値とすることができる。 又、前記点状光源を、別体の光源から主格子への照明
光を集束して、前記開口に生成した２次点光源とした場
合には、光源の配置が容易である。
以下、図面を参照して、光学式スケールに適用した本
発明の実施例を詳細に説明する。 本実施例において、照明系は、収納容器32内に格納さ
れたレーザダイオード（LD）チツプ34を含む拡散光源30
で構成されている。この拡散光源30は、１次点光源とし
ての前記LDチツプ34と、該LDチツプ34からの発散光を集
束して２次点光源41を生成するコンデンサレンズとして
の、円柱状の分布屈折率型レンズ40（例えば日本板硝子
（株）の商標名セルホツクレンズ）とを含んで構成さ
れ、前記２次点光源41がインデツクススケール20の副格
子形成面（クローム蒸着面）21上に集束するようにされ
ている。 メインスケール10は、第２図のＡ−Ａ線に沿う断面を
拡大して第１図（Ａ）に示した如く、例えばガラス製の
プレートで構成され、その前記拡散光源30と反対側の面
14にクロームを蒸着し、その後、例えばエツチングによ
つて島状に残すことによつて、反射部12Aと透明部12Bか
らなる主格子12が形成されている。ここで、主格子12を
拡散光源30と反射側の面14に形成しているのは、メイン
スケール10の厚みの分だけ、検出器を小型化するためで
ある。 前記主格子12の大きさは、例えばＸ方向、Ｙ方向のい
ずれに関しても、透明部12Bと反射部12Aの長さが等し
く、且つ、同一ピツチＰ＝８μｍとなるように形成され
ている。このように、Ｘ方向とＹ方向で同一ピツチとし
て、正方形の島を形成した場合には、Ｘ方向とＹ方向で
同一の分解能を得ることができる。なお、前記島を長方
形とし、これに合わせて副格子のピツチも変えた場合に
は、Ｘ方向とＹ方向で異なる分解能とすることができ
る。 前記インデツクススケール20の副格子形成面（クロー
ム蒸着面）21には、第２図のＢ−Ｂ線に沿う断面を拡大
して第１図（Ｂ）に示した如く、前記主格子12と対応す
る副格子22が、Ｘ方向に４個（22Ax、22Bx、22ｘ、22
ｘ）、Ｙ方向に４個（22Ay、22By、22ｙ、22ｙ）
の合計８個形成されている。 前記副格子22Ax、22Bx、22ｘ、22ｘは、いずれ
も、Ｘ方向の変位成分を検出するように、Ｙ方向に長い
縞状パターンとされ、同一ピツチで位相がそれぞれ０
゜、＋90゜、＋180゜、−90゜に対応する４区画に区分
されて配置されている。又、前記副格子22Ay、22By、22
ｙ、22ｙは、いずれも、Ｙ方向の変位成分を検出す
るべく、Ｘ方向に長い縞状パターンとされ、同一ピツチ
で位相がそれぞれ０゜、＋90゜、＋180゜、−90゜に対
応する４区画に区分されて配置されている。 該副格子22Ax、22Bx、22ｘ、22ｘ、22Ay、22By、
22ｙ、22ｙの中央には、前記２次点光源41が集束さ
れて通過する前記開口24が形成されている。該開口24の
中に、前記分布屈折率型レンズ40によつて、前記LDチツ
プ34の発散光が集束され、２次点光源41が形成されてい
る。 各副格子22Ax、22Bx、22ｘ、22ｘ、22Ay、22By、
22ｙ、22ｙの裏側には、前記主格子12の反射部12A
で反射されて、対応する副格子のいずれかを通過してき
た前記拡散光源30からの光をそれぞれ光電変換する８個
の受光素子46Ax、46Bx、46ｘ、46ｘ、46Ay、46By、
46ｙ、46ｙが設けられている。これらの受光素子46
Ax、46Bx、46ｘ、46ｘ、46Ay、46By、46ｙ、46
ｙは、受光基板48上に設けられ、これらは第１図（Ｂ）
に破線で示すような位置関係にある。前記受光基板48の
中央には、前記分布屈折率型レンズ40も挿入されてい
る。 前記受光素子46Ax、46Bx、46ｘ、46ｘ、46Ay、46
By、46ｙ、46ｙの出力からＸ方向及びＹ方向に、そ
れぞれ位相差が90゜異なる２相の検出信号を形成する信
号生成回路50は、第３図に示す如く、前記受光素子46Ax
の出力信号Axを増幅するための、可変抵抗器VR1によつ
とて増幅率が可変とされた演算増幅器（オペアンプ）OP
1と、前記受光素子46ｘの出力信号ｘを増幅するた
めの、可変抵抗器VR2によつて増幅率が可変とされたオ
ペアンプOP2と、該オペアンプOP2とOP1の出力の差動信
号（ｘ−Ax）をＸ方向の第１相（Ax相とする）信号と
して出力するオペアンプOP3と、前記受光素子46Bxの出
力信号Bxを増幅するための、可変抵抗器VR3によつて増
幅率が可変とされたオペアンプOP4と、前記受光素子46
ｘの出力信号ｘを増幅するための、可変抵抗器VR4
によつて増幅率が可変とされたオペアンプOP5と、該オ
ペアンプOP5とOP4の出力の差動信号（−Bx）を、前記
Ax相信号と位相が90゜異なるＸ方向の第２相（Bx相とす
る）として出力するオペアンプOP6と、前記受光素子46A
yの出力信号Ayを増幅するための、可変抵抗器VR5によつ
て増幅率が可変とされたオペアンプOP7と、前記受光素
子46ｙの出力信号ｙを増幅するための、可変抵抗器
VR6によつて増幅率が可変とされたオペアンプOP8と、該
オペアンプOP8とOP7の出力の差動信号（ｙ−Ay）をＹ
方向の第１相（Ay相とする）信号として出力するオペア
ンプOP9と、前記受光素子46Byの出力信号Byを増幅する
ための、可変抵抗器VR7によつて増幅率が可変とされた
オペアンプOP10と、前記受光素子46ｙの出力信号ｙ
を増幅するための、可変抵抗器VR8によつて増幅率が可
変とされたオペアンプOP11と、該オペアンプOP11とOP10
の出力の差動信号（ｙ−By）を、前記Ay相信号と位相
が90゜異なるＹ方向の第２相（By相とする）信号として
出力するオペアンプOP12とから構成されている。 以下、実施例の作用を説明する。 まず、インデツクススケール20がメインスケール10に
対してＸ方向のみ、又はＹ方向のみに移動する場合を考
える。例えばＹ方向には相対変位せず、Ｘ方向のみに相
対変位した場合には、Ax相信号及びBx相信号のみが変化
し、Ay相信号及びBy相信号は変化しない。従つて、位相
が互いに90゜異なる２相の検出信号（Ax相信号及びBx相
信号）を用いて、従来と同様に、例えば位相分割等を行
つて、Ｘ方向の変位量を高精度に検出することができ
る。 逆に、Ｘ方向には相対変位せず、Ｙ方向にのみ相対変
位した場合には、Ax相信号及びBx相信号は変化せず、Ay
相信号及びBy相信号のみが変化する。従つて、位相が互
いに90゜異なる２相の検出信号（Ay相信号及びBy相信
号）を用いて、従来と同様に、例えば位相分割等を行つ
て、Ｙ方向の変位量を高精度に検出することができる。 なお、従来例と異なり、メインスケール10に形成され
た主格子12が島状パターンとなつているため、従来の縞
状パターンの場合に比べて光の反射が1/2になり、受光
素子で得られる信号も、従来のリニヤエンコーダの場合
に比べて約1/2となつているが、オペアンプの増幅率を
高める等によつて、容易に対処可能である。 又、Ｘ方向及びＹ方向のいずれにも相対変位した場合
には、前記Ax相信号、Bx相信号、Ay相信号、By相信号が
全て変化する。この際、相対変位のＸ方向成分に対応す
る信号がAx相信号及びBx相信号に現われ、又、Ｙ方向変
位に対応する成分がAy相信号及びBy相信号に現われるの
で、これらの信号からＸ方向変位量及びＹ方向変位量を
それぞれ独立して検出することができる。 本実施例においては、コンデンサレンズとしての分布
屈折率型レンズ40を用いて２次点光源41を形成し、半導
体レーザダイオード等の回折現象を応用して各方向の変
位を検出しているので、ほぼ理想的な小型の点状光源が
得られ、取付許容値も大きい。なお、各方向の変位を検
出する原理や、点状光源を形成する方法はこれに限定さ
れず、レーザダイオードを直接点状光源としたり、レー
ザダイオード以外のタングステンランプや発光ダイオー
ドを用いることもできる。 又、副格子の数も８個に限定されず、位相分割等を行
う必要がない時には、例えば各方向２個の計４個とする
ことができる。 更に、本実施例においては、２次点光源41を、副格子
形成面21上の小さな丸い開口24に集束して形成している
ので、余分な散乱光が主格子12に照射されることがな
く、S/N比の良い検出信号を得ることができる。なお、
照明光線を通すための開口24の形状や大きさは、これに
限定されない。 又、本実施例においては、副格子の直後に対応する受
光素子を配置しているので、構成が簡略であり、小型で
ある。なお、受光素子の配設位置はこれに限定されず、
例えば光フアイバ等を用いることによつて、対応する副
格子から離れた位置に配設することもできる。 更に、本実施例においては、メインスケール10をガラ
ス製とし、主格子12をその外側面に形成しているので、
メインスケール10の厚さ分だけ、更に検出器を小型化す
ることができる。なお、メインスケールの構成はこれに
限定されず、例えば金属反射型のスケールとすることも
できる。
発明の実施例を詳細に説明する。 本実施例において、照明系は、収納容器32内に格納さ
れたレーザダイオード（LD）チツプ34を含む拡散光源30
で構成されている。この拡散光源30は、１次点光源とし
ての前記LDチツプ34と、該LDチツプ34からの発散光を集
束して２次点光源41を生成するコンデンサレンズとして
の、円柱状の分布屈折率型レンズ40（例えば日本板硝子
（株）の商標名セルホツクレンズ）とを含んで構成さ
れ、前記２次点光源41がインデツクススケール20の副格
子形成面（クローム蒸着面）21上に集束するようにされ
ている。 メインスケール10は、第２図のＡ−Ａ線に沿う断面を
拡大して第１図（Ａ）に示した如く、例えばガラス製の
プレートで構成され、その前記拡散光源30と反対側の面
14にクロームを蒸着し、その後、例えばエツチングによ
つて島状に残すことによつて、反射部12Aと透明部12Bか
らなる主格子12が形成されている。ここで、主格子12を
拡散光源30と反射側の面14に形成しているのは、メイン
スケール10の厚みの分だけ、検出器を小型化するためで
ある。 前記主格子12の大きさは、例えばＸ方向、Ｙ方向のい
ずれに関しても、透明部12Bと反射部12Aの長さが等し
く、且つ、同一ピツチＰ＝８μｍとなるように形成され
ている。このように、Ｘ方向とＹ方向で同一ピツチとし
て、正方形の島を形成した場合には、Ｘ方向とＹ方向で
同一の分解能を得ることができる。なお、前記島を長方
形とし、これに合わせて副格子のピツチも変えた場合に
は、Ｘ方向とＹ方向で異なる分解能とすることができ
る。 前記インデツクススケール20の副格子形成面（クロー
ム蒸着面）21には、第２図のＢ−Ｂ線に沿う断面を拡大
して第１図（Ｂ）に示した如く、前記主格子12と対応す
る副格子22が、Ｘ方向に４個（22Ax、22Bx、22ｘ、22
ｘ）、Ｙ方向に４個（22Ay、22By、22ｙ、22ｙ）
の合計８個形成されている。 前記副格子22Ax、22Bx、22ｘ、22ｘは、いずれ
も、Ｘ方向の変位成分を検出するように、Ｙ方向に長い
縞状パターンとされ、同一ピツチで位相がそれぞれ０
゜、＋90゜、＋180゜、−90゜に対応する４区画に区分
されて配置されている。又、前記副格子22Ay、22By、22
ｙ、22ｙは、いずれも、Ｙ方向の変位成分を検出す
るべく、Ｘ方向に長い縞状パターンとされ、同一ピツチ
で位相がそれぞれ０゜、＋90゜、＋180゜、−90゜に対
応する４区画に区分されて配置されている。 該副格子22Ax、22Bx、22ｘ、22ｘ、22Ay、22By、
22ｙ、22ｙの中央には、前記２次点光源41が集束さ
れて通過する前記開口24が形成されている。該開口24の
中に、前記分布屈折率型レンズ40によつて、前記LDチツ
プ34の発散光が集束され、２次点光源41が形成されてい
る。 各副格子22Ax、22Bx、22ｘ、22ｘ、22Ay、22By、
22ｙ、22ｙの裏側には、前記主格子12の反射部12A
で反射されて、対応する副格子のいずれかを通過してき
た前記拡散光源30からの光をそれぞれ光電変換する８個
の受光素子46Ax、46Bx、46ｘ、46ｘ、46Ay、46By、
46ｙ、46ｙが設けられている。これらの受光素子46
Ax、46Bx、46ｘ、46ｘ、46Ay、46By、46ｙ、46
ｙは、受光基板48上に設けられ、これらは第１図（Ｂ）
に破線で示すような位置関係にある。前記受光基板48の
中央には、前記分布屈折率型レンズ40も挿入されてい
る。 前記受光素子46Ax、46Bx、46ｘ、46ｘ、46Ay、46
By、46ｙ、46ｙの出力からＸ方向及びＹ方向に、そ
れぞれ位相差が90゜異なる２相の検出信号を形成する信
号生成回路50は、第３図に示す如く、前記受光素子46Ax
の出力信号Axを増幅するための、可変抵抗器VR1によつ
とて増幅率が可変とされた演算増幅器（オペアンプ）OP
1と、前記受光素子46ｘの出力信号ｘを増幅するた
めの、可変抵抗器VR2によつて増幅率が可変とされたオ
ペアンプOP2と、該オペアンプOP2とOP1の出力の差動信
号（ｘ−Ax）をＸ方向の第１相（Ax相とする）信号と
して出力するオペアンプOP3と、前記受光素子46Bxの出
力信号Bxを増幅するための、可変抵抗器VR3によつて増
幅率が可変とされたオペアンプOP4と、前記受光素子46
ｘの出力信号ｘを増幅するための、可変抵抗器VR4
によつて増幅率が可変とされたオペアンプOP5と、該オ
ペアンプOP5とOP4の出力の差動信号（−Bx）を、前記
Ax相信号と位相が90゜異なるＸ方向の第２相（Bx相とす
る）として出力するオペアンプOP6と、前記受光素子46A
yの出力信号Ayを増幅するための、可変抵抗器VR5によつ
て増幅率が可変とされたオペアンプOP7と、前記受光素
子46ｙの出力信号ｙを増幅するための、可変抵抗器
VR6によつて増幅率が可変とされたオペアンプOP8と、該
オペアンプOP8とOP7の出力の差動信号（ｙ−Ay）をＹ
方向の第１相（Ay相とする）信号として出力するオペア
ンプOP9と、前記受光素子46Byの出力信号Byを増幅する
ための、可変抵抗器VR7によつて増幅率が可変とされた
オペアンプOP10と、前記受光素子46ｙの出力信号ｙ
を増幅するための、可変抵抗器VR8によつて増幅率が可
変とされたオペアンプOP11と、該オペアンプOP11とOP10
の出力の差動信号（ｙ−By）を、前記Ay相信号と位相
が90゜異なるＹ方向の第２相（By相とする）信号として
出力するオペアンプOP12とから構成されている。 以下、実施例の作用を説明する。 まず、インデツクススケール20がメインスケール10に
対してＸ方向のみ、又はＹ方向のみに移動する場合を考
える。例えばＹ方向には相対変位せず、Ｘ方向のみに相
対変位した場合には、Ax相信号及びBx相信号のみが変化
し、Ay相信号及びBy相信号は変化しない。従つて、位相
が互いに90゜異なる２相の検出信号（Ax相信号及びBx相
信号）を用いて、従来と同様に、例えば位相分割等を行
つて、Ｘ方向の変位量を高精度に検出することができ
る。 逆に、Ｘ方向には相対変位せず、Ｙ方向にのみ相対変
位した場合には、Ax相信号及びBx相信号は変化せず、Ay
相信号及びBy相信号のみが変化する。従つて、位相が互
いに90゜異なる２相の検出信号（Ay相信号及びBy相信
号）を用いて、従来と同様に、例えば位相分割等を行つ
て、Ｙ方向の変位量を高精度に検出することができる。 なお、従来例と異なり、メインスケール10に形成され
た主格子12が島状パターンとなつているため、従来の縞
状パターンの場合に比べて光の反射が1/2になり、受光
素子で得られる信号も、従来のリニヤエンコーダの場合
に比べて約1/2となつているが、オペアンプの増幅率を
高める等によつて、容易に対処可能である。 又、Ｘ方向及びＹ方向のいずれにも相対変位した場合
には、前記Ax相信号、Bx相信号、Ay相信号、By相信号が
全て変化する。この際、相対変位のＸ方向成分に対応す
る信号がAx相信号及びBx相信号に現われ、又、Ｙ方向変
位に対応する成分がAy相信号及びBy相信号に現われるの
で、これらの信号からＸ方向変位量及びＹ方向変位量を
それぞれ独立して検出することができる。 本実施例においては、コンデンサレンズとしての分布
屈折率型レンズ40を用いて２次点光源41を形成し、半導
体レーザダイオード等の回折現象を応用して各方向の変
位を検出しているので、ほぼ理想的な小型の点状光源が
得られ、取付許容値も大きい。なお、各方向の変位を検
出する原理や、点状光源を形成する方法はこれに限定さ
れず、レーザダイオードを直接点状光源としたり、レー
ザダイオード以外のタングステンランプや発光ダイオー
ドを用いることもできる。 又、副格子の数も８個に限定されず、位相分割等を行
う必要がない時には、例えば各方向２個の計４個とする
ことができる。 更に、本実施例においては、２次点光源41を、副格子
形成面21上の小さな丸い開口24に集束して形成している
ので、余分な散乱光が主格子12に照射されることがな
く、S/N比の良い検出信号を得ることができる。なお、
照明光線を通すための開口24の形状や大きさは、これに
限定されない。 又、本実施例においては、副格子の直後に対応する受
光素子を配置しているので、構成が簡略であり、小型で
ある。なお、受光素子の配設位置はこれに限定されず、
例えば光フアイバ等を用いることによつて、対応する副
格子から離れた位置に配設することもできる。 更に、本実施例においては、メインスケール10をガラ
ス製とし、主格子12をその外側面に形成しているので、
メインスケール10の厚さ分だけ、更に検出器を小型化す
ることができる。なお、メインスケールの構成はこれに
限定されず、例えば金属反射型のスケールとすることも
できる。
第１図（Ａ）は、本発明の原理を説明するための、メイ
ンスケール上の主格子の形状及び配置の例を示す拡大断
面図、第１図（Ｂ）は、同じくインデツクススケール上
の副格子及び受光素子の配置例を示す拡大断面図、第２
図は、本発明が採用された反射式XYエンコーダの実施例
の構成を示す断面図、第３図は、前記実施例の信号生成
回路の構成を示すブロツク線図である。 10……メインスケール、12……主格子、 14……主格子形成面、 20……インデツクススケール、 21……副格子形成面、 22、22Ax、22Bx、22ｘ、22ｘ、22Ay、22By、22
ｙ、22ｙ……副格子、 24……開口、 30……拡散光源、 46Ax、46Bx、46ｘ、46ｘ、46Ay、46By、46ｙ、46
ｙ……受光素子、 50……信号生成回路。
ンスケール上の主格子の形状及び配置の例を示す拡大断
面図、第１図（Ｂ）は、同じくインデツクススケール上
の副格子及び受光素子の配置例を示す拡大断面図、第２
図は、本発明が採用された反射式XYエンコーダの実施例
の構成を示す断面図、第３図は、前記実施例の信号生成
回路の構成を示すブロツク線図である。 10……メインスケール、12……主格子、 14……主格子形成面、 20……インデツクススケール、 21……副格子形成面、 22、22Ax、22Bx、22ｘ、22ｘ、22Ay、22By、22
ｙ、22ｙ……副格子、 24……開口、 30……拡散光源、 46Ax、46Bx、46ｘ、46ｘ、46Ay、46By、46ｙ、46
ｙ……受光素子、 50……信号生成回路。
フロントページの続き (72)発明者 岡 英樹 神奈川県川崎市高津区坂戸165番地 株 式会社ミツトヨ研究開発本部内 (56)参考文献 特開 昭63−24128（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−100703（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−67822（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】２次元方向に相対移動する一方の部材に折
付けられる、該２次元方向に共に周期的な、方形の島状
パターンの主格子を形成した反射型のメインスケール
と、 他方の部材に取付けられる、中央部を空けて、該中央部
から略等距離の円周上の位置に、前記２次元の各方向に
それぞれ独立して配設されて、該各方向にそれぞれ周期
的な、縞状パターンの複数の副格子を形成した透過型の
インデツクススケールと、 該インデツクススケール中央部の、各方向の副格子から
それぞれ略等距離の場所に形成された開口と、 該開口の近傍に配置され、該開口から前記主格子に向け
て、ほぼ全方向に均一な拡散光を照射する点状光源とを
含み、 該点状光源から、前記開口を通過して前記メインスケー
ルの主格子に照射・反射され、前記インデツクススケー
ルの副格子の関与を受けた信号に基づいて、前記両部材
の相対変位のＸ方向及びＹ方向成分に対応する、少くと
も２つの周期的な検出出力を生成することを特徴とする
反射式XYエンコーダ。 - 【請求項２】請求項１において、前記主格子及び副格子
のピツチが、それぞれ、Ｘ方向とＹ方向で同一ピツチと
されていることを特徴とする反射式XYエンコーダ。 - 【請求項３】請求項１において、前記点状光源が、別体
の光源から主格子への照射光を集束して、前記開口に生
成した２次点光源とされていることを特徴とする反射式
XYエンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63101693A JP2562479B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 反射式ｘｙエンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63101693A JP2562479B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 反射式ｘｙエンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01272917A JPH01272917A (ja) | 1989-10-31 |
| JP2562479B2 true JP2562479B2 (ja) | 1996-12-11 |
Family
ID=14307414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63101693A Expired - Fee Related JP2562479B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 反射式ｘｙエンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2562479B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5204524A (en) * | 1991-03-22 | 1993-04-20 | Mitutoyo Corporation | Two-dimensional optical encoder with three gratings in each dimension |
| JPH0755457Y2 (ja) * | 1991-05-13 | 1995-12-20 | 株式会社ミツトヨ | 光電型エンコーダ |
| US7057163B2 (en) * | 2002-06-25 | 2006-06-06 | Chong-Hin Chee | Optical position sensing device |
| US6906315B2 (en) | 2002-07-16 | 2005-06-14 | Mitutoyo Corporation | High accuracy miniature grating encoder readhead using fiber optic receiver channels |
| US7053362B2 (en) * | 2003-05-02 | 2006-05-30 | Mitutoyo Corporation | Absolute position miniature grating encoder readhead using fiber optic receiver channels |
| US7091475B2 (en) | 2003-05-07 | 2006-08-15 | Mitutoyo Corporation | Miniature 2-dimensional encoder readhead using fiber optic receiver channels |
| US6905258B2 (en) * | 2003-08-27 | 2005-06-14 | Mitutoyo Corporation | Miniature imaging encoder readhead using fiber optic receiver channels |
| US7126696B2 (en) | 2003-09-30 | 2006-10-24 | Mitutoyo Corporation | Interferometric miniature grating encoder readhead using fiber optic receiver channels |
| KR101360507B1 (ko) | 2006-09-29 | 2014-02-07 | 가부시키가이샤 니콘 | 이동체 시스템, 패턴 형성 장치, 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 디바이스 제조 방법 |
| JP4976823B2 (ja) | 2006-11-15 | 2012-07-18 | 株式会社ミツトヨ | 光学式エンコーダ |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58100703A (ja) * | 1981-12-11 | 1983-06-15 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 光学式スケ−ル読取装置 |
| JPH0619280B2 (ja) * | 1983-09-24 | 1994-03-16 | 名古屋大学長 | 光学式自動位置決め装置 |
| JPS6324128A (ja) * | 1986-07-03 | 1988-02-01 | Mitsutoyo Corp | 反射型光学式変位測定装置 |
-
1988
- 1988-04-25 JP JP63101693A patent/JP2562479B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01272917A (ja) | 1989-10-31 |
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| JPH0638048B2 (ja) | 反射型エンコーダ |
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