JP7062488B2

JP7062488B2 - Encoder

Info

Publication number: JP7062488B2
Application number: JP2018062229A
Authority: JP
Inventors: 大輔工藤
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2038-03-28
Also published as: JP2022087326A; JP2019174260A

Description

本発明は、変位検出を行うためのエンコーダであって、特に、２軸方向の変位検出に使用可能なエンコーダに関する。 The present invention relates to an encoder for detecting displacement, and in particular, an encoder that can be used for detecting displacement in a biaxial direction.

従来、測定機等の分野において、高精度に寸法等の測定ができる光学式エンコーダ（以下、単にエンコーダと称する）が使用されている。エンコーダとは、スケール表面に生成された等間隔のパターンをリーディングヘッド（光検出部）で読み取り、リーディングヘッド上を通過したパターンの数をカウントすることで長さや角度を測定するものである。 Conventionally, in the field of measuring machines and the like, optical encoders (hereinafter, simply referred to as encoders) capable of measuring dimensions and the like with high accuracy have been used. The encoder reads the evenly spaced patterns generated on the surface of the scale with a reading head (photodetector), and measures the length and angle by counting the number of patterns passed on the reading head.

このようなエンコーダとしては、直線方向の相対変位量を測定するための１次元エンコーダが広く知られかつ用いられている。この１次元エンコーダは、直線方向の変位測定に使用可能であるので、例えば２つの１次元エンコーダを用いることで２次元的な変位量測定が可能になる。 As such an encoder, a one-dimensional encoder for measuring a relative displacement amount in the linear direction is widely known and used. Since this one-dimensional encoder can be used for displacement measurement in the linear direction, for example, two-dimensional displacement amount measurement can be performed by using two one-dimensional encoders.

特許文献１は、２次元エンコーダの一例を開示する。特許文献１の２次元エンコーダは、光源からの光を平行光にするコリメータレンズと、コリメータレンズからの平行光を反射して光路を変更する平面ミラーと、平面ミラーからの光を所定の間隔で配列されている格子状のパターンにて透過するメインスケールと、メインスケールからの光を透過する基材に形成されたＸ軸用インデックススケール及びＹ軸用インデックススケールと、Ｘ軸用インデックススケールを透過した光を検知して電気信号に変換するＸ軸用光検知器と、Ｙ軸用インデックススケールを透過した光を検知して電気信号に変換するＹ軸用光検知器と、それらＸ軸及びＹ軸用光検知器からの電気信号が入力される信号処理部とを備える。この２次元エンコーダでは、前述の基材の一方の面にＸ軸用インデックススケールが形成され、その基材の他方の面にＹ軸用インデックススケールが形成されるが、Ｘ軸用インデックススケールとＹ軸用インデックススケールとは、平面ミラーから見て重ならないように離して形成されている。 Patent Document 1 discloses an example of a two-dimensional encoder. The two-dimensional encoder of Patent Document 1 has a collimeter lens that converts light from a light source into parallel light, a plane mirror that reflects parallel light from the collimeter lens to change the optical path, and light from a plane mirror at predetermined intervals. The main scale transmitted by the arranged grid pattern, the X-axis index scale and the Y-axis index scale formed on the base material that transmits the light from the main scale, and the X-axis index scale are transmitted. An X-axis optical detector that detects the emitted light and converts it into an electric signal, a Y-axis optical detector that detects the light transmitted through the Y-axis index scale and converts it into an electric signal, and these X-axis and Y It is provided with a signal processing unit for inputting an electric signal from an optical detector for a shaft. In this two-dimensional encoder, an X-axis index scale is formed on one surface of the above-mentioned base material, and a Y-axis index scale is formed on the other surface of the base material. The index scale for the axis is formed so as to be separated from each other so as not to overlap when viewed from the plane mirror.

特開２００３－３０７４３９号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-307439 特許第６１０８９８８号公報Japanese Patent No. 6108988

上記特許文献１の２次元エンコーダでは、１つの光源からの光は、Ｘ軸用インデックススケールと、このＸ軸用インデックススケールから離れた位置にあるＹ軸用インデックススケールとに照射される。したがって、これら２つのインデックススケールが形成される基材やメインスケールをある程度以上大きくすることが必要である。このため、特許文献１の２次元エンコーダは、小型の機械又は装置における微小領域での変位量測定等には不向きである。 In the two-dimensional encoder of Patent Document 1, light from one light source is applied to the X-axis index scale and the Y-axis index scale located at a position away from the X-axis index scale. Therefore, it is necessary to increase the base material and main scale on which these two index scales are formed to a certain extent or more. Therefore, the two-dimensional encoder of Patent Document 1 is not suitable for measuring the displacement amount in a minute region in a small machine or device.

本発明は、省スペース化を可能にする、２軸方向の変位検出用のエンコーダを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an encoder for displacement detection in a biaxial direction, which enables space saving.

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、光非透過部（光反射部）と光透過部とが交互に連続して配置された第１スケールと、前記第１スケールに対して相対的に移動可能な第１光検出部であって、前記第１スケールに光を照射するための第１発光手段からの光の照射に起因して前記第１スケールの前記光非透過部で反射して戻った光、または、前記第１スケールを透過した光を受光し電気信号に変換して出力する第１受光手段を備える、第１光検出部と、前記第１スケールに重ね合わせられて所定間隔の縞模様パターンの発光が可能な第２発光手段を備える第２スケールであって、前記縞模様パターンは、前記第１スケールの前記光反射部及び前記光透過部と交差する方向に延びる、第２スケールと、前記第２スケールに対して相対的に移動可能な第２光検出部であって、前記第２スケールからの光を受光し電気信号に変換して出力する第２受光手段を備える、第２光検出部とを備える、エンコーダを提供する。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention is relative to a first scale in which light non-transmitting portions (light reflecting portions) and light transmitting portions are alternately and continuously arranged, and the first scale. It is a movable first light detection unit, and is reflected by the light non-transmissive unit of the first scale due to the irradiation of light from the first light emitting means for irradiating the first scale with light. A first light detection unit provided with a first light receiving means that receives the light returned from the light or the light transmitted through the first scale, converts the light into an electric signal, and outputs the light, and the light is superimposed on the first scale. It is a second scale provided with a second light emitting means capable of emitting light of a striped pattern at a predetermined interval, and the striped pattern extends in a direction intersecting the light reflecting portion and the light transmitting portion of the first scale. , A second light detection unit that is relatively movable with respect to the second scale, and is a second light receiving means that receives light from the second scale, converts it into an electric signal, and outputs it. Provided is an encoder including a second light detection unit.

好ましくは、前記第２スケールは、前記第１発光手段からの光を透過可能に構成され、前記第１スケールと前記第１光検出部との間に延在する。あるいは、前記第１スケールは、前記第２スケールと前記第１光検出部との間に延在するように設けられることも可能である。 Preferably, the second scale is configured to allow light from the first light emitting means to pass through and extends between the first scale and the first photodetector. Alternatively, the first scale may be provided so as to extend between the second scale and the first photodetector.

好ましくは、前記第２発光手段は、前記第１スケールの前記光反射部及び前記光透過部と直交する方向に延びる前記縞模様パターンの発光を行うことが可能に構成されている。 Preferably, the second light emitting means is configured to be capable of emitting light of the striped pattern extending in a direction orthogonal to the light reflecting portion and the light transmitting portion of the first scale.

本発明の一態様に係る上記エンコーダによれば、２軸方向の変位検出が可能であり、かつ、省スペース化を図ることが可能になる。 According to the above encoder according to one aspect of the present invention, it is possible to detect displacement in the biaxial direction and to save space.

本発明の一実施形態に係るエンコーダが適用されたプローブの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the probe to which the encoder which concerns on one Embodiment of this invention is applied. 本発明の一実施形態のエンコーダの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the encoder of one Embodiment of this invention. 図２のエンコーダの、第２スケールを中心としたスケールの一部の断面模式図である。It is sectional drawing of a part of the scale centering on the 2nd scale of the encoder of FIG. 図２のエンコーダの第１スケールと第２スケールとの関係を説明するための図であり、（ａ）は第１スケールの一部の光反射部及び光透過部を示し、（ｂ）は第２スケールの一部の有機ＥＬ素子及びセパレータを示す。2 is a diagram for explaining the relationship between the first scale and the second scale of the encoder of FIG. 2, in which FIG. 2A shows a part of a light reflecting portion and a light transmitting portion of the first scale, and FIG. 2B shows a second scale. 2 Scale organic EL elements and separators are shown. 図２のエンコーダにおける、第１光検出部上での光模様及びそれの検出用のセンサ素子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the light pattern on the 1st photodetection part and the sensor element for detecting it in the encoder of FIG. 図５の光に対する、第１光検出部での処理例を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the processing example in the 1st photodetector for the light of FIG.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態を詳細に説明する。ここで、図中、同一の記号で示される部分は、同様の機能を有する同様の要素である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, in the figure, the portion indicated by the same symbol is a similar element having the same function.

本発明の一実施形態に係るエンコーダ１０が適用されたプローブ１の概略構成図を図１に示す。また、図２に、図１のエンコーダ１０の概略構成図を示す。 FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of the probe 1 to which the encoder 10 according to the embodiment of the present invention is applied. Further, FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of the encoder 10 of FIG.

図１に示すプローブ１は、ハウジング（筐体）３と、このハウジング３に対して移動可能なスタイラス保持部材５とを備えている。ハウジング３は、被測定ワークピース（不図示）に関してプローブ１を移動させることができる座標測定機又は工作機械の如き位置決定装置に取り付けることができる。スタイラス保持部材５には、ワークピース接触端５ａを有するスタイラス５ｂが取り付けられている。図１に示すように、スタイラス保持部材５は、ワークピース等にスタイラス５ｂが非接触状態にあるとき、ばね部材７ａ、７ｂによる弾性力により、ハウジング３に対して初期位置に位置付けられる。ワークピース等との接触によりスタイラス５ｂが変位したとき、スタイラス保持部材５は、ここではＸ軸及びＹ軸からなる２次元平面において移動可能に構成されている。このスタイラス保持部材５の２次元平面つまりＸＹ平面での移動を可能にするようにスタイラス保持部材５の下側にボール９が配置されている。なお、図示しないが、スタイラス保持部材５は、ＸＹ平面に直交するＺ軸方向に相対移動しないように構成されている。 The probe 1 shown in FIG. 1 includes a housing 3 and a stylus holding member 5 that is movable with respect to the housing 3. The housing 3 can be attached to a positioning device such as a coordinate measuring machine or a machine tool capable of moving the probe 1 with respect to the workpiece to be measured (not shown). A stylus 5b having a workpiece contact end 5a is attached to the stylus holding member 5. As shown in FIG. 1, the stylus holding member 5 is positioned at an initial position with respect to the housing 3 by the elastic force of the spring members 7a and 7b when the stylus 5b is in a non-contact state with the workpiece or the like. When the stylus 5b is displaced due to contact with a workpiece or the like, the stylus holding member 5 is configured to be movable here in a two-dimensional plane including an X axis and a Y axis. A ball 9 is arranged under the stylus holding member 5 so as to enable the stylus holding member 5 to move in a two-dimensional plane, that is, an XY plane. Although not shown, the stylus holding member 5 is configured so as not to move relative to the Z-axis direction orthogonal to the XY plane.

このようなプローブ１におけるスタイラス５ｂの変位を検出するために、プローブ１にはエンコーダ１０が搭載されている。エンコーダ１０は、スケール１２と、読取センサ１４とを備える。ここでは、スタイラス保持部材５にスケール１２が設けられ、ハウジング３に読取センサ１４が設けられている。しかし、スタイラス保持部材５に読取センサ１４が設けられ、ハウジング３にスケール１２が設けられてもよい。なお、スタイラス保持部材５のスケール１２が設けられる面５ｓは光を反射しない又は反射し難いように形成されていて、例えば黒色の無光沢材料表面として形成されている。 An encoder 10 is mounted on the probe 1 in order to detect such a displacement of the stylus 5b in the probe 1. The encoder 10 includes a scale 12 and a reading sensor 14. Here, the stylus holding member 5 is provided with the scale 12, and the housing 3 is provided with the reading sensor 14. However, the stylus holding member 5 may be provided with the reading sensor 14, and the housing 3 may be provided with the scale 12. The surface 5s on which the scale 12 of the stylus holding member 5 is provided is formed so as not to reflect light or hardly to reflect light, and is formed as, for example, a black matte material surface.

図１のエンコーダ１０の概略構成を図２に示す。ただし、図２では、スケール１２と、読取センサ１４との図面上での上下の位置関係が図１の場合と逆である。図２に示すように、スケール１２は、第１スケール１６と、第２スケール１８とを備える。そして、読取センサ１４は、第１スケールに対応する第１光検出部２０と、第２スケールに対応する第２光検出部２２とを備える。 The schematic configuration of the encoder 10 of FIG. 1 is shown in FIG. However, in FIG. 2, the vertical positional relationship between the scale 12 and the reading sensor 14 on the drawing is opposite to that in FIG. 1. As shown in FIG. 2, the scale 12 includes a first scale 16 and a second scale 18. The reading sensor 14 includes a first photodetection unit 20 corresponding to the first scale and a second photodetection unit 22 corresponding to the second scale.

ここで、まずスケール１２について説明する。第１スケール１６は、光非透過部としての光反射部１６ａと光透過部１６ｂとが交互に連続して配置されたスケールである。ここでは、第１スケール１６は、透明なつまり光透過性のあるガラス製の板に（例えばＣｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌ等の）光反射率の高い金属を成膜して光反射部１６ａを形成することで構成されている。つまり、そのような金属膜が成膜されていない部分が光透過部１６ｂになる。ここでは、光反射部１６ａと光透過部１６ｂとのそれぞれは図１のＹ軸に平行に延びるように設けられている。したがって、第１スケール１６は、所定間隔の縞模様パターンを有する。 Here, first, the scale 12 will be described. The first scale 16 is a scale in which light reflecting portions 16a and light transmitting portions 16b as light non-transmitting portions are alternately and continuously arranged. Here, the first scale 16 is a light-reflecting portion in which a metal having a high light reflectance (for example, Cr, Au, Pt, Ag, Al, etc.) is formed on a transparent glass plate having a light transmittance. It is configured by forming 16a. That is, the portion where such a metal film is not formed becomes the light transmitting portion 16b. Here, each of the light reflecting portion 16a and the light transmitting portion 16b is provided so as to extend parallel to the Y axis of FIG. Therefore, the first scale 16 has a striped pattern at predetermined intervals.

この第１スケール１６に、第２スケール１８が重ね合わされている。第２スケール１８は、３層からなる。第２スケール１８を中心としたスケール１２の一部の断面模式図を図３に示す。第２スケール１８において、図２及び図３中の真ん中の層（中間層）１８ｍは、有機ＥＬ素子１８ａと、セパレータ１８ｂとが交互に並んだ構成を備える。セパレータ１８ｂは、主に、隣り合う有機ＥＬ素子１８ａ間に設けられている。そして、中間層１８ｍの上下には、第１電極層１８ｕ及び第２電極層１８ｖが設けられている。第２スケール１８は、電極層１８ｕ、１８ｖ間に電圧がかけられていないので有機ＥＬ素子１８ａに電圧がかけられていない状態でも、それに電圧がかけられている状態でも、ある程度以上の光透過性があるように、透過性材料で構成されている。したがって、第１スケール１６と読取センサ１４との間に延在する第２スケール１８は、後述する第１発光部２４からの光を透過可能である。なお、有機ＥＬ素子１８ａの材料、セパレータ１８ｂの材料、電極層１８ｕ、１８ｖの各材料としては、既知の種々の材料を用いることができる。なお、ここでは、有機ＥＬ素子１８ａとセパレータ１８ｂとのそれぞれは図１のＸ軸に平行に延びるように設けられている。したがって、第２スケール１８は、所定間隔の縞模様パターンの発光が可能である。ただし、この所定間隔は、第１スケール１６における上記所定間隔と同じであっても異なってもよい。 The second scale 18 is superimposed on the first scale 16. The second scale 18 is composed of three layers. FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of a part of the scale 12 centered on the second scale 18. In the second scale 18, the middle layer (intermediate layer) 18m in FIGS. 2 and 3 has a configuration in which the organic EL element 18a and the separator 18b are alternately arranged. The separator 18b is mainly provided between adjacent organic EL elements 18a. A first electrode layer 18u and a second electrode layer 18v are provided above and below the intermediate layer 18m. Since no voltage is applied between the electrode layers 18u and 18v, the second scale 18 has a certain level of light transmission even when no voltage is applied to the organic EL element 18a or when a voltage is applied to the organic EL element 18a. As there is, it is composed of a permeable material. Therefore, the second scale 18 extending between the first scale 16 and the reading sensor 14 can transmit the light from the first light emitting unit 24 described later. As the material of the organic EL element 18a, the material of the separator 18b, and the materials of the electrode layers 18u and 18v, various known materials can be used. Here, each of the organic EL element 18a and the separator 18b is provided so as to extend parallel to the X-axis of FIG. Therefore, the second scale 18 can emit light of a striped pattern at predetermined intervals. However, this predetermined interval may be the same as or different from the predetermined interval on the first scale 16.

そして、スケール１２では、第１スケール１６における光反射部１６ａ及び光透過部１６ｂが延在する方向（本実施形態ではＹ軸方向）が、第２スケール１８における有機ＥＬ素子１８ａが延在する方向（本実施形態ではＸ軸方向）と交差するように、特にここでは直角に交差するように、第１スケール１６と第２スケール１８とは互いに対して設けられている。図４に第１スケール１６の一部と第２スケール１８の一部とを模式的に示すように、第１スケール１６における光反射部１６ａ及び光透過部１６ｂは、第２スケール１８の有機ＥＬ素子１８ａと直交関係を有する。したがって、第２スケール１８つまり有機ＥＬ素子１８ａは、第１スケール１６の光反射部１６ａ及び光透過部１６ｂと交差する方向に延びる、特に直交する方向に延びる縞模様パターンの発光を行うことが可能である。ここでは、第１スケール１６と第２スケール１８とは既知の接合手段により一体的に接合されている。この接合による影響を受けないように、第１スケール１６の光反射部１６ａは、第１スケール１６における第２スケール１８とは反対側の面に形成されている（図１参照）。なお、第１スケール１６と第２スケール１８とは接合されることなく、単に重ね合わせられることでスケール１２を構成してもよい。例えば、第２スケール１８は有機ＥＬシートとして構成され、単に第１スケール１６に重ね合わせられてもよい。 In the scale 12, the direction in which the light reflecting portion 16a and the light transmitting portion 16b in the first scale 16 extend (Y-axis direction in the present embodiment) is the direction in which the organic EL element 18a in the second scale 18 extends. The first scale 16 and the second scale 18 are provided with respect to each other so as to intersect (in the present embodiment, in the X-axis direction), and particularly to intersect at a right angle here. As shown schematically in FIG. 4, a part of the first scale 16 and a part of the second scale 18, the light reflecting portion 16a and the light transmitting portion 16b in the first scale 16 are organic ELs of the second scale 18. It has an orthogonal relationship with the element 18a. Therefore, the second scale 18, that is, the organic EL element 18a can emit light of a striped pattern extending in a direction intersecting the light reflecting portion 16a and the light transmitting portion 16b of the first scale 16, particularly in an orthogonal direction. Is. Here, the first scale 16 and the second scale 18 are integrally joined by a known joining means. The light reflecting portion 16a of the first scale 16 is formed on the surface of the first scale 16 opposite to the second scale 18 so as not to be affected by this joining (see FIG. 1). The scale 12 may be formed by simply superimposing the first scale 16 and the second scale 18 without joining them. For example, the second scale 18 may be configured as an organic EL sheet and may simply be superposed on the first scale 16.

図１のプローブ１では、このようなスケール１２から所定距離離れた位置に、上記読取センサ１４が設けられている。読取センサ１４は、スケール１２に平行になるように設けられている。読取センサ１４は、上述のごとく、第１スケール１６に対応する第１光検出部２０と、第２スケール１８に対応する第２光検出部２２とを備える。 In the probe 1 of FIG. 1, the reading sensor 14 is provided at a position separated from the scale 12 by a predetermined distance. The reading sensor 14 is provided so as to be parallel to the scale 12. As described above, the reading sensor 14 includes a first photodetector 20 corresponding to the first scale 16 and a second photodetector 22 corresponding to the second scale 18.

第１スケール１６に対応する第１光検出部２０は、読取センサ１４の一部をなし、第１スケール１６に対して相対的に移動可能である。第１光検出部２０は、第１スケール１６に光を照射するための第１発光部（第１発光手段）２４と、第１スケール１６から反射した光を受光し電気信号に変換して出力するための第１受光部（第１受光手段）２６とを備えている。第１発光部２４は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイで構成することができるが、その他の光源、例えば半導体レーザー（ＬＤ）アレイを用いてもよい。特に、ここでは、第１発光部２４は赤色光の光を第１スケール１６に向けて照射するように構成されている。したがって、第１光検出部２０の第１受光部２６は、光を受光し、赤色光の成分に応じた電気信号を出力するように構成されている。なお、第１発光部２４の光の色は赤色光に限定されない。 The first photodetector 20 corresponding to the first scale 16 forms a part of the reading sensor 14 and is movable relative to the first scale 16. The first photodetection unit 20 receives the light reflected from the first light emitting unit (first light emitting means) 24 for irradiating the first scale 16 with light, and converts the light reflected from the first scale 16 into an electric signal for output. A first light receiving unit (first light receiving means) 26 for the purpose is provided. The first light emitting unit 24 can be composed of, for example, a light emitting diode (LED) array, but other light sources, for example, a semiconductor laser (LD) array may be used. In particular, here, the first light emitting unit 24 is configured to irradiate the light of red light toward the first scale 16. Therefore, the first light receiving unit 26 of the first light detecting unit 20 is configured to receive light and output an electric signal corresponding to the component of red light. The color of the light of the first light emitting unit 24 is not limited to red light.

第１受光部２６は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）アレイを含んで構成することができる。また、第１発光部２４を駆動するための回路と、第１受光部２６における第１スケール１６からの反射光を電気信号に変換して処理するための回路とが形成された電子部品、ここでは集積回路（ＩＣ）を第１光検出部２０が備えていてもよいし、このＩＣは第１光検出部２０とは別体として存在してもよい。 The first light receiving unit 26 can be configured to include, for example, a photodiode (PD) array. Further, an electronic component in which a circuit for driving the first light emitting unit 24 and a circuit for converting the reflected light from the first scale 16 in the first light receiving unit 26 into an electric signal and processing the same are formed. The integrated circuit (IC) may be provided in the first light detection unit 20, or the IC may exist as a separate body from the first light detection unit 20.

一方で、第２スケール１８に対応する第２光検出部２２は、第２スケール１８に対して相対的に移動可能である点では、第１スケール１６に対応する第１光検出部２０と同じであるが、発光部（発光手段）を備えずに、第２受光手段としての第２受光部２８を有する。これは、前述の記載から理解できるように、第２スケール１８が、第２発光手段としての有機ＥＬ素子１８ａを有するからである。なお、第２発光手段には、有機ＥＬ素子１８ａの他に、第１電極層１８ｕ及び第２電極層１８ｖが含まれてもよい。第２スケール１８のうちの有機ＥＬ素子１８ａは、自己発光体であり、ここでは青色光を発するように構成されている。したがって、第２光検出部２２の第２受光部２８は、第２スケール１８からの光を受光し電気信号に変換し、特に青色光の成分に応じた電気信号を出力するように構成されている。 On the other hand, the second photodetector 22 corresponding to the second scale 18 is the same as the first photodetector 20 corresponding to the first scale 16 in that it can move relative to the second scale 18. However, it does not have a light emitting unit (light emitting means) but has a second light receiving unit 28 as a second light receiving means. This is because, as can be understood from the above description, the second scale 18 has the organic EL element 18a as the second light emitting means. The second light emitting means may include a first electrode layer 18u and a second electrode layer 18v in addition to the organic EL element 18a. The organic EL element 18a of the second scale 18 is a self-luminous body, and is configured to emit blue light here. Therefore, the second light receiving unit 28 of the second photodetection unit 22 is configured to receive the light from the second scale 18 and convert it into an electric signal, and to output an electric signal particularly corresponding to the component of blue light. There is.

第２光検出部２２の第２受光部２８が第２スケール１８からの光を電気信号に変換して処理するための回路は、ここでは、第１光検出部２０と一体的に読取センサ１４に備えられ、それらは１つの電子部品として構成されている。一方で、第２発光手段としての第２スケール１８の有機ＥＬ素子１８ａの発光を制御するための回路を含む電子部品３０は、読取センサ１４とは別体として構成されている。しかし、読取センサ１４及び電子部品３０は一体化されてもよい。 Here, the circuit for the second light receiving unit 28 of the second photodetector 22 to convert the light from the second scale 18 into an electric signal and process it is the reading sensor 14 integrally with the first photodetector 20. They are configured as one electronic component. On the other hand, the electronic component 30 including the circuit for controlling the light emission of the organic EL element 18a of the second scale 18 as the second light emitting means is configured as a separate body from the reading sensor 14. However, the reading sensor 14 and the electronic component 30 may be integrated.

ここで、第１スケール１６と第１光検出部２０とでのＸ軸方向での変位検出を図２、図５及び図６に基づいて説明する。なお、第２スケール１８と第２光検出部２２とでのＹ軸方向での変位検出は、第１スケール１６と第１光検出部２０とでのＸ軸方向の変位検出と、発光手段の配置の点で違いがあるが、受光手段での処理は概ね同じである。したがって、第２スケール１８と第２光検出部２２とでのＹ軸方向での変位検出については、その詳細な説明を省略する。なお、以下に説明する一軸についての変位検出の説明は、主として特許文献２に基づく。 Here, the displacement detection in the X-axis direction between the first scale 16 and the first photodetector 20 will be described with reference to FIGS. 2, 5 and 6. Displacement detection in the Y-axis direction by the second scale 18 and the second photodetector 22 includes displacement detection in the X-axis direction by the first scale 16 and the first photodetector 20, and light emitting means. Although there are differences in the arrangement, the processing by the light receiving means is almost the same. Therefore, detailed description of the displacement detection in the Y-axis direction between the second scale 18 and the second photodetector 22 will be omitted. The description of displacement detection for one axis described below is mainly based on Patent Document 2.

第１受光部２６について説明する。第１受光部２６は、第１発光部２４から第２スケール１８を透過しつつ第１スケール１６に照射され、それの光反射部１６ａで反射されて、再度第２スケール１８を通過しつつ第１受光部２６側に戻った光を受光するためのＰＤアレイを含んで構成される。図５を参照して詳細に説明する。図５は、第１受光部２６を説明する説明図である。図５に示すように、第１発光部２４から照射され第１スケール１６で反射した光は、第１受光部２６表面において明部４０と暗部４２の縞模様を形成する。明部４０は、光反射部１６ａで反射された光に対応する部分であり、暗部４２は、光透過部１６ｂに対応する部分であり、光が反射されないために暗くなっている。 The first light receiving unit 26 will be described. The first light receiving unit 26 irradiates the first scale 16 from the first light emitting unit 24 while passing through the second scale 18, is reflected by the light reflecting unit 16a thereof, and passes through the second scale 18 again. 1 It is configured to include a PD array for receiving light returned to the light receiving unit 26 side. This will be described in detail with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the first light receiving unit 26. As shown in FIG. 5, the light emitted from the first light emitting unit 24 and reflected by the first scale 16 forms a striped pattern of the bright portion 40 and the dark portion 42 on the surface of the first light receiving unit 26. The bright portion 40 is a portion corresponding to the light reflected by the light reflecting portion 16a, and the dark portion 42 is a portion corresponding to the light transmitting portion 16b, and is dark because the light is not reflected.

第１受光部２６を構成するＰＤアレイは、４つのＰＤ素子ＰＤ１（記号４４）、ＰＤ２（記号４６）、ＰＤ３（記号４８）、ＰＤ４（記号５０）を一組とするＰＤのセットが、複数セット存在して構成される。ここでは、１つの明部４０と１つの暗部４２との組を４つのＰＤ素子ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４で受光する。よって、明部４０と暗部４２とを合わせたサイズが、４つのＰＤ素子ＰＤ１～ＰＤ４を合わせたサイズと同じであることが望ましい。 The PD array constituting the first light receiving unit 26 includes a plurality of PD sets including four PD elements PD1 (symbol 44), PD2 (symbol 46), PD3 (symbol 48), and PD4 (symbol 50). It consists of a set. Here, the pair of one bright portion 40 and one dark portion 42 is received by four PD elements PD1, PD2, PD3, and PD4. Therefore, it is desirable that the combined size of the bright portion 40 and the dark portion 42 is the same as the combined size of the four PD elements PD1 to PD4.

このとき、４つの各ＰＤ素子は、ＰＤ１～ＰＤ４にかけてそれぞれ位相が１／４ずつずれた電気信号を出力し、複数のＰＤ素子のセットの各ＰＤは、ＰＤ１～ＰＤ４それぞれ同じ電気信号を出力する。つまり、各ＰＤ素子のセットの各ＰＤ１同士は同じ信号を出力し、各ＰＤ２同士は同じ信号を出力する。これは、ＰＤ３もＰＤ４も同様である。 At this time, each of the four PD elements outputs an electric signal whose phase is shifted by 1/4 from PD1 to PD4, and each PD of a set of a plurality of PD elements outputs the same electric signal for each of PD1 to PD4. .. That is, each PD1 of each set of PD elements outputs the same signal, and each PD2 outputs the same signal. This is the same for PD3 and PD4.

ＰＤ１～ＰＤ４にかけて位相が１／４ずつずれた電気信号を出力するので、ＰＤ１とＰＤ３は、互いに１／２即ち１８０度位相がずれた電気信号を出力し、ＰＤ２とＰＤ４も同様に互いに１８０度位相がずれた電気信号を出力する。このため、各ＰＤ素子のセットのＰＤ１同士、ＰＤ２同士、ＰＤ３同士、ＰＤ４同士が接続されて電気信号が出力される。更に、位相が１８０度異なるＰＤ１とＰＤ３の電気信号の差分をとってＡとし、ＰＤ２とＰＤ４の電気信号の差分をとってＢとして出力することができる。これにより、電気信号Ａと電気信号Ｂとは、位相が１／４つまり９０度ずれた信号になる。 Since PD1 and PD3 output electrical signals that are out of phase by 1/4 from PD1 to PD4, PD1 and PD3 output electrical signals that are 1/2, that is, 180 degrees out of phase with each other, and PD2 and PD4 are also 180 degrees out of phase with each other. Outputs an electrical signal that is out of phase. Therefore, PD1s, PD2s, PD3s, and PD4s of each set of PD elements are connected to each other and an electric signal is output. Further, the difference between the electric signals of PD1 and PD3 having a phase difference of 180 degrees can be taken as A, and the difference between the electric signals of PD2 and PD4 can be taken and output as B. As a result, the electric signal A and the electric signal B become signals whose phases are 1/4, that is, 90 degrees out of phase.

ここで、図６を参照して更に説明する。図６は、ＰＤ１～ＰＤ４の出力電気信号と、電気信号Ａ、Ｂを表す説明図である。図６に示すように、ＰＤ１～ＰＤ４の各出力電気信号の波形である波形５２～波形５８は、１／４つまり９０度ずつ位相がずれている。つまり、ＰＤ１の波形５２とＰＤ３の波形５４とは、１８０度位相がずれており、ＰＤ２の波形５６とＰＤ４の波形５８も１８０度位相がずれている。１８０度位相がずれているＰＤ１とＰＤ３の電気信号の差分を取ることにより、別の言い方をすると、ＰＤ３の信号を反転させて合成することにより電気信号Ａになる。同様に１８０度位相がずれているＰＤ２とＰＤ４の電気信号の差分を取ることにより電気信号Ｂになる。この電気信号Ａまたは電気信号Ｂのパルス数をカウントすることにより、第１スケール１６の光透過部１６ｂと光反射部１６ａの組がいくつ移動したかを知ることができる。よって、カウントしたパルス数に第１スケール１６の光反射部１６ａと光透過部１６ｂの１組の長さ（図５参照）を乗ずることにより、第１スケール１６が第１光検出部２０に対して相対的に動いた距離を求めることができる。 Here, it will be further described with reference to FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the output electric signals of PD1 to PD4 and the electric signals A and B. As shown in FIG. 6, the waveforms 52 to 58, which are the waveforms of the output electric signals of PD1 to PD4, are out of phase by 1/4, that is, by 90 degrees. That is, the waveform 52 of PD1 and the waveform 54 of PD3 are 180 degrees out of phase, and the waveform 56 of PD2 and the waveform 58 of PD4 are also 180 degrees out of phase. In other words, by taking the difference between the electrical signals of PD1 and PD3 that are 180 degrees out of phase, the signal of PD3 is inverted and combined to obtain the electrical signal A. Similarly, the electric signal B is obtained by taking the difference between the electric signals of PD2 and PD4 that are 180 degrees out of phase. By counting the number of pulses of the electric signal A or the electric signal B, it is possible to know how many pairs of the light transmitting portion 16b and the light reflecting portion 16a of the first scale 16 have moved. Therefore, by multiplying the counted number of pulses by the length of a set of the light reflecting portion 16a and the light transmitting portion 16b of the first scale 16 (see FIG. 5), the first scale 16 refers to the first light detection unit 20. It is possible to obtain the relative distance traveled.

第２光検出部２２の第２受光部２８においても、第２スケール１８から、特に有機ＥＬ素子１８ａから照射された光は、図５に示したような明部４０及び暗部４２の縞模様を形成する。一方で、第２受光部２８のＰＤアレイも、第１受光部２６と同様に、４つのＰＤ素子ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４を一組とするＰＤのセットが、複数セット存在して構成される。したがって、図５及び図６に基づいて上で説明したようにして、Ｙ軸方向の相対変位を検出することが可能になる。 Also in the second light receiving unit 28 of the second photodetection unit 22, the light emitted from the second scale 18 in particular from the organic EL element 18a has a striped pattern of the bright part 40 and the dark part 42 as shown in FIG. Form. On the other hand, the PD array of the second light receiving unit 28 is also composed of a plurality of PD sets including the four PD elements PD1, PD2, PD3, and PD4 as a set, similarly to the first light receiving unit 26. To. Therefore, it becomes possible to detect the relative displacement in the Y-axis direction as described above based on FIGS. 5 and 6.

以上述べたように、本実施形態によれば、Ｙ軸方向に延びる縞模様の第１スケール１６とそれに対応する第１光検出部２０とでＸ軸方向の相対変位を検出することができる。また、Ｘ軸方向に延びる縞模様の第２スケール１８とそれに対応する第２光検出部２２とでＹ軸方向の相対変位を検出することができる。したがって、エンコーダ１０によれば、Ｘ軸及びＹ軸の２軸方向の変位検出が可能である。 As described above, according to the present embodiment, the relative displacement in the X-axis direction can be detected by the first scale 16 having a striped pattern extending in the Y-axis direction and the corresponding first photodetector 20. Further, the relative displacement in the Y-axis direction can be detected by the second scale 18 having a striped pattern extending in the X-axis direction and the corresponding second photodetector 22. Therefore, according to the encoder 10, it is possible to detect the displacement of the X-axis and the Y-axis in the biaxial directions.

更に、エンコーダ１０では、第２スケール１８が自己発光可能に構成されていて、かつ、光を透過可能に構成されている。したがって、第１スケール１６と第２スケール１８とが重ね合わされていて、第２スケール１８が第１スケール１６と第１光検出部２０との間に延在するにもかかわらず、Ｘ軸方向の変位検出中に、Ｙ軸方向の変位検出も可能になる。このように、第１スケール１６と第２スケール１８とを重ね合わせることができるので、エンコーダ１０は省スペース化に適する。 Further, in the encoder 10, the second scale 18 is configured to be capable of self-luminous emission and is configured to be capable of transmitting light. Therefore, although the first scale 16 and the second scale 18 are overlapped with each other and the second scale 18 extends between the first scale 16 and the first photodetector 20, in the X-axis direction. During displacement detection, displacement detection in the Y-axis direction is also possible. Since the first scale 16 and the second scale 18 can be superposed in this way, the encoder 10 is suitable for space saving.

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は種々の変更が可能である。本願の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、種々の置換、変更が可能である。 Although the typical embodiment of the present invention has been described above, the present invention can be modified in various ways. Various substitutions and modifications are possible without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the claims of the present application.

上記実施形態では、第２スケール１８は、第１発光手段からの光を透過可能に構成され、第１スケール１６と第１光検出部２０との間に延在するように設けられた。しかし、第１スケール１６を第２スケール１８と第１光検出部２０との間に延在するように設けてもよい。この場合、第２スケール１８からの光は、格子状の光となって、第１スケール１６の光透過部１６ｂを透過して第２光検出部２２に至る。この場合にも、第２スケールからの所定間隔のパターンの光を第２光検出部２２で実質的に読み取ることができ、よって、第２スケールを用いて相対的な変位（例えばＹ軸方向での相対変位）を検出することができる。 In the above embodiment, the second scale 18 is configured to be capable of transmitting light from the first light emitting means, and is provided so as to extend between the first scale 16 and the first photodetector 20. However, the first scale 16 may be provided so as to extend between the second scale 18 and the first photodetector 20. In this case, the light from the second scale 18 becomes grid-like light, passes through the light transmitting portion 16b of the first scale 16, and reaches the second photodetecting portion 22. Also in this case, the light of the pattern of the predetermined interval from the second scale can be substantially read by the second photodetector 22, and thus the relative displacement (for example, in the Y-axis direction) using the second scale. Relative displacement) can be detected.

また、上記実施形態では、エンコーダで検出可能な変位は、２軸としてＸＹ直交軸を有する平面での相対変位であった。しかし、２軸のうちの少なくとも１軸を（例えば原点周りの）曲線軸とすることで、本発明に係るエンコーダによれば、３次元変位又は立体角などの２軸変位も検出可能になる。つまり、第１スケールを湾曲形状に形成し、その第１スケールに重ねて、第２スケールを設けることができる。特に、有機ＥＬは可撓性を有して作製可能であるので、スケール１２を、特に第２スケール１８を曲線軸に適合したスケールとすることができる。 Further, in the above embodiment, the displacement that can be detected by the encoder is a relative displacement in a plane having XY orthogonal axes as two axes. However, by making at least one of the two axes a curved axis (for example, around the origin), the encoder according to the present invention can detect a two-axis displacement such as a three-dimensional displacement or a solid angle. That is, the first scale can be formed into a curved shape, and the second scale can be provided by superimposing the first scale on the first scale. In particular, since the organic EL can be manufactured with flexibility, the scale 12 can be a scale suitable for the curve axis, particularly the second scale 18.

例えば、上記実施形態では、第１発光部２４は第１光検出部２０に備えられた。しかし、第１発光部２４は第１光検出部２０とは別個にされてもよい。例えば、図２において、スケール１２を間に挟んで第１光検出部２０に対向する位置に第１発光部２４が設けられてもよい。この場合、図１のプローブ１においては、第１発光部２４はスタイラス保持部材５側に設けられ得る。そして、第１発光部２４からの光は、第１スケール１６の光透過部１６ｂを透過し、第１光検出部２０の第１受光手段２６に至ることができる。 For example, in the above embodiment, the first light emitting unit 24 is provided in the first light detecting unit 20. However, the first light emitting unit 24 may be separated from the first light detecting unit 20. For example, in FIG. 2, the first light emitting unit 24 may be provided at a position facing the first photodetecting unit 20 with the scale 12 in between. In this case, in the probe 1 of FIG. 1, the first light emitting unit 24 may be provided on the stylus holding member 5 side. Then, the light from the first light emitting unit 24 can pass through the light transmitting unit 16b of the first scale 16 and reach the first light receiving means 26 of the first light detecting unit 20.

上記実施形態では、第１発光部２４で赤色光を発し、第２発光手段としての有機ＥＬ素子１８ａで青色光を発するようにした。しかし、光の色又は波長はこれらに限定されない。第１発光手段と第２発光手段の光の色又は波長は、互いに干渉しないように選択されるとよい。 In the above embodiment, the first light emitting unit 24 emits red light, and the organic EL element 18a as the second light emitting means emits blue light. However, the color or wavelength of light is not limited to these. The colors or wavelengths of the light of the first light emitting means and the second light emitting means may be selected so as not to interfere with each other.

１プローブ、３ハウジング、５スタイラス保持部材、７ａ、７ｂばね部材、９ボール、１０エンコーダ、１２スケール、１４読取センサ、１６第１スケール、１６ａ光反射部、１６ｂ光透過部、１８第２スケール、１８ａ有機ＥＬ素子（第２発光手段）、１８ｂセパレータ、１８ｕ第１電極層、１８ｖ第２電極層、２０第１光検出部、２２第２光検出部、２４第１発光部（第１発光手段）、２６第１受光部（第１受光手段）、２８第２受光部（第２受光手段）、３０電子部品 1 probe, 3 housing, 5 stylus holding member, 7a, 7b spring member, 9 ball, 10 encoder, 12 scale, 14 reading sensor, 16 1st scale, 16a light reflecting part, 16b light transmitting part, 18 2nd scale, 18a organic EL element (second light emitting means), 18b separator, 18u first electrode layer, 18v second electrode layer, 20 first photodetector, 22 second light detection unit, 24 first light emitting unit (first light emitting means) ), 26 First light receiving unit (first light receiving means), 28 Second light receiving unit (second light receiving means), 30 Electronic components

Claims

光反射部と光透過部とが交互に連続して配置された第１スケールと、
前記第１スケールに対して相対的に移動可能な第１光検出部であって、前記第１スケールに光を照射するための第１発光手段からの光の照射に起因して前記第１スケールの前記光反射部で反射して戻った光、または、前記第１スケールを透過した光を受光し電気信号に変換して出力する第１受光手段を備える、第１光検出部と、
前記第１スケールに重ね合わせられて所定間隔の縞模様パターンの発光が可能な第２発光手段を備える第２スケールであって、前記縞模様パターンは、発光の有無に関わらず、前記第１発光手段からの光を透過可能に構成され、且つ、前記第１スケールの前記光反射部及び前記光透過部と交差する方向に延びる、第２スケールと、
前記第２スケールに対して相対的に移動可能な第２光検出部であって、前記第２スケールからの光を受光し電気信号に変換して出力する第２受光手段を備える、第２光検出部と
を備える、エンコーダ。 The first scale in which the light reflecting part and the light transmitting part are alternately and continuously arranged, and
The first light detection unit that is relatively movable with respect to the first scale, and is due to the irradiation of light from the first light emitting means for irradiating the first scale with light. A first light detecting unit comprising a first light receiving means that receives light reflected by the light reflecting unit and returned, or light transmitted through the first scale, converts it into an electric signal, and outputs the light.
It is a second scale provided with a second light emitting means capable of emitting light of a striped pattern pattern superimposed on the first scale at predetermined intervals, and the striped pattern is the first light emission regardless of the presence or absence of light emission. A second scale that is configured to allow light from the means to pass through and extends in a direction intersecting the light reflecting portion and the light transmitting portion of the first scale.
A second photodetector that is relatively movable with respect to the second scale and includes a second photodetecting means that receives light from the second scale, converts it into an electric signal, and outputs it. An encoder with a detector.

前記縞模様パターンは、有機ＥＬ素子により構成される、請求項１に記載のエンコーダ。The encoder according to claim 1, wherein the striped pattern is composed of an organic EL element.

前記第２スケールは、
前記第１スケールと前記第１光検出部との間に延在する、
請求項１又は２に記載のエンコーダ。 The second scale is
Extending between the first scale and the first photodetector,
The encoder according to claim 1 or 2 .

前記第１スケールは、前記第２スケールと前記第１光検出部との間に延在する、
請求項１に記載のエンコーダ。 The first scale extends between the second scale and the first photodetector.
The encoder according to claim 1.

前記第２発光手段は、前記第１スケールの前記光反射部及び前記光透過部と直交する方向に延びる前記縞模様パターンの発光を行うことが可能に構成されている、
請求項１から４のいずれか一項に記載のエンコーダ。 The second light emitting means is configured to be capable of emitting light of the striped pattern extending in a direction orthogonal to the light reflecting portion and the light transmitting portion of the first scale.
The encoder according to any one of claims 1 to 4 .