JPH0810145B2 - 光学式エンコーダ及びその光学スケール - Google Patents
光学式エンコーダ及びその光学スケールInfo
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- JPH0810145B2 JPH0810145B2 JP1195576A JP19557689A JPH0810145B2 JP H0810145 B2 JPH0810145 B2 JP H0810145B2 JP 1195576 A JP1195576 A JP 1195576A JP 19557689 A JP19557689 A JP 19557689A JP H0810145 B2 JPH0810145 B2 JP H0810145B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば旋盤，フライス盤等の工作機械や、
半導体製造装置の位置計測に利用することができる光学
式エンコーダ及びその光学スケールに関する。
半導体製造装置の位置計測に利用することができる光学
式エンコーダ及びその光学スケールに関する。
（従来の技術） 第９図は、従来の光学式アブソリュート型エンコーダ
の光学系の一例を示す斜視構造図であり、測定光Laを発
する、例えばLED（Light Emitting Diode）やランプ等
の発光素子11と、発光素子11によって照射された測定光
Laを平行Lbにするコリメータレンズ12と、コリメータレ
ンズ12を透過して来た平行光Lbを透過させる部分（以
下、透過部という）13A及び透過させない部分（以下、
非透過部という）13Bが所定の長さ（以下、格子ピッチ
という）で繰返されている格子トラックt1,t2,……,tn
が表面にｎ本（ｎは整数）平行に並設されている第１ス
ケール13と、透過部13Aを透過して来た光（図示せず）
を透過させる透過窓14A1,14A2,……,14Anが第１スケー
ル13の各格子トラックt1,t2,……,tnに対応して設けら
れている第２スケール14と、第２スケール14の各透過窓
14A1,14A2,……,14Anに対応して設けられ、各透過窓14A
1,14A2,……,14Anを透過して来た光Lc1,Lc2,……,Lcnの
強度に応じた電気信号に変換する光電変換素子15−1,15
−2,……,15−ｎとで構成されている。
の光学系の一例を示す斜視構造図であり、測定光Laを発
する、例えばLED（Light Emitting Diode）やランプ等
の発光素子11と、発光素子11によって照射された測定光
Laを平行Lbにするコリメータレンズ12と、コリメータレ
ンズ12を透過して来た平行光Lbを透過させる部分（以
下、透過部という）13A及び透過させない部分（以下、
非透過部という）13Bが所定の長さ（以下、格子ピッチ
という）で繰返されている格子トラックt1,t2,……,tn
が表面にｎ本（ｎは整数）平行に並設されている第１ス
ケール13と、透過部13Aを透過して来た光（図示せず）
を透過させる透過窓14A1,14A2,……,14Anが第１スケー
ル13の各格子トラックt1,t2,……,tnに対応して設けら
れている第２スケール14と、第２スケール14の各透過窓
14A1,14A2,……,14Anに対応して設けられ、各透過窓14A
1,14A2,……,14Anを透過して来た光Lc1,Lc2,……,Lcnの
強度に応じた電気信号に変換する光電変換素子15−1,15
−2,……,15−ｎとで構成されている。
このような構成の光学式アブソリュート型エンコーダ
の光学系10に用いられる第１スケール13には、第10図に
示すような隣り合った格子トラックt1,t2,及びt2,t3及
び……tn-1,tnの格子ピッチP1,P2,P3,……,Pn-1,Pnが互
いに1:2の関係になっている交番２進符号（グレイコー
ド）が設けられている。従って、この第１スケール13の
各格子トラックt1,t2,t3,……,tn-1,tnの透過部13A、及
び第１スケール13の各格子トラックt1,t2,t3,……,
tn-1,tnに対応した第２スケール14の各透過窓14A1,14
A2,14A3,……,14An-1,14Anを透過して、各透過窓14A1,1
4A2,14A3,……,14An-1,14Anに対応した各光電変換素子1
5−1,15−2,15−3,……,15−ｎ−1,15−ｎに入射する光
Lc1,Lc2,Lc3,……,Lcn-1,Lcnの強度が、第１スケール13
の長手方向の移動（図示矢印ｘ）に伴ってそれぞれ周期
的に変化するので、この変化に応じて各光電変換素子15
−1,15−2,15−3,……,15−ｎ−1,15−ｎで変換される
各電気信号もそれぞれ周期的に変化する。第11図は、横
軸に第１スケール13の長手方向の移動変位量mlを、縦軸
に各光電変換素子15−1,15−2,15−3,……,15−ｎ−1,1
5−ｎで変換された電気信号S1,S2,S3,……,Sn-1,Snを示
すもので、各電気信号S1,S2,S3,……,Sn-1,Snがそれぞ
れ周期的に変化していることがわかる。そして、これら
電気信号S1,S2,S3,……,Sn-1,Snは、第12図の光学式ア
ブソリュート型エンコーダのブロック図に示すようにそ
れぞれコンパレータ20によってデジタル化d1,d2,d3,…
…,dn-1,dnされ、さらにデコーダ30によって交番２進符
合から純２進符合やBCD符合等の所望の形式の絶対位置
データＤに変換される。
の光学系10に用いられる第１スケール13には、第10図に
示すような隣り合った格子トラックt1,t2,及びt2,t3及
び……tn-1,tnの格子ピッチP1,P2,P3,……,Pn-1,Pnが互
いに1:2の関係になっている交番２進符号（グレイコー
ド）が設けられている。従って、この第１スケール13の
各格子トラックt1,t2,t3,……,tn-1,tnの透過部13A、及
び第１スケール13の各格子トラックt1,t2,t3,……,
tn-1,tnに対応した第２スケール14の各透過窓14A1,14
A2,14A3,……,14An-1,14Anを透過して、各透過窓14A1,1
4A2,14A3,……,14An-1,14Anに対応した各光電変換素子1
5−1,15−2,15−3,……,15−ｎ−1,15−ｎに入射する光
Lc1,Lc2,Lc3,……,Lcn-1,Lcnの強度が、第１スケール13
の長手方向の移動（図示矢印ｘ）に伴ってそれぞれ周期
的に変化するので、この変化に応じて各光電変換素子15
−1,15−2,15−3,……,15−ｎ−1,15−ｎで変換される
各電気信号もそれぞれ周期的に変化する。第11図は、横
軸に第１スケール13の長手方向の移動変位量mlを、縦軸
に各光電変換素子15−1,15−2,15−3,……,15−ｎ−1,1
5−ｎで変換された電気信号S1,S2,S3,……,Sn-1,Snを示
すもので、各電気信号S1,S2,S3,……,Sn-1,Snがそれぞ
れ周期的に変化していることがわかる。そして、これら
電気信号S1,S2,S3,……,Sn-1,Snは、第12図の光学式ア
ブソリュート型エンコーダのブロック図に示すようにそ
れぞれコンパレータ20によってデジタル化d1,d2,d3,…
…,dn-1,dnされ、さらにデコーダ30によって交番２進符
合から純２進符合やBCD符合等の所望の形式の絶対位置
データＤに変換される。
（発明が解決しようとする課題） 位置計測に利用される光学式アブソリュート型エンコ
ーダは、その位置検出分解能を高めてより微小な変位量
を検出可能にすること、及び同時により長いストローク
にわたってその絶対位置を検出可能にすることが求めら
れている。しかし、上述したような光学式アブソリュー
ト型エンコーダにおいては、最小位置検出分解能は最小
分割された格子トラックtnにおける格子ピッチPnと同程
度であり、絶対位置検出ストローク長は最大分割された
格子トラックt1における格子ピッチP1と同程度であるの
で、位置検出分解能を高め、かつ絶対位置検出ストロー
ク長を長くしようとすると、格子トラック数ｎが増加し
て光学式アブソリュート型エンコーダが大型化したり、
その部品である光電変換素子，コンパレータ等の数が増
加してしまうという欠点があった。
ーダは、その位置検出分解能を高めてより微小な変位量
を検出可能にすること、及び同時により長いストローク
にわたってその絶対位置を検出可能にすることが求めら
れている。しかし、上述したような光学式アブソリュー
ト型エンコーダにおいては、最小位置検出分解能は最小
分割された格子トラックtnにおける格子ピッチPnと同程
度であり、絶対位置検出ストローク長は最大分割された
格子トラックt1における格子ピッチP1と同程度であるの
で、位置検出分解能を高め、かつ絶対位置検出ストロー
ク長を長くしようとすると、格子トラック数ｎが増加し
て光学式アブソリュート型エンコーダが大型化したり、
その部品である光電変換素子，コンパレータ等の数が増
加してしまうという欠点があった。
本発明は上述のような事情からなされたものであり、
本発明の目的は、位置検出分解能が高く、かつ絶対位置
検出ストローク長が長い小型の光学式エンコーダ及びそ
の光学スケールを提供することにある。
本発明の目的は、位置検出分解能が高く、かつ絶対位置
検出ストローク長が長い小型の光学式エンコーダ及びそ
の光学スケールを提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、例えば、旋盤、フライス盤等の工作機械
や、半導体製造装置の位置計測に利用される光学式エン
コーダ及びその光学スケールに関するものであり、本発
明の上記目的は、光学式エンコーダにおいては、 回折格子から成る格子窓が長手方向に所定の間隔をお
いて配置されており、個々の格子窓で生じる回折光が、
他の格子窓とは異なった固有の回折角度、もしくは回折
方向、また回折強度分布を有するようになっている光学
スケールと、可干渉性を有する平行光を発し、その光束
内に１つ以上の前記格子窓を含む光源装置と、前記格子
窓にて回折された回折光を受光し、各回折光の光点位置
を検出して電気信号に変化する光点位置検出装置と、前
記電気信号により前記光学スケールの位置データを求め
て出力する読取装置とを備えることによって、または、
回折格子から成る格子窓を２つ以上含んだ格子窓群が長
手方向に配置されており、個々の格子窓群内の各格子窓
で生じる回折光の組合わせが、 他の格子窓群内の各格子窓で生じる回折光の組合せと
は異なった固有の回折角度、もしくは回折方向、または
回折強度分布の組合せとなっている光学スケールと、可
干渉性を有する平行光を発し、その光束内に１つ以上の
前記格子窓群を含む光源装置と、前記格子窓群にて回折
された回折光を受光し、各回折光の光点位置を検出して
電気信号に変換する光点位置検出装置と、前記電気信号
により前記光学スケールの位置データを求めて出力する
読取装置とを備えることによって達成される。
や、半導体製造装置の位置計測に利用される光学式エン
コーダ及びその光学スケールに関するものであり、本発
明の上記目的は、光学式エンコーダにおいては、 回折格子から成る格子窓が長手方向に所定の間隔をお
いて配置されており、個々の格子窓で生じる回折光が、
他の格子窓とは異なった固有の回折角度、もしくは回折
方向、また回折強度分布を有するようになっている光学
スケールと、可干渉性を有する平行光を発し、その光束
内に１つ以上の前記格子窓を含む光源装置と、前記格子
窓にて回折された回折光を受光し、各回折光の光点位置
を検出して電気信号に変化する光点位置検出装置と、前
記電気信号により前記光学スケールの位置データを求め
て出力する読取装置とを備えることによって、または、
回折格子から成る格子窓を２つ以上含んだ格子窓群が長
手方向に配置されており、個々の格子窓群内の各格子窓
で生じる回折光の組合わせが、 他の格子窓群内の各格子窓で生じる回折光の組合せと
は異なった固有の回折角度、もしくは回折方向、または
回折強度分布の組合せとなっている光学スケールと、可
干渉性を有する平行光を発し、その光束内に１つ以上の
前記格子窓群を含む光源装置と、前記格子窓群にて回折
された回折光を受光し、各回折光の光点位置を検出して
電気信号に変換する光点位置検出装置と、前記電気信号
により前記光学スケールの位置データを求めて出力する
読取装置とを備えることによって達成される。
また、移動体の変位の検出等に使用される光学スケー
ルにおいては、回折格子から成る格子窓が長手方向に所
定の間隔をおいて配置されると共に、個々の格子窓で生
じる回折光が、他の格子窓とは異なった固有の回折角
度、もしくは回折方向、または回折強度分布を有するよ
うに配設されている、または、回折格子から成る格子窓
を２つ以上含んだ格子窓群が長手方向に配置されると共
に、個々の格子窓群内の各格子窓で生じる回折光の組合
せが、他の格子窓群内の各格子窓で生じる回折光の組合
せとは異なった固有の回折角度、もしくは回折方向、ま
たは回折強度分布の組合せとなるように配設されること
によって達成される。
ルにおいては、回折格子から成る格子窓が長手方向に所
定の間隔をおいて配置されると共に、個々の格子窓で生
じる回折光が、他の格子窓とは異なった固有の回折角
度、もしくは回折方向、または回折強度分布を有するよ
うに配設されている、または、回折格子から成る格子窓
を２つ以上含んだ格子窓群が長手方向に配置されると共
に、個々の格子窓群内の各格子窓で生じる回折光の組合
せが、他の格子窓群内の各格子窓で生じる回折光の組合
せとは異なった固有の回折角度、もしくは回折方向、ま
たは回折強度分布の組合せとなるように配設されること
によって達成される。
（作用） 本発明の光学式エンコーダ及びその光学スケールは、
格子窓の変位により回折光の位置が移動することと、格
子窓での回折の仕方により格子窓を特定することができ
ることとを利用したものであり、長ストロークにわたっ
て分解能の高い位置データを正確に得ることができる。
格子窓の変位により回折光の位置が移動することと、格
子窓での回折の仕方により格子窓を特定することができ
ることとを利用したものであり、長ストロークにわたっ
て分解能の高い位置データを正確に得ることができる。
（実施例） 第１図は本発明の光学式アブソリュート型エンコーダ
の光学系の一例を示す斜視構造図であり、可干渉性の測
定光LIを発する、例えばLD（Laser Diode）等の発光素
子301と、この発光素子301によって照射された測定光LI
を平行光LJにするコリメータレンズ302と、このコリメ
ータレンズ302で平行にされた平行光LJを部分的に透過
させて所定幅の光束LKにするスリット303と、回折格子
を有する格子窓Ｔが一定間隔Ｗで配置され、各回折各子
は光の透過部，非透過部の比及び格子線方向が同一であ
ってピッチが異なり、スリット303からの光束LKを回折
する長形状のスケール304と、このスケール304の格子窓
Ｔで回折された複数の回折光をそれぞれ集光するシリン
ドリカルレンズ305と、このシリンドリカルレンズ305か
らの各回折光LL0,LL±1,……,LL±n,……の光点LP0,LP
±1,……,LP±n,……の位置を検出して電気信号に変換
する、例えばイメージセンサ等の光点位置検出素子306
とで構成されている。なお、直線上に固定して配設され
ている発光素子301,コリメータレンズ302,スリット303,
シリンドリカルレンズ305はスケール304に対して相対的
に移動できればよいが、この例ではスケール304が長手
方向（図示矢印Ｘ）に直線的に移動するようになってい
る。
の光学系の一例を示す斜視構造図であり、可干渉性の測
定光LIを発する、例えばLD（Laser Diode）等の発光素
子301と、この発光素子301によって照射された測定光LI
を平行光LJにするコリメータレンズ302と、このコリメ
ータレンズ302で平行にされた平行光LJを部分的に透過
させて所定幅の光束LKにするスリット303と、回折格子
を有する格子窓Ｔが一定間隔Ｗで配置され、各回折各子
は光の透過部，非透過部の比及び格子線方向が同一であ
ってピッチが異なり、スリット303からの光束LKを回折
する長形状のスケール304と、このスケール304の格子窓
Ｔで回折された複数の回折光をそれぞれ集光するシリン
ドリカルレンズ305と、このシリンドリカルレンズ305か
らの各回折光LL0,LL±1,……,LL±n,……の光点LP0,LP
±1,……,LP±n,……の位置を検出して電気信号に変換
する、例えばイメージセンサ等の光点位置検出素子306
とで構成されている。なお、直線上に固定して配設され
ている発光素子301,コリメータレンズ302,スリット303,
シリンドリカルレンズ305はスケール304に対して相対的
に移動できればよいが、この例ではスケール304が長手
方向（図示矢印Ｘ）に直線的に移動するようになってい
る。
このような構成の光学式アブソリュート型エンコーダ
の光学系300において、シリンドリカルレンズ305からの
各回折光LL0,LL±1,……LL±ｎ……のうち０次回折光LL
0と正負のｎ次回折光LL±ｎとがなす角（以下、回折角
という）±θｎは、スケール304の格子窓Ｔの回折格子
のピッチPPとスリット303からの光束LKの波長λとによ
り次式（１）で表わされる。
の光学系300において、シリンドリカルレンズ305からの
各回折光LL0,LL±1,……LL±ｎ……のうち０次回折光LL
0と正負のｎ次回折光LL±ｎとがなす角（以下、回折角
という）±θｎは、スケール304の格子窓Ｔの回折格子
のピッチPPとスリット303からの光束LKの波長λとによ
り次式（１）で表わされる。
±θｎ＝±sin-1（ｎλ/PP） ……（１） そして、正負のｎ次回折光の光点位置検出素子306上
の光点LP＋n,LP-nは、スケール304と光点位置検出素子3
06との距離をSSとする次式（２）で表わされる距離ddn
を隔てて位置する。
の光点LP＋n,LP-nは、スケール304と光点位置検出素子3
06との距離をSSとする次式（２）で表わされる距離ddn
を隔てて位置する。
ddn＝2SStan（sin-1（ｎλ/PP）） ……（２） 例えば第２図に示すように、スケール304が同図示左
方に移動してスリット303からの光束LKの照射範囲がａ
→ｂと変化した場合、光点位置検出素子306上の０次回
折光の光点LP1TO,LP2TO,LP3TOと１次回折光の光点LP1T
±1,LP2T±1,LP3T±１は同図示のようになり、各１次回
折光の光点間距離dd1T,dd2T,dd3Tは次式（３），
（４），（５）で表わされる。
方に移動してスリット303からの光束LKの照射範囲がａ
→ｂと変化した場合、光点位置検出素子306上の０次回
折光の光点LP1TO,LP2TO,LP3TOと１次回折光の光点LP1T
±1,LP2T±1,LP3T±１は同図示のようになり、各１次回
折光の光点間距離dd1T,dd2T,dd3Tは次式（３），
（４），（５）で表わされる。
dd1T＝2SStan（sin-1（λ/PP1T）） ……（３） dd2T＝2SStan（sin-1（λ/PP2T）） ……（４） dd3T＝2SStan（sin-1（λ/PP3T）） ……（５） 従って、光点位置検出素子306上の正負の１次回折光
の光点LPnT±１の位置からそれらの光点間距離ddnTを求
め、この光点間距離ddnTから回折格子のピッチPPnTを求
めてスケール304上の格子窓TnTを特定し、また光点位置
検出素子306上の０次回折光の光点LPnT0の位置から格子
窓の間隔Ｗ内の絶対位置を求めることで、スケール304
上の絶対位置データを求めることができる。
の光点LPnT±１の位置からそれらの光点間距離ddnTを求
め、この光点間距離ddnTから回折格子のピッチPPnTを求
めてスケール304上の格子窓TnTを特定し、また光点位置
検出素子306上の０次回折光の光点LPnT0の位置から格子
窓の間隔Ｗ内の絶対位置を求めることで、スケール304
上の絶対位置データを求めることができる。
第３図は本発明の光学式アブソリュート型エンコーダ
の一例を示すブロック図であり、上述した光学系300と
第１変換部320,第２変換部330及び演算部340で成る読取
装置310とで構成されている。
の一例を示すブロック図であり、上述した光学系300と
第１変換部320,第２変換部330及び演算部340で成る読取
装置310とで構成されている。
回折判定部322は、光点位置検出素子306上の例えば１
次回折光の光点LPnT±１の位置を表わす第４図に示すよ
うな座標値（xnT+1,ynT+1），（xnT-1,ynT-1）を入力
し、次式（６）により光点間距離ddnTを求めて前式
（２）により回折格子のピッチPPnTを求める。
次回折光の光点LPnT±１の位置を表わす第４図に示すよ
うな座標値（xnT+1,ynT+1），（xnT-1,ynT-1）を入力
し、次式（６）により光点間距離ddnTを求めて前式
（２）により回折格子のピッチPPnTを求める。
記憶部321にはスケール304上の各格子窓T1T,T2T,…,T
nT,…の位置データPOSH1,POSH2,…,POSHn,…と回折格子
のピッチPP1T,PP2T,…,PPnT,…とが対応付けられて記憶
されており、照合部323は回折判定部322からの回折格子
のピッチPPnTに対応する格子窓TnTの位置データPOSHnを
記憶部321から読出して演算部340に送出する。
nT,…の位置データPOSH1,POSH2,…,POSHn,…と回折格子
のピッチPP1T,PP2T,…,PPnT,…とが対応付けられて記憶
されており、照合部323は回折判定部322からの回折格子
のピッチPPnTに対応する格子窓TnTの位置データPOSHnを
記憶部321から読出して演算部340に送出する。
一方、第２変換部330は、光点位置検出素子306上の０
次回折光の光点LPnTOの位置を表わす第４図に示すよう
な座標値（xnTO,ynTO）を入力し、スケール304上の格子
窓TnTの間隙Ｗ内の絶対位置POSLnを求めて演算部340に
送出する。なお、０次回折光の光点LPnTOの座標値（x
nTO,ynTO）の代りに、１次回折光の光点LPnT±１の中間
点の座標値（xnT+1−xnT-1）/2,（ynT+1−ynT-1）/2）
を用いて上記絶対位置POSLnを求めることも可能であ
る。
次回折光の光点LPnTOの位置を表わす第４図に示すよう
な座標値（xnTO,ynTO）を入力し、スケール304上の格子
窓TnTの間隙Ｗ内の絶対位置POSLnを求めて演算部340に
送出する。なお、０次回折光の光点LPnTOの座標値（x
nTO,ynTO）の代りに、１次回折光の光点LPnT±１の中間
点の座標値（xnT+1−xnT-1）/2,（ynT+1−ynT-1）/2）
を用いて上記絶対位置POSLnを求めることも可能であ
る。
上述した位置データPOSHn及び絶対位置POSLnはスケー
ル304の変位に対して第５図に示すように変化するの
で、演算部340は位置データPOSHnと絶対位置POSLnを加
算してスケール304上の絶対位置データPOSnを求めて出
力する。
ル304の変位に対して第５図に示すように変化するの
で、演算部340は位置データPOSHnと絶対位置POSLnを加
算してスケール304上の絶対位置データPOSnを求めて出
力する。
第６図は第１図に示す光学式アブソリュート型エンコ
ーダの光学系のスケール304に設けられる格子窓の別の
パターン例を示す図であり、回折格子を有する一対の格
子窓TnA,TnBが一定間隙WWで配置されており、各回折格
子は光の透過部、非透過部の比及び格子線方向が同一で
あってピッチが異なっている。このような構成によれば
格子窓の特定を格子窓の組合せ分増加させることができ
るので、スケール304を長尺化することができる。
ーダの光学系のスケール304に設けられる格子窓の別の
パターン例を示す図であり、回折格子を有する一対の格
子窓TnA,TnBが一定間隙WWで配置されており、各回折格
子は光の透過部、非透過部の比及び格子線方向が同一で
あってピッチが異なっている。このような構成によれば
格子窓の特定を格子窓の組合せ分増加させることができ
るので、スケール304を長尺化することができる。
このスケール304上の絶対位置データを求める読取装
置は第３図に示す読取装置310の第１変換部320を第７図
に示すように変更すればよい。すなわち、２つの回折判
定部322は、光点位置検出素子306上の例えば２つの１次
回折光の光点LPnA±１及びLPnB±１の位置を表わす座標
値（xnA+1,ynA+1），（xnA-1,ynA-1）及び（xnB+1,y
nB+1）（xnB-1,ynB-1）をそれぞれ入力し、求めた光点
間距離ddnA及びddnBにより回折格子のピッチPPnA及びPP
nBをそれぞれ求める。
置は第３図に示す読取装置310の第１変換部320を第７図
に示すように変更すればよい。すなわち、２つの回折判
定部322は、光点位置検出素子306上の例えば２つの１次
回折光の光点LPnA±１及びLPnB±１の位置を表わす座標
値（xnA+1,ynA+1），（xnA-1,ynA-1）及び（xnB+1,y
nB+1）（xnB-1,ynB-1）をそれぞれ入力し、求めた光点
間距離ddnA及びddnBにより回折格子のピッチPPnA及びPP
nBをそれぞれ求める。
組合せ判定部324は、各回折判定部322からのピッチPP
nA及びPPnBの組合せを判定し、その結果PPnABを照合部3
23に送出する。
nA及びPPnBの組合せを判定し、その結果PPnABを照合部3
23に送出する。
記憶部321にはスケール304上の一対の格子窓T1A,T1B;
T2A,T2B;…;TnA,TnB;…の位置データPOSH1,POSH2,…,P
OSHn,…と回折格子のピッチの組合せPP1AB,PP2AB,…,PP
nAB,…とが対応付けられて記憶されており、照合部323
は組合せ判定部324からの回折格子のピッチの組合せPP
nABに対応する格子窓TnA,TnBの位置データPOSHnを記憶
部321から読出して送出する。
T2A,T2B;…;TnA,TnB;…の位置データPOSH1,POSH2,…,P
OSHn,…と回折格子のピッチの組合せPP1AB,PP2AB,…,PP
nAB,…とが対応付けられて記憶されており、照合部323
は組合せ判定部324からの回折格子のピッチの組合せPP
nABに対応する格子窓TnA,TnBの位置データPOSHnを記憶
部321から読出して送出する。
なお、上述した各実施例においてはスケール304上の
格子窓の回折格子のピッチが格子窓毎に異なる場合を示
したが、透過部及び非透過部の比が格子窓毎に異なるス
ケールや、格子線方向が格子窓毎に異なるスケールを用
いてもスケール上の絶対位置データを得ることができ
る。すなわち、透過部及び非透過部の比を変えた場合
は、異なる次数の回折光の強度比が透過部及び非透過部
の比により変化することを利用するものであり、この原
理に基づく判定基準を回折判定部322が持つことで格子
窓を特定することができる。また、格子線方向を変えた
場合は、同次数の正負の回折光の光点位置が格子線方向
により移動（回転）することを利用するものであり、こ
の原理に基づく判定基準を回折判定部322が持つことで
格子窓を特定することができる。
格子窓の回折格子のピッチが格子窓毎に異なる場合を示
したが、透過部及び非透過部の比が格子窓毎に異なるス
ケールや、格子線方向が格子窓毎に異なるスケールを用
いてもスケール上の絶対位置データを得ることができ
る。すなわち、透過部及び非透過部の比を変えた場合
は、異なる次数の回折光の強度比が透過部及び非透過部
の比により変化することを利用するものであり、この原
理に基づく判定基準を回折判定部322が持つことで格子
窓を特定することができる。また、格子線方向を変えた
場合は、同次数の正負の回折光の光点位置が格子線方向
により移動（回転）することを利用するものであり、こ
の原理に基づく判定基準を回折判定部322が持つことで
格子窓を特定することができる。
また、例えば第２図示ｂ又は第６図示ｃのように光束
LKの照射範囲内に２組の格子窓が含まれる場合には、読
取装置310において各格子窓毎にスケール304上の絶対位
置データを求めて平均化するようにしてもよい。この平
均化処理を行なう際、各絶対位置データに重み付けを行
なえば格子窓の間隙Ｗ又はWWを周期とする誤差成分を低
減することができる。
LKの照射範囲内に２組の格子窓が含まれる場合には、読
取装置310において各格子窓毎にスケール304上の絶対位
置データを求めて平均化するようにしてもよい。この平
均化処理を行なう際、各絶対位置データに重み付けを行
なえば格子窓の間隙Ｗ又はWWを周期とする誤差成分を低
減することができる。
さらに、発光素子から照射された可干渉光をスケール
に透過させて回折光を得ているが、透過光と反射光とは
性質上差がないのでスケールで反射させて回折光を得る
ようにすることも可能である。反射式とした場合、発光
素子，コリメータレンズ，スリットとシリンドリカルレ
ンズ，光点位置検出素子とはスケールに対して同一側に
配設され、スケールは光反射部と光非反射部とで形成さ
れる。
に透過させて回折光を得ているが、透過光と反射光とは
性質上差がないのでスケールで反射させて回折光を得る
ようにすることも可能である。反射式とした場合、発光
素子，コリメータレンズ，スリットとシリンドリカルレ
ンズ，光点位置検出素子とはスケールに対して同一側に
配設され、スケールは光反射部と光非反射部とで形成さ
れる。
そして、第８図に示すようにスケールを円板307にし
て、その表面に本発明の格子窓Ｔを円環状に設け、円板
307の中心を回転軸にして回転されば、角度の検出をア
ブソリュートで行なうことも可能である。
て、その表面に本発明の格子窓Ｔを円環状に設け、円板
307の中心を回転軸にして回転されば、角度の検出をア
ブソリュートで行なうことも可能である。
（発明の効果） 以上のように本発明の光学式エンコーダによれば、従
来複数本の格子トラックが必要であった長ストロークの
絶対位置検出が直線状に配設された格子窓で可能となる
ので、部品が小さくなって光学式エンコーダを小型化す
ることができると共に、光学式エンコーダの製造コスト
ダウンや製品コストダウンを図ることができる。
来複数本の格子トラックが必要であった長ストロークの
絶対位置検出が直線状に配設された格子窓で可能となる
ので、部品が小さくなって光学式エンコーダを小型化す
ることができると共に、光学式エンコーダの製造コスト
ダウンや製品コストダウンを図ることができる。
第１図は本発明の光学式エンコーダの光学系の一例を示
す斜視構造図、第２図はその光学スケールの一例を示す
図、第３図はその読取装置の一例を示すブロック図、第
４図及び第５図はそれぞれ本発明の光学式エンコーダに
よる読取を説明する図、第６図は本発明の光学スケール
の別の一例を示す図、第７図はその読取装置の主要部を
示すブロック図、第８図は本発明の光学スケールのさら
に別の一例を示す図、第９図は従来の光学式エンコーダ
の光学系の一例を示す斜視構造図、第10図はその格子ト
ラックの一例を示す図、第11図はその電気信号の一例を
示す図、第12図はその読取装置の一例を示す図である。 10,300……光学式アブソリュート型エンコーダの光学
系、11,301……発光素子、12,302……コリメータレン
ズ、13,14,304,307……スケール、303……スリット、30
5……シリンドリカルレンズ、15……光電変換素子、20
……コンパレータ、30……デコーダ、306……光点位置
検出素子、310……読取装置、320……第１変換部、321
……記憶部、322……回折判定部、323……照合部、324
……組合せ判定部、330……第２変換部、340……演算
部。
す斜視構造図、第２図はその光学スケールの一例を示す
図、第３図はその読取装置の一例を示すブロック図、第
４図及び第５図はそれぞれ本発明の光学式エンコーダに
よる読取を説明する図、第６図は本発明の光学スケール
の別の一例を示す図、第７図はその読取装置の主要部を
示すブロック図、第８図は本発明の光学スケールのさら
に別の一例を示す図、第９図は従来の光学式エンコーダ
の光学系の一例を示す斜視構造図、第10図はその格子ト
ラックの一例を示す図、第11図はその電気信号の一例を
示す図、第12図はその読取装置の一例を示す図である。 10,300……光学式アブソリュート型エンコーダの光学
系、11,301……発光素子、12,302……コリメータレン
ズ、13,14,304,307……スケール、303……スリット、30
5……シリンドリカルレンズ、15……光電変換素子、20
……コンパレータ、30……デコーダ、306……光点位置
検出素子、310……読取装置、320……第１変換部、321
……記憶部、322……回折判定部、323……照合部、324
……組合せ判定部、330……第２変換部、340……演算
部。
Claims (5)
- 【請求項１】回折格子から成る格子窓が長手方向に所定
の間隔をおいて配置されており、個々の格子窓で生じる
回折光が、他の格子窓とは異なった固有の回折角度、も
しくは回折方向、または回折強度分布を有するようにな
っている光学スケールと、可干渉性を有する平行光を発
し、その光束内に１つ以上の前記格子窓を含む光源装置
と、前記格子窓にて回折された回折光を受光し、格回折
光の光点位置を検出して電気信号に変化する光点位置検
出装置と、前記電気信号により前記光学スケールの位置
データを求めて出力する読取装置とを備えてなることを
特徴とする光学式エンコーダ。 - 【請求項２】前記格子窓を構成する回折格子は、個々の
格子窓で生じる回折光が、他の格子窓とは異なった固有
の回折角度、もしくは回折方向、または回折強度分布を
有するように設けられており、前記読取装置が、前記光
点位置検出装置から出力される電気信号により１次以上
の同次数の正負の回折光の光点位置を読取ってこの回折
光を回折した前記格子窓を特定する第１の交換手段と、
前記光点位置検出装置から出力される電気信号により０
次の回折光の光点位置を読取って前記格子窓の間隔内で
の位置を求める第２の変換手段と、前記第１の変換手段
及び第２の変換手段からの出力により前記光学スケール
の位置データを求める演算手段とで成る請求項１に記載
の光学式エンコーダ。 - 【請求項３】回折格子から成る格子窓を２つ以上含んだ
格子窓群が長手方向に配置されており、個々の格子窓群
内の各格子窓で生じる回折光の組合わせが、 他の格子窓群内の各格子窓で生じる回折光の組合せとは
異なった固有の回折角度、もしくは回折方向、または回
折強度分布の組合せとなっている光学スケールと、可干
渉性を有する平行光を発し、その光束内に１つ以上の前
記格子窓群を含む光源装置と、前記格子窓群にて回折さ
れた回折光を受光し、各回折光を光点位置を検出して電
気信号に変換する光点位置検出装置と、前記電気信号に
より前記光学スケールの位置データを求めて出力する読
取装置とを備えてなることを特徴とする光学式エンコー
ダ。 - 【請求項４】移動体の変位の検出等に使用される光学ス
ケールにおいて、回折格子から成る格子窓が長手方向に
所定の間隔をおいて配置されると共に、個々の格子窓で
生じる回折光が、他の格子窓とは異なった固有の回折角
度、もしくは回折方向、または回折強度分布を有するよ
うに配設されていることを特徴とする光学スケール。 - 【請求項５】移動体の変位の検出等に使用される光学ス
ケールにおいて、回折格子から成る格子窓を２つ以上含
んだ格子窓群が長手方向に配置されると共に、個々の格
子窓群内の各格子窓で生じる回折光の組合せが、他の格
子窓群内の各格子窓で生じる回折光の組合せとは異なっ
た固有の回折角度、もしくは回折方向、または回折強度
分布の組合せとなるように配設されていることを特徴と
する光学スケール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1195576A JPH0810145B2 (ja) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | 光学式エンコーダ及びその光学スケール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1195576A JPH0810145B2 (ja) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | 光学式エンコーダ及びその光学スケール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0359417A JPH0359417A (ja) | 1991-03-14 |
| JPH0810145B2 true JPH0810145B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=16343431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1195576A Expired - Lifetime JPH0810145B2 (ja) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | 光学式エンコーダ及びその光学スケール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0810145B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013228331A (ja) * | 2012-04-26 | 2013-11-07 | Topcon Corp | 回転角検出装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11287671A (ja) | 1998-04-01 | 1999-10-19 | Fanuc Ltd | 光学式エンコーダ |
| JP4425078B2 (ja) * | 2004-07-12 | 2010-03-03 | 浜松ホトニクス株式会社 | エンコーダ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3417176C2 (de) * | 1984-05-09 | 1986-07-31 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut | Photoelektrische Meßeinrichtung |
-
1989
- 1989-07-28 JP JP1195576A patent/JPH0810145B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013228331A (ja) * | 2012-04-26 | 2013-11-07 | Topcon Corp | 回転角検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0359417A (ja) | 1991-03-14 |
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