JPS63136722A - Optical position detecting device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To attain high resolution and miniaturization by recording absolute angular position information to a signal recording band at the outer circumference of a rotary disk as the permutation and combination of random optical diffraction element groups, irradiating the information recording trains as a band form through a cylindrical lens and detecting a reflected signal string from the rotary disk altogether by means of an image sensor. CONSTITUTION:The absolute angular information pattern Pa is constituted by sets of random light diffraction elements Ga in place of diffraction grating elements G in a rotary disk 11 used for the absolute type optical rotary encoder. In using the disk 11 formed with the absolute angular position information pattern Pa constituted by the combination of the position of the random light diffraction elements Ga in this way, the diffracted light Ld is nearly scattered light. Since the diffracted light has almost no directivity, the quantity of the diffracted light being made incident in a photodetector 14 is much decreased and made incident to all photodetectors constituting the light receiving device 14 nearly uniformly. Thus, if a diffracted light is made incident, no adverse effect is given onto a detection signal and accurate angular detection is attained.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 この発明による位置検出装置がロータリイ・エンコーダ
の場合について述べると１回転板外周部の信号記録帯に
絶対角度位置情報をランダム光回折要素群の順列組合わ
せとして記録しておき、その情報記録列をシリンドリカ
ル・レンズを通して帯状に照射し、さらに回転板からの
反射信号光列を配列型受光素子またはイメージ・センサ
で一括検出することにより、高分解能、小型化を図った
。回折光は散乱光とみなせるからこれが検出能力に悪影
響を与えることはない。Detailed Description of the Invention Summary of the Invention In the case where the position detection device according to the present invention is a rotary encoder, absolute angular position information is recorded in a signal recording band on the outer periphery of a one-rotation plate as a permuted combination of a group of random optical diffraction elements. High resolution and miniaturization are achieved by recording the information, irradiating the information recording string in a strip shape through a cylindrical lens, and then detecting the reflected signal light string from the rotating plate all at once with an arrayed photodetector or image sensor. planned. Since the diffracted light can be regarded as scattered light, it does not adversely affect the detection ability.

発明の背景 技術分野 この発明は、光学式位置検出装置に関し、とくに絶対角
度を検出できるアブソリュート型の光学式ロータリイ・
エンコーダおよびリニア・エンコーダに好適に応用でき
る位置検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical position detection device, and in particular to an absolute type optical rotary device capable of detecting an absolute angle.
The present invention relates to a position detection device that can be suitably applied to encoders and linear encoders.

従来技術とその問題点 第１図は従来のアブソリュート型光学式ロータリイ・エ
ンコーダの構成の概要を示している。回転軸２に回転板
１がその中心で固定されている。Prior art and its problems FIG. 1 shows an outline of the configuration of a conventional absolute type optical rotary encoder. A rotating plate 1 is fixed to a rotating shaft 2 at its center.

回転板１には記録帯があり、この記録帯において絶対角
度位置情報パターンが設けられている。この情報パター
ンは光を透過させる部分（透光部）と遮断する部分（遮
光部）とからなる。たとえば、第１図の回転板１上に黒
く塗りつぶした部分が透孔であってこの部分を光が通過
できるものとする。絶対角度位置情報パターンは、一定
の角度範囲（ピッチＰ）ごとに設けられており、径方向
に配列された透光部と遮光部とから構成されている。こ
れらの透光部と遮光部の位置１組合せによって絶対角度
位置情報が表わされる。The rotary plate 1 has a recording band, and an absolute angular position information pattern is provided in this recording band. This information pattern consists of a portion that transmits light (light-transmitting portion) and a portion that blocks light (light-shielding portion). For example, it is assumed that the blacked-out area on the rotary plate 1 in FIG. 1 is a through hole through which light can pass. The absolute angular position information pattern is provided for each predetermined angular range (pitch P), and is composed of transparent parts and light shielding parts arranged in the radial direction. Absolute angular position information is expressed by one combination of the positions of these light-transmitting parts and light-blocking parts.

すなわち１回転板１の記録帯においてその内側から径方
向に第１トラツクから第８トラツクが円周状に設けられ
ていると考え、第１トラツクの情報を最上位桁（ＭＳＤ
）、第８トラツクの情報を最下位桁（ＬＳＤ）とすると
絶対角度位置情報は８ビツト・データで表わされる。こ
れらの各トラックに光を照射するために８個の発光素子
３が設けられており、各発光素子３からの光はスリット
板５のスリット５ａを通って回転板１に当る。他方９回
転板１を挟んで発光素子３と反対側には受光素子４が配
列されている。光が照射された場所が透光部であればそ
の光は透光部を通って対応する受光素子４に受光され、
遮光部の場合には対応する受光素子に光は到達しない。In other words, it is assumed that the first to eighth tracks are provided in a circumferential manner in the recording band of the one-rotation plate 1 in the radial direction from the inside, and the information on the first track is stored in the most significant digit (MSD).
), the information on the eighth track is the least significant digit (LSD), then the absolute angular position information is represented by 8-bit data. Eight light emitting elements 3 are provided to irradiate each of these tracks with light, and the light from each light emitting element 3 passes through a slit 5a of a slit plate 5 and hits the rotating plate 1. On the other hand, light receiving elements 4 are arranged on the opposite side of the light emitting element 3 with the nine-turn plate 1 in between. If the place where the light is irradiated is a transparent part, the light passes through the transparent part and is received by the corresponding light receiving element 4,
In the case of a light shielding part, light does not reach the corresponding light receiving element.

このことによって２回転板１の絶対角度位置を表わす８
ビツトのパラレル信号が受光素子４から得られる。This represents the absolute angular position of the two-rotation plate 1.
A bit parallel signal is obtained from the light receiving element 4.

このような従来のロタリイ・エンコーダにおいては、投
射光がスリット板５のスリット５ａおよび回転板１の透
光部（これはスリットと同じようなものである）を通っ
て受光素子４に達する構成となっているために、これら
のスリットの幅を狭くすると光の回折効果が生じ、受光
素子に光信号が得られなくなるという問題が生じる。ス
リットの幅の大きさに制限が加えられるということは、
上記のピッチＰを一定値以下に小さくすることができな
いことを意味するので高分解能が得られないという問題
がある。高分解能を得ようとすると回転板の径を大きく
せざるを得す、したがってエンコーダ全体が大型化する
。また２回転板は蒸着。In such a conventional rotary encoder, the projected light passes through the slit 5a of the slit plate 5 and the transparent part of the rotary plate 1 (which is similar to a slit) and reaches the light receiving element 4. Therefore, if the width of these slits is narrowed, a light diffraction effect occurs, causing a problem in that an optical signal cannot be obtained at the light receiving element. This means that there are restrictions on the width of the slit.
This means that the pitch P cannot be reduced below a certain value, so there is a problem that high resolution cannot be obtained. In order to obtain high resolution, it is necessary to increase the diameter of the rotary plate, which increases the size of the entire encoder. Also, the two-turn plate is vapor-deposited.

エツチング等の工程を経て作製されるためにその作製プ
ロセスが複雑であるという問題もある。Another problem is that the manufacturing process is complicated because it is manufactured through steps such as etching.

発明の概要 発明の目的 この発明は、従来のものに比べてより高い分解能を得る
ことができるとともに作製が比較的容易な光学式位置検
出装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION OBJECTS OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical position detection device that can obtain higher resolution than conventional devices and is relatively easy to manufacture.

発明の構成と効果 この発明による光学式位置検出装置は、所定のピッチご
とに位置情報パターンが移動方向にそって設けられてお
り、各位置情報パターンは移動方向と直交する方向に配
列された複数のランダム光回折要素から構成され、位置
情報がランダム光回折要素の存在の有無と位置とによっ
て表わされる。そのような移動体、上記位置情報パター
ンの移動方向に直交する方向の長さ全体を照射するよう
な線状の光ビームを上記移動体上に投射する投先光学系
、および上記移動体からの非回折光を受光する複数の受
光素子を含み２位置情報パターンに含まれる各ランダム
光回折要素の存在の有無と位置とを表わす検出信号を出
力する受光光学系を備えていることを特徴とする。Structure and Effects of the Invention In the optical position detection device according to the present invention, position information patterns are provided at predetermined pitches along the movement direction, and each position information pattern consists of a plurality of position information patterns arranged in a direction perpendicular to the movement direction. It is composed of random light diffraction elements, and positional information is represented by the presence or absence and position of the random light diffraction elements. Such a moving body, a projection optical system that projects a linear light beam onto the moving body to irradiate the entire length of the position information pattern in a direction perpendicular to the moving direction, and a projection optical system that projects a linear light beam onto the moving body, and The light receiving optical system includes a plurality of light receiving elements that receive undiffracted light and outputs a detection signal indicating the presence or absence and position of each random light diffraction element included in the two-position information pattern. .

移動体は一般的には直線状運動または回転する。回転す
る移動体は一般に回転体または回転板と呼ばれ、この場
合にはこの発明による光学式位置検出装置はアブソリュ
ート型光挙式ロータリイ・エンコーダとなり１位置情報
パターンは絶対角度位置情報パターン、移動方向は周方
向、移動方向に直交する方向は径方向に該当する。The moving body generally moves linearly or rotates. A rotating moving body is generally called a rotary body or a rotary plate, and in this case, the optical position detection device according to the present invention is an absolute type optical rotary encoder, and one position information pattern is an absolute angular position information pattern, and the direction of movement is an absolute angular position information pattern. The circumferential direction and the direction perpendicular to the movement direction correspond to the radial direction.

この発明は、光の回折効果を積極的に利用しており、光
を回折させるためのランダム光回折要素は微細パターン
をもつから、上記のピッチを小さくとることが可能とな
り、したがって高分解能を得ることができる。とくに移
動体が回転板の場合には回転板を小さくしても高い分解
能が達成できる。受光光学系は非回折光を受光するもの
であるのに対して９回折光は多方向に放射し散乱光とみ
なすことができるので、この回折光は受光素子には達し
に＜＜、たとえ達したとしてもすべての受光素子にほぼ
均一に影響を及ぼすので２回折光がノイズとして誤検出
の原因になるおそれが少なくなっている。さらにランダ
ム光回折要素をもつ移動体はプラスチック成形によって
比較的容易に作製することができる。This invention makes active use of the light diffraction effect, and since the random light diffraction element for diffracting light has a fine pattern, it is possible to reduce the pitch mentioned above, and thus obtain high resolution. be able to. In particular, when the moving body is a rotating plate, high resolution can be achieved even if the rotating plate is made small. The light-receiving optical system receives undiffracted light, whereas the 9-diffracted light is emitted in many directions and can be considered as scattered light. Even if it does, it affects all the light receiving elements almost uniformly, so there is less possibility that the twice-diffracted light will become noise and cause erroneous detection. Furthermore, a moving body having random light diffraction elements can be relatively easily manufactured by plastic molding.

実施例の説明 まず、この発明の前提となる技術について説明する。Description of examples First, the technology on which this invention is based will be explained.

第２図は本願と同時出願の特許願（１）に開示されたア
ブソリュート型光学式ロークリイ・エンコーダの構成の
概要を、第３図は同エンコーダで用いられる回転板の一
部の平面を、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線にそう断面
図であって絶対位置情報の検出原理をそれぞれ示してい
る。Figure 2 shows an outline of the configuration of the absolute optical rotary encoder disclosed in patent application (1) filed simultaneously with the present application, and Figure 3 shows the plane of a part of the rotary plate used in the encoder. FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV--IV in FIG. 3, and illustrates the principle of detecting absolute position information.

第２図および第３図を参照して１回転板１１はその中心
において回転軸（図示路）に固定されている。回転板１
１の外周部には記録帯Ｂがあり、この記録帯Ｂにこの実
施例では８本の同心円状のトラックが設けられている。Referring to FIGS. 2 and 3, the one-rotation plate 11 is fixed at its center to a rotation shaft (path shown). Rotating plate 1
There is a recording band B on the outer periphery of the recording medium 1, and in this embodiment, eight concentric tracks are provided on this recording band B.

これらのトラックには内側のものから１．２．３．・・
・、８の順にトラックＮｏ、が割当てられている。回転
板１１は一定角度（ピッチＰ）ごとに分割されており１
分割された各部分に記録帯Ｂ内において絶対角度位置情
報パターンＰ　が記録されている。この情報パターンＰ
　は径方向にそって配列された８個の存在するまたは存
在しない回折格子要素Ｇ（単に回折格子をＧで示すこと
もある）から構成されている。These tracks include 1.2.3 from the inner one.・・・
Track numbers are assigned in the order of . The rotating plate 11 is divided into parts at fixed angles (pitch P).
An absolute angular position information pattern P is recorded in each divided portion within the recording band B. This information pattern P
consists of eight present or absent diffraction grating elements G (sometimes the diffraction grating is simply denoted by G) arranged along the radial direction.

すなわち、ピッチＰの間隔と各トラックとで囲まれた小
区画内に１つの回折格子要素Ｇが記録されうる。絶対角
度位置情報はこれらの回折格子要素Ｇの有無と有の場合
のその位置とによって表わされる。たとえば回折格子要
素Ｇ無が１．有がＯを表わすとすれば、トラックＮｏ、
　１の位置をＭＳＤ。That is, one diffraction grating element G can be recorded within a small section surrounded by an interval of pitch P and each track. The absolute angular position information is represented by the presence or absence of these diffraction grating elements G and, if present, their positions. For example, if the diffraction grating element G is 1. If existence represents O, track No.
MSD position 1.

トラックＮｏ、　８の位置をＬＳＤとして絶対角度位置
情報は８ビツトのバイナリイ・コードで表わされる。こ
のような多数の絶対角度位置情報パターンＰ　がピッチ
Ｐで回転板１１の周方向に並んでいる。The absolute angular position information is represented by an 8-bit binary code, with the position of track No. 8 being LSD. A large number of such absolute angular position information patterns P are arranged at a pitch P in the circumferential direction of the rotating plate 11.

この例では回折格子Ｇの方向（すなわち回折格子を構成
する凸条、凹溝の長手方向）は円周方向に形成されてい
る。このような方向性をもつ回折格子パターンは、光デ
ィスクのカッティング技術等によって比較的容易に作製
できるという特徴をもつ。In this example, the direction of the diffraction grating G (that is, the longitudinal direction of the protrusions and grooves constituting the diffraction grating) is formed in the circumferential direction. A diffraction grating pattern with such directionality is characterized in that it can be produced relatively easily by optical disc cutting technology or the like.

投光光学系は発光素子としてのレーザ・ダイオード１３
９発散するレーザ光を平行光に変換するコリメータ・レ
ンズ１５．およびこの平行光を回転板１１上にその径方
向に一直線状に集光するシリンドリカル集光レンズ１７
から構成されている。この集光レンズ１７によって集光
された一条の光りは。The projection optical system includes a laser diode 13 as a light emitting element.
9 Collimator lens that converts the diverging laser beam into parallel light 15. and a cylindrical condenser lens 17 that condenses this parallel light onto the rotating plate 11 in a straight line in the radial direction thereof.
It consists of A ray of light is focused by this condensing lens 17.

記録帯Ｂの径方向全体を照明する長さをもちかつピッチ
Ｐよりも小さな幅に集光されている。It has a length that illuminates the entire recording band B in the radial direction and is focused to a width smaller than the pitch P.

受光光学系は２回転板１１からの反射光を受光するため
のもので、上述の集光レンズ１７．　このレンズ１７に
よって平行化された反射光を偏向させるビーム・スプリ
ッタ１６および少なくともトラック数８に等しい数の受
光素子を含む受光装置１４から構成されている。受光装
置１４は配列型の受光素子−８一 群またはイメージ・センサ等によって構成されよう。こ
の受光装置１４によって、各トラックからの反射光がそ
れぞれ区別された状態で受光される。The light receiving optical system is for receiving the reflected light from the two-rotation plate 11, and includes the above-mentioned condensing lens 17. It is comprised of a beam splitter 16 that deflects the reflected light collimated by this lens 17, and a light receiving device 14 including a number of light receiving elements at least equal to the number of tracks (8). The light receiving device 14 may be constituted by a group of array type light receiving elements 8, an image sensor, or the like. The light receiving device 14 receives the reflected light from each track in a differentiated state.

たとえば８個の受光素子を含む受光装置１４の場合には
、これらの受光素子が各トラックにそれぞれ対応してい
る。For example, in the case of the light receiving device 14 including eight light receiving elements, these light receiving elements correspond to each track.

このような光学系の構成によると、上述した従来のロー
タリイ・エンコーダに比べて、投光素子が１個ですむ、
スリット板が不要となる等の特徴がある。With such an optical system configuration, compared to the conventional rotary encoder mentioned above, only one light emitting element is required.
Features include no need for a slit plate.

第４図（Ａ）に示すように、入射光り、（上述の光Ｌ）
が入射した回転板１１上の位置に回折格子が存在しない
場合には、この入射光Ｌｉは回転・板１１で反射する（
反射光Ｌ　）。この反射光Ｌ　は上ｒ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　ｒ述の受光光学系に
おいて対応する位置の受光素子によって受光される。As shown in FIG. 4(A), the incident light (the above-mentioned light L)
If there is no diffraction grating at the position on the rotating plate 11 where the incident light Li is incident, the incident light Li is reflected by the rotating plate 11 (
reflected light L). This reflected light L is above r
The light is received by the light receiving element at the corresponding position in the light receiving optical system described in r.

第４図（Ｂ）に示すように１回折格子Ｇが存在する場合
には、入射光Ｌ１はほとんど回折されて（回折光り、）
、上記受光光学系の対応する受光素子には受光されない
。回折格子Ｇの深さは光の波長をλとしてλ／４程度が
よい。この場合には主に１次回折光が発生して反射光は
殆んど零となる。もちろん多次回折光を生じさせる回折
格子を形成してもよい。As shown in FIG. 4(B), when one diffraction grating G exists, most of the incident light L1 is diffracted (diffracted light).
, the light is not received by the corresponding light receiving element of the light receiving optical system. The depth of the diffraction grating G is preferably about λ/4 where the wavelength of light is λ. In this case, first-order diffracted light is mainly generated and reflected light is almost zero. Of course, a diffraction grating that generates multi-order diffraction light may be formed.

なお、第２図に示すように入射光Ｌ　（Ｌｌ）は記録帯
Ｂの幅量上の幅をもつが第４図ではより分りやすくする
ために入射光り、の幅が狭く描かれている。Incidentally, as shown in FIG. 2, the incident light L (Ll) has a width equal to the width of the recording band B, but in FIG. 4, the width of the incident light is drawn narrow for easier understanding.

回転板１１を透明体で形成し、受光光学系を回転板１１
を挟んで投光光学系と反対側に配置すれば。The rotating plate 11 is made of a transparent material, and the light receiving optical system is formed on the rotating plate 11.
If you place it on the opposite side of the projection optical system across the

回折格子が存在しないところでは対応する受光素子によ
って透過光が受光され２回折格子が存在するところでは
受光されないので、同じように回折格子の有無と位置と
を検出できる。この場合。The transmitted light is received by the corresponding light-receiving element where the diffraction grating is not present, and the transmitted light is not received where the two diffraction gratings are present, so the presence or absence and position of the diffraction grating can be detected in the same way. in this case.

ビーム・スプリッタ１Ｂは不要となる。Beam splitter 1B becomes unnecessary.

以上のようにして９回折格子の無いところでは受光装置
１４の対応する受光素子に反射光（または透過光）が受
光され２回折格子が存在すると対応受光素子に光が受光
されないので、各トラックに対応する８ビツトのパラレ
ルな検出信号が受光装置１４から出力され、しかもこの
検出信号は回転板１１の回転にともなって各ピッチごと
に変化する絶対角度位置情報を表わすことになる。検出
信号を波形整形回路を通したのちに得られる信号の波形
の一例が第５図に示されている。As described above, where there is no 9-diffraction grating, the reflected light (or transmitted light) is received by the corresponding light-receiving element of the light-receiving device 14, and when 2-diffraction gratings are present, no light is received by the corresponding light-receiving element. A corresponding 8-bit parallel detection signal is output from the light receiving device 14, and this detection signal represents absolute angular position information that changes for each pitch as the rotating plate 11 rotates. An example of the waveform of the signal obtained after passing the detection signal through the waveform shaping circuit is shown in FIG.

第６図は光学系の他の例を示している。ビーム・スプリ
ッタ１６が偏向ビームφスプリッタで構成され、このビ
ーム・スプリッタ１Ｇと集光レンズＩ７との間にＩ７４
波長板１８が設けられている。このことによって２回転
板１１からの反射光が発光素子としてのレーザ・ダイオ
ード１３に戻ることが防止され、レーザ・ダイオード１
３の安定な発振動作が確保される。FIG. 6 shows another example of the optical system. The beam splitter 16 is composed of a polarized beam φ splitter, and a beam I74 is provided between the beam splitter 1G and the condensing lens I7.
A wave plate 18 is provided. This prevents the reflected light from the two-rotation plate 11 from returning to the laser diode 13 as a light emitting element.
3 stable oscillation operation is ensured.

第７図に示す光学系においては、ビーム・スプリッタ１
６と受光装置１４との間にシリンドリカル集光レンズ１
９が配置され９反射光は集光されて受光装置Ｉ４の各受
光素子に受光される。このことにより、受光装置１４の
受光効率を向上させることができる。このように、光学
系は、必要に応じて種々変形することが可能である。ま
た、投光光学系のレーザ・ダイオード１３およびレンズ
１５の位置と受光光学系の受光装置１４およびレンズ１
９の位置とを交換してもよい。In the optical system shown in FIG.
A cylindrical condenser lens 1 is provided between the light receiving device 14 and the light receiving device 14.
9 is arranged, and the reflected light from 9 is condensed and received by each light receiving element of the light receiving device I4. Thereby, the light receiving efficiency of the light receiving device 14 can be improved. In this way, the optical system can be modified in various ways as necessary. In addition, the positions of the laser diode 13 and lens 15 of the light emitting optical system and the light receiving device 14 and lens 1 of the light receiving optical system are also shown.
The position of 9 may be exchanged.

第８図は回転板の変形例を示している。第２図に示す回
転板１１においては、隣接するトラック間にスペースが
存在せず、トラックは径方向に連続的に設けられている
。これに対して、第８図に示す回転板１１では、隣接す
るトラック間に環状のスペースＳが設けられている。こ
のスペースＳは反射面としておいてもよいし、受光され
る反射光を無くするために回折格子を設けてもよい。こ
のように、トラック間にスペースを設けることによって
、各トラックからの反射光信号を受光装置１４の受光面
上で明確に区別できるようになり、情報の正確な読取り
が保証される。また２回転板１１が多少偏芯していても
情報の読取りエラーが起こる可能性が減少する。FIG. 8 shows a modification of the rotating plate. In the rotating plate 11 shown in FIG. 2, there is no space between adjacent tracks, and the tracks are provided continuously in the radial direction. On the other hand, in the rotating plate 11 shown in FIG. 8, an annular space S is provided between adjacent tracks. This space S may be used as a reflective surface, or a diffraction grating may be provided to eliminate reflected light that is received. By providing a space between the tracks in this manner, the reflected light signals from each track can be clearly distinguished on the light receiving surface of the light receiving device 14, thereby ensuring accurate reading of information. Furthermore, even if the two-rotation plate 11 is slightly eccentric, the possibility of information reading errors occurring is reduced.

第９図から第１１図は上記特許願（１）に開示されたさ
らに他の実施例を示している。第９図はアブソリュート
型光挙式ロータリイ・エンコーダの構成を、第１０図は
その回転板の平面を、第１１図は第１０図のｘｔ−ｘｔ
線にそう拡大断面をそれぞれ示している。9 to 11 show still other embodiments disclosed in the above patent application (1). Fig. 9 shows the configuration of the absolute optical rotary encoder, Fig. 10 shows the plane of its rotary plate, and Fig. 11 shows the xt-xt of Fig. 10.
Each line shows an enlarged cross section.

第２図および第３図に示された回転板１１では。In the rotating plate 11 shown in FIGS. 2 and 3.

回折格子の方向が円周方向を向いている。したがって、
第４図（Ｂ）に最もよく示されているように、１次およ
びそれ以上の多次の回折光は径方向に出射することにな
る。この径方向に向う回折光は２反射光と同じ半径方向
でかつ回転板にほぼ垂直な面内を集光レンズ１７に向っ
て進んでいくので、これがコリメートされかつビーム・
スプリッタ１６を経て受光装置１４に向ったとすると、
あたかも別のトラックからの反射光が対応する受光素子
に受光されたかのような受光信号が得られる可能性があ
る。そうすると２回転板１１上に記録された情報とは異
なる情報を表わす検出信号が得られてしまうという問題
が生じる。The direction of the diffraction grating is in the circumferential direction. therefore,
As best shown in FIG. 4(B), the first-order and higher-order diffraction lights are emitted in the radial direction. This radially diffracted light travels toward the condenser lens 17 in the same radial direction as the second reflected light and in a plane substantially perpendicular to the rotating plate, so it is collimated and becomes a beam.
Assuming that it goes to the light receiving device 14 via the splitter 16,
There is a possibility that a light reception signal can be obtained as if reflected light from another track was received by the corresponding light receiving element. In this case, a problem arises in that a detection signal representing information different from the information recorded on the two-rotation plate 11 is obtained.

第９図および第１０図に示す例では１回折光によるエラ
ーの発生を極力避けるような構造の回転板が採用されて
いる。すなわち、すべての回折格子Ｇの方向が径方向を
向いている。このことによりて、第１１図（Ｂ）に最も
よく示されているように。In the examples shown in FIGS. 9 and 10, a rotary plate having a structure that avoids the occurrence of errors due to single diffraction light as much as possible is employed. That is, all the diffraction gratings G are oriented in the radial direction. By this, as best shown in FIG. 11(B).

回折格子Ｇからの回折光り、は周方向に向って斜め上方
に出射するので、第９図に示されるように集光レンズ１
７に入射する割合が非常に少なくなるか殆んど零となる
。このことによって９回折光が受光装置１４に受光され
ることが防止されるので。Since the diffracted light from the diffraction grating G is emitted obliquely upward in the circumferential direction, as shown in FIG.
7 becomes very small or almost zero. This prevents the 9-diffracted light from being received by the light receiving device 14.

エラーのない正確な絶対角度位置情報の検出が可能とな
る。第１１図（Ａ）に示されているように２回折格子の
存在しないところでは入射光Ｌ５は反射光Ｌ　となって
受光装置ＪＲ１４に受光されるのはいう「 までもない。It becomes possible to detect accurate absolute angular position information without errors. It goes without saying that, as shown in FIG. 11(A), where there is no double diffraction grating, the incident light L5 becomes reflected light L and is received by the light receiving device JR14.

このように回折格子の向きは必要に応じて任意に設定す
ることが可能である。In this way, the direction of the diffraction grating can be arbitrarily set as necessary.

第３図に拡大して示された回転板では回折格子の方向が
周方向であるから、公知の光ディスクの作製のために用
いられるカッティング中マシンを利用することによって
比較的容易に絶対角度位置情報パターンＰ　を作製する
ことができるが１回折光が受光装置１４にノイズとして
受光される可能性が高い。これに対して第１０図に拡大
して示された回転板では回折格子が径方向であるから１
回折光がノイズとなる可能性は低いが２作製が難しいと
いう問題がある。In the rotary plate shown enlarged in FIG. 3, the direction of the diffraction grating is in the circumferential direction, so absolute angular position information can be relatively easily obtained by using a cutting machine used for manufacturing known optical discs. Although pattern P can be produced, there is a high possibility that the single diffracted light will be received by the light receiving device 14 as noise. On the other hand, in the rotating plate shown enlarged in FIG. 10, the diffraction grating is in the radial direction, so 1
Although there is a low possibility that the diffracted light becomes noise, there is a problem in that it is difficult to produce two.

この発明は、上記の問題点を一挙に解決している。This invention solves the above problems all at once.

第１２図はこの発明の実施例を示すもので、アブソリュ
ート型光学式ロータリイ・エンコーダの構成を示す斜視
図である。第１３図はこのロータリイ・エンコーダで用
いられる回転板を拡大して示している。第１２図におい
て第２図、第９図に示すものと同一物には同一符号を付
し説明を省略する。FIG. 12 shows an embodiment of the present invention, and is a perspective view showing the structure of an absolute type optical rotary encoder. FIG. 13 shows an enlarged view of the rotating plate used in this rotary encoder. In FIG. 12, the same components as those shown in FIGS. 2 and 9 are denoted by the same reference numerals, and their explanations will be omitted.

また、第６図、第７図、第８図に示されるような変形例
もこの発明の実施例に適用可能である。Further, modifications such as those shown in FIGS. 6, 7, and 8 are also applicable to the embodiment of the present invention.

この発明の実施例において用いられる回転板１１におい
ては、絶対角度位置情報パターンＰ　は。In the rotating plate 11 used in the embodiment of the present invention, the absolute angular position information pattern P is as follows.

回折格子要素Ｇに代えて、ランダム光回折要素Ｇ　の集
合から構成される。このランダム光回折要素Ｇ　は、第
１４図および第１５図に拡大して示されているように、
多数の小さなピットｇから構成されている。これらのピ
ットは第１４図（Ａ）に示されるように円形であっても
、第１４図（Ｂ）に示されるように正方形であってもよ
く、その他楕円、少し横長または縦長の矩形、三角形、
六角形等々任意の形をとりうる。要は、はとんど指向性
をもだずに多方向に出射し、あたかも散乱光のようにみ
なせるような１次または多次回折光を発生させるもので
あればよい。ピットｇの深さはλ／４程度がよい。Instead of the diffraction grating element G, it is composed of a set of random light diffraction elements G. This random light diffraction element G is, as shown enlarged in FIGS. 14 and 15,
It is composed of many small pits g. These pits may be circular as shown in FIG. 14(A), square as shown in FIG. 14(B), or may be oval, slightly horizontally or vertically elongated rectangle, or triangular. ,
It can take any shape, such as a hexagon. In short, it is sufficient if it emits in many directions without having any directivity and generates first-order or multi-order diffracted light that can be regarded as scattered light. The depth of the pit g is preferably about λ/4.

このようなランダム光回折要素Ｇ　の位置組合せから構
成される絶対角度位置情報パターンＰａが形成された回
転板１１を用いると、第１２図に示されているように回
折光Ｌｄはほぼ散乱光となり。When using the rotary plate 11 on which the absolute angular position information pattern Pa composed of the positional combination of such random light diffraction elements G is formed, the diffracted light Ld becomes almost scattered light as shown in FIG. .

この回折光は殆んど方向性をもたないから、集光レンズ
１７およびビーム・スプリッタ１６を通して受光装置１
４に入射する回折光の量が非常に少なくなるとともに、
受光装置１４を構成するすべての受光素子にほぼ均等に
入射するので、たとえ回折光が入射しても検出信号に悪
影響を与えることはなく、正確な角度検出が可能性とな
る。また、これらのピットは同心円状にそってカッティ
ングしていくことが可能であるからその作製も比較的容
易となる。Since this diffracted light has almost no directionality, it passes through the condensing lens 17 and beam splitter 16 to the light receiving device 1.
The amount of diffracted light incident on 4 becomes extremely small, and
Since the light is almost equally incident on all the light receiving elements constituting the light receiving device 14, even if the diffracted light is incident, it will not adversely affect the detection signal, making accurate angle detection possible. Further, since these pits can be cut along concentric circles, their production is relatively easy.

この実施例においても９回転板１１のランダム光回折要
素Ｇ　が設けられていない場所で生じる反射光は、受光
光学系の受光装置１４に受光され、第５図に示されたよ
うな検出信号が得られるのはいうまでもない。In this embodiment as well, the reflected light generated at the location of the nine-rotation plate 11 where the random light diffraction element G is not provided is received by the light receiving device 14 of the light receiving optical system, and a detection signal as shown in FIG. 5 is generated. Needless to say, you can get it.

第１６図はこの発明の他の実施例を示すもので。FIG. 16 shows another embodiment of the invention.

リニア・エンコーダの構成の例を示している。投光光学
系および受光光学系は上述したものと同じ構成である。An example of the configuration of a linear encoder is shown. The light projecting optical system and the light receiving optical system have the same configuration as described above.

移動体１１Ａは矢印で示すように直線運動をする。移動
体１１Ａの運動方向にのびる８つのトラックが設けられ
、これらのトラックは運動方向に直交する方向に並んで
いる。移動体１１Ａの移動方向にピッチＰの間隔で絶対
位置情報パターンＰ　が配列されている。このパターン
Ｐ　は。The moving body 11A moves linearly as shown by the arrow. Eight tracks are provided extending in the direction of movement of the moving body 11A, and these tracks are lined up in a direction perpendicular to the direction of movement. Absolute position information patterns P are arranged at intervals of pitch P in the moving direction of the moving body 11A. This pattern P is.

ａ 移動方向に直交する方向に配列されたランダム光回折要
素Ｇ　の有無および位置によって構成されている。この
ようなリニア・エンコーダにおいて。a It is configured by the presence or absence and position of random light diffraction elements G arranged in a direction perpendicular to the moving direction. In such a linear encoder.

も、移動体ＩＬＡの絶対位置が受光装置１４から出力さ
れる８ビツトのパラレル検出信号によって表わされるの
はいうまでもない。Needless to say, the absolute position of the moving object ILA is represented by the 8-bit parallel detection signal output from the light receiving device 14.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は従来のアブソリュート型ロータリイ・エンコー
ダの構成を示している。 第２図から第５図は本願と同時出願の特許願（１）に開
示された実施例を示し、第２図はアブソリュート型光挙
式ロータリイ・エンコーダの構成を示す斜視図、第３図
は回転板の一部を拡大して示す平面図、第４図（Ａ）　
（Ｂ）は情報検出の原理を説明するために第３図のＩＶ
−ＩＶ線にそって切断したものに相当するものであって
、（Ａ）は回折格子が存在しない場合、（Ｂ）は存在す
る場合をそれぞれ示す断面図、第５図は得られる検出信
号の一部を示す波形図である。 第６図および第７図は光学系の他の例をそれぞれ示す斜
視図、第８図は回転板の他の例を示す斜視図である。 第９図から第１１図もまた特許願（１）に開示された他
の実施例を示し、第９図はアブソリュート型光挙式ロー
タリイ・エンコーダの構成を示す斜視図、第１０図は回
転板の一部を拡大して示す平面図、第１１図（Ａ）（Ｂ
）は第１０図の刀−刃線にそって切断したものに相当す
る断面図である。 第１２図から第１５図はこの発明の実施例を示すもので
、第１２図はアブソリュート型光挙式ロータリイ・エン
コーダの構成を示す斜視図、第１３図はそこで用いられ
る回転板の一部を拡大して示す平面図、第１４図（Ａ）
、　（Ｂ）はランダム光回折要素を構成するピットの例
を示す拡大平面図、第１５図はピットを示す拡大断面図
である。 第１６図はこの発明のさらに他の実施例を示すもので、
リニア・エンコーダの構成を示す斜視図である。 １１・・・回転板、１１Ａ・・・移動体。 １３・・・レーザ・ダイオード。 １４・・・受光装置、　　　１Ｂ・・・ビーム・スプリ
ッタ。 １７・・・シリンドリカル集光レンズ。 Ｂ・・・記録帯、　　　Ｇ　・・・ランダム光回折要素
。 ｇ・・・ピット、　　　　Ｌ、Ｌ、・・・入射光。 Ｌ　・・・反射光、　　Ｌ、・・・回折光。 Ｐ・・・ピッチ。 Ｐ　・・・絶対（角度）位置情報パターン。 以　　上 特許出願人　　立石電機株式会社 代　理　人　　弁理士　牛久健司 （外１名） 第３図 第４図 （Ａ） （Ｂ） 第１０図 第１１図 （Ａ） （Ｂ） 第１３図 第１４図 （Ａ）　　　　　　　　　　（Ｂ） ○○○○○　　ロロロロロ ○○○○○　　ロロロロロ ○○○○○　　ロロロロロ 第１５図FIG. 1 shows the configuration of a conventional absolute rotary encoder. Figures 2 to 5 show an embodiment disclosed in patent application (1) filed concurrently with the present application, Figure 2 is a perspective view showing the configuration of an absolute type optical rotary encoder, and Figure 3 is a rotary encoder. Plan view showing an enlarged part of the board, Figure 4 (A)
(B) is IV in Figure 3 to explain the principle of information detection.
- Corresponding to a cut along the IV line, (A) is a cross-sectional view showing the case where the diffraction grating is not present, (B) is a cross-sectional view showing the case where the diffraction grating is present, and Fig. 5 is a cross-sectional view of the obtained detection signal. FIG. 3 is a waveform diagram showing a part of the waveform. 6 and 7 are perspective views showing other examples of the optical system, and FIG. 8 is a perspective view showing another example of the rotating plate. 9 to 11 also show other embodiments disclosed in patent application (1), with FIG. 9 being a perspective view showing the configuration of an absolute type optical rotary encoder, and FIG. 10 being a perspective view of the rotary plate. A partially enlarged plan view, Fig. 11 (A) (B)
) is a cross-sectional view taken along the sword-blade line in FIG. 10. Figures 12 to 15 show examples of the present invention, with Figure 12 being a perspective view showing the configuration of an absolute type optical rotary encoder, and Figure 13 showing an enlarged portion of the rotary plate used therein. Plan view shown in Figure 14 (A)
, (B) is an enlarged plan view showing an example of pits constituting a random light diffraction element, and FIG. 15 is an enlarged sectional view showing the pits. FIG. 16 shows still another embodiment of the invention,
FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of a linear encoder. 11... Rotating plate, 11A... Moving object. 13...Laser diode. 14... Light receiving device, 1B... Beam splitter. 17...Cylindrical condensing lens. B...recording band, G...random light diffraction element. g...pit, L, L,...incident light. L: Reflected light, L: Diffracted light. P...Pitch. P: Absolute (angular) position information pattern. Patent applicant Tateishi Electric Co., Ltd. Agent Patent attorney Kenji Ushiku (and one other person) Figure 3 Figure 4 (A) (B) Figure 10 Figure 11 (A) (B) Figure 13 Figure 14 Diagram (A) (B) ○○○○○ Rororororo○○○○○ Rororororo○○○○○ Rororororo Figure 15

Claims (1)

【特許請求の範囲】 所定のピッチごとに位置情報パターンが移動方向にそっ
て設けられており、各位置情報パターンは移動方向と直
交する方向に配列された複数のランダム光回折要素から
構成され、位置情報がランダム光回折要素の存在の有無
と位置とによって表わされる、そのような移動体、 上記位置情報パターンの移動方向に直交する方向の長さ
全体を照射するような線状の光ビームを上記移動体上に
投射する投光光学系、および上記移動体からの非回折光
を受光する複数の受光素子を含み、位置情報パターンに
含まれる各ランダム光回折要素の存在の有無と位置とを
表わす検出信号を出力する受光光学系、 を備えている光学式位置検出装置。[Claims] Position information patterns are provided along the movement direction at predetermined pitches, each position information pattern is composed of a plurality of random light diffraction elements arranged in a direction perpendicular to the movement direction, Such a moving body, whose positional information is represented by the presence or absence and position of a random light diffraction element, is a linear light beam that irradiates the entire length of the positional information pattern in a direction orthogonal to the moving direction. It includes a light projection optical system that projects onto the moving body, and a plurality of light receiving elements that receive undiffracted light from the moving body, and detects the presence or absence and position of each random light diffraction element included in the position information pattern. An optical position detection device comprising: a light receiving optical system that outputs a detection signal representing a value of 0.