DE69214375T2

DE69214375T2 - Kodierer und Antriebssystem

Info

Publication number: DE69214375T2
Application number: DE69214375T
Authority: DE
Inventors: Masahiko Igaki; Koh Ishizuka; Masaru Nyui
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-07-29
Filing date: 1992-07-07
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2012-07-08
Also published as: JPH0534173A; EP0525446A1; DE69214375D1; EP0525446B1; JP3066923B2; US5302821A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der optischen Messung zum optischen Messen von beispielsweise Verschiebungsinformationen eines Gegenstands.
Die EP-A-0 345 093 offenbart eine Rotations-Erfassungsvorrichtung. Polarisiertes Licht aus einer Lichtquelle fällt durch einen Halbspiegel, geht durch eine Öffnung hindurch und wird von einem ersten Spiegel auf einer Viertel-Wellen- Verzögerungsplatte reflektiert, dem ein zweiter Spiegel folgt, der das Licht zu dem ersten Spiegel zurückreflektiert. Daraufhin wird das Licht von dem Halbspiegel auf Erfassungseinrichtungen reflektiert. Da die Viertel-Wellen-Verzögerung an der Rotationsachse der Vorrichtung befestigt ist, können bei dem Erfassungsvorgang Rotationsinformationen bestimmt werden.
Desweiteren kann eine herkömmliche optische Kodiervorrichtung wie beispielsweise in Fig. 9 gezeigt oder in der FR-A-2 615 281 offenbart aufgebaut sein. In Fig. 9 sind eine Lichtquelle 1, wie eine Leuchtdiode (Licht emittierende Diode (LED)) oder dergleichen, eine Linse 2, eine sich bewegende Maßskala bzw. Bewegt-Maßskala 3, eine feste Maßskala bzw. Fest-Maßskala 4 und eine Photoerfassungseinrichtung 5 gezeigt, die Erfassungselemente 5-A und 5-B enthält. Der Abschnitt zwischen den Erfassungselementen 5-A und 5-B ist derart eingestellt, daß periodische Signale mit einer Phasendifferenz (im allgemeinen 90º) von diesen Elementen ausgegeben werden, um die Auflösung durch Bestimmen der Bewegungsrichtung der Bewegt-Maßskala 3 oder Durchführen einer Signalinterpolation zu vergrößern. Eine derartige Signalverarbeitung wird durch eine Signalverarbeitungsschaltung 15 durchgeführt.
Für die Richtungsbestimmung muß die Genauigkeit in der Phasendifferenz nicht hoch sein. Falls die Signale jedoch für eine Auflösungserhöhung verwendet werden, ist die Genauigkeit in der Phasendifferenz wichtig, da die Genauigkeit die Endgenauigkeit bei einer Positionserfassung betrifft. Bei herkömmlichen Verfahren hängt die Genauigkeit von der Genauigkeit bei der Zusammensetzung der Kodiervorrichtung ab. Daher ist für die Einstellung der Kodiervorrichtung viel Zeit erforderlich, was eine Erhöhung der Herstellungskosten der Kodiervorrichtung verursacht.
Die Erfindung soll die Probleme bei dem Stand der Technik lösen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kodiervorrichtung, die leicht mit einem einfachen Aufbau eingestellt werden und hochgenaue Phasendifferenzsignale erhalten kann, und ferner ein eine derartige Kodiervorrichtung enthaltendes Antriebssystem auszubilden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kodiervorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und ein Antriebssystem gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
Die vorstehende und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines optischen Systems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils des optischen Systems des ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 3 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Grundprinzips einer Talbot-Kodiervorrichtung,
Fig. 4 eine Darstellung des Aufbaus eines Antriebssystems, das eine Kodiervorrichtung verwendet,
Fig. 5 eine Schnittansicht eines optischen Systems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 6 eine Schnittansicht eines optischen Systems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 7 eine Schnittansicht eines optischen Systems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 8 eine Schnittansicht eines optischen Systems gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 9 eine Darstellung eines Beispiels für den Aufbau einer herkömmlichen optischen Kodiervorrichtung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Erfindung bei einer optischen Kodiervorrichtung, die Fourier- Bilder verwendet, einer sogenannten Talbot-Kodiervorrichtung angewendet. Zuerst wird der allgemeine Aufbau einer optischen Kodiervorrichtung, die Fourier-Bilder verwendet, kurz beschrieben. Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht eines optischen Systems zur Beschreibung des Betriebs einer derartigen optischen Kodiervorrichtung. Gemäß Fig. 3 emittiert ein Halbleiterlaser 1 einen kohärenten Lichtstrahl mit einer Wellenlänge λ. Ein Linsensystem 2 umfaßt eine parallel richtende Linse zur Umwandlung des Lichtstrahls aus dem Haibleiterlaser 1 in einen parallelen Lichtstrahl. Eine Beleuchtungseinrichtung besteht aus dem Ralbleiterlaser 1 und dem Linsensystem 2. Eine optische Bewegt-Maßskala 3 enthält ein schlitzähnliches Beugungsgitter (mit einem Abstand P), das durch Aufbringen einer Chromschicht auf eine Glasplatte im Vakuum und darauffolgendes Ätzen der aufgebrachten Schicht ausgebildet wird. Eine optische Fest-Maßskala (Index-Maßskala) 4 enthält ein Gitter mit dem gleichen Abstand P, das auf die gleiche Weise wie die Maßskala 3 ausgebildet wird. Die Maßskala 3 ist entweder eine lineare Maßskala, bei der das Gitter entlang der Bewegungsrichtung linear ausgebildet ist, oder eine Rotations-Maßskala, bei der das Gitter entlang einem Umkreis ausgebildet ist, und wird in Richtung des Zweirichtungspfeils verschoben. Eine Photoerfassungseinrichtung 5 erfaßt die Lichtmenge. Der Ausgang der Photoerfassungseinrichtung 5 ist mit einer (nicht gezeigten) Signalverarbeitungsschaltung zur Messung von Verschiebungsinformationen, wie dem Verschiebungsausmaß, der Geschwindigkeit der Verschiebung und dergleichen, verbunden.
Nachstehend ist die Funktion des optischen Systems mit dem vorstehend angeführten Aufbau beschrieben. Der Lichtstrahl von dem Halbleiterlaser 1 wird durch das Linsensystem 2 in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt. Der parallele Lichtstrahl fällt auf das Gitter G1 der Maßskala 3. Der Lichtstrahl wird durch das Gitter G1 gebeugt, um gebeugtes Licht 0-ter Ordnung, ±1-ter Ordnung, ±2-ter Ordnung,.. zu erzeugen. Als Ergebnis einer Interferenz zwischen zwei oder drei Lichtstrahlen, hauptsächlich der Lichtstrahlen 0-ter und 1-ter Ordnung, wird ein Fourier-Bild des Gitters G1 auf die Oberfläche des Gitters der Maßskala 4 abgebildet. Das Fourier-Bild wird wiederholt hinter der Oberfläche des Gitters an Positionen L abgebildet, die ganzzahligen Vielfachen eines gewissen durch folgenden Ausdruck gegebenen Abstands entsprechen:
L = N x P² / λ (N = 1, 2, 3,..).
Die Wellenlänge λ der Lichtquelle, der Abstand P des Gitters, die Position des parallel richtenden Linsensystems 2 und die Index-Maßskala 4 sind beispielsweise derart angeordnet, daß das dritte (N = 3) Fourier-Bild auf die Gitteroberfläche der Maßskala 4 abgebildet wird. Der Hell-Dunkel-Abstand des Fourier-Bildes stimmt mit dem Abstand P des Gitters der Maßskala 3 überein. Durch die Bewegung der Maßskala 3 wird eine Phasenverschiebung jedes gebeugten Lichts erzeugt. Demzufolge bewegt sich das ein Interferenzbild darstellende Fourier-Bild auf der Oberfläche des Gitters der Maßskala 4 in die gleiche Richtung wie die Maßskala 3. Durch eine von der Photoerfassungseinrichtung erfaßte Veränderung in der Lichtintensität, die das Ergebnis einer Überlagerung des Fourier-Bildes, das sich entsprechend der Bewegung der Maßskala 3 bewegt, und der Index-Maßskala 4 ist, kann das Verschiebungsausmaß und die Geschwindigkeit der Verschiebung erhalten werden.
Nachstehend ist das erste Ausführungsbeispiel beschrieben, das auf der Kodiervorrichtung mit dem vorstehend angeführten Aufbau beruht.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des optischen Systems der Kodiervorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels Jedes sowohl in Fig. 1 als auch in den Figen. 4-9 durch Kästchen dargestellte Element ist an und für sich bekannt, und die spezielle Art des Aufbaus ist für die Ausführung der Erfindung oder für die Offenbarung der besten Art und Weise der Ausführung der Erfindung nicht kritisch. Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils des in Fig. 1 gezeigten optischen Systems. Die in den Figen. 1 und 2 durch die gleichen Bezugszahlen 1-4 bezeichneten Elemente sind die gleichen wie jene in Fig. 3. Obwohl eine lineare Maßskala als Bewegt-Maßskala 3 verwendet wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann eine Rotations-Maßskala verwendet werden, bei der das Gitter entlang der Umfangsrichtung einer Rotationsplatte ausgebildet ist. Ein dem in Fig. 3 gezeigten Aufbau neu hinzugefügter Hauptteil ist nachstehend beschrieben. Ein doppelbrechendes Element 6 enthält eine aus doppelbrechenden Quarz- Kristallen hergestellte zusammengesetzte Quarz-Savart-Platte mit einer Dicke T. Die Richtung der optischen Achse des Kristalls der Savart-Platte 6 ist so eingestellt, daß die Richtung der Bildverschiebung des außerordentlichen Strahls bezüglich des ordentlichen Strahls orthogonal zur Längsrichtung (oder der Richtung der Bewegung der Maßskala 3) des Gitters der Maßskala 3 ist. Die Richtung der Bildverschiebung ist in Fig. 2 gezeigt.
Außerdem sind eine Polarisierungsstrahl-Spalteinrichtung 7, die als Trenneinrichtung für polarisiertes Licht dient, und Photoerfassungseinrichtungen 5-A und 5-B dargestellt. Die diese Einrichtungen enthaltende Anordnung trennt einen Lichtstrahl gemäß der Polarisationsorientierung und erfaßt die Intensität jedes Lichtstrahls einzeln. Der als Lichtquelle dienende Halbleiterlaser 1 ist derart angebracht, daß der Azimut der Oszillation von linear polarisiertem Licht um 45º bezüglich der Längsrichtung (oder der Richtung der Bewegung der Maßskala 3) der Öffnung des Schlitzes der optischen Maßskala 3 geneigt ist. Daher ist die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Laserlichts auch um 45º bezüglich der optischen Achse der Kristalle der Savart-Platte 6 geneigt. Eine Signalverarbeitungsschaltung 15 enthält eine Impulszählerschaltung, eine Signalinterpolationsschaltung, eine Richtungsbestimmungsschaltung und dergleichen. Die Signalverarbeitungsschaltung 15 erfaßt durch Signalinterpolation das hochgenaue Ausmaß und die Geschwindigkeit der Verschiebung und bestimmt die Richtung der Verschiebung.
Die Funktion der Kodiervorrichtung des Ausführungsbeispiels mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist nachstehend beschrieben. Der Lichtstrahl vom Halbleiterlaser 1 wird durch das Linsensystem 2 in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt. Der Halbleiterlaser 1 ist so angebracht, daß die Polarisationsrichtung des Lichtstrahls um 45º bezüglich der Richtung der Schlitze der Maßskala 3 geneigt ist. Der parallele Lichtstrahl fällt auf das Gitter G1 der Maßskala 3. Der Lichtstrahl wird durch das Gitter G1 gebeugt, um eine Vielzahl von gebeugten Lichtstrahlen 0-ter Ordnung, ±1-ter Ordnung, ±2-ter Ordnung,.. zu erzeugen. Als Ergebnis der Interferenz zwischen zwei oder drei Lichtstrahlen, hauptsächlich der Lichtstrahlen 0-ter Ordnung und ±1-ter Ordnung, wird das Fourier-Bild des Gitters der Maßskala 3 hinter der Oberfläche des Gitters an Positionen L wiederholt abgebildet, die ganzzahligen Vielfachen eines gewissen Abstands entsprechen.
Nachstehend ist die Funktion der Savart-Platte 6 beschrieben. Das vertikal auf die Savart-Platte mit einer Dicke T fallende linear polarisierte Laserlicht verläßt die Savart-Platte, in- dem es in zwei parallele Lichtstrahlen (einen ordentlichen Strahl und einen außerordentlichen Strahl) aufgeteilt wird, die durch einen Abstand D voneinander getrennt sind und verschiedene Polarisationsorientierungen haben. Durch Projektion des linear polarisierten Lichts in einem um 45º bezüglich der optischen Achse der Kristalle der Savart-Platte geneigten Zustand kann der Betrag des ausfallenden ordentlichen Strahls mit dem des außerordentlichen Strahls übereinstimmen. Die Beziehung zwischen der Dicke T und dem Abstand D ist durch folgenden Ausdruck gegeben:
D = T x (ne² - n&sub0;²)/(ne² + n&sub0;²),
wobei D die Breite der Doppelbrechung, n&sub0; den Brechungsindex des ordentlichen Strahls, T die Dicke der Quarz-Savart-Platte und ne den Brechungsindex des außerordentlichen Strahls darstellt.
Wenn, wie in Fig. 2 gezeigt, die vorstehend beschriebenen gebeugten Lichtstrahlen (0-ter Ordnung, +1-ter Ordnung und -1- ter Ordnung) auf die Savart-Platte 6 fallen, erzeugen die gebeugten Lichtstrahlen ein von dem ordentlichen Strahl ausgebildetes Fourier-Bild A und ein von dem außerordentlichen Strahl ausgebildetes Fourier-Bild B. Während das Fourier-Bild A von dem ordentlichen Strahl auf die gleiche Weise abgebildet wird, wie wenn ein Lichtstrahl durch typisches isotropes Glas fallen würde, weicht das von dem außerordentlichen Strahl ausgebildete Fourier-Bild B in der zu der Laufrichtung des Lichts und der Längsrichtung des Schlitzes 3 orthogonalen Richtung ab. Das Abweichungsausmaß zwischen den zwei Fourier- Bildern gleicht dem durch den vorstehend beschriebenen Ausdruck gegebenen Wert D.
Falls beispielsweise das Ausmaß der Abweichung zwischen den Bildern auf 1/4 (entspricht einer Phasendifferenz von 90º) des Abstands P der Maßskala eingestellt ist, ergibt sich aus den Werten des Brechungsindex n&sub0; des zusammengesetzten Quarzes von 1,53903 (λ = 768 nm) für den ordentlichen Strahl und des Brechungsindex ne von 1,54794 (λ = 768 nm) für den außerordentlichen Strahl der folgende Ausdruck:
T = 173,232 x D
= 173,232/4 x P,
und ein in Fig. 2 gezeigtes Doppelbild wird ausgebildet.
Die Genauigkeit bei der Abweichung der Bilder wird berechnet. Falls angenommen wird, daß P = 10 µm und die Breite der Abweichung zwischen den Bildern P/4 (D = 2,5 µm) ist, wird die Dicke T der zusammengesetzten Quarz-Savart-Platte 0,433 mm. Falls ein Fehler der Dicke von 0,005 mm als Verarbeitungsfehler einer zusammengesetzten Quarz-Savart-Platte zugelassen ist, liegt die Genauigkeit bei der Abweichung der Bilder innerhalb eines Bereichs eines Phasenfehlers von ungefähr 1%.
Das Fourier-Bild A von dem ordentlichen Strahl und das Fourier-Bild B von dem außerordentlichen Strahl werden an der Oberfläche des Gitters der Maßskala 4 überlagert, um entsprechende Streifen auszubilden. Die Ortsphasen der Streifen von dem ordentlichen Strahl und der Streifen von dem außerordentlichen Strahl sind um einen einer 1/4-Periode entsprechenden Betrag verschoben. Die jeweiligen Streifen enthalten die Komponenten von P-polarisiertem Licht und S-polarisiertem Licht mit einer Differenz von 90º in der Polarisationsorientierung. Dementsprechend kann eine Veränderung in der Lichtintensität dieser Streifen durch Trennen der Komponenten durch die Polarisierungsstrahl-Spalteinrichtung erfaßt werden.
Wie vorstehend beschrieben, können durch Unterteilen von durch ein erstes Gitter fallenden Lichts in ein von einem ordentlichen Strahl ausgebildetes erstes Fourier-Bild und ein von einem außerordentlichen Strahl gebildetes zweites Fourier-Bild unter Verwendung des doppelbrechenden Elements zum Verschieben der Bilder, Ausbilden von Streifen mit verschiedenen Polarisationsorientierungen durch das zweite Gitter und Erfassen einer Veränderung in der Lichtintensität durch eine Erfassungseinrichtung durch Trennen entsprechender Komponenten durch die Erfassungseinrichtung für polarisiertes Licht zwei Signale erhalten werden, deren Phasen verschoben sind. Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel der Betrag der Phasenverschiebung zu 90º angenommen wird, ist der Betrag der Phasenverschiebung nicht auf diesen Wert beschränkt. Desweiteren können durch Ausbilden einer gemeinsamen Öffnung für einen ordentlichen Strahl und einen außerordentlichen Strahl zwischen der Maßskala 4 und der Trenneinrichtung für polarisiertes Licht Signale mit einer Phasendifferenz genauer erhalten werden.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für die Verwendung der vorstehend beschriebenen Kodiervorrichtung, und zugleich eine Darstellung des Aufbaus eines Antriebssystems, das die Kodiervorrichtung verwendet. Eine Kodiervorrichtung 101 ist mit einer Antriebsausgabeeinrichtung einer Antriebseinrichtung 100 verbunden, die eine Antriebsquelle, wie einen Motor, ein Stellglied, einen internen Verbrennungsmotor oder dergleichen, oder einen sich bewegenden Abschnitt eines angetriebenen Gegenstands enthält. Die Kodiervorrichtung 101 enthält eine Impulszählerschaltung, eine Signalinterpolationsschaltung, eine Richtungsbestimmungsschaltung und dergleichen, und erfaßt das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Verschiebung und die Richtung der Verschiebung äußerst genau. Der Erfassungsausgang der Kodiervorrichtung 101 ist zu einer Steuereinrichtung 102 zurückgeführt, die ein Antriebssignal zu der Antriebseinrichtung 100 überträgt, um einen durch eine Einstelleinrichtung 103 eingestellten Zustand herzustellen. Durch ein derartiges Rückkopplungssystem kann ein durch die Einstelleinrichtung 103 eingestellter Zustand erhalten werden. Ein derartiges Antriebssystem kann vielfältig angewendet werden, beispielsweise bei Büromaschinen, wie Schreibmaschinen, Druckern, Kopierern, Faksimile-Geräten und dergleichen, bei Abbildungsgeräten, wie Kameras, Videogeräten und dergleichen, bei Informationsaufzeichnungs-/wiedergabegeräten, Robotern, Maschinenwerkzeugen, Herstellungsgeräten, Autos, und bei jedem weiteren Gerät, das mit einer Antriebseinrichtung versehen ist.

Zweites Ausführungsbeispiel

Nachstehend ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Fig. 5 zeigt den Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels, und eine Kodiervorrichtung, die eine Leuchtdiode (Licht emittierende Diode (LED)) als Beleuchtungseinrichtung verwendet und ein Abbildungslinsensystem enthält. In Fig. 5 sind eine Leuchtdiode 1, die als Lichtquelle dient, optische Maßskalen 3 und 4, die genauso wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut sind, eine Abbildungslinse 10 zur Abbildung eines Bildes des Gitters der Maßskala 3 auf der Oberfläche des Gitters der Maßskala 4 und eine zusammengesetzte Quarz-Savart-Platte 6 gezeigt, die als doppelbrechendes Element dient. Da von der Leuchtdiode 1 emittiertes Licht Zufalls-polarisiert und nicht in einer besonderen Richtung polarisiert ist, ist die Polarisationsplatte 9 unmittelbar nach der Lichtquelle 1 in dem Lichtweg angeordnet, so daß der Lichtstrahl von der Lichtquelle 1 linear polarisiert wird. Die Richtung der Polarisationsplatte 9 ist derart eingestellt, daß die Orientierung des linear polarisierten Lichts die gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist. Da die Funktion zum Erhalten von Signalen mit einer Phasendifferenz die gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist, wird deren ausführliche Beschreibung weggelassen.

Drittes Ausführungsbeispiel

Fig. 6 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem die Erfindung bei einer optischen Rotations-Kodiervorrichtung angewendet wird, die ein zylindrisches Gitter mit Beugungsgitter-Schlitzen verwendet, die an einer Seite einer zylindrischen Maßskala ausgebildet sind. Gemäß diesem Aufbau sind die Gitterabschnitte G1 und G2 Teile des gleichen zylindrischen Gitters. Falls sich die Gitterabschnitte G1 relativ zu der Lichtquelle 1 in der Pfeilrichtung bewegen, bewegen sich die Gitterabschnitte G2 in der umgekehrten Richtung. Da sich die Fourier-Bilder der Gitterabschnitte G1 in der umgekehrten Richtung zu der Richtung der Bewegung der Gitterabschnitte G2 entsprechend der Bewegung der Maßskala bewegen, ist die durch Überlagerung der Fourier-Bilder von den Gitterabschnitten G1 und G2 ausgebildete Hell-Dunkel-Periode doppelt so groß wie die Periode der Bewegung des Abstands der Gitter. Das heißt, es kann eine Kodiervorrichtung mit doppelter Auflösung erhalten werden.

Viertes Ausführungsbeispiel

Fig. 7 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem die Erfindung bei einer Rotations-Kodiervorrichtung angewendet wird, die von einem zylindrischen Gitter und einer Abbildungslinse gebildet wird. Das Abbildungslinsensystem verwendet eine Leuchtdiode als Beleuchtungseinrichtung. In Fig. 7 sind eine Leuchtdiode 1, die als Lichtquelle dient, eine optische Maßskala 8 mit dem gleichen Aufbau wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel, eine Abbildungslinse zum Ausbilden eines aufrechten Bildes des Gitters der Maßskala 8 mit einer Einheits-Vergrößerung bzw. Vergrößerung um Faktor 1 auf der Oberfläche des Gitters der Maßskala 8 und eine zusammengesetzte Quarz-Savart-Platte 6 gezeigt, die als doppelbrechendes Element dient. Da das von der Leuchtdiode 1 emittierte Licht Zufalls-polarisiert und nicht in einer besonderen Richtung polarisiert ist, ist eine Polarisationsplatte 9 unmittelbar nach der Lichtquelle 1 in dem Lichtweg angeordnet, so daß der Lichtstrahl von der Lichtquelle 1 linear polarisiert wird. Die Richtung der Polarisationsplatte 9 ist derart eingestellt, daß die Orientierung des linear polarisierten Lichts die gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist. Da die Funktion zum Erhalten von Signalen mit einer Phasendifferenz die gleiche wie bei dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel ist, wird deren ausführliche Beschreibung weggelassen.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Fig. 8 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem die Erfindung bei einer optischen Rotations-Kodiervorrichtung angewendet wird, bei der ein Lichtstrahl durch eine Beleuchtungseinrichtung und eine Kondensorlinse fokussiert wird, und eine Maßskala an der Brennpunkt-Position angeordnet ist. Es kann eine Kodiervorrichtung entweder vom linearen Typ oder vom Rotationstyp verwendet werden. In Fig. 8 ist eine zusammengesetzte Quarz-Savart-Platte 6, eine Linse 16 zur geeigneten Führung des Lichtstrahls zu Photoerfassungseinrichtungen 5-A und 5-B gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Linse 2 derart angeordnet, daß der Lichtstrahl auf der Oberfläche des Gitters einer optischen Maßskala 3 fokussiert wird. Ein Brennpunkt S1 eines ordentlichen Strahls und ein Brennpunkt S2 eines außerordentlichen Strahls werden ausgebildet, während sie um den Betrag D einer Bildverschiebung verschoben werden, der durch die Dicke der zusammengesetzten Quarz-Savart-Platte 6 bestimmt wird. Durch Einstellen des Betrags D einer Bildverschiebung auf 1/4 des Abstands P des Gitters der optischen Maßskala 3 können Signale mit einer Phasendifferenz von 90º erhalten werden.
Obwohl bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen linear polarisiertes Licht zur Beleuchtung verwendet wird, kann auch zirkular polarisiertes Licht verwendet werden. Falls zirkular polarisiertes Licht auf eine Savart-Platte fällt, ergeben sich ein ordentlicher Strahl und ein außerordentlicher Stahl, die linear polarisiert und deren Polarisationsorientierungen um 90º voneinander verschieden sind. Daher können unter Verwendung des gleichen Aufbaus wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die entsprechenden Funktionen und Wirkungen erhalten werden.
Wie vorstehend beschrieben ist es erfindungsgemäß möglich, eine optische Kodiervorrichtung mit einem einfachen Aufbau auszubilden, die hochgenaue Phasendifferenzsignale erfassen kann, die nicht von der Genauigkeit beim Zusammenbauen abhängen.

Claims

1. Kodiervorrichtung, mit

einer ersten optischen Maßskala (3),

einer zweiten optischen Maßskala (4),

einer Lichtquelle (1) zur Erzeugung von Licht zur Beleuchtung der ersten optischen Maßskala (3),

einer Photoerfassungseinrichtung (5-A, 5-B, 7) zum Erhalten einer Vielzahl von Ausgangssignalen mit Intensitäten, die sich entsprechend einer relativen Verschiebung der ersten optischen Maßskala (3) bezüglich dem Beleuchtungslicht verändern, und

einem in dem Lichtweg des von der Lichtquelle (1) erzeugten Lichts angeordneten doppelbrechenden Element (6), wobei

die zweite optische Maßskala (4) das von dem doppelbrechenden Element (6) emittierte Licht empfängt, um Streifen auf der zweiten optischen Maßskala (4) auszubilden,

die Ausgangssignale eine Phasendifferenz von durch die zweite optische Maßskala (4) hindurchtretendem Licht aufweisen und

das doppelbrechende Element eine Savart-Platte (6) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Photoerfassungseinrichtung eine Trenneinrichtung (7) für polarisiertes Licht zur Aufteilung des von der Lichtquelle (1) erzeugten Lichts enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Photoerfassungseinrichtung (5-A, 5-B, 7) eine Vielzahl von Photosensoren (5A, 5B) zur Erfassung von durch die Trenneinrichtung (7) für polarisiertes Licht getrennten Lichtstrahlen enthält.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle einen Halbleiterlaser (1) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, desweiteren mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (15) zur Durchführung entweder einer Signalinterpolation oder sowohl einer Signalinterpolation als auch einer Bestimmung der Verschiebungsrichtung gemäß der Vielzahl von Ausgangssignalen mit der durch die Photoerfassungseinrichtung (5-A, 5-B, 7) erhaltenen Phasendifferenz.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste optische Maßskala eine sich bewegende optische Maßskala (3) ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite optische Maßskala eine feste optische Maßskala (4) ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das doppelbrechende Element (6) zwischen der ersten (3) und der zweiten (4) optischen Maßskala angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste und zweite optische Maßskala (3, 4) von einer einzelnen optischen Maßskala mit einem zylindrischen Gitter (8) gebildet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das doppelbrechende Element (6) von dem zylindrischen Gitter (8) umgeben ist.

11. Antriebssystem, mit

einer Antriebseinrichtung (100) zum Antreiben eines Gegenstands,

einer Kodiervorrichtung (101) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche zur Erfassung eines Antriebszustands der Antriebseinrichtung und

einer Steuereinrichtung (102) zur Steuerung der Antriebseinrichtung gemäß einem Ausgangssignal der Kodiervorrichtung.