【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を、インデックススケール上の第一格子を介して反射型のメインスケールに照射し、該メインスケール上の第二格子との相互作用により生じた干渉光を、インデックススケール上の第三格子を介して受光するようにされた反射型光電式エンコーダに係り、特に、第三格子と受光素子が一体化された受光素子アレイを用いた場合でも、光源を傾けて取り付ける必要がない反射型光電式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光電式エンコーダには、例えば特許文献１に記載されている如く、図１に示すように、２枚の格子（インデックススケール２０上の第一格子２１とメインスケール１０上の第二格子１２）によって生じた干渉縞の位置を互いの相対移動によって変化させ、更にその干渉縞を、インデックススケール２０上の第三格子２３によってフィルタリングすることで、相対移動量を検出する、いわゆる３格子原理を応用したものがある。
【０００３】
図１において、２６は、インデックススケール２０上に配置された光源、２８は同じく受光素子である。
【０００４】
この図１の構成では、インデックススケール２０の中央に第一格子２１を配置し、その周辺に異なる位相差が得られるような間隔で複数（図では４つ）の第三格子２３を配置しているため、各第三格子２３に入射する光束は、メインスケール１０上の第二格子１２の各々異なる位置で反射することとなり、メインスケール１０上の汚れ等で各相の出力に差を生じる。
【０００５】
そこで、図２に示す如く、前記第三格子２３と受光素子２８を一体化した、図３に示すような受光素子アレイ３０を用いて、メインスケール１０の同じ位置で反射された光を受光することで、各相出力のばらつきを抑えることが可能となる。
【０００６】
なお、本発明に関係するものとして、特許文献２には、光源からの出射光の方向を回折格子で曲げることが記載され、特許文献３には、振動ジャイロ用の光電型エンコーダにおいて、２次元スケールと２次元格子を組合せて使用することが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特公昭６０−２３２８２号公報
【特許文献２】
特開平６−２２９７１８号公報
【特許文献３】
特開平６−３４３７６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２の構成では、必然的に光源２６を傾けて取り付ける必要があるため、入射角を変更する毎に専用の光源ホルダ（図示省略）が必要となり、又、検出器サイズも大きくなるという問題点を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、受光素子アレイを用いた場合であっても、光源を傾けて取り付ける必要がない反射型光電式エンコーダを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源からの光を、インデックススケール上の第一格子を介して反射型のメインスケールに照射し、該メインスケール上の第二格子との相互作成により生じた干渉光を、インデックススケール上の第三格子を介して受光するようにされた反射型光電式エンコーダにおいて、前記第一格子を、２次元格子であって、且つ、第三格子の方向にチャープ配列を持つ格子とすることにより、前記課題を解決したものである。
【００１１】
又、前記第三格子も、第一格子の方向にチャープ配列を持つ格子としたものである。
【００１２】
又、前記第一格子と第三格子を、測長方向と直交する方向に配置し、少なくとも第一格子が、該直交方向にチャープ配列を持つようにして、インデックススケールの測長方向の長さを短縮できるようにしたものである。
【００１３】
又、前記第一格子や第三格子を複数段設けて、光源からの光や反射光を大きく曲げられるようにしたものである。
【００１４】
又、前記第三格子を、受光素子と一体化された受光素子アレイとして、小型化したものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
本発明の第１実施形態は、図４（平面図）及び図５（図４のＶ−Ｖ線に沿う横断面図）に示す如く、光源２６からの光を、インデックススケール２０上の第一格子４１を介して反射型のメインスケール１０上に照射し、該メインスケール１０上の第二格子１２との相互作用により生じた干渉光を、インデックススケール２０上の、第三格子と受光素子が一体化された受光素子アレイ３０で受光するようにされた反射型光電式エンコーダにおいて、前記第一格子４１を、図４に詳細に示した如く、２次元格子であって、且つ、受光素子アレイ３０の方向（図では測長方向と直交する上下方向）にチャープ配列を持つ格子（チャープ格子と称する）としたものである。
【００１７】
前記インデックススケール２０上の第一格子４１は、測長方向（図の左右方向）に対しては、メインスケール１０の第二格子１２と同じピッチＰ１で並んでいるが、それと直交する方向（図の上下方向）には、ピッチが変化するチャープ格子を形成している。従って、測長方向に関しては、従来のエンコーダと同様に３格子原理が成立し、スケールの移動を検出することが可能である。一方、直交方向については、チャープ格子での回折により格子の真上から入射した光束は、図５に示した如く向きを変え、メインスケール１０を経由し、受光素子アレイ３０に到達する。従って、光源２６を傾けて取り付ける必要なしに、インデックススケール２０からの出射光を設定できる。
【００１８】
ここで、等ピッチ格子であると、異なる方向にも光が回折するため、半分以上の光が無駄になるが、チャープ格子の場合には、一種のフレネルレンズとして機能し、ある方向に光を集中することが可能であるため、光の利用効率を高くすることができる。
【００１９】
なお、第１実施形態では、チャープ格子を１段使用しているが、図６に示す第２実施形態のように、チャープ格子を複数段（図６では２段）配設することも可能であり、光源２６からの出射光の曲げ角度が大きい場合には、更に効率を上げることができる。
【００２０】
なお、前記実施形態においては、いずれも、受光素子アレイ３０が用いられていたが、図７に示す第３実施形態のように、受光素子アレイでなく、インデックススケール２０上に第三格子２３を形成し、通常の受光素子２８で受光する構成にも適用可能である。
【００２１】
又、前記実施形態においては、いずれも、第一格子４１の測長方向へのピッチＰ１がメインスケール１０上の第二格子１２のピッチと同じとされていたが、両者のピッチが異なる場合にも適用できる。
【００２２】
又、前記実施形態においては、いずれも、第一格子４１のみがチャープ格子とされていたが、図８（平面図）及び図９（図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う横断面図）に示す如く、第三格子４３も、測長方向と直交する方向（図の上下方向）にチャープ配列を持つ格子とすることができる。
【００２３】
この場合、受光素子２８に集光できるため、受光素子２８を小さくでき、その結果、素子の応答速度が向上する。従って、検出可能なスケールと検出ヘッド間の相対移動速度を上げることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、光源を傾けて取り付ける必要無く、光の出射角を設定することができる。従って、検出器を小型化することが可能となる。又、チャープ格子を含んだ２次元格子を用いているので、等ピッチの２次元格子を使用した場合より、光の利用効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３格子原理を利用した従来の反射型光電式エンコーダの一例の構成を示す斜視図
【図２】受光素子アレイを用いた従来の反射型光電式エンコーダの一例の構成を示す斜視図
【図３】第三格子の構成を示す平面図
【図４】本発明の第１実施形態の要部構成を示す平面図
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う横断面図
【図６】本発明の第２実施形態の要部構成を示す横断面図
【図７】同じく第３実施形態の要部構成を示す横断面図
【図８】同じく第４実施形態の要部構成を示す平面図
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う横断面図
【符号の説明】
１０…メインスケール
１２…第二格子
２０…インデックススケール
２３、４３…第三格子
２６…光源
２８…受光素子
３０…受光素子アレイ
４１…第一格子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention irradiates light from a light source to a reflective main scale through a first grating on an index scale, and generates interference light generated by an interaction with a second grating on the main scale. The present invention relates to a reflective photoelectric encoder adapted to receive light through the third grating above, and in particular, even when using a light receiving element array in which the third grating and the light receiving element are integrated, it is necessary to mount the light source at an angle. And a reflection type photoelectric encoder.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 1, for example, a photoelectric encoder includes two gratings (a first grating 21 on an index scale 20 and a second grating 12 on a main scale 10) as described in Patent Document 1. The so-called three-grating principle is applied, in which the positions of the generated interference fringes are changed by relative movement with each other, and the interference fringes are filtered by the third grating 23 on the index scale 20 to detect the amount of relative movement. There is something.
[0003]
In FIG. 1, 26 is a light source disposed on the index scale 20, and 28 is a light receiving element.
[0004]
In the configuration of FIG. 1, the first grating 21 is arranged at the center of the index scale 20, and a plurality (four in the figure) of third gratings 23 are arranged around the periphery of the first grating 21 so that different phase differences can be obtained. Therefore, the luminous flux incident on each third grating 23 is reflected at different positions of the second grating 12 on the main scale 10, and a difference occurs in the output of each phase due to dirt on the main scale 10 or the like.
[0005]
Therefore, as shown in FIG. 2, the light reflected at the same position on the main scale 10 is received by using a light receiving element array 30 as shown in FIG. 3, in which the third grating 23 and the light receiving element 28 are integrated. Thus, it is possible to suppress variations in the output of each phase.
[0006]
As related to the present invention, Patent Document 2 describes that the direction of light emitted from a light source is bent by a diffraction grating, and Patent Document 3 describes that a two-dimensional photoelectric encoder for a vibration gyro is used. The use of a combination of a scale and a two-dimensional grid is described.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 60-23282 [Patent Document 2]
JP-A-6-229718 [Patent Document 3]
JP-A-6-34376
[Problems to be solved by the invention]
However, in the configuration shown in FIG. 2, since the light source 26 must be installed at an angle inevitably, a dedicated light source holder (not shown) is required every time the incident angle is changed, and the size of the detector is also increased. Had problems.
[0009]
The present invention has been made in order to solve the conventional problems, and has an object to provide a reflective photoelectric encoder that does not require a light source to be tilted and attached even when a light receiving element array is used. I do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention irradiates light from a light source to a reflection type main scale via a first grating on an index scale, and generates interference light generated by mutual creation with a second grating on the main scale. In the reflective photoelectric encoder configured to receive light via the third grating, the first grating is a two-dimensional grating and a grating having a chirp arrangement in the direction of the third grating. Thus, the above problem has been solved.
[0011]
Further, the third grating is also a grating having a chirp arrangement in the direction of the first grating.
[0012]
Further, the first grating and the third grating are arranged in a direction orthogonal to the length measuring direction, and at least the first grating has a chirp arrangement in the orthogonal direction, and the length of the index scale in the length measuring direction is used. Can be shortened.
[0013]
Further, the first grating and the third grating are provided in a plurality of stages so that the light from the light source and the reflected light can be largely bent.
[0014]
Further, the third grating is downsized as a light receiving element array integrated with the light receiving element.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
In the first embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 4 (plan view) and FIG. 5 (cross-sectional view taken along line VV in FIG. 4), light from the light source 26 is Irradiation is performed on the reflective main scale 10 via the grating 41, and the interference light generated by the interaction with the second grating 12 on the main scale 10 is transmitted to the third grating and the light receiving element on the index scale 20. In the reflection type photoelectric encoder configured to receive light by the integrated light receiving element array 30, the first grating 41 is a two-dimensional grating as shown in detail in FIG. A lattice having a chirp arrangement (referred to as a chirp lattice) in the direction of 30 (the vertical direction perpendicular to the length measurement direction in the figure) is used.
[0017]
The first grating 41 on the index scale 20 is arranged at the same pitch P1 as the second grating 12 of the main scale 10 in the length measurement direction (left-right direction in the figure), but in a direction perpendicular to the direction (FIG. (Up and down directions), a chirped grating whose pitch changes is formed. Therefore, in the length measuring direction, the three-grid principle is established similarly to the conventional encoder, and the movement of the scale can be detected. On the other hand, in the orthogonal direction, a light beam incident from directly above the grating due to diffraction by the chirp grating changes its direction as shown in FIG. 5 and reaches the light receiving element array 30 via the main scale 10. Therefore, the light emitted from the index scale 20 can be set without having to mount the light source 26 at an angle.
[0018]
Here, in the case of a regular pitch grating, light is diffracted in different directions, so that more than half of the light is wasted. Since it is possible to concentrate, the light use efficiency can be increased.
[0019]
In the first embodiment, one chirp grating is used. However, as in the second embodiment shown in FIG. 6, a plurality of chirp gratings (two in FIG. 6) can be arranged. In addition, when the bending angle of the light emitted from the light source 26 is large, the efficiency can be further increased.
[0020]
In each of the above embodiments, the light receiving element array 30 is used. However, as in the third embodiment shown in FIG. It is also applicable to a configuration in which the light receiving element is formed and light is received by a normal light receiving element.
[0021]
In each of the above embodiments, the pitch P1 of the first grating 41 in the length measuring direction is the same as the pitch of the second grating 12 on the main scale 10. Is also applicable.
[0022]
In each of the above embodiments, only the first grating 41 is a chirped grating. However, FIGS. 8 (plan view) and FIG. 9 (cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG. 8) are used. As described above, the third grating 43 can also be a grating having a chirp arrangement in a direction (vertical direction in the drawing) orthogonal to the length measurement direction.
[0023]
In this case, since the light can be collected on the light receiving element 28, the light receiving element 28 can be made smaller, and as a result, the response speed of the element is improved. Therefore, the relative movement speed between the detectable scale and the detection head can be increased.
[0024]
【The invention's effect】
According to the present invention, the light emission angle can be set without the need to mount the light source at an angle. Therefore, the size of the detector can be reduced. In addition, since a two-dimensional grating including a chirped grating is used, the light use efficiency can be increased as compared with a case where a two-dimensional grating having an equal pitch is used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an example of a conventional reflective photoelectric encoder using a three-grating principle. FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of an example of a conventional reflective photoelectric encoder using a light receiving element array. FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a third grating. FIG. 4 is a plan view showing a main part configuration of the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 6 is a cross-sectional view showing a main part of the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a main part of the third embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the main part of the fourth embodiment. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG.
10 Main scale 12 Second grid 20 Index scales 23 and 43 Third grid 26 Light source 28 Light receiving element 30 Light receiving element array 41 First grid
