JP2020094880A - 反射型スケール - Google Patents
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Abstract
Description
光学式エンコーダに搭載される反射型スケールであって、
反射型回折格子と、
前記反射型回折格子の光源側の面を保護する透過性保護材と、
を有し、
前記透過性保護材の表面で反射した反射光と、前記反射型回折格子の表面で反射した後、前記透過性保護材から外側に射出された主0次回折光との第1光路長差に対応して発生する干渉光の第1可干渉度と、前記反射型回折格子の表面で回折反射した後、前記透過性保護材の外側に射出した主検出回折光と副検出回折光との第2光路長差に対応して発生する干渉光の第2可干渉度と、の両方が所定値α以下になるように、前記透過性保護材の厚みを規定した。
本発明の第1実施形態としての反射型スケール100について、図1Aおよび図1Bを用いて説明する。反射型スケール100は、直線変位や回転変位等の測定に用いられるスケールである。
次に本発明の第2実施形態に係る反射型スケールについて、図2A乃至図5を用いて説明する。なお、本実施形態に係る反射型スケールは、特許文献2の1次元反射型スケール、および特許文献3の2次元反射型スケールに適用可能である。
図2Aは、本実施形態の前提技術に係る反射型スケールを有する光学式エンコーダによる回折光を説明する図である。図2Bは、本実施形態の前提技術に係る反射型スケールを有する光学式エンコーダによる主検出回折光と副検出回折光との等傾角干渉を説明する図である。図2Cは、本実施形態の前提技術に係る反射型スケールを有する光学式エンコーダの光源のコヒーレンススペクトルの一例を示す図である。
図3Aは、本実施形態に係る反射型スケールを有する光学式エンコーダの構成の概略を説明する図である。光学式エンコーダ300は、検出ヘッド301と反射型スケール302とを含む。検出ヘッド301は、光源311と受光部312とを有する。反射型スケール302は、反射型回折格子321を有する。
θ1 (i)=θ1 (0) (2)
および
θ2 (i)=θ2 (0) (3)
であるから、直接反射光、主0次回折光および副0次回折光は等傾角をなす。これらの光路長差(OPD1)は、以下の式で与えられる。
1=R+T+A (5)
と表される。また、反射型回折格子321において発生する回折光の回折効率の総和は、反射率Rに等しいことも回折効率の定義から明らかである。すなわち、
R=η0+η1+・・・+ηm+・・・ (6)
という関係がある。
OPD1=2×1.45×1mm×cos(19.9)=2.7mm (7)
となる。ただし、入射角θ1 (i)=29.6°であり、式(8)で表されるスネルの法則
n1sinθ1 (i)=n2sinθ2 (i) (8)
から透過性保護材330の内部での入射角は、θ2 (i)=19.9°であることを用いた。
n2sinθ2 (i)+n2sinθ2 (−1)=−m・λ/Λ (9)
から、−1次回折光の透過性保護材330の内部での回折角は、θ2 (i)=0°である。
OPD2=2×1.45×1mm×cos(0)=2.9mm (10)
である。図5には、m=−1の場合のOPD2の位置も示されている。
OPD1=2×1.45×1mm×cos(0)=2.9mm (11)
となる。一方、式(1)で表されるOPD2は、
OPD2=2×1.45×1mm×cos(19.9)=2.7mm (12)
となる。
g(f2(T))<α (14)
次に、光路長差OPD1に対応して発生する干渉光の変動許容値をβ1としたとき、主0次光の回折効率は、中心値η0に対して、η0−β1からη0+β1まで変動するものとする。
と決定される。ただし、
r12:空気−透過性保護材330界面での振幅反射率、
R12:空気−透過性保護材330界面での強度反射率、
r23(0):透過性保護材330−反射型回折格子321界面での主0次回折光の振幅反射率、
R23(0):透過性保護材330−反射型回折格子321界面での主0次回折光の回折効率
であり、全て入射角の関数である。また、入射光の偏光状態にも依存する。
と決定される。ただし、dは、検出する回折光の回折次数、mは透過性保護材330の内部を多重反射する回折光の回折次数を表す。また、
r12:空気−透過性保護材330界面での振幅反射率、
t12:空気−透過性保護材330界面での振幅透過率、
t21:透過性保護材330−空気界面での振幅透過率、
R23(d):透過性保護材330−反射型回折格子321界面での主検出回折光の回折効率、
r23(m):透過性保護材330−反射型回折格子321界面での主m次回折光の振幅反射率、
R23(m):透過性保護材330−反射型回折格子321界面での主m次回折光の回折効率
であり、全て入射角および回折角の関数である。入射光の偏光状態にも依存する。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。
Claims (4)
- 光学式エンコーダに搭載される反射型スケールであって、
反射型回折格子と、
前記反射型回折格子の光源側の面を保護する透過性保護材と、
を有し、
前記透過性保護材の表面で反射した反射光と、前記反射型回折格子の表面で反射した後、前記透過性保護材から外側に射出された主0次回折光との第1光路長差に対応して発生する干渉光の第1可干渉度と、前記反射型回折格子の表面で回折反射した後、前記透過性保護材の外側に射出した主検出回折光と副検出回折光との第2光路長差に対応して発生する干渉光の第2可干渉度と、の両方が所定値α以下になるように、前記透過性保護材の厚みを規定した反射型スケール。 - 前記透過性保護材の厚みTに対して、前記第1光路長差をOPD1=f1(T)、前記第1可干渉度をg(OPD1)とし、前記第2光路長差をOPD2=f2(T)、前記第2可干渉度をg(OPD2)としたときに、
前記透過性保護材の厚みTは、下記の式の両方を満たす請求項1に記載の反射型スケール。
g(f1(T))<α
g(f2(T))<α - 前記所定値αと前記第1光路長差に対応して発生する干渉光の変動許容値β1との関係、および前記所定値αと前記第2光路長差に対応して発生する干渉光の変動許容値β2との関係がそれぞれ以下の式で決定される請求項2に記載の反射型スケール。
- 1次元または2次元である請求項1、2または3に記載の反射型スケール。
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