JP2503561B2 - レ―ザ―干渉式エンコ―ダ - Google Patents
レ―ザ―干渉式エンコ―ダInfo
- Publication number
- JP2503561B2 JP2503561B2 JP45288A JP45288A JP2503561B2 JP 2503561 B2 JP2503561 B2 JP 2503561B2 JP 45288 A JP45288 A JP 45288A JP 45288 A JP45288 A JP 45288A JP 2503561 B2 JP2503561 B2 JP 2503561B2
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- Japan
- Prior art keywords
- scale
- light
- optical
- order diffracted
- laser interference
- Prior art date
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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、光学式エンコーダに関する。
従来の光学式エンコーダでは通常レーザー光源が使わ
れず、そのため出力波形を完全な正弦波とするために
は、例えば、USP3674372明細書のように特殊な工夫が必
要であり、高コストであった。また、特開昭61−212728
号のように、レーザービームを分岐させて干渉計の構成
をとるものもあるが、偏光プリズムや波長板等が必要と
なり、構成が複雑で高価であった。
れず、そのため出力波形を完全な正弦波とするために
は、例えば、USP3674372明細書のように特殊な工夫が必
要であり、高コストであった。また、特開昭61−212728
号のように、レーザービームを分岐させて干渉計の構成
をとるものもあるが、偏光プリズムや波長板等が必要と
なり、構成が複雑で高価であった。
一方、特開昭61−10716号によって、簡単な構成で完
全な正弦波形の得られる光学式エンコーダが提案されて
いる。このものは、コヒーレント光源と、該コヒーレン
ト光源からの光束を収束する照明対物レンズと、該照明
対物レンズによる収束光に対して相対的に移動可能な回
折格子板と、該回折格子板による回折光を集光する集光
対物レンズと、該集光対物レンズの射出瞳の近傍に配置
された２分割受光素子とを有し、該２分割受光素子の分
割線が該集光対物レンズの光軸と交わり前記回折格子の
溝方向と平行になるように配置され、更に該２分割受光
素子からの各出力信号の差信号と和信号とを出力する演
算手段を有するものである。
全な正弦波形の得られる光学式エンコーダが提案されて
いる。このものは、コヒーレント光源と、該コヒーレン
ト光源からの光束を収束する照明対物レンズと、該照明
対物レンズによる収束光に対して相対的に移動可能な回
折格子板と、該回折格子板による回折光を集光する集光
対物レンズと、該集光対物レンズの射出瞳の近傍に配置
された２分割受光素子とを有し、該２分割受光素子の分
割線が該集光対物レンズの光軸と交わり前記回折格子の
溝方向と平行になるように配置され、更に該２分割受光
素子からの各出力信号の差信号と和信号とを出力する演
算手段を有するものである。
そして２分割受光素子によってそれぞれに入射するプ
ラス１次及びマイナス１次の回折光の強度を検出し、演
算手段によって両受光素子の出力信号の差及び和の信号
を求め互いに9.0゜だけ位相の異なる信号を得ている。
しかながらこのものは、回折格子板上にコヒーレント光
束の集束光を入射させているため、回折格子板の格子ピ
ッチが正確であること、及び回折格子板と対物レンズと
の距離が正しく設定されていること、が高精度な信号を
得る条件となる。
ラス１次及びマイナス１次の回折光の強度を検出し、演
算手段によって両受光素子の出力信号の差及び和の信号
を求め互いに9.0゜だけ位相の異なる信号を得ている。
しかながらこのものは、回折格子板上にコヒーレント光
束の集束光を入射させているため、回折格子板の格子ピ
ッチが正確であること、及び回折格子板と対物レンズと
の距離が正しく設定されていること、が高精度な信号を
得る条件となる。
〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明では、従来の光学式エンコーダの構成を大きく
変えることなく、簡単な構成でかつ、回折格子板と対物
レンズとの距離が正しく設定されていなくても、完全な
正弦波を得ることのできる光学式エンコーダを提供する
ことを目的とする。
変えることなく、簡単な構成でかつ、回折格子板と対物
レンズとの距離が正しく設定されていなくても、完全な
正弦波を得ることのできる光学式エンコーダを提供する
ことを目的とする。
本発明は、一定のピッチでくり返される回折格子を有
する光学式スケール（３）を、レーザー等のコヒーレン
ト光源（１）から出射するコリメートされた平行光で透
過照明し、前記スケール透過後の前記照明光のプラス一
次回折光と直接光（ゼロ次回折光）のみが干渉する領
域、又はマイナス一次回折光と直接光のみが干渉する領
域に前記スケール（３）と同一のピッチを持つインデッ
クススケール（３、４）を配置したことを特徴とするレ
ーザー干渉式をエンコーダ、である。
する光学式スケール（３）を、レーザー等のコヒーレン
ト光源（１）から出射するコリメートされた平行光で透
過照明し、前記スケール透過後の前記照明光のプラス一
次回折光と直接光（ゼロ次回折光）のみが干渉する領
域、又はマイナス一次回折光と直接光のみが干渉する領
域に前記スケール（３）と同一のピッチを持つインデッ
クススケール（３、４）を配置したことを特徴とするレ
ーザー干渉式をエンコーダ、である。
第１図で示したように、光学式スケール３をコリメー
タレンズでコリメートされたレーザ光源等１からのコヒ
ーレントな平行光で照射すると、透過光は直接光の他に
多くの回折光を含む。しかし空間内の特定の位置を選べ
ば、直接光とプラス一次回折光（又は直接光とマイナス
一次回折光）のみが干渉し、完全な正弦波状の干渉縞を
得ることができる。第１図の斜線で示した位置がそのよ
うな位置であり、この部分にインデックススケールを配
置すれば出力波形は完全な正弦波となる。第１図よりイ
ンデックススケールと光学式スケールの間隔は図中のｄ
で示す値の近傍が都合良いことがわかる。ここでスケー
ルピッチをＰ、照明波長をλ、直接光の幅の半分をＲ、
とすると、 ｄ≒PR/λ ……（１） ここで、第１図の座標系に沿って、斜線で示した領域
に生ずる干渉縞を定式化する。まず、直接光とプラス１
次回折光の干渉について考える。
タレンズでコリメートされたレーザ光源等１からのコヒ
ーレントな平行光で照射すると、透過光は直接光の他に
多くの回折光を含む。しかし空間内の特定の位置を選べ
ば、直接光とプラス一次回折光（又は直接光とマイナス
一次回折光）のみが干渉し、完全な正弦波状の干渉縞を
得ることができる。第１図の斜線で示した位置がそのよ
うな位置であり、この部分にインデックススケールを配
置すれば出力波形は完全な正弦波となる。第１図よりイ
ンデックススケールと光学式スケールの間隔は図中のｄ
で示す値の近傍が都合良いことがわかる。ここでスケー
ルピッチをＰ、照明波長をλ、直接光の幅の半分をＲ、
とすると、 ｄ≒PR/λ ……（１） ここで、第１図の座標系に沿って、斜線で示した領域
に生ずる干渉縞を定式化する。まず、直接光とプラス１
次回折光の干渉について考える。
直接光の振幅U0（ｘ、ｚ）はｋ＝２π／λとして 一次回折光の振幅U1（ｘ、ｚ）は よって、干渉後の振幅U+（ｘ、ｚ）は U+（ｘ、ｚ）＝U0（ｘ、ｚ）＋U1（ｘ、ｚ）……（４） 干渉縞の強度分布I+（ｘ、ｚ）は（２）、（３）、
（４）より 直接光とマイナス一次回折光の干渉縞の強度分布I
-（ｘ、ｚ）は同様に となる。（５）、（６）より干渉縞は光学スケールのピ
ッチと同一であり、Ｚ方向に観測面を移動させると、縞
の位相がおのおの逆方向に動くことがわかる。
（４）より 直接光とマイナス一次回折光の干渉縞の強度分布I
-（ｘ、ｚ）は同様に となる。（５）、（６）より干渉縞は光学スケールのピ
ッチと同一であり、Ｚ方向に観測面を移動させると、縞
の位相がおのおの逆方向に動くことがわかる。
I+とI-の位相差は（５）、（６）式より エンコーダとしては、進行方向弁別のため90゜位相の
異なった２つの出力が必要であるから、δ＝±90゜（又
は であると都合が良い。このときはＺは（７）式より となる。
異なった２つの出力が必要であるから、δ＝±90゜（又
は であると都合が良い。このときはＺは（７）式より となる。
第２図は本発明の第１実施例であり、レーザーダイオ
ード１から出たコヒーレントな単色光はコリメータレン
ズ２で平行光となってリニアスケール３に入射する。リ
ニアスケール３は透過型の回折格子であって、例えば、
蒸着等により一定ピッチでスリットの形成されたものが
用いられる。リニアスケール３で回折した光は、インデ
ックススケール４に入射するが、リニアスケール３とイ
ンデックススケール４の間隔ｄが をみたしているため、インデックススケール４上にはリ
ニアスケール３と同一ピッチの正弦波状干渉縞があらわ
れ、かつインデックススケール４の右半分と左半分とで
干渉縞の位相が90゜ずれている。従って、インデックス
スケール４の右半分からと透過光を検出する光検出器5a
と左半分からの透過光を検出する光検出器5bの出力から
演算回路６、表示装置７によって方向弁別可能なリニア
エンコーダが構成される。この場合インデックススケー
ル４は単なるリニアスケールで良いが、複数個の位相の
異なった刻線窓をもつ従来型のインデックススケールを
用いても勿論良い。
ード１から出たコヒーレントな単色光はコリメータレン
ズ２で平行光となってリニアスケール３に入射する。リ
ニアスケール３は透過型の回折格子であって、例えば、
蒸着等により一定ピッチでスリットの形成されたものが
用いられる。リニアスケール３で回折した光は、インデ
ックススケール４に入射するが、リニアスケール３とイ
ンデックススケール４の間隔ｄが をみたしているため、インデックススケール４上にはリ
ニアスケール３と同一ピッチの正弦波状干渉縞があらわ
れ、かつインデックススケール４の右半分と左半分とで
干渉縞の位相が90゜ずれている。従って、インデックス
スケール４の右半分からと透過光を検出する光検出器5a
と左半分からの透過光を検出する光検出器5bの出力から
演算回路６、表示装置７によって方向弁別可能なリニア
エンコーダが構成される。この場合インデックススケー
ル４は単なるリニアスケールで良いが、複数個の位相の
異なった刻線窓をもつ従来型のインデックススケールを
用いても勿論良い。
この場合は の条件はインデックススケールの刻線窓間の位相差に応
じて変わることになる。
じて変わることになる。
第３図は本発明の第２実施例であり、レーザーダイオ
ード８、コリメータレンズ９、の働きは第２図と同一で
あるが、第３図ではリニアスケール10を透過した回折光
が反射部材11を経て再びスケール10上に投影される。こ
の場合はリニアスケール10がインデックススケールを兼
ねるわけであり、第３図の右側の光検出器12aと左側の
光検出器12bからは、点Ａから点Ｂまでの光路長が をみたすとき90゜位相の異なった出力が得られる。ま
た、第２実施例では、投影式にしたことにより、検出器
12a、12bとリニアスケール10とが変位する際に、等価的
にリニアスケール10のピッチが半減する（出力パルス数
が２倍になる）ことは幾何光学的に明らかである。以上
のことから、この系では進行方向弁別可能なエンコーダ
が構成可能であると共に、出力パルス数を２倍にするこ
とが可能である。また、光出力信号は前に述べた通り完
全正弦波形であるから１ピッチ内の電気的内挿も原理的
には無限に可能である。
ード８、コリメータレンズ９、の働きは第２図と同一で
あるが、第３図ではリニアスケール10を透過した回折光
が反射部材11を経て再びスケール10上に投影される。こ
の場合はリニアスケール10がインデックススケールを兼
ねるわけであり、第３図の右側の光検出器12aと左側の
光検出器12bからは、点Ａから点Ｂまでの光路長が をみたすとき90゜位相の異なった出力が得られる。ま
た、第２実施例では、投影式にしたことにより、検出器
12a、12bとリニアスケール10とが変位する際に、等価的
にリニアスケール10のピッチが半減する（出力パルス数
が２倍になる）ことは幾何光学的に明らかである。以上
のことから、この系では進行方向弁別可能なエンコーダ
が構成可能であると共に、出力パルス数を２倍にするこ
とが可能である。また、光出力信号は前に述べた通り完
全正弦波形であるから１ピッチ内の電気的内挿も原理的
には無限に可能である。
以上の様に本発明によれば、光源にレーザーダイオー
ドの様なコヒーレント単色光源を用いるだけで、簡単な
構成で正弦波出力の可能なエンコーダを提供することが
できる。また、平行光をスケールに入射しているので、
スケールの格子に多少のピッチむらがあってもそれらは
平均化される。
ドの様なコヒーレント単色光源を用いるだけで、簡単な
構成で正弦波出力の可能なエンコーダを提供することが
できる。また、平行光をスケールに入射しているので、
スケールの格子に多少のピッチむらがあってもそれらは
平均化される。
また、スケール〜インデックス間隔を に選ぶことにより、単なるリニアスケールをインデック
ススケールに用いても、90゜位相の異なる２つの正弦波
出力を得ることができる。この応用として、第３図に示
したように、自己投影型のエンコーダが実現でき、出力
パルス数を２倍に増やすことができる。
ススケールに用いても、90゜位相の異なる２つの正弦波
出力を得ることができる。この応用として、第３図に示
したように、自己投影型のエンコーダが実現でき、出力
パルス数を２倍に増やすことができる。
第１図は本発明の原理を説明する光路図、第２図は本発
明の第１実施例を示す光学系及び電気ブロックを示す
図、第３図は本発明の第２実施例の光学系を示す図、で
ある。 〔主要部分の符号の説明〕 １……レーザーダイオード、 ２……コリメータレンズ、 ３……リニアスケール、 ４……インデックススケール、 5a、5b……光検出器。
明の第１実施例を示す光学系及び電気ブロックを示す
図、第３図は本発明の第２実施例の光学系を示す図、で
ある。 〔主要部分の符号の説明〕 １……レーザーダイオード、 ２……コリメータレンズ、 ３……リニアスケール、 ４……インデックススケール、 5a、5b……光検出器。
Claims (4)
- 【請求項１】一定のピッチでくり返される回折格子を有
する光学式スケールを、レーザー等のコヒーレント光源
から出射するコリメートされた平行光で透過照明し、前
記スケール透過後の前記照明光のプラス一次回折光と直
接光（ゼロ次回折光）のみが干渉する領域、又はマイナ
ス一次回折光と直接光のみが干渉する領域に前記スケー
ルと同一のピッチを持つインデックススケールを配置し
たことを特徴とするレーザー干渉式エンコーダ。 - 【請求項２】プラス一次回折光と直接光のみが干渉する
領域、及びマイナス一次回折光と直接光のみが干渉する
領域にまたがって一個のインデックススケールを配置し
たこと特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のレー
ザー干渉式エンコーダ。 - 【請求項３】前記光学式スケールの回折格子として、一
定のピッチで光透過部分と光不透過部分がくり返される
ものを用いると共に、前記光学式スケールを透過した光
を再び該スケール上に投影する光学系を設け、前記光学
式スケールがインデックススケールの役割をもするよう
にした特許請求の範囲第２項記載のレーザー干渉式エン
コーダ。 - 【請求項４】前記光学式スケールと前記インデックスス
ケールの間隔ｚを空気換算にしてほぼ 但し、λは照明光の波長 Ｐはスケールピッチ ｎは任意の自然数 としたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項から
第３項記載のレーザー干渉式エンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP45288A JP2503561B2 (ja) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | レ―ザ―干渉式エンコ―ダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP45288A JP2503561B2 (ja) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | レ―ザ―干渉式エンコ―ダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01176914A JPH01176914A (ja) | 1989-07-13 |
| JP2503561B2 true JP2503561B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=11474183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP45288A Expired - Lifetime JP2503561B2 (ja) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | レ―ザ―干渉式エンコ―ダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2503561B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5323001A (en) * | 1989-12-26 | 1994-06-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Rotary encoder with scale member and interference of zero and first order diffraction beam |
| JP2862417B2 (ja) * | 1990-11-16 | 1999-03-03 | キヤノン株式会社 | 変位測定装置及び方法 |
| JP3254737B2 (ja) * | 1992-06-17 | 2002-02-12 | キヤノン株式会社 | エンコーダー |
| JP3170902B2 (ja) * | 1992-09-30 | 2001-05-28 | キヤノン株式会社 | 信号処理方法及びそれを用いたエンコーダ |
| JP4899127B2 (ja) * | 2007-02-19 | 2012-03-21 | ミネベア株式会社 | インバータトランス |
-
1988
- 1988-01-05 JP JP45288A patent/JP2503561B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01176914A (ja) | 1989-07-13 |
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