JP2670457B2 - 零点位置検出装置 - Google Patents
零点位置検出装置Info
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- JP2670457B2 JP2670457B2 JP25552089A JP25552089A JP2670457B2 JP 2670457 B2 JP2670457 B2 JP 2670457B2 JP 25552089 A JP25552089 A JP 25552089A JP 25552089 A JP25552089 A JP 25552089A JP 2670457 B2 JP2670457 B2 JP 2670457B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本考案は産業用工作機械や計測機械などの分野で物体
の移動や回転を計測するために取り付けられるエンコー
ダーの零点位置の検出法に関するものである。
の移動や回転を計測するために取り付けられるエンコー
ダーの零点位置の検出法に関するものである。
［従来の技術］ 従来より、NC工作機械等に、位置や角度を検出する変
位センサーとしてエンコーダーが使用されている。そし
て、この種のエンコーダーの高分解能化と高精度化が要
求されてきている。
位センサーとしてエンコーダーが使用されている。そし
て、この種のエンコーダーの高分解能化と高精度化が要
求されてきている。
本出願人は、スケールとして用いる回折格子の記録密
度を数ミクロン／ピツチにし、この回折格子で生じる一
対の回折光を取り出して干渉させ、干渉光を光電変換す
ることにより、回折格子の変位に応じた周期信号を得
る、高分解能且つ高精度な変位測定装置をいくつか考案
している。一方、この装置に組み込まれるスケールの零
点位置検出装置の検出分解能や精度も、回折格子の変位
測定時並の分解能や精度が要求される。この要求に沿っ
て、本件出願人は、第４図に示す零点位置検出装置を考
案した。第４図の装置では、半導体レーザ１からの平行
光束を、ビームスプリツタ３によって一部反射して取り
出し、シリンドリカルレンズ６によって、矢印で示すス
ケール７の移動方向のみにビーム断面形状を縮めて線状
にし、スケール７上の零点位置検出用線状パターン８の
通過予定地点Ｐに線状ビームを照射する。そして、そこ
に反射体である線状パターン８が侵入すると、線状ビー
ムがパターン８で反射せしめられて、反射光が生じ、矢
印方向へのパターン８の移動に伴なつて、反射光の進行
領域が連続的に変化する。そこで、反射光をシリンドリ
カルレンズ６を再透過させてビーム断面形状をほぼ元通
りに戻し、更にビームスプリツタ３を透過させてから受
光素子S1，S2に入射させると、受光素子S1，S2のそれぞ
れに入射する光量のバランスがパターン８の移動に伴な
って連続的に変化する。ここでは、２つの受光素子S1，
S2の出力レベルが一致したところでスケール７の零点位
置を示す信号を発生させるようにしている。
度を数ミクロン／ピツチにし、この回折格子で生じる一
対の回折光を取り出して干渉させ、干渉光を光電変換す
ることにより、回折格子の変位に応じた周期信号を得
る、高分解能且つ高精度な変位測定装置をいくつか考案
している。一方、この装置に組み込まれるスケールの零
点位置検出装置の検出分解能や精度も、回折格子の変位
測定時並の分解能や精度が要求される。この要求に沿っ
て、本件出願人は、第４図に示す零点位置検出装置を考
案した。第４図の装置では、半導体レーザ１からの平行
光束を、ビームスプリツタ３によって一部反射して取り
出し、シリンドリカルレンズ６によって、矢印で示すス
ケール７の移動方向のみにビーム断面形状を縮めて線状
にし、スケール７上の零点位置検出用線状パターン８の
通過予定地点Ｐに線状ビームを照射する。そして、そこ
に反射体である線状パターン８が侵入すると、線状ビー
ムがパターン８で反射せしめられて、反射光が生じ、矢
印方向へのパターン８の移動に伴なつて、反射光の進行
領域が連続的に変化する。そこで、反射光をシリンドリ
カルレンズ６を再透過させてビーム断面形状をほぼ元通
りに戻し、更にビームスプリツタ３を透過させてから受
光素子S1，S2に入射させると、受光素子S1，S2のそれぞ
れに入射する光量のバランスがパターン８の移動に伴な
って連続的に変化する。ここでは、２つの受光素子S1，
S2の出力レベルが一致したところでスケール７の零点位
置を示す信号を発生させるようにしている。
しかしながら、この装置では、ビームの照射領域（ビ
ームスポツト）の線幅dBと零点検出用の線状パターンの
線幅dPの関係が2dp≧dB≧dpを満たしている必要があ
り、ビームが矢印方向に関して収歛しているために、シ
リンドリカルレンズ６からスケール７までの距離の変動
に敏感である。従って、回折格子70の変位を測定するた
めの読み取りヘツドとスケール７とを分離して、それぞ
れを被検物体に組み込んで使用する場合（組み込みタイ
プの装置）、取り付け調整が容易ではない。そこで、本
件出願人は、あらかじめ２つのビームを用意しておき、
それぞれを、スケール上の互いにわずかにずらした位置
に照射する装置を提案している。
ームスポツト）の線幅dBと零点検出用の線状パターンの
線幅dPの関係が2dp≧dB≧dpを満たしている必要があ
り、ビームが矢印方向に関して収歛しているために、シ
リンドリカルレンズ６からスケール７までの距離の変動
に敏感である。従って、回折格子70の変位を測定するた
めの読み取りヘツドとスケール７とを分離して、それぞ
れを被検物体に組み込んで使用する場合（組み込みタイ
プの装置）、取り付け調整が容易ではない。そこで、本
件出願人は、あらかじめ２つのビームを用意しておき、
それぞれを、スケール上の互いにわずかにずらした位置
に照射する装置を提案している。
［発明の概要］ 本発明は、上述の複数のビームを利用する零点位置検
出装置の改良に関するものであり、簡単な光学系を備え
た零点位置検出装置の提供を目的としている。
出装置の改良に関するものであり、簡単な光学系を備え
た零点位置検出装置の提供を目的としている。
この目的を達成するために、本発明の第１の形態の装
置は、零点位置検出用のパターンが形成されたスケール
に第１と第２の光束を照射する照射手段と、パターンで
反射した第１光束を光電変換して第１信号を出力する第
１光電変換手段と、パターンで反射した第２光束を光電
変換して第２信号を出力する第２光電変換手段と、第１
及び第２光電変換手段から出力された第１及び第２信号
のレベルの一致に応答して、スケールの零点位置を示す
信号を出力する零点検出手段とを有する零点位置検出装
置において、上記照射手段が光源と所定の稜線により分
けられた第１と第１の屈折面を備えたプリズム手段とを
有し、上記照射手段が、光源からの光束をプリズム手段
の稜線を介して第１及び第２部分に分け、第１部分を第
１屈折面で屈折せしめて上記第１光束として上記スケー
ルに斜入射させ、第２部分を第２屈折面で屈折せしめて
上記第２光束として上記スケールに斜入射させて、上記
パターンで反射した第１光束及び第２光束をプリズム手
段を介して上記第１及び第２光電変換手段に向けるよう
に構成されている。
置は、零点位置検出用のパターンが形成されたスケール
に第１と第２の光束を照射する照射手段と、パターンで
反射した第１光束を光電変換して第１信号を出力する第
１光電変換手段と、パターンで反射した第２光束を光電
変換して第２信号を出力する第２光電変換手段と、第１
及び第２光電変換手段から出力された第１及び第２信号
のレベルの一致に応答して、スケールの零点位置を示す
信号を出力する零点検出手段とを有する零点位置検出装
置において、上記照射手段が光源と所定の稜線により分
けられた第１と第１の屈折面を備えたプリズム手段とを
有し、上記照射手段が、光源からの光束をプリズム手段
の稜線を介して第１及び第２部分に分け、第１部分を第
１屈折面で屈折せしめて上記第１光束として上記スケー
ルに斜入射させ、第２部分を第２屈折面で屈折せしめて
上記第２光束として上記スケールに斜入射させて、上記
パターンで反射した第１光束及び第２光束をプリズム手
段を介して上記第１及び第２光電変換手段に向けるよう
に構成されている。
また、同様に、本発明の第２の形態の装置は、零点位
置検出用のパターンが形成されたスケールに第１と第２
の光束を照射する照射手段と、パターンで反射した第１
光束を光電変換して第１信号を出力する第１光電変換手
段と、パターンで反射した第２光束を光電変換して第２
信号を出力する第２光電変換手段と、第１及び第２光電
変換手段から出力された第１及び第２信号のレベルの一
致に応答して、スケールの零点位置を示す信号を出力す
る零点検出手段とを有する零点位置検出装置において、
上記照射手段が光源と回折手段とを有し、上記照射手段
が、光源からの光束を回折手段で回折せしめて得られる
正負同次数の回折光を上記第１及び第２光束として上記
スケールに斜入射させて、上記パターンで反射した第１
及び第２光束を回折手段を介して上記第１及び第２光電
変換手段に向けるように構成されている。
置検出用のパターンが形成されたスケールに第１と第２
の光束を照射する照射手段と、パターンで反射した第１
光束を光電変換して第１信号を出力する第１光電変換手
段と、パターンで反射した第２光束を光電変換して第２
信号を出力する第２光電変換手段と、第１及び第２光電
変換手段から出力された第１及び第２信号のレベルの一
致に応答して、スケールの零点位置を示す信号を出力す
る零点検出手段とを有する零点位置検出装置において、
上記照射手段が光源と回折手段とを有し、上記照射手段
が、光源からの光束を回折手段で回折せしめて得られる
正負同次数の回折光を上記第１及び第２光束として上記
スケールに斜入射させて、上記パターンで反射した第１
及び第２光束を回折手段を介して上記第１及び第２光電
変換手段に向けるように構成されている。
本発明では、照明手段が上記の通り構成されているた
め、複数のビームを使用してパターンの検出を行なうに
も関わらず、簡単な光学系で装置を構成できる。従っ
て、小型で安価な、組み込みタイプの変位測定装置の提
供も可能になる。また、本発明の装置は様々なタイプの
変位測定装置、例えば、磁気式や光学式のリニア或いは
ロータリータイプの各種エンコーダーに応用可能であ
り、前述した、干渉光を利用して回折格子の変位を読取
るタイプに限定されない。
め、複数のビームを使用してパターンの検出を行なうに
も関わらず、簡単な光学系で装置を構成できる。従っ
て、小型で安価な、組み込みタイプの変位測定装置の提
供も可能になる。また、本発明の装置は様々なタイプの
変位測定装置、例えば、磁気式や光学式のリニア或いは
ロータリータイプの各種エンコーダーに応用可能であ
り、前述した、干渉光を利用して回折格子の変位を読取
るタイプに限定されない。
本発明のいくつかの特徴と具体的形態は、後述する実
施例で明らかにされる。
施例で明らかにされる。
［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例を示す概略図である。同
図において、１はレーザーダイオード、２はコリメータ
ーレンズ、３はハーフミラー、４はプリズム、41はプリ
ズム40の稜線、42,43は稜線41で分けられたプリズム40
の屈折面、６はシリドリカルレンズ、７は回折格子（不
図示）が形成されたリニアスケール、８は零点位置検出
用のパターン、81,82はパターン８を構成する第１及び
第２反射マーク、S1,S2は受光素子、９はスケールに形
成した回折格子を読み取る光学系、100は受光素子S1，S
2からの信号に基づいてスケール７の零点位置を示す信
号を出力する零点検出手段である。レーザー１から射出
した光束はコリメータレンズ２によつて平行光束に変換
されハーフミラー３に向かう。この光束はハーフミラー
３で一部反射させられ、コリメーターレンズ２の光軸と
交わるように設定されたプリズム４の稜線41に向かい、
この稜線41を中心に２つの屈折面によつて２つの部分に
分けられ、互いに異なる２方向に進行する光束R1，R2に
分離される。また、稜線41が延びる方向はスケール７の
移動方向（矢印Ａ）と一致させている。次に光束R1，R2
はシリドリカルレンズ６によつて、それぞれ矢印Ａ方向
に縮められ、集光され反射マーク81,82の通過予定位置P
1，P2（矢印Ａ方向に関して互いにほぼ同じ位置にあ
る。）に斜入射させられ、位置P1，P2にそれぞれ、矢印
Ａと直交する方向に延びた線状のビームスポツトを形成
する。「このようなビーブスポツトを形成するために、
シリンドリカルレンズ６の母線が矢印Ａの方向で直交す
る方向に向けられている。さて、反射マーク81,82は、
矢印Ａの方向に関して、互いの位置をずらして形成して
あり、各マークの形状は、矢印Ａの方向と直交する方向
に長手方向を有する短形形状である。」このような反射
マーク81,82が位置P1，P2にさしかかると、反射マーク8
1が先に位置P1に到達するので、光束R1が先に反射マー
ク81で反射されて反射光束R1′が生じ、続いて、反射マ
ーク82が位置P2に到達して光束R2が反射マーク82で反射
し、反射光束R2′が生じる。そして、光束R1′，R2′は
シリンドリカルレンズ６を再透過してほば元の光束断面
形状に戻されて、更にプリズム４に再入射する。このと
き往路で屈折面41を透過した光束R1′は、復路では屈折
面42を透過して屈折せしめられ、往路で屈折面42を透過
した光束R2′は、復路では屈折面41を透過して屈折せし
められる。そして、この時、両光束R1′，R2′はプリズ
ム４の稜線41からはずれた位置を通過する。両光束
R1′，R2′は、プリズム４の２つの屈折面41,42から互
いに平行に射出し（プリズム４に最初に入射した光とも
平行）、ハーフミラー３を透過して各々受光素子S1，S2
に入射する。受光素子S1，S2は各々に入射した光束
R1′，R2′を光電変換して、その強度に応じた信号を出
力する。これらの信号は互いに位相がずれた信号であ
り、各々零点で検出手段100に信号線を介して入力され
る。零点検出手段100はこれらの信号のレベルの一致を
判定して、これらの信号レベルが一致した瞬間にスケー
ル７の零点位置を示す零点信号を発生させる。これによ
り、スケール７の零点位置が検出されたことになる。
図において、１はレーザーダイオード、２はコリメータ
ーレンズ、３はハーフミラー、４はプリズム、41はプリ
ズム40の稜線、42,43は稜線41で分けられたプリズム40
の屈折面、６はシリドリカルレンズ、７は回折格子（不
図示）が形成されたリニアスケール、８は零点位置検出
用のパターン、81,82はパターン８を構成する第１及び
第２反射マーク、S1,S2は受光素子、９はスケールに形
成した回折格子を読み取る光学系、100は受光素子S1，S
2からの信号に基づいてスケール７の零点位置を示す信
号を出力する零点検出手段である。レーザー１から射出
した光束はコリメータレンズ２によつて平行光束に変換
されハーフミラー３に向かう。この光束はハーフミラー
３で一部反射させられ、コリメーターレンズ２の光軸と
交わるように設定されたプリズム４の稜線41に向かい、
この稜線41を中心に２つの屈折面によつて２つの部分に
分けられ、互いに異なる２方向に進行する光束R1，R2に
分離される。また、稜線41が延びる方向はスケール７の
移動方向（矢印Ａ）と一致させている。次に光束R1，R2
はシリドリカルレンズ６によつて、それぞれ矢印Ａ方向
に縮められ、集光され反射マーク81,82の通過予定位置P
1，P2（矢印Ａ方向に関して互いにほぼ同じ位置にあ
る。）に斜入射させられ、位置P1，P2にそれぞれ、矢印
Ａと直交する方向に延びた線状のビームスポツトを形成
する。「このようなビーブスポツトを形成するために、
シリンドリカルレンズ６の母線が矢印Ａの方向で直交す
る方向に向けられている。さて、反射マーク81,82は、
矢印Ａの方向に関して、互いの位置をずらして形成して
あり、各マークの形状は、矢印Ａの方向と直交する方向
に長手方向を有する短形形状である。」このような反射
マーク81,82が位置P1，P2にさしかかると、反射マーク8
1が先に位置P1に到達するので、光束R1が先に反射マー
ク81で反射されて反射光束R1′が生じ、続いて、反射マ
ーク82が位置P2に到達して光束R2が反射マーク82で反射
し、反射光束R2′が生じる。そして、光束R1′，R2′は
シリンドリカルレンズ６を再透過してほば元の光束断面
形状に戻されて、更にプリズム４に再入射する。このと
き往路で屈折面41を透過した光束R1′は、復路では屈折
面42を透過して屈折せしめられ、往路で屈折面42を透過
した光束R2′は、復路では屈折面41を透過して屈折せし
められる。そして、この時、両光束R1′，R2′はプリズ
ム４の稜線41からはずれた位置を通過する。両光束
R1′，R2′は、プリズム４の２つの屈折面41,42から互
いに平行に射出し（プリズム４に最初に入射した光とも
平行）、ハーフミラー３を透過して各々受光素子S1，S2
に入射する。受光素子S1，S2は各々に入射した光束
R1′，R2′を光電変換して、その強度に応じた信号を出
力する。これらの信号は互いに位相がずれた信号であ
り、各々零点で検出手段100に信号線を介して入力され
る。零点検出手段100はこれらの信号のレベルの一致を
判定して、これらの信号レベルが一致した瞬間にスケー
ル７の零点位置を示す零点信号を発生させる。これによ
り、スケール７の零点位置が検出されたことになる。
本実施例では、上述した様な方法で２つの光束R1，R2
をスケール７上へ照射するプリズム４を使用したため、
光学系の構成を極めて簡単にすることができた。尚、第
１図においては、光束R1，R2，反射光束R1′，R2の光路
を説明し易くするために、プリズム４とシリンドリカル
レンズ６の矢印Ａ方向に関する半分の部分だけを図示し
た。
をスケール７上へ照射するプリズム４を使用したため、
光学系の構成を極めて簡単にすることができた。尚、第
１図においては、光束R1，R2，反射光束R1′，R2の光路
を説明し易くするために、プリズム４とシリンドリカル
レンズ６の矢印Ａ方向に関する半分の部分だけを図示し
た。
第１図に示した回折格子読み取り光学系９に関して簡
単に説明すると、この光学系９は、ビームスプリツター
３に透過した、コリメーターレンズ２からの平行光束を
受けて、スケール７上に形成した不図示の回折格子に向
ける。そして、回折格子で生じた正負同次数の回折光同
志を干渉させて干渉光を形成し、この干渉光を光検出器
で検出し、スケール７の変位に対応した電気信号に変換
する。
単に説明すると、この光学系９は、ビームスプリツター
３に透過した、コリメーターレンズ２からの平行光束を
受けて、スケール７上に形成した不図示の回折格子に向
ける。そして、回折格子で生じた正負同次数の回折光同
志を干渉させて干渉光を形成し、この干渉光を光検出器
で検出し、スケール７の変位に対応した電気信号に変換
する。
この信号に基づいてスケール７の移動量が測定され、
この信号と、検出手段100から出力される零点信号が不
図示の制御装置に入力されて、スケール７の位置が検出
できる。
この信号と、検出手段100から出力される零点信号が不
図示の制御装置に入力されて、スケール７の位置が検出
できる。
第２図は、本発明の他の実施例を示す概略図であり、
２光束を生成する手段としてプリズムの代りに回折格子
を用いたものである。
２光束を生成する手段としてプリズムの代りに回折格子
を用いたものである。
第２図において、１は、レーザーダイオード、２はコ
リメーターレンズ、３はハーフミラー、５は回折格子、
６は回折格子５の格子線及び矢印Ａ方向と直交する方向
に母線を向けたシリンドリカルレンズ、７はリニアスケ
ール、８は零点位置検出用のパターン、81、２はパター
ン８を構成する反射マーク、S1，S2は、受光素子、９は
回折格子読み取り光学系である。また、受光素子S1，S2
からの出力信号は、第１図で示した零点検出手段100に
入力される。そして、本実施例の回折格子５を除く他の
部材の配置と機能は、第１図の装置と全く同じである。
リメーターレンズ、３はハーフミラー、５は回折格子、
６は回折格子５の格子線及び矢印Ａ方向と直交する方向
に母線を向けたシリンドリカルレンズ、７はリニアスケ
ール、８は零点位置検出用のパターン、81、２はパター
ン８を構成する反射マーク、S1，S2は、受光素子、９は
回折格子読み取り光学系である。また、受光素子S1，S2
からの出力信号は、第１図で示した零点検出手段100に
入力される。そして、本実施例の回折格子５を除く他の
部材の配置と機能は、第１図の装置と全く同じである。
レーザー１から射出した光束は、コリメーターレンズ
２によつて平行光束に変換され、この光束がハーフミラ
ー３で一部反射せしめられて回折格子５に入射する。回
折格子５は入射光束を回折して回折光Ｒ＋,R−を生成す
る。この時、回折格子５からはＲ＋,R−以外の他の次数
の回折光も発生するが、マスク等の遮光手段で、これら
の不要な他の次数の回折光は遮光する。
２によつて平行光束に変換され、この光束がハーフミラ
ー３で一部反射せしめられて回折格子５に入射する。回
折格子５は入射光束を回折して回折光Ｒ＋,R−を生成す
る。この時、回折格子５からはＲ＋,R−以外の他の次数
の回折光も発生するが、マスク等の遮光手段で、これら
の不要な他の次数の回折光は遮光する。
回折光Ｒ＋,R−はシリンドリカルレンズ６によつて、
それぞれ、矢印Ａ方向に縮められ（集光され）、反射マ
ーク81,82の通過予定位置P1，P2に入射させられ、位置P
1，P2に、それぞれが矢印Ａ方向と直交する方向に延び
た線状のビームスポツトを形成する。反射マーク81,82
が位置P1，R2にさしかかると、反射マーク81が先に位置
P1に到達するので、回折光Ｒ−が先に反射マーク81で反
射されて反射光束Ｒ−′が、生じ、続いて、反射マーク
82が位置P2に到達して回折光＋が反射マーク82で反射さ
れて反射光束Ｒ′＋が生じる。光束Ｒ＋′,R−′はシリ
ンドリカルレンズ６を再透過してほば元の光束断面形状
に戻されて、更に回折格子５に再入射する。このとき往
路で＋１次回折した光束Ｒ＋′は、復路で回折格子５に
より−１次回折し、往路で−１次回折した光束Ｒ−′
は、復路で回折格子により＋１次回折する。そうする
と、両光束Ｒ＋′、Ｒ−′は、回折格子５から、回折格
子５に最初に入射した光束に対して各々略平行に射出
し、ハーフミラー３を透過して、受光素子S1，S2に入射
する。
それぞれ、矢印Ａ方向に縮められ（集光され）、反射マ
ーク81,82の通過予定位置P1，P2に入射させられ、位置P
1，P2に、それぞれが矢印Ａ方向と直交する方向に延び
た線状のビームスポツトを形成する。反射マーク81,82
が位置P1，R2にさしかかると、反射マーク81が先に位置
P1に到達するので、回折光Ｒ−が先に反射マーク81で反
射されて反射光束Ｒ−′が、生じ、続いて、反射マーク
82が位置P2に到達して回折光＋が反射マーク82で反射さ
れて反射光束Ｒ′＋が生じる。光束Ｒ＋′,R−′はシリ
ンドリカルレンズ６を再透過してほば元の光束断面形状
に戻されて、更に回折格子５に再入射する。このとき往
路で＋１次回折した光束Ｒ＋′は、復路で回折格子５に
より−１次回折し、往路で−１次回折した光束Ｒ−′
は、復路で回折格子により＋１次回折する。そうする
と、両光束Ｒ＋′、Ｒ−′は、回折格子５から、回折格
子５に最初に入射した光束に対して各々略平行に射出
し、ハーフミラー３を透過して、受光素子S1，S2に入射
する。
従って、第１図に示した実施例同様、受光素子S1，S2
からの出力信号に基づいて、零点検出手段100から零点
信号が出力せしめられる。
からの出力信号に基づいて、零点検出手段100から零点
信号が出力せしめられる。
第３図は、本発明の更なる実施例を示す概略図であ
る。本実施例は第２図で２光束っを生成する手段として
利用した回折格子を、例えば読み取り光学系９用の光束
を取り出すビームスプリツタとしても利用するものであ
る。第３図において、１はレーザーダイオード、２はコ
リメーターレンズ、５は光反射部と透過部を交互に並べ
て成る回折格子、６はシリンドリカルレンズ、７はリニ
アスケール、８は零点位置検出用パターン、81,82はパ
ターン８を構成する反射マーク、S1，S2は受光素子、９
は回折格子読み取り光学系である。また、受光素子S1,S
2からの出力信号は、第１図で示した零点検出手段100に
入力される。そして、本実施例の回折格子５を除く他の
部材の配置と機能は、第２図の装置と全く同じである。
る。本実施例は第２図で２光束っを生成する手段として
利用した回折格子を、例えば読み取り光学系９用の光束
を取り出すビームスプリツタとしても利用するものであ
る。第３図において、１はレーザーダイオード、２はコ
リメーターレンズ、５は光反射部と透過部を交互に並べ
て成る回折格子、６はシリンドリカルレンズ、７はリニ
アスケール、８は零点位置検出用パターン、81,82はパ
ターン８を構成する反射マーク、S1，S2は受光素子、９
は回折格子読み取り光学系である。また、受光素子S1,S
2からの出力信号は、第１図で示した零点検出手段100に
入力される。そして、本実施例の回折格子５を除く他の
部材の配置と機能は、第２図の装置と全く同じである。
レーザー１から射出した光束は、コリメーターレンズ
２によつて平行光束に変換され、この光束が回折格子５
で一部反射回折せしめられて、回折格子５が回折光Ｒ
＋,R−を生成する。この時、回折格子５からはＲ＋,R−
以外の他の次数の回折光も発生するが、マスク等の遮光
手段で、これらの不要な他の次数の回折光は遮光する。
２によつて平行光束に変換され、この光束が回折格子５
で一部反射回折せしめられて、回折格子５が回折光Ｒ
＋,R−を生成する。この時、回折格子５からはＲ＋,R−
以外の他の次数の回折光も発生するが、マスク等の遮光
手段で、これらの不要な他の次数の回折光は遮光する。
回折光Ｒ＋,R−は、シリンドリカルレンズ６によつ
て、それぞれ、矢印Ａ方向に縮められ（集光され）、反
射マーク81,82の通過予定位置P1，P2に入射させられ、
位置P1，P2に、それぞれが、矢印Ａ方向と直交する方向
に延びた線状のビームスポツトを形成する。反射マーク
81,82が位置P1，R2にさしかかると、反射マーク81が先
に位置P1に到達するので、回折光Ｒ−が先に反射マーク
81で反射されて反射光束Ｒ−′が生じ、続いて、反射マ
ーク82が位置P2に到達して回折光Ｒ＋が反射マーク82で
反射されて反射光束Ｒ＋′が生じる。光束Ｒ＋′、Ｒ
−′はシリンドリカルレンズ６を再透過してほば元の光
束断面形状に戻されて、更に回折格子５に再入射する。
このとき往路で＋１次反射回折した光束Ｒ＋′は、復路
で回折格子５により−１次透過回折し、往路で−１次反
射回折した光束Ｒ−′は、復路で回折格子５により＋１
次透過回折する。そうすると、両光束Ｒ＋′、Ｒ−′
は、回折格子５から、回折格子５から最初に射出した光
束に対して各々略平行に射出し、受光素子S1，S2に入射
する。
て、それぞれ、矢印Ａ方向に縮められ（集光され）、反
射マーク81,82の通過予定位置P1，P2に入射させられ、
位置P1，P2に、それぞれが、矢印Ａ方向と直交する方向
に延びた線状のビームスポツトを形成する。反射マーク
81,82が位置P1，R2にさしかかると、反射マーク81が先
に位置P1に到達するので、回折光Ｒ−が先に反射マーク
81で反射されて反射光束Ｒ−′が生じ、続いて、反射マ
ーク82が位置P2に到達して回折光Ｒ＋が反射マーク82で
反射されて反射光束Ｒ＋′が生じる。光束Ｒ＋′、Ｒ
−′はシリンドリカルレンズ６を再透過してほば元の光
束断面形状に戻されて、更に回折格子５に再入射する。
このとき往路で＋１次反射回折した光束Ｒ＋′は、復路
で回折格子５により−１次透過回折し、往路で−１次反
射回折した光束Ｒ−′は、復路で回折格子５により＋１
次透過回折する。そうすると、両光束Ｒ＋′、Ｒ−′
は、回折格子５から、回折格子５から最初に射出した光
束に対して各々略平行に射出し、受光素子S1，S2に入射
する。
従って、第１図と第２図に示した実施例同様、受光素
子S1，S2からの出力信号に基づいて、零点検出手段100
から零点信号が出力せしめられる。
子S1，S2からの出力信号に基づいて、零点検出手段100
から零点信号が出力せしめられる。
第３図において、コリメーターレンズ２からの平行光
束のうち、回折格子５を透過する光束は読み取り光学系
９に向けられるが、この時、複数の透過回折光が生じ
る。本実施例では、回折格子５からの零次透過回折光
（直進する光）を選択的に光学系９に入射させるため
に、遮光マスク10で、高次の回折光を遮光している。こ
れにより、光学系９に不要な光（ゴースト光）が入射し
ないので、光学系９による回折格子の読み取り精度が向
上する。
束のうち、回折格子５を透過する光束は読み取り光学系
９に向けられるが、この時、複数の透過回折光が生じ
る。本実施例では、回折格子５からの零次透過回折光
（直進する光）を選択的に光学系９に入射させるため
に、遮光マスク10で、高次の回折光を遮光している。こ
れにより、光学系９に不要な光（ゴースト光）が入射し
ないので、光学系９による回折格子の読み取り精度が向
上する。
以上示した第２図及び第３図の実施例でも、各々上述
した様な方法で２つの光束Ｒ＋,R−をスケール７上へ照
射する回折格子５を使用したため、光学系の構成を極め
て簡単にすることができた。
した様な方法で２つの光束Ｒ＋,R−をスケール７上へ照
射する回折格子５を使用したため、光学系の構成を極め
て簡単にすることができた。
尚、第２図及び第３図においても、光束Ｒ＋,R−、反
射光束Ｒ＋′、Ｒ−′の光路を説明し易くするために、
第２図では回折格子５とシリンドリカルレンズ６、第３
図ではシリンドリカルレンズ６の矢印Ａ方向に関する半
分の部分だけを図示している。
射光束Ｒ＋′、Ｒ−′の光路を説明し易くするために、
第２図では回折格子５とシリンドリカルレンズ６、第３
図ではシリンドリカルレンズ６の矢印Ａ方向に関する半
分の部分だけを図示している。
以上説明した各実施例では、ハーフミラー３若しくは
回折格子５を介して、レーザー１へ達する光路とは異な
る光路に受光素子S1，S2を設けているが、２つの反射光
の光路がレーザー１からの光束の光路に対してずれるよ
うに照射手段（１〜６）が構成されているので、受光素
子14、15をレーザー１と、ハーフミラー３若しくは回折
格子５との間に配置することも可能である。この時、レ
ーザー１を零点位置検出のためだけに使用し、読み取り
光学系９が別途他の光源（レーザー）を搭載していれ
ば、例えばハーフミラー３を全反射鏡にすることがで
き、光の有効利用が図れる。
回折格子５を介して、レーザー１へ達する光路とは異な
る光路に受光素子S1，S2を設けているが、２つの反射光
の光路がレーザー１からの光束の光路に対してずれるよ
うに照射手段（１〜６）が構成されているので、受光素
子14、15をレーザー１と、ハーフミラー３若しくは回折
格子５との間に配置することも可能である。この時、レ
ーザー１を零点位置検出のためだけに使用し、読み取り
光学系９が別途他の光源（レーザー）を搭載していれ
ば、例えばハーフミラー３を全反射鏡にすることがで
き、光の有効利用が図れる。
また、パターン８に関しても、マーク81,82の２つの
マークを用いず、例えば、マーク81だけをスケール７上
に形成し、このマークをスケール上に投射した、スケー
ルの移動方向に並ぶ２つの線状ビームで検出するよう放
射手段を構成しても良い。
マークを用いず、例えば、マーク81だけをスケール７上
に形成し、このマークをスケール上に投射した、スケー
ルの移動方向に並ぶ２つの線状ビームで検出するよう放
射手段を構成しても良い。
また、シリンドリカルレンズ６の代りに、格子ピツチ
を徐々に変化させた回折格子を利用した板状のフレネル
レンズや板状ホログラムレンズを用いることもでき、こ
の場合、このレンズを２光束生成用のプリズム４や回折
格子５に重ねること（例えば接着して）で光学系をコン
パクトに出来る。また、プリズム４の稜線は、スケール
５側を向いていても良い。
を徐々に変化させた回折格子を利用した板状のフレネル
レンズや板状ホログラムレンズを用いることもでき、こ
の場合、このレンズを２光束生成用のプリズム４や回折
格子５に重ねること（例えば接着して）で光学系をコン
パクトに出来る。また、プリズム４の稜線は、スケール
５側を向いていても良い。
また、上記各実施例では、光学式のスケールを対象と
していたが、本発明は、前述したように、様々なタイプ
のエンコーダーに応用できるので、スケールとして磁化
パターンが記録された磁気式スケールを対象としても良
い。この場合、磁気式スケールの零点位置を光学的に検
出することになる。
していたが、本発明は、前述したように、様々なタイプ
のエンコーダーに応用できるので、スケールとして磁化
パターンが記録された磁気式スケールを対象としても良
い。この場合、磁気式スケールの零点位置を光学的に検
出することになる。
［発明の効果］ 以上、本発明では、複数のビームを使用してパターン
の検出を行なうにも関わらず、簡便な光学系で装置を構
成できる。従って、小型で、安価な、組み込みタイプの
変位測定装置の提供も可能になる。
の検出を行なうにも関わらず、簡便な光学系で装置を構
成できる。従って、小型で、安価な、組み込みタイプの
変位測定装置の提供も可能になる。
第１図は本発明の一実施例を示す概略図。 第２図及び第３図は本発明の他の実施例を示す概略図。 第４図は従来の零点位置検出装置を示す説明図である。 １……レーザー ２……コリメーターレンズ ３……ハーフミラー ４……プリズム 41……稜線 42,43……屈折面 ５……回折格子 ６……シリンドリカルレンズ ７……スケール ８……零点位置検出用パターン 81,82……第1,第２マーク S1，S2……受光素子 ９……スケール読み取り光学系 100……零点検出手段
Claims (2)
- 【請求項１】零点位置検出用のパターンが形成されたス
ケールに第１と第２の光束を照射する照射手段と、パタ
ーンで反射した第１光束を光電変換して第１信号を出力
する第１光電変換手段と、パターンで反射した第２光束
を光電変換して第２信号を出力する第２光電変換手段
と、第１及び第２光電変換手段から出力された第１及び
第２信号のレベルの一致に応答して、スケールの零点位
置を示す信号を出力する零点検出手段とを有する零点位
置検出装置において、上記照射手段が光源と所定の稜線
により分けられた第１と第２の屈折面を備えたプリズム
手段とを有し、上記照射手段が、光源からの光束をプリ
ズム手段の稜線を介して第１及び第２部分に分け、第１
部分を第１屈折面で屈折せしめて上記第１光束として上
記スケールに斜入射させ、第２部分を第２屈折面で屈折
せしめて上記第２光束として上記スケールに斜入射させ
て、上記パターンで反射した第１光束及び第２光束をプ
リズム手段を介して上記第１及び第２光電変換手段に向
けるように、構成されていることを特徴とする零点位置
検出装置。 - 【請求項２】零点位置検出用のパターンが形成されたス
ケールに第１と第２の光束を照射する照射手段と、パタ
ーンで反射した第１光束を光電変換して第１信号を出力
する第１光電変換手段と、パターンで反射した第２光束
を光電変換して第２信号を出力する第２光電変換手段
と、第１及び第２光電変換手段から出力された第１及び
第２信号のレベルの一致に応答して、スケールの零点位
置を示す信号を出力する零点検出手段とを有する零点位
置検出装置において、上記照射手段が光源と回折手段と
を有し、上記照射手段が、光源からの光束を回折手段で
回折せしめて得られる正負同次数の回折光を上記第１及
び第２光束として上記スケールに斜入射させて、上記パ
ターンで反射した第１及び第２光束を回折手段を介して
上記第１及び第２光電変換手段に向けるように、構成さ
れていることを特徴とする零点位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25552089A JP2670457B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 零点位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25552089A JP2670457B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 零点位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03115920A JPH03115920A (ja) | 1991-05-16 |
| JP2670457B2 true JP2670457B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=17279893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25552089A Expired - Lifetime JP2670457B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 零点位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2670457B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE60033075T3 (de) * | 1999-04-16 | 2012-08-30 | Canon K.K. | Kodierer |
| JP7153997B2 (ja) | 2013-10-01 | 2022-10-17 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニー | 基準マーク検出器配列 |
| US11543270B2 (en) | 2013-10-01 | 2023-01-03 | Renishaw Plc | Electronic device |
| EP3052897B1 (en) | 2013-10-01 | 2019-07-17 | Renishaw PLC | Measurement encoder |
-
1989
- 1989-09-29 JP JP25552089A patent/JP2670457B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03115920A (ja) | 1991-05-16 |
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