JP2750618B2 - 光学式変位検出装置 - Google Patents
光学式変位検出装置Info
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- JP2750618B2 JP2750618B2 JP25328789A JP25328789A JP2750618B2 JP 2750618 B2 JP2750618 B2 JP 2750618B2 JP 25328789 A JP25328789 A JP 25328789A JP 25328789 A JP25328789 A JP 25328789A JP 2750618 B2 JP2750618 B2 JP 2750618B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学式変位検出装置に関し、特に点光源回折
を用いたレーザエンコーダにおける発散回折光の集光技
術に関する。
を用いたレーザエンコーダにおける発散回折光の集光技
術に関する。
近年、自動化技術の発達に伴い産業用ロボットあるい
は数値制御工作機械の高速高精度の位置決め、さらに高
速から低速までの円滑な速度制御の必要性から、回転角
センサとしてロータリーエンコーダが注目されている。
しかしながら、従来より知られている磁気式あるいは光
学式のロータリーエンコーダは、高分解能になるほど振
動衝撃に対して弱く、大型化が避けられず、コストも高
くなる為上述した新しいニーズに十分対応できないのが
現状である。
は数値制御工作機械の高速高精度の位置決め、さらに高
速から低速までの円滑な速度制御の必要性から、回転角
センサとしてロータリーエンコーダが注目されている。
しかしながら、従来より知られている磁気式あるいは光
学式のロータリーエンコーダは、高分解能になるほど振
動衝撃に対して弱く、大型化が避けられず、コストも高
くなる為上述した新しいニーズに十分対応できないのが
現状である。
この点に鑑み、コヒーレントな点光源からの発散球面
波による回折現象を利用した光学式ロータリーエンコー
ダが例えば特開昭63−47616号公報において提案されて
いる。点光源による回折像を用いると、物体（例えば一
次元格子）の移動に伴いその回折像は影絵の場合と同じ
く移動する。又この場合の回折又は干渉パタンは、光源
と回折格子、回折格子と光検出器との距離の比率により
拡大する事が可能で、格子の微少な移動量を拡大光学系
なしで、非常に簡単に検出できる。この事を利用して、
半導体レーザと数μｍピッチの放射状回折格子を用いて
高性能且つ高分解能の光学式ロータリーエンコーダが得
られる。この形式ロータリーエンコーダは構造が簡単な
うえ、光センサ部とエンコーダ板との距離がとれる為、
衝撃や振動にも強いという特徴がある。
波による回折現象を利用した光学式ロータリーエンコー
ダが例えば特開昭63−47616号公報において提案されて
いる。点光源による回折像を用いると、物体（例えば一
次元格子）の移動に伴いその回折像は影絵の場合と同じ
く移動する。又この場合の回折又は干渉パタンは、光源
と回折格子、回折格子と光検出器との距離の比率により
拡大する事が可能で、格子の微少な移動量を拡大光学系
なしで、非常に簡単に検出できる。この事を利用して、
半導体レーザと数μｍピッチの放射状回折格子を用いて
高性能且つ高分解能の光学式ロータリーエンコーダが得
られる。この形式ロータリーエンコーダは構造が簡単な
うえ、光センサ部とエンコーダ板との距離がとれる為、
衝撃や振動にも強いという特徴がある。
第５図は点光源回折を用いたレーザエンコーダの原理
を説明する為の模式図である。点光源Ｏからは波長λの
コヒーレントな発散光が光軸に沿って射出される。点光
源Ｏの前方距離Ｌのところには矢印で示す様に双方向に
移動可能な一次元回折格子が配置されている。この回折
格子はピッチＴを有する複数のスリットで構成されてい
る。この移動する回折格子をコヒーレントな発散光で照
射すると回折格子の前方距離Ｍのところに干渉パタンが
投影される。干渉パタンは所定の空間周期Ｐで配列され
た明暗の縞模様からなる。この干渉パタンは見掛上回折
格子の拡大投影像であり回折格子の移動に応じて移動す
る。
を説明する為の模式図である。点光源Ｏからは波長λの
コヒーレントな発散光が光軸に沿って射出される。点光
源Ｏの前方距離Ｌのところには矢印で示す様に双方向に
移動可能な一次元回折格子が配置されている。この回折
格子はピッチＴを有する複数のスリットで構成されてい
る。この移動する回折格子をコヒーレントな発散光で照
射すると回折格子の前方距離Ｍのところに干渉パタンが
投影される。干渉パタンは所定の空間周期Ｐで配列され
た明暗の縞模様からなる。この干渉パタンは見掛上回折
格子の拡大投影像であり回折格子の移動に応じて移動す
る。
ところで鮮明な干渉パタンを得る為には、いわゆるフ
レネル回折理論に従って以下の関係式（１）を満たす必
要がある。
レネル回折理論に従って以下の関係式（１）を満たす必
要がある。
この関係式（１）を満たす様にロータリーエンコーダ
の各パラメータL,M,λ及びＴを設定してやれば鮮明度の
大きな干渉パタンが得られ、その時の干渉パタンの空間
周期あるいは縞間隔Ｐは以下の関係式（２）によって表
わされる。
の各パラメータL,M,λ及びＴを設定してやれば鮮明度の
大きな干渉パタンが得られ、その時の干渉パタンの空間
周期あるいは縞間隔Ｐは以下の関係式（２）によって表
わされる。
関係式（２）で示す様に、干渉パタンの周期Ｐは回折
格子のピッチＴを倍率 で拡大したものである。
格子のピッチＴを倍率 で拡大したものである。
上述した従来の点光源回折を用いたレーザエンコーダ
においては、一次元回折格子に対する入射光として発散
光を用いる為、一次元回折格子によって回折される光も
又発散回折光となる。従って、光センサ部によって受光
検出される光は発散回折光の限られた部分であって、点
光源により射出される全光量に比べて、受光光量は極め
て少なく射出光の利用効率は１％にも満たない。この様
に受光光量が少ないと光センサ部に接続される検出回路
の負担が大きく、S/N比が悪化し、周波数特性も劣化す
る。例えばコヒーレントな光を射出する点光源としては
一般的に半導体レーザが用いられる。半導体レーザはそ
のままコヒーレントな発散光を射出する点光源として用
いる事ができる。半導体レーザは現在コンパクトディス
クプレーヤ等に広く用いられており、価格もかなり安価
である。しかしその光出力は最大で5mW程度であり、寿
命を考慮すると安全に使えるのは3mW以下である。この
様に、半導体レーザの光出力がもともと小さいのに加え
て、従来のレーザエンコーダに用いる場合にはその利用
効率が極めて小さい為問題となっていた。
においては、一次元回折格子に対する入射光として発散
光を用いる為、一次元回折格子によって回折される光も
又発散回折光となる。従って、光センサ部によって受光
検出される光は発散回折光の限られた部分であって、点
光源により射出される全光量に比べて、受光光量は極め
て少なく射出光の利用効率は１％にも満たない。この様
に受光光量が少ないと光センサ部に接続される検出回路
の負担が大きく、S/N比が悪化し、周波数特性も劣化す
る。例えばコヒーレントな光を射出する点光源としては
一般的に半導体レーザが用いられる。半導体レーザはそ
のままコヒーレントな発散光を射出する点光源として用
いる事ができる。半導体レーザは現在コンパクトディス
クプレーヤ等に広く用いられており、価格もかなり安価
である。しかしその光出力は最大で5mW程度であり、寿
命を考慮すると安全に使えるのは3mW以下である。この
様に、半導体レーザの光出力がもともと小さいのに加え
て、従来のレーザエンコーダに用いる場合にはその利用
効率が極めて小さい為問題となっていた。
本発明は上述した従来の問題点に鑑み、干渉パタンの
ピッチに影響を与える事なく発散回折光を集光する事に
より光センサ部による受光光量を増大させ点光源から射
出される光の利用効率を向上させる事を目的とする。
ピッチに影響を与える事なく発散回折光を集光する事に
より光センサ部による受光光量を増大させ点光源から射
出される光の利用効率を向上させる事を目的とする。
上述した目的を達成する為に、本発明においてはコヒ
ーレントな発散光を射出する点光源と、該発散光の一部
を横切る様に移動する移動部材とからなる光学式変位検
出装置において、該移動部材の面上に一次元回折格子と
ホログラフィックレンズ格子を互いに重なった状態で形
成する事を特徴とする。該一次元回折格子は、該移動部
材の面上において移動方向に沿って所定のピッチで形成
されたスリットパタンからなり、発散入射光を発散回折
光に変換する事により拡大されたピッチを有し移動方向
に変位する干渉パタンを結像する。又ホログラフィック
レンズ格子は、該移動部材の面上において移動方向に垂
直な直交方向に沿って所定の間隔で形成されたスリット
パタンからなり発散回折光を直交方向に集束する作用を
有する。本発明にかかる光学式変位検出装置は更に、干
渉パタンの結像位置に配置され集束回折光を透過する為
の固定空間格子と、透過された集束回折光を受光し対応
する電気信号に変換する為の光電変換素子とを含んでい
る。
ーレントな発散光を射出する点光源と、該発散光の一部
を横切る様に移動する移動部材とからなる光学式変位検
出装置において、該移動部材の面上に一次元回折格子と
ホログラフィックレンズ格子を互いに重なった状態で形
成する事を特徴とする。該一次元回折格子は、該移動部
材の面上において移動方向に沿って所定のピッチで形成
されたスリットパタンからなり、発散入射光を発散回折
光に変換する事により拡大されたピッチを有し移動方向
に変位する干渉パタンを結像する。又ホログラフィック
レンズ格子は、該移動部材の面上において移動方向に垂
直な直交方向に沿って所定の間隔で形成されたスリット
パタンからなり発散回折光を直交方向に集束する作用を
有する。本発明にかかる光学式変位検出装置は更に、干
渉パタンの結像位置に配置され集束回折光を透過する為
の固定空間格子と、透過された集束回折光を受光し対応
する電気信号に変換する為の光電変換素子とを含んでい
る。
好ましくは該一次元回折格子と該ホログラフィックレ
ンズ格子は微細エッチング加工により同時に形成された
スリットパタンにより構成されている。
ンズ格子は微細エッチング加工により同時に形成された
スリットパタンにより構成されている。
更に好ましくは該移動部材は回転円板からなり、該一
次元回折格子はその円周方向に沿って所定のピッチで配
列された放射状スリットパタンからなり、該ホログラフ
ィックレンズ格子はその半径方向に沿って所定の間隔で
配列された同心円状スリットパタンから構成されてい
る。
次元回折格子はその円周方向に沿って所定のピッチで配
列された放射状スリットパタンからなり、該ホログラフ
ィックレンズ格子はその半径方向に沿って所定の間隔で
配列された同心円状スリットパタンから構成されてい
る。
本発明によれば、移動方向に沿って所定のピッチで形
成されたスリットパタンから構成される一次元回折格子
は発散入射光を発散回折光に変換し拡大されたピッチを
有する干渉パタンを所定位置に結像する。この干渉パタ
ンは移動部材の移動に応答して変位する為移動部材の変
位検出に用いる事ができる。一方移動部材の同一面上に
おいて移動方向に垂直な直交方向に沿って所定の間隔で
形成されたスリットパタンからなるホログラフィックレ
ンズ格子は、発散入射光を受光しこれを回折して集光す
る作用を有する。結果として、一次元回折格子により形
成される発散回折光はホログラフィックレンズ格子によ
り直交方向に集束された集束回折光となる。この集束回
折光はホログラフィックレンズ格子の配列方向に従っ
て、直交方向にのみ集束されており、移動方向に関して
は何ら集束作用を有せず移動方向に沿った干渉パタンの
拡大されたピッチには何ら影響を与えない。従って、移
動部材の移動方向に沿った変位情報を何ら損なう事な
く、回折光を直交方向にのみ集束する事ができ発散入射
光の利用効率を著しく向上する事ができる。
成されたスリットパタンから構成される一次元回折格子
は発散入射光を発散回折光に変換し拡大されたピッチを
有する干渉パタンを所定位置に結像する。この干渉パタ
ンは移動部材の移動に応答して変位する為移動部材の変
位検出に用いる事ができる。一方移動部材の同一面上に
おいて移動方向に垂直な直交方向に沿って所定の間隔で
形成されたスリットパタンからなるホログラフィックレ
ンズ格子は、発散入射光を受光しこれを回折して集光す
る作用を有する。結果として、一次元回折格子により形
成される発散回折光はホログラフィックレンズ格子によ
り直交方向に集束された集束回折光となる。この集束回
折光はホログラフィックレンズ格子の配列方向に従っ
て、直交方向にのみ集束されており、移動方向に関して
は何ら集束作用を有せず移動方向に沿った干渉パタンの
拡大されたピッチには何ら影響を与えない。従って、移
動部材の移動方向に沿った変位情報を何ら損なう事な
く、回折光を直交方向にのみ集束する事ができ発散入射
光の利用効率を著しく向上する事ができる。
以下図面に従って、本発明の好適な実施例を詳細に説
明する。
明する。
第１図は本発明にかかる光学式変位検出装置をロータ
リーエンコーダに応用した実施例を説明する為の斜視図
である。本ロータリーエンコーダは、コヒーレントな発
散光を射出する為の点光源１を有する。点光源１は例え
ば波長λ＝830nmのコヒーレントな球面波を発生する半
導体レーザから構成される。点光源１の前方所定位置Ｌ
には、発散光の一部分を横切る様に移動する移動部材２
が配置されている。移動部材２は回転円板から構成され
ている。回転円板の面上には一次元回折格子３が形成さ
れている。一次元回折格子は回転円板の移動方向即ち円
周方向に沿って所定のピッチＴで配列された放射状スリ
ットパタンからなる。又回転円板の同一面上には、一次
元回折格子３と重なった状態でホログラフィックレンズ
格子４が形成されている。ホログラフィックレンズ格子
４は移動方向に垂直な直交方向即ち半径方向に沿って所
定の間隔で配列された同心円状スリットパタンからな
る。一次元回折格子３は点光源１から射出される発散入
射光を回折し光軸方向前方所定距離Ｍに拡大されたピッ
チを有する干渉パタンを結像する。干渉パタンは明暗の
縞模様からなり移動部材の移動に応答して変位する。又
ホログラフィックレンズ格子４は回折光を半径方向にの
み集光し、円周方向に沿った干渉パタンのピッチ配列を
乱す事はない。干渉パタンの結像位置には固定空間格子
５が配置されている。固定空間格子５は干渉パタンの移
動方向に沿って配列された１個又は複数個のスリットか
らなり干渉パタンのピッチに対応した空間周波数を有す
る。従って、固定空間格子５は移動する回折光を選択的
に透過する為の空間フィルタとして用いられる。固定空
間格子５の前方近接位置には光電変換素子６が配置され
ており、透過した回折光を受光しその強度変化に対応し
て交流検出信号を出力する。交流検出信号の周波数は移
動部材２の回転速度を表わし、交流検出信号の波の数は
移動部材２の回転量を表わす。光電変換素子６に受光さ
れる回折光は移動方向に垂直な直交方向に集光されてお
り、光電変換素子６の受光効率が向上されている。
リーエンコーダに応用した実施例を説明する為の斜視図
である。本ロータリーエンコーダは、コヒーレントな発
散光を射出する為の点光源１を有する。点光源１は例え
ば波長λ＝830nmのコヒーレントな球面波を発生する半
導体レーザから構成される。点光源１の前方所定位置Ｌ
には、発散光の一部分を横切る様に移動する移動部材２
が配置されている。移動部材２は回転円板から構成され
ている。回転円板の面上には一次元回折格子３が形成さ
れている。一次元回折格子は回転円板の移動方向即ち円
周方向に沿って所定のピッチＴで配列された放射状スリ
ットパタンからなる。又回転円板の同一面上には、一次
元回折格子３と重なった状態でホログラフィックレンズ
格子４が形成されている。ホログラフィックレンズ格子
４は移動方向に垂直な直交方向即ち半径方向に沿って所
定の間隔で配列された同心円状スリットパタンからな
る。一次元回折格子３は点光源１から射出される発散入
射光を回折し光軸方向前方所定距離Ｍに拡大されたピッ
チを有する干渉パタンを結像する。干渉パタンは明暗の
縞模様からなり移動部材の移動に応答して変位する。又
ホログラフィックレンズ格子４は回折光を半径方向にの
み集光し、円周方向に沿った干渉パタンのピッチ配列を
乱す事はない。干渉パタンの結像位置には固定空間格子
５が配置されている。固定空間格子５は干渉パタンの移
動方向に沿って配列された１個又は複数個のスリットか
らなり干渉パタンのピッチに対応した空間周波数を有す
る。従って、固定空間格子５は移動する回折光を選択的
に透過する為の空間フィルタとして用いられる。固定空
間格子５の前方近接位置には光電変換素子６が配置され
ており、透過した回折光を受光しその強度変化に対応し
て交流検出信号を出力する。交流検出信号の周波数は移
動部材２の回転速度を表わし、交流検出信号の波の数は
移動部材２の回転量を表わす。光電変換素子６に受光さ
れる回折光は移動方向に垂直な直交方向に集光されてお
り、光電変換素子６の受光効率が向上されている。
第２図は第１図に示す移動部材２の拡大部分平面図で
あり、一次元回折格子３及びホログラフィックレンズ格
子４のスリットパタン配列を示す。図示する様に、一次
元回折格子３を構成するスリットパタンは移動部材の移
動方向（図面において横方向）に沿って一定のピッチＴ
で配列されている。このピッチＴは一次元回折格子の中
央部において30μｍである。又ホログラフィックレンズ
格子４は直交方向（図面において縦方向）に沿って所定
の間隔で配列された複数のスリットから構成されてい
る。これらスリットは例えばガラス基板からなる回転円
板上に微細フォトリソグラフィー及びエッチング技術を
用いて同時に形成する事が可能である。
あり、一次元回折格子３及びホログラフィックレンズ格
子４のスリットパタン配列を示す。図示する様に、一次
元回折格子３を構成するスリットパタンは移動部材の移
動方向（図面において横方向）に沿って一定のピッチＴ
で配列されている。このピッチＴは一次元回折格子の中
央部において30μｍである。又ホログラフィックレンズ
格子４は直交方向（図面において縦方向）に沿って所定
の間隔で配列された複数のスリットから構成されてい
る。これらスリットは例えばガラス基板からなる回転円
板上に微細フォトリソグラフィー及びエッチング技術を
用いて同時に形成する事が可能である。
第３図はホログラフィックレンズ格子の作用を説明す
る為の模式図である。図において、Ｌは点光源の位置Ｏ
と移動部材間の距離、Ｍは移動部材と干渉パタンの結像
位置との間の距離である。又Ｘはホログラフィックレン
ズ格子の個々のスリットの中心位置からの距離である。
個々のスリットの中心からの距離Ｘを適当に設定する事
により、個々のスリットを通過した回折光は干渉パタン
の結像位置において互いに強め合い、結果として集光利
用を奏する。この場合集光作用はスリットのピッチ方向
にのみ働き、スリットの延長方向には働かない。その
為、ホログラフィックレンズ格子は通常の固体型シリン
ドリカルレンズと同一の機能を有する。従って、本発明
にかかるホログラフィックレンズ格子に代えて、移動部
材と干渉パタンの結像位置の間に、固体型シリドリカル
レンズを挿入する事により集光を行う事も考えられる。
しかしながら、この場合にはレーザエンコーダ全体とし
て光学部品の点数が増加し調整工程も増えるので好まし
くない。
る為の模式図である。図において、Ｌは点光源の位置Ｏ
と移動部材間の距離、Ｍは移動部材と干渉パタンの結像
位置との間の距離である。又Ｘはホログラフィックレン
ズ格子の個々のスリットの中心位置からの距離である。
個々のスリットの中心からの距離Ｘを適当に設定する事
により、個々のスリットを通過した回折光は干渉パタン
の結像位置において互いに強め合い、結果として集光利
用を奏する。この場合集光作用はスリットのピッチ方向
にのみ働き、スリットの延長方向には働かない。その
為、ホログラフィックレンズ格子は通常の固体型シリン
ドリカルレンズと同一の機能を有する。従って、本発明
にかかるホログラフィックレンズ格子に代えて、移動部
材と干渉パタンの結像位置の間に、固体型シリドリカル
レンズを挿入する事により集光を行う事も考えられる。
しかしながら、この場合にはレーザエンコーダ全体とし
て光学部品の点数が増加し調整工程も増えるので好まし
くない。
ところで、ホログラフィックレンズ格子が干渉パタン
の結像位置において所望の集光作用を奏する為には、以
下の関係式（３）を満たす必要がある。
の結像位置において所望の集光作用を奏する為には、以
下の関係式（３）を満たす必要がある。
ただしＩは整数、又Koは定数である。
今Ｘ＝０の時Ｉ＝０とすると Ｌ＋Ｍ＝２πKoλ 又近似的にＸ≪L,X≪Ｍであるから関係式（３）は次
の関係式（４）の様に近似される。
の関係式（４）の様に近似される。
例えば、本例の様に一次元回折格子のピッチがＴ＝30
μｍ及び波長がλ＝830nmに設定されているとすると、
関係式（１）によりＬ＝6mm及びＭ＝55mmが決定され
る。これらの数値に基いて関係式（４）を用い、各Ｉの
値に対してＸを求めると以下の表の様になる。
μｍ及び波長がλ＝830nmに設定されているとすると、
関係式（１）によりＬ＝6mm及びＭ＝55mmが決定され
る。これらの数値に基いて関係式（４）を用い、各Ｉの
値に対してＸを求めると以下の表の様になる。
この結果によりピッチ間隔を設定して形成したのが、
第２図に示すホログラフィックレンズ格子の例である。
第２図に示すホログラフィックレンズ格子の例である。
ところでかかるホログラフィックレンズ格子の集光効
率Ｅは次の関係式（５）により与えられる。
率Ｅは次の関係式（５）により与えられる。
ただしＤは光電変換素子の有効受光サイズである。今
Ｄ＝1mm,X＝±0.6mmとするとＬ＝6mm及びＭ＝55mmを関
係式（５）に代入する事により、集光効率の値としてＥ
＝6.1が得られ、ホログラフィックレンズ格子を用いな
い場合に比べて約６倍の効率上昇となる。
Ｄ＝1mm,X＝±0.6mmとするとＬ＝6mm及びＭ＝55mmを関
係式（５）に代入する事により、集光効率の値としてＥ
＝6.1が得られ、ホログラフィックレンズ格子を用いな
い場合に比べて約６倍の効率上昇となる。
第４図は本発明にかかる光学式変位検出装置をレーザ
リニアエンコーダに応用した他の実施例を示す模式的斜
視図である。本リニアエンコーダは、コヒーレントな発
散光を射出する点光源１と、矢印で示す様に直線的に双
方向に移動する移動部材２と、移動方向に沿って一定の
ピッチで形成された一次元回折格子３と、一次元回折格
子３によって結像される干渉パタンをフィルタリングす
る為の固定空間格子５と、固定空間格子５を通過した回
折光を受光し対応する交流検出信号に変換する光電変換
素子６とからなる。加えて移動部材２の面上には一次元
回折格子３と重なった状態でこれと直交する方向に形成
されたホログラフィックレンズ格子４が配置されてい
る。ホログラフィックレンズ格子４は移動部材２の移動
方向と直交する方向にのみ回折光を集束し、光電変換素
子６上に集光する。基本的な変位検出動作は、第１図に
示すレーザロータリーエンコーダと同一であるので詳細
な説明は省略する。
リニアエンコーダに応用した他の実施例を示す模式的斜
視図である。本リニアエンコーダは、コヒーレントな発
散光を射出する点光源１と、矢印で示す様に直線的に双
方向に移動する移動部材２と、移動方向に沿って一定の
ピッチで形成された一次元回折格子３と、一次元回折格
子３によって結像される干渉パタンをフィルタリングす
る為の固定空間格子５と、固定空間格子５を通過した回
折光を受光し対応する交流検出信号に変換する光電変換
素子６とからなる。加えて移動部材２の面上には一次元
回折格子３と重なった状態でこれと直交する方向に形成
されたホログラフィックレンズ格子４が配置されてい
る。ホログラフィックレンズ格子４は移動部材２の移動
方向と直交する方向にのみ回折光を集束し、光電変換素
子６上に集光する。基本的な変位検出動作は、第１図に
示すレーザロータリーエンコーダと同一であるので詳細
な説明は省略する。
上述した様に、本発明によれば、移動部材又はエンコ
ーダ板の面上において一次元回折格子に重なった状態で
且つこれに直交する方向にホログラフィックシリンドリ
カルレンズ格子が形成されている。このホログラフィッ
クレンズ格子は点光源から射出されるコヒーレントな発
散光を回折により集束する事ができる。このホログラフ
ィックレンズ格子は固体型のシリンドリカルレンズと同
一の機能を有し一次元回折格子により形成される干渉パ
タンのピッチ間隔を乱す事なく、ピッチ方向と直交する
方向の光成分のみを集光する。この結果、本発明にかか
る光学式変位検出装置の受光効率を従来に比して著しく
向上できるという効果がある。加えて一次元回折格子と
ホログラフィックレンズ格子は共に微細な複数のスリッ
トから構成されており、ガラス等からなるエンコーダ板
上に同時に形成する事が可能であり、製造が容易である
という効果もある。
ーダ板の面上において一次元回折格子に重なった状態で
且つこれに直交する方向にホログラフィックシリンドリ
カルレンズ格子が形成されている。このホログラフィッ
クレンズ格子は点光源から射出されるコヒーレントな発
散光を回折により集束する事ができる。このホログラフ
ィックレンズ格子は固体型のシリンドリカルレンズと同
一の機能を有し一次元回折格子により形成される干渉パ
タンのピッチ間隔を乱す事なく、ピッチ方向と直交する
方向の光成分のみを集光する。この結果、本発明にかか
る光学式変位検出装置の受光効率を従来に比して著しく
向上できるという効果がある。加えて一次元回折格子と
ホログラフィックレンズ格子は共に微細な複数のスリッ
トから構成されており、ガラス等からなるエンコーダ板
上に同時に形成する事が可能であり、製造が容易である
という効果もある。
第１図は本発明をレーザロータリーエンコーダに適用し
た実施例を示す斜視図、第２図はレーザロータリーエン
コーダに用いられる一次元回折格子及びホログラフィッ
クレンズ格子のパタン配列を示す拡大部分平面図、第３
図はホログラフィックレンズ格子の作用を説明する為の
線図、第４図は本発明をレーザリニアエンコーダに適用
した他の実施例を示す斜視図、及び第５図は点光源回折
を利用した変位検出の原理を説明する為の線図である。 １……点光源、２……移動部材 ３……一次元回折格子 ４……ホログラフィックレンズ格子 ５……固定空間格子、６……光電変換素子
た実施例を示す斜視図、第２図はレーザロータリーエン
コーダに用いられる一次元回折格子及びホログラフィッ
クレンズ格子のパタン配列を示す拡大部分平面図、第３
図はホログラフィックレンズ格子の作用を説明する為の
線図、第４図は本発明をレーザリニアエンコーダに適用
した他の実施例を示す斜視図、及び第５図は点光源回折
を利用した変位検出の原理を説明する為の線図である。 １……点光源、２……移動部材 ３……一次元回折格子 ４……ホログラフィックレンズ格子 ５……固定空間格子、６……光電変換素子
Claims (4)
- 【請求項１】コヒーレントな発散光を射出する点光源
と、 該発散光の一部を横切る様に移動する移動部材と、 該移動部材の面上において移動方向に沿って所定のピッ
チで形成されたスリットパタンからなり発散入射光を回
折する事により拡大されたピッチを有し移動方向に変位
する干渉パタンを結像する為の一次元回折格子と、 該移動部材の面上において移動方向に垂直な直交方向に
沿って所定の間隔で形成されたスリットパタンからなり
回折光を直交方向に集束する為のホログラフィックレン
ズ格子と、 干渉パタンの結像位置に配置され集束回折光を透過する
為の固定空間格子と、 透過された集束回折光を受光し対応する電気信号に変換
する為の光電変換素子とからなる変位検出装置。 - 【請求項２】該一次元回折格子と該ホログラフィックレ
ンズ格子はエッチングにより同時に形成されたスリット
パタンにより構成される請求項１に記載の変位検出装
置。 - 【請求項３】該移動部材は回転円板からなり、該一次元
回折格子は円周方向に沿って所定のピッチで配列された
放射状スリットパタンからなり、該ホログラフィックレ
ンズ格子は半径方向に沿って所定の間隔で配列された同
心円状スリットパタンからなる請求項１に記載の変位検
出装置。 - 【請求項４】該移動部材は直線方向に移動し、該一次元
回折格子は直線方向に沿って所定のピッチで配列された
線状スリットパタンからなり、該ホログラフィックレン
ズ格子は該線状スリットパタンに直交する他の線状スリ
ットパタンからなる請求項１に記載の変位検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25328789A JP2750618B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | 光学式変位検出装置 |
| US07/584,786 US5073710A (en) | 1989-09-21 | 1990-09-19 | Optical displacement detector including a displacement member's surface having a diffractive pattern and a holographic lens pattern |
| DE4030049A DE4030049C2 (de) | 1989-09-21 | 1990-09-20 | Gerät zur fotoelektrischen Ermittlung der Verschiebung eines Verschiebungsglieds |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25328789A JP2750618B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | 光学式変位検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03113316A JPH03113316A (ja) | 1991-05-14 |
| JP2750618B2 true JP2750618B2 (ja) | 1998-05-13 |
Family
ID=17249187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25328789A Expired - Fee Related JP2750618B2 (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-28 | 光学式変位検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2750618B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6011677B1 (ja) | 2015-04-30 | 2016-10-19 | 横浜ゴム株式会社 | コンベヤベルトの摩耗モニタリングシステム |
| DE102018209189A1 (de) | 2018-06-08 | 2019-12-12 | Sivantos Pte. Ltd. | Antenne sowie Gerät mit einer solchen Antenne |
| US11221238B2 (en) | 2019-07-05 | 2022-01-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical encoder and drive control device comprising a light receiving element to receive a first interference fringe formed by a first periodic pattern and a second diffracted light from a second periodic pattern toward the first periodic pattern |
-
1989
- 1989-09-28 JP JP25328789A patent/JP2750618B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03113316A (ja) | 1991-05-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |