JP3108203B2 - 光学式エンコーダ - Google Patents
光学式エンコーダInfo
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- JP3108203B2 JP3108203B2 JP04197271A JP19727192A JP3108203B2 JP 3108203 B2 JP3108203 B2 JP 3108203B2 JP 04197271 A JP04197271 A JP 04197271A JP 19727192 A JP19727192 A JP 19727192A JP 3108203 B2 JP3108203 B2 JP 3108203B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学式エンコーダに関
し、特に移動物体例えば回転物体に取り付けられた回折
格子に可干渉性光束を入射させ、該回折格子を通過した
回折光を互いに干渉させ、干渉した光の強度を測定する
ことにより、回折格子の移動状態例えば回転状態を観測
する光学式エンコーダに関するものである。
し、特に移動物体例えば回転物体に取り付けられた回折
格子に可干渉性光束を入射させ、該回折格子を通過した
回折光を互いに干渉させ、干渉した光の強度を測定する
ことにより、回折格子の移動状態例えば回転状態を観測
する光学式エンコーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】機械装置において位置決めをする際には
光学式エンコーダ例えば光電式のエンコーダが広く利用
されている。この光電式エンコータは、回転ディスク及
び該回転ディスクと所定の間隔をおいて設けられた固定
マスクにそれぞれスリットを設け、両スリットを通過し
た光を光検出器により電気信号に変えて出力することに
よって、直線的な長さや回転角を測定するものである。
この光電式エンコーダにおいては、スリットのピッチを
細かくすることにより、検出精度を高めることができ
る。
光学式エンコーダ例えば光電式のエンコーダが広く利用
されている。この光電式エンコータは、回転ディスク及
び該回転ディスクと所定の間隔をおいて設けられた固定
マスクにそれぞれスリットを設け、両スリットを通過し
た光を光検出器により電気信号に変えて出力することに
よって、直線的な長さや回転角を測定するものである。
この光電式エンコーダにおいては、スリットのピッチを
細かくすることにより、検出精度を高めることができ
る。
【０００３】ところが、この光電式エンコーダによる
と、回転ディスク及び固定マスクに設けられたスリット
のピッチを余り細かくすると、回折光の影響により光検
出器からの出力信号の信号対雑音の比であるＳ／Ｎ比が
低下し、検出精度が低下するという問題があった。
と、回転ディスク及び固定マスクに設けられたスリット
のピッチを余り細かくすると、回折光の影響により光検
出器からの出力信号の信号対雑音の比であるＳ／Ｎ比が
低下し、検出精度が低下するという問題があった。
【０００４】また、光検出器からの出力信号が回折光の
影響を受けない程度にまでスリットの間隔を拡大しよう
とすると、回転ディスクの径が大きくならざるを得ず、
そのために装置全体が大型化するので、回転ディスクを
回転駆動させる駆動体への負荷が大きくなる等の問題点
があった。
影響を受けない程度にまでスリットの間隔を拡大しよう
とすると、回転ディスクの径が大きくならざるを得ず、
そのために装置全体が大型化するので、回転ディスクを
回転駆動させる駆動体への負荷が大きくなる等の問題点
があった。
【０００５】一方、光学式エンコーダとしては、回折格
子を通過した回折光を用いる干渉縞検出方式のエンコー
ダも知られている。この干渉縞検出方式のエンコーダ
は、光軸に対して略垂直に配設された固定回折板及び移
動回折板を通過した光の回折及び干渉によって生じる干
渉縞を光検出器により電気信号に変えて取り出すもので
ある。
子を通過した回折光を用いる干渉縞検出方式のエンコー
ダも知られている。この干渉縞検出方式のエンコーダ
は、光軸に対して略垂直に配設された固定回折板及び移
動回折板を通過した光の回折及び干渉によって生じる干
渉縞を光検出器により電気信号に変えて取り出すもので
ある。
【０００６】ところが、この干渉縞検出式エンコーダに
おいては、移動回折板及び固定回折板から複数の次数の
回折光が出射するため、測定に必要な特定次数の回折光
の強度が低下し、検出感度が低下するという問題があっ
た。
おいては、移動回折板及び固定回折板から複数の次数の
回折光が出射するため、測定に必要な特定次数の回折光
の強度が低下し、検出感度が低下するという問題があっ
た。
【０００７】また、測定に不要な次数の回折光がフレア
となったり或いはゴースト光発生の原因になったりする
ので、干渉縞検出時のＳ／Ｎ比が低下するという問題も
あった。
となったり或いはゴースト光発生の原因になったりする
ので、干渉縞検出時のＳ／Ｎ比が低下するという問題も
あった。
【０００８】さらに、移動回折板及び固定回折板を通過
した回折光による干渉縞を光検出器により読み取る場
合、０次の回折光を含む多数の異なる次数の回折光が互
いに干渉するので、移動回折板と固定回折板との間のギ
ャップの変動によって光強度が変動するという問題もあ
った。このギャップ変動が許容される範囲は高々２ｐ2
／λ（ただし、ｐは格子のピッチ、λは測定している光
の波長）として与えられている（Optics and Laser Tec
hnology,(1985)p89-95参照）。
した回折光による干渉縞を光検出器により読み取る場
合、０次の回折光を含む多数の異なる次数の回折光が互
いに干渉するので、移動回折板と固定回折板との間のギ
ャップの変動によって光強度が変動するという問題もあ
った。このギャップ変動が許容される範囲は高々２ｐ2
／λ（ただし、ｐは格子のピッチ、λは測定している光
の波長）として与えられている（Optics and Laser Tec
hnology,(1985)p89-95参照）。
【０００９】そこで、光源の波長変動及び移動回折板と
固定回折板との間のギャップ変動に対して安定した信号
を検出できるようにするため、特開平３−２７９８１２
に記載され、本件の図１０に示すような光学式エンコー
ダが提案されている。すなわち、コヒーレント光源３０
と、該コヒーレント光源３０から出射した光を平行光に
するコリメートレンズ３２と、該コリメートレンズ３２
を通過した光の光軸に対してほぼ垂直に且つ適当な間隔
をおいて配設され互いに等しい周期的なピッチの回折格
子を有する固定回折板３４及び反射型移動回折板３６と
を備え、光源３０から出射されコリメートレンズ３２を
通過した後、固定回折板３４の第１の回折格子３４ａを
通過した０次及び±１次の回折光を、移動回折板３６の
第２の回折格子３６ａ，３６ａ，３６ａによって回折、
反射させた後、再度、固定回折板３４の第３の回折格子
３４ｂ，３４ｃを通過させ、該第３の回折格子３４ｂ，
３４ｃにおいて交差する回折光成分のうち、コリメート
レンズ３２を通過した光と平行な方向へ回折して干渉す
る光を光検出器３８Ａ，３８Ｂによって検出するもので
ある。
固定回折板との間のギャップ変動に対して安定した信号
を検出できるようにするため、特開平３−２７９８１２
に記載され、本件の図１０に示すような光学式エンコー
ダが提案されている。すなわち、コヒーレント光源３０
と、該コヒーレント光源３０から出射した光を平行光に
するコリメートレンズ３２と、該コリメートレンズ３２
を通過した光の光軸に対してほぼ垂直に且つ適当な間隔
をおいて配設され互いに等しい周期的なピッチの回折格
子を有する固定回折板３４及び反射型移動回折板３６と
を備え、光源３０から出射されコリメートレンズ３２を
通過した後、固定回折板３４の第１の回折格子３４ａを
通過した０次及び±１次の回折光を、移動回折板３６の
第２の回折格子３６ａ，３６ａ，３６ａによって回折、
反射させた後、再度、固定回折板３４の第３の回折格子
３４ｂ，３４ｃを通過させ、該第３の回折格子３４ｂ，
３４ｃにおいて交差する回折光成分のうち、コリメート
レンズ３２を通過した光と平行な方向へ回折して干渉す
る光を光検出器３８Ａ，３８Ｂによって検出するもので
ある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の場
合、回折格子による回折回数は合計３回となり、光の利
用効率が低下するという問題がある。
合、回折格子による回折回数は合計３回となり、光の利
用効率が低下するという問題がある。
【００１１】また、０次及び±１次の回折光をすべて用
いるため、各次数の回折光について回折効率を等しくす
る必要がある。このため、例えば回折効率を２０％程度
とすると、トータルの光利用効率は（０．２）3 ＝０．
００８すなわち略０．０１となり、１％弱の光量しか利
用できない。このため出力信号のＳ／Ｎを向上させよう
とすると、コヒーレント光源３０の出力を大きくする必
要があるという問題がある。
いるため、各次数の回折光について回折効率を等しくす
る必要がある。このため、例えば回折効率を２０％程度
とすると、トータルの光利用効率は（０．２）3 ＝０．
００８すなわち略０．０１となり、１％弱の光量しか利
用できない。このため出力信号のＳ／Ｎを向上させよう
とすると、コヒーレント光源３０の出力を大きくする必
要があるという問題がある。
【００１２】さらに、前述したように、測定に不要な次
数の回折光がフレア或いはゴースト光発生の原因となる
という不都合も回避されない。
数の回折光がフレア或いはゴースト光発生の原因となる
という不都合も回避されない。
【００１３】上記に鑑み、本発明は、簡素な構成であり
ながら、光利用効率が高く且つ格子ピッチに対して分解
性能が高い、精度の良い信号を得ることができる光学式
エンコーダを提供することを目的とする。
ながら、光利用効率が高く且つ格子ピッチに対して分解
性能が高い、精度の良い信号を得ることができる光学式
エンコーダを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、固定格子板及び移動格子板を通
過する回折光のうち±１次の回折光のみを空間フィルタ
リングして干渉させ、０次の回折光と±１次の回折光と
が干渉することにより形成される正弦波に対して２倍の
周波数を有する正弦波を出力せしめるものである。
め、請求項１の発明は、固定格子板及び移動格子板を通
過する回折光のうち±１次の回折光のみを空間フィルタ
リングして干渉させ、０次の回折光と±１次の回折光と
が干渉することにより形成される正弦波に対して２倍の
周波数を有する正弦波を出力せしめるものである。
【００１５】具体的に請求項１の発明が講じた解決手段
は、光学式エンコーダを、コヒーレントな光を出射する
光源と、該光源から出射された光の光軸に対して略垂直
で且つ互いに平行に設けられており主として±１次の回
折光のみを通過させる位相格子を有する固定回折板及び
移動回折板と、該固定回折板及び移動回折板を通過した
光を受光する光検出器と、上記固定回折板及び移動回折
板を通過した±１次の回折光を上記光検出器の光検出部
に集光させる集光レンズとを備えている構成とするもの
である。
は、光学式エンコーダを、コヒーレントな光を出射する
光源と、該光源から出射された光の光軸に対して略垂直
で且つ互いに平行に設けられており主として±１次の回
折光のみを通過させる位相格子を有する固定回折板及び
移動回折板と、該固定回折板及び移動回折板を通過した
光を受光する光検出器と、上記固定回折板及び移動回折
板を通過した±１次の回折光を上記光検出器の光検出部
に集光させる集光レンズとを備えている構成とするもの
である。
【００１６】請求項２の発明は、位相格子が矩形波状に
形成し、矩形状波の形状を固定格子板及び移動格子板を
通過する０次の回折光の光量比を無視できる形状にする
ものであって、具体的には、請求項１の構成に、上記固
定回折板及び移動回折板は共に矩形波状の位相格子を有
しており、該位相格子の矩形波の山と谷とは対称な形状
を有し且つ山と谷との段差ｄは、ｄ＝（１／２）×λ×
（１＋２ｍ）×（１／｜ｎ−ｎ0 ｜）（ただしｍ＝０，
±１，…、λ＝光源から出射される光の波長，ｎ＝固定
回折板及び移動回折板を構成する材料の屈折率、ｎ0 ＝
固定回折板と移動回折板との間の媒体の屈折率）に設定
されているという構成を付加するものである。
形成し、矩形状波の形状を固定格子板及び移動格子板を
通過する０次の回折光の光量比を無視できる形状にする
ものであって、具体的には、請求項１の構成に、上記固
定回折板及び移動回折板は共に矩形波状の位相格子を有
しており、該位相格子の矩形波の山と谷とは対称な形状
を有し且つ山と谷との段差ｄは、ｄ＝（１／２）×λ×
（１＋２ｍ）×（１／｜ｎ−ｎ0 ｜）（ただしｍ＝０，
±１，…、λ＝光源から出射される光の波長，ｎ＝固定
回折板及び移動回折板を構成する材料の屈折率、ｎ0 ＝
固定回折板と移動回折板との間の媒体の屈折率）に設定
されているという構成を付加するものである。
【００１７】請求項３の発明は、位相格子を正弦波状に
形成し、正弦波の形状を固定格子板及び移動格子板を通
過する０次の回折光の光量比を無視できる形状にするも
のであって、具体的には、請求項１の構成に、上記固定
回折板及び移動回折板は共に正弦波状の位相格子を有し
ており、該位相格子の正弦波の山と谷との段差ｄは、ｄ
＝（１／２）×λ×（１／｜ｎ−ｎ0 ｜）÷（１−２／
π）（ただしｍ＝０，±１，…、λ＝光源から出射され
る光の波長，ｎ＝固定回折板及び移動回折板を構成する
材料の屈折率、ｎ0 ＝固定回折板と移動回折板との間の
媒体の屈折率）に設定されている構成を付加するもので
ある。
形成し、正弦波の形状を固定格子板及び移動格子板を通
過する０次の回折光の光量比を無視できる形状にするも
のであって、具体的には、請求項１の構成に、上記固定
回折板及び移動回折板は共に正弦波状の位相格子を有し
ており、該位相格子の正弦波の山と谷との段差ｄは、ｄ
＝（１／２）×λ×（１／｜ｎ−ｎ0 ｜）÷（１−２／
π）（ただしｍ＝０，±１，…、λ＝光源から出射され
る光の波長，ｎ＝固定回折板及び移動回折板を構成する
材料の屈折率、ｎ0 ＝固定回折板と移動回折板との間の
媒体の屈折率）に設定されている構成を付加するもので
ある。
【００１８】請求項４の発明は、位相格子を三角形波状
に形成されている場合において、三角波の形状を固定格
子板及び移動格子板を通過する０次の回折光の光量比を
無視できる形状にするものであって、具体的には、請求
項１の構成に、上記固定回折板及び移動回折板は共に三
角形波状の位相格子を有しており、該位相格子の三角波
の山と谷とは対称な形状を有し且つ山と谷との段差ｄ
は、ｄ＝λ×（１／｜ｎ−ｎ0 ｜）（ただしｍ＝０，±
１，…、λ＝光源から出射される光の波長，ｎ＝固定回
折板及び移動回折板を構成する材料の屈折率、ｎ0 ＝固
定回折板と移動回折板との間の媒体の屈折率）に設定さ
れている構成を付加するものである。
に形成されている場合において、三角波の形状を固定格
子板及び移動格子板を通過する０次の回折光の光量比を
無視できる形状にするものであって、具体的には、請求
項１の構成に、上記固定回折板及び移動回折板は共に三
角形波状の位相格子を有しており、該位相格子の三角波
の山と谷とは対称な形状を有し且つ山と谷との段差ｄ
は、ｄ＝λ×（１／｜ｎ−ｎ0 ｜）（ただしｍ＝０，±
１，…、λ＝光源から出射される光の波長，ｎ＝固定回
折板及び移動回折板を構成する材料の屈折率、ｎ0 ＝固
定回折板と移動回折板との間の媒体の屈折率）に設定さ
れている構成を付加するものである。
【００１９】
【作用】請求項１の構成により、光源から出射されたコ
ヒーレント光のうち主として±１次の回折光のみを通過
させる位相格子を有する固定回折板及び移動回折板と、
該固定回折板及び移動回折板を通過した±１次の回折光
を光検出器の光検出部に集光させる集光レンズとを備え
ているため、０次の回折光と±１次の回折光とが干渉し
たときに形成される正弦波に対して２倍の周波数を有す
る２倍周波の正弦波出力波形を得ることができる。
ヒーレント光のうち主として±１次の回折光のみを通過
させる位相格子を有する固定回折板及び移動回折板と、
該固定回折板及び移動回折板を通過した±１次の回折光
を光検出器の光検出部に集光させる集光レンズとを備え
ているため、０次の回折光と±１次の回折光とが干渉し
たときに形成される正弦波に対して２倍の周波数を有す
る２倍周波の正弦波出力波形を得ることができる。
【００２０】請求項２〜４の構成により、位相格子が矩
形波状、正弦波状或いは三角形波状の場合にそれぞれ山
と谷との段差寸法を特定しているため、実施例の項でそ
れぞれ説明するように、固定格子板及び移動格子板を通
過する０次の回折光の光量比を無視できる程度に抑制す
ることができる。
形波状、正弦波状或いは三角形波状の場合にそれぞれ山
と谷との段差寸法を特定しているため、実施例の項でそ
れぞれ説明するように、固定格子板及び移動格子板を通
過する０次の回折光の光量比を無視できる程度に抑制す
ることができる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【００２２】図１は本発明の第１実施例に係る光学式エ
ンコーダの概略構成を示し、図２は第１実施例に係る光
学式エンコーダの要部の構成を示しており、同図におい
て、１は半導体レーザ若しくは比較的可干渉性の高いＬ
ＥＤ（発光ダイオード）よりなる光源、２は光源１から
出射された光を平行光にするコリメートレンズ、３Ａは
矩形波状断面の位相格子を有し光軸に対して垂直に配置
された固定回折板、４Ａは矩形波状断面の位相格子を有
し光軸に対して垂直に配置され且つ垂直方向に移動可能
な移動回折板であって、固定回折板３Ａの位相格子と移
動回折板４Ａの位相格子とは互いに同じ周期を有してい
る。また、同図において、５は移動回折板３Ａを通過し
た光を集光する集光レンズ、６は集光レンズ５により集
光され光検出部７において結像した回折像を電気信号に
変えて出力する光検出器、８は周波数弁別フィルターで
ある。
ンコーダの概略構成を示し、図２は第１実施例に係る光
学式エンコーダの要部の構成を示しており、同図におい
て、１は半導体レーザ若しくは比較的可干渉性の高いＬ
ＥＤ（発光ダイオード）よりなる光源、２は光源１から
出射された光を平行光にするコリメートレンズ、３Ａは
矩形波状断面の位相格子を有し光軸に対して垂直に配置
された固定回折板、４Ａは矩形波状断面の位相格子を有
し光軸に対して垂直に配置され且つ垂直方向に移動可能
な移動回折板であって、固定回折板３Ａの位相格子と移
動回折板４Ａの位相格子とは互いに同じ周期を有してい
る。また、同図において、５は移動回折板３Ａを通過し
た光を集光する集光レンズ、６は集光レンズ５により集
光され光検出部７において結像した回折像を電気信号に
変えて出力する光検出器、８は周波数弁別フィルターで
ある。
【００２３】第１実施例に係る光学式エンコーダにおい
ては、光源１から出射された光は、コリメートレンズ２
により平行光にされた後、固定回折板３Ａに該固定回折
板３Ａに対して略垂直の方向から入射される。固定回折
板３Ａに入射した光は、該固定回折板３Ａによって回折
され、０次の回折光１０，＋１次の回折光１１，−１次
の回折光１２，……として出射される。これらの回折光
１０，１１，１２は、移動回折板４Ａに入射した後、さ
らに回折光として出射される。この移動回折板４Ａから
出射された回折光を（ｎ，ｍ）（但し、ｎは固定回折板
３Ａによる回折次数，ｍは移動回折板３Ｂによる回折次
数をそれぞれ示す。）として表すと、移動回折板３Ｂを
通過する回折光としては、図２に示すように、（０，
０）の回折光２０、（＋１，−１）の回折光２１、（−
１，＋１）の回折光２２、（−２，＋２）の回折光，
（＋２，−２）の回折光，……，がある。ただし図２に
おいては、図示の都合上、（−２，＋２）の回折光、
（＋２，−２）の回折光及び２次の回折光よりも高次の
回折光は省略している。
ては、光源１から出射された光は、コリメートレンズ２
により平行光にされた後、固定回折板３Ａに該固定回折
板３Ａに対して略垂直の方向から入射される。固定回折
板３Ａに入射した光は、該固定回折板３Ａによって回折
され、０次の回折光１０，＋１次の回折光１１，−１次
の回折光１２，……として出射される。これらの回折光
１０，１１，１２は、移動回折板４Ａに入射した後、さ
らに回折光として出射される。この移動回折板４Ａから
出射された回折光を（ｎ，ｍ）（但し、ｎは固定回折板
３Ａによる回折次数，ｍは移動回折板３Ｂによる回折次
数をそれぞれ示す。）として表すと、移動回折板３Ｂを
通過する回折光としては、図２に示すように、（０，
０）の回折光２０、（＋１，−１）の回折光２１、（−
１，＋１）の回折光２２、（−２，＋２）の回折光，
（＋２，−２）の回折光，……，がある。ただし図２に
おいては、図示の都合上、（−２，＋２）の回折光、
（＋２，−２）の回折光及び２次の回折光よりも高次の
回折光は省略している。
【００２４】移動回折板４Ａを光軸に対して垂直方向
（図１及び図２における上下方向）に一定速度で移動さ
せると、移動に伴って０次よりも高次の回折光の位相は
０次の回折光の位相に対して変化するので、例えば（＋
１，−１）の回折光２１と（−１，＋１）の回折光２２
とが干渉して得られる干渉波の光強度は正弦波状に変化
する。同様に（＋１，−１）の回折光２１と（０，０）
の回折光２０との干渉波の光強度、或いは（−１，＋
１）の回折光２２と（０，０）の回折光２０との干渉に
よる干渉波の光強度も移動回折板４Ａの移動に伴って周
期的に変化する。
（図１及び図２における上下方向）に一定速度で移動さ
せると、移動に伴って０次よりも高次の回折光の位相は
０次の回折光の位相に対して変化するので、例えば（＋
１，−１）の回折光２１と（−１，＋１）の回折光２２
とが干渉して得られる干渉波の光強度は正弦波状に変化
する。同様に（＋１，−１）の回折光２１と（０，０）
の回折光２０との干渉波の光強度、或いは（−１，＋
１）の回折光２２と（０，０）の回折光２０との干渉に
よる干渉波の光強度も移動回折板４Ａの移動に伴って周
期的に変化する。
【００２５】ところで、矩形波状の断面を有する移動回
折板４Ａの山と谷との段差ｄは、光源１の波長λに対し
て、 ｜ｎ−ｎ0 ｜×ｄ＝（λ／２）×（１＋２ｍ）……(1) （但し、ｍ＝０，±１，±２，…であり、ｎは固定回折
板３Ａ及び移動回折板４Ａを構成する材料の屈折率，Ｎ
0 は固定回折板３Ａと移動回折板４Ａとの間の媒質の屈
折率である。）になるように形成されている。
折板４Ａの山と谷との段差ｄは、光源１の波長λに対し
て、 ｜ｎ−ｎ0 ｜×ｄ＝（λ／２）×（１＋２ｍ）……(1) （但し、ｍ＝０，±１，±２，…であり、ｎは固定回折
板３Ａ及び移動回折板４Ａを構成する材料の屈折率，Ｎ
0 は固定回折板３Ａと移動回折板４Ａとの間の媒質の屈
折率である。）になるように形成されている。
【００２６】この場合、０次をはじめとする偶数次の回
折光の成分が０になること、及び±１次の回折光に大半
の光エネルギー（各々４０％程度）が集中することは衆
知である。もっとも、実際には、固定回折板３Ａ及び移
動回折板４Ａの製作誤差によって、偶数次の回折光も若
干発生する。
折光の成分が０になること、及び±１次の回折光に大半
の光エネルギー（各々４０％程度）が集中することは衆
知である。もっとも、実際には、固定回折板３Ａ及び移
動回折板４Ａの製作誤差によって、偶数次の回折光も若
干発生する。
【００２７】上記(1) 式において、固定回折板３Ａ及び
移動回折板４ＡがＳｉＯ2 基板である場合にｎは略１．
４６となり、光源１がＨｅ−Ｎｅガスレーザである場合
にλは６３３ｎｍとなり、固定回折板３Ａと移動回折板
４Ａとの間の媒質が空気の場合にｎ0 は１となる。さら
に、ｍを０とし、固定回折板３Ａ及び移動回折板４Ａの
格子周期ｐを略１０μｍとし、リソグラフィーとドライ
エッチングの方法によって製作した段差ｄが略０．６８
８μｍである矩形波状の固定回折板３Ａ及び移動回折板
４Ａを用いて実験した結果によると、±１次の回折光の
回折効率はそれぞれ３７〜４０％程度が得られ、０次の
回折光の成分は２％以下、３次の回折光の成分はそれぞ
れ４〜５％程度であった。この場合、固定回折板３Ａ及
び移動回折板４Ａの位相格子の矩形波の山と谷の幅の比
（duty ratio）は６：４となっていた。
移動回折板４ＡがＳｉＯ2 基板である場合にｎは略１．
４６となり、光源１がＨｅ−Ｎｅガスレーザである場合
にλは６３３ｎｍとなり、固定回折板３Ａと移動回折板
４Ａとの間の媒質が空気の場合にｎ0 は１となる。さら
に、ｍを０とし、固定回折板３Ａ及び移動回折板４Ａの
格子周期ｐを略１０μｍとし、リソグラフィーとドライ
エッチングの方法によって製作した段差ｄが略０．６８
８μｍである矩形波状の固定回折板３Ａ及び移動回折板
４Ａを用いて実験した結果によると、±１次の回折光の
回折効率はそれぞれ３７〜４０％程度が得られ、０次の
回折光の成分は２％以下、３次の回折光の成分はそれぞ
れ４〜５％程度であった。この場合、固定回折板３Ａ及
び移動回折板４Ａの位相格子の矩形波の山と谷の幅の比
（duty ratio）は６：４となっていた。
【００２８】さて、（０，０）の回折光２０は、（＋
１，−１）の回折光２１或いは（−１，＋１）の回折光
２２と干渉し、固定回折板３Ａ及び移動回折板４Ａの矩
形状波の山と谷とが互いに一致したときに光強度が最大
となり且つ矩形状波の山と谷とが半周期ｐ／２だけ互い
にずれたときに光強度が最小となるような正弦波形であ
る基本波（図３（ｂ）を参照）の出力が得られる。一
方、主要光量を占める（＋１，−１）の回折光２１と
（−１，＋１）の回折光２２とは互いに干渉し、上記基
本波に対して２倍の周波数を有する正弦波よりなる２倍
周波（図３（ｂ）を参照）の出力が得られる。尚、図１
において、２３は（０，＋１）の回折光を、２４は
（０，−１）の回折光を、２５は（＋１，０）の回折光
を、２６は（＋１，＋１）の回折光をそれぞれ示してい
る。
１，−１）の回折光２１或いは（−１，＋１）の回折光
２２と干渉し、固定回折板３Ａ及び移動回折板４Ａの矩
形状波の山と谷とが互いに一致したときに光強度が最大
となり且つ矩形状波の山と谷とが半周期ｐ／２だけ互い
にずれたときに光強度が最小となるような正弦波形であ
る基本波（図３（ｂ）を参照）の出力が得られる。一
方、主要光量を占める（＋１，−１）の回折光２１と
（−１，＋１）の回折光２２とは互いに干渉し、上記基
本波に対して２倍の周波数を有する正弦波よりなる２倍
周波（図３（ｂ）を参照）の出力が得られる。尚、図１
において、２３は（０，＋１）の回折光を、２４は
（０，−１）の回折光を、２５は（＋１，０）の回折光
を、２６は（＋１，＋１）の回折光をそれぞれ示してい
る。
【００２９】本発明は、前述した２倍周波の成分を利用
して精度の高い位置検出を可能とするものである。光検
出器６に入射する光量は、（０，０）の回折光２０が高
々（２／１００）2 ＝４×１０-4であるのに対し、（＋
１，−１）の回折光２１及び（−１，＋１）の回折光２
２はそれぞれ（４０／１００）2 ＝０．１６である。即
ち、干渉に寄与する光波の振幅比は√（４×１０-4）：
√（０．１６）＝２×１０-2：０．４＝１：２０であ
る。従って、図５（ａ）に示した基本波の信号振幅Ｕ0
は、２倍周波の信号振幅Ｕ1 に比べて高々（１／２０）
×２＝１／１０に過ぎない。一方、不都合な成分として
最大振幅を与える（＋３，−３）の回折光と（−３，＋
３）の回折光とが干渉すると６倍周波の出力波形を生じ
るが、６倍周波の振幅Ｕ3 と２倍周波の振幅Ｕ1 との比
は１：８〜１：１０程度である。また、（＋３，−３）
の回折光と（＋１，−１）の回折光とが干渉した光の成
分、及び（−３，＋３）の回折光と（−１，＋１）回折
光とが干渉した光の成分も２倍周波を生じるが、これら
の２倍周波の振幅は、他の倍周波の振幅と同様に、（＋
１，−１）の回折光２１と（−１，＋１）の回折光２２
とが干渉して生じる２倍周波の振幅Ｕ1 に比べて無視で
きる程に小さい。
して精度の高い位置検出を可能とするものである。光検
出器６に入射する光量は、（０，０）の回折光２０が高
々（２／１００）2 ＝４×１０-4であるのに対し、（＋
１，−１）の回折光２１及び（−１，＋１）の回折光２
２はそれぞれ（４０／１００）2 ＝０．１６である。即
ち、干渉に寄与する光波の振幅比は√（４×１０-4）：
√（０．１６）＝２×１０-2：０．４＝１：２０であ
る。従って、図５（ａ）に示した基本波の信号振幅Ｕ0
は、２倍周波の信号振幅Ｕ1 に比べて高々（１／２０）
×２＝１／１０に過ぎない。一方、不都合な成分として
最大振幅を与える（＋３，−３）の回折光と（−３，＋
３）の回折光とが干渉すると６倍周波の出力波形を生じ
るが、６倍周波の振幅Ｕ3 と２倍周波の振幅Ｕ1 との比
は１：８〜１：１０程度である。また、（＋３，−３）
の回折光と（＋１，−１）の回折光とが干渉した光の成
分、及び（−３，＋３）の回折光と（−１，＋１）回折
光とが干渉した光の成分も２倍周波を生じるが、これら
の２倍周波の振幅は、他の倍周波の振幅と同様に、（＋
１，−１）の回折光２１と（−１，＋１）の回折光２２
とが干渉して生じる２倍周波の振幅Ｕ1 に比べて無視で
きる程に小さい。
【００３０】第１実施例の光検出器６の光電変換信号出
力は、誇張して示すと、図３（ａ）のように歪んだ波形
として得られることになる。この歪んだ波形は、図３
（ｂ）に示すように、基本波の成分、２倍周波の成分及
び６倍周波の成分（６倍周波の成分は図示されていな
い。）等に分解して考えることができるが、２倍周波の
成分以外の成分は、それぞれ微弱であり且つ互いに共役
な回折波の干渉のため変動が小さいので、２倍周波の成
分の検出は十分に可能である。
力は、誇張して示すと、図３（ａ）のように歪んだ波形
として得られることになる。この歪んだ波形は、図３
（ｂ）に示すように、基本波の成分、２倍周波の成分及
び６倍周波の成分（６倍周波の成分は図示されていな
い。）等に分解して考えることができるが、２倍周波の
成分以外の成分は、それぞれ微弱であり且つ互いに共役
な回折波の干渉のため変動が小さいので、２倍周波の成
分の検出は十分に可能である。
【００３１】尚、必要ならば、図１に示す周波数弁別フ
ィルター回路１０の遮断周波数帯域を狭くして、周波数
弁別フィルター回路８から６倍周波の成分が出力されな
いようにすることもできる。
ィルター回路１０の遮断周波数帯域を狭くして、周波数
弁別フィルター回路８から６倍周波の成分が出力されな
いようにすることもできる。
【００３２】また、特に２倍周波の成分のみを更に高精
度で得たい場合には、バンドパスフィルター回路を周波
数弁別フィルター回路８に附加することにより容易に目
的を達し得る。
度で得たい場合には、バンドパスフィルター回路を周波
数弁別フィルター回路８に附加することにより容易に目
的を達し得る。
【００３３】さらに、微弱ではあるが、前述した干渉光
以外の干渉光の成分として、例えば（＋２，−１）の回
折光と（−２，＋１）の回折光との干渉光が図１の結像
面９のスポット９ａにおいて得られ、同様に（−２，＋
１）の回折光と（＋１，−２）の回折光との干渉光は結
像面９のスポット９ｂにおいて得られるが、これらの干
渉光は光検出器６の光検出部７以外の部分に集光するた
め、全く問題にならないことは容易に了解されよう。
以外の干渉光の成分として、例えば（＋２，−１）の回
折光と（−２，＋１）の回折光との干渉光が図１の結像
面９のスポット９ａにおいて得られ、同様に（−２，＋
１）の回折光と（＋１，−２）の回折光との干渉光は結
像面９のスポット９ｂにおいて得られるが、これらの干
渉光は光検出器６の光検出部７以外の部分に集光するた
め、全く問題にならないことは容易に了解されよう。
【００３４】図４は本発明の第２実施例に係る光学式エ
ンコーダの主要部の構成を示しており、該第２実施例に
おいては、固定格子板３Ｂ及び移動格子板４Ｂは、第１
実施例と同様に矩形波状の断面の位相格子を有している
が、矩形波の山と谷の幅の比（duty ratio）が略５：５
になるように形成されている。つまり、矩形波の山と谷
とは対称であり、且つ矩形波の山と谷との段差ｄは、ｄ
＝（１／２）×λ×（１＋２ｍ）×（１／｜ｎ−ｎ
0 ｜）に設定されている。
ンコーダの主要部の構成を示しており、該第２実施例に
おいては、固定格子板３Ｂ及び移動格子板４Ｂは、第１
実施例と同様に矩形波状の断面の位相格子を有している
が、矩形波の山と谷の幅の比（duty ratio）が略５：５
になるように形成されている。つまり、矩形波の山と谷
とは対称であり、且つ矩形波の山と谷との段差ｄは、ｄ
＝（１／２）×λ×（１＋２ｍ）×（１／｜ｎ−ｎ
0 ｜）に設定されている。
【００３５】尚、第２実施例においては、第１実施例と
同様の部材及び回折光については、第１実施例と同様の
符号を付すことにより説明は省略する。
同様の部材及び回折光については、第１実施例と同様の
符号を付すことにより説明は省略する。
【００３６】第１実施例と同様、半導体レーザ若しくは
比較的可干渉性の強いＬＥＤよりなる光源１から出射さ
れた光は、コリメートレンズ２を通過した後、固定格子
板３Ｂに対して略垂直な方向から平行に入射する。固定
格子板３Ｂに入射した光は、該固定格子板３Ｂを通過し
た後、約８０％の光量が±１次の回折光となり、約１０
％の光量が±３次の回折光となり、残りの光量は±５次
以上の奇数次の回折光に各々数％以下の比率で分布す
る。
比較的可干渉性の強いＬＥＤよりなる光源１から出射さ
れた光は、コリメートレンズ２を通過した後、固定格子
板３Ｂに対して略垂直な方向から平行に入射する。固定
格子板３Ｂに入射した光は、該固定格子板３Ｂを通過し
た後、約８０％の光量が±１次の回折光となり、約１０
％の光量が±３次の回折光となり、残りの光量は±５次
以上の奇数次の回折光に各々数％以下の比率で分布す
る。
【００３７】本第２実施例においては、矩形波の山と谷
の幅の比を略５：５に形成しているため、０次の回折光
の光量比を無視できる程に抑圧できるので、特別のフィ
ルター回路を要することなく、２倍周波の成分の出力の
みを光検出器６から取り出すことができる。また、本第
２実施例においては、光検出器６の光検出部８の手前側
には、充分に小さい開口９ｃが設けられ、不要光が光検
出器６の光検出部７に入射するのを防いでいる。
の幅の比を略５：５に形成しているため、０次の回折光
の光量比を無視できる程に抑圧できるので、特別のフィ
ルター回路を要することなく、２倍周波の成分の出力の
みを光検出器６から取り出すことができる。また、本第
２実施例においては、光検出器６の光検出部８の手前側
には、充分に小さい開口９ｃが設けられ、不要光が光検
出器６の光検出部７に入射するのを防いでいる。
【００３８】このように構成することにより、図５に示
すように、基本波の成分（図５（ａ）を参照）の信号の
振幅はＵ0 は略０となり、２倍周波の成分の信号出力の
みが得られた（図５（ｂ）を参照）。この場合、６倍周
波の成分は第１実施例と略同等の光電変換出力を生じる
が、この出力は周波数弁別フィルター回路８の帯域を制
限することによって遮断できる。
すように、基本波の成分（図５（ａ）を参照）の信号の
振幅はＵ0 は略０となり、２倍周波の成分の信号出力の
みが得られた（図５（ｂ）を参照）。この場合、６倍周
波の成分は第１実施例と略同等の光電変換出力を生じる
が、この出力は周波数弁別フィルター回路８の帯域を制
限することによって遮断できる。
【００３９】図６は本発明の第３実施例に係る光学式エ
ンコーダの主要部の構成を示しており、該第３実施例に
おいては、固定格子板３Ｃ及び移動格子板４Ｃはそれぞ
れ正弦波状断面の位相格子を有している。
ンコーダの主要部の構成を示しており、該第３実施例に
おいては、固定格子板３Ｃ及び移動格子板４Ｃはそれぞ
れ正弦波状断面の位相格子を有している。
【００４０】尚、第３実施例においては、第１実施例と
同様の部材及び回折光については、第１実施例と同様の
符号を付すことにより説明は省略する。
同様の部材及び回折光については、第１実施例と同様の
符号を付すことにより説明は省略する。
【００４１】固定格子板３Ｃに入射された光は該固定格
子板３Ｃによって数次の回折光に分かれて回折される。
０次の回折光の強度を０とする条件は、格子の形状、格
子を構成する物質の屈折率及び格子の深さで決まり、便
宜的には回折光の位相の「重心」で計算することができ
る。例えば、第２実施例の固定回折板３Ｂ及び移動回折
板３Ｃでは図８（ａ）に示すように位相の重心Ｇ及び
Ｇ′は矩形状波の表面にあり、位相を進ませる格子の重
心Ｇと位相を遅らせる格子の重心Ｇ′との間の位相差が
光源の波長λの１／２になると０次光は出射しなくなる
と考えられる。この格子の段差ｄの条件が(1) 式に示す
ようになったわけである。
子板３Ｃによって数次の回折光に分かれて回折される。
０次の回折光の強度を０とする条件は、格子の形状、格
子を構成する物質の屈折率及び格子の深さで決まり、便
宜的には回折光の位相の「重心」で計算することができ
る。例えば、第２実施例の固定回折板３Ｂ及び移動回折
板３Ｃでは図８（ａ）に示すように位相の重心Ｇ及び
Ｇ′は矩形状波の表面にあり、位相を進ませる格子の重
心Ｇと位相を遅らせる格子の重心Ｇ′との間の位相差が
光源の波長λの１／２になると０次光は出射しなくなる
と考えられる。この格子の段差ｄの条件が(1) 式に示す
ようになったわけである。
【００４２】次に、図８（ｂ）に示す正弦波格子では位
相の重心は、正弦波の位相を平均化するとＧ及びＧ′の
高さが求まって、
相の重心は、正弦波の位相を平均化するとＧ及びＧ′の
高さが求まって、
【数１】
【００４３】となる。そして、このＧ及びＧ′の高さを
それぞれλ／４に等しくすると、ｄ＝（１／２）×λ×
（１／｜ｎ−ｎ0 ｜）÷（１−２／π）となる。
それぞれλ／４に等しくすると、ｄ＝（１／２）×λ×
（１／｜ｎ−ｎ0 ｜）÷（１−２／π）となる。
【００４４】正弦波の山と谷との段差ｄを上記のように
すると、固定回折板３Ｃ及び移動回折板３Ｃを通過した
０次の回折光の成分は、正弦波の谷と山とから出る光が
０．５λ分位相がずれて互いに打ち消し合い０となる。
一方、１次の回折光は１λ分だけ位相が異なるので、正
弦波の谷と山とから出る光が互いに強め合い、１次の回
折光の強度が大きくなると考えられる。
すると、固定回折板３Ｃ及び移動回折板３Ｃを通過した
０次の回折光の成分は、正弦波の谷と山とから出る光が
０．５λ分位相がずれて互いに打ち消し合い０となる。
一方、１次の回折光は１λ分だけ位相が異なるので、正
弦波の谷と山とから出る光が互いに強め合い、１次の回
折光の強度が大きくなると考えられる。
【００４５】図９は本発明の第４実施例に係る光学式エ
ンコーダの主要部の構成を示しており、該第４実施例に
おいては、固定格子板３Ｄ及び移動格子板４Ｄはそれぞ
れ三角波状断面の位相格子を有している。
ンコーダの主要部の構成を示しており、該第４実施例に
おいては、固定格子板３Ｄ及び移動格子板４Ｄはそれぞ
れ三角波状断面の位相格子を有している。
【００４６】尚、第４実施例においても、第１実施例と
同様の部材及び回折光については、第１実施例と同様の
符号を付すことにより説明は省略する。
同様の部材及び回折光については、第１実施例と同様の
符号を付すことにより説明は省略する。
【００４７】本第４実施例においては、第２実施例と同
様、固定格子板３Ｄに入射された光は該固定格子板３Ｄ
によって数次の回折光に分かれて回折される。図８
（ｃ）に示す三角波状の位相の重心Ｇを求める作図から
Ｇの高さはλ／４となるので、三角波の山と谷との段差
ｄは、ｄ＝λ×（１／｜ｎ−ｎ0 ｜）となる。
様、固定格子板３Ｄに入射された光は該固定格子板３Ｄ
によって数次の回折光に分かれて回折される。図８
（ｃ）に示す三角波状の位相の重心Ｇを求める作図から
Ｇの高さはλ／４となるので、三角波の山と谷との段差
ｄは、ｄ＝λ×（１／｜ｎ−ｎ0 ｜）となる。
【００４８】三角波の段差ｄを上記のように形成する
と、固定回折板３Ｄ及び移動回折板３Ｄを通過した０次
の回折光の成分は、三角波状の格子の谷と山とから出る
光が０．５λ分だけ位相がずれて打ち消し合い０とな
る。一方、１次の回折光は１λ分だけ位相が異なるの
で、三角波状の格子の谷と山とから出る光が互いに強め
合い、１次の回折光の強度が大きくなると考えられる。
特に、三角波状の傾斜を１次の回折光の回折角に合うよ
うに三角波のピッチ並びに固定格子板３Ｄ及び移動格子
板４Ｄの屈折率ｎを適当に設定すると１次の回折光の強
度を極大化できる。
と、固定回折板３Ｄ及び移動回折板３Ｄを通過した０次
の回折光の成分は、三角波状の格子の谷と山とから出る
光が０．５λ分だけ位相がずれて打ち消し合い０とな
る。一方、１次の回折光は１λ分だけ位相が異なるの
で、三角波状の格子の谷と山とから出る光が互いに強め
合い、１次の回折光の強度が大きくなると考えられる。
特に、三角波状の傾斜を１次の回折光の回折角に合うよ
うに三角波のピッチ並びに固定格子板３Ｄ及び移動格子
板４Ｄの屈折率ｎを適当に設定すると１次の回折光の強
度を極大化できる。
【００４９】次に、第２実施例と同様、固定格子板３Ｄ
を通過した±１次の回折光を移動回折板４Ｄに導びき、
該移動回折板４Ｄを通過させることにより、該移動回折
板４Ｄに垂直方向な（＋１，−１）の回折光及び（−
１，＋１）の回折光を得ることができる。そして移動回
折板４Ｄが図９の上下方向に移動すると、その移動に伴
って図７（ｃ）に示すような基本波に対して２倍の周波
数を有する２倍周波の正弦波の信号を得ることができ
る。
を通過した±１次の回折光を移動回折板４Ｄに導びき、
該移動回折板４Ｄを通過させることにより、該移動回折
板４Ｄに垂直方向な（＋１，−１）の回折光及び（−
１，＋１）の回折光を得ることができる。そして移動回
折板４Ｄが図９の上下方向に移動すると、その移動に伴
って図７（ｃ）に示すような基本波に対して２倍の周波
数を有する２倍周波の正弦波の信号を得ることができ
る。
【００５０】尚、上記各実施例においては、固定回折板
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが光源１側に、移動回折板４
Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが光検出器６側にそれぞれ配置さ
れていたが、これに代えて、移動回折板４Ａ，４Ｂ，４
Ｃ，４Ｄを光源１側に、固定回折板３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，
３Ｄを光検出器６側にそれぞれ配置してもよい。
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが光源１側に、移動回折板４
Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが光検出器６側にそれぞれ配置さ
れていたが、これに代えて、移動回折板４Ａ，４Ｂ，４
Ｃ，４Ｄを光源１側に、固定回折板３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，
３Ｄを光検出器６側にそれぞれ配置してもよい。
【００５１】
【発明の効果】請求項１の発明に係る光学式エンコーダ
によると、光源から出射されたコヒーレント光のうち主
として±１次の回折光のみを通過させる位相格子を有す
る固定回折板及び移動回折板と、該固定回折板及び移動
回折板を通過した±１次の回折光を光検出器の光検出部
に集光させる集光レンズとを備えているため、０次の回
折光と±１次の回折光とが干渉したときに形成される正
弦波に対して２倍の周波数を有する出力波形を得ること
ができるので、精度の高い正弦波出力信号を得ることが
できる。
によると、光源から出射されたコヒーレント光のうち主
として±１次の回折光のみを通過させる位相格子を有す
る固定回折板及び移動回折板と、該固定回折板及び移動
回折板を通過した±１次の回折光を光検出器の光検出部
に集光させる集光レンズとを備えているため、０次の回
折光と±１次の回折光とが干渉したときに形成される正
弦波に対して２倍の周波数を有する出力波形を得ること
ができるので、精度の高い正弦波出力信号を得ることが
できる。
【００５２】また、固定回折板及び移動回折板を通過し
光軸に対して対称で且つ互いに共役な±１次の回折光
（conjugate wave）を主として用いるため、光源の波長
変動や波長の広がり、固定回折板と移動回折板基板との
間のギャップ変動、或いはフレア、ゴースト光などをキ
ャンセルできるので、ＳＮ比の高い出力信号を得ること
ができる。
光軸に対して対称で且つ互いに共役な±１次の回折光
（conjugate wave）を主として用いるため、光源の波長
変動や波長の広がり、固定回折板と移動回折板基板との
間のギャップ変動、或いはフレア、ゴースト光などをキ
ャンセルできるので、ＳＮ比の高い出力信号を得ること
ができる。
【００５３】また、構成部品の点数が少ないので安価に
光学式エンコーダを製造することができると共に、湿度
や温度上昇によって固定回折板或いは移動回折板に膨張
が生じても左右対称な光学系であるため出力に影響がな
く、工業的な価値が高い。
光学式エンコーダを製造することができると共に、湿度
や温度上昇によって固定回折板或いは移動回折板に膨張
が生じても左右対称な光学系であるため出力に影響がな
く、工業的な価値が高い。
【００５４】さらに、固定回折板及び移動回折板を樹脂
により形成すると、複製が容易なために安価に製造する
ことができる。
により形成すると、複製が容易なために安価に製造する
ことができる。
【００５５】請求項２の発明に係る光学式エンコーダに
よると、固定回折板及び移動回折板は、山と谷とが対称
な形状を有し且つ山と谷との段差ｄがｄ＝（１／２）×
λ×（１＋２ｍ）×（１／｜ｎ−ｎ0 ｜）である矩形状
波の位相格子を有しているため、０次の回折光の光量を
略０にすることができるので、歪みがない、より精度の
高い正弦波出力信号を得ることができる。
よると、固定回折板及び移動回折板は、山と谷とが対称
な形状を有し且つ山と谷との段差ｄがｄ＝（１／２）×
λ×（１＋２ｍ）×（１／｜ｎ−ｎ0 ｜）である矩形状
波の位相格子を有しているため、０次の回折光の光量を
略０にすることができるので、歪みがない、より精度の
高い正弦波出力信号を得ることができる。
【００５６】請求項３の発明に係る光学式エンコーダに
よると、固定回折板及び移動回折板は、山と谷との段差
ｄがｄ＝（１／２）×λ×（１／｜ｎ−ｎ0 ｜）÷（１
−２／π）である正弦波の位相格子を有しているため、
０次の回折光の光量を略０にすることができるので、請
求項２の発明と同様、歪みがない、より精度の高い正弦
波出力信号を得ることができる。
よると、固定回折板及び移動回折板は、山と谷との段差
ｄがｄ＝（１／２）×λ×（１／｜ｎ−ｎ0 ｜）÷（１
−２／π）である正弦波の位相格子を有しているため、
０次の回折光の光量を略０にすることができるので、請
求項２の発明と同様、歪みがない、より精度の高い正弦
波出力信号を得ることができる。
【００５７】請求項４の発明に係る光学式エンコーダに
よると、固定回折板及び移動回折板は、山と谷とが対称
な形状を有し且つ山と谷との段差ｄがｄ＝λ×（１／｜
ｎ−ｎ0 ｜）である三角形波の位相格子を有しているた
め、０次の回折光の光量を略０にすることができるの
で、請求項２の発明と同様、歪みがない、より精度の高
い正弦波出力信号を得ることができる。
よると、固定回折板及び移動回折板は、山と谷とが対称
な形状を有し且つ山と谷との段差ｄがｄ＝λ×（１／｜
ｎ−ｎ0 ｜）である三角形波の位相格子を有しているた
め、０次の回折光の光量を略０にすることができるの
で、請求項２の発明と同様、歪みがない、より精度の高
い正弦波出力信号を得ることができる。
【００５８】また、請求項２〜４の発明に係る光学式エ
ンコーダによると、固定回折板及び移動回折板の位相格
子が単純な形状であるため、高精度であるにも拘らず、
安価に製造することができる。
ンコーダによると、固定回折板及び移動回折板の位相格
子が単純な形状であるため、高精度であるにも拘らず、
安価に製造することができる。
【図１】本発明の第１実施例に係る光学式エンコーダの
概略構成図である。
概略構成図である。
【図２】上記第１実施例に係る光学式エンコーダの要部
の概略構成図である。
の概略構成図である。
【図３】上記第１実施例の光学式エンコーダの固定回折
板及び移動回折板を通過した回折光の波形であって、
（ａ）は基本波と２倍周波とが干渉した波の波形を示
し、（ｂ）は基本波の波形及び２倍周波の波形を示す。
板及び移動回折板を通過した回折光の波形であって、
（ａ）は基本波と２倍周波とが干渉した波の波形を示
し、（ｂ）は基本波の波形及び２倍周波の波形を示す。
【図４】本発明の第２実施例に係る光学式エンコーダの
概略構成図である。
概略構成図である。
【図５】上記第２実施例の光学式エンコーダの固定回折
板及び移動回折板を通過した回折光の波形であって、
（ａ）は振幅が０である基本波の波形を示し、（ｂ）は
２倍周波の波形を示す。
板及び移動回折板を通過した回折光の波形であって、
（ａ）は振幅が０である基本波の波形を示し、（ｂ）は
２倍周波の波形を示す。
【図６】本発明の第３実施例に係る光学式エンコーダの
概略構成図である。
概略構成図である。
【図７】上記第３実施例の光学式エンコーダの固定回折
板及び移動回折板を通過した回折光の波形であって、
（ａ）は振幅が０である基本波の波形を示し、（ｂ）は
２倍周波の波形を示す。
板及び移動回折板を通過した回折光の波形であって、
（ａ）は振幅が０である基本波の波形を示し、（ｂ）は
２倍周波の波形を示す。
【図８】本発明の第２実施例〜第４実施例における位相
格子の形状を決定するための計算の基準となる重心を説
明する説明図である。
格子の形状を決定するための計算の基準となる重心を説
明する説明図である。
【図９】本発明の第４実施例に係る光学式エンコーダの
概略構成図である。
概略構成図である。
【図１０】従来例の光学式エンコーダの概略構成図であ
る。
る。
１ 光源 ２ コリメートレンズ ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 固定格子板 ４Ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 移動格子板 ５ 集合レンズ ６ 光検出器 ７ 光検出部 ８ 周波数弁別フィルター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−172204（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−206720（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−279812（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−155720（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 5/38 G01B 11/00 - 11/30
Claims (4)
- 【請求項１】 コヒーレントな光を出射する光源と、該
光源から出射された光の光軸に対して略垂直で且つ互い
に平行に設けられており主として±１次の回折光のみを
通過させる位相格子を有する固定回折板及び移動回折板
と、該固定回折板及び移動回折板を通過した光を受光す
る光検出器と、上記固定回折板及び移動回折板を通過し
た±１次の回折光を上記光検出器の光検出部に集光させ
る集光レンズとを備えていることを特徴とする光学式エ
ンコーダ。 - 【請求項２】 上記固定回折板及び移動回折板は共に矩
形波状の位相格子を有しており、該位相格子の矩形波の
山と谷とは対称な形状を有し且つ山と谷との段差ｄは、 ｄ＝（１／２）×λ×（１＋２ｍ）×（１／｜ｎ−ｎ0
｜） （ただしｍ＝０，±１，…、λ＝光源から出射される光
の波長，ｎ＝固定回折板及び移動回折板を構成する材料
の屈折率、ｎ0 ＝固定回折板と移動回折板との間の媒体
の屈折率）になるように設定されていることを特徴とす
る請求項１に記載の光学式エンコーダ。 - 【請求項３】 上記固定回折板及び移動回折板は共に正
弦波状の位相格子を有しており、該位相格子の正弦波の
山と谷との段差ｄは、 ｄ＝（１／２）×λ×（１／｜ｎ−ｎ0 ｜）÷（１−２
／π） （ただしｍ＝０，±１，…、λ＝光源から出射される光
の波長，ｎ＝固定回折板及び移動回折板を構成する材料
の屈折率、ｎ0 ＝固定回折板と移動回折板との間の媒体
の屈折率）になるように設定されていることを特徴とす
る請求項１に記載の光学式エンコーダ。 - 【請求項４】 上記固定回折板及び移動回折板は共に三
角形波状の位相格子を有しており、該位相格子の三角波
の山と谷とは対称な形状を有し且つ山と谷との段差ｄ
は、 ｄ＝λ×（１／｜ｎ−ｎ0 ｜） （ただしｍ＝０，±１，…、λ＝光源から出射される光
の波長，ｎ＝固定回折板及び移動回折板を構成する材料
の屈折率、ｎ0 ＝固定回折板と移動回折板との間の媒体
の屈折率）になるように設定されていることを特徴とす
る請求項１に記載の光学式エンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04197271A JP3108203B2 (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 光学式エンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04197271A JP3108203B2 (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 光学式エンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0642981A JPH0642981A (ja) | 1994-02-18 |
| JP3108203B2 true JP3108203B2 (ja) | 2000-11-13 |
Family
ID=16371696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04197271A Expired - Fee Related JP3108203B2 (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 光学式エンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3108203B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3641316B2 (ja) * | 1995-05-08 | 2005-04-20 | 松下電器産業株式会社 | 光学式エンコーダ |
| JPH10239108A (ja) | 1997-02-21 | 1998-09-11 | Fanuc Ltd | 光学式エンコーダ |
| DE112004002777B4 (de) | 2004-03-03 | 2013-11-07 | Mitsubishi Denki K.K. | Optischer Codierer |
| EP2936940B1 (en) | 2012-12-18 | 2018-02-21 | Philips Lighting Holding B.V. | Controlling transmission of pulses from a sensor |
| JP6253929B2 (ja) * | 2013-09-11 | 2017-12-27 | 株式会社オプトニクス精密 | 反射型エンコーダ装置 |
| WO2019220159A1 (en) * | 2018-05-16 | 2019-11-21 | Profound Medical Inc. | Apparatus and method for directing energy from a multi-element source |
-
1992
- 1992-07-23 JP JP04197271A patent/JP3108203B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0642981A (ja) | 1994-02-18 |
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