JP3184419B2 - 光学格子およびエンコーダ - Google Patents
光学格子およびエンコーダInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エンコーダや分光器な
どに使用される光学格子、ならびに工作機械や半導体製
造装置の位置計測に利用されるエンコーダに関する。
どに使用される光学格子、ならびに工作機械や半導体製
造装置の位置計測に利用されるエンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の例えば光学式エンコーダでは、第
１の回折格子（以下、第１格子という）に対して長手方
向に相対移動する第２の回折格子（以下、第２格子とい
う）が第１格子の後方に配置され、光電変換素子が第２
格子の後方に配置されている。第１格子及び第２格子に
は、図９に示すように光を透過させる部分（以下、透過
部という）及び透過させない部分（以下、非透過部とい
う）が所定の長さ（以下、格子ピッチという）で繰り返
されている光学格子（以下、格子部という）が設けられ
ている。このような構成において、平行光束Ｌを第１格
子に照射すると、第１格子及び第２格子を透過した光が
光電変換素子に入射する。そして、光電変換素子は入射
光をその光強度に応じた電気信号に変換して出力する。
この電気信号の変化は、第１格子と第２格子との相対変
位によって第１格子及び第２格子を透過する光量が変化
することにより生じるものである。また、この変位信号
は、本来第１格子と第２格子との重なり具合により発光
側から見たみかけ上の透過部の変化に比例した三角波信
号となるはずであるが、実際は光の回折等により、さま
ざまな歪成分を含んだ信号となっている。そして、この
信号を疑似正弦波とみなして位置検出が行われている。
１の回折格子（以下、第１格子という）に対して長手方
向に相対移動する第２の回折格子（以下、第２格子とい
う）が第１格子の後方に配置され、光電変換素子が第２
格子の後方に配置されている。第１格子及び第２格子に
は、図９に示すように光を透過させる部分（以下、透過
部という）及び透過させない部分（以下、非透過部とい
う）が所定の長さ（以下、格子ピッチという）で繰り返
されている光学格子（以下、格子部という）が設けられ
ている。このような構成において、平行光束Ｌを第１格
子に照射すると、第１格子及び第２格子を透過した光が
光電変換素子に入射する。そして、光電変換素子は入射
光をその光強度に応じた電気信号に変換して出力する。
この電気信号の変化は、第１格子と第２格子との相対変
位によって第１格子及び第２格子を透過する光量が変化
することにより生じるものである。また、この変位信号
は、本来第１格子と第２格子との重なり具合により発光
側から見たみかけ上の透過部の変化に比例した三角波信
号となるはずであるが、実際は光の回折等により、さま
ざまな歪成分を含んだ信号となっている。そして、この
信号を疑似正弦波とみなして位置検出が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図９に示す従来の格子
部を用いた従来の光学式エンコーダは、その変位信号を
利用して求めた位置検出値に大きな分割誤差を伴ってい
た。さらに、上述した従来の光学式エンコーダで得られ
る変位信号の歪率は第１格子と第２格子との間隔が変化
すると大きく変動してしまう。そのため、誤差を一定値
以内に抑えるためには、第１格子と第２格子との間隔
を、適切な間隔で一定に保つ必要があり、非常に厳しい
取り付け精度が要求されるという問題があった。そこ
で、本出願人により、歪成分を除去するために隣合った
パターンの間隔が等しくなく、所定の位相差を有して配
置することで、ｎ次の歪成分を除去する光学式エンコー
ダが提案されている（特開平３−４８１２２号公報参
照）。ここでは、誤差を生じさせる３次や５次の高調波
歪成分を除去するパターンが示されており、より高次な
例えば７次の高調波歪成分も同じ構成で除去出来ること
が示されている。
部を用いた従来の光学式エンコーダは、その変位信号を
利用して求めた位置検出値に大きな分割誤差を伴ってい
た。さらに、上述した従来の光学式エンコーダで得られ
る変位信号の歪率は第１格子と第２格子との間隔が変化
すると大きく変動してしまう。そのため、誤差を一定値
以内に抑えるためには、第１格子と第２格子との間隔
を、適切な間隔で一定に保つ必要があり、非常に厳しい
取り付け精度が要求されるという問題があった。そこ
で、本出願人により、歪成分を除去するために隣合った
パターンの間隔が等しくなく、所定の位相差を有して配
置することで、ｎ次の歪成分を除去する光学式エンコー
ダが提案されている（特開平３−４８１２２号公報参
照）。ここでは、誤差を生じさせる３次や５次の高調波
歪成分を除去するパターンが示されており、より高次な
例えば７次の高調波歪成分も同じ構成で除去出来ること
が示されている。
【０００４】また、前記公開公報には示していないが、
例えば２次など偶数次の歪成分を除去することも、開示
された構成と全く同じ構成で可能である。ただ、偶数次
の歪成分は、非常に小さな成分であり、かつ、通常の光
学式エンコーダでは逆相信号との差分をとるため、除去
するパターンを設けなくてもよく、逆に、２次の歪成分
を除去しようとすると、それだけで３０％もの利得を損
失してしまうために意味がない。しかし、今日において
は、より高い次数の例えば、３、５、７、９、１１、１
３次などの高調波の歪成分を、低い成分の歪と同時に除
去することが望まれている。さらに、前述の偶数次の高
調波歪成分は、逆相信号との差分により除去できるが、
前記公開公報の技術によるパターン配置で除去するまで
もなく、容易に除去できることが望ましい。また、格子
部としては、透過率の分布を連続的に変化させて正弦波
格子を作成するものがあり、それによれば格子には歪み
成分が含まれず、従って変位信号の歪みも除去すること
ができる。しかし、この正弦波格子は製作が困難で、実
際には実用化がすすんでいない。本発明は上述した事情
から成されたものであり、本発明の目的は、より歪の少
ない光学格子をバイナリの透過型振幅格子により簡易に
提供するとともに、より歪みの少ない変位信号を安定し
て出力できるエンコーダを提供することにある。
例えば２次など偶数次の歪成分を除去することも、開示
された構成と全く同じ構成で可能である。ただ、偶数次
の歪成分は、非常に小さな成分であり、かつ、通常の光
学式エンコーダでは逆相信号との差分をとるため、除去
するパターンを設けなくてもよく、逆に、２次の歪成分
を除去しようとすると、それだけで３０％もの利得を損
失してしまうために意味がない。しかし、今日において
は、より高い次数の例えば、３、５、７、９、１１、１
３次などの高調波の歪成分を、低い成分の歪と同時に除
去することが望まれている。さらに、前述の偶数次の高
調波歪成分は、逆相信号との差分により除去できるが、
前記公開公報の技術によるパターン配置で除去するまで
もなく、容易に除去できることが望ましい。また、格子
部としては、透過率の分布を連続的に変化させて正弦波
格子を作成するものがあり、それによれば格子には歪み
成分が含まれず、従って変位信号の歪みも除去すること
ができる。しかし、この正弦波格子は製作が困難で、実
際には実用化がすすんでいない。本発明は上述した事情
から成されたものであり、本発明の目的は、より歪の少
ない光学格子をバイナリの透過型振幅格子により簡易に
提供するとともに、より歪みの少ない変位信号を安定し
て出力できるエンコーダを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、エンコーダや
分光器などに使用される光学格子に関するものであり、
本発明の上記目的は、スリットを、隣合ったパターンの
間隔が一定でなく、基準位相となるパターンに対して、
Ｐ／（２・Ｌ）、Ｐ／（２・ｍ）、Ｐ／（２・ｎ）、Ｐ
／（２・ｏ）・・・だけの位相差（Ｌ，ｍ，ｎ，ｏ・・
・は正の整数、Ｐはパターンの平均周期）及び各位相差
の和の組み合わせに応じた位相差を有するパターンで形
成することにより達成される。また、本発明は、工作機
械や半導体製造装置の位置計測に利用されるエンコー
ダ、特に、第１のスケールと、この第１のスケールと相
対変位する第２のスケールとを有し、相対位置を検出す
るエンコーダに関するものであり、本発明の上記目的
は、前記第２のスケールに、隣合ったパターンの間隔が
一定でなく、基準位相となるパターンに対して、Ｐ／
（２・Ｌ）、Ｐ／（２・ｍ）、Ｐ／（２・ｎ）、Ｐ／
（２・ｏ）・・・だけの位相差（Ｌ，ｍ，ｎ，ｏ・・・
は正の整数、Ｐはパターンの平均周期）及び各位相差の
和の組み合わせに応じた位相差を有するスケールパター
ンを形成することにより達成される。また、受光素子
に、隣合ったパターンの間隔が一定でなく、基準位相と
なるパターンに対して、Ｐ／（２・Ｌ）、Ｐ／（２・
ｍ）、Ｐ／（２・ｎ）、Ｐ／（２・ｏ）・・・だけの位
相差及び各位相差の和の組み合わせに応じた位相差を有
する受光パターンを形成することにより達成される。
分光器などに使用される光学格子に関するものであり、
本発明の上記目的は、スリットを、隣合ったパターンの
間隔が一定でなく、基準位相となるパターンに対して、
Ｐ／（２・Ｌ）、Ｐ／（２・ｍ）、Ｐ／（２・ｎ）、Ｐ
／（２・ｏ）・・・だけの位相差（Ｌ，ｍ，ｎ，ｏ・・
・は正の整数、Ｐはパターンの平均周期）及び各位相差
の和の組み合わせに応じた位相差を有するパターンで形
成することにより達成される。また、本発明は、工作機
械や半導体製造装置の位置計測に利用されるエンコー
ダ、特に、第１のスケールと、この第１のスケールと相
対変位する第２のスケールとを有し、相対位置を検出す
るエンコーダに関するものであり、本発明の上記目的
は、前記第２のスケールに、隣合ったパターンの間隔が
一定でなく、基準位相となるパターンに対して、Ｐ／
（２・Ｌ）、Ｐ／（２・ｍ）、Ｐ／（２・ｎ）、Ｐ／
（２・ｏ）・・・だけの位相差（Ｌ，ｍ，ｎ，ｏ・・・
は正の整数、Ｐはパターンの平均周期）及び各位相差の
和の組み合わせに応じた位相差を有するスケールパター
ンを形成することにより達成される。また、受光素子
に、隣合ったパターンの間隔が一定でなく、基準位相と
なるパターンに対して、Ｐ／（２・Ｌ）、Ｐ／（２・
ｍ）、Ｐ／（２・ｎ）、Ｐ／（２・ｏ）・・・だけの位
相差及び各位相差の和の組み合わせに応じた位相差を有
する受光パターンを形成することにより達成される。
【０００６】
【作用】本発明にあっては、隣合ったパターンの間隔が
一定でなく、基準位相となるパターンに対して、Ｐ／
（２・Ｌ）、Ｐ／（２・ｍ）、Ｐ／（２・ｎ）、Ｐ／
（２・ｏ）・・・だけの位相差及び各位相差の和の組み
合わせに応じた位相差を有する格子のパターンが形成さ
れているので、低い次数の成分から高い次数の成分の歪
までを同時に除去することができる。また、歪を除去す
るパターンが受光素子により形成されており、偶数次の
高調波歪成分が生じない。
一定でなく、基準位相となるパターンに対して、Ｐ／
（２・Ｌ）、Ｐ／（２・ｍ）、Ｐ／（２・ｎ）、Ｐ／
（２・ｏ）・・・だけの位相差及び各位相差の和の組み
合わせに応じた位相差を有する格子のパターンが形成さ
れているので、低い次数の成分から高い次数の成分の歪
までを同時に除去することができる。また、歪を除去す
るパターンが受光素子により形成されており、偶数次の
高調波歪成分が生じない。
【０００７】
【実施例】図１は本発明のエンコーダのうち本発明によ
る光学格子を用いた光学式エンコーダの第１の実施例を
示す斜視構造図であり、第１の回折格子（以下、第１格
子という）１に対して図示矢印方向に相対移動する第２
の回折格子（以下、第２格子という）２が第１格子１の
後方に配置され、光電変換素子３が第２格子２の後方に
配置されている。この光学式エンコーダは第２格子２
に、図２に示すような光学格子（以下、格子部という）
が設けられている。図２に示す格子部は、平均すると数
μｍ〜数百μｍの間隔でパターンが配置されている。こ
のパターンでは、変位信号の１／Ｌ、１／ｍ、１／ｎ、
１／ｏ倍（Ｌ＝３、ｍ＝５、ｎ＝７、ｏ＝１１）の周期
成分を除去するようになっている。本実施例では、平均
的な周期をＰとすると、基準となるパターンからみてＰ
の整数倍の位置から１６種の位相差を持っている。この
格子のパターンには、１１次までの歪成分と偶数次の歪
成分が含まれていない。従って、この格子を透過した回
折光におけるそれらの次数の回折光強度は０となる。
る光学格子を用いた光学式エンコーダの第１の実施例を
示す斜視構造図であり、第１の回折格子（以下、第１格
子という）１に対して図示矢印方向に相対移動する第２
の回折格子（以下、第２格子という）２が第１格子１の
後方に配置され、光電変換素子３が第２格子２の後方に
配置されている。この光学式エンコーダは第２格子２
に、図２に示すような光学格子（以下、格子部という）
が設けられている。図２に示す格子部は、平均すると数
μｍ〜数百μｍの間隔でパターンが配置されている。こ
のパターンでは、変位信号の１／Ｌ、１／ｍ、１／ｎ、
１／ｏ倍（Ｌ＝３、ｍ＝５、ｎ＝７、ｏ＝１１）の周期
成分を除去するようになっている。本実施例では、平均
的な周期をＰとすると、基準となるパターンからみてＰ
の整数倍の位置から１６種の位相差を持っている。この
格子のパターンには、１１次までの歪成分と偶数次の歪
成分が含まれていない。従って、この格子を透過した回
折光におけるそれらの次数の回折光強度は０となる。
【０００８】この位相差の決定に関する表を図３に示
す。位相差は、Ｐ／（２・Ｌ）、Ｐ／（２・ｍ）、Ｐ／
（２・ｎ）、Ｐ／（２・ｏ）の４種の位相差の組み合わ
せにより決定され、この場合、１６通り（２＾４）とな
る。位相差は、これらの和で求める。例えば、１、０、
１、１の場合、位相差は（Ｐ／２）・（１／３＋１／５
＋１／１１）となる。図２の配置は、この論理により決
定されたもので、１６種の位相差を有する。ここで、左
右の順序などの配置はこの限りではなく、これらの組み
合わせを含んでいればどのように行ってもよい。ここ
で、できるだけパターン間の間隔が均等に近くなるよう
に設計するとよい。この本発明のさらなる改良によれ
ば、パターンの間隔を均等に近くするために、位相差の
小さいパターンを基準となるパターン０に隣接して配置
し、離れるに従って位相差の大きなパターンが配置され
るように構成すればよい。図４に示すこの実施例では、
基準となるパターン０のちょうど中間の位相差が最大
で、パターン０に近づくにつれて位相差が小さくなるよ
うになっており、パターンの間隔を均等に近くしてい
る。
す。位相差は、Ｐ／（２・Ｌ）、Ｐ／（２・ｍ）、Ｐ／
（２・ｎ）、Ｐ／（２・ｏ）の４種の位相差の組み合わ
せにより決定され、この場合、１６通り（２＾４）とな
る。位相差は、これらの和で求める。例えば、１、０、
１、１の場合、位相差は（Ｐ／２）・（１／３＋１／５
＋１／１１）となる。図２の配置は、この論理により決
定されたもので、１６種の位相差を有する。ここで、左
右の順序などの配置はこの限りではなく、これらの組み
合わせを含んでいればどのように行ってもよい。ここ
で、できるだけパターン間の間隔が均等に近くなるよう
に設計するとよい。この本発明のさらなる改良によれ
ば、パターンの間隔を均等に近くするために、位相差の
小さいパターンを基準となるパターン０に隣接して配置
し、離れるに従って位相差の大きなパターンが配置され
るように構成すればよい。図４に示すこの実施例では、
基準となるパターン０のちょうど中間の位相差が最大
で、パターン０に近づくにつれて位相差が小さくなるよ
うになっており、パターンの間隔を均等に近くしてい
る。
【０００９】このパターンの周期は、正確には１６個の
パターン配置で１周期であるが、全体の配置は１周期分
でも良いし、２周期以上でもよい。この実施例で得られ
る信号には、基本周期の成分に対して、３、５、７、
９、１１次の歪成分が含まれていない。１３次以降の歪
成分ならびに偶数次の歪成分が含まれているが、１３次
以降の歪成分は次数の２乗分の一に比例する極小さいも
ので、これによる周期の分割誤差は０. １％にも満た
ず、偶数次の歪成分は、通常、オフセット電圧を相殺す
る目的で逆相信号との差分をとることで除去されるもの
である。なお、さらに１３次の歪成分を除去したい場合
は、ｐ＝１３として、Ｐ／（２・１３）を組み合わせに
盛り込んでパターンを作成すればよく、１７次、１９
次、・・・の歪成分を除去する場合も同様である。ここ
で、偶数次の歪成分は、逆相信号との差分をとることで
除去されること、ならびに、パターンで除去すると３０
％もの利得の損失が生じることから、同様のパターンで
の除去は試みないのが得策であるが、差分前の信号にお
いて利得の減衰も無ければ、偶数次の歪は除去されるこ
とが望ましい。
パターン配置で１周期であるが、全体の配置は１周期分
でも良いし、２周期以上でもよい。この実施例で得られ
る信号には、基本周期の成分に対して、３、５、７、
９、１１次の歪成分が含まれていない。１３次以降の歪
成分ならびに偶数次の歪成分が含まれているが、１３次
以降の歪成分は次数の２乗分の一に比例する極小さいも
ので、これによる周期の分割誤差は０. １％にも満た
ず、偶数次の歪成分は、通常、オフセット電圧を相殺す
る目的で逆相信号との差分をとることで除去されるもの
である。なお、さらに１３次の歪成分を除去したい場合
は、ｐ＝１３として、Ｐ／（２・１３）を組み合わせに
盛り込んでパターンを作成すればよく、１７次、１９
次、・・・の歪成分を除去する場合も同様である。ここ
で、偶数次の歪成分は、逆相信号との差分をとることで
除去されること、ならびに、パターンで除去すると３０
％もの利得の損失が生じることから、同様のパターンで
の除去は試みないのが得策であるが、差分前の信号にお
いて利得の減衰も無ければ、偶数次の歪は除去されるこ
とが望ましい。
【００１０】これらのことを改善した第２の発明につい
て、以下に説明する。図５は本発明の光学式エンコーダ
の第２の実施例を図１に対応させて示す斜視構造図であ
り、同一構成箇所は同符号を付して説明を省略する。こ
の光学式エンコーダは図６に示す光電変換素子３が設け
られている。図６に示す光電変換素子３は、平均すると
数μｍ〜数百μｍの間隔でパターンが配置されている。
このパターンでは、変位信号の１／Ｌ、１／ｍ、１／
ｎ、１／ｏ倍、１／ｐ倍（Ｌ＝３、ｍ＝５、ｎ＝７、ｏ
＝１１、ｐ＝１３）の周期成分を除去するようになって
いる。本実施例では、平均的な周期をＰとすると、基準
となるパターンからみて３２種の位相差を持っている。
この位相差の決定に関する表を図７に示す。位相差は、
Ｐ／（２・Ｌ）、Ｐ／（２・ｍ）、Ｐ／（２・ｎ）、Ｐ
／（２・ｏ）、Ｐ／（２・ｐ）の５種の組み合わせによ
り決定され、この場合、３２通り（２＾５）となる。位
相差は、これらの和で求める。例えば、１、１、０、
１、１の場合、位相差は（Ｐ／２）・（１／３＋１／５
＋１／１１、１／１３）となる。図６の配置は、この論
理により決定されたもので、３２種の位相差を有する。
て、以下に説明する。図５は本発明の光学式エンコーダ
の第２の実施例を図１に対応させて示す斜視構造図であ
り、同一構成箇所は同符号を付して説明を省略する。こ
の光学式エンコーダは図６に示す光電変換素子３が設け
られている。図６に示す光電変換素子３は、平均すると
数μｍ〜数百μｍの間隔でパターンが配置されている。
このパターンでは、変位信号の１／Ｌ、１／ｍ、１／
ｎ、１／ｏ倍、１／ｐ倍（Ｌ＝３、ｍ＝５、ｎ＝７、ｏ
＝１１、ｐ＝１３）の周期成分を除去するようになって
いる。本実施例では、平均的な周期をＰとすると、基準
となるパターンからみて３２種の位相差を持っている。
この位相差の決定に関する表を図７に示す。位相差は、
Ｐ／（２・Ｌ）、Ｐ／（２・ｍ）、Ｐ／（２・ｎ）、Ｐ
／（２・ｏ）、Ｐ／（２・ｐ）の５種の組み合わせによ
り決定され、この場合、３２通り（２＾５）となる。位
相差は、これらの和で求める。例えば、１、１、０、
１、１の場合、位相差は（Ｐ／２）・（１／３＋１／５
＋１／１１、１／１３）となる。図６の配置は、この論
理により決定されたもので、３２種の位相差を有する。
【００１１】ここで、パターンは、できるだけパターン
間の間隔が均等に近くなるように設計するとよい。この
本発明のさらなる改良によれば、パターンの間隔を均等
に近くするために、位相差の小さいパターンを基準とな
るパターン０に隣接して配置し、離れるに従って位相差
の大きなパターンが配置されるように構成すればよい。
図８に示すこの実施例では、基準となるパターン０のち
ょうど中間の位相差が最大で、パターン０に近づくにつ
れて、位相差が小さくなるようになっており、パターン
の間隔を均等に近くしている。これにより、隣接するパ
ターンの間隔がいずれの場所でも均等に近く一定以上に
保てるため、受光素子の製作が簡易になるとともに、受
光素子間のクロストークが減少するなど光学特性も向上
するなど、その効果は大きい。このパターンの周期は、
正確には３２個のパターン配置で１周期であるが、全体
の配置は１周期分でも良いし、２周期以上でもよい。ま
た、このようなパターンは、前述の第１の発明の第２格
子２に使用することも可能である。
間の間隔が均等に近くなるように設計するとよい。この
本発明のさらなる改良によれば、パターンの間隔を均等
に近くするために、位相差の小さいパターンを基準とな
るパターン０に隣接して配置し、離れるに従って位相差
の大きなパターンが配置されるように構成すればよい。
図８に示すこの実施例では、基準となるパターン０のち
ょうど中間の位相差が最大で、パターン０に近づくにつ
れて、位相差が小さくなるようになっており、パターン
の間隔を均等に近くしている。これにより、隣接するパ
ターンの間隔がいずれの場所でも均等に近く一定以上に
保てるため、受光素子の製作が簡易になるとともに、受
光素子間のクロストークが減少するなど光学特性も向上
するなど、その効果は大きい。このパターンの周期は、
正確には３２個のパターン配置で１周期であるが、全体
の配置は１周期分でも良いし、２周期以上でもよい。ま
た、このようなパターンは、前述の第１の発明の第２格
子２に使用することも可能である。
【００１２】この実施例で得られる信号には、基本周期
の成分に対して、３、５、７、９、１１、１３、１５次
の歪成分が含まれず、更に、偶数次の歪成分も含まれて
いない。これにより残った歪は、１７次以降の極めて高
次の歪のみとなる。しかし、これらは、次数の２乗分の
一（１７次の場合：基本波の0.34％）に比例する極小さ
いもので、これによる周期の分割誤差は、ほとんど無視
できるものである。なお、さらに１７次以降の歪成分を
除去したい場合は、Ｑ＝１７として、Ｐ／（２・１７）
を組み合わせに盛り込んでパターンを作成すればよく、
１９次、２１次、・・・の歪成分を除去する場合も同様
である。ここで、偶数次の成分は、差分前の信号におい
て全く含まれないため、利得の減衰も無い状態で望まし
い信号が得られる。この光電変換素子３は、耐環境性の
ために、樹脂モールドやキャンパッケージ化してもよい
し、セラミックやメタルなどのパッケージに格納して、
受光面をガラスや樹脂などで保護してもよい。
の成分に対して、３、５、７、９、１１、１３、１５次
の歪成分が含まれず、更に、偶数次の歪成分も含まれて
いない。これにより残った歪は、１７次以降の極めて高
次の歪のみとなる。しかし、これらは、次数の２乗分の
一（１７次の場合：基本波の0.34％）に比例する極小さ
いもので、これによる周期の分割誤差は、ほとんど無視
できるものである。なお、さらに１７次以降の歪成分を
除去したい場合は、Ｑ＝１７として、Ｐ／（２・１７）
を組み合わせに盛り込んでパターンを作成すればよく、
１９次、２１次、・・・の歪成分を除去する場合も同様
である。ここで、偶数次の成分は、差分前の信号におい
て全く含まれないため、利得の減衰も無い状態で望まし
い信号が得られる。この光電変換素子３は、耐環境性の
ために、樹脂モールドやキャンパッケージ化してもよい
し、セラミックやメタルなどのパッケージに格納して、
受光面をガラスや樹脂などで保護してもよい。
【００１３】続いて、第３の発明について、以下に説明
する。前述の実施例によれば、１５次までの歪成分なら
びに偶数次の歪成分が除去される。これは、Ｌ，ｍ，
ｎ，ｏ，ｐ・・・（Ｌ＝３、ｍ＝５、ｎ＝７、ｏ＝１
１、ｐ＝１３）等の選び方による。ここで、本発明で
は、７次と１１次の間にある９次消し用のパターンを設
けていない。これは、９次が３次を因数とする歪成分で
あり、３次消しパターンで除去されるからである。この
理由を以下に説明する。基準位相となるパターンに対す
るｋ次消しパターンの位相は数１で示される。
する。前述の実施例によれば、１５次までの歪成分なら
びに偶数次の歪成分が除去される。これは、Ｌ，ｍ，
ｎ，ｏ，ｐ・・・（Ｌ＝３、ｍ＝５、ｎ＝７、ｏ＝１
１、ｐ＝１３）等の選び方による。ここで、本発明で
は、７次と１１次の間にある９次消し用のパターンを設
けていない。これは、９次が３次を因数とする歪成分で
あり、３次消しパターンで除去されるからである。この
理由を以下に説明する。基準位相となるパターンに対す
るｋ次消しパターンの位相は数１で示される。
【００１４】
【数１】ｋ・２π（ｘ／ｐ＋１／２ｋ' ）＝ｋ・２πｘ
／ｐ＋ｋ・２π／２ｋ' ここで、ｋ：次数、ｋ’：パターンの位相係数である。
／ｐ＋ｋ・２π／２ｋ' ここで、ｋ：次数、ｋ’：パターンの位相係数である。
【００１５】９次において、ｋ’＝９のパターンの場
合、上式の２項はπとなるが、位相の上では３π、５
π、７π、９π、１１π・・・・でも同一であり取り得
る。従って、ｋ’の選び方として、数２が成立する。
合、上式の２項はπとなるが、位相の上では３π、５
π、７π、９π、１１π・・・・でも同一であり取り得
る。従って、ｋ’の選び方として、数２が成立する。
【００１６】
【数２】 ｋ／ｋ’＝１、３、５、７、９、１１、１３・・・ つまり、数３となる。
【００１７】
【数３】ｋ’＝ｋ，ｋ／３、ｋ／５、ｋ／７、ｋ／９、
ｋ／１１、ｋ／１３ ただし、ｋは正の奇数で、またｋ’は正の整数の必要が
あるので取り得る数値が限定される。
ｋ／１１、ｋ／１３ ただし、ｋは正の奇数で、またｋ’は正の整数の必要が
あるので取り得る数値が限定される。
【００１８】この条件で、ｋ’を選ぶと、ｋ’は奇数／
奇数により、奇数である。これより、９次の場合、ｋ’
＝９、３を取り得ることがわかる。このなかで、ｋ’は
ひとつを選択すればよいので３を選択する。この３は、
３次消しのパターンで選択されているので兼用すること
ができる。また、他の例では１５次の場合、ｋ’＝１
５、５、３を取り得、ｋ’は３や５が選択できる。これ
らは、３次や５次消しのパターンで選択されているので
兼用することができる。つまり、ｋ’は限定された中に
素数が存在するので、この素数を選択すればよい。ま
た、ｋが素数の場合、ｋ’は必ずｋとなる。また、ｋが
素数でない場合も、ｋ’として素数を選択するので、重
複の必要はないことから、ｋには素数を選択すればよい
ことがわかる。
奇数により、奇数である。これより、９次の場合、ｋ’
＝９、３を取り得ることがわかる。このなかで、ｋ’は
ひとつを選択すればよいので３を選択する。この３は、
３次消しのパターンで選択されているので兼用すること
ができる。また、他の例では１５次の場合、ｋ’＝１
５、５、３を取り得、ｋ’は３や５が選択できる。これ
らは、３次や５次消しのパターンで選択されているので
兼用することができる。つまり、ｋ’は限定された中に
素数が存在するので、この素数を選択すればよい。ま
た、ｋが素数の場合、ｋ’は必ずｋとなる。また、ｋが
素数でない場合も、ｋ’として素数を選択するので、重
複の必要はないことから、ｋには素数を選択すればよい
ことがわかる。
【００１９】本発明における光学格子は、光学式エンコ
ーダにはもちろんのこと、分光器や波長計測器、光の分
割、回折角の検出器など、各種光学用途に使用すること
ができる。本発明におけるエンコーダは、以上に示した
光学式エンコーダにはもちろんのこと、磁気式や電磁
式、静電容量式のエンコーダにも使用できる。これは、
直線式でも回転式でもよい。また、第１のスケールのピ
ッチと第２の格子の平均的なピッチは、ほぼ同じでも、
１：２等の異なったピッチでも本発明は適用でき、本発
明はそれに限定されない。
ーダにはもちろんのこと、分光器や波長計測器、光の分
割、回折角の検出器など、各種光学用途に使用すること
ができる。本発明におけるエンコーダは、以上に示した
光学式エンコーダにはもちろんのこと、磁気式や電磁
式、静電容量式のエンコーダにも使用できる。これは、
直線式でも回転式でもよい。また、第１のスケールのピ
ッチと第２の格子の平均的なピッチは、ほぼ同じでも、
１：２等の異なったピッチでも本発明は適用でき、本発
明はそれに限定されない。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本発明の光学格子によれ
ば、より歪の少ない光学格子をバイナリの透過型振幅格
子により簡易に提供することができる。また本発明のエ
ンコーダによれば、信号波形の歪成分を取り除いて高精
度の位置検出を行うことができるので、例えば工作機械
において精度の高い加工を容易に行うことが可能とな
り、生産効率の向上を図ることができる。
ば、より歪の少ない光学格子をバイナリの透過型振幅格
子により簡易に提供することができる。また本発明のエ
ンコーダによれば、信号波形の歪成分を取り除いて高精
度の位置検出を行うことができるので、例えば工作機械
において精度の高い加工を容易に行うことが可能とな
り、生産効率の向上を図ることができる。
【図１】本発明のエンコーダの第１の実施例を示す斜視
構造図である。
構造図である。
【図２】図１に示す第１の実施例の格子部の一例を示す
図である。
図である。
【図３】図１に示す第１の実施例のパターンの位相差の
決定に関する表を示す図である。
決定に関する表を示す図である。
【図４】図１に示す第１の実施例の格子部の他の例を示
す図である。
す図である。
【図５】本発明のエンコーダの第２の実施例を示す斜視
構造図である。
構造図である。
【図６】図５に示す第２の実施例の光電変換素子の一例
を示す図である。
を示す図である。
【図７】図５に示す第２の実施例のパターンの位相差の
決定に関する表を示す図である。
決定に関する表を示す図である。
【図８】図５に示す第２の実施例の光電変換素子の他の
例を示す図である。
例を示す図である。
【図９】従来の光学式エンコーダの格子部の例を示す図
である。
である。
１ 第１スケール ２ 第２スケール ３ 光電変換素子
Claims (5)
- 【請求項１】 スリットが並べられた透過型振幅格子の
光学格子において、前記スリットは、隣合ったパターン
の間隔が一定でなく、基準位相となるパターンに対し
て、Ｐ／（２・Ｌ）、Ｐ／（２・ｍ）、Ｐ／（２・
ｎ）、Ｐ／（２・ｏ）・・・だけの位相差（Ｌ，ｍ，
ｎ，ｏ・・・は正の整数、Ｐはパターンの平均周期）及
び各位相差の和の組み合わせに応じた位相差を有するパ
ターンで形成されていることを特徴とする光学格子。 - 【請求項２】 前記Ｌ，ｍ，ｎ，ｏ・・・は素数である
請求項１に記載の光学格子。 - 【請求項３】 第１のスケールと、この第１のスケール
と相対変位する第２のスケールとを有し、相対位置を検
出するエンコーダにおいて、前記第２のスケールには、
隣合ったパターンの間隔が一定でなく、基準位相となる
パターンに対して、Ｐ／（２・Ｌ）、Ｐ／（２・ｍ）、
Ｐ／（２・ｎ）、Ｐ／（２・ｏ）・・・だけの位相差
（Ｌ，ｍ，ｎ，ｏ・・・は正の整数、Ｐはパターンの平
均周期）及び各位相差の和の組み合わせに応じた位相差
を有するスケールパターンが形成されていることを特徴
とするエンコーダ。 - 【請求項４】 第１のスケールと、この第１のスケール
と相対変位する受光素子とを有し、相対位置を検出する
エンコーダにおいて、前記受光素子には、前記第１のス
ケールのパターン幅に対応した幅であって、隣合ったパ
ターンの間隔が一定でなく、基準位相となるパターンに
対して、Ｐ／（２・Ｌ）、Ｐ／（２・ｍ）、Ｐ／（２・
ｎ）、Ｐ／（２・ｏ）・・・だけの位相差（Ｌ，ｍ，
ｎ，ｏ・・・は正の整数、Ｐはパターンの平均周期）及
び各位相差の和の組み合わせに応じた位相差を有する受
光パターンが形成されていることを特徴とするエンコー
ダ。 - 【請求項５】 前記Ｌ，ｍ，ｎ，ｏ・・・は素数である
請求項３又は４に記載のエンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33773894A JP3184419B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 光学格子およびエンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33773894A JP3184419B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 光学格子およびエンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08184466A JPH08184466A (ja) | 1996-07-16 |
| JP3184419B2 true JP3184419B2 (ja) | 2001-07-09 |
Family
ID=18311500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33773894A Expired - Fee Related JP3184419B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 光学格子およびエンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3184419B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2284498A2 (en) | 2009-07-29 | 2011-02-16 | Sanyo Denki Co., Ltd. | Optical encoder device |
| US8389925B2 (en) | 2008-03-07 | 2013-03-05 | Sanyo Denki Co., Ltd. | Optical encoder device comprising a moveable slit plate and a stationary slit plate |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112009001319B4 (de) | 2008-06-05 | 2013-06-06 | Mitsubishi Electric Corp. | Optischer Encoder |
| JP5927482B2 (ja) * | 2011-10-06 | 2016-06-01 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光学式エンコーダ装置 |
-
1994
- 1994-12-28 JP JP33773894A patent/JP3184419B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8389925B2 (en) | 2008-03-07 | 2013-03-05 | Sanyo Denki Co., Ltd. | Optical encoder device comprising a moveable slit plate and a stationary slit plate |
| EP2284498A2 (en) | 2009-07-29 | 2011-02-16 | Sanyo Denki Co., Ltd. | Optical encoder device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08184466A (ja) | 1996-07-16 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |