JP3256628B2

JP3256628B2 - エンコーダ装置

Info

Publication number: JP3256628B2
Application number: JP13265394A
Authority: JP
Inventors: 英男前田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1994-05-23
Filing date: 1994-05-23
Publication date: 2002-02-12
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: JPH07318373A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、精密測定装置，複写機
のドラム回転制御，スキャナ，インクジェットプリンタ
等に利用されるエンコーダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンコーダ装置として、例えば文
献「光学技術コンタクトVol.25 No.4(1987)p206〜213」
に示されているような各種の光学式エンコーダが知られ
ている。図１７は従来知られている各種の光学式エンコ
ーダのうちのレーザーエンコーダの構成例を示す図であ
る。

【０００３】図１７を参照すると、レーザーエンコーダ
は、レーザーダイオード(ＬＤ)１０１と、コリメータレ
ンズ１０２と、移動スリット板１０３と、固定スリット
板１０４と、受光素子１０５とを有している。

【０００４】このレーザーエンコーダでは、光源である
レーザーダイオード１０１からのＬＤ光は、コリメータ
レンズ１０２でコリメートされ移動スリット板１０３に
入射する。この移動スリット板１０３のスリットで回折
が起こるが、移動スリット板１０３からの距離が所定距
離Ｘ以上となると、複数本のスリットを通過した光同士
が回折，干渉を生じ、鋭い指向性を有するフラウンホー
ファ回折像が得られる。すなわち、図１７において、移
動スリット板１０３からの距離がＸ以上の領域がフラウ
ンホーファ領域であり、移動スリット板１０３から、よ
り遠い位置に、より指向性の強い明瞭な投影像（フラウ
ンホーファ回折像）が形成される。

【０００５】いま、移動スリット板１０３上のスリット
を通過し、固定スリット板１０４上に投影されたフラウ
ンホーファ回折像の主極大の間隔が、固定スリット板１
０４上に並べられたスリット間隔ｄ₂と一致するよう
に、移動スリット板１０３と固定スリット板１０４との
間隔Ｌが設定されているとき、移動スリット板１０３の
移動に伴なう固定スリット板１０４の通過光量の変化，
すなわち，出力振幅は最大となる。このように、移動ス
リット板１０３と固定スリット板１０４とが間隔Ｌをへ
だてて設けられている状態で、移動スリット板１０３の
移動に伴って固定スリット板１０４を透過する光量の変
化が信号となる。このことからわかるように、このレー
ザーエンコーダは、フラウンホーファ回折像を用いるの
で、移動スリット板１０３に対し固定スリット板１０４
が比較的遠くにあっても良好な信号が得られるという利
点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１８は、スリットピ
ッチ１１μｍ，光源波長０．７８μｍのときの移動スリ
ット板１０３と固定スリット板１０４との間隔Ｌと固定
スリット板１０４を透過する光量の変化，すなわち、信
号の振幅との関係を示す図である。図１８から、前述し
たように、スリット板１０３，１０４間の間隔Ｌを適切
に設定することで、高い信号振幅が得られる。

【０００７】しかしながら、このレーザーエンコーダで
は、移動スリット板１０３と固定スリット板１０４との
間の間隔Ｌが変化すると、信号振幅は、図１８に示すよ
うに周期的に変化する。すなわち、スリット板１０３，
１０４間の間隔Ｌが適切に設定されている状態から変化
すると、信号が劣化する。このため、従来、この種のエ
ンコーダ装置では、移動スリット板１０３と固定スリッ
ト板１０４との間の間隔Ｌが経年変化しないよう、厳密
な組付けが必要であった。

【０００８】本発明は、厳密な組付けを必要とせずと
も、経年変化に強く、軸ぶれ等の影響をも受けにくいエ
ンコーダ装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明では、レーザダイオードと、該
レーザダイオードからの光が入射する第１番目の回折格
子と、第１番目の回折格子からの光が入射する第２番目
の回折格子と、スリット状の第３番目の回折格子と、受
光手段とを有し、前記第１番目の回折格子と前記第２番
目の回折格子とは、互いに協働して前記レーザダイオー
ドからの光による所定ピッチの干渉縞を発生させる二重
回折格子として機能し、前記第３番目の回折格子には、
前記二重回折格子により発生する干渉縞が投影され、前
記第３番目の回折格子からの出力光量を前記受光手段で
検知するエンコーダ装置において、前記第３番目の回折
格子は、前記二重回折格子により発生する干渉縞のピッ
チと相違するピッチを有し、前記第３番目の回折格子か
らの出力光量に位相分布をもたせ、これを複数の受光手
段で検知することで、位相の異なる信号を検出すること
を特徴とする。このように、出力光に場所の位相差を生
じさせて、Ａ相，Ｂ相の両信号を検出できる。この際、
例えば、３個の受光手段を設け、隣り合う受光手段の出
力の差をとれば、０レベルを中間にした±の信号を採取
できて、信号のカウントが容易になる。また、例えば、
４個の受光手段を設け、隣り合わない受光手段の出力の
差をとれば、ノイズをキャンセルしやすく、また、光量
分布があってもそれに影響されにくく、高精度の測定を
行なうことができる。

【００１０】また、請求項３，４記載の発明では、第３
番目の回折格子は、二重回折格子により発生する干渉縞
のピッチと相違するピッチを有し、第３番目の回折格子
からの出力光量に位相分布をもたせ、これを複数の受光
手段で検知することで、位相の異なる信号を検出する。
あるいは、第１番目，第２番目の回折格子の少なくとも
１つにチャーピングを施すことで、第３番目の回折格子
からの出力光量に位相分布をもたせ、これを複数の受光
手段で検知することで、位相の異なる信号を検出する。
このように、出力光に場所の位相差を生じさせて、Ａ
相，Ｂ相の両信号を検出できる。この際、例えば、３個
の受光手段を設け、隣り合う受光手段の出力の差をとれ
ば、０レベルを中間にした±の信号を採取できて、信号
のカウントが容易になる。また、例えば、４個の受光手
段を設け、隣り合わない受光手段の出力の差をとれば、
ノイズをキャンセルしやすく、また、光量分布があって
もそれに影響されにくく、高精度の測定を行なうことが
できる。また、レベルを中間にした±の信号を採取でき
るので、信号のカウントが容易になる。

【００１１】また、請求項５記載の発明では、第１番目
の回折格子で用いる回折光の次数は＋ｎ次光と−ｎ次光
(ｎは整数)であり、第２番目の回折格子で用いる回折光
の次数は、第１番目の回折格子からのそれぞれの回折光
に対してｍ次光と−ｍ次光、または、−ｍ次光とｍ次光
であり、干渉に用いる光の次数が対称的である。これに
より、光源波長の変化があっても、等位相面を常に同じ
方向に維持でき、干渉縞の位相も変化せず、光源波長の
変動の影響を防止できる。

【００１２】また、請求項６記載の発明では、第１番
目，第２番目の少なくとも１つの回折格子に位相の異な
る回折格子領域を作製し、各回折格子領域からの出力光
に基づきＡ相，Ｂ相信号を検知する。これにより、干渉
縞が傾いても両方の領域の干渉縞は同様に倒れ、従っ
て、位相関係を保持できて、安定したＡ相，Ｂ相信号を
得ることができる。

【００１３】また、請求項７記載の発明では、第１番
目，第２番目の回折格子のうちの少なくとも１つは、そ
の平面内で回転可能となっており、２つの回折格子のう
ちの少なくとも１つをその平面内で回転させて、干渉縞
のピッチを調整可能になっている。これにより、第１番
目，第２番目の回折格子のピッチが設計どおりに作製で
きなかったときに、第１番目，第２番目の回折格子の少
なくとも１つをその平面内で回転させて、干渉縞のピッ
チを第３番目の回折格子のピッチに合わせることができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明に係るエンコーダ装置の一実施例の
構成図である。図１を参照すると、このエンコーダ装置
は、光源１と、光源１からの光をコリメ−ト（平行光
化）するコリメ−トレンズ２と、コリメ−トレンズ２か
らのコリメ−ト光が入射する第１番目および第２番目の
回折格子３，４と、スリット状の第３番目の回折格子
（具体的にはスリット）５と、受光素子（受光手段）６
とを有している。

【００１５】ここで、光源１には、レ−ザダイオード
（ＬＤ）等が用いられる。また、第１番目の回折格子３
は、ピッチΛ₁を有し、光源１，コリメ−トレンズ２か
らの光からｎ₁次光とｎ₂次光（ｎ₁，ｎ₂：整数）の回折
光（第１回折光）を生じさせ、また、第２番目の回折格
子４は、ピッチΛ₂を有し、第１番目の回折格子３とほ
ぼ平行に配設されて、第１回折光（ｎ₁次光，ｎ₂次光）
のｍ₁次光，ｍ₂次光（ｍ₁，ｍ₂：整数）の回折光（第２
回折光）を生じさせるようになっている。なお、第１番
目の回折格子３と第２番目の回折格子４は、スリットで
も良いし、位相回折格子でも良く、図１では、表面レリ
ーフ型のものが用いられている。

【００１６】また、本実施例では、第１番目の回折格子
３と第２番目の回折格子４とは、互いに協働し、第２番
目の回折格子４からのｍ₁次光，ｍ₂次光によって、次式
で表わされるピッチΛ₀の干渉縞を発生させる二重回折
格子として機能するようになっている。

【００１７】

【数１】Λ₀＝１／〔（ｎ₁−ｎ₂）／Λ₁−（ｍ₁−ｍ₂）
／Λ₂〕

【００１８】この二重回折格子の動作原理をより詳しく
説明する。いま、２つの回折光に着目し、これをＥ光，
Ｆ光とする。Ｅ光は、第１番目の回折格子３において、
回折角θ₁でｎ₁次の回折光を発生し、第２番目の回折格
子４において、回折角θ₂でｍ₁次の回折光を発生する。
また、Ｆ光は、第１番目の回折格子３において、回折角
φ₁でｎ₂次の回折光を発生し、第２番目の回折格子４に
おいて、回折角φ₂でｍ₂次の回折光を発生する。

【００１９】Ｅ光とＦ光は、第１番目，第２番目の回折
格子３，４を経て、図２に示すように干渉縞を発生さ
せ、位相の揃うところが明部、その間が暗部となる。こ
の干渉縞のピッチΛ₀(数１)は、次のようにして求めら
れる。

【００２０】すなわち、いま説明を簡単にするため、コ
リメ−ト光が第１番目の回折格子３に垂直に入射すると
すると、Ｅ光については次の関係式が成立する。

【００２１】

【数２】ｓｉｎθ₁＝ｎ₁λ／Λ₁ ｓｉｎθ₁−ｓｉｎθ₂＝ｍ₁λ／Λ₂

【００２２】ここで、λは光源１からの光（コリメート
光）の波長であり、数２から、θ₂は次式により表わさ
れる。

【００２３】

【数３】ｓｉｎθ₂＝λ（ｎ₁／Λ₁−ｍ₁／Λ₂）

【００２４】同様にして、Ｆ光については次式が成立す
る。

【００２５】

【数４】ｓｉｎφ₂＝−λ（ｎ₂／Λ₁−ｍ₂／Λ₂）

【００２６】また、干渉縞のピッチΛ₀は次式により表
わされる。

【００２７】

【数５】Λ₀＝λ／（ｓｉｎθ₂＋ｓｉｎφ₂）

【００２８】数３，数４，数５を用いて、干渉縞のピッ
チΛ₀として数１が導き出せる。

【００２９】数１から、干渉縞のピッチΛ₀は、光源１
からの光の波長λには全く依存せず、光源１に半導体レ
ーザのような波長変化の大きい光源が用いられる場合で
も、その波長変化の影響を受けない。

【００３０】また、Λ₁とΛ₂と回折次数とを適切に設定
することで、任意の干渉縞ピッチを得ることができる。
例えば、高分解能化を目指し、第１番目の回折格子３
に、Λ₁＝１μｍと非常に高密度な回折格子を用い、ｎ₁
＝１，ｎ₂＝−１，ｍ₁＝１，ｍ₂＝−１のときに、Λ₀＝
４μｍとするためには、Λ₂＝０．５７１４３μｍとな
る。

【００３１】図１のエンコーダ装置の基本的な動作は、
上述のように第１番目の回折格子３と第２番目の回折格
子４との二重回折格子によって生じる干渉縞をスリット
状の第３番目の回折格子５上に投影し、第３番目の回折
格子５からの出力光量（スリットを通過（透過）した光
量）を受光素子６で検知するものである。

【００３２】この際、二重回折格子による干渉縞のピッ
チΛ₀と第３番目の回折格子５のピッチΛ₃とが同一のも
のに設定されていれば、第３番目の回折格子５の移動に
伴って、第３番目の回折格子５を透過する干渉縞の透過
光強度が変化し、これを受光素子６で検知して、二重回
折格子と第３番目の回折格子５との相対位置の変化を測
定することができる。例えば、二重回折格子（第１番
目，第２番目の回折格子３，４）が固定用回折格子であ
り、第３番目の回折格子５が移動用回折格子であるとす
ると、第３番目の回折格子５の移動量を測定することが
できる。

【００３３】これに対し、二重回折格子による干渉縞の
ピッチΛ₀と第３番目の回折格子５のピッチΛ₃とを相違
させると、図３に示すように、第３番目の回折格子５の
スリットの場所によって出力光量に位相差が生じる。す
なわち、出力光量に位相分布が生じる。これを利用し、
複数の受光素子をそれぞれ第３番目の回折格子５の互い
に異なるスリットに対応した場所に配置して、複数の受
光素子で位相の異なる信号を検出することができる。よ
り具体的には、図４に示すように、２個の受光素子６
ａ，６ｂを９０°位相の異なるところに配設して、２個
の受光素子６ａ，６ｂからＡ相，Ｂ相信号を得ることが
できる。例えば、二重回折格子（第１番目，第２番目の
回折格子３，４）が固定用回折格子であり、第３番目の
回折格子５が移動用回折格子であるとすると、２個の受
光素子６ａ，６ｂから得られるＡ相信号，Ｂ相信号を方
向弁別信号として、第３番目の回折格子５の移動方向を
検出することができる。また、Ａ相信号とＢ相信号との
差をとることで、第３番目の回折格子５の移動量を測定
することができる。

【００３４】また、干渉縞のピッチを場所によって変化
させることによっても、Ａ相，Ｂ相信号を検出すること
ができる。干渉縞のピッチを場所によって変化させるに
は、第１番目，第２番目の回折格子３，４の少なくとも
１つにおいて、回折格子ピッチを位置に応じて単調に増
加ないしは減少(チャーピング)させればよい。例えば、
図５には、第１番目の回折格子３についてはチャーピン
グを施さず、第２番目の回折格子４についてチャーピン
グを施した場合が示されている。このように、少なくと
も１つの回折格子にチャーピングを施すと、場所によっ
て回折角が異なるので、干渉縞のピッチを場所に応じて
変化させることができる。この場合も、図４に示したと
同様に、２個の受光素子６ａ，６ｂを９０°位相の異な
るところに配設してＡ相，Ｂ相信号を得ることができ
る。

【００３５】また、回折格子にチャーピングを施すかわ
りに、光源１からの光を集光手段又は発散手段により集
光又は発散させることにより、干渉縞のピッチを場所に
よって変化させることもできる。図６には、コリメート
レンズ２の焦点位置と光源１(ＬＤの場合、点光源)の発
光点位置とをずらすよう、光源１に対しコリメートレン
ズ２を配置し、コリメートレンズ２からの光をコリメー
ト状態(平行光)ではなく、多少集光になった状態で、回
折格子３，４に入射させた場合が示されている。この場
合、干渉縞は、中央から外側に向かうにつれて密にな
り、２個の受光素子を９０°位相の異なるところに配設
してＡ相，Ｂ相信号を得ることができる。

【００３６】図７は、Ａ相，Ｂ相信号を得る他の構成例
を説明するための図である。図７を参照すると、二重回
折格子による干渉縞のピッチΛ₀と第３番目の回折格子
５のピッチΛ₃とを相違させる場合には、第３番目の回
折格子５からの出射光の位相は第３番目の回折格子５の
場所に対して線形に変化するのに対し(図７のα)、干渉
縞のピッチΛ₀を場所によって変化させる場合には、第
３番目の回折格子５からの出射光の位相は非線形に変化
する(図７のβ)。

【００３７】そこで、二重回折格子による干渉縞のピッ
チΛ₀と第３番目の回折格子５のピッチΛ₃とを相違させ
る場合には、図７に示すように、３個の受光素子６ａ，
６ｂ，６ｃを等間隔に配置し、図８に示すように、隣り
合う２つの受光素子の出力の差(ａ−ｂ)，(ｂ−ｃ)をと
って、これらを９０°位相の異なるＡ相，Ｂ相信号とし
て得ることができる。また、干渉縞のピッチΛ₀を場所
によって変化させる場合には、図７に示すように、３個
の受光素子６ａ，６ｂ，６ｄを不等間隔に配置し、図８
に示すように、隣り合う２つの受光素子の出力の差(ａ
−ｂ)，(ｂ−ｄ)をとって、これらを９０°位相の異な
るＡ相，Ｂ相信号として得ることができる。なお、両者
共に、受光素子６ａと受光素子６ｂとの位相差が９０°
であり、受光素子６ｂと受光素子６ｃまたは６ｄとの位
相差が９０°であるときに、位相差が９０°のＡ相，Ｂ
相信号を得ることができる。

【００３８】上述の例では、３個の受光素子を用いた
が、さらにより多くの受光素子を用いることもでき、ま
た、より多くの受光素子を用いる方が場所によるノイズ
などの影響を受けにくい。図９には、４個の受光素子を
用いる場合が示されている。ここで、第３番目の回折格
子５の場所と第３番目の回折格子５からの出射光の位相
との関係は、図７と同じであり、二重回折格子による干
渉縞のピッチΛ₀と第３番目の回折格子５のピッチΛ₃と
を相違させる場合には、上記関係は線形となり(図９の
α)、干渉縞のピッチΛ₀を場所によって変化させる場合
には、上記関係は非線形となる(図９のβ)。従って、二
重回折格子による干渉縞のピッチΛ₀と第３番目の回折
格子５のピッチΛ₃とを相違させる場合には、４個の受
光素子を等間隔に配置し、干渉縞のピッチΛ₀を場所に
よって変化させる場合には、４個の受光素子を不等間隔
に配置する。すなわち、いずれの場合も、位相関係が等
分となるように４個の受光素子を配置する。但し、４個
の受光素子を用いるときには、図１０に示すように、演
算は隣り合わない２つの受光素子からの出力の差，例え
ば受光素子６ａと６ｃからの出力の差(ａ−ｃ)，受光素
子６ｂと６ｄからの出力の差(ｂ−ｄ)、あるいは、受光
素子６ａと６ｅからの出力の差(ａ−ｅ)，受光素子６ｂ
と６ｆからの出力の差(ｂ−ｆ)をとる。なお、いずれの
場合にも、隣り合わない２つの受光素子の位相差が９０
°であるときに、位相差が９０°のＡ相，Ｂ相信号を得
ることができる。

【００３９】上述の例では、回折次数を“１”，“−
１”としたが、本発明は、数１を満たすものであれば、
全ての回折次数に対して適応できる。しかしながら、干
渉に用いる光の次数が対称的でない場合には、ピッチが
変化しない場合でも位相が変化することがある。すなわ
ち、干渉に用いる光の次数が対称的でない場合には、図
１１に示すように、等位相面が同じ方向に傾くため、光
源１の波長λが変動すると、その交点(干渉縞の明部)が
移動し、波長変動の影響を受けてしまう。これを回避す
るには、図１１に示すように、干渉に用いる光の次数を
対称的なものにすればよい。例えば、第１番目の回折格
子３において±１次光，±２次光，±３次光，±４次
光，±５次光，……を用い、また、それぞれの回折光に
対して第２番目の回折格子４においても±１次光，±２
次光，±３次光，±４次光，±５次光，……を用いれば
（すなわち、第１番目の回折格子では、＋ｎ次光と−ｎ
次光(ｎは整数)を用い、第２番目の回折格子では、第１
番目の回折格子からのそれぞれの回折光に対してｍ次光
と−ｍ次光、または、−ｍ次光とｍ次光の回折光を用い
れば）、光源１の波長変動により、干渉縞の明部が移動
してしまうという事態を回避することができる。

【００４０】このように干渉縞を第３番目の回折格子５
上に投影する方法は、回折格子の傾きなどが干渉縞の位
相ずれを引き起こすので慎重な取扱いが要求される。そ
こで、いずれか１つの回折格子に位相の異なる回折格子
領域を作製しておけば、各回折格子領域から位相の９０
°異なる干渉縞が発生し、自ずとＡ相，Ｂ相信号が得ら
れる。すなわち、図１３に示すように、例えば第２番目
の回折格子４を位相差βをもつ２つの領域に分割する
と、干渉縞は図示のように位相の異なる２つの部分に分
けられる。

【００４１】このとき、位相差βを次式を満たすように
設定することができる。

【００４２】

【数６】π／４＝｜ｍ₁−ｍ₂｜β

【００４３】すなわち、例えば、ｍ₁＝０，ｍ₂＝１のと
きには、位相差βをπ／４に設定することができ、ま
た、ｍ₁＝２，ｍ₂＝−１のときには、βをπ／１２に設
定することがきる。

【００４４】上記例では、第２番目の回折格子４を２つ
の領域に分割したが、これのかわりに、第１番目の回折
格子３を位相差βをもつ２つの領域に分割しても良く、
この場合にも、干渉縞は位相の異なる２つの部分に分け
られる。

【００４５】また、図１３の構成例においては、２個の
受光素子を前述したと同様に配置し、同様の演算を用い
ることができるが、さらに、図１３に示すように、例え
ば２個の受光素子を２クロスに並べた構成が可能であ
る。この場合、Ａ相信号は２つの受光素子６ａ，６ｄの
出力の差（ａ−ｄ）をとることにより、また、Ｂ相信号
は他の２つの受光素子６ｂ，６ｃの出力の差（ｂ−ｃ）
をとることにより求められる。

【００４６】上述した各構成例では、第１番目の回折格
子と第２番目の回折格子の各格子は、図１４(ａ)に示す
ように、平行に配置されている。このような配置では、
図１４(ｂ)に示すように、干渉縞は各回折格子３，４の
格子方向と平行になる。この際、回折格子３，４のうち
の少なくとも１つを、図１４(ｃ)のように、その平面内
で角度θ回転させると(図１４(ｃ)の例では回折格子４
を回転させると）、各回折格子３，４の格子方向は角度
θをなし、これに応じて、干渉縞が傾くとともに干渉縞
のピッチΛ₀が変化する。この性質を利用すれば、第１
番目の回折格子３のピッチΛ₁，第２番目の回折格子４
のピッチΛ₂が設計どおりに作製できなかったときに、
第１番目の回折格子３，第２番目の回折格子４の少なく
とも１つをその平面内で所定の角度回転させて、干渉縞
のピッチΛ₀を第３番目の回折格子５のピッチΛ₃に合わ
せる調整を行なうことができる。

【００４７】本発明は、二重回折格子により干渉縞を発
生させ、この干渉縞をスリット状の第３番目の回折格子
に投影する方式となっているので、固定用回折格子(例
えば二重回折格子)と移動用回折格子(例えば第３番目の
回折格子)との間の間隔を従来例のように厳密でなく、
大まかに設定できる。これにより、厳密な組付けを必要
とせずとも、経年変化に強く、軸ぶれ等の影響をも受け
にくいエンコーダ装置を提供することができる。また、
干渉縞は原理的にそのピッチを波長以下にできるため、
移動量等を高分解能に測定することができる。さらに、
二重回折格子にコリメート光を入射させることでピッチ
の分布がなくなり、信号強度を大きくすることができ
る。

【００４８】なお、上述の各例は、移動用回折格子が直
線状に移動するリニアエンコーダ装置として構成されて
いるが、本発明は、このようなリニアエンコーダ装置の
みならず、ロータリーエンコーダ装置として構成するこ
とも可能である。

【００４９】図１５，図１６は本発明によるロータリー
エンコーダ装置の構成例を示す図である。先ず、図１５
のロータリーエンコーダ装置は、第３番目の回折格子５
が円筒面上に形成され、軸Ｘの周りに回転可能に構成さ
れている。

【００５０】また、図１６のロータリーエンコーダ装置
は、第３番目の回折格子５が円板上に形成され、軸Ｘの
周りに回転可能に構成されている。

【００５１】図１５，図１６のロータリーエンコーダ装
置においても、前述したリニアエンコーダ装置と同様
に、第１番目，第２番目の回折格子３，４，すなわち二
重回折格子による干渉縞を第３番目の回折格子５に投影
し、第３番目の回折格子５からの出射光を検知して、第
３番目の回折格子５の移動量（回転量，回転速度等）や
移動方向を高精度に測定することができる。

【００５２】また、本発明は、光源１からの光を回折格
子に垂直入射させる場合に限定されず、垂直に入射させ
ない場合であっても適用可能である。

【００５３】また、上述の実施例，構成例では、光源１
からの光をコリメートレンズ２でコリメート(平行光化)
した上で回折格子に入射させたが、コリメートレンズ２
は必ずしも設けられなくとも良い。すなわち、光源から
の光をコリメート化しなくとも、本発明の一般性は失な
われない。

【００５４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、レーザダ
イオードと、該レーザダイオードからの光が入射する第
１番目の回折格子と、第１番目の回折格子からの光が入
射する第２番目の回折格子と、スリット状の第３番目の
回折格子と、受光手段とを有し、前記第１番目の回折格
子と前記第２番目の回折格子とは、互いに協働して前記
レーザダイオードからの光による所定ピッチの干渉縞を
発生させる二重回折格子として機能し、前記第３番目の
回折格子には、前記二重回折格子により発生する干渉縞
が投影され、前記第３番目の回折格子からの出力光量を
前記受光手段で検知するエンコーダ装置において、前記
第３番目の回折格子は、前記二重回折格子により発生す
る干渉縞のピッチと相違するピッチを有し、前記第３番
目の回折格子からの出力光量に位相分布をもたせ、これ
を複数の受光手段で検知することで、位相の異なる信号
を検出するので、出力光に場所の位相差を生じさせ、Ａ
相，Ｂ相の両信号を検出できる。この際、例えば、３個
の受光手段を設け、隣り合う受光手段の出力の差をとれ
ば、０レベルを中間にした±の信号を採取できるので、
信号のカウントが容易になる。また、例えば、４個の受
光手段を設け、隣り合わない受光手段の出力の差をとれ
ば、ノイズをキャンセルしやすく、また、光量分布があ
ってもそれに影響されにくく、高精度の測定を行なうこ
とができる。また、レベルを中間にした±の信号を採取
できるので、信号のカウントが容易になる。

【００５５】また、請求項３，４記載の発明によれば、
第３番目の回折格子は、二重回折格子により発生する干
渉縞のピッチと相違するピッチを有し、第３番目の回折
格子からの出力光量に位相分布をもたせ、これを複数の
受光手段で検知することで、位相の異なる信号を検出す
るようになっているか、あるいは、第１番目，第２番目
の回折格子の少なくとも１つにチャーピングを施すこと
で、第３番目の回折格子からの出力光量に位相分布をも
たせ、これを複数の受光手段で検知することで、位相の
異なる信号を検出するようになっているので、出力光に
場所の位相差を生じさせ、Ａ相，Ｂ相の両信号を検出で
きる。この際、例えば、３個の受光手段を設け、隣り合
う受光手段の出力の差をとれば、０レベルを中間にした
±の信号を採取できるので、信号のカウントが容易にな
る。また、例えば、４個の受光手段を設け、隣り合わな
い受光手段の出力の差をとれば、ノイズをキャンセルし
やすく、また、光量分布があってもそれに影響されにく
く、高精度の測定を行なうことができる。また、レベル
を中間にした±の信号を採取できるので、信号のカウン
トが容易になる。

【００５６】また、請求項５記載の発明によれば、第１
番目の回折格子で用いる回折光の次数は＋ｎ次光と−ｎ
次光(ｎは整数)であり、第２番目の回折格子で用いる回
折光の次数は、第１番目の回折格子からのそれぞれの回
折光に対してｍ次光と−ｍ次光、または、−ｍ次光とｍ
次光であり、干渉に用いる光の次数が対称的であるの
で、光源波長の変化があっても、等位相面を常に同じ方
向に維持でき、干渉縞の位相も変化せず、光源波長の変
動の影響を防止できる。

【００５７】また、請求項６記載の発明によれば、第１
番目，第２番目の少なくとも１つの回折格子に位相の異
なる回折格子領域を作製し、各回折格子領域からの出力
光に基づきＡ相，Ｂ相信号を検知するので、干渉縞が傾
いても両方の領域の干渉縞は同様に倒れ、従って、位相
関係を保持できて、安定したＡ相，Ｂ相信号を得ること
ができる。

【００５８】また、請求項７記載の発明によれば、第１
番目，第２番目の回折格子のうちの少なくとも１つは、
その平面内で回転可能となっており、２つの回折格子の
うちの少なくとも１つをその平面内で回転させて、干渉
縞のピッチを調整可能になっているので、第１番目，第
２番目の回折格子のピッチが設計どおりに作製できなか
ったときに、第１番目，第２番目の回折格子の少なくと
も１つをその平面内で回転させて、干渉縞のピッチを第
３番目の回折格子のピッチに合わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエンコーダ装置の一実施例の構成
図である。

【図２】図１のエンコーダ装置の二重回折格子による干
渉縞の発生を説明するための図である。

【図３】図１のエンコーダ装置において干渉縞のピッチ
と第３番目の回折格子のピッチとが異なる場合の出力光
の場所ごとの位相変化を示す図である。

【図４】図１のエンコーダ装置の変形例を示す図であ
る。

【図５】第２番目の回折格子にチャーピングを施した場
合の干渉縞のピッチの場所による変化を説明するための
図である。

【図６】光源からの光を集光または発散させる場合の干
渉縞のピッチの場所による変化を説明するための図であ
る。

【図７】Ａ相，Ｂ相信号を得るための構成例を示す図で
ある。

【図８】図７の構成によって得られるＡ相，Ｂ相信号を
示す図である。

【図９】Ａ相，Ｂ相信号を得るための構成例を示す図で
ある。

【図１０】図９の構成によって得られるＡ相，Ｂ相信号
を示す図である。

【図１１】干渉に用いる光の次数が対称的でない場合の
等位相面を示す図である。

【図１２】干渉に用いる光の次数が対称的である場合の
等位相面を示す図である。

【図１３】第２番目の回折格子を位相の異なる２つの領
域に分割したエンコーダ装置の構成例を示す図である。

【図１４】第１番目の回折格子と第２番目の回折格子と
の配置関係に基づく干渉縞の変化を説明するための図で
ある。

【図１５】本発明によるロータリーエンコーダ装置の構
成例を示す図である。

【図１６】本発明によるロータリーエンコーダ装置の構
成例を示す図である。

【図１７】従来のエンコーダ装置の構成例を示す図であ
る。

【図１８】図１７のエンコーダ装置において、移動スリ
ット板と固定スリット板の間隔Ｌと固定スリット板を透
過する光量の変化との関係を示す図である。

【符号の説明】

１光源２コリメートレンズ３第１番目の回折格子４第２番目の回折格子５第３番目の回折格子６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ受光素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/26 - 5/38 G01B 11/00 - 11/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザダイオードと、該レーザダイオ
ードからの光が入射する第１番目の回折格子と、第１番
目の回折格子からの光が入射する第２番目の回折格子
と、スリット状の第３番目の回折格子と、受光手段とを
有し、前記第１番目の回折格子と前記第２番目の回折格
子とは、互いに協働して前記レーザダイオードからの光
による所定ピッチの干渉縞を発生させる二重回折格子と
して機能し、前記第３番目の回折格子には、前記二重回
折格子により発生する干渉縞が投影され、前記第３番目
の回折格子からの出力光量を前記受光手段で検知するエ
ンコーダ装置において、前記第３番目の回折格子は、前
記二重回折格子により発生する干渉縞のピッチと相違す
るピッチを有し、前記第３番目の回折格子からの出力光
量に位相分布をもたせ、これを複数の受光手段で検知す
ることで、位相の異なる信号を検出することを特徴とす
るエンコーダ装置。