JP3980732B2 - 相対位置検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は，各種の測長機器や各種の計測装置，工作機械，複写機などにおいて，移動体の移動量を検出するエンコーダ（光学スケール）として利用可能な相対位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，相対位置検出装置に関連する参考技術文献として，たとえば特開昭５９−１３２３１１号公報が開示されている。この構成を図１４に示す。図において，１は光源，２は光源１からの光を平行光線に光学補正し，後述するスケールに投射するためのコリメートレンズ，３は一定の格子定数をもつ光学格子からなるスケール，４はスケール３と同じ格子定数を有する光学素子からなるインデックススケールである。このインデックススケール４は互いに１／４波長だけずらされた２つの格子をもっている。５および５’は２つの光学格子のそれぞれを通過した光を検出するための検出器，６はスケール３の移動方向を示す矢印である。
【０００３】
上記構成において，スケール３を矢印６の方向に移動させると，インデックススケール４との相対位置関係により，光の通過および遮断が繰り返される。この光の通過および遮断の繰り返しで生じる光量変化を検出５，５’で検出することにより．正弦波状の電気信号が得られ，これをカウントすることで移動量を計測する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記に示されるような従来の技術にあっては，分解能の精度を高めようとするには，格子定数の小さいスケールを利用すればよいが，コントラストを維持するためにはスケールとインデックススケールとを微小間隔の位置関係で配置する必要があるため，接触による破損やゴミの付着により装置機能を低下させるという問題点がある。また，スケールとそれ以外の構成要素からなるヘッド部をごく近傍に配置する必要があるため，振動物の測定および被測定物の光軸方向の移動に対して自由度が小さいという問題点もあった。
【０００５】
本発明は，上記に鑑みてなされたものであって，スケールとインデックススケールとの距離を広く離間して配置する構成とすることにより，接触による破損やゴミの付着の付着による機能低下を回避し，かつスケールの移動方向と垂直な方向への移動，およびスケールの傾きに対する自由度を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために，請求項１に係る相対位置検出装置にあっては，コヒーレントな光を出射する光源と，前記光源から出射された光を集光し，略平行光束に光学補正するコリメートレンズと，前記コリメートレンズからの光を分割する所定の光透過率の周期パターン構造を有するスリットと，所定の反射率を有し，前記スリットの周期パターンと同一の周期的パターンを有するスケールと，前記スリットを通過した光を前記スケールに入射して得られる反射光を前記スリットを介さずに受光する位置に配置され，前記スリットと前記スケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射光の光強度を検出する受光手段と，を備えたものである。
【０００７】
すなわち，スケールの反射率または透過率の変化周期と同じ周期になるような光の透過率の周期パターンをスリットとして設け，スリットを通過した光を前記スケールに入射して得られる反射光を前記スリットを介さずに受光する位置に配置され，前記スリットと前記スケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射光の光強度を検出することにより，光を投射する光ヘッド部分と被測定物との距離を広く確保することができるので，接触による破損やゴミの付着の付着による機能低下を回避し，かつスケールの移動方向と垂直な方向への移動，およびスケールの傾きに対する自由度を向上させることが可能となる。
【０００８】
また，請求項２に係る相対位置検出装置にあっては，コヒーレントな光を出射する光源と，前記光源から出射された光を集光し，略平行光束に光学補正するコリメートレンズと，前記コリメートレンズからの光を分割する所定の光透過率の周期パターン構造を有するスリットと，所定の反射率を有し，前記スリットの周期パターンと同一の周期的パターンを有するスケールと，前記スリットと前記スケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射光の光強度を検出する受光手段と，前記スリットと前記スケールとの間に配置され，前記スリットを通過した光を前記スケールに入射し，該スケールからの反射光を前記受光手段に入射させる光分割手段と，を備えたものである。
【０００９】
すなわち，請求項１に加え，スケールに対して垂直に平行光束が入射するように構成したことにより，スケールの振動および光軸方向への移動が生じても検出誤差がなく，かつ正確な相対値が得られる。
【００１０】
また，請求項３に係る相対位置検出装置にあっては，請求項１または２に記載の相対位置検出装置に，さらに，前記スケールからの反射光を前記受光手段に集光する集光レンズを備え，前記受光手段は，前記集光レンズを介して前記スリットからの反射光を受光するものである。
【００１１】
すなわち，請求項１または２に加え，集光レンズによりスケールからの反射光を受光手段に導くことにより，より小さい面積のフォトディテクタ（ＰＤ）を利用可能とし，検出速度が向上する。
【００１２】
また，請求項４に係る相対位置検出装置にあっては，請求項２において，前記光分割手段は，前記スリットを介して入射した光を透過する部分反射ミラーであって，前記コリメートレンズは，前記光源からの出射された光を微小に集光あるいは発散する位置に配置されるものである。
【００１３】
すなわち，請求項２に加え，スリットを介して入射した光を透過する部分反射ミラーを用い，またコリメートレンズを，光源からの出射された光を微小に集光あるいは発散する位置に配置することにより，光利用効率が向上し，安定した計測が可能となる。
【００１４】
また，請求項５に係る相対位置検出装置にあっては，請求項２において，前記光分割手段は，前記スリットを介して入射した光を透過する部分透過ミラーであって，前記コリメートレンズは，前記光源からの出射された光を微小に集光あるいは発散する位置に配置されるものである。
【００１５】
すなわち，請求項２に加え，スリットを介して入射した光を透過する部分透過ミラーを用い，またコリメートレンズを，光源からの出射された光を微小に集光あるいは発散する位置に配置することにより，光利用効率が向上し，安定した計測が可能となる。
【００１６】
また，請求項６に係る相対位置検出装置にあっては，請求項２において，前記光源は，直線偏光光を出射するレーザ光源であり，前記光分割手段は，偏光・分割する偏光ビームスプリッタと，１／４波長板とから構成されるものである。
【００１７】
すなわち，請求項２に加え，光源を，直線偏光光を出射するレーザ光源とし，光分割手段を，偏光・分割する偏光ビームスプリッタと，１／４波長板とから構成することにより，光利用効率が向上し，安定した計測が可能となる。
【００１８】
また，請求項７に係る相対位置検出装置にあっては，請求項３において，前記コリメートレンズは，前記光源からの光を微小に集光あるいは発散する位置に配置され，かつ前記光源と前記コリメートレンズと前記集光レンズとを一体構成としたものである。
【００１９】
すなわち，光源とコリメートと集光レンズとを一体構成とすることにより，装置の小型化が実現し，かつ光源も同一樹脂上に一体成形することにより，レンズと光源の位置合わせなどの煩雑で困難な調整作業が不要となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の相対位置検出装置について添付図面を参照し，詳細に説明する。
【００２１】
〔実施の形態１〕
図１は，実施の形態１に係る相対位置検出装置（光透過型）の主要構成を示す説明図である。図において，１０１は光源，１０２は光源１０１からの光を略平行光に光学補正し，スケール１０４に投射するためのコリメートレンズ，１０３はコリメートレンズ１０２により照射された光を分割するスリット，１０４は透過率が一定周期により変化させるパターンが形成されているスケール，１０５はスケール１０４を通過し，スケール１０４に照射・反射された透過光を検出する受光手段としての受光部である。
【００２２】
なお，光源１０１としてＬＥＤ，半導体レーザなどが利用可能であり，好ましくはコリメートレンズ１０２により略平行光束とされたときに収差の発生しにくい半導体レーザがよい。
【００２３】
また，スリット１０３はスケール１０４上のスケールの透過率の周期と同じ周期のパターンビームを発生させるものであるため完全な平行光であれば，スケール１０４と同じ周期の透過パターンでよい。また，完全に同じ周期でなくてもコリメートレンズ１０２により光ビームのパターンがスケール１０４と同じ周期に調整可能であれば利用することができる。
【００２４】
以上のように構成された相対位置検出装置において，光源１０１からの光をコリメートレンズ１０２により平行光束化し，これをスリット１０３を通してスケール１０４に投射する。このときスケール１０４上には，図２に示す如くスケール１０４と同じピッチのパターンビームが形成される。よって，スケール１０４の移動によりパターンビームが遮断／透過を繰り返し，この遮断／透過による光量変化が受光部１０５で検出される。
【００２５】
スリット１０３は通常は図３に示すパターンとすればよいが，スケール１０４の移動方向を検出するためには，図４のスリットに示す如く，１／４周期位相のずれたパターンの組を設け，それぞれ異なる光検出器により信号を検出することにより，エンコーダで一般的に利用されているＡ・Ｂ相の信号を得ることができる。
【００２６】
さて，この相対位置検出装置は図１に示したように光透過型のスケール１０３を用いたが，この他に図５に示すような光反射型のスケール１０３とした構成であってもよい。この場合図５に示すように，スケール１０４への入射光を傾け，その正反射位置に受光部１０５を配置することにより実現可能である。このとき，光ビームを傾ける方向は図示の向きであっても，別な向きであっても本質的に変わりはない。
【００２７】
したがって，この実施の形態１によれば，スリット１０３とスケール１０４との距離を隔てることのできる構成としたので，従来のようなスケールとインデックススケールとの接触による破損や劣悪環境化におけるゴミなどの汚損に強い装置を実現することができる。
【００２８】
〔実施の形態２〕
ところで，反射型のスケールを用いた相対位置検出装置では，検知距離の変化に対して誤差が生じることがある。つまり，図７に示すような反射型のスケールを用いた相対位置検出装置では，スケール１０４への投光・反射はスケール１０４に対して傾ける必要がある。このような構成では検知距離（投光・受光部とスケールの距離）が計測中に変化する場合，破線に示すようになり検知位置がずれ，ｄの誤差が生じる。この実施の形態２では，この不具合を解決する例について説明する。
【００２９】
図６は，実施の形態２に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。この相対位置検出装置は，実施の形態１の光反射型（図５参照）の構成に対し，スケール１０４への投光・反射をスケール１０４に垂直するための光分割手段としてのビームスプリッタ１０６を，スリット１０３と受光部１０５との間に設けている。したがって，他の構成要素およびその機能は，実施の形態１と同様であるので図１と同一符号を付し，その説明は省略する。
【００３０】
ビームスプリッタ１０６は，図６に示すように，光源１０１，コリメートレンズ１０２およびスリット１０３からなる投光部と受光部１０５とが直角をなすように配置された中間部分に配置する。
【００３１】
以上のように構成された相対位置検出装置において，投光部（光源１０１，コリメートレンズ１０２，スリット１０３）から投光された平行光束は，ビームスプリッタ１０６により光量の約５０％が直角に曲げられ，スケール１０４に対して垂直に照射される。このとき，スケール１０４は反射型であるので，この照射された光束は正反射し，ビームスプリッタ１０６に戻る。ビームスプリッタ１０６では，一部は反射されるが，約５０％は直進して受光部１０５に入射し，信号が検出される。その後，実施の形態１と同様に相対値を検出する。
【００３２】
したがって，実施の形態１で説明した透過型の相対位置検出装置と同様に，スケール１０４に対して垂直に光束が入射されるので，スケールの振動や光軸方向への移動が生じても，誤差の発生を阻止し，正確な相対値を検出することができる。また，光反射型とすることにより，光透過型（スルー型）と同じ性能の装置を省スペースに収容することも可能となる。
【００３３】
〔実施の形態３〕
この実施の形態３では，前述の実施の形態１および２に対し，さらに信号検知速度が向上し，かつスケール１０４の傾きの自由度が高くなる例について説明する。
【００３４】
図８は，実施の形態３に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。この相対位置検出装置は，実施の形態２の光反射型（図６参照）の構成に対し，受光用の集光レンズ１０７をビームスプリッタ１０６と受光部１０５との間に設けている。したがって，他の構成要素およびその機能は，実施の形態２と同様であるので図６と同一符号を付し，その説明は省略する。
【００３５】
実施の形態１および２では，スケール１０４からの正反射光を受光するために少なくともビーム径以上の大きさを有する光検出器が必要である。さらに，スケール１０４と投光・受光部の傾きを許容するためには，ビームの形状を円形とする必要がある。そして，その直径をＤ，光検出器とスケール１０４との距離をＬ，許容傾き誤差をΔθとすると，
Ｐｄ＝２ＬｓｉｎΔθ＋Ｄ ・・・（１）
以上の光検出器の直径Ｐｄが必要となる。
【００３６】
たとえば，Ｄ＝０．５ｍｍ，Ｌ＝５０ｍｍ，Δθ＝±２°とすると，約７．５ｍｍの直径が必要となる。通常，光検出器として用いられるフォトディテクタ（ＰＤ）の場合，その面積に比例した静電容量をもつので，必要面積の増大は信号検知速度の向上を妨げてしまうことになる。よって，できるだけ小さい面積のフォトディテクタ（ＰＤ）を利用することが望ましい。
【００３７】
このため，ＰＤに受光光を照射する集光レンズ１０７の開口は，式（１）より大きい直径とする。なお，図９は，実施の形態３に係るスケール１０４上のビーム像を示している。
【００３８】
したがって，この実施の形態３では，受光する光束を集光レンズ１０７で集光し，受光部１０５にビーム照射することにより，さらに小さい面積のフォトディテクタ（ＰＤ）による受光が実現し，検出速度が向上する。
【００３９】
また，実施の形態２で説明した相対位置検出装置と同様に，スケール１０４に対して垂直に光束が入射されるので，スケールの振動や光軸方向への移動が生じても，誤差の発生を阻止し，正確な相対値を検出することができる。また，光反射型とすることにより，光透過型（スルー型）と同じ性能の装置を省スペースに収容することも可能となる。
【００４０】
〔実施の形態４〕
図１０は，実施の形態３に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。この相対位置検出装置は，図６に示した相対位置検出装置のビームスプリッタ１０６の代わりに，コリメートレンズ１０２からの出射光のビーム部分のみを反射する光分割手段としての部分反射ミラー１０８を配置し，コリメータレンズ１０２からの出射光を集光もしくは発散するような配置あるいはレンズ定数としたものである。さらにコリメートレンズ１０２を，光源１０１からの光をわずかに集光／発散させる配置，あるいはレンズ定数をもたせる。なお，部分反射ミラー１０８は入射・反射する光線のビーム径とほぼ同じ大きさに設定する。したがって，他の構成要素およびその機能は，実施の形態２と同様であるので図６と同一符号を付し，その説明は省略する。
【００４１】
ここでレンズによる光線がやや発散するように設定している場合を例にとって説明する。なお，やや集光する光線を用いる場合についても同様である。光源１０１から出射された光は，コリメートレンズ１０２により発散され，さらに，スリット１０３を通過し，分割された略平行光となる。この光線は部分反射ミラー１０８により反射され，少しの角度をもってスケール１０４に入射する。
【００４２】
スケール１０４に照射された光線は，反射則により入射角と対称に正反射し，受光部１０５に入射する。このとき，投光部からの投光された光線が平行であると，部分反射ミラー１０８によってほとんどケラレてしまうが，やや発散気味に設定することで大部分の光線を受光部１０５に導くことができる。
【００４３】
ところで，実施の形態２では，投光効率５０％，受光効率５０％の損失が生じ，２５％以下の光利用効率となる。しかし，この実施の形態４では，投光効率１００％，受光効率ηは発散・集光角から，下記（２）式により決定される。
【００４４】
すなわち，
η＝２πＬｓｉｎθ・（２πＬｓｉｎθ＋Ｄ） ・・・（２）
により表される受光効率となる。ここで，Ｌはコリメータレンズ１０２からスケール１０４に反射し，部分反射ミラー１０８にケラレるまでの光路長，θは発散角，Ｄは部分反射ミラー１０８の有効径である。
【００４５】
したがって，この実施の形態４によれば，コリメートレンズ１０２からの出射光のビーム部分のみを反射する部分反射ミラー１０８を設け，さらにコリメートレンズ１０２を，光源１０１からの光をわずかに集光／発散させる配置，あるいはレンズ定数をもたせることにより，光利用効率が向上し，より安定した計測が可能となる。
【００４６】
〔実施の形態５〕
図１１は，実施の形態５に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。この相対位置検出装置は，図１０に示した相対位置検出装置の部分反射ミラー１０８の代わりに，コリメートレンズ１０２からの出射光のビーム部分のみを透過する光分割手段としての部分透過ミラー１０９を配置し，コリメータレンズ１０２からの出射光を集光もしくは発散するような配置あるいはレンズ定数としたものである。さらにコリメートレンズ１０２を，光源１０１からの光をわずかに集光／発散させる配置，あるいはレンズ定数をもたせる。なお，部分透過ミラー１０９は入射・透過する光線のビーム径とほぼ同じ大きさに設定する。したがって，他の構成要素およびその機能は，実施の形態４と同様であるので図１０と同一符号を付し，その説明は省略する。
【００４７】
ここで実施の形態４と同様に，レンズによる光線がやや発散するように設定している場合を例にとって説明する。なお，やや集光する光線を用いる場合についても同様である。光源１０１から出射された光は，コリメートレンズ１０２により発散され，さらに，スリット１０３を通過し，分割された略平行光となる。この光線は部分透過ミラー１０９により透過され，わずかな角度をもってスケール１０４に入射する。
【００４８】
スケール１０４に照射された光線は，反射則により入射角と対称に正反射し，受光部１０５に入射する。このとき，投光部からの投光された光線が平行であると，部分透過ミラー１０９によってほとんどケラレてしまうが，やや発散気味に設定することで大部分の光線を受光部１０５に導くことができる。
【００４９】
さて，この実施の形態５では，実施の形態４と同様に，投光効率１００％，受光効率ηは発散・集光角から，前述の（２）式により決定される。
【００５０】
したがって，この実施の形態５によれば，コリメートレンズ１０２からの出射光のビーム部分のみを透過する部分透過ミラー１０９を設け，さらにコリメートレンズ１０２を，光源１０１からの光をわずかに集光／発散させる配置，あるいはレンズ定数をもたせることにより，光利用効率が向上し，より安定した計測が可能となる。
【００５１】
さらに，この実施の形態５のような部分透過ミラー１０９は，図１１にようにスケール１０４に対し，垂直方向のレイアウトされるため，スケール１０４の移動方向にコンパクトな装置構成が実現する。また，部分透過ミラー１０９は，保持することが容易であり，部分反射ミラー１０８のように保持治具による光線のケラレが発生しない面でも有利である。
【００５２】
〔実施の形態６〕
図１２は，実施の形態６に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。この相対位置検出装置は，図６に示した相対位置検出装置のブームスプリッタ１０６の位置に光分割手段として，偏光ビームスプリッタ１１１を配置し，さらに偏光ビームスプリッタ１１１とスケール１０４との間に１／４波長板１１０を設けた，いわゆる通常のＣＤ−ＲＯＭの光ピックアップに利用されている方式を採用したものである。したがって，他の構成要素およびその機能は，実施の形態２と同様であるので図６と同一符号を付し，その説明は省略する。
【００５３】
図１２のように構成された相対位置検出装置において，光源１０１から出射されたコリメータレンズ１０２へ平行光に光学補正され，スリット１０３を通過する。さらに，スリット１０３を通過した光は，偏光ビームスプリッタ１１１で反射され，１／４波長板１１０を通過し，スケール１０４に照射する。スケール１０４で反射された光は，１／４波長板１１０を通過し，偏光ビームスプリッタ１１１を経て，受光部１０５に入射される。その後，前述と同様の計測動作が行われる。
【００５４】
この実施の形態６によれば，前述実施の形態の効果に加え，特に投光・受光ともに９０％程度の効率で光を利用することができ，安定した計測が実現する。
【００５５】
〔実施の形態７〕
図１３は，実施の形態７に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。この相対位置検出装置は，前述した実施の形態におけるコリメートレンズ，受光用のレンズを一体構成し，さらにレンズ光軸上に光源を配置した光源一体化レンズ１１２をスケール１０４と受光部１０５との間に設けた構成となっている。したがって，他の構成要素およびその機能は，前述の実施の形態と同様であるので同一符号を付し，その説明は省略する。
【００５６】
図１３において，光源一体化レンズ１１２に配置した光源１０１からの光は，光源一体化レンズ１１２のコリメートレンズ，スリットを経て，スケール１０４に照射される。さらにスケール１０４の照射された光は反射光として，光源一体化レンズ１１２で集光され，受光部１０５に入射される。その後，前述と同様の計測動作が行われる。
【００５７】
したがって，この実施の形態７によれば，特に，光源１０１，コリメートレンズ１０２，スリット１０３，受光レンズ，受光部１０５が同一光路に構成されるので，非常に小型の装置となる。また，光源１０１も同一樹脂上に一体成形することにより，レンズと光源１０１の光軸合わせなどの調整作業が不要になるので，生産性も向上する。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明に係る相対位置検出装置（請求項１）によれば，スケールの反射率または透過率の変化周期と同じ周期になるような光の透過率の周期パターンをスリットとして設け，スリットを通過した光を前記スケールに入射して得られる反射光を前記スリットを介さずに受光する位置に配置され，前記スリットと前記スケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射光の光強度を検出することにより，光を投射する光ヘッド部分と被測定物との距離を広く確保することができるので，接触による破損やゴミの付着の付着による機能低下を回避し，かつスケールの移動方向と垂直な方向への移動，およびスケールの傾きに対する自由度を向上させることができる。
【００５９】
また，本発明に係る相対位置検出装置（請求項２）によれば，請求項１に加え，スケールに対して垂直に平行光束が入射するように構成したので，スケールの振動および光軸方向への移動が生じても検出誤差がなく，かつ正確な相対値が得られる。
【００６０】
また，本発明に係る相対位置検出装置（請求項３）によれば，請求項１または２に加え，集光レンズによりスケールからの反射光を受光手段に導くため，より小さい面積のフォトディテクタ（ＰＤ）を利用可能とし，検出速度が向上する。
【００６１】
また，本発明に係る相対位置検出装置（請求項４）によれば，請求項２に加え，スリットを介して入射した光を透過する部分反射ミラーを用い，またコリメートレンズを，光源からの出射された光を微小に集光あるいは発散する位置に配置するので，光利用効率が向上し，安定した計測が可能となる。
【００６２】
また，本発明に係る相対位置検出装置（請求項５）によれば，請求項２に加え，スリットを介して入射した光を透過する部分透過ミラーを用い，またコリメートレンズを，光源からの出射された光を微小に集光あるいは発散する位置に配置するため，光利用効率が向上し，安定した計測が可能となる。
【００６３】
また，本発明に係る相対位置検出装置（請求項６）によれば，請求項２に加え，光源を，直線偏光光を出射するレーザ光源とし，光分割手段を，偏光・分割する偏光ビームスプリッタと，１／４波長板とから構成するので，光利用効率が向上し，安定した計測が可能となる。
【００６４】
また，本発明に係る相対位置検出装置（請求項７）によれば，光源とコリメートと集光レンズとを一体構成とすることにより，装置の小型化が実現し，かつ光源も同一樹脂上に一体成形するため，レンズと光源の位置合わせなどの煩雑で困難な調整作業が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る相対位置検出装置（光透過型）の主要構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るスケール上のビーム像を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るスリット例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るスリットのＡＢ相用スリットパターン例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。
【図７】光反射型の相対位置検出装置における検知距離計測誤差を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係るスケールのビーム像を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態５に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態６に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態６に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。
【図１４】従来における相対位置検出装置（光透過型）の主要構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０１ 光源
１０２ コリメートレンズ
１０３ スリット
１０４ スケール
１０５ 受光部
１０６ ビームスプリッタ
１０７ 受光レンズ
１０８ 部分反射ミラー
１０９ 部分透過ミラー
１１０ １／４波長板
１１１ 偏光ビームスプリッタ
１１２ 光源一体化レンズ
【発明が属する技術分野】
本発明は，各種の測長機器や各種の計測装置，工作機械，複写機などにおいて，移動体の移動量を検出するエンコーダ（光学スケール）として利用可能な相対位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，相対位置検出装置に関連する参考技術文献として，たとえば特開昭５９−１３２３１１号公報が開示されている。この構成を図１４に示す。図において，１は光源，２は光源１からの光を平行光線に光学補正し，後述するスケールに投射するためのコリメートレンズ，３は一定の格子定数をもつ光学格子からなるスケール，４はスケール３と同じ格子定数を有する光学素子からなるインデックススケールである。このインデックススケール４は互いに１／４波長だけずらされた２つの格子をもっている。５および５’は２つの光学格子のそれぞれを通過した光を検出するための検出器，６はスケール３の移動方向を示す矢印である。
【０００３】
上記構成において，スケール３を矢印６の方向に移動させると，インデックススケール４との相対位置関係により，光の通過および遮断が繰り返される。この光の通過および遮断の繰り返しで生じる光量変化を検出５，５’で検出することにより．正弦波状の電気信号が得られ，これをカウントすることで移動量を計測する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記に示されるような従来の技術にあっては，分解能の精度を高めようとするには，格子定数の小さいスケールを利用すればよいが，コントラストを維持するためにはスケールとインデックススケールとを微小間隔の位置関係で配置する必要があるため，接触による破損やゴミの付着により装置機能を低下させるという問題点がある。また，スケールとそれ以外の構成要素からなるヘッド部をごく近傍に配置する必要があるため，振動物の測定および被測定物の光軸方向の移動に対して自由度が小さいという問題点もあった。
【０００５】
本発明は，上記に鑑みてなされたものであって，スケールとインデックススケールとの距離を広く離間して配置する構成とすることにより，接触による破損やゴミの付着の付着による機能低下を回避し，かつスケールの移動方向と垂直な方向への移動，およびスケールの傾きに対する自由度を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために，請求項１に係る相対位置検出装置にあっては，コヒーレントな光を出射する光源と，前記光源から出射された光を集光し，略平行光束に光学補正するコリメートレンズと，前記コリメートレンズからの光を分割する所定の光透過率の周期パターン構造を有するスリットと，所定の反射率を有し，前記スリットの周期パターンと同一の周期的パターンを有するスケールと，前記スリットを通過した光を前記スケールに入射して得られる反射光を前記スリットを介さずに受光する位置に配置され，前記スリットと前記スケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射光の光強度を検出する受光手段と，を備えたものである。
【０００７】
すなわち，スケールの反射率または透過率の変化周期と同じ周期になるような光の透過率の周期パターンをスリットとして設け，スリットを通過した光を前記スケールに入射して得られる反射光を前記スリットを介さずに受光する位置に配置され，前記スリットと前記スケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射光の光強度を検出することにより，光を投射する光ヘッド部分と被測定物との距離を広く確保することができるので，接触による破損やゴミの付着の付着による機能低下を回避し，かつスケールの移動方向と垂直な方向への移動，およびスケールの傾きに対する自由度を向上させることが可能となる。
【０００８】
また，請求項２に係る相対位置検出装置にあっては，コヒーレントな光を出射する光源と，前記光源から出射された光を集光し，略平行光束に光学補正するコリメートレンズと，前記コリメートレンズからの光を分割する所定の光透過率の周期パターン構造を有するスリットと，所定の反射率を有し，前記スリットの周期パターンと同一の周期的パターンを有するスケールと，前記スリットと前記スケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射光の光強度を検出する受光手段と，前記スリットと前記スケールとの間に配置され，前記スリットを通過した光を前記スケールに入射し，該スケールからの反射光を前記受光手段に入射させる光分割手段と，を備えたものである。
【０００９】
すなわち，請求項１に加え，スケールに対して垂直に平行光束が入射するように構成したことにより，スケールの振動および光軸方向への移動が生じても検出誤差がなく，かつ正確な相対値が得られる。
【００１０】
また，請求項３に係る相対位置検出装置にあっては，請求項１または２に記載の相対位置検出装置に，さらに，前記スケールからの反射光を前記受光手段に集光する集光レンズを備え，前記受光手段は，前記集光レンズを介して前記スリットからの反射光を受光するものである。
【００１１】
すなわち，請求項１または２に加え，集光レンズによりスケールからの反射光を受光手段に導くことにより，より小さい面積のフォトディテクタ（ＰＤ）を利用可能とし，検出速度が向上する。
【００１２】
また，請求項４に係る相対位置検出装置にあっては，請求項２において，前記光分割手段は，前記スリットを介して入射した光を透過する部分反射ミラーであって，前記コリメートレンズは，前記光源からの出射された光を微小に集光あるいは発散する位置に配置されるものである。
【００１３】
すなわち，請求項２に加え，スリットを介して入射した光を透過する部分反射ミラーを用い，またコリメートレンズを，光源からの出射された光を微小に集光あるいは発散する位置に配置することにより，光利用効率が向上し，安定した計測が可能となる。
【００１４】
また，請求項５に係る相対位置検出装置にあっては，請求項２において，前記光分割手段は，前記スリットを介して入射した光を透過する部分透過ミラーであって，前記コリメートレンズは，前記光源からの出射された光を微小に集光あるいは発散する位置に配置されるものである。
【００１５】
すなわち，請求項２に加え，スリットを介して入射した光を透過する部分透過ミラーを用い，またコリメートレンズを，光源からの出射された光を微小に集光あるいは発散する位置に配置することにより，光利用効率が向上し，安定した計測が可能となる。
【００１６】
また，請求項６に係る相対位置検出装置にあっては，請求項２において，前記光源は，直線偏光光を出射するレーザ光源であり，前記光分割手段は，偏光・分割する偏光ビームスプリッタと，１／４波長板とから構成されるものである。
【００１７】
すなわち，請求項２に加え，光源を，直線偏光光を出射するレーザ光源とし，光分割手段を，偏光・分割する偏光ビームスプリッタと，１／４波長板とから構成することにより，光利用効率が向上し，安定した計測が可能となる。
【００１８】
また，請求項７に係る相対位置検出装置にあっては，請求項３において，前記コリメートレンズは，前記光源からの光を微小に集光あるいは発散する位置に配置され，かつ前記光源と前記コリメートレンズと前記集光レンズとを一体構成としたものである。
【００１９】
すなわち，光源とコリメートと集光レンズとを一体構成とすることにより，装置の小型化が実現し，かつ光源も同一樹脂上に一体成形することにより，レンズと光源の位置合わせなどの煩雑で困難な調整作業が不要となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の相対位置検出装置について添付図面を参照し，詳細に説明する。
【００２１】
〔実施の形態１〕
図１は，実施の形態１に係る相対位置検出装置（光透過型）の主要構成を示す説明図である。図において，１０１は光源，１０２は光源１０１からの光を略平行光に光学補正し，スケール１０４に投射するためのコリメートレンズ，１０３はコリメートレンズ１０２により照射された光を分割するスリット，１０４は透過率が一定周期により変化させるパターンが形成されているスケール，１０５はスケール１０４を通過し，スケール１０４に照射・反射された透過光を検出する受光手段としての受光部である。
【００２２】
なお，光源１０１としてＬＥＤ，半導体レーザなどが利用可能であり，好ましくはコリメートレンズ１０２により略平行光束とされたときに収差の発生しにくい半導体レーザがよい。
【００２３】
また，スリット１０３はスケール１０４上のスケールの透過率の周期と同じ周期のパターンビームを発生させるものであるため完全な平行光であれば，スケール１０４と同じ周期の透過パターンでよい。また，完全に同じ周期でなくてもコリメートレンズ１０２により光ビームのパターンがスケール１０４と同じ周期に調整可能であれば利用することができる。
【００２４】
以上のように構成された相対位置検出装置において，光源１０１からの光をコリメートレンズ１０２により平行光束化し，これをスリット１０３を通してスケール１０４に投射する。このときスケール１０４上には，図２に示す如くスケール１０４と同じピッチのパターンビームが形成される。よって，スケール１０４の移動によりパターンビームが遮断／透過を繰り返し，この遮断／透過による光量変化が受光部１０５で検出される。
【００２５】
スリット１０３は通常は図３に示すパターンとすればよいが，スケール１０４の移動方向を検出するためには，図４のスリットに示す如く，１／４周期位相のずれたパターンの組を設け，それぞれ異なる光検出器により信号を検出することにより，エンコーダで一般的に利用されているＡ・Ｂ相の信号を得ることができる。
【００２６】
さて，この相対位置検出装置は図１に示したように光透過型のスケール１０３を用いたが，この他に図５に示すような光反射型のスケール１０３とした構成であってもよい。この場合図５に示すように，スケール１０４への入射光を傾け，その正反射位置に受光部１０５を配置することにより実現可能である。このとき，光ビームを傾ける方向は図示の向きであっても，別な向きであっても本質的に変わりはない。
【００２７】
したがって，この実施の形態１によれば，スリット１０３とスケール１０４との距離を隔てることのできる構成としたので，従来のようなスケールとインデックススケールとの接触による破損や劣悪環境化におけるゴミなどの汚損に強い装置を実現することができる。
【００２８】
〔実施の形態２〕
ところで，反射型のスケールを用いた相対位置検出装置では，検知距離の変化に対して誤差が生じることがある。つまり，図７に示すような反射型のスケールを用いた相対位置検出装置では，スケール１０４への投光・反射はスケール１０４に対して傾ける必要がある。このような構成では検知距離（投光・受光部とスケールの距離）が計測中に変化する場合，破線に示すようになり検知位置がずれ，ｄの誤差が生じる。この実施の形態２では，この不具合を解決する例について説明する。
【００２９】
図６は，実施の形態２に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。この相対位置検出装置は，実施の形態１の光反射型（図５参照）の構成に対し，スケール１０４への投光・反射をスケール１０４に垂直するための光分割手段としてのビームスプリッタ１０６を，スリット１０３と受光部１０５との間に設けている。したがって，他の構成要素およびその機能は，実施の形態１と同様であるので図１と同一符号を付し，その説明は省略する。
【００３０】
ビームスプリッタ１０６は，図６に示すように，光源１０１，コリメートレンズ１０２およびスリット１０３からなる投光部と受光部１０５とが直角をなすように配置された中間部分に配置する。
【００３１】
以上のように構成された相対位置検出装置において，投光部（光源１０１，コリメートレンズ１０２，スリット１０３）から投光された平行光束は，ビームスプリッタ１０６により光量の約５０％が直角に曲げられ，スケール１０４に対して垂直に照射される。このとき，スケール１０４は反射型であるので，この照射された光束は正反射し，ビームスプリッタ１０６に戻る。ビームスプリッタ１０６では，一部は反射されるが，約５０％は直進して受光部１０５に入射し，信号が検出される。その後，実施の形態１と同様に相対値を検出する。
【００３２】
したがって，実施の形態１で説明した透過型の相対位置検出装置と同様に，スケール１０４に対して垂直に光束が入射されるので，スケールの振動や光軸方向への移動が生じても，誤差の発生を阻止し，正確な相対値を検出することができる。また，光反射型とすることにより，光透過型（スルー型）と同じ性能の装置を省スペースに収容することも可能となる。
【００３３】
〔実施の形態３〕
この実施の形態３では，前述の実施の形態１および２に対し，さらに信号検知速度が向上し，かつスケール１０４の傾きの自由度が高くなる例について説明する。
【００３４】
図８は，実施の形態３に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。この相対位置検出装置は，実施の形態２の光反射型（図６参照）の構成に対し，受光用の集光レンズ１０７をビームスプリッタ１０６と受光部１０５との間に設けている。したがって，他の構成要素およびその機能は，実施の形態２と同様であるので図６と同一符号を付し，その説明は省略する。
【００３５】
実施の形態１および２では，スケール１０４からの正反射光を受光するために少なくともビーム径以上の大きさを有する光検出器が必要である。さらに，スケール１０４と投光・受光部の傾きを許容するためには，ビームの形状を円形とする必要がある。そして，その直径をＤ，光検出器とスケール１０４との距離をＬ，許容傾き誤差をΔθとすると，
Ｐｄ＝２ＬｓｉｎΔθ＋Ｄ ・・・（１）
以上の光検出器の直径Ｐｄが必要となる。
【００３６】
たとえば，Ｄ＝０．５ｍｍ，Ｌ＝５０ｍｍ，Δθ＝±２°とすると，約７．５ｍｍの直径が必要となる。通常，光検出器として用いられるフォトディテクタ（ＰＤ）の場合，その面積に比例した静電容量をもつので，必要面積の増大は信号検知速度の向上を妨げてしまうことになる。よって，できるだけ小さい面積のフォトディテクタ（ＰＤ）を利用することが望ましい。
【００３７】
このため，ＰＤに受光光を照射する集光レンズ１０７の開口は，式（１）より大きい直径とする。なお，図９は，実施の形態３に係るスケール１０４上のビーム像を示している。
【００３８】
したがって，この実施の形態３では，受光する光束を集光レンズ１０７で集光し，受光部１０５にビーム照射することにより，さらに小さい面積のフォトディテクタ（ＰＤ）による受光が実現し，検出速度が向上する。
【００３９】
また，実施の形態２で説明した相対位置検出装置と同様に，スケール１０４に対して垂直に光束が入射されるので，スケールの振動や光軸方向への移動が生じても，誤差の発生を阻止し，正確な相対値を検出することができる。また，光反射型とすることにより，光透過型（スルー型）と同じ性能の装置を省スペースに収容することも可能となる。
【００４０】
〔実施の形態４〕
図１０は，実施の形態３に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。この相対位置検出装置は，図６に示した相対位置検出装置のビームスプリッタ１０６の代わりに，コリメートレンズ１０２からの出射光のビーム部分のみを反射する光分割手段としての部分反射ミラー１０８を配置し，コリメータレンズ１０２からの出射光を集光もしくは発散するような配置あるいはレンズ定数としたものである。さらにコリメートレンズ１０２を，光源１０１からの光をわずかに集光／発散させる配置，あるいはレンズ定数をもたせる。なお，部分反射ミラー１０８は入射・反射する光線のビーム径とほぼ同じ大きさに設定する。したがって，他の構成要素およびその機能は，実施の形態２と同様であるので図６と同一符号を付し，その説明は省略する。
【００４１】
ここでレンズによる光線がやや発散するように設定している場合を例にとって説明する。なお，やや集光する光線を用いる場合についても同様である。光源１０１から出射された光は，コリメートレンズ１０２により発散され，さらに，スリット１０３を通過し，分割された略平行光となる。この光線は部分反射ミラー１０８により反射され，少しの角度をもってスケール１０４に入射する。
【００４２】
スケール１０４に照射された光線は，反射則により入射角と対称に正反射し，受光部１０５に入射する。このとき，投光部からの投光された光線が平行であると，部分反射ミラー１０８によってほとんどケラレてしまうが，やや発散気味に設定することで大部分の光線を受光部１０５に導くことができる。
【００４３】
ところで，実施の形態２では，投光効率５０％，受光効率５０％の損失が生じ，２５％以下の光利用効率となる。しかし，この実施の形態４では，投光効率１００％，受光効率ηは発散・集光角から，下記（２）式により決定される。
【００４４】
すなわち，
η＝２πＬｓｉｎθ・（２πＬｓｉｎθ＋Ｄ） ・・・（２）
により表される受光効率となる。ここで，Ｌはコリメータレンズ１０２からスケール１０４に反射し，部分反射ミラー１０８にケラレるまでの光路長，θは発散角，Ｄは部分反射ミラー１０８の有効径である。
【００４５】
したがって，この実施の形態４によれば，コリメートレンズ１０２からの出射光のビーム部分のみを反射する部分反射ミラー１０８を設け，さらにコリメートレンズ１０２を，光源１０１からの光をわずかに集光／発散させる配置，あるいはレンズ定数をもたせることにより，光利用効率が向上し，より安定した計測が可能となる。
【００４６】
〔実施の形態５〕
図１１は，実施の形態５に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。この相対位置検出装置は，図１０に示した相対位置検出装置の部分反射ミラー１０８の代わりに，コリメートレンズ１０２からの出射光のビーム部分のみを透過する光分割手段としての部分透過ミラー１０９を配置し，コリメータレンズ１０２からの出射光を集光もしくは発散するような配置あるいはレンズ定数としたものである。さらにコリメートレンズ１０２を，光源１０１からの光をわずかに集光／発散させる配置，あるいはレンズ定数をもたせる。なお，部分透過ミラー１０９は入射・透過する光線のビーム径とほぼ同じ大きさに設定する。したがって，他の構成要素およびその機能は，実施の形態４と同様であるので図１０と同一符号を付し，その説明は省略する。
【００４７】
ここで実施の形態４と同様に，レンズによる光線がやや発散するように設定している場合を例にとって説明する。なお，やや集光する光線を用いる場合についても同様である。光源１０１から出射された光は，コリメートレンズ１０２により発散され，さらに，スリット１０３を通過し，分割された略平行光となる。この光線は部分透過ミラー１０９により透過され，わずかな角度をもってスケール１０４に入射する。
【００４８】
スケール１０４に照射された光線は，反射則により入射角と対称に正反射し，受光部１０５に入射する。このとき，投光部からの投光された光線が平行であると，部分透過ミラー１０９によってほとんどケラレてしまうが，やや発散気味に設定することで大部分の光線を受光部１０５に導くことができる。
【００４９】
さて，この実施の形態５では，実施の形態４と同様に，投光効率１００％，受光効率ηは発散・集光角から，前述の（２）式により決定される。
【００５０】
したがって，この実施の形態５によれば，コリメートレンズ１０２からの出射光のビーム部分のみを透過する部分透過ミラー１０９を設け，さらにコリメートレンズ１０２を，光源１０１からの光をわずかに集光／発散させる配置，あるいはレンズ定数をもたせることにより，光利用効率が向上し，より安定した計測が可能となる。
【００５１】
さらに，この実施の形態５のような部分透過ミラー１０９は，図１１にようにスケール１０４に対し，垂直方向のレイアウトされるため，スケール１０４の移動方向にコンパクトな装置構成が実現する。また，部分透過ミラー１０９は，保持することが容易であり，部分反射ミラー１０８のように保持治具による光線のケラレが発生しない面でも有利である。
【００５２】
〔実施の形態６〕
図１２は，実施の形態６に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。この相対位置検出装置は，図６に示した相対位置検出装置のブームスプリッタ１０６の位置に光分割手段として，偏光ビームスプリッタ１１１を配置し，さらに偏光ビームスプリッタ１１１とスケール１０４との間に１／４波長板１１０を設けた，いわゆる通常のＣＤ−ＲＯＭの光ピックアップに利用されている方式を採用したものである。したがって，他の構成要素およびその機能は，実施の形態２と同様であるので図６と同一符号を付し，その説明は省略する。
【００５３】
図１２のように構成された相対位置検出装置において，光源１０１から出射されたコリメータレンズ１０２へ平行光に光学補正され，スリット１０３を通過する。さらに，スリット１０３を通過した光は，偏光ビームスプリッタ１１１で反射され，１／４波長板１１０を通過し，スケール１０４に照射する。スケール１０４で反射された光は，１／４波長板１１０を通過し，偏光ビームスプリッタ１１１を経て，受光部１０５に入射される。その後，前述と同様の計測動作が行われる。
【００５４】
この実施の形態６によれば，前述実施の形態の効果に加え，特に投光・受光ともに９０％程度の効率で光を利用することができ，安定した計測が実現する。
【００５５】
〔実施の形態７〕
図１３は，実施の形態７に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。この相対位置検出装置は，前述した実施の形態におけるコリメートレンズ，受光用のレンズを一体構成し，さらにレンズ光軸上に光源を配置した光源一体化レンズ１１２をスケール１０４と受光部１０５との間に設けた構成となっている。したがって，他の構成要素およびその機能は，前述の実施の形態と同様であるので同一符号を付し，その説明は省略する。
【００５６】
図１３において，光源一体化レンズ１１２に配置した光源１０１からの光は，光源一体化レンズ１１２のコリメートレンズ，スリットを経て，スケール１０４に照射される。さらにスケール１０４の照射された光は反射光として，光源一体化レンズ１１２で集光され，受光部１０５に入射される。その後，前述と同様の計測動作が行われる。
【００５７】
したがって，この実施の形態７によれば，特に，光源１０１，コリメートレンズ１０２，スリット１０３，受光レンズ，受光部１０５が同一光路に構成されるので，非常に小型の装置となる。また，光源１０１も同一樹脂上に一体成形することにより，レンズと光源１０１の光軸合わせなどの調整作業が不要になるので，生産性も向上する。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明に係る相対位置検出装置（請求項１）によれば，スケールの反射率または透過率の変化周期と同じ周期になるような光の透過率の周期パターンをスリットとして設け，スリットを通過した光を前記スケールに入射して得られる反射光を前記スリットを介さずに受光する位置に配置され，前記スリットと前記スケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射光の光強度を検出することにより，光を投射する光ヘッド部分と被測定物との距離を広く確保することができるので，接触による破損やゴミの付着の付着による機能低下を回避し，かつスケールの移動方向と垂直な方向への移動，およびスケールの傾きに対する自由度を向上させることができる。
【００５９】
また，本発明に係る相対位置検出装置（請求項２）によれば，請求項１に加え，スケールに対して垂直に平行光束が入射するように構成したので，スケールの振動および光軸方向への移動が生じても検出誤差がなく，かつ正確な相対値が得られる。
【００６０】
また，本発明に係る相対位置検出装置（請求項３）によれば，請求項１または２に加え，集光レンズによりスケールからの反射光を受光手段に導くため，より小さい面積のフォトディテクタ（ＰＤ）を利用可能とし，検出速度が向上する。
【００６１】
また，本発明に係る相対位置検出装置（請求項４）によれば，請求項２に加え，スリットを介して入射した光を透過する部分反射ミラーを用い，またコリメートレンズを，光源からの出射された光を微小に集光あるいは発散する位置に配置するので，光利用効率が向上し，安定した計測が可能となる。
【００６２】
また，本発明に係る相対位置検出装置（請求項５）によれば，請求項２に加え，スリットを介して入射した光を透過する部分透過ミラーを用い，またコリメートレンズを，光源からの出射された光を微小に集光あるいは発散する位置に配置するため，光利用効率が向上し，安定した計測が可能となる。
【００６３】
また，本発明に係る相対位置検出装置（請求項６）によれば，請求項２に加え，光源を，直線偏光光を出射するレーザ光源とし，光分割手段を，偏光・分割する偏光ビームスプリッタと，１／４波長板とから構成するので，光利用効率が向上し，安定した計測が可能となる。
【００６４】
また，本発明に係る相対位置検出装置（請求項７）によれば，光源とコリメートと集光レンズとを一体構成とすることにより，装置の小型化が実現し，かつ光源も同一樹脂上に一体成形するため，レンズと光源の位置合わせなどの煩雑で困難な調整作業が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る相対位置検出装置（光透過型）の主要構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るスケール上のビーム像を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るスリット例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るスリットのＡＢ相用スリットパターン例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。
【図７】光反射型の相対位置検出装置における検知距離計測誤差を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係るスケールのビーム像を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態５に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態６に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態６に係る相対位置検出装置（光反射型）の主要構成を示す説明図である。
【図１４】従来における相対位置検出装置（光透過型）の主要構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０１ 光源
１０２ コリメートレンズ
１０３ スリット
１０４ スケール
１０５ 受光部
１０６ ビームスプリッタ
１０７ 受光レンズ
１０８ 部分反射ミラー
１０９ 部分透過ミラー
１１０ １／４波長板
１１１ 偏光ビームスプリッタ
１１２ 光源一体化レンズ
Claims (7)
- コヒーレントな光を出射する光源と，
前記光源から出射された光を集光し，略平行光束に光学補正するコリメートレンズと，
前記コリメートレンズからの光を分割する所定の光透過率の周期パターン構造を有するスリットと，
所定の反射率を有し，前記スリットの周期パターンと同一の周期的パターンを有するスケールと，
前記スリットを通過した光を前記スケールに入射して得られる反射光を前記スリットを介さずに受光する位置に配置され，前記スリットと前記スケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射光の光強度を検出する受光手段と，
を備えたことを特徴とする相対位置検出装置。 - コヒーレントな光を出射する光源と，
前記光源から出射された光を集光し，略平行光束に光学補正するコリメートレンズと，
前記コリメートレンズからの光を分割する所定の光透過率の周期パターン構造を有するスリットと，
所定の反射率を有し，前記スリットの周期パターンと同一の周期的パターンを有するスケールと，
前記スリットと前記スケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射光の光強度を検出する受光手段と，
前記スリットと前記スケールとの間に配置され，前記スリットを通過した光を前記スケールに入射し，該スケールからの反射光を前記受光手段に入射させる光分割手段と，
を備えたことを特徴とする相対位置検出装置。 - さらに，前記スケールからの反射光を前記受光手段に集光する集光レンズを備え，
前記受光手段は，前記集光レンズを介して前記スリットからの反射光を受光することを特徴とする請求項１または２に記載の相対位置検出装置。 - 前記光分割手段は，前記スリットを介して入射した光を透過する部分反射ミラーであって，
前記コリメートレンズは，前記光源からの出射された光を微小に集光あるいは発散する位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載の相対位置検出装置。 - 前記光分割手段は，前記スリットを介して入射した光を透過する部分透過ミラーであって，
前記コリメートレンズは，前記光源からの出射された光を微小に集光あるいは発散する位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載の相対位置検出装置。 - 前記光源は，直線偏光光を出射するレーザ光源であり，
前記光分割手段は，偏光・分割する偏光ビームスプリッタと，１／４波長板とから構成されることを特徴とする請求項２に記載の相対位置検出装置。 - 前記コリメートレンズは，前記光源からの光を微小に集光あるいは発散する位置に配置され，かつ前記光源と前記コリメートレンズと前記集光レンズとを一体構成としたことを特徴とする請求項３に記載の相対位置検出装置。
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| JP35023597A JP3980732B2 (ja) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | 相対位置検出装置 |
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