JPH01189524A - リニアエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はマイケルソン干渉計のデータサンプリング装置
等に用いられ、光の波長程度の高分解能で直線変位を測
定するリニアエンコーダに関する。

［従来の技術〕 フリーリエ分光光度計に用いられるマイケルソン干渉計
は、第６図に示す如く、入射平行光束をビームスプリッ
タｌＯにより２分割し、その透過光を固定鏡１２で逆方
向へ反射させ、反射光を移動鏡１４で逆方向へ反射させ
、両戻り光束をビームスプリブタｌＯで合波干渉させ、
その干渉光を集光８２１６で光検出器１８の受光面に集
光させ、干渉光強度を光検出器１８で光電変換して検出
する構成である。

この移動鏡１４の矢印Ｘ方向の直線変位は、非接触でリ
ニアエンコーダ２０により光の波長程度の高分解能で測
定される。リニアエンコーダ２０はマイケルソン干渉計
を用いて構成されており、基準レーザ光源２２から放射
された単色光束をビームスプリッタ２４で２分割し、そ
の透過光束を固定鏡２６で逆方向へ反射させ、反射光束
を移動鏡１４で逆方向へ反射させ、両戻り光束をビーム
スプリッタ２４で合波干渉させてその干渉光強度を光検
出器２８で検出し、同様にして、白色光源３０から放射
される白色光束の干渉光強度を光検出器３２で検出する
構成である。

移動鏡１４の直線移動により光検出器２８からサイン波
状の出力が得られ、その周期はレーザ光の半波長であり
、このサイン波の周期で光検出器Ｉ８の出力をサンプリ
ングすることにより、移動鏡Ｉ４が半波長移動する毎に
インターフェログラムデータを得ることができる。この
インターフェログラムの横軸の基準位置は、光検出器３
２から得られるインターフェログラムのピーク位置とさ
れる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、移動鏡１４の直線変位を正確に測定するために
は、波長変動の少ない基準レーザ光源２２を用いる必要
があり、高価な安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源等を用いな
ければならない。

本発明の目的は、−Ｆ記問題点に鑑み、安価に構成でき
、しかも光の波長程度の高分解能で直線変位を測定する
ことができるリニアエンコーダを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明に係るリニアエンコ
ーダでは、移動物体に、刻線ピッチが一定で刻線方向が
該移動物体の移動方向に非平行になるよう取り付けられ
た反射型グレーティングと、固定側に、該反射型グレー
ティングに対向して取り付けられた光ピックアップと、
該光ピックアップから出力される戻り光強度信号を用い
て該移動物体の直線変位を測定する変位測定手段と、を
有することを特徴としている。

［実施例コ （＋）一実施例 図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明をマイケルソン干渉計に適用した一実施
例構成図であり、第６図に対応している。

第６図と同一構成要素には同一符号を付してその説明を
省略する。

移動＃ｅｌ１４の背面中央にはロッド３４が垂直に固着
されている。このロッド３４は、その軸方向へりニアモ
ータ３６により直線駆動される。ロッド３４の側面には
反射型グレーティング３８が固着されている。この反射
型グレーティング３８に対向して、固定側に光ピックア
ップ４０が配設されている。

第２図に示す如く、反射型グレーティング３８はコンパ
クトディスクと同様に、透明樹脂３８ａ。

例えばポリメチルメタクリレート樹脂に反射膜３８ｂ、
例えばアルミニウム反射膜が被着され、さらに保護膜３
８ｃが被着されて構成されている。

ただし、透明樹脂３８ａの一面には、ビットではなく、
谷線３８ａ１が一定ピッチ＆で平行に刻設されている。

したがって、谷線間には、出線３８ａ２が一定ピッチλ
で平行に形成されている。透明樹脂３８ａの始端部には
、帯状にカットされたスタート部３８ａ３が形成されて
いる。

透明樹脂３８ａの３８ａ１〜ａ３は、コンパクトディス
クと同様に光変調器を用いたレーザカブティングマノン
で、または回折格子を作成するルーリングエンジン、２
光束干渉法（例えば、特開昭５１−１１４１４２号公報
参照）等で形成することができる。谷線３８ａ１の深さ
ｄは、光ピックアップ４０から放射されるレーザ光の波
長の１／４である。谷線の幅Ｗは、例えばコンパクトデ
ィスクに形成されるビットの幅０．４μｍと同一である
。また、ピッチ１は、例えば２ｗである。

一方、光ピックアップ４０はコンパクトディスク等に用
いられる量産品であり、安価（波長安定化レーザ光源の
価格の約１／１０）に入手でき、周知の如く構成されて
いる。本実施例では、光ピックアップ４０として、内蔵
透過型グレーティングによりレーザ光を３分割する３ビ
一ム方式のものが用いられている。３ビームの各戻り光
の強度信号は、それぞれ波形整形回路５０．５２および
５４により方形波に波形整形される。

ここで、光ピックアップ４０のブラケット４２に対する
取付回転角は、３ビームの反射膜３８ｂ上の光スポット
Ｐ１、ＰいＰ、が第３図に示す如くなるよう調整されて
いる。すなわち、谷線３８ａｌに垂直な方向（矢印Ｘ方
向）の、光スポットＰ、とＰ、の間隔およびＰ、とＰ３
の間隔が１／８ａｌ：調整されている。したがって、波
形整形回路５ｏ１５２．５４からそれぞ′れ出力される
変位パルスｓｌ、Ｓ２、Ｓ、は、第３図に示す如く、Ｓ
ｔがＳＩに対し９０度位相が遅れ、Ｓ、がＳ！に対し９
０度位相が遅れる。

第２図に示す如く、変位パルスＳｌ、ＳｔはそれぞれＤ
フリップフロップ５６のクロックパルス入力端子ＣＫ、
データ入力端子りに供給され、Ｄフリップフロップ５６
の非反転出力端子Ｑからは第４図に示すような正逆信号
Ｓ４が出力される。反射型グレーティング３８が正方向
（第２図右方向）に進行しているときにはＳ４はＬレベ
ルであり、逆方向（第２図左方向）に進行しているとき
にはＳ４はＬレベルである。

また、変位パルスＳ１、Ｓ、及びＳ、はアンドゲート５
８の入力端子に供給され、アンドゲート５８から第４図
に示すようなスタート信号Ｓ、が出力される。

これら変位パルスＳ１、正逆信号ｓ４及びスタート信号
Ｓ５は、マイクワコンピュータ６０へ供給される。

マイクロコンピュータ６０は、変位パルスＳ。

のパルス幅または周波数及び正逆信号Ｓ４を用いて、反
射型グレーティング３８の移動速度及び移動方向を測定
し、この速度パターンがＲＯＭに書き込まれている所定
パターンになるように、走行サーボ回路６２を介しリニ
アモータ３６を駆動する。

光ピックアップ４０の対物レンズと反射膜３８ｂとの間
隔は、光ピックアップ４０から出力されるフォーカスエ
ラーをフォーカスサーボ回路６６が受けて、このエラー
が零になるようフォーカスコイル６８へ電流を供給する
ことにより、一定に保たれる。すなわち、第３図に示す
光スポットＰ１、Ｐ　＝、　Ｐ　ｘの直径が一定に保た
れる。

次に、光検出器１８から出力されＡ／Ｄ変換器７０によ
りデジタル変換されるインターフェログラムデータの、
マイクロコンピュータ６０によるサンプリングの手順を
、第５図に基づいて説明する。

（＋００）インターフェログラムデータのメモリへの格
納アドレスへの初期値をＡｓｌにする。

（＋０２）スタート信号Ｓ、の立ち下がりが検出される
のを待ち、これが検出されると、（＋０４）変位パルス
Ｓｌの立ち上がりが検出されるのを待つ。この立ち上が
りが検出されると、（＋０５）Ａ／Ｄ変換器７０からイ
ンターフェログラムデータＤを読み取り、 （＋０６）正逆信号Ｓ４が０であるかどうかを判定する
。Ｓ４が０であれば、すなわち反射型グレーティング３
８が正方向に進行しておれば（＋０８）格納アドレスＡ
をインクリメントし、Ｓ、が１であれば、すなわち機械
振動により反射型グレーティング３８が逆方向に振動し
ておれば（１１０）格納アドレスＡをデクリメントする
。

（１１２）次に、このアドレスＡに上記インターフェロ
グラムデータＤを格納する。

（＋１４）格納アドレスＡがエンドアドレスＡｍに一致
していなければ（１０４）へ戻って上記処理を繰り返し
、エンドアドレス八〇に一致しておれば処理を終了する
。

（２）拡張 なお、本発明には外にも種々の変形例が含まれる。

例えば、変位パルスＳＩ及びＳ、の立ち上がり及び立ち
下がりのタイミングでカウントすれば、単位ａ／８、上
記例では単位０．１μｍで直線変位を測定できる。

また、グレーティングの面に対する光ピックアップの光
軸が９０度になるようチルトサーボ機構を設けてもよい
。

さらに、スタート位置は、信号Ｓ、を用いる代わりに、
信号Ｓ１のパルス周期の急変位置として検出してもよい
。

また、グレーティング３８の刻線横断面形状は、上記実
施例では方形波状であるが、サイン波状であってもよい
。

［発明の効果コ 本発明に係るリニアエンコーダでは、移動物体に、刻線
ピッチが一定で刻線方向が該移動物体の移動方向に非平
行になるよう反射型グレーティングを取り付け、固定側
に、この反射型グレーティングに対向して光ピックアッ
プを取り付け、光ピックアップから出力される戻り光強
度信号を用いて移動物体の直線変位を測定しており、波
長安定化レーザ光源を用いることなく、量産品である安
価な先ピックアップを用いて波長程度の高分解能で直線
変位を測定できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は本発明の実施例に係り、第１図はマ
イケルソン干渉計に適用したリニアスケールの配置図、
第２図はリニアスケールの要部構成図、第３図は３ビー
ムの光スポットＰ、〜３と反射型グレーティングの刻線
との関係を示す図、第４図は第２図中の信号のタイミン
グチャート、第５図はマイクロコンピュータ６０のソフ
トウェア構成を示すフローチャートである。 第６図はマイケルソン干渉計に適用した従来例のマイケ
ルソン干渉計型リニアスケール配置図である。 １０：ビームスプリッタ　１２：固定鏡Ｉ４．移動鏡　
　　　　　１６．集光鏡１８、光検出器　　　　　３４
：ロブド３６・リニアモータ　　　３８ニゲレーティン
グ３８ａ：透明樹脂 ３８ｂ＝アルミニウム反射膜 ３８ｃ：保護膜　　　　　４０．光ピックアップ６８　
フォーカスコイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 移動物体（３４）に、刻線ピッチが一定で刻線方向が該
   移動物体（３４）の移動方向に非平行になるよう取り付
   けられた反射型グレーティング（３８）と、固定側に、
   該反射型グレーティング（３８）に対向して取り付けら
   れた光ピックアップ（４０）と、該光ピックアップ（４
   ０）から出力される戻り光強度信号を用いて該移動物体
   （３４）の直線変位を測定する変位測定手段（５０〜６
   ０、１００〜１０４、１０６〜１１０）と、を有するこ
   とを特徴とするリニアエンコーダ。