JPH01199115A - 光電式エンコーダ - 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 本発明は、位置決め装置における位置検出装置、すなわ
ち、光電式エンコーダに関するものである。

従来の技術 機械装置の回転角を位置検出装置で検出して、機械装置
の位置決めを行う位置決め装置が良く知られている。こ
のような位置検出装置として光電式エンコーダが広く利
用されている。

第４図は従来の光電式エンコーダを示すもので、１は光
源、２はコリメータレンズ、３は回転ディスク、４は固
定マスク、５は受光素子、６は波形整形回路である。

以上のように構成された光電式エンコーダについて、以
下その動作について説明する。光源１から発した光束が
コリメータレンズ２で平行光にされ、回転ディスク３上
のスリットと固定マスク４上のスリットを貫通した光を
受光素子５で光電変換し、波形整形回路６より信号出力
する。部材の回転に従って回転ディスク３が回転すると
、回転ディスク３上のスリットと固定マスク４上のスリ
ットが一致、不一致を繰り返す事により、波形整形回路
６より正弦波形状信号が出力され、この信号を検出する
ことにより部材の回転を検出する。この種の光電式エン
コーダの光源としては、従来フィラメント電球・発光ダ
イオードが用いられていた。

このような従来の、光源と光検出器との間に２枚のスリ
ット板を設け、光検出器の出力信号を検出してスリット
板の変位量を求める光電式エンコーダに替わる小型化・
高分解能化が容易に行える画期的な光電式エンコーダに
ついては、先に提案した。

これは、レーザ光源により良質の平行光束を得、レーザ
光の可干渉性による第１のスリット板上の少なくとも２
本以上の周期的スリットの回折・干渉により生じる回折
像、すなわちフラウンホーファ回折像の主極大を得るこ
とにより、明暗縞の鮮明度が増し明部が鋭いビーム状と
なると共に、主極大の間隔をスリット間隔と一致させる
ような距離に第１のスリット板と第２のスリット板を設
置することにより、機構構成上による第１のスリット板
と第２のスリット板の間隔を太き（でき、第１のスリッ
ト板と第２のスリット板の間隔精度の影響を軽微とし、
スリット板を長寿命化することができ、小型化・高分解
能化が容易に行える。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、高分解能化するた
めには、スリット板は平坦なガラス板に金属を蒸着し、
スリット部をエツチング加工する必要があり反射率の高
い鏡面に仕上がっており、第１のスリット板上の周期的
スリットの回折光が第２のスリット板上の周期的スリッ
トの遮光部に到達したとき、第２のスリット板上の周期
的スリットの遮光部は周期的な反射格子として働き、第
１のスリット板方向へ光を反射する、と同時に、第１の
スリット板上の周期的スリットの遮光部は第２のスリッ
ト板上の周期的スリットの遮光部と同様に周期的な反射
格子として働き、再び第２のスリット板方向へ光を反射
する。

このため、第２のスリット板上では照明光と反射光が重
畳され、照明光によるフラウンホーファ回折像と照明光
と反射光による干渉縞が重畳し生じることとなり、第１
のスリット板の移動や第１のスリット板にかかる負荷変
動に伴い、第１のスリット板と第２のスリット板の間隔
変動が生じると、照明光と反射光の光路長は第１のスリ
ット板と第２のスリット板の間隔変動分だけ変わること
となり、光の波長オーダの間隔変動で照明光と反射光に
よる干渉縞が変化し、出力信号が変動し所望の安定した
波形形状信号が得に（いという問題点を有していた。

一般的に低反射の金属蒸着膜といわれている酸化クロム
膜でスリットを形成した場合でも、反射率は約３０％程
度あり、第１のスリット板と第２のスリット板で反射し
た反射光の強さは照明光の強さの約ｌθ％あり、照明光
によるフラウンホーファ回折像の明るさに対し光の波長
オーダの第１のスリット板と第２のスリット板の間隔変
動で照明光と反射光による干渉縞の明るさ変動は約２０
％あることとなり、約り０％出力信号が変動することと
なる。

本発明は上記問題点に鑑み、容易に所望の安定した波形
形状信号を得る光電式エンコーダを提供するものである
。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の光電式エンコーダ
は、レーザ光源として、極（僅か波長の異なる複数波長
を有するレーザ光源を用い、良質の平行光束を得、レー
ザ光の可干渉性による第１のスリット板上の少なくとも
２本以上の周期的スリットの回折・干渉により生じるフ
ラウンホーファ回折像を得ると共に、第１のスリット板
と第２のスリット板の間隔変動に伴う出力信号の変動を
防止するという構成を備えたものである。

作　　　用 本発明は上記した構成によって、極く僅か波長の異なる
複数波長を有するレーザ光源を用いることにより、照明
光と反射光によって生じる干渉縞が発振波長により異な
る位置に生じ、互いに打ち消しあうことにより、スリッ
ト板の波長オーダの間隔変動の影響を受けることなく所
望の安定した波形形状信号を容易に得ることとなる。

実施例 以下本発明の一実施例の光電式エンコーダについて、図
面を参照しながら説明する。第１図は本発明の実施例に
おける光電式エンコーダの構成図を示すものである。第
１図において、１１は発振スペクトル特性がマルチモー
ドのレーザダイオード、１２はコリメータレンズ、１３
は移動スリット板、１４は固定スリット板、１５は光検
出素子である。

以上のように構成された光電式エンコーダの光学部分に
ついて、以下その動作を説明する。

まず発振スペクトル特性がマルチモードの前記レーザダ
イオード１１の発光面からは、光強度が第２図に示すよ
うな発振波長λ１〜λｎの中心波長に対し極く僅か波長
の興なる複数のレーザ光が出ており、前記レーザダイオ
ード１１の発光面から出た光は前記コリメータレンズ１
２で平行束となり、前記移動スリット板１３を照射する
。

次に第２図に示すように、前記移動スリット板１３には
、開口幅ａのスリット１６が間隔ｄ＋で多数個並べられ
ており、光は前記スリット１６Ｎでは透過、他の部分で
は遮光され、透過光は前記固定スリット板１４を照射す
る。

このとき前記スリット１６を透過した光は、前記スリッ
ト１６部で回折し前記固定スリット板１４に干渉像とし
てのフラウンホーファ回折像を投影する。第３図に示す
ように、前記固定スリット板１４には、開口幅すのスリ
ット１７が間隔ｄ２で多数個並べられており、光は前記
スリット１７部では透過、他の部分では遮光され、透過
光は前記光検出素子１５を照射する。一方、前記固定ス
リット板１４で遮光された光は、前記固定スリット板１
４の遮光部は間隔ｄ２で反射幅ｄ２−ｂの周期的反射格
子となるため反射・回折し、回折光は前記移動スリット
板１３を照射する。

このとき前記移動スリット板１３を照射した光は、前記
移動スリット板１３の前記スリット１６部では透過、他
の部分では遮光され、透過光は前記コリメータレンズ１
２を経て前記レーザダイオード１１の方向へ戻る。一方
、前記移動スリット板１３で遮光され光は、前記前記移
動スリット板１３の遮光部は間隔ｄ＋で反射幅ｄｔ−ａ
の周期的反射格子となるため反射・回折し、回折光は前
記固定スリット板１４を再び照射する。

このため前記固定スリット板１４で、前記レーザダイオ
ード１１の発光面から出、前記コリメータレンズ１２で
平行束となり、前記移動スリット板１３を照射し、前記
スリット１６を透過した光と、前記スリット１６を透過
した光が前記固定スリット板１４の遮光部で反射・回折
し、再び前記移動スリット板１３を照射し、前記移動ス
リット板１３の遮光部で再び反射・回折した光とが、重
畳、干渉し、干渉縞を生じることとなる。

ここで光源として発振スペクトル特性がマルチモードの
前記レーザダイオード１１を用いているため、前記移動
スリット板１３と前記固定スリット板１４の間隔方向へ
の各波長のレーザ光による干渉縞の明暗縞の位相は、前
記移動スリット板１３と前記固定スリット板１４の間隔
が前記レーザダイオード１１の各発振波長の勇少公倍数
とその整数倍近傍を除いて、異なり、各波長のレーザ光
による干渉縞の明暗部が互いに打ち消しあうこととなる
。そのため、前記移動スリット板１３と前記固定スリッ
ト板１４が、前記レーザダイオード１１の発振波長オー
ダで間隔変動したとき、前記移動スリット板１３の前記
スリット１６を透過した光と、前記移動スリット板１３
の遮光部で再び反射・回折した光とが、重畳、干渉した
干渉縞の明暗の変化は、単波長（シングルモード）のレ
ーザ光の照明に比べ極く僅か波長の異なる複数波長を有
する（発振スペクトル特性がマルチモードの）レーザ光
の照明の方が、軽微となる。

また、光源として極く僅か波長の興なる複数波長を有す
る発振スペクトル特性がマルチモードの前記レーザダイ
オード１１を用いているため、前記移動スリット板１３
と前記固定スリット板１４の間隔の最適値には、波長の
異なる複数のレーザ光源を用いた影響はほとんどない。

ここで一実施例として、前記レーザダイオード１１が第
３図のように波長？７９ｎｍ〜７８１ｒ＋ｎの０．２５
ｎｍ毎の発振波長を有し、前記移動スリット板１３の前
記スリット１６が間隔ｌＯνｍのとき、最適な前記移動
スリット板１３と前記固定スリット板１４の間隔は、波
長？７９ｒｖで１２８．４ｕｏ＋の整数倍の±１２．　
ｈｒｎ、波長７８１ｒｖで１２８．　ｈｍの整数倍の±
１２．　ｈ＋ａとなり、実用的にはほとんど変わらない
値である。また、前記移動スリット板１３の前記スリッ
ト１６を透過した光と、前記移動スリット板１３の遮光
部で再び反射・回折した光とが、重畳、干渉した干渉縞
の明暗の変化を、波長７８０ｎｍの単波長（シングルモ
ード）のレーザ光の照明に比べると、２波長の最小公倍
数である３００μｍ以下の前記移動スリット板１３と前
記固定スリット板１４の間隔では、約２０％程度以下と
なり、前記移動スリット板１３の前記スリット１６によ
り回折・干渉により生じたフラウンホーファ回折像の明
るさに対し、前記移動スリット板１３の前記スリット１
６を透過した光と前記移動スリット板１３の遮光部で再
び反射・回折した光との干渉縞の前記移動スリット板１
３と前記固定スリット板１４の間隔変動に伴う明るさの
変化は、約４％以下となり、実用的にはほとんど影響の
ない値となる。

以上のように本実施例によれば、光源として極く僅か波
長の異なる複数波長を有する発振スペクトル特性がマル
チモードのレーザダイオードとコリメータレンズを用い
ることにより、移動スリット板のスリットを透過した光
と移動スリット板の遮光部で再び反射・回折した光との
干渉縞が発振波長により異なる位置に生じ、互いに打ち
消しあうことにより、移動スリット板と固定スリット板
の波長オーダの間隔変動の影響を受けることなく安定し
た波形形状信号を得ることとなる。

なお、本実施例においては光源に極く僅か波長の異なる
複数波長を有し発振スペクトル特性がマルチモードのレ
ーザダイオードとコリメータレンズを用いたが、平行光
束が得られ極く僅が波長の異なる複数波長を有するレー
ザ光源であれば何を用いても良いことは言うまでもない
ので説明は省略する。

発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、光源として極（僅
か波長の異なる複数波長を有するレーザ光源を用いるこ
とにより、照明光と反射光によって生じる干渉縞が発振
波長により異なる位置に生じ、互いに打ち消しあうこと
ができ、第１のスリット板と第２のスリット板の波長オ
ーダの間隔変動の影響を受けることなく所望の安定した
波形形状信号を容易に得ることができ、その効果は大な
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における光電式エンコーダの
構成図、第２図は同実施例におけるスリット部の詳細図
、第３図は同実施例におけるレーザダイオードの発振ス
ペクトル特性図、第４図は従来の光電式エンコーダの構
成図である。 １１・・・・・・レーザダイオード １２・・・・・・コリメータレンズ １３・・・・・・移動スリット板 １４・・・・・・固定スリット板 １５・・・・・・光検出素子 １６．１７・・・・・・スリット。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１個の可干渉性で、かつ平行性を有す
   るレーザ光と、周期的スリットを有する２枚のスリット
   板と、前記スリット板の相対的移動に伴う光量変化を検
   出する少なくとも１個の光検出器を有し、前記光源と前
   記光検出器との間に２枚の前記スリット板を設け、前記
   光検出器の出力信号を検出して前記スリット板の相対的
   変位量を求める光電式エンコーダにおいて、レーザ光源
   として極く僅か波長の異なる複数波長を有するレーザ光
   源を用いたことを特徴とする光電式エンコーダ。
2. （２）レーザ光源として発振スペクトル特性がマルチモ
   ードのレーザダイオードを用い、前記レーザダイオード
   をコリメータレンズの焦点位置に配設したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の光電式エンコーダ。