JPH01282420A - 光学式エンコーダ - Google Patents

光学式エンコーダ

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JPH01282420A
JPH01282420A JP63112734A JP11273488A JPH01282420A JP H01282420 A JPH01282420 A JP H01282420A JP 63112734 A JP63112734 A JP 63112734A JP 11273488 A JP11273488 A JP 11273488A JP H01282420 A JPH01282420 A JP H01282420A
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公 石塚
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西村 哲治
Satoru Ishii
哲 石井
Yoichi Kubota
洋一 窪田
Masaaki Tsukiji
築地 正彰
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    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
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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】 〔技術分野〕 本発明は光学式エンコーダ、特に測長ストロークの長い
光学式エンコーダに関する。
〔従来技術〕
従来から、高分解能で且つ測長ストロークが長い光学式
エンコーダが強(要望されてきた。
測長ストロークを拡張する為にはスケールを長尺化すれ
ば良いが、微細な格子パターンを備えた長尺の光学式ス
ケールを作成するのは困難である。
この様な問題を回避して、本件出願人は、高分解で且つ
測長ストロークが長い光学式リニアエンコーダを特開昭
58−191906号公報で開示している。この公開公
報が示すリニアエンコーダは、スケールに形成された格
子パターン部の有効長より短い間隔を置いて複数個の読
み取りヘッドを配列して、スケールの移動に伴って各読
み取りヘッドからの信号を選択的に取り出してスケール
を読み取るものである。
しかしながら、この様に各読み取りヘッドからの信号を
切り換える為には、スケールの位置をモニターするセン
サ等の付加的機構が必要になる為、あまり好ましくない
〔発明の概要〕
本発明の目的は、上記従来の問題点に鑑み、高分解能で
且つ測長ストロークを長くすることができ、しかも構成
が簡便な光学式エンコーダを提供することにある。
上記目的を達成する為に、本発明の光学式エンコーダは
、周期的な格子パターンを形成したスケールと、前記ス
ケールの移動方向に沿って配列され、前記スケールに光
を照射して前記スケールからの光を光電変換することに
より前記スケールを読み取る第1及び第2の読み取り手
段と、該第1及び第2の読み取り手段からの出力信号を
合成(加算)する手段とを有することを特徴とする。
更に、本発明の一形態に係る光学式エンコーダは、上記
特徴に加えて、前記第1及び第2の読み取り手段からの
出力信号の位相差を調整する(零にする)調整機構を有
している。これにより、スケールの位置に依らず常に連
続した周期信号が正確に得ろれる。
又、本発明によれば複数個の読み取り手段間の出力信号
の位相差を零に調整する動作を読み取り手段間の位置調
整によらず、位相信号を形成する例えば偏光素子等の光
学素子の回転取付角度の調整により行うことによって、
容易に各々の各読み取り手段で読みとうた周期信号の位
相差を補正することができる。又、各読み取り手段から
の信号を加算回路で常時加算することによって、光学式
スケールがどの読み取り手段によって検出されていよう
とも、或いは2つのヘッドにまたがって両者から同時に
信号を得ていようとも、連続した周期信号がスケールの
全ストロークにわたって得られるようになり、長尺の微
細格子パターンを具えたリニアスケールを用いたリニア
エンコーダと同等なエンコーダが実現できる。
本発明の更なる特徴及び具体的形態は、後述する実施例
に記載されている。
〔実施例〕
第1図及び第2図(a)〜(b)は本発明に係る光学式
エンコーダの第1の実施例を示し、第2図(a)〜(b
)は読み取りヘッドH1〜H3の受光部の拡大斜視図で
ある。同図において、1は半導体レーザ、2はコリメー
タレンズ、3は偏光ビームスプリッタ、4は1/4波長
板、5は回折格子パターンが形成されたリニアスケール
、6は反射光学素子、7は1/4波長板、8は非偏光ビ
ームスプリッタ(プリズム)、9.10は互いに偏光方
位を45″ ずらして回転調整される、偏光板等の偏光
素子、11. 12は受光素子である。本光学式エンコ
ーダはリニアスケール5以外の部材で構成したものを読
み取りヘッドと称して1つの筐体にまとめ、これをHI
 J  H21H3の3セツト用意し、これらのヘッド
H,,H2゜H3を(2セット以上の任意の数で可)、
スケール5の格子パターン部の有効長(格子パターンが
形成されている部分の長さからスケール5上の照射光束
のスポット径を引いたもの)以下の間隔で配置する。第
1図に示すように図の左方からスケール5が矢印Pの方
向へ移動してい(とき、最初はヘッドH3のみから信号
が得られるだけだが、続いてヘッドH1+ H2両者か
ら信号が出力されるようになり、次にヘッドH2からの
出力信号のみになり、次にヘッドH2+ H3から信号
が出力されるようになり、最後にヘッドH3のみから信
号が出力される。ここで、各ヘッドH1r H2+ H
3からの信号は、第4図に示す様に加算回路40で加算
される様になっており、例えばスケール5の移動に伴っ
て、HlとH2、又はH2とH3からの信号が加算され
、測長信号が出力される。
各ヘッドの間の距離をL1スケールの有効長をlとする
と、スケール5の測長ストロークは2L+2f!となる
一般に、Nセットの読み取りヘッドが間隔り毎に配置さ
れれば、測長ストロークは(N−1)L+21となり、
見かけ上、(N−1)L+2fの長尺なスケールを用い
たリニアエンコーダが実現される。
各ヘッドH8,H21H3のスケール5の読取りの原理
は以下の通りである。半導体レーザlからのレーザ光束
を偏光ビームスプリッタ3でP偏光光とS偏光光に分離
し、各々の光束を174波長板4を介してスケール5の
回折格子パターンに指向する。
そして、次数の異なる回折をさせて回折格子の(即ちス
ケール5の)位置に応じた位相のずれを生ぜしめ、反射
光学素子6を介して再回折した後に再び1/4波長板4
を通過した各光束が偏波面が互いに90°ずれたまま重
なり合ってまま(いわゆる明暗の干渉現象にはならない
)同時に1/4波長板7を透過する事で1/4波長板に
入射する前の直交2偏波間の位相差で決定される方位に
偏波面を有する直線偏光光に変換して、後に偏光素子9
.10を介して干渉縞の明暗の周期信号に変換して受光
素子11、 12に入射せしめる反射光学素子6の使用
によりP偏光光が+1次の回折を2回行い、S偏光光が
一1次の回折を2回行うことによって、両偏光光間の位
相のずれはスケール5の格子パターンの1ピッチ当り8
πになり、1/4波長板7を通過したあと生じる直線偏
光の偏波面は2回転する。従って、偏光素子9. 10
を介して得られる干渉光は4周期だけ明暗が変化する。
ここで、本光学式エンコーダは、第2図に示すような各
ヘッドH1+ H2+ H3内の非偏光ビームスプリッ
タプリズム8及び偏光素子9. 10.受光素子11.
12を一体化した部分100を受光ユニット(部)と称
すことにする。この受光ユニットの偏光素子9.lOが
矢印の向きに回転調整が行えるように調整機構が設けて
あり、ヘッドHI * H2間、ヘッドH2* H3間
の互いに対応する受光素子11゜12からの出力信号の
位相がそろうように調整して固定する。
本実施例において受光ユニットに入射する光束は互いに
90°偏光面がずれた2つの回折光同志を重ね合わせた
後λ/4板7を通過されたことによって直線偏光になっ
ており、その偏光方位はスケール上の格子が1ピツチ移
動する間に2回転をするから偏光素子9,10を入射光
束を回転軸として回転調整すれば偏光素子を通過した干
渉光が形成する明暗の周期信号の位相を調整できる(つ
まり、受光素子から得られる信号の位相がずれる)。こ
の偏光素子9,10の回転機構を用いて順次、ヘッドH
2からの信号の位相をヘッドH1からの信号の位相に合
わせ、ヘッドH3からの信号の位相をヘッドH2からの
信号の位相に合わせるという調整を重ねていけばよい。
〔他の実施例〕 上記実施例では各ヘッドH1+ H2+ H3により検
出される周期信号のヘッド間の位相の調整を各々の偏光
素子9.10の回転によって行ったが、第3図及び第4
図(a)〜(C)に示すように受光ユニット100を入
射光束を回転軸として回転調整する機構を設けてもよい
。この場合、受光素子11. 12間の位相関係は固定
されるので、受光素子itの出力か12の出力どちらか
一方に着目して、各ヘッドH1,H2,H3間の出力信
号の位相合わせを行えばよいので、より簡便な調整がで
きる。
尚、実施例に記載されたスケールの読み取りヘッドの構
成は一つの実施例にすぎず、回折格子で1回以上回折し
た回折光を用いて干渉縞を形成することを原理とする構
成であれば良い。
例えば、本件出願人による前述の特開昭58−1919
06号公報に記載されたものや、特開昭58−1919
06号公報、特開昭61−178613号公報、62−
6119号公報、或いはUSP3,726,595、及
びUSP4,676.645、USP4,62.9,8
86に示されるエンコーダの構成を用いることができる
〔発明の効果〕
以上、本発明によれば格子パターンが形成されたスケー
ルの移動方向に沿って配列した第1及び第2の読み取り
手段からの出力信号を合成(加算)することにより、簡
単な構成で、高分解能を有し且つ測長ストロークが長い
光学式エンコーダを提供できるし、更に第1及び第2の
読み取り手段からの出力信号の位相差を調整する調整機
構を具えたことにより、全ストロークに亘り常に正確な
スケールの読み取り動作を行える。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図(a)〜(C)は本発明に係る光学式
エンコーダの一実施例を示す説明図。 第3図及び第4図(a)〜(C)は本発明に係る光学式
エンコーダの他の実施例を示す説明図。 第5図は本発明に係る光学式エンコーダの部分的ブロッ
ク図。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)周期的な格子パターンを形成したスケールと、前
    記スケールの移動方向に沿って配列され、前記スケール
    に光を照射して前記スケールからの光を光電変換するこ
    とにより前記スケールを読み取る第1及び第2の読み取
    り手段とを有するエンコーダにおいて、前記第1及び第
    2の読み取り手段からの出力信号の位相差を調整する調
    整機構を有することを特徴とする光学式エンコーダ。
  2. (2)周期的な格子パターンを形成したスケールと、前
    記スケールの移動方向に沿って配列され、前記スケール
    に光を照射して前記スケールからの光を光電変換するこ
    とにより前記スケールを読み取る第1及び第2の読み取
    り手段と、該第1及び第2の読み取り手段からの出力信
    号を合成する手段とを有することを特徴とする光学式エ
    ンコーダ。
  3. (3)前記第1及び第2の読み取り手段からの出力信号
    の位相差を調整する調整機構を有することを特徴とする
    特許請求の範囲第(2)項記載の光学式エンコーダ。
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