JPH03146822A - エンコーダー - Google Patents

エンコーダー

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JPH03146822A
JPH03146822A JP1285896A JP28589689A JPH03146822A JP H03146822 A JPH03146822 A JP H03146822A JP 1285896 A JP1285896 A JP 1285896A JP 28589689 A JP28589689 A JP 28589689A JP H03146822 A JPH03146822 A JP H03146822A
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公 石塚
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    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
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    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H03M1/28—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding
    • H03M1/30—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding incremental
    • H03M1/301—Constructional details of parts relevant to the encoding mechanism, e.g. pattern carriers, pattern sensors

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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〕 本発明はエンコーダーに関し、特に、回折格子と回折格
子に入射する光束の相対的な変位を、回折格子から射出
するいくつかの回折光同志を干渉させて形成した干渉光
を光電変換することにより検出するエンコーダーに関す
る。
〔従来技術〕
従来より、ＮＣ工作機械等で、被検物体の位置や角度変
位を検出するセンサーとしてエンコーダーが使用されて
いる。そして、近年この種のエンコーダーに対して高分
解能化と高精度化が益々要求されてきている。
変位検出用の光学式スケールとして回折格子を用い、回
折格子の記録密度を数ミクロン／ピッチにし、回折格子
から射出するいくつかの回折光を互いに干渉させること
でスケールの変位に応じた周期信号を得る方式が高分解
能、高精度なエンコーダーが既に知られているが、更な
る高精度化、高分解能化のために回折格子の記録密度を
波長オーダー程度に上げると、回折光の回折角度（回折
格子からの射出角）が大きくなり、光学部品の配置が面
倒になるという問題点が発生する。
例えば、第６図に示す従来のエンコーダーは以下のよう
な動作によってスケールの変位に応じた信号を発生させ
ている。
レーザーダイオード１からの光束をコリメータレンズ２
で平行光束にして回折格子５上の点Ｐ１に垂直に入射さ
せ、点Ｐ１から射出した＋１次反射回折光（Ｒ１＋）を
ミラー６を介してビームスプリッタ−４まで戻すと同時
に点Ｐ１から射出した一１次反射回折光（Ｒ１−）をミ
ラー６２を介してビームスプリッタ−４まで戻し、ビー
ムスプリッタ−４を介して±１反射回折光を重ねあわせ
て干渉させる。回折格子５が格子１ピッチ分だけ移動す
るあいだに＋１次回折光の波面の位相が「２π進み」、
−１次回折光の波面の位相が「２π遅れる」という原理
によって、２光束を干渉させて形成した干渉光で格子１
ピツチの移動に応じて２周期の明暗変化が観測される。
即ち回折格子５の格子本数の２倍の周期信号が取り出せ
る。
しかしながら、前述したように、回折格子５の記録密度
（ピッチ）が細かくなるほど回折光の回折角が大きくな
るので、回折格子５から射出する回折光の射出角が９０
°近くなる。従って、回折格子５に接触しないようにミ
ラー６１，６２を回折格子５の近傍に設置しなければな
らず、このような設置は極めて面倒である。更に、回折
格子５の格子ピッチをレーザーダイオード１からの光束
の波長以下にすると、回折光が取り出せなくなり、回折
格子５の変化を検出することすら不可能になる。
本件出願人は、この様な問題を解消し、回折格子のピッ
チが細かくなっても容易に回折光を取り出せるエンコー
ダーを、特願平１−　］、　２００４６号で開示した。
〔発明の概要〕
本発明は、上記先願のエンコーダーの改良に関するもの
であり、その目的は、干渉光を光電変換することにより
得られる信号の振幅や位相を安定させることにある。
この目的を達成するために、本発明のエンコーダーは、
光源からの光束を分割して光束Ｒ１と光束Ｒ２とを形成
する第１偏光ビームスプリッタ−と上記光束Ｒ１の光路
Ｌ１及び上記光束Ｒ２の光路Ｌ２に設けた第１λ／４板
とを備え、回折格子と上記光束Ｒ１を回折させて生じる
正の第１回折光が上記光路Ｌ１に沿って進み、上記回折
格子で光束Ｒ２を回折させて生じる負の第２回折光が上
記光路Ｌ２に沿って進むように上記光束Ｒ１と光束Ｒ２
を上記回折格子に入射させると共に上記第１及び第２回
折光を上記第１偏光ビームスプリッタ−を介して重畳せ
しめる第１光学手段と、上記第１光学手段からの上記第
１及び第２回折光を互いに分離せしめる第２偏光ビーム
スプリッタ−と第２偏光ビームスプリッタ−からの上記
第１回折光の光路Ｌ３及び第２回折光の光路Ｌ４に設け
た第２λ／４板とを備え、上記回折格子で上記第１回折
光を回折させて生じる正の第１再回折光が上記光路Ｌ３
に沿って進み、上記回折格子で上記第２回折光を回折さ
せて生じる負の第２再回折光が上記光路Ｌ４に沿って進
むように上記第１及び第２回折光を上記回折格子に入射
させると共に上記第１及び第２再回折光を上記第２偏光
ビームスプリッタ−を介して重畳せしめる第２光学手段
と、上記第２光学手段からの上記第１及び第２再回折光
を互いに干渉させて形成した干渉光を電気信号に変換す
る変換手段とを有し、上記光路Ｌ１及びＬ４を介して上
記変換手段に入射する光と上記光路Ｌ２及びＬ４を介し
て上記変換手段に入射する光の光路長差と、上記光路Ｌ
１及びＬ３を介して上記変換手段に入射する光と上記光
路Ｌ２及びＬ３を介して上記変換手段に入射する光の光
路長差を、上記光源からの光束の可干渉距離より大きく
したことを特徴としている。
〔実施例〕
本発明の詳細な説明する前に、上記特願平１−１２００
４６号で開示したロータリーエンコーダについて述べ、
本発明の課題を示す。
第１図は、この先願のロータリーエンコーダーを示す斜
視図である。
同図において、１はレーザーダイオードから成る光源、
２はコリメーターレンズ、３１．３２はプリズム、４１
．４２はプリズム３１．３２中の偏光ビームスプリッタ
−面、５は回転ディスク板（回折格子）　、６３，６４
，６５．６６はミラー　７１，７２．７３は１／４波長
板、８は１／２波長板、９は非偏光ビームスプリッタ−
１０，１１は偏光素子（例えば偏光板や偏光プリズム）
、Ｓｌ、Ｓ２は受光素子である。
光源１から射出した波長λのレーザー光束をコリメータ
レンズ２によって平行光束にし、この平行光束をプリズ
ム３１に入射させてプリズム３１の所定箇所に設けたミ
ラー面や偏光ビームスプリッタ−面４１によって対称な
光路Ｌｌ、Ｌ２に沿って進む２光束Ｒ１，Ｒ２に分割し
、各々の光束Ｒ１，Ｒ２をミラー６３で反射せしめて１
／４波長板７１を通過させてから回転ディスク板５」二
に設けた格子ピッチＰの放射状回折格子の第１の点（Ｐ
ｌ）に同時に入射させる。ここで、回折格子で回折して
点Ｐ１から射出する複数の回折光のうち光束Ｒ１の＋１
次反射回折光と光束Ｒ２の１次反射回折光が各々元の光
路Ｌｌ、Ｌ２を逆進する方向に出射するように、あらか
じめ光束Ｒ１，Ｒ２の入射角θ。をθｏ＝ｓｉｎ’（λ
／２Ｐ）に設定しておく。また光束Ｒ１とＲ２は、偏光
ビームスプリッタ−面４１で分割された時点で偏光面が
互いに直交した直線偏光になっているが、１／４波長板
７１を往復通過することで光束Ｒ１とＲ２の偏光面が入
れ替わる。つまり、光束Ｒ１は偏光ビームスプリッタ−
面４１を透過した直線偏光（Ｐ偏光）であるから光束Ｒ
１の＋１次回折光（Ｒ１＋）は１／４波長板７１を介し
てＳ偏光となり、偏光ビームスプリッタ−面４１で反射
しプリズム３１から出射する。また光束Ｒ２は偏光ビー
ムスプリッタ−面で反射した直線偏光（Ｓ偏光）である
から光束Ｒ２の一１次回折光（Ｒ２−）は１／４波長板
７１を介してＰ偏光となり、偏光ビームスプリッタ−而
４１を透過しプリズム３１から、光束（Ｒ１＋）と重な
りあって出射する。光束Ｒ１の＋１次回折光（Ｒ１＋）
と光束Ｒ２の一１次回折光（Ｒ２−）は、重なりあった
ままプリズム３のミラー６４．６５により伝送され１７
２波長板８を透過してプリズム３２に入射する。そして
、プリズム３２の所定箇所に設けたミラー面や偏光ビー
ムスプリッタ−面４２によって光束（Ｒ１＋）を光路Ｌ
３に沿って進行させ光束（Ｒ２−）を光路Ｌ４に沿って
進行させ、各々ミラー６６で反射せしめて１／４波長板
７２を通過させた後に回転ディスク板５上に設けた放射
状回折格子の第２の点（Ｐ２）に、前述の角度θ。で入
射させる、ここで、１／２波長板８は＋１次回折光（Ｒ
１＋）の偏光面をＳ偏光からＰ偏光に変換し、−１次回
折光（Ｒ２−）の偏光面をＰ偏光からＳ偏光に変換して
いる。また、点Ｐ１とＰ２は回転ディスク板５の回転軸
０に対して対称な位置関係に設定しておく。回折格子で
反射回折して点Ｐ２より出射した複数の反射回折光のう
ち、光束（Ｒ１＋）の＋１次再回折光（Ｒ１＋＋）は元
の光路Ｌ３に逆進し、１／４波長板７２を再び通過して
Ｓ偏光になり、プリズム３２内の偏光ビームスプリッタ
−面４２で反射０ されプリズム３２を射出する。一方、光束（Ｒ２）の−
１次再回折光（Ｒ２−−）は元の光路Ｌ４を逆進し１／
４波長板７２を再び透過してＰ偏光になり、プリズム３
２内の偏光ビームスプリッタ−面４２を透過して＋１１
次再折光（Ｒ１千十）と重なりあってプリズム３２を出
射する。
重なりあった２光束は１／４波長板７３を通過すること
により互いに偏光面が逆向きに回転する円偏光となるの
で、この互いに逆回りの円偏光同志が合成された光束の
偏光状態は直線偏光となる。
この直線偏光光束の偏光方位は、回転ディスク板５の回
転に応じて変化する、＋１１次再折光（Ｒ１＋＋）と−
次回回折光（Ｒ２−一）の波面の位相差によって決まり
、位相差がＯ９π／４゜２π／４，３π／４，４π／４
，５π／４．・・・８π／４と変化していくあいだに直
線偏光光束の偏光方位は４５°　６７．５°　９００１
１２．５°　１３５°　１５７．５°　・・・２２５°
　（４５°）と回転していく。そこで、この光束を非偏
光ビームスプリッタ−９にて等光量１ の２光束に分割した後、一方の光束を偏光素子１０を用
いて特定の偏光成分のみを分離してとりだして、干渉光
を受光素子Ｓ１に入射させ、もう一方を偏光素子１１を
用いて特定の偏光成分のみを分離して取り出して、干渉
光を受光素子Ｓ２に入射させれば、受光素子Ｓｌ、Ｓ２
からそれぞれ回転ディスク板５の回転量に応じた周期的
な信号が出力される。ここで偏光素子１０と１１で取り
出す偏光成分を互いに４５°ずらしておけば、受光素子
ＳＬ、Ｓ２に入射する干渉光の明暗変化のタイミングが
互いに１／４周期（出力信号の位相でπ／２）だけずれ
る。従って、第１図の実施例同様、これらの互いに９０
’位相がずれた２相の周期信号を電気的な増幅や二値化
の処理をしてやれば、回転ディスク板５の回転角度や回
転方向を検出することができる。
本ロータリーエンコーダーにおいては、回転ディスク板
５の放射状回折格子のピッチが光源１からの光束の波長
λと等しくなったとしても、光束Ｒ１及びＲ２の点Ｐ１
及びＰ２に対する入射角２ を３０°程度にすることができ、また、±１次回折光及
び±１１次再折光の射出角も３０°程度にすることがで
きる。従って、光学系の配置に制約を受けることなく高
分解能なエンコーダーを作成することが可能である。
更に、本ロータリーエンコーダーは光束Ｒ１及びＲ２を
回転ディスク板５上の互いに対称な点ＰＩ、Ｐ２で回折
させているので、回転ディスク板５の回転中心０と放射
状回折格子の中心（放射中心）の偏心の影響を軽減させ
た、高精度の回転状態の検出を遠戚している。
また、プリズム３１からプリズム３２伝送される±１次
回折光の光路がほぼ共通であるため、周囲の温度変動に
より互いの光路長差が大きく生じることがなく、極めて
安定した検出が行える。
以上の説明で回折光の次数として＋１次や一１次を用い
ているが、本願では、士符号は第４図（Ａ）〜（Ｅ）に
示すように回折格子５の移動方向と光束の進行方位がず
らされる方向が一致する　３ はうを＋、それと逆の場合を−としている。
第１図に示すロータリーエンコーダーにおいて、プリズ
ム３１．３２の各々の偏光ビームスプリッタ−面４１．
４２は、本来、Ｐ偏光の光のみを透過し、Ｓ偏光の光の
みを反射させるべきものであるが、実際には、このよう
な完全な偏光ビームスプリッタ−面を形成するのは容易
ではない。
従って、プリズム３１の偏光ビームスプリッタ−面４１
から光路Ｌ１に沿って回折格子上の点Ｐ１に入射する光
と、同じく光路Ｌ２に沿って回折格子上の点Ｐ１に入射
する光は、各々Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とが含まれるこ
とになり、１／４波長板７１を介して偏光ビームスプリ
ッタ−面４１へ入射する＋１回折光（Ｒ１＋）、−１次
回折光（Ｒ２−）は、各々「Ｓ偏光子ある量のＰ偏光」
、「Ｐ偏光子ある量のＳ偏光」を含む。＋１次回折光（
Ｒ１＋）のＳ偏光光と一１次回折光（Ｒ２）のＰ偏光光
とは、偏光ビームスプリッタ−面４１を介して互いに重
なり合い、そこから射出するが、偏光ビームスプリッタ
−面４１の上述の４ 如き不完全性に伴ない、＋１次回折光（Ｒ１＋’）のＰ
偏光光（以下、＋１次不要回折光と称す）と−１次回折
光（Ｒ２−）のＳ偏光光（以下、−１次の不要回折光と
称す。）も、偏光ビームスプリッタ−面４１を介して重
なり合い、そこから射出する。
ここで、±１次の不要回折光は、プリズム３を通過し、
１／２波長板８に入射する。＋１次の不要回折光は１／
２波長板８を介してＳ偏光光になり、−１次の不要回折
光は１／２波長板８を介してＰ偏光光となる。そして、
これら±１次の不要回折光がプリズム３２の偏光ビーム
スプリッタ−面４２に入射すると、＋１次の不要回折光
が反射して光路Ｌ４へ向けられ、−１次の不要回折光が
透過して光路Ｌ３へ向けられる。＋１次の不要回折光は
、光路Ｌ４に沿って進み、λ／４板７板金２して、回折
格子上の点Ｐ２に入射し、−１次の不要回折光は、光路
Ｌ３に沿って進み、λ／４板７板金２して、回折格子上
の点Ｐ２に入射する。
＋１次の不要回折光が回折格子で反射回折されて５ 生じる一１次の不要再回折光は、光路Ｌ４へ向かって射
出し、−１次の不要回折光が回折格子で反射回折されて
生じる＋１次の不要再回折光は光路Ｌ３に向かって射出
する。−１次の不要再回折光は光路Ｌ４に沿ってλ／４
板７板金２して偏光ビームスプリッタ−面４２へ向けら
れ、＋１次の不要再回折光は光路Ｌ３に沿ってλ／４板
７板金２して偏光ビームスプリッタ−面４２へ向けられ
る。この時、λ／４板７板金２用で一１次の不要再回折
光はＰ偏光光に、＋１１次不要再折光はＳ偏光光になっ
ており、−１次の不要再回折光が偏光ビームスプリッタ
−面４２で透過し、＋１次の不要再回折光が偏光ビーム
スプリッタ−面４２を反射し、偏光ビームスプリッタ−
面４２から、互いに重なり合って±１次の不要再回折光
が射出する。そして、これらの±１次の不要再回折光の
光路は、±１次再回折光（Ｒ１＋＋、Ｒ２−一）の光路
と一致するから、±１次再回折と共に受光素子８１．８
２へ向かうことになる。
ここで、−１次の不要再回折光は、回折格子上６ の点Ｐ１からの＋１次回折光が回折格子上の点Ｐ２で再
回折して生じた一１次回折光であるから、回折格子が変
位しても位相の変化は生じない。
一方、＋１次の不要再回折光は、回折格子上の点Ｐ１か
らの一１次回折光が回折格子上の点Ｐ２で再回折して生
じた＋１次回折光であるから、やはり、回折格子が変位
しても位相の変化は生じない。
ところが、−１次不要再回折光は、−次回回折光（Ｒ２
−−）の偏光方位と同じ偏光方位をもち、＋１１次不要
再折光は、＋１次再回折光（Ｒ１＋＋）の偏光方位と同
じ偏光方位をもつから、−１次不要再回折光と一１次再
回折光（Ｒ２−−）が互いに干渉し、＋１１次不要再折
光と＋１次再回折光（Ｒ１＋＋）が互いに干渉する。従
って、受光素子Ｓｌ、８２からの信号は、±１次再回折
光（Ｒ１＋十、Ｒ２−−）による干渉光の明暗変化に応
じた正弦波信号が、この±１次不要回折光の作用で±１
次再回折光に生じる強度変化に対応する正弦波信号で変
調された信号になる。尚、前述のように、±１次再回折
光（Ｒ１＋＋、Ｒ２−−）の干渉による正弦波信号は、
回折格子が１ピッチ分だけ変位することにより４周期生
じる。一方、±１次不要回折光の作用による正弦波信号
は、回折格子が１ピッチ分だけ変位することにより２周
期生じる。
このようにして、受光素子８１．８２からの正弦波信号
の振幅と位相が変調され、その波形が乱れる。この波形
の乱れは、回折格子の変位を測定する時の精度を低下さ
せる要因となる。特に、受光素子Ｓｌ、Ｓ２から得られ
る正弦波信号を電気的に分割して多数個のパルスを生成
するような（電気分割）処理を行う場合など、正確にパ
ルスを生成することができなくなる。
本発明の課題は、上述した、受光素子Ｓ１゜Ｓ２からの
正弦波信号の振幅と位相の乱れをなくすことにあり、こ
れは、以下に示す実施例により解決される。
第２図は、本発明の一実施例を示す斜視図であり、１は
光源で、ここではマルチモード半導体　８ レーザーを用いている。２はコリメータレンズ、３１．
３２はプリズム、４１．４２は偏光ビームスプリッタ−
面、５は回転ディスク板（回折格子）　、７１，７２．
７３は１／４波長板、８は１７２波長板、９は非偏光ビ
ームスプリッタ、１０．１１は検光子、８１．８２は受
光素子、１４．１５は互いに同じ厚さのガラス板、１６
は折り返しミラーである。第２図と第１図を比較すると
解るように、本実施例のエンコーダーは、ガラス板１４
，１５、折り返しミラーＪ６を備えている以外は、第１
図で示したエンコーダーと全く同一での系を有している
。尚、１００は読取りユニットを示す。
光源１から射出した光束は、コリメータレンズ２によっ
て、平行光束に変換され、プリズム３１に入射する。そ
して、この平行光束は、プリズム３１に形成したミラー
を介して偏光ビームスプリッタ−面４１によって光束Ｒ
１，Ｒ２に２分割され、光束Ｒ２はガラス板１４によっ
て、光束Ｒ１に対して所定量の光路長差を付与される。
光束９ Ｒ１，Ｒ２は各々対応する光路Ｌｌ、Ｌ２に沿って進行
する。ここで光路Ｌ１．Ｌ２の各光路長Ｌｉｔ、ｌＬ２
＋は以下のように設定しである。
Ｌ　１　−　　Ｌ２　−Δ１□≠０ 次に、光束Ｒ１（Ｐ偏光子ある量のＳ偏光）、Ｒ２（Ｓ
偏光子ある量のＰ偏光）は、各々１／４波長板７１を透
過してから、回転ディスク板５上に設けた放射状回折格
子上の点Ｐ１に、互いに逆側から同時に入射する。ここ
で前述の様に、これらの光束Ｒ１，Ｒ２が点Ｐ１で回折
されて点Ｐ１から射出する複数の回折光のうち、光束Ｒ
１が回折されて生じた＋１次反射回折光（Ｒ１，、）と
光束Ｒ２が回折されて生じた一１次反射回折光（Ｒ２，
，１）が、元の光路Ｌｌ、Ｌ２を逆進する様に、第４図
（Ｃ）に示す通り予め光束Ｒ１，Ｒ２の入射角をθ。［
−５ｉｎ’（λ／２ｐ）］に設定しておく。このように
して得られた＋１次反射回折光（Ｒ１＋、）、−１次反
射回折光（Ｒ２−、）は、ディスク５が放射状回折格子
の１ピッチ分だ０ け回転する間にそれらの波面の位相が、十１次反射回折
光（Ｒ１，、、）は「２π進み」、−１次反射回折光（
Ｒ１，）は「２π遅れる」という位相の変化を与えられ
る。
また、光束Ｒ１とＲ２は、偏光ビームスプリッタ−面４
１の作用で、偏光面が互いに直交した略直線偏光になっ
ているが、各光束が１／４波長板７１を往復透過するこ
とで、±１次反射回折光（Ｒ１，、、とＲ２，）の偏光
面の関係が入れ替わる。従って、＋１次反射回折光（Ｒ
１，、）はｒＳ偏光＋ある量のＰ偏光ｊ１−１次反射回
折光（Ｒ２−、）は「Ｐ偏光子ある量のＳ偏光」になっ
ている。＋１次反射回折光（Ｒ１＋、）のＳ偏光成分は
、偏光ビームスプリッタ−面４１で反射し、プリズム３
１から出射する。また−１次反射回折光（Ｒ２，）のＰ
偏光成分は、偏光ビームスプリッタ−面４１を透過し、
プリズム３１から、＋１次反射回折光（Ｒ１，、Ｓ偏光
成分と重なりあって出射する。
しかし、偏光ビームスプリッタ−面４１の特性の不完全
性によって、＋１次反射回折光（Ｒ１＋１）に含まれて
いた微量のＰ偏光成分の一部も、偏光ビームスプリッタ
−面４１で反射し、−１次反射回折光（Ｒ２＋）に含ま
れていた微量のＳ偏光成分の一部も、偏光ビームスプリ
ッタ−面４１を透過し、互いに重なり合ってプリズム３
１より出射する。
±１次反射回折光（Ｒ１＋、とＲ１，）は、互いに重な
りあったまま、プリズム３に伝送され、プリズム３で反
射せしめられて、そして１／２波長板８を透過し、偏光
面が互いに入れ替えられる。
つまり＋１次反射回折光（Ｒ１□）は「Ｐ偏光」−ある
量のＳ偏光」に、−１次反射回折光（Ｒ２、）は「Ｓ偏
光子ある量のＰ偏光」になる。各回折光（Ｒ１，、とＲ
２，）はプリズム３２に入射し、プリズム３２に形成し
たミラーを介して偏光ビームスプリッタ−面４２に入射
し、それによって互いに分割される。各回折光（Ｒ１＋
ｌとＲ２−１）のＰ偏光成分は光路Ｌ３に、Ｓ偏光成分
は光路Ｌ４に進行させられる。ここで、Ｐ偏光成分の光
路Ｌ３にはガラス板１５が設けられており、光路Ｌ３゜
Ｌ４の各光路長ＩＬ３１．１Ｌ４１は、次の関係を満た
すように設定されている。
Ｌ３　−　　Ｌ４　−Δ３．≠Ｏ Ｌｌ　　＋　　Ｌ３　　＝　　Ｌ２　　＋ｌＬ４ここで
、上記Δ３４と先に示したΔ１□の値は、光路Ｌ１と光
路Ｌ３を介して受光素子８１．Ｓ２に入射する光と、光
路Ｌ２と光路Ｌ３を介して受光素子Ｓｌ、Ｓ２に入射す
る光の光路長差、及び光路Ｌ２と光路Ｌ４を介して受光
素子Ｓｌ、Ｓ２に入射する光と光路Ｌ１と光路Ｌ４を介
して受光素意しである。さて、±１次反射回折光（Ｒ１
＋、とＲ２−＋）は、各々１／４波長板７２を透過した
後、回転ディスク５上に設けた放射状回折格子上の点Ｐ
２に入射する。ここで点ＰＩとＰ２は回転ディスク５の
回、転中心に対して、互いに点対称な位置関係に設定し
ておく。
点Ｐ２より出射した複数の回折光のうち、光路３ Ｌ３を進行してきた±１次反射（回折光Ｒ１＋１とＲ２
−、）の、＋１１次反射再折光（Ｒ１、、、、とＲ１，
、、）は、回転ディスク５が放射状回折格子の１ピッチ
分回転する間に、「２π位相が進んで」元の光路Ｌ３を
逆進し、光路Ｌ４を進行してきた±１次反射回折光（Ｒ
：ｌ、とＲ１＋、）の１次反射再回折光（Ｒ１，、とＲ
１，、、、）は、「２π位相が遅れて」元の光路Ｌ４を
逆進する。
すなわち、回転ディスク５が放射状回折格子の１ピッチ
分回転する時の各光束の波面の位相のずれは以下のよう
になる。
Ｒ１＋＋＋＋・・・＋２π＋２π＝＋４πＲ２＋−＋・
・・−２π−２π＝−４πＲ１，、、（不要再回折光）
・・・＋２π−２π＝ＯＲ２，、、（不要再回折光）・
・・−２π＋２π＝Ｏ次に、各反射再回折光は、１／４
波長板７２を再び透過し、＋１次反射回折光（Ｒ１、、
、、とＲ２１＋１）はＳ偏光光になり、−１次反射再回
折光（Ｒ２＋−＋とＲ１＋、、）はＰ偏光光になり、プ
リズム３２に入射する。プリズム３２内の偏光ビー４ ムスプリツター面４２で、Ｓ偏光光（Ｒ１、、、、とＲ
２、、、）は反射され、Ｐ偏光光（Ｒ２、−、とＲ’１
．、、）は透過するので、上記４光束は重なり合ってプ
リズム３２を出射する。そのうち、２光束（Ｒ１、、、
、とＲ２、、、）は偏光面が互いに一致しているが、そ
れぞれの光路長が Ｒ１，，１４１１Ｌ１１Ｘ２＋　　Ｌ］Ｘ２＋Ｌ。
Ｒ２−１＋１−Ｉ　Ｌ２１　Ｘ２＋　ｌ　Ｌ３１　Ｘ２
＋Ｌ。
（Ｌ、は共通部分の光路長） であり、Δｌ−Δ１□×２≠０、なる光路長差Δｌが付
与されている。ここで、光路長差Δｌが、光源１からの
光の可干渉距離より大きくなるようにΔ１□とΔ３４の
値が設定されているので２光束（Ｒ１，、、とＲ２−、
、、）は互いに干渉せず光束（Ｒ、、＋、）の強度が変
調されない。すなわち、光束（Ｒ２１＋＋）は単なるＤ
Ｃ成分になる。また２光束（Ｒ２＋−＋とＲ１＋、−，
）も偏光面が一致しているが、同様の理由により光路長
差ΔＩ！〒Δ３４×２であり、光束（１１，−、）の強
度は変調されない。Ｓ偏光の光束（Ｒ１，＋、とＲ２−
、、、）とＰ偏光の光束（Ｒ２、−、とＲ１、、−、）
は、１／４波長板７３を透過して、互いに偏光面が逆向
きに回転する円偏光となるので、その合成された光束の
偏光状態は直線偏光となる。この直線偏光光束の偏光方
位は、光束（Ｒ１＋＋＋＋）と光束（Ｒ２、−、）の各
波面の位相差によって決まり回折格子の変位に応じてこ
の位相差が０１π／４．２π／４．３π／４．４π／４
．５π／４、・・・　８π／４と変化していくあいだに
偏光方位は４５゜６７６５°　９０°　１１２．５°、
１３５゜１５７．５°　・・・　２２５°　（４５°）
と回転していく。そこで、この直線偏光光束を非偏光ビ
ームスプリッタ９で同強度の２光束に分割した後、一方
の光束を、検光子１０を用いて、特定の偏光成分のみを
分離して取り出して、干渉光として受光素子Ｓ１に入射
させ、もう一方の直線偏光光束を、検光子１１を用いて
、特定の偏光成分のみを分離して取り出して、干渉光と
して受光素子Ｓ２に入射させれば、受光素子Ｓｌ、８２
から周期的な正弦波信号が出力される。ここで検光子１
０と１１により取り出す偏光成分を互いに４５°ずらし
ておけば、各干渉光の明暗変化のタイミングが、互いに
１／４周期（正弦波信号の位相でπ／２）だけずれる。
この様にして得られる２相の正弦波信号を電気的に増幅
し、二値化処理をして、回転角及び回転方向に対応する
各信号を得ることができる。このとき光束（Ｒ１，、、
、とＲ２−１□）の影響によって、受光素子Ｓｌ、８２
からの正弦波信号に微量のＤ　Ｃ成分が付加されている
が、これにより正弦波信号の振幅や位相の変化は生じず
、正しい波形の信号が得られる。また、後段に設けた回
路による正弦波信号の電気分割も正しく行える。
第２図において、第４図（Ｂ）、（Ｄ）に示す様に点Ｐ
１、点Ｐ２に入射する各光束の入射角を図示された状態
から多少ずらして、往路の光路と復路の光路が一致しな
い様に構成すれば、各光束が回折格子が生じる正反射光
が他の光路に混入しないので好ましい。この構成で、光
路■、１に対応する復路ＬＬ’の光路長をＩＬＩ’　　
ｌ、光路Ｌ２７ に対応する復路Ｌ２’の光路長をＩＬ２′光路Ｌ３に対
応する復路Ｌ３’の光路長をＬ３’　　ｌ、光路Ｌ４に
対応する復路Ｌ４’の光路長をｌＬ４’ｌとすれば、第
２図と同様、ガラス板を挿入することで、各光路長が以
下の条件を満たすようにすれば良い。
Ｌｌ　　＋　　ＬＬ’　　＋　　Ｌ３“　＋Ｌ３＝　　
Ｌ２　　＋　　Ｌ２’　　＋　　Ｌ４“　＋Ｌ４以上の
実施例で説明したエンコーダーでは、光源１としてマル
チモード半導体レーザを用いて、更にガラス板を挿入す
るだけで、不要回折光の干渉作用のみを無くし、必要な
±１次再開折光の干渉作用を阻害しないですむ。また、
光源は、通常のシングルモード半導体レーザーでも、ガ
ｌスレーザーでも良い。尚、ガラス板１４を光路Ｌ１に
挿入した場合は、ガラス板１５は光路Ｌ４に挿入し、ガ
ラス板１４を光路Ｌ２に挿入した場合は、ガラス板１６
は光路Ｌ３に挿入すればよいことは言うまでもない。更
に、上記実施例では回転ディスク（スケール）の回折格
子の変位を測定す８ るものを例示したが、本発明はリニアスケールに形成し
た回折格子の変位を測定するりニアエンコーダーにも適
用できる。
第３図は、第２図の実施例の変形例を示す概略図であり
、光路Ｌｌ、Ｌ２間の光路長及び光路Ｌ３．Ｌ４間の光
路長をガラス板１４．１５を用いることなく、光学部品
の形状や配置によって、互いに異ならしめるように構成
したものである。
第３図において、第１図及び第２図に示した各部材と同
一の部材に同一符号が符してあり、図から明らかなよう
に、本実施例のエンコーダーの機能は第２図のエンコー
ダーと同じである。従って、これ以上の説明は略すこと
にする。
第５図は、本発明の構成によるロータリーエンコーダ１
００を空気軸受はベアリングから威る回転ステージ１１
４に取り付けて、その回転ステージ１１４の一方に磁気
ディスクトラック信号書き込み用ヘッド１１２を取り付
けて、磁気ディスク１１３のトラック信号書き込み装置
に応用したものである。
９ 〈発明の効果〉 以上説明したように、偏光ビームスプリッタ、波長板等
の光学部品の特性が多少悪くて、不要回折光が光路中に
生じても、エンコーダの出力信号に影響が表われないの
で、比較的安価な光学部品が使用できるとともに、信号
の電気分割による高分解能化がより正確に行える。
【図面の簡単な説明】
第１図はロータリーエンコーダーの一例を示す斜視図。 第２図は本発明の一実施例を示す斜視図。 第３図は第２図で示したエンコーダーの変形例を示す斜
視図。 第４図は、回折光の回折次数を説明するための図。 第５図は本発明を磁気ディスクトラック信号書き込み装
置に応用した例を示す図。 第６図は従来のエンコーダを示す概略図。 ■・・・光源、 ２・・・コリメータレンズ、 ０ ３．３１．３２・・・プリズム、 ４１．４２・・・偏光ビームスプリッタ−面、５・・・
回転ディスク、 ６４．６５・・・ミラー ？１，７２．７３・・・１／４波長板、８・・・１／２
波長板、 ９・・・非偏光ビームスプリッタ、 ｉｏ、ｘｉ・・・検光子、 １４．１５・・・ガラス板、 ＳＬ、８２・・・受光素子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 光源からの光束を分割して光束Ｒ１と光束Ｒ２とを形成
    する第１偏光ビームスプリッターと上記光束Ｒ１の光路
    Ｌ１及び上記光束Ｒ２の光路Ｌ２に設けた第１λ／４板
    とを備え、回折格子と上記光束Ｒ１を回折させて生じる
    正の第１回折光が上記光路Ｌ１に沿って進み、上記回折
    格子で光束Ｒ２を回折させて生じる負の第２回折光が上
    記光路Ｌ２に沿って進むように上記光束Ｒ１と光束Ｒ２
    を上記回折格子に入射させると共に上記第１及び第２回
    折光を上記第１偏光ビームスプリッターを介して重畳せ
    しめる第１光学手段と、上記第１光学手段からの上記第
    １及び第２回折光を互いに分離せしめる第２偏光ビーム
    スプリッターと第２偏光ビームスプリッターからの上記
    第１回折光の光路Ｌ３及び第２回折光の光路Ｌ４に設け
    た第２λ／４板とを備え、上記回折格子で上記第１回折
    光を回折させて生じる正の第１再回折光が上記光路Ｌ３
    に沿って進み、上記回折格子で上記第２回折光を回折さ
    せて生じる負の第２再回折光が上記光路Ｌ４に沿って進
    むように上記第１及び第２回折光を上記回折格子に入射
    させると共に上記第１及び第２再回折光を上記第２偏光
    ビームスプリッターを介して重畳せしめる第２光学手段
    と、上記第２光学手段からの上記第１及び第２再回折光
    を互いに干渉させて形成した干渉光を電気信号に変換す
    る変換手段とを有し、上記光路Ｌ１及びＬ４を介して上
    記変換手段に入射する光と上記光路Ｌ２及びＬ４を介し
    て上記変換手段に入射する光の光路長差と、上記光路Ｌ
    １及びＬ３を介して上記変換手段に入射する光と上記光
    路Ｌ２及びＬ３を介して上記変換手段に入射する光の光
    路長差を、上記光源からの光束の可干渉距離より大きく
    したことを特徴とするエンコーダー。
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