JPH03505633A - 光電スケール読取装置 - 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】 光電スケール読取装置 技術分野 本発明は、例えばスケール（目盛板）と読取ヘッド間の相対移動の大きさと方向 を測定するのに用いる光電スケール読取装置に関する。

背景技術 本出願人の同時係属の国際特許出願第ＷＯ３９１０５４４０号において、本出願 人は一組の一次回折次数を発生するためのスケールの照明と、その結果生ずるア ナライザ格子での光変調とを、単一のそのアナライザ格子の位置で位相がずれた 関係で複数のこのような光変調を発生するための複数組の一次回折次数を発生す る分割手段とともに開示している。

発明の開示 本発明はこのような装置の簡潔化した構成を提供するものである。本発明によれ ば、スケールと読取ヘッドから成り、この読取ヘッドは１つのアナライザ格子と 、単一の光ビームでスケールを照射して一組の一次回折次数を発生しこれにより アナライザ格子の面に干渉しまを生じさせかつスケールと読取ヘッドの相対移動 によって光変調を生じさせる照明手段と、−組の回折の一次次数を複数組に分割 しこれにより単一のアナライザ格子の所で位相がずれた関係で複数の光変調が得 られる分割手段とを具備し、かつスケールからアナラザ格子へと通過する光を制 御するための分割手段の面に十分に開けた開口を有することを特徴とする光電ス ケール読取装置が得られる。

分割手段は本目的に適したどのような手段でも、例えばプリズムでも構成できる が、好ましくは補助格子で構成するのが良い。補助格子を画定する線はアナライ ザ格子を画定する線に対して平行か、あるいはある角度に傾けて延在させること ができる。

照明手段はスケール上に直接入射するコヒーレント光のビームにより、あるいは また非コヒーレント光のビームと補助格子の戻り光（ｕｐｂｅａｍ）が供される インデックス格子とにより提供することができる。

位相した光変調は概してアナライザ格子の所では空間的にはっきりしない。しか しながら、本装置は焦点合せレンズを必要とせずに、種々の光変調を分離して検 出することができる。

図面の簡単な説明 次に、本発明の実施例を、−例として、以下の添付図面に基いて説明する。

第１図は本発明の第１実施例による装置を示す。

第２図は第１図の線■−■上の断面を示す。

第３図は本発明の第２実施例による装置の斜視図を図示の２つの実施例の装置を ３つの相互に垂直な方向ｘ、ｙ、ｚに関連して記述する。スケール１１はＸＹ平 面内で、Ｘ方向に順次一定間隔を置いた線１１Ａにより定義されるような反射マ ークを有する。読取ヘッド１０はスケール１１に対してＸ方向に移動可能に支持 され、またスケール１１からＺ方向に一定間隔離されている。

ここで、特に第１図と第２図を参照すると、読取ヘッドｌＯは非コヒーレント光 源Ｓを有しており、この光源Ｓはインデックス格子１２と開口Ａ１とを通ってス ケール１１上に非コヒーレント光のビームを投射する。

光源Ｓとインデックス格子１２は協力して周期的な光帯（ライトパターン）を創 り出し、この周期的な光帯はスケール１１と相互作用して一組の一次回折次数Ｂ Ｏ，ＢｌおよびＢ２を生成する。−次回折次数ＢＯ，ＢｌおよびＢ２は互いに干 渉してアナライザ格子１３の所で一組の干渉しまを生成し、このアナライザ格子 １３はスケール１１と読取ヘッド１０の相対移動時に光変調を生ずる。図示の実 施例では、しかしながら、補助格子１４が回折の一次次数ＢＯ，ＢｌおよびＢ２ の光路中に配置されている。補助格子１４の線はアナライザ１３の線に平行に延 在し、また補助格子１４は一組の一次次数ＢＯ，ＢｌおよびＢ２に相互作用して ３組の一次次数を発生し、それぞれの組の一次次数は補助格子１４により生成さ れた二次回折次数ＤＯ，ＤＩおよびＢ２に相当する。格子１３．１４はガラス板 １０Ａの対向する側に設けることができ、またガラス板１０Ａはその上に設けら れる格子１２を有することができる。これらの格子のピッチの代表的な値として は、格子１２．１３は０．００８ｍｍであり、格子１４は０．００４ｍｍである 。通例、格子１４のピッチは変換器ＴＩ、Ｔ２およびＴ３の面で分割ビームＤｏ 、　ＤｉおよびＢ２に必要な分離を与えるように選択される。

装置の色々のパラメータ（例えば、スケール１１上のビーム入射角度、開口Ａ１ とＡ２の幅、格子のピッチ、格子１３と１４の分離）を調整することによって、 各１組の一次次数は他の光変調に対して位相（ＰＬ、　Ｂ２．　Ｂ３）を有する 光変調を生じさせることができる。本実施例を示した第１図の図面においては、 ３組の一次次数はアナライザ格子１３の位置で空間的にはっきり分れている。し かしながら、これは本発明の本質的な特徴ではな（、変換器ＴＩ　、　Ｔ２およ びＴ３を置き換えることによって、各組の一次次数に対応する空間的に分れた光 変調を検出することができる。

変換器Ｔｌ、Ｔ２およびＴ３の出力は典型的には電気信号であり、その信号の振 幅は変換器上に入射する光の強度に比例する。これらの出力は直角位相回路へ送 ることができ、この回路からは９０度位相がずれた関係を有する２つの正弦波で 変化する出力が生成される。このような回路としては本出願人の同時係属の国際 特許出願筒ＷＯ３７１０７９４３に示されている。

次に、第３図および第４図を参照して本発明の第２実施例について述べる。読取 ｔ＼ラッドＯは非コヒーレント光源Ｓを有しており、この光源はインデックス格 子１２を通ってスケール１１上へ、このスケールの法線に対して角度αで光を投 射する。前実施例で記載したと同様に、スケールは光源Ｓとインデックス格子１ ２により生成された周期的な光帯と相互作用して、−組の一次回折次数ＢＯ，Ｂ ｌおよびＢ２を生成し、この−次回折次数はアナライザ格子１３の所でそれぞれ 互いに干渉して干渉しまを生成し、またスケール１１に対して読取ヘッドｌＯが 移動する結果として光変調を生じる。本実施例は単一の開口Ａ３がＸ方向に伸び て設けられている点で第１の実施例とは異っている。インデックス格子１２に記 録された開口部分は完全にはつきりしており、一方補助格子１４はアナライザ格 子１３に記録された開口の一部分に設けられている。前実施例と同様に、補助格 子１４はそれぞれ２次次数Ｄｏ、　ＤＩおよびＢ２に相応する複数組の一次次数 を発生する。補助格子１４の線１４ＡはほぼＸ方向に伸びているが、そこから角 度θで偏向している。この結果、各々の二次次数ＤＯ，ＤｉおよびＢ２はＸ方向 に他の二次次数からオフセット（片寄り）される。

従って、−組の一次次数ＢＯ，ＢｌおよびＢ２はそれぞれ各いに他の一次次数か らＸ方向にオフセットされ、また各組の一次次数に対応する光変調が位相がずれ た関係で起る。３つの次数のオフセットは交点Ｒ１，Ｒ２およびＲ３によって概 略的に示されている。光変調の各々は変換器Ｔｌ、Ｔ２．Ｔ３によって調べられ 、変換器はその上に入射する光の強度に相応した電気信号を生ずる。これらの信 号は第１実施例で論じたと同様に処理される。ここで、第４図を参照すると、３ 組の一次次数がアナライザ格子１３の位置で空間的に異なっていないことが理解 できる。しかしながら、上記で論じたと同様に、Ｚ方向への読取へラド１０から の変換器ＴＩ　、　Ｔ２およびＴ３のオフセットはそれらの次数の満足な分離を 可能にさせる。

Ｘ方向にほぼ平行に延在する線１４Ａを有する格子１４による結果の１つは、次 数Ｄ１およびＢ２に対応する位相が次数ＤＯに対応する位相に対しである量△だ けある方向に各々オフセットされることである。このオフセットは直角位相回路 （上記で論じた）の出力に対応するだ円となるリサジエー図形を生ずる。完全に ９０度ずれた信号は真円のりサジュー図形を生ずる。このだ円のりサジュー図形 は直角位相出力の補間が不正確となるので好ましくな（、また装置は読取ヘッド とスケールの不整列に非常に多く影響を受は易い。従って、これに対する補正を するため、ある程度設計パラメータ（例えば、補助格子１４の線の角度θ、ガラ ス板の厚み、およびインデックス格子１２からスケール１１上へ入射する光のガ ラス板での角度α）を変更しなければならない。下記のパラメータは４１分の角 度θにおいて好ましい直角位相出力（９０度ずれた出力）を提供することが判明 されている。

板厚　０．９５ｍｌ１１：角度α＝３０６板厚　０．６１ｍｍ　：角度α＝２３ ゜板厚　０．０３ｍｍ　：角度ａ＝ｌｌ。

開口の大きさは位相がずれた光変調の各々をそれぞれ対応の変換器で個別に検出 可能となるように選択されなければならない、従って、開口の大きさは装置の他 の全てのパラメータを考慮して選ばれる。

本発明の一変形例として、コヒーレント光のビームがスケール上に直接入射し、 これによりインデックス格子の必要を取り除ける。この変形例では、対応する非 コヒーレント光のビームによる装置よりも小さな装置が通常提供できる。

変換器の出力を処理する目的として、次数＋１．０゜および−１で十分であると いうことが判明されている。

これ以上の次数、例えば＋２．−２並びにそれ以上も使用可能であるが、本例で は不必要である。アナライザ格子は＋２．−２の次数を避け、それ以上の次数は 無視できるほど弱いというような位相格子であってもよい。

（以下余白） 国際調査報告 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．スケール（１１）と読取ヘッド（１０）から構成され、該読取ヘッド（１０ ）は： １つのアナライザ格子（１３）と、 単一の光ビームで前記スケール（１１）を照射して一組の一次回折次数（Ｂ０， Ｂ１，Ｂ２）を発生しこれにより前記アナライザ格子（１３）の面に干渉じまを 生じさせかつ前記スケール（１１）と前記読取ヘッド（１０）の相対移動によっ て光変調を生じさせる照明手段（３，１２）と、前記一組の回折の一次次数（Ｂ ０，Ｂ１，Ｂ２）を複数組に分割しこれにより単一の前記アナライザ格子（１３ ）の所で位相がずれた関係で複数の光変調が得られる分割手段（１４）とを具備 し、 前記スケール（１１）から前記アナライザ格子（１３）へと通過する光を制限す るための前記分割手段（１４）の面に十分に開けられた開口（Ａ１，Ａ２，Ａ３ ）を有することを特徴とする光電スケール読取装置。
2. ２．前記分割手段（１４）が前記複数組の一次回折次数（Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２）の １つと各々の１つが対応する二次回折次数（Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２）を発生する補助 格子（１４）を有する請求の範囲第１項に記載の装置。
3. ３．前記アナライザ格子（１３）と前記補助格子（１４）とが単一のガラス板の 対向する側に備えられている請求の範囲第２項に記載の装置。
4. ４．前記アナライザ格子（１３）と前記補助格子（１４）の各々が間隔をおいた 線によって規定された周期的構造を有し、また該補助格子（１４）の線（１４Ａ ）が該アナライザ格子の線に対してある角度（９０−θ）で延在している請求の 範囲第２項または第３項に記載の装置。
5. ５．前記アナライザ格子（１３）と前記補助格子（１４）の各々が間隔をおいた 線によって規定された周期的構造を有し、また該補助格子（１４）の線が該アナ ライザ格子（１３）の線に対して平行に延在している請求の範囲第２項または第 ３項に記載の装置。
6. ６．前記照明手段がコヒーレント光のビームである前記請求の範囲のいずれか１ つの項に記載の装置。
7. ７．前記照明手段（３，１２）が非コヒーレント光のビームであり、インデック ス格子（１２）が前記補助格子（１４）の前記光の戻りビーム（ｕｐｂｅａｍ） の光路中に設けられている請求の範囲第１項から第５項のいずれか１つの項に記 載の装置。
8. ８．前記インデックス（１２）が前記アナライザ格子（１３）に隣接して前記ガ ラス板上に設けられている請求の範囲第３項に係わる請求の範囲第７項に記載の 装置。
9. ９．前記インデックス格子（１２）と前記スケール（１１）との間に、該スケー ル上に入射する光の光路中にさらにつけ加えられた開口（Ａ１：Ａ３）を有する 請求の範囲第８項に記載の装置。
10. １０．前記位置のずれた光変調は前記アナライザ格子（１３）の位置で空間的に 識別のつかない前記請求の範囲のいずれか１つの項に記載の装置。