JPH0416896Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、可干渉性光の回折光同志の干渉を利
用してスケールの移動距離を測定すると共に、ハ
ーフミラーでの反射による光の位相遅れを利用し
てスケールの移動方向を求めるようにした光学式
スケールの読取装置に関するものである。

〔考案の背景〕

この種の光学式スケール読取装置は本願出願人
によつて開発され、特願昭58−39951号「光学式
スケール読取装置」として既に出願されている。
この既出願の読取装置は高精度でスケールの移動
距離を測定することができ、又移動方向を求める
ことができるが、基準となるスケールの位置（原
点位置）を決めるための手段がなく、その為動作
途中において電源がOFFになつた後再度ONにし
た場合、スケールが元の位置に復帰することがで
きず、電源がONしたときのスケールの位置が全
くわからなくなるという問題点があつた。スケー
ルの移動距離を測定する装置にあつてはスケール
の原点位置を検出できることが必要であり、しか
も高精度の光学式スケール読取装置にあつては高
精度で原点位置を検出することができることが望
ましい。

〔考案が解決しようとする問題点〕

本考案はこのような問題点を解決する為になさ
れたもので、スケールを絶対原点位置を高精度で
検出することのできる検出手段を備えた光学式ス
ケール読取装置を実現することを目的としたもの
である。

〔従来の技術〕

以下、本考案を説明する前に前記した既出願の
「光学式スケール読取装置」について第４図を用
いて概略説明する。

第４図において、１０は反射形のスケール、２
０は読取りヘツド、３０は信号処理部である。反
射形スケール１０には、例えば一定間隔で溝が刻
まれた回折格子或いはホログラフイ技術による回
折格子等が使用される。スケール１０又は読取り
ヘツド２０は図においてＸ−X′方向に移動する。

読取りヘツド２０において、２１は半導体レー
ザ等を用いた可干渉性光源、２２はこの光源の発
射光を受ける集光レンズ、２３，２４はそれぞれ
スケール１０の反射回折光を受けるミラー、２５
はこれらミラーの反射光を受ける第１のハーフミ
ラー、２６はこの第１のハーフミラーの反射光を
受ける受光素子、２７は第１のハーフミラ２５の
透過光を受けて混合干渉させる第２のハーフミラ
ーである。第２のハーフミラー２７としてインコ
ネル薄膜を使用したものが用いられている。２
８，２９は第２のハーフミラー２７の位相の異な
る回折光を受けて電気信号に変換する受光素子で
ある。

信号処理部３０において、３１，３２は読取り
ヘツド２０における受光素子２８，２９の出力を
増幅する増幅器、３３はこれらの増幅器の出力を
受けて演算処理を施し、反射形スケール１０の移
動距離を算出する信号処理回路、３４はこの信号
処理回路の出力を表示する表示回路である。

このような構成の装置において、レンズ２２で
集光された可干渉性光源２１の出力光をスケール
１０に投射させると、スケール１０には一定間隔
で溝が形成された回折格子等が用いられている関
係上、このスケール１０への投射光は回折する。
このときの回折角θは、スケール１０とスケール
ピツチをｄ、光源２１の波長をλとすると次式で
表わされる。

sin＝mλ／ｄ（ｍ：整数） 旦し、−90°≦θ≦90° −１≦mλ／ｄ≦＋１ ここで、例えばλ＝0.78μm、ｄ＝0.83μmとする
と、ｍ＝０，±１となり、 θ＝0° （ｍ＝０で０次回折光） θ＝±70.0° （ｍ＝±１で±１次回折光） となる。±１次回折光はそれぞれミラー２３，２
４で反射され、ハーフミラー２５を通過した後、
第２のハーフミラー２７で混合し、干渉させられ
る。この干渉させられた光はそれぞれ受光素子２
８，２９で電気信号に変換されたのち、増幅器３
１，３２を介して信号処理回路３３で信号処理さ
れ、その出力である反射形スケール１０の移動距
離および移動方向が表示部３４で表示される。

ここで、前記したように第２のハーフミラー２
７としてインコネル薄膜を使用したものが用いら
れているが、金属面の反射の特性とガラス面の反
射の特性を併せもつたインコネルハーフミラーの
場合、その入射角φに対して受光素子２８と２９
間の位相差αは第５図に示す如くφ＝約75°でα
＝90°となる。したがつて、第２のハーフミラー
２７に入射される回折光の入射角φをほぼ75°と
することにより、このハーフミラーの出力によつ
てスケール１０の移動方向が判別できる。又、第
２のハーフミラー２７で干渉する±１次の回折光
スケール１０の移動により位相がそれぞれ変化す
る。その為、ハーフミラー２７で干渉した後、受
光素子２８，２９に達する干渉光の強度はスケー
ル１０の移動量１ピツチに対して２ピツチずつ周
期的に変化するので、これを信号処理部３０で計
数することにより、スケール１０の移動量を測定
することができる。受光素子２８，２９の出力は
正確に90°位相差のある正弦波なので、アナログ
的に補間することにより１／100〜１／1000μmの
超高分解能のものが得られる。なお、第４図にお
ける第１のハーフミラー２５と受光素子２６は±
１次回折光の光パワーモニタで、受光素子２８，
２９の出力正弦波のバイアス成分を除くための電
圧を作るものである。

光学式スケール読取装置においては、偏光板或
いは1/4波長板を使用して移動方向を検出するこ
とが考えられるが、第４図においては第２のハー
フミラー２７での位相遅れを利用してスケール１
０の移動方向を検出するようにしている。その結
果、偏光板或いは1/4波長板を使用することによ
り移動方向を検出する場合に比較して構成が簡単
になる。又、反射形スケールを使用しているので
スケール１０の取付けが簡単であるという特徴が
ある。しかし、前述の如くスケール１０の位置を
決める為の手段がないという問題点があつた。

〔問題点を解決する為の手段〕

本考案は上記の問題点を解決する為に、読取り
ヘツド内に設けた原点位置検出用の光源と、反射
形スケールに取付けた凹面鏡と、読取りヘツド内
に設けられ前記凹面鏡で反射した前記光源からの
光を検出する為の受光素子よりなり、前記反射形
スケールに対して相対的に移動する前記光源から
の光を前記凹面鏡で反射させることにより前記ス
ーケルの原点位置を検出するようにした原点位置
検出手段を光学式スケール読取装置に設けたもの
である。

〔実施例〕

第１図は本考案に係る装置の一実施例の構成説
明図である。なお、第１図において第４図と同一
部分は第１図と同一符号を付してそれらについて
の再説明は省略する。

第１図において、４１は原点位置検出用の光源
で、この光源には実施例では半導体レーザが用い
られている。４２は光源４１からの光を反射集光
させる為の凹面鏡である。４３〜４５は凹面鏡４
２からのビームを反射させるミラー、４６は分解
能を上げる為のスリツト、４７はこのスリツトを
通つた光を受ける受光素子である。凹面鏡４２と
ミラー４３はスケール１０に取付けられ、光源４
１とミラー４４，４５およびスリツト４６と受光
素子４７は読取りヘツド２０内に配置されてい
る。光源４１からの光が凹面鏡４２に照射された
場合、その光ビームはミラー４３，４４，４５を
介して受光素子４７で受光されるように各ミラー
の位置角度が調整されている。このような構成の
装置の動作を第２図を用いて説明すると次の如く
なる。

今、スケール１０に対してヘツド２０が第２図
のイで示すの位置にあるとき、光源４１からの光
は凹面鏡４２に照射されない。したがつて、受光
素子４７に光が達せず、出力は出ない。ヘツド１
０が第２図ロの位置まで移動すると、原点位置検
出用の光源４１からの光は凹面鏡４２によつて反
射集光されたのち、ミラー４３〜４５で反射さ
れ、スリツト４６を抜け、受光素子４７に照射さ
れる。したがつて、受光素子４７から出力が出
る。受光素子４７の出力は原点位置検出信号とし
て第１図に示す信号処理部３０における信号処理
回路３３に送られて処理され、これにより原点位
置が検出されたことがわかる。

ここで、光源４１から凹面鏡４２までの距離Ｘ
を２（mm）、スリツト４６の間隔Ｙを８（μm）、
凹面鏡４２からスリツト４６までの光路の長さＺ
を160（mm）、凹面鏡４２の半径ｒを４（mm）と
し、原点の位置決め精度をＣとすると、 Ｙ／Ｃ＝Ｚ／Ｘ，１／Ｘ＋１／ｚ＝２／ｒ の関係式から、原点の位置決め精度Ｃを0.1
（μm）とすることができる。

〔考案の効果〕

このような原点位置検出手段を備えた本考案に
係る光学式スケール読取装置においては、基準と
なるスケースの絶対原点位置を求めることができ
る。その為、動作途中において電源がOFFにな
つた後再度ONにしたような場合でも、スケール
が元の位置に復帰することができ、電源がONし
たときのスケールの位置が全くわからなくなると
いう問題点がなくなる。このようにして、電源を
ONにした後、0.1μmの精度で電源をOFFにする
前の位置へ戻すことができるが、本考案の装置に
おいては0.1μmのデイジタルカウントの間を１／
100にアナログ分割することにより、0.001μmの
分解能を出すことができる。このアナログ分割は
インクリメンタルではなくアブソリユートなの
で、0.1μm精度の原点検出と、そのアナログ分割
の読みにより0.001μm分解能の原点位置検出が可
能となる。

第３図は本考案装置の他の実施例の要部の構成
図である。第３図において、１０は反射形のスケ
ール、２０は読取りヘツドである。読取りヘツド
２０において、４１は原点位置検出用の光源、４
６はスリツト、４７は受光素子で、これらは読取
りヘツド２０内に配置されている。４２は凹面鏡
で、反射形スケール１０に取付けられている。光
源４１よりの光は凹面鏡４２で反射され、スリツ
ト４６を介して受光素子４７に至る。このような
構成の第３図の装置におては第１図で用いたミラ
ー４３〜４５が不用となる利点がある。なお、第
１図及び第３図において、スケール読取り用の可
干渉性光源２１にビームスプリツタを組合せるこ
とにより、可干渉性光源２１を原点位置検出用の
光源として用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る光学式スケール読取装置
の一実施例を示す構成説明図、第２図は第１図装
置の動作を説明する為の図、第３図は本考案装置
の他の実施例の構成図、第４図は従来の光学式ス
ケール読取装置の構成図、第５図は第４図装置の
作用を説明する為の図である。 １０……反射形のスケール、２０……読取りヘ
ツド、４１……原点位置検出用の光源、４７……
受光素子、４２……凹面鏡。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 可干渉性光源を反射形スケールに照射し、反
   射回折光をハーフミラーで混合干渉させるとと
   もに、入射光を特定の入射角になるように構成
   してハーフミラーの両側に出射する干渉光同志
   の位相差を90°とし、この干渉光をそれぞれ受
   光素子で電気信号に変換するようにした読取り
   ヘツドと、この読取りヘツドにおける前記受光
   素子の出力を演算処理する信号処理回路とから
   なる光学式スケール読取装置において、前記読
   取りヘツド内に設けた原点位置検出用の光源
   と、反射形スケールに取り付けた凹面鏡と、読
   取りヘツド内に設けられ前記凹面鏡で反射した
   前記光源からの光を検出するための受光素子と
   よりなり、前記反射形スケールに対して相対的
   に移動する前記光源からの光を前記凹面鏡で反
   射させることにより前記スケールの原点位置を
   検出するようにした原点位置検出手段を設けた
   こを特徴とする光学式スケール読取装置。 (2) 前記原点位置検出用光源として、前記可干渉
   性光源を利用したことを特徴とする実用新案登
   録請求の範囲第(1)項記載の光学式スケール読取
   装置。 (3) 前記原点位置検出用光源として、前記可干渉
   性光源とは別の光源を用いたことを特徴とする
   実用新案登録請求の範囲第(1)項記載の光学式ス
   ケール読取装置。