JPH04218720A - 影絵パターンを利用するエンコーダ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は影絵パターンを利用する
エンコーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】線状光源からの光束を格子パターンに照
射することにより格子パターンに対応する影絵パターン
を発生させ、格子パターンの移動に伴う影絵パターンの
変位を光センサーにより検出して格子パターンの移動量
を測定する方法が知られている（特開平１−２９７５１
３号公報）。

【０００３】本発明は上記影絵パターンを利用するので
、以下に先ず影絵パターンに就き簡単に説明する。

【０００４】図４に於いて符号１０は線状光源、符号１
２は格子パターン、符号１４はスクリーンを示している
。格子パターンは透過率変化もしくは反射率変化が１方
向に単周期的に繰り返されたものであるが、図４に示す
格子パターン１２は図の上下方向に透過率変化が単周期
的に繰り返されたものである。格子パターンに関して、
透過率変化もしくは反射率変化が「単周期的に繰り返さ
れる方向」を「格子配列方向」と呼ぶ。従って図４では
図の上下方向が格子パターン１２の格子配列方向である
。格子パターン１２は格子ピッチ、即ち格子配列方向に
おける透過率変化の周期としてξを持つ。

【０００５】線状光源１０は、格子パターン１２の格子
配列方向に長さｄを有する。線状光源としては例えば、
半導体レーザーの発光部を格子配列方向と平行にしたも
のが好適である。

【０００６】線状光源１０からの光束を格子パターン１
２に照射すると、格子パターン１２の各被照射部から回
折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５等が発生する。そし
て、これら回折光同志が干渉する領域には符号２０で示
すような干渉縞が現れる。

【０００７】線状光源１０の長さｄと格子パターン１２
の格子ピッチξが、 （１／１０）≦（ｄ／ξ）≦４　　　　（１）なる条件
を満足するとき、上記干渉縞２０を「影絵パターン」と
呼ぶ。この影絵パターンは、恰も線状光源１０の位置に
理想的な点光源を置き、格子パターン１２を幾何光学的
な影絵として拡大したかのように発生する。即ち線状光
源１０と格子パターン１２の距離をｂ１、格子パターン
１２とスクリーン１４の距離をｂ２とすると、影絵パタ
ーン２０は格子パターン１２を｛（ｂ１＋ｂ２）／ｂ１
｝倍に拡大したものとなる。しかも線状光源１０を固定
して格子パターン１２をその格子配列方向に移動させる
と影絵パターン２０も格子パターン１２と影絵関係を保
ったまま格子パターン１２と同方向に変位する。従って
格子パターンの移動量Ｄは影絵パターン２０により｛（
ｂ１＋ｂ２）／ｂ１｝倍に拡大することができ、影絵パ
ターンを利用すると格子パターン自体の極めて微小な変
位を高精度に測定できるのである。

【０００８】線状光源１０の、図４の図面に直交する方
向の寸法は特に制限がない。また線状光源から格子パタ
ーンに照射する光はコヒーレント光が理想的であるが、
ＬＥＤのような光源からのインコヒーレントな光束でも
、図５に示すような長さｄを持つスリット（同図（Ｉ）
）や、長径もしくは短径がｄであるような楕円状開口を
持つアパーチュア（ＩＩ）、あるいは直径がｄであるよ
うな円形の開口を持つアパーチュア（ＩＩＩ）を介して
取り出して格子パターンに照射すると、上記ｄと格子ピ
ッチξとの関係が上記（１）を満足すれば影絵パターン
を発生させることができる。

【０００９】影絵パターンを利用すると上記の如く格子
パターンの移動量を極めて高精度に測定できるから、影
絵パターンを利用して極めて制度の高いエンコーダを実
現できる。

【００１０】上記のような影絵パターンを利用するエン
コーダでも、測定の精度は影絵パターンの変位を検出す
る光センサーからの信号のＳ／Ｎ比に左右される。光セ
ンサーからＳ／Ｎ比の高い信号を得るためにはコントラ
ストの高い影絵パターンを発生させる必要がある。特に
格子パターンを形成されているスケールの移動が速い場
合には影絵パターンのコントラストが十分でないと良好
なエンコーダ機能を実現できない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に鑑みてなされたものであって、影絵パターンを利用し
た精度の良いエンコーダの提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のエンコーダは「
スケール上に形成された１次元の格子パターンに線状光
源からの光束を照射して反射させ、格子パターンによる
回折光の干渉により格子パターンに対応する影絵パター
ンを発生せしめ、スケールの格子配列方向への移動に伴
う影絵パターンの変位を光センサーにより検出してスケ
ールの移動量を測定するエンコーダ」であって以下の点
を特徴とする。

【００１３】即ち「スケールの格子パターン形成部が、
格子配列方向に溝をなすような滑らかな凹面に形成され
ている」点である。なお格子パターンが１次元であると
は、格子の配列が直線もしくは曲線に沿って行われるこ
とを意味する。

【００１４】スケールは具体的には円柱状の回転軸、回
転軸に直交する円板、あるいは細幅の板状等に構成でき
る。スケールを円柱状の回転軸とする場合、格子パター
ンは「回転軸の周面部に、その最大曲率方向を格子配列
方向として軸芯を囲繞するように形成する」ことができ
る（請求項２）。上記最大曲率方向とは円柱状の回転軸
の周面上で円柱の母線に直交する方向である。

【００１５】スケールを回転軸に直交する円板とする場
合、格子パターンは「円板の周縁部に、円板回転方向を
格子配列方向として、回転軸を中心とする円環状に形成
する」ことができる（請求項３）。

【００１６】さらにスケールを細幅の板状にする場合に
は、格子パターンを「スケール長手方向を格子配列方向
として直線的に形成する」ことができる（請求項４）。

【００１７】なお本発明では影絵パターンはスケールに
よる反射光で形成されるので、格子パターンは反射率変
化の単周期的な繰返しで形成される。

【００１８】

【作用】本発明のエンコーダでは、格子パターンの形成
されている部分が滑らかな凹面をなしているので、この
凹面形状がスケールによる反射光を格子配列方向と直交
する方向に集束させる凹面鏡の働きをなす。このため影
絵パターンの明暗配列方向と直交する方向に光が無駄に
広がらないためコントラストの高い影絵パターンを光セ
ンサー位置に発生させることができる。

【００１９】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。図１は、
スケールを円柱状の回転軸とした場合の実施例を示す。 符号１は線状光源を示し、符号２は円柱状に形成された
回転軸によるスケール、符号３は光センサーを示す。

【００２０】スケール２は軸受け４に軸支され、その周
面には格子パターン２ａが形成されて居る。即ちスケー
ル２の周面部分には鼓車状の部分が形成され、この部分
に格子パターンが周面の最大曲率方向を格子配列方向と
して回転軸を囲繞するように形成されている。換言すれ
ば、格子パターン形成部は「格子配列方向に溝をなすよ
うな滑らかな凹面」になっている。

【００２１】線状光源１としてはＡｌＧａＡｓやＧａＡ
ｓ等の半導体レーザーを用い、発光部の長手方向が格子
パターン２ａにおける格子配列方向に対応するように配
設する。

【００２２】線状光源１からのコヒーレントな光を格子
パターン２ａに照射すると影絵パターンが発生するので
、その発生部位に光センサー３を配設する。この状態で
スケール２を回転させれば影絵パターンも同角速度で回
転し、光センサー３から時間とともに正弦的に変化する
信号が得られ、この信号によりスケール２の移動量即ち
回転量が知れる。またこの回転量を時間で微分する操作
を行えば回転速度や回転加速度も知ることができる。

【００２３】影絵パターンを形成させる反射光束は、格
子パターン２ａの形成部の凹面形状により格子配列方向
と直交する方向の発散性が抑えられるからコントラスト
の高い影絵パターンを発生させることができ、光センサ
ー３からはＳ／Ｎ比の高い信号を得ることができる。

【００２４】図２は、スケール６を回転軸５に直交する
円板状に形成した実施例を示している。格子パターン６
Ａはスケール６の周縁部に形成されている。即ち格子パ
ターン６Ａは回転軸６を中心として円環状に形成され、
この部分は線状光源１および光センサー３の側に凹面を
向けるようにリング状に凹んで滑らかな溝をなしている
。格子配列方向はスケール６の回転方向である。格子パ
ターン６Ａに線状光源１からの光を照射しつつスケール
６を回転軸５により回転させ、発生する影絵パターンの
変位を光センサー３により検出する。

【００２５】図３は、スケール９を細幅の板状に形成し
た実施例を示している。格子パターン９Ａを形成された
部分は、スケール９の長手方向に滑らかな溝を形成する
ように凹み、線状光源および光センサー３に対して凹面
を向けている。

【００２６】線状光源はＬＥＤ７からの光を、図５（Ｉ
）に示すような遮光板８のスリット部分を介してスケー
ル９の格子パターン９Ａに照射する。この状態でスケー
ル９をその長手方向へ移動させ、それに伴う影絵パター
ンの変位を光センサー３により検出する。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば影絵パターンを利用する
新規なエンコーダを提供できる。このエンコーダでは格
子パターンを形成されたスケール部分の凹面が反射光の
無駄な発散を抑えるので、発生する影絵パターンのコン
トラストが高く、従って光センサーからＳ／Ｎ比の高い
検出信号を得ることができ、良好なエンコーダ機能を実
現できる。なお、光センサーには必要に応じてインデッ
クスマスクを用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示す斜視図である。

【図２】本発明の別実施例を示す斜視図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図４】影絵パターンを説明する図である。

【図５】インコヒーレント光により影絵パターンを発生
させるための遮光板の開口形状を説明する図である。

【符号の説明】

１　　　　　　線状光源 ２　　　　　　スケール ２ａ　　　　格子パターン ３　　　　　　光センサー ４　　　　　　軸受け

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スケール上に形成された１次元の格子パタ
   ーンに線状光源からの光束を照射して反射させ、格子パ
   ターンによる回折光の干渉により格子パターンに対応す
   る影絵パターンを発生せしめ、スケールの格子配列方向
   への移動に伴う影絵パターンの変位を光センサーにより
   検出してスケールの移動量を測定するエンコーダであっ
   て、スケールの格子パターン形成部が、格子配列方向に
   溝をなすような滑らかな凹面に形成されていることを特
   徴とする、影絵パターンを利用するエンコーダ。
2. 【請求項２】請求項１において、スケールが円柱状の回
   転軸であって、格子パターンが回転軸の周面部に、その
   最大曲率方向を格子配列方向として軸芯を囲繞するよう
   に形成されていることを特徴とする影絵パターンを利用
   するエンコーダ。
3. 【請求項３】請求項１において、スケールが回転軸に直
   交する円板であって、格子パターンが円板の周縁部に、
   円板回転方向を格子配列方向として、回転軸を中心とす
   る円環状に形成されていることを特徴とする影絵パター
   ンを利用するエンコーダ。
4. 【請求項４】請求項１において、スケールが細幅の板状
   であって、格子パターンがスケール長手方向を格子配列
   方向として、直線的に形成されていることを特徴とする
   影絵パターンを利用するエンコーダ。