JPH0472514A - 光学式エンコーダ - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は、半導体レーザを用いて記録媒体の回転変位
量もしくは直線変位量を検出する光学式エンコーダに関
するものである。

「従来の技術」 従来、半導体レーザを用いて回転変位量を検出する光学
式ロータリーエンコーダとして、第６図および第７図に
示す構成のものが提案されている（特開昭５９−１９５
１１８号公報）。

第６図において、ボールベアリング３０．３０によって
支持された回転軸３１の山鳩には、ディスク３２が取り
付けられており、このディスク３２には、その回転方向
に沿って等間隔にスリット３２ａ、３２ａ、・・が形成
されている。そして、半導体レーザ３３から発せられた
レーザビームＬＢをコリメートレンズ３４で平行光とし
た後、対物レンズ３５で微小スポットに集光してディス
ク３２上に照射し、このディスク３２に形成されたスリ
ット３２ａを通過したレーザビームＬＢを受光素子３６
で検出することにより、ディスク３２の回転変位量が検
出されるようになっている。

一方、第７図は、ディスク３２からの反射光によってデ
ィスク３２の回転変位量を検出するものであり、第７図
において、半導体レーザ３３から発せられたレーザビー
ムＬＢは、コリメートレンズ３４で平行光とされた後、
偏光ビームスプリッタ３８および４分の１波長板３９を
順次介して対物レンズ３５に導かれ、この対物レンズ３
５で微小スポットに集光されて、ディスク３２上に照射
される。この場合、ディスク３２には、その回転方向に
沿って等間隔に明暗格子縞３２ｂが記録されており、デ
ィスク３２で反射した反射光は、明暗格子縞３２ｂの有
無によって強度が変化する。

その反射光が対物レンズ３５および４分の１波長板３９
を介して偏光ビームスプリッタ３８に導かれ、この偏光
ビームスプリッタ３８によって直角に計り曲げられた後
、集光レンズ４０によって集光され、この集光された反
射光が受光素子３６によって検出されるようになってい
る。ここで、４分の１波長板３９を光路に挿入すること
によって、入射光と反射光の偏光方向を直交させ、これ
により偏光ビームスプリブタ３８によって入射光と反射
光が分離される。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上述した従来の光学式ロータリーエンコーダ
においては、第８図に示すような円状のスポットＳＰが
ディスク３２の記録面に集光されるが、その直径方向の
光強度分布は第９図に示すように単一状となる。そして
、第１０図に示すように、集光されたスポットの直径ｄ
が、矢印Ｍ方向に回転自在なディスク３２の明暗格子縞
３２ｂの記録ピッチＱ、よりも大となると、受光素子３
６の出力信号レベルは第＋１ｔＸＪに示すようになり、
明暗格子縞３２ｂの移動に応じた光量変化が検出できな
くなる。このような集光光学系においては、たとえ半導
体レーザ３３を用いたとしても、そのスポットＳＰの直
径ｄは、レーザ光の波長をλ、集光レンズの開口数をＮ
Ａとすると、次式で規定される寸法以下にすることはで
きない。

ｄ＝　　ｉ　　　　　　　　　　・・・・・　（１）Ｎ
Ａ ココテ、例えば、λを０．７８０　Ｃμｍ）　、ＮＡを
０．５とすると、ｄ＝１．５６ｔ：ルーフとなる。この
スポットの直径では、ディスク３２の明暗格子縞３２ｂ
の記録ピッチＬ＝１．６（μｍ）程度が分解能の限界で
あり、記録とッチρ、をこれ以上細かくすると明暗の区
別が検出できなくなってしまう。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、分解
能の向上を図った光学式エンコーダを提供することを目
的としている。

「課題を解決するための手段」 この発明は、移動自在に支持され、その移動方向に沿っ
て一定の記録ピッチで位置情報が記録された記録媒体と
、光源から発せられる位相のそろった光ビームを集光手
段によって微小のスポットに集光して前記！２録媒体に
照射すると共に、その反射光もしくは透過光を受光し、
受光した光量に対応した検出信号を出力する光学検出手
段とを具備し、前記検出信号に基づいて前記記録媒体の
変位量を検出する光学式エンコーダにおいて、前記光源
と集光手段との間に、前記スポットを前記一定の記録ピ
ッチに対応したピッチで等間隔に分裂させる光学位相変
化素子を挿入したことを特徴としている。

「作用」 上記の構成によれば、光源と集光手段との間に挿入され
た光学位相変化素子によって、記録媒体上の一定の記録
ピッチに対応したピッチで、スポットが等間隔に分裂さ
れる。

「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明す
る。

ＩＥＩ図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図
である。この図において、２０は、４分の１波長板３９
と対物レンズ３５との間の光路に挿入された長方形状の
遮光板であり、この遮光板２゜の短辺はコリメートレン
ズ３４で平行光とされたレーザビームＬＢの直径の１／
３の寸法に設定されている。また、この遮光板２０の長
辺はレーザビームＬＢの直径と同等であり、該長方形状
の長手方向に沿う中心軸の中点とレーザビームＬＢの光
軸とが一致するように配設されている。この位置に配設
すると、ディスク３２からの反射光に対する弊害が少な
い。

このような構成において、遮光板２０による光学位相変
化作用により、半導体レーザ３３から発せられた位相の
そろったレーザビームＬＢに局部的な位相変化が生じ、
これにより第２図に示すように、ディスク３２の記録面
には、光の相互干渉によって３つに分裂した縞模様のス
ポットＳＰ。

〜Ｓ　Ｐ　ｔが生じる。この場合、スポットＳＰ、〜Ｓ
Ｐ、の光強度分布は第３図に示すように３つに分裂され
、３つの６峰の間隔（光強度が零になる部分の間隔）Ｌ
を、上式（１）と同じ条件の下で、約１〔μ−〕まで細
かくすることができる。したがって、第４図に示すよう
に、矢印Ｍ方向に回転自在なディスク３２の明暗格子縞
３２ｂの記録ピッチを上記間隔Ｉ２１、すなわち約１〔
μ禦〕とした場合においてら、受光素子３６の出力信号
レベルは第５図に示すようになり、明暗格子縞３２ｂの
移動に応じて確実な光量変化が生じ、高い分解能で回転
変位量を検出することができる。この場合、ディスク３
２からの反射光の内、対物レンズ３５を通り、遮光板２
０の外側を通過した３つのレーザビームが、偏光ビーム
スプリッタ３８に導かれ、直角に折り曲げられた後、相
互に干渉を生じることなく十分な光強度を保って集光レ
ンズ４０を介して受光素子３６により検出される。

なお、上述した一実施例においては、局部的な位相変化
を生じさせる光学素子として、遮光板２０を設けたが、
同様に機能するものであれば、例えば回折格子などを用
いても構わない。また、遮光板２０などの光学位相変化
素子の介挿位置としては、コリメートレンズ３４と対物
レンズ３５との間に光路であれば任意の位置でよく、例
えば、第１図に符号２０ａで示すように、コリメートレ
ンズ３４と偏光ビームスプリッタ３８との間等に介挿す
ることもできる。また、上述した一実施例においては、
反射型の光学式ロータリーエンコーダに適用した場合を
例に説明したが、第６図に示すような透過型のものにも
適用することができ、さらに直線変位量を検出する光学
式リニアエンコーダにも勿論適用することができる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、光源と集光手
段との間に挿入された光学位相変化素子によって、記録
媒体上の一定の記録ピッチに対応したピッチで、スポッ
トが等間隔に分裂されるようにしたので、従来のような
単一のスポットの場合と比較して、細かい記録ピッチの
位置情報を検出することができ、分解能の向上を図るこ
とができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す側面図、第２
図は同実施例のスポット形状を示す平面図、茶３図は同
実施例のスポットの光強度分布を示すグラフ、第４図は
同実施例のスポットとディスクの関係を示す平面図、第
５図は同実施例による出力信号波形図、第６図は従来の
透過型の光学式ロータリーエンコーダの構成を示す斜視
図、第７図は従来の反射型の光学式ロータリーエンコー
ダの構成を示す側面図、第８図は従来のスポット形状を
示す平面図、第９図は従来のスポットの光強度分布を示
すグラフ、第１Ｏ図は従来のスポットとディスクの関係
を示す平面図、第１１図は従来のスポットによる出力信
号波形図である。 ０・・・・・・遮光板（光学位相変化素子）、２・・・
・・・ディスク（記録媒体）、２ｂ・・・・・・明暗格
子縞（位置情報）、３・・・・・半導体レーザ（光源）
、 ５・・・・・・対物レンズ（集光手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 移動自在に支持され、その移動方向に沿って一定の記録
   ピッチで位置情報が記録された記録媒体と、 光源から発せられる位相のそろった光ビームを集光手段
   によって微小のスポットに集光して前記記録媒体に照射
   すると共に、その反射光もしくは透過光を受光し、受光
   した光量に対応した検出信号を出力する光学検出手段と
   、 を具備し、前記検出信号に基づいて前記記録媒体の変位
   量を検出する光学式エンコーダにおいて、前記光源と集
   光手段との間に、前記スポットを前記一定の記録ピッチ
   に対応したピッチで等間隔に分裂させる光学位相変化素
   子を挿入したことを特徴とする光学式エンコーダ。