JPH0618292A - 光学式エンコーダ - Google Patents
光学式エンコーダInfo
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- JPH0618292A JPH0618292A JP4173250A JP17325092A JPH0618292A JP H0618292 A JPH0618292 A JP H0618292A JP 4173250 A JP4173250 A JP 4173250A JP 17325092 A JP17325092 A JP 17325092A JP H0618292 A JPH0618292 A JP H0618292A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 16
- LFEUVBZXUFMACD-UHFFFAOYSA-H lead(2+);trioxido(oxo)-$l^{5}-arsane Chemical compound [Pb+2].[Pb+2].[Pb+2].[O-][As]([O-])([O-])=O.[O-][As]([O-])([O-])=O LFEUVBZXUFMACD-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims abstract description 17
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 トールボット干渉型の光学式エンコーダにお
いて、信号のひずみによる測定誤差を極力発生させない
ようにした光学式エンコーダを提供する。 【構成】 光束の垂直横モ−ドがスケ−ルとしての回折
格子の移動方向に対して垂直な方向になるように該半導
体レ−ザを設置するようにしている。または光源からの
光束を制限する絞りがあり、その絞りの開口形状が、ス
ケ−ルとしての回折格子の移動方向に対して水平な方向
の径は、該スケ−ルとしての回折格子の移動方向と垂直
な方向の径と同じか、または、短いように設定してい
る。これにより信号の暗側の歪みを低減し、信号処理に
おけるコンパレートレベルを振幅中心に配置でき、結果
として誤差発生を防止できる。
いて、信号のひずみによる測定誤差を極力発生させない
ようにした光学式エンコーダを提供する。 【構成】 光束の垂直横モ−ドがスケ−ルとしての回折
格子の移動方向に対して垂直な方向になるように該半導
体レ−ザを設置するようにしている。または光源からの
光束を制限する絞りがあり、その絞りの開口形状が、ス
ケ−ルとしての回折格子の移動方向に対して水平な方向
の径は、該スケ−ルとしての回折格子の移動方向と垂直
な方向の径と同じか、または、短いように設定してい
る。これにより信号の暗側の歪みを低減し、信号処理に
おけるコンパレートレベルを振幅中心に配置でき、結果
として誤差発生を防止できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，エンコーダに関し，特
にトールボット干渉原理を用いた光学式エンコーダに関
するものである。
にトールボット干渉原理を用いた光学式エンコーダに関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１に、従来のトールボット干渉原理に
基づいたエンコーダの原理が示されている。図１の
（Ａ）中、１は半導体レーザからなる光源、２はコリメ
ータレンズで、半導体レーザ１より射出した光束を平面
波に変換し周期Ｐの回折格子３に入射する。トールボッ
ト干渉の原理より回折格子３で回折した光束は回折格子
３の直後に特定の間隔をおいて、その回折格子と同じ周
期Ｐを持つ干渉縞が形成される。これを図１の（Ｂ）に
示す。図１の（Ｂ）中、Ｄ+1、Ｄ0 、Ｄ-1はそれぞれ回
折格子３からの＋１次、０次、−１次回折光の断面図を
示す。図中でＷで示した領域に干渉縞が形成されてい
る。この干渉縞の像をフーリエイメージと呼び、この現
象をトールボット効果と呼んでいる。光源の波長をλ、
回折格子の周期をＰ、自然数をＮとし、回折格子３と、
３と同じ周期の透過率分布をもつ格子４との間隔ＬをＬ
＝Ｎ・Ｐ2 ／λとなるように設定し、回折格子３がｇ方
向に移動することによって格子４の後方に設けられた受
光センサー５を介して明暗の出力信号を取り出すことが
でき、これにより不図示の信号処理系にてパルス信号を
形成し、これをカウントして回折格子３のｇ方向の変位
量が検知される。２相の正弦波信号を得るために受光セ
ンサー５は２つの受光素子Ａ、Ｂに置き換えられること
がある。
基づいたエンコーダの原理が示されている。図１の
（Ａ）中、１は半導体レーザからなる光源、２はコリメ
ータレンズで、半導体レーザ１より射出した光束を平面
波に変換し周期Ｐの回折格子３に入射する。トールボッ
ト干渉の原理より回折格子３で回折した光束は回折格子
３の直後に特定の間隔をおいて、その回折格子と同じ周
期Ｐを持つ干渉縞が形成される。これを図１の（Ｂ）に
示す。図１の（Ｂ）中、Ｄ+1、Ｄ0 、Ｄ-1はそれぞれ回
折格子３からの＋１次、０次、−１次回折光の断面図を
示す。図中でＷで示した領域に干渉縞が形成されてい
る。この干渉縞の像をフーリエイメージと呼び、この現
象をトールボット効果と呼んでいる。光源の波長をλ、
回折格子の周期をＰ、自然数をＮとし、回折格子３と、
３と同じ周期の透過率分布をもつ格子４との間隔ＬをＬ
＝Ｎ・Ｐ2 ／λとなるように設定し、回折格子３がｇ方
向に移動することによって格子４の後方に設けられた受
光センサー５を介して明暗の出力信号を取り出すことが
でき、これにより不図示の信号処理系にてパルス信号を
形成し、これをカウントして回折格子３のｇ方向の変位
量が検知される。２相の正弦波信号を得るために受光セ
ンサー５は２つの受光素子Ａ、Ｂに置き換えられること
がある。
【０００３】
【発明が解決しようとしている問題点】しかしながら，
従来例のトールボット干渉原理を用いた光学式エンコー
ダにおいて、以下のような問題点があった。図２に上述
の光学式エンコーダより得られる２相信号と、それから
形成されるＡ、Ｂ２相の矩形波信号を示す。光源である
半導体レーザの取りつける向き、即ち半導体レーザから
射出する光束の垂直横モードが、回折格子３が移動する
方向ｘ（即ちｇ方向）と一致している場合、格子４に一
致して形成されるフーリエイメージの強度分布の波形形
状は、例えば図２に示されるように、明側Ｍに対して暗
側ｍの波形が丸くひずみ、この形の信号からハイとロー
が等間隔の矩形パルスを発生させるためのコンパレート
レベル（スライスレベル）Ｃを設定しようとすると、設
定する位置が信号の振幅中心ではなくて、暗側ｍへシフ
トした位置に寄ってしまう。例えば図２において、信号
の振幅中心Ｃ0 にコンパレートレベルを設定したとする
と、矩形パルスのハイとローの比、即ちディティーがハ
イ＞ローとなりディティーを１：１にすることができな
い。また、２相の矩形パルスを用いる場合、この２相信
号の互いのハイ・ハイ、またはハイ・ローの間隔、即ち
パルスの立ち上がり・立ち下がりの位相差ａ、ｂ、ｃ、
ｄもａ、ｃに対してｂ、ｄの間隔が狭くなり、信号の多
分割即ち内挿処理をしようとする時に余裕をなくしてし
まう欠点がある。
従来例のトールボット干渉原理を用いた光学式エンコー
ダにおいて、以下のような問題点があった。図２に上述
の光学式エンコーダより得られる２相信号と、それから
形成されるＡ、Ｂ２相の矩形波信号を示す。光源である
半導体レーザの取りつける向き、即ち半導体レーザから
射出する光束の垂直横モードが、回折格子３が移動する
方向ｘ（即ちｇ方向）と一致している場合、格子４に一
致して形成されるフーリエイメージの強度分布の波形形
状は、例えば図２に示されるように、明側Ｍに対して暗
側ｍの波形が丸くひずみ、この形の信号からハイとロー
が等間隔の矩形パルスを発生させるためのコンパレート
レベル（スライスレベル）Ｃを設定しようとすると、設
定する位置が信号の振幅中心ではなくて、暗側ｍへシフ
トした位置に寄ってしまう。例えば図２において、信号
の振幅中心Ｃ0 にコンパレートレベルを設定したとする
と、矩形パルスのハイとローの比、即ちディティーがハ
イ＞ローとなりディティーを１：１にすることができな
い。また、２相の矩形パルスを用いる場合、この２相信
号の互いのハイ・ハイ、またはハイ・ローの間隔、即ち
パルスの立ち上がり・立ち下がりの位相差ａ、ｂ、ｃ、
ｄもａ、ｃに対してｂ、ｄの間隔が狭くなり、信号の多
分割即ち内挿処理をしようとする時に余裕をなくしてし
まう欠点がある。
【０００４】ところが、コンパレートレベルを設定する
位置が信号振幅の中心から寄ってしまう場合（コンパレ
ートレベルＣ）には、この為に振幅変動が生じた場合に
矩形パルスの不発生を起こす危険性がある。即ち振幅変
動が生じてコンパレートレベルＣに対する振幅の小さい
暗側の信号がコンパレートレベルを越えない状態が発生
する危険性がある。
位置が信号振幅の中心から寄ってしまう場合（コンパレ
ートレベルＣ）には、この為に振幅変動が生じた場合に
矩形パルスの不発生を起こす危険性がある。即ち振幅変
動が生じてコンパレートレベルＣに対する振幅の小さい
暗側の信号がコンパレートレベルを越えない状態が発生
する危険性がある。
【０００５】このような波形歪は以下のような原因で発
生する。フーリエイメージを発生するのは＋１次回折光
と０次回折光、または−１次回折光と０次回折光の干渉
である。従って回折格子４上ではなるべく＋１次回折光
と０次回折光、または−１次回折光と０次回折光が重な
る領域を多くする必要がある。しかしながら図１の
（Ｂ）においては、±１次光の断面Ｄ+1、Ｄ-1が重なる
領域がある。この領域ではフーリエイメージの干渉縞間
隔の１／２の間隔の縞が発生し、この縞がノイズとして
検出信号に悪影響を与えることになる。
生する。フーリエイメージを発生するのは＋１次回折光
と０次回折光、または−１次回折光と０次回折光の干渉
である。従って回折格子４上ではなるべく＋１次回折光
と０次回折光、または−１次回折光と０次回折光が重な
る領域を多くする必要がある。しかしながら図１の
（Ｂ）においては、±１次光の断面Ｄ+1、Ｄ-1が重なる
領域がある。この領域ではフーリエイメージの干渉縞間
隔の１／２の間隔の縞が発生し、この縞がノイズとして
検出信号に悪影響を与えることになる。
【０００６】さらには、以下のような問題点もあった。
図３は本装置の光学系の配置の説明図である。本図では
コリメータレンズ２は省略されている。従来の装置では
オートパワーコントロール（ＡＰＣ）用のフォトダイオ
ードチップ６が図３のように光源１のｘ方向に取りつけ
られているので、このチップ６の面方向に進行する内面
反射等の光がこの面から反射して再度ｚ方向に向かい、
この場合、受光センサー５のＡ側にフレアーとなって混
入し、図４にあるように受光素子Ａ、Ｂの出力信号（２
相信号ＳＡ、ＳＢ）に不要な直流成分を与えてしまうこ
とになる。
図３は本装置の光学系の配置の説明図である。本図では
コリメータレンズ２は省略されている。従来の装置では
オートパワーコントロール（ＡＰＣ）用のフォトダイオ
ードチップ６が図３のように光源１のｘ方向に取りつけ
られているので、このチップ６の面方向に進行する内面
反射等の光がこの面から反射して再度ｚ方向に向かい、
この場合、受光センサー５のＡ側にフレアーとなって混
入し、図４にあるように受光素子Ａ、Ｂの出力信号（２
相信号ＳＡ、ＳＢ）に不要な直流成分を与えてしまうこ
とになる。
【０００７】本発明は、前述従来例の問題点に鑑み、信
号のひずみによる測定誤差を極力発生させないようにし
た光学式エンコーダを提供することを目的とする。
号のひずみによる測定誤差を極力発生させないようにし
た光学式エンコーダを提供することを目的とする。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】上述目的を達成するた
め、本願発明は、光源からの光束をスケールとしての回
折格子に入射させ、該スケールとしての回折光からトー
ルボット干渉原理に基づいて発生する干渉縞を前記スケ
ールとしての回折格子の対向位置にある回折格子に投影
させ、該対向位置の回折格子からの光束を検出して前記
スケールとしての回折格子の変位情報を得るエンコーダ
において、前記光源は半導体レーザであり、その光束の
垂直横モードが前記スケールとしての回折格子の移動方
向に対して垂直な方向になるように該半導体レーザを設
置するようにしている。
め、本願発明は、光源からの光束をスケールとしての回
折格子に入射させ、該スケールとしての回折光からトー
ルボット干渉原理に基づいて発生する干渉縞を前記スケ
ールとしての回折格子の対向位置にある回折格子に投影
させ、該対向位置の回折格子からの光束を検出して前記
スケールとしての回折格子の変位情報を得るエンコーダ
において、前記光源は半導体レーザであり、その光束の
垂直横モードが前記スケールとしての回折格子の移動方
向に対して垂直な方向になるように該半導体レーザを設
置するようにしている。
【０００９】また、本願発明は光源からの光束をスケー
ルとしての回折格子に入射させ、該スケールとしての回
折光からトールボット干渉原理に基づいて発生する干渉
縞を前記スケールとしての回折格子の対向位置にある回
折格子に投影させ、該対向位置の回折格子からの光束を
検出して前記スケールとしての回折格子の変位情報を得
るエンコーダにおいて、前記光源からの光束を制限する
絞りがあり、その絞りの開口形状が、前記スケールとし
ての回折格子の移動方向に対して水平な方向の径は、該
スケールとしての回折格子の移動方向と垂直な方向の径
と同じか、または、短いように設定している。
ルとしての回折格子に入射させ、該スケールとしての回
折光からトールボット干渉原理に基づいて発生する干渉
縞を前記スケールとしての回折格子の対向位置にある回
折格子に投影させ、該対向位置の回折格子からの光束を
検出して前記スケールとしての回折格子の変位情報を得
るエンコーダにおいて、前記光源からの光束を制限する
絞りがあり、その絞りの開口形状が、前記スケールとし
ての回折格子の移動方向に対して水平な方向の径は、該
スケールとしての回折格子の移動方向と垂直な方向の径
と同じか、または、短いように設定している。
【００１０】
【実施例】図５は、本発明の第１実施例の光学式エンコ
ーダを説明する図である。本装置の概略構成は図１に示
したものと同じなので説明、図面を省略する。またコリ
メータレンズは簡略化のため図５では省略されている。
また図１の部材と同様の部材には同じ符番を冠してあ
る。１Ａは光源１からの出射光束の断面である。本装置
では光源である半導体レーザ１の取りつける向き、即ち
半導体レーザから射出する光束の垂直横モードが、回折
格子３が移動する方向とは垂直な方向ｙと一致してい
る。このため回折光子４上での各次数の光束断面のｘ方
向の径を小さくすることができる。このような方向に半
導体レーザ１の向きを設定しておくことで、フーリエイ
メージを回折格子４上に形成して、受光素子Ａ、Ｂで得
られる検出信号の波形形状を前記図２に対して図６に示
す。このように本実施例の装置では２相信号の明側Ｍに
対して暗側ｍの波形のひずみが緩和されてくる。即ち従
来と比較して、ｘ方向（回折格子の移動方向ｇ）の光束
径をこのような配置で制限することによって、図１の
（Ｂ）で示される±１次光同士の重なり面積を小さく抑
えることができ、この重なり部分からのノイズによる信
号波形の歪を小さく出来る。これにより前記ディティ
ー、位相差の改善が図られ、かつコンパレートレベルが
信号振幅中心付近に設定可能となるので、振幅変動があ
っても信号とコンパレートレベルの間に余裕が確保され
矩形パルスの不発生現象を起こりにくくすることができ
る。
ーダを説明する図である。本装置の概略構成は図１に示
したものと同じなので説明、図面を省略する。またコリ
メータレンズは簡略化のため図５では省略されている。
また図１の部材と同様の部材には同じ符番を冠してあ
る。１Ａは光源１からの出射光束の断面である。本装置
では光源である半導体レーザ１の取りつける向き、即ち
半導体レーザから射出する光束の垂直横モードが、回折
格子３が移動する方向とは垂直な方向ｙと一致してい
る。このため回折光子４上での各次数の光束断面のｘ方
向の径を小さくすることができる。このような方向に半
導体レーザ１の向きを設定しておくことで、フーリエイ
メージを回折格子４上に形成して、受光素子Ａ、Ｂで得
られる検出信号の波形形状を前記図２に対して図６に示
す。このように本実施例の装置では２相信号の明側Ｍに
対して暗側ｍの波形のひずみが緩和されてくる。即ち従
来と比較して、ｘ方向（回折格子の移動方向ｇ）の光束
径をこのような配置で制限することによって、図１の
（Ｂ）で示される±１次光同士の重なり面積を小さく抑
えることができ、この重なり部分からのノイズによる信
号波形の歪を小さく出来る。これにより前記ディティ
ー、位相差の改善が図られ、かつコンパレートレベルが
信号振幅中心付近に設定可能となるので、振幅変動があ
っても信号とコンパレートレベルの間に余裕が確保され
矩形パルスの不発生現象を起こりにくくすることができ
る。
【００１１】また、さらに本実施例の装置においては、
オートパワーコントロール（ＡＰＣ）用のフォトダイオ
ードチップ６が図５のように光源１のｙ方向側に取りつ
けられている。このため、この面からの反射光が再度ｚ
方向に向かい、受光センサー５にフレアーとなって混入
しても、このフレアーはｙ方向に偏り、ｘ方向に配列さ
れた受光素子Ａ、Ｂへは入射したとしてもほぼ均等に混
入するので、図６にあるように受光素子Ａ、Ｂの出力信
号に不要な直流成分を与えてしまう影響は両者均等にな
るか、受光素子Ａ，Ｂ間の距離を適正に保つことによ
り、除外することができる。
オートパワーコントロール（ＡＰＣ）用のフォトダイオ
ードチップ６が図５のように光源１のｙ方向側に取りつ
けられている。このため、この面からの反射光が再度ｚ
方向に向かい、受光センサー５にフレアーとなって混入
しても、このフレアーはｙ方向に偏り、ｘ方向に配列さ
れた受光素子Ａ、Ｂへは入射したとしてもほぼ均等に混
入するので、図６にあるように受光素子Ａ、Ｂの出力信
号に不要な直流成分を与えてしまう影響は両者均等にな
るか、受光素子Ａ，Ｂ間の距離を適正に保つことによ
り、除外することができる。
【００１２】図７は、本発明の第２実施例の光学式エン
コーダを示す説明図である。本図ではコリメータレンズ
２の付近のみの斜視図を示す。他の構成は図１と同様で
ある。本装置ではコリメータレンズ２の光束射出側にｘ
方向の光束径を制限する絞り８が設けられている。この
ｘ方向の光束径を制限した場合のフーリエイメージを回
折格子４上に投影して各受光素子より得られる検出信号
の波形形状は前記図２に対して図８に示されていて，図
６に示した場合と同様に明側Ｍに対して暗側ｍの波形が
ひずみが緩和されてくる。これを図９にて説明する。図
９の（Ａ）は第２実施例の配置図であり、図１、図５と
同様の部材は同じ符番を冠してある。この光学配置にお
いて、絞り８を挿入しない場合のコリメータレンズ２か
らの光束断面が例えば図９の（Ｂ）に示した様な形状だ
と仮定すると、この時の回折光子４上での各次数の回折
光断面Ｄ+1、Ｄ0 、Ｄ-1は図９の（Ｃ）の様になる。こ
の場合±１時回折光の重なる領域（斜線部）が大きくな
る。この領域では回折格子の周期とは異なる空間周波数
の干渉縞が形成されるため、出力信号に高周波の成分が
重畳し、波形形状に歪が生じる。これに対し図９の
（Ｄ）に示したように光束径を制限する絞り８’を挿入
すれば、光量ロスが発生するが、図６の（Ｅ）に示され
るように±１時回折光の重なる領域を小さくすることが
できる。これに対し本実施例では更に、光量ロスを最小
限にするために、絞り８の開口形状をｘ方向径が小さく
ｙ方向径の大きな矩形形状にしている。この場合の各次
数の回折光の回折光子４上での重なり状態を図９の
（Ｇ）に示す。このように±１次回折光の重なる領域を
ほとんどなくすることができ、かつフーリエイメージが
発生する領域（斜線部）を大きくとって信号光量を大き
くすることができる。このようにｘ方向の光束径を制限
することにより、前記ディティー、位相差の改善が図ら
れ、かつコンパレートレベルが信号振幅中心付近に設定
可能となるので、振幅変動があっても信号とコンパレー
トレベルの間に余裕が確保され矩形パルスの不発生現象
を起こりにくくすることができる。これとともにｙ方向
の光束径を大きくすることによって、光量ロスを防ぎ、
信号光量を大きくして更にＳ／Ｎ比を大きくすることが
できる。図９の（Ｈ）に絞り８の開口形状を示す。ｘ、
ｙ両方向の径をそれぞれ２Ｄ、Ｔとし、回折格子３、４
の間隔をＬ、光源１からの光束の波長をλ、回折格子３
の格子ピッチをＰ１とすると、 Ｄ＝Ｌ・ｔａｎθ θ＝ｓｉｎ（１／Ｐ１） の条件を満たすとき、図９の（Ｉ）に示すように、回折
格子４上で±１次回折光同士の重なる領域を理論上全く
無くした状態でフーリエイメージの発生する領域の面積
を最大にできる。ただし、信号にそれほど影響を与えな
い範囲であれば、この式よりはずれた構成になっていて
も実質的に問題ない。
コーダを示す説明図である。本図ではコリメータレンズ
２の付近のみの斜視図を示す。他の構成は図１と同様で
ある。本装置ではコリメータレンズ２の光束射出側にｘ
方向の光束径を制限する絞り８が設けられている。この
ｘ方向の光束径を制限した場合のフーリエイメージを回
折格子４上に投影して各受光素子より得られる検出信号
の波形形状は前記図２に対して図８に示されていて，図
６に示した場合と同様に明側Ｍに対して暗側ｍの波形が
ひずみが緩和されてくる。これを図９にて説明する。図
９の（Ａ）は第２実施例の配置図であり、図１、図５と
同様の部材は同じ符番を冠してある。この光学配置にお
いて、絞り８を挿入しない場合のコリメータレンズ２か
らの光束断面が例えば図９の（Ｂ）に示した様な形状だ
と仮定すると、この時の回折光子４上での各次数の回折
光断面Ｄ+1、Ｄ0 、Ｄ-1は図９の（Ｃ）の様になる。こ
の場合±１時回折光の重なる領域（斜線部）が大きくな
る。この領域では回折格子の周期とは異なる空間周波数
の干渉縞が形成されるため、出力信号に高周波の成分が
重畳し、波形形状に歪が生じる。これに対し図９の
（Ｄ）に示したように光束径を制限する絞り８’を挿入
すれば、光量ロスが発生するが、図６の（Ｅ）に示され
るように±１時回折光の重なる領域を小さくすることが
できる。これに対し本実施例では更に、光量ロスを最小
限にするために、絞り８の開口形状をｘ方向径が小さく
ｙ方向径の大きな矩形形状にしている。この場合の各次
数の回折光の回折光子４上での重なり状態を図９の
（Ｇ）に示す。このように±１次回折光の重なる領域を
ほとんどなくすることができ、かつフーリエイメージが
発生する領域（斜線部）を大きくとって信号光量を大き
くすることができる。このようにｘ方向の光束径を制限
することにより、前記ディティー、位相差の改善が図ら
れ、かつコンパレートレベルが信号振幅中心付近に設定
可能となるので、振幅変動があっても信号とコンパレー
トレベルの間に余裕が確保され矩形パルスの不発生現象
を起こりにくくすることができる。これとともにｙ方向
の光束径を大きくすることによって、光量ロスを防ぎ、
信号光量を大きくして更にＳ／Ｎ比を大きくすることが
できる。図９の（Ｈ）に絞り８の開口形状を示す。ｘ、
ｙ両方向の径をそれぞれ２Ｄ、Ｔとし、回折格子３、４
の間隔をＬ、光源１からの光束の波長をλ、回折格子３
の格子ピッチをＰ１とすると、 Ｄ＝Ｌ・ｔａｎθ θ＝ｓｉｎ（１／Ｐ１） の条件を満たすとき、図９の（Ｉ）に示すように、回折
格子４上で±１次回折光同士の重なる領域を理論上全く
無くした状態でフーリエイメージの発生する領域の面積
を最大にできる。ただし、信号にそれほど影響を与えな
い範囲であれば、この式よりはずれた構成になっていて
も実質的に問題ない。
【００１３】上述第１の実施例において、図７に示すよ
うな絞り８を第２実施例と同様に設置しても良い。この
場合、更にｘ方向の光束径を制限することができて望ま
しい。
うな絞り８を第２実施例と同様に設置しても良い。この
場合、更にｘ方向の光束径を制限することができて望ま
しい。
【００１４】以上の実施例では移動する回折格子３と、
距離Ｌ隔てた位置に固定設置された回折格子３と同じ周
期の透過率分布を持つ格子４が示されていたが、図１０
にあるように前述回折格子３、４を円周状に連結し、そ
の直径をＬとした円筒状回折格子９としても良い。この
場合回転軸１０のまわりにｇ方向の回転をさせることに
より、受光センサー５に回折格子周期の２倍の明暗出力
信号を得ることができる。この場合も半導体レーザ１を
図５に示したように配置することにより、または図７に
示したように絞り８をコリメータレンズ２の光束出射側
に設けることにより、さらにはその両方を行なうことに
より、上述と同様の効果が得られるものである。このよ
うに回転量を検出するエンコーダであっても波形の整形
手段として本実施内容が有効に機能するといえる。
距離Ｌ隔てた位置に固定設置された回折格子３と同じ周
期の透過率分布を持つ格子４が示されていたが、図１０
にあるように前述回折格子３、４を円周状に連結し、そ
の直径をＬとした円筒状回折格子９としても良い。この
場合回転軸１０のまわりにｇ方向の回転をさせることに
より、受光センサー５に回折格子周期の２倍の明暗出力
信号を得ることができる。この場合も半導体レーザ１を
図５に示したように配置することにより、または図７に
示したように絞り８をコリメータレンズ２の光束出射側
に設けることにより、さらにはその両方を行なうことに
より、上述と同様の効果が得られるものである。このよ
うに回転量を検出するエンコーダであっても波形の整形
手段として本実施内容が有効に機能するといえる。
【００１５】
【発明の効果】以上の様に本発明によればトールボット
干渉原理を用いた光学式エンコーダにおいて、ディティ
ー、位相差の改善が図られ、かつコンパレートレベルが
信号振幅中心付近に設定可能となるので、振幅変動があ
っても信号とコンパレートレベルの間に余裕が確保され
矩形パルスの不発生現象を起こりに憎くすることができ
る。
干渉原理を用いた光学式エンコーダにおいて、ディティ
ー、位相差の改善が図られ、かつコンパレートレベルが
信号振幅中心付近に設定可能となるので、振幅変動があ
っても信号とコンパレートレベルの間に余裕が確保され
矩形パルスの不発生現象を起こりに憎くすることができ
る。
【図１】トールボット干渉型エンコーダの基本構成図で
ある。
ある。
【図２】従来のトールボット干渉型エンコーダにおける
信号の説明図である。
信号の説明図である。
【図３】従来のトールボット干渉型エンコーダにおける
光学系配置の説明図である。
光学系配置の説明図である。
【図４】従来のトールボット干渉型エンコーダにおける
信号の説明図である。
信号の説明図である。
【図５】第１実施例のトールボット干渉型エンコーダの
光学系配置の説明図である。
光学系配置の説明図である。
【図６】第１実施例における信号の説明図である。
【図７】第２実施例のトールボット干渉型エンコーダの
部分説明図である。
部分説明図である。
【図８】第２実施例における信号の説明図である。
【図９】第２実施例の効果の説明図である。
【図１０】他の実施例の説明図である。
１ 半導体レーザ ２ コリメータレンズ ３ 回折格子 ４ 回折格子 ５ 受光センサ ８ 絞り
Claims (3)
- 【請求項１】 光源からの光束をスケールとしての回折
格子に入射させ、該スケールとしての回折光からトール
ボット干渉原理に基づいて発生する干渉縞を前記スケー
ルとしての回折格子の対向位置にある回折格子に投影さ
せ、該対向位置の回折格子からの光束を検出して前記ス
ケールとしての回折格子の変位情報を得るエンコーダに
おいて、前記光源は半導体レーザであり、その光束の垂
直横モードが前記スケールとしての回折格子の移動方向
に対して垂直な方向になるように該半導体レーザを設置
するようにしたことを特徴とする光学式エンコーダ。 - 【請求項２】 光源からの光束をスケールとしての回折
格子に入射させ、該スケールとしての回折光からトール
ボット干渉原理に基づいて発生する干渉縞を前記スケー
ルとしての回折格子の対向位置にある回折格子に投影さ
せ、該対向位置の回折格子からの光束を検出して前記ス
ケールとしての回折格子の変位情報を得るエンコーダに
おいて、前記光源からの光束を制限する絞りがあり、そ
の絞りの開口形状が、前記スケールとしての回折格子の
移動方向に対して水平な方向の径は、該スケールとして
の回折格子の移動方向と垂直な方向の径と同じか、また
は、短いように設定されていてることを特徴とする光学
式エンコーダ。 - 【請求項３】 前記光束を制限する絞りは、レンズの射
出側に設けられていることを特徴とする請求項２記載の
光学式エンコーダ。
Priority Applications (4)
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| JP17325092A JP3227206B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 光学式エンコーダ |
| US08/082,301 US5359193A (en) | 1992-06-30 | 1993-06-28 | Talbot's interference type optical encoder |
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| EP93110391A EP0577090B1 (en) | 1992-06-30 | 1993-06-29 | Optical encoder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17325092A JP3227206B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 光学式エンコーダ |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0618292A true JPH0618292A (ja) | 1994-01-25 |
| JP3227206B2 JP3227206B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=15956955
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP17325092A Expired - Fee Related JP3227206B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 光学式エンコーダ |
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| EP (1) | EP0577090B1 (ja) |
| JP (1) | JP3227206B2 (ja) |
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| US6374255B1 (en) | 1996-05-21 | 2002-04-16 | Immersion Corporation | Haptic authoring |
| US6654128B2 (en) | 1997-06-30 | 2003-11-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement information detecting apparatus |
| US6256011B1 (en) | 1997-12-03 | 2001-07-03 | Immersion Corporation | Multi-function control device with force feedback |
| EP1028309B1 (de) * | 1999-02-04 | 2003-04-16 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Optische Positionsmesseinrichtung |
| US6122081A (en) * | 1999-08-18 | 2000-09-19 | Lucent Technologies Inc. | Using the Talbot Effect for lensless imaging of periodic structures in a holographic memory system |
| US6564168B1 (en) * | 1999-09-14 | 2003-05-13 | Immersion Corporation | High-resolution optical encoder with phased-array photodetectors |
| US6693626B1 (en) | 1999-12-07 | 2004-02-17 | Immersion Corporation | Haptic feedback using a keyboard device |
| JP4428781B2 (ja) | 1999-12-28 | 2010-03-10 | キヤノン株式会社 | 光学式ロータリエンコーダ及びモータ制御装置 |
| GB0004120D0 (en) * | 2000-02-23 | 2000-04-12 | Renishaw Plc | Opto-electronic scale reading apparatus |
| JP4726168B2 (ja) | 2000-04-17 | 2011-07-20 | キヤノン株式会社 | 光学スケール及び光学式エンコーダ |
| US6904823B2 (en) | 2002-04-03 | 2005-06-14 | Immersion Corporation | Haptic shifting devices |
| US8917234B2 (en) | 2002-10-15 | 2014-12-23 | Immersion Corporation | Products and processes for providing force sensations in a user interface |
| US8992322B2 (en) | 2003-06-09 | 2015-03-31 | Immersion Corporation | Interactive gaming systems with haptic feedback |
| JP2007506208A (ja) * | 2003-09-18 | 2007-03-15 | コニンクリユケ フィリップス エレクトロニクス エヌ．ブイ． | 少なくとも１つの光スポットをシフトさせるシステム |
| JP4908764B2 (ja) * | 2005-02-04 | 2012-04-04 | キヤノン株式会社 | 光学式エンコーダ |
| CN104656900A (zh) | 2006-09-13 | 2015-05-27 | 意美森公司 | 用于游戏厅游戏触觉的系统和方法 |
| JP4928206B2 (ja) * | 2006-09-22 | 2012-05-09 | キヤノン株式会社 | エンコーダ |
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| US9104791B2 (en) | 2009-05-28 | 2015-08-11 | Immersion Corporation | Systems and methods for editing a model of a physical system for a simulation |
| US9866924B2 (en) | 2013-03-14 | 2018-01-09 | Immersion Corporation | Systems and methods for enhanced television interaction |
| CN110492938B (zh) * | 2019-08-28 | 2022-07-22 | 兰州理工大学 | 一种抑制led非线性失真对可见光通信性能影响的方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| US4850693A (en) * | 1988-05-23 | 1989-07-25 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Compact portable diffraction moire interferometer |
| JP2547826B2 (ja) * | 1988-10-19 | 1996-10-23 | キヤノン株式会社 | マルチモード半導体レーザを使用する干渉計測装置 |
| US5198873A (en) * | 1988-10-19 | 1993-03-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Encoder utilizing interference using multi-mode semiconductor laser |
| DE3901534C1 (ja) * | 1989-01-20 | 1990-04-26 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut, De | |
| DE69022571T2 (de) * | 1989-12-26 | 1996-03-28 | Canon Kk | Rotations-Detektorapparat. |
| US5323001A (en) * | 1989-12-26 | 1994-06-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Rotary encoder with scale member and interference of zero and first order diffraction beam |
| US5170221A (en) * | 1990-06-15 | 1992-12-08 | Okuma Corp. | Parallel light ray measuring apparatus |
-
1992
- 1992-06-30 JP JP17325092A patent/JP3227206B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-06-28 US US08/082,301 patent/US5359193A/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-06-29 DE DE69316464T patent/DE69316464T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1993-06-29 EP EP93110391A patent/EP0577090B1/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
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| EP0577090A3 (ja) | 1994-03-23 |
| EP0577090A2 (en) | 1994-01-05 |
| EP0577090B1 (en) | 1998-01-21 |
| US5359193A (en) | 1994-10-25 |
| JP3227206B2 (ja) | 2001-11-12 |
| DE69316464D1 (de) | 1998-02-26 |
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