JPH06194144A - 回転情報検出装置 - Google Patents
回転情報検出装置Info
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- JPH06194144A JPH06194144A JP5247587A JP24758793A JPH06194144A JP H06194144 A JPH06194144 A JP H06194144A JP 5247587 A JP5247587 A JP 5247587A JP 24758793 A JP24758793 A JP 24758793A JP H06194144 A JPH06194144 A JP H06194144A
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Classifications
-
- 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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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 装置全体の小型化を図りつつ高精度な検出が
可能な回転情報検出装置を得ること。 【構成】 表面上に回転検出方向に沿って回折格子が配
列されているスケールの回転に関する情報を検出する装
置で、該スケールの回折格子上の第１点に光束を照射
し、第１点より所定次数の２つの回折光を出射させる為
の光源部と、前記所定次数の２つの回折光を前記スケー
ルの回折格子上の第１とは異なる第２点上に導く為の複
数の光学部分が設けられた前記スケールの表面近傍に並
設される為の透明基板と、前記所定次数の２つの回折光
を入射された前記第２点より発生する回折光同士の干渉
光束を受光する為の光検出器とを有し、該光検出器の受
光により前記スケールの該光検出器に対する相対的な回
転に関する情報が検出されること。
可能な回転情報検出装置を得ること。 【構成】 表面上に回転検出方向に沿って回折格子が配
列されているスケールの回転に関する情報を検出する装
置で、該スケールの回折格子上の第１点に光束を照射
し、第１点より所定次数の２つの回折光を出射させる為
の光源部と、前記所定次数の２つの回折光を前記スケー
ルの回折格子上の第１とは異なる第２点上に導く為の複
数の光学部分が設けられた前記スケールの表面近傍に並
設される為の透明基板と、前記所定次数の２つの回折光
を入射された前記第２点より発生する回折光同士の干渉
光束を受光する為の光検出器とを有し、該光検出器の受
光により前記スケールの該光検出器に対する相対的な回
転に関する情報が検出されること。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は回転情報検出装置に関し
特に移動物体（スケール）に取りつけたディスクの回折
格子等の微細格子列にレーザ光等の可干渉性光束を入射
させ、該回折格子からの所定次数の回折光を互いに干渉
させて干渉縞を形成し、該干渉縞の明暗の縞を計数する
ことによって回折格子の移動情報、即ち移動物体の移動
情報を測定するロータリーエンコーダに良好に適用でき
るものである。
特に移動物体（スケール）に取りつけたディスクの回折
格子等の微細格子列にレーザ光等の可干渉性光束を入射
させ、該回折格子からの所定次数の回折光を互いに干渉
させて干渉縞を形成し、該干渉縞の明暗の縞を計数する
ことによって回折格子の移動情報、即ち移動物体の移動
情報を測定するロータリーエンコーダに良好に適用でき
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来よりＮＣ工作機械等における回転物
体の回転量や回転方向等の回転情報を高精度に、例えば
サブミクロンの単位で測定することのできる測定器とし
てロータリーエンコーダがあり、各方面で使用されてい
る。
体の回転量や回転方向等の回転情報を高精度に、例えば
サブミクロンの単位で測定することのできる測定器とし
てロータリーエンコーダがあり、各方面で使用されてい
る。
【０００３】特に高精度でかつ高分解能のロータリーエ
ンコーダとして、レーザ等の可干渉性光束を移動物体に
設けた回折格子に入射させ、該回折格子から生ずる所定
次数の回折光を互いに干渉させ、該干渉縞の明暗を計数
することにより、該移動物体の移動量や移動情報等の移
動状態を求めた回折光干渉方式のロータリーエンコーダ
が良く知られている。
ンコーダとして、レーザ等の可干渉性光束を移動物体に
設けた回折格子に入射させ、該回折格子から生ずる所定
次数の回折光を互いに干渉させ、該干渉縞の明暗を計数
することにより、該移動物体の移動量や移動情報等の移
動状態を求めた回折光干渉方式のロータリーエンコーダ
が良く知られている。
【０００４】この種の回折光干渉方式のロータリーエン
コーダでは微細格子（放射状格子）を用いて高分解能化
及び高精度化を図る際に、微細格子より多数生じる回折
光のうち光学系により特定の次数の回折光のみを取り出
して適当な光学手段で光路を重ね合わせて干渉信号を得
ている。
コーダでは微細格子（放射状格子）を用いて高分解能化
及び高精度化を図る際に、微細格子より多数生じる回折
光のうち光学系により特定の次数の回折光のみを取り出
して適当な光学手段で光路を重ね合わせて干渉信号を得
ている。
【０００５】一般にロータリーエンコーダでは （１−１）小径で高密度に放射状格子を記録したディス
ク（回転ディスク）を使用して高分解能で低イナーシャ
であること。
ク（回転ディスク）を使用して高分解能で低イナーシャ
であること。
【０００６】（１−２）装置全体が薄型で小型であるこ
と。
と。
【０００７】（１−３）被測定物にディスクや検出ヘッ
ド等を分離して直接組み込めるユニットタイプで組込み
時に取り扱いやすいこと。
ド等を分離して直接組み込めるユニットタイプで組込み
時に取り扱いやすいこと。
【０００８】（１−４）測定精度が環境変化、特に温度
変化に対して安定していること。
変化に対して安定していること。
【０００９】（１−５）ディスク及び検出ヘッドの組み
付け誤差による出力信号の悪化や測定精度の低下がない
こと。等が要望されている。
付け誤差による出力信号の悪化や測定精度の低下がない
こと。等が要望されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に構成が
非常に小型にでき、装置組込等が容易でありながら誤差
を発生しにくく回転物体の回転情報を高精度に検出する
ことができる回転情報検出装置の提供を目的とする。
非常に小型にでき、装置組込等が容易でありながら誤差
を発生しにくく回転物体の回転情報を高精度に検出する
ことができる回転情報検出装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述目的を達成する為、
本発明は表面上に回転検出方向に沿って回折格子が配列
されているスケールの回転に関する情報を検出する装置
で、該スケールの回折格子上の第１点に光束を照射し、
第１点より所定次数の２つの回折光を出射させる為の光
源部と、前記所定次数の２つの回折光を前記スケールの
回折格子上の第１とは異なる第２点上に導く為の複数の
光学部分が設けられた前記スケールの表面近傍に並設さ
れる為の透明基板と、前記所定次数の２つの回折光を入
射された前記第２点より発生する回折光同士の干渉光束
を受光する為の光検出器とを有し、該光検出器の受光に
より前記スケールの該光検出器に対する相対的な回転に
関する情報が検出されることを特徴としている。
本発明は表面上に回転検出方向に沿って回折格子が配列
されているスケールの回転に関する情報を検出する装置
で、該スケールの回折格子上の第１点に光束を照射し、
第１点より所定次数の２つの回折光を出射させる為の光
源部と、前記所定次数の２つの回折光を前記スケールの
回折格子上の第１とは異なる第２点上に導く為の複数の
光学部分が設けられた前記スケールの表面近傍に並設さ
れる為の透明基板と、前記所定次数の２つの回折光を入
射された前記第２点より発生する回折光同士の干渉光束
を受光する為の光検出器とを有し、該光検出器の受光に
より前記スケールの該光検出器に対する相対的な回転に
関する情報が検出されることを特徴としている。
【００１２】
【実施例】図１は本発明の実施例１の装置原理を説明す
る為の構成摸式図である。図１（Ａ）が概略斜視図、図
１（Ｂ）が概略側面図である。
る為の構成摸式図である。図１（Ａ）が概略斜視図、図
１（Ｂ）が概略側面図である。
【００１３】同図においてレーザダイオード等の発光素
子（光源手段）Ｈより射出した発散光束はレンズＣＯＬ
により集光光束Ｒとし、回転物体（不図示）に連結した
ディスクＤＥ上の回折格子より成る放射状格子（微細格
子）Ｇ上の第１の点Ｐ１に斜入射している。点Ｐ１から
の反射回折光のうち＋ｎ次回折光Ｒ+1と−ｎ次回折光Ｒ
-1は、各々第１回折格子Ｇａ１，Ｇｂ１に入射してい
る。
子（光源手段）Ｈより射出した発散光束はレンズＣＯＬ
により集光光束Ｒとし、回転物体（不図示）に連結した
ディスクＤＥ上の回折格子より成る放射状格子（微細格
子）Ｇ上の第１の点Ｐ１に斜入射している。点Ｐ１から
の反射回折光のうち＋ｎ次回折光Ｒ+1と−ｎ次回折光Ｒ
-1は、各々第１回折格子Ｇａ１，Ｇｂ１に入射してい
る。
【００１４】この±ｎ次回折光Ｒ+1，Ｒ-1は第１回折格
子Ｇａ１，Ｇｂ１で反射回折偏向し、反射鏡Ｍで反射
し、ディスクＤＥの回転軸Ｄａ上の近傍の点ＯＰで集光
且つ互いに交差し、かつ点ＯＰに中心ＣＭＯが位置する
ように配置した凹面鏡ＣＭを介した後、反射鏡Ｍで反射
し第２回折格子Ｇａ２，Ｇｂ２に入射している。
子Ｇａ１，Ｇｂ１で反射回折偏向し、反射鏡Ｍで反射
し、ディスクＤＥの回転軸Ｄａ上の近傍の点ＯＰで集光
且つ互いに交差し、かつ点ＯＰに中心ＣＭＯが位置する
ように配置した凹面鏡ＣＭを介した後、反射鏡Ｍで反射
し第２回折格子Ｇａ２，Ｇｂ２に入射している。
【００１５】第２回折格子Ｇａ２，Ｇｂ２で反射回折偏
向した±ｎ次回折光Ｒ+1，Ｒ-1は、ディスクＤＥ上の放
射状格子Ｇ上の第２の点Ｐ２に入射する。そして点Ｐ２
で反射回折した＋ｎ次回折光Ｒ+1+1と−ｎ次回折光Ｒ
-1-1の２つの回折光はディスクＤＥ面から斜方向に重な
りあって射出し、受光手段としての光電素子ＰＤに入射
している。
向した±ｎ次回折光Ｒ+1，Ｒ-1は、ディスクＤＥ上の放
射状格子Ｇ上の第２の点Ｐ２に入射する。そして点Ｐ２
で反射回折した＋ｎ次回折光Ｒ+1+1と−ｎ次回折光Ｒ
-1-1の２つの回折光はディスクＤＥ面から斜方向に重な
りあって射出し、受光手段としての光電素子ＰＤに入射
している。
【００１６】このとき双方の回折光Ｒ+1+1とＲ-1-1は互
いに干渉して１つの明暗の干渉信号光を形成する。光電
素子ＰＤはこのときの干渉信号光を検出し、電気的な周
期信号として出力している。そして光電素子ＰＤからの
周期性の信号を用いて放射状格子Ｇ即ち回転物体の回転
情報を検出している。
いに干渉して１つの明暗の干渉信号光を形成する。光電
素子ＰＤはこのときの干渉信号光を検出し、電気的な周
期信号として出力している。そして光電素子ＰＤからの
周期性の信号を用いて放射状格子Ｇ即ち回転物体の回転
情報を検出している。
【００１７】今、放射状格子Ｇの格子ピッチをＰ（回折
格子列の１周の本数がＮ）、対象とする放射状格子Ｇか
らの回折光を±ｎ次回折光とすると、ｎ次回折光の波面
の位相は０次回折光の波面に対してディスクＤＥの回転
角度をθ(deg) とすると、 ４π・ｎ・Ｎ・θ／３６０ だけずれる。
格子列の１周の本数がＮ）、対象とする放射状格子Ｇか
らの回折光を±ｎ次回折光とすると、ｎ次回折光の波面
の位相は０次回折光の波面に対してディスクＤＥの回転
角度をθ(deg) とすると、 ４π・ｎ・Ｎ・θ／３６０ だけずれる。
【００１８】そこで異なる次数の回折光同士は互いの波
面の位相がずれているから、この２つの回折光を光学系
によって光路を重ね合わせて干渉させて明暗の干渉信号
光を得ている。
面の位相がずれているから、この２つの回折光を光学系
によって光路を重ね合わせて干渉させて明暗の干渉信号
光を得ている。
【００１９】例えば光電素子ＰＤからは回折次数ｎを
ｎ：１としたときには、即ち＋１次回折光と−１次回折
光とを用いて双方を重ね合わせると、ディスクＤＥが放
射状格子Ｇの１ピッチ（360/Ｎ度）分だけ回転すると４
周期の正弦波信号が得られる。
ｎ：１としたときには、即ち＋１次回折光と−１次回折
光とを用いて双方を重ね合わせると、ディスクＤＥが放
射状格子Ｇの１ピッチ（360/Ｎ度）分だけ回転すると４
周期の正弦波信号が得られる。
【００２０】本実施例では光電素子ＰＤで得られる周期
性の出力信号を用いて放射状格子Ｇ、即ち回転物体の回
転角度や回転速度等の回転情報を検出している。
性の出力信号を用いて放射状格子Ｇ、即ち回転物体の回
転角度や回転速度等の回転情報を検出している。
【００２１】尚、本実施例においては放射状格子Ｇ上の
点Ｐ１と点Ｐ２とはディスクＤＥの回転軸Ｄａに対して
略対称な位置関係となっている。
点Ｐ１と点Ｐ２とはディスクＤＥの回転軸Ｄａに対して
略対称な位置関係となっている。
【００２２】尚、本実施例において凹面鏡ＣＭは点Ｐ１
の像を点Ｐ２に等倍写像させるように配置しているが、
回折光の光路が凹面鏡ＣＭの主軸に対して大きな角度を
持って入射している場合は、通常の球面ではなく、トー
リック面形状の凹面鏡より構成するのが望ましい。
の像を点Ｐ２に等倍写像させるように配置しているが、
回折光の光路が凹面鏡ＣＭの主軸に対して大きな角度を
持って入射している場合は、通常の球面ではなく、トー
リック面形状の凹面鏡より構成するのが望ましい。
【００２３】本実施例では第１回折格子Ｇａ１，Ｇｂ１
と第２回折格子Ｇａ２，Ｇｂ２、そして反射鏡等を前述
の如く設定することにより （２−１）発光素子Ｈや光学系、そして光電素子ＰＤ等
を有する検出ヘッドをディスクの片側にまとめて配置す
ることができるので、ディスク部と検出ヘッドとを分離
構成することができ、被測定装置に直接組込めるので取
扱いやすくなること、ディスク部を被測定装置の回転物
体に直接固定できるので、従来から使用されているカッ
プリングが不要になり、カップリングによる伝達誤差に
よる測定精度の悪化を防止し、又高速回転時のカップリ
ングによる伝達遅れの問題等がなく、回転物体の回転情
報を高分解能で検出することができる等の効果がある。
と第２回折格子Ｇａ２，Ｇｂ２、そして反射鏡等を前述
の如く設定することにより （２−１）発光素子Ｈや光学系、そして光電素子ＰＤ等
を有する検出ヘッドをディスクの片側にまとめて配置す
ることができるので、ディスク部と検出ヘッドとを分離
構成することができ、被測定装置に直接組込めるので取
扱いやすくなること、ディスク部を被測定装置の回転物
体に直接固定できるので、従来から使用されているカッ
プリングが不要になり、カップリングによる伝達誤差に
よる測定精度の悪化を防止し、又高速回転時のカップリ
ングによる伝達遅れの問題等がなく、回転物体の回転情
報を高分解能で検出することができる等の効果がある。
【００２４】（２−２）発光素子Ｈからの光束の波長変
動があっても、図２に示す標準状態と図３に示す波長変
化状態との比較から分かる様に放射状格子Ｇへの光束の
照射位置（Ｐ１，Ｐ２）がずれず、放射状格子の第２の
点Ｐ２から回折し射出する±ｎ次回折光Ｒ＋１＋１，Ｒ
−１−１の重なり合い状態が変動せず、そして２つの±
ｎ次回折光の光電素子ＰＤまでの光路長差の変動が生じ
ないようにして干渉状態の変化による出力信号の劣化や
測定精度の悪化を防止し、これにより回転物体の回転情
報を高分解能で検出している。
動があっても、図２に示す標準状態と図３に示す波長変
化状態との比較から分かる様に放射状格子Ｇへの光束の
照射位置（Ｐ１，Ｐ２）がずれず、放射状格子の第２の
点Ｐ２から回折し射出する±ｎ次回折光Ｒ＋１＋１，Ｒ
−１−１の重なり合い状態が変動せず、そして２つの±
ｎ次回折光の光電素子ＰＤまでの光路長差の変動が生じ
ないようにして干渉状態の変化による出力信号の劣化や
測定精度の悪化を防止し、これにより回転物体の回転情
報を高分解能で検出している。
【００２５】（２−３）一般に反射回折光を利用する場
合、ディスクＤＥの回転軸とディスク面の法線方位が傾
くと反射回折光の方位が振れてしまい干渉状態が不安定
になりやすいが、本実施例ではこのような不安定さを改
善している。
合、ディスクＤＥの回転軸とディスク面の法線方位が傾
くと反射回折光の方位が振れてしまい干渉状態が不安定
になりやすいが、本実施例ではこのような不安定さを改
善している。
【００２６】即ち図２に示す標準状態と、図４，図５に
それぞれ示すディスクＤＥの法線がＸ，Ｙ方向に傾いた
状態との比較から分かるように、凹面鏡ＣＭの作用によ
って、ディスクＤＥの回転軸と面の法線が傾いた場合で
も、放射状格子Ｇへの光束の照射位置Ｐ１，Ｐ２がずれ
ず、又第２の照射点Ｐ２から射出する回折光
Ｒ＋１＋ １，Ｒ−１−１の重なり合い状態が変動せず、
２つの回折光の光電素子までの光路長差の変動が生じな
いようにして、干渉状態の変化による出力信号の劣化や
測定精度の悪化を防止している。 （２−４）凹面鏡ＣＭの前後の光路中の各要素が対称で
あるので装置全体の組立が容易であるという効果があ
る。
それぞれ示すディスクＤＥの法線がＸ，Ｙ方向に傾いた
状態との比較から分かるように、凹面鏡ＣＭの作用によ
って、ディスクＤＥの回転軸と面の法線が傾いた場合で
も、放射状格子Ｇへの光束の照射位置Ｐ１，Ｐ２がずれ
ず、又第２の照射点Ｐ２から射出する回折光
Ｒ＋１＋ １，Ｒ−１−１の重なり合い状態が変動せず、
２つの回折光の光電素子までの光路長差の変動が生じな
いようにして、干渉状態の変化による出力信号の劣化や
測定精度の悪化を防止している。 （２−４）凹面鏡ＣＭの前後の光路中の各要素が対称で
あるので装置全体の組立が容易であるという効果があ
る。
【００２７】（２−５）放射状格子Ｇの点Ｐ１，Ｐ２へ
の光束の入射角を斜入射とし、反射鏡Ｍ１，Ｍ２と凹面
鏡ＣＭを対向配置することにより光路を折りたたみ、装
置全体の薄型化を図れる。
の光束の入射角を斜入射とし、反射鏡Ｍ１，Ｍ２と凹面
鏡ＣＭを対向配置することにより光路を折りたたみ、装
置全体の薄型化を図れる。
【００２８】（２−６）第１，第２回折格子Ｇａ１，Ｇ
ｂ１，Ｇａ２，Ｇｂ２と凹面鏡ＣＭ、そして反射鏡Ｍが
相互に平行に配置されているので光学系の構成が簡単に
なる。又第１，第２回折格子Ｇａ１，Ｇｂ１，Ｇａ２，
Ｇｂ２はすべて同一平面上に配置されるので一体化でき
る。又格子ピッチも等しいので、中央部の凹面鏡ＣＭの
部分を除いて１枚の回折格子として配置でき、更に部品
点数が削減され、装置全体が簡素化されるという効果が
ある。
ｂ１，Ｇａ２，Ｇｂ２と凹面鏡ＣＭ、そして反射鏡Ｍが
相互に平行に配置されているので光学系の構成が簡単に
なる。又第１，第２回折格子Ｇａ１，Ｇｂ１，Ｇａ２，
Ｇｂ２はすべて同一平面上に配置されるので一体化でき
る。又格子ピッチも等しいので、中央部の凹面鏡ＣＭの
部分を除いて１枚の回折格子として配置でき、更に部品
点数が削減され、装置全体が簡素化されるという効果が
ある。
【００２９】図６は本実施例の具体的な構成を表す断面
図であり、図１の光学系の各要素をガラス基板ＧＬ上に
一体成型し、発光素子Ｈ、受光素子チップＰＤを内蔵し
た容器の光束投受光窓部に取付けて、具体的な光学系の
配置をしたものである。
図であり、図１の光学系の各要素をガラス基板ＧＬ上に
一体成型し、発光素子Ｈ、受光素子チップＰＤを内蔵し
た容器の光束投受光窓部に取付けて、具体的な光学系の
配置をしたものである。
【００３０】凹面鏡ＣＭ、第１，第２回折格子Ｇａ１，
Ｇｂ１，Ｇａ２，Ｇｂ２レンズＣＯＬと受光素子上に光
束を集光するレンズＬＳはレプリカ製法でガラス基板Ｇ
Ｌの片面に一体成型し、さらにガラス基板ＧＬの反対面
に反射膜、反射防止膜等を蒸着することで、光路設定光
学部品を一体化して構成している。尚、凹面鏡ＣＭはレ
プリカ製法で形成後、反射膜を蒸着して構成している。
Ｇｂ１，Ｇａ２，Ｇｂ２レンズＣＯＬと受光素子上に光
束を集光するレンズＬＳはレプリカ製法でガラス基板Ｇ
Ｌの片面に一体成型し、さらにガラス基板ＧＬの反対面
に反射膜、反射防止膜等を蒸着することで、光路設定光
学部品を一体化して構成している。尚、凹面鏡ＣＭはレ
プリカ製法で形成後、反射膜を蒸着して構成している。
【００３１】本実施例ではこのような構成により前述の
効果の他に、 （３−１）非常に小型なミリオーダーのサイズのロータ
リーエンコーダ用の検出ヘッドが実現される。ミリオー
ダーの直径のディスクと組み合わせると、ペンシル状の
大きさのロータリーエンコーダが実現できる。
効果の他に、 （３−１）非常に小型なミリオーダーのサイズのロータ
リーエンコーダ用の検出ヘッドが実現される。ミリオー
ダーの直径のディスクと組み合わせると、ペンシル状の
大きさのロータリーエンコーダが実現できる。
【００３２】（３−２）ガラス基板ＧＬ上に干渉光学系
が１つにまとまるので、光学系が非常に安定化、小型
化、ローコスト化できる。又偏向板、波長板をそのガラ
ス基板に貼りつけると、位相差２相信号光を発生させる
ビームスプリッタ、偏光板だけで十分となり非常にロー
コストで小型で安定したロータリーエンコーダが構成で
きる。
が１つにまとまるので、光学系が非常に安定化、小型
化、ローコスト化できる。又偏向板、波長板をそのガラ
ス基板に貼りつけると、位相差２相信号光を発生させる
ビームスプリッタ、偏光板だけで十分となり非常にロー
コストで小型で安定したロータリーエンコーダが構成で
きる。
【００３３】（３−３）凹面鏡ＣＭ、第１，第２回折格
子Ｇａ１，Ｇｂ１，Ｇａ２，Ｇｂ２はレプリカ製法で製
作するとキズ等に弱いが、すべて同一平面上に配置され
るので一体化ができ、保護しやすくなる。又ガラス基板
のレプリカ形成面がディスクと反対側となるので、カバ
ーで覆うことも可能である。この場合はレプリカ面をぶ
つけたりして光学機能が損なわれる心配が無くなる。図
６のように、ガラス基板ＧＬの両面に平板状光学部品を
一体化したものを、発光素子、受光素子チップを内蔵し
た容器の光束投受光窓部に取付ければ、容器内部にレプ
リカ面がくるので保護される。等の効果がある。
子Ｇａ１，Ｇｂ１，Ｇａ２，Ｇｂ２はレプリカ製法で製
作するとキズ等に弱いが、すべて同一平面上に配置され
るので一体化ができ、保護しやすくなる。又ガラス基板
のレプリカ形成面がディスクと反対側となるので、カバ
ーで覆うことも可能である。この場合はレプリカ面をぶ
つけたりして光学機能が損なわれる心配が無くなる。図
６のように、ガラス基板ＧＬの両面に平板状光学部品を
一体化したものを、発光素子、受光素子チップを内蔵し
た容器の光束投受光窓部に取付ければ、容器内部にレプ
リカ面がくるので保護される。等の効果がある。
【００３４】図７は本発明の実施例２の構成を示す断面
図である。
図である。
【００３５】本実施例では実施例１の光源ＨをＬＥＤ等
の面発光光源Ｈ′に変えて、受光素子ＰＤと発光素子Ｈ
とを同一平面基板ＰＤ上に配置した例である。回路基板
ＰＤとレンズＣＯＬ，ＬＳ、回折格子Ｇａ１，Ｇｂ１，
Ｇａ２，Ｇｂ２、ミラーＭ等が両面に成形された透明基
板ＧＬＡとが適当なスペーサＳＰを介して接合されてい
る。その他の構成・動作等は実施例１と同様である。
の面発光光源Ｈ′に変えて、受光素子ＰＤと発光素子Ｈ
とを同一平面基板ＰＤ上に配置した例である。回路基板
ＰＤとレンズＣＯＬ，ＬＳ、回折格子Ｇａ１，Ｇｂ１，
Ｇａ２，Ｇｂ２、ミラーＭ等が両面に成形された透明基
板ＧＬＡとが適当なスペーサＳＰを介して接合されてい
る。その他の構成・動作等は実施例１と同様である。
【００３６】図８は実施例２の面発光光源Ｈ、受光素子
ＰＤ、光学ユニットを接合する実施例３の構成を示す断
面図であり、本実施例では光源Ｈ′、受光素子ＰＤをリ
ードフレームＬＦやプリント基板上にマウントした後
で、集光レンズＣＯＬの周辺領域Ａを避けて「コの字
型」にモールド成形したモールド部Ｍｏに光学ユニット
を接合している。
ＰＤ、光学ユニットを接合する実施例３の構成を示す断
面図であり、本実施例では光源Ｈ′、受光素子ＰＤをリ
ードフレームＬＦやプリント基板上にマウントした後
で、集光レンズＣＯＬの周辺領域Ａを避けて「コの字
型」にモールド成形したモールド部Ｍｏに光学ユニット
を接合している。
【００３７】図９，図１０は実施例３において受光素子
ＰＤ、発光素子Ｈ′を透明基板ＧＬＡの放射上格子側の
面上に形成した実施例４の構成を表す断面図、斜視図で
あり、集光レンズＣＯＬのかわりに凹面集光ミラーＣＯ
ＬＭに変えてある。又レンズＬＳに代えてミラーＭ２を
設ける。
ＰＤ、発光素子Ｈ′を透明基板ＧＬＡの放射上格子側の
面上に形成した実施例４の構成を表す断面図、斜視図で
あり、集光レンズＣＯＬのかわりに凹面集光ミラーＣＯ
ＬＭに変えてある。又レンズＬＳに代えてミラーＭ２を
設ける。
【００３８】本実施例は光源から検出器までの格子Ｇを
除く全ての光学要素を透明基板ＧＬＡ上に設けており、
この構造を採用すれば、以下のメリットがある。
除く全ての光学要素を透明基板ＧＬＡ上に設けており、
この構造を採用すれば、以下のメリットがある。
【００３９】（４−１）回折格子Ｇａ１，Ｇｂ１，Ｇａ
２，Ｇｂ２、凹面鏡ＣＭ、ミラーＭ２は全て反射面であ
るので凹面やカメラ回折格子等をレプリカ等により成形
後、一括してアルミニウムＡｌ等を蒸着すれば良いので
光学ユニットの製造が容易になる。
２，Ｇｂ２、凹面鏡ＣＭ、ミラーＭ２は全て反射面であ
るので凹面やカメラ回折格子等をレプリカ等により成形
後、一括してアルミニウムＡｌ等を蒸着すれば良いので
光学ユニットの製造が容易になる。
【００４０】（４−２）光路がディスクとの光束の出入
りの部分以外は全て光学ユニットの内面反射によって形
成されているので、光学部品の汚れや部品相互の位置変
動等が生じにくく環境に非常に安定したエンコーダにな
る。
りの部分以外は全て光学ユニットの内面反射によって形
成されているので、光学部品の汚れや部品相互の位置変
動等が生じにくく環境に非常に安定したエンコーダにな
る。
【００４１】図１１は実施例５を表す断面図である。
【００４２】本実施例は図９の光学ユニットをモールド
処理し、モールド部Ｍｏで光学ユニットを密封したもの
である。
処理し、モールド部Ｍｏで光学ユニットを密封したもの
である。
【００４３】図１２は実施例６を表す断面図である。
【００４４】本実施例は図９の光学ユニットと光源Ｈ、
受光素子ＰＤとをリードフレームＬＦを介して接合後、
モールド成形したものである。光源Ｈ、受光素子ＰＤは
透明基板ＧＬＡとリードフレームの間に挟んでも良い。
受光素子ＰＤとをリードフレームＬＦを介して接合後、
モールド成形したものである。光源Ｈ、受光素子ＰＤは
透明基板ＧＬＡとリードフレームの間に挟んでも良い。
【００４５】図１３，図１４は本発明の実施例７を表す
断面図と斜視図であり、１は発光素子、２は集光レン
ズ、３は相対回転するディスク、４は透明基板、５は受
光素子ユニット、Ｍはミラー、Ｇ１〜Ｇ４は回折格子、
ＣＭは凹面鏡である。
断面図と斜視図であり、１は発光素子、２は集光レン
ズ、３は相対回転するディスク、４は透明基板、５は受
光素子ユニット、Ｍはミラー、Ｇ１〜Ｇ４は回折格子、
ＣＭは凹面鏡である。
【００４６】このうち回折格子Ｇ４は２つの領域に分割
されていて、格子が互いに１／４ピッチずらして記録さ
れている。又受光素子ユニット５の受光面も２つの領域
５ａ，５ｂに分割されていてそれぞれに入射した光束量
に応じてそれぞれの電圧信号を出力するようになってい
る。
されていて、格子が互いに１／４ピッチずらして記録さ
れている。又受光素子ユニット５の受光面も２つの領域
５ａ，５ｂに分割されていてそれぞれに入射した光束量
に応じてそれぞれの電圧信号を出力するようになってい
る。
【００４７】発光素子１から射出した発散光束Ｒは透明
基板４の表面に成形されている集光レンズ２に斜入射し
て集光光束Ｒ′に変換され、透明基板４を透過して相対
回転しているディスク３上の放射状格子の点Ｐ１を中心
に入射し、そこから反射回折光Ｒ+ ，Ｒ- が生じて、そ
れぞれ透明基板４を透過して反対面に成形されている回
折格子Ｇ１，Ｇ２にて反射回折され、透明基板内部を戻
されて、ミラーＭで反射後、凹面鏡ＣＭの中心部に入射
する。
基板４の表面に成形されている集光レンズ２に斜入射し
て集光光束Ｒ′に変換され、透明基板４を透過して相対
回転しているディスク３上の放射状格子の点Ｐ１を中心
に入射し、そこから反射回折光Ｒ+ ，Ｒ- が生じて、そ
れぞれ透明基板４を透過して反対面に成形されている回
折格子Ｇ１，Ｇ２にて反射回折され、透明基板内部を戻
されて、ミラーＭで反射後、凹面鏡ＣＭの中心部に入射
する。
【００４８】凹面鏡の中心部で交差し、且つ反射された
２光束は同様に透明基板内部で多重反射を繰り返して、
回折格子Ｇ３，Ｇ４で偏向されて透明基板を抜け出す。
このとき回折格子Ｇ４は２つの領域に位相分割されてい
るので光束Ｒ- は左右に光束が分かれ、互いに波面位相
が９０°ずれている。
２光束は同様に透明基板内部で多重反射を繰り返して、
回折格子Ｇ３，Ｇ４で偏向されて透明基板を抜け出す。
このとき回折格子Ｇ４は２つの領域に位相分割されてい
るので光束Ｒ- は左右に光束が分かれ、互いに波面位相
が９０°ずれている。
【００４９】２光束Ｒ+ ，Ｒ- はディスク３上の放射状
格子の点Ｐ２を中心に入射し、そこから反射回折光
Ｒ++，Ｒ--が生じて互いに光路を重ねあって透明基板４
を透過して発光素子と同一基板ＰＢ上に固定されている
アンプ回路付受光素子チップユニット５に入射する。
格子の点Ｐ２を中心に入射し、そこから反射回折光
Ｒ++，Ｒ--が生じて互いに光路を重ねあって透明基板４
を透過して発光素子と同一基板ＰＢ上に固定されている
アンプ回路付受光素子チップユニット５に入射する。
【００５０】ここで干渉光束Ｒ++--は２つの領域で互い
に９０°ずれた干渉位相になっている。そこで受光素子
５の受光面５ａ，５ｂに入射する際にそれぞれに対応さ
せて入射するように配置されている。
に９０°ずれた干渉位相になっている。そこで受光素子
５の受光面５ａ，５ｂに入射する際にそれぞれに対応さ
せて入射するように配置されている。
【００５１】受光素子ユニット５からは２つの互いに位
相差のある干渉信号出力が得られる。この信号を基に不
図示の信号処理系でよく知られた方向検出、位相分割処
理を行う。
相差のある干渉信号出力が得られる。この信号を基に不
図示の信号処理系でよく知られた方向検出、位相分割処
理を行う。
【００５２】図１５は本発明の実施例８を表す斜視図で
あり、本実施例は受光素子ユニット５′と回折格子Ｇ
４′を除き、実施例７と同様である。
あり、本実施例は受光素子ユニット５′と回折格子Ｇ
４′を除き、実施例７と同様である。
【００５３】回折格子Ｇ４′は４つの領域に分割されて
いて、隣接する格子が互いに１／４ピッチずらして（即
ち交差方向では互いに１／２ピッチずらして）記録され
ている。また受光素子ユニット５′の受光面も２つの領
域５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに分割されていて、それぞれ
に入射した光束量に応じてそれぞれの電圧信号を出力す
るようになっている。
いて、隣接する格子が互いに１／４ピッチずらして（即
ち交差方向では互いに１／２ピッチずらして）記録され
ている。また受光素子ユニット５′の受光面も２つの領
域５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに分割されていて、それぞれ
に入射した光束量に応じてそれぞれの電圧信号を出力す
るようになっている。
【００５４】発光素子１から射出した発散光束Ｒは透明
基板４の表面に成形されている集光レンズ２に斜入射し
て集光光束Ｒ′に変換され、透明基板４を透過して相対
回転しているディスク３上の放射状格子の点Ｐ１を中心
に入射し、そこから反射回折光Ｒ+ ，Ｒ- が生じて、そ
れぞれ透明基板４を透過して反対面に成形されている回
折格子Ｇ１，Ｇ２にて反射回折され、透明基板内部を戻
されて、ミラーＭで反射後、凹面鏡ＣＭの中心部に入射
する。
基板４の表面に成形されている集光レンズ２に斜入射し
て集光光束Ｒ′に変換され、透明基板４を透過して相対
回転しているディスク３上の放射状格子の点Ｐ１を中心
に入射し、そこから反射回折光Ｒ+ ，Ｒ- が生じて、そ
れぞれ透明基板４を透過して反対面に成形されている回
折格子Ｇ１，Ｇ２にて反射回折され、透明基板内部を戻
されて、ミラーＭで反射後、凹面鏡ＣＭの中心部に入射
する。
【００５５】凹面鏡の中心部で交差し、且つ反射された
２光束は同様に透明基板内部で多重反射を繰り返して、
回折格子Ｇ３，Ｇ４′で偏向されて透明基板を抜け出
す。このとき回折格子Ｇ４′は田の字型に４つの領域に
位相分割されているので光束Ｒ- は田の字型に波面位相
が９０°ずつずれている。
２光束は同様に透明基板内部で多重反射を繰り返して、
回折格子Ｇ３，Ｇ４′で偏向されて透明基板を抜け出
す。このとき回折格子Ｇ４′は田の字型に４つの領域に
位相分割されているので光束Ｒ- は田の字型に波面位相
が９０°ずつずれている。
【００５６】２光束Ｒ+ ，Ｒ- はディスク３上の放射状
格子の点Ｐ２を中心に入射し、そこから反射回折光
Ｒ++，Ｒ--が生じて互いに光路を重ねあって透明基板４
を透過して発光素子と同一基板ＰＢ上に固定されている
アンプ回路付受光素子チップユニット５′に入射する。
格子の点Ｐ２を中心に入射し、そこから反射回折光
Ｒ++，Ｒ--が生じて互いに光路を重ねあって透明基板４
を透過して発光素子と同一基板ＰＢ上に固定されている
アンプ回路付受光素子チップユニット５′に入射する。
【００５７】ここで干渉光束Ｒ++--は４つの領域で互い
に９０°ずれた干渉位相になっている。そこで受光素子
５′の受光面５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに入射する際にそ
れぞれに対応させて入射するように配置されている。
に９０°ずれた干渉位相になっている。そこで受光素子
５′の受光面５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに入射する際にそ
れぞれに対応させて入射するように配置されている。
【００５８】受光素子ユニット５′からは４つの互いに
位相差のある干渉信号出力が得られる。この信号を不図
示の外部の信号処理系で、又は内部の電子回路によって
互いに１８０°位相がずれた信号同士を引き算してプッ
シュプル信号として２相信号出力が得られる。このプッ
シュプル信号は、光源の光量変動や回折格子の回折光率
むらによる干渉光の光量変動があっても信号オフセット
が変動しないので安定した信号となり、信号処理系でよ
く知られた電気的内挿処理を行うことによって、より高
分解能化することも可能になる。
位相差のある干渉信号出力が得られる。この信号を不図
示の外部の信号処理系で、又は内部の電子回路によって
互いに１８０°位相がずれた信号同士を引き算してプッ
シュプル信号として２相信号出力が得られる。このプッ
シュプル信号は、光源の光量変動や回折格子の回折光率
むらによる干渉光の光量変動があっても信号オフセット
が変動しないので安定した信号となり、信号処理系でよ
く知られた電気的内挿処理を行うことによって、より高
分解能化することも可能になる。
【００５９】上記実施例７，８では回折格子Ｇ４，Ｇ
４′を２つ又は４つに波面分割し回折格子を互いに９０
°ずつ位相ずれを与えたが、回折格子Ｇ４，Ｇ４′の代
わりにＧ１〜Ｇ３の何れを分割するようにしてもよい。
４′を２つ又は４つに波面分割し回折格子を互いに９０
°ずつ位相ずれを与えたが、回折格子Ｇ４，Ｇ４′の代
わりにＧ１〜Ｇ３の何れを分割するようにしてもよい。
【００６０】上記の実施例８では回折格子Ｇ４′を田の
字型に４分割したが、例えばＧ４′を横に２分割、Ｇ３
を縦に２分割して互いに位相ずれを９０°ずつ与えても
よい。
字型に４分割したが、例えばＧ４′を横に２分割、Ｇ３
を縦に２分割して互いに位相ずれを９０°ずつ与えても
よい。
【００６１】透明基板４の内面反射による光路の都合で
反射回数を増やしたりして回折格子の数を増やしてもよ
く、又その場合はどの回折格子で波面分割を行ってもよ
いことは言うまでもない。
反射回数を増やしたりして回折格子の数を増やしてもよ
く、又その場合はどの回折格子で波面分割を行ってもよ
いことは言うまでもない。
【００６２】回折格子の製法は位相格子のレプリカ法の
他に、透明基板上にレジスト塗布後、格子パターンの光
線（電子線）描画、現像処理したものでもよい。またそ
れを更にガラスエッチング処理により透明基板自身を位
相格子形状に加工してもよい。
他に、透明基板上にレジスト塗布後、格子パターンの光
線（電子線）描画、現像処理したものでもよい。またそ
れを更にガラスエッチング処理により透明基板自身を位
相格子形状に加工してもよい。
【００６３】発光素子、受光素子（処理回路付）はプリ
ント基板上にマウントしてもリードフレーム上にマウン
トしてもよい。
ント基板上にマウントしてもリードフレーム上にマウン
トしてもよい。
【００６４】以上説明したように、光路偏向用回折格子
の一部を波面分割して互いに位相ずれを与えるという簡
単な構成によりエンコーダに不可欠な多相信号が容易に
得られ、非常に小型薄型で高分解能な組み込みタイプの
ロータリーエンコーダが非常に簡単な構造で実現され
る。
の一部を波面分割して互いに位相ずれを与えるという簡
単な構成によりエンコーダに不可欠な多相信号が容易に
得られ、非常に小型薄型で高分解能な組み込みタイプの
ロータリーエンコーダが非常に簡単な構造で実現され
る。
【００６５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、小型化可
能で装置組込容易でありながら高精度測定のできる回転
情報検出装置が実現される。
能で装置組込容易でありながら高精度測定のできる回転
情報検出装置が実現される。
【図１】 本発明の実施例１の測定原理を説明する図
【図２】 本発明の実施例１の測定原理を説明する図
【図３】 実施例１における光路状態を説明する図
【図４】 実施例１における光路状態を説明する図
【図５】 実施例１における光路状態を説明する図
【図６】 本発明の実施例１の断面図
【図７】 本発明の実施例２の断面図
【図８】 本発明の実施例３の断面図
【図９】 本発明の実施例４の断面図
【図１０】 本発明の実施例４の斜視図
【図１１】 本発明の実施例５の断面図
【図１２】 本発明の実施例６の断面図
【図１３】 本発明の実施例７の断面図
【図１４】 本発明の実施例７の斜視図
【図１５】 本発明の実施例８の斜視図
Ｈ 発光素子 ＣＯＬ レンズ ＤＥ ディスク Ｇ１〜Ｇ４，Ｇ 放射状格子 Ｇａ１，Ｇｂ１ 第１回折格子 Ｇａ２，Ｇｂ２ 第２回折格子 Ｍ１〜Ｍ６，Ｍ 反射鏡 ＰＤ，ＰＤ１，ＰＤ２ 光電素子 ＣＭ 凹面鏡 ＧＬ ガラス基板 １ 発光素子 ２ 集光レンズ ３ ディスク ４ 透明基板 ５ 受光素子ユニット
Claims (1)
- 【請求項１】 表面上に回転検出方向に沿って回折格子
が配列されているスケールの回転に関する情報を検出す
る装置で、該スケールの回折格子上の第１点に光束を照
射し、第１点より所定次数の２つの回折光を出射させる
為の光源部と、前記所定次数の２つの回折光を前記スケ
ールの回折格子上の第１とは異なる第２点上に導く為の
複数の光学部分が設けられた前記スケールの表面近傍に
並設される為の透明基板と、前記所定次数の２つの回折
光を入射された前記第２点より発生する回折光同士の干
渉光束を受光する為の光検出器とを有し、該光検出器の
受光により前記スケールの該光検出器に対する相対的な
回転に関する情報が検出されることを特徴とする回転情
報検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24758793A JP3478567B2 (ja) | 1992-09-25 | 1993-09-07 | 回転情報検出装置 |
| DE69322569T DE69322569T2 (de) | 1992-09-25 | 1993-09-24 | Vorrichtung zur Erfassung von Rotationsinformationen |
| EP93115449A EP0589477B1 (en) | 1992-09-25 | 1993-09-24 | Rotation information detection apparatus |
| US08/380,934 US5498870A (en) | 1992-09-25 | 1995-01-31 | Rotation information detection apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-280681 | 1992-09-25 | ||
| JP04280681 | 1992-09-25 | ||
| JP24758793A JP3478567B2 (ja) | 1992-09-25 | 1993-09-07 | 回転情報検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06194144A true JPH06194144A (ja) | 1994-07-15 |
| JP3478567B2 JP3478567B2 (ja) | 2003-12-15 |
Family
ID=26538336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24758793A Expired - Fee Related JP3478567B2 (ja) | 1992-09-25 | 1993-09-07 | 回転情報検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5498870A (ja) |
| EP (1) | EP0589477B1 (ja) |
| JP (1) | JP3478567B2 (ja) |
| DE (1) | DE69322569T2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002228490A (ja) * | 2001-02-06 | 2002-08-14 | Mitsutoyo Corp | 光学式エンコーダ |
| JP2007010659A (ja) * | 2005-06-28 | 2007-01-18 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | 位置測定装置 |
| JP2007502985A (ja) * | 2003-08-15 | 2007-02-15 | ファロ テクノロジーズ インコーポレーテッド | 改良版可搬型座標計測機 |
| USRE40551E1 (en) * | 1998-08-21 | 2008-10-28 | Parriaux Olivier M | Device for measuring translation, rotation or velocity via light beam interference |
| JP2013050448A (ja) * | 2011-08-30 | 2013-03-14 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | 干渉計方式により間隔測定するための機構 |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3395339B2 (ja) * | 1994-03-31 | 2003-04-14 | ソニー・プレシジョン・テクノロジー株式会社 | 定点検出装置 |
| JPH08210824A (ja) * | 1995-02-07 | 1996-08-20 | Canon Inc | 回転検出装置及び回転制御装置 |
| JPH08219812A (ja) * | 1995-02-15 | 1996-08-30 | Canon Inc | 変位情報検出装置、変位情報検出用スケール及びこれを用いたドライブ制御装置 |
| EP0729013B1 (en) * | 1995-02-21 | 2002-07-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement detection apparatus and drive control apparatus using the same |
| US6229140B1 (en) | 1995-10-27 | 2001-05-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement information detection apparatus |
| DE19621188B4 (de) * | 1996-05-25 | 2005-07-14 | Leica Geosystems Ag | Optischer Sensor zur Bestimmung des Drehwinkels einer Drehachse |
| US6151185A (en) * | 1996-09-05 | 2000-11-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting apparatus, positioning apparatus, and information recording apparatus using the same |
| US6631047B2 (en) | 1997-09-22 | 2003-10-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Interference device, position detecting device, positioning device and information recording apparatus using the same |
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