JPH0843135A - 光回折光学結像素子を有するエンコーダ - Google Patents
光回折光学結像素子を有するエンコーダInfo
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- JPH0843135A JPH0843135A JP7149232A JP14923295A JPH0843135A JP H0843135 A JPH0843135 A JP H0843135A JP 7149232 A JP7149232 A JP 7149232A JP 14923295 A JP14923295 A JP 14923295A JP H0843135 A JPH0843135 A JP H0843135A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- H—ELECTRICITY
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光学エンコーダの反射式光学ディスクにマイ
クロ構造パターンを設け、また光学ディスクに光源から
斜光入射する光の反射光の所定次数のものを、回折光学
素子を用いて光ディスクに対して垂直に取り出すように
してビームスピリッタなどの光学素子を不要とするとと
もに、光学検出器の検出面に所望の輝度の分布を得る。 【構成】 マイクロ構造パターンを表面に設けた反射式
光学ディスクＭに光源Ｌから斜光入射する光の反射光の
所定次数の回折光を回折光学素子ＤＯＥにより光学ディ
スクＭに垂直に取り出して光学検出器Ｒの検出面に入射
させる。トラック間のクロストークを防ぐためにハニカ
ム状の分離器Ｃが回折光学素子ＤＯＥと光学検出器Ｒと
の間に配置されている。
クロ構造パターンを設け、また光学ディスクに光源から
斜光入射する光の反射光の所定次数のものを、回折光学
素子を用いて光ディスクに対して垂直に取り出すように
してビームスピリッタなどの光学素子を不要とするとと
もに、光学検出器の検出面に所望の輝度の分布を得る。 【構成】 マイクロ構造パターンを表面に設けた反射式
光学ディスクＭに光源Ｌから斜光入射する光の反射光の
所定次数の回折光を回折光学素子ＤＯＥにより光学ディ
スクＭに垂直に取り出して光学検出器Ｒの検出面に入射
させる。トラック間のクロストークを防ぐためにハニカ
ム状の分離器Ｃが回折光学素子ＤＯＥと光学検出器Ｒと
の間に配置されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学エンコーダ、特にシ
ャフトエンコーダの分野に関し、特許請求の範囲の請求
項１の序文に記載のエンコーダに関する。
ャフトエンコーダの分野に関し、特許請求の範囲の請求
項１の序文に記載のエンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】光学エンコーダにおいて従来から使用さ
れてきた基本原理は、シャフトエンコーダ、例えば円形
ディスクの場合に、調光手段に高精度溝回折格子を装着
することからなる。この回折格子は厳密に周期的および
非周期的の双方で符号化することができる。前記回折格
子から位置および速度の情報を検出するには、該情報が
透光され、異なる符号化、あるいは周期的回折格子の場
合、動きによる光線変動が感光素子によって測定され
る。デジタル化が調光手段において行われるので、前記
の原理は極めて満足のいくものであることが判明した。
しかしながら、前記原理にはまた重大な制限がある。発
散が不可避のため、回折格子は任意に小さく、すなわち
狭幅とすることができない。このことが、極めて高解像
度を達成する場合とか、ディスク径の極めて小さいシャ
フトエンコーダを製作する場合には顕著な制限をもたら
す。現在まで、対応する読取りヘッドを回折格子に極め
て近接位置させたり、あるいは別のレンズや絞りを光路
に導入することにより、前記制限を取り除く試みがなさ
れてきた。
れてきた基本原理は、シャフトエンコーダ、例えば円形
ディスクの場合に、調光手段に高精度溝回折格子を装着
することからなる。この回折格子は厳密に周期的および
非周期的の双方で符号化することができる。前記回折格
子から位置および速度の情報を検出するには、該情報が
透光され、異なる符号化、あるいは周期的回折格子の場
合、動きによる光線変動が感光素子によって測定され
る。デジタル化が調光手段において行われるので、前記
の原理は極めて満足のいくものであることが判明した。
しかしながら、前記原理にはまた重大な制限がある。発
散が不可避のため、回折格子は任意に小さく、すなわち
狭幅とすることができない。このことが、極めて高解像
度を達成する場合とか、ディスク径の極めて小さいシャ
フトエンコーダを製作する場合には顕著な制限をもたら
す。現在まで、対応する読取りヘッドを回折格子に極め
て近接位置させたり、あるいは別のレンズや絞りを光路
に導入することにより、前記制限を取り除く試みがなさ
れてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】エンコーダが個々のベ
アリングすなわちマウントを有していない場合、コスト
の観点からさらに魅力的な方法、すなわち読取りヘッド
の間隔を詰めることは特に不都合である。望ましく、ま
た可能性のある寸法精度を保つために、前記の本質的に
安価につく構造を使用できるようにするには、当該機械
（ポジションエンコーダ）あるいはモータ（シャフトエ
ンコーダ）のベアリングははるかに高精度となり、従っ
て、当該機械あるいはモータの機能に対して必要以上の
高価格の構造が必要とされる。
アリングすなわちマウントを有していない場合、コスト
の観点からさらに魅力的な方法、すなわち読取りヘッド
の間隔を詰めることは特に不都合である。望ましく、ま
た可能性のある寸法精度を保つために、前記の本質的に
安価につく構造を使用できるようにするには、当該機械
（ポジションエンコーダ）あるいはモータ（シャフトエ
ンコーダ）のベアリングははるかに高精度となり、従っ
て、当該機械あるいはモータの機能に対して必要以上の
高価格の構造が必要とされる。
【０００４】現在では、感光素子上に陰影像を生成する
代りに、回折格子の直接像を投影することができる。こ
れにより、光学系は個々のレンズや絞り要素で構成する
必要はなく、以下に説明するように本発明によれば、光
学機能は、符号化回折格子により、しかして感光素子に
対応するダイオードパターンに対して微細な回折格子構
造体の形で得られる。本発明によれば、これは回折光学
素子、所謂ＤＯＥｓによって達成される。
代りに、回折格子の直接像を投影することができる。こ
れにより、光学系は個々のレンズや絞り要素で構成する
必要はなく、以下に説明するように本発明によれば、光
学機能は、符号化回折格子により、しかして感光素子に
対応するダイオードパターンに対して微細な回折格子構
造体の形で得られる。本発明によれば、これは回折光学
素子、所謂ＤＯＥｓによって達成される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の基本要素は回折
調光手段と、チップ（好ましくはオプト−ＡＳＩＣ）に
感光アレイを備え、前記調光手段に適合した読取りヘッ
ドである。符号化格子、例えば周期的に増大する格子
と、ラジアルあるいは接線方向の絶対格子、および解像
度が１０μｍから２０，０００μｍまでの類似の格子タ
イプの他に、調光手段はさらに、サブミクロン範囲、例
えば０．６μｍにおいて一定の格子を備えた回折格子を
有している。回折格子は例えば、光線を集光したり、特
定の方向あるいは特定の次数において光線を屈折させる
ような光学的機能を有している。読取り部は、光源、感
光受光ユニット（例えばダイオードアレイを備えたチッ
プ）および集積した回折光学素子（ＤＯＥｓ）を備えた
ビームスプリッタを組み入れたハイブリッド機能部分か
らなる。
調光手段と、チップ（好ましくはオプト−ＡＳＩＣ）に
感光アレイを備え、前記調光手段に適合した読取りヘッ
ドである。符号化格子、例えば周期的に増大する格子
と、ラジアルあるいは接線方向の絶対格子、および解像
度が１０μｍから２０，０００μｍまでの類似の格子タ
イプの他に、調光手段はさらに、サブミクロン範囲、例
えば０．６μｍにおいて一定の格子を備えた回折格子を
有している。回折格子は例えば、光線を集光したり、特
定の方向あるいは特定の次数において光線を屈折させる
ような光学的機能を有している。読取り部は、光源、感
光受光ユニット（例えばダイオードアレイを備えたチッ
プ）および集積した回折光学素子（ＤＯＥｓ）を備えた
ビームスプリッタを組み入れたハイブリッド機能部分か
らなる。
【０００６】本発明の方法の利点は下記のように集約さ
れる。
れる。
【０００７】読取りヘッドの間隔は、従来技術で必要と
された６０μｍの代りに２ｍｍであるため、トランスミ
ッタの光線ビームは特に狭い発散をさせる必要はなく、
特に留意して正確に装着する必要はない。
された６０μｍの代りに２ｍｍであるため、トランスミ
ッタの光線ビームは特に狭い発散をさせる必要はなく、
特に留意して正確に装着する必要はない。
【０００８】回折格子の光学機能により、反射走査を特
に有利にし、読取り部の装嵌をより容易にさせ、センサ
の全体高さが基本的に半分となる。
に有利にし、読取り部の装嵌をより容易にさせ、センサ
の全体高さが基本的に半分となる。
【０００９】回折格子は、石英、ガラス、シリコン、ポ
リカーボネート、ニッケル、鋼、アルミニウムあるいは
その他の適当な材料を、エッチングや、あるいは自己複
製法などにより形成可能であり従って、特にコンパクト
ディスクと同じ製作方法が使用可能な場合、大量生産に
対して特に安価となる。
リカーボネート、ニッケル、鋼、アルミニウムあるいは
その他の適当な材料を、エッチングや、あるいは自己複
製法などにより形成可能であり従って、特にコンパクト
ディスクと同じ製作方法が使用可能な場合、大量生産に
対して特に安価となる。
【００１０】シャフトエンコーダあるいはポジションエ
ンコーダは基本的に３個のみの部分、すなわち、調光手
段と、光源／読取り部および回折中間光学素子とのみか
らなる。レーザ光線が用いられる場合、ファンアウト効
果を用いると、例えばＬＥＤｓのように安価な光源を用
いる場合にのみ必要とされる中間光学素子の必要性はな
い。
ンコーダは基本的に３個のみの部分、すなわち、調光手
段と、光源／読取り部および回折中間光学素子とのみか
らなる。レーザ光線が用いられる場合、ファンアウト効
果を用いると、例えばＬＥＤｓのように安価な光源を用
いる場合にのみ必要とされる中間光学素子の必要性はな
い。
【００１１】回折調光手段と関連した読取りヘッドのコ
ンパクトさのために、混合符号化、すなわち増分格子お
よび絶対格子を用いることができるので、固有システム
の安定性が大きく向上する。
ンパクトさのために、混合符号化、すなわち増分格子お
よび絶対格子を用いることができるので、固有システム
の安定性が大きく向上する。
【００１２】読取りヘッドの間隔が大きいので、モータ
あるいは当該機械に介在するベアリングを「共用」する
ことができる。
あるいは当該機械に介在するベアリングを「共用」する
ことができる。
【００１３】極めて高度の解像度であっても、シャフト
エンコーダのディスク径を極めて小さくすることができ
る。
エンコーダのディスク径を極めて小さくすることができ
る。
【００１４】３部分からなるコンパクトなエンコーダユ
ニットがこのように小さい寸法としうるので小型モータ
の装着が極めてやりやすくなる。
ニットがこのように小さい寸法としうるので小型モータ
の装着が極めてやりやすくなる。
【００１５】このような利点を有するエンコーダは特許
請求の範囲に記載の本発明によって実行することができ
る。本発明を添付図面を参照して以下詳細に説明する。
請求の範囲に記載の本発明によって実行することができ
る。本発明を添付図面を参照して以下詳細に説明する。
【００１６】
【実施例】本発明においては、調光手段によって変調さ
れた光線の検出は、その他の公知の装置と異なり、透過
ではなく反射によって行われる。その結果、照射源と検
出器とは調光手段と同じ側に位置され、エンコーダの全
体長さを低減させる。調光手段のパルス発生情報、例え
ば明るさと暗さの分布は例えばオプト−ＡＳＩＣの検出
セグメント（ピクセル）まで転送される。これは、調光
手段と検出器との間の結像光学素子あるいは検出面、す
なわちアレイにおいて所望の輝度を発生させる、調光手
段のマイクロ構造によって行われる。
れた光線の検出は、その他の公知の装置と異なり、透過
ではなく反射によって行われる。その結果、照射源と検
出器とは調光手段と同じ側に位置され、エンコーダの全
体長さを低減させる。調光手段のパルス発生情報、例え
ば明るさと暗さの分布は例えばオプト−ＡＳＩＣの検出
セグメント（ピクセル）まで転送される。これは、調光
手段と検出器との間の結像光学素子あるいは検出面、す
なわちアレイにおいて所望の輝度を発生させる、調光手
段のマイクロ構造によって行われる。
【００１７】図１から図３までは、例えば特定の特性を
備えたシャフトエンコーダの種々の構造を示す。
備えたシャフトエンコーダの種々の構造を示す。
【００１８】１．光源Ｌによりアクチュエータのディス
クＭに斜め照射し、検出器Ｒで直接反射を評価すること
は、ディスクに垂直方向に衝激が生じた場合に、像がず
れ、ピクセルアレイの場合エラーを発生させるという欠
点を蒙る。
クＭに斜め照射し、検出器Ｒで直接反射を評価すること
は、ディスクに垂直方向に衝激が生じた場合に、像がず
れ、ピクセルアレイの場合エラーを発生させるという欠
点を蒙る。
【００１９】２．この欠点を排除するために、アクチュ
エータディスクＭに対する垂直照射を選択し、ビームス
プリッタＢにより直接反射を評価することができるが、
前記の余分の要素Ｂを必要とする。
エータディスクＭに対する垂直照射を選択し、ビームス
プリッタＢにより直接反射を評価することができるが、
前記の余分の要素Ｂを必要とする。
【００２０】３．ビームスプリッタの使用を希望しない
場合、傾斜照射と、直接反射された光線の代りに散乱光
の垂直検出を選択することができ、この場合、図１およ
び図２に示す構造の双方の欠点を排除する。直角方向の
アクチュエータディスクＭ上に斜めに照射された光線を
偏向させることはマイクロ構造によって発生するアクチ
ュエータディスク上のインディカトリックスＩによって
行われ、前述のマイクロ構造を用いて、検出器を位置さ
せたいいずれの方向に入射光を好適に偏向させることが
できる。回折次数を選択することにより、十分な照射レ
ベル（最低１ｍＷ／ｃｍ2 ）が保証される。例えば特定
のマイクロ構造のインディカトリックスが光路において
示され、Ｉで指示されている。
場合、傾斜照射と、直接反射された光線の代りに散乱光
の垂直検出を選択することができ、この場合、図１およ
び図２に示す構造の双方の欠点を排除する。直角方向の
アクチュエータディスクＭ上に斜めに照射された光線を
偏向させることはマイクロ構造によって発生するアクチ
ュエータディスク上のインディカトリックスＩによって
行われ、前述のマイクロ構造を用いて、検出器を位置さ
せたいいずれの方向に入射光を好適に偏向させることが
できる。回折次数を選択することにより、十分な照射レ
ベル（最低１ｍＷ／ｃｍ2 ）が保証される。例えば特定
のマイクロ構造のインディカトリックスが光路において
示され、Ｉで指示されている。
【００２１】図４は、光源からの選択された４本のスペ
クトル帯域幅が０〜＋／−１００ｎｍの場合の横軸にお
ける回折格子配置（−６…０…６）の相対サイズを示
す。検出面において必要な光線分布を調光手段の構造中
に直接組み込むことが光学機能として基本的に有利であ
る。レーザ光線の束を種々の伝播方向を備えた複数の部
分束（ファンアウト素子）に細分するために回折マイク
ロ構造を使用するという魅力的な可能性が文献から知ら
れている。最も単純な場合、格子の回折次数を用いるこ
とができるが、強度は回折次数が高くなると共に減少す
る。光線が中心スペクトル幅を有する場合、回折次数が
不鮮明となり、また重なりが生じ、この状態が図４に概
略的に示されている。
クトル帯域幅が０〜＋／−１００ｎｍの場合の横軸にお
ける回折格子配置（−６…０…６）の相対サイズを示
す。検出面において必要な光線分布を調光手段の構造中
に直接組み込むことが光学機能として基本的に有利であ
る。レーザ光線の束を種々の伝播方向を備えた複数の部
分束（ファンアウト素子）に細分するために回折マイク
ロ構造を使用するという魅力的な可能性が文献から知ら
れている。最も単純な場合、格子の回折次数を用いるこ
とができるが、強度は回折次数が高くなると共に減少す
る。光線が中心スペクトル幅を有する場合、回折次数が
不鮮明となり、また重なりが生じ、この状態が図４に概
略的に示されている。
【００２２】スペクトル帯域幅が＋／−５０ｎｍより小
さいＬＥＤを用いた場合、３〜４回折次数以上を使用し
ないとすれば色エラーは許容される。回折ファンアウト
素子を用いると、各々の場合に一次回折のみを重視する
種々回折格子構造の組合わせから構成されるため、これ
ら条件を満足させることができる。これらの基本的な格
子の適当な組合わせを通して、これらの素子は、全ての
光線の部分的な光線束の強度が同じとなるように構成す
ることができる。部分ビームに分割される「ダンマン格
子」（“Ｄａｍｍａｎ ｇｒａｔｉｎｇ”）タイプの素
子は集光のために追加の光学素子を依然として必要とす
る。
さいＬＥＤを用いた場合、３〜４回折次数以上を使用し
ないとすれば色エラーは許容される。回折ファンアウト
素子を用いると、各々の場合に一次回折のみを重視する
種々回折格子構造の組合わせから構成されるため、これ
ら条件を満足させることができる。これらの基本的な格
子の適当な組合わせを通して、これらの素子は、全ての
光線の部分的な光線束の強度が同じとなるように構成す
ることができる。部分ビームに分割される「ダンマン格
子」（“Ｄａｍｍａｎ ｇｒａｔｉｎｇ”）タイプの素
子は集光のために追加の光学素子を依然として必要とす
る。
【００２３】集光機能を回折構造Ｓに組み込むことによ
り検出面Ｄに点パターンが直接出来るようにすることは
基本的に可能である。図５の（ａ）および（ｂ）に示す
ように二種類の基本タイプの素子がある。図５の（ａ）
に示すタイプにおいては素子開口は数本の部分光線束を
含み、一方図５の（ｂ）に示すタイプでは部分開口が各
々の部分光線束と関連している。部分光線束の開口数は
図５の（ａ）に示すタイプのものよりはるかに大きく、
そのため焦点面すなわち検出面Ｄにおける光線スポット
径は図５の（ｂ）に示すタイプのものより小さくでき
る。図５の（ａ）に示すビーム分割は回折構造によって
のみ得ることができ、一方図５の（ｂ）に示す部分開口
への細分は、例えば小さい凹形ミラーのような従来の光
学要素により可能である。図５の（ａ）に示すタイプの
素子は検出面Ｄにおけるスポットの照射レベルがディス
クの回転あるいは測定ロッドの移動によって著しく変動
するため、図５の（ｂ）に示すタイプの素子に比し調光
手段に使用するには適していない。
り検出面Ｄに点パターンが直接出来るようにすることは
基本的に可能である。図５の（ａ）および（ｂ）に示す
ように二種類の基本タイプの素子がある。図５の（ａ）
に示すタイプにおいては素子開口は数本の部分光線束を
含み、一方図５の（ｂ）に示すタイプでは部分開口が各
々の部分光線束と関連している。部分光線束の開口数は
図５の（ａ）に示すタイプのものよりはるかに大きく、
そのため焦点面すなわち検出面Ｄにおける光線スポット
径は図５の（ｂ）に示すタイプのものより小さくでき
る。図５の（ａ）に示すビーム分割は回折構造によって
のみ得ることができ、一方図５の（ｂ）に示す部分開口
への細分は、例えば小さい凹形ミラーのような従来の光
学要素により可能である。図５の（ａ）に示すタイプの
素子は検出面Ｄにおけるスポットの照射レベルがディス
クの回転あるいは測定ロッドの移動によって著しく変動
するため、図５の（ｂ）に示すタイプの素子に比し調光
手段に使用するには適していない。
【００２４】図６の（ａ）と（ｂ）とは（コードと関連
した）走行方向において、光源からの光線ビーム、すな
わち光線スポットが通る調光手段上の回折多焦点素子、
すなわち構造体Ｓを備えたファセットを示す。図６の
（ａ）は単一のファセット上を延在する光線スポットを
示し、図６の（ｂ）は２個の隣接するファセット上を半
分づつ延在する光線スポットを示す。それぞれの場合に
多焦点素子であるファセットにより調光手段上のトラッ
クが得られる。調光手段は、ファセットＮが完全に照射
され、検出面において数個の同一の明るいスポットが作
られる位置へ動く。ファセットＮの長さの半分だけ調光
手段がさらに動くのに続いて、ファセットＮと隣接する
ファセットＮ＋１はそれぞれ半分だけ照射される。各フ
ァセットにより発生した検出面Ｄ上の光線スポットは常
に同じ輝度であるが、各スポットの照射レベルは、完全
なファセットが完全に照射される位置と比較して単に半
分である。さらに動いている間にファセットＮのスポッ
トの輝度が減少し、一方ファセットＮ＋１のスポットの
輝度は、ファセットＮ＋１が完全に照射されるまで増大
し、（常に同じ輝度の）全てのスポットが、ファセット
Ｎを完全照射した場合と同様に強力に再び照射される。
検出器の照射レベルのそのような変動は当然、回折素子
あるいは小さい凹形ミラーとして構成されている個々の
集光ファセットに各スポットを関連させるか、あるいは
検出面に光学要素により調光手段の変調パターンを結像
することにより当然排除すべきである。
した）走行方向において、光源からの光線ビーム、すな
わち光線スポットが通る調光手段上の回折多焦点素子、
すなわち構造体Ｓを備えたファセットを示す。図６の
（ａ）は単一のファセット上を延在する光線スポットを
示し、図６の（ｂ）は２個の隣接するファセット上を半
分づつ延在する光線スポットを示す。それぞれの場合に
多焦点素子であるファセットにより調光手段上のトラッ
クが得られる。調光手段は、ファセットＮが完全に照射
され、検出面において数個の同一の明るいスポットが作
られる位置へ動く。ファセットＮの長さの半分だけ調光
手段がさらに動くのに続いて、ファセットＮと隣接する
ファセットＮ＋１はそれぞれ半分だけ照射される。各フ
ァセットにより発生した検出面Ｄ上の光線スポットは常
に同じ輝度であるが、各スポットの照射レベルは、完全
なファセットが完全に照射される位置と比較して単に半
分である。さらに動いている間にファセットＮのスポッ
トの輝度が減少し、一方ファセットＮ＋１のスポットの
輝度は、ファセットＮ＋１が完全に照射されるまで増大
し、（常に同じ輝度の）全てのスポットが、ファセット
Ｎを完全照射した場合と同様に強力に再び照射される。
検出器の照射レベルのそのような変動は当然、回折素子
あるいは小さい凹形ミラーとして構成されている個々の
集光ファセットに各スポットを関連させるか、あるいは
検出面に光学要素により調光手段の変調パターンを結像
することにより当然排除すべきである。
【００２５】しかしながら、検出面Ｄにおいて必要とさ
れる光線スポット分布を発生させるための光学機能は、
光源としてレーザでなくＬＥＤが用いられた場合、調光
手段に組み込むことはできるが極めて困難である。コス
ト上の理由から、殆んどの用途に適用されるファンアウ
ト効果を利用するためにレーザでなくＬＥＤが用いられ
るとすれば、検出面に光学結像する下記の実施例が優先
されねばならない。
れる光線スポット分布を発生させるための光学機能は、
光源としてレーザでなくＬＥＤが用いられた場合、調光
手段に組み込むことはできるが極めて困難である。コス
ト上の理由から、殆んどの用途に適用されるファンアウ
ト効果を利用するためにレーザでなくＬＥＤが用いられ
るとすれば、検出面に光学結像する下記の実施例が優先
されねばならない。
【００２６】図７は調光手段Ｍと検出器Ｒとの間に全体
的に結像する光学素子Ｏを備えた装置を概略図示する。
調光手段Ｍは図３に概略図示するように光源Ｌにより傾
斜照射される。結像光学素子とその配置とは検出器Ｒの
寸法、さらに正確にはその表面の広がりによって決ま
る。調光手段上の３本のトラックを走査するとき、検出
器あるいはその感光面は図示のように（Ｔ字状に）形成
することができる。全ての計算に基づき、調光手段の全
てのトラックの３．５ミリの全幅は単一のレンズでは検
出面で結像できないことが判明した。その代りに、複数
のレンズを用いれば、図８の好適実施例に示すように数
個の部分フィールドと関連させる必要がある。
的に結像する光学素子Ｏを備えた装置を概略図示する。
調光手段Ｍは図３に概略図示するように光源Ｌにより傾
斜照射される。結像光学素子とその配置とは検出器Ｒの
寸法、さらに正確にはその表面の広がりによって決ま
る。調光手段上の３本のトラックを走査するとき、検出
器あるいはその感光面は図示のように（Ｔ字状に）形成
することができる。全ての計算に基づき、調光手段の全
てのトラックの３．５ミリの全幅は単一のレンズでは検
出面で結像できないことが判明した。その代りに、複数
のレンズを用いれば、図８の好適実施例に示すように数
個の部分フィールドと関連させる必要がある。
【００２７】本好適実施例はオプト−ＡＳＩＣ Ｒの感
光フィールドにおける個々のトラックのマイクロ構造を
結像する回折光学素子としてレンチキュラスクリーンＤ
ＯＥを用いている。隣接するレンズの光学像間のクロス
カップリングあるいはクロストークを阻止するために
は、対応する、例えばハニカム状のチャンネル分離器Ｃ
を設ける必要がある。この方法では、最初は欠点と思わ
れた付加的要素を要するが、前記要素は同時に、調光手
段Ｍと検出器Ｒとの間に位置した光学素子ＤＯＥ用のホ
ルダとしても作用しうる。また、調光手段上の光線スポ
ットは図３に示すように、光源Ｌからの斜光入射光によ
って作られる。
光フィールドにおける個々のトラックのマイクロ構造を
結像する回折光学素子としてレンチキュラスクリーンＤ
ＯＥを用いている。隣接するレンズの光学像間のクロス
カップリングあるいはクロストークを阻止するために
は、対応する、例えばハニカム状のチャンネル分離器Ｃ
を設ける必要がある。この方法では、最初は欠点と思わ
れた付加的要素を要するが、前記要素は同時に、調光手
段Ｍと検出器Ｒとの間に位置した光学素子ＤＯＥ用のホ
ルダとしても作用しうる。また、調光手段上の光線スポ
ットは図３に示すように、光源Ｌからの斜光入射光によ
って作られる。
【００２８】図９は調光手段のマイクロ構造としての符
号化の一例を示す。例示したディスク（目盛付きロッド
も使用可能）は７トラックを含み、２トラックは１０２
４のポジション（解像度）を備えた増分信号Ａ，Ｂ用で
あり、２トラックはＮ信号用、そして３トラックは２５
６ポジションを備えた絶対コードＡＢＳ用である。絶対
コード化原理は遂次コード化に基づいている。最初の２
トラックはコードを含み、第３のトラックはよりコント
ラストのあるゾーンを選択するために使用される。走査
は示差式であるため、全てのトラックは複式である。オ
プトＡＳＩＣの対応する受光ゾーンは、各Ａ，Ｂトラッ
クに２個、すなわち信号Ａに対して１個、信号Ｂに対し
て１個の走査ダイオードと、同じく各トラックごとに対
して１個である、Ｎセクション用の２個の走査ダイオー
ドと、ＡＢＣセクションを走査する３４の走査ダイオー
ド、すなわちトラック１および２用で各々の場合、（ビ
ット当り１対の）８対のダイオードと、トラック３用の
ビット当り２個のダイオードとを含む。ダイオードの数
を倍にすることにより前述した位置決め問題を排除する
ように作用する。Ａ，ＢおよびＡＢＣトラックを走査す
るためのダイオード対の最大表面はコードビットの表面
を上廻ってはならない。その場合、そのようなＡＳＩＣ
は４０の走査ダイオードを有する必要がある。図９はま
た、数百ミクロンであるトラックの概略寸法を示す。
号化の一例を示す。例示したディスク（目盛付きロッド
も使用可能）は７トラックを含み、２トラックは１０２
４のポジション（解像度）を備えた増分信号Ａ，Ｂ用で
あり、２トラックはＮ信号用、そして３トラックは２５
６ポジションを備えた絶対コードＡＢＳ用である。絶対
コード化原理は遂次コード化に基づいている。最初の２
トラックはコードを含み、第３のトラックはよりコント
ラストのあるゾーンを選択するために使用される。走査
は示差式であるため、全てのトラックは複式である。オ
プトＡＳＩＣの対応する受光ゾーンは、各Ａ，Ｂトラッ
クに２個、すなわち信号Ａに対して１個、信号Ｂに対し
て１個の走査ダイオードと、同じく各トラックごとに対
して１個である、Ｎセクション用の２個の走査ダイオー
ドと、ＡＢＣセクションを走査する３４の走査ダイオー
ド、すなわちトラック１および２用で各々の場合、（ビ
ット当り１対の）８対のダイオードと、トラック３用の
ビット当り２個のダイオードとを含む。ダイオードの数
を倍にすることにより前述した位置決め問題を排除する
ように作用する。Ａ，ＢおよびＡＢＣトラックを走査す
るためのダイオード対の最大表面はコードビットの表面
を上廻ってはならない。その場合、そのようなＡＳＩＣ
は４０の走査ダイオードを有する必要がある。図９はま
た、数百ミクロンであるトラックの概略寸法を示す。
【００２９】例えば２x ＝１０２４，５１２，２５６，
１２８等のようなカージナル数に正確に分割される全て
のパターン数は（最大ポジション数を有する）同じ調光
手段を用いて純粋に電気的に処理することができる。こ
の方法を用いる最も単純な手段は例えば各解像度に対す
るＲＯＭである絶対コード−出力コード変換器（絶対コ
ード化）と頻度分割器（増分コード化）とを用いること
により提供される。多数のカージナル数の場合、例えば
絶対コード化の場合と同様２個以上のダイオードが遂次
同じトラックを有する場合、多数解像度の問題が特に発
生する。この問題に対する比較的複雑でない解決方法は
ＡＳＩＣにおける所定のダイオードネットワークに各カ
ージナル数に対して絶対コード／出力コード変換器を設
けることである。例えば解像度は７２０ポジションであ
るが、調光手段は１０２４ポジションを有し、余分の約
３００ビットは個々に他のビットと結合されている。こ
のように、約３００ビットの対が得られ、そのため精度
は全体にわたり１／２ＬＳＢではなくなり、代りにＬＳ
Ｂの半分と１ＬＳＢとの間であり、このことが図１０の
（ａ）および（ｂ）において伝達関数、横軸＝位置、縦
軸＝出力コードで示されている。
１２８等のようなカージナル数に正確に分割される全て
のパターン数は（最大ポジション数を有する）同じ調光
手段を用いて純粋に電気的に処理することができる。こ
の方法を用いる最も単純な手段は例えば各解像度に対す
るＲＯＭである絶対コード−出力コード変換器（絶対コ
ード化）と頻度分割器（増分コード化）とを用いること
により提供される。多数のカージナル数の場合、例えば
絶対コード化の場合と同様２個以上のダイオードが遂次
同じトラックを有する場合、多数解像度の問題が特に発
生する。この問題に対する比較的複雑でない解決方法は
ＡＳＩＣにおける所定のダイオードネットワークに各カ
ージナル数に対して絶対コード／出力コード変換器を設
けることである。例えば解像度は７２０ポジションであ
るが、調光手段は１０２４ポジションを有し、余分の約
３００ビットは個々に他のビットと結合されている。こ
のように、約３００ビットの対が得られ、そのため精度
は全体にわたり１／２ＬＳＢではなくなり、代りにＬＳ
Ｂの半分と１ＬＳＢとの間であり、このことが図１０の
（ａ）および（ｂ）において伝達関数、横軸＝位置、縦
軸＝出力コードで示されている。
【００３０】今日では、制限的なコスト要素はオプトＡ
ＳＩＣの感光面にある。走査フィールドが大きくなれば
なるほど、ＡＳＩＣは高価になる。トラックの走査が少
なければ少ないほど、ＡＳＩＣは小型化しうる。従っ
て、絶対トラック走査の無い増分エンコーダは、付加的
なトラックを有する絶対エンコーダより安価である。し
かしながら、（増分および絶対の）「完全」情報が測定
手段において提供でき、「より小型のＡＳＩＣ」を用い
ることにより情報の一部のみが走査され、評価される。
その場合、感光走査フィールドがより大きい要素に対し
て投資費用がかかるのであって、調光手段に対してでは
ない。
ＳＩＣの感光面にある。走査フィールドが大きくなれば
なるほど、ＡＳＩＣは高価になる。トラックの走査が少
なければ少ないほど、ＡＳＩＣは小型化しうる。従っ
て、絶対トラック走査の無い増分エンコーダは、付加的
なトラックを有する絶対エンコーダより安価である。し
かしながら、（増分および絶対の）「完全」情報が測定
手段において提供でき、「より小型のＡＳＩＣ」を用い
ることにより情報の一部のみが走査され、評価される。
その場合、感光走査フィールドがより大きい要素に対し
て投資費用がかかるのであって、調光手段に対してでは
ない。
【図１】アクチュエータディスクを斜め照射し、受光素
子に斜めに直接反射させるための光源と、アクチュエー
タディスクと感光受光素子との配置についての第１の基
本概念を示す図。
子に斜めに直接反射させるための光源と、アクチュエー
タディスクと感光受光素子との配置についての第１の基
本概念を示す図。
【図２】ビームスプリッタを用いてアクチュエータディ
スクを垂直照射し、受光素子に垂直に直接反射させるた
めの、光源と、アクチュエータディスクと感光受光素子
との配置の第２の基本概念を示す図。
スクを垂直照射し、受光素子に垂直に直接反射させるた
めの、光源と、アクチュエータディスクと感光受光素子
との配置の第２の基本概念を示す図。
【図３】パルスディスクを斜め照射し、受光素子に垂直
方向に直接反射させるための、光源と、アクチュエータ
ディスクと、感光受光素子との配置の第３の基本概念を
示す図。
方向に直接反射させるための、光源と、アクチュエータ
ディスクと、感光受光素子との配置の第３の基本概念を
示す図。
【図４】スペクトル帯域幅を４個選択した場合の光源の
種々の格子回折配置を示す図。
種々の格子回折配置を示す図。
【図５】回折多焦点要素の変形を示す図。
【図６】回折多焦点要素を備えた運動ファセットを調光
手段の上を通すことから得られる「アレイに適した」後
方反射を示し、感光要素上でパンクチフォーム光線スポ
ットが処理されることを示す図。
手段の上を通すことから得られる「アレイに適した」後
方反射を示し、感光要素上でパンクチフォーム光線スポ
ットが処理されることを示す図。
【図７】アクチュエータディスクおよび検出器の間で全
体的な結像光学素子を備えたシャフトエンコーダの基本
構造を示し、感光ダイオードのアレイが検出器上で概略
図示されている図。
体的な結像光学素子を備えたシャフトエンコーダの基本
構造を示し、感光ダイオードのアレイが検出器上で概略
図示されている図。
【図８】アクチュエータと検出器との間で三連回折光学
素子を備えた本発明によるシャフトエンコーダの好適実
施例を示す図。
素子を備えた本発明によるシャフトエンコーダの好適実
施例を示す図。
【図９】符号化と関連して、測定手段と、アクチュエー
タディスクあるいは長さ測定手段上の例示構造を示す
図。
タディスクあるいは長さ測定手段上の例示構造を示す
図。
【図１０】カージナル数に対応する高解像度のエンコー
ダと、多数カージナル数に対応する低解像度のエンコー
ダに対する伝達関数を示す図。
ダと、多数カージナル数に対応する低解像度のエンコー
ダに対する伝達関数を示す図。
Ｌ 光線トランスミッタ Ｒ 受光素子 Ｄ 受光フィールド Ｍ 調光手段 Ｄ ラスタ Ｓ ファセット ＤＯＥ 回折光学手段 Ｃ チャンネル分離器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン ミシェル メイヤー スイス国ノウシャテル，マラディエール 71
Claims (12)
- 【請求項１】 調光手段と、光線トランスミッタと、感
光性受光素子とを備えた光学エンコーダにおいて、光線
トランスミッタ（Ｌ）と受光素子（Ｒ）とが調光手段
（Ｍ）の同じ側に位置されており（反射法）、受光素子
（Ｒ）が光線スポットを検出するために感光性でパター
ン化すなわちラスタ化した受光フィールド（Ｒ）を有し
ており、調光手段（Ｍ）がマイクロ構造（Ｓ，ファセッ
ト）を有しており、マイクロ構造が受光素子（Ｒ）にお
ける感光パターン、すなわちラスタ（Ｄ）上の回折作用
する光学手段（ＤＯＥ）によって結像されることを特徴
とする光学エンコーダ。 - 【請求項２】 回折光学手段（ＤＯＥ）が調光手段
（Ｍ）に組み込みまれている（光源はレーザ）ことを特
徴とする請求項１に記載のエンコーダ。 - 【請求項３】 回折光学手段（ＤＯＥ）が調光手段
（Ｍ）と感光パターン（光源はＬＥＤ）との間に位置し
ていることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。 - 【請求項４】 前記エンコーダがシャフトエンコーダと
して構成されており、調光手段（Ｍ）がコンパクトディ
スク法により作られたマイクロ構造（Ｓ，ファセット）
を備えたアクチュエータディスクであることを特徴とす
る請求項１に記載のエンコーダ。 - 【請求項５】 前記エンコーダがポジションエンコーダ
として構成されており、調光手段（Ｍ）は、コンパクト
ディスクに対するスタンピング法によって作られたマイ
クロ構造（Ｓ，ファセット）を備えていることを特徴と
する請求項１に記載のエンコーダ。 - 【請求項６】 構造化した調光手段（Ｍ）から光線を受
け取る検出器（Ｒ）におけるパターン化した受光フィー
ルド（ピクセルアレイ）がＣＣＤアレイであることを特
徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のエ
ンコーダ。 - 【請求項７】 構造化した調光手段（Ｍ）から光線を受
け取る検出器（Ｒ）におけるパターン化した受光フィー
ルド（ピクセルアレイ）がオプトＡＳＩＣであることを
特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の
エンコーダ。 - 【請求項８】 調光手段（Ｍ）上の種々のコードトラッ
クに対して関連のピクセルフィールドがパターン化した
受光フィールドに設けられていることを特徴とする請求
項６または７に記載のエンコーダ。 - 【請求項９】 コードトラックおよびピクセルフィール
ドと関連のため同数の回折光学手段すなわちレンズ（Ｄ
ＯＥ）が設けられ、形成された光路が対応して配置した
チャンネル分離器（Ｃ）によりクロストークを防止され
ていることを特徴とする請求項８に記載のエンコーダ。 - 【請求項１０】 光源（Ｌ）と感光性受光素子（Ｒ）と
が同じ基板に位置し、標準的ユニットを形成しているこ
とを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に
記載のエンコーダ。 - 【請求項１１】 光源（Ｌ）および感光性受光素子
（Ｒ）とに対して共通の基板が半導体技術におけるハイ
ブリッド回路として構成されていることを特徴とする請
求項１０に記載のエンコーダ。 - 【請求項１２】 回折光学手段（ＤＯＥ）を調光手段
（Ｍ）および感光性受光素子（Ｒ）の間に位置させてチ
ャンネル分離器（Ｃ）が共通基板に接続されており、こ
のように、エンコーダを作るために調光手段（Ｍ）と関
連したトランスミッタ／レシーバの標準ユニットが得ら
れることを特徴とする請求項９から１１までのいずれか
１項に記載のエンコーダ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH01932/94A CH690862A5 (de) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | Geber mit diffraktiven optischen Abbildungselementen. |
| CH01932/94-1 | 1994-06-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0843135A true JPH0843135A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=4221971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7149232A Pending JPH0843135A (ja) | 1994-06-17 | 1995-06-15 | 光回折光学結像素子を有するエンコーダ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0843135A (ja) |
| CH (1) | CH690862A5 (ja) |
| DE (1) | DE19518714A1 (ja) |
| IT (1) | IT1275735B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004271508A (ja) * | 2002-10-02 | 2004-09-30 | Pwb Ruhlatec Industrieprodukte Gmbh | エンコーダアセンブリ |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1102040B1 (de) | 1999-11-18 | 2004-12-22 | HERA Rotterdam B.V. | Positionssensor |
| DE102004048317A1 (de) * | 2004-10-05 | 2006-04-06 | Hengstler Gmbh | Codierte Abtastscheibe für einen Drehgeber |
| DE102008014720A1 (de) | 2008-03-18 | 2009-10-08 | Pwb-Ruhlatec Industrieprodukte Gmbh | Messeinrichtung und Anordnung zur Erfassung von Lageänderungen |
| DE102014221032A1 (de) * | 2014-10-16 | 2016-04-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Optischer Messwertgeber zur Positionsbestimmung und Maschine mit einem solchen Messwertgeber |
| DE102023100826A1 (de) | 2023-01-16 | 2024-01-25 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Drehwinkelmesseinrichtung, Getriebeeinheit, Gelenkmodul und Verfahren |
-
1994
- 1994-06-17 CH CH01932/94A patent/CH690862A5/de not_active IP Right Cessation
-
1995
- 1995-05-22 DE DE19518714A patent/DE19518714A1/de not_active Withdrawn
- 1995-05-26 IT IT95MI001084A patent/IT1275735B1/it active IP Right Grant
- 1995-06-15 JP JP7149232A patent/JPH0843135A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004271508A (ja) * | 2002-10-02 | 2004-09-30 | Pwb Ruhlatec Industrieprodukte Gmbh | エンコーダアセンブリ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19518714A1 (de) | 1995-12-21 |
| ITMI951084A0 (it) | 1995-05-26 |
| IT1275735B1 (it) | 1997-10-17 |
| ITMI951084A1 (it) | 1996-11-26 |
| CH690862A5 (de) | 2001-02-15 |
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Legal Events
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| A02 | Decision of refusal |
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