JPH11160102A - Optical rotary encoder - Google Patents

Optical rotary encoder

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Publication number
JPH11160102A
JPH11160102A JP34392097A JP34392097A JPH11160102A JP H11160102 A JPH11160102 A JP H11160102A JP 34392097 A JP34392097 A JP 34392097A JP 34392097 A JP34392097 A JP 34392097A JP H11160102 A JPH11160102 A JP H11160102A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fresnel zone
plate
light
zone plate
slit
Prior art date
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Pending
Application number
JP34392097A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kashiko Kodate
香椎子 小舘
Kazuaki Yamada
和明 山田
Tatsuo Matsushima
立夫 松島
Manabu Tsukamoto
学 塚本
Yasukazu Fujimoto
靖一 藤本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Koyo Seiko Co Ltd filed Critical Koyo Seiko Co Ltd
Priority to JP34392097A priority Critical patent/JPH11160102A/en
Publication of JPH11160102A publication Critical patent/JPH11160102A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform the detection with high sensitivity by making the light focused by a Fresnel zone plate where a sectional level of a pattern is changed stepwise, on a slit, and detecting the light by a photodetector. SOLUTION: A fixed plate 1 fixed in parallel with a X-Y plane comprises plural Fresnel zone plates 2 arranged at equal intervals in the X direction. A light source 3 projects the light toward the zone plates 2 from the back of the zone plates 2. A rotary slit plate 4 is mounted at a fixed distance (d) from the fixed plate 1 in parallel with the X-Y plane orthogonally to the optical axis at a specific position from the center of rotation, and comprises radial slits 4a formed at specific intervals on the whole periphery of the position. A photodetector 5 is mounted in parallel with the X-Y plane on the back of the rotary slit plate 4. By applying this construction, the intervals Ls of the slits 4a can be remarkably reduced while keeping the distance between the rotary plate 1 and the rotary slit plate 4 at an arbitrary manufacturable value, and the detecting sensitivity can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光学式ロータリエ
ンコーダに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical rotary encoder.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7は、従来の一般的な光学式ロータリ
エンコーダの構造を示す斜視図である。図において、L
ED(又はレーザ)等の光源101と受光素子102と
の間の光路には、スリットを有する2つの部材が介在し
ている。このうち、光源101側の部材は被測定物とと
もに回転する回転スリット部材103であり、円板に放
射状に、かつ、周方向に等間隔で、回折格子として作用
させるスリット103aが形成されている。他方の部材
は固定された固定スリット部材104であり、回転スリ
ット部材103と等間隔にスリット104aが形成され
ている。
2. Description of the Related Art FIG. 7 is a perspective view showing the structure of a conventional general optical rotary encoder. In the figure, L
Two members having slits are interposed in the optical path between the light source 101 such as an ED (or laser) and the light receiving element 102. Among them, the member on the light source 101 side is a rotating slit member 103 that rotates together with the object to be measured, and slits 103a that act as diffraction gratings are formed radially on the disk at equal intervals in the circumferential direction. The other member is a fixed slit member 104 which is fixed, and has slits 104a formed at equal intervals with the rotating slit member 103.

【0003】光源101からの光、例えばLED光は、
回転スリット部材103の前方から照射され、スリット
103a及び104aを通り抜けた光は固定スリット部
材104の後方に配置された受光素子102によって検
出される。従って、受光素子102においては、可動ス
リット部材103のスリット間隔に相当する回転量ごと
に光が検出され、パルス出力が得られる。このパルス出
力をカウントすることにより、回転量を検出することが
できる。従って、回転量あたりの出力パルス数で検出感
度(分解能)が決まり、検出感度を向上させるためには
スリット103a及び104aの間隔を小さくする必要
がある。このような構成の光学式ロータリエンコーダに
おいては、スリット103a及び104aの間隔をP、
LED光の波長をλとすると、回転スリット部材103
と固定スリット部材104との間の距離δとの間に以下
の関係がある。 δ={(P/2)2}/λ ...(1)
Light from a light source 101, for example, LED light,
Light emitted from the front of the rotating slit member 103 and passing through the slits 103a and 104a is detected by the light receiving element 102 disposed behind the fixed slit member 104. Therefore, in the light receiving element 102, light is detected for each rotation amount corresponding to the slit interval of the movable slit member 103, and a pulse output is obtained. The amount of rotation can be detected by counting the pulse output. Therefore, the detection sensitivity (resolution) is determined by the number of output pulses per rotation amount, and it is necessary to reduce the interval between the slits 103a and 104a in order to improve the detection sensitivity. In the optical rotary encoder having such a configuration, the interval between the slits 103a and 104a is P,
Assuming that the wavelength of the LED light is λ, the rotating slit member 103
The following relationship exists between the distance between the fixed slit member 104 and the fixed slit member 104. δ = {(P / 2) 2 } / λ. . . (1)

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の光学式ロータリエンコーダでは、検出感度
を向上させるためにスリット103a及び104aの間
隔Pを小さくしようとすると、(1)式により、間隔P
の2乗に比例して回転スリット部材103と固定スリッ
ト部材104との間の距離δを小さくしなければならな
い。ところが、距離δを小さくするには製作上の限界が
あるため、間隔Pの縮小も制限され、従って検出感度に
限界が生じていた。
However, in the conventional optical rotary encoder as described above, if the interval P between the slits 103a and 104a is reduced in order to improve the detection sensitivity, the interval P is calculated by the following equation (1). P
The distance δ between the rotating slit member 103 and the fixed slit member 104 must be reduced in proportion to the square of However, since there is a limit in manufacturing to reduce the distance δ, the reduction of the interval P is also limited, and thus the detection sensitivity is limited.

【0005】上記のような従来の問題点に鑑み、本発明
は、製作コストを上げることなく、より高感度な検出を
可能にする光学式ロータリエンコーダを提供することを
目的とする。
[0005] In view of the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention is to provide an optical rotary encoder that enables more sensitive detection without increasing the manufacturing cost.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、光源からの光
をフレネルゾーンプレートによって収束させた後スリッ
トに入射させて受光素子に検出させる光学式ロータリエ
ンコーダであって、前記フレネルゾーンプレートは、パ
ターンの断面レベルが段階的に変化するマルチレベルフ
レネルゾーンプレートであることを特徴とするものであ
る(請求項1)。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is an optical rotary encoder in which light from a light source is converged by a Fresnel zone plate and then incident on a slit to be detected by a light receiving element. It is a multi-level Fresnel zone plate in which the sectional level of the pattern changes stepwise (claim 1).

【0007】このように構成された光学式ロータリエン
コーダにおいては、フレネルゾーンプレートによって収
束させた光をスリットに入射させ、受光素子により検出
させる。フレネルゾーンプレートの焦点距離は各輪帯の
半径から決まり、各輪帯の半径は最内周の円の半径を基
に算出されるため、フレネルゾーンプレートの焦点距離
は最内周の円の半径によって決まるといえる。当該半径
を適宜選択することにより焦点距離すなわちフレネルゾ
ーンプレートとスリットとの距離を製造可能な程度の値
に確保しながら、その一方で回折限界に近い値までビー
ム径を絞ることができる。従って、スリットの間隔を極
めて小さくすることができ、回転量の検出に高い検出感
度を得ることができる。また、フレネルゾーンプレート
は、パターンの断面レベルが段階的に変化するので、2
段階凹凸型に比べて回折効率が高い。従って、光源に高
い輝度は要求されない。また、受光素子も特に高い感度
を要求されない。
In the optical rotary encoder thus configured, the light converged by the Fresnel zone plate is made incident on the slit and detected by the light receiving element. The focal length of the Fresnel zone plate is determined from the radius of each zone, and the radius of each zone is calculated based on the radius of the innermost circle. Therefore, the focal length of the Fresnel zone plate is the radius of the innermost circle. It can be said that it depends on. By appropriately selecting the radius, the beam diameter can be reduced to a value close to the diffraction limit while securing the focal length, that is, the distance between the Fresnel zone plate and the slit, to a value that can be manufactured. Therefore, the interval between the slits can be made extremely small, and high detection sensitivity can be obtained for detecting the amount of rotation. Further, the Fresnel zone plate has a 2
Diffraction efficiency is higher than that of a stepped unevenness type. Therefore, high brightness is not required for the light source. Also, the light receiving element does not need to have particularly high sensitivity.

【0008】また、本発明の光学式ロータリエンコーダ
は、光源と、前記光源から投射される光を収束させるフ
レネルゾーンプレートを有する固定板と、前記固定板か
ら前記光の投射方向に前記フレネルゾーンプレートの焦
点距離だけ隔てた位置において回転自在に保持され、収
束した光を入射させるスリットを有する回転スリット板
と、前記回転スリット板に近接して配置され、前記スリ
ットに入射した光を検出する受光素子とを備えたもので
あって、前記フレネルゾーンプレートは、パターンの断
面レベルが段階的に変化してブレーズ型フレネルゾーン
プレートに近似した断面形状を形成したマルチレベルフ
レネルゾーンプレートであることを特徴とするものであ
ってもよい(請求項2)。
Further, the optical rotary encoder of the present invention comprises a light source, a fixed plate having a Fresnel zone plate for converging light projected from the light source, and the Fresnel zone plate in a projection direction of the light from the fixed plate. A rotating slit plate having a slit that is rotatably held at a position separated by a focal length and that allows converged light to be incident thereon, and a light receiving element that is arranged close to the rotating slit plate and detects light that has entered the slit Wherein the Fresnel zone plate is a multi-level Fresnel zone plate in which the cross-sectional level of a pattern changes stepwise to form a cross-sectional shape similar to a blazed Fresnel zone plate. (Claim 2).

【0009】このように構成された光学式ロータリエン
コーダにおいては、フレネルゾーンプレートによって収
束させた光をスリットに入射させ、受光素子により検出
させる。フレネルゾーンプレートの焦点距離は当該フレ
ネルゾーンプレートの最内周の円の半径によって決まる
ため、当該半径を適宜選択することにより焦点距離すな
わち固定板と回転スリット板との距離を製造可能な程度
の値に確保しながら、その一方で回折限界に近い値まで
ビーム径を絞ることができる。従って、スリットの間隔
を極めて小さくすることができ、回転量の検出に高い検
出感度を得ることができる。また、フレネルゾーンプレ
ートは、パターンの断面レベルが段階的に変化してブレ
ーズ型フレネルゾーンプレートに近似した断面形状とな
るので、2段階凹凸型に比べて回折効率が極めて高い。
従って、光源に高い輝度は要求されない。また、受光素
子も特に高い感度を要求されない。しかも、ブレーズ型
フレネルゾーンプレートに比べて製造が容易である。
In the optical rotary encoder thus configured, the light converged by the Fresnel zone plate is made incident on the slit and detected by the light receiving element. Since the focal length of the Fresnel zone plate is determined by the radius of the innermost circle of the Fresnel zone plate, the focal length, that is, the distance between the fixed plate and the rotary slit plate can be manufactured by appropriately selecting the radius. , While reducing the beam diameter to a value close to the diffraction limit. Therefore, the interval between the slits can be made extremely small, and high detection sensitivity can be obtained for detecting the amount of rotation. In addition, the cross-sectional level of the Fresnel zone plate changes stepwise to have a cross-sectional shape similar to that of the blazed Fresnel zone plate, so that the diffraction efficiency is extremely higher than that of the two-step concavo-convex type.
Therefore, high brightness is not required for the light source. Also, the light receiving element does not need to have particularly high sensitivity. In addition, it is easier to manufacture than a blazed Fresnel zone plate.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】図4は本発明の一実施形態による
光学式ロータリエンコーダの主要な構成をXYZ直交座
標系において示す斜視図である(但し、図示した寸法は
実寸と必ずしも比例していない。)。図において、X−
Y平面に平行に固定されて設けられた固定板1には、複
数個(例えば2行5列)のフレネルゾーンプレート2が
形成され、これらはX方向に等間隔で配置されている。
LEDからなる光源3は、フレネルゾーンプレート2よ
り充分後方から固定板1に直交するZ方向に光軸を形成
するように配置され、フレネルゾーンプレート2に向け
て光が投射される。回転スリット板4は、回転量検出対
象物体とともに回転する部材であって、固定板1からZ
方向に距離dだけ隔ててX−Y平面に平行に配置されて
いる。回転スリット板4の全体形状は図5に示すような
円盤状であり、回転中心Oから半径rsの位置において
光軸と直交交差するように配置され、その位置の全周に
わたって、放射状の複数のスリット4aが周方向に一定
のスリット間隔Ls(図4)ごとに形成されている。受
光素子5は、回転スリット板4の背面側に近接して、X
−Y平面と平行に配置されている。なお、上記半径rs
に比して上記スリット間隔Lsは非常に小さいため、図
4に示す程度の個数のスリット4aの配列は直線上にあ
るとみなすことができる。従って、フレネルゾーンプレ
ート2はX方向に直線的に配置することができる。
FIG. 4 is a perspective view showing a main configuration of an optical rotary encoder according to an embodiment of the present invention in an XYZ rectangular coordinate system (however, the dimensions shown are not necessarily proportional to the actual dimensions). .). In the figure, X-
A plurality of (for example, 2 rows and 5 columns) Fresnel zone plates 2 are formed on a fixed plate 1 fixed and provided in parallel with the Y plane, and these are arranged at equal intervals in the X direction.
The light source 3 composed of an LED is arranged so as to form an optical axis in the Z direction perpendicular to the fixed plate 1 from the rear of the Fresnel zone plate 2 sufficiently, and the light is projected toward the Fresnel zone plate 2. The rotating slit plate 4 is a member that rotates together with the rotation amount detection target object.
They are arranged parallel to the XY plane at a distance d in the direction. The entire shape of the rotary slit plate 4 is a disk shape as shown in FIG. The slits 4a are formed at regular slit intervals Ls (FIG. 4) in the circumferential direction. The light receiving element 5 is located close to the rear side of the rotary slit
-It is arranged parallel to the Y plane. The above radius rs
Since the slit interval Ls is very small as compared with FIG. 4, the arrangement of the slits 4a of the number as shown in FIG. 4 can be regarded as being on a straight line. Therefore, the Fresnel zone plate 2 can be linearly arranged in the X direction.

【0011】以上の構成において、回転スリット板4の
1回転当たりに受光素子5によって検出されるパルス数
をPsとすると、各スリット4aの幅Wは、 W=π・rs/Ps となる。スリット間隔Lsはスリット幅Wの2倍に設定
されるので、 Ls=2π・rs/Ps である。固定板1と回転スリット板4とのZ方向におけ
る距離dは、フレネルゾーンプレート2の焦点距離dで
もあり、 d=(s1)^2/λ により与えられる。ここで、s1はフレネルゾーンプレ
ート2の最内周円の半径であり、λはLED波長であ
る。
In the above configuration, if the number of pulses detected by the light receiving element 5 per rotation of the rotary slit plate 4 is Ps, the width W of each slit 4a is W = π · rs / Ps. Since the slit interval Ls is set to twice the slit width W, Ls = 2π · rs / Ps. The distance d in the Z direction between the fixed plate 1 and the rotary slit plate 4 is also the focal length d of the Fresnel zone plate 2, and is given by d = (s1) ^ 2 / λ. Here, s1 is the radius of the innermost circle of the Fresnel zone plate 2, and λ is the LED wavelength.

【0012】従来の回折格子によるフラウンホーファー
回折を利用したロータリエンコーダと類似の光学系構成
とするために、フレネルゾーンプレート2をスリット間
隔Lsの整数倍の間隔で配置する。すなわち、フレネル
ゾーンプレート2の間隔は、n・Lsである。ここで、
整数nは、
In order to make an optical system configuration similar to a rotary encoder utilizing Fraunhofer diffraction by a conventional diffraction grating, the Fresnel zone plates 2 are arranged at intervals of an integral multiple of the slit interval Ls. That is, the interval between the Fresnel zone plates 2 is n · Ls. here,
The integer n is

【0013】[0013]

【数1】 (Equation 1)

【0014】によって求められる。なお、必要なフレネ
ルゾーンプレート2の数は、スリット4aを通して同一
受光素子に集められる光量と、素子の最小感度との関係
から決定される。具体的な数値例で示すと、以下のよう
になる。
[0014] The required number of Fresnel zone plates 2 is determined from the relationship between the amount of light collected on the same light receiving element through the slit 4a and the minimum sensitivity of the element. Specific numerical examples are as follows.

【0015】LED波長λ=0.74μm パルス数Ps=5000パルス/回転 焦点距離d=200μm 半径rs=14mm として、LED wavelength λ = 0.74 μm Number of pulses Ps = 5000 pulses / rotation Focal length d = 200 μm Radius rs = 14 mm

【0016】[0016]

【数2】 (Equation 2)

【0017】となる。上記のような構成において、フレ
ネルゾーンプレート2に向けて光源3から光が投射され
ると、等間隔(X方向)に並んだ複数のフレネルゾーン
プレート2のレンズ作用により、収束した微小スポット
光が等間隔に並んだ形で得られる。微小スポット光の間
隔はスリット4aの間隔Lsの整数倍(n・Ls)である
ため、回転スリット板4の移動に応じて一斉にスリット
4aを通過し、その後一斉に不通過となる過程が繰り返
される。これにより、回転スリット板4の回転量に応じ
たオンオフ信号が、受光素子5から出力される。
## EQU1 ## In the above-described configuration, when light is projected from the light source 3 toward the Fresnel zone plate 2, the converged minute spot light is formed by the lens action of the plurality of Fresnel zone plates 2 arranged at equal intervals (X direction). Obtained at equal intervals. Since the interval between the minute spot lights is an integral multiple (n · Ls) of the interval Ls between the slits 4a, the process of passing through the slits 4a at once according to the movement of the rotary slit plate 4 and then simultaneously not passing is repeated. It is. As a result, an on / off signal corresponding to the amount of rotation of the rotating slit plate 4 is output from the light receiving element 5.

【0018】フレネルゾーンプレート2の焦点距離、す
なわち固定板1と回転スリット板4との距離dが、d=
(s1)^2/λであることから、フレネルゾーンプレ
ート2の最内周円の半径s1を変化させることにより距
離dを任意に設定することができる。また、フレネルゾ
ーンプレート2によって収束させたビームは回折限界に
近いビーム径にまで収束させうることが知られている。
従って、例えばリソグラフィ等の半導体描画技術を駆使
することにより、フレネルゾーンプレート2の描画精度
を高めるとともに最小スポット径を所定の値に作成する
ことで、固定板1と回転スリット板4との距離dを任意
の製作可能な値に保ちながらスリット4aの間隔Lsを
極めて小さくして検出感度を向上させることが可能にな
る。また、LED光をフレネルゾーンプレート2によっ
てスポット状に絞るために、LED光がスリット4aを
通過/不通過になることによる信号オンオフ時のS/N
比を大きくすることができる。さらに、受光する光量は
フレネルゾーンプレート2の数、中心円の半径及びゾー
ン帯数で調整できるために設計の自由度が大きい。
When the focal length of the Fresnel zone plate 2, that is, the distance d between the fixed plate 1 and the rotary slit plate 4, is d = d
Since (s1) ^ 2 / λ, the distance d can be arbitrarily set by changing the radius s1 of the innermost circumference circle of the Fresnel zone plate 2. It is also known that a beam converged by the Fresnel zone plate 2 can be converged to a beam diameter close to the diffraction limit.
Therefore, the drawing accuracy of the Fresnel zone plate 2 is increased by making full use of a semiconductor drawing technique such as lithography, and the minimum spot diameter is set to a predetermined value, whereby the distance d between the fixed plate 1 and the rotary slit plate 4 is increased. Is maintained at an arbitrarily manufacturable value, the interval Ls between the slits 4a is made extremely small, and the detection sensitivity can be improved. Further, in order to narrow the LED light into a spot by the Fresnel zone plate 2, the S / N at the time of signal ON / OFF due to the LED light passing / non-passing through the slit 4a.
The ratio can be increased. Further, since the amount of received light can be adjusted by the number of Fresnel zone plates 2, the radius of the center circle, and the number of zone zones, the degree of freedom in design is large.

【0019】また、フレネルゾーンプレートの中心をL
s/4だけずらして描画することにより容易に、いわゆ
るA/B2相の出力を得ることができる。
The center of the Fresnel zone plate is L
A so-called A / B two-phase output can be easily obtained by drawing by shifting by s / 4.

【0020】図2は、フレネルゾーンプレート2の形状
の一例を示す図である。このようなフレネルゾーンプレ
ート2の輪帯の一般的な断面形状を示したグラフが図3
である。横軸は半径方向の距離を表し、縦軸は光の波長
を基準とした長さを表す。このような2段階の凹凸のレ
ベル構成を白黒のパターンで形成したときのフレネルゾ
ーンプレート2の結像効率は20%以下と極端に低い値
であることがわかっている。従って、光源3には高い輝
度が必要とされる。また、白黒のパターンではなく、リ
ソグラフィを利用した凹凸型のレベル構成においても、
理論効率が41%と低い値である。一方、図1の(a)
に示す断面形状のフレネルゾーンプレート2はブレーズ
型フレネルゾーンプレートと呼ばれ、これは効率100
%も可能であるとされている。かかるブレーズ型フレネ
ルゾーンプレートは紫外光や電子ビーム等を照射するこ
とによって製作されるが、照射時間の制御が難しいた
め、一般に製作は困難である。
FIG. 2 is a view showing an example of the shape of the Fresnel zone plate 2. FIG. 3 is a graph showing a general sectional shape of such an annular zone of the Fresnel zone plate 2.
It is. The horizontal axis represents the distance in the radial direction, and the vertical axis represents the length based on the wavelength of light. It has been found that the imaging efficiency of the Fresnel zone plate 2 when such a two-level uneven structure is formed in a black and white pattern is an extremely low value of 20% or less. Therefore, the light source 3 needs high brightness. Also, instead of a black-and-white pattern, even in an uneven level structure using lithography,
The theoretical efficiency is as low as 41%. On the other hand, FIG.
The Fresnel zone plate 2 having a cross-sectional shape shown in FIG.
% Is also possible. Such a blazed Fresnel zone plate is manufactured by irradiating ultraviolet light, an electron beam, or the like. However, it is generally difficult to manufacture the blazed Fresnel zone plate because the irradiation time is difficult to control.

【0021】そこで、本実施形態では、半導体リソグラ
フィ技術を用いて、ブレーズ型フレネルゾーンプレート
に近似させるべく他段階のステップ状のレベル形状を作
成し、多種類の位相変化を与えることにより回折効率を
向上させる。このような他段階のステップ状のレベル構
成により構成されたフレネルゾーンプレートを、マルチ
レベルフレネルゾーンプレートという。理論検討及び実
験によれば、例えば、(b)に示す4段階のマルチレベ
ルフレネルゾーンプレートの場合の回折効率は81%、
(c)に示す8段階のマルチレベルフレネルゾーンプレ
ートの場合の回折効率は94.8%である。このよう
に、マルチレベルフレネルゾーンプレートを用いること
により、2段階凹凸型のフレネルゾーンプレート(図
3)に比べて、回折効率を大幅に向上させ、ブレーズ型
フレネルゾーンプレートに近い回折効率を得ることがで
きる。この結果、光源3の輝度をさほど高いものとする
必要がなくなる。また、受光素子5も特に感度の高いも
のを使用する必要がない。従って、光源3及び受光素子
5が安価なもので足りる。さらに、ブレーズ型フレネル
ゾーンプレートのように、製作時に照射時間の微妙な制
御を必要とせず、電鋳金型・プラスチックプレス法によ
り製作できる。従って、生産性が向上する。
Therefore, in the present embodiment, a semiconductor lithography technique is used to create a stepped level shape at another stage so as to approximate a blazed Fresnel zone plate, and to give various types of phase changes to increase the diffraction efficiency. Improve. A Fresnel zone plate constituted by such a stepwise level configuration of another stage is called a multi-level Fresnel zone plate. According to theoretical studies and experiments, for example, the diffraction efficiency in the case of the four-stage multi-level Fresnel zone plate shown in (b) is 81%,
The diffraction efficiency in the case of the eight-stage multi-level Fresnel zone plate shown in (c) is 94.8%. As described above, by using the multi-level Fresnel zone plate, the diffraction efficiency is greatly improved as compared with the two-step concavo-convex Fresnel zone plate (FIG. 3), and a diffraction efficiency close to that of the blazed Fresnel zone plate is obtained. Can be. As a result, it is not necessary to increase the brightness of the light source 3 so much. In addition, it is not necessary to use a light receiving element 5 having particularly high sensitivity. Therefore, the light source 3 and the light receiving element 5 need only be inexpensive. Further, unlike a blazed Fresnel zone plate, it does not require delicate control of the irradiation time at the time of manufacture, and can be manufactured by an electroforming mold / plastic press method. Therefore, productivity is improved.

【0022】なお、上記実施形態における回転スリット
板4は、インクリメント型であるが、アブソリュート型
の回転スリット板を用いたロータリエンコーダであって
も同様に構成することができる。
Although the rotary slit plate 4 in the above embodiment is of the incremental type, the rotary slit plate 4 can also be configured in the same manner by using a rotary encoder using an absolute type rotary slit plate.

【0023】なお、上記実施形態においては、複数個の
フレネルゾーンプレート2を配置した例を示したが、基
本的にはフレネルゾーンプレート2は1個でもよい。図
6は、フレネルゾーンプレート1個による光学式ロータ
リエンコーダを示す斜視図である。固定板1にフレネル
ゾーンプレート2が1個しか設けられていない点と受光
素子5がフレネルゾーンプレート2に合わせてX方向に
小さくなっている点以外は前述の実施形態と同様であ
る。
In the above embodiment, an example is shown in which a plurality of Fresnel zone plates 2 are arranged, but basically one Fresnel zone plate 2 may be provided. FIG. 6 is a perspective view showing an optical rotary encoder using one Fresnel zone plate. It is the same as the above-described embodiment except that only one Fresnel zone plate 2 is provided on the fixed plate 1 and that the light receiving element 5 is reduced in the X direction in accordance with the Fresnel zone plate 2.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上のように構成された本発明は以下の
効果を奏する。請求項1の光学式ロータリエンコーダに
よれば、フレネルゾーンプレートの焦点距離は当該ゾー
ンプレートの最内周の円の半径によって決まるため、当
該半径を適宜選択することにより焦点距離すなわちフレ
ネルゾーンプレートとスリットとの距離を製造可能な程
度の値に確保しながら、その一方で回折限界に近い値ま
でビーム径を絞ることができる。従って、スリットの間
隔を極めて小さくすることができ、回転量の検出に高い
感度を得ることができる。また、フレネルゾーンプレー
トは、パターンの断面レベルが段階的に変化するので、
2段階凹凸型に比べて回折効率が高い。従って、光源に
高い輝度は要求されない。また、受光素子も特に高い感
度を要求されない。この結果、高分解能で安価な光学式
ロータリエンコーダを提供できる。
The present invention configured as described above has the following effects. According to the optical rotary encoder of the first aspect, since the focal length of the Fresnel zone plate is determined by the radius of the innermost circle of the zone plate, the focal length, that is, the Fresnel zone plate and the slit can be selected by appropriately selecting the radius. The beam diameter can be reduced to a value close to the diffraction limit while securing the distance to the extent that can be manufactured. Therefore, the interval between the slits can be made extremely small, and high sensitivity can be obtained for detecting the amount of rotation. In the Fresnel zone plate, the cross-sectional level of the pattern changes stepwise,
Diffraction efficiency is higher than that of the two-step concavo-convex type. Therefore, high brightness is not required for the light source. Also, the light receiving element does not need to have particularly high sensitivity. As a result, an inexpensive optical rotary encoder with high resolution can be provided.

【0025】請求項2のロータリエンコーダによれば、
フレネルゾーンプレートの焦点距離は当該ゾーンプレー
トの最内周の円の半径によって決まるため、当該半径を
適宜選択することにより焦点距離すなわち固定板と回転
スリット板との距離を製造可能な程度の値に確保しなが
ら、その一方で回折限界に近い値までビーム径を絞るこ
とができる。従って、スリットの間隔を極めて小さくす
ることができ、回転量の検出に高い感度を得ることがで
きる。また、フレネルゾーンプレートは、パターンの断
面レベルが段階的に変化してブレーズ型フレネルゾーン
プレートに近似した断面形状となるので、2段階凹凸型
に比べて回折効率が極めて高い。従って、光源に高い輝
度は要求されない。また、受光素子も特に高い感度を要
求されない。しかも、ブレーズ型フレネルゾーンプレー
トに比べて製造が容易である。この結果、高分解能で、
安価で、生産性に優れた光学式ロータリエンコーダを提
供できる。
According to the rotary encoder of the second aspect,
Since the focal length of the Fresnel zone plate is determined by the radius of the innermost circle of the zone plate, by appropriately selecting the radius, the focal length, that is, the distance between the fixed plate and the rotary slit plate can be set to a value that can be manufactured. While securing, the beam diameter can be reduced to a value close to the diffraction limit. Therefore, the interval between the slits can be made extremely small, and high sensitivity can be obtained for detecting the amount of rotation. In addition, the cross-sectional level of the Fresnel zone plate changes stepwise to have a cross-sectional shape similar to that of the blazed Fresnel zone plate, so that the diffraction efficiency is extremely higher than that of the two-step concavo-convex type. Therefore, high brightness is not required for the light source. Also, the light receiving element does not need to have particularly high sensitivity. In addition, it is easier to manufacture than a blazed Fresnel zone plate. As a result, with high resolution,
An optical rotary encoder that is inexpensive and has excellent productivity can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態による光学式ロータリエン
コーダにおけるフレネルゾーンプレートの断面形状を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional shape of a Fresnel zone plate in an optical rotary encoder according to an embodiment of the present invention.

【図2】フレネルゾーンプレートの形状を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a shape of a Fresnel zone plate.

【図3】フレネルゾーンプレートの2段階凹凸型の断面
形状を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional shape of a two-step concavo-convex type of a Fresnel zone plate.

【図4】本発明の一実施形態による光学式ロータリエン
コーダの構成を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of an optical rotary encoder according to one embodiment of the present invention.

【図5】図4中の回転スリット板の全体形状を示す正面
図である。
FIG. 5 is a front view showing the entire shape of the rotary slit plate in FIG. 4;

【図6】フレネルゾーンプレートが1個の場合の光学式
ロータリエンコーダの構成を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of an optical rotary encoder in a case where there is one Fresnel zone plate.

【図7】従来の光学式ロータリエンコーダの構成を示す
斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a conventional optical rotary encoder.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 固定板 2 フレネルゾーンプレート 3 光源 4 回転スリット板 4a スリット 5 受光素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixed plate 2 Fresnel zone plate 3 Light source 4 Rotating slit plate 4a Slit 5 Light receiving element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松島 立夫 大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 塚本 学 大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 藤本 靖一 大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光洋 精工株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Tatsuo Matsushima 3-5-8 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka City Inside Koyo Seiko Co., Ltd. (72) Inventor Manabu Tsukamoto 3-58 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka City Koyo Seiko Co., Ltd. (72) Inventor Yasushi Fujimoto 3-5-8 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka-shi Koyo Seiko Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源からの光をフレネルゾーンプレートに
よって収束させた後スリットに入射させて受光素子に検
出させる光学式ロータリエンコーダであって、 前記フレネルゾーンプレートは、パターンの断面レベル
が段階的に変化するマルチレベルフレネルゾーンプレー
トであることを特徴とする光学式ロータリエンコーダ。
1. An optical rotary encoder, wherein light from a light source is converged by a Fresnel zone plate and then made incident on a slit to be detected by a light receiving element. An optical rotary encoder characterized by a variable multi-level Fresnel zone plate.
【請求項2】光源と、 前記光源から投射される光を収束させるフレネルゾーン
プレートを有する固定板と、 前記固定板から前記光の投射方向に前記フレネルゾーン
プレートの焦点距離だけ隔てた位置において回転自在に
保持され、収束した光を入射させるスリットを有する回
転スリット板と、 前記回転スリット板に近接して配置され、前記スリット
に入射した光を検出する受光素子とを備えた光学式ロー
タリエンコーダであって、 前記フレネルゾーンプレートは、パターンの断面レベル
が段階的に変化してブレーズ型フレネルゾーンプレート
に近似した断面形状を形成したマルチレベルフレネルゾ
ーンプレートであることを特徴とする光学式ロータリエ
ンコーダ。
2. A light source, a fixed plate having a Fresnel zone plate for converging light projected from the light source, and rotating at a position separated from the fixed plate by a focal length of the Fresnel zone plate in a projection direction of the light. A rotary slit plate that is freely held and has a slit that allows converged light to enter, and an optical rotary encoder that includes a light receiving element that is arranged close to the rotary slit plate and detects light that has entered the slit. The optical rotary encoder according to claim 1, wherein the Fresnel zone plate is a multi-level Fresnel zone plate in which a sectional level of a pattern changes stepwise to form a sectional shape similar to a blazed Fresnel zone plate.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009132569A1 (en) * 2008-04-30 2009-11-05 Lee Hor Led spotlight

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