JPS59224513A - 光学式リニアエンコ−ダ - Google Patents
光学式リニアエンコ−ダInfo
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- JPS59224513A JPS59224513A JP9896083A JP9896083A JPS59224513A JP S59224513 A JPS59224513 A JP S59224513A JP 9896083 A JP9896083 A JP 9896083A JP 9896083 A JP9896083 A JP 9896083A JP S59224513 A JPS59224513 A JP S59224513A
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- Japan
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- light
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- optical linear
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 2
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims description 2
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 claims description 2
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 208000018583 New-onset refractory status epilepticus Diseases 0.000 description 1
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
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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
- G01D5/347—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 using displacement encoding scales
- G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
- G01D5/34715—Scale reading or illumination devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、移動台等の移動変位量を光学的に検出する
リニアエンコーグに関するものである。
リニアエンコーグに関するものである。
従来この種の光学式リニアエンコーダとしては、第１図
に示すものがあった。第１図は従来の光学式リニアエン
コーダの構成を示す斜視図である。
に示すものがあった。第１図は従来の光学式リニアエン
コーダの構成を示す斜視図である。
図において、ｌは発光ダイオード、う／グ等の光源、２
は光源１から放射した光をほぼ平行にするだめのレンズ
、３は移動台（図示しない）に取付けられ、図の矢印方
向に移動する・ぞルススケール、４はノクルススケール
３に等ピッチで刻まれた明暗格子縞、５はノヤルススケ
ール３と同様な明暗格子縞が刻まれた固定インデックス
スケール、６は受光素子である。
は光源１から放射した光をほぼ平行にするだめのレンズ
、３は移動台（図示しない）に取付けられ、図の矢印方
向に移動する・ぞルススケール、４はノクルススケール
３に等ピッチで刻まれた明暗格子縞、５はノヤルススケ
ール３と同様な明暗格子縞が刻まれた固定インデックス
スケール、６は受光素子である。
次に、上記第１図の動作について説明する。光源１から
放射した光は、レンズ２によりほぼ平行光に変換され、
ｚｆルススケール３に入射する。Ａルススケール３を透
過した光は、このパルススケール３の明暗格子縞４に対
応した明暗の光強度分布を持チ、固定インデックススケ
ール５に入射する。固定インデックススケール５を透過
した光の強度は、・ぐルススケール３の透過光の明部が
固定インデックススケール５の明部と重つだ時に最大と
なり、その明部と重った時に最小となる。この様にして
変調された固定インデックススケール５の透過光は、受
光素子６に入射し、電気信号に変換される。移動台の移
動によシ、・母ルススケール３が図の矢印方向に移動す
ると、その透過光の明暗分布も平行移動し、その結果、
第２図（、）に示す様な正弦波状の波形を有する出力電
圧信号が得られる。この出力電圧信号の周期は、パルス
スケール３の明暗格子縞４の周期と一致しており、舖２
図（ｂ）に示す様に波形整形したり、また、第２図（Ｃ
）に示す様にパルス化したりした後、この・？ルス数を
計数することにより、移動台の移動変位量を検出するこ
とができる。
放射した光は、レンズ２によりほぼ平行光に変換され、
ｚｆルススケール３に入射する。Ａルススケール３を透
過した光は、このパルススケール３の明暗格子縞４に対
応した明暗の光強度分布を持チ、固定インデックススケ
ール５に入射する。固定インデックススケール５を透過
した光の強度は、・ぐルススケール３の透過光の明部が
固定インデックススケール５の明部と重つだ時に最大と
なり、その明部と重った時に最小となる。この様にして
変調された固定インデックススケール５の透過光は、受
光素子６に入射し、電気信号に変換される。移動台の移
動によシ、・母ルススケール３が図の矢印方向に移動す
ると、その透過光の明暗分布も平行移動し、その結果、
第２図（、）に示す様な正弦波状の波形を有する出力電
圧信号が得られる。この出力電圧信号の周期は、パルス
スケール３の明暗格子縞４の周期と一致しており、舖２
図（ｂ）に示す様に波形整形したり、また、第２図（Ｃ
）に示す様にパルス化したりした後、この・？ルス数を
計数することにより、移動台の移動変位量を検出するこ
とができる。
一般に、光学式リニアエンコーダからの出力は、単一の
出力で用いられることは少ない。固定インデックススケ
ール５に２群又は３群の明暗格子縞を設け、９０°位相
の異なる２相のメイン信号又は３相信号（２相のメイン
信号とゼロ信号）を出力する。この様に構成すると、各
メイン信号相互の位相関係を検出することにより、移動
方向の判別が可能となる。さらに、第２図（ｃ）に示す
様に出力電圧信号をパルス化した後、その立上り及び立
下り部分を計数することによシ、検出分解能を４倍程度
まで高くすることができる。
出力で用いられることは少ない。固定インデックススケ
ール５に２群又は３群の明暗格子縞を設け、９０°位相
の異なる２相のメイン信号又は３相信号（２相のメイン
信号とゼロ信号）を出力する。この様に構成すると、各
メイン信号相互の位相関係を検出することにより、移動
方向の判別が可能となる。さらに、第２図（ｃ）に示す
様に出力電圧信号をパルス化した後、その立上り及び立
下り部分を計数することによシ、検出分解能を４倍程度
まで高くすることができる。
従来の光学式リニアエンコーダは以」二の様に構成され
ているので、発生する・臂ルス数を増加する場合、ノタ
ルススケール３及び固定インデックススケール５の各明
暗格子縞４のピッチが小さくなり、光の回折現象の影響
により、スケール間隔を上記ピッチに対応して小さくす
る必要がある。例えば、ピッチを１０μｍにした時、ス
ケール間隔は約０．１瓢程度にしなければならず、かつ
配置精度は１０μｍ以下に抑える必要がある。したがっ
て、その組立、調整が非常に困難になるという欠点があ
った。
ているので、発生する・臂ルス数を増加する場合、ノタ
ルススケール３及び固定インデックススケール５の各明
暗格子縞４のピッチが小さくなり、光の回折現象の影響
により、スケール間隔を上記ピッチに対応して小さくす
る必要がある。例えば、ピッチを１０μｍにした時、ス
ケール間隔は約０．１瓢程度にしなければならず、かつ
配置精度は１０μｍ以下に抑える必要がある。したがっ
て、その組立、調整が非常に困難になるという欠点があ
った。
この発明は上記の様な従来のものの欠点を除去するため
になされたもので、直線変位量を検出する光学式リニア
エンコーダにおいて、ノクルススケールと、半導体レー
ザと、この半導体レーザからのレーデ光を所定のスポッ
ト光の径に集光し、前記パルススケールの面上に照射す
る第１の光学系と、このパルススケールからの透過光又
は反射光を受光する第２の光学系と、受光素子とを備え
て成る構成を有し、簡単に組立、調整ができ、高い分解
能を有する光学式リニアエンコーダを提供することを目
的としている。
になされたもので、直線変位量を検出する光学式リニア
エンコーダにおいて、ノクルススケールと、半導体レー
ザと、この半導体レーザからのレーデ光を所定のスポッ
ト光の径に集光し、前記パルススケールの面上に照射す
る第１の光学系と、このパルススケールからの透過光又
は反射光を受光する第２の光学系と、受光素子とを備え
て成る構成を有し、簡単に組立、調整ができ、高い分解
能を有する光学式リニアエンコーダを提供することを目
的としている。
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第３図はこの発明の一実施例である光学式リニアエンコ
ーダの構成を示す斜視図で、第１図と同一部分には同一
符号を用いて表示してあり、その詳細な説明な省略する
。７は光源である半導体レーザ、８は半導体レーデ７か
ら放射したレーザ光を平行にするコリメータレンズ、９
はコリメータレンズ８によりへ平行にされたレーザ光を
集光する集光レンズ、１０は集光レンズ９により集光さ
れた円形のスポット光である。スポット光１０は、その
直径を・母ルススケール３の明暗格子縞４のピッチのμ
以下に選び、かつ）４ルススケ一ル３０面上にある様に
構成する。
ーダの構成を示す斜視図で、第１図と同一部分には同一
符号を用いて表示してあり、その詳細な説明な省略する
。７は光源である半導体レーザ、８は半導体レーデ７か
ら放射したレーザ光を平行にするコリメータレンズ、９
はコリメータレンズ８によりへ平行にされたレーザ光を
集光する集光レンズ、１０は集光レンズ９により集光さ
れた円形のスポット光である。スポット光１０は、その
直径を・母ルススケール３の明暗格子縞４のピッチのμ
以下に選び、かつ）４ルススケ一ル３０面上にある様に
構成する。
次に、上記第３図の動作について説明する。半導体レー
ザ７から放射されたレーデ光は、コリメータレンズ８に
よって平行光に変換される。この平行光は集光レンズ９
により集光され、ノクルススケール３の面上に所定の大
きさの円形のスポット光１０を作る。ノ４ルススケール
３が図の矢印方向に移動した時、パルススケール３の透
過光強度は、スポット光１０がノやルススケール３の明
暗格子縞４の明部に入射した時に最大となり、その暗部
に入射した時に最小となる。この様な変調を受けた／’
？ルススケール３の透過光は、受光素子６に入射し、電
気信号に変換され、第２図（１１）に示したものと同様
な出力電圧信号が得られる。以下、上記した従来の場合
と同様にして、移動台の移動変位量を検出することがで
きる。
ザ７から放射されたレーデ光は、コリメータレンズ８に
よって平行光に変換される。この平行光は集光レンズ９
により集光され、ノクルススケール３の面上に所定の大
きさの円形のスポット光１０を作る。ノ４ルススケール
３が図の矢印方向に移動した時、パルススケール３の透
過光強度は、スポット光１０がノやルススケール３の明
暗格子縞４の明部に入射した時に最大となり、その暗部
に入射した時に最小となる。この様な変調を受けた／’
？ルススケール３の透過光は、受光素子６に入射し、電
気信号に変換され、第２図（１１）に示したものと同様
な出力電圧信号が得られる。以下、上記した従来の場合
と同様にして、移動台の移動変位量を検出することがで
きる。
上記第３図に示す実施例では、パルススケール３の透過
光を検出する場合について説明したが、ノ４ルススケー
ル３の反射光を検出しても良い。第４図にその概略構成
図を示す。図に示す様に、スポット光１０として、パル
ススケール３に入射したレーザ光は、このパルススケー
ル３０面上で反射され、・ｆルススケール３の明暗格子
縞４の明暗によって反射強度が変化する。この反射光の
一部を、ハーフミラ−１１ｖＣよって光路を変え、レン
ズ１２により受光素子６に集光し、検出する様にしたも
のである。なお、図中、半導体レーザ７゜コリメータレ
ンズ８及び集光レンズ９は、上記第３図に示すものと同
一である。
光を検出する場合について説明したが、ノ４ルススケー
ル３の反射光を検出しても良い。第４図にその概略構成
図を示す。図に示す様に、スポット光１０として、パル
ススケール３に入射したレーザ光は、このパルススケー
ル３０面上で反射され、・ｆルススケール３の明暗格子
縞４の明暗によって反射強度が変化する。この反射光の
一部を、ハーフミラ−１１ｖＣよって光路を変え、レン
ズ１２により受光素子６に集光し、検出する様にしたも
のである。なお、図中、半導体レーザ７゜コリメータレ
ンズ８及び集光レンズ９は、上記第３図に示すものと同
一である。
また、上記第４図に示す実施例では、ノー−７ミラー１
１を用いた場合について説明したが、半導体レーザ７か
らのレーデ光の偏光特性、すなわち直線偏光を利用して
、偏光ビームスプリッタと４分の１波長板を用いても良
い。第５図にその概略構成図を示す。図に示す様に、第
４図に示すノー−７ミラー１１の代りに、偏光ビームス
グリツタ１４することによシ、レーデ光の入射光と反射
光との偏光方向を直交させることができるため、偏光ビ
ームスグリツタ１４によって光強度の損失をはとんど受
けることなく、反射光の光路を変えることができる。そ
の他の構成部品罠ついては、第４図に示すものと同様で
ある。
１を用いた場合について説明したが、半導体レーザ７か
らのレーデ光の偏光特性、すなわち直線偏光を利用して
、偏光ビームスプリッタと４分の１波長板を用いても良
い。第５図にその概略構成図を示す。図に示す様に、第
４図に示すノー−７ミラー１１の代りに、偏光ビームス
グリツタ１４することによシ、レーデ光の入射光と反射
光との偏光方向を直交させることができるため、偏光ビ
ームスグリツタ１４によって光強度の損失をはとんど受
けることなく、反射光の光路を変えることができる。そ
の他の構成部品罠ついては、第４図に示すものと同様で
ある。
また、上記各実施例では、いずれもコリメータレンズ８
及び集光レンズ９を用いてスポット光１０を作る場合に
ついて説明したが、半導体レーザ７の発光点とノ！ルス
スケール３０面とが結像関係を満足する様にすれば、他
の構成であっても良い。
及び集光レンズ９を用いてスポット光１０を作る場合に
ついて説明したが、半導体レーザ７の発光点とノ！ルス
スケール３０面とが結像関係を満足する様にすれば、他
の構成であっても良い。
また、上記各実施例では、集光したスポット光１０の形
状は、円形の場合について説明したが、第６図に示す様
にだ円形にしても良い。第６図に示すだ円形のスポット
光１５では、その長径が／４’ルススケール３の明暗格
子縞４の長手方向に向く様にすると、明暗格子縞４にキ
ズ１６があった場合に、円形のスポット光１０に比べて
、だ円形のスポット光１５０面積に占めるキズ１６の面
積比が小さくなるため、だ円形のスポット光１５による
と、再生信号に与えるキン１６の影響を小さくできる。
状は、円形の場合について説明したが、第６図に示す様
にだ円形にしても良い。第６図に示すだ円形のスポット
光１５では、その長径が／４’ルススケール３の明暗格
子縞４の長手方向に向く様にすると、明暗格子縞４にキ
ズ１６があった場合に、円形のスポット光１０に比べて
、だ円形のスポット光１５０面積に占めるキズ１６の面
積比が小さくなるため、だ円形のスポット光１５による
と、再生信号に与えるキン１６の影響を小さくできる。
しかして、ノソルススケール３の明暗格子縞４に生じる
キズ１６を少なくするために、ノ母ルススケール３の表
面に、合成樹脂（ＰＭＭＡ、、Ｉ？リカーゼネート等）
の保護層を設けると良い。
キズ１６を少なくするために、ノ母ルススケール３の表
面に、合成樹脂（ＰＭＭＡ、、Ｉ？リカーゼネート等）
の保護層を設けると良い。
さらに、上記各実施例で、エンコーダとして、ロータリ
エンコーダが用いられる場合には、゛このロータリエン
コーダは高温で使用される可能性があるので、温度に弱
い半導体レーデ７を熱源から離れたところに置き、・や
ルススケール３かもの信号を検知する光学系とを光ファ
イｔＺで接続しても良い。
エンコーダが用いられる場合には、゛このロータリエン
コーダは高温で使用される可能性があるので、温度に弱
い半導体レーデ７を熱源から離れたところに置き、・や
ルススケール３かもの信号を検知する光学系とを光ファ
イｔＺで接続しても良い。
以上の様に、この発明の光学式リニアエンコーダによれ
ば固定インデックススケールを用いることなく、半導体
レーデからのレーデ光を所定のスポット光の径に集光し
、このスポット光の径を用いて・ぐルススケールから信
号を読み出す様に構成したので、極めて簡単に組立、調
整ができると共に、非常に高い分解能を有する光学式リ
ニアエンコーダが得られるという優れた効果を奏するも
のである。
ば固定インデックススケールを用いることなく、半導体
レーデからのレーデ光を所定のスポット光の径に集光し
、このスポット光の径を用いて・ぐルススケールから信
号を読み出す様に構成したので、極めて簡単に組立、調
整ができると共に、非常に高い分解能を有する光学式リ
ニアエンコーダが得られるという優れた効果を奏するも
のである。
第１図は従来の光学式リニアエンコーダの構成を示す斜
視図、第２図（→ないしくＣ）は、第１図の光学式リニ
アエンコーダの動作態様を説明するだめの信号波形図、
第３図はこの発明の一実施例である光学式リニアエンコ
ーダの構成を示す斜視図、第４図及び第５図は、この発
明の他の実施例である光学式リニアエンコーダを示す各
概略構成図、第６図はこの発明の光学式リニアエンコー
ダに適用されるスポット光の動作態様を示す説明図であ
る。 図において、１・・・光源、２．１２・・・レンズ、３
−−− ノクルススケール、４・・・明暗格子縞、５・
・・固定インデックススケール、６・・・受光素子、７
・・・半導体レーザ、８・−・コリメータレンズ、９・
・・集光レンズ、１０．１５・・・スポット光、ｔｔ・
・・ノー−７ミラー、１３・・・４分の１波長板、１４
・・・偏光ビームスプリッタ、１６・・・キズである。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理人 大君 増雄 第１図 第２図 一ヤ吟藺 第３図 第４図 第６図 蚤 ５
視図、第２図（→ないしくＣ）は、第１図の光学式リニ
アエンコーダの動作態様を説明するだめの信号波形図、
第３図はこの発明の一実施例である光学式リニアエンコ
ーダの構成を示す斜視図、第４図及び第５図は、この発
明の他の実施例である光学式リニアエンコーダを示す各
概略構成図、第６図はこの発明の光学式リニアエンコー
ダに適用されるスポット光の動作態様を示す説明図であ
る。 図において、１・・・光源、２．１２・・・レンズ、３
−−− ノクルススケール、４・・・明暗格子縞、５・
・・固定インデックススケール、６・・・受光素子、７
・・・半導体レーザ、８・−・コリメータレンズ、９・
・・集光レンズ、１０．１５・・・スポット光、ｔｔ・
・・ノー−７ミラー、１３・・・４分の１波長板、１４
・・・偏光ビームスプリッタ、１６・・・キズである。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理人 大君 増雄 第１図 第２図 一ヤ吟藺 第３図 第４図 第６図 蚤 ５
Claims (4)
- （１）直線変位量を検出する光学式リニアエンコーダに
おいて、パルススケールと、半導体レーザと、該半導体
レーザからのレーザ光を所定のスポット光の径に集光し
、前記パルススケールの面上に照射する第１の光学系と
、該パルススケールからの透過光又は反射先金受光する
第２の光学系と、受光素子とを備えて成ることを特徴と
する光学式リニアエンコーダ。 - （２）前記レーザ光を集光したスポット光の径は、円形
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
学式リニアエンコーダ。 - （３）前記レーザ光を集光したスポット光の径は、だ円
形であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
光学式リニアエンコーダ。 - （４）前記パルススケールの表面には、合成樹脂からな
る保護層を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
項ないし第３項記載の光学式リニアエンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9896083A JPS59224513A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | 光学式リニアエンコ−ダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9896083A JPS59224513A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | 光学式リニアエンコ−ダ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59224513A true JPS59224513A (ja) | 1984-12-17 |
Family
ID=14233640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9896083A Pending JPS59224513A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | 光学式リニアエンコ−ダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59224513A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2565589A4 (en) * | 2010-04-30 | 2017-05-31 | Olympus Corporation | Optical potentiometer and operating device |
| CN107462168A (zh) * | 2017-08-31 | 2017-12-12 | 广东工业大学 | 一种新型阵列光电传感器光栅位移检测系统及方法 |
| CN109931965A (zh) * | 2017-12-19 | 2019-06-25 | 财团法人工业技术研究院 | 光学编码器 |
-
1983
- 1983-06-03 JP JP9896083A patent/JPS59224513A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2565589A4 (en) * | 2010-04-30 | 2017-05-31 | Olympus Corporation | Optical potentiometer and operating device |
| CN107462168A (zh) * | 2017-08-31 | 2017-12-12 | 广东工业大学 | 一种新型阵列光电传感器光栅位移检测系统及方法 |
| CN109931965A (zh) * | 2017-12-19 | 2019-06-25 | 财团法人工业技术研究院 | 光学编码器 |
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