JPS6110716A - 光電式エンコ−ダ - Google Patents

光電式エンコ−ダ

Info

Publication number
JPS6110716A
JPS6110716A JP13149984A JP13149984A JPS6110716A JP S6110716 A JPS6110716 A JP S6110716A JP 13149984 A JP13149984 A JP 13149984A JP 13149984 A JP13149984 A JP 13149984A JP S6110716 A JPS6110716 A JP S6110716A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
diffraction grating
objective lens
receiving element
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP13149984A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasushi Oki
裕史 大木
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.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Nippon Kogaku KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp, Nippon Kogaku KK filed Critical Nikon Corp
Priority to JP13149984A priority Critical patent/JPS6110716A/ja
Publication of JPS6110716A publication Critical patent/JPS6110716A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical 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
    • G01D5/26Mechanical 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
    • G01D5/32Mechanical 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
    • G01D5/34Mechanical 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
    • G01D5/36Forming the light into pulses
    • G01D5/38Forming the light into pulses by diffraction gratings

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。

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、光電式のエンコーダ、特に、回折格子を用い
たエンコーダに関する。
(発明の背景) 従来の一般的な光電式インクリメンタルエンコーダにお
いては、より精密な測定のために、出力波形を内挿する
ことによってエンコーダのスケールよりも小さな値の測
定を可能としている。しかしながら、従来のエンコーダ
においてはその出力波形が完全な正弦波ではなく、出力
波形の内挿による測定には精度上限界があった。
(発明の目的) 本発明の目的は、完全な正弦波形が得られる光型式エン
コーダを提供し、より精密な測定を可能とすることにあ
る。
(発明の概要) 本発明による光電式エンコーダは、コヒーレント光源と
、該コヒーレント光源からの光束を収束する照明対物レ
ンズと、該照明対物レンズによる収束光に対して相対的
に移動可能な回折格子板と、該回折格子板による回折光
を集光する集光対物レンズと、該集光対物レンズの射出
瞳の近傍に配置された2分割受光素子とを有し、該2分
割受光素子の分割線が該集光対物レンズの光軸と交わり
前記回折格子の溝方向と平行になるよう配置され、更に
該2分割受光素子からあ各出力信号の差信号と和信号と
を出力する演算手段を有するものである。
このような本発明の構成において、2分割受光素子によ
ってそれぞれに入射するプラス1次及びマイナス1次の
回折光の強度を検出し、演算手段によって両受光素子の
出力信号の差及び和の信号を求めれば、これらの信号が
互いに9,0°だけ位相のずれた完全な正弦波形となる
のである。従って、2分割受光素子による信号の差及び
和信号を用いれば、照明対物レンズによる収束光束と回
折格子板との相対的移動方向を弁別し得ると共に、相対
的移動量を内挿によって極めて精密に測定することが可
能である。
(実施例) 以下、本発明を図示した実施例に基づいて説明する。第
1図は回折格子板として反射型位相回折格子を用いた実
施例の概略構成を示す光学構成図である。コヒーレント
光源としてのレーザーダイオード1からの光束は、コリ
メーターレンズ2によって平行光束に変換され、半透過
プリズム3を通過して対物レンズ4により回折格子板5
上に集光される。回折格子板5には、第1図中にて紙面
に垂直方向の溝からなる反射型の位相回折格子が形成さ
れている。回折格子板5で反射された光束は再び対物レ
ンズ4に入射して平行光束に変換され、半透過プリズム
3で反射されて、半透過プリズム3の射出面側に配置さ
れた2分割受光素子6に入射する。2分割受光素子6の
位置は対物レンズ4の射出側瞳Fの近傍に配置されるこ
とが望ましいが、対物レンズ4からの光束がほぼ平行光
束であるため上記の位置でも実用上の問題は無い。
2分割受光素子6は、第2図の平面図に示す如く、半円
形状の2個の受光素子6a、 6bからなり、その分割
線6cは対物レンズ4の光軸4aと交差し且つ回折格子
板5の溝方向に平行に配置されている。2分割受光素子
6a、6bからの出力はそれぞれ演算手段10に入力さ
れ、両受光素子からの出力信号の差を検出する差回路1
1と、和を検出する和回路12とにより、差信号及び和
信号が求められる。差信号及び和信号は方向弁別回路1
3及び内挿回路14に入力され、方向弁別回路13によ
り回折格子板5の相対的移動方向が判別され、内挿回路
14により回折格子板5の移動量が内挿により精密に検
出される。
さて、回折格子板5の反射型位相格子が、第3図の断面
図に示す如く、ピッチP1一つの山に相当する部分の幅
をW、溝の深さをdとすると、受光素子ら上に現れる回
折パターンは、第4図の如くなる。即ち、対物レンズ4
の開口数をNAとすると、受光素子6上の面内で、半径
NAの直接反射光D0が対物レンズ4の光軸4aを中心
として到達する。
この直接反射光D0が対物レンズ4の瞳に相当する。
そして、この両側に同じく半径NAのプラス1次及びマ
イナス1次の回折光04110−1が到達し、さらにそ
の両側には同じく半径NAのプラス2次及びマイナス2
次の回折光[1+ z +ロー、が達する。ここで、直
接光D0と±m次の回折光り、、、D−いとの距離は、
光線の波長をλとして、それぞれ mλ/P と表される。尚、2分割受光素子6は第4図に点線で示
す如く、半径NAの直接反射光D0の領域、即ち対物レ
ンズ4の瞳に対応する大きさを有し、その分割線6cは
回折パターンの広がる方向と直交する如く配置されてい
る。
いま、回折格子板5が対物レンズ4による集光光束に対
してXだけ移動したとすると、このときの受光素子6上
、即ち対物レンズ4の瞳位置における回折パターンの強
度変化を求めてみる。まず、第4図に示した直接光(0
次光)Doにおける振幅UAは、Xに関係無く、 と与えられる。次ぎに、+1次及び−1次の回折光り、
、、D−、における振幅IJm、IJcは、各々、P 
      λ π       P π       P と与えられる。
ここで、直接光(0次光)Doと+1次の回折光D□及
び−1次の回折光D−+との重複部分の振幅は、それぞ
れ、U6 +U1 、Ua ”Ucで与えられる。
一般に、強度は振幅の絶対値の2乗で与えられるから、
第4図に示した如き回折光の受光素子6上における全光
強度I、は、直接光D0の領域面積をaい2分割受光素
子上における+1次の回折光り、I及び−1次の回折光
D−1の領域面積(第4図中クロスハンチングで示され
る領域の面積)を共に82とすると、 It =a、 l UA  l” +azl tJ、 
+lJ、  1z+atl UA+Uc  12  (
4)と表される。ここで、IUAI”は回折格子板の移
動量Xに依存しないので、この項を定数Cとおける。よ
って、 It =C+azl tJA十u、  l”十a、 l
 Ua  ”Uc  l 2(5)となる。
また、2分割受光素子の一方6a及び他方6bのそれぞ
れにおける光強度の差1.は、 1s =lUa +0m  l”−IUA +Uci”
  (6)と与えられる。
これら(5)式及び(6)式に、上記(1) (2) 
(3)式を代入すると、2分割受光素子6a及び6bの
各々における光強度の和、即ち全光強度■1はI t 
−C’  CD + A cos(2yrx/P)) 
   (7)と表される。但し、C′は定数、DはXに
依存しない言わば直流成分を表す定数であり、Aは、W X(−−1> である。
また、2分割受光素子6a及び6bのそれぞれにおける
光強度の差I、は π         P         λ2πX X5in()  (8) となる。
(7)弐及び(8)式かられかる様に、2分割受光素子
6a、6bの和出力と差出力は、回折格子板5の移動量
Xの変化に対して、互いに90°だけ位相の異なる完全
な正弦波形となることが明らがである。
従って、2分割受光素子の和出力と差出力との信号を用
いれば、回折格子板と対物レンズによる集光光束との相
対的移動方向の弁別が可能であると共に、完全な正弦波
形であるために出力波形の分割が無限にでき内挿による
極めて精密な測定を行うことが可能である。
但し、本発明においては、2分割受光素子6a6b上に
+1次の回折光がそれぞれ重複すること無く到達し、し
かも±2次以上の回折光が2分割受光素子上に入射しな
いことが必要である。このために、対物レンズ4の開口
数をNA、位相型回折格子のピンチをP、コヒーレント
光源からの波長をλとするとき、 λ       λ の条件を満たすことが望ましい。この条件の範囲内であ
れば、2分割受光素子上には0次回折光と+1次の回折
光のみが入射し、上述の関係が厳密に成り立つ。
また、2分割受光素子の差出力を表した(8)式かられ
かる通り、回折格子の溝の深さdがd=n!/4   
(n=o、1,2.−)  (10)となると差信号の
出力が常にゼロとなってしまうので、この値の近辺は避
けるべきである。
以上のごとき実施例においては、コリメーターレンズ2
と対物レンズ4が、照明対物レンズの機能を有し、対物
レンズ4は集光対物レンズとしての機能をも同時に兼ね
ており、照明光と検出光とを分離するために半透過プリ
ズム3を用いたが、これは回折格子板5が反射型である
ためである。
回折格子板を透過型とする場合には、照明対物レンズと
別に集光対物レンズを設ける必要があり、この場合には
半透過プリズムは特に設ける必要がない。尚、2分割受
光素子は集光対物レンズの射出瞳の位置に配置されるこ
とが最も望ましいが、厳密に瞳位置に一致させる必要は
無い。例えば、第1図に示したごとく、対物レンズ4か
ら2分割受光素子へ向かう光束が平行光束である場合に
は、2分割受光素子は対物レンズ4の瞳位置Fからかな
り離れていても実用上は十分である。
(発明の効果) 以上の如く、本発明によれば2分割受光素子による出力
の差及び和の信号から完全な正弦波形が得られるため、
内挿による測定を極めて正確に行うことができ、しかも
比較的簡単な構成の光電式エンコーダが達成される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による実施例の概略構成を示す光学構成
図、第2図は2分割受光素子の平面図、第3図は回折格
子板の断面図、第4図は2分割受光素子の受光面上にお
ける回折パターンの様子を示す平面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 1・・・コヒーレント光源 4・・・対物レンズ 5・・・回折格子板 F・・・対物レンズの射出瞳 6.6a、6b・・・2分割受光素子 6c・・・2分割受光素子の分割線 10・・・演算手段 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、コヒーレント光源と、該コヒーレント光源からの光
    束を収束する照明対物レンズと、該照明対物レンズによ
    る収束光に対して相対的に移動可能な回折格子板と、該
    回折格子板による回折光を集光する集光対物レンズと、
    該集光対物レンズの射出瞳の近傍に配置された2分割受
    光素子とを有し、該2分割受光素子の分割線が該集光対
    物レンズの光軸と交わり前記回折格子の溝方向と平行に
    なるよう配置され、更に該2分割受光素子からの各出力
    信号の差信号と和信号とを出力する演算手段を有するこ
    とを特徴とする光電式エンコーダ。 2、特許請求の範囲第1項記載の光電式エンコーダにお
    いて、該回折格子板の回折格子は位相型回折格子であり
    、該集光対物レンズの開口数をNA、該位相型回折格子
    のピッチをP、該位相型回折格子の溝の深さをd、前記
    コヒーレント光源からの波長をλとするとき、 λ/(2P)<NA<λ/P d≠nλ/4(n=0、1、2、・・・) の条件を満たすことを特徴とする光電式エンコーダ。
JP13149984A 1984-06-26 1984-06-26 光電式エンコ−ダ Pending JPS6110716A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13149984A JPS6110716A (ja) 1984-06-26 1984-06-26 光電式エンコ−ダ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13149984A JPS6110716A (ja) 1984-06-26 1984-06-26 光電式エンコ−ダ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6110716A true JPS6110716A (ja) 1986-01-18

Family

ID=15059436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13149984A Pending JPS6110716A (ja) 1984-06-26 1984-06-26 光電式エンコ−ダ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6110716A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01282420A (ja) * 1988-05-10 1989-11-14 Canon Inc 光学式エンコーダ
US5369271A (en) * 1992-03-13 1994-11-29 Canon Kabushiki Kaisha Rotation detector using dual position interference light
US5483059A (en) * 1992-09-30 1996-01-09 Canon Kabushiki Kaisha Signal processing method using comparator level adjustment in a displacement measuring device
US5559602A (en) * 1992-03-13 1996-09-24 Canon Kabushiki Kaisha Rotation measuring apparatus and displacement measuring apparatus

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01282420A (ja) * 1988-05-10 1989-11-14 Canon Inc 光学式エンコーダ
US5369271A (en) * 1992-03-13 1994-11-29 Canon Kabushiki Kaisha Rotation detector using dual position interference light
US5559602A (en) * 1992-03-13 1996-09-24 Canon Kabushiki Kaisha Rotation measuring apparatus and displacement measuring apparatus
US5483059A (en) * 1992-09-30 1996-01-09 Canon Kabushiki Kaisha Signal processing method using comparator level adjustment in a displacement measuring device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5064290A (en) Opto-electronic scale-reading apparatus wherein phase-separated secondary orders of diffraction are generated
JPH0697171B2 (ja) 変位測定装置
JP3028716B2 (ja) 光学式変位センサ
US5994692A (en) Photo-electric position measuring system having a scanning grating with transverse graduations
US4970388A (en) Encoder with diffraction grating and multiply diffracted light
US4943716A (en) Diffraction-type optical encoder with improved detection signal insensitivity to optical grating gap variations
US5502466A (en) Doppler velocimeter and position information detection apparatus for use with objects having variations in surface depth
JPH03148015A (ja) 位置測定装置
JPH0130089B2 (ja)
JPH02231525A (ja) エンコーダー
JPH0623662B2 (ja) 位置測定装置
JPS6110716A (ja) 光電式エンコ−ダ
JPH0678915B2 (ja) 測角装置
KR960011790B1 (ko) 광헤드장치
JPH06174424A (ja) 測長または測角装置
JP2503561B2 (ja) レ―ザ―干渉式エンコ―ダ
JPS59163517A (ja) 光学式スケ−ル読取装置
JPH07306011A (ja) 光学式変位センサ
JP2670457B2 (ja) 零点位置検出装置
JPS60190812A (ja) 位置検出器
JP2718439B2 (ja) 測長または測角装置
JP3501529B2 (ja) 光学式変位測定装置
JPS6126005B2 (ja)
JPH03115809A (ja) エンコーダ
JPH0638048B2 (ja) 反射型エンコーダ