JPS6128923B2 - - Google Patents

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JPS6128923B2
JPS6128923B2 JP55101035A JP10103580A JPS6128923B2 JP S6128923 B2 JPS6128923 B2 JP S6128923B2 JP 55101035 A JP55101035 A JP 55101035A JP 10103580 A JP10103580 A JP 10103580A JP S6128923 B2 JPS6128923 B2 JP S6128923B2
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JP
Japan
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light
scale
lens
half mirror
receives
Prior art date
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Expired
Application number
JP55101035A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5724817A (en
Inventor
Hideto Iwaoka
Koji Akyama
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Hokushin Electric Corp filed Critical Yokogawa Hokushin Electric Corp
Priority to JP10103580A priority Critical patent/JPS5724817A/en
Publication of JPS5724817A publication Critical patent/JPS5724817A/en
Publication of JPS6128923B2 publication Critical patent/JPS6128923B2/ja
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    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光の干渉を利用した光学式スケール
読取装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical scale reading device that utilizes optical interference.

光の干渉を利用した光学式スケール読取装置と
しては、従来より種々のものが知られている。第
1図は、このようなスケール読取装置の従来例を
示す図である。同図において、1は光源、2は該
光源の光出力を受ける集光レンズである。3はガ
ラススケールである。4は、該スケール上に刻ま
れた目盛格子である。5は、スケール3の目盛ピ
ツチと同一ピツチの格子目盛を設けた走査板であ
る。6は、走査板5を通過した光を受ける光電変
換素子である。このように構成された装置の動作
を概説すれば以下のとおりである。
Various types of optical scale reading devices that utilize light interference have been known. FIG. 1 is a diagram showing a conventional example of such a scale reading device. In the figure, 1 is a light source, and 2 is a condenser lens that receives the light output from the light source. 3 is a glass scale. 4 is a graduation grating engraved on the scale. Reference numeral 5 denotes a scanning plate provided with a grating scale having the same pitch as that of the scale 3. 6 is a photoelectric conversion element that receives the light that has passed through the scanning plate 5. The operation of the device configured as described above is summarized as follows.

光源1及び集光レンズLにより光が照射されて
いる状態でスケール3が移動すれば、光電変換素
子6へ入る光量に周期的明暗が生じる。この明暗
により、光電変換素子6はその周期に合つた周期
的電気信号をつくり出す。この周期信号は、続く
増幅器で増幅され、分割回路及びシユミツトトリ
ガ回路、方向弁別回路を経て最終的には1〜10μ
mのスケールの移動に対応する矩形波パルスとな
り、カウンタ回路へ入り表示板にスケール値が表
示される。ここで、スケール3は通常移動物体に
取りつけられている。この第1図に示す装置は、
比較的簡単な構成で目的を達成することができる
が、スケール3と走査板5間の間隔の許容差が
0.03±0.003mm以内と極めて厳しい条件を満足さ
せなければならないという欠点がある。従つて、
ボールベアリングでスケール3を押さえる方法が
採られるが、このため最高走査速度が例えば25
cm/秒と低く押さえられてしまう。
If the scale 3 moves while being irradiated with light by the light source 1 and the condensing lens L, periodic brightness and darkness will occur in the amount of light entering the photoelectric conversion element 6. Due to this brightness and darkness, the photoelectric conversion element 6 generates a periodic electric signal matching the period. This periodic signal is amplified by a subsequent amplifier, passes through a dividing circuit, a Schmitt trigger circuit, and a direction discrimination circuit, and finally reaches a signal of 1 to 10 μm.
This becomes a rectangular wave pulse corresponding to the movement of the scale of m, enters the counter circuit, and displays the scale value on the display board. Here, the scale 3 is usually attached to a moving object. The device shown in FIG.
Although the purpose can be achieved with a relatively simple configuration, the tolerance of the distance between the scale 3 and the scanning plate 5
The drawback is that it must satisfy extremely strict conditions of within 0.03±0.003 mm. Therefore,
A method is used to hold down the scale 3 with a ball bearing, but for this reason the maximum scanning speed is, for example, 25
The speed is kept as low as cm/second.

第2図は、他の従来例を示す図でホログラフイ
ーレーザ干渉計の構成を示す。この装置の動作を
以下に概説する。
FIG. 2 is a diagram showing another conventional example and shows the configuration of a holographic laser interferometer. The operation of this device is outlined below.

半導体レーザ又はHe―Neレーザ等から発射さ
れたレーザ光lは、鏡M1及びレンズL1,L2を通
過してスケール10に照射される。スケール10
で回折した+次回折光は鏡M2へ、0次透過光は
鏡M3へ入射する。鏡M2からの+1次回折光はそ
のままレンズL3へ、また鏡M3からの0次透過光
はスケール10上で回折し、−1次回折光として
レンズL3に入射する。このとき、+1次、−1次
回折光はそれぞれ偏光子P1′,P2により位相回転
させられ互いに90゜位相のずれた偏光となる。レ
ンズL3で集光された光は、分光器11で3方向
に分けられ光電変換素子D1〜D3へ入射する。こ
こでD3の出力は、レーザ光を一定に保つための
自動利得制御用に用いられる。またD1′,D2に入
る光は、それぞれ1/4波長板P3で円偏光に変換
される。この結果干渉縞を生じた光は、光電変換
素子D1,D2で電気信号に変換される。これら光
電変換素子D1〜D3の出力は、第1図について説
明したと同様の操作を経てスケール値に変換され
る。以上説明したように、第2図に示す光学式ス
ケール読取装置は、第1図に示す装置のような位
置決め精度は問題とならないが構成が極めて複雑
である。
Laser light 1 emitted from a semiconductor laser, a He--Ne laser, or the like passes through a mirror M 1 and lenses L 1 and L 2 and is irradiated onto the scale 10 . scale 10
The +-order diffracted light enters the mirror M2 , and the 0-order transmitted light enters the mirror M3 . The +1st order diffracted light from the mirror M2 directly enters the lens L3 , and the 0th order transmitted light from the mirror M3 is diffracted on the scale 10 and enters the lens L3 as -1st order diffracted light. At this time, the +1st-order and -1st-order diffracted lights are phase-rotated by the polarizers P 1 ' and P 2 , respectively, and become polarized lights with a phase shift of 90° from each other. The light focused by the lens L3 is divided into three directions by the spectroscope 11 and enters the photoelectric conversion elements D1 to D3 . Here, the output of D3 is used for automatic gain control to keep the laser light constant. Furthermore, the light entering D 1 ′ and D 2 is each converted into circularly polarized light by a quarter-wave plate P 3 . The light that has generated interference fringes as a result is converted into electrical signals by photoelectric conversion elements D 1 and D 2 . The outputs of these photoelectric conversion elements D 1 to D 3 are converted into scale values through the same operation as described in connection with FIG. 1. As explained above, the optical scale reading device shown in FIG. 2 does not have a problem with positioning accuracy like the device shown in FIG. 1, but the structure is extremely complicated.

本発明は、このような点に鑑みてなされたもの
で、位置決め精度が特に問題とならずかつ構成の
簡単な光学式スケール読取装置を実現したもので
ある。以下、図面を参照して本発明を詳細に説明
する。
The present invention has been made in view of these points, and provides an optical scale reading device with a simple configuration in which positioning accuracy is not a particular problem. Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第3図は、本発明の一実施例を示す構成図であ
る。同図において、30はレーザ等の可干渉性光
源である。例えば半導体レーザやHe―Neレーザ
等が用いられる。31は、該光源の光出力は受け
るハーフミラーである。L10は、該ハーフミラー
の通過光を受けるレンズである。33は、反射面
及び透過面が等間隔で並んだ目盛格子をもつスケ
ールである。前記レンズL10を通過した光は該ス
ケールで反射する際、多モードの回折光を生じ
る。32は、これら多モードの回折光のうち、0
次モードの光を阻止するストツパである。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 30 is a coherent light source such as a laser. For example, a semiconductor laser, a He--Ne laser, or the like is used. 31 is a half mirror that receives the light output of the light source. L10 is a lens that receives the light passing through the half mirror. 33 is a scale having a graduation grating in which reflective surfaces and transmitting surfaces are arranged at equal intervals. When the light passing through the lens L10 is reflected by the scale, it generates multimode diffracted light. 32 is 0 among these multi-mode diffracted lights.
This is a stopper that blocks the next mode of light.

34は、ハーフミラー31の反射光を受ける衝
立である。Sは、該衝立に生じた干渉縞である。
S1,S2は、これら干渉縞のうち、互いに隣接して
生じた干渉縞である。d1〜d4は、これら干渉縞間
にそれぞれ90゜ずつ位相をずらして配置された受
光素子である。受光素子としては例えばフオトダ
イオードが用いられる。A〜Dは、それぞれの受
光素子d1〜d4の電気信号出力を受けるパツフア増
幅器である。35は、これら各相のバツフア増幅
器の出力を受けて、前記スケール33の移動距離
に対応したパルス出力信号及びスケール33の移
動方向を示す信号を出力する制御器である。該制
御器は、前記した信号の他に、受光素子d1〜d4
信号出力に対応した制御信号も出力している。3
6は、この制御信号出力を受けて、該制御信号の
値が一定となるように前記可干渉性光源30を駆
動する駆動回路である。このように構成された装
置の動作を以下に説明する。
34 is a screen that receives the reflected light from the half mirror 31. S is an interference fringe generated on the screen.
S 1 and S 2 are interference fringes that occur adjacent to each other among these interference fringes. d 1 to d 4 are light receiving elements arranged with a phase shift of 90° between these interference fringes. For example, a photodiode is used as the light receiving element. A to D are puff amplifiers that receive electrical signal outputs from the respective light receiving elements d1 to d4 . A controller 35 receives the outputs of the buffer amplifiers for each phase and outputs a pulse output signal corresponding to the moving distance of the scale 33 and a signal indicating the moving direction of the scale 33. In addition to the signals described above, the controller also outputs control signals corresponding to the signal outputs of the light receiving elements d1 to d4 . 3
Reference numeral 6 denotes a drive circuit that receives this control signal output and drives the coherent light source 30 so that the value of the control signal is constant. The operation of the device configured in this way will be explained below.

光源30から発射された光は、続くハーフミラ
ー31で一部が反射し残りは該ハーフミラーを通
過する。この通過した光は続くレンズL10によつ
て集光される。集光された光は、続くスケール3
3に入射し入射した光の一部は反射する。このと
きスケール33は反射形の回折格子として働き光
が反射する際に、0次から±n次(nは整数)ま
での多モードの回折が生じる。これら多モード回
折光のうち、0次モード光即ち単なる反射光はス
トツパ32によつて阻止される。回折した反射光
は、再びレンズL10につて集光される。このと
き、該レンズの開口比を適当に選んでおけば、±
2次モード光以上の光の通過を阻止することがで
きる。
A part of the light emitted from the light source 30 is reflected by the succeeding half mirror 31, and the rest passes through the half mirror. This passed light is collected by the subsequent lens L10 . The focused light continues on the scale 3
A part of the incident light is reflected. At this time, the scale 33 acts as a reflective diffraction grating, and when light is reflected, multimode diffraction from the 0th order to the ±nth order (n is an integer) occurs. Of these multi-mode diffracted lights, the zero-order mode light, that is, mere reflected light, is stopped by the stopper 32. The diffracted reflected light is again focused on the lens L10 . At this time, if the aperture ratio of the lens is selected appropriately, ±
It is possible to prevent light of secondary mode light or higher from passing through.

従つて、レンズL10を通過する光は±1次モー
ド光のみとなる。第3図の破線で示す光は+1次
モード光を、一点鎖線で示す光は−1次モード光
を示す。この±1次光は、続くハーフミラー31
で一部が反射し、反射した光は互いに干渉し合つ
て衝立34に干渉縞Sを生じさせる。互いに隣り
合つた干渉縞S1,S2に配置された受光素子d1〜d4
は、光の明暗に応じた電気信号を発生させてい
る。
Therefore, the light passing through the lens L10 is only the ±1st mode light. The light indicated by the broken line in FIG. 3 indicates the +1st mode light, and the light indicated by the dashed dotted line indicates the -1st mode light. This ±1st order light is transmitted to the following half mirror 31
A part of the light is reflected by the screen 34, and the reflected light interferes with each other to produce interference fringes S on the screen 34. Light receiving elements d 1 to d 4 arranged in interference fringes S 1 and S 2 adjacent to each other
generates electrical signals depending on the brightness of the light.

今、光源30から可干渉性の光が照射されてい
る状態で、スケール33を或る方向に移動させた
とする。このとき、受光素子d1〜d4に入力する光
は、スケール33の格子ピツチの2倍のピツチで
周期的に明暗を生じる。これら受光素子は、前述
したようにそれぞれ90゜ずつ位相がずれた位置に
取りつけられているので、これら受光素子の出力
はそれぞれ90゜ずつ位相のずれた正弦波となる。
これら出力は、それぞれ続くバツフア増幅器A〜
Dに入力する。バツフア増幅器A〜Dは、入力信
号を適当な信号レベルに増幅するとともにインピ
ーダンス変換を行う。これらバツフア増幅器のそ
れぞれの出力をPA,PB,PC,PDとする。
Suppose now that the scale 33 is moved in a certain direction while being irradiated with coherent light from the light source 30. At this time, the light input to the light-receiving elements d 1 to d 4 periodically exhibits brightness and darkness at a pitch twice the grating pitch of the scale 33 . As described above, these light receiving elements are installed at positions with a phase difference of 90° from each other, so the outputs of these light receiving elements are sine waves with a phase shift of 90° from each other.
These outputs are connected to the respective subsequent buffer amplifiers A~
Enter in D. Buffer amplifiers A to D amplify the input signal to an appropriate signal level and perform impedance conversion. Let the respective outputs of these buffer amplifiers be P A , P B , P C , and P D .

制御器35は、これらPA〜PD出力を受けてそ
の1の出力端子OUT1に(PA―PC)に対応した
パルスを出力する。該出力端子OUT1から出力
されるパルスの数は、スケール33の移動距離に
対応したものとなる。また、制御器35の他の出
力端子OUT2からは、(PA―PC)と(PB―P
D)の位相差を利用してスケール33の移動方向
を示す信号が出力される。該信号の出力形式とし
ては、例えばスケールが右方向に移動したときを
0に、左方向に移動したときを1にそれぞれ対応
させることが考えられる。或いはこの逆でもよ
い。出力端子OUT1及びOUT2からの両出力を
利用することにより、本装置を光学式スケール読
取装置として利用することができる。
The controller 35 receives these P A to P D outputs and outputs a pulse corresponding to (P A -P C ) to one output terminal OUT1. The number of pulses output from the output terminal OUT1 corresponds to the moving distance of the scale 33. Also, from the other output terminal OUT2 of the controller 35, (P A - P C ) and (P B - P
D ) A signal indicating the moving direction of the scale 33 is output using the phase difference. As an output format of the signal, it is conceivable that, for example, when the scale moves to the right, it corresponds to 0, and when it moves to the left, it corresponds to 1. Or it may be the other way around. By using both outputs from the output terminals OUT1 and OUT2, this device can be used as an optical scale reading device.

ところで、出力端子OUT1から出るパルス出
力信号は、前述したように(PA―PC)に対応し
たものであるが、PC出力はPA出力に比して位相
が180゜ずれているので(PA―PC)=2PAとなり
2倍の振幅になる。したがつて、(PA―PC)を
パルス化するときに信頼性が増す。一方、制御器
35からは前述した出力信号の他に(PA+PC
出力が出ている。(PA+PC)出力は、前述の
(PA―PC)出力とは逆に信号分が0となりオフ
セツト電圧のみが出力されたものとなる。駆動回
路36は、(PA+PC)の値が一定となるように
光源30を駆動する。従つて、受光素子d1〜d4
常に一定の光量を得ることができる。
By the way, the pulse output signal output from the output terminal OUT1 corresponds to ( PA - P C ) as mentioned above, but since the P C output is 180° out of phase with the P A output, (P A - P C )=2P A , resulting in twice the amplitude. Therefore, reliability is increased when pulsing (P A - P C ). On the other hand, in addition to the above-mentioned output signal, the controller 35 outputs (P A +P C )
There is output. In the ( PA + P C ) output, the signal component is 0, contrary to the above-mentioned (P A -P C ) output, and only the offset voltage is output. The drive circuit 36 drives the light source 30 so that the value of ( PA + P C ) remains constant. Therefore, the light receiving elements d 1 to d 4 can always obtain a constant amount of light.

第4図は、前述した衝立と受光素子の関係を示
す図である。同図aにおいて、34は前述した衝
立である。該衝立には図に示すように、干渉縞S
と同間隔の短冊状スリツトが設けられている。こ
れらスリツトは、位相が90゜ずつずれた4群に分
けられている。該衝立の後方には前述した受光素
子d1〜d4が配されている。同図bは、スリツトと
干渉縞Sの位置関係を示す図である。スリツトを
通過した干渉縞を含む光は、受光素子に入射す
る。受光素子では上記4群のスリツトごとに、そ
れぞれ位相が90゜ずつずれた電気信号を発生す
る。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the aforementioned screen and the light receiving element. In the same figure a, 34 is the screen mentioned above. As shown in the figure, the screen has interference fringes S.
Strip-shaped slits are provided with the same spacing. These slits are divided into four groups with a phase shift of 90 degrees. The aforementioned light receiving elements d 1 to d 4 are arranged behind the screen. FIG. 1B is a diagram showing the positional relationship between the slit and the interference fringes S. The light including the interference fringes that has passed through the slit is incident on the light receiving element. The light-receiving element generates electrical signals whose phases are shifted by 90 degrees for each of the four groups of slits.

第5図は、干渉縞を含む光が、連続して並べら
れた受光素子に入射する例を示す図である。同図
に示す短冊状の受光素子は、同図bに示すように
干渉縞の1/4の間隔で並べられ、それぞれの受
光素子は90゜ずつ位相がずれるようになつてい
る。従つて、同図bに示すように、同位相の受光
素子の出力同志を加算器A1〜A4で加算するよう
にすると、互いに90゜ずつ位相のずれた出力を得
ることができる。更に、同位相の出力同志を加算
しているので感度を上げることができる。
FIG. 5 is a diagram showing an example in which light including interference fringes is incident on continuously arranged light receiving elements. The strip-shaped light-receiving elements shown in the figure are arranged at intervals of 1/4 of the interference fringes, as shown in figure b, and the phases of the respective light-receiving elements are shifted by 90 degrees. Therefore, as shown in FIG. 3B, if the outputs of the light receiving elements having the same phase are added together by the adders A1 to A4 , outputs whose phases are shifted by 90 degrees from each other can be obtained. Furthermore, since outputs of the same phase are added together, sensitivity can be increased.

なお第4図の説明では、受光素子が4個の場合
について述べたが、これら受光素子の数は4個に
限る必要はなく少くとも2個あれば、スケールの
移動距離に対応したパルス出力を得ることができ
る。
In the explanation of Fig. 4, the case where there are four light-receiving elements has been described, but the number of these light-receiving elements does not need to be limited to four, and if there are at least two, the pulse output corresponding to the moving distance of the scale can be output. Obtainable.

第3図の装置において、レンズL10の焦点距離
をf、スケールピツチをd、レンズ・フオトダイ
オード間距離をZ、レンズ・スケール間距離を
h、レンズと光源の結像点の間の距離をHとする
と、干渉縞ピツチPは次式で表わされる。
In the apparatus shown in Fig. 3, the focal length of the lens L10 is f, the scale pitch is d, the distance between the lens and photodiode is Z, the distance between the lens and the scale is h, and the distance between the lens and the imaging point of the light source is If H, the interference fringe pitch P is expressed by the following equation.

P=d{2(z―f)h―(z―f)H+
zf}/{f(h―H)} …(1) すなわち、干渉縞ピツチPはスケールピツチd
を{2(z―f)h―(z―f)H+zf}/{f
(h―H)}倍だけ拡大したものとなる。(1)式にお
いて、条件式 H=fz/(f―z) …(2) を満足するように構成すると(1)式の干渉縞ピツチ
Pは P=2d(z―f)/f …(3) となり、hの値に無関係となる。
P=d{2(z-f)h-(z-f)H+
zf}/{f(h-H)}...(1) In other words, the interference fringe pitch P is the scale pitch d
{2(z-f)h-(z-f)H+zf}/{f
(h-H)} times larger. In equation (1), if the conditional expression H=fz/(f-z)...(2) is configured to be satisfied, the interference fringe pitch P in equation (1) is P=2d(z-f)/f...( 3), which is unrelated to the value of h.

以上、説明した装置の長所を列記すると以下の
とおりである。
The advantages of the device described above are listed below.

(1) 干渉縞Sの位置は、作動距離(レンズL10
スケール33間の距離)hが変化しても動かな
い。従つてhの許容差が大きくとれる。
(1) The position of the interference fringes S does not change even if the working distance (distance between the lens L 10 and the scale 33) h changes. Therefore, a large tolerance for h can be achieved.

(2) hの許容差が大きくとれるので、スケールを
移動物体に取り付けるときの取り付けが容易で
ある。
(2) Since the tolerance of h can be large, it is easy to attach the scale to a moving object.

(3) hの許容差が大きいので、第1図に示す従来
例のようにスケールをボールベアリング等で押
さえる必要がない。従つて高速動作が可能であ
る。
(3) Since the tolerance of h is large, there is no need to hold down the scale with a ball bearing or the like as in the conventional example shown in FIG. Therefore, high-speed operation is possible.

(4) 干渉縞は冗長性があるので、スケール上に多
少のごみ、ほこり或いは傷があつても測定誤差
とならない。
(4) Since the interference fringes have redundancy, even if there is some dirt, dust, or scratches on the scale, it will not cause measurement errors.

(5) レンズL101つで照射と干渉も行なわせること
ができ、またハーフミラーを用いることによ
り、部品の点数を少なくし、構成を簡単にする
ことができる。したがつて、小型でシンプルな
装置が実現できる。
(5) One lens L 10 can perform both irradiation and interference, and by using a half mirror, the number of parts can be reduced and the configuration can be simplified. Therefore, a small and simple device can be realized.

(6) スケールピツチの2倍の分解能が得られるの
で感度がよい。
(6) Sensitivity is good because resolution is twice the scale pitch.

(7) スケール上の目盛格子のピツチ(例えば20μ
m)に対して干渉縞の間隔が拡大される(例え
ば0.1〜0.2mm)ので衝立のスリツトの製作が容
易である。また、拡大率が大きいので、レン
ズ・フオトダイオード間距離Zが比較的小さく
ても大きなピツチPが得られ、小型化が容易で
ある。
(7) The pitch of the graduation grating on the scale (e.g. 20μ
Since the interval between the interference fringes is enlarged (for example, 0.1 to 0.2 mm) compared to m), it is easy to manufacture the slits for the screen. Further, since the magnification is large, a large pitch P can be obtained even if the lens-photodiode distance Z is relatively small, and miniaturization is easy.

(8) ストツパ(遮光板)をスポツトに集光した点
で遮光するので遮光板が小さくて済み遮光が容
易である。
(8) Since the stopper (light-shielding plate) blocks the light by focusing the light on a spot, the light-shielding plate can be small and light-shielding is easy.

(9) 構成が簡単なので調整が容易である。(9) Since the configuration is simple, adjustment is easy.

以上、第3図に示す装置の特長について述べた
が、この装置は上述の特長を持つ反面、0次モー
ド除去用ストツパ32の位置決めが極めてむずか
しいという欠点を持つている。このような不具合
を除くために、ストツパ32を取付ける代わりに
レンズL10自体に傷をつけて0次モード光の通過
を阻止することが考えられる。しかしながら、傷
つける位置の選定等が困難である。
The features of the device shown in FIG. 3 have been described above. Although this device has the above-mentioned features, it has the drawback that positioning of the zero-order mode removal stopper 32 is extremely difficult. In order to eliminate such a problem, instead of attaching the stopper 32, it is conceivable to scratch the lens L10 itself to prevent the passage of the zero-order mode light. However, it is difficult to select the location of damage.

第6図は、上述したストツパ32のようなスト
ツパの代わりに、絞りを用いて位置決めをやりや
すくした一実施例を示す図である。第6図におい
て第3図と同一のものは同一の番号を付して示
す。第6図において、40が前述した絞りであ
る。該絞りは−1次モード光を阻止するように構
成されている。この絞りは、平板構成ゆえ前述し
たストツパ32に比して位置決めが容易である。
第4図に示す装置の場合、0次モード光と+1次
モード光とで干渉縞をつくり出している。同図に
おいて、実線が0次モード光、破線が+1次モー
ド光を示す。本装置では0次モード光と+1次モ
ード光との干渉により干渉縞をつくつているた
め、スケールを移動した時の受光素子の明暗のピ
ツチはスケールの格子ピツチと等しくなるので分
解能が第3図に示す装置よりもおちる。それ以外
の動作及び特長は、第3図に示す実施例と同一で
あるので説明を省略する。なお、−1次モード光
を除去するためには、第6図に示す絞り40の代
わりに、レンズL10を一部カツトして−1次モー
ド光を除去するようにしてもよい。また、−1次
モード光を除去する代わりに+1次モード光を除
去するようにしてもよい。
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment in which a diaphragm is used in place of a stopper such as the stopper 32 described above to facilitate positioning. Components in FIG. 6 that are the same as those in FIG. 3 are designated by the same numbers. In FIG. 6, 40 is the aperture mentioned above. The aperture is configured to block −1st mode light. Since this diaphragm has a flat plate configuration, it is easier to position the diaphragm than the stopper 32 described above.
In the case of the apparatus shown in FIG. 4, interference fringes are created by 0th-order mode light and +1st-order mode light. In the figure, a solid line indicates 0th-order mode light, and a broken line indicates +1st-order mode light. In this device, interference fringes are created by interference between 0th mode light and +1st mode light, so when the scale is moved, the pitch of brightness and darkness of the light receiving element is equal to the grating pitch of the scale, so the resolution is as shown in Figure 3. lower than the device shown in . The other operations and features are the same as those of the embodiment shown in FIG. 3, so their explanation will be omitted. In order to remove the -1st mode light, instead of using the aperture 40 shown in FIG. 6, the lens L10 may be partially cut to remove the -1st mode light. Furthermore, instead of removing the −1st mode light, the +1st mode light may be removed.

第7図は、本発明の変形例を示す構成図であ
る。第3図に示すと同一のものは同一の番号を付
して示す。第7図に示す装置は、可干渉性光源3
0から光を斜めに入射させ、スケールの反射回折
光をハーフミラーではなくミラー50で受けるよ
うにしたものである。ミラー50に入射した回折
光は、干渉縞Sを生じさせる。この干渉縞を受光
素子dで受けて電気信号に変換させる。以下の操
作は前述した装置と同一であるので説明を省略す
る。この装置はハーフミラーではなくミラーを用
いるので光量が大きい。従つて受光素子dの感度
を上げることができるという特長をもつ。反面、
レンズが光軸に対して対称でないので収差の影響
が出ることがある。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a modification of the present invention. Components that are the same as those shown in FIG. 3 are designated by the same numbers. The apparatus shown in FIG.
Light is incident obliquely from zero, and the reflected and diffracted light from the scale is received by a mirror 50 instead of a half mirror. The diffracted light incident on the mirror 50 produces interference fringes S. The interference fringes are received by the light receiving element d and converted into an electrical signal. The following operations are the same as those of the apparatus described above, so the explanation will be omitted. This device uses a mirror instead of a half mirror, so the amount of light is large. Therefore, it has the advantage that the sensitivity of the light receiving element d can be increased. On the other hand,
Since the lens is not symmetrical about the optical axis, it may be affected by aberrations.

以上、詳細に説明したように、本発明によれば
スケール等の位置決め精度が問題とならず構成の
簡単な光学式スケール読取装置を実現することが
できる。
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to realize an optical scale reading device with a simple configuration without the problem of positioning accuracy of scales and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図は光学式スケール読取装置の従
来例を示す図である。第3図は、本発明の一実施
例を示す構成図、第6図は他の実施例を示す構成
図である。第4図、第5図は干渉縞と受光素子の
関係を示す図である。第7図は、本発明の変形例
を示す図である。 1…可干渉性光源、L…集光レンズ、3…スケ
ール、4…目盛格子、5…走査板、6…光電変換
素子、M1〜M3…鏡、L1〜L3…レンズ、10…ス
ケール、11…分光器、D1〜D3…光電変換素
子、30…可干渉性光源、31…ハーフミラー、
32…ストツパ、33…スケール、34…衝立、
35…制御器、36…駆動回路、L10…レンズ、
S,S1,S2…干渉縞、A〜D…バツフア増幅器、
d1〜d4…受光素子、OUT1,OUT2…出力端
子、A1〜A4…加算器、40…絞り、50…ミラ
ー。
FIGS. 1 and 2 are diagrams showing conventional examples of optical scale reading devices. FIG. 3 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a block diagram showing another embodiment. FIGS. 4 and 5 are diagrams showing the relationship between interference fringes and light receiving elements. FIG. 7 is a diagram showing a modification of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Coherence light source, L...Condensing lens, 3...Scale, 4...Graduation grating, 5...Scanning plate, 6...Photoelectric conversion element, M1 - M3 ...Mirror, L1 - L3 ...Lens, 10 ...Scale, 11...Spectroscope, D1 - D3 ...Photoelectric conversion element, 30...Coherent light source, 31...Half mirror,
32...stopper, 33...scale, 34...screen,
35...Controller, 36...Drive circuit, L10 ...Lens,
S, S 1 , S 2 ... interference fringe, A to D ... buffer amplifier,
d 1 - d 4 ... light receiving element, OUT1, OUT2 ... output terminal, A 1 - A 4 ... adder, 40 ... aperture, 50 ... mirror.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 可干渉性光源と、該光源の光出力を受けるハ
ーフミラーと、該ハーフミラーの透過光を受ける
レンズと、該レンズの通過光である収束球面波を
受ける反射面及び透過面が等間隔で並んだ目盛格
子をもつスケールと、該スケールの反射回折光の
うちO次モード回折光を阻止するストツパと、前
記ハーフミラーを反射した±1次モード回折光に
より生じる干渉縞に対してそれぞれ90゜ずつ位相
をずらして配された少くとも2個以上の受光素子
と、該受光素子のそれぞれの出力を受けて前記ス
ケールの移動距離に対応したパルス及びその移動
方向を示す信号を出力する制御器とにより構成さ
れてなる光学式スケール読取装置。 2 可干渉性光源と、該光源の光出力を受けるハ
ーフミラーと、該ハーフミラーの透過光を受ける
レンズと、該レンズの通過光である収束球面波を
受ける反射面及び透過面が等間隔で並んだ目盛格
子をもつスケールと、該スケールの反射回折光の
うち±1次モード回折光のうちの一方を阻止する
絞りと、前記ハーフミラーを反射したO次モード
回折光及び±1次モード回折光のうち前記絞りで
阻止されなかつた方の1次モード回折光とにより
生じりる干渉縞に対してそれぞれ90゜ずつ位相を
ずらして配された少くとも2個以上の受光素子
と、該受光素子のそれぞれの出力を受けて前記ス
ケールの移動距離に対応したパルス及びその移動
方向を示す信号を出力する制御器とにより構成さ
れてなる光学式スケール読取装置。
[Scope of Claims] 1. A coherent light source, a half mirror that receives the optical output of the light source, a lens that receives the transmitted light of the half mirror, a reflecting surface that receives the convergent spherical wave that is the transmitted light of the lens, and A scale having a graduation grating with transmitting surfaces lined up at equal intervals, a stopper that blocks O-order mode diffracted light of the reflected diffracted light from the scale, and interference fringes generated by the ±1st-order mode diffracted light reflected by the half mirror. at least two or more light-receiving elements arranged with a phase shift of 90 degrees from each other, and a signal indicating a pulse corresponding to the moving distance of the scale and a signal indicating the moving direction thereof upon receiving the output of each of the light-receiving elements. An optical scale reading device consisting of a controller that outputs . 2 A coherent light source, a half mirror that receives the light output of the light source, a lens that receives the transmitted light of the half mirror, and a reflective surface and a transmitting surface that receive the convergent spherical wave that is the transmitted light of the lens are arranged at equal intervals. A scale having a row of graduation gratings, an aperture that blocks one of the ±1st mode diffracted light of the reflected diffracted light of the scale, and an Oth mode diffracted light and ±1st mode diffracted light reflected by the half mirror. at least two light-receiving elements arranged with a phase shift of 90 degrees with respect to interference fringes generated by the first-order mode diffracted light of the light that is not blocked by the aperture, and the light-receiving elements; An optical scale reading device comprising: a controller that receives outputs from each element and outputs a pulse corresponding to the moving distance of the scale and a signal indicating the moving direction thereof.
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