JPS6139290Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、光の干渉を利用した光学式スケール
読取装置に関し特に特定モード回折光を阻止する
阻止手段の配置を工夫することにより、光量の低
化を防いでＳ／Ｎ比を向上させた光学式スケール
読取装置に関する。

従来より、光の干渉を利用した光学式スケール
読取装置が知られている。この種の装置は、スケ
ールとしてガラス基板上に反射膜を格子状に蒸着
したものを用いるのが通常である。このようなス
ケールでは、反射回折光のうち０次と±１次モー
ド光が受光素子に入射してしまうため、受光素子
上に正確な干渉縞を結ぶことができない。そこ
で、０次或いは±１次光の何れか一方を除去する
必要がある。除去手段としては、ストツパや絞り
が用いられている。

第１図は、従来のこの種の装置の一構成を示す
図であり、過日出願人が提案したものである。
（特願昭55−101035他数件）同図に示す装置の動
作を説明すれば、以下のとおりである。同図にお
いて、１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。Ｍは、該光源の光出力を受けるハーフミラー
である。Ｌは、該ハーフミラーの通過光を受ける
レンズである。２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Ｌ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。３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。

４は、ハーフミラーＭ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バツフア増幅器
である。５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２の移動距離に対応し
たパルス出力信号及びスケール２の移動方向を示
す信号を出力する制御器である。このように構成
された装置の動作を以下に説明する。

光源１から発射された光は、続くハーフミラー
Ｍ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Ｌによつて集光
される。集光された光は、続くスケール２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２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３
によつて阻止される。回折した反射光は、再びレ
ンズＬによつて集光される。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。

従つて、レンズＬを通過する光は±１次モード
光のみをなる。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Ｍで一
部が反射し、反射した光は互いに干渉し合つて衝
立４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。

今、光源１から可干渉性の光が照射されている
状態で、スケール２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２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Ｐ_A，Ｐ_B，Ｐ_C，Ｐ_Dとする。

制御器５は、これらＰ_A〜Ｐ_D出力を受けてその
１の出力端子OUT１に（Ｐ_A−Ｐ_C）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２の移動距離に対
応したものとなる。また、制御器５の他の出力端
子OUT２からは、（Ｐ_A−Ｐ_C）と（Ｐ_B−Ｐ_D）の
位相差を利用してスケール２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OUUT２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。

図に示す回路では、特定モード光阻止手段とし
て０次モード光を除去するストツパを用いたが、
阻止手段として絞りを利用することもできる。絞
りを用いると−１次或いは＋１次光のうちの何れ
かのモード光が阻止される。

以上、詳細に説明したように、第１図に示す装
置は、レンズＬとスケール２間の位置決め精度が
問題とならず構成の簡単なものであり、それ自体
秀れた装置である。しかしながら、図に示す構成
の装置では、特定モード光阻止手段をレンズとス
ケール間に配しているため、特定モード光を除去
できると同時に入射光の一部も除去されてしま
う。このため、干渉縞の光強度が下がり出力信号
のＳ／Ｎ比が悪くなつてしまう。

本考案は、このような点に鑑みてなされたもの
で、特定モード光阻止手段を光学系と受光素子と
の間に配置することにより、スケール入射時の光
量の低下を防いでＳ／Ｎ比の向上を図つた光学式
スケール読取装置を実現したものである。以下、
図面を参照して本考案を詳細に説明する。

第２図は、本考案の一実施例を示す構成図であ
る。第１図と同一のものは同一の番号を付して示
す。同図において、L′は光源１の出力を集光する
レンズである。１０は、レンズL′の透過光を受け
るキユーブプリズムである。１１は、入射光の出
口側に設けられた1/4波長板である。レンズＬと
スケール２間の距離ｈは、レーザ光の焦点距離Ｈ
よりも大きくなるように構成されている。また、
ストツパ３は、キユーブプリズム１０と衡立４の
間に配置されている。更に、回折光の第１結像点
が虚像となるべくレンズＬの焦点距離ｆよりも離
れた位置になるように調整する。このように構成
された装置の動作は、以下のとおりである。

光源１から発射されたレーザ光は、レンズL′で
集光された後、キユーブプリズム１０に入射す
る。キユーブプリズム１０は、全方向の偏光成分
をもつ入射光に対して、該プリズムと偏向角度が
一致した成分は全て透過させるが、これと直角方
向の成分は全て反射する。レーザ光の場合は、そ
の大部分が直線偏光になつている。従つて、レー
ザ光の偏光角度を偏光キユーブプリズムの偏光角
度に合わせてやれば、入射光の直線偏光成分は全
て透過する。この透過した直線偏光を1/4波長板
１１に通す。このとき、1/4波長板１１の偏光角
を合わせてやれば直線偏光を円偏光にすることが
できる。

この光を、レンズＬを介してスケール２に集光
し回折させる。ここで、０次回折光の第１結像点
をO₁、＋１次回折光及び−１次回折光の結像点を
それぞれP₁，Q₁とする。スケール２によつて反
射された回折光は、第１結像点O₁，P₁，Q₁から
出たように進みレンズＬで集光される。レンズＬ
を通過した光は、再び1/4波長板１１に入る。こ
こで、反射光は再び直線偏光に戻される。かつそ
の偏光角は、入射直線偏光と90゜異なる。従つ
て、今度はキユーブプリズム１０に入つた反射光
は全て反射される。反射光は、衝立て４に達する
前に第２結像点O₂，P₂，Q₂に集光する。ここ
で、O₂，P₂，Q₂はそれぞれ０次光、＋１次光、−
１次光の第２結像点である。そこで、第２結像点
に０次光阻止手段としてストツパ３を配置する
と、衝立４上には±１次回折光同志の干渉縞Ｓが
形成される。この干渉縞を計数してスケール２の
移動量を測定する方法については、第１図につい
て説明したと同じであるので説明は省略する。

上述したように、本考案によればストツパ３の
位置を従来のレンズＬとスケール２間から、キユ
ーブプリズムと受光素子間に移すことによりスケ
ールの入射光を除去しないので光量の低下を防ぐ
ことができる。従つて、Ｓ／Ｎ比を向上させるこ
とができる。上述の説明では、阻止手段としてス
トツパを用いた場合について説明したが、代わり
に絞りを用いることもできる。第３図は、阻止手
段として絞りを用いた他の実施例を示す図であ
る。同図において、２０は絞りである。絞りを用
いると、＋１次光或いは−１次光の何れかを阻止
することができる。この場合、干渉縞は０次光と
＋１次光、或いは０次光と−１次光との間に生じ
る。

第２図、第３図に示す装置では、光量の低下を
防ぐため光学系としてキユーブプリズムと1/4波
長板を用いているが、第１図の従来例に示すよう
にハーフミラーを用いてもよい。本考案装置の変
形例としては、第４図に示すように、スケール２
をレンズＬに近づけて、第１結像点が直接ハーフ
ミラーＭ（又はキユーブプリズム１０）と受光素
子（衝立４）の間に生じるようにしてもよい。
又、第５図に示すように、レーザ光の焦点距離Ｈ
をレンズＬの焦点距離ｆよりもかなり大きくし、
スケール２で反射した回折光がｆよりもＬから遠
い点にくるようにしてもよい。

以上、詳細に説明したように、本考案によれば
特定モード光阻止手段を光学系と受光素子との間
に配置することにより、スケール入射時の光景の
低下を防いでＳ／Ｎ比の向上を図つた光学式スケ
ール読取装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来装置の一構成を示す図である。
第２図は、本考案装置の一実施例を示す構成図、
第３図は他の実施例を示す構成図である。第４
図、第５図は、変形例を示す図である。 １……可干渉性光源、２……スケール、３……
ストツパ、４……衝立、５……制御器、１０……
キユーブプリズム、１１……1/4波長板、２０…
…絞り、Ｍ……ハーフミラー、Ｌ，L′……レン
ズ、d₁〜d₄……受光素子。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 可干渉性光源を光学系を介して回折格子状を
   なすスケールに照射し、照射した光が反射する
   際に生じる多モードの回折光のうちの特定モー
   ドの回折光同志が干渉する際に生じる干渉縞を
   受光素子で受け、これを或る一定の位相ごとに
   電気信号として取出すようにした光学式スケー
   ル読取装置において、回折光の結像点を前記光
   学系と受光素子との間に生ぜしめるように構成
   して、当該結像点に特定のモード光を阻止する
   阻止手段を設けたことを特徴とする光学式スケ
   ール読取装置。 (2) 前記光学系としてハーフミラーを用いたこと
   を特徴とする実用新案登録請求の範囲第(1)項記
   載の光学式スケール読取装置。 (3) 前記光学系として偏光キユーブプリズムを用
   いたことを特徴とする実用新案登録請求の範囲
   第(1)項記載の光学式スケール読取装置。 (4) 前記阻止手段として絞りを用いて、０次モー
   ド光と＋１又は−１次モード光との間で干渉縞
   をつくるようにしたことを特徴とする実用新案
   登録請求の範囲第(1)項記載の光学式スケール読
   取装置。 (5) 前記阻止手段としてストツパを用いて、＋１
   次モード光と−１次モード光との間で干渉縞を
   つくるようにしたことを特徴とする実用新案登
   録請求の範囲第(1)項記載の光学式スケール読取
   装置。