JPS62163924A - エンコ−ダ− - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は移動物体の移動状態を九′１“「的に測定する
エンコーダーに関し、特に移動物体に取付けた回折格子
に可干渉性光束を入射させ該回折格子からの回折光を互
いに干渉させてモ／８−絹を形成し、干渉縞の明暗の縞
を計数することによって移動物体の移動状想を測定する
際の基準位置信号を効率的に得るようにしたエンコーダ
ーに関するものである。

（従来の技術） 近年ＮＣ工作機械や半導体焼付装置等の精密機械におい
ては１μｍ以下（サブミクロン）の単位で測定すること
のできる精密な測定器が要求されている。

従来よりサブミクロンの単位で測定することのできる測
定器としては、レー、ザー等の可干渉性光束を用い移動
物体からの回折光より干渉縞を形成させ、該干渉縞を利
用したリニアエンコーダーやロータリーエンコーダーが
良く知られている。

光電的なロータリーエンコーダーは例えば第３図に示す
ように回転軸３０に連絡した円板３５の周囲に遮光部と
遮光部を等間隔に設けた、所謂メインスケール３Ｉとこ
れに対応してメインスケールと等しい間隔で透光部と遮
光部とを設けた所謂固定のインデックススケール３２と
の双方のスケールを投光手段３３と受光手段３４で挟ん
で対向配置した所謂インデックススケール方式の構成を
採っている。

この方法はメインスケールの回転に伴って双方のスケー
ルの透光部と遮光部の間隔に同期した信号が得られ、こ
の信号を周波数解析して回転軸の回転速度の変動を検出
している。

又このとき円板３５の一部に基準位置信号を得る為に基
準位置検出用のパターン３６と光源３８と受光手段３７
を設けている。

こ九により円板３５が１回転する毎に１パルスの信号出
力を得るようにし測定誤差のチェックや絶対量の測定等
を行っている。

しかしながら第３図に示すように円板３５の周囲に複数
の投光手段や受光手段を配置すると装置全体が複雑とな
り、又、大型化してくる傾向があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はレーザー等の光源からの光束の有効利用を図り
、被検移動物体の移動状態を測定すると共に移動物体に
関する基準位置信号を効率的に検出することを可能とし
た簡易な構成のエンコーダーの提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 可干渉性の光束を被検移動物体に連絡した回折格子に入
射させ、該回折格子からの回折光のうち特定次数の回折
光を用い干渉縞を形成し、該干渉縞を利用し首記移動物
体の移動状態を測定するエンコーダーにおいて、前記回
折格子からの回折光のうち未使用の特定次数の回折光を
前記被検移動物体の一部に設けた基準位置検出部に入射
させることにより基準信号を得たことである。

この他、本発明の特徴は実施例において記載されている
。

（実施例） 第１図は本発明をロータリーエンコーダーに適用したと
きの一実施例の光学系の概略図である。

本実施例ではレーザー１より放射された光束をコリメー
ターレンズ２によフて平行光束とし偏光ビームスプリッ
タ−３に入射させ、略等光量の反射光束と透過光束の２
つの直線偏光の光束に分割している。このうち反射した
光束は電波長板４を経て、円偏光とし、２つの反射面を
有するプリズム１日を介した後、被測定回転物体と連結
した円板６上の放射状の回折格子が設けられている放射
格子７の位置Ｍ、に入射させている。そして放射格子７
に入射し回折した透過回折光のうち特定次数の回折光を
反射手段８により反射させ、同一光路を逆行させ放射格
子７上の略同−位置Ｍ、に再入射させている。そして放
射格子７により再回折された特定次数の回折光を％波長
板４を介して入射したときと９０度偏光方位の異なる直
線偏光とし偏光ビームスプリッタ−３に入射させている
。

本実施例では偏光ビームスプリッタ−３から反射手段８
に至る特定次数の回折光の往復光路を同一とじている。

第２図は第１図で示した反射手段の一実施例の説明図で
ある。

同図においては反射鏡４０を集光レンズ４１の略焦点面
上に配置し、集光レンズ４１に平行に入射してきた特定
次数の回折光のみをマスク４２の開口部４３を通過させ
反射鏡４０て反射させた後、元の光路を逆戻りするよう
にしている。そして、その他の次数の回折光をマスク４
２により遮光している。反射手段としては、この他第２
図に示す機能と同一のものであれば、例えばキャッツア
イ光学系等どのような構成のものでも良い。このような
光学系を用いれば例えばレーザーの発振波長か変化し、
回折角が多少変化しても略同じ光路で戻すことができる
特徴がある。

又、キャッツアイ光学系に、屈折率分布型レンズ、例え
ば日本板硝子社製のセルフォックマイクロレンズ（商品
名）等を適用し、その両端平面な点に着目して片面に反
射膜を設けることにより、構成が簡便で且つ又生産性に
富む光学素子として本発明に有効に適用することができ
る。

第１図に戻り偏光ビームスプリッタ−３で分割された２
つの光束のうち透過した光束は属波長板５を介し円偏光
とし、円板６上の放射格子７上の位置Ｍ、と回転ｌｌ１
ｌｈ５０に対して略点対称の位置Ｍ２に入射させている
。そして放射格子７に入射し回折した透過回折光のうち
特定次数の回折光をｔｉ７Ｆ述の反射手段８と同様の反
射手段９により同一光路を逆行させて、放射格子７の略
同−位置Ｍ２にＩＩＪ。

入射させている。そして放射格子７より再回折された特
定次数の回折光を％波長板５を介し入射したときとは９
０度偏光方位のになる直線偏光とし偏光ビームスプリッ
タ−３に入射させている。

このとき、透過光束も前述の反射光束と同様に偏光ビー
ムスプリッタ−３から反射手段９に至る特定次数の回折
光の往復光路を同一　とじている。

そして反射１段８を介し入射してきた回折光と重なり合
わせた後、電波長板ＩＯを介し円偏光とし、光分割器１
１で２つの光束に分割し、各々の光束を互いの偏光方位
を４５度傾けて配置した偏光板１２゜１３を介し双方の
光束に９０度の位相差を付けた直線偏光として各々の受
光手段１４．１５に入射させている。そして受光手段１
４．１５により形成された２光束の干渉縞の強度を検出
している。

一方、本実施例では放射格子７の位置Ｍ１に入射し、回
折した光束のうち反射手段８に入射する特定次数の回折
光、例えばｍ次の回折光以外の回折光の中から特定次数
の回折光、例えば−ｍ次、ｍ＋１次等の回折光を反射鏡
１８．１９を介し、シリンドリカルレンズ２１により円
板６七に設けた。！１（糸位置検出部２２に入射させて
いる。

基準位置検出部２２は例えば円板６上に設けた開［１ス
リツト等から成っている。そして該スリットを通過した
光量変化をマスク２３を介し受光ｐ段２４により光電的
に検出し、零位置を定めている。

即ち円板６上の回転状態をｄｊす定する際の基準信号、
例えば１回転毎に１つの基準信号を得ている。

このように本実施例では放射格子７からの回折光のうち
エンコーダーとして未使用の特定次数の回折光を利用す
ることによりレーザーからの光束の有効利用を図り、新
たな光源を用いることなく基準信号を容易に得ている。

又、所定次数の未使用回折光の光量が少ない場合、光学
配置を工夫して、離数の未使用回折光を重畳させて使用
するとか、回折格子として例えば透明レリーフパターン
から成る位相格子を用いて格子形状とピッチを適宜選択
して出射する回折光を０次光と任意の高次回折光の２つ
のみとするとかして所望の光量を得ることが出来る。

本実施例において被ｄｊｌ定回転物体が放射格子７の１
ピツチ分だけ回転するとｍ次の回折光の位相は２ｎπた
け変化する。同様に放射路′Ｔ−７により再回折された
ｎ次の回折光の位相は２ｎπたけ変化する。これにより
全体として受光手段からは（２ｍ−２ｎ）個の正弦波形
が得られる。本実施例ではこのときの正弦波形を検出す
ることにより回転量を７１１１３足している。

例えば回折格子のピッチが３．２μｍ、回折光として１
次及び−１次を利用したとすれば回転物体かピッチの３
．２μｍ分たけ回転したとき受光素子からは４個の正弦
波形か得られる。即ち正弦波形１個当りの分解能として
回折格子の１ピツチの省の３２／４・０．８μｍが得ら
れる。

本実施例では光分割器１１により光束を２分割し各々の
光束間に９０度の位相差をつけることにより回転物体の
回転方向もｔ’ｌｌ別出来るようにしている。

尚、回転量のみを測定するのであれば光分割器１１、偏
光板１２．１３及び一方の受光手段は不要である。又、
得られる正弦波形の周波数を計Δ（りすれば回転速度を
検出することも可能である。

本実施例では回転中心に対して略点対称の２つの位置Ｍ
、、Ｍ２からの回折光を利用することにより回転物体の
回転中心と放射格子の中心との偏心による測定誤差を軽
減させている。

尚、木実ｈｈ例に於る構成は略点対称な２点からの回折
光を利用しているわけであるか、略点対称に限らず複数
の位置からの回折光を用いることにより略同等の効果を
得ることが出来る。例えば、互いに１２０°の角度を成
す３点からの回折光を利用したり、近接しない任意の２
点からの回折光を利用するのも有効である。

更に一方の光束の回転軸中心寄りの光束・要素と略点対
称な位置に入射させた他方の光束の回転軸中心寄りの光
束要素とを互いに重なり合わせ、同様に回転中心の外側
寄りの光束要素同志を屯ね合わせることにより、放射格
子−の外側と内（ｉｊｌｌのビッチの違いより生じる波
面収差の影響を除去している。

木実＆例では偏光ビームスプリッタ−３から反射手段８
．９に至る特定次数の回折光の往復の光路を同一とする
ことにより、偏光ビームスプリッタ−３における２つの
回折光束の重なり具合を容易にし、装置全体の組立精度
を向上させている。

尚、測定精度があまり要求されない場合には回転・踊に
対して点対称の２点からの光束を利用する代わりに片方
の光束のみを使用するようにしても良い。

第４図は本発明の他の実施例の光学系の概略図である。

図中第１図で示した要素と同一要素には同符番な付しで
ある。

本実施例では放射格子７からの回折光のうち特定次数の
透過回折光を反射手段８に入射させ、特定次数の反射回
折光を反射面を有するプリズム２７と２つの反射鏡１８
．１９を介してシリンドリカルレンズ２１により基準位
置検出部２２に入射させている。そして基準位置検出部
２２を通過した光束をマスク２３を介し受光手段２４て
受光している。これによりＪ、（準ｆ５号を得ている。

この他は第１Ｉ７１の実施例と同じである。

尚、」１ζ準信号を得る方式や光学配置は上記実施例に
限らず任意の方式や配置を適用出来、光学的な方式であ
れば如何なるものでも良い。

尚、以上の各実施例において電波長板４，５は偏光ビー
ムスプリッタ−３と反射手段との間であればどこに配置
しても良い。

又、各実施例において受光手段目、　１５に導光する回
折光を透過回折光の代わりに反射回折光を利用しても良
い。

又、測定用の回折光及び基準位置検出用に導入した回折
光の他の回折光を用いて所定の機能に利用することも当
然可能である。

以上の実施例はロータリーエンコーダーについて説明し
たが、本発明の技術的思想はそのままリニアエンコーダ
ーにも適用することができる。

尚、本発明において使用する回折格子は、透光部と遮光
部から成る所謂振幅型の回折格子、互いに異なる屈折率
を有する部分から成る位相型の回折格子である。特に位
相型の回折格子は、例えば透明円盤の円周上に凹凸のレ
リーフパターンを形成することにより作成出来、エンボ
ス、スタンバ等のプロセスにより量産か可能である。

（発明の効果） 本発明によれば回折格子からの回折光のうち、被検移動
物体の移動状態をｄｔ１１定する為に用いる特定次数の
回折光以外の他の回折光を利用することにより、新たな
光源を必要とせず基準位置信号を容易に得ることのでき
る簡易な構成のエンコーダーを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図、第２図は
第１図の一部分の説明図、第４図は本発明の他の実ｈ’
６例の光学系の概略図、第３図は従来の光電的ロータリ
ーエンコーダーの説明図である。図中１はレーザー、２
はコリメーターレンズ、３は偏光ビームスプリッタ−５
４，５，１０は電波長板、６は円板、７は放射格子、８
，９゜１８、１９は各々反射手段、１２．１３は各々偏
光板、１４、１５．２４は各々受光手段、２２は基準位
置検出部、２３はマスク、２５．２．７はプリズムであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可干渉性の光束を被検移動物体に連絡した回折格子に入
   射させ、該回折格子からの回折光のうち特定次数の回折
   光を用い干渉縞を形成し、該干渉縞を利用し前記移動物
   体の移動状態を測定するエンコーダーにおいて、前記回
   折格子からの回折光のうち未使用の特定次数の回折光を
   前記被検移動物体の一部に設けた基準位置検出部に入射
   させることにより基準信号を得たことを特徴とするエン
   コーダー。