DE69220009T2

DE69220009T2 - Rotationsdetektor

Info

Publication number: DE69220009T2
Application number: DE69220009T
Authority: DE
Inventors: Ishizuka Koh; Nishimura Tetsuharu
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-12-04
Filing date: 1992-12-03
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2012-12-04
Also published as: EP0545405B1; DE69220009D1; JPH05157583A; EP0545405A3; US5532819A; EP0545405A2; JP3218657B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotationsdetektor, wie ein Rotationsencoder. Im einzelnen ist die Erfindung wünschenswerter Weise auf Rotationsencoder zum Messen der Bewegungsinformation eines Beugungsgitters anwendbar, d.h., der Bewegungsinformation eines sich bewegenden Objekts (Skala), auf derartige Weise, daß ein kohärenter Lichtstrom, wie ein Laserlicht, auf das auf der Skala montierte Beugungsgitter oder eine andere Kleingitteranordnung einfällt, um es gebeugtem Licht einer vom Beugungsgitter vorgegebenen Ordnung zu ermöglichen, zur Ausbildung von Interferenzstreifen miteinander eine Interferenz zu erzeugen, und um die hell-dunkel Streifen der Interferenzstreifen zu messen.

Verwandter Stand der Technik

Bisher wurden Rotationsencoder als Messinstrumente weitläufig auf vielen Gebieten eingesetzt, welche in der Lage sind, Rotationsinformationen, wie Rotationsbeträge und Rotationsrichtungen eines Drehobjekts in einer NC-Maschine mit hoher Präzision, z.B., in Einheiten submicroner Ordnung, zu messen.
Im einzelnen ist als ein hochpräziser, eine hohe Auflösung aufweisender Rotationsencoder ein Rotationsencoder nach einer Beugungs-Licht-Interferenzbauart bekannt, bei dem es einem kohärenten Lichtstrom, wie Laserlicht, ermöglicht wird, in das an einem sich bewegenden Objekt vorgesehene Beugungsgitter einzutreten, um es dem gebeugten, vom Beugungsgitter ausgestrahlten Licht einer gegebenen Ordnung zu ermöglichen, miteinander eine Interferenz zu erzeugen, und die Bewegungsbeträge, die Bewegungsrichtungen und weitere Werte des sich bewegenden Objekts durch Messen der Helligkeit-Dunkelheit der Interferenzstreifen zu erhalten.
Fig. 1A ist eine Ansicht, die die Hauptteile eines Abschnitts eines herkömmlichen Rotationsencoders nach der Beugungs-Licht-Interferenzbauart zeigt.
Gemäß Fig. 1A tritt ein von einer Lichtquelle 101 ausgestrahlter monochromatischer Lichtstrom in eine Kleingitteranordnung 105 mit einer Gitterteilung P (die Anzahl pro Runde der Brechungsgitteranordnung ist N) ein, die sich aus dem Beugungsgitter und weiteren auf einer Skala (Scheibe) 105a befindlichen Dingen zusammensetzt, um eine Vielzahl von gebeugten Lichtstrahlen auszusenden. In diesem Fall wird die Ordnung des linear voranschreitenden Lichtstroms als Null definiert. An dessen beiden Seiten werden gebeugte Lichtstrahlen mit einer Ordnung, wie ±1, ±2, ±3, ... definiert. Weiterhin wird die Rotationsrichtung der Skala 105a durch das Versehen mit einem Vorzeichen "+" gegenüber ihrer Umkehrrichtung unterschieden, für welche wiederum ein Vorzeichen "-" vorgesehen ist. Weiterhin wird der Rotationswinkel der Skala 105a als Θ (Grad) bezüglich der Wellenfläche des nullten Lichtstrahls angegeben, so daß die Phase der Wellenfläche des n-ten gebeugten Lichtstrahls um:
2π n N Θ/360
verschoben sind.
Da nun die Wellenflächenphasen der Lichtstrahlen mit unterschiedlicher Ordnung gegeneinander verchoben sind, ist es möglich, Helligkeits-Dunkelheits Signale durch Überlagerung der optischen Pfade zweier gebeugter Lichtstrahlen mittels einem geeigneten optischen System zu erhalten, um es ihnen zu ermöglichen, miteinander eine Interferenz zu erzeugen.
Wenn beispielsweise unter der Verwendung der Spiegel 109a und 109b und eines Strahlteilers 103 ein + primärer Beugungslichtstrahl und ein - primärer Beugungslichtstrahl überlagert werden, um miteinander eine Interferenz zu erzeugen, so sind ihre Phasen um 4π versetzt, während die Skala 105a um einen Teilungsabschnitt (360/N Grad) des Kleingitters gedreht wird. Daher ereignet sich die Veränderung des Helligkeits-Dunkelheits-Lichtbetrags für zwei Zyklen. Wenn demzufolge die Änderung des Helligkeits- Dunkelheits-Lichtbetrags an dieser Stelle detektiert wird, ist es möglich, den Rotationsbetrag der Skala 105a zu erhalten.
Fig. 1B ist eine Ansicht, die schematisch die Hauptteile eines Abschnitts eines herkömmlichen Rotationsencoders nach der Beugungs-Licht-Interferenzbauart zeigt, der in der Lage ist nicht nur den Rotationsbetrag der Skala 105a sondern auch ihre Rotationsrichtungen zu erfassen.
Gemäß Fig. 1B sind, verglichen mit dem in Fig. 1A dargestellten Rotationsencoder, wenigstens zwei Arten von Helligkeits-Dunkelheitssignalen vorbereitet, die von zwei gebeugten Lichtstrahlen, die in Verbindung mit der Rotation der Skala 105a auftreten, erhalten werden können, wobei die Rotationsrichtung der Skala 105a durch gegeneinander Verschieben der zeitlichen Abfolge ihrer Helligkeit- Dunkelheit erfaßt wird.
Mit anderen Worten, gemäß Fig. 1B, bevor der von der Kleingitteranordnung 105 ausgesandte n-te gebeugte Lichtstrahl und der m-te gebeugte Lichtstrahl überlagert werden, werden beide von ihnen zu einem linear polarisierten Lichtstrom gemacht, dessen polarisierte Wellenfläche orthogonal zueinander sind, indem Polarisationsplatten 108a und 108b verwendet werden. Nachdem die optischen Pfade über Spiegel 109a, 109b und einen Strahlteiler 103a überlagert wurden, passieren die Lichtströme eine ¼ Wellenplatte 107a, womit sie in linear polarisierte Wellen umgewandelt sind, bei denen die Orientierung der polarisierten Wellenfläche bis auf die Phasendifferenz zwischen den zwei Lichtströmen bestimmt ist.
Weiterhin werden diese Wellen durch einen nicht polarisierten Strahlteiler 103b in zwei Lichtströme aufgeteilt. Jeder der Lichtströme wird durch jede der Polarisationsplatten (Analyseeinrichtungen) 108c und 108d übertragen bzw. durchgelassen, die derart angeordnet sind, so daß die Erfassungsorientierungen (die Orientierungen des übertragbaren linear polarisierten Lichts) der Lichtströme zueinander verschoben werden. Daher werden die zwei Arten von Helligkeits-Dunkelheitssignalen, deren Helligkeits- Dunkelheits zeitliche Abfolge beruhend auf der Interferenz der zwei Lichtströme verschoben ist, durch die Detektoren lloa und hob erfaßt.
Wenn beispielsweise die Erfassungsorientierungen der zwei Polarisationsplatten um 45º zueinander abweichen, wird die Helligkeits-Dunkelheits zeitliche Abfolge bezüglich der Phase um 90º (π/2) verschoben. An dieser Stelle erfaßt der in Fig. 1B dargestellte Rotationsencoder die Rotationsinformation einschließlich der Rotationsrichtung der Skala 105a, indem die Signale der zwei Detektoren 110a und hob verwendet werden.
Nun werden durch einen derartigen Rotationsencoder Interferenzsignale durch Erzeugen einer Interferenz des gebeugten Lichts, sobald es durch das Beugungsgitter gebeugt wurde, erhalten und dann gewinnt er durch Erfassen derartiger Signale die Rotationsinformation. Um jedoch die Erfassungsauflösung zu erhöhen, ist es wünschenwert, es dem gebeugten Licht zu ermöglichen, zweimal gebeugt zu werden, um miteinander eine Interferenz zu erzeugen. Um weiterhin jeglichen Einfluß oder dergleichen durch die Exzentrizität der Skala zu vermeiden, ist es wünschenswert, diese zweimalige Beugung an möglichst weit entfernten Punkten (optimaler Weise an zwei Punkten, die im wesentlichen punktsymmetrisch bezüglich des Rotationszentrums sind) durchzuführen.
Ein weiterer Rotationsencoder ist durch die EP-A-0 426 125 bekannt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit einem einfacheren Aufbau zum Messen der Rotationsinformation auf eine derartige Weise, daß zwei zweimal gebeugte Lichtströme an zwei unterschiedlichen Punkten überlagert und erfaßt werden.
Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der das lichtführende optische System einfach aufgebaut ist, um die zwei Lichtströme, die im einzelnen an einem ersten Punkt am Beugungsgitter gebeugt wurden, an einen zweiten Punkt auf dem Beugungsgitter zu führen, wodurch im speziellen die optische Konstruktion in der Nachbarschaft des Beugungsgitters einfacher aufgebaut werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die vorstehenden Aufgaben durch eine Vorrichtung zum Messen der Rotationsinformation eines sich drehenden Objekts, wie in Anspruch 1 festgelegt, gelöst.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die nachstehende detaillierte Beschreibung der Erfindung näher dargelegt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A ist eine Ansicht, die einen herkömmlichen Rotationsencoder schematisch zeigt.
Fig. 1B ist eine Ansicht, die einen herkömmlichen Rotationsencoder schematisch zeigt.
Fig. 2 ist eine Ansicht, die die Hauptteile des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Fig. 3A ist eine Ansicht, bei der die Abweichung und Korrektur des optischen Pfades dargelegt wird, wenn ein Fehler beim Montieren einer in Fig. 2 dargestellten Scheibeneinheit vorliegt.
Fig. 3B ist eine Ansicht, bei der die Abweichung und Korrektur des optischen Pfades dargelegt wird, wenn ein Fehler beim Montieren einer in Fig. 2 dargestellten Scheibeneinheit vorliegt.
Fig. 4 ist eine Ansicht, bei der die Abweichung und Korrektur des optischen Pfades dargelegt wird, wenn ein Fehler beim Montieren einer in Fig. 2 dargestellten Scheibeneinheit vorliegt.
Fig. 5 ist eine Ansicht, die einen Hauptteil des zweiten Auführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
Fig. 6 ist eine Ansicht, die einen Hauptteile des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Fig. 7 ist eine Ansicht, die einen Hauptteile des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Fig. 8 ist eine Ansicht, die einen Hauptteil des fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Fig. 9 ist eine Ansicht, die einen Hauptteil des sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Fig. 10 ist eine Ansicht zum Erläutern der Abweichung und Korrektur des optischen Pfades, wenn Fehler beim Montieren einer in Fig. 9 dargestellten Scheibeneinheit vorliegen.
Fig. 11 ist eine Ansicht zum Erläutern der Abweichung und Korrektur des optischen Pfades, wenn ein Fehler beim Montieren einer in Fig. 9 dargestellten Scheibeneinheit vorliegen.
Fig. 12 ist eine Ansicht zum Erläutern der Abweichung und Korrektur des optischen Pfades, wenn ein Fehler beim Montieren einer in Fig. 9 dargestellten Scheibeneinheit vorliegt.
Fig. 13 ist eine Ansicht zum Erläutern der Abweichung und Korrektur des optischen Pfades, wenn ein Fehler beim Montieren einer in Fig. 9 dargestellten Scheibeneinheit vorliegt.
Fig. 14 ist eine Ansicht zum Erläutern der Abweichung und Korrektur eines optischen Pfades, wenn ein Fehler beim Montieren einer in Fig. 9 dargestellten Scheibeneinheit vorliegt.
Fig. 15 ist eine Ansicht, die einen Hauptteil des siebten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 16 ist eine Ansicht, die einen Hauptteil des achten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Fig. 17 ist eine Ansicht, die einen Hauptteil des neunten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Fig. 18 ist eine Ansicht, die einen Hauptteil des zehnten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Fig. 19 ist eine Ansicht, die einen Hauptteil des elften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Fig. 20 ist eine Ansicht, die einen Hauptteile des zwölften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ein Rotationsencoder gemäß einem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer Lichtquelle stammender Lichtstrom auf einen Punkt P1 auf einem Kleingitter auf einer sich drehenden Scheibe auftrifft, wonach vom Punkt P1 zwei gebeugte Lichtstrahlen einer vorgegebenen Ordnung derart durch eine Lichtführungseinrichtung geführt werden, daß die optischen Pfade voneinander abweichen, wodurch sie auf einen Punkt P2 auftreffen, der sich auf dem Kleingitter im wesentlichen symmetrisch zum Punkt P1 befindet, daß die zwei am Punkt P2 gebeugten Lichtstrahlen durch eine Überlagerungseinrichtung überlagert werden, um eine Interferenz miteinander zu erzeugen, wonach es ihnen ermöglicht wird, in eine Lichtaufnahmeeinrichtung einzutreten, und daß die Rotationsinformation der Scheibe durch Verwenden der Interferenzsignale erfaßt werden, die derart durch die Lichtaufnahmeeinrichtung erhalten wurden.
Ein Rotationsencoder gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtführungseinrichtung eine sphärische Linsengruppe und zwei zylindrische Linsengruppen umfaßt, wobei zwei gebeugte Lichtstrahlen einer vorgegebenen Ordnung, die jeweils am Punkt P1 gebeugt wurden, durch die symmetrisch zur optischen Achse der sphärischen Linsengruppe angeordneten Bereiche passieren.
Ein Rotationsencoder gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtstrom aus einer Lichtquelle auf ein auf einer sich drehenden Scheibe befindlichen Kleingitter über eine Strahlteilungseinrichtung eintritt, und dann werden die zwei vom Kleingitter stammenden zwei gebeugten Lichtstrahlen einer vorgegebenen Ordnung durch die Strahlteilungseinrichtung geführt und durch eine Überlagerungseinrichtung überlagert, um miteinander eine Interferenz zu erzeugen, wodurch sie in eine Lichtaufnahmeeinrichtung eintreten, daß die Strahlteilungseinrichtung mit Bereichen versehen ist, die es dem einfallenden Lichtstrom ermöglichen, örtlich reflektiert und übertragen bzw. durchgelassen zu werden, und daß, wenn die Rotationsinformation der Scheibe durch Verwenden der von der Lichtaufnahmeeinrichtung zu erhaltenden Interferenzsignale erfaßt wird, der auf das Kleingitter einfallende Lichtstrom und der vom Kleingitter stammende gebeugte Lichtstrahl durch Verwenden der reflektierenden und durchlassenden Bereiche geführt werden.
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen wird nachstehend eine Beschreibung der Ausführungsbeispiele auf detaillierte Weise gegeben.
Fig. 2 ist eine Ansicht, die den Hauptteil des ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. Fig. 2 zeigt einen Fall, bei dem jedes der Elemente, die einen Rotationsencoder bilden, ohne jeglichen Fehler korrekt angeordnet sind.
Gemäß Fig. 2 wird der divergierende Lichtstrom L1, der von einem als eine Lichtquelle dienenden Laser 1 ausgestrahlt wird, durch eine Kollimatorlinse 2 im wesentlichen zu einem parallelen Licht gemacht, dann wird er durch die Ebene 8aa eines Strahlteilers 8a übertragen, um senkrecht auf einen ersten Punkt P1 auf einer radialen Gitteranordnung (Beugungsgitteranordnung) 6 zu treffen, die über eine Teilung P auf einem auf einer Scheibe 6a angeordneten Kleingitter verfügt, die mit einem rotierenden Objekt (nicht dargestellt) verbunden ist.
Von den jeweils am Punkt P1 gebeugten Lichtstrahlen werden der + erstgebeugte Lichtstrahl N&spplus;¹ und der -erstgebeugte Lichtstrahl N&spplus;¹ entlang der beiden Seiten des optischen Pfades des einfallenden Lichtstroms erzeugt, und treten wieder in den Strahlteiler 8a ein, wonach sie an der inneren Ebene 8aa des Strahlteilers 8a reflektiert werden. Die optischen Pfade der zwei Lichtströme N&spplus;¹ und N&supmin;¹ sind zueinander bezüglich der Ebene Y-Z symmetrisch.
Dann werden die zwei Lichtstrahlen durch die eine Lichtführungseinrichtung bildende Linse 11 übertragen und gebrochen, die angeordnet ist, so daß ihre Hauptachse (optische Achse) auf der Ebene Y-Z liegt, so daß die optischen Pfade an Positionen gebeugt werden, die bezüglich der optischen Achse der Linse 11 symmetrisch zueinander sind, somit treten sie in einen Strahlteiler 8b ein, um durch eine innere Ebene 8bb des Strahlteilers 8b jeweils reflektiert zu werden, um (von der Seite) auf einen zweiten Punkt P2 auf der auf der Scheibe 6a befindlichen radialen Gitteranordnung 6 zu treffen.
Von den am Punkt P2 reflektiert gebeugten Lichtstrahlen wird jeweils der + erstgebeugte Lichtstrahl N&spplus;¹&spplus;¹ des + erstgebeugten Lichtes und der - erstgebeugte Lichtstrahl N&supmin;¹&supmin; -¹ des - erstgebeugten Lichtes an die äußeren Seiten der gegenüberliegenden einfallenden optischen Pfade ausgestrahlt. Nach Reflektion an einer reflektierenden Ebene 13, um die optischen Pfade zu beugen, treten daher diese Lichtstrahlen in ein Köster-Prisma 14 ein, das als eine Überlagerungseinrichtung derart dient, daß die optischen Pfade der auf der inneren Teilungsebene BS liegenden zwei Lichtströme überlagert werden, womit es den Lichtströmen ermöglicht wird, miteinander eine Interferenz zu erzeugen, um in Helligkeits-Dunkelheits-Signalstrahlen konvertiert zu werden, um in ein fotoelektrisches Element 10 einzutreten, das als eine Lichtaufnahmeeinrichtung dient. Somit wird ein Helligkeits-Dunkelheitssignal auf der Basis der Rotation der Scheibe 6a durch das fotoelektrische Element 10 erhalten, um die Rotationsinformation der Scheibe 6a in Übereinstimmung mit den vorstehenden Gleichungen zu berechnen.
Wie vorstehend beschrieben, trifft der + erstgebeugte Lichtstrahl (-x Seite) und der - erstgebeugte Lichtstrahl (+x Seite), die jeweils am Punkt P1 an den zueinander gegenüberliegenden Seiten gebeugt werden, bezüglich des + erstgebeugten Lichtstrahls über die -x Seite und bezüglich des - erstgebeugten Lichtstrahls in unveränderter Weise auf den Punkt P2. Demzufolge ist es möglich, das lichtführungsoptische System vom Punkt 1 zum Punkt 2 auf die einfachste Weise anzuordnen (da es z.B. kein Erfordernis gibt die optischen Pfade auf ihrem Weg zu kreuzen).
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet die Scheibe 6a und das radiale Gitter 6 eine Scheibeneinheit, wobei die Lichtquelleneinrichtung 1, die Linse 2, die Strahlteiler 8a und 8b, die Lichtführungseinrichtung 11, die reflektierende Ebene 13, die Überlagerungseinrichtung 14 und die Lichtaufnahmeeinrichtung 10 eine Detektions- bzw. Erfassungseinheit ausbilden, die integral in einem Gehäuse (nicht dargestellt) vorgesehen ist.
Fig. 3A erläutert die Abweichung der optischen Pfade, bei der die Scheibeneinheit augenblicklich bezüglich des Rotationszentrums der x Achse geneigt ist, wenn die Rotationswelle der Scheibeneinheit und die Mittelachse der radialen Gitteranordnung 6 im Vergleich zur Anordnung gemäß Fig. 2 in montiertem Zustand geneigt ist.
Die Beugungsgitteranordnung ist am ersten Punkt P1 geneigt. Die Aussendeorientierung des von der Gitteranordnung kommenden + erstgebeugten Lichtstrahls N&spplus;¹ und des -erstgebeugten Lichtstrahls N&supmin;¹ sind, wie durch die punktierten Linien dargestellt, im Vergleich zum regulären Fall zur Außenseite hin versetzt. Dann, nachdem sie an der inneren reflektiven Ebene 8aa des Strahlteilers 8 reflektiert wurden, treffen die Lichtstrahlen auf den unteren Abschnit (negative Orientierung der z-Achse) der Hauptachse der Linse 11, und werden gebrochen, womit die optischen Pfade gebeugt werden. Danach werden die Lichtstrahlen an der inneren reflektierenden Ebene 8bb des Strahlteilers 8b jeweils reflektiert, und werden dann gebeugt, um auf den zweiten Punkt P2 zu treffen. (Dieser Punkt ist fest, auch wenn eine Neigung der Achse x der Scheibe als Drehmittelpunkt vorliegt).
Da die Oberfläche der Scheibeneinheit ebenso am zweiten Punkt P2 geneigt ist, wird der + erstgebeugte Lichtstrahl N&spplus;¹&spplus;¹ des + erstgebeugten Lichtstrahls und der - erstgebeugte Lichtstrahl N&supmin;¹&supmin;¹ des - erstgebeugten Lichtstrahls, die hiervon ausgesandt werden, in den Orientierungen voranschreiten, die, wie durch die punktierten Linien angezeigt wird, gegenüber den regulären optischen Pfaden verschoben sind. An dieser Stelle schreiten die zwei Lichtströme N&spplus;¹&spplus;¹ und N&supmin;¹&supmin;¹ entlang der optischen Pfade bezüglich der Ebene Y-Z symmetrisch zueinander voran.
Daher tritt zwischen den zwei Lichtströmen kein Winkelunterschied auf, wenn die optischen Pfade durch die Teilungsebene BS im Köster-Prisma 14 überlagert werden, und durch die Interferenzmuster gleich denen im regulären Fall sind. Demzufolge verschlechtert sich der Kontrast zwischen den Inferferenz-Signallichtstrahlen niemals. Obwohl die einfallenden Positionen auf das Lichtaufnahmeelement 10 etwas verschoben sind, ergibt sich dadurch kein Problem, wenn die Größe ihrer Lichtempfangsoberfläche im Vergleich zu einer derartigen Verschiebung groß genug ist.
Weiterhin, wenn die Einfallspunkte P1 und P2 der Lichtströme auf der Scheibe 6a fest sind, verursacht die Verschiebung bzw. der Versatz niemals eine Verringerung der Lesegenauigkeit auf der Scheibe 6a.
Fig. 3B erläutert die Abweichung der optischen Pfade, bei denen die Scheibeneinheit augenblicklich bezüglich des Rotationszentrums der Achse y geneigt ist, wenn im Vergleich zur Anordnung nach Fig. 2 in montiertem Zustand die Rotationswelle der Scheibeneinheit und die Mittelachse der radialen Gitteranordnung 6 geneigt sind.
Die Beugungsgitteranordnung 6 ist am ersten Punkt P1 geneigt. Die von der Gitteranordnung 6 kommenden Ausstrahlungsorientierungsvektoren des + erstgebeugten Lichtstrahls N&spplus;¹ und des - erstgebeugten Lichtstrahls N&supmin;¹, sind verschoben, wie durch die punktierten Linien angezeigt. Die Signale der verschobenen Komponenten auf der x-Achse liegen einander gegenüber. Danach werden sie an der inneren reflektierenden Ebene 8aa des Strahlteilers 8a reflektiert, wobei der + erstgebeugte Lichtstrahl N&spplus;¹ in die Seite eintritt, die weiter (in Positivrichtung der x Achse) bezüglich der Hauptachse der Linse 11 liegt, wobei er gebrochen wird, womit der optische Pfad gebeugt wird. Der -erstgebeugte Lichtstrahl N&supmin;¹ tritt in die Seite ein, die näher (in Positivrichtung der x Achse) bezüglich der Hauptachse der Linse 11 ist, wobei er gebrochen wird, womit der optische Pfad gebeugt wird. Danach werden die jeweiligen Lichtstrahlen an der reflektierenden Ebene 8bb im Strahlteiler 8b reflektiert, wobei die optischen Pfade gebeugt werden. Daher treffen die Lichtstrahlen auf den zweiten Punkt P2. (Dieser Punkt ist fest, auch wenn eine Neigung der y Achse der Scheibe 6 als ein Rotationszentrum vorliegt.)
Da ebenso die Scheibeneinheitsebene am zweiten Punkt P2 geneigt ist, heben sich die verschobenen Einfallswinkel der zwei Lichtströme und die Neigungen gegenseitig auf. Somit schreitet der + erstgebeugte Lichtstrahl N&spplus;¹&spplus;¹ des -erstgebeugten Lichtstrahls und der - erstgebeugte Lichtstrahl N&supmin;¹&supmin;¹ des - erstgebeugten Lichtstrahls, die hiervon ausgesandt werden, in den gleichen Orientierungen wie die regulären optischen Pfade voran. Demzufolge sind die optischen Pfade hiernach die gleichen, wie beim regulären Fall. Keine Verringerung der Interferenzsignalmuster und ähnliches tritt auf. Da weiterhin die Einfallspunkte P1 und P2 für die Lichtströme auf der Scheibe 6a fest sind, verursacht diese Neigung niemals eine Verschlechterung der Lesegenauigkeit auf der Scheibe.
Fig. 4 erlutert eine Abweichung des optischen Pfades, wenn die oszillierende Wellenlänge des Lasers 1 im Vergleich mit der Anordnung gemäß Fig. 2, verändert wird. Hier wird ein Fall, bei dem die oszillierende Wellenlänge des Lasers 1 verlängert wird (Temperaturerhöhung) exemplarisch beschrieben.
Der vom ersten auf dem Beugungsgitter 6 befindlichen Punkt P1 herkommende Beugungswinkel des + erstgebeugten Lichtstrahls N und des - erstgebeugten Lichtstrahls N&supmin;¹ wird groß, wobei die optischen Pfade im Vergleich mit dem regulären Fall nach außen verschoben werden. Dann, nachdem sie an der inneren reflektierenden Ebene 8aa des Strahlteilers 8a reflektiert wurden, treten die ± erstgebeugten Lichtstrahlen N&spplus;¹ und N&supmin;¹ in die Seite ein, die bezüglich der Hauptachse der Linse 11 weiter entfernt liegt, wobei sie gebrochen werden, womit die optischen Pfade gebeugt werden. Danach treffen die Lichtstrahlen auf den zweiten Punkt P2, nachdem sie an der inneren reflektierenden Ebene 8bb des Strahlteilers 8b reflektiert wurden (Dieser Punkt ist fest, auch wenn eine Variation der oszillierenden Wellenlänge des Lasers 1 vorliegt).
Wenn die oszillierende Wellenlänge des Lasers 1 ebenfalls lang ist, ist der Beugungswinkel am zweiten Punkt P2 groß. Daher pflanzt sich der hiervon ausgestrahlte + erstgebeugte Lichtstrahl N&spplus;¹&spplus;¹ des + erstgebeugten Lichtstrahls und der - erstgebeugte Lichtstrahl N&supmin;¹&supmin;¹ des -erstgebeugten Lichtstrahls in einer Richtung fort, die, wie durch die punktierten Linien angezeigt, gegenüber den regulären optischen Pfaden verschoben sind. An dieser Stelle pflanzen sich die beiden Lichtströme entlang der optischen Pfade auf symmetrische Weise zueinander bezüglich der Ebene Y-Z fort.
Wenn daher die optischen Pfade später durch die Teilungsebene BS des Köster-Prismas 14 überlagert werden, wird sich zwischen den zwei Lichtströmen kein Winkelunterschied ereignen. Somit sind die Interferenzmuster die gleichen, wie im regulären Fall, wobei sich der Kontrast zwischen den Interferenzsignalstrahlen des Lichts niemals verschlechtert. Obwohl die auf das Lichtaufnahmeelement 10 auftreffenden Positionen um etwas verschoben sind, ergibt sich hieraus kein Problem, wenn ihre Lichtaufnahmeoberfläche gegenüber einer derartigen Verschiebung groß genug ist. Obwohl die Auftreffpunkte P1 und P2 der Lichtströme auf der Scheibe 6a fest sind, verursacht diese Verschiebung niemals eine Verringerung der Lesegenauigkeit auf der Scheibe.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich durch Anordnen eines jeden der Elemente, wie vorstehend beschrieben, einen Rotationsencoder zu erhalten, der in der Lage ist die Erfassungsgenauigkeit auf wünschenswerte Weise aufrechtzuerhalten, auch wenn ein Fehler in der Justage der Scheibeneinheit und/oder eine Fluktuation der oszillierenden Wellenlänge des Lasers vorliegt, ungeachtet des einfachen Aufbaus, bei dem sein lichtführungsoptisches System zwei Spiegelflächen und eine Linse umfaßt.
Die Fig. 5 bis 8 sind schematische Ansichten, die die Hauptteile des zweiten bis fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung teilweise zeigen.
Das zweite bis fünfte Ausführungsbeispiel ist derart aufgebaut, daß sie zwei Helligkeits- und Dunkelheits- Signallichtströme mit unterschiedlicher Phase erfassen, um nicht nur den Betrag des Rotationswinkels sondern auch die Rotationsrichtung zu erfassen. In den Fig. 5 bis 8 sind die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Elemente, wie bei Fig 2 vorgesehen.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 werden die am Punkt P2 gebeugten optischen Pfade des Lichtstrahls N&spplus;¹&spplus;¹ und des gebeugten Lichtstrahls N&supmin;¹&supmin;¹ zwischen dem Punkt P1 und der Teilungsebene BS im Köster-Prisma 14 räumlich voneinander getrennt. Daher werden polarisationsplatten 9c und 9d in diese optischen Pfade eingesetzt und die Richtungen der Polarisationsplatten werden derart justiert, so daß die jeweilige Polarisationsebene in der Lage ist, linear polarisierte Lichtstrahlen zu erzeugen, die orthogonal zueinander stehen. Dann, nach der Überlagerung der zwei Lichtströme P&spplus;¹&spplus;¹ und S&supmin;¹&supmin;¹ durch die Teilungsebene BS des Köster-Prismas 14, passieren sie eine ¼ Wellenplatte 5 und werden umgewandelt in "eine linear polarisierte Welle, bei der die Orientierung durch die Polarisationsebene der Phasendifferenz zwischen zwei Lichtströmen bestimmt ist". Weiterhin werden diese durch einen nicht polarisierenden Lichtstrahlteiler 8c in zwei aufgeteilt.
Dann passiert jeder der Lichtströme die Polarisationsplatten 9a und 9b, die derart angeordnet sind, daß die Erfassungsrichtung (die Richtung der linear polarisierten Welle, die übertragen werden kann) verschoben wird. Somit werden, wenn die Lichtaufnahmeelemente 10a und 10b sie empfangen, zwei Arten von Helligkeits- Dunkelheitssignalen erhalten, die ein verschobenes Helligkeit-Dunkelheits Timing aufweisen. Der übrige Aufbau ist dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gleich. Daher können sich mit dem Lichtführungssystem, wie vorstehend aufgebaut, die zwei seitlich gebeugten Lichtstrahlen, die vom Punkt P2 ausgestrahlt werden, in den optischen Pfaden signifikant getrennt voneinander fortpflanzen, wodurch es möglich ist, weitere optische Elemente auf halbem Weg in die jeweiligen optischen Pfade im wellenüberlagerungsoptischen System auf einfache Weise vorzusehen.
Beim in Fig. 6 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist der Aufbau derart angeordnet, daß der nicht polarisierende Lichtstrahlteiler 8c nicht verwendet wird, jedoch wird der vom Köster-Prisma 14 erhältliche weitere Lichtstrom verwendet. Mit anderen Worten, es wird nur der von der Teilungsebene BS (hier, übertragenes Licht) erhaltene erste Lichtstrom durch die ¼ Wellenplatte 5 übertragen, der dann in ein Lichtaufnahmeelement 10a eintritt, nachdem er durch eine Polarisationsplatte 9a geht, die eine Polarisationslicht-Übertragungscharakteristik gemäß der P Polarisationsrichtung oder 5 Polarisationsrichtung aufweist.
Weiterhin ist der Aufbau derart angeordnet, daß lediglich der zweite Lichtstrom (hier reflektiertes Licht) über lediglich eine Polarisationsplatte 9b mit einer Polarisationslicht-Übertragungscharakteristik einer 45- Gradrichtung übertragen bzw. durchgelassen wird, und dann in ein Lichtaufnahmeelement 10b eintritt.
Der vorstehend beschriebene Aufbau betrifft die Unterschiede gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5. Der übrige Aufbau ist zum zweiten Ausführungsbeispiel gleich.
Das in Fig. 7 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel ist derart, daß ohne die Verwendung der Polarisationsplatten 9c und 9d ein polarisierender Lichtstrahlteilungsfilm auf der Teilungsebene BS des Köster-Prismas 14 aufgebracht ist, um die Rechtwinkeligkeit zwischen der Polarisationsrichtung des übertragenen Lichts und der Polarisationsrichtung des reflektierten Lichts zu ermöglichen. Dann werden diese durch eine ¼ Wellenplatte übertragen und durch den nicht polarisierenden Lichtstrahlteiler 8c in zwei Lichtstrahlen aufgeteilt. Weiterhin, nachdem diese Lichtstrahlen durch die Polarisationsplatten 9a und 9b passiert sind, treten sie jeweils in die Lichtaufnahmeelemente 10a und 10b ein. Daher werden zwei Arten von Helligkeits-Dunkelheits-Signalen mit einem verschobenen Helligkeits-Dunkelheits-Timing erhalten. Mit anderen Worten, es werden zweiphasige Helligkeits- Dunkelheits-Signale erhalten. Dies ist der Unterschied gegenüber dem zweiten in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel. Der übrige Aufbau ist zum zweiten Ausführungsbeispiel gleich.
Das fünfte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 ist derart aufgebaut, daß lediglich der von der Teilungsebene BS des Köster-Prismas 14 erhaltene Lichtstrom durch die ¼ Wellenplatte 5 übertragen wird, wonach dieser Lichtstrom in das Lichtaufnahmeelement 10a eintritt, nachdem es durch die Polarisationsplatte 9a übertragen wurde, die über eine Polarisierungslicht-Übertragungseigenschaft der P- Polarisierungsorientierung oder S-Polarisierungsorientierung verfügt, während der zweite Lichtstrom vom Lichtaufnahmeelement 10b aufgenommen wird, nachdem er lediglich durch die Polarisationsplatte 9b übertragen wurde, die über eine Polarisierungslicht-Übertragungseigenschaft von 45º Orientierung verfügt, womit das zweiphasige Helligkeits- Dunkelheits-Signal erhalten wird. Dies ist der Unterschied gegenüber dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7.
Wie vorstehend erfindungsgemäß beschrieben, ist es möglich, verschiedene Verfahren zum Erhalten des zweiphasigen Helligkeits-Dunkelheitssignals anzuwenden. Beispielsweise kann es möglich sein, als ein Verfahren zum Erhalten des zweiphasigen Helligkeits-Dunkelheitssignals im vorliegenden Ausführungsbeispiel, die in jedem der vorstehenden Ausführungsbeispiele dargelegten Verfahren in geeigneter Weise zu kombinieren. Weiterhin kann es möglich sein, ein Verfahren zum Verschieben um einen spezifischen Betrag des Helligkeits-Dunkelheits-Timing, der vom Köster-Prisma erhältlichen zwei Lichtströme auf derartige Weise anzuwenden, daß die Art, die Filmdicke und ähnliches, was den Ablagerungsfilm angeht, durch Verwenden der Eigenschaften des abgelagerten Films, der sich auf der Teilungsebene des Köster-Prismas befindet, in welchem sich die Phase des reflektierten und von ihm übertragenen Lichts verschoben wird, in geeigneter Weise eingestellt wird.
In diesem Fall ist die Viertelwellenplatte 5, die Polarisationsplatte 9a, 9b, 9c und 9d und der nicht polarisierende Lichtstrahlteiler 8c nicht erforderlich. Fig. 9 ist eine schematische Ansicht, die den Hauptteil des sechsten Ausführungsbeispiels zeigt. Fig. 9 zeigt einen Fall, bei dem jedes der Elemente, die einen Rotationsencoder ausbilden, ohne jegliche Fehler auf korrekte Weise angeordnet sind.
Gemäß Fig. 9 wird der divergierende Lichtstrom L1, der von einem als eine Lichtquelleneinrichtung dienenden Laser 1 ausgestrahlt wird, durch eine Kollimatorlinse 2 im wesentlichen parallel gemacht, und er wird durch die Ebene 8aa des Strahlteilers 8a übertragen, um senkrecht auf einen ersten Punkt P1 auf einer radialen Gitteranordnung (Beugungsgitteranordnung) 6 zu treffen, die eine Teilung P eines Kleingitters hat, das sich auf einer Scheibe 6a befindet, die wiederum mit einem sich drehenden Objekt (nicht dargestellt) verbunden ist.
Von den gebeugten Lichtstrahlen, die an diesem Punkt P1 auf reflektierende Weise gebeugt werden, werden der + erstgebeugte Lichtstrahl N&spplus;¹ und der - erstgebeugte Lichtstrahl N&supmin;¹ entlang beider Seiten des einfallenden Lichtstroms erzeugt und treten wieder in den Strahlteiler 8a ein, wonach sie an der inneren Ebene 8aa des Strahlteilers 8a reflektiert werden. Die optischen Pfade der zwei Lichtströme N&spplus;¹ und N&supmin;¹ sind bezüglich der Ebene Y-Z zueinander symetrisch.
Dann gehen diese Lichtstrahlen durch eine zylindrische Linse 12a, deren erzeugende parallel zur Achse X ausgerichtet ist. Die optischen Pfade werden gebeugt, wenn sie an den bezüglich der optischen Achse der Linse 11 symmetrisch zueinander angeordneten Position übertragen und gebrochen werden, wobei sich die Linse 11 aus einer sphärischen Oberfläche zusammensetzt, die mit ihrer Hauptebene (optische Achse) auf der Ebene Y-Z angeordnet ist. Somit treten die Lichtstrahlen in einen Strahlteiler 8b über eine zylindrische Linse 12b ein, deren erzeugende parallel zur x Achse ausgerichtet ist, dann werden sie jeweils an der inneren Ebene 8bb des Strahlteilers 8b reflektiert und treffen (seitwärts) auf einen zweiten Punkt P2, der sich auf der auf der Scheibe 6a befindlichen radialen Gitteranordnung 6 befindet.
Die zylindrische Linse 12a, die sphärische Linse 11 und die zylindrische Linse 12b bilden ein Element der Lichtführungseinrichtung.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel führt die sphärische Linsengruppe 11 die Abbildung des Punktes P1 auf den Punkt P2 bezüglich der tangentialen Komponenten der Scheibe 6a um das gleichfache durch. Die zwei zylindrischen Linsengruppen 12a und 12b haben für die radialen Komponenten der Scheibe 6a eine Brechkraft. Bezüglich der radialen Komponenten der Scheibe bildet die zylindrischen Linsengruppe 12a den Punkt P1 einmal auf die Nachbarschaft der sphärischen Linsengruppe 11 ab, wonach die zylindrische Linsengruppe 12b das Bild des Punkts P1 auf den Punkt P2 über die sphärische Linse 11 wieder abbildet.
Während die zylindrische Linse 12a (12b) mit dem Strahlteiler 8a (8b) auf adhesive Weise verbunden ist, ist es auch möglich, sie getrennt anzuordnen.
Dann werden die am Punkt P2 reflektiv gebeugten Lichtstrahlen, der + erstgebeugte Lichtstrahl N&spplus;¹&spplus;¹ des + erstgebeugten Lichtstrahles und der - erstgebeugte Lichtstrahl N&supmin;¹&supmin;¹ des - erstgebeugten Lichtstrahls zur Außenseite hin des jeweils gegenüberliegenden einfallenden Pfades ausgestrahlt. Nachdem die Lichtstrahlen an einer reflektierenden Ebene 13 reflektiert wurden, um die optischen Pfade zu beugen, treten diese Lichtstrahlen in ein Köster- Prisma 14 ein, das als eine Überlagerungseinrichtung dient, um mittels der inneren Teilungsebene BS die optischen Pfade der zwei Lichtströme zu überlagern; somit wird es den Lichtströmen ermöglicht, eine Interferenz miteinander zu erzeugen, um in Helligkeits-Dunkelheits-Signalstrahlen konvertiert zu werden, um in ein photoelektrisches Element 10 einzutreten, das als eine Lichtaufnahmeeinrichtung dient. Auf diese Weise wird auf der Basis der Drehbewegung der Scheibe 6a unter Verwendung des photoelektrischen Elements 10 das Helligkeits-Dunkelheitssignal erhalten, um die Rotationsinformation der Scheibe 6a in Übereinstimmung mit der vorstehenden Gleichung zu berechnen. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist derart, daß die zylindrischen Linsen für den Bildaufbau in radialer Richtung der Scheibe zusätzlich zum in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel angeordnet sind. Aus diesem Grund erhöht sich die Anzahl der Elemente um eben diese Elemente, jedoch bezüglich eines Aufbaus, der ein optisches System zum Bildaufbau in radialer Richtung erfordert, ist das vorliegende Ausführungsbeispiel verhältnismäßig einfach.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet die Scheibe 6a und die radiale Gitteranordnung 6 eine Scheibeneinheit. Die Lichtquelleneinrichtung 1, die Linse 2, die Strahlteiler 8a und 8b, die Lichtführungseinrichtung 11, die reflektierende Ebene 13, die Überlagerungseinrichtung 14 und die Lichtaufnahmeeinrichtung 10 bilden eine Detektionseinheit. Diese Bestandteile sind integral in einem Gehäuse (nicht dargestellt) angeordnet.
Fig. 10 erläutert einen optischen Pfad, der augenblicklich in der Negativrichtung der Y-Achse abweicht, wobei das Drehzentrum der Scheibeneinheit und das Zentrum der radialen Gitteranordnung 6 parallel hierzu abweichen im Vergleich zur Anordnung gemäß Fig. 9.
Die Teilung der Beugungsgitteranordnung 6 am Punkt P1 ist offenbar klein, wobei der Beugungswinkel des hiervon kommenden + erstgebeugten Lichtstrahls N&spplus;¹ und des -erstgebeugten Lichtstrahls N&supmin;¹ groß wird. Demzufolge werden die optischen Pfade im Vergleich mit dem regulären Fall nach außen verschoben, wie dies durch die punktierten Linien dargestellt wird.
Nach der Reflektion an der inneren reflektiven Ebene 8aa des Strahlteilers 8a, werden diese Lichtstrahlen durch die Mittelerzeugende (der Abschnitt, bei dem der Normalfluchtvektor der Ebene parallel zur Y-Achse ist) der zylindrischen Ebene der zylindrischen Linse 12a übertragen,wonach sie mittels der sphärischen Linse 11 übertragen und gebrochen werden, so daß die optischen Pfade in Richtung der X Achse gebeugt werden. Weiterhin gehen die Lichtstrahlen durch die Mittelerzeugende der zylindrischen Ebene der zylindrischen Linse 12b.
Nachdem diese Lichtstrahlen jeweils an der inneren Reflektionsebene 8bb des Strahlteilers 8b reflektiert werden, um die optischen Pfade zu beugen, treffen sie auf den zweiten Punkt P2. (Dieser Punkt P2 ist fest, auch bei einer Verschiebung oder einer Dezentrierung der Scheibe in Richtung der X Achse).
Die Teilung der Beugungsgitteranordnung am zweiten Punkt P2 wird offensichtlich weit. Der Beugungswinkel des hiervon kommenden + erstgebeugten Lichtstrahls N&spplus;¹&spplus;¹ des + erstgebeugten Lichtstrahls und des - erstgebeugten Lichtstrahls N&supmin;¹&supmin;¹ des - erstgebeugten Lichtstrahls wird klein und der abweichende einfallende Winkel wird zum Beugungswinkel addiert, somit kehren die Lichtstrahlen des optischen Pfades zurück, wobei sie symmetrisch zur Ebene Y-Z gegenüber den regulären optischen Pfaden verschoben sind (bei der die Scheibe nicht in Richtung der -Y Achse verschoben ist).
Daher tritt keine Winkeldifferenz auf, die zwischen den zwei Lichtströmen erzeugt wird, wenn die optischen Pfade der zwei Lichtströme später in der inneren Teilungsebene BS des Köster-Prismas 14 überlagert werden. Daher, weil die Interferenzmuster die gleichen wie beim regulären Fall sind, verschlechtert sich niemals der Kontrast der Interferenzsignale. Obwohl die Einfallsposition auf das Lichtaufnahmeelement 10 etwas verschoben ist, wird kein Problem auftreten, wenn die Lichtaufnahmefläche gegenüber einer derartigen Verschiebung groß genug ist.
Weiterhin, da die Auftreffpunkte P1 und P2 der Lichtströme auf der Scheibe 6a fest sind, wird diese Verschiebung niemals eine Verschlechterung der Genauigkeit zum Lesen der Scheibe verursachen.
Fig. 11 erläutert einen optischen Pfad, der augenblicklich in positiver Richtung der X-Achse abweicht, wenn das Drehzentrum der Scheibeneinheit und das Zentrum der radialen Gitteranordnung 6 parallel zueinander im Vergleich zur Anordnung gemäß Fig. 9 abweichen.
Die Ausrichtung der Anordnung der Beugungsgitteranordnung am ersten Punkt P1 ist nach links verdreht, wobei die Vorzeichen der Y Achsen-Komponenten in der Ausstrahlungsrichtung des hiervon kommenden + erstgebeugten Lichtstrahls N&spplus;¹ und des - erstgebeugten Lichtstrahls N&supmin;¹ im Vergleich zum regulären Fall gegeneinander verschoben sind. Daher sind die optischen Pfade getrennt, wie dies durch die punktierten Linien angezeigt ist. Danach werden diese Lichtstrahlen an der Reflektionsebene 8aa des Teilers 8a reflektiert.
Der + erstgebeugte Lichtstrahl N&spplus;¹ wird über die obere Seite (Positivrichtung der Z-Achse) der zylindrischen Ebene der zylindrischen Linse 12a übertragen und gebrochen. Somit wird der optische Pfad in Richtung der -Z Achse gebeugt. Der gebeugte Lichtstrahl wird dann über die sphärische Linse 11, übertragen und gebrochen, wobei der optische Pfad in Richtung der +X Achse gebeugt wird. Weiterhin wird er über die untere Seite (Negativrichtung der Z Achse) der zylindrischen Ebene der zylindrischen Linse 12b übertragen und gebrochen. Der Pfad wird dann in Richtung der +Z Achse gebeugt.
Der - erstgebeugte Lichtstrahl N&supmin;¹ wird über die untere Seite (Negativrichtung der Z-Achse) der zylindrischen Ebene der zylindrischen Linse 12a übertragen und gebrochen. Somit wird der optische Pfad in Richtung der + Z-Achse gebeugt. Der gebeugte Lichtstrahl wird dann über die sphärische Linse 11 übertragen und gebrochen. Der optische Pfad wird in Richtung der -X Achse gebeugt. Er wird weiterhin über die obere Seite (Positivrichtung der Z Achse) der zylindrischen Ebene der zylindrischen Linse 12b übertragen und gebrochen. Der Pfad wird somit in Richtung der -Z Achse gebeugt.
Danach werden diese Lichtstrahlen an der inneren Reflektionsebene 8bb des Strahlteilers 8b reflektiert, um die optischen Pfade zu beugen, damit sie auf den zweiten Punkt P2 treffen. (Dieser Punkt ist fest, auch wenn eine Verschiebung oder Dezentrierung der Scheibe in Richtung der Y-Achse vorliegt.)
Die Anordnungsausrichtung der Beugungsgitteranordnung am zweiten Punkt P2 ist nach rechts verdreht. Daher wird auf den hiervon kommenden + erstgebeugten Lichtstrahl N&spplus;¹&spplus;¹ und den - erstgebeugten Lichtstrahl N&supmin;¹&supmin;¹ derart eingewirkt, daß die Vorzeichen der Y-Achsen-Komponente, die diese Lichtstrahlen betreffen, gegeneinander verschoben sind, womit sie durch die Y-Achsen-Komponente der einfallenden Lichtstrahlen auf den Punkt P2 aufgehoben werden und auf den regulären optischen Pfaden (d.h., ein Fall, bei dem die Scheibe nicht in Richtung der X-Achse verschoben ist) zurückkehren.
Daher sind hiernach die optischen Pfade dem regulären Fall gleich, und es tritt keine Verschlechterung des Interferenzsignalmusters oder anderes auf. Da weiterhin die Einfallspunkte P1 und P2 für die Lichtströme auf der Scheibe 6a fest sind, gibt es keinen Grund für eine Verringerung der Genauigkeit zum Lesen der Scheibe.
Fig. 12 erläutert eine Abweichung der optischen Pfade, bei denen die Scheibeneinheit augenblicklich bezüglich dem Drehzentrum der X-Achse geneigt ist, wenn die Rotationswelle der Scheibeneinheit und die Mittelachse der radialen Gitteranordnung 6 im Vergleich zur Anordnung gemäß Fig. 9 geneigt sind, wobei sie befestigt sind. Der erste Punkt P1 auf der Beugungsgitteranordnung ist geneigt. Im Vergleich zum regulären Fall ist die Aussenderichtung des hiervon kommenden + erstgebeugten Lichtstrahls N&spplus;¹ und des - erstgebeugten Lichtstrahls N&supmin;¹ , wie durch die punktierten Linien dargestellt, nach außen verschoben.
Danach werden diese Lichtstrahlen an der inneren Reflektionsebene 8aa des Strahlteilers 8a reflektiert, um auf der unteren Seite (Negativrichtung der Z-Achse) der Hauptachse der Linse 11 über die zylindrische Linse 12a einzutreten, wobei sie reflektiert werden. Somit werden die optischen Pfade gebeugt. Dann werden diese Lichtstrahlen an der Reflektionsebene 8bb des Strahlteilers 8b über die zylindrische Linse 12b reflektiert, um auf den zweiten Punkt P2 zu treffen, womit die optischen Pfade gebeugt werden (dieser Punkt ist fest, auch wenn eine Neigung um die X-Achse der Scheibe 6a als Drehzentrum vorliegt).
Da die Fläche der Scheibeneinheit am zweiten Punkt P2 ebenso geneigt ist, schreitet der hiervon kommende -erstgebeugte Lichtstrahl N&spplus;¹&spplus;¹ des + erstgebeugten Lichtstrahls und des - erstgebeugten Lichtstrahls N&supmin;¹&supmin;¹ des -erstgebeugten Lichtstrahls in ihren Richtungen voran, die gegenüber den regulären Pfaden, wie durch die punktierten Linien dargestellt ist, verschoben sind. Von dieser Stelle aus breiten sich die zwei Lichtströme N&spplus;¹&spplus;¹ und N&supmin;¹&supmin;¹ bezüglich der Ebene Y-Z entlang der optischen Pfade auf symmetrische Weise zueinander aus.
Daher existiert keine Winkeldifferenz, die zwischen den zwei Lichtströmen erzeugt wird, wenn die optischen Pfade der zwei Lichtströme später in der inneren Teilungsebene BS des Köster-Prismas 14 überlagert werden. Da daher die Interferenzmuster gleich dem regulären Fall sind, verschlechtert sich der Kontrast der Interferenzsignallichtstrahlen niemals. Obwohl die Einfallsposition auf das Lichtaufnahmeelement 10 etwas verschoben ist, tritt kein Problem auf, wenn die Lichtaufnahmefläche gegenüber einer derartigen Verschiebung groß genug ist.
Da weiterhin die Einfallspunkte P1 und P2 der Lichtströme auf die Scheibe 6a fest sind, verursacht die Verschiebung niemals eine Verschlechterung der Lesegenauigkeit auf der Scheibe 6a.
In Fig. 13 wird die Abweichung des optischen Pfades erläutert, bei der die Scheibeneinheit augenblicklich bezüglich des Drehzentrums der Y-Achse geneigt ist, wenn die Rotationswelle der Scheibeneinheit und die Mittelachse der radialen Gitteranordnung 6 verglichen zur Anordnung gemäß Fig. 9 geneigt sind, wobei sie montiert sind.
Die Beugungsgitteranordnung 6 am ersten Punkt P1 ist geneigt. Der hiervon kommende Ausstrahlungsrichtungsvektor des + erstgebeugten Lichtstrahls N&spplus;¹ und des - erstgebeuten Lichtstrahls N&supmin;¹ ist verschoben, wie durch die punktierten Linien dargestellt. Die Vorzeichen der verschobenen Komponenten der X-Achse sind zueinander unterschiedlich. Danach wird der + Erstlichtstrahl N&spplus;¹ an der Reflektionsebene 8aa des Strahlteilers 8a reflektiert, um auf der entfernten Seite (positivrichtung der X-Achse) bezüglich der Hauptachse der Linse 11 einzutreten und wird durch die zylindrische Linse 12a reflektiert). Somit wird der optische Pfad gebeugt. Zwischenzeitlich tritt der - Erstlichtstrahl N&supmin;¹ in die nahe Seite (Positivrichtung der X-Achse) bezüglich der Hauptachse der Linse 11 ein und wird gebrochen. Der optische Pfad wird ebenso gebeugt.
Dann werden diese Lichtstrahlen jeweils an der Reflektionsebene 8bb im Strahlteiler 8b über die zylindrische Linse 12b reflektiert, um auf den zweiten Punkt P2 zu treffen, womit die optischen Pfade gebeugt werden (dieser Punkt ist fest, auch wenn eine Neigung um die Y-Achse der Scheibe 6a als Drehzentrum vorliegt).
Die Oberfläche der Scheibeneinheit ist am Punkt 2 ebenfalls geneigt. Daher hebt sich der verschobene Einfallswinkel der zwei Lichtströme gegenseitig auf. Daher breitet sich der hiervon ausgestrahlte + erstgebeugte Lichtstrahl N&spplus;¹&spplus;¹ des + erstgebeugten Lichts und der -erstgebeugte Lichtstrahl N&supmin;¹&supmin;¹ des - erstgebeugten Lichts in der gleichen Richtung wie bei den regulären optischen Pfaden aus. Demzufolge sind die optischen Pfade hierauf die gleichen wie beim regulären Fall, wobei eine Verschlechterung des Interferenzsignalmusters und andere Dinge nicht auftritt. Weiterhin sind die Einfallspunkte P1 und P2 der Lichtströme auf die Scheibe fest. Demzufolge verursacht eine derartige Neigung keine Verschlechterung der Lesegenauigkeit auf der Scheibe.
Fig. 14 erläutert eine Abweichung des optischen Pfades, wenn die Schwingungswellenlänge eines Lasers 1 sich im Vergleich zur Anordnung gemäß Fig. 9 verändert. Im vorliegenden Fall wird beispielshaft ein Fall beschrieben, bei dem sich die Schwingungswellenlänge des Lasers 1 verlängert (Temperaturerhöhung).
Der Beugungswinkel des + erstgebeugten Lichtstrahls N&spplus;¹ und des - erstgebeugten Lichtstrahls N&supmin;¹ , die vom auf der Beugungsgitteranordnung 6 befindlichen ersten Punkt P1 herkommen, wird groß, wobei die optischen Pfade im Vergleich zum regulären Fall nach außen verschoben werden. Nachdem sie an der Reflektionsebene 8aa des Strahlteilers 8a reflektiert wurden, treffen die ± erstgebeugten Lichtstrahlen N&spplus;¹ und N&supmin;¹ über die zylindrische Linse 12a auf die Seite, die weiter von der Hauptachse der Linse 11 entfernt ist, wobei sie gebrochen werden. Somit werden die optischen Pfade gebeugt.
Danach werden diese Lichtstrahlen jeweils an der Reflektionsebene 8bb des Strahlteilers 8b via der zylindrischen Linse 12b reflektiert, um auf den zweiten Punkt P2 zu treffen, womit die optischen Pfade gebeugt werden (dieser Punkt ist fest, auch bei irgendeiner Fluktuation der schwingenden Wellenlänge des Lasers 1).
Auch am zweiten Punkt P2 ist der Beugungswinkel groß, da die schwingende Wellenlänge des Lasers 1 lang ist. Der hiervon ausgestrahlte + erstgebeugte Lichtstrahl N&spplus;¹&spplus;¹ des + erstgebeugten Lichts und der - erstgebeugte Lichtstrahl N&supmin;¹&supmin;¹ des - erstgebeugten Lichts breitet sich in einer Richtung aus, die weiter gegenüber den regulären optischen Pfaden verschoben sind, wie dies durch punktierte Linien angezeigt ist. Von dieser Stelle aus breiten sich die zwei Lichtströme auf den optischen Pfaden bezüglich der Ebene Y-Z symmetrisch zueinander aus.
Daher gibt es keine Winkeldifferenz, die zwischen den zwei Lichtströmen erzeugt wird, wenn die optischen Pfade der zwei Lichtströme später an der inneren Teilungsebene BS des Köster-Prismas 14 überlagert werden. Daher sind die Interferenzmuster die gleichen wie beim regulären Fall, wobei sich der Kontrast der Interferenzsignallichtstrahlen niemals verschlechtert. Obwohl die Einfallsposition gegenüber dem Lichtaufnahmeelement 10 etwas verschoben ist, wird kein Problem auftreten, solange die Lichtaufnahmefläche gegenüber einer derartigen Verschiebung groß genug ist. Da weiterhin die Einfallspunkte P1 und P2 der Lichtströme auf der Scheibe fest sind, wird diese Verschiebung niemals eine Verringerung der Lesegenauigkeit auf der Scheibe verursachen.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem jedes der Elemente derart angeordnet ist, wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, einen Rotationsencoder zu erhalten, der in der Lage ist, wie angestrebt, die Erfassungsgenauigkeit aufrechtzuerhalten, auch wenn ein Justagefehler der Scheibeneinheit und/oder Fluktuationen der schwingenden Wellenlänge des Lasers vorliegt, ungeachtet des vergleichsweise einfachen Aufbaus seines lichtführungsoptischen Systems.
Die Fig. 15 bis 18 sind schematische Ansichten, die teilweise die Hauptteile des siebten bis zehnten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigen.
Das siebte bis zehnte Ausführungsbeispiel ist jeweils geeignet, zwei Helligkeits-Dunkelheits-Signallichtströme zu erfassen, die unterschiedliche Phasen aufweisen, um nicht nur den Grad des Drehwinkels der Scheibe sondern auch ihre Drehrichtung zu erfassen. Die gleichen Bezugszeichen in Fig. 15 bis Fig. 18 sind für die gleichen Elemente, wie die gemäß Fig. 9 vorgesehen.
Beim in Fig. 15 dargestellten siebten Ausführungsbeispiel sind die am Punkt P2 gebeugten optischen Pfade der zwei gebeugten Lichtstrahlen N und N&supmin;¹&supmin;¹ zwischen dem Punkt P1 und der Teilungsebene BS im Köster- Prisma 14 räumlich voneinander beabstandet. Daher sind Polarisationsplatten 9c und 9d in die optischen Pfade eingesetzt, um die Richtung der Polarisationsplatten derart einzustellen, daß linear polarisiertes Licht erhalten wird, wobei die Polarisationsebenen orthogonal zueinander sind. Dann, nachdem sie in der Teilungsebene BS des Köster-Prismas 14 überlagert wurden, werden die Lichtstrahlen P&spplus;¹&spplus;¹ und S&supmin;¹&supmin;¹ über eine ¼ Wellenplatte 5 übertragen, um in "linear polarisierte Wellen, bei denen die Richtungen durch eine Polarisatiönsebene der Phasendifferenz zwischen zwei Lichtströmen bestimmt ist" konvertiert zu werden. Weiterhin werden diese durch einen Nichtpolarisations-Lichtstrahlteiler 8c in zwei aufgeteilt.
Dann wird jeder der Lichtströme über die Polarisationsplatten 9a und 9b übertragen, die derart angeordnet sind, daß die Wellenerfassungsorientierung verschoben wird (die Orientierung der linear polarisierten Welle, die übertragen werden kann). Wenn die Lichtstrahlen von den Lichtaufnahmeelementen 10a und 10b aufgenommen werden, werden zwei Arten von Helligkeits-Dunkelheits- Signalen erhalten, die ein verschobenens Helligkeits- Dunkelheits-Timing aufweisen. Der übrige Aufbau ist dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel 6 gleich.
Beim in Fig. 16 dargestellten achten Ausführungsbeispiel ist der Aufbau derart angeordnet, um den anderen vom Köster- Prisma erhältlichen Lichtstrom zu nutzen, wobei der Nichtpolarisations-Lichtstrahlteiler 8c nicht verwendet wird. Mit anderen Worten, der von der Teilungsebene BS erhältliche erste Lichtstrahl (hier übertragenes Licht) wird über die ¼ Wellenplatte 5 übertragen und tritt dann in das Lichtaufnahmeelement 10 ein, nachdem es über die Polarisationsplatte 9a übertragen wurde, die wiederum einer Übertragungseigenschaft für polarisiertes Licht der P- Polarisationsrichtung oder S-Polarisationsrichtung aufweist.
Auch der zweite Lichtstrom (hier reflektiertes Licht) ist angeordnet, in das Lichtaufnahmeelement 10b einzutreten, nachdem es lediglich über die Polarisationsplatte 9b übertragen wurde, die eine Übertragungseigenschaft für polarisiertes Licht für die 45º Richtung hat. Dieser Aufbau ist gegenüber dem in Fig. 15 dargestellten siebten Ausführungsbeispiel unterschiedlich. Der übrige Aufbau entspricht dem siebten Ausführungsbeispiel.
Beim in Fig. 17 dargestellten neunten Ausführungsbeispiel werden die Polarisationsplatten 9c und 9d nicht verwendet, es wird jedoch ein Polarisationsstrahl- Teilungsfilm auf der Teilungsebene BS des Köster-Prismas 14 abgelagert, um die Polarisationsrichtung des übertragenen Lichts und die Polarisationsrichtung des reflektierten Lichts orthogonal zueinander zu machen. Danach werden diese Lichtstrahlen über die ¼ Wellenplatte 5 übertragen und durch den Nichtpolarisations-Lichtteiler 8c in zwei aufgeteilt. Diese werden dann jeweils über die Polarisationsplatten 9a und 9b übertragen, um in die Lichtaufnahmeelemente 10a und 10b einzutreten, womit zwei Arten von Helligkeits- Dünkelheits-Signalen erhalten werden, die ein verschobenens Helligkeits-Dunkelheits-Timing aufweisen. Mit anderen Worten, es werden zweiphasige Helligkeits-Dunkelheits-Signale erhalten. Dies ist der Unterschied gegenüber dem in Fig. 15 dargestellten siebten Ausführungsbeispiel. Der übrige Aufbau ist dem siebten Ausführungsbeispiel gleich.
Das in Fig. 18 dargestellte zehnte Ausführungsbeispiel ist derart aufgebaut, daß lediglich der erste Lichtstrom, der von der Teilungsebene BS des Köster-Prismas 14 erhalten wird, über die ¼ Wellenplatte 5 übertragen wird, wonach er in das Lichtaufnahmeelement 10a eintritt, nachdem er über die Polarisationsplatte 9a übertragen wurde, die widerum eine Übertragungseigenschaft für polarisiertes Licht für P- Polarisationsrichtung oder S-Polarisationsrichtung hat, während der zweite Lichtstrom durch lediglich die Polarisationsplatte 9b übertragen wird, die eine 45º Richtungseigenschaft hat, um in das Lichtaufnahmeelement 10b einzutreten. Somit werden zweiphasige Helligkeits- Dunkelheits-Signale erhalten. Dies ist der Unterschied gegenüber dem in Fig. 17 dargestellten neunten Ausführungsbeispiel.
Wenn die Elemente teilweise modifiziert werden, wie nachstehend ausgeführt wird, ist die vorliegende Erfindung gleichermäßen auf das erste bis zehnte vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel anwendbar.
(a) Die Ordnung der vom ersten Punkt zum zweiten Punkt kommenden gebeugten Lichts wird zu einer anderen als der ± 1 geändert.
(b) Die Linsen 11, 12a und 12b werden in eine Vielzahl von Stücken aufgeteilt, werden kombiniert oder integral ausgebildet, so daß sie eine equivalente optische Funktion aufweisen, oder werden durch Verwenden einer torischen Ebene modifiziert, (deren Krümmung abhängig von der Richtung unterschiedlich ist). In diesem Fall ist es erstrebeneswert, sie zu teilen, so daß das lichtführungsoptische System nicht zu kompliziert wird. Ebenso sind diese Linsen zu holografischen optischen Elementen mit Linsenfunktion modifiziert.
(c) Der Aufbau des Köster-Prismas ist modifiziert.
(d) Die Strahlteiler 8a und 8b werden durch flache Reflektionsbauteile (wie Glasplatten, auf denen ein Halbspiegelfilm abgelagert ist) ersetzt.
(e) Die in den Strahlteilern 8a und 8b befindlichen Filme werden durch Teilungsfilme für polarisierte Lichtstrahlen in Kombination mit zusätzlichen kristallinen optischen Elementen, wie einer ¼ Wellenplatte ersetzt, um "Übertragung" und "Reflektion" in den Strahlteilern 8a und 8b umzuschalten, um den polarisationszustand der Lichtströme zu konvertieren, womit jeglicher Verlust der Lichtenergie eliminiert wird.
Fig. 19 ist eine schematische Ansicht, die das elfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber dem ersten in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, daß der Lichtstrahl mittels einer Lichtstrahltrenneinrichtung, die bereichsweise mit einer reflektierenden Fläche und mit einer durchlässigen Fläche versehen ist, anstelle der Strahlteiler getrennt wird. Der übrige Aufbau ist im wesentlichen gleich. Die gleichen Bezugszeichen sind in Fig. 19 für die gleichen Elemente gemäß Fig. 2 vorgesehen.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Laserlicht durch die Lichtstromtrenneinrichtung 30a und 30b geteilt, deren Fläche 30aa, 30bb teilweise als reflektive Flächen und als durchlässige Flächen ausgebildet (gestreift) sind. Dies ist der Unterschied gegenüber den in Fig. 2 dargestellten Strahlteilern 8a und 8b.
Nachstehend wird der Aufbau des vorliegenden Ausführungsbeispieles beschrieben, obwohl es bezüglich des in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels teilweise wiederholt wird.
Der vom Laser 1 ausgestrahlte divergierende Lichtstrom wird durch die Kollimatorlinse 2 zu im wesentlichen parallelen Lichtström gemacht, um in eine Lichtstromteilungseinrichtung 30a einzutreten, die die örtliche reflektive Fläche und die durchlässige Fläche (bereichsweise) aufweist, und sie werden über die durchlässige Fläche zwischen den reflektierenden Filmen Ma&sub1; und Ma&sub2; in die Lichtstromteilungseinrichtung 30a übertragen, um auf den ersten Punkt D1 auf der auf der Scheibe 6a befindlichen radialen Gitteranordnung 6 zu treffen.
Von den reflektierend gebeugten Lichtstrahlen an diesem Punkt P1 wird der + erstgebeugte Lichtstrahl N&spplus;¹ und der -erstgebeugte Lichtstrahl N&supmin;¹ an beiden Seiten des optischen Pfades bezüglich des einfallenden Lichtstromes erzeugt, um wieder in die Lichtstromteilungseinrichtung 30b (der gleiche Aufbau wie 30a) einzutreten und durch die reflektierende Ebene reflektiert, die mit den reflektierenden Film versehen ist (Ma&sub1;, nicht dargestellt) (Ma&sub2;, nicht dargestellt) (die übrigen Lichtstrahlen werden alle durchgelasen).
Die an der reflektierenden Ebene reflektierten optischen Pfade der zwei Lichtströme N&spplus;¹ und N&supmin;¹ sind bezüglich der Ebene Y-Z symmetrisch zueinander, und sie werden an Positionen, die symmetrisch bezüglich der optischen Achse der Linse 11 ist, weitergeleitet und gebrochen, wobei die Linse 11 derart angeordnet ist, so daß die Hauptachse (optische Achse) auf der Ebene Y-Z angeordent ist. Somit werden die optischen Pfade gebeugt, um es den Lichtstrahlen zu ermöglichen, in die Lichtstrahlteilungseinrichtung 30b einzutreten, wobei die Lichtstrahlen jeweils an den reflektierenden Ebenen reflektiert werden, die mit den darin angeordneten reflektierenden Filmen Mb&sub1; und Mb&sub2; versehen sind, um (seitwärts) auf den zweiten Punkt P2 auf der auf der Scheibe 6a befindlichen radialen Gitteranordnung 6 zu treffen.
Von den reflektierend gebeugten Lichtstrahlen an diesem Punkt P2 wird der + erstgebeugte Lichtstrahl N&spplus;¹&spplus;¹ und der - erstgebeugte Lichtstrahl N&supmin;¹&supmin;¹ an beiden Seiten der optischen Pfade des einfallenden Lichtstroms erzeugt, um an die durchlässigen Flächen außerhalb der reflektierenden Filme Mb&sub1; und Mb&sub2; der Lichtstromteilungseinrichtung 30b übertragen zu werden. Die optischen Pfade werden somit gebeugt, wenn sie an den reflektierenden Ebenen 13 reflektiert werden. Im Köster- Prisma 14 werden die optischen Pfade der zwei Lichtströme an der darin befindlichen Teilungsebene BS überlagert, um es den Lichtströmen zu ermöglichen, miteinander eine Interferenz zu erzeugen, wobei die Lichtströme in ein Helligkeits- Dunkelheitssignal-Lichtstrom umgewandelt werden, womit sie auf das photoelektrische Element 10 treffen. Auf diese Weise wird das Helligkeits-Dunkelheitssignal auf der Basis der Drehbewegung der Scheibe 6a durch das photoelektrische Element 10 erhalten, um die Rotationsinformation der Scheibe 6a in Übereinstimmung mit den vorstehenden Gleichungen zu erhalten.
Fig. 20 ist eine Ansicht, die den Hauptteil des zwölften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist derart, daß nachdem der vom Laser 1 kommende Laserstrahl an der reflektierenden Ebene der Lichtstromteilungseinrichtung 30a über die Kollimatorlinse 2 reflektiert wird, treffen die Lichtstrahlen auf das auf der Scheibe 6a befindliche radiale Gitter 6, wobei lediglich der gebeugte Lichtstrahl der erforderlichen Ordnung vom radialen Gitter 6 über die durchlässige Ebene übertragen wird. Der andere gebeugte Lichtstrahl wird reflektiert, um in eine andere Richtung wie zu Punkt Ma, gerichtet zu werden. Das derart übertragene Licht wird an der reflektierenden Ebene 13a reflektiert und zur Linse 11 geführt, weiterhin wird es an der reflektierenden Ebene 13b reflektiert. Die Anordnung des reflektierenden Abschnittes und des durchlässigen Abschnittes der Lichtstromteilungseinrichtung 30b sind umgekehrt, um es dem reflektierend ausgestrahlten Licht zu ermöglichen, in das Köster-Prisma 14, so wie es ist, einzutreten. Das sind die gegenüber dem elften Ausführungsbeispiel unterschiedlichen Punkte. Der übrige Aufbau ist im wesentlichen gleich. Obwohl die Anzahl der reflektierenden Bauteile leicht erhöht ist, erlaubt es dieser Aufbau der Anordnung des Lichtführungssystems, verhältnismäßig einfach zu sein.
Wenn die vorliegende Erfindung teilweise modifiziert wird, wie nachstehend ausgeführt, ist die Erfindung auf gleiche Weise anwendbar.
(f) Die Lichtstromteilungseinrichtung wird gegen ein flaches reflektierendes Bauteil ausgetauscht (wie eine Glasplatte, auf der ein reflektierender Film örtlich abgelagert ist).
(g) Das optische System ist derart abgewandelt, daß das Licht derart geführt wird, daß einer der zwei erforderlichen gebeugten Lichtstrahlen, die am radialen Gitter gebeugt werden, reflektiert wird, wobei der andere durchgelassen wird.
(h) Das Ausführungsbeispiel wird übernommen für die Verwendung bei einem Rotationsencoder nach der "Durchlaßbauart", bei dem die erforderlichen Lichtstrahlen von der gegenüberliegenden Seite der Skala kommen.
(i) Der reflektierende Abschnitt wird ersetzt durch einen, der eine gekrümmte Oberfläche hat.
Gemäß jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele, ist es möglich einen Rotationsencoder zur Verfügung zu stellen, bei dem jedes Element einfach zusammengebaut und justiert werden kann, indem die Erfassungseinheit auf geeignete Weise angeordnet wird, wenn der Rotationsencoder als ein Einbautyp aufgebaut ist, womit er für Montagefehler, wie vorstehend beschrieben, weniger anfällig ist, und wobei der Encoder ebenso in der Lage ist, die Rotationsinformation mit einer hohen Genauigkeit zu erfassen, wobei er für Fehler beim Montieren der Scheibeneinheit auf einem sich drehenden Objekt kaum anfällig ist.
Im einzelnen ist es bei diesen Ausführungsbeispielen möglich, unter anderem folgende Vorteile zu erhalten:
(1) Da ein kompensierendes optisches System mit Linsen vorgesehen ist, so daß jegliche "Störung des Inferenzsignals = Fluktuation der Ausgangsamplitude" und "Verschlechterung der Meßgenauigkeit" beruhend auf der Neigung oder Exzentrizität, die geeignet ist bei der Montage der Scheibe aufzutreten, nicht erzeugt wird. Demgemäß ist die Genauigkeit bezüglich der Einstellung beim Montieren des Encoders in eine Vorrichtung nicht so streng. Somit ist es für den Benutzer einfach, den Encoder zu montieren.
(2) Die Anzahl der optischen Komponenten ist gering, und ebenso ist die optische Länge zum Lichtaufnahmeelement kurz. Es ist daher einfach, die zum Anpassen der optischen Pfade erforderliche Justage auszuführen (Encodermontage-justage). Weiterhin sind die Bearbeitungsgenauigkeiten im Vergleich zum herkömmlichen Beispiel nicht so hoch. Die Kosten können daher um einiges verringert werden.
(3) Es ist leicht, den Encoder kompakt zu gestalten. Weiterhin kann, wie gemäß Fig. 19 und Fig. 20 beschrieben wurde, der Aufbau derart angeordnet werden, daß die Beziehung zwischen Reflektion und Durchlässigkeit für sowohl "den Lichtstrom, der sich zur Beugungsgitteranordnung hin ausbreitet" als auch für das "mit einer spezifischen Ordnung versehene gebeugte Licht" durch die Verwendung von einer Lichtstromteilungseinrichtung umgekehrt wird, wobei die Wirkung als eine Lichtabschirmungsmaske gegen jegliches unnötiges gebeugtes Licht (nulltes Licht = einschließlich positives Reflektionslicht) vom Standpunkt der Verwendung von gebeugtem Licht aus vorgesehen ist. Infolgedessen ist es möglich, einen Rotationsencoder nach einer Beugungslicht- Interferenzbauart zur Verfügung zu stellen, der die Vereinfachung einer Vorrichtung im ganzen versucht, indem es gebeugtem Licht einer spezifischen Ordnung ermöglicht wird, getrennt zu werden und auf kurzem Weg von der Beugungsgitteranordnung her geführt zu werden.
Im einzelnen gibt es weiterhin die folgenden Vorteile:
(4) Das "unnötige gebeugte Licht", durch das im einzelnen Probleme auftreten, wenn der Encoder kompakt gebaut wird, ist eliminiert. Daher ist es möglich, stabile Signale zu erhalten, die kaum durch Geisterlicht bzw. Fehllicht beeinflußt werden.
(5) Jegliche teuren Komponenten, wie optische Elemente aus Kristall werden nicht verwendet, wobei weiterhin die Anzahl der optischen Komponenten klein ist (da die Funktionen Strahlteilung und Maskierung gleichzeitig bewirkt werden), womit die Kosten signifikant verringert werden.
(6) Da die optische Pfadlänge zum Lichtaufnahmeelement verkürzt werden kann, ist es leicht die Justage durchzuführen (Encodermontage-Justage), um die optischen Pfade anzupassen. Weiterhin ist die Bearbeitungsgenauigkeit, die für die optischen Komponenten erforderlich ist, notwendigerweise nicht so hoch, womit eine Verringerung der Kosten erhalten wird.
In jedem der Ausführungsbeispiele ist es möglich, den Aufbau für das Lichtführungsoptische System vom Punkt P1 zum Punkt P2, das sehr nahe am Beugungsgitter angeordnet sein muß, vergleichsweise einfach zu gestalten. Demzufolge kann die relative Anordnung der Scheibeneinheit und der Erfassungseinheit bei hoher Flexibilität und Sicherheit bewerkstelligt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen der Rotationsinformation eines sich drehenden Objekts mit:

einem umfangsmäßig angeordneten Beugungsgitter (6), dessen Zentrum im wesentlichen das Zentrum der Rotation ist;

einer Lichtquelle (1);

einem ausstrahlungsoptischen System (2, 8a) zum Aussenden eines Lichtstroms (L1) ausgehend von der Lichtquelle (1) an einen ersten Punkt (P1) auf dem Beugungsgitter (6);

einem lichtführungsoptischen System (8a, 11, 8b) zum Führen der zwei resultierenden Lichtströme (N&spplus;¹, N&supmin;¹), die an gegenüberliegenden Seiten der nullten Beugungsordnung gebeugt werden, von dem ersten Punkt (P1) zu einem zweiten Punkt (P2) auf den Beugungsgitter (6) bezüglich des Zentrums der Rotation im wesentlichen diametral dem ersten Punkt (P1) gegenüberliegend, wobei jeder der gebeugten Lichtströme (N&spplus;¹, N&supmin;¹ ) auf das Beugungsgitter (6) am zweiten Punkt (P2) von derselben Seite her auftrifft, wie die Seite, in welche sie bezüglich der Ebene (Y-Z), die durch die Achse (Z) der Rotation des Beugungsgitter (6) und den ersten und zweiten Punkt (P1, P2) definiert ist, gebeugt werden, so daß zwei zweimal gebeugte Lichtstrahlen (N&spplus;¹&spplus;¹, N&supmin;¹&supmin;¹) erzeugt werden;

ein überlagerungsoptisches System (14) zum Überlagern der Lichtstrahlen (N&spplus;¹&spplus;¹, N&supmin;¹&supmin;¹), die am Beugungsgitter (6) am zweiten Punkt (P2) gebeugt werden, und die eine Beugungsordnung nach dem gleichen Vorzeichen, wie die jeweiligen Strahlen (N&spplus;¹, N&supmin;¹) haben, die am ersten Punkt (P1) gebeugt wurden; und

Detektoren (10) zum Erfassen der überlagerten zweimal gebeugten Lichtstrahlen (N&spplus;¹&spplus;¹, N&supmin;¹&supmin;¹), wobei die Rotationsinformation des sich drehenden Objekt gemessen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle (1) das ausstrahlungsoptische System (8a), das lichtführungsoptische System (8a, 11, 8b), das überlagerungsoptische System (14) und die Detektoren (10) in einem Gehäuse untergebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das lichtführungsoptische System (8a, 11, 8b) eine Linsengruppe (11) umfaßt, die derart angeordnet ist, um die zwei gebeugten Lichtstrahlen (N&spplus;¹, N&supmin;¹) über die korrespondierenden Seiten der zwei Bereiche symmetrisch zur optischen Achse der Linsengruppe (11) durchzulassen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das lichtführungsoptische System (8a, 11, 8b) eine sphärische Linsengruppe (11) und zwei zylindrische Linsengruppen (12a, 12b) umfaßt, die jeweils auf der Seite des ersten Punkts und auf der Seite des zweiten Punkts angeordnet sind, die angeordnet sind, um die jeweiligen zwei gebeugten Lichtstrahlen (N&spplus;¹, N&supmin;¹) über die korrespondierenden Seiten der zwei Bereiche symmetrisch zur optischen Achse der sphärischen Linsengruppe (11) durchzulassen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die sphärische Linsengruppe (11) angeordnet ist, den ersten Punkt (P1) auf dem zweiten Punkt (P2) gleichzeitig bezüglich einer Umfangsrichtung der Beugungsgitteranordnung (6) abzubilden, wobei die zwei zylindrischen Linsengruppen (12a, 12b) angeordnet sind, die bezüglich einer Richtung, die einer radialen Richtung der Beugungsgitteranordnung (6) entspricht, eine Brechkraft aufweisen, den ersten Punkt (P1) auf den zweiten Punkt (P2) bezüglich einer radialen Richtung mittels zusammenwirken der zwei zylindrischen Linsengruppen (12a, 12b) und der sphärischen Linsengruppe (11) abzubilden.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die auf der Seite des ersten Punkts (P1) angeordnete zylindrische Linsengruppe (12a) von den zwei zylindrischen Linsengruppen (12a, 12b) derart angeordnet ist, den ersten Punkt (P1) einmal in der Nachbarschaft der sphärischen Linsengruppe (11) bezüglich der radialen Richtung abzubilden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lichtführungssystem einen Strahlteiler (30b) zum Führen der zwei gebeugten Lichtstrahlen an den zweiten Punkt (P2) und zum Führen der zweimal gebeugten Lichtstrahlen (N&spplus;¹&spplus;¹, N&supmin;¹&supmin;¹) vom zweiten Punkt (P2) zum überlagerungsoptischen System (14) umfaßt, wobei der Strahlteiler (30b) eine Fläche (30bb) aufweist, auf der ein Lichtreflektionsabschnitt, um die zwei gebeugten Lichtstrahlen und einen von den zweimal gebeugten Lichtstrahlen zu reflektieren, und ein Lichtdurchlaßabschnitt, um den anderen von den beiden durchzulassen, gemeinsam ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lichtführungssystem einen Strahlteiler (30a) zum Führen des Lichts vom ausstrahlungsoptischen System (2) an den ersten Punkt (P1) und zum Führen des einmal gebeugten Lichtstrahls (N&spplus;¹, N&supmin;¹) vom ersten Punkt (P1) zum zweiten Punkt (P2) umfaßt, wobei der Strahlteiler (30a) eine Fläche (30aa) umfaßt, auf der ein Lichtreflektionsabschnitt zum Reflektieren der zwei gebeugten Lichtstrahlen und eines vom ausstrahlungsoptischen System (2) kommenden gebeugten Lichtstrahls, und ein Lichtdurchlaßabschnitt zum Durchlassen des anderen hiervon gemeinsam ausgebildet ist.