JP2004239855A - 反射型光電式エンコーダ - Google Patents
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Abstract
【課題】受光素子アレイを用いた場合であっても、光源を傾けて取り付ける必要をなくす。
【解決手段】光源２６からの光を、インデックススケール２０上の第一格子４１を介して反射型のメインスケール１０上に照射し、該メインスケール２０上の第二格子との相互作用により生じた干渉光を、インデックススケール２０上の第三格子と受光素子が一体化された受光素子アレイ３０で受光するようにされた反射型光エンコーダにおいて、前記第一格子４１を、二次元格子であって、且つ、受光素子アレイ３０の方向にチャープ配列を持つ格子とした。
【選択図】 図４
【解決手段】光源２６からの光を、インデックススケール２０上の第一格子４１を介して反射型のメインスケール１０上に照射し、該メインスケール２０上の第二格子との相互作用により生じた干渉光を、インデックススケール２０上の第三格子と受光素子が一体化された受光素子アレイ３０で受光するようにされた反射型光エンコーダにおいて、前記第一格子４１を、二次元格子であって、且つ、受光素子アレイ３０の方向にチャープ配列を持つ格子とした。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を、インデックススケール上の第一格子を介して反射型のメインスケールに照射し、該メインスケール上の第二格子との相互作用により生じた干渉光を、インデックススケール上の第三格子を介して受光するようにされた反射型光電式エンコーダに係り、特に、第三格子と受光素子が一体化された受光素子アレイを用いた場合でも、光源を傾けて取り付ける必要がない反射型光電式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光電式エンコーダには、例えば特許文献１に記載されている如く、図１に示すように、２枚の格子（インデックススケール２０上の第一格子２１とメインスケール１０上の第二格子１２）によって生じた干渉縞の位置を互いの相対移動によって変化させ、更にその干渉縞を、インデックススケール２０上の第三格子２３によってフィルタリングすることで、相対移動量を検出する、いわゆる３格子原理を応用したものがある。
【０００３】
図１において、２６は、インデックススケール２０上に配置された光源、２８は同じく受光素子である。
【０００４】
この図１の構成では、インデックススケール２０の中央に第一格子２１を配置し、その周辺に異なる位相差が得られるような間隔で複数（図では４つ）の第三格子２３を配置しているため、各第三格子２３に入射する光束は、メインスケール１０上の第二格子１２の各々異なる位置で反射することとなり、メインスケール１０上の汚れ等で各相の出力に差を生じる。
【０００５】
そこで、図２に示す如く、前記第三格子２３と受光素子２８を一体化した、図３に示すような受光素子アレイ３０を用いて、メインスケール１０の同じ位置で反射された光を受光することで、各相出力のばらつきを抑えることが可能となる。
【０００６】
なお、本発明に関係するものとして、特許文献２には、光源からの出射光の方向を回折格子で曲げることが記載され、特許文献３には、振動ジャイロ用の光電型エンコーダにおいて、２次元スケールと２次元格子を組合せて使用することが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特公昭６０−２３２８２号公報
【特許文献２】
特開平６−２２９７１８号公報
【特許文献３】
特開平６−３４３７６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２の構成では、必然的に光源２６を傾けて取り付ける必要があるため、入射角を変更する毎に専用の光源ホルダ（図示省略）が必要となり、又、検出器サイズも大きくなるという問題点を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、受光素子アレイを用いた場合であっても、光源を傾けて取り付ける必要がない反射型光電式エンコーダを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源からの光を、インデックススケール上の第一格子を介して反射型のメインスケールに照射し、該メインスケール上の第二格子との相互作成により生じた干渉光を、インデックススケール上の第三格子を介して受光するようにされた反射型光電式エンコーダにおいて、前記第一格子を、２次元格子であって、且つ、第三格子の方向にチャープ配列を持つ格子とすることにより、前記課題を解決したものである。
【００１１】
又、前記第三格子も、第一格子の方向にチャープ配列を持つ格子としたものである。
【００１２】
又、前記第一格子と第三格子を、測長方向と直交する方向に配置し、少なくとも第一格子が、該直交方向にチャープ配列を持つようにして、インデックススケールの測長方向の長さを短縮できるようにしたものである。
【００１３】
又、前記第一格子や第三格子を複数段設けて、光源からの光や反射光を大きく曲げられるようにしたものである。
【００１４】
又、前記第三格子を、受光素子と一体化された受光素子アレイとして、小型化したものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
本発明の第１実施形態は、図４（平面図）及び図５（図４のＶ−Ｖ線に沿う横断面図）に示す如く、光源２６からの光を、インデックススケール２０上の第一格子４１を介して反射型のメインスケール１０上に照射し、該メインスケール１０上の第二格子１２との相互作用により生じた干渉光を、インデックススケール２０上の、第三格子と受光素子が一体化された受光素子アレイ３０で受光するようにされた反射型光電式エンコーダにおいて、前記第一格子４１を、図４に詳細に示した如く、２次元格子であって、且つ、受光素子アレイ３０の方向（図では測長方向と直交する上下方向）にチャープ配列を持つ格子（チャープ格子と称する）としたものである。
【００１７】
前記インデックススケール２０上の第一格子４１は、測長方向（図の左右方向）に対しては、メインスケール１０の第二格子１２と同じピッチＰ１で並んでいるが、それと直交する方向（図の上下方向）には、ピッチが変化するチャープ格子を形成している。従って、測長方向に関しては、従来のエンコーダと同様に３格子原理が成立し、スケールの移動を検出することが可能である。一方、直交方向については、チャープ格子での回折により格子の真上から入射した光束は、図５に示した如く向きを変え、メインスケール１０を経由し、受光素子アレイ３０に到達する。従って、光源２６を傾けて取り付ける必要なしに、インデックススケール２０からの出射光を設定できる。
【００１８】
ここで、等ピッチ格子であると、異なる方向にも光が回折するため、半分以上の光が無駄になるが、チャープ格子の場合には、一種のフレネルレンズとして機能し、ある方向に光を集中することが可能であるため、光の利用効率を高くすることができる。
【００１９】
なお、第１実施形態では、チャープ格子を１段使用しているが、図６に示す第２実施形態のように、チャープ格子を複数段（図６では２段）配設することも可能であり、光源２６からの出射光の曲げ角度が大きい場合には、更に効率を上げることができる。
【００２０】
なお、前記実施形態においては、いずれも、受光素子アレイ３０が用いられていたが、図７に示す第３実施形態のように、受光素子アレイでなく、インデックススケール２０上に第三格子２３を形成し、通常の受光素子２８で受光する構成にも適用可能である。
【００２１】
又、前記実施形態においては、いずれも、第一格子４１の測長方向へのピッチＰ１がメインスケール１０上の第二格子１２のピッチと同じとされていたが、両者のピッチが異なる場合にも適用できる。
【００２２】
又、前記実施形態においては、いずれも、第一格子４１のみがチャープ格子とされていたが、図８（平面図）及び図９（図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う横断面図）に示す如く、第三格子４３も、測長方向と直交する方向（図の上下方向）にチャープ配列を持つ格子とすることができる。
【００２３】
この場合、受光素子２８に集光できるため、受光素子２８を小さくでき、その結果、素子の応答速度が向上する。従って、検出可能なスケールと検出ヘッド間の相対移動速度を上げることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、光源を傾けて取り付ける必要無く、光の出射角を設定することができる。従って、検出器を小型化することが可能となる。又、チャープ格子を含んだ２次元格子を用いているので、等ピッチの２次元格子を使用した場合より、光の利用効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３格子原理を利用した従来の反射型光電式エンコーダの一例の構成を示す斜視図
【図２】受光素子アレイを用いた従来の反射型光電式エンコーダの一例の構成を示す斜視図
【図３】第三格子の構成を示す平面図
【図４】本発明の第１実施形態の要部構成を示す平面図
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う横断面図
【図６】本発明の第２実施形態の要部構成を示す横断面図
【図７】同じく第３実施形態の要部構成を示す横断面図
【図８】同じく第４実施形態の要部構成を示す平面図
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う横断面図
【符号の説明】
１０…メインスケール
１２…第二格子
２０…インデックススケール
２３、４３…第三格子
２６…光源
２８…受光素子
３０…受光素子アレイ
４１…第一格子
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を、インデックススケール上の第一格子を介して反射型のメインスケールに照射し、該メインスケール上の第二格子との相互作用により生じた干渉光を、インデックススケール上の第三格子を介して受光するようにされた反射型光電式エンコーダに係り、特に、第三格子と受光素子が一体化された受光素子アレイを用いた場合でも、光源を傾けて取り付ける必要がない反射型光電式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光電式エンコーダには、例えば特許文献１に記載されている如く、図１に示すように、２枚の格子（インデックススケール２０上の第一格子２１とメインスケール１０上の第二格子１２）によって生じた干渉縞の位置を互いの相対移動によって変化させ、更にその干渉縞を、インデックススケール２０上の第三格子２３によってフィルタリングすることで、相対移動量を検出する、いわゆる３格子原理を応用したものがある。
【０００３】
図１において、２６は、インデックススケール２０上に配置された光源、２８は同じく受光素子である。
【０００４】
この図１の構成では、インデックススケール２０の中央に第一格子２１を配置し、その周辺に異なる位相差が得られるような間隔で複数（図では４つ）の第三格子２３を配置しているため、各第三格子２３に入射する光束は、メインスケール１０上の第二格子１２の各々異なる位置で反射することとなり、メインスケール１０上の汚れ等で各相の出力に差を生じる。
【０００５】
そこで、図２に示す如く、前記第三格子２３と受光素子２８を一体化した、図３に示すような受光素子アレイ３０を用いて、メインスケール１０の同じ位置で反射された光を受光することで、各相出力のばらつきを抑えることが可能となる。
【０００６】
なお、本発明に関係するものとして、特許文献２には、光源からの出射光の方向を回折格子で曲げることが記載され、特許文献３には、振動ジャイロ用の光電型エンコーダにおいて、２次元スケールと２次元格子を組合せて使用することが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特公昭６０−２３２８２号公報
【特許文献２】
特開平６−２２９７１８号公報
【特許文献３】
特開平６−３４３７６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２の構成では、必然的に光源２６を傾けて取り付ける必要があるため、入射角を変更する毎に専用の光源ホルダ（図示省略）が必要となり、又、検出器サイズも大きくなるという問題点を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、受光素子アレイを用いた場合であっても、光源を傾けて取り付ける必要がない反射型光電式エンコーダを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源からの光を、インデックススケール上の第一格子を介して反射型のメインスケールに照射し、該メインスケール上の第二格子との相互作成により生じた干渉光を、インデックススケール上の第三格子を介して受光するようにされた反射型光電式エンコーダにおいて、前記第一格子を、２次元格子であって、且つ、第三格子の方向にチャープ配列を持つ格子とすることにより、前記課題を解決したものである。
【００１１】
又、前記第三格子も、第一格子の方向にチャープ配列を持つ格子としたものである。
【００１２】
又、前記第一格子と第三格子を、測長方向と直交する方向に配置し、少なくとも第一格子が、該直交方向にチャープ配列を持つようにして、インデックススケールの測長方向の長さを短縮できるようにしたものである。
【００１３】
又、前記第一格子や第三格子を複数段設けて、光源からの光や反射光を大きく曲げられるようにしたものである。
【００１４】
又、前記第三格子を、受光素子と一体化された受光素子アレイとして、小型化したものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
本発明の第１実施形態は、図４（平面図）及び図５（図４のＶ−Ｖ線に沿う横断面図）に示す如く、光源２６からの光を、インデックススケール２０上の第一格子４１を介して反射型のメインスケール１０上に照射し、該メインスケール１０上の第二格子１２との相互作用により生じた干渉光を、インデックススケール２０上の、第三格子と受光素子が一体化された受光素子アレイ３０で受光するようにされた反射型光電式エンコーダにおいて、前記第一格子４１を、図４に詳細に示した如く、２次元格子であって、且つ、受光素子アレイ３０の方向（図では測長方向と直交する上下方向）にチャープ配列を持つ格子（チャープ格子と称する）としたものである。
【００１７】
前記インデックススケール２０上の第一格子４１は、測長方向（図の左右方向）に対しては、メインスケール１０の第二格子１２と同じピッチＰ１で並んでいるが、それと直交する方向（図の上下方向）には、ピッチが変化するチャープ格子を形成している。従って、測長方向に関しては、従来のエンコーダと同様に３格子原理が成立し、スケールの移動を検出することが可能である。一方、直交方向については、チャープ格子での回折により格子の真上から入射した光束は、図５に示した如く向きを変え、メインスケール１０を経由し、受光素子アレイ３０に到達する。従って、光源２６を傾けて取り付ける必要なしに、インデックススケール２０からの出射光を設定できる。
【００１８】
ここで、等ピッチ格子であると、異なる方向にも光が回折するため、半分以上の光が無駄になるが、チャープ格子の場合には、一種のフレネルレンズとして機能し、ある方向に光を集中することが可能であるため、光の利用効率を高くすることができる。
【００１９】
なお、第１実施形態では、チャープ格子を１段使用しているが、図６に示す第２実施形態のように、チャープ格子を複数段（図６では２段）配設することも可能であり、光源２６からの出射光の曲げ角度が大きい場合には、更に効率を上げることができる。
【００２０】
なお、前記実施形態においては、いずれも、受光素子アレイ３０が用いられていたが、図７に示す第３実施形態のように、受光素子アレイでなく、インデックススケール２０上に第三格子２３を形成し、通常の受光素子２８で受光する構成にも適用可能である。
【００２１】
又、前記実施形態においては、いずれも、第一格子４１の測長方向へのピッチＰ１がメインスケール１０上の第二格子１２のピッチと同じとされていたが、両者のピッチが異なる場合にも適用できる。
【００２２】
又、前記実施形態においては、いずれも、第一格子４１のみがチャープ格子とされていたが、図８（平面図）及び図９（図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う横断面図）に示す如く、第三格子４３も、測長方向と直交する方向（図の上下方向）にチャープ配列を持つ格子とすることができる。
【００２３】
この場合、受光素子２８に集光できるため、受光素子２８を小さくでき、その結果、素子の応答速度が向上する。従って、検出可能なスケールと検出ヘッド間の相対移動速度を上げることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、光源を傾けて取り付ける必要無く、光の出射角を設定することができる。従って、検出器を小型化することが可能となる。又、チャープ格子を含んだ２次元格子を用いているので、等ピッチの２次元格子を使用した場合より、光の利用効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３格子原理を利用した従来の反射型光電式エンコーダの一例の構成を示す斜視図
【図２】受光素子アレイを用いた従来の反射型光電式エンコーダの一例の構成を示す斜視図
【図３】第三格子の構成を示す平面図
【図４】本発明の第１実施形態の要部構成を示す平面図
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う横断面図
【図６】本発明の第２実施形態の要部構成を示す横断面図
【図７】同じく第３実施形態の要部構成を示す横断面図
【図８】同じく第４実施形態の要部構成を示す平面図
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う横断面図
【符号の説明】
１０…メインスケール
１２…第二格子
２０…インデックススケール
２３、４３…第三格子
２６…光源
２８…受光素子
３０…受光素子アレイ
４１…第一格子
Claims (5)
- 光源からの光を、インデックススケール上の第一格子を介して反射型のメインスケールに照射し、該メインスケール上の第二格子との相互作成により生じた干渉光を、インデックススケール上の第三格子を介して受光するようにされた反射型光電式エンコーダにおいて、
前記第一格子を、２次元格子であって、且つ、第三格子の方向にチャープ配列を持つ格子としたことを特徴とする反射型光電式エンコーダ。 - 前記第三格子も、第一格子の方向にチャープ配列を持つ格子とされていることを特徴とする請求項１に記載の反射型光電式エンコーダ。
- 前記第一格子と第三格子が、測長方向と直交する方向に配置され、少なくとも第一格子が、該直交方向にチャープ配列を持つようにされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型光電式エンコーダ。
- 前記第一格子や第三格子が複数段設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の反射型光電式エンコーダ。
- 前記第三格子が、受光素子と一体化された受光素子アレイであることを特徴とする請求項１又は３に記載の反射型光電式エンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003031617A JP2004239855A (ja) | 2003-02-07 | 2003-02-07 | 反射型光電式エンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003031617A JP2004239855A (ja) | 2003-02-07 | 2003-02-07 | 反射型光電式エンコーダ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004239855A true JP2004239855A (ja) | 2004-08-26 |
Family
ID=32958142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003031617A Pending JP2004239855A (ja) | 2003-02-07 | 2003-02-07 | 反射型光電式エンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004239855A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105444680A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-03-30 | 清华大学 | 一种带零位标记的二维光栅尺 |
| JP2017003447A (ja) * | 2015-06-11 | 2017-01-05 | 株式会社ミツトヨ | 光学式エンコーダ |
| CN109211288A (zh) * | 2017-06-29 | 2019-01-15 | 株式会社三丰 | 用于提供位移信号的抗污染和缺陷光学编码器配置 |
| CN109211284A (zh) * | 2017-06-29 | 2019-01-15 | 株式会社三丰 | 用于提供位移信号的抗污染和缺陷光学编码器配置 |
-
2003
- 2003-02-07 JP JP2003031617A patent/JP2004239855A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017003447A (ja) * | 2015-06-11 | 2017-01-05 | 株式会社ミツトヨ | 光学式エンコーダ |
| US10317253B2 (en) | 2015-06-11 | 2019-06-11 | Mitutoyo Corporation | Optical encoder |
| CN105444680A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-03-30 | 清华大学 | 一种带零位标记的二维光栅尺 |
| CN109211288A (zh) * | 2017-06-29 | 2019-01-15 | 株式会社三丰 | 用于提供位移信号的抗污染和缺陷光学编码器配置 |
| CN109211284A (zh) * | 2017-06-29 | 2019-01-15 | 株式会社三丰 | 用于提供位移信号的抗污染和缺陷光学编码器配置 |
| CN109211288B (zh) * | 2017-06-29 | 2021-01-12 | 株式会社三丰 | 用于提供位移信号的抗污染和缺陷光学编码器配置 |
| CN109211284B (zh) * | 2017-06-29 | 2021-03-12 | 株式会社三丰 | 用于提供位移信号的抗污染和缺陷光学编码器配置 |
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