JP5154072B2 - 光電式エンコーダ - Google Patents
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Description
本発明は、スケール上に形成された第２格子と、検出部側に配設された第１、第３格子を備えた３格子型の光電式エンコーダに係る。特に、高調波を効果的に削減することが可能な光電式エンコーダに関する。
リニアエンコーダに利用されている、例えば特許文献１に記載されたような、いわゆる３格子原理では、３枚の光学格子（図１（Ａ）に示す透過型の場合は、メインスケールとしての第２格子２０とインデックススケールとしての第１、第３格子２２、２４、図１（Ｂ）（Ｃ）に示す反射型の場合は、共通化された第１（第３）格子２２を光が２回通過）が空間フィルタとなるので、正弦波に近い信号を検出でき、高精度の補間が可能である。図において、２６は光源、２８は、例えばコリメータレンズでなる光学系、３０は受光素子、３２は反射型で用いられるハーフミラー、３４は同じくミラー、３６は同じく集光レンズである。
この３格子原理を反射型エンコーダとして活用する場合には、図１（Ｂ）（Ｃ）に示すように、スケール格子が第２格子２０となる。しかしながら、スケール上の光学格子は、スケールの場所によって線幅が変動してしまう。そのために、その部分では出力信号に高調波成分が重畳されてしまうという問題があった。
そこで、特許文献２や特許文献３では、図２に示す如く、受光素子３０前面の第３格子２４と受光素子を組み合わせて受光素子アレイ３１とし、該受光素子アレイの平均化効果によって安定化する方法が提案されている。
又、図２の構成において更に高調波を除去するために、受光素子アレイに位相差（特許文献４）や線幅変調（特許文献５）を与える方法も提案されている。
又、特許文献６には、３格子原理を用いた検出原理において、第１格子と第３格子の格子パターンに位相差を設ける方法が提案されている。
しかしながら、特許文献４や５に記載された、受光素子アレイに位相差や線幅変調を与える方法では、受光素子のパターンを変更する必要があるので、製造コストを上げてしまう。
又、特許文献６に記載された、第１格子と第３格子の格子パターンに位相差を設ける方法では、第３格子の代わりに受光素子アレイを用いると、同じ格子を２回通るため、偶数次の高調波しか除去できず、奇数次、特に、２次高調波より大きく一番問題な３次高調波を除去することができない。従って、第３格子の代わりに受光素子アレイを用いることができないという問題点を有していた。
上記の問題点は反射型エンコーダに限らず透過型エンコーダでも同じである。
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、第１格子パターンを工夫することにより、製造コストを上げずに高調波を除去して、高精度化することを課題とする。
本発明は、スケール上に形成された第２格子と、検出部側に配設された第１、第３格子を備え、該第１、第３格子のピッチが同じ格子ピッチＰで、前記第２格子のピッチが該格子ピッチＰと同じか、その１／２であり、光源から出た光が、第１格子を通過した後、第２格子を通過するか、又は、第２格子で反射されて、第３格子に至るようにされ、第３格子で生成した干渉縞を検出するようにされた３格子型の光電式エンコーダにおいて、前記第３格子を受光素子アレイで構成すると共に、前記第１格子のみを測定軸と垂直な方向に４以上の領域に分割し、前記第１格子の一部分を測定軸方向にＰ／（２ｎ）（Ｐ：格子ピッチ、ｎ：除去したい高調波の次数）だけシフトしたシフト領域と、シフトしない非シフト領域を交互に設けて、第ｎ次高調波を除去することにより、前記課題を解決したものである。
又、前記第１格子のシフト領域を複数設けて、それぞれ異なるシフト量でシフトするようにしたものである。
本発明によれば、第１格子に、その一部分を測定軸方向にＰ／（２ｎ）（Ｐ：格子ピッチ、ｎ：除去したい高調波の次数）だけシフトさせたシフト領域と、シフトさせない非シフト領域を設けることにより、受光素子アレイ面上で干渉縞を合成して、図３にｎ＝３の３次高調波の場合を例示する如く、第ｎ次高調波を削減することができる。
この際、第１格子を、測定軸と垂直な方向に４以上の領域に分割して、シフト領域と非シフト領域を交互に設けることにより、受光素子アレイ面上における干渉縞合成が平均化される。
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。
反射型エンコーダに適用した第１の参考形態は、図４に示す如く、例えば、受光素子アレイ３１を搭載する、製造コストが小さいガラス基板上に形成されている第１格子２２のパターンを測定軸と垂直な方向に２分割して、一方を、他方に対して測定軸方向にシフトして配置するようにしたものである。除去したい高調波の次数をｎとすると、対応するシフト量は、格子ピッチＰ÷（２×ｎ）となる。第３高調波を除去したいときには、シフト量はＰ／６である。
この第１の参考形態において、光源から出た光は、第１格子２２を通過して、第２格子２０で反射して、受光素子アレイ３１の受光面上に干渉縞４０を生成する。
これにより、第１格子２２と第２格子２０を通して生成されるｎ次の高調波の干渉縞４０が受光素子アレイ３１の受光面上で合成、相殺され、除去される。
従って、受光素子アレイ３１上の第３格子２４（図２参照）のパターンには、特に高調波対策を施す必要が無くなる。なお、第３格子２４にも第１格子２２と同様の高調波対策を施して、例えば第１格子とは異なる次数の高調波を除去するように構成することも可能である。
次に、図５を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。
本実施形態は、第１格子２２を測定軸と垂直な方向（図の上下方向）に多数分割して、シフト領域と非シフト領域を測定軸に対して垂直な方向に交互に配置したものである。なお、シフト領域の幅Ｗは、格子ピッチＰ以上とする。
このようにして、シフト領域と非シフト領域を測定軸と垂直な方向に交互に配置することにより、受光素子アレイ上の干渉縞合成が平均化される。
次に、図６を参照して、第２の参考形態を詳細に説明する。
本参考形態は、第１格子２２のシフト領域を、例えば格子本数Ｎ毎に、測定軸方向（図の左右方向）に分割して配置したものである。
このようにして、シフト領域と非シフト領域を測定軸方向に交互に配置することにより、受光素子アレイ上の干渉縞合成が平均化される。
次に、図７を参照して本発明の第２実施形態を詳細に説明する。
本実施形態は、第１格子２２を測定軸と垂直な方向に３以上（図では９）に分割すると共に、各領域でシフト量を個々に設定したものである。
例えば削減したい高調波としてｎ１次とｎ２次がある場合、少なくとも３つの領域を設けて、そのうちの１つの領域を基準領域とし、他の領域の光学格子シフト量を、それぞれＰ／（２ｎ１）とＰ／（２ｎ２）に設定する。
これにより、ｎ１次とｎ２次の複数の高調波を除去することができる。
次に、図８を参照して、第３の参考形態を詳細に説明する。
本参考形態は、第１格子２２の格子パターンを測定軸と垂直な方向に周期Ｌで正弦波状に変形させて、シフト量がＰ／（２ｎ）×（１＋sin２π（ｙ／Ｌ））／２になるように
、連続的に変化させたものである。
、連続的に変化させたものである。
本参考形態においては、シフト量が連続的に変化するので、例えばｎ＝２とした場合は、ｎ＝３以上の高調波も同時に削減される。
本発明の適用対象は、上記実施形態に示した反射型エンコーダに限定されず、図９に第４の参考形態として示したように、透過型エンコーダにも適用できる。
この第４の参考形態において、光源から出た光は、第１格子２２及び第２格子２０を順次透過して、受光素子アレイ３１の受光面上に干渉縞４０を生成する。
２０…第２格子
２２…第１格子
２４…第３格子
２６…光源
３０…受光素子
３１…受光素子アレイ
４０…干渉縞
２２…第１格子
２４…第３格子
２６…光源
３０…受光素子
３１…受光素子アレイ
４０…干渉縞
Claims (2)
- スケール上に形成された第２格子と、検出部側に配設された第１、第３格子を備え、該第１、第３格子のピッチが同じ格子ピッチＰで、前記第２格子のピッチが該格子ピッチＰと同じか、その１／２であり、光源から出た光が、第１格子を通過した後、第２格子を通過するか、又は、第２格子で反射されて、第３格子に至るようにされ、第３格子で生成した干渉縞を検出するようにされた３格子型の光電式エンコーダにおいて、
前記第３格子を受光素子アレイで構成すると共に、
前記第１格子のみを測定軸と垂直な方向に４以上の領域に分割し、前記第１格子の一部分を測定軸方向にＰ／（２ｎ）（Ｐ：格子ピッチ、ｎ：除去したい高調波の次数）だけシフトしたシフト領域と、シフトしない非シフト領域を交互に設けて、第ｎ次高調波を除去することを特徴とする光電式エンコーダ。 - 前記第１格子のシフト領域を複数設けて、それぞれ異なるシフト量でシフトすることを特徴とする請求項１に記載の光電式エンコーダ。
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