JP5701740B2 - Optical encoder - Google Patents
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Description
本発明は、位置、変位量、回転量、速度、および回転速度などを検出する光学式エンコーダに係わり、とりわけ光学式リニアエンコーダ、光学式ロータリエンコーダ、光学式リニアゲージセンサなどに適用して好適なものである。 The present invention relates to an optical encoder that detects a position, a displacement amount, a rotation amount, a speed, a rotation speed, and the like, and is particularly suitable for application to an optical linear encoder, an optical rotary encoder, an optical linear gauge sensor, and the like. Is.
位置、変位量、回転量、速度、および回転速度などを検出する手段として、従来より光学式エンコーダが採用されている(特許文献1,2参照)。
Conventionally, optical encoders have been employed as means for detecting position, displacement, rotation amount, speed, rotation speed, and the like (see
この光学式エンコーダにおいて、近年、高分解能化が顕著である。変位量や回転量などを計測するための基準となるスケールの微細化は困難が伴うため、高分解能を達成する手段としては逓倍処理が利用されている。逓倍処理を行うためには、被測定体の変位量や回転量などに応じて、1/4周期ずれた、S/N比に優れ、かつ正弦波信号に良好に近似した2つの擬正弦波信号を生成する必要がある。 In this optical encoder, in recent years, high resolution has been remarkable. Since miniaturization of a scale serving as a reference for measuring a displacement amount, a rotation amount, and the like is difficult, a multiplication process is used as a means for achieving high resolution. In order to perform multiplication processing, two pseudo sine waves that are excellent in S / N ratio and well approximated to a sine wave signal that are shifted by a quarter of a period according to the amount of displacement or rotation of the object to be measured A signal needs to be generated.
図1,図2は、光学系リニアゲージの基本構成を示した、それぞれ斜視図、側面図である。 1 and 2 are a perspective view and a side view, respectively, showing the basic configuration of the optical system linear gauge.
2つの良好な疑似正弦波信号を生成する手段として、例えば光学式リニアゲージにおいては、図1,図2に示す基本構成を従来有している。ここでは、光軸方向をZ軸、可動スリット3の可動可能方向をX軸、およびこれらの両軸に直交する方向をY軸としている。
As means for generating two good pseudo sine wave signals, for example, an optical linear gauge conventionally has the basic configuration shown in FIGS. Here, the optical axis direction is the Z-axis, the movable direction of the
光源部1は耐久性とコスト面となどの要請からLED(Light Emitting Diode)などの空間的可干渉性が低い光源が使用されることが多い。光源部1のLEDが発する光束の波長をλとする。但し、一般に、LEDの発光スペクトルは単色ではなく、連続的な広がりをもつ。ここで表しているλは、そのスペクトルの最大値を示す場合のλと平均値を示す場合のλとなどがあり、光源部1のLEDが発する代表的な波長とする。
The
光源部1から射出された波長λの光束は、照明光学系2に入射し、略平行光束に変換され、光軸に略垂直に配置されている可動スリット3に入射する。可動スリット3には、被測定物体の変位などを測定するためのシャフト6が接続されている。
A light beam having a wavelength λ emitted from the
図3は、可動スリットの模式図(A)とその部分拡大図(B)である。 FIG. 3 is a schematic view (A) of the movable slit and a partially enlarged view (B) thereof.
可動スリット3の裏面には、図3(B)に示す様に、格子ベクトルがX軸に平行な方向を向き、その定数がd、且つ濃淡長比が1:1の矩形状の濃淡格子パターンが刻まれている。
On the back surface of the
可動スリット3の矩形状濃淡格子パターンを通過した波長λの光束は、この格子パターンによって回折を受け、可動スリット3と略平行に配置された、固定スリット4に入射する(図1,図2参照)。
The light beam having the wavelength λ that has passed through the rectangular shading grating pattern of the
図4は、固定スリットの模式図(A)とその部分拡大図である。 FIG. 4 is a schematic diagram (A) of the fixed slit and a partially enlarged view thereof.
固定スリット4は、図4に示すように、可動スリット3に刻まれている濃淡格子パターンと同様なパターンで、その格子ベクトル方向がX軸に平行であり、且つその位相差が1/4周期分ずれている2種類の濃淡格子パターンが、固定スリット4の表面に刻まれている。以降、これら2種類の濃淡格子パターンを、慣習にならって、A相、及びB相とそれぞれ表すことにする。
As shown in FIG. 4, the fixed slit 4 is a pattern similar to the light and shade grating pattern carved in the
さらにまた、可動スリット3裏面の矩形状濃淡格子パターンのフーリエイメージが良好に固定スリット4表面に形成させるために、これらの面の間隙長zは、
Furthermore, in order for the Fourier image of the rectangular gray lattice pattern on the back surface of the
光源部1がレーザのような点光源の場合、固定スリット4表面に形成される、可動スリット3裏面の矩形状濃淡格子パターンのフーリエイメージは、その格子パターン同様矩形分布する。しかしながら、光源部1がLEDの様な面光源の場合、照明光学系2が提供する略平行光束は開口数を伴う。照明光学系2の焦点距離を最適化すれば、上記矩形イメージは照明光学系2の開口数の影響を受け、その像がボケ、あたかも正弦波のような様相を示す。この像を擬正弦波として用いるのが一般的である。
When the
上記の正弦波の様な光強度分布を有する波長λの光束は、固定スリット4に刻まれている濃淡格子パターンを通過することによって、可動スリット3の変位に応じて、その光強度が変動することになる。例えば、可動スリット3がその移動方向に対し等速運動している場合、固定スリット4を通過してくる光束の光強度は、時間の経過にしたがって、擬正弦波振動をすることとなる。この際、固定スリット4に刻まれている2つの濃淡格子パターン、A相と、B相とを通過した波長λの光束による擬正弦波光強度は、それぞれ1/4周期分の位相差を伴う。
The light flux having the wavelength λ having the light intensity distribution like the sine wave passes through the light and shade grating pattern carved in the fixed slit 4 so that the light intensity varies according to the displacement of the
固定スリット4の2つの矩形濃淡格子パターン、A相と、B相とを通過した波長λの光束は、光検出器5を構成するそれぞれ別個の光センサ5a,5bに入射し、それぞれ光電流に変換される。多くの場合、これらの光電流は電圧に変換され、逓倍処理回路にて、可動スリット3や固定スリット4に刻まれている濃淡格子パターンより細かい分解能に変換された電気信号を出力する。
The light flux having the wavelength λ that has passed through the two rectangular gray-scale grating patterns of the fixed slit 4, the A phase and the B phase, is incident on the
従来は、この様な構成にて高逓倍に対応していた。 Conventionally, such a configuration corresponds to high multiplication.
上述の濃淡格子パターン間の間隙長設定値は、光源がレーザ光の様な点光源とみなせる場合においての最適値である。このとき、可動スリット裏面の矩形状濃淡格子パターンのフーリエイメージは最大のコントラストを呈し、良好なS/N比の信号を提供することは周知のとおりである。 The above-described gap length setting value between the light and shade grid patterns is an optimum value when the light source can be regarded as a point light source such as a laser beam. At this time, as is well known, the Fourier image of the rectangular gray lattice pattern on the back surface of the movable slit exhibits the maximum contrast and provides a signal with a good S / N ratio.
しかしながら、上述の背景技術のように、光源としてLEDに代表される面光源を用いる場合、式(1)にて表される濃淡格子パターン間間隙長設定値において、可動スリット裏面の矩形状濃淡格子パターンによって、固定スリットに刻まれている濃淡格子パターン上に形成される可動スリット裏面の矩形状濃淡格子パターンフーリエイメージの光強度分布は、良好なコントラストを呈しない。 However, when a surface light source typified by an LED is used as the light source as in the background art described above, the rectangular gray lattice on the back surface of the movable slit is set at the gap length setting value between the gray lattice patterns represented by Equation (1). Depending on the pattern, the light intensity distribution of the rectangular gray lattice pattern Fourier image on the back of the movable slit formed on the gray lattice pattern carved in the fixed slit does not exhibit good contrast.
通常、シャフトなどが取り付けられている可動スリットの回転が拘束された直線運動には、ピッチング、ヨーイングなどの揺動が伴う。このとき、固定スリットに刻まれている濃淡格子パターン上に形成される可動スリット裏面の矩形状濃淡格子パターンフーリエイメージの光強度分布コントラストが、矩形濃淡格子パターン間間隙長に対し極値を示していなければ、得られる正弦波の振幅が変動することとなり、良好な逓倍処理機能を行うことが難しくなる。また、その光強度分布が最大コントラストを示していなければ、良好なS/N比の信号もえられない。ここで、固定スリットに刻まれている濃淡格子パターン上に形成される可動スリット裏面の矩形状濃淡格子パターンフーリエイメージの光強度分布が最大コントラストを示していれば、その矩形濃淡格子パターンフーリエイメージの光強度分布コントラストが、矩形状濃淡格子パターン間間隙長に対する極値を示すことと同じであることは明白である。 Usually, the linear motion in which the rotation of the movable slit to which the shaft or the like is attached is constrained by swinging such as pitching and yawing. At this time, the light intensity distribution contrast of the rectangular gray lattice pattern Fourier image on the back of the movable slit formed on the gray lattice pattern carved in the fixed slit shows an extreme value with respect to the gap length between the rectangular gray lattice patterns. Otherwise, the amplitude of the obtained sine wave will fluctuate, making it difficult to perform a good multiplication function. Also, if the light intensity distribution does not show the maximum contrast, a signal with a good S / N ratio cannot be obtained. Here, if the light intensity distribution of the rectangular shading grid pattern Fourier image on the back of the movable slit formed on the shading grid pattern carved in the fixed slit shows the maximum contrast, the rectangular shading grid pattern Fourier image It is obvious that the contrast of the light intensity distribution is the same as showing the extreme value with respect to the gap length between the rectangular grayscale grating patterns.
また、逓倍処理を施すための2つの擬正弦波信号を、照明光学系の開口数にたよった可動スリット矩形状濃淡格子パターンのフーリエイメージのボケにて表現する場合、固定スリットの矩形状濃淡格子パターン上に形成される可動スリット裏面の矩形状濃淡格子パターンフーリエイメージの光強度分布は、照明光学系の正弦条件、及び不遊条件がほぼ満たされている場合、可動スリット矩形状濃淡格子パターンのフーリエイメージと照明光学系の開口数によるボケとのコンボリューションとなるが、良好な擬正弦波信号を得るためには、原理的にボケ幅を大きくとらなければならず、そのため、照明光学系の焦点距離を小さくし、結果として信号振幅が小さくなるため、電気処理系にて信号増幅の割合が大きくなり、擬正弦波信号のS/N比の向上に不利益をもたらす。 In addition, when expressing two pseudo sine wave signals for multiplication processing by blurring of the Fourier image of the movable slit rectangular grayscale pattern depending on the numerical aperture of the illumination optical system, the rectangular grayscale grating of the fixed slit The light intensity distribution of the rectangular shading grid pattern Fourier image on the back of the movable slit formed on the pattern is that the sine and non-stationary conditions of the illumination optical system are almost satisfied. This is a convolution of the Fourier image and blur due to the numerical aperture of the illumination optical system, but in order to obtain a good quasi-sine wave signal, in principle, the blur width must be increased. Since the focal length is reduced and, as a result, the signal amplitude is reduced, the rate of signal amplification is increased in the electric processing system, and the S / N ratio of the pseudo sine wave signal is increased. Detrimental to the improvement.
前掲の特許文献1では、発光面積が比較的大きなLEDを使用することを前提として良好なコントラストの信号を得る試みがなされているが、その特許文献1では点光源を仮定した式が採用されており、誤った結果しか得られていない。
In the above-mentioned
そこで、本発明は、斯かる点に鑑み、光源としてLEDに代表される面光源を用いる場合であっても、スリット対を構成する、光源に近い側のスリットに形成された格子パターンのフーリエイメージの良好な光強度分布コントラストをもう一方のスリットの格子パターン上に提供し、さらに、照明光学系の開口数にたよらずに良好な擬正弦波信号を生成すること目的とする。 Therefore, in view of such a point, the present invention provides a Fourier image of a lattice pattern formed in a slit on the side close to the light source that constitutes a slit pair even when a surface light source typified by an LED is used as the light source. It is an object of the present invention to provide a good contrast of light intensity distribution on the other slit lattice pattern, and to generate a good pseudo sine wave signal regardless of the numerical aperture of the illumination optical system.
本発明の光学式エンコーダは、
可干渉性の低い光束を出射する光源、
上記光源から出射した光束の入射を受けて該光束を略平行光となるように集光する照明光学系、
第1の一次元格子パターンが形成され第1の一次元格子パターンの格子ベクトルの方向に移動する可動スリットと、第1の一次元格子パターンの格子ベクトルと平行な格子パターンおよび同一の格子定数を有する第2の一次元格子パターンが形成され、照明光学系との間に可動スリットを挟んだ位置あるいは照明光学系と可動スリットとに挟まれた位置に置かれた固定スリットとからなり、照明光学系から出射した光束の入射を受けてその光束に作用を及ぼすスリット対、および
上記スリット対の作用を受けた光束を光電流に変換する光検出器を備え、
上記スリット対は、前記第1の一次元格子パターンと第2の一次元格子パターンとの間隙が、次式(A)を満たす|z|又は|z|近傍となる各位置に、可動スリットと固定スリットを備えたものであることを特徴とする。
The optical encoder of the present invention is
A light source that emits a light beam with low coherence,
An illumination optical system that receives the incident light beam emitted from the light source and collects the light beam so as to be substantially parallel light;
A movable slit formed in the first one-dimensional lattice pattern and moving in the direction of the lattice vector of the first one-dimensional lattice pattern; a lattice pattern parallel to the lattice vector of the first one-dimensional lattice pattern; and the same lattice constant A second one-dimensional lattice pattern having a movable slit between the illumination optical system and a fixed slit placed at a position sandwiched between the illumination optical system and the movable slit. A slit pair that receives an incident light beam emitted from the system and acts on the light beam; and a photodetector that converts the light beam affected by the slit pair into a photocurrent.
The pair of slits, the gap between the first one-dimensional grating pattern and the second one-dimensional grating pattern, satisfies the following formula (A) | z | or | z | in the vicinity of each location, and the moving slit It is characterized by having a fixed slit.
である。
ここで、上記スリット対は、第1の一次元格子パターンと第2の一次元格子パターンとの間隔が上記式(A)を満たす|z|又は該|z|近傍の、該間隔をHere, in the slit pair, the interval between the first one-dimensional lattice pattern and the second one-dimensional lattice pattern satisfies the above formula (A) or | z | in the vicinity of the | z |
後述する式の導出過程から明らかな通り、第1の一次元格子パターンと第2の一次元格子パターンとの間隔が、上記の|z|又は|z|近傍となる各位置に、可動スリットと固定スリットを備えることにより、面光源を用いて、良好な擬正弦波信号を生成することができる。 As will be apparent from the equation derivation process described later, the movable slit and the first one-dimensional lattice pattern and the second one-dimensional lattice pattern are positioned at positions where the above-mentioned | z | or | z | By providing the fixed slit, a good pseudo sine wave signal can be generated using a surface light source.
また、本発明の光学式エンコーダにおいて、可動スリットと固定スリットとのうちの一方のスリットが、格子ベクトル方向に位相が互いに90°ずれた2つの一次元格子パターンを有し、上記光検出器は、それら2つの一次元格子パターンそれぞれの作用を受けた各光束を各光電流にそれぞれ変換する2つの光センサを有することが好ましい。 Further , in the optical encoder of the present invention , one of the movable slit and the fixed slit has two one-dimensional grating patterns whose phases are shifted from each other by 90 ° in the grating vector direction. It is preferable to have two photosensors that convert each light flux subjected to the action of each of the two one-dimensional lattice patterns into respective photocurrents.
この構成により、位相が異なる2つの良好な擬正弦波信号を得ることができ、高精度な逓倍処理を行なうことができる。 With this configuration, two good pseudo sine wave signals having different phases can be obtained, and highly accurate multiplication processing can be performed.
また、本発明の光学式エンコーダにおいて、
(1)上記照明光学系は、略テレセントリック光学系であること
(2)上記スリット対は、可動スリットおよび固定スリットが、第1の一次元格子パターン平面の法線および第2の一次元格子パターンの平面の法線が照明光学系の光軸と平行となる向きに配置されていること
(3)上記照明光学系は、略正弦条件を満たす光学系であること
(4)上記照明光学系は、さらに略不遊条件を満たす光学系であること
(5)上記スリット対は、可動スリットと固定スリットを、上記開口数
In the optical encoder of the present invention,
(1) The illumination optical system is a substantially telecentric optical system. (2) The slit pair includes a movable slit and a fixed slit, the normal line of the first one-dimensional grating pattern plane and the second one-dimensional grating pattern. (3) The illumination optical system is an optical system that satisfies a substantially sinusoidal condition. (4) The illumination optical system is (5) The slit pair includes a movable slit and a fixed slit, the numerical aperture
(6)この場合にその開口数が
(7)上記スリット対は、可動スリットと固定スリットを、上記波数
が、それぞれ好ましい。
これらを満たすことにより、|z|が一層高精度に算出される。 By satisfying these, | z | is calculated with higher accuracy.
尚、上記照明光学系は、レンズ系(球面レンズ、非球面レンズなど)であってもよく、回折光学系(フレネルレンズなど)であってもよく、あるいはそれらの複合からなる光学系であってもよい。 The illumination optical system may be a lens system (spherical lens, aspheric lens, etc.), a diffractive optical system (Fresnel lens, etc.), or an optical system composed of a combination thereof. Also good.
以上の本発明によれば、スリット対を構成する、光源に近い側のスリットに形成された格子パターンのフーリエイメージの良好な光強度分布コントラストをもう一方のスリットの格子パターン上に提供し、さらに、照明光学系の開口数にたよらずに良好な擬正弦波信号が生成される。 According to the present invention described above, a good light intensity distribution contrast of the Fourier image of the lattice pattern formed in the slit closer to the light source that constitutes the slit pair is provided on the lattice pattern of the other slit, A good pseudo sine wave signal is generated regardless of the numerical aperture of the illumination optical system.
以下、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
以下に説明する実施形態は、上記の課題を解決するために、位置、変位量、回転量、速度、および回転速度などを検出する光学式エンコーダにおいて、例えば光学式リニアゲージセンサにおいては、LEDに代表される可干渉性の低い面光源と、光源からの光束を略平行に変換する照明光学系と、光源の光軸に略垂直に配置され、変位量、回転量などを検出するため可動であり、且つ格子ベクトルが可動方向に平行に設定された矩形状濃淡格子パターンをその下面に有している可動スリットと、可動スリットと略平行に配置され、且つその上面に、矩形状濃淡格子パターンが可動スリットに刻まれている矩形状濃淡格子パターンと平行に設定されたA相やB相などのパターンを有している固定スリットと、上記A相やB相などの矩形状濃淡格子パターンを通過した波長λの光束を別個に検出する光検出器群とからなり、可動スリットの揺動に対しても、擬正弦波信号の振幅の変化量が小さく、尚且つ、良好な擬正弦波信号を生成するため、照明光学系によって略平行に変換され、また開口数 In an embodiment described below, in order to solve the above-described problem, an optical encoder that detects a position, a displacement amount, a rotation amount, a speed, a rotation speed, and the like, for example, an optical linear gauge sensor, includes an LED. A surface light source with low coherence, which is representative, an illumination optical system that converts the light beam from the light source into substantially parallel, and a light source that is arranged substantially perpendicular to the optical axis of the light source, and is movable to detect displacement, rotation, etc. And a rectangular slit pattern having a rectangular vector having a lattice vector set parallel to the movable direction on the lower surface thereof, and being arranged substantially parallel to the movable slit and having a rectangular gray pattern on the upper surface thereof. Are fixed slits having patterns such as A phase and B phase set in parallel to the rectangular gray lattice pattern engraved in the movable slit, and rectangular shades such as the A phase and B phase. It consists of a group of photodetectors that separately detect the light flux of wavelength λ that has passed through the pattern, and the amount of change in the amplitude of the pseudo sine wave signal is small and good pseudo sine even when the movable slit is swung. In order to generate a wave signal, it is converted into approximately parallel by the illumination optical system, and the numerical aperture
表現を変えると、固定スリットの矩形状濃淡格子パターン上に提供される擬正弦波信号のコントラストが、濃淡格子パターン間間隙長に対し極値をとると同時に、可動スリットの矩形状濃淡格子パターンから発せられる回折光の内、0次光と±1次光との干渉の効果が最大になる濃淡格子パターン間間隙長を定量的に表現すること、つまりは、濃淡格子パターン間間隙長最適値を照明光学系の開口数と、光束は波長λと、そして可動スリットの矩形状濃淡格子パターン定数 In other words, the contrast of the pseudo sine wave signal provided on the rectangular gray grid pattern of the fixed slit takes an extreme value with respect to the gap length between the gray grid patterns, and at the same time from the rectangular gray grid pattern of the movable slit. Of the diffracted light that is emitted, to quantitatively express the gap length between the light and shade grating patterns that maximizes the effect of interference between the 0th order light and the ± 1st order light. The numerical aperture of the illumination optical system, the light flux is the wavelength λ, and the rectangular grayscale grating pattern constant of the movable slit
本実施形態においても基本構成は図1〜図4を参照して説明した通りであり、以下では、図1〜図4を本実施形態の基本構成を表わした図として取り扱って、本実施形態を説明する。 Also in the present embodiment, the basic configuration is as described with reference to FIGS. 1 to 4. In the following, FIGS. 1 to 4 are treated as diagrams representing the basic configuration of the present embodiment, and the present embodiment is described. explain.
以下に、上記の濃淡格子パターン間間隙長最適値を求める。 In the following, the optimum value of the gap length between the light and shade grid patterns is obtained.
ここで採用する座標系を、上述した系、すなわち、光源部1の光軸方向をZ軸、可動スリット3の可動可能方向をX軸、およびこれらの両軸にそれぞれ直交する方向をY軸としたカーテシアン座標系とする。
The coordinate system employed here is the above-described system, that is, the optical axis direction of the
まず、濃淡格子パターン間の電場を決定する。 First, the electric field between the shaded grid patterns is determined.
厳密には、電場はベクトル量として扱われるべきであるが、矩形状濃淡格子パターンの格子定数 Strictly speaking, the electric field should be treated as a vector quantity, but the lattice constant of the rectangular gray lattice pattern
次に、スカラー波 Next, a scalar wave
照明光学系の開口数 Numerical aperture of illumination optics
最後に、波長λの光束が受ける可動スリットの矩形状濃淡格子パターンによる回折光束の内、0次光と±1次光との干渉の効果が最大で、光擬正弦波信号が最大コントラストを呈する条件を決定する。 Finally, among the diffracted light beams of the rectangular slit grating pattern of the movable slit received by the light beam having the wavelength λ, the effect of interference between the 0th order light and the ± 1st order light is the maximum, and the optical pseudo sine wave signal exhibits the maximum contrast. Determine the conditions.
一般的にコントラストVの定義は、 In general, the definition of contrast V is
光擬正弦波のコントラストの濃淡格子パターン間間隙長に対する極値は、式(14)を微分して、その微係数が0であればよいので、 Since the extreme value of the contrast of the light pseudo-sinusoidal wave with respect to the gap length between the light and shade lattice patterns is differentiated from the equation (14) and the derivative is zero,
また、式(14)の右辺の余弦関数は通常のタルボ効果を表し、式(14)の右辺のその他の項は照明光学系の開口数 The cosine function on the right side of Equation (14) represents the normal Talbot effect, and the other term on the right side of Equation (14) represents the numerical aperture of the illumination optical system.
以下、図1〜図4に戻って本実施形態について追加説明を行なう。 Hereinafter, returning to FIGS. 1 to 4, additional description of the present embodiment will be given.
本発明は、光学式ロータリエンコーダ、光学式リニアエンコーダ、光学式リニアゲージなどに適用できるが、本実施形態は本発明を光学式リニアケージに適用したものである。 The present invention can be applied to an optical rotary encoder, an optical linear encoder, an optical linear gauge, and the like. In the present embodiment, the present invention is applied to an optical linear cage.
光源部1はLEDからなり、その光源部1から発せられた光束は可動スリット3を照明するための、回折非球面レンズからなる照明光学系2に入射する。この照明光学系2を構成する回折非球面レンズはほぼfsinθレンズであり、かつ光源部1からの光束をほぼ平行光束に変換する。
The
また、この照明光学系2を構成する回折非球面レンズはほぼ正弦条件と不遊条件とを満たしており、可動スリット上をほぼ均一の開口数
Further, the diffractive aspherical lens constituting the illumination
可動スリット3は光学的に透明なガラス状のものであり、その裏面には図3のような矩形状の格子定数
The
可動スリット3に入射した光束は、その可動スリット3にパターニングされている回折格子によって回折され、固定スリット4に入射する。固定スリット4も光学的に透明なガラス状のものであり、その表面には可動スリットと同様な格子パターンを有している。
The light beam incident on the
可動スリット3にパターニングされた回折格子のパターン面と固定スリット4にパターニングされた回折格子のパターン面との間隙長zは、ほぼ以下の条件を満たしている。
The gap length z between the pattern surface of the diffraction grating patterned on the
である。
固定スリット4に入射した光束は、固定スリット4の格子パターンにより濾され、光センサ5a,5bに入射する。光センサ5a,5bは入射した光学的正弦波信号から光電流を発生させ電気的正弦波信号に変換し、信号処理機構に信号を送付する。
The light beam incident on the fixed slit 4 is filtered by the lattice pattern of the fixed slit 4 and enters the
尚、ここに示す基本構成の場合、照明光学系2に近い側を可動スリット、離れた側を固定スリットとしたが、照明光学系2に近い側に固定スリットを配置し、離れた側に可動スリットを配置してもよい。
In the case of the basic configuration shown here, the side close to the illumination
またここでは、図4に示すA相とB相との2つの格子パターンを固定スリット側に形成した例を示したが、これらA相とB相との2つの格子パターンは可動スリット側に形成してもよい。 In addition, here, an example is shown in which two lattice patterns of A phase and B phase shown in FIG. 4 are formed on the fixed slit side, but these two lattice patterns of A phase and B phase are formed on the movable slit side. May be.
図5は、図1,図2に示す基本構成において、前述の式(14)に基づいて可動スリット3上の格子パターンと固定スリット4上の格子パターンとの間の距離を変えたときの、距離zとコントラストとの対応関係を示した図である。
FIG. 5 shows the basic configuration shown in FIGS. 1 and 2 when the distance between the lattice pattern on the
前述の背景技術によれば、可動スリット上の格子パターンと固定スリット上の格子パターンが According to the background art described above, the lattice pattern on the movable slit and the lattice pattern on the fixed slit are
1 光源部
2 照明光学系
3 可動スリット
4 固定スリット
5 光検出器
5a,5b 光センサ
6 シャフト
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記光源から出射した光束の入射を受けて該光束を略平行光となるように集光する照明光学系、
第1の一次元格子パターンが形成され該第1の一次元格子パターンの格子ベクトルの方向に移動する可動スリットと、該第1の一次元格子パターンの格子ベクトルと平行な格子パターンおよび同一の格子定数を有する第2の一次元格子パターンが形成され、前記照明光学系との間に該可動スリットを挟んだ位置、あるいは該照明光学系と該可動スリットとに挟まれた位置に置かれた固定スリットとからなり、前記照明光学系から出射した光束の入射を受けて該光束に作用を及ぼすスリット対、および
前記スリット対の作用を受けた光束を光電流に変換する光検出器を備え、
前記スリット対は、前記第1の一次元格子パターンと前記第2の一次元格子パターンとの間隙が、次式(A)を満たす|z|又は該|z|近傍となる各位置に、前記可動スリットと前記固定スリットを備えたものであることを特徴とする光学式エンコーダ。
である。 A light source that emits a light beam with low coherence,
An illumination optical system that receives the incident light beam emitted from the light source and collects the light beam so as to be substantially parallel light;
A movable slit formed in the first one-dimensional lattice pattern and moving in the direction of the lattice vector of the first one-dimensional lattice pattern; a lattice pattern parallel to the lattice vector of the first one-dimensional lattice pattern; and the same lattice A second one-dimensional lattice pattern having a constant is formed, and is fixed at a position where the movable slit is sandwiched between the illumination optical system or a position sandwiched between the illumination optical system and the movable slit. Comprising a slit, a slit pair that receives the light beam emitted from the illumination optical system and acts on the light beam, and a photodetector that converts the light beam subjected to the action of the slit pair into a photocurrent,
The pair of slits, the gap between the first one-dimensional grating pattern and the second one-dimensional grating pattern, satisfies the following formula (A) | z | or the | z | in the vicinity of each location, the An optical encoder comprising a movable slit and the fixed slit.
前記光検出器は、前記2つの一次元格子パターンそれぞれの作用を受けた各光束を各光電流にそれぞれ変換する2つの光センサを有することを特徴とする請求項1又は2記載の光学式エンコーダ。 3. The optical encoder according to claim 1, wherein the photodetector has two optical sensors that respectively convert the light beams subjected to the actions of the two one-dimensional grating patterns into respective photocurrents. .
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