JPH01176914A - レーザー干渉式エンコーダ - Google Patents
レーザー干渉式エンコーダInfo
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- JPH01176914A JPH01176914A JP63000452A JP45288A JPH01176914A JP H01176914 A JPH01176914 A JP H01176914A JP 63000452 A JP63000452 A JP 63000452A JP 45288 A JP45288 A JP 45288A JP H01176914 A JPH01176914 A JP H01176914A
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- JP
- Japan
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- light
- scale
- order diffracted
- optical
- laser
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光学式エンコーダに関する。
従来の光学式エンコーダでは通常レーザー光源が使われ
ず、そのため出力波形を完全な正弦波とするためには、
例えば、ＵＳＰ３６７４３７２明細書のように特殊な工
夫が必要であり、高コストであった。また、特開昭６１
−２１２７２８号のように、レーザービームを分岐させ
て干渉計の構成をとるものもあるが、偏光プリズムや波
長板等が必要となり、構成が複雑で高価であった。
ず、そのため出力波形を完全な正弦波とするためには、
例えば、ＵＳＰ３６７４３７２明細書のように特殊な工
夫が必要であり、高コストであった。また、特開昭６１
−２１２７２８号のように、レーザービームを分岐させ
て干渉計の構成をとるものもあるが、偏光プリズムや波
長板等が必要となり、構成が複雑で高価であった。
一方、特開昭６１−１０７１６号によって、簡単な構成
で完全な正弦波形の得られる光学式エンコーダが提案さ
れている。このものは、コヒーレント光源と、該コヒー
レント光源からの光束を収束する照明対物レンズと、該
照明対物レンズによる収束光に対して相対的に移動可能
な回折格子板と、該回折格子板による回折光を集光する
集光対物レンズと、該集光対物レンズの射出瞳の近傍に
配置された２分割受光素子とを有し、該２分割受光素子
の分割線が該集光対物レンズの光軸と交わり前記回折格
子の溝方向と平行になるように配置され、更に該２分割
受光素子からの各出力信号の差信号と和信号とを出力す
る演算手段を有するものである。
で完全な正弦波形の得られる光学式エンコーダが提案さ
れている。このものは、コヒーレント光源と、該コヒー
レント光源からの光束を収束する照明対物レンズと、該
照明対物レンズによる収束光に対して相対的に移動可能
な回折格子板と、該回折格子板による回折光を集光する
集光対物レンズと、該集光対物レンズの射出瞳の近傍に
配置された２分割受光素子とを有し、該２分割受光素子
の分割線が該集光対物レンズの光軸と交わり前記回折格
子の溝方向と平行になるように配置され、更に該２分割
受光素子からの各出力信号の差信号と和信号とを出力す
る演算手段を有するものである。
そして２分割受光素子によってそれぞれに入射するプラ
ス１次及びマイナス１次の回折光の強度を検出し、演算
手段によって両受光素子の出力信号の差及び和の信号を
求め互いに９．０°だけ位相の異なる信号を得ている。
ス１次及びマイナス１次の回折光の強度を検出し、演算
手段によって両受光素子の出力信号の差及び和の信号を
求め互いに９．０°だけ位相の異なる信号を得ている。
しかなからこのものは、回折格子板上にコヒーレント光
束の集束光を入射させているため、回折格子板の格子ピ
ッチが正確であること、及び回折格子板と対物レンズと
の距離が正しく設定されていること、が高精度な信号を
得る条件となる。
束の集束光を入射させているため、回折格子板の格子ピ
ッチが正確であること、及び回折格子板と対物レンズと
の距離が正しく設定されていること、が高精度な信号を
得る条件となる。
本発明では、従来の光学式エンコーダの構成を大きく変
えることなく、簡単な構成でかつ、回折格子板と対物レ
ンズとの距離が正しく設定されていなくても、完全な正
弦波を得ることのできる光学式エンコーダを提供するこ
とを目的とする。
えることなく、簡単な構成でかつ、回折格子板と対物レ
ンズとの距離が正しく設定されていなくても、完全な正
弦波を得ることのできる光学式エンコーダを提供するこ
とを目的とする。
ｃ問題点を解決する為の手段〕
本発明は、一定のピッチでくり返される回折格子を有す
る光学式スケール（３）を、レーザー等のコヒーレント
光源（１）から出射するコリメートされた平行光で透過
照明し、前記スケール透過後の前記照明光のプラス一次
回折光と直接光（ゼロ次回折光）のみが干渉する領域、
又はマイナス一次回折光と直接光のみが干渉する領域に
前記スケール（３）と同一のピッチを持つインデックス
スケール（３，４）を配置したことを特徴とするレーザ
ー干渉式エンコーダ、である。
る光学式スケール（３）を、レーザー等のコヒーレント
光源（１）から出射するコリメートされた平行光で透過
照明し、前記スケール透過後の前記照明光のプラス一次
回折光と直接光（ゼロ次回折光）のみが干渉する領域、
又はマイナス一次回折光と直接光のみが干渉する領域に
前記スケール（３）と同一のピッチを持つインデックス
スケール（３，４）を配置したことを特徴とするレーザ
ー干渉式エンコーダ、である。
第１図で示したように、光学式スケール３をコリメータ
レンズでコリメートされたレーザ光源等１からのコヒー
レントな平行光で照射すると、透過光は直接光の他に多
くの回折光を含む。しかし空間内の特定の位置を選べば
、直接光とプラス一次回折光（又は直接光とマイナス一
次回折光）のみが干渉し、完全な正弦波状の干渉縞を得
ることができる。第１回の斜線で示した位置がそのよう
な位置であり、この部分にインデックススケール、を配
置すれば出力波形は完全な正弦波となる。第１図よりイ
ンデックススケールと光学式スケールの間隔は図中のｄ
で示す値の近傍が都合良いことがわかる。ここでスケー
ルピッチをＰ、照明波長をλ、直接光の幅の半分をＲ１
とすると、ｄζＰＲ／λ ・・・・・・・・・
（１）ここで、第１図の座標系に沿って、斜線で示した
領域に生ずる干渉縞を定式化する。まず、直接光とプラ
ス１次回折光の干渉について考える。
レンズでコリメートされたレーザ光源等１からのコヒー
レントな平行光で照射すると、透過光は直接光の他に多
くの回折光を含む。しかし空間内の特定の位置を選べば
、直接光とプラス一次回折光（又は直接光とマイナス一
次回折光）のみが干渉し、完全な正弦波状の干渉縞を得
ることができる。第１回の斜線で示した位置がそのよう
な位置であり、この部分にインデックススケール、を配
置すれば出力波形は完全な正弦波となる。第１図よりイ
ンデックススケールと光学式スケールの間隔は図中のｄ
で示す値の近傍が都合良いことがわかる。ここでスケー
ルピッチをＰ、照明波長をλ、直接光の幅の半分をＲ１
とすると、ｄζＰＲ／λ ・・・・・・・・・
（１）ここで、第１図の座標系に沿って、斜線で示した
領域に生ずる干渉縞を定式化する。まず、直接光とプラ
ス１次回折光の干渉について考える。
直接光の振幅Ｕｏ（ｘ、ｚ）は ｋ＝２ π／λとして
Ｕｏ（ｘ、 ｚ ） ＝ −ｅｘｐ （ｉ ｋ ｚ
）２ ・・・・・・（２） 一次回折光の振幅Ｕ、（ｘ、ｚ）は （Ｊ＋（ｘ、Ｚ）＝ ・・・・・・（３） よって、干渉後の振幅Ｕ” （ｘ、ｚ）はＵ” （
ｘ、、ｚ） −Ｕｏ（ｘ、ｚ）＋Ｕ＋（ｘ、ｚ）・・・
・・・（４） 干渉縞の強度分布Ｍ （ｘ、ｚ）は（２）、（３）、
（４）より Ｉ’ （ｘＳ ｚ）−ｌＵ” （ｘ、ｚ）ｌ”４
π２ π Ｐ Ｐ”・・・・・
・ （５） 直接光とマイナス一次回折光の干渉縞の強度分布ヒ （
ｘ、ｚ）は同様に ・・・・・・（６） となる。（５）、（６）より干渉縞は光学スケールのピ
ッチと同一であり、Ｚ方向に観測面を移動させると、縞
の位相がおのおの逆方向に動くことがわかる。
）２ ・・・・・・（２） 一次回折光の振幅Ｕ、（ｘ、ｚ）は （Ｊ＋（ｘ、Ｚ）＝ ・・・・・・（３） よって、干渉後の振幅Ｕ” （ｘ、ｚ）はＵ” （
ｘ、、ｚ） −Ｕｏ（ｘ、ｚ）＋Ｕ＋（ｘ、ｚ）・・・
・・・（４） 干渉縞の強度分布Ｍ （ｘ、ｚ）は（２）、（３）、
（４）より Ｉ’ （ｘＳ ｚ）−ｌＵ” （ｘ、ｚ）ｌ”４
π２ π Ｐ Ｐ”・・・・・
・ （５） 直接光とマイナス一次回折光の干渉縞の強度分布ヒ （
ｘ、ｚ）は同様に ・・・・・・（６） となる。（５）、（６）より干渉縞は光学スケールのピ
ッチと同一であり、Ｚ方向に観測面を移動させると、縞
の位相がおのおの逆方向に動くことがわかる。
■゛と■−の位相差は（５）、（６）式よりＰ！
エンコーダとしては、進行方向弁別のため９０°位相の
異なった２つの出力が必要であるから、δ＝±９０″で
あると都合が良い。このとき２は（７）式より λ ４ となる。
異なった２つの出力が必要であるから、δ＝±９０″で
あると都合が良い。このとき２は（７）式より λ ４ となる。
第２図は本発明の第１実施例であり、レーザーダイオー
ドｌから出たコヒーレントな単色光はコリメータレンズ
２で平行光となってリニアスケール３に入射する。リニ
アスケール３は透過型の回折格子であって、例えば、蒸
着等により一定ピンチでスリットの形成されたものが用
いられる。リニアスケール３で回折した光は、インデッ
クスス □ケール４に入射するが、リニアスケール３
とインデックススケール４の間隔ｄが をみたしているため、インデックススケール４上にはリ
ニアスケール３と同一ピンチの正弦波状干渉縞があられ
れ、かつインデックススケール４の右半分と左半分とで
干渉縞の位相が９０°ずれている。従って、インデック
ススケール４の右半分からの透過光を検出する光検出器
５ａと左半分からの透過光を検出する光検出器５ｂの出
力から演算回路６、表示装置７によって方向弁別可能な
リニアエンコーダが構成される。この場合インデックス
スケール４は単なるリニアスケールで良いが、複数個の
位相の異なった刻線窓をもつ従来型のインデックススケ
ールを用いても勿論良い。
ドｌから出たコヒーレントな単色光はコリメータレンズ
２で平行光となってリニアスケール３に入射する。リニ
アスケール３は透過型の回折格子であって、例えば、蒸
着等により一定ピンチでスリットの形成されたものが用
いられる。リニアスケール３で回折した光は、インデッ
クスス □ケール４に入射するが、リニアスケール３
とインデックススケール４の間隔ｄが をみたしているため、インデックススケール４上にはリ
ニアスケール３と同一ピンチの正弦波状干渉縞があられ
れ、かつインデックススケール４の右半分と左半分とで
干渉縞の位相が９０°ずれている。従って、インデック
ススケール４の右半分からの透過光を検出する光検出器
５ａと左半分からの透過光を検出する光検出器５ｂの出
力から演算回路６、表示装置７によって方向弁別可能な
リニアエンコーダが構成される。この場合インデックス
スケール４は単なるリニアスケールで良いが、複数個の
位相の異なった刻線窓をもつ従来型のインデックススケ
ールを用いても勿論良い。
２λ ４
はインデックススケールの刻線窓間の位相差に応じて変
わることになる。
わることになる。
第３図は本発明の第２実施例であり、レーザーダイオー
ド８、コリメータレンズ９、の働きは第２図と同一であ
るが、第３図ではリニアスケール１０を透過した回折光
が反射部材１１を経て再びスケール１０上に投影される
。この場合はリニアスケール１０がインデックススケー
ルを兼ねるわけであり、第３図の右側の光検出器１２ａ
と左側の光検出器１２ｂからは、点Ａから点Ｂまでの光
路長が λ ４ ９０°位相の異なった出力が得られる。また、第２実施
例では、投影式にしたことにより、検出器１２ａ、１２
ｂとリニアスケール１０とが変位する際に、等価的にリ
ニアスケール１０のピッチが半減する（出力パルス数が
２倍になる）ことは幾何光学的に明らかである。以上の
ことから、この系では進行方向弁別可能なエンコーダが
構成可能であると共に、出力パルス数を２倍にすること
が可能である。また、光出力信号は前に述べた通り完全
正弦波形であるから１ピツチ内の電気的内挿も原理的に
は無限に可能である。
ド８、コリメータレンズ９、の働きは第２図と同一であ
るが、第３図ではリニアスケール１０を透過した回折光
が反射部材１１を経て再びスケール１０上に投影される
。この場合はリニアスケール１０がインデックススケー
ルを兼ねるわけであり、第３図の右側の光検出器１２ａ
と左側の光検出器１２ｂからは、点Ａから点Ｂまでの光
路長が λ ４ ９０°位相の異なった出力が得られる。また、第２実施
例では、投影式にしたことにより、検出器１２ａ、１２
ｂとリニアスケール１０とが変位する際に、等価的にリ
ニアスケール１０のピッチが半減する（出力パルス数が
２倍になる）ことは幾何光学的に明らかである。以上の
ことから、この系では進行方向弁別可能なエンコーダが
構成可能であると共に、出力パルス数を２倍にすること
が可能である。また、光出力信号は前に述べた通り完全
正弦波形であるから１ピツチ内の電気的内挿も原理的に
は無限に可能である。
以上の様に本発明によれば、光源にレーザーダイオード
の様なコヒーレント単色光源を用いるだけで、簡単な構
成で正弦波出力の可能なエンコーダを提供することがで
きる。また、平行光をスケールに入射しているので、ス
ケールの格子に多少のピッチむらがあってもそれらは平
均化される。
の様なコヒーレント単色光源を用いるだけで、簡単な構
成で正弦波出力の可能なエンコーダを提供することがで
きる。また、平行光をスケールに入射しているので、ス
ケールの格子に多少のピッチむらがあってもそれらは平
均化される。
また、スケール−インデックス間隔を
単なるリニアスケールをインデックススケールに用いて
も、９０°位相の異なる２つの正弦波出力を得ることが
できる。この応用として、第３図に示したように、自己
投影型のエンコーダが実現でき、出力パルス数を２倍に
増やすことができる。
も、９０°位相の異なる２つの正弦波出力を得ることが
できる。この応用として、第３図に示したように、自己
投影型のエンコーダが実現でき、出力パルス数を２倍に
増やすことができる。
第１図は本発明の詳細な説明する光路図、第２図は本発
明の第１実施例を示す光学系及び電気ブロックを示す図
、第３図は本発明の第２実施例の光学系を示す図、であ
る。 〔主要部分の符号の説明〕 −１・・・レーザーダイオード、 ２・・・コリメータレンズ、 ３・・・リニアスケール、 ４・・・インデックススケール、 ５ａ、５ｂ・・・光検出器。 出願人 日本光学工業株式会社
明の第１実施例を示す光学系及び電気ブロックを示す図
、第３図は本発明の第２実施例の光学系を示す図、であ
る。 〔主要部分の符号の説明〕 −１・・・レーザーダイオード、 ２・・・コリメータレンズ、 ３・・・リニアスケール、 ４・・・インデックススケール、 ５ａ、５ｂ・・・光検出器。 出願人 日本光学工業株式会社
Claims (4)
- （１）一定のピッチでくり返される回折格子を有する光
学式スケールを、レーザー等のコヒーレント光源から出
射するコリメートされた平行光で透過照明し、前記スケ
ール透過後の前記照明光のプラス一次回折光と直接光（
ゼロ次回折光）のみが干渉する領域、又はマイナス一次
回折光と直接光のみが干渉する領域に前記スケールと同
一のピッチを持つインデックススケールを配置したこと
を特徴とするレーザー干渉式エンコーダ。 - （２）プラス一次回折光と直接光のみが干渉する領域、
及びマイナス一次回折光と直接光のみが干渉する領域に
またがって一個のインデックススケールを配置したこと
特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のレーザー干
渉式エンコーダ。 - （３）前記光学式スケールの回折格子として、一定のピ
ッチで光透過部分と光不透過部分がくり返されるものを
用いると共に、前記光学式スケールを透過した光を再び
該スケール上に投影する光学系を設け、前記光学式スケ
ールがインデックススケールの役割をもするようにした
特許請求の範囲第２項記載のレーザー干渉式エンコーダ
。 - （４）前記光学式スケールと前記インデックススケール
の間隔ｚを空気換算にしてほぼ ｚ＝Ｐ＾２／λ（ｎ±１／４） 但し、λは照明光の波長 Ｐはスケールピッチ ｎは任意の自然数 としたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項から
第３項記載のレーザー干渉式エンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP45288A JP2503561B2 (ja) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | レ―ザ―干渉式エンコ―ダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP45288A JP2503561B2 (ja) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | レ―ザ―干渉式エンコ―ダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01176914A true JPH01176914A (ja) | 1989-07-13 |
| JP2503561B2 JP2503561B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=11474183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP45288A Expired - Lifetime JP2503561B2 (ja) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | レ―ザ―干渉式エンコ―ダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2503561B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5323001A (en) * | 1989-12-26 | 1994-06-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Rotary encoder with scale member and interference of zero and first order diffraction beam |
| US5327218A (en) * | 1990-11-16 | 1994-07-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for measuring displacement by using a diffracted inverted image projected on a diffraction grating |
| US5481106A (en) * | 1992-06-17 | 1996-01-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Encoder with an optical scale and interference of zero and first order diffraction beams |
| US5483059A (en) * | 1992-09-30 | 1996-01-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Signal processing method using comparator level adjustment in a displacement measuring device |
| JP2008205109A (ja) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Minebea Co Ltd | インバータトランス |
-
1988
- 1988-01-05 JP JP45288A patent/JP2503561B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5323001A (en) * | 1989-12-26 | 1994-06-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Rotary encoder with scale member and interference of zero and first order diffraction beam |
| US5327218A (en) * | 1990-11-16 | 1994-07-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for measuring displacement by using a diffracted inverted image projected on a diffraction grating |
| US5481106A (en) * | 1992-06-17 | 1996-01-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Encoder with an optical scale and interference of zero and first order diffraction beams |
| US5483059A (en) * | 1992-09-30 | 1996-01-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Signal processing method using comparator level adjustment in a displacement measuring device |
| JP2008205109A (ja) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Minebea Co Ltd | インバータトランス |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2503561B2 (ja) | 1996-06-05 |
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