JP3013467B2 - レーザ干渉式エンコーダ - Google Patents
レーザ干渉式エンコーダInfo
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- JP3013467B2 JP3013467B2 JP3037916A JP3791691A JP3013467B2 JP 3013467 B2 JP3013467 B2 JP 3013467B2 JP 3037916 A JP3037916 A JP 3037916A JP 3791691 A JP3791691 A JP 3791691A JP 3013467 B2 JP3013467 B2 JP 3013467B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scale
- optical
- optical scale
- light
- laser interference
- Prior art date
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ干渉式エンコー
ダに関し、特に光学式スケールの光路長方向の位置変動
による影響を受けることなく高精度の出力信号を得るこ
とが可能な光学式エンコーダに関する。
ダに関し、特に光学式スケールの光路長方向の位置変動
による影響を受けることなく高精度の出力信号を得るこ
とが可能な光学式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来のレーザ干渉式エンコーダの
一例を示す。このエンコーダは、既に特開平１−１７６
９１４号で開示されているものであり、レーザダイオー
ド８、コリメートレンズ９、光学式スケール１０、プリ
ズム１１、ディテクタ１２ａ，１２ｂ等によって構成さ
れる。
一例を示す。このエンコーダは、既に特開平１−１７６
９１４号で開示されているものであり、レーザダイオー
ド８、コリメートレンズ９、光学式スケール１０、プリ
ズム１１、ディテクタ１２ａ，１２ｂ等によって構成さ
れる。
【０００３】図４の装置においては、レーザダイオード
８は、コリメートレンズ９の焦点位置に配置され、コヒ
ーレントな平行光が光学式スケール１０に照射される。
光学式スケール１０の回折格子面Ａからの回折光はプリ
ズム１１により直角方向に２度折り曲げられ、再び光学
式スケール１０の回折格子面Ｂ上に投影される。そし
て、光学式スケール１０はインデックススケールをも兼
ねており、ディテクタ１２ａとディテクタ１２ｂからは
点Ａから点Ｂまでの光路長ｇ、即ち一般にいうメインス
ケールとインデックススケールの間隔、がｇ＝（Ｐ２／
λ）（ｎ±１／４）を満たす時、９０°位相の異なった
出力が得られる構成になっている。即ち、この構成によ
れば、簡単な構成により９０°位相の異なる正弦波出力
が得られると共に、出力パルス数が２倍になり高い分解
能を得ることができる。
８は、コリメートレンズ９の焦点位置に配置され、コヒ
ーレントな平行光が光学式スケール１０に照射される。
光学式スケール１０の回折格子面Ａからの回折光はプリ
ズム１１により直角方向に２度折り曲げられ、再び光学
式スケール１０の回折格子面Ｂ上に投影される。そし
て、光学式スケール１０はインデックススケールをも兼
ねており、ディテクタ１２ａとディテクタ１２ｂからは
点Ａから点Ｂまでの光路長ｇ、即ち一般にいうメインス
ケールとインデックススケールの間隔、がｇ＝（Ｐ２／
λ）（ｎ±１／４）を満たす時、９０°位相の異なった
出力が得られる構成になっている。即ち、この構成によ
れば、簡単な構成により９０°位相の異なる正弦波出力
が得られると共に、出力パルス数が２倍になり高い分解
能を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図４のレー
ザ干渉式エンコーダにおいては、光学式スケールの光路
長方向、即ち図４においては上下方向、の変動により、
光路長ｇが変化し、前記ｇ＝（Ｐ２／λ）（ｎ±１／
４）の式の位相項１／４が変動し、その結果２つのディ
テクタ１２ａ，１２ｂから正確に９０°位相がずれた出
力が得られなくなるという不都合があった。そのため上
記従来の装置においては、光学式スケールの上下方向の
変動を厳密に抑制する必要があった。
ザ干渉式エンコーダにおいては、光学式スケールの光路
長方向、即ち図４においては上下方向、の変動により、
光路長ｇが変化し、前記ｇ＝（Ｐ２／λ）（ｎ±１／
４）の式の位相項１／４が変動し、その結果２つのディ
テクタ１２ａ，１２ｂから正確に９０°位相がずれた出
力が得られなくなるという不都合があった。そのため上
記従来の装置においては、光学式スケールの上下方向の
変動を厳密に抑制する必要があった。
【０００５】本発明の目的は、このような従来の装置に
おける問題点に鑑みてなされたもので、光学式スケール
の光路長方向の位置変動があっても光路長が変化しない
ようにし、もって常に安定した９０°位相差の出力が得
られるようにすることにある。
おける問題点に鑑みてなされたもので、光学式スケール
の光路長方向の位置変動があっても光路長が変化しない
ようにし、もって常に安定した９０°位相差の出力が得
られるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係わるレーザ干
渉式エンコーダは、一定のピッチで光透過部分と光不透
過部分とが繰返される回折格子を有し、かつインデック
ススケールの役割をも果たす光学式スケールと、該光学
式スケールをコヒーレントな平行光で透過照明するコヒ
ーレント光源と、前記光学式スケールを透過した光を前
記コヒーレント光源から前記光学式スケールに照明する
方向と同じ方向から再び前記光学式スケール上に投影せ
しめ、かつ該投影された像が前記光学式スケールの測定
移動方向とは逆の方向に移動する光学系とを具備するこ
とを特徴とする。
渉式エンコーダは、一定のピッチで光透過部分と光不透
過部分とが繰返される回折格子を有し、かつインデック
ススケールの役割をも果たす光学式スケールと、該光学
式スケールをコヒーレントな平行光で透過照明するコヒ
ーレント光源と、前記光学式スケールを透過した光を前
記コヒーレント光源から前記光学式スケールに照明する
方向と同じ方向から再び前記光学式スケール上に投影せ
しめ、かつ該投影された像が前記光学式スケールの測定
移動方向とは逆の方向に移動する光学系とを具備するこ
とを特徴とする。
【０００７】
【作用】上述のようなレーザ干渉式エンコーダにおいて
は、前記コヒーレント光源から前記光学式スケールに照
射された平行光は、前記光学系により再び、前記コヒー
レント光源が前記光学式スケールに照明する方向と同じ
方向から、照射される。従って、光学式スケールに再照
射された光の内該光学式スケールを透過してきた光をデ
ィテクタで検出することにより従来と同様の出力信号が
得られる。また、前記コヒーレント光源から光学式スケ
ールを透過した光が、該光学式スケールを透過した点か
ら前記光学系の働きにより再び前記光学系に投影されて
該光学式スケールに入る点までの距離は前記光学式スケ
ールの光路長方向の位置変動によっては変動しない。従
って、前記光学式スケールの光路長方向の位置変動があ
ってもディテクタから出力される信号の位相は安定した
ものとなる。
は、前記コヒーレント光源から前記光学式スケールに照
射された平行光は、前記光学系により再び、前記コヒー
レント光源が前記光学式スケールに照明する方向と同じ
方向から、照射される。従って、光学式スケールに再照
射された光の内該光学式スケールを透過してきた光をデ
ィテクタで検出することにより従来と同様の出力信号が
得られる。また、前記コヒーレント光源から光学式スケ
ールを透過した光が、該光学式スケールを透過した点か
ら前記光学系の働きにより再び前記光学系に投影されて
該光学式スケールに入る点までの距離は前記光学式スケ
ールの光路長方向の位置変動によっては変動しない。従
って、前記光学式スケールの光路長方向の位置変動があ
ってもディテクタから出力される信号の位相は安定した
ものとなる。
【０００８】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につき
説明する。図１は、本発明の１実施例に係わるレーザ干
渉式エンコーダを正面から見た図であり、図２は図１の
エンコーダを側面から見た図である。また、図３は図１
および図２に示されるレーザ干渉式エンコーダの斜視図
である。図１は、図３の矢印Ａ方向から見た図に相当
し、図２は図３の矢印Ｂ方向から見た図に相当する。
説明する。図１は、本発明の１実施例に係わるレーザ干
渉式エンコーダを正面から見た図であり、図２は図１の
エンコーダを側面から見た図である。また、図３は図１
および図２に示されるレーザ干渉式エンコーダの斜視図
である。図１は、図３の矢印Ａ方向から見た図に相当
し、図２は図３の矢印Ｂ方向から見た図に相当する。
【０００９】これらの図に示されるように、本発明の１
実施例に係わるレーザ干渉式エンコーダは、レーザダイ
オード１、コリメートレンズ２、光学式スケール３、三
角プリズム４，５、菱形プリズム６、ディテクタ７ａ，
７ｂ等によって構成される。レーザダイオード１はコリ
メートレンズ２の焦点位置に配置され、平行光が光学式
スケール３に照射されるよう構成されている。光学式ス
ケール３は、インデックススケールをも兼ねるリニアス
ケールで構成することができる。
実施例に係わるレーザ干渉式エンコーダは、レーザダイ
オード１、コリメートレンズ２、光学式スケール３、三
角プリズム４，５、菱形プリズム６、ディテクタ７ａ，
７ｂ等によって構成される。レーザダイオード１はコリ
メートレンズ２の焦点位置に配置され、平行光が光学式
スケール３に照射されるよう構成されている。光学式ス
ケール３は、インデックススケールをも兼ねるリニアス
ケールで構成することができる。
【００１０】レーザダイオード１から射出されたコヒー
レントな単色光は、コリメートレンズ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を透
過した回折光はプリズム４により直角に２度折り曲げら
れプリズム５に入射する。プリズム５に入射した光は、
プリズム４による折り曲げ方向とは直角の方向に２度直
角に折り曲げられ、プリズム６に入射する。プリズム６
に入射した光はプリズム６において２度折り曲げられ再
び光学式スケール３に入射される。この場合、プリズム
６から光学式スケールに入射される光の方向はレーザダ
イオード１からの光が光学式スケール３を照明するのと
同じ方向となっている。このようにして、光学式スケー
ルに照射される回折した投影像と光学式スケール３との
相対移動による明暗変化がディテクタ７ａ，７ｂで検出
されるよう構成されている。
レントな単色光は、コリメートレンズ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を透
過した回折光はプリズム４により直角に２度折り曲げら
れプリズム５に入射する。プリズム５に入射した光は、
プリズム４による折り曲げ方向とは直角の方向に２度直
角に折り曲げられ、プリズム６に入射する。プリズム６
に入射した光はプリズム６において２度折り曲げられ再
び光学式スケール３に入射される。この場合、プリズム
６から光学式スケールに入射される光の方向はレーザダ
イオード１からの光が光学式スケール３を照明するのと
同じ方向となっている。このようにして、光学式スケー
ルに照射される回折した投影像と光学式スケール３との
相対移動による明暗変化がディテクタ７ａ，７ｂで検出
されるよう構成されている。
【００１１】以上のような構成を有するレーザ干渉式エ
ンコーダにおいては、コヒーレント光源を構成するレー
ザダイオード１から出たコヒーレントな光はコリメート
レンズ２によって平行光となって光学式スケールの回折
格子に照射される。光学式スケール３の回折格子を透過
することによって回折光となった光は、プリズム４、プ
リズム５、プリズム６によって図示のごとく折り曲げら
れ、再び光学式スケール３に入射する。光学式スケール
３の回折格子面３ａから回折格子面３ｂに至るまでの回
折光の光路長ｇはｇ＝（Ｐ２／λ）（ｎ±１／４）を満
たすよう設定されているため、回折格子面３ｂ上には光
学式スケール３のリニアスケールと同一ピッチの正弦波
状の干渉縞が現われる。これは、直接光と一次回折光の
みの干渉縞の強度分布 Ｉ＋（ｘ，ｚ）＝｛（１／４）＋（１／π２）｝ −（１／π）ｓｉｎ｛（２π／Ｐ）ｘ−（λπ／Ｐ２）ｚ｝ および直接光とマイナス一次回折光のみの干渉縞の強度
分布 Ｉ−（ｘ，ｚ）＝｛（１／４）＋（１／π２）｝ −（１／π）ｓｉｎ｛（２π／Ｐ）ｘ−（λπ／Ｐ２）ｚ｝ により明らかである。
ンコーダにおいては、コヒーレント光源を構成するレー
ザダイオード１から出たコヒーレントな光はコリメート
レンズ２によって平行光となって光学式スケールの回折
格子に照射される。光学式スケール３の回折格子を透過
することによって回折光となった光は、プリズム４、プ
リズム５、プリズム６によって図示のごとく折り曲げら
れ、再び光学式スケール３に入射する。光学式スケール
３の回折格子面３ａから回折格子面３ｂに至るまでの回
折光の光路長ｇはｇ＝（Ｐ２／λ）（ｎ±１／４）を満
たすよう設定されているため、回折格子面３ｂ上には光
学式スケール３のリニアスケールと同一ピッチの正弦波
状の干渉縞が現われる。これは、直接光と一次回折光の
みの干渉縞の強度分布 Ｉ＋（ｘ，ｚ）＝｛（１／４）＋（１／π２）｝ −（１／π）ｓｉｎ｛（２π／Ｐ）ｘ−（λπ／Ｐ２）ｚ｝ および直接光とマイナス一次回折光のみの干渉縞の強度
分布 Ｉ−（ｘ，ｚ）＝｛（１／４）＋（１／π２）｝ −（１／π）ｓｉｎ｛（２π／Ｐ）ｘ−（λπ／Ｐ２）ｚ｝ により明らかである。
【００１２】また、プリズム５による幾何光学的効果の
ため、投影されたリニアスケール３と同一ピッチの正弦
波状干渉縞は、リニアスケール３の測定移動方向とは逆
に移動する。このため、リニアスケール３の１ピッチの
移動に対し、明暗変化は２ピッチ分現われることにな
る。即ち、光学式スケールの元のパルス数を２倍にする
ことができる。
ため、投影されたリニアスケール３と同一ピッチの正弦
波状干渉縞は、リニアスケール３の測定移動方向とは逆
に移動する。このため、リニアスケール３の１ピッチの
移動に対し、明暗変化は２ピッチ分現われることにな
る。即ち、光学式スケールの元のパルス数を２倍にする
ことができる。
【００１３】このようにして回折格子面３ｂ上に投影さ
れた正弦波干渉縞に対応する回折光は回折格子面３ｂを
透過した後ディテクタ７ａ，７ｂに入射される。各ディ
テクタ７ａおよび７ｂは、それぞれ、前記直接光と一次
回折光のみの干渉領域と、前記直接光とマイナス一次回
折光のみの干渉領域の変化をそれぞれ検出するよう配置
されている。これにより、各ディテクタ７ａ，７ｂから
互いに９０°の位相差を有する完全な正弦波状出力が得
られる。しかも、この場合、前記光路長ｇは光学式スケ
ール３が光路長方向に移動しても変動することはないか
ら、各ディテクタ７ａ，７ｂからは位相差の変動のない
出力が得られる。
れた正弦波干渉縞に対応する回折光は回折格子面３ｂを
透過した後ディテクタ７ａ，７ｂに入射される。各ディ
テクタ７ａおよび７ｂは、それぞれ、前記直接光と一次
回折光のみの干渉領域と、前記直接光とマイナス一次回
折光のみの干渉領域の変化をそれぞれ検出するよう配置
されている。これにより、各ディテクタ７ａ，７ｂから
互いに９０°の位相差を有する完全な正弦波状出力が得
られる。しかも、この場合、前記光路長ｇは光学式スケ
ール３が光路長方向に移動しても変動することはないか
ら、各ディテクタ７ａ，７ｂからは位相差の変動のない
出力が得られる。
【００１４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、簡単な
光学系を用いることにより、光学式スケールの光路長方
向の変動があってもその影響を受けることなく安定した
９０°位相差の出力が得られ、極めて高精度のエンコー
ダを実現することが可能になる。
光学系を用いることにより、光学式スケールの光路長方
向の変動があってもその影響を受けることなく安定した
９０°位相差の出力が得られ、極めて高精度のエンコー
ダを実現することが可能になる。
【図１】本発明の１実施例に係わるレーザ干渉式エンコ
ーダの概略の構成を示す正面図である。
ーダの概略の構成を示す正面図である。
【図２】図１のレーザ干渉式エンコーダを側面から見た
様子を示す側面図である。
様子を示す側面図である。
【図３】図１に示されるレーザ干渉式エンコーダの構成
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図４】従来のレーザ干渉式エンコーダを示す正面図で
ある。
ある。
１ レーザダイオード ２ コリメートレンズ ３ 光学式スケール ３ａ，３ｂ 回折格子面 ４，５，６ プリズム ７ａ，７ｂ ディテクタ
Claims (2)
- 【請求項１】 一定のピッチで光透過部分と光不透過部
分とがくり返される回折格子を有し、かつインデックス
スケールの役割をも果す光学式スケールと、該光学式ス
ケールをコヒーレントなコリメートされた平行光で透過
照明するコヒーレント光源と、前記光学式スケールを透
過した光を、前記コヒーレント光源から前記光学式スケ
ールに照明する方向と同じ方向から、再び前記光学式ス
ケール上に投影せしめ、かつ該投影された像が前記光学
式スケールの測定移動方向とは逆の方向に移動する光学
系と、を具備することを特徴とするレーザ干渉式エンコ
ーダ。 - 【請求項２】 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ｇを空気換算にしてほぼ ｇ ＝ （Ｐ２／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請求項１に記載のレーザ干渉式
エンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3037916A JP3013467B2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | レーザ干渉式エンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3037916A JP3013467B2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | レーザ干渉式エンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04348225A JPH04348225A (ja) | 1992-12-03 |
| JP3013467B2 true JP3013467B2 (ja) | 2000-02-28 |
Family
ID=12510871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3037916A Expired - Lifetime JP3013467B2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | レーザ干渉式エンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3013467B2 (ja) |
-
1991
- 1991-02-07 JP JP3037916A patent/JP3013467B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04348225A (ja) | 1992-12-03 |
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