JPH0324417A - 光学式測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 光学式エンコーダのように光を使った測長、測角等の測
定装置に関する。

（従来の技術） 従来の光学式エンコーダは、光源に対向させて移動可能
に配置され、光透過部と非透過部の長さの比が１：１と
された振幅格子を有し、光源の光がこの振幅格子を透過
後、例えば反射鏡等によって再度振幅格子を透過するこ
とによって、振幅格子の２倍のピッチ（１波長が振幅格
子１ピッチの半分）の正弦波を生ぜしめ、この正弦波を
用いて測長又は、測角を行うようになっている。

（発明が解決しようとする課題） 従来の光学式エンコーダによれば、その構造が複雑で、
コスト高であると云う課題があった。

本発明は、測定精度は従来のものと同様にして、このよ
うな課題を解決することをその目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記の目的を達成するために、光源に対して
一定距離を保って移動するように配置され、光透過部と
非透過部の長さの比が２＝１とされた振幅格子と、該振
幅格子を透過した光を光学的にフーリエ変換する第１の
レンズと、前記光学的フーリエ変換により生ずる回折光
のうち、２次回折光だけを選択する選択フィルタと、選
択された２次回折光を逆フーリエ変換する第２のレンズ
と、光学的に逆フーリエ変換された光を受光する受光器
とを備えたことを特徴とする。

（作　用） 振幅格子のパターンの関数ｆ　（Ｘ）は、となり、（３
）式は ｂｎｍｏ ・・・（５） となる。

ｒｒｌ （４）　（５）　（６）式を（１）式に代入すると、で
表わされる。

但し、Ｘ；原点からの距離 前記振幅格子の光透過部ｌ，と非透過部１２の長さの比
は、２：ｌであり、第１図に示すように、光透過部１１
の中心をＹ軸とし、光透過部ｌ，の振幅を１とすると、
振幅格子のパターンの関数ｆ　（Ｘ）はＹ軸に対称であ
るから、前記《２）式は、ｒｒｌ 振幅格子を通過した光を光学的にフーリエ変換する＊ｉ
のレンズに入射させたとき、その焦点距離に設けられた
フィルタ面に結像する像関係すなわち、像平面上の点像
の複素振幅は、次のフーリエ変換された式で与えられる
。

Ｆ　（Ｉｊ）−　ｆ　．ｆ　（Ｘ）ｅｘｐ　　（２ｇｊ
ｕｘ　　）　　ｄｘ　　　　　　　−−−（７）（１′
）とく７）式から （７′）式の右辺第２項のｔｅｒｍ　Ｂにおいて、２次
の回折光は、（８〉式においてｎ−２を代入すると、 ３次の回折光は、（８）式においてｎｍ３を代入すると
、 ｅｘｐ　　（２ｘｊｕｘ　）　ｄｘ一δ（　　＋ｕ）十
δ（−ｉ５−Ｉ＋）ｌ〕 であるから、 そこで、選択フィルタで２次の回折光のみを選択し、こ
れを逆フーリエ変換する第２のレンズで逆フーリエ変換
をする。

ｎ−Ｑすなわち０次の回折光は、 （７′）式の右辺の第２項のｔｅｒＩＩＢ−０（７′）
式の右辺の第１項のｔｅｒｌｌ　Ａはで表わされる。

１次の回折光は（８）式においてｎ−１を代入すると、 点像の強度は振輻の２乗に比例することが知られている
から、 ２次回折光の強度分布Ｉ２は （９）式から である。

（９）式から明らかなようにフーリエ逆変換レンズを経
ることにより振幅格子のパターンに比べて２倍のピッチ
の明暗パターンが生ずる。

かくて逆フーリエ変換する第２のレンズから出射した光
を受光器で受光すれば、振幅格子の動きに対して変化す
る光の波数は従来のものと同じく振幅格子のビッチＰの
２倍となる。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面につき説明する。

第２図は本発明の１実施例の説明図である。

同図において、１は回転軸２に固着された回転円盤で、
その周縁部には、回転円盤１の回転方向の長さの比が２
＝１の関係にある光透過部３例えば透孔と非透過部４が
一定ピッチＰで全周に亘って配設されていて振幅格子５
が形成されており、その回転円盤１は、例えばレーザ・
ダイオードから成る光源６に対して一定距離を保つて移
動するようになっている。

前記光源６から射出されたレーザ光（可干渉性の光）は
集光レンズ７で平行光線になり、その平行光線は前記振
幅格子５を介してフーリ工変換用凸レンズ８に入射する
ようになっている。

このフーリエ変換用凸レンズからその焦点距離ｆ８だけ
離れた位置には２次回折光を選択する選択フィルタ９が
配設され、この選択フィルタ９の近傍に、選択フィルタ
９を通過した２次回折光を後述の逆フーリエ変換用凸レ
ンズ１１に伝達するために用いるエレクタレンズＩＯが
配設される。また、逆フーリエ変換用凸レンズ１ｌはそ
の焦点距離ｒ＋＋だけ前記選択フィルタ９から離れた位
置に配設され、逆フーリエ変換用凸レンズｌ１からその
焦点距離Ｉ’ｌ１だけ離れた位置に受光器ｌ２が配設さ
れる。

光源６から射出されたレーザ光は回転円盤１の振幅格子
を通過すると、主としてＯ次、１次及び２次の回折光か
ら成る明暗パターンに形成され、フーリエ変換用凸レン
ズ８を通過すると各次数の回折光に分離され、選択フィ
ルタ９において結像される。そして選択フィルタ９によ
り２次回折光のみ選択される。この２次回折光はエレク
タレンズ１０を経て逆フーリエ変換用凸レンズ１１によ
り第３図示のように、受光器ｌ２に前記振幅格子５のビ
ッチＰの２倍のピッチの明暗パターンとなって入射する
。

かくて回転円盤１が回転すると、その回転角に応じた波
数を有する電気信号が受光器１２から出力する。回転円
盤１の回転角は、従来のものと同じように受光器ｌ２か
ら出力する電気信号を波数をカウントすることによって
測定する。

（発明の効果） 本発明は上述の構或を有するから、従来のものと同様な
測定精度が得られると共に光学系が簡素で安価な測定装
置が得られる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明の１実施
例の構造を示す概略図、第３図は振幅格子と受光器に入
射する明暗パターンとの関係を示す図である。 １・・・回転円盤　　　２・・・回転軸３・・・光透過
部　　　４・・・非透過部５・・・振幅格子　　　６・
・・光　源８・・・フーリエ変換用凸レンズ ９・・・選択フィルタ １１・・・逆フーリエ変換用凸レンズ ｔ２・・・受光器 外３名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源に対して一定距離を保って移動するように配置され
   、光透過部と非透過部の長さの比が２：１とされた振幅
   格子と、該振幅格子を透過した光を光学的にフーリエ変
   換する第１のレンズと、前記光学的フーリエ変換により
   生ずる回折光のうち、２次回折光だけを選択する選択フ
   ィルタと、選択された２次回折光を逆フーリエ変換する
   第２のレンズと、光学的に逆フーリエ変換された光を受
   光する受光器とを備えたことを特徴とする光学式測定装
   置。