JPH0428014Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、読取ヘツドからスケールに照射され
る光が平行光束となるようにして、読取ヘツドと
スケール間の距離の如何に拘らず正確な変位を測
定することができる光学式スケール読取装置に関
する。

従来より、光の干渉を利用した光学式スケール
読取装置が知られている。この種の装置は、スケ
ールとしてガラス基板上に反射膜を格子状に蒸着
したものを用いるのが普通である。第１図は、出
願人が既に提案した光学式スケール読取装置の一
実施例を示す構成図である。同図において、１は
可干渉性光源である。該光源としては、例えば半
導体レーザが用いられる。L₁は、該光源の出力
光を集光する第１のレンズである。２は、該レン
ズの通過光を受ける偏光キユーブプリズムであ
る。３は、該プリズムを透過した光を受ける1/4
波長板である。L₂は、該波長板の透過光を受け
る第２の集光レンズである。４は、該レンズの通
過光を受けるスケールである。該スケールは、反
射部と透過部とが規則正しく配された回折格子よ
り構成されている。

スケール４に入射した光は、反射する際に多モ
ードの回折光を生じる。反射回折光は、レンズ
L₂、1/4波長板３を経てキユーブプリズム２に入
り反射される。Ａは、この反射回折光の結像部で
ある。５は、結像部Ａに置かれた０次回折光除去
用のストツパである。Ｓは、結像部Ａの後方に生
じた干渉縞である。６は、干渉縞Ｓを受ける受光
素子である。このように構成された装置の動作を
説明すれば、以下のとおりである。

光源１から出射された光は、続くレンズL₁で
集光されて偏光キユーブプリズム２に入る。キユ
ーブプリズムに入射した光のうち、該プリズムと
偏光角が一致した成分のみが該プリズムを通過す
る。光源１として半導体レーザを用いると大部分
が直線偏光なのでプリズム２を通過することがで
きる。そして、キユーブプリズム２を通過した光
は1/4波長板３に入る。該波長板３に入射した光
は、該波長板で円偏光となる。1/4波長板３を通
過した光は、レンズL₂で集光され、スケール４
に照射される。スケール４に入射した光は、反射
する際に多モードの回折光を生じさせる。ここ
で、０次回折光の第１結像点をO₁、＋１次回折光
及び−１次回折光の結像点をP₁，Q₁とする。

スケール４によつて反射された回折光は、第１
結像点O₁，P₁，Q₁から出たように進みレンズL₂
で集光される。レンズL₂を通過した光は、再び
１／４波長板３に入る。ここで、反射光は再び直線
偏光に戻される。かつその偏光角は、入射直線偏
光と90°異なるため、今度はキユーブプリズム２
に入つた反射光は、全て反射される。反射した回
折光は、結像部Ａで再び結像される。図中、O₂
は０次の、P₂は＋１次の、Q₂は−１次の回折光
の結像点である。０次の回折光は、結像部Ａに設
けられたストツパ５で除去され、±１次回折光は
第１図から明らかなように発散光となつて互いに
干渉し、その結果干渉縞Ｓが生じる。干渉縞Ｓを
受ける受光素子６は、多分割されたフオトダイオ
ードより構成されており、各フオトダイオードご
とに光の明暗に応じた電気信号を発生させてい
る。

今、光源１から可干渉性の光が照射されている
状態で、スケール４を或る方向に移動させたとす
る。このとき、受光素子６に入力する光はスケー
ル４の移動に応じた周期的な明暗を生じさせる。
フオトダイオードを、90°ずつ位相が異なるよう
にしておけば、これらフオトダイオードはそれぞ
れ90°ずつ位相の異なつた正弦波を出力する。こ
れら各フオトダイオードの出力を、制御回路（図
示せず）で演算処理することにより、スケール４
の変位を求めることができる。

上述した装置は、光学系にキユーブプリズムと
１／４波長板を用い、かつストツパを受光素子の直
前にもつてくることにより光量の低下を防ぎ、
Ｓ／Ｎを向上させることができる秀れたものであ
る。しかしながら、図に示す装置は、以下に示す
ような欠点をもつている。読取ヘツド（レンズ
L₁，L₂、キユーブプリズム２等で構成される部
分）とスケール４間の距離ｈが変動すると、結像
部Ａの位置がA′部まで変動する。このため、結
像部Ａに配されていたストツパ５は、A′部に生
じる０次回折光を阻止することができなくなる。
従つて、干渉縞は、±１次光と０次光とが入り混
じつたものとなるため、正確な変位量測定ができ
なくなる。以上の理由のため、読取ヘツドとスケ
ール間の距離を正確に一定に保つ必要が生じる。

本考案は、このような点に鑑みてなされたもの
で、読取ヘツドからスケールに照射される光が平
行光束になるようにして、読取ヘツドとスケール
間の距離の如何に拘らず正確な変位を測定するこ
とができる光学式スケール読取装置を実現したも
のである。以下、図面を参照して本考案を詳細に
説明する。

第２図は、本考案の一実施例を示す構成図であ
る。第１図と同一のものは、同一の番号を付して
示す。図より明らかなように、構成は第１図に示
す装置とほぼ同一である。異なるのは、光源１の
レンズL₁による像点がレンズL₂の焦点位置Ｂに
なるように光学系が配置されている点である。こ
のような構成をとることにより、レンズL₁を通
過した光はレンズL₂の焦点から出たようにL₂に
入射する。この結果、レンズL₂を通過した光は
平行光となつてスケール４に投射される。従つ
て、スケール４から反射された０次、±１次回折
光はそれぞれ平行となる。これら平行光は、レン
ズL₂、1/4波長板３を経てキユーブプリズム２に
入射する。入射した回折光は、反射して結像部Ａ
に結像する。結像部Ａに設けられたストツパ５で
阻止されない±１次回折光は第２図からも明らか
なように発散光となつて互いに干渉し、干渉縞Ｓ
を生じる。本考案装置によれば、第１図装置の場
合と同様光量の低下を防ぎ、Ｓ／Ｎ比を向上させ
る外、次のような独特の効果を発生する。すなわ
ち、読取ヘツドとスケール４間の距離が変動して
も反射回折光は依然として平行光であるので、結
像部Ａの位置は変動しない。従つて、ストツパ５
は読取ヘツドとスケール間の距離が変動しても常
に０次回折光を除去することができる。これによ
り、正確な変位の測定が可能となる。なお、図に
おいて、結像点P₂，Q₂の間隔をｄ、P₂又はQ₂か
ら受光素子６までの距離をＬとすると干渉縞のピ
ツチＰ±₁は、次式で表わされる。

Ｐ±₁＝λL／ｄ λ：波長 上式より、干渉縞ピツチは、読取ヘツドとスケ
ール間の距離ｈによらないことがわかる。また、
受光素子の配置によつて出力信号の位相をずらせ
ており、しかもスケール上の目盛格子のピツチに
対して干渉縞の間隔がレンズにより拡大されるの
で、正確に90°異なる位相のずれを実現するのが
容易である。また衝立のスリツトの製作も容易で
ある。

また、上記のレンズの拡大率が大きいので、レ
ンズ・フオトダイオード間距離が比較的小さくて
も大きな干渉縞ピツチが得られ、装置全体の小型
化が容易である。

またレンズL₂１つで照射と干渉を行なわせる
ことができるので、部品の点数を少なくし、構成
を簡単にすることができる。したがつて、小型で
シンプルな装置が実現できる。構成が簡単なので
調整も容易である。

またスケールに照射される平行光はレンズL₂
の大きさに対応する幅の広い光束を有しており、
また干渉縞は原理的に冗長性があるので、スケー
ルの欠陥、ピツチムラやスケール上の埃、ゴミ等
があつても測定誤差となりにくい。

また阻止手段が、スポツトに集光した点で遮光
するのでストツパなどが小さくて済み遮光が容易
である。

第３図は、本考案の他の実施例を示す構成図で
ある。同時に示す装置は、レンズL₂に短焦点の
ものを使用した場合に、第３のレンズL₃を図に
示す位置に設けて同様の効果をもたせたものであ
る。上述の説明では、ストツパを用いて０次回折
光を除去する場合について説明したがこれに限る
必要はない。±１次回折光のうち、何れか一方を
除去するようにしてもよい。この場合は、干渉縞
は０次光と＋１次光、或いは０次光と−１次光と
の間に生じる。±１次光を除去するには、絞りが
用いられる。

以上、詳細に説明したように、本考案によれば
読取ヘツドからスケールに照射される光が平行光
束になるようにして、読取ヘツドとスケール間の
距離の如何に拘らず正確な変位を測定することが
できる光学式スケール読取装置を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来装置の一実施例を示す構成図で
ある。第２図は、本考案の一実施例を示す構成
図、第３図は他の実施例を示す構成図である。 １……光源、２……キユーブプリズム、３……
１／４波長板、４……スケール、５……ストツパ、
６……受光素子、L₁，L₂，L₃……レンズ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 可干渉性光源と、 この光源の出力光を集光する第１のレンズと、 この第１のレンズの出力光を入射する偏光プリ
   ズムと、 この偏光プリズムの透過光を入射する1/4波長
   板と、 この1/4波長板の出力光を平行光にする第２の
   レンズと、 回折格子状をなし前記第２のレンズから出力さ
   れた平行光束が照射されるスケールと、 このスケールの反射回折光が前記第２のレンズ
   により収束され、前記1/4波長板を通過した後前
   記偏光プリズムで反射された光のうち特定モード
   の回折光をその結像部付近で阻止する阻止手段
   と、 この阻止手段を通過した光が発散光となつた後
   結像部の後方で干渉して生じる干渉縞に対してそ
   れぞれ90°づつ位相をずらして配された少なくと
   も２個以上の受光素子と を具備することを特徴とする光学式スケール読取
   装置。