JPH04307329A - 光学式変位検出装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は点光源回折を利用したレ
ーザロータリエンコーダやレーザリニヤエンコーダ等の
光学式変位検出装置に関し、特にエンコーダ板に形成さ
れる回折格子の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からコヒーレントな点光源からの球
面波による回折現象を利用したレーザロータリエンコー
ダが提案されている。点光源による回折像を用いると、
物体（例えば一次元回折格子）の移動に伴いその回折像
は影絵の場合と同じく移動する。又この場合の回折パタ
ンあるいは干渉パタンは、光源と回折格子及び回折格子
と光検出器との距離の比率により拡大する事が可能で、
回折格子の微小な移動量あるいは変位量を拡大光学系な
しで非常に簡単に検出できる。この事を利用して半導体
レーザと数μピッチの放射状回折格子を用いて高性能且
つ高分解能のレーザロータリエンコーダが得られる。こ
の形式のエンコーダは構造が比較的簡単な上、光検出器
とエンコーダ板との間の距離が比較的大きくとれる為、
衝撃や振動といった機械的ショックにも強いという特徴
がある。

【０００３】図１５は従来の点光源回折を用いたレーザ
エンコーダを示す模式図である。点光源１０１からは波
長λのコヒーレントな光が光軸に沿って射出される。点
光源１０１の前方距離Ｌの所には矢印で示す様に双方向
に移動可能な変位スリット部材１０２が配置されている
。この部材１０２には回折格子１０３が形成されている
。この回折格子は周期又はピッチＴを有する複数のスリ
ットで構成されている。移動する回折格子１０３をコヒ
ーレントな光で照射すると回折格子１０３の前方距離Ｍ
の所に干渉パタン１０４が結像される。干渉パタン１０
４は所定の空間周期Ｐで配列された明暗の縞模様からな
る。この干渉パタン１０４は見掛け上回折格子１０３の
拡大投影像であり回折格子の移動に応じて移動する。 この干渉パタン１０４は固定スリット部材１０５を介し
て光検出器１０６により受光され、変位スリット部材１
０２の変位を表わす電気信号１０７が得られる。

【０００４】ところで鮮明な干渉パタンを得る為には、
いわゆるフレネル回折理論に従って条件式｛（Ｍ＋Ｌ）
×Ｔ×Ｔ｝／（Ｍ×Ｌ×λ）＝Ｇ／Ｈ（Ｇ，Ｈは整数）
を満たす必要がある。即ち、この条件式を満たす様にレ
ーザエンコーダの各パラメータＬ，Ｍ，λ及びＴを設定
してやれば鮮明度の大きな干渉パタンが得られる。その
時の干渉パタンの空間周期あるいは縞間隔Ｐは倍率式 Ｐ＝（Ｍ＋Ｌ）×Ｔ／（Ｌ×Ｇ） によって表わされる。この倍率式で示す様に、干渉パタ
ンの周期あるいは縞間隔Ｐは回折格子のピッチＴを倍率
（Ｍ＋Ｌ）／Ｌで拡大したものである。

【０００５】次に、図１６に干渉パタンの強度分布を示
す。この強度分布は前述した条件式を満たす様に各パラ
メータの値を設定しシュミレーション演算して得られた
ものである。例えば、Ｌ＝１．４４５ｍｍ，Ｍ＝１９．
４６ｍｍ，λ＝０．７８μｍ及びＴ＝５．５μｍである
。この時には、図１６のグラフから明らかな様に極めて
鮮明なピークを有する干渉パタンが得られる。

【０００６】一方図１７は前述した条件式から整数Ｇ，
Ｈが変化した状態で得られた干渉パタンの強度分布を示
す。例えば、パラメータＭ，λ及びＴの値をそのままに
し、Ｌの値を１．４４５ｍｍから１．４６７５ｍｍに変
化させた場合である。この時には、図１７のグラフから
明らかな様に、各主ピークの間に副ピークが現れてしま
い、且つオフセットが生じてしまう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザエンコー
ダにおいては、一般的に回折格子としてスリット型のも
のが用いられている。即ち、エンコーダ板の表面に多数
のスリットを刻み、各スリットからの回折光相互の干渉
により干渉パタンを得る様にしている。かかるスリット
型の回折格子は、エンコーダ板を構成するガラス基板の
上にフォトリソグラフィ及びエッチングを用いて細かい
スリットを形成して設けていた。この為、製造コストが
かかり非常に高価であってコストダウンの障害になると
いう問題点がある。

【０００８】従来のスリット型回折格子は光透過部と光
遮断部が交互に配列された構造となっている。光遮断部
に入射したコヒーレント光は干渉パタンの結像に関与せ
ず比較的大きな回折損失を生じていた。従って、得られ
た干渉パタンのコントラストが小さいという問題点があ
る。

【０００９】又、前述した様にスリット型からなる通常
の回折格子を用いた場合には、鮮明な干渉パタンを得る
ために前述した条件式 ｛（Ｍ＋Ｌ）×Ｔ×Ｔ｝／（Ｍ×Ｌ×λ）＝Ｇ／Ｈを正
確に満たす様に各種パラメータを設定する必要がある。 しかしながら、実際にはエンコーダ板自体の反りやうね
り等の変形を完全に除去する事は難しく、又機械的衝撃
等の外乱を受けるので、特にパラメータＬを一定に維持
する事は困難である。パラメータＬが変動すると図１６
のグラフと図１７のグラフとの比較から明らかな様に干
渉パタンの鮮明度が低下したりノイズが発生するという
問題点が生ずる。

【００１０】そこで本発明は、従来のスリット型回折格
子に比べて低価格で製造可能であり且つ干渉パタンの結
像に厳しい条件が要求されない改良された回折格子を用
いてレーザエンコーダを構成する事を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】図１を参照して、上述し
た従来の技術の課題を解決するための手段を簡潔に説明
する。図示する様に、本発明にかかる光学式変位検出装
置は、コヒーレント光を放射する点光源１と、コヒーレ
ント光を横切る様に変位する変位部材２とを有する。変
位部材２には回折格子の一種である位相格子３が形成さ
れており、コヒーレント光を回折して変位方向に移動す
る拡大干渉パタン４を生成する。この拡大干渉パタン４
はマスク部材５を介して検出器６により受光され、変位
部材２の変位を表わす電気信号７が出力される。本発明
は、従来のスリット型回折格子に代えて、変位部材２に
形成された位相格子３を用いる点に特徴がある。

【００１２】この位相格子３は、変位方向に沿って板状
に連続しており且つ周期的な光路変化を有する光学周期
構造からなる。かかる構造により、コヒーレント光に対
して周期的な位相差を与え、その回折を行なう作用を有
する。かかる光学周期構造は、周期的な凹凸表面を有す
る光学媒質層からなる。この凹凸表面は図示する様に矩
形に加工されている。ただし、必ずしも矩形に限られる
ものではなく、三角形あるいは波形の凹凸表面であって
も良い。さらに、光学周期構造は、凹凸表面を有する光
学媒質層から構成できるばかりでなく、他の態様として
は例えば周期的な凹凸境界面を介して重ねられた異なる
屈折率を有する光学媒質層を用いて位相格子３を形成す
る事もできる。あるいは、特に凹凸面を利用しなくても
、例えば所定の空間周期に従って交互に区分された異な
る屈折率を有する光学媒質の区画列を用いて位相格子３
を構成する事もできる。図１に示す例では、位相格子３
は光透過型であるがこれに限られるものではなく光反射
型の位相格子を用いる事も可能である。

【００１３】

【作用】引き続き図１を参照して本発明の作用を簡潔に
説明する。位相格子３の有する光学周期構造は、コヒー
レント光の波長λに対して特定の整数比率の関係にある
実効的光路変化分を有している。図１に示す様に位相格
子３が矩形の周期的凹凸断面を有する場合には、凹凸面
の頂部を通過する光路と底部を通過する光路との間の実
効的光路変化分即ち実効的光路差はコヒーレント光の波
長λの１／２に設定されている。ここで、特に実効的光
路差と定義したのは、実際の光路差が実効的な部分であ
る１／２波長分に加えて波長の整数倍に相当する付加的
な差分を含んでいても良いことを示している。この様に
実効的光路差を設定すると、干渉パタン４は位相格子３
の空間周期に対応した主ピークに加えて、主ピーク間に
位置する副ピークとを同時に包含するものとなる。図１
と、従来例を示す図１５とを比較すれば明らかな様に、
干渉パタン４のピーク数は２倍となっている。従って、
本発明にかかる光学式変位検出装置は従来に比し２倍の
検出精度もしくは分解能を有する。

【００１４】さらに、図１に示す構造において、特筆す
べき事は、干渉パタン４の結像条件に何ら厳しい制限が
ないということである。図１５に示す従来例においては
、前述した条件式 ｛（Ｍ＋Ｌ）×Ｔ×Ｔ｝／（Ｍ×Ｌ×λ）＝Ｇ／Ｈを満
たす様に各パラメータを設定し且つ固定する必要があっ
たのに対して、図１に示す本発明の構造においては仮に
点光源１と変位部材２との間の距離Ｌが変動したとして
も、干渉パタン４の鮮明度には悪影響を与えない。 従って、変位部材２の加工精度に対して従来の様に厳し
い形状寸法精度は要求されず、且つ衝撃等の機械的外乱
に対しても強い構造となっている。

【００１５】次に図２を参照して本発明の他の態様の構
成を簡単に説明した上で本発明の作用の説明を続ける。 図２に示す態様は図１に示す態様と基本的に同一の構造
を有するが、位相格子３の光学周期構造が、コヒーレン
ト光の波長λに対して所定の整数比率例えば１／４の関
係にある実効的光路変化分を有している点で異なってい
る。図１に示す例では光路差が１／２波長分であったの
に対して、図２に示す例では１／４波長分の光路差とな
っている。かかる構造においては、従来と同様に主ピー
クのみを含む拡大干渉パタン４が所定位置Ｍに結像され
る。即ち、前述した条件式を満たす場合に限り鮮明な干
渉パタン４を得る事ができる。かかる場合においても、
位相格子３は入射するコヒーレント光を完全に透過する
ものである為、回折損失が従来のスリット型回折格子に
比し著しく低く、大きな明暗のコントラストを有する干
渉縞を得る事ができる。

【００１６】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図３は、本発明をレーザロータリエン
コーダに適用した実施例を示す模式的部分斜視図である
。図示する様に、レーザロータリエンコーダはコヒーレ
ントな光を射出する点光源例えば半導体レーザ１１を備
えている。半導体レーザ１１の光軸方向前方には、変位
部材即ちディスク板１２が配置されている。このディス
ク板１２はコヒーレントな光を横切る様に双方向に回転
可能である。ディスク板１２の円周面部に沿って所定の
周期あるいはピッチで放射状に配列された複数の凹部が
形成されており、位相格子１３を構成する。この位相格
子１３は半導体レーザ１１から放射されたコヒーレント
光を回折し拡大干渉パタンを生成する。この拡大干渉パ
タンはディスク板１２の回転変位に応じて移動する。 ディスク板１２の前方には固定されたマスク板１５が配
置されている。このマスク板１５には、拡大干渉パタン
のピッチに対応して複数の溝が形成されており、移動す
る拡大干渉パタンのピークを選択的に透過する様になっ
ている。マスク板１５に対面して光検出器１６が配置さ
れている。この光検出器１６は例えばフォトダイオード
アレイあるいはフォトトランジスタアレイから構成され
ており、マスク板１５を通過した干渉パタンのピークを
間欠的に受光し、対応する交流電気信号を出力する。こ
の電気信号の周波数はディスク板の回転速度を示してお
り、電気信号に含まれる波の数はディスク板１２の回転
量を表わしている。

【００１７】図４は本発明にかかる光学式変位検出装置
の他の実施例を示す模式的斜視図であり、レーザリニア
エンコーダを表わしている。基本的な構造は図３に示す
レーザロータリエンコーダと同一であるが、レーザリニ
アエンコーダの場合には回転変位ではなく直線変位を検
出する事を目的としている。図示する様に、レーザリニ
アエンコーダは半導体レーザ１１を備えておりコヒーレ
ントな光を放射する。その前方には、光軸を横切って直
線的に変位可能なエンコーダ板１２が配置されている。 エンコーダ板１２の表面には、所定の周期又はピッチで
変位方向に整列した複数の凹溝が形成されており、一次
元位相格子１３を構成している。この一次元位相格子１
３は入射するコヒーレント光を回折して直線変位方向に
移動する拡大干渉パタンを生成する。エンコーダ板１２
の前方には、マスク板１５が固定されている。マスク板
１５には拡大干渉パタンのピッチに対応した間隔で複数
の透過溝が形成されている。このマスク板１５に対面し
て長尺形の光検出器１６が配置されている。光検出器１
６はマスク板１５を透過した拡大干渉パタンのピークを
間欠的に受光し、対応する交流電気信号を出力する。こ
の電気信号の周波数はエンコーダ板１２の直線変位速度
を表わしており、電気信号に含まれる波の数はエンコー
ダ板１２の直線変位量を表わしている。

【００１８】次に図５ないし図１０を参照して本発明の
要部をなす位相格子の様々な例を説明する。先ず、図５
に示す例においては、変位部材２は板状であり屈折率ｎ
の光学媒質層から構成されている。なお、図５は変位部
材２の変位方向に沿って切断した断面を部分的に示すも
のである。変位部材２の表面には略矩形の凹凸が形成さ
れており位相格子３を構成する。即ち、位相格子３は変
位方向に沿って板状に連続しており且つ周期的な光路変
化を有する光学周期構造からなる。かかる構造により、
入射コヒーレント光に対して周期的な位相差を与えてそ
の回折を行ない拡大干渉パタンを形成するものである。 この光学周期構造は入射するコヒーレント光の波長λに
対して特定の整数比率の関係にある実効的光路変化分あ
るいは実効的光路差を有している。即ち、周期的な凹凸
面の頂部を通過する最大光路ＭＡＸと底部を通過する最
小光路ＭＩＮとの間には所定の光路差Δｄが有り、本例
においてはΔｄ＝ΔＳ（ｎ−１）＝λ／２で表わされる
。なおΔＳは凹凸面の溝の深さを表わしている。即ち、
本例においては実効光路差は１／２波長に設定されてい
る。なお、一般的には１／２波長分の光路差に加えて整
数倍分の波長差を含んでいても良い。この式から明らか
な様に、光路差Δｄは凹凸面の溝の深さに従って決定さ
れる。実効光路差が１／２波長である場合には、最大光
路ＭＡＸと最小光路ＭＩＮを通過する光成分の間に位相
差πが生ずる。一般的には（２Ｋ＋１）π分の位相差が
生ずる。ただしＫは整数である。実効的位相差πを有す
る光成分は互に干渉し、図１に示す干渉パタンを形成す
る。即ち、凹凸面の周期に対応した主ピーク及び主ピー
ク間に位置する副ピークとを同時に含む拡大干渉パタン
が生成される。

【００１９】これに対して、実効的光路差Δｄを１／４
波長に設定する事もできる。この場合には、実効的位相
差は（２Ｋ±１／２）πとなる。かかる位相差を有する
光成分も互に干渉可能であり、図２に示す拡大干渉パタ
ンを結像する。即ち、凹凸面の周期に対応した主ピーク
のみを含む拡大干渉パタンが所定位置に結像される。

【００２０】何れの場合であっても、光路差は凹凸面の
溝の深さに従って設定される。かかる光学周期構造を有
する位相格子３は例えば所定の金型を用いてポリメタク
リル酸メチル等の光学樹脂材料をモールド成形する事に
より得られる。あるいは、コンパクトディスクの加工と
同様に、スタンピング技術を用いて位相格子を形成する
事も可能である。この様に、従来のスリット型回折格子
に比べて比較的安価に位相格子を有するエンコーダ板を
大量生産する事が可能である。

【００２１】図６に示す例においては、位相格子３の光
学周期構造は、周期的な凹凸境界面を介して重ねられた
異なる屈折率を有する光学媒質層から構成されている。 即ち矩形の凹凸境界面３１を介して屈折率ｎ１の光学媒
質層３２と屈折率ｎ２の光学媒質層３３が重ね合わされ
ている。かかる光学周期構造の実効的光路差ΔｄはΔＳ
（ｎ１−ｎ２）で表わされる。ただし、ΔＳは凹凸境界
面の溝の深さを表わしている。この実効的光路差Δｄを
１／２波長に設定する事により、図１に示す高密度拡大
干渉パタンが得られる。一方、この実効的光路差を１／
４波長に設定する事により、図２に示す拡大干渉パタン
が得られる。図５に示す例においては凹凸面が露出して
いたのに対して、本例においてはエンコーダ板２は平坦
な表裏面を有している。この為、図５に示す例に比べて
取り扱いが容易になる。

【００２２】図７に示す例においては、位相格子３の光
学周期構造は、所定の周期に従って交互に区分された異
なる屈折率を有する光学媒質の区画列から構成されてい
る。即ち、エンコーダ板２は屈折率ｎ１を有する光学媒
質からなる区画２１と屈折率ｎ２を有する光学媒質から
なる区画２２とが所定の周期で交互に配列された構造と
なっている。かかる光学周期構造における実効的光路差
ΔｄはＳ（ｎ１−ｎ２）で表わされる。ただしＳはエン
コーダ板２の厚みである。この光路差Δｄを１／２波長
分あるいは１／４波長分に設定する事により、図５に示
す位相格子と等価な位相格子を得る事ができる。かかる
構造を有する位相格子を形成するには、例えば相転移型
の光学結晶層に対して所定の空間周期でレーザビームを
照射し光学結晶層の選択的相転移を起こさせ、局部的に
屈折率を変化させる。この様に、図７に示す構造は何ら
機械的加工を要する事なく製造できるので、加工上大き
なメリットがある。

【００２３】上述した３個の例は何れも光透過型の位相
格子であったが、図８に示す例は光反射型である。即ち
、エンコーダ板２の表面には矩形の周期的な凹凸が形成
されている。その上には反射膜２３が被覆されている。 この反射型の光学周期構造の実効光路差Δｄは２×ΔＳ
で表わされる。ただし、ΔＳは凹凸面の溝の深さを表わ
している。

【００２４】図９に示す例は上述の各例と異なり、エン
コーダ板２の表面には三角形の凹凸面が形成されている
。かかる光学周期構造も位相格子３を構成し、拡大干渉
パタンを結像する事ができる。三角形の頂部を通過する
最大光路ＭＡＸと三角形の谷部を通過する最小光路ＭＩ
Ｎとの間には所定の光路差Δｄ＝ΔＳ（ｎ−１）が設定
されている。ただし、ΔＳは谷の深さを表わしている。 この光路差Δｄを１波長分に設定した場合には、図１に
示す高密度の拡大干渉パタンが得られる。一方、光路差
Δｄを１／２波長分に設定した場合には図２に示す通常
の拡大干渉パタンが得られる。

【００２５】最後に図１０に示す例においては、エンコ
ーダ板２は波形の凹凸面を有している。この波形は例え
ば正弦波形に沿って加工される。波形凹凸面の頂部を通
過する最大光路ＭＡＸと底部を通過する最小光路ＭＩＮ
との間には所定の光路差Δｄ＝ΔＳ（ｎ−１）が設定さ
れている。ただし、ｎはエンコーダ板２を構成する光学
媒質層の屈折率を表わし、ΔＳは波形の振幅距離を表わ
している。この光路差Δｄを３／４波長分に設定した時
には、図１に示す高密度の拡大干渉パタンを得る事がで
きる。一方、光路差Δｄを３／８波長分に設定した場合
には、図２に示す通常の拡大干渉パタンを結像する事が
できる。光路差を３／４波長分に設定した場合には、コ
ヒーレント光に生ずる位相差は３／２πとなり、光路差
を３／８波長分に設定した場合には、位相差は３／４π
となる。

【００２６】

【発明の効果】最後に図１１ないし図１４を参照して本
発明の効果を詳細に説明する。図１１のグラフは図１に
示す構成により得られた拡大干渉パタンの強度分布を表
わしている。なお、この強度分布をシュミレーション演
算により得るに当って、図１６に示す従来例の演算結果
との比較を容易にする為に、各パラメータの数値を同一
に設定している。即ち、コヒーレント光の波長λは０．
７８μｍ、位相格子３の空間周期あるいはピッチＴは５
．５μｍ、点光源１と変位部材２との間の距離Ｌは１．
４４５ｍｍ、及び変位部材２とマスク部材５との間の距
離Ｍは１９．４６ｍｍである。なお変位部材２の板厚Ｓ
は１．６ｍｍに設定されている。なお、シュミレーショ
ン演算結果は実際の強度分布を忠実に表している。図１
１のグラフから明らかな様に、拡大干渉パタンは−２次
，−１次，０次，１次，２次等で表わされる様に位相格
子３の周期に対応した主ピークを有している。加えて、
各主ピークの間には略同等の強度を有する副ピークが存
在している。この図１１のグラフを図１６に示す従来例
のグラフと比較してみれば明らかな様に、本発明によれ
ば拡大干渉パタンは干渉縞の密度が２倍となっている。 従って、従来に比べて２倍の分解能を有しており、より
精密な変位測定を行なう事ができる。

【００２７】図１２に示すグラフは、パラメータＬのみ
を１．４４５ｍｍから１．４６７５ｍｍに変化させた場
合における拡大干渉パタンの強度分布を示す。図から明
らかな様に、拡大干渉パタンのコントラストあるいは鮮
明度は何ら損なわれていない。ただし、各ピークを結ぶ
包絡線の形状は図１１と比較して変化しているが測定精
度に影響を与える事はない。これに対して、図１７のグ
ラフに示す様に、従来例においてパラメータＬの値を最
適条件１．４４５ｍｍから１．４６７５ｍｍに変化させ
ると、主ピークに加えて副ピークが表れるものの、大き
なオフセットが生じてしまい干渉縞のコントラストが悪
化する。 この様に、本発明によれば、点光源とエンコーダ板との
間の距離等のパラメータが変動しても常に鮮明な干渉パ
タンが得られる。従って、エンコーダ板に多少の反りや
うねりが残されていても測定精度に悪影響を与えないの
で、結果的に装置自体の機械的精密度を高める必要がな
く、コストダウンに繋がる。又、衝撃等による外部要因
に対しても悪影響を受けないので安定した変位検出を行
なう事のできる装置が可能となる。

【００２８】図１３に示すグラフは、図２の構成により
得られる拡大干渉パタンの強度分布を示す。先の例と同
様に、図１６及び図１７に示す従来例との比較を容易に
する為に、パラメータＬを除いて、残りのパラメータを
同一値に設定している。本例においては、パラメータＬ
を１．４６７５ｍｍに設定した時所定距離Ｍに鮮明な干
渉パタンが結像された。この干渉パタンは−２次，−１
次，０次，１次及び２次等で示される様に主ピークのみ
を含んでいる。

【００２９】一方、図１４に示すグラフはパラメータＬ
の値のみを例えば１．４４５ｍｍに変化させた場合に得
られる干渉パタンの強度分布を示している。図から明ら
かな様に、主ピークの間に副ピークが表れるものの全体
にオフセットが生じる為干渉パタンのコントラストが悪
くなる。従って、図２の構成においては、図１に示す構
成と異なり各パラメータの値を正確に設定する必要があ
る。この関係は図１６及び図１７に示す従来の測定結果
と同様である。ただし、図１６に示す従来例においては
主ピークのみを得る為のパラメータＬの値が１．４４５
ｍｍであったのに対して、図１３に示す例においてはパ
ラメータＬを１．４６７５ｍｍに設定した時鮮明な干渉
パタンを得る事ができた。これらの結果から、図２の構
成に用いられた位相格子は実質的に図１５に示す従来例
に用いられたスリット型回折格子１０３と光学的に等価
な機能を有している事が分る。しかしながら、製造上の
観点から見ると、スリット型回折格子に比べて位相格子
の加工はスタンピングやモールディングを用いて極めて
容易に行なう事ができるので部品コストの面から有利で
ある。加えて、従来用いられたスリット型位相格子は光
透過部と光遮断部が交互に配列された構造を有するので
、必然的に回折損失が生じるのに対して、本発明に用い
られる位相格子は原理的にこの様な回折損失が生じない
ので、得られた拡大干渉パタンの絶対的なコントラスト
が従来に比し著しく向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる光学式変位検出装置の一態様を
示す模式図である。

【図２】本発明にかかる光学式変位検出装置の他の態様
を示す模式図である。

【図３】本発明をレーザロータリエンコーダに適用した
例を示す斜視図である。

【図４】本発明をレーザリニアエンコーダに適用した例
を示す斜視図である。

【図５】本発明にかかる位相格子の第１実施例を示す断
面図である。

【図６】本発明にかかる位相格子の第２実施例を示す断
面図である。

【図７】本発明にかかる位相格子の第３実施例を示す断
面図である。

【図８】本発明にかかる位相格子の第４実施例を示す断
面図である。

【図９】本発明にかかる位相格子の第５実施例を示す断
面図である。

【図１０】本発明にかかる位相格子の第６実施例を示す
断面図である。

【図１１】図１に示す構成により得られた拡大干渉パタ
ンの強度分布を示すグラフである。

【図１２】図１に示す構成により得られた拡大干渉パタ
ンの強度分布を示すグラフである。

【図１３】図２に示す構成により得られた拡大干渉パタ
ンの強度分布を示すグラフである。

【図１４】図２に示す構成により得られた拡大干渉パタ
ンの強度分布を示すグラフである。

【図１５】従来の光学式変位検出装置の構造を示す模式
図である。

【図１６】図１５に示す従来例により得られた拡大干渉
パタンの強度分布を示すグラフである。

【図１７】図１５に示す従来例により得られた拡大干渉
パタンの強度分布を示すグラフである。

【符号の説明】

１　　点光源 ２　　変位部材 ３　　位相格子 ４　　干渉パタン ５　　マスク部材 ６　　検出器 ７　　電気信号

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　コヒーレント光を放射する点光源と、
   コヒーレント光を横切る様に変位する変位部材と、変位
   部材に形成されておりコヒーレント光を回折して変位方
   向に移動する拡大干渉パタンを生成する為の回折格子と
   、拡大干渉パタンを受光して変位部材の変位を検出する
   為の検出器とからなる光学式変位検出装置において、該
   回折格子は位相格子である事を特徴とする光学式変位検
   出装置。
2. 【請求項２】　　該位相格子は、変位方向に沿って板状
   に連続しており且つ周期的な光路変化を有する光学周期
   構造からなり、コヒーレント光に対して周期的な位相差
   を与えてその回折を行なう事を特徴とする請求項１に記
   載の光学式変位検出装置。
3. 【請求項３】　　該光学周期構造は、周期的な凹凸表面
   を有する光学媒質層からなる事を特徴とする請求項２に
   記載の光学式変位検出装置。
4. 【請求項４】　　該凹凸表面は、矩形，三角形又は波形
   の凹凸表面である事を特徴とする請求項３に記載の光学
   式変位検出装置。
5. 【請求項５】　　該光学周期構造は、周期的な凹凸境界
   面を介して重ねられた異なる屈折率を有する光学媒質層
   からなる事を特徴とする請求項２に記載の光学式変位検
   出装置。
6. 【請求項６】　　該光学周期構造は、周期に従って交互
   に区分された異なる屈折率を有する光学媒質の区画列か
   らなる事を特徴とする請求項２に記載の光学式変位検出
   装置。
7. 【請求項７】　　該光学周期構造は、光透過型である事
   を特徴とする請求項２に記載の光学式変位検出装置。
8. 【請求項８】　　該光学周期構造は、光反射型である事
   を特徴とする請求項２に記載の光学式変位検出装置。
9. 【請求項９】　　該光学周期構造は、コヒーレント光の
   波長に対して特定の整数比率の関係にある実効的光路変
   化分を有しており、周期に対応した主ピーク及び主ピー
   ク間に位置する副ピークとを同時に含む拡大干渉パタン
   を生成する事を特徴とする請求項２に記載の光学式変位
   検出装置。
10. 【請求項１０】　　該光学周期構造は、コヒーレント光
    の波長に対して特定の整数比率の関係にある実効的光路
    変化分を有しており、周期に対応した主ピークのみを含
    む拡大干渉パタンを所定位置に結像可能である事を特徴
    とする請求項２に記載の光学式変位検出装置。