JPH0612268B2 - 光学式エンコーダ - Google Patents
光学式エンコーダInfo
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- JPH0612268B2 JPH0612268B2 JP58098961A JP9896183A JPH0612268B2 JP H0612268 B2 JPH0612268 B2 JP H0612268B2 JP 58098961 A JP58098961 A JP 58098961A JP 9896183 A JP9896183 A JP 9896183A JP H0612268 B2 JPH0612268 B2 JP H0612268B2
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- Japan
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- light
- disk
- groove
- scale plate
- optical encoder
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
- G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 この発明は、半導体レーザを使用した回転又は直線距離
変位量を検出する光学式エンコーダに関するものであ
る。
変位量を検出する光学式エンコーダに関するものであ
る。
従来この種の光学式エンコーダとしては、第１図に示す
ものがあつた。第１図は従来の半導体レーザを使用して
回転変位量を検出する光学式ロータリエンコーダの概略
構成を示す斜視図である。図において、１はボールペア
リング、２はボールベアリング１に支持された回転軸、
３は回転軸２に取付けられたパルス円盤、４は光源とし
ての半導体レーザ、５は半導体レーザ４から放射状に発
生するレーザ光、６はレーザ光５を平行にするためのコ
リメータレンズ、７はレーザ光５を数μｍの大きさに集
光するための集光レンズ、８はパルス円盤３を透過した
光量の変化を検知する光検知器であり、この光検知器８
としては、例えばフォトダイオードが用いられている。
また、第２図(a)及び(b)に示す様に、パルス円盤３は、
通常、ガラス円盤９が用いられ、このガラス円盤９に
は、明暗格子縞１０であるクロム蒸着膜がエツチングに
よりパターンニングすることによつて設けられている。
ものがあつた。第１図は従来の半導体レーザを使用して
回転変位量を検出する光学式ロータリエンコーダの概略
構成を示す斜視図である。図において、１はボールペア
リング、２はボールベアリング１に支持された回転軸、
３は回転軸２に取付けられたパルス円盤、４は光源とし
ての半導体レーザ、５は半導体レーザ４から放射状に発
生するレーザ光、６はレーザ光５を平行にするためのコ
リメータレンズ、７はレーザ光５を数μｍの大きさに集
光するための集光レンズ、８はパルス円盤３を透過した
光量の変化を検知する光検知器であり、この光検知器８
としては、例えばフォトダイオードが用いられている。
また、第２図(a)及び(b)に示す様に、パルス円盤３は、
通常、ガラス円盤９が用いられ、このガラス円盤９に
は、明暗格子縞１０であるクロム蒸着膜がエツチングに
よりパターンニングすることによつて設けられている。
次に、上記第１図の動作について説明する。外部から回
転軸２に回転が伝えられると、明暗格子縞１０が刻まれ
ているパルス円盤３が回転され、このパルス円盤３を透
過するレーザ光５の量が変化する。その変化する量を、
光検知器８で検知すれば回転変位量を知ることができ
る。レーザ光５は、半導体レーザ４から約１〜３ｍＷの
強度で発光するが、第１図に示す様に放射状に発生する
ため、コリメータレンズ６によつて平行光となし、集光
レンズ７により直径約２〜１０μｍに小さく集光し、パ
ルス円盤３の明暗格子縞１０に照射されている。さて、
第３図(a)に示す様に、約２〜５μｍの小さな円形のス
ポツト光１１に集光されたレーザ光５は、明暗格子縞１
０を横切ると、第３図(b)，(d)に示す様な波形の各出力
信号が発生する。明暗格子縞１０の周期(ピツチ)が大き
い場合、発生する出力信号は、第３図(b)に示す矩形波
に近い波形になるが、明暗格子縞１０の周期(ピツチ)が
小さくなり、明暗格子縞１０の幅とレーザ光５の円形の
スポツト光１１の径がほぼ等しくなると、第３図(d)に
示す様に、発生する出力信号は正弦波状の波形となる。
さらに、明暗格子縞１０の幅がレーザ光５の円形のスポ
ツト光１１の径よりも小さくなると、発生する出力信号
の振幅は小さくなり、ついには明暗格子縞１０が検出で
きなくなつてくる。そのため、明暗格子縞１０の幅が小
さくなると、レーザ光５の円形のスポツト光１１の径は
小さくしなければならない。例えば、１万パルスを発生
する直径５０mmのパルス円盤３を作つた場合、明暗格子
縞１０の幅は、約７μｍになるので、レーザ光５の円形
のスポツト光１１の径は約７μｍ以下であれば良い。
転軸２に回転が伝えられると、明暗格子縞１０が刻まれ
ているパルス円盤３が回転され、このパルス円盤３を透
過するレーザ光５の量が変化する。その変化する量を、
光検知器８で検知すれば回転変位量を知ることができ
る。レーザ光５は、半導体レーザ４から約１〜３ｍＷの
強度で発光するが、第１図に示す様に放射状に発生する
ため、コリメータレンズ６によつて平行光となし、集光
レンズ７により直径約２〜１０μｍに小さく集光し、パ
ルス円盤３の明暗格子縞１０に照射されている。さて、
第３図(a)に示す様に、約２〜５μｍの小さな円形のス
ポツト光１１に集光されたレーザ光５は、明暗格子縞１
０を横切ると、第３図(b)，(d)に示す様な波形の各出力
信号が発生する。明暗格子縞１０の周期(ピツチ)が大き
い場合、発生する出力信号は、第３図(b)に示す矩形波
に近い波形になるが、明暗格子縞１０の周期(ピツチ)が
小さくなり、明暗格子縞１０の幅とレーザ光５の円形の
スポツト光１１の径がほぼ等しくなると、第３図(d)に
示す様に、発生する出力信号は正弦波状の波形となる。
さらに、明暗格子縞１０の幅がレーザ光５の円形のスポ
ツト光１１の径よりも小さくなると、発生する出力信号
の振幅は小さくなり、ついには明暗格子縞１０が検出で
きなくなつてくる。そのため、明暗格子縞１０の幅が小
さくなると、レーザ光５の円形のスポツト光１１の径は
小さくしなければならない。例えば、１万パルスを発生
する直径５０mmのパルス円盤３を作つた場合、明暗格子
縞１０の幅は、約７μｍになるので、レーザ光５の円形
のスポツト光１１の径は約７μｍ以下であれば良い。
光学式ロータリエンコーダの場合、その検出精度はパル
ス円盤３の明暗格子縞１０の寸法精度や、パルス円盤３
の中心と回転中心のズレ（偏心）などによつて決まる。
このため、パルス円盤３の明暗格子縞１０の寸法精度
は、パルス数が大きくなる程厳しくなり、例えば、１０
０００パルスの場合、検出精度を５％以内にするために
は、明暗格子縞１０の幅の配置精度を３秒以内に抑さえ
なければならない。そのためには、第２図(a)，(b)に示
す従来のガラス円盤９上に、明暗格子縞１０であるクロ
ム蒸着膜をエツチングにより作製する方法では、１枚１
枚のパルス円盤３をコントロールされた条件下におい
て、電子ビーム露光でパターンニングしてエツチングに
より作製しなければならず、コストも高くなるなどの欠
点があつた。
ス円盤３の明暗格子縞１０の寸法精度や、パルス円盤３
の中心と回転中心のズレ（偏心）などによつて決まる。
このため、パルス円盤３の明暗格子縞１０の寸法精度
は、パルス数が大きくなる程厳しくなり、例えば、１０
０００パルスの場合、検出精度を５％以内にするために
は、明暗格子縞１０の幅の配置精度を３秒以内に抑さえ
なければならない。そのためには、第２図(a)，(b)に示
す従来のガラス円盤９上に、明暗格子縞１０であるクロ
ム蒸着膜をエツチングにより作製する方法では、１枚１
枚のパルス円盤３をコントロールされた条件下におい
て、電子ビーム露光でパターンニングしてエツチングに
より作製しなければならず、コストも高くなるなどの欠
点があつた。
この発明は上記の様な従来のものの欠点を除去するため
になされたもので、溝又は起伏が一定の周期で、幅がこ
の周期の1/2〜1/3で、深さが光の波長の1/8から3/8であ
る凹状の多数の溝の集まり又は凸状の多数の起伏の集ま
りで形成したスケール板と、光源と、この光源からの光
を所定数の前記溝又は起伏の領域に照射できる様に集光
する第１の光学系と、前記スケール板から反射又は透過
してくる光を光検知器に導く第２の光学系と、前記光検
知器とを備えて成る構成を有し、前記スケール板を成形
加工により製作したものであり、低コストで、信頼性の
高い光学式エンコーダを提供することを目的としてい
る。
になされたもので、溝又は起伏が一定の周期で、幅がこ
の周期の1/2〜1/3で、深さが光の波長の1/8から3/8であ
る凹状の多数の溝の集まり又は凸状の多数の起伏の集ま
りで形成したスケール板と、光源と、この光源からの光
を所定数の前記溝又は起伏の領域に照射できる様に集光
する第１の光学系と、前記スケール板から反射又は透過
してくる光を光検知器に導く第２の光学系と、前記光検
知器とを備えて成る構成を有し、前記スケール板を成形
加工により製作したものであり、低コストで、信頼性の
高い光学式エンコーダを提供することを目的としてい
る。
以下、この発明の実施例を図について説明する。第４図
(a)及び(b)は、この発明の一実施例である光学式エンコ
ーダに適用されるパルス円盤を示す一部平面図及びその
Ｂ−Ｂ線の拡大断面図である。図において、１１はスポ
ツト光、１２はスケール板としてのパルス円盤３に刻ま
れた溝、１３は金属膜から成る反射膜である。溝１２
は、同心円又はらせん状の連続した溝を、パルス数に応
じて角度分割したものに相当し、パルス円盤３の半径方
向に並んだ一連の溝の集りが、第２図(a)に示す従来の
明暗格子縞１０の１本に対応する。したがつて、それぞ
れの溝の長さは、パルス数に応じて分割した角度の大き
さにより変化し、パルス円盤３の中心に向うにしたがつ
て短くなる。また、溝の深さｄは、使用するレーザ波長
の約1/4の大きさ、溝の周期Ｐは、約１．６〜２μｍ、
溝の幅Ｗは周期Ｐの1/3〜1/2に設定すれば良い。金属膜
から成る反射膜１３としては、Cr又はAl等の高反射率
で、安定性の良い金属を用いれば良い。
(a)及び(b)は、この発明の一実施例である光学式エンコ
ーダに適用されるパルス円盤を示す一部平面図及びその
Ｂ−Ｂ線の拡大断面図である。図において、１１はスポ
ツト光、１２はスケール板としてのパルス円盤３に刻ま
れた溝、１３は金属膜から成る反射膜である。溝１２
は、同心円又はらせん状の連続した溝を、パルス数に応
じて角度分割したものに相当し、パルス円盤３の半径方
向に並んだ一連の溝の集りが、第２図(a)に示す従来の
明暗格子縞１０の１本に対応する。したがつて、それぞ
れの溝の長さは、パルス数に応じて分割した角度の大き
さにより変化し、パルス円盤３の中心に向うにしたがつ
て短くなる。また、溝の深さｄは、使用するレーザ波長
の約1/4の大きさ、溝の周期Ｐは、約１．６〜２μｍ、
溝の幅Ｗは周期Ｐの1/3〜1/2に設定すれば良い。金属膜
から成る反射膜１３としては、Cr又はAl等の高反射率
で、安定性の良い金属を用いれば良い。
次に、上記した溝１２を有するパルス円盤３の製作工程
について、第５図(a)ないし(i)を用いて説明する。第５
図(a)に示す様に、ガラス円盤１４上にポジフオトレジ
スト１５を、使用する半導体レーザの波長の４分の１の
厚さに均一に塗布して円盤１６を形成する。ポジフオト
レジスト１５としては、例えばＡＺ１３５０などの解像
力の大きなものを用いる。第５図(b)に示す様に、円盤
１６を一定速度で回転させながら、レーザ光１７で露光
する。ここで、レーザ光１７にはアルゴンレーザを用
い、集光レンズ７で直径約１μｍ以下のスポツト光にし
てポジフオトレジスト１５の面上に照射する。この時、
レーザ光１７は、円盤１６が１回転する間に、パルス円
盤として必要なパルス数と同じ回数だけＯＮ，ＯＦＦを
繰り返しながら、照射位置を、円盤１６の矢印で示す半
径方向に一定速度で移動させる。また、レーザ光１７を
ＯＮ，ＯＦＦさせるタイミングは、円盤１６の回転と同
期させる必要がある。第５図(c)に示す様に、レーザ光
１７で露光された部分１８の現像を行うと、第５図(d)
に示す様に、露光された部分１８だけが溶けて溝１２が
でき、その配置は、第４図(a)，(b)に示す様になる。こ
の様にして作製した円盤１６を原盤として、レプリカを
作製し、これをパルス円盤として使用する。第５図(e)
に示す様に、原盤の表面に、例えばAg等の金属膜１９を
被着させ、この金属膜１９を電極としてNiメツキを行
い、第５図(f)，(g)に示す様に、原盤からはがしてマス
ター２０を作製する。第５図(h)に示す様に、このマス
ター２０から数枚のスタンパー２１を作製する。このス
タンパー２１を用いて、圧縮成形，射出成形により、プ
ラスチツク（ＰＭＭＡ，ポリカーボネート等）に溝を転
写し、第５図(i)に示す様なレプリカ円盤２２を大量に
作製する。このレプリカ円盤２２の表面に金属膜を蒸着
又はスパツタリングにより形成し、これを反射膜１３と
する。なお、反射膜１３を保護するため、この反射膜１
３上に保護膜を設けても良い。また、溝１２を転写する
方法としては、紫外線硬化樹脂をプラスチツク板又はガ
ラス板に塗布し、スタンパー２１を押し付け、紫外線の
照射により樹脂を硬化させて行う方法もある。スケール
板として用いるパルス円盤３すなわちレプリカ円盤２２
は上述のように成形加工により大量に製作でき、従来の
ように１枚１枚エッチング加工する必要がない。
について、第５図(a)ないし(i)を用いて説明する。第５
図(a)に示す様に、ガラス円盤１４上にポジフオトレジ
スト１５を、使用する半導体レーザの波長の４分の１の
厚さに均一に塗布して円盤１６を形成する。ポジフオト
レジスト１５としては、例えばＡＺ１３５０などの解像
力の大きなものを用いる。第５図(b)に示す様に、円盤
１６を一定速度で回転させながら、レーザ光１７で露光
する。ここで、レーザ光１７にはアルゴンレーザを用
い、集光レンズ７で直径約１μｍ以下のスポツト光にし
てポジフオトレジスト１５の面上に照射する。この時、
レーザ光１７は、円盤１６が１回転する間に、パルス円
盤として必要なパルス数と同じ回数だけＯＮ，ＯＦＦを
繰り返しながら、照射位置を、円盤１６の矢印で示す半
径方向に一定速度で移動させる。また、レーザ光１７を
ＯＮ，ＯＦＦさせるタイミングは、円盤１６の回転と同
期させる必要がある。第５図(c)に示す様に、レーザ光
１７で露光された部分１８の現像を行うと、第５図(d)
に示す様に、露光された部分１８だけが溶けて溝１２が
でき、その配置は、第４図(a)，(b)に示す様になる。こ
の様にして作製した円盤１６を原盤として、レプリカを
作製し、これをパルス円盤として使用する。第５図(e)
に示す様に、原盤の表面に、例えばAg等の金属膜１９を
被着させ、この金属膜１９を電極としてNiメツキを行
い、第５図(f)，(g)に示す様に、原盤からはがしてマス
ター２０を作製する。第５図(h)に示す様に、このマス
ター２０から数枚のスタンパー２１を作製する。このス
タンパー２１を用いて、圧縮成形，射出成形により、プ
ラスチツク（ＰＭＭＡ，ポリカーボネート等）に溝を転
写し、第５図(i)に示す様なレプリカ円盤２２を大量に
作製する。このレプリカ円盤２２の表面に金属膜を蒸着
又はスパツタリングにより形成し、これを反射膜１３と
する。なお、反射膜１３を保護するため、この反射膜１
３上に保護膜を設けても良い。また、溝１２を転写する
方法としては、紫外線硬化樹脂をプラスチツク板又はガ
ラス板に塗布し、スタンパー２１を押し付け、紫外線の
照射により樹脂を硬化させて行う方法もある。スケール
板として用いるパルス円盤３すなわちレプリカ円盤２２
は上述のように成形加工により大量に製作でき、従来の
ように１枚１枚エッチング加工する必要がない。
次に、この発明のパルス円盤３であるレプリカ円盤２２
から信号を検出する方法について、第６図(a)ないし(c)
を用いて説明する。レプリカ円盤22の円盤面に集光レン
ズ７を介して照射されたレーザ光５は、第６図(a)に示
す様に、溝１２の存在しない部分では、反射光は元きた
光路をそのままもどつてくる。しかし、第６図(b)，(c)
に示す様に、溝１２が存在する部分では、溝１２の底面
からの反射光２３は、溝１２の両側の領域部分２４から
の反射光２５と位相差を生じて互いに干渉し合う。この
溝１２の深さを４分の１波長にすると、各反射光２３，
２５の位相差は２分の１波長になり互いに打ち消し合
い、集光レンズ７を通過する反射光は最小になる。溝の
深さが４分の１波長でなく、例えば８分の１波長の場合
でも両反射光２３、２５の間には４分の１波長の位相差
があるので、第６図(a)に示す平坦部からの反射光に比
べて、同図(b)に示す溝を有する部分からの反射光は弱
くなる。溝の深さが４分の１波長を中心として８分の１
ないし８分の３波長ぐらいであれば、反射光の強弱を検
出できる。また、第４図(b)に示す溝の幅はＷは広すぎ
ると第６図(c)に示す反射光２５の光量が少なくなり、
逆に狭すぎると反射光２３の光量が少なくなるので、溝
の幅Ｗはその周期の３分の１ないし２分の１に選ぶとよ
い。レプリカ円盤２２は、回転することにより溝１２の
存在する部分と溝１２の存在しない部分とが交互に表わ
れ、反射光の大きさが変化するので、これを検出するこ
とにより、上記した従来のパルス円盤３の明暗格子縞１
０と同様な信号を取り出すことができる。この信号検出
系としては、例えば第７図に示す様な反射光を検知する
系を用いる。半導体レーザ４からコリメータレンズ６及
び集光レンズ７を介してレーザ光５がレプリカ円盤２２
に集光照射され、このレプリカ円盤２２の円盤面から反
射してきたレーザ光５は、ハーフミラー２６によつて光
路を曲げられ、集光レンズ７により集光されて光検知器
８に導かれる。
から信号を検出する方法について、第６図(a)ないし(c)
を用いて説明する。レプリカ円盤22の円盤面に集光レン
ズ７を介して照射されたレーザ光５は、第６図(a)に示
す様に、溝１２の存在しない部分では、反射光は元きた
光路をそのままもどつてくる。しかし、第６図(b)，(c)
に示す様に、溝１２が存在する部分では、溝１２の底面
からの反射光２３は、溝１２の両側の領域部分２４から
の反射光２５と位相差を生じて互いに干渉し合う。この
溝１２の深さを４分の１波長にすると、各反射光２３，
２５の位相差は２分の１波長になり互いに打ち消し合
い、集光レンズ７を通過する反射光は最小になる。溝の
深さが４分の１波長でなく、例えば８分の１波長の場合
でも両反射光２３、２５の間には４分の１波長の位相差
があるので、第６図(a)に示す平坦部からの反射光に比
べて、同図(b)に示す溝を有する部分からの反射光は弱
くなる。溝の深さが４分の１波長を中心として８分の１
ないし８分の３波長ぐらいであれば、反射光の強弱を検
出できる。また、第４図(b)に示す溝の幅はＷは広すぎ
ると第６図(c)に示す反射光２５の光量が少なくなり、
逆に狭すぎると反射光２３の光量が少なくなるので、溝
の幅Ｗはその周期の３分の１ないし２分の１に選ぶとよ
い。レプリカ円盤２２は、回転することにより溝１２の
存在する部分と溝１２の存在しない部分とが交互に表わ
れ、反射光の大きさが変化するので、これを検出するこ
とにより、上記した従来のパルス円盤３の明暗格子縞１
０と同様な信号を取り出すことができる。この信号検出
系としては、例えば第７図に示す様な反射光を検知する
系を用いる。半導体レーザ４からコリメータレンズ６及
び集光レンズ７を介してレーザ光５がレプリカ円盤２２
に集光照射され、このレプリカ円盤２２の円盤面から反
射してきたレーザ光５は、ハーフミラー２６によつて光
路を曲げられ、集光レンズ７により集光されて光検知器
８に導かれる。
他の実施例として、スケール板としてのレプリカ円盤２
２を、溝１２の転写された金属板で作ると、金属反射面
の凹凸によつて信号を取り出すことができる。
２を、溝１２の転写された金属板で作ると、金属反射面
の凹凸によつて信号を取り出すことができる。
また、他の実施例として、第８図に示す様にして反射光
を検知する系を用いて行うこともできる。この場合に
は、第５図(h)に示すスタンパー２１を透明樹脂で形成
し、この透明樹脂面には、第５図(i)に示す金属膜から
成る反射膜１３を形成することなく、透明スケール板か
ら成るレプリカ円盤２２として使用する。半導体レーザ
４からコリメータレンズ６及び集光レンズ７を介してレ
ーザ光５がレプリカ円盤２２に集光照射され、このレプ
リカ円盤２２の円盤面の凹凸の溝に当ると、この凹凸の
溝が回折格子として働き、レーザ光５の透過光は０次光
２７，±１次光２８，２９として分離される。したがつ
て、レプリカ円盤２２を回転することにより、溝の存在
する部分と溝の存在しない部分とで０次光２７の大きさ
が変化し、この０次光２７を光検知器８で受光すること
により、これを振幅の変化として検知できる。
を検知する系を用いて行うこともできる。この場合に
は、第５図(h)に示すスタンパー２１を透明樹脂で形成
し、この透明樹脂面には、第５図(i)に示す金属膜から
成る反射膜１３を形成することなく、透明スケール板か
ら成るレプリカ円盤２２として使用する。半導体レーザ
４からコリメータレンズ６及び集光レンズ７を介してレ
ーザ光５がレプリカ円盤２２に集光照射され、このレプ
リカ円盤２２の円盤面の凹凸の溝に当ると、この凹凸の
溝が回折格子として働き、レーザ光５の透過光は０次光
２７，±１次光２８，２９として分離される。したがつ
て、レプリカ円盤２２を回転することにより、溝の存在
する部分と溝の存在しない部分とで０次光２７の大きさ
が変化し、この０次光２７を光検知器８で受光すること
により、これを振幅の変化として検知できる。
以上の説明では、回転変位量を検出する光学式エンコー
ダのレプリカ円盤２２の作用について述べてきたが、同
様な原理で、直線上の距離の変位量を検出する光学式リ
ニアエンコーダにも適用することができることは明らか
である。第９図について、その実施例を説明する。図に
示す様に、表面に多数の凹凸の溝１２が形成されたスケ
ール板２８は直線形状に形成され、固定端に固定され
る。半導体レーザを含む光学系が移動物体に保持されて
直線上を移動し、複数の溝１２を同時に照射するレーザ
光の円形のスポツト光１１が、図の矢印Ａで示す方向に
動くことにより、上記した光学式ロータリエンコーダと
同様な原理で、直線変位量をパルス化して検知すること
ができる。
ダのレプリカ円盤２２の作用について述べてきたが、同
様な原理で、直線上の距離の変位量を検出する光学式リ
ニアエンコーダにも適用することができることは明らか
である。第９図について、その実施例を説明する。図に
示す様に、表面に多数の凹凸の溝１２が形成されたスケ
ール板２８は直線形状に形成され、固定端に固定され
る。半導体レーザを含む光学系が移動物体に保持されて
直線上を移動し、複数の溝１２を同時に照射するレーザ
光の円形のスポツト光１１が、図の矢印Ａで示す方向に
動くことにより、上記した光学式ロータリエンコーダと
同様な原理で、直線変位量をパルス化して検知すること
ができる。
さらに、他の実施例として、上記したものは１個のレー
ザ光５の円形のスポツト光１１からそのパルス数を計数
することにより、変位量を読み取る方式の場合について
説明したが、一般に光学式エンコーダでは、９０゜位相
の異なるＡ相，Ｂ相、さらに基準位置を検出するＺ相を
設ける場合が多く、この発明におけるスケール板でもＺ
相を設けることができる。第１０図は、この実施例を光
学式ロータリエンコーダに適用した場合を示している。
半導体レーザによつて集光された円形のスポツト光を３
個設け、それぞれＡ相，Ｂ相，Ｚ相の各円形のスポツト
光３０，３１，３２の信号として、光検知器で反射光又
は透過光を受光することにより達成できる。Ｚ相のスポ
ツト光３２は、一周に一回の基準信号を取り出すことが
できる。３３はＺ相用溝であり、このＺ相用溝３３は、
多数の溝１２から１回転に１回の基準位置を示すために
設けられており、Ｚ相の円形のスポツト光３２によつて
信号を検出できる。
ザ光５の円形のスポツト光１１からそのパルス数を計数
することにより、変位量を読み取る方式の場合について
説明したが、一般に光学式エンコーダでは、９０゜位相
の異なるＡ相，Ｂ相、さらに基準位置を検出するＺ相を
設ける場合が多く、この発明におけるスケール板でもＺ
相を設けることができる。第１０図は、この実施例を光
学式ロータリエンコーダに適用した場合を示している。
半導体レーザによつて集光された円形のスポツト光を３
個設け、それぞれＡ相，Ｂ相，Ｚ相の各円形のスポツト
光３０，３１，３２の信号として、光検知器で反射光又
は透過光を受光することにより達成できる。Ｚ相のスポ
ツト光３２は、一周に一回の基準信号を取り出すことが
できる。３３はＺ相用溝であり、このＺ相用溝３３は、
多数の溝１２から１回転に１回の基準位置を示すために
設けられており、Ｚ相の円形のスポツト光３２によつて
信号を検出できる。
以上の様に、この発明の光学式エンコーダによれば、凹
状の多数の溝の集まり又は凸状の多数の起伏の集まりと
平面部とで形成したスケール板を適用して成る構成とし
たので、凹凸面で光の干渉または回折が生じて光の強さ
が弱くなり、平面部からの反射光または透過光との間で
光の強さに差が生じ、スケール板の動きに応じた光の強
弱が得られて極めて高い分解能が得られるとともに、上
記スケール板を成形加工により製作するようにしたの
で、安価で大量に高品質のスケール板が得られ、その結
果、低コストで高品質の光学式エンコーダが得られると
いう優れた効果を奏するものである。
状の多数の溝の集まり又は凸状の多数の起伏の集まりと
平面部とで形成したスケール板を適用して成る構成とし
たので、凹凸面で光の干渉または回折が生じて光の強さ
が弱くなり、平面部からの反射光または透過光との間で
光の強さに差が生じ、スケール板の動きに応じた光の強
弱が得られて極めて高い分解能が得られるとともに、上
記スケール板を成形加工により製作するようにしたの
で、安価で大量に高品質のスケール板が得られ、その結
果、低コストで高品質の光学式エンコーダが得られると
いう優れた効果を奏するものである。
第１図は従来の半導体レーザを使用して回転変位量を検
出する光学式ロータリエンコーダの概略構成を示す斜視
図、第２図(a)及び(b)は、第１図の光学式ロータリエン
コーダに適用されるパルス円盤を示す一部平面図及びそ
のＡ−Ａ線の拡大断面図、第３図(a)ないし(d)は、第２
図(a)及び(b)のパルス円盤の動作態様を示す各説明図、
第４図(a)及び(b)は、この発明の一実施例である光学式
エンコーダに適用されるパルス円盤を示す一部平面図及
びそのＢ−Ｂ線の拡大断面図、第５図(a)ないし(i)は、
第４図(a)及び(b)のパルス円盤の製作工程を示す各説明
図、第６図(a)ないし(c)は、この発明の光学式エンコー
ダに適用されるパルス円盤からの信号検出原理を示す各
説明図、第７図及び第８図は、この発明の他の実施例で
ある光学式エンコーダの信号検出系を示す各説明図、第
９図はこの発明の他の実施例である光学式リニアエンコ
ーダに適用されるスケール板を示す一部平面図、第１０
図はこの発明の他の実施例である光学式ロータリエンコ
ーダに適用されるスケール板を示す一部平面図である。 図において、１……ボールベアリング、２……回転軸、
３……パルス円盤、４……半導体レーザ、５，１７……
レーザ光、６……コリメータレンズ、７……集光レン
ズ、８……光検知器、９，１４……ガラス円盤、１０…
…明暗格子縞、１１，３０，３１，３２……スポツト
光、１２……溝、１３……反射溝、１５……ポジフオト
レジスト、１６……円盤、１８……露光された部分、１
９……金属膜、２０……マスター、２１……スタンパ
ー、２２……レプリカ円盤、２３，２５……反射光、２
４……領域部分、２６……ハーフミラー、２７……０次
光、２８，２９……±１次光、３３……Ｚ相用溝であ
る。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
出する光学式ロータリエンコーダの概略構成を示す斜視
図、第２図(a)及び(b)は、第１図の光学式ロータリエン
コーダに適用されるパルス円盤を示す一部平面図及びそ
のＡ−Ａ線の拡大断面図、第３図(a)ないし(d)は、第２
図(a)及び(b)のパルス円盤の動作態様を示す各説明図、
第４図(a)及び(b)は、この発明の一実施例である光学式
エンコーダに適用されるパルス円盤を示す一部平面図及
びそのＢ−Ｂ線の拡大断面図、第５図(a)ないし(i)は、
第４図(a)及び(b)のパルス円盤の製作工程を示す各説明
図、第６図(a)ないし(c)は、この発明の光学式エンコー
ダに適用されるパルス円盤からの信号検出原理を示す各
説明図、第７図及び第８図は、この発明の他の実施例で
ある光学式エンコーダの信号検出系を示す各説明図、第
９図はこの発明の他の実施例である光学式リニアエンコ
ーダに適用されるスケール板を示す一部平面図、第１０
図はこの発明の他の実施例である光学式ロータリエンコ
ーダに適用されるスケール板を示す一部平面図である。 図において、１……ボールベアリング、２……回転軸、
３……パルス円盤、４……半導体レーザ、５，１７……
レーザ光、６……コリメータレンズ、７……集光レン
ズ、８……光検知器、９，１４……ガラス円盤、１０…
…明暗格子縞、１１，３０，３１，３２……スポツト
光、１２……溝、１３……反射溝、１５……ポジフオト
レジスト、１６……円盤、１８……露光された部分、１
９……金属膜、２０……マスター、２１……スタンパ
ー、２２……レプリカ円盤、２３，２５……反射光、２
４……領域部分、２６……ハーフミラー、２７……０次
光、２８，２９……±１次光、３３……Ｚ相用溝であ
る。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平井 睦雄 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 (72)発明者 西 和郎 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−135405（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】溝又は起伏が一定の周期で、幅が該周期の
1/3〜1/2で、深さが光の波長の1/8〜3/8である凹状の多
数の溝の集まり又は凸状の多数の起伏の集まりと平面部
が交互に形成された形状に成形加工により製作されたス
ケール板と、光源と、該光源からの光を所定数の前記溝
又は起伏の領域に照射できる様に集光する第１の光学系
と、前記スケール板から反射又は透過してくる光を光検
知器に導く第２の光学系と、前記光検知器とを備えて成
ることを特徴とする光学式エンコーダ。 - 【請求項２】前記スケール板は、透明体で形成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学式エンコ
ーダ。 - 【請求項３】前記スケール板に形成した凹状の溝又は凸
状の起伏の表面に、反射膜を形成したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の光学式エンコーダ。 - 【請求項４】前記スケール板は、金属で形成したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学式エンコー
ダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58098961A JPH0612268B2 (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | 光学式エンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58098961A JPH0612268B2 (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | 光学式エンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59224514A JPS59224514A (ja) | 1984-12-17 |
| JPH0612268B2 true JPH0612268B2 (ja) | 1994-02-16 |
Family
ID=14233666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58098961A Expired - Lifetime JPH0612268B2 (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | 光学式エンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0612268B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63136720A (ja) * | 1986-11-28 | 1988-06-08 | Omron Tateisi Electronics Co | 光学式位置検出装置 |
| JP2527728B2 (ja) * | 1987-02-17 | 1996-08-28 | 川崎重工業株式会社 | 光学式エンコ−ダ |
| JP2647381B2 (ja) * | 1987-02-17 | 1997-08-27 | 川崎重工業株式会社 | 光学式エンコーダ用光デイスク |
| EP0330150B1 (en) * | 1988-02-22 | 1993-05-05 | Victor Company Of Japan, Limited | Detection system with an optical encoder for optically detecting displacement amount of a movable device |
| JP2567934B2 (ja) * | 1989-01-04 | 1996-12-25 | 株式会社東芝 | 回転検出装置 |
| US7385178B2 (en) * | 2005-10-26 | 2008-06-10 | Avago Technologies Ecbu Ip Pte Ltd | Reflective encoders with various emitter-detector configurations |
| JP6291156B2 (ja) | 2012-04-23 | 2018-03-14 | マクセル株式会社 | 樹脂製エンコーダスケール、エンコーダ、樹脂製エンコーダスケールの製造方法およびエンコーダの製造方法 |
| CN118129640B (zh) * | 2024-04-03 | 2024-12-17 | 深圳技术大学 | 基于同心圆与螺旋相移条纹的结构光编解码方法与系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58135405A (ja) * | 1982-02-05 | 1983-08-12 | Mitsutoyo Mfg Co Ltd | 光電式変位検出装置 |
-
1983
- 1983-06-03 JP JP58098961A patent/JPH0612268B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59224514A (ja) | 1984-12-17 |
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