JPH06201405A - エンコーダ - Google Patents

エンコーダ

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JPH06201405A
JPH06201405A JP1703993A JP1703993A JPH06201405A JP H06201405 A JPH06201405 A JP H06201405A JP 1703993 A JP1703993 A JP 1703993A JP 1703993 A JP1703993 A JP 1703993A JP H06201405 A JPH06201405 A JP H06201405A
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JP
Japan
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light
diffraction grating
light source
reflecting
order diffracted
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Pending
Application number
JP1703993A
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English (en)
Inventor
Hideo Maeda
英男 前田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光量を1/4に減衰するハーフミラーを使用
することなく低出力光源、更には波長変動の大きい光源
の使用を可能とし、低コスト、小型化されしかも高精度
で高信頼性のエンコーダを提供することを目的とする。 【構成】 光源1と、上記光源からの光を回折させる回
折格子2と、上記回折格子からの各±1次回折光を反射
させて再び同一経路で反射させる反射部材3と、上記±
1次回折光の一方の光のn次光と他方の光の(2−n)
次光を同光路上にて干渉させ、上記回折格子の移動に伴
って発生する上記干渉光断面内の明暗の干渉縞の光量の
変化を検知する光検知器5によって、上記回折格子の移
動量を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定物の移動量を測
定するエンコーダに関し、更に詳しくは光回折型の高分
解能のエンコーダの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の高分解能のエンコーダとしては、
光回折型ロータリーエンコーダがある図6及び図7は従
来の光回折型ロータリエンコーダを説明する為の図であ
って、同図において、He−Neレーザである光源10
1からの出射光は、ハーフミラー106を透過し、回折
格子102に入射する。上記回折格子102は図7に示
すように、原盤102−1の中心から放射状に多数の格
子102−2が形成されている。格子ピッチは最外周で
1.57μm、外形でφ15mm、格子数30,000
である。これはSi基板上に電子線描画法でレジストパ
ターンを作成し、電鋳工程をへてNi金型スタンパを作
成し、2P(photo polymerizatio
n)法によりガラス基板上に紫外線硬化樹脂のグレーテ
ィングパターンを形成して、位相変調型のロータリーエ
ンコーダディスクとして作成したものである。
【0003】上記回折格子102には、He−Neレー
ザである光源101からレーザ光を垂直入射させて、±
1次回折光を発生させる。それぞれの回折光は平面ミラ
ー103a1〜2で反射されて、もと来た光路を戻る。
そして再び上記回折格子102の同じ位置に入射し逆方
向に再び回折することにより光源101の入射光と同じ
光路を進行して互いに干渉を生じる。上記干渉光はハー
フミラー106で分離し、フォトダイオード等の光検知
器105で検知してオシロスコープ107に光量が正弦
波状出力として表示される。また、光源101からの入
射光を横切る回折格子102が回転に伴って変位すると
干渉縞の中で回折格子102が位相格子の役目を果たし
てオシロスコープ107に表示される正弦波に位相変調
が発生する。上記回折格子102の格子の1ピッチ分だ
け移動すると上記干渉縞が1周期移動する。反射光も同
様の効果を有し、+1次光と−1次光があるので、結
局、格子の1ピッチ分で干渉縞4周期の移動を検知する
ことができる。上記ハーフミラー106と光検知器10
5の間にピンホール104を挿入すると、ピンホール1
04より抜き取られた部分の光量が正弦波状出力とな
り、格子数30,000に対し、その4倍の120,0
00周期の正弦波出力を得ることができることになる。
尚、上記光源101のHe−Neレーザは高価であるた
めに低価格のLD(半導体レーザ)に置き換え得れば、
低コスト化が可能であるが。然し、LD(半導体レー
ザ)は温度変化などにより波長変化が大きくなるので、
±1次光のミラー103からの反射光が回折格子102
の元の位置に帰還しないことがあり、この場合、干渉が
発生せず、エンコーダとして機能させ得ない。また、上
記エンコーダは、ハーフミラーを用いるとその透過減衰
量のため、回折格子に入射する光量が1/2となり、回
折格子から戻って来た光量も1/2になるので結局光検
出器に到来する光量は元の1/4となる。従って、所要
量の検出光を得るためには高出力の光源が必要でありコ
スト高になる不具合があった。更に、光源には波長変動
の少ないHe−Neレーザ等しか使用できないので大型
でコスト高となる不具合があった。即ち、前述した従来
のエンコーダでは、光路中にハーフミラーを使用してい
たので光量が1/4となり、高出力の光源が必要であ
り、更に、光源は波長変動の少ないHe−Neレーザ等
しか使用できないので大型化して、コスト高となる不具
合があった。
【0004】
【発明の目的】そこで本発明は、このような従来のエン
コーダの不具合を解決しようとするものである。即ち、
光量を1/4に減衰するハーフミラー等を使用せず、更
に波長変動の大きい光源であってもこれを使用すること
により、低コスト化並びに小型化された高精度で高信頼
性のエンコーダを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、光源と、上記光源からの光を回折させる
回折格子と、上記回折格子からの各±1次回折光を反射
させて再び同一経路で反射する反射部材と、上記±1次
回折光の一方の光のn次光と他方の光の(2−n)次光
を同一光路上にて干渉させ、上記回折格子の移動に伴っ
て発生する上記干渉光断面内の明暗の干渉縞の光量の変
化を検知する光検知器とを備えることによって、上記回
折格子の移動量を検知すること、前記反射部材が円筒面
ミラーであること、前記反射部材が各±1次回折光を平
行化するレンズと上記各±1次回折光を反射して戻す平
面ミラーとからなること、前記反射部材が片面に反射手
段を形成したグレーデッドインデックスレンズであるこ
と、前記光検知器をピンホール程度の受光面積を有した
受光素子としたことを特徴とする。
【0006】
【作用】上記のように構成されたエンコーダは、回折格
子に入射する光と同光路の戻り光を、夫々反射部材に向
かう+1次光の次数をnとするときに、他方は反射部材
に向かう−1次光の次数を(2−n)となるように選択
させて干渉させることにより、光源がLD(半導体レー
ザ)のように温度変化などにより波長変化が大きく変化
して回折角が変化しても、同じ位置に戻るから、従来の
ようなハーフミラーが不要になり、従ってより低出力の
光源を用いることができる低コスト化並びに小型化され
た高精度で高信頼性のエンコーダを提供することができ
る。
【0007】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1及び図2は本発明の一実施例を示す図
であり、図1において光源1aからの光は回折格子2に
入射し、ここで回折を受ける。今、説明の都合上、上記
回折格子2からの各±1次回折光それぞれを、例えば反
射部材3の平面ミラー3a1に向かう+1次光をA光、
反射部材3の平面ミラー3a2に向かう−1次光をB光
とすると、夫々の反射部材によって反射さえるA光の+
2次光とB光の0次光を選んで干渉させて、ピンホール
4aを介して光検出器5aに入射させるようにすると共
に、上記上記光検知器5aは上記回折格子2の平面上を
移動するときに上記干渉光断面内に明暗の干渉縞が移動
する光量の変化を検知する位置に配置したフォトダイオ
ード等である。この構成によれば、上記回折格子2の回
転に伴って上記図6の如く光検出器5aに接続したオシ
ロスコープ上に正弦波の位相変調量として表れるから、
回折格子2の移動量を検知することができる。また同様
に、反射光A、BとしてA光の0次光とB光の+2次光
を選んでもよい。この関係は、A光の次数をnとすると
きに、B光の次数が(2−n)となるようにすればよい
(図2参照)。上記に説明した構成以外のその他の構成
の説明は、従来例の図6と図7に示した従来のものと同
じであるから、重複した説明は省略する。
【0008】図3は本発明の変形実施例を示す図であっ
て、この図に示す例では光源1bからの光を回折格子2
に入射することによって回折させ、上記回折格子2から
の±1次の夫々の回折光を上記平面ミラーに代えて円筒
面ミラー3b1,3b2によって反射させるように構成
したもので、この円筒ミラーは、その曲率の中心が回折
格子2となるに配置される。このような構成にすれば、
上記光源1bが例えばLD(半導体レーザ)のように温
度変化などにより波長変化が大きく変化し回折角が変化
するものであっても、反射光が同じ位置に戻るから光源
として使用することができる。従ってHe−Neレーザ
に代わって安価なLDを用いることが可能となる。上記
実施例では、2個の円筒面ミラー3b1と円筒面ミラー
3b2を図示したが、1個の円筒面ミラー3b0で±1
次光を共に併用してもよい。上記に説明した構成以外の
その他の構成の説明は、従来例の図6と図7に示した従
来のもの並びに上記図1と図2に示した本発明の第1の
実施例の説明と同じであるから重複した説明は省略す
る。
【0009】図4は本発明の他の変形実施例であり、光
源1からの光を回折させる回折格子2に入射し、上記回
折格子2からの各±1次回折光を平行化用レンズと平面
ミラーによって反射する様に変形したもので、具体的に
は一方の平行化するレンズ3c1と他方の平行化するレ
ンズ3c2と夫々対応させ、上記各±1次回折光を反射
して戻す一方の平面ミラー3a3と他方の平面ミラー3
a4とが配置されたものである。各±1次回折光を平行
化するレンズ3c1とレンズ3c2の焦点位置と回折格
子2上の回折位置を一致させ、上記各±1次回折光を平
行化させると、戻り光は常に同じ光路上に戻ってくる。
上記実施例では、2組の平行化する一方のレンズ3c1
と他方の平行化するレンズ3c2と、上記各±1次回折
光を反射して戻す一方の平面ミラー3a3と他方の平面
ミラー3a4を図示したが、1組の平行化するレンズ3
c0と上記各±1次回折光を反射して戻す平面ミラー3
a0で±1次光を共に併用してもよい。上記に説明した
構成以外のその他の構成の説明は、図6と図7に示した
従来例の説明並びに上記図1乃至図3の他の実施例の説
明と同じであるから、重複した説明は省略する。
【0010】図5は更に本発明の他の実施例を示すもの
で、この図においては、光源1の光を回折させる回折格
子2からの光を2組の円柱型のグレーデッドインデック
スレンズ及び金属反射ミラーにて反射する様に構成した
もので、具体的には上記回折格子2からの各±1次回折
光を、反射して戻すための一方の円柱型のグレーデッド
インデックスレンズ3d1と他方の円柱型のグレーデッ
ドインデックスレンズ3d2夫々のレンズの片方の端面
に誘電体多層膜ミラーやアルミなどの金属反射ミラーな
どの反射手段6を形成して配置される。上記実施例で
は、2個の反射して戻すための一方の円柱型のグレーデ
ッドインデックスレンズ3d1と他方の円柱型のグレー
デッドインデックスレンズ3d2を図示したが、1個の
円柱型のグレーデッドインデックスレンズ3d0で±1
次光を共に併用してもよい。上記に説明した構成以外の
その他の構成の説明は、図6と図7の説明並びに上記図
1乃至図3の説明と同じであるため、重複した説明は省
略する。
【0011】なお、上記実施例では、ピンホール4を用
いて出力を抜き出したが、上記光検知器5を上記ピンホ
ール4程度の小さい受光面積のディテクタ、例えばフォ
トダイオードとすれば、上記の出力の抜き出し用のピン
ホール4を省略した構成にすることができる。
【0012】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、回折格
子に入射する光と同光路の戻り光を、反射部材に向かう
+1次光の次数をnとするときに、他方は反射部材に向
かう−1次光の次数を(2−n)となるように選択させ
て干渉させるようにしたので、光源がLD(半導体レー
ザ)のように温度変化などにより波長変化が大きく変化
して回折角が変化しても、反射光が同一位置に戻るか
ら、従来のような光を減衰させるハーフミラーが不要に
なり、より低出力の光源を用いることができる。従っ
て、低コスト化並びに小型化され、しかも高精度及び高
信頼性のエンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すエンコーダの概要構成
図である。
【図2】本発明の変形実施例を示すエンコーダの要部の
構成説明図である。
【図3】本発明の他の実施例を示すエンコーダの説明図
である。
【図4】本発明の他の変形実施例を示すエンコーダの説
明図である。
【図5】本発明の他の変形実施例を示すエンコーダの要
部構成図である。
【図6】従来のエンコーダの概要構成図である。
【図7】図6に示す回折格子の正面図である。
【符号の説明】
1・・・光源、1a・・・He−Neレーザ、1b・・
・半導体レーザ、2・・・回折格子、3・・・反射部
材、3a1〜4・・・平面ミラー、3b1〜2・・・円
筒面ミラー、3c1〜2・・・レンズ、3d1〜2・・
・グレーデッドインデックスレンズ、4・・・ピンホー
ル、5・・・光検知器、6・・・反射手段、101・・
・光源、102・・・回折格子、3a1〜2・・・平面
ミラー、104・・・ピンホール、105・・・光検知
器、106・・・ハーフミラー、107・・・オシロス
コープ。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、上記光源からの光を回折させる
    回折格子と、上記回折格子からの各±1次回折光を反射
    させて再び同一経路で反射する反射部材と、上記±1次
    回折光の一方の光のn次光と他方の光の(2−n)次光
    を同一光路上にて干渉させ、上記回折格子の移動に伴っ
    て発生する上記干渉光断面内の明暗の干渉縞の光量の変
    化を検知する光検知器とを備えることによって、上記回
    折格子の移動量を検知することを特徴とするエンコー
    ダ。
  2. 【請求項2】 前記反射部材が円筒面ミラーであること
    を特徴とする請求項1記載のエンコーダ。
  3. 【請求項3】 前記反射部材が各±1次回折光を平行化
    するレンズと上記各±1次回折光を反射して戻す平面ミ
    ラーとからなることを特徴とする請求項1記載のエンコ
    ーダ。
  4. 【請求項4】 前記反射部材が片面に反射手段を形成し
    たグレーデッドインデックスレンズであることを特徴と
    する請求項1記載のエンコーダ。
  5. 【請求項5】 前記光検知器をピンホール程度の受光面
    積を有した受光素子としたことを特徴とする請求項1乃
    至4記載のエンコーダ。
JP1703993A 1993-01-07 1993-01-07 エンコーダ Pending JPH06201405A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014119445A (ja) * 2012-12-17 2014-06-30 Mitsutoyo Corp 光学エンコーダ用の照明部
CN108458672A (zh) * 2018-06-28 2018-08-28 北方民族大学 基于双曲面透镜的角度传感器及其测量方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014119445A (ja) * 2012-12-17 2014-06-30 Mitsutoyo Corp 光学エンコーダ用の照明部
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