JPH08219812A - 変位情報検出装置、変位情報検出用スケール及びこれを用いたドライブ制御装置 - Google Patents
変位情報検出装置、変位情報検出用スケール及びこれを用いたドライブ制御装置Info
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- JPH08219812A JPH08219812A JP7026747A JP2674795A JPH08219812A JP H08219812 A JPH08219812 A JP H08219812A JP 7026747 A JP7026747 A JP 7026747A JP 2674795 A JP2674795 A JP 2674795A JP H08219812 A JPH08219812 A JP H08219812A
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- 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
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型化と高精度検出の両方を満たすような構
成の変位情報検出装置、及びこれに好適な変位情報検出
用スケール、更にこれらを用いたドライブ制御装置、を
提供することを目的とする。 【構成】 スケール手段Dの回転情報を検出するべく前
記スケール手段Dに設けられている回折格子GTと光学的
に検出する所定データ記録部Z1、Z2、ABS1、ABS2とが共
に放射状の位相型回折格子を有する。
成の変位情報検出装置、及びこれに好適な変位情報検出
用スケール、更にこれらを用いたドライブ制御装置、を
提供することを目的とする。 【構成】 スケール手段Dの回転情報を検出するべく前
記スケール手段Dに設けられている回折格子GTと光学的
に検出する所定データ記録部Z1、Z2、ABS1、ABS2とが共
に放射状の位相型回折格子を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は変位情報検出装置、変位
情報検出用スケールとそれを用いたドライブ制御装置に
関する。本発明は、相対回転物体に取り付けられたディ
スクの放射状回折格子と符号パターンに光束を照射し
て、そこから得られる変調信号光を検出することで、デ
ィスクの回転位置、回転位置ずれ量、回転位置ずれ方
向、回転速度、回転加速度等を検出するロータリーエン
コーダと、上記検出情報に基づいて、ACモータ等の駆動
装置の電流量や方向を制御して、物体の回転移動をさせ
る装置（エンコーダ付モータ等）に特に良好に適用でき
るものである。
情報検出用スケールとそれを用いたドライブ制御装置に
関する。本発明は、相対回転物体に取り付けられたディ
スクの放射状回折格子と符号パターンに光束を照射し
て、そこから得られる変調信号光を検出することで、デ
ィスクの回転位置、回転位置ずれ量、回転位置ずれ方
向、回転速度、回転加速度等を検出するロータリーエン
コーダと、上記検出情報に基づいて、ACモータ等の駆動
装置の電流量や方向を制御して、物体の回転移動をさせ
る装置（エンコーダ付モータ等）に特に良好に適用でき
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、物体の回転情報（回転変位
量、速度、加速度等）を高精度に測定する目的にインク
リメンタルロータリーエンコーダが利用されている。ま
た一方でACモータに代表されるブラシレスモータには、
回転を行わせるためにモータ内のロータの絶対回転位置
を検出するアブソリュートロータリーエンコーダが利用
されている。
量、速度、加速度等）を高精度に測定する目的にインク
リメンタルロータリーエンコーダが利用されている。ま
た一方でACモータに代表されるブラシレスモータには、
回転を行わせるためにモータ内のロータの絶対回転位置
を検出するアブソリュートロータリーエンコーダが利用
されている。
【０００３】そこで、ACモータ等を利用した物体の回転
位置制御には、両方の信号が得られる複合型ロータリー
エンコーダが使われる。
位置制御には、両方の信号が得られる複合型ロータリー
エンコーダが使われる。
【０００４】高精度なインクリメンタルエンコーダは、
ミクロンオーダの微細な格子をスケール上に記録したも
のに、単色光束を照明し、そこで得られる回折光のう
ち、少なくとも２つを取り出して干渉させることで、格
子の移動にともなう光量の周期的変化を作り出して、そ
れを光電素子で検出することでインクリメンタルエンコ
ーダ信号を出力している。
ミクロンオーダの微細な格子をスケール上に記録したも
のに、単色光束を照明し、そこで得られる回折光のう
ち、少なくとも２つを取り出して干渉させることで、格
子の移動にともなう光量の周期的変化を作り出して、そ
れを光電素子で検出することでインクリメンタルエンコ
ーダ信号を出力している。
【０００５】アブソリュートロータリーエンコーダは、
回転ディスク上の半径の異なる周上に複数の透過非透過
（または反射非反射）のパターン（例えばグレイコード
パターン）を、１回転中に１つのコードの組み合わせし
かないように形成してあれば、それぞれの周の特定の位
置における透過光（または反射光）を検出することでデ
ィスクの回転絶対位置が出力される。
回転ディスク上の半径の異なる周上に複数の透過非透過
（または反射非反射）のパターン（例えばグレイコード
パターン）を、１回転中に１つのコードの組み合わせし
かないように形成してあれば、それぞれの周の特定の位
置における透過光（または反射光）を検出することでデ
ィスクの回転絶対位置が出力される。
【０００６】またモータ用のアブソリュートエンコーダ
は、回転ディスク上の半径の異なる周上に複数の透過非
透過（または反射非反射）のパターン（例えばグレイコ
ードパターン）を、モータの構造（極数M）に応じてM個
のコードの組み合わせしかないように形成してあれば、
それぞれの周の特定の位置における透過光（または反射
光）を検出することでモータのロータ・ステータ間の位
置が出力される。
は、回転ディスク上の半径の異なる周上に複数の透過非
透過（または反射非反射）のパターン（例えばグレイコ
ードパターン）を、モータの構造（極数M）に応じてM個
のコードの組み合わせしかないように形成してあれば、
それぞれの周の特定の位置における透過光（または反射
光）を検出することでモータのロータ・ステータ間の位
置が出力される。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】さて、最近の動向
としてエンコーダの小型化（EX.φ１０ミリのディス
ク）が求められているが、上記のように異なる原理に基
づく複合エンコーダを小型化することは困難であった。
としてエンコーダの小型化（EX.φ１０ミリのディス
ク）が求められているが、上記のように異なる原理に基
づく複合エンコーダを小型化することは困難であった。
【０００８】単純に異なる検出原理に基づく光学系を併
設して、それぞれを小型化すれば良いが、小型化には限
界がある。特にスケール上に複合エンコーダ用の複数の
パターンを形成する場合には、小型化と高精度検出の両
方を満たすようなパターンが求められる。
設して、それぞれを小型化すれば良いが、小型化には限
界がある。特にスケール上に複合エンコーダ用の複数の
パターンを形成する場合には、小型化と高精度検出の両
方を満たすようなパターンが求められる。
【０００９】本発明は、小型化と高精度検出の両方を満
たすような構成の変位情報検出装置、及びこれに好適な
変位情報検出用スケール、更にこれらを用いたドライブ
制御装置、を提供することを目的とする。
たすような構成の変位情報検出装置、及びこれに好適な
変位情報検出用スケール、更にこれらを用いたドライブ
制御装置、を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述目的を達成するため
の第１の発明は、相対変位情報を検出すべき物体側に設
けられているスケール手段と、該スケール手段の変位情
報を検出するべく前記スケール手段に設けられている回
折格子に光束照射を行って発生させた回折光を干渉させ
て検出する第１検出手段と、前記スケール手段の変位情
報を検出するべく前記スケール手段に設けられている所
定データ記録部を光学的に検出する第２検出手段とを有
し、前記所定データ記録部も回折格子を有することを特
徴とする変位情報検出装置である。
の第１の発明は、相対変位情報を検出すべき物体側に設
けられているスケール手段と、該スケール手段の変位情
報を検出するべく前記スケール手段に設けられている回
折格子に光束照射を行って発生させた回折光を干渉させ
て検出する第１検出手段と、前記スケール手段の変位情
報を検出するべく前記スケール手段に設けられている所
定データ記録部を光学的に検出する第２検出手段とを有
し、前記所定データ記録部も回折格子を有することを特
徴とする変位情報検出装置である。
【００１１】上述目的を達成するための第２の発明は、
相対変位情報を検出すべき物体側に設けられているスケ
ール手段と、該スケール手段の変位情報を検出するべく
前記スケール手段に設けられている回折格子に光束照射
を行って発生させた回折光を干渉させて検出する第１検
出手段と、前記スケール手段の変位情報を検出するべく
前記スケール手段に設けられている所定データ記録部を
光学的に検出する第２検出手段とを有し、前記回折格子
と前記所定データ記録部は共に位相型回折格子を有する
ことを特徴とする変位情報検出装置である。
相対変位情報を検出すべき物体側に設けられているスケ
ール手段と、該スケール手段の変位情報を検出するべく
前記スケール手段に設けられている回折格子に光束照射
を行って発生させた回折光を干渉させて検出する第１検
出手段と、前記スケール手段の変位情報を検出するべく
前記スケール手段に設けられている所定データ記録部を
光学的に検出する第２検出手段とを有し、前記回折格子
と前記所定データ記録部は共に位相型回折格子を有する
ことを特徴とする変位情報検出装置である。
【００１２】上述目的を達成するための第３の発明は、
相対変位情報を検出すべき物体側に設けられているスケ
ール手段と、該スケール手段の変位情報を検出するべく
前記スケール手段に設けられている回折格子に光束照射
を行って発生させた回折光を干渉させて検出する第１検
出手段と、前記スケール手段の変位情報を検出するべく
前記スケール手段に設けられている所定データ記録部を
光学的に検出する第２検出手段とを有し、前記回折格子
と前記所定データ記録部は共に放射状回折格子を有する
ことを特徴とする変位情報検出装置である。
相対変位情報を検出すべき物体側に設けられているスケ
ール手段と、該スケール手段の変位情報を検出するべく
前記スケール手段に設けられている回折格子に光束照射
を行って発生させた回折光を干渉させて検出する第１検
出手段と、前記スケール手段の変位情報を検出するべく
前記スケール手段に設けられている所定データ記録部を
光学的に検出する第２検出手段とを有し、前記回折格子
と前記所定データ記録部は共に放射状回折格子を有する
ことを特徴とする変位情報検出装置である。
【００１３】第４の発明は更に、前記所定データ記録部
は前記スケール手段の原点情報を回折格子で記録したこ
とを特徴とする。
は前記スケール手段の原点情報を回折格子で記録したこ
とを特徴とする。
【００１４】第５の発明は更に、前記所定データ記録部
は前記スケール手段のアブソリュートな位置情報を回折
格子で記録したことを特徴とする。
は前記スケール手段のアブソリュートな位置情報を回折
格子で記録したことを特徴とする。
【００１５】第６の発明は更に、前記所定データ記録部
は前記スケール手段の原点情報と前記スケール手段のア
ブソリュートな位置情報を回折格子で記録したことを特
徴とする。
は前記スケール手段の原点情報と前記スケール手段のア
ブソリュートな位置情報を回折格子で記録したことを特
徴とする。
【００１６】第７の発明は更に、前記所定データ記録部
はスケール手段の原点情報またはスケール手段のアブソ
リュートな位置情報を回折格子のデューティ変化または
回折格子のピッチ変化により記録したことを特徴とす
る。
はスケール手段の原点情報またはスケール手段のアブソ
リュートな位置情報を回折格子のデューティ変化または
回折格子のピッチ変化により記録したことを特徴とす
る。
【００１７】第８の発明は更に、第１乃至７発明の変位
情報検出装置によって得られた前記スケール手段の相対
変位情報に基づいて、前記スケール手段の設けられた物
体の変位駆動の制御を行う手段を有することを特徴とす
るドライブ制御装置である。
情報検出装置によって得られた前記スケール手段の相対
変位情報に基づいて、前記スケール手段の設けられた物
体の変位駆動の制御を行う手段を有することを特徴とす
るドライブ制御装置である。
【００１８】上述目的を達成するための第９の発明は、
相対変位情報を検出すべき物体側に設けられる変位情報
検出用スケールであって、該スケールの変位情報を検出
するべく干渉させて検出するための回折光を発生するた
めの回折格子部と、前記スケールの変位情報を検出する
べく光学的に検出されるための所定データ記録部とを有
し、前記所定データ記録部も回折格子を有することを特
徴とする変位情報検出用スケールである。
相対変位情報を検出すべき物体側に設けられる変位情報
検出用スケールであって、該スケールの変位情報を検出
するべく干渉させて検出するための回折光を発生するた
めの回折格子部と、前記スケールの変位情報を検出する
べく光学的に検出されるための所定データ記録部とを有
し、前記所定データ記録部も回折格子を有することを特
徴とする変位情報検出用スケールである。
【００１９】上述目的を達成するための第１０の発明
は、相対変位情報を検出すべき物体側に設けられる変位
情報検出用スケールであって、該スケールの変位情報を
検出するべく干渉させて検出するための回折光を発生す
るための回折格子部と、前記スケールの変位情報を検出
するべく光学的に検出されるための所定データ記録部と
を有し、前記回折格子と前記所定データ記録部は共に位
相型回折格子を有することを特徴とする変位情報検出用
スケール。
は、相対変位情報を検出すべき物体側に設けられる変位
情報検出用スケールであって、該スケールの変位情報を
検出するべく干渉させて検出するための回折光を発生す
るための回折格子部と、前記スケールの変位情報を検出
するべく光学的に検出されるための所定データ記録部と
を有し、前記回折格子と前記所定データ記録部は共に位
相型回折格子を有することを特徴とする変位情報検出用
スケール。
【００２０】上述目的を達成するための第１１の発明
は、相対変位情報を検出すべき物体側に設けられる変位
情報検出用スケールであって、該スケールの変位情報を
検出するべく干渉させて検出するための回折光を発生す
るための回折格子部と、前記スケールの変位情報を検出
するべく光学的に検出されるための所定データ記録部と
を有し、前記回折格子と前記所定データ記録部は共に放
射状回折格子を有することを特徴とする変位情報検出用
スケールである。
は、相対変位情報を検出すべき物体側に設けられる変位
情報検出用スケールであって、該スケールの変位情報を
検出するべく干渉させて検出するための回折光を発生す
るための回折格子部と、前記スケールの変位情報を検出
するべく光学的に検出されるための所定データ記録部と
を有し、前記回折格子と前記所定データ記録部は共に放
射状回折格子を有することを特徴とする変位情報検出用
スケールである。
【００２１】
【実施例】図１〜５は、本発明の第１の実施例のロータ
リーエンコーダの説明図である。図１は本実施例の光学
配置図、図２は、干渉光学系光路を説明する模式図、図
３はディスク上のパターン部分拡大図、図４は各パター
ンの配置説明図、図５は原点用符号パターン及びアブソ
リュート符号パターンの凹凸の比率の変化と直接透過光
（０次光）及び回折透過光（１次光）の光量の変化の説
明図である。図中ディスクD及びその上に設けられたパ
ターン以外のすべての部材は、不図示の固定側装置本体
に固定配置され、ディスクDはシャフト等の不図示の回
動部材に設けられている。以下、図面に従って説明す
る。
リーエンコーダの説明図である。図１は本実施例の光学
配置図、図２は、干渉光学系光路を説明する模式図、図
３はディスク上のパターン部分拡大図、図４は各パター
ンの配置説明図、図５は原点用符号パターン及びアブソ
リュート符号パターンの凹凸の比率の変化と直接透過光
（０次光）及び回折透過光（１次光）の光量の変化の説
明図である。図中ディスクD及びその上に設けられたパ
ターン以外のすべての部材は、不図示の固定側装置本体
に固定配置され、ディスクDはシャフト等の不図示の回
動部材に設けられている。以下、図面に従って説明す
る。
【００２２】LED等の光源LGTより射出された光束は、コ
リメータレンズLNS1によって平行光束Rにされ、相対回
転するディスクD上に照明される。
リメータレンズLNS1によって平行光束Rにされ、相対回
転するディスクD上に照明される。
【００２３】ディスクDは円形の透明基板であり、ディ
スクD上にはガラスエッチングまたはレプリカ成形され
た透過型の放射状回折格子GTと、凹凸の比率をディスク
周方向に連続的に変えて形成した透過型放射状回折格子
より成る原点用パターンZ１、z２と、凹凸の比率をディ
スク周方向に連続的かつ周期的に変えて形成した透過型
放射状回折格子より成るアブソリュート符号パターンAB
S1,ABS2とが互いに異なる半径の周上に、ディスク全周
に亘って記録されている（図４参照）。
スクD上にはガラスエッチングまたはレプリカ成形され
た透過型の放射状回折格子GTと、凹凸の比率をディスク
周方向に連続的に変えて形成した透過型放射状回折格子
より成る原点用パターンZ１、z２と、凹凸の比率をディ
スク周方向に連続的かつ周期的に変えて形成した透過型
放射状回折格子より成るアブソリュート符号パターンAB
S1,ABS2とが互いに異なる半径の周上に、ディスク全周
に亘って記録されている（図４参照）。
【００２４】原点用パターンZ１、z２のデユーティは、
位相を互いにずらして（具体的には位相を９０度ずらし
て）形成してある。また、アブソリュート符号パターン
ABS1,ABS2のデユーティも、それぞれ位相を互いにずら
して（具体的には位相を９０度ずらして）形成してあ
る。
位相を互いにずらして（具体的には位相を９０度ずらし
て）形成してある。また、アブソリュート符号パターン
ABS1,ABS2のデユーティも、それぞれ位相を互いにずら
して（具体的には位相を９０度ずらして）形成してあ
る。
【００２５】前述の平行光束は、放射状回折格子GTのト
ラック、原点用符号パターンZ１、Z２のトラック、アブ
ソリュート符号パターンABS1,ABS2のトラック各々の周
上所定領域に一括して照明される。図１ではその内の信
号光束となる部分の主光線のみ矢印で示し、他の光束部
分は省略してある。
ラック、原点用符号パターンZ１、Z２のトラック、アブ
ソリュート符号パターンABS1,ABS2のトラック各々の周
上所定領域に一括して照明される。図１ではその内の信
号光束となる部分の主光線のみ矢印で示し、他の光束部
分は省略してある。
【００２６】放射状回折格子GTがディスク１周でN本で
あるとすると、平行光束照射された放射状回折格子GT
（格子ピッチP＝２π／N ラジアン）からは２つの±１
次回折光束R+、R-が発生する。この±１次回折光束R+、
R-は、固定側装置本体にある第１の回折格子GBS１（格
子ピッチP＝π／N ラジアン）により回折されて光路を
折曲げられて、それぞれ光束R+-、R-+になり、空間上の
点０にて交差し、そこに配置されている第２の回折格子
GBS２（格子ピッチP＝２π／N ラジアン）により回折
されてそれぞれ光束R+-+、R-+-になり、重なりあって互
いに干渉して明暗信号として射出する（図２参照）。
あるとすると、平行光束照射された放射状回折格子GT
（格子ピッチP＝２π／N ラジアン）からは２つの±１
次回折光束R+、R-が発生する。この±１次回折光束R+、
R-は、固定側装置本体にある第１の回折格子GBS１（格
子ピッチP＝π／N ラジアン）により回折されて光路を
折曲げられて、それぞれ光束R+-、R-+になり、空間上の
点０にて交差し、そこに配置されている第２の回折格子
GBS２（格子ピッチP＝２π／N ラジアン）により回折
されてそれぞれ光束R+-+、R-+-になり、重なりあって互
いに干渉して明暗信号として射出する（図２参照）。
【００２７】ここで第１、第２の回折格子GBS１、GBS２
および放射状回折格子GTは、ラメラ位相格子で０次回折
光が発生しないような微細構造を有している。又、後で
詳述する原点用パターンZ１、z２とアブソリュート符号
パターンABS1,ABS2もラメラ位相格子である。
および放射状回折格子GTは、ラメラ位相格子で０次回折
光が発生しないような微細構造を有している。又、後で
詳述する原点用パターンZ１、z２とアブソリュート符号
パターンABS1,ABS2もラメラ位相格子である。
【００２８】回折格子GBS２は、点P０を境界に領域をGB
S2-A、GBS2-B、GBS2-バーA、GBS2-バーBの様に４分割さ
れていて、互いの格子の配列の位相を１／８ピッチ分ず
つずらして形成してある（図３参照）。
S2-A、GBS2-B、GBS2-バーA、GBS2-バーBの様に４分割さ
れていて、互いの格子の配列の位相を１／８ピッチ分ず
つずらして形成してある（図３参照）。
【００２９】ディスクDに照明される平行光束は広がり
を持っているため、放射状格子GTで回折して回折格子GB
S１に到達しても、２つの回折光束はほとんど重なりあ
ったまま回折格子GBS１、GBS２を経て受光素子へ導かれ
ることになる。たとえば照明する光束径が500μm、放射
状格子本数N＝2500、ディスクD上の記録半径r＝5000μ
m、LED波長λ＝0.86μmとして１次回折角は、 θ＝arcsin{λ・N／（２πr）}＝3.92° となり、放射状格子GTと回折格子GBS１とのギャップh＝
500μmとして、分離量＝68.5μmである。
を持っているため、放射状格子GTで回折して回折格子GB
S１に到達しても、２つの回折光束はほとんど重なりあ
ったまま回折格子GBS１、GBS２を経て受光素子へ導かれ
ることになる。たとえば照明する光束径が500μm、放射
状格子本数N＝2500、ディスクD上の記録半径r＝5000μ
m、LED波長λ＝0.86μmとして１次回折角は、 θ＝arcsin{λ・N／（２πr）}＝3.92° となり、放射状格子GTと回折格子GBS１とのギャップh＝
500μmとして、分離量＝68.5μmである。
【００３０】回折格子GBS２から出射される回折光束R+-
+、R-+-は互いに光軸の光路を重なりあわせて光軸を互
いに平行になるように射出され、光源からのすべての光
路の対称性が保持されて互いに干渉する。その際に、回
折光R+-+はディスクの回転によって放射状回折格子GTが
１ピッチ分移動すると、波面の位相が＋２πずれ、回折
光R-+-はディスクDの回転によって放射状格子が１ピッ
チ分移動すると、波面の位相が−２πずれる。これによ
り、回折光束R+-+、R-+-の干渉光は、ディスクの回転に
よって放射状回折格子GTが１ピッチ分移動すると明暗す
なわち干渉光強度が正弦波状に２回変化する。
+、R-+-は互いに光軸の光路を重なりあわせて光軸を互
いに平行になるように射出され、光源からのすべての光
路の対称性が保持されて互いに干渉する。その際に、回
折光R+-+はディスクの回転によって放射状回折格子GTが
１ピッチ分移動すると、波面の位相が＋２πずれ、回折
光R-+-はディスクDの回転によって放射状格子が１ピッ
チ分移動すると、波面の位相が−２πずれる。これによ
り、回折光束R+-+、R-+-の干渉光は、ディスクの回転に
よって放射状回折格子GTが１ピッチ分移動すると明暗す
なわち干渉光強度が正弦波状に２回変化する。
【００３１】ここで、前述のように、回折格子GBS２は
点P０を境界に領域を４分割されていて、互いの格子の
配列の位相を１／８ピッチ分ずつずらして形成してある
ので、各領域で発生する干渉光の干渉位相（明暗の位
相）は互いに１／４周期ずつずれている。
点P０を境界に領域を４分割されていて、互いの格子の
配列の位相を１／８ピッチ分ずつずらして形成してある
ので、各領域で発生する干渉光の干渉位相（明暗の位
相）は互いに１／４周期ずつずれている。
【００３２】この領域GBS2-A、GBS2-B、GBS2-バーA、GB
S2-バーBからの干渉光を受光素子アレイSARY上の、それ
ぞれ受光素子SA,SB,SバーA,SバーB に入射させるので、
受光素子SA,SB,SバーA,SバーBからはそれぞれ１回転で
２N周期で且つ互いに１／４周期ずつずれた正弦波状ア
ナログ信号電流が発生する。この４つの正弦波状アナロ
グ信号を不図示の信号処理系で、反転信号同士差分をと
って２つの位相のずれた正弦波状アナログ信号を得、こ
れを用いて良く知られた方法によりディスクＤの回転量
と回転方向を演算するように、信号処理する。以上のよ
うな信号処理については、良く知られているので説明を
省略する。
S2-バーBからの干渉光を受光素子アレイSARY上の、それ
ぞれ受光素子SA,SB,SバーA,SバーB に入射させるので、
受光素子SA,SB,SバーA,SバーBからはそれぞれ１回転で
２N周期で且つ互いに１／４周期ずつずれた正弦波状ア
ナログ信号電流が発生する。この４つの正弦波状アナロ
グ信号を不図示の信号処理系で、反転信号同士差分をと
って２つの位相のずれた正弦波状アナログ信号を得、こ
れを用いて良く知られた方法によりディスクＤの回転量
と回転方向を演算するように、信号処理する。以上のよ
うな信号処理については、良く知られているので説明を
省略する。
【００３３】一方、原点用符号パターンZ１、Z２の凹凸
の比率が連続的に変化しているので、原点用符号パター
ントラックZ１、Z２に照明される平行光束はディスクD
の回転に伴って照明位置における原点用符号パターンの
凹凸の比率が連続的に変化する。原点用符号パターンZ
１、Z２において、平行光束に照明される領域の凹凸の
比率が変化した時の、直接透過光（０次光）と回折透過
光（１次光）の光量変化を説明するのが図５（上側がデ
ューティと光量のグラフ、下がデューティ変化による0
次光と１次光の受光状態変化の模式図）である。
の比率が連続的に変化しているので、原点用符号パター
ントラックZ１、Z２に照明される平行光束はディスクD
の回転に伴って照明位置における原点用符号パターンの
凹凸の比率が連続的に変化する。原点用符号パターンZ
１、Z２において、平行光束に照明される領域の凹凸の
比率が変化した時の、直接透過光（０次光）と回折透過
光（１次光）の光量変化を説明するのが図５（上側がデ
ューティと光量のグラフ、下がデューティ変化による0
次光と１次光の受光状態変化の模式図）である。
【００３４】図５に示すように凹凸の比率の変化によっ
て0次光と１次光の比率が変わり、従って原点用符号パ
ターンZ１からの０次光と１次光をそれぞれ受光する受
光素子SZ10とSZ11の受光比率、及び原点用符号パターン
Z２からの０次光と１次光をそれぞれ受光する受光素子S
Z20とSZ21の受光比率が変化する。原点用符号パターン
の凹凸の比率が連続的に変化するので、ディスクDの回
転に応じて、直接透過光（０次光）、回折透過光（１次
光）の光量がその位置に応じて連続的に変化して受光素
子アレイSARY上の受光素子SZ10、SZ11、SZ20、SZ21 に
入射する。
て0次光と１次光の比率が変わり、従って原点用符号パ
ターンZ１からの０次光と１次光をそれぞれ受光する受
光素子SZ10とSZ11の受光比率、及び原点用符号パターン
Z２からの０次光と１次光をそれぞれ受光する受光素子S
Z20とSZ21の受光比率が変化する。原点用符号パターン
の凹凸の比率が連続的に変化するので、ディスクDの回
転に応じて、直接透過光（０次光）、回折透過光（１次
光）の光量がその位置に応じて連続的に変化して受光素
子アレイSARY上の受光素子SZ10、SZ11、SZ20、SZ21 に
入射する。
【００３５】本実施例では一例として、原点位置付近に
回折格子デューティ０となる部分を設け、その部分を中
心に回折格子デューティを連続的に（例えば０．３程度
まで）増加させるように格子配置を設計してある。原点
用符号パターンZ１とZ２による変調光は、ディスクの回
転によって照明領域内でパターンZ１とZ２が移動する
と、受光素子SZ10、SZ20、SZ11、SZ21に分配される入射
光量が連続的に変化し、かつ前述したようにパターンZ
１とZ２の格子位相を９０度ずらしてあるので、受光素
子SZ10、SZ11と受光素子SZ20、SZ21とで互いに光量変化
するタイミングがずれる。従って、受光素子SZ10、SZ2
0、SZ11、SZ21からは互いにピークのずれた山型波形ア
ナログ信号電流が発生する。
回折格子デューティ０となる部分を設け、その部分を中
心に回折格子デューティを連続的に（例えば０．３程度
まで）増加させるように格子配置を設計してある。原点
用符号パターンZ１とZ２による変調光は、ディスクの回
転によって照明領域内でパターンZ１とZ２が移動する
と、受光素子SZ10、SZ20、SZ11、SZ21に分配される入射
光量が連続的に変化し、かつ前述したようにパターンZ
１とZ２の格子位相を９０度ずらしてあるので、受光素
子SZ10、SZ11と受光素子SZ20、SZ21とで互いに光量変化
するタイミングがずれる。従って、受光素子SZ10、SZ2
0、SZ11、SZ21からは互いにピークのずれた山型波形ア
ナログ信号電流が発生する。
【００３６】本装置においては、原点用符号パターンZ
１とZ２の回折格子デューティ０の位置を原点位置を中
心として同角度だけ互いに周方向反対側にずれる形で配
置し、原点信号としては受光素子SZ10、SZ11からの信号
の差分信号Ｓ（SZ10-SZ11）と、受光素子SZ20、SZ21か
らの信号の差分信号Ｓ（SZ20-SZ21）の出力が一致した
時点で不図示の信号処理系でパルス信号を発生する構成
となっている。
１とZ２の回折格子デューティ０の位置を原点位置を中
心として同角度だけ互いに周方向反対側にずれる形で配
置し、原点信号としては受光素子SZ10、SZ11からの信号
の差分信号Ｓ（SZ10-SZ11）と、受光素子SZ20、SZ21か
らの信号の差分信号Ｓ（SZ20-SZ21）の出力が一致した
時点で不図示の信号処理系でパルス信号を発生する構成
となっている。
【００３７】一方、アブソリュート符号パターンABS1,A
BS2の凹凸の比率は連続的且つ周期的に変化しているの
で、アブソリュート符号パターンABS1,ABS2トラックに
照明される平行光束はディスクDの回転に伴って照明位
置におけるアブソリュート符号パターンの凹凸の比率が
連続的且つ周期的に変化する。アブソリュート符号パタ
ーンABS1,ABS2において、平行光束に照明される領域の
凹凸の比率が変化した時の、直接透過光（０次光）と回
折透過光（１次光）の光量変化も図５で同様に示され
る。
BS2の凹凸の比率は連続的且つ周期的に変化しているの
で、アブソリュート符号パターンABS1,ABS2トラックに
照明される平行光束はディスクDの回転に伴って照明位
置におけるアブソリュート符号パターンの凹凸の比率が
連続的且つ周期的に変化する。アブソリュート符号パタ
ーンABS1,ABS2において、平行光束に照明される領域の
凹凸の比率が変化した時の、直接透過光（０次光）と回
折透過光（１次光）の光量変化も図５で同様に示され
る。
【００３８】図５に示すように凹凸の比率の変化によっ
て0次光と１次光の比率が変わり、従ってアブソリュー
ト符号パターンABS１からの０次光と１次光をそれぞれ
受光する受光素子SABS10とSABS11の受光比率、及びアブ
ソリュート符号パターンABS２からの０次光と１次光を
それぞれ受光する受光素子SABS20とSABS21の受光比率が
変化する。アブソリュート符号パターンの凹凸の比率が
連続的に変化するので、ディスクDの回転に応じて、直
接透過光（０次光）、回折透過光（１次光）の光量がそ
の位置に応じて連続的周期的に変化して受光素子アレイ
SARY上の受光素子SABS10、SABS11、SABS20、SABS21 に
入射する。
て0次光と１次光の比率が変わり、従ってアブソリュー
ト符号パターンABS１からの０次光と１次光をそれぞれ
受光する受光素子SABS10とSABS11の受光比率、及びアブ
ソリュート符号パターンABS２からの０次光と１次光を
それぞれ受光する受光素子SABS20とSABS21の受光比率が
変化する。アブソリュート符号パターンの凹凸の比率が
連続的に変化するので、ディスクDの回転に応じて、直
接透過光（０次光）、回折透過光（１次光）の光量がそ
の位置に応じて連続的周期的に変化して受光素子アレイ
SARY上の受光素子SABS10、SABS11、SABS20、SABS21 に
入射する。
【００３９】４つの受光素子ABS10,SABS20,SABS11,SABS
21からは互いに位相差のついた正弦波状または三角波状
等の周期的アブソリュート信号が出力される。本装置で
は、受光素子SABS10とSABS11の出力の差分信号Ｓ（SABS
10-SABS11）と、受光素子SABS20とSABS21の出力の差分
信号Ｓ（SABS20-SABS21）の90°位相差信号をもとに公
知の位相分別回路等により数値コード化され、アブソリ
ュート位置信号が出力される。
21からは互いに位相差のついた正弦波状または三角波状
等の周期的アブソリュート信号が出力される。本装置で
は、受光素子SABS10とSABS11の出力の差分信号Ｓ（SABS
10-SABS11）と、受光素子SABS20とSABS21の出力の差分
信号Ｓ（SABS20-SABS21）の90°位相差信号をもとに公
知の位相分別回路等により数値コード化され、アブソリ
ュート位置信号が出力される。
【００４０】本実施例では、放射状回折格子GTと、原点
用パターンZ１、z２と、アブソリュート符号パターンAB
S1,ABS2とを、全て位相型回折格子で形成したので、製
作が一括でできて容易になり、又配置もコンパクト化が
可能になるので、全体として装置が小型化できる。さら
には、原点検出とアブソリュート位置検出とを位相型回
折格子で行うことにより、これらの検出がパターン欠陥
や不要光によるノイズ等に影響されにくくなり、これら
の検出の精度も向上できる。
用パターンZ１、z２と、アブソリュート符号パターンAB
S1,ABS2とを、全て位相型回折格子で形成したので、製
作が一括でできて容易になり、又配置もコンパクト化が
可能になるので、全体として装置が小型化できる。さら
には、原点検出とアブソリュート位置検出とを位相型回
折格子で行うことにより、これらの検出がパターン欠陥
や不要光によるノイズ等に影響されにくくなり、これら
の検出の精度も向上できる。
【００４１】図６〜８は本発明の第２の実施例のロータ
リーエンコーダの説明図である。図６はディスク上のパ
ターン部分拡大図、図７は各パターンの配置説明図、図
８は原点用符号パターン及びアブソリュート符号パター
ンのピッチの変化と回折透過光（１次光）の出射角変化
の説明図である。第１の実施例と同様の構成は図面、説
明を省略し、また第１の実施例同様の部材には同じ符号
を冠する。
リーエンコーダの説明図である。図６はディスク上のパ
ターン部分拡大図、図７は各パターンの配置説明図、図
８は原点用符号パターン及びアブソリュート符号パター
ンのピッチの変化と回折透過光（１次光）の出射角変化
の説明図である。第１の実施例と同様の構成は図面、説
明を省略し、また第１の実施例同様の部材には同じ符号
を冠する。
【００４２】本実施例は第１の実施例の原点、アブソリ
ュート信号検出の原理を変更したものである。即ちアブ
ソリュート符号パターン、原点用符号パターンをディス
クの周方向に関してピッチが連続的に変化する位相回折
格子として形成し、この位相回折格子のピッチの連続的
変化によって、１次回折光の射出方位の連続的変化を発
生させ、この１次光を複数の受光素子にて受光し、１次
光の角度変化による受光光量バランス変化を検出し、コ
ンパレータによって数値化して位置信号を得るように変
更したものである（図７参照）。
ュート信号検出の原理を変更したものである。即ちアブ
ソリュート符号パターン、原点用符号パターンをディス
クの周方向に関してピッチが連続的に変化する位相回折
格子として形成し、この位相回折格子のピッチの連続的
変化によって、１次回折光の射出方位の連続的変化を発
生させ、この１次光を複数の受光素子にて受光し、１次
光の角度変化による受光光量バランス変化を検出し、コ
ンパレータによって数値化して位置信号を得るように変
更したものである（図７参照）。
【００４３】原点用符号パターンZ１、Z２トラックに照
明された平行光束は、照明位置における原点用符号パタ
ーンのピッチが 図８に示すように連続的変化をする
と、回折光（１次光）の射出方位が連続的に変化し、そ
の射出方位に応じて受光素子SZ10、SZ20、SZ11、SZ21に
入射位置を変化させながら入射する。
明された平行光束は、照明位置における原点用符号パタ
ーンのピッチが 図８に示すように連続的変化をする
と、回折光（１次光）の射出方位が連続的に変化し、そ
の射出方位に応じて受光素子SZ10、SZ20、SZ11、SZ21に
入射位置を変化させながら入射する。
【００４４】なお原点用符号パターントラックZ１から
の１次光を受光する受光素子（SZ10、SZ11）は近接した
２分割ホトセンサ、原点用符号パターントラックZ２か
らの１次光を受光する受光素子（SZ20、SZ21）も近接し
た２分割ホトセンサで、入射回折光はそれらの境界を跨
いで移動する。また照射光束はセンサ境界幅より十分大
きいとする。
の１次光を受光する受光素子（SZ10、SZ11）は近接した
２分割ホトセンサ、原点用符号パターントラックZ２か
らの１次光を受光する受光素子（SZ20、SZ21）も近接し
た２分割ホトセンサで、入射回折光はそれらの境界を跨
いで移動する。また照射光束はセンサ境界幅より十分大
きいとする。
【００４５】原点用符号パターンからの１次光は、ディ
スクの回転によって照明領域内で格子のピッチが変化す
ると、受光素子SZ10、SZ20、SZ11、SZ21に分配される入
射光量が連続的に変化し、かつパターンZ１とZ２の格子
位相を９０度ずらしてあるので互いに光量変化するタイ
ミングがずれる。受光素子SZ10、SZ20、SZ11、SZ21から
は互いにピークのずれた山型波形アナログ信号電流が発
生する。尚、原点信号としては、たとえば受光素子SZ10
とSZ11の出力の差分信号Ｓ（SZ10-SZ11）、受光素子SZ2
0とSZ21の出力の差分信号Ｓ（SZ20-SZ21）の出力が一致
する部所を原点として、差分信号が一致した時点でパル
ス信号を発生する形とする。
スクの回転によって照明領域内で格子のピッチが変化す
ると、受光素子SZ10、SZ20、SZ11、SZ21に分配される入
射光量が連続的に変化し、かつパターンZ１とZ２の格子
位相を９０度ずらしてあるので互いに光量変化するタイ
ミングがずれる。受光素子SZ10、SZ20、SZ11、SZ21から
は互いにピークのずれた山型波形アナログ信号電流が発
生する。尚、原点信号としては、たとえば受光素子SZ10
とSZ11の出力の差分信号Ｓ（SZ10-SZ11）、受光素子SZ2
0とSZ21の出力の差分信号Ｓ（SZ20-SZ21）の出力が一致
する部所を原点として、差分信号が一致した時点でパル
ス信号を発生する形とする。
【００４６】一方、アブソリュート符号パターンABS1,A
BS2トラック に照明された平行光束も、照明位置におけ
る原点用符号パターンのピッチが 図８に示すように連
続的変化をすると、回折光（１次光）の射出方位が連続
的に変化し、その射出方位に応じて受光素子SABS10、SA
BS20、SABS11、SABS21に入射位置を変化させながら入射
する。
BS2トラック に照明された平行光束も、照明位置におけ
る原点用符号パターンのピッチが 図８に示すように連
続的変化をすると、回折光（１次光）の射出方位が連続
的に変化し、その射出方位に応じて受光素子SABS10、SA
BS20、SABS11、SABS21に入射位置を変化させながら入射
する。
【００４７】なおアブソリュート符号パターンABS1から
の１次光を受光する受光素子（SABS10、SABS11）は近接
した２分割ホトセンサ、アブソリュート符号パターンAB
S2からの１次光を受光する受光素子（SABS20、SABS21）
は近接した２分割ホトセンサで、入射回折光はそれらの
境界を跨いで移動する。
の１次光を受光する受光素子（SABS10、SABS11）は近接
した２分割ホトセンサ、アブソリュート符号パターンAB
S2からの１次光を受光する受光素子（SABS20、SABS21）
は近接した２分割ホトセンサで、入射回折光はそれらの
境界を跨いで移動する。
【００４８】アブソリュート符号パターンからの１次光
は、ディスクの回転によって照明領域内で格子のピッチ
が変化すると、受光素子SABS10、SABS20、SABS11、SABS
21に分配される入射光量が連続的に変化し、かつパター
ンABS1とABS2の格子位相を９０度ずらしてあるので互い
に光量変化するタイミングがずれる。４つの受光素子SA
BS10,SABS20,SABS11,SABS21からは互いに位相差のつい
た正弦波状または疑似三角波状等の周期的アブソリュー
ト信号が出力される。そこで、たとえば受光素子SABS10
とSABS11からの出力の差分信号Ｓ（SABS10-SABS11）
と、受光素子SABS20とSABS21からの出力の差分信号Ｓ
（SABS20-SABS21）の90°位相差信号をもとに公知の位
相分別回路等により数値コード化し、アブソリュート位
置信号が出力される。
は、ディスクの回転によって照明領域内で格子のピッチ
が変化すると、受光素子SABS10、SABS20、SABS11、SABS
21に分配される入射光量が連続的に変化し、かつパター
ンABS1とABS2の格子位相を９０度ずらしてあるので互い
に光量変化するタイミングがずれる。４つの受光素子SA
BS10,SABS20,SABS11,SABS21からは互いに位相差のつい
た正弦波状または疑似三角波状等の周期的アブソリュー
ト信号が出力される。そこで、たとえば受光素子SABS10
とSABS11からの出力の差分信号Ｓ（SABS10-SABS11）
と、受光素子SABS20とSABS21からの出力の差分信号Ｓ
（SABS20-SABS21）の90°位相差信号をもとに公知の位
相分別回路等により数値コード化し、アブソリュート位
置信号が出力される。
【００４９】このように、アブソリュート符号パターン
と原点用符号パターンをそれぞれピッチを連続的に異な
らせた配置の位相型回折格子としても、前出の実施例と
同様に小型化と高精度化の両効果を達成できる。
と原点用符号パターンをそれぞれピッチを連続的に異な
らせた配置の位相型回折格子としても、前出の実施例と
同様に小型化と高精度化の両効果を達成できる。
【００５０】図９は、本発明の第3の実施例のロータリ
ーエンコーダの光学配置図である。図１０、１１は同実
施例におけるディスク構造部分拡大図である。第１、第
２の実施例と同様の構成は図面、説明を省略し、また第
１、第２の実施例同様の部材には同じ符号を冠する。
ーエンコーダの光学配置図である。図１０、１１は同実
施例におけるディスク構造部分拡大図である。第１、第
２の実施例と同様の構成は図面、説明を省略し、また第
１、第２の実施例同様の部材には同じ符号を冠する。
【００５１】本実施例では、アブソリュート符号パター
ン、原点用符号パターンはディスクの特定部分のみに設
けたラメラ位相格子の位相型回折格子パターンとし、平
行光束照射位置における位相回折格子の有無によって、
直接透過光または直接反射光の発生の有無をに変換して
検出するように変更したものである。ラメラ位相格子は
０次光の発生を防止するように設計されている。
ン、原点用符号パターンはディスクの特定部分のみに設
けたラメラ位相格子の位相型回折格子パターンとし、平
行光束照射位置における位相回折格子の有無によって、
直接透過光または直接反射光の発生の有無をに変換して
検出するように変更したものである。ラメラ位相格子は
０次光の発生を防止するように設計されている。
【００５２】本実施例では原点用符号パターンZ1、Z2の
形成されたトラックに平行光束の照明が行われた際に、
照明領域に原点用符号パターンが無いときは、光束が透
過して受光素子SZ1、SZ2に入射する構成にしてあり、一
方照明領域に原点用符号パターンがあるときは、その位
置に応じて発生する透過回折光が受光素子SZ1、SZ2に入
射しない方向に出射する。ディスクの回転によって照明
領域内で原点用符号パターンZ1、Z2が移動すると、受光
素子SZ1、SZ2に投影される透過光断面積が変化し、受光
素子SZ1、SZ2に照明される全光束量が変化する。原点用
符号パターンZ1、Z2は互いにディスク周上の異なる位置
に設けてあるので、受光素子SZ1、SZ2では互いに光量変
化するタイミングがずれる。即ち、受光素子SZ1、SZ2か
らは互いにボトムのずれた谷型波形アナログ信号電流が
発生する。原点信号の発生の仕方は信号波形が上下反転
している以外前述第１実施例と同様なので省略する。
形成されたトラックに平行光束の照明が行われた際に、
照明領域に原点用符号パターンが無いときは、光束が透
過して受光素子SZ1、SZ2に入射する構成にしてあり、一
方照明領域に原点用符号パターンがあるときは、その位
置に応じて発生する透過回折光が受光素子SZ1、SZ2に入
射しない方向に出射する。ディスクの回転によって照明
領域内で原点用符号パターンZ1、Z2が移動すると、受光
素子SZ1、SZ2に投影される透過光断面積が変化し、受光
素子SZ1、SZ2に照明される全光束量が変化する。原点用
符号パターンZ1、Z2は互いにディスク周上の異なる位置
に設けてあるので、受光素子SZ1、SZ2では互いに光量変
化するタイミングがずれる。即ち、受光素子SZ1、SZ2か
らは互いにボトムのずれた谷型波形アナログ信号電流が
発生する。原点信号の発生の仕方は信号波形が上下反転
している以外前述第１実施例と同様なので省略する。
【００５３】一方、位相型回折格子のアブソリュート符
号パターンU、V、Wが形成されたトラックに照明された
平行光束は、アブソリュート符号パターンが存在しない
領域では光束が透過して受光素子SU,SV,SW上 に達し、
パターンが存在する場合には、発生する回折光が受光素
子を避ける方向に出射する構成になっている。このた
め、照射領域でのパターンの有無に応じて、透過光が受
光素子SU,SV,SW上 に投影される。受光素子SU,SV,SWか
らはアブソリュート符号信号群が出力され、その２値情
報の組み合わせによって不図示の信号処理系でアブソリ
ュート位置が特定される。このアブソリュート位置の特
定の仕方については良く知られているので、説明は省略
する。
号パターンU、V、Wが形成されたトラックに照明された
平行光束は、アブソリュート符号パターンが存在しない
領域では光束が透過して受光素子SU,SV,SW上 に達し、
パターンが存在する場合には、発生する回折光が受光素
子を避ける方向に出射する構成になっている。このた
め、照射領域でのパターンの有無に応じて、透過光が受
光素子SU,SV,SW上 に投影される。受光素子SU,SV,SWか
らはアブソリュート符号信号群が出力され、その２値情
報の組み合わせによって不図示の信号処理系でアブソリ
ュート位置が特定される。このアブソリュート位置の特
定の仕方については良く知られているので、説明は省略
する。
【００５４】以上の構成においては、図１０に示すよう
に透明ディスク上に透過型のラメラ位相格子を各パター
ンとして設けた構成としたが、図１１に示すように、全
面にクロムかアルミニウムの反射膜蒸着を行ったディス
ク上に反射型のラメラ位相格子を各パターンとして設け
た構成としても良い。
に透明ディスク上に透過型のラメラ位相格子を各パター
ンとして設けた構成としたが、図１１に示すように、全
面にクロムかアルミニウムの反射膜蒸着を行ったディス
ク上に反射型のラメラ位相格子を各パターンとして設け
た構成としても良い。
【００５５】以上のようにすることで、インクリメンタ
ル検出回折格子とアブソリュート符号、原点位置符号検
出パターンの微細構造が同一になり、製造工程がガラス
エッチングまたはレプリカ成形（および反射回折光使用
の光学系の場合は、図１１のように全面反射膜蒸着追
加）のみで済み、簡略化できる。なお位相格子をラメラ
格子とした場合の段差も同一にできるので、ガラスエッ
チング処理も一括してできる。
ル検出回折格子とアブソリュート符号、原点位置符号検
出パターンの微細構造が同一になり、製造工程がガラス
エッチングまたはレプリカ成形（および反射回折光使用
の光学系の場合は、図１１のように全面反射膜蒸着追
加）のみで済み、簡略化できる。なお位相格子をラメラ
格子とした場合の段差も同一にできるので、ガラスエッ
チング処理も一括してできる。
【００５６】図１２は第３実施例の変形例の構成を説明
する図である。第３の実施例では、パターンの存在が即
ち光束の透過、非透過であったが、本装置ではアブソリ
ュート符号パターンU、V、W、原点用符号パターンZ1、Z
2の透過、非透過または反射、非反射の関係を位相回折
格子の凹凸の比率の変化によって、直接透過光または直
接反射光の光量の変化に変換し、これを検出するように
変更したものである。図１３はこの様子を示した原理図
で、左が非透過の状態、右が透過の状態を表している。
このように位相回折格子の凹凸の比率の変化によって光
束の透過、非透過を決定する構成にして、第３の実施例
と同様の効果を得ている。
する図である。第３の実施例では、パターンの存在が即
ち光束の透過、非透過であったが、本装置ではアブソリ
ュート符号パターンU、V、W、原点用符号パターンZ1、Z
2の透過、非透過または反射、非反射の関係を位相回折
格子の凹凸の比率の変化によって、直接透過光または直
接反射光の光量の変化に変換し、これを検出するように
変更したものである。図１３はこの様子を示した原理図
で、左が非透過の状態、右が透過の状態を表している。
このように位相回折格子の凹凸の比率の変化によって光
束の透過、非透過を決定する構成にして、第３の実施例
と同様の効果を得ている。
【００５７】このようにすることで、インクリメンタル
検出回折格子とアブソリュート符号、原点位置符号検出
パターンの微細構造が同一になり、製造工程がガラスエ
ッチングまたはレプリカ成形（および必要に応じて全面
反射膜蒸着）のみで済み、簡略化できる。なお位相格子
をラメラ格子とした場合の段差も同一にできるので、ガ
ラスエッチング処理も一括してできる。
検出回折格子とアブソリュート符号、原点位置符号検出
パターンの微細構造が同一になり、製造工程がガラスエ
ッチングまたはレプリカ成形（および必要に応じて全面
反射膜蒸着）のみで済み、簡略化できる。なお位相格子
をラメラ格子とした場合の段差も同一にできるので、ガ
ラスエッチング処理も一括してできる。
【００５８】その他以下の変更による光学系の展開が可
能である。
能である。
【００５９】（１）３つの回折格子GT、GBS1、GBS2によ
る分離、偏向、合成の光路において、第１の放射状回折
格子GTの本数 N１(本／周)、第２の放射状回折格子GBS1
の本数 N２(本／周)、第３の放射状回折格子GBS2の本数
N３(本／周)が、 n1・N1 + n2・N2 + n3・N3 = 0 を満たす範囲で本数を変更しても良い。
る分離、偏向、合成の光路において、第１の放射状回折
格子GTの本数 N１(本／周)、第２の放射状回折格子GBS1
の本数 N２(本／周)、第３の放射状回折格子GBS2の本数
N３(本／周)が、 n1・N1 + n2・N2 + n3・N3 = 0 を満たす範囲で本数を変更しても良い。
【００６０】但しn1、n2、n3 は第１、第２、第３の回
折格子による回折次数であり、全周記録する必要のない
放射状回折格子の本数Nは整数である必要はなく小数点
以下がついてもよい。第１の実施例では、n1=+1、n2=-
1、n3=+1、N1=2500、N2=5000、N3=2500 である。
折格子による回折次数であり、全周記録する必要のない
放射状回折格子の本数Nは整数である必要はなく小数点
以下がついてもよい。第１の実施例では、n1=+1、n2=-
1、n3=+1、N1=2500、N2=5000、N3=2500 である。
【００６１】（２）インクリメンタル位相差信号発生用
回折格子（図1ではGBS２）の分割数や位相ずらし量を
（２分割にして、90度ずらしたり、６分割にして60度ず
つずらしたりすること等）変えてもよい。
回折格子（図1ではGBS２）の分割数や位相ずらし量を
（２分割にして、90度ずらしたり、６分割にして60度ず
つずらしたりすること等）変えてもよい。
【００６２】（３）実施例１、２を組み合わせ、デュー
ティとピッチとを両方変化させる形にしても良い。
ティとピッチとを両方変化させる形にしても良い。
【００６３】（４）アブソリュート符号パターン回折光
用受光素子ABS10、SABS20、SABS11、SABS21の数を（た
とえば２つにする等）変えても良い。
用受光素子ABS10、SABS20、SABS11、SABS21の数を（た
とえば２つにする等）変えても良い。
【００６４】（５）原点用符号パターン回折光用受光素
子SZ10、SZ20、SZ11、SZ21の数を（たとえば２つにする
等）変えても良い。
子SZ10、SZ20、SZ11、SZ21の数を（たとえば２つにする
等）変えても良い。
【００６５】（６）アブソリュート符号パターンの凹凸
比率可変またはピッチ可変の周期は任意である。たとえ
ば、１回転で１周期の変化でもよいし、ACモータの極数
にあわせて、８周期等にしてもかまわない。
比率可変またはピッチ可変の周期は任意である。たとえ
ば、１回転で１周期の変化でもよいし、ACモータの極数
にあわせて、８周期等にしてもかまわない。
【００６６】（７）インクリメンタル信号光（回折干渉
光）、原点用符号パターン回折光、アブソリュート符号
パターン回折光を反射回折光として、それらを受光する
ように、光学系、ディスクの構造を変更しても良い。
光）、原点用符号パターン回折光、アブソリュート符号
パターン回折光を反射回折光として、それらを受光する
ように、光学系、ディスクの構造を変更しても良い。
【００６７】（８）原点の検出パターンをZ１、Z２のよ
うに２つにわけて２信号の差信号から得るのではなく、
通常の２つのランダムピッチパターンの重ね合せによる
相関関数のピークを検出する方式に変更することも可能
である。
うに２つにわけて２信号の差信号から得るのではなく、
通常の２つのランダムピッチパターンの重ね合せによる
相関関数のピークを検出する方式に変更することも可能
である。
【００６８】図１４は本発明を実施したモータのドライ
ブ制御を行うシステムの実施例の説明図である。図中DH
は上述した実施例のいずれかにおいて、ディスクDを除
く部分全てが収納された検出ヘッド、PUは受光素子から
の受光信号を受けて信号処理を行う信号処理系、IMは信
号処理系に設定等の入力を行う入力部、MDはモータドラ
イバ、MTはモータ、SFはモータMTに駆動される、ディス
クDの設けられたシャフトである。
ブ制御を行うシステムの実施例の説明図である。図中DH
は上述した実施例のいずれかにおいて、ディスクDを除
く部分全てが収納された検出ヘッド、PUは受光素子から
の受光信号を受けて信号処理を行う信号処理系、IMは信
号処理系に設定等の入力を行う入力部、MDはモータドラ
イバ、MTはモータ、SFはモータMTに駆動される、ディス
クDの設けられたシャフトである。
【００６９】前述のような形でディスクDの回転情報を
含む受光素子からの信号を受けた信号処理系PUはこれを
信号処理してインクリメンタルやアブソリュートな回転
情報を演算し、入力部IMからの設定情報との比較により
モータドライバMDに指令信号を発する。指令されたモー
タドライバMDはモータMTの回転を制御し、これによりシ
ャフトの回転制御が実行される。
含む受光素子からの信号を受けた信号処理系PUはこれを
信号処理してインクリメンタルやアブソリュートな回転
情報を演算し、入力部IMからの設定情報との比較により
モータドライバMDに指令信号を発する。指令されたモー
タドライバMDはモータMTの回転を制御し、これによりシ
ャフトの回転制御が実行される。
【００７０】以上の各実施例では、変位情報検出及びド
ライブ制御として回転検出と回転制御に本発明を用いた
が、本発明は直動を含む変位情報の検出及び変位制御一
般に適用可能なものである。
ライブ制御として回転検出と回転制御に本発明を用いた
が、本発明は直動を含む変位情報の検出及び変位制御一
般に適用可能なものである。
【００７１】
【発明の効果】以上述べたように、第１発明によれば、
スケール手段の回折格子からの回折光を干渉させて検出
することとは別に、スケール手段の変位情報を検出する
べくスケール手段に設けられている所定データ記録部を
光学的に検出する構成において、所定データ記録部も回
折格子を有する様にしたことにより、スケール手段の製
作が容易になり、配置もコンパクト化でき、光学的検知
の精度も向上する。
スケール手段の回折格子からの回折光を干渉させて検出
することとは別に、スケール手段の変位情報を検出する
べくスケール手段に設けられている所定データ記録部を
光学的に検出する構成において、所定データ記録部も回
折格子を有する様にしたことにより、スケール手段の製
作が容易になり、配置もコンパクト化でき、光学的検知
の精度も向上する。
【００７２】又、第２発明によれば、スケール手段の回
折格子からの回折光を干渉させて検出することとは別
に、スケール手段の変位情報を検出するべくスケール手
段に設けられている所定データ記録部を光学的に検出す
る構成において、回折格子も所定データ記録部も共に位
相型回折格子を有する様にしたことにより、スケール手
段の製作がより容易になり、配置もコンパクト化でき、
光学的検知の精度もより向上する。
折格子からの回折光を干渉させて検出することとは別
に、スケール手段の変位情報を検出するべくスケール手
段に設けられている所定データ記録部を光学的に検出す
る構成において、回折格子も所定データ記録部も共に位
相型回折格子を有する様にしたことにより、スケール手
段の製作がより容易になり、配置もコンパクト化でき、
光学的検知の精度もより向上する。
【００７３】又、第３発明によれば、スケール手段の回
折格子からの回折光を干渉させて検出することとは別
に、スケール手段の変位情報を検出するべくスケール手
段に設けられている所定データ記録部を光学的に検出す
る構成において、回折格子も所定データ記録部も共に放
射状回折格子を有する様にしたことにより、スケール手
段の製作がより容易になり、配置もコンパクト化でき、
光学的検知の精度も向上する。
折格子からの回折光を干渉させて検出することとは別
に、スケール手段の変位情報を検出するべくスケール手
段に設けられている所定データ記録部を光学的に検出す
る構成において、回折格子も所定データ記録部も共に放
射状回折格子を有する様にしたことにより、スケール手
段の製作がより容易になり、配置もコンパクト化でき、
光学的検知の精度も向上する。
【００７４】又、第４乃至６発明によれば、原点検出及
び／又はアブソリュートな位置情報検出に上述のような
構成を採用したので、原点検出及び／又はアブソリュー
トな位置情報検出用のパターンを有するスケール手段の
製作が容易になり、配置もコンパクト化でき、原点検出
及び／又はアブソリュートな位置情報検出の精度も向上
する。
び／又はアブソリュートな位置情報検出に上述のような
構成を採用したので、原点検出及び／又はアブソリュー
トな位置情報検出用のパターンを有するスケール手段の
製作が容易になり、配置もコンパクト化でき、原点検出
及び／又はアブソリュートな位置情報検出の精度も向上
する。
【００７５】又、第７発明によれば、特にこのような原
点検出及び／又はアブソリュートな位置情報検出の情報
を回折格子のデューティ変化又はピッチ変化により記録
したことによって、原点検出及び／又はアブソリュート
な位置情報検出をより高精度に行うことができる。
点検出及び／又はアブソリュートな位置情報検出の情報
を回折格子のデューティ変化又はピッチ変化により記録
したことによって、原点検出及び／又はアブソリュート
な位置情報検出をより高精度に行うことができる。
【００７６】又、第８発明によれば、上述のような変位
情報検出装置を用いて、コンパクトな構成で高精度なド
ライブ制御が可能になる。
情報検出装置を用いて、コンパクトな構成で高精度なド
ライブ制御が可能になる。
【００７７】又、第９発明によれば、回折光を干渉させ
て検出する回折格子とは別に、スケール手段の変位情報
を検出するべく光学的に検出される所定データ記録部を
有する構成において、所定データ記録部も回折格子を有
する様にしたことにより、スケールの製作が容易にな
り、配置もコンパクト化でき、光学的検知の精度も向上
する。
て検出する回折格子とは別に、スケール手段の変位情報
を検出するべく光学的に検出される所定データ記録部を
有する構成において、所定データ記録部も回折格子を有
する様にしたことにより、スケールの製作が容易にな
り、配置もコンパクト化でき、光学的検知の精度も向上
する。
【００７８】又、第１０発明によれば、回折光を干渉さ
せて検出する回折格子とは別に、スケール手段の変位情
報を検出するべく光学的に検出される所定データ記録部
を有する構成において、回折格子も所定データ記録部も
共に位相型回折格子を有する様にしたことにより、スケ
ールの製作がより容易になり、配置もコンパクト化で
き、光学的検知の精度もより向上する。
せて検出する回折格子とは別に、スケール手段の変位情
報を検出するべく光学的に検出される所定データ記録部
を有する構成において、回折格子も所定データ記録部も
共に位相型回折格子を有する様にしたことにより、スケ
ールの製作がより容易になり、配置もコンパクト化で
き、光学的検知の精度もより向上する。
【００７９】又、第１１発明によれば、回折光を干渉さ
せて検出する回折格子とは別に、スケール手段の変位情
報を検出するべく光学的に検出される所定データ記録部
を有する構成において、回折格子も所定データ記録部も
共に放射状回折格子を有する様にしたことにより、スケ
ールの製作がより容易になり、配置もコンパクト化で
き、光学的検知の精度も向上する。
せて検出する回折格子とは別に、スケール手段の変位情
報を検出するべく光学的に検出される所定データ記録部
を有する構成において、回折格子も所定データ記録部も
共に放射状回折格子を有する様にしたことにより、スケ
ールの製作がより容易になり、配置もコンパクト化で
き、光学的検知の精度も向上する。
【図１】本発明の第１の実施例のロータリーエンコーダ
の光学配置図
の光学配置図
【図２】同装置の干渉光学系光路を説明する模式図
【図３】同装置のディスク上のパターン部分拡大図
【図４】同装置の各パターンの配置説明図
【図５】原点用符号パターン及びアブソリュート符号パ
ターンの凹凸の比率の変化と直接透過光（０次光）及び
回折透過光（１次光）の光量の変化の説明図
ターンの凹凸の比率の変化と直接透過光（０次光）及び
回折透過光（１次光）の光量の変化の説明図
【図６】本発明の第２の実施例のロータリーエンコーダ
のディスク上のパターン部分拡大図
のディスク上のパターン部分拡大図
【図７】同装置の各パターンの配置説明図
【図８】同装置の原点用符号パターン及びアブソリュー
ト符号パターンのピッチの変化と回折透過光（１次光）
の出射角変化の説明図
ト符号パターンのピッチの変化と回折透過光（１次光）
の出射角変化の説明図
【図９】本発明の第3の実施例のロータリーエンコーダ
の光学配置図
の光学配置図
【図１０】同実施例におけるディスク構造部分拡大図
【図１１】同実施例におけるディスク構造部分変形例の
拡大図
拡大図
【図１２】第３実施例の変形例の構成を説明する図
【図１３】同装置の原理説明図
【図１４】本発明の実施例のドライブ制御装置の説明図
ＬＧＴ 光源 ＬＮＳ１，ＬＮＳ２ レンズ Ｄ 相対回転ディスク ＧＢＳ１、ＧＢＳ２ （放射状）回折格子 ＧＢＳ３ （放射状）回折格子 ＧＴ ディスク上の放射状回折格子 Ｐ０ ＧＢＳ２またはＧＢＳ３上の光束合成位置 ＳＡ，ＳバーＡ，ＳＢ，ＳバーＢ 干渉光受光素子 ＳＺ 原点信号用符号パターン受光素子 ＳＡＢＳ アブソリュート符号信号用パターン受光素子 Ｚ１，Ｚ２ 原点検出用符号パターン ＡＢＳ１，ＡＢＳ２ アブソリュート符号信号用パター
ン
ン
Claims (11)
- 【請求項１】 相対変位情報を検出すべき物体側に設け
られているスケール手段と、該スケール手段の変位情報
を検出するべく前記スケール手段に設けられている回折
格子に光束照射を行って発生させた回折光を干渉させて
検出する第１検出手段と、前記スケール手段の変位情報
を検出するべく前記スケール手段に設けられている所定
データ記録部を光学的に検出する第２検出手段とを有
し、前記所定データ記録部も回折格子を有することを特
徴とする変位情報検出装置。 - 【請求項２】 相対変位情報を検出すべき物体側に設け
られているスケール手段と、該スケール手段の変位情報
を検出するべく前記スケール手段に設けられている回折
格子に光束照射を行って発生させた回折光を干渉させて
検出する第１検出手段と、前記スケール手段の変位情報
を検出するべく前記スケール手段に設けられている所定
データ記録部を光学的に検出する第２検出手段とを有
し、前記回折格子と前記所定データ記録部は共に位相型
回折格子を有することを特徴とする変位情報検出装置。 - 【請求項３】 相対変位情報を検出すべき物体側に設け
られているスケール手段と、該スケール手段の変位情報
を検出するべく前記スケール手段に設けられている回折
格子に光束照射を行って発生させた回折光を干渉させて
検出する第１検出手段と、前記スケール手段の変位情報
を検出するべく前記スケール手段に設けられている所定
データ記録部を光学的に検出する第２検出手段とを有
し、前記回折格子と前記所定データ記録部は共に放射状
回折格子を有することを特徴とする変位情報検出装置。 - 【請求項４】 前記所定データ記録部は前記スケール手
段の原点情報を回折格子で記録した請求項１乃至３に記
載の変位情報検出装置。 - 【請求項５】 前記所定データ記録部は前記スケール手
段のアブソリュートな位置情報を回折格子で記録した請
求項１乃至３に記載の変位情報検出装置。 - 【請求項６】 前記所定データ記録部は前記スケール手
段の原点情報と前記スケール手段のアブソリュートな位
置情報を回折格子で記録した請求項１乃至３に記載の変
位情報検出装置。 - 【請求項７】 前記所定データ記録部はスケール手段の
原点情報またはスケール手段のアブソリュートな位置情
報を回折格子のデューティ変化または回折格子のピッチ
変化により記録した請求項4乃至６に記載の変位情報検
出装置。 - 【請求項８】 請求項１乃至７に記載の変位情報検出装
置によって得られた前記スケール手段の相対変位情報に
基づいて、前記スケール手段の設けられた物体の変位駆
動の制御を行う手段を有することを特徴とするドライブ
制御装置。 - 【請求項９】 相対変位情報を検出すべき物体側に設け
られる変位情報検出用スケールであって、該スケールの
変位情報を検出するべく干渉させて検出するための回折
光を発生するための回折格子部と、前記スケールの変位
情報を検出するべく光学的に検出されるための所定デー
タ記録部とを有し、前記所定データ記録部も回折格子を
有することを特徴とする変位情報検出用スケール。 - 【請求項１０】 相対変位情報を検出すべき物体側に設
けられる変位情報検出用スケールであって、該スケール
の変位情報を検出するべく干渉させて検出するための回
折光を発生するための回折格子部と、前記スケールの変
位情報を検出するべく光学的に検出されるための所定デ
ータ記録部とを有し、前記回折格子と前記所定データ記
録部は共に位相型回折格子を有することを特徴とする変
位情報検出用スケール。 - 【請求項１１】 相対変位情報を検出すべき物体側に設
けられる変位情報検出用スケールであって、該スケール
の変位情報を検出するべく干渉させて検出するための回
折光を発生するための回折格子部と、前記スケールの変
位情報を検出するべく光学的に検出されるための所定デ
ータ記録部とを有し、前記回折格子と前記所定データ記
録部は共に放射状回折格子を有することを特徴とする変
位情報検出用スケール。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7026747A JPH08219812A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | 変位情報検出装置、変位情報検出用スケール及びこれを用いたドライブ制御装置 |
| EP96102193A EP0727646B1 (en) | 1995-02-15 | 1996-02-14 | Displacement information detection apparatus, scale used in the apparatus, and drive apparatus using the apparatus |
| DE69628774T DE69628774T2 (de) | 1995-02-15 | 1996-02-14 | Vorrichtung zur Verschiebungsdetektion sowie Skala und Antriebsapparat dafür |
| US08/601,694 US5663794A (en) | 1995-02-15 | 1996-02-15 | Displacement information detection apparatus, scale used in the apparatus, and drive apparatus using the apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7026747A JPH08219812A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | 変位情報検出装置、変位情報検出用スケール及びこれを用いたドライブ制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08219812A true JPH08219812A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12201896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7026747A Pending JPH08219812A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | 変位情報検出装置、変位情報検出用スケール及びこれを用いたドライブ制御装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5663794A (ja) |
| EP (1) | EP0727646B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08219812A (ja) |
| DE (1) | DE69628774T2 (ja) |
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| US6631047B2 (en) | 1997-09-22 | 2003-10-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Interference device, position detecting device, positioning device and information recording apparatus using the same |
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