JP2007183251A - 光電式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストが小さいガラス基板に形成されている第１格子パターンを工夫することにより、製造コストを上げずに高調波を除去して高精度化する。
【解決手段】スケール上に形成された第２格子２０と、検出部側に配設された第１、第３格子２２、２４を備えた３格子型の光電式エンコーダにおいて、少なくとも第１格子２２の一部分を、測定軸方向にＰ／（２ｎ）（Ｐ：格子ピッチ、ｎ：除去したい高調波の次数）だけシフトして、第ｎ次高調波を除去する。
【選択図】図４

Description

本発明は、スケール上に形成された第２格子と、検出部側に配設された第１、第３格子を備えた３格子型の光電式エンコーダに係る。特に、高調波を効果的に削減することが可能な光電式エンコーダに関する。

リニアエンコーダに利用されている、例えば特許文献１に記載されたような、いわゆる３格子原理では、３枚の光学格子（図１（Ａ）に示す透過型の場合は、メインスケールとしての第２格子２０とインデックススケールとしての第１、第３格子２２、２４、図１（Ｂ）（Ｃ）に示す反射型の場合は、共通化された第１（第３）格子２２を光が２回通過）が空間フィルタとなるので、正弦波に近い信号を検出でき、高精度の補間が可能である。図において、２６は光源、２８は、例えばコリメータレンズでなる光学系、３０は受光素子、３２は反射型で用いられるハーフミラー、３４は同じくミラー、３６は同じく集光レンズである。

この３格子原理を反射型エンコーダとして活用する場合には、図１（Ｂ）（Ｃ）に示すように、スケール格子が第２格子２０となる。しかしながら、スケール上の光学格子は、スケールの場所によって線幅が変動してしまう。そのために、その部分では出力信号に高調波成分が重畳されてしまうという問題があった。

そこで、特許文献２や特許文献３では、図２に示す如く、受光素子３０前面の第３格子２４と受光素子を組み合わせて受光素子アレイ３１とし、該受光素子アレイの平均化効果によって安定化する方法が提案されている。

又、図２の構成において更に高調波を除去するために、受光素子アレイに位相差（特許文献４）や線幅変調（特許文献５）を与える方法も提案されている。

又、特許文献６には、３格子原理を用いた検出原理において、第１格子と第３格子の格子パターンに位相差を設ける方法が提案されている。

特開昭６３−３３６０４号公報（図１〜図３） 特開平９−１９６７０６号公報（図５） 特開２００４−２６４２９５号公報（図４） 特開平１０−１２２９０９号公報（図２） 特開平８−１４５７２４号公報（図２） 特開平９−１１３２１３号公報（図３）

しかしながら、特許文献４や５に記載された、受光素子アレイに位相差や線幅変調を与える方法では、受光素子のパターンを変更する必要があるので、製造コストを上げてしまう。

又、特許文献６に記載された、第１格子と第３格子の格子パターンに位相差を設ける方法では、第３格子の代わりに受光素子アレイを用いると、同じ格子を２回通るため、偶数次の高調波しか除去できず、奇数次、特に、２次高調波より大きく一番問題な３次高調波を除去することができない。従って、第３格子の代わりに受光素子アレイを用いることができないという問題点を有していた。

上記の問題点は反射型エンコーダに限らず透過型エンコーダでも同じである。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、第１格子パターンを工夫することにより、製造コストを上げずに高調波を除去して、高精度化することを課題とする。

本発明は、スケール上に形成された第２格子と、検出部側に配設された第１、第３格子を備えた３格子型の光電式エンコーダにおいて、少なくとも第１格子の一部分を、測定軸方向にＰ／（２ｎ）（Ｐ：格子ピッチ、ｎ：除去したい高調波の次数）だけシフトして、第ｎ次高調波を除去することにより、前記課題を解決したものである。

又、前記第１格子を、測定軸と垂直な方向又は測定軸方向に分割してシフトするようにしたものである。

又、前記第１格子の複数の部分を、それぞれ異なるシフト量でシフトするようにしたものである。

又、前記シフト量を連続的に変化させて、格子パターンを正弦波状に変形させるようにしたものである。

又、前記第３格子の一部分も、測定軸方向にシフトするようにしたものである。

本発明によれば、第１格子の一部分を、測定軸方向にＰ／（２ｎ）だけシフトさせることにより、受光素子アレイ面上で千渉縞を合成して、図３にｎ＝３の３次高調波の場合を例示する如く、第ｎ次高調波を削減することができる。

又、第１格子を、測定軸と垂直な方向又は測定軸方向に分割してシフトすることにより、受光素子アレイ面上における干渉縞合成が平均化される。

又、前記第１格子の複数の部分を、それぞれ異なるシフト量でシフトすることにより、複数次の高調波を削減することができる。

又、前記シフト量を連続的に変化させて、格子パターンを正弦波状に変形させることにより、受光素子アレイ面上における干渉縞合成が平均化される。

更に、前記第３格子の一部分も、測定軸方向にシフトすることにより、高調波を一層削減することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

反射型エンコーダに適用した本発明の第１実施形態は、図４に示す如く、例えば、受光素子アレイ３１を搭載する、製造コストが小さいガラス基板上に形成されている第１格子２２のパターンを測定軸と垂直な方向に２分割して、一方を、他方に対して測定軸方向にシフトして配置するようにしたものである。除去したい高調波の次数をｎとすると、対応するシフト量は、格子ピッチＰ÷（２×ｎ）となる。第３高調波を除去したいときには、シフト量はＰ／６である。

この第１実施形態において、光源から出た光は、第１格子２２を通過して、第２格子２０で反射して、受光素子アレイ３１の受光面上に干渉縞４０を生成する。

これにより、第１格子２２と第２格子２０を通して生成されるｎ次の高調波の干渉縞４０が受光素子アレイ３１の受光面上で合成、相殺され、除去される。

従って、受光素子アレイ３１上の第３格子２４（図２参照）のパターンには、特に高調波対策を施す必要が無くなる。なお、第３格子２４にも第１格子２２と同様の高調波対策を施して、例えば第１格子とは異なる次数の高調波を除去するように構成することも可能である。

次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。

本実施形態は、第１格子２２を測定軸と垂直な方向（図の上下方向）に多数分割して、シフト領域と非シフト領域を測定軸に対して垂直な方向に交互に配置したものである。なお、シフト領域の幅Ｗは、格子ピッチＰ以上とする。

このようにして、シフト領域と非シフト領域を測定軸と垂直な方向に交互に配置することにより、受光素子アレイ上の干渉縞合成が平均化される。

次に、図６を参照して、本発明の第３実施形態を詳細に説明する。

本実施形態は、第１格子２２のシフト領域を、例えば格子本数Ｎ毎に、測定軸方向（図の左右方向）に分割して配置したものである。

このようにして、シフト領域と非シフト領域を測定軸方向に交互に配置することにより、受光素子アレイ上の干渉縞合成が平均化される。

次に、図７を参照して本発明の第４実施形態を詳細に説明する。

本実施形態は、第１格子２２を測定軸と垂直な方向に３以上（図では９）に分割すると共に、各領域でシフト量を個々に設定したものである。

例えば削減したい高調波としてｎ_１次とｎ_２次がある場合、少なくとも３つの領域を設けて、そのうちの１つの領域を基準領域とし、他の領域の光学格子シフト量を、それぞれＰ／（２ｎ_１）とＰ／（２ｎ_２）に設定する。

これにより、ｎ_１次とｎ_２次の複数の高調波を除去することができる。

次に、図８を参照して、本発明の第５実施形態を詳細に説明する。

本実施形態は、第１格子２２の格子パターンを測定軸と垂直な方向に周期Ｌで正弦波状に変形させて、シフト量がＰ／（２ｎ）×（１＋sin２π（ｙ／Ｌ））／２になるように、連続的に変化させたものである。

本実施形態においては、シフト量が連続的に変化するので、例えばｎ＝２とした場合は、ｎ＝３以上の高調波も同時に削減される。

本発明の適用対象は、上記実施形態に示した反射型エンコーダに限定されず、図９に第６実施形態として示したように、透過型エンコーダにも適用できる。

この第６実施形態において、光源から出た光は、第１格子２２及び第２格子２０を順次透過して、受光素子アレイ３１の受光面上に干渉縞４０を生成する。

なお、前記実施形態においては、いずれも第３格子と受光素子が一体化された受光素子アレイが用いられていたが、別体であっても構わない。

又、第１格子だけでなく、第３格子の一部分も、第１格子と同様に測定軸方向にシフトさせることで、第１格子と同じ、又は異なる次数の高調波を除去するように構成することもできる。

特許文献１に記載された３格子原理のエンコーダの基本的構成を示す図 特許文献２や３に記載された受光素子アレイを有する３格子原理の反射型エンコーダの例を示す断面図 本発明の効果を示す図 本発明の第１実施形態の基本構成を示す（ａ）平面図及び（ｂ）側面図 同じく第２実施形態の第１格子を示す平面図 同じく第３実施形態の第１格子を示す平面図 同じく第４実施携帯の第１格子を示す平面図 同じく第５実施形態の第１格子を示す平面図 同じく第６実施形態の基本構成を示す斜視図

符号の説明

２０…第２格子
２２…第１格子
２４…第３格子
２６…光源
３０…受光素子
３１…受光素子アレイ
４０…干渉縞

Claims (7)

1. スケール上に形成された第２格子と、検出部側に配設された第１、第３格子を備えた３格子型の光電式エンコーダにおいて、
   少なくとも第１格子の一部分を、測定軸方向にＰ／（２ｎ）（Ｐ：格子ピッチ、ｎ：除去したい高調波の次数）だけシフトして、第ｎ次高調波を除去することを特徴とする光電式エンコーダ。
2. 前記第１格子を、測定軸と垂直な方向又は測定軸方向に分割してシフトすることを特徴とする請求項１に記載の光電式エンコーダ。
3. 前記第１格子を測定軸と垂直な方向に複数に分割して、シフト領域と非シフト領域を測定軸に対して垂直な方向に交互に配置することを特徴とする請求項２に記載の光電式エンコーダ。
4. 前記第１格子のシフト領域を、所定の格子本数毎に、測定軸方向に複数に分割して、シフト領域と非シフト領域を測定軸方向に交互に配置することを特徴とする請求項２に記載の光電式エンコーダ。
5. 前記第１格子の複数の部分を、それぞれ異なるシフト量でシフトすることを特徴とする請求項２に記載の光電式エンコーダ。
6. 前記シフト量を連続的に変化させて、格子パターンを正弦波状に変形させることを特徴とする請求項５に記載の光電式エンコーダ。
7. 前記第３格子の一部分も、測定軸方向にシフトすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれに記載の光電式エンコーダ。

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