JPH0285717A - エンコーダ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はエンコーダに関し、特に透過部若しくは反射部
のスリットを複数個設けた回折格子を被検物体に取付け
、該回折格子に可干渉性の光束を入射させ、該回折格子
・から生ずる回折光を利用して該被検物体に関するアブ
ソリュート信号とインクリメンタル信号を同時に得るよ
うにしたエンコータに関するものである。

〈従来の技術） 従来より工作機械やロボット等の分野においては被検物
体の速度や変位量を高精度に測定する装置としてエンコ
ーダが広く利用されている。

特に最近は変位量の絶対位置を検出することのできるア
ブソリュート型と分解能の高いインクリメンタル型とを
組み合わせた高精度のエンコーダの要望が高まっている
。

従来は例えばインクリメンタル型のエンコーダとポテン
ショメータとを組み合わせて構成した装置を用いていた
。しかしながらこの装置は構成が複雑となり又大型化し
てくるという欠点があった。

又アブソリュート型のエンコーダにより高分解能の変位
検出を行うとするとエンコーダ自体の形状が大型化し、
更にエンコーダ内部の構成が複雑化してくるという問題
点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は被検物体に設ける回折格子のスリット形状を適
切に設定し、高分解能のインクリメンタル型の検出機構
にアブソリュート型の検出機構を効果的に盛り込むこと
によって２つの機能を同一の検出機構から容易に得られ
るようにした小型でしかも簡単な構成のエンコーダの提
供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 可干渉性の光束を被検物体に連結した複数のスリットを
周上に設けた回折格子に入射させ、該回折格子からの特
定字数の回折光を重ね合わせて干渉縞を形成し、該干渉
縞の強度変化を検出することによって該被検回転物体の
変位状態を求める際、前記回折格子の複数のスリットの
透過率若しくは反射率を正弦波状に変化させて構成した
ことである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図である。

本実施例ではレーザー１より放射された光束をコリメー
ターレンズ２によって平行光束とし、ビームスプリッタ
３１に入射させ、略等光量の反コＣ 射光束と透過光束の２つの光束に分割している。

このうち反射した光束は不図示の被検回転物体と連結し
た円板上の放射状の透過部と反射部の組木数Ｎ木のスリ
ットか同一の角度ピッチで（格子ピッチ）で設けられて
いる放射状の回折格子５上の位置Ｍ、に入射させている
。

このとき透過部の透過率が放射格子５の円周上で第２図
に示すように正弦波状に変化するように設定している。

放射格子５上の位置Ｍ１に入射し、回折した透過回折光
のうち特定次数の回折光、例えば１次回折光７Ｉを反射
鏡４２で反射させ、１／４波長板１０１を介してビーム
スプリッタ−３□に導光している。

又ビームスプリッタ−３１で分割された２つの光束のう
ち透過した光束は反射鏡４重で反射させた後、放射格子
５上の位置Ｍ、と回転軸６に対して略点対称の位置Ｍ２
に入射させている。そして放射格子５の位置Ｍ２に入射
し回折した透過回折光のうち特定次数の回折光、例えば
１次回折光７２を１／４波長板１０２を介してビームス
プリッタ−３２に導光している。

２つ（７）１／４波長板１０．．１０．はレーザー１の
直線偏光に対して互いに±４５°の方位に設定されてい
る。

そしてビームスプリッタ−３２で２つの回折光７１．７
□を重ね合わした後、２つの光束に分割し、各々の光束
を互いの偏光方位を４５度傾けて配置した偏光板１１１
，１１２を介し双方の光束に９０度の位相差を付けた直
線偏光として各々の受光手段１２．．１２２に入射させ
ている。

そして受光手段１２．．１２２により２光束の干渉縞の
強度を検出している。

これにより被検回転物体の回転角度を測定している。そ
して１／４波長板１０１，１０２そして偏光板１．１．
．１１２を用いることにより被検回転物体の回転方向も
同時に検出できるようにしている。

本実施例においては、放射格子５の回転中心に対して点
対、称な位置Ｍ、、Ｍ２からの回折光を干渉させるよう
にし、これにより放射格子５を回転軸６に取り付ける際
の取付は偏心による角度検出誤差を除去している。

次に本−実施例における被検回転物体の回転角度の検出
方法について説明する。

１次回折光束７．．７２の位相は、放射格子５が、１ピ
ッチ分回転すると、２πだけ増減する。

従って、受光素子１２１，１２２からの出力Ｉ（θ）は
、次式のようになる。

Ｔ（θ）・１印（６？）・−ｉ（＜６　ｏ−Ｎｅ　）。

１て「１コ。−１（φ・−９０）１・／２・［Ｔ（θ）
÷　Ｔ（θ＋　π） ÷２ＦＴ百−■］四７肩ｃｏｓ２Ｎθ］／２−Ａ＋ｆ工
で１可−”　ｅ　　ｃｏｓ２Ｎθ・・・・・・・−（１
） （１）式のＩ（θンは第３図に示すように３６０”／２
Ｎを一周期とする正弦波形であるか、その振幅が　Ａ’
　−Ｂ’ｃｏｓ’　ｅで変化する。しかし、放射格子５
の点対称な２点Ｍ、、Ｍ２からの回折光を干渉させてい
るため、受光素子１２Ｉ。

１２□の出力■（θ）の直流成分Ａは、角度依存性かな
く、変化しない。これは、後段の信号処理回路において
２値化するときや、更に電気分割してエンコータの角度
分解能を向上させるときに、処理か容易になり、安定し
た出力が得られることになる。

本実施例では、このように受光素子１２１゜１２２から
の出力信号■（θ（パ）即ちインクリメンタル信号を用
いて被検回転物体の回転状態を検出している。

一方位置Ｍ１からの回折光のうち０次回折光８を受光素
子９に入射させている。受光素子９からは放射格子５の
回転に伴って第２図に示すような出力信号Ｔ（θ）を得
ている。

本実施例ではこのときの出力信号Ｔ（θ）即ちアブソリ
ュート信号を用いて放射格子５の回転角の絶対位置θを
求めている。

本実施例では放射格子５の透過部の透過率を正弦波状に
変化させて、アブソリュート信号を得る方法について示
したがアブソリュート信号を、例えば第４図に示すよう
に透過部及び不透過部のスリットの長さを可変にした放
射格子より得ても良く、又第５図に示すように透過部あ
るいは不透過部のスリット幅を可変にした放射格子から
得ても良い。

又、インクリメンタル信号Ｉ（θ）とアブソリュート信
号Ｔ（θ）を後段の処理回路で処理し、アブソリュート
信号Ｔ（θ）の補間をインクリメンタル１３号■（θ）
で行なうことにより高分解能のアブソリュート信号を形
成することができる。

第１図に示す実施例では、放射格子５の透過光を用いて
いる。か、反射光を用いても全く同じ効果が得られるこ
とは言うまでもない。

絶対位置検出として第１図では０次回先光束８を用いて
いるか、これは、インクリメンタル用の１次回折光束７
１，７□以外の光束ならどの次数の回折光を用いても良
い。た°とえば、第１図の１次回折光７□と対称の１次
回折光束８′を用いても良い。

第６図は本発明のさらに別の実施例で、リニアエンコー
ダに適用した例である。第６図において１３は不図示の
被検移動物体に連結した回折格子である。回折格子１３
は、第１図の放射格子５と同じく、その透過率が移動量
Ｘに対して正弦波状に変化するように設定されている。

レーザー１から出射した光束はビームスプリッタ−３に
よフて透過光束と反射光束に分割され、反射鏡４．。

４２を介して回折格子１３を照射する。このとき入射角
θいとして、θｆｆｉ〜ｓ　ｉ　ｎ−’　（ｍλ／ｐ）
（ｍ：整数、λ：レーザー１の波長、ｐ：回折格子１３
のピッチ）となるように反射鏡４３，４゜を設定すれば
、±ｍ次の回折光がほぼ垂直に射出される。そして、射
出された±ｍｍ次回先光反射鏡４３によって回折格子１
３に再照射すれば、再び±ｍ次回折光束が発生し、これ
ら±ｍｍ次回回折光束、元の光路を戻り、反射ｔＪ１４
　＋　、　４２、ビームスプリッタ−３を介して、干渉
し合って受光素子１２に入射する。これにより、インク
リメンタル信号が得られる。第６図の実施例においては
、±ｍ次の回折を２回受けた光を干渉させているので、
回折格子１３が、１格子ピツチｐだけ移動すると、受光
素子１２からは４ｍ周期の正弦波信号、つまりインクリ
メンタル信号が得られる。

一方、第６図において回折格子１３を透過した０次回折
光は受光素子９に入射し、第１図の実施例と同じく受光
素子９の出力信号によってアブソリュート信号が得られ
る。

（発明の効果） 本発明によれば前述の如く回折格子上のスリット形状を
特定することにより高分解能のインクリメンタル型の検
出機構にアブソリュート型の検出機構をインクリメンタ
ル信号の精度を低下させずに効果的に盛り込むことがで
き、インクリメンタル信号とアブソリュート信号の２つ
の信号が同時に同一装置より容易に得ることのできる簡
易な構成のエンコーダを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図、第２図は
第１図の放射格子の透過率とアブソリュート用の受光素
子から得られる出力信号の説明図、第３図は第１図のイ
ンクリメンタル用の受光素子から得られる出力信号の説
明図、第４、第５図は本発明に係わる放射格子の他の一
実施例の説明図である。第６図はリニアエンコーダに本
発明を適用した実施例である。 図中１はレーザー、２はコリメーターレンズ、３１．３
□はビームスプリッタ−１４１，４□は反射鏡、５は放
射格子、６は回転軸、７．．７゜は１次回折光、８は０
次回折光、９，１２．。 １２□は受光素子、１０．．１０２は１／４波長板、１
１．１．１１２は偏光板である。 特許出願人　　キャノン株式会社 兎　　　１　　　回 第　　２　　聞 第　　３　　図 痣　　４　　　図 第　　５　　回

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）可干渉性の光束を被検物体に連結した複数のスリ
   ットを設けた回折格子に入射させ、該回折格子からの特
   定次数の回折光を重ね合わせて干渉縞を形成し、該干渉
   縞の強度変化を検出することによって該被検物体の変位
   量を求める際、前期回折格子の複数のスリットの透過率
   若しくは反射率を正弦波状に変化させて構成したことを
   特徴とするエンコーダ。
2. （２）前記回折格子は被検回転物体の回転方向に沿って
   形成されており、前記可干渉性の光束を前記回折格子の
   、前記被検回転物体の回転中心に対して略点対称な複数
   の位置に入射させ、これらの位置からの回折光を利用し
   て前記被検物体の回転状態を求めたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のエンコーダ。