JPH04324316A - 定点検出装置 - Google Patents

定点検出装置

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JPH04324316A
JPH04324316A JP9436691A JP9436691A JPH04324316A JP H04324316 A JPH04324316 A JP H04324316A JP 9436691 A JP9436691 A JP 9436691A JP 9436691 A JP9436691 A JP 9436691A JP H04324316 A JPH04324316 A JP H04324316A
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明博 黒田
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(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】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、光学的に位置が検出さ
れるリニアエンコーダ、ロータリエンコーダ等への装備
に好適な定点検出装置に関する。 【0002】 【従来の技術】この種の装置としては、リニアエンコー
ダ等に使用される原点位置検出装置が知られている。 【0003】その装置では、透光部と遮光部とがランダ
ムな格子状に多数形成されたメインスケール(可動)と
、それに対応するパターンが形成されたインデックスス
ケール(固定)とが備えられ、それら格子状のパターン
の重なりが検出されることにより、原点位置が検出され
、あるいは、メインスケールとインデックススケールの
それぞれにスリットを1つ形成し、その重なりを検出す
ることにより、原点位置を検出する。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
検出方法では、メインスケールとインデックスとの間隔
を広く取れず、又検出感度を高くしようとすると光の回
折が生ずるため、原点検出信号がシャープな特性となら
ず、高感度の検出が困難である。 【0005】また、メインスケールとインデックススケ
ールとの間隔が変動した場合、光源からの光量が変動し
た場合、原点の検出位置が変化して、高精度の検出が行
なえない。 【0006】本発明の目的は、スケールと検出ヘッドの
間隔が大きく取れ高感度の定点位置検出が行なえるとと
もに、光源の光量が変動した場合等においても高精度の
定点位置検出が行なえる定点検出装置を提供することに
ある。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明に係る定点検出装
置は、例えば図1に示すように、入射光の回折効率が測
定方向Xに沿って各々変化可能とされ、同一光源3Aの
光を2つに分割させる一対の回折格子5A,5Bと、前
記各々の回折格子5A,5Bで回折された光が電気信号
に変換される光/電気変換器7A,7Bと、変換された
前記電気信号のレベル値が一致したことを検出する検出
手段9と、を有するものである。 【0008】 【作用】本発明に係る定点検出装置では、測定方向に沿
って回折効率が変化する一対の回折格子から各々得られ
る回折光が、各々電気信号に変換され、それら電気信号
のレベル値が一致したときに、所望の定点が特定される
。 【0009】 【実施例】以下、本発明に係る定点検出装置の好適な実
施例を図面に基いて説明する。図1には、本発明が適用
された定点検出装置1が示されており、装置1は光源系
3と、測定方向に沿って回折効率が変化する回折格子5
と、光/電気変換器(O/I変換器)7A,7Bと、電
気処理回路9(検出手段)とを有している。 【0010】光源系3では、半導体レーザ等の光源3A
から出射されたレーザ光が、コリメータレンズ3B、集
光レンズ3Cを介して回折格子5に入射される。回折格
子5は、1対の回折格子5A,5Bとされており、入射
されたレーザ光はそれら回折格子5A,5Bにより分割
され、その回折光は、各々O/I変換器7A,7Bに入
射される。 【0011】O/I変換器7A,7Bでは、入射された
回折光が電気信号(電流I)に変換され、回路9のアン
プ9A,9Bを介して差動増幅器9C、比較器9Dに入
力される。 【0012】この場合、光源系3でのレーザ光は、回折
格子5A,5B上で適宜な大きさ、形状になるようにレ
ンズ3B,3Cで絞られ、格子面に対して垂直に入射さ
れる。 【0013】なお、光源系3等の構成としては、光源系
3のレーザ光が一度ミラー2によって反射されてからO
/I変換器5A,5Bに入射されるものが挙げられ(図
2参照)、また、反射型の回折格子では、そのミラー2
が不要となる(図3参照)。 【0014】一方、回折格子5A,5Bは、図4から理
解されるように、その一部が互いに重なり合う(図中、
斜線で示されている)ように配置され、これによりレー
ザ光が両方の回折格子5A,5Bに入射される。 【0015】この場合、レーザ光は回折格子5A,5B
の格子面に対して垂直に入射される。 【0016】そして、両方の回折格子5A,5Bの回折
効率が等しくなる位置Pを中心に、測定方向Xに沿って
回折効率が対称となるように設定されている(図5参照
)。 【0017】従って、それら回折格子5A,5Bからの
回折光をO/I変換して得られた電流Iがアンプ9A,
9Bで電流電圧変換され差動増幅回路9Cに入力される
と、図6から理解されるように、極大値、極小値を有す
るX−V(電圧)曲線が得られ、そのX−V曲線のゼロ
クロス点Sが求める定点に対応する。なお、回折格子5
A,5Bは、全て重ねても良く(図7参照)、また、図
8、図9から理解されるように、隣接させて配置する構
成も好適である。 【0018】そして、回折格子5A,5Bが隣接される
場合、図10から理解されるように、X方向以外のY方
向(図中、斜線で示された部分)の影響が検出に出ない
ようにする(図12中、実線で示された曲線)。 【0019】すなわち、図12から理解されるように、
レーザ光の照射部分(図中、斜線で示された部分)が小
さいと、図11中点線で示されたX−I曲線となり、位
置Pがずれてしまうので、レーザ光の照射部分をY方向
に大きくすることが必要である。 【0020】以上説明したように、この実施例では、回
折格子5A,5Bからの回折光をO/I変換して得られ
る電流Iが電気処理回路9で電圧変化に変換され、その
X−V曲線のゼロクロス点Sが原点位置と対応する点と
して検出される。 【0021】従って、検出点の検出信号が明確(シャー
プ)であるため、定点検出が高感度で行なえる。 【0022】また、レーザ光が格子面に対して垂直に入
射されるので、格子面が自身の面方向に沿って移動した
場合にも、検出点Sの変化が無く高精度の検出が行なえ
る。 【0023】この場合、格子面に対して斜め方向からレ
ーザ光が入射されると、図13から理解されるように、
検出点Sが変化する。 【0024】さらに、回折効率は点Pを中心として対称
に変化するので、光源3Aの光量が変化した場合(図1
4)、光源3Aの光波長が変化した場合(図15)、お
よびレーザ光の焦点位置が変動した場合(図16)にお
いても、検出点Sが変化せず、一方向のみの安定、かつ
高精度な検出が可能である。 【0025】加えて、回折格子5A,5Bとして、体積
型ホログラムを使用することにより、体積型ホログラム
が装備されたリニアエンコーダ用のスケールと同一の製
造プロセスで原点(定点)の作成が行なえるので、体積
型ホログラムを用いたリニアエンコーダに容易に原点パ
ターンを形成できるとともに、体積型の位相ホログラム
を用いることにより、より高い感度(S/N比)を得る
ことができる。 【0026】また、リニアエンコーダの原点を特定する
場合、スケールと検出ヘッドとの間隔が大きくとれるの
で、スケール装置の設計自由度が向上される。 【0027】次に、上記実施例の定点検出装置1で回折
格子5A,5Bが製作される原理について説明する。 【0028】装置1では、可干渉性の光源3Aと、一対
の回折格子5A,5B,O/I変換器7A,7B等が設
けられており、回折格子5A,5Bは、測定方向Xに沿
って回折効率が変化する。 【0029】そこで、そのような回折格子の一例として
、透過型の体積型ホログラムが使用される場合について
説明する。 【0030】H.Kogelnik,Bellsyst
.Tech.J.48,2909(1969)に記載さ
れたKogelinkの論文によると、この種のタイプ
のホログラムでは、回析効率ηが下式数1で与えられる
。 【0031】 【数1】η=Sin2 {(υ2 +ξ2 )1/2 
}/(1+ξ2 /υ2 ) 【0032】ここで、υ、ξはパラメータとして用いら
れており、各々下式数2で与えられる。 【数2】 υ=πn1 d/λ(CR CS )1/2 ξ=Δθ
KdSin(φ−θO )/2CS =−ΔλK2 d
/8πnCS  【0033】ただし、 CR =Cosθ CS =Cosθ−(K/β)CosφK=2π/Λ β=2πn/λ 【0034】ここで、Λ:格子ピッチ、λ:入射光の波
長、Δθ:ブラッグ条件を満足する入射角からのずれ、
Δλ:ブラッグ条件を満足する入射光の波長からのずれ
、θO :ブラッグ条件を満足する入射角、n:回折格
子の屈折率、n1 :回折格子の屈折率の変化量である
。 【0035】従って上記数1、数2から、パラメータυ
、またはξが変化されると、回折効率ηが変化されるこ
とがわかる。 【0036】そして、図17において、ホログラムを露
光する際の露光パワーの変化、記録媒質αの厚みd、格
子面の傾きφ等が変化されると、パラメータυが変化さ
れる。 【0037】一方、格子ピッチΛ、格子の傾き等が変化
されるとパラメータξが変化される。 【0038】従って、入射光の波長及び入射角度が一定
であるとすると測定方向に沿って回折効率が変化する回
折格子は、その測定方向に沿って漸次パラメータυ、ξ
が変化するものであることが理解される。 【0039】そこで、図18から理解されるように、円
筒波面を有する光ビームAと、平面波面を有する平行ビ
ームBとが干渉されて、ホログラムとして記録されると
、X方向(測定方向)に沿って格子ピッチと格子の傾き
が変化する(格子ベクトルKの方向が変化する)回折格
子が得られる(図19参照)。 【0040】従って、図20から理解されるように、光
ビームが照射されると、回折効率は、格子ピッチ、格子
の傾きの変化によって変化されるので、図20に示され
たように、X方向に沿って変化する電圧Vが得られる。 【0041】なお、透過型のものに代えて、反射型の体
積型ホログラムを使用することも好適であり(図22参
照)、この場合、平行ビームBが記録面と反対の面側か
ら入射される。 【0042】また、干渉させる波面は、2つの円筒波面
であっても良い。 【0043】 【発明の効果】以上の説明で理解されるように、本発明
に係る定点検出装置では、測定方向に沿って回折効率の
変化する一対の回折格子から各々得られる回折光が、各
々電気信号に変換され、それら電気信号のレベル値が一
致したときに、所望の定点が特定される。従って、定点
位置検出信号がシャープな特性を有するため、定点位置
検出が高感度で行なえる。また、光源からの光量、ある
いは光波長変動や、検出する方向以外の方向への変動に
よる定点位置変動が極めて少なく、高精度な位置検出が
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が好適とされた定点検出装置の全体概略
構成図である。
【図2】光源系の他の例を示す構成図である。
【図3】光源系の他の例を示す構成図である。
【図4】回折格子の配置例を示す説明図である。
【図5】X−I曲線を示す特性図である。
【図6】X−V曲線を示す特性図である。
【図7】回折格子の配置例を示す説明図である。
【図8】回折格子の配置例を示す説明図である。
【図9】回折格子の配置例を示す説明図である。
【図10】光照射範囲の説明図である。
【図11】X−I曲線を示す特性図である。
【図12】光照射範囲の説明図である。
【図13】定点が変動した様子を示す説明図である。
【図14】光量が変化した場合のX−I曲線である。
【図15】光波長が変化した場合のX−I曲線である。
【図16】焦点が変化した場合のX−I曲線である。
【図17】パラメータの説明図である。
【図18】透過型の体積型ホログラムで光干渉を示す説
明図である。
【図19】回折効率変化の説明図である。
【図20】回折効率変化等の説明図である。
【図21】X−V曲線を示す説明図である。
【図22】反射型の体積型ホログラムでの光干渉を示す
説明図である。
【符号の説明】
1  定点検出装置 3  光源系 3A  光源 5A,5B  回折格子 7A,7B  光/電気変換器 9  電気処理回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  入射光の回折効率が測定方向に沿って
    各々変化可能とされ、同一光源の光を2つに分割させる
    一対の回折格子と、前記各々の回折格子で回折された光
    が電気信号に変換される光/電気変換器と、変換された
    前記電気信号のレベル値が一致したことを検出する検出
    手段と、を有することを特徴とする定点検出装置。
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