JPS5999219A - 回折格子を用いたエンコ−ダ - Google Patents
回折格子を用いたエンコ−ダInfo
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- JPS5999219A JPS5999219A JP20916682A JP20916682A JPS5999219A JP S5999219 A JPS5999219 A JP S5999219A JP 20916682 A JP20916682 A JP 20916682A JP 20916682 A JP20916682 A JP 20916682A JP S5999219 A JPS5999219 A JP S5999219A
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- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 25
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 244000089409 Erythrina poeppigiana Species 0.000 description 2
- 235000009776 Rathbunia alamosensis Nutrition 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 101000729271 Homo sapiens Retinoid isomerohydrolase Proteins 0.000 description 1
- 102100031176 Retinoid isomerohydrolase Human genes 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、相対的な移動量を測定する光電式のエンコー
ダ、特に回折格子を用いたエンコーダに関する。
ダ、特に回折格子を用いたエンコーダに関する。
第1図は透過型の回折格子と反射型の回折格子とを組合
わせた反射型エンコーダの基本的な光学系であって、光
源1からの射出光はコリメータレンズ2によりほぼ平行
光になり、半透鏡5を透過した後、透過型の回折格子愚
に入射する。回折格子乙により異なった次数に回折され
た回折光は、反射型の回折格子4により更に回折される
。回折格子4により回折された回折光は、再び透過型の
回折格子乙により回折され、反透鏡5により反射され、
集光レンズ6によって光電変換素子7上に集光される。
わせた反射型エンコーダの基本的な光学系であって、光
源1からの射出光はコリメータレンズ2によりほぼ平行
光になり、半透鏡5を透過した後、透過型の回折格子愚
に入射する。回折格子乙により異なった次数に回折され
た回折光は、反射型の回折格子4により更に回折される
。回折格子4により回折された回折光は、再び透過型の
回折格子乙により回折され、反透鏡5により反射され、
集光レンズ6によって光電変換素子7上に集光される。
第2図に示した如く、透過型の回折格子3による回折光
のうち、任意に選択した2つの回折光の次数をmlol
m11とし、平射型の回折格子4で上記次数m 10
、 m 11の回折光が回折された後、透過型の回折格
子6によりさらに回折された光のうち、同方向に回折さ
れて測定に利用される回折光の次数をm 20 、 m
21とすれば、次数m2(1の回折光と次数m 21
の回折光とが光電変換素子7上で干渉する。回折格子4
に対して回折格子3が移動することにより光電変換素子
7にて得られる信号■(x)は、 となる。
のうち、任意に選択した2つの回折光の次数をmlol
m11とし、平射型の回折格子4で上記次数m 10
、 m 11の回折光が回折された後、透過型の回折格
子6によりさらに回折された光のうち、同方向に回折さ
れて測定に利用される回折光の次数をm 20 、 m
21とすれば、次数m2(1の回折光と次数m 21
の回折光とが光電変換素子7上で干渉する。回折格子4
に対して回折格子3が移動することにより光電変換素子
7にて得られる信号■(x)は、 となる。
(jj シ、上式において、A、Flは定数、dは格子
定数、Xは透過型の回折格子乙の移動量、ψは位相項で
あり、以下((m +1+m21) −f+1o−)m
2o) )=/とする。
定数、Xは透過型の回折格子乙の移動量、ψは位相項で
あり、以下((m +1+m21) −f+1o−)m
2o) )=/とする。
第2図は1m 1+ =m 21 = 1λm 10=
= m 20 == Qの場合を示したもので、この場
合にはl=2となり(1)式は x I (x)= A + B sin (2π’d +
ψ)となる。
= m 20 == Qの場合を示したもので、この場
合にはl=2となり(1)式は x I (x)= A + B sin (2π’d +
ψ)となる。
ここで、d−2μmとすれば
T (、z:)=A + Bs1n (2π・x+ψ)
−’・(2)となる。すなわち、(2)式によれば、透
過型の回折格子3が1μm移動するごとに周期的に変化
する正弦波状信号が光電変換素子7より得られることが
わかる。
−’・(2)となる。すなわち、(2)式によれば、透
過型の回折格子3が1μm移動するごとに周期的に変化
する正弦波状信号が光電変換素子7より得られることが
わかる。
一般的には、透過型の回折格子3の移動量を方向も含め
て高精度で測定するために、反則型の回折格子4を2個
又は4個互いに得られる信号の位相項ψがフずれるよう
に配置すると共に、分りIIIした各々の回折格子4に
対応せしめて光電変換素子を配設している。その結果、
各々の回折格子に対応して配設された光電変換素子から
得られる信号は、 x I 1 =A+R51n (2π’丁十ψ)I 2=A
+BCO3(2π・−”+ ψ)x T 5 =A−R51n (2π”d+ψ)゛ノX I a =A−−H+・O8(9π ・丁子ψ)とな
り、これらの信号を適当な回路を通ずことによって信号
I、−I3、I2−I4を求めれば23: I 1−f 5=2Bsin (2” ・丁+9’)x I2−I4=2BCO3(2π・丁+9’)となる。
て高精度で測定するために、反則型の回折格子4を2個
又は4個互いに得られる信号の位相項ψがフずれるよう
に配置すると共に、分りIIIした各々の回折格子4に
対応せしめて光電変換素子を配設している。その結果、
各々の回折格子に対応して配設された光電変換素子から
得られる信号は、 x I 1 =A+R51n (2π’丁十ψ)I 2=A
+BCO3(2π・−”+ ψ)x T 5 =A−R51n (2π”d+ψ)゛ノX I a =A−−H+・O8(9π ・丁子ψ)とな
り、これらの信号を適当な回路を通ずことによって信号
I、−I3、I2−I4を求めれば23: I 1−f 5=2Bsin (2” ・丁+9’)x I2−I4=2BCO3(2π・丁+9’)となる。
すなわち、信号11−I、、■2−I4を求めれば、定
%Aを除去することができると共に、位相が7異なった
信号が得られるので、この2つの信号TI−I!、I2
I4を適当な回路に通すことにより回折格子3の移
動量が高精度に測定できることになる。これら信号処理
の過程は、回折格子以外の光を式エンコーダと共通であ
る。
%Aを除去することができると共に、位相が7異なった
信号が得られるので、この2つの信号TI−I!、I2
I4を適当な回路に通すことにより回折格子3の移
動量が高精度に測定できることになる。これら信号処理
の過程は、回折格子以外の光を式エンコーダと共通であ
る。
しかしながら以上は、多くの回折光のうち移動量の測定
に必要な次数の回折光のみを取り出した説明であるが、
実際には所望の次数以外の次数の回折光が光重、変換素
子に入射するので、光電変換素子の出力信号はlの異な
ったI (、りが重畳する結果、きれいな正弦波形とは
ならない。すなわち、第6図において、第6図(a)は
所望の次数の回折光のみによって得られる光電変、換素
子の出力信号、第ろ図(b)は所望の次数の回折光より
得られる■(x)にlの小さいI (z)を重畳した場
合の光電変換素子の出力信号、第3図(C)は所望の次
数の回折光より得られるI (、r)にlの大きいI
(a:)を重畳した場合の光電変換素子の出力信号であ
る。信号の分割によってより細かな移動量を測定しよう
とする場合、第3図(b)、(C)の如く正弦波形から
掛は離れた信号は特に誤差の原因になると共に、分割回
路が複雑になるという欠点がある。
に必要な次数の回折光のみを取り出した説明であるが、
実際には所望の次数以外の次数の回折光が光重、変換素
子に入射するので、光電変換素子の出力信号はlの異な
ったI (、りが重畳する結果、きれいな正弦波形とは
ならない。すなわち、第6図において、第6図(a)は
所望の次数の回折光のみによって得られる光電変、換素
子の出力信号、第ろ図(b)は所望の次数の回折光より
得られる■(x)にlの小さいI (z)を重畳した場
合の光電変換素子の出力信号、第3図(C)は所望の次
数の回折光より得られるI (、r)にlの大きいI
(a:)を重畳した場合の光電変換素子の出力信号であ
る。信号の分割によってより細かな移動量を測定しよう
とする場合、第3図(b)、(C)の如く正弦波形から
掛は離れた信号は特に誤差の原因になると共に、分割回
路が複雑になるという欠点がある。
そこで本発明の目的は、回折格子を用いたエンコーダに
おいて、正弦波状の信号を得ることにある。
おいて、正弦波状の信号を得ることにある。
回折格子への入射角をα、回折角をβとすると次式が成
立する。
立する。
d (sin a + sinβ)=mλ−・−−−−
−−−(7+>但し、d;格子定数(格子の間隔) λ;光の波長 m;回折の次数(整数) いま、第4図に示す如く、回折格子3への入射角をαと
すると共に、1次の回折光の回折角βをαと等しくなる
ようにし、2次の回折光の回折角が90度、すなわち回
折限界となる条件を求めると、(3)式は d (sina+5ina) =λ・・・・・・・・
・(4):+ (sinα+qin9n’ )=2λ町
・・・・・■となる。 そこで、(4)式、(5)式が
ら8・。・−ユ λ−λ・・・・・・・・・(6)3ゝ
d3 ることからもわがるように、−1次の回折光の場合にお
いても回折角βは−9(1°″lあり、回折1促界を与
える。従って上述の条件(6)、すなわちsinα=÷
、÷=薫によって、回折格子による回折光は0次と1次
以外生じないことになる。従って、上述の回折角βが入
射角αと等しくなるようにしだ場合に得られる条件(6
)は最も厳しい条件であるがら、÷≧÷であれば適当な
入射角αを選択することによって回折格子の回折光を0
次と1次のみと成すことができる。
−−−(7+>但し、d;格子定数(格子の間隔) λ;光の波長 m;回折の次数(整数) いま、第4図に示す如く、回折格子3への入射角をαと
すると共に、1次の回折光の回折角βをαと等しくなる
ようにし、2次の回折光の回折角が90度、すなわち回
折限界となる条件を求めると、(3)式は d (sina+5ina) =λ・・・・・・・・
・(4):+ (sinα+qin9n’ )=2λ町
・・・・・■となる。 そこで、(4)式、(5)式が
ら8・。・−ユ λ−λ・・・・・・・・・(6)3ゝ
d3 ることからもわがるように、−1次の回折光の場合にお
いても回折角βは−9(1°″lあり、回折1促界を与
える。従って上述の条件(6)、すなわちsinα=÷
、÷=薫によって、回折格子による回折光は0次と1次
以外生じないことになる。従って、上述の回折角βが入
射角αと等しくなるようにしだ場合に得られる条件(6
)は最も厳しい条件であるがら、÷≧÷であれば適当な
入射角αを選択することによって回折格子の回折光を0
次と1次のみと成すことができる。
一方、1次の回折光が回折限界になる場合を考λ
1〈丁〈2
λ 2
となる。従って、上で求めた了≧1なる条件と合わせて
が求まる。
一方、式(3)より
、 mλ
Slnβ= 7−5illα・・・・・・・・・(8)
であり、m=2のときにはsinβ≧1 、m=−1の
ときにはsinβ≦−1、が2次と一1次の回折光の生
じない条件であるから、これらを(8)式に代入し、λ
。
であり、m=2のときにはsinβ≧1 、m=−1の
ときにはsinβ≦−1、が2次と一1次の回折光の生
じない条件であるから、これらを(8)式に代入し、λ
。
一ゴーSlnα≦−1
より
λ 2λ
1−7≦sinα≦1−1・・・・・・・・・(9)が
sinαの箭囲として求まる。
sinαの箭囲として求まる。
λ
丁により(9)式を満足する範囲内のsinαとなる適
当な入射角αを定めれば、回折格子がら0次と1次以外
の回折光が生じないように成すことができる。
当な入射角αを定めれば、回折格子がら0次と1次以外
の回折光が生じないように成すことができる。
それ故、第1図の光学系において、例えば光源1の射出
光の波長を0.667μmX透過型の回折格子3の格子
定数dを1μm1人射角αを1947度生ず6回折光け
0次と1次のみである。しかしながら、このような構成
では透過型の回折格子3の表面にて生じた回折光を除去
することができない。
光の波長を0.667μmX透過型の回折格子3の格子
定数dを1μm1人射角αを1947度生ず6回折光け
0次と1次のみである。しかしながら、このような構成
では透過型の回折格子3の表面にて生じた回折光を除去
することができない。
そこで、透過型の回折格子3の表面での回折光をも除去
した第1実施例を第5図、第6図に示す。
した第1実施例を第5図、第6図に示す。
第5図の光学系において第1図に対応する部材には同一
符号を付す。光源1の射出光の波長を0.667μmS
7渦型の回折格子6の格子定数dを1μm1人射角αは
1947度である。反射格子4は、第6図に示した如く
、8つの格子A、B、C,D。
符号を付す。光源1の射出光の波長を0.667μmS
7渦型の回折格子6の格子定数dを1μm1人射角αは
1947度である。反射格子4は、第6図に示した如く
、8つの格子A、B、C,D。
E、F’、Gに分割され、格子Aを基準にして格子子C
とD1格子EとF1格子GとHが組を成し、各組が各々
分割格子を構成している。すなわち、各組に対応して1
つの光電変換素子7as7bs7c、7dが設けられて
いる。集光レンズ6によ(9) って、格子AとBからの回折光は光電変換索子7aに、
格子CとDからの回折光は光電変換素子7bに、格子E
とFからの回折光は光電変換素子7cに、そして格子G
とHからの回折光は光電変換素子7dに入射する。光電
変換素子7aN7h%7CN7dを有する光電変換器7
0と集光レンズ6との間にある集光レンズ6の後側焦点
位置には、空間フィルタとしてのピンホール板8が配設
されており、光軸及びその付近の光のみ透過し、それ以
外の不必要な光が光電変換器70に入射することを防い
でいる。
とD1格子EとF1格子GとHが組を成し、各組が各々
分割格子を構成している。すなわち、各組に対応して1
つの光電変換素子7as7bs7c、7dが設けられて
いる。集光レンズ6によ(9) って、格子AとBからの回折光は光電変換索子7aに、
格子CとDからの回折光は光電変換素子7bに、格子E
とFからの回折光は光電変換素子7cに、そして格子G
とHからの回折光は光電変換素子7dに入射する。光電
変換素子7aN7h%7CN7dを有する光電変換器7
0と集光レンズ6との間にある集光レンズ6の後側焦点
位置には、空間フィルタとしてのピンホール板8が配設
されており、光軸及びその付近の光のみ透過し、それ以
外の不必要な光が光電変換器70に入射することを防い
でいる。
このような構成であるから、この光学系では前ので透過
型の回折格子3にて透過する回折光は0次と1次のみで
ある。すなわち、光源1がらの射出光はコリメータレン
ズ2にて平行光になり、半透鏡5を透過した後、透過型
の回折格子乙に入射する。透過型の回折格子乙の透過に
よる回折光は上述の如く0次と1次の回折光のみであり
、この回折光が反射型の回折格子4に入射して各々回折
(10) される。反射型の回折格子4にて回折された光は再び透
過型の回折格子3に入射するが、透過型の回折格子乙の
透過による回折光は上述の如く0次と1次の回折光のみ
である。一方、透過型の回折格子6の表面反射による回
折光が生ずる。しかしながら、ピンホール板8のピンホ
ールの大きさと反透鏡、5の傾きとを調節することによ
って透過型の回折格子乙の表面反射による回折光のうち
、検出信号に影響を与えるのは1次の回折光のみになる
ように構成しである。従って、光電変換器70へ入射す
る回折光は、透過型の回折格子乙の表面反射により回折
された1次の回折光P1と、透過型の回折格子3の透過
による0次の回折光が反射型の回折格子4により反射さ
れ(反射の一1次)、再び透過型の回折格子乙の透過に
よる0次の回折光P2 (この回折光P2は透過型の
回折格子3での1次の回折回数が零である)と、透過型
の回折格子乙の透過による1次の回折光が反射型の回折
格子4により反射され(反射の一1次)、再び透過型の
回折格子3の透過により回折された1次の(11) 回折光P3と、透過型の回折格子6の透過による0次の
回折光が反射型の回折格子4により反射され(反射の一
1次)、再び透過型の回折格子3の透過による1次の回
折光P4と、透過型の回折格子6の透過による1次の回
折光が反射型の回折格子4により反射され(反則の1次
)、再び透過型の回折格子3の透過による0次の回折光
P5と、である。値lに寄与する点から考えると、回折
光P1、P4、P5は等価であるから、回折光P1で代
表させて考えると、光電変換器70上において、回折光
P1と回折光P2が干渉すると7=j、回折光P1と回
折光P3が干渉するとl−1、回折光P2と回折光P3
が干渉すると7=2となるが、光電変換器70の例えば
光電変換素子7aには互いに丁dずれた格子AとBから
の回折光が入射するから、格子Aによる光電変換素子7
aの出力信号I A (Z)は、/=1に対してはI
Acr)=A+Bs1n (予・2 π+ 9’) −
−(111)となり、l=2に対しては 、 2x IA(x)−A+Bs1n(丁・2π+ψ)・・・・・
・(11)(1つ である。
型の回折格子3にて透過する回折光は0次と1次のみで
ある。すなわち、光源1がらの射出光はコリメータレン
ズ2にて平行光になり、半透鏡5を透過した後、透過型
の回折格子乙に入射する。透過型の回折格子乙の透過に
よる回折光は上述の如く0次と1次の回折光のみであり
、この回折光が反射型の回折格子4に入射して各々回折
(10) される。反射型の回折格子4にて回折された光は再び透
過型の回折格子3に入射するが、透過型の回折格子乙の
透過による回折光は上述の如く0次と1次の回折光のみ
である。一方、透過型の回折格子6の表面反射による回
折光が生ずる。しかしながら、ピンホール板8のピンホ
ールの大きさと反透鏡、5の傾きとを調節することによ
って透過型の回折格子乙の表面反射による回折光のうち
、検出信号に影響を与えるのは1次の回折光のみになる
ように構成しである。従って、光電変換器70へ入射す
る回折光は、透過型の回折格子乙の表面反射により回折
された1次の回折光P1と、透過型の回折格子3の透過
による0次の回折光が反射型の回折格子4により反射さ
れ(反射の一1次)、再び透過型の回折格子乙の透過に
よる0次の回折光P2 (この回折光P2は透過型の
回折格子3での1次の回折回数が零である)と、透過型
の回折格子乙の透過による1次の回折光が反射型の回折
格子4により反射され(反射の一1次)、再び透過型の
回折格子3の透過により回折された1次の(11) 回折光P3と、透過型の回折格子6の透過による0次の
回折光が反射型の回折格子4により反射され(反射の一
1次)、再び透過型の回折格子3の透過による1次の回
折光P4と、透過型の回折格子6の透過による1次の回
折光が反射型の回折格子4により反射され(反則の1次
)、再び透過型の回折格子3の透過による0次の回折光
P5と、である。値lに寄与する点から考えると、回折
光P1、P4、P5は等価であるから、回折光P1で代
表させて考えると、光電変換器70上において、回折光
P1と回折光P2が干渉すると7=j、回折光P1と回
折光P3が干渉するとl−1、回折光P2と回折光P3
が干渉すると7=2となるが、光電変換器70の例えば
光電変換素子7aには互いに丁dずれた格子AとBから
の回折光が入射するから、格子Aによる光電変換素子7
aの出力信号I A (Z)は、/=1に対してはI
Acr)=A+Bs1n (予・2 π+ 9’) −
−(111)となり、l=2に対しては 、 2x IA(x)−A+Bs1n(丁・2π+ψ)・・・・・
・(11)(1つ である。
一方、格子Bによる光電変換素子7aの出力信して
、 2πX
IB (−T)−A + B s1n←1−+π+ψ)
・−・(12)となり、同様に7=2に対しては 、 2πX IB(r)=A+Bs+n (T+2π+ψ)−−−−
−・(13;)である。
・−・(12)となり、同様に7=2に対しては 、 2πX IB(r)=A+Bs+n (T+2π+ψ)−−−−
−・(13;)である。
従って、7=1の場合には(10)式と(12)式とか
らI A (、r)とIn(、r)は逆相となるので相
殺され、1=2の場合には(11)式と(1つ式とから
IA(、z)とI B (x)は同相となるので加算さ
れ、結局光電変換素子7aからは7=2に対応した信号
I (Z)のみが得られることになる。格子CとD1格
子EとF1格子GとHによって光電変換索子7b、7c
、7dから得られる信号も同様に/=2に対応した信号
のみとなる。而して、格子A、C,F、、Gは順次7c
、7dからは順次位相が90度づつずれた正弦波信号が
得られる。
らI A (、r)とIn(、r)は逆相となるので相
殺され、1=2の場合には(11)式と(1つ式とから
IA(、z)とI B (x)は同相となるので加算さ
れ、結局光電変換素子7aからは7=2に対応した信号
I (Z)のみが得られることになる。格子CとD1格
子EとF1格子GとHによって光電変換索子7b、7c
、7dから得られる信号も同様に/=2に対応した信号
のみとなる。而して、格子A、C,F、、Gは順次7c
、7dからは順次位相が90度づつずれた正弦波信号が
得られる。
(1勺
以上の説明は、0次と1次の回折光以外の回折光が透過
型の回折格子6から生じないよう設計した場合であるが
、このような回折格子を用いると、使用波長が比較的大
きくなってしまう。そこで、回折格子3からは0次と1
次の回折光と共に一1次と2次の回折光まで生ずる如く
設計すると、同じ格子定数でも0次と1次の回折光のみ
生ずる場合に比し6割程度の波長を用いることができる
。
型の回折格子6から生じないよう設計した場合であるが
、このような回折格子を用いると、使用波長が比較的大
きくなってしまう。そこで、回折格子3からは0次と1
次の回折光と共に一1次と2次の回折光まで生ずる如く
設計すると、同じ格子定数でも0次と1次の回折光のみ
生ずる場合に比し6割程度の波長を用いることができる
。
すなわち、1次の回折光の回折角βを入射角αと等しく
なるようにし、3次の回折光が回折限界となる条件を求
めると、(3)式より d (sin a +sin a) =λ・・・・・
・・・・(14)d (sina +5jn90”
) =FSλ・・・・−(15)が得られるから、(1
4)式、(15)式からとなる。
なるようにし、3次の回折光が回折限界となる条件を求
めると、(3)式より d (sin a +sin a) =λ・・・・・
・・・・(14)d (sina +5jn90”
) =FSλ・・・・−(15)が得られるから、(1
4)式、(15)式からとなる。
既に述べたところと同様にして
であれば、透過型の回折格子3からは0次、±1次、2
次の回折光のみが透過によって生ずるよう(14) に成すことができる。この際、入射角αは、2λ
3λ 1−一≦qinα≦丁−1 の節回で適当に選択される。
次の回折光のみが透過によって生ずるよう(14) に成すことができる。この際、入射角αは、2λ
3λ 1−一≦qinα≦丁−1 の節回で適当に選択される。
このような透過型の回折格子を用いると使用波長を短く
することができるけれども、透過型の回折格子を透過す
る2次と一1次の回折光が悪影響を与えるので、本実施
例はこれらの回折光をミッシングオーダー(missi
ng order)を利用して消去する。
することができるけれども、透過型の回折格子を透過す
る2次と一1次の回折光が悪影響を与えるので、本実施
例はこれらの回折光をミッシングオーダー(missi
ng order)を利用して消去する。
すなわち、第7図(a)に示した如く、入射角がαでブ
レーズ角がγのとき、第7図(h)の如き伸度分布の回
折光が生じ、この強度分布を与える各回折光の包絡線は
ブレーズ角rをピークとする。
レーズ角がγのとき、第7図(h)の如き伸度分布の回
折光が生じ、この強度分布を与える各回折光の包絡線は
ブレーズ角rをピークとする。
で衷わされることが知られている。世し、第7図(a)
においてd−bの微小部分は不透明として考えるO λ 従って、包絡線がOとなるβはr+n−F;(但し、n
け0でない整数・・・・・・第7図(b)参照)である
。−(1つ 方、入射角がαの場合、m次の回折光の回折角βλ γ+n −=−α十丁λ・・・・・・・・・(16)を
満足するm次の回折光がミッシングオーダー(miss
ing order)となって生じないことになる。
においてd−bの微小部分は不透明として考えるO λ 従って、包絡線がOとなるβはr+n−F;(但し、n
け0でない整数・・・・・・第7図(b)参照)である
。−(1つ 方、入射角がαの場合、m次の回折光の回折角βλ γ+n −=−α十丁λ・・・・・・・・・(16)を
満足するm次の回折光がミッシングオーダー(miss
ing order)となって生じないことになる。
具体的に前述のエンコーダで透過型の回折格子2−力k
」ノ・・・・・・・・・(1カh n 2d が成1立する。−1次の回折光の場合、式(17)にm
−−1、n−−1を代入すれば、 となる。また2次の回折光の場合、式(17)にm=2
、n = 1を代入すれは、 となり、b=τdのとき一1次と2次の回折光はミッシ
ングオーダー(missing order)となっ
て生じないことがわかる。この場合の回折光の分布を第
8図に示す。
」ノ・・・・・・・・・(1カh n 2d が成1立する。−1次の回折光の場合、式(17)にm
−−1、n−−1を代入すれば、 となる。また2次の回折光の場合、式(17)にm=2
、n = 1を代入すれは、 となり、b=τdのとき一1次と2次の回折光はミッシ
ングオーダー(missing order)となっ
て生じないことがわかる。この場合の回折光の分布を第
8図に示す。
(16)
一方、反射型の回折格子4を第9図のように各微小反射
面が水平方向に対し角度αを成している如き三角波(二
等辺三角形)状に成し、入射光の入射角をαとすれば、
回折光の弾度分布は第10図のようになる。第10図で
も明らかな如く、第9図の如き回折格子を用いると、山
形を形成する2方向の反射面r1、r2のうち、入射光
の反射角をαとする反射面r1による回折光と、反射角
を一3αとする反射面r2による回折光とが合成された
弾度分布が得られる。第10図において入射角αが λ α’::: si nα;ご− d のとき、回折光の分布は第11図のようになる。
面が水平方向に対し角度αを成している如き三角波(二
等辺三角形)状に成し、入射光の入射角をαとすれば、
回折光の弾度分布は第10図のようになる。第10図で
も明らかな如く、第9図の如き回折格子を用いると、山
形を形成する2方向の反射面r1、r2のうち、入射光
の反射角をαとする反射面r1による回折光と、反射角
を一3αとする反射面r2による回折光とが合成された
弾度分布が得られる。第10図において入射角αが λ α’::: si nα;ご− d のとき、回折光の分布は第11図のようになる。
対する正反則の方向(αと一3α)のみが残り、他の回
折光はmissing orderとなって生じない
ことがわかる。一方、第10図において入射角αが2m
λ (2m−1−1)λ の場合も同様に、回折光は一方向と、一つゆ−d (17) の方向のうちの微小反射面に対する正反射の方向(−α
、6α)のみが残ることがわかる。
折光はmissing orderとなって生じない
ことがわかる。一方、第10図において入射角αが2m
λ (2m−1−1)λ の場合も同様に、回折光は一方向と、一つゆ−d (17) の方向のうちの微小反射面に対する正反射の方向(−α
、6α)のみが残ることがわかる。
このような反射型の回折格子を前述の0次と1次のみの
回折光が生ずる透過型の回折格子と組み合わせると、透
過型の回折格子の格子定数が6612図の如くになる。
回折光が生ずる透過型の回折格子と組み合わせると、透
過型の回折格子の格子定数が6612図の如くになる。
第12図における波線はmissing orderに
よって生じない回折光であり、実際に透過型の回折格子
から射出される回折光は第12図中光路がすべて実線の
41、Q2の2つだけである。この回折光q1、q2け
まさに所望の回折光である。
よって生じない回折光であり、実際に透過型の回折格子
から射出される回折光は第12図中光路がすべて実線の
41、Q2の2つだけである。この回折光q1、q2け
まさに所望の回折光である。
なお、第12図には示さなかったが、既に述べ2mλ
た如く反射型の回折格子からは]「の方向の回折光が生
じている。しかしながら、これらの回折光に関連して透
過型の回折格子から射出される回折光は、所望の回折光
q1、q2に対し角度を有しているから、第5図に示し
た如きピンホール8にて除去できる。
じている。しかしながら、これらの回折光に関連して透
過型の回折格子から射出される回折光は、所望の回折光
q1、q2に対し角度を有しているから、第5図に示し
た如きピンホール8にて除去できる。
(18)
このように、高次の回折光を回折条件を満たさないよう
にして除くと共に、特定の回折光をミッシングオーダー
(missing order)を用いて除くことがで
きるが、この場合にも透過型の回折格子の表面における
回折光を除去するために、例えば第6図の如き位相ずれ
を有する分割格子を用いる必要がある。
にして除くと共に、特定の回折光をミッシングオーダー
(missing order)を用いて除くことがで
きるが、この場合にも透過型の回折格子の表面における
回折光を除去するために、例えば第6図の如き位相ずれ
を有する分割格子を用いる必要がある。
なお、以上いずれの実施例の場合においても、透過型の
回折格子を分割格子と成し、反則型の回折格子全所定の
次数の回折光のみを反射する如く設計しても良い。
回折格子を分割格子と成し、反則型の回折格子全所定の
次数の回折光のみを反射する如く設計しても良い。
この場合、透過型の回折格子を基準格子として光電変換
器70と一体に成し、反射型の回折格子を移動格子とし
て透過型の回折格子に対して移動する如く成す必要があ
る。(勿論、相対的な移動を問題にすれば良いから、絶
対的には反射型の回折格子が固定で透過型の回折格子が
移動する如く成っている場合もある。) 以上述べた如く本発明によれば、移動格子の移動に応じ
て光電変換素子の出力信号を単一周波数(19) のみの正弦波状の信号と成すことができるので、分割読
み取りをする場合でも正確に移動量を読みとることので
きる回折格子を用いたエンコーダを得ることができる。
器70と一体に成し、反射型の回折格子を移動格子とし
て透過型の回折格子に対して移動する如く成す必要があ
る。(勿論、相対的な移動を問題にすれば良いから、絶
対的には反射型の回折格子が固定で透過型の回折格子が
移動する如く成っている場合もある。) 以上述べた如く本発明によれば、移動格子の移動に応じ
て光電変換素子の出力信号を単一周波数(19) のみの正弦波状の信号と成すことができるので、分割読
み取りをする場合でも正確に移動量を読みとることので
きる回折格子を用いたエンコーダを得ることができる。
第1図は回折格子を用いたエンコーダの基本的な光学系
の配置図、第2図は所望の回折光の様子を示す光路図、
第3図(a)乃至(C)は移動格子の移動によって得ら
れる信号を説明する波形図、第4図は本発明の一実施例
における回折光の様子を示す光路図、第5図は本発明の
一実施例の光学系の配置図、第6図は第5図の反射型の
回折格子4の詳って得られる回折光の張度分布図、第8
図は第7図Φ)においてブレーズ角γを0にした場合に
得られる回折光の強度分布図、第9図は本発明の実施例
において用いられる反射型の回折格子の側面図、第10
図は第9図の反射型の回折格子により得られる回折光の
強度分布図、第11図は第10図で(20) 図は第8図で示した如き回折光の弾度分布を有する透過
型の回折格子と、第11図で示した如き回折光の強度分
布を有する反射型の回折格子を組み合わせた場合に得ら
れる回折光の光路図。 [主要部分の符号の説明] 1・・・・・・光 源、 2・・・・・・
コリメータレンズ、3・・・・・・透過型の回折格子、
4・・・・・・反射型の回折格子、5・・・・・・半
透 鏡、 6・・・・・・集光レンズ、8・・
・・・・ピンホール板、70・・・・・・光電変換器。 出願人 日本光学工業株式会社 代理人 渡 辺 隆 男 c21) 24図 ″;F6図 オフ図 一78図 21−1;笈07九t7尤Z゛たづ士
の配置図、第2図は所望の回折光の様子を示す光路図、
第3図(a)乃至(C)は移動格子の移動によって得ら
れる信号を説明する波形図、第4図は本発明の一実施例
における回折光の様子を示す光路図、第5図は本発明の
一実施例の光学系の配置図、第6図は第5図の反射型の
回折格子4の詳って得られる回折光の張度分布図、第8
図は第7図Φ)においてブレーズ角γを0にした場合に
得られる回折光の強度分布図、第9図は本発明の実施例
において用いられる反射型の回折格子の側面図、第10
図は第9図の反射型の回折格子により得られる回折光の
強度分布図、第11図は第10図で(20) 図は第8図で示した如き回折光の弾度分布を有する透過
型の回折格子と、第11図で示した如き回折光の強度分
布を有する反射型の回折格子を組み合わせた場合に得ら
れる回折光の光路図。 [主要部分の符号の説明] 1・・・・・・光 源、 2・・・・・・
コリメータレンズ、3・・・・・・透過型の回折格子、
4・・・・・・反射型の回折格子、5・・・・・・半
透 鏡、 6・・・・・・集光レンズ、8・・
・・・・ピンホール板、70・・・・・・光電変換器。 出願人 日本光学工業株式会社 代理人 渡 辺 隆 男 c21) 24図 ″;F6図 オフ図 一78図 21−1;笈07九t7尤Z゛たづ士
Claims (1)
- 測定光としての平行光束中に、相対的に移動する透過型
の回折格子と反射型の回折格子とを対向して配設し、前
記反射型の回折格子からの反射光を、集光レンズ系によ
って前記透過型の回折格子を介して光電変換素子上に集
光せしめ、前記透過型の回折格子と前記反射型の回折格
子のいずれか一方を前記光電変換素子に対して位置変化
のないように一体と成し、前記一方の回折格子に対する
他方の回折格子の移動量を読み取るエンコーダにおいて
、前記集光レンズ系の後側焦点位置に光軸及びその付近
の光のみ透過する空間フィルタを配設すると共に、所望
の回折光が得られる如く、前記測定光の波長と前記透過
型の回折格子の格子定数と前記透過型の回折格子への前
記測定光の入射角とを定め、前記透過型の回折格子の表
面反射による回折光の影響を除去するために、前記一方
の回折格子を所定量位相のずれた格子から成る分割格子
として構成したことを特徴とするエンコーダ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20916682A JPS5999219A (ja) | 1982-11-29 | 1982-11-29 | 回折格子を用いたエンコ−ダ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20916682A JPS5999219A (ja) | 1982-11-29 | 1982-11-29 | 回折格子を用いたエンコ−ダ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5999219A true JPS5999219A (ja) | 1984-06-07 |
Family
ID=16568417
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20916682A Pending JPS5999219A (ja) | 1982-11-29 | 1982-11-29 | 回折格子を用いたエンコ−ダ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5999219A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62274217A (ja) * | 1986-05-14 | 1987-11-28 | ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング | 光電測定装置 |
JPH01276020A (ja) * | 1988-03-25 | 1989-11-06 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | 光電位置測定装置 |
EP0509979A2 (de) * | 1991-04-18 | 1992-10-21 | RSF-Elektronik Gesellschaft m.b.H. | Photoelektronische Positionsmesseinrichtung |
FR2915812A1 (fr) * | 2007-05-04 | 2008-11-07 | Saint Gobain | Ensemble de sous-reseaux diffusant la lumiere |
FR2915811A1 (fr) * | 2007-05-04 | 2008-11-07 | Saint Gobain | Reseau diffusant la lumiere |
-
1982
- 1982-11-29 JP JP20916682A patent/JPS5999219A/ja active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62274217A (ja) * | 1986-05-14 | 1987-11-28 | ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング | 光電測定装置 |
JPH0663783B2 (ja) * | 1986-05-14 | 1994-08-22 | ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング | 光電測定装置 |
JPH01276020A (ja) * | 1988-03-25 | 1989-11-06 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | 光電位置測定装置 |
EP0509979A2 (de) * | 1991-04-18 | 1992-10-21 | RSF-Elektronik Gesellschaft m.b.H. | Photoelektronische Positionsmesseinrichtung |
FR2915812A1 (fr) * | 2007-05-04 | 2008-11-07 | Saint Gobain | Ensemble de sous-reseaux diffusant la lumiere |
FR2915811A1 (fr) * | 2007-05-04 | 2008-11-07 | Saint Gobain | Reseau diffusant la lumiere |
WO2008145896A1 (fr) * | 2007-05-04 | 2008-12-04 | Saint-Gobain Glass France | Ensemble de sous-reseaux diffusant la lumiere |
WO2008145895A1 (fr) * | 2007-05-04 | 2008-12-04 | Saint-Gobain Glass France | Reseau diffusant la lumiere |
US8111461B2 (en) | 2007-05-04 | 2012-02-07 | Saint-Gobain Glass France | Array of light-diffusing sub-grating |
US8218239B2 (en) | 2007-05-04 | 2012-07-10 | Saint-Gobain Glass France | Light-diffusing grating |
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