JPH04324316A - 定点検出装置 - 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】 【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。