(57)【要約】【課題】受光光量を減らすことなく、所望の高次高調波を削減し、低歪の検出を行って、高精度の測定を可能とする。【解決手段】スケール１０上の格子パターン１２又はスケール１０上に生成されたモアレ縞をレンズ光学系２０により受光素子へ導くようにされた光電式インクリメンタル型エンコーダにおいて、位相格子４０による＋１次回折光と−１次回折光の到達点の差ｄｘが、除去したい高次高調波の波長λの半分となるように、位相格子ピッチＰGと配設位置Ｌが決定された位相格子４０を設ける。【選択図】図４
2007248302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケール上の格子パターン又はスケール上に生成されたモアレ縞を、レンズ光学系により受光素子へ導くようにされた光電式インクリメンタル型エンコーダにおいて、
位相格子による＋１次回折光と−１次回折光の到達点の差が、除去したい高次高調波の波長の半分となるように、位相格子ピッチと配設位置が決定された位相格子を設けたことを特徴とする光電式インクリメンタル型エンコーダ。
【請求項２】
前記位相格子を、受光素子の前面に配設したことを特徴とする請求項１に記載の光電式インクリメンタル型エンコーダ。
【請求項３】
前記レンズ光学系が、レンズの焦点位置にアパーチャが配設されたテレセントリック光学系とされ、透明板のレンズ側にアパーチャが形成され、同じ透明板の受光素子側に位相格子が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光電式インクリメンタル型エンコーダ。
【請求項４】
前記位相格子を、スケールの前面に配設したことを特徴とする請求項１に記載の光電式インクリメンタル型エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スケール上の格子パターン又はスケール上に生成されたモアレ縞を、レンズ光学系により受光素子へ導くようにされた光電式インクリメンタル型エンコーダに係り、特に、受光光量を減らすことなく、所望の高次高調波を削減することが可能な光電式インクリメンタル型エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示す如く、スケール１０上の格子パターン１２や、スケール１０上に生成されたモアレ縞を、レンズ２２を含むレンズ光学系２０によって、受光素子、例えば受光素子がアレイ状に生成された受光素子アレイ３０へ導いて検出する方法が考えられている。図において、３２は、受光素子アレイ３０上の検出波形である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、スケール１０上のパターン１２が矩形形状であったり、又は、スケール１０上に生成されたモアレ縞に歪があると、図２に示す如く、受光素子アレイ３０上の検出波形３２も歪んでしまう。図２は、３次高調波が重量されている状態を例示したものである。
【０００４】
そこで、図３に示す如く、アパーチャ２４を設けてレンズ光学系２０の開口数ＮＡを小さくし、遮断空間周波数を下げて、伝達する像の高調波成分を除去することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、アパーチャ２４によって光路を制限するために、受光光量が減ってしまい、受光信号のＳ／Ｎが低下する等の問題点を有する。特に、除く対象が長周期である場合は、アパーチャを狭くする必要があるため、光量が更に減ってしまう。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、受光光量を減らすことなく、所望の高次高調波を削減し、低歪の検出を行って、高精度の測定を可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、スケール上の格子パターン又はスケール上に生成されたモアレ縞を、レンズ光学系により受光素子へ導くようにされた光電式インクリメンタル型エンコーダにおいて、位相格子による＋１次回折光と−１次回折光の到達点の差が、除去したい高次高調波の波長の半分となるように、位相格子ピッチと配設位置が決定された位相格子を設けることにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
前記位相格子は、受光素子の前面に配設することができる。
【０００９】
更に、前記レンズ光学系を、レンズの焦点位置にアパーチャが配設されたテレセントリック光学系とし、透明板のレンズ側にアパーチャを形成し、同じ透明板の受光素子側に位相格子を形成するようにして、構成を簡略化することができる。
【００１０】
又、前記位相格子は、スケールの前面に配設することもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、受光光量を減らすことなく、所望の高次高調波を削減することができ、低歪の検出を行って、高精度化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
本発明の第１実施形態は、図２に示した従来例と同様の構成において、図４に示す如く、受光素子アレイ３０の前面に位相格子４０を配設したものである。
【００１４】
ここで、前記位相格子４０のピッチＰGと配設位置（図では受光素子アレイ３０表面からの距離Ｌ）は、位相格子４０による＋１次回折光と−１次回折光の到達点の差が、除去したい高次高調波の半分になるように設定する。
【００１５】
即ち、光路から次式が成立する。
【００１６】
【数１】
2007248302.tif 000003
【００１７】
ここで、θは、受光素子アレイ３０に対する回折光の入射角、ｄｘは、受光素子アレイ３０上の＋１次回折光と−１次回折光の到達点の差である。
【００１８】
又、回折条件から次式が成立する。
【００１９】
【数２】
2007248302.tif 000004
【００２０】
ここで、λは光の波長である。
【００２１】
上記（１）式及び（２）から次式が成立する。
【００２２】
【数３】
2007248302.tif 000005
【００２３】
（３）式を変形すると次式が得られる。
【００２４】
【数４】
2007248302.tif 000006
【００２５】
一方、高調波除去条件より、除去したい高調波の次数をｎとすると、次式が成立する。
【００２６】
【数５】
2007248302.tif 000007
【００２７】
ここで、ＰDは、受光素子アレイ３０上の検出波形３２のピッチである。
【００２８】
従って、（ＰG／λ）２  ＞＞１とすると、次式が近似的に成立する。
【００２９】
【数６】
2007248302.tif 000008
【００３０】
例えば、受光素子アレイ３０で検出する縞のピッチＰDを１２０μｍ、位相格子４０のピッチＰGを２０μｍ、光の波長λを８８０ｎｍ、除去したい高調波の次数ｎを３とすると、配設位置Ｌ＝０．２３ｍｍとなる。
【００３１】
このようにしてシフトされた高調波を含む波形が合成されると、３次高調波成分は位相が反転しているので、図５に示すように、３次高調波成分が相殺され除去される。
【００３２】
従って、受光光量を減らすことなく、所望の高調波を削減でき、歪の無い高精度な検出が可能となる。
【００３３】
図６は、第１実施形態の変形例である第２実施形態を示したものである。本実施形態においては、位相格子４０を、例えばガラス板でなる透明板４２の受光素子アレイ３０側に形成すると共に、アパーチャ４４を同じ透明板４２のレンズ２２側に形成し、該アパーチャ４４がレンズ２２の焦点位置に来るようにして、レンズ光学系２０をテレセントリック光学系としたものである。
【００３４】
本実施形態によれば、１つの透明板４２の表側と裏側にアパーチャ４４と位相格子４０を形成したので、構成が簡略であり、且つ、組み立て調整も容易である。
【００３５】
なお、前記実施形態においては、いずれも受光素子アレイ３０の前面に位相格子４０が配設されていたが、位相格子４０の配設位置はこれに限定されず、図７に示す第３実施形態のように、スケール１０の前面に位相格子４０を配設することも可能である。
【００３６】
本実施形態においても、（１）〜（４）式は、第１実施形態と同じであり、（５）式のＰDが、次式に示す如く、格子パターン１２のピッチＰsとなる。
【００３７】
【数７】
2007248302.tif 000009
【００３８】
従って、スケール１０の格子パターン１２形成面から位相格子４０迄の距離Ｌは、次式で表される。
【００３９】
【数８】
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【００４０】
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、受光素子３０上で縞がシフトするので、高調波を除去することができる。
【００４１】
なお、削減したい高調波の次数は、成分の大きな３次であることが好適であるが、３次に限定されない。
【００４２】
又、前記実施形態においては、いずれも、受光素子として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、格子と受光素子は別体であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】レンズ光学系を用いた光電式インクリメンタル型エンコーダの基本構成を示す光路図
【図２】図１の構成においてスケール上のパターンに歪がある場合の問題点を示す光路図
【図３】図２で示される問題点を解決するために光学系の開口数を小さくした例を示す光路図
【図４】本発明の第１実施形態の構成を示す光路図
【図５】第１実施形態において高調波が除去される状態を示す線図
【図６】本発明の第２実施形態の要部構成を示す斜視図
【図７】本発明の第３実施形態の要部構成を示す光路図
【符号の説明】
【００４４】
１０…スケール
１２…格子パターン
２０…レンズ光学系
２２…レンズ  
３０…受光素子アレイ
４０…位相格子
４２…透明板
４４…アパーチャ
【図１】
2007248302.tif 000011
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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