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スケール本体の走査

光電走査

ハイデンハインの高精度ロータリエンコーダは、大抵、光電走査を動作の基本原理としています。スケール本体の光源走査は、無接触方式であり、従って、磨耗の心配が要りません。光電走査では、実に数マイクロメートル幅の超微細な目盛線すら検出し、出力信号を非常に小さい信号周期で発生させます。

スケール本体の格子間隔が細かければ細かいほど、光電走査への歪みの影響は大きくなります。ハイデンハインの高精度ロータリエンコーダでは、2つの走査原理を使用しています。

・格子間隔10μm〜約40μmの目盛に適用される結像走査原理
・格子間隔4μmの極微細な目盛に適用される干渉走査原理

結像走査原理
単純に言えば、結像走査原理は、透過光信号発生の機能を利用するものです。格子間隔の等しい2つの目盛格子、すなわち目盛円板と走査板を相対移動させます。走査板のキャリア素材は透明ですが、スケール本体の目盛は、透明の表面に付けても反射表面につけても構いません。平行な光が格子を通過すると、明るい面と暗い面がある一定の距離をおいて光を透過します。同じ格子間隔を持つ相手格子がそこに置かれています。2つの格子が互いに相対移動すると、入射光は変調され、ギャップを揃えると、光は通過します。一方の格子のラインが他方の格子のギャップと一致すると、光は通過しません。受光素子が、これらの光の強さの変化をほぼ正弦波形の電気信号に変換します。走査板の特殊構造の格子は、ほぼ正弦波形の出力信号が発生するように、光電流を濾過します。格子構造の目盛間隔が小さければ小さいほど、走査板と目盛円板の間の距離は小さくなければなりません。結像走査原理を使用するエンコーダの実際取付交差は、格子目盛間隔にして10μm以上です。

高精度ロータリエンコーダROD、RON、RCN、ERA、EROは、動作原理として結像走査方式を採用しています。

干渉走査原理
干渉走査原理は、変位量の測定に使用される信号を作り出す為に、細かい目盛に当る光の回析と干渉を利用します。ステップ格子がスケール本体として使用されます。高さ0.2μmの反射ラインを平坦な反射表面に施した物です。その表面に走査板があり、スケールと同じ格子間隔を有する透明位相格子です。

光波が走査板を通過すると、これがほぼ同等の光度を有する次数−1、0、1の部分波に回析されます。部分波は、スケールによって、光度のほとんどが回析次数1と−1で見出されるように回析されます。これらの部分波は、再び走査板の位相格子で出会い、そこで再び回析され、干渉しあいます。これで基本的に3つの波が作られ、これらが異なる角度で走査板を出て行きます。受光素子がこれらの光の強さを電気信号に変換します。

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