JP2000356509A - 測長装置および測長補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 稼働部分が揺動しても測定誤差を生じさせな
いこと。 【解決手段】 この測長装置１００では、回折格子１０
２を稼働部分である位置測定対象Ｔに固定し、反射ミラ
ー１０３〜１０５を位置測定対象Ｔ以外の部分に固定す
る。光源１０１の平行ビームは、回折格子１０２にて０
次と±ｐ次の回折光となり、反射ミラー１０３〜１０５
により反射して、再び回折格子１０２に入射干渉する。
この干渉光は、ハーフミラー１０６で取り出され、受光
素子１０７により光電変換される。干渉信号は、処理部
１０８にて処理される。回折格子１０２の特性上、位置
測定対象ＴがＹ軸およびＺ軸水平方向に揺動しても、測
定誤差を生じさせない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、工作機械などの
対象物の位置検出に用いられ、稼働部分が揺動しても測
定誤差を生じさせないような測長装置および測長補正装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光波の干渉を利用することで長さを測定
する干渉計としては、一般的に振幅分割を用いたマイケ
ルソン干渉計が広く知られている。この他、光波の干渉
を利用して絶対値の測定を行うことができる測長装置と
して、特開平１０−１７０２１７号公報に記載のものが
知られている。図１４は、当該測長装置の構成を示す説
明図である。

【０００３】この測長装置１５００は、コヒーレントな
平行ビームＢを発生する光源１５０１と、平行ビームＢ
の分波および合波を行うビームスプリッター１５０２
と、位置測定対象Ｔに連設されると共に平行ビームＢを
光軸を変えずに反射する反射器１５０３、１５０４と、
平行ビームＢの光軸を曲げる反射鏡１５０５と、ビーム
スプリッター１５０２により合波した平行ビームＢの強
度を検出する光検出器１５０６とから構成されている。
前記位置測定対象Ｔは、たとえば工作機械の加工テーブ
ルや刃物台などである。反射器１５０３、１５０４に
は、回折格子やコーナーキューブ・プリズムなどを用い
る。

【０００４】光源１５０１から出射した平行ビームＢ
は、ビームスプリッター１５０２により２方向に分波さ
れる。一方の平行ビームＢａは、位置測定対象Ｔの移動
方向に対して平行に進行し、他方の平行ビームＢｂは、
位置測定対象Ｔの移動方向に直交するように分岐する
が、反射鏡１５０５によりその光軸を曲げられて当該位
置測定対象Ｔの移動方向に対して所定角度θの方向に進
行する。各平行ビームＢは、反射器１５０３、１５０４
において光軸を変えることなく反射し、再びビームスプ
リッター１５０２において合波される。合波された平行
ビームＢは、その位相変化により変調を受ける。

【０００５】この平行ビームＢの強度は、前記光検出器
１５０６により検出される。この測長装置１５００にお
いて、平行ビームＢａと平行ビームＢｂとの光路差Δ
は、 Δ＝２（Ｌ−Ｌ・ｃｏｓθ）＝２Ｌ（１−ｃｏｓθ） となるから、干渉周期を１／（１−ｃｏｓθ）に拡大す
ることが可能になる。このため、傾き角θを変化させる
ことにより、干渉信号１周期に相当する位置測定対象Ｔ
の移動距離を任意の値に設定することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の測長装置１５００では、反射器１５０３、１５０４
を加工テーブルなどの稼働部分に取り付けている。この
ため、当該稼働部分のＹ軸水平方向およびＺ軸水平方向
の揺動により光検出器１５０６に入射する光軸がずれて
しまい、測定誤差が生じるという問題点があった。

【０００７】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであって、稼働部分が揺動しても測定誤差を生じ
させないような測長装置および測長補正装置を得ること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、この発明による測長装置は、コヒーレントな平行
ビームを発する光源と、平行ビームの光軸上に位置する
と共に稼働部分である位置測定対象に固定した回折格子
と、回折格子の回折光を回折次数ごとに反射して回折格
子に戻すと共に前記位置測定対象以外の部分に固定した
反射手段と、を備え、回折格子による干渉光から測長を
行うものである。

【０００９】光源からの平行ビームは、回折格子に入射
して回折光となる。各次数の回折光は、反射手段、たと
えば反射ミラーにより反射して再び回折格子に入射し、
干渉する。この干渉光の強度を検出し、回折格子までの
長さを測定する。回折格子は、位置測定対象に固定され
ており、反射ミラーは当該位置測定対象ではなく、これ
以外のなるべく稼働しない部分に固定する。回折格子
は、その特性上、面方向に揺動しても回折光にほとんど
影響を及ぼさないから、位置測定対象の揺動による測定
誤差を抑制することが可能になる。

【００１０】つぎの発明による測長装置は、上記測長装
置において、さらに、前記所定次数の回折光の光軸上に
位相シフト手段を設け、偏光分割手段により位相差を有
する偏光成分ごとの干渉信号を取得し、この両干渉信号
に基づいて測長を行うものである。

【００１１】位相シフト手段、たとえば位相板により回
折光の偏光を変化させ、位相の異なる干渉信号を得る。
この干渉信号を重ね合わせることで現在の角度を特定す
る。たとえば角度が０°と１８０°とではその出力信号
が０になるが、位相シフトした干渉信号の符号を参照す
ることにより０°か１８０°かを特定することができ
る。なお、前記偏光分割手段は、たとえば偏光ビームス
プリッターなどである。

【００１２】つぎの発明による測長装置は、上記測長装
置において、さらに、前記回折格子および反射手段を有
する干渉計を複数段設けると共に各干渉計により取得す
る干渉信号の波長を異なるものにし、当該波長の異なる
干渉信号を重ね合わせることにより測長を行うようにし
たものである。

【００１３】１波長を電気的に分解するには限界がある
ため、波長の異なる干渉信号を重ね合わせるようにす
る。このようにすれば、測長の分解能を向上することが
できる。たとえば特定干渉計の１波長を１６分割するよ
うな波長を持つ干渉計を設けることにより、測長の分解
能を向上させる。干渉信号の波長を異なるものにするに
は、格子ピッチが異なる回折格子を用いたり、格子ピッ
チは同じだが異なる次数の回折光を用いることにより取
得することができる。なお、干渉計は、２段でもそれ以
上であっても構わない。

【００１４】つぎの発明による測長装置は、上記測長装
置において、さらに、前記回折格子および反射手段を有
する干渉計を複数段設けると共に各干渉計により取得す
る干渉信号の波長を僅かに異なるものにしてバーニア波
を発生させ、当該バーニア波により測長を行うようにし
たものである。

【００１５】バーニア波を発生させることにより、測定
範囲を拡大することができる。バーニア波を発生させる
には、異なる格子ピッチを持つ回折格子を用いたり、格
子ピッチは同じであるが用いる回折光の次数を異なるも
のにすればよい。

【００１６】つぎの発明による測長装置は、上記測長装
置において、さらに、前記回折格子および反射手段を有
する干渉計を複数段設けると共に一部の干渉計の回折格
子を移動させないようにし、当該干渉計から取得した干
渉信号によって、その他の干渉計から取得した干渉信号
を補正するようにしたものである。

【００１７】干渉信号には、回折格子の移動距離、屈折
率変動および光源の波長変動などに基づく誤差が含まれ
ている。従って、回折格子が移動しないような干渉計を
構成すれば、移動距離以外の要因による位相変動（誤
差）を得ることができる。この他の干渉計によって取得
される干渉信号には、屈折率変動などの誤差要因が含ま
れているから、当該干渉信号を前記回折格子が移動しな
い干渉計から取得した干渉信号により補正することで、
誤差を除去することができる。かかる構成によれば、空
気中の屈折率変動を起こす各種パラメータを測定する各
種センサ類が不要になる。なお、補正用の干渉計は、１
段構成であっても複数段構成であってもよい。具体的に
は、１段構成の補正用の干渉計により、複数の測長用の
干渉計を補正するようにしてもよい。また、複数段の補
正用の干渉計により、一つの測長用の干渉計を補正する
ようにしてもよい。さらに、各補正用の干渉計と、各測
長用の干渉計とを一対一に対応させてもよい。

【００１８】つぎの発明による測長装置は、上記測長装
置において、さらに、前記反射手段を、回折格子および
反射手段を有する一つの干渉計にて、少なくとも二つ設
けたものである。

【００１９】回折格子で回折光を干渉させるには、回折
光を二つ用いる必要があるから、当該回折光を反射する
反射手段を少なくとも二つ設けるようにした。このよう
にすれば、測長装置の構成を簡略化することができる。

【００２０】つぎの発明による測長装置は、上記測長装
置において、さらに、前記干渉光を光電変換して得た干
渉信号をコンパレータにて所定のしきい値と比較し、そ
の結果をカウンタに出力することで位置データを生成す
るにあたり、前記回折格子を通過した測定光の強度を検
出する測定光強度検出手段を設け、この測定光強度検出
手段の測定光強度信号から平均強度信号を求め、この平
均強度信号により前記しきい値を調整するようにしたも
のである。

【００２１】測定光の強度が変動するとコンパレータに
おける比較動作が不安定になるため、測定光の強度を取
得して当該測定光強度に基づいてコンパレータのしきい
値を調整するようにした。このようにすれば、コンパレ
ータにおいて安定した比較動作を行うことができる。

【００２２】つぎの発明による測長装置は、上記測長装
置において、さらに、前記干渉光を光電変換して得た干
渉信号をコンパレータにて所定のしきい値と比較し、そ
の結果をカウンタに出力することで位置データを生成す
るにあたり、干渉信号を入力するローパスフィルタを設
け、当該ローパスフィルタの出力値に基づいて前記しき
い値を調整するようにしたものである。

【００２３】干渉光の強度が変動するとコンパレータに
おける比較動作が不安定になるため、ローパスフィルタ
に干渉信号を入力し、当該ローパスフィルタの出力信号
に基づいてコンパレータのしきい値を調整するようにし
た。このようにすれば、コンパレータにおいて安定した
比較動作を行うことができる。

【００２４】つぎの発明による測長装置は、上記測長装
置において、さらに、前記干渉光を光電変換して得た干
渉信号をコンパレータにて所定のしきい値と比較し、そ
の結果をカウンタに出力することで位置データを生成す
るにあたり、前記しきい値に関するデータを格納する記
憶手段と、当該しきい値に関するデータに基づいて前記
コンパレータのしきい値を調整する制御手段とを備えた
ものである。

【００２５】測長装置は、個々の製品についてしきい値
にバラツキが生じるため、出荷前などに調整工程が必要
になるが、記憶手段に格納したしきい値に関するデータ
を用いてコンパレータのしきい値を調整するようにすれ
ば、調整工程を簡単にすることができる。

【００２６】つぎの発明による測長装置は、上記測長装
置において、さらに、干渉光の光強度検出手段を設け、
当該光強度検出手段の検出信号から平均光強度を求め、
当該平均光強度に基づいて前記記憶手段に格納したしき
い値に関するデータを書き換え、当該記憶装置のデータ
に基づいてコンパレータのしきい値を調整するようにし
たものである。

【００２７】干渉光の強度が変動するとコンパレータに
おける比較動作が不安定になるため、光強度検出手段に
より光強度を取得して平均光強度を求め、これに基づい
てしきい値に関するデータを書き換える。制御手段は、
このデータに基づいてコンパレータのしきい値を調整す
る。このようにすれば、急激な干渉光の変化にも追従す
ることが可能であり、コンパレータにおいて安定した比
較動作を行うことができる。

【００２８】つぎの発明による測長装置は、上記測長装
置において、さらに、前記干渉光を光電変換して得た干
渉信号をコンパレータにて所定のしきい値と比較し、そ
の結果をカウンタに出力することで位置データを生成す
るにあたり、光学部品の経時変化に対応したしきい値に
関するデータを格納する記憶手段と、当該しきい値に関
するデータに基づいて前記コンパレータのしきい値を調
整する制御手段とを備えたものである。

【００２９】制御手段は、たとえば測長装置の使用開始
から使用時間を加算し、この使用時間にかかるしきい値
のデータを記憶手段から取り出す。そして、このしきい
値のデータに基づいてコンパレータのしきい値を調整す
る。このようにすれば、光学部品の経時変化によっても
コンパレータの比較動作を安定して行うことができる。

【００３０】つぎの発明による測長装置は、上記測長装
置において、さらに、前記干渉光を光電変換して得た干
渉信号をコンパレータにて所定のしきい値と比較し、そ
の結果をカウンタに出力することで位置データを生成す
るにあたり、前記しきい値に関するデータを格納する記
憶手段と、干渉信号を入力するローパスフィルタと、前
記記憶手段に格納しているしきい値に関するデータとロ
ーパスフィルタの出力信号に関するデータとを選択し、
当該選択したデータに基づいて前記コンパレータのしき
い値を調整する制御手段とを備えたものである。

【００３１】回折格子が低速移動または停止している場
合は、記憶手段のデータを取り出してしきい値を調整す
るのが適しており、一方、回折格子が高速移動している
場合は、ローパスフィルタによりしきい値を調整するの
が適している。このため、制御手段により両者を選択で
きるような構成にした。このようにすれば、コンパレー
タの比較動作を確実に行うことができる。

【００３２】つぎの発明による測長補正装置は、光源か
ら発したコヒーレントな平行ビームを分割し、この分割
した平行ビームの光軸上に回折格子を配置すると共に当
該回折格子を稼働部分である位置測定対象以外に固定
し、同じく、当該位置測定対象以外の部分に固定した反
射手段により、回折格子の回折光を回折次数ごとに反射
して回折格子に戻し、回折格子による干渉光を光電変換
して得た干渉信号に基づいて、測長用の干渉信号の補正
を行うようにしたものである。

【００３３】通常、測定用の干渉計により得た干渉信号
には、屈折率変動などに起因した誤差が含まれる。この
ため、位置測定対象以外の部分に回折格子を固定して当
該誤差を取得し、他の干渉計により測長した干渉信号を
補正するようにした。このようにすれば、測長の精度を
向上させることができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる測長装置
および測長補正装置につき図面を参照しつつ詳細に説明
する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定され
るものではない。

【００３５】実施の形態１．図１は、この発明の実施の
形態１にかかる測長装置を示す構成図である。この測長
装置１００は、半導体レーザーなどのコヒーレントな平
行ビームを発生する光源１０１と、光源１０１からの光
を入射させて０次と±ｐ次（ｐは整数）の回折光を発生
させる回折格子１０２と、回折格子１０２により回折し
た０次と±ｐ次の回折光を反射し、再び回折格子１０２
上で各回折光を干渉させる３枚の反射ミラー１０３〜１
０５と、回折格子１０２で干渉した干渉光を取り出すハ
ーフミラー１０６と、ハーフミラー１０６から取り出し
た干渉光の強度を検出する受光素子１０７とを備えてい
る。前記回折格子１０２は、工作機械の加工テーブルや
刃物台などの位置測定対象Ｔに取り付けられている。反
射ミラー１０３〜１０５は、位置測定対象Ｔ以外の部
分、たとえば工作機械のベッドなどに取り付けられてい
る。回折格子１０２は、位置測定対象Ｔと共にＸ軸方向
に移動する。

【００３６】つぎに、この測長装置１００の動作につい
て説明する。光源１０１から出射した平行ビームＢが回
折格子１０２に入射すると、０次と±ｐ次（ｐは整数）
との回折光が発生する。ここで、回折格子１０２は、そ
の特性上、Ｙ軸水平方向およびＺ軸水平方向に揺動して
も回折角が変化しない。このため、当該回折格子１０２
が揺動しても、０次光は、反射ミラー１０３により反射
して回折格子１０２に戻るし、ｐ次光も、反射ミラー１
０４と反射ミラー１０５により２回反射して回折格子１
０２に戻ることになる。

【００３７】そして、これら反射光（０次光、±ｐ次
光）を回折格子１０２にて再び回折させ、０次光による
０次光、＋ｐ次光による−ｐ次光、および−ｐ次光によ
る＋ｐ次光を重ね合わせ、干渉させる。続いて、当該干
渉光をハーフミラー１０６で入射光から分離し、受光素
子１０７で光電変換する。受光素子１０７で光電変換し
た干渉信号は、処理部１０８に送信される。

【００３８】干渉信号の位相は、回折格子１０２のＸ軸
方向の移動距離に比例して変動する。処理部１０８は、
この干渉信号に基づいて回折格子１０２のＸ軸方向の移
動距離を演算する。移動距離に対する位相変化の感度
は、光源１０１の平行ビームＢの波長と回折格子１０２
の格子ピッチ、および回折次数によって決定される。た
とえば、光源１０１からの平行ビームの波長をλ、波長
λと格子ピッチおよび回折次数によって決定される回折
角をθ、空気中の屈折率をｎとし、この屈折率ｎを一定
とした場合、干渉信号１周期の変化量に相当する回折格
子１０２の移動距離ｄは、 ｄ＝λ／（２ｎ（１−ｃｏｓθ）） で表される。

【００３９】一般に、この回折格子１０２の移動距離ｄ
が回折格子１０２の移動範囲として設定される。かかる
設定によれば、干渉光の強度から回折格子１０２が移動
した距離の絶対値を求めることができる。また、平行ビ
ームＢの波長λ、回折格子１０２の格子ピッチおよび回
折次数ｐを適切に組み合わせれば、干渉信号１周期に相
当する回折格子１０２の移動距離ｄを任意の値に設定で
きる。

【００４０】以上、この測長装置１００によれば、回折
格子１０２を稼働部分である位置測定対象Ｔに取り付け
る一方、反射ミラー１０３〜１０５は当該位置測定対象
Ｔとは別の部分に取り付けるようにしているため、ま
ず、当該回折格子１０２の特性上からＹ軸水平方向およ
びＺ軸水平方向の揺動による測定誤差が生じないという
効果を得ることができる。また、回折格子１０２のみを
稼働部分に取り付けるようにしているから、稼働部分へ
の負担が非常に小さくなり、測長装置１００を単純かつ
小型にすることができる。

【００４１】つぎに、上式にて示したように、干渉信号
１周期に対する回折格子１０２の移動距離ｄは、平行ビ
ームＢの波長λ、回折格子１０２の格子ピッチおよび回
折次数ｐにより設定することができるから、位置測定対
象Ｔの移動可能範囲が大幅に異なる製品にも容易に適用
させることができる。なお、回折格子１０２の絶対値測
定だけではなく、パルスカウント等によりインクリメン
タルな測定も行うことができる。たとえば干渉信号１周
期に対する回折格子１０２の移動距離を当該回折格子１
０２の全移動可能距離の１／１０に設定し、この周波数
カウントを行うことにより回折格子１０２の移動距離を
求めるようにしてもよい。また、電気内挿等の手段を用
いて、１周期を電気的に分解するようにすれば、さらに
高分解能化も可能になる。

【００４２】実施の形態２．図２は、この発明の実施の
形態２にかかる測長装置を示す構成図である。この測長
装置２００は、半導体レーザーなどのコヒーレントな平
行ビームＢを発生する光源２０１と、光源２０１からの
平行ビームＢを入射させて０次と±ｐ次（ｐは整数）の
回折光を発生させる回折格子２０２と、回折格子２０２
により回折した０次と±ｐ次の回折光を反射し、再び回
折格子２０２上で各回折光を干渉させる３枚の反射ミラ
ー２０３〜２０５と、０次回折光の光軸上に設けた位相
板２０６と、回折格子２０２で干渉した干渉光を取り出
すハーフミラー２０７と、位相差の異なる干渉光を分割
して取り出す偏光ビームスプリッター２０８と、各位相
ごとに干渉光の強度を検出する受光素子２０９、２１０
とを備えている。

【００４３】前記回折格子２０２は、工作機械の加工テ
ーブルや刃物台などの位置測定対象Ｔに取り付けられて
いる。反射ミラー２０３〜２０５は、位置測定対象以外
の部分、たとえば工作機械のベッドなどに取り付けられ
ている。回折格子２０２は、位置測定対象Ｔと共にＸ軸
方向に移動する。

【００４４】つぎに、この測長装置２００の動作につい
て説明する。光源２０１から出射した平行ビームＢが回
折格子２０２に入射すると、０次と±ｐ次との回折光が
発生する。０次光は、反射ミラー２０３により反射して
回折格子２０２に戻るが、光軸上に配置したλ／８位相
板２０６を往復で２回通過して、その偏光が変化させら
れる。一方、ｐ次光は、反射ミラー２０４と反射ミラー
２０５により２回反射して再び回折格子２０２に戻る。

【００４５】そして、これら反射光（０次光、±ｐ次
光）を回折格子２０２にて再び合波し、ハーフミラー２
０７により取り出す。続いて、偏光ビームスプリッター
２０８により、それぞれの偏光成分に分けて干渉させ
る。各位相の干渉光は受光素子２０９、２１０により受
光され、光電変換される。受光素子２０９、２１０から
の干渉信号は、処理部２１１に送信される。

【００４６】各受光素子２０９、２１０により光電変換
された干渉光は、λ／４だけ位相がシフトしており、回
折格子２０２の移動距離と位相とが比例関係にあるか
ら、各受光素子２０９、２１０による干渉信号の時間的
位相関係は、回折格子２０２の任意位置においてπ／２
だけずれることになる。このため、両干渉信号を比較す
ることにより、現在の角度を特定することができる。な
お、干渉信号の位相差は、光学的配置の調整、たとえば
光源２０１もしくは位相板２０６を回転させること、ま
たは偏光ビームスプリッター２０８を傾けることなどに
より決定する。

【００４７】ここで、偏光を変化させるのは、上記０次
光、±ｐ次光のどちらでもよく、また偏光を変化させる
手段は、電気光学変調器や補償板などの偏光を制御でき
るものであれば位相板２０６に限られない。さらに、偏
光の異なる二つの光を重ね合わせて、偏光分割素子によ
り分割するような方法であれば、上記構成に限定されな
い。前記偏光分割素子としては、上記偏光ビームスプリ
ッター２０８のほか、たとえばハーフミラーと偏光板と
の組み合わせなどを用いることができる。

【００４８】以上、この測長装置２００によれば、回折
格子２０２を稼働部分である位置測定対象Ｔに取り付け
る一方、反射ミラー２０３〜２０５は当該位置測定対象
Ｔとは別の部分に取り付けるようにしているので、ま
ず、当該回折格子２０２の特性上からＹ軸水平方向およ
びＺ軸水平方向の揺動による測定誤差が生じないという
効果を得ることができる。また、回折格子２０２の揺動
は、干渉信号間の位相差に全く影響を及ぼさないため、
安定した位相差を維持し続けることが可能である。さら
に、回折格子２０２のみを稼働部分に取り付けるように
しているから、当該稼働部分への負担が非常に小さくな
り、測長装置２００を単純かつ小型にすることができ
る。特に、この構成によれば、回折格子２０２の揺動に
よる測定誤差をなくしつつ、現在の角度を特定すること
ができる。

【００４９】実施の形態３．図３は、この発明の実施の
形態３にかかる測長装置を示す構成図である。この測長
装置３００は、半導体レーザーなどのコヒーレントな平
行ビームＢを発生する光源３０１と、光源３０１からの
平行ビームＢを２分割するハーフミラー３０２と、分割
した一方の平行ビームＢａの光軸上に位置し、０次と±
ｐ次（ｐは整数）の回折光を発生させる回折格子３０３
と、回折格子３０３により回折した０次と±ｐ次の回折
光を反射し、再び回折格子３０３上で各回折光を干渉さ
せる３枚の反射ミラー３０４〜３０６と、回折格子３０
３で干渉した干渉光を取り出すハーフミラー３０７と、
このハーフミラー３０７により取り出した干渉光の強度
を検出する受光素子３０８とを有する。

【００５０】また、この測長装置３００は、分割した他
方の平行ビームＢｂを曲げる固定反射ミラー３０９と、
平行ビームＢｂの入射により０次と±ｑ次（ｑは整数）
の回折光を発生させると共に前記回折格子３０３とは異
なる格子ピッチを持つ回折格子３１０と、回折格子３１
０により回折した０次と±ｑ次の回折光を反射し、再び
回折格子３１０上で各回折光を干渉させる３枚の反射ミ
ラー３１１〜３１３と、回折格子３１０で干渉した干渉
光を取り出すハーフミラー３１４と、このハーフミラー
３１４により取り出した干渉光の強度を検出する受光素
子３１５とを備えている。前記回折格子３０３と回折格
子３１０とは、工作機械の加工テーブルや刃物台などの
位置測定対象Ｔに連結して取り付けられ、位置測定対象
Ｔと共にＸ軸方向に移動する。反射ミラー３０４〜３０
６、３１１〜３１３は、位置測定対象Ｔ以外の部分、た
とえば工作機械のベッドなどに取り付けられている。

【００５１】つぎに、この測長装置３００の動作につい
て説明する。光源３０１から出射した平行ビームＢは、
ハーフミラー３０２によって透過光Ｂａと反射光Ｂｂと
に２分割され、その透過した平行ビームＢａが回折格子
３０３に入射すると、０次と±ｐ次との回折光が発生す
る。０次光は、反射ミラー３０４により反射して回折格
子３０３に戻り、ｐ次光は、反射ミラー３０５と反射ミ
ラー３０６により２回反射して回折格子３０３に戻る。
そして、これら反射光（０次光、±ｐ次光）を回折格子
３０３にて再び回折させ、０次光による０次光、＋ｐ次
光による−ｐ次光、および−ｐ次光による＋ｐ次光を重
ね合わせることで、干渉させる。続いて、当該干渉光を
ハーフミラー３０７で入射光から分離し、受光素子３０
８で光電変換する。

【００５２】これと並行して、ハーフミラー３０２にて
反射した平行ビームＢｂは、固定反射ミラー３０９によ
り光軸が直角に曲げられて、回折格子３１０に入射す
る。この回折格子３１０によって０次と±ｑ次との回折
光が発生する。０次光は、反射ミラー３１１により反射
して回折格子３１０に戻り、ｑ次光は、反射ミラー３１
２と反射ミラー３１３により２回反射して回折格子３１
０に戻る。そして、これら反射光（０次光、±ｑ次光）
を回折格子３１０にて再び回折させ、０次光による０次
光、＋ｑ次光による−ｑ次光、および−ｑ次光による＋
ｑ次光を重ね合わせることで、干渉させる。続いて、当
該干渉光をハーフミラー３１４で入射光から分離し、受
光素子３１５で光電変換する。各受光素子３０８、３１
５で光電変換した干渉信号は、処理部３１６に送信され
る。

【００５３】通常、干渉信号の１周期分は、回折格子３
０３の移動距離ｄに相当するように設定されており、回
折格子３０３の所定位置における干渉信号出力から回折
格子３０３の移動距離ｄを求めるようにしている。しか
しながら、１周期３６０°を電気的に分解するには限界
があるため、かかる構成のみでは測長の分解能を上げる
ことは困難である。そこで、この測長装置３００では、
波長の異なる二つの干渉信号を重ね合わせて分解能の向
上を図っている。

【００５４】すなわち、この測長装置３００において、
回折格子３０３、３１０間の格子ピッチが異っているた
め、透過光Ｂａ側の干渉信号１周期に相当する回折格子
３０３の移動距離と、反射光Ｂｂ側の干渉信号１周期に
相当する回折格子３１０の移動距離とが、異なるものに
なる。このため、二つの干渉信号を電気内挿し、それら
の内挿データを重ね合わせることによって透過光側干渉
信号の１周期内にて絶対値検出を行うことができる。

【００５５】図４は、二つの干渉信号の内挿データを重
ね合わせる場合の一例を示すグラフ図である。詳しく
は、透過光Ｂａ側の干渉信号の１周期に相当する移動距
離を、反射光Ｂｂ側の干渉信号の１周期に相当する移動
距離の８倍に設定した場合を示す。移動距離の絶対値
は、透過光干渉信号Ｓａを基準とし、当該干渉信号Ｓａ
を、反射光干渉信号Ｓｂの波長により電気的に分割して
求める。以上、この測長装置３００によれば、実施の形
態１の測長装置１００と同様の効果が得られると共に、
干渉計を２段構成にして異なる波長の干渉信号を重ね合
わせるようにしたので、測長の分解能を高めることがで
きる。

【００５６】なお、この実施の形態３では、干渉計を２
段に構成しているが、受光素子３１５において光電変換
できる光強度が確保できれば特に上限はない。このた
め、複数段の干渉計を構成することによりさらに広いダ
イナミックレンジを得ることができると共にさらに高分
解能の絶対値測定を行うことができる。また、上位実施
の形態３の変形例として、両回折格子３０３、３１０の
格子ピッチを一致させ、異なる次数の回折光を用いるよ
うにしてもよい。このようにしても、干渉信号の波長を
異ならしめることができるので、上記同様の電気内挿を
行うことにより、測長の分解能を高めることができる。

【００５７】実施の形態４．図５は、この発明の実施の
形態４にかかる測長装置を示す構成図である。この測長
装置４００は、実施の形態３の測長装置３００と略同様
の構成であるが、反射光Ｂｂ側の回折格子４０１の格子
ピッチが、透過光Ｂａ側の回折格子４０２の格子ピッチ
に対して僅かに異なるように設定した点が異なる。その
他の構成は実施の形態３と同様であるので説明を省略
し、同様の構成要素には同一の符号を付する。格子ピッ
チを僅かに異ならせることにより、二つの干渉信号から
バーニア波を生成することができる。

【００５８】従来型の測長装置においてバーニア波を生
成するには、稼動部分の反射ミラーを精度よく一定角度
に維持し続けなければならなかったが、当該実施の形態
４にかかる測長装置４００では、稼動部分に回折格子４
０１、４０２のみ取り付け、反射ミラー３０４〜３０
６、３１１〜３１３は別部分に固定されていることか
ら、バーニア波を容易に生成でき、測定範囲を拡大する
ことが可能になる。

【００５９】また、上記実施の形態４では、２段の干渉
計によりバーニア波を生成するようにしているが、受光
素子により光電変換可能な程度の光強度が得られるよう
であれば、バーニア波以外の干渉計を追加することもで
きる。たとえば、図６に示すように、上記固定反射ミラ
ー３０９をハーフミラー４０３に変え、当該ハーフミラ
ー４０３の透過光Ｂｃを格子ピッチが異なる回折格子４
０４に入射させる。この回折格子４０４により発生した
０次と±ｒ次（ｒは整数）との回折光は、三つの反射ミ
ラー４０５〜４０７により反射して再び回折格子４０４
に入射する。

【００６０】これにより発生した干渉光は、ハーフミラ
ー４０８により取り出されて、受光素子４０９にて受光
される。このような構成にすれば、広ダイナミックレン
ジで高分解能の絶対値測定が可能となる。なお、上記干
渉計は４段以上設けるにようにしてもよい。また、回折
格子３０３、３１０、４０４の格子ピッチを同じにし
て、異なる次数の回折光を用いるようにしてもよい。

【００６１】具体的には、同図に示すように、波長が
１．３μｍの光源３０１と、格子ピッチが２６３μｍ、
２６１μｍ、４６μｍの回折格子３０３、３１０、４０
４とを用いて３段の干渉計を構成した場合、それぞれの
干渉信号１周期に相当する回折格子３０３、３１０、４
０４の移動量は、それぞれ５３．２ｍｍ、５２．４ｍ
ｍ、１．６４ｍｍとなり、３．３５ｍを６３分割、６４
分割、２０４８分割する干渉信号を生成することができ
る。そして、この６４分割と６３分割する干渉信号から
バーニア波を生成し、当該バーニア波を用いて１波長を
より高精度に測定すると共に、この測定した干渉信号と
６４分割および２０４８分割の干渉信号とを重ね合わせ
る。このようにすれば、測定範囲３．３５ｍに渡って高
分解能の絶対値測定を行うことができる。なお、測定し
た干渉信号に２０４８分割の干渉信号のみを重ね合わせ
るようにしてもよい。

【００６２】実施の形態５．図７は、この発明の実施の
形態５にかかる測長装置を示す構成図である。この測長
装置５００は、測長用干渉計に隣接して、補正用干渉計
を設けた点に特徴がある。この測長装置５００は、半導
体レーザーなどのコヒーレントな平行ビームを発生する
光源５０１と、光源５０１からの平行ビームＢを２分割
するハーフミラー５０２と、分割した一方の平行ビーム
Ｂａの光軸上に位置し、０次と±ｐ次（ｐは整数）の回
折光を発生させる測長用の回折格子５０３と、回折格子
５０３により回折した０次と±ｐ次の回折光を反射し、
再び回折格子５０３上で各回折光を干渉させる３枚の反
射ミラー５０４〜５０６と、回折格子５０３で干渉した
干渉光を取り出すハーフミラー５０７と、このハーフミ
ラー５０７により取り出した干渉光の強度を検出する受
光素子５０８とを有する。

【００６３】また、この測長装置５００は、分割した他
方の平行ビームＢｂを曲げる固定反射ミラー５０９と、
平行ビームＢｂの入射により０次と±ｑ次（ｑは整数）
の回折光を発生させる補正用の回折格子５１０と、回折
格子５１０により回折した０次と±ｑ次の回折光を反射
し、再び回折格子５１０上で各回折光を干渉させる３枚
の反射ミラー５１１〜５１３と、回折格子５１０で干渉
した干渉光を取り出すハーフミラー５１４と、このハー
フミラー５１４により取り出した干渉光の強度を検出す
る受光素子５１５とを備えている。

【００６４】前記測長用の回折格子５０３は、工作機械
の加工テーブルや刃物台などの位置測定対象Ｔに連結し
て取り付けられ、位置測定対象Ｔと共にＸ軸方向に移動
する。補正用の回折格子５１０および反射ミラー５０４
〜５０６、５１１〜５１３は、位置測定対象Ｔ以外の部
分、たとえば工作機械のベッドなどに取り付けられてい
る。

【００６５】この測長装置５００の動作について説明す
る。測長用干渉計の動作については、実施の形態１と同
様である。すなわち、回折格子５０３にて回折した０次
光と±ｐ次光とがそれぞれ反射ミラー５０４〜５０６で
反射し、再び回折格子５０３に入射することで干渉光が
発生する。この干渉光をハーフミラー５０７で取り出
し、受光素子５０８にて光電変換し干渉信号を得る。

【００６６】ハーフミラー５０２にて反射した平行ビー
ムＢｂは、固定反射ミラー５０９により光軸が直角に曲
げられて、補正用の回折格子５１０に入射する。この回
折格子５１０によって０次と±ｑ次（ｑは整数）との回
折光が発生する。０次光は、反射ミラー５１１により反
射して回折格子５１０に戻り、ｑ次光は、反射ミラー５
１２と反射ミラー５１３により２回反射して回折格子５
１０に戻る。そして、これら反射光（０次光、±ｑ次
光）を回折格子５１０にて合波し、干渉させる。この干
渉光はハーフミラー５１４で分離され、受光素子５１５
にて光電変換される。受光素子５０８、５１５の干渉信
号は、処理部５１６に送られる。

【００６７】ここで、前記測長用の干渉計により得られ
た干渉信号の位相は、回折格子５０３の移動距離と屈折
率変化に応じて変動している。一方、補正用の回折格子
５１０は、固定されているから、空気中の屈折率変化の
影響を受けて変動している。このため、補正用の干渉計
で屈折率変化による変動を求め、測長用の干渉計の干渉
信号に補正を施すようにすれば、当該屈折率変動による
測定誤差を除去することができる。

【００６８】具体的には、回折次数を±１、測長用回折
格子５０３と補正用回折格子５１０の格子ピッチを同一
とした場合、干渉信号１周期に相当する回折格子の移動
距離ｄを表した上式、 ｄ＝λ／（２ｎ（１−ｃｏｓθ）） を参考すると、測長用の干渉信号では回折格子５０３の
移動距離ｄと屈折率ｎとが変動するのに対し、干渉信号
では移動距離ｄが一定で屈折率ｎが変動することから、
補正用干渉信号の位相変動に基づいて干渉信号の位相情
報を補正して、空気中の屈折率変動による測定誤差を除
去する。

【００６９】さらに、上記補正用の干渉計では、平行ビ
ームＢｂの波長と回折格子５１０の格子ピッチを適切に
選択することにより、屈折率変動に対する干渉信号の位
相感度を任意の値に設定できる。このため、補正用干渉
計を複数段構成すれば、一般的なマイケルソン干渉計で
補正干渉計を構成する場合に比べ、補正の分解能を高め
ることができると共に補正範囲を拡大することができ
る。

【００７０】この結果、測長装置のダイナミックレンジ
を向上させることができる。また、測長用干渉計に一般
的なマイケルソン干渉計を用い、補正用干渉計に上記回
折格子５１０を用いた干渉計を用いるようにすることも
できる。すなわち、実施の形態５にかかる補正用干渉計
は、一般的なマイケルソン干渉計で構成した補正用干渉
計に比べて、その補正分解能が高いため、当該構成を補
正用干渉計にのみ適用してもダイナミックレンジを改善
することが可能になる。

【００７１】なお、補正用の干渉計と測長用の干渉計と
の組み合わせは自由である。たとえば複数の測長用干渉
計それぞれに１段の補正用干渉計を設けるようにしても
よいし、複数段の測長用干渉計に１段の補正用干渉計を
設けるようにしてもよい。また、補正用干渉計を構成す
るにあたり、回折格子５１０の、たとえば１次光および
２次光を重ね合わせることにより補正分解能を高めるよ
うにすることもできる。さらに、異なる格子ピッチを持
つ回折格子５１０を用いて複数の補正用干渉計を構成
し、補正分解能を向上させるようにしてもよい。

【００７２】また、光源５０１の波長が変動することに
より、測定誤差が発生する場合がある。そこで、補正用
干渉計により光源５０１の波長変動を求め（屈折率変化
は一定とする）、当該干渉信号を用いて、光源５０１の
波長変動による測定誤差を補正するようにしてもよい。

【００７３】実施の形態６．図８は、この発明の実施の
形態６にかかる測長装置を示す構成図である。この測長
装置６００は、実施の形態１の測長装置１００と略同様
の構成であるが、反射ミラーを２枚にした点が異なる。
その他の構成は、実施の形態１と同様であるからその説
明を省略し、同一の構成要素については同一の符号を付
する。反射ミラー１０３は０次光の光を反射し、反射ミ
ラー１０４はｐ次光（ｐは整数）の光を反射する。回折
格子１０２は、工作機械の加工テーブルや刃物台などの
位置測定対象Ｔに取り付けられている。反射ミラー１０
３、１０４は、位置測定対象Ｔ以外の部分、たとえば工
作機械のベッドなどに取り付けられている。回折格子１
０２は、位置測定対象Ｔと共にＸ軸方向に移動する。

【００７４】つぎに、この測長装置６００の動作につい
て説明する。光源１０１から出射した平行ビームＢが回
折格子１０２に入射すると、０次と＋ｐ次との回折光が
発生する。０次光は、反射ミラー１０３により反射して
回折格子１０２に戻る。一方、ｐ次光は、反射ミラー１
０４により反射して回折格子１０２に戻る。そして、こ
れら反射光（０次光、＋ｐ次光）を回折格子１０２にて
再び回折させ、干渉させる。続いて、当該干渉光をハー
フミラー１０６で入射光から分離し、受光素子１０７で
光電変換する。

【００７５】受光素子１０７で光電変換した干渉信号
は、処理部１０８に送信される。なお、この実施の形態
６では、＋ｐ次光を用いたが、−ｐ次光を反射ミラーで
反射して干渉光を得るようにしてもよい。以上、この測
長装置６００によれば、２枚の反射ミラー１０３、１０
４で構成したので、部品点数を少なくできる。また、光
路断面積が約半分になるから、測長装置全体を小型にす
ることができる。

【００７６】実施の形態７．図９は、この発明の実施の
形態７にかかる測長装置を示す構成図である。この測長
装置７００の基本構成は、実施の形態２の測長装置２０
０と同じであるが、この測長装置２００に対して測定光
の平均強度を得、当該平均強度信号に基づいて干渉信号
のしきい値を変動するようにした点に特徴がある。

【００７７】かかる測長装置７００は、半導体レーザー
などのコヒーレントな平行ビームを発生する光源７０１
と、光源７０１からの光を入射させて０次と±ｐ次（ｐ
は整数）の回折光を発生させる回折格子７０２と、回折
格子７０２により回折した０次と±ｐ次の回折光を反射
し、再び回折格子７０２に入射させる３枚の反射ミラー
７０３〜７０５と、０次回折光の光軸上に設けた位相板
７０６と、回折格子７０２にて合波した測定光を取り出
すハーフミラー７０７と、測定光を分割して取り出すハ
ーフミラー７０８と、ハーフミラー７０８により取り出
した測定光の強度を検出する受光素子７０９と、透過測
定光を異なる位相ごとに分離して取り出す偏光ビームス
プリッター７１０と、各位相ごとに干渉光の強度を検出
する受光素子７１１、７１２とを備えている。

【００７８】また、各受光素子７１１、７１２の干渉信
号は、処理部７１３に送信される。処理部７１３は、位
相ごとに分割して取り出した干渉信号を平均強度信号と
比較して出力信号を取り出すコンパレータ７１４、７１
５と、各コンパレータ７１４、７１５の出力をカウント
するカウンタ７１６、７１７とから構成されている。ま
た、前記回折格子７０２は、工作機械の加工テーブルや
刃物台などの位置測定対象Ｔに取り付けられ、位置測定
対象Ｔと共にＸ軸方向に移動する。反射ミラー７０３〜
７０５は、位置測定対象Ｔ以外の部分、たとえば工作機
械のベッドなどに取り付けられている。

【００７９】つぎに、この測長装置７００の動作につい
て説明する。平行ビームＢが回折格子７０２に入射する
ことにより、０次と±ｐ次の回折光が発生する。０次光
は、光軸上に配置したλ／８位相板７０６を往復で２回
通過し、その偏光が変化させられる。一方、ｐ次光は、
反射ミラー７０４、７０５により２回反射して回折格子
７０２に戻る。なお、位相板７０６により偏光を変化さ
せるのは、０次光でなく±ｐ次光であってもよい（この
場合は、位相板７０６を±ｐ次光の光軸上に配置す
る）。

【００８０】そして、これら反射光（０次光、±ｐ次
光）を回折格子７０２にて再び合波し、ハーフミラー７
０７により取り出す。この測定光は、ハーフミラー７０
８により分離されて受光素子７０９により光電変換され
る。この測定光強度信号は、処理部７１３に送信され
る。処理部７１３では、この測定光強度信号から平均強
度信号を生成する。一方、透過した測定光は、偏光ビー
ムスプリッター７１０により、それぞれの偏光成分に分
けられる。各干渉光は受光素子７１１、７１２により受
光され、光電変換される。受光素子７１１、７１２で光
電変換した干渉信号は、処理部７１３に送信される。

【００８１】処理部７１３のコンパレータ７１４、７１
５は、各受光素子７１１、７１２からの干渉信号を受け
て、しきい値と比較する。また、干渉信号をしきい値と
比較するにあたり、前記平均強度信号を受け取り、当該
しきい値を平均強度信号に基づいて変動させる。比較し
た結果は、カウンタ７１６、７１７に出力されて位置デ
ータとなる。

【００８２】以上、この測長装置７００によれば、しき
い値を平均強度信号に基づいて変動させるようにしたの
で、測定光のパワーが変動しても安定した比較動作を行
うことができる。このため、測長装置７００の信頼性が
向上する。また、実施の形態２と同様、位相板７０６の
作用により各受光素子７１１、７１２の干渉信号の位相
がπ／２だけずれることになる。このため、両干渉信号
を比較することにより、現在の角度を特定することがで
きる。

【００８３】実施の形態８．図１０は、この発明の実施
の形態８にかかる測長装置を示す構成図である。この測
長装置８００は、干渉光を光電変換するための受光素子
８０１と、干渉信号をしきい値と比較するコンパレータ
８０２と、干渉信号の平均値を検出するローパスフィル
タ８０３と、比較した干渉信号をカウントするカウンタ
８０４とを備えている。また、受光素子８０１までの干
渉計は、実施の形態１に記載したものと同様であり（図
示省略）、前記ローパスフィルタ８０３、コンパレータ
８０２およびカウンタ８０４は、同図に示した処理部１
０８に含まれる。

【００８４】受光素子８０１は、干渉光の強度を検出し
て、干渉信号を処理部に送る。この干渉信号は２分割さ
れ、その一方はそのままコンパレータ８０２に入力さ
れ、他方はローパスフィルタ８０３に入力される。ロー
パスフィルタ８０３は、干渉光の平均強度信号を検出す
る。コンパレータ８０２は、ローパスフィルタ８０３か
らの出力に基づいてしきい値を変動させ、当該しきい値
との比較結果をカウンタ８０４に出力する。カウンタ８
０４は、当該コンパレータ８０２の出力に基づいて位置
データを作成する。

【００８５】この測長装置８００では、ローパスフィル
タ８０３により干渉光の平均強度を検出し、このローパ
スフィルタ８０３の出力に基づいてしきい値を変動する
ようにしたので、干渉光の強度変化に依存しない安定し
た比較動作を行うことができ、装置の信頼性が向上す
る。また、干渉信号の平均レベルを、しきい値付近にあ
わせる調整工程も不要になる。

【００８６】実施の形態９．図１１は、この発明の実施
の形態９にかかる測長装置を示す構成図である。この測
長装置９００は、干渉光を光電変換するための受光素子
９０１と、干渉信号をしきい値と比較するコンパレータ
９０２と、コンパレータ９０２のしきい値を制御する制
御装置９０３と、しきい値に関するデータを格納してい
る記憶装置９０４と、コンパレータ９０２の比較した干
渉信号をカウントするカウンタ９０５とを備えている。
また、受光素子９０１までの干渉計は、実施の形態１に
記載したものと同様であり（図示省略）、前記制御装置
９０３、記憶装置９０４、コンパレータ９０２およびカ
ウンタ９０５は、同図に示した処理部１０８に含まれ
る。

【００８７】受光素子９０１は、干渉光の強度を検出し
て、干渉信号を処理部に送る。この干渉信号はコンパレ
ータ９０２に入力される。制御装置９０３は、記憶装置
９０４のしきい値に関する情報に基づいて、コンパレー
タ９０２のしきい値を調整する。コンパレータ９０２
は、当該しきい値と干渉信号とを比較し、その結果をカ
ウンタ９０５に出力する。カウンタ９０５は、当該コン
パレータ９０２の出力に基づいて位置データを作成す
る。

【００８８】測長装置９００では、製品によって干渉光
の強度にバラツキが生じるが、このような場合であって
も、干渉光の強度に応じてしきい値を設定できる。具体
的には、工場出荷前または出荷後の調整過程において、
制御装置９０３により記憶装置９０４に格納したしきい
値のデータを選択し、最適な値に設定する。このように
すれば、測長装置９００の信頼性および品質が向上する
と共に、しきい値の調整工程が簡略化できる。

【００８９】実施の形態１０．図１２は、この発明の実
施の形態１０にかかる測長装置を示す構成図である。こ
の測長装置１０００は、干渉光を光電変換するための受
光素子１００１と、干渉信号をしきい値と比較するコン
パレータ１００２と、コンパレータ１００２のしきい値
を制御する制御装置１００３と、しきい値に関するデー
タを格納している記憶装置１００４と、干渉光の平均強
度レベルを検出する光強度検出部１００５と、コンパレ
ータ１００２の比較した干渉信号をカウントするカウン
タ１００６とを備えている。

【００９０】また、受光素子１００１までの干渉計は、
実施の形態１に記載したものと同様であり（図示省
略）、前記制御装置１００３、記憶装置１００４、コン
パレータ１００２およびカウンタ１００６は、同図に示
した処理部１０８に含まれる。また、光強度検出部１０
０５は、光学的なものでも電気的なものであってもよ
く、たとえば受光素子やフィルタを介する方式、Ａ／Ｄ
変換し演算することで求める方式などであってもよい。

【００９１】受光素子１００１は、干渉光の強度を検出
して、干渉信号を処理部に送る。この干渉信号はコンパ
レータ１００２に入力される。制御装置１００３は、光
強度検出部１００５からの信号から平均光強度を求め、
これに基づいて記憶装置１００４のしきい値に関するデ
ータを書き換え続ける。制御装置１００３は、書き換え
た最新のしきい値に関する情報に基づき、コンパレータ
１００２のしきい値を調整する。コンパレータ１００２
は、当該しきい値と干渉信号とを比較し、その結果をカ
ウンタ１００６に出力する。カウンタ１００６は、当該
コンパレータ１００２の出力に基づいて位置データを作
成する。

【００９２】この測長装置１０００によれば、常に最新
の干渉光の強度に基づいてコンパレータ１００２のしき
い値を調整するようにしたので、干渉光の強度が急激に
変動した場合であっても、自動的に追従することができ
る。このため、安定した比較動作を行うことができ、測
長装置１０００の信頼性が向上する。

【００９３】実施の形態１１．また、図１１に示した記
憶装置９０４に、光源その他の光学部品に関する経時変
化に対応したしきい値データを格納し、経時変化に伴い
コンパレータ９０２のしきい値を調整するようにしても
よい。たとえば、タイマーにより電源投入時間を加算
し、この使用時間に対応するしきい値データを記憶装置
９０４から取り出し、当該しきい値データに基づいてコ
ンパレータ９０２のしきい値を調整するようにする。ま
た、光源などの光学系が安定するまで、しきい値を調整
しながら比較動作を行うようにしてもよい。この場合、
タイマーを用いて測長装置の電源投入時から時間を計測
し、時間経過ごとにしきい値を調整するようにする。か
かる構成によっても、コンパレータ９０２の比較動作を
安定して行うことができる。

【００９４】実施の形態１２．図１３は、この発明の実
施の形態１２にかかる測長装置を示す構成図である。こ
の測長装置１１００は、干渉光を光電変換するための受
光素子１１０１と、干渉信号をしきい値と比較するコン
パレータ１１０２と、コンパレータ１１０２のしきい値
を制御する制御装置１１０３と、しきい値に関するデー
タを格納している記憶装置１１０４と、干渉信号の平均
値を検出するローパスフィルタ１１０５と、干渉信号の
周波数を検出する周波数カウンタ１１０６と、コンパレ
ータ１１０２の比較した干渉信号をカウントするカウン
タ１１０７とを備えている。また、受光素子１１０１ま
での干渉計は、実施の形態１に記載したものと同様であ
り（図示省略）、前記制御装置１１０３などの構成要素
は、同図に示した処理部１０８に含まれる。

【００９５】受光素子１１０１は、干渉光の強度を検出
して、干渉信号を処理部に送る。この干渉信号は３分割
され、一つはそのままコンパレータ１１０２に入力さ
れ、残りはローパスフィルタ１１０５および周波数カウ
ンタ１１０６に入力される。ローパスフィルタ１１０５
は、干渉光の平均強度信号を検出する。制御装置１１０
３は、回折格子が高速で移動している場合、ローパスフ
ィルタ１１０５からの出力に基づいてしきい値を調整す
る。

【００９６】一方、ローパスフィルタ１１０５の信号は
回折格子が低速移動または停止している場合はローパス
フィルタ１１０５を用いることが困難であるから、記憶
装置１１０４のしきい値に関する情報に基づいて、コン
パレータ１１０２のしきい値を調整する。コンパレータ
１１０２は、当該しきい値と干渉信号とを比較し、その
結果をカウンタ１１０７に出力する。カウンタ１１０７
は、当該コンパレータ１１０２の出力に基づいて位置デ
ータを作成する。

【００９７】以上の測長装置１１００によれば、ローパ
スフィルタ１１０５と記憶装置１１０４とを組み合わせ
て使用するので、ミスカウントを防止でき、安定した比
較動作を行うことができる。また、干渉信号の平均レベ
ルをしきい値付近にあわせる調整工程の難易度を軽減で
きる。

【００９８】なお、この実施の形態１２の変形例とし
て、図１２に示したような干渉光の平均強度レベルを検
出する光強度検出部１００５を設け（図示省略）、当該
光強度検出部１００５の検出信号により、記憶装置１１
０４のしきい値に関するデータを書き換え続けるように
してもよい。このようにすれば、常に最新の干渉光の平
均強度に基づいてコンパレータ１１０２のしきい値を調
整できるから、干渉光の平均強度が急激に変動した場合
であっても、自動的に追従することができる。このた
め、安定した比較動作を行うことができ、測長装置の信
頼性が向上する。

【００９９】なお、上記高速移動時における干渉光平均
強度の検出は、ローパスフィルタ１１０５に限定され
ず、たとえばモニター用の受光素子などを用いることも
できる。また、低速移動時または停止時においては、干
渉光平均強度を、たとえばＡ／Ｄ変換してソフト的に求
めるようにしてもよい。

【０１００】以上、実施の形態１から１２について説明
したが、これら実施の形態１から１２の測長装置を適宜
組み合わせて測長装置を構成することも可能であり、さ
らに、各構成要素については当業者にとって置換可能か
つ容易な範囲において変更使用することができる。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
測長装置によれば、位置測定対象に回折格子を固定し、
この回折格子で発生した各次数の回折光を位置測定対象
以外の部分に固定した反射手段で反射することで回折格
子に入射させ、この干渉光から測長を行うようにしたの
で、位置測定対象の揺動に起因した測長誤差を抑制する
ことができる。

【０１０２】つぎの発明にかかる測長装置によれば、位
相をシフトした干渉信号を取得し、この干渉信号を重ね
合わせることにより測長を行うようにしたので、現在の
角度を測定できる。

【０１０３】つぎの発明にかかる測長装置によれば、波
長の異なる干渉信号を取得してこれらを重ね合わせるよ
うにしたので、測長の分解能を向上することができる。

【０１０４】つぎの発明にかかる測長装置によれば、バ
ーニア波を用いて測長するので、測長範囲を拡大するこ
とができる。

【０１０５】つぎの発明にかかる測長装置によれば、複
数段のうち一部の干渉計の回折格子を移動させないよう
にし、当該干渉計から取得した干渉信号によって、その
他の干渉計から取得した干渉信号を補正するようにした
ので、測定誤差を除去することができる。このため、測
長を正確に行うことができる。

【０１０６】つぎの発明にかかる測長装置によれば、前
記反射手段を、回折格子および反射手段を有する一つの
干渉計にて、少なくとも二つ設けるようにしたので、測
長装置の構成を簡略化することができる。

【０１０７】つぎの発明にかかる測長装置によれば、測
定光の強度を検出することによりコンパレータのしきい
値を変動させるようにしたので、安定した比較動作を行
うことができる。このため、測長装置の信頼性が向上す
る。

【０１０８】つぎの発明にかかる測長装置によれば、干
渉信号を入力するローパスフィルタを設け、このローパ
スフィルタの出力信号に基づいてコンパレータのしきい
値を調整するようにした。このため、安定した比較動作
を行うことができるから、測長装置の信頼性が向上す
る。

【０１０９】つぎの発明にかかる測長装置によれば、し
きい値に関するデータを格納する記憶手段と、当該しき
い値に関するデータに基づいて前記コンパレータのしき
い値を調整する制御手段とを備えたので、しきい値の調
整工程を簡略化することができる。

【０１１０】つぎの発明にかかる測長装置によれば、光
強度検出手段の検出信号から求めた平均光強度よりコン
パレータのしきい値を調整するようにしたので、干渉光
の強度変化に追従することができる。このため、安定し
た比較動作を行うことが可能になる。

【０１１１】つぎの発明にかかる測長装置によれば、光
学部品の経時変化に応じてコンパレータのしきい値を調
整するようにしたので、コンパレータの比較動作を安定
して行うことができる。

【０１１２】つぎの発明にかかる測長装置によれば、記
憶手段に格納しているしきい値に関するデータとローパ
スフィルタの出力信号に関するデータとを選択し、当該
選択したデータに基づいて前記コンパレータのしきい値
を調整するので、コンパレータの比較動作を確実に行う
ことができる。

【０１１３】つぎの発明にかかる測長補正装置によれ
ば、位置測定対象以外の部分に固定した回折格子を用い
て干渉光を得、この干渉光を光電変換して得た干渉信号
に基づいて測長用の干渉信号の補正を行うようにしたの
で、測長の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１にかかる測長装置を
示す構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態２にかかる測長装置を
示す構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態３にかかる測長装置を
示す構成図である。

【図４】 二つの干渉信号の内挿データを重ね合わせる
場合の一例を示すグラフ図である。

【図５】 この発明の実施の形態４にかかる測長装置を
示す構成図である。

【図６】 実施の形態４にかかる測長装置の変形例を示
す構成図である。

【図７】 この発明の実施の形態５にかかる測長装置を
示す構成図である。

【図８】 この発明の実施の形態６にかかる測長装置を
示す構成図である。

【図９】 この発明の実施の形態７にかかる測長装置を
示す構成図である。

【図１０】 この発明の実施の形態８にかかる測長装置
を示す構成図である。

【図１１】 この発明の実施の形態９にかかる測長装置
を示す構成図である。

【図１２】 この発明の実施の形態１０にかかる測長装
置を示す構成図である。

【図１３】 この発明の実施の形態１２にかかる測長装
置を示す構成図である。

【図１４】 特開平１０−１７０２１７号公報に記載の
測長装置の構成を示す説明図である。

【符号の説明】

１００ 測長装置、１０１ 光源、１０２ 回折格子、
１０３〜１０５ 反射ミラー、１０６ ハーフミラー、
１０７ 受光素子、１０８ 処理部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡室 貴士 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 中島 利郎 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 仲嶋 一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA07 AA09 CC00 DD02 DD03 DD11 EE00 FF16 FF18 FF48 FF49 FF51 GG06 GG12 HH03 HH13 JJ01 JJ05 JJ09 LL00 LL12 LL35 LL37 LL42 LL46 NN19 QQ00 QQ03 QQ08 QQ25 QQ33 QQ51

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コヒーレントな平行ビームを発する光源
   と、 平行ビームの光軸上に位置すると共に稼働部分である位
   置測定対象に固定した回折格子と、 回折格子の回折光を回折次数ごとに反射して回折格子に
   戻すと共に前記位置測定対象以外の部分に固定した反射
   手段と、 を備え、 回折格子による干渉光から測長を行うことを特徴とする
   測長装置。
2. 【請求項２】 さらに、前記所定次数の回折光の光軸上
   に位相シフト手段を設け、偏光分割手段により位相差を
   有する偏光成分ごとの干渉信号を取得し、この両干渉信
   号に基づいて測長を行うことを特徴とする請求項１に記
   載の測長装置。
3. 【請求項３】 さらに、前記回折格子および反射手段を
   有する干渉計を複数段設けると共に各干渉計により取得
   する干渉信号の波長を異なるものにし、当該波長の異な
   る干渉信号を重ね合わせることにより測長を行うように
   したことを特徴とする請求項１または２に記載の測長装
   置。
4. 【請求項４】 さらに、前記回折格子および反射手段を
   有する干渉計を複数段設けると共に各干渉計により取得
   する干渉信号の波長を僅かに異なるものにしてバーニア
   波を発生させ、当該バーニア波により測長を行うように
   したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記
   載の測長装置。
5. 【請求項５】 さらに、前記回折格子および反射手段を
   有する干渉計を複数段設けると共に一部の干渉計の回折
   格子を移動させないようにし、当該干渉計から取得した
   干渉信号によって、その他の干渉計から取得した干渉信
   号を補正するようにしたことを特徴とする請求項１〜４
   のいずれか一つに記載の測長装置。
6. 【請求項６】 さらに、前記反射手段を、回折格子およ
   び反射手段を有する一つの干渉計にて、少なくとも二つ
   設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに
   記載の測長装置。
7. 【請求項７】 さらに、前記干渉光を光電変換して得た
   干渉信号をコンパレータにて所定のしきい値と比較し、
   その結果をカウンタに出力することで位置データを生成
   するにあたり、前記回折格子を通過した測定光の強度を
   検出する測定光強度検出手段を設け、この測定光強度検
   出手段の測定光強度信号から平均強度信号を求め、この
   平均強度信号により前記しきい値を調整するようにした
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の
   測長装置。
8. 【請求項８】 さらに、前記干渉光を光電変換して得た
   干渉信号をコンパレータにて所定のしきい値と比較し、
   その結果をカウンタに出力することで位置データを生成
   するにあたり、干渉信号を入力するローパスフィルタを
   設け、当該ローパスフィルタの出力値に基づいて前記し
   きい値を調整するようにしたことを特徴とする請求項１
   〜６のいずれか一つに記載の測長装置。
9. 【請求項９】 さらに、前記干渉光を光電変換して得た
   干渉信号をコンパレータにて所定のしきい値と比較し、
   その結果をカウンタに出力することで位置データを生成
   するにあたり、前記しきい値に関するデータを格納する
   記憶手段と、当該しきい値に関するデータに基づいて前
   記コンパレータのしきい値を調整する制御手段とを備え
   たことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載
   の測長装置。
10. 【請求項１０】 さらに、干渉光の光強度検出手段を設
    け、当該光強度検出手段の検出信号から平均光強度を求
    め、当該平均光強度に基づいて前記記憶手段に格納した
    しきい値に関するデータを書き換え、当該記憶装置のデ
    ータに基づいてコンパレータのしきい値を調整するよう
    にしたことを特徴とする請求項９に記載の測長装置。
11. 【請求項１１】 さらに、前記干渉光を光電変換して得
    た干渉信号をコンパレータにて所定のしきい値と比較
    し、その結果をカウンタに出力することで位置データを
    生成するにあたり、光学部品の経時変化に対応したしき
    い値に関するデータを格納する記憶手段と、当該しきい
    値に関するデータに基づいて前記コンパレータのしきい
    値を調整する制御手段とを備えたことを特徴とする請求
    項１〜６のいずれか一つに記載の測長装置。
12. 【請求項１２】 さらに、前記干渉光を光電変換して得
    た干渉信号をコンパレータにて所定のしきい値と比較
    し、その結果をカウンタに出力することで位置データを
    生成するにあたり、前記しきい値に関するデータを格納
    する記憶手段と、干渉信号を入力するローパスフィルタ
    と、前記記憶手段に格納しているしきい値に関するデー
    タとローパスフィルタの出力信号に関するデータとを選
    択し、当該選択したデータに基づいて前記コンパレータ
    のしきい値を調整する制御手段とを備えたことを特徴と
    する請求項１〜６のいずれか一つに記載の測長装置。
13. 【請求項１３】 光源から発したコヒーレントな平行ビ
    ームを分割し、この分割した平行ビームの光軸上に回折
    格子を配置すると共に当該回折格子を稼働部分である位
    置測定対象以外に固定し、同じく、当該位置測定対象以
    外の部分に固定した反射手段により、回折格子の回折光
    を回折次数ごとに反射して回折格子に戻し、回折格子に
    よる干渉光を光電変換して得た干渉信号に基づいて、測
    長用の干渉信号の補正を行うようにしたことを特徴とす
    る測長補正装置。