JP2000002510A - 変位情報測定装置 - Google Patents
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 13
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
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- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
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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
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- 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
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- G01D5/347—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 using displacement encoding scales
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-
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- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 移動物体の変位情報を適切に設定した回折格
子を用いることにより、簡易な構成で高精度に測定する
ことができる変位情報測定装置を得ること。 【解決手段】 光を偏向手段により移動物体に入射さ
せ、該移動物体から散乱光を光検出器で検知し、検知さ
れた信号に基づいて該移動物体の変位情報を検出する変
位情報測定装置において、該偏向手段は回折格子を有
し、該回折格子の形状が、移動物体に照射される光束を
検出不感方向に集光させるように形成していること。
子を用いることにより、簡易な構成で高精度に測定する
ことができる変位情報測定装置を得ること。 【解決手段】 光を偏向手段により移動物体に入射さ
せ、該移動物体から散乱光を光検出器で検知し、検知さ
れた信号に基づいて該移動物体の変位情報を検出する変
位情報測定装置において、該偏向手段は回折格子を有
し、該回折格子の形状が、移動物体に照射される光束を
検出不感方向に集光させるように形成していること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は変位情報測定装置に
関し、例えば移動する物体や流体等（以下「移動物体」
と称する。）にレーザー光を照射し、該移動物体の移動
速度に応じてドップラーシフトを受けた散乱光の周波数
の偏移を検出することにより移動物体の変位に関する情
報としての変位量や移動物体の移動速度等を非接触で測
定するようにしたドップラー効果を利用した速度計に良
好に適用できるものである。
関し、例えば移動する物体や流体等（以下「移動物体」
と称する。）にレーザー光を照射し、該移動物体の移動
速度に応じてドップラーシフトを受けた散乱光の周波数
の偏移を検出することにより移動物体の変位に関する情
報としての変位量や移動物体の移動速度等を非接触で測
定するようにしたドップラー効果を利用した速度計に良
好に適用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より移動物体の移動速度を非接触且
つ高精度に測定する装置として、レーザードップラー速
度計が使用されている。レーザードップラー速度計は移
動物体にレーザー光を照射し、該移動物体からの散乱光
の周波数が、移動物体の移動速度に比例して偏移（シフ
ト）する効果（ドップラー効果）を利用して、移動物体
の移動速度を測定する装置である。
つ高精度に測定する装置として、レーザードップラー速
度計が使用されている。レーザードップラー速度計は移
動物体にレーザー光を照射し、該移動物体からの散乱光
の周波数が、移動物体の移動速度に比例して偏移（シフ
ト）する効果（ドップラー効果）を利用して、移動物体
の移動速度を測定する装置である。
【０００３】図７は従来のレーザードップラー速度計の
一例を示す説明図である。
一例を示す説明図である。
【０００４】同図においてレーザー１から出射されたレ
ーザー光は、コリメーターレンズ２によって平行光束３
となり、ビームスプリッター４によって透過光５ａと反
射光５ｂの２光束に分割されて反射鏡６ａ，６ｂで反射
された後、速度Ｖで移動している移動物体７に異なった
方向から入射角θで二光束照射される。移動物体７から
の散乱光は、集光レンズ８を介して光検出器９で検出さ
れる。このとき二光束による散乱光の周波数は、移動速
度Ｖに比例して各々＋Δｆ，−Δｆのドップラーシフト
を受ける。ここで、レーザー光の波長をλとすれば周波
数変化Δｆは次の（１）式で表わすことができる。
ーザー光は、コリメーターレンズ２によって平行光束３
となり、ビームスプリッター４によって透過光５ａと反
射光５ｂの２光束に分割されて反射鏡６ａ，６ｂで反射
された後、速度Ｖで移動している移動物体７に異なった
方向から入射角θで二光束照射される。移動物体７から
の散乱光は、集光レンズ８を介して光検出器９で検出さ
れる。このとき二光束による散乱光の周波数は、移動速
度Ｖに比例して各々＋Δｆ，−Δｆのドップラーシフト
を受ける。ここで、レーザー光の波長をλとすれば周波
数変化Δｆは次の（１）式で表わすことができる。
【０００５】 Δｆ＝Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ ‥‥‥（１） ＋Δｆ，−Δｆのドップラーシフトを受けた散乱光は、
互いに干渉しあって光検出器９の受光面での明暗の変化
をもたらし、その周波数Ｆは次の（２）式で与えられ
る。
互いに干渉しあって光検出器９の受光面での明暗の変化
をもたらし、その周波数Ｆは次の（２）式で与えられ
る。
【０００６】 Ｆ＝２・Δｆ＝２・Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ ‥‥‥（２） （２）式から、光検出器９の周波数Ｆ（以下「ドップラ
ー周波数」と呼ぶ）を測定すれば移動物体７の移動速度
Ｖが求められる。
ー周波数」と呼ぶ）を測定すれば移動物体７の移動速度
Ｖが求められる。
【０００７】このような速度計において信号のＳ／Ｎ比
を向上させる方法が、例えば特許公開昭６０−２４３５
８３号公報で提案されている。同公報では移動物体に照
射されるレーザー光束を検出不感方向に集光させる方法
が示されている。特に、レーザー光束を検出不感方向に
集光させる手段として、シリンドリカルレンズが開示さ
れている。
を向上させる方法が、例えば特許公開昭６０−２４３５
８３号公報で提案されている。同公報では移動物体に照
射されるレーザー光束を検出不感方向に集光させる方法
が示されている。特に、レーザー光束を検出不感方向に
集光させる手段として、シリンドリカルレンズが開示さ
れている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の速度計において
シリンドリカルレンズを用いて、レーザー光束を検出不
感方向に集光させる場合、２つの光束の光軸とシリンド
リカルレンズの母線光軸を合わせ込まなければならず、
組立てを厳密に行わなければならない。また、当然なが
ら部品もシリンドリカルレンズを用いた分、増えること
になり、装置全体が複雑になってくる。
シリンドリカルレンズを用いて、レーザー光束を検出不
感方向に集光させる場合、２つの光束の光軸とシリンド
リカルレンズの母線光軸を合わせ込まなければならず、
組立てを厳密に行わなければならない。また、当然なが
ら部品もシリンドリカルレンズを用いた分、増えること
になり、装置全体が複雑になってくる。
【０００９】図８は装置全体の小型化を図った光学系を
用いたレーザードップラー速度計の一例である。
用いたレーザードップラー速度計の一例である。
【００１０】同図において、レーザー１から出射された
レーザー光は、コリメーターレンズ２によって平行光束
３となり、格子ピッチがｄの回折格子Ｇに入射される。
そして回折格子Ｇにより±１次の回折光Ｒ１，Ｒ２が生
じ、それぞれｄ・ｓｉｎ（θ）＝λの関係を満たす回折
角θにて出射される。それぞれ速度Ｖで移動している被
測定物７に入射角で二光束照射されると、そこからの散
乱光は、集光レンズ８を介して、光検出器９で検出さ
れ、そのビート周波数Ｆ（２）式同様、 Ｆ＝２・Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ となる。ここで、この入射角θは回折角θと等しいた
め、 ｄ・ｓｉｎ（θ）＝λ ‥‥‥（３） （ここでｄは回折格子のピッチである）の関係が成立す
る。
レーザー光は、コリメーターレンズ２によって平行光束
３となり、格子ピッチがｄの回折格子Ｇに入射される。
そして回折格子Ｇにより±１次の回折光Ｒ１，Ｒ２が生
じ、それぞれｄ・ｓｉｎ（θ）＝λの関係を満たす回折
角θにて出射される。それぞれ速度Ｖで移動している被
測定物７に入射角で二光束照射されると、そこからの散
乱光は、集光レンズ８を介して、光検出器９で検出さ
れ、そのビート周波数Ｆ（２）式同様、 Ｆ＝２・Ｖ・ｓｉｎ（θ）／λ となる。ここで、この入射角θは回折角θと等しいた
め、 ｄ・ｓｉｎ（θ）＝λ ‥‥‥（３） （ここでｄは回折格子のピッチである）の関係が成立す
る。
【００１１】（２）式，（３）式から、以下のような波
長λ依存性のない式が導出される。
長λ依存性のない式が導出される。
【００１２】Ｆ＝２・Ｖ／ｄ ‥‥‥（４） これより移動速度Ｖを求めている。
【００１３】以上のような構成により、今までになく小
型で、レーザー光の波長依存性がない構成、つまりはセ
ンサーの温度依存性をなくす構成を可能としている。
型で、レーザー光の波長依存性がない構成、つまりはセ
ンサーの温度依存性をなくす構成を可能としている。
【００１４】しかしながら、図７のような構成でも、小
型化、低価格化が図られているが、例えば回折格子の段
差加工誤差等により所望の±１次回折光だけでなく、不
要な０次回折光を多く発生する特性になると、±１次同
士の干渉ではなく、０次も含んだ干渉信号となり、
（４）式で示すドップラー信号のＳ／Ｎを良好に維持す
ることができずに、検出精度を悪化させる場合があっ
た。
型化、低価格化が図られているが、例えば回折格子の段
差加工誤差等により所望の±１次回折光だけでなく、不
要な０次回折光を多く発生する特性になると、±１次同
士の干渉ではなく、０次も含んだ干渉信号となり、
（４）式で示すドップラー信号のＳ／Ｎを良好に維持す
ることができずに、検出精度を悪化させる場合があっ
た。
【００１５】本発明は、シリンドリカルレンズ等の光学
部品を増やすこともなく、簡易な構成でＳ／Ｎの良い信
号が得られ、高精度の変位情報が得られる変位情報測定
装置の提供を目的とする。
部品を増やすこともなく、簡易な構成でＳ／Ｎの良い信
号が得られ、高精度の変位情報が得られる変位情報測定
装置の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の変位情報測定装
置は、(1-1) 光を偏向手段により移動物体に入射させ、
該移動物体から散乱光を光検出器で検知し、検知された
信号に基づいて該移動物体の変位情報を検出する変位情
報測定装置において、該偏向手段は回折格子を有し、該
回折格子の形状が、移動物体に照射される光束を検出不
感方向に集光させるように形成していることを特徴とし
ている。
置は、(1-1) 光を偏向手段により移動物体に入射させ、
該移動物体から散乱光を光検出器で検知し、検知された
信号に基づいて該移動物体の変位情報を検出する変位情
報測定装置において、該偏向手段は回折格子を有し、該
回折格子の形状が、移動物体に照射される光束を検出不
感方向に集光させるように形成していることを特徴とし
ている。
【００１７】特に、(1-1-1) 前記光束を検出不感方向に
集光させる回折格子の形状は、同一双曲線形状の格子を
測定検知方向に同一ピッチに形成していることを特徴と
している。
集光させる回折格子の形状は、同一双曲線形状の格子を
測定検知方向に同一ピッチに形成していることを特徴と
している。
【００１８】(1-2) 光源からの光を偏向手段により移動
物体に入射させ、該移動物体からの散乱光を光検出器で
検知し、検知された信号に基づいて該移動物体の変位情
報を検出する変位情報測定装置において、該偏向手段は
同一双曲線形状の格子を変位情報検知方向に同一ピッチ
にした２つの格子列を互いに向かい合わせに形成した回
折格子を配置した格子部を有することを特徴としてい
る。
物体に入射させ、該移動物体からの散乱光を光検出器で
検知し、検知された信号に基づいて該移動物体の変位情
報を検出する変位情報測定装置において、該偏向手段は
同一双曲線形状の格子を変位情報検知方向に同一ピッチ
にした２つの格子列を互いに向かい合わせに形成した回
折格子を配置した格子部を有することを特徴としてい
る。
【００１９】特に、(1-2-1) 前記格子部の回折格子は前
記光束を検出不感方向に集光させる形状より成っている
こと。
記光束を検出不感方向に集光させる形状より成っている
こと。
【００２０】(1-2-2) 該格子部に照射する光を平行光束
とし垂直入射するとともに、前記回折格子から前記移動
物体の測定物面までの距離をＷＤとし、検出方向をＸ
軸、検出不感方向をＹ軸とおいたとき、前記格子部の回
折格子の双曲線形状が
とし垂直入射するとともに、前記回折格子から前記移動
物体の測定物面までの距離をＷＤとし、検出方向をＸ
軸、検出不感方向をＹ軸とおいたとき、前記格子部の回
折格子の双曲線形状が
【００２１】
【数２】 の式により表されることを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
斜視図、図２（Ａ），（Ｂ）は図１のＸ軸に沿って見た
光線図、Ｙ軸に沿って見た光線図である。
斜視図、図２（Ａ），（Ｂ）は図１のＸ軸に沿って見た
光線図、Ｙ軸に沿って見た光線図である。
【００２３】本実施形態は、ドップラー信号のＳ／Ｎ比
の向上を光学部品を増やすことなく達成させるもので、
所定の入射角θで所定の位置で移動物体に入射させる偏
向手段として、回折格子を用いること、移動物体に照射
されるレーザー光束が、検出不感方向に対して集光する
ように回折格子の形状を形成することを特徴としてい
る。
の向上を光学部品を増やすことなく達成させるもので、
所定の入射角θで所定の位置で移動物体に入射させる偏
向手段として、回折格子を用いること、移動物体に照射
されるレーザー光束が、検出不感方向に対して集光する
ように回折格子の形状を形成することを特徴としてい
る。
【００２４】具体的な形状として、同一双曲線形状の格
子が同一ピッチに形成することにより、光学的に検出信
号のＳ／Ｎ比を向上させている。
子が同一ピッチに形成することにより、光学的に検出信
号のＳ／Ｎ比を向上させている。
【００２５】また、平行光束を偏向する偏向手段とし
て、同一双曲線の格子が測定検知方向（Ｘ方向）に同一
ピッチに形成された回折格子を対向して配置することに
より、光学部品を追加する必要がなく、小型化を実現し
ながら光学的に検出信号のＳ／Ｎ比を向上させている。
て、同一双曲線の格子が測定検知方向（Ｘ方向）に同一
ピッチに形成された回折格子を対向して配置することに
より、光学部品を追加する必要がなく、小型化を実現し
ながら光学的に検出信号のＳ／Ｎ比を向上させている。
【００２６】図１，図２においてレーザー１から出射さ
れたレーザー光は、コリメーターレンズ２によって平行
光束３となり、双曲線形状の格子がピッチｄで配列され
た回折格子Ｇ１とＹ軸に対して線対称に配置された回折
格子Ｇ２とからなるブレーズド型の回折格子（格子部）
Ｇに垂直入射され、回折格子Ｇ１，Ｇ２によりそれぞれ
＋１次の回折光Ｒ１，回折光Ｒ２が生じる。これらの回
折光は、速度検出方向（Ｘ軸）には平行光束を保ってい
るが、速度検出不感方向（Ｙ軸）には測定位置にて収束
するように出射される。
れたレーザー光は、コリメーターレンズ２によって平行
光束３となり、双曲線形状の格子がピッチｄで配列され
た回折格子Ｇ１とＹ軸に対して線対称に配置された回折
格子Ｇ２とからなるブレーズド型の回折格子（格子部）
Ｇに垂直入射され、回折格子Ｇ１，Ｇ２によりそれぞれ
＋１次の回折光Ｒ１，回折光Ｒ２が生じる。これらの回
折光は、速度検出方向（Ｘ軸）には平行光束を保ってい
るが、速度検出不感方向（Ｙ軸）には測定位置にて収束
するように出射される。
【００２７】ここで回折格子Ｇ１，Ｇ２はレーザー光を
移動物体７に所定方向から入射される偏向手段の一要素
を構成している。
移動物体７に所定方向から入射される偏向手段の一要素
を構成している。
【００２８】図２は図１の回折格子Ｇの回折格子形状を
示す説明図である。ここで双曲線形状の回折格子Ｇ１の
形状について説明する。回折格子Ｇ１から測定物面７ま
での距離をＷＤとおくと、双曲線形状は、次の式により
表される。
示す説明図である。ここで双曲線形状の回折格子Ｇ１の
形状について説明する。回折格子Ｇ１から測定物面７ま
での距離をＷＤとおくと、双曲線形状は、次の式により
表される。
【００２９】
【数３】 平行光束が回折格子Ｇ１に入射されると、回折光はＸ軸
方向にはｄ・ｓｉｎ（θ）＝λの関係を満たす回折角θ
にて出射される。一方Ｙ軸方向には、回折格子Ｇ１から
測定物面までの距離ＷＤにて光束が収束される。尚、ｄ
は回折格子のピッチである。
方向にはｄ・ｓｉｎ（θ）＝λの関係を満たす回折角θ
にて出射される。一方Ｙ軸方向には、回折格子Ｇ１から
測定物面までの距離ＷＤにて光束が収束される。尚、ｄ
は回折格子のピッチである。
【００３０】この回折格子Ｇ１に対向配置された回折格
子Ｇ２の両方（回折格子Ｇ）に、レーザー１からの平行
光束入射すると、図１，図２に示すように、測定面７で
レーザー光束を検出不感方向（Ｙ方向）に集光させるこ
とが可能となる。
子Ｇ２の両方（回折格子Ｇ）に、レーザー１からの平行
光束入射すると、図１，図２に示すように、測定面７で
レーザー光束を検出不感方向（Ｙ方向）に集光させるこ
とが可能となる。
【００３１】速度Ｖで移動している被測定物７に上記の
２光束Ｒ１，Ｒ２が入射角θで照射されると、そこから
の散乱光は、集光レンズ８を介して、光検出器９で検出
され、そのビート周波数Ｆは（４）式同様、 Ｆ＝２・Ｖ／ｄ ‥‥‥（４） の関係が成立し、レーザー光の波長依存性のない式が導
出される。
２光束Ｒ１，Ｒ２が入射角θで照射されると、そこから
の散乱光は、集光レンズ８を介して、光検出器９で検出
され、そのビート周波数Ｆは（４）式同様、 Ｆ＝２・Ｖ／ｄ ‥‥‥（４） の関係が成立し、レーザー光の波長依存性のない式が導
出される。
【００３２】図３では回折格子Ｇへのレーザー光束の入
射角を垂直にした例を示したが、レーザー光束の入射角
が変わると最適な双曲線形状が変わってくる。入射角を
つける場合には、測定面でレーザー光束を検出不感方向
に集光させるように、双曲線形状を最適化設計すればよ
い。
射角を垂直にした例を示したが、レーザー光束の入射角
が変わると最適な双曲線形状が変わってくる。入射角を
つける場合には、測定面でレーザー光束を検出不感方向
に集光させるように、双曲線形状を最適化設計すればよ
い。
【００３３】図４は回折格子Ｇ１に平行光束を照射した
ときの測定物面７での各次数の回折光の広がりを説明す
る図である。図からわかるように、速度検出に必要な＋
１次回折光３１は検知不感方向（Ｙ軸）に対し収束して
おり、０次回折光３０はＹ軸方向に対して平行光束のま
まとなり、−１次回折光３２は検知不感方向（Ｙ軸）に
対し発散の状態となる。
ときの測定物面７での各次数の回折光の広がりを説明す
る図である。図からわかるように、速度検出に必要な＋
１次回折光３１は検知不感方向（Ｙ軸）に対し収束して
おり、０次回折光３０はＹ軸方向に対して平行光束のま
まとなり、−１次回折光３２は検知不感方向（Ｙ軸）に
対し発散の状態となる。
【００３４】一般に回折格子は０次光が出ないように設
計されているが、仮に出た場合でもＹ軸への光束の幅の
比率分だけ光密度が小さいため、ノイズ成分となる不要
干渉成分の比率は最終的に無視できるようになる。
計されているが、仮に出た場合でもＹ軸への光束の幅の
比率分だけ光密度が小さいため、ノイズ成分となる不要
干渉成分の比率は最終的に無視できるようになる。
【００３５】本実施形態では以上のような構成により、
部品点数を増やすこともなく、小型でＳ／Ｎ比を向上さ
せた信号を得ている。またシリンドリカルレンズを用い
ていない為に２光束の光軸とシリンドリカルの母線を組
立て時に合わせ込む必要もなく、投げ込み組立てを可能
としている。
部品点数を増やすこともなく、小型でＳ／Ｎ比を向上さ
せた信号を得ている。またシリンドリカルレンズを用い
ていない為に２光束の光軸とシリンドリカルの母線を組
立て時に合わせ込む必要もなく、投げ込み組立てを可能
としている。
【００３６】また、回折格子の加工の出来具合に起因す
る不要干渉光の影響度を大幅に削減したことにより性能
のばらつきも大幅に削減することができる。
る不要干渉光の影響度を大幅に削減したことにより性能
のばらつきも大幅に削減することができる。
【００３７】図５は本発明の実施形態２の要部斜視図で
ある。図５において、レーザー１からのレーザー光をコ
リメータレンズ２で平行光束として格子ピッチｄの第一
のリニア回折格子Ｇ１０に入射させている。そしてリニ
ア回折格子Ｇ１０により、入射光を２光束にビームスプ
リットしている。双曲線形状を格子ピッチｄ／２で配列
した第２の回折格子Ｇ２１，Ｇ２２は互いに双曲線形状
を対向させて配置し、測定物面７では、検知不感方向
（Ｙ方向）に収束するようになっている。
ある。図５において、レーザー１からのレーザー光をコ
リメータレンズ２で平行光束として格子ピッチｄの第一
のリニア回折格子Ｇ１０に入射させている。そしてリニ
ア回折格子Ｇ１０により、入射光を２光束にビームスプ
リットしている。双曲線形状を格子ピッチｄ／２で配列
した第２の回折格子Ｇ２１，Ｇ２２は互いに双曲線形状
を対向させて配置し、測定物面７では、検知不感方向
（Ｙ方向）に収束するようになっている。
【００３８】尚、第一の回折格子Ｇ１０と第二の回折格
子Ｇ２１，Ｇ２２は偏向手段の一要素を構成している。
子Ｇ２１，Ｇ２２は偏向手段の一要素を構成している。
【００３９】本実施形態において第二の回折格子２１，
２２からの測定物面７までの距離をＷＤとすると、第二
の回折格子Ｇ２１，Ｇ２２の双曲線形状は、次式で表さ
れる。
２２からの測定物面７までの距離をＷＤとすると、第二
の回折格子Ｇ２１，Ｇ２２の双曲線形状は、次式で表さ
れる。
【００４０】
【数４】 回折格子Ｇ２１，Ｇ２２からの１，−１次回折光は被測
定物７で散乱され、この散乱光を集光レンズ８を介して
光検出器９で検出している。
定物７で散乱され、この散乱光を集光レンズ８を介して
光検出器９で検出している。
【００４１】そして実施形態１と同様に（４）式により
変位情報Ｖを得ている。
変位情報Ｖを得ている。
【００４２】この実施形態ではビームスプリットとして
回折格子Ｇ１０を用いた例を挙げたが、ハーフミラーや
プリズムを組み合わせた光学系でも本発明の効果を得る
ことができる。
回折格子Ｇ１０を用いた例を挙げたが、ハーフミラーや
プリズムを組み合わせた光学系でも本発明の効果を得る
ことができる。
【００４３】図６は本発明の実施形態３の要部斜視図で
ある。本実施形態はリニアエンコーダを示している。レ
ーザー１からの光束をコリメーターレンズ２で平行光束
とし、第一の回折格子Ｇ１０、第二の回折格子Ｇ２１，
Ｇ２２により被測定物７に入射する構成は図４の実施形
態２と同じである。
ある。本実施形態はリニアエンコーダを示している。レ
ーザー１からの光束をコリメーターレンズ２で平行光束
とし、第一の回折格子Ｇ１０、第二の回折格子Ｇ２１，
Ｇ２２により被測定物７に入射する構成は図４の実施形
態２と同じである。
【００４４】本実施形態では測定物面に格子ピッチｄの
反射型の回折格子からなるスケール７０を用いている。
本構成は取り付け許容度を上げるための光学系となって
おり、シリンドリカルレンズを配置することなく、スケ
ール面７０で光束を平行光束とすることができ、小型
化，組立て性に優位となっている。
反射型の回折格子からなるスケール７０を用いている。
本構成は取り付け許容度を上げるための光学系となって
おり、シリンドリカルレンズを配置することなく、スケ
ール面７０で光束を平行光束とすることができ、小型
化，組立て性に優位となっている。
【００４５】本実施形態では、レーザー光束を検出不感
方向（Ｙ方向）に集光させる回折格子の形状として、具
体的に同一双曲線形状の格子が同一ピッチに形成した場
合を示したが、双曲線形状のＹ軸中心部分はほぼ円形に
一致するため、有効光束径が小さい場合では双曲線形状
は円弧形状も包含する。
方向（Ｙ方向）に集光させる回折格子の形状として、具
体的に同一双曲線形状の格子が同一ピッチに形成した場
合を示したが、双曲線形状のＹ軸中心部分はほぼ円形に
一致するため、有効光束径が小さい場合では双曲線形状
は円弧形状も包含する。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光を移動物体に入射させる偏向手段として、回折格子を
用い、該回折格子の形状を移動物体に照射される光束が
検出不感方向に集光するように形成することによって、
シリンドリカルレンズ等の光学部品を増やすこともな
く、簡易な構成でＳ／Ｎの良い信号が得られ、高精度の
変位情報が得られる変位情報測定装置を達成することが
できる。
光を移動物体に入射させる偏向手段として、回折格子を
用い、該回折格子の形状を移動物体に照射される光束が
検出不感方向に集光するように形成することによって、
シリンドリカルレンズ等の光学部品を増やすこともな
く、簡易な構成でＳ／Ｎの良い信号が得られ、高精度の
変位情報が得られる変位情報測定装置を達成することが
できる。
【図１】本発明の実施形態１の要部斜視図
【図２】図１の一部分の説明図
【図３】図１の一部分の説明図
【図４】回折格子からの各次数の回折光の広がりを説明
する図
する図
【図５】本発明の実施形態２の要部斜視図
【図６】本発明の実施形態３の要部斜視図
【図７】従来のレーザードップラー速度計の説明図
【図８】従来のレーザードップラー速度計の説明図
１ レーザーダイオード ２ コリメーターレンズ ３ レーザー光束 ５ａ，５ｂ レーザー光束 ６ ミラー ７ 測定物 ８ 集光レンズ ９ 光検出器 ３０，３１，３２ 回折光スポット ７０ スケール Ｇ，Ｇ１，Ｇ２，Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ１０ 回折格子 Ｒ（Ｒ１，Ｒ２） 回折光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石塚 公 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 金田 泰 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA09 BB02 BB15 BB18 CC00 DD04 FF41 GG04 HH12 JJ08 LL42 MM03 UU08
Claims (7)
- 【請求項１】 光を偏向手段により移動物体に入射さ
せ、該移動物体から散乱光を光検出器で検知し、検知さ
れた信号に基づいて該移動物体の変位情報を検出する変
位情報測定装置において、該偏向手段は回折格子を有
し、該回折格子の形状が、移動物体に照射される光束を
検出不感方向に集光させるように形成していることを特
徴とする変位情報測定装置。 - 【請求項２】 前記光束を検出不感方向に集光させる回
折格子の形状は、同一双曲線形状の格子を測定検知方向
に同一ピッチに形成していることを特徴とする請求項１
の変位情報測定装置。 - 【請求項３】 光源からの光を偏向手段により移動物体
に入射させ、該移動物体からの散乱光を光検出器で検知
し、検知された信号に基づいて該移動物体の変位情報を
検出する変位情報測定装置において、該偏向手段は同一
双曲線形状の格子を変位情報検知方向に同一ピッチにし
た２つの格子列を互いに向かい合わせに形成した回折格
子を配置した格子部を有することを特徴とする変位情報
測定装置。 - 【請求項４】 前記格子部の回折格子は前記光束を検出
不感方向に集光させる形状より成っていることを特徴と
する請求項３の変位情報測定装置。 - 【請求項５】 該格子部に照射する光を平行光束とし垂
直入射するとともに、前記回折格子から前記移動物体の
測定物面までの距離をＷＤとし、検出方向をＸ軸、検出
不感方向をＹ軸とおいたとき、前記格子部の回折格子の
双曲線形状が 【数１】 の式により表されることを特徴とする請求項３又は４の
変位情報測定装置。 - 【請求項６】 前記移動物体が回折格子より成るスケー
ルであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１
項の変位情報測定装置。 - 【請求項７】 前記レーザー光を検出不感方向に集光さ
せるブレーズド型の回折格子を有していることを特徴と
する請求項１から６のいずれか１項の変位情報測定装
置。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP18567998A JP3937596B2 (ja) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | 変位情報測定装置 |
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| EP99111595A EP0965843B1 (en) | 1998-06-16 | 1999-06-15 | Displacement measuring apparatus |
| US09/333,043 US6259531B1 (en) | 1998-06-16 | 1999-06-15 | Displacement information measuring apparatus with hyperbolic diffraction grating |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18567998A JP3937596B2 (ja) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | 変位情報測定装置 |
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|---|---|
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| JP2000002510A5 JP2000002510A5 (ja) | 2005-10-13 |
| JP3937596B2 JP3937596B2 (ja) | 2007-06-27 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| EP (1) | EP0965843B1 (ja) |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022240134A1 (ko) * | 2021-05-10 | 2022-11-17 | 엘지이노텍 주식회사 | 거리 측정 카메라 모듈 |
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| DE102014211004A1 (de) * | 2014-06-10 | 2015-12-17 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Optische Positionsmesseinrichtung |
| CN111174680B (zh) * | 2020-02-10 | 2021-08-03 | 覃高杰 | 一种传感器及传感器多点变形同步检测方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS62154623A (ja) | 1985-12-27 | 1987-07-09 | Hitachi Ltd | 半導体露光装置 |
| JPH01232214A (ja) | 1988-03-11 | 1989-09-18 | Canon Inc | エンコーダ |
| US5066130A (en) | 1988-05-10 | 1991-11-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement measuring apparatus |
| JP2649390B2 (ja) | 1988-10-12 | 1997-09-03 | キヤノン株式会社 | 信号内挿回路 |
| US5021649A (en) | 1989-03-28 | 1991-06-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Relief diffraction grating encoder |
| JP2962819B2 (ja) | 1990-11-30 | 1999-10-12 | キヤノン株式会社 | 変位測定装置 |
| US5204516A (en) | 1991-04-23 | 1993-04-20 | U.S. Philips Corporation | Planar optical scanning head having deficiency-correcting grating |
| BE1007513A3 (nl) | 1993-09-13 | 1995-07-18 | Philips Electronics Nv | Meetinrichting voor het bepalen van de verplaatsing van een beweegbaar voorwerp. |
| JP3028716B2 (ja) * | 1993-09-29 | 2000-04-04 | キヤノン株式会社 | 光学式変位センサ |
-
1998
- 1998-06-16 JP JP18567998A patent/JP3937596B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-06-15 EP EP99111595A patent/EP0965843B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-06-15 US US09/333,043 patent/US6259531B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-06-15 DE DE69917374T patent/DE69917374T2/de not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022240134A1 (ko) * | 2021-05-10 | 2022-11-17 | 엘지이노텍 주식회사 | 거리 측정 카메라 모듈 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0965843A1 (en) | 1999-12-22 |
| EP0965843B1 (en) | 2004-05-19 |
| JP3937596B2 (ja) | 2007-06-27 |
| DE69917374T2 (de) | 2005-03-17 |
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