JP2001336952A - 測定装置 - Google Patents
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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
- G01D5/00—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
- 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
- G01D5/32—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
- G01D5/34—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
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- G—PHYSICS
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- G01B9/02—Interferometers
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- G01B9/02075—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration of particular errors
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- G01B2290/70—Using polarization in the interferometer
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 光学系が小型でかつ小型の分割受光素子が使
用できる光波干渉式測定装置を得る。 【解決手段】 半導体レーザー光源２１からの光束は格
子スケール２６を略垂直に照明し、格子スケール２６に
よりそれぞれ＋１次回折、−１次回折させられて、非偏
光ビームスプリッタ２３まで戻される。非偏光ビームス
プリッタで反射された両光束は１／４波長板２７を透過
し、１つの直線偏光光束に変換されて分離される。２光
束が平行に入射される偏光分離光学ユニット３１は平行
ガラス板３１ａの片面に偏光膜を蒸着し、平行ガラス板
の反対面に反射面として蒸着したものを、直角プリズム
３１ｂの斜面と接合している。光学ユニット３１の偏光
膜によりＰ偏光波とＳ偏光波に分離され、Ｓ偏光光は偏
光膜で反射され、Ｐ偏光成分は平行ガラス板の反射面で
反射され、再度偏光膜を透過して互いに明暗の位相が反
転した干渉信号光となり同一方向に射出する。
用できる光波干渉式測定装置を得る。 【解決手段】 半導体レーザー光源２１からの光束は格
子スケール２６を略垂直に照明し、格子スケール２６に
よりそれぞれ＋１次回折、−１次回折させられて、非偏
光ビームスプリッタ２３まで戻される。非偏光ビームス
プリッタで反射された両光束は１／４波長板２７を透過
し、１つの直線偏光光束に変換されて分離される。２光
束が平行に入射される偏光分離光学ユニット３１は平行
ガラス板３１ａの片面に偏光膜を蒸着し、平行ガラス板
の反対面に反射面として蒸着したものを、直角プリズム
３１ｂの斜面と接合している。光学ユニット３１の偏光
膜によりＰ偏光波とＳ偏光波に分離され、Ｓ偏光光は偏
光膜で反射され、Ｐ偏光成分は平行ガラス板の反射面で
反射され、再度偏光膜を透過して互いに明暗の位相が反
転した干渉信号光となり同一方向に射出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、産業用計測機械等
に採用される位置や角度情報を検出するための測定装置
に関するものである。
に採用される位置や角度情報を検出するための測定装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本出願人はこれまで光の回折干渉現象を
応用して、物体の位置や速度の変動を検出する所謂格子
干渉方式エンコーダの開発を行ってきた。特に、μｍオ
ーダの微細スケールを採用し、回折された２つの光束を
取り出してそれぞれ干渉させることで、幾何光学式エン
コーダよりも遙かに高分解能のエンコーダを得ている。
応用して、物体の位置や速度の変動を検出する所謂格子
干渉方式エンコーダの開発を行ってきた。特に、μｍオ
ーダの微細スケールを採用し、回折された２つの光束を
取り出してそれぞれ干渉させることで、幾何光学式エン
コーダよりも遙かに高分解能のエンコーダを得ている。
【０００３】これらのエンコーダは２つの回折光の波面
を合成し、干渉パターンを生成する構成としているが、
干渉測長機の場合と同様に２光束間に偏光差を与え、そ
れを利用して所謂Ａ相、Ｂ相信号の複数の位相差信号を
生成している。一般的には、波長板、非偏光ビームスプ
リッタ又は回折格子ビームスプリッタ及び偏光板や偏光
プリズムなどの検光子をそれぞれ空間に配置して、また
射出光束をそれぞれの受光素子により検出する構成とし
ている。
を合成し、干渉パターンを生成する構成としているが、
干渉測長機の場合と同様に２光束間に偏光差を与え、そ
れを利用して所謂Ａ相、Ｂ相信号の複数の位相差信号を
生成している。一般的には、波長板、非偏光ビームスプ
リッタ又は回折格子ビームスプリッタ及び偏光板や偏光
プリズムなどの検光子をそれぞれ空間に配置して、また
射出光束をそれぞれの受光素子により検出する構成とし
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例においては、位相差信号を発生させる光学系の部品
配置が複雑で、かつ受光素子を各信号毎に空間に配置し
ているために、スペースを必要とし小型化に限界があ
る。
来例においては、位相差信号を発生させる光学系の部品
配置が複雑で、かつ受光素子を各信号毎に空間に配置し
ているために、スペースを必要とし小型化に限界があ
る。
【０００５】また、受光素子として電気的特性を揃えた
り取り扱い性を良くする目的で、４分割フォトダイオー
ド等を使用する場合には、数ｍｍサイズのプリズム等の
光学部品を巧妙に接合して受光素子に並列的に照明する
ことが必要であり、高価になると共に小さくしても数ｍ
ｍサイズの受光面を有するフォトダイオードが使用され
ることになって、受光素子自身の容量が大きくなり、高
速応答性能が十分に得られないという問題がある。
り取り扱い性を良くする目的で、４分割フォトダイオー
ド等を使用する場合には、数ｍｍサイズのプリズム等の
光学部品を巧妙に接合して受光素子に並列的に照明する
ことが必要であり、高価になると共に小さくしても数ｍ
ｍサイズの受光面を有するフォトダイオードが使用され
ることになって、受光素子自身の容量が大きくなり、高
速応答性能が十分に得られないという問題がある。
【０００６】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
小型の分割受光素子が使用でき光学系を小型とし得る測
定装置及びこれを可能とする光学素子を提供することに
ある。
小型の分割受光素子が使用でき光学系を小型とし得る測
定装置及びこれを可能とする光学素子を提供することに
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る測定装置は、可干渉光束を相対移動する
回折格子スケールを照明し、２つの異なる次数の回折光
を発生させ、これら２つの回折光同士の波面を重ね合わ
せて干渉させ、相対移動する前記格子スケールの移動に
伴う周期信号光を発生させ、そのまま信号光として又は
受光素子により光電変換した後に電気信号として出力す
る測定装置において、干渉させるべき前記２つの光束同
士の合成において、偏光状態を前記２光束問の位相差に
より偏波方位が決まる１つの直線偏光光束に変換すると
共に、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタ膜とそれ
に平行な１つの反射面を有する偏光分離光学素子を用い
て位相差信号を発生させることを特徴とする。
の本発明に係る測定装置は、可干渉光束を相対移動する
回折格子スケールを照明し、２つの異なる次数の回折光
を発生させ、これら２つの回折光同士の波面を重ね合わ
せて干渉させ、相対移動する前記格子スケールの移動に
伴う周期信号光を発生させ、そのまま信号光として又は
受光素子により光電変換した後に電気信号として出力す
る測定装置において、干渉させるべき前記２つの光束同
士の合成において、偏光状態を前記２光束問の位相差に
より偏波方位が決まる１つの直線偏光光束に変換すると
共に、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタ膜とそれ
に平行な１つの反射面を有する偏光分離光学素子を用い
て位相差信号を発生させることを特徴とする。
【０００８】本発明に係る測定装置は、可干渉光束を相
対移動する被測定物体面に照明して反射光を取り出すと
共に、基準位置に配置した反射面からの反射光束を取り
出して、前記２光束同士の波面を重ね合わせて干渉さ
せ、被測定物体の相対移動に伴う周期信号光を発生さ
せ、そのまま信号光として又は受光素子により光電変換
した後に電気信号として出力する測定装置において、前
記２つの回折光同士の偏光状態を合成して前記２光束間
の位相差で偏波方位が決まる１つの直線偏光光束に変換
すると共に、少なくとも１つの偏光膜とそれに平行な１
つの反射面を有する偏光分離光学素子を用いて位相差信
号を発生させることを特徴とする。
対移動する被測定物体面に照明して反射光を取り出すと
共に、基準位置に配置した反射面からの反射光束を取り
出して、前記２光束同士の波面を重ね合わせて干渉さ
せ、被測定物体の相対移動に伴う周期信号光を発生さ
せ、そのまま信号光として又は受光素子により光電変換
した後に電気信号として出力する測定装置において、前
記２つの回折光同士の偏光状態を合成して前記２光束間
の位相差で偏波方位が決まる１つの直線偏光光束に変換
すると共に、少なくとも１つの偏光膜とそれに平行な１
つの反射面を有する偏光分離光学素子を用いて位相差信
号を発生させることを特徴とする。
【０００９】また本発明に係る光学素子は、偏光方位が
回転する１つの直線偏光光束を少なくとも１つの偏光膜
とそれに平行な１つの反射面とによって、概略同一方向
に出射する分割光束に変換することを特徴とする。
回転する１つの直線偏光光束を少なくとも１つの偏光膜
とそれに平行な１つの反射面とによって、概略同一方向
に出射する分割光束に変換することを特徴とする。
【００１０】更に本発明に係る測定装置は、請求項３の
光学素子によって、干渉させるべき合波光束から所定の
位相差を有する受光信号を発生させるべき分割光束を形
成し、該分割光束それぞれを前記光学素子から直接受光
素子に導くように配置したことを特徴とする。
光学素子によって、干渉させるべき合波光束から所定の
位相差を有する受光信号を発生させるべき分割光束を形
成し、該分割光束それぞれを前記光学素子から直接受光
素子に導くように配置したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明を図１〜図９に図示の実施
の形態に基づいて詳細に説明する。図１は円環状反射素
子を利用したエンコーダにおける第１の実施の形態の構
成図である。半導体レーザー光源２１の出射方向には、
コリメータレンズ２２、非偏光ビームスプリッタ２３、
円環状反射格子２４、並列に配置され光方位を互いに９
０度ずらした偏光板２５Ｓ、２５Ｐ、格子スケール２６
が配列されている。また、非偏光ビームスプリット２３
の円環状反射格子２４の方向からの反射方向には、１／
４波長板２７、回折格子ビームスプリッタ２８、プリズ
ム２９、１／２波長板３０、平行ガラス板３１ａ、直角
プリズム３１ｂから成る偏光分離光学ユニット３１が配
列され、偏光分離光学ユニット３１の反射方向には４分
割受光素子３２が配置されている。
の形態に基づいて詳細に説明する。図１は円環状反射素
子を利用したエンコーダにおける第１の実施の形態の構
成図である。半導体レーザー光源２１の出射方向には、
コリメータレンズ２２、非偏光ビームスプリッタ２３、
円環状反射格子２４、並列に配置され光方位を互いに９
０度ずらした偏光板２５Ｓ、２５Ｐ、格子スケール２６
が配列されている。また、非偏光ビームスプリット２３
の円環状反射格子２４の方向からの反射方向には、１／
４波長板２７、回折格子ビームスプリッタ２８、プリズ
ム２９、１／２波長板３０、平行ガラス板３１ａ、直角
プリズム３１ｂから成る偏光分離光学ユニット３１が配
列され、偏光分離光学ユニット３１の反射方向には４分
割受光素子３２が配置されている。
【００１２】可干渉光源である半導体レーザー光源２１
からの光束を非偏光ビームスプリッタ２３を透過させた
後に、格子スケール２６を略垂直に照明している。先
ず、格子スケール２６からの反射＋１次回折光は回折角
θで射出し、偏光板２５Ｓ、２５Ｐを介して上方に配置
した円環状反射格子２４により元の光路に回折反射さ
れ、更に格子スケール２６により＋１次回折させられ
て、非偏光ビームスプリッタ２３まで戻される。
からの光束を非偏光ビームスプリッタ２３を透過させた
後に、格子スケール２６を略垂直に照明している。先
ず、格子スケール２６からの反射＋１次回折光は回折角
θで射出し、偏光板２５Ｓ、２５Ｐを介して上方に配置
した円環状反射格子２４により元の光路に回折反射さ
れ、更に格子スケール２６により＋１次回折させられ
て、非偏光ビームスプリッタ２３まで戻される。
【００１３】格子スケール２６からの他方の反射−１次
回折光は回折角θで反対方向に射出し、上方に配置した
円環状反射格子２４で元の光路に回折反射され、更に格
子スケール２６により−１次回折されて、非偏光ビーム
スプリッタ２３まで戻されている。
回折光は回折角θで反対方向に射出し、上方に配置した
円環状反射格子２４で元の光路に回折反射され、更に格
子スケール２６により−１次回折されて、非偏光ビーム
スプリッタ２３まで戻されている。
【００１４】なお、半導体レーザー光源２１により回折
格子スケール２６に照明された光束の偏光成分は偏光成
分を含んでいるので、非偏光ビームスプリッタ２３に伝
播される±１次回折光は、互いに偏光方位が９０度ずれ
て波面が重なり合っていて明暗光束にはならない。
格子スケール２６に照明された光束の偏光成分は偏光成
分を含んでいるので、非偏光ビームスプリッタ２３に伝
播される±１次回折光は、互いに偏光方位が９０度ずれ
て波面が重なり合っていて明暗光束にはならない。
【００１５】非偏光ビームスプリッタ２３で反射された
両光束は１／４波長板２７を透過し、２光束問の位相差
に基づいて偏光方位が変化する１つの直線偏光光束に変
換される。この光束は回折格子ビームスプリッタ２８で
互いに角度をなして分離される。更に、プリズム２９に
より２光束の光路を略平行にしているが、２光束間の光
路を平行にすることで部品の配置が容易になるためであ
り、このプリズム２９は必須のものではない。分離され
た２光束の片側の光路中に、光学軸を２２．５度だけず
らした１／２波長板３０が配置されている。従って、２
光束間で直線偏光の偏波方位が４５度ずらされ、両者の
光束の偏光方位は元の２光束間の波面の位相差に応じて
回転している。
両光束は１／４波長板２７を透過し、２光束問の位相差
に基づいて偏光方位が変化する１つの直線偏光光束に変
換される。この光束は回折格子ビームスプリッタ２８で
互いに角度をなして分離される。更に、プリズム２９に
より２光束の光路を略平行にしているが、２光束間の光
路を平行にすることで部品の配置が容易になるためであ
り、このプリズム２９は必須のものではない。分離され
た２光束の片側の光路中に、光学軸を２２．５度だけず
らした１／２波長板３０が配置されている。従って、２
光束間で直線偏光の偏波方位が４５度ずらされ、両者の
光束の偏光方位は元の２光束間の波面の位相差に応じて
回転している。
【００１６】画者の光束は偏光分離光学ユニット３１に
平行に入射するが、この光学ユニット３１は平行ガラス
板３１ａの片面に偏光膜を蒸着し、平行ガラス板３１ａ
の反対面に反射面として蒸着したものを、直角プリズム
３１ｂの斜面と接合している。なお、平行ガラス板３１
ａの裏面は全反射として利用してもよい。また、偏光膜
は直角プリズム３１ｂの斜面に蒸着することもできる。
平行に入射するが、この光学ユニット３１は平行ガラス
板３１ａの片面に偏光膜を蒸着し、平行ガラス板３１ａ
の反対面に反射面として蒸着したものを、直角プリズム
３１ｂの斜面と接合している。なお、平行ガラス板３１
ａの裏面は全反射として利用してもよい。また、偏光膜
は直角プリズム３１ｂの斜面に蒸着することもできる。
【００１７】従って、光学ユニット３１の偏光膜により
Ｐ偏光波とＳ偏光波に分離され、Ｓ偏光光は偏光膜で反
射され、Ｐ偏光成分は平行ガラス板３１ａの反射面で反
射され、再度偏光膜を透過して互いに明暗の位相が反転
した干渉信号光となり同一方向に射出することになる。
Ｐ偏光波とＳ偏光波に分離され、Ｓ偏光光は偏光膜で反
射され、Ｐ偏光成分は平行ガラス板３１ａの反射面で反
射され、再度偏光膜を透過して互いに明暗の位相が反転
した干渉信号光となり同一方向に射出することになる。
【００１８】これらの２光束間の光路の間隔は平行ガラ
ス板３１ａの厚さの２1/2倍になり、平行ガラス板３１
ａの厚さを０．７ｍｍにすると１ｍｍ程度の間隔とな
る。また、１／２波長板３０を透過した光束と透過して
いない光束の間は、明暗の位相が９０度ずれている。こ
れらの４光束は、並列的に４分割受光素子３２のそれぞ
れの受光領域に入射する。４つの受光領域はそれぞれ１
ｍｍ角程度の大きさで、１ｍｍ間隔で配列してあるもの
が使用されており、光束径が１ｍｍ以下であれば十分に
各光束を所定の受光領域毎に分離して入射させることが
できる。１ｍｍ程度の受光領域は通常数ｐＦの静電容量
であり、エンコーダ、光波干渉式測定装置の分野におけ
る数ＭＨｚ以上の高速応答性能を有している。
ス板３１ａの厚さの２1/2倍になり、平行ガラス板３１
ａの厚さを０．７ｍｍにすると１ｍｍ程度の間隔とな
る。また、１／２波長板３０を透過した光束と透過して
いない光束の間は、明暗の位相が９０度ずれている。こ
れらの４光束は、並列的に４分割受光素子３２のそれぞ
れの受光領域に入射する。４つの受光領域はそれぞれ１
ｍｍ角程度の大きさで、１ｍｍ間隔で配列してあるもの
が使用されており、光束径が１ｍｍ以下であれば十分に
各光束を所定の受光領域毎に分離して入射させることが
できる。１ｍｍ程度の受光領域は通常数ｐＦの静電容量
であり、エンコーダ、光波干渉式測定装置の分野におけ
る数ＭＨｚ以上の高速応答性能を有している。
【００１９】図２は更に小型受光素子アレイヘの適用の
ための第２の実施の形態の構成図である。この実施例で
は、第１の実施の形態における１／４波長板２７の前に
集光レンズ３３が追加され、４分割受光素子３２の面上
で略集光するように構成されている。なお、集光レンズ
３３の挿入位置は非偏光ビームスプリッタ２３〜回折格
子ビームスプリッタ２８の間であれば、同様の効果が得
られる。
ための第２の実施の形態の構成図である。この実施例で
は、第１の実施の形態における１／４波長板２７の前に
集光レンズ３３が追加され、４分割受光素子３２の面上
で略集光するように構成されている。なお、集光レンズ
３３の挿入位置は非偏光ビームスプリッタ２３〜回折格
子ビームスプリッタ２８の間であれば、同様の効果が得
られる。
【００２０】これにより、信号光束径が受光領域のサイ
ズよりも大きくても集光レンズ３３により縮小され、平
行ガラス板３１ａの厚さに従って、偏光光束を微小に分
離することができるため、更に小型の分割受光素子３２
を使用でき、更なる高速応答性能、小型のパッケージン
グが実現できる。
ズよりも大きくても集光レンズ３３により縮小され、平
行ガラス板３１ａの厚さに従って、偏光光束を微小に分
離することができるため、更に小型の分割受光素子３２
を使用でき、更なる高速応答性能、小型のパッケージン
グが実現できる。
【００２１】図３〜図５は偏光分離光学ユニット３１を
変形した他の偏光分離光学ユニット３１の断面図であ
る。図３においては、平行ガラス板３１ａの片面に偏光
分離膜が蒸着され、反対面に反射膜が蒸着されており、
平行ガラス板３１ａの両面を蒸着し切断するだけで製造
できるので、量産性に富んでいる。
変形した他の偏光分離光学ユニット３１の断面図であ
る。図３においては、平行ガラス板３１ａの片面に偏光
分離膜が蒸着され、反対面に反射膜が蒸着されており、
平行ガラス板３１ａの両面を蒸着し切断するだけで製造
できるので、量産性に富んでいる。
【００２２】図４においては、平行ガラス板３１ａを両
側から偏光膜、反射膜が蒸着され、偏光膜面側にプリズ
ム３１ｂが接合され、図５においては平行ガラス板３１
ａの両面にプリズム３１ｂ、３１ｃが何れの場合のおい
ても接合されている。なお、膜はプリズムに蒸着しても
よい。何れの場合においても先の第１の実施の形態と同
様に、偏光膜への入射が平行ガラス板３１ａ内で４５度
で得られるので、偏光分離特性の優れた偏光分離光学ユ
ニット３１が実現できる。また図５の場合には、略直方
体形状になるので機器への組み込みも容易である。
側から偏光膜、反射膜が蒸着され、偏光膜面側にプリズ
ム３１ｂが接合され、図５においては平行ガラス板３１
ａの両面にプリズム３１ｂ、３１ｃが何れの場合のおい
ても接合されている。なお、膜はプリズムに蒸着しても
よい。何れの場合においても先の第１の実施の形態と同
様に、偏光膜への入射が平行ガラス板３１ａ内で４５度
で得られるので、偏光分離特性の優れた偏光分離光学ユ
ニット３１が実現できる。また図５の場合には、略直方
体形状になるので機器への組み込みも容易である。
【００２３】図６は第３の実施の形態によるエンコーダ
の構成図を示し、コリメータレンズ２２と円環状反射格
子２４の間に、偏光分離光学ユニット３１、１／２波長
板３０、回折格子ビームスプリッタ２８、集光レンズ３
３が配列されている。また、円環状反射格子２４と格子
スケール２６との間に２つの１／８波長板３４ａ、３４
ｂが挿入されている。これにより、照明レーザー光束の
光路と信号光束である回折光束の光路との空間分離と、
前述の位相差信号発生つまり偏光分離を共用し、図１に
おける非偏光ビームスプリッタ２３を廃止し小型化して
いる。
の構成図を示し、コリメータレンズ２２と円環状反射格
子２４の間に、偏光分離光学ユニット３１、１／２波長
板３０、回折格子ビームスプリッタ２８、集光レンズ３
３が配列されている。また、円環状反射格子２４と格子
スケール２６との間に２つの１／８波長板３４ａ、３４
ｂが挿入されている。これにより、照明レーザー光束の
光路と信号光束である回折光束の光路との空間分離と、
前述の位相差信号発生つまり偏光分離を共用し、図１に
おける非偏光ビームスプリッタ２３を廃止し小型化して
いる。
【００２４】可干渉光源である半導体レーザー光源２１
からの光束を偏光分離光学ユニット３１の透過部を透過
させた後に、集光レンズ３３により収束し格子スケール
２６を照明している。なお、この光束は偏光分離光学ユ
ニット３１の偏光膜を略１００％透過するように、半導
体レーザー光源２１の取付方向を適切に設定することで
偏光方位が得られる。先ず、格子スケール２６からの反
射＋１次回折光は回折角θで射出し、１／８波長板３４
ａ、３４ｂを介して円環状反射格子２４を照明するが、
集光レンズ３３の収束効果によって円環状反射格子２４
上で集光するように設定されている。
からの光束を偏光分離光学ユニット３１の透過部を透過
させた後に、集光レンズ３３により収束し格子スケール
２６を照明している。なお、この光束は偏光分離光学ユ
ニット３１の偏光膜を略１００％透過するように、半導
体レーザー光源２１の取付方向を適切に設定することで
偏光方位が得られる。先ず、格子スケール２６からの反
射＋１次回折光は回折角θで射出し、１／８波長板３４
ａ、３４ｂを介して円環状反射格子２４を照明するが、
集光レンズ３３の収束効果によって円環状反射格子２４
上で集光するように設定されている。
【００２５】円環状反射格子２４により回折反射された
光束は、更に格子スケール２６により＋１次回折され
て、回折格子ビームスプリッタ２８まで戻される。な
お、一方の反射−１次回折光は回折角θで反対方向に射
出し、手前に配置した円環状反射格子２４により回折反
射され、更に格子スケール２６で−１次回折されて、回
折格子ビームスプリッタ２８まで戻される。
光束は、更に格子スケール２６により＋１次回折され
て、回折格子ビームスプリッタ２８まで戻される。な
お、一方の反射−１次回折光は回折角θで反対方向に射
出し、手前に配置した円環状反射格子２４により回折反
射され、更に格子スケール２６で−１次回折されて、回
折格子ビームスプリッタ２８まで戻される。
【００２６】この実施の形態では、格子スケール２６と
円環状反射格子２４の間の光路中に光学軸を互いに９０
度ずらし、更に半導体レーザー光源２１の偏光面と４５
度の角度関係になるように、１／８波長板３４ａ、３４
ｂが挿入されているので、偏光分離光学ユニット３１に
伝播される±１次回折光は、既に２光束問の位相差に基
づいて偏光方位が変化する１つの直線偏光光束になって
いる。
円環状反射格子２４の間の光路中に光学軸を互いに９０
度ずらし、更に半導体レーザー光源２１の偏光面と４５
度の角度関係になるように、１／８波長板３４ａ、３４
ｂが挿入されているので、偏光分離光学ユニット３１に
伝播される±１次回折光は、既に２光束問の位相差に基
づいて偏光方位が変化する１つの直線偏光光束になって
いる。
【００２７】なお、これらの回折光束は半導体レーザー
光源２１からの照明光束の光路と空間的に略平行にずら
されている。これらの回折光束は回折格子ビームスプリ
ッタ２８で互いに角度をなして分離される。このうち、
一方の光束の光学軸を２２．５度だけずらした１／２波
長板３０を透過するように配置されているので、２光束
問で直線偏光の偏波方位が４５度ずらされていることに
なる。なお、両者の光束の偏光方位は元の２光束間の波
面の位相差に応じて回転している。
光源２１からの照明光束の光路と空間的に略平行にずら
されている。これらの回折光束は回折格子ビームスプリ
ッタ２８で互いに角度をなして分離される。このうち、
一方の光束の光学軸を２２．５度だけずらした１／２波
長板３０を透過するように配置されているので、２光束
問で直線偏光の偏波方位が４５度ずらされていることに
なる。なお、両者の光束の偏光方位は元の２光束間の波
面の位相差に応じて回転している。
【００２８】更に、両者の光束は偏光分離光学ユニット
３１に入射し、Ｓ偏光成分の反射光束とＰ偏光成分の透
過光束にそれぞれ分離され、反射光束は偏光分離光学ユ
ニット３１内の反射部で反射される。Ｐ偏光成分とＳ偏
光成分の明暗信号光束は互いに明暗の位相が反転した干
渉信号光となる。また、１／２波長板３０を透過した光
束と透過していない光束との間は、明暗の位相が９０度
ずれている。これら４光束は並列的に４分割受光素子３
２のそれぞれの受光領域に入射する。
３１に入射し、Ｓ偏光成分の反射光束とＰ偏光成分の透
過光束にそれぞれ分離され、反射光束は偏光分離光学ユ
ニット３１内の反射部で反射される。Ｐ偏光成分とＳ偏
光成分の明暗信号光束は互いに明暗の位相が反転した干
渉信号光となる。また、１／２波長板３０を透過した光
束と透過していない光束との間は、明暗の位相が９０度
ずれている。これら４光束は並列的に４分割受光素子３
２のそれぞれの受光領域に入射する。
【００２９】図７は図３の実施の形態に使用する平行ガ
ラス板３１ａのみを用いた偏光分離光学ユニット３１の
要部断面図であり、図８は平行ガラス板３１ａを両側か
ら直角プリズム３１ｂ、３１ｃで挟み込んで接合した形
状の例である。
ラス板３１ａのみを用いた偏光分離光学ユニット３１の
要部断面図であり、図８は平行ガラス板３１ａを両側か
ら直角プリズム３１ｂ、３１ｃで挟み込んで接合した形
状の例である。
【００３０】この偏光分離光学ユニット３１は円環状反
射素子を利用したエンコーダに限らず、回折、偏光を利
用した格子干渉方式のエンコーダの位相差信号発生用光
学系に適用でき、また偏光を利用した光波干渉式測定装
置に使用できる。
射素子を利用したエンコーダに限らず、回折、偏光を利
用した格子干渉方式のエンコーダの位相差信号発生用光
学系に適用でき、また偏光を利用した光波干渉式測定装
置に使用できる。
【００３１】図９は偏光干渉を用いた小型測長機への適
用例の構成図を示している。半導体レーザー光源２１の
出射方向には、コリメータレンズ２２、偏光分離光学ユ
ニット３１、１／２波長板３０、回折格子ビームスプリ
ッタ２８、１／４波長板３５、集光レンズ３３、小型偏
光プリズム３６、被測定部材の反射面Ｍが配列されてお
り、小型偏光プリズム３６の上部には基準反射面３７が
設けられている。
用例の構成図を示している。半導体レーザー光源２１の
出射方向には、コリメータレンズ２２、偏光分離光学ユ
ニット３１、１／２波長板３０、回折格子ビームスプリ
ッタ２８、１／４波長板３５、集光レンズ３３、小型偏
光プリズム３６、被測定部材の反射面Ｍが配列されてお
り、小型偏光プリズム３６の上部には基準反射面３７が
設けられている。
【００３２】半導体レーザー光源２１からの光束はコリ
メータレンズ２２により略平行にされ、偏光分離光学ユ
ニット３１の窓部、１／４波長板３５を透過して円偏光
光束とされ、更に集光レンズ３３を透過し、更に小型偏
光プリズム３６により透過Ｐ偏光光束と反射Ｐ偏光光束
に分離される。小型偏光プリズム３６の透過光束は被測
定部材の反射面Ｍを照明し、小型偏光プリズム３６の反
射光束を基準反射面３７に照明し、両者を再び小型偏光
プリズム３６において合波する。なお、透過光束と反射
光束の照明部材は逆としてもよい。
メータレンズ２２により略平行にされ、偏光分離光学ユ
ニット３１の窓部、１／４波長板３５を透過して円偏光
光束とされ、更に集光レンズ３３を透過し、更に小型偏
光プリズム３６により透過Ｐ偏光光束と反射Ｐ偏光光束
に分離される。小型偏光プリズム３６の透過光束は被測
定部材の反射面Ｍを照明し、小型偏光プリズム３６の反
射光束を基準反射面３７に照明し、両者を再び小型偏光
プリズム３６において合波する。なお、透過光束と反射
光束の照明部材は逆としてもよい。
【００３３】小型偏光プリズム３６で合波された光束
は、この時点では互いに偏光面を直交する直線偏光光束
となっているが、集光レンズ３３を透過して更に１／４
波長板３５を透過することで１つの直線偏光に合成され
る。この直線偏光光束の偏光方位は、被測定部材の反射
面Ｍ及び基準反射面３７からの反射２光束問の位相差、
つまり反射面Ｍと基準反射面３７への距離の差によって
変化し、２光束間の位相差が変化すると直線偏光の方位
が回転する。この直線偏光光束は、半導体レーザー光源
２１からの照明光束の光路と略平行かつ空間的にずれて
進行している。更に、回折格子ビームスプリッタ２８に
より２光束に振幅分割され、角度をなして空間的に分離
する。このうち、片側の光路中に光学軸を２２．５度ず
らして配置した１／２波長板３０が挿入され、直線偏光
の向きを４５度ずらしている。
は、この時点では互いに偏光面を直交する直線偏光光束
となっているが、集光レンズ３３を透過して更に１／４
波長板３５を透過することで１つの直線偏光に合成され
る。この直線偏光光束の偏光方位は、被測定部材の反射
面Ｍ及び基準反射面３７からの反射２光束問の位相差、
つまり反射面Ｍと基準反射面３７への距離の差によって
変化し、２光束間の位相差が変化すると直線偏光の方位
が回転する。この直線偏光光束は、半導体レーザー光源
２１からの照明光束の光路と略平行かつ空間的にずれて
進行している。更に、回折格子ビームスプリッタ２８に
より２光束に振幅分割され、角度をなして空間的に分離
する。このうち、片側の光路中に光学軸を２２．５度ず
らして配置した１／２波長板３０が挿入され、直線偏光
の向きを４５度ずらしている。
【００３４】これらの２光束は偏光分離光学ユニット３
１に入射し、Ｐ偏光光束成分は透過し、Ｓ偏光成分は反
射する。透過光束は偏光分離光学ユニット３１の内部の
反射膜で反射され、それぞれの光束は並列的に進行し、
４分割受光素子３２に入射する。受光素子３２からは互
いに位相が９０度ずつずれた４相正弦波信号が出力さ
れ、この正弦波信号の１周期は被測定部材の移動量が１
／２波長相当毎に発生するので、この信号を解析するこ
とにより反射面Ｍまでの距離を測長できる。
１に入射し、Ｐ偏光光束成分は透過し、Ｓ偏光成分は反
射する。透過光束は偏光分離光学ユニット３１の内部の
反射膜で反射され、それぞれの光束は並列的に進行し、
４分割受光素子３２に入射する。受光素子３２からは互
いに位相が９０度ずつずれた４相正弦波信号が出力さ
れ、この正弦波信号の１周期は被測定部材の移動量が１
／２波長相当毎に発生するので、この信号を解析するこ
とにより反射面Ｍまでの距離を測長できる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る測定装
置は、偏光膜と反射面を平行配置した光学素子を使用し
て偏光分離することで、位相差信号発生光学系の小型化
と小型受光素子アレイヘの合理的な照明光学系が実現で
きる。
置は、偏光膜と反射面を平行配置した光学素子を使用し
て偏光分離することで、位相差信号発生光学系の小型化
と小型受光素子アレイヘの合理的な照明光学系が実現で
きる。
【図１】第１の実施の形態の構成図である。
【図２】第２の実施の形態の構成図である。
【図３】偏光分離光学ユニットの変形例の説明図であ
る。
る。
【図４】偏光分離光学ユニットの変形例の説明図であ
る。
る。
【図５】偏光分離光学ユニットの変形例の説明図であ
る。
る。
【図６】第２の実施の形態の構成図である。
【図７】偏光分離光学ユニットの変形例の説明図であ
る。
る。
【図８】偏光分離光学ユニットの変形例の説明図であ
る。
る。
【図９】光学式測長装置への適用例の構成図である。
２１ 半導体レーザー光源 ２２ コリメータレンズ ２３ 非偏光ビームスプリッタ ２４ 円環状反射格子 ２６ 回折格子スケール ２７ １／４波長版 ２８ 回折格子ビームスプリッタ ２９ プリズム ３０ １／２波長板 ３１ 偏光分離光学ユニット ３１ａ 平行ガラス板 ３１ｂ、３１ｃ プリズム ３２ ４分割受光素子 ３３ 集光レンズ ３４ ｌ／８波長板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA07 BB02 BB29 FF07 FF18 FF51 GG04 GG12 HH06 HH13 JJ05 JJ24 LL12 LL36 LL37 LL46 MM03 QQ29 2F103 BA42 CA03 CA08 DA01 DA12 EA03 EA12 EA15 EB02 EB15 EB16 EC00 EC03 EC13 EC14 EC15
Claims (5)
- 【請求項１】 可干渉光束を相対移動する回折格子スケ
ールを照明し、２つの異なる次数の回折光を発生させ、
これら２つの回折光同士の波面を重ね合わせて干渉さ
せ、相対移動する前記格子スケールの移動に伴う周期信
号光を発生させ、そのまま信号光として又は受光素子に
より光電変換した後に電気信号として出力する測定装置
において、干渉させるべき前記２つの光束同士の合成に
おいて、偏光状態を前記２光束問の位相差により偏波方
位が決まる１つの直線偏光光束に変換すると共に、少な
くとも１つの偏光ビームスプリッタ膜とそれに平行な１
つの反射面を有する偏光分離光学素子を用いて位相差信
号を発生させることを特徴とする測定装置。 - 【請求項２】 可干渉光束を相対移動する被測定物体面
に照明して反射光を取り出すと共に、基準位置に配置し
た反射面からの反射光束を取り出して、前記２光束同士
の波面を重ね合わせて干渉させ、被測定物体の相対移動
に伴う周期信号光を発生させ、そのまま信号光として又
は受光素子により光電変換した後に電気信号として出力
する測定装置において、前記２つの回折光同士の偏光状
態を合成して前記２光束間の位相差で偏波方位が決まる
１つの直線偏光光束に変換すると共に、少なくとも１つ
の偏光膜とそれに平行な１つの反射面を有する偏光分離
光学素子を用いて位相差信号を発生させることを特徴と
する測定装置。 - 【請求項３】 偏光方位が回転する１つの直線偏光光束
を少なくとも１つの偏光膜とそれに平行な１つの反射面
とによって、概略同一方向に出射する分割光束に変換す
ることを特徴とする光学素子。 - 【請求項４】 前記偏光膜と反射面とは平行平板の反対
側の面に形成されている請求項３に記載の光学素子。 - 【請求項５】 請求項３に記載の光学素子によって、干
渉させるべき合波光束から所定の位相差を有する受光信
号を発生させるべき分割光束を形成し、該分割光束それ
ぞれを前記光学素子から直接受光素子に導くように配置
したことを特徴とする測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000157316A JP2001336952A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 測定装置 |
| US09/863,461 US6570660B2 (en) | 2000-05-26 | 2001-05-24 | Measuring instrument |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000157316A JP2001336952A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001336952A true JP2001336952A (ja) | 2001-12-07 |
Family
ID=18661970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000157316A Pending JP2001336952A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 測定装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6570660B2 (ja) |
| JP (1) | JP2001336952A (ja) |
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| KR100818995B1 (ko) * | 2006-03-23 | 2008-04-02 | 삼성전자주식회사 | 편광 측정 장치, 타원 분광기 및 빛의 편광 상태 측정 방법 |
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| CN102607520B (zh) * | 2012-03-23 | 2014-03-26 | 北京国科世纪激光技术有限公司 | 一种检测激光晶体倾斜角度以及倾斜方向的装置 |
| KR102550959B1 (ko) * | 2021-03-16 | 2023-07-04 | 주식회사 디딤센서 | 촬상장치 |
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| US5390022A (en) | 1992-04-07 | 1995-02-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement information detection apparatus for receiving a divergent light beam |
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| JP3478567B2 (ja) | 1992-09-25 | 2003-12-15 | キヤノン株式会社 | 回転情報検出装置 |
| JP3210111B2 (ja) | 1992-12-24 | 2001-09-17 | キヤノン株式会社 | 変位検出装置 |
| JPH06194123A (ja) | 1992-12-24 | 1994-07-15 | Canon Inc | 変位検出装置 |
| JP3173208B2 (ja) | 1993-01-29 | 2001-06-04 | キヤノン株式会社 | 変位測定装置 |
| JP3083019B2 (ja) | 1993-03-05 | 2000-09-04 | キヤノン株式会社 | 光学装置及び速度情報検出装置 |
| JP3082516B2 (ja) | 1993-05-31 | 2000-08-28 | キヤノン株式会社 | 光学式変位センサおよび該光学式変位センサを用いた駆動システム |
| JP3028716B2 (ja) | 1993-09-29 | 2000-04-04 | キヤノン株式会社 | 光学式変位センサ |
| JP3530573B2 (ja) | 1994-04-27 | 2004-05-24 | キヤノン株式会社 | 光学式変位センサ |
| JPH08210814A (ja) | 1994-10-12 | 1996-08-20 | Canon Inc | 光学式変位測定装置 |
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- 2000-05-26 JP JP2000157316A patent/JP2001336952A/ja active Pending
-
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- 2001-05-24 US US09/863,461 patent/US6570660B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1435510A1 (en) * | 2003-01-06 | 2004-07-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Grating interference type optical encoder |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| US20020021448A1 (en) | 2002-02-21 |
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