JP2003247867A - 格子干渉型変位測定装置 - Google Patents
格子干渉型変位測定装置Info
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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
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ピッチ角のずれが信号強度に影響を及ぼし難
く、且つ、良好な信号を得られる装置を開発することに
より、機器類への簡単な取付けを実現し、装置の使い勝
手を向上させる。 【解決手段】 複数の光線のスケール１０への入射位置
１０Ａ、１０Ｂ又はスケール格子１２Ｂ上の回折点を、
スケール格子上での光線径より離すと共に、各光線のス
ケールへの入射角度θと回折光の出射角度φをほぼ同一
とする。
く、且つ、良好な信号を得られる装置を開発することに
より、機器類への簡単な取付けを実現し、装置の使い勝
手を向上させる。 【解決手段】 複数の光線のスケール１０への入射位置
１０Ａ、１０Ｂ又はスケール格子１２Ｂ上の回折点を、
スケール格子上での光線径より離すと共に、各光線のス
ケールへの入射角度θと回折光の出射角度φをほぼ同一
とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、格子干渉型変位測
定装置に係り、特に、センサ部とスケールの相対変位量
を計測する直線型エンコーダ、該直線型エンコーダを組
み込んだリニアゲージ等の測定器や形状測定器、内外径
測定器等の測定装置、及び、工作機械や検査機械等の移
動ステージの位置決めや速度制御等を行なう装置に用い
るのに好適な、可干渉光源からの光線を複数の方向から
スケールへ入射させ、それぞれの回折光同士を干渉させ
て検出信号を得るようにした格子干渉型変位測定装置に
関する。
定装置に係り、特に、センサ部とスケールの相対変位量
を計測する直線型エンコーダ、該直線型エンコーダを組
み込んだリニアゲージ等の測定器や形状測定器、内外径
測定器等の測定装置、及び、工作機械や検査機械等の移
動ステージの位置決めや速度制御等を行なう装置に用い
るのに好適な、可干渉光源からの光線を複数の方向から
スケールへ入射させ、それぞれの回折光同士を干渉させ
て検出信号を得るようにした格子干渉型変位測定装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】一定ピッチの光学的な目盛が形成された
スケールを用いて、周期的な検出信号を生成する光学式
エンコーダが普及している。更に、この光学式エンコー
ダの高分解能化を図ったものの１つに、スケールにホロ
グラフィの技術を用いて微細なピッチの目盛を形成し、
その目盛を回折格子として積極的に回折を生じさせて検
出信号を得る格子干渉型変位検出装置が提案されてい
る。
スケールを用いて、周期的な検出信号を生成する光学式
エンコーダが普及している。更に、この光学式エンコー
ダの高分解能化を図ったものの１つに、スケールにホロ
グラフィの技術を用いて微細なピッチの目盛を形成し、
その目盛を回折格子として積極的に回折を生じさせて検
出信号を得る格子干渉型変位検出装置が提案されてい
る。
【０００３】図１は、出願人が特開平１−１８５４１５
で提案した格子干渉型変位検出装置を示すものである。
この変位測定装置は、光源波長λと同じオーダーの例え
ば１μｍ以下のピッチｐの回折格子が形成されたスケー
ル１０と、前記回折格子に波長λのレーザ光線１４を照
射するための、例えばレーザダイオード（ＬＤ）からな
る可干渉光源（以下、単に光源とも称する）３２、コリ
メータレンズ３４、及び、前記回折格子によって生成さ
れた複数の光線の混合波を光電変換する受光素子２２
Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、検光子２８Ｂ、２８Ｃ、１／４波
長板３０を含むセンサ部２０とを備え、前記スケール１
０とセンサ部２０の相対変位に応じて周期的に変化する
検出信号を生成する格子干渉型変位検出装置において、
前記光源３２からのレーザ光線１４を２分するハーフミ
ラー４０、及び、該２分されたレーザ光線を同一の入射
角度θでそれぞれ対称に前記回折格子上の同一の回折点
１０Ａに入射させる一対のミラー４２Ａ、４２Ｂを前記
センサ部２０に備えると共に、前記回折格子での前記２
分された入射光線ａ、ｂの一方の０次光と他方の１次
（回折）光が分離できる程度に入射角度θと回折角度φ
とを異ならせて設定し（φ＜θ）、分離された１次光を
一対のミラー４４Ａ、４４Ｂで反射し、偏光子４６Ａ、
４６Ｂで互いに直交する偏光方向とした後、その混合波
を、ハーフミラー４８、５０により前記受光素子２２
Ａ、２２Ｂ、２２Ｃにそれぞれ入射するようにされてい
る。
で提案した格子干渉型変位検出装置を示すものである。
この変位測定装置は、光源波長λと同じオーダーの例え
ば１μｍ以下のピッチｐの回折格子が形成されたスケー
ル１０と、前記回折格子に波長λのレーザ光線１４を照
射するための、例えばレーザダイオード（ＬＤ）からな
る可干渉光源（以下、単に光源とも称する）３２、コリ
メータレンズ３４、及び、前記回折格子によって生成さ
れた複数の光線の混合波を光電変換する受光素子２２
Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、検光子２８Ｂ、２８Ｃ、１／４波
長板３０を含むセンサ部２０とを備え、前記スケール１
０とセンサ部２０の相対変位に応じて周期的に変化する
検出信号を生成する格子干渉型変位検出装置において、
前記光源３２からのレーザ光線１４を２分するハーフミ
ラー４０、及び、該２分されたレーザ光線を同一の入射
角度θでそれぞれ対称に前記回折格子上の同一の回折点
１０Ａに入射させる一対のミラー４２Ａ、４２Ｂを前記
センサ部２０に備えると共に、前記回折格子での前記２
分された入射光線ａ、ｂの一方の０次光と他方の１次
（回折）光が分離できる程度に入射角度θと回折角度φ
とを異ならせて設定し（φ＜θ）、分離された１次光を
一対のミラー４４Ａ、４４Ｂで反射し、偏光子４６Ａ、
４６Ｂで互いに直交する偏光方向とした後、その混合波
を、ハーフミラー４８、５０により前記受光素子２２
Ａ、２２Ｂ、２２Ｃにそれぞれ入射するようにされてい
る。
【０００４】この変位測定装置においては、スケール１
０への光線の入射角度θと回折角度φを異なった角度と
している。又、スケール１０とそれ以外の部分（センサ
部２０）の相対変位を測定する装置であるため、機器類
に取り付ける際には、スケール１０とセンサ部２０は別
々の部材に取り付けられ、どちらか一方が変位すること
になる。
０への光線の入射角度θと回折角度φを異なった角度と
している。又、スケール１０とそれ以外の部分（センサ
部２０）の相対変位を測定する装置であるため、機器類
に取り付ける際には、スケール１０とセンサ部２０は別
々の部材に取り付けられ、どちらか一方が変位すること
になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この光
学系の構成の場合、センサ部２０とスケール１０のピッ
チ角（光学系の要部を示した図２における紙面上の回転
方向位置関係）が、適正位置からずれた場合、スケール
１０からの出射角度φは、左右の光路で異なった角度と
なり、図３にピッチ角を変化させた場合の出力信号レベ
ルとピッチ角の関係の実測値を示す如く、干渉させた時
のコントラストが低下し、出力信号レベルが劣化する。
このため、十分な性能を発揮できないという問題点を有
していた。
学系の構成の場合、センサ部２０とスケール１０のピッ
チ角（光学系の要部を示した図２における紙面上の回転
方向位置関係）が、適正位置からずれた場合、スケール
１０からの出射角度φは、左右の光路で異なった角度と
なり、図３にピッチ角を変化させた場合の出力信号レベ
ルとピッチ角の関係の実測値を示す如く、干渉させた時
のコントラストが低下し、出力信号レベルが劣化する。
このため、十分な性能を発揮できないという問題点を有
していた。
【０００６】従って、図１の光学系を持つ格子干渉型変
位測定装置の機能を十分に引出すためには、装置に取り
付ける際に、出力信号レベルが最大となるようにピッチ
角を調整する必要があり、もう一方向の調整も必要であ
るため、２方向の調整となって、機器類への取付けに時
間がかかるという問題点を有していた。
位測定装置の機能を十分に引出すためには、装置に取り
付ける際に、出力信号レベルが最大となるようにピッチ
角を調整する必要があり、もう一方向の調整も必要であ
るため、２方向の調整となって、機器類への取付けに時
間がかかるという問題点を有していた。
【０００７】なお、特開平１−１８５４１５では、更
に、図４に示す如く、入射角度θと回折角度φをほぼ等
しくする変形例も記載しているが、０次光と１次光が混
合して分離できないため、良好な信号が得られなかっ
た。
に、図４に示す如く、入射角度θと回折角度φをほぼ等
しくする変形例も記載しているが、０次光と１次光が混
合して分離できないため、良好な信号が得られなかっ
た。
【０００８】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、検出信号の強度がピッチ角のずれの
影響を受け難く、且つ、良好な信号を得ることができ、
従って、機器類への簡単な取付けを実現し、装置の使い
勝手を向上させることを課題とする。
くなされたもので、検出信号の強度がピッチ角のずれの
影響を受け難く、且つ、良好な信号を得ることができ、
従って、機器類への簡単な取付けを実現し、装置の使い
勝手を向上させることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、可干渉光源か
らの光線を複数の方向からスケールへ入射させ、それぞ
れの回折光同士を干渉させて検出信号を得るようにした
格子干渉型変位測定装置において、複数の光線のスケー
ル格子への入射位置を、該スケール格子上での光線径よ
り離すと共に、各光線のスケールへの入射角度と回折光
の出射角度をほぼ同一とすることにより、前記課題を解
決したものである。
らの光線を複数の方向からスケールへ入射させ、それぞ
れの回折光同士を干渉させて検出信号を得るようにした
格子干渉型変位測定装置において、複数の光線のスケー
ル格子への入射位置を、該スケール格子上での光線径よ
り離すと共に、各光線のスケールへの入射角度と回折光
の出射角度をほぼ同一とすることにより、前記課題を解
決したものである。
【００１０】又、前記複数の光線のスケール格子への入
射位置を、スケール表面への入射位置をずらすことによ
り、スケール格子上での光線径より離すようにしたもの
である。
射位置を、スケール表面への入射位置をずらすことによ
り、スケール格子上での光線径より離すようにしたもの
である。
【００１１】あるいは、前記複数の光線のスケール格子
への入射位置を、スケール表面の一点に入射した後、ス
ケール格子に至る迄のガラスの厚み分、光線が進む間
に、スケール格子上での光線径より離すようにしたもの
である。
への入射位置を、スケール表面の一点に入射した後、ス
ケール格子に至る迄のガラスの厚み分、光線が進む間
に、スケール格子上での光線径より離すようにしたもの
である。
【００１２】又、前記スケールに入射する光線の径を制
限する開口を設けて、０次光と１次回折光の分離を確実
としたものである。
限する開口を設けて、０次光と１次回折光の分離を確実
としたものである。
【００１３】又、前記複数の光線のスケール透過光を遮
光する手段を設けて、０次光と１次回折光の分離をより
確実としたものである。
光する手段を設けて、０次光と１次回折光の分離をより
確実としたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】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。
施形態を詳細に説明する。
【００１５】本発明の第１実施形態は、図５に示す如
く、図４に示した従来例と同様の格子干渉型変位測定装
置において、スケール１０に入射する光線の径を制限す
るための、例えば円形の開口６０をコリメータレンズ３
４の出側に設けると共に、この開口６０の大きさによっ
て決まる光線径より十分に離れるようにスケール１０上
での２つの光線の入射位置１０Ａ、１０Ｂを決めてい
る。
く、図４に示した従来例と同様の格子干渉型変位測定装
置において、スケール１０に入射する光線の径を制限す
るための、例えば円形の開口６０をコリメータレンズ３
４の出側に設けると共に、この開口６０の大きさによっ
て決まる光線径より十分に離れるようにスケール１０上
での２つの光線の入射位置１０Ａ、１０Ｂを決めてい
る。
【００１６】更に、ハーフミラー４０の代わりに偏光ビ
ームスプリッタ６２を用いて、スケール１０に入射され
る２つの光線の偏光方向を変えると共に、スケール１０
の出側に、０次光の偏光方向の光線をカットし、且つ、
１次光の偏光方向の光線を通過させる方位で、偏光板６
４Ａ、６４Ｂを設けている。
ームスプリッタ６２を用いて、スケール１０に入射され
る２つの光線の偏光方向を変えると共に、スケール１０
の出側に、０次光の偏光方向の光線をカットし、且つ、
１次光の偏光方向の光線を通過させる方位で、偏光板６
４Ａ、６４Ｂを設けている。
【００１７】図において、６６Ａ、６６Ｂ、６８Ａ、６
８Ｂは、それぞれ、ハーフミラー４４Ａ、４４Ｂを通過
した光から、例えばＬＤ３２の光量をフィードバック制
御する参照信号を得るためのレンズ及び受光素子、７０
は無偏光ビームスプリッタ(ハーフミラー)、７４Ａ、７
６Ａ、７８Ａは、それぞれ、前記ハーフミラー７０を通
過した光からＡ相信号を得るための偏光板、レンズ及び
受光素子、７２Ｂ、７４Ｂ、７６Ｂ、７８Ｂは、それぞ
れ、前記ハーフミラー７０を通過した光から、前記Ａ相
信号に対して位相が９０°ずれたＢ相信号を得るための
１／４波長板、偏光板、レンズ及び受光素子である。
８Ｂは、それぞれ、ハーフミラー４４Ａ、４４Ｂを通過
した光から、例えばＬＤ３２の光量をフィードバック制
御する参照信号を得るためのレンズ及び受光素子、７０
は無偏光ビームスプリッタ(ハーフミラー)、７４Ａ、７
６Ａ、７８Ａは、それぞれ、前記ハーフミラー７０を通
過した光からＡ相信号を得るための偏光板、レンズ及び
受光素子、７２Ｂ、７４Ｂ、７６Ｂ、７８Ｂは、それぞ
れ、前記ハーフミラー７０を通過した光から、前記Ａ相
信号に対して位相が９０°ずれたＢ相信号を得るための
１／４波長板、偏光板、レンズ及び受光素子である。
【００１８】本実施形態において、ＬＤ３２から出射さ
れた光線は、コリメータレンズ３４を通過して平行光と
なり、開口６０により光線径が制限され、偏光ビームス
プリッタ６２により、直交した２つの直線偏光に分けら
れる。
れた光線は、コリメータレンズ３４を通過して平行光と
なり、開口６０により光線径が制限され、偏光ビームス
プリッタ６２により、直交した２つの直線偏光に分けら
れる。
【００１９】それぞれの光線は、左右対称に配置された
ミラー４２Ａ、４２Ｂにより反射され、角度θで、スケ
ール１０上の光線径より大きく離れた２点１０Ａ、１０
Ｂへ入射する。
ミラー４２Ａ、４２Ｂにより反射され、角度θで、スケ
ール１０上の光線径より大きく離れた２点１０Ａ、１０
Ｂへ入射する。
【００２０】スケール１０による±１次（回折）光は、
入射角度θと同じか、ほぼ同じ回折角度φで出射する。
入射角度θと同じか、ほぼ同じ回折角度φで出射する。
【００２１】このときの光源波長λ、該光源波長λと同
じオーダーの例えば１μｍ以下のスケールの格子ピッチ
ｐと、入射角度θ、回折角度φの間には、次式の関係が
成立する。
じオーダーの例えば１μｍ以下のスケールの格子ピッチ
ｐと、入射角度θ、回折角度φの間には、次式の関係が
成立する。
【００２２】sinθ−sinφ＝λ／ｐ …（１）
【００２３】スケール１０が、図の左右方向に変位量ｄ
だけ変位した場合、それぞれの回折光の位相は、ｄ／ｐ
だけ、それぞれ逆方向に変化する。光の位相差に変換さ
れたスケールの変位量は、２つの光束を干渉させること
で、ｄ／２ｐ周期分ずれた干渉光強度として観測され
る。
だけ変位した場合、それぞれの回折光の位相は、ｄ／ｐ
だけ、それぞれ逆方向に変化する。光の位相差に変換さ
れたスケールの変位量は、２つの光束を干渉させること
で、ｄ／２ｐ周期分ずれた干渉光強度として観測され
る。
【００２４】回折された光線は、それぞれの直線偏光成
分を透過する方位に配置された偏光板６４Ａ、６４Ｂを
通過する。又、このとき、スケールから入射角度と同じ
角度θで、ノイズ成分となる透過光（０次光）が出射す
るが、前記のように、光線径以上に離れた２点で回折し
ていることから、±１次光と０次光の光束は重ならず、
更に、前記偏光板６４Ａ、６４Ｂは、０次光を遮光する
位置に配置されているため、その光の殆どが透過しな
い。ここで、完全に遮光することができないのは、光源
３２の偏光度や偏光ビームスプリッタ６２の偏光能によ
り、偏光板６４Ａ、６４Ｂに入射する光線が、完全な直
線偏光ではないためである。
分を透過する方位に配置された偏光板６４Ａ、６４Ｂを
通過する。又、このとき、スケールから入射角度と同じ
角度θで、ノイズ成分となる透過光（０次光）が出射す
るが、前記のように、光線径以上に離れた２点で回折し
ていることから、±１次光と０次光の光束は重ならず、
更に、前記偏光板６４Ａ、６４Ｂは、０次光を遮光する
位置に配置されているため、その光の殆どが透過しな
い。ここで、完全に遮光することができないのは、光源
３２の偏光度や偏光ビームスプリッタ６２の偏光能によ
り、偏光板６４Ａ、６４Ｂに入射する光線が、完全な直
線偏光ではないためである。
【００２５】そして、偏光板６４Ａ、６４Ｂを通過した
それぞれの回折光は、左右対称に配置されたハーフミラ
ー４４Ａ、４４Ｂにより反射され、中央の無偏光ビーム
スプリッタ７０へ入射する。
それぞれの回折光は、左右対称に配置されたハーフミラ
ー４４Ａ、４４Ｂにより反射され、中央の無偏光ビーム
スプリッタ７０へ入射する。
【００２６】ここで、ハーフミラー４４Ａ、４４Ｂを通
過した光は、レンズ６６Ａ、６６Ｂを介して受光素子６
８Ａ、６８Ｂに入射し、参照信号となる。なお、図１又
は図４に示した従来例と同様に、受光素子６８Ａ、６８
Ｂのいずれか一方を省略して、一方のみで代用すること
も可能である。
過した光は、レンズ６６Ａ、６６Ｂを介して受光素子６
８Ａ、６８Ｂに入射し、参照信号となる。なお、図１又
は図４に示した従来例と同様に、受光素子６８Ａ、６８
Ｂのいずれか一方を省略して、一方のみで代用すること
も可能である。
【００２７】無偏光ビームスプリッタ７０に入射する２
つの直線偏光は、それぞれ半分ずつ透過、反射し、更に
同一光路を通って、受光素子７８Ａ、７８Ｂに向かう。
つの直線偏光は、それぞれ半分ずつ透過、反射し、更に
同一光路を通って、受光素子７８Ａ、７８Ｂに向かう。
【００２８】一方の光路（図の右側の光路）には、４５
°方位に偏光板７４Ａが配置されており、２光線を干渉
させ、受光素子７８Ａによりスケールの位置を電気信号
強度に変換して出力する。
°方位に偏光板７４Ａが配置されており、２光線を干渉
させ、受光素子７８Ａによりスケールの位置を電気信号
強度に変換して出力する。
【００２９】他方の光路（図の左側の光路）には、更に
１／４波長板７２Ｂが配置され、片方の直線偏光の位相
のみを９０°遅らせ、更に偏光板７４Ｂを通過させ干渉
させることで、位相の９０°異なる電気信号に変換す
る。
１／４波長板７２Ｂが配置され、片方の直線偏光の位相
のみを９０°遅らせ、更に偏光板７４Ｂを通過させ干渉
させることで、位相の９０°異なる電気信号に変換す
る。
【００３０】受光素子７８Ａ、７８Ｂによって得られた
９０°位相の異なる２信号を処理することで、スケール
の移動方向を判定することができる。
９０°位相の異なる２信号を処理することで、スケール
の移動方向を判定することができる。
【００３１】このとき、偏光板６４Ａ、６４Ｂでカット
し切れなかったスケールの透過光（０次光）も、受光素
子に向かうが、光線径以上に光路がずれており、有効な
光線とは干渉することがなく、出力信号が劣化すること
はない。このため、完全な２光束干渉となり、ほぼ理想
的な正弦波信号が出力される。
し切れなかったスケールの透過光（０次光）も、受光素
子に向かうが、光線径以上に光路がずれており、有効な
光線とは干渉することがなく、出力信号が劣化すること
はない。このため、完全な２光束干渉となり、ほぼ理想
的な正弦波信号が出力される。
【００３２】又、左右それぞれのハーフミラー４４Ａ、
４４Ｂを透過した光線は、回折光の強度モニタとして使
用され、強度が一定になるようにＬＤ３２の光量を制御
するのに用いられる。
４４Ｂを透過した光線は、回折光の強度モニタとして使
用され、強度が一定になるようにＬＤ３２の光量を制御
するのに用いられる。
【００３３】図６に、本実施形態におけるスケールのピ
ッチ角と信号強度の関係の実測値を示す。図３に比べて
ピッチ角に対する出力信号強度の落ち込みが小さくなっ
ていることが分かる。
ッチ角と信号強度の関係の実測値を示す。図３に比べて
ピッチ角に対する出力信号強度の落ち込みが小さくなっ
ていることが分かる。
【００３４】このようにして、入射角度θと回折角度φ
を同じか、ほぼ同じとすることで、ピッチ角のずれが発
生した場合に、受光素子への左右光路を通過した光線の
入射角度間に差が発生し難くなる。これは、入射角度θ
と回折角度φの間に、（１）式の関係があり、θとφが
反比例関係であるため、θとφがほぼ等しい時には、θ
とφの和がほぼ一定となり、左右の光路を通過した光線
間に角度差が発生し難く、信号強度の劣化が起こり難く
なるためである。
を同じか、ほぼ同じとすることで、ピッチ角のずれが発
生した場合に、受光素子への左右光路を通過した光線の
入射角度間に差が発生し難くなる。これは、入射角度θ
と回折角度φの間に、（１）式の関係があり、θとφが
反比例関係であるため、θとφがほぼ等しい時には、θ
とφの和がほぼ一定となり、左右の光路を通過した光線
間に角度差が発生し難く、信号強度の劣化が起こり難く
なるためである。
【００３５】本実施形態においては、円形の開口６０を
設けているので、入射光線の径を絞ることにより、スケ
ール１０上で入射位置をずらす量を小さくすることがで
きる。なお、開口６０の形状は円形に限定されず、更
に、入射光線の径がもともと小さい場合や、あるいは、
装置のサイズに余裕がある場合には、開口６０を省略す
ることができる。
設けているので、入射光線の径を絞ることにより、スケ
ール１０上で入射位置をずらす量を小さくすることがで
きる。なお、開口６０の形状は円形に限定されず、更
に、入射光線の径がもともと小さい場合や、あるいは、
装置のサイズに余裕がある場合には、開口６０を省略す
ることができる。
【００３６】本実施形態においては、更に、スケールに
入射する光の偏光方向を異なるものとし、その出側に偏
光板６４Ａ、６４Ｂを設けて０次光を遮蔽するようにし
ているので、ノイズの影響を確実に低減することができ
る。なお、条件によっては、偏光ビームスプリッタ６２
でなくハーフミラーを用いたり、偏光板６４Ａ、６４Ｂ
を省略することもできる。
入射する光の偏光方向を異なるものとし、その出側に偏
光板６４Ａ、６４Ｂを設けて０次光を遮蔽するようにし
ているので、ノイズの影響を確実に低減することができ
る。なお、条件によっては、偏光ビームスプリッタ６２
でなくハーフミラーを用いたり、偏光板６４Ａ、６４Ｂ
を省略することもできる。
【００３７】次に、図７を参照して、本発明の第２実施
形態を詳細に説明する。
形態を詳細に説明する。
【００３８】本実施形態は、ガラス基板１２Ａの上にス
ケール格子１２Ｂが形成され、更に、その上がガラス１
２Ｃによって被覆されたスケール１２を用いた格子干渉
型変位測定装置において、第１実施形態の偏光ビームス
プリッタ６２及び無偏光ビームスプリック７０の代り
に、プリズム８０、８２を用いて、スケール１２の表面
１２Ｓ（即ちガラス１２Ｃの表面）への入射点が１点で
あったものが、ガラス１２Ｃの厚みｔ分、光線が進む
と、光線径以上離れて、スケール格子１２Ｂに入射する
ようにしたものである。
ケール格子１２Ｂが形成され、更に、その上がガラス１
２Ｃによって被覆されたスケール１２を用いた格子干渉
型変位測定装置において、第１実施形態の偏光ビームス
プリッタ６２及び無偏光ビームスプリック７０の代り
に、プリズム８０、８２を用いて、スケール１２の表面
１２Ｓ（即ちガラス１２Ｃの表面）への入射点が１点で
あったものが、ガラス１２Ｃの厚みｔ分、光線が進む
と、光線径以上離れて、スケール格子１２Ｂに入射する
ようにしたものである。
【００３９】他の点については、第１実施形態と同じで
あるため、同じ符号を付して、説明は省略する。
あるため、同じ符号を付して、説明は省略する。
【００４０】本実施形態においては、複数の光線がガラ
ス１２Ｃの表面の１点に入射するため、ガラス表面（入
射側）のうねりによる誤差を生じにくい。
ス１２Ｃの表面の１点に入射するため、ガラス表面（入
射側）のうねりによる誤差を生じにくい。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、スケールと検出器の取
付角度差による検出信号効率の劣化が小さくなり、取付
けの際の同位置調整が不要になる。機器取付時の位置関
係は、取付基準面の加工精度基準で十分であり、取扱い
が簡単になるだけでなく、特別な調整機構も不要とな
り、構成を簡略化して、部品点数を減らすことができ
る。
付角度差による検出信号効率の劣化が小さくなり、取付
けの際の同位置調整が不要になる。機器取付時の位置関
係は、取付基準面の加工精度基準で十分であり、取扱い
が簡単になるだけでなく、特別な調整機構も不要とな
り、構成を簡略化して、部品点数を減らすことができ
る。
【図１】出願人が特開平１−１８５４１５で提案した従
来の格子干渉型変位検出装置の構成を示す光路図
来の格子干渉型変位検出装置の構成を示す光路図
【図２】図１の光路の要部を示す光路図
【図３】図１の光学系における出力信号強度のピッチ角
変動特性を示す線図
変動特性を示す線図
【図４】出願人が特開平１−１８５４１５に記載した変
形例の構成を示す光路図
形例の構成を示す光路図
【図５】本発明の第１実施形態を示す光路図
【図６】第１実施形態における出力信号強度のピッチ角
変動特性の例を示す線図
変動特性の例を示す線図
【図７】本発明の第２実施形態を示す光路図
１０、１２…スケール
１０Ａ、１０Ｂ…回折点
１２Ａ・・・ガラス基板
１２Ｂ・・・スケール格子
１２Ｃ・・・ガラス
３２…レーザダイオード（ＬＤ）
３４…コリメータレンズ
６０…開口
６２…偏光ビームスプリッタ
６４Ａ、６４Ｂ、７４Ａ、７４Ｂ…偏光板
６６Ａ、６６Ｂ、７６Ａ、７６Ｂ…レンズ
６８Ａ、６８Ｂ、７８Ａ、７８Ｂ…受光素子
７０…無偏光ビームスプリッタ（ハーフミラー）
７２Ｂ…１／４波長板
８０、８２・・・プリズム
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2F103 BA27 CA02 CA04 CA08 DA01
DA12 EA15 EB02 EB08 EB16
EB33 EC03 EC12 EC13 EC14
EC15
Claims (5)
- 【請求項１】可干渉光源からの光線を複数の方向からス
ケールへ入射させ、それぞれの回折光同士を干渉させて
検出信号を得るようにした格子干渉型変位測定装置にお
いて、 複数の光線のスケール格子への入射位置を、該スケール
格子上での光線径より離すと共に、 各光線のスケールへの入射角度と回折光の出射角度をほ
ぼ同一としたことを特徴とする格子干渉型変位測定装
置。 - 【請求項２】前記複数の光線のスケール格子への入射位
置を、スケール表面への入射位置をずらすことにより、
スケール格子上での光線径より離すことを特徴とする請
求項１に記載の格子干渉型変位測定装置。 - 【請求項３】前記複数の光線のスケール格子への入射位
置を、スケール表面の一点に入射した後、スケール格子
に至る迄のガラスの厚み分、光線が進む間に、スケール
格子上での光線径より離すことを特徴とする請求項１に
記載の格子干渉型変位測定装置。 - 【請求項４】前記スケールに入射する光線の径を制限す
る開口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至
３乃至のいずれかに記載の格子干渉型変位測定装置。 - 【請求項５】前記複数の光線のスケール透過光を遮光す
る手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至
４のいずれかに記載の格子干渉型変位測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002048396A JP4077637B2 (ja) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | 格子干渉型変位測定装置 |
| US10/356,607 US6956654B2 (en) | 2002-02-25 | 2003-02-03 | Displacement measuring device with interference grating |
| CNB031063438A CN1215308C (zh) | 2002-02-25 | 2003-02-25 | 光栅干涉型位移测量装置 |
| DE10308016.3A DE10308016B4 (de) | 2002-02-25 | 2003-02-25 | Verschiebungsmessgerät mit Interferenzgitter |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002048396A JP4077637B2 (ja) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | 格子干渉型変位測定装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=27678483
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002048396A Expired - Fee Related JP4077637B2 (ja) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | 格子干渉型変位測定装置 |
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|---|---|
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| JP (1) | JP4077637B2 (ja) |
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| DE (1) | DE10308016B4 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2006177876A (ja) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Mitsutoyo Corp | 変位検出装置 |
| EP2629063A2 (en) | 2012-02-17 | 2013-08-21 | Mitutoyo Corporation | Photoelectric encoder |
| JP2014025765A (ja) * | 2012-07-25 | 2014-02-06 | Dmg Mori Seiki Co Ltd | 変位検出装置 |
| JP2014025766A (ja) * | 2012-07-25 | 2014-02-06 | Dmg Mori Seiki Co Ltd | 変位検出装置 |
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| US7414730B2 (en) * | 2005-05-06 | 2008-08-19 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | High precision interferometer apparatus employing a grating beamsplitter |
| WO2007077855A1 (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Nikon Corporation | エンコーダ |
| JP4863803B2 (ja) * | 2006-07-28 | 2012-01-25 | 株式会社ミツトヨ | 光学式エンコーダ |
| JP4880055B2 (ja) * | 2010-06-04 | 2012-02-22 | 株式会社新川 | 電子部品実装装置及びその方法 |
| TWI426229B (zh) * | 2010-08-18 | 2014-02-11 | Univ Nat Formosa | Linear platform five degrees of freedom measurement system |
| US8604413B2 (en) * | 2011-06-13 | 2013-12-10 | Mitutoyo Corporation | Optical encoder including displacement sensing normal to the encoder scale grating surface |
| EP3015828B1 (en) * | 2014-10-30 | 2016-09-28 | Fagor, S. Coop. | Optoelectronic device and method thereof |
| JP6437802B2 (ja) * | 2014-11-28 | 2018-12-12 | 株式会社ミツトヨ | 光学式エンコーダ |
| CN104713485B (zh) * | 2015-03-17 | 2017-06-16 | 许筱晓 | 利用SiO2膜测量微纳长度的系统及方法 |
| CN105136022B (zh) * | 2015-09-14 | 2017-07-14 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 自准直光栅干涉仪高光学细分结构 |
| CN107421464B (zh) * | 2017-07-25 | 2019-08-06 | 苏州大学 | 用于表面形貌测量的高精度干涉型双位相光栅位移传感器 |
| CN110360931B (zh) * | 2019-05-31 | 2020-11-10 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | 一种对称式紧凑型外差干涉光栅位移测量系统 |
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|---|---|---|---|---|
| DE3486178T2 (de) | 1983-11-04 | 1993-10-21 | Sony Magnescale Inc | Optisches Instrument zur Messung einer Verschiebung. |
| JPH0638050B2 (ja) | 1988-01-21 | 1994-05-18 | 株式会社ミツトヨ | 格子干渉型変位検出装置 |
| US5035507A (en) * | 1988-12-21 | 1991-07-30 | Mitutoyo Corporation | Grating-interference type displacement meter apparatus |
| JP4023923B2 (ja) | 1998-07-02 | 2007-12-19 | ソニーマニュファクチュアリングシステムズ株式会社 | 光学式変位測定装置 |
| KR100531458B1 (ko) * | 1998-08-20 | 2005-11-25 | 소니 매뉴펙츄어링 시스템즈 코포레이션 | 광학식 변위측정장치 |
-
2002
- 2002-02-25 JP JP2002048396A patent/JP4077637B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-02-03 US US10/356,607 patent/US6956654B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-02-25 CN CNB031063438A patent/CN1215308C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2003-02-25 DE DE10308016.3A patent/DE10308016B4/de not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| EP2629063A2 (en) | 2012-02-17 | 2013-08-21 | Mitutoyo Corporation | Photoelectric encoder |
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| JP2014025765A (ja) * | 2012-07-25 | 2014-02-06 | Dmg Mori Seiki Co Ltd | 変位検出装置 |
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|---|---|
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| US20030160966A1 (en) | 2003-08-28 |
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| CN1215308C (zh) | 2005-08-17 |
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