JP2005121539A - 変位検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 光源の波長変動に対する安定性に優れ、小型軽量化に適した変位検出装置を提供する。
【解決手段】 発光素子1により発光された光を2つの光La1,La2に分離して出射し、回折格子8により任意の角度に回折された2つの1回回折光Lb1,Lb2を作り出すとともに、戻された回折光Ld1,Ld2を互いに干渉させて、干渉信号を検出する受発光複合ユニット12と、変位を検出するための移動する回折格子11と、受発光複合ユニット12から出射された2つの光La1,La2を回折格子11に照射するとともに、回折格子11からの2つの2回回折光Ld1,Ld2を受発光複合ユニット12へ導く回折格子8と、回折格子11からの2つの1回回折光Lc1,Lc2を反射して再度回折格子11に照射する反射光学系14とを備える。
【選択図】 図1
Description
(ここで、m=回折次数、d=格子ピッチ、θa=入射角、θa’=回折角)
したがって、回折格子8がない状態では、図4の(A),(B)に示すように、光源の波長λの変動によって、回折角が変動した分、光軸にずれを生じる。よって光学部品14で所謂ケラレを生じる可能性がある。なお、図4の(A)は格子ピッチdが550nmで光源の波長λが778nmの状態を示し、(B)は格子ピッチdが550nmで光源の波長λが550nmの状態を示している。
sinθb+sinθb´=mλ/d (12)
d:回折格子のピッチ
λ:光の波長
m:回折次数
1回回折光Lc1、Lc2はそれぞれ反射器26、27を垂直に反射する。このとき、1回回折光Lc1、Lc2は、1/4波長板WP1、WP2を2回通過するため、偏光方向は夫々90°回転させられる。このため、元々S偏光であった1回回折光Lc1はP偏光に変換され、また元々P偏光であった1回回折光Lc1は、S偏光に変換される。
この干渉信号Iは、回折格子11が格子ベクトル方向へd/4移動することにより1周期分変化する。δは、重ね合わせた2つの2回回折光Ld1、Ld2の光路長の差に依存する量である。
B+Acos(4・K・x+90°+δ) (22)
B+Acos(4・K・x+180°+δ) (23)
B+Acos(4・K・x+270°+δ) (24)
B=1/4(A12+A22)
A=1/2・A1・A2
式(21)は、偏光部42_1を透過した干渉光Ldaの強度を表した式であり、式(22)は、偏光部42_2を透過した干渉光Ldbの強度を表した式であり、式(23)は、偏光部42_3を透過した干渉光Ldcの強度を表した式であり、式(24)は、偏光部42_4を透過した干渉光Lddの強度を表した式である。これらの式で表される干渉光Lda,Ldb,Ldc,Lddは、レンズ41_1,41_2,41_3,41_4を介して、受光素子52_1,52_2,52_3,52_4に結像される。すなわち各受光素子52は、上述の式で表される干渉光Ldを光電変換して干渉信号を生成することとなる。
さらに、防水構造を採ることで、回折格子78を液体中に入れ、液体中での計測が可能になる。
Claims (9)
- 光を出射する光源と、
上記光源から出射された光を、2つの光に分離して外部光学系へ出射し、当該外部光学系から反射される上記2つの光を合成して合成光を生成するビームスプリッタと、
上記ビームスプリッタから出射された2つ光を任意の角度に回折するための第1の回折格子と、
変位を検出するための移動する第2の回折格子と、
回折光を夫々反射する反射手段と、
上記反射手段により反射された回折光が、上記第2の回折格子と第1の回折格子を再び辿って上記ビームスプリッタに戻り、このビームスプリッタにより合成された合成光を光電変換して干渉信号を生成する受光手段とを備えること
を特徴とする変位検出装置。 - 上記ビームスプリッタは、上記光源から出射された光を、互いに偏光成分が異なる2つの光に分離して外部光学系へ出射し、当該外部光学系から反射される上記2つの光を合成して合成光を生成する偏光ビームスプリッタからなり、
上記光源と上記偏光ビームスプリッタの間に配設され、上記光源から出射される光の偏光状態を変化させて上記偏光ビームスプリッタへ導く位相板と、
上記反射手段により反射された回折光が、上記第2の回折格子と第1の回折格子を再び辿り、得られる2つの回折光を合成させて合成光を生成し、当該合成光を複数に分割する光分割手段と、
上記分割された合成光を夫々所定の偏光成分のみ透過させる偏光手段とを備え、
上記受光手段は、上記偏光手段を透過した干渉光を夫々光電変換して干渉信号を生成することを特徴とする請求項1記載の変位検出装置。 - 上記光源、偏光ビームスプリッタ、位相板、第1の回折格子、光分割手段、偏光手段及び受光手段を一体化してなることを特徴とする請求項2記載の変位検出装置。
- さらに、上記反射手段を一体化してなることを特徴とする請求項3記載の変位検出装置。
- 上記第1の回折格子と第2の回折格子の格子ピッチが略等しいことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の変位検出装置。
- 上記第1の回折格子と第2の回折格子が透過型のホログラムからなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の変位検出装置。
- 上記第1の回折格子と第2の回折格子の格子ピッチが互いに異なることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の変位検出装置。
- 上記回折光を反射する反射手段が反射型回折格子で構成されたことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の変位検出装置。
- 上記光源、ビームスプリッタ、第1の回折格子及び受光手段を一体化してなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の変位検出装置。
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