JP2650645B2 - 光学装置 - Google Patents
光学装置Info
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- linearly polarized
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学装置に関し、
特に直交する偏光方位を有する２つの直線偏光光束間の
相互位相変化に伴う干渉光強度の変化を所定の位相で取
り出す為の、例えば変位物体の変位情報（移動速度，移
動方向，回転速度，回転方向等）を光電的に検出する光
学式エンコーダー等に適用したときに最適な光学装置に
関する。
特に直交する偏光方位を有する２つの直線偏光光束間の
相互位相変化に伴う干渉光強度の変化を所定の位相で取
り出す為の、例えば変位物体の変位情報（移動速度，移
動方向，回転速度，回転方向等）を光電的に検出する光
学式エンコーダー等に適用したときに最適な光学装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、互いに直交する偏光方位を有
する２つの直線偏光光束間の相互位相変化に伴う干渉光
強度の変化を所定の位相で取り出す為の光学装置が、例
えば特公昭５５−９６４１号公報や、特開昭４８−６７
５９号公報等で提案されている。同公報では干渉計より
得られた直交する偏光方位を有する２つの直線偏光光束
に対し、それぞれに４５°の傾きを有する検光子を透過
させてそれぞれの４５°成分を取り出し干渉させてい
る。
する２つの直線偏光光束間の相互位相変化に伴う干渉光
強度の変化を所定の位相で取り出す為の光学装置が、例
えば特公昭５５−９６４１号公報や、特開昭４８−６７
５９号公報等で提案されている。同公報では干渉計より
得られた直交する偏光方位を有する２つの直線偏光光束
に対し、それぞれに４５°の傾きを有する検光子を透過
させてそれぞれの４５°成分を取り出し干渉させてい
る。
【０００３】又この様な光学装置では、９０°位相の異
なる干渉光を得る為に、入射する２光束の一方に平行で
他方に垂直な光学軸を有する１／４波長板を透過させる
形態を用いていた。
なる干渉光を得る為に、入射する２光束の一方に平行で
他方に垂直な光学軸を有する１／４波長板を透過させる
形態を用いていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な光学装置では、取り出す偏光方位成分は直線偏光それ
ぞれに４５°を成す偏光方位成分だけに実質限定される
という問題点があった。
な光学装置では、取り出す偏光方位成分は直線偏光それ
ぞれに４５°を成す偏光方位成分だけに実質限定される
という問題点があった。
【０００５】本発明は、直交する偏光方位を有する２つ
の直線偏光光束から干渉光束を形成するに際し、取り出
す偏光方位の選択が自由な光学装置を提供することを目
的とする。
の直線偏光光束から干渉光束を形成するに際し、取り出
す偏光方位の選択が自由な光学装置を提供することを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光学装置は、(1
-1) 直交する偏光方位を有する２つの直線偏光光束の合
波光束が通過する位置に前記２光束のいずれかの偏光方
位に対して偏光軸を４５°傾けて設けられた１／４波長
板と、該１／４波長板を通過した光束から所定の偏光方
位成分を選択するための偏光方位選択手段とを有するこ
とを特徴としている。
-1) 直交する偏光方位を有する２つの直線偏光光束の合
波光束が通過する位置に前記２光束のいずれかの偏光方
位に対して偏光軸を４５°傾けて設けられた１／４波長
板と、該１／４波長板を通過した光束から所定の偏光方
位成分を選択するための偏光方位選択手段とを有するこ
とを特徴としている。
【０００７】特に、前記偏光方位選択手段は偏光板を有
することを特徴としている。
することを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の光学装置をロータ
リーエンコーダに適用したときの一実施形態の概略図で
ある。
リーエンコーダに適用したときの一実施形態の概略図で
ある。
【０００９】同図において、１はレーザー等の可干渉性
の光源、２はコリメーターレンズ、３は偏光ビームスプ
リッターで、レーザー１からの直線偏光に対して、その
偏光軸が４５°となるように配置されている。４1 ，４
2 ，４3 は各々１／４波長板で、各々、偏光ビームスプ
リッター３の、反射及び透過光束の直線偏光に対して、
各々の偏光軸が４５°となるように配置されている。す
なわち、１／４波長板４1 は偏光ビームスプリッター３
の反射光束の直線偏光方位に対してその偏光軸が４５°
となるように配置され、１／４波長板４2 は偏光ビーム
スプリッター３の透過光束の直線偏光方位に対してその
偏光軸が４５°となるように配置されている。また１／
４波長板４3 は、偏光ビームスプリッター３の透過ある
いは反射光束のいずれかの偏光方位に対してその偏光軸
が４５°となるように配置されている。５は反射鏡であ
る。
の光源、２はコリメーターレンズ、３は偏光ビームスプ
リッターで、レーザー１からの直線偏光に対して、その
偏光軸が４５°となるように配置されている。４1 ，４
2 ，４3 は各々１／４波長板で、各々、偏光ビームスプ
リッター３の、反射及び透過光束の直線偏光に対して、
各々の偏光軸が４５°となるように配置されている。す
なわち、１／４波長板４1 は偏光ビームスプリッター３
の反射光束の直線偏光方位に対してその偏光軸が４５°
となるように配置され、１／４波長板４2 は偏光ビーム
スプリッター３の透過光束の直線偏光方位に対してその
偏光軸が４５°となるように配置されている。また１／
４波長板４3 は、偏光ビームスプリッター３の透過ある
いは反射光束のいずれかの偏光方位に対してその偏光軸
が４５°となるように配置されている。５は反射鏡であ
る。
【００１０】６1 ，６2 ，６1 ′，６2 ′は各々シリン
ドリカルレンズ、７，７′は反射鏡である。８は円板上
に例えば透光部と反射部の格子模様を等角度で設けたス
ケールを形成する放射格子、９は不図示の被検回転物体
の回転軸である。１０はビームスプリッター、１１，１
１′は偏光板で、偏光方位が互いに４５°になるように
配置されている。１２，１２′は受光素子である。
ドリカルレンズ、７，７′は反射鏡である。８は円板上
に例えば透光部と反射部の格子模様を等角度で設けたス
ケールを形成する放射格子、９は不図示の被検回転物体
の回転軸である。１０はビームスプリッター、１１，１
１′は偏光板で、偏光方位が互いに４５°になるように
配置されている。１２，１２′は受光素子である。
【００１１】レーザー１より放射された光束は、コリメ
ーターレンズ２によって略平行光束となり、偏光ビーム
スプリッター３に入射する。偏光ビームスプリッター３
は、その方位が、レーザー１の直線偏光方位に対して４
５°となるように配置されておりレーザー１からの光束
を略等しい光量の反射光束と透過光束に分割する。分割
された２つの光束は各々１／４波長板４1 及び４2 を通
過後、円偏光となる。このうち、透過光束はシリンドリ
カルレンズ６1 を介して、放射格子８上の位置Ｍ1 上に
線状照射される。
ーターレンズ２によって略平行光束となり、偏光ビーム
スプリッター３に入射する。偏光ビームスプリッター３
は、その方位が、レーザー１の直線偏光方位に対して４
５°となるように配置されておりレーザー１からの光束
を略等しい光量の反射光束と透過光束に分割する。分割
された２つの光束は各々１／４波長板４1 及び４2 を通
過後、円偏光となる。このうち、透過光束はシリンドリ
カルレンズ６1 を介して、放射格子８上の位置Ｍ1 上に
線状照射される。
【００１２】一方、反射光束は、反射鏡５及びシリンド
リカルレンズ６1 ′を介して、放射格子８上の位置Ｍ2
上に線状照射される。ここで、シリンドリカルレンズ６
1 ，６1 ′は光束を放射格子８の放射方向と直交する方
向に線状照射するように必要に応じて配置されている。
このように線状照射することにより、放射格子８上での
光束の照射部分に相当する透光部と反射部の格子模様の
ピッチ誤差を軽減することができる。また、放射格子８
上の照射位置Ｍ1 とＭ2 は、不図示の被検回転物体の回
転中心に対して略点対称な位置関係となるように設定さ
れている。
リカルレンズ６1 ′を介して、放射格子８上の位置Ｍ2
上に線状照射される。ここで、シリンドリカルレンズ６
1 ，６1 ′は光束を放射格子８の放射方向と直交する方
向に線状照射するように必要に応じて配置されている。
このように線状照射することにより、放射格子８上での
光束の照射部分に相当する透光部と反射部の格子模様の
ピッチ誤差を軽減することができる。また、放射格子８
上の照射位置Ｍ1 とＭ2 は、不図示の被検回転物体の回
転中心に対して略点対称な位置関係となるように設定さ
れている。
【００１３】放射格子８に入射した光束は、放射格子８
の格子模様によって反射回折される。いま、光束の照射
位置における格子模様のピッチをｐとすれば、ｍ次の反
射回折光Ｌ，Ｌ′の回折角度θm は、次の（１）式で表
される。
の格子模様によって反射回折される。いま、光束の照射
位置における格子模様のピッチをｐとすれば、ｍ次の反
射回折光Ｌ，Ｌ′の回折角度θm は、次の（１）式で表
される。
【００１４】sin θm ＝ｍλ／ｐ ‥‥‥（１） ここで、λは光束の波長である。
【００１５】いま、放射格子８が、角速度ωで回転して
いるとし、放射格子８の回転中心から、照射位置Ｍ1 ，
Ｍ2 までの距離をｒとすると、照射位置Ｍ1 ，Ｍ2 での
周速度はｖ＝ｒωとなる。
いるとし、放射格子８の回転中心から、照射位置Ｍ1 ，
Ｍ2 までの距離をｒとすると、照射位置Ｍ1 ，Ｍ2 での
周速度はｖ＝ｒωとなる。
【００１６】
【外１】 ここで・はベクトルの内積を表わす。
【００１７】そして、シリンドリカルレンズ６2 ，６
2 ′を介して、反射鏡７，７′で位置Ｍ1 ，Ｍ2 を再照
射する。そうすると位置Ｍ1 ，Ｍ2 で再び回折されこの
ときのｍ次の反射回折光束は、元の光路を戻るが、再回
折時に再び（２）式で表わされる量のドップラーシフト
を受ける。この為位置Ｍ1 で再回折されて元の光路を戻
る光束は、周波数２Δｆのドップラーシフトを受け、位
置Ｍ2 で再回折されて元の光路を戻る光束は周波数−２
Δｆのドップラーシフトを受ける。
2 ′を介して、反射鏡７，７′で位置Ｍ1 ，Ｍ2 を再照
射する。そうすると位置Ｍ1 ，Ｍ2 で再び回折されこの
ときのｍ次の反射回折光束は、元の光路を戻るが、再回
折時に再び（２）式で表わされる量のドップラーシフト
を受ける。この為位置Ｍ1 で再回折されて元の光路を戻
る光束は、周波数２Δｆのドップラーシフトを受け、位
置Ｍ2 で再回折されて元の光路を戻る光束は周波数−２
Δｆのドップラーシフトを受ける。
【００１８】ここで位置Ｍ1 で再回折されて元の光路を
戻る光束は、１／４波長板４2 を再び透過すると、その
方位が入射時とは９０度回転した直線偏光ＬＭ1 とな
り、偏光ビームスプリッター３で反射される。また位置
Ｍ2 で再回折されて元の光路を戻る光束も、１／４波長
板４1 を再び透過すると、その方位が入射時とは９０度
回転した直線偏光ＬＭ2 となり、偏光ビームスプリッタ
ー３を透過する。位置Ｍ1 ，Ｍ2 で再回折された２つの
直線偏光光束は、重なり合い、合波光束となる。偏光ビ
ームスプリッター３を通過した２つの直線偏光光束ＬＭ
1 又はＬＭ2 はいずれかの光束ＬＭ1 又はＬＭ2 の偏光
方位に対して偏光軸を４５°傾けた１／４波長板４3 を
通って、ビームスプリッター１０で２光束に分割され所
定の偏光方位成分を選択するための偏光方位選択手段と
しての偏光板１１，１１′を透過して受光素子１２，１
２′に入射する。
戻る光束は、１／４波長板４2 を再び透過すると、その
方位が入射時とは９０度回転した直線偏光ＬＭ1 とな
り、偏光ビームスプリッター３で反射される。また位置
Ｍ2 で再回折されて元の光路を戻る光束も、１／４波長
板４1 を再び透過すると、その方位が入射時とは９０度
回転した直線偏光ＬＭ2 となり、偏光ビームスプリッタ
ー３を透過する。位置Ｍ1 ，Ｍ2 で再回折された２つの
直線偏光光束は、重なり合い、合波光束となる。偏光ビ
ームスプリッター３を通過した２つの直線偏光光束ＬＭ
1 又はＬＭ2 はいずれかの光束ＬＭ1 又はＬＭ2 の偏光
方位に対して偏光軸を４５°傾けた１／４波長板４3 を
通って、ビームスプリッター１０で２光束に分割され所
定の偏光方位成分を選択するための偏光方位選択手段と
しての偏光板１１，１１′を透過して受光素子１２，１
２′に入射する。
【００１９】このように周波数２Δｆ及び周波数−２Δ
ｆのドップラーシフトを受けた２つの光束が重なり合う
ため、受光素子１２，１２′の出力信号の周波数は、２
Δｆ−（−２Δｆ）＝４Δｆとなる。つまり、受光素子
１２，１２′の出力信号の周波数Ｆは、Ｆ＝４Δｆ＝４
ｒωsin θm ／λとなり、（１）式の回折条件の式か
ら、Ｆ＝４ｍｒω／ｐとなる。放射格子８の格子模様の
総本数をＮ、等角度ピッチをΔφとすれば、ｐ＝ｒΔ
φ，Δφ＝２π／Ｎより、 Ｆ＝２ｍＮω／π ‥‥‥（３） となる。いま、時間Δｔの間での受光素子の出力信号の
波数をｎ、Δｔの間での放射格子８の回転角をθとすれ
ば、ｎ＝ＦΔｔ，θ＝ωΔｔより、 ｎ＝２ｍＮθ／π ‥‥‥（４） となり、受光素子の出力信号波形の波数ｎをカウントす
ることによって、放射格子８の回転角θを、（４）式に
よって求めることができる。
ｆのドップラーシフトを受けた２つの光束が重なり合う
ため、受光素子１２，１２′の出力信号の周波数は、２
Δｆ−（−２Δｆ）＝４Δｆとなる。つまり、受光素子
１２，１２′の出力信号の周波数Ｆは、Ｆ＝４Δｆ＝４
ｒωsin θm ／λとなり、（１）式の回折条件の式か
ら、Ｆ＝４ｍｒω／ｐとなる。放射格子８の格子模様の
総本数をＮ、等角度ピッチをΔφとすれば、ｐ＝ｒΔ
φ，Δφ＝２π／Ｎより、 Ｆ＝２ｍＮω／π ‥‥‥（３） となる。いま、時間Δｔの間での受光素子の出力信号の
波数をｎ、Δｔの間での放射格子８の回転角をθとすれ
ば、ｎ＝ＦΔｔ，θ＝ωΔｔより、 ｎ＝２ｍＮθ／π ‥‥‥（４） となり、受光素子の出力信号波形の波数ｎをカウントす
ることによって、放射格子８の回転角θを、（４）式に
よって求めることができる。
【００２０】ところで、回転角度を検出する際、回転方
向が検出出来れば更に好ましい。そのため本実施形態に
おいては、従来の光電式ロータリーエンコーダーなどに
おいて公知のように、複数個の受光素子を用意して、互
いの信号の位相が９０度ずれるように配置し、回転に伴
う９０度位相差信号から、回転方向を示す信号を取り出
す方式を用いている。
向が検出出来れば更に好ましい。そのため本実施形態に
おいては、従来の光電式ロータリーエンコーダーなどに
おいて公知のように、複数個の受光素子を用意して、互
いの信号の位相が９０度ずれるように配置し、回転に伴
う９０度位相差信号から、回転方向を示す信号を取り出
す方式を用いている。
【００２１】本実施形態においては、２つの受光素子１
２，１２′で得られる出力信号間の９０°の位相ずれを
つけており、これを偏光ビームスプリッター３と、１／
４波長板４3 及び偏光板１１，１１′を組み合わせて作
り出している。
２，１２′で得られる出力信号間の９０°の位相ずれを
つけており、これを偏光ビームスプリッター３と、１／
４波長板４3 及び偏光板１１，１１′を組み合わせて作
り出している。
【００２２】図６は図１の偏光ビームスプリッター３以
降の本発明の光学装置を構成する各要素４3 ，１０，１
１，１１′の光学的作用を示す摸式図である。
降の本発明の光学装置を構成する各要素４3 ，１０，１
１，１１′の光学的作用を示す摸式図である。
【００２３】すなわち、図６に示すように放射格子８上
の位置Ｍ1 ，Ｍ2 で再回折されて元の光路を戻る直線偏
光光束ＬＭ1 ，ＬＭ2 は偏光ビームスプリッター３で各
々反射及び透過されて重なり合い、合波光束となり、２
光束ＬＭ1 ，ＬＭ2 のいずれかの偏光方位に対して偏光
軸を４５°傾けた１／４波長板４3 を透過することによ
って右回りの円偏光ＴＭ1 と左回りの円偏光ＴＭ2 とな
る。
の位置Ｍ1 ，Ｍ2 で再回折されて元の光路を戻る直線偏
光光束ＬＭ1 ，ＬＭ2 は偏光ビームスプリッター３で各
々反射及び透過されて重なり合い、合波光束となり、２
光束ＬＭ1 ，ＬＭ2 のいずれかの偏光方位に対して偏光
軸を４５°傾けた１／４波長板４3 を透過することによ
って右回りの円偏光ＴＭ1 と左回りの円偏光ＴＭ2 とな
る。
【００２４】この２つの円偏光ＴＭ1 ，ＴＭ2 が重なり
合うと、一部偏光成分が相殺された結果的に所定方向に
偏光面を有する直線偏光ＴＬとなる。
合うと、一部偏光成分が相殺された結果的に所定方向に
偏光面を有する直線偏光ＴＬとなる。
【００２５】このときの直線偏光ＴＬの偏光方位は放射
格子８の回転に伴って変化する。そしてこの直線偏光Ｔ
Ｌをハーフミラー１０で２つの光束ＴＬ1 ，ＴＬ2 に分
割して各々所定の偏光方位成分を選択する為の偏光方位
選択手段としての偏光板１１，１１′に導光している。
格子８の回転に伴って変化する。そしてこの直線偏光Ｔ
Ｌをハーフミラー１０で２つの光束ＴＬ1 ，ＴＬ2 に分
割して各々所定の偏光方位成分を選択する為の偏光方位
選択手段としての偏光板１１，１１′に導光している。
【００２６】そして分割した２つの光束ＴＬ1 ，ＴＬ2
を偏光板１１，１１′を介して一定の振動方向の成分だ
けとしてこの成分だけを受光素子１２，１２′で受光し
ている。このとき受光素子１２，１２′からは初めて放
射格子８の回転に伴う明暗信号Ｓ1 ，Ｓ2 が得られる。
を偏光板１１，１１′を介して一定の振動方向の成分だ
けとしてこの成分だけを受光素子１２，１２′で受光し
ている。このとき受光素子１２，１２′からは初めて放
射格子８の回転に伴う明暗信号Ｓ1 ，Ｓ2 が得られる。
【００２７】本実施形態では２つの偏光板１１，１１′
の方位を互いに４５°ずらしており、これにより受光素
子１２，１２′から互いに９０°位相がずれた明暗信号
Ｓ1，Ｓ2 を得ている。
の方位を互いに４５°ずらしており、これにより受光素
子１２，１２′から互いに９０°位相がずれた明暗信号
Ｓ1，Ｓ2 を得ている。
【００２８】そして図１に示すように例えば受光素子１
２，１２′の出力信号を波形整形し、回転方向を検出し
た後カウンターに積算し、回転角度を求めている。
２，１２′の出力信号を波形整形し、回転方向を検出し
た後カウンターに積算し、回転角度を求めている。
【００２９】図３は図１の放射格子８と２つの光束の放
射格子８上の照射位置Ｍ1 ，Ｍ2 と被検回転物体の回転
中心との説明図である。
射格子８上の照射位置Ｍ1 ，Ｍ2 と被検回転物体の回転
中心との説明図である。
【００３０】本実施形態においては放射格子８の中心と
被検回転物体の回転中心に対して略点対称の２点Ｍ1 ，
Ｍ2 を測定点とすることにより放射格子８の中心と、被
検回転体の回転中心との偏心の影響を軽減している。
被検回転物体の回転中心に対して略点対称の２点Ｍ1 ，
Ｍ2 を測定点とすることにより放射格子８の中心と、被
検回転体の回転中心との偏心の影響を軽減している。
【００３１】すなわち、放射格子８の中心と、回転中心
とを完全に一致させることは機構上困難であり、両者の
偏心は避けられない。たとえば、図３に示すように、放
射格子８の中心Ｏと、回転中心Ｏ′との間に、偏心量が
ａだけあったとき、回転中心から距離ｒの位置にある測
定点Ｍ1 でのドップラー周波数シフトは、偏心がないと
きとくらべて、ｒ／（ｒ＋ａ）から、ｒ／（ｒ−ａ）ま
で変化する。
とを完全に一致させることは機構上困難であり、両者の
偏心は避けられない。たとえば、図３に示すように、放
射格子８の中心Ｏと、回転中心Ｏ′との間に、偏心量が
ａだけあったとき、回転中心から距離ｒの位置にある測
定点Ｍ1 でのドップラー周波数シフトは、偏心がないと
きとくらべて、ｒ／（ｒ＋ａ）から、ｒ／（ｒ−ａ）ま
で変化する。
【００３２】一方、このとき位置Ｍ1 と、回転中心に対
して点対称な位置にある測定点Ｍ2での周波数シフト
は、位置Ｍ1 での変化とは逆に、ｒ／ｒ−ａからｒ／ｒ
＋ａまで変化するから、位置Ｍ1 とＭ2 の２点を同時に
測定することによって、偏心の影響を軽減している。
して点対称な位置にある測定点Ｍ2での周波数シフト
は、位置Ｍ1 での変化とは逆に、ｒ／ｒ−ａからｒ／ｒ
＋ａまで変化するから、位置Ｍ1 とＭ2 の２点を同時に
測定することによって、偏心の影響を軽減している。
【００３３】また本実施形態においては例えば従来から
使用されているインデックススケール方式の光電式ロー
タリーエンコーダーでは、前述の（４）式に対応する、
受光素子からの出力信号の波数ｎと、メインスケールの
総本数Ｎと、回転角θとの関係は、 ｎ＝Ｎθ／２π ‥‥‥（５） であるから、波数１個あたりの回転角Δθは、 Δθ＝２π／Ｎ（ラジアン） ‥‥‥（６） である。これに対して、本実施形態では、（４）式か
ら、 Δθ＝π／２ｍＮ（ラジアン）‥‥‥（７） である。
使用されているインデックススケール方式の光電式ロー
タリーエンコーダーでは、前述の（４）式に対応する、
受光素子からの出力信号の波数ｎと、メインスケールの
総本数Ｎと、回転角θとの関係は、 ｎ＝Ｎθ／２π ‥‥‥（５） であるから、波数１個あたりの回転角Δθは、 Δθ＝２π／Ｎ（ラジアン） ‥‥‥（６） である。これに対して、本実施形態では、（４）式か
ら、 Δθ＝π／２ｍＮ（ラジアン）‥‥‥（７） である。
【００３４】従って、本実施形態によれば、同じ分割数
のスケールを用いても従来例に比べて４ｍ倍の精度で回
転角度の検出が出来ることになる。
のスケールを用いても従来例に比べて４ｍ倍の精度で回
転角度の検出が出来ることになる。
【００３５】また、従来の光電式ロータリーエンコーダ
ーにおいては、透光部と遮光部の間隔は、光の回折の影
響を考慮すると、１０μｍ程度が限度である。
ーにおいては、透光部と遮光部の間隔は、光の回折の影
響を考慮すると、１０μｍ程度が限度である。
【００３６】いま、回転角度検出精度として、例えば３
０秒を得るためには、従来例では、メインスケールの分
割数として前述の（６）式から、 Ｎ＝３６０×６０×６０／３０＝43,200 だけ必要である。そこで、メインスケール最外周での透
光部、遮光部の間隔を１０μｍとすれば、メインスケー
ルの直径は、 0.01ｍｍ×43,200／π＝137.5 ｍｍ 必要になる。
０秒を得るためには、従来例では、メインスケールの分
割数として前述の（６）式から、 Ｎ＝３６０×６０×６０／３０＝43,200 だけ必要である。そこで、メインスケール最外周での透
光部、遮光部の間隔を１０μｍとすれば、メインスケー
ルの直径は、 0.01ｍｍ×43,200／π＝137.5 ｍｍ 必要になる。
【００３７】しかるに、本実施形態によれば、従来例と
同じ回転角の検出精度を得るためには、放射格子の分割
数は１／４ｍでよい。±１次の回折光を用いたｍ＝１の
場合、３０秒の回転角検出精度を得るための放射格子８
の格子の分割数は、 43,200／４＝10,800 でよい。そして本実施形態においてレーザーの回折光を
用いれば透光部と反射部の間隔は狭くてよいので、たと
えば、これを４μｍとすると、放射格子の直径は、 0.004 ｍｍ×10,800／π＝13.75 ｍｍ でよいことになる。すなわち、本実施形態によれば従来
のインデックススケール方式の光電式ロータリーエンコ
ーダーと同等の回転角検出精度を得る形状としては、１
／１０以下の大きさでよいことになる。従って、被検回
転物体への負荷も、従来例とくらべて、はるかに小さく
なり、正確な測定が行える。
同じ回転角の検出精度を得るためには、放射格子の分割
数は１／４ｍでよい。±１次の回折光を用いたｍ＝１の
場合、３０秒の回転角検出精度を得るための放射格子８
の格子の分割数は、 43,200／４＝10,800 でよい。そして本実施形態においてレーザーの回折光を
用いれば透光部と反射部の間隔は狭くてよいので、たと
えば、これを４μｍとすると、放射格子の直径は、 0.004 ｍｍ×10,800／π＝13.75 ｍｍ でよいことになる。すなわち、本実施形態によれば従来
のインデックススケール方式の光電式ロータリーエンコ
ーダーと同等の回転角検出精度を得る形状としては、１
／１０以下の大きさでよいことになる。従って、被検回
転物体への負荷も、従来例とくらべて、はるかに小さく
なり、正確な測定が行える。
【００３８】図４は、本発明の光学装置をロータリーエ
ンコーダに適用したときの他の実施形態の一部分の概略
図であり、図１の放射格子８に光束が入射する付近部分
を示している。同図において各要素に付された番号は図
１で示したものと同じ要素を示す。放射格子８の位置Ｍ
1 及びＭ2 に入射した光束の±ｍ次の透過回折光をシリ
ンドリカルレンズ６2 ，６2 ′、反射鏡７，７′を介し
て、放射格子８に再度入射させ、元の光路に戻すことに
より図１に示した実施形態と同様の効果を得ている。
ンコーダに適用したときの他の実施形態の一部分の概略
図であり、図１の放射格子８に光束が入射する付近部分
を示している。同図において各要素に付された番号は図
１で示したものと同じ要素を示す。放射格子８の位置Ｍ
1 及びＭ2 に入射した光束の±ｍ次の透過回折光をシリ
ンドリカルレンズ６2 ，６2 ′、反射鏡７，７′を介し
て、放射格子８に再度入射させ、元の光路に戻すことに
より図１に示した実施形態と同様の効果を得ている。
【００３９】図５は、本発明の光学装置をロータリーエ
ンコーダに適用したときの放射格子８近傍を示す更に別
の実施形態の概略図である。
ンコーダに適用したときの放射格子８近傍を示す更に別
の実施形態の概略図である。
【００４０】図５において１３及び１３′は各々コーナ
ーキューブ反射鏡である。放射格子８の位置Ｍ1 及びＭ
2 に入射した光束の±ｍ次の反射（あるいは図４のよう
に透過でもよい。）回折光を、シリンドリカルレンズ６
2 ，６2 ′を介して、コーナーキューブ反射鏡で元の光
路に戻し、図１に示した実施形態と同様の効果を得てい
る。放射格子８の中心と、被検回転物体の回転中心とが
偏心している場合、場所によって、放射格子８の透光部
及び反射部の間隔が変化するため、回折光Ｌ及びＬ′の
回折角が変化することになる。
ーキューブ反射鏡である。放射格子８の位置Ｍ1 及びＭ
2 に入射した光束の±ｍ次の反射（あるいは図４のよう
に透過でもよい。）回折光を、シリンドリカルレンズ６
2 ，６2 ′を介して、コーナーキューブ反射鏡で元の光
路に戻し、図１に示した実施形態と同様の効果を得てい
る。放射格子８の中心と、被検回転物体の回転中心とが
偏心している場合、場所によって、放射格子８の透光部
及び反射部の間隔が変化するため、回折光Ｌ及びＬ′の
回折角が変化することになる。
【００４１】また、図１の実施形態において、光源１と
しては、半導体レーザーが、その小型・低価格・高出力
という点で、最も望ましい。
しては、半導体レーザーが、その小型・低価格・高出力
という点で、最も望ましい。
【００４２】しかるに、半導体レーザーは、周囲の温度
変化によって、その発振波長が変化することが知られて
いる。図１の実施形態において、光源１の波長が変化す
ると、回折光Ｌ及びＬ′の回折角が変化する。このと
き、回折光Ｌ及びＬ′の反射鏡として図１の７及び７′
の如く平面鏡を用いると、反射鏡は所謂ティルト状態に
なって、受光素子１２，１２′の前面には、干渉縞が多
数発生し、受光素子１２，１２′の出力信号のＳ／Ｎが
低下する場合がある。そこで図５の如く、反射鏡として
コーナーキューブ反射鏡１３及び１３′を用いることに
より、放射格子８で回折された回折光Ｌ及びＬ′の回折
角が上記理由で変化しても、コーナーキューブ反射鏡１
３及び１３′で反射された光束を元の光路を戻すことが
できる。これにより受光素子１２，１２′の前面で干渉
縞が多数発生するのを防止し、受光素子１２，１２′の
出力信号のＳ／Ｎ比の向上を図っている。
変化によって、その発振波長が変化することが知られて
いる。図１の実施形態において、光源１の波長が変化す
ると、回折光Ｌ及びＬ′の回折角が変化する。このと
き、回折光Ｌ及びＬ′の反射鏡として図１の７及び７′
の如く平面鏡を用いると、反射鏡は所謂ティルト状態に
なって、受光素子１２，１２′の前面には、干渉縞が多
数発生し、受光素子１２，１２′の出力信号のＳ／Ｎが
低下する場合がある。そこで図５の如く、反射鏡として
コーナーキューブ反射鏡１３及び１３′を用いることに
より、放射格子８で回折された回折光Ｌ及びＬ′の回折
角が上記理由で変化しても、コーナーキューブ反射鏡１
３及び１３′で反射された光束を元の光路を戻すことが
できる。これにより受光素子１２，１２′の前面で干渉
縞が多数発生するのを防止し、受光素子１２，１２′の
出力信号のＳ／Ｎ比の向上を図っている。
【００４３】尚前述した本発明をロータリーエンコーダ
に適用した各実施形態ではｍ次の２つの回折光を用いた
場合を示したが±ｍ次の回折光であっても又次数の異な
った２つの回折光を用いても良い。
に適用した各実施形態ではｍ次の２つの回折光を用いた
場合を示したが±ｍ次の回折光であっても又次数の異な
った２つの回折光を用いても良い。
【００４４】又本発明をロータリーエンコーダに適用し
た各実施形態において放射格子の中心と被検回転物体の
回転中心との偏心誤差が無視出来、回転速度計として用
いるならば放射格子への照射点を１箇所とし、受光素子
を１つ設ければ良い。
た各実施形態において放射格子の中心と被検回転物体の
回転中心との偏心誤差が無視出来、回転速度計として用
いるならば放射格子への照射点を１箇所とし、受光素子
を１つ設ければ良い。
【００４５】
【発明の効果】以上、本発明によれば、直交する偏光方
位を有する２つの直線偏光光束の合波光束を１／４波長
板を通すことによって逆回りの円偏光に変換し、この円
偏光光同士の合波状態により得られる直線偏光成分が前
述直交直線偏光光束間の位相差の変化に伴って回転し、
この回転する直線偏光成分を、例えば検光子等を用いて
所定の偏光方位成分を選択する構成にしたことにより、
取り出す偏光方位は偏光方位選択手段の選択方位、例え
ば検光子であれば偏光軸、を回転させることで自由に選
択できる。即ち、取り出す偏光方位の選択が自由な光学
装置を実現することができる。
位を有する２つの直線偏光光束の合波光束を１／４波長
板を通すことによって逆回りの円偏光に変換し、この円
偏光光同士の合波状態により得られる直線偏光成分が前
述直交直線偏光光束間の位相差の変化に伴って回転し、
この回転する直線偏光成分を、例えば検光子等を用いて
所定の偏光方位成分を選択する構成にしたことにより、
取り出す偏光方位は偏光方位選択手段の選択方位、例え
ば検光子であれば偏光軸、を回転させることで自由に選
択できる。即ち、取り出す偏光方位の選択が自由な光学
装置を実現することができる。
【図１】本発明をロータリーエンコーダに適用したとき
の一実施形態の概略図
の一実施形態の概略図
【図２】図１の放射格子への入射光束と反射回折光のベ
クトル表示の説明図
クトル表示の説明図
【図３】図１の放射格子の中心と回転中心との偏心を表
わす説明図
わす説明図
【図４】本発明をロータリーエンコーダに適用したとき
の他の実施形態の一部分の説明図
の他の実施形態の一部分の説明図
【図５】本発明をロータリーエンコーダに適用したとき
の他の実施形態の一部分の説明図
の他の実施形態の一部分の説明図
【図６】図１の一部分の説明図
１ 光源 ２ コリメーターレンズ ３ 偏光ビームスプリッター ４1 ，４2 ，４3 １／４波長板 ５，７，７′ 反射鏡 ６1 ，６2 ，６2 ′ シリンドリカルレンズ ８ 放射格子 ９ 被検回転物体の回転軸 １０ ビームスプリッター １１，１１′ 偏光板 １２，１２′ 受光素子 １３，１３′ コーナーキューブ反射鏡
Claims (2)
- 【請求項１】 直交する偏光方位を有する２つの直線偏
光光束の合波光束が通過する位置に前記２光束のいずれ
かの偏光方位に対して偏光軸を４５°傾けて設けられた
１／４波長板と、該１／４波長板を通過した光束から所
定の偏光方位成分を選択するための偏光方位選択手段と
を有することを特徴とする光学装置。 - 【請求項２】 前記偏光方位選択手段は偏光板を有する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27298496A JP2650645B2 (ja) | 1996-09-24 | 1996-09-24 | 光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27298496A JP2650645B2 (ja) | 1996-09-24 | 1996-09-24 | 光学装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60054017A Division JPH07117426B2 (ja) | 1985-03-18 | 1985-03-18 | 光学式エンコーダー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09105647A JPH09105647A (ja) | 1997-04-22 |
| JP2650645B2 true JP2650645B2 (ja) | 1997-09-03 |
Family
ID=17521529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27298496A Expired - Lifetime JP2650645B2 (ja) | 1996-09-24 | 1996-09-24 | 光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2650645B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE50105554D1 (de) * | 2000-09-14 | 2005-04-14 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Positionsmesseinrichtung |
| JP5095475B2 (ja) * | 2008-04-14 | 2012-12-12 | 株式会社森精機製作所 | 光学式変位測定装置 |
| JP5902891B2 (ja) * | 2011-05-11 | 2016-04-13 | キヤノン株式会社 | エンコーダ及び校正方法 |
| JP2014163801A (ja) * | 2013-02-25 | 2014-09-08 | Canon Inc | 偏芯検出装置、および偏芯検出方法 |
| CN109091764B (zh) * | 2018-09-11 | 2021-01-15 | 中聚科技股份有限公司 | 一种多波长可切换光纤激光治疗装置 |
| CN110376754A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-25 | 业成科技（成都）有限公司 | 光学系统偏振结构 |
-
1996
- 1996-09-24 JP JP27298496A patent/JP2650645B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09105647A (ja) | 1997-04-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |