JP3013467B2 - Laser interference encoder - Google Patents

Laser interference encoder

Info

Publication number
JP3013467B2
JP3013467B2 JP3037916A JP3791691A JP3013467B2 JP 3013467 B2 JP3013467 B2 JP 3013467B2 JP 3037916 A JP3037916 A JP 3037916A JP 3791691 A JP3791691 A JP 3791691A JP 3013467 B2 JP3013467 B2 JP 3013467B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
scale
optical
optical scale
light
laser interference
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP3037916A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH04348225A (en
Inventor
栄一 北島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP3037916A priority Critical patent/JP3013467B2/en
Publication of JPH04348225A publication Critical patent/JPH04348225A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3013467B2 publication Critical patent/JP3013467B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ干渉式エンコー
ダに関し、特に光学式スケールの光路長方向の位置変動
による影響を受けることなく高精度の出力信号を得るこ
とが可能な光学式エンコーダに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser interference encoder, and more particularly, to an optical encoder capable of obtaining a high-precision output signal without being affected by a position change of an optical scale in a direction of an optical path length.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4は従来のレーザ干渉式エンコーダの
一例を示す。このエンコーダは、既に特開平1−176
914号で開示されているものであり、レーザダイオー
ド8、コリメートレンズ9、光学式スケール10、プリ
ズム11、ディテクタ12a,12b等によって構成さ
れる。
2. Description of the Related Art FIG. 4 shows an example of a conventional laser interference encoder. This encoder has already been disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-176.
No. 914, and includes a laser diode 8, a collimating lens 9, an optical scale 10, a prism 11, detectors 12a and 12b, and the like.

【0003】図4の装置においては、レーザダイオード
8は、コリメートレンズ9の焦点位置に配置され、コヒ
ーレントな平行光が光学式スケール10に照射される。
光学式スケール10の回折格子面Aからの回折光はプリ
ズム11により直角方向に2度折り曲げられ、再び光学
式スケール10の回折格子面B上に投影される。そし
て、光学式スケール10はインデックススケールをも兼
ねており、ディテクタ12aとディテクタ12bからは
点Aから点Bまでの光路長g、即ち一般にいうメインス
ケールとインデックススケールの間隔、がg=(P
λ)(n±1/4)を満たす時、90°位相の異なった
出力が得られる構成になっている。即ち、この構成によ
れば、簡単な構成により90°位相の異なる正弦波出力
が得られると共に、出力パルス数が2倍になり高い分解
能を得ることができる。
In the apparatus shown in FIG. 4, a laser diode 8 is disposed at a focal position of a collimator lens 9 and irradiates an optical scale 10 with coherent parallel light.
The diffracted light from the diffraction grating surface A of the optical scale 10 is bent twice in the perpendicular direction by the prism 11 and is projected again on the diffraction grating surface B of the optical scale 10. The optical scale 10 also serves as an index scale, and the optical path length g from the point A to the point B from the detectors 12a and 12b, that is, the general interval between the main scale and the index scale is g = (P 2 /
When λ) (n ± 1/4) is satisfied, outputs having a 90 ° phase difference are obtained. That is, according to this configuration, a sine wave output having a phase difference of 90 ° can be obtained with a simple configuration, and the number of output pulses is doubled to obtain high resolution.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、図4のレー
ザ干渉式エンコーダにおいては、光学式スケールの光路
長方向、即ち図4においては上下方向、の変動により、
光路長gが変化し、前記g=(P/λ)(n±1/
4)の式の位相項1/4が変動し、その結果2つのディ
テクタ12a,12bから正確に90°位相がずれた出
力が得られなくなるという不都合があった。そのため上
記従来の装置においては、光学式スケールの上下方向の
変動を厳密に抑制する必要があった。
However, in the laser interference type encoder shown in FIG. 4, fluctuations in the optical path length direction of the optical scale, that is, in the vertical direction in FIG.
The optical path length g changes, and the above-mentioned g = (P 2 / λ) (n ± 1 /
The phase term 1/4 in the expression 4) fluctuates, and as a result, there is a disadvantage that the two detectors 12a and 12b cannot obtain an output that is exactly 90 ° out of phase. Therefore, in the above-described conventional apparatus, it is necessary to strictly suppress the vertical fluctuation of the optical scale.

【0005】本発明の目的は、このような従来の装置に
おける問題点に鑑みてなされたもので、光学式スケール
の光路長方向の位置変動があっても光路長が変化しない
ようにし、もって常に安定した90°位相差の出力が得
られるようにすることにある。
An object of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the conventional apparatus, and is intended to prevent the optical path length from being changed even if the optical scale is fluctuated in the optical path length direction. The object is to obtain a stable 90 ° phase difference output.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に係わるレーザ干
渉式エンコーダは、一定のピッチで光透過部分と光不透
過部分とが繰返される回折格子を有し、かつインデック
ススケールの役割をも果たす光学式スケールと、該光学
式スケールをコヒーレントな平行光で透過照明するコヒ
ーレント光源と、前記光学式スケールを透過した光を前
記コヒーレント光源から前記光学式スケールに照明する
方向と同じ方向から再び前記光学式スケール上に投影せ
しめ、かつ該投影された像が前記光学式スケールの測定
移動方向とは逆の方向に移動する光学系とを具備するこ
とを特徴とする。
A laser interference encoder according to the present invention has a diffraction grating in which a light transmitting portion and a light non-transmitting portion are repeated at a constant pitch, and also serves as an index scale. Formula scale, a coherent light source that transmits and illuminates the optical scale with coherent parallel light, and the optical formula again from the same direction as the direction in which light transmitted through the optical scale is illuminated from the coherent light source to the optical scale. An optical system for projecting the image on a scale and moving the projected image in a direction opposite to a measurement moving direction of the optical scale.

【0007】[0007]

【作用】上述のようなレーザ干渉式エンコーダにおいて
は、前記コヒーレント光源から前記光学式スケールに照
射された平行光は、前記光学系により再び、前記コヒー
レント光源が前記光学式スケールに照明する方向と同じ
方向から、照射される。従って、光学式スケールに再照
射された光の内該光学式スケールを透過してきた光をデ
ィテクタで検出することにより従来と同様の出力信号が
得られる。また、前記コヒーレント光源から光学式スケ
ールを透過した光が、該光学式スケールを透過した点か
ら前記光学系の働きにより再び前記光学系に投影されて
該光学式スケールに入る点までの距離は前記光学式スケ
ールの光路長方向の位置変動によっては変動しない。従
って、前記光学式スケールの光路長方向の位置変動があ
ってもディテクタから出力される信号の位相は安定した
ものとなる。
In the above-described laser interference encoder, the parallel light emitted from the coherent light source to the optical scale is again irradiated by the optical system in the same direction as the coherent light source illuminates the optical scale. Irradiated from the direction. Accordingly, by detecting, with the detector, the light transmitted through the optical scale out of the light re-irradiated on the optical scale, an output signal similar to the conventional one can be obtained. In addition, the distance from the point at which the light transmitted through the optical scale from the coherent light source to the point at which the light is transmitted through the optical scale and projected onto the optical system again by the action of the optical system and enters the optical scale is as follows. It does not fluctuate due to position fluctuation in the optical path length direction of the optical scale. Therefore, the phase of the signal output from the detector becomes stable even if there is a position change in the optical path length direction of the optical scale.

【0008】[0008]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につき
説明する。図1は、本発明の1実施例に係わるレーザ干
渉式エンコーダを正面から見た図であり、図2は図1の
エンコーダを側面から見た図である。また、図3は図1
および図2に示されるレーザ干渉式エンコーダの斜視図
である。図1は、図3の矢印A方向から見た図に相当
し、図2は図3の矢印B方向から見た図に相当する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of a laser interference encoder according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view of the encoder of FIG. FIG. 3 shows FIG.
3 is a perspective view of the laser interference encoder shown in FIG. 2 and FIG. FIG. 1 corresponds to a diagram viewed from the direction of arrow A in FIG. 3, and FIG. 2 corresponds to a diagram viewed from the direction of arrow B in FIG.

【0009】これらの図に示されるように、本発明の1
実施例に係わるレーザ干渉式エンコーダは、レーザダイ
オード1、コリメートレンズ2、光学式スケール3、三
角プリズム4,5、菱形プリズム6、ディテクタ7a,
7b等によって構成される。レーザダイオード1はコリ
メートレンズ2の焦点位置に配置され、平行光が光学式
スケール3に照射されるよう構成されている。光学式ス
ケール3は、インデックススケールをも兼ねるリニアス
ケールで構成することができる。
As shown in these figures, one of the present inventions
The laser interference encoder according to the embodiment includes a laser diode 1, a collimating lens 2, an optical scale 3, triangular prisms 4, 5, a rhombic prism 6, a detector 7a,
7b and the like. The laser diode 1 is arranged at the focal position of the collimating lens 2, and is configured to irradiate the optical scale 3 with parallel light. The optical scale 3 can be constituted by a linear scale that also serves as an index scale.

【0010】レーザダイオード1から射出されたコヒー
レントな単色光は、コリメートレンズ2で平行光となっ
てリニアスケール3に入射する。リニアスケール3を透
過した回折光はプリズム4により直角に2度折り曲げら
れプリズム5に入射する。プリズム5に入射した光は、
プリズム4による折り曲げ方向とは直角の方向に2度直
角に折り曲げられ、プリズム6に入射する。プリズム6
に入射した光はプリズム6において2度折り曲げられ再
び光学式スケール3に入射される。この場合、プリズム
6から光学式スケールに入射される光の方向はレーザダ
イオード1からの光が光学式スケール3を照明するのと
同じ方向となっている。このようにして、光学式スケー
ルに照射される回折した投影像と光学式スケール3との
相対移動による明暗変化がディテクタ7a,7bで検出
されるよう構成されている。
The coherent monochromatic light emitted from the laser diode 1 is collimated by a collimator lens 2 and enters a linear scale 3. The diffracted light transmitted through the linear scale 3 is bent twice at right angles by the prism 4 and enters the prism 5. The light incident on the prism 5 is
The light is bent at a right angle twice in a direction perpendicular to the bending direction by the prism 4 and enters the prism 6. Prism 6
Incident on the optical scale 3 is bent twice by the prism 6 and again incident on the optical scale 3. In this case, the direction of light incident on the optical scale from the prism 6 is the same as the direction in which light from the laser diode 1 illuminates the optical scale 3. In this manner, the detectors 7a and 7b are configured to detect a change in brightness due to the relative movement between the diffracted projected image applied to the optical scale and the optical scale 3.

【0011】以上のような構成を有するレーザ干渉式エ
ンコーダにおいては、コヒーレント光源を構成するレー
ザダイオード1から出たコヒーレントな光はコリメート
レンズ2によって平行光となって光学式スケールの回折
格子に照射される。光学式スケール3の回折格子を透過
することによって回折光となった光は、プリズム4、プ
リズム5、プリズム6によって図示のごとく折り曲げら
れ、再び光学式スケール3に入射する。光学式スケール
3の回折格子面3aから回折格子面3bに至るまでの回
折光の光路長gはg=(P/λ)(n±1/4)を満
たすよう設定されているため、回折格子面3b上には光
学式スケール3のリニアスケールと同一ピッチの正弦波
状の干渉縞が現われる。これは、直接光と一次回折光の
みの干渉縞の強度分布 I(x,z)={(1/4)+(1/π)} −(1/π)sin{(2π/P)x−(λπ/P)z} および直接光とマイナス一次回折光のみの干渉縞の強度
分布 I(x,z)={(1/4)+(1/π)} −(1/π)sin{(2π/P)x−(λπ/P)z} により明らかである。
In the laser interference type encoder having the above-described configuration, the coherent light emitted from the laser diode 1 constituting the coherent light source is converted into parallel light by the collimator lens 2 and applied to the diffraction grating of the optical scale. You. Light diffracted by passing through the diffraction grating of the optical scale 3 is bent by the prism 4, the prism 5, and the prism 6 as shown in the drawing, and is incident on the optical scale 3 again. Since the optical path length g of the diffracted light from the diffraction grating surface 3a to the diffraction grating surface 3b of the optical scale 3 is set to satisfy g = (P 2 / λ) (n ± n), the diffraction Sinusoidal interference fringes having the same pitch as the linear scale of the optical scale 3 appear on the grating surface 3b. This is because the intensity distribution of the interference fringes of only the direct light and the first-order diffracted light I + (x, z) = {(1/4) + (1 / π 2 )} − (1 / π) sin} (2π / P ) x- (λπ / P 2) z} and intensity distribution of the interference fringes only direct light and the minus first-order diffracted light I - (x, z) = {(1/4) + (1 / π 2)} - ( 1 / π) sin {(2π / P) x− (λπ / P 2 ) z}.

【0012】また、プリズム5による幾何光学的効果の
ため、投影されたリニアスケール3と同一ピッチの正弦
波状干渉縞は、リニアスケール3の測定移動方向とは逆
に移動する。このため、リニアスケール3の1ピッチの
移動に対し、明暗変化は2ピッチ分現われることにな
る。即ち、光学式スケールの元のパルス数を2倍にする
ことができる。
Also, due to the geometrical optical effect of the prism 5, the projected sinusoidal interference fringes having the same pitch as the linear scale 3 move in the direction opposite to the measurement moving direction of the linear scale 3. For this reason, when the linear scale 3 moves by one pitch, the change in brightness appears for two pitches. That is, the original number of pulses of the optical scale can be doubled.

【0013】このようにして回折格子面3b上に投影さ
れた正弦波干渉縞に対応する回折光は回折格子面3bを
透過した後ディテクタ7a,7bに入射される。各ディ
テクタ7aおよび7bは、それぞれ、前記直接光と一次
回折光のみの干渉領域と、前記直接光とマイナス一次回
折光のみの干渉領域の変化をそれぞれ検出するよう配置
されている。これにより、各ディテクタ7a,7bから
互いに90°の位相差を有する完全な正弦波状出力が得
られる。しかも、この場合、前記光路長gは光学式スケ
ール3が光路長方向に移動しても変動することはないか
ら、各ディテクタ7a,7bからは位相差の変動のない
出力が得られる。
The diffracted light corresponding to the sinusoidal interference fringes projected on the diffraction grating surface 3b in this manner passes through the diffraction grating surface 3b and then enters the detectors 7a and 7b. Each of the detectors 7a and 7b is arranged to detect a change in an interference region of only the direct light and the first-order diffracted light, and a change in an interference region of only the direct light and the minus first-order diffracted light, respectively. As a result, a complete sinusoidal output having a phase difference of 90 ° from each detector 7a, 7b is obtained. Moreover, in this case, the optical path length g does not change even if the optical scale 3 moves in the optical path length direction, so that an output without fluctuation in the phase difference is obtained from each of the detectors 7a and 7b.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、簡単な
光学系を用いることにより、光学式スケールの光路長方
向の変動があってもその影響を受けることなく安定した
90°位相差の出力が得られ、極めて高精度のエンコー
ダを実現することが可能になる。
As described above, according to the present invention, by using a simple optical system, even if there is a variation in the optical path length direction of the optical scale, a stable 90 ° phase difference can be obtained. And an extremely high-precision encoder can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の1実施例に係わるレーザ干渉式エンコ
ーダの概略の構成を示す正面図である。
FIG. 1 is a front view showing a schematic configuration of a laser interference encoder according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1のレーザ干渉式エンコーダを側面から見た
様子を示す側面図である。
FIG. 2 is a side view showing the laser interference encoder of FIG. 1 as viewed from the side.

【図3】図1に示されるレーザ干渉式エンコーダの構成
を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of the laser interference type encoder shown in FIG.

【図4】従来のレーザ干渉式エンコーダを示す正面図で
ある。
FIG. 4 is a front view showing a conventional laser interference type encoder.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザダイオード 2 コリメートレンズ 3 光学式スケール 3a,3b 回折格子面 4,5,6 プリズム 7a,7b ディテクタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser diode 2 Collimating lens 3 Optical scale 3a, 3b Diffraction grating surface 4, 5, 6 Prism 7a, 7b Detector

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一定のピッチで光透過部分と光不透過部
分とがくり返される回折格子を有し、かつインデックス
スケールの役割をも果す光学式スケールと、該光学式ス
ケールをコヒーレントなコリメートされた平行光で透過
照明するコヒーレント光源と、前記光学式スケールを透
過した光を、前記コヒーレント光源から前記光学式スケ
ールに照明する方向と同じ方向から、再び前記光学式ス
ケール上に投影せしめ、かつ該投影された像が前記光学
式スケールの測定移動方向とは逆の方向に移動する光学
系と、を具備することを特徴とするレーザ干渉式エンコ
ーダ。
1. An optical scale having a diffraction grating in which a light transmitting portion and a light opaque portion are repeated at a constant pitch, and also serving as an index scale, and a coherent collimated optical scale of the optical scale. A coherent light source that transmits and illuminates with the parallel light, and light that has passed through the optical scale is projected onto the optical scale again from the same direction as the direction in which the coherent light source illuminates the optical scale, and An optical system in which the projected image moves in a direction opposite to a measurement moving direction of the optical scale.
【請求項2】 前記光学式スケールと前記インデックス
スケールの間隔gを空気換算にしてほぼ g = (P/λ)(n±1/4) 但し、λは照明光の波長 Pはスケールピッチ nは任意の自然数 としたことを特徴とする請求項1に記載のレーザ干渉式
エンコーダ。
2. The distance g between the optical scale and the index scale is converted to air, and approximately g = (P 2 / λ) (n ± 1 /), where λ is the wavelength of the illumination light P is the scale pitch n The laser interference encoder according to claim 1, wherein is an arbitrary natural number.
JP3037916A 1991-02-07 1991-02-07 Laser interference encoder Expired - Lifetime JP3013467B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3037916A JP3013467B2 (en) 1991-02-07 1991-02-07 Laser interference encoder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3037916A JP3013467B2 (en) 1991-02-07 1991-02-07 Laser interference encoder

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04348225A JPH04348225A (en) 1992-12-03
JP3013467B2 true JP3013467B2 (en) 2000-02-28

Family

ID=12510871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3037916A Expired - Lifetime JP3013467B2 (en) 1991-02-07 1991-02-07 Laser interference encoder

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3013467B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04348225A (en) 1992-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4930895A (en) Encoder for forming interference fringes by re-diffracted lights from an optical type scale and photoelectrically converting the interference fringes to thereby detect the displacement of the scale
US8604413B2 (en) Optical encoder including displacement sensing normal to the encoder scale grating surface
JP5268529B2 (en) Displacement measuring device and semiconductor manufacturing device
JPS6333604A (en) Relative-displacement measuring device
US5249032A (en) Optical position-detecting apparatus
JPH04221713A (en) Optical apparatus
JPH0130089B2 (en)
JPH0820275B2 (en) Position measuring device
KR950001277A (en) Measurement method and measuring device of variation
JP2818800B2 (en) Device for generating position-dependent signals
JP2004144581A (en) Displacement detecting apparatus
JPH0623662B2 (en) Position measuring device
KR100531458B1 (en) Optical displacement measurement system
JP2003515153A5 (en)
US5717488A (en) Apparatus for measuring displacement using first and second detecting means for measuring linear and rotary motion
US4049965A (en) Measurement apparatus
EP0272297B1 (en) Opto-electronic scale-reading apparatus
JP2503561B2 (en) Laser interference encoder
JP2718440B2 (en) Length measuring or angle measuring device
JP3013467B2 (en) Laser interference encoder
KR100531693B1 (en) Optical displacement measurement system
US9739598B2 (en) Device for interferential distance measurement
CN108931190B (en) Displacement detection device
JPS588444B2 (en) displacement measuring device
JP2715623B2 (en) Encoder