JP3303505B2 - 光学式変位測定装置 - Google Patents
光学式変位測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回折格子が設けられた
回転、移動する物体に光を照射した際に発生する回折光
を干渉させ、その干渉光束が変調されることを利用して
上記物体の回転速度、移動変位などの物理量を測定する
光学式変位測定装置に関するものである。
回転、移動する物体に光を照射した際に発生する回折光
を干渉させ、その干渉光束が変調されることを利用して
上記物体の回転速度、移動変位などの物理量を測定する
光学式変位測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の光学式変位測定装置とし
ては、たとえば光学式リニアエンコーダ、光学式ロータ
リエンコーダ、レーザドップラー速度計、レーザ干渉計
などが利用されている。これらの光を利用した装置の特
徴は、高精度、高分解能であり、複数のモード例えば回
転変位と直線変位の測定ができる。そして、より広い分
野に応用されるには小型化（ミリオーダのサイズ）であ
り、且つ高精度、高分解能（０．１μｍオーダ）高安定
性が必要になってきている。ミリオーダのサイズになれ
ば、被測定対象物に直接貼り付けて使用できるので、よ
り小型な物体の物理量を測定できることになる。
ては、たとえば光学式リニアエンコーダ、光学式ロータ
リエンコーダ、レーザドップラー速度計、レーザ干渉計
などが利用されている。これらの光を利用した装置の特
徴は、高精度、高分解能であり、複数のモード例えば回
転変位と直線変位の測定ができる。そして、より広い分
野に応用されるには小型化（ミリオーダのサイズ）であ
り、且つ高精度、高分解能（０．１μｍオーダ）高安定
性が必要になってきている。ミリオーダのサイズになれ
ば、被測定対象物に直接貼り付けて使用できるので、よ
り小型な物体の物理量を測定できることになる。
【０００３】図９は例えば特開平５−１５７５８３号公
報に示された従来の光学式ロータリーエンコーダを示す
斜視図であり、図１０において、１０１は半導体レーザ
などの光源、１０２はレンズ、１０３はビームスプリッ
タ、１０４はビームスプリッタ１０３を透過したビーム
が直角に入射する位置の回転軌跡上に放射状に、かつ一
定間隔毎に回折格子１０５が形成された回転ディスク
板、１０６は回折格子１０５から反射し、かつビームス
プリッタ１０３から反射したビームを集光する集光レン
ズ、１０７は集光レンズ１０６からのビームを反射させ
て上記回転ディスク板１０４の回折格子１０５上に直角
に入射するビームスプリッタ、１０８は回折格子１０５
から反射しビームスプリッタ１０７を透過したビームを
反射させるミラー、１０９はミラー１０８の反射ビーム
を受光素子１１０へ導くビームスプリッタである。
報に示された従来の光学式ロータリーエンコーダを示す
斜視図であり、図１０において、１０１は半導体レーザ
などの光源、１０２はレンズ、１０３はビームスプリッ
タ、１０４はビームスプリッタ１０３を透過したビーム
が直角に入射する位置の回転軌跡上に放射状に、かつ一
定間隔毎に回折格子１０５が形成された回転ディスク
板、１０６は回折格子１０５から反射し、かつビームス
プリッタ１０３から反射したビームを集光する集光レン
ズ、１０７は集光レンズ１０６からのビームを反射させ
て上記回転ディスク板１０４の回折格子１０５上に直角
に入射するビームスプリッタ、１０８は回折格子１０５
から反射しビームスプリッタ１０７を透過したビームを
反射させるミラー、１０９はミラー１０８の反射ビーム
を受光素子１１０へ導くビームスプリッタである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、 回転ディスク板の取付偏心によって測定精度が悪化し
やすい。 光の位相変調手段としての回折格子が、回転ディスク
板上に放射状に形成されているため、回折格子に照射す
る位置が半径方向にずれると、回折格子ピッチが変化し
干渉光学系の光路がズレて安定化しにくい。 ２方向以上の変位を測定しようとしたとき、１方向に
つき１つのエンコーダとそれを含めた機構が必要にな
り、その機構が大型化をし、小型化が困難となる。など
の問題点があった。
来例では、 回転ディスク板の取付偏心によって測定精度が悪化し
やすい。 光の位相変調手段としての回折格子が、回転ディスク
板上に放射状に形成されているため、回折格子に照射す
る位置が半径方向にずれると、回折格子ピッチが変化し
干渉光学系の光路がズレて安定化しにくい。 ２方向以上の変位を測定しようとしたとき、１方向に
つき１つのエンコーダとそれを含めた機構が必要にな
り、その機構が大型化をし、小型化が困難となる。など
の問題点があった。
【０００５】本発明は上記のような問題点を解消した光
学式変位測定装置を得ることを目的とする。
学式変位測定装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る光
学式変素測定装置は発光素子と複数個の受光素子および
回折格子が設けられたヘッド部と、前記発光素子からの
光束を変調させる互いに配列方向が異なる複数の多重螺
旋の回折格子が分離独立して設けられた回転部と、前記
回折格子によって位相変調された信号光を入射した前記
各受光素子からの出力信号同士を演算処理して変位信号
として出力する信号処理部とを備えたことことにより、
回転体の偏心による影響を軽減し、変位信号を安定に得
ることができる。
学式変素測定装置は発光素子と複数個の受光素子および
回折格子が設けられたヘッド部と、前記発光素子からの
光束を変調させる互いに配列方向が異なる複数の多重螺
旋の回折格子が分離独立して設けられた回転部と、前記
回折格子によって位相変調された信号光を入射した前記
各受光素子からの出力信号同士を演算処理して変位信号
として出力する信号処理部とを備えたことことにより、
回転体の偏心による影響を軽減し、変位信号を安定に得
ることができる。
【０００７】請求項２の発明に係る光学式変位測定装置
は発光素子から出射された光束を分割する第１の回折格
子、この分割された光束を合成する第３の回折格子、こ
の合成された干渉信号光束を受光する複数個の受光素子
が設けられたヘッド部と、前記発光素子からの光束を位
相変調させ前記受光素子に入射させる互いに配列方位が
異なる複数の多重螺旋の第２の回折格子が分離独立して
設けられた回転部と、前記第２の回折格子によって変調
された信号光を入射した前記各受光素子からの出力信号
同士を演算処理して変位信号として出力する信号処理部
とを備えたことにより、回転体の軸方向のブレの影響を
軽減し、異なる種類の変位信号、つまり回転変位と直線
変位を同時に出力することができる。
は発光素子から出射された光束を分割する第１の回折格
子、この分割された光束を合成する第３の回折格子、こ
の合成された干渉信号光束を受光する複数個の受光素子
が設けられたヘッド部と、前記発光素子からの光束を位
相変調させ前記受光素子に入射させる互いに配列方位が
異なる複数の多重螺旋の第２の回折格子が分離独立して
設けられた回転部と、前記第２の回折格子によって変調
された信号光を入射した前記各受光素子からの出力信号
同士を演算処理して変位信号として出力する信号処理部
とを備えたことにより、回転体の軸方向のブレの影響を
軽減し、異なる種類の変位信号、つまり回転変位と直線
変位を同時に出力することができる。
【０００８】請求項３の発明に係る光学式変位測定装置
は発光素子から出射された光束を分割する第１の回折格
子、この分割された光束を合成する第３の回折格子、こ
の合成された干渉信号光束を受光する複数個の受光素子
が設けられたヘッド部と、前記発光素子からの光束を位
相変調させて前記受光素子に入射させる互いに配列方向
が異なる複数の多重螺旋の第２の回折格子が交差させて
設けられた回転部と、前記第２の回折格子によって変調
された信号光を入射した前記各受光素子からの出力信号
同士を演算処理して回転変位信号として出力する信号処
理部とを備えたことより、装置全体の小型化にきわめて
有効である。
は発光素子から出射された光束を分割する第１の回折格
子、この分割された光束を合成する第３の回折格子、こ
の合成された干渉信号光束を受光する複数個の受光素子
が設けられたヘッド部と、前記発光素子からの光束を位
相変調させて前記受光素子に入射させる互いに配列方向
が異なる複数の多重螺旋の第２の回折格子が交差させて
設けられた回転部と、前記第２の回折格子によって変調
された信号光を入射した前記各受光素子からの出力信号
同士を演算処理して回転変位信号として出力する信号処
理部とを備えたことより、装置全体の小型化にきわめて
有効である。
【０００９】
実施例１．図１は請求項１の発明による光学式変位測定
装置の実施例１を示す要部の斜視図、図２はその光路を
示した平面図、図３はその側面図、図４は出力信号の処
理回路図である。
装置の実施例１を示す要部の斜視図、図２はその光路を
示した平面図、図３はその側面図、図４は出力信号の処
理回路図である。
【００１０】図１乃至図４において２はヘッド部であ
り、このヘッド部２には発光素子１、受光素子３ａ、３
ｂ、発光素子１からの光を入射するコリメータレンズ４
が所定の位置関係で収納されている。そしてヘッド部２
の一面にはコリメータレンズ４からの発散光束を分割す
るための第１の回折格子Ｇ１、反射光束を合成するため
の第３の回折格子Ｇ３ａ、Ｇ３ｂが形成されている。Ｇ
２ａ、Ｇ２ｂは分割された光束を位相変調するために、
回転体としての回転円筒５の表面に分離独立して形成さ
れた互いに配列方向が異なる複数の第２の回折格子（以
下、円筒多重螺旋格子と称す）である。
り、このヘッド部２には発光素子１、受光素子３ａ、３
ｂ、発光素子１からの光を入射するコリメータレンズ４
が所定の位置関係で収納されている。そしてヘッド部２
の一面にはコリメータレンズ４からの発散光束を分割す
るための第１の回折格子Ｇ１、反射光束を合成するため
の第３の回折格子Ｇ３ａ、Ｇ３ｂが形成されている。Ｇ
２ａ、Ｇ２ｂは分割された光束を位相変調するために、
回転体としての回転円筒５の表面に分離独立して形成さ
れた互いに配列方向が異なる複数の第２の回折格子（以
下、円筒多重螺旋格子と称す）である。
【００１１】以下、上記円筒多重螺旋格子Ｇ２の螺旋の
詳しい形状を図５について記述する。点Ｏを中心とし、
点ｑを出発点として、半径ｒの円筒５の表面に形成した
螺旋曲線の位置ベクトルｒV は、ｉ、ｊ、ｋをそれぞれ
ｘ、ｙ、ｚ軸方向の単位ベクトルとし、θを出発点ｑか
らのｘ−ｙ平面内の角度とし、ｆ（θ）を角度θの１次
関数とすると、 ｒV ＝ｒＣｏｓ（θ）ｉ＋ｒＳｉｎ（θ）ｊ＋ｆ（θ）
ｋ となる。
詳しい形状を図５について記述する。点Ｏを中心とし、
点ｑを出発点として、半径ｒの円筒５の表面に形成した
螺旋曲線の位置ベクトルｒV は、ｉ、ｊ、ｋをそれぞれ
ｘ、ｙ、ｚ軸方向の単位ベクトルとし、θを出発点ｑか
らのｘ−ｙ平面内の角度とし、ｆ（θ）を角度θの１次
関数とすると、 ｒV ＝ｒＣｏｓ（θ）ｉ＋ｒＳｉｎ（θ）ｊ＋ｆ（θ）
ｋ となる。
【００１２】上記方程式の軌跡は、回転円筒５が一回転
するごとにｚ方向に１次関数ｆ（θ）だけずれることに
なる。この間にｎ本の円筒多重螺旋格子Ｇ２が入るとす
ると、そのｍ番目の螺旋曲線の位置ベクトルｒVmは、Ｐ
を格子間のピッチとし、ｚmを位置ベクトルｒVmの始ま
りのｚ方向の位置とすると、 ｒVm＝ｒＣｏｓ（θ）ｉ＋ｒＳｉｎ（θ）ｊ＋（ｎＰ′
θ／（２π）＋ｚｍ）ｋ ただし、Ｐ′＝Ｐ／（１−（ｎＰ／（２πｒ））2 ）
1/2 となる。
するごとにｚ方向に１次関数ｆ（θ）だけずれることに
なる。この間にｎ本の円筒多重螺旋格子Ｇ２が入るとす
ると、そのｍ番目の螺旋曲線の位置ベクトルｒVmは、Ｐ
を格子間のピッチとし、ｚmを位置ベクトルｒVmの始ま
りのｚ方向の位置とすると、 ｒVm＝ｒＣｏｓ（θ）ｉ＋ｒＳｉｎ（θ）ｊ＋（ｎＰ′
θ／（２π）＋ｚｍ）ｋ ただし、Ｐ′＝Ｐ／（１−（ｎＰ／（２πｒ））2 ）
1/2 となる。
【００１３】上記円筒多重螺旋格子Ｇ２が一回転するご
とに、見かけ上ｎ本の格子が格子配列方向に移動した様
に見えることになる。この結果、円筒多重螺旋格子Ｇ２
で反射回折された±１次回折光の位置は、±２πｎだけ
ズレる。すなわち、角度θだけ回転したときの位相ズレ
は±ｎθである。
とに、見かけ上ｎ本の格子が格子配列方向に移動した様
に見えることになる。この結果、円筒多重螺旋格子Ｇ２
で反射回折された±１次回折光の位置は、±２πｎだけ
ズレる。すなわち、角度θだけ回転したときの位相ズレ
は±ｎθである。
【００１４】次に円筒多重螺旋格子Ｇ２が何らかの原因
でｚ軸方向（回転方向）にΔｚだけズレたとき、Δｚ／
Ｐ′本の格子が格子配列方向に移動したことになる。こ
の円筒多重螺旋格子Ｇ２で反射回折された±１次回折光
の位相は、 ±２πΔｚ／Ｐ′ となる。
でｚ軸方向（回転方向）にΔｚだけズレたとき、Δｚ／
Ｐ′本の格子が格子配列方向に移動したことになる。こ
の円筒多重螺旋格子Ｇ２で反射回折された±１次回折光
の位相は、 ±２πΔｚ／Ｐ′ となる。
【００１５】すなわち、円筒多重螺旋格子Ｇ２が角度θ
だけ回転し、ｚ軸方向にΔｚだけのズレが生じたとき、
円筒多重螺旋格子Ｇ２で反射回折された±１次回折光の
位相は、 ±｛ｎθ＋２πΔｚ／Ｐ′｝ となる。
だけ回転し、ｚ軸方向にΔｚだけのズレが生じたとき、
円筒多重螺旋格子Ｇ２で反射回折された±１次回折光の
位相は、 ±｛ｎθ＋２πΔｚ／Ｐ′｝ となる。
【００１６】以下、実施例１の原理を説明する。発光素
子１から射出した発散光束は、コリメータレンズ４で略
平行光にされ、回折格子Ｇ１上の点Ｏ１にて透過回折さ
れて、０次回折光Ｒ0 、＋１次回折光Ｒ+1、−１次回折
光Ｒ-1に３分割されて射出する。
子１から射出した発散光束は、コリメータレンズ４で略
平行光にされ、回折格子Ｇ１上の点Ｏ１にて透過回折さ
れて、０次回折光Ｒ0 、＋１次回折光Ｒ+1、−１次回折
光Ｒ-1に３分割されて射出する。
【００１７】回折格子Ｇ１を直進した０次回折光Ｒ0
は、円筒多重螺旋格子Ｇ２の点Ｐ１にて反射回折され
て、＋１次回折光Ｒ0+1 、−１次回折光Ｒ0-1 に分割し
位相変調され、＋１次回折光Ｒ0+1 の位相は＋ｎθ＋２
πΔｚ／Ｐ′だけずれて、−１次回折光Ｒ0-1 の位相は
−ｎθ＋２πΔｚ／Ｐ′だけずれる。
は、円筒多重螺旋格子Ｇ２の点Ｐ１にて反射回折され
て、＋１次回折光Ｒ0+1 、−１次回折光Ｒ0-1 に分割し
位相変調され、＋１次回折光Ｒ0+1 の位相は＋ｎθ＋２
πΔｚ／Ｐ′だけずれて、−１次回折光Ｒ0-1 の位相は
−ｎθ＋２πΔｚ／Ｐ′だけずれる。
【００１８】但しここで、ｎは円筒多重螺旋格子Ｇ２の
多重にしている格子の本数、θは円筒多重螺旋格子Ｇ２
の回転角（ラジアン）、Δｚは円筒多重螺旋格子Ｇ２の
回転軸方向のズレ量（以下スラストズレ）、Ｐは格子の
ピッチ、Ｒは円筒多重螺旋格子Ｇ２の半径である。
多重にしている格子の本数、θは円筒多重螺旋格子Ｇ２
の回転角（ラジアン）、Δｚは円筒多重螺旋格子Ｇ２の
回転軸方向のズレ量（以下スラストズレ）、Ｐは格子の
ピッチ、Ｒは円筒多重螺旋格子Ｇ２の半径である。
【００１９】上記＋１次回折光Ｒ0+1 は回折格子Ｇ３ａ
にて透過回折されて、０次回折光Ｒ0+10、−１次回折光
Ｒ0+1-1 およびその他の光束の分割され、このうち−１
次回折光Ｒ0+1-1 は回折格子面と垂直に取り出され、波
面の位相は＋ｎθ＋２πΔｚ／Ｐ′である。
にて透過回折されて、０次回折光Ｒ0+10、−１次回折光
Ｒ0+1-1 およびその他の光束の分割され、このうち−１
次回折光Ｒ0+1-1 は回折格子面と垂直に取り出され、波
面の位相は＋ｎθ＋２πΔｚ／Ｐ′である。
【００２０】上記−１次回折光Ｒ0-1 は回折格子Ｇ３ｂ
にて透過回折されて、０次回折光Ｒ0-10、＋１次回折光
Ｒ0-1+1 およびその他の光束の分割され、このうち＋１
次回折光Ｒ0-1+1 は回折格子面と垂直に取り出され、波
面の位相は、−ｎθ＋２πΔｚ／Ｐ′である。
にて透過回折されて、０次回折光Ｒ0-10、＋１次回折光
Ｒ0-1+1 およびその他の光束の分割され、このうち＋１
次回折光Ｒ0-1+1 は回折格子面と垂直に取り出され、波
面の位相は、−ｎθ＋２πΔｚ／Ｐ′である。
【００２１】上記回折格子Ｇ１にて＋１次回折した光束
Ｒ+1は、円筒多重螺旋格子Ｇ２ａの点Ｐ２にて反射回折
されて−１次回折光Ｒ+1-1、０次回折光Ｒ+10 およびそ
の他の光束に分割され、それぞれ位相変調される。
Ｒ+1は、円筒多重螺旋格子Ｇ２ａの点Ｐ２にて反射回折
されて−１次回折光Ｒ+1-1、０次回折光Ｒ+10 およびそ
の他の光束に分割され、それぞれ位相変調される。
【００２２】このうち−１次回折光Ｒ+1-1の位相は、−
ｎθだけずれて回折格子Ｇ３ａに入射し、そこで、この
まま直進した０次回折光Ｒ+1-10 の波面の位相は、−ｎ
θ−２πΔｚ／Ｐ′である。
ｎθだけずれて回折格子Ｇ３ａに入射し、そこで、この
まま直進した０次回折光Ｒ+1-10 の波面の位相は、−ｎ
θ−２πΔｚ／Ｐ′である。
【００２３】上記回折格子Ｇ１にて−１次回折した光束
Ｒ-1は、円筒多重螺旋格子Ｇ２ｂの点Ｐ３にて反射回折
されて、＋１次回折光Ｒ-1+1、０次回折光Ｒ-10 および
その他の光束に分割され、それぞれ位相変調される。
Ｒ-1は、円筒多重螺旋格子Ｇ２ｂの点Ｐ３にて反射回折
されて、＋１次回折光Ｒ-1+1、０次回折光Ｒ-10 および
その他の光束に分割され、それぞれ位相変調される。
【００２４】このうち＋１次回折光Ｒ-1+1の位相は、＋
ｎθだけずれて回折格子Ｇ３ｂに入射し、そこで、この
まま直進した０次回折光Ｒ-1+10 の波面の位相は、＋ｎ
θ−２πΔｚ／Ｐ′である。
ｎθだけずれて回折格子Ｇ３ｂに入射し、そこで、この
まま直進した０次回折光Ｒ-1+10 の波面の位相は、＋ｎ
θ−２πΔｚ／Ｐ′である。
【００２５】上記回折格子Ｇ３ａにて光路を重ね合わさ
れた光束Ｒ+1-10 と光束Ｒ0+1-1 は、干渉光となって受
光素子３ａに入射する。このときの干渉位相は、 ｛＋ｎθ＋２πΔｚ／Ｐ′｝−｛−ｎθ＋２πΔｚ／
Ｐ′｝＝２ｎθ＋４πΔｚ／Ｐ′ となり、円筒多重螺旋格子Ｇ２が１回転し、回転軸方向
にΔｚズレるごとに２ｎ＋２Δｚ／Ｐ′周期の明暗信号
Ａ１が発生する。
れた光束Ｒ+1-10 と光束Ｒ0+1-1 は、干渉光となって受
光素子３ａに入射する。このときの干渉位相は、 ｛＋ｎθ＋２πΔｚ／Ｐ′｝−｛−ｎθ＋２πΔｚ／
Ｐ′｝＝２ｎθ＋４πΔｚ／Ｐ′ となり、円筒多重螺旋格子Ｇ２が１回転し、回転軸方向
にΔｚズレるごとに２ｎ＋２Δｚ／Ｐ′周期の明暗信号
Ａ１が発生する。
【００２６】上記回折格子Ｇ３ｂにて光路を重ね合わさ
れた光束Ｒ-1+10 と光束Ｒ-1+1は、干渉光となって受光
素子３ｂに入射する。このときの干渉位相は、 ｛ｎθ−２πΔｚ／Ｐ′｝−｛−ｎθ＋２πΔｚ／
Ｐ′｝＝２ｎθ−４πΔｚ／Ｐ′ となり、円筒多重螺旋格子Ｇ２が１回転し、回転軸方向
にΔｚズレるごとに２ｎ−２Δｚ／Ｐ′周期の明暗信号
Ｂ１が発生する。
れた光束Ｒ-1+10 と光束Ｒ-1+1は、干渉光となって受光
素子３ｂに入射する。このときの干渉位相は、 ｛ｎθ−２πΔｚ／Ｐ′｝−｛−ｎθ＋２πΔｚ／
Ｐ′｝＝２ｎθ−４πΔｚ／Ｐ′ となり、円筒多重螺旋格子Ｇ２が１回転し、回転軸方向
にΔｚズレるごとに２ｎ−２Δｚ／Ｐ′周期の明暗信号
Ｂ１が発生する。
【００２７】上記の明暗信号Ａ１、Ｂ１を計数手段６
Ａ、６Ｂに入力し、ディジタル出力に変換すると、上記
第１の計数手段６Ａからは、円筒多重螺旋格子Ｇ２が１
回転し、回転方向（スラスト）Δｚズレるごとに２ｎ＋
２Δｚ／Ｐ′パルスの明暗信号Ａ２が得られ、上記第２
の計数手段６Ｂからは、２ｎ−２Δｚ／Ｐ′パルスの明
暗信号Ｂ２が得られる。
Ａ、６Ｂに入力し、ディジタル出力に変換すると、上記
第１の計数手段６Ａからは、円筒多重螺旋格子Ｇ２が１
回転し、回転方向（スラスト）Δｚズレるごとに２ｎ＋
２Δｚ／Ｐ′パルスの明暗信号Ａ２が得られ、上記第２
の計数手段６Ｂからは、２ｎ−２Δｚ／Ｐ′パルスの明
暗信号Ｂ２が得られる。
【００２８】上記の２つの明暗信号Ａ２、Ｂ２を上記計
数手段６Ａ、６Ｂと信号処理部８を形成する算術手段７
に入力し、その和を取ると、 Ａ２＋Ｂ２＝４ｎ となり、スラストズレによらず、円筒多重螺旋格子Ｇ２
が１回転すると、４ｎパルスの信号が得られる。
数手段６Ａ、６Ｂと信号処理部８を形成する算術手段７
に入力し、その和を取ると、 Ａ２＋Ｂ２＝４ｎ となり、スラストズレによらず、円筒多重螺旋格子Ｇ２
が１回転すると、４ｎパルスの信号が得られる。
【００２９】実施例２．図６は請求項３の発明による光
学式測定装置の実施例を示す要部の斜視図、図７はその
光路を示した平面図、図８はその側面図である。本実施
例２は図面から明らかなように前記実施例１とは回転円
筒５の表面に互いに配列方向が異なる複数の多重螺旋の
回折格子Ｇ２ａ、Ｇ２ｂを交差させて形成した点が異な
るのみで他の構成、動作は全く同じであるから重複説明
を省略する。
学式測定装置の実施例を示す要部の斜視図、図７はその
光路を示した平面図、図８はその側面図である。本実施
例２は図面から明らかなように前記実施例１とは回転円
筒５の表面に互いに配列方向が異なる複数の多重螺旋の
回折格子Ｇ２ａ、Ｇ２ｂを交差させて形成した点が異な
るのみで他の構成、動作は全く同じであるから重複説明
を省略する。
【００３０】本実施例２では、前記２つの明暗信号Ａ
２、Ｂ２の偏差Ｓ＝Ａ２−Ｂ２をとると、 Ｓ＝２Δｚ／Ｐ′ となり、スラストズレΔｚだけに対する出力、２Δｚ／
Ｐ′パルスを得ることができる。即ち、回転円筒５の回
転変位と、直線変位が同時に測定されたことになる。
２、Ｂ２の偏差Ｓ＝Ａ２−Ｂ２をとると、 Ｓ＝２Δｚ／Ｐ′ となり、スラストズレΔｚだけに対する出力、２Δｚ／
Ｐ′パルスを得ることができる。即ち、回転円筒５の回
転変位と、直線変位が同時に測定されたことになる。
【００３１】なお、上記各実施例は、光の回折干渉を用
いた変位測定装置であるが、回折干渉を使用しない平行
スリット方式など変位測定装置においても適用できる。
上記各実施例は、３つの回折格子Ｇ１、（Ｇ２ａ、Ｇ２
ｂ）、（Ｇ３ａ、Ｇ３ｂ）を用いた光の回折干渉方式の
変位測定装置であるが、３つの回折格子を用いない回折
干渉方式の変位測定装置にも適用できる。
いた変位測定装置であるが、回折干渉を使用しない平行
スリット方式など変位測定装置においても適用できる。
上記各実施例は、３つの回折格子Ｇ１、（Ｇ２ａ、Ｇ２
ｂ）、（Ｇ３ａ、Ｇ３ｂ）を用いた光の回折干渉方式の
変位測定装置であるが、３つの回折格子を用いない回折
干渉方式の変位測定装置にも適用できる。
【００３２】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、ヘッド部に発
光素子と複数個の受光素子および回折格子を設け、この
ヘッド部に対向する回転部に互いに配列方向が異なる複
数の多重螺旋の回折格子を設けた構成なので、干渉光学
系が非常にシンプルな構成となり、部品点数が少なく組
立が簡単となり、非常に小型化が可能である。また、円
筒多重螺旋格子の至る所で格子ピッチが一定で、回転部
の偏心等取付け精度の影響を受けないため、角度と距離
変位が同時に精度よく測定できる光学式変位測定装置を
実現できる。
光素子と複数個の受光素子および回折格子を設け、この
ヘッド部に対向する回転部に互いに配列方向が異なる複
数の多重螺旋の回折格子を設けた構成なので、干渉光学
系が非常にシンプルな構成となり、部品点数が少なく組
立が簡単となり、非常に小型化が可能である。また、円
筒多重螺旋格子の至る所で格子ピッチが一定で、回転部
の偏心等取付け精度の影響を受けないため、角度と距離
変位が同時に精度よく測定できる光学式変位測定装置を
実現できる。
【００３３】請求項２の発明によれば、ヘッド部に光束
を分割する回折格子と合成する回折格子を設け、回転体
に光束を位相変調する回折格子を設けて構成したので、
３つの回折格子の内の１つの回折格子が格子の配列方向
に１ピッチずれると、受光素子上で２周期の明暗信号が
生じる。そして、回転部表面に形成された回折格子は多
重螺旋格子となっているので、回転部がヘッド部と相対
的に一回転すると、ヘッド部の前面を見かけ上、ｎ本の
格子が横切ることになり、しかも円筒多重螺旋格子が互
いに配列方向の異なった２方向の格子であるため、２つ
の受光素子間で逆方向に格子が移動していることにな
り、互いに逆方向に格子が動くように見える２つの受光
素子の出力の和を取ることになり、円筒多重螺旋格子の
スラストズレの影響を軽減できる。
を分割する回折格子と合成する回折格子を設け、回転体
に光束を位相変調する回折格子を設けて構成したので、
３つの回折格子の内の１つの回折格子が格子の配列方向
に１ピッチずれると、受光素子上で２周期の明暗信号が
生じる。そして、回転部表面に形成された回折格子は多
重螺旋格子となっているので、回転部がヘッド部と相対
的に一回転すると、ヘッド部の前面を見かけ上、ｎ本の
格子が横切ることになり、しかも円筒多重螺旋格子が互
いに配列方向の異なった２方向の格子であるため、２つ
の受光素子間で逆方向に格子が移動していることにな
り、互いに逆方向に格子が動くように見える２つの受光
素子の出力の和を取ることになり、円筒多重螺旋格子の
スラストズレの影響を軽減できる。
【００３４】請求項３の発明によれば、回転部に互いに
配列方向の異なる複数の多重螺旋の回折格子を交差させ
て設けたので、装置全体をより小型化することができ
る。
配列方向の異なる複数の多重螺旋の回折格子を交差させ
て設けたので、装置全体をより小型化することができ
る。
【図１】 本発明の実施例１を示す光学式変位測定装置
の要部斜視図
の要部斜視図
【図２】 実施例１の光路が書かれた上面図
【図３】 図２の側面図
【図４】 実施例１の信号処理回路図
【図５】 円筒多重螺旋格子の螺旋形状図
【図６】本発明の実施例２を示す光学式変位測定装置の
要部の斜視図
要部の斜視図
【図７】 実施例２の光路が書かれた上面図
【図８】 図７の側面図
【図９】 従来の光学式変位測定装置を示す斜視図
１ 発光素子 ３、３ａ、３ｂ 受光素子 ４ コリメータレンズ Ｇ１ 光束を分割するための回折格子 Ｇ２、Ｇ２ａ、Ｇ２ｂ 分割された光束を位相変調させ
る円筒多重螺旋格子 Ｇ３、Ｇ３ａ、Ｇ３ｂ 光束を合成するための回折格子 ８ 信号処理部
る円筒多重螺旋格子 Ｇ３、Ｇ３ａ、Ｇ３ｂ 光束を合成するための回折格子 ８ 信号処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 哲 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−285214（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−99694（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−72020（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−152913（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 G01B 11/26 G01D 5/38
Claims (5)
- 【請求項１】 発光素子と複数個の受光素子および回折
格子が設けられたヘッド部と、前記発光素子からの光束
を変調させる互いに配列方向が異なる複数の多重螺旋の
回折格子が分離独立して設けられた回転部と、前記回折
格子によって位相変調された信号光を入射した前記各受
光素子からの出力信号同士を演算処理して変位信号とし
て出力する信号処理部とを備えたことを特徴とする光学
式変位測定装置。 - 【請求項２】 発光素子から出射された光束を分割する
第１の回折格子、この分割された光束を合成する第３の
回折格子、この合成された干渉信号光束を受光する複数
個の受光素子が設けられたヘッド部と、前記発光素子か
らの光束を位相変調させ前記受光素子に入射させる互い
に配列方位が異なる複数の多重螺旋の第２の回折格子が
分離独立して設けられた回転部と、前記第２の回折格子
によって変調された信号光を入射した前記各受光素子か
らの出力信号同士を演算処理して変位信号として出力す
る信号処理部とを備えたことを特徴とする光学式変位測
定装置。 - 【請求項３】 発光素子から出射された光束を分割する
第１の回折格子、この分割された光束を合成する第３の
回折格子、この合成された干渉信号光束を受光する複数
個の受光素子が設けられたヘッド部と、前記発光素子か
らの光束を位相変調させて前記受光素子に入射させる互
いに配列方向が異なる複数の多重螺旋の第２の回折格子
が交差させて設けられた回転部と、前記第２の回折格子
によって変調された信号光を入射した前記各受光素子か
らの出力信号同士を演算処理して回転変位信号として出
力する信号処理部とを備えたことを特徴とする光学式変
位測定装置。 - 【請求項４】 前記ヘッド部に設けられた第１、第３の
回折格子は、前記回転部に設けられた第２の回折格子の
配列方向と平行になるように配置されていることを特徴
とする請求項２または３に記載の光学式変位測定装置。 - 【請求項５】 前記信号処理部は前記受光素子からの出
力信号の周期数をカウントする計数手段と、それらのカ
ウント値の和、差等の演算処理により得られた結果を変
位信号として出力する加減算手段を有することを特徴と
する請求項２または３に記載の光学式変位測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03193994A JP3303505B2 (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 光学式変位測定装置 |
| US08/258,443 US5537210A (en) | 1993-06-10 | 1994-06-09 | Rotation detecting apparatus and scale having a multi helix diffraction grating for the same |
| DE69420464T DE69420464T2 (de) | 1993-06-10 | 1994-06-09 | Rotationserfassungsvorrichtung und zugehörige Skala |
| EP94108863A EP0628791B1 (en) | 1993-06-10 | 1994-06-09 | Rotation detecting apparatus and scale for the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03193994A JP3303505B2 (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 光学式変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07218221A JPH07218221A (ja) | 1995-08-18 |
| JP3303505B2 true JP3303505B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=12344947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03193994A Expired - Fee Related JP3303505B2 (ja) | 1993-06-10 | 1994-02-03 | 光学式変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3303505B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4791811B2 (ja) * | 2005-12-06 | 2011-10-12 | 株式会社ミツトヨ | 光電式ロータリエンコーダ |
-
1994
- 1994-02-03 JP JP03193994A patent/JP3303505B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07218221A (ja) | 1995-08-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |