JP3392898B2 - Lattice interference displacement measuring device - Google Patents

Lattice interference displacement measuring device

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JP3392898B2
JP3392898B2 JP03616693A JP3616693A JP3392898B2 JP 3392898 B2 JP3392898 B2 JP 3392898B2 JP 03616693 A JP03616693 A JP 03616693A JP 3616693 A JP3616693 A JP 3616693A JP 3392898 B2 JP3392898 B2 JP 3392898B2
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基弘 大崎
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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、回折格子が形成された
スケールを用いて光学的に変位測定を行う格子干渉型変
位測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a grating interference type displacement measuring device for optically measuring displacement using a scale having a diffraction grating.

【0002】[0002]

【従来の技術】格子干渉型変位測定装置は、スケールに
回折格子を用いることにより高分解能化を図った光電型
エンコーダの一種である。回折格子には、一つの光源か
らの光ビームが2分割されて照射される。二つの光ビー
ム入射によりスケールから得られる二つの回折光ビーム
は集光され、更にビームスプリッタ等によって二つの回
折光ビームは互いに半分ずつに分けられて混合される。
この混合波が受光素子により受光されるようになってい
る。
2. Description of the Related Art A grating interference type displacement measuring device is a type of photoelectric encoder which has a high resolution by using a diffraction grating as a scale. A light beam from one light source is divided into two and irradiated on the diffraction grating. The two diffracted light beams obtained from the scale by the incidence of the two light beams are condensed, and further, the two diffracted light beams are divided into halves and mixed by a beam splitter or the like.
This mixed wave is received by the light receiving element.

【0003】このような構成として、スケールが光照射
系および光検出系に対して相対的に変位すると、光検出
系には干渉による明暗に対応して周期的に変化する検出
信号が得られる。この検出信号周期によって変位量を測
定することができる。通常光検出系のビームスプリッタ
で二分されて混合された2系統の混合波の光路には、そ
の一方に1/4波長板等が挿入され、互いに位相のずれ
た2系統の検出信号を得る。この2系統の検出信号の位
相差によって、スケールの移動方向が検出できる。
With such a configuration, when the scale is displaced relative to the light irradiation system and the light detection system, a detection signal that periodically changes according to the light and shade due to interference is obtained in the light detection system. The displacement amount can be measured by this detection signal period. A quarter wave plate or the like is inserted in one of the optical paths of the mixed waves of the two systems, which are divided into two by the beam splitter of the ordinary photodetection system and mixed to obtain detection signals of the two systems whose phases are shifted from each other. The moving direction of the scale can be detected by the phase difference between the detection signals of these two systems.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】干渉格子型変位測定装
置では、回折格子が形成されたスケールに対して同一波
長の二つの光ビームを同じ入射角で入射させることが必
要である。このため半導体レーザ等の光源光をビームス
プリッタにより二分割することが行われる。しかし、ビ
ームスプリッタを用いて二分割した光ビームをスケール
に対して同じ入射角で入射させるためには、各光学要素
のアライメントを極めて高精度に行うことが必要にな
る。即ちビームスプリッタに対して斜め方向から光源光
を入射させ、二分された光ビームを対称的にスケールに
入射させることが必要である。このため光学系が非対称
となり、光学要素のアライメントは容易ではない。
In the displacement measuring device of the interference grating type, it is necessary to make two light beams having the same wavelength incident on the scale on which the diffraction grating is formed at the same incident angle. For this reason, light from a light source such as a semiconductor laser is divided into two by a beam splitter. However, in order to make the light beam divided into two parts by using the beam splitter enter the scale at the same incident angle, it is necessary to perform alignment of each optical element with extremely high accuracy. That is, it is necessary that the light source light be incident on the beam splitter in an oblique direction and the divided light beam be symmetrically incident on the scale. Therefore, the optical system becomes asymmetric and alignment of optical elements is not easy.

【0005】また、二分割される光ビームは一定の光量
比となることが望まれるが、ビームスプリッタではその
半透膜の特性によって光ビームの分割比が決まり、分割
比を一定にすることが難しいという難点がある。スケー
ルから得られた二つの光ビームを混合,干渉させるため
にも、通常ビームスプリッタが用いられる。したがって
この光検出系に関しても上述した光照射系と同様の問題
がある。これらの問題は、回折格子を用いた格子干渉型
変位測定装置の出力信号特性を劣化させる原因となる。
即ち、スケールから得られる二つの出力回折光ビームは
等量ずつ混合,干渉させることが高分解能特性を得る上
で重要であるが、上述した従来の構成では良好な出力信
号特性が得られず、従って十分な高分解能特性を得るこ
とが難しい。
Further, it is desired that the light beam split into two has a constant light quantity ratio, but in the beam splitter, the split ratio of the light beam is determined by the characteristics of the semipermeable membrane, and the split ratio can be kept constant. There is a difficulty that it is difficult. A beam splitter is also commonly used to mix and interfere two light beams obtained from the scale. Therefore, this photodetection system also has the same problem as the above-mentioned light irradiation system. These problems cause deterioration of output signal characteristics of the grating interference type displacement measuring device using the diffraction grating.
That is, it is important to mix and interfere the two output diffracted light beams obtained from the scale by equal amounts in order to obtain high resolution characteristics. However, in the above-described conventional configuration, good output signal characteristics cannot be obtained. Therefore, it is difficult to obtain a sufficiently high resolution characteristic.

【0006】本発明は上記した事情を考慮してなされた
もので、光学要素のアライメントが容易でかつ用いられ
る二つの光ビームの光量を等しくすることを可能とし、
もって高分解能特性を得ることを可能とした格子干渉型
変位測定装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and makes it possible to easily align the optical elements and to equalize the light amounts of the two light beams used.
It is an object of the present invention to provide a grating interference type displacement measuring device capable of obtaining high resolution characteristics.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係る第1の格子
干渉型変位測定装置は、回折格子が形成されたスケール
と、このスケールに二つの光ビームを照射する光照射系
と、前記二つの光ビームにより前記スケールから得られ
る二つの回折光ビームを集光し混合してその混合波を受
光する光検出系とを有し、前記スケールの前記光照射系
及び光検出系に対する相対変化に応じて周期的に変化す
る検出信号を出力する格子干渉型変位測定装置におい
て、前記光照射系は、出力される光ビームが前記スケー
ルに垂直になるように配置された光源と、この光源から
出力される光ビームを前記スケールに入射する二つの1
次回折光からなる光ビームに分割するための回折格子と
を有し前記スケールから得られる二つの回折光ビーム
は、1次回折光であって前記スケールに垂直になるよう
に前記光源の波長と前記回折格子及びスケールの格子定
数とが調整され、前記光検出系は、前記スケールからの
二つの回折光ビームを前記光源から前記スケールに下ろ
した垂線上に集光させる集光手段と、前記二つの回折光
ビームの集光位置に前記スケールに対して垂直に配置さ
れた半透過面を有し前記集光された二つの1次回折光か
らなる光ビームを前記半透過面でそれぞれ透過及び反射
させて透過光と反射光とを干渉させ混合する光混合手段
と、この光混合手段で混合された光をそれぞれ受光する
受光素子とを有することを特徴とする。本発明の一つの
実施形態において、前記集光手段は、前記スケールから
得られる二つの回折光ビームを集光するための前記スケ
ールと平行配置された回折格子を有することを特徴とす
る。この場合、前記スケールは、反射型の回折格子であ
り、前記光照射系の回折格子と前記集光手段の回折格子
とは、同一平面上に形成されるようにしても良い。
The first grating according to the present invention
The interferometric displacement measuring device includes a scale on which a diffraction grating is formed, a light irradiation system that irradiates the scale with two light beams, and two diffracted light beams obtained from the scale by the two light beams. And a photodetection system that mixes and receives the mixed wave, and outputs a detection signal that periodically changes according to a relative change of the scale with respect to the light irradiation system and the photodetection system. In the apparatus, the light irradiation system includes a light source arranged such that an output light beam is perpendicular to the scale, and two light sources for injecting the light beam output from the light source into the scale.
And a diffraction grating for splitting the light beam of diffracted light, two diffracted light beams obtained from the scale 1 wherein the wavelength of the light source as a diffracted light becomes perpendicular to the scale The grating constant of the diffraction grating and the scale is adjusted, and the photodetection system is
Drop two diffracted light beams from the light source onto the scale.
Light collecting means for collecting light on the perpendicular line and the two diffracted lights
It is placed perpendicular to the scale at the focal point of the beam.
The two condensed first-order diffracted lights having a semi-transmissive surface
A light beam consisting of a semi-transmissive surface that transmits and reflects respectively
A light mixing means for mixing transmitted light and reflected light by interfering them
And receive the light mixed by this light mixing means.
And a light receiving element . Of one aspect of the present invention
In an embodiment, the condensing means is
It is characterized in that it has a diffraction grating arranged in parallel with the scale for collecting two obtained diffracted light beams . In this case, the scale is a reflective diffraction grating.
The diffraction grating of the light irradiation system and the diffraction grating of the condensing means
May be formed on the same plane.

【0008】また、本発明に係る第2の格子干渉型変位
測定装置は、回折格子が形成されたスケールと、このス
ケールに二つの光ビームを照射する光照射系と、前記二
つの光ビームにより前記スケールから得られる二つの回
折光ビームを集光し混合してその混合波を受光する光検
出系とを有し、前記スケールの前記光照射系及び光検出
系に対する相対変化に応じて周期的に変化する検出信号
を出力する格子干渉型変位測定装置において、前記光照
射系は、出力される光ビームが前記スケールに垂直にな
るように配置された光源と、この光源から出力される光
ビームを1次回折光からなる二つの光ビームに分割する
ための前記スケールと平行配置された第1の回折格子
と、この第1の回折格子により分割された二つの光ビー
ムから前記スケールに垂直に入射される1次回折光から
なる二つの光ビームを生成するための前記スケールと平
行配置された第2の回折格子とを有し、且つ前記スケー
ルから得られる二つの回折光ビームは、1次回折光であ
って前記スケールがその二つの回折光ビームを集光する
集光手段を兼ねていることを特徴とする。なお、明細書
における「集光」は、二つの光ビームを一点に集めると
いう意味で用いられており、各光ビーム自体のビーム径
が絞られる場合と絞られない場合を含む。
A second grating interference type displacement according to the present invention is also provided.
The measuring device consists of a scale with a diffraction grating and this scale.
A light irradiation system for irradiating the kale with two light beams;
Two times obtained from the scale by one light beam
An optical detector that collects and mixes a folded beam and receives the mixed wave.
And a light output system of the scale and a light detector.
Detection signal that changes periodically according to relative changes to the system
In the displacement measuring device of the grating interference type which outputs
The output system makes the output light beam perpendicular to the scale.
And the light output from this light source
Split the beam into two light beams consisting of the first-order diffracted light
First diffraction grating arranged parallel to said scale for
And two optical beams split by this first diffraction grating
From the first-order diffracted light that is vertically incident on the scale from the
And the scale for generating two light beams
A second diffraction grating arranged in rows, and the scale
The two diffracted light beams obtained from the
The scale collects the two diffracted light beams
It is characterized in that it also serves as a light collecting means. In the specification, “condensing” is used to mean that two light beams are collected at one point, and includes cases where the beam diameter of each light beam itself is narrowed and where it is not narrowed.

【0009】[0009]

【作用】本発明においては、光源からの光ビームを二分
割する手段として回折格子を用いている。ビーム分割用
の回折格子をスケールに平行に配置して、これに対して
光源からの光ビームを垂直に入射すれば、その+1次回
折光ビームと−1次回折光ビームをスケールに入射する
二つの光ビームとして用いることができる。即ち光源か
らの光ビームを分割する回折格子とスケールとを平行配
置し、かつ光源からの光ビームが回折格子に垂直に入射
するように配置することができるので、光照射系が光源
を中心に対称的になり、従って光学要素のアライメント
は容易である。また、スケールへの入射光ビームは回折
格子の+1次回折光と−1次回折光であるから、光量が
等しくなる。以上により、極めて高分解能の格子干渉型
変位測定装置が得られる。
In the present invention, the diffraction grating is used as a means for dividing the light beam from the light source into two. If a diffraction grating for beam splitting is arranged parallel to the scale and the light beam from the light source is perpendicularly incident on it, the + 1st-order diffracted light beam and the -1st-order diffracted light beam are incident on the scale. It can be used as a beam. That is, the diffraction grating for dividing the light beam from the light source and the scale can be arranged in parallel, and the light beam from the light source can be arranged so as to be perpendicularly incident on the diffraction grating. Being symmetrical, the alignment of the optical elements is therefore easy. Further, since the incident light beams on the scale are the + 1st-order diffracted light and the -1st-order diffracted light of the diffraction grating, the light amounts are equal. From the above, an extremely high resolution grating interference type displacement measuring device can be obtained.

【0010】光検出系における回折光ビームの集光手段
として回折格子を用いた場合にも、同様の理由で格子干
渉型変位測定装置の高分解能化が図られる。
Even when a diffraction grating is used as the focusing means for the diffracted light beam in the photodetection system, the resolution of the grating interference type displacement measuring device can be improved for the same reason.

【0011】[0011]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図1は、本発明の一実施例に係る格子干渉型
変位測定装置の構成である。スケール10はこの実施例
では透過型の回折格子により構成されている。このスケ
ールの一方側に光照射系20、他方側にスケールを透過
回折して得られた光ビームを検出する光検出系30が配
置されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a grating interference type displacement measuring device according to an embodiment of the present invention. The scale 10 is composed of a transmission type diffraction grating in this embodiment. A light irradiation system 20 is arranged on one side of the scale, and a light detection system 30 for detecting a light beam obtained by transmitting and diffracting the scale is arranged on the other side.

【0012】光照射系20は、光源としての半導体レー
ザ21、この半導体レーザ21の出力光ビームを平行光
にするコリメータ22、およびコリメータ22を通った
光ビームを二分割するための回折格子23により構成さ
れている。回折格子23はスケール10と平行配置され
ており、半導体レーザ21はこれらに対して垂直の光ビ
ームを出力するように配置されている。回折格子23に
より二分割されてスケール10に入射される光ビームB
01,Bo2は具体的には、+1次回折光と−1次回折光で
ある。0次回折光は当然あるが、これは測定動作に関係
しないので、図では示していない。
The light irradiation system 20 includes a semiconductor laser 21 as a light source, a collimator 22 for collimating an output light beam of the semiconductor laser 21, and a diffraction grating 23 for splitting the light beam passing through the collimator 22. It is configured. The diffraction grating 23 is arranged in parallel with the scale 10, and the semiconductor laser 21 is arranged so as to output a light beam perpendicular to these. The light beam B which is divided into two by the diffraction grating 23 and is incident on the scale 10.
01 and Bo2 are specifically + 1st-order diffracted light and -1st-order diffracted light. There is naturally the 0th-order diffracted light, but this is not shown in the figure because it is not related to the measurement operation.

【0013】光検出系30は、入射光ビームB01,B02
によりそれぞれスケール10から得られる回折光ビーム
B11,B12を集光する凸レンズ31、集光した二つの光
ビームをそれぞれ半分ずつ透過と反射させて、透過光と
反射光を干渉させて混合するハーフミラー32、これに
より得られる二つの混合波B21,B22を受光するフォト
ダイオード33,35を有する。一方のフォトダイオー
ド35側には1/4波長板34が挿入されている。この
実施例では、スケール10から得られる回折光ビームB
11,B12はスケール10に対して垂直、即ち回折角90
°となっている。この回折角は、用いる光源光波長、ビ
ーム分割用の回折格子23およびスケール10の格子定
数により決まる。
The photodetection system 30 includes incident light beams B01 and B02.
A convex lens 31 for condensing the diffracted light beams B11, B12 respectively obtained from the scale 10, a half mirror for transmitting and reflecting the two converging light beams by half and interfering the transmitted light with the reflected light to mix them. 32, and photodiodes 33 and 35 for receiving the two mixed waves B21 and B22 obtained thereby. A quarter-wave plate 34 is inserted on one photodiode 35 side. In this embodiment, the diffracted light beam B obtained from the scale 10 is
11 and B12 are perpendicular to the scale 10, that is, the diffraction angle 90
It has become °. This diffraction angle is determined by the light source light wavelength used, the beam splitting diffraction grating 23, and the lattice constant of the scale 10.

【0014】この様な構成として、スケール10を光照
射系20および光検出系30に対して、図に矢印Aで示
すように相対的に移動させることにより、フォトダイオ
ード33,35からはスケール10の格子ピッチにより
周波数が決まる正弦波状検出信号が得られ、その周期か
ら変位量を測定することができる。また、二つのフォト
ダイオード33,35から得られる検出信号は、1/4
波長板34によって互いに90°位相がずれたものとな
り、両者を比較することよって、スケールの変位方向を
判定することができる。
With such a structure, the scale 10 is moved relative to the light irradiation system 20 and the light detection system 30 as indicated by an arrow A in the figure, so that the scale 10 is removed from the photodiodes 33 and 35. A sinusoidal detection signal whose frequency is determined by the grating pitch of is obtained, and the displacement amount can be measured from the period. Further, the detection signal obtained from the two photodiodes 33 and 35 is 1/4.
The wave plates 34 are 90 ° out of phase with each other, and the displacement direction of the scale can be determined by comparing the two.

【0015】この実施例によると、図から明らかなよう
に、半導体レーザ21からの光ビームはスケール10に
対して垂直であって、1/4波長板34を除く光学系が
スケール10に対する垂線に関して対称となっている。
従って光学要素のアライメントは容易である。またビー
ム分割が回折格子23によりなされ、その±1次光がス
ケールへの二つの入射光ビームとして用いられるから、
二つの入射光ビームの光量は完全に等しくなる。以上に
より、高分解能特性が得られる。
According to this embodiment, as is apparent from the drawing, the light beam from the semiconductor laser 21 is perpendicular to the scale 10, and the optical system except the quarter wave plate 34 is perpendicular to the scale 10. It is symmetrical.
Therefore, alignment of the optical element is easy. Further, beam division is performed by the diffraction grating 23, and the ± first-order light is used as two incident light beams to the scale,
The amounts of light of the two incident light beams are completely equal. As described above, high resolution characteristics can be obtained.

【0016】またこの実施例では、スケール10から得
られる二つの光ビームB11,B12がスケール10に対し
て垂直、従って二つの光ビームB11,B12が互いに平行
になるように設計されている。これにより、これらの光
ビームを集光し干渉させる光検出系30の設計が容易に
なる。更にこの実施例では、スケール10から垂直方向
に得られる二つの光ビームB11,B12を凸レンズ31に
より集光し、その集光点位置にハーフミラー32を配置
して光混合を行っている。従ってフォトダイオード3
3,35をハーフミラー32の近くに配置することよ
り、フォトダイオード33,35として受光面積の小さ
いものを用いることができる。
Further, in this embodiment, the two light beams B11 and B12 obtained from the scale 10 are designed to be perpendicular to the scale 10, and thus the two light beams B11 and B12 are parallel to each other. This facilitates the design of the photodetection system 30 that collects and interferes with these light beams. Further, in this embodiment, the two light beams B11 and B12 obtained in the vertical direction from the scale 10 are condensed by the convex lens 31, and the half mirror 32 is arranged at the condensing point position to perform the light mixing. Therefore, the photodiode 3
Since the photodiodes 3 and 35 are arranged near the half mirror 32, the photodiodes 33 and 35 having a small light receiving area can be used.

【0017】図2および図3は、図1の実施例の光検出
系30側を変形した実施例である。光照射系は図1の実
施例と同じであり、従ってこれらの図では光照射系は省
略している。図2の実施例では、スケール10から得ら
れた光ビームB11,B12の集光手段として、凸レンズに
代わって回折格子36を用いている。回折格子36はス
ケール10と平行に配置されている。図3の実施例で
は、光ビームを集光して干渉させる手段として、回折格
子36と、接合面にハーフミラー38となるプリズム3
7を用いている。これらの実施例によっても先の実施例
と同様の効果が得られる。
2 and 3 show an embodiment in which the photodetection system 30 side of the embodiment of FIG. 1 is modified. The light irradiation system is the same as that of the embodiment of FIG. 1, and therefore the light irradiation system is omitted in these drawings. In the embodiment shown in FIG. 2, a diffraction grating 36 is used instead of the convex lens as a condensing means for the light beams B11 and B12 obtained from the scale 10. The diffraction grating 36 is arranged parallel to the scale 10. In the embodiment shown in FIG. 3, the diffraction grating 36 and the prism 3 serving as the half mirror 38 on the joint surface serve as means for collecting and interfering the light beams.
7 is used. The same effects as those of the previous embodiment can be obtained by these embodiments.

【0018】図4は、スケール10を反射型として、ス
ケール10の一方側に光照射系20と光検出系30を配
置した実施例である。図1の実施例と対応する部分に図
1と同一符号を付して詳細な説明は省略する。この実施
例では、スケール10の回折格子が形成された側の面と
反対側の面11が反射面となっている。スケール10で
回折され、面11で反射された回折光ビームB11,B12
がスケール10の上方にスケール10に対して垂直に出
るように設計されている。この実施例よると、光学系が
スケール10の一方にのみ配置される結果、光学系がよ
りコンパクトになる。
FIG. 4 shows an embodiment in which the scale 10 is a reflection type and the light irradiation system 20 and the light detection system 30 are arranged on one side of the scale 10. The parts corresponding to those in the embodiment of FIG. 1 are designated by the same reference numerals as those in FIG. In this embodiment, the surface 11 of the scale 10 opposite to the surface on which the diffraction grating is formed is a reflecting surface. Diffracted light beams B11 and B12 diffracted by the scale 10 and reflected by the surface 11
Are designed to extend above the scale 10 and perpendicular to the scale 10. According to this embodiment, the optical system is arranged only on one side of the scale 10, resulting in a more compact optical system.

【0019】図5は、図4の実施例を変形したもので、
スケール10自体は透過型であるが、これと別にミラー
12を配置して、実質的に図4と同じ反射型構成とした
実施例である。図5に示した部分以外は図4と同じであ
る。
FIG. 5 shows a modification of the embodiment shown in FIG.
Although the scale 10 itself is a transmissive type, a mirror 12 is arranged separately from the scale 10 to form a reflective type structure substantially the same as in FIG. 4 is the same as that of FIG. 4 except the part shown in FIG.

【0020】図6は、図4の実施例における集光用凸レ
ンズ31の代わりに、ビーム分割用の回折格子23をそ
のまま集光手段として用いた実施例である。これによ
り、光学系は更にコンパクトに構成できることになる。
図7は更に図6の実施例において、光ビームの混合を行
うハーフミラー32の部分に回折格子39を用いた実施
例である。この場合、回折格子39による二つの光ビー
ムからの回折光ビームが一つに重なった混合波B20とし
て得られるように、格子定数が選ばれている。従って変
位方向を検出するために位相のずれた二つの光ビームを
出力するためには、この混合波B20を二つに分割するこ
とが必要である。これは容易にできる。
FIG. 6 shows an embodiment in which a beam splitting diffraction grating 23 is used as it is as a light converging means instead of the light converging convex lens 31 in the embodiment of FIG. As a result, the optical system can be made more compact.
FIG. 7 is an example in which a diffraction grating 39 is used in the portion of the half mirror 32 for mixing the light beams in the example of FIG. In this case, the lattice constant is selected so that the diffracted light beams from the two light beams by the diffraction grating 39 are obtained as a mixed wave B20 that is superposed on one another. Therefore, in order to output two light beams whose phases are shifted to detect the displacement direction, it is necessary to divide this mixed wave B20 into two. This can be done easily.

【0021】図8は、図4の実施例における集光用凸レ
ンズ31に代わって、ビーム分割用回折格子23とは別
に集光用の回折格子40を用いた実施例である。図9は
更に図8の実施例において、光混合を行うハーフミラー
32の部分を図7の実施例と同様に回折格子39で置き
換えた実施例である。
FIG. 8 shows an embodiment in which a condensing diffraction grating 40 is used separately from the beam splitting diffraction grating 23 in place of the converging convex lens 31 in the embodiment of FIG. FIG. 9 shows an embodiment in which the half mirror 32 for performing light mixing is replaced with a diffraction grating 39 in the embodiment of FIG. 8 as in the embodiment of FIG.

【0022】図10は、図9の実施例において、光混合
用の回折格子39で、一方の0次回折光と他方の1次回
折光とが重なって二つの混合波B21,B22が得られるよ
うにした実施例である。これも、用いる光源波長と回折
格子39に対する入射角との関係で回折格子39の格子
定数を選ぶことにより、可能となる。
FIG. 10 is a diffraction grating 39 for mixing light in the embodiment of FIG. 9 so that one of the 0th-order diffracted light and the other 1st-order diffracted light are overlapped so that two mixed waves B21 and B22 are obtained. This is an example. This is also possible by selecting the grating constant of the diffraction grating 39 depending on the relationship between the wavelength of the light source used and the angle of incidence on the diffraction grating 39.

【0023】以上では、光検出系の集光手段として凸レ
ンズを用いる実施例、その凸レンズに代わって回折格子
を用いる実施例を説明したが、更に集光手段は種々変形
して実施することができる。スケールを反射型とした場
合について、それらの実施例を図11〜図15に示す。
図11は、凹面鏡41を集光手段とした実施例である。
図12は、特殊プリズム42を集光手段兼光混合手段と
した実施例である。プリズム42は上面が球面ないし円
柱面の反射面43である貼り合わせプリズムであって、
貼り合わせ面がハーフミラー44となっている。スケー
ル10からの二つの光ビームB11,B12は、このプリズ
ム44の上面で反射されて集光され、内部ハーフミラー
44で混合される。
In the above, the embodiment using the convex lens as the light condensing means of the light detection system and the embodiment using the diffraction grating in place of the convex lens have been described, but the light converging means can be modified in various ways. . Examples in which the scale is a reflection type are shown in FIGS. 11 to 15.
FIG. 11 shows an embodiment in which the concave mirror 41 is used as a light collecting means.
FIG. 12 shows an embodiment in which the special prism 42 is used as a light collecting means and a light mixing means. The prism 42 is a laminated prism whose upper surface is a reflecting surface 43 having a spherical surface or a cylindrical surface,
The bonding surface is a half mirror 44. The two light beams B11 and B12 from the scale 10 are reflected by the upper surface of the prism 44, collected, and mixed by the internal half mirror 44.

【0024】図13は、集光手段としてミラー45,4
6を用いた実施例である。この場合、二つの光ビームB
11,B12は一点に集光されるが、これまでの実施例と異
なり、ビーム径そのものは絞られない。図14は、図1
2の実施例におけるプリズム42の反射面43を平坦面
とした実施例である。図15は、反射型の回折格子47
を集光手段とした実施例である。これら図14,図15
の実施例でも、図13の実施例と同様に集光される二つ
の光ビームの径は絞られない。
FIG. 13 shows mirrors 45 and 4 as the light collecting means.
6 is an example using 6. In this case, two light beams B
Although 11 and B12 are condensed at one point, the beam diameter itself is not narrowed, unlike the previous embodiments. 14 is shown in FIG.
In the second embodiment, the reflecting surface 43 of the prism 42 is a flat surface. FIG. 15 shows a reflection type diffraction grating 47.
In this embodiment, the light collecting means is used. These FIG. 14 and FIG.
Also in this embodiment, the diameters of the two light beams focused as in the embodiment of FIG. 13 cannot be reduced.

【0025】図16は、光照射系において、回折格子2
3により分割された光ビームB01,B02を更にスケール
10と平行配置された回折格子24を通して、スケール
10に対して垂直に入射する光ビームB01′,B02′と
した実施例である。この実施例はスケール10が反射型
であるが、光照射系20と光検出系30の上下関係は、
図4以下の実施例とは逆になっている。この実施例の場
合、スケール10から得られる回折光ビームB11,B12
はレンズ等を用いることなく集光される。
FIG. 16 shows the diffraction grating 2 in the light irradiation system.
In this embodiment, the light beams B01 and B02 split by 3 are further made into light beams B01 'and B02' which are vertically incident on the scale 10 through the diffraction grating 24 arranged in parallel with the scale 10. In this embodiment, the scale 10 is a reflection type, but the vertical relationship between the light irradiation system 20 and the light detection system 30 is as follows.
This is the reverse of the embodiment shown in FIG. In the case of this embodiment, the diffracted light beams B11 and B12 obtained from the scale 10 are
Is condensed without using a lens or the like.

【0026】以上の各実施例において、ビーム分割を行
う回折格子23として反射型を用いれば、図17に示す
ように、光照射系20の半導体レーザ21、コリメータ
22および回折格子23の配置を反転することもでき
る。更にこの場合、光照射系20はスケール10の一方
に配置されているが、図18に示すように、スケール1
0の一方に半導体レーザ21とコリメータ22を配置
し、スケール10の反対側にビーム分割用回折格子23
を配置することもできる。
In each of the above embodiments, if a reflection type diffraction grating 23 is used for beam splitting, the arrangement of the semiconductor laser 21, the collimator 22 and the diffraction grating 23 of the light irradiation system 20 is reversed as shown in FIG. You can also do it. Further, in this case, the light irradiation system 20 is arranged on one side of the scale 10, but as shown in FIG.
0, the semiconductor laser 21 and the collimator 22 are arranged on one side, and the beam splitting diffraction grating 23 is arranged on the opposite side of the scale 10.
Can also be placed.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
源からの光ビームを二分割する手段として回折格子を用
いることにより、光学要素のアライメントが容易にな
り、また分割された二つの光ビームの光量も等しくなっ
て、高分解能特性の格子干渉型変位測定装置を得ること
ができる。
As described above, according to the present invention, by using a diffraction grating as a means for splitting a light beam from a light source into two, alignment of optical elements is facilitated, and two split light beams are used. Since the light quantities of the beams are equalized, it is possible to obtain a grating interference type displacement measuring device having high resolution characteristics.

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

【図1】 本発明の一実施例に係る格子干渉型変位測定
装置の要部構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a grating interference type displacement measuring device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置の
要部構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a main part of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図3】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置の
要部構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a main part of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図4】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置の
要部構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a main part of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図5】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置の
要部構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a main part of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図6】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置の
要部構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a main part of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図7】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置の
要部構成を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a main configuration of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図8】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置の
要部構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a main configuration of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図9】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置の
要部構成を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a main part of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図10】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置
の要部構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a main configuration of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図11】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置
の要部構成を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a main part of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図12】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置
の要部構成を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a main configuration of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図13】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置
の要部構成を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a main configuration of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図14】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置
の要部構成を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a main part of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図15】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置
の要部構成を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a main configuration of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図16】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置
の要部構成を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a main part of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図17】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置
の要部構成を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a main part of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【図18】 他の実施例による格子干渉型変位測定装置
の要部構成を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a main configuration of a grating interference type displacement measuring device according to another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…スケール、20…光照射系、30…光検出系、2
1…半導体レーザ、22…コリメータ、23…回折格
子、31…凸レンズ、32…ハーフミラー、33,35
…フォトダイオード、34…1/4波長板、36…回折
格子、37…プリズム、11…反射面、12…ミラー、
39,40…回折格子、42…プリズム、43…球面反
射面、44…ハーフミラー、45,46…ミラー、47
…回折格子。
10 ... Scale, 20 ... Light irradiation system, 30 ... Photo detection system, 2
1 ... Semiconductor laser, 22 ... Collimator, 23 ... Diffraction grating, 31 ... Convex lens, 32 ... Half mirror, 33, 35
... photodiode, 34 ... quarter wave plate, 36 ... diffraction grating, 37 ... prism, 11 ... reflective surface, 12 ... mirror,
39, 40 ... Diffraction grating, 42 ... Prism, 43 ... Spherical reflecting surface, 44 ... Half mirror, 45, 46 ... Mirror, 47
…Diffraction grating.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−1924(JP,A) 特開 平5−1923(JP,A) 特開 昭60−260813(JP,A) 特開 昭62−25212(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 G01D 5/38 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) References JP-A-5-1924 (JP, A) JP-A-51923 (JP, A) JP-A 60-260813 (JP, A) JP-A 62- 25212 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/00 G01D 5/38

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 回折格子が形成されたスケールと、この
スケールに二つの光ビームを照射する光照射系と、前記
二つの光ビームにより前記スケールから得られる二つの
回折光ビームを集光し混合してその混合波を受光する光
検出系とを有し、前記スケールの前記光照射系及び光検
出系に対する相対変化に応じて周期的に変化する検出信
号を出力する格子干渉型変位測定装置において、 前記光照射系は、出力される光ビームが前記スケールに
垂直になるように配置された光源と、この光源から出力
される光ビームを前記スケールに入射する二つの1次回
折光からなる光ビームに分割するための回折格子とを有
前記スケールから得られる二つの回折光ビームは、1次
回折光であって前記スケールに垂直になるように前記光
源の波長と前記回折格子及びスケールの格子定数とが調
整され 前記光検出系は、前記スケールからの二つの回折光ビー
ムを前記光源から前記スケールに下ろした垂線上に集光
させる集光手段と、前記二つの回折光ビームの集光位置
に前記スケールに対して垂直に配置された半透過面を有
し前記集光された二つの1次回折光からなる光ビームを
前記半透過面でそれぞれ透過及び反射させて透過光と反
射光とを干渉させ混合する光混合手段と、この光混合手
段で混合された光をそれぞれ受光する受光素子とを有す
ことを特徴とする格子干渉型変位測定装置。
1. A scale on which a diffraction grating is formed, a light irradiation system for irradiating the scale with two light beams, and two diffracted light beams obtained from the scale are condensed and mixed by the two light beams. And a grating detection type displacement measuring apparatus having a photodetection system for receiving the mixed wave and outputting a detection signal that periodically changes according to a relative change of the scale with respect to the light irradiation system and the photodetection system. The light irradiation system includes a light source arranged so that an output light beam is perpendicular to the scale, and a light beam composed of two first-order diffracted lights that are incident on the scale. and a diffraction grating for splitting the two diffracted light beams obtained from the scale, 1 the diffraction wavelength of the light source as a diffracted light becomes perpendicular to the scale And the lattice constant of Kooyobi scale is adjusted, the light detection system, two diffracted light Bee from the scale
Light beam from the light source to the scale on the vertical line
Focusing means and focusing position of the two diffracted light beams
Has a semi-transmissive surface arranged perpendicular to the scale
Then, a light beam composed of the two condensed first-order diffracted lights is
The semi-transmissive surface transmits and reflects respectively to reflect the transmitted light.
A light mixing means for interfering with the incident light and mixing, and this light mixing hand.
It has a light receiving element that receives the light mixed in each stage.
Grating interferometric displacement measuring apparatus characterized by that.
【請求項2】 前記集光手段は、前記スケールから得ら
れる二つの回折光ビームを集光するための前記スケール
と平行配置された回折格子を有することを特徴とする請
求項1記載の格子干渉型変位測定装置。
2. The grating interference according to claim 1, wherein the condensing unit has a diffraction grating arranged in parallel with the scale for converging two diffracted light beams obtained from the scale. Mold displacement measuring device.
【請求項3】 前記スケールは、反射型の回折格子であ
り、前記光照射系の回折格子と前記集光手段の回折格子
とは、同一平面上に形成されていることを特徴とする請
求項2記載の格子干渉型変位測定装置。
3. The scale is a reflection type diffraction grating.
The diffraction grating of the light irradiation system and the diffraction grating of the condensing means
Is a contract characterized by being formed on the same plane.
The grating interference type displacement measuring device according to claim 2.
【請求項4】 回折格子が形成されたスケールと、この
スケールに二つの光ビームを照射する光照射系と、前記
二つの光ビームにより前記スケールから得られる二つの
回折光ビームを集光し混合してその混合波を受光する光
検出系とを有し、前記スケールの前記光照射系及び光検
出系に対する相対変化に応じて周期的に変化する検出信
号を出力する格子干渉型変位測定装置において、 前記光照射系は、出力される光ビームが前記スケールに
垂直になるように配置された光源と、この光源から出力
される光ビームを1次回折光からなる二つの光ビームに
分割するための前記スケールと平行配置された第1の回
折格子と、この第1の回折格子により分割された二つの
光ビームから前記スケールに垂直に入射される1次回折
光からなる二つの光ビームを生成するための前記スケー
ルと平行配置された第2の回折格子とを有し、且つ前記
スケールから得られる二つの回折光ビームは、1次回折
光であって前記スケールがその二つの回折光ビームを集
光する集光手段を兼ねていることを特徴とする格子干渉
型変位測定装置。
4. A scale on which a diffraction grating is formed, a light irradiation system for irradiating the scale with two light beams, and two diffracted light beams obtained from the scale are condensed and mixed by the two light beams. And a grating detection type displacement measuring apparatus having a photodetection system for receiving the mixed wave and outputting a detection signal that periodically changes according to a relative change of the scale with respect to the light irradiation system and the photodetection system. The light irradiation system includes a light source arranged so that an output light beam is perpendicular to the scale, and a light beam output from the light source is divided into two light beams including first-order diffracted light. A first diffraction grating arranged in parallel with the scale, and two optical beams composed of a first-order diffracted light which is perpendicularly incident on the scale from the two light beams divided by the first diffraction grating. And a second diffraction grating arranged in parallel with the scale for generating the two diffracted light beams obtained from the scale are first-order diffracted light, and the scale is the two diffracted light beams. Displacement measuring device of grating interference type, which also functions as a light collecting means for collecting light.
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