JP3513251B2 - 光学式変位センサ - Google Patents
光学式変位センサInfo
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
Landscapes
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学式変位センサに関
し、特に物体に光を照射した際に発生する回折、干渉に
より、干渉光束が変調されることを利用して物体の移動
や変位などの移動情報の物理量を高精度に求めることの
できる光学式変位センサに関するものである。
し、特に物体に光を照射した際に発生する回折、干渉に
より、干渉光束が変調されることを利用して物体の移動
や変位などの移動情報の物理量を高精度に求めることの
できる光学式変位センサ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センサとして
は、光学式エンコーダ、レーザドップラー速度計、レー
ザ干渉計等があり、これ等は高精度、高分解能である
が、より広い分野に応用されるには装置全体が小型化
（ミリオーダのサイズ）であり、且つ高精度、高分解能
（0.1 μｍオーダ）、高安定性のものが必要になってき
ている。ミリサイズになれば測定される対象に直接貼り
付けて使用できるので、より小型な装置にも使用できる
ことになるが、しかし、取付誤差が生じやすいので、そ
の対応が必要となる。
は、光学式エンコーダ、レーザドップラー速度計、レー
ザ干渉計等があり、これ等は高精度、高分解能である
が、より広い分野に応用されるには装置全体が小型化
（ミリオーダのサイズ）であり、且つ高精度、高分解能
（0.1 μｍオーダ）、高安定性のものが必要になってき
ている。ミリサイズになれば測定される対象に直接貼り
付けて使用できるので、より小型な装置にも使用できる
ことになるが、しかし、取付誤差が生じやすいので、そ
の対応が必要となる。
【０００３】こうした光を利用した移動情報の検出装置
の分野で小型化に有効な先行技術としては次のようなも
のがある。
の分野で小型化に有効な先行技術としては次のようなも
のがある。
【０００４】図６は、実開平１ー１８０６１５号公報に
開示された光学エンコーダの説明図である。同図におい
て発光素子４２から発散された光束は、基板４６の穴４
６Ａを通り、スリットアレイ１４によって線状光線アレ
イに変換され、スケール４０上の格子に照射される。そ
して、その底面１２から反射される光束によってインデ
ックス格子１６上にスケール４０の格子が投影され、両
者の幾何学的重なりによって基板４６上の受光素子４８
へ透過入射する光量が変調されることを測定原理として
いる。この原理によると小型化できるが、分解能には限
界がある。
開示された光学エンコーダの説明図である。同図におい
て発光素子４２から発散された光束は、基板４６の穴４
６Ａを通り、スリットアレイ１４によって線状光線アレ
イに変換され、スケール４０上の格子に照射される。そ
して、その底面１２から反射される光束によってインデ
ックス格子１６上にスケール４０の格子が投影され、両
者の幾何学的重なりによって基板４６上の受光素子４８
へ透過入射する光量が変調されることを測定原理として
いる。この原理によると小型化できるが、分解能には限
界がある。
【０００５】図７は特開平６２ー１２１３１４号公報に
開示された光学式エンコーダの説明図であり、回折格子
を３枚使ったエンコーダの基本光学系（英国特許公開公
報第１４７４０４９号＝ライツ）を小型化するための１
つの有効な改善構成例である。同図において発光素子５
１から発散された光束は、レンズ５２によって平行光束
にされ、インデックススケールＡ上の格子ＧＫ（Ａ）に
照射されると回折され、３方向の射出方向の光束を生じ
る。
開示された光学式エンコーダの説明図であり、回折格子
を３枚使ったエンコーダの基本光学系（英国特許公開公
報第１４７４０４９号＝ライツ）を小型化するための１
つの有効な改善構成例である。同図において発光素子５
１から発散された光束は、レンズ５２によって平行光束
にされ、インデックススケールＡ上の格子ＧＫ（Ａ）に
照射されると回折され、３方向の射出方向の光束を生じ
る。
【０００６】スケールＢの格子ＧＫ（Ｂ）にて各々の光
束が回折され、相対移動による位相変調を受けてインデ
ックス格子Ａ上の格子ＧＫ（Ａ）に戻され、インデック
ス格子による回折により３組の干渉光束が異なる方位に
設けた受光素子へ入射させる。この構成により、小型高
分解能を両立させている。
束が回折され、相対移動による位相変調を受けてインデ
ックス格子Ａ上の格子ＧＫ（Ａ）に戻され、インデック
ス格子による回折により３組の干渉光束が異なる方位に
設けた受光素子へ入射させる。この構成により、小型高
分解能を両立させている。
【０００７】図８は特開平３−２７９８１２号公報に開
示された光学式エンコーダの説明図であり、同時に高精
度で簡易小型化にするためには有効な例である。図８に
おいて、６１は発光素子、６２はレンズ、６３，６４は
回折格子、６５ａ，６５ｂは受光素子である。
示された光学式エンコーダの説明図であり、同時に高精
度で簡易小型化にするためには有効な例である。図８に
おいて、６１は発光素子、６２はレンズ、６３，６４は
回折格子、６５ａ，６５ｂは受光素子である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来例に示した様なエ
ンコーダでは発光素子から射出された光束を左右に２つ
の光束に分割し、又はそれ以上に光路が分割され、その
干渉光を受光している。この時分離する回折格子に垂直
に入射する光束を用い、且つ使用する干渉光として光束
を合成する回折格子から略垂直に射出する光束を用いて
いるのでセンサ（受光素子）の左右に射出する回折光が
迷光となり易く、又このような構成では配置上、発光素
子側と受光素子側に所定のスペースが必要な為、全体と
して小型化が難しいという問題点があった。
ンコーダでは発光素子から射出された光束を左右に２つ
の光束に分割し、又はそれ以上に光路が分割され、その
干渉光を受光している。この時分離する回折格子に垂直
に入射する光束を用い、且つ使用する干渉光として光束
を合成する回折格子から略垂直に射出する光束を用いて
いるのでセンサ（受光素子）の左右に射出する回折光が
迷光となり易く、又このような構成では配置上、発光素
子側と受光素子側に所定のスペースが必要な為、全体と
して小型化が難しいという問題点があった。
【０００９】この他、従来の光学式変位センサとしての
エンコーダはいずれも小型化、高精度化されているが、
以下のような課題が存在する。
エンコーダはいずれも小型化、高精度化されているが、
以下のような課題が存在する。
【００１０】（イ）発光素子から射出された光を左右に
２分割、叉はそれ以上に分割し、その干渉光束を光電素
子で受光しているので、回折格子で合成された干渉光束
の内、干渉状態をすべて等しく一定状態に調整すること
は非常に困難である。このため、異なる干渉領域間で得
られる信号の振幅と位相差は安定しない。
２分割、叉はそれ以上に分割し、その干渉光束を光電素
子で受光しているので、回折格子で合成された干渉光束
の内、干渉状態をすべて等しく一定状態に調整すること
は非常に困難である。このため、異なる干渉領域間で得
られる信号の振幅と位相差は安定しない。
【００１１】（ロ）同一の干渉光束内で分割された光束
も本体分解能を向上させればさせるほど、取付誤差等の
影響で干渉状態が変動し易くなり、各相から出力される
位相差が不安定になる。よって、この様な構成をとる限
り、高分解能の変位センサを構成するのは実用上困難で
ある。
も本体分解能を向上させればさせるほど、取付誤差等の
影響で干渉状態が変動し易くなり、各相から出力される
位相差が不安定になる。よって、この様な構成をとる限
り、高分解能の変位センサを構成するのは実用上困難で
ある。
【００１２】（ハ）使用する干渉光として光束を合成す
る回折格子から略垂直に射出する光束を用いていること
により、センサの左右に射出する回折光が迷光となりや
すい。このような構成をとると小型・高分解能の変位セ
ンサを構成するのが困難となる。
る回折格子から略垂直に射出する光束を用いていること
により、センサの左右に射出する回折光が迷光となりや
すい。このような構成をとると小型・高分解能の変位セ
ンサを構成するのが困難となる。
【００１３】以下では、上記図８に示す従来の光学式エ
ンコーダの様な３枚の回折格子を使用する場合、投光手
段と受光手段とが設けられたヘッド部とスケール部の取
り付け誤差による干渉状態変動について説明する。
ンコーダの様な３枚の回折格子を使用する場合、投光手
段と受光手段とが設けられたヘッド部とスケール部の取
り付け誤差による干渉状態変動について説明する。
【００１４】まず、図９の様な取付誤差が生じると、図
１０の様な干渉縞が生じ、さらに図１１の様な取付誤差
が生じると、図１２の様な干渉縞が生じる。以下、図９
の様な取付誤差の回転角を『アジマス角（η）』と呼
び、図１１の様な取付誤差の回転角を『カイテン角
（φ）』と呼ぶ事にする。
１０の様な干渉縞が生じ、さらに図１１の様な取付誤差
が生じると、図１２の様な干渉縞が生じる。以下、図９
の様な取付誤差の回転角を『アジマス角（η）』と呼
び、図１１の様な取付誤差の回転角を『カイテン角
（φ）』と呼ぶ事にする。
【００１５】図１３に示す干渉２光束干渉において、干
渉縞のピッチＰは、２光束が平面波（平行光）の場合も
しくは、極めて大きな曲率半径を有する球面波の場合、
２光線の主光線間の角度θと光線の波長λによって決定
する事が知られており、その関係は、 Ｐ＝λ／（２Ｓｉｎ［θ／２］） となる。
渉縞のピッチＰは、２光束が平面波（平行光）の場合も
しくは、極めて大きな曲率半径を有する球面波の場合、
２光線の主光線間の角度θと光線の波長λによって決定
する事が知られており、その関係は、 Ｐ＝λ／（２Ｓｉｎ［θ／２］） となる。
【００１６】又、干渉２光束が曲率半径の大きくない球
面波の場合、干渉縞のピッチＰは干渉２光束の主光線の
角度θに関係なく、２光束の集光点（Ａ，Ｂ）からセン
サ（観測面）までの距離によって変化し、２光束の集光
点（Ａ，Ｂ）からセンサ
面波の場合、干渉縞のピッチＰは干渉２光束の主光線の
角度θに関係なく、２光束の集光点（Ａ，Ｂ）からセン
サ（観測面）までの距離によって変化し、２光束の集光
点（Ａ，Ｂ）からセンサ
【００１７】
【外１】
図９のアジマス角の取付誤差により干渉２光束間の角度
差は図１４（Ａ），（Ｂ）の様になり、図１１のカイテ
ン角の取付誤差により干渉２光束間の角度差は図１５
（Ａ），図１５（Ｂ）の様になる。
差は図１４（Ａ），（Ｂ）の様になり、図１１のカイテ
ン角の取付誤差により干渉２光束間の角度差は図１５
（Ａ），図１５（Ｂ）の様になる。
【００１８】平行光を用いた場合、図１１のカイテン角
の取付誤差について、干渉２光束間の角度差はあまり生
じないが（取り付け誤差角度の１／１００以下）、図９
のアジマス角の取付誤差により干渉２光束間の角度差が
図１４（Ａ），（Ｂ）の様についてしまい干渉状態が不
安定となってしまう。
の取付誤差について、干渉２光束間の角度差はあまり生
じないが（取り付け誤差角度の１／１００以下）、図９
のアジマス角の取付誤差により干渉２光束間の角度差が
図１４（Ａ），（Ｂ）の様についてしまい干渉状態が不
安定となってしまう。
【００１９】例えば回折格子の周期が１．６μｍで、光
の波長が０．７８μｍ、センサの大きさが１ｍｍ×１ｍ
ｍの場合、アジマス角が４０秒程度の時、２光束間の角
度差が同じ４０秒程度となり（図１４（Ｂ））、出力が
１０％減少するという問題点があった。
の波長が０．７８μｍ、センサの大きさが１ｍｍ×１ｍ
ｍの場合、アジマス角が４０秒程度の時、２光束間の角
度差が同じ４０秒程度となり（図１４（Ｂ））、出力が
１０％減少するという問題点があった。
【００２０】本発明は上記のような従来の問題点を解消
した小型で高精度の光学式変位センサの提供を目的とす
る。本発明の他の目的は後述する実施例の説明の中で明
らかにしている。
した小型で高精度の光学式変位センサの提供を目的とす
る。本発明の他の目的は後述する実施例の説明の中で明
らかにしている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の光学式
変位センサは、照明系からの照明光束を回折格子部を有
する光束分割素子で複数の光束に分割し、該複数の光束
を回折格子部を有する被測定物体に入射させ、該被測定
物体からの反射回折光を回折格子部を有するる光束合成
素子で合成して受光素子で検出し、該受光素子からの信
号を利用して該被測定物体の変位情報を検出する光学変
位センサにおいて、該照明光束を該光束分割素子に斜入
射させ且つ該受光素子を該光束合成素子に対して斜方向
から受光するようにしていることを特徴としている。
変位センサは、照明系からの照明光束を回折格子部を有
する光束分割素子で複数の光束に分割し、該複数の光束
を回折格子部を有する被測定物体に入射させ、該被測定
物体からの反射回折光を回折格子部を有するる光束合成
素子で合成して受光素子で検出し、該受光素子からの信
号を利用して該被測定物体の変位情報を検出する光学変
位センサにおいて、該照明光束を該光束分割素子に斜入
射させ且つ該受光素子を該光束合成素子に対して斜方向
から受光するようにしていることを特徴としている。
【００２２】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て前記光束分割素子と光束合成素子を同一基板上に設け
たことを特徴としている。
て前記光束分割素子と光束合成素子を同一基板上に設け
たことを特徴としている。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【実施例】図１は本発明の光学式変位センサの実施例１
の要部斜視図、図２は実施例１の光路を示した上面図
（図２（Ａ））と側面図（図２（Ｂ））である。図１，
図２において、Ｈはヘッド部である。１は発光素子、３
は受光素子、Ｇ１は光束分割素子としての第１の回折格
子であり、発光素子１からの発散光束を分割している。
Ｇ２は第２の回折格子（変調手段）であり、被測定物体
に設けられており、第１の回折格子Ｇ１から分割された
複数の光束を位相変調するためのスケールとなってい
る。Ｇ３は光束合成素子としての第３の回折格子であ
り、第２の回折格子Ｇ２からの所定次数の複数の回折光
束を合成している。４は光学素子としてのシリンドリカ
ルレンズであり、発光素子１からの光束を第１の回折格
子Ｇ１の格子線方向にのみ集光している。
の要部斜視図、図２は実施例１の光路を示した上面図
（図２（Ａ））と側面図（図２（Ｂ））である。図１，
図２において、Ｈはヘッド部である。１は発光素子、３
は受光素子、Ｇ１は光束分割素子としての第１の回折格
子であり、発光素子１からの発散光束を分割している。
Ｇ２は第２の回折格子（変調手段）であり、被測定物体
に設けられており、第１の回折格子Ｇ１から分割された
複数の光束を位相変調するためのスケールとなってい
る。Ｇ３は光束合成素子としての第３の回折格子であ
り、第２の回折格子Ｇ２からの所定次数の複数の回折光
束を合成している。４は光学素子としてのシリンドリカ
ルレンズであり、発光素子１からの光束を第１の回折格
子Ｇ１の格子線方向にのみ集光している。
【００２７】発光素子１と光学素子４そして第１の回折
格子Ｇ１は投光手段の一要素を構成し、第２の回折格子
Ｇ２は変調手段の一要素を構成し、第３の回折格子Ｇ３
と受光素子３は受光手段の一要素を構成している。尚、
投光手段と受光手段はヘッド部Ｈの一要素を構成してい
る。
格子Ｇ１は投光手段の一要素を構成し、第２の回折格子
Ｇ２は変調手段の一要素を構成し、第３の回折格子Ｇ３
と受光素子３は受光手段の一要素を構成している。尚、
投光手段と受光手段はヘッド部Ｈの一要素を構成してい
る。
【００２８】次に第２の回折格子Ｇ２と第３の回折格子
Ｇ３との相対的な変位情報の測定原理を説明する。発光
素子１から射出した発散光束は、シリンドリカルレンズ
４にて第１の回折格子Ｇ１の格子線方向（Ｙ方向）には
集束光となり、光束の分離方向、即ち第１の回折格子Ｇ
１の格子配列方向（Ｘ方向）には光源からの発散光とな
るような波面状態に変換され、第１の回折格子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。
Ｇ３との相対的な変位情報の測定原理を説明する。発光
素子１から射出した発散光束は、シリンドリカルレンズ
４にて第１の回折格子Ｇ１の格子線方向（Ｙ方向）には
集束光となり、光束の分離方向、即ち第１の回折格子Ｇ
１の格子配列方向（Ｘ方向）には光源からの発散光とな
るような波面状態に変換され、第１の回折格子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。
【００２９】本実施例ではこのうち０次回折光Ｒ0 、−
１次回折光Ｒ-1のみを利用している。本実施例では発光
素子１からの光束を第１の回折格子Ｇ１に、第１の回折
格子Ｇ１からのｎ次（−１次）回折光の回折角（０次回
折光とのなす角度）と同じ角度を入射角として入射させ
ている。
１次回折光Ｒ-1のみを利用している。本実施例では発光
素子１からの光束を第１の回折格子Ｇ１に、第１の回折
格子Ｇ１からのｎ次（−１次）回折光の回折角（０次回
折光とのなす角度）と同じ角度を入射角として入射させ
ている。
【００３０】第１の回折格子Ｇ１を直進した光束Ｒ0
は、第２の回折格子Ｇ２近傍の位置Ｃで第１の回折格子
Ｇ１の格子線方向に集光され、第２の回折格子Ｇ２の点
Ｐ２にて反射回折さて、＋１次回折光Ｒ0+1 ，−１次回
折光Ｒ0-1 に分割し位相変調される。
は、第２の回折格子Ｇ２近傍の位置Ｃで第１の回折格子
Ｇ１の格子線方向に集光され、第２の回折格子Ｇ２の点
Ｐ２にて反射回折さて、＋１次回折光Ｒ0+1 ，−１次回
折光Ｒ0-1 に分割し位相変調される。
【００３１】本実施例ではこの内−１次回折光Ｒ0-1 の
みを利用している。この−１次回折光Ｒ0-1 の位相は−
２πΔｘ／Ｐだけずれる。但しここで、Δｘは第２の回
折格子Ｇ２のＸ方向の移動量、Ｐは第２の回折格子Ｇ２
の格子ピッチである。
みを利用している。この−１次回折光Ｒ0-1 の位相は−
２πΔｘ／Ｐだけずれる。但しここで、Δｘは第２の回
折格子Ｇ２のＸ方向の移動量、Ｐは第２の回折格子Ｇ２
の格子ピッチである。
【００３２】−１次回折光Ｒ0-1 は第３の回折格子Ｇ３
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Ｇ３面から１次回折方向
に取り出され、波面の位相は、−２πΔｘ／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Ｇ３面から１次回折方向
に取り出され、波面の位相は、−２πΔｘ／Ｐである。
【００３３】一方、第１の回折格子Ｇ１にてそれより垂
直方向に−１次回折した光束Ｒ-1は、第２の回折格子２
Ｇの点Ｐ１にて反射回折されて＋１次回折光Ｒ-1+1 、
−１次回折光Ｒ-1-1 およびその他の光束に分割され、
それぞれ位相変調され、この内＋１次回折光Ｒ-1+1 の
みを利用している。＋１次回折光Ｒ-1+1の位相は、＋２
πΔｘ／Ｐだけずれて、一度、第２の回折格子Ｇ２近傍
の位置Ｃで第１の回折格子Ｇ１の格子線方向に集光さ
れ、第３の回折格子Ｇ３に入射する。そして第３の回折
格子Ｇ３で回折される光のうち第３の回折格子Ｇ３を直
進した０次回折光Ｒ-1+10 を利用している。この波面の
位相は、＋２πΔｘ／Ｐである。
直方向に−１次回折した光束Ｒ-1は、第２の回折格子２
Ｇの点Ｐ１にて反射回折されて＋１次回折光Ｒ-1+1 、
−１次回折光Ｒ-1-1 およびその他の光束に分割され、
それぞれ位相変調され、この内＋１次回折光Ｒ-1+1 の
みを利用している。＋１次回折光Ｒ-1+1の位相は、＋２
πΔｘ／Ｐだけずれて、一度、第２の回折格子Ｇ２近傍
の位置Ｃで第１の回折格子Ｇ１の格子線方向に集光さ
れ、第３の回折格子Ｇ３に入射する。そして第３の回折
格子Ｇ３で回折される光のうち第３の回折格子Ｇ３を直
進した０次回折光Ｒ-1+10 を利用している。この波面の
位相は、＋２πΔｘ／Ｐである。
【００３４】本実施例では第３の回折格子Ｇ３からの光
束Ｒ0-1+1 の出射角が発光素子１からの光束の第１の
回折格子Ｇ１でのｎ次回折光の回折角と同じ角度となっ
て射出するように各要素を設定している。
束Ｒ0-1+1 の出射角が発光素子１からの光束の第１の
回折格子Ｇ１でのｎ次回折光の回折角と同じ角度となっ
て射出するように各要素を設定している。
【００３５】第３の回折格子Ｇ３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３に入射する。このときの干渉位相は、 ｛＋２πΔｘ／Ｐ｝ − ｛−２πΔｘ／Ｐ｝ ＝４πΔｘ／Ｐ となり、スケールである第２の回折格子Ｇ２が格子の配
列方向にＰ／２ピッチだけずれると、１周期の明暗信号
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３に入射する。このときの干渉位相は、 ｛＋２πΔｘ／Ｐ｝ − ｛−２πΔｘ／Ｐ｝ ＝４πΔｘ／Ｐ となり、スケールである第２の回折格子Ｇ２が格子の配
列方向にＰ／２ピッチだけずれると、１周期の明暗信号
が発生する。
【００３６】次に取り付け誤差角φ，ηと、干渉２光束
間の角度差θと、光の波長λ／回折格子のピッチＰとの
関係を説明する。
間の角度差θと、光の波長λ／回折格子のピッチＰとの
関係を説明する。
【００３７】図１において、発光素子１から射出された
光の内、シリンドリカルレンズ４を透過して第１の回折
格子Ｇ１に垂直に入射する光線のベクトルをｕ0 （ｕ0
x，ｕ0y、ｕ0z）とし、ｍを回折次数とすると、第１の
回折格子Ｇ１を透過回折したｍ次光の方向ベクトルｕ1
（ｕ1x，ｕ1y，ｕ1z）は以下のような関係を満たす事が
知られている（Ｐx ，Ｐy はｘ，ｙ方向の回折格子のピ
ッチであり、回折格子はｘ−ｙ平面内に存在する）。
光の内、シリンドリカルレンズ４を透過して第１の回折
格子Ｇ１に垂直に入射する光線のベクトルをｕ0 （ｕ0
x，ｕ0y、ｕ0z）とし、ｍを回折次数とすると、第１の
回折格子Ｇ１を透過回折したｍ次光の方向ベクトルｕ1
（ｕ1x，ｕ1y，ｕ1z）は以下のような関係を満たす事が
知られている（Ｐx ，Ｐy はｘ，ｙ方向の回折格子のピ
ッチであり、回折格子はｘ−ｙ平面内に存在する）。
【００３８】
【数１】
この関係を基礎にし、第３の回折格子Ｇ３を透過回折し
干渉し合う２光束Ｒ-1+10 と光束Ｒ0-1+1 間の角度差θ
との関係は以下のようになる。
干渉し合う２光束Ｒ-1+10 と光束Ｒ0-1+1 間の角度差θ
との関係は以下のようになる。
【００３９】（ここでλ／Ｐ＝ｓとおく）
θ＝Ｃｏｓ-1［（２ｓ）2 （Ｃｏｓη−１）＋１］
θ ＝ −φ−Ｓｉｎ-1｛ｓ＋Ｓｉｎ［φ−Ｓｉｎ
-1（ｓ）］｝＋Ｓｉｎ-1｛ｓ＋Ｓｉｎ［φ−Ｓｉｎ
-1（ｓ−Ｓｉｎφ）］｝ ここでθ，φを微小角とし、２次までの近似を取ると、 θ＝２ｓη （η：アジ
マス角） θ＝ｓφ2 ／［（１−ｓ2）1/2 ］（φ：カ
イテン角） となる。
-1（ｓ）］｝＋Ｓｉｎ-1｛ｓ＋Ｓｉｎ［φ−Ｓｉｎ
-1（ｓ−Ｓｉｎφ）］｝ ここでθ，φを微小角とし、２次までの近似を取ると、 θ＝２ｓη （η：アジ
マス角） θ＝ｓφ2 ／［（１−ｓ2）1/2 ］（φ：カ
イテン角） となる。
【００４０】又、図９に示すような取付誤差（アジマス
角η）を与えたとき、干渉２光束Ｒ-1+10 と光束Ｒ
0-1+1 間の角度θは図１のｙ−ｚ面内で生じ（図１０参
照）、図１１に示す様な取付誤差（カイテン角φ）を与
えると、図１のｘ−ｚ面内にて角度差θが生じる（図１
２参照）。この関係を図示したものが図１４（Ａ），図
１５（Ａ）であり、λ＝０．７８μｍ，Ｐ＝１．６μｍ
とすると図１４（Ｂ），図１５（Ｂ）のようになる。
角η）を与えたとき、干渉２光束Ｒ-1+10 と光束Ｒ
0-1+1 間の角度θは図１のｙ−ｚ面内で生じ（図１０参
照）、図１１に示す様な取付誤差（カイテン角φ）を与
えると、図１のｘ−ｚ面内にて角度差θが生じる（図１
２参照）。この関係を図示したものが図１４（Ａ），図
１５（Ａ）であり、λ＝０．７８μｍ，Ｐ＝１．６μｍ
とすると図１４（Ｂ），図１５（Ｂ）のようになる。
【００４１】次に第２の回折格子Ｇ２が取り付け誤差を
生じたとき、干渉２光束Ｒ-1+10 と光束Ｒ0-1+1 のセン
サから見た交差点の位置Ｃを求める。上記〜の関係
を用い、第２の回折格子Ｇ２から第３の回折格子Ｇ３ま
での光路長Ｌ３（図２参照）を単位長さとして評価する
と、第２の回折格子Ｇ２が図９のアジマス角ηを受けた
ときの交差位置Ｃは、図１６（Ａ）の様になり、図１１
のカイテン角φを受けると図１７（Ａ）の様になる。こ
こで交差位置Ｃの符号は、第３の回折格子Ｇ３を原点に
して、センサの方向をマイナス、第２の回折格子Ｇ２の
方向をプラスと定義した。
生じたとき、干渉２光束Ｒ-1+10 と光束Ｒ0-1+1 のセン
サから見た交差点の位置Ｃを求める。上記〜の関係
を用い、第２の回折格子Ｇ２から第３の回折格子Ｇ３ま
での光路長Ｌ３（図２参照）を単位長さとして評価する
と、第２の回折格子Ｇ２が図９のアジマス角ηを受けた
ときの交差位置Ｃは、図１６（Ａ）の様になり、図１１
のカイテン角φを受けると図１７（Ａ）の様になる。こ
こで交差位置Ｃの符号は、第３の回折格子Ｇ３を原点に
して、センサの方向をマイナス、第２の回折格子Ｇ２の
方向をプラスと定義した。
【００４２】即ち、第２の回折格子Ｇ２がアジマス角η
を生じると、干渉する２光束が第３の回折格子Ｇ３の格
子線方向に分離し、センサ面から第３の回折格子Ｇ３の
方向に向かって干渉２光束を見ると、第２の回折格子Ｇ
２の近傍で交差する。この交差位置Ｃは、分離された２
つの光束Ｒ-1+10 と光束Ｒ0-1+1 の第２の回折格子から
第３の回折格子までの光路長を各々Ｌ１，Ｌ２とすると
（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）／２に対応する位置である。
を生じると、干渉する２光束が第３の回折格子Ｇ３の格
子線方向に分離し、センサ面から第３の回折格子Ｇ３の
方向に向かって干渉２光束を見ると、第２の回折格子Ｇ
２の近傍で交差する。この交差位置Ｃは、分離された２
つの光束Ｒ-1+10 と光束Ｒ0-1+1 の第２の回折格子から
第３の回折格子までの光路長を各々Ｌ１，Ｌ２とすると
（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）／２に対応する位置である。
【００４３】図２において点Ｐ１から点Ｐ３に至る光束
Ｒ-1+1 の光路長がＬ１、点Ｐ２から点Ｐ３に至る光束
Ｒ0-1の光路長がＬ２に相当している。
Ｒ-1+1 の光路長がＬ１、点Ｐ２から点Ｐ３に至る光束
Ｒ0-1の光路長がＬ２に相当している。
【００４４】又、第３の回折格子Ｇ３がカイテン角φを
生じると、干渉２光束が第３の回折格子Ｇ３の格子配列
方向に分離し、センサ面３から見て第３の回折格子Ｇ３
のある方向とは反対の方向に向かって干渉２光束を見る
と、遥か遠方で交差している様に見える。ここでＰ＝
１．６μｍ，λ＝０．７８μｍとすると干渉２光束の交
差位置Ｃは、図１６（Ｂ），図１７（Ｂ）の様になる。
生じると、干渉２光束が第３の回折格子Ｇ３の格子配列
方向に分離し、センサ面３から見て第３の回折格子Ｇ３
のある方向とは反対の方向に向かって干渉２光束を見る
と、遥か遠方で交差している様に見える。ここでＰ＝
１．６μｍ，λ＝０．７８μｍとすると干渉２光束の交
差位置Ｃは、図１６（Ｂ），図１７（Ｂ）の様になる。
【００４５】そこで、２光束の干渉状態を安定させるた
めに、第１の回折格子Ｇ１の格子線方向に第２の回折格
子Ｇ２の近傍で集光し（この集光位置を図１の交差位置
Ｃと同じにする。即ちＬ3 ＝（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）／２の位
置）、第１の回折格子Ｇ１の格子配列方向に関しては平
行光（平面波）もしくは極めて大きな曲率半径を有する
球面波（この場合、発光素子からの発散光）と成るよう
に構成する。
めに、第１の回折格子Ｇ１の格子線方向に第２の回折格
子Ｇ２の近傍で集光し（この集光位置を図１の交差位置
Ｃと同じにする。即ちＬ3 ＝（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）／２の位
置）、第１の回折格子Ｇ１の格子配列方向に関しては平
行光（平面波）もしくは極めて大きな曲率半径を有する
球面波（この場合、発光素子からの発散光）と成るよう
に構成する。
【００４６】これは図１５（Ａ），（Ｂ）から分かるよ
うに、第２の回折格子Ｇ２にカイテン角φをつけても、
干渉２光束間の角度差θはあまり付かないが、２光束は
分離してしまう。このため、この方向に２光束が曲率半
径の小さい球面波となっていると、干渉縞が立ち易くな
り、干渉状態が不安定になってしまうが、平面波もしく
は、極めて大きな曲率半径を有する球面波（平面波と見
なせるほど極めて大きな曲率半径を有する球面波）であ
ると、２光束間の角度差θがあまり大きくならないの
で、干渉縞が立ちにくく、干渉状態が安定になる。
うに、第２の回折格子Ｇ２にカイテン角φをつけても、
干渉２光束間の角度差θはあまり付かないが、２光束は
分離してしまう。このため、この方向に２光束が曲率半
径の小さい球面波となっていると、干渉縞が立ち易くな
り、干渉状態が不安定になってしまうが、平面波もしく
は、極めて大きな曲率半径を有する球面波（平面波と見
なせるほど極めて大きな曲率半径を有する球面波）であ
ると、２光束間の角度差θがあまり大きくならないの
で、干渉縞が立ちにくく、干渉状態が安定になる。
【００４７】したがって、第１の回折格子Ｇ１の格子配
列方向に対して波面が略平面であると認められるような
大きな曲率半径を持った波面状態もしくはそれに近い曲
率半径を有する光束であると、干渉縞が立ちにくく、干
渉状態が安定する。
列方向に対して波面が略平面であると認められるような
大きな曲率半径を持った波面状態もしくはそれに近い曲
率半径を有する光束であると、干渉縞が立ちにくく、干
渉状態が安定する。
【００４８】又、第１の回折格子Ｇ１の格子線方向に関
して図１６（Ａ），（Ｂ）より分かるように、λ／Ｐ＜
０．８の領域では、アジマス角ηに関わらず２光束の交
差位置Ｃはほぼ一定であるが、図１４（Ａ），（Ｂ）よ
り干渉２光束間の角度差θはアジマス角ηをつけると、
それに比例して付いてしまう。
して図１６（Ａ），（Ｂ）より分かるように、λ／Ｐ＜
０．８の領域では、アジマス角ηに関わらず２光束の交
差位置Ｃはほぼ一定であるが、図１４（Ａ），（Ｂ）よ
り干渉２光束間の角度差θはアジマス角ηをつけると、
それに比例して付いてしまう。
【００４９】これから発光素子１から射出した光束を集
光する方向を第１の回折格子Ｇ１の格子線方向とし、集
光位置を干渉２光束の交差位置Ｃと同じ領域とすると、
２光束の波面が２光束間の角度差θが大きくとも関係な
く重なり合い、前記光路長Ｌ１，Ｌ２がアジマス角ηに
関係なく常に一定になる事と同じである。このため干渉
縞が立ちにくくなり、干渉状態が安定になる。
光する方向を第１の回折格子Ｇ１の格子線方向とし、集
光位置を干渉２光束の交差位置Ｃと同じ領域とすると、
２光束の波面が２光束間の角度差θが大きくとも関係な
く重なり合い、前記光路長Ｌ１，Ｌ２がアジマス角ηに
関係なく常に一定になる事と同じである。このため干渉
縞が立ちにくくなり、干渉状態が安定になる。
【００５０】本実施例では不要回折光がセンサ３の発光
素子１の位置する側に生じるので迷光を遮断する構成が
とりやすい。
素子１の位置する側に生じるので迷光を遮断する構成が
とりやすい。
【００５１】本実施例は、上記記述の理由により第１の
回折格子Ｇ１の格子配列方向には光源からの発散光と
し、できるだけ光束の曲率半径を大きく取り、格子線方
向には集束光とする事で、カイテン角、アジマス角に出
力が鈍感な取付易いエンコーダーを構成している。
回折格子Ｇ１の格子配列方向には光源からの発散光と
し、できるだけ光束の曲率半径を大きく取り、格子線方
向には集束光とする事で、カイテン角、アジマス角に出
力が鈍感な取付易いエンコーダーを構成している。
【００５２】実施例１は干渉光学系全体が非常にシンプ
ルな構成であり、ヘッド部が発光素子１、受光素子３、
シリンドリカルレンズ４、第１の回折格子Ｇ１、そして
第３の回折格子Ｇ３のみでできている為に構造が簡単で
部品点数が少なく、組立が容易となり、更に図１，図２
のように第１の回折格子Ｇ１、第３の回折格子Ｇ３、シ
リンドリカルレンズ４を同一基盤上に形成することによ
り、一段と部品点数が少なくなり、ローコストで非常に
小型化が可能となっている。
ルな構成であり、ヘッド部が発光素子１、受光素子３、
シリンドリカルレンズ４、第１の回折格子Ｇ１、そして
第３の回折格子Ｇ３のみでできている為に構造が簡単で
部品点数が少なく、組立が容易となり、更に図１，図２
のように第１の回折格子Ｇ１、第３の回折格子Ｇ３、シ
リンドリカルレンズ４を同一基盤上に形成することによ
り、一段と部品点数が少なくなり、ローコストで非常に
小型化が可能となっている。
【００５３】又発光された光束を第１の回折格子Ｇ１の
格子線方向に集光し、格子配列方向には発光素子１から
の発散光（曲率半径の極めて大きい球面波）とすること
で、スケールＧ２とヘッド部の取り付け角度誤差に干渉
状態の依存した光学系を構成することが可能となり、取
扱いやすい小型のエンコーダを構成している。
格子線方向に集光し、格子配列方向には発光素子１から
の発散光（曲率半径の極めて大きい球面波）とすること
で、スケールＧ２とヘッド部の取り付け角度誤差に干渉
状態の依存した光学系を構成することが可能となり、取
扱いやすい小型のエンコーダを構成している。
【００５４】更に利用する信号光（２光束干渉光）を、
干渉２光束を合成する第３の回折格子Ｇ３に垂直に入射
した光束の１次回折した方向の光束を利用することで、
干渉２光束を合成する第３の回折格子Ｇ３から透過回折
される他の不要回折光から分離することが容易となる。
干渉２光束を合成する第３の回折格子Ｇ３に垂直に入射
した光束の１次回折した方向の光束を利用することで、
干渉２光束を合成する第３の回折格子Ｇ３から透過回折
される他の不要回折光から分離することが容易となる。
【００５５】又発光素子１とセンサ３の空間的分離が容
易となり、発光素子１からセンサ３に到達する不要光を
遮断する構成を取りやすくなり、ノイズの少ないＳ／Ｎ
比の良い信号が得られるエンコーダを容易に構成するこ
とを可能としている。
易となり、発光素子１からセンサ３に到達する不要光を
遮断する構成を取りやすくなり、ノイズの少ないＳ／Ｎ
比の良い信号が得られるエンコーダを容易に構成するこ
とを可能としている。
【００５６】図３は本発明の光学式変位センサの実施例
２の要部斜視図、図４はその光路を示した上面図と側面
図である。図３，図４において図１，図２で示した要素
と同一要素には同符番を付している。
２の要部斜視図、図４はその光路を示した上面図と側面
図である。図３，図４において図１，図２で示した要素
と同一要素には同符番を付している。
【００５７】４は発光素子１から射出された発散光束を
集光させるためのトーリックレンズである。光学系の原
理と基本的な構成は前記実施例１と同じであり、発光素
子１から射出された光束を、１枚の光学素子４により光
束の波面状態をシリンドリカル面状に調整している。こ
れにより格子線方向には集光光に、格子配列方向には平
行光にされる。
集光させるためのトーリックレンズである。光学系の原
理と基本的な構成は前記実施例１と同じであり、発光素
子１から射出された光束を、１枚の光学素子４により光
束の波面状態をシリンドリカル面状に調整している。こ
れにより格子線方向には集光光に、格子配列方向には平
行光にされる。
【００５８】実施例２は実施例１の効果に加え、以下の
ような効果がある。即ち発光素子１から射出された光束
を１枚のレンズにより光束の波面状態をシリンドリカル
面状に調節している為に構造が簡単となり、組み立てや
すい。小型、ローコストのエンコーダを構成することが
可能となる。
ような効果がある。即ち発光素子１から射出された光束
を１枚のレンズにより光束の波面状態をシリンドリカル
面状に調節している為に構造が簡単となり、組み立てや
すい。小型、ローコストのエンコーダを構成することが
可能となる。
【００５９】又発光素子１と受光素子３とが空間的に分
離されている為、発光素子１からの迷光を遮断する構成
を取りやすくなり、ノイズの少ないＳ／Ｎ比の良い信号
を得ることができる。尚、以上の各実施例において光学
素子としてフレネルレンズを用いても良い。
離されている為、発光素子１からの迷光を遮断する構成
を取りやすくなり、ノイズの少ないＳ／Ｎ比の良い信号
を得ることができる。尚、以上の各実施例において光学
素子としてフレネルレンズを用いても良い。
【００６０】図５は本発明の光学式変位センサの実施例
３の要部上面図と要部側面図である。図５において図２
で示した要素と同一要素には同付番を付している。ここ
で５は発光素子から出た光束を略平行光にコリメートす
るコリメータレンズ、４は格子線方向に集光させるシリ
ンドリカルレンズである。
３の要部上面図と要部側面図である。図５において図２
で示した要素と同一要素には同付番を付している。ここ
で５は発光素子から出た光束を略平行光にコリメートす
るコリメータレンズ、４は格子線方向に集光させるシリ
ンドリカルレンズである。
【００６１】光学系の原理と基本的な構成は前記実施例
２と同じであり、発光素子１から射出された光束を、回
折格子Ｇ１に垂直とｎ次回折光の回折角でない任意の角
度θで入射させる。
２と同じであり、発光素子１から射出された光束を、回
折格子Ｇ１に垂直とｎ次回折光の回折角でない任意の角
度θで入射させる。
【００６２】実施例３は実施例１，実施例２の効果に加
え以下のような効果がある。発光素子１から出た光束を
回折格子Ｇ１に垂直以外の任意の角度θで斜入射させて
いるため、光源１と受光素子３を離して配置でき、光源
からの射出される干渉光以外の光の影響を軽減できると
ともに、スケールとヘッド間の距離を近づけることが可
能となり、より小型、薄型化する。さらに光束を合成す
る回折格子Ｇ３と受光素子３をずらして配置している。
即ち、受光素子３を干渉光を受光する際に回折格子Ｇ３
に対して斜方向から受光するようにしている。これによ
り回折格子Ｇ３より射出される使用する回折光以外の回
折光の影響を軽減できＳ／Ｎ比の良い信号を得ることが
できる。
え以下のような効果がある。発光素子１から出た光束を
回折格子Ｇ１に垂直以外の任意の角度θで斜入射させて
いるため、光源１と受光素子３を離して配置でき、光源
からの射出される干渉光以外の光の影響を軽減できると
ともに、スケールとヘッド間の距離を近づけることが可
能となり、より小型、薄型化する。さらに光束を合成す
る回折格子Ｇ３と受光素子３をずらして配置している。
即ち、受光素子３を干渉光を受光する際に回折格子Ｇ３
に対して斜方向から受光するようにしている。これによ
り回折格子Ｇ３より射出される使用する回折光以外の回
折光の影響を軽減できＳ／Ｎ比の良い信号を得ることが
できる。
【００６３】図１８は本発明の光学式変位センサの実施
例４の要部上面図と要部側面図である。図中、図２の実
施例１で示した要素と同一要素には同符番を付してい
る。
例４の要部上面図と要部側面図である。図中、図２の実
施例１で示した要素と同一要素には同符番を付してい
る。
【００６４】本実施例では発光素子４から射出された発
散光束をトーリックレンズ４により回折格子Ｇ１の格子
線方向には集光させて、格子配列方向には略平行光とな
る様にしている。５は遮光壁であり、光源１からの不要
光を遮断している。６はスケール（回折格子Ｇ２）の動
く方向を示している。光学系の原理と基本的な構成は実
施例１と同じである。
散光束をトーリックレンズ４により回折格子Ｇ１の格子
線方向には集光させて、格子配列方向には略平行光とな
る様にしている。５は遮光壁であり、光源１からの不要
光を遮断している。６はスケール（回折格子Ｇ２）の動
く方向を示している。光学系の原理と基本的な構成は実
施例１と同じである。
【００６５】本実施例では回折格子Ｇ１に対して光源１
からの光束を垂直に入射する構成となっている。
からの光束を垂直に入射する構成となっている。
【００６６】本実施例は実施例１から実施例３の効果に
加えて受光素子３に入射する光束を回折格子Ｇ３で合成
し、垂直に射出した光束でなく、光源１とは反対の方向
に回折する光束のみを利用することにより、回折格子Ｇ
３において生じる他の回折光が受光素子３に入ることが
なくなり、ノイズの少ないＳ／Ｎ比の良い信号出力を得
ることができる。又、光源１が回折格子Ｇ１に対して垂
直に取り付ける構造となっている為、組み立て易い、小
型でローコストなエンコーダを構成することができる、
等の効果がある。
加えて受光素子３に入射する光束を回折格子Ｇ３で合成
し、垂直に射出した光束でなく、光源１とは反対の方向
に回折する光束のみを利用することにより、回折格子Ｇ
３において生じる他の回折光が受光素子３に入ることが
なくなり、ノイズの少ないＳ／Ｎ比の良い信号出力を得
ることができる。又、光源１が回折格子Ｇ１に対して垂
直に取り付ける構造となっている為、組み立て易い、小
型でローコストなエンコーダを構成することができる、
等の効果がある。
【００６７】図１９は本発明の光学式センサの実施例５
の要部上面図と要部側面図である。図中、図２の実施例
１で示した要素と同一要素には同符番を付している。
の要部上面図と要部側面図である。図中、図２の実施例
１で示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６８】本実施例では発光素子１を射出した光束は
トーリックレンズ４に入射し、回折格子Ｇ１の配列方向
には平行光となる様に、又格子線方向には集光光となる
様な光束にして回折格子Ｇ１に入射する。回折格子Ｇ１
に入射した光束は格子面に取り出されるｎ次回折光と回
折格子Ｇ２，回折格子Ｇ３の格子に垂直光を入れたとき
に生じる回折角と同じ出射角となる様なｍ次回折光（ｎ
＜ｍ）の２つの光束が生じ、（回折格子Ｇ１は、このよ
うな回折角を持った光束の強度が強くなる様に格子の形
状（ピッチ、デューティー等）が決められている）夫々
回折格子Ｇ２へ入射する。これから先の原理と基本的な
構成は実施例１と同じである。
トーリックレンズ４に入射し、回折格子Ｇ１の配列方向
には平行光となる様に、又格子線方向には集光光となる
様な光束にして回折格子Ｇ１に入射する。回折格子Ｇ１
に入射した光束は格子面に取り出されるｎ次回折光と回
折格子Ｇ２，回折格子Ｇ３の格子に垂直光を入れたとき
に生じる回折角と同じ出射角となる様なｍ次回折光（ｎ
＜ｍ）の２つの光束が生じ、（回折格子Ｇ１は、このよ
うな回折角を持った光束の強度が強くなる様に格子の形
状（ピッチ、デューティー等）が決められている）夫々
回折格子Ｇ２へ入射する。これから先の原理と基本的な
構成は実施例１と同じである。
【００６９】本実施例ではこのように回折格子Ｇ１への
入射光路と回折格子Ｇ３から受光素子Ｇ３への受光光路
とが交差する様に配置し、その光路を遮らない形で遮光
壁５を設けている。
入射光路と回折格子Ｇ３から受光素子Ｇ３への受光光路
とが交差する様に配置し、その光路を遮らない形で遮光
壁５を設けている。
【００７０】本実施例は実施例１から実施例３の効果に
加えて受光素子３と発光素子１が他の実施例に比べて近
くに配置することが可能になり、組み立て易い、小型で
ノイズの少ないＳ／Ｎ比の良い信号出力を得ることがで
きる、という効果がある。
加えて受光素子３と発光素子１が他の実施例に比べて近
くに配置することが可能になり、組み立て易い、小型で
ノイズの少ないＳ／Ｎ比の良い信号出力を得ることがで
きる、という効果がある。
【００７１】尚、以上の各実施例において光学素子とし
てフレネルレンズ、ホログラム素子等を用いても良い。
てフレネルレンズ、ホログラム素子等を用いても良い。
【００７２】実施例１において回折格子Ｇ３から受光素
子３への受光光路が回折格子Ｇ３に対して垂直になるよ
うにしても小型化を達成する上では効果がある。
子３への受光光路が回折格子Ｇ３に対して垂直になるよ
うにしても小型化を達成する上では効果がある。
【００７３】
【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、発光素子からセンサに到達する不要
光を容易に遮断し、ノイズの少ないＳ／Ｎ比の良い信号
が得られ、高精度な変位情報を得ることができる小型化
可能な光学式変位センサを達成することができる。
定することにより、発光素子からセンサに到達する不要
光を容易に遮断し、ノイズの少ないＳ／Ｎ比の良い信号
が得られ、高精度な変位情報を得ることができる小型化
可能な光学式変位センサを達成することができる。
【図１】本発明の実施例１の要部斜視図
【図２】本発明の実施例１の要部概略図
【図３】本発明の実施例２の要部斜視図
【図４】本発明の実施例２の要部概略図
【図５】本発明の実施例３の要部概略図
【図６】従来の光学式エンコーダの要部概略図
【図７】従来の光学式エンコーダの要部概略図
【図８】従来の光学式エンコーダの要部概略図
【図９】光学式エンコーダにおけるアジマス角の方向を
示した説明図
示した説明図
【図１０】光学式エンコーダにおけるヘッド部とスケー
ル部がアジマス角の取り付け誤差を生じたときの干渉縞
が生じたときの説明図
ル部がアジマス角の取り付け誤差を生じたときの干渉縞
が生じたときの説明図
【図１１】光学式エンコーダにおけるカイテン角の方向
を示した説明図
を示した説明図
【図１２】光学式エンコーダにおけるヘッド部とスケー
ル部がカイテン角の取り付け誤差を生じたときの干渉縞
が生じたときの説明図
ル部がカイテン角の取り付け誤差を生じたときの干渉縞
が生じたときの説明図
【図１３】平行波と球面波の干渉の違いを示した説明図
【図１４】ヘッド部とスケール部がアジマス角の取り付
け誤差を生じたときの干渉２光束間の角度差とアジマス
角と（波長／格子のピッチ）の関係を示した説明図
け誤差を生じたときの干渉２光束間の角度差とアジマス
角と（波長／格子のピッチ）の関係を示した説明図
【図１５】ヘッド部とスケール部がカイテン角の取り付
け誤差を生じたときの干渉２光束間の角度差とカイテン
角と（波長／格子のピッチ）の関係を示した説明図
け誤差を生じたときの干渉２光束間の角度差とカイテン
角と（波長／格子のピッチ）の関係を示した説明図
【図１６】 ヘッド部とスケール部がアジマス角の取り
付け誤差を生じたときの干渉２光束間の交差位置とアジ
マス角と（波長／格子のピッチ）の関係を示した説明図
付け誤差を生じたときの干渉２光束間の交差位置とアジ
マス角と（波長／格子のピッチ）の関係を示した説明図
【図１７】 ヘッド部とスケール部がカイテン角の取り
付け誤差を生じたときの干渉２光束間の交差位置とカイ
テン角と（波長／格子のピッチ）の関係を示した説明図
付け誤差を生じたときの干渉２光束間の交差位置とカイ
テン角と（波長／格子のピッチ）の関係を示した説明図
【図１８】本発明の実施例４の要部概略図
【図１９】本発明の実施例５の要部概略図
１ 発光素子
３ 受光素子
４ 光学素子
Ｇ１ 第１の回折格子
Ｇ２ 第２の回折格子
Ｇ３ 第３の回折格子
Ｈ ヘッド部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭63−277925（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−279812（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−118879（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−291523（ＪＰ，Ａ)
特許3068408（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 11/00 - 11/30
G01D 5/38
Claims (2)
- 【請求項１】 照明系からの照明光束を回折格子部を有
する光束分割素子で複数の光束に分割し、該複数の光束
を回折格子部を有する被測定物体に入射させ、該被測定
物体からの反射回折光を回折格子部を有する光束合成素
子で合成して受光素子で検出し、該受光素子からの信号
を利用して該被測定物体の変位情報を検出する光学変位
センサにおいて、 該照明光束を該光束分割素子に斜入射させ且つ該受光素
子を該光束合成素子に対して斜方向から受光するように
していることを特徴とする光学式変位センサ。 - 【請求項２】 前記光束分割素子と光束合成素子を同一
基板上に設けたことを特徴とする請求項１の光学式変位
センサ。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
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| DE69528208T DE69528208T3 (de) | 1994-03-14 | 1995-03-13 | Optischer Verschiebungssensor |
| EP95103588A EP0672891B2 (en) | 1994-03-14 | 1995-03-13 | Optical displacement sensor |
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP6-70004 | 1994-03-14 | ||
| JP7000494 | 1994-03-14 | ||
| JP07462095A JP3513251B2 (ja) | 1994-03-14 | 1995-03-07 | 光学式変位センサ |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07306011A JPH07306011A (ja) | 1995-11-21 |
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Family
ID=26411178
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP07462095A Expired - Fee Related JP3513251B2 (ja) | 1994-03-14 | 1995-03-07 | 光学式変位センサ |
Country Status (3)
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|---|---|
| EP (1) | EP0672891B2 (ja) |
| JP (1) | JP3513251B2 (ja) |
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| JP4381671B2 (ja) * | 2002-10-23 | 2009-12-09 | ソニーマニュファクチュアリングシステムズ株式会社 | 変位検出装置 |
| JP2005147828A (ja) * | 2003-11-14 | 2005-06-09 | Mitsutoyo Corp | 変位検出装置 |
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| TWI675187B (zh) * | 2017-12-19 | 2019-10-21 | 財團法人工業技術研究院 | 光學編碼器 |
Citations (1)
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| JP3068408B2 (ja) | 1994-06-16 | 2000-07-24 | 株式会社ミツトヨ | 格子干渉型変位検出装置 |
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| US4979827A (en) * | 1988-02-26 | 1990-12-25 | Kabushiki Kaisha Okuma Tekkosho | Optical linear encoder |
| DE8816647U1 (de) † | 1988-03-25 | 1990-02-15 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut | Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung |
| DE4132941C2 (de) * | 1990-10-20 | 1994-02-24 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Interferentielle Meßeinrichtung für wenigstens eine Meßrichtung |
| US5283434A (en) * | 1991-12-20 | 1994-02-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement detecting device with integral optics |
| DE9218399U1 (de) † | 1992-12-24 | 1994-01-27 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 83301 Traunreut | Längen- oder Winkelmeßsystem |
-
1995
- 1995-03-07 JP JP07462095A patent/JP3513251B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1995-03-13 DE DE69528208T patent/DE69528208T3/de not_active Expired - Lifetime
- 1995-03-13 EP EP95103588A patent/EP0672891B2/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
| JP3068408B2 (ja) | 1994-06-16 | 2000-07-24 | 株式会社ミツトヨ | 格子干渉型変位検出装置 |
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| Publication number | Publication date |
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| DE69528208T3 (de) | 2005-12-15 |
| DE69528208D1 (de) | 2002-10-24 |
| EP0672891B2 (en) | 2005-05-18 |
| DE69528208T2 (de) | 2003-02-20 |
| EP0672891B1 (en) | 2002-09-18 |
| EP0672891A1 (en) | 1995-09-20 |
| JPH07306011A (ja) | 1995-11-21 |
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