JPH0126005B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0126005B2 JPH0126005B2 JP59223916A JP22391684A JPH0126005B2 JP H0126005 B2 JPH0126005 B2 JP H0126005B2 JP 59223916 A JP59223916 A JP 59223916A JP 22391684 A JP22391684 A JP 22391684A JP H0126005 B2 JPH0126005 B2 JP H0126005B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- diffraction grating
- diffracted
- position detector
- incidence
- 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
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 9
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、回折格子を用いた位置検出器に関す
る。
る。
従来、ミクロン・メートル（μｍ）単位の直線
変位量を計測する手段として、２枚の透過型回折
格子を重ね合わせたいわゆるモアレ・スケールが
広く用いられている。このような技術を開示する
公知例としては、例えばジヤーナル オブ フイ
ジツクス イー：サイエンテイフイツク インス
ツルメント 1972第５巻第193頁（Journal
ofphysics Ｅ：Scientific Instrument
1972Vol.5、p193）がある。その一例を第１図に
示す。光源１からの光はコリメータレンズ２によ
つて平行光とされ、周期8μｍ程度の格子溝が形
成されている主スケール３を照射する。この主ス
ケール３と同一周期の格子溝を有するインデツク
ス・スケール４が主スケール３に向い合うように
配置されていて、両スケール格子溝の幾何的関係
に応じて前記照射光は通過したり、遮蔽されたり
する。透過した光は集光レンズ５により集光さ
れ、光電変換素子６に入射してその光強度に応じ
た電気信号に変換される。格子溝周期が8μｍ程
度のスケールを用いた場合、主スケール３の移動
に伴なつて8μｍを一周期とした正弦状の信号と
なり、この信号の山数を計数することにより主ス
ケールの移動量を計測することができる。
変位量を計測する手段として、２枚の透過型回折
格子を重ね合わせたいわゆるモアレ・スケールが
広く用いられている。このような技術を開示する
公知例としては、例えばジヤーナル オブ フイ
ジツクス イー：サイエンテイフイツク インス
ツルメント 1972第５巻第193頁（Journal
ofphysics Ｅ：Scientific Instrument
1972Vol.5、p193）がある。その一例を第１図に
示す。光源１からの光はコリメータレンズ２によ
つて平行光とされ、周期8μｍ程度の格子溝が形
成されている主スケール３を照射する。この主ス
ケール３と同一周期の格子溝を有するインデツク
ス・スケール４が主スケール３に向い合うように
配置されていて、両スケール格子溝の幾何的関係
に応じて前記照射光は通過したり、遮蔽されたり
する。透過した光は集光レンズ５により集光さ
れ、光電変換素子６に入射してその光強度に応じ
た電気信号に変換される。格子溝周期が8μｍ程
度のスケールを用いた場合、主スケール３の移動
に伴なつて8μｍを一周期とした正弦状の信号と
なり、この信号の山数を計数することにより主ス
ケールの移動量を計測することができる。
第２図は前記透過型スケール３の代わりに反射
型回折格子を用いる場合の一例である。光源１か
らの光はコリメータレンズ２によつて平行光とさ
れ、反射型スケール７に対し斜めに入射する。そ
の結果、反射型スケール７の格子溝の反射部分に
あたつた光は反射されるが、透過部にあたつた光
は透過するか、または吸収されてしまうため、反
射光束の断面は明暗の縞状となつている。そし
て、この縞は反射スケール７の移動と共に移動す
る。この縞状反射光は集光レンズ５と反射鏡８の
組み合わせにより再び来た光路を逆もどりする。
この逆もどりした縞状反射光は反射スケール７の
移動と共に移動するが、反射鏡８によりその移動
方向は反転している。この光は再度反射スケール
７の反射溝部分で反射され、レンズ２、ハーフミ
ラー９を介して光電素子６に入射する。光電素子
６に入射する光強度は反射スケール７の移動と共
に正弦状の明暗となるが、上記したように反射鏡
８で反射されて逆もどりする光は反射スケール７
と反対方向に移動するため、その周期は格子溝ピ
ツチの1/2となる。すなわち、変位感度は第１図
のものに比べ２倍になる。
型回折格子を用いる場合の一例である。光源１か
らの光はコリメータレンズ２によつて平行光とさ
れ、反射型スケール７に対し斜めに入射する。そ
の結果、反射型スケール７の格子溝の反射部分に
あたつた光は反射されるが、透過部にあたつた光
は透過するか、または吸収されてしまうため、反
射光束の断面は明暗の縞状となつている。そし
て、この縞は反射スケール７の移動と共に移動す
る。この縞状反射光は集光レンズ５と反射鏡８の
組み合わせにより再び来た光路を逆もどりする。
この逆もどりした縞状反射光は反射スケール７の
移動と共に移動するが、反射鏡８によりその移動
方向は反転している。この光は再度反射スケール
７の反射溝部分で反射され、レンズ２、ハーフミ
ラー９を介して光電素子６に入射する。光電素子
６に入射する光強度は反射スケール７の移動と共
に正弦状の明暗となるが、上記したように反射鏡
８で反射されて逆もどりする光は反射スケール７
と反対方向に移動するため、その周期は格子溝ピ
ツチの1/2となる。すなわち、変位感度は第１図
のものに比べ２倍になる。
上記した２種類のモアレ・スケールでは、格子
溝スケールを単に明暗のスリツト列としてしか用
いておらず、格子の回折現象を利用しているわけ
ではない。そのため光源１として簡便な白色光を
用いることができる反面、変位感度を向上すべく
スケールの格子ピツチを小さくすると逆に光の回
折現象が無視できなくなり、たかだか5μｍ程度
までしか格子ピツチを小さくできない欠点があ
る。
溝スケールを単に明暗のスリツト列としてしか用
いておらず、格子の回折現象を利用しているわけ
ではない。そのため光源１として簡便な白色光を
用いることができる反面、変位感度を向上すべく
スケールの格子ピツチを小さくすると逆に光の回
折現象が無視できなくなり、たかだか5μｍ程度
までしか格子ピツチを小さくできない欠点があ
る。
上記の型式のモアレ・スケールと異なり、格子
溝スケールの回折光の干渉を利用したものが考え
られている。例えば、オプテイツクス アンド
スペクトロスコピ第13巻第295頁（Optics ＆
Spectroscopy Vol.13、p295）に記載されてい
る。第３図は、その例を示すものである。単色の
点光源１からの光はコリメータ・レンズ２により
平行光とされた後にビームスプリツタ１１に斜め
に入射し、その分割面において透過する光ａと反
射する光ｂの２つに分割される。それぞれの光は
反射型回折格子１０に斜めに入射し、回折され
る。反射回折光の方向は、回折格子１０の格子定
数ｄ、入射角および入射波長λによつて決定さ
れ、それらを適当に選ぶと入射した方向へ回折さ
せることが可能である。この場合回折光は負の次
数を持つものとなる。
溝スケールの回折光の干渉を利用したものが考え
られている。例えば、オプテイツクス アンド
スペクトロスコピ第13巻第295頁（Optics ＆
Spectroscopy Vol.13、p295）に記載されてい
る。第３図は、その例を示すものである。単色の
点光源１からの光はコリメータ・レンズ２により
平行光とされた後にビームスプリツタ１１に斜め
に入射し、その分割面において透過する光ａと反
射する光ｂの２つに分割される。それぞれの光は
反射型回折格子１０に斜めに入射し、回折され
る。反射回折光の方向は、回折格子１０の格子定
数ｄ、入射角および入射波長λによつて決定さ
れ、それらを適当に選ぶと入射した方向へ回折さ
せることが可能である。この場合回折光は負の次
数を持つものとなる。
さて回折して入射光の光路を逆にたどつた２つ
の光a′，b′はそれぞれ再びビームスプリツタ１１
により２分割される。ビームスプリツタ１１を透
過したa′とb′の光はレンズ２、ハーフミラー９を
介して光電素子６に入射する。この２つの光は可
干渉であるため干渉し、光強度に明暗を生じる。
回折格子１０の格子溝1/2本分の距離ｄ／２だけ
変位すると電気信号は一周期の正弦波を生ずる。
この型式のものでは回折現象を利用しているた
め、光源としては可干渉なものであることが必要
であるが、格子定数を小さくすることができ、高
感度な位置検出器を得ることが可能である。
の光a′，b′はそれぞれ再びビームスプリツタ１１
により２分割される。ビームスプリツタ１１を透
過したa′とb′の光はレンズ２、ハーフミラー９を
介して光電素子６に入射する。この２つの光は可
干渉であるため干渉し、光強度に明暗を生じる。
回折格子１０の格子溝1/2本分の距離ｄ／２だけ
変位すると電気信号は一周期の正弦波を生ずる。
この型式のものでは回折現象を利用しているた
め、光源としては可干渉なものであることが必要
であるが、格子定数を小さくすることができ、高
感度な位置検出器を得ることが可能である。
しかし、第３図の形式のものを実施する上で次
のような欠点がある。すなわち、(1)作動距離（物
がぶつからない空間のきよりで、回折格子１０と
ビームスプリツタ１１間の距離をいう）を比較的
大きくとりたい場合（例えば、10mm程度）には必
然的に回折格子上に照射される２光束間の距離Ｌ
が大きくなり、一定の移動距離を検出するにはそ
れだけ長い回折格子が必要となること。(2)光源か
らの入射光をビームスプリツタにより分割してお
り、その透過光はビームスプリツタの傾き角に影
響されないが、反射光はその傾き角に依存するた
め、回折格子１０からの２つの反射回折光が良く
干渉するようビームスプリツタ１１と光源１、レ
ンズ２等の光学軸を厳密にアライメントする必要
があり、逆にこの回折格子１０が移動した場合に
は光学系が狂いやすいこと。そして、(3)お互いに
干渉させる光が回折格子１０の異なつた２つの部
分によつて回折された光どうしであるため、良好
な干渉性を得るためには特に均一な格子溝性能を
有する回折格子が必要となり、また格子上のゴミ
やキズの影響を受けやすいこと、等。
のような欠点がある。すなわち、(1)作動距離（物
がぶつからない空間のきよりで、回折格子１０と
ビームスプリツタ１１間の距離をいう）を比較的
大きくとりたい場合（例えば、10mm程度）には必
然的に回折格子上に照射される２光束間の距離Ｌ
が大きくなり、一定の移動距離を検出するにはそ
れだけ長い回折格子が必要となること。(2)光源か
らの入射光をビームスプリツタにより分割してお
り、その透過光はビームスプリツタの傾き角に影
響されないが、反射光はその傾き角に依存するた
め、回折格子１０からの２つの反射回折光が良く
干渉するようビームスプリツタ１１と光源１、レ
ンズ２等の光学軸を厳密にアライメントする必要
があり、逆にこの回折格子１０が移動した場合に
は光学系が狂いやすいこと。そして、(3)お互いに
干渉させる光が回折格子１０の異なつた２つの部
分によつて回折された光どうしであるため、良好
な干渉性を得るためには特に均一な格子溝性能を
有する回折格子が必要となり、また格子上のゴミ
やキズの影響を受けやすいこと、等。
本発明は、上述した従来の欠点を解消した位置
検出器を提供するものである。
検出器を提供するものである。
最初に、本発明の基本原理を第４図により詳し
く説明する。
く説明する。
単色の点光源１からの光はコリメータ・レンズ
２により平行光とされ、反射型回折格子１０の格
子溝平面に垂直に入射させる。そうすると、入射
波長と格子定数ｄから定まる方向にＲ１，Ｒ２の
それぞれ正負次数の回折光が反射される。この場
合、多数の次数の回折光が存在するが、ここでは
ただ一組の同一次数の光に注目する。さて、回折
光Ｒ１，Ｒ２はお互いに平行な反射面Ｍ１，Ｍ２
によつて反射された後にビームスプリツタ１１に
入射し、透過する回折光Ｒ１と反射される回折光
Ｒ２は同一方向に進行して干渉し合い、光電素子
６に入射する。その干渉は回折格子１０上の折点
とビームスプリツタ１１によつて再び合成される
までの光路長の差によつて生じ、回折格子１０を
移動させるとｄ／２（ｄは格子定数）を周期とし
て正弦状の信号が得られる。
２により平行光とされ、反射型回折格子１０の格
子溝平面に垂直に入射させる。そうすると、入射
波長と格子定数ｄから定まる方向にＲ１，Ｒ２の
それぞれ正負次数の回折光が反射される。この場
合、多数の次数の回折光が存在するが、ここでは
ただ一組の同一次数の光に注目する。さて、回折
光Ｒ１，Ｒ２はお互いに平行な反射面Ｍ１，Ｍ２
によつて反射された後にビームスプリツタ１１に
入射し、透過する回折光Ｒ１と反射される回折光
Ｒ２は同一方向に進行して干渉し合い、光電素子
６に入射する。その干渉は回折格子１０上の折点
とビームスプリツタ１１によつて再び合成される
までの光路長の差によつて生じ、回折格子１０を
移動させるとｄ／２（ｄは格子定数）を周期とし
て正弦状の信号が得られる。
以上説明したように、本発明では回折格子に垂
直入射した光のそれぞれ正負同次数の光どうしを
干渉させることに特徴があり、その結果、上述し
た従来の欠点を解消することが可能となる。すな
わち、回折現象を利用しているため格子定数ｄを
極めて小さく、たとえばｄ＝0.8μｍ位のものも用
いることができ、それだけ高感度な位置検出が可
能である。また回折格子に垂直入射させることか
ら光学系のアライメントが容易であり、さらに直
交格子溝を形成してある回折格子を用いることに
より、XY二次元の位置検出が可能となる。これ
については詳しく後述する。第４図では本発明の
原理的構成を反射型回折格子の例で説明している
が、これを透過型回折格子とすることも当然可能
である。
直入射した光のそれぞれ正負同次数の光どうしを
干渉させることに特徴があり、その結果、上述し
た従来の欠点を解消することが可能となる。すな
わち、回折現象を利用しているため格子定数ｄを
極めて小さく、たとえばｄ＝0.8μｍ位のものも用
いることができ、それだけ高感度な位置検出が可
能である。また回折格子に垂直入射させることか
ら光学系のアライメントが容易であり、さらに直
交格子溝を形成してある回折格子を用いることに
より、XY二次元の位置検出が可能となる。これ
については詳しく後述する。第４図では本発明の
原理的構成を反射型回折格子の例で説明している
が、これを透過型回折格子とすることも当然可能
である。
第５図は、本発明の一実施例を説明する図であ
る。光源１３は波長830nｍのレーザ・ダイオー
ドを用い、その光はコリメータレンズ２によつて
平行ビームとされて反射型回折格子１０に垂直に
入射する。格子定数ｄを1.6μｍの場合、正負それ
ぞれの一次回折光は約40゜の角度で反射回折し、
ポリプリズムＲ１，Ｒ２に入射する。両回折光は
それぞれのポロプリズムによりもと来た方向に対
射され、再び回折格子上の１点X2に入射して再
び回折される。ここでそれぞれの光路内にはお互
いに直交した偏光軸をもつ偏光板Ｐ１，Ｐ２が設
けられているため、前記X2点での０次回折光は
さえぎられる一方、回折格子１０に垂直な方向に
回折する両回折光はお互いに直交した偏光面を有
したままビームスプリツタ１１に入射する。この
ビームスプリツタを透過した両直線偏光は、それ
ぞれの偏光面とさらに45゜の角度の偏光面を有す
る偏光板Ｐ３を通過してお互いに可干渉な光とな
り、受光素子Ｄ１に入射する。他方、ビームスプ
リツタ１１を反射した両直線偏光は偏光板Ｐ３か
らさらに90゜回転した偏光面を有する偏光板Ｐ４
を通過して受光素子Ｄ２に入射する。それぞれの
受光素子Ｄ１，Ｄ２から得られる信号Ｓ１，Ｓ２
は、たとえば第６図ａに示すように、回折格子の
移動量ｄ／４（0.4μｍ）を周期とし、位相がお
互いに90゜ずれている正弦状の信号である。この
正弦信号の振幅中心のレベルITに対する信号の大
小を比較し、第６図ｂに示すごとく信号をデジタ
ル化した後、その信号の立上がりおよび立下がり
で第６図ｃの如きパルス信号を発生させる。これ
らの信号処理は既知の方法で行うことができる。
る。光源１３は波長830nｍのレーザ・ダイオー
ドを用い、その光はコリメータレンズ２によつて
平行ビームとされて反射型回折格子１０に垂直に
入射する。格子定数ｄを1.6μｍの場合、正負それ
ぞれの一次回折光は約40゜の角度で反射回折し、
ポリプリズムＲ１，Ｒ２に入射する。両回折光は
それぞれのポロプリズムによりもと来た方向に対
射され、再び回折格子上の１点X2に入射して再
び回折される。ここでそれぞれの光路内にはお互
いに直交した偏光軸をもつ偏光板Ｐ１，Ｐ２が設
けられているため、前記X2点での０次回折光は
さえぎられる一方、回折格子１０に垂直な方向に
回折する両回折光はお互いに直交した偏光面を有
したままビームスプリツタ１１に入射する。この
ビームスプリツタを透過した両直線偏光は、それ
ぞれの偏光面とさらに45゜の角度の偏光面を有す
る偏光板Ｐ３を通過してお互いに可干渉な光とな
り、受光素子Ｄ１に入射する。他方、ビームスプ
リツタ１１を反射した両直線偏光は偏光板Ｐ３か
らさらに90゜回転した偏光面を有する偏光板Ｐ４
を通過して受光素子Ｄ２に入射する。それぞれの
受光素子Ｄ１，Ｄ２から得られる信号Ｓ１，Ｓ２
は、たとえば第６図ａに示すように、回折格子の
移動量ｄ／４（0.4μｍ）を周期とし、位相がお
互いに90゜ずれている正弦状の信号である。この
正弦信号の振幅中心のレベルITに対する信号の大
小を比較し、第６図ｂに示すごとく信号をデジタ
ル化した後、その信号の立上がりおよび立下がり
で第６図ｃの如きパルス信号を発生させる。これ
らの信号処理は既知の方法で行うことができる。
以上の処理によりパルスは回折格子の移動量
ｄ／16（0.1μｍ）ごとに発生することになり、
これを計数することにより移動量を知ることがで
きる。本実施例ではポロプリズムを用いて２度回
折させているが、これは回折格子１０の移動によ
り回折格子にわずかな傾き等を生じても、２つの
回折光の進行方向を常に一致させ、良好な干渉を
得るためである。また２度回折させるため感度
は、第４図のものに比べ２倍となつている。この
感度に対しては回折光としてさらに多数次どうし
を干渉させることにより、高感度とすることが可
能である。またポロプリズムの代わりにキユー
ブ・コーナ等を用いても同じ効果が得られるのは
明らかである。
ｄ／16（0.1μｍ）ごとに発生することになり、
これを計数することにより移動量を知ることがで
きる。本実施例ではポロプリズムを用いて２度回
折させているが、これは回折格子１０の移動によ
り回折格子にわずかな傾き等を生じても、２つの
回折光の進行方向を常に一致させ、良好な干渉を
得るためである。また２度回折させるため感度
は、第４図のものに比べ２倍となつている。この
感度に対しては回折光としてさらに多数次どうし
を干渉させることにより、高感度とすることが可
能である。またポロプリズムの代わりにキユー
ブ・コーナ等を用いても同じ効果が得られるのは
明らかである。
第７図は、本発明により二次元の位置検出を行
う場合の実施例を示す図である。回折格子１０′
としてはＸ、Ｙ方向に直角に溝が形成されている
もの（直角格子）を用い、第５図と同様、回折格
子１０′に垂直にレーザビームを入射する。その
結果、それぞれ格子溝と直角な４つの方向に光は
反射回折され、ポロプリズムRx+，Rx-，Ry+，
Ry-に入射、反射される。ポロプリズムRx+とRx-
で反射された光は回折格子上の１点X2に集まり、
再び垂直に回折される。他方Ｙ軸方向の光は点
Y2で一致する。
う場合の実施例を示す図である。回折格子１０′
としてはＸ、Ｙ方向に直角に溝が形成されている
もの（直角格子）を用い、第５図と同様、回折格
子１０′に垂直にレーザビームを入射する。その
結果、それぞれ格子溝と直角な４つの方向に光は
反射回折され、ポロプリズムRx+，Rx-，Ry+，
Ry-に入射、反射される。ポロプリズムRx+とRx-
で反射された光は回折格子上の１点X2に集まり、
再び垂直に回折される。他方Ｙ軸方向の光は点
Y2で一致する。
このような光学系により、それぞれＸ軸、Ｙ軸
方向の回折格子の移動をそれぞれ独立した回折光
の干渉として得ることができ、二次元の位置検出
をすることができる。なお、図中、２′，１１′，
１３′，S1′，D1′，S2′，D2′，P3′，P4′はそれぞ
れ
第５図に示した２，１１，１３，S1，D1，S2，
D2，P3，P4と同様のものを示し、またPx+，Px-
はＸ方向に配置した偏光板、Py+，Py-はＹ方向
に配置した偏光板を示す。
方向の回折格子の移動をそれぞれ独立した回折光
の干渉として得ることができ、二次元の位置検出
をすることができる。なお、図中、２′，１１′，
１３′，S1′，D1′，S2′，D2′，P3′，P4′はそれぞ
れ
第５図に示した２，１１，１３，S1，D1，S2，
D2，P3，P4と同様のものを示し、またPx+，Px-
はＸ方向に配置した偏光板、Py+，Py-はＹ方向
に配置した偏光板を示す。
以上の説明より明らかなように、本発明によれ
ば、移動格子から10mm程度離れていながら0.1μｍ
単位の位置検出が可能であり、焦点合わせの必要
もない。また二次元の位置検出も容易であるの
で、XY移動台等と組合わせ、座標検出を行う測
定器や、精密位置決めが必要な各種製造機械に応
用できるなど、種々なる利点を有し、実用に供し
てその効果は大きい。なお、本発明は上記実施例
で用いた具体的数値等に限定されるものではな
く、適宜設定可能であることはいうまでもない。
ば、移動格子から10mm程度離れていながら0.1μｍ
単位の位置検出が可能であり、焦点合わせの必要
もない。また二次元の位置検出も容易であるの
で、XY移動台等と組合わせ、座標検出を行う測
定器や、精密位置決めが必要な各種製造機械に応
用できるなど、種々なる利点を有し、実用に供し
てその効果は大きい。なお、本発明は上記実施例
で用いた具体的数値等に限定されるものではな
く、適宜設定可能であることはいうまでもない。
第１図乃至第３図は、それぞれ従来の位置検出
器を示す図、第４図は、本発明の基本的原理を説
明する図、第５図は、本発明の一実施例を示す
図、第６図は、その信号処理の一例を示す信号波
形図、および第７図は、本発明により二次元の位
置検出を行う実施例を示す図である。 図中、１……点光源、２……コリメート・レン
ズ、６……光電素子、１０……回折格子、１１…
…ビームスプリツタ。
器を示す図、第４図は、本発明の基本的原理を説
明する図、第５図は、本発明の一実施例を示す
図、第６図は、その信号処理の一例を示す信号波
形図、および第７図は、本発明により二次元の位
置検出を行う実施例を示す図である。 図中、１……点光源、２……コリメート・レン
ズ、６……光電素子、１０……回折格子、１１…
…ビームスプリツタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 移動方向に対して垂直な格子を有する回折格
子と、該回折格子に単色平行光を回折格子の移動
方向に対して垂直に入射させる光入射手段と、上
記回折格子に、上記回折格子により生起された正
負同次数の回折光を再度入射させてさらに回折光
を生起させる光再入射手段と、上記回折格子によ
り生起される回折光のうち正負同次数の回折光を
干渉させる干渉手段と、該干渉光を光電変換して
電気信号とする変換手段と、該電気信号をもとに
上記回折格子の移動位置を検出する検出手段を有
する位置検出器において、上記光再入射手段は、
上記回折格子上の上記光入射手段による単色平行
光の入射箇所とは異なる箇所に上記光入射手段に
より生起された正負同次数の回折光をそれぞれ該
回折光と平行に再入射させるように構成され、上
記干渉手段は、上記単色平行光と平行に再度回折
される正負同次数の回折光を干渉させるように構
成されていることを特徴とする位置検出器。 ２ 前記光入射手段は、前記単色平行光を前記回
折格子の格子面に垂直に入射するように構成され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の位置検出器。 ３ 前記光再入射手段は、ポロプリズムによつて
構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１
項又は第２項記載の位置検出器。 ４ 前記光再入射手段は、キユーブ・コーナーに
よつて構成されることを特徴とする特許請求の範
囲第１項又は第２項記載の位置検出器。 ５ 前記光再入射手段は、前記回折格子上の前記
光入射手段による前記単色平行光の入射箇所に対
し、前記回折格子の移動方向にずれた箇所へ前記
正負同次数の回折光を再度入射させるように構成
されることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
至第４項記載のうちいずれかの位置検出器。 ６ 前記回折格子は反射型回折格子であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項記載
のうちいずれかの位置検出器。 ７ 前記回折格子は透過型回折格子であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項記載
のうちいずれかの位置検出器。 ８ 前記光再入射手段は、前記回折格子に再度入
射させる正負同次数の回折光の各々の光路に配置
された互いに直交した偏光軸を有する第１及び第
２の偏光板を有し、前記変換手段は２つの受光素
子により構成され、前記干渉手段は前記光再入射
手段によつてさらに生起された回折光を二分する
手段と、上記第１及び第２の偏光板を通過した偏
向光の各々の偏光面と45゜傾いた偏光軸を有し、
かつ互いに直交する偏光軸をもつて上記二分した
回折光を各々偏光する第３及び第４の偏光板を有
し、上記第３及び第４の偏光板を通過した光を上
記２つの受光素子に入射させるように構成したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第７項
のうちいずれかに記載の位置検出器。 ９ 前記回折格子として直角格子を用い、二次元
の位置検出を行なうことを特徴とする特許請求の
範囲第２項乃至第８項のうちいずれかに記載の位
置検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22391684A JPS60190812A (ja) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | 位置検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22391684A JPS60190812A (ja) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | 位置検出器 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10295690A Division JPH032520A (ja) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | 位置検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60190812A JPS60190812A (ja) | 1985-09-28 |
| JPH0126005B2 true JPH0126005B2 (ja) | 1989-05-22 |
Family
ID=16805720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22391684A Granted JPS60190812A (ja) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | 位置検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60190812A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4201511B4 (de) * | 1991-01-25 | 2006-04-27 | Mitutoyo Corp. | Positionsdetektor und Verfahren zur Positionsmessung |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07119624B2 (ja) * | 1986-01-14 | 1995-12-20 | キヤノン株式会社 | リニアエンコーダー |
| JPH073344B2 (ja) * | 1987-06-15 | 1995-01-18 | キヤノン株式会社 | エンコ−ダ− |
| US5102226A (en) * | 1989-01-12 | 1992-04-07 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Optical measurement system for determination of an object profile |
| DE102012201393A1 (de) * | 2012-02-01 | 2013-08-01 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Positionsmesseinrichtung und Anordnung mit mehreren Positionsmesseinrichtungen |
| JP6222480B2 (ja) * | 2012-04-26 | 2017-11-01 | 株式会社ニコン | 光学系、エンコーダ装置、露光装置、及びデバイス製造方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3630622A (en) * | 1968-08-08 | 1971-12-28 | Philips Corp | Apparatus for determining the relative movement of an object by means of a grating mechanically connected to the object |
| US3756723A (en) * | 1970-01-27 | 1973-09-04 | Leitz Ernst Gmbh | Method of measuring the displacement of an object and arrangement therefor |
| GB1367886A (en) * | 1971-10-29 | 1974-09-25 | Ti Group Serivces Ltd | Measuring apparatus |
| JPS5174659A (ja) * | 1974-12-24 | 1976-06-28 | Nippon Electric Co | |
| JPS5245225A (en) * | 1975-10-07 | 1977-04-09 | Fujitsu Ltd | Memory device |
-
1984
- 1984-10-26 JP JP22391684A patent/JPS60190812A/ja active Granted
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3630622A (en) * | 1968-08-08 | 1971-12-28 | Philips Corp | Apparatus for determining the relative movement of an object by means of a grating mechanically connected to the object |
| US3756723A (en) * | 1970-01-27 | 1973-09-04 | Leitz Ernst Gmbh | Method of measuring the displacement of an object and arrangement therefor |
| GB1367886A (en) * | 1971-10-29 | 1974-09-25 | Ti Group Serivces Ltd | Measuring apparatus |
| JPS5174659A (ja) * | 1974-12-24 | 1976-06-28 | Nippon Electric Co | |
| JPS5245225A (en) * | 1975-10-07 | 1977-04-09 | Fujitsu Ltd | Memory device |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4201511B4 (de) * | 1991-01-25 | 2006-04-27 | Mitutoyo Corp. | Positionsdetektor und Verfahren zur Positionsmessung |
| DE4201511C5 (de) * | 1991-01-25 | 2008-07-17 | Mitutoyo Corp. | Positionsdetektor und Verfahren zur Positionsmessung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60190812A (ja) | 1985-09-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9360347B2 (en) | Two-dimensional encoder system and method | |
| JP2586120B2 (ja) | エンコーダー | |
| US20120287441A1 (en) | Displacement Detecting Device | |
| JPH073344B2 (ja) | エンコ−ダ− | |
| JPS6391515A (ja) | 光電測角装置 | |
| JPS62121314A (ja) | 光電位置測定装置 | |
| JP2008032726A (ja) | 光エンコーダ | |
| CN111043991B (zh) | 无非线性误差的直线度测量干涉仪系统及测量方法 | |
| JPH02231525A (ja) | エンコーダー | |
| JPH01284715A (ja) | エンコーダー | |
| US20160245642A1 (en) | Optical Position-Measuring Device | |
| JPS58191907A (ja) | 移動量測定方法 | |
| EP0344291B1 (en) | Opto-electronic scale-reading apparatus | |
| JPH0126005B2 (ja) | ||
| JPH046884B2 (ja) | ||
| JPH06174424A (ja) | 測長または測角装置 | |
| JPH032520A (ja) | 位置検出器 | |
| CN113701625A (zh) | 一种六自由度测量光栅尺 | |
| JP2675317B2 (ja) | 移動量測定方法及び移動量測定装置 | |
| Wu et al. | Design verifications of a linear laser encoder with high head-to-scale tolerance | |
| JP2779497B2 (ja) | 干渉計 | |
| JP2003035570A (ja) | 回折干渉式リニアスケール | |
| JPH0627645B2 (ja) | ２次元変位検出装置 | |
| JP2517027B2 (ja) | 移動量測定方法及び移動量測定装置 | |
| JPH0799325B2 (ja) | 微小変位測定方法および微小変位測定装置 |