JPH02167428A - 格子干渉型変位計 - Google Patents

格子干渉型変位計

Info

Publication number
JPH02167428A
JPH02167428A JP32258888A JP32258888A JPH02167428A JP H02167428 A JPH02167428 A JP H02167428A JP 32258888 A JP32258888 A JP 32258888A JP 32258888 A JP32258888 A JP 32258888A JP H02167428 A JPH02167428 A JP H02167428A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
diffraction grating
order
scale
grating
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.)
Granted
Application number
JP32258888A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0615977B2 (ja
Inventor
Nobuhisa Nishioki
暢久 西沖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP32258888A priority Critical patent/JPH0615977B2/ja
Priority to US07/448,954 priority patent/US5035507A/en
Priority to GB8928402A priority patent/GB2227558B/en
Priority to DE3942385A priority patent/DE3942385B4/de
Publication of JPH02167428A publication Critical patent/JPH02167428A/ja
Publication of JPH0615977B2 publication Critical patent/JPH0615977B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野] 本発明は、格子干渉型変位計に係り、特に、スケール表面の表面度が悪い場合でも、安定した干渉を保つことが可能な格子干渉型変位計に関する、。 【従来の技術】
定ピツチの光学的な目盛が形成されたスケールを用いて
、周期的な検出信号を生成する光電型エンコーダが普及
している。この光電型エンコーダの分解能は、光学格子
の幅及びピッチと、光電変換後の信号を分割する電子回
路の特性により定まる。一般に、光学格子は、エツチン
グ法により製造されるので、4μm前後の光学格子が最
終測定精度上限界に近く、又、電子回路も大幅なコスト
アップを伴わない範囲で用いるとなると、最終的な分解
能は1μm前後であり、これを更に高精度化するのは困
難であった。 一方、光電型エンコーダが普及するにつれて、より高分
解能で高精度な検出信号を生成するものが求められてい
る。 光電型エンコーダの高分解能化を図ったものの1つとし
て、スケールにホログラフィの技術を用いて微細なピッ
チ(通常1μm程度)の目盛を形成し、その目盛を回折
格子として積極的に回折を生じさせて検出信号を得る格
子干渉型変位計が提案されている。 第3図は、特開昭47−10034で提案された格子干
渉型変位計を示すものである。この格子干渉型変位計は
、ピッチdの回折格子10Aが形成されたスケールと、
該回折格子10Aに光束としてのレーザビーム14(波
長λ)を照射する目e−Neレーザ光源12と、前記回
折格子10Aによって生成された0次と1次の回折光(
光束)をそれぞれ反則するミラー16.18と、1次側
ミラー18で反則された1次光の0次光と、0次側ミラ
ー16で反射された0次光の1次光との混合波を3分す
るビームスプリッタ(粗い回折格子)20と、該ビーム
スプリッタ20で3分された混合波をそれぞれ光電変換
する受光素子22A、22B、22Gとを含んで構成さ
れている。ここで、前記スケールを除く各要素は、検出
器を構成している。 なあ、第3図において、0次光及び1次光の光路中にそ
れぞれ挿入された偏光子24.26の偏光方向は、互い
に直交するように設定されており、3分された中央の混
合波を受光する受光素子22Aでは干渉縞が生じないよ
うにされている。従って、この受光素子22Aでは、干
渉縞ではなく、単なる和信号が得られるので、参照信号
Vrとする。 又、受光素子22Bの直前には干渉縞生成用の検光子2
8Bが配置され、この受光素子22Bからは干渉縞によ
るA相検出信号φAが生成される。 又、受光素子22Cの直前には1/4波長板30と検光
子28Cが配置され、この受光素子22Cからは、前記
A相検出信号φAと90°位相の異なるB相検出信号φ
Bが生成される。 ここで、レーザビーム14の入射角θと、1次光の回折
角φとは、次式で関係付けられる。 cl(sinθ+sinψ)=λ ・・・・・・・・・
(1)このような格子干渉型変位計によれば、例えば回
折格子10Aをホログラム方式で製造することによって
、1μm以下の光学格子を形成することができるので、
0.01μmの分解能を達成することも可能である。
【発明が達成しようとする課題J しかしながら、前記回折格子10Aが形成されたスケー
ル10のガラス表面の平面度が悪いと、第3図に示した
ような透過型の格子干渉型変位計の場合、第4図(スケ
ール下面の平面度不良の場合)に矢印Aで示す如く、屈
折角に差が生じて光束が曲ってしまい、受光素子22B
、22Cに入射する2本の光の進行方向は互いに傾斜し
、その方向に直交する光波面は縞状に合成された状態と
なり、ビームの重合断面全面に均一な光の干渉を得るこ
とができなかった。そのために従来はスケールの平面度
を5μm/100mm以下に保持しなければならない上
、他の要因によって光軸方向が傾斜した場合信号が検出
できないという問題点を有していた。 本発明は、前記従来の問題点を解消するへくなされたも
ので、スケール表面の平面度不良や傾き、ピッチング等
による影響を少なくして、安定した干渉信号を得ること
ができることが可能な格子干渉型変位計を提供すること
を課題とする。 【課題を達成するための手段】 本発明は、回折格子が形成されたスケールと、前記回折
格子に光束を照射する光源、及び、前記回折格子によっ
て生成された複数の光束の混合波を光電変換する受光素
子を含む検出器とを備え、前記スケールと検出器の相対
変位に応じて、周期的に変化する検出信号を生成する格
子干渉型変位計において、前記光源からの光束を分割し
て前記回折格子に入射する光学要素と、前記回折格子を
透過した各0次光をそれぞれ同じ方向に返して回折格子
に再入射するための複数の反射手段とを備え、該複数の
反射手段から再入射されるO次反則光により回折格子で
それぞれ生成された1次回折光を混合することにより、
前記課題を達成したものである。
【作用及び効果】
従来、スケール表面の平面度不良やスケールの傾きによ
り屈折角(透過型の場合)や回折角(反射型の場合)に
差が生じた場合、受光素子22B、22Cに入射する2
本の光の進行方向は互いに傾斜し、その方向に直交する
光波面は縞状に合成された状態となり、ビームの重合断
面全面に均一な光の干渉を得ることができなかった。そ
のためにスケールの平面度を高精度に保持しなければな
らない上、他の要因によって、両ビームの相対的進行方
向が傾斜した場合、信号が検出できないことがあり、測
定誤差が発生するという問題があった。 ところで、前出第4図に示した如く、スケール10を透
過した0次光も、回折格子10Aで回折した1次光と同
じように平面度の影響を受けており、回折効率の点で、
0次光の光量(80%程度)は、1次光の光量(20%
程度〉よりも非常に大きい。 本発明は、この点に着目してなされたもので、第2図に
示す如く、回折格子(10)を透過した0次光を、例え
ば直角プリズム40や、コーナーキューブ、キャッツア
イ等の三角プリズムを用いて同じ方向に返して回折格子
に再入射することで、回折格子によって生成された複数
の光束が各々の設計上の進行方向に対して平行に進むよ
うにしたので、スケールの平面度が15μm/100m
m以上であっても、安定した干渉信号を得ることができ
るようになった。又、他の要因によって光軸が傾斜して
も安定した信号が得られるようになった。 このようにして、スケール表面の平面度不良やスケール
取付は時のアライメント変動によるピッチング(傾き)
によらず、回折後の光束を常に同じ方向に進ませること
ができ、安定した干渉を保つことが可能となる。このよ
うにして、光学系をより安定なものにすれば、スケール
表面の平面度不良やピッチング等の影響が少なくなり、
より安定した信号を得ることができる。従って、使用ス
ケールの平面度や取付は時のアライメントの許容値が向
上し、安価なスケールを使用することができ、アライメ
ントを簡単なものとすることができる。更に、光源から
照射された光束が光源に戻らないので、レーザダイオー
ド等の戻り光の影響を受ける光源を用いた場合でも、発
振が安定し、ノイズが少なくなる。 なお、第3図に示した従来例において、ミラ16及び1
8を例えば直角プリズムに変更することも考えられるが
、その場合には、ミラー18によって反射される光が1
次回折光であり、既に光源の光量の20%程度となって
いるので、これを更に回折させた場合の1−1次回折光
の光量は光源光量の4%程度となってしまうため、検出
器として高感度なものを用いたり、光源の容量を大きく
する必要がある。これに対して本発明によれば0次光を
反射するようにしているので、0−1次回折光の光量は
光源光量の16%程度確保でき、検出器の応答速度を向
上したり、光源を小型化することが可能である。
【実施例】
以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。 本実施例は、第1図に示す如く、前記従来例と同様の、
回折格子が形成された透過型のスケール=8− 10と、光源としてのレーザダイオード(LD)42と
、例えばPINフォトダイオードから成る受光素子22
A+、22A2.22B、22G。 偏光板24.26、検光子28B、28G、1/4波長
板30を含む検出器とを備え、前記スケール10と検出
器の相対変位に応じて周期的に変化する検出信号を生成
する透過型の格子干渉型の変位計において、前記レーザ
ダイオード42からのレーザビーム14を2分して前記
スケール10上の回折格子に入射するビームスプリッタ
44と、スケール10に対して同一の入射角θ〈θΣφ
となるようにθを設定することにより、φはより安定す
る)でそれぞれ左右対称にスケール10に入射され、該
スケール10上の回折格子を通過した各0次光をそれぞ
れ同じ方向に返して回折格子に再入射するための直角プ
リズム40A、40Bと、該直角プリズム40A、40
Bから再入射される0次反則光により、回折格子でそれ
ぞれ生成された1次回折光をそれぞれ反射しつつ分離す
るビムスプリンタ46A、46Bと、該ビームスプリツ
タ46A、46Bで分離された回折光を光電変換して参
照信号Vr = (Vra+Vrb) ÷2を得るため
の前記受光素子22A+、22A2と、前記ビームスプ
リッタ46A、46Bで反射された回折光を再び混合す
るためのハーフミラ−48とを備えたものである。 このように、直角プリズム40A140Bを設けて、回
折格子を透過した各0次光をそれぞれ同じ方向に返して
回折格子に再入射することによって、スケール10の平
面度によって屈折した光を同じ角度で再入射させるので
、屈折の影響が相殺され、左右2本の光束の回折角φは
常に等しくなる。従って、スケール表面の平面度不良や
アライメント不良によるスケールのピッチング等に拘ら
ず、常に一定方向の1次回折光を得ることができ、安定
した干渉信号を得ることができる。 本実施例においては、回折光を、ビームスプリッタ46
A、46Bを用いて1度反射した後、ハーフミラ−48
により混合する、左右対称のいわゆる多段型の構成とし
ているので、レーザダイオード42の波長2が変化して
も、1次光の回折光φが共通であるため、各受光素子2
2B、22Gに入射する方向はほぼ一定である。従って
、光源の波長変動や、スケール10上のローリング及び
ギャップ変動といった、大きいが対称的な変動も吸収さ
れ、このような変動の影響を受けることがない。 又、スケール10表面での反射光も、直接受光素子に入
側することがない。 本実施例においては、回折格子を透過した0次光を反射
する手段として直角プリズムが用いられていたが、コー
ナーキューブやキャッツアイ等の角プリズムを用いるこ
とも可能である。この場合には、第1図の紙面と垂直方
向に回折点を横ずらしすることができる。 なお前記実施例においては、光源としてレーザダイオー
ド42が用いられていたが、光源の種類はこれに限定さ
れない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る格子干渉型変位計の実流側の構
成を示す正面図、 第2図は、本発明の詳細な説明するための光路図、 第3図は、従来の格子干渉型変位計の一例の構成を示す
正面図、 第4図は、従来例において、平面度不良により光束が曲
っている状態を示す断面図である。 −12= 10・・・スケール、 10A・・・回折格子、 14・・・レーザビーム(光束〉、 40.40A、40B・・・直角プリズム、42・・・
レーザダイオード(LLD)、44・・・ビームスプリ
ッタ、 48・・・ハーフミラ−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)回折格子が形成されたスケールと、 前記回折格子に光束を照射する光源、及び、前記回折格
    子によつて生成された複数の光束の混合波を光電変換す
    る受光素子を含む検出器とを備え、前記スケールと検出
    器の相対変位に応じて、周期的に変化する検出信号を生
    成する格子干渉型変位計において、 前記光源からの光束を分割して前記回折格子に入射する
    光学要素と、 前記回折格子を透過した各O次光をそれぞれ同じ方向に
    返して回折格子に再入射するための複数の反射手段とを
    備え、 該複数の反射手段から再入射されるO次反射光により回
    折格子でそれぞれ生成された1次回折光を混合すること
    を特徴とする格子干渉型変位計。
JP32258888A 1988-12-21 1988-12-21 格子干渉型変位計 Expired - Fee Related JPH0615977B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32258888A JPH0615977B2 (ja) 1988-12-21 1988-12-21 格子干渉型変位計
US07/448,954 US5035507A (en) 1988-12-21 1989-12-12 Grating-interference type displacement meter apparatus
GB8928402A GB2227558B (en) 1988-12-21 1989-12-15 Grating-interference type displacement meter apparatus
DE3942385A DE3942385B4 (de) 1988-12-21 1989-12-21 Beugungsgitter-Verschiebungsmeßgerät

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32258888A JPH0615977B2 (ja) 1988-12-21 1988-12-21 格子干渉型変位計

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02167428A true JPH02167428A (ja) 1990-06-27
JPH0615977B2 JPH0615977B2 (ja) 1994-03-02

Family

ID=18145374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP32258888A Expired - Fee Related JPH0615977B2 (ja) 1988-12-21 1988-12-21 格子干渉型変位計

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0615977B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005121539A (ja) * 2003-10-17 2005-05-12 Sony Manufacturing Systems Corp 変位検出装置
EP2000782A2 (en) 2007-05-28 2008-12-10 Mitutoyo Corporation Photoelectric encoder

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005121539A (ja) * 2003-10-17 2005-05-12 Sony Manufacturing Systems Corp 変位検出装置
EP2000782A2 (en) 2007-05-28 2008-12-10 Mitutoyo Corporation Photoelectric encoder
US7642505B2 (en) 2007-05-28 2010-01-05 Mitutoyo Corporation Photoelectric encoder with a transparent protective material having a thickness equal to or greater than a depth of focus of an image forming optical system disposed on the surface of a scale

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0615977B2 (ja) 1994-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2586120B2 (ja) エンコーダー
JP2603305B2 (ja) 変位測定装置
US5035507A (en) Grating-interference type displacement meter apparatus
US8687202B2 (en) Displacement detecting device
KR101275935B1 (ko) 변위 검출 장치 및 변위 계측 장치 및 정점 검출 장치
US5000572A (en) Distance measuring system
US20120287441A1 (en) Displacement Detecting Device
CN112097652B (zh) 光栅位移测量装置
KR20060103868A (ko) 변위 검출 장치 및 변위 계측 장치 및 정점 검출 장치
CN112484647B (zh) 干涉仪位移测量系统及方法
JP5095475B2 (ja) 光学式変位測定装置
JPH02231525A (ja) エンコーダー
JPS63277926A (ja) 測長装置
US5067813A (en) Optical apparatus for measuring displacement of an object
JPH03146822A (ja) エンコーダー
JPH046884B2 (ja)
JP2557967B2 (ja) 格子干渉型変位計
CN116007503A (zh) 一种基于偏振分束光栅的干涉位移测量装置
JPH02167428A (ja) 格子干渉型変位計
KR100531693B1 (ko) 광학식 변위측정장치
JP4093947B2 (ja) 速度計、変位計、振動計および電子機器
JPH0620969Y2 (ja) 格子干渉型変位検出装置
JP2683098B2 (ja) エンコーダー
KR930002162B1 (ko) 광학식 헤드의 트랙킹 오차 검출장치
JPH02176420A (ja) 格子干渉型変位計及びそのスケール

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees