JPH051923A - 格子干渉型変位検出装置 - Google Patents

格子干渉型変位検出装置

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JPH051923A
JPH051923A JP18308591A JP18308591A JPH051923A JP H051923 A JPH051923 A JP H051923A JP 18308591 A JP18308591 A JP 18308591A JP 18308591 A JP18308591 A JP 18308591A JP H051923 A JPH051923 A JP H051923A
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JP
Japan
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light
diffraction grating
scale
grating
diffraction
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Pending
Application number
JP18308591A
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English (en)
Inventor
Souichi Satou
双一 佐藤
Masaki Tomitani
雅樹 富谷
Tatsuo Itabashi
龍夫 板橋
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置の小型化が図れる格子干渉型変位検出装
置を提供する。 【構成】 レーザビームを2波に分岐させた各分岐光束
A,Bを回折格子26によって回折させてスケール1の
回折格子2上の同一回折点Pに入射させる。回折格子2
によって生成された各光束A,Bの1次回折光を第1お
よび第2回折格子36,37によって回折させ、第2回
折格子37において、片方の1次回折光の1次回折光と
他の片方の1次回折光の透過光とをそれぞれ混合させた
後、各検出器41A,41Bに入射させる。従来のミラ
ーやハーフミラーなどに比べスケールから検出器、光源
までの距離を短くすることができるから、装置の小型化
が図れるとともに、プリズムなどに比べ生産性も向上さ
せることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、格子干渉型変位検出装
置に関する。詳しくは、光源からの光束を2波に分岐し
てスケールの回折格子上の同一回折点に入射させ、その
回折点で生成された複数の光束の混合波を電気信号とし
て検出する格子干渉型変位検出装置に係り、特に、装置
の小型化に利用できる。
【0002】
【背景技術】従来の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)の目盛りを
形成し、その目盛りを回折格子として利用して相対変位
を高精度に検出する格子干渉型変位検出装置が知られて
いる。これは、光源からの光束を2波に分岐してスケー
ルの回折格子上の1または2つの回折点に入射させ、そ
の回折点で生成された複数の光束の混合波を電気信号と
して検出するもので、反射型回折格子を用いたものと、
透過型回折格子を用いたものとに分類できる。
【0003】後者の透過型回折格子を用いた格子干渉型
変位検出装置として、例えば、本出願人が先に提案した
特開平2−167427号公報が知られている。これ
は、図2に示す如く、図中左右方向へ変位可能に設けら
れかつその変位方向に沿って回折格子2が形成された透
過型スケール1と、レーザ光源11と、このレーザ光源
11から出射されたレーザビームをその偏向方向に従っ
て2波に分岐する偏光ビームスプリッタ22と、各分岐
光束A,Bを反射してスケール1の回折格子2上の同一
回折点Pにそれぞれ対称方向から入射させる一対のミラ
ー23A,23Bと、回折点Pで生成された2つの1次
回折光を反射させる一対のミラー32A,32Bと、そ
の反射光を混合させるハーフミラー33と、その混合波
を電気信号に変換する検出器41A,41Bとから構成
されている。
【0004】ここで、前記偏光ビームスプリッタ22お
よび一対のミラー23A,23Bから光束分岐手段21
が、前記一対のミラー32A,32Bおよびハーフミラ
ー33から光束混合手段31がそれぞれ構成されてい
る。また、前記検出器41Aは、前記ハーフミラー33
で混合された一方の混合波を電気信号に変換する受光素
子42Aおよび一方の混合波の偏光方向を一致させて干
渉させる偏光板43Aから構成されている。前記検出器
41Bは、前記ハーフミラー33で混合された他方の混
合波を電気信号に変換する受光素子42B、他方の混合
波の偏光方向を一致させて干渉させる偏光板43Bおよ
びその混合波を検出器41Aに入射する混合波に対して
位相を90度遅らせる1/4波長板44から構成されて
いる。
【0005】いま、レーザ光源11からレーザビームが
出射されると、そのレーザビームは、偏光ビームスプリ
ッタ22の偏向方向に従って2分される。各分岐光束
A,Bは、各ミラー23A,23Bで反射された後、ス
ケール1の回折格子2上の同一回折点Pにそれぞれ対称
方向から入射される。すると、その回折点Pで各分岐光
束A,Bの1次回折光が生成される。各1次回折光は、
ミラー32A,32Bよって反射され、続いて、ハーフ
ミラー33で混合された後、検出器41A,41Bによ
って電気信号に変換される。
【0006】従って、1次回折光同士の干渉を利用して
いるから、スケール1が回折格子2の1ピッチ分だけ変
位したとすると、各検出器41A,41Bからは90度
位相差の異なる2周期分の完全正弦波信号φA,φBが
得られる。例えば、回折格子2の1ピッチを0.5μm
とすると、各検出器41A,41Bから得られる正弦波
信号φA,φBの周期は0.25μmとなるから、回折
格子2の1ピッチを光学的に2分割したことになり、分
解能の向上が図られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した構
成の格子干渉型変位検出装置では、レーザ光源11から
出射されたレーザビームを2分し、その各分岐光束A,
Bを回折、混合させるために、レーザ光源11から各検
出器41A,41Bまでの間に、偏光ビームスプリッタ
22、ミラー23A,23B、32A,32Bおよびハ
ーフミラー33などを配置する必要がある。そのため、
レーザ光源11から各検出器41A,41Bまでの距離
を長く確保しなければならないから、装置の小型化を図
る上で障害となっていた。
【0008】ここに、本発明の目的は、このような従来
の欠点を解消し、小型化を図ることができるとともに、
生産性も併せて向上させることができる格子干渉型変位
検出装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明の格子
干渉型変位検出装置は、回折格子が形成されたスケール
と、光源と、この光源からの光束を2波に分岐しかつそ
の各分岐光束を前記スケールの回折格子上の同一点に入
射させる光束分岐手段と、前記スケールの回折格子によ
って生成された複数の光束を混合させる光束混合手段
と、この光束混合手段によって混合された混合波を電気
信号に変換する検出器とを備えた格子干渉型変位検出装
置において、前記光束分岐手段を、前記光源からの光束
を2波に分岐する分岐手段と、この分岐手段によって分
岐された各分岐光束を回折させ前記スケールの回折格子
上の同一点に入射させる回折格子とから構成するととも
に、前記光束混合手段を、前記回折格子上の同一点で生
成された1次回折光を回折させる第1回折格子と、この
第1回折格子によって回折された1次回折光の交点位置
に配置されその片方の回折光の1次回折光と他の片方の
回折光の透過光とを混合させる第2回折格子とから構成
した、ことを特徴とする。
【0010】
【作用】光源からの光束は、まず、分岐手段によって2
波に分岐される。各分岐光束は、回折格子によって回折
されスケールの回折格子上の同一回折点に入射される。
すると、その回折点で生成された1次回折光は、第1回
折格子および第2回折格子によって回折される。第2回
折格子において、一方の回折光の一次回折光と他方の回
折光の透過光とが混合され、また、一方の回折光の透過
光と他方の回折光の一次回折光とが混合された後、各検
出器に導かれる。
【0011】従って、従来の光束混合手段を構成する一
対のミラーやハーフミラー、あるいは、光束分岐手段を
構成する一対のミラーなどの光学素子に比べ、回折格子
の方がスケールから各検出器および光源までの距離を短
くすることができるから、装置の小型化を図ることがで
きる。また、回折格子はプリズムなどに比べ量産が容易
であるから生産性をも併せて向上させることができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明に係る格子干渉型変位検出装置
について好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しなが
ら詳細に説明する。なお、以下の説明に当たって、前述
した図2と同一構成要件については、同一符号を付し、
その説明を省略もしくは簡略化する。
【0013】図1に本実施例の格子干渉型変位検出装置
を示す。同格子干渉型変位検出装置は、前記光束分岐手
段21がプリズム素子25によって構成されているとと
もに、前記光束混合手段31が2つの回折格子36,3
7を有する透光素子35によって構成されている点を除
いて、図2の装置と同一である。
【0014】前記光束分岐手段21を構成するプリズム
素子25は、内部に前記レーザ光源11からのレーザビ
ームを2波に分岐する分岐手段としての偏光ビームスプ
リッタ22を有し、かつ、前記スケール1と対向する面
に前記偏光ビームスプリッタ22によって分岐された各
分岐光束A,Bを回折させ前記スケール1の回折格子2
上の同一回折点Pに入射させる回折格子26が形成され
ている。
【0015】前記光束混合手段31を構成する透光素子
35には、前記スケール1と対向する面に前記回折格子
2上の同一回折点Pに入射された分岐光束A,Bの1次
回折光をそれぞれ互いに内方へ回折させる第1回折格子
36が形成されているとともに、この第1回折格子36
で回折された1次回折光の交点上の位置に第2回折格子
37が形成されている。第2回折格子37は、一方の1
次回折光の1次回折光と他方の1次回折光の透過光とを
混合させて前記検出器41Aに入射させるるとともに、
一方の1次回折光の透過光と他方の1次回折光の1次回
折光とを混合させて前記検出器41Bに入射させる。
【0016】このような構成であるから、レーザ光源1
1から出射されたレーザビームは、偏光ビームスプリッ
タ22によって2波に分岐される。各分岐光束A,B
は、それぞれ回折格子26によって回折された後、スケ
ール1の回折格子2上の同一回折点Pに入射される。す
ると、その回折点Pで各分岐光束A,Bの1次回折光が
生成される。各1次回折光は、第1回折格子36および
第2回折格子37によって順次回折される。
【0017】第2回折格子37において、一方の1次回
折光の1次回折光と他方の1次回折光の透過光とが混合
されるとともに、一方の1次回折光の透過光と他方の1
次回折光の1次回折光とが混合される。その後、一方の
混合波は、偏光板43Aによって偏光方向が一致されて
干渉された後、受光素子42Aへ入射される。また、他
方の混合波は、1/4波長板44によって一方の混合波
に対して90度位相が遅らされ、続いて、偏光板43B
によって偏光方向が一致されて干渉された後、受光素子
42Bへ入射される。
【0018】従って、本実施例によれば、レーザビーム
を2波に分岐させた各分岐光束A,Bを回折格子26に
よって回折させてスケール1の回折格子2上の同一回折
点Pに入射させる。また、回折格子2上の回折点Pで生
成された各分岐光束A,Bの1次回折光を第1回折格子
36および第2回折格子37によって回折させ、第2回
折格子37において、一方の1次回折光の1次回折光と
他方の1次回折光の透過光とを、一方の1次回折光の透
過光と他方の1次回折光の1次回折光とをそれぞれ混合
させた後、各検出器41A,41Bに入射させるるよう
にしたので、つまり、従来の光束混合手段を構成する一
対のミラーやハーフミラー、あるいは、光束分岐手段を
構成する一対のミラーなどの光学素子に比べ、回折格子
36,37,26の方がスケール1から各検出器41
A,41Bおよび光源11までの距離を短くすることが
できるから、装置の小型化を図ることができる。
【0019】また、回折格子26,36,37はプリズ
ムなどに比べ量産が容易であるから生産性をも向上させ
ることができる。
【0020】以上、本発明について好適な実施例を挙げ
て説明したが、本発明はこの実施例に限定されるもので
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改
良並びに設計の変更が可能なことは勿論である。
【0021】例えば、上記実施例では、レーザ光源11
からのレーザビームを2波に分岐する手段として偏向ビ
ームスプリッタ22を用いたが、これに代わって回折格
子を用いるようにしてもよい。このようにすれば、光束
分岐手段21側も更に小型化できるから、全体としてよ
り小型化できる利点がある。
【0022】また、上記実施例では、偏光ビームスプリ
ッタ22および回折格子26をプリズム素子25によっ
て一体的に構成したが、これらは別々に構成してもよ
い。また、光束混合手段31を構成する第1回折格子3
6および第2回折格子37についても別々に構成するよ
うにしてもよい。
【0023】また、上記実施例では、レーザ光源11、
光束分岐手段21、光束混合手段31および検出器41
A,41Bなどの光学系に対してスケール1が変位可能
に設けられていたが、スケール1に対して上記光学系が
変位するものでもよく、あるいは、両者が共に変位する
ものでもよい。要は、スケール1と光学系とが相対変位
するもの全てに適用することができる。
【0024】
【発明の効果】以上の通り、本発明の格子干渉型変位検
出装置によれば、回折格子を用いて、各分岐光束をスケ
ールの回折格子上の同一回折点に入射させるとともに、
その回折点で生成された1次回折光同士を混合させるよ
うにしたので、従来のビームスプリッタやハーフミラー
などの光学素子に比べスケールから各検出器および光源
までの距離を短くすることができるから、装置の小型化
を図ることができる。また、回折格子はプリズムなどに
比べ量産が容易であるから、生産性も向上させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の格子干渉型変位検出装置の一実施例を
示す図である。
【図2】従来の格子干渉型変位検出装置を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 スケール 2 回折格子 11 レーザ光源(光源) 21 光束分岐手段 26 回折格子 31 光束混合手段 36 第1回折格子 37 第2回折格子 41A,41B 検出器

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】回折格子が形成されたスケールと、光源
    と、この光源からの光束を2波に分岐しかつその各分岐
    光束を前記スケールの回折格子上の同一点に入射させる
    光束分岐手段と、前記スケールの回折格子によって生成
    された複数の光束を混合させる光束混合手段と、この光
    束混合手段によって混合された混合波を電気信号に変換
    する検出器とを備えた格子干渉型変位検出装置におい
    て、前記光束分岐手段を、前記光源からの光束を2波に
    分岐する分岐手段と、この分岐手段によって分岐された
    各分岐光束を回折させ前記スケールの回折格子上の同一
    点に入射させる回折格子とから構成するとともに、前記
    光束混合手段を、前記回折格子上の同一点で生成された
    1次回折光を回折させる第1回折格子と、この第1回折
    格子によって回折された1次回折光の交点位置に配置さ
    れその片方の回折光の1次回折光と他の片方の回折光の
    透過光とを混合させる第2回折格子とから構成した、こ
    とを特徴とする格子干渉型変位検出装置。
JP18308591A 1991-06-26 1991-06-26 格子干渉型変位検出装置 Pending JPH051923A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101105755B1 (ko) * 2004-04-23 2012-01-17 엘지전자 주식회사 공기조화기

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01276020A (ja) * 1988-03-25 1989-11-06 Dr Johannes Heidenhain Gmbh 光電位置測定装置

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JPH01276020A (ja) * 1988-03-25 1989-11-06 Dr Johannes Heidenhain Gmbh 光電位置測定装置

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19950822