JPH06194123A - 変位検出装置 - Google Patents
変位検出装置Info
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- JPH06194123A JPH06194123A JP4344560A JP34456092A JPH06194123A JP H06194123 A JPH06194123 A JP H06194123A JP 4344560 A JP4344560 A JP 4344560A JP 34456092 A JP34456092 A JP 34456092A JP H06194123 A JPH06194123 A JP H06194123A
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- diffraction grating
- light
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- diffracted light
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Links
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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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 干渉光の強度を上げる。
【構成】 光源１と、光源からの光を回折・分割して０
次回折光と＋１次回折光を第２回折格子Ｇ２に照射する
ブレーズド格子より成る第１回折格子Ｇ１と、０次回折
光が第２回折格子により反射回折され生じる＋１次反射
回折光と＋１次回折光が第２回折格子により回折されて
生じる−１次反射回折光とを合成して干渉光を形成する
ブレーズド格子より成る第３回折格子Ｇ３と、干渉光を
光電変換する受光素子３とを有する。
次回折光と＋１次回折光を第２回折格子Ｇ２に照射する
ブレーズド格子より成る第１回折格子Ｇ１と、０次回折
光が第２回折格子により反射回折され生じる＋１次反射
回折光と＋１次回折光が第２回折格子により回折されて
生じる−１次反射回折光とを合成して干渉光を形成する
ブレーズド格子より成る第３回折格子Ｇ３と、干渉光を
光電変換する受光素子３とを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学的に物体の変位
（移動量、回転量、速度、加速度）を検出する装置、具
体的にはエンコーダ、速度センサ、加速度センサ等に関
するものである。
（移動量、回転量、速度、加速度）を検出する装置、具
体的にはエンコーダ、速度センサ、加速度センサ等に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】光を物体に照射して高精度に物体の変位
を求める光学式変位センサ、例えば光学式エンコーダ、
レーザドップラ速度計、レーザー干渉計などが、ＮＣ工
作機械、ＯＡ機器、ロボット、精密製造装置等の分野で
広く利用されている。
を求める光学式変位センサ、例えば光学式エンコーダ、
レーザドップラ速度計、レーザー干渉計などが、ＮＣ工
作機械、ＯＡ機器、ロボット、精密製造装置等の分野で
広く利用されている。
【０００３】こうした変位センサのあるものは、レーザ
ー光を第１回折格子により回折して得た０次回折光と１
次回折光をスケールに形成してある第２回折格子に照射
し、０次回折光が第２回折格子により反射回折され生じ
る＋１次反射回折光と１回折光が第２回折格子により回
折されて生じる−１次反射回折光とを第１回折格子の側
の第３回折格子に向け、第３回折格子により＋１次反射
回折光と−１次反射回折光を合成して干渉光を形成し、
この干渉光を光電変換することによりスケールの変位を
示す正弦波信号を得ていた。
ー光を第１回折格子により回折して得た０次回折光と１
次回折光をスケールに形成してある第２回折格子に照射
し、０次回折光が第２回折格子により反射回折され生じ
る＋１次反射回折光と１回折光が第２回折格子により回
折されて生じる−１次反射回折光とを第１回折格子の側
の第３回折格子に向け、第３回折格子により＋１次反射
回折光と−１次反射回折光を合成して干渉光を形成し、
この干渉光を光電変換することによりスケールの変位を
示す正弦波信号を得ていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の変位センサで
は、干渉光を形成する各回折光が通常の回折格子による
回折・分割を複数回受けたものである為、（各回折光の
強度が小さく、）干渉光の強度が小さい。従って、光電
変換により得られる正弦波信号のＳ／Ｎ比が低いという
問題が生じていた。
は、干渉光を形成する各回折光が通常の回折格子による
回折・分割を複数回受けたものである為、（各回折光の
強度が小さく、）干渉光の強度が小さい。従って、光電
変換により得られる正弦波信号のＳ／Ｎ比が低いという
問題が生じていた。
【０００５】同様の問題は、回折格子を用いる他の変位
センサでも生じる。
センサでも生じる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の変位検出装置
は、回折格子としてブレーズド格子を用いることにより
上記課題を解決するものである。
は、回折格子としてブレーズド格子を用いることにより
上記課題を解決するものである。
【０００７】本発明の変位検出装置の一形態は、放射ビ
ームを分割して得た２個のビームを回折格子に照射する
手段と一方のビームの照射により回折格子から生じる第
１回折ビームと他方のビームの照射により回折格子から
生じる第２回折ビームを合成する手段と第１、第２回折
ビームの合成により形成された干渉ビームを受けて回折
格子の変位を示す信号に変換する手段とを有する装置に
おいて、前記照射手段と前記合成手段の少なくとも一方
がブレーズド回折格子を備え、該ブレーズド回折格子に
より、前記２個のビームの生成及び前記第１、第２回折
ビームの合成の少なくとも一方を行なうよう、構成して
いる。
ームを分割して得た２個のビームを回折格子に照射する
手段と一方のビームの照射により回折格子から生じる第
１回折ビームと他方のビームの照射により回折格子から
生じる第２回折ビームを合成する手段と第１、第２回折
ビームの合成により形成された干渉ビームを受けて回折
格子の変位を示す信号に変換する手段とを有する装置に
おいて、前記照射手段と前記合成手段の少なくとも一方
がブレーズド回折格子を備え、該ブレーズド回折格子に
より、前記２個のビームの生成及び前記第１、第２回折
ビームの合成の少なくとも一方を行なうよう、構成して
いる。
【０００８】又、前記照射手段と前記合成手段の双方が
前記ブレーズド回折格子を備え、前記照射手段と前記合
成手段のブレーズド回折格子が同一方向に沿って配置し
てあり、前記照射手段と前記合成手段のブレーズド回折
格子が前記方向に沿った断面形状が互いに逆向き（対
称）になるように設けられる。好ましい形態がある。
前記ブレーズド回折格子を備え、前記照射手段と前記合
成手段のブレーズド回折格子が同一方向に沿って配置し
てあり、前記照射手段と前記合成手段のブレーズド回折
格子が前記方向に沿った断面形状が互いに逆向き（対
称）になるように設けられる。好ましい形態がある。
【０００９】又、前記ブレーズド回折格子の屈折率、ピ
ッチを夫々Ｎ、Ｐ、前記放射ビームの波長をλ、円周率
π、前記ブレーズド回折格子で生じる０次回折光と１次
回折光の複合回折効率の最大値を１とした時の、許容複
合回折効率をＭとする時、 １６Ｍ／（π4 ）≦ｓｉｎ4 ｛Ｆ（θb ）｝／｛Ｆ（θ
b ）2 Ｇ（θb ）2 ）｝ Ｆ（θb ）＝πＰ（Ｎ−１）ｔａｎ（θb ）／λ Ｇ（θb ）＝π｛Ｐ（Ｎ−１）ｔａｎ（θb ）／λ−
１｝ なる条件を満たす、好ましい形態もある。
ッチを夫々Ｎ、Ｐ、前記放射ビームの波長をλ、円周率
π、前記ブレーズド回折格子で生じる０次回折光と１次
回折光の複合回折効率の最大値を１とした時の、許容複
合回折効率をＭとする時、 １６Ｍ／（π4 ）≦ｓｉｎ4 ｛Ｆ（θb ）｝／｛Ｆ（θ
b ）2 Ｇ（θb ）2 ）｝ Ｆ（θb ）＝πＰ（Ｎ−１）ｔａｎ（θb ）／λ Ｇ（θb ）＝π｛Ｐ（Ｎ−１）ｔａｎ（θb ）／λ−
１｝ なる条件を満たす、好ましい形態もある。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示す概略図であ
り、光学式エンコーダを構成した例を示す。図２（Ａ）
は図１のエンコーダの正面図、図２（Ｂ）は図１のエン
コーダの側面図で、図３は図１のエンコーダで用いたブ
レーズド格子を示す図である。
り、光学式エンコーダを構成した例を示す。図２（Ａ）
は図１のエンコーダの正面図、図２（Ｂ）は図１のエン
コーダの側面図で、図３は図１のエンコーダで用いたブ
レーズド格子を示す図である。
【００１１】１はＬＥＤ、レーザダイオードなどの発光
素子、２は折り曲げミラー、３は光電変換を行なうシリ
コンフォトダイオード等の受光素子、Ｇ１は光束を分割
するためのブレーズド回折格子で、０次と１次回折光の
み生じせしめるか、あるいは入射光束のエネルギーの大
部分を０次と１次回折光に与える。Ｇ２は矢印Ｘ方向へ
動く被検物体に取付けたスケールの目盛りである回折格
子、Ｇ３は光束を合成するためのブレーズド回折格子
で、ブレーズド回折格子Ｇ１と対称に配置されていて０
次光と−１次回折光のみ生じせしめるか、あるいは入射
光束のエネルギーの大部分を０次と１次回折光に与え
る。６は平行光束を形成するためのレンズである。
素子、２は折り曲げミラー、３は光電変換を行なうシリ
コンフォトダイオード等の受光素子、Ｇ１は光束を分割
するためのブレーズド回折格子で、０次と１次回折光の
み生じせしめるか、あるいは入射光束のエネルギーの大
部分を０次と１次回折光に与える。Ｇ２は矢印Ｘ方向へ
動く被検物体に取付けたスケールの目盛りである回折格
子、Ｇ３は光束を合成するためのブレーズド回折格子
で、ブレーズド回折格子Ｇ１と対称に配置されていて０
次光と−１次回折光のみ生じせしめるか、あるいは入射
光束のエネルギーの大部分を０次と１次回折光に与え
る。６は平行光束を形成するためのレンズである。
【００１２】発光素子１から射出した発散光束は、ミラ
ー２で進路を曲げられて、レンズ６によって適切な平行
光束Ｒにされ、この光束Ｒが回折格子Ｇ１にて透過回折
される。
ー２で進路を曲げられて、レンズ６によって適切な平行
光束Ｒにされ、この光束Ｒが回折格子Ｇ１にて透過回折
される。
【００１３】回折格子Ｇ１を直進した光束Ｒの一部分の
光束Ｒ０（０次回折光）は、スケール上に形成された回
折格子Ｇ２上の点Ｏ２にて反射回折され、＋１次反射回
折光Ｒ０＋１、−１次反射回折光Ｒ０−１に分割され位
相変調を受ける。
光束Ｒ０（０次回折光）は、スケール上に形成された回
折格子Ｇ２上の点Ｏ２にて反射回折され、＋１次反射回
折光Ｒ０＋１、−１次反射回折光Ｒ０−１に分割され位
相変調を受ける。
【００１４】＋１次反射回折光Ｒ０＋１は、位相が＋２
πｘ／Ｐだけずれ、回析格子Ｇ３に入射する。但しここ
でｘは回折格子Ｇ２の移動量、Ｐは回折格子Ｇ２のピッ
チである。
πｘ／Ｐだけずれ、回析格子Ｇ３に入射する。但しここ
でｘは回折格子Ｇ２の移動量、Ｐは回折格子Ｇ２のピッ
チである。
【００１５】＋１次回折光Ｒ０＋１は回折格子Ｇ３にて
透過回折されて、０次回折光−１次回折光Ｒ０＋１−１
等に分割され、このうち−１次回折光Ｒ０＋１−１は回
折格子面と垂直に出射して受光素子３に入射する。−１
次回折光Ｒ０＋１−１の波面の位相は、＋２πｘ／ｐで
ある。
透過回折されて、０次回折光−１次回折光Ｒ０＋１−１
等に分割され、このうち−１次回折光Ｒ０＋１−１は回
折格子面と垂直に出射して受光素子３に入射する。−１
次回折光Ｒ０＋１−１の波面の位相は、＋２πｘ／ｐで
ある。
【００１６】回折格子Ｇ１からの＋１次回折光Ｒ＋１
は、回折格子Ｇ２上の点Ｏ３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に分割さ
れ、位相変調を受ける。このうち−１次反射回折光Ｒ＋
１−１は位相が−２πｘ／Ｐだけずれて、回折格子Ｇ３
に入射し、回折格子Ｇ３により透過回折される。回折格
子Ｇ３を直進した０次回折光Ｒ＋１−１０は、波面の位
相が−２πｘ／Ｐ、受光素子３に入射する。
は、回折格子Ｇ２上の点Ｏ３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に分割さ
れ、位相変調を受ける。このうち−１次反射回折光Ｒ＋
１−１は位相が−２πｘ／Ｐだけずれて、回折格子Ｇ３
に入射し、回折格子Ｇ３により透過回折される。回折格
子Ｇ３を直進した０次回折光Ｒ＋１−１０は、波面の位
相が−２πｘ／Ｐ、受光素子３に入射する。
【００１７】回折格子Ｇ３にて互いに光路を重ね合わさ
れ合成された光束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、 ｛＋２πｘ／Ｐ｝−｛−２πｘ／Ｐ｝＝４πｘ／Ｐ となり、スケール上の回折格子Ｇ２が１／２ピッチ移動
するごとに干渉光に１周期の明暗変化が生じる。従っ
て、受光素子からの光電変換信号（正弦波信号）からス
ケール（回折格子Ｇ２）の移動量等の変位が検出され
る。
れ合成された光束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、 ｛＋２πｘ／Ｐ｝−｛−２πｘ／Ｐ｝＝４πｘ／Ｐ となり、スケール上の回折格子Ｇ２が１／２ピッチ移動
するごとに干渉光に１周期の明暗変化が生じる。従っ
て、受光素子からの光電変換信号（正弦波信号）からス
ケール（回折格子Ｇ２）の移動量等の変位が検出され
る。
【００１８】本実施例ではブレーズド回折格子Ｇ１、Ｇ
３が図３のように対称的に配置され、余分な回折光が生
じず、受光素子３に入射する光量が増え、これにより干
渉光の光量が増え、出力信号のコントラストやＳ／Ｎが
良くなる。
３が図３のように対称的に配置され、余分な回折光が生
じず、受光素子３に入射する光量が増え、これにより干
渉光の光量が増え、出力信号のコントラストやＳ／Ｎが
良くなる。
【００１９】又、上記実施例は、干渉光学系が非常にシ
ンプルな構成であり、レンズ、回折格子Ｇ１、Ｇ３をレ
プリカ製法等でガラスの両面に作成すれば、小型で安価
なエンコーダが実現できる。
ンプルな構成であり、レンズ、回折格子Ｇ１、Ｇ３をレ
プリカ製法等でガラスの両面に作成すれば、小型で安価
なエンコーダが実現できる。
【００２０】上記実施例の構成は、０次と１次の回折光
を合成して干渉光として利用しているため、０次と１次
の複合回折光が最大利用できる回折格子が必要となる。
そこで回折格子への入射光の強度を１として、０次光と
１次光の回折強度Ｉ0 、Ｉ1を計算すると以下のように
なる。
を合成して干渉光として利用しているため、０次と１次
の複合回折光が最大利用できる回折格子が必要となる。
そこで回折格子への入射光の強度を１として、０次光と
１次光の回折強度Ｉ0 、Ｉ1を計算すると以下のように
なる。
【００２１】 Ｉ0 ＝｛ｓｉｎ［Ｆ（θb ）］／Ｆ（θb ）｝2 Ｆ（θ
b ）＝πＰ（Ｎ−１）ｔａｎ［θb ］／λ Ｉ1 ＝｛ｓｉｎ［Ｇ（θb ）］／Ｇ（θb ）｝2 Ｇ（θ
b ）＝π［Ｐ（Ｎ−１）ｔａｎ｛θb ｝／λ−１］ ここでＰは格子のピッチ、Ｎは格子の屈折率、θb は格
子のブレーズド角、λは入射光の波長、πは円周率であ
る。入射光の強度を１としている事から回折光の強度Ｉ
0 、Ｉ1 、Ｉ01は、回折効率と考える事ができる。０次
光と１次回折光の複合回折効率Ｉ01は、Ｉ0 とＩ1 の積
で与えられるから上式よりＩ01は以下のようになる。
b ）＝πＰ（Ｎ−１）ｔａｎ［θb ］／λ Ｉ1 ＝｛ｓｉｎ［Ｇ（θb ）］／Ｇ（θb ）｝2 Ｇ（θ
b ）＝π［Ｐ（Ｎ−１）ｔａｎ｛θb ｝／λ−１］ ここでＰは格子のピッチ、Ｎは格子の屈折率、θb は格
子のブレーズド角、λは入射光の波長、πは円周率であ
る。入射光の強度を１としている事から回折光の強度Ｉ
0 、Ｉ1 、Ｉ01は、回折効率と考える事ができる。０次
光と１次回折光の複合回折効率Ｉ01は、Ｉ0 とＩ1 の積
で与えられるから上式よりＩ01は以下のようになる。
【００２２】Ｉ01＝ｓｉｎ4 ｛Ｆ（θb ）｝／｛Ｆ（θ
b ）2 Ｇ（θb ）2 ｝ ここから、この複合回折効率が最大のときのブレーズド
角θb は、 θbmax＝Ｔａｎ-1［λ／｛２Ｐ（Ｎ−１）｝］ となりそのときの複合光最大回折効率Ｉ01max は以下の
ようになる。
b ）2 Ｇ（θb ）2 ｝ ここから、この複合回折効率が最大のときのブレーズド
角θb は、 θbmax＝Ｔａｎ-1［λ／｛２Ｐ（Ｎ−１）｝］ となりそのときの複合光最大回折効率Ｉ01max は以下の
ようになる。
【００２３】Ｉ01max ＝１６／（π4 ） ０次と１次の複合回折効率Ｉ01をブレーズド角θb の関
数と考え、これを変化させたときの０次と１次の複合回
折効率Ｉ01の許容回折効率をＭとする（Ｍ＝１〜０で、
Ｍ＝１のとき利用率が最大）。このときの複合回折効率
が所望の許容回折効率Ｍを上回るためのθb の条件が以
下の条件式である。
数と考え、これを変化させたときの０次と１次の複合回
折効率Ｉ01の許容回折効率をＭとする（Ｍ＝１〜０で、
Ｍ＝１のとき利用率が最大）。このときの複合回折効率
が所望の許容回折効率Ｍを上回るためのθb の条件が以
下の条件式である。
【００２４】１６Ｍ／π4 ≦ｓｉｎ4 ｛Ｆ（θb ）｝／
｛Ｆ（θb ）2 Ｇ（θb ）2 ）｝ Ｆ（θb ）＝πＰ（Ｎ−１）ｔａｎ（θb ）／λ Ｇ（θb ）＝π｛Ｐ（Ｎ−１）ｔａｎ（θb ）／λ−
１｝ λ＝７８５ｎｍ、Ｐ＝１．６μｍ、Ｎ＝１．５０７４６
とし、このときのブレーズド格子のブレーズド角θb と
０次光、１次光、０次光と１次光の複合回折効率との関
係を示したのが図４である。図５は、複合回折だけの回
折効率を示してある。Ｉmax は複合回折効率が最大値
で、θbmaxはそのときのブレーズド角である。Ｉ0.8 は
複合回折効率が最大値の８割のときの回折効率を示して
いて、θb1、θb2はそれぞれのときのブレーズド角であ
る。０次光と複合回折効率が最大のときの８割以上とい
う好ましい形態が欲しいとＭ＝０．８となる。これから
上記条件式より、θb1≦θb ≦θb2の範囲のブレーズド
角の格子を製造すれば、複合回折効率が最大のときの８
割以上の光量を得る事が出来る。本数値例ではブレーズ
ド角θb の範囲は、 １９．３８７６度≦θb ≦３１．５８８６度 となる。
｛Ｆ（θb ）2 Ｇ（θb ）2 ）｝ Ｆ（θb ）＝πＰ（Ｎ−１）ｔａｎ（θb ）／λ Ｇ（θb ）＝π｛Ｐ（Ｎ−１）ｔａｎ（θb ）／λ−
１｝ λ＝７８５ｎｍ、Ｐ＝１．６μｍ、Ｎ＝１．５０７４６
とし、このときのブレーズド格子のブレーズド角θb と
０次光、１次光、０次光と１次光の複合回折効率との関
係を示したのが図４である。図５は、複合回折だけの回
折効率を示してある。Ｉmax は複合回折効率が最大値
で、θbmaxはそのときのブレーズド角である。Ｉ0.8 は
複合回折効率が最大値の８割のときの回折効率を示して
いて、θb1、θb2はそれぞれのときのブレーズド角であ
る。０次光と複合回折効率が最大のときの８割以上とい
う好ましい形態が欲しいとＭ＝０．８となる。これから
上記条件式より、θb1≦θb ≦θb2の範囲のブレーズド
角の格子を製造すれば、複合回折効率が最大のときの８
割以上の光量を得る事が出来る。本数値例ではブレーズ
ド角θb の範囲は、 １９．３８７６度≦θb ≦３１．５８８６度 となる。
【００２５】我々の検討によればＭの値は好ましくはＭ
≒０．６、より好ましくはＭ≒０．８である。又、ブレ
ーズド回折格子Ｇ１、Ｇ３を上記の条件式を満たすブレ
ーズド角になるよう格子を製造することにより、余分な
回折光が生じなくなり、所望の０次と１次の回折光を効
率良く利用する事ができる。これにより光電素子３に入
射する光量が増え、このためＳ／Ｎ比の良い安定した変
位検出信号（正弦波信号）を得る事ができる。
≒０．６、より好ましくはＭ≒０．８である。又、ブレ
ーズド回折格子Ｇ１、Ｇ３を上記の条件式を満たすブレ
ーズド角になるよう格子を製造することにより、余分な
回折光が生じなくなり、所望の０次と１次の回折光を効
率良く利用する事ができる。これにより光電素子３に入
射する光量が増え、このためＳ／Ｎ比の良い安定した変
位検出信号（正弦波信号）を得る事ができる。
【００２６】上記実施例は干渉光学系が非常にシンプル
な構成であり、レンズ、回折格子Ｇ１、Ｇ３をレプリカ
製法等でガラスの両面に作成すれば、小型で安価なエン
コーダが実現できる。
な構成であり、レンズ、回折格子Ｇ１、Ｇ３をレプリカ
製法等でガラスの両面に作成すれば、小型で安価なエン
コーダが実現できる。
【００２７】上記各実施例では、光束分割用と光束合成
用の２つの回折格子の双方を互いに対称なブレーズド格
子としているが、この２つの回折格子の一方のみをブレ
ーズド格子としても効果はある。又、光束分割と光束合
成のいずれか一方を回折格子以外の光学部材を用いて行
なうよう構成してもいい。又、回折格子Ｇ１をブレーズ
ド格子にすることも可能である。又、光束分割用と光束
合成用の２つのブレーズド回折格子は（その断面形状
が）互いに対称でなくてもいい。
用の２つの回折格子の双方を互いに対称なブレーズド格
子としているが、この２つの回折格子の一方のみをブレ
ーズド格子としても効果はある。又、光束分割と光束合
成のいずれか一方を回折格子以外の光学部材を用いて行
なうよう構成してもいい。又、回折格子Ｇ１をブレーズ
ド格子にすることも可能である。又、光束分割用と光束
合成用の２つのブレーズド回折格子は（その断面形状
が）互いに対称でなくてもいい。
【００２８】図７は上記エンコーダの応用例を示した実
施例であり、エンコーダを用いた駆動システムのシステ
ム構成図である。モータやアクチュエータ、エンジン等
の駆動源を有する駆動手段１００の駆動出力部、あるい
は駆動される物体の移動部にはエンコーダ１０１が取付
けられ、変位量や変位速度等の変位状態を検出する。こ
のエンコーダとして前述の複数の実施例のいずれかを用
いる。このエンコーダ１０１の検出出力は制御手段１０
２にフィードバックされ、制御手段１０２においては設
定手段１０３で設定された状態となるように駆動手段１
００に駆動信号を伝達する。このようなフィードバック
系を構成することによって設定手段１０３で設定された
駆動状態を得ることができる。このような駆動システム
は例えばタイプライタ、プリンタ、コピーマシン、ファ
クシミリ等の事務機器、又、カメラ、ビデオ装置などの
映像機器、更には情報記録再生機器、ロボット、工作機
械、製造装置、輸送機械、更にはこれらに限らず駆動手
段を有する装置全般に広く適用することができる。
施例であり、エンコーダを用いた駆動システムのシステ
ム構成図である。モータやアクチュエータ、エンジン等
の駆動源を有する駆動手段１００の駆動出力部、あるい
は駆動される物体の移動部にはエンコーダ１０１が取付
けられ、変位量や変位速度等の変位状態を検出する。こ
のエンコーダとして前述の複数の実施例のいずれかを用
いる。このエンコーダ１０１の検出出力は制御手段１０
２にフィードバックされ、制御手段１０２においては設
定手段１０３で設定された状態となるように駆動手段１
００に駆動信号を伝達する。このようなフィードバック
系を構成することによって設定手段１０３で設定された
駆動状態を得ることができる。このような駆動システム
は例えばタイプライタ、プリンタ、コピーマシン、ファ
クシミリ等の事務機器、又、カメラ、ビデオ装置などの
映像機器、更には情報記録再生機器、ロボット、工作機
械、製造装置、輸送機械、更にはこれらに限らず駆動手
段を有する装置全般に広く適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】本発明は、変位検出信号のＳ／Ｎ比を向
上させることができる。
上させることができる。
【図１】本発明の一実施例を示す該略図である。
【図２】本発明の第１の実施例を示す説明図で、（Ａ）
は正面図は、（Ｂ）は側面図である。
は正面図は、（Ｂ）は側面図である。
【図３】本発明の第１の実施例で用いるブレーズド回折
格子を示す斜視図である。
格子を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施例を説明する為の回折光率
に関するグラフである。
に関するグラフである。
【図５】本発明の第２の実施例を説明する為の回折光率
に関するグラフである。
に関するグラフである。
【図６】本発明の第２の実施例で用いるブレーズド回折
格子の説明図である。
格子の説明図である。
【図７】本発明の変位検出装置を備える駆動システムの
実施例を示すブロック図である。
実施例を示すブロック図である。
１ 発光素子 ２ ミラー ３ 受光素子 Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３ 回折格子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 浩史 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内
Claims (9)
- 【請求項１】 放射ビームを分割して得た２個のビーム
を回折格子に照射する手段と一方のビームの照射により
回折格子から生じる第１回析ビームと他方のビームの照
射により回折格子から生じる第２回折ビームを合成する
手段と第１、第２回折ビームの合成により形成された干
渉ビームを受けて回折格子の変位を示す信号に変換する
手段とを有する装置において、前記照射手段と前記合成
手段の少なくとも一方がブレーズド回折格子を備え、該
ブレーズド回折格子により、前記２個のビームの生成及
び前記第１、第２回折ビームの合成の少なくとも一方を
行なうことを特徴とする変位検出装置。 - 【請求項２】 前記第１回折ビームが＋ｍ次回折光で前
記第２回折ビームが−ｍ次回折光であること（ただしｍ
は自然数）を特徴とする請求項１の変位検出装置。 - 【請求項３】 前記２個のビームの一方が０次回折ビー
ムで他方が１次回折ビームであることを特徴とする請求
項２の変位検出装置。 - 【請求項４】 前記照射手段と前記合成手段の双方が前
記ブレーズド回折格子を備えることを特徴とする請求項
３の変位検出装置。 - 【請求項５】 前記照射手段と前記合成手段のブレーズ
ド回折格子が同一方向に沿って配置してあり、前記照射
手段と前記合成手段のブレーズド回折格子が前記方向に
沿った断面形状が互いに逆向き（対称）になるよう設け
られることを特徴とする請求項４の変位検出装置。 - 【請求項６】 前記ブレーズド回折格子の屈折率、ピッ
チを夫々Ｎ、Ｐ、前記放射ビームの波長をλ、円周率を
π、前記ブレーズド回折格子で生じる０次回折光と１次
回折光の複合回折効率の最大値を１とした時の、許容複
合回折効率をＭとする時、 １６Ｍ／（π4 ）≦ｓｉｎ4 ｛Ｆ（θb ）｝／｛Ｆ（θ
b ）2 Ｇ（θb ）2 ）｝ Ｆ（θb ）＝πＰ（Ｎ−１）ｔａｎ（θb ）／λ Ｇ（θb ）＝π｛Ｐ（Ｎ−１）ｔａｎ（θb ）／λ−
１｝ なる条件を満たすことを特徴とする請求項４の変位検出
装置。 - 【請求項７】 Ｍ＝０．６であることを特徴とする請求
項６の変位検出装置。 - 【請求項８】 Ｍ＝０．８であることを特徴とする請求
項６の変位検出装置。 - 【請求項９】 前記第１回折ビームが＋１次回折光で前
記第２回折ビームが−１次回折光であることを特徴とす
る請求項１〜８の変位検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4344560A JPH06194123A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 変位検出装置 |
| US08/169,402 US5483377A (en) | 1992-12-24 | 1993-12-20 | Displacement detection apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4344560A JPH06194123A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 変位検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06194123A true JPH06194123A (ja) | 1994-07-15 |
Family
ID=18370221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4344560A Pending JPH06194123A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 変位検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5483377A (ja) |
| JP (1) | JPH06194123A (ja) |
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| JP2014153360A (ja) * | 2013-02-06 | 2014-08-25 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | 光学式エンコーダ |
| JP2015184098A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 三菱電機株式会社 | 光学式エンコーダ |
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| JP3395339B2 (ja) * | 1994-03-31 | 2003-04-14 | ソニー・プレシジョン・テクノロジー株式会社 | 定点検出装置 |
| JP3158878B2 (ja) * | 1994-07-28 | 2001-04-23 | 松下電器産業株式会社 | 光学式エンコーダ |
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| US6631047B2 (en) | 1997-09-22 | 2003-10-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Interference device, position detecting device, positioning device and information recording apparatus using the same |
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| JPH11351813A (ja) | 1998-06-08 | 1999-12-24 | Canon Inc | 干渉装置及びそれを用いた位置検出装置 |
| JP4336412B2 (ja) * | 1998-06-16 | 2009-09-30 | キヤノン株式会社 | 回折光学素子及びそれを用いた光学系 |
| JP4365927B2 (ja) | 1999-03-12 | 2009-11-18 | キヤノン株式会社 | 干渉計測装置及び格子干渉式エンコーダ |
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| JP2000321021A (ja) | 1999-05-10 | 2000-11-24 | Canon Inc | 干渉装置、変位測定装置、及びそれを用いた情報記録又は／及び再生装置 |
| CN1116545C (zh) * | 1999-10-14 | 2003-07-30 | 深圳市恒科数码光电有限公司 | 彩色光管 |
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| JP2001336952A (ja) | 2000-05-26 | 2001-12-07 | Canon Inc | 測定装置 |
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1992
- 1992-12-24 JP JP4344560A patent/JPH06194123A/ja active Pending
-
1993
- 1993-12-20 US US08/169,402 patent/US5483377A/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| US5483377A (en) | 1996-01-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020528 |