JPH06194189A - Optical encoder - Google Patents
Optical encoderInfo
- Publication number
- JPH06194189A JPH06194189A JP35731892A JP35731892A JPH06194189A JP H06194189 A JPH06194189 A JP H06194189A JP 35731892 A JP35731892 A JP 35731892A JP 35731892 A JP35731892 A JP 35731892A JP H06194189 A JPH06194189 A JP H06194189A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mode
- polarization
- light
- light beam
- diffraction 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、光学的に測定対象物
体の移動量を測定するリニアエンコーダやロータリエン
コーダ等の光エンコーダに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical encoder such as a linear encoder or a rotary encoder which optically measures the amount of movement of an object to be measured.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の光エンコーダの光学構成を図5に
示す。この光エンコーダは、回折格子スケール119の
移動量を、光ビーム112と118の回折光ビーム12
0の干渉により、光強度の変化に変換して検出する。こ
のため、半導体レーザ101とレンズ102により生成
された光ビーム105を、1/2波長板103で偏光方
向を紙面と紙面の垂直面との45度の方向に設定し、偏
光特性のないビームスプリッタ104で2つに分割す
る。2. Description of the Related Art The optical configuration of a conventional optical encoder is shown in FIG. In this optical encoder, the moving amount of the diffraction grating scale 119 is calculated based on the diffracted light beam 12 of the light beams 112 and 118.
The interference of 0 is converted into a change in the light intensity and detected. For this reason, the polarization direction of the light beam 105 generated by the semiconductor laser 101 and the lens 102 is set to the direction of 45 degrees between the paper surface and the plane perpendicular to the paper surface by the half-wave plate 103, and the beam splitter having no polarization characteristic is set. It is divided into two at 104.
【0003】一方の光ビームはビームスプリッタ104
を透過した後、偏光ビームスプリッタ106により紙面
に平行な偏光ビーム(P波)と紙面に垂直な偏光ビーム
(S波)とに分割され、P波成分はミラー111へ向か
って透過される。一方、S波成分は、偏光ビームスプリ
ッタ106で反射され、1/4波長板107を透過して
円偏光になり、ミラー108で反射し、再び1/4波長
板107を透過してP波偏光となり偏光ビームスプリッ
タ106に入射・透過し、さらにミラー110と1/4
波長板109によって再びS波偏光に変換され、偏光ビ
ームスプリッタ106でS波成分はミラー111へ向か
って反射される。One light beam is a beam splitter 104.
After being transmitted, the polarized beam splitter 106 splits the polarized beam parallel to the paper surface (P wave) and the polarized beam perpendicular to the paper surface (S wave), and the P wave component is transmitted toward the mirror 111. On the other hand, the S-wave component is reflected by the polarization beam splitter 106, transmitted through the quarter-wave plate 107 to become circularly polarized light, reflected by the mirror 108, transmitted through the quarter-wave plate 107 again, and then P-wave polarized. Is incident on and transmitted through the polarization beam splitter 106, and is further ¼ with the mirror 110.
The wave plate 109 converts the S-wave polarization again, and the polarization beam splitter 106 reflects the S-wave component toward the mirror 111.
【0004】ビームスプリッタ104で反射された他方
の光ビームは、偏光ビームスプリッタ113により紙面
に平行な偏光ビーム(P波)と紙面に垂直な偏光ビーム
(S波)とに分割され、P波成分はミラー117へ向か
って透過される。一方、S波成分は、偏光ビームスプリ
ッタ113で反射され、1/4波長板114を透過して
円偏光になり、ミラー116で反射し、再び1/4波長
板114を透過してP波偏光となり偏光ビームスプリッ
タ113に入射・透過し、さらにミラー130と1/4
波長板131によって再びS波偏光に変換され、偏光ビ
ームスプリッタ113でS波成分はミラー117へ向か
って反射される。The other light beam reflected by the beam splitter 104 is split by the polarization beam splitter 113 into a polarized beam (P wave) parallel to the paper surface and a polarized beam (S wave) perpendicular to the paper surface, and a P wave component is obtained. Are transmitted toward the mirror 117. On the other hand, the S-wave component is reflected by the polarization beam splitter 113, passes through the quarter-wave plate 114 to become circularly polarized light, is reflected by the mirror 116, passes through the quarter-wave plate 114 again, and is P-wave polarized. Is incident on and transmitted through the polarization beam splitter 113, and is further ¼ with the mirror 130.
The wave plate 131 converts the S-wave polarization again into S-wave polarization, and the polarization beam splitter 113 reflects the S-wave component toward the mirror 117.
【0005】ここで、1/4波長板114とミラー11
6との間には平行平板115が挿入されて光路長の調整
が行われ、偏光ビームスプリッタ106を介した光ビー
ムのS波成分とP波成分との光路長差と、偏光ビームス
プリッタ113を介した光ビームのS波成分とP波成分
との光路長差との、両者の光路長差の差が半導体レーザ
101の波長の1/4になるように設定してある。Here, the quarter-wave plate 114 and the mirror 11
6, a parallel plate 115 is inserted to adjust the optical path length, and the optical path length difference between the S wave component and the P wave component of the light beam through the polarization beam splitter 106 and the polarization beam splitter 113 are set. The difference in the optical path length difference between the S-wave component and the P-wave component of the transmitted light beam is set to be ¼ of the wavelength of the semiconductor laser 101.
【0006】したがって、ミラー111と117で入射
角±θで交差する光ビーム112と118とのS波成分
とP波成分のそれぞれの干渉縞の位相差は90度とな
る。光ビーム112と118の回折格子スケール119
の回折光ビーム120は、偏光ビームスプリッタ121
によりS波成分とP波成分が分けられた後、光検出器1
23と124でその干渉光強度が検出される。Therefore, the phase difference between the interference fringes of the S wave component and the P wave component of the light beams 112 and 118 intersecting at the incident angles ± θ between the mirrors 111 and 117 is 90 degrees. Grating scale 119 for light beams 112 and 118
Of the diffracted light beam 120 of
After the S wave component and the P wave component are separated by the
The interference light intensity is detected at 23 and 124.
【0007】図6(a)および(b)は、回折格子スケ
ール119の移動量xに対する光検出器123および1
24からの出力波形を示したもので、Lは1/2スケー
ルピッチに相当し、両方の光検出出力の位相差δLは9
0度となる。両方の波形の出力を比較することで、回折
格子スケール119の移動量に加え、その移動方向を判
断することができる。FIGS. 6A and 6B show the photodetectors 123 and 1 with respect to the movement amount x of the diffraction grating scale 119.
24 shows the output waveform from 24, L corresponds to a 1/2 scale pitch, and the phase difference δL of both photodetection outputs is 9
It will be 0 degrees. By comparing the outputs of both waveforms, it is possible to determine the moving direction of the diffraction grating scale 119 in addition to the moving amount.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光エンコーダによると、スケールの移動量の
検出信号(スケール信号)として90度位相のシフトし
た2つの信号を得るために、互いに直交する偏光で同一
光路を通り、光路長のわずかに異なる光ビームの干渉光
学系を構成する必要があり、ビームスプリッタや光学波
長板やミラーなど多くの光学部品を必要とし、またそれ
らの調整により、装置が大型、高価になる欠点があっ
た。また、回転するスピンドルモータの回転速度制御に
光エンコーダを使用する場合には、回転方向が一定であ
るため方向判別をする必要がなく光エンコーダは1相の
スケール信号を得ればよいが、この場合でもビームスプ
リッタやミラーなどの多くの光部品とその調整が必要で
あり、装置が大型で高価になる欠点があった。However, according to such a conventional optical encoder, in order to obtain two signals whose phases are shifted by 90 degrees as detection signals (scale signals) of the amount of movement of the scales, they are orthogonal to each other. It is necessary to construct an interference optical system for light beams that pass through the same optical path with polarized light and have slightly different optical path lengths, and many optical components such as beam splitters, optical wave plates, and mirrors are required. However, it had the drawback of being large and expensive. Further, when the optical encoder is used for controlling the rotation speed of the rotating spindle motor, since the rotation direction is constant, it is not necessary to determine the direction, and the optical encoder only needs to obtain the scale signal of one phase. Even in such a case, many optical components such as a beam splitter and a mirror and their adjustments are required, which has a drawback that the device is large and expensive.
【0009】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、部品数を減
らして、小型化、低価格化を図ることのできる光エンコ
ーダを提供することにある。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical encoder capable of reducing the number of parts, downsizing and cost reduction. It is in.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本願の第1発明(請求項1に係る発明)は、
その偏光モードをTE/TMモード間で選択的に切り替
え可能な光源と、この光源からの第1および第2の干渉
光ビームが交差する位置にあって測定対象物体に付随し
て移動する回折格子スケールと、第1の干渉光ビームの
生成光路中にあってTEモードとTMモードとでその通
過光ビームの光路長を異ならせる複屈折手段と、回折格
子スケールからの回折光ビームの干渉光強度を検出する
光検出手段とを備えたものである。また、その第2発明
(請求項2に係る発明)は、第1発明において、光源の
偏光モードをTE/TMモードへ交互に切り替える偏光
モード切替手段と、光検出手段の検出出力を第1および
第2のサンプルホールド手段へ与え、偏光モード切替手
段による偏光モードの切替に同期して、第1および第2
のサンプルホールド手段でのサンプルホールドを切り替
えながら、TEモードでの検出出力およびTMモードで
の検出出力を分離して取り出す手段とを備えたものであ
る。In order to achieve such an object, the first invention of the present application (the invention according to claim 1) is
A light source whose polarization mode is selectively switchable between TE / TM modes, and a diffraction grating that moves along with the object to be measured at a position where the first and second interference light beams from the light source intersect. The scale, the birefringence means for making the optical path length of the passing light beam different between the TE mode and the TM mode in the generation optical path of the first interference light beam, and the interference light intensity of the diffracted light beam from the diffraction grating scale. And a light detecting means for detecting A second invention (the invention according to claim 2) of the first invention is the first invention, wherein the polarization mode switching means for alternately switching the polarization mode of the light source to the TE / TM mode and the detection output of the light detection means are The first and second sampling and holding means are provided with the first and second synchronization modes in synchronization with the switching of the polarization mode by the polarization mode switching means.
And a means for separating and extracting the detection output in the TE mode and the detection output in the TM mode while switching the sample hold by the sample hold means.
【0011】[0011]
【作用】したがってこの発明によれば、その第1発明で
は、光源からの第1および第2の干渉光ビームが回折格
子スケール上で交差し、回折格子スケールからの回折光
ビームの干渉光強度が光検出手段で検出される。第1の
干渉光ビームの生成光路中に配置された複屈折手段での
通過光ビームの光路長は、光源の偏光モードがTEモー
ドである場合とTMモードである場合とで異なる。この
ため、光源の偏光モードがTEモードである場合とTM
モードである場合とで、光検出手段で検出される回折光
ビームの干渉光強度に位相差が生じる。また、その第2
発明では、光検出手段での検出出力が第1および第2の
サンプルホールド手段へ与えられ、光源の偏光モードを
TE/TMモードへ交互に切り替えると、この偏光モー
ドの切替に同期してTEモードでの検出出力(1相目の
スケール信号)とTMモードでの検出出力(2相目のス
ケール信号)とが分離して取り出される。Therefore, according to this invention, in the first invention, the first and second interference light beams from the light source intersect on the diffraction grating scale, and the interference light intensity of the diffraction light beam from the diffraction grating scale is increased. It is detected by the light detecting means. The optical path length of the passing light beam in the birefringent means arranged in the generation optical path of the first interference light beam differs depending on whether the polarization mode of the light source is the TE mode or the TM mode. Therefore, when the polarization mode of the light source is the TE mode and when the TM
There is a phase difference between the interference light intensities of the diffracted light beams detected by the light detection means when the mode is selected. Also, the second
According to the invention, when the detection output of the light detecting means is given to the first and second sample and hold means and the polarization mode of the light source is alternately switched to the TE / TM mode, the TE mode is synchronized with the switching of the polarization mode. The detection output in (1 phase scale signal) and the detection output in TM mode (2 phase scale signal) are separated and taken out.
【0012】[0012]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。EXAMPLES The present invention will now be described in detail based on examples.
【0013】図1は本発明の第1実施例を示す光学構成
図である。同図において、1はその偏光モードをTE/
TMモード間で選択的に切り替え可能な半導体レーザ、
1a,1bはこの半導体レーザ1の電極、2はレンズ、
3はビームスプリッタ、4は水晶や方解石や酸化チタン
などの複屈折性を有する材料でできた平行平板よりなる
複屈折板、5,6はミラー、7,8は干渉光ビーム、9
は測定対象物体(図示せず)に付随して移動する回折格
子スケール、10は回折光ビーム、11は光検出器であ
る。FIG. 1 is an optical configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. In the figure, 1 indicates the polarization mode TE /
A semiconductor laser capable of selectively switching between TM modes,
1a and 1b are electrodes of this semiconductor laser 1, 2 is a lens,
3 is a beam splitter, 4 is a birefringent plate made of a parallel flat plate made of a material having a birefringent property such as quartz, calcite and titanium oxide, 5, 6 are mirrors, 7 and 8 are interference light beams, 9
Is a diffraction grating scale that moves with an object to be measured (not shown), 10 is a diffracted light beam, and 11 is a photodetector.
【0014】ここで、TEモードおよびTMモードの偏
光制御可能な半導体レーザ1は、特願平4−42313
号(先行出願)に代表される構造で、電極1aと1bへ
の電流注入量を制御することにより選択的に偏光モード
を制御することができるが、レーザの構造や発振動作原
理などの詳細な説明は上記先行出願に記述されているの
で省略する。The semiconductor laser 1 capable of controlling the TE mode and TM mode polarization is disclosed in Japanese Patent Application No. 4-42313.
In the structure typified by the Japanese Patent No. (prior application), the polarization mode can be selectively controlled by controlling the current injection amount into the electrodes 1a and 1b. The description is omitted because it is described in the above-mentioned prior application.
【0015】半導体レーザ1とレンズ2で生成された光
ビームはビームスプリッタ3で2つの光ビームに分割さ
れる。一方の光ビームは、複屈折板4を透過した後、ミ
ラー5で反射し、干渉光ビーム7とされる。他方の光ビ
ームは、ミラー6でそのまま反射し、干渉光ビーム8と
される。干渉光ビーム7と8とは回折格子スケール9上
で交差し、回折格子スケール9からの回折光ビーム10
が光検出器11へ与えられる。光検出器11は回折光ビ
ーム10の干渉光強度を検出する。The light beam generated by the semiconductor laser 1 and the lens 2 is split into two light beams by the beam splitter 3. One light beam is transmitted through the birefringent plate 4 and then reflected by the mirror 5 to be an interference light beam 7. The other light beam is reflected by the mirror 6 as it is to be an interference light beam 8. The interference light beams 7 and 8 intersect on the diffraction grating scale 9, and the diffracted light beam 10 from the diffraction grating scale 9 intersects.
Are provided to the photodetector 11. The photodetector 11 detects the interference light intensity of the diffracted light beam 10.
【0016】回折格子スケール9の図示x方向への線形
な移動に伴い、光検出器11で検出される干渉光強度は
正弦波状に変調され、回折格子スケール9が1ピッチ移
動する毎に干渉光強度は2周期分変調される。With the linear movement of the diffraction grating scale 9 in the x direction in the figure, the intensity of the interference light detected by the photodetector 11 is modulated into a sine wave, and the interference light is moved every time the diffraction grating scale 9 moves by one pitch. The intensity is modulated for two cycles.
【0017】ここで、半導体レーザ1の偏光モードをT
E/TMモード間でり切り替えると、ビームスプリッタ
3からミラー5に至る光路(干渉ビーム7の生成光路)
の光路長を電気的に変化させることができる。これは、
複屈折板4が水晶や方解石や酸化チタンなどの複屈折性
を有する材料でできた平行平板よりなり、光ビームの偏
光方向によって屈折率が異なるためである。Here, the polarization mode of the semiconductor laser 1 is set to T
When switching between the E / TM modes, the optical path from the beam splitter 3 to the mirror 5 (optical path for generating the interference beam 7)
The optical path length of can be changed electrically. this is,
This is because the birefringent plate 4 is a parallel plate made of a material having birefringence such as quartz, calcite and titanium oxide, and the refractive index varies depending on the polarization direction of the light beam.
【0018】すなわち、レーザの波長をλ、複屈折板4
の偏光による屈折率差をδn、複屈折板4の厚みをTと
すると、偏光方向の違いによる光路長差δφはT/(λ
・δn)で与えられる。ここで、δφ=1/4となるよ
うに複屈折板4の定数を設定すると、半導体レーザ1の
偏光モードをTE/TMモード間で切り替えたときに、
TEモードでの回折光ビーム10の干渉光強度とTMモ
ードでの回折光ビーム10の干渉光強度とは位が1/4
周期ずれる。That is, the wavelength of the laser is λ, and the birefringent plate 4
, And the thickness of the birefringent plate 4 is T, the optical path length difference δφ due to the difference in polarization direction is T / (λ
• Given by δn). Here, if the constant of the birefringent plate 4 is set so that δφ = 1/4, when the polarization mode of the semiconductor laser 1 is switched between the TE / TM modes,
The intensity of the interference light of the diffracted light beam 10 in the TE mode and the intensity of the interference light of the diffracted light beam 10 in the TM mode are ¼.
The cycle shifts.
【0019】したがって、回折格子スケール9の移動に
よる光検出器11の光検出出力の変調周期に比べ十分短
い周期で、半導体レーザ1の偏光モードをTEとTMと
のモード間で切り替えると、複屈折板4での光路長差で
設定される位相差δφの変調を受けながら光検出器11
よりスケール位置の検出出力を得ることができる。これ
について、図2および図3を用いて、さらに具体的に説
明する。Therefore, when the polarization mode of the semiconductor laser 1 is switched between the TE mode and the TM mode at a cycle sufficiently shorter than the modulation cycle of the photodetection output of the photodetector 11 due to the movement of the diffraction grating scale 9, birefringence occurs. While receiving the modulation of the phase difference δφ set by the optical path length difference on the plate 4, the photodetector 11
The detection output of the scale position can be obtained more. This will be described more specifically with reference to FIGS. 2 and 3.
【0020】図2(a)は光検出器11の光検出出力、
図2(b)は半導体レーザ1へのTE/TMモード制御
信号、図2(c)はTEモードでの光検波出力(1相目
スケール信号)、図2(d)はTMモードでの光検波出
力(2相目スケール信号)を示す。図3は図2(c)お
よび(d)に示した2相のスケール信号を得るための信
号処理回路である。FIG. 2A shows the photodetection output of the photodetector 11,
2B is a TE / TM mode control signal to the semiconductor laser 1, FIG. 2C is a photodetection output in TE mode (first-phase scale signal), and FIG. 2D is a light in TM mode. The detection output (second-phase scale signal) is shown. FIG. 3 shows a signal processing circuit for obtaining the two-phase scale signals shown in FIGS. 2 (c) and 2 (d).
【0021】図3において、40は光検出器11からの
光検出出力(図2(a))、41はTE/TMモード制
御信号(図2(b))、42はTEモードでの光検波出
力(図2(c))、43はTMモードでの光検波出力
(図2(d))、51は光検出出力40を増幅出力する
増幅器、52は反転器、53,54はサンプルホールド
回路である。In FIG. 3, 40 is a photodetection output from the photodetector 11 (FIG. 2A), 41 is a TE / TM mode control signal (FIG. 2B), and 42 is photodetection in the TE mode. Output (FIG. 2C), 43 is photodetection output in the TM mode (FIG. 2D), 51 is an amplifier for amplifying and outputting the photodetection output 40, 52 is an inverter, and 53 and 54 are sample and hold circuits. Is.
【0022】図1において、図示せぬ偏光モード切替手
段を用いて、半導体レーザ1の偏光モードをTE/TM
モードへ交互に切り替えると、光検出器11からの光検
出出力40は、偏光による光路長差δφの変調を受けな
がら、回折格子スケール9の移動量に応じて正弦波状に
変調される。In FIG. 1, a polarization mode switching means (not shown) is used to change the polarization mode of the semiconductor laser 1 to TE / TM.
When the mode is alternately switched, the photodetection output 40 from the photodetector 11 is modulated in a sine wave shape according to the movement amount of the diffraction grating scale 9 while being modulated by the optical path length difference δφ due to polarization.
【0023】ここで、δφ=1/4に設定し、増幅器5
1により増幅された光検出出力40をサンプルホールド
回路53,54へ与え、TE/TMモード制御信号41
に同期して、両者のサンプルホールドの極性を切り替え
て信号を出力すると、TMモードでの光検波出力43と
TEモードでの光検波出力42とを分離して取り出すこ
とができる。Here, δφ = 1/4 is set, and the amplifier 5
The photodetection output 40 amplified by 1 is applied to the sample and hold circuits 53 and 54, and the TE / TM mode control signal 41 is supplied.
When the signals are output by switching the polarities of both the sample and hold in synchronism with the above, the photodetection output 43 in the TM mode and the photodetection output 42 in the TE mode can be separated and taken out.
【0024】TEモードでの光検波出力42とTMモー
ドでの光検波出力43とは、互いに90度位相のずれた
信号であり、その大小関係を比較することにより、回折
格子スケール9の移動量に加え、その移動方向を判断す
ることができる。The photodetection output 42 in the TE mode and the photodetection output 43 in the TM mode are signals that are 90 degrees out of phase with each other, and by comparing their magnitude relations, the movement amount of the diffraction grating scale 9 is compared. In addition, the moving direction can be determined.
【0025】図4は本発明の第2実施例を示す光学構成
図である。同図において、21はその偏光モードをTE
/TMモード間で選択的に切り替え可能な半導体レー
ザ、22,23は導波路、24は複屈折導波路、25,
26はレンズ、27,28は干渉光ビーム、29は回折
格子スケール、30は回折光ビーム、31はレンズ、3
2は光検出器である。FIG. 4 is an optical configuration diagram showing a second embodiment of the present invention. In the figure, 21 indicates the polarization mode of TE
, A semiconductor laser that can be selectively switched between TM modes, 22 and 23 are waveguides, 24 is a birefringent waveguide, 25,
26 is a lens, 27 and 28 are interference light beams, 29 is a diffraction grating scale, 30 is a diffracted light beam, 31 is a lens, 3
2 is a photodetector.
【0026】導波路22,23は、石英やPMMAやポ
リイミドなどの材料で作られており、屈折率ガイド層を
有し、光路を曲げて半導体レーザ21の両端に形成され
ている。複屈折導波路24は、導波路23の一部、すな
わち干渉ビーム28の生成光路中に挿入されている。複
屈折導波路24での複屈折性は、ポリイミドやポリカー
ボネイトなどの光弾性効果のある材料に応力を与えて得
るものとしてもよいし、水晶や酸化チタンなどの光学異
方性材料を用いることで得るものとしてもよい。導波路
22,23の端部に配置されたレンズ25,26は、酸
化珪素や窒化珪素を混積して垂直方向には屈折率分布、
水平方向には非球面形状をもって形成されている。ま
た、光検出器32の前面に配置されたレンズ31も、レ
ンズ25,26と同様に形成されている。The waveguides 22 and 23 are made of a material such as quartz, PMMA, or polyimide, have a refractive index guide layer, and are formed at both ends of the semiconductor laser 21 by bending the optical path. The birefringent waveguide 24 is inserted in a part of the waveguide 23, that is, in the generation optical path of the interference beam 28. The birefringence in the birefringent waveguide 24 may be obtained by applying stress to a material having a photoelastic effect such as polyimide or polycarbonate, or by using an optically anisotropic material such as quartz or titanium oxide. You may get it. The lenses 25 and 26 arranged at the end portions of the waveguides 22 and 23 are mixed with silicon oxide or silicon nitride, and have a refractive index distribution in the vertical direction.
It has an aspherical shape in the horizontal direction. Further, the lens 31 arranged on the front surface of the photodetector 32 is also formed similarly to the lenses 25 and 26.
【0027】導波路22,23より出射された光ビーム
は、レンズ25,26を通って干渉ビーム27,28と
され、コリメートされながら照射され、回折格子スケー
ル29上で交差する。回折格子スケール29からの回折
光ビーム30は、レンズ31により光検出器32に集光
される。光検出器32は回折光ビーム30の干渉光強度
を検出する。The light beams emitted from the waveguides 22 and 23 pass through lenses 25 and 26 into interference beams 27 and 28, which are irradiated while being collimated, and intersect on the diffraction grating scale 29. The diffracted light beam 30 from the diffraction grating scale 29 is focused on the photodetector 32 by the lens 31. The photo detector 32 detects the interference light intensity of the diffracted light beam 30.
【0028】ここで、複屈折導波路24は、実施例1で
示した複屈折板4と同様、光ビームの偏光方向によって
その屈折率が異なり、TEモードとTMモードとでその
通過光ビームの光路長差を1/4波長に設定すれば、回
折格子スケール29の移動時の光検出器32の光検出出
力の位相差を90度とすることができる。Here, the birefringence waveguide 24, like the birefringence plate 4 shown in the first embodiment, has a different refractive index depending on the polarization direction of the light beam, and the passing light beam of the TE mode and the TM mode. If the optical path length difference is set to 1/4 wavelength, the phase difference of the photodetection output of the photodetector 32 when the diffraction grating scale 29 moves can be set to 90 degrees.
【0029】したがって、回折格子スケール29の移動
による光検出器32の光検出出力の変調周期に比べ十分
短い周期で、半導体レーザ21の偏光モードをTE/T
Mモード間で切り替えると、複屈導波路24での光路長
差で設定される位相差90度の変調を受けながら光検出
器32よりスケール位置の検出出力を得ることができ
る。Therefore, the polarization mode of the semiconductor laser 21 is changed to TE / T at a period sufficiently shorter than the modulation period of the photodetection output of the photodetector 32 due to the movement of the diffraction grating scale 29.
When switching between the M modes, it is possible to obtain a scale position detection output from the photodetector 32 while undergoing modulation with a phase difference of 90 degrees set by the optical path length difference in the birefringent waveguide 24.
【0030】TEモードでの光検波出力とTMモードで
の光検波出力との取り出し、すなわち2相のスケール信
号の取り出しは、図2および図3を用いて説明した実施
例1の場合と同様にして行い、この分離して得られる互
いに90度位相のずれたTEモードでの光検波出力とT
Mモードでの光検波出力とにより、回折格子スケール2
9の移動量に加え、その移動方向を判断することができ
る。Extraction of the photodetection output in the TE mode and the photodetection output in the TM mode, that is, the extraction of the two-phase scale signal is performed in the same manner as in the first embodiment described with reference to FIGS. 2 and 3. And the T-mode optical detection output with a phase difference of 90 degrees with respect to each other.
Diffraction grating scale 2 based on photodetection output in M mode
In addition to the movement amount of 9, the movement direction can be determined.
【0031】[0031]
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、従来の光エンコーダで2相のスケール信
号を得るために必要であった偏光ビームスプリッタや光
学波長板などの多くの光部品とその調整を不要とし、そ
の偏光モードをTE/TMモード間で選択的に切り替え
可能な光源とTEモードとTMモードとでその通過光ビ
ームの光路長を異ならせる複屈折手段により、回折光ビ
ームを干渉光強度検出して2相のスケール信号を得るこ
のとできる光学系を容易に構成することが可能となり、
小型化、低価格化を促進することができるようになる。As is apparent from the above description, according to the present invention, many light beams such as a polarization beam splitter and an optical wave plate which are necessary for obtaining a two-phase scale signal in the conventional optical encoder are used. A diffracted light beam is generated by a light source capable of selectively switching its polarization mode between TE and TM modes and a birefringence means for making the optical path length of the passing light beam different between TE mode and TM mode, without the need for parts and adjustments thereof. It becomes possible to easily configure an optical system capable of obtaining a two-phase scale signal by detecting the interference light intensity of the beam,
It becomes possible to promote miniaturization and price reduction.
【図1】本発明の第1実施例を示す光学構成図である。FIG. 1 is an optical configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図2】図3に示した信号処理回路の動作を説明するた
めの各部の信号波形図である。FIG. 2 is a signal waveform diagram of each part for explaining the operation of the signal processing circuit shown in FIG.
【図3】第1実施例において2相のスケール信号を得る
ための信号処理回路を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a signal processing circuit for obtaining a two-phase scale signal in the first embodiment.
【図4】本発明の第2実施例を示す光学構成図である。FIG. 4 is an optical configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図5】従来の光エンコーダの光学構成図である。FIG. 5 is an optical configuration diagram of a conventional optical encoder.
【図6】従来の光エンコーダでの回折格子スケール移動
時の各光検出器の出力信号を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an output signal of each photodetector at the time of moving a diffraction grating scale in a conventional optical encoder.
【符号の説明】 1 半導体レーザ 2 レンズ 3 ビームスプリッタ 4 複屈折板 5,6 ミラー 7,8 干渉光ビーム 9 回折格子スケール 10 回折光ビーム 11 光検出器 40 光検出出力 41 TE/TMモード制御信号 42 TEモードでの光検波出力 43 TMモードでの光検波出力 53,54 サンプルホールド回路[Description of Reference Signs] 1 semiconductor laser 2 lens 3 beam splitter 4 birefringent plate 5,6 mirror 7,8 interference light beam 9 diffraction grating scale 10 diffraction light beam 11 photodetector 40 photodetection output 41 TE / TM mode control signal 42 Optical detection output in TE mode 43 Optical detection output in TM mode 53, 54 Sample and hold circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澤田 廉士 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Renji Sawada 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation
Claims (2)
る光エンコーダにおいて、 その偏光モードをTE/TMモード間で選択的に切り替
え可能な光源と、 この光源からの第1および第2の干渉光ビームが交差す
る位置にあって前記測定対象物体に付随して移動する回
折格子スケールと、 前記第1の干渉光ビームの生成光路中にあってTEモー
ドとTMモードとでその通過光ビームの光路長を異なら
せる複屈折手段と、 前記回折格子スケールからの回折光ビームの干渉光強度
を検出する光検出手段とを備えたことを特徴とする光エ
ンコーダ。1. An optical encoder for optically measuring the amount of movement of an object to be measured, a light source capable of selectively switching its polarization mode between TE / TM modes, and first and second light sources from this light source. A diffraction grating scale that moves along with the object to be measured at a position where the interference light beams intersect with each other, and a passing light beam in the TE mode and the TM mode in the generation optical path of the first interference light beam. An optical encoder comprising: a birefringent means for making the optical path lengths of the two different, and a light detecting means for detecting the interference light intensity of the diffracted light beam from the diffraction grating scale.
る偏光モード切替手段と、 光検出手段の検出出力を第1および第2のサンプルホー
ルド手段へ与え、前記偏光モード切替手段による偏光モ
ードの切替に同期して、前記第1および第2のサンプル
ホールド手段でのサンプルホールドを切り替えながら、
TEモードでの検出出力およびTMモードでの検出出力
を分離して取り出す手段とを備えたことを特徴とする光
エンコーダ。2. The polarization mode switching means for alternately switching the polarization mode of the light source to the TE / TM mode, and the detection output of the light detecting means to the first and second sample and hold means, and While switching the sample and hold in the first and second sample and hold means in synchronization with the switching of the polarization mode by the mode switching means,
An optical encoder provided with means for separating and extracting a detection output in the TE mode and a detection output in the TM mode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35731892A JPH06194189A (en) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | Optical encoder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35731892A JPH06194189A (en) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | Optical encoder |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06194189A true JPH06194189A (en) | 1994-07-15 |
Family
ID=18453512
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35731892A Pending JPH06194189A (en) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | Optical encoder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06194189A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008116342A (en) * | 2006-11-06 | 2008-05-22 | Sendai Nikon:Kk | Encoder |
KR101027912B1 (en) * | 2009-03-27 | 2011-04-12 | (주) 디바이스이엔지 | Encoder apparatus |
CN107462166A (en) * | 2017-08-24 | 2017-12-12 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Long stroke based on diffraction grating, high precision displacement measuring method |
US10634522B2 (en) | 2017-04-25 | 2020-04-28 | Seiko Epson Corporation | Encoder, printer, and robot |
US10648837B2 (en) | 2017-09-29 | 2020-05-12 | Seiko Epson Corporation | Encoder, printer, and robot |
-
1992
- 1992-12-24 JP JP35731892A patent/JPH06194189A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008116342A (en) * | 2006-11-06 | 2008-05-22 | Sendai Nikon:Kk | Encoder |
KR101027912B1 (en) * | 2009-03-27 | 2011-04-12 | (주) 디바이스이엔지 | Encoder apparatus |
US10634522B2 (en) | 2017-04-25 | 2020-04-28 | Seiko Epson Corporation | Encoder, printer, and robot |
CN107462166A (en) * | 2017-08-24 | 2017-12-12 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Long stroke based on diffraction grating, high precision displacement measuring method |
US10648837B2 (en) | 2017-09-29 | 2020-05-12 | Seiko Epson Corporation | Encoder, printer, and robot |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0250306B1 (en) | Angle measuring interferometer | |
US3891321A (en) | Optical method and apparatus for measuring the relative displacement of a diffraction grid | |
KR20060103868A (en) | Displacement detection apparatus, displacement gauging apparatus and fixed point detection apparatus | |
US6222632B1 (en) | Polarization interferometer spectrometer with rotatable birefringent element | |
US6570660B2 (en) | Measuring instrument | |
JPH06194189A (en) | Optical encoder | |
US5067813A (en) | Optical apparatus for measuring displacement of an object | |
JPH0695114B2 (en) | Voltage detector | |
JPH046884B2 (en) | ||
JPH11183116A (en) | Method and device for light wave interference measurement | |
JP2572111B2 (en) | Laser interferometer | |
JPH0358043B2 (en) | ||
JP2742473B2 (en) | High-speed voltage measurement device | |
JP2715623B2 (en) | Encoder | |
US6858834B2 (en) | Light wavelength meter | |
JPS63241305A (en) | Fringe scanning method | |
JPH0221203A (en) | Phase difference detector | |
JPH0454405A (en) | Optical displacement gauge | |
JPH063375A (en) | Electric field distribution measuring instrument utilizing electro-optic effect | |
JPH0519816Y2 (en) | ||
JPH01250803A (en) | Interferometer | |
JPH0712545A (en) | Interatomic-force-microscope detection apparatus by differential heterodyne interferometer using optical-fiber array | |
JPH0642910A (en) | Optical interference apparatus | |
JPH06186057A (en) | Optical encoder | |
JP2742474B2 (en) | High-speed voltage measurement device |