JPH06300520A - 光学式変位測定装置 - Google Patents
光学式変位測定装置Info
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- JPH06300520A JPH06300520A JP5086362A JP8636293A JPH06300520A JP H06300520 A JPH06300520 A JP H06300520A JP 5086362 A JP5086362 A JP 5086362A JP 8636293 A JP8636293 A JP 8636293A JP H06300520 A JPH06300520 A JP H06300520A
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- displacement measuring
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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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 可干渉光源に対する戻り光によるノイズをな
くすこと。 【構成】 可干渉光源１０１から出射し、ビームスプリ
ッタ１０２で２分割された光束（ｂ，ｄ，ｆ），（ｃ，
ｅ，ｇ）の交点が回折格子１０６上にないようにし、か
つ、反射板１０７に対する入射光ｄ，ｅと反射光ｆ，ｇ
が同じ光路を共用しないように光学系及びスケールを構
成する。
くすこと。 【構成】 可干渉光源１０１から出射し、ビームスプリ
ッタ１０２で２分割された光束（ｂ，ｄ，ｆ），（ｃ，
ｅ，ｇ）の交点が回折格子１０６上にないようにし、か
つ、反射板１０７に対する入射光ｄ，ｅと反射光ｆ，ｇ
が同じ光路を共用しないように光学系及びスケールを構
成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学式変位測定装置に関
し、特に移動体の位置や速度を検出するための光学式変
位測定装置に関する。
し、特に移動体の位置や速度を検出するための光学式変
位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、移動する回折格子の位置変化を光
の干渉を利用して検出する光学式変位測定装置として、
例えば、特開昭４７−１００３４号公報、特開昭６３−
７５５１８号公報、特開平２−８５７１５号公報に記載
されたような光学式変位測定装置が既に知られている。
の干渉を利用して検出する光学式変位測定装置として、
例えば、特開昭４７−１００３４号公報、特開昭６３−
７５５１８号公報、特開平２−８５７１５号公報に記載
されたような光学式変位測定装置が既に知られている。
【０００３】これらの光学式変位測定装置は、いずれ
も、可干渉性光源から出射した光束（ビーム）を、ビー
ムスプリッタにより２つの光束に分割し、それぞれ別の
光路を進んで、スケールを構成する回折格子上に入射
し、そこで生ずるｍ次（ｍは１又はそれより大きい整
数）の回折光を得て、それら２つのｍ次回折光を再び結
合して得た光束の干渉縞を検出するものである。
も、可干渉性光源から出射した光束（ビーム）を、ビー
ムスプリッタにより２つの光束に分割し、それぞれ別の
光路を進んで、スケールを構成する回折格子上に入射
し、そこで生ずるｍ次（ｍは１又はそれより大きい整
数）の回折光を得て、それら２つのｍ次回折光を再び結
合して得た光束の干渉縞を検出するものである。
【０００４】光源と検出器はスケールを挟んで反対側に
置かれる透過型と、スケールに対して同じ側に置かれる
反射型があるが、一般に、透過型は、回折格子としてボ
リュームタイプホログラムが使え、特にブラッグ条件を
満たすように光学部品を配列することによって高出力、
高分解能の信号が得られるという利点を持つ。
置かれる透過型と、スケールに対して同じ側に置かれる
反射型があるが、一般に、透過型は、回折格子としてボ
リュームタイプホログラムが使え、特にブラッグ条件を
満たすように光学部品を配列することによって高出力、
高分解能の信号が得られるという利点を持つ。
【０００５】しかしながら、透過型は、光源と検出器を
スケールを挟んで反対側に置かなければならないので、
装置のコンパクト化には不向きである。
スケールを挟んで反対側に置かなければならないので、
装置のコンパクト化には不向きである。
【０００６】これに対して、反射型は、スケールに対し
て光源と検出器を同じ側に置くことができるので装置の
コンパクト化には適しているが、高分解能の装置を得る
ことが困難である。
て光源と検出器を同じ側に置くことができるので装置の
コンパクト化には適しているが、高分解能の装置を得る
ことが困難である。
【０００７】こうした利害得失を考慮して、反射型の利
点を有しながら透過型の利点も備えた光学式変位測定装
置も考えられているが、それによっても部品間の調整が
難しくなる等の新たな問題が生じている。
点を有しながら透過型の利点も備えた光学式変位測定装
置も考えられているが、それによっても部品間の調整が
難しくなる等の新たな問題が生じている。
【０００８】次に図９を参照して、従来の光学式変位測
定装置（エンコーダ装置）について、もう少し詳しく説
明をする。同図に示したエンコーダは特開平４−１３０
２２０号公報に開示されている。
定装置（エンコーダ装置）について、もう少し詳しく説
明をする。同図に示したエンコーダは特開平４−１３０
２２０号公報に開示されている。
【０００９】ここでは、本発明の理解に役立つであろう
と思われる点についてのみ簡単に説明することにする。
と思われる点についてのみ簡単に説明することにする。
【００１０】図９の装置において、光源９０１から出射
したビーム（光束）は、コリメータレンズ９１１、ビー
ムスプリッタ９０３、λ／４板９１２を通って第１回折
格子９０２に入射し、そこで２つのビームに分割され、
それぞれスケール面を形成する第２回折格子９０６で回
折を受け回折光はそれぞれ反射面９０７に垂直に入射
し、そこからの反射光はもとの光路を戻って、再び第２
回折格子９０６に入射する。
したビーム（光束）は、コリメータレンズ９１１、ビー
ムスプリッタ９０３、λ／４板９１２を通って第１回折
格子９０２に入射し、そこで２つのビームに分割され、
それぞれスケール面を形成する第２回折格子９０６で回
折を受け回折光はそれぞれ反射面９０７に垂直に入射
し、そこからの反射光はもとの光路を戻って、再び第２
回折格子９０６に入射する。
【００１１】そこで回折された回折光はさらに元の光路
を戻り、第１回折格子９０２に再入射して結合し、この
結合された光束は元の光路を戻ってビームスプリッタ９
０３に至り、そこで偏向されて検出器９０４に向かう。
を戻り、第１回折格子９０２に再入射して結合し、この
結合された光束は元の光路を戻ってビームスプリッタ９
０３に至り、そこで偏向されて検出器９０４に向かう。
【００１２】上述の説明から明らかなとおり、回折格子
９０６と反射面９０７の間では光束は反射面に直角、即
ち図９の垂直方向に往復するようになっているので、読
み取り光学系の第１回折格子９０２とスケール側の第２
回折格子９０６との間のアラインメント調整が簡単であ
る。
９０６と反射面９０７の間では光束は反射面に直角、即
ち図９の垂直方向に往復するようになっているので、読
み取り光学系の第１回折格子９０２とスケール側の第２
回折格子９０６との間のアラインメント調整が簡単であ
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９の
光学式変位測定装置は、その構造上、ボリュームタイプ
ホログラムによるブラッグ回折が使えず、かつ、回折格
子面９０２，９０６を光束が合計４回も通過するので高
出力の信号が得られない。
光学式変位測定装置は、その構造上、ボリュームタイプ
ホログラムによるブラッグ回折が使えず、かつ、回折格
子面９０２，９０６を光束が合計４回も通過するので高
出力の信号が得られない。
【００１４】また、光束（ビーム）ｆ，ｇが反射膜９０
７で反射されて元の光路を戻り、再び第１回折格子９０
２に入射したとき、ビームスプリッタ９０３へ向けてそ
の第１回折格子９０２を透過するビームの他に一部は第
１回折格子９０２の面で反射されてビームｇはｆ側へ、
ビームｆはｇ側へそれぞれ混入するので、良質な信号は
得にくい。また反射膜９０７に対する入射光束と反射光
束は同じ光路を共用するため可干渉光源９０１に対する
戻り光を生じやすくなる。
７で反射されて元の光路を戻り、再び第１回折格子９０
２に入射したとき、ビームスプリッタ９０３へ向けてそ
の第１回折格子９０２を透過するビームの他に一部は第
１回折格子９０２の面で反射されてビームｇはｆ側へ、
ビームｆはｇ側へそれぞれ混入するので、良質な信号は
得にくい。また反射膜９０７に対する入射光束と反射光
束は同じ光路を共用するため可干渉光源９０１に対する
戻り光を生じやすくなる。
【００１５】この戻り光は偏光素子を使ってその影響を
少なくすることができるが、完全になくすことは困難で
あり、将来超精密測定の分野において検出信号を電気的
に高分解能化する際、このわずかな可干渉性光源に対す
る戻り光の影響が問題になることが十分に考えられる。
少なくすることができるが、完全になくすことは困難で
あり、将来超精密測定の分野において検出信号を電気的
に高分解能化する際、このわずかな可干渉性光源に対す
る戻り光の影響が問題になることが十分に考えられる。
【００１６】本発明は、従来の光学式変位測定装置の上
述の欠点を克服し、可干渉性光源に対する戻り光による
ノイズの問題を解消した光学式変位測定装置を提供する
ことを目的とする。
述の欠点を克服し、可干渉性光源に対する戻り光による
ノイズの問題を解消した光学式変位測定装置を提供する
ことを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の変位測定装置
は、図１に示す如く、該光源から出射する光束を２分割
するビームスプリッタ１０２と、分割されたそれぞれの
光束が絶対値の略等しい角度で入射する透過型回折格子
１０６と、該回折格子を透過した両光束が再び同回折格
子に入射するように回折格子表面と略平行に配設した反
射板１０７と、前記回折格子に再入射し、そこを通過し
た両光束が交わる点の近くに配設したビームスプリッタ
１０３と、該ビームスプリッタで結合した光束の干渉状
態を検出する検出器１０４，１０５とを具備し、可干渉
性光源１０１から出射した光束ａがビームスプリッタに
より２分割されてから、再結合するまでにそれぞれ上記
回折格子１０６を２回通過し、そのうちの一方の光束ｃ
は１回目の入射で透過し、２回目の入射でｍ次（ｍは１
又はそれより大きい整数）の回折をし、他方の光束ｂは
１回目の入射でｍ次の回折をし、２回目の入射で透過す
るような光路を有し、その両光束の光路長は略等しく、
上記回折格子の格子ピッチｐと可干渉光の波長λと、該
可干渉光の上記回折格子への入射角θの関係は、２ｐｓ
ｉｎθ＝ｎλ（ｎは整数）で与えられ、両光束の交点が
上記回折格子１０６上に存在せず、上記反射板１０７に
対する入射光束と反射光束が同じ光路を共用しないよう
にする。
は、図１に示す如く、該光源から出射する光束を２分割
するビームスプリッタ１０２と、分割されたそれぞれの
光束が絶対値の略等しい角度で入射する透過型回折格子
１０６と、該回折格子を透過した両光束が再び同回折格
子に入射するように回折格子表面と略平行に配設した反
射板１０７と、前記回折格子に再入射し、そこを通過し
た両光束が交わる点の近くに配設したビームスプリッタ
１０３と、該ビームスプリッタで結合した光束の干渉状
態を検出する検出器１０４，１０５とを具備し、可干渉
性光源１０１から出射した光束ａがビームスプリッタに
より２分割されてから、再結合するまでにそれぞれ上記
回折格子１０６を２回通過し、そのうちの一方の光束ｃ
は１回目の入射で透過し、２回目の入射でｍ次（ｍは１
又はそれより大きい整数）の回折をし、他方の光束ｂは
１回目の入射でｍ次の回折をし、２回目の入射で透過す
るような光路を有し、その両光束の光路長は略等しく、
上記回折格子の格子ピッチｐと可干渉光の波長λと、該
可干渉光の上記回折格子への入射角θの関係は、２ｐｓ
ｉｎθ＝ｎλ（ｎは整数）で与えられ、両光束の交点が
上記回折格子１０６上に存在せず、上記反射板１０７に
対する入射光束と反射光束が同じ光路を共用しないよう
にする。
【００１８】また、前記透過型回折格子１０６を、格子
ベクトル方向と測定方向とを略一致させたボリュームタ
イプホログラムで構成する。
ベクトル方向と測定方向とを略一致させたボリュームタ
イプホログラムで構成する。
【００１９】さらに、前記回折格子を、ボリュームタイ
プホログラムとそのホログラム面と略平行に接着し、裏
面に反射膜が施されたガラス基板で構成する。
プホログラムとそのホログラム面と略平行に接着し、裏
面に反射膜が施されたガラス基板で構成する。
【００２０】検出光を増すためには、前記回折された２
つの光束を、結合するビームスプリッタは、前記分割用
ビームスプリッタを中心にして、左右に各１つずつ合計
２つ配設する。
つの光束を、結合するビームスプリッタは、前記分割用
ビームスプリッタを中心にして、左右に各１つずつ合計
２つ配設する。
【００２１】構造を簡単にし、調整を容易にするには、
前記分割用ビームスプリッタと結合用ビームスプリッタ
をプリズムによって一体形成する。
前記分割用ビームスプリッタと結合用ビームスプリッタ
をプリズムによって一体形成する。
【００２２】スケールの厚みを薄くするには、前記反射
板は回折格子の基板の裏面に形成した反射膜で形成す
る。
板は回折格子の基板の裏面に形成した反射膜で形成す
る。
【００２３】
【作用】本発明の光学式変位測定装置は、透過型回折格
子を用いているため反射型回折格子を用いたものよりも
高分解能の装置ができる。
子を用いているため反射型回折格子を用いたものよりも
高分解能の装置ができる。
【００２４】光束は回折格子を計２回通過するようにな
っているが、そのうち１回は透過光を利用するため、回
折効率が５０％以下の回折格子では２回回折よりも高出
力が得られる。
っているが、そのうち１回は透過光を利用するため、回
折効率が５０％以下の回折格子では２回回折よりも高出
力が得られる。
【００２５】反射板は一枚のミラー（例えば図１の１０
７参照）をそれぞれの光束が共用するため、部品数が少
なく、調整も楽である。
７参照）をそれぞれの光束が共用するため、部品数が少
なく、調整も楽である。
【００２６】また、偏光素子を使う必要がなく部品数も
少ない。さらに、２分割された光束ｆ，ｇの交点が回折
格子上になく、反射板に対する入射光束と反射光束が同
じ光路を共用しないようになっているので、可干渉性光
源に対する戻り光がないため、高いＳ／Ｎの信号が得ら
れる。
少ない。さらに、２分割された光束ｆ，ｇの交点が回折
格子上になく、反射板に対する入射光束と反射光束が同
じ光路を共用しないようになっているので、可干渉性光
源に対する戻り光がないため、高いＳ／Ｎの信号が得ら
れる。
【００２７】透過型回折格子を使う構成になっているこ
とから、ボリュームタイプホログラムを使うことがで
き、それによって高出力の信号が得られ、その結果、検
出信号の増幅率がおとせるので測定装置の応答速度を上
げることができる。
とから、ボリュームタイプホログラムを使うことがで
き、それによって高出力の信号が得られ、その結果、検
出信号の増幅率がおとせるので測定装置の応答速度を上
げることができる。
【００２８】ホログラム表面は一般に傷がつきやすく埃
がついた場合に簡単にふきとれないという問題がある
が、図６に示すようにシール用ガラス基板６１０を接着
することによりホログラムの取り扱いが簡単になる。
がついた場合に簡単にふきとれないという問題がある
が、図６に示すようにシール用ガラス基板６１０を接着
することによりホログラムの取り扱いが簡単になる。
【００２９】シール用ガラス基板６１０に反射膜６０７
が施されているので、ホログラム面にそれを接着するこ
とにより、格子とミラーとの間の間隔を一定に保つこと
ができ、スケールと検出光学系とのアラインメント調整
が楽になる。
が施されているので、ホログラム面にそれを接着するこ
とにより、格子とミラーとの間の間隔を一定に保つこと
ができ、スケールと検出光学系とのアラインメント調整
が楽になる。
【００３０】図８に図示するように回折格子８０６で発
生する回折光の２つを検出するように受光部を２組８０
２，８０３，８０９，８１０設ければ、検出される出力
が２倍になる。また、反射膜に傷がある場合でも出力に
及ぼす影響は半分になる。図４のように光束分割ビーム
スプリッタ４０２と光束結合ビームスプリッタ４０３を
１つのプリズムとして一体形成すれば調整がさらに簡単
になる。
生する回折光の２つを検出するように受光部を２組８０
２，８０３，８０９，８１０設ければ、検出される出力
が２倍になる。また、反射膜に傷がある場合でも出力に
及ぼす影響は半分になる。図４のように光束分割ビーム
スプリッタ４０２と光束結合ビームスプリッタ４０３を
１つのプリズムとして一体形成すれば調整がさらに簡単
になる。
【００３１】
【実施例】図１〜図８を参照して本発明の実施例の説明
をする。
をする。
【００３２】図１は、本発明の一実施例を示す図であ
り、可干渉光源１０１より出射した光束ａはビームスプ
リッタ１０２により２つの光束に分割され、それぞれ格
子面に、等しい角度θ1 で入射され、そのうちの一方ｂ
はｍ次（ｍは１以上の整数）の回折光ｄとなり、他方ｃ
は透過光（０次光）ｅとなる。
り、可干渉光源１０１より出射した光束ａはビームスプ
リッタ１０２により２つの光束に分割され、それぞれ格
子面に、等しい角度θ1 で入射され、そのうちの一方ｂ
はｍ次（ｍは１以上の整数）の回折光ｄとなり、他方ｃ
は透過光（０次光）ｅとなる。
【００３３】このときの回折格子１０６の格子ピッチｐ
と可干渉光の波長λと格子面への入射角θ1 の関係は、
２ｐｓｉｎθ1 ＝ｍλ（ｍは整数）を満たすようにす
る。この条件はブラッグ条件と云い、この条件を満たす
とき、格子面１０６への光束の入射角θ1 と格子面を通
過した光束の出射角θ2 の関係は｜θ1 ｜＝｜θ2 ｜と
なる。
と可干渉光の波長λと格子面への入射角θ1 の関係は、
２ｐｓｉｎθ1 ＝ｍλ（ｍは整数）を満たすようにす
る。この条件はブラッグ条件と云い、この条件を満たす
とき、格子面１０６への光束の入射角θ1 と格子面を通
過した光束の出射角θ2 の関係は｜θ1 ｜＝｜θ2 ｜と
なる。
【００３４】回折格子１０６を通過したそれぞれの光束
は反射板１０７で反射されて再度回折格子１０６に入射
する。このとき前記回折光ｄは、この２回目の回折格子
１０６への入射では回折せず回折・透過光ｆとなる。
は反射板１０７で反射されて再度回折格子１０６に入射
する。このとき前記回折光ｄは、この２回目の回折格子
１０６への入射では回折せず回折・透過光ｆとなる。
【００３５】他方、前記透過光ｅは２回目の回折格子１
０６への入射で回折して、透過・回折光ｇとなる。この
２つの光束ｆ，ｇはビームスプリッタ１０３上の同じ点
に入射して結合する。結合された光束の一部は検出器１
０４へ向けられ、他の一部は検出器１０５へ９０°の位
相差をもって向けられる。
０６への入射で回折して、透過・回折光ｇとなる。この
２つの光束ｆ，ｇはビームスプリッタ１０３上の同じ点
に入射して結合する。結合された光束の一部は検出器１
０４へ向けられ、他の一部は検出器１０５へ９０°の位
相差をもって向けられる。
【００３６】本実施例の変位測定装置によれば、ビーム
スプリッタ１０２で分割された２つの光束ｂ，ｃがビー
ムスプリッタ１０３で結合されるまでの２つの光束の光
路長は略等しいため、半導体レーザ等の可干渉性光源が
使える。
スプリッタ１０２で分割された２つの光束ｂ，ｃがビー
ムスプリッタ１０３で結合されるまでの２つの光束の光
路長は略等しいため、半導体レーザ等の可干渉性光源が
使える。
【００３７】また、それぞれの光束の反射板１０７に対
する入射光束と反射光束が同じ光路を共用しないこと
と、各光束の交差位置が回折格子１０６やスケールの屈
折率の界面に存在しないことにより、可干渉性光源１０
１に対する戻り光が生じる可能性は非常に小さい。従っ
て、これによるノイズがほとんど無い良質な検出信号が
得られるようになっている。
する入射光束と反射光束が同じ光路を共用しないこと
と、各光束の交差位置が回折格子１０６やスケールの屈
折率の界面に存在しないことにより、可干渉性光源１０
１に対する戻り光が生じる可能性は非常に小さい。従っ
て、これによるノイズがほとんど無い良質な検出信号が
得られるようになっている。
【００３８】回折格子１０６に後述するボリュームタイ
プのホログラムを用いた場合はブラック条件を満たして
いるため、回折効率を高くすることができる。
プのホログラムを用いた場合はブラック条件を満たして
いるため、回折効率を高くすることができる。
【００３９】本実施例においては、回折効率を５０％と
するのが好ましいが、この回折効率を持つホログラムを
作製するのは容易である。
するのが好ましいが、この回折効率を持つホログラムを
作製するのは容易である。
【００４０】ここで、スケールの寸法と検出光学系の寸
法は、図２に示すとおりに選ばれる。即ち、回折格子２
０６と反射膜２０７の間の間隔をＤとし、その間の屈折
率をｎ1 、空気の屈折率をｎ0 、可干渉光の入射角をθ
とすると、これらの値とビームスプリッタ２０２，２０
３の間の間隔Ｌとの関係は次式で与えられるように選
ぶ。 Ｌ＝２Ｄｔａｎ（ｓｉｎ-1（ｎ0 ｓｉｎθ／ｎ1)）
法は、図２に示すとおりに選ばれる。即ち、回折格子２
０６と反射膜２０７の間の間隔をＤとし、その間の屈折
率をｎ1 、空気の屈折率をｎ0 、可干渉光の入射角をθ
とすると、これらの値とビームスプリッタ２０２，２０
３の間の間隔Ｌとの関係は次式で与えられるように選
ぶ。 Ｌ＝２Ｄｔａｎ（ｓｉｎ-1（ｎ0 ｓｉｎθ／ｎ1)）
【００４１】次に図３を参照して本発明の実施例の具体
的を構成について説明する。
的を構成について説明する。
【００４２】図３において、３０１は半導体レーザ光
源、３１２，３１３，３１４は集光レンズ、３０２，３
０３はビームスプリッタ、３１５，３１６はλ／４板、
３１７，３１８は偏光板、３０４は正弦波用フォトディ
テクタ、３０５は余弦波用フォトディテクタ、３０８は
ホログラム・ガラス基板、３０６はボリュームタイプホ
ログラム、３０９は接着剤層、３１０はシール用ガラス
基板、３０７は反射膜である。
源、３１２，３１３，３１４は集光レンズ、３０２，３
０３はビームスプリッタ、３１５，３１６はλ／４板、
３１７，３１８は偏光板、３０４は正弦波用フォトディ
テクタ、３０５は余弦波用フォトディテクタ、３０８は
ホログラム・ガラス基板、３０６はボリュームタイプホ
ログラム、３０９は接着剤層、３１０はシール用ガラス
基板、３０７は反射膜である。
【００４３】この構成によれば、半導体レーザ光源３０
１から出射したレーザビーム（レーザ光）は集光レンズ
３１２で集光され、ビームスプリッタで２つのビームに
分割され、それぞれホログラム３０６の面にビームスポ
ットとして投射され、そこを通過したビームは反射膜３
０７で焦点を結び反射され発散光となって再びホログラ
ム３０６を通って、一方のビームはλ／４板３１５を、
他のビームはλ／４板３１６を通って、それぞれ偏光面
が４５°回転してビームスプリッタ３０３に入射する。
１から出射したレーザビーム（レーザ光）は集光レンズ
３１２で集光され、ビームスプリッタで２つのビームに
分割され、それぞれホログラム３０６の面にビームスポ
ットとして投射され、そこを通過したビームは反射膜３
０７で焦点を結び反射され発散光となって再びホログラ
ム３０６を通って、一方のビームはλ／４板３１５を、
他のビームはλ／４板３１６を通って、それぞれ偏光面
が４５°回転してビームスプリッタ３０３に入射する。
【００４４】このビームスプリッタ３０３で結合したビ
ーム（光束）は、その偏光面が４５°傾いているので、
その０°方向成分（余弦波）と９０°方向成分（正弦
波）をそれぞれ偏光板３１８，３１７を介して取り出し
て、集光レンズ３１４，３１３によってフォトディテク
タ３０４，３０５上に集光するようになっている。
ーム（光束）は、その偏光面が４５°傾いているので、
その０°方向成分（余弦波）と９０°方向成分（正弦
波）をそれぞれ偏光板３１８，３１７を介して取り出し
て、集光レンズ３１４，３１３によってフォトディテク
タ３０４，３０５上に集光するようになっている。
【００４５】ここで、図４を参照してボリュームタイプ
フログラム（体積型ホログラフィック格子）について説
明する。このホログラフィック格子を作るには、図示の
如く、記録材料４０６に可干渉平面波４０１，４０２を
それぞれ角度θで入射させ、２つの平面波の干渉縞を作
り、これを記録材料４０６に記録することによって作る
ことができる。
フログラム（体積型ホログラフィック格子）について説
明する。このホログラフィック格子を作るには、図示の
如く、記録材料４０６に可干渉平面波４０１，４０２を
それぞれ角度θで入射させ、２つの平面波の干渉縞を作
り、これを記録材料４０６に記録することによって作る
ことができる。
【００４６】この方法で作られたホログラフィック格子
４０６は、格子面がホログラム表面に対して垂直方向に
位置しているため、ホログラム製作中のプロセスにおけ
る材料の変化によって起こる格子ピッチの変化が少ない
ので、スケール製作が容易である。
４０６は、格子面がホログラム表面に対して垂直方向に
位置しているため、ホログラム製作中のプロセスにおけ
る材料の変化によって起こる格子ピッチの変化が少ない
ので、スケール製作が容易である。
【００４７】また、感光材料の選択により高回折効率の
ホログラムスケールの製作ができるから、本発明で用い
る回折効率５０％程度のホログラムスケールも容易にで
きる。
ホログラムスケールの製作ができるから、本発明で用い
る回折効率５０％程度のホログラムスケールも容易にで
きる。
【００４８】次に、図５を参照して本発明光学式変位測
定装置の第２実施例の説明をする。本装置の光学系は、
原理的には図１、図３について説明したものと同じであ
るが、ビームスプリッタとして一体型のものを用いた点
が図１，図３に記載のものと異なる。
定装置の第２実施例の説明をする。本装置の光学系は、
原理的には図１、図３について説明したものと同じであ
るが、ビームスプリッタとして一体型のものを用いた点
が図１，図３に記載のものと異なる。
【００４９】図５から明らかなとおり、２つのビームス
プリッタ５０２，５０３はプリズム５０８の面５０２，
５０３で与えられるので、２つのビームスプリッタ間の
距離Ｌの調整が容易になり、部品点数も少なくできる。
プリッタ５０２，５０３はプリズム５０８の面５０２，
５０３で与えられるので、２つのビームスプリッタ間の
距離Ｌの調整が容易になり、部品点数も少なくできる。
【００５０】次に、図６を参照して本発明の第３実施例
の説明をする。本実施例のスケールは、ホログラム・ガ
ラス基板６０８、ボリュームタイプホログラム６０６、
接着剤層６０９、シール用ガラス基板６１０、反射膜６
０７により構成されている。
の説明をする。本実施例のスケールは、ホログラム・ガ
ラス基板６０８、ボリュームタイプホログラム６０６、
接着剤層６０９、シール用ガラス基板６１０、反射膜６
０７により構成されている。
【００５１】検出光学系は、図１を参照して前述したと
同様のものが用いられるので、詳しい説明は省略する。
同様のものが用いられるので、詳しい説明は省略する。
【００５２】本実施例のスケールはホログラムのシール
用ガラス基板６１０が反射板の役目をするように作られ
ているので、ボリュームタイプ・ホログラム６０６と反
射膜６０７の間隔が一定に保たれているため、検出光学
系とスケールの間の間隔だ変動しても安定した検出信号
が得られる。
用ガラス基板６１０が反射板の役目をするように作られ
ているので、ボリュームタイプ・ホログラム６０６と反
射膜６０７の間隔が一定に保たれているため、検出光学
系とスケールの間の間隔だ変動しても安定した検出信号
が得られる。
【００５３】図７は、本発明の第４の実施例を示す図で
あって、本実施例によれば、回折格子ガラス基板７０８
を厚くして、その裏面に反射膜７０７を形成したものが
スケールとして用いられている。
あって、本実施例によれば、回折格子ガラス基板７０８
を厚くして、その裏面に反射膜７０７を形成したものが
スケールとして用いられている。
【００５４】従って、スケールの厚みが図６に示したも
のより薄くなり、装置をコンパクトにすることができ
る。
のより薄くなり、装置をコンパクトにすることができ
る。
【００５５】回折格子７０６と反射膜７０７の間の距離
はガラス基板７０８の厚さによって決まるから、均一に
することができ、スケールの精度が向上する。
はガラス基板７０８の厚さによって決まるから、均一に
することができ、スケールの精度が向上する。
【００５６】上述の第１〜第４実施例では回折格子面で
生じた回折光の１つに注目して検出光学系が構成されて
いるが、実際には回折光は±ｍ次で与えられるので、−
ｍ次回折光をも考慮した構成とすることができる。
生じた回折光の１つに注目して検出光学系が構成されて
いるが、実際には回折光は±ｍ次で与えられるので、−
ｍ次回折光をも考慮した構成とすることができる。
【００５７】図８に示した本発明の第５実施例は、この
点に着目したものである。図８において、光源８０１か
らの光束はビームスプリッタ８０２で２分割され、それ
ぞれ回折格子８０６に入射する。この回折格子８０６で
生じた回折光のうち図の左下方に進む回折光ｄ，ｅにつ
いては図１で説明したのと同じ光路を通って検出器８０
４，８０５で検出される。
点に着目したものである。図８において、光源８０１か
らの光束はビームスプリッタ８０２で２分割され、それ
ぞれ回折格子８０６に入射する。この回折格子８０６で
生じた回折光のうち図の左下方に進む回折光ｄ，ｅにつ
いては図１で説明したのと同じ光路を通って検出器８０
４，８０５で検出される。
【００５８】回折格子８０６では上記左下方に進む光束
ｄ，ｅの他に右下方に進む光束ｈ，ｉもあり、本実施例
においては、これらの光束についても同様にして検出器
８０９，８１０で検出する。
ｄ，ｅの他に右下方に進む光束ｈ，ｉもあり、本実施例
においては、これらの光束についても同様にして検出器
８０９，８１０で検出する。
【００５９】この光学系は受光部が２倍になるため、出
力が２倍になると云う利点がある。また、反射膜に傷が
ある場合でも出力落ちは半分におさえることができる。
尚本発明は上述実施例に限ることなく、本発明の要旨を
逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは
勿論である。
力が２倍になると云う利点がある。また、反射膜に傷が
ある場合でも出力落ちは半分におさえることができる。
尚本発明は上述実施例に限ることなく、本発明の要旨を
逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは
勿論である。
【００６０】
【発明の効果】本発明の光学式変位測定装置によれば、
高出力、高分解能でＳ／Ｎ比の大きな信号が得られる。
さらには、構造が簡単で、調整が容易な装置を作ること
ができるという利点がある。
高出力、高分解能でＳ／Ｎ比の大きな信号が得られる。
さらには、構造が簡単で、調整が容易な装置を作ること
ができるという利点がある。
【図１】本発明光学式変位測定装置の一実施例を示す構
成図である。
成図である。
【図２】光路設定条件を説明するための図である。
【図３】本発明光学式変位測定装置の具体的構成の一例
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す構成図である。
【図５】ホログラム作成の仕方を示す説明図である。
【図６】本発明の第３実施例を示す構成図である。
【図７】本発明の第４実施例を示す構成図である。
【図８】本発明の第５実施例を示す構成図である。
【図９】従来の光学式変位測定装置の一例を示す図であ
る。
る。
１０１ 可干渉光源 １０２，１０３ ビームスプリッタ １０４，１０５ 検出器 １０６ ホログラム（スケール面） １０７ 反射板
Claims (6)
- 【請求項１】 可干渉光源と、 該光源から出射する光束を２分割するビームスプリッタ
と、 分割されたそれぞれの光束が絶対値の略等しい角度で入
射する透過型回折格子と、 該回折格子を透過した両光束が再び同回折格子に入射す
るように回折格子表面と略平行に配設した反射板と、 前記回折格子に再入射し、そこを通過した両光束が交わ
る点の近くに配設したビームスプリッタと、 該ビームスプリッタで結合した光束の干渉状態を検出す
る検出器とを具備し、 可干渉性光源から出射した光束がビームスプリッタによ
り２分割されてから、再結合するまでにそれぞれ上記回
折格子を２回通過し、そのうちの一方の光束は１回目の
入射で透過し、２回目の入射でｍ次（ｍは１又はそれよ
り大きい整数）の回折をし、他方の光束は１回目の入射
でｍ次の回折をし、２回目の入射で透過するような光路
を有し、その両光束の光路長は略等しく、上記回折格子
の格子ピッチｐと可干渉光の波長λと、該可干渉光の上
記回折格子への入射角θの関係は、２ｐｓｉｎθ＝ｎλ
（ｎは整数）で与えられ、両光束の交点が上記回折格子
上に存在せず、上記反射板に対する入射光束と反射光束
が同じ光路を共用しないことを特徴とする光学式変位測
定装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の光学式変位測定装置にお
いて、前記回折格子の格子面と略平行に略インデックス
マッチングをとって接着し、裏面に反射膜が施されたガ
ラス基板から成ることを特徴とする光学式変位測定装
置。 - 【請求項３】 請求項１記載の光学式変位測定装置にお
いて、前記反射板は回折格子の基板の裏面に形成した反
射膜であることを特徴とする光学式変位測定装置。 - 【請求項４】 請求項１記載の光学式変位測定装置にお
いて、前記回折された２つの光束を結合するビームスプ
リッタは、前記分割用ビームスプリッタを中心にして、
左右に略等しい距離に１つずつ配設したことを特徴とす
る光学式変位測定装置。 - 【請求項５】 請求項１記載の光学式変位測定装置にお
いて、前記分割用ビームスプリッタと結合用ビームスプ
リッタをプリズムによって一体形成したことを特徴とす
る光学式変位測定装置。 - 【請求項６】 請求項１、２、４のいずれか１つに記載
の光学式変位測定装置において、前記透過型回折格子が
格子ベクトル方向と測定方向とを略一致させたボリュー
ムタイプホログラムから成ることを特徴とする光学式変
位測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08636293A JP3144143B2 (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 光学式変位測定装置 |
| EP94105618A EP0620418B1 (en) | 1993-04-13 | 1994-04-12 | Optical instrument and method for measuring displacement of scale |
| DE69407208T DE69407208T2 (de) | 1993-04-13 | 1994-04-12 | Optisches Instrument und Verfahren zur Verschiebungsmessung einer Skala |
| US08/227,128 US5499096A (en) | 1993-04-13 | 1994-04-13 | Optical instrument and measurement for measuring displacement of scale using different order diffraction of a diffraction grating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08636293A JP3144143B2 (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 光学式変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06300520A true JPH06300520A (ja) | 1994-10-28 |
| JP3144143B2 JP3144143B2 (ja) | 2001-03-12 |
Family
ID=13884780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08636293A Expired - Fee Related JP3144143B2 (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 光学式変位測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5499096A (ja) |
| EP (1) | EP0620418B1 (ja) |
| JP (1) | JP3144143B2 (ja) |
| DE (1) | DE69407208T2 (ja) |
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| JP2014025766A (ja) * | 2012-07-25 | 2014-02-06 | Dmg Mori Seiki Co Ltd | 変位検出装置 |
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| JP4381671B2 (ja) * | 2002-10-23 | 2009-12-09 | ソニーマニュファクチュアリングシステムズ株式会社 | 変位検出装置 |
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| JP2603305B2 (ja) * | 1988-07-19 | 1997-04-23 | キヤノン株式会社 | 変位測定装置 |
| JP2586120B2 (ja) * | 1988-09-22 | 1997-02-26 | キヤノン株式会社 | エンコーダー |
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- 1993-04-13 JP JP08636293A patent/JP3144143B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1994
- 1994-04-12 EP EP94105618A patent/EP0620418B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-04-12 DE DE69407208T patent/DE69407208T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1994-04-13 US US08/227,128 patent/US5499096A/en not_active Expired - Lifetime
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| EP0620418A1 (en) | 1994-10-19 |
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