JPH0718713B2 - 光学装置 - Google Patents

光学装置

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JPH0718713B2
JPH0718713B2 JP63084584A JP8458488A JPH0718713B2 JP H0718713 B2 JPH0718713 B2 JP H0718713B2 JP 63084584 A JP63084584 A JP 63084584A JP 8458488 A JP8458488 A JP 8458488A JP H0718713 B2 JPH0718713 B2 JP H0718713B2
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哲治 西村
正彰 築地
哲 石井
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は光学装置に関し、特に被測定物体の位置、回転
角度、密度等の物理量の変動を該被測定物体によって位
相の変動を加えられた可干渉性光束の重ね合わせによっ
て直線偏光の方位の回転に変換し、偏光方位の回転量及
び方向を検出することにより該被測定物体の物理量の変
動量及びその変動方向を検出するようにした光学装置に
関するものである。
(従来の技術) 従来より被測定物の位置、回転角度、等の物理量の変動
を被測定物体に光を入射させ、該被測定物体から射出し
た2つの光束又は、1つの光束と他の参照光束を互いに
重ね合わせて2光束の位相差に応じて回転する直線偏光
を合成して、このときの偏光方位の回転量及び方向を検
出して求める方法がある。このうち干渉縞の明暗に変換
し、かつ偏光面の回転方向が検出できる方法としては従
来より例えば次の方法が提案されている。
重ね合わせる2光束をその偏光面が互いに直交する直線
偏光して、該2光束を両光束の偏光方位に対し45度傾い
た方位に異方性を有するように配置した位相板(いわゆ
る1/4波長板)を透過させた後、両光束を互いに反対方
向に回転する円偏光に変換せしめる。そして両光束を重
ね合わせることにより単一の直線偏光に変換する。この
とき直線偏光の偏光方位は最初の重ね合わせる2光束間
の位相差に応じて回転する。この直線偏光の偏光方位を
適当な方位に偏光軸を有する偏光板を透過させることに
より明暗の正弦波状強度信号に変換できる。
偏光板の偏光軸の方位を適当に選ぶことにより明暗の変
動の位相を任意に変えることができる。
例えばこの光束を2分割して互いに偏光軸を45度ずらし
た偏光板を介して各々検出すると明暗の位相は互いに90
度ずれる。従来より光を反射光と透過光の2つの光に分
割する光分割手段としてはビームスプリッタが用いられ
ている。ビームスプリッタの光分割面には金属や誘電体
物質が波長オーダーの厚さで蒸着されており、又蒸着物
質の種類、厚さ、構成等により透過光と反射光の光量を
調整する。例えば透過光量をT、反射光量をR、偏光成
分を各々P、Sで添付すると非偏光ビームスプリッタで
は TP=αRP TS=αRS を満たし、透過光と反射光の偏光成分の光量比は常に1
となる。
一方、光分割面で反射した反射光における光分割面から
見たP−S偏光成分間の位相差は波長や反射面への入射
角度により敏感に変動する。
例えば、透過と反射の分配比が波長780nmにおいて1で
ある非偏光ビームスプリッタでは透過光量及び反射光量
の分光特性は第6図に示すようになる。
又、透過光の位相及び反射光の位相の分光特性は第7図
に示すようになる。
P−S偏光成分間に位相差が生じるとビームスプリッタ
に入射する光が光分割面に対して45度の方位の直線偏光
のときはビームスプリッタによって楕円偏光に変換され
てしまう。この結果、非偏光ビームスプリッタによって
得る2光束のうちP−S偏光成分間に位相差がある光束
をP−S偏光成分を等量透過する45度の偏光方位の偏光
板を介して観察したとき、ビームスプリッタに入射した
直線偏光と偏光板の偏光方位が一致していても光量が損
失し、又入射直線偏光と偏光板の偏光方位が直交してい
ても偏光板から光がもれていることになるからビームス
プリッタに入射する直線偏光の偏光面の回転に伴って変
化する明暗のコントラストが低下し、例えばP−S偏光
成分間の位相差が90度になると円偏光となり、もはや偏
光板を介しても明暗差を観察することができなくなって
くる。
又、P−S偏光成分間の位相差は光源の波長変動や入射
角度の誤差に対しても敏感に変化する。例えば半導体レ
ーザ等の光源を用いた場合には個々のレーザの中心波長
のバラツキや温度変化等に対して約10nmのオーダーで発
振波長が変動するから、明暗のコントラストを良好に保
つことが大変難しくなってくる。
第7図に示すように、一般に非偏光ビームスプリッタの
分割面で反射された光束が、この傾向が著しいことがわ
かる。
位置、回転の変位の方向も検出する必要があるエンコー
ダ等においては2つの出力をA相、B相とし、A相を非
偏光ビームスプリッタによって得られる2光束のうち反
射光を用いるとA相のみが環境温度の変動に対し、その
振幅成分が変化し、測定精度等を低下させる問題点が生
じてくる。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は被測定物体の物理量の変動を該被測定物体に基
づく光の偏光方位の回転に変換し、該偏光方位の回転を
検出することにより該被測定物体の変動量及び変動方向
を求める際、例えば被測定物体への入射光の波長が変動
しても偏光素子及び光分割手段を適切に設定することに
より偏光素子を介して得られる明暗信号の振幅成分の変
動やバラツキ等が少なくそれによって環境(温度)変化
に対して安定な検出ができる光学装置の提供を目的とす
る。
(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成する為に、本発明のある形態は被測定物
体の位置、回転角度、密度等の物理量の変動を可干渉性
2光束の重ね合わせにより偏光方位の回転に変換し、該
偏光方位の回転を検出手段により検出することにより前
記被測定物体の物理量の変動を検知する光学装置におい
て、 重ね合わせにより合成された直線偏光光束が入射され、
反射光束と透過光束の少なくとも2つの光束に分割する
非偏光ビームスプリッターと、前記非偏光ビームスプリ
ッターへの入射光束の光軸と前記反射光束の光軸とがな
す平面に対し垂直もしくは平行な偏光軸を有する偏光板
と、 前記反射光束を前記偏光板を介してその光量を検出する
光検出手段と を有することを特徴としている。
(実施例) 第1図は本発明を2相出力型のロータリエンコーダに適
用したときの第1実施例の概略図である。
同図において1は光源で、例えば半導体レーザ等から成
っている。2はコリメータレンズであり、光源1からの
光束を平行光束としている。3はプリズムであり内部に
光分割面としての偏光ビームスプリッタ面4を有してい
る。5a、5bは折返しプリズムでありプリズム3の一部に
設けられている。6は放射状の回折格子円板であり、不
図示の被測定回転物体に取り付けられている。7a、7bは
1/4波長板、8a、8bは反射部材で、例えば反射鏡やキャ
ッツアイ光学系より成っている。9は1/4波長板、10は
非偏光ビームスプリッタ、11、12は偏光素子であり、こ
のうち11は45度方位の偏光板、12は0度方位の偏光板で
ある。13はA相用の検出素子、14はB相用の検出素子で
ある。
本実施例では光源1からの光束をコリメーターレンズ2
で平行光束とし、プリズム3の入射面3aに入射させ、反
射面3bで反射させた後偏光ビームスプリッタ面4に導光
し等光量の反射光1aと透過光1bの、例えば水平方向と垂
直方向の2つの直線偏光の光束に分割している。
このうち例えば偏光ビームスプリッタ面4に対して水平
方向の直線偏光の反射光1aを反射面3bと折返しプリズム
5aの反射面で反射させた後回折格子円板6面上に入射さ
せている。
そして回折格子円板6からの回折光、例えば1次回折光
を1/4波長板7aを介して円偏光とし反射部材8aで逆回り
の円偏光として同一光路に反射させ1/4波長板7aを通過
させて、その偏光方位を往路の光束に対して90度偏更し
た直線偏光としている。
次いで、回折格子円板6と折返しプリズム5aを介してプ
リズム3内に導光し、反射面3bで反射させて偏光ビーム
スプリッタ面4を通過させている。そして反射面3cで反
射させた後、射出面3dより射出させている。
一方、偏光ビームスプリッタ面4を通過した偏光ビーム
スプリッタ面4に対して垂直方向の直線偏光の透過光1b
は反射面3cで反射し、折返しプリズム5bの反射面で反射
した後、回折格子円板6に入射し、回折格子円板6から
の回折光、例えば−1次回折光を1/4波長板7bを介して
円偏光とし、反射部材8bで逆回りの円偏光として同一光
路に反射させ1/4波長板7bを通過させて、その偏光方位
を往路の光束に対して90度変更した直線偏光としてい
る。
次いで、回折格子円板6と折返しプリズム5aを介してプ
リズム3内に導入し、反射面3c、偏光ビームスプリッタ
面4の順で反射させている。そして、再度反射面3cで反
射させた後射出面3dより射出させている。
このときプリズム3の射出面3dより射出した2光束は重
なり合い、1/4波長板9を通過し、直線偏光に変換され
る。このときの直線偏光の方位は回折格子円板6の回転
に伴って回転し、放射格子1ピッチ分の回転当たり2回
転する。
この直線偏光の光束を非偏光ビームスプリッタ10で反射
光15aと透過光15bの2光束に分割している。このうち反
射光15aは偏光成分のうち光分割面10から見たP偏光成
分又はS偏光成分の方位と一致するように配置した偏光
板12を介してA相用の検出素子13で検出している。一
方、透過光15bは偏光成分のうちP偏光成分及びS偏光
成分を等光量通過するように配置した、即ち45度方位の
偏光方位に合わせた偏光板11を介してB相用の検出素子
14で検出している。
検出素子13、14からの出力信号は回折格子円板6の回転
に伴って、例えば第2図に示すようなものとなる。同図
においてAはA相用の検出素子13からの出力信号、Bは
B相用の検出素子14からの出力信号である。
本実施例では検出素子13、14より得られる2相の出力信
号A、Bを利用して回折格子円板6に取り付けられてい
る被測定物体の回転角度及びその変位方向を検出してい
る。
尚、第3図は第1図における偏光板12の取り付け方位を
変えたときの回折格子円板6の回転に伴って得られる正
弦波信号の説明図である。
同図に示すように非偏光ビームスプリッタ10からの反射
光を検出する際偏光板12の回転位置に応じて検出される
正弦波信号の振幅が変化し、偏光板12の偏光方位が45度
(135度、225度、315度)のとき最小となる。
第4図は第1図において偏光板11、12の代わりに同様の
機能を有する偏光プリズム16、17を用いて構成したとき
の第2実施例の概略図である。同図においては非偏光ビ
ームスプリッタ10の透過光側に偏光プリズム16を入射面
内で45度傾けて配置している。
第5図は第1図に示すロータリエンコーダにおいて非偏
光ビームスプリッタ10からの反射光と透過光を各々光分
割手段である偏光ビームスプリッタで2等分し、4相出
力が得られる構成とした第3実施例の概略図である。
本実施例では出力信号を4相とすることにより2相の場
合に比べて被測定物体の変動量をより高精度に検出する
ことが可能となる。
尚、本発明はロータリエンコーダに限らずリニアエンコ
ーダにも同様に適用することが出来る。更に、互いに直
交する直線偏光の2つの干渉光の光路長変化や位相変化
等を利用した光学測定器にも同様に適用することができ
る。
(発明の効果) 本発明によれば被測定物体の物理量の変動を直線偏光光
束の偏光方位の回転に変換して求める際、光分割手段に
より分割した複数の光束のうち光分割面による反射光を
P−S偏光成分間の位相飛びの影響を受けない方位に
(偏光方位を向けて)配置した偏光素子を介して検出す
ることにより、例えば光源からの発振波長が変動しても
干渉信号のコントラストが変動しない常に高精度な検出
が可能な光学装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明をロータリエンコーダに適用したときの
第1実施例の概略図、第2、第3図は各々第1図の実施
例から得られる出力信号の説明図、第4、第5図は各々
本発明をロータリエンコーダに適用したときの第2、第
3実施例の概略図、第6、第7図は各々従来の非偏光ビ
ームスプリッタにおける反射光と透過光の分光特性の説
明図である。 図中、1は光源、2はコリメーターレンズ、3はプリズ
ム、4はビームスプリッタ面、5a、5bは折返しプリズ
ム、6は回折格子円板、7a、7b、9は1/4波長板、8a、8
bは反射部材、10は非偏光ビームスプリッター、11、12
は偏光板、13、14は検出素子である。
フロントページの続き (72)発明者 石井 哲 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 (56)参考文献 特開 昭62−163919(JP,A) 特開 昭60−97215(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定物体の位置、回転角度、密度等の物
    理量の変動を可干渉性2光束の重ね合わせにより偏光方
    位の回転に変換し、該偏光方位の回転を検出手段により
    検出することにより前記被測定物体の物理量の変動を検
    知する光学装置において、 重ね合わせにより合成された直線偏光光束が入射され、
    反射光束と透過光束の少なくとも2つの光束に分割する
    非偏光ビームスプリッターと、前記非偏光ビームスプリ
    ッターへの入射光束の光軸と前記反射光束の光軸とがな
    す平面に対し垂直もしくは平行な偏光軸を有する偏光板
    と、 前記反射光束を前記偏光板を介してその光量を検出する
    光検出手段と を有することを特徴とする光学装置。
JP63084584A 1988-04-06 1988-04-06 光学装置 Expired - Fee Related JPH0718713B2 (ja)

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US07/334,197 US5067813A (en) 1988-04-06 1989-04-06 Optical apparatus for measuring displacement of an object

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6097215A (ja) * 1983-11-01 1985-05-31 Canon Inc 測長装置
JPS62163919A (ja) * 1986-01-14 1987-07-20 Canon Inc ロ−タリ−エンコ−ダ−

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