JPH0718714B2 - エンコーダー - Google Patents
エンコーダーInfo
- Publication number
- JPH0718714B2 JPH0718714B2 JP63113081A JP11308188A JPH0718714B2 JP H0718714 B2 JPH0718714 B2 JP H0718714B2 JP 63113081 A JP63113081 A JP 63113081A JP 11308188 A JP11308188 A JP 11308188A JP H0718714 B2 JPH0718714 B2 JP H0718714B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- diffraction grating
- beam splitter
- incident
- reflected
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 40
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 15
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 3-morpholin-4-yl-1-oxa-3-azonia-2-azanidacyclopent-3-en-5-imine;hydrochloride Chemical group Cl.[N-]1OC(=N)C=[N+]1N1CCOCC1 NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
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)
- Optical Transform (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンコーダーに関し、特に移動物体に取付けた
回折格子に可干渉性光束を入射させ該回折格子からの回
折光を互いに干渉させて干渉縞を形成し、干渉縞の明暗
の縞を計数することによって回折格子の移動量、即ち移
動物体の移動量を測定するロータリーエンコーダーやリ
ニアエンコーダー等のエンコーダーに関するものであ
る。
回折格子に可干渉性光束を入射させ該回折格子からの回
折光を互いに干渉させて干渉縞を形成し、干渉縞の明暗
の縞を計数することによって回折格子の移動量、即ち移
動物体の移動量を測定するロータリーエンコーダーやリ
ニアエンコーダー等のエンコーダーに関するものであ
る。
（従来の技術） 近年NC工作機械や半導体焼付装置等の精密機械において
は１μｍ以下（サブミクロン）の単位で測定することの
できる精密な測定器が要求されている。従来よりサブミ
クロンの単位で測定することのできる測定器としては、
レーザー等の可干渉性光束を用い、移動物体からの回折
光より干渉縞を形成させ、該干渉縞を利用したロータリ
ーエンコーダーやリニアエンコーダーが良く知られてい
る。
は１μｍ以下（サブミクロン）の単位で測定することの
できる精密な測定器が要求されている。従来よりサブミ
クロンの単位で測定することのできる測定器としては、
レーザー等の可干渉性光束を用い、移動物体からの回折
光より干渉縞を形成させ、該干渉縞を利用したロータリ
ーエンコーダーやリニアエンコーダーが良く知られてい
る。
第６図は従来のリニアエンコーダーの一例の構成図であ
る。同図において１はレーザー、２はコリメーターレン
ズ、３は不図示の移動物体に取付けた格子ピッチｄの回
折格子であり、例えば矢印の方向に速度ｖで移動してい
る。51，52は各々1/4波長板、41，42は回折格子３の傾
きによって生ずる再回折光の軸ずれを防止する為のダハ
プリズム、又はコーナーキューブ反射鏡、６はビームス
プリッター、71，72は偏光板で各々偏光軸は互いに直交
しており、更に1/4波長板51，52の偏光軸と45度の角度
をなすように配置されている。81，82と各々受光素子で
ある。
る。同図において１はレーザー、２はコリメーターレン
ズ、３は不図示の移動物体に取付けた格子ピッチｄの回
折格子であり、例えば矢印の方向に速度ｖで移動してい
る。51，52は各々1/4波長板、41，42は回折格子３の傾
きによって生ずる再回折光の軸ずれを防止する為のダハ
プリズム、又はコーナーキューブ反射鏡、６はビームス
プリッター、71，72は偏光板で各々偏光軸は互いに直交
しており、更に1/4波長板51，52の偏光軸と45度の角度
をなすように配置されている。81，82と各々受光素子で
ある。
同図においてレーザー１からの光束はコリメーターレン
ズ２により略平行光束となり回折格子３に入射する。回
折格子３で回折された正と負のｍ次の回折光は1/4波長
板51，52を介してコーナーキューブ反射鏡41，42で反射
させて、回折格子３に再度入射し再び正と負のｍ次の回
折光となって重なり合いビームスプリッター６で２光束
に分割されて偏光板71，72を介して受光素子81，82に入
射する。
ズ２により略平行光束となり回折格子３に入射する。回
折格子３で回折された正と負のｍ次の回折光は1/4波長
板51，52を介してコーナーキューブ反射鏡41，42で反射
させて、回折格子３に再度入射し再び正と負のｍ次の回
折光となって重なり合いビームスプリッター６で２光束
に分割されて偏光板71，72を介して受光素子81，82に入
射する。
ここで受光素子81，82に入射する光束は1/4波長板51，5
2と偏光板71，72の組み合わせによって互いに90度の位
相差がつけられ、，回折格子３の移動方向の弁別に用い
られている。そして受光素子81，82で受光される干渉縞
の明暗の縞を計数することにより回折格子３の移動量を
求めている。
2と偏光板71，72の組み合わせによって互いに90度の位
相差がつけられ、，回折格子３の移動方向の弁別に用い
られている。そして受光素子81，82で受光される干渉縞
の明暗の縞を計数することにより回折格子３の移動量を
求めている。
第６図に示すリニアエンコーダーは光束の回折格子３の
再入射をダハプリズムやコーナーキューブ反射鏡等の反
射手段を用いて行っている。これによりレーザー１の波
長が例えば周囲温度変化等により変化し、回折格子３か
らの回折角度が変化しても必ず同じ角度で再度回折格子
３を照射し、２つの再回折光が必ず重なり合うように
し、受光素子81，82からの出力信号のS/N比を良好に維
持している。
再入射をダハプリズムやコーナーキューブ反射鏡等の反
射手段を用いて行っている。これによりレーザー１の波
長が例えば周囲温度変化等により変化し、回折格子３か
らの回折角度が変化しても必ず同じ角度で再度回折格子
３を照射し、２つの再回折光が必ず重なり合うように
し、受光素子81，82からの出力信号のS/N比を良好に維
持している。
しかしながらダハプリズムやコーナーキューブ反射鏡等
の反射手段を配置する際には０次の回折光を遮らない位
置に配置する必要がある。例えば回折格子３の格子ピッ
チが3.2μｍ、レーザー１の使用波長が0.78μｍとし第
１次回折光を利用したとすれば回折下位度はsin
−１（0.78/3.2）＝14.2度となる。０次回折光と反射手
段を分離するための回折格子３の光束入射位置での法線
（０次回折光方向）と例えば15mm離れた位置に配置した
とすると反射手段を回折格子３から15/tan14.2O＝59（m
m）離れた位置に配置しなければならない。従ってダハ
プリズムやコーナーキューブ反射鏡を用いると装置全体
がどうしても大型化してしまうか、又、一般にダハプリ
ズムやコーナーキューブ反射鏡と加工精度が高く製作が
難しい等の欠点がある。
の反射手段を配置する際には０次の回折光を遮らない位
置に配置する必要がある。例えば回折格子３の格子ピッ
チが3.2μｍ、レーザー１の使用波長が0.78μｍとし第
１次回折光を利用したとすれば回折下位度はsin
−１（0.78/3.2）＝14.2度となる。０次回折光と反射手
段を分離するための回折格子３の光束入射位置での法線
（０次回折光方向）と例えば15mm離れた位置に配置した
とすると反射手段を回折格子３から15/tan14.2O＝59（m
m）離れた位置に配置しなければならない。従ってダハ
プリズムやコーナーキューブ反射鏡を用いると装置全体
がどうしても大型化してしまうか、又、一般にダハプリ
ズムやコーナーキューブ反射鏡と加工精度が高く製作が
難しい等の欠点がある。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は従来のダハプリズムやコーナーキューブ反射鏡
等を用いる代わりに焦点面近傍に反射鏡を配置した集光
系を用いることにより装置全体の小型化、及び製作上の
容易さを図ると共に偏光ビームスプリッター及び1/4波
長板の軸方向を適切に配置することにより、受光素子に
不要な回折光が入射しないようにし検出精度の向上を図
ったエンコーダー、例えばロータリーエンコーダーやリ
ニアエンコーダーの提供を目的とする。
等を用いる代わりに焦点面近傍に反射鏡を配置した集光
系を用いることにより装置全体の小型化、及び製作上の
容易さを図ると共に偏光ビームスプリッター及び1/4波
長板の軸方向を適切に配置することにより、受光素子に
不要な回折光が入射しないようにし検出精度の向上を図
ったエンコーダー、例えばロータリーエンコーダーやリ
ニアエンコーダーの提供を目的とする。
（問題点を解決するための手段） 可干渉性光束を回折格子に入射させ、該回折格子からの
回折光より干渉光を形成し、該干渉光を光電変換するこ
とにより前記回折格子の移動状態を測定するエンコーダ
ーにおいて、前記可干渉性光束を偏光ビームスプリッタ
ーで２光束に分割し、該２光束の各々を入射光に対する
進相軸を互いに同一方向に配置した1/4波長板を介して
前記回折格子に相異なる方向から入射させ、前記回折格
子からの該２光束の各々の回折光を焦点面近傍に反射面
を設けた集光系により反射させて前記回折格子に再度入
射させ、前記回折格子からの該２光束の各々の再回折光
を前記1/4波長板を介して偏光ビームスプリッターへ逆
行させ、偏光ビームスプリッターによって該２光束の該
再回折光を重ね合わせることによって干渉光を形成し、
該干渉光を光電変換することである。
回折光より干渉光を形成し、該干渉光を光電変換するこ
とにより前記回折格子の移動状態を測定するエンコーダ
ーにおいて、前記可干渉性光束を偏光ビームスプリッタ
ーで２光束に分割し、該２光束の各々を入射光に対する
進相軸を互いに同一方向に配置した1/4波長板を介して
前記回折格子に相異なる方向から入射させ、前記回折格
子からの該２光束の各々の回折光を焦点面近傍に反射面
を設けた集光系により反射させて前記回折格子に再度入
射させ、前記回折格子からの該２光束の各々の再回折光
を前記1/4波長板を介して偏光ビームスプリッターへ逆
行させ、偏光ビームスプリッターによって該２光束の該
再回折光を重ね合わせることによって干渉光を形成し、
該干渉光を光電変換することである。
（実施例） 第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図である。同
図において第６図に示す要素と同一のものには同符番を
付してある。第１図において９は偏光ビームスプリッタ
ー、51，52は各々1/4波長板である。1/4波長板51，52は
後述するようにその進相軸が互いに同一方向を向き、か
つ偏光ビームスプリッター９に対して所定方向に配置さ
れている。
図において第６図に示す要素と同一のものには同符番を
付してある。第１図において９は偏光ビームスプリッタ
ー、51，52は各々1/4波長板である。1/4波長板51，52は
後述するようにその進相軸が互いに同一方向を向き、か
つ偏光ビームスプリッター９に対して所定方向に配置さ
れている。
101，102は反射鏡、11は端面結像型の屈折率分布型の光
学部材で、一方の端に反射膜12が施されている。光学部
材11と反射鏡12より集光系20を構成している。
学部材で、一方の端に反射膜12が施されている。光学部
材11と反射鏡12より集光系20を構成している。
本実施例ではレーザー１からの可干渉性光束をコリメー
ターレンズ２によて略平行光束とし、偏光ビームスプリ
ッター９に入射させ直線偏光の透過光束と同じく直線偏
光の反射光束の２つの光束に分割している。このときレ
ーザー１の出射光束の直線偏光方位が偏光ビームスプリ
ッター９に対して45度となるようにレーザー１の取付位
置を調整している。これにより偏光ビームスプリッター
９から透過光束と反射光束の強度比が略1:1となるよう
にしている。
ターレンズ２によて略平行光束とし、偏光ビームスプリ
ッター９に入射させ直線偏光の透過光束と同じく直線偏
光の反射光束の２つの光束に分割している。このときレ
ーザー１の出射光束の直線偏光方位が偏光ビームスプリ
ッター９に対して45度となるようにレーザー１の取付位
置を調整している。これにより偏光ビームスプリッター
９から透過光束と反射光束の強度比が略1:1となるよう
にしている。
そして偏光ビームスプリッター９からの反射光束と透過
光束を14波長板51，52を介して円偏光とし、反射鏡1
01，102で反射させて回折格子３に入射させる際、対象
とする回折格子３からのｍ次回折光が回折格子３から略
垂直に反射するように入射させている。
光束を14波長板51，52を介して円偏光とし、反射鏡1
01，102で反射させて回折格子３に入射させる際、対象
とする回折格子３からのｍ次回折光が回折格子３から略
垂直に反射するように入射させている。
即ち回折格子３の格子ピッチをＰ、可干渉性光束の波長
をλ、ｍを整数とし、可干渉性光束の回折格子３への入
射角度をθｍとしたとき θｍ≒sin−１（ｍλ/P） ……（１） となるように入射させている。
をλ、ｍを整数とし、可干渉性光束の回折格子３への入
射角度をθｍとしたとき θｍ≒sin−１（ｍλ/P） ……（１） となるように入射させている。
回折格子３から略垂直に射出したｍ次回折光を光学部材
11に入射させている。光学部材11の焦点面近傍には反射
膜12が施されているので、入射した光束は第２図に示す
ように反射膜12で反射した後、元の光路を戻り光学部材
11から射出し、再度回路格子３に入射する。
11に入射させている。光学部材11の焦点面近傍には反射
膜12が施されているので、入射した光束は第２図に示す
ように反射膜12で反射した後、元の光路を戻り光学部材
11から射出し、再度回路格子３に入射する。
そして回折格子３で再度回折されたｍ次の反射回折光は
元の光路を戻り、反射鏡101，102で反射し、1/4波長板5
1，52を透過し偏光ビームスプリッター９に再入射す
る。
元の光路を戻り、反射鏡101，102で反射し、1/4波長板5
1，52を透過し偏光ビームスプリッター９に再入射す
る。
このとき再回折光は1/4波長板51，52を往復しているの
で、偏光ビームスプリッター９で最初反射した光束は再
入射するときは偏光ビームスプリッター９に対して偏光
方位が90度異なっている為、透過するようになる。逆に
偏光ビームスプリッター９で最初透過した光束は再入射
したとき反射されるようになる。
で、偏光ビームスプリッター９で最初反射した光束は再
入射するときは偏光ビームスプリッター９に対して偏光
方位が90度異なっている為、透過するようになる。逆に
偏光ビームスプリッター９で最初透過した光束は再入射
したとき反射されるようになる。
こうして偏光ビームスプリッター９で２つの回折光を重
なり合わせ1/4波長板53を介した後、円偏光とし、ビー
ムスプリッター６で２つの光束に分割し、各々偏光板
71，72を介した後、直線偏光とし受光素子81，82に各々
入射させている。
なり合わせ1/4波長板53を介した後、円偏光とし、ビー
ムスプリッター６で２つの光束に分割し、各々偏光板
71，72を介した後、直線偏光とし受光素子81，82に各々
入射させている。
尚、（１）式の角度θｍは回折光が集光系20に入射し、
再度回折格子３に入射出来る程度の範囲内であれば良い
ことを示している。
再度回折格子３に入射出来る程度の範囲内であれば良い
ことを示している。
本実施例においてｍ次の回折光の位相は回折格子がピッ
チ移動すると2mπだけ変化する。従って受光素子81，82
からは正と負のｍ次の回折を２回ずつ受けた光束の干渉
を受光している為、回折格子が格子の１ピンチ分移動す
ると4m個の正弦波信号が得られる。
チ移動すると2mπだけ変化する。従って受光素子81，82
からは正と負のｍ次の回折を２回ずつ受けた光束の干渉
を受光している為、回折格子が格子の１ピンチ分移動す
ると4m個の正弦波信号が得られる。
例えば回折格子３のピッチ3.2μｍ、回折光として１次
（ｍ＝１）を利用したとすれば回折格子３が3.2μｍ移
動したとき受光素子81，82からは４個の正弦波信号が得
られる。即ち正弦波１個当り分解能として回折格子３の
ピッチの1/4即ち3.2/4＝0.8μｍが得られる。
（ｍ＝１）を利用したとすれば回折格子３が3.2μｍ移
動したとき受光素子81，82からは４個の正弦波信号が得
られる。即ち正弦波１個当り分解能として回折格子３の
ピッチの1/4即ち3.2/4＝0.8μｍが得られる。
第７図は本実施例における偏光ビームスプリッター９の
偏光方位と1/4波長板51，52の進相軸（速い軸）との位
置関係について示した説明図である。同図に示すように
1/4波長板51，52は、その進相軸（速い軸）が、偏光ビ
ームスプリッター９を反射・透過した直線偏光の偏光方
位に対して45°方向に設定されており、かつ1/4波長板5
1，52の進相軸が互いに同一方向に設定されている。即
ち、偏光ビームスプリッター９で反射した光束は1/4波
長板51を透過して右回りの円偏光となって回折格子３に
入射し、集光系20で反射して戻ってくるｍ次回折光が1/
4波長板51を再度透過すると、往路とは直交した方向に
振動する直線偏光となって偏光ビームスプリッター９を
透過し、受光部に導光される。
偏光方位と1/4波長板51，52の進相軸（速い軸）との位
置関係について示した説明図である。同図に示すように
1/4波長板51，52は、その進相軸（速い軸）が、偏光ビ
ームスプリッター９を反射・透過した直線偏光の偏光方
位に対して45°方向に設定されており、かつ1/4波長板5
1，52の進相軸が互いに同一方向に設定されている。即
ち、偏光ビームスプリッター９で反射した光束は1/4波
長板51を透過して右回りの円偏光となって回折格子３に
入射し、集光系20で反射して戻ってくるｍ次回折光が1/
4波長板51を再度透過すると、往路とは直交した方向に
振動する直線偏光となって偏光ビームスプリッター９を
透過し、受光部に導光される。
一方、偏光ビームスプリッター９を最初透過した光束は
1/4波長板52を透過して左回りの円偏光となって回折格
子３に入射し、集光系20で反射して戻ってくる−ｍ次回
折光が1/4波長板52を再度透過すると、往路とは直交方
向の直線偏光となって偏光ビームスプリッター９で反射
し、受光部に導光される。回折格子３に（１）式で表わ
される角度θｍで２光束を入射させると、回折格子３に
よる正反射光（０次反射回折光）が、±ｍ次の往復回折
光の光路に重なり合って偏光ビームスプリッター９に入
射する。ここで、1/4波長板51と52の進相軸は同一方向
に設定されているので、最初偏光ビームスプリッター９
で反射して1/4波長板51を透過して右回りの円偏光とな
って回折格子３で正反射した光束は1/4波長板52を透過
すると、1/4波長板51に入射したときとは直交する方向
の直線偏光となるので該直線偏光は偏光ビームスプリッ
ター９を透過する。従って、この光束は受光部には入ら
ない。最初偏光ビームスプリッター９を透過して回折格
子で正反射した光束についても同様に受光部には入らな
い。
1/4波長板52を透過して左回りの円偏光となって回折格
子３に入射し、集光系20で反射して戻ってくる−ｍ次回
折光が1/4波長板52を再度透過すると、往路とは直交方
向の直線偏光となって偏光ビームスプリッター９で反射
し、受光部に導光される。回折格子３に（１）式で表わ
される角度θｍで２光束を入射させると、回折格子３に
よる正反射光（０次反射回折光）が、±ｍ次の往復回折
光の光路に重なり合って偏光ビームスプリッター９に入
射する。ここで、1/4波長板51と52の進相軸は同一方向
に設定されているので、最初偏光ビームスプリッター９
で反射して1/4波長板51を透過して右回りの円偏光とな
って回折格子３で正反射した光束は1/4波長板52を透過
すると、1/4波長板51に入射したときとは直交する方向
の直線偏光となるので該直線偏光は偏光ビームスプリッ
ター９を透過する。従って、この光束は受光部には入ら
ない。最初偏光ビームスプリッター９を透過して回折格
子で正反射した光束についても同様に受光部には入らな
い。
更に集光系20で反射し、回折格子３に再度入射して発生
した回折光のうち、往路を戻るｍ次回折光の反対符号の
−ｍ次回折光が反対側の光路に重なり合って偏光ビーム
スプリッター９に入射するが、1/4波長板51と52の軸を
前記のように設定することにより、上記正反射光と同様
に受光部に入射するのを防止している。つまり、1/4波
長板51，52の進相軸を同一方向に設定することによっ
て、信号光となる±ｍ次の往復回折光のみが受光部に入
り、正反射光及びｍ次回折後に−ｍ次回折した光及び−
ｍ次回折後に＋ｍ次回折した光は、いずれも受光部に入
ることはない。このように本実施例では受光素子81，82
の出力信号のS/N比は低下を防止し、高精度の検出を可
能としている。
した回折光のうち、往路を戻るｍ次回折光の反対符号の
−ｍ次回折光が反対側の光路に重なり合って偏光ビーム
スプリッター９に入射するが、1/4波長板51と52の軸を
前記のように設定することにより、上記正反射光と同様
に受光部に入射するのを防止している。つまり、1/4波
長板51，52の進相軸を同一方向に設定することによっ
て、信号光となる±ｍ次の往復回折光のみが受光部に入
り、正反射光及びｍ次回折後に−ｍ次回折した光及び−
ｍ次回折後に＋ｍ次回折した光は、いずれも受光部に入
ることはない。このように本実施例では受光素子81，82
の出力信号のS/N比は低下を防止し、高精度の検出を可
能としている。
本実施例における集光系20は焦点面近傍に反射面を配置
している為に例えばレーザー光の発振波長の変化に伴う
回折角が微少変化して集光レンズへの入射角が多少変化
しても、略同じ光路で戻すことができる。これにより２
つの正と負の回折光を重なり合わせ受光素子81，82の出
力信号のS/N比の低下を防止している。
している為に例えばレーザー光の発振波長の変化に伴う
回折角が微少変化して集光レンズへの入射角が多少変化
しても、略同じ光路で戻すことができる。これにより２
つの正と負の回折光を重なり合わせ受光素子81，82の出
力信号のS/N比の低下を防止している。
又、本実施例では可干渉性光束の回折格子３への入射角
度を前述の如く設定すると共に集光系を用いることによ
り装置全体の小型化を図っている。
度を前述の如く設定すると共に集光系を用いることによ
り装置全体の小型化を図っている。
例えば回折格子３の格子ピッチ3.2μｍ、レーザー１の
波長を0.78μとすれば、±１次の回折光の回折角度は先
に述べたように14.2度である。そこで光学部材11として
直径2mm程度の屈折率分布型レンズを用いて、±１次の
回折光のみを反射させる場合、回折格子３から、レンズ
11までの距離は2/tan14.2O＝7.9mmとなり、8mm程度離せ
ばよく、装置全体を極めて小型に構成することができ
る。
波長を0.78μとすれば、±１次の回折光の回折角度は先
に述べたように14.2度である。そこで光学部材11として
直径2mm程度の屈折率分布型レンズを用いて、±１次の
回折光のみを反射させる場合、回折格子３から、レンズ
11までの距離は2/tan14.2O＝7.9mmとなり、8mm程度離せ
ばよく、装置全体を極めて小型に構成することができ
る。
尚、本実施例では光学部材11として屈折率分布型レンズ
を用いているが、第３図のように集光レンズ13と反射鏡
14の組み合わせで構成しても良い。
を用いているが、第３図のように集光レンズ13と反射鏡
14の組み合わせで構成しても良い。
また、本実施例においては反射回折光を用いているが第
４図のように集光系20を配置して透過回折光を利用して
も良い。
４図のように集光系20を配置して透過回折光を利用して
も良い。
第５図は本発明の別の実施例である。同図において第１
図の要素と同一要素には同符番を付してある。第５図に
おいて15は偏光プリズムで、第１図の実施例における偏
光ビームスプリッター９と同一の機能を有するものであ
る。また、16は折り返しプリズムで、第１図の実施例に
おける反射鏡101，102の組み合わせと同一の機能を有し
ている。
図の要素と同一要素には同符番を付してある。第５図に
おいて15は偏光プリズムで、第１図の実施例における偏
光ビームスプリッター９と同一の機能を有するものであ
る。また、16は折り返しプリズムで、第１図の実施例に
おける反射鏡101，102の組み合わせと同一の機能を有し
ている。
本実施例ではレーザー１からの光束をコリメーターレン
ズ２により略平行光とし、偏光プリズム15に入射させて
いる。偏光プリズム15に入射させた光束は反射面15a,15
bで反射させた後、偏光ビーム分割面15cで反射光束L1と
透過光速L2の２つの光束に分割している。反射光束L1と
透過光束L2は各々反射面15a,15dで反射し、面15bより射
出して、1/4波長板51，52を透過した後、折り返してプ
リズム16で所定角度屈折させ、回折格子３に前述の条件
を満足するように各々入射させている。
ズ２により略平行光とし、偏光プリズム15に入射させて
いる。偏光プリズム15に入射させた光束は反射面15a,15
bで反射させた後、偏光ビーム分割面15cで反射光束L1と
透過光速L2の２つの光束に分割している。反射光束L1と
透過光束L2は各々反射面15a,15dで反射し、面15bより射
出して、1/4波長板51，52を透過した後、折り返してプ
リズム16で所定角度屈折させ、回折格子３に前述の条件
を満足するように各々入射させている。
そして回折格子３で回折した所定次数の回折光を集光系
20を介し、再度回折格子３に入射させ、回折格子３から
の２つの再回折光を折り返しプリズム16と偏光プリズム
15を介し重ね合わせた後、第１図の実施例と同様に1/4
波長板53を透過させ、ビームスプリッター６で２つの光
束に分割して各々偏光板71，72を介した後、受光素子
81，82で各々受光している。
20を介し、再度回折格子３に入射させ、回折格子３から
の２つの再回折光を折り返しプリズム16と偏光プリズム
15を介し重ね合わせた後、第１図の実施例と同様に1/4
波長板53を透過させ、ビームスプリッター６で２つの光
束に分割して各々偏光板71，72を介した後、受光素子
81，82で各々受光している。
尚、以上の各実施例ではリニアエンコーダーについて説
明したがロータリーエンコーダーについても全く同様に
適用することができる。
明したがロータリーエンコーダーについても全く同様に
適用することができる。
（発明の効果） 本発明によれば可干渉性光束を偏光ビームスプリッター
で２つの直線偏光に分割した後、該２つの光束を所定の
方向に進相軸を向けた1/4波長板を通過させた後，該２
つの光束の回折格子への入射角を前述の如く設定すると
共に焦点面近傍に反射面を配置した集光系を利用するこ
とにより、受光部に不要な回折光が入射するのを防止
し、装置全体の小型化を図った高精度のエンコーダーを
達成することができる。
で２つの直線偏光に分割した後、該２つの光束を所定の
方向に進相軸を向けた1/4波長板を通過させた後，該２
つの光束の回折格子への入射角を前述の如く設定すると
共に焦点面近傍に反射面を配置した集光系を利用するこ
とにより、受光部に不要な回折光が入射するのを防止
し、装置全体の小型化を図った高精度のエンコーダーを
達成することができる。
第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図、第２図、
第３図は各々第１図の一部分の光学作用の説明図、第４
図は第１図の実施例において一部変更したときの部分説
明図、第５図は本発明の他の実施例の光学系の概略図、
第６図は従来のリニアエンコーダーの説明図、第７図は
本発明のエンコーダーにおける偏光ビームスプリッター
の偏光方位と1/4波長板の軸方位との関係を示す説明図
である。 図中、１はレーザー、２はコリメーターレンズ、３は回
折格子、41，42はコーナーキューブ反射鏡、51，52，53
は1/4波長板、６はビームスプリッター、71，72は偏光
板、81，82は受光素子、９は偏光ビームスプリッター、
101，102は反射鏡、20は集光系である。
第３図は各々第１図の一部分の光学作用の説明図、第４
図は第１図の実施例において一部変更したときの部分説
明図、第５図は本発明の他の実施例の光学系の概略図、
第６図は従来のリニアエンコーダーの説明図、第７図は
本発明のエンコーダーにおける偏光ビームスプリッター
の偏光方位と1/4波長板の軸方位との関係を示す説明図
である。 図中、１はレーザー、２はコリメーターレンズ、３は回
折格子、41，42はコーナーキューブ反射鏡、51，52，53
は1/4波長板、６はビームスプリッター、71，72は偏光
板、81，82は受光素子、９は偏光ビームスプリッター、
101，102は反射鏡、20は集光系である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石塚 公 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 (72)発明者 窪田 洋一 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 特公 平３−58043（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】可干渉性光束を回折格子に入射させ、該回
折格子からの回折光より干渉光を形成し、該干渉光を光
電変換することにより前記回折格子の移動状態を測定す
るエンコーダーにおいて、前記可干渉性光束を偏光ビー
ムスプリッターで２光束に分割し、該２光束の各々を入
射光に対する進相軸を互いに同一方向に配置した1/4波
長板を介して前記回折格子に相異なる方向から入射さ
せ、前記回折格子からの該２光束の各々の回折光を焦点
面近傍に反射面を設けた集光系により反射させて前記回
折格子に再度入射させ、前記回折格子からの該２光束の
各々の再回折光を前記1/4波長板を介して偏光ビームス
プリッターへ逆行させ、偏光ビームスプリッターによっ
て該２光束の該再回折光を重ね合わせることによって干
渉光を形成し、該干渉光を光電変換することを特徴とす
るエンコーダー。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63113081A JPH0718714B2 (ja) | 1988-05-10 | 1988-05-10 | エンコーダー |
| US07/346,701 US5000542A (en) | 1988-05-10 | 1989-05-03 | Optical type encoder |
| DE3915143A DE3915143C2 (de) | 1988-05-10 | 1989-05-09 | Optischer Geber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63113081A JPH0718714B2 (ja) | 1988-05-10 | 1988-05-10 | エンコーダー |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6180959A Division JP2629606B2 (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | エンコーダー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01284715A JPH01284715A (ja) | 1989-11-16 |
| JPH0718714B2 true JPH0718714B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=14603000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63113081A Expired - Fee Related JPH0718714B2 (ja) | 1988-05-10 | 1988-05-10 | エンコーダー |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5000542A (ja) |
| JP (1) | JPH0718714B2 (ja) |
| DE (1) | DE3915143C2 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2683117B2 (ja) * | 1989-10-31 | 1997-11-26 | キヤノン株式会社 | エンコーダー |
| JP3034899B2 (ja) * | 1990-04-09 | 2000-04-17 | 日本電信電話株式会社 | エンコーダ |
| JP3109900B2 (ja) * | 1992-04-21 | 2000-11-20 | キヤノン株式会社 | 測定装置 |
| US5231536A (en) * | 1992-05-01 | 1993-07-27 | Xrl, Inc. | Robust, LED illumination system for OCR of indicia on a substrate |
| US5424829A (en) * | 1992-09-02 | 1995-06-13 | Mitutoyo Corporation | Apparatus wherein diffracted light does not return to the source |
| GB2270379B (en) * | 1992-09-02 | 1997-01-22 | Mitutoyo Corp | Lattice interference-type displacement detection equipment |
| JPH074993A (ja) * | 1993-03-23 | 1995-01-10 | Ricoh Co Ltd | エンコーダ装置 |
| US5442172A (en) * | 1994-05-27 | 1995-08-15 | International Business Machines Corporation | Wavefront reconstruction optics for use in a disk drive position measurement system |
| US6399940B1 (en) | 1999-05-10 | 2002-06-04 | Fanuc America Corporation | Optical rotary position encoder |
| US7057741B1 (en) | 1999-06-18 | 2006-06-06 | Kla-Tencor Corporation | Reduced coherence symmetric grazing incidence differential interferometer |
| DE10235669B4 (de) * | 2002-08-03 | 2016-11-17 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Positionsmesseinrichtung |
| DE102004053082A1 (de) | 2004-11-03 | 2006-05-04 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Positionsmesssystem |
| JP4722474B2 (ja) * | 2004-12-24 | 2011-07-13 | 株式会社ミツトヨ | 変位検出装置 |
| JP4852318B2 (ja) * | 2006-02-20 | 2012-01-11 | 株式会社マグネスケール | 変位検出装置、偏光ビームスプリッタ及び回折格子 |
| JP6427399B2 (ja) * | 2014-04-14 | 2018-11-21 | Dmg森精機株式会社 | 変位検出装置 |
| US10120196B2 (en) | 2016-09-30 | 2018-11-06 | National Taiwan University Of Science And Technology | Optical device |
| CN113566714B (zh) * | 2021-07-29 | 2022-09-20 | 同济大学 | 一种自溯源型光栅干涉精密位移测量系统 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3726595A (en) * | 1970-01-07 | 1973-04-10 | Canon Kk | Method for optical detection and/or measurement of movement of a diffraction grating |
| DE2003492A1 (de) * | 1970-01-27 | 1971-08-12 | Leitz Ernst Gmbh | Messverfahren fuer Schrittgeber zum Messen von Laengen oder Winkeln sowie Anordnungen zur Durchfuehrung dieses Messverfahrens |
| US3738753A (en) * | 1970-09-21 | 1973-06-12 | Holograf Corp | Interferometer utilizing gratings to measure motion |
| DE2240968A1 (de) * | 1972-08-21 | 1974-03-07 | Leitz Ernst Gmbh | Optisches verfahren zur messung der relativen verschiebung eines beugungsgitters sowie einrichtungen zu seiner durchfuehrung |
| DE3039425A1 (de) * | 1980-10-18 | 1982-05-19 | Ernst Leitz Wetzlar Gmbh, 6330 Wetzlar | Einrichtung zur fotoelektrischen bestimmung der lage mindestens einer schaerfenebene eines bildes |
| US4629886A (en) * | 1983-03-23 | 1986-12-16 | Yokogawa Hokushin Electric Corporation | High resolution digital diffraction grating scale encoder |
| EP0311144B1 (en) * | 1983-11-04 | 1993-07-14 | Sony Magnescale, Inc. | Optical instrument for measuring displacement |
| US4596467A (en) * | 1984-03-16 | 1986-06-24 | Hughes Aircraft Company | Dissimilar superimposed grating precision alignment and gap measurement systems |
| JPH073344B2 (ja) * | 1987-06-15 | 1995-01-18 | キヤノン株式会社 | エンコ−ダ− |
-
1988
- 1988-05-10 JP JP63113081A patent/JPH0718714B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-05-03 US US07/346,701 patent/US5000542A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-05-09 DE DE3915143A patent/DE3915143C2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3915143C2 (de) | 1995-04-27 |
| JPH01284715A (ja) | 1989-11-16 |
| US5000542A (en) | 1991-03-19 |
| DE3915143A1 (de) | 1989-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH073344B2 (ja) | エンコ−ダ− | |
| US4970388A (en) | Encoder with diffraction grating and multiply diffracted light | |
| US4979826A (en) | Displacement measuring apparatus | |
| JP2629948B2 (ja) | エンコーダー | |
| JPH0718714B2 (ja) | エンコーダー | |
| JP3066923B2 (ja) | エンコーダ及びこれを有するシステム | |
| JP6702666B2 (ja) | 変位検出装置 | |
| JPS63277926A (ja) | 測長装置 | |
| JP2683117B2 (ja) | エンコーダー | |
| JP2001336952A (ja) | 測定装置 | |
| JPH046884B2 (ja) | ||
| JP3038860B2 (ja) | エンコーダ | |
| JPS59163517A (ja) | 光学式スケ−ル読取装置 | |
| JPH0416177Y2 (ja) | ||
| JP2629606B2 (ja) | エンコーダー | |
| JP2003035570A (ja) | 回折干渉式リニアスケール | |
| JP2683098B2 (ja) | エンコーダー | |
| JPS62204126A (ja) | エンコ−ダ− | |
| JP3490128B2 (ja) | 光電式エンコーダ | |
| JP3517506B2 (ja) | 光学式変位測定装置 | |
| JP3392898B2 (ja) | 格子干渉型変位測定装置 | |
| JPH0428014Y2 (ja) | ||
| JPS61130816A (ja) | リニアエンコ−ダ− | |
| JPS62163921A (ja) | ロ−タリ−エンコ−ダ− | |
| JPS63309817A (ja) | リニアエンコ−ダ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |