JPH08261729A - Scale inspecting apparatus - Google Patents

Scale inspecting apparatus

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JPH08261729A
JPH08261729A JP6777995A JP6777995A JPH08261729A JP H08261729 A JPH08261729 A JP H08261729A JP 6777995 A JP6777995 A JP 6777995A JP 6777995 A JP6777995 A JP 6777995A JP H08261729 A JPH08261729 A JP H08261729A
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JP
Japan
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light
scale
aperture ratio
pitch
incident
Prior art date
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Pending
Application number
JP6777995A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiji Matsui
圭司 松井
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Okuma Corp
Original Assignee
Okuma Machinery Works Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Okuma Machinery Works Ltd filed Critical Okuma Machinery Works Ltd
Priority to JP6777995A priority Critical patent/JPH08261729A/en
Publication of JPH08261729A publication Critical patent/JPH08261729A/en
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  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a scale inspecting apparatus which can simply inspect the open area ratio of an optical grid formed on a scale used in an optical encoder in a short time. CONSTITUTION: The scale inspecting apparatus comprises photodetectors PD0, PD1, PD2 for photodetecting a plurality of diffraction lights transmitted or reflected at a scale 2 to be inspected in which a luminous flux from a coherence light source 1 such as an HeNe laser is incident, and a signal processor for obtaining an open area ratio based on the diffraction light photoelectrically converted by the photodetectors. The processor mounts an open area ratio calculator including a divider for obtaining primary and secondary diffraction light intensities for a zero-order diffraction light intensity and a relative intensity-open area ratio converter for calculating the open area ratio from the relative strengths of the primary and secondary diffraction lights in order to obtain the open area ratio by utilizing a phenomenon in which the intensity ratios of a plurality of the diffraction lights are different.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械等でテーブル
の位置を検出する光学式エンコーダの、構成要素である
スケールの検査装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scale inspecting apparatus which is a constituent element of an optical encoder for detecting the position of a table in a machine tool or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図11は、一般的な光学式エンコーダを
示した図である。光源201から出た光はコリメータレ
ンズ202によって平行光となりメインスケール203
に入射する。光はメインスケール203を透過したあと
インデックススケール204を透過して光電変換素子2
05に入射して電気信号に変換される。ここで、メイン
スケール203とインデックススケール204上には、
透明部と非透明部の繰り返しからなる光学格子が設けら
れている。図12はメインスケール203上に設けられ
た光学格子の例である。
2. Description of the Related Art FIG. 11 is a diagram showing a general optical encoder. The light emitted from the light source 201 is converted into parallel light by the collimator lens 202, and the main scale 203
Incident on. The light passes through the main scale 203 and then the index scale 204, and the photoelectric conversion element 2
It is incident on 05 and converted into an electric signal. Here, on the main scale 203 and the index scale 204,
An optical grating including a transparent portion and a non-transparent portion is provided. FIG. 12 is an example of an optical grating provided on the main scale 203.

【0003】このような光学格子206が設けられたメ
インスケール203がスケール長手方向に相対変位する
と、光電変換素子に入射する光の強度が変化する。従っ
て、電気信号も相対変位にしたがって変化する。光学式
エンコーダでは、この電気信号から位置を検出する。
When the main scale 203 provided with such an optical grating 206 is relatively displaced in the longitudinal direction of the scale, the intensity of light incident on the photoelectric conversion element changes. Therefore, the electric signal also changes according to the relative displacement. The optical encoder detects the position from this electric signal.

【0004】メインスケール203の相対変位に対して
変化する電気信号(以下、変位信号と呼ぶ)は、光学格
子206のピッチや、メインスケール203とインデッ
クススケール204間の間隙によっても変わるが、通
常、図13のような正弦波信号であることが一般的であ
る。
An electric signal that changes with respect to the relative displacement of the main scale 203 (hereinafter referred to as a displacement signal) also changes depending on the pitch of the optical grating 206 and the gap between the main scale 203 and the index scale 204, but normally, A sine wave signal as shown in FIG. 13 is generally used.

【0005】ここで、変位信号として所望の波形で、か
つ、所望の周期の信号を得るためにはメインスケールと
インデックススケール204上の光学格子の透明部と非
透明部との比(開口率)、そして、光学格子のピッチが
所定の設計値になっている必要がある。図14は、スケ
ール上の光学格子の拡大図であり、開口率αが0.4
で、ピッチPが8μmで設計された光学格子である。こ
こで、開口率とは、格子の透明部Tと非透明部Oとの比
を表すものであり、開口率α=透明部T/(透明部T+
非透明部O)で定義される。また、ピッチPとは、透明
部と非透明部との繰り返しの周期である。また、ここで
は透過型の回折格子について開口率を定義したが、反射
部と非反射部の繰り返しからなる反射型の回折格子の場
合は、透明部が反射部に対応するので開口率は、開口率
α=反射部R/(反射部R+非反射部B)と表すことが
できる。
Here, in order to obtain a signal having a desired waveform as the displacement signal and a desired period, the ratio (aperture ratio) of the transparent portion and the non-transparent portion of the optical grating on the main scale and the index scale 204 is obtained. , And the pitch of the optical grating needs to be a predetermined design value. FIG. 14 is an enlarged view of the optical grating on the scale, in which the aperture ratio α is 0.4.
Thus, the optical grating is designed with a pitch P of 8 μm. Here, the aperture ratio represents the ratio of the transparent portion T and the non-transparent portion O of the lattice, and the aperture ratio α = transparent portion T / (transparent portion T +
It is defined by the non-transparent part O). Further, the pitch P is a cycle of repeating the transparent portion and the non-transparent portion. Although the aperture ratio is defined here for the transmission type diffraction grating, in the case of a reflection type diffraction grating consisting of repeating reflective and non-reflective parts, the transparent part corresponds to the reflective part, so the aperture ratio is The ratio α can be expressed as: reflection portion R / (reflection portion R + non-reflection portion B).

【0006】もし、メインスケール上の光学格子の開口
率が設計値と異なっていたり、光学格子のピッチが設計
値に比べて誤差を持っていたりすると、変位信号の波形
が乱れたり、変位信号のピッチが変化したりして正確な
位置検出ができなくなる。
If the aperture ratio of the optical grating on the main scale is different from the designed value or if the pitch of the optical grating has an error compared with the designed value, the waveform of the displacement signal is disturbed or the displacement signal Accurate position detection cannot be performed because the pitch changes.

【0007】そのため、メインスケールとインデックス
スケール上の光学格子については、開口率とピッチの検
査が必要となる。
Therefore, it is necessary to inspect the aperture ratio and the pitch of the optical gratings on the main scale and the index scale.

【0008】従来、光学格子の開口率やピッチを検査す
る場合、光学格子のピッチは数μm〜数10μmと微細
であるため、拡大投影器や測定用の顕微鏡などでスケー
ル上の格子の一部分を拡大して透明部と非透明部の幅を
測定して算出していた。
Conventionally, when inspecting the aperture ratio and pitch of an optical grating, the pitch of the optical grating is as small as several μm to several tens of μm, and therefore, a part of the grating on the scale is measured by a magnifying projector or a measuring microscope. It was enlarged and the widths of the transparent part and the non-transparent part were measured and calculated.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいて、次のような問題点があった。
However, there have been the following problems in the prior art.

【0010】(1)顕微鏡等では、同時に観測できる範
囲が狭いために長いスケールを測定する場合は非常に手
間がかかる。
(1) With a microscope or the like, it is extremely troublesome to measure a long scale because the range that can be simultaneously observed is narrow.

【0011】特に、ピッチの小さい格子の検査の場合正
確な測定をするためには拡大倍率を大きくする必要があ
る。しかし、そうすると逆に同時に観測できる範囲は非
常に狭くなってしまい必要な長さの測定には非常に時間
を要する。例えば、10μmピッチの光学格子の場合、
1m長のスケールには10万本の格子があることにな
り、実際に上記のような測定を全長にわたって行なうの
は困難である。
In particular, in the case of inspecting a grating having a small pitch, it is necessary to increase the enlargement magnification for accurate measurement. However, conversely, the range that can be observed simultaneously becomes very narrow, and it takes a very long time to measure the required length. For example, in the case of an optical grating with a pitch of 10 μm,
Since there are 100,000 grids on a scale of 1 m length, it is difficult to actually perform the above-described measurement over the entire length.

【0012】(2)格子の幅にばらつきがあると正確な
検査ができない。
(2) Accurate inspection cannot be performed if the width of the lattice varies.

【0013】前述のように顕微鏡等によって1本1本の
格子を測定するのは、多大な時間を要するためスケール
上の何点かで、抜き取り的な検査をせざるを得ない、し
かしながら、1本1本のばらつきがあった場合には、正
確な検査ができない。
As described above, it takes a lot of time to measure each grating by using a microscope or the like, and therefore some points on the scale must be inspected in a spotty manner. Accurate inspection cannot be performed if there is a variation in each line.

【0014】本発明は以上のような問題を解決するため
になされたものであり、その目的は、光学式エンコーダ
で使用されるスケール上に形成された光学格子の開口率
を短時間で簡単に検査できるスケール検査装置を提供す
ることにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to reduce the aperture ratio of an optical grating formed on a scale used in an optical encoder in a short time and easily. It is to provide a scale inspection device that can inspect.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに本発明は、可干渉光源と、前記可干渉光源からの光
束が入射する被験スケールを透過あるいは反射した複数
の回折光を受光する受光器と、前記受光器により得られ
た複数の回折光に基づいて開口率を求める信号処理装置
と、を有し、前記信号処理装置は、複数の回折光の強度
を比較することで前記被験スケール上の光学格子の開口
率を求める開口率算出手段を含むことを特徴とする。
To achieve the above object, the present invention receives a coherent light source and a plurality of diffracted light transmitted or reflected by a test scale on which a light beam from the coherent light source is incident. A signal processing device that includes a light receiver and a signal processing device that obtains an aperture ratio based on a plurality of diffracted light beams obtained by the light receiver device, wherein the signal processing device compares the intensities of the plurality of diffracted light beams to perform the test. It is characterized by including aperture ratio calculating means for determining the aperture ratio of the optical grating on the scale.

【0016】また、前記信号処理装置は、回折光の入射
位置を検出することにより、前記被験スケール上の光学
格子のピッチを求める格子ピッチ算出手段を含むことを
特徴とする。
Further, the signal processing apparatus is characterized in that it includes grating pitch calculating means for finding the pitch of the optical grating on the test scale by detecting the incident position of the diffracted light.

【0017】また、前記信号処理装置は、前記受光器で
得られた回折光のうち0次回折光の入射位置を検出する
ことにより、0次回折光の光軸ずれを求める光軸ずれ算
出手段を含むことを特徴とする。
Further, the signal processing device includes an optical axis shift calculating means for obtaining an optical axis shift of the 0th order diffracted light by detecting an incident position of the 0th order diffracted light in the diffracted light obtained by the light receiver. It is characterized by

【0018】更に、前記受光器上には、複数に分割され
た受光面が設けられておりそれぞれの受光面に入射する
光を別々に光電変換することを特徴とする。
Further, a plurality of light receiving surfaces are provided on the light receiving device, and light incident on each of the light receiving surfaces is photoelectrically converted separately.

【0019】[0019]

【作用】本発明のスケール検査装置は、光学格子に入射
した可干渉光が、透過あるいは反射して、回折現象によ
り複数の回折光に分かれる際、光学格子の開口率によっ
て複数の回折光の強度比率が決まり、光学格子のピッチ
によって複数の回折光の回折角度が決まる物理現象を利
用して、被験スケールに可干渉性をもつ測定光を入射し
その回折光に基づいて光学格子の開口率とピッチを容易
に算出することができる。
According to the scale inspection apparatus of the present invention, when the coherent light incident on the optical grating is transmitted or reflected and is divided into a plurality of diffracted lights by the diffraction phenomenon, the intensities of the plurality of diffracted lights are increased by the aperture ratio of the optical grating. The ratio is determined, and the diffraction angle of multiple diffracted lights is determined by the pitch of the optical grating.By utilizing the physical phenomenon, coherent measurement light is incident on the test scale, and the aperture ratio of the optical grating is determined based on the diffracted light. The pitch can be easily calculated.

【0020】[0020]

【実施例】【Example】

実施例1.図1は本発明の第1の実施例を示す図であ
る。HeNeレーザ等の可干渉光源1を出た測定光は可
動テーブル上(図示せず)に設置された被験スケール2
に入射し、被験スケール2上の光学格子で回折されて複
数の回折光に分離する。このとき測定光と同じ方向に進
む光を0次回折光と呼び、その他の回折光を、回折角度
θの小さい方から順に1次、2次の回折光と呼ぶ。な
お、回折光は、3次、4次、5次・・・と、さらに次数
の高いものまで存在するが、ここでは無視する。それぞ
れの回折光は、受光器PD0、PD1、PD2上の受光
面PS0、PS1、PS2に入射して電気信号S0、S
1、S2に変換される。ここで、受光器の位置について
説明する。光学格子で回折された各回折光の回折角度θ
0(=0)、θ1、θ2は、入射する光の波長λと、光
学格子のピッチPが決まっていれば、回折次数をnとす
ると、次に示す数1で算出することができる。
Example 1. FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. The measurement light emitted from the coherent light source 1 such as a HeNe laser is a test scale 2 installed on a movable table (not shown).
On the test scale 2 and is diffracted by the optical grating on the test scale 2 to be separated into a plurality of diffracted lights. At this time, the light that travels in the same direction as the measurement light is called 0th-order diffracted light, and the other diffracted lights are called 1st-order and 2nd-order diffracted lights in order from the smaller diffraction angle θ. The diffracted light has higher order such as third order, fourth order, fifth order, etc., but it is ignored here. The respective diffracted lights are incident on the light receiving surfaces PS0, PS1 and PS2 on the photodetectors PD0, PD1 and PD2, and the electric signals S0 and S0.
1, converted to S2. Here, the position of the light receiver will be described. Diffraction angle θ of each diffracted light diffracted by the optical grating
If the wavelength λ of the incident light and the pitch P of the optical grating are determined, 0 (= 0), θ1 and θ2 can be calculated by the following formula 1 when the diffraction order is n.

【0021】[0021]

【数1】 したがって、それぞれの回折光を受光する受光器の位置
は、入射光の光軸が受光平面に当たる点から次に示す数
2(ただし、Dは光学格子と受光器のある平面までの距
離)に設置すればよい。
[Equation 1] Therefore, the position of the light receiver that receives each diffracted light is set to the following Equation 2 (where D is the distance between the optical grating and the light receiver) from the point where the optical axis of the incident light hits the light receiving plane. do it.

【0022】[0022]

【数2】 受光器の受光面は、入射する波長の誤差や光学格子の若
干の誤差をみこんで、入射する光束の大きさより少し大
きめに設置するとよい。また、受光器の位置を調整でき
るように設計しておくのも効果的である。
[Equation 2] The light-receiving surface of the light-receiver may be set to be slightly larger than the size of the incident light flux in consideration of the error of the incident wavelength and the slight error of the optical grating. It is also effective to design so that the position of the light receiver can be adjusted.

【0023】ここで、開口率と各次数の回折光の強度に
ついて説明する。
Here, the aperture ratio and the intensity of diffracted light of each order will be described.

【0024】図14のように透明部と非透明部との繰り
返しで構成された光学格子によって回折された各次数の
回折光の強度比は、光学格子の開口率によって決まって
おり、開口率をαとすると、n次回折光の相対強度In
は、数3によって表される。なお、回折光の相対強度と
は、各次数の回折光強度を、0次回折光の強度で割った
値である。
As shown in FIG. 14, the intensity ratio of the diffracted light of each order diffracted by the optical grating formed by repeating the transparent portion and the non-transparent portion is determined by the aperture ratio of the optical lattice. Let α be the relative intensity In of the n-th order diffracted light
Is represented by Equation 3. The relative intensity of diffracted light is a value obtained by dividing the intensity of diffracted light of each order by the intensity of diffracted light of order 0.

【0025】[0025]

【数3】 図2は、開口率が0.4と0.5と0.6の時の0次か
ら5次までの回折光の相対強度を示したものであり、図
3、図4はそれぞれ、開口率が0.3〜0.7の範囲の
1次光相対強度と、2次光相対強度についてを示した図
である。これらの図からわかるように、開口率と各次数
の回折光との関係には、次のような特徴がある。
(Equation 3) FIG. 2 shows the relative intensities of diffracted light from the 0th order to the 5th order when the aperture ratios are 0.4, 0.5, and 0.6. FIGS. 3 and 4 show the aperture ratios, respectively. Is a diagram showing the relative intensity of the primary light and the relative intensity of the secondary light in the range of 0.3 to 0.7. As can be seen from these figures, the relationship between the aperture ratio and the diffracted light of each order has the following characteristics.

【0026】・開口率が0.5の時は偶数次の回折光強
度は0となる。
When the aperture ratio is 0.5, the even-order diffracted light intensity is 0.

【0027】・2次回折光は、開口率0.5で0となる
が、0以外の開口率では開口率に敏感に強度が変化す
る。
The second-order diffracted light becomes 0 at an aperture ratio of 0.5, but the intensity changes sensitively to the aperture ratio at aperture ratios other than 0.

【0028】・1次回折光は、開口率に反比例する。
(開口率が0.5のときの1次光相対強度の値は約0.
405である) 上述の原理に基づいて、図1の構成の光学系によって得
られる電気信号から、開口率を求める開口率算出手段と
しての開口率算出部13について説明する。開口率算出
部13を含んだ信号処理装置10のブロック図を図5に
示す。
First-order diffracted light is inversely proportional to the aperture ratio.
(The value of the relative intensity of the primary light when the aperture ratio is 0.5 is about 0.
405) Based on the above-mentioned principle, the aperture ratio calculating unit 13 as the aperture ratio calculating means for calculating the aperture ratio from the electric signal obtained by the optical system having the configuration of FIG. 1 will be described. FIG. 5 shows a block diagram of the signal processing device 10 including the aperture ratio calculation unit 13.

【0029】図1の受光器によって光電変換された電気
信号S0、S1、S2は、開口率算出部13に入力され
る。開口率算出部13では、まず、除算器11によって
0次回折光強度に対する1次回折光強度(以下、1次光
相対強度と呼ぶ)R1=S1/S0と0次回折光強度に
対する2次回折光強度(以下、2次光相対強度と呼ぶ)
R2=S2/S0とが算出される。
The electrical signals S0, S1 and S2 photoelectrically converted by the light receiver of FIG. 1 are input to the aperture ratio calculation unit 13. In the aperture ratio calculator 13, first, the divider 11 calculates the 1st-order diffracted light intensity for the 0th-order diffracted light intensity (hereinafter referred to as the 1st-order light relative intensity) R1 = S1 / S0 and the 2nd-order diffracted light intensity for the 0th-order diffracted light intensity (hereinafter , Called secondary light relative intensity)
R2 = S2 / S0 is calculated.

【0030】次に、相対強度−開口率変換器12内で、
上述した数3の関係式、あるいは、開口率と相対強度の
関係を表すテーブルによって、1次回折光の相対強度か
ら、開口率が算出される。図3に示す1次光相対強度と
開口率の関係からわかるように、1次光相対強度がわか
れば対応する開口率は特定されるので、開口率を容易に
決定することができる。
Next, in the relative intensity-aperture ratio converter 12,
The aperture ratio is calculated from the relative intensity of the first-order diffracted light by the above-described relational expression of Equation 3 or the table showing the relation between the aperture ratio and the relative intensity. As can be seen from the relationship between the relative intensity of the primary light and the aperture ratio shown in FIG. 3, if the relative intensity of the primary light is known, the corresponding aperture ratio is specified, so that the aperture ratio can be easily determined.

【0031】また、別の方法として、開口率により敏感
な2次光相対強度を使って開口率を算出することもでき
る。ただし、2次光相対強度を使う場合、図4でわかる
ように開口率0.5を中心に、ある2次光相対強度に対
応する開口率が2つ存在するため、まず、1次光相対強
度によって、開口率が0.5以上であるか以下であるか
を判定し、その上で正確な開口率を決定する。
As another method, the aperture ratio can be calculated by using the secondary light relative intensity which is more sensitive to the aperture ratio. However, when using the relative intensity of the secondary light, there are two aperture ratios corresponding to a certain relative intensity of the secondary light around the aperture ratio of 0.5 as shown in FIG. Depending on the strength, it is determined whether the aperture ratio is 0.5 or more and below, and then the accurate aperture ratio is determined.

【0032】このように開口率算出部13で決定された
開口率は信号処理装置10から出力される。
The aperture ratio thus determined by the aperture ratio calculator 13 is output from the signal processing device 10.

【0033】以上で説明したように構成されたスケール
検査装置によって、被験スケール2を長手方向に移動さ
せながら信号処理装置10からの出力を観測すれば、連
続的に被験スケール2の場所による開口率の変化を検査
することができる。
By observing the output from the signal processing device 10 while moving the test scale 2 in the longitudinal direction by the scale inspection device constructed as described above, the aperture ratio according to the location of the test scale 2 can be continuously measured. Can be inspected for changes.

【0034】実施例2.次に本発明に係る第2の実施例
を図6を用いて説明する。図6は第1の実施例を示した
図1に対して、基本的な構成は図1と類似しているので
相違点のみを説明する。図6においては、各回折光の強
度を光電変換する受光器の替わりに、受光面上に入射す
る光の強度と入射する光の位置を検出できる受光器が設
けられている。この受光器は、例えば、CCDのような
イメージセンサでも良いし、光位置検出素子(PSD)
を使ったユニットでもよい。本実施例では0次、1次、
2次の光に対応して前述のような受光器PPI0、PP
I1、PPI2が設けられている。それぞれの受光器か
らは、光の強度を表す信号SI0、SI1、SI2と、
光の入射する位置を表す信号SP0、SP1、SP2が
出力されている。
Embodiment 2 FIG. Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. 6 differs from FIG. 1 showing the first embodiment in that the basic configuration is similar to that of FIG. 1, and therefore only the differences will be described. In FIG. 6, instead of the photodetector that photoelectrically converts the intensity of each diffracted light, a photodetector that can detect the intensity of the light incident on the light receiving surface and the position of the incident light is provided. This light receiver may be, for example, an image sensor such as a CCD or a light position detecting element (PSD).
It may be a unit using. In this embodiment, 0th order, 1st order,
Corresponding to the secondary light, the photodetectors PPI0, PP as described above
I1 and PPI2 are provided. From each of the light receivers, signals SI0, SI1, SI2 representing the intensity of light,
Signals SP0, SP1, and SP2 indicating the light incident position are output.

【0035】図7は、本実施例における信号処理装置2
0を示したブロック構成図である。本実施例における信
号処理装置20は、上記第1実施例に示した開口率算出
部13に加え、更に回折光の入射位置を検出することに
より被験スケール2上の光学格子のピッチを求める格子
ピッチ算出手段としての格子ピッチ算出部14と、受光
器で得られた回折光のうち0次回折光の入射位置を検出
することにより0次回折光の光軸ずれを求める光軸ずれ
算出手段としての光軸ずれ算出部15とを有する事を特
徴としている。以下、本実施例における機能について以
下に説明する。
FIG. 7 shows a signal processing device 2 according to this embodiment.
It is a block diagram showing 0. In addition to the aperture ratio calculator 13 shown in the first embodiment, the signal processing device 20 according to the present embodiment further detects the incident position of the diffracted light to obtain the pitch of the optical grating on the test scale 2. The grating pitch calculation unit 14 as a calculation unit, and the optical axis as an optical axis shift calculation unit that obtains the optical axis shift of the 0th order diffracted light by detecting the incident position of the 0th order diffracted light among the diffracted light obtained by the light receiver It is characterized by having a shift calculation unit 15. The functions of this embodiment will be described below.

【0036】1次回折光を受光する受光器PPI1から
出力される1次回折光の入射位置を表す信号SP1は、
格子ピッチ算出部14に入力され入射位置に対応するピ
ッチを算出して出力する。もし1次回折光の入射位置が
設計値に対して2次回折光よりにずれていれば、1次回
折光が設計値より回折角の大きいことを示す。つまり、
被験スケール2のピッチが設計値よりも小さいことがわ
かる。
The signal SP1 representing the incident position of the first-order diffracted light output from the photodetector PPI1 that receives the first-order diffracted light is
It is input to the grating pitch calculator 14 to calculate and output the pitch corresponding to the incident position. If the incident position of the first-order diffracted light deviates from the design value with respect to the second-order diffracted light, it indicates that the first-order diffracted light has a larger diffraction angle than the designed value. That is,
It can be seen that the pitch of the test scale 2 is smaller than the design value.

【0037】一方、0次回折光を受光する受光器PPI
0から出力される0次回折光の入射位置を表す信号SP
0は、光軸ずれ算出部15に入力される。もし、0次回
折光の入射位置が設計値に対しずれている場合は、測定
光の光軸にずれが発生していたり、被験スケール2が正
しく設置されていないことが考えられるので、このずれ
量をチェックすることによって格子ピッチ検出自体の信
頼性を評価することができる。
On the other hand, a photodetector PPI for receiving the 0th order diffracted light
Signal SP representing the incident position of 0th-order diffracted light output from 0
0 is input to the optical axis shift calculation unit 15. If the incident position of the 0th-order diffracted light is deviated from the design value, it is considered that the optical axis of the measurement light is deviated or the test scale 2 is not installed correctly. By checking, it is possible to evaluate the reliability of the grating pitch detection itself.

【0038】また、それぞれの受光器から出力される各
次数の回折光の強度を表す信号SI0、SI1、SI2
は、開口率算出部13に入力され、第1の実施例と同様
に、被験スケール2の開口率も算出することができる。
Signals SI0, SI1, SI2 representing the intensities of the diffracted lights of the respective orders output from the respective light receivers.
Is input to the aperture ratio calculator 13, and the aperture ratio of the test scale 2 can be calculated as in the first embodiment.

【0039】さらに、本実施例において、検査時にあら
かじめ格子ピッチの正確に測定された較正用のスケール
で測定を実施すれば、例えば測定光の波長の誤差による
回折角変化でピッチ測定に誤差が発生することを防ぎ、
より信頼性の高い検査機能を維持することが可能であ
る。
Further, in the present embodiment, if the measurement is carried out by a calibration scale in which the grating pitch is accurately measured in advance at the time of inspection, an error occurs in the pitch measurement due to a change in the diffraction angle due to an error in the wavelength of the measuring light, for example. To prevent
It is possible to maintain a more reliable inspection function.

【0040】以上で説明したように構成されたスケール
検査装置によって、被験スケール2を長手方向に移動さ
せながら信号処理装置20からの出力を観測すれば、連
続的に被験スケール2の場所による開口率や格子ピッチ
の変化を検査することができる。
By observing the output from the signal processing device 20 while moving the test scale 2 in the longitudinal direction by the scale inspection device configured as described above, the aperture ratio according to the location of the test scale 2 can be continuously measured. It is possible to inspect changes in the grid pitch.

【0041】また、本実施例では、各次数の回折光を受
光する受光器を回折光毎に設置したが、例えば、1枚の
イメージセンサを利用して、各次数の強度と入射位置を
検出することも可能である。
In the present embodiment, a light receiver for receiving diffracted light of each order is provided for each diffracted light. For example, one image sensor is used to detect the intensity and incident position of each order. It is also possible to do so.

【0042】実施例3.次に、本発明に係る第3の実施
例を図8を用いて説明する。図8は第1の実施例を示し
た図1に対して、基本的な構成は図1と類似しているの
で相違点のみを説明する。図8においては、各回折光を
光電変換する受光器の受光面がそれぞれ2分割されてお
り、2つの受光面で光電変換された電気信号を別々に取
り出せる。例えば、1次回折光を受光し光電変換する受
光器PC1上には2つの受光面PS1aとPS1bが設
けられており、各受光面から電気信号S1aとS1bが
出力される。0次回折光や2次回折光を受光する受光器
PC0、PC2にも2分割された受光面が設けられてい
る。
Example 3. Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. 8 differs from FIG. 1 showing the first embodiment in that the basic configuration is similar to that of FIG. 1, and therefore only the differences will be described. In FIG. 8, the light receiving surface of the light receiver that photoelectrically converts each diffracted light is divided into two, and the electric signals photoelectrically converted by the two light receiving surfaces can be separately taken out. For example, two light receiving surfaces PS1a and PS1b are provided on a light receiver PC1 that receives and photoelectrically converts the first-order diffracted light, and electric signals S1a and S1b are output from each light receiving surface. The photodetectors PC0 and PC2 for receiving the 0th-order diffracted light and the 2nd-order diffracted light are also provided with a light-receiving surface divided into two.

【0043】図9に図8に用いられ受光面が2分割され
た受光器の例を示す。受光器PC上には2つの受光面P
Sa、PSbが配置され、回折光の光束LFが2つの受
光面またがって入射するようになっている。また、光学
格子のピッチが設計値通りの場合には2つの受光面PS
a、PSbに同じ光量だけ入射して2つの受光面PS
a、PSbからの電気信号は等しくなるように、受光器
PCの位置を設定しておく。このような構成のスケール
検査装置によって、設計値に対して誤差を持った被験ス
ケール2に測定光を入射させると、2つの受光面PS1
a、PS1bに入射する光の量がアンバランスとなり、
得られる電気信号もアンバランスとなる。なお、受光面
PS1a、PS1bは、受光器PCの製造等を考慮すれ
ば同面積であることが好ましいが、前述したように設計
値通りの場合に各受光面PSa、PSbからの電気信号
が等しくなるように受光器PCを配置すればよいので、
必ずしも同面積である必要はない。
FIG. 9 shows an example of the light receiver used in FIG. 8 and having a light receiving surface divided into two parts. Two light receiving surfaces P on the light receiver PC
Sa and PSb are arranged so that the light beam LF of the diffracted light enters the two light receiving surfaces. If the pitch of the optical grating is as designed, the two light-receiving surfaces PS
a and PSb are incident on the two light receiving surfaces PS by the same amount of light.
The position of the photodetector PC is set so that the electric signals from a and PSb are equal. When the measurement light is made incident on the test scale 2 having an error with respect to the design value by the scale inspection device having such a configuration, the two light receiving surfaces PS1
a, the amount of light incident on PS1b becomes unbalanced,
The resulting electrical signal will also be unbalanced. The light-receiving surfaces PS1a and PS1b preferably have the same area in consideration of the manufacture of the light-receiving device PC, but as described above, the electric signals from the light-receiving surfaces PSa and PSb are equal when the design values are met. Since it suffices to arrange the photodetector PC so that
The areas do not necessarily have to be the same.

【0044】図10は、本実施例における信号処理装置
30を示したブロック構成図である。本実施例における
信号処理装置30は、上記第2実施例に示した開口率算
出部13、格子ピッチ算出部14及び光軸ずれ算出部1
5に加え、更に加算器16を開口率算出部13の入力側
に設けたことを特徴としている。加算器16は、各受光
面から入力される信号を各受光器毎に合計して開口率算
出部13に出力する。本実施例における機能を以下に説
明する。
FIG. 10 is a block diagram showing the signal processing device 30 in this embodiment. The signal processing device 30 according to the present embodiment is the aperture ratio calculating unit 13, the grating pitch calculating unit 14, and the optical axis deviation calculating unit 1 shown in the second embodiment.
In addition to 5, the adder 16 is further provided on the input side of the aperture ratio calculator 13. The adder 16 sums the signals input from the respective light receiving surfaces for each light receiving device and outputs the summed signals to the aperture ratio calculation unit 13. The functions of this embodiment will be described below.

【0045】1次回折光を受光する受光器PC1上の2
つの受光面からの電気信号S1a、S1bは、格子ピッ
チ算出部14に入力され2つの電気信号のアンバランス
に対応するピッチを算出して出力する。もし、電気信号
S1aに比べて電気信号S1bが大きいときは、1次回
折光が設計値より回折角の大きいことを示す。つまり、
被験スケール2のピッチが設計値よりも小さいことがわ
かる。また、アンバランス量とピッチの関係はあらかじ
め計測しておけばよい。
2 on the photodetector PC1 for receiving the first-order diffracted light
The electric signals S1a and S1b from one light receiving surface are input to the grating pitch calculation unit 14 to calculate and output a pitch corresponding to the imbalance of the two electric signals. If the electric signal S1b is larger than the electric signal S1a, it means that the first-order diffracted light has a larger diffraction angle than the design value. That is,
It can be seen that the pitch of the test scale 2 is smaller than the design value. The relationship between the unbalance amount and the pitch may be measured in advance.

【0046】一方、0次回折光を受光する受光器PC0
上の2つの受光面からの電気信号S0a、S0bは光軸
ずれ算出部15に入力される。もし、電気信号S0aと
S0bとの間にアンバランスが発生している場合は、測
定光の光軸にずれが発生していたり、被験スケール2が
正しく設置されていないことが考えられるので、このア
ンバランス分をチェックすることによって格子ピッチ検
出自体の信頼性を評価することができる。
On the other hand, a photodetector PC0 for receiving the 0th order diffracted light
The electrical signals S0a and S0b from the upper two light receiving surfaces are input to the optical axis shift calculation unit 15. If an imbalance occurs between the electrical signals S0a and S0b, it is possible that the optical axis of the measurement light is misaligned or the test scale 2 is not installed correctly. The reliability of the grating pitch detection itself can be evaluated by checking the unbalanced amount.

【0047】また、それぞれの受光器PC0、PC1、
PC2の各受光面から入力される信号は、加算器16に
よって各受光器毎に合計されて開口率算出部13に入力
され、第1の実施例と同様に、被験スケール2の開口率
も算出することができる。
Further, each of the light receivers PC0, PC1,
The signals input from the respective light-receiving surfaces of the PC 2 are summed for each light-receiver by the adder 16 and input to the aperture ratio calculation unit 13, and the aperture ratio of the test scale 2 is calculated as in the first embodiment. can do.

【0048】さらに、本実施例において、検査時にあら
かじめ格子ピッチの正確に測定された較正用のスケール
で測定を実施すれば、例えば測定光の波長の誤差による
回折角変化でピッチ測定に誤差が発生することを防ぎ、
より信頼性の高い検査機能を維持することが可能であ
る。
Further, in the present embodiment, if the measurement is carried out by a calibration scale in which the grating pitch is accurately measured in advance at the time of inspection, an error occurs in the pitch measurement due to a change in the diffraction angle due to an error in the wavelength of the measuring light, for example. To prevent
It is possible to maintain a more reliable inspection function.

【0049】また、ここでは受光器PC上の受光面が2
つに分割されている例を説明した。この場合、光束LF
が2つの受光面にまたがっている時は光束LFの位置が
正確に検出できるが、光束LFが理想的な位置から大き
くずれて完全にどちらかの受光面に含まれてしまった場
合は、光束LFの位置は正確には分からない(不感
帯)。もし、光束LFが理想的位置から大きくずれてし
まっても正確な光束の位置が検出したい場合は、分割数
を増加させて、ひとつの受光面の幅を光束の大きさより
小さくすれば、不感帯は無くなり正確な光束の位置を検
出することができる。
Further, here, the light receiving surface on the light receiving device PC is 2
The example has been described that is divided into two. In this case, the luminous flux LF
The position of the light flux LF can be accurately detected when the light flux is straddling two light-receiving surfaces, but when the light flux LF is greatly deviated from the ideal position and is completely included in either light-receiving surface, The position of LF is not known exactly (dead zone). If it is desired to detect the accurate position of the light flux even if the light flux LF deviates largely from the ideal position, the dead band can be obtained by increasing the number of divisions and making the width of one light receiving surface smaller than the size of the light flux. It is possible to detect the exact position of the light flux.

【0050】以上で説明したように構成されたスケール
検査装置によって、被験スケール2を長手方向に移動さ
せながら信号処理装置30からの出力を観測すれば、連
続的に被験スケール2の場所による開口率や格子ピッチ
の変化を検査することができる。
By observing the output from the signal processing device 30 while moving the test scale 2 in the longitudinal direction with the scale inspecting device configured as described above, the aperture ratio according to the location of the test scale 2 can be continuously measured. It is possible to inspect changes in the grid pitch.

【0051】なお、上記実施例では、透明部と非透明部
の繰り返しによって構成された光学格子、つまり、場所
による透過率が2つの値しか持たない光学格子について
説明したが、場所による透過率が連続的に変化するよう
な光学格子や、反射型の光学格子にも、本発明は適用で
きる。また、ロータリーエンコーダに利用されるような
放射状の光学格子をもったスケールにも適用することが
できる。
In the above embodiment, the optical grating formed by repeating the transparent portion and the non-transparent portion, that is, the optical grating having only two values of transmittance depending on the location is described. The present invention can be applied to an optical grating that continuously changes and a reflection type optical grating. It can also be applied to a scale having a radial optical grating such as used in a rotary encoder.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明によるスケール検査装置によれ
ば、スケール検査装置に設置した被験スケールを移動さ
せることによって、受光器により得られた回折光の強度
又は入射位置に基づいて光学格子の開口率やピッチの検
査が連続的に可能となるため、顕微鏡等によって格子寸
法を1本1本測定するのに比べ格段の検査時間短縮が実
現できる。
According to the scale inspection apparatus of the present invention, by moving the test scale installed in the scale inspection apparatus, the aperture ratio of the optical grating is determined based on the intensity or incident position of the diffracted light obtained by the light receiver. Since the pitch and pitch can be continuously inspected, the inspection time can be remarkably shortened as compared with the case of measuring the lattice dimensions one by one with a microscope or the like.

【0053】また、顕微鏡等による測定と異なり、測定
光の光束の大きさを実際のエンコーダで使用する光束の
大きさと合わせることができるため、実際のエンコーダ
で得られるのと同様な光学的特性の検査ができる。
Further, unlike measurement by a microscope or the like, since the size of the luminous flux of the measurement light can be matched with the size of the luminous flux used by the actual encoder, the optical characteristics similar to those obtained by the actual encoder can be obtained. Can be inspected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係るスケール検査装置の第1実施例
の構成を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a first embodiment of a scale inspection device according to the present invention.

【図2】 各次数の回折光の相対強度を表す図であるFIG. 2 is a diagram showing the relative intensity of diffracted light of each order.

【図3】 1次光相対強度を表す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relative intensity of primary light.

【図4】 2次光相対強度を表す図である。FIG. 4 is a diagram showing a secondary light relative intensity.

【図5】 第1実施例の信号処理装置を説明するブロッ
ク図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a signal processing device according to a first embodiment.

【図6】 本発明に係るスケール検査装置の第2実施例
の構成を示す概略図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of a second embodiment of the scale inspection device according to the present invention.

【図7】 第2実施例の信号処理装置を説明するブロッ
ク図である。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a signal processing device according to a second embodiment.

【図8】 本発明に係るスケール検査装置の第3実施例
の構成を示す概略図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of a third embodiment of the scale inspection apparatus according to the present invention.

【図9】 第3実施例で用いる受光器を表す概略図であ
る。
FIG. 9 is a schematic view showing a light receiver used in a third embodiment.

【図10】 第3実施例の信号処理装置を説明するブロ
ック図である。
FIG. 10 is a block diagram illustrating a signal processing device according to a third embodiment.

【図11】 一般的な光学式エンコーダの構成を表す概
略図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of a general optical encoder.

【図12】 メインスケール上の光学格子の概略図であ
る。
FIG. 12 is a schematic view of an optical grating on the main scale.

【図13】 一般的な光学式エンコーダから得られる変
位信号を表す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a displacement signal obtained from a general optical encoder.

【図14】 スケール上の光学格子の拡大図である。FIG. 14 is an enlarged view of the optical grating on the scale.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 可干渉光源、2 被験スケール、10,20,30
信号処理装置、11除算器、12 相対強度−開口率
変換器、13 開口率算出部、14 格子ピッチ算出
部、15 光軸ずれ算出部、16 加算器、201 光
源、202 コリメータレンズ、203 メインスケー
ル、204 インデックススケール、205 光電変換
素子、206 光学格子、PD0,PD1,PD2,P
C0,PC1,PC2,PPI0,PPI1,PPI2
受光器。
1 coherent light source, 2 test scale, 10, 20, 30
Signal processing device, 11 divider, 12 relative intensity-aperture ratio converter, 13 aperture ratio calculation unit, 14 grating pitch calculation unit, 15 optical axis deviation calculation unit, 16 adder, 201 light source, 202 collimator lens, 203 main scale , 204 index scale, 205 photoelectric conversion element, 206 optical grating, PD0, PD1, PD2, P
C0, PC1, PC2, PPI0, PPI1, PPI2
Light receiver.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 可干渉光源と、 前記可干渉光源からの光束が入射する被験スケールを透
過あるいは反射した複数の回折光を受光する受光器と、 前記受光器により得られた複数の回折光に基づいて開口
率を求める信号処理装置と、 を有し、 前記信号処理装置は、複数の回折光の強度を比較するこ
とで前記被験スケール上の光学格子の開口率を求める開
口率算出手段を含むことを特徴とするスケール検査装
置。
1. A coherent light source, a photoreceiver for receiving a plurality of diffracted lights transmitted or reflected by a test scale on which a light flux from the coherent light source is incident, and a plurality of diffracted lights obtained by the photoreceiver. A signal processing device for obtaining an aperture ratio based on the above, wherein the signal processing device includes an aperture ratio calculating means for obtaining an aperture ratio of the optical grating on the test scale by comparing intensities of a plurality of diffracted lights. A scale inspection device characterized in that
【請求項2】 請求項1記載のスケール検査装置におい
て、 前記信号処理装置は、回折光の入射位置を検出すること
により、前記被験スケール上の光学格子のピッチを求め
る格子ピッチ算出手段を含むことを特徴とするスケール
検査装置。
2. The scale inspecting apparatus according to claim 1, wherein the signal processing device includes a grating pitch calculating unit that detects a pitch of an optical grating on the test scale by detecting an incident position of diffracted light. Scale inspection device characterized by.
【請求項3】 請求項1、2記載のスケール検査装置に
おいて、 前記信号処理装置は、前記受光器で得られた回折光のう
ち0次回折光の入射位置を検出することにより、0次回
折光の光軸ずれを求める光軸ずれ算出手段を含むことを
特徴とするスケール検査装置。
3. The scale inspection device according to claim 1, wherein the signal processing device detects the 0th-order diffracted light by detecting the incident position of the 0th-order diffracted light among the diffracted light obtained by the light receiver. A scale inspecting device, comprising: an optical axis deviation calculating means for obtaining an optical axis deviation.
【請求項4】 請求項1乃至3記載のスケール検査装置
において、 前記受光器上には、複数に分割された受光面が設けられ
ておりそれぞれの受光面に入射する光を別々に光電変換
することを特徴とするスケール検査装置。
4. The scale inspection apparatus according to claim 1, wherein a plurality of light receiving surfaces are provided on the light receiver, and light incident on each of the light receiving surfaces is photoelectrically converted separately. A scale inspection device characterized in that
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