JPH09105647A - Optical apparatus - Google Patents
Optical apparatusInfo
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- JPH09105647A JPH09105647A JP27298496A JP27298496A JPH09105647A JP H09105647 A JPH09105647 A JP H09105647A JP 27298496 A JP27298496 A JP 27298496A JP 27298496 A JP27298496 A JP 27298496A JP H09105647 A JPH09105647 A JP H09105647A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光学装置に関し、
特に直交する偏光方位を有する2つの直線偏光光束間の
相互位相変化に伴う干渉光強度の変化を所定の位相で取
り出す為の、例えば変位物体の変位情報(移動速度,移
動方向,回転速度,回転方向等)を光電的に検出する光
学式エンコーダー等に適用したときに最適な光学装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical device,
In particular, in order to extract a change in the intensity of interference light due to a mutual phase change between two linearly polarized light beams having orthogonal polarization directions at a predetermined phase, for example, displacement information (moving speed, moving direction, rotation speed, rotation) of a displaced object The present invention relates to an optical device that is optimal when applied to an optical encoder or the like that photoelectrically detects a direction.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、互いに直交する偏光方位を有
する2つの直線偏光光束間の相互位相変化に伴う干渉光
強度の変化を所定の位相で取り出す為の光学装置が、例
えば特公昭55−9641号公報や、特開昭48−67
59号公報等で提案されている。同公報では干渉計より
得られた直交する偏光方位を有する2つの直線偏光光束
に対し、それぞれに45°の傾きを有する検光子を透過
させてそれぞれの45°成分を取り出し干渉させてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, an optical device for extracting a change in the intensity of interference light due to a mutual phase change between two linearly polarized light beams having polarization directions orthogonal to each other at a predetermined phase is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 55-9641. No., JP-A-48-67
No. 59, for example. In this publication, two linearly polarized light beams having orthogonal polarization directions obtained by an interferometer are transmitted through an analyzer having an inclination of 45 ° to extract and interfere with each 45 ° component.
【0003】又この様な光学装置では、90°位相の異
なる干渉光を得る為に、入射する2光束の一方に平行で
他方に垂直な光学軸を有する1/4波長板を透過させる
形態を用いていた。In such an optical device, in order to obtain interference light having a phase difference of 90 °, a form in which a quarter-wave plate having an optical axis parallel to one of two incident light beams and perpendicular to the other is transmitted. Was used.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な光学装置では、取り出す偏光方位成分は直線偏光それ
ぞれに45°を成す偏光方位成分だけに実質限定される
という問題点があった。However, in such an optical device, there is a problem that the polarization direction component to be extracted is substantially limited to only the polarization direction component forming 45 ° for each linearly polarized light.
【0005】本発明は、直交する偏光方位を有する2つ
の直線偏光光束から干渉光束を形成するに際し、取り出
す偏光方位の選択が自由な光学装置を提供することを目
的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical device in which, when an interference light beam is formed from two linearly polarized light beams having orthogonal polarization directions, a polarization direction to be extracted can be freely selected.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の光学装置は、(1
-1) 直交する偏光方位を有する2つの直線偏光光束の合
波光束が通過する位置に前記2光束のいずれかの偏光方
位に対して偏光軸を45°傾けて設けられた1/4波長
板と、該1/4波長板を通過した光束から所定の偏光方
位成分を選択するための偏光方位選択手段とを有するこ
とを特徴としている。The optical device according to the present invention comprises (1)
-1) A quarter-wave plate provided at a position where a combined luminous flux of two linearly polarized luminous fluxes having orthogonal polarization azimuths passes with a polarization axis inclined by 45 ° with respect to any one of the polarization azimuths of the two luminous fluxes And a polarization direction selecting means for selecting a predetermined polarization direction component from the light beam passing through the quarter-wave plate.
【0007】特に、前記偏光方位選択手段は偏光板を有
することを特徴としている。In particular, it is characterized in that the polarization direction selecting means has a polarizing plate.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】図1は本発明の光学装置をロータ
リーエンコーダに適用したときの一実施形態の概略図で
ある。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic view of an embodiment when the optical device of the present invention is applied to a rotary encoder.
【0009】同図において、1はレーザー等の可干渉性
の光源、2はコリメーターレンズ、3は偏光ビームスプ
リッターで、レーザー1からの直線偏光に対して、その
偏光軸が45°となるように配置されている。41 ,4
2 ,43 は各々1/4波長板で、各々、偏光ビームスプ
リッター3の、反射及び透過光束の直線偏光に対して、
各々の偏光軸が45°となるように配置されている。す
なわち、1/4波長板41 は偏光ビームスプリッター3
の反射光束の直線偏光方位に対してその偏光軸が45°
となるように配置され、1/4波長板42 は偏光ビーム
スプリッター3の透過光束の直線偏光方位に対してその
偏光軸が45°となるように配置されている。また1/
4波長板43 は、偏光ビームスプリッター3の透過ある
いは反射光束のいずれかの偏光方位に対してその偏光軸
が45°となるように配置されている。5は反射鏡であ
る。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a coherent light source such as a laser, 2 denotes a collimator lens, and 3 denotes a polarizing beam splitter. The polarization axis of the linearly polarized light from the laser 1 is 45 °. Are located in 4 1 , 4
Reference numerals 2 and 4 3 denote quarter-wave plates, respectively, for the linearly polarized light reflected and transmitted by the polarizing beam splitter 3.
Each polarization axis is arranged at 45 °. That is, 1/4-wave plate 4 1 polarization beam splitter 3
The polarization axis of the reflected light beam is 45 ° to the linear polarization direction
Is arranged such that, 1/4-wave plate 4 2 is disposed so that its polarization axis with respect to the linear polarization direction of the transmitted light beam of the polarization beam splitter 3 is 45 °. Also 1 /
4 wave plate 4 3 is arranged so that its polarization axis with respect to either the polarization direction of the transmitted or reflected light beam of the polarization beam splitter 3 is 45 °. 5 is a reflecting mirror.
【0010】61 ,62 ,61 ′,62 ′は各々シリン
ドリカルレンズ、7,7′は反射鏡である。8は円板上
に例えば透光部と反射部の格子模様を等角度で設けたス
ケールを形成する放射格子、9は不図示の被検回転物体
の回転軸である。10はビームスプリッター、11,1
1′は偏光板で、偏光方位が互いに45°になるように
配置されている。12,12′は受光素子である。Reference numerals 6 1 , 6 2 , 6 1 ′, 6 2 ′ denote cylindrical lenses, and 7, 7 ′ denote reflecting mirrors. Reference numeral 8 denotes a radiation grating that forms a scale in which, for example, grid patterns of a light transmitting portion and a reflecting portion are provided at equal angles on a disk, and 9 denotes a rotation axis of a rotating object to be tested (not shown). 10 is a beam splitter, 11, 1
1 'is a polarizing plate, which is arranged so that the polarization directions are at 45 ° to each other. 12, 12 'are light receiving elements.
【0011】レーザー1より放射された光束は、コリメ
ーターレンズ2によって略平行光束となり、偏光ビーム
スプリッター3に入射する。偏光ビームスプリッター3
は、その方位が、レーザー1の直線偏光方位に対して4
5°となるように配置されておりレーザー1からの光束
を略等しい光量の反射光束と透過光束に分割する。分割
された2つの光束は各々1/4波長板41 及び42 を通
過後、円偏光となる。このうち、透過光束はシリンドリ
カルレンズ61 を介して、放射格子8上の位置M1 上に
線状照射される。The light beam emitted from the laser 1 is converted into a substantially parallel light beam by the collimator lens 2 and enters the polarization beam splitter 3. Polarizing beam splitter 3
Indicates that the direction is 4 with respect to the linear polarization direction of the laser 1.
It is arranged so as to be at an angle of 5 °, and divides a light beam from the laser 1 into a reflected light beam and a transmitted light beam having substantially equal light amounts. After passing through the divided two light beams each quarter-wave plate 4 1 and 4 2, a circularly polarized light. Among them, the transmitted light beam via a cylindrical lens 61, is linear irradiance on position M 1 on the radiation grid 8.
【0012】一方、反射光束は、反射鏡5及びシリンド
リカルレンズ61 ′を介して、放射格子8上の位置M2
上に線状照射される。ここで、シリンドリカルレンズ6
1 ,61 ′は光束を放射格子8の放射方向と直交する方
向に線状照射するように必要に応じて配置されている。
このように線状照射することにより、放射格子8上での
光束の照射部分に相当する透光部と反射部の格子模様の
ピッチ誤差を軽減することができる。また、放射格子8
上の照射位置M1 とM2 は、不図示の被検回転物体の回
転中心に対して略点対称な位置関係となるように設定さ
れている。On the other hand, the reflected light flux passes through a reflecting mirror 5 and a cylindrical lens 6 1 ′ to a position M 2 on a radiation grating 8.
The top is illuminated linearly. Here, the cylindrical lens 6
1 , 6 1 ′ are arranged as necessary so as to linearly irradiate the light beam in a direction orthogonal to the radiation direction of the radiation grating 8.
By performing the linear irradiation in this manner, it is possible to reduce the pitch error of the lattice pattern of the translucent portion and the reflective portion corresponding to the irradiated portion of the light beam on the radiation grating 8. In addition, the radiation grating 8
Irradiation position M 1 and M 2 above are set such that the positional relationship between a substantially point-symmetrical with respect to the rotation center of the subject rotating object (not shown).
【0013】放射格子8に入射した光束は、放射格子8
の格子模様によって反射回折される。いま、光束の照射
位置における格子模様のピッチをpとすれば、m次の反
射回折光L,L′の回折角度θm は、次の(1)式で表
される。The luminous flux incident on the radiation grating 8 is
Is reflected and diffracted by the lattice pattern. Now, assuming that the pitch of the lattice pattern at the light beam irradiation position is p, the diffraction angle θ m of the m-th order reflected diffracted light L, L ′ is expressed by the following equation (1).
【0014】sin θm =mλ/p ‥‥‥(1) ここで、λは光束の波長である。Sin θ m = mλ / p ‥‥‥ (1) where λ is the wavelength of the light beam.
【0015】いま、放射格子8が、角速度ωで回転して
いるとし、放射格子8の回転中心から、照射位置M1 ,
M2 までの距離をrとすると、照射位置M1 ,M2 での
周速度はv=rωとなる。Now, assuming that the radiation grating 8 is rotating at an angular velocity ω, the irradiation positions M 1 ,
Assuming that the distance to M 2 is r, the peripheral velocity at the irradiation positions M 1 and M 2 is v = rω.
【0016】[0016]
【外1】 ここで・はベクトルの内積を表わす。[Outside 1] Here, represents an inner product of vectors.
【0017】そして、シリンドリカルレンズ62 ,6
2 ′を介して、反射鏡7,7′で位置M1 ,M2 を再照
射する。そうすると位置M1 ,M2 で再び回折されこの
ときのm次の反射回折光束は、元の光路を戻るが、再回
折時に再び(2)式で表わされる量のドップラーシフト
を受ける。この為位置M1 で再回折されて元の光路を戻
る光束は、周波数2Δfのドップラーシフトを受け、位
置M2 で再回折されて元の光路を戻る光束は周波数−2
Δfのドップラーシフトを受ける。[0017] Then, the cylindrical lens 6 2, 6
'Via the reflecting mirror 7, 7' 2 re irradiating position M 1, M 2 in. Then, the m-th order reflected diffracted light beam is diffracted again at the positions M 1 and M 2 , and returns to the original optical path. However, it undergoes the amount of Doppler shift represented by the expression (2) again at the time of re-diffraction. Therefore, the light beam that is re-diffracted at the position M 1 and returns to the original optical path undergoes a Doppler shift of frequency 2Δf, and the light beam that is re-diffracted at the position M 2 and returns to the original optical path is frequency −2.
It receives a Doppler shift of Δf.
【0018】ここで位置M1 で再回折されて元の光路を
戻る光束は、1/4波長板42 を再び透過すると、その
方位が入射時とは90度回転した直線偏光LM1 とな
り、偏光ビームスプリッター3で反射される。また位置
M2 で再回折されて元の光路を戻る光束も、1/4波長
板41 を再び透過すると、その方位が入射時とは90度
回転した直線偏光LM2 となり、偏光ビームスプリッタ
ー3を透過する。位置M1 ,M2 で再回折された2つの
直線偏光光束は、重なり合い、合波光束となる。偏光ビ
ームスプリッター3を通過した2つの直線偏光光束LM
1 又はLM2 はいずれかの光束LM1 又はLM2 の偏光
方位に対して偏光軸を45°傾けた1/4波長板43 を
通って、ビームスプリッター10で2光束に分割され所
定の偏光方位成分を選択するための偏光方位選択手段と
しての偏光板11,11′を透過して受光素子12,1
2′に入射する。[0018] Here, the light beam is again diffracted back to its original light path at the position M 1 is 1/4 to 1 again through the wavelength plate 4 2, its orientation is linearly polarized light LM 1 next rotated 90 degrees from the incoming, The light is reflected by the polarization beam splitter 3. The light beam is again diffracted by the position M 2 back to the original optical path is also 1/4 to 1 again through the wavelength plate 4 1, its orientation is linearly polarized light LM 2 next rotated 90 degrees from the incoming polarization beam splitter 3 Through. The two linearly polarized light beams re-diffracted at the positions M 1 and M 2 overlap and become a combined light beam. Two linearly polarized light beams LM that have passed through the polarizing beam splitter 3
1 or LM 2 is through one of the optical beam LM 1 or quarter-wave plate 4 3 tilted 45 ° the polarization axis with respect to the polarization direction of the LM 2, is split by the beam splitter 10 into two beams predetermined polarization Light-receiving elements 12, 1 through polarizing plates 11, 11 'as polarization direction selecting means for selecting direction components
2 ′.
【0019】このように周波数2Δf及び周波数−2Δ
fのドップラーシフトを受けた2つの光束が重なり合う
ため、受光素子12,12′の出力信号の周波数は、2
Δf−(−2Δf)=4Δfとなる。つまり、受光素子
12,12′の出力信号の周波数Fは、F=4Δf=4
rωsin θm /λとなり、(1)式の回折条件の式か
ら、F=4mrω/pとなる。放射格子8の格子模様の
総本数をN、等角度ピッチをΔφとすれば、p=rΔ
φ,Δφ=2π/Nより、 F=2mNω/π ‥‥‥(3) となる。いま、時間Δtの間での受光素子の出力信号の
波数をn、Δtの間での放射格子8の回転角をθとすれ
ば、n=FΔt,θ=ωΔtより、 n=2mNθ/π ‥‥‥(4) となり、受光素子の出力信号波形の波数nをカウントす
ることによって、放射格子8の回転角θを、(4)式に
よって求めることができる。Thus, the frequency 2Δf and the frequency −2Δ
Since the two light beams having undergone the Doppler shift of f overlap each other, the frequency of the output signal of the light receiving elements 12 and 12 ′ is 2
Δf − (− 2Δf) = 4Δf. That is, the frequency F of the output signal of the light receiving elements 12, 12 'is F = 4.DELTA.f = 4.
rωsin θ m / λ, and from the expression of the diffraction condition of the expression (1), F = 4 mrω / p. If the total number of lattice patterns of the radiation grating 8 is N and the equiangular pitch is Δφ, p = rΔ
From φ, Δφ = 2π / N, F = 2mNω / π ‥‥‥ (3) Now, assuming that the wave number of the output signal of the light receiving element during the time Δt is n and the rotation angle of the radiation grating 8 during Δt is θ, then n = 2mNθ / π よ り from n = FΔt and θ = ωΔt. ‥‥ (4), and by counting the wave number n of the output signal waveform of the light receiving element, the rotation angle θ of the radiation grating 8 can be obtained by the equation (4).
【0020】ところで、回転角度を検出する際、回転方
向が検出出来れば更に好ましい。そのため本実施形態に
おいては、従来の光電式ロータリーエンコーダーなどに
おいて公知のように、複数個の受光素子を用意して、互
いの信号の位相が90度ずれるように配置し、回転に伴
う90度位相差信号から、回転方向を示す信号を取り出
す方式を用いている。When detecting the rotation angle, it is more preferable that the rotation direction can be detected. Therefore, in the present embodiment, as is known in a conventional photoelectric rotary encoder or the like, a plurality of light receiving elements are prepared and arranged so that the phase of each signal is shifted by 90 degrees, and about 90 degrees due to rotation. A method of extracting a signal indicating the rotation direction from the phase difference signal is used.
【0021】本実施形態においては、2つの受光素子1
2,12′で得られる出力信号間の90°の位相ずれを
つけており、これを偏光ビームスプリッター3と、1/
4波長板43 及び偏光板11,11′を組み合わせて作
り出している。In this embodiment, two light receiving elements 1
A phase shift of 90 ° is provided between the output signals obtained by the polarization beam splitter 3 and 1/12 ′.
And creating a combination of the quarter wave plate 4 3 and the polarizing plate 11, 11 '.
【0022】図6は図1の偏光ビームスプリッター3以
降の本発明の光学装置を構成する各要素43 ,10,1
1,11′の光学的作用を示す摸式図である。FIG. 6 shows the components 4 3 , 10, 1 constituting the optical device of the present invention after the polarization beam splitter 3 in FIG.
It is a schematic diagram which shows the optical action of 1,11 '.
【0023】すなわち、図6に示すように放射格子8上
の位置M1 ,M2 で再回折されて元の光路を戻る直線偏
光光束LM1 ,LM2 は偏光ビームスプリッター3で各
々反射及び透過されて重なり合い、合波光束となり、2
光束LM1 ,LM2 のいずれかの偏光方位に対して偏光
軸を45°傾けた1/4波長板43 を透過することによ
って右回りの円偏光TM1 と左回りの円偏光TM2 とな
る。That is, as shown in FIG. 6, the linearly polarized light beams LM 1 and LM 2 which are re-diffracted at the positions M 1 and M 2 on the radiation grating 8 and return to the original optical path are reflected and transmitted by the polarization beam splitter 3, respectively. Are overlapped and become a combined luminous flux, 2
A light beam LM 1, circular polarization TM 1 and counterclockwise circularly polarizing TM 2 clockwise by transmitting a polarization axis of 45 ° 1/4 wavelength plate 4 3 inclined with respect to either the polarization direction of the LM 2 Become.
【0024】この2つの円偏光TM1 ,TM2 が重なり
合うと、一部偏光成分が相殺された結果的に所定方向に
偏光面を有する直線偏光TLとなる。When the two circularly polarized light beams TM 1 and TM 2 overlap, a linearly polarized light TL having a plane of polarization in a predetermined direction is obtained as a result of partially canceling out the polarized light components.
【0025】このときの直線偏光TLの偏光方位は放射
格子8の回転に伴って変化する。そしてこの直線偏光T
Lをハーフミラー10で2つの光束TL1 ,TL2 に分
割して各々所定の偏光方位成分を選択する為の偏光方位
選択手段としての偏光板11,11′に導光している。At this time, the polarization direction of the linearly polarized light TL changes as the radiation grating 8 rotates. And this linearly polarized light T
L is split into two light beams TL 1 and TL 2 by a half mirror 10 and is guided to polarizing plates 11 and 11 ′ as polarization direction selecting means for selecting predetermined polarization direction components.
【0026】そして分割した2つの光束TL1 ,TL2
を偏光板11,11′を介して一定の振動方向の成分だ
けとしてこの成分だけを受光素子12,12′で受光し
ている。このとき受光素子12,12′からは初めて放
射格子8の回転に伴う明暗信号S1 ,S2 が得られる。The two split light beams TL 1 and TL 2
Are only components in a certain vibration direction via the polarizing plates 11 and 11 ′, and only this component is received by the light receiving elements 12 and 12 ′. At this time, light and dark signals S 1 and S 2 accompanying the rotation of the radiation grating 8 are obtained from the light receiving elements 12 and 12 ′ for the first time.
【0027】本実施形態では2つの偏光板11,11′
の方位を互いに45°ずらしており、これにより受光素
子12,12′から互いに90°位相がずれた明暗信号
S1,S2 を得ている。In this embodiment, two polarizing plates 11, 11 'are used.
Are shifted from each other by 45 °, whereby light and dark signals S 1 and S 2 whose phases are shifted by 90 ° from each other are obtained from the light receiving elements 12 and 12 ′.
【0028】そして図1に示すように例えば受光素子1
2,12′の出力信号を波形整形し、回転方向を検出し
た後カウンターに積算し、回転角度を求めている。Then, as shown in FIG.
The waveforms of the output signals 2, 12 'are shaped, and after detecting the rotation direction, they are integrated in a counter to determine the rotation angle.
【0029】図3は図1の放射格子8と2つの光束の放
射格子8上の照射位置M1 ,M2 と被検回転物体の回転
中心との説明図である。FIG. 3 is an explanatory view of the radiation grating 8 of FIG. 1, the irradiation positions M 1 and M 2 of the two light beams on the radiation grating 8 and the rotation center of the rotating object to be measured.
【0030】本実施形態においては放射格子8の中心と
被検回転物体の回転中心に対して略点対称の2点M1 ,
M2 を測定点とすることにより放射格子8の中心と、被
検回転体の回転中心との偏心の影響を軽減している。In the present embodiment, two points M 1 , approximately point-symmetric with respect to the center of the radiation
And the center of the radiation grid 8 by the M 2 and the measurement point, and reduce the effect of eccentricity of the rotation center of the test rotor.
【0031】すなわち、放射格子8の中心と、回転中心
とを完全に一致させることは機構上困難であり、両者の
偏心は避けられない。たとえば、図3に示すように、放
射格子8の中心Oと、回転中心O′との間に、偏心量が
aだけあったとき、回転中心から距離rの位置にある測
定点M1 でのドップラー周波数シフトは、偏心がないと
きとくらべて、r/(r+a)から、r/(r−a)ま
で変化する。That is, it is mechanically difficult to completely match the center of the radiation grating 8 with the center of rotation, and eccentricity between the two is inevitable. For example, as shown in FIG. 3, when the amount of eccentricity is a between the center O of the radiation grating 8 and the center of rotation O ′, the measurement point M 1 at a distance r from the center of rotation is used. The Doppler frequency shift changes from r / (r + a) to r / (ra) as compared to when there is no eccentricity.
【0032】一方、このとき位置M1 と、回転中心に対
して点対称な位置にある測定点M2での周波数シフト
は、位置M1 での変化とは逆に、r/r−aからr/r
+aまで変化するから、位置M1 とM2 の2点を同時に
測定することによって、偏心の影響を軽減している。On the other hand, at this time, the frequency shift at the measuring point M 2 which is point-symmetric with respect to the position M 1 with respect to the center of rotation is opposite to the change at the position M 1 from r / r−a. r / r
Since changes + to a, by measuring two points located M 1 and M 2 at the same time, and reduce the effect of eccentricity.
【0033】また本実施形態においては例えば従来から
使用されているインデックススケール方式の光電式ロー
タリーエンコーダーでは、前述の(4)式に対応する、
受光素子からの出力信号の波数nと、メインスケールの
総本数Nと、回転角θとの関係は、 n=Nθ/2π ‥‥‥(5) であるから、波数1個あたりの回転角Δθは、 Δθ=2π/N(ラジアン) ‥‥‥(6) である。これに対して、本実施形態では、(4)式か
ら、 Δθ=π/2mN(ラジアン)‥‥‥(7) である。In the present embodiment, for example, a conventionally used index scale type photoelectric rotary encoder corresponds to the above-mentioned expression (4).
Since the relationship between the wave number n of the output signal from the light receiving element, the total number N of the main scales, and the rotation angle θ is n = Nθ / 2π ‥‥‥ (5), the rotation angle Δθ per one wave number is obtained. Is Δθ = 2π / N (radian) ‥‥‥ (6). On the other hand, in the present embodiment, from equation (4), Δθ = π / 2 mN (radian) ‥‥‥ (7).
【0034】従って、本実施形態によれば、同じ分割数
のスケールを用いても従来例に比べて4m倍の精度で回
転角度の検出が出来ることになる。Therefore, according to the present embodiment, the rotation angle can be detected with an accuracy of 4 m times higher than that of the conventional example even if the scale having the same division number is used.
【0035】また、従来の光電式ロータリーエンコーダ
ーにおいては、透光部と遮光部の間隔は、光の回折の影
響を考慮すると、10μm程度が限度である。In the conventional photoelectric rotary encoder, the distance between the light transmitting portion and the light shielding portion is limited to about 10 μm in consideration of the influence of light diffraction.
【0036】いま、回転角度検出精度として、例えば3
0秒を得るためには、従来例では、メインスケールの分
割数として前述の(6)式から、 N=360×60×60/30=43,200 だけ必要である。そこで、メインスケール最外周での透
光部、遮光部の間隔を10μmとすれば、メインスケー
ルの直径は、 0.01mm×43,200/π=137.5 mm 必要になる。Now, as the rotation angle detection accuracy, for example, 3
In order to obtain 0 seconds, the conventional example requires N = 360 × 60 × 60/30 = 43,200 as the number of divisions of the main scale from the above equation (6). Therefore, if the interval between the light transmitting part and the light shielding part at the outermost periphery of the main scale is 10 μm, the diameter of the main scale needs to be 0.01 mm × 43,200 / π = 137.5 mm.
【0037】しかるに、本実施形態によれば、従来例と
同じ回転角の検出精度を得るためには、放射格子の分割
数は1/4mでよい。±1次の回折光を用いたm=1の
場合、30秒の回転角検出精度を得るための放射格子8
の格子の分割数は、 43,200/4=10,800 でよい。そして本実施形態においてレーザーの回折光を
用いれば透光部と反射部の間隔は狭くてよいので、たと
えば、これを4μmとすると、放射格子の直径は、 0.004 mm×10,800/π=13.75 mm でよいことになる。すなわち、本実施形態によれば従来
のインデックススケール方式の光電式ロータリーエンコ
ーダーと同等の回転角検出精度を得る形状としては、1
/10以下の大きさでよいことになる。従って、被検回
転物体への負荷も、従来例とくらべて、はるかに小さく
なり、正確な測定が行える。However, according to the present embodiment, in order to obtain the same rotation angle detection accuracy as in the conventional example, the division number of the radiation grating may be 1/4 m. When m = 1 using ± 1st-order diffracted light, a radiation grating 8 for obtaining a rotation angle detection accuracy of 30 seconds.
May be 43,200 / 4 = 10,800. In this embodiment, if the laser diffracted light is used, the distance between the light transmitting portion and the reflecting portion may be small. For example, if the distance is 4 μm, the diameter of the radiation grating is 0.004 mm × 10,800 / π = 13.75 mm. It will be good. That is, according to the present embodiment, the shape that can obtain the same rotation angle detection accuracy as that of the conventional index scale type photoelectric rotary encoder is 1
A size of / 10 or less is sufficient. Accordingly, the load on the rotating object to be tested is much smaller than in the conventional example, and accurate measurement can be performed.
【0038】図4は、本発明の光学装置をロータリーエ
ンコーダに適用したときの他の実施形態の一部分の概略
図であり、図1の放射格子8に光束が入射する付近部分
を示している。同図において各要素に付された番号は図
1で示したものと同じ要素を示す。放射格子8の位置M
1 及びM2 に入射した光束の±m次の透過回折光をシリ
ンドリカルレンズ62 ,62 ′、反射鏡7,7′を介し
て、放射格子8に再度入射させ、元の光路に戻すことに
より図1に示した実施形態と同様の効果を得ている。FIG. 4 is a schematic view of a part of another embodiment when the optical device of the present invention is applied to a rotary encoder, and shows a portion where a light beam enters the radiation grating 8 of FIG. In the figure, the numbers assigned to the respective elements indicate the same elements as those shown in FIG. Position M of radiation grating 8
± m-order transmitted diffracted light of the light beam incident on 1 and M 2 is again incident on the radiation grating 8 via the cylindrical lenses 6 2 and 6 2 ′ and the reflecting mirrors 7 and 7 ′, and is returned to the original optical path. Thus, the same effect as in the embodiment shown in FIG. 1 is obtained.
【0039】図5は、本発明の光学装置をロータリーエ
ンコーダに適用したときの放射格子8近傍を示す更に別
の実施形態の概略図である。FIG. 5 is a schematic view of another embodiment showing the vicinity of the radiation grating 8 when the optical device of the present invention is applied to a rotary encoder.
【0040】図5において13及び13′は各々コーナ
ーキューブ反射鏡である。放射格子8の位置M1 及びM
2 に入射した光束の±m次の反射(あるいは図4のよう
に透過でもよい。)回折光を、シリンドリカルレンズ6
2 ,62 ′を介して、コーナーキューブ反射鏡で元の光
路に戻し、図1に示した実施形態と同様の効果を得てい
る。放射格子8の中心と、被検回転物体の回転中心とが
偏心している場合、場所によって、放射格子8の透光部
及び反射部の間隔が変化するため、回折光L及びL′の
回折角が変化することになる。In FIG. 5, reference numerals 13 and 13 'denote corner cube reflecting mirrors, respectively. Positions M 1 and M of radiation grating 8
± m order reflection of the light beam incident on the 2 (or may be transmitted as shown in FIG.) Diffracted light, the cylindrical lens 6
The light is returned to the original optical path by the corner cube reflecting mirror via 2 and 6 2 ′, and the same effect as that of the embodiment shown in FIG. 1 is obtained. When the center of the radiation grating 8 and the rotation center of the rotating object to be measured are eccentric, the interval between the light transmitting portion and the reflecting portion of the radiation grating 8 changes depending on the location, and therefore the diffraction angles of the diffracted lights L and L ′. Will change.
【0041】また、図1の実施形態において、光源1と
しては、半導体レーザーが、その小型・低価格・高出力
という点で、最も望ましい。In the embodiment shown in FIG. 1, a semiconductor laser is most preferable as the light source 1 in terms of its small size, low cost, and high output.
【0042】しかるに、半導体レーザーは、周囲の温度
変化によって、その発振波長が変化することが知られて
いる。図1の実施形態において、光源1の波長が変化す
ると、回折光L及びL′の回折角が変化する。このと
き、回折光L及びL′の反射鏡として図1の7及び7′
の如く平面鏡を用いると、反射鏡は所謂ティルト状態に
なって、受光素子12,12′の前面には、干渉縞が多
数発生し、受光素子12,12′の出力信号のS/Nが
低下する場合がある。そこで図5の如く、反射鏡として
コーナーキューブ反射鏡13及び13′を用いることに
より、放射格子8で回折された回折光L及びL′の回折
角が上記理由で変化しても、コーナーキューブ反射鏡1
3及び13′で反射された光束を元の光路を戻すことが
できる。これにより受光素子12,12′の前面で干渉
縞が多数発生するのを防止し、受光素子12,12′の
出力信号のS/N比の向上を図っている。However, it is known that the oscillation wavelength of a semiconductor laser changes due to a change in ambient temperature. In the embodiment of FIG. 1, when the wavelength of the light source 1 changes, the diffraction angles of the diffracted lights L and L 'change. At this time, 7 and 7 'in FIG.
When the plane mirror is used as described above, the reflection mirror is in a so-called tilt state, and a large number of interference fringes are generated on the front surface of the light receiving elements 12, 12 ', and the S / N of the output signal of the light receiving elements 12, 12' is reduced. May be. Therefore, as shown in FIG. 5, by using the corner cube reflecting mirrors 13 and 13 'as reflecting mirrors, even if the diffraction angles of the diffracted lights L and L' diffracted by the radiation grating 8 change for the above reason, the corner cube reflection Mirror 1
The luminous flux reflected by 3 and 13 'can be returned to the original optical path. This prevents the occurrence of many interference fringes on the front surfaces of the light receiving elements 12 and 12 ', thereby improving the S / N ratio of the output signals of the light receiving elements 12 and 12'.
【0043】尚前述した本発明をロータリーエンコーダ
に適用した各実施形態ではm次の2つの回折光を用いた
場合を示したが±m次の回折光であっても又次数の異な
った2つの回折光を用いても良い。In each embodiment in which the present invention described above is applied to a rotary encoder, two m-order diffracted lights are used. However, even ± m-order diffracted lights have two different orders. Diffracted light may be used.
【0044】又本発明をロータリーエンコーダに適用し
た各実施形態において放射格子の中心と被検回転物体の
回転中心との偏心誤差が無視出来、回転速度計として用
いるならば放射格子への照射点を1箇所とし、受光素子
を1つ設ければ良い。In each embodiment in which the present invention is applied to a rotary encoder, the eccentricity error between the center of the radiation grating and the rotation center of the rotating object to be tested can be ignored. Only one light receiving element may be provided.
【0045】[0045]
【発明の効果】以上、本発明によれば、直交する偏光方
位を有する2つの直線偏光光束の合波光束を1/4波長
板を通すことによって逆回りの円偏光に変換し、この円
偏光光同士の合波状態により得られる直線偏光成分が前
述直交直線偏光光束間の位相差の変化に伴って回転し、
この回転する直線偏光成分を、例えば検光子等を用いて
所定の偏光方位成分を選択する構成にしたことにより、
取り出す偏光方位は偏光方位選択手段の選択方位、例え
ば検光子であれば偏光軸、を回転させることで自由に選
択できる。即ち、取り出す偏光方位の選択が自由な光学
装置を実現することができる。As described above, according to the present invention, a combined luminous flux of two linearly polarized luminous fluxes having orthogonal polarization directions is converted into reverse circularly polarized light by passing through a quarter wavelength plate. The linearly polarized light component obtained by the combined state of the light rotates with the change in the phase difference between the orthogonal linearly polarized light beams,
The rotating linearly polarized light component is configured to select a predetermined polarization direction component using, for example, an analyzer,
The polarization direction to be extracted can be freely selected by rotating the selection direction of the polarization direction selection means, for example, the polarization axis in the case of an analyzer. That is, it is possible to realize an optical device in which the polarization direction to be extracted can be freely selected.
【図1】本発明をロータリーエンコーダに適用したとき
の一実施形態の概略図FIG. 1 is a schematic view of an embodiment when the present invention is applied to a rotary encoder.
【図2】図1の放射格子への入射光束と反射回折光のベ
クトル表示の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of a vector display of a light beam incident on the radiation grating and a reflected diffraction light in FIG.
【図3】図1の放射格子の中心と回転中心との偏心を表
わす説明図FIG. 3 is an explanatory diagram showing eccentricity between the center of the radiation grating and the center of rotation in FIG. 1;
【図4】本発明をロータリーエンコーダに適用したとき
の他の実施形態の一部分の説明図FIG. 4 is an explanatory view of a part of another embodiment when the present invention is applied to a rotary encoder.
【図5】本発明をロータリーエンコーダに適用したとき
の他の実施形態の一部分の説明図FIG. 5 is an explanatory diagram of a part of another embodiment when the present invention is applied to a rotary encoder.
【図6】図1の一部分の説明図FIG. 6 is an explanatory view of a part of FIG. 1;
1 光源 2 コリメーターレンズ 3 偏光ビームスプリッター 41 ,42 ,43 1/4波長板 5,7,7′ 反射鏡 61 ,62 ,62 ′ シリンドリカルレンズ 8 放射格子 9 被検回転物体の回転軸 10 ビームスプリッター 11,11′ 偏光板 12,12′ 受光素子 13,13′ コーナーキューブ反射鏡REFERENCE SIGNS LIST 1 light source 2 collimator lens 3 polarizing beam splitter 4 1 , 4 2 , 4 3 1/4 wavelength plate 5, 7, 7 ′ reflecting mirror 6 1 , 6 2 , 6 2 ′ cylindrical lens 8 radiation grating 9 rotating object to be tested Axis of rotation 10 beam splitter 11, 11 'polarizing plate 12, 12' light receiving element 13, 13 'corner cube reflecting mirror
Claims (2)
光光束の合波光束が通過する位置に前記2光束のいずれ
かの偏光方位に対して偏光軸を45°傾けて設けられた
1/4波長板と、該1/4波長板を通過した光束から所
定の偏光方位成分を選択するための偏光方位選択手段と
を有することを特徴とする光学装置。1. A quarter which is provided at a position where a combined light beam of two linearly polarized light beams having orthogonal polarization directions passes with a polarization axis inclined by 45 ° with respect to any one of the polarization directions of the two light beams. An optical apparatus comprising: a wave plate; and a polarization direction selecting unit for selecting a predetermined polarization direction component from a light beam passing through the quarter-wave plate.
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光学装
置。2. The optical device according to claim 1, wherein said polarization direction selecting means has a polarizing plate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27298496A JP2650645B2 (en) | 1996-09-24 | 1996-09-24 | Optical device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP27298496A JP2650645B2 (en) | 1996-09-24 | 1996-09-24 | Optical device |
Related Parent Applications (1)
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JP60054017A Division JPH07117426B2 (en) | 1985-03-18 | 1985-03-18 | Optical encoder |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH09105647A true JPH09105647A (en) | 1997-04-22 |
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ID=17521529
Family Applications (1)
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JP27298496A Expired - Lifetime JP2650645B2 (en) | 1996-09-24 | 1996-09-24 | Optical device |
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Country | Link |
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2009257841A (en) * | 2008-04-14 | 2009-11-05 | Sony Corp | Optical displacement measuring device |
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-
1996
- 1996-09-24 JP JP27298496A patent/JP2650645B2/en not_active Expired - Lifetime
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