JPS59164914A - 光学式スケ−ル読取装置 - Google Patents
光学式スケ−ル読取装置Info
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- JPS59164914A JPS59164914A JP3995183A JP3995183A JPS59164914A JP S59164914 A JPS59164914 A JP S59164914A JP 3995183 A JP3995183 A JP 3995183A JP 3995183 A JP3995183 A JP 3995183A JP S59164914 A JPS59164914 A JP S59164914A
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- Japan
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は反射形のスケールを用いて可干渉性光の回折光
同士の干渉を利用してスケールの移動距離を測定し、ハ
ーフミラ−での反射による光の位相遅れを利用してスケ
ールの移動方向を測定するとともに超高分解能を実現し
た光学式スケール読取装置に関する。
同士の干渉を利用してスケールの移動距離を測定し、ハ
ーフミラ−での反射による光の位相遅れを利用してスケ
ールの移動方向を測定するとともに超高分解能を実現し
た光学式スケール読取装置に関する。
光の干渉を利用した光学式スケール読取装置としては、
従来より種々のものが知られている。第１図は、従来の
この種の装置の一構成を示す図である。レーザから発射
されたレーザ光党は、鏡Ｍ１およびレンズＬ１．１２を
通過してスケール１に照射される。スケール１で回折し
た＋１次回折光は鏡Ｍ２へ、Ｏ次回折光は鏡Ｍ３へ入射
する。
従来より種々のものが知られている。第１図は、従来の
この種の装置の一構成を示す図である。レーザから発射
されたレーザ光党は、鏡Ｍ１およびレンズＬ１．１２を
通過してスケール１に照射される。スケール１で回折し
た＋１次回折光は鏡Ｍ２へ、Ｏ次回折光は鏡Ｍ３へ入射
する。
ＭＭ２からの＋１次回折光はそのままレンズＬ３へ、ま
た鏡Ｍ３からのＯ次回折光はスケーノ１１上で回折し、
−１次回折光としてレンズＬ３に入射する。このとき、
＋１次、−１次回折光はそれぞれ偏光子Ｐｉ 、Ｐ２に
より互いに９０°偏光面のずれた直線偏光となる。レン
ズ［３で集光された光は、分光器２で３方向に分けられ
光電変換素子Ｄ１〜Ｄ３へ入射する。ここで。Ｄ３の出
力は、し１−ザ光を一定に保つための自動利得制御用に
用いられる。また、ＤＩ 、Ｄ２に入る光は、それぞれ
１／４波長板１３で９０’の位相差がつけられ偏光面が
４５°になるよう設定された検光子Ｐ３Ｐ４によって±
１次回折光が混合される。この結果干渉縞を生じた光は
、光電変換素子ＤＩ 、 Ｄ２で電気信号に変換される
。これら光電変換素子の出力は所定の処理を経てスケー
ル移動値に変換される。
た鏡Ｍ３からのＯ次回折光はスケーノ１１上で回折し、
−１次回折光としてレンズＬ３に入射する。このとき、
＋１次、−１次回折光はそれぞれ偏光子Ｐｉ 、Ｐ２に
より互いに９０°偏光面のずれた直線偏光となる。レン
ズ［３で集光された光は、分光器２で３方向に分けられ
光電変換素子Ｄ１〜Ｄ３へ入射する。ここで。Ｄ３の出
力は、し１−ザ光を一定に保つための自動利得制御用に
用いられる。また、ＤＩ 、Ｄ２に入る光は、それぞれ
１／４波長板１３で９０’の位相差がつけられ偏光面が
４５°になるよう設定された検光子Ｐ３Ｐ４によって±
１次回折光が混合される。この結果干渉縞を生じた光は
、光電変換素子ＤＩ 、 Ｄ２で電気信号に変換される
。これら光電変換素子の出力は所定の処理を経てスケー
ル移動値に変換される。
第２図は出願人が既に提案した光学式スケール読取装置
の一実施例を示す構成図である。図において、１１は可
干渉性光源、Ｌｌｌは該光源の出力光を集光する第１の
レンズ、１２は該レンズの通過光を受ける偏光キューブ
プリズム、１３は該プリズムを゛透過した光を受ける１
／４波長板、Ｌ１２は該波長板の透過光を受ける第２の
集光レンズ、１４は該レンズの通過光を受けるスケール
、Ａはスケール１４から反射した回折光が、結像する結
像部である。１５は結像部Δに置かれたＯ次回折光除去
用のストッパ、Ｓは結像部Ａの後方部に生じた干渉縞、
１６は干渉縞Ｓを受ける受光素子である。
の一実施例を示す構成図である。図において、１１は可
干渉性光源、Ｌｌｌは該光源の出力光を集光する第１の
レンズ、１２は該レンズの通過光を受ける偏光キューブ
プリズム、１３は該プリズムを゛透過した光を受ける１
／４波長板、Ｌ１２は該波長板の透過光を受ける第２の
集光レンズ、１４は該レンズの通過光を受けるスケール
、Ａはスケール１４から反射した回折光が、結像する結
像部である。１５は結像部Δに置かれたＯ次回折光除去
用のストッパ、Ｓは結像部Ａの後方部に生じた干渉縞、
１６は干渉縞Ｓを受ける受光素子である。
光源１１から出射された光は、続くレンズ１１１で集光
されて偏光キューブプリズム１２に入る。キューブプリ
ズムに入射した光のうち、該プリズムと偏光角が一致し
た成分のみが該プリズムを通過する。光源１１として半
導体レーザを用いると大部分が直線偏光なのでプリズム
１２を通過することができる。そして、キューブプリズ
ムを通過した光は１／４波長板１３に入る。１／４波長
板１３を通過した光は円偏光となり、レンズ１１．２で
集光され、スケール１４に照射される。スケール１４に
入射した光は、反射する際に多モードの回折光を生じさ
せる。ここで、Ｏ次回折光の第１結像点をＱｌ、＋１次
回折光および一１次回折光の結像点をそれぞれＰｉ 、
Ｑｌとする。スケール１４によって反射された回折光は
、第１結像点０１．−Ｐｉ 、Ｑｌから出たように進み
レンズＬ１２で集光される。レンズＬ１２を通過した光
は、再び１／４波長板１８に入る。ここで、反射光は再
び直線偏光にもどされる。かつ、その偏光角は、入射直
線偏光と９０’異なるなめ、今度はキューブプリズム１
２に入った反射光は、全て反射される。反射した回折光
は、結像部Ａで再び結像される。図中、０２は０次の、
Ｐ２は＋１次の、Ｑ２は一１次のそれぞれ回折光の結像
点である。０次の回折光−は、結像部Ａに設けられたス
トッパ１５で除去される結果、±１次回折光同士による
干渉縞が生じる。
されて偏光キューブプリズム１２に入る。キューブプリ
ズムに入射した光のうち、該プリズムと偏光角が一致し
た成分のみが該プリズムを通過する。光源１１として半
導体レーザを用いると大部分が直線偏光なのでプリズム
１２を通過することができる。そして、キューブプリズ
ムを通過した光は１／４波長板１３に入る。１／４波長
板１３を通過した光は円偏光となり、レンズ１１．２で
集光され、スケール１４に照射される。スケール１４に
入射した光は、反射する際に多モードの回折光を生じさ
せる。ここで、Ｏ次回折光の第１結像点をＱｌ、＋１次
回折光および一１次回折光の結像点をそれぞれＰｉ 、
Ｑｌとする。スケール１４によって反射された回折光は
、第１結像点０１．−Ｐｉ 、Ｑｌから出たように進み
レンズＬ１２で集光される。レンズＬ１２を通過した光
は、再び１／４波長板１８に入る。ここで、反射光は再
び直線偏光にもどされる。かつ、その偏光角は、入射直
線偏光と９０’異なるなめ、今度はキューブプリズム１
２に入った反射光は、全て反射される。反射した回折光
は、結像部Ａで再び結像される。図中、０２は０次の、
Ｐ２は＋１次の、Ｑ２は一１次のそれぞれ回折光の結像
点である。０次の回折光−は、結像部Ａに設けられたス
トッパ１５で除去される結果、±１次回折光同士による
干渉縞が生じる。
干渉縞Ｓを受（ブる受光素子１６は、多分割されたフォ
トダイオードより構成されており、各フォトダイオード
ごとに光の明暗に応じた電気信号を発生させている。
トダイオードより構成されており、各フォトダイオード
ごとに光の明暗に応じた電気信号を発生させている。
今、光源１１から可干渉性の光が照射されている状態で
、スケールを成る方向に移動させたとする。このとき、
受光素子１６上の干渉縞Ｓはスケール１４の移動に応じ
移動する。フォトダイオードを９０’ずつ位相が異なる
ように配してお゛けば、これら各フォトダイオードはそ
れぞれ９０°ずつ位相の異なった正弦波を出力する。こ
れら各フォトダイオードの出力を制御回路（図示せず）
で演算処理することにより、スケール１４の変位を求め
ることができる。いずれの例も出力は９０°の位相差を
もつ２つの正弦波で、正弦波のピーク値を計数すること
でスケールの移動量が、また２つの正弦波の位相関係を
判別することで移動方向がそれぞれ測定できる。ここで
さらに高分解能を得ようとすれば、正弦波の電圧をアナ
ログ的に分割することが考えられる。従って、その場合
正弦波の形及び９０’の位相差はできるかぎり正確であ
ることが必要である。
、スケールを成る方向に移動させたとする。このとき、
受光素子１６上の干渉縞Ｓはスケール１４の移動に応じ
移動する。フォトダイオードを９０’ずつ位相が異なる
ように配してお゛けば、これら各フォトダイオードはそ
れぞれ９０°ずつ位相の異なった正弦波を出力する。こ
れら各フォトダイオードの出力を制御回路（図示せず）
で演算処理することにより、スケール１４の変位を求め
ることができる。いずれの例も出力は９０°の位相差を
もつ２つの正弦波で、正弦波のピーク値を計数すること
でスケールの移動量が、また２つの正弦波の位相関係を
判別することで移動方向がそれぞれ測定できる。ここで
さらに高分解能を得ようとすれば、正弦波の電圧をアナ
ログ的に分割することが考えられる。従って、その場合
正弦波の形及び９０’の位相差はできるかぎり正確であ
ることが必要である。
上述したような装置は何れも透過形のスケールを用いて
いるのでスケールの移動方法が難しく、９０°の位相差
をつくるのに偏光子、検光子、１、／４波長板、ビーム
スプリッタ等が必要で構成が複雑であった。また、第２
図の場合においてはスケール１４のピッチが小さいと回
折角が大きくなるのでＬ１２に高Ｎ’Ａのレンズが必要
となり受光素子１６上に達する光が反射されるスケール
１４上の面積が非常に小さくなりスケール上のゴミや汚
れの影響を受けやすくなるという欠点があった。
いるのでスケールの移動方法が難しく、９０°の位相差
をつくるのに偏光子、検光子、１、／４波長板、ビーム
スプリッタ等が必要で構成が複雑であった。また、第２
図の場合においてはスケール１４のピッチが小さいと回
折角が大きくなるのでＬ１２に高Ｎ’Ａのレンズが必要
となり受光素子１６上に達する光が反射されるスケール
１４上の面積が非常に小さくなりスケール上のゴミや汚
れの影響を受けやすくなるという欠点があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、
スケールζして反射形のものを用い１．スケールに照射
する光ビームの径を大きくしてゴミの影響等を小さくし
、更にハーフミラ−の反射による光の位相遅れを利用し
て９０’の位相差をつくることにより構成が簡単で操作
性のよい超高分解能の光学式スケール読取装置を実現し
たものである。
スケールζして反射形のものを用い１．スケールに照射
する光ビームの径を大きくしてゴミの影響等を小さくし
、更にハーフミラ−の反射による光の位相遅れを利用し
て９０’の位相差をつくることにより構成が簡単で操作
性のよい超高分解能の光学式スケール読取装置を実現し
たものである。
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第３図は、本発明の一実施例を示す構成図である。図に
おいて、２１は半導体レーザ等を用いた可干渉性光源、
２２は該光源の発射光を受ける集光レンズ、２３は反射
形スケール、２４．２５はそれぞれスケール２３の反射
回折光を受は板ミラー、２６はこれらミラーの反射光を
受ける第１のハーフミラ−１２７は該第１のハーフミラ
−の透過光を受けて混合干渉させる第２のハーフミラ−
１２８，２９は該第２のハーフミラ−の位相の異なる回
折光を受けて電気信号に変換する受光素子、３０．３１
はこれら受光素子の出力を増幅する増幅器、３２はこれ
ら増幅器の出力を受けて演算処理を施しスケール２３の
移動距離を算出する信号処理回路、３３は該信号処理回
路の出力を表示する表示部、３４は第１のハーフミラ−
２６の反射光を受ける受光素子である。このよう（こ構
成された装置の動作を説明すれば、以下のとおりである
。
おいて、２１は半導体レーザ等を用いた可干渉性光源、
２２は該光源の発射光を受ける集光レンズ、２３は反射
形スケール、２４．２５はそれぞれスケール２３の反射
回折光を受は板ミラー、２６はこれらミラーの反射光を
受ける第１のハーフミラ−１２７は該第１のハーフミラ
−の透過光を受けて混合干渉させる第２のハーフミラ−
１２８，２９は該第２のハーフミラ−の位相の異なる回
折光を受けて電気信号に変換する受光素子、３０．３１
はこれら受光素子の出力を増幅する増幅器、３２はこれ
ら増幅器の出力を受けて演算処理を施しスケール２３の
移動距離を算出する信号処理回路、３３は該信号処理回
路の出力を表示する表示部、３４は第１のハーフミラ−
２６の反射光を受ける受光素子である。このよう（こ構
成された装置の動作を説明すれば、以下のとおりである
。
半導体レーザ２１の出力光はレンズ２２によって受光素
子２８．２９に集光する角度（もしく（ま平行光）にな
る。このとき、偏光面を図に示す向きになるようにして
おく。この光をスケール２３に投射する。スケールとし
ては例えば正確に溝を一定間隔で刻まれた回折格子或い
はホログラフィ技術による回折格子等が使用される。従
って投射された光は回折する。このときの回折角θはス
ケールピッチｄ、半導体レーザ２１の波長をλとすると
次式が成立する。
子２８．２９に集光する角度（もしく（ま平行光）にな
る。このとき、偏光面を図に示す向きになるようにして
おく。この光をスケール２３に投射する。スケールとし
ては例えば正確に溝を一定間隔で刻まれた回折格子或い
はホログラフィ技術による回折格子等が使用される。従
って投射された光は回折する。このときの回折角θはス
ケールピッチｄ、半導体レーザ２１の波長をλとすると
次式が成立する。
５ｉｒｉθ−ｍλ／ｄ （ｍ ；整数）但し一９０°
≦θ≦９’Ｑ０．−１≦■λ／ｄ≦＋１こ、こて、たと
えばλ−０．７８μｍ、ｄ＝０８３μ刊とするとｍ−０
，±１となり θ、＝Ｑ０ （ｍ＝ｏでＯ次回折光）θ＝±７
０．０′。−（ｍ−±１で±１次回折光）となる。±１
次回折光はそれぞれミラー２４．２５で反射され、ハー
フミラ−２６を通過した後筒２のハーフミラ−２７で混
合し干渉させられる。
≦θ≦９’Ｑ０．−１≦■λ／ｄ≦＋１こ、こて、たと
えばλ−０．７８μｍ、ｄ＝０８３μ刊とするとｍ−０
，±１となり θ、＝Ｑ０ （ｍ＝ｏでＯ次回折光）θ＝±７
０．０′。−（ｍ−±１で±１次回折光）となる。±１
次回折光はそれぞれミラー２４．２５で反射され、ハー
フミラ−２６を通過した後筒２のハーフミラ−２７で混
合し干渉させられる。
この干渉させられた光はそれぞれ受光素子２８゜２９で
電気信号に変換される。このとき、干渉した光には９０
６の位相差を持たせなければならない。以下にその方法
を示す。第４図はハーフミラ−２７で干渉するときの様
子を示す図である。図において、４０はガラス、４１は
金属半透過面である。一般に金属面での反射の−には位
相が遅れガラス面での反射および透過光は位相は遅れな
い。
電気信号に変換される。このとき、干渉した光には９０
６の位相差を持たせなければならない。以下にその方法
を示す。第４図はハーフミラ−２７で干渉するときの様
子を示す図である。図において、４０はガラス、４１は
金属半透過面である。一般に金属面での反射の−には位
相が遅れガラス面での反射および透過光は位相は遅れな
い。
同図において、−１次回折光のハーフミラ−２７での反
射による位相遅れをδｒ ｌ ＋ ＋ １次回折光の反
射による位相遅れをδτ２．該ハーフミラ−のガラス媒
質中での位相遅れをそれぞれ図に示すように６１．＋〜
δｔ３とする。＋１次光がハーフミラ−で反射透過して
受光素子２８．２９の方向へ行く光をＰ ＋ ＋ ＊
Ｑ ＋’ ＋ ＋ １次光が同様に受光素子の方向へ
行く光をＰ−＋、Ｑ−＋とする。
射による位相遅れをδｒ ｌ ＋ ＋ １次回折光の反
射による位相遅れをδτ２．該ハーフミラ−のガラス媒
質中での位相遅れをそれぞれ図に示すように６１．＋〜
δｔ３とする。＋１次光がハーフミラ−で反射透過して
受光素子２８．２９の方向へ行く光をＰ ＋ ＋ ＊
Ｑ ＋’ ＋ ＋ １次光が同様に受光素子の方向へ
行く光をＰ−＋、Ｑ−＋とする。
これら４つの光束の位相遅れはそれぞれ次のようになる
。
。
Ｐ＋１ ；δｔ１＋δτ２＋δｔ２・ Ｐ−１；δｔＱ
＋１ ：δｔ１ 、 Ｑ−＋：δ丁１
従って、Ｐ＋＋とＰ−＋の位相差Δ＋ ’ｔ Ｑ＋１と
Ｑ−＋の位相差Δ２はそれぞれ次式で表される。
＋１ ：δｔ１ 、 Ｑ−＋：δ丁１
従って、Ｐ＋＋とＰ−＋の位相差Δ＋ ’ｔ Ｑ＋１と
Ｑ−＋の位相差Δ２はそれぞれ次式で表される。
Δ１＝δｔ１＋δＴ２＋δｔ２−δｔ３Δ２−δｔ１−
δτ１ ここで、Ｐ＋１とＰ−＋の光路を一致させればδｔ２＝
δｔ３となる。従って次式が成立する。
δτ１ ここで、Ｐ＋１とＰ−＋の光路を一致させればδｔ２＝
δｔ３となる。従って次式が成立する。
Δ１＝δｔ１＋δｒ２
さて、Ｐ＋＋とＰ−＋およびＱ＋＋とＱ−＋がそれぞれ
干渉し受光素子２８．２９に入射する。
干渉し受光素子２８．２９に入射する。
このとき受光素子２８，２．９の出ノＪの位相差をαと
すれば α＝Δ、−Δ２ −δｔ １ ＋δτ２−δｔ １ ＋δτ １−δτ
１ ＋δτ ２ と、なる。従って、受光素子２８．２９の位相差はδτ
１およびδτ２のみで決まり、ハーフミラ−２７のガラ
スの厚さには無関係である。金属面でのδＴｌ、δＴ２
の値は、入射角φと入射光の偏光面の角度によって決ま
る。δτ１．δτ２が最大になるのは偏光面を第４図に
示す向きにとったときで、このときフレネルの公式およ
び屈折の法則より次式が成立する。
すれば α＝Δ、−Δ２ −δｔ １ ＋δτ２−δｔ １ ＋δτ １−δτ
１ ＋δτ ２ と、なる。従って、受光素子２８．２９の位相差はδτ
１およびδτ２のみで決まり、ハーフミラ−２７のガラ
スの厚さには無関係である。金属面でのδＴｌ、δＴ２
の値は、入射角φと入射光の偏光面の角度によって決ま
る。δτ１．δτ２が最大になるのは偏光面を第４図に
示す向きにとったときで、このときフレネルの公式およ
び屈折の法則より次式が成立する。
ｊａｎ （φ−χ）
Ｒｐ−Ａｐ
ｊａｎ （φ＋χ）
ｓ ｉ ｎφ
ｓｉｎ χ ＝□
ｎ（１＋ｉｋ）
但し、Ｒｐ；反射光複素振幅
Ａｐ；入射光複素振幅
χ；複素屈折角
ｎ：金属の屈折率
に；減衰定数
上式からχを消去すれば反射光の位相遅れδは次式で示
される。。
される。。
Ａｐ
δ−ｔａｎ ” −
Ａｐ
２１１ｋ ｔ ａ ｎ φＳ自１ φ （ｔａｎ ２
φ ＋１ ）ｔａｌ１２φ（ｎ２ ＋（ｎｋ）２ ：
）］ 一５ｉｎ２φ（ｔａｎ２φ＋１）２ しかし、ハーフミラ−の場合には金属面のほかにガラス
面の部分での反射があると考えられる。ガラス面での反
射はブリュータス角を境にして位相が１８００反転する
。
φ ＋１ ）ｔａｌ１２φ（ｎ２ ＋（ｎｋ）２ ：
）］ 一５ｉｎ２φ（ｔａｎ２φ＋１）２ しかし、ハーフミラ−の場合には金属面のほかにガラス
面の部分での反射があると考えられる。ガラス面での反
射はブリュータス角を境にして位相が１８００反転する
。
そこで、ハーフミラ−の場合で、入射角φと受光素子２
８，２９間の位相差αの関係を実測すると第５図に示す
ようなものとなり、金属面反射の特性とガラス面反射の
特性を併せもちインコネルバー、フミラーの場合・φ＝
約７５°でα−９００となる。図において、−横軸は入
射角φを、縦軸は受光素子２８．２９間の位相差αをそ
れぞれ示している。従って、この出力によってスケール
の移動方向が判別でき、正弦波の波の数を計数して移動
量がわかる。出力は正確に９０’位相差のある正弦波な
のでさらにアナログ的に補間して分解能１／１００〜１
／ １０００ ｌＪｍの超高分解能が得られ、これを
表示したり或いは位置制御に使用したりすることができ
る。この９０°の位相差信号を処］！Ｉ！する構成はそ
の目的によって一般的な各種のものが考えられる。この
ような構成にした場合、スケールに投射される光ビーム
径は約４〜５ｍｍで、スケールのピッチｄを０．８μＩ
ＩＩとすればこのビーム径の中に格子は５０００本程度
重りこの全ての格子で１本の干渉縞を作ることになる。
８，２９間の位相差αの関係を実測すると第５図に示す
ようなものとなり、金属面反射の特性とガラス面反射の
特性を併せもちインコネルバー、フミラーの場合・φ＝
約７５°でα−９００となる。図において、−横軸は入
射角φを、縦軸は受光素子２８．２９間の位相差αをそ
れぞれ示している。従って、この出力によってスケール
の移動方向が判別でき、正弦波の波の数を計数して移動
量がわかる。出力は正確に９０’位相差のある正弦波な
のでさらにアナログ的に補間して分解能１／１００〜１
／ １０００ ｌＪｍの超高分解能が得られ、これを
表示したり或いは位置制御に使用したりすることができ
る。この９０°の位相差信号を処］！Ｉ！する構成はそ
の目的によって一般的な各種のものが考えられる。この
ような構成にした場合、スケールに投射される光ビーム
径は約４〜５ｍｍで、スケールのピッチｄを０．８μＩ
ＩＩとすればこのビーム径の中に格子は５０００本程度
重りこの全ての格子で１本の干渉縞を作ることになる。
従って、スーケールの格子欠陥や小さなピッチむら或い
はスケールに付着したゴミや汚れの影響も非常に小さく
できる。ところで、第３図の第１のハーフミラ−２６と
受光素子３４は±１次回折光の光パワーのモニタとして
用いられるもので、受光素子２８゜２９の出力正弦波の
バイアス成分を除くための電圧をつくるものである。こ
のようにすれば、スケールの各場所で回折効率が変動し
たり、ゴミや汚れで±１次回折光の強度が変わって受光
素子２８゜２９の出力が変化しても正確な正弦波とする
ことができ正確にパルスに変換することができる。しか
し、スケールが均一で移動に際し位置や角度の変化が小
さいような場合は特に無くてもよいものである。上述し
た本発明装置の特長を列挙すれば、以下のとおりである
。
はスケールに付着したゴミや汚れの影響も非常に小さく
できる。ところで、第３図の第１のハーフミラ−２６と
受光素子３４は±１次回折光の光パワーのモニタとして
用いられるもので、受光素子２８゜２９の出力正弦波の
バイアス成分を除くための電圧をつくるものである。こ
のようにすれば、スケールの各場所で回折効率が変動し
たり、ゴミや汚れで±１次回折光の強度が変わって受光
素子２８゜２９の出力が変化しても正確な正弦波とする
ことができ正確にパルスに変換することができる。しか
し、スケールが均一で移動に際し位置や角度の変化が小
さいような場合は特に無くてもよいものである。上述し
た本発明装置の特長を列挙すれば、以下のとおりである
。
（１） １００ｍｍ以上にわたって、１／１００〜１
／１０００μｍの超高分解能である。
／１０００μｍの超高分解能である。
（２） ハーフミラ−の反射での位相遅れを利用し、偏
光板、１／４波長板を使用していないので構成が簡単に
なる。
光板、１／４波長板を使用していないので構成が簡単に
なる。
（３） スケールに投射する光束が太く、受光素子上で
空間フィルタ等を使用していないのでスケール上のゴミ
や汚れの或いはスケールの欠陥ピッチむらの影響が少い
。
空間フィルタ等を使用していないのでスケール上のゴミ
や汚れの或いはスケールの欠陥ピッチむらの影響が少い
。
【４、） スケールとヘッドの間隔の許容差が大きい。
（５〉 反射形スケールを用いているのでスケールの取
付が簡単である。
付が簡単である。
第６図は、本発明の他の実施例を示ず図である。
図は何れも可干渉性光源から光が斜めに入射した場合に
第３のハーフミラ−５０をもうけて入射光を２つに分離
し、スケール上の２点での回折光を利用するようにした
ものである。この場合にはスケールの回転によっても干
渉縞が変化づるので極微小角度の測定も可能である。
第３のハーフミラ−５０をもうけて入射光を２つに分離
し、スケール上の２点での回折光を利用するようにした
ものである。この場合にはスケールの回転によっても干
渉縞が変化づるので極微小角度の測定も可能である。
以上、詳細に説明したように、本発明によればスケール
として反射形のものを用い、スケールに照射する光ビー
ムの径を大きくしてゴミの影響等を小さくし、更にハー
フミラ−の反射による光の位相遅れを利用して９００の
位相差を作ることにより構成が簡単で操作性のよい超高
分解能の光学式スケール読取装置を実現することができ
る。
として反射形のものを用い、スケールに照射する光ビー
ムの径を大きくしてゴミの影響等を小さくし、更にハー
フミラ−の反射による光の位相遅れを利用して９００の
位相差を作ることにより構成が簡単で操作性のよい超高
分解能の光学式スケール読取装置を実現することができ
る。
第１図、第２図は従来装置の構成を示を図、第３図は本
発明の一実施例を示す構成図、第４図はハーフミラ−で
干渉するときの位相関係を示す図、第５図は入射角と受
光素子の間の関係を示す図、第６図は本発明の他の実施
例を示す図である。 １．１４・・・透過形スケール、・２・・・分光器、し
１〜Ｌ３ 、’Ｌ＋’＋ 、Ｌ＋ ２．２２・・・レン
ズ、Ｍ＋〜Ｍ３．２４．２５・・・ミラー＋ Ｐ ＋
＋ Ｐ ２・・・偏光子。 Ｐ３ 、Ｐ４・・・検光子、１３・・・１／４波長板＋
Ｄ ＋〜Ｄ３．１６，２８，２９．３４・・・受光素
子、１１．２１・・・可干渉性光源、１２・・・偏光キ
ューブプリズム、１５・・・ストッパ、２３・・・反射
形スケール。 ２６．２７．５０・・・ハーフミラ−，３０，３１・・
・増幅器、３２・・・信号処理回路、３３・・・表示部
。４０・・・ガラス、４１・・・金属反透過面。 第１図 ゛ 尾２図 ビｉＵ１ ｔ、Ｊｌ Ｍ３図 ｎ 第４図 第５図 入射角’Ｆ’ｌ ”１ 爪６図 （ａ）（ｂ）
発明の一実施例を示す構成図、第４図はハーフミラ−で
干渉するときの位相関係を示す図、第５図は入射角と受
光素子の間の関係を示す図、第６図は本発明の他の実施
例を示す図である。 １．１４・・・透過形スケール、・２・・・分光器、し
１〜Ｌ３ 、’Ｌ＋’＋ 、Ｌ＋ ２．２２・・・レン
ズ、Ｍ＋〜Ｍ３．２４．２５・・・ミラー＋ Ｐ ＋
＋ Ｐ ２・・・偏光子。 Ｐ３ 、Ｐ４・・・検光子、１３・・・１／４波長板＋
Ｄ ＋〜Ｄ３．１６，２８，２９．３４・・・受光素
子、１１．２１・・・可干渉性光源、１２・・・偏光キ
ューブプリズム、１５・・・ストッパ、２３・・・反射
形スケール。 ２６．２７．５０・・・ハーフミラ−，３０，３１・・
・増幅器、３２・・・信号処理回路、３３・・・表示部
。４０・・・ガラス、４１・・・金属反透過面。 第１図 ゛ 尾２図 ビｉＵ１ ｔ、Ｊｌ Ｍ３図 ｎ 第４図 第５図 入射角’Ｆ’ｌ ”１ 爪６図 （ａ）（ｂ）
Claims (3)
- （１） 可干渉性光源を反射形スケールに照射し 、
反射回折光をハーフミラ−で混合干渉させるとともに、
入射光を特定の入射角になるように構成してハーフミラ
−の両側に出射する干渉光同士の位相差を９０’とし、
該干渉光をそれぞれ受光素子で電気信号に変換した後演
算処理しスケールの移動を測定することができるように
した光学式スケール読取装置。 - （２） 前記ハーフミラ−としてインコネル薄膜を使用
し入射角を７５°としたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の光学式スケール読取装置。 - （３） 斜めに入射する可干渉性光源を２つに分離して
反射形スケールに照射するためのハーフミラ−を具備し
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学式
スケール読取装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3995183A JPS59164914A (ja) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | 光学式スケ−ル読取装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3995183A JPS59164914A (ja) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | 光学式スケ−ル読取装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59164914A true JPS59164914A (ja) | 1984-09-18 |
| JPH046884B2 JPH046884B2 (ja) | 1992-02-07 |
Family
ID=12567267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3995183A Granted JPS59164914A (ja) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | 光学式スケ−ル読取装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59164914A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6167513U (ja) * | 1984-10-09 | 1986-05-09 | ||
| JPS6167515U (ja) * | 1984-10-09 | 1986-05-09 | ||
| JPS61178613A (ja) * | 1985-02-04 | 1986-08-11 | Canon Inc | エンコーダー |
| JPS61251715A (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-08 | Yokogawa Electric Corp | 光学式スケ−ル読取装置 |
| JPS6235223A (ja) * | 1985-08-08 | 1987-02-16 | Agency Of Ind Science & Technol | 相対変位測定方法 |
| DE3625327C1 (de) * | 1986-07-26 | 1988-02-18 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Lichtelektrische Positionsmesseinrichtung |
| US4923300A (en) * | 1987-02-21 | 1990-05-08 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Defraction photoelectric position measuring system |
| US4955718A (en) * | 1987-01-27 | 1990-09-11 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Photoelectric measuring system with integrated optical circuit including and illuminating system |
| US5127733A (en) * | 1989-06-08 | 1992-07-07 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Integrated optical precision measuring device |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5536661B2 (ja) | 2008-10-30 | 2014-07-02 | 国立大学法人 岡山大学 | 局所麻酔用組成物 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5781510U (ja) * | 1980-11-05 | 1982-05-20 |
-
1983
- 1983-03-10 JP JP3995183A patent/JPS59164914A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5781510U (ja) * | 1980-11-05 | 1982-05-20 |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6167513U (ja) * | 1984-10-09 | 1986-05-09 | ||
| JPS6167515U (ja) * | 1984-10-09 | 1986-05-09 | ||
| JPS61178613A (ja) * | 1985-02-04 | 1986-08-11 | Canon Inc | エンコーダー |
| JPS61251715A (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-08 | Yokogawa Electric Corp | 光学式スケ−ル読取装置 |
| JPS6235223A (ja) * | 1985-08-08 | 1987-02-16 | Agency Of Ind Science & Technol | 相対変位測定方法 |
| DE3625327C1 (de) * | 1986-07-26 | 1988-02-18 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Lichtelektrische Positionsmesseinrichtung |
| DE3705653C1 (en) * | 1986-07-26 | 1988-07-28 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Photoelectric position-measuring device |
| US4938595A (en) * | 1986-07-26 | 1990-07-03 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Diffraction photoelectric displacement measuring device |
| US4955718A (en) * | 1987-01-27 | 1990-09-11 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Photoelectric measuring system with integrated optical circuit including and illuminating system |
| US4923300A (en) * | 1987-02-21 | 1990-05-08 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Defraction photoelectric position measuring system |
| US5127733A (en) * | 1989-06-08 | 1992-07-07 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Integrated optical precision measuring device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH046884B2 (ja) | 1992-02-07 |
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