JPS61178613A - エンコーダー - Google Patents
エンコーダーInfo
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- JPS61178613A JPS61178613A JP1943985A JP1943985A JPS61178613A JP S61178613 A JPS61178613 A JP S61178613A JP 1943985 A JP1943985 A JP 1943985A JP 1943985 A JP1943985 A JP 1943985A JP S61178613 A JPS61178613 A JP S61178613A
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- diffraction grating
- light
- diffracted light
- diffraction
- reflected
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- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 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)
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】
本発明はリニアエンコーダーに関し、特に回折格子から
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を測
定するリニアエンコーダーに関するものである。
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を測
定するリニアエンコーダーに関するものである。
近年、Ｎｏ工作機械や半導体焼付装置等の精密機械にお
いて、１μｍ以下（サブミクロン）の単位で測長するこ
とのできる精密な検出器が要求されている。このような
サブミクロンの単位で測長することのできる検出器とし
て、従来よりレーザー等から発振する可干渉性の光束を
用い干渉縞を形成させて、該干渉縞を利用したリニアエ
ンコーダーが良く知られている。
いて、１μｍ以下（サブミクロン）の単位で測長するこ
とのできる精密な検出器が要求されている。このような
サブミクロンの単位で測長することのできる検出器とし
て、従来よりレーザー等から発振する可干渉性の光束を
用い干渉縞を形成させて、該干渉縞を利用したリニアエ
ンコーダーが良く知られている。
第１図は従来のりエ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はレーザー１から
発振した光束を平行光束にする為のコリメーターレンズ
、３は格子ピッチｄの回折格子で例えば矢印の方向に速
度嘗で移動可能となっている。４，４′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コ
ーナーキニープ反射鏡である。５．５′は偏光板で各々
の偏光軸は互いに直交している。６はビームスプリッタ
−１７，７’は偏光板で各々の偏光軸は互いに直交して
おり更に偏光板５．５′の偏光軸と４５度の角度をなす
ように配置されている。８，８′は受光素子である。同
図において、レーザー１からの可干渉、性の光束はコリ
メーターレンズ２により平行光束とされ回折格子６に入
射し反射回折される。反射回折光のうち、実線で示す＋
１次反射回折光はコーナーキューブ反射鏡４に入射し、
点線で示す一１次反射回折光はコーナーキューブ反射鏡
４′に入射する。コーナーキューブ反射［４，４’で反
射された＋１次および一１次の反射回折光は各々偏光＆
５および５′を通った後、再び回折格子６に入射する。
る。同図において、１はレーザー、２はレーザー１から
発振した光束を平行光束にする為のコリメーターレンズ
、３は格子ピッチｄの回折格子で例えば矢印の方向に速
度嘗で移動可能となっている。４，４′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コ
ーナーキニープ反射鏡である。５．５′は偏光板で各々
の偏光軸は互いに直交している。６はビームスプリッタ
−１７，７’は偏光板で各々の偏光軸は互いに直交して
おり更に偏光板５．５′の偏光軸と４５度の角度をなす
ように配置されている。８，８′は受光素子である。同
図において、レーザー１からの可干渉、性の光束はコリ
メーターレンズ２により平行光束とされ回折格子６に入
射し反射回折される。反射回折光のうち、実線で示す＋
１次反射回折光はコーナーキューブ反射鏡４に入射し、
点線で示す一１次反射回折光はコーナーキューブ反射鏡
４′に入射する。コーナーキューブ反射［４，４’で反
射された＋１次および一１次の反射回折光は各々偏光＆
５および５′を通った後、再び回折格子６に入射する。
そして、回折格子乙によって再び回折され＋１次および
一１次の反射回折光となって、互いに同一の光路を通っ
て反射されてくる。
一１次の反射回折光となって、互いに同一の光路を通っ
て反射されてくる。
そして、ビームスプリッタ−６で２光束に分割された後
、偏光板７，７′を通って受光素子８，８′に入射する
。このとき、＋１次回折光と一１次回折光は重なり合っ
て干渉縞を形成する。ここで、受光素子８，８′に入射
する光は、偏光板５．５′および７．７′の組み合わせ
によって互いに９０°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る。そして、受光素子８，
８′で受光される干渉縞の明暗の縞を計数することによ
って、回折格子３の移動量を求めている。
、偏光板７，７′を通って受光素子８，８′に入射する
。このとき、＋１次回折光と一１次回折光は重なり合っ
て干渉縞を形成する。ここで、受光素子８，８′に入射
する光は、偏光板５．５′および７．７′の組み合わせ
によって互いに９０°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る。そして、受光素子８，
８′で受光される干渉縞の明暗の縞を計数することによ
って、回折格子３の移動量を求めている。
回折格子３の移動量と干渉縞の明暗の縞の数との関係は
次のとおりである。
次のとおりである。
いま回折格子の格子ピッチをｄ１移動速度をυとし、θ
方向に回折する＋１次回折光と一１次回折光が各々＋Δ
ｆ、−Δｆの（ドツプラー＞ｍ波数シフトを受けたとす
るとΔｆは波長をλとして、ｍ５ｉｎθ Δ／−−２ となる。
方向に回折する＋１次回折光と一１次回折光が各々＋Δ
ｆ、−Δｆの（ドツプラー＞ｍ波数シフトを受けたとす
るとΔｆは波長をλとして、ｍ５ｉｎθ Δ／−−２ となる。
＋１次および一１次回折光は２度回折されるから周波数
ｆの光は各々／＋２Δｆと／−２Δｆとなり、差周波数
ｆ′は、 ／’−（／＋２Δ／）−（／−２Δバー４Δｆとなる。
ｆの光は各々／＋２Δｆと／−２Δｆとなり、差周波数
ｆ′は、 ／’−（／＋２Δ／）−（／−２Δバー４Δｆとなる。
これは受光素子からの出力信号の周波数Ｆに相当する。
回折格子の回折条件、
ｄａｉｎｅ−ｍλ（ｍ−０，±１．±２．ｏｓｓ）より
Δ／−７
となる、。１次回折光のときｍ −ｍ １であるから受
光素子からの出力周波数Ｆは、 ｒ−卦 となる。微少時間をΔｔとし両式に乗すると、ＦΔｔ−
１“１ となる。ここで！・Δｔは受光素子からの出力信号の波
数、つまりカウント数置・ΔｔはΔを内の回折格子の移
動量であるから各々ｎ、♂とすると、ｍＩＬ となる。従って、１カウント当りの回折格子の移動量は
ｎ−１のときのｇの値であるから、これをΔ♂とすると
、 ΔＳ■− となる。一般にｍ次の回折光を用いれば、Δ♂■□ ｍ となる。
光素子からの出力周波数Ｆは、 ｒ−卦 となる。微少時間をΔｔとし両式に乗すると、ＦΔｔ−
１“１ となる。ここで！・Δｔは受光素子からの出力信号の波
数、つまりカウント数置・ΔｔはΔを内の回折格子の移
動量であるから各々ｎ、♂とすると、ｍＩＬ となる。従って、１カウント当りの回折格子の移動量は
ｎ−１のときのｇの値であるから、これをΔ♂とすると
、 ΔＳ■− となる。一般にｍ次の回折光を用いれば、Δ♂■□ ｍ となる。
第１図のりエアエンコーダーにおいては、干渉縞の明暗
の１周期が回折格子の移動量にして１に相当する。
の１周期が回折格子の移動量にして１に相当する。
従って、干渉縞の明暗の数を受光素子８．８′で計数す
ることによって回折格子３の移動量を求めることができ
る。このように第１図においては、＋１次回折光→＋１
次回折光と一１次回折光−−１次回折光と、１次回折光
を４回用いているので、干渉縞の明暗・１周期が回折格
子の移動量にしてＶ４に相当する。
ることによって回折格子３の移動量を求めることができ
る。このように第１図においては、＋１次回折光→＋１
次回折光と一１次回折光−−１次回折光と、１次回折光
を４回用いているので、干渉縞の明暗・１周期が回折格
子の移動量にしてＶ４に相当する。
一般にリニアエンコーダーで用いるレーザー１としては
、小型・高出力・安価という理由で半導体レーザーが最
も望ましい。しかしながら、半導体レーザーは、その発
振波長が温度によって変動する。この為、第１図の従来
例の構成では、レーザー１の発振波長が変動すると、主
に２つの理由で測定精度が低下してくる。その１つは、
発振波長が変動すると回折光の回折角度が変化するので
、＋１次および一１次回折光が回折格子６によって再回
折された後、同一の光路を通過しなくなるので重なり合
うことができず、干渉縞が形成できないということであ
る。２番目の理由は、＋１次回折光と一１次回折光の各
々の光路長に差があるときにレーザーの波長に変動があ
ると、その光路長差に比例した測定誤差を生ずるという
ことである。
、小型・高出力・安価という理由で半導体レーザーが最
も望ましい。しかしながら、半導体レーザーは、その発
振波長が温度によって変動する。この為、第１図の従来
例の構成では、レーザー１の発振波長が変動すると、主
に２つの理由で測定精度が低下してくる。その１つは、
発振波長が変動すると回折光の回折角度が変化するので
、＋１次および一１次回折光が回折格子６によって再回
折された後、同一の光路を通過しなくなるので重なり合
うことができず、干渉縞が形成できないということであ
る。２番目の理由は、＋１次回折光と一１次回折光の各
々の光路長に差があるときにレーザーの波長に変動があ
ると、その光路長差に比例した測定誤差を生ずるという
ことである。
即ち、光路長差をＬル−ザーの波長をλ、波長変動をΔ
λとすると、変動前後で発生する干渉縞の数Ｎは次式で
表わされる。
λとすると、変動前後で発生する干渉縞の数Ｎは次式で
表わされる。
Ｎ−Ｉ、／λ−Ｌ／λ＋Δλ＝Ｌ働Δλ／メ第１図の従
来例の場合、干渉縞１本当りの回折格子６の移動量はＶ
４であるから、測定誤差−は次式で表わされる。
来例の場合、干渉縞１本当りの回折格子６の移動量はＶ
４であるから、測定誤差−は次式で表わされる。
蹴−〜４・Ｎ−Ｌ・Δλ／ｌ＠ｃｌハ
ればｇ−０，０６μｍとなり、０．１μｍの測定精度を
目標としたとき無視できない量となる。したがって第１
図の従来例では、コーナーキューブ反射鏡４および４′
の正確な位置調整が要求されるが、第１図の配置では非
常に困難である。
目標としたとき無視できない量となる。したがって第１
図の従来例では、コーナーキューブ反射鏡４および４′
の正確な位置調整が要求されるが、第１図の配置では非
常に困難である。
本発明の目的は、上記従来例の欠点を解消して、レーザ
ーの波長変動によって測定精度が低下しないリニアエン
コーダーを提供することにある。
ーの波長変動によって測定精度が低下しないリニアエン
コーダーを提供することにある。
本発明の目的を達成する為のリニアエンコーダーの主た
る特徴は、可干渉性光束を回折格子に入射させ該回折格
子からの透過若しくは反射回折光を再度前記回折格子に
入射させ、該回折格子からの透過若しくは反射回折光を
重ね合わせて干渉縞を形成し、該干渉縞の明暗の縞を計
数することによって前記回折格子の移動量を測定するリ
ニアエンコーダーにおいて、前記回折格子への前記可干
渉性光束の入射位置を曲率中心とする球面鏡を用い前記
回折格子からの透過若しくは反射回折光を前記回折格子
に再入射させたことである。
る特徴は、可干渉性光束を回折格子に入射させ該回折格
子からの透過若しくは反射回折光を再度前記回折格子に
入射させ、該回折格子からの透過若しくは反射回折光を
重ね合わせて干渉縞を形成し、該干渉縞の明暗の縞を計
数することによって前記回折格子の移動量を測定するリ
ニアエンコーダーにおいて、前記回折格子への前記可干
渉性光束の入射位置を曲率中心とする球面鏡を用い前記
回折格子からの透過若しくは反射回折光を前記回折格子
に再入射させたことである。
次に、第２図に本発明の一実施例の光学系の概略図を示
す。第２図において、第１図の従来例と同一の部分は第
１図と同じ番号を付しである。９は回折格子６のレーザ
ー光束の入射位置Ｐを曲率中心とする球面鏡である。回
折格子３による実線で示す０次透過回折光および点線で
示す＋１次透過回折光は偏光板５，５′を通って球面鏡
９で反射された後、回折格子３のＰ点に再入射し、各々
−１次回折光および０次回折光となって互いに同一の光
路を通過する。そして、ビームスプリッタ−６で２光束
に分割された後、偏光板７．７′を通って干渉縞を形成
し、受光素子８，８′に入射する。
す。第２図において、第１図の従来例と同一の部分は第
１図と同じ番号を付しである。９は回折格子６のレーザ
ー光束の入射位置Ｐを曲率中心とする球面鏡である。回
折格子３による実線で示す０次透過回折光および点線で
示す＋１次透過回折光は偏光板５，５′を通って球面鏡
９で反射された後、回折格子３のＰ点に再入射し、各々
−１次回折光および０次回折光となって互いに同一の光
路を通過する。そして、ビームスプリッタ−６で２光束
に分割された後、偏光板７．７′を通って干渉縞を形成
し、受光素子８，８′に入射する。
受光素子８，８′により干渉縞の明暗の縞を計数して回
折格子３の移動量を求めることと、偏光板５゜５／およ
び７，７′の組み合わせによって９０’位相差の２つの
信号をつくり回折格子６の移動方向の弁別を行うことは
、第１図の従来例と同じである。
折格子３の移動量を求めることと、偏光板５゜５／およ
び７，７′の組み合わせによって９０’位相差の２つの
信号をつくり回折格子６の移動方向の弁別を行うことは
、第１図の従来例と同じである。
但し、本発明の実施例では、０次回折光→−１次回折光
と、＋１次回折光−０次回折光の重ね合ねせであるので
、干渉縞の明暗の一周期は、回折格子６の移動量でＶ２
に相当することになる。即ち干渉縞の１カウント当りの
回折格子３の移動量Δｔは、 Δｇ−− となる。
と、＋１次回折光−０次回折光の重ね合ねせであるので
、干渉縞の明暗の一周期は、回折格子６の移動量でＶ２
に相当することになる。即ち干渉縞の１カウント当りの
回折格子３の移動量Δｔは、 Δｇ−− となる。
本実施例においては、反射光学系として回折格子３への
入射位置を曲率中心とする球面鏡９を用いているため、
０次回折光と１次回折光の光路長は等しくなる。従って
、レーザー１０波長が変動しでも、光路長差が０となる
ので干渉縞の明暗の変化は起らず、測定誤差は生じない
。また、レーザー１の波長が変動して１次回折光の回折
角が変動しても、球面！ｉｋｇによる反射光は必ず球面
の曲率中心である入射位置Ｐに戻るので、回折格子３に
よって再回折された一１次回折光と０次回折光は必ず重
なり合って干渉縞を形成することになる。
入射位置を曲率中心とする球面鏡９を用いているため、
０次回折光と１次回折光の光路長は等しくなる。従って
、レーザー１０波長が変動しでも、光路長差が０となる
ので干渉縞の明暗の変化は起らず、測定誤差は生じない
。また、レーザー１の波長が変動して１次回折光の回折
角が変動しても、球面！ｉｋｇによる反射光は必ず球面
の曲率中心である入射位置Ｐに戻るので、回折格子３に
よって再回折された一１次回折光と０次回折光は必ず重
なり合って干渉縞を形成することになる。
即ち、回折角の変化があっても測定誤差は生じない。尚
、本実施例において、回折格子の移動方向を求める必要
がないならば受光素子は１つで良く又偏光板は不要であ
る。
、本実施例において、回折格子の移動方向を求める必要
がないならば受光素子は１つで良く又偏光板は不要であ
る。
第２図の実施例では、０次回折光と１次回折光を用いた
場合を示したが、本実施例は回折次数に関係なく任意の
次数の回折光を用いることが可能である。尚、球面鏡９
は円形である必要はなく、不必要な部分を除去した例え
ば帯状のものでも良い。
場合を示したが、本実施例は回折次数に関係なく任意の
次数の回折光を用いることが可能である。尚、球面鏡９
は円形である必要はなく、不必要な部分を除去した例え
ば帯状のものでも良い。
以上のように本発明によれば、反射光学系として回折格
子への入射位置を曲率中心とする球面鏡を採用するとい
う簡単な構成によって、レーザーの発振波長が変動して
も測定精度が低下しない高精度のリニアエンコーダーを
達成することができる。
子への入射位置を曲率中心とする球面鏡を採用するとい
う簡単な構成によって、レーザーの発振波長が変動して
も測定精度が低下しない高精度のリニアエンコーダーを
達成することができる。
第１図は従来のリニアエンコーダーの概略を示す構成図
、第２図は本発明のリニアエンコーダーの一実施例を示
す構成図である。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、４．４′はコーナーキエーブ
反射鏡、５，５′および７．７′は偏光板、６はビーム
スプリッタ−１８，８’は受光素子、９は球面鏡である
。
、第２図は本発明のリニアエンコーダーの一実施例を示
す構成図である。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、４．４′はコーナーキエーブ
反射鏡、５，５′および７．７′は偏光板、６はビーム
スプリッタ−１８，８’は受光素子、９は球面鏡である
。
Claims (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透
過若しくは反射回折光を再度前記回折格子に入射させ、
該回折格子からの透過若しくは反射回折光を重ね合わせ
て干渉縞を形成し、該干渉縞の明暗の縞を計数すること
によつて前記回折格子の移動量を測定するリニアエンコ
ーダーにおいて、前記回折格子への前記可干渉性光束の
入射位置を曲率中心とする球面鏡を用い前記回折格子か
らの透過若しくは反射回折光を前記回折格子に再入射さ
せたことを特徴とするリニアエンコーダー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1943985A JPS61178613A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | エンコーダー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1943985A JPS61178613A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | エンコーダー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61178613A true JPS61178613A (ja) | 1986-08-11 |
Family
ID=11999324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1943985A Pending JPS61178613A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | エンコーダー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61178613A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4930895A (en) * | 1987-06-15 | 1990-06-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Encoder for forming interference fringes by re-diffracted lights from an optical type scale and photoelectrically converting the interference fringes to thereby detect the displacement of the scale |
| EP0486050A2 (en) * | 1990-11-16 | 1992-05-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for measuring displacement |
| US5327218A (en) * | 1990-11-16 | 1994-07-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for measuring displacement by using a diffracted inverted image projected on a diffraction grating |
| JP2002116061A (ja) * | 2000-10-10 | 2002-04-19 | Mitsutoyo Corp | 光学式エンコーダ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59164914A (ja) * | 1983-03-10 | 1984-09-18 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 光学式スケ−ル読取装置 |
| JPS6112016B2 (ja) * | 1978-04-29 | 1986-04-05 | Nippon Steel Corp |
-
1985
- 1985-02-04 JP JP1943985A patent/JPS61178613A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6112016B2 (ja) * | 1978-04-29 | 1986-04-05 | Nippon Steel Corp | |
| JPS59164914A (ja) * | 1983-03-10 | 1984-09-18 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 光学式スケ−ル読取装置 |
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| US5327218A (en) * | 1990-11-16 | 1994-07-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for measuring displacement by using a diffracted inverted image projected on a diffraction grating |
| JP2002116061A (ja) * | 2000-10-10 | 2002-04-19 | Mitsutoyo Corp | 光学式エンコーダ |
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