JPS6213603B2 - - Google Patents

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JPS6213603B2
JPS6213603B2 JP56200596A JP20059681A JPS6213603B2 JP S6213603 B2 JPS6213603 B2 JP S6213603B2 JP 56200596 A JP56200596 A JP 56200596A JP 20059681 A JP20059681 A JP 20059681A JP S6213603 B2 JPS6213603 B2 JP S6213603B2
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JP
Japan
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light
light receiving
scale
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receiving means
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JP56200596A
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English (en)
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JPS58100703A (ja
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Hideto Iwaoka
Koji Akyama
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YOKOKAWA DENKI KK
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YOKOKAWA DENKI KK
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Publication of JPS6213603B2 publication Critical patent/JPS6213603B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical 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
    • G01D5/26Mechanical 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
    • G01D5/32Mechanical 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
    • G01D5/34Mechanical 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
    • G01D5/36Forming the light into pulses
    • G01D5/38Forming the light into pulses by diffraction gratings

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、1個の読取ヘツドを用いてX,Y2
方向の変位を測定することができる光学式スケー
ル読取装置に関する。
従来より、光の干渉を利用した光学式スケール
読取装置が知られている。この種の装置は、スケ
ールとしてガラス基板上に反射膜を格子状に蒸着
したものを用いるのが普通である。従来のこの種
の装置は、1次元の変位を測定するものであり、
X,Y2方向の2次元の変位を測定する場合は、
各方向ごとに独立の光学式スケール読取装置が用
いられていた。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもの
で、X,Y2方向に回折するように構成した回折
格子よりなるスケールを用いて、1個の読取ヘツ
ドでX,Y2方向の変位を測定することができる
簡単な構成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を詳細
に説明する。
第1図は、本発明の一実施例を示す構成図であ
る。同図において、1は可干渉性光源である。該
光源としては、例えば半導体レーザが用いられ
る。L1は、光源1の出力光を集光する第1のレ
ンズである。2は、該レンズの透過光を受ける偏
光キユーブプリズムである。3は、該キユーブプ
リズムの通過光を受ける1/4波長板である。L2
は、該波長板の透過光を受ける第2のレンズであ
る。4は、X,Y2方向に格子状をなす回折格子
より構成されるスケールである。このようなスケ
ールはホログラフイー、電子ビーム露光等を用い
て2次元に作製される。
スケール4に入射した光は、反射する際にX,
Y2方向の多モードの回折光を生じる。この反射
回折光は、再びレンズL2,1/4波長板3を経てキ
ユーブプリズム2に入り、該プリズムで反射され
る。反射した光は、結像部Aで結像する。aは、
X,Y両方向の0次、bはY方向の+1次、cは
X方向の+1次、dはY方向の−1次、eはX方
向の−1次それぞれ回折光の結像点である。5
は、結像部Aに置かれた0次回折除去フイルタで
ある。6は、結像部Aの後方に生じたX,Y2方
向の干渉縞である。
7は、干渉縞6をX,Y両方向に分離し位相角
の位置決めを行うスリツトである。8は、スリツ
ト7を通過した干渉縞を受ける受光手段である。
該受光手段は、8分割された受光素子で構成され
ている。受光素子としては、例えばフオトダイオ
ードが用いられる。これら受光素子のうち、X1
乃至X4はX方向の変位検出用、Y1乃至Y4はY方
向の変位検出用にそれぞれ用いられる。そして、
これら受光素子は、互いに90゜ずつ位相のずれた
信号を出力するように配されている。X方向の場
合を例にとつて説明すると、受光素子X1を基準
にとつて、X2は90゜、X3は180゜、X4は270゜そ
れぞれ位相の違う信号を出力する。このことは、
Y方向の場合についても全く同様である。
U1は、受光素子X1,X3の出力を受ける差動増
幅器、U2はX2,X4の出力を受ける差動増幅器、
U3はY1,Y3の出力を受ける差動増幅器、U4
Y2,Y4の出力を受ける差動増幅器である。9
は、差動増幅器U1,U2の出力を受け、X方向の
スケール移動量及び移動方向を示す信号を出力す
る第1の制御回路、10は、差動増幅器U3,U4
の出力を受け、Y方向のスケール移動量及び移動
方向を示す信号を出力する第2の制御回路であ
る。11は、制御回路9の出力を受けてスケール
のX方向の移動距離及び移動方向を表示する第1
の表示器、12は、制御回路10の出力を受けて
スケールのY方向の移動距離及び移動方向を第2
の表示器である。このように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。
光源1から発射された光は、レンズL1で集光
された後キユーブプリズム2に入射する。キユー
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プリズムを通過する。
光源1として半導体レーザを用いると大部分が直
線偏光となつているため、殆んど全ての光がプリ
ズム2を通過することができる。そして、キユー
ブプリズム2を通過した光は1/4波長板3に入
る。1/4波長板3に入射した光は、該波長板で円
偏光となる。1/4波長板3を通過した光は、レン
ズL2で集光され、スケール4に照射される。ス
ケール4に入射した光は、反射する際X,Y2方
向に多モードの回折光を生じさせる。
回折した反射光は、再びレンズL2によつて集
光され、1/4波長板3に入る。反射光は、1/4波長
板3で入射直線偏光と90゜偏光角の異なる直線偏
光となる。従つて、キユーブプリズム2に入射し
た光は今度は全て反射しA部で結像する。A部に
生じた多モードの回折光のうち、a点に生じた
X,Y両方向の0次回折光はフイルタ5で除去さ
れる。従つて、結像部Aの後方に生じた干渉縞6
は、X,Y2方向について±1次回折光同志が干
渉した干渉縞となり、図に示すような碁盤の目の
ような干渉縞となる。
スリツト7は、位相角の位置決めを行うと共に
干渉縞をX,Y2方向ごとにそれぞれ分離する。
分離された干渉縞は、X,Y両方向ごとに4分割
された受光素子より構成される受光手段8に照射
される。各受光素子X1〜X4、Y1〜Y4は、それぞ
れ光の明暗に応じた電気信号を発生させる。
今、光源1から光が照射されている状態で、ス
ケール4を任意の方向に移動させたとする。この
とき、受光素子X1〜X4、Y1〜Y4に入射する光は
周期的な明暗を生じる。各受光素子は、前述した
ようにそれぞれ90゜ずつ位相がずれた位置に配さ
れているので、これら受光素子の出力はそれぞれ
90゜ずつ位相のずれた正弦波となる。これら受光
素子の出力は、それぞれ続く増幅器U1〜U4に入
力する。ここで、各受光素子X1〜X4、Y1〜Y4
出力をPX〜PX4、PY1〜PPY4とする。
増幅器U1は、受光素子X1の出力PX1を負入力
端子に、受光素子X3の出力PX3を正入力端子に受
けて、(PX3−PX1)に応じた信号を出力する。
一方、増幅器U2は、受光素子X2の出力PX2を負
入力端子に、受光素子X4の出力PX4を正入力端子
に受けて、(PX4−PX2)に応じた信号を出力す
る。PX1とPX3及びPX2とPX4は互いに180゜位相
のずれた関係にあるから、位置信号成分は2倍に
なり、直流成分は0になるので処理しやすくな
る。そして、その出力波形は図に示すようなもの
となる。増幅器U1,U2の出力は、制御回路9に
入力する。
制御回路9は入力信号E1,E2を波形整形して
パルス化する。E1信号は、スケール4のX方向
への移動量に対応したものである。従つて、E1
をパルス化してこれをカウントすれば、スケール
4のX方向の移動量が求まる。また、E1とE2
位相差を利用するとスケール4の移動方向を知る
ことができる。制御回路9で演算処理された、X
方向の移動距離及び移動方向は、表示器11で表
示される。移動方向の表示の仕方としては、右方
向を+、左方向を−と表示する。或いは、この逆
でもよい。以上、X方向についての変位の測定方
法について述べたが、この間の事情はY方向につ
いても全く同様であるので、説明を省略する。
第2図は、スリツト7の各種の形状を示す図で
ある。受光手段8の形状に応じて種々のものが用
いられる。第3図は、干渉縞受光手段の変形例を
示す図である。同図において、第1図と同一のも
のは同一の番号を付して示す。第3図aは、受光
手段として2次元CCDイメージセンサを用いた
ものである。図中、20は第1図で説明した光
源、キユーブプリズム、レンズ等で構成される光
学系である。21は、CCDを用いた2次元イメ
ージセンサである。イメージセンサには、X,Y
各方面ごとに駆動用のクロツクが印加される。イ
メージセンサ21から取出した出力を処理する手
段については、第1図について説明したと同様で
ある。
第3図bは、結像部Aを通過した干渉縞を、ハ
ーフミラーを用いてX方向とY方向に分離して、
各方面ごとにスリツトと受光手段を設けたもので
ある。図中、30はハーフミラーである。31,
32は各方向ごとに設けられたスリツト、33,
34は各方向ごとに設けられた受光手段である。
何れの方向をX方向或いはY方向とするかは、必
要に応じて決めることができる。なお、以上の説
明では、受光手段として各方向ごとに4分割され
た受光素子を用いた場合を例にとつたが4分割に
限る必要はない。最小2分割のものであれば、目
的を達することができる。
以上詳細に説明したように、本発明によれば
X,Y2方向に回折するように構成した回折格子
よりなるスケールを用いて、1個の読取ヘツドで
X,Y2方向の変位を測定することのできる光学
式スケール読取装置を実現することができる。本
発明装置を用いれば、1次元の変位を測定する際
に、移動方向とスケールの方向のずれから生じる
コサイン(COS)エラーを補正することができ
る。
また、スケールが光軸方向に少し動いても像は
ぼけないし、特定の条件を満足すれば、干渉縞の
ピツチも変らない。さらに分解能も優れている。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示す構成図であ
る。第2図は、スリツトの形状を示す図である。
第3図は、本発明の他の実施例を示す図である。 1……光源、2……偏光キユーブプリズム、3
……1/4波長板、4……スケール、5……フイル
タ、6……干渉縞、7……スリツト、8……受光
手段、9,10……制御回路、11,12……表
示器、20……光学系、21……CCDイメージ
センサ、30…ハーフミラー、31,32……ス
リツト、33,34……受光手段、L1,L2……
レンズ、U1〜U4……増幅器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 可干渉性光源を光学系を介して2次元の回折
    格子よりなるスケールに照射し、照射した光が反
    射または透過する際に生じる多モードの回折光の
    うちの特定モードの回折光同志が干渉する際に生
    じる干渉縞を1つの受光手段、またはX,Y各方
    向ごとに設けられた受光手段で受け、これら受光
    手段の出力を演算処理して、X方向及びY方向ご
    とにスケールの移動距離及び移動量に対応した信
    号を出力するようにしたことを特徴とする光学式
    スケール読取装置。
JP56200596A 1981-12-11 1981-12-11 光学式スケ−ル読取装置 Granted JPS58100703A (ja)

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JP56200596A JPS58100703A (ja) 1981-12-11 1981-12-11 光学式スケ−ル読取装置

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JP56200596A JPS58100703A (ja) 1981-12-11 1981-12-11 光学式スケ−ル読取装置

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Publication Number Publication Date
JPS58100703A JPS58100703A (ja) 1983-06-15
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ID=16426979

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JP56200596A Granted JPS58100703A (ja) 1981-12-11 1981-12-11 光学式スケ−ル読取装置

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JPS4991260A (ja) * 1972-12-19 1974-08-31

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JPS58100703A (ja) 1983-06-15

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