JPS63309815A - 光学干渉装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明は精密位置検出装置、特に光の回折及び干渉を利
用したリニアスケールに係り、回折格子によるｎ次回折
光を用いたリニアスケール干渉装置に係る。

〈従来技術〉 第５図は従来の光学干渉装置を示す構成図である。

可干渉光１０に対向してコリメートレンズ１２が配設さ
れ、その光路進行方向の所定位置に光路に直交するよう
に反射回折格子１４が配設されている。反射回折格子１
４で反射したｎ次回折光１６及び１８の各々を所定方向
に反射させるために平面の反射鏡２０及び２２が配設さ
れ、さらに反射鏡２０及び２２による反射光の各々の到
達位置にビームスプリッタ２４が配設され、その合成、
干渉光の進行光路上に光検出器２６が配置されている。

反射回折格子１４は、ガラス、金属等の長尺板の表面に
、その長さ方向に一定間隔でかつ連続的に回折格子が刻
設されたものである。この反射回折格子１４は、測定対
象物に装着または一体化され、その長子方向に測定対象
物と共に移動する。

以上の構成において、可干渉光源１０によって発せられ
た可干渉光はコリメートレンズ１２によって平行光にさ
れたのち反射回折格子１４に投光される。反射回折格子
１４は、正負のｎ次回折光１６．１８を反射し、これら
は各々反射鏡２０及び２２に入射する。反射鏡２０及び
２２はｎ次回折光１６及び１８をビームスプリッタ２４
へ反射させ、該ビームスプリッタ２４によって合成、干
渉が行なわれる。この合成、干渉は、反射回折格子１４
の移動状況に応じて変化し、その変化が光検出器２６に
よって検出され、充電変換される。

以上の説明では、反射回折格子１４が移動するものとし
たが、反射回折格子１４以外の他の部材が一体的に移動
し、反射回折格子１４が固定する構成であってもよい。

なお、この種の光学干渉装置に関するものとして、特公
昭６０−１９０８１２、特公昭６１−１３０８１６のは
か昭和５７年度精磯学会春季大会学術講演会論文集、第
６３２頁［回折格子を用いた精密変位検出法」等が挙げ
られる。

しかし、従来の光学干渉装置にあっては、周囲温度変化
に対応した可干渉光の波長変動による回折角度変化の影
響を除去するためには、温度コントロール、コーナキュ
ーブ等を用いる必要があり、部品点数の増大とコストア
ップを招くという問題があった。

〈目的〉 本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、可干渉光の波
長変動による回折角度変化の影響の除去を図ることを目
的とした光学干渉装置である。

〈構成〉 上記の目的を達成するため、本発明は、可干渉光を発生
する光源と、透光可能な基材の表面に回折格子が形成さ
れたスケールとしての透過格子あるいは反射可能な基材
の表面に回折格子が形成されたスケールとしての反射格
子と、前記光源より発した可干渉光を２つの光路に分離
し、これらを前記透過格子あるいは反射格子の表面の同
一位置に焦光させる光学系と、前記格子を透過あるいは
反射した１次回折光に対して温度変化に基づく波長変化
を補正する回折角変化補正部と、該補正部を介して出力
される回折光を光電変換する光検出器とを設けたことを
特徴とするものである。

次に、透過格子をスケールとした本発明の実施例を図面
と共に説明する。

レーザダイオード等を用いた可干渉光源３０のレーザビ
ームの進行路上に順次、集光用のレンズ３２、偏光ビー
ムスプリッタ３４及び反射鏡３６が配設されている。反
射鏡３６に対面させて反射鏡３８が配設され、偏光ビー
ムスプリンタ３４で二分されたレーザ光が各々の反射鏡
３６．３８により同一角度に反射させる。反射鏡３６及
び反射鏡３８の各々による反射光４０及び４２の光路を
通り同一地点に反射し、その反射点に透過格子４４が配
設されている。反射光４０及び４２は透過格子４４に対
し、角度αで入射するように反射鏡３６及び３８の角度
、設置位置等が設定されている。

透過格子４４は、光を容易に透過する透明ガラス等を基
材に用いたほかは前記反射回折格子１４と同一構成がと
られでいる。反射光４０と４２の集光、αに対向させて
透過格子４４の背面（回折格子の形成されていない面）
の近傍には凸レンズ４６が配設され、その出射側の光路
上に順次、波長板４８、ビームスプリッタ５０、偏光板
５２及び光検出器５４が配設されている。また、ビーム
スプリッタ５０の反射光による光路上には順次、偏光板
５６及び光検出器５８が配設されている。

以上の構成において、可干渉光源３０で発光した可干渉
光はレンズ３２を介して偏光ビームスプリッタ３４に入
射し、光の偏光方向によって通過光と反射光に分割され
る。ここで説明の便宜上、通過光をＰ波とし反射光をＳ
波とする。通過光のＰ波は反射鏡３６へ入射し、反射光
のＳ波は反射鏡３８へ入射する。反射鏡３６及び３８の
各々による反射光４０及び４２は、透過格子４４の出射
光（すなわち凸レンズ４６の入射光）が格子面に対し垂
直な角度となるように反射し、透過格子４４の回折格子
形成面に到達する。

Ｐ波、Ｓ波谷々の反射光４０及び４２は、透過格子４４
で第２図に示すように回折しながら出射し、凸レンズ４
６を介して波長板４８に入光する。

この波長板４８で円偏光にされたのち、干渉信号となる
。その後ビームスプリッタ５０で二方向に分けられ、各
々が偏光板５２及び５６によって各偏向成分にされる。

偏光板５２及び５６の各々の出力光は光検出器５４及び
５８の各々によって充電変換され、その変換出力の２値
的変化を信号処理し、そのパルス数をカウントすること
により測長を行なうことができる。凸レンズ４６は、ｉ
＝度変化による反射光４０及び４２の回折光の波長変動
による回折角変化の影響をキャンセルするためのもので
ある。従って、第３図に示すように、凸レンズ４６を用
いることなく、この凸レンズ４６に代えて凹面鏡６０を
配設し、この出射光を光検出器５８に入光させる構成に
しても、同様に温度による影響のキャンセルが可能であ
る。この場合、凹面鏡６０の焦点は透過格子４４の格子
の上面に合うように設定される。また、第４図に示すよ
うに、凸レンズ４６に代えて凹レンズ６１を配設し、こ
の出射光を光検出器５８に入光させる構成でも、同様の
キャンセルが可能である。この場合は、レンズ３２でレ
ーザ光が、凹レンズの焦点で集光するように設定されて
いる。

以上の説明は透過格子をスケールとして用いた場合の説
明であるが、反射格子をスケールとして用いた場合はレ
ーザ光がスケール透過後に作用する光学系をスケール上
部に置き換えて装置を構成すれば同様の効果が得られる
。

〈効果〉 以上説明した通り、本発明によれば、スケールである透
過あるいは反射格子へ所定角度をもっでビームスプリッ
タで二分されたレーザ光を照射し、そこでの回折信号を
レンズで集光し、干渉信号を作るとこにより、温度変化
に件なう回折角度変化の影響をキャンセルする手段を設
けたため、波長変動による回折角の変化の影響を防止す
ることができた。また、温度コントロールが不要になる
ため、低コスト化及び耐環境性の向上も可能になる。

【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、第２図は本発
明の説明に係る透過格子４４における入射光及び出射光
の状況を示す説明図、第３．４図は本発明の他の実施例
を示す要部の構成図、第５図は従来のリニアスケールを
示す構成図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可干渉光を所望の平行ビームにするコリメータ手段と、
   該手段により生じた平行ビーム光路中に設置されたビー
   ムスプリッタと、該ビームスプリッタで２分された光路
   の第１の光路中に設置された反射鏡により反射した光ビ
   ームと、上記ビームスプリッタで分割された第２の光路
   中に設置された反射鏡により反射した光ビームとを干渉
   スケール上に一致させ干渉信号を得る光学干渉装置。