JPH046884B2 - - Google Patents
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- JPH046884B2 JPH046884B2 JP58039951A JP3995183A JPH046884B2 JP H046884 B2 JPH046884 B2 JP H046884B2 JP 58039951 A JP58039951 A JP 58039951A JP 3995183 A JP3995183 A JP 3995183A JP H046884 B2 JPH046884 B2 JP H046884B2
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- Japan
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- light
- scale
- half mirror
- reflected
- incident
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- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
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、ハーフミラー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。
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、ハーフミラー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ｌは、鏡Ｍ
１およびレンズＬ１，Ｌ２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、０次回折光は鏡Ｍ３へ入射する。
鏡Ｍ２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０次回折光はスケール１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Ｐ１，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Ｌ３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Ｄ
１〜Ｄ３へ入射する。ここで。Ｄ３の出力は、レ
ー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、Ｄ１，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Ｐ３，Ｐ４によ
つて±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Ｄ１，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。
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ｌは、鏡Ｍ
１およびレンズＬ１，Ｌ２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、０次回折光は鏡Ｍ３へ入射する。
鏡Ｍ２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０次回折光はスケール１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Ｐ１，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Ｌ３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Ｄ
１〜Ｄ３へ入射する。ここで。Ｄ３の出力は、レ
ー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、Ｄ１，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Ｐ３，Ｐ４によ
つて±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Ｄ１，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、Ｌ１１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ユーブプリズム、１３は該
プリズムを透過した光を受ける1/4波長板、Ｌ１
２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Ａに置かれた０次回
折光除去用のストツパ、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。
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、Ｌ１１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ユーブプリズム、１３は該
プリズムを透過した光を受ける1/4波長板、Ｌ１
２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Ａに置かれた０次回
折光除去用のストツパ、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Ｌ１
１で集光されて偏光キユーブプリズム１２に入
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、キユーブプリズムを
通過した光は1/4波長板１３に入る。1/4波長板１
３を通過した光は円偏光となり、レンズＬ１２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、０次回折光の第１結
像点をＯ１、＋１次回折光および−１次回折光の
結像点をそれぞれＰ１，Ｑ１とする。スケール１
４によつて反射された回折光は、第１結像点Ｏ
１，Ｐ１，Ｑ１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長板１３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°異なるため、今度はキユーブプリ
ズム１２に入つた反射光は、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、Ｏ２は０次の、Ｐ２は＋１次の、Ｑ２は−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に設けられたストツパ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を受ける受光素子１６は、多分割
されたフオトダイオードより構成されており、各
フオ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。
１で集光されて偏光キユーブプリズム１２に入
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、キユーブプリズムを
通過した光は1/4波長板１３に入る。1/4波長板１
３を通過した光は円偏光となり、レンズＬ１２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、０次回折光の第１結
像点をＯ１、＋１次回折光および−１次回折光の
結像点をそれぞれＰ１，Ｑ１とする。スケール１
４によつて反射された回折光は、第１結像点Ｏ
１，Ｐ１，Ｑ１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長板１３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°異なるため、今度はキユーブプリ
ズム１２に入つた反射光は、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、Ｏ２は０次の、Ｐ２は＋１次の、Ｑ２は−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に設けられたストツパ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を受ける受光素子１６は、多分割
されたフオトダイオードより構成されており、各
フオ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、スケールを或る方向に移動させたとす
る。このとき、受光素子１６上に干渉縞Ｓはスケ
ール１４の移動に応じ移動する。フオトダイオー
ドを90°ずつ位相が異なるように配しておけば、
これら各フオトダイオードはそれぞれ90°ずつ位
相の異なつた正弦波を出力する。これら各フオト
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。従つて、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。
る状態で、スケールを或る方向に移動させたとす
る。このとき、受光素子１６上に干渉縞Ｓはスケ
ール１４の移動に応じ移動する。フオトダイオー
ドを90°ずつ位相が異なるように配しておけば、
これら各フオトダイオードはそれぞれ90°ずつ位
相の異なつた正弦波を出力する。これら各フオト
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。従つて、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、ビームスプリツタ等が必要で構成が複雑で
あつた。また、第２図の場合においてはスケール
１４のピツチが小さいと回折角が大きくなるので
Ｌ１２に高NAのレンズが必要となり受光素子１
６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つた。
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、ビームスプリツタ等が必要で構成が複雑で
あつた。また、第２図の場合においてはスケール
１４のピツチが小さいと回折角が大きくなるので
Ｌ１２に高NAのレンズが必要となり受光素子１
６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つた。
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので
あつて、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、更にハーフミラーの反射に
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。
あつて、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、更にハーフミラーの反射に
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を詳細に説明す
る。
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の反射回折光を受けるミラ
ー、２６はこれらミラーの反射光を受ける第１の
ハーフミラー、２７は該第１のハーフミラーの透
過光を受けて混合干渉させる第２のハーフミラ
ー、２８，２９は該第２のハーフミラーの位相の
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のハーフミラー２６の
反射光を受ける受光素子である。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。
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の反射回折光を受けるミラ
ー、２６はこれらミラーの反射光を受ける第１の
ハーフミラー、２７は該第１のハーフミラーの透
過光を受けて混合干渉させる第２のハーフミラ
ー、２８，２９は該第２のハーフミラーの位相の
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のハーフミラー２６の
反射光を受ける受光素子である。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。
半導体レーザ２１の出力光はレンズ２２によつ
て受光素子２８，２９に集光する角度（もしくは
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。この光はスケール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イ
技術による回折格子等が使用される。従つて投射
された光は回折する。このときの回折角θはスケ
ールピツチｄ、半導体レーザ２１の波長をλとす
ると次式が成立する。
て受光素子２８，２９に集光する角度（もしくは
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。この光はスケール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イ
技術による回折格子等が使用される。従つて投射
された光は回折する。このときの回折角θはスケ
ールピツチｄ、半導体レーザ２１の波長をλとす
ると次式が成立する。
sinθ＝mλ／（ｍ；整数）
但し−90°≦θ≦90°、−１≦mλ／ｄ≦＋１ここ
で、たとえばλ＝0.78μm、ｄ＝0.83μmとすると
ｍ＝０、±１となり θ＝0° （ｍ＝０で０次回折光） θ＝±70.0°（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、ハーフミラー２６を通過した後第２の
ハーフミラー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°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図はハーフミラー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際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ー２７での
反射による位相遅れをδr1、＋１次回折光の反射に
よる位相遅れをδr2、該ハーフミラーのガラス媒
質中での位相遅れをそれぞれ図に示すようにδt1
〜δt3とする。＋１次光がハーフミラーで反射透過
して受光素子２８，２９の方向へ行く光をP+1，
Q+1，−１次光が同様に受光素子の方向へ行く光
をP-1，Q-1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。
で、たとえばλ＝0.78μm、ｄ＝0.83μmとすると
ｍ＝０、±１となり θ＝0° （ｍ＝０で０次回折光） θ＝±70.0°（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、ハーフミラー２６を通過した後第２の
ハーフミラー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°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図はハーフミラー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際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ー２７での
反射による位相遅れをδr1、＋１次回折光の反射に
よる位相遅れをδr2、該ハーフミラーのガラス媒
質中での位相遅れをそれぞれ図に示すようにδt1
〜δt3とする。＋１次光がハーフミラーで反射透過
して受光素子２８，２９の方向へ行く光をP+1，
Q+1，−１次光が同様に受光素子の方向へ行く光
をP-1，Q-1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＋δr2＋δt2，
P-1；δt3Q+1；δt1，
Q-1；δr1
従つて、P+1とP-1の位相差Δ1、Q+1とQ-1の位
相差Δ2はそれぞれ次式で表される。
相差Δ2はそれぞれ次式で表される。
Δ1＝δt1＋δr2＋δt2−δt3
Δ2＝δt1−δr1
ここで、P+1とP-1の光路を一致させればδt2＝
δt3となる。従つて次式が成立する。
δt3となる。従つて次式が成立する。
Δ1＝δt1＋δr2
さて、P+1とP-1およびQ+1とQ-1がそれぞれ干
渉し受光素子２８，２９に入射する。このとき受
光素子２８，２９の出力の位相差をαとすれば α＝Δ1−Δ2 ＝δt1＋δr2−δt1＋δr1 ＝δr1＋δr2 となる。従つて、受光素子２８，２９の位相差は
δr1及びδr2のみで決まり、ハーフミラー２７のガ
ラスの厚さには無関係である。金属面でのδr1，
δr2の値は、入射角φと入射光の偏光面の角度に
よつて決まる。δr1，δr2が最大になるのは偏光面
を第４図に示す向きにとつたときで、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。
渉し受光素子２８，２９に入射する。このとき受
光素子２８，２９の出力の位相差をαとすれば α＝Δ1−Δ2 ＝δt1＋δr2−δt1＋δr1 ＝δr1＋δr2 となる。従つて、受光素子２８，２９の位相差は
δr1及びδr2のみで決まり、ハーフミラー２７のガ
ラスの厚さには無関係である。金属面でのδr1，
δr2の値は、入射角φと入射光の偏光面の角度に
よつて決まる。δr1，δr2が最大になるのは偏光面
を第４図に示す向きにとつたときで、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。
Rp＝tan（φ−χ）／tan（φ＋χ）Ap
sinχ＝sinφ／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
ｋ；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。。
次式で示される。。
δ＝tan-1Rp／Ap＝tan-1［2nktanφsin（tan2φ＋
１）／tan2φ｛n2＋（nk）2｝−sin2φ（tan2φ＋１）2
］ しかし、ハーフミラー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ユータス角を境にして位
相が180°反転する。
１）／tan2φ｛n2＋（nk）2｝−sin2φ（tan2φ＋１）2
］ しかし、ハーフミラー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ユータス角を境にして位
相が180°反転する。
そこで、ハーフミラーの場合で、入射角φと受
光素子２８，２９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
ハーフミラーの場合φ＝約75°でα＝90°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。
従つて、この出力によつ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〜
１／1000μm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°の位相差信号を処理する構成はそ
の目的によつ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
ツチｄを0.8μmとすればこのビーム径の中に格子
は5000本程度ありこの全ての格子で１本の干渉縞
を作ることになる。従つて、スケールの格子欠陥
や小さなピツ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のハーフミラー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
光の強度が変わつて受光素子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。
光素子２８，２９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
ハーフミラーの場合φ＝約75°でα＝90°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。
従つて、この出力によつ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〜
１／1000μm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°の位相差信号を処理する構成はそ
の目的によつ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
ツチｄを0.8μmとすればこのビーム径の中に格子
は5000本程度ありこの全ての格子で１本の干渉縞
を作ることになる。従つて、スケールの格子欠陥
や小さなピツ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のハーフミラー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
光の強度が変わつて受光素子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以上にわたつて、1/100〜1/1000μmの
超高分解能である。
超高分解能である。
(2) ハーフミラー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。
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。
(3) スケールに投射する光束が太く、受光素子上
で空間フイ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ツ
チむらの影響が少い。
で空間フイ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ツ
チむらの影響が少い。
(4) スケールとヘツ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
取付けが簡単である。
取付けが簡単である。
第６図は、本発明の他の実施例を示す図であ
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のハーフミラー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つても干渉縞が変化するの
で極微小角度の測定も可能である。
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のハーフミラー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つても干渉縞が変化するの
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、更にハーフミラーの反射による光の
位相遅れを利用して90°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。
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、更にハーフミラーの反射による光の
位相遅れを利用して90°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す図、第
３図は本発明の一実施例を示す構成図、第４図は
ハーフミラー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、
L1〜L3，L11，L12，２２……レンズ、M1〜M3，
２４，２５……ミラー、P1，P2……偏光子、P3，
P4……検光子、１３……1/4波長板、D1〜D3，１
６，２８，２９，３４……受光素子、１１，２１
……可干渉性光源、１２……偏光キユーブプリズ
ム、１５……ストツパ、２３……反射形スケー
ル、２６，２７，５０……ハーフミラー、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。
３図は本発明の一実施例を示す構成図、第４図は
ハーフミラー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、
L1〜L3，L11，L12，２２……レンズ、M1〜M3，
２４，２５……ミラー、P1，P2……偏光子、P3，
P4……検光子、１３……1/4波長板、D1〜D3，１
６，２８，２９，３４……受光素子、１１，２１
……可干渉性光源、１２……偏光キユーブプリズ
ム、１５……ストツパ、２３……反射形スケー
ル、２６，２７，５０……ハーフミラー、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。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 可干渉性光源を反射形スケールに照射し、該
反射形スケールからの次数の異なる２つの反射回
折光を基体上に金属薄膜を有するハーフミラーに
両側から特定の入射角で入射して混合干渉させる
ことにより該ハーフミラー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
ールの移動方向および移動量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 前記ハーフミラー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 可干渉性光源から斜めに入射する光を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
ミラー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 JPS59164914A (ja) | 1984-09-18 |
| JPH046884B2 true 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 (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010050211A1 (ja) | 2008-10-30 | 2010-05-06 | 国立大学法人 岡山大学 | 局所麻酔用組成物 |
Families Citing this family (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 |
| JPH07117425B2 (ja) * | 1985-08-08 | 1995-12-18 | 工業技術院長 | 相対変位測定方法 |
| DE3625327C1 (de) * | 1986-07-26 | 1988-02-18 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Lichtelektrische Positionsmesseinrichtung |
| DE3702314C1 (de) * | 1987-01-27 | 1988-01-14 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Lichtelektrische Messeinrichtung |
| DE8717558U1 (de) * | 1987-02-21 | 1989-02-23 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut | Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung |
| DE3918726C1 (ja) * | 1989-06-08 | 1991-01-10 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut, De |
Family Cites Families (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
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010050211A1 (ja) | 2008-10-30 | 2010-05-06 | 国立大学法人 岡山大学 | 局所麻酔用組成物 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59164914A (ja) | 1984-09-18 |
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| JP2629606B2 (ja) | エンコーダー |