JPH062085Y2 - 格子干渉型変位検出装置 - Google Patents
格子干渉型変位検出装置Info
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- JPH062085Y2 JPH062085Y2 JP12847088U JP12847088U JPH062085Y2 JP H062085 Y2 JPH062085 Y2 JP H062085Y2 JP 12847088 U JP12847088 U JP 12847088U JP 12847088 U JP12847088 U JP 12847088U JP H062085 Y2 JPH062085 Y2 JP H062085Y2
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
本考案は、格子干渉型変位検出装置に係り、特に、半導
体レーザを光源としてＸ−Ｙテーブル等に組込む際に用
いるのに好適な、回折格子が形成されたスケールと、前
記回折格子に光束を照射する光源、及び前記回折格子に
よって生成された複数の光束の混合波を光電変換する受
光素子を含む検出器とを備え、前記スケールと検出器の
相対変位に応じて、周期的に変化する検出信号を生成す
る格子干渉型変位検出装置の改良に関する。
体レーザを光源としてＸ−Ｙテーブル等に組込む際に用
いるのに好適な、回折格子が形成されたスケールと、前
記回折格子に光束を照射する光源、及び前記回折格子に
よって生成された複数の光束の混合波を光電変換する受
光素子を含む検出器とを備え、前記スケールと検出器の
相対変位に応じて、周期的に変化する検出信号を生成す
る格子干渉型変位検出装置の改良に関する。
一定ピッチの光学的な目盛が形成されたスケールを用い
て、周期的な検出信号を生成する光電型エンコーダが普
及している。この光電型エンコーダの分解能は、光学格
子の幅及びピッチと、光電変換器の信号を分割する電子
回路の特性により定まる。一般に、光学格子は、エッチ
ング法により製造されるので、４μｍ前後の光学格子が
最終測定精度上限界に近く、又、電子回路も大幅なコス
トアップを伴わない範囲で用いとなると、最終的な分解
能は１μｍ前後であり、これを更に高精度化するのは困
難であった。 一方、光電型エンコーダが普及するにつれて、より高分
解能で高精度な検出信号を生成するものが求められてい
る。 光電型エンコーダの高分解能化を図ったものの１つとし
て、スケールにホログラフィの技術を用いて微細なピッ
チ（通常１μｍ程度）の目盛りを形成し、その目盛りを
回折格子として積極的に回折を生じさせて検出信号を得
る格子干渉型変位検出装置が提案されている。 第５図は、特開昭４７−１００３４で提案された格子干
渉型変位検出装置を示すものである。 この格子干渉型変位検出装置は、ピッチｄの回折格子が
形成されたスケール１０と、該回折格子に光束としての
レーザビーム１４（波長λ）を照射するＨｅ−Ｎｅレー
ザ光源１２と、前記回折格子によって生成された０次と
１次の回折光（光束）をそれぞれ反射するミラー１６、
１８と、ミラー１８で反射された１次光の０次光と、ミ
ラー１６で反射された０次光の１次光との混合波を３分
するビームスプリッタ（粗い回折格子）２０と、該ビー
ムスプリッタ２０で３分された混合波をそれぞれ光電変
換する受光素子２２Ａ，２２Ｂ、２２Ｃとを含んで構成
されている。ここで、前記スケール１０を除く各要素
は、検出器を構成している。 なお、第５図において、０次光及び１次光の光路中にそ
れぞれ挿入された偏光子２４、２６の偏光方向は、互い
に直交するように設定されており、３分された中央の混
合波を受光する受光素子２２Ａでは干渉縞が生じないよ
うにされている。従って、この受光素子２２Ａでは、干
渉縞ではなく、単なる和信号が得られるので、参照信号
vrとする。 又、受光素子２２Ｂに直前には干渉縞生成用の検光子２
８Ｂが配置され、この受光素子２２Ｂからは干渉縞によ
る第１の検出信号（主信号）Ａが生成される。 又、受光素子２２Ｃの直前には１／４波長板３０と検光
子２８Ｃが配置され、この受光素子２２Ｃからは、前記
主信号Ａと９０°位相の異なる第２の検出信号（主信
号）Ｂが生成される。 ここで、レーザビーム１４の入射角θと、１次光の回折
角φとは、次式で関係付けられる。 ｄ（ｓｉｎθ＋ｓｉｎφ）＝λ………（１） このような格子干渉型変位検出装置によれば、例えばス
ケール１０をホログラム方式で製造することによって、
１μｍ以下の光学格子を形成することができるので、
０．０１μｍの分解能を達成することも可能である。
て、周期的な検出信号を生成する光電型エンコーダが普
及している。この光電型エンコーダの分解能は、光学格
子の幅及びピッチと、光電変換器の信号を分割する電子
回路の特性により定まる。一般に、光学格子は、エッチ
ング法により製造されるので、４μｍ前後の光学格子が
最終測定精度上限界に近く、又、電子回路も大幅なコス
トアップを伴わない範囲で用いとなると、最終的な分解
能は１μｍ前後であり、これを更に高精度化するのは困
難であった。 一方、光電型エンコーダが普及するにつれて、より高分
解能で高精度な検出信号を生成するものが求められてい
る。 光電型エンコーダの高分解能化を図ったものの１つとし
て、スケールにホログラフィの技術を用いて微細なピッ
チ（通常１μｍ程度）の目盛りを形成し、その目盛りを
回折格子として積極的に回折を生じさせて検出信号を得
る格子干渉型変位検出装置が提案されている。 第５図は、特開昭４７−１００３４で提案された格子干
渉型変位検出装置を示すものである。 この格子干渉型変位検出装置は、ピッチｄの回折格子が
形成されたスケール１０と、該回折格子に光束としての
レーザビーム１４（波長λ）を照射するＨｅ−Ｎｅレー
ザ光源１２と、前記回折格子によって生成された０次と
１次の回折光（光束）をそれぞれ反射するミラー１６、
１８と、ミラー１８で反射された１次光の０次光と、ミ
ラー１６で反射された０次光の１次光との混合波を３分
するビームスプリッタ（粗い回折格子）２０と、該ビー
ムスプリッタ２０で３分された混合波をそれぞれ光電変
換する受光素子２２Ａ，２２Ｂ、２２Ｃとを含んで構成
されている。ここで、前記スケール１０を除く各要素
は、検出器を構成している。 なお、第５図において、０次光及び１次光の光路中にそ
れぞれ挿入された偏光子２４、２６の偏光方向は、互い
に直交するように設定されており、３分された中央の混
合波を受光する受光素子２２Ａでは干渉縞が生じないよ
うにされている。従って、この受光素子２２Ａでは、干
渉縞ではなく、単なる和信号が得られるので、参照信号
vrとする。 又、受光素子２２Ｂに直前には干渉縞生成用の検光子２
８Ｂが配置され、この受光素子２２Ｂからは干渉縞によ
る第１の検出信号（主信号）Ａが生成される。 又、受光素子２２Ｃの直前には１／４波長板３０と検光
子２８Ｃが配置され、この受光素子２２Ｃからは、前記
主信号Ａと９０°位相の異なる第２の検出信号（主信
号）Ｂが生成される。 ここで、レーザビーム１４の入射角θと、１次光の回折
角φとは、次式で関係付けられる。 ｄ（ｓｉｎθ＋ｓｉｎφ）＝λ………（１） このような格子干渉型変位検出装置によれば、例えばス
ケール１０をホログラム方式で製造することによって、
１μｍ以下の光学格子を形成することができるので、
０．０１μｍの分解能を達成することも可能である。
しかしながら、前記中央の受光素子２２Ａで光電変換さ
れる中央の混合波は、本来、偏光方向の直交している２
光束の混合波で干渉信号はなく、参照信号vrは直流レベ
ルとなるはずであるが、（１）スケール１０やビームス
プリッタ２０が検光子の作用を多少有するため、更に、
（２）偏光方向の直交が完全ではないため、検光子が無
いにもかかわらず干渉信号が重畳し、参照信号vrに交流
成分が含まれてしまうという問題点があった。 このような問題点を解消して、スケール１０のばらつき
等による回折効率の変動によって生じる出力信号Ａ、Ｂ
のオフセット変動を抑えるべく、出願人は、実願昭６３
−６５８７で、参照信号vrを主信号Ａ、Ｂから減算する
ことによって、オフセット変動を解消したものを提案し
ている。 即ち、この格子干渉型変位検出装置は、第６図に示す如
く、回折格子が形成されたスケール１０と、前記回折格
子にレーザビーム１４を照射する光源としてのレーザダ
イオード３１、及び、前記回折格子によって生成された
複数の光束の混合波を光電変換する受光素子２２Ｂ、２
２Ｃを含む検出器とを備え、前記スケール１０と検出器
の相対変位に応じて周期的に変化する検出信号（主信
号）Ａ、Ｂを生成する格子干渉型変位検出装置におい
て、前記レーザダイオード３１からのレーザビーム１４
を２分して、ほぼ対称（入射角θ1、θ2）に回折格子上
の２つの回折点Ａ、Ｂに入射するハーフミラー４０と、
前記２つの回折点Ａ，Ｂで生成された光束の一部（入射
ビームａの０次光と入射ビームｂ０次光）をそれぞれ抽
出する前記回折格子（スケール１０）と、該抽出された
光束をそれぞれ光電変換し、得られた参照信号va、vbを
加算して参照信号vrを得るため２つの受光素子４４Ａ、
４４Ｂ、プリアンプ４５Ａ、４５Ｂ及び加算器４６と、
該参照信号vrで前記主信号Ａ，Ｂのレベル変動の補償を
行う差演算器４８Ａ、４８Ｂとを設けたものである。 前記２つの回折点Ａ、Ｂでほぼ対称に生成された２つの
１次光ａ、ｂの混合波は、ハーフミラー４８により、従
来例と同様の受光素子２２Ｂ、２２Ｃに入射される。 図において、５０はレーザドライバ、４５Ｃ、４５Ｄ
は、前記受光素子２２Ｂ、２２Ｃの出力をそれぞれ増幅
するためのプリアンプである。 この例において、スケール１０上の回折格子自体によっ
て抽出された光束は、０次光ａと０次光ｂであり、受光
素子４４Ａ、４４Ｂの出力va、vbはプリアンプ４５Ａ、
４５Ｂでそれぞれ増幅された後、加算器４６で和演算さ
れて参照信号vrとなる。 一方、受光素子２２Ｂ、２２Ｃによって得られた、第７
図（Ａ）に示すような、位相が９０°異なる主信号Ａ、
Ｂは、プリアンプ４５Ｃ、４５Ｄで増幅された後、レベ
ル変動の補償を行うための差演算器４８Ａ、４８Ｂで参
照信号vrを減算されてオフセット変動が解消され、第７
図（Ｂ）に示すような出力Ａ″、Ｂ″が生成される。 レーザダイオード３１の出力変動や、スケール１０の汚
れによるレーザビーム１４の強度の減衰に対しては、主
信号Ａ、Ｂと参照信号vrとは同じ傾向で減衰するため、
最終的な出力Ａ″、Ｂ″の直流レベルは安定で、良好な
計数処理ができる。 しかしながら、この例においては、信号のレベル変動を
解消するためには、参照信号vrの変化を主信号Ａ、Ｂの
レベル変化に合わせる必要があり、そのため、各プリア
ンプ４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄに、ゲイン調整用
とオフセット調整用の可変抵抗Ｒｇ、Ｒｏを計８個取付
けて調整しなければならず調整が複雑である。又、実際
の調整にあっては、スケール１０を全範囲に亘り移動さ
せ、そのときの参照信号vrと主信号Ａ、Ｂのレベル変化
を測定し、両者の変化が同じになるように可変抵抗Ｒ
ｏ、Ｒｇを調整し、再び測定を行うことを繰返す必要が
ある。このとき、１つの可変抵抗は、他の可変抵抗に影
響を及ぼして、信号レベルのオフセットが変化するた
め、レベル変動を完全に解消するように調整することは
困難である。更に、電源電圧や温度変化にレーザダイオ
ード３１の出力が変化すると、信号のオフセットや振動
幅も変動するが、その際には、再び可変抵抗Ｒｏ、Ｒｇ
を調整する必要がある等の問題点を有していた。
れる中央の混合波は、本来、偏光方向の直交している２
光束の混合波で干渉信号はなく、参照信号vrは直流レベ
ルとなるはずであるが、（１）スケール１０やビームス
プリッタ２０が検光子の作用を多少有するため、更に、
（２）偏光方向の直交が完全ではないため、検光子が無
いにもかかわらず干渉信号が重畳し、参照信号vrに交流
成分が含まれてしまうという問題点があった。 このような問題点を解消して、スケール１０のばらつき
等による回折効率の変動によって生じる出力信号Ａ、Ｂ
のオフセット変動を抑えるべく、出願人は、実願昭６３
−６５８７で、参照信号vrを主信号Ａ、Ｂから減算する
ことによって、オフセット変動を解消したものを提案し
ている。 即ち、この格子干渉型変位検出装置は、第６図に示す如
く、回折格子が形成されたスケール１０と、前記回折格
子にレーザビーム１４を照射する光源としてのレーザダ
イオード３１、及び、前記回折格子によって生成された
複数の光束の混合波を光電変換する受光素子２２Ｂ、２
２Ｃを含む検出器とを備え、前記スケール１０と検出器
の相対変位に応じて周期的に変化する検出信号（主信
号）Ａ、Ｂを生成する格子干渉型変位検出装置におい
て、前記レーザダイオード３１からのレーザビーム１４
を２分して、ほぼ対称（入射角θ1、θ2）に回折格子上
の２つの回折点Ａ、Ｂに入射するハーフミラー４０と、
前記２つの回折点Ａ，Ｂで生成された光束の一部（入射
ビームａの０次光と入射ビームｂ０次光）をそれぞれ抽
出する前記回折格子（スケール１０）と、該抽出された
光束をそれぞれ光電変換し、得られた参照信号va、vbを
加算して参照信号vrを得るため２つの受光素子４４Ａ、
４４Ｂ、プリアンプ４５Ａ、４５Ｂ及び加算器４６と、
該参照信号vrで前記主信号Ａ，Ｂのレベル変動の補償を
行う差演算器４８Ａ、４８Ｂとを設けたものである。 前記２つの回折点Ａ、Ｂでほぼ対称に生成された２つの
１次光ａ、ｂの混合波は、ハーフミラー４８により、従
来例と同様の受光素子２２Ｂ、２２Ｃに入射される。 図において、５０はレーザドライバ、４５Ｃ、４５Ｄ
は、前記受光素子２２Ｂ、２２Ｃの出力をそれぞれ増幅
するためのプリアンプである。 この例において、スケール１０上の回折格子自体によっ
て抽出された光束は、０次光ａと０次光ｂであり、受光
素子４４Ａ、４４Ｂの出力va、vbはプリアンプ４５Ａ、
４５Ｂでそれぞれ増幅された後、加算器４６で和演算さ
れて参照信号vrとなる。 一方、受光素子２２Ｂ、２２Ｃによって得られた、第７
図（Ａ）に示すような、位相が９０°異なる主信号Ａ、
Ｂは、プリアンプ４５Ｃ、４５Ｄで増幅された後、レベ
ル変動の補償を行うための差演算器４８Ａ、４８Ｂで参
照信号vrを減算されてオフセット変動が解消され、第７
図（Ｂ）に示すような出力Ａ″、Ｂ″が生成される。 レーザダイオード３１の出力変動や、スケール１０の汚
れによるレーザビーム１４の強度の減衰に対しては、主
信号Ａ、Ｂと参照信号vrとは同じ傾向で減衰するため、
最終的な出力Ａ″、Ｂ″の直流レベルは安定で、良好な
計数処理ができる。 しかしながら、この例においては、信号のレベル変動を
解消するためには、参照信号vrの変化を主信号Ａ、Ｂの
レベル変化に合わせる必要があり、そのため、各プリア
ンプ４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄに、ゲイン調整用
とオフセット調整用の可変抵抗Ｒｇ、Ｒｏを計８個取付
けて調整しなければならず調整が複雑である。又、実際
の調整にあっては、スケール１０を全範囲に亘り移動さ
せ、そのときの参照信号vrと主信号Ａ、Ｂのレベル変化
を測定し、両者の変化が同じになるように可変抵抗Ｒ
ｏ、Ｒｇを調整し、再び測定を行うことを繰返す必要が
ある。このとき、１つの可変抵抗は、他の可変抵抗に影
響を及ぼして、信号レベルのオフセットが変化するた
め、レベル変動を完全に解消するように調整することは
困難である。更に、電源電圧や温度変化にレーザダイオ
ード３１の出力が変化すると、信号のオフセットや振動
幅も変動するが、その際には、再び可変抵抗Ｒｏ、Ｒｇ
を調整する必要がある等の問題点を有していた。
本考案は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、調整が容易であり、常に安定した性能を得ること
が可能な格子干渉型変位検出装置を提供する目的とす
る。
ので、調整が容易であり、常に安定した性能を得ること
が可能な格子干渉型変位検出装置を提供する目的とす
る。
本考案は、回折格子が形成されたスケールと、前記回折
格子に光束を照射する光源、及び、前記回折格子によっ
て生成された複数の光束の混合液を光電交換する受光素
子を含む検出器とを備え、前記スケールと検出器の相対
変位に応じて、周期的に変化する検出信号を生成する格
子干渉型変位検出装置において、前記光源からの光束を
２分して前記回折格子上の回折点に入射する光学要素
と、前記回折点で生成された光束の一部を抽出する光学
要素と、該抽出された光束を、それぞれ光電変換するた
めの複数の受光素子と、該受光素子の出力を加算して参
照信号を得るための加算器と、該参照信号のレベルが一
定となるように前記光源の出力を制御する回路とを備え
ることにより、前記課題を達成したものである。 又、前記光源の絶対出力を監視するための受光素子を備
え、該受光素子の出力レベルにより、前記光源の絶対出
力が設定値以上にならないように前記光源出力制御回路
の作動を制限したものである。
格子に光束を照射する光源、及び、前記回折格子によっ
て生成された複数の光束の混合液を光電交換する受光素
子を含む検出器とを備え、前記スケールと検出器の相対
変位に応じて、周期的に変化する検出信号を生成する格
子干渉型変位検出装置において、前記光源からの光束を
２分して前記回折格子上の回折点に入射する光学要素
と、前記回折点で生成された光束の一部を抽出する光学
要素と、該抽出された光束を、それぞれ光電変換するた
めの複数の受光素子と、該受光素子の出力を加算して参
照信号を得るための加算器と、該参照信号のレベルが一
定となるように前記光源の出力を制御する回路とを備え
ることにより、前記課題を達成したものである。 又、前記光源の絶対出力を監視するための受光素子を備
え、該受光素子の出力レベルにより、前記光源の絶対出
力が設定値以上にならないように前記光源出力制御回路
の作動を制限したものである。
本考案は、前記のような格子干渉型検出装置において、
第１図に示す如く、加算器４６によって得られる参照信
号vrのレベルが一定となるように、レーザドライバ５０
の増幅率を制御して、光源（例えばレザーダイオード３
１）の出力を制御するようにしている。従って、光源の
出力にフィードバックがかかるため、主信号Ａ，Ｂの平
均レベルは常に一定となり、プリアンプ（４５Ａ、４５
Ｂ、５２Ａ，５２Ｂ）におけるオフセット調整が不要に
なる。なお、主信号Ａ、Ｂのゲインとオフセットの調整
は必要であるが、このゲインとオフセットは独立に可変
であるため、調整が容易である。更に、光源出力等の経
年変化については、調整が不要であり、安定した性能を
得ることができる。
第１図に示す如く、加算器４６によって得られる参照信
号vrのレベルが一定となるように、レーザドライバ５０
の増幅率を制御して、光源（例えばレザーダイオード３
１）の出力を制御するようにしている。従って、光源の
出力にフィードバックがかかるため、主信号Ａ，Ｂの平
均レベルは常に一定となり、プリアンプ（４５Ａ、４５
Ｂ、５２Ａ，５２Ｂ）におけるオフセット調整が不要に
なる。なお、主信号Ａ、Ｂのゲインとオフセットの調整
は必要であるが、このゲインとオフセットは独立に可変
であるため、調整が容易である。更に、光源出力等の経
年変化については、調整が不要であり、安定した性能を
得ることができる。
以下、図面を参照して、本考案の実施例を詳細に説明す
る。 本考案の第１実施例は、第２図に示す如く、回折格子が
形成されたスケール１０と、前述回折格子にレーザビー
ム１４を照射する光源としてのレーザダイオード３１、
及び、前記回折格子によって生成された複数の光束の混
合液を光電変換する受光素子２２Ｂ、２２Ｃを含む検出
器とを備え、前記スケール１０と検出器の相対変位に応
じて周期的に変化する検出信号（主信号）Ａ、Ｂを生成
する格子干渉型変位検出装置において、前記レーザダイ
オード３１からのレーザビーム１４を２分して、ほぼ対
称（入射角θ1÷θ2）に回折格子上の２つの回折点Ａ、
Ｂに入射する光学要素としてのハーフミラー４０と、前
記２つの回折点Ａ、Ｂで生成された光束の一部（入射ビ
ームａの０次光と入射ビームｂの０次光）をそれぞれ抽
出する光学要素としての前記回折格子（スケール１０）
と、該抽出された光束をそれぞれ光電交換し、増幅した
後、加算して参照信号vrを得るための２つの受光素子４
４Ａ、４４Ｂ，プリアンプ４５Ａ、４５Ｂ及び加算器４
６と、該参照信号vrのレベルが一定となるように前記レ
ーザダイオード３１の出力を制御するためのレーザドラ
イバ５０と、前記レーザダイオード３１の絶対出力を監
視するための受光素子であるフオトダイオード６０と、
該フオトダイオード６０の出力又は前記加算器４６の参
照信号vrを、前記レーザドライバ５０に負帰還信号とし
て入力するためのダイオード６２、６４とを設けたもの
である。 図において、４８はハーフミラー、５２Ａ、５２Ｂは、
前記受光素子２２Ｂ、２２Ｃの出力（主信号Ａ、Ｂ）を
それぞれ増幅するための、増幅率が可変抵抗Ｒｇによっ
て変えられるプリアンプ、６６はオフセット基準用の電
源、５４Ａ、５４Ｂは、主信号Ａ′、Ｂ′のオフセット
を調節するための可変抵抗Ｒ0を含むアンプである。 以下、第１実施例の作用を説明する。 スケール１０以上の回折格子自体によって抽出された光
束は、０次光ａ、０次光ｂであり、受光素子４４Ａ、４
４Ｂの出力va、vbは、プリアンプ４５Ａ、４５Ｂでそれ
ぞれ増幅された後、加算器４６で和演算されて参照信号
vrとなる。この参照信号vrは、ダイオード６４を介して
レーザドライバ５０に入力される。レーザドライバ５０
は、そのアンプ５０Ａのプラス端子入力が、電源５０Ｂ
の基準電圧Ｅ２Ｖ以上であるとき、レーザダイオード３
１の出力を下げ、又Ｅ２Ｖ以上になるとレーザダイオー
ド３１の出力を増加するように作動する。即ち、参照光
が増大すると加算器４６の出力電圧vrが増加し、レーザ
ダイオード３１の出力が下げられる。逆の場合は、レー
ザダイオード３１の出力が増加され、常に参照信号vrを
一定に保ようにフイードバックがかけられる。 一方、前記レーザダイオード３１の絶対出力のレベルは
フオトダイオード６０で監視されており、ダイオード６
２を介して前記レーザドライバ５０に入力される信号の
レベルが、ダイオード６４を介して入力される信号vrの
レベル以上になると、該フオトダイオード６０の出力に
よってレーザダイオード３１の出力が制限され、過大出
力によるレーザダイオード３１の破壊が防止される。 なお、前記フオトダイオード６０としては、例えばレー
ザダイオード３１に組込まれた温度補償用のフオトダイ
オードを流入することができる。なお、本考実施例で
は、参照信号vrのレベルによってレーザダイオード３１
の出力がフイードバツク制御されているで、独立した温
度補償は不要である。 又、受光素子２２Ｂ、２２Ｃによって得られた、例えば
第３図（Ａ）に示すような主信号Ａ，Ｂは、プリアンプ
５２Ａ、５２Ｂにより増幅されて、第３図（Ｂ）に示す
ような信号Ａ′、Ｂ′となる。 ここで、信号Ａ′、Ｂ′の振幅は、プリアンプ５２Ａ、
５２Ｂの可変抵抗Ｒｇによって可変である。該プリアン
プ５２Ａ、５２Ｂの出力Ａ′、Ｂ′は、更にアンプ５４
Ａ、５４Ｂに入力され、その可変抵抗Ｒｏによってオフ
セットを調整されて、第３図（Ｃ）に示すような出力
Ａ″、Ｂ″となる。 この実施例によれば、レーザダイオード３１の出力変動
や、スケール１０の汚れによるレーザビーム１４の強度
の減衰があっても、参照信号vrのレベルに応じてレーザ
ドライバ５０によりレーザダイオード３１の出力が一定
に制御されるので、主信号Ａ、Ｂのオフセット電圧のレ
ベルは安定で、良好な計数処理ができる。 本実施例においては、回折格子で生成された複数の光束
を混合する前に、個々の光束の一部を抽出して参照信号
vrとしているので、干渉信号によって参照信号に交流成
分が含まれてしまうことがなく、安定した参照信号vr、
従って主信号Ａ、Ｂを得ることができる。 又、本実施例においては、本来無駄となる０次光ａ、ｂ
を活用するので効率が良い。更に、光束の一部を抽出す
る光学要素を回折格子自体としているので、構成が簡略
である。 又、レーザダイオード３１の波長が変化しても、１次光
ａと１次光ｂとは、共に対称に回折角φ1、φ2が小さく
なるので、受光素子２２Ｂ、２２Ｃに入射する方向と位
置はほぼ一定であり、検出信号は安定である。更に、レ
ーザダイオード３１に戻るバックトークが存在しない。
また、スケール１０表面での反射光も、直接受光素子に
入射することがない。 次に、第４図を参照して、本考案の第２実施例を詳細に
説明する。 この第２実施例は、前記第１実施例と同様の、スケール
１０と、レーザダイオード３１と、受光素子２２Ｂ、２
２Ｃを含む検出器とを備え、前記スケール１０と検出器
３０の相対変位に応じて周期的に変化する検出信号（主
信号Ａ、Ｂ）を生成する格子干渉型変位検出装置におい
て、前記レーザダイオード３１からのレーザビーム１４
を２分する光学要素としてのハーフミラー７０と、該２
分された光束を同一の入射角θでそれぞれに対称に前記
回折格子上の同一の回折点Ｃに入射させる光学要素であ
る、一対のミラー７２Ａ、７２Ｂと、１次（回折）光
ｂ、ａを一対のミラー７６Ａ、７６Ｂで反射し、更に、
その一部を分解する光学要素としてのハーフミラー７８
Ａ、７８Ｂと、該分離された回折光を光電変換し、増幅
した後、加算して参照信号vrを得るための受光素子４４
Ａ、４４Ｂ、プリアンプ４５Ａ、４５Ｂ及び加算器４６
と、該参照信号vrのレベルが一定となるように前記レー
ザダイオード３１の出力をフイードバック制御するレー
ザドライバ５０と、を備えたものである。 前記入射角θ及び回折角φは、例えば回折格子のピッチ
ｄが０，５μｍ、レーザビーム１４の波長λが０．７８
μｍの場合、入射角θ＝５８，５°、回折角φ＝４５°
と大きく異なる値に設定されている。これは、入射角φ
と回折角φが近い値とされていると、０次光と１次光が
重畳されるようになって、検出信号のS/N比が悪化する
ためのである。 他の構成及び作用は、前記第１実施例と同様であるの
で、説明は省略する。 本実施例においては、ハーフミラー７８Ａ、７８Ｂによ
って分離した回折光の一部から参照信号vrを作成してい
るので、レーザダイオード３１の出力変動やスケール１
０の汚れによるレーザビームの強度の減衰の他に、スケ
ール１０の回折効率の場所による変動によるレーザビム
の強度変化があっても、回折光自体の一部の光を参照信
号vrに変換しているため、主信号Ａ、Ｂの直流レベルが
安定に保たれる。 又、レーザダイオード３１の波長が変化しても、１次光
ａと１次光ｂとは、共に回折角φが共通であるために、
対称に回折角φが小さくなる。従って、各受光素子２２
Ｂ、２２Ｃに入射する方向と位置はほぼ一定であり、検
出信号Ａ、Ｂは安定である。又、スケール１０表面での
反射光も直接受光素子に入射することがない。更に、回
折点Ｃが一致しているので、回折格子面の傾きによる誤
差を生じることもない。
る。 本考案の第１実施例は、第２図に示す如く、回折格子が
形成されたスケール１０と、前述回折格子にレーザビー
ム１４を照射する光源としてのレーザダイオード３１、
及び、前記回折格子によって生成された複数の光束の混
合液を光電変換する受光素子２２Ｂ、２２Ｃを含む検出
器とを備え、前記スケール１０と検出器の相対変位に応
じて周期的に変化する検出信号（主信号）Ａ、Ｂを生成
する格子干渉型変位検出装置において、前記レーザダイ
オード３１からのレーザビーム１４を２分して、ほぼ対
称（入射角θ1÷θ2）に回折格子上の２つの回折点Ａ、
Ｂに入射する光学要素としてのハーフミラー４０と、前
記２つの回折点Ａ、Ｂで生成された光束の一部（入射ビ
ームａの０次光と入射ビームｂの０次光）をそれぞれ抽
出する光学要素としての前記回折格子（スケール１０）
と、該抽出された光束をそれぞれ光電交換し、増幅した
後、加算して参照信号vrを得るための２つの受光素子４
４Ａ、４４Ｂ，プリアンプ４５Ａ、４５Ｂ及び加算器４
６と、該参照信号vrのレベルが一定となるように前記レ
ーザダイオード３１の出力を制御するためのレーザドラ
イバ５０と、前記レーザダイオード３１の絶対出力を監
視するための受光素子であるフオトダイオード６０と、
該フオトダイオード６０の出力又は前記加算器４６の参
照信号vrを、前記レーザドライバ５０に負帰還信号とし
て入力するためのダイオード６２、６４とを設けたもの
である。 図において、４８はハーフミラー、５２Ａ、５２Ｂは、
前記受光素子２２Ｂ、２２Ｃの出力（主信号Ａ、Ｂ）を
それぞれ増幅するための、増幅率が可変抵抗Ｒｇによっ
て変えられるプリアンプ、６６はオフセット基準用の電
源、５４Ａ、５４Ｂは、主信号Ａ′、Ｂ′のオフセット
を調節するための可変抵抗Ｒ0を含むアンプである。 以下、第１実施例の作用を説明する。 スケール１０以上の回折格子自体によって抽出された光
束は、０次光ａ、０次光ｂであり、受光素子４４Ａ、４
４Ｂの出力va、vbは、プリアンプ４５Ａ、４５Ｂでそれ
ぞれ増幅された後、加算器４６で和演算されて参照信号
vrとなる。この参照信号vrは、ダイオード６４を介して
レーザドライバ５０に入力される。レーザドライバ５０
は、そのアンプ５０Ａのプラス端子入力が、電源５０Ｂ
の基準電圧Ｅ２Ｖ以上であるとき、レーザダイオード３
１の出力を下げ、又Ｅ２Ｖ以上になるとレーザダイオー
ド３１の出力を増加するように作動する。即ち、参照光
が増大すると加算器４６の出力電圧vrが増加し、レーザ
ダイオード３１の出力が下げられる。逆の場合は、レー
ザダイオード３１の出力が増加され、常に参照信号vrを
一定に保ようにフイードバックがかけられる。 一方、前記レーザダイオード３１の絶対出力のレベルは
フオトダイオード６０で監視されており、ダイオード６
２を介して前記レーザドライバ５０に入力される信号の
レベルが、ダイオード６４を介して入力される信号vrの
レベル以上になると、該フオトダイオード６０の出力に
よってレーザダイオード３１の出力が制限され、過大出
力によるレーザダイオード３１の破壊が防止される。 なお、前記フオトダイオード６０としては、例えばレー
ザダイオード３１に組込まれた温度補償用のフオトダイ
オードを流入することができる。なお、本考実施例で
は、参照信号vrのレベルによってレーザダイオード３１
の出力がフイードバツク制御されているで、独立した温
度補償は不要である。 又、受光素子２２Ｂ、２２Ｃによって得られた、例えば
第３図（Ａ）に示すような主信号Ａ，Ｂは、プリアンプ
５２Ａ、５２Ｂにより増幅されて、第３図（Ｂ）に示す
ような信号Ａ′、Ｂ′となる。 ここで、信号Ａ′、Ｂ′の振幅は、プリアンプ５２Ａ、
５２Ｂの可変抵抗Ｒｇによって可変である。該プリアン
プ５２Ａ、５２Ｂの出力Ａ′、Ｂ′は、更にアンプ５４
Ａ、５４Ｂに入力され、その可変抵抗Ｒｏによってオフ
セットを調整されて、第３図（Ｃ）に示すような出力
Ａ″、Ｂ″となる。 この実施例によれば、レーザダイオード３１の出力変動
や、スケール１０の汚れによるレーザビーム１４の強度
の減衰があっても、参照信号vrのレベルに応じてレーザ
ドライバ５０によりレーザダイオード３１の出力が一定
に制御されるので、主信号Ａ、Ｂのオフセット電圧のレ
ベルは安定で、良好な計数処理ができる。 本実施例においては、回折格子で生成された複数の光束
を混合する前に、個々の光束の一部を抽出して参照信号
vrとしているので、干渉信号によって参照信号に交流成
分が含まれてしまうことがなく、安定した参照信号vr、
従って主信号Ａ、Ｂを得ることができる。 又、本実施例においては、本来無駄となる０次光ａ、ｂ
を活用するので効率が良い。更に、光束の一部を抽出す
る光学要素を回折格子自体としているので、構成が簡略
である。 又、レーザダイオード３１の波長が変化しても、１次光
ａと１次光ｂとは、共に対称に回折角φ1、φ2が小さく
なるので、受光素子２２Ｂ、２２Ｃに入射する方向と位
置はほぼ一定であり、検出信号は安定である。更に、レ
ーザダイオード３１に戻るバックトークが存在しない。
また、スケール１０表面での反射光も、直接受光素子に
入射することがない。 次に、第４図を参照して、本考案の第２実施例を詳細に
説明する。 この第２実施例は、前記第１実施例と同様の、スケール
１０と、レーザダイオード３１と、受光素子２２Ｂ、２
２Ｃを含む検出器とを備え、前記スケール１０と検出器
３０の相対変位に応じて周期的に変化する検出信号（主
信号Ａ、Ｂ）を生成する格子干渉型変位検出装置におい
て、前記レーザダイオード３１からのレーザビーム１４
を２分する光学要素としてのハーフミラー７０と、該２
分された光束を同一の入射角θでそれぞれに対称に前記
回折格子上の同一の回折点Ｃに入射させる光学要素であ
る、一対のミラー７２Ａ、７２Ｂと、１次（回折）光
ｂ、ａを一対のミラー７６Ａ、７６Ｂで反射し、更に、
その一部を分解する光学要素としてのハーフミラー７８
Ａ、７８Ｂと、該分離された回折光を光電変換し、増幅
した後、加算して参照信号vrを得るための受光素子４４
Ａ、４４Ｂ、プリアンプ４５Ａ、４５Ｂ及び加算器４６
と、該参照信号vrのレベルが一定となるように前記レー
ザダイオード３１の出力をフイードバック制御するレー
ザドライバ５０と、を備えたものである。 前記入射角θ及び回折角φは、例えば回折格子のピッチ
ｄが０，５μｍ、レーザビーム１４の波長λが０．７８
μｍの場合、入射角θ＝５８，５°、回折角φ＝４５°
と大きく異なる値に設定されている。これは、入射角φ
と回折角φが近い値とされていると、０次光と１次光が
重畳されるようになって、検出信号のS/N比が悪化する
ためのである。 他の構成及び作用は、前記第１実施例と同様であるの
で、説明は省略する。 本実施例においては、ハーフミラー７８Ａ、７８Ｂによ
って分離した回折光の一部から参照信号vrを作成してい
るので、レーザダイオード３１の出力変動やスケール１
０の汚れによるレーザビームの強度の減衰の他に、スケ
ール１０の回折効率の場所による変動によるレーザビム
の強度変化があっても、回折光自体の一部の光を参照信
号vrに変換しているため、主信号Ａ、Ｂの直流レベルが
安定に保たれる。 又、レーザダイオード３１の波長が変化しても、１次光
ａと１次光ｂとは、共に回折角φが共通であるために、
対称に回折角φが小さくなる。従って、各受光素子２２
Ｂ、２２Ｃに入射する方向と位置はほぼ一定であり、検
出信号Ａ、Ｂは安定である。又、スケール１０表面での
反射光も直接受光素子に入射することがない。更に、回
折点Ｃが一致しているので、回折格子面の傾きによる誤
差を生じることもない。
第１図は、本考案に係る格子干渉型変位検出装置の基本
的な構成を示す断面図、 第２図は、本考案の第１実施例の構成を示す断面図、 第３図は、第１実施例の各部動作波長を示す線図、 第４図は、本考案の第２実施例の構成を示す断面図、 第５図は、従来の格子干渉型変位検出装置の一例の構成
を示す断面図、 第６図は、出願人が実願昭６３−６５８７で提案した格
子干渉型変位検出装置の構成を示す断面図、 第７図は、第６図の装置の各部動作波形を示す線図であ
る。 １０…スケール、 Ａ、Ｂ、Ｃ…回折点 １４…レーザビーム、 ２２Ｂ、２２Ｃ、４４Ａ、４４Ｂ…受光素子、 ３１…レーザダイオード、 ４５Ａ、４５Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ、…プリアンプ、 ４６…加算器、 ５０…レーザドライバ、 ５４Ａ、５４Ｂ…アンプ、 ６０…フオトダイオード、 ７０、７８Ａ、７８Ｂ……ハーフミラー、 ９２Ａ、９２Ｂ、…ミラー、 ａ、ｂ…入射ビーム。
的な構成を示す断面図、 第２図は、本考案の第１実施例の構成を示す断面図、 第３図は、第１実施例の各部動作波長を示す線図、 第４図は、本考案の第２実施例の構成を示す断面図、 第５図は、従来の格子干渉型変位検出装置の一例の構成
を示す断面図、 第６図は、出願人が実願昭６３−６５８７で提案した格
子干渉型変位検出装置の構成を示す断面図、 第７図は、第６図の装置の各部動作波形を示す線図であ
る。 １０…スケール、 Ａ、Ｂ、Ｃ…回折点 １４…レーザビーム、 ２２Ｂ、２２Ｃ、４４Ａ、４４Ｂ…受光素子、 ３１…レーザダイオード、 ４５Ａ、４５Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ、…プリアンプ、 ４６…加算器、 ５０…レーザドライバ、 ５４Ａ、５４Ｂ…アンプ、 ６０…フオトダイオード、 ７０、７８Ａ、７８Ｂ……ハーフミラー、 ９２Ａ、９２Ｂ、…ミラー、 ａ、ｂ…入射ビーム。
Claims (2)
- 【請求項１】回折格子が形成されたスケールと、 前記回折格子に光束を照射する光源、及び、前記回折格
子によって生成された複数の光束の混合波を光電変換す
る受光素子を含む検出器とを備え、 前記スケールと検出器の相対変位に応じて、周期的に変
化する検出信号を生成する格子干渉型変位検出装置にお
いて、 前記光源からの光束を２分して前記回折格子上の回折点
に入射する光学要素と、 前記回折点で生成された光束の一部を抽出する光学要素
と、 該抽出された光束を、それぞれ光電変換するための複数
の受光素子と、 該受光素子の出力を加算して参照信号を得るための加算
器と、 該参照信号のレベルが一定となるように前記光源の出力
を制御する回路と、 を備えたことを特徴とする格子干渉型変位検出装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記光源の絶対出力を
監視するための受光素子を備え、該受光素子の出力レベ
ルにより、前記光源の絶対出力が設定値以上にならない
ように前記光源出力制御回路の作動を制限したことを特
徴とする格子干渉型変位検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12847088U JPH062085Y2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 格子干渉型変位検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12847088U JPH062085Y2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 格子干渉型変位検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0248809U JPH0248809U (ja) | 1990-04-04 |
| JPH062085Y2 true JPH062085Y2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=31381840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12847088U Expired - Lifetime JPH062085Y2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 格子干渉型変位検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH062085Y2 (ja) |
-
1988
- 1988-09-30 JP JP12847088U patent/JPH062085Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0248809U (ja) | 1990-04-04 |
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