JPH11166809A - Relative position detection device - Google Patents
Relative position detection deviceInfo
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- JPH11166809A JPH11166809A JP35023597A JP35023597A JPH11166809A JP H11166809 A JPH11166809 A JP H11166809A JP 35023597 A JP35023597 A JP 35023597A JP 35023597 A JP35023597 A JP 35023597A JP H11166809 A JPH11166809 A JP H11166809A
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- scale
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スケールとインデックススケールとの距離を
広く離間して配置し,接触による破損やゴミの付着の付
着による機能低下を回避し,かつスケールの移動方向と
垂直な方向への移動,スケールの傾きに対する自由度を
向上させる。
【解決手段】 コヒーレントな光を出射する光源101
と,光源101から出射された光を集光し,略平行光束
に光学補正するコリメートレンズ102と,コリメート
レンズ102からの光を分割する所定の光透過率の周期
パターン構造を有するスリット103と,所定の反射率
あるいは透過率を有し,スリット103の周期パターン
と同一の周期的パターンを有するスケール104と,ス
リット103を通過した光をスケール104に照射して
得られる反射光あるいは透過光を入射し,スリット10
3とスケール104との相対位置の変化に伴って生じる
反射光あるいは透過光の光強度を検出する受光部105
を備えた。
(57) [Abstract] [Problem] To arrange a distance between a scale and an index scale widely, to avoid damage due to contact and to prevent functional deterioration due to adhesion of dust, and in a direction perpendicular to the moving direction of the scale. The degree of freedom for the movement of the scale and the inclination of the scale is improved. A light source that emits coherent light is provided.
A collimating lens 102 for condensing light emitted from the light source 101 and optically correcting the light from the light source 101 into a substantially parallel light beam; a slit 103 having a periodic pattern structure with a predetermined light transmittance for dividing the light from the collimating lens 102; A scale 104 having a predetermined reflectance or transmittance and having the same periodic pattern as the slit 103 has a periodic pattern, and reflected light or transmitted light obtained by irradiating the scale 104 with light passing through the slit 103 is incident. And slit 10
A light receiving unit 105 for detecting the light intensity of reflected light or transmitted light generated due to a change in the relative position between the scale 3 and the scale 104
With.
Description
【0001】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は,各種の測長機器や
各種の計測装置,工作機械,複写機などにおいて,移動
体の移動量を検出するエンコーダ(光学スケール)とし
て利用可能な相対位置検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a relative position detection which can be used as an encoder (optical scale) for detecting a moving amount of a moving body in various measuring devices, various measuring devices, machine tools, copying machines, and the like. Related to the device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来,相対位置検出装置に関連する参考
技術文献として,たとえば特開昭59−132311号
公報が開示されている。この構成を図14に示す。図に
おいて,1は光源,2は光源1からの光を平行光線に光
学補正し,後述するスケールに投射するためのコリメー
トレンズ,3は一定の格子定数をもつ光学格子からなる
スケール,4はスケール3と同じ格子定数を有する光学
素子からなるインデックススケールである。このインデ
ックススケール4は互いに1/4波長だけずらされた2
つの格子をもっている。5および5’は2つの光学格子
のそれぞれを通過した光を検出するための検出器,6は
スケール3の移動方向を示す矢印である。2. Description of the Related Art Conventionally, as a reference technical document relating to a relative position detecting device, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 59-13211 has been disclosed. This configuration is shown in FIG. In the drawing, 1 is a light source, 2 is a collimating lens for optically correcting the light from the light source 1 into parallel rays and projected on a scale described later, 3 is a scale composed of an optical grating having a constant lattice constant, and 4 is a scale. 3 is an index scale including an optical element having the same lattice constant as 3. The index scale 4 is shifted by 1 / wavelength from each other.
Has two grids. Reference numerals 5 and 5 'denote detectors for detecting light passing through each of the two optical gratings, and reference numeral 6 denotes an arrow indicating the moving direction of the scale 3.
【0003】上記構成において,スケール3を矢印6の
方向に移動させると,インデックススケール4との相対
位置関係により,光の通過および遮断が繰り返される。
この光の通過および遮断の繰り返しで生じる光量変化を
検出5,5’で検出することにより.正弦波状の電気信
号が得られ,これをカウントすることで移動量を計測す
る。In the above configuration, when the scale 3 is moved in the direction of the arrow 6, the passage and cutoff of light are repeated depending on the relative positional relationship with the index scale 4.
By detecting the change in the amount of light caused by the repetition of passing and blocking of the light by the detections 5 and 5 '. A sinusoidal electric signal is obtained, and the amount of movement is measured by counting this.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,上記に
示されるような従来の技術にあっては,分解能の精度を
高めようとするには,格子定数の小さいスケールを利用
すればよいが,コントラストを維持するためにはスケー
ルとインデックススケールとを微小間隔の位置関係で配
置する必要があるため,接触による破損やゴミの付着に
より装置機能を低下させるという問題点がある。また,
スケールとそれ以外の構成要素からなるヘッド部をごく
近傍に配置する必要があるため,振動物の測定および被
測定物の光軸方向の移動に対して自由度が小さいという
問題点もあった。However, in the prior art as described above, in order to increase the resolution accuracy, a scale having a small lattice constant may be used, but the contrast is not improved. In order to maintain the scale, it is necessary to dispose the scale and the index scale in a positional relationship with a very small interval, so that there is a problem that the function of the device is deteriorated due to damage due to contact or adhesion of dust. Also,
Since it is necessary to dispose the head section including the scale and other components very close to each other, there is also a problem that the degree of freedom for measurement of the vibrating object and movement of the measured object in the optical axis direction is small.
【0005】本発明は,上記に鑑みてなされたものであ
って,スケールとインデックススケールとの距離を広く
離間して配置する構成とすることにより,接触による破
損やゴミの付着の付着による機能低下を回避し,かつス
ケールの移動方向と垂直な方向への移動,およびスケー
ルの傾きに対する自由度を向上させることを目的とす
る。The present invention has been made in view of the above, and has a configuration in which the distance between the scale and the index scale is widely set apart, thereby deteriorating the function due to damage due to contact and adhesion of dust. And to improve the degree of freedom for movement in the direction perpendicular to the movement direction of the scale and inclination of the scale.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに,請求項1に係る相対位置検出装置にあっては,コ
ヒーレントな光を出射する光源と,前記光源から出射さ
れた光を集光し,略平行光束に光学補正するコリメート
レンズと,前記コリメートレンズからの光を分割する所
定の光透過率の周期パターン構造を有するスリットと,
所定の反射率あるいは透過率を有し,前記スリットの周
期パターンと同一の周期的パターンを有するスケール
と,前記スリットを通過した光を前記スケールに照射し
て得られる反射光あるいは透過光を入射し,前記スリッ
トと前記スケールとの相対位置の変化に伴って生じる反
射光あるいは透過光の光強度を検出する受光手段と,を
備えたものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a relative position detecting device, comprising: a light source for emitting coherent light; and a light source for collecting light emitted from the light source. A collimating lens that illuminates and optically corrects the light into a substantially parallel light beam, a slit having a periodic pattern structure with a predetermined light transmittance that divides the light from the collimating lens,
A scale having a predetermined reflectance or transmittance and having the same periodic pattern as that of the slit, and reflected light or transmitted light obtained by irradiating the scale with light that has passed through the slit is incident. And light receiving means for detecting the light intensity of reflected light or transmitted light generated as the relative position between the slit and the scale changes.
【0007】すなわち,スケールの反射率または透過率
の変化周期と同じ周期になるような光の透過率の周期パ
ターンをスリットとして設け,スリットを通過した光を
前記スケールに照射して得られる反射光あるいは透過光
を入射し,スリットとスケールとの相対位置の変化に伴
って生じる反射光あるいは透過光の光強度を検出するこ
とにより,光を投射する光ヘッド部分と被測定物との距
離を広く確保することができるので,接触による破損や
ゴミの付着の付着による機能低下を回避し,かつスケー
ルの移動方向と垂直な方向への移動,およびスケールの
傾きに対する自由度を向上させることが可能となる。That is, a periodic pattern of light transmittance is provided as a slit so as to have the same cycle as the change cycle of the reflectance or transmittance of the scale, and the reflected light obtained by irradiating the scale with the light passing through the slit. Alternatively, by transmitting transmitted light and detecting the light intensity of the reflected or transmitted light generated by the change in the relative position between the slit and the scale, the distance between the optical head that projects the light and the DUT can be increased. As a result, it is possible to avoid damage due to contact and functional deterioration due to the attachment of dust, and to improve the degree of freedom for movement in the direction perpendicular to the scale movement direction and scale inclination. Become.
【0008】また,請求項2に係る相対位置検出装置に
あっては,コヒーレントな光を出射する光源と,前記光
源から出射された光を集光し,略平行光束に光学補正す
るコリメートレンズと,前記コリメートレンズからの光
を分割する所定の光透過率の周期パターン構造を有する
スリットと,所定の反射率を有し,前記スケールの周期
パターンと同一の周期的パターンを有するスケールと,
前記スリットと前記スケールとの間に,前記スケールへ
の投射光および反射光の方向が対称となるように光を分
割する光分割手段と,前記スリットを通過した光が前記
光分割手段を介して前記スケールに照射され,その反射
光を前記光分割手段を介して入射し,前記スリットと前
記スケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射光あ
るいは透過光の光強度を検出する受光手段と,を備えた
ものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a relative position detecting device, comprising: a light source for emitting coherent light; and a collimating lens for condensing the light emitted from the light source and optically correcting the light to a substantially parallel light beam. A slit having a periodic pattern structure having a predetermined light transmittance for dividing light from the collimating lens, a scale having a predetermined reflectance, and having the same periodic pattern as the periodic pattern of the scale;
A light splitting means for splitting the light between the slit and the scale so that the directions of the projected light and the reflected light on the scale are symmetrical; and a light passing through the slit being passed through the light splitting means. A light receiving unit that irradiates the scale, reflects the reflected light through the light splitting unit, and detects a light intensity of a reflected light or a transmitted light generated according to a change in a relative position between the slit and the scale; It is provided with.
【0009】すなわち,請求項1に加え,スケールに対
して垂直に平行光束が入射するように構成したことによ
り,スケールの振動および光軸方向への移動が生じても
検出誤差がなく,かつ正確な相対値が得られる。That is, in addition to the first aspect, since the parallel light beam is incident perpendicularly to the scale, even if the scale vibrates and moves in the optical axis direction, there is no detection error and accurate detection is possible. Relative values are obtained.
【0010】また,請求項3に係る相対位置検出装置に
あっては,請求項1または2に記載の相対位置検出装置
に,さらに,前記受光手段の前側に配置され,前記スケ
ールからの透過光あるいは反射光を前記受光手段に集光
する集光レンズを備えたものである。According to a third aspect of the present invention, there is provided a relative position detecting device according to the first or second aspect, further provided in front of the light receiving means for transmitting the transmitted light from the scale. Alternatively, a light condensing lens for condensing the reflected light on the light receiving means is provided.
【0011】すなわち,請求項1または2に加え,集光
レンズによりスケールからの透過光あるいは反射光を受
光手段に導くことにより,より小さい面積のフォトディ
テクタ(PD)を利用可能とし,検出速度が向上する。In other words, in addition to the first or second aspect, the transmitted light or reflected light from the scale is guided to the light receiving means by the condenser lens, so that a photodetector (PD) having a smaller area can be used and the detection speed is improved. I do.
【0012】また,請求項4に係る相対位置検出装置に
あっては,請求項2において,前記光分割手段は,前記
コリメートレンズでコリメートされた光のみを反射する
部分反射ミラーであって,かつ前記コリメートレンズ
は,前記光源からの出射された光を微小に集光あるいは
発散する配置またはレンズ特性を有するものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the relative position detecting device according to the second aspect, the light splitting means is a partial reflection mirror that reflects only the light collimated by the collimating lens, and The collimating lens has an arrangement or a lens characteristic for slightly condensing or diverging light emitted from the light source.
【0013】すなわち,請求項2に加え,コリメートレ
ンズでコリメートされた光のみを反射する部分反射ミラ
ーを用い,かつコリメートレンズが光源からの出射され
た光を微小に集光あるいは発散する配置またはレンズ特
性を有することにより,光利用効率が向上し,安定した
計測が可能となる。That is, in addition to the configuration of claim 2, an arrangement or lens that uses a partially reflecting mirror that reflects only the light collimated by the collimating lens and that the collimating lens slightly condenses or diverges the light emitted from the light source. By having the characteristics, the light use efficiency is improved, and stable measurement is possible.
【0014】また,請求項5に係る相対位置検出装置に
あっては,請求項2において,前記光分割手段は,前記
コリメートレンズでコリメートされた光のみを透過する
部分透過ミラーであって,かつ前記コリメートレンズ
は,前記光源からの出射された光を微小に集光あるいは
発散する配置またはレンズ特性を有するものである。According to a fifth aspect of the present invention, in the relative position detecting device according to the second aspect, the light splitting means is a partially transmitting mirror that transmits only the light collimated by the collimating lens, and The collimating lens has an arrangement or a lens characteristic for slightly condensing or diverging light emitted from the light source.
【0015】すなわち,請求項2に加え,コリメートレ
ンズでコリメートされた光のみを透過する部分透過ミラ
ーを用い,かつコリメートレンズが光源からの出射され
た光を微小に集光あるいは発散する配置またはレンズ特
性を有することにより,光利用効率が向上し,安定した
計測が可能となる。That is, in addition to claim 2, an arrangement or lens using a partially transmitting mirror that transmits only the light collimated by the collimating lens, and the collimating lens minutely condensing or diverging the light emitted from the light source. By having the characteristics, the light use efficiency is improved, and stable measurement is possible.
【0016】また,請求項6に係る相対位置検出装置に
あっては,請求項2において,前記光源は,直線偏光光
を出射するレーザ光源とし,かつ前記光分割手段は,前
記スケールへの投射光および反射光の方向が対称となる
ように光を偏光・分割する偏光ビームスプリッタと,前
記スケールへの投射光およびその反射光を偏光補正する
1/4波長板とから構成されるものである。According to a sixth aspect of the present invention, in the second aspect, the light source is a laser light source that emits linearly polarized light, and the light splitting unit is configured to project light onto the scale. It comprises a polarizing beam splitter that polarizes and splits the light so that the directions of the light and the reflected light are symmetrical, and a quarter-wave plate that corrects the polarization of the light projected on the scale and the reflected light. .
【0017】すなわち,請求項2に加え,直線偏光光を
出射するレーザ光源を用い,光分割手段が前記スケール
への投射光および反射光の方向が対称となるように光を
偏光・分割し,かつスケールへの投射光およびその反射
光を偏光補正する構成としたことにより,光利用効率が
向上し,安定した計測が可能となる。That is, in addition to claim 2, a laser light source that emits linearly polarized light is used, and the light dividing means polarizes and splits the light so that the directions of the light projected and reflected on the scale are symmetrical. In addition, by adopting a configuration in which the projection light to the scale and its reflected light are polarization-corrected, the light use efficiency is improved and stable measurement is possible.
【0018】また,請求項7に係る相対位置検出装置に
あっては,請求項3において,前記コリメートレンズ
は,前記光源からの光を微小に集光あるいは発散する配
置またはレンズ特性を有し,かつ前記光源と前記コリメ
ートと前記集光レンズとを一体構成としたものである。According to a seventh aspect of the present invention, in the relative position detecting device according to the third aspect, the collimating lens has an arrangement or a lens characteristic for slightly condensing or diverging light from the light source, Further, the light source, the collimator, and the condenser lens are integrally formed.
【0019】すなわち,光源とコリメートと集光レンズ
とを一体構成とすることにより,装置の小型化が実現
し,かつ光源も同一樹脂上に一体成形することにより,
レンズと光源の位置合わせなどの煩雑で困難な調整作業
が不要となる。That is, by integrating the light source, the collimator, and the condenser lens, the size of the apparatus can be reduced, and the light source can be integrally formed on the same resin.
The complicated and difficult adjustment work such as the alignment between the lens and the light source is not required.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下,本発明の相対位置検出装置
について添付図面を参照し,詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a relative position detecting device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
【0021】〔実施の形態1〕図1は,実施の形態1に
係る相対位置検出装置(光透過型)の主要構成を示す説
明図である。図において,101は光源,102は光源
101からの光を略平行光に光学補正し,スケール10
4に投射するためのコリメートレンズ,103はコリメ
ートレンズ102により照射された光を分割するスリッ
ト,104は透過率が一定周期により変化させるパター
ンが形成されているスケール,105はスケール104
を通過し,スケール104に照射・反射された透過光を
検出する受光手段としての受光部である。[Embodiment 1] FIG. 1 is an explanatory diagram showing a main configuration of a relative position detecting device (light transmission type) according to Embodiment 1. In the figure, reference numeral 101 denotes a light source, 102 denotes optical correction of light from the light source 101 to substantially parallel light, and
Reference numeral 103 denotes a collimating lens for projecting light, 103 denotes a slit for dividing the light emitted by the collimating lens 102, 104 denotes a scale on which a pattern in which the transmittance changes at a constant period is formed, and 105 denotes a scale 104.
And a light-receiving unit as light-receiving means for detecting the transmitted light that has passed through and illuminated and reflected on the scale 104.
【0022】なお,光源101としてLED,半導体レ
ーザなどが利用可能であり,好ましくはコリメートレン
ズ102により略平行光束とされたときに収差の発生し
にくい半導体レーザがよい。Note that an LED, a semiconductor laser, or the like can be used as the light source 101, and a semiconductor laser that does not easily generate aberration when converted into a substantially parallel light beam by the collimating lens 102 is preferable.
【0023】また,スリット103はスケール104上
のスケールの透過率の周期と同じ周期のパターンビーム
を発生させるものであるため完全な平行光であれば,ス
ケール104と同じ周期の透過パターンでよい。また,
完全に同じ周期でなくてもコリメートレンズ102によ
り光ビームのパターンがスケール104と同じ周期に調
整可能であれば利用することができる。Since the slit 103 generates a pattern beam having the same period as the period of the transmittance of the scale on the scale 104, a transmission pattern having the same period as the scale 104 may be used as long as it is perfectly parallel light. Also,
Even if the period is not completely the same, it can be used if the pattern of the light beam can be adjusted to the same period as the scale 104 by the collimating lens 102.
【0024】以上のように構成された相対位置検出装置
において,光源101からの光をコリメートレンズ10
2により平行光束化し,これをスリット103を通して
スケール104に投射する。このときスケール104上
には,図2に示す如くスケール104と同じピッチのパ
ターンビームが形成される。よって,スケール104の
移動によりパターンビームが遮断/透過を繰り返し,こ
の遮断/透過による光量変化が受光部105で検出され
る。In the relative position detecting device configured as described above, the light from the light source 101 is
The light beam is converted into a parallel light beam by 2 and projected on a scale 104 through a slit 103. At this time, a pattern beam having the same pitch as the scale 104 is formed on the scale 104 as shown in FIG. Therefore, the pattern beam repeats blocking / transmission by the movement of the scale 104, and a light amount change due to the blocking / transmission is detected by the light receiving unit 105.
【0025】スリット103は通常は図3に示すパター
ンとすればよいが,スケール104の移動方向を検出す
るためには,図4のスリットに示す如く,1/4周期位
相のずれたパターンの組を設け,それぞれ異なる光検出
器により信号を検出することにより,エンコーダで一般
的に利用されているA・B相の信号を得ることができ
る。Usually, the slit 103 may have the pattern shown in FIG. 3, but in order to detect the moving direction of the scale 104, as shown in the slit of FIG. And by detecting signals with different photodetectors, it is possible to obtain A and B phase signals generally used in encoders.
【0026】さて,この相対位置検出装置は図1に示し
たように光透過型のスケール103を用いたが,この他
に図5に示すような光反射型のスケール103とした構
成であってもよい。この場合図5に示すように,スケー
ル104への入射光を傾け,その正反射位置に受光部1
05を配置することにより実現可能である。このとき,
光ビームを傾ける方向は図示の向きであっても,別な向
きであっても本質的に変わりはない。The relative position detecting device uses a light transmission type scale 103 as shown in FIG. 1, but has a light reflection type scale 103 as shown in FIG. Is also good. In this case, as shown in FIG. 5, the light incident on the scale 104 is tilted, and the light
05 can be realized. At this time,
The direction in which the light beam is tilted is essentially the same whether it is in the illustrated direction or in a different direction.
【0027】したがって,この実施の形態1によれば,
スリット103とスケール104との距離を隔てること
のできる構成としたので,従来のようなスケールとイン
デックススケールとの接触による破損や劣悪環境化にお
けるゴミなどの汚損に強い装置を実現することができ
る。Therefore, according to the first embodiment,
Since the slit 103 and the scale 104 can be separated from each other, it is possible to realize an apparatus that is resistant to damage due to contact between the scale and the index scale and contamination such as dust in a poor environment as in the related art.
【0028】〔実施の形態2〕ところで,反射型のスケ
ールを用いた相対位置検出装置では,検知距離の変化に
対して誤差が生じることがある。つまり,図7に示すよ
うな反射型のスケールを用いた相対位置検出装置では,
スケール104への投光・反射はスケール104に対し
て傾ける必要がある。このような構成では検知距離(投
光・受光部とスケールの距離)が計測中に変化する場
合,破線に示すようになり検知位置がずれ,dの誤差が
生じる。この実施の形態2では,この不具合を解決する
例について説明する。[Embodiment 2] By the way, in a relative position detecting device using a reflection type scale, an error may occur with respect to a change in a detection distance. That is, in a relative position detecting device using a reflective scale as shown in FIG.
Light projection and reflection on the scale 104 need to be inclined with respect to the scale 104. In such a configuration, when the detection distance (the distance between the light emitting / receiving unit and the scale) changes during measurement, the detection position shifts as shown by a broken line, and an error of d occurs. In the second embodiment, an example of solving this problem will be described.
【0029】図6は,実施の形態2に係る相対位置検出
装置(光反射型)の主要構成を示す説明図である。この
相対位置検出装置は,実施の形態1の光反射型(図5参
照)の構成に対し,スケール104への投光・反射をス
ケール104に垂直するための光分割手段としてのビー
ムスプリッタ106を,スリット103と受光部105
との間に設けている。したがって,他の構成要素および
その機能は,実施の形態1と同様であるので図1と同一
符号を付し,その説明は省略する。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the main configuration of the relative position detecting device (light reflection type) according to the second embodiment. This relative position detection device is different from the light reflection type configuration of the first embodiment (see FIG. 5) in that a beam splitter 106 as a light splitting means for vertically projecting and reflecting light on the scale 104 is provided. , Slit 103 and light receiving unit 105
And is provided between them. Therefore, the other components and their functions are the same as those in the first embodiment, and therefore are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 and their description is omitted.
【0030】ビームスプリッタ106は,図6に示すよ
うに,光源101,コリメートレンズ102およびスリ
ット103からなる投光部と受光部105とが直角をな
すように配置された中間部分に配置する。As shown in FIG. 6, the beam splitter 106 is disposed at an intermediate portion where the light emitting portion including the light source 101, the collimating lens 102 and the slit 103 and the light receiving portion 105 are arranged at a right angle.
【0031】以上のように構成された相対位置検出装置
において,投光部(光源101,コリメートレンズ10
2,スリット103)から投光された平行光束は,ビー
ムスプリッタ106により光量の約50%が直角に曲げ
られ,スケール104に対して垂直に照射される。この
とき,スケール104は反射型であるので,この照射さ
れた光束は正反射し,ビームスプリッタ106に戻る。
ビームスプリッタ106では,一部は反射されるが,約
50%は直進して受光部105に入射し,信号が検出さ
れる。その後,実施の形態1と同様に相対値を検出す
る。In the relative position detecting device configured as described above, the light projecting unit (light source 101, collimating lens 10
2, about 50% of the light amount of the parallel light beam projected from the slit 103) is bent at a right angle by the beam splitter 106, and is irradiated perpendicularly to the scale 104. At this time, since the scale 104 is of a reflection type, the irradiated light beam is reflected regularly and returns to the beam splitter 106.
The beam splitter 106 partially reflects the light, but approximately 50% goes straight and enters the light receiving unit 105, where a signal is detected. After that, a relative value is detected as in the first embodiment.
【0032】したがって,実施の形態1で説明した透過
型の相対位置検出装置と同様に,スケール104に対し
て垂直に光束が入射されるので,スケールの振動や光軸
方向への移動が生じても,誤差の発生を阻止し,正確な
相対値を検出することができる。また,光反射型とする
ことにより,光透過型(スルー型)と同じ性能の装置を
省スペースに収容することも可能となる。Therefore, similarly to the transmission type relative position detection device described in the first embodiment, since the light beam is incident on the scale 104 perpendicularly, the scale vibrates and moves in the optical axis direction. Also, the occurrence of an error can be prevented, and an accurate relative value can be detected. Further, by adopting the light reflection type, it is possible to accommodate a device having the same performance as the light transmission type (through type) in a small space.
【0033】〔実施の形態3〕この実施の形態3では,
前述の実施の形態1および2に対し,さらに信号検知速
度が向上し,かつスケール104の傾きの自由度が高く
なる例について説明する。[Embodiment 3] In this embodiment 3,
An example in which the signal detection speed is further improved and the degree of freedom of the inclination of the scale 104 is increased compared to the first and second embodiments will be described.
【0034】図8は,実施の形態3に係る相対位置検出
装置(光反射型)の主要構成を示す説明図である。この
相対位置検出装置は,実施の形態2の光反射型(図6参
照)の構成に対し,受光用の集光レンズ107をビーム
スプリッタ106と受光部105との間に設けている。
したがって,他の構成要素およびその機能は,実施の形
態2と同様であるので図6と同一符号を付し,その説明
は省略する。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a main configuration of a relative position detecting device (light reflection type) according to the third embodiment. This relative position detection device is different from the light reflection type (see FIG. 6) of the second embodiment in that a light-receiving condenser lens 107 is provided between the beam splitter 106 and the light-receiving unit 105.
Therefore, the other components and their functions are the same as those in the second embodiment, and therefore, are denoted by the same reference numerals as in FIG. 6, and the description thereof will be omitted.
【0035】実施の形態1および2では,スケール10
4からの正反射光を受光するために少なくともビーム径
以上の大きさを有する光検出器が必要である。さらに,
スケール104と投光・受光部の傾きを許容するために
は,ビームの形状を円形とする必要がある。そして,そ
の直径をD,光検出器とスケール104との距離をL,
許容傾き誤差をΔθとすると, Pd=2LsinΔθ+D ・・・(1) 以上の光検出器の直径Pdが必要となる。In the first and second embodiments, the scale 10
In order to receive the specularly reflected light from No. 4, a photodetector having a size at least equal to the beam diameter is required. further,
In order to allow the inclination of the scale 104 and the light emitting / receiving unit, the beam needs to have a circular shape. The diameter is D, the distance between the photodetector and the scale 104 is L,
Assuming that the allowable inclination error is Δθ, Pd = 2L sin Δθ + D (1) The diameter Pd of the photodetector is required.
【0036】たとえば,D=0.5mm,L=50m
m,Δθ=±2°とすると,約7.5mmの直径が必要
となる。通常,光検出器として用いられるフォトディテ
クタ(PD)の場合,その面積に比例した静電容量をも
つので,必要面積の増大は信号検知速度の向上を妨げて
しまうことになる。よって,できるだけ小さい面積のフ
ォトディテクタ(PD)を利用することが望ましい。For example, D = 0.5 mm, L = 50 m
If m, Δθ = ± 2 °, a diameter of about 7.5 mm is required. Usually, in the case of a photodetector (PD) used as a photodetector, the capacitance is proportional to the area of the photodetector, and an increase in the required area impedes an improvement in signal detection speed. Therefore, it is desirable to use a photodetector (PD) having an area as small as possible.
【0037】このため,PDに受光光を照射する集光レ
ンズ107の開口は,式(1)より大きい直径とする。
なお,図9は,実施の形態3に係るスケール104上の
ビーム像を示している。For this reason, the aperture of the condenser lens 107 for irradiating the PD with the received light has a diameter larger than the equation (1).
FIG. 9 shows a beam image on the scale 104 according to the third embodiment.
【0038】したがって,この実施の形態3では,受光
する光束を集光レンズ107で集光し,受光部105に
ビーム照射することにより,さらに小さい面積のフォト
ディテクタ(PD)による受光が実現し,検出速度が向
上する。Therefore, in the third embodiment, the light beam to be received is condensed by the condensing lens 107 and the light is irradiated on the light receiving section 105, so that the light can be received by the photodetector (PD) having a smaller area. Speed is improved.
【0039】また,実施の形態2で説明した相対位置検
出装置と同様に,スケール104に対して垂直に光束が
入射されるので,スケールの振動や光軸方向への移動が
生じても,誤差の発生を阻止し,正確な相対値を検出す
ることができる。また,光反射型とすることにより,光
透過型(スルー型)と同じ性能の装置を省スペースに収
容することも可能となる。Also, as in the case of the relative position detecting device described in the second embodiment, since the light beam is incident on the scale 104 perpendicularly, even if the scale vibrates or moves in the optical axis direction, an error occurs. Can be prevented, and an accurate relative value can be detected. Further, by adopting the light reflection type, it is possible to accommodate a device having the same performance as the light transmission type (through type) in a small space.
【0040】〔実施の形態4〕図10は,実施の形態3
に係る相対位置検出装置(光反射型)の主要構成を示す
説明図である。この相対位置検出装置は,図6に示した
相対位置検出装置のビームスプリッタ106の代わり
に,コリメートレンズ102からの出射光のビーム部分
のみを反射する光分割手段としての部分反射ミラー10
8を配置し,コリメータレンズ102からの出射光を集
光もしくは発散するような配置あるいはレンズ定数とし
たものである。さらにコリメートレンズ102を,光源
101からの光をわずかに集光/発散させる配置,ある
いはレンズ定数をもたせる。なお,部分反射ミラー10
8は入射・反射する光線のビーム径とほぼ同じ大きさに
設定する。したがって,他の構成要素およびその機能
は,実施の形態2と同様であるので図6と同一符号を付
し,その説明は省略する。[Embodiment 4] FIG. 10 shows Embodiment 3 of the present invention.
It is an explanatory view showing the main composition of the relative position detecting device (light reflection type) concerning. This relative position detecting device is a partial reflection mirror 10 as a light splitting means for reflecting only the beam portion of the light emitted from the collimating lens 102 instead of the beam splitter 106 of the relative position detecting device shown in FIG.
8 are arranged so as to condense or diverge the light emitted from the collimator lens 102 or have a lens constant. Further, the collimator lens 102 is arranged to slightly condense / diverge the light from the light source 101 or has a lens constant. The partial reflection mirror 10
Numeral 8 is set to be substantially the same as the beam diameter of the incident / reflected light beam. Therefore, the other components and their functions are the same as those in the second embodiment, and therefore, are denoted by the same reference numerals as in FIG. 6, and the description thereof will be omitted.
【0041】ここでレンズによる光線がやや発散するよ
うに設定している場合を例にとって説明する。なお,や
や集光する光線を用いる場合についても同様である。光
源101から出射された光は,コリメートレンズ102
により発散され,さらに,スリット103を通過し,分
割された略平行光となる。この光線は部分反射ミラー1
08により反射され,少しの角度をもってスケール10
4に入射する。Here, a case will be described by way of example in which the light beam from the lens is set to slightly diverge. The same applies to the case where a slightly converging light beam is used. The light emitted from the light source 101 is transmitted to a collimator lens 102.
, And further passes through the slit 103 to be divided into substantially parallel light. This light beam is partially reflected mirror 1
08 and scale 10 at a slight angle
4 is incident.
【0042】スケール104に照射された光線は,反射
則により入射角と対称に正反射し,受光部105に入射
する。このとき,投光部からの投光された光線が平行で
あると,部分反射ミラー108によってほとんどケラレ
てしまうが,やや発散気味に設定することで大部分の光
線を受光部105に導くことができる。The light beam applied to the scale 104 is specularly reflected symmetrically with the angle of incidence according to the law of reflection, and enters the light receiving unit 105. At this time, if the light beams projected from the light projecting unit are parallel, the light is almost vignetted by the partial reflection mirror 108, but most of the light beams can be guided to the light receiving unit 105 by setting it to slightly divergent. it can.
【0043】ところで,実施の形態2では,投光効率5
0%,受光効率50%の損失が生じ,25%以下の光利
用効率となる。しかし,この実施の形態4では,投光効
率100%,受光効率ηは発散・集光角から,下記
(2)式により決定される。In the second embodiment, the light emission efficiency is 5
A loss of 0% and a light receiving efficiency of 50% occurs, resulting in a light use efficiency of 25% or less. However, in the fourth embodiment, the light emitting efficiency 100% and the light receiving efficiency η are determined by the following equation (2) from the diverging and converging angles.
【0044】すなわち, η=2πLsinθ・(2πLsinθ+D) ・・・(2) により表される受光効率となる。ここで,Lはコリメー
タレンズ102からスケール104に反射し,部分反射
ミラー108にケラレるまでの光路長,θは発散角,D
は部分反射ミラー108の有効径である。That is, the light receiving efficiency is represented by η = 2πL sin θ · (2πL sin θ + D) (2) Here, L is the optical path length from the time when the light is reflected from the collimator lens 102 to the scale 104 and vignetted by the partial reflection mirror 108, θ is the divergence angle, and D
Is the effective diameter of the partial reflection mirror 108.
【0045】したがって,この実施の形態4によれば,
コリメートレンズ102からの出射光のビーム部分のみ
を反射する部分反射ミラー108を設け,さらにコリメ
ートレンズ102を,光源101からの光をわずかに集
光/発散させる配置,あるいはレンズ定数をもたせるこ
とにより,光利用効率が向上し,より安定した計測が可
能となる。Therefore, according to the fourth embodiment,
By providing a partial reflection mirror 108 that reflects only the beam portion of the light emitted from the collimating lens 102, and by further arranging the collimating lens 102 to slightly condense / diverge the light from the light source 101, or by providing a lens constant. The light use efficiency is improved, and more stable measurement is possible.
【0046】〔実施の形態5〕図11は,実施の形態5
に係る相対位置検出装置(光反射型)の主要構成を示す
説明図である。この相対位置検出装置は,図10に示し
た相対位置検出装置の部分反射ミラー108の代わり
に,コリメートレンズ102からの出射光のビーム部分
のみを透過する光分割手段としての部分透過ミラー10
9を配置し,コリメータレンズ102からの出射光を集
光もしくは発散するような配置あるいはレンズ定数とし
たものである。さらにコリメートレンズ102を,光源
101からの光をわずかに集光/発散させる配置,ある
いはレンズ定数をもたせる。なお,部分透過ミラー10
9は入射・透過する光線のビーム径とほぼ同じ大きさに
設定する。したがって,他の構成要素およびその機能
は,実施の形態4と同様であるので図10と同一符号を
付し,その説明は省略する。[Fifth Embodiment] FIG. 11 shows a fifth embodiment.
It is an explanatory view showing the main composition of the relative position detecting device (light reflection type) concerning. This relative position detecting device is different from the partial reflecting mirror 108 of the relative position detecting device shown in FIG. 10 in that a partial transmission mirror 10 as a light splitting means for transmitting only a beam portion of the light emitted from the collimating lens 102 is used.
9 is arranged so that the light emitted from the collimator lens 102 is condensed or diverged, or has a lens constant. Further, the collimator lens 102 is arranged to slightly condense / diverge the light from the light source 101 or has a lens constant. The partially transmitting mirror 10
Numeral 9 is set to be substantially the same as the beam diameter of the incident and transmitted light beam. Therefore, the other components and their functions are the same as those of the fourth embodiment, and therefore, are denoted by the same reference numerals as in FIG. 10 and the description thereof is omitted.
【0047】ここで実施の形態4と同様に,レンズによ
る光線がやや発散するように設定している場合を例にと
って説明する。なお,やや集光する光線を用いる場合に
ついても同様である。光源101から出射された光は,
コリメートレンズ102により発散され,さらに,スリ
ット103を通過し,分割された略平行光となる。この
光線は部分透過ミラー109により透過され,わずかな
角度をもってスケール104に入射する。Here, as in the case of the fourth embodiment, a case will be described as an example where the light rays by the lens are set to slightly diverge. The same applies to the case where a slightly converging light beam is used. The light emitted from the light source 101 is
The light is diverged by the collimating lens 102, further passes through the slit 103, and becomes divided into substantially parallel light. This light beam is transmitted by the partially transmitting mirror 109 and enters the scale 104 at a slight angle.
【0048】スケール104に照射された光線は,反射
則により入射角と対称に正反射し,受光部105に入射
する。このとき,投光部からの投光された光線が平行で
あると,部分透過ミラー109によってほとんどケラレ
てしまうが,やや発散気味に設定することで大部分の光
線を受光部105に導くことができる。The light beam applied to the scale 104 is specularly reflected symmetrically with the incident angle according to the law of reflection, and is incident on the light receiving unit 105. At this time, if the light beams projected from the light projecting unit are parallel, the light is almost vignetted by the partially transmitting mirror 109, but most of the light beams can be guided to the light receiving unit 105 by setting it to be slightly divergent. it can.
【0049】さて,この実施の形態5では,実施の形態
4と同様に,投光効率100%,受光効率ηは発散・集
光角から,前述の(2)式により決定される。In the fifth embodiment, similarly to the fourth embodiment, the light emitting efficiency 100% and the light receiving efficiency η are determined from the divergence / condensing angle by the above-mentioned equation (2).
【0050】したがって,この実施の形態5によれば,
コリメートレンズ102からの出射光のビーム部分のみ
を透過する部分透過ミラー109を設け,さらにコリメ
ートレンズ102を,光源101からの光をわずかに集
光/発散させる配置,あるいはレンズ定数をもたせるこ
とにより,光利用効率が向上し,より安定した計測が可
能となる。Therefore, according to the fifth embodiment,
By providing a partially transmitting mirror 109 for transmitting only the beam portion of the light emitted from the collimating lens 102, and further arranging the collimating lens 102 to slightly condense / diverge the light from the light source 101, or by providing a lens constant. The light use efficiency is improved, and more stable measurement is possible.
【0051】さらに,この実施の形態5のような部分透
過ミラー109は,図11にようにスケール104に対
し,垂直方向のレイアウトされるため,スケール104
の移動方向にコンパクトな装置構成が実現する。また,
部分透過ミラー109は,保持することが容易であり,
部分反射ミラー108のように保持治具による光線のケ
ラレが発生しない面でも有利である。Further, since the partially transmitting mirror 109 as in the fifth embodiment is laid out in the vertical direction with respect to the scale 104 as shown in FIG.
A compact device configuration can be realized in the moving direction of. Also,
The partially transmitting mirror 109 is easy to hold,
It is also advantageous on a surface where the vignetting of the light beam by the holding jig does not occur like the partial reflection mirror 108.
【0052】〔実施の形態6〕図12は,実施の形態6
に係る相対位置検出装置(光反射型)の主要構成を示す
説明図である。この相対位置検出装置は,図6に示した
相対位置検出装置のブームスプリッタ106の位置に光
分割手段として,偏光ビームスプリッタ111を配置
し,さらに偏光ビームスプリッタ111とスケール10
4との間に1/4波長板110を設けた,いわゆる通常
のCD−ROMの光ピックアップに利用されている方式
を採用したものである。したがって,他の構成要素およ
びその機能は,実施の形態2と同様であるので図6と同
一符号を付し,その説明は省略する。[Embodiment 6] FIG. 12 shows Embodiment 6 of the present invention.
It is an explanatory view showing the main composition of the relative position detecting device (light reflection type) concerning. In this relative position detecting device, a polarizing beam splitter 111 is disposed as a light splitting unit at the position of the boom splitter 106 of the relative position detecting device shown in FIG.
In this case, a system used for a so-called ordinary CD-ROM optical pickup in which a quarter-wave plate 110 is provided between the optical disk and the optical disk is adopted. Therefore, the other components and their functions are the same as those in the second embodiment, and therefore, are denoted by the same reference numerals as in FIG. 6, and the description thereof will be omitted.
【0053】図12のように構成された相対位置検出装
置において,光源101から出射されたコリメータレン
ズ102へ平行光に光学補正され,スリット103を通
過する。さらに,スリット103を通過した光は,偏光
ビームスプリッタ111で反射され,1/4波長板11
0を通過し,スケール104に照射する。スケール10
4で反射された光は,1/4波長板110を通過し,偏
光ビームスプリッタ111を経て,受光部105に入射
される。その後,前述と同様の計測動作が行われる。In the relative position detecting device configured as shown in FIG. 12, the light is optically corrected by the collimator lens 102 emitted from the light source 101 into parallel light and passes through the slit 103. Further, the light that has passed through the slit 103 is reflected by the polarization beam splitter 111, and is reflected by the 4 wavelength plate 11.
The light passes through 0 and irradiates the scale 104. Scale 10
The light reflected by 4 passes through the 波長 wavelength plate 110, passes through the polarization beam splitter 111, and enters the light receiving unit 105. Thereafter, the same measurement operation as described above is performed.
【0054】この実施の形態6によれば,前述実施の形
態の効果に加え,特に投光・受光ともに90%程度の効
率で光を利用することができ,安定した計測が実現す
る。According to the sixth embodiment, in addition to the effects of the above-described embodiment, light can be used with an efficiency of about 90% for both light emission and light reception, and stable measurement can be realized.
【0055】〔実施の形態7〕図13は,実施の形態7
に係る相対位置検出装置(光反射型)の主要構成を示す
説明図である。この相対位置検出装置は,前述した実施
の形態におけるコリメートレンズ,受光用のレンズを一
体構成し,さらにレンズ光軸上に光源を配置した光源一
体化レンズ112をスケール104と受光部105との
間に設けた構成となっている。したがって,他の構成要
素およびその機能は,前述の実施の形態と同様であるの
で同一符号を付し,その説明は省略する。[Seventh Embodiment] FIG. 13 shows a seventh embodiment.
It is an explanatory view showing the main composition of the relative position detecting device (light reflection type) concerning. This relative position detecting device integrally includes the collimating lens and the light receiving lens in the above-described embodiment, and further includes a light source integrated lens 112 having a light source disposed on the lens optical axis between the scale 104 and the light receiving unit 105. Is provided. Therefore, the other components and their functions are the same as those in the above-described embodiment, and thus are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
【0056】図13において,光源一体化レンズ112
に配置した光源101からの光は,光源一体化レンズ1
12のコリメートレンズ,スリットを経て,スケール1
04に照射される。さらにスケール104の照射された
光は反射光として,光源一体化レンズ112で集光さ
れ,受光部105に入射される。その後,前述と同様の
計測動作が行われる。In FIG. 13, the light source integrated lens 112
The light from the light source 101 disposed in the
Scale 1 through 12 collimating lenses and slits
04. Further, the light emitted from the scale 104 is condensed by the light source integrated lens 112 as reflected light, and is incident on the light receiving unit 105. Thereafter, the same measurement operation as described above is performed.
【0057】したがって,この実施の形態7によれば,
特に,光源101,コリメートレンズ102,スリット
103,受光レンズ,受光部105が同一光路に構成さ
れるので,非常に小型の装置となる。また,光源101
も同一樹脂上に一体成形することにより,レンズと光源
101の光軸合わせなどの調整作業が不要になるので,
生産性も向上する。Therefore, according to the seventh embodiment,
In particular, since the light source 101, the collimating lens 102, the slit 103, the light receiving lens, and the light receiving unit 105 are configured on the same optical path, the device becomes very small. Also, the light source 101
Also, by integrally molding the same resin, the adjustment work such as the optical axis alignment of the lens and the light source 101 becomes unnecessary.
Productivity also increases.
【0058】[0058]
【発明の効果】以上説明したように,本発明に係る相対
位置検出装置(請求項1)によれば,スケールの反射率
または透過率の変化周期と同じ周期になるような光の透
過率の周期パターンをスリットとして設け,スリットを
通過した光を前記スケールに照射して得られる反射光あ
るいは透過光を入射し,スリットとスケールとの相対位
置の変化に伴って生じる反射光あるいは透過光の光強度
を検出することにより,光を投射する光ヘッド部分と被
測定物との距離を広く確保することができるので,接触
による破損やゴミの付着の付着による機能低下を回避
し,かつスケールの移動方向と垂直な方向への移動,お
よびスケールの傾きに対する自由度を向上させることが
できる。As described above, according to the relative position detecting device according to the present invention (claim 1), the light transmittance of the scale is the same as the change period of the reflectance or the transmittance of the scale. A periodic pattern is provided as a slit, and reflected light or transmitted light obtained by irradiating the scale with the light passing through the slit is incident thereon, and the reflected light or transmitted light generated due to a change in the relative position between the slit and the scale. By detecting the intensity, the distance between the optical head that projects light and the object to be measured can be kept wide, so that damage due to contact and functional deterioration due to the adhesion of dust can be avoided, and the scale can be moved. The degree of freedom with respect to movement in the direction perpendicular to the direction and inclination of the scale can be improved.
【0059】また,本発明に係る相対位置検出装置(請
求項2)によれば,請求項1に加え,スケールに対して
垂直に平行光束が入射するように構成したので,スケー
ルの振動および光軸方向への移動が生じても検出誤差が
なく,かつ正確な相対値が得られる。Further, according to the relative position detecting device according to the present invention (claim 2), in addition to the constitution described in claim 1, since the parallel light beam is incident perpendicularly to the scale, vibration of the scale and light Even if movement in the axial direction occurs, there is no detection error and an accurate relative value can be obtained.
【0060】また,本発明に係る相対位置検出装置(請
求項3)によれば,請求項1または2に加え,集光レン
ズによりスケールからの透過光あるいは反射光を受光手
段に導くため,より小さい面積のフォトディテクタ(P
D)を利用することが可能となると共に,検出速度が向
上する。Further, according to the relative position detecting device according to the present invention (claim 3), in addition to claim 1 or 2, the light condensing lens guides the transmitted light or reflected light from the scale to the light receiving means. Small area photodetector (P
D) can be used, and the detection speed can be improved.
【0061】また,本発明に係る相対位置検出装置(請
求項4)によれば,請求項2に加え,コリメートレンズ
でコリメートされた光のみを反射する部分反射ミラーを
用い,かつコリメートレンズが光源からの出射された光
を微小に集光あるいは発散する配置またはレンズ特性を
有するので,光利用効率が向上し,安定した計測が可能
となる。According to the relative position detecting device of the present invention (claim 4), in addition to claim 2, a partial reflection mirror that reflects only the light collimated by the collimating lens is used, and the collimating lens is a light source. Since it has an arrangement or a lens characteristic that slightly condenses or diverges the light emitted from the device, the light use efficiency is improved and stable measurement is possible.
【0062】また,本発明に係る相対位置検出装置(請
求項5)によれば,請求項2に加え,コリメートレンズ
でコリメートされた光のみを透過する部分透過ミラーを
用い,かつコリメートレンズが光源からの出射された光
を微小に集光あるいは発散する配置またはレンズ特性を
有するため,光利用効率が向上し,安定した計測が可能
となる。Further, according to the relative position detecting device according to the present invention (claim 5), in addition to claim 2, a partially transmitting mirror that transmits only the light collimated by the collimating lens is used, and the collimating lens is a light source. Since it has an arrangement or a lens characteristic that slightly condenses or diverges the light emitted from the device, the light use efficiency is improved, and stable measurement is possible.
【0063】また,本発明に係る相対位置検出装置(請
求項6)によれば,請求項2に加え,直線偏光光を出射
するレーザ光源を用い,光分割手段が前記スケールへの
投射光および反射光の方向が対称となるように光を偏光
・分割し,かつスケールへの投射光およびその反射光を
偏光補正するする構成としたので,光利用効率が向上
し,安定した計測が可能となる。Further, according to the relative position detecting device of the present invention (claim 6), in addition to claim 2, a laser light source for emitting linearly polarized light is used, and the light splitting means uses the laser light for projecting light to the scale and Since the light is polarized and split so that the direction of the reflected light is symmetric, and the light projected on the scale and the reflected light are corrected for polarization, the light use efficiency is improved and stable measurement is possible. Become.
【0064】また,本発明に係る相対位置検出装置(請
求項7)によれば,光源とコリメートと集光レンズとを
一体構成とすることにより,装置の小型化が実現し,か
つ光源も同一樹脂上に一体成形するため,レンズと光源
の位置合わせなどの煩雑で困難な調整作業が不要とな
る。Further, according to the relative position detecting device of the present invention (claim 7), since the light source, the collimator and the condenser lens are integrated, the size of the device can be reduced and the light source can be the same. Since it is integrally molded on resin, complicated and difficult adjustment work such as alignment of a lens and a light source is not required.
【図1】本発明の実施の形態1に係る相対位置検出装置
(光透過型)の主要構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a main configuration of a relative position detection device (light transmission type) according to Embodiment 1 of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態1に係るスケール上のビー
ム像を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a beam image on a scale according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施の形態1に係るスリット例を示す
説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of a slit according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施の形態1に係るスリットのAB相
用スリットパターン例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of an AB-phase slit pattern of the slit according to the first embodiment of the present invention;
【図5】本発明の実施の形態1に係る相対位置検出装置
(光反射型)の主要構成を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a main configuration of a relative position detection device (light reflection type) according to Embodiment 1 of the present invention.
【図6】本発明の実施の形態2に係る相対位置検出装置
(光反射型)の主要構成を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a main configuration of a relative position detection device (light reflection type) according to Embodiment 2 of the present invention.
【図7】光反射型の相対位置検出装置における検知距離
計測誤差を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a detection distance measurement error in the light reflection type relative position detection device.
【図8】本発明の実施の形態3に係る相対位置検出装置
(光反射型)の主要構成を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a main configuration of a relative position detection device (light reflection type) according to Embodiment 3 of the present invention.
【図9】本発明の実施の形態3に係るスケールのビーム
像を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a beam image of a scale according to Embodiment 3 of the present invention.
【図10】本発明の実施の形態4に係る相対位置検出装
置(光反射型)の主要構成を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a main configuration of a relative position detection device (light reflection type) according to Embodiment 4 of the present invention.
【図11】本発明の実施の形態5に係る相対位置検出装
置(光反射型)の主要構成を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a main configuration of a relative position detection device (light reflection type) according to Embodiment 5 of the present invention.
【図12】本発明の実施の形態6に係る相対位置検出装
置(光反射型)の主要構成を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing a main configuration of a relative position detection device (light reflection type) according to Embodiment 6 of the present invention.
【図13】本発明の実施の形態6に係る相対位置検出装
置(光反射型)の主要構成を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a main configuration of a relative position detection device (light reflection type) according to Embodiment 6 of the present invention.
【図14】従来における相対位置検出装置(光透過型)
の主要構成を示す説明図である。FIG. 14 shows a conventional relative position detection device (light transmission type).
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a main configuration of FIG.
101 光源 102 コリメートレンズ 103 スリット 104 スケール 105 受光部 106 ビームスプリッタ 107 受光レンズ 108 部分反射ミラー 109 部分透過ミラー 110 1/4波長板 111 偏光ビームスプリッタ 112 光源一体化レンズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Light source 102 Collimating lens 103 Slit 104 Scale 105 Light receiving part 106 Beam splitter 107 Light receiving lens 108 Partial reflection mirror 109 Partial transmission mirror 110 Quarter wave plate 111 Polarizing beam splitter 112 Light source integrated lens
Claims (7)
記光源から出射された光を集光し,略平行光束に光学補
正するコリメートレンズと,前記コリメートレンズから
の光を分割する所定の光透過率の周期パターン構造を有
するスリットと,所定の反射率あるいは透過率を有し,
前記スリットの周期パターンと同一の周期的パターンを
有するスケールと,前記スリットを通過した光を前記ス
ケールに照射して得られる反射光あるいは透過光を入射
し,前記スリットと前記スケールとの相対位置の変化に
伴って生じる反射光あるいは透過光の光強度を検出する
受光手段と,を備えたことを特徴とする相対位置検出装
置。1. A light source that emits coherent light, a collimating lens that collects light emitted from the light source and optically corrects the light into a substantially parallel light beam, and a predetermined light transmission that splits light from the collimating lens. A slit having a periodic pattern structure of reflectance and a predetermined reflectance or transmittance,
A scale having the same periodic pattern as the periodic pattern of the slit, and reflected light or transmitted light obtained by irradiating the scale with light passing through the slit are incident, and the relative position between the slit and the scale is determined. A relative position detecting device comprising: a light receiving unit that detects the light intensity of reflected light or transmitted light generated by the change.
記光源から出射された光を集光し,略平行光束に光学補
正するコリメートレンズと,前記コリメートレンズから
の光を分割する所定の光透過率の周期パターン構造を有
するスリットと,所定の反射率を有し,前記スケールの
周期パターンと同一の周期的パターンを有するスケール
と,前記スリットと前記スケールとの間に,前記スケー
ルへの投射光および反射光の方向が対称となるように光
を分割する光分割手段と,前記スリットを通過した光が
前記光分割手段を介して前記スケールに照射され,その
反射光を前記光分割手段を介して入射し,前記スリット
と前記スケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射
光あるいは透過光の光強度を検出する受光手段と,を備
えたことを特徴とする相対位置検出装置。2. A light source that emits coherent light, a collimator lens that collects light emitted from the light source and optically corrects the light into a substantially parallel light beam, and a predetermined light transmission that splits light from the collimator lens. A slit having a periodic pattern structure of a ratio, a scale having a predetermined reflectance, and having the same periodic pattern as the periodic pattern of the scale, and light projected on the scale between the slit and the scale. And a light splitting means for splitting the light so that the direction of the reflected light is symmetric, and the light passing through the slit is irradiated on the scale via the light splitting means, and the reflected light is sent through the light splitting means. Light receiving means for detecting the light intensity of reflected light or transmitted light generated as the relative position between the slit and the scale changes. Relative position detector.
れ,前記スケールからの透過光あるいは反射光を前記受
光手段に集光する集光レンズを備えたことを特徴とする
請求項1または2に記載の相対位置検出装置。3. The light-receiving device according to claim 1, further comprising a condensing lens disposed in front of said light-receiving means for condensing transmitted light or reflected light from said scale on said light-receiving means. The relative position detecting device as described in the above.
ズでコリメートされた光のみを反射する部分反射ミラー
であって,かつ前記コリメートレンズは,前記光源から
の出射された光を微小に集光あるいは発散する配置また
はレンズ特性を有することを特徴とする請求項2に記載
の相対位置検出装置。4. The light splitting means is a partial reflection mirror that reflects only the light collimated by the collimating lens, and the collimating lens minutely condenses the light emitted from the light source. The relative position detecting device according to claim 2, wherein the relative position detecting device has a diverging arrangement or a lens characteristic.
ズでコリメートされた光のみを透過する部分透過ミラー
であって,かつ前記コリメートレンズは,前記光源から
の出射された光を微小に集光あるいは発散する配置また
はレンズ特性を有することを特徴とする請求項2に記載
の相対位置検出装置。5. The light splitting means is a partially transmitting mirror that transmits only the light collimated by the collimating lens, and the collimating lens minutely condenses the light emitted from the light source. The relative position detecting device according to claim 2, wherein the relative position detecting device has a diverging arrangement or a lens characteristic.
ザ光源とし,かつ前記光分割手段は,前記スケールへの
投射光および反射光の方向が対称となるように光を偏光
・分割する偏光ビームスプリッタと,前記スケールへの
投射光およびその反射光を偏光補正する1/4波長板と
から構成されることを特徴とする請求項2に記載の相対
位置検出装置。6. The light source is a laser light source that emits linearly polarized light, and the light splitting means polarizes and splits the light so that the directions of the light projected and reflected on the scale are symmetric. 3. The relative position detecting device according to claim 2, comprising a beam splitter and a quarter-wave plate for correcting the polarization of the light projected on the scale and the reflected light.
の光を微小に集光あるいは発散する配置またはレンズ特
性を有し,かつ前記光源と前記コリメートと前記集光レ
ンズとを一体構成としたことを特徴とする請求項3に記
載の相対位置検出装置。7. The collimating lens has an arrangement or a lens characteristic for minutely condensing or diverging light from the light source, and the light source, the collimator, and the condensing lens are integrally formed. The relative position detecting device according to claim 3, wherein
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Family
ID=18409144
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3980732B2 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007505363A (en) * | 2003-05-22 | 2007-03-08 | カール ツァイス イエナ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Adjustable pinhole, especially for laser scanning microscopes |
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-
1997
- 1997-12-05 JP JP35023597A patent/JP3980732B2/en not_active Expired - Lifetime
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| US10690479B2 (en) | 2013-07-09 | 2020-06-23 | Rememdia LLC | Optical positioning sensor |
| US10677583B2 (en) | 2015-04-17 | 2020-06-09 | Rememdia LC | Strain sensor |
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| US12320632B2 (en) | 2022-02-10 | 2025-06-03 | Sarcos Corp. | High resolution optical displacement measurement |
| US12313432B2 (en) | 2023-06-23 | 2025-05-27 | Sarcos Corp. | Analog optical positioning sensor, method, and circuit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3980732B2 (en) | 2007-09-26 |
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