JPS58100703A - 光学式スケ−ル読取装置 - Google Patents

光学式スケ−ル読取装置

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JPS58100703A
JPS58100703A JP56200596A JP20059681A JPS58100703A JP S58100703 A JPS58100703 A JP S58100703A JP 56200596 A JP56200596 A JP 56200596A JP 20059681 A JP20059681 A JP 20059681A JP S58100703 A JPS58100703 A JP S58100703A
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light
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JP56200596A
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JPS6213603B2 (ja
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Hideto Iwaoka
秀人 岩岡
Koji Akiyama
浩二 秋山
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Yokogawa Hokushin Electric Corp
Yokogawa Electric Works Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36Forming the light into pulses
    • G01D5/38Forming the light into pulses by diffraction gratings

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

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】 本発明は、1個の読取ヘッドを用いてX、Y2方向の変
位を測定することができる光学式スケール読取装置に関
する0 従来よシ、光の干渉を利用した光学式スケール読取装置
が知られている。この種の装置は、スケールとしてガラ
ス基板上に反射膜を格子状に蒸着したものを用いるのが
普通である。従来のこの種の装置は、1次元の変位を測
定するもので1)、X、Y2方向の2次元の変位を測定
する場合は、各方向ごとに独立の光学式スケール読取装
置が用いられていた。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、X、
Y2方向に回折するように構成した回折格子よシなるス
ケールを用いて、1個の読取ヘッドでX、Y2方向の変
位を測定することができる簡単な構成の光学式スケール
読取装置を実現したものである。以下、図面を参照して
本発明の詳細な説明する。
第1図は、本発明の一実施例を示す構成図である。同図
において、1は可干渉性光源である。該光源としては、
例えば半導体レーザが用いられる。
L工は、光源1の出力光を集光する第1のレンズである
・2は、該レンズの透過光を受ける偏光キューブプリズ
ムでちる。3は、該キューブプリズムの通過光を受ける
174波長板である。L2は、該波長板の透過光を受け
る第2のレンズでおる04は、X、Y2方向に格子状を
なす回折格子より構成さと二色ムシ―シ れるスケールである。このようなスケールは、電子ビー
ム露光等を用いて2次元に作製される。
ス、ケール4に入射した光は、反射する際KX。
Y2方向の多モードの回折光を生じる。この反射回折光
は、再びレンズL2. 174波長板5を経てキューブ
プリズム2に入り、該プリズムで反射される。反射した
光は、結像部人で結像する。1は、x、y両方向00次
、bはY方向の+1次、CはX方向の+1次、dはY方
向の一1次、・はX方向の一1次それぞれ回折光の結像
点である。5は、結像部A部置かれた0次回新党除去フ
ィルタである。6は、結像部人の後方に生じたX、Y2
方向の干渉縞である。
7は、干渉縞6をx、y両方向に分離し位相角の位置決
めを行うスリットである。8は、スリット7を通過した
干渉縞を受ける受光手段である。
該受光手段は、8分割された受光素子で構成されている
。受光素子としては、例えばフォトダイオードが用いら
れる。これら受光素子のうち、X□乃至x4はX方向の
変位検出用、Y□乃至Y4はY方向の変位検出用にそれ
ぞれ用いられる。そして、これら受光素子は、互いK 
90°ずつ位相のずれた信号を出力するように配されて
いる。X方向の場合を例にとって説明すると、受光素子
X□を基準にとって、x2は90°、x3は180°、
x4は27o6それぞれ位相の違う信号を出力する。こ
のことは、Y方向の場合についても全く同様である。
U□は、受光素子x1;x、の出力を受ける差動増幅器
、U2はX2@ X4の出力を受付る差動増幅器、U3
はYl、 Y3の出力を受ける差動増幅器、U4はY2
. Y4の出力を受ける差動増幅器である。9は、差動
増幅器tr1. U2の出力を受け、X方向のスケール
移動量及び移動方向を示す信号を出力する第1の制御回
路、10は、差動増幅器TJs* U4の出力を受け、
Y方向のスケール移動量及び移動方向を示す信号を出力
する第2G制御回路である。11は、制御回路9の出力
を受けてスケールのX方向の移動距離及び移動方向を表
示する第1の表示器、12は、制御回路10の出力を受
けてスケールのY方向の移動距離及び移動方向を第2の
表示器である。このように構成された装置の動作を説明
すれば、以下のとおりである。
光源1から発射された光は、レンズL1で集光された後
キューブプリズム2に入射する。キューブプリズムに入
射した光のうち、該プリズムと偏光角が一致した成分の
みがプリズムを通過する。光源1として半導体レーザを
用いると大部分が直線偏光となっているため、殆んど全
ての光がプリズム2を通過することができる◇そして、
キューブプリズム2を通過した光は174波長板3に入
る。
1/4波長板5に入射した光は、該波長板で円偏光とな
る0114波長板3を通過した光は、レンズL2で集光
され、スケール4に照射される。スケール4に入射した
光は、反射する際X、Y2方向に多モードの回折光を生
じさせる〇 回折した反射光は、再びレンズL2によって集光され、
114波長板5に入る。反射光は、1/4波長板5で入
射音−偏光と90’偏光角の異なる直線偏光となる。従
って、キューブプリズム2に入射した光は今度は全て反
射しA部で結像する。A部に生じた多モードの回折光の
うち、a点に生じたX。
7両方向の0次回新党はフィルタ5で除去される0従っ
て、結像部Aの後方に生じた干渉縞6は、X。
Y2方向について、±1次回折光同志が干渉した干渉縞
となり、図に示すような基盤の目のような干渉縞となる
スリット7は、位相角の位置決めを行うと共に干渉縞を
X、Y2方拘ごとにそれぞれ分離する。
分離された干渉縞は、x、y両方向ごとに4分割された
受光素子より構成される受光手段8に照射される@6受
光素子x1〜x4、Y1〜Y4は、そhぞれ光の明暗に
応じた電気信号を発生させる。
今、光源1から光が照射されている状態で、スケール4
を任意の方向に移動させたとする0このとき、受光素子
X工〜x4、Y工〜Y4に入射する光は周期的な明暗を
生じる。各受光素子は、前述したようにそれぞれ90’
ずつ位相がずれた位置に配されているので、これら受光
素子の出力はそれぞれ90’ずつ位相のずれた正弦波と
なる。これら受光素子の出力は、それぞれ続く増幅器U
工〜U4に入力子る。
ここで、各受光素子x1〜X4、Y工〜Y4の出力をp
x〜p、p−p  とする。
X4     YI     Y4 増幅器U1は、受光素子X工の出力pX1を負入力端子
に1受光素子x3の出力PX3を正入力端子に受けて、
(PX3−pXl)K応じた信号を出方する。一方、増
幅器U2は、受光素子x2の出力px□を負入力端子に
1受光素子Xの出力pX4を正入力端子に受けて、(P
X4− pX□)に応じた信号を出力する。pXlとP
X3及びPx□とPX4は互いに1800位相のずれた
関係にあるから、位置信号成分は2倍になシ、直流酸分
はOKなるので処理しやすくなる。そして、その出力波
形は図に示すようなものとなる。増幅器U1゜U2の出
力は、制御回路9に入力する。
制御回路9は、入力信号E1.E2を波形整形してパル
ス化する。I!1信号は、スクール4のX方向への移動
量に対応したものである。従って、E工をパルス化して
これをカウントすれば、スケール4のX方向の移動量が
求まる。ま&、X工とE2の位相差を利用するとスケー
ル4の移動方向を知ることができる。制御回路9で演算
処理された、X方向の移動距離及び移動方向は、表示器
11で表示される。
移動方向の表示の仕方としては、右方向を+、左方向を
−と表示する。或いは、この逆でもよい。
以上、X方向についての変位の測定方法について述べた
が、この間の事情はY方向についても全く同様であるの
で、説明を省略する。
第2図は、スリット7の各種の形状を示す図である。受
光手段8の形状に応じて種々のものが用いられる@第5
図は、干渉縞受光手段の変形例を示す図である。同@に
おいて、第1図と同一のものけ同一の番号を付して示す
0第5図(、)は、受光手段として2次元CODイメー
ジ七ンサを用いたものである。図中、20は第1図で説
明した光源、キエーププリズム、レンズ等で構成される
光学系である。21は、C■を用いた2次元イメージセ
ンサである@該イメージセンナには、X、Y各方面ご 
   ゛とに駆動用のクロックが印加される。イメージ
センサ21から取出した出力を処理する手段については
、第1図について説明したと同様である。
第3図(b)は、結像部人を通過した干渉縞を、ハーフ
ミ2−を用いてX方向とY方向九分離して、各方面とと
にスリットと受光手段を設けたものである。図中、30
はハーフミラ−である。31.32は各方向ごとに設け
られたスリブ)、33.34は各方向ととに設けられた
受光手段である。何れの方向をX方向或いはY方向とす
るかは、必要に応じて決めることができる。なお、以上
の説明では、受光手段として各方向ごとに4分割された
受光素子を用いた場合を例にとったが4分割に限る必要
はない。最小2分割のものであれば、目的を達すること
ができる。
以上、詳細に説明したように1本発明によればX、Y2
方向に回折するように構成した回折格子よりなるスケー
ルを用いて、1個の読取ヘッドでX、Y2方向の変位を
測定することのできる光学式スケール読取装置を実現す
ることができる。本発明装置を用いれば、1次元の変位
を測定する際に、移動方向とスケールの方向のずれから
生じるコサイン(CO8)工2−を補正することができ
る0
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示す構成図である◎第2
図は、スリットの形状を示す図である@第3図は、本発
明の他の実施例を示す図である01・・・光源、2・・
・偏光キ、−ププリズム、3・・・1/4波長板、4・
・・スケール、5・・・フィルタ、6・・・干渉縞、7
・・・スリット、8・・・受光手段、9.10・・・制
御回路、11.12・・・表示器、20・・・光学系、
21・・・CODイメージ七ンサ(30・・・ハーフミ
ラ−131,32・・・スリット、33.34・・・受
光手段、Ll、L2・・・レンズ、U1〜U、・・・増
幅器。 (−≧ 代理人   弁理士  小 沢 信 助L: ” °:
辻\二/′ 第3図 2.o      (a ) ( (b)

Claims (1)

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

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JPS6213603B2 JPS6213603B2 (ja) 1987-03-27

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JPS6213603B2 (ja) 1987-03-27

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