JP2000081308A - 光学式変位測定装置 - Google Patents

光学式変位測定装置

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JP2000081308A
JP2000081308A JP10234547A JP23454798A JP2000081308A JP 2000081308 A JP2000081308 A JP 2000081308A JP 10234547 A JP10234547 A JP 10234547A JP 23454798 A JP23454798 A JP 23454798A JP 2000081308 A JP2000081308 A JP 2000081308A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い分解能で位置検出が可能な光学式変位測
定装置を提供する。 【解決手段】 本発明では、第1の結像手段4により可
干渉光Laが回折格子1の格子面に結像されているとと
もに、第2の結像手段5により平行光とされ第1の干渉
光Lb1,Lb2が反射光学系3に垂直に照射されてい
る。本発明では、第1の回折光Lb1の光軸がずれた場
合であっても、反射された第1の回折光Lb1は必ず入
射したときと同じ光路を逆行し回折格子1の格子面上の
結像位置は変化せず、第1の回折光Lb1が回折するこ
とにより生じる第2の回折光Lb2の光軸がずれない。
本発明では、この光軸のずれない第2の回折光Lb2を
干渉させて、その位相差を検出し、回折格子1の移動位
置を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械や半導体
製造装置等の可動部分の相対移動位置を検出する光学式
変位測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、工作機械や半導体製造装置等
の可動部分の相対移動位置を検出する装置として、回折
格子を用いた光学式の変位測定装置が知られている。
【0003】例えば、特開昭60−98302号公報に
提案されている従来の光学式変位測定装置を、図25及
び図26に示す。図25は、この従来の光学式変位測定
装置100を模式的に示す斜視図であり、図26は、こ
の従来の光学式変位測定装置100を模式的に示す側面
図である。
【0004】従来の光学式変位測定装置100は、工作
機械等の可動部分の移動にともない図中矢印X1及びX
2方向に直線移動する回折格子101と、可干渉光であ
るレーザ光を出射する可干渉光源102と、可干渉光源
102から出射されたレーザ光を2本のビームに分割す
るとともに回折格子101からの2つの回折光を重ね合
わせ干渉させるハーフミラー103と、回折格子101
で回折された回折光を反射する2つのミラー104a,
104bと、干渉した2つの回折光を受光して干渉信号
を生成するフォトディテクタ105とを備えている。
【0005】可干渉光源102から出射されたレーザ光
は、ハーフミラー103により2本のビームに分割され
る。この2本のビームは、それぞれ回折格子101に照
射される。回折格子101に照射された2本のビーム
は、この回折格子101でそれぞれ回折され回折光とな
る。この回折格子101で回折された1次回折光は、そ
れぞれミラー104a,104bにより反射される。ミ
ラー104a,104bにより反射された回折光は、回
折格子101に再度照射され、この回折格子101で再
度回折され、同一の光路をたどりハーフミラー103に
戻される。ハーフミラー103に戻された回折光は、2
本が重ね合わせられて干渉し、フォトディテクタ105
に照射される。
【0006】このような従来の光学式変位測定装置10
0では、回折格子101が図中矢印X1,X2方向に移
動する。光学式変位測定装置100では、この回折格子
101の移動に応じて、この回折格子101によって生
じる2つの回折光に位相差が生じる。そのため、この光
学式変位測定装置100では、フォトディテクタ105
により得られる干渉信号から2本の回折光の位相差を検
出することにより、工作機械等の可動部分の移動位置を
測定することができる。
【0007】また、特開昭60−98302号公報に提
案されている他の従来の光学式変位測定装置を、図27
及び図28に示す。図27は、従来の光学式変位測定装
置110を模式的に示す斜視図であり、図28は、従来
の光学式変位測定装置110を模式的に示す側面図であ
る。
【0008】従来の光学式変位測定装置110は、工作
機械等の可動部分の移動にともない図中矢印X1及びX
2方向に直線移動する回折格子111と、可干渉光であ
るレーザ光を出射する可干渉光源112と、可干渉光源
112から出射されたレーザ光を2本のビームに分割す
るとともに回折格子111からの2つの回折光を重ね合
わせて干渉させるハーフミラー113と、ハーフミラー
113により分割された2本のビームを回折格子111
上の同一位置に照射する2つの第1のミラー114a,
114bと、回折格子111で回折された回折光を反射
する2つの第2のミラー115a,115bと、干渉し
た2つの回折光を受光して干渉信号を生成するフォトデ
ィテクタ116とを備えている。
【0009】可干渉光源112から出射されたレーザ光
は、ハーフミラー113により2本のビームに分割され
る。この2本のビームは、それぞれ第1のミラー114
a,114bに反射されて、回折格子111上の同一の
位置に照射される。回折格子111に照射された2本の
ビームは、この回折格子111でそれぞれ回折され、回
折光となる。この回折格子111で回折された1次回折
光は、それぞれ第2のミラー115a,115bにより
反射される。第2のミラー115a,115bにより反
射された回折光は、回折格子111に再度照射され、こ
の回折格子111で再度回折され、回折光が同一の光路
をたどりハーフミラー113に戻される。ハーフミラー
113に戻された回折光は、2本が重ね合わせられて干
渉し、フォトディテクタ116に照射される。
【0010】このような従来の光学式変位測定装置11
0では、回折格子111が図中矢印X1,X2方向に移
動する。光学式変位測定装置110では、この回折格子
111の移動に応じて、この回折格子111によって生
じる2つの回折光に位相差が生じる。そのため、この光
学式変位測定装置110では、フォトディテクタ116
により得られる干渉信号から2本の回折光の位相差を検
出することにより、工作機械等の可動部分の移動位置を
測定することができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、工作
機械や産業用ロボットの高精度化にともない、例えば、
数10nmから数nmといった高い分解能で位置検出が
できる光学式変位測定装置が求められるようになってき
た。
【0012】光学式変位測定装置で高い分解能を得るた
めには大きな干渉信号を検出する必要があり、そのた
め、干渉させる2つの回折光を非常に高い精度で重ね合
わせなければならない。
【0013】しかしながら、上述した従来の光学式変位
測定装置100,110では、回折格子101,111
が本来の移動方向以外に移動したり、傾いたりしたり、
また、回折格子101,111にうねり等があると、ハ
ーフミラー103,113により重ね合わされた回折光
がずれ、急激に干渉信号が小さくなり位置検出をするこ
とが困難となってしまっていた。例えば、回折格子10
1,111が、図25〜図28中、矢印A1及び矢印A
2方向への回転移動や、矢印B1及び矢印B2方向への
回転移動をした場合に、位置検出をすることが困難とな
っていた。
【0014】また、上述した従来の光学式変位測定装置
100を変形した光学式変位測定装置として、図29に
示すような、可干渉光源102から出射するレーザ光を
ミラー104a,104bに結像させる第1のレンズ1
06と、ハーフミラー103により重ね合わされ干渉し
た2つの回折光をフォトディテクタ105の受光面に結
像させる第2のレンズ107とを備えた光学式変位測定
装置120がある。
【0015】しかしながら、この光学式変位測定装置1
20であっても、回折格子101が本来の移動方向以外
に移動したり、傾いたりしたり、また、回折格子101
にうねり等があると、ハーフミラー103により重ね合
わされた回折光がずれ、急激に干渉信号が小さくなり位
置検出をすることが困難となってしまう。
【0016】例えば、この光学式変位測定装置120で
は、矢印A1及び矢印A2方向に30秒から1分、矢印
B1及び矢印B2方向に10分程度の角度変化で、約2
0パーセントの干渉信号の変化が生じてしまう。また、
反射型の回折格子を用いた場合には、矢印B1及び矢印
B2方向の許容角度は、この数十分の1となり、さらに
位置検出をすることが困難となってしまう。
【0017】ここで、特開平2−167427号公報に
提案されている従来の光学式変位測定装置を図30に示
す。
【0018】この図30に示す光学式変位測定装置13
0は、工作機械等の可動部分の移動にともない図中矢印
X1及び矢印X2方向に直線移動する回折格子131
と、レーザ光を出射するレーザダイオード132と、レ
ーザダイオード132から出射されたレーザ光を2本の
ビームに分割するハーフミラー133と、回折格子13
1を透過した2本の回折光を受光する第1と第2の受光
素子134,135と、2本の回折光を集光する2つの
レンズ136,137とを備えている。
【0019】この光学式変位測定装置130では、回折
格子131の回折面或いは屈折面に焦点がくるように、
第1と第2のレンズ136,137を配置している。こ
のため、第1と第2の受光素子134,135に照射さ
れる回折光が常に平行となり、例えば、回折格子131
が傾いたり、この回折格子131にうねりがあった場合
であっても、干渉信号の変動が小さくなる。
【0020】しかしながら、この光学式変位測定装置1
30では、保持されるのは2つの回折光の平行であり、
例えば、回折格子131が傾いた場合、図31に示すよ
うに、均一な干渉が保たれているのはあくまで2つのビ
ームの重なった図中斜線で示す部分である。従って、こ
の2つのビームが重なった部分以外は、回折光は干渉せ
ず、干渉信号が小さくなる。また、2つの回折光が完全
な平行ビームではなく、何らかの収差を含む場合には、
ビームが重なった部分も均一な干渉が保たれず、干渉信
号が小さくなる。
【0021】本発明は、このような実情を鑑みてなされ
たものであり、高い分解能での位置検出が可能な光学式
変位測定装置を提供することを目的とする。
【0022】また、本発明は、回折格子により反射され
た反射光が発光手段に戻らず、高い分解能で安定した位
置検出が可能な光学式変位測定装置を提供することを目
的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明に係る光学式変位測定装置は、可干渉光が
照射され、この可干渉光に対して格子ベクトルに平行な
方向に相対移動し、この可干渉光を回折する回折格子
と、可干渉光を発光する発光手段と、上記発光手段によ
り発光された可干渉光を2つの可干渉光に分割して、上
記回折格子に対して各可干渉光を照射する照射光学系
と、上記各可干渉光が上記回折格子により回折されて得
られる2つの第1の回折光をそれぞれ反射して、上記回
折格子に対して各第1の回折光を照射する反射光学系
と、上記各第1の回折光が上記回折格子により回折され
て得られる2つの第2の回折光を干渉させる干渉光学系
と、干渉した2つの第2の回折光を受光して干渉信号を
検出する受光手段と、上記受光手段が検出した干渉信号
から上記2つの第2の回折光の位相差を求めて、上記回
折格子の相対移動位置を検出する位置検出手段とを備
え、上記照射光学系は、上記回折格子に対して照射され
る2つの可干渉光を、この回折格子の格子面に結像させ
る第1の結像手段を有し、上記反射光学系は、上記回折
格子に対して照射される2つの第1の回折光を、それぞ
れ対応する可干渉光の結像位置と同一位置に結像させる
第2の結像手段を有することを特徴とする。
【0024】この光学式変位測定装置では、例えば図1
に示すように、発光手段2が発光した可干渉光Laを、
第1の結像手段4が回折格子1の格子面上に結像する。
回折格子1の格子面に結像された可干渉光Laがこの回
折格子1によって回折し、回折格子1を反射或いは透過
した第1の回折光Lb1が生じる。第2の結像手段5
は、この第1の回折光Lb1を平行光とし、反射光学系
3に垂直に照射する。反射光学系3は、第1の回折光L
b1を、垂直に反射して入射された経路と同一経路を逆
行させる。第2の結像手段5は、反射された第1の回折
光Lb1を、回折格子1の格子面に結像する。このと
き、反射された第1の回折光Lb1は、上記第1の結像
手段4が可干渉光Laを結像した位置に結像される。こ
の反射された第1の回折光Lb1が回折格子1によって
回折し、回折格子1を反射或いは透過した第2の回折光
Lb2が生じる。
【0025】この光学式変位測定装置では、第1の結像
手段4により可干渉光Laが回折格子1の格子面に結像
されているとともに、第2の結像手段5により平行光と
され第1の回折光Lb1,Lb2が反射光学系3の反射
器に対して常に垂直に照射されている。従って、例え
ば、図1中Lb1′に示すように、第1の回折光Lb1
の光軸がずれた場合であっても、反射された第1の回折
光Lb1は常に入射したときと全く同じ光路を逆行し回
折格子1の格子面上の結像位置は変化せず、この第1の
回折光Lb1が回折することにより生じる第2の回折光
Lb2の光軸がずれない。また、光路長の変化も生じな
い。
【0026】また、本発明に係る光学式変位測定装置
は、上記照射光学系が、上記2つの可干渉光の光路を上
記回折格子の格子面に垂直な方向に対して傾いた平面上
に形成し、この2つの可干渉光を上記回折格子の格子面
上の同一点に照射することを特徴とする。
【0027】この光学式変位測定装置では、2つの可干
渉光の光路を回折格子の格子面に垂直な方向に対して傾
いた方向に形成して、この2つの可干渉光を上記回折格
子の格子面上の同一点に照射する。そして、この光学式
変位測定装置では、この2つの可干渉光により生じる2
つの2回回折光の位相差を求めて、回折格子の相対移動
位置を検出する。
【0028】
【発明の実施の形態】まず、本発明を適用した第1の実
施の形態の光学式変位測定装置について説明する。
【0029】本発明の第1の実施の形態の光学式変位測
定装置10は、図2に示すように、工作機械等の可動部
分に取り付けられ直線移動する回折格子11と、レーザ
光等の可干渉光Laを出射する可干渉光源12と、干渉
した2つの2回回折光Lc1,Lc2を受光して干渉信
号を生成する受光素子13と、受光素子13からの干渉
信号に基づき回折格子11の移動位置を検出する位置検
出部14と、可干渉光源12から出射された可干渉光L
aを2つの可干渉光La1,La2に分割して回折格子
11に照射するとともに回折格子11からの2回回折光
Lc1,Lc2を干渉させて受光素子13に照射する照
射受光光学系15と、回折格子11からの2つの1回回
折光Lb1,Lb2を反射して再度回折格子11に照射
する反射光学系16とを備えている。
【0030】回折格子11は、図3に示すように、例え
ば薄板状の形状を有しており、その表面に狭いスリット
や溝等の格子が所定間隔毎に刻まれている。このような
回折格子11に入射された光は、表面に刻まれたスリッ
ト等により回折する。回折により生じる回折光は、格子
の間隔と光の波長で定まる方向に発生する。
【0031】ここで、発明の実施の形態を説明するにあ
たり、格子が形成されている回折格子11の面を、格子
面11aと呼ぶ。なお、回折格子11が透過型の場合に
は、可干渉光が入射される面と回折光が発生する面とを
ともに格子面11aと呼ぶ。また、回折格子11の格子
が形成された方向(図3中矢印C1,C2方向)、すな
わち、格子の透過率や反射率、溝の深さ等の変化の方向
を表す格子ベクトルに対して垂直な方向であって且つ格
子面11aに平行な方向を、格子方向と呼ぶ。格子が形
成された方向に垂直な方向であり且つ格子面11aに平
行な方向(図3中矢印D1,D2方向)、すなわち、回
折格子11の格子ベクトルに対して平行な方向を、格子
ベクトル方向と呼ぶ。また、格子面11aに垂直な方向
(図3中矢印E1,E2方向)、すなわち、格子方向に
垂直な方向であり且つ格子ベクトル方向に垂直な方向
を、法線ベクトル方向と呼ぶ。なお、これら回折格子1
1の各方向については、本発明の第1の実施の形態のみ
ならず、他の実施の形態においても同様に呼ぶものとす
る。
【0032】この回折格子11は、工作機械等の可動部
分に取り付けられ、この可動部分の移動にともなって、
図2中矢印X1,X2方向、すなわち、格子ベクトル方
向に移動する。
【0033】なお、本発明では、回折格子の種類は限定
されず、機械的に溝等が形成されたもののみならず、例
えば、感光性樹脂に干渉縞を焼き付けて作成したもので
あってもよい。
【0034】可干渉光源12は、レーザ光等の可干渉光
を発光する素子である。この可干渉光源12は、例え
ば、可干渉距離が数百μm程度のレーザ光を発光するマ
ルチモードの半導体レーザ等からなるものである。
【0035】受光素子13は、受光面13aに対して照
射された光を、その光量に応じた電気信号に変換する光
電変換素子であり、例えば、フォトディテクタ等からな
るものである。この受光素子13は、受光面13aに対
して照射される干渉光を受光して、その光量に応じた干
渉信号を生成する。
【0036】位置検出部14は、受光素子13が生成し
た干渉信号に基づき、2回回折光Lc1と2回回折光L
c2との位相差を求め、回折格子11の相対移動位置を
示す位置信号を出力する。
【0037】照射受光光学系15は、可干渉光源12か
ら出射された可干渉光Laを回折格子11の格子面11
a上に結像させる第1の結像素子21と、可干渉光源1
2から出射された可干渉光Laを2つの可干渉光La
1,La2に分離するとともに回折格子11からの2つ
の2回回折光Lc1,Lc2を重ね合わせて干渉させる
ハーフミラー22と、ハーフミラー22により分離され
た一方の可干渉光La1を反射するとともに可干渉光L
a1により生じる2回回折光Lc1を反射する反射器2
3と、ハーフミラー22により分離された他方の可干渉
光La2を反射するとともに可干渉光La2により生じ
る2回回折光Lc2を反射する反射器24と、ハーフミ
ラー22により重ね合わされた2つの2回回折光Lc
1,Lc2を受光素子13の受光面13a上に結像させ
る第2の結像素子25とを有している。
【0038】第1の結像素子21は、所定の開口数を有
するレンズ等の光学素子からなるものである。第1の結
像素子21には、可干渉光源12から出射された可干渉
光Laが入射される。第1の結像素子21は、入射され
た可干渉光Laを所定のビーム径で回折格子11の格子
面11aに結像させる。結像されたビーム径は、回折格
子11が回折光を発生させるのに十分な格子数を含む大
きさが望ましい。また、そのビーム径は、格子面11a
上のゴミや傷の影響を受けないような大きさが望まし
い。そのビーム径は、第1の結像素子21の開口数等を
変えることにより調整することができ、例えば、数十μ
m以上とするのが望ましい。また、結像点は、必ずしも
ビーム径が最小となる点とする必要はなく、ビームの像
内での光路長の差が最小となる点が格子面11a上に位
置するようにしてもよい。
【0039】ハーフミラー22には、可干渉光源12か
ら出射された可干渉光Laが第1の結像素子21を介し
て入射される。このハーフミラー22は、入射された可
干渉光Laの一部を透過して可干渉光La1を生成し、
入射された可干渉光Laの一部を反射して可干渉光La
2を生成する。また、ハーフミラー22には、回折格子
11からの2回回折光Lc1及び2回回折光Lc2が入
射される。このハーフミラー22は、2つの2回回折光
Lc1,Lc2を重ね合わせて干渉させ、この干渉させ
た2つの2回回折光Lc1,Lc2を、受光素子13の
受光面13aに照射する。
【0040】反射器23は、ハーフミラー22を透過し
た可干渉光La1を反射して、回折格子11の格子面1
1aの所定の位置に照射する。また、反射器24は、ハ
ーフミラー22により反射された可干渉光La2を反射
して、回折格子11の格子面11aの所定の位置に照射
する。反射器23及び反射器24は、可干渉光La1及
び可干渉光La2を、格子面11a上の同一の位置に照
射する。
【0041】また、反射器23には、1回回折光Lb1
が回折格子11に照射されることにより生じる2回回折
光Lc1が照射される。反射器23は、この2回回折光
Lc1を反射して、ハーフミラー22に照射する。ま
た、反射器24は、1回回折光Lb2が回折格子11に
照射されることにより生じる2回回折光Lc2が照射さ
れる。反射器24は、この2回回折光Lc2を反射し
て、ハーフミラー22に照射する。反射器23及び反射
器24には、格子面11上の同一の位置から生じる2回
回折光Lc1,Lc2が照射される。
【0042】第2の結像素子25は、所定の開口数を有
するレンズ等の光学素子からなる。第2の結像素子25
には、ハーフミラー22により重ね合わされた2つの2
回回折光Lc1,Lc2が入射される。第2の結像素子
25は、この2つの2回回折光Lc1,Lc2を、所定
のビーム径で受光素子13の受光面13aに結像させ
る。その結像点は、必ずしもビーム径が最小となる点と
する必要はなく、ビームの像内での光路長の差が最小と
なる点が受光面13a上に位置するようにしてもよい。
【0043】一方、反射光学系16は、可干渉光La1
により生じる1回回折光Lb1を反射して再度回折格子
11に照射する反射器26と、可干渉光La2により生
じる1回回折光Lb2を反射して再度回折格子11に照
射する反射器27と、可干渉光La1により生じる1回
回折光Lb1を平行光として上記反射器26に照射する
第3の結像素子28と、可干渉光La2により生じる1
回回折光Lb2を平行光として上記反射器27に照射す
る第4の結像素子29とを有している。
【0044】反射器26には、第3の結像素子28を通
過した1回回折光Lb1が照射される。反射器26は、
この1回回折光Lb1が入射経路と同じ経路を逆行する
ように、この1回回折光Lb1を垂直に反射する。
【0045】反射器27には、第4の結像素子29を通
過した1回回折光Lb2が照射される。反射器27は、
この1回回折光Lb2が入射経路と同じ経路を逆行する
ように、この1回回折光Lb2を垂直に反射する。
【0046】第3の結像素子28は、所定の開口数を有
するレンズ等の光学素子からなるものである。第3の結
像素子28には、可干渉光La1により生じた1回回折
光Lb1が回折格子11から入射される。また、この第
3の結像素子28には、反射器26により反射された1
回回折光Lb1が、回折格子11からの入射方向と反対
の方向から入射される。第3の結像素子28は、回折格
子11から入射された1回回折光Lb1を平行光にして
反射器26に照射する。また、第3の結像素子28は、
反射器26により垂直に反射された平行光の1回回折光
Lb1を、回折格子11の格子面11a上の可干渉光L
a1の入射点と同一位置に、所定のビーム径で結像させ
る。
【0047】第4の結像素子29は、所定の開口数を有
するレンズ等の光学素子からなるものである。第4の結
像素子29には、可干渉光La2により生じた1回回折
光Lb2が回折格子11から入射される。また、この第
4の結像素子29には、反射器27により反射された1
回回折光Lb2が、回折格子11からの入射方向と反対
の方向から入射される。第4の結像素子29は、回折格
子11から入射された1回回折光Lb2を平行光にして
反射器27に照射する。また、第4の結像素子29は、
反射器27により垂直に反射された平行光の1回回折光
Lb2を、回折格子11の格子面11a上の可干渉光L
a2の入射点と同一位置に、所定のビーム径で結像させ
る。
【0048】このような反射光学系16は、可干渉光L
a1,La2が回折されることにより生じる1回回折光
Lb1,Lb2を反射して、再度回折格子11に照射す
る。再度回折格子11に照射された1回回折光Lb1,
Lb2は、回折格子11により回折する。1回回折光L
b1,Lb2が回折されることにより生じる2回回折光
Lc1,Lc2は、可干渉光La1,La2と同一の光
路を逆行して、照射受光光学系15のハーフミラー22
に照射される。
【0049】可干渉光La1,La2、1回回折光Lb
1,Lb2、2回回折光Lc1,Lc2の光路順を図4
に示し、各光の光路について説明する。なお、この図4
に示す光路は、模式的なものであり、各光の光軸を限定
するものではない。
【0050】可干渉光源12から出射された1つの可干
渉光Laは、第1の結像素子21を通過して、ハーフミ
ラー22により2つの可干渉光La1,La2に分割さ
れる。
【0051】ハーフミラー22を透過した一方の可干渉
光La1は、反射器23により反射され、回折格子11
の格子面11a上の所定の点Pに結像される。そして、
この所定の点Pに結像された一方の可干渉光La1が回
折し、例えば、回折格子11を透過した1回回折光Lb
1が生じる。この1回回折光Lb1は、この所定の点P
から発生する。発生した1回回折光Lb1は、第3の結
像素子28を通過して平行光となり、反射器26に照射
される。反射器26に照射された1回回折光Lb1は、
この反射器26により垂直に反射され、第3の結像素子
28を逆方向から再度通過して、回折格子11の格子面
11a上の所定の点Pに結像される。そして、この所定
の点Pに結像された1回回折光Lb1が回折し、例え
ば、回折格子11で回折した2回回折光Lc1が生じ
る。この2回回折光Lc1は、可干渉光La1と同一の
光路を逆行し、ハーフミラー22に入射する。
【0052】また、ハーフミラー22により反射された
他方の可干渉光La2は、反射器24により反射され、
回折格子11の格子面11a上の所定の点Pに結像され
る。そして、この所定の点Pに結像された一方の可干渉
光La2が回折し、例えば、回折格子11を透過した1
回回折光Lb2が生じる。この1回回折光Lb2は、こ
の所定の点Pから発生する。発生した1回回折光Lb2
は、第4の結像素子29を通過して平行光となり、反射
器27に照射される。反射器27に照射された1回回折
光Lb2は、この反射器27により垂直に反射され、第
4の結像素子29を逆方向から再度通過して、回折格子
11の格子面11a上の所定の点Pに結像される。そし
て、この所定の点Pに結像された1回回折光Lb2が回
折し、例えば、回折格子11で回折した2回回折光Lc
2が生じる。この2回回折光Lc2は、可干渉光La2
と同一の光路を逆行し、ハーフミラー22に入射する。
【0053】ハーフミラー22に入射した2回回折光L
c1は、このハーフミラー22に反射される。また、ハ
ーフミラー22に入射した2回回折光Lc2は、このハ
ーフミラー22を透過する。2つの2回回折光Lc1,
Lc2は、このハーフミラー22により重ね合わされ、
干渉する。干渉した2つの2回回折光Lc1,Lc2
は、第2の結像素子25を通過して、受光素子13の受
光面13a上に結像される。
【0054】以上のような構成の光学式変位測定装置1
0では、可動部分の移動に応じて回折格子11が格子ベ
クトル方向に移動することにより、2つの2回回折光L
c1,Lc2に位相差が生じる。この光学式変位測定装
置10では、この2つの2回回折光Lc1,Lc2を干
渉させて干渉信号を検出し、この干渉信号から2つの2
回回折光Lc1,Lc2の位相差を求めて、回折格子1
1の移動位置を検出する。
【0055】ここで、例えば、図2に示すように、回折
格子11の格子ベクトル方向の一端が法線ベクトル方向
の一方向(例えば、図2中矢印X3方向)に移動し、他
端が法線ベクトル方向の他方向(例えば、図2中矢印X
4方向)に移動して、格子面11aが傾いたとする。こ
の場合、1回回折光Lb1と1回回折光Lb2の回折角
が変化する。そのため、反射光学系16内を通過する際
の各1回回折光Lb1,Lb2の光軸が変化する。例え
ば、各1回回折光Lb1,Lb2が、図2中点線で示す
ように、その光路が変化する。
【0056】ところが、この光学式変位測定装置10で
は、可干渉光源12が発光した可干渉光Laを、第1の
結像素子21が回折格子11の格子面11aに結像して
いるとともに、第3の結像素子28及び第4の結像素子
29が、それぞれの1回回折光Lb1,Lb2を平行光
として各反射器26,27を常に垂直に照射している。
このため、反射器26又は反射器27により反射された
各1回回折光Lb1,Lb2は、その光軸がずれた場合
であっても、必ず、入射したときと同じ光路を逆行し回
折格子11の格子面11a上の同一の入射点に入射す
る。従って、光学式変位測定装置10では、1回回折光
Lb1,Lb2により生じる2回回折光Lc1,Lc2
が、回折格子11が傾いた場合であっても常に同一の光
路を通過することとなる。また、光路長の変化もない。
【0057】このことにより、本発明の第1の実施の形
態の光学式変位測定装置10では、2つの2回回折光L
c1,Lc2が互いにずれることなく重なり合わされ
る。そのため、回折格子11が、格子ベクトルに平行な
方向以外に移動等した場合、例えば、回折格子11が傾
いたり、回折格子11にうねり等があった場合であって
も、受光素子13が検出する干渉信号が低下しない。従
って、この光学式変位測定装置10では、移動する可動
部分の移動位置を、高分解能かつ高精度に検出すること
ができる。また、この光学式変位測定装置10では、工
作機械等の可動部分への取り付け位置の自由度が増し、
また、この可動部分に振動やぶれ等があっても安定して
位置検出できる。
【0058】また、光学式変位測定装置10では、第2
の結像素子25を用いて2回回折光Lc1,Lc2を受
光面13aに結像させれば、ビームのケラレが生じず、
さらに、高精度に位置検出ができる。
【0059】また、この光学式変位測定装置10では、
第1の結像素子21及び第2の結像素子25の開口を大
きくすることにより、回折格子11と照射受光光学系1
5との間隔を大きくすることができ、また、小型の受光
素子13を用いることができ、また、設計が簡易とな
る。また、この光学式変位測定装置10では、第3の結
像素子28及び第4の結像素子29の開口を大きくする
ことにより、回折格子11と反射光学系16との間隔を
大きくすることができ、設計が簡易となる。
【0060】また、光学式変位測定装置10では、可干
渉光La1(及び2回回折光Lc1)と可干渉光La2
(及び2回回折光Lc2)との光路長を等しくし、1回
回折光Lb1と1回回折光Lb2との光路長を等しくす
ることにより、波長の変動に起因する測定誤差を生じな
くすることができる。そのため、この光学式変位測定装
置10では、各光路長の調整を行うために、光路長の差
を干渉縞の変調率の変化として検出することが可能な可
干渉性を有する可干渉光を発光する可干渉光源12を用
いても良い。例えば、可干渉距離が数百μm程度の短い
マルチモードの半導体レーザを可干渉光源12に用いれ
ば、干渉縞の変調率が最大となるようにハーフミラー2
2の位置を調整することにより、各光路長の差を数10
μm以下に抑えることができる。
【0061】なお、以上本発明の第1の実施の形態の光
学式変位測定装置10では、可干渉光La1と可干渉光
La2とを、回折格子11の格子面11aの同一の点に
入射している。例えば、可干渉光La1と可干渉光La
2とを、同一の入射点Pに入射している。しかしなが
ら、この第1の実施の形態の光学式変位測定装置10で
は、可干渉光La1と可干渉光La2とを、回折格子1
1の格子面11aの同一の点に入射せず、異なる点に入
射しても良い。例えば、図5に示すように、可干渉光L
a1と可干渉光La2とを、格子ベクトル方向に所定量
離したP′とP′′に入射しても良い。
【0062】このように可干渉光La1と可干渉光La
2との入射位置をずらした光学式変位測定装置10であ
っても、ほぼ同様の効果を有することができる。
【0063】さらに、この場合、干渉させる回折光Lb
以外の例えば0次回折光や反射光等が照射受光光学系1
5及び反射光学系16に混入しない。従って、測定ノイ
ズを少なくすることができ、また、移動する可動部分の
移動位置を高分解能かつ高精度に検出することができ
る。なお、入射点間の距離が長い場合には、X3,X4
方向に傾いたときは受光面13a上の結像位置が多少ず
れてしまうので、この入射点間の距離は、短い方が好ま
しい。
【0064】また、光学式変位測定装置10では、格子
ベクトル方向に所定量離して可干渉光La1と可干渉光
La2とを入射することのみならず、図6に示すよう
に、格子方向に所定量離した位置に、可干渉光La1と
可干渉光La2とを入射してもよい。この場合、回折格
子11の格子ベクトル方向(図6中X3方向)の一端が
法線ベクトル方向の一方向に移動し、他端が法線ベクト
ルの他方向(図6中X4方向)に移動して、格子面11
aが傾いたとしても、2つの回折光Lb1,Lb2の受
光素子13の受光面13a上の結像位置はずれない。
【0065】つぎに、反射型の回折格子11を用いて本
発明を適用した第2の実施の形態の光学式変位測定装置
について説明する。なお、この第2の実施の形態の光学
式変位測定装置を説明するにあたり、上記第1の光学式
変位測定装置と同一の構成要素については、図面中に同
一の符号を付けて、その詳細な説明を省略する。また、
第3の実施の形態以降についても、それまでの実施の形
態と同一の構成要素については、図面中に同一の符号を
付けて、その詳細な説明を省略する。
【0066】図7に、この第2の実施の形態の光学式変
位測定装置の模式的な斜視図を示す。
【0067】ここで、回折格子11の格子面11a上の
格子ベクトル方向に平行な1つの仮想的な直線を直線n
とする。また、直線nを含み法線ベクトルに平行な仮想
的な面を、基準面m1とする。また、直線nを含み基準
面m1とのなす角がγとなっている仮想的な面を、傾斜
面m2とする。また、直線nを含み基準面m1とのなす
角がδとなっている仮想的な面を、傾斜面m3とする。
また、傾斜面m2と傾斜面m3は、回折格子11の格子
面11aに対し、同一面側にあるものとする。
【0068】図8に、傾斜面m2上に配置された構成要
素をこの傾斜面m2に対して垂直な方向から見た側面図
を示す。図9に、回折格子11に入射される可干渉光及
びこの回折格子11により回折される回折光を格子ベク
トル方向から見た側面図を示す。図10に、傾斜面m3
上に配置された構成要素をこの傾斜面m3に対して垂直
な方向から見た側面図を示す。
【0069】本発明の第2の実施の形態の光学式変位測
定装置は、反射型の回折格子11を備え、工作機械等の
可動部分の位置検出を行う装置である。
【0070】光学式変位測定装置40は、図7及び図8
に示すように、可干渉光Laを出射する可干渉光源12
と、干渉した2つの2回回折光Lc1,Lc2を受光し
て干渉信号を生成する受光素子13と、可干渉光源12
から出射された可干渉光Laを2つの可干渉光La1,
La2に分割して回折格子11に照射するとともに、回
折格子11からの2回回折光Lc1,Lc2を重ね合わ
せて受光素子13に照射する照射受光光学系41とを備
えている。
【0071】照射受光光学系41は、干渉光源12から
出射された可干渉光Laを回折格子11の格子面11a
上に結像させる第1の結像素子21と、可干渉光源12
から出射された可干渉光Laを偏光方向の直交する2つ
の可干渉光La1,La2に分離するとともに、偏光方
向の直交する2つの2回回折光Lc1,Lc2を重ね合
わせる偏光ビームスプリッタ43と、偏光ビームスプリ
ッタ43により分離された一方の可干渉光La1を反射
するとともに回折格子11からの2回回折光Lc1を反
射する反射器23と、偏光ビームスプリッタ43により
分離された他方の可干渉光La2を反射するとともに2
回回折光Lc2を反射する反射器24と、偏光ビームス
プリッタ43により重ね合わされた偏光方向の直交する
2つの2回回折光Lc1,Lc2を受光素子13の受光
面13aに結像させる第2の結像素子25と、偏光ビー
ムスプリッタ43により重ね合わされた偏光方向の直交
する2つの2回回折光Lc1,Lc2の同一の偏光方向
の成分を取り出す偏光板46とを有している。
【0072】この照射受光光学系41は、通過する可干
渉光La(La1,La2)の光路及び通過する2回回
折光Lc1,Lc2の光路が、傾斜面m2上に形成され
るように、各部材が配置されている。そのため、可干渉
光La1,La2及び2回回折光Lc1,Lc2は、図
9に示すように、格子ベクトル方向から見た入射角及び
回折角がγとなっている。
【0073】可干渉光源12から出射される可干渉光L
aは、照射受光光学系41の偏光ビームスプリッタ43
に対して、偏光方向を45度傾けて入射される。
【0074】偏光ビームスプリッタ43は、入射された
可干渉光Laを、偏光方向が直交する2つの可干渉光L
a1,La2に分割する。照射受光光学系41の偏光ビ
ームスプリッタ43を透過した可干渉光La1はP偏光
の光となり、反射した可干渉光La2はS偏光の光とな
る。
【0075】また、偏光ビームスプリッタ43には、回
折格子11により2回回折された、2回回折光Lc1,
Lc2が入射される。ここで、2回回折光Lc1は、元
々はP偏光の光であるが、後述する反射光学系42によ
り偏光方向が90度回転させられS偏光の光となってい
る。同様に、2回回折光Lc2は、元々はS偏光の光で
あるが、後述する反射光学系42により偏光方向が90
度回転させられP偏光の光となっている。従って、この
偏光ビームスプリッタ43は、S偏光の光である2回回
折光Lc1を反射し、P偏光の光である2回回折光Lc
2を透過して、これら2つの2回回折光Lc1,Lc2
を重ね合わせる。
【0076】反射器23は、偏光ビームスプリッタ43
を透過した可干渉光La1を反射して、回折格子11の
格子面11aの所定の位置に照射する。また、反射器2
3は、回折格子11からの2回回折光Lc1を反射し
て、偏光ビームスプリッタ43に照射する。
【0077】反射器24は、偏光ビームスプリッタ43
により反射された可干渉光La2を反射して、回折格子
11の格子面11aの所定の位置に照射する。また、回
折格子11からの2回回折光Lc2を反射して、偏光ビ
ームスプリッタ43に照射する。
【0078】反射器23及び反射器24は、傾斜面m2
上における入射角がαとなるように、可干渉光La1及
び可干渉光La2を、格子面11a上の所定の位置に照
射している。なお、反射器23及び反射器24は、その
反射面が、互いが向き合うように配置されている。その
ため、可干渉光La1と可干渉光La2とは、格子ベク
トル方向の入射方向が、互いに逆方向となっている。ま
た、反射器23及び反射器24は、格子ベクトル方向に
所定量離した位置に、可干渉光La1と可干渉光La2
とを入射している。可干渉光La1の入射点と可干渉光
La2の入射点との間の距離は、lとなっている。
【0079】偏光板46は、偏光ビームスプリッタ43
により重ね合わされたS偏光の光である2回回折光Lc
1とP偏光の光である2回回折光Lc2とが透過する。
この偏光板46は、2回回折光Lc1及び2回回折光L
c2に対して、それぞれの光の偏光方向が45度の成分
を透過して、互いに同一の偏光方向の光とする。
【0080】受光素子13は、この偏光板46を透過し
た2つの2回回折光Lc1,Lc2を受光する。
【0081】光学式変位測定装置40では、このような
可干渉光La1が回折格子11に照射されることにより
この可干渉光La1が回折し、1回回折光Lb1が生じ
る。また、このような可干渉光La2が回折格子11に
照射されることによりこの可干渉光La2が回折し、1
回回折光Lb2が生じる。1回回折光Lb1と1回回折
光Lb2の回折角は、格子ベクトル方向からみた場合、
図9に示すように、δとなっている。すなわち、傾斜面
m3に沿って1回回折光Lb1,Lb2が生じる。ま
た、1回回折光Lb1と1回回折光Lb2の傾斜面m3
上における回折角は、βとなっている。なお、1回回折
光Lb1と1回回折光Lb2とは、格子ベクトル方向に
おける出射方向が互いに逆方向となっている。
【0082】また、光学式変位測定装置40は、図7及
び図10に示すように、反射光学系42を備えている。
【0083】反射光学系42は、可干渉光La1により
生じる1回回折光Lb1を反射して再度回折格子11に
照射する反射器26と、可干渉光La2により生じる1
回回折光Lb2を反射して再度回折格子11に照射する
反射器27と、可干渉光La1により生じる1回回折光
Lb1を平行光として上記反射器26に照射する第3の
結像素子28と、可干渉光La2により生じる1回回折
光Lb2を平行光として上記反射器27に照射する第4
の結像素子29と、1回回折光Lb1の光路上に設けら
れた1/4波長板44と、1回回折光Lb2の光路上に
設けられた1/4波長板45とを有している。
【0084】反射光学系42は、上述したように2つの
1回回折光Lb1,Lb2の格子ベクトル方向から見た
回折角がδとなっているため、通過する1回回折光Lb
1,Lb2の光路が傾斜面m3上に形成されるように、
各部材が配置されている。また、反射光学系42の反射
器26と反射器27とは、傾斜面m3上における回折角
βで回折された1回回折光Lb1,Lb2を垂直に反射
可能な位置に配置されている。
【0085】また、1/4波長板44は、回折格子11
から入射するP偏光の光の1回回折光Lb1の偏光方向
に対して、45度光学軸を傾けて配置されている。1回
回折光Lb1は、この1/4波長板44を2回通過し
て、回折格子11に結像される。そのため、P偏光の光
であった1回回折光Lb1がS偏光の光とされ、回折格
子11に照射される。
【0086】また、1/4波長板45は、回折格子11
から入射するS偏光の光の1回回折光Lb2の偏光方向
に対して、45度光学軸を傾けて配置されている。1回
回折光Lb2は、この1/4波長板45を2回通過し
て、回折格子11に結像される。そのため、S偏光の光
であった1回回折光Lb2がP偏光の光とされ、回折格
子11に照射される。
【0087】このような反射光学系42から、1回回折
光Lb1,Lb2が回折格子11に入射される。この1
回回折光Lb1,Lb2の格子ベクトルから見た入射角
は、この1回回折光Lb1,Lb2の回折角と同じく、
δとなる。また、傾斜面m3上における入射角は、同様
に回折角と同じく、βとなる。
【0088】また、この1回回折光Lb1,Lb2が回
折することにより、2回回折光Lc1,Lc2が生じ
る。この2回回折光Lc1,Lc2の格子ベクトル方向
から見た回折角は、可干渉光La1,La2の入射角と
同じく、γとなる。また、傾斜面m2上の回折角は、同
様に可干渉光La1,La2の入射角と同じく、αとな
る。
【0089】従って、2回回折光Lc1,Lc2は、可
干渉光La1,La2と同光路を逆行して、偏光ビーム
スプリッタ43に入射する。
【0090】また、光学式変位測定装置40は、受光素
子13からの干渉信号に基づき回折格子11の移動位置
を検出する図示しない位置検出部を備えている。
【0091】このような構成の光学式変位測定装置40
では、可動部分の移動に応じて回折格子11が格子ベク
トル方向に移動することにより、2つの2回回折光Lc
1,Lc2に位相差が生じる。この光学式変位測定装置
40では、この2つの2回回折光Lc1,Lc2を干渉
させて干渉信号を検出し、この干渉信号から2つの2回
回折光Lc1,Lc2の位相差を求めて、回折格子11
の移動位置を検出する。
【0092】以上のように光学式変位測定装置40で
は、基準面m1に対して、所定の傾斜角をもった傾斜面
m2上に照射受光光学系41を配置し、傾斜面m3上に
反射光学系42を配置することにより、可干渉光と回折
光とが形成する光路を分離することができ、装置の設計
の自由度が増す。また、格子面11aからの0次回折光
や反射光を、照射受光光学系41や受光光学系42に混
入させることなく、回折光Lb1,Lb2を干渉させる
ことができ、高精度に位置測定をすることができる。
【0093】この光学式変位測定装置40において、0
次回折光や反射光を照射受光光学系41や反射光学系4
2に混入させないための条件は、以下の通りである。
【0094】角度γと角度δが0では無く且つ角度αと
角度βとが等しい場合には、0次回折光が受光素子13
に照射されない程度に入射点間の距離lを離して、可干
渉光La1と可干渉光La2とを入射する。可干渉光L
a1と可干渉光La2とは、回折格子11に対して格子
ベクトル方向に離して入射しても良いが、例えば、図6
で示したように、格子方向に離して入射しても良い。
【0095】また、角度γと角度δがともに0である場
合には、角度αと角度βとを等しくすると光路が重なる
ので、角度αと角度βとを必ず異ならせる。また、この
場合、0次回折光が受光素子13に照射されない程度に
入射点間の距離lを離して、可干渉光La1と可干渉光
La2とを入射する。可干渉光La1と可干渉光La2
とは、回折格子11に対して格子ベクトル方向に離して
入射しても良いが、例えば、図6で示したように、格子
方向に離して入射しても良い。
【0096】また、角度γと角度δが0では無く且つ0
次回折光が受光素子13に照射されない程度に入射角α
と回折角βとが異なる場合には、図11、図12及び図
13に示すように、可干渉光La1の入射点と可干渉光
La2の入射点とを同一の位置としてもよい。この場
合、可干渉光La1と可干渉光La2との入射点を所定
距離離した場合に比べて、回折格子11の厚みや屈折率
のむらによる影響が少なくなる。すなわち、回折格子1
1の厚みや屈折率のむらの影響による1回回折光Lb1
と1回回折光Lb2との間(或いは2回回折光Lc1と
2回回折光Lc2との間)の光路長に差が生じず、より
高精度に位置測定をすることができる。
【0097】以下具体的に、回折格子11に厚みのむら
があった場合の影響について説明する。
【0098】重ね合わせる2つの2回回折光Lc1,L
c2の強度をA1,A2、回折格子11の格子ベクトル方
向への移動量をx、初期位相をδとすると、受光素子1
3が検出する干渉信号の強度Iは、以下の式(1)に示
すようになる。 I=A1 2+A2 2+2A12cos(4Kx+δ) ・・・(1) K=2π/Λ(Λは格子ピッチ) この干渉信号の強度Iは、回折格子11がΛ/4移動す
ることにより、1周期分変換する。δは、重ね合わせた
2つの2回回折光Lc1,Lc2の光路長の差に依存す
る量である。従って、このδが変動すると、回折格子1
1が移動していなくても干渉信号Iが変動し、誤差要因
となる。
【0099】例えば、図14に示すような、ガラスの内
部に格子が設けられた透過型の回折格子に厚みのむらが
ある場合について考えてみる。ガラスの屈折率をnと
し、レーザ光Lxがガラスの一方の表面から他方の表面
まで通過する距離をLとすると、このレーザ光Lxが回
折格子を通過したときの光路長はnLとなる。空気の屈
折率はほぼ1であることから、レーザ光Lxが回折格子
を通過する際の光路長は、このレーザ光Lxが空気中を
同距離通過したときと比較して、(n−1)Lだけ長く
なる。従って、回折格子のガラスの厚さが変化して、レ
ーザ光Lxがガラスの一方の表面から他方の表面まで通
過する距離がL+ΔL変化したとすると、その光路長は
(n−1)ΔLだけ変化することとなる。また、特に2
回回折をする場合には、ガラス層を2回通過するため、
その光路長は倍の2(n−1)ΔLだけ変化することに
なる。
【0100】このことをふまえ、例えば、図15に示す
ように、一方のレーザ光Lx1は回折格子の厚みのむら
がない位置を透過し、他方のレーザ光Lx2は回折格子
の厚みのむらがある位置を透過する2本のレーザ光につ
いて考えるてみる。レーザ光Lx2の厚みのむらを通過
する長さを+ΔLとすると、2つのレーザ光Lx1,L
x2の光路長の差は、(n−1)ΔLとなる。従って、
上記の式(1)で示したδが{(n−1)ΔL}・2π
/λ (λは、ビームA,Bの波長)だけ変化してしま
う。2回回折をする場合には、δが{2(n−1)Δ
L}・2π/λとなり、位置検出の誤差量は(Λ/2
λ)(n−1)ΔLとなり、例えば、Λ=0.55μ
m、λ=0.78μm、n=1.5、ΔL=1μmとす
れば、約0.18μmとなる。従って、この誤差は、例
えば、ナノメータオーダの位置検出を行う場合には、か
なり大きい値となる。
【0101】なお、以上透過型の回折格子を例にとって
説明したが、反射型の回折格子についてもガラスにより
格子がカバーされているものであれば同様に誤差が生
じ、また、ガラスにより格子がカバーされていないもの
であれば凹凸によるレーザ光の通過距離の変化がそのま
ま光路長の変化となり誤差が生じる。
【0102】このように、回折格子11に厚みのむらが
あった場合には、可干渉光La1と可干渉光La2との
入射点を所定距離離していると誤差が生じる。
【0103】そのため、この光学式変位測定装置40で
は、基準面m1に対して所定の傾斜角をもった傾斜面m
2上に照射光学系41を配置し、傾斜面m3上に受光光
学系42を配置し、可干渉光La1と可干渉光La2と
を回折格子11上の同一点に入射することにより、回折
格子11の厚みや屈折率のむらによる誤差をするなくす
ることができ、さらに高精度に位置検出をすることがで
きる。つまり、回折格子11の厚みや屈折率のむらによ
る誤差は、可干渉光La1と可干渉光La2とが異なる
位置を通過するために生じるものであり、同一点を通過
する場合には生じないので、このように同一点に可干渉
光La1と可干渉光La2とを入射すれば高精度に位置
検出をすることができる。また、例えば回折格子11が
ガラス等でカバーされているものであるときは、2つの
可干渉光La1,La2を、完全に同一の光路を通過さ
せることは困難であるが、格子面11aのほぼ同じ位置
に入射すれば、最も誤差を小さくすることができる。
【0104】可干渉光の入射角(及び2回回折光の回折
角)α,γ、1回回折光の回折角(及び1回回折光の入
射角)β,δの関係は、以下の式(2)、式(3)に示
すようになる。
【0105】 Sinα+Sinβ=mλ/d ・・・(2) d:回折格子のピッチ λ:光の波長 m:回折次数 Sinγ/Sinδ =Cosβ/Cosα ・・・(3) 従って、α=βの場合にはγ=δとなり、α≠βの場合
にはγ≠δとなる。
【0106】なお、本発明の第2の実施の形態の光学式
変位測定装置40では、可干渉光La1,La2及び2
回回折光Lc1,Lc2を反射する反射器23,24を
用いているが、可干渉光La1と可干渉光La2とを同
一点に入射しない場合には、例えば、図16に示すよう
に、反射器23,24を用いずに構成しても良い。
【0107】つぎに、透過型の回折格子11を用いて本
発明を適用した第3の実施の形態の光学式変位測定装置
について説明する。
【0108】図17に、この第3の実施の形態の光学式
変位測定装置の模式的な斜視図を示す。
【0109】ここで、直線n、基準面m1、傾斜面m2
の関係は、上記第2の実施の形態と同様である。また、
直線nを含み基準面m1とのなす角がδとなっており、
傾斜面m2に対して格子面11aを挟んで反対側にある
仮想的な面を傾斜面m3′とする。
【0110】図18に、傾斜面m2上に配置された構成
要素をこの傾斜面m2及び傾斜面m3′に対して垂直な
方向から見た側面図を示す。図19に、回折格子11に
入射される可干渉光及びこの回折格子11により回折さ
れる回折光を格子ベクトル方向から見た側面図を示す。
【0111】本発明の第3の実施の形態の光学式変位測
定装置は、透過型の回折格子11を備え、工作機械等の
可動部分の位置検出を行う装置である。
【0112】光学式変位測定装置50は、図17及び図
18に示すように、可干渉光Laを出射する可干渉光源
12と、干渉した2つの2回回折光Lc1,Lc2を受
光して干渉信号を生成する受光素子13と、可干渉光源
12から出射された可干渉光Laを2つの可干渉光La
1,La2に分割して回折格子11に照射するととも
に、回折格子11からの2回回折光Lc1,Lc2を重
ね合わせて受光素子13に照射する照射受光光学系41
とを備えている。
【0113】この照射受光光学系41は、通過する可干
渉光La(La1,La2)の光路及び通過する2回回
折光Lc1,Lc2の光路が、傾斜面m2上に形成され
るように、各部材が配置されている。そのため、可干渉
光La1,La2及び2回回折光Lc1,Lc2は、図
19に示すように、格子ベクトル方向から見た入射角及
び回折角がγとなっている。
【0114】反射器23及び反射器24は、傾斜面m2
上における入射角がαとなるように、可干渉光La1及
び可干渉光La2を、格子面11a上の所定の位置に照
射している。なお、反射器23及び反射器24は、その
反射面が、互いが向き合うように配置されている。その
ため、可干渉光La1と可干渉光La2とは、格子ベク
トル方向の入射方向が、互いに逆方向となっている。ま
た、反射器23及び反射器24は、格子ベクトル方向に
所定量離した位置に、可干渉光La1と可干渉光La2
とを入射している。可干渉光La1の入射点と可干渉光
La2の入射点との間の距離は、lとなっている。
【0115】光学式変位測定装置50では、このような
可干渉光La1が回折格子11に照射されることにより
この可干渉光La1が回折し、1回回折光Lb1が生じ
る。また、このような可干渉光La2が回折格子11に
照射されることによりこの可干渉光La2が回折し、1
回回折光Lb2が生じる。1回回折光Lb1と1回回折
光Lb2の回折角は、格子ベクトル方向からみた場合、
図19に示すように、δとなっている。また、1回回折
光Lb1と1回回折光Lb2の傾斜面m3′上における
回折角は、βとなっている。なお、1回回折光Lb1と
1回回折光Lb2とは、格子ベクトル方向における出射
方向が互いに逆方向となっている。
【0116】また、光学式変位測定装置50は、図17
及び図18に示すように、反射光学系42を備えてい
る。
【0117】反射光学系42は、2つの1回回折光Lb
1,Lb2の格子ベクトル方向から見た回折角がδとな
っているため、通過する1回回折光Lb1,Lb2の光
路が傾斜面m3′上に形成されるように、各部材が配置
されている。また、反射光学系42の反射器26と反射
器27とは、傾斜面m3′上における回折角βで回折さ
れた1回回折光Lb1,Lb2を垂直に反射可能な位置
に配置されている。
【0118】このような反射光学系42から、1回回折
光Lb1,Lb2が回折格子11に入射される。この1
回回折光Lb1,Lb2の格子ベクトルから見た入射角
は、この1回回折光Lb1,Lb2の回折角と同じく、
δとなる。また、傾斜面m3′上における入射角は、同
様に回折角と同じく、βとなる。
【0119】また、この1回回折光Lb1,Lb2が回
折することにより、2回回折光Lc1,Lc2が生じ
る。この2回回折光Lc1,Lc2の格子ベクトル方向
から見た回折角は、可干渉光La1,La2の入射角と
同じく、γとなる。また、傾斜面m2上の回折角は、同
様に可干渉光La1,La2の入射角と同じく、αとな
る。
【0120】従って、2回回折光Lc1,Lc2は、可
干渉光La1,La2と同光路を逆行して、偏光ビーム
スプリッタ43に入射する。
【0121】また、光学式変位測定装置50は、受光素
子13からの干渉信号に基づき回折格子11の移動位置
を検出する図示しない位置検出部を備えている。
【0122】このような構成の光学式変位測定装置50
では、可動部分の移動に応じて回折格子11が格子ベク
トル方向に移動することにより、2つの2回回折光Lc
1,Lc2に位相差が生じる。この光学式変位測定装置
50では、この2つの2回回折光Lc1,Lc2を干渉
させて干渉信号を検出し、この干渉信号から2つの2回
回折光Lc1,Lc2の位相差を求めて、回折格子11
の移動位置を検出する。
【0123】以上のように光学式変位測定装置50で
は、基準面m1に対して、所定の傾斜角をもった傾斜面
m2上に照射受光光学系41を配置し、傾斜面m3′上
に反射光学系42を配置することにより、可干渉光、1
回回折光、2回回折光とを形成する光路を分離すること
ができ、装置の設計の自由度が増す。また、格子面11
aからの0次回折光や反射光を、照射受光光学系41や
反射光学系42に混入させることなく、2回回折光Lc
1,Lc2を干渉させることができ、高精度に位置測定
をすることができる。
【0124】この光学式変位測定装置50において、0
次回折光や反射光を照射受光光学系41や反射光学系4
2に混入させないための条件は、以下の通りである。
【0125】角度γと角度δが0では無く且つ角度αと
角度βとが等しい場合には、0次回折光が受光素子13
に照射されない程度に入射点間の距離lを離して、可干
渉光La1と可干渉光La2とを入射する。可干渉光L
a1と可干渉光La2とは、回折格子11に対して格子
ベクトル方向に離して入射しても良いが、例えば、図6
で示したように、格子方向に離して入射しても良い。
【0126】また、角度γと角度δがともに0である場
合には、角度αと角度βとを等しくするものとしても、
角度αと角度βとを異なるものとしてもよい。α=βの
場合もα≠βの場合もともに、0次回折光が受光素子1
3に照射されない程度に入射点間の距離lを離して、可
干渉光La1と可干渉光La2とを入射する。可干渉光
La1と可干渉光La2とは、回折格子11に対して格
子ベクトル方向に離して入射しても良いが、例えば、図
6で示したように、格子方向に離して入射しても良い。
【0127】また、角度γと角度δが0では無く且つ0
次回折光が受光素子13に照射されない程度に入射角α
と回折角βとが異なる場合には、可干渉光La1の入射
点と可干渉光La2の入射点とを同一の位置としてもよ
い。
【0128】また、角度γと角度δが0では無く且つ0
次回折光が受光素子13に照射されない程度に入射角α
と回折角βとが異なる場合には、図20及び図21に示
すように、可干渉光La1の入射点と可干渉光La2の
入射点とを同一の位置としてもよい。この場合、可干渉
光La1と可干渉光La2との入射点を所定距離離した
場合に比べて、回折格子11の厚みや屈折率のむらによ
る影響が少なくなる。すなわち、回折格子11の厚みや
屈折率のむらの影響による1回回折光Lb1と1回回折
光Lb2との間(或いは2回回折光Lc1と2回回折光
Lc2との間)の光路長に差が生じず、より高精度に位
置測定をすることができる。この理由は、上述した第2
の実施の形態と同様である。
【0129】なお、本発明の第3の実施の形態の光学式
変位測定装置50では、可干渉光La1,La2及び2
回回折光Lc1,Lc2を反射する反射器23,24を
用いているが、可干渉光La1と可干渉光La2とを同
一点に入射しない場合には、例えば、図22に示すよう
に、反射器23,24を用いずに、構成しても良い。
【0130】つぎに、本発明を適用した第4の実施の形
態の光学式変位測定装置について、図23を用いて説明
する。なお、この第4の実施の形態は、上記第2の実施
の形態及び第3の実施の形態の構成要素を一部変形した
ものであり、以下、上記第2の実施の形態及び第3の実
施の形態の構成要素のうち変形していない構成要素につ
いてはその詳細な説明を省略する。
【0131】光学式変位測定装置60は、照射受光光学
系41の第2の結像素子25及び偏光板46に変えて、
図23に示すように、1/4波長板62と、第5の結像
素子63と、無偏光ビームスプリッタ64と、第2の偏
光ビームスプリッタ65と、第3の偏光ビームスプリッ
タ66とを用いている。なお、この第4の実施の形態の
光学式変位測定装置60を説明するにあたり、上記第2
及び第3の実施の形態で用いていた偏光ビームスプリッ
タ43を第1の偏光ビームスプリッタ43と言い換え
る。
【0132】また、この光学式変位測定装置60は、受
光素子13に変えて、第1の受光素子67a,67b
と、第2の受光素子68a,68bとを用いている。
【0133】可干渉光源12から出射される可干渉光L
aは、照射受光光学系41の第1の偏光ビームスプリッ
タ43に対して、偏光方向が45度傾けて入射される。
この照射受光光学系41の偏光ビームスプリッタ43
は、入射された可干渉光Laを、偏光方向が直交する2
つの可干渉光La1,La2に分割する。照射受光光学
系41の偏光ビームスプリッタ43を透過した可干渉光
La1はP偏光の光となり、反射した可干渉光La2は
S偏光の光となる。
【0134】また、この照射受光光学系41の第1の偏
光ビームスプリッタ43には、回折格子11で2回回折
された2回回折光Lc1と、回折格子11で2回回折さ
れた2回回折光Lc2とが入射される。ここで、2回回
折光Lc1は、元々はP偏光の光であるが、反射光学系
42により偏光方向が90度回転させられS偏光の光と
なっている。同様に、2回回折光Lc2は、元々はS偏
光の光であるが、反射光学系42により偏光方向が90
度回転させられP偏光の光となっている。従って、この
第1の偏光ビームスプリッタ43は、S偏光の光である
2回回折光Lc1を反射し、P偏光の光である2回回折
光Lc2を透過して、これら2つの2回回折光Lc1,
Lc2を重ね合わせる。
【0135】重ね合わせた2つの2回回折光Lc1,L
c2は、1/4波長板62を通過する。1/4波長板6
2は、各2回回折光Lc1,Lc2の偏光方向に対し
て、光学軸が45度傾くように配置されている。そのた
め、各2回回折光Lc1,Lc2は、この1/4波長板
62を通過することにより、互いに逆回りの円偏光の光
となる。
【0136】互いに逆回りの円偏光の光とされた2回回
折光Lc1,Lc2は、第5の結像素子63を通過す
る。
【0137】第5の結像素子63は、所定の開口数を有
するレンズ等の光学素子からなるものである。第5の結
像素子63は、2回回折光Lc1,Lc2を、所定のビ
ーム径で第1の受光素子67a,67b及び第2の受光
素子68a,68bの受光面に結像させる。その結像点
は、必ずしもビーム径が最小となる点とする必要はな
く、ビームの像内での光路長の差が最小となる点が受光
面上に位置するようにしてもよい。
【0138】この第5の結像素子63を通過した2つの
2回回折光Lc1,Lc2は、無偏光ビームスプリッタ
64で2つのビームに分割される。
【0139】分割された一方のビームは、第2の偏光ビ
ームスプリッタ65によりさらに偏光方向が直交する2
つのビームに分割され、それぞれ、第1の受光素子67
a,67bに照射される。また、分割された他方のビー
ムは、第2の偏光ビームスプリッタ65に対して45度
傾いた第3の偏光ビームスプリッタ66によりさらに偏
光方向が直交する2つのビームに分割され、それぞれ、
第2の受光素子68a,68bに照射される。
【0140】ここで、互いに逆方向に回転する円偏光の
光を重ね合わせた光は、2つの光の位相差にしたがって
回転する直線偏光の光とみなすことができる。そのた
め、1/4波長板62を通過した2回回折光Lc1,L
c2は、回折格子11の移動にともない回転する直線偏
光の光となる。また、この直線偏光の光を偏光板等の偏
光素子で互いにω度異なる偏光方向の成分を取り出した
場合、その取り出した光の強度を検出した信号は、互い
に2ω度位相が異なる信号となる。そのため、第1の受
光素子67a,67bは、第2の偏光ビームスプリッタ
65により取り出された互いに90度異なる偏光方向の
光を検出するので、検出した信号の位相が互いに180
度異なっている。従って、第1の受光素子67a,67
bにより検出した信号の差を取ることにより、直流成分
を除去した信号を検出することができる。また、これ
は、第2の受光素子68a,68bに関しても同様であ
る。
【0141】また、第3の偏光ビームスプリッタ66に
より取り出される光は、第2の偏光ビームスプリッタ6
5により取り出される光に対して、角度が45度異なっ
ている。そのため、第2の受光素子68a,68bから
得られる信号は、第1の受光素子67a,67bから得
られる信号に対して、90度位相が異なっている。すな
わち、第1の受光素子67aと第1の受光素子67bと
の検出信号の差動信号と、第2の受光素子68aと第2
の受光素子68bとの検出信号の差動信号とが、互いに
90度位相が異なっている。従って、この光学式変位測
定装置60では、から、互いに90度位相が異なる回折
格子11の移動位置を示す位置信号に基づき、回折格子
11の移動方向を特定することができる。
【0142】以上のように、この第4の実施の形態の光
学式変位測定装置60では、回折格子11の透過率、反
射率、回折効率等の影響による直流変動を、検出する干
渉信号から除去することができる。また、この光学式変
位測定装置60では、回折格子11の移動方向を特定す
ることができる。
【0143】以上本発明を適用した第1〜第4の実施の
形態の光学式変位測定装置を説明した。各実施の形態の
光学式変位測定装置では、格子が所定の間隔で平行に設
けられた回折格子11を用いているが、本発明では、こ
のような格子が平行に設けられた回折格子を用いなくて
も良い。例えば、図24に示すように、放射状に格子が
設けられた回折格子を用いてもよい。このような放射状
に格子が設けられた回折格子を用いることにより、回転
移動をする工作機械の可動部分等の位置検出を行うこと
ができる。また、本発明では、明暗を記録した振幅型の
回折格子、屈折率変化や形状変化を記録した位相型の回
折格子を用いても良く、その回折格子のタイプは限られ
ない。
【0144】また、各実施の形態の光学式変位測定装置
では、回折格子11を工作機械等の可動部分に取り付け
て、この回折格子11が可動部分の移動に応じて移動す
る場合について説明したが、本発明では、照射受光光学
系及び干渉光学系と、回折格子11とが相対的に移動す
れば良い。例えば、本発明では、回折格子が固定されて
いて、照射受光光学系及び干渉光学系が工作機械等の可
動部分の移動に応じて移動しても良い。
【0145】また、各実施の形態の光学式変位測定装置
に用いられているハーフミラーやビームスプリッタ及び
結像素子等は、薄膜を用いた素子やレンズ等のみに限ら
れず、例えば、回折光学素子を用いても良い。
【0146】
【発明の効果】本発明に係る光学式変位測定装置では、
可干渉光が第1の結像手段により回折格子の格子面に結
像しているとともに、第1の回折光が第2の結像手段に
より平行光とされ反射光学系の反射器に常に垂直に照射
されている。従って、第1の回折光の光軸がずれた場合
であっても、反射された第1の回折光は常に入射したと
きと全く同じ経路を逆行し回折格子1の格子面上の結像
位置は変化せず、この第1の回折光が回折することによ
り生じる第2の回折光の光軸がずれない。また、光路長
の変化も生じない。
【0147】このことにより、本発明に係る光学式変位
測定装置では、2つの第2の回折光が互いにずれること
なく重なり合わされて干渉する。そのため、回折格子
が、格子ベクトルに平行な方向以外に移動等した場合、
例えば、回折格子が傾いたり、回折格子にうねり等があ
った場合であっても、検出する干渉信号が低下しない。
従って、この光学式変位測定装置では、移動する可動部
分の移動位置を、高分解能かつ高精度に検出することが
できる。
【0148】また、この光学式変位測定装置では、測定
対象となる工作機械等の可動部分への取り付け位置の自
由度が増し、また、この可動部分に振動やぶれ等があっ
ても安定して測定ができる。また、この光学式変位測定
装置では、第1の結像手段又は第2の結像手段の開口を
大きくすることにより、回折格子と、照射受光光学系、
反射光学系或いは干渉光学系との間隔を大きくすること
ができ、小型の受光手段を用いることができ、また、設
計が簡易となり、その自由度が増す。
【0149】また、この光学式変位測定装置では、干渉
させる回折光以外の回折光が、照射受光光学系や干渉光
学系に混入しないのでノイズを少なくすることができ、
移動する可動部分の移動位置を、高分解能かつ高精度に
検出することができる。
【0150】また、この光学式変位測定装置では、偏光
ビームスプリッタを用いることにより、回折格子の透過
率、反射率、回折効率等の影響による直流変動を、検出
する干渉信号から除去することができ、移動する可動部
分の移動位置を、高分解能かつ高精度に検出することが
できる。
【0151】本発明に係る光学式変位測定装置では、2
つの可干渉光の光路を回折格子の格子面に垂直な方向に
対して傾いた方向に形成して、この2つの可干渉光を上
記回折格子の格子面上の同一点に照射する。そして、こ
の光学式変位測定装置では、この2つの可干渉光により
生じる2つの2回回折光の位相差を求めて、回折格子の
相対移動位置を検出する。
【0152】このことにより、本発明に係る光学式変位
測定装置では、回折格子からの0次回折光や反射光を照
射光学系や受光光学系に混入させることなく、2回回折
光を重ね合わせることができるため、安定して位置検出
ができる。また、本発明に係る光学式変位測定装置で
は、回折格子の厚みや屈折率のむらにより誤差が生じず
高精度に位置測定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学式変位測定装置を説明する為の図
である。
【図2】本発明を適用した第1の実施の形態の光学式変
位測定装置を説明する為の図である。
【図3】本発明の第1〜第4の実施の形態の光学式変位
測定装置に用いられる回折格子の斜視図である。
【図4】上記本発明の第1の実施の形態の光学式変位測
定装置の可干渉光及び回折光の光路について説明する為
の図である。
【図5】可干渉光の入射位置を変えた上記本発明の第1
の実施の形態の光学式変位測定装置を説明する為の図で
ある。
【図6】上記回折格子に入射される可干渉光の入射点を
説明する為の図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態の光学式変位測定装
置を説明する為の図である。
【図8】上記本発明の第2の実施の形態の光学式変位測
定装置の傾斜面m2上に配置された構成要素を、この傾
斜面m2に対して垂直な方向から見た側面図である。
【図9】上記本発明の第2の実施の形態の光学式変位測
定装置の回折格子に入射される可干渉光及びこの回折格
子により回折される回折光を格子ベクトル方向から見た
側面図である。
【図10】上記本発明の第2の実施の形態の光学式変位
測定装置の傾斜面m3上に配置された構成要素を、この
傾斜面m3に対して垂直な方向から見た側面図である。
【図11】可干渉光の入射位置を変えた上記本発明の第
2の実施の形態の光学式変位測定装置を説明する為の図
である。
【図12】可干渉光の入射位置を変えた上記本発明の第
2の実施の形態の光学式変位測定装置の傾斜面m2上に
配置された構成要素を、この傾斜面m2に対して垂直な
方向から見た側面図である。
【図13】可干渉光の入射位置を変えた上記本発明の第
2の実施の形態の光学式変位測定装置の傾斜面m3上に
配置された構成要素を、この傾斜面m3に対して垂直な
方向から見た側面図である。
【図14】回折格子を通過するレーザ光の光路長を説明
する為の図である。
【図15】回折格子に厚みのむらがある場合に、この回
折格子を通過する2本のレーザ光の光路長の差を説明す
る為の図である。
【図16】上記第2の実施の形態の光学式変位測定装置
の変形例を説明するための図である。
【図17】本発明の第3の実施の形態の光学式変位測定
装置の斜視図である。
【図18】上記本発明の第3の実施の形態の光学式変位
測定装置の傾斜面m2及び傾斜面m3′上に配置された
構成要素を、この傾斜面m2及び傾斜面m3′に対して
垂直な方向から見た側面図である。
【図19】上記本発明の第3の実施の形態の光学式変位
測定装置の回折格子に入射される可干渉光及びこの回折
格子により回折される回折光を格子ベクトル方向から見
た側面図である。
【図20】可干渉光の入射位置を変えた上記本発明の第
3の実施の形態の光学式変位測定装置を説明する為の図
である。
【図21】可干渉光の入射位置を変えた上記本発明の第
3の実施の形態の光学式変位測定装置の傾斜面m2及び
傾斜面m3′上に配置された構成要素を、この傾斜面m
2及び傾斜面m3′に対して垂直な方向から見た側面図
である。
【図22】上記第3の実施の形態の光学式変位測定装置
の変形例を説明するための図である。
【図23】本発明の第4の実施の形態の光学式変位測定
装置を説明する為の図である。
【図24】本発明の第1〜第4の実施の形態の光学式変
位測定装置に用いられる他の回折格子を説明する為の図
である。
【図25】従来の光学式変位測定装置の斜視図である。
【図26】従来の光学式変位測定装置の側面図である。
【図27】従来の他の光学式変位測定装置の斜視図であ
る。
【図28】従来の他の光学式変位測定装置の側面図であ
る。
【図29】上記従来の光学式変位測定装置を変形例を説
明する為の図である。
【図30】従来の更に他の光学式変位測定装置を説明す
る為の図である。
【図31】上記従来の更に他の光学式変位測定装置の受
光素子に照射される回折光を説明する為の図である。
【符号の説明】
1,11 回折格子、2 発光手段、3 反射手段、4
第1の結像手段、5第2の結像手段、10,30,4
0,50,60,70,80 光学式変位測定装置、1
2 可干渉光源、13,67,68 受光素子、21,
25,28,29,63 結像素子、14 位置検出
部、26,27 反射器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F003 AA03 AA13 AA16 AA20 AA21 AB02 AC03 AD01 2F065 AA02 CC17 DD03 FF48 FF51 GG06 HH04 JJ01 LL12 LL37 LL42

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可干渉光が照射され、この可干渉光に対
    して格子ベクトルに平行な方向に相対移動し、この可干
    渉光を回折する回折格子と、 可干渉光を発光する発光手段と、 上記発光手段により発光された可干渉光を2つの可干渉
    光に分割して、上記回折格子に対して各可干渉光を照射
    する照射光学系と、 上記各可干渉光が上記回折格子により回折されて得られ
    る2つの第1の回折光をそれぞれ反射して、上記回折格
    子に対して各第1の回折光を照射する反射光学系と、 上記各第1の回折光が上記回折格子により回折されて得
    られる2つの第2の回折光を干渉させる干渉光学系と、 干渉した2つの第2の回折光を受光して干渉信号を検出
    する受光手段と、 上記受光手段が検出した干渉信号から上記2つの第2の
    回折光の位相差を求めて、上記回折格子の相対移動位置
    を検出する位置検出手段とを備え、 上記照射光学系は、上記回折格子に対して照射される2
    つの可干渉光を、この回折格子の格子面に結像させる第
    1の結像手段を有し、 上記反射光学系は、上記回折格子に対して照射される2
    つの第1の回折光を、それぞれ対応する可干渉光の結像
    位置と同一位置に結像させる第2の結像手段を有するこ
    とを特徴とする光学式変位測定装置。
  2. 【請求項2】 上記照射光学系は、格子面に垂直な方向
    以外の方向から、上記回折格子に対して各可干渉光を照
    射することを特徴とする請求項1に記載の光学式変位測
    定装置。
  3. 【請求項3】 上記第1の結像手段は、上記回折格子に
    照射される2つの可干渉光を、上記回折格子の格子面上
    の格子ベクトルに垂直な方向に所定量離した位置に結像
    させることを特徴とする請求項1に記載の光学式変位測
    定装置。
  4. 【請求項4】 上記第1の結像手段は、上記回折格子に
    照射される2つの可干渉光を、上記回折格子の格子面上
    の同一位置に結像させることを特徴とする請求項1に記
    載の光学式変位測定装置。
  5. 【請求項5】 上記回折格子は、可干渉光の入射角と、
    回折光の回折角とが異なることを特徴とする請求項4に
    記載の光学式変位測定装置。
  6. 【請求項6】 上記干渉光学系は、上記発光手段により
    発光された可干渉光を、偏光方向が直交する2つの可干
    渉光に分離する偏光ビームスプリッタを有することを特
    徴とする請求項1に記載の光学式変位測定装置。
  7. 【請求項7】 上記干渉光学系は、 偏光方向が異なる2つの第2の回折光を重ね合わせる第
    1の偏光ビームスプリッタと、この第1の偏光ビームス
    プリッタが重ね合わせた2つの第2の回折光を互いに逆
    方向の円偏光とする波長板と、円偏光とされた2つの第
    2の回折光を偏光方向が異なる2つの干渉光に分離する
    第2の偏光ビームスプリッタと、円偏光とされた2つの
    第2の回折光を偏光方向が異なる2つの干渉光に分離す
    る第3のビームスプリッタとを有し、第2と第3の偏光
    ビームスプリッタが透過する干渉光の偏光方向が45度
    異なるように設けられており、 上記位置検出手段は、 上記第2の偏光ビームスプリッタにより分離された偏光
    方向が異なる2つの干渉光の差動出力と、上記第3の偏
    光ビームスプリッタにより分離された偏光方向が異なる
    2つの干渉光の差動出力とを求め、上記回折格子の相対
    移動位置を検出することを特徴とする請求項6に記載の
    光学式変位測定装置。
  8. 【請求項8】 上記回折格子は、反射型であることを特
    徴とする請求項1に記載の光学式変位測定装置。
  9. 【請求項9】 上記回折格子は、放射状に格子が形成さ
    れていることを特徴とする請求項1に記載の光学式変位
    測定装置。
  10. 【請求項10】 上記発光手段は、光路長の差を干渉縞
    の変調率の変化として検出することが可能な可干渉性を
    有する可干渉光を発光することを特徴とする請求項1に
    記載の光学式変位測定装置。
  11. 【請求項11】 可干渉光が照射され、この可干渉光に
    対して格子ベクトルに平行な方向に相対移動し、この可
    干渉光を回折する回折格子と、 可干渉光を発光する発光手段と、 上記発光手段により発光された可干渉光を2つの可干渉
    光に分割して、上記回折格子に対して各可干渉光を照射
    する照射光学系と、 上記各可干渉光が上記回折格子により回折されて得られ
    る2つの第1の回折光をそれぞれ反射して、上記回折格
    子に対して各第1の回折光を照射する反射光学系と、 上記各第1の回折光が上記回折格子により回折されて得
    られる2つの第2の回折光を干渉させる干渉光学系と、 干渉した2つの第2の回折光を受光して干渉信号を検出
    する受光手段と、 上記受光手段が検出した干渉信号から上記2つの第2の
    回折光の位相差を求めて、上記回折格子の相対移動位置
    を検出する位置検出手段とを備え、 上記照射光学系は、上記2つの可干渉光の光路を上記回
    折格子の格子面に垂直な方向に対して傾いた平面上に形
    成し、この2つの可干渉光を上記回折格子の格子面上の
    同一点に照射することを特徴とする光学式変位測定装
    置。
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