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JPS63231217A - 移動量測定装置 - Google Patents

移動量測定装置

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Publication number
JPS63231217A
JPS63231217A JP6267887A JP6267887A JPS63231217A JP S63231217 A JPS63231217 A JP S63231217A JP 6267887 A JP6267887 A JP 6267887A JP 6267887 A JP6267887 A JP 6267887A JP S63231217 A JPS63231217 A JP S63231217A
Authority
JP
Japan
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diffraction grating
light
moving
fixed
grating
Prior art date
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Pending
Application number
JP6267887A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Kitajima
博史 北島
Yoshihisa Takamatsu
佳央 高松
Maki Yamashita
山下　牧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
Application filed by Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Tateisi Electronics Co
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Publication of JPS63231217A publication Critical patent/JPS63231217A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (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】 発明の要約 物体とともに移動する回折格子によって光を回折、干渉
させることで物体の移動量を測定する装置（エンコーダ
）において２回折光を逆行させる再帰反射光学系を回折
格子を用いて構成することにより再帰反射光学系の小型
化と低価格化を達成する。回折格子はプラスチック成形
で製作可能で量産性に優れている。
発明の背景 技術分野 この発明は、物体の直線移動量または回転砥（角）を光
学的に検出する装置、とくに通常リニア・エンコーダ、
ロータリイ・エンコーダと呼ハれている移動ｍ　ＩＩ定
装置に関する。
従来技術とその問題点 最も一般的な光学的移動量測定装置は、一定間隔でスリ
ットが形成された移動するスリット板のスリット位置に
光源（たとえば発光ダイオード）からの光を照射し、ス
リットを透過した光を検知する構成のものである。これ
は、スリット幅１間隔をあまりに狭くすると光の回折効
果が生じるので、その分解能に限界がある。
より高い分解能を得るために、半導体レーザ光源の光を
移動する回折格子に照射し、この回折格子からのｔ０隣
らない次数の回折光を分離しかつ干渉させ、この干渉に
よって生じる干渉縞の変化から上記回折格子の移動量を
測定する方法が特公昭５０−２３８１７号公報に開示さ
れている。
また、特開昭５８−１９１９０７号公報には上記の方法
をより具体化した測定方法が示されている。これは、移
動する回折格子によって±ｎ次の回折光を得、この回折
光を反射鏡を用いて反射させることによりその光路上を
逆行させて上記移動回折格子の回折地点に入射させ、こ
の移動回折格子によってさらに±ｎ次の回折光を生じさ
せ、これらの回折光を干渉させるようにしたものである
。
この測定方法では、移動回折格子によって形成された回
折光を逆行させるための再帰反射特性をもつ光学系、す
なわち上記反射鏡が必要である。
この反射鏡として上記の公開公報ではダハプリズムやコ
ーナー・キューブ・プリズムか提案されている。このよ
うなプリズムや、またこれに代えてレンズと反射鏡を組
合せた光学系を用いたとしてもこれらのレンズ等は、立
体的なガラス製品であるので小型化や低廉価には限度か
ある。
発明の概要 発明の目的 この発明は、より小型化、低廉価を達成できる光学的移
動量測定装置を提供することを目的とする。
発明の構成１作用および効果 この発明による移動量測定装置は、光源、光源からの光
を回折させる格子周期がＡ１の移動する回折格子、上記
移動回折格子に平行に配置され。
上記移動回折格子の±ｎ次（ｎは正の整数）の回折光を
回折によって逆行させることにより再び上記移動回折格
子の回折位置に入射させる格子周期がＡ２−　（ｍ／２
　ｎ）Ａｌ　　（ｍは正の整数）の固定回折格子、およ
び上記の逆向しかつ上記移動回折格子に入射した再帰光
の上記移動回折格子による±ｎ次の回折光の干渉光を受
光する光電検出器を備えたことを特徴とする。
周期Ａ１の上記移動回折格子に対して上記の周期Ａ２を
もつ固定回折格子を一ト記移動回折格子に平行に配置す
ることによって、後に説明するように、上述の再帰反射
光学系を構成することができる。
プリズムやレンズなどの立体的な光学部品と異なり回折
格子は非常に薄くつくることができるので装置全体をよ
り小型化することが可能となる。
また１回折格子はプラスチック成形によって作製するこ
とが可能なので量産性に優れ、安価に提供できる。
実施例の説明 第１図は光学的移動量測定装置の原理を示すものである
。
半導体レーザ等の光源１から出射した光はビーム・スプ
リッタ２を透過して移動回折格子１０に入射する。この
回折格子１０は移動量が測定されるべき移動体それ自体
であるか、または移動体に固定もしくは連結されて同じ
ように移動するものである。この移動回折格子１０はそ
の長手方向に移動する。移動回折格子１０で回折されか
つ透過した＋。
−の各次数の光は固定回折格子２０に向う。固定回折格
子２０は移動回折格子１０と平行に配置されかつ固定さ
れている。この固定回折格子２０によって上記回折光の
うちの特定の次数の光が全く同じ光路にしたがって戻る
ように回折される。したがって、固定回折格子２０で回
折されたこの特定の次数の＋、−の回折光は移動回折格
子１０の回折位置に戻り、ここで再び回折される。同じ
次数の＋、−の回折光は入射光と同じ光路をたどってビ
ーム・スプリッタ２に戻りかつここで偏向されて光電検
出器３．たとえばフォト・ダ１′オードに入射する。こ
れらの＋、−の回折光は回折格子１０から検田型３に向
う光路で相互に・干渉する。したかつて、移動回折格子
１０が移動するとこの干渉光の強度か変化し、この変化
が検出器３の出力電気信号に現われる。この出力電気信
号の変化を計数することによって移動回折格子１０の移
動量が決定される。
次に、固定回折格子２０か特定の次数の回折光に対して
回帰反射特性を持つことを説明するとともにその条件を
導く。±１次の回折光について考える。
移動回折格子１０による±１次の回折光の回折角θ１は ｓｉｎθ　−±λ／′Δ１（１） と表わされる。ここてλは光の波長、Ａｔは移動回折格
子ｌＯの格子周期である。
一方移動回折格子１０に対して平行に設置された固定回
折格子２０による±ｍｍ次回先光回折角θ２は ｓｉｎθ　−−ｓｉｎθ　±ｍ（λ／Δ２）　　　（２
）と表わされる。Ａ２は固定回折格子２０の格子周期で
ある。
回帰反射特性か得られるのはｓｉｎθ、　−５ｉｎθ２
のときであるから第（２）式にこの条件を代入し。
さらに第（１）式を代入すると ±２（λ／Ａ１）−土ｍ（λ／Δ２） か得られる。したかって。
Ａ　２−（ｍ　／　２　）　Ａ　１（ｍは正の整数）（
３）の条件か満たされたとき、固定回折格子２０は再帰
反射特性をもつことになる。この条件には光の波長λか
含まれていないので光の波長変動があって移動回折格子
１０の回折角θ１か変化しても再帰反射特性は維持され
る。
最も簡単にはＡ２＝Ａ、／２　（ｍ＝１の場合）とすれ
ばよい。
一般的に±ｎ次の光の場合には、第（１）式、第（２）
式はそれぞれ次のようになる。
ｓｉｎθ　＝±ｎ　（λ／Ａ、　）　　　　　　　　（
１１）■ ｓｉｎθ２＝　　　Ｓｌｎθ１±ｍ（λ／Ａ、、）　　
　（１２）したがって、固定回折格子２０か±ｎ次の回
折光に対して回帰反射特性をもつだめの条件はＡ　　＝
（ｍ／２ｎ）Ａ１　　　　　　　　　（１３）となる。
±ｎｎ次回先光利用すると、移動回折格子の１周期Ａ１
の移動に対して、４ｎ周期の干渉光強度変化が得られる
ので分解能が向上する。
第２図は上記の原理をリニア・エンコーダに応用した例
を示している。移動回折格子１０はその長手方向に移動
する。ここでは上記の原理図と同じように移動回折格子
】０の透過回折光が利用されている。
レーザ・ダイオード１の出射光がコリメート・レンズ４
で平行光に変換され、移動回折格子１０に照射される。
移動回折格子１０によって形成される回折光は固定回折
格子２０によって再帰反射され。
再び移動回折格子１０に入射して干渉する。干渉の結果
の光強度はビーム・スプリッタ２を経てフォト・ダイオ
ード３によって検出される。
第３図はロータリイ・エンコーダへの応用例を示してい
る。回転円板１１の周辺上に移動回折格子１０か形成さ
れ、その下方に固定回折格子２０が円板１１に平行に配
置されている。円板１１の上面に平行にその半径方向に
そってレーザ・ダイオード１゜コリメート・レンズ４お
よびビーム・スプリッタ２からなる光学系が配置されて
いるので、光路を直角に曲げるためにプリズム５か用い
られている。ここでも移動回折格子１０の透過回折光が
利用されている。この構成によって円板１１の回転量が
検知される。
第４図および第５図は、移動回折格子１０の反射回折光
を利用したもので、第４図は第２図と同じリニア・エン
コーダの構成を、第５図は第３図と同じロータリイ・エ
ンコーダの構成をそれぞれ示している。
固定回折格子２０は、ビーム・スプリッタ２（プリズム
５）と移動回折格子１０との間に配置されている。ビー
ム・スプリッタ２を通ったまたはプリズム５で偏向され
た光は固定回折格子２０の中央部分を透過して移動回折
格子１０に向う。固定回折格子２０の中央部分には格子
は形成されていす、その両側の下面に格子が形成されて
いる。移動回折洛子１００反射回折光は固定回折格子２
０の両側の格子によって再帰反射され、さらに再び格子
１０で回折されたのち固定回折格子２０の中央部分を通
ってビーム・スプリンタ２またはプリズム５に達し。
フォト・ダイオード３に導かれる。
このように移動回折格子を反射型として用いその反射回
折光を利用すると、光学系の全体の大きさを小さくでき
るという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の原理を示す原理説明図である。 第２図から第５図はこの発明の実施例を示す斜視図であ
って、第２図および第３図は透過形で第２図はリニア・
エンコーダ、第３図はロータリイ・エンコーダ、第４図
および第５図は反射型で第４図はリニア中エンコーダ、
第５図はロータリイ・エンコーダのそれぞれ構成例であ
る。 １・・・光源、　　　　　　３・・・光電検出器。 １０・・・移動回折格子。 ２０・・固定回折格子。 以　　上

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）光源、 光源からの光を回折させる格子周期がΛ＿１の移動する
    回折格子、 上記移動回折格子に平行に配置され、上記移動回折格子
    の±ｎ次（ｎは正の整数）の回折光を回折によって逆行
    させることにより再び上記移動回折格子の回折位置に入
    射させる格子周期がΛ＿２＝（ｍ／２ｎ）Λ＿１（ｍは
    正の整数）の固定回折格子、および 上記の逆向しかつ上記移動回折格子に入射した再帰光の
    上記移動回折格子による±ｎ次の回折光の干渉光を受光
    する光電検出器、 を備えた移動量測定装置。
  2. （２）上記移動回折格子が透過型として用いられている
    、特許請求の範囲第（１）項に記載の移動量測定装置。
  3. （３）上記移動回折格子が反射型として用いられている
    、特許請求の範囲第（１）項に記載の移動量測定装置。
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