JP2000283709A - 移動体の位置検出装置と光干渉計 - Google Patents
移動体の位置検出装置と光干渉計Info
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Abstract
体の移動距離を合理的に確保しながら、移動体を収容す
る筐体の小型化が図れるようにする。 【解決手段】 往復移動する移動体36,37の移動方
向の一側面側に設けられ、移動体36,37の移動方向
と沿う方向及び交差方向に各々位置を異ならせた複数の
被検出部11,12と、この複数の被検出部に各々対応
させて配置した複数の検出器21,22と、を備える。
そして、基準光と測定光を、ビームスプリッタにより反
射光と透過光による直交する2光路に分岐し、各々の光
路において、反射光及び透過光を複数の反射器により互
いに反射させた後、再びビームスプリッタで合波してか
ら受光器に受光させる光干渉計であって、一対のドグ1
1,12と一対の光電式検出器21,22とによって、
移動反射器36,37の位置を検出する。
Description
装置、例えば、光計測技術分野で使用する光干渉計に用
いるに好適する位置検出装置と、その位置検出装置を適
用する光干渉計に関するものである。
計は、入射光をビームスプリッタによって透過光と反射
光による直交する2光路に分割し、それぞれの光路に直
角に置いたミラーによる反射光を再びビームスプリッタ
で合波する。このとき、一方のミラーを設置したステー
ジを等速で直線的に動かすことで、2つのミラーからの
反射光の光路長に差ができ、干渉縞の強度変化が見られ
る。この干渉縞の強度変化を受光器で電気信号として取
り出す。なお、移動ミラーは直線的に長い距離を移動す
ることにより、光の波長測定を向上できる。
ステージの移動限界の位置検出のために従来は、筐体内
において、ステージの移動方向の一側方に沿って一対の
リミットスイッチを配置し、ステージに設けた1個のド
グにより、一対のリミットスイッチで各々の方向の限界
位置の検出を行うようになっていた。
出装置では、1個のドグと両端のリミットスイッチとの
関係から、ステージの中立位置を基準とする両方向への
各々の移動量としては、十分な移動距離を確保すること
ができなかった。
位置を、一対のリミットスイッチで各々検出するため、
ステージの両方向への移動量は、中立位置におけるステ
ージのドグからリミットスイッチまでの距離に過ぎず、
従って、移動ミラーの移動距離を確保しつつ筐体の小型
化を図ることは不可能であった。
的に確保しながら、移動体を収容する筐体の小型化が図
れるようにした位置検出装置を提供することにある。ま
た、本発明は、このような位置検出装置を備えた光干渉
計を提供することも目的としている。
請求項1記載の発明は、往復移動する移動体の往復方向
の位置を各々検出する位置検出装置であって、移動体の
移動方向の一側面側に設けられ、移動体の移動方向と沿
う方向及び交差方向に各々位置を異ならせた複数の被検
出部と、この複数の被検出部に各々対応させて配置した
複数の検出器と、を備えた構成、を特徴としている。
的に動く移動ミラーが挙げられるが、移動ミラーに限ら
ず、また、曲線的に動くものでも良い。被検出部として
は、突出形態のドグが挙げられるが、これに限らず任意
である。検出器としては、光電式検出器が挙げられる
が、磁気式検出器、電子式検出器または機械式検出器で
あっても良い。
ば、往復移動する移動体の移動方向の一側面側に設けら
れ、移動体の移動方向と沿う方向及び交差方向に各々位
置を異ならせた複数の被検出部と、この複数の被検出部
に各々対応させて配置した複数の検出器と、を備えた位
置検出装置なので、移動体の一側面側に移動方向と沿う
方向及び交差方向に各々位置を異ならせて設けた複数の
被検出部を、各々の検出器によりそれぞれ検出すること
により、移動体の移動量として、例えば、中立位置にお
ける移動体の各々の被検出部からそれぞれの検出器まで
の長い距離が得られる。従って、移動体の移動距離を合
理的に確保しながらも、移動体の移動方向の一側面側に
複数の被検出部及び検出器が位置することから、移動体
を収容する筐体を小型化できる。
動体の位置検出装置であって、被検出部は移動体から突
出する一対のドグであって、検出器は一対の光電式検出
器である構成、を特徴としている。
ば、請求項1記載の被検出部が移動体から突出する一対
のドグで、請求項1記載の検出器が一対の光電式検出器
による位置検出装置なので、非接触型の光電感知方式に
より、移動体の往復方向の移動量を検出できる。
測定光を複数の光学部品により互いに干渉させる光干渉
計であって、複数の光学部品を筐体に固定の固定光学部
品と筐体に対し可動の移動光学部品とに分けて、移動光
学部品用として、請求項1または2記載の移動体の位置
検出装置を備えた構成、を特徴としている。例えば、光
学部品としては、ビームスプリッタ及び反射器が挙げら
れる。
ば、先ず、基準光の光軸とほぼ平行する光軸上に移動光
学部品を配置した光干渉計なので、基準光軸とほぼ平行
な光軸上に沿って移動光学部品を長い距離移動して、光
の波長測定の精度向上が可能となり、筐体の十分な小型
化が可能となる。そして、請求項1または2記載の移動
体の位置検出装置により、移動光学部品の位置検出を行
うので、移動光学部品の移動距離を合理的に確保しなが
ら筐体を小型化できる。
定光を、ビームスプリッタにより反射光と透過光による
直交する2光路に分岐し、各々の光路において、反射光
及び透過光を複数の反射器により互いに反射させた後、
再びビームスプリッタで合波してから受光器に受光させ
る光干渉計であって、複数の反射器を筐体に固定の固定
反射器と筐体に対し可動の移動反射器とに分けて、移動
反射器用として、請求項1または2記載の移動体の位置
検出装置を備えた構成、を特徴としている。例えば、反
射器としては、ミラーが代表的であるが、ミラーの代わ
りに、例えば、コーナーキューブ、リフレクタなども使
用できる。受光器は、干渉縞の強度変化を電気信号とし
て取り出すものである。
ば、先ず、基準光の光軸とほぼ平行する光軸上に移動反
射器を配置した光干渉計なので、基準光軸とほぼ平行な
光軸上に沿って移動反射器を長い距離移動して、光の波
長測定の精度向上が可能となり、筐体の十分な小型化が
可能となる。そして、請求項1または2記載の移動体の
位置検出装置により、移動反射器の位置検出を行うの
で、移動反射器の移動距離を合理的に確保しながら筐体
を小型化できる。
干渉計であって、反射光と透過光を互いに他方の固定反
射器に向けて反射する一対の固定反射器を備え、この一
対の固定反射器の間に、各々の固定反射器に光を全反射
する一対の移動反射器が配設されている構成、を特徴と
している。
ば、先ず、反射光と透過光を互いに他方の固定反射器に
向けて反射する一対の固定反射器の間に、請求項4記載
の移動反射器として、各々の固定反射器に光を全反射す
る一対の移動反射器が配設されている光干渉計なので、
基準光軸とほぼ平行な光軸上において、一対の固定反射
器の間で一対の移動反射器を移動させて各々全反射させ
ることにより、各々の光路長に発生する差のできる範囲
を大きく取れる。
置検出装置と光干渉計の実施の形態例を図1から図6に
基づいて説明する。先ず、図1は本発明を適用した一例
としての小型光干渉計の概略構成例を示した平面図で、
図中、L1は基準光軸、L2は可動光軸、31は基準光
源、32は第1ミラー、33はビームスプリッタ、34
は第2ミラー、35は第3ミラー、36,37は移動ミ
ラー(コーナーキューブ)、38は受光器、40は筐
体、51はリニアガイド、52はミラーベースである。
この小型光干渉計は、He−Neレーザを基準光源31
に用いたものである。
−Neレーザ光)は、図示のように、筐体40の内部に
おいて、基準光軸L1を通り、第1ミラー32により反
射されてからビームスプリッタ33に入射する。また、
ビームスプリッタ33には、筐体40の外部から測定光
が入射し、この測定光と基準光は、上段と下段とに異な
る光路を通ってビームスプリッタ33に入射する。この
ビームスプリッタ33によって、入射光が透過光と反射
光による直交する2光路に分割され、透過光は第2ミラ
ー34により第3ミラー35に向けて反射され、また、
反射光は第3ミラー35により第2ミラー34に向けて
反射する。第2ミラー34で反射された光は、一方のコ
ーナーキューブによる移動ミラー36により全反射さ
れ、また、第3ミラー35で反射された光は、他方のコ
ーナーキューブによる移動ミラー37で全反射される。
ここで、移動ミラー36,37は、第2ミラー34と第
3ミラー35間の光軸上において、リニアガイド51上
を光軸に沿って移動自在に組み付けられている。
れた光は、第2ミラー34により反射されてビームスプ
リッタ33に再び入射し、また、他方の移動ミラー37
で全反射された光は、第3ミラー35により反射されて
ビームスプリッタ33に再び入射する。こうして基準光
と測定光がビームスプリッタ33で合波され、このと
き、ともにコーナーキューブによる一対の移動ミラー3
6,37をリニアガイド51上を光軸に沿って等速で移
動させることで、2つの移動ミラー36,37からの反
射光の光路長に差ができ、干渉縞の強度変化が見られ
る。この干渉縞の強度変化を受光器38により電気信号
として取り出す。なお、2つの移動ミラー36,37に
よる反射光の光軸を、ここでは可動光軸L2とする。
36,37を外した光学系とした場合は、以下のような
光路となる。即ち、図2に示すように、ビームスプリッ
タ33で分割された透過光は、第2ミラー34により第
3ミラー35に向けて反射され、さらに、第3ミラー3
5により反射されてビームスプリッタ33に再び入射す
る。また、ビームスプリッタ33で分割された反射光
は、第3ミラー35により第2ミラー34に向けて反射
され、さらに、第2ミラー34により反射されてビーム
スプリッタ33に再び入射する。こうして基準光と測定
光がビームスプリッタ33で合波された結果、干渉が生
じ、その干渉が受光器38で電気信号として取り出され
る。
は、図2に示したように、内部に複数(図示例では3
個)のボス41,41,41を起設して、このボス4
1,41,41に一直線上の第1基準面42,42,4
2を形成するとともに、外形部に一直線上の第2基準面
43を形成している。このような第1基準面42,4
2,42と第2基準面43は、互いに平行であり、ま
た、第1基準面42,42,42が第2基準面43に向
かった状態にして、高精度な平坦面加工により得る。
びその駆動系をブロック50と一緒に取り外した状態を
示した平面図で、図中、53は基準面、61はモータ
(ステッピングモータ)、62は駆動プーリ(タイミン
グプーリ)、63,64は従動プーリ(タイミングプー
リ)、65はベルト(タイミングベルト)、66,67
はテンションプーリである。即ち、ブロック50上に
は、図示のように、リニアガイド51が一体的または一
体に設けられるとともに、中央のモータ61及び駆動プ
ーリ62と左右の従動プーリ63,64及びテンション
プーリ66,67が備えられている。そして、モータ6
1の出力軸に設けた駆動プーリ62と、リニアガイド5
1の両側に設けた従動プーリ63,64とにベルト65
が掛けられている。このベルト65は、2つの移動ミラ
ー36,37を備えたミラーベース52に固定されてい
る。
ベルト65を適度の緊張状態とするためのテンションプ
ーリ66,67が配置されている。そして、ブロック5
0のモータ61を備えた側の端面は、筐体40の第1基
準面42,42,42と合致する基準面53となってい
る。この基準面53を高精度な平坦面加工により得る。
また、ブロック50には、リニアガイド51(可動光軸
L2)を基準面53と平行に設けてある。なお、ブロッ
ク50は、その基準面53を第1基準面42,42,4
2に合致させた状態で筐体40上にネジ止め固定され
る。
計の使い方を説明する。先ず、筐体40にブロック50
を取り付けていない状態では、コーナーキューブによる
2つの移動ミラー36,37が可動光軸L2上に無いた
め、図2に示したように、基準光を基準光軸貫通穴44
から筐体40の外部へ遠方に飛ばして、基準光源31か
ら出射直後の基準光軸L1と筐体40の第1及び第2の
両基準面42,43との平行精度を、より高度に調整す
ることができる。また、筐体40の第2基準面43を基
準として、第2ミラー34と第3ミラー35とにより作
られる光軸(可動光軸L2参照)を平行に調整しておけ
ば、予め筐体40の外部で調整されたブロック50上の
移動ミラー36,37の可動光軸L2を合わせるだけ
で、前述したように、基準光と測定光の干渉を生じさせ
ることができる。
は、筐体40からブロック50ごと外すことで、機械的
調整及び光学的調整することができ、具体的には、ブロ
ック50の基準面53を基準として、コリメータ及びレ
ーザにより、コーナーキューブによる移動ミラー36,
37を調整することができる。また、筐体40からブロ
ック50を外せるため、消耗部品であるリニアガイド5
1、ミラーベース52、モータ61、プーリ62,6
3,64及びベルト65等を容易に交換することができ
る。
して移動光学部品を外して、固定光学部品と移動光学部
品の機械的調整及び光学的調整が別個に行えるものとな
り、即ち、筐体40からブロック50ごと移動ミラー3
6,37(移動反射器)及びその駆動系(モータ61、
プーリ62,63,64及びベルト65等)を外して、
ビームスプリッタ33及び固定反射器(ミラー32,3
4,35)と移動ミラー36,37の機械的調整及び光
学的調整が別個に行える。従って、移動ミラー36,3
7のメンテナンス性が向上し、しかも、筐体40からブ
ロック50として移動ミラー36,37を外して、筐体
40内のビームスプリッタ33及びミラー32,34,
35の光学的調整により、光干渉比率の精度をアップで
きて、十分に小型化した筐体40とすることができる。
2上に沿って移動ミラー36,37を長い距離移動でき
て、光の波長測定の精度をアップでき、この面からも十
分に小型化した筐体40とすることができる。さらに、
基準光軸L1と平行な可動光軸L2上において、一対の
固定ミラー34,35の間で一対の移動ミラー36,3
7を移動させて各々全反射させているため、各々の光路
長に発生する差のできる範囲を大きく取れるものとなっ
ている。
うに、可動光軸l2と、ビームスプリッタ33及び第2
ミラー34間の光軸L3と、ビームスプリッタ33及び
第3ミラー35間の光軸L4と、により形成されるトラ
イアングルの中のほぼ中央に、移動ミラー36,37の
駆動部材であるベルト65の駆動源としてのモータ61
及びその出力軸61aが位置している。そして、このモ
ータ61及びその出力軸61aは、第2ミラー34と第
3ミラー35との間の中点位置にある。従って、モータ
61の駆動により、その出力軸61aから駆動プーリ6
2及びベルト65を介して一対の移動ミラー36,37
を、左右両方向の何れにおいても、立ち上がり速度を同
程度にして移動することができる。しかも、モータ61
が左右の従動プーリ63,64に近付いた配置となって
いるので、ベルト65による移動ミラー36,37の左
右両方向の立ち上がり速度を極力早くして、測定時間の
短縮が図られている。
示したように、精度上の理由からリニアガイド51を底
部に配置する一方、モータ61上に出力軸61aを向け
て、駆動プーリ62と従動プーリ63,64及びベルト
65を上部に配置している。これにより、リニアガイド
51とベルト65との間に空間を確保して、基準光と測
定光の光路を確保した合理的な配置となっている。従っ
て、この面からも十分に小型化した筐体40とすること
ができる。なお、リニアガイド51と駆動プーリ62、
従動プーリ63,64及びベルト65との配置関係は上
下逆にしても良い。
動限界の位置検出装置として、図4及び図5に示したよ
うに、移動ミラー36,37側の一対の被検出部(ド
グ)11,12と、ブロック50側の一対の検出器(イ
ンタラプタ)21,22とが設けられている。即ち、図
4に示すように、背中合わせで一体化された一つの移動
ミラー36,37のビームスプリッタ33側の側面の外
側端にドグ11,12が突出して一体に設けられてい
る。そして、図5に示すように、右側の移動ミラー36
に設けたドグ11がリニアガイド51側に位置して、左
側の移動ミラー37に設けたドグ12がベルト65側に
位置している。また、右側の移動ミラー36のドグ11
に対応するインタラプタ21は左側のテンションプーリ
66の近くに配置されて、左側の移動ミラー37のドグ
12に対応するインタラプタ22は右側のテンションプ
ーリ67の近くに配置されている。このような左右のイ
ンタラプタ21,22は、ブロック50に取り付けられ
ている。
びインタラプタ21,22からなる位置検出装置とした
ので、図6に示すように、移動ミラー36,37の左右
方向への移動距離を十分に取ることできる。即ち、左側
への移動の場合は、図6(a)に示したように、モータ
61の駆動によるベルト65の走行により、リニアガイ
ド51に沿って移動ミラー36,37が左側へ移動して
行き、右側の移動ミラー36のドグ11が左側のインタ
ラプタ21により検出された時点で、移動が停止され
る。これが左側への移動限界位置である。また、右側へ
の移動の場合には、図6(b)に示したように、リニア
ガイド51に沿って移動ミラー36,37が右側へ移動
して行き、左側の移動ミラー37のドグ12が右側のイ
ンタラプタ22により検出された時点で、移動が停止さ
れる。これが右側への移動限界位置である。
ムスプリッタ33側の側面の外側端において、リニアガ
イド51と直交方向に位置を異ならせてドグ11,12
を設け、対応するインタラプタ21,22を左右異なる
側に配置したことによって、一対の固定ミラー34,3
5間の距離の約半分を移動ミラー36,37が右側と左
側とに各々移動することができる。つまり、移動ミラー
36,37の移動距離を合理的に確保でき、従って、波
長計測時間を長くとれて、波長測定精度を向上すること
ができる。また、ドグ11,12及びインタラプタ2
1,22からなる位置検出装置を、移動ミラー36,3
7のビームスプリッタ33側の一側面に配置しており、
かつ、駆動プーリ62及び従動プーリ63,64により
形成される三角形内に配置したので、ブロック50のコ
ンパクト化、筐体40の小型化も併せて達成することが
できる。ここで、以上のドグ11,12の配置例の他、
移動ミラー36,37の一側面に、少なくとも移動方向
と沿う方向及び交差方向へともに各々位置を異ならせて
ドグ11,12を設けるようにしても良い。
e−Neレーザ光を基準光としたが、基準光は、これに
限定されるものではなく、他のレーザ光であっても良
い。また、実施の形態例では、光干渉計に適用した位置
検出装置としたが、位置検出装置は、他の機器にも広く
適用されるものである。そして、実施の形態例では、直
線的に移動する移動体の位置検出を行ったが、直線に限
らず、曲線的に移動する移動体の位置検出を行うことも
可能である。また、実施の形態例では、光電式検出器と
したが、他に、磁気式検出器、電子式検出器または機械
式検出器であっても良い。さらに、移動体の対象は任意
であり、その他、被検出部及び検出器を3組以上として
も良く、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能
であることは勿論である。
る移動体の位置検出装置によれば、移動体の一側面側に
移動方向と沿う方向及び交差方向に各々位置を異ならせ
て設けた複数の被検出部を、各々の検出器によりそれぞ
れ検出することによって、移動体の移動量として、例え
ば、中立位置における移動体の各々の被検出部からそれ
ぞれの検出器までの長い距離が得られるため、移動体の
移動距離を合理的に確保することができるとともに、移
動体の移動方向の一側面側に複数の被検出部及び検出器
が位置するため、移動体を収容する筐体の小型化を達成
することができる。
出装置によれば、ドグと光電式検出器による非接触型の
光電感知方式で移動体の往復方向の移動量を検出するこ
とができて、請求項1記載の発明の効果を得ることがで
きる。
計によれば、基準光軸とほぼ平行な光軸上に沿って移動
光学部品を長い距離移動させることが可能なため、光の
波長測定の精度向上を可能として、筐体の十分な小型化
を可能とすることができ、しかも、請求項1または2記
載の発明に係る移動体の位置検出装置によって、移動光
学部品の位置検出を行うため、移動光学部品の移動距離
を合理的に確保することができるとともに、筐体の小型
化を達成することができる。
によれば、基準光軸とほぼ平行な光軸上に沿って移動反
射器を長い距離移動させることが可能なため、光の波長
測定の精度向上を可能として、筐体の十分な小型化を可
能とすることができ、しかも、請求項1または2記載の
発明に係る移動体の位置検出装置によって、移動反射器
の位置検出を行うため、移動反射器の移動距離を合理的
に確保することができるとともに、筐体の小型化を達成
することができる。
ば、請求項4記載の発明により得られる効果に加え、基
準光軸とほぼ平行な光軸上において、一対の固定反射器
の間で一対の移動反射器を移動させて各々全反射させる
ため、各々の光路長に発生する差のできる範囲を大きく
取ることができるといった利点が得られる。
概略構成例を示した平面図である。
学部品を示した平面図である。
びその駆動系をブロックと一緒に取り外した状態を示し
た平面図である。
の両側の固定反射器と図1及び図2のビームスプリッタ
の関係を示した概略平面図である。
による位置検出状態を示すもので、図5と同様の側面図
であり、(a)は左側に移動した場合を示した図、
(b)は右側に移動した場合を示した図である。
Claims (5)
- 【請求項1】往復移動する移動体の往復方向の位置を各
々検出する位置検出装置であって、 移動体の移動方向の一側面側に設けられ、移動体の移動
方向と沿う方向及び交差方向に各々位置を異ならせた複
数の被検出部と、 この複数の被検出部に各々対応させて配置した複数の検
出器と、 を備えたこと、を特徴とする移動体の位置検出装置。 - 【請求項2】被検出部は移動体から突出する一対のドグ
であって、 検出器は一対の光電式検出器であること、を特徴とする
請求項1記載の移動体の位置検出装置。 - 【請求項3】基準光と測定光を複数の光学部品により互
いに干渉させる光干渉計であって、 複数の光学部品を筐体に固定の固定光学部品と筐体に対
し可動の移動光学部品とに分けて、 移動光学部品用として、請求項1または2記載の移動体
の位置検出装置を備えたこと、を特徴とする光干渉計。 - 【請求項4】基準光と測定光を、ビームスプリッタによ
り反射光と透過光による直交する2光路に分岐し、各々
の光路において、反射光及び透過光を複数の反射器によ
り互いに反射させた後、再びビームスプリッタで合波し
てから受光器に受光させる光干渉計であって、 複数の反射器を筐体に固定の固定反射器と筐体に対し可
動の移動反射器とに分けて、 移動反射器用として、請求項1または2記載の移動体の
位置検出装置を備えたこと、を特徴とする光干渉計。 - 【請求項5】反射光と透過光を互いに他方の固定反射器
に向けて反射する一対の固定反射器を備え、 この一対の固定反射器の間に、各々の固定反射器に光を
全反射する一対の移動反射器が配設されていること、を
特徴とする請求項4記載の光干渉計。
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JP11086737A JP2000283709A (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 移動体の位置検出装置と光干渉計 |
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JP11086737A JP2000283709A (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 移動体の位置検出装置と光干渉計 |
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