JP3237458U - Interfering encoder - Google Patents
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Abstract
【課題】迷光と干渉光とが干渉することにより生じる誤差を低減することができる干渉型エンコーダを提供する。【解決手段】干渉型エンコーダ1は、レーザ光160を発するレーザ光源120と、レーザ光を伝搬する送光用ファイバ141と、送光用ファイバからのレーザ光を、測定光161と参照光162とに分離する偏光ビームスプリッタ103と、参照光を反射させる反射部101と、測定光を回析させる回析格子201で回析された測定光及び反射された参照光から干渉光170を生成する偏光子104と、干渉光を伝搬し、光路上に配置された複数の受光用ファイバ142、144、146と、光路上で隣り合う受光用ファイバ同士を接続するコネクタ143、145と、受光用ファイバの端面で干渉光の反射により生じる迷光と干渉光の干渉により生じる誤差を低減する誤差低減部107と、を備える。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an interference type encoder capable of reducing an error caused by interference between stray light and interference light. An interference type encoder 1 combines a laser light source 120 that emits a laser beam 160, a light transmitting fiber 141 that propagates the laser light, and a laser beam from the light transmitting fiber with a measurement light 161 and a reference light 162. A polarized light that generates interference light 170 from the measured light diffracted by the polarizing beam splitter 103 that separates into the light, the reflecting unit 101 that reflects the reference light, and the diffracted lattice 201 that diffracts the measured light, and the reflected reference light. The child 104, a plurality of light receiving fibers 142, 144, 146 that propagate interference light and are arranged on the optical path, connectors 143, 145 that connect adjacent light receiving fibers on the optical path, and a light receiving fiber. It is provided with an error reducing unit 107 that reduces an error caused by interference between stray light generated by reflection of interference light and interference light at an end surface. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本考案は、干渉型エンコーダに関する。 The present invention relates to an interference type encoder.
干渉型エンコーダにおいては、レーザ光源からのレーザ光を送光用ファイバ(光ファイバ)により干渉計光学系であるエンコーダヘッドへ送り、エンコーダヘッドからの干渉光を受光用ファイバによりディテクタへ送る構成としたエンコーダがある(例えば、特許文献1参照)。 In the interference type encoder, the laser light from the laser light source is sent to the encoder head, which is the interference meter optical system, by the light transmitting fiber (optical fiber), and the interference light from the encoder head is sent to the detector by the light receiving fiber. There is an encoder (see, for example, Patent Document 1).
前記課題を解決するために、この考案は以下の手段を提案している。
本考案の干渉型エンコーダの一つの態様は、レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を伝搬する送光用ファイバと、前記送光用ファイバからの前記レーザ光を、測定光と参照光とに分離する偏光ビームスプリッタと、前記参照光を反射させる反射部と、前記測定光を回析させる回析格子で回析された前記測定光及び反射された前記参照光から干渉光を生成する偏光子と、前記干渉光を伝搬し、前記干渉光の光路上に並べて配置された複数の受光用ファイバと、前記光路上で隣り合う前記受光用ファイバ同士を接続するコネクタと、前記受光用ファイバの端面で前記干渉光が反射することにより生じる迷光と前記干渉光とが干渉することにより生じる誤差を低減する誤差低減部と、を備える。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
One aspect of the interference type encoder of the present invention is a laser light source that emits laser light, a light transmitting fiber that propagates the laser light, and the laser light from the light transmitting fiber as measurement light and reference light. A polarized beam splitter that separates the light into a light beam, a reflecting portion that reflects the reference light, and a polarizing plate that generates interference light from the measured light diffracted by the diffractive lattice that diffracts the measured light and the reflected reference light. A child, a plurality of light receiving fibers that propagate the interference light and are arranged side by side on the optical path of the interference light, a connector that connects the light receiving fibers adjacent to each other on the optical path, and the light receiving fiber. It is provided with an error reducing unit for reducing an error caused by the interference between the stray light generated by the reflection of the interference light on the end face and the interference light.
(第1実施形態)
以下、図を参照して本考案を実施するための形態について説明する。
図1は干渉型エンコーダの一例を示す図であり、光ファイバを備える干渉型エンコーダ1の概略構成を示す。
干渉型エンコーダ1は、エンコーダヘッド100と、レーザ光源120と、ディテクタ130と、送光用ファイバ141と、複数の受光用ファイバ142,144,146と、複数のコネクタ143,145と、偏光解消素子(誤差低減部)107と、プロセッサ150と、を備える。
(First Embodiment)
Hereinafter, a mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an example of an interference type encoder, and shows a schematic configuration of an interference type encoder 1 including an optical fiber.
The interference type encoder 1 includes an
レーザ光源120は、単一波長(周波数)且つ直線偏光のレーザ光(レーザビーム)160を発する。レーザ光160のコヒーレンス長は、測定光路と参照光路との間に光路長差よりも長くなっている。
本実施形態では、送光用ファイバ141は、偏波面を保持するタイプのシングルモードファイバである。送光用ファイバ141は、レーザ光160を伝搬する。
The
In the present embodiment, the
エンコーダヘッド100は、干渉計光学系である。エンコーダヘッド100は、第1コーナーキューブプリズム(反射部)101と、第2コーナーキューブプリズム102と、偏光ビームスプリッタ103と、偏光子104と、レンズ105,106と、を有する。
本実施形態では、干渉型エンコーダ1は、3本の受光用ファイバ142,144,146、及び2つのコネクタ143,145を備えている。
The
In the present embodiment, the interference type encoder 1 includes three
受光用ファイバ142,144,146は、後述する干渉光170を伝搬する。受光用ファイバ142,144,146は、干渉光170の後述する光路上にこの順で並べて配置されている。本実施形態では、受光用ファイバ142,144,146は、マルチモードファイバである。3本の受光用ファイバ142,144,146のうちの最も偏光子104寄りの受光用ファイバは、受光用ファイバ142である。
コネクタ143,145は、光路上で隣り合う受光用ファイバ142,144,146同士を接続する。具体的には、コネクタ143は受光用ファイバ142,144同士を接続し、コネクタ145は受光用ファイバ144,146同士を接続する。
なお、干渉型エンコーダ1が備える受光用ファイバの数は、複数であれば限定されず、2本でもよいし、4本以上でもよい。干渉型エンコーダ1が備えるコネクタの数は、1つでもよいし、3つ以上でもよい。
The
The
The number of light receiving fibers included in the interference type encoder 1 is not limited as long as it is a plurality, and may be two or four or more. The number of connectors included in the interference type encoder 1 may be one or three or more.
偏光解消素子107は、受光用ファイバ142,144,146の端面で干渉光170が反射することにより生じる迷光と干渉光170とが干渉することにより生じる誤差を低減する誤差低減部として機能する。偏光解消素子107は、例えば米国特許第9599834号明細書に記載された光学素子である。具体的には、偏光解消素子107は、液晶等の複屈折部材を配置して、干渉光170が通過する有効径内を細分化した区画毎に、複屈折のリターデーションが異なるようにした光学素子である。偏光解消素子107では、直線偏光の入力が、区画毎に出力の偏光方向は異なる向きになるため、干渉光170全体で見ると疑似的にランダムな偏光方向となる。
偏光解消素子107は、干渉光170が平行光である部分に配置した方が好ましいため、受光用ファイバ142と偏光子104との間の光路上に配置されていることが好ましい。
The
Since the depolarizing
干渉型エンコーダ1とともに用いられるエンコーダスケール200は、レーザ光160の後述する測定光161を回析させる回析格子201を備えている。干渉型エンコーダ1は、エンコーダヘッド100に対するエンコーダスケール200の移動量を算出する。
The
レーザ光源120からのレーザ光160は、送光用ファイバ141によりエンコーダヘッド100まで伝搬される。このレーザ光160は、レンズ105により平行光束とされて偏光ビームスプリッタ103に入射する。このとき、レーザ光160の偏光方向が偏光ビームスプリッタ103の偏光分離面103aに対するP偏光の方向およびS偏光の方向に対して概略45度となるように、偏波面保持ファイバである送光用ファイバ141の射出端の方位角が調整されている。偏光ビームスプリッタ103に入射した、送光用ファイバ141からのレーザ光160は、偏光ビームスプリッタ103の偏光分離面103aで測定光161と参照光162とに偏光分離(分離)される。なお、ここで「偏光分離」とは、レーザ光160をP偏光成分とS偏光成分とに分離することを意味する。
S偏光成分の測定光161は、偏光ビームスプリッタ103の偏光分離面103aで反射されて、エンコーダスケール200へ向かう。一方で、P偏光成分の参照光162は、偏光分離面103aを透過して第1コーナーキューブプリズム101に入射する。第1コーナーキューブプリズム101は、参照光162を偏光ビームスプリッタ103に向けて反射させる。
The
The
測定光161は、エンコーダスケール200の回析格子201で回析される。回析された測定光161は、第2コーナーキューブプリズム102によって向きを変えられ、再び回析格子201により回析される。回析格子201により2度回析された測定光161は、偏光ビームスプリッタ103に入射する。
The
回析格子201で回析され偏光ビームスプリッタ103に戻った測定光161、及び第1コーナーキューブプリズム101で反射された参照光162は、出力光である干渉光170として、偏光ビームスプリッタ103から射出される。偏光子104は、測定光161及び参照光162から干渉光170を生成する。
干渉光170は、コネクタ143,145により接続された受光用ファイバ142,144,146を伝搬する。
The
The
干渉光170は、ディテクタ130において、例えば光電変換により検出される。検出信号は、ディテクタ130からプロセッサ150に送信される。プロセッサ150は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を含む。プロセッサ150は、ディテクタ130からの検出信号に基づいて、エンコーダスケール200の移動量を算出する。
ディテクタ130及びプロセッサ150は、検出や算出を行う際に発熱する。この発熱の影響を受けないように、ディテクタ130及びプロセッサ150をエンコーダヘッド100から離れた位置に配置するため、受光用ファイバ142,144,146をコネクタ143,145で接続して延長している。
The
The
ここで、偏光解消素子107を備えない干渉型エンコーダ1を、以下では従来の干渉型エンコーダと言う。従来の干渉型エンコーダでは、受光用ファイバ142,144,146の端面を研磨する必要がある。このとき、研磨された面に加工変質層が発生し、受光用ファイバ142,144,146における研磨されていない面(バルク部分)と研磨面に近い加工変質層とで、屈折率が若干異なっている。このため、加工変質層とバルク部分との境界となる部分で1%程度の反射(迷光)が生じ、コネクタ145で反射された干渉光170がコネクタ143で再度反射されて、ディテクタ130に到達し、コネクタ143,145を透過した大部分の干渉光170と干渉する。
このコネクタ143,145間に挟まれた、受光用ファイバ144について、温度が変化したり、外部から振動が加わると、コネクタ143,145間を往復する干渉光170の位相が変化して、変動する誤差が発生する。しかも、温度変化や外部の振動は低周波の変動であるため、測定時間内で平均化することができないという問題があった。
Here, the interference type encoder 1 not provided with the
When the temperature of the
また、コネクタ143,145は、ゴミ等の異物を挟み込むと、接続される受光用ファイバ142,144,146の端面の間に微小な隙間が生じて、フレネル反射によって反射迷光が増大するという問題もあった。このため、接続作業のたびに、この端面を清掃する必要がある。しかし、異物の大きさが数マイクロメートル程度の大きさである場合には、この異物が除去できたか確実に確認するのは、困難であった。
Further, when foreign matter such as dust is sandwiched between the
これに対して、本実施形態の干渉型エンコーダ1は偏光解消素子107を備える。従って、受光用ファイバ142,144,146において、迷光と干渉光170とが干渉することにより生じる誤差を低減することができる。
誤差低減部が、偏光解消素子107である。偏光解消素子107により、偏光がランダムになった干渉光170が、受光用ファイバ142に入射する。従って、迷光と干渉光170との間の干渉のコントラスト(干渉性)が低下し、迷光と干渉光170とが干渉することにより生じる誤差を低減することができる。
On the other hand, the interference type encoder 1 of the present embodiment includes the
The error reducing unit is the
(第2実施形態)
次に、本考案の第2実施形態について図2を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図2に示すように、本実施形態の干渉型エンコーダ2は、第1実施形態の干渉型エンコーダ1の偏光解消素子107に代えて、振動子(誤差低減部)179を備える。振動子179は、偏光解消素子107と同様に、誤差低減部として機能する。振動子179は、バイブレータ180と、ドライバ181と、を有する。
例えば、バイブレータ180は、受光用ファイバ144の保護ジャケットに取付けられている。振動子179は、受光用ファイバ144を、前記光路に交差する方向に振動させる。ドライバ181は、バイブレータ180に接続され、バイブレータ180を励起振動させる。
なお、振動子179は、受光用ファイバ142,144,146の少なくとも1つを、光路に交差する方向に振動させればよい。
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2, but the same parts as those of the embodiment are designated by the same reference numerals, the description thereof will be omitted, and only the differences will be described.
As shown in FIG. 2, the
For example, the
The
本実施形態の干渉型エンコーダ2は、振動子179を備える。これにより、受光用ファイバ144を往復する干渉光170の位相がバイブレータ180(振動子179)の周波数で変調され、誤差の周波数がバイブレータ180の周波数の領域にシフトする。このため、計測時間内で平均することで、迷光と干渉光170とが干渉することにより生じる誤差を低減することができる。
The
ここで、受光用ファイバ144で発生する往復する迷光による、回析格子201のエンコーダヘッド100に対する変位の測定誤差Eは、(1)式のように表すことができる。
ここで、Aは、コネクタ143,145での反射や、元々の測定光161と参照光162の受光用ファイバ142に入るところでのアライメント状態に依存して決まる係数である。φ(t)は、時間tに依存して変動する外乱による位相変動である。
Here, the measurement error E of the displacement of the
Here, A is a coefficient determined depending on the reflection at the
(1)式のように表した測定誤差Eに、前述したようにバイブレータ180で周波数fの振動を与えると、振幅をBとして、正弦波の位相変調が加わる。このため、測定誤差Eは(2)式のように表される。
When the vibration of the frequency f is applied to the measurement error E expressed as in the equation (1) by the
(2)式から、おおよそπ以上の大きさの振幅Bと、計測時間の逆数で決まる周波数より十分大きい周波数fを与えると、外側の正弦関数の位相がランダムに変化するようになることが分かる。このため、計測時間内で平均することで、実質的に前記誤差を低減することができる。 From Eq. (2), it can be seen that when an amplitude B having a magnitude of approximately π or more and a frequency f sufficiently larger than the frequency determined by the reciprocal of the measurement time are given, the phase of the outer sine function changes randomly. .. Therefore, the error can be substantially reduced by averaging within the measurement time.
(第3実施形態)
次に、本考案の第3実施形態について説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
第1実施形態の干渉型エンコーダでは、従来の干渉型エンコーダと同様に送光用ファイバ141に偏波面保持ファイバが使われている。偏波面保持ファイバには、時間的に安定した直線偏光を送光できるという特徴がある。
(Third Embodiment)
Next, the third embodiment of the present invention will be described, but the same parts as those in the above embodiment are designated by the same reference numerals, the description thereof will be omitted, and only the differences will be described.
In the interference type encoder of the first embodiment, the polarization plane holding fiber is used for the
従来の干渉型エンコーダでは、レーザ光源120から、送光用ファイバ141にレーザ光160を入射させる時に、偏波面保持ファイバである送光用ファイバ141のslow軸に合わせて直線偏光を入射させるのが普通である。しかし、アライメント精度上、どうしても、直交偏光方向のfast軸にも一部光が入射して伝播する。しかも、送光用ファイバ141の温度や曲がり状態が変化すると、fast軸とslow軸の間のリターデーションが変化する。このfast軸を伝播したレーザ光160が、干渉混入することで誤差が発生していた。
In the conventional interference type encoder, when the
これに対して、本実施形態の干渉型エンコーダは、従来の干渉型エンコーダの送光用ファイバ141が、単一偏光単一横モード偏光ファイバである。単一偏光単一横モード偏光ファイバでは、fast軸光の減衰を大きくすることで、slow軸光だけが伝播する。送光用ファイバ141が単一偏光単一横モード偏光ファイバであることで、fast軸光がそもそも発生しないので、前記送光用ファイバ141における誤差が発生しない。
On the other hand, in the interference type encoder of the present embodiment, the
また、第3実施形態の干渉型エンコーダにおいて、送光用ファイバ141がフォトニック結晶ファイバであってもよい。フォトニック結晶ファイバは、偏波面保持ファイバと同様に、複屈折性で、互いに直交するslow軸とfast軸の偏光方向を持っている。フォトニック結晶ファイバは、通常の偏波面保持ファイバと異なり、光ファイバの温度や曲げ応力に対する、slow軸とfast軸の間のリターデーション変化の感度が小さいという特徴がある。温度変化に対するリターデーション変化が約1/30と、報告された事例もある。このため、fast軸伝播光が混入しても位相変化しない。従って、実質的に干渉信号の誤差は非常に小さく、無視できるレベルにできる。
Further, in the interference type encoder of the third embodiment, the
以上、本考案の第1実施形態から第3実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、前記第1実施形態から第3実施形態では、干渉型エンコーダは、第2コーナーキューブプリズム102、レンズ105,106、ディテクタ130、及びプロセッサ150を備えなくてもよい。
Although the first to third embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and the configuration does not deviate from the gist of the present invention. Changes, combinations, deletions, etc. of are also included.
For example, in the first to third embodiments, the interference encoder may not include the second
1,2 干渉型エンコーダ
101 第1コーナーキューブプリズム(反射部)
103 偏光ビームスプリッタ
104 偏光子
107 偏光解消素子(誤差低減部)
120 レーザ光源
141 送光用ファイバ
142,144,146 受光用ファイバ
143,145 コネクタ
160 レーザ光
161 測定光
162 参照光
170 干渉光
179 振動子(誤差低減部)
201 回析格子
1, 2
103
120 Laser
201 Diffraction grid
Claims (5)
前記レーザ光を伝搬する送光用ファイバと、
前記送光用ファイバからの前記レーザ光を、測定光と参照光とに分離する偏光ビームスプリッタと、
前記参照光を反射させる反射部と、
前記測定光を回析させる回析格子で回析された前記測定光及び反射された前記参照光から干渉光を生成する偏光子と、
前記干渉光を伝搬し、前記干渉光の光路上に並べて配置された複数の受光用ファイバと、
前記光路上で隣り合う前記受光用ファイバ同士を接続するコネクタと、
前記受光用ファイバの端面で前記干渉光が反射することにより生じる迷光と前記干渉光とが干渉することにより生じる誤差を低減する誤差低減部と、
を備える、干渉型エンコーダ。 A laser light source that emits laser light and
The light transmitting fiber propagating the laser beam and
A polarization beam splitter that separates the laser beam from the light transmission fiber into measurement light and reference light.
A reflector that reflects the reference light,
A modulator that generates interference light from the measurement light diffracted by the diffraction lattice that diffracts the measurement light and the reflected reference light, and
A plurality of light receiving fibers that propagate the interference light and are arranged side by side on the optical path of the interference light.
A connector for connecting the light receiving fibers adjacent to each other on the optical path,
An error reducing unit that reduces the error caused by the interference between the stray light generated by the reflection of the interference light at the end face of the light receiving fiber and the interference light.
Interfering encoder.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022000792U JP3237458U (en) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | Interfering encoder |
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JP2022000792U JP3237458U (en) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | Interfering encoder |
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JP3237458U true JP3237458U (en) | 2022-05-17 |
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Family Applications (1)
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JP2022000792U Active JP3237458U (en) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | Interfering encoder |
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2022
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