JPS5826002B2 - 移動距離及び速度を測定する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光束を生ずるための光源と、該光束を少なくと
も２個の分離する部分光束に分ける第１回折部材と、回
折された部分光束を再び集束する光学装置と、別々の部
分光束を同じ方向に転向して互に干渉することができる
ようにする第２回折部材と、前記複数の回折部材の反対
方向の動きの際に干渉により変調される光束の違った位
相状態を分析するための光電手段とを有する、移動距離
及び速度を測定するための装置に関するものである。

可干渉光（コヒーレントな光）を例えば格子構造又は鏡
（プリズム）により回折することは公知である（ドイツ
公開公報第２００３４９２号、「アプライド オプテイ
クス（ＡｐｐｌｉｅａＯｐｔｉｃｓ） ｊ ｌ’１（６
）（１９６７年１１月）１８６Ｉ頁、「ジャーナル オ
ブサイエンテイフイク インストルメンツ（Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎ
ｔｓ） ３６（１９５９年５月２２８頁参照）。

回折は光学的構造部材、例えば格子線のような構造を有
する部材（格子構造部材）（以下回折部材という）の互
に違った位置で行なわれる。

回折された光は続いて光電的分析系に送られる。

此の系の光電受感器は、例えば複数の前記回折部材が相
対運動を行なうとき、相対運動ごとに１個の変調された
信号を生ずる。

このことは各測定ステップごとに１つの光電測定信号を
生ずる長さ又は角度測定器であるステップ送信器（Ｓｃ
ｈｒ ｉ ｔ ｔｇｅｂｅｒ ）、又は把捉しうる測定
ステップを格子周期により限定しである格子送信器（Ｇ
ｉ ｔｔｅｒｇｅｂｅｒ ）に適用可能である。

他方干渉屈折計においては複数の回折部間の光路での屈
折率変化が、後に接続される受感器が変調信号を受ける
ことにとって影響がある。

この公知の装置では正確度を高めるためには、全く定め
られた回折次数のみが干渉することができること、した
がって変調される信号周期が短かくされることができる
こと（測定される信号周期は干渉縞の明暗間隔により定
まり、これは格子の所定の移動距離に一致する。

したがって小さな移動距離を測定しようとするときには
信号周期は短かくしなければならない）が必要である。

それに対し例えばドイツ特許公開公報第２００３４９２
号ではしぼりが設けられ、該しぼりは第１次回折を零次
回折から分割する。

このような回折次数しぼりの利用は問題を含んでいる。

このような回折数ＬＡｆりが製造が困難であり調整が困
難であり、他方ではこのようなｕｚりを１つの装置で取
付けることは場所がないのでしばしば全く不可能となる
からである。

したがって本発明の課題は付加的絞りなしに信号分析を
害する干渉を避けることができるような条件を示すこと
にある。

したがって本発明の対象は、最初に示した種類の装置で
、光回折をする相対的に可動なる回折部材の間隔及び（
又は）格子定数を以下のように選定すること、すなわち
再集合し同じ方向に転向される部分光束で隣り合う回折
次数である部分光束の光路長差が、信号分析を害する干
渉を避けるために、使用される照明光のコヒーレント長
に少なくとも近似的に一致するように選定されることを
特徴とする装置である。

相対的に可動なる回折部材の１つに測定すべき対象物が
連結され回折部材の格子線方向に対し垂直に格子面内で
相対運動されることにより回折により生ずる部分光束に
違った位相状態が生じ、明暗の干渉縞が変化する。

干渉縞の最大明度から最大暗度への移行により測定可能
な信号周期が得られる。

１つの実施例では使用される照明光の波長の半値幅△λ
において格子定数ｄの第１回折部材ｐｓ回折部分光線を
再集束する光学的装置から□より大きい間隔・をもつこ
とができる。

′°λ本発明は同じ光源から生ずる光線が光路差がコ
ヒーレント長より小さいときにのみ互に干渉することが
できるという認識を利用している。

このことはλ２／２△λの関係により定められることが
周知であり、その際λは放射光の波長であり△λはその
半値幅である。

本発明の対象においては回折部材により生ずる隣りあう
回折次数の光の光路長差がその光の干渉が信号分析を害
さないような大きさであるように考慮される。

図では簡単な実施例で新しい装置を説明する。

到達する可干渉光ｌは第１回折部材１で違った回折次数
ｌ。

、１３ ＋、１．１！ −１の回折光に分解される。

１つの角度ａを囲む回折次数へ分散する大きさを左右す
るのは単に第１回折部材１の格子定数ｄ並びに使用され
る波長λである。

格子として形成された第１回折部材１の後に回折した光
線を再集束する光学装置２として格子が更に回折する為
に配置されており、該集束光学装置２は第１格子１から
来る色々の回折次数の光を違った光路長で得る。

此の集束光学装置２に別の格子３が第２回折部材として
後置されており、該第２回折部材３に格子２からくる複
数の回折次数の光が集中され干渉する。

干渉縞の明暗度から誘き出される光電信号では実際に望
まれる周波数２ωに尚半分の周波数ωの信号が混り込む
。

周波数２ωは例えば＋１次と一１次の回折光の間の干渉
により実現し、一方望まれない周波数ωは例えば０次と
１次の回折光の間の干渉により生ずる。

周波数２ωとωの信号の変調率は違った大きさであり、
周波数２ωの信号の分析を困難にする。

互に隣接する回折次数の光線が互に干渉しないように、
本発明の装置では回折次数ｌ。

の光線の回折次数ｌ＋１ とぎ−１の光線に対する光路
差がコヒーレント長さｌ。

よりも基本的に小さくなくする必要がある。

例えば＋１次の回折光に対する０次の回折光の光路差を
コヒーレント長さより大きいか同じにして、０次の光線
が干渉変調には全く影響を生じないようにすることが一
？る。

コヒーレントの長官の為の条件ｌ・＝２．、及び回折律
５１１１ａ＝−から一疼の近似で両方の格子部材１とｄ ２の間隔ｅが より大きいという条件を生ずる。

その際ａｌｔ％＠４定数、へλは波長の半値幅である。

可干渉性光束の色々の方向で、それ自身公知の適当に（
それぞれの分析すべき回折次数の光を最適に受入れるよ
うに）ずれて配置された光電受感器が後に接続されるこ
とができる。

干渉により変調された光の出来るだけ高い細分をさせる
ために、間隔ｅは例えば０次の光がこの回折次数の光路
差が非常に大きい故にも早１次と干渉することができな
いように選定される。

第２図では上記ドイツ公開公報に示された類似の装置が
示されており、その際両方の格子１３と３３の間隔は２
ｅに等しい。

したがって破線で示したしぼり３４は省略されることが
できる、というのはしぼりが単に測定信号の一定の等先
部分を阻止するだけだからである。

図は隣りあう回折次数の光間の光路差に影響する関係を
説明する。

本発明による条件を守る場合、格子３と３３を出る光束
にｌ＋１とｌ、で示される光束のみが互に干渉する。

干渉位相はその際回折する部材の相対位置に依存するこ
とは知られている。

回折する部材が分離方向に直交する面内で相対移動する
場合、干渉位相（間化、暗化）は周期的に変る。

図示されない光電受光器から得られる電気信号はこの周
期に相当して変調する。

信号周期を算出することにより移動距離が、そして時間
測定により動かされる格子の速度が測定される。

当然本発明の示唆の利用は距離や速度を測定するあらゆ
る公知の装置で直接隣り合わない回折次数の干渉を信号
製出に使用する装置において可能である。

本発明の実施の態様は以下の通りである。

（１）使用される照明光の半値幅△λの場合格子定数ｄ
、ｔ−もつ第１光回折部材１が光学装置から２ より
犬なる間隔・をも９′−とを特徴とする請求の範囲第１
項に記載の装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は格子状回折構造を有する実施例、第２図は２個
の格子状回折構造とその間に接続された反射面とを有す
る実施例の夫々の略図である。 ｌ・・・・・・光、１・・・・・・第１回折部材、３・
・・・・・第２回折部材、２・・・・・・再び集束する
光学装置（格子）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光束を生ずるための光源と、該光束を少なくとも２
   つの分離する部分光束に分ける第１回折部材と、回折さ
   れた部分光束を再び集める光学装置と、別々の部分光束
   を同じ方向に転向し、互に干渉できるようにする第２回
   折部材と、前記複数の回折部材が反対方向に動く場合の
   干渉により変調される光束の違った位相状態を分析する
   光電手段とを有する移動距離及び速度を測定する装置に
   おいて、光回折信号分析を害する干渉を避けるために、
   再集束され同じ方向に転向される隣りあう回折次数の部
   分光束の光路差が使用される照明光のコヒーレント長に
   少なくとも近似的に一致するか該照明光のコヒーレント
   長よりも長くなるように、及び互に干渉させるべき部分
   光束の光路差は該照明光のコヒーレント長よりも短かく
   なるように、相対移動する光回折部材の間隔と格子定数
   の少なくとも一方が選ばれることを特徴とする装」