JP2004333470A - 光ファイバ受信器チャネルを使用した2次元測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
2次元光ファイバエンコーダ読み取りヘッド20は、スケール格子PATの2次元変位を検知するための複数の読み取りヘッド部分60,60’を有する。読み取りヘッド部分60,60’の検出器チャネルは、それぞれの位相格子マスク120を有した光ファイバ検出器チャネルである。少なくとも2つの位相格子マスク120は、少なくとも2つの異なる方向における変位の検出を容易にするように、異なる方位を有している。2次元光ファイバエンコーダ読み取りヘッド部分60,60’は、スケール格子上の対応するパターンPATから生じた自己像パターンの変位を検出するように構成されている。この自己像パターンは、少なくとも2つの異なる方向における変位の検出を可能にする。
【選択図】 図1
Description
また、他の形態では、少なくとも前記集光領域と入力端を含んだそれぞれの円筒状体積の前記円筒半径は、最大でも2.0mm、より好ましくは最大でも1.0mmである。
また、他の形態では、全ての前記自己像読み取りヘッド部分のそれぞれの円筒状体積は、それぞれの円筒状体積に対して平行な軸を有する総合円筒状体積内に適合し、前記総合円筒状体積は、最大9mmである総合円筒半径、より好ましくは最大5mm、更に好ましくは最大2.5mm、更に好ましくは最大1.25mmである。
更に他の形態では、前記読み取りヘッドとスケール格子との間に前記第1のスケール格子方向に沿った相対変位があるときに、少なくとも前記第1の自己像読み取りヘッド部分のそれぞれの光出力信号は、前記相対変位の関数である正弦変化を有し、そしてそのような正弦変化は、そのような正弦変化のピーク間変化の1/32だけ最大で理想正弦変化から変化する。また、そのような正弦変化は、そのような正弦変化のピーク間変化の1/64だけ最大で理想正弦変化から変化する。
ν=0,1,2・・・、
zsは光源ギャップ、
zは像ギャップ、
λはソース光の波長である。
40…フェルール、
60,60’,60”…読み取りヘッド部分、
90…スケール、
PAT…2次元格子パターン。
Claims (24)
- 第1および第2の測定軸方向に沿って延びた2次元スケール格子を有し、前記2次元スケール格子は、第1および第2のスケール格子方向に沿ってそれぞれの第1および第2の格子ピッチで周期的な2次元格子パターンを有する2次元スケールと、
この2次元スケールに対して相対移動可能に配置された読み取りヘッドとを備え、
前記2次元スケール格子に対する前記読み取りヘッドの位置測定値により2つの部材間の2次元位置を測定する2次元測定装置において、
前記読み取りヘッドは、それぞれが前記2次元スケール格子に自己像を与えると共に前記自己像を読み取る、少なくとも第1および第2の自己像読み取りヘッド部分を備え、それぞれの自己像読み取りヘッド部分は、前記第1および第2のスケール格子方向の一つに対応し、各自己像読み取りヘッド部分は、
前記2次元スケール格子上に照明スポットを形成するように前記2次元スケールに対して光を照射する光源と、
前記2次元スケール格子上の照明スポットからの光によって前記2次元スケールから所定ギャップ離れた位置に形成される自己像を先端部で受光すると共に、少なくともそれらの先端部が前記光源と共に前記2次元スケールに対して前記測定軸方向に相対移動可能に配置された複数の光ファイバ受信器チャネルとを備え、
前記光ファイバ受信器チャネルは、
光ファイバと、
この光ファイバの一端に形成されて前記自己像を前記光ファイバに導入する受信器チャネル開口と、
この受信器チャネル開口に形成された空間位相マスクとを有し、
前記空間位相マスクは、前記自己像に形成される明暗周期に対応する周期の格子を有し、
複数の光ファイバ受信器チャネルの空間位相マスクの格子は互いに異なる空間位相関係を有する
ことを特徴とする光ファイバ受信器チャネルを使用した2次元測定装置。 - 各自己像読み取りヘッド部分の少なくとも各集光領域と受信チャネル開口は、それぞれの円筒状体積内に完全に位置決めされていることを特徴とする請求項1に記載の2次元測定装置。
- それぞれの空間位相マスク平面は、読み取りヘッド全体に対し同じ名目空間位相マスク平面であり、
前記読み取りヘッドは、透明マスク基板を備え、
それぞれの自己像読み取りヘッド部分について、
それぞれの受信器チャネル空間位相マスク部分は、前記透明マスク基板の表面上に組み立てられ、その遮光要素は対応するスケール格子方向に沿って位置決めされ、対応するスケール格子方向に沿った前記2次元スケール格子の前記操作可能な自己像の名目自己像ピッチに関し、且つその自己像読み取りヘッド部分の他の受信器チャネル空間位相マスク部分の遮光要素に関して、それぞれの受信器チャネル空間位相マスク部分のそれぞれのマスク部分の空間位相間に所望の関係が確立され、
それぞれの受信器チャネル空間位相マスク部分は、前記自己像読み取りヘッド部分のそれぞれの円筒状体積内に完全に位置決めされている請求項2に記載の2次元測定装置。 - それぞれの受信器チャネル光ファイバの前記受信器チャネル開口は、前記透明マスク基板の表面上の対応するそれぞれの受信器チャネル空間位相マスク部分に対して名目的に位置決めされている請求項3に記載の2次元測定装置。
- それぞれの自己像読み取りヘッド部分における受信器チャネルの、前記測定軸に沿った前記集光領域の寸法は、それぞれの受信器チャネル空間位相マスク部分の少なくとも3完全周期であり、
各光源要素は、シングルモードの光ファイバで構成されるソース光ファイバを備え、遠方の光源から生じた光は、前記ソース光ファイバの出力端におけるコア領域から出力されるものであり、
各ソース光ファイバの前記出力端は、前記自己像読み取りヘッド部分のそれぞれの円筒状体積内に完全に位置決めされている請求項2に記載の2次元測定装置。 - それぞれの自己像読み取りヘッド部分における前記少なくとも1つの光源は、シングルモードの光ファイバで構成され、
それぞれの受信器チャネル光ファイバは、前記ソース光ファイバの回りに密集構造で配置されている請求項5に記載の2次元測定装置。 - それぞれの自己像読み取りヘッド部分について、前記複数の光ファイバ受信器チャネルは、操作可能なN対(Nは2以上の整数)の構成に配置された少なくとも2Nの光ファイバ受信器チャネルをそれぞれ備え、
操作可能な各対は、前記ソース光ファイバの互いに逆側に配置された2つのそれぞれの光ファイバ受信器チャネルを備え、
これら2つのそれぞれの光ファイバ受信器チャネルに対応する前記2つのそれぞれの空間位相マスク部分は、(a)同じ空間位相および(b)名目的に180°異なる空間位相の一方を有する請求項6に記載の2次元測定装置。 - 少なくとも2つの自己像読み取りヘッド部分のそれぞれの円筒状体積の軸は、前記第1の測定軸方向に沿って互いにオフセットされ、またそれらの軸は、前記第2の測定軸方向に沿って、それらの円筒半径の合計値より少ない分だけ互いにオフセットされている請求項2に記載の2次元測定装置。
- 前記読み取りヘッドは、少なくとも3つの自己像読み取りヘッド部分を備え、少なくとも2つの自己像読み取りヘッド部分のそれぞれの円筒状体積の軸は、前記第1の測定軸方向に沿って互いに実質的にオフセットされてはおらず、またそれらの軸は、前記第2の測定軸方向に沿って、少なくともそれらの円筒半径の合計値だけ互いにオフセットされている請求項8に記載の2次元測定装置。
- 前記読み取りヘッドは、前記2次元スケール格子に対して操作可能に位置決めされ、
それぞれの自己像読み取りヘッド部分について、それぞれの合計照明円は、それぞれの空間位相平面において規定され、それにより、それぞれの自己像読み取りヘッド部分の光源部分による光パワーの少なくとも95%が前記合計照明円に含まれ、その合計照明円は対応する合計照明半径を有し、
それぞれの自己像読み取りヘッド部分のそれぞれの円筒状体積の軸は、最も近い隣のそれぞれの自己像読み取りヘッド部分のそれぞれの円筒状体積の軸から、少なくともそれらの合計照明半径の合計値と同程度に大きい距離だけ離されている請求項2に記載の2次元測定装置。 - 少なくとも2つのそれぞれの自己像読み取りヘッド部分について、各光源要素は、ソース光ファイバを備え、それぞれ制御可能な遠方の光源から生じた光は、前記ソース光ファイバの出力端から出力されるものであり、
前記それぞれ制御可能な遠方の光源から生じた光は、間欠的にオン/オフされるように制御され、それにより、前記2つのそれぞれの自己像読み取りヘッド部分の一方がそれぞれの光出力信号を出力するときの少なくとも一部の期間について、前記2つのそれぞれの自己像読み取りヘッド部分の他方は、光を出力しないものである請求項2に記載の2次元測定装置。 - 少なくとも2つのそれぞれの自己像読み取りヘッド部分について、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の第1の部分の光源部分は、第1のそれぞれの波長の光を与え、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の第2の部分の光源部分は、前記第1のそれぞれの波長の光とは異なる第2のそれぞれの波長の光を与え、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の前記第1および第2の部分のそれぞれは、それぞれの波長の光に一致するそれぞれの光波長帯域通過フィルタを有し、
それぞれの帯域通過フィルタは、それぞれの読み取りヘッド部分のそれぞれの集光領域に対して位置決めされ、それぞれの波長の光とは異なる波長を有する光が前記それぞれの集光領域へ到達することを実質的に阻止するものである請求項2に記載の2次元測定装置。 - 少なくとも2つのそれぞれの自己像読み取りヘッド部分について、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の第1の部分の光源部分は、第1のそれぞれの偏光を有する光を与え、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の第2の部分の光源部分は、前記第1のそれぞれの偏光とは異なる第2のそれぞれの偏光を有する光を与え、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の前記第1および第2の部分のそれぞれは、それぞれの偏光の光に一致するそれぞれの偏光フィルタを有し、
それぞれの偏光フィルタは、それぞれの読み取りヘッド部分のそれぞれの集光領域に対して位置決めされ、それぞれの偏光の光とは異なる偏光を有する光が前記それぞれの集光領域へ到達することを実質的に阻止するものである請求項2に記載の2次元測定装置。 - 少なくとも2つのそれぞれの自己像読み取りヘッド部分について、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の第1の部分の光源部分は、第1のそれぞれの波長の光を与え、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の第2の部分の光源部分は、前記第1のそれぞれの波長の光とは異なる第2のそれぞれの波長の光を与えるものである請求項2に記載の2次元測定装置。 - 前記2次元スケール格子は、反射性要素を有し、
それぞれの光源部分は、1つの方向に沿って前記2次元スケール格子と交差するように指向されたソース光中心軸を有するそれぞれのソース光路に沿ってソース光を発生するものであり、前記1つの方向は、交差の点において前記2次元スケール格子の平面と名目的に直交するものであり、
それぞれのソース光から生じたそれぞれのスケール光は、前記読み取りヘッドが前記2次元スケール格子に対して名目的に整合されたときに、それぞれのソース光中心軸に対して名目的に整合されるスケール光中心軸を有したそれぞれのスケール光路に沿って反射されるものである請求項1に記載の2次元測定装置。 - 反射性表面を更に備え、
前記反射性表面は、それぞれのソース光中心軸およびそれぞれのスケール光中心軸を、前記読み取りヘッドと前記2次元スケール格子の間の軸に沿った位置で約90°だけ偏向させるように配置され、
前記読み取りヘッドおよび前記反射性表面は、前記2次元スケールに対して配置され、それにより、前記それぞれの空間位相マスク平面および前記2次元スケール格子の前記操作可能な自己像は、前記交差の点において前記2次元スケール格子の平面に対して名目的に直交する請求項15に記載の2次元測定装置。 - 前記スケールは、比較的平面的な円形スケールであり、前記測定軸方向の一方は、前記スケールの平面に平行な円形路に追従し、そして前記測定軸方向の他方は、前記円形路の半径に沿って半径方向にどこへでも追従している請求項1に記載の2次元測定装置。
- 前記スケールは、比較的円筒状のスケールであり、そして前記測定軸方向の一方は前記円筒状のスケールの円周に沿った円形路に追従し、そして前記測定軸方向の他方は、前記円筒状スケールの軸と平行な方向に追従している請求項1に記載の2次元測定装置。
- 前記読み取りヘッドは、第3の自己像読み取りヘッド部分を少なくとも備え、前記第3の自己像読み取りヘッド部分は、前記第1の自己像読み取りヘッド部分とほぼ同様であり、且つ前記第1の自己像読み取りヘッド部分と同様に指向され、そして前記第1および第3の自己像読み取りヘッド部分は、同様に指向された前記第1および第3の自己像読み取りヘッド部分の対応するスケール格子方向に平行に延び且つ前記第2の自己像読み取りヘッド部分の有効中心を通る線上の中心点を挟んでほぼ対称的に前記読み取りヘッド内に配置されており、
それにより、バランスされた第1および第3の自己像読み取りヘッド部分の対に対応するそれぞれの漸増位置測定値を平均化して、前記対応する第1の格子方向に沿った前記2次元スケールの中心点の位置に対応するバランスされた対の漸増位置測定値を与えるものであり、前記バランスされた対の漸増位置測定値は、前記中心点の回りの前記読み取りヘッドのヨー不整合に実質的に不感性である請求項1に記載の2次元測定装置。 - 前記バランスされた第1および第3の自己像読み取りヘッド部分の対に対応するそれぞれの漸増位置測定値は、前記中心点の回りの前記読み取りヘッドの前記ヨー不整合を決定することに使用可能であり、
前記中心点の回りの決定されたヨー不整合は、少なくとも前記第2の自己像読み取りヘッド部分の漸増位置測定値に対する前記ヨー不整合誤差の寄与を決定することに使用可能であり、前記決定されたヨー不整合誤差の寄与によって少なくとも前記第2の自己像読み取りヘッド部分の漸増位置測定値を決定することにより、前記対応する第2のスケール格子方向に沿った前記2次元スケールに対する前記中心点の位置に対応するヨー補償された漸増位置測定値を与えるものであり、そのヨー補償された漸増位置測定値は、前記中心点の回りの前記読み取りヘッドのヨー不整合に実質的に不感性である請求項19に記載の2次元測定装置。 - 少なくとも2つのそれぞれの自己像読み取りヘッド部分について、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の第1の部分の光源部分は、第1のそれぞれの波長の光を与え、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の第2の部分の光源部分は、前記第1のそれぞれの波長の光とは異なる第2のそれぞれの波長の光を与え、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の前記第1および第2の部分のそれぞれは、それぞれの光信号光を、(a)それぞれの波長の光に一致するそれぞれの光波長帯域通過フィルタおよび(b)実効的にそれぞれの波長の光に一致する光波長応答を有するそれぞれの検出器デバイスの少なくとも一方に出力し、それにより、それぞれの光波長帯域通過フィルタおよびそれぞれの検出器デバイスの少なくとも一方は、それぞれの波長の光とは異なる波長を有する光が、それぞれの光出力信号から生ずるそれぞれの電子信号の一因になることを実質的に阻止するものである請求項1に記載の2次元測定装置。 - 前記第1のスケール格子方向は、前記第1の測定軸方向と同じであり、また前記第2のスケール格子方向は、前記第2の測定軸方向と同じである請求項1に記載の2次元測定装置。
- 前記第1および第2のスケール格子ピッチは、実質的に同じである請求項22に記載の2次元測定装置。
- 前記第1および第2のスケール格子方向は、直交している請求項23に記載の2次元測定装置。
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