JP2020020788A - 光学式エンコーダ - Google Patents
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Abstract
Description
φ(x,y):=透過型位相回折格子の位相関数
x,y:=透過型位相回折格子の平面内の位置座標
n:=2,3,4,...;透過型位相回折格子の段数
T(x,y):=混合回折格子の伝達関数
である。
h=λ/(n・(n1−n2))
が成立することが有益である。
ここで、
h:=ステップ高さ
λ:=光波長
n:=2,3,4,.....
n1:=回折格子ウェブの屈折率
n2:=回折格子ギャップの屈折率
である。
−当該2つの物体のうちの一方の物体が、平坦な測定反射器に結合されていて、
−他方の当該物体が、走査装置に結合されていて、当該測定反射器に対して1つの測定方向に沿って相対可動に配置されていて、この測定方向は、当該測定反射器に対して直角に配向されていて、
−当該走査装置は、以下の構成要素である
−少なくとも1つの光源と、
−複数の検出器素子と、
−当該混合回折格子、と
−それぞれ一次元の反射型回折格子として構成されている複数の偏向素子と、
−一次元の透過型回折格子として構成されている少なくとも1つの分割素子とを有することが提唱されている。
−当該光源から出射した光束が、当該分割素子で2つの部分光束に分割され、当該両部分光束が、当該測定反射器の方向に伝播し、
−これらの部分光束は、当該測定反射器から当該測定装置内の第1偏向素子と第2偏向素子との方向に戻り反射され、これらの部分光束は、この第1偏向素子とこの第2偏向素子第3偏向素子と第4偏向素子の方向に偏向され、
−これらの部分光束は、当該第3偏向素子と当該第4偏向素子とによって当該測定反射器へ偏向され、
−これらの部分光束は、当該測定反射器から当該測定装置内の当該混合回折格子の方向に戻り反射され、これらの部分光束は、この混合回折格子で重畳され、次いで干渉し合う3対の部分光束が、3つの検出器素子に向かって異なる空間方向に集束されるように、当該複数の構成要素は、有益に構成されていて且つ配置されている。
−当該2つの物体のうちの一方の物体が、スケール本体に結合されていて、
−他方の当該物体が、走査装置に結合されていて、当該スケール本体に対して相対可動に1つの測定方向(x)に沿って配置されていて、この測定方向(x)は、当該スケール本体の面に対して平行に配向されていて、
−当該走査装置は、以下の構成要素である
−少なくとも1つの光源と、
−複数の検出器素子と、
−当該混合回折格子と
−それぞれ一次元の反射型回折格子として構成されている複数の走査回折格子とを有することが提唱され得る。
ここで、
dM:=0次並びに+/−1次及び+/−2次の回折次数を提供する回折格子GMの回折格子周期
λ:=光波長
α:=回折格子GM上に入射する部分光束の入射角
である。
h=λ/(n・(n1−n2)) (方程式6)
が成立する。
ここで、
h:=ステップ高さ
λ:=光波長
n:=2,3,4,.....
n1:=回折格子ウェブの屈折率
n2:=回折格子ギャップの屈折率
透過型位相回折格子として構成する代わりに、混合回折格子を反射型位相回折格子として構成することも基本的に可能である。このため、例えば金又はアルミニウムのような高反射性の材料が、特に適している。この場合、n段形状の反射型位相回折格子のステップ高さhに対して
h=λ/(2・n) (方程式7)
が成立する。
ここで、
h:=ステップ高さ
λ:=光波長
n=:2,3,4....
である。
112 キャリア基板
114 平面鏡
120 走査装置
121 光源
125 検出装置
131 光学無効領域
132 分割素子
135 混合回折格子
137 透過型キャリア本体
133a 偏向素子
133b 偏向素子
134a 偏向素子
134b 偏向素子
210 スケール本体
212 キャリア基板
214 反射位相解決格子
220 走査装置
221 光源
225 検出器素子
233 走査回折格子
235 混合回折格子
237 走査板
310 スケール本体
312 キャリア基板
314 反射位相回折格子
320 走査装置
321 光源
325 検出器素子
331 分割回折格子
333.1−333.4 走査回折格子
335 混合回折格子
336,338 反射素子
337 走査板
Claims (11)
- 少なくとも1つの測定方向に沿って相対可動である2つの物体の相対間隔を干渉測定するための光学式エンコーダであって、1つの光源から出射した光束が、少なくとも2つの部分光束に分割され、その後に当該光束は、分離された複数の光路上で1つ以上の回折格子に当たり、間隔に依存して位相シフトされる当該光学式エンコーダにおいて、
複数の前記部分光束(TS_A,TS_B)が、1つの混合回折格子(MG;135;235;335)で重畳され、次いで、干渉し合う少なくとも3対の部分光束(TS_A,TS_B)が、異なる空間方向に伝播し、さらに、干渉し合う各対の部分光束(TS_A,TS_B)が、前記混合回折格子(MG;135;235;335)によって1つの検出器素子(D1,D2,D3;125;225;325)に向かって集束する結果、位相シフトされ位置に依存する少なくとも3つのインクリメンタル信号が、複数の前記検出器素子(D1,D2,D3;125;225;325)によって検出可能であることを特徴とする光学式エンコーダ。 - 前記混合回折格子(MG;135;235;335)上に入射する2つの部分光束(TS_A,TS_B)が、0次の回折次数と+/−1次の回折次数と+/−2次の回折次数とに少なくとも一回回折され、0次/−2次の回折次数と+1次/−1次の回折次数と0次/+2次の回折次数との対を成して干渉し合う部分光束が、複数の前記検出器素子(D1,D2,D3;125;225;325)の方向に伝播することを特徴とする請求項1に記載の光学式エンコーダ。
- 前記混合回折格子(MG;135;235;335)は、多段形状の透過型位相回折格子として構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学式エンコーダ。
- 前記混合回折格子(MG;135;235;335)は、n段形状の透過型位相回折格子として構成されていて、この混合回折格子(MG;135;235;335)のステップ高さ(h)に対して、
h=λ/(n・(n1−n2))
が成立し、ここで、
h:=ステップ高さ
λ:=光波長
n:=2,3,4,.....
n1:=回折格子ウェブの屈折率
n2:=回折格子ギャップの屈折率
であることを特徴とする請求項3に記載の光学式エンコーダ。 - −前記2つの物体のうちの一方の物体が、平坦な測定反射器(110)に結合されていて、
−他方の前記物体が、走査装置(120)に結合されていて、前記測定反射器(110)に対して1つの測定方向(z)に沿って相対可動に配置されていて、この測定方向(z)は、前記測定反射器(110)に対して直角に配向されていて、
−前記走査装置(120)は、以下の構成要素である
−少なくとも1つの光源(121)と、
−複数の検出器素子(125)と、
−前記混合回折格子(135)、と
−それぞれ一次元の反射型回折格子として構成されている複数の偏向素子(133a,133b,134a,134b)と、
−一次元の透過型回折格子として構成されている少なくとも1つの分割素子(132)とを有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学式エンコーダ。 - 前記走査装置(120)は、角錐台形の横断面を成す透過性キャリア本体(137)を有し、前記分割素子(132)が、この透過性キャリア本体(137)の測定反射器(110)に面した面に配置されていて、少なくとも4つの偏向素子(133a,133b,134a,134b)が、この透過性キャリア本体(137)の複数の側面に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の光学式エンコーダ。
- −前記光源(121)から出射した光束が、前記分割素子(132)で2つの部分光束に分割され、当該両部分光束が、前記測定反射器(110)の方向に伝播し、
−これらの部分光束は、前記測定反射器(110)から前記測定装置(120)内の第1偏向素子(133a)と第2偏向素子(133b)との方向に戻り反射され、これらの部分光束は、この第1偏向素子(133a)とこの第2偏向素子(133b)とで第3偏向素子(134a)と第4偏向素子(134b)の方向に偏向され、
−これらの部分光束は、前記第3偏向素子(134a)と前記第4偏向素子(134b)とによって前記測定反射器(110)へ偏向され、
−これらの部分光束は、前記測定反射器(110)から前記測定装置(120)内の前記混合回折格子(135)の方向に戻り反射され、これらの部分光束は、この混合回折格子(135)で重畳され、次いで干渉し合う3対の部分光束が、3つの検出器素子(125)に向かって異なる空間方向に集束されるように、当該複数の構成要素は構成されていて且つ配置されていることを特徴とする請求項6に記載の光学式エンコーダ。 - −前記2つの物体のうちの一方の物体が、スケール本体(210;310)に結合されていて、
−他方の前記物体が、走査装置(220;320)に結合されていて、前記スケール本体(210;310)に対して1つの測定方向(x)に沿って相対可動に配置されていて、この測定方向(x)は、前記スケール本体(110)の面に対して平行に配向されていて、
−前記走査装置(220;320)は、以下の構成要素である
−少なくとも1つの光源(221;321)と、
−複数の検出器素子(225;325)と、
−前記混合回折格子(235;335)、と
−それぞれ一次元の反射型回折格子として構成されている複数の走査回折格子(233;333.1,333.2,333.3,333.4)とを有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学式エンコーダ。 - 前記走査装置(220;320)は、1つの透過性走査板(237;337)をさらに有し、前記混合回折格子(235;335)及び/又は前記走査回折格子(233;333.1,333.2,333.3,333.4)が、この透過性走査板(237;337)の上面及び/又は下面に配置されていることを特徴とする請求項9に記載の光学式エンコーダ。
- 1つ以上の反射素子(336,338)が、前記走査板(337)の上面に配置されていて、これらの反射素子(336,338)の反射面がそれぞれ、前記スケール本体(310)の方向に配向されていて、前記混合回折格子(335)及び前記走査回折格子(333.1,333.2,333.3,333.4)が、前記下面に配置されていることを特徴とする請求項10に記載の光学式エンコーダ。
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