JP2718439B2 - 測長または測角装置 - Google Patents
測長または測角装置Info
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
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-
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- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光源から到来する光
を回折させて、回折した分割ビーム束を更に干渉させる
ため、それぞれ走査格子と目盛格子で形成された相対移
動する多数の格子を備え、干渉で生じる分割ビーム束の
強度変調を少なくとも一つの検出器で互いに位相のずれ
た複数の電気信号に変換する干渉動作の測長または測角
装置に関する。
を回折させて、回折した分割ビーム束を更に干渉させる
ため、それぞれ走査格子と目盛格子で形成された相対移
動する多数の格子を備え、干渉で生じる分割ビーム束の
強度変調を少なくとも一つの検出器で互いに位相のずれ
た複数の電気信号に変換する干渉動作の測長または測角
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】欧州特許第 0 163 362 B1 号明細書によ
り知られている従来技術には三重格子干渉計が開示され
ている。この三重格子干渉計は実際に使用する格子の中
の一つを反射モードで使用して２格子構造に還元してい
る。干渉した分割ビームを評価すると、両方の格子間の
相対移動量とその向きを決定できる。
り知られている従来技術には三重格子干渉計が開示され
ている。この三重格子干渉計は実際に使用する格子の中
の一つを反射モードで使用して２格子構造に還元してい
る。干渉した分割ビームを評価すると、両方の格子間の
相対移動量とその向きを決定できる。
【０００３】それ故、複数の検出器で検出された分割ビ
ーム束の間には位相のずれが必要となる。ドイツ公開特
許第 23 16 248号明細書には、透過格子と反射格子を用
いて移動量を測定する装置が開示されている。その場
合、三つの検出器が０次、正と負の二次の回折群を検出
する。一次の回折群を検出しない検出器で検出された光
ビームの間の位相関係は明確に開示されていない。
ーム束の間には位相のずれが必要となる。ドイツ公開特
許第 23 16 248号明細書には、透過格子と反射格子を用
いて移動量を測定する装置が開示されている。その場
合、三つの検出器が０次、正と負の二次の回折群を検出
する。一次の回折群を検出しない検出器で検出された光
ビームの間の位相関係は明確に開示されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、目
盛格子にサブミクロン程度の目盛周期を持った微細格子
を使用して、分解能が非常に高く、部材の組込精度に関
して許容公差が大まかとなる測定装置を提供することに
ある。その場合、光検出器を用いて干渉縞を評価でき、
変調度が高く、高調波成分が少なく、測定装置の構造が
単純で小さいことが望ましい。
盛格子にサブミクロン程度の目盛周期を持った微細格子
を使用して、分解能が非常に高く、部材の組込精度に関
して許容公差が大まかとなる測定装置を提供することに
ある。その場合、光検出器を用いて干渉縞を評価でき、
変調度が高く、高調波成分が少なく、測定装置の構造が
単純で小さいことが望ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、冒頭に述べた種類の測長または測角装置にあっ
て、目盛格子５，５２，５３の目盛周期ＴＰ1 が光の波
長λより短く、走査格子４，４２，４３の目盛周期ＴＰ
2 が目盛格子５，５２，５３の目盛周期ＴＰ1のほぼ二
倍であるが正確には二倍でない長さであって、光の波長
λより長いことによって解決されている。
により、冒頭に述べた種類の測長または測角装置にあっ
て、目盛格子５，５２，５３の目盛周期ＴＰ1 が光の波
長λより短く、走査格子４，４２，４３の目盛周期ＴＰ
2 が目盛格子５，５２，５３の目盛周期ＴＰ1のほぼ二
倍であるが正確には二倍でない長さであって、光の波長
λより長いことによって解決されている。
【０００６】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００７】
【実施例】以下、図面に好適実施例を示し、この発明を
更に詳しく説明する。図１によれば、測長装置１には光
源２，コリメータ３，走査格子４，反射型の目盛格子
５，集束レンズ６，リング絞り７，および干渉縞９を検
出する光検出器８がある。実際の構成では、部材２，
３，４，６，７と８は反射型の目盛格子５に対向して相
対移動する読取ヘッドの中に装備されている。光検出器
８の電気出力信号は動かない目盛格子５に対する読取ヘ
ッドの移動方向と移動量に対する尺度を与える。部材４
と５の間の直線移動あるいは角度移動は適当な構造体で
あれば測定できる。
更に詳しく説明する。図１によれば、測長装置１には光
源２，コリメータ３，走査格子４，反射型の目盛格子
５，集束レンズ６，リング絞り７，および干渉縞９を検
出する光検出器８がある。実際の構成では、部材２，
３，４，６，７と８は反射型の目盛格子５に対向して相
対移動する読取ヘッドの中に装備されている。光検出器
８の電気出力信号は動かない目盛格子５に対する読取ヘ
ッドの移動方向と移動量に対する尺度を与える。部材４
と５の間の直線移動あるいは角度移動は適当な構造体で
あれば測定できる。
【０００８】図示している測長装置の特異性は、波長が
約 780 nm の光を出射する点状の光源２，つまりレーザ
ーダイオードを使用している点にある。走査格子４の目
盛周期ＴＰ2 は目盛格子５の目盛周期ＴＰ1 の約二倍で
ある。この場合、重要なことは両方の目盛周期の比が正
確に２：１でなく、近似的に２：１である点にある。図
示する目盛格子５の目盛周期ＴＰ1 は 0.5μm であり、
付属する走査格子４の目盛周期ＴＰ2 は 0.9982 μm で
ある。もっとも、この目盛周期は 1,0018 μm と大きく
ても、あるいは微細であってもよい。
約 780 nm の光を出射する点状の光源２，つまりレーザ
ーダイオードを使用している点にある。走査格子４の目
盛周期ＴＰ2 は目盛格子５の目盛周期ＴＰ1 の約二倍で
ある。この場合、重要なことは両方の目盛周期の比が正
確に２：１でなく、近似的に２：１である点にある。図
示する目盛格子５の目盛周期ＴＰ1 は 0.5μm であり、
付属する走査格子４の目盛周期ＴＰ2 は 0.9982 μm で
ある。もっとも、この目盛周期は 1,0018 μm と大きく
ても、あるいは微細であってもよい。
【０００９】目盛格子５と走査格子４は互いに平行にし
て配置されている。レーザーダイオード２の光ビームは
走査格子４のところで二つの一次の回折次数−１．と＋
１．に分割される。つまり、走査格子４はこの時、分離
格子として働く。反射目盛板として形成されている目盛
格子５の目盛周期ＴＰ1 がほぼ半分であるため、ほぼ自
分自身に平行に（一点鎖線の方向に見て）進む回折され
た分割ビーム束がそれぞれ生じる。図１では、これは−
１．と＋１．次数の反射した二つの分割ビーム束が目盛
格子５の法線に対してこの−１．と＋１．次数の二つの
分割ビーム束とほぼ同じ角度を成すことを意味する。
て配置されている。レーザーダイオード２の光ビームは
走査格子４のところで二つの一次の回折次数−１．と＋
１．に分割される。つまり、走査格子４はこの時、分離
格子として働く。反射目盛板として形成されている目盛
格子５の目盛周期ＴＰ1 がほぼ半分であるため、ほぼ自
分自身に平行に（一点鎖線の方向に見て）進む回折され
た分割ビーム束がそれぞれ生じる。図１では、これは−
１．と＋１．次数の反射した二つの分割ビーム束が目盛
格子５の法線に対してこの−１．と＋１．次数の二つの
分割ビーム束とほぼ同じ角度を成すことを意味する。
【００１０】走査格子４のところでもう一度回折した
後、通過する二つの分割ビーム束は殆ど平行な方向とな
る。つまり、走査格子４はこの時、合致格子として働
く。目盛周期の比ＴＰ1/ＴＰ2 が整数比から僅かにずれ
るために生じる回折された二つの分割ビーム束の間の小
さな角度は、集束レンズ６の焦点面に二つの集束点１０
と１１を発生させることになる。
後、通過する二つの分割ビーム束は殆ど平行な方向とな
る。つまり、走査格子４はこの時、合致格子として働
く。目盛周期の比ＴＰ1/ＴＰ2 が整数比から僅かにずれ
るために生じる回折された二つの分割ビーム束の間の小
さな角度は、集束レンズ６の焦点面に二つの集束点１０
と１１を発生させることになる。
【００１１】集束点１０と１１から出る球面波は検出器
８で評価される干渉縞を発生する。その場合、リング絞
り７は他の回折次数と散乱光を遮断する。この種の絞り
７は図４に更に詳しく示してある。光源２と検出器８が
測定方向に垂直な平面内に配置されている図１に示す配
置から外れた、他の配置も可能である。
８で評価される干渉縞を発生する。その場合、リング絞
り７は他の回折次数と散乱光を遮断する。この種の絞り
７は図４に更に詳しく示してある。光源２と検出器８が
測定方向に垂直な平面内に配置されている図１に示す配
置から外れた、他の配置も可能である。
【００１２】図２によれば、レーザーダイオード２２と
検出器８２も一つの平面内に配置されているが、この平
面は測定方向の一成分と目盛格子５の法線から成る。ビ
ームスプリッター１２２がレーザーダイオード２２と検
出器８２の間のビーム通路に配置されている。この実施
例では、回折した分割ビーム束−１．と＋１．が目盛格
子５２のところで反射した後、自分自身に対して平行に
進み、走査格子４２のところで新たに回折した後、僅か
なずれを伴いビームスプリッター１２２に入射すること
が良く分かる。ビームスプリッター１２２は非平行に進
む分割ビーム束−１．と＋１をレンズ６２の方向に偏向
させ、このレンズ６２でビーム束を集束させ、絞り７２
に入射させる。評価さる分割ビーム束は絞り７２を通過
した後、検出器８２に入射する。
検出器８２も一つの平面内に配置されているが、この平
面は測定方向の一成分と目盛格子５の法線から成る。ビ
ームスプリッター１２２がレーザーダイオード２２と検
出器８２の間のビーム通路に配置されている。この実施
例では、回折した分割ビーム束−１．と＋１．が目盛格
子５２のところで反射した後、自分自身に対して平行に
進み、走査格子４２のところで新たに回折した後、僅か
なずれを伴いビームスプリッター１２２に入射すること
が良く分かる。ビームスプリッター１２２は非平行に進
む分割ビーム束−１．と＋１をレンズ６２の方向に偏向
させ、このレンズ６２でビーム束を集束させ、絞り７２
に入射させる。評価さる分割ビーム束は絞り７２を通過
した後、検出器８２に入射する。
【００１３】図３には、適当な構成の場合、直交格子で
二次元測長装置を提供できることが非常に模式的に示し
てある。この種の測定装置の骨子は所謂直交格子にあ
る。走査格子４３も目盛格子５３も二次元方向に一つの
格子目盛を有する。これ等の格子目盛から直交格子が得
られる。この格子に対してもこの発明の判定基準が当て
はまるので、繰り返しを避けるため上記の事項を参照さ
れたい。
二次元測長装置を提供できることが非常に模式的に示し
てある。この種の測定装置の骨子は所謂直交格子にあ
る。走査格子４３も目盛格子５３も二次元方向に一つの
格子目盛を有する。これ等の格子目盛から直交格子が得
られる。この格子に対してもこの発明の判定基準が当て
はまるので、繰り返しを避けるため上記の事項を参照さ
れたい。
【００１４】点２３は図示していない光源から出る一つ
の光ビームを模式的に示す。この光ビームは展開図中で
直交格子として形成された走査格子４３に入射する。直
交格子４３では光ビーム２３が互いに垂直に進む分割ビ
ーム束−１．と＋１．および−１．′と＋１．′に分解
して回折する。回折されたこれ等の分割ビーム束−
１．，＋１．，−１．′，＋１．′は、同じように直交
格子として形成された目盛格子５３で反射してもう一度
回折する。もう一度回折したこれ等の分割ビーム束−
１．，＋１．，−１．′，＋１．′は直交目盛格子５３
の後に模式的に示してある。図１と図２の第一と第二の
実施例と同じように、この発明による条件のため、同じ
ように図示していないレンズの焦点面内に４つの集束点
が生じる。これ等の集束点を点１０，１１および１
０′，１１′として模式的に示す。
の光ビームを模式的に示す。この光ビームは展開図中で
直交格子として形成された走査格子４３に入射する。直
交格子４３では光ビーム２３が互いに垂直に進む分割ビ
ーム束−１．と＋１．および−１．′と＋１．′に分解
して回折する。回折されたこれ等の分割ビーム束−
１．，＋１．，−１．′，＋１．′は、同じように直交
格子として形成された目盛格子５３で反射してもう一度
回折する。もう一度回折したこれ等の分割ビーム束−
１．，＋１．，−１．′，＋１．′は直交目盛格子５３
の後に模式的に示してある。図１と図２の第一と第二の
実施例と同じように、この発明による条件のため、同じ
ように図示していないレンズの焦点面内に４つの集束点
が生じる。これ等の集束点を点１０，１１および１
０′，１１′として模式的に示す。
【００１５】図１の説明で既に述べたリング絞りは二つ
の実施形状にして図４に示してある。絞り７ａは二つの
透光性領域−７１と＋７１を有し、これ等の領域を僅か
に非平行に進む分割ビーム束が貫通する。他の構成は図
７ｂの実施形状である。ここでは、透光性領域±７１が
実際上リング状である。そのため調節が容易になる。
の実施形状にして図４に示してある。絞り７ａは二つの
透光性領域−７１と＋７１を有し、これ等の領域を僅か
に非平行に進む分割ビーム束が貫通する。他の構成は図
７ｂの実施形状である。ここでは、透光性領域±７１が
実際上リング状である。そのため調節が容易になる。
【００１６】最後に、図５には図２の右部分の光学図形
が示してある。絞り７２により−１．と＋１．以外の全
ての回折次数が除去されることが分かる。符号ｆで絞り
７２がレンズ６２の焦点面内にあることを示す。
が示してある。絞り７２により−１．と＋１．以外の全
ての回折次数が除去されることが分かる。符号ｆで絞り
７２がレンズ６２の焦点面内にあることを示す。
【００１７】
【発明の効果】この発明の著しい利点は、目盛格子に非
常に微細な目盛周期を用いて処理できるので、後で行う
信号の内挿または補間処理の前で高い分解能が既に得ら
れている点にある。
常に微細な目盛周期を用いて処理できるので、後で行う
信号の内挿または補間処理の前で高い分解能が既に得ら
れている点にある。
【図１】 移動を測定するこの発明による装置の光学経
路図、
路図、
【図２】 光学系の模式図、
【図３】 二次元測定装置の模式光学経路図、
【図４】 二つの絞りの構成図、
【図５】 絞りの光学部分図形。
１ 測長装置 ２，２２，２３ 光源 ３ コリメータ ４，４２，４３ 走査格子 ５，５２，５３ 目盛格子 ６，６２ 集束レンズ ７，７２ 絞り ８，８２ 光検出器 ９，９２ 干渉縞 １０，１０′，１１，１１′ 集束点 ±１． 一次回折の分割ビーム
束 ±７１ 透光性領域 １２２ ビームスプリッター
束 ±７１ 透光性領域 １２２ ビームスプリッター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−61608（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−172204（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】 光源（２，２２，２３）から出る光を回
折させて、回折した分割ビーム束（−１．，＋１．）を
更に干渉させるため、それぞれ走査格子（４，４２，４
３）と目盛格子（５，５２，５３）で形成された相対移
動する複数の格子を備え、干渉で生じた分割ビーム束
（−１．，＋１．）の強度変調を少なくとも一つの検出
器（８，８２）で互いに位相のずれた複数の電気信号に
変換する干渉動作の測長または測角装置において、目盛
格子（５，５２，５３）の目盛周期（ＴＰ1 ）が光の波
長（λ）より短く、走査格子（４，４２，４３）の目盛
周期（ＴＰ2 ）が目盛格子（５，５２，５３）の目盛周
期（ＴＰ1 ）のほぼ二倍であるが正確には二倍でない長
さであって、光の波長（λ）より長いことを特徴とする
測長または測角装置。 - 【請求項２】 走査格子（４，４２，４３）は光源
（２，２２，２３）から出た光を±１回折次数の分割ビ
ーム束（−１．，＋１．）に回折する一つの分離格子で
あり、これ等の分割ビーム束が目盛格子（５，５２，５
３）に入射し、そこで新たに回折し、一つの合致格子で
新たに回折して干渉し、焦点面で複数の集束点（１０，
１１，１０′，１１′）を発生させるレンズ（６，６
２）が前記合致格子に後置されていることを特徴とする
請求項１に記載の測長または測角装置。 - 【請求項３】 集束点（１０，１１，１０′，１１′）
から出た球面波が干渉縞（９，９２）を発生し、この干
渉縞（９，９２）は互いに位相のずれた信号を発生させ
るため検出器（８，８２）により走査されることを特徴
とする請求項２に記載の測長または測角装置。 - 【請求項４】 レンズ（６，６２）と検出器（８，８
２）の間には絞り（７，７２）が配置されていることを
特徴とする請求項３に記載の測長または測角装置。 - 【請求項５】 分離格子と合致格子は透光性で単一部品
で形成され、目盛格子（５，５２，５３）は反射性に形
成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１
項に記載の測長または測角装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE92116125:3 | 1992-09-21 | ||
| EP19920116125 EP0590162B1 (de) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | Längen- oder Winkelmesseinrichtung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06174423A JPH06174423A (ja) | 1994-06-24 |
| JP2718439B2 true JP2718439B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=8210028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5221406A Expired - Fee Related JP2718439B2 (ja) | 1992-09-21 | 1993-09-06 | 測長または測角装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0590162B1 (ja) |
| JP (1) | JP2718439B2 (ja) |
| DE (2) | DE59204951D1 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19652563A1 (de) | 1996-12-17 | 1998-06-18 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung |
| IL141536A (en) | 1998-08-21 | 2005-07-25 | Olivier M Parriaux | Device for measuring translation, rotation or velocity via light beam interference |
| CN115993088A (zh) * | 2021-10-20 | 2023-04-21 | 约翰内斯.海德汉博士有限公司 | 光学位置测量设备 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57157118A (en) * | 1981-03-24 | 1982-09-28 | Mitsutoyo Mfg Co Ltd | Photoelectric type displacement detecting device |
-
1992
- 1992-09-21 DE DE59204951T patent/DE59204951D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-09-21 EP EP19920116125 patent/EP0590162B1/de not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-09-02 DE DE19934329626 patent/DE4329626A1/de not_active Withdrawn
- 1993-09-06 JP JP5221406A patent/JP2718439B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0590162B1 (de) | 1996-01-03 |
| EP0590162A1 (de) | 1994-04-06 |
| DE59204951D1 (de) | 1996-02-15 |
| DE4329626A1 (de) | 1994-03-24 |
| JPH06174423A (ja) | 1994-06-24 |
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