JP3045452B2 - 光電測長または測角装置 - Google Patents

光電測長または測角装置

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JP3045452B2 JP6145025A JP14502594A JP3045452B2 JP 3045452 B2 JP3045452 B2 JP 3045452B2 JP 6145025 A JP6145025 A JP 6145025A JP 14502594 A JP14502594 A JP 14502594A JP 3045452 B2 JP3045452 B2 JP 3045452B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、測定方向に間隔を設
けて配置された多数の発光領域を有する半導体光源と、
少なくとも一つの位置に依存する走査信号を発生するた
め、測定方向に間隔を設けて配置された多数の帯状の受
光領域を有する走査板とから成り、相対移動する二つの
格子の位置を求める光電測長または測角装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の測定装置は、特に工作機械で加
工すべき加工品に対する工具の相対位置を測定するた
め、また座標測定装置で検査物体の位置と寸法を求める
のに採用される。
【０００３】製造を容易にするため、ドイツ公開特許第
４００６７８９号明細書によれば、増分測定系の走査格
子を半導体基板の受光面に直接導入することが知られて
いる。この走査格子は平坦な受光面に直接印刷される
か、あるいは貼り付けられている。同様な装置はドイツ
公告特許第１９０５３９２号明細書にも開示されてい
る。
【０００４】増分測定装置の他の構成は、ドイツ公開特
許第３２０９０４３号明細書に開示されている。この走
査格子は、受光ストライプが受光素子として測定方向に
互いに間隔を開けて構成された半導体基板である。更
に、走査格子を受光ストライプの形状にして構成するこ
とがドイツ公告特許第１９６２０９９号明細書、および
英国特許第１３１１２７５号明細書に開示されている。
【０００５】同様に、増分式の目盛板を照明するため、
面状に発光する半導体光源を使用し、この発光面に互い
に間隔を置いた遮光ストライプを有する格子を装着する
ことも知られている。この種の測定装置は米国特許第
５，１５５，３５５号明細書に開示されていて、この発
明は前記明細書を前提としている。
【０００６】光電増分測定系で走査信号の質を高めるた
め、同じように種々の手段も知られ出いる。ドイツ公告
特許第１２８２９８８号明細書には、目盛板と走査ユニ
ットの格子を適当に構成して、走査信号の高調波を除去
できることが提示されている。できる限り多くの奇数次
の高調波を抑制するため、両方の格子のウェブと溝の比
を異なるように選ぶ。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、走
査信号中の高調波を除去し、これにより高い測定精度を
保証する、簡単な構成の光電測長または測角装置を提供
することにある。
【０００８】
【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、光源が測定方向に間隔を設けて配置された多数
の発光領域を有する半導体光源であり、走査板が測定方
向に間隔を設けて配置された多数の帯状の受光領域を有
し、光源と走査板の間の光路中でこの光源と走査板に対
して相対移動する目盛板を備えている光電測長または測
角装置にあって、光源１の発光領域６１，１８の間隔Ｂ
に対する幅Ａの比が走査板２の受光領域１４１，１９の
間隔Ｃに対する幅Ｄの比とは異なっていて、走査板２に
よりＮ次の高調波が、また光源１によりＮ＋１次の高調
波が濾波されるように（Ｎ＝１，２，３，・・・），両
方の比が選択されていることにより解決されている。
【０００９】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。
【００１０】
【実施例】以下では、図面に基づき、この発明の実施例
を更に詳しく説明する。図１は、この発明により形成さ
れた測長装置の機能原理図を示す。この測長装置は光源
１と位置に依存する少なくとも一つの走査信号を発生す
る走査板２とで構成されている。目盛板３は光源１と走
査板２の間にこの光源１と走査板２に対して測定方向Ｘ
に相対移動可能に配設されている。この種の測定装置は
三重格子測定系と称されている。目盛板３はガラス本体
であり、その表面に目盛周期Ｔ１で光透過領域と光非透
過領域を交互に有する増分目盛４が付けてある。
【００１１】光源１は半導体基板であり、その発光表面
には遮光ウェブ６を有する格子５が付けてある。二つの
ウェブ６の間のスペースは有効な発光領域６１である。
このような光源１の層状構造を図２に断面にして示す。
ガラス、金属あるいは半導体材料製の基本体７の上には
Ｎ型の第一半導体層８が付けてある。ＰＮ接合を発生さ
せるため、第一半導体層８の上にＰ型の他の半導体層９
を付ける。この広い面積の発光性の半導体光源１の上に
は測定方向Ｘに垂直に延びるウェブ６がリソグラフィー
法による周知の方法で形成されている。ウェブ６の幅Ｂ
は個々のウェブ６の間にある溝Ａよりも広い。溝Ａは帯
状の発光領域６１を形成する。ウェブ６の幅Ｂに対する
溝６１の幅の比は１：２に選択されている。
【００１２】走査板２も、同じように、基本体１０，Ｎ
型の第一半導体層１１およびＰ型の他の半導体層１２を
有する半導体基板である。このように構成されたＰＮ接
合部により広い面積の受光面が形成され、この面の上に
走査格子１３が直接装着されている。走査格子１３は測
定方向Ｘに互いに間隔を置いた多数の遮光ウェブ１４で
構成されている。ウェブ１４の幅Ｃは溝１４１の幅Ｄに
等しい。これ等の溝は走査格子２の有効な受光領域１４
１である。ウェブの幅Ｃに対する溝１４１の幅Ｄは１：
１である。
【００１３】走査格子１３を上記の比にすると、全ての
偶数次の高調波が、また格子５を上記の比にすると、
３，６，９，・・・次（３の整数倍の次数）の全ての高
調波が抑制される。
【００１４】ドイツ特許第１２８２１９８８号明細書に
開示されている処置とは異なり、高調波を抑制するため
目盛板３を特別に形成する必要はない。これには、濾波
を行うのに必要な格子５，１３を測定方向Ｘにかなり短
く形成するだけでよく、この点に精度を高め、作製を単
純化すると言う利点がある。更に、ドイツ特許第１２８
２１９８８号明細書と比べて、この発明には格子５ある
いは１３の一方を形成して偶数次の高調波が抑制される
と言う利点がある。ドイツ特許第１２８２１９８８号明
細書の電気的なプッシュプル回路により偶数次の高調波
が実際上完全に抑制できないことが知られている。これ
に対して、この発明によれば３次の高調波の整数倍の外
に、偶数次の高調波も格子５，１３の一方によって濾波
される。その外、この発明により、上記の特に乱れた高
調波を濾波することは光源１の格子５と走査板２の格子
１３に配分されるので、変調度が特に大きくなる。
【００１５】ウェブの幅Ｂに対する溝Ａの比、あるいは
ウェブの幅Ｃに対する溝Ｄの比はこれ以外にも選択でき
る。格子５，１３の寸法を決める場合、この発明によれ
ば、一方の格子５あるいは１３は他方の格子１３あるい
は５よりも走査信号の少なくとも一つの他の高調波を抑
制することに注意する必要がある。この場合、以下のよ
うな状況が可能である。即ち、
【００１６】 Ｂ＝ｍ１＊Ｐ／ｎ Ａ＝ｍ２＊Ｐ／ｎ ここで、Ｐ＝対応する格子５または１３の目盛周期 ｎ＝消去すべき走査信号の高調波の次数 ｍ１，ｍ２＝ｍ１＋ｍ２＝ｎの整数 である。
【００１７】格子５，１３の一方で決まる高調波を抑制
するため他の処置も可能である。図４に他の例を示す。
図４には走査格子１６を備えた走査板１５が平面図にし
て示してある。この走査格子１６は二つの部分１６．１
と１６．２から成り、両方の部分の間に９０°の位相差
Ｖがある。両方の格子部分１６．１と１６．２は共通の
半導体基板の上に付けてあるので、両方の部分１６．１
と１６．２を通過して入射する光流の加算が行われる。
これは偶数次の乱れた高調波がプッシュプルに接続され
ているため消えることを意味する。他の位相差Ｖを選ぶ
と、他の高調波も抑制できる。遮光ウェブ１７の幅Ｃに
対する溝１７１の幅Ｄの比を一例として１：２に選ぶ
と、更に走査格子１６で次数３，６，９・・・の奇数次
の高調波が抑制される。この走査格子１５を図１の測長
装置に使用する場合、光源１の格子５は更に５次の高調
波の整数倍を抑制するように構成されていると有利であ
る。ウェブ６の幅Ｂに対する溝１４１の幅Ａの比は、こ
れには、例えば２：３に選択できる。
【００１８】走査格子１６および／または光源１の格子
５は欧州公告特許第０１０６９５１号明細書、あるいは
欧州公告特許第０１５７１７７号明細書、あるいは欧州
公開特許第０５４１８２８号明細書に従っても形成でき
る。
【００１９】光源１および／または走査板２は、図３に
示すようにも形成できる。光源１はＮ型半導体層８を有
する基本体７で構成される。測定方向Ｘに間隔を設けて
配置された個別部材の形状をした表面発光領域１８はこ
の半導体層８の中に直接形成されている。従って、遮光
ウェブを使用する必要はない。Ｐ型領域１８を形成して
この帯状領域１８をＰＮ接合部に形成できるので、これ
自体格子を形成する。
【００２０】走査格子２も同じようにただ一つの半導体
基板で構成され、この基板では基本体の上にＮ型半導体
層が付けてある。ドーピングにより、この半導体層の中
で測定方向Ｘに互いに間隔を設けたＰ型領域１９がＰＮ
接合部を形成するために導入されている。ＰＮ接合部の
各々は受光領域１９であるため、ここでも遮光ウェブを
使用する必要はない。この場合でも、格子はＰＮ接合部
とその間にある領域自体で構成されている。
【００２１】発光領域１８と受光領域１９の寸法は、図
２の例のように設定される。この場合、発光領域１８の
間隔はウェブの幅Ｂに一致し、発光領域１８の幅は溝Ａ
に一致する。
【００２２】受光領域１９の間隔はウェブの幅Ｃに一致
し、受光領域の幅は溝Ｄに一致する。既に説明したよう
に、この発明は三重格子測定系に特に有利に使用でき
る。しかし、この発明はそれに限定するものではなく、
二重格子測定系にも採用できる。この系では、一方の格
子が光源１で、これに対して測定方向Ｘに相対的に移動
する格子が走査板２である。つまり、両方の格子の一方
が目盛板として働く。
【００２３】更に、この発明は測長装置や測角装置に採
用できる。位相のずれた走査信号を求めるために、光源
および／または走査板の互いに位相のずれた多数の格子
を使用できる。
【００２４】どの実施例でも、光源と走査板には共通の
半導体基板を使用でき、光源と走査板の格子は一つの共
通面内にある。これに対する例を図５〜８に示す。図５
の三重格子測定系は、帯状に発光する光源１と帯状に受
光感度のある走査板２を組み込んだ半導体基板で構成さ
れている。
【００２５】図６には、それぞれ互いに９０°位相のず
れた４つの走査信号を発生するため、光源１が走査格子
１３．１〜１３．４に対して中心に配設されいる。図７
には、走査格子１３．１〜１３．４が測定方向Ｘに見て
光源１の両側に配設されている。この場合、走査格子１
３．１，１３．３および１３．２，１３．４はそれぞれ
一方の側で互いに１８０°位相がずれている。走査格子
１３．１，１３．３および１３．２，１３．４が互いに
入れ違いに配置されていると、特に有利である。
【００２６】図８には、交差格子の目盛板を照明するた
めパターン構造化された光源１が示してある。発光領域
６１は交差している遮光ウェブ６の間に形成されてい
る。Ｘ方向に対して０°と９０°の走査信号を発生する
走査格子１３．１と１３．３は光源１の一方の側に配置
され、Ｘ方向に対して２７０°と１８０°の走査信号を
発生する走査格子１３．２と１３．４は他方の側に配置
されている。
【００２７】Ｙ方向に対する走査格子１３．５〜１３．
８は光源１の上下に配置されている。交差格子の測定系
の機能原理自体はドイツ公開特許第４０４１５８４号明
細書に開示されているので、これ以上の説明を省く。
【００２８】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明で得ら
れる利点は、半導体製造方法で周知の簡単な方法によ
り、光源と走査板をパターン構造化できるので、ほぼ高
調波のない走査信号を発生させることができる点にあ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による光電測長装置の模式図、
【図２】 図１の測長装置の断面図、
【図３】 他の構成の測長装置の断面図、
【図４】 この発明による走査板の平面図、
【図５】 この発明の他の構成を示す図面、
【図６】 半導体基板上に光源と走査板を形成した図
面、
【図７】 半導体基板上に光源と走査板を形成した図
面、
【図８】 半導体基板上に光源と走査板を形成した図面
を示す。
【符号の説明】
１ 光源 ２，１５ 走査板 ３ 目盛板 ４ 増分目盛 ５ 格子（光源の） ６，１４ 遮光ウェブ（格子５
の） ７，１０ 基本体 ８，９，１１，１２ 半導体層 １３，１６，１３．１〜１３．８ 走査格子 １４１，１７１ 溝 １６．１，１６．２ 走査格子の一部 １８，６１ 発光領域 １９ ＰＮ接合部領域
フロントページの続き (72)発明者 ヴオルフガング・ホルツアプフェル ドイツ連邦共和国、83119 オービング、 ブルーメンストラーセ、24 (72)発明者 アンドレアス・フランツ ドイツ連邦共和国、83308 トロストベ ルク、ヘルツオーク−ルートヴイッヒ− ストラーセ、31 (56)参考文献 特開 昭63−215916（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開333929（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 5/26 - 5/38 G01B 11/00 - 11/30

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源が測定方向に間隔を設けて配置され
    た多数の発光領域を有する半導体光源であり、走査板が
    測定方向に間隔を設けて配置された多数の帯状の受光領
    域を有し、光源と走査板の間の光路中でこの光源と走査
    板に対して相対移動する目盛板を備えている光電測長ま
    たは測角装置において、光源（１）の発光領域（６１，
    １８）の間隔（Ｂ）に対する幅（Ａ）の比が走査板
    （２）の受光領域（１４１，１９）の間隔（Ｃ）に対す
    る幅（Ｄ）の比とは異なっていて、走査板（２）により
    Ｎ次の高調波が、また光源（１）により（Ｎ＋１）次の
    高調波が濾波されるように（Ｎ＝１，２，３，・・
    ・），両方の比が選択されていることを特徴とする光電
    測長または測角装置。
  2. 【請求項２】 走査板（２，１５）は半導体基板を有
    し、この基板の受光面の上に測定方向Ｘに互いに間隔を
    設けて配置された遮光ウェブ（１４，１７）から成る走
    査格子（１３，１６）が付けてあり、これ等のウェブの
    間にある領域が帯状の受光領域（１４１，１７１）であ
    ることを特徴とする請求項１に記載の光電測長または測
    角装置。
  3. 【請求項３】 光源（１）は半導体基板を有し、この基
    板の発光面上に測定方向Ｘに互いに間隔を設けて配置さ
    れた遮光ウェブ（６）を有する格子（５）が付けてあ
    り、これ等のウェブの間にある領域が帯状の発光領域
    （６１）であることを特徴とする請求項１に記載の光電
    測長または測角装置。
  4. 【請求項４】 走査板（２）は互いに間隔を設けて配置
    された帯状のＰＮ接合部（１９）である受光領域を付け
    た半導体基板であることを特徴とする請求項１に記載の
    光電測長または測角装置。
  5. 【請求項５】 光源（１）は互いに間隔を設けて配置さ
    れた帯状のＰＮ接合部（１８）である発光領域を付けた
    半導体基板であることを特徴とする請求項１に記載の光
    電測長または測角装置。
  6. 【請求項６】 光源（１）と走査板（２）は発光領域
    （６１，１８）と受光領域（１４１，１９）が共通の面
    内にあるようにただ一つの基板上に形成されていること
    を特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光電測
    長または測角装置。
  7. 【請求項７】 光源（１）は走査板の多数の走査領域
    （１３．１〜１３．４）に対して中心に配置されている
    ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光
    電測長または測角装置。
  8. 【請求項８】 目盛板は交差格子を有し、光源（１）は
    複数の測定方向（Ｘ，Ｙ）に互いに間隔を設けて配置さ
    れた発光領域（６１）を有し、走査板は互いに直交して
    延びる受光領域を有することを特徴とする請求項１〜７
    の何れか１項に記載の光電測長または測角装置。
JP6145025A 1993-07-15 1994-06-27 光電測長または測角装置 Expired - Lifetime JP3045452B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4323712A DE4323712C2 (de) 1993-07-15 1993-07-15 Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung
DE4323712:6 1993-07-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07146160A JPH07146160A (ja) 1995-06-06
JP3045452B2 true JP3045452B2 (ja) 2000-05-29

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Family Applications (1)

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