JP6427093B2 - 光学式位置測定装置 - Google Patents
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Description
(a)光源から走査ユニットに入射する光ビームが、第一の分割部品によって、第一の分割面内の少なくとも第一、第二及び第三の部分光ビームに分割され、
(b)これらの第一と第三の部分光ビームが、走査ユニットにおいて、偏向部品によって反射基準尺の方向に偏向される一方、第二の部分光ビームが、第二の分割部品によって少なくとも第四と第五の部分光ビームに分割されて、第一と第四の部分光ビームが反射基準尺上の第一の衝突場所の方向に進むとともに、第三と第五の部分光ビームが反射基準尺上の第二の衝突場所の方向に進み、
(c)これらの重なり合う第一と第二の対の部分光ビームは、反射基準尺での反射後に、第一と第二の検出器の方向に進み、そこで、これらの部分光ビームが、対毎に重なり合って干渉し、その結果、これらの検出器によって、移動量に応じた第一と第二の走査信号を検出することが可能であり、これらの走査信号から、物体の垂直移動方向と第一の横移動方向に関する位置情報を導き出すことが可能であり、この第一の横移動方向が第一の分割面内を延びるか、或いはそれと平行に延びる。この走査ユニットに入射する光ビームは、第一の分割部品によって、更に、第一の分割面に対して直角の方向を向く第二の分割面内の更に別の部分光ビームに分割される。これらの部分光ビームは、第一の分割面内の部分光ビームと同様に第二の分割面内を進み、その結果、第三と第四の検出器によって、移動量に応じた第三と第四の走査信号を検出することが可能であり、これらの走査信号から、物体の垂直移動方向と第二の横移動方向に関する位置情報を導き出すことが可能であり、この第二の横移動方向が第二の分割面内を延びるか、或いはそれと平行に延びる。
(a)第六と第八の部分光ビームが、走査ユニットにおいて、別の偏向部品によって反射基準尺の方向に偏向される一方、第七の部分光ビームが、第二の分割部品によって、少なくとも第九と第十の部分光ビームに分割され、第六と第九の部分光ビームが反射基準尺上の第三の衝突場所の方向に進むとともに、第八と第十の部分光ビームが第四の衝突場所の方向に進み、
(b)重なり合う第三と第四の対の部分光ビームが、反射基準尺での反射後に第三と第四の検出器の方向に進み、そこで、これら二対の部分光ビームが、それぞれ重なり合って干渉し、その結果、第三と第四の検出器によって、移動量に応じた第三と第四の走査信号を検出することが可能である。
(a)そのガラス板の入射光ビームの方を向いた側に、第一の分割部品が配置され、
(b)そのガラス板の反射基準尺の方を向いた側に、第二の分割部品と偏向部品が配置される、
と規定することができる。
20 走査ユニット
21 光源
22 第一の分割部品
23 ガラス板
24 第二の分割部品
25.1〜25.4 偏向部品
26.1〜26.4 検出器
26.11〜26.1n,26.21〜26.2n,26.31〜26.3n,26.41〜26.4n 検出器素子
30.1,30.2,30.3.30.4,30.5,30.6,30.7,30.8,30.9,30.10 部分光ビーム
d ガラス板23の幅
x,y,z 移動方向
A,B,C,D 信号光ビーム
A1〜A4 衝突場所
D 公称走査間隔
POSx,POSz 位置値
S10,S190,S20,S290 走査信号
SPx,SPz 走査信号の信号周期
Φ1,Φ2 位相値
Claims (15)
- 二つの互いに移動する物体の相対位置を検出する光学式位置測定装置であって、本装置が、これら二つの物体の一方と接続された走査ユニットと、これら二つの物体の他方と接続された反射基準尺とから構成され、少なくとも二対の部分光ビームが重なり合って干渉することにより、相対位置情報が得られ、そのために、
(a)光源から走査ユニットに入射する光ビームが、第一の分割部品によって、第一の分割面内の少なくとも第一、第二及び第三の部分光ビームに分割され、
(b)これらの第一と第三の部分光ビームが、走査ユニットにおいて、偏向部品によって反射基準尺の方向に偏向される一方、第二の部分光ビームが、第二の分割部品によって、少なくとも第四と第五の部分光ビームに分割されて、第一と第四の部分光ビームが反射基準尺上の第一の衝突場所の方向に進むとともに、第三と第五の部分光ビームが反射基準尺上の第二の衝突場所の方向に進み、
(c)これらの重なり合う第一と第二の対の部分光ビームは、反射基準尺での反射後に、第一と第二の検出器の方向に進み、そこで、これらの部分光ビームが、対毎に重なり合って干渉し、その結果、これらの検出器によって、移動量に応じた第一と第二の走査信号を検出することが可能であり、これらの走査信号から、物体の垂直移動方向と第一の横移動方向に関する位置情報を導き出すことができ、この第一の横移動方向が第一の分割面内を延びるか、或いはそれと平行に延びる、光学式位置測定装置において、
この走査ユニット(20)に入射する光ビームは、第一の分割部品(22)によって、更に、第一の分割面(xz)に対して直角の方向を向く第二の分割面(yz)内の更に別の部分光ビーム(30.6,30.7,30.8,30.9,30.10)に分割されて、これらの第二の分割面(yz)内の部分光ビーム(30.6,30.7,30.8,30.9,30.10)は、第一の分割面(xz)内の部分光ビーム(30.1,30.2,30.3.30.4,30.5)と同様に進み、その結果、第三と第四の検出器(26.3,26.4)によって、移動量に応じた第三と第四の走査信号を検出することが可能であり、これらの走査信号から、物体の垂直移動方向(z)と第二の横移動方向(y)に関する位置情報を導き出すことができ、この第二の横移動方向(y)が第二の分割面(yz)内を延びるか、或いはそれと平行に延びることを特徴とする光学式位置測定装置。 - 第一の分割部品(22)によって、更に、少なくとも第六、第七及び第八の部分光ビーム(30.6,30.7,30.8)への分割が行なわれ、
(a)第六と第八の部分光ビーム(30.6,30.,8)が、走査ユニット(20)において、別の偏向部品(25.3,25.4)によって反射基準尺(10)の方向に偏向される一方、第七の部分光ビーム(30.7)が、第二の分割部品(24)によって、少なくとも第九と第十の部分光ビーム(30.9,30.10)に分割されて、第六と第九の部分光ビーム(30.6,30.9)が反射基準尺(10)上の第三の衝突場所(A3)の方向に進むとともに、第八と第十の部分光ビーム(30.8,30.10)が反射基準尺(10)上の第四の衝突場所(A4)の方向に進み、
(b)重なり合う第三と第四の対の部分光ビーム(30.6,30.9;30.8,30.10)が、反射基準尺(10)での反射後に、第三と第四の検出器(26.3,26.4)の方向に進み、そこで、これら二対の部分光ビーム(30.6,30.9;30.8,30.10)が、それぞれ重なり合って干渉し、その結果、第三と第四の検出器(26.3,26.4)によって、移動量に応じた第三と第四の走査信号を検出することが可能であることを特徴とする請求項1に記載の光学式位置測定装置。 - 第一の分割部品(22)と第二の分割部品(24)が、それぞれ十字線又はチェス盤構成の二次元回折構造として構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学式位置測定装置。
- 当該の二次元回折構造が振幅格子又は位相格子として構成されていることを特徴とする請求項3に記載の光学式位置測定装置。
- 第一の分割部品(22)と第二の分割部品(24)が、それぞれ二次元透過交差格子として構成されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の光学式位置測定装置。
- 当該の二つの分割面(xz,yz)が互いに直角の方向を向くことを特徴とする請求項3に記載の光学式位置測定装置。
- 当該の反射基準尺(10)が十字線又はチェス盤構成の二次元回折構造として構成されていることを特徴とする請求項1から6までのいずれか一つに記載の光学式位置測定装置。
- 当該の二次元回折構造が振幅格子又は位相格子として構成されていることを特徴とする請求項7に記載の光学式位置測定装置。
- 当該の反射基準尺(10)が二次元反射交差格子として構成されていることを特徴とする請求項7又は8に記載の光学式位置測定装置。
- 当該の走査ユニット(20)が透明なガラス板(23)を有し、
(a)そのガラス板の入射光ビームの方を向いた側に、第一の分割部品(22)が配置され、
(b)そのガラス板の反射基準尺(10)の方を向いた側に、第二の分割部品(24)と偏向部品(25.1〜25.4)が配置されている、
ことを特徴とする請求項1から9までのいずれか一つに記載の光学式位置測定装置。 - 当該のガラス板(23)の入射光ビームの方を向いた側には、更に、それぞれ構造化された光検出器として構成され、その感光面がガラス板(23)の反対側の方向を向く四つの検出器(26.1〜26.4)が配置されていることを特徴とする請求項10に記載の光学式位置測定装置。
- 当該の構造化された光検出器は、それぞれ複数の周期的に配置された検出器素子(26.11〜26.1n,26.21〜26.2n,26.31〜26.3n,26.41〜26.4n)を有し、これらの同相の検出器素子(26.11〜26.1n,26.21〜26.2n,26.31〜26.3n,26.41〜26.4n)が電気的に相互接続されていることを特徴とする請求項11に記載の光学式位置測定装置。
- 当該の構造化された光検出器が、αシリコンから構成されて、ガラス板(23)上に直接構造化されて配置されていることを特徴とする請求項11に記載の光学式位置測定装置。
- 当該の検出器(26.1〜26.4)が第一の分割部品(22)と同じ面内に配置されていることを特徴とする請求項1から13までのいずれか一つに記載の光学式位置測定装置。
- 当該の偏向部品(25.1〜25.4)が透過線形格子として構成されていることを特徴とする請求項1から14までのいずれか一つに記載の光学式位置測定装置。
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