JP6756496B2 - 光学式角度測定装置 - Google Patents
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Description
dAは、分光用回折格子の目盛周期であり、
Dは、分光素子と回転軸線との間隔であり、
Nは、回転毎に生成される信号周期の数である。
dAは、分光用回折格子の目盛周期であり、
Dは、分光素子と回転軸線との間隔であり、
Nは、回転毎に生成される信号周期の数である。
dMは、測定基準器の目盛周期であり、
Rは、円筒形の目盛キャリアの半径であり、
Nは、回転毎に生成される信号周期の数である。
第1測定基準器領域に入射する少なくとも2つの部分光線束がそれぞれ+/−1次に回折され、+1次に回折された部分光線束および−1次に回折された部分光線束が回転軸線の方向に伝播し、
第2測定基準器領域に入射する少なくとも2つの部分光線束がそれぞれ+/−1次に回折され、+1次に回折された部分光線束および−1次に回折された部分光線束が結合素子の方向に伝播するように構成されていてもよい。
コリメーションは、放出された光線束が分光素子に入射する前に行われ、
行われたコリメーションは、信号の生成に直接に貢献しない部分光線束が弱められ、信号を生成する部分光線束と重ならないように構成されている。
φは、位相格子の両方の2値の目盛領域の相対的な位相遅れである。
λは、使用される光の波長、
αは、入射した部分光線束が、構造化された光検出器において交差する角度、
dDは、ヴェルニエ・ストライプパターンの周期である。
Dは、分光素子と回転軸線との間隔であり、
Nは、回転毎に生成される信号周期の数である。
Rは、円筒形の目盛キャリアの半径であり、
Nは、回転毎に生成される信号周期の数である。
R=4.974mm
N=25000
D=7.5mm
dM=5μm
dA=7.5μm
が生じる。
τ=0.7079
φ=108.467°
によって、図2aに示すように位相をずらされた走査信号を生成した場合に、適切な結合素子が実現され得る。
dAは、回折格子の目盛周期であり、
Dは、分光素子と回転軸線との間隔であり、
Nは、回転毎に生成される信号周期の数である。
11;111;211;311;411 測定基準器
20,220 走査ユニット21;221 光源
21,221 光源
22;222 コリメータ光学系
23;123;223 分光素子
24;224;324;424 結合素子
25;225 検出ユニット
30.1,30.2;130.1,130.2;32.1,32.2;332.1,332.2;432.1,432.2 部分光線束
227.1,227.2 光学補正素子
325,425 光検出器
dA,dV,dM 目盛周期
A 中央軸線
dD ストライプパターンの周期
SP 信号周期
R 回転軸線
Claims (15)
- 第1の物体に結合された円筒形の目盛キャリアと、第2の物体に結合された走査ユニットとを備える光学式角度測定装置であって、
前記目盛キャリアの少なくとも一部分に沿って円筒の周囲にわたって透過型の測定基準器が配置されており、
前記走査ユニットが光源および検出ユニットを備え、
前記第1の物体および前記第2の物体が、回転軸線を中心として互いに相対的に回動可能に配置されており、
直交方向に向かい合った測定基準器領域を光学式に走査することにより、互いに相対的に回動可能な2つの物体の角度位置に関する測定値が生成され、円筒形の前記目盛キャリアの内部を伝搬する部分光線束が前記回転軸線で交差する光学式角度測定装置において、
走査ユニット(20;220)が、光源(21;221)から入射する光線束を少なくとも2つの部分光線束(30.1,30.2;130.1,130.2)に分光する分光素子(23;223)を含み、前記部分光線束が発散しながら第1測定基準器領域へと伝搬し、該第1測定基準器領域でそれぞれ回転軸線(R)の方向に偏向され、
前記走査ユニット(20;220)が、さらに結合素子(24;224;324;424)を含み、該結合素子が、第2測定基準器領域に入射した後に収束し、前記結合素子(24;224;324;424)に入射する部分光線束(32.1,32.2;332.1,332.2;432.1,432.2)を偏向し、干渉し合う部分光線束の対が検出ユニット(25;225)の方向に伝播することを特徴とする光学式角度測定装置。 - 請求項1に記載の光学式角度測定装置において、
前記分光用分光素子(23;223)が分光用回折格子として構成され、測定基準器(11;111;211;311;411)の前方に配置されており、入射する光線束を、少なくとも2つの異なる回折次数で回折された部分光線束(30.1,30.2,130.1,130.2)に分光し、該部分光線束が、第1測定基準器領域の方向に伝播する光学式角度測定装置。 - 請求項2に記載の光学式角度測定装置において、
前記分光用回折格子が、0次の回折次数を抑制する位相格子として構成されており、得られた+/−1次の回折次数が、信号を生成するために使用される部分光線束(31.1,31.2;332.1,332.2;432.1,432.2)として機能する光学式角度測定装置。 - 請求項2に記載の光学式角度測定装置において、
前記分光用回折格子が振幅格子として構成されており、該振幅格子に、入射する光線束が回折格子垂線に対して0°に等しくない角度で入射し、得られた0次の回折次数および得られた+1次の回折次数が、信号を生成するために使用される部分光線束(130.1,130.2;332.1,332.2;432.1,432.2)として機能する光学式角度測定装置。 - 請求項1から6までのいずれか一項に記載の光学式角度測定装置において、
前記結合素子(24;224;324;424)が測定基準器(11;211)の後方に配置されており、分光素子(23;123;223)と同一に構成されており、測定基準器(11;111;211;311;411)に対して同じ間隔をおいて配置されている光学式角度測定装置。 - 請求項1から6までのいずれか一項に記載の光学式角度測定装置において、
結合素子(324)が位相格子として構成されており、回折された部分光線束(332.1,332.2)の+2次および0次、+1次および−1次、−2次および0次の次数がそれぞれ互いに干渉し、複数の光検出器(325.1〜325.3)を備える検出ユニットに対して平行に伝播し、該光検出器により、位相をずらされた複数の走査信号が生成される光学式角度測定装置。 - 請求項1から6までのいずれか一項に記載の光学式角度測定装置において、
結合素子(424)が回折格子として構成されており、該回折格子により回折された部分光線束(433.1,433.2)が、光検出器(425)を備える検出ユニットに所定の角度(α)で入射する光学式角度測定装置。 - 請求項1から10までのいずれか一項に記載の光学式角度測定装置において、
第1測定基準器領域に入射した少なくとも2つの部分光線束(30.1,30.2)が、それぞれ+/−1次の次数で回折され、+1次の次数で回折された部分光線束(31.1)および−1次の次数で回折された部分光線束(31.2)が回転軸線(R)の方向に伝播し、
第2測定基準器領域に入射した少なくとも2つの部分光線束(31.1,31.2)が、それぞれ+/−1次の次数で回折され、+1次の次数で回折された部分光線束(32.1)および−1次の次数で回折された部分光線束(32.2)が結合素子(24;224;324;424)の方向に伝播するように、測定基準器(11;111;211;311;411)が構成されている光学式角度測定装置。 - 請求項11に記載の光学式角度測定装置において、
前記測定基準器(11;211;311;411)が0次の回折次数を抑制する位相格子として構成されている光学式角度測定装置。 - 請求項1から12までのいずれか一項に記載の光学式角度測定装置において、
目盛キャリア(210)が透明な中実円筒体として構成されており、該中実円筒体の外周面に測定基準器(211)が配置されており、部分光線束の光路において、入射される第1測定基準器領域の前方および入射される第2測定基準器領域の後方に、変形された部分光線束の波面を平坦な波面に変えるそれぞれ1つの光学補正素子(227.1,227.2)が配置されている光学式角度測定装置。 - 請求項1から13までのいずれか一項に記載の光学式角度測定装置において、
前記光源(21;221)から放出された光線束がコリメータ光学系(22;222)を介してコリメートされ、
コリメーションが、放出された光線束が分光素子(23;223)に入射する前に行われ、
行われた前記コリメーションが、信号の生成に直接に貢献しない部分光線束が弱められ、信号を生成する部分光線束(30.1,30.2)と重ならないように構成されている光学式角度測定装置。 - 請求項1に記載の光学式角度測定装置において、
目盛キャリア(10;110;210;310;410)が、外周面に測定基準器(11;111;211;311;411)が配置された透明な中空円筒体または透明な中実円筒体として構成されている光学式角度測定装置。
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