JPH01276020A - 光電位置測定装置 - Google Patents

光電位置測定装置

Info

Publication number
JPH01276020A
JPH01276020A JP1052180A JP5218089A JPH01276020A JP H01276020 A JPH01276020 A JP H01276020A JP 1052180 A JP1052180 A JP 1052180A JP 5218089 A JP5218089 A JP 5218089A JP H01276020 A JPH01276020 A JP H01276020A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
grating
measuring device
light
gratings
lattice
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP1052180A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH06103194B2 (ja
Inventor
Alfons Spies
アルフォンス・シュピース
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Johannes Heidenhain GmbH
Original Assignee
Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Johannes Heidenhain GmbH filed Critical Dr Johannes Heidenhain GmbH
Publication of JPH01276020A publication Critical patent/JPH01276020A/ja
Publication of JPH06103194B2 publication Critical patent/JPH06103194B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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
    • G01D5/00—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
    • 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
    • G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、相互に移動可能な複数の格子を用いて、光
源から入射した光りを回折させ１１回折した光ビームを
干渉させ、干渉によって生じた数種の光ビームの強度変
調を光電検出器によって互いに位相のずれた電気信号に
変換する透過光又は反射光を利用する測長又は測角装置
に関する。
〔従来の技術〕
西独特許第２４３１５５１号公報には、上記様式の装置
が記載されている。所謂三種回折公格子の測定装置の第
一実施例の形状は、入射光が順次通過する三枚の透過格
子から成る。第二実施例の形状では、一方が透明で第二
のものが反射格子として形成されているただ二枚の格子
から成る装置が説明しである。そこの記載された二つの
装置では、使用する格子の格子定数が使用する光の波長
よりも短くない。それ故、測定装置の分解能は制限され
ている。
三枚格子の他の測定装置は、ヨーロッパ特許第１６３３
６２号公報に記載されている。位相値とディーティー比
（畝／溝）に関してそこに示した位相格子の特別な構成
により、三種の光ビームが生じる。これ等の光ビームは
格子が相対運動する場合互いに位相（主に、１２０°）
がずれた強度変調が生じる。この装置でも、格子定数は
入射光の波長より短くない。
西独特許第２１４６３１０号公報から、所謂二枚格子の
測定装置が公知である。この装置では、使用する格子の
格子定数が入射光の波長より短い。この様な干渉測定に
よる二枚格子測定装置の主要な欠点は、これ等の装置が
格子の間隔の変動に対して敏感で、使用する光の空間的
な干渉性に依存している点にある。
〔発明の課題〕
この発明の課題は、上記の点に対して、干渉計測的に走
査され、使用する光の波長より短い格子定数も許容され
る三枚の格子を装備した位置測定装置を提供することに
ある。更に、走査信号は高調波を含んではならない。
〔課題の解決法〕
上記の課題は、この発明により以下のようにして解決さ
れている。即ち、光源から出た光が格子の法線に対して
一定の入射角で第一格子に入射し、零次回折次数の光ビ
ームのみと、格子の法線に最も近い一次回折次数の光ビ
ームが第二格子で回折により信号形成に寄与し、前記光
ビームが値０の一定の位相差を有するように、入射光と
第一格子の物理特性を選定し、入射光ビームが一次回折
次数の光ビームのみに分解するように第二格子の物理特
性を選定し、格子の法線に最も近い光ビームが第一格子
と同一な第三格子で回折して光電検出器に干渉光ビーム
になることによって解決されている。
〔実施例と作用〕
第１図に示す透過光装置では、幅の狭い帯状の光が光源
ｌから出射し、位相格子２を格子の法線０に対して角度
αで照明する。この角度αは公式ｓｉｎα＝λ／２ｇに
よって決まる。この場合、λは使用した光の波長で、ｇ
は格子定数である０位相格子２の背後には、回折によっ
て回折次数「０」と「１」の二つの光ビーム３と４が生
じる。これ等の光ビーム３と４は、別な格子５に入射す
る。
この格子もまた位相格子として形成されている。
この格子５は、零次数の回折が生じないように設置しで
ある。上記の設置は、公知の方法で格子５の表面形態に
よって行われるもので、例えば矩形断面の格子の場合、
位相ストロークに対応する段の高さの変化によって行わ
れる（第２図参照）。
格子５の場合でも、格子定数ｇは波長λより短いので、
回折もｒｌＪより大きい次数では生じない。格子５のと
ころで回折によって生じた四つの光ビーム６．６’　　
；７，７’から、格子の法線Ｏの方に回折する光ビーム
６と７のみを使用する。
これ等の光ビーム６と７は別な格子２′−その物理特性
は格子２と同一である−に当たり、この格子２′で再び
回折される。格子２′の背後では、回折した四つの光ビ
ーム８．９，１０．１１が生じる。二つの光ビーム、つ
まり８と９及び１０と１１は、それぞれ同じ方向に進み
、互いに干渉する。
格子５が格子２と２′に対して値Ｘはど移動すると、格
子５で回折した光ビーム６と７は位相差Φ＝２π／ｇ　
及びΦ−−２π／ｇを示す。
ビームが回折する場合、発生した零次と１次の光ビーム
が値θの一定位相差を示すように格子２と２′を配置す
る。これ等の光ビーム３と４の位相は値θはど相互に遅
れている。丁度同じことが、格子２′で光ビーム６から
生じた光ビーム８と１０及び光ビーム７から生じた光ビ
ーム９と１１に当てはまる。
上記の値θである位相差は、格子２と２′を特別に配設
することによって達成される。可能性のある一実施形態
はヨーロッパ特許筒１６３３６２号公報に開示されてい
る。この特別な配設は矩形断面の位相格子の場合、畝対
溝の比（ディーティー比）ａ：ｂがｌ：１から著しくず
れていて、第２図の段の高さｈは格子２と２′がπラジ
アンから著しくずれた位相ストロークを有するように設
計されている。
干渉した光ビーム８と９又は１ｏと１１は、光電素子１
２と１３に入射し、電気信号に変換される。これ等の信
号は増分式位置測定装置で公知の方法で解析される。
この場合、上記の信号を次の公式で表すことができる。
即ち、光電素子１２に対しては、１１２＝　Ｋ　（１−
ｃｏｓ（２・２ｘ　ｘ／ｇ））で、光電素子１３に対し
ては、 １１３＝　Ｋ　（１−ｃｏｓ（２（２ｚ　ｘ／ｇ−θ）
））。
となる。ここで、Ｋは定数、Ｘは格子２．２′と５の位
相差、及びθは既に説明した位相差を表している。
前記の例によれば、アナログで反射光を用いて位置測定
装置も実現できる。この場合、格子５は反射格子として
形成され、格子２と２′は同一である。第１図はこの場
合「折り畳んだ」図にして考えることができる。
〔効果〕
巻頭に述べた装置に比べて、この発明による位置測定装
置の長所は、以後に行う内挿がなくても高い分解能を得
ることができ、格子の間隔が広い範囲で変動してもよく
、信号に不利な影響を与えない点にある。更に、空間的
な干渉性に関する要求に厳しいものがない。その外、光
電素子に発生する信号には高調波が含まれていない。何
故なら、それ等の信号がただ二つの光ビームの干渉で発
生し、これ等の信号の最適な解析が保証できるからであ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、透過光装置。 第２図は、位相格子の拡大断面図。 第３図は、他の位相格子の拡大断面図。 図中引用記号： １・・・光源、 ２．２′　・・・位相格子、 ３．４，６．６′，７．７′，８．９．１０゜１１、　
　・・・回折光ビーム、 ５・・・格子、 １２．１３・・・光電素子、 α・・・入射角度、 λ・・・使用光の波長、 Φ・・・位相差、 θ・・・位相差、 Ｋ・・・定数、 Ｘ・・・格子２．２′と５の相対移動量。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、干渉によって生じた回折光ビームの強度変調を位相
    のずれた電気信号に変換し、光源から出射した光を回折
    させて更に回折した光ビームを干渉させる相対移動する
    複数の格子を用いて透過光法ないしは反射光法で測長又
    は測角を行う光電位置測定装置において、光源（１）か
    ら出射した光が第一格子（２）に格子の法線（０）に対
    して一定の入射角（α）で入射し、零次の回折次数の光
    ビーム（３）と格子の法線（０）に最も近い一次の回折
    次数の光ビーム（４）のみが第二格子（５）によって回
    折に寄与し、上記の光ビーム（３，４）が一定の位相差
    となるように前記入射角（α）と第一格子（２）の物理
    特性が選定してあり、入射光ビーム（３，４）が一次の
    回折次数の光ビームにのみ分解されるように第二格子（
    ５）の物理特性が選定してあり、格子の法線（０）に最
    も近い回折光ビーム（６，７）が第一格子（２）と同じ
    第三格子（２′）で回折して干渉することになり、干渉
    した光ビーム（８と９又は１０と１１）が光電素子（１
    ２，１３）に入射することを特徴とする測定装置。 ２、入射角（α）は、条件α＝ａｒｃｓｉｎ（λ／２ｇ
    ）を満たすように選定されていることを特徴とする請求
    項１記載の測定装置。 ３、全ての格子（２，２′，５）の格子定数（ｇ）は使
    用する光の波長（λ）より短いことを特徴とする請求項
    １記載の測定装置。 ４、全ての格子（２，２′，５）の格子定数（ｇ）は同
    一であることを特徴とする請求項１記載の測定装置。 ５、第一及び第三格子（２，２′）の畝対溝の比（ディ
    ーティー比）は１：１より大きくずれているが、第二格
    子（５）の場合には上記の比は１：１であり、第一と第
    二格子（２，２′）の位相ストロークはπラジアンより
    大幅にずれていて、第二格子（５）の場合にはπラジア
    ンに等しいことを特徴とする請求項１記載の測定装置。 ６、増分測定装置の第一及び第三格子（２，２′）は、
    走査格子であり、第二格子（５）は目盛板で構成されて
    いることを特徴とする請求項１記載の測定装置。 ７、全ての格子（２，２′，５）は透過光測定装置の透
    明格子として形成されていることを特徴とする請求項６
    記載の測定装置。 ８、第一及び第三格子（２，２′）は透明で同一であり
    、第二格子（５）は反射光測定装置の格子として反射す
    るように形成されていることを特徴とする請求項６記載
    の測定装置。 ９、光源（１）は一様波を発生させる後続コリメータを
    装備した半導体レーザダイオードであることを特徴とす
    る請求項１記載の測定装置。
JP1052180A 1988-03-25 1989-03-06 光電位置測定装置 Expired - Lifetime JPH06103194B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3810165A DE3810165C1 (ja) 1988-03-25 1988-03-25
DE3810165.3 1988-03-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01276020A true JPH01276020A (ja) 1989-11-06
JPH06103194B2 JPH06103194B2 (ja) 1994-12-14

Family

ID=6350709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1052180A Expired - Lifetime JPH06103194B2 (ja) 1988-03-25 1989-03-06 光電位置測定装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5009506A (ja)
EP (1) EP0333929B1 (ja)
JP (1) JPH06103194B2 (ja)
AT (1) ATE89920T1 (ja)
DE (3) DE3810165C1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH051923A (ja) * 1991-06-26 1993-01-08 Mitsutoyo Corp 格子干渉型変位検出装置
EP3012591A1 (en) 2014-10-23 2016-04-27 Mitutoyo Corporation Optical encoder

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9007559U1 (ja) * 1990-03-13 1992-09-24 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut
ATE108274T1 (de) * 1991-05-18 1994-07-15 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Interferentielle positionsmessvorrichtung.
DE9106409U1 (de) * 1991-05-24 1991-11-21 Mesacon Gesellschaft für Meßtechnik mbH, 4600 Dortmund Optische Anordnung zur Messung der Geschwindigkeit einer bewegten Oberfläche
EP0541827B1 (de) * 1991-11-04 1995-04-12 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Vorrichtung zur Erzeugung oberwellenfreier periodischer Signale
US5424833A (en) * 1992-09-21 1995-06-13 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Interferential linear and angular displacement apparatus having scanning and scale grating respectively greater than and less than the source wavelength
EP0590163B1 (de) * 1992-09-21 1996-01-03 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Längen- oder Winkelmesseinrichtung
US5300786A (en) * 1992-10-28 1994-04-05 International Business Machines Corporation Optical focus phase shift test pattern, monitoring system and process
JP3210111B2 (ja) * 1992-12-24 2001-09-17 キヤノン株式会社 変位検出装置
US5652426A (en) * 1993-04-19 1997-07-29 Ricoh Company, Ltd. Optical encoder having high resolution
JP3196459B2 (ja) * 1993-10-29 2001-08-06 キヤノン株式会社 ロータリーエンコーダ
JP3513251B2 (ja) † 1994-03-14 2004-03-31 キヤノン株式会社 光学式変位センサ
FR2778458B1 (fr) * 1998-05-06 2001-12-28 Centre Nat Rech Scient Dispositif optique de mesure interferometrique d'un deplacement relatif entre deux elements dont l'un au moins est mobile relativement a l'autre
EP1104543B1 (en) 1998-08-21 2002-12-04 Olivier M. Parriaux Device for measuring translation, rotation or velocity via light beam interference
DE10303038B4 (de) * 2003-01-26 2006-11-30 Samland, Thomas, Dipl.-Math. Positionsmesseinrichtung
DE10325416B4 (de) * 2003-06-05 2005-12-22 Hilti Ag Strahlfänger
US8233154B2 (en) * 2005-12-22 2012-07-31 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College High precision code plates and geophones
GB0613902D0 (en) * 2006-07-13 2006-08-23 Renishaw Plc Scale and readhead
US20130001412A1 (en) 2011-07-01 2013-01-03 Mitutoyo Corporation Optical encoder including passive readhead with remote contactless excitation and signal sensing
US9029757B2 (en) 2011-12-23 2015-05-12 Mitutoyo Corporation Illumination portion for an adaptable resolution optical encoder
US8941052B2 (en) 2011-12-23 2015-01-27 Mitutoyo Corporation Illumination portion for an adaptable resolution optical encoder
US9080899B2 (en) 2011-12-23 2015-07-14 Mitutoyo Corporation Optical displacement encoder having plural scale grating portions with spatial phase offset of scale pitch
US9018578B2 (en) 2011-12-23 2015-04-28 Mitutoyo Corporation Adaptable resolution optical encoder having structured illumination and spatial filtering
US10447040B2 (en) 2014-10-15 2019-10-15 Cummins Power Generation Ip, Inc. Programmable inverter for controllable grid response
CN110622059B (zh) * 2017-05-22 2021-12-10 三菱电机株式会社 光图案生成装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS519300A (en) * 1974-07-12 1976-01-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Atsudensoshi
JPS5999219A (ja) * 1982-11-29 1984-06-07 Nippon Kogaku Kk <Nikon> 回折格子を用いたエンコ−ダ
JPS60260813A (ja) * 1984-05-31 1985-12-24 ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング 変位測定方法及びその装置
JPS62121314A (ja) * 1985-11-21 1987-06-02 ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング 光電位置測定装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2003492A1 (de) * 1970-01-27 1971-08-12 Leitz Ernst Gmbh Messverfahren fuer Schrittgeber zum Messen von Laengen oder Winkeln sowie Anordnungen zur Durchfuehrung dieses Messverfahrens
US3738753A (en) * 1970-09-21 1973-06-12 Holograf Corp Interferometer utilizing gratings to measure motion
US3768911A (en) * 1971-08-17 1973-10-30 Keuffel & Esser Co Electro-optical incremental motion and position indicator
DE2431551C2 (de) * 1974-07-01 1981-09-17 Ernst Leitz Wetzlar Gmbh, 6330 Wetzlar Anordnung zur Messung von Bewegungen und Geschwindigkeiten

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS519300A (en) * 1974-07-12 1976-01-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Atsudensoshi
JPS5999219A (ja) * 1982-11-29 1984-06-07 Nippon Kogaku Kk <Nikon> 回折格子を用いたエンコ−ダ
JPS60260813A (ja) * 1984-05-31 1985-12-24 ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング 変位測定方法及びその装置
JPS62121314A (ja) * 1985-11-21 1987-06-02 ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング 光電位置測定装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH051923A (ja) * 1991-06-26 1993-01-08 Mitsutoyo Corp 格子干渉型変位検出装置
EP3012591A1 (en) 2014-10-23 2016-04-27 Mitutoyo Corporation Optical encoder
US10831035B2 (en) 2014-10-23 2020-11-10 Mitutoyo Corporation Optical encoder

Also Published As

Publication number Publication date
EP0333929A2 (de) 1989-09-27
US5009506A (en) 1991-04-23
DE3881379D1 (de) 1993-07-01
EP0333929B1 (de) 1993-05-26
EP0333929A3 (en) 1990-05-16
JPH06103194B2 (ja) 1994-12-14
DE3810165C1 (ja) 1989-07-27
DE8816647U1 (de) 1990-02-15
ATE89920T1 (de) 1993-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH01276020A (ja) 光電位置測定装置
US5430546A (en) Optical device for measuring relative position of or angle between two objects
US4091281A (en) Light modulation system
US7154609B2 (en) Interferential position measuring arrangement
JP2501714B2 (ja) 干渉位置測定装置
SU1560068A3 (ru) Устройство дл измерени перемещений
JP3158878B2 (ja) 光学式エンコーダ
JPH03148015A (ja) 位置測定装置
JP6386337B2 (ja) 光学式エンコーダ
US5648658A (en) Apparatus and method for generating position-dependent signals using a scanning plate having a plurality of differently configured scanning regions
JPH0812048B2 (ja) 干渉測定装置
JPS5845687B2 (ja) 移動距離及び速度の測定装置
JP3641316B2 (ja) 光学式エンコーダ
JPH0755424A (ja) 光電式位置測定装置
JPH095026A (ja) 光電位置測定装置
JP2718440B2 (ja) 測長または測角装置
JPH0781817B2 (ja) 位置測定装置
US6151128A (en) Optical position indicator
JPH09126818A (ja) 光電測長または測角装置
JP2718439B2 (ja) 測長または測角装置
JP3199549B2 (ja) エンコーダ装置
JP3256628B2 (ja) エンコーダ装置
JPS6139289Y2 (ja)
JPH01187413A (ja) 反射型エンコーダ
JP2002188942A (ja) 光学式エンコーダ