JPH0131127B2 - - Google Patents

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JPH0131127B2
JPH0131127B2 JP60096173A JP9617385A JPH0131127B2 JP H0131127 B2 JPH0131127 B2 JP H0131127B2 JP 60096173 A JP60096173 A JP 60096173A JP 9617385 A JP9617385 A JP 9617385A JP H0131127 B2 JPH0131127 B2 JP H0131127B2
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Mitsuhieru Deiiteru
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Dr Johannes Heidenhain GmbH
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Dr Johannes Heidenhain GmbH
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    • GPHYSICS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は位置測定装置で電気信号を、特に長さ
又は角度測定装置で参照パルスを光電的に発生さ
せるようにした光電的測定装置にして、少なくと
も1つの照明装置と、走査板と、目盛担体上の少
なくとも1つの長さ又は角度目盛フイールドと、
少なくとも1つの光電検出器と、評価回路とを備
えた前記装置に関する。
(産業上の利用分野) この種の装置は例えば測定装置に対して特定さ
れたゼロ点が確定されかつ再現されることができ
るために、位置測定装置、特にインクリメンタル
長さ又は角度測定装置において使用される。
(従来の技術) 西独国特許公開1814785に参照パルスの発生の
ための参照マークが記載されている。
しかし充分正確な参照パルスは、走査間隔が非
常に小さく保持されかつ従つて狭い走査公差を前
提とした場合にのみ得られる。
従来公知の参照マークの光電的走査では単一周
期信号が得られる。安全な評価に必要なプツシユ
プル信号を保持するために参照信号の発生のため
の二つ又は一つの参照符号と一つのフイールド
(例えば鏡)が設けられかつ走査されなければな
らない。
走査の際の参照符号の不均一な汚れ及び間隔の
変化によつて発生した光電信号は安全な評価が最
早得られない程変化する。
1978年に公開されたJ.Willhelm著、「三格子ス
テツプ発信器−位置変化の測定のための光電的ピ
ツクアツプ」(TU ハノーパ)の論文において、
このような路程ピツクアツプの理論と構成が詳し
く説明されている。
これに対して西独国特許公開公報2316248から
位相格子によつて作動される光電ステツプ発信器
が公知であり、それによつて相互に移動可能な両
格子の大きな走査間隔が可能にされており、そし
て間隔変化に対する感度は小さい。しかしこの文
献には例えば参照符号が充分安全に走査されかつ
評価されうることについてのヒントは何も与えら
れていない。
(解決されるべき課題) 本発明は冒頭に述べた形式の装置を走査間隔公
差が増大されることができ、比較的大きい走査間
隔が可能にされ、そし参照符号に基いて参照パル
スが発生されることができるように創造すること
を課題の基礎とする。
(課題解決のための手段) 本発明によればこの課題は少なくとも1つの長
さ又は角度目盛フイールドがフーリエ級数に相応
して相異なる格子定数によつて形成された周期的
目盛を備えた複数の格子から構成されており、そ
して格子から導出された周期的信号は光学的及び
又は電気的に検出されるようにしたことによつて
解決される。
(発明の効果) 本発明による装置の利点は参照符号の走査の際
でも走査間隔の変化に対して比較的鈍感な比較的
大きな走査間隔が可能にされることにある。更に
この装置では個々の参照符号を任意の信号波形が
発生しうるように形成することが可能である。他
の有利な構成は実施態様項から把握される。
(実施例) 図示の実施例に基いて本発明を詳しく説明す
る。その際図面は理解をよくするために著しく簡
単にして示されている。
次に使用される「光」には紫外線及び赤外線並
びに可視光線が含まれる。
第1図においていわゆる三格子反射原理による
長さ測定装置1が示されている。光源Lの光線は
コンデンサ2によつて平行にされ、かつ位相格子
A及びBで回折されかつ反射される。
位相格子A及びBはその全長は相異なるが、相
互に等しい格子定数を有しかつ各位相格子A及び
Bはそれぞれ相異なる格子定数を有する周期的目
盛を備えたフイールドA1,A2及びB1,B2
から成つている。
コンデンサ2の焦点面において、光源Lの0次
及び高次の回折像が生じ、回折像は相異なる格子
定数及び格子形態(例えば溝巾/格子定数、溝深
さ等)に相応する。この個所では格子理論に相応
して光電検出器D0〜±D1(2)が配設されてい
る。
各位相格子A及びBはそれぞれフーリエ級数に
相応した相異なる格子定数を有する二つのフイー
ルドA1,A2及びB1,B2から成る。第2図
において長さ測定装置1が第1図の―線に沿
う平面図として示されている。光源Lは、光軸か
らずれて配設されており、それによつて0次の回
折像が光源Lには反射されず、むしろ光源Lが光
軸からずらされた量と等しい量だけ光軸からずら
されて配列された検出器に生じる。しかし光源L
は0次よりも次数の高い回折のみが利用されるべ
き場合には光軸上に配置されることになる。
第3図において反射位相格子Bが示されてお
り、この格子は第1図の―線に沿う相異なる
格子定数の位相格子フイールドB1とB2をを示
す。原理的にはこれとは異なる目盛フイールドB
1とB2の配列が可能である。
第4図は光電検出器D1(2)〜−D1(2)の正面図
を示す。第4図は第2図の―線に沿う図であ
る。
第5図には第1図〜第4図による測定装置によ
つて発生する代表的な信号波形が示される。この
信号波はX方向における位相格子Bの移動の際に
可動位相格子B上のフイールドと固定位相格子A
上のフイールドとの重なりに依存する光源像の変
調によつて発生する。光電検出器D0(第1図、
第2図及び第4図)でこの信号が検出される。
第6図において位相格子A,Bとして、即ち走
査格子及び測定格子として使用され得る位相格子
Cの構成が示されており、この位相格子は唯二つ
のフイールドではなしに8つのフイールドC1〜
C8から成り、その格子定数の比はそれぞれ相異
なり即ち1対2対3対4対5対6対7対8であ
る。
その際フイールドC1〜C8はフーリエ級数に
相応して形成されており、そしてフイールドC1
〜C8の面積はこの選択されたフーリエ級数のフ
ーリエ係数に対応する定数に比例している。
位相格子Cの測定方向Xへの運動の際光電検出
器D0に0次の回折について第7図に示されるよ
うな一つの信号波形が得られる。
これと逆位相をもつた信号は各フイールド目盛
の溝巾と格子定数の比が1対2であるという前提
の下に±1次の回折像によつて得られる。個々の
フイールドC1〜C8が測定方向Xに平行に向け
られずに第8図に示すようにフイールドC′1〜
C′8が図示の順序で測定方向Xに順次配設されて
いる場合に位相格子Cの変形が得られる。
この際も既に述べたフーリエ級数の前記係数に
対応する面積比は保持される。
第9図において結局位相格子C″は絞りとして
作用する別の目盛Dを備えた第6図よる位相格子
配列の組合せとして示されており、目盛Dは個々
の目盛りが参照符号として機能するために図では
相互に幅の異なるものとして構成されて不規則的
に配列されている。第7図による信号波形を更に
変調する。その際図によれば各位相格子フイール
ドC″1〜C″8の部分範囲のみが有効になる。
一方第9図によれば、追加の目盛Dは位相格子
C″から光軸の方向にずらされて配設されること
ができ、例えば位相格子C″に対して測定方向X
に移動可能にれることもできる。それらによつて
参照符号として機能する絞り目盛Dのフイールド
と位相格子C″のフイールドとの重なりに依存し
た変調が行われることになる。
第10図においてこの種のフイールドとして示
されているように周期的な目盛りをもつた、しか
し相異なる格子定数を有する他方の格子CB1〜
CB8は同様に構成された第1格子CA1〜CB8
に対してそれぞれ各格子定数の何分の一か何倍か
だけ測定方向において位相をずらされて配置され
ることができる。
更に光電検出器の位置にそれぞれ相異なる波長
の光源を設け、光源と光電検出器の配置位置を任
意の方法で組合せることも本発明の範囲内にあ
る。簡単な方法で光源の可変制御によつて信号波
形に影響を与えることも可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は反射方法により作用する測定装置、第
2図は第1図による測定装置の―線に沿う平
面図、第3図は第1図の反射位相格子の―線
に沿つてみた部分図、第4図は第2図の―線
に沿うコンデンサの焦点面の正面図、第5図は第
1図による位相格子を備えた代表的な信号波形を
示す図、第6図は位相格子の有利な配列を示す
図、第7図は第6図による位相格子を備えた代表
的な信号波形の図、第8図は位相格子の特別有利
な配列を示す図、第9図は追加的信号変調のため
の位相格子の他の変形を示す図、そして第10図
は位相のずれた追加の位相格子を備えた第8図に
よる位相格子の配列を示す図である。 図中符号、A〜CA……長さ又は角度目盛フイ
ールド、A1〜CA8……それぞれ格子定数の異
なる格子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 位置測定装置で電気信号を、特に長さ又は角
    度測定装置で参照パルスを光電的に発生させるよ
    うにした光電的測定装置にして、少なくとも1つ
    の照明装置と、走査板と、目盛担体上の少なくと
    も1つの長さ又は角度目盛フイールドと、少なく
    とも1つの光電検出器と、評価回路とを備えた前
    記装置において、 少なくとも1つの長さ又は角度目盛フイールド
    A〜CAはフーリエ級数に相応して相異なる格子
    定数によつて形成された周期的目盛を備えた複数
    の格子A1〜CA8から構成されており、そして
    格子から導出された周期的信号は光学的及び又は
    電気的に検出されることを特徴とする光電的測定
    装置。 2 少なくとも1つの長さ又は角度目盛フイール
    ドA〜CAに追加的な非周期的目盛フイールドD
    が付設されている、 特許請求の範囲第1項記載の装置。 3 少なくとも1つの長さ又は角度目盛フイール
    トA〜CAが位相格子A1〜CA8として形成され
    ている、 特許請求の範囲第1項又は第2項記載の装置。 4 追加的目盛フイールドDが測定方向xに移動
    可能である、 特許請求の範囲第2項又は第3項記載の装置。 5 他の長さ又は角度目盛フイールドCBが設け
    られており、この目盛フイールドは周期的な目盛
    をもつた、しかし相異なる格子定数をもつた複数
    の格子CB1〜CB8から成り、これらの格子CB
    1〜CB8が同様に構成された第一格子CA1〜
    CA8に対してそれぞれ各格子定数の何分の一か
    又は何倍かだけ測定方向Xにおいて相互に位相が
    ずれている、 特許請求の範囲第1項記載の装置。 6 光電検出器と光源が相互に交換可能に又は任
    意の方法で相互に組合せ可能であり、その際相異
    なる光源の波長が相違しうる、 特許請求の範囲第1項から第5項までのうちの
    いずれか一つに記載の装置。
JP60096173A 1984-05-09 1985-05-08 光電的測定装置 Granted JPS60243515A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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DE3417176.2 1984-05-09
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JPS60243515A JPS60243515A (ja) 1985-12-03
JPH0131127B2 true JPH0131127B2 (ja) 1989-06-23

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US (1) US4778273A (ja)
EP (1) EP0163824B1 (ja)
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