JPH0132450B2 - - Google Patents
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- JPH0132450B2 JPH0132450B2 JP60095695A JP9569585A JPH0132450B2 JP H0132450 B2 JPH0132450 B2 JP H0132450B2 JP 60095695 A JP60095695 A JP 60095695A JP 9569585 A JP9569585 A JP 9569585A JP H0132450 B2 JPH0132450 B2 JP H0132450B2
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001028 reflection method Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
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-
- 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
-
- 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
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- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/366—Particular pulse shapes
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の分野)
本発明は位置測定装置において電気的信号を、
特に長さ又は角度測定装置において参照符号に基
づいて参照パルスを光電的に発生させるための装
置にして、少なくとも1つの照明装置と、走査板
と、目盛担持体上に目盛符号を備えた少なくとも
1つの長さ又は角度目盛フイールドと、少なくと
も1つの光電的検出器と、評価回路とを備えた前
記装置にに関する。
特に長さ又は角度測定装置において参照符号に基
づいて参照パルスを光電的に発生させるための装
置にして、少なくとも1つの照明装置と、走査板
と、目盛担持体上に目盛符号を備えた少なくとも
1つの長さ又は角度目盛フイールドと、少なくと
も1つの光電的検出器と、評価回路とを備えた前
記装置にに関する。
(従来の技術)
西独国特許明細書1814786号には参照パルスの
発生のための参照符号の構成が記載されている。
発生のための参照符号の構成が記載されている。
しかし充分に正確な参照パルスを発生させるた
めには走査間隔が非常に小さい許容公差しか有さ
ない。
めには走査間隔が非常に小さい許容公差しか有さ
ない。
従来公知の参照符号の光電的走査間隔ではプツ
シユプル信号は使用されなかつた。安全な評価の
ために必要なプツシユプル信号又は擬似プツシユ
プル信号を得るためには、2つの参照符号又は1
つの参照符号を有する目盛フイールドと基準信号
を発生させるための目盛フイールド(例えば鏡)
が設けられかつ走査されねばならない。参照パル
スの不均一な汚染及び間隔の変化によつて走査の
際に発生した光電的信号は安全な評価が得られな
くなる程に変化し得る。
シユプル信号は使用されなかつた。安全な評価の
ために必要なプツシユプル信号又は擬似プツシユ
プル信号を得るためには、2つの参照符号又は1
つの参照符号を有する目盛フイールドと基準信号
を発生させるための目盛フイールド(例えば鏡)
が設けられかつ走査されねばならない。参照パル
スの不均一な汚染及び間隔の変化によつて走査の
際に発生した光電的信号は安全な評価が得られな
くなる程に変化し得る。
更に公知の参照パルスはその目盛フイールド内
に、参照パルスを相互に相異ならしめるためのコ
ード化可能性を有さない。
に、参照パルスを相互に相異ならしめるためのコ
ード化可能性を有さない。
西独国特許公開公報2316248号から4,45,
48,49と協同する光電的位置マーキングシス
テムが公知であり、その場合相互に移動可能な両
格子のより大きな間隔が可能にされ、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
いかにして例えば参照パルスが充分安全に走査さ
れかつ評価されることができるかについてのいか
なるヒントも示されていない。
48,49と協同する光電的位置マーキングシス
テムが公知であり、その場合相互に移動可能な両
格子のより大きな間隔が可能にされ、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
いかにして例えば参照パルスが充分安全に走査さ
れかつ評価されることができるかについてのいか
なるヒントも示されていない。
(発明の課題)
本発明は冒頭に記載した形式の装置を走査間隔
の許容公差が増大されることができ、その際走査
板と測定格子としての反射形位相格子との間の比
較的大きな走査間隔が可能にされ、かつ参照符号
に基づいて参照パルスが発生しかつそれによつて
符号化されることができるように形成することを
課題とする。
の許容公差が増大されることができ、その際走査
板と測定格子としての反射形位相格子との間の比
較的大きな走査間隔が可能にされ、かつ参照符号
に基づいて参照パルスが発生しかつそれによつて
符号化されることができるように形成することを
課題とする。
(課題を解決するための手段)
本発明の課題は少なくとも個々の目盛フイール
ドが位相格子として形成されており、その位相格
子の格子じまの方向又は格子方向及び格子じまの
方向は測定方向に対して0゜とは異なる方向をなし
ており、そして位相格子によつて回折された光の
検出のために検出器が設けられており、その配列
は波長、位相格子の格子方向及び格子パラメータ
に依存していることによつて解決される。
ドが位相格子として形成されており、その位相格
子の格子じまの方向又は格子方向及び格子じまの
方向は測定方向に対して0゜とは異なる方向をなし
ており、そして位相格子によつて回折された光の
検出のために検出器が設けられており、その配列
は波長、位相格子の格子方向及び格子パラメータ
に依存していることによつて解決される。
(発明の効果)
本発明によれば、参照パルスの走査のために位
相格子が利用されかつこれによる回折光を検出す
るための検出器が位相格子の格子パラメータに依
存して配列されていることにより走査格子と測定
格子の間の相応した間隔変化に対して比較的敏感
ではなく、比較的大きな走査間隔が可能にされる
ことにある(例えば走査間隔1000μm±500μm)。
更にこの本発明による装置では個々の参照パルス
を符号化することが可能であり、従つて個々の参
照パルスは相違してかつ評価されることができ
る。有利な実施形態は特許請求の範囲第2項以下
から把握される。
相格子が利用されかつこれによる回折光を検出す
るための検出器が位相格子の格子パラメータに依
存して配列されていることにより走査格子と測定
格子の間の相応した間隔変化に対して比較的敏感
ではなく、比較的大きな走査間隔が可能にされる
ことにある(例えば走査間隔1000μm±500μm)。
更にこの本発明による装置では個々の参照パルス
を符号化することが可能であり、従つて個々の参
照パルスは相違してかつ評価されることができ
る。有利な実施形態は特許請求の範囲第2項以下
から把握される。
(実施例)
図示の実施例により本発明を詳しく説明する。
第1図において反射により作動する測定装置1
が示されている。光源Lの光はコンデンサ2によ
つて走査板3上に入射する。第2図は明らかなよ
うに走査板3は透明な範囲の1つの群から成る目
盛フイールド3′を有する。目盛フイールド3′の
まわりの周囲フイールド3″は光吸収性である。
目盛フイールド3′はインクリメンタルスケール
としても形成されることもできる。そのような形
態は従来の(反射形又は透過形振幅格子)スケー
ルで質的に高い信号を発生させるためにいわゆる
単一フイールド−プツシユプル走査が実施される
べきである場合に特に意味がある。
が示されている。光源Lの光はコンデンサ2によ
つて走査板3上に入射する。第2図は明らかなよ
うに走査板3は透明な範囲の1つの群から成る目
盛フイールド3′を有する。目盛フイールド3′の
まわりの周囲フイールド3″は光吸収性である。
目盛フイールド3′はインクリメンタルスケール
としても形成されることもできる。そのような形
態は従来の(反射形又は透過形振幅格子)スケー
ルで質的に高い信号を発生させるためにいわゆる
単一フイールド−プツシユプル走査が実施される
べきである場合に特に意味がある。
走査板3を透過した光は反射形位相格子に入射
し、そこで反射しかつ回折される。反射形位相格
子4で回折した光は走査板3及びコンデンサ2を
通つて進み、光電的検出器5′,−5′;5″,−
5″上に配設されているプレート5上に入射する。
し、そこで反射しかつ回折される。反射形位相格
子4で回折した光は走査板3及びコンデンサ2を
通つて進み、光電的検出器5′,−5′;5″,−
5″上に配設されているプレート5上に入射する。
第3図から反射形位相格子4が走査板3の目盛
フイールド3′と同一の、参照符号としての目盛
フイールド4′を有する。目盛フイールド4′は
10μmの格子定数を有する位相格子として形成さ
れている。同様に周囲フイールド4″は位相格子
として作られているが、4μmの格子定数を有す
る。目盛フイールド4′と周囲フイールド4″の位
相格子の相異なる格子定数は相異なる回折を生じ
させ、即ち光検出器5′−5′;5″,−5″を備え
たプレート5上に相異なる回折像を生じさせるこ
とになる。位相格子の格子溝及び格子段は第3図
からも明らかなように測定方向Xの方を向いてい
る。しかし参照符号としての格子じまの方向は測
定方向Xに対して0°とは異なる角度、例えば図示
の実施例では90゜をなしている。
フイールド3′と同一の、参照符号としての目盛
フイールド4′を有する。目盛フイールド4′は
10μmの格子定数を有する位相格子として形成さ
れている。同様に周囲フイールド4″は位相格子
として作られているが、4μmの格子定数を有す
る。目盛フイールド4′と周囲フイールド4″の位
相格子の相異なる格子定数は相異なる回折を生じ
させ、即ち光検出器5′−5′;5″,−5″を備え
たプレート5上に相異なる回折像を生じさせるこ
とになる。位相格子の格子溝及び格子段は第3図
からも明らかなように測定方向Xの方を向いてい
る。しかし参照符号としての格子じまの方向は測
定方向Xに対して0°とは異なる角度、例えば図示
の実施例では90゜をなしている。
第1図によれば測定方向Xは図平面に対して垂
直に向いている。
直に向いている。
光は走査板3と位相格子4の目盛フイールド
3′と4′の重なり状態に相応して正負の回折次数
の方向に反射されかつコンデンサ2によつて集光
される。コンデンサ2の焦点面には光源Lに対し
て対称的に第1次の回折像が生ずる。コンデンサ
2の焦点面にはプレート5が配設されている一平
面に焦点を結ぶ。
3′と4′の重なり状態に相応して正負の回折次数
の方向に反射されかつコンデンサ2によつて集光
される。コンデンサ2の焦点面には光源Lに対し
て対称的に第1次の回折像が生ずる。コンデンサ
2の焦点面にはプレート5が配設されている一平
面に焦点を結ぶ。
第5図の場合は第1図による場合とは異なり目
盛フイールド45′にのみ位相格子45が付設さ
れ、周囲フイールド45″には付設されていない
か或いはその逆の場合、光電的検出器は省略され
得る、そのわけは大きな次数の回折像は生じない
からである。これらの手段は当業者の任意であ
る。
盛フイールド45′にのみ位相格子45が付設さ
れ、周囲フイールド45″には付設されていない
か或いはその逆の場合、光電的検出器は省略され
得る、そのわけは大きな次数の回折像は生じない
からである。これらの手段は当業者の任意であ
る。
光電的検出器5′−5′;5″,−5″は対に又は
相互に逆並列に接続され、その結果第6図による
回路が得られる。光検出器によつて生じた電気的
信号の評価は第6図に示すように点R1とR2の摺
動によつて示される。
相互に逆並列に接続され、その結果第6図による
回路が得られる。光検出器によつて生じた電気的
信号の評価は第6図に示すように点R1とR2の摺
動によつて示される。
本発明による参照符号プツシユプル信号の代表
的な振動波形は第7図に示されている。第6図に
よる回路の点R1とR2に生じるこの信号の安全に
評価される、そのわけは充分なSN比が生じるか
らであり、走査間隔の変更及び汚染の生じた際に
信号がゼロライン(振幅線)に対して対称的に変
わるからである。
的な振動波形は第7図に示されている。第6図に
よる回路の点R1とR2に生じるこの信号の安全に
評価される、そのわけは充分なSN比が生じるか
らであり、走査間隔の変更及び汚染の生じた際に
信号がゼロライン(振幅線)に対して対称的に変
わるからである。
既に述べた参照符号の符号化の可能性は位相格
子を相違して形成することにある。
子を相違して形成することにある。
第3図による位相格子4′と4″の形態から既に
所属の回折像が所属の光検出器±5′と±5″上の
種々の個所に生ずることが明らかである。図示の
ように位相格子4′と4″が平行に整直されている
場合に信号を供給する光電的検出器±5′と±
5″によつて、どの位相格子4′又は4″に各光電
的検出器±5′又は±5″を負荷する回折像が属す
るかが明確に決定されることができる。
所属の回折像が所属の光検出器±5′と±5″上の
種々の個所に生ずることが明らかである。図示の
ように位相格子4′と4″が平行に整直されている
場合に信号を供給する光電的検出器±5′と±
5″によつて、どの位相格子4′又は4″に各光電
的検出器±5′又は±5″を負荷する回折像が属す
るかが明確に決定されることができる。
第3図に示す位相格子の変形は目盛フイールド
4′と周囲フイールド4″に使用される相異なる格
子定数を備えた矩形位相格子である。
4′と周囲フイールド4″に使用される相異なる格
子定数を備えた矩形位相格子である。
第8図中、エシエレツト位相格子の変形の横断
面が示されており、その際目盛フイールド48′
及び周囲フイールド48″は相異なる格子定数及
び又は方向を有する。照明の回折像は変形に相応
してずれ、そして個々の回折像に属する光検出器
は相応した位置を占める。それによつて個々の参
照符号は符号化されかつ検出器の相応する1つに
よつて発生した信号を感知することによつて他の
参照符号から区別されることができる。
面が示されており、その際目盛フイールド48′
及び周囲フイールド48″は相異なる格子定数及
び又は方向を有する。照明の回折像は変形に相応
してずれ、そして個々の回折像に属する光検出器
は相応した位置を占める。それによつて個々の参
照符号は符号化されかつ検出器の相応する1つに
よつて発生した信号を感知することによつて他の
参照符号から区別されることができる。
更に第9図によれば矩形位相格子と、目盛フイ
ールド及び周囲フイールドに使用される等しい又
は相異なる格子数のエシユレツト位相格子との組
合せが可能であり、その際位相格子の方向も異な
らしめられる。
ールド及び周囲フイールドに使用される等しい又
は相異なる格子数のエシユレツト位相格子との組
合せが可能であり、その際位相格子の方向も異な
らしめられる。
第8図及び第9図に実施例を示した発明によれ
ば、位相格子の格子方向及び格子じまの方向が共
に測定方向に対し0゜とは異なる角度、例えば図に
おいては90゜をなしている。
ば、位相格子の格子方向及び格子じまの方向が共
に測定方向に対し0゜とは異なる角度、例えば図に
おいては90゜をなしている。
位相格子の形態は当業者に使用条件によつて選
択されかつ組合わされる。その際特別の意味は位
相格子相互の格子方向にある、そのわけは位相格
子の相異なる格子方向と所属の光電的検出器±
5′と±5″の相応した位置とによつて個々の参照
符号の符号化が特別に簡単になるからである。
択されかつ組合わされる。その際特別の意味は位
相格子相互の格子方向にある、そのわけは位相格
子の相異なる格子方向と所属の光電的検出器±
5′と±5″の相応した位置とによつて個々の参照
符号の符号化が特別に簡単になるからである。
各回折像に属する光電的検出器±5′と±5″の
位置付けは格子原理の公式から得られ、この公式
は1978年に公開されたJ.ウイルヘルム氏の論文
「位置変化の測定のための三格子ステツプ発信器
−光電的測定装置−収容部」(TUハノーバ)に
記載されている。この文献の12頁に回折公式 Sinα=K・λ/d が記載されており、ここではKは次数、λは波
長、そしてdは格子定数である。
位置付けは格子原理の公式から得られ、この公式
は1978年に公開されたJ.ウイルヘルム氏の論文
「位置変化の測定のための三格子ステツプ発信器
−光電的測定装置−収容部」(TUハノーバ)に
記載されている。この文献の12頁に回折公式 Sinα=K・λ/d が記載されており、ここではKは次数、λは波
長、そしてdは格子定数である。
第1図は反射方法による測定装置、第2図は第
1図の―線に沿う位相格子の部分図、第3図
は第1図の―線に沿う位相格子の部分図、第
4図は第1図の―線に沿う光電的検出器を備
えたプレートの正面図、第5図は透過光の原理に
よる測定器を示す図、第6図は光電的検出器の回
路図、第7図は参照符号としてのプツシユプル信
号の代表的な信号波形を示す図、第8図は相異な
る格子定数を有するエシユレツト位相格子の横断
面図そして第9図はエシユレツト位相格子と矩形
位相格子との組合せたものの横断面を示す図であ
る。 図中符号 4,45,48,49…位相格子、
4′,45′,48′,49′…目盛符号、5′,−
5′;5″,−5″,55′,−55′,55″,−5
5″…光電的検出器、λ…波長。
1図の―線に沿う位相格子の部分図、第3図
は第1図の―線に沿う位相格子の部分図、第
4図は第1図の―線に沿う光電的検出器を備
えたプレートの正面図、第5図は透過光の原理に
よる測定器を示す図、第6図は光電的検出器の回
路図、第7図は参照符号としてのプツシユプル信
号の代表的な信号波形を示す図、第8図は相異な
る格子定数を有するエシユレツト位相格子の横断
面図そして第9図はエシユレツト位相格子と矩形
位相格子との組合せたものの横断面を示す図であ
る。 図中符号 4,45,48,49…位相格子、
4′,45′,48′,49′…目盛符号、5′,−
5′;5″,−5″,55′,−55′,55″,−5
5″…光電的検出器、λ…波長。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 位置測定装置において電気的信号を、特に長
さ又は角度測定装置において参照符号に基づいて
参照パルスを光電的に発生させるための装置にし
て、少なくとも1つの照明装置と、走査板と、目
盛担持体上に目盛符号を備えた少なくとも1つの
長さ又は角度目盛フイールドと、少なくとも1つ
の光電的検出器と、評価回路とを備えた前記装置
において、 少なくとも個々の目盛フイールド4′,45′が
位相格子4,45として形成されておりかつその
位相格子の格子じまの方向は測定方向に対して0゜
とは異なる角度をなしており、そして位相格子
4,45によつて回折された光の検出のために検
出器5′,−5′,5″,−5″,55′,−55′,
5
5″,−55″が設けられており、その配列は波長、
位相格子4,45の格子方向及び格子パラメータ
に依存していることを特徴とする光電的測定装
置。 2 参照符号目盛フイールド4′に加えて、周囲
フイールド4″が参照符号目盛フイールド4′とは
異なる格子パラメータを備えた位相格子として形
成されている、特許請求の範囲第1項記載の装
置。 3 位相格子4′,4″が相異なる格子定数しかし
同一格子方向を有する矩形格子として形成されて
いる、特許請求の範囲第1項又は第2項記載の装
置。 4 位相格子4,45の格子方向が相異なる、特
許請求の範囲第1項から第3項までのうちのいず
れか一つに記載の装置。 5 位相格子4,45が反射及び透過格子として
形成されている、特許請求の範囲第1項から第4
項までのうちのいずれか一つに記載の装置。 6 位置測定装置において電気的信号を、特に長
さ又は角度測定装置において参照符号に基づいて
参照パルスを光電的に発生させるための装置にし
て、少なくとも1つの照明装置と、走査板と、目
盛担持体上に目盛符号を備えた少なくとも1つの
長さ又は角度目盛フイールドと、少なくとも1つ
の光電的検出器と、評価回路とを備えた前記装置
において、 少なくとも個々の目盛フイールド48′,4
9′が位相格子48,49として形成されており
かつその位相格子の格子方向及び格子じまの方向
は測定方向に対して0゜とは異なる角度をなしてお
り、そして位相格子48,49によつて回折され
た光の検出のために検出器5′,−5′,5″,−
5″,55′,−55′,55″,−55″が設けられ
ており、その配列は波長、位相格子48,49の
格子方向及び格子パラメータに依存していること
を特徴とする光電的測定装置。 7 参照符号目盛フイールド4′に加えて、周囲
フイールド4″が参照符号目盛フイールド4′とは
異なる格子パラメータを備えた位相格子として形
成されている、特許請求の範囲第6項記載の装
置。 8 位相格子4′,4″が相異なる格子定数しかし
同一格子方向を有する矩形格子ととして形成され
ている、特許請求の範囲第6項又は第7項記載の
装置。 9 位相格子は相異なる格子定数しかし格子方向
が同一のエシエル位相格子として形成されている
特許請求の範囲第6項又は第7項記載の装置。 10 位相格子が矩形の位相格子49″とエシエ
ル位相格子49′とから組み合わされている、特
許請求の範囲第6項から第9項までのうちのいず
れか一つに記載の装置。 11 位相格子48,49の格子方向が相異な
る、特許請求の範囲第6項から第10項までのう
ちのいずれか一つに記載の装置。 12 位相格子48,49が反射及び透過格子と
して形成されている特許請求の範囲第6項から第
11項までのうちのいずれか一つに記載の装置。
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