JPH02504553A - 光電スケール読取装置 - Google Patents
光電スケール読取装置Info
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- JPH02504553A JPH02504553A JP50079389A JP50079389A JPH02504553A JP H02504553 A JPH02504553 A JP H02504553A JP 50079389 A JP50079389 A JP 50079389A JP 50079389 A JP50079389 A JP 50079389A JP H02504553 A JPH02504553 A JP H02504553A
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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】
光電スケール読取装置
技術分野
本発明は周期的構造をもつスケールと読取りヘッド間の変位を測定する装置に関
する。
背景技術
この種の公知装置は複数の格子からなり、その1つはスケールの周期的構造によ
って規定されている。照明手段は1つまたは2つ以上の格子と相互作用して、空
間的に周期的な縞の場を含む相互作用の産物を発生する。格子のうちのもう1つ
は分析格子となるもので、これは縞の場と共通平面の位置に置かれており、縞の
場の周期とほぼ同じの周期をもっている。これにより、縞の場と分析格子は共同
作用して、動作時に、スケールと読取りヘッドが相互に変位したときに光変調を
発生する。この光変調を検出することによって上記変位を測定する手段が提供さ
れている。この種の装置の例としては、米国特許第3,812,352号公報(
MacGovern)と「回折格子J (M、C,Hutley、Acade
micPress、 1982、ページ193−304)に開示されている。
例えば、公知装置では、光源がスケールの周期的構造に照明して、その周期的構
造と相互作用して縞の場を含む相互作用の産物を生ずるように配置されており、
分析格子が読取りヘッドに設けられている。また、別の公知装置は、光源がスケ
ールの周期的構造に照明して、その周期的構造と相互作用して第1の相互作用産
物を得るように配置されており、インデックス格子が第1の相互作用産物の光路
上に位置して、第1の相互作用産物と相互作用して前記縞の場を含む第2相互作
用産物を得るようになっており、該インデックス格子と前記分析格子とは共に読
取りヘッドに設けられている。
格子を読取りヘッドに設けることは費用がかかるので、格子を読取りヘッドに設
けて使用することを避けるとか、かかる格子の個数を減らすとかした方が都合が
よい。
発明の開示
本発明の特徴は、前記格子のうち少なくとも2つをスケールの前記周期的構造に
よって構成したこと、および読取りヘッドに反射手段を設けて、この反射手段を
相互作用産物の少なくとも1つの光路上に置いて、該反射手段により該相互作用
産物を反射させてスケール上に送り返すようにしたことである。
図面の簡単な説明
341図は、本発明の装置の第1実施例の正面図である。
第2図は、′s1図の平面図である。
第3図は、装置を通る光路の展開図である。
第4図は、第1図と同様の第2実施例の正面図である。
第5図は、第1図と同様の第3実施例の正面図である。
第6図は、第4実施例の装置の正面図である。
第7図は、第6図の平面図である。
第8図は第5実施例の平面図である。
第9図は、第6図の装置に改良を加えた346実施例の正面図である。
第10図は、第9図の平面図である。
第11図は、光線路を示した第1O図の詳細図である。
第12図は、第9図の装置にさらに変更を加えた装置の正面図である。
第13図は、第7実施例の正面図である。
第14図は、第8実施例の正面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の装置の各種実施例について、添付図面を参照して説明する。
第1図ないし第3図において、反射性スケールlOは方向x、y、zを基準にし
て方向づけられた細長スケール部材12上に備えられた周期的な明暗のマーク1
1によって規定されている。このマーク11はX−Y平面に位置し、回折格子を
有効に形成している。読取りヘッド13は、スケール上に光ビームLを放射する
光源14と、光源の光を平行光線束化するレンズ15と、平坦な反射面17.1
8を有して、光をその反射面とスケール間で反射するプリズム16と、スケール
から最後に反射された光を先覚変換器(トランスデユーサ)20上に集束するレ
ンズ19とから構成されている。反射面17.18間の角度はS06である。読
取りヘッドは、反射面17.18が各々X−Y平面に対しては45°に、 X−
Z平面に対しては90°になるよう位置が定められている。従って、反射面17
.18は、スケールに対し法線をなす縦平面では凹面になっている。スケール1
0と読取りヘッド13は相互にX方向にB動可能であり、後述するように、スケ
ールとプリズム間での光学的な相互作用により、変換器20によって読取可能な
光ビームLの変調が発生する。対応する変換器出力のカウンタ21によるカウン
ト値が、前記移動の測定値を構成する。カウンタ21は読取りヘッド13の一部
として示されているが、実際には読取りヘッドから切り離して設けることも可能
である。
更に、詳細に説明すると、レンズ15から出た光線R1は、Aの場所でスケール
のマーク11と最初の相互作用を行い、これにより、マークは光線R2を発生す
る周期的光源となる。この光線R2は反射面17.18によって領域B、Cで反
射されて、スケール上の領域りに戻り、マーク11と第2の相互作用をすること
によフて、再びプリズムに入射される回折光線R3が生ずる0反射面17、18
はこの光線R3を領域E、Fで反射して、スケールに送り返し、スケール上のG
の位置でマーク11と第3の相互作用をさせ、この場所で、回折光線がマークと
相互作用する縞の場FFを形成して、光線R4を生ずる。スケールによって形成
された格子は、いずれかの特定の回折集合が有利になるように光り輝やかないの
で、縞の場FFはマーク11と同じピッチになっている。
前記相対移動の期間において、縞の場FFはマーク11と相互に作用し合って、
各変調が縞の場とマークの1ピッチ間の1サイクルの変位を表わすように光線R
4を変調する。
第3図の展開図は、領域A、D、Gにおける光ビームLに対するスケールの移動
が、それぞれXI、X2.X3の方向に生ずることを示している。同図に示すよ
うに、方向×2は方向XI、X3と逆になっているが、これは反射面17.18
の配置により生ずる反転のためである。従って、Aの個所でビームLに対してマ
ークのピッチが通過するたびに、場FFの4つの縞が領域Gでマーク11の各ピ
ッチに対して通過することになる。そのため、スケールが1ピツチ移動するたび
に、カウンタ21は4つのカウントをとり、このようにしてスケール移動の4倍
補間が達成されることになる。これは、従来の装置に比べて重要な利点である。
注目すべきことは、上述した装置がスケールと反射器間のスタンド・オフ(隔m
>距離SOに比較的影響されないことである。このような3重相互作用装置にお
いて、所要のピッチをもつ縞の場を発生するときの条件は、1番目の相互作用か
ら2番目の相互作用までの光路長を2番目の相互作用から3番目の相互作用まで
の光路長と等しくすることである。これらの2つの光路長には、どちらも反射器
による反射が含まれるので、これらの光路長は同じ程度にスタンド・オフ距離に
左右されることになって、上記条件はスタンド・オフ距離が変っても自動的に満
足されることとなる。
プリズム16とスケール10間のスタンド・オフ距@SOが変わると、変換器出
力の位相が変化するので、距離SOが適当に異なる2つまたは3つ以上(3つが
好ましい)のプリズムを使用すれば、直角位相信号が得られるのでスケール読取
りの方向を決定することができ、必要ならば、さらに補間を行なうこともできる
。各プリズム用のそれぞれの変換器20の出力は、この目的のために国際出願公
開第WO37107943号に記載されているような回路に送られる。単純なプ
リズム16を領域Gでモアレ縞を発生するような位置に置いても、例えば、この
プリズムを軸を中心にX、Yまたは2方向に若干傾けても、同じような効果が得
られる。複数の変換器20は、上記の背景技術で引用した書籍(Hutley著
)に記述されているように、モアレ縞の異なる位相を観測するためにスケールを
横切って横方向に配置されている。
第2実施例(第4図)では、スケールは位相格子310の形態になっており、領
域A、D、Gの各々の場所で回折が行なわれる。これにより、ビーム3Lの部分
に回折集合の直角位相変調が発生し、この変調は、−1,0および村の集合が光
変調の異なる位相をもつように領域Gから発散する。レンズ319はこれらの回
折集合を3つのそれぞれの変換器220に向けて集束し、その変換器出力は上記
の国際出願公開第WO37107943号に記載されているように処理される。
第3実施例(45図)では、読取りヘッド413は単一の反射面417を有して
おり、この反射面417は凹面の二次元ミラーであって、楕円形状にすることが
好ましい。この実施例では、ビーム4Lは楕円の焦点4A。
4Bでスケールと2回だけ相互作用する。従って、ミラー417はスケール領域
4Aの光学像をスケール領域4B上に焦点を集める。そのあと、この光学像は前
述の実施例と同じように縞の場として作用し、この縞の場が領域4Bの格子と反
対方向に移動するに件なって、光変調が得られる。望ましくは、反射面417の
正確な形状を楕円形状が調整できるコンピュータ設計技法で最適化すると、正確
な焦点にだけでなく、4A、 4Bの周囲の領域にわたる焦点合わせの質の向上
が得られる。勿論、反射面417は楕円である必要はなく、全体を円錐断面にし
たり、あるいは非球面にしても、所望領域に焦点を得ることが可能である。この
代わりに、平面ミラーの前にレンズを配置したもので置換可能であり、あるいは
また、領域4Aのビームが領域4B上に焦点を結ぶように適切に最適化された他
の反射屈折結像光学系に置換することも可能である。
第4実施例(第6図と第7図)では、コーナキューブレトロ・リフレクタ(戻り
反射器)616の形状の3つの反射面を有する読取りヘッド613が設けられて
いる。この配置構成は偏揺れ(ヨー)誤差、すなわち、軸を中心にしたZ方向の
読取りヘッドの相対位置の誤差に鈍感で影響されることがない。しかし、その他
は、第1図とN2図の実施例と同じような働きをする。偏揺れに影響されないの
で、この種の読取りヘッドは、スケールに沿った長手方向にではなく、スケール
を横切って横方向に配置することも可能である。この方法で配置されたレトロ・
リフレクタ216を有する第5実施例の読取りヘッド213を第8図に示す。こ
の例では、動作は第1実施例と同じであるが、スタンド・オフ距離の変化に起因
する三角法測定誤差がほぼ除去される。
第6図ないし第8図の実施例によれば、偏揺れの影響がない結果、読取りヘッド
が不整合してもモアレ縞が発生することがない、従って、349図〜′fS12
図に示す変形実施例では、走行方向を決定したり、補間な行なったりするための
位相情報が得られるようになっている。
第9図〜第11図に示す装置は、スケール10が周期的マークを有し、その上を
読取りヘッド13が長手方向に移動可能である点で、上述の各種実施例とほぼ同
じである。読取りヘッド13は、光源14(例えば、発光ダイオードなど)と、
コーナキューブレトロ・リフレクタ516と、横に間隔を置いて配置された3個
の検出器120.220,320とを備えている。光源14からの光はレンズ1
5によりて集光されるが、このレンズ15からは1つの平行光線束化されたビー
ムは出力されない、すなわち、レンズ15からのビームはまだ若干散乱している
ので、後述するように、若干散乱したいくつかの光線を出力するものと考えるこ
とができる。特に、この種の光線が3つの場合について後述するが、これらの光
線は最後には検出器120,220,320に到達する。
第9図に示すように、1つのかかる光線の光路は地点AでスケールlOと相互作
用する第1区間(leg)Llを有している0次に、その光線は区間L2に沿っ
て反射されてから、レトロ・リフレクタ516によって区間L3に沿って入射光
線と平行に戻り反射されて、地点りでスケールと2回目の相互作用を行なう、そ
の結果発生した縞は区間L4に沿りて進行し、もう一度レトロ・リフレクタによ
って区間L5に沿って入射光線と平行に戻り反射されて、地点Gでスケールと3
回目の相互作用を行なう、その結果生じた変調光は光線の区間L6に沿って検出
器へと進行する。第11図では、光線の区間Ll−L6は太線で示され、レトロ
・リフレクタ内の内部反射は細線で示されている。
これまでの実施例で説明したと同様に、地点Aから地点りまで反射が行なわれた
結果、スケールと同じ周期をもつ縞の場が地点Gに生ずる。次にこの場の縞は地
点Gでさらにスケールと相互作用して(ある種の「シャッタ」効果によ)て)、
光変調を生じ、この光変調が検出器120,220,320によって検出され得
る。
これまでの実施例の光学系と異なり、本実施例では、検出器に到達する光線内に
異なる位相シフトを加えるある手段を提供している。もフと具体的に説明すれば
、光線が異なるごとに、スケール・ピッチの異なる位相角でスケールと相互作用
するようになっている。これにより、結果として生ずる検出された縞の位相が変
化する。これら(縞の位相)に対して、プリズムやミラー・リフレクタの不整合
(位置ずれ)によって起こるモアレ縞に対すると同様の方法で、方向情報を発生
するための分析を行うことができる。
第9図において、この位相シフト手段は単純な並行面をもつガラス板から構成さ
れ、読取りヘッド13内に装着されている。第10図および第11図から分るよ
うに、そのガラス板3oは単にスケール10の幅に一部またがって伸びているに
すぎない。特に、第11図の光線1の場合には、これは光源14から中央の検出
器120までは「直通」光線となっているので、この光線1の区間Ll〜L6の
いずれも、ガラス板3oを通過しない。この結果、ガラス板はこの光線の位相シ
フトを全く行なわない。これと対照的に、光線2(これは検出器120に到達す
る)は区間L2 (地点Aと0間)と区間L5 (地点りと0間)でガラス板3
oを通り抜ける。光線2はガラス板30を斜角で透過すると、回折にょフて光線
の光路にオフセット(偏り)が発生するので、光線1よりもスケールに沿って若
干前れた個所で、スケール・ピッチの異なる位相角でスケール10と相互作用す
ることになる。また、光線2は本件の他の場合よりも長い距離進行するが、明ら
かなように、光路長の増加は区間L2とL5とで同じであるので、相互作用点A
、Dと点り、 0間の光路長は同じままである。この光路長が等しいことは、上
記で論じたように、所望の縞を発生するのに重要である。
簡単な読取りヘッドでも2つの光線、すなわち、上述したばかりの光線1と光線
2を利用することが可能である。ガラス板30の厚さは、検出器120.220
から直角位相正弦波と余弦波出力が得られるように選択される。これらの出力は
公知の方法でカウンタと補間回路(またはそのどちらか)に送られる。この場合
には、読取りヘッドからは2つの別々の直角位相出力が得られるので、必要な方
向情報(穆動距離のカウント数と共に)を単一の読取りヘッドから得ることが可
能である。これに対し、本件出願人が以前に行なった出願では、かかる情報を得
るために2つまたはそれ以上の読取りヘッドが必要であった。方向(穆動方向の
情報)は、良く知られているように、複数の直角位相出力の相対的位相によって
与えられる。
第11図は第3の光線、すなわち、光線3も示しているが、この光線3は区間L
2とL5でなく、区間L3とL4でガラス板30を通り抜ける。この光線3は最
後に検出器320に達し、検出器320から3つ目の位相シフト出力が発生し、
この位相シフトは検出器120,220の出力と結合され得る。これらの3つの
信号は3つが組になるように並べて、本件出願人の先の国際出願公開第WO37
707943号の第16図と第17図に開示されている種類の回路で結合するこ
とによって、直角位相出力を得ることができる。
第9図ないし第11図に示されているガラス板3oの長さは、光線2が区間L2
とL5と共に、その光路の区間L1とL6でガラス板を通り抜けるだけの十分な
長さになっているが、このことは実際には影響がない、結果として生ずる縞パタ
ーン間の(同量の)相対的位相シフトを得るために、スケールに沿ってオフセッ
ト(偏り)を発生させるのに特に望ましい場所は、地点A、Dおよび地点り、0
間である。
この光学系は、ガラス板3oがスケール1oに平行でないような、ガラス板3o
の位置ずれに対して比較的寛容になっている。レトロ・リフレクタの使用は、こ
の光学系がまたレトロ・リフレクタの偏揺れ不整合に比較的寛容であることを意
味しており、それはこの種の装置がいかなる整合状態であっても、常に入射光を
平行方向に返す特性をもっているからである。このことから、上述した光学系は
スケールに対して読取りヘッド全体としての不整合(位置ずれ)に非常に鈍感と
なっている。
理論的には、第11図に示されている検出器120゜220または320の3出
カは上記の国際出願公開第WO37107943号の明細書の第16図と第17
図に開示されている方法で結合することは、検出器120に対する検出器320
と220の位相シフトが全く同じであるので(光線2と光線3はそれぞれの光路
の2つの区間でガラス板30を通過しているので)、不可能である。しかしなが
ら、実際には、それにもかかわらず、有用な結果が得られることが判明している
。これの原因は、装置の組み立て時の不整合(位置ずれ)によるもので、そのた
めに光線2と光線3の位相シフトは正確に同量でないのである。
第12図は′t%11図に改良を加えた実施例を示し、この実施例は3つの光線
、すなわち、光線1、光線2、光線3の各々に対して異なる位相シフトを与える
ことを目的としている。この実施例で使用されているガラス板はそのほぼ全長に
わたって厚さがtであるが、中央部分3OAだけは2倍の厚さ2tになっている
。このような2倍の厚さは、厚さtの2枚のガラスを貼り合せるだけで簡単に作
成できる。この結果、光線2は、その区間L2とL5で、単−厚さtの領域のガ
ラス板を通り抜けるのに対し、光線3は2倍の厚さ2tである区間L3とL4で
ガラス板を通り抜けることとなる。その結果、光線3はオフセットが2倍になり
、その縞は光線2の(光線1に対する)位相シフトの2倍になる。別の言い方を
すると、光線1は、光線3が光線2より遅れている位相シフトに相当する位相シ
フトだけ光線2よりも進むことになる。検出器の3つの出力のこのような位相関
係は国際出願公開第WO37107943号の明細書の第16図と第17図に開
示されている3つを組とする結合回路への入力として理想的であり、それは、位
相シフトが左右対称であるからである。勿論、光線1と光線2間の位相差が光線
2と光線3間の位相差と正確に等しくならない可能性があるが、上記国際出願公
開第WO37707943号に示されている配置構成のものは、正確に直角位相
(正弦波と余弦波)にある出力をこのような不完全な入力から生成し、方向情報
の導出を可能にすると共に、信号の補間を可能にするように特別に設計されてい
る。
N12図に示すものと同じ効果は、他の方法でも得られる0例えば、ガラス板3
0の中央領域3OAは、厚さを変えなくても、ガラス板の他の領域と異なった屈
折率にすることが可能である。しかし、これを実際に実施することは困難と思わ
れる。
導入された実際の位相シフトは、また、スケールに対するガラス板30の角度(
並行でない場合)によっても、あるいは光線がガラス板に当たるときの入射角(
これは、光源と検出器の向きによって調節される)によっても、その影響を受け
る。従って、光線2と光線3に対して異なる位相シフトを発生する場合には、そ
の1つとして区間L3とL4の領域と、区間L2とL5の領域とで異なった角度
で傾斜した複合ガラス板を使用することも可能である。また、別の方法として、
光線2と光線3間について光源と検出器の相対的向きを変更する場合には、その
1つとして3410図に120,220°。
320°で示すように、検出器を横方向と同様に長さ方向にも間隔を離して、斜
めに配列することが可能である、読取りヘッドのスケールに対する相対的向きを
=a図に示したのと同様にしても、同じような効果が得られる。
第6図〜第8図の上述した不具合な点るよ、少なくとも2つの検出器を読取りヘ
ッドに設けて、それぞれの検出器に通じる光路を、結果として生ずる一方の縞ノ
\ターンの位相シフトが他方の縞パターンに対して発生するように配置すること
により、基本的に解決されるであろう。勿論、ガラス板30のようなガラス板を
使用することは、この目的を達成する実行可能な手段の単なる1つでしかなく、
位相シフトを引き起すこの種の他の多くの手段を想定することが可能である。
第13図は、3回の相互作用の代りに、2回だけスケールと相互作用する場合の
実施例を示したものである。光源714は透過性スケールを通して散乱ビーム几
を7Aの位置に向けて放射する。反射面717,718はビームを反射してスケ
ール上に送り返し、縞の場FFを領域7Gの位置に発生する。この縞の場はスケ
ールの格子と再び相互作用して、検出器720によって検出可能な光変調を発生
する。結像系719は縞の場とスケールを含む平面を検出器720上に結像する
。縞がスケールと同じ周期をもつように保証するためには、光源714から最初
の相互作用の7A位置までの距離を、7Aか67Gまでの距離と等しくなければ
ならない、この光学系では、スケールが1ピツチ移動するたびに、検出器で3つ
のカウントが発生する。
さらに、第13図の装置の改良型として、ビーム7Lを平行光線束化する光学レ
ンズ750を設けてもよし)。この例では、結果として生ずる縞の場は、フレネ
ル型メカニズム(前述したフラクンホーファ型メカニズムによるのでなく)によ
フて発生される。しかし、この種の縞の場は不連続のトールボット平面にだけ形
成されるので、スケール710はこれらのトールボット平面の1つと同一平面に
位置していなければならない。この光学系は、スケールが1ピツチ穆動するたび
に、検出器で2つだけのカウントを生じる。−
第14図は第13図と類似の実施例であるが、スケール810が透過性ではなく
、反射性のものである点で異なる。この例では、表面817と818は偏光ビー
ム・スプリッタであって、ガラス・ブロック816内に収まっている。光源81
4からの入射光はビーム・スプリッタ817を通り、1/4波長板860を通り
抜けて、領域8Aでスケールと最初の相互作用を行なう、この相互作用の産物は
1/4 vi、長板860を通って表面817に送り返される。この1/4波長
板860を2回通過すると、偏光面が90°回転するので、相互作用の産物は表
面817によって反射され、さらに表面818によってスケールの領域8Gに反
射される。この例でも、縞の場は第13図で論述したのと同じ条件で発生し、ス
ケールによって変調される。この結果生じた変調光は表面818を経由して送り
返される。この場合も、光は174波長板862を2回通過しているので、正確
な偏光として検出器820に送られる。勿論、実際には、2枚の174波長板8
60,862を1枚の板に、ガラス・ブロック816の底面に合併することがで
きる。第14図に示すように、オプション(任意選択)のコリメータ・レンズ8
50を設けることが可能である。
第13図と第14図の装置の場合は、コヒーレント光源が必要であるが、この光
源を点光源(ピン・ホール)または線光源にすることも可能である。しかし、光
源をレーザ・ダイオードにするのがもりと実用的である。
従って、2重相互作用よりも3重相互作用の方が好ましい理由は、光源を発散さ
せ、広帯域(非コヒーレント)にできるので、レーザ・ダイオードの費用が節減
できる点である。さらに、2重相互作用のものは、スケールが1ピツチ移動する
たびに、第1図に示す実施例のような4つのカウントをとるのではなく、変換器
で2つまたは3つのカウントをとるだけである。
点光源または線光源と検出器を用いて(地点AとDで)2回だけの相互作用をさ
せると、第9図に示すと同様に、光学系を単純化させることが可能である。しか
し、前述したように、相互作用を3回にすると、検出効果の意味のある増加が得
られ、その結果卓越した分析が得られるので、3回の相互作用にした方が好まし
い、また、これは点光源または線光源と検出器よりむしろ、広がった光源と検出
器を使用することが可能になる。
′s13図と第14図に示すような2重相互作用システムは、必要ならば、単一
の格子を読取りヘッドに追加することにより、3重相互作用システムにすること
ができる0例えば、読取りヘッドは第13図のオプションのレンズ750の個所
に、あるいは破線752で示されている位置に、あるいは位置7Gと検出器系の
間に、格子を設けることも可能である。この場合は、光はスケールで形成された
格子と2回相互作用を行ない、読取りヘッド上の格子と1回相互作用を行なうこ
とになる。
いずれの場合も、縞の場はそのピッチが最終格子のピッチとマツチングするのを
確保するため、相互作用位置は間隔を置くべきである。この種のシステムの場合
は、従来の3重相互作用系では格子が2つであったのに対し、読取りヘッドに格
子を1つ設けるだけですむが、これまでに説明してきた他の3重相互作用系のい
ずれかを使用すると、読取りヘッドに格子が必要でなくなるので、その方が通常
はむしろ好ましい。
国際調査報告
国際調査報告
GB 8801110
SA 25995
Claims (8)
- 1.スケールの周期的構造によって規定された第1格子手段と、 該第1格子手段を照明して、該第1格子手段と相互に作用し合って、空間的に周 期的な縞の場を含む相互作用の産物を発生する照明手段と、 該縞の場と同一平面位置に置かれていて、該縞の場の周期と実質上同じ周期を有 する第2格子手段とを備え、 これにより動作時に、前記スケールと読取りヘッドが互に相対的に変位したとき 、前記縞の場と前記第2格子手段が協同作用して光変調を発生し、さらに、該光 変調を検出する検出手段を備えている周期的構造を有するスケールと読取りヘッ ド間の変位を測定する装置であって、 前記第2格子手段も前記スケールの前記周期的構造によって規定されており、か つ 前記相互作用の産物の光路に位置して、該相互作用の産物を反射して前記スケー ル上に送り返す反射手段を前記読取りヘッドは包含しており、その結果縞の場が 該スケールと同一平面になって、該スケールと協同作用して前記光変調を発生す ることを特徴とする光電スケール読取装置。
- 2.第1格子手段と、 該第1格子手段を照明して、該第1格子手段と相互に作用し合って第1相互作用 の産物を発生する照明手段と、 該第1相互作用の産物の光路に置かれており、該第1相互作用の産物と相互に作 用し合って空間的に周期的な縞の場を含む第2相互作用の産物を発生する第2格 子手段と、 該縞の場と同一平面位置に置かれていて、該縞の場の周期と実質上同じ周期を有 する第3格子手段とを備え、 これにより動作時に、スケールと読取りヘッドが互に相対的に変位したとき、前 記縞の場と前記第3格子手段が協同作用して光変調を発生し、 さらに、該光変調を検出する検出手段を備えている周期的構造を有するスケール と読取りヘッド間の変位を測定する装置であって、 前記格子手段のうちの少なくとも2つは前記スケールの前記周期的構造によって 構成され、前記第1および第2相互作用の産物の少なくとも1つの光路に位置し て、該相互作用の産物を反射して前記スケール上に送り返す反射手段を前記読取 ヘッドは含んでいることを特徴とする光電スケール読取装置。
- 3.前記格子手段の3つの全てが、前記スケールの前記周期的構造によって構成 され、前記反射手段は両方の相互作用の産物の光路に位置している請求の範囲第 2項に記載の装置。
- 4.前記反射手段は前記スケールに垂直な長手方向の面で凹面になるように互に ある角度をなしている2つの反射面を備えている請求の範囲第1項ないし第3項 のいずれかに記載の装置。
- 5.前記反射手段はレトロ・リフレクタからなる請求の範囲第1項ないし第3項 のいずれかに記載の装置。
- 6.前記反射手段は前記相互作用の産物を集束して前記スケール上に送り返す合 焦手段を備えている請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の装置。
- 7.前記検出手段は少なくとも2つの検出器からなり、各検出器はそれぞれの前 記縞の場によって発生された光変調を検出するように配置され、前記読取りヘッ ドは一方の前記縞の場の位格を他方の縞の場の位相に対してシフトする位相シフ ト手段を備えている請求の範囲第1項ないし第6項のいずれかに記載の装置。
- 8.前記位相シフト手段はガラス板からなる請求の範囲第7項に記載の装置。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015501921A (ja) * | 2011-11-09 | 2015-01-19 | ザイゴ コーポレーションZygo Corporation | ダブルパス干渉方式エンコーダシステム |
JP2018091769A (ja) * | 2016-12-06 | 2018-06-14 | Dmg森精機株式会社 | 変位検出装置 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0486050B1 (en) * | 1990-11-16 | 1998-02-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for measuring displacement |
JP2862417B2 (ja) * | 1990-11-16 | 1999-03-03 | キヤノン株式会社 | 変位測定装置及び方法 |
GB9424969D0 (en) * | 1994-12-10 | 1995-02-08 | Renishaw Plc | Opto-electronic scale reading apparatus |
DE19908328A1 (de) | 1999-02-26 | 2000-08-31 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Optische Positionsmeßeinrichtung |
GB0004120D0 (en) | 2000-02-23 | 2000-04-12 | Renishaw Plc | Opto-electronic scale reading apparatus |
DE102005029917A1 (de) * | 2005-06-28 | 2007-01-04 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Positionsmesseinrichtung |
US9201313B2 (en) | 2011-11-09 | 2015-12-01 | Zygo Corporation | Compact encoder head for interferometric encoder system |
DE102013221898A1 (de) * | 2013-10-29 | 2015-04-30 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Vorrichtung zur Positionsbestimmung |
US9593826B2 (en) | 2013-12-12 | 2017-03-14 | Utc Fire & Security Americas Corporation, Inc. | Strobe assembly |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1773428C2 (de) * | 1968-05-14 | 1973-09-13 | Secretary Of State For Defence Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland, London | Vorrichtung zur Bestimmung der Lage eines beweglichen Bauteils relativ zu einem festen Bezugssystem |
DE3700906C2 (de) * | 1986-01-14 | 1995-09-28 | Canon Kk | Verschlüßler |
-
1988
- 1988-12-15 DE DE8989900866T patent/DE3872227T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1988-12-15 EP EP89900866A patent/EP0344291B1/en not_active Expired - Lifetime
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- 1988-12-15 JP JP50079389A patent/JPH02504553A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015501921A (ja) * | 2011-11-09 | 2015-01-19 | ザイゴ コーポレーションZygo Corporation | ダブルパス干渉方式エンコーダシステム |
JP2015111157A (ja) * | 2011-11-09 | 2015-06-18 | ザイゴ コーポレーションZygo Corporation | ダブルパス干渉方式エンコーダシステム |
US9746348B2 (en) | 2011-11-09 | 2017-08-29 | Zygo Corporation | Double pass interferometric encoder system |
JP2018091769A (ja) * | 2016-12-06 | 2018-06-14 | Dmg森精機株式会社 | 変位検出装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3872227T2 (de) | 1992-12-03 |
WO1989005964A1 (en) | 1989-06-29 |
EP0344291B1 (en) | 1992-06-17 |
DE3872227D1 (de) | 1992-07-23 |
EP0344291A1 (en) | 1989-12-06 |
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