JPH04221713A - 光学装置 - Google Patents

光学装置

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JPH04221713A
JPH04221713A JP3046845A JP4684591A JPH04221713A JP H04221713 A JPH04221713 A JP H04221713A JP 3046845 A JP3046845 A JP 3046845A JP 4684591 A JP4684591 A JP 4684591A JP H04221713 A JPH04221713 A JP H04221713A
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    • G01D5/00Mechanical 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
    • G01D5/26Mechanical 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
    • G01D5/32Mechanical 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
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、少なくとも二つの干
渉可能なビーム束を回折格子で一致させ、干渉させる、
回折格子を用いて二ビーム干渉を与える光学装置、特に
測長または測角装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の装置は、干渉で動作する測長ま
たは測角装置として多数の文献により公知である。
【0003】例として、西独特許第 36 33 57
4号明細書および欧州特許第 0 163 362号明
細書を挙げることができる。後記の刊行物には、目盛格
子が位相格子である位置測定装置が開示されている。こ
の格子では、ウェブと溝の比と位相の深さが変わると、
回折した異なる次数の二つの部分ビームの強度比と0次
と1次の位相関係が調節できる。
【0004】異なる回折次数の部分ビームの二ビーム干
渉に基づく測定系では、上記の形式の位相格子に非常に
異なる回折能があると言う重大な難点があり、このこと
が良くない変調度をもたらす。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、二
ビーム干渉に基づく冒頭に述べた種類に属する装置に対
して、前記難点を保有していなく、回折した部分ビーム
束の干渉により、互いに一定の位相関係を有する同じ大
きさの信号と、同じ変調度とを発生させることができる
再結合格子を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、冒頭に述べた種類の光学装置の場合、位相格子
として形成された回折格子の物理特性は、異なった次数
に回折された部分ビーム束の多くの強度比とそれ等の位
相角度を互いに調節できるように選択されていることに
よって解決されている。
【0007】他の有利な構成は、特許請求の範囲の従属
請求項に記載されている。
【0008】
【実施例】図示する透過光配置にした位置測定装置の場
合、光源1から狭い帯状の光りが出射し、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/2d によって定まる。ここで、
λは使用する光りの波長で、dは目盛の周期である。位
相格子2の背後には、回折により回折次数「0」と「1
」の二つの部分ビーム束AとBが発生する。これ等の部
分ビーム束AとBは、好ましくは同じように位相格子と
して形成される他の格子3に入射する。この位相格子3
は、0次の回折次数が生じないように設計される。この
設計は、公知の方法で位相格子3の格子パラメータを選
択して行われる。位相格子3のところで回折によって生
じる部分ビーム束によって、格子の法線0に対して回折
される部分ビーム束AとBのみが使用される。部分ビー
ム束AとBは他の位相格子4に入射し、そこで再び回折
する。位相格子4の背後で、回折部分ビーム束(A/+
2.)−(B/+1.),(A/+1.)−(B/ 0
.),(A/0.) −(B/−1.),(A/−1.
)−(B/−2.) 。これ等の部分ビーム束のそれぞ
れ二つが同じ方向を有し、従って互いに干渉する。
【0009】位相格子3が位相格子2と4に対してずれ
ると、位相格子3で回折する部分ビーム束AとBは位相
のずれを得る。格子3が1目盛周期ほどずれると、格子
4の背後で二つの完全な正弦波状の強度変調が生じる。 位相格子4の目的は、選択された方向で所望の強度と変
調度および前記選択された方向の間に所望の位相関係を
発生させることにある。
【0010】位相格子4とこの格子の変形が図4,5と
6に示し、後で詳しく説明する。
【0011】干渉する部分ビーム束は光電素子5,6,
7,8に入射し、電気信号に変換される。これ等の信号
は増分位置測定装置の場合公知の方法で評価される。
【0012】図2には、位置測定装置の変形種がより模
式的に図示されている。この装置では、再混合回折格子
がX方向に移動する。従って、格子がどちらに移動する
かは問題ではない、つまり目盛板を形成することが判る
【0013】図2に模式的に示す位置測定装置には、照
明装置21がある。この装置の照明ビーム通路の二つの
干渉可能なビーム束AとBが位相格子22で分割して、
第二格子23で次の偏向が形成される。これ等のビーム
は他の位相格子24を通過した時互いに干渉する。回折
して干渉した部分ビーム束(A/+2.)−(B/0.
), (A/+1.) −(B/−1.), (A/0
.) −(B/−2.) が検出器装置25,26,2
7に入射する。これ等の装置は上記のビーム束を互いに
位相のずれた測定信号に変換する。
【0014】図示した透過光の実施例とは異なり、この
発明は反射光の装置の場合にも使用できる。このことは
、特許請求の範囲請求項1の保護範囲ではない、構成要
素の変更された幾何学配置を必要とする。
【0015】この変形種は第3図に既に説明した構成に
対応させて示してある。構成要素に応じて、ここでも再
び図の符号が前のように設定される。
【0016】光源31から出射した照明ビームは位相格
子32によって、異なった方向に進む部分ビーム束Aと
Bに分割される。
【0017】この実施例で特異なことは、回折格子32
と34の間にある三重プリズム33にある。この三重プ
リズム33では、先端が離れていて、部分ビーム束Aと
Bは通常のように、底でなく、底に対向する平面に入射
する。この平面は先端を切り詰めることによって生じる
【0018】ここでは、他の実施例の場合でも無視され
る異なって屈折率を無視して、部分ビーム束AとBは三
重プリズムに影響されずに言わば逆向きに通過し、この
例では反射格子として形成された位相格子34に入射す
る。この反射格子34では、部分ビーム束AとBが回折
によって互いに平行に指向され、今度は底から三重プリ
ズム33に入射する。これ等のビーム束は三重プリズム
33を通過して、平行な部分ビーム束AとBとして再び
反射格子34に入射する。そこで、これ等のビーム束は
再び回折し、三重プリズム33の底に対向する平面によ
って位相格子32に反射される。そこで、これ等のビー
ム束は干渉し、明暗の変調を検出することができる。
【0019】両方の位相格子32と34の間隔の変化は
、この例の場合、干渉する部分ビーム束AとBの比例光
路差をもたらす。この明暗の変調が間隔の測定信号を与
える。
【0020】図4には、回折格子4,24,32,34
としてこれ等の実施例でどのように実現されるかに関し
、位相格子の種々断面が示してある。
【0021】ある目盛周期dの場合、第一実施例では図
4により位相格子4aのウェブは溝より狭い。ウェブと
溝の比は1:1からかなりずれている。
【0022】第二の例では、位相格子4bが同じ目盛周
期dであるが、異なった構造にされている。即ち、この
格子には第一の位相格子4aよりも二倍の格子のジャン
プ位置がある。目盛周期dの中の更に一個のウェブによ
って、この状態が与えられる。もちろん、形状は対象に
維持される。
【0023】第三の例は、更に別なパターン付けされた
位相格子4cが示してある。この位相格子では、目盛周
期dの中の格子のジャンプ個所の数が更に二倍になって
いる。外形は対称に維持されるが、格子のジャンプ個所
の位置を任意に配分することができる。
【0024】こうして形成された位相格子は、目盛周期
の中で対称であるが、図5に位相格子4dを示すように
、必ずしも対称である必要はない。
【0025】この位相格子の形態は、数学的な法則によ
って処理され、異なった次数で回折する部分ビーム束の
多くの強度比および異なった回折次数間の位相角度を調
節できる。
【0026】図6の位相格子4eの場合、前記の形態に
対して更にウェブの高さh1,h2も、即ち位相の深さ
も変えると、より高次の回折次数間でも任意に位相関係
を調節できる。
【0027】
【発明の効果】この発明の利点は、改良された効率と許
容度が広い点にある。何故なら、干渉信号の変調度が非
常に上昇させることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】透過型位置測定装置の模式的な光線図である。
【図2】透過型位置測定装置の変形種の模式的な光線図
である。
【図3】反射型位置測定装置の模式的な光線図である。
【図4】種々の格子の断面図である。
【図5】非対称に配設された格子のジャンプ位置を有す
る回折格子の断面図である。
【図6】他の回折格子の断面図である。
【符号の説明】
1,21,31  光源 2,3,4,22,23,24,32,34  位相格
子5,6,7,8  光電素子 25,26,27  検出器装置 33    三重プリズム A,B  部分ビーム束 d      目盛周期

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  少なくとも二つの干渉可能なビーム束
    を回折格子で一致させ、干渉させる、回折格子を用いて
    二ビーム干渉を与える光学装置、特に測長または測角装
    置において、位相格子(4,24,32,34)として
    形成された回折格子の物理特性は、異なった次数に回折
    された部分ビーム束の多くの強度比とそれ等の位相角度
    を互いに調節できるように選択されていることを特徴と
    する光学装置。
  2. 【請求項2】  位相格子(4b,4c,4d,4e)
    は目盛周期(d)の中で二つ以上の格子ジャンプ個所を
    有することを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
  3. 【請求項3】  格子のジャンプ位置は互いに異なった
    間隔を有することを特徴とする請求項2に記載の光学装
    置。
  4. 【請求項4】  それぞれ隣接する格子のジャンプ個所
    の間の位相の深さは異なっていることを特徴とする請求
    項2に記載の光学装置。
  5. 【請求項5】  格子のジャンプ個所は目盛周期(d)
    内で対称に配設されていることを特徴とする請求項2に
    記載の光学装置。
  6. 【請求項6】  格子のジャンプ個所の目盛周期(d)
    内での配分は非対称であることを特徴とする請求項2に
    記載の光学装置。
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