JPH04225117A - 集積光学センサ装置 - Google Patents

集積光学センサ装置

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JPH04225117A
JPH04225117A JP3046847A JP4684791A JPH04225117A JP H04225117 A JPH04225117 A JP H04225117A JP 3046847 A JP3046847 A JP 3046847A JP 4684791 A JP4684791 A JP 4684791A JP H04225117 A JPH04225117 A JP H04225117A
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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、レーザー光源を有す
る走査ユニットによって目盛板の目盛を光ビームの回折
を利用して走査し、目盛から出た少なくとも一つの回折
ビーム束を少なくとも一個の入射部材によって少なくと
も一個の光導体に入射し、測定値を得るため少なくとも
一個の検出器に導入する集積光学センサ装置、特に光電
位置測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】位置測定装置は、特に工作機械の場合、
加工する品物に対する工具の相対位置を測定するために
使用される。
【０００３】西独特許第　３６　２５　３２７号明細書
により、互いに移動する二つの物体の相対位置を測定す
る位置測定装置は公知である。この装置では、一方の物
体に連結し、回折格子を有する目盛板が他の物体に連結
する走査ユニットによって走査される。この走査ユニッ
トは半導体レーザー光源と集積光学装置を保有する。こ
の集積光学装置には、光導体結合器の両方の入力光導体
の二つの入射部材と、この光導体結合器の三つの出力光
導体の３個の検出器が一つの基板上に集積されている。 半導体レーザー光源から出射した光ビーム束は目盛板の
回折格子によって一次の二つの回折ビーム束に分割され
る。これ等のビーム束は二つのホーン状の回折格子の形
にした二つの入射部材によって二つの入力光導体に入射
し、光導体結合器中で互いに干渉し、次いで三つの出力
光導体に三つの検出器に入射する。これ等の周期走査信
号は相互に一定の位相差を有し、これ等の信号から二つ
の物体の相対位置に対する測定値が得られる。
【０００４】この種の集積光学装置では、この装置の機
能に対して回折光学的に動作する入射および出射部材が
必要であるが、確実な機能はレーザー光源の放出波長、
入射部材の格子パラメータおよび光導体ないしは周囲の
媒体の屈折率が相互に調節されている場合にのみ与えら
れる。確実な機能を保証するには、レーザー光源の放出
波長を最適に調節し、　１０　−３の許容範囲内に安定
に維持する必要がある。しかし、この最適調節は、周囲
の条件に変化があると、特に温度変化があると失われる
ので、測定誤差が生じる。
【０００５】欧州特許第　０　２８４　９０８号明細書
により、半導体レーザー光源の放出波長と放出される光
学出力を制御ないしは駆動させ、この制御ないしは駆動
がその場合同時に行われる装置も公知である。レーザー
光源から放出された光学出力は部分的に第一検出装置と
、次いで少なくとも一個のブラッグ格子あるいはフィル
ター部材としての方向結合器を介して第二検出装置に導
入される。 両方の検出装置は同時にレーザー光源の光学出力と放出
波長を測定し、それから同時にレーザー光源の注入電流
に対する二つの制御信号を発生する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、避
けがたい製造上の許容誤差、材料の特性の変化あるいは
環境の影響による乱れを大幅に回避されるので、信頼性
のある作業が行える、冒頭に述べた種類に属する集積光
学センサ装置、特に光電位置測定装置を提供することに
ある。
【０００７】
【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、冒頭に述べた種類に属する集積光学センサ装置
の場合、目盛から出射した補助回折ビーム束が少なくと
も一個の補助入射部材によって少なくとも一個の検出器
を作動させるため少なくとも一個の補助光導体に導入さ
れ、前記検出器はレーザー光源の最適放出波長を制御す
る制御信号を発生することによって解決されている。
【０００８】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００９】
【実施例】この発明の実施例を図面に基づきより詳しく
説明する。
【００１０】図１には、互いに相対移動する物体（図示
せず）、例えば工作機械の二つの機械部品の相対位置を
測定する光電測長装置の形をした第一集積光学センサ装
置が示してある。一方の物体に連結する目盛板１には回
折格子の形にした増分目盛２が付けてある。この目盛は
他方の物体に連結する走査ユニットによって透過光を走
査される。前記走査ユニットには半導体レーザー光源の
形をした光源３がある。光導体結合器６の両方の入射光
導体５ａ，５ｂの中の二つの回折格子の形にした二つの
入射部材４ａ，４ｂ、および前記光導体結合器６の三つ
の出射光導体８，８ａ，８ｂ中の三個の光検出器７，７
ａ，７ｂは一枚の基板９中に集積されている。
【００１１】半導体レーザー光源３から出射した光ビー
ム束１０は目盛板１の上に垂直に入射し、目盛２の回折
格子によって一次の正の回折ビーム束１１ａと一次の負
の回折ビーム束１１ｂに分割される。両方の回折ビーム
束１１ａ，１１ｂは二つの入射部材４ａ，４ｂによって
二つの入射光導体５ａ，５ｂに入射し、光導体結合器６
の中で干渉する。三つの出射光導体８，８ａ，８ｂの各
光信号は付属する光検出器７，７ａ，７ｂにそれぞれ導
入される。二つの物体が相対運動し、目盛板１と走査ユ
ニットが測定方向Ｘに相対運動すると、三個の光検出器
７，７ａ，７ｂは三つの走査信号（例えば、互いに位相
が　１２０°ずれた信号）　を発生する。これ等の信号
から公知の方法で二つの物体の相対位置に対する測定値
が得られる。この種の位置測定装置は、例えば冒頭に述
べた西独特許第　３６　２５　３２７号明細書に開示さ
れている。
【００１２】回折格子の形をした補助入射部材１３、補
助光導体１４および補助光検出器１５が基板９の上に配
設されている。半導体レーザー光源３の光ビーム１０か
ら目盛２の回折格子によって発生した補助回折ビーム束
１２（例えば、０次）は、補助入射部材１３によって、
その波長に応じて補助光検出器１５を作動させる補助光
導体１４に多少入射する。
【００１３】図２の第一制御回路によれば、補助光検出
器１５は後続する増幅器１６と共に半導体レーザー光源
３の放出波長λを調節するため制御信号Ｒを出力し、確
実な機能を保証するため、環境の影響（特に温度）が変
化した場合、正規の条件時に設定される半導体レーザー
光源３の最適放出波長λｅ　を再調節する。
【００１４】図３には、第一信号波形図にして制御信号
Ｒが半導体レーザー光源３の放出波長λにわたってプロ
ットされている。制御信号Ｒの最大値は半導体レーザー
光源３の最適放出波長λｅ　の時に生じる。
【００１５】図４には、光電測長装置の形にした第二集
積光学センサ装置が示してある。この装置は図１の第一
集積光学センサ装置とほぼ一致している。それ故、一致
している部材には同じ参照符号を付ける。
【００１６】図１とは異なり、回折格子の形にした二つ
の補助入射部材２３ａ，２３ｂ、二つの補助平型光導体
２４ａ，２４ｂおよび二つの光検出器２５ａ，２５ｂが
基板９の上に配設されている。半導体レーザー光源３の
光ビーム束１０から目盛２の回折格子によって発生する
回折ビーム１２（例えば、０次）は二つの補助入射部材
２３ａ，２３ｂによってその波長に応じて二つの補助光
検出器２５ａ，２５ｂを作動させる二つの補助光導体２
４ａ，２４ｂに多少入射する。
【００１７】図５には、図４の第二集積光学センサ装置
の線分Ａ−Ａに沿った断面が示してある。この装置には
、一個の補助回折格子２７とこの格子に対称に回折格子
の形にした二つの補助入射部材２３ａ，２３ｂ、二つの
補助光導体２４ａ，２４ｂおよび二つの補助光検出器２
５ａ，２５ｂが基板９の上にある。
【００１８】半導体レーザー光源３の光ビーム束１０か
ら目盛２の回折格子によって発生した０次の補助回折ビ
ーム束１２は補助回折格子２７によって同じ強度の二つ
の部分ビーム束２８ａ，２８ｂに回折される。これ等の
両部分ビーム束２８ａ，２８ｂは基板９の裏面にある二
つの鏡２９ａ，２９ｂで反射した後、二つの補助入射部
材２３ａ，２３ｂによってその波長に応じて二つの補助
光検出器２５ａ，２５ｂを作動させる二つの補助光導体
２４ａ，２４ｂに多少入射する。
【００１９】正規の条件の時、半導体レーザー光源３の
最適放出波長λｅ　に関して、二つの補助入射部材２３
ａ，２３ｂの格子定数を幾分大きくあるいは幾分小さく
選ぶので、二つの補助入射部材２３ａ，２３ｂは最適放
出波長λｅ　に比べて幾分長いまたは幾分短い波長に対
して有効に作用する。二つの補助入射部材２３ａ，２３
ｂによって導入された出力の差は、環境条件が変化した
時、半導体レーザー光源３の放出波長λの最適放出波長
λｅ　からの偏差に対する目安となる。
【００２０】図６の第二制御回路によれば、二つの補助
光検出器２５ａ，２５ｂの出力信号が半導体レーザー光
源３の最適放出波長λｅ　を制御するため、符号に応じ
た制御信号Ｓを発生する差増幅器３０に導入される。
【００２１】図７には、第二信号波形図として制御信号
Ｓが半導体レーザー光源３の放出波長λにわたってプロ
ットされている。最適放出波長λｅ　は制御信号Ｓが零
点の時に見られる。
【００２２】二つの補助入射部材２３ａ，２３ｂは、補
助回折ビーム束１２が垂直入射しない場合、同じ格子定
数を有していてもよい。
【００２３】この発明は、光電測角装置の形にした集積
光学センサ装置の場合でも同様に応用できる。
【００２４】
【発明の効果】この発明によって得られる利点は、付属
光導体と検出器を有する少なくとも一個の補助入射部材
を設けることによって、簡単に半導体レーザー光源の最
適放出波長の再調節が行えるので、集積光学センサ装置
によって不利な影響に注意しなくとも高測定精度の確実
な作業が行える点にある。特に有利な点は、西独特許第
３６　２５　３２７号明細書の入射部材と同じ方法で設
計され、同じ基板上に装着され、同じ方式の仕上げ工程
で作製される結合部材を有し、それ等の結合部材が環境
条件（例えば、温度および湿度）が変化した場合、同じ
ように影響される、集積光学センサ装置を提供している
ことにある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一集積光学センサ装置の模式斜視図である。
【図２】第一制御回路の回路図である。
【図３】第一信号波形図である。
【図４】第二集積光学センサ装置の模式斜視図である。
【図５】第二集積光学センサ装置の線分Ａに沿った断面
図である。
【図６】第二制御回路の回路図である。
【図７】第二信号波形図である。
【符号の説明】
１　　　　　　目盛板 ２　　　　　　目盛 ３　　　　　　レーザー光源 ４ａ，４ｂ　　　　入射部材 ５ａ，５ｂ　　　　入射光導体 ６　　　　　　光導体結合器 ７，７ａ，７ｂ　　光検出器 ８，８ａ，８ｂ　　出射光導体 ９　　　　　　基板 １０　　　　光ビーム束 １１ａ，１１ｂ　　回折ビーム束 １２　　　　補助回折ビーム束 １３，２３ａ，２３ｂ　　補助入射部材１４，２４ａ，
２４ｂ　　補助光導体 １５，２５ａ，２５ｂ　　補助光検出器１６　　　　増
幅器 ２７　　　　補助回折格子 ２９ａ，２９ｂ　　鏡 ３０　　　　差増幅器 λ　　　　　　放出波長 λｅ　　　　　最適放出波長 Ｒ，Ｓ　　制御信号 Ｘ　　　　　　測定方向

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　レーザー光源を有する走査ユニットに
    よって目盛板の目盛を光ビームの回折を利用して走査し
    、目盛から出た少なくとも一つの回折ビーム束を少なく
    とも一個の入射部材によって少なくとも一個の光導体に
    入射し、測定値を得るため少なくとも一個の検出器に導
    入する集積光学センサ装置、特に光電位置測定装置にお
    いて、目盛（２）から出射した補助回折ビーム束（１２
    ）が少なくとも一個の補助入射部材（１３；２３）によ
    って少なくとも一個の検出器（１５；２５）を作動させ
    るため少なくとも一個の補助光導体（１４；２４）に導
    入され、前記検出器はレーザー光源（３）の最適放出波
    長（λｅ　）を制御する制御信号（Ｒ，Ｓ）を発生する
    ことを特徴とするセンサ装置。
  2. 【請求項２】　　目盛（２）から出射した回折ビーム束
    （１１ａ，１１ｂ）は入射部材（４ａ，４ｂ）によって
    光導体結合器（６）の入射光導体（５ａ，５ｂ）に導入
    され、光導体結合器（６）の中で干渉し、出射光導体（
    ８，８ａ，８ｂ）を経由して測定信号を与える検出器（
    ７，７ａ，７ｂ）に導入されることを特徴とする請求項
    １に記載のセンサ装置。
  3. 【請求項３】　　補助入射部材（２３ａ，２３ｂ）は幾
    分異なって格子定数を有することを特徴とする請求項１
    に記載のセンサ装置。
  4. 【請求項４】　　補助回折ビーム束（１２）は補助回折
    格子（２７）によって部分ビーム束（２８ａ，２８ｂ）
    に回折され、これ等の部分ビーム束は反射した後、補助
    検出器（２５ａ，２５ｂ）を作動させるため、補助入射
    部材（２３ａ，２３ｂ）から補助光導体（２４ａ，２４
    ｂ）に導入されることを特徴とする請求項１に記載のセ
    ンサ装置。
  5. 【請求項５】　　補助検出器（２５ａ，２５ｂ）の出力
    信号は制御信号（Ｓ）を発生させる差増幅器（３０）に
    導入されることを特徴とする請求項１または４に記載の
    センサ装置。
  6. 【請求項６】　　部分ビーム束（２８ａ，２８ｂ）は同
    じ強度を有することを特徴とする請求項４に記載のセン
    サ装置。
JP3046847A 1990-04-11 1991-03-12 集積光学センサ装置 Expired - Lifetime JPH0827172B2 (ja)

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