JPH0678915B2 - 測角装置 - Google Patents
測角装置Info
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- JPH0678915B2 JPH0678915B2 JP1307807A JP30780789A JPH0678915B2 JP H0678915 B2 JPH0678915 B2 JP H0678915B2 JP 1307807 A JP1307807 A JP 1307807A JP 30780789 A JP30780789 A JP 30780789A JP H0678915 B2 JPH0678915 B2 JP H0678915B2
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 12
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 6
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
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Classifications
-
- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、対象物に連結する目盛担持体の角度目盛を
他方の対象物に連結する走査装置の円周上で対向する少
なくとも二つの格子走査領域のところで光ビームの回折
によって走査し、部分光束を偏向格子によって一つの格
子走査領域から円周上に対向する格子走査領域に指向さ
せ、前記走査装置が干渉した部分光束を検出する光検出
器を有し、互いに回転可能な二つの対象物の相対位置を
測定する光電測角装置に関する。
他方の対象物に連結する走査装置の円周上で対向する少
なくとも二つの格子走査領域のところで光ビームの回折
によって走査し、部分光束を偏向格子によって一つの格
子走査領域から円周上に対向する格子走査領域に指向さ
せ、前記走査装置が干渉した部分光束を検出する光検出
器を有し、互いに回転可能な二つの対象物の相対位置を
測定する光電測角装置に関する。
この種の測角装置は、多くの出版物により公知である。
該当するものとしては、測角装置を開示している西独特
許第36 33 574号明細書がある。この装置では、偏芯誤
差が格子目盛の円周上走査によって補償されている。そ
れ等の実施例の一つには、正と負の回折ビームを偏向さ
せる二つの直線目盛が示してある。測定信号を得るた
め、一次の正と負の回折ビームの干渉を評価している。
該当するものとしては、測角装置を開示している西独特
許第36 33 574号明細書がある。この装置では、偏芯誤
差が格子目盛の円周上走査によって補償されている。そ
れ等の実施例の一つには、正と負の回折ビームを偏向さ
せる二つの直線目盛が示してある。測定信号を得るた
め、一次の正と負の回折ビームの干渉を評価している。
この発明の課題は、干渉した回折ビームの評価が非常に
変調度の良好な位相のずれた信号をもたらす前記の種類
に属する簡単な構成の測角装置を提供することにある。
変調度の良好な位相のずれた信号をもたらす前記の種類
に属する簡単な構成の測角装置を提供することにある。
上記の課題は、この発明により、冒頭に述べた種類の測
角装置の場合、偏向格子8,308,608の少なくとも一つが
零回折次数(0.)の回折光学的な中性領域80,380を有
し、隣の回折次数(+2./+3.,+1./+2.,0./+1.,0./
−1.,−1./−2.,−2./−3.)の部分光束のみが干渉して
評価されるように、偏向格子8,308,608;9,309,609の他
の格子パラメータと配置が角度格子目盛3,303,603と光
電素子10,310の幾何学位置に合わせてあることによって
解決されている。
角装置の場合、偏向格子8,308,608の少なくとも一つが
零回折次数(0.)の回折光学的な中性領域80,380を有
し、隣の回折次数(+2./+3.,+1./+2.,0./+1.,0./
−1.,−1./−2.,−2./−3.)の部分光束のみが干渉して
評価されるように、偏向格子8,308,608;9,309,609の他
の格子パラメータと配置が角度格子目盛3,303,603と光
電素子10,310の幾何学位置に合わせてあることによって
解決されている。
この発明による測角装置の利点は、構造が簡単で、目標
にした位相のずれた信号を正確に得ることができる点に
ある。
にした位相のずれた信号を正確に得ることができる点に
ある。
この発明を、以下に図面の助けにより実施例を基により
詳しく説明する。
詳しく説明する。
第1図には、リング目盛3を有し、回転軸4の周りに回
転可能に設置された目盛担持体2を備えた測角装置が模
式的に示してある。例えばレーザー源5の形にしてある
光源は目盛担持体2を照明している。照明光ビームはリ
ング目盛3のところで回折する。回折した部分光束を偏
向鏡6と7によって目盛担持体2の円周上の対向する側
に曲げえる。ここで、回折部分光束が干渉する。こうし
て、リング目盛3では円周上に対向する二つの格子走査
領域31と32が形成される。
転可能に設置された目盛担持体2を備えた測角装置が模
式的に示してある。例えばレーザー源5の形にしてある
光源は目盛担持体2を照明している。照明光ビームはリ
ング目盛3のところで回折する。回折した部分光束を偏
向鏡6と7によって目盛担持体2の円周上の対向する側
に曲げえる。ここで、回折部分光束が干渉する。こうし
て、リング目盛3では円周上に対向する二つの格子走査
領域31と32が形成される。
両方の格子走査領域31と32の間のビーム通路には、ビー
ム偏向に使用される二つの直線格子8と9が配設してあ
る。前記第二格子には、複数の光検出器10が後置してあ
る。これ等の光検出器は干渉領域の帯を検出する。この
配置は、隣の回折次数の部分光束のみを常時干渉させる
ように構成されている。従って、二つの干渉領域の帯の
間の正弦状強度変化を有する二ビーム干渉が生じる。第
4,5と6図の説明には、これに対して更に詳しい構成が
示してある。
ム偏向に使用される二つの直線格子8と9が配設してあ
る。前記第二格子には、複数の光検出器10が後置してあ
る。これ等の光検出器は干渉領域の帯を検出する。この
配置は、隣の回折次数の部分光束のみを常時干渉させる
ように構成されている。従って、二つの干渉領域の帯の
間の正弦状強度変化を有する二ビーム干渉が生じる。第
4,5と6図の説明には、これに対して更に詳しい構成が
示してある。
第2図の平面図には、直線格子8と9で回折した次数+
1と−1の部分光束の偏向が示してある。直線後置8に
は、回折光学的に中性区間80がある。0次の光束が影響
を受けることなくこの区間を通過する。ここでも、隣の
回折次数の部分光束が干渉すること、つまり−1次と0
次及び0次と+1次の干渉が重要である。
1と−1の部分光束の偏向が示してある。直線後置8に
は、回折光学的に中性区間80がある。0次の光束が影響
を受けることなくこの区間を通過する。ここでも、隣の
回折次数の部分光束が干渉すること、つまり−1次と0
次及び0次と+1次の干渉が重要である。
これに対して、従来の技術では、回折次数の正と負の部
分光束が干渉するようにしてある。
分光束が干渉するようにしてある。
第3図と第4図の実施例では、回転軸304の周りに回転
可能な透明中空シリンダ302上に角度目盛303が付けてあ
る。レーザー源305から出射した光ビームは角度目盛303
の格子走査領域331で回折し、部分光束+1と−1が直
線格子308と309で偏向し、円周上で対向する格子領域33
2に当たる。そこでは隣の回折次数の部分光束−1次と
0次及び0次と+1次がそれぞれ干渉する。二つの干渉
領域の帯の間の強度変化を光検出器310によって検出
し、図示していない電子回路によって測定信号に処理す
る。直線格子308には、第一実施例の場合のように、0
次数の光には影響を与えない回折光学的に中性区間380
がある。
可能な透明中空シリンダ302上に角度目盛303が付けてあ
る。レーザー源305から出射した光ビームは角度目盛303
の格子走査領域331で回折し、部分光束+1と−1が直
線格子308と309で偏向し、円周上で対向する格子領域33
2に当たる。そこでは隣の回折次数の部分光束−1次と
0次及び0次と+1次がそれぞれ干渉する。二つの干渉
領域の帯の間の強度変化を光検出器310によって検出
し、図示していない電子回路によって測定信号に処理す
る。直線格子308には、第一実施例の場合のように、0
次数の光には影響を与えない回折光学的に中性区間380
がある。
第5図には、第1図の配置に相当する所謂展開表示した
光路が極端に模式化して示してある。第1図に示した偏
向鏡6と7は図示してない。その理由はこれ等の鏡が回
折光学的に重要でなく、図面を複雑にするからである。
見通しを良くするため、第1図の参照符号を第5図にも
付ける。これは、容易に理解できるように、実質上第2
図と第4図の図面にも当てはまる。リング目盛3の格子
では、レーザー源5から出射した光ビームが回折し、正
と負の一次回折次数の部分光束+1と−1を偏向して直
線格子8に当たる。直線格子8の格子構造は、この格子
で正と負の一次回折次数の光束が偏向し、第二直線格子
9に当たるように選定してある。上記一次回折次数の光
束はそこで新たに回折する。この直線格子9の格子定数
は第一直線格子8の格子定数からずれていて、回折次数
に応じて互いの間で異なっている必要がある。零回折次
数の格子領域は、リング目盛3と同じ格子定数を有す
る。正と負の一次の光束用の格子定数はリング目盛3の
格子定数とも、直線格子8の格子定数とも異なってい
る。回折光学的に中性な区間80の直線格子8を通過する
零次の回折光束は、直線格子9のところでも同じ様に回
折し、リング目盛3の格子で隣の回折次数の光束と干渉
する。従って、リング目盛3は二回(円周上に対向して
設置した格子走査領域31と32)走査される。このことは
偏芯誤差を消去することになる。
光路が極端に模式化して示してある。第1図に示した偏
向鏡6と7は図示してない。その理由はこれ等の鏡が回
折光学的に重要でなく、図面を複雑にするからである。
見通しを良くするため、第1図の参照符号を第5図にも
付ける。これは、容易に理解できるように、実質上第2
図と第4図の図面にも当てはまる。リング目盛3の格子
では、レーザー源5から出射した光ビームが回折し、正
と負の一次回折次数の部分光束+1と−1を偏向して直
線格子8に当たる。直線格子8の格子構造は、この格子
で正と負の一次回折次数の光束が偏向し、第二直線格子
9に当たるように選定してある。上記一次回折次数の光
束はそこで新たに回折する。この直線格子9の格子定数
は第一直線格子8の格子定数からずれていて、回折次数
に応じて互いの間で異なっている必要がある。零回折次
数の格子領域は、リング目盛3と同じ格子定数を有す
る。正と負の一次の光束用の格子定数はリング目盛3の
格子定数とも、直線格子8の格子定数とも異なってい
る。回折光学的に中性な区間80の直線格子8を通過する
零次の回折光束は、直線格子9のところでも同じ様に回
折し、リング目盛3の格子で隣の回折次数の光束と干渉
する。従って、リング目盛3は二回(円周上に対向して
設置した格子走査領域31と32)走査される。このことは
偏芯誤差を消去することになる。
第6図には、望ましくない回折次数の光束を絞り12によ
って排除する展開した光路が模式的に示してある。この
実施例の場合の特殊性は、直線格子(ここでは、基本指
数「600」の参照符号で区別するため導入してある)608
と609は同一な格子パラメータを有する点にある。
って排除する展開した光路が模式的に示してある。この
実施例の場合の特殊性は、直線格子(ここでは、基本指
数「600」の参照符号で区別するため導入してある)608
と609は同一な格子パラメータを有する点にある。
入射ビームがリング目盛603の格子で通常の回折を行っ
た後、第二格子走査領域632で性格に円周上でリング目
盛603の格子で混合する。図示していない光電素子の助
けにより、信号が任意の隣の回折次数の光束を干渉さで
ることによって得られる。
た後、第二格子走査領域632で性格に円周上でリング目
盛603の格子で混合する。図示していない光電素子の助
けにより、信号が任意の隣の回折次数の光束を干渉さで
ることによって得られる。
これ等の信号は位相が互いにずれている。例えば、−1.
/−2.,0./−1.,0./+1.,+1./+2.次数の干渉した部分
光束を評価することによって、非常に良好な変調度のそ
れぞれ90゜位相のずれた信号が発生する。この場合、位
相のずれの値は、位相格子として形成したリング目盛3
の構成によって決まる。直線格子8,9,308,309,608,609
の格子パラメータは、所望の構造形と、隣の回折次数の
光束をそれぞれどのように評価するかその様式に調節し
てある。直線格子はホログラフィック光学部材(HOE)
としても構成できる。この部材は、例えば電算機で発生
するホログラムとして作成される。
/−2.,0./−1.,0./+1.,+1./+2.次数の干渉した部分
光束を評価することによって、非常に良好な変調度のそ
れぞれ90゜位相のずれた信号が発生する。この場合、位
相のずれの値は、位相格子として形成したリング目盛3
の構成によって決まる。直線格子8,9,308,309,608,609
の格子パラメータは、所望の構造形と、隣の回折次数の
光束をそれぞれどのように評価するかその様式に調節し
てある。直線格子はホログラフィック光学部材(HOE)
としても構成できる。この部材は、例えば電算機で発生
するホログラムとして作成される。
短い干渉波長を有する光源を使用する場合、種々の回折
次数の部分光束に対して同じ光路が生じるように偏向格
子の基体を構成する。
次数の部分光束に対して同じ光路が生じるように偏向格
子の基体を構成する。
この発明は、所謂透過光測定装置の場合の応用に限定す
るものではなく、反射光測定装置の場合にも採用でき
る。
るものではなく、反射光測定装置の場合にも採用でき
る。
第1図、この発明による測角装置の模式的な断面図。 第2図、第1図の測角装置の部分平面図。 第3図、変形種の測角装置の模式的な断面図。 第4図、第3図の測角装置の部分平面図。 第5図、展開した光路の模式化した配置図。 第6図、他の模式化した光路図。 図中参照符号: 1……測角装置、 2……目盛担持体、 3,303,603……リング目盛、 4,304,604……回転軸、 5,305……レーザー源、 6,7……偏向鏡、 8,9,308,309,608,609……直線格子、 10,310……光電素子、 12……絞り、 31,32,331,332,631,632……格子装置領域、 80,380……中性区間。
Claims (8)
- 【請求項1】対象物に連結する目盛担持体の角度目盛を
他方の対象物に連結する走査装置の円周上で対向する少
なくとも二つの格子走査領域のところで光ビームの回折
によって走査し、部分光束を偏向格子によって一つの格
子走査領域から円周上に対向する格子走査領域に指向さ
せ、前記走査装置が干渉した部分光束を検出する光検出
器を有し、互いに回転可能な二つの対象物の相対位置を
測定する光電測角装置において、偏向格子(8,308,60
8)の少なくとも一つが零回折次数(0.)の回折光学的
な中性領域(80,380)を有し、隣の回折次数(+2./+
3.,+1./+2.,0./+1.,0./−1.,−1./−2.,−2./−3.)
の部分光束のみが干渉して評価されるように、偏向格子
(8,308,608;9,309,609)の他の格子パラメータと配置
が角度格子目盛(3,303,603)と光電素子(10,310)の
幾何学位置に合わせてあることを特徴とする光電測角装
置。 - 【請求項2】角度格子目盛(3,303,603)は、位相格子
として形成してあり、偏向格子(8,308,608;9,309,60
9)の格子パラメータは角度格子目盛(3,303,603)の格
子パラメータとは少なくとも部分的にずれていることを
特徴とする請求項1に記載の光電測角装置。 - 【請求項3】両方の偏向格子(8,308;9,309)は、異な
った格子定数を有することを特徴とする請求項2に記載
の光電測角装置。 - 【請求項4】両方の偏向格子(608;609)は、同じ格子
パラメータを有することを特徴とする請求項2に記載の
光電測角装置。 - 【請求項5】両方の偏向格子(8,9)は、ホログラフィ
ック光学部材(HOE)として構成されていることを特徴
とする請求項1に記載の光電測角装置。 - 【請求項6】望ましくない回折ビームを除去するため、
光路中には絞り(11,12)が配設してあることを特徴と
する請求項1に記載の光電測角装置。 - 【請求項7】絞り(11)は光路を絞る場合に配設してあ
ることを特徴とする請求項6に記載の光電測角装置。 - 【請求項8】偏向格子(8,9,308,309,608,609)は、異
なる回折次数(0.,+1.,−1.)の部分光束に対して同じ
長さの光路を生じるように構成してあることを特徴とす
る請求項1に記載の光電測角装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3901534.3 | 1989-01-20 | ||
DE3901534A DE3901534C1 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02206720A JPH02206720A (ja) | 1990-08-16 |
JPH0678915B2 true JPH0678915B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=6372418
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1307807A Expired - Fee Related JPH0678915B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-11-29 | 測角装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4988864A (ja) |
EP (1) | EP0378773B1 (ja) |
JP (1) | JPH0678915B2 (ja) |
AT (1) | ATE91781T1 (ja) |
DE (2) | DE3901534C1 (ja) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE4007967A1 (de) * | 1990-03-13 | 1991-09-19 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Lichtelektrische positionsmesseinrichtung |
DE4013566A1 (de) * | 1990-04-27 | 1991-11-07 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Winkelmesseinrichtung |
JPH05256666A (ja) * | 1992-03-13 | 1993-10-05 | Canon Inc | ロータリーエンコーダー |
DE59207010D1 (de) * | 1992-06-17 | 1996-10-02 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Messeinrichtung |
JP3254737B2 (ja) * | 1992-06-17 | 2002-02-12 | キヤノン株式会社 | エンコーダー |
JP3227206B2 (ja) * | 1992-06-30 | 2001-11-12 | キヤノン株式会社 | 光学式エンコーダ |
JP3196459B2 (ja) * | 1993-10-29 | 2001-08-06 | キヤノン株式会社 | ロータリーエンコーダ |
ATE192566T1 (de) * | 1994-02-23 | 2000-05-15 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Positionsmessvorrichtung |
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CN111238408A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-05 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种快速测量平行平板平行度的装置和方法 |
CN111238409A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-05 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种高精度测量大角度光楔楔角的装置及方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE2240968A1 (de) * | 1972-08-21 | 1974-03-07 | Leitz Ernst Gmbh | Optisches verfahren zur messung der relativen verschiebung eines beugungsgitters sowie einrichtungen zu seiner durchfuehrung |
US4265542A (en) * | 1977-11-04 | 1981-05-05 | Computervision Corporation | Apparatus and method for fine alignment of a photomask to a semiconductor wafer |
US4629886A (en) * | 1983-03-23 | 1986-12-16 | Yokogawa Hokushin Electric Corporation | High resolution digital diffraction grating scale encoder |
GB8413955D0 (en) * | 1984-05-31 | 1984-07-04 | Pa Consulting Services | Displacement measuring apparatus |
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