JPH0678915B2 - 測角装置 - Google Patents

測角装置

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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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    • G01MEASURING; TESTING
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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
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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。
〔従来の技術〕
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。
〔発明の課題〕
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。
〔課題を解決する手段〕
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。
〔発明の効果〕
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。
〔実施例〕
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
【図面の簡単な説明】
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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
  8. 【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。
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