JPH07146160A - 光電測長または測角装置 - Google Patents

光電測長または測角装置

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JPH07146160A
JPH07146160A JP6145025A JP14502594A JPH07146160A JP H07146160 A JPH07146160 A JP H07146160A JP 6145025 A JP6145025 A JP 6145025A JP 14502594 A JP14502594 A JP 14502594A JP H07146160 A JPH07146160 A JP H07146160A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 走査信号中の高調波を除去し、これにより高
い測定精度を保証する、簡単な構成の光電測長または測
角装置を提供する。 【構成】 目盛板３を照明する帯状発光光源１を設け、
目盛板３で変調された光が走査板２で正弦波状の走査信
号を変換する。走査板２は帯状にパターン化された半導
体基板である。光源１の発光領域６１の幅Ａとその間に
ある領域６の幅Ｂは走査信号から特定の高調波が濾波さ
れるように設計されている。他の高調波が抑制されるよ
うに走査板２のパターン形状が設計されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、測定方向に間隔を設
けて配置された多数の発光領域を有する半導体光源と、
少なくとも一つの位置に依存する走査信号を発生するた
め、測定方向に間隔を設けて配置された多数の帯状受光
領域を有する走査板とから成り、互いに相対的に移動す
る格子の位置を求める光電測長または測角装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】この種の測定装置は、特に工作機械で加
工すべき加工品に対する工具の相対位置を測定するた
め、また座標測定装置で検査物体の位置と寸法を求める
てに採用される。
【０００３】製造を容易にするため、ドイツ特許第 40
06 789 A1 号明細書により、増分測定系の走査格子を半
導体基板の受光面に直接導入することが知られている。
この走査格子は平坦な受光面に直接印刷されるか、ある
いは貼り付けられる。同様な装置はドイツ特許第 19 05
392 B号に開示されている。
【０００４】増分測定装置の他の構成は、ドイツ特許第
32 09 043 A1 号に開示されている。この走査格子は、
受光ストライプが受光素子として測定方向に互いに間隔
を開けて構成された半導体基板である。更に、走査格子
を受光ストライプの形状にして構成することがドイツ特
許第 19 62 099 B号明細書、および英国特許第 1 31127
5号公報に開示されている。
【０００５】同様に、増分式の目盛板を照明するため、
面状に発光する半導体光源を使用し、この発光面に互い
に間隔を置いた光遮蔽ストライプを有する格子を装着す
ることも知られている。この種の測定装置は米国特許第
5,155,355号明細書に開示されていて、この発明は前記
明細書を前提としている。
【０００６】光電増分測定系で走査信号の質を高めるた
め、同じように種々の手段も知られ出いる。ドイツ特許
第 12 82 988 B明細書には、目盛板と走査ユニットの格
子を適当に構成して、走査信号の高調波を除去できるこ
とが提示されている。できる限り多くの奇数の高調波を
抑制するため、両方の格子のウェブと溝の割合を種々に
選ぶ。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、走
査信号中の高調波を除去し、これにより高い測定精度を
保証する、簡単な構成の光電測長または測角装置を提供
することにある。
【０００８】
【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電測長または測角装置に
あって、走査信号の所定次数の高調波を抑制するよう
に、発光領域６１，１８の形状が設計さていて、他の次
数の高調波が抑制されるように、帯状の受光領域１４
１，１７１，１９の形状が設計されていることにより解
決されている。
【０００９】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。
【００１０】
【実施例】以下では、図面に基づき、この発明の実施例
を更に詳しく説明する。図１は、この発明により形成さ
れた測長装置の機能原理図を示す。この測長装置は光源
１と位置に依存する少なくとも一つの走査信号を発生す
る走査板２とで構成されている。目盛板３は、光源１と
走査板２の間に、この光源１と走査板２に対して測定方
向Ｘに相対移動可能に配設されている。この種の測定装
置は三重格子測定系と称されている。目盛板３はガラス
本体であり、その表面に目盛周期Ｔ1 で光透過領域と光
非透過領域を交互に有する増分目盛４が付けてある。
【００１１】光源１は半導体基板であり、その発光表面
には光遮蔽ウェブ６を有する格子５が付けてある。二つ
のウェブ６の間のスペースは有効な発光領域６１であ
る。このような光源１の層状構造は図２に断面にして示
してある。ガラス、金属あるいは半導体材料製の基本体
７の上には、Ｎ型の第一半導体層８が付けてある。ＰＮ
接合を発生させるため、第一半導体層８の上にＰ型の他
の半導体層９を付ける。この大面積の発光半導体光源１
の上には、測定方向Ｘに垂直に延びるウェブ６がリソグ
ラフィー法による周知の方法で形成される。ウェブ６の
幅Ｂは個々のウェブの間にある溝Ａよりも広い。溝Ａは
帯状の発光領域６１を形成する。ウェブ６の幅Ｂに対す
る溝６１の幅の比は１：２に選択されている。
【００１２】走査板２も、同じように、基本体１０，Ｎ
型の第一半導体層１１およびＰ型の他の半導体層１２を
有する半導体基板である。このように構成されたＰＮ接
合部により大面積の受光面が形成され、この面の上に走
査格子１３が直接装着される。走査格子１３は測定方向
Ｘに互いに間隔を置いた多数の光遮蔽ウェブ１４で構成
されている。ウェブ１４の幅Ｃは溝１４１の幅Ｄに一致
する。これ等の溝は走査格子２の有効受光領域１４１で
ある。ウェブの幅Ｃに対する溝１４１の幅Ｄは１：１で
ある。
【００１３】走査格子１３を上の比にすると、全ての偶
数次数の高調波が、また格子５を上の比にすると、３，
６，９，・・・次数（３の整数倍の次数）の全ての高調
波が抑制される。
【００１４】ドイツ特許第 12 821 988 号明細書に開示
されている処置から離れて、目盛板3 は特に高調波を抑
制するために形成する必要がある。これには、フィルタ
に必要な格子５，１３を測定方向Ｘにかなり短く形成す
る必要があり、このことが精度を高め、作製を単純化す
ると言う利点がある。ドイツ特許第 12 821 988 号明細
書とは異なり、この発明には更に偶数高調波が格子５あ
るいは１３の一つを形成して抑制されると言う利点があ
る。ドイツ特許第 12 821 988 号明細書の電気プッシュ
プル回路によって偶数高調波が実際上完全に抑制できな
いことが知られている。これに反して、この発明によれ
ば、３次高調波の整数倍の外に、偶数次の高調波も格子
５，１３の一方によって濾波される。更に、この発明に
よれば、上記特に乱れた高調波の濾波が光源１の格子５
と走査板２の格子１３に分配されるので、特に大きな変
調度が達成される。
【００１５】ウェブの幅Ｂに対する溝Ａの比、あるいは
Ｃに対するＤの比はこれ以外にも選択できる。格子５，
１３の寸法を決める場合、この発明によれば、一方の格
子５あるいは１３が他方の格子１３あるいは５よりも走
査信号の少なくとも一つの他の高調波を抑制することを
注意する必要がある。この場合、以下のような状況が可
能である。即ち、
【００１６】
【外１】 ここで、P ＝対応する格子５または１３の目盛周期 n ＝除去すべき走査信号の高調波の次数 m1, m2＝整数で m1 ＋ m2 ＝ nである。
【００１７】格子５，１３の一方で決まる高調波を抑制
するため、他の処置も可能である。図４に他の例を示
す。図４には、走査格子１６を有する走査板１５が平面
図にして示してある。この走査格子１６は二つの部分１
６.1と１６.2で構成され、両方の部分の間に 90°の位
相差 Vがある。両方の格子部分１６.1と１６.2は共通の
半導体基板の上に付けてあるので、両方の部分１６.1と
１６.2を通過して入射する光流の加算が行われる。偶数
次の乱れた高調波がプッシュプルに接続されるため、消
去する。他の位相差 Vを選ぶと、他の高調波も抑制でき
る。光遮蔽ウェブ１７の幅Ｃに対して溝１７１の幅Ｄの
比を一例として１：２に選ぶと、更に走査格子１６で次
数３，６，９・・・の奇数高調波が抑制される。この走
査格子１５を図１の測長装置に使用すると、光源１の格
子５は更に５次の高調波の整数倍が抑制されるように有
利に構成される。ウェブ６の幅Ｂに対する溝１４１の幅
Ａの比は、これには例えば２：３に選択できる。
【００１８】走査格子１６および／または光源１の格子
５は欧州特許第 0 106 951 B1 号明細書、あるいは欧州
特許第 0 157 177 B1 号明細書、あるいは欧州特許第 0
541828 A1 号明細書に従っても構成できる。
【００１９】光源１および／または走査板２は、図３に
示すようにも構成できる。光源１はＮ型半導体層８を有
する基本体７で構成される。測定方向Ｘに間隔を置いて
配置された個別部材の形状をした発光表面領域１８はこ
の半導体層８の中に直接形成されている。従って、光遮
蔽ウェブを使用する必要がない。Ｐ領域１８を形成して
この帯状領域１８をＰＮ接合部として構成できるので、
格子自体を形成する。
【００２０】走査格子２も同じようにただ一つの半導体
基板で構成され、基本体の上にＮ型半導体層が付けてあ
る。ドーピングにより、この半導体層内で測定方向Ｘに
互いに間隔を置いたＰ領域１９がＰＮ接合部を形成する
ために導入されている。ＰＮ接合部の各々は受光領域１
９であり、ここでも光遮蔽ウェブを省ける。この場合で
も、格子がＰＮ接合部とその間にある領域自体で構成さ
れる。
【００２１】発光領域１８と受光領域１９の寸法の設計
は、図２の例のようにして行われる。この場合、発光領
域１８の間隔はウェブの幅Ｂに一致し、発光領域１８の
幅は溝Ａに一致する。
【００２２】受光領域１９の間隔はウェブの幅Ｃに一致
し、しかも受光領域の幅は溝Ｄに一致する。既に説明し
たように、この発明は三重格子測定系に特に有利に使用
できる。しかし、この発明はそれに限定するものではな
く、二重格子測定系にも採用できる。この系では、一方
の格子が光源１であり、これに対して測定方向Ｘに相対
的に移動する格子が走査板２である。つまり、両方の構
成の一方が目盛板として働く。
【００２３】更に、この発明は測長装置や測角装置に採
用できる。位相のずれた走査信号を求めるために、光源
および／または走査板の互いに位相のいずれ多数の格子
を使用できる。
【００２４】どの実施例でも、光源と走査板には共通の
半導体基板が使用される。その場合、光源と走査板の格
子は共通面内にある。これに対する例を図５〜８に示
す。図５の三重格子測定系は、帯状に発光する光源１と
帯状に受光感度のある走査板２を集積した半導体基板で
構成されている。
【００２５】図６には、互いに 90 °ほど位相のずれた
四つの走査信号を発生するため、光源１が走査格子１
３.1〜１３.4に対して中心に配設されいる。図７には、
走査格子１３.1〜１３.4が測定方向Ｘに見て光源１の両
側に配設されている。この場合、走査格子１３.1, １
３.3および１３.2, １３.4がそれぞれ一方の側で互いに
180°位相をずらしている。走査格子１３.1, １３.3お
よび１３.2, １３.4が互いに入れ違いに配置されている
と、特に有利である。
【００２６】図８には、交差格子目盛板を照明するため
パターン化された光源１が示してある。発光領域６１は
交差している光遮蔽ウェブ６の間に形成されている。Ｘ
方向に対して 0°と 90 °の走査信号を発生する走査格
子１３.1と１３.3は光源１の一方の側に配置され、Ｘ方
向に対して 270°と 180°の走査信号を発生する走査格
子１３.2と１３.4は他方の側に配置されている。
【００２７】Ｙ方向に対する走査格子１３.5〜１３.8は
光源１の上下に配置されている。交差格子目盛系の機能
原理自体はドイツ特許第 40 41 584 A1 号明細書に開示
されているので、これ以上の説明を省く。
【００２８】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明で得ら
れる利点は、半導体製造方法で周知の簡単な方法によ
り、光源と走査板をパターン化できるので、ほぼ高調波
のない走査信号が発生する点にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による光電測長装置の模式図である。
【図２】図１の測長装置の断面図である。
【図３】他の構成の測長装置の断面図である。
【図４】この発明による走査板の平面図である。
【図５】この発明の他の構成を示す図面である。
【図６】半導体基板上に光源と走査板を形成した図面を
示す。
【図７】半導体基板上に光源と走査板を形成した図面を
示す。
【図８】半導体基板上に光源と走査板を形成した図面を
示す。
【符号の説明】
１ 光源 ２，１５ 走査板 ３ 目盛板 ４ 増分目盛 ５ 格子（光源の） ６，１４ 遮光ウェブ（格子５の） ７，１０ 基本体 ８，９，１１，１２ 半導体層 １３，１６，１３.1〜１３.8 走査格子 １４１，１７１ 溝 １６.1, １６.2 走査格子の一部 １８，６１ 発光領域 １９ ＰＮ接合部領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴオルフガング・ホルツアプフェル ドイツ連邦共和国、83119 オービング、 ブルーメンストラーセ、24 (72)発明者 アンドレアス・フランツ ドイツ連邦共和国、83308 トロストベル ク、ヘルツオーク−ルートヴイッヒ−スト ラーセ、31

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 測定方向に間隔を設けて配置された多数
    の発光領域を有する半導体光源と、少なくとも一つの位
    置に依存する走査信号を発生するため、測定方向に間隔
    を設けて配置された多数の帯状受光領域を有する走査板
    とから成り、互いに相対的に移動する格子の位置を求め
    る光電測長または測角装置において、走査信号の所定次
    数の高調波を抑制するように、発光領域（６１，１８）
    の形状が設計さていて、他の次数の高調波が抑制される
    ように、帯状の受光領域（１４１，１７１，１９）の形
    状が設計されていることを特徴とする光電測長または測
    角装置。
  2. 【請求項２】 走査板（２，１５）は半導体基板を有
    し、この基板の受光面の上に測定方向に互いに間隔を設
    けて配置された遮光ウェブ（１４，１７）から成る走査
    格子（１３，１６）が付けてあり、ウェブの間にある領
    域が帯状に受光感度を有する領域（６１）であることを
    特徴とする請求項１に記載の光電測長または測角装置。
  3. 【請求項３】 光源（１）は半導体基板を有し、この基
    板の発光面上に測定方向Ｘに互いに間隔を設けて配置さ
    れた遮光ウェブ（６）を有する格子（５）が付けてあ
    り、ウェブの間にある領域が帯状に発光する領域（６
    １）であることを特徴とする請求項１に記載の光電測長
    または測角装置。
  4. 【請求項４】 走査板（２）は互いに間隔を設けて配置
    された帯状のＰＮ接合部（１９）としての受光領域を付
    けた半導体基板であることを特徴とする請求項１に記載
    の光電測長または測角装置。
  5. 【請求項５】 光源（１）は互いに間隔を設けて配置さ
    れた帯状のＰＮ接合部（１８）としての発光領域を付け
    た半導体基板であることを特徴とする請求項１に記載の
    光電測長または測角装置。
  6. 【請求項６】 光源（１）の発光領域（６１，１８）の
    間隔（Ｂ）に対する幅（Ａ）の比は走査板（２）の受光
    領域（１４１，１９）の間隔（Ｃ）に対する幅（Ｄ）の
    比とは異なることを特徴とする請求項１〜５の何れか１
    項に記載の光電測長または測角装置。
  7. 【請求項７】 光源（１）と走査板（２）の間のビーム
    通路にあって、目盛板（３）は光源（１）と走査板
    （２）に対して測定方向Ｘに移動することを特徴とする
    請求項１〜６の何れか１項に記載の光電測長または測角
    装置。
  8. 【請求項８】 光源（１）と走査板（２）は単一の半導
    体基板上に形成されていることを特徴とする請求項７に
    記載の光電測長または測角装置。
  9. 【請求項９】 走査板（２）は受光領域が互いに垂直に
    交差する走査格子（１３.1〜１３.8）を有することを特
    徴とする請求項８に記載の光電測長または測角装置。
  10. 【請求項１０】 偶数高調波を濾波する帯状の受光領域
    （１４１，１７１）と３次高調波の整数倍を濾波する発
    光領域（６１）が形成されていることを特徴とする請求
    項１〜９の何れか１項に記載の光電測長または測角装
    置。
  11. 【請求項１１】 偶数高調波を濾波する発光領域（６
    １）と３次高調波の整数倍を濾波する受光領域（１４
    １，１７１）が形成されていることを特徴とする請求項
    １〜９の何れか１項に記載の光電測長または測角装置。
JP6145025A 1993-07-15 1994-06-27 光電測長または測角装置 Expired - Lifetime JP3045452B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4323712:6 1993-07-15
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