JPS63210602A - 光電位置測定装置 - Google Patents

光電位置測定装置

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JPS63210602A JP63034126A JP3412688A JPS63210602A JP S63210602 A JPS63210602 A JP S63210602A JP 63034126 A JP63034126 A JP 63034126A JP 3412688 A JP3412688 A JP 3412688A JP S63210602 A JPS63210602 A JP S63210602A
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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】 産業上の利用分野 この発明は、光を出射する光源と、前記光源の光線方向
に対して直交して移動する少なくとも二つの回折光線を
発生させる回折格子を有し、前記回折光線は二つの結合
要素によって二つの光導体に連結し、結合器の二つの入
力端に導入され、結合器中で干渉し、検出器によって互
いに位相のずれた電気信号に変換される二つの対象物の
相対位置を測定する光電位置測定装置に関する。
従来の技術 西独特許第3316144号公報及び特開昭59−16
4914号公報には、この種の装置が開示しである。こ
れ等の装置には、回折格子が基準体になっている。回折
格子は、非常に狭い格子線で作製されていて、例えばガ
ラス基板又は金属基板上に機械加工、光学リソグラフィ
ー又は電子リソグラフィーで微細に形成しである。この
種の装置には、更に単色化した光、例えばレーザー光を
出射する光源と、回折格子中で光源に対向する側に干渉
光を検出する検出器を装備している。光源から出射した
光は、回折格子によって回折されて通り抜ける。回折格
子が光学系の他の部分に対して、例えば光源及び反射鏡
に対して相対運動すると、干渉光は回折格子が一周期移
動するとき、二つの周期はど変わる。
別な構成では、光源から出射した光線が回折格子によっ
て回折する。そして、異なる符号で同じ次数の光線が重
なり、相互に干渉する。この間、光が検出器に入射する
前に、例えば半透明な鏡が設置しである。ここで、また
回折格子と光学系の一部が、上記の様に相対運動すると
仮定すると、回折格子が一つの周期で運動する場合、干
渉光は二つの周期で変化する。
発明が解決しようとする問題点 前記の光学装置を狭い部屋に設置するには、問題がある
。この光学系は非常に規模が大きいので、かなり場所を
確保する必要がある。
西独特許第3625327号公報から、構造が簡単で、
擾乱が周囲の影響によって大幅に排除されているため、
信頼性のある動作をする位置測定装置は公知である。
この出願に対して親となる主特許の内容の利点は、コン
パクトな構造、集積性があり、しかも周囲の影響に対し
て安全であることにある。
この発明の課題は、前記の種類に属する位置測定装置の
場合、測定方向に直交する向きに対して構造寸法を小さ
くなるように、構造部材を構成することにある。
問題点を解決する手段 上記の課題は、この発明により両結合要素が格子定数の
異なる結合格子を有することによって解決されている。
発明の効果 この発明による位置測定装置は、特に小さい構造になる
ことで優れている。
実施例と作用 この発明を以下に実施例の助けで図面に基づき更に詳し
く説明する。ここで、表現上第1図でも、第2〜4図で
も、肉眼で差異が見えるようにするため、幾何学的な指
定は正規な寸法ではなく、誇張して描いである。集積光
学の分野の専門家は、この発明を知る場合、寸法及び位
置の指定を実際のものに難なく変換できる。この基礎の
下に、光線の進行及び回折像も光学的に正確ではなくて
、ただ象徴的にのみ示しである。
第1図に示す位置測定装置には、回折格子G1が設置さ
れている。この格子の位置を基板S1に対して測定する
ことになる。
半導体L1の光線は、回折格子G1の所で回折し、同じ
次数の光部分波十m1と−m1になる。
光部分波十m1と−m1は、基板S1上に入射する。こ
の基板SI上に三つの結合要素+H1と−Hl、二つの
光導体+LWL 1と−LWL 1、一個の結合体TB
JI及び三個の検出器+D1゜DI、−DIがある。こ
の実施例では、上記の要素は集積光学回路の形にして基
板S1の上に集積しである。
結合要素+H1と−H1は、この出願の親特許に述べた
所謂断熱ホルンとして形成しである。両結合要素+H1
と−H1は、回折格子G1の長手方向に向いていて、測
定方向に延びる対称線に垂直に、しかも測定方向に向は
基板Sl上で位置をずらして配設しである。結合要素+
H1と−H1には、結合格子+HGIと−HGIがある
。この格子線条は、回折格子G1の格子線と同じ方向に
向いている。しかし、両者の差異は結合格子+HG1と
−HGIとの格子定数が互いに相遅することにある。結
合格子+HGIと−H,G1の格子定数を変えることは
、回折した光部分波十mlと−m1の結合条件が異なる
ために必要である。
上記の処置によって、この発明による位置測定装置は測
定方向に垂直な向きに、主特許の実施例よりかなり小さ
い寸法を有することになる。
同じ利点は、第2図の装置の場合にも生じる。
構成部品は、第1図と同じであるから、それ等をただ図
面の引用数字に対応する添字によってのみ補正すること
にする。半導体レーザ源L2は、光部分波十m2と−m
2を発生させる回折格子G2を照らす。これ等の光部分
波は、基板S2上の両結合要素+H2と−H2に当たる
。結合要素+H2は、第二結合要素−H2の基本要素で
ある結合格子−H2の格子定数とは異なる格子定数の結
合格子+HG2を有する。この実施例の特異性は、結合
格子+HG2を有する結合要素+H2は、結合格子−H
O2を有する結合要素−H2とは異なる面一ここでは、
深い面一にある点である。結合格子+HG2と−HG2
及びそれ等に属する光導体+LWL2と−LWL2は、
両者が互いに影響しないように構成される。結合体TB
J2には、光部分波十m2と−m2が公知の方法で干渉
に付され、結合体TBJ2の出口を経由して検出器+D
2.D2及び−D2に導入される。
第3図に示す実施例では、二つの結合要素+H3と−H
3はそれぞれ結合格子+HG3と−HG3を有する。こ
れ等の格子は、再び異なった格子定数を有する。結合要
素+H3と−H3は、回折格子G3に平行な平面にあり
、前後して互いに避けあっている。結合要素−H3から
結合体TBJ3に導く光導体−LWL3は、他の結合要
素+H3の傍を通り、結合体TBJ3で結合要素+H3
から結合体TBJ3に導く光導体+LWL3に合致する
。これ等の結合体TBJ3の出力端は、検出器+D3.
D3及び−D3に入り、結合体TBj3は、三個の出力
端で互いに位相のずれた信号が生じるように構成されて
いる。それ等の信号は、互いに120°位相がずれてい
るか、あるいは二つの出力端で正弦関数及び余弦関数を
表す信号が現れて、第三の出力端には基準信号が現れる
。それ等の出力端の信号は、同様に光導体によって検出
器に導入され、そこから電気信号に変換され、次いで電
子評価回路に導入される。
第4図に示す配置には、二つの結合要素+H4と−H4
が基板S4上にある。両要素は回折格子G4と同じ方向
に延びているが、測定方向に延びる回折格子G4の対称
線に直交した向きにずれている。
しかしながら、第1図の実施例とは対照的に、両結合要
素+H4,−H4は測定方向に向けて互いにずれてはい
ない。
引用記号L4を用いて、図示しいないレーザ源から出射
した光線が示しである。この光線L4は、両光部分波十
m4と−m4が光線L4によって照明される走査視野の
光学距離が回折格子G4の所を通過する必要のあること
を表すために誇張して大きく引き伸ばして示しである。
一点鎖線で示した回折光部分波十m4の光線通路が示し
ているのと同じように、鎖線だけで示した光部分波−m
4の光線通路のように、反対向きに回折する。
この図面から、結合格子+HG4と−HG4を有する結
合要素+H4と−H4は、測定方向に向けて相互にずれ
ていないが、光線L4から出た両回折光部分波十m4と
−m4は測定方向に向けて、一点鎖線又は点線の図面か
ら分かるように、互いにずれている。
結合要素+H4と−H4は、Z軸で表わしたいわば対称
線で対称にっているが、結合格子+)IO2と−HG4
の格子定数に関連していない(これ等は実施例に示す様
に異なっている)。
第4図には、幾何学関係をより良く設定するため、座標
系x、y、zが指定しである。この座標の設定は、そこ
での座標軸が特別に設定されていなくても、第1〜3図
に対しても当てはまる。この実施例では、基板S4のX
軸の回りの捻じれは全く影響なく、Z軸の回りの捻じれ
は測定結果にただ最小の影響を与える。その理由は、再
結合要素+H4と−H4のずれがZ軸に直交する向きで
非常に少なく一約100μm−に維持でき、Z軸方向に
は全くずれがない。
更に、基板の温度変動及び振動の影響は極度に少ない。
第4図の実施形状は、更に回折格子G4の基板S4に対
して平行整列する場合、回折した光部分波十m4と−m
4実用上結合体TBJ4への距離を有するので、コヒー
レント長の短い光源を使用できる利点を有する。
前記の種類に属する位置測定装置では、回折格子の滑動
運動はこの方法で測定する機械の運動に対し一般にデジ
タル表示される位置測定値に変換される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、平行で測定方向に位置をずらして配設した結
合要素を有する位置測定装置。 第2図は、異なった平面内にある結合要素を有する位置
測定装置。 第3図は、入れ違いに配設した結合要素と曲線状に延び
る光導体を有する位置測定装置。 第4図は、平行にずれた再結合要素を有する位置測定装
置。 図中引用記号: Gl、G2.G3.G4・・・回折格子、31、S2,
33.S4・・・基板、 Ll、L2.L3.L4・・・レーザ源、+DI、 D
i、 −DI、 −1−D2. D2.−D2゜+D3
.D3.−D3.+D4.D4.−D4・・・検出器、 +H1,’−H1,+H2,−1(2,+H3,−H3
、+H4,−H4・・・結合要素、 +HG1.−HGl、+T(G2.−HO2,+HG3
.−HO2,+HG4.−HO2・・・結合格子、 +LWL1.−LWL1.+LWL1.−LWLl、+
LWL1.−LWLI、+LWL1.−LWLl・・・
光導体。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)光を放つ光源と、前記光源の出射方向に対して直交
    して移動する少なくとも二つの回折光部分波を発生させ
    る少なくとも一個の回折格子とを有し、前記回折光部分
    波は、二つの結合要素によって二つの光導体に連結し、
    一個の結合体の二つの入力端に導入され、この結合体中
    で干渉し、検出器によって位相のずれた電気信号に変換
    される主特許(特開昭62−183797号)に従う二
    つ対象物の相対位置を測定する光電位置測定装置におい
    て、結合要素(+H1,・・・−H4)は格子定数の異
    なる結合格子(+HG1,・・・−HG4)を有するこ
    とを特徴とする光電位置測定装置。 2)両結合格子(+HG1,−HG1;+HG4,−H
    G4)は、回折格子(G1;G4)と同じ方向に延びて
    いるが、測定方向に延びる回折格子(G1;G4)の対
    称線に直交する向きにずれていることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の光電位置測定装置。3)結合格
    子(+HG1,−HG1)をそれぞれ有する二つの結合
    要素(+H1,−H1)は、更に測定方向に互いにずれ
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2
    項記載の光電位置測定装置。 4)両結合格子(+HG1,−HG1;+HG4,−H
    G4)は、回折格子(G1;G4)に平行な平面に配設
    してあることを特徴とする特許請求の範囲第1〜3項の
    いずれか1項に記載の光電位置測定装置。 5)両結合格子(+HG2,・・・−HG3)は、測定
    方向に入れ違いに延びていることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の光電位置測定装置。 6)両結合格子(+HG2,−HG2)は、回折格子(
    G2)に平行で異なる平面に延びていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項又は第5項記載の光電位置測定
    装置。 7)両結合格子(+HG3,−HG3)は回折格子(G
    3)に平行な平面にあり、一方の結合格子(−HG3)
    の光導体(−LWL3)は他方の結合格子(+HG3)
    の横を通り過ぎることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項又は第5項記載の光電位置測定装置。
JP63034126A 1987-02-21 1988-02-18 光電位置測定装置 Expired - Lifetime JPH0684887B2 (ja)

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DE3705653.0 1987-02-21
DE3705653A DE3705653C1 (en) 1986-07-26 1987-02-21 Photoelectric position-measuring device

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JPS63210602A true JPS63210602A (ja) 1988-09-01
JPH0684887B2 JPH0684887B2 (ja) 1994-10-26

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JP63034126A Expired - Lifetime JPH0684887B2 (ja) 1987-02-21 1988-02-18 光電位置測定装置

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EP (1) EP0279944B1 (ja)
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AT (1) ATE60672T1 (ja)
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