KR102425154B1

KR102425154B1 - 광학적 위치 측정 장치

Info

Publication number: KR102425154B1
Application number: KR1020170149350A
Authority: KR
Inventors: 가타드 레퍼딩거
Original assignee: 덕터 요한네스 하이덴하인 게엠베하
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2022-07-26
Also published as: ES2718236T3; KR20180071934A; CN108204828A; EP3339811A1; JP6465950B2; US10060731B2; US20180172433A1; EP3339811B1; JP2018100958A; CN108204828B

Abstract

본 발명은 두 물체의 상대적 위치를 측정하는 광학적 위치 측정 장치에 관한 것이다. 측정 눈금(10)과 광패턴(M) 간의 상호 작용을 통해서 검출 장치(21) 상에 명부 영역과 암부 영역을 포함하는 버니어(vernier) 패턴이 생성된다. 측정 눈금은 위상 격자로서, 입사하는 광패턴(M)에 대하여, 기하 광학 및 파동 광학 사이의 작용을 통해서 버니어 패턴의 명부 영역의 세기가 극대화되도록 형성된다.

Description

광학적 위치 측정 장치{OPTICAL POSITION MEASURING APPARATUS}

본 발명은 청구항 1의 상위 개념의 특징에 따른 광학적 위치 측정 장치에 관한 것이다.

유럽특허 EP 1 028 309 A1은 일반적인 광학적 위치 측정 장치를 개시한다. 주기를 가지는 광패턴과 주기적인 측정 눈금 간의 상호작용을 통해 후속하는 검출 평면에 버니어(vernier) 줄무늬가 형성된다. 이를 위해서 주기적 광패턴의 주기는 측정 눈금의 눈금 주기(이하, "측정 눈금 주기")와의 차이가 아주 작다. 이렇게 형성된 버니어 줄무늬의 주기(이하 "버니어 주기")는 광패턴 주기보다 크고 또한 측정 눈금 주기보다도 크다. 측정 눈금은 진폭 격자로 형성되고 측정 눈금의 바-갭 비율은 1:1이다.

본 발명의 과제는 신호 대 잡음비가 개선된 버니어 줄무늬를 형성하는 광학적 위치 측정 장치를 제공하는 것이다.

상기한 과제는 본 발명의 청구항 1의 특징을 가지는 광학적 위치 측정 장치에 의해 달성된다.

측정 방향으로 서로에 대해 이동될 수 있는 두 물체 간의 상대적 위치를 측정하는 이러한 광학적 위치 측정 장치는 측정 눈금 및 상기 측정 눈금에 대하여 측정 방향으로 이동할 수 있는 스캐닝부를 포함한다. 상기 스캐닝부는 측정 방향으로 교대로 배치되는 명부 영역 및 암부 영역을 포함하는 광패턴을 측정 눈금에 광패턴 주기로 조사하도록 구성되며, 이때, 검출 장치에 의해 스캐닝되는 명부 영역들 및 암부 영역들을 포함하는 버니어 패턴이 광패턴과 측정 눈금 간의 작용에 의해 형성되도록, 상기 측정 눈금의 측정 주기는 광패턴 주기와의 차이가 아주 작다. 이때 측정 눈금은 위상 격자로서, 바와 갭의 비율이 1:1이 아니며, 측정 눈금의 위상 편차는 바와 갭 사이에 0차 회절이 억제되도록 형성된다. 또한, 상기 위치 측정 장치는 입사하는 광패턴의 명부 영역의 0차 회절이 억제되는 위치에서 적어도 하나의 더 높은 차수의 회절 방향이 전환되고 검출 장치에서 버니어 패턴의 명부 영역에 입사하도록 구성된다.

이때 측정 눈금 주기 내의 두 영역은 위상 격자의 바(bar)와 갭(gap)이라 하며, 이 영역들은 요구되는 위상 편차를 얻기 위해 입사광을 다양한 방식으로 지연시킨다. 이러한 위상 편차는 공지된 방식으로 경로 길이차 및/또는 빛이 통과해야 하는 물질의 굴절률 상의 차이에 의해 설정된다.

본 발명에 따르면 버니어 패턴의 명부 영역의 세기가 증대된다. 이러한 신호 향상을 통해서 더 높은 유효 신호가 생성되고, 이에 따라 위치 측정 장치의 측정 정확도가 향상된다.

광이라는 용어는 비가시 영역의 광선도 포함한다.

측정 눈금 주기의 바는 각각 갭보다 폭이 넓고, 바는 광패턴의 명부 영역보다 폭이 넓은 것이 바람직하다. 이에 따라, 광패턴의 명부 영역이 중앙으로 바에 입사할 경우, 완전한 투과 혹은 완전한 반사를 통해서 버니어 패턴의 명부 영역을 형성하는데 바가 온전히 사용될 수 있게 된다.

또는, 측정 눈금 주기의 갭은 각각 바보다 폭이 넓고, 갭은 광패턴의 명부 영역보다 폭이 넓다. 이 경우, 광패턴의 명부 영역이 중앙으로 갭에 입사할 경우, 완전한 투과 혹은 완전한 반사를 통해서 버니어 패턴의 명부 영역을 형성하는데 갭이 온전히 사용될 수 있게 된다.`

특히, 측정 눈금 주기의 바는 각각 측정 눈금 주기의 갭보다 폭이 넓고, 측정 눈금 주기의 갭의 폭은 광패턴 주기의 50%이거나 또는 갭이 각각 위상 격자의 바보다 폭이 넓고, 바의 폭이 광패턴 주기의 50%이다. 바와 갭의 광학적 특징(투과 또는 반사)이 동일한 경우, 0차 회절이 상쇄 간섭을 통해서 소멸됨으로써 가능하다.

위상 격자의 바-갭 비율 또는 갭-바 비율은 1:3인 것이 바람직하다.

스캐닝부가 송신 장치와 격자를 포함함으로써 매우 단순한 구조의 위치 측정 장치가 얻어지며, 상기 송신 장치는 콜리메이트 광선을 형성하기 위해 형성되며, 상기 광선은 격자를 대향하고 격자와의 작용을 통해서 광패턴을 형성한다.

상기 격자는 진폭 격자일 수 있다. 그러나 상기 격자는 위상 격자인 것이 바람직하다. 또는, 상기 격자는 혼합 형태의 진폭-위상 격자일 수도 있다.

위상 격자로서 형성된 측정 눈금의 위상 편차는 특히 λ/2이며, 이때 λ는 입사하는 광패턴의 광의 파장이다.

검출 장치는 버니어 패턴을 스캔하고 360°/K 로 서로 위상 지연되는 K개의 스캐닝 신호를 생성하는 다수의 검출기를 포함하는 것이 바람직하며, 이웃하는 검출기들 간의 중심 거리(X_K)에 대하여 다음과 같은 세부사항이 적용된다:

X_K = P_V/K,

이때, 1/P_V = |1/P_T-1/P_M|,

P_V = 버니어 주기,

P_T = 측정 눈금 주기,

P_M = 광패턴 주기,

K = 양의 정수이다.

신호 향상 및 평균을 위하여, 검출 장치의 다수의 K번째 검출기는 결과적인 합산-스캐닝 신호를 형성하기 위해 공지된 방식으로 서로 연결될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항에 기술된 방법에 의해서 구현된다.

본 발명의 기타 세부사항 및 장점은 이하 실시예들에 대한 상세한 설명에서 도면을 참조하여 자세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 광학적 위치 측정 장치의 제1 실시예의 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 위치 측정 장치의 스캐닝-광경로의 기본 구조 및 진행 경로를 도시한다.
도 3은 위치 측정 장치에서 나타나는 검출기 평면에서 형성되는 회절상을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따라 구성된 광학적 위치 측정 장치의 제2 실시예이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예를 도시하고, 도 3은 제1 실시예에서 형성되는 회절상을 나타낸다.

본 위치 측정 장치는 위치 측정을 하기 위해 스캐닝부(2)에 의해서 이른바 입사광에서 스캐닝되는 측정 눈금(10)을 포함한다. 반사되는 측정 눈금(10)은 공지된 방식으로 스케일(1) 상에 장착되고 고정된다. 서로에 대해 측정 방향(X)으로 이동하는 두 물체의 위치를 측정하기 위하여 상기 스케일(1)은 두 물체 중 하나에 고정되고, 스캐닝부(2)는 서로에 대해 이동하는 두 물체 중 다른 하나에 고정된다.

상기 스캐닝부(2)는 주기적인 광패턴(M)을 측정 눈금(10)에 조사하도록 구성된다. 상기 광패턴(M)의 주기는 이하 광패턴 주기(P_M)라 한다. 버니어 패턴(V)을 형성하기 위하여 상기한 주기적인 광패턴(M)이 측정 눈금(10)과 상호 작용함으로써 위치에 따라 달라지는 스캐닝 신호가 형성된다. 이를 위하여 측정 눈금(10)의 측정 눈금 주기(P_T)는 광패턴 주기(P_M)와 차이가 아주 적으며, 그에 따라 광패턴 주기(P_M) 및 측정 눈금 주기(P_T)보다 훨씬 더 큰 주기(P_V)를 가지는 버니어 패턴(V)이 검출 장치(21)에 형성된다. 이렇게 형성된 버니어 패턴(V)은 측정 눈금(10)의 눈금선에 평행하게 배치된다. 스캐닝부(2)와 측정 눈금(10) 간의 상대적 이동 시 상기 주기적 광패턴(M)은 위치 변화에 따라 다양하게 변조되며, 이때 명부 영역과 암부 영역을 가지는 버니어 패턴(V)이 형성된다. 상기 버니어 패턴(V)은 측정 눈금(10)과 스캐닝부(2)의 상대적 위치를 결정하기 위하여 검출 장치(21)에 의해 스캐닝된다.

버니어 주기(P_V)(형성되는 버니어 패턴(V)의 주기)에는 다음 사항이 적용된다:

1/P_V = |1/P_T-1/P_M|

이때, P_T = 측정 눈금 주기(측정 눈금(10)의 주기),

P_M = 광패턴 주기(광패턴(M)의 주기)이다.

상기 광패턴(M)은 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 가장 단순한 방식으로는 위치 측정 장치가 이중 격자 인코더(two-grid encoder)인 경우로, 콜리메이션 조사되는 광패턴(M)이 격자(22)에 의해 형성되는 것이다. 콜리메이션 조사를 위하여 광원(23)과 대물 렌즈(24)가 구비된다. 상기 격자(22)는 예를 들면 비투과성 바(bar)와 투명한 갭(gap)들이 주기적으로 연속 배치된 진폭 격자이다. 상기 비투과성 바들은 불투명한 물질로 이루어진 층으로 투명한 지지대에 형성되고, 상기 지지대는 특히 유리 지지대일 수 있다.

그러나 상기 격자(22)는 위상 격자인 것이 바람직하다. 또는, 상기 격자(22)는 혼합 형태의 진폭-위상 격자일 수도 있다.

격자(22)의 눈금 주기는 요구되는 광패턴 주기(P_M)에 상응하고 격자(22)의 바-갭 비율은 1:1로 설정된다. 이에 따라, 격자(22)의 갭의 폭은 주기적 광패턴(M)의 명부 영역의 폭(B_M)에 상응하며 P_M/2이다.

단색광 혹은 적어도 협대역 광원(23)이 내보내는 광선은 대물 렌즈(24)에 의해 평행하게 정렬되고 격자(22)의 투명한 갭들을 투과한다. 광원(23)으로는 특히 LED 또는 기타 협대역 광원(23)이 적당하다.

본 발명에 따르면 상기 측정 눈금(10)은 위상 격자이며, 제1 실시예의 경우 반사형 위상 격자이다. 이때 버니어 패턴(V)의 명부 영역의 세기를 극대화하기 위하여 본 발명에서는 상기 위상 격자의 여러 특성이 활용되는데, 즉 다음과 같다.

기하 광학

1. 반사형 위상 격자에서의 반사 및 투과형 격자에서의 투과(직선 퍼짐)

파동 광학

2. 상쇄 간섭

3. 회절

1번 항목에 관하여:

이 효과는 위상 격자의 평평한 표면에 입사하는 광선의 단순한 반사에 기초하는 것으로, 1:1이 아닌 위상 격자의 바-갭 비율에 의해서 달성된다. 이에 따라, 바(S)들이 각각 광패턴(M)의 명부 영역의 폭(B_M)보다 더 큰 폭(B_S)을 가지게 되거나, 갭(L)들이 각각 광패턴(M)의 명부 영역의 폭(B_M)보다 더 큰 폭(B_L)을 가지게 된다. 도시된 실시예의 경우 위상 격자의 바(S)들은 측정 눈금 주기(P_M) 이내에서 광패턴(M)의 명부 영역의 폭(B_M)보다 더 큰 폭(B_S)을 가지며, 다음이 적용된다:

B_S > B_M

이에 따라 측정 눈금(10)은 입사하는 광패턴(M)에 대하여 위치에 따라 달라지는 반사의 변조에 유효하게 작용한다. 이에 따라, 상기 입사하는 광패턴(M)은 도 2에 도시된 순간 위치(P1)에서 왼쪽에 도시된 측정 눈금(10)의 영역에 입사하고, 이 위치에서 광패턴(M)의 명부 영역의 폭(B_M)의 전체 입사 폭(B_M)이 측정 눈금(10)에 반사되어 검출 장치(21)에 입사한다. 따라서, 검출 장치(21)에 입사하는 버니어 패턴(V)의 영역은 명부 영역이라 칭하며 도 2에 "명부(hell)"로 표시한다.

2번 항목에 관하여:

여기서는 위상 격자의 바(S)에 입사하여 그에 의해 반사되는 부분 광선(S1) 및 위상 격자의 갭(L)에 입사하고 그에 의해 반사되는 부분 광선(S0)의 상쇄 간섭이 활용된다.

이를 위하여 위상 격자의 바(S)와 갭(L) 사이의 위상 편차는 0차 회절이 억제되도록 설정된다. 입사하는 광패턴(M)에 작용하는, 측정 눈금(10)의 바(S)와 갭(L) 사이의 위상 편차는 λ/2이며, λ는 광패턴(M)의 파장이다.

광패턴(M)과 측정 눈금(10)의 서로 다른 주기에 기초하여 광패턴(M)의 일부는 도 2에 도시된 순간 위치(P0)에서 도 2에서 오른쪽에 도시된 측정 눈금(10)의 영역에도 입사한다. 상기 위치(P0)에서는 입사하는 광패턴(M)의 명부 영역은 위상과 회절 측면에서 영향을 받는다. 영역(P0)은 영역(P1)으로부터 측정 방향(X)으로 버니어 주기(P_V)의 절반만큼 이격된다. 위상과 관련하여 상쇄 간섭이 발생함으로써 0차 회절이 소멸된다. 즉, 지점(P0)에서는 광이 검출 장치(21)에 입사하지 않는다. 따라서, 버니어 패턴(V)의 이러한 영역은 암부 영역이라 하고 도 2에 "암부(dunkel)"로 표시한다.

측정 눈금(10)의 바(S)와 갭(L)의 반사 특성이 동일하다는 전제 하에, 완전한 상쇄 간섭도 적용된다:

측정 눈금 주기(P_T)의 바(S)는 각각 측정 눈금 주기(P_T)의 갭(L)보다 폭이 넓고, 갭(L)의 폭(B_L)은 광패턴 주기(P_M)의 50% 이거나, 또는

측정 눈금 주기(P_T)의 갭(L)은 각각 측정 눈금 주기(P_T)의 바(S)보다 폭이 넓고, 바(S)의 폭(B_S)은 광패턴 주기(P_M)의 50%이다.

실시예에서는 측정 눈금(10)의 갭-바 비율 및 그에 따른 위상 격자의 갭-바 비율이 1:3이다. 위상 격자의 바-갭 비율이 1:3으로 설정되었을 때도 동일한 효과가 얻어진다.

3번 항목에 관하여:

여기서 활용되는 것은 위상 격자에 입사하는 광선의 회절로서, 이때 반사(1번 항목에서 설명한 바와 같음)를 통해 얻어지는 버니어 패턴(V)의 명부 영역의 세기는 위치에 따라 달라지는 위상 격자 상의 회절의 변조에 의해서 강화된다.

이미 언급한 바와 같이, 광패턴(M)과 측정 눈금(10)의 서로 다른 주기에 기반하여 광패턴(M)의 일부가 도 2에서 오른쪽에 도시된 영역에서 측정 눈금(10)에 입사한다. 측정 눈금(10)의 상기 영역에서는 입사하는 광패턴(M)의 명부 영역이 위상과 회절 측면에서 영향을 받는다.

회절과 관련하여, 위치(P0)에서는 상대적으로 높은 회절 차수(N, N≠0) 중 적어도 하나가 위치(P1), 즉, 버니어 패턴(V)의 명부 영역에서 검출 장치(21)로 입사하도록 측정 방향(X)으로 편향된다. 상기 적어도 하나의 상대적으로 높은 회절 차수(N)는 버니어 주기(P_V)의 격자에서 검출 장치(21)에 입사한다. 영역(P0)은 측정 방향(X)으로 버니어 주기(P_V) 절반만큼 영역(P1)으로부터 이격된다.

위치 측정 장치의 치수 설정 시 다수의 변수가 작용한다:

N차 회절 차수의 회절각에는 다음이 적용된다:

sin α = N * λ/P_T

실제로 적절한 작은 회절각(α)(호도법 기준)에 대해서는 다음이 적용된다:

α = N * λ/P_T

위치(P0)에서는 회절각도(α)로 회절되는 광선이 P_V/2 만큼 변위되어 검출 장치(21)에 입사해야 하기 때문에, 다음 식이 더 적용된다:

D *α = P_V/2

또한, 그에 따라 측정 눈금(10)과 검출 장치(21) 사이의 거리(D)에는 다음 식이 적용된다:

D = P_V * P_T / (2 * N * λ)

도 2에서는 음의 회절 차수와 양의 회절 차수가 동일한 차수인 S2로 표시되었는데, 이는 순간 위치(P0)에서부터 양의 회절 차수와 음의 회절 차수에 각각 동일한 조건이 적용되기 때문이다.

실험 설계에 기초하여 본 발명에 따른 위치 측정 장치의 작동성이 검증되었다. 이때 다음과 같은 변수가 설정되었다:

P_M = 20.5128 ㎛

P_T = 20.00 ㎛

P_V = 800 ㎛

λ = 860 nm

측정 눈금(10)의 바-갭 비율은 3:1이었다.

본 발명에서 2차 회절 차수 N = 2 가 사용되는 경우, 상기 회절 차수에 대한 회절각(α)은 대략 5°이다.

이러한 조건의 경우 측정 눈금(10)과 검출 장치(21) 사이의 거리(D)는 약 4.5 mm 가 된다. 상기 거리(D)가 달라지는 경우에도 측정 눈금(10)에서 회절되는 광선(S2)들이 버니어 패턴(V)의 명부 영역의 세기를 향상시키는 것으로 나타났다. 본 실시예에서 상기 거리(D)는 약 3 mm 내지 6 mm 일 수 있는데, 즉, ±1.5 mm 의 공차가 허용된다.

도 3에는 측정 눈금(10)에서 회절된 회절 광선들의 회절상을 도시한다. 위치(X)에 대한 회절 차수의 세기(I)를 도시한 것으로, 위치(P0) 및 (P1)는 도 2에 표시된 순간 위치에 대응된다. 또한, 도 3에는 위치(P2)가 도시되는데, 이는 P1에서 P_V 만큼 이격된 위치로서, 다시 말해 가장 인접한 버니어 패턴(V)의 명부 영역의 중심이다.

버니어 패턴의 명부 영역의 세기를 증가시키기 위하여 짝수 및/또는 홀수의 회절 차수(N ≠ 0)가 사용되고 설계 시 고려될 수 있다.

검출 장치(21)는 측정 방향(X)으로 서로 인접하여 배치되는 다수의 검출기(211, 212, 213, 214, 215)로 구성된다. 서로에 대하여 위상 지연되는 K개의 스캐닝 신호를 생성하기 위하여 K 개의 검출기(211, 212, 213, 214)가 버니어 주기(P_V) 이내에 배치된다.

일반적으로, 버니어 패턴(V)의 스캐닝을 위하여 K 개의 검출 요소를 포함하는 검출 장치(21)가 360°/K 각도로 서로 위상 지연되는 K 개의 스캐닝 신호를 생성하기 위하여 배치되며, 인접하는 검출 요소들의 중심 거리(X_K)는 X_K = P_V/K 이고,

이때 1/P_V = |1/P_T-1/P_M|이고,

P_V = 버니어 주기,

P_T = 측정 눈금 주기,

P_M = 광패턴 주기이다.

서로에 대하여 각각 90°로 위상 지연되는 4개의 스캐닝 신호를 생성하는 경우, K=4 개의 검출기(211, 212, 213, 214)를 버니어 주기(P_V) 내에 배치한다.

버니어 패턴(V)의 스캐닝 시 각각 동일한 위상의 스캐닝 신호를 공급하는 검출 장치(21)의 검출 요소(211, 215)는 서로 전기적으로 연결될 수 있고 발생하는 스캐닝 신호에 합산될 수 있다. 다르게 표현하자면, 검출 장치(21)의 다수의 K번째 검출 요소(211, 215)는 각각 결과적인 합산-스캐닝 신호를 형성하기 위하여 서로 연결될 수 있다.

제1 실시예에서 상기 측정 눈금(10)은 반사형 위상 격자로 구현된다. 도 4는 본 발명이 투과광에도 사용될 수 있음을 도시하며, 이때 측정 눈금(100)은 투명한 위상 격자로서 구현된다.

제2 실시예에는 제1 실시예와 동일한 조건이 적용되므로 측정 눈금에만 다른 부재번호가 사용되었고, 기타 나머지는 동일한 부재번호를 사용한다.

위상 격자로서 반사형 격자를 사용하는 경우(측정 눈금(10)), 버니어 패턴(V)의 명부 영역들은 위상 격자의 위치(P1)에 형성되고, 이 위치들에서 광패턴(M)의 명부 영역들이 완전히 재반사된다. 이와 달리, 위상 격자로서 투과형 격자를 사용하는 경우(측정 눈금(100)), 버니어 패턴(V)의 명부 영역들은 광패턴(M)의 명부 영역들이 완전히 투과되는 위치들(P1)에 형성된다.

위상 격자로서 반사형 격자를 사용하는 경우(측정 눈금(10)), 버니어 패턴(V)의 암부 영역들은 광패턴(M)의 명부 영역들이 반사된 부분 광선들(S0, S1)의 상쇄 간섭을 통해서 소멸되는 위상 격자의 위치들(P0)에 형성된다(도 2). 이와 달리, 위상 격자로서 투과형 격자를 사용하는 경우(측정 눈금(100)), 버니어 패턴(V)의 암부 영역들은 투과된 부분 광선들(S0, S1)의 상쇄 간섭에 의해서 광패턴(M)의 명부 영역들이 소멸되는 위치들(P0)에 형성된다(도 4).

위상 격자로서 반사형 격자를 사용하는 경우(측정 눈금(10)), 위상 격자의 위치(P1, P2)에 형성되는 버니어 패턴(V)의 명부 영역들은 위상 격자의 위치(P0)에서 반사에 의해 회절되는 회절 광선에 의해 강화된다. 이와 달리, 위상 격자로서 투과형 격자를 사용하는 경우(측정 눈금(100)), 위상 격자의 위치(P1, P2)에 형성되는 버니어 패턴(V)의 명부 영역들은 위상 격자의 위치(P0)에서 투과에 의해 회절되는 회절 광선에 의해 강화된다.

본 발명은 길이 측정 장치의 경우 선형 이동을 측정하는데 사용될 수 있고, 각도 측정 장치의 경우 회전 이동 및 회전 위치를 측정하는데 사용될 수 있다.

Claims

측정 방향(X)으로 서로에 대해 이동될 수 있는 두 물체 간의 상대적 위치를 측정하는 광학적 위치 측정 장치로서,
측정 눈금(10, 100); 및
상기 측정 눈금(10, 100)에 대하여 측정 방향(X)으로 이동할 수 있는 스캐닝부(2)를 포함하고,
상기 스캐닝부(2)는 측정 방향(X)으로 교대로 배치되는 명부 영역 및 암부 영역을 포함하는 광패턴(M)을 측정 눈금(10, 100)에 광패턴 주기(P_M)로 조사하도록 구성되며, 이때 검출 장치(21)에 의해 스캐닝되는 명부 영역들 및 암부 영역들을 포함하는 버니어 패턴(V)이 광패턴(M)과 측정 눈금(10, 100) 간의 작용에 의해 형성되도록, 상기 측정 눈금(10, 100)의 측정 눈금 주기(P_T)는 광패턴 주기(P_M)와의 차이가 아주 작고,
측정 눈금(10, 100)은 위상 격자로서, 바(S)와 갭(L)의 비율이 1:1이 아니며, 측정 눈금의 위상 편차는 바와 갭 사이에 0차 회절이 억제되도록 형성되며, 상기 위치 측정 장치는 입사하는 광패턴(M)의 명부 영역의 0차 회절이 억제되는 위치(P0)에서 적어도 하나의 더 높은 차수의 회절 방향이 전환되고 검출 장치(21) 상에서 버니어 패턴(V)의 명부 영역에 입사하도록 구성되고,
측정 눈금 주기(P_T)의 바(S)는 각각 갭(L)보다 폭이 넓고, 바(S)는 광패턴(M)의 명부 영역보다 폭이 넓거나, 또는
측정 눈금 주기(P_T)의 갭(L)은 각각 바(S)보다 폭이 넓고, 갭(L)은 광패턴(M)의 명부 영역보다 폭이 넓은 것을 특징으로 하는,
광학적 위치 측정 장치.
삭제
제1항에 있어서,
측정 눈금 주기(P_T)의 바(S)는 각각 측정 눈금 주기(P_T)의 갭(L)보다 폭이 넓고, 측정 눈금 주기(P_T)의 갭(L)의 폭(B_L)은 광패턴 주기(P_M)의 50%이거나, 또는
갭(L)이 각각 위상 격자의 바(S)보다 폭이 넓고, 바(S)의 폭(B_S)이 광패턴 주기(P_M)의 50%인 것을 특징으로 하는,
광학적 위치 측정 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,
위상 격자의 바-갭 비율 또는 갭-바 비율은 1:3인 것을 특징으로 하는,
광학적 위치 측정 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,
위상 격자의 위상 편차는 λ/2인 것을 특징으로 하는,
광학적 위치 측정 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 스캐닝부(2)는 송신 장치(23, 24) 및 격자(22)를 포함하며, 상기 송신 장치(23, 24)는 콜리메이트 광선을 형성하기 위해 형성되며, 상기 광선은 격자(22)를 대향하고 격자(22)와의 상호 작용을 통해서 광패턴(M)을 형성하는 것을 특징으로 하는,
광학적 위치 측정 장치.
제6항에 있어서,
광패턴(M)을 형성하는 상기 격자(22)의 바-갭 비율은 1:1인 것을 특징으로 하는,
광학적 위치 측정 장치.
제6항에 있어서,
광패턴(M)을 형성하는 상기 격자(22)는 진폭 격자 또는 위상 격자인 것을 특징으로 하는,
광학적 위치 측정 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,
검출 장치(21)는 버니어 패턴(V)을 스캐닝하고 360°/K 각도로 서로 위상 지연되는 K개의 스캐닝 신호를 생성하는 다수의 검출기(211, 212, 213, 214, 215)를 포함하고, 인접하여 배치되는 검출기들(211, 212, 213, 214, 215) 간의 중심 거리(X_K)에 대해서는,
X_K = P_V/K,
1/P_V = |1/P_T-1/P_M|,
P_V = 버니어 주기,
P_T = 측정 눈금 주기, 및
P_M = 광패턴 주기
가 적용되는 것을 특징으로 하는,
광학적 위치 측정 장치.
제9항에 있어서,
검출 장치(21)의 각각의 다수의 K번째 검출기(211, 215)는 결과적인 합산-스캐닝 신호를 형성하기 위하여 서로 연결되는 것을 특징으로 하는,
광학적 위치 측정 장치.