JPH0130089B2 - - Google Patents
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- JPH0130089B2 JPH0130089B2 JP61274235A JP27423586A JPH0130089B2 JP H0130089 B2 JPH0130089 B2 JP H0130089B2 JP 61274235 A JP61274235 A JP 61274235A JP 27423586 A JP27423586 A JP 27423586A JP H0130089 B2 JPH0130089 B2 JP H0130089B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scanning
- grating
- measuring device
- phase
- optical means
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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-
- 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)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は特許請求の範囲の上位概念に記載され
た位置測定装置に関する。
た位置測定装置に関する。
(従来の技術)
位相格子と共働する位置測定装置は例えば西独
国特許明細書1548707号及び西独国特許公開公報
2316248号から公知である。
国特許明細書1548707号及び西独国特許公開公報
2316248号から公知である。
更に本出願の未公開ヨーロツパ特許出願明細書
85301077.5には、位置測定装置が記載され、そこ
ではそこではインデツクス格子で回折された光束
の間の位相ずれを、インデツクス格子と測定格子
が等しい格子定数を有するものとして、位相格子
として形成されたインデツクス格子のウエブ幅と
溝幅の比率が1対1とは異なるように形成されて
いることにより相異なる回折次数の光束によつ
て、前記両格子の間の相対的移動に伴つて格子の
移動方向が検出されることができる。そのような
位置格子によつて得られる−相互に位相のずれた
−相異なる次数の部分光束によつて、測定尺格子
とインデツクス格子との間の相対的移動の方向が
検出されることができる。
85301077.5には、位置測定装置が記載され、そこ
ではそこではインデツクス格子で回折された光束
の間の位相ずれを、インデツクス格子と測定格子
が等しい格子定数を有するものとして、位相格子
として形成されたインデツクス格子のウエブ幅と
溝幅の比率が1対1とは異なるように形成されて
いることにより相異なる回折次数の光束によつ
て、前記両格子の間の相対的移動に伴つて格子の
移動方向が検出されることができる。そのような
位置格子によつて得られる−相互に位相のずれた
−相異なる次数の部分光束によつて、測定尺格子
とインデツクス格子との間の相対的移動の方向が
検出されることができる。
インデツクス格子の巾と等しくなりウエブ巾又
は溝巾を備えた測定尺格子とこれと平行なインデ
ツクス格子とを備えた反射位相格子測定システム
におけるゼロ次と±第1次の信号の変調度は勿論
相違しかつ格子等の距離の変化、汚れによつて変
わる。
は溝巾を備えた測定尺格子とこれと平行なインデ
ツクス格子とを備えた反射位相格子測定システム
におけるゼロ次と±第1次の信号の変調度は勿論
相違しかつ格子等の距離の変化、汚れによつて変
わる。
このことは3格子走査原理及びゼロ次の光電検
出器上への光源の不可避の幾何学的結像によつて
制約される。
出器上への光源の不可避の幾何学的結像によつて
制約される。
変調度の相違なる変化は信号の不正確及び又は
不安定な電子的評価につながる。
不安定な電子的評価につながる。
(発明の課題)
本発明はこの種の位置測定装置において格子の
距離変化、平行度の偏り、汚れ等に対する影響度
を減少させることを課題の基礎とする。
距離変化、平行度の偏り、汚れ等に対する影響度
を減少させることを課題の基礎とする。
(課題の解決のための手段)
この課題は本発明によれば2つの走査フイール
ドAF,を有し、この走査フイールドに選択的
に作用する光学的手段が付設されており、その結
果前記回折された部分光束に対して別の回折され
た部分光束が発生され、この部分光束は前記部分
光束に対して各々反対位置であり、そして前記回
折された部分光束にもこれと反対位相の部分光束
にも各々固有の検出器が光学的に付設されている
ことによつて解決される。
ドAF,を有し、この走査フイールドに選択的
に作用する光学的手段が付設されており、その結
果前記回折された部分光束に対して別の回折され
た部分光束が発生され、この部分光束は前記部分
光束に対して各々反対位置であり、そして前記回
折された部分光束にもこれと反対位相の部分光束
にも各々固有の検出器が光学的に付設されている
ことによつて解決される。
(発明の効果)
本発明による位置測定装置の利点はプツシユプ
ル信号(相互に180゜位相のずれた信号)を簡単に
発生させかつ測定誤差の発生を回避するために測
定方向弁別を確実に行うことができる構成を提供
することである。
ル信号(相互に180゜位相のずれた信号)を簡単に
発生させかつ測定誤差の発生を回避するために測
定方向弁別を確実に行うことができる構成を提供
することである。
実施態様項は本発明の他の有利な構成を示す。
(実施例及び作用)
「光」は紫外線、赤外線並びに可視光線を含
む。
む。
第1図において、いわゆる三格子反射光原理に
よる長さ測定装置1が示される。光源Lの光はコ
ンデンサ2によりコリメート化され、かつ位相格
子A及びBで回折及び反射される。
よる長さ測定装置1が示される。光源Lの光はコ
ンデンサ2によりコリメート化され、かつ位相格
子A及びBで回折及び反射される。
位相格子Bではウエブ巾と溝巾の比は1対1で
あり、これは測定尺格子である。走査格子Aは位
相格子として形成された2つの走査フイールド
AF及びによつて形成される。測定尺格子Bと
は異なり、走査格子AF及びのウエブ巾/溝巾
の比a対b=1対1でなない。これは特に第2図
及び第3図からわかる。
あり、これは測定尺格子である。走査格子Aは位
相格子として形成された2つの走査フイールド
AF及びによつて形成される。測定尺格子Bと
は異なり、走査格子AF及びのウエブ巾/溝巾
の比a対b=1対1でなない。これは特に第2図
及び第3図からわかる。
しかし、測定尺格子Bと走査格子Aの位相格子
は等しい格子定数GKを有することが注目され
る。測定尺格子Bと走査格子Aは相互に平行に配
設されており、かつ測定尺格子Bはこの平行な平
面内を目盛線に対して垂直に移動可能である。
は等しい格子定数GKを有することが注目され
る。測定尺格子Bと走査格子Aは相互に平行に配
設されており、かつ測定尺格子Bはこの平行な平
面内を目盛線に対して垂直に移動可能である。
光源Lから出た光の方向における第1(走査)
格子A及び第2(測定尺)格子Bによつて回折さ
れかつ走査格子Aに再び戻つて、干渉する。
格子A及び第2(測定尺)格子Bによつて回折さ
れかつ走査格子Aに再び戻つて、干渉する。
測定尺格子Bと走査格子Aの格子定数GKが等
しい場合、−既に述べたように−この両格子で、
ウエブ巾/溝巾の比は相異なる。測定尺格子Bで
はウエブ巾/溝巾比は1対1、走査格子Aでは例
えば1対1.5である。この措置によつてゼロ次及
び一次の出力ゼロ及び極大の位置が測定格子の移
動に伴つて移動方向に移動しまた各回折次数にお
ける干渉次数(干渉位置)が変化することとな
る。
しい場合、−既に述べたように−この両格子で、
ウエブ巾/溝巾の比は相異なる。測定尺格子Bで
はウエブ巾/溝巾比は1対1、走査格子Aでは例
えば1対1.5である。この措置によつてゼロ次及
び一次の出力ゼロ及び極大の位置が測定格子の移
動に伴つて移動方向に移動しまた各回折次数にお
ける干渉次数(干渉位置)が変化することとな
る。
コンデンサ2の焦平面に光電検出器D0,D+1,
D-1及び0,+1,-1があり、これらは回折理
論に従つて格子で調整されており、かつ第1図に
おいて−図平面で折返して−測定方向の左を示
す。
D-1及び0,+1,-1があり、これらは回折理
論に従つて格子で調整されており、かつ第1図に
おいて−図平面で折返して−測定方向の左を示
す。
位相のずれた部分光束であつて光電的検出器
D-1,D0,D+1に入射するものから、走査格子A
と測定格子Bの間の相対移動の方向が分かり、こ
のことは相互に格子定数は等しく、走査格子Aが
1対1とは異なるウエブ幅対及び溝幅の比を有す
ることによつて可能にされる(第3図)。
D-1,D0,D+1に入射するものから、走査格子A
と測定格子Bの間の相対移動の方向が分かり、こ
のことは相互に格子定数は等しく、走査格子Aが
1対1とは異なるウエブ幅対及び溝幅の比を有す
ることによつて可能にされる(第3図)。
走査格子Aは更に選択的に作用する手段K1,
K2を備え、これらは2つの走査フイールドAF
とと協働して前記部分光束とは反対位相の部
分光束を生じることを可能にする。
K2を備え、これらは2つの走査フイールドAF
とと協働して前記部分光束とは反対位相の部
分光束を生じることを可能にする。
そのために走査フイールドAFとは測定方向
に分数、例えば格子定数GKの1/4だけ相互にず
らされている。個々の走査フイールドAF又は
には部分光束を反対方向に偏向させるプリズムK
2又はK1が付設されている。
に分数、例えば格子定数GKの1/4だけ相互にず
らされている。個々の走査フイールドAF又は
には部分光束を反対方向に偏向させるプリズムK
2又はK1が付設されている。
この措置は第4a図〜第4b図に示されてい
る。第4a図において第1図で明らかにされた位
置測定装置が再び示され、この装置の平面図を第
4b図で示す。
る。第4a図において第1図で明らかにされた位
置測定装置が再び示され、この装置の平面図を第
4b図で示す。
平面図(第4b図)は走査フイールド及び
AFに付設された両プリズムK1とK2が反対位
相の部分光束を所属の光電検出器0,+1,-1
及びD0,D+1,D-1上に向ける。光電検出器0,
D+1,-1及びD0,D+1,D-1の配列は第4a図及
び第4b図の左方部分に示されており、その際コ
ンデンサ2の焦平面は図平面にある。実際には前
記焦平面は図平面に垂直である。
AFに付設された両プリズムK1とK2が反対位
相の部分光束を所属の光電検出器0,+1,-1
及びD0,D+1,D-1上に向ける。光電検出器0,
D+1,-1及びD0,D+1,D-1の配列は第4a図及
び第4b図の左方部分に示されており、その際コ
ンデンサ2の焦平面は図平面にある。実際には前
記焦平面は図平面に垂直である。
本発明の特別に有利な実施形態は第4c図に示
され、これは著しく図式的に表わされている。こ
こでは2つの反対方向に偏心して配置されたレン
ズZ1とZ2が、光をコリメート化しかつ相応し
た光電検出器0,+1,-1,D0,D+1,D-1上に
偏向させるために、走査フイールド及びAFに
付設されている。前記光電検出器の位置は原理的
に第4b図の場合に相応するので、図示を省略す
る。偏心位置のレンズZ1とZ2によつてコンデ
ンサは省略できる。
され、これは著しく図式的に表わされている。こ
こでは2つの反対方向に偏心して配置されたレン
ズZ1とZ2が、光をコリメート化しかつ相応し
た光電検出器0,+1,-1,D0,D+1,D-1上に
偏向させるために、走査フイールド及びAFに
付設されている。前記光電検出器の位置は原理的
に第4b図の場合に相応するので、図示を省略す
る。偏心位置のレンズZ1とZ2によつてコンデ
ンサは省略できる。
選択的に作用する光学的手段の選択において、
当業者は記載の例に制限されない。プリズム又は
偏心させたレンズを反対方向に向けずに同方向に
偏向させ;その偏向角度を相違させる光学手段を
選択することは当業者の任意である。選択的に作
用する光学手段としてこの意味で相異なる格子定
数及び又は偏向方向のエシユレツト格子が特に良
好である。
当業者は記載の例に制限されない。プリズム又は
偏心させたレンズを反対方向に向けずに同方向に
偏向させ;その偏向角度を相違させる光学手段を
選択することは当業者の任意である。選択的に作
用する光学手段としてこの意味で相異なる格子定
数及び又は偏向方向のエシユレツト格子が特に良
好である。
同様に選択的に作用する光学的手段が相異なる
スペクトル及び又は偏光特性を有する構成要素に
よつて形成されることができ、その上勿論光電検
出器が同調されなければならない。
スペクトル及び又は偏光特性を有する構成要素に
よつて形成されることができ、その上勿論光電検
出器が同調されなければならない。
更に当業者の意図により、照明及び光電検出器
に光フアイバ技術を適用することができる。
に光フアイバ技術を適用することができる。
走査フイールドAFと(ウエブ巾/溝巾の比
がa対bで溝の深さh)の幾何学的形態によつて
光電検出器D+1とD-1との間の位相のずれが例え
ば90゜に正確に調整されることができる。
がa対bで溝の深さh)の幾何学的形態によつて
光電検出器D+1とD-1との間の位相のずれが例え
ば90゜に正確に調整されることができる。
光電検出器D+1と+1及びD-1と-1の逆並列の
接続によつて対抗クロツク信号が発生される。
接続によつて対抗クロツク信号が発生される。
特別の利点は経済性に関しては、ゼロ次が評価
される場合に得られる。0゜信号の発生のために、
光電検出器D0と0が逆並列に接続される。90゜か
ら0゜までの信号の安定した位相ずれは光電検出器
D+1と+1の逆並列の接続及びD-1と-1の逆並列
の接続から差が形成される場合に得られる。走査
格子Aの誤差はこの種の評価にそれ程大きく影響
しない。
される場合に得られる。0゜信号の発生のために、
光電検出器D0と0が逆並列に接続される。90゜か
ら0゜までの信号の安定した位相ずれは光電検出器
D+1と+1の逆並列の接続及びD-1と-1の逆並列
の接続から差が形成される場合に得られる。走査
格子Aの誤差はこの種の評価にそれ程大きく影響
しない。
第1図は反射光により使用される測定装置の図
式図、第2図は第1図の方向に見た走査格子の
拡大図、第3図は第2図による位相格子の拡大部
分断面図、第4a図は第1図と同様な図、第4b
図はプリズムを備えた、測定装置の第4a図の位
置から90゜回動された図、そして第4c図は偏心
位置したレンズを備えた第4b図に示す測定装置
の変形を示す。 図中符号、A,AF,,D0,D+1,D-1,
D0,+1,-1……検出器、GK……格子定数、
K1,K2;Z1,Z2……選択的に作用する光学的手
段。
式図、第2図は第1図の方向に見た走査格子の
拡大図、第3図は第2図による位相格子の拡大部
分断面図、第4a図は第1図と同様な図、第4b
図はプリズムを備えた、測定装置の第4a図の位
置から90゜回動された図、そして第4c図は偏心
位置したレンズを備えた第4b図に示す測定装置
の変形を示す。 図中符号、A,AF,,D0,D+1,D-1,
D0,+1,-1……検出器、GK……格子定数、
K1,K2;Z1,Z2……選択的に作用する光学的手
段。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 光電的測定装置にして、測定目盛と走査目盛
が相互に平行に配設されかつ相互に移動可能な同
一格子定数の格子から形成され、その際少なくと
も1つは好ましくは走査格子が位相格子とされて
いて、位相格子のウエブ幅と溝幅との1対1の比
から偏した比によつて、運動方向の弁別のための
相異なる回折次数の位相のずれた部分光束を発生
されることができ、回折された部分光束の受光の
ための検出器が設けられている光電位置測定装置
において、 走査格子Aは測定方向に格子定数GKの分数だ
け相互にずれた少なくとも2つの走査フイールド
AF,AFを有し、この走査フイールドに選択的に
作用する光学的手段K1,K2,Z1,Z2が付
設されており、その結果前記回折された部分光束
に対して更に回折された別の部分光束が発生さ
れ、この部分光束は前記部分光束に対して各々反
対位相であり、そして前記回折された部分光束に
もこれと反対位相の部分光束にも各々固有の検出
器D0,D+1,D-1又はD0,D+1,D-1が光学的に付
設されていることを特徴とする光電的測定装置。 2 走査フイールドAF,AFが(n+1/4)X
GK(格子定数、n=1、2、3………)だけ
測定方向にずらされている、特許請求の範囲第1
項記載の光電的測定装置。 3 走査フイールドAF,AFに選択的に作用する
光学的手段としてプリズムK1,K2が付設され
ている、特許請求の範囲第1項又は第2項記載の
光電的測定装置。 4 プリズムK1,K2が反対方向に転向されて
走査フイールドAF,AFに付設されている、特許
請求の範囲第3項記載の光電的測定装置。 5 走査フイールドAF,AFに選択的に作用する
光学的手段として光のコリメーシヨン及び転向を
行うために光軸から偏心して配設されたレンズZ
1,Z2が付設されている特許請求の範囲第1項
又は第2項記載の光電的測定装置。 6 走査フイールドAF,AFに相異なる偏向方向
に選択的に作用する光学的手段が付設されてい
る、特許請求の範囲第1項又は第2項記載の光電
的測定装置。 7 走査フイールドAF,AFに相異なるスペクト
ル特性及び偏光特性を有する選択的に作用する光
学的手段が付設されている、特許請求の範囲第1
項又は第2項記載の光電的測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3541199A DE3541199C1 (de) | 1985-11-21 | 1985-11-21 | Lichtelektrische Positionsmesseinrichtung |
| DE3541199.6 | 1985-11-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62121314A JPS62121314A (ja) | 1987-06-02 |
| JPH0130089B2 true JPH0130089B2 (ja) | 1989-06-16 |
Family
ID=6286494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61274235A Granted JPS62121314A (ja) | 1985-11-21 | 1986-11-19 | 光電位置測定装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4766310A (ja) |
| EP (1) | EP0223009B1 (ja) |
| JP (1) | JPS62121314A (ja) |
| AT (1) | ATE65839T1 (ja) |
| DE (2) | DE3541199C1 (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2246430B (en) * | 1988-01-22 | 1992-05-13 | Mitutoyo Corp | Optical encoder |
| US4943716A (en) * | 1988-01-22 | 1990-07-24 | Mitutoyo Corporation | Diffraction-type optical encoder with improved detection signal insensitivity to optical grating gap variations |
| DE3810165C1 (ja) * | 1988-03-25 | 1989-07-27 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut, De | |
| DE3834676A1 (de) * | 1988-10-12 | 1990-04-19 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Photoelektrische positionsmesseinrichtung |
| JP2560513B2 (ja) * | 1990-03-29 | 1996-12-04 | 株式会社ニコン | 回析干渉型エンコーダ |
| DE4105434A1 (de) * | 1991-02-21 | 1992-08-27 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Positionsmesseinrichtung mit einer justiereinrichtung |
| AT395914B (de) * | 1991-04-18 | 1993-04-26 | Rsf Elektronik Gmbh | Photoelektrische positionsmesseinrichtung |
| DE59102126D1 (de) * | 1991-05-18 | 1994-08-11 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Interferentielle Positionsmessvorrichtung. |
| US5283434A (en) * | 1991-12-20 | 1994-02-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement detecting device with integral optics |
| US5390022A (en) * | 1992-04-07 | 1995-02-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement information detection apparatus for receiving a divergent light beam |
| EP0579846B1 (de) * | 1992-07-18 | 1995-08-23 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Optische Vorrichtung |
| JPH06194123A (ja) * | 1992-12-24 | 1994-07-15 | Canon Inc | 変位検出装置 |
| JP3210111B2 (ja) * | 1992-12-24 | 2001-09-17 | キヤノン株式会社 | 変位検出装置 |
| JP3005131B2 (ja) * | 1992-12-28 | 2000-01-31 | キヤノン株式会社 | 変位検出装置 |
| AT404637B (de) * | 1993-01-21 | 1999-01-25 | Rsf Elektronik Gmbh | Photoelektrische positionsmesseinrichtung |
| JP3173208B2 (ja) * | 1993-01-29 | 2001-06-04 | キヤノン株式会社 | 変位測定装置 |
| DE4316250C2 (de) * | 1993-05-14 | 1997-06-12 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung |
| JPH0727543A (ja) * | 1993-07-12 | 1995-01-27 | Canon Inc | 光学式変位センサー |
| JP3028716B2 (ja) * | 1993-09-29 | 2000-04-04 | キヤノン株式会社 | 光学式変位センサ |
| JPH08178702A (ja) * | 1994-12-27 | 1996-07-12 | Canon Inc | 光学式センサ |
| DE19507613C2 (de) * | 1995-03-04 | 1997-01-23 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Längen- oder Winkelmeßeinrichtung |
| US6005667A (en) * | 1996-07-23 | 1999-12-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical displacement measurement apparatus and information recording apparatus |
| JP3999274B2 (ja) * | 1996-10-16 | 2007-10-31 | ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 光学位置測定装置 |
| DE102006024579B4 (de) * | 2006-05-18 | 2016-09-29 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines entlang mindestens einer Verschieberichtung bewegbaren Objektes |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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