JPH02266224A - 位置測定装置 - Google Patents

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） 本発明は少なくとも１つの格子溝での回折によって相互
に運動可能な２つの対象物の位置の測定のための照明及
び検出装置を備えた位置測定装置に関する。

（従来の技術） この種の位置測定装置間しては多数の刊行物から公知で
ある。例えば西独国特許公開公ｔａ３６３３５７４号か
ら出発する。実施例の１つは正負の回折光の偏向のため
の２つの直線溝を示す。正負の回折光の干渉の次数が評
価される。

ハノーバの工学大学の、Ｊ、ウィルヘルム氏の学術論文
「三路子ステフブ発信機」において、格子定数に関して
高い感度の［三路子ステップ発信機」が記載されている
。そこでは１２ｏ０のプリズムが回折された部分光束の
偏向のために使用される、そこには、入射及び射出フィ
ールドが分離され、その結果内部反射は阻害作用をしな
いことが記載されている。

このような構成ではいわゆるモアレ感度が不利である。

回折格子の回動に対する位置測定装置の感度に起因する
障害が生じる。

（発明の課題） 本発明は記載の種類の高分解能で簡単に構成される位置
測定装置を創造することであって、その際干渉する部分
光束の評価は良好な変調度を有する位相ずれ信号に繋が
り、そして評価は光学的構成要素相互間の回動及び傾倒
に対して敏感ではないようにすることを課題とする。

（課題の解決のための手段） この課題は回折された部分光束は少なくとも１つの偏向
要素によって部分光束が少なくとも１つの反射要素に収
斂して入射し、反射要素を出た後再び偏向要素上に拡散
して現れるように偏向され、そして部分光束が干渉する
ことができるように偏向されることによって解決される
。

（発明の効果） 本発明の利点は簡単な構成及び比較的大きな製作公差を
可能にすることにある。構成部分の調整は簡単である。

（作用） 本発明によれば部分光束の回折を利用することにより高
分解能を以て位置測定ができる。

（実施例） 図面によって本発明を著しく簡単化された実施例にに基
づいて詳しく説明する。図示の走査範囲はそれ自体周知
の位置測定装置の構成部分である、関連した光学的構成
要素は理解の簡単のために二次元でのみ示されている、
そのわけは立体的な表示−特に光路−は不明瞭となるか
らである。

第１ａ図には位置測定装置１の要素が示されその際一般
に公知の詳細部分の図示は省略される。

図示しない相対運動可能な対象物に位相格子２の形の回
折格子が固定されている。対象物は位相格子２と共に同
様に図示しない第２の対象物に対して平行に運動する。

この第２の対象物には同様に回折格子３が固定されてい
る。

照明装置−特にレーザ４−によって光が発せられかつ位
相格子２で回折される。回折された部分光束−φ及び＋
φは第２の回折格子３上に現れかつ再び回折される。回
折次数Ｏ０はこの部分光束が第２回折格子３上に生じる
前に、絞り５によって絞り込まれる。

第２の回折格子３の後方にはいわゆる反射要素が配設さ
れている。そのような要素はそれ自体公知でありかつこ
の実施例に関しては三重鏡６が選択されている。回折格
子３及び三重鏡６は部分光束−φ及び＋φが一点で相会
するように調整されている。三重鏡６から出た後部分光
束−φ及び＋φは回折格子３の通過の際再び回折されか
つ位相格子２に現れそこで部分光束はもう一度回折され
る。干渉されかつ回折された部分光束は検出装置７に現
れ、検出装置によって部分光束は相互に位相のずれた測
定信号に変換される。

第１ｂ図に示す変形は前記実施形態とは位相格子２のみ
ならず回折格子３も回折格子３に矢印で示されるように
動かされること点でのみ相違する。

従ってどの格子が動かされるかは本発明にとって本質的
なことではないことが明らかである。

第２図には位置測定装置２０１の変形が示されている。

レーザ２０４から出た光束は格子定数ｇｌを有する第１
の回折格子２０２で回折される。三重鏡６には第２の回
折格子２０３が付設されている。この回折格子２０３は
回折格子２０２によって回折された部分光束−φ及び＋
φが現れる範囲に第１の回折格子２０２の格子定数ｇ１
とは異なる格子定数８２を有する。回折次数Ｏ１の部分
光束が回折格子２０３上に現れる範囲には回折光学的に
中立の範囲が設けられており、このことは格子２０３の
空白φによって明らかにされる。部分光束−φ、０．及
び＋φは三重プリズム２０６において、部分光束が再び
一点で相会するように反射される。三重プリズム２０６
から出た部分光束は再び第２回折格子２０３を通過し、
第２回折格子で部分光束は改めて回折される。

回折次数０．の部分光束が回折格子２０３によって生じ
る範囲で回折格子は格子定数ｇｌを有し、格子定数ｇ１
は回折格子２０２の格子定数８１と同一である。

この範囲は回折格子２０３　（ｇｌ）　と表される。

部分光束−φ及び＋φが現れる回折格子２０３の範囲は
格子定数ｇ１及びｇ２とは異なる格′子定数８３を有す
る。回折格子２０３でもう一度回折された部分光束−ψ
、Ｏｏ及び＋φは回折格子２０２で改めて回折され、干
渉されかつ検出装置２０７上に現れ、検出装置によって
相互に位相のずれた測定信号に変換される。

他の実施例は第３図に示されている。第１の回折格子３
０２ではレーザ３０４から出た部分光束の部分光束−φ
と０．への分割が行われる。第２回折格子３０３によっ
て部分光束−φ及び０．が部分光束が三重プリズム３０
６において再び一点で相会するように回折される。三重
プリズム３０６を出た後、部分光束−φ及びＯ８は回折
格子３０３を通過の際再び回折されかつその入射方向に
平行に回折格子３０２上に入射し、そこで部分光束は回
折後干渉する。

そこから出た部分光束は検出装置３０７で受けられて相
互に位相のずれた測定信号に変換される。

第４図に示す実施例ではレーザ４０４から第１の回折格
子４０２上に向けられた光りの入射角は法線から偏して
いる。この措置によって部分光束−φと０．の対称的な
経過が得られ、このことは測定技術的に利点を有する。

その他この解決は第３図による実施例と一致する。

第５図は光学的に偏向する要素を備えた反射要素がプリ
ズム５０３”又は格子５０３″と一体の構成ユニット５
０６を形成することができる全ての実施例について代替
されるものを示す。この構成ユニ、７ト５０６は少なく
とも１つの回折格子が好適な方法で適合される偏向及び
反射のための要素を一体化する。実際上かかる構成ユニ
ッｌ−５０６を備えた位置測定装置の実施形態は重要で
ある、そのわけは偏向格子又はプリズムは三重プリズム
の入射面上にもたらされかつこの構成部分は標準構成部
分として層状に保持されることができるからである。

これまでに説明した実施例では部分光束の入射及び射出
フィールドは測定方向において相前後して位置する。し
かし本発明は入射及び射出フィールドが測定方向におい
て並んで配設されている解決をも包含する。第６図にお
いて、両原理が示されている。第６ａ図は入射及び射出
フィールドが測定方向において相前後して配設されてい
るすでに説明した走査部を示す。このことは第１図によ
る実施例とも同様である。

第６ｂ図は入射及び射出フィールドが相互に平行に並ん
で位置する場合を示す。このために広い回折格子が必要
とされるか、またはしかし２つの平行な回折格子６０２
’、６０２”が使用される。再回折格子６０２゛、６０
２′は相対的に又は−緒に運動されることができるので
この種の走査部によって和又は差測定が実施されること
ができる。その際回動及び又は傾倒に対する非敏感性は
保持されている。

これまでの述べた透過形長さ測定装置とは異なり、本発
明は角度測定装置としても並びに次にいくかつの解決に
基づいて説明するような反射形装置でも実現可能である
。

第７ａ図によればレーザ７０４は角度αで反射格子７０
３を照明し、回折された部分光束−ψ及び＋φによって
三重プリズム７０６に反射され、このことは第７ｂ図か
ら一層明らかになる。

第７ｂ図に示す構成はその構成が第１ｂ図による透過形
変形の構成に対応する。レーザ７０４からの部分光束は
回折格子７０２に達し、回折格子で部分光束−φ及び＋
φに分割される。この部分光束−φ及び＋φは反射格子
７０３によって三重プリズム７０６に反射され即ち収斂
光となる。部分光束は三重プリズム７０６を出た後再び
発散光となって反射格子７０３上に現れて、改めて回折
されかつ回折格子７０２上で相会する。そこで部分光束
は干渉しかつ検出装置７０７によって検出される。

第８図に示す反射形装置は原理は第１ａ図による構成に
対応する。第８ａ図は側面図、そして第８ｂ図には詳細
部分が平面図で示される。

レーザ８０４の照明光は反射格子８０２に現れ、そこで
回折されかつ部分光束−φ及び＋φが生じ、これらは回
折格子８０３上に反射される。そこでもう−度回折され
た後に部分光束は収斂光となって三重プリズム８０６に
入射しかつ前記の方法でこれを通過する。三重プリズム
８０６から出た後部分光束は発散光となって回折格子８
０３に現れ、回折されかつ反射格子８０２上に現れる。

そこで部分光束は相会し、干渉しかつ干渉した部分光束
は検出器８０７上に反射される。

第７図による実施例とは異なり照明光は反射格子８０２
で一次回折されかつ部分光束−φ及び＋φに分割される
。

第９ａ図〜第９ｈ図には可能な一連の実施形態が記載さ
れている。記載の簡単のために照明装置は検出器は示さ
ず、関連した状況のみを記載する。

照明装置は格子の法線及び使用された反射格子の溝の方
向に垂直である方向に対して垂直ではない点で記載の全
ての反射形装置に共通する。

第９ａ図の構成では偏向格子９０２８及び三重プリズム
９０６ａの底辺が反射格子９０３ａの平面に対して相互
にある角度をなしている。

第９ｂ図によれば偏向格子９０３ｂと三重プリズム９０
６ｂの底辺は相互に平行であるが、反射格子９０２ｂの
平面に対して一定の角度をなす。

第９ｃ図によれば偏向格子９０２ｃは反射格子９０３Ｃ
の平面及び三重プリズム９０６ｃの底辺に対してある角
度をなしその際反射格子は三重プリズムとは相互に平行
に経過する。偏向格子９０２ｃは図示しない照明装置と
反射格子９０３ｃの間に位置する。

第９ｄ図による構成は偏向格子９０３ｃが反射格子９０
２ｄの平面とこれに対して平行な三重プリズム９０６ｄ
の底辺との間に位置しかつこれに対して有る角度をなす
点で第９ｃ図による構成とは相違する。

第９ｅ図には、偏向格子９０２ｅが図示しない照明装置
と反射格子９０３ｅとの間に位置しかつその平面に対し
て平行である実施形態が示される。三重プリズム９０６
ｅの底辺は両者に対しある角度をなす。

第９ｆ図による構成は類似して形成されているが、ここ
では偏向格子９０３ｆは三重プリズム９０６ｆの底辺と
反射格子９０２ｆとの間にある。

第９ｇ図は偏向格子９０２ｇが図示しない照明装置と反
射格子９０３ｇとの間に配設された変形を示す。反射格
子９０３ｇの平面並びに偏向格子９０２ｇ及び三重プリ
ズム９０６ｇの底辺は相互に平行である。

最後の実施例では第９ｈ図によれば偏向格子９０３ｈは
反射格子９０２ｈの平面と三重プリズム９０６ｈの底辺
との間の光路にありかつこれらに平行である。

第１０ａ図及び第１０ｂ図によって、部分光束−φ及び
＋φの偏向のために前記の例における回折格子のみなら
ず第１０ａ図によればミラー１００３又はプリズム（第
５図、位置５０３′参照）が使用されることができる。

更に分割要素の例として部分透過ミラー１００２又は第
１０ｂ図に示すような部分光束−φ及び＋φの発生のた
めの同様なものが意図される。ここではマークａ及びｂ
で示されてない、そのわけはミラー１００３及び分割要
素１００２は単一の第１０図としても表される得るから
である。

同種の構成要素はサフィックスを備え、これは図面に表
されている。特許請求の範囲において簡明にするために
、個々の実施例にのみ関わるものでない限り、サフィッ
クスを示してない。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は位置測定装置の走査範囲の著しく図式的に示
された形態、第１ｂ図は第１ａ図による構成の変形、第
２図は第１ａ図及び第１ｂ図による構成の別の変形、第
３図は第１ａ図及び第１ｂ図による構成の更に他の変形
、第４図は照明光が斜めに入射する走査範囲、第５図は
追加の光学的要素を備えた走査範囲、第６ａ図及び第６
ｂ図は２つの実施例の対向位置を示す図、第７ａ図は反
射形実施形態の側面図、第７ｂ図は第７ａ図による構成
の平面図、第８ａ図は反射形実施形態の他の変形の側面
図、第８ｂ図は第８ａ図による構成の平面図、第９ａ図
〜第９ｈ図は反射形変形の種々の解決を示すもの、そし
て第１０ａ図と第１０ｂ図は偏向及び分割の変形要素を
示す。 図中符号 ３　・・・・偏向要素 ６　・・・・反射要素 一φ、０．、＋φ・・部分光束

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１つの格子溝での回折によって相互に運
   動可能な２つの対象物の位置を測定するための照明及び
   検出装置を備えた位置測定装置において、 回折された部分光束（−φ、０．、＋φ）は、少なくと
   も１つの偏向要素（３）によって部分光束が少なくとも
   １つの反射要素（６）に収斂して入射し、そして反射要
   素（６）を経た後再び偏向要素（３）上に拡散して現れ
   かつ部分光束が干渉することができるように、偏向され
   ることを特徴とする前記位置測定装置。 ２、回折された部分光束（−φ、０．、＋φ）は偏向要
   素（３）によって、部分光束が反射要素（６）を出た後
   にそれ自体公知の方法で当該部分光束自体に対して平行
   であるが出口個所からそれぞれ等しい距離をもって偏向
   要素（３）に再び入射するように、偏向される請求項１
   記載の位置測定装置。 ３、回折された部分光束（−φ、０．、＋φ）の出口及
   び入口フィールドが測定方向において相前後して位置す
   る請求項１記載の位置測定装置。 ４、回折された部分光束（−φ、０．、＋φ）が反射要
   素（６）中に、部分光束が単一の点で相会するように偏
   向される、請求項３記載の位置測定装置。 ５、回折された部分光束（−φ、０．、＋φ）の出口及
   び入口フィールドが測定方向に並んで位置する、請求項
   １記載の位置測定装置。 ６、出口及び入口フィールドが２つの相互に平行な回折
   格子（６０２’、６０２”）上に位置する、請求項５記
   載の位置測定装置。 ７、平行な回折格子（６０２’、６０２”）が測定方向
   において相対的に移動可能である、請求項６記載の位置
   測定装置。 ８、少なくとも１つの光学的に光を偏向させる偏向要素
   （５０３’、５０３”）を備えた反射要素が１つの構造
   群（５０６）を形成する、請求項１記載の位置測定装置
   。 ９、１つの回折格子（５０３”）を備えた反射要素が１
   つの構造群（５０６）を形成する、請求項８記載の位置
   測定装置。 １０、プリズム（５０３’）を備えた反射要素が１つの
   構造群（５０６）を形成する、請求項８記載の位置測定
   装置。 １１、反射要素（６）が三重鏡又は三重プリズムとして
   形成されている請求項１記載の位置測定装置。 １２、偏向要素（３）及び反射要素（６）が固定位置に
   ある、請求項１記載の位置測定装置。 １３、偏向要素（４０３）が可動的であり反射要素（４
   ０６）が固定位置にある、請求項１記載の位置測定装置
   。 １４、照明装置は格子の法線及び反射格子の溝の方向に
   垂直の方向に対してある角度をなしている、請求項１記
   載の位置測定装置。 １５、部分光束（−φ、０．、＋φ）の発生のため回折
   格子（２）及び又は部分透過形ミラー（１００２）が設
   けられている請求項１記載の位置測定装置。 １６、偏向要素として格子（３）、プリズム（５０３’
   ）及び又はミラー（１００３）が設けられている、請求
   項１記載の位置測定装置。