JPH03200002A - 位置測定装置 - Google Patents
位置測定装置Info
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- JPH03200002A JPH03200002A JP2323360A JP32336090A JPH03200002A JP H03200002 A JPH03200002 A JP H03200002A JP 2323360 A JP2323360 A JP 2323360A JP 32336090 A JP32336090 A JP 32336090A JP H03200002 A JPH03200002 A JP H03200002A
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- Japan
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- grating
- luminous flux
- measuring device
- diffraction grating
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02049—Interferometers characterised by particular mechanical design details
- G01B9/02051—Integrated design, e.g. on-chip or monolithic
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02075—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration of particular errors
- G01B9/02078—Caused by ambiguity
- G01B9/02079—Quadrature detection, i.e. detecting relatively phase-shifted signals
- G01B9/02081—Quadrature detection, i.e. detecting relatively phase-shifted signals simultaneous quadrature detection, e.g. by spatial phase shifting
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
- G01B2290/30—Grating as beam-splitter
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Vehicle Body Suspensions (AREA)
- Body Structure For Vehicles (AREA)
- Eye Examination Apparatus (AREA)
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。
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、少なくとも一個の測定光束と基準光束を用
いる、特に干渉計である集積光学構造方式の位置測定装
置に関する。
いる、特に干渉計である集積光学構造方式の位置測定装
置に関する。
［従来の技術］
集積光学構造方式の干渉計としての位置測定装置は公知
である。例として、精読特許筒３６３０８８７号明細書
を挙げることができる。ここでは、装置配置が基板の上
に書き込んである。この装置配置では、測定ビームに対
する光導体がレーザーに接続している。この光導体の他
端には、測定ビームに対する出射回折格子または入射回
折格子がある。結合器によって、上記測定光導体から基
板の金属反射処理した端部で終わる所謂基準光導体を得
られる。前記端部は基準光導体に対する鏡を形成する。
である。例として、精読特許筒３６３０８８７号明細書
を挙げることができる。ここでは、装置配置が基板の上
に書き込んである。この装置配置では、測定ビームに対
する光導体がレーザーに接続している。この光導体の他
端には、測定ビームに対する出射回折格子または入射回
折格子がある。結合器によって、上記測定光導体から基
板の金属反射処理した端部で終わる所謂基準光導体を得
られる。前記端部は基準光導体に対する鏡を形成する。
この種の鏡またはブラッグ反射体は集積光学系中に簡単
に作製できない。レンズを必要とするこの系も、製造お
よび調整時に問題がなくはない。
に作製できない。レンズを必要とするこの系も、製造お
よび調整時に問題がなくはない。
（発明が解決しようとする課題〕
この発明の課題は、例えば反射体やレンズを最小限に必
要とし、簡単に組立たてることができ、僅かな調節経費
のみを必要とし、種々の要求に簡単に適合でき、更に乱
れのない動作をする、冒頭に述べた種類の位置測定装置
を提供することにある。
要とし、簡単に組立たてることができ、僅かな調節経費
のみを必要とし、種々の要求に簡単に適合でき、更に乱
れのない動作をする、冒頭に述べた種類の位置測定装置
を提供することにある。
上記の課題は、この発明により、少なくとも測定光束の
ビーム通路に少な（とも二つの空間的に分離した入射及
び／又は出射構成要素を配設し、これ等の入射及び／又
は出射構成要素の各々を測定光束が少なくとも一度通過
するか、あるいはそこで回折することによって解決され
ている。
ビーム通路に少な（とも二つの空間的に分離した入射及
び／又は出射構成要素を配設し、これ等の入射及び／又
は出射構成要素の各々を測定光束が少なくとも一度通過
するか、あるいはそこで回折することによって解決され
ている。
この発明の集積光学的に構成された干渉計では、レーザ
ーダイオードから出射した光束が第一の回折格子に入射
し、そこでＯｌと１０次の二つの部分光束に分割される
。そして、第１９次の光束は結合器に集束する基準ビー
ムとなり、００次の光束は測定ビームを形成し、三重プ
ルズムを経由して、測定信号を結合器に集束させる第二
の回折格子に入射する。結合器中では、０゜と１１次の
光束が干渉し、干渉信号を発生する。これ等の信号は検
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
。
ーダイオードから出射した光束が第一の回折格子に入射
し、そこでＯｌと１０次の二つの部分光束に分割される
。そして、第１９次の光束は結合器に集束する基準ビー
ムとなり、００次の光束は測定ビームを形成し、三重プ
ルズムを経由して、測定信号を結合器に集束させる第二
の回折格子に入射する。結合器中では、０゜と１１次の
光束が干渉し、干渉信号を発生する。これ等の信号は検
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
。
［実施例］
図面に基づき実施例の助けを借りて、この発明を更に詳
しく説明する。
しく説明する。
集積光学系の図面の場合、普通のように、実施例は非常
に模式化され、しばしば省略した図示が行われてるので
、本質的な詳細が重要である。
に模式化され、しばしば省略した図示が行われてるので
、本質的な詳細が重要である。
第１図には、基板１が示しである。この基板の表面内ま
たはその上の一部に平面基の光導体１ａが延びている。
たはその上の一部に平面基の光導体１ａが延びている。
そこには、二つの円弧状回折格子２と３が装備しである
。一つのレーザーダイオード４から基板１に入射した光
束５はこの円弧状回折格子２に当たる。この回折格子は
ここではビームスプリッタとしても動作している。はぼ
垂直に入射した光束５は、０次と１次の部分光束に分離
する。その場合、０次の部分光束は測定反射体に当たる
。この反射体はここでは三重プリズム６として構成され
ている。１次の成分を有する部分光束は回折し、平面状
の光導体１ａに入射する。この場合、前記部分光束１．
は集積光学結合器７の入力端に集束する。集積光学結合
器７は種々の形状にして知られている。前記結合器７は
検出器８ａ、８ｂ、８Ｃに流入する三個の出力端を有す
る。
。一つのレーザーダイオード４から基板１に入射した光
束５はこの円弧状回折格子２に当たる。この回折格子は
ここではビームスプリッタとしても動作している。はぼ
垂直に入射した光束５は、０次と１次の部分光束に分離
する。その場合、０次の部分光束は測定反射体に当たる
。この反射体はここでは三重プリズム６として構成され
ている。１次の成分を有する部分光束は回折し、平面状
の光導体１ａに入射する。この場合、前記部分光束１．
は集積光学結合器７の入力端に集束する。集積光学結合
器７は種々の形状にして知られている。前記結合器７は
検出器８ａ、８ｂ、８Ｃに流入する三個の出力端を有す
る。
円弧状回折格子２で回折する１６次の成分を有する部分
光束は、結合器７を介して検出器８ａ〜８ｃに導入され
、干渉計の基準アームを形成する。
光束は、結合器７を介して検出器８ａ〜８ｃに導入され
、干渉計の基準アームを形成する。
測定反射体６を経由して導入される０１次の成分を有す
る部分光束は、円弧状回折格子３に入る。
る部分光束は、円弧状回折格子３に入る。
この格子からこの部分光束は結合器７の分岐に集束し、
この分岐は検出器８ａ〜８ｃに合流する。
この分岐は検出器８ａ〜８ｃに合流する。
この分岐は干渉計の測定アームを形成する。
結合器７中では、測定アーム１．と基準アーム０、の部
分光束が干渉するので、この結合器７の助けにより検出
器８ａ、８ｂ、８ｃ中で互いに位相のずれた三つの信号
が発生する。
分光束が干渉するので、この結合器７の助けにより検出
器８ａ、８ｂ、８ｃ中で互いに位相のずれた三つの信号
が発生する。
第２図には、似たような干渉計が示しである。
この干渉計では、直線回折格子２２と２３が使用されて
いる。基板１内またはその上には、平面状の光導体２１
ａが延びている。この光導体には、垂直またはほぼ垂直
にレーザーダイオード２４の光束２５が入射する。（こ
の光束は、図示していない方法で、基板２１に平行に平
面状の光導体２１ａに入射してもよい。その時、測定ア
ームと基準アームに対する回折次数Ｏ９と１．の関連が
変わる。直線回折格子２２では、入射した光束２５が部
分光束に分割する。００次の成分は三重プリズムとして
形成された測定反射体２６上に入射する。この測定反射
体は前記０１次の成分を第二の直線格子２３に反射させ
る。この測定反射体から前記０１次の成分が平面状の光
導体２１ａに入射する。
いる。基板１内またはその上には、平面状の光導体２１
ａが延びている。この光導体には、垂直またはほぼ垂直
にレーザーダイオード２４の光束２５が入射する。（こ
の光束は、図示していない方法で、基板２１に平行に平
面状の光導体２１ａに入射してもよい。その時、測定ア
ームと基準アームに対する回折次数Ｏ９と１．の関連が
変わる。直線回折格子２２では、入射した光束２５が部
分光束に分割する。００次の成分は三重プリズムとして
形成された測定反射体２６上に入射する。この測定反射
体は前記０１次の成分を第二の直線格子２３に反射させ
る。この測定反射体から前記０１次の成分が平面状の光
導体２１ａに入射する。
そこで、この００次の成分は１０次の成分と干渉し、こ
の１０次の成分は第二の直線格子２３を通過し、干渉帯
を形成した後、検出器２８ａ、２８ｂ、２８ｃに供給さ
れる。記号で説明表せないものは、以下のように説明で
きる。即ち、矢印で示す０１次と１０次の部分光束は有
限な伸びを有し、平面状光導体２１ａは有限な厚さを有
する。
の１０次の成分は第二の直線格子２３を通過し、干渉帯
を形成した後、検出器２８ａ、２８ｂ、２８ｃに供給さ
れる。記号で説明表せないものは、以下のように説明で
きる。即ち、矢印で示す０１次と１０次の部分光束は有
限な伸びを有し、平面状光導体２１ａは有限な厚さを有
する。
０、次と１３次の二つの平面波はこの層の中で干渉して
、検出器２８ａ、２８ｂ、２８ｃで検出される干渉帯パ
ターンを形成する。第一の回折格子に対して第二の回折
格子を僅かに傾けると、この効果が発生する。他の可能
性は第一の回折格子を、説明したように、直線回折格子
２２として形成するか、第二の回折格子を例えば緩やか
な円弧状回折格子として構成することである。何れの場
合でも、説明したが、これに限定するものでない、方法
の一つで発生する干渉帯が検出器２８ａ、２８ｂ、２８
ｃで検出され、互いに位相のずれた測定信号に変換され
る。
、検出器２８ａ、２８ｂ、２８ｃで検出される干渉帯パ
ターンを形成する。第一の回折格子に対して第二の回折
格子を僅かに傾けると、この効果が発生する。他の可能
性は第一の回折格子を、説明したように、直線回折格子
２２として形成するか、第二の回折格子を例えば緩やか
な円弧状回折格子として構成することである。何れの場
合でも、説明したが、これに限定するものでない、方法
の一つで発生する干渉帯が検出器２８ａ、２８ｂ、２８
ｃで検出され、互いに位相のずれた測定信号に変換され
る。
位相のずれた干渉信号を得るには、基準ビームの一部に
位相のずれる部材（図示せず）を装着することもできる
。
位相のずれる部材（図示せず）を装着することもできる
。
第３図による他の実施例では、レーザーダイオード３４
から光導体３１ａに入射した光束３５が円弧状回折格子
３２に導入される。そこで、この光束は測定反射体３６
の方向に取り出され、この反射体から再び入射回折格子
３３に反射される。
から光導体３１ａに入射した光束３５が円弧状回折格子
３２に導入される。そこで、この光束は測定反射体３６
の方向に取り出され、この反射体から再び入射回折格子
３３に反射される。
この入射回折格子３３に導入された測定光束３５はそこ
で偏向し、円弧状（入射）回折格子３３によって光導体
３１ｂに集束する。この光導体は第−光導体３１ａの延
長部である。
で偏向し、円弧状（入射）回折格子３３によって光導体
３１ｂに集束する。この光導体は第−光導体３１ａの延
長部である。
この実施例の場合、基準アームは部分光束３５ａによっ
て形成されている。この部分光束は結合器３８によって
光導体３１ａから取り出され、光導体３１ｃを経由して
結合器３７に導入されている。
て形成されている。この部分光束は結合器３８によって
光導体３１ａから取り出され、光導体３１ｃを経由して
結合器３７に導入されている。
結合器３７中では、測定光束３５の部分光束が基準光束
３５ａと公知の方法で干渉し、干渉信号を発生する。こ
の信号は検出器２８ａ、２８ｂ２８ｃで捕捉され、互い
に位相のずれた電気測定信号に変換される。
３５ａと公知の方法で干渉し、干渉信号を発生する。こ
の信号は検出器２８ａ、２８ｂ２８ｃで捕捉され、互い
に位相のずれた電気測定信号に変換される。
この発明による位置測定装置の利点は、受動部材と照明
を一つの基板上で集積光学系の干渉計に最小スペースに
して統合できる点にあり、反射体及び／又はレンズがど
んなタイプでもチップ上で省略できる点にある。
を一つの基板上で集積光学系の干渉計に最小スペースに
して統合できる点にあり、反射体及び／又はレンズがど
んなタイプでもチップ上で省略できる点にある。
測定すべき対象物に測定反射体のみが基板外に配設する
必要がある。
必要がある。
他の有利な構成は従属請求項に記載されている。
第１図、入射及び／又は出射部材として円弧状回折格子
を用いたこの発明による干渉計の模式図。 第２図、入射及び／又は出射部材として直線回折格子を
用いたこの発明による干渉計の模式図。 第３図、分離した基準チャンネルを有するこの発明によ
る干渉計の模式図。 図中参照符号 １．２１． ・・・基板 ２．３２・・・円弧状回折格子 ３・・・円弧状回折格子 ４．２４．３４・・・レーザーダイオード５．２５．３
５・・・入射光束 ６・・・三重プリズム ７．３７・・・結合器 ８ａ、８ｂ、８ｃ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、３８ａ、
３８ｂ、３８ｃ・−−検出器 ２１ａ・・・平面状光導体 ２２・・・直線回折格子 ２３・・・直線回折格子 ２６・・・測定反射体 ３１ａ・・・光導体 ３１ｂ・・・光導体 ３３ ・ ・入射回折格子
を用いたこの発明による干渉計の模式図。 第２図、入射及び／又は出射部材として直線回折格子を
用いたこの発明による干渉計の模式図。 第３図、分離した基準チャンネルを有するこの発明によ
る干渉計の模式図。 図中参照符号 １．２１． ・・・基板 ２．３２・・・円弧状回折格子 ３・・・円弧状回折格子 ４．２４．３４・・・レーザーダイオード５．２５．３
５・・・入射光束 ６・・・三重プリズム ７．３７・・・結合器 ８ａ、８ｂ、８ｃ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、３８ａ、
３８ｂ、３８ｃ・−−検出器 ２１ａ・・・平面状光導体 ２２・・・直線回折格子 ２３・・・直線回折格子 ２６・・・測定反射体 ３１ａ・・・光導体 ３１ｂ・・・光導体 ３３ ・ ・入射回折格子
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、少なくとも一個の測定光束と基準光束を用いる、特
に干渉計である集積光学構造方式の位置測定装置におい
て、少なくとも測定光束（０．、３５）のビーム通路に
少なくとも二つの空間的に分離した入射及び／又は出射
構成要素（２、２２、３２；３、２３、３３）を配設し
、これ等の入射及び／又は出射構成要素（２、２２、３
２；３、２３、３３）の各々を測定光束（０．、３５）
が少なくとも一度通過するか、あるいはそこで回折する
ことを特徴とする位置測定装置。 ２、入射及び／又は出射部材は回折格子（２、２２、３
２；３、３２、３３）であることを特徴とする請求項１
に記載の位置測定装置。 ３、回折格子は円弧状回折格子（２、３；３２、３３）
または直線回折格子（２２、２３）であることを特徴と
する請求項２に記載の位置測定装置。 ４、格子（２、２２）の一方はビームスプリッタとして
使用され、入射光束（５、２５）を測定光束（０．）と
基準光束（１．）に分割させることを特徴とする請求項
１に記載の位置測定装置。 ５、光源としてはレーザーダイオード（４、２４、３４
）が使用され、この光源の光束は９０゜から傾いた角度
で入射格子（２、２２）に入射することを特徴とする請
求項１に記載の位置測定装置。 ６、回折格子（２、２２）の格子定数は垂直ビーム入射
に必要な格子定数とは異なることを特徴とする請求項５
に記載の位置測定装置。 ７、測定信号に加えて、プッシュプル信号を測定して、
移動方向を検出する結合器（７、３７）が装備してある
ことを特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。 ８、互いに位相のずれた測定と基準信号を発生させるた
めに、位相をずらす部材（２７）が直線回折格子の間に
配設してあることを特徴とする請求項１に記載の位置測
定装置。 ９、互いに位相のずれた測定と基準信号を発生させるた
めに、第一直線回折格子に対して第二直線回折格子が斜
めの位置を占めていることを特徴とする請求項１に記載
の位置測定装置。 １０、互いに位相のずれた測定と基準信号を発生させる
ために、第一回折格子に対して第二回折格子が構造の中
で修正されていることを特徴とする請求項１に記載の位
置測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP89123897A EP0434855B1 (de) | 1989-12-23 | 1989-12-23 | Positionsmesseinrichtung |
| EP89123897.4 | 1989-12-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03200002A true JPH03200002A (ja) | 1991-09-02 |
| JPH0781817B2 JPH0781817B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=8202278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2323360A Expired - Lifetime JPH0781817B2 (ja) | 1989-12-23 | 1990-11-28 | 位置測定装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5187545A (ja) |
| EP (1) | EP0434855B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0781817B2 (ja) |
| AT (1) | ATE105402T1 (ja) |
| DE (2) | DE58907622D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021507282A (ja) * | 2017-12-15 | 2021-02-22 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ | レーザビーム偏向装置 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE108272T1 (de) * | 1990-02-09 | 1994-07-15 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Interferometer. |
| EP0625690B1 (de) * | 1993-05-21 | 1996-04-03 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Lichtelektrische Positionsmesseinrichtung |
| US6965709B1 (en) | 2003-05-14 | 2005-11-15 | Sandia Corporation | Fluorescent optical position sensor |
| US7049622B1 (en) | 2004-04-09 | 2006-05-23 | Sandia Corporation | Optical position sensor for determining the interface between a clear and an opaque fluid |
| DE102005025385B4 (de) * | 2005-04-20 | 2007-03-22 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Vakuumbeschichtungsanlage zur Beschichtung flächiger Substrate mit einer Messeinrichtung zur Transmissions- oder/und Reflexionsmessung |
| US7329857B1 (en) | 2006-03-01 | 2008-02-12 | Sandia Corporation | Side-emitting fiber optic position sensor |
| US7428055B2 (en) * | 2006-10-05 | 2008-09-23 | General Electric Company | Interferometer-based real time early fouling detection system and method |
| DE102013203211A1 (de) | 2012-06-15 | 2013-12-19 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Vorrichtung zur interferentiellen Abstandsmessung |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2426922A1 (fr) * | 1978-05-26 | 1979-12-21 | Thomson Csf | Structure optique compacte a source integree |
| EP0242407A2 (de) * | 1986-03-26 | 1987-10-28 | Hommelwerke GmbH | Vorrichtung zur Messung kleiner Längen |
| DE3702314C1 (de) * | 1987-01-27 | 1988-01-14 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Lichtelektrische Messeinrichtung |
| FR2613826B1 (fr) * | 1987-04-07 | 1990-10-26 | Commissariat Energie Atomique | Capteur de deplacement en optique integree |
-
1989
- 1989-12-23 EP EP89123897A patent/EP0434855B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-12-23 DE DE58907622T patent/DE58907622D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-12-23 AT AT8989123897T patent/ATE105402T1/de not_active IP Right Cessation
-
1990
- 1990-03-09 DE DE4007463A patent/DE4007463A1/de not_active Withdrawn
- 1990-11-28 JP JP2323360A patent/JPH0781817B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1990-12-19 US US07/629,842 patent/US5187545A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS62232503A (ja) * | 1986-03-26 | 1987-10-13 | ホメルヴエルケ・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング | 微小な長さを測定する装置 |
| JPS6337203A (ja) * | 1986-07-26 | 1988-02-17 | ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング | 光電位置測定装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021507282A (ja) * | 2017-12-15 | 2021-02-22 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ | レーザビーム偏向装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ATE105402T1 (de) | 1994-05-15 |
| DE4007463A1 (de) | 1991-06-27 |
| EP0434855A1 (de) | 1991-07-03 |
| US5187545A (en) | 1993-02-16 |
| JPH0781817B2 (ja) | 1995-09-06 |
| DE58907622D1 (de) | 1994-06-09 |
| EP0434855B1 (de) | 1994-05-04 |
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