JPH06103194B2 - 光電位置測定装置 - Google Patents

光電位置測定装置

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JPH06103194B2
JPH06103194B2 JP1052180A JP5218089A JPH06103194B2 JP H06103194 B2 JPH06103194 B2 JP H06103194B2 JP 1052180 A JP1052180 A JP 1052180A JP 5218089 A JP5218089 A JP 5218089A JP H06103194 B2 JPH06103194 B2 JP H06103194B2
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diffraction
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split beam
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アルフォンス・シュピース
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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
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    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、相対移動する複数の回折格子を用いて光源
から出射した光を回折させて分割ビーム束にし、更に回
折した分割ビーム束を干渉させ、干渉で生じた分割ビー
ム束の強度変調を光検出器により互いに位相のずれた電
気信号に変換する、透過光法ないしは反射光法で測長ま
たは測角を行う光電位置測定装置に関する。
〔従来の技術〕
ドイツ特許第 24 31 551号明細書には上記様式の測
定装置が記載されている。所謂三重回折格子による測定
装置の第一実施例は入射光が順次通過する三枚の透明な
回折格子で構成されている。第二実施例では、一方が透
明で二番目のものが反射回折格子として形成されている
ただ二枚の回折格子で構成された装置が開示されてい
る。この明細書に記載された二つの装置では、使用する
回折格子の格子定数が使用する光の波長よりも短くな
い。それ故、測定装置の分解能は制限されている。
三重回折格子の他の測定装置は、欧州特許第 163 362
号明細書に記載されている。この明細書に図示されてい
る位相回折格子を位相の遅れとデューティ比（畝／溝）
に関して特別に構成すると、三種の分割ビーム束が生じ
る。これ等の分割ビーム束は回折格子が相対運動する
と、互いに位相のずれた（主に120°）強度変調が生じ
る。この装置でも格子定数は入射光の波長より短くな
い。
ドイツ特許第 21 46 310号明細書により、所謂二重
回折格子の測定装置が知られている。この装置では、使
用する回折格子の格子定数が入射光の波長より短い。こ
のような干渉測定による二重回折格子測定装置の主要な
難点は、これ等の装置が回折格子の相互の間隔の変動に
対して敏感で、使用する光の空間的な干渉性に依存して
いることにある。
〔発明の課題〕
この発明の課題は、上記の点に対して、干渉測定により
走査され、使用する光の波長より短い回折格子定数も許
容される、三重回折格子を装備した位置測定装置を提供
することにある。更に、走査信号には高調波が含まれて
はならない。
〔課題を解決する手段〕
上記の課題は、この発明により、冒頭に述べた種類の位
置測定装置にあって、零回折次数の分割ビーム束３と回
折格子の法線０に最も近い一次の回折次数の分割ビーム
束４のみが第二回折格子５による回折で信号形成に寄与
し、前記分割ビーム束3,4が互いに値Θの位相差を示す
ように、前記入射角αと第一回折格子２の物理特性を選
び、入射した分割ビーム束3,4が第一回折次数の分割ビ
ーム束にのみ分解されるように第二回折格子５の物理特
性を選び、回折格子の法線０に最も近い分割ビーム束6,
7が第一回折格子２と同じタイプの第三回折格子２′で
回折して干渉することによって解決されている。
この発明による他の有利な構成は、特許請求の範囲の従
属請求項に記載されている。
〔実施例〕
第１図に示す透過光装置では、幅の狭い帯状の光が光源
１から出射し、回折格子の法線０に対して角度αで位相
回折格子２を照明する。この角度αは公式sinα＝λ/2g
によって決まる。ここで、λは使用する光の波長で、ｇ
は格子定数である。位相回折格子２の後には、回折によ
り回折次数「０」と「１」の二つの分割ビーム束３と４
が生じる。これ等の分割ビーム束３と４は他の回折格子
５に入射する。この回折格子も位相回折格子として形成
されている。回折格子５は、零次数の回折が生じないよ
うに設計されている。この設計は周知のように回折格子
５の表面形態により得られるもので、例えば矩形断面を
有する回折格子では、段の高さを変えて行われる。これ
は位相の遅れを変えることに相当する（第２図参照）。
回折格子５でも、格子定数ｇは波長λより短いので、
「１」より大きい次数の回折は生じない。回折格子５に
回折で生じた４つの分割ビーム束6,6′;7,7′のうち、
回折格子の法線０の方向に回折する分割ビーム束６と７
のみを使用する。これ等の分割ビーム束６と７は他の回
折格子２′（この回折格子の物理特性は回折格子２と同
一である）に入射し、この回折格子２′で再び回折され
る。回折格子２′の後で回折した４つの分割ビーム束8,
9,10,11が生じる。これ等の分割ビーム束のそれぞれ二
つ、つまり８と９、および10と11は、それぞれ同じ方向
に進み、互いに干渉する。
回折格子５が回折格子２と２′に対して値ｘほど移動す
ると、回折格子５で回折した分割ビーム束６と７はそれ
ぞれ位相差Θ＝２πx/gおよびΘ＝−２πx/gを示す。
回折格子２と２′は、ビームが回折するとき、発生した
零次と１次の分割ビーム束が値Θの一定位相差を示すよ
うに設計されている。これ等の分割ビーム束３と４の位
相は値Θほど互いに遅れている。同じことは、回折格子
２′で分割ビーム束６から生じた分割ビーム束８と10,
および分割ビーム束７から生じた分割ビーム束９と11に
も当てはまる。
値Θである上記の位相差は回折格子２と２′を特別に設
計することにより達成される。可能性のある実施例は欧
州特許第 163 362号明細書に開示されている。この特
別な設計は矩形断面の位相回折格子の場合、畝対溝の比
（デューティ比）a:bは1:1から著しくずれ、段の高さｈ
は第２図のように回折格子２と２′がπラジアンから著
しくずれた位相の遅れとなるように設計されている。
干渉した分割ビーム束８と９または10と11は、光電素子
12と13に入射し、電気信号に変換される。これ等の信号
は増分式位置測定装置で周知の方法により評価される。
この場合、上記の信号を次式で表すことができる。即
ち、光電素子12に対して、 I12＝Ｋ（１−cos（２・２πx/g）） 光電素子13に対して、 I13＝Ｋ（１−cos（２（２πx/g−Θ））） となる。ここで、Ｋは定数、ｘは回折格子2,2′と５の
相対移動量、およびΘは既に説明した位相差を表す。
上記の例に従い、同じように反射光による位置測定装置
も実現できる。この場合、回折格子５は反射回折格子と
して形成され、回折格子２と２′は同一である。この場
合、第１図を「折り畳んだ」図と見なせる。
〔発明の効果〕
冒頭に述べた装置に比べて、この発明による位置測定装
置の長所は、以後に行う補間を行わなくても高い分解能
を得ることができ、回折格子の相互間隔を広い範囲で可
変でき、信号に不利な影響を与えない点にある。更に、
光源の空間的な干渉性に関する要求に厳しいものがな
い。その外、光電素子に発生する信号には高調波が含ま
れていない。何故なら、それ等の信号がただ二つの分割
ビーム束の干渉で発生するため、これ等の信号を最適に
評価することがが保証できるからである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、透過光装置。 第２図は、第１図のＹ部分の位相回折格子の拡大断面
図。 第３図は、第１図のＸ部分の位相回折格子の拡大断面
図。 図中引用記号： １……光源、 2,2′……位相回折格子、 3,4,6,6′,7,7′,8,9,10, 11,……回折分割ビーム束、 ５……回折格子、 12,13……光電素子、 α……入射角度、 λ……使用光の波長、 Φ……位相差、 Θ……位相差、 Ｋ……定数、 ｘ……回折格子2,2′と５の相対移動量。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】相対移動する複数の回折格子（2,2′;5）
    を用いて光源（１）から出射した光を回折させて分割ビ
    ーム束（3,4;6,7）を形成し、分割ビーム束（6,7）から
    更に回折により生じた分割ビーム束（8,9;10,11）を干
    渉させ、干渉で生じた分割ビーム束の強度変調を光検出
    器（12,13）により互いに位相のずれた電気信号に変換
    する、透過光法ないしは反射光法で測長または測角を行
    う光電位置測定装置において、 零回折次数の分割ビーム束（３）と回折格子の法線
    （０）に最も近い一次の回折次数の分割ビーム束（４）
    のみが第二回折格子（５）による回折で信号形成に寄与
    し、 前記分割ビーム束（3,4）が互いに値（Θ）の位相差を
    示すように、前記入射角（α）と第一回折格子（２）の
    物理特性を選び、 入射した分割ビーム束（3,4）が第一回折次数の分割ビ
    ーム束にのみ分解されるように第二回折格子（５）の物
    理特性を選び、 回折格子の法線（０）に最も近い分割ビーム束（6,7）
    が第一回折格子（２）と同じタイプの第三回折格子
    （２′）で回折して干渉する ことを特徴とする測定装置。
  2. 【請求項２】入射角（α）は、条件α＝arcsin（λ/2
    g）を満たすように選定されていることを特徴とする請
    求項１記載の測定装置。
  3. 【請求項３】全ての回折格子（2,2′,5）の回折格子定
    数（ｇ）は使用する光の波長（λ）より短いことを特徴
    とする請求項１記載の測定装置。
  4. 【請求項４】全ての回折格子（2,2′,5）の回折格子定
    数（ｇ）は同一であることを特徴とする請求項１記載の
    測定装置。
  5. 【請求項５】第一および第三回折格子（2,2′）の畝対
    溝の比（デューティ比）は1:1より大きくずれている
    が、第二回折格子では上記の比は1:1であり、第一と第
    二回折格子（2,2′）の位相遅れはπラジアンより大幅
    にずれていて、第二回折格子（５）ではπラジアンに等
    しいことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
  6. 【請求項６】第一および第三回折格子（2,2′）は走査
    回折格子であり、第二回折格子（５）は増分測定装置の
    目盛板であることを特徴とする請求項１記載の測定装
    置。
  7. 【請求項７】全ての回折格子（2,2′,5）は透過光測定
    装置の透過型回折格子として形成されていることを特徴
    とする請求項６記載の測定装置。
  8. 【請求項８】第一および第三回折格子（2,2′）は透明
    で同一であり、第二回折格子（５）は反射光測定装置の
    回折格子として反射するように形成されていることを特
    徴とする請求項６記載の測定装置。
  9. 【請求項９】光源（１）は平面波を発生させる後続コリ
    メータを備えた半導体レーザダイオードであることを特
    徴とする請求項１記載の測定装置。
JP1052180A 1988-03-25 1989-03-06 光電位置測定装置 Expired - Lifetime JPH06103194B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10831035B2 (en) 2014-10-23 2020-11-10 Mitutoyo Corporation Optical encoder

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4007968A1 (de) * 1990-03-13 1991-09-19 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Optische vorrichtung
EP0513427B1 (de) * 1991-05-18 1994-07-06 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Interferentielle Positionsmessvorrichtung
DE9106409U1 (de) * 1991-05-24 1991-11-21 Mesacon Gesellschaft für Meßtechnik mbH, 4600 Dortmund Optische Anordnung zur Messung der Geschwindigkeit einer bewegten Oberfläche
JPH051923A (ja) * 1991-06-26 1993-01-08 Mitsutoyo Corp 格子干渉型変位検出装置
EP0541827B1 (de) * 1991-11-04 1995-04-12 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Vorrichtung zur Erzeugung oberwellenfreier periodischer Signale
EP0590163B1 (de) * 1992-09-21 1996-01-03 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Längen- oder Winkelmesseinrichtung
US5424833A (en) * 1992-09-21 1995-06-13 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Interferential linear and angular displacement apparatus having scanning and scale grating respectively greater than and less than the source wavelength
US5300786A (en) * 1992-10-28 1994-04-05 International Business Machines Corporation Optical focus phase shift test pattern, monitoring system and process
JP3210111B2 (ja) * 1992-12-24 2001-09-17 キヤノン株式会社 変位検出装置
US5652426A (en) * 1993-04-19 1997-07-29 Ricoh Company, Ltd. Optical encoder having high resolution
JP3196459B2 (ja) * 1993-10-29 2001-08-06 キヤノン株式会社 ロータリーエンコーダ
JP3513251B2 (ja) † 1994-03-14 2004-03-31 キヤノン株式会社 光学式変位センサ
FR2778458B1 (fr) * 1998-05-06 2001-12-28 Centre Nat Rech Scient Dispositif optique de mesure interferometrique d'un deplacement relatif entre deux elements dont l'un au moins est mobile relativement a l'autre
WO2000011431A1 (en) * 1998-08-21 2000-03-02 Parriaux Olivier M Device for measuring translation, rotation or velocity via light beam interference
DE10303038B4 (de) * 2003-01-26 2006-11-30 Samland, Thomas, Dipl.-Math. Positionsmesseinrichtung
DE10325416B4 (de) * 2003-06-05 2005-12-22 Hilti Ag Strahlfänger
WO2007075675A2 (en) * 2005-12-22 2007-07-05 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College High precision code plates and geophones
GB0613902D0 (en) * 2006-07-13 2006-08-23 Renishaw Plc Scale and readhead
US20130001412A1 (en) 2011-07-01 2013-01-03 Mitutoyo Corporation Optical encoder including passive readhead with remote contactless excitation and signal sensing
US9080899B2 (en) 2011-12-23 2015-07-14 Mitutoyo Corporation Optical displacement encoder having plural scale grating portions with spatial phase offset of scale pitch
US8941052B2 (en) 2011-12-23 2015-01-27 Mitutoyo Corporation Illumination portion for an adaptable resolution optical encoder
US9029757B2 (en) 2011-12-23 2015-05-12 Mitutoyo Corporation Illumination portion for an adaptable resolution optical encoder
US9018578B2 (en) 2011-12-23 2015-04-28 Mitutoyo Corporation Adaptable resolution optical encoder having structured illumination and spatial filtering
US10447040B2 (en) 2014-10-15 2019-10-15 Cummins Power Generation Ip, Inc. Programmable inverter for controllable grid response
JP6591124B2 (ja) * 2017-05-22 2019-10-16 三菱電機株式会社 光パターン生成装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2003492A1 (de) * 1970-01-27 1971-08-12 Leitz Ernst Gmbh Messverfahren fuer Schrittgeber zum Messen von Laengen oder Winkeln sowie Anordnungen zur Durchfuehrung dieses Messverfahrens
US3738753A (en) * 1970-09-21 1973-06-12 Holograf Corp Interferometer utilizing gratings to measure motion
US3768911A (en) * 1971-08-17 1973-10-30 Keuffel & Esser Co Electro-optical incremental motion and position indicator
DE2431551C2 (de) * 1974-07-01 1981-09-17 Ernst Leitz Wetzlar Gmbh, 6330 Wetzlar Anordnung zur Messung von Bewegungen und Geschwindigkeiten
JPS519300A (en) * 1974-07-12 1976-01-24 Matsushita Electric Industrial Co Ltd Atsudensoshi
JPS5999219A (ja) * 1982-11-29 1984-06-07 Nippon Kogaku Kk <Nikon> 回折格子を用いたエンコ−ダ
GB8413955D0 (en) * 1984-05-31 1984-07-04 Pa Consulting Services Displacement measuring apparatus
DE3541199C1 (de) * 1985-11-21 1987-06-25 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Lichtelektrische Positionsmesseinrichtung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10831035B2 (en) 2014-10-23 2020-11-10 Mitutoyo Corporation Optical encoder

Also Published As

Publication number Publication date
US5009506A (en) 1991-04-23
DE3810165C1 (ja) 1989-07-27
EP0333929B1 (de) 1993-05-26
JPH01276020A (ja) 1989-11-06
DE3881379D1 (de) 1993-07-01
EP0333929A2 (de) 1989-09-27
DE8816647U1 (de) 1990-02-15
ATE89920T1 (de) 1993-06-15
EP0333929A3 (en) 1990-05-16

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