JPH0785010B2 - 位置測定装置 - Google Patents

位置測定装置

Info

Publication number
JPH0785010B2
JPH0785010B2 JP3034480A JP3448091A JPH0785010B2 JP H0785010 B2 JPH0785010 B2 JP H0785010B2 JP 3034480 A JP3034480 A JP 3034480A JP 3448091 A JP3448091 A JP 3448091A JP H0785010 B2 JPH0785010 B2 JP H0785010B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffraction grating
partial beam
grating
measuring device
position measuring
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 - Lifetime
Application number
JP3034480A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH06265310A (ja
Inventor
ウアルター・フーバー
エルウイン・シユパンナー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Johannes Heidenhain GmbH
Original Assignee
Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Johannes Heidenhain GmbH filed Critical Dr Johannes Heidenhain GmbH
Publication of JPH06265310A publication Critical patent/JPH06265310A/ja
Publication of JPH0785010B2 publication Critical patent/JPH0785010B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)
  • Eye Examination Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】この発明は、一つの照明装置と、少なくと
も一つの格子目盛で光りビームを回折させて互いに相対
運動する二つの対象物の位置を測定する一つの検出装置
とを備え、少なくとも一個の光学分割部材により照明ビ
ームを種々の方向に進行する部分ビーム束に分割し、回
折格子の垂直方向の相対移動を測定する位置測定装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の位置測定装置は、例えば西独特
許第 37 00 906号明細書により公知である。これ等の公
知の位置測定装置では、使用する格子の法線方向に垂直
な相対平行移動が測定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、単
純に、しかも場所を節約して形成でき、構成部品のぐら
つきおよび／または回転に対して非常に鈍感で、測定方
向に一致しない格子の平行移動がある場合でも、誤差信
号をもたらさない位置測定装置を提供することにある。
【０００４】
【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の場合、分割位置
の平面Ｅ１；Ｅ２１に平行な平面Ｅ２；Ｅ２２に回折格
子７；２７；３７を設け、この回折格子のところで部分
ビーム束５，６；２５，２６；３５，３６を互いに平行
に指向するように回折させて、平行な部分ビーム束５，
６；２５，２６；３５，３６として逆反射部材８；２
８；３８を通過させ、再び回折格子７；２７；３７に入
射させ、新たに回折させ、前記平面Ｅ１の光学分割部材
４；２４；３４に導き、そこで干渉させて、両方の平面
Ｅ１；Ｅ２１とＥ２；Ｅ２２の間隔に変化Δｓがある場
合、干渉する部分ビーム束５，６；２５，２６；３５，
３６に間隔の変化に直接比例する光路差ΔＯＰＤが生じ
ることによって解決されている。
【０００５】
【作 用】この発明では、少なくとも一つの回折格子の
法線方向の相対移動が測定される。この発明による装置
を間隔センサとして有利に使用できる。反射体が装備し
てあるが、この装置はマイケルソンの干渉計ではない。
何故なら、干渉計で特徴とする基準ビームの構成を欠い
ているからである。
【０００６】この発明による位置測定装置は、言わば、
干渉計と干渉で動作する格子発生器の間の中間に位置す
る。
【０００７】
【実施例】この発明を以下に図面に基づき例示的により
詳しく説明する。
【０００８】図１に示す間隔センサ１には、照明装置と
してレーザー光源２がある。この光源は照明ビーム３を
平面Ｅ１内にある回折格子４に出射する。この回折格子
４によって、照明ビーム３は二つの部分ビーム束５と６
に分割される。ここでは、当然、その他の光学部材も照
明ビーム３を分割するために使用できる点に注意すべき
である。回折格子４がある分割位置の平面Ｅ１に平行な
平面Ｅ２には、他の回折格子７がある。この回折格子７
で、部分ビーム束５と６がもう一度回折する。回折格子
７で反転した後、これ等の部分ビーム束５と６は互いに
平行に進行して、三重プリズム８に入射する。このプリ
ズムを通過して、もう一度互いに平行な部分ビーム束と
して再び平面Ｅ２の回折格子７に入射する。これ等の部
分ビーム束は平面Ｅ１の回折格子４で干渉するように回
折する。部分ビーム束５と６は分裂して異なった長さの
光り通路が一致するまで通過する。このことは、国際的
な慣用語「光路差」の略記として光路差ＯＰＤと名付け
る。
【０００９】回折格子４と７の間隔は平面Ｅ１とＥ２の
中で変化すると、部分ビーム束５と６の光路差も変わ
る。即ち、平面Ｅ１とＥ２が互いに近づくと、光路差Ｏ
ＰＤはより短くなり、平面の間隔が広がると、光路差Ｏ
ＰＤも大きくなる。
【００１０】図１に、この場合は平面Ｅ２′の回折格子
７が元の平面Ｅ２から間隔Ｄｓのところにあるように示
してある。従って、部分ビーム束６′に対して部分ビー
ム束６に対するより長い光学通路が生じる。それに反し
て、部分ビーム束５に対する光学通路に変化がない。破
線で示すビーム通路６′の流れによってこのことが示し
てある。
【００１１】両方の回折格子４と７の法線方向の相対運
動は、その間隔変化Δｓに直接比例する干渉部分ビーム
束５と６の光路差ΔＯＰＤを有する。このことは、検出
器装置によって明暗変調として検出される。この検出器
装置は、ここでは空間的にレーザー光源３の背後にある
が、図示しない。
【００１２】図２には、それ自体明白となる模式的な平
面図が示してある。回折格子４が絶対的にただ一個の格
子で構成する必要がないことを示している。図示した部
分格子は、必ずしも共通の平面Ｅ１にない。段も可能
で、この構成は回折格子を設計する場合に考慮する必要
がある。同じことが第二回折格子７にも当てはまる。
【００１３】図３，４は、図１の間隔センサ１の変形を
示している。ここでは、このセンサは符号２に相当する
参照符号２１が付けてある。
【００１４】レーザー光源２２は照明ビーム２３を回折
格子２４に指向させる。この回折格子で部分ビーム束２
５と２６が発生する。これ等の部分ビーム束は前記回折
格子２４に平行に間隔をおいて設置された二つの回折格
子２７に向かう。これ等の回折格子２４と２７によっ
て、互いに一定間隔を有する二つの平行平面Ｅ２１とＥ
２２が定まる。
【００１５】回折格子２７では、部分ビーム束２５と２
６が新たな回折によって互いに平行に指向し、互いに平
行に逆反射部材（三重プリズム２８）を通過し、再び回
折格子２７に再び入射する。部分ビーム束は干渉できる
ように、この回折格子２７によってもう一度回折して回
折格子２４に向かう。
【００１６】検出器２０は明暗変調を検出する。この変
調は、部分ビーム束２５と２６が干渉する場合、光路差
のために、図１と２で既に説明したように生じる。
【００１７】図４から、実現するのに単一回折格子２４
でも充分であることが判る。照明部と検出器に対して平
行に移動することが必要でないか、あるいは望ましない
場合、逆反射部材２８を 90 °プリズムに還元される。
このプリズムは一平面内で逆反射特性を有するが、ここ
では図示しない。
【００１８】図示する透過光の構成例と異なり、この発
明は反射装置の場合にも実現できる。このことは、異な
った構成要素の幾何学配置を必要とするが、特許請求の
範囲の請求項１の保護範囲ではない。
【００１９】この変形種は図５に既に説明した例に対応
させて図示してある。ここでも、構成要素に対応させ
て、再び図の参照符号を先のように設定してある。
【００２０】光源から照明ビーム３３が出射し、回折格
子３４によって部分ビーム束３５と３６に分裂する。こ
れ等の部分ビーム束は異なった方向に進行する。
【００２１】この実施例の特異なことは、回折格子３４
と３７の間にある三重プリズム３８である。この三重プ
リズム３８では、先端が遠くにあり、部分ビーム束３５
と３６が通常のように底にあるのでなく、底に対向する
平面に入射する。この平面は先端を切り落として生じた
ものである。
【００２２】異なった屈折率を考慮することなく（他の
実施例の場合のように、ここでは無視できる）、部分ビ
ーム束３５と３６は三重プリズムに影響を与えないで、
言わば裏から通り抜け、回折格子３７に入射する。前記
回折格子は、この場合反射格子として形成されている。
この反射格子３７では、部分ビーム束３５と３６は回折
によって互いに平行に指向し、前記実施例で既に説明し
たように、底から三重プリズム３８に入射する。これ等
の部分ビーム束は、既に説明したように、この三重プリ
ズム３８を通過し、平行な部分ビーム束３５と３６とし
て再び回折格子３７に入射する。そこでは、これ等の部
分ビーム束が再び回折し、三重プリズム３８の底に対向
する平面によって回折格子３４に反射される。そこで、
部分ビーム束は互いに干渉し、明暗変調が検出される。
【００２３】両方の格子３４と３７の間隔変化は、この
実施例でも再び干渉する部分ビーム束３５と３６の比例
光路差になる。このビーム束の明暗変調は間隔の測定信
号を与える。
【００２４】望ましい信号周期は、どの実施例の場合で
も、光の波長及び／又は格子定数を適当に設計して設定
される。位相のずれた信号を、公知の方法で、偏光光学
的にあるいは分離格子を位相格子として適切に設計して
発生させる。
【００２５】
【発明の効果】この発明による位置測定装置は、特に間
隔センサとして使用でき、干渉計と干渉で動作する格子
発生器の間の中間に位置する役目を演ずる。
【図面の簡単な説明】
【図１】分離している分割格子と一致格子を備えた間隔
センサの縦断面を示す模式図である。
【図２】図１の装置の格子面への投影を示す平面図であ
る。
【図３】ただ一個の分割格子または一致格子を備えた間
隔センサの縦断面を示す模式図である。
【図４】図３の装置の格子面への投影を示す平面図であ
る。
【図５】所謂反射構成にした変形種装置の断面を示す模
式図である。
【符号の説明】
１ 間隔センサ ２，２２ レーザー光源 ３，２３，３３ 照明ビーム ４，７，２４，２７，３４，３７ 回折格子 ５，６，６′，２５，２６，３５，３６ 部分ビーム束 ２０ センサ ２８，３８ 三重プリズム Ｅ１，Ｅ２，Ｅ２′Ｅ２１，Ｅ２２ 平面 Ｄｓ 間隔変化 ＯＰＤ 光路差 ＤＯＰＤ 間隔変化に比例する光路差
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エルウイン・シユパンナー ドイツ連邦共和国、トラウンシユタイン、 フオルストマイエルストラーセ、12

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一つの照明装置と、少なくとも一つの格
    子目盛で光りビームを回折させて互いに相対運動する二
    つの対象物の位置を測定する一つの検出装置とを備え、
    少なくとも一個の光学分割部材により照明ビームを種々
    の方向に進行する部分ビーム束に分割し、回折格子の垂
    直方向の相対移動を測定する位置測定装置において、分
    割位置の平面（Ｅ１；Ｅ２１）に平行な平面（Ｅ２；Ｅ
    ２２）に回折格子（７；２７；３７）を設け、この回折
    格子のところで部分ビーム束（５，６；２５，２６；３
    ５，３６）を互いに平行に指向するように回折させて、
    平行な部分ビーム束（５，６；２５，２６；３５，３
    ６）として逆反射部材（８；２８；３８）を通過させ、
    再び回折格子（７；２７；３７）に入射させ、新たに回
    折させ、前記平面（Ｅ１）の光学分割部材（４；２４；
    ３４）に導き、そこで干渉させて、両方の平面（Ｅ１；
    Ｅ２１とＥ２；Ｅ２２）の間隔に変化（Δｓ）がある場
    合、干渉する部分ビーム束（５，６；２５，２６；３
    ５，３６）に間隔の変化に直接比例する光路差（ΔＯＰ
    Ｄ）が生じることを特徴とする位置測定装置。
  2. 【請求項２】 光学分割部材（４；２４；３４）は、位
    相格子のような回折格子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. 【請求項３】 逆反射部材（８；２８；３８）は、三重
    プリズムのような９０°プリズム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. 【請求項４】 三重プリズム（８；２８）は、回折格子
    （４，７；２４，２７）に対して光源（２，２２）とは
    反対側に配置されていることを特徴とする請求項３に記
    載の位置測定装置。
  5. 【請求項５】 三重プリズム（３８）は、二つの回折格
    子（３４，３７）の間に配設されていることを特徴とす
    る請求項３に記載の位置測定装置。
  6. 【請求項６】 三重プリズム（３８）の先端は切り落と
    されていることを特徴とする請求項５に記載の位置測定
    装置。
  7. 【請求項７】 回折格子（３７）は反射格子として形成
    されていることを特徴とする請求項５に記載の位置測定
    装置。
  8. 【請求項８】 回折格子（４，７；２４，２７；３４，
    ３７）は多部品で形成されていることを特徴とする請求
    項１または２に記載の位置測定装置。
JP3034480A 1990-03-01 1991-02-28 位置測定装置 Expired - Lifetime JPH0785010B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4006365A DE4006365A1 (de) 1990-03-01 1990-03-01 Positionsmesseinrichtung
DE40063658 1990-03-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06265310A JPH06265310A (ja) 1994-09-20
JPH0785010B2 true JPH0785010B2 (ja) 1995-09-13

Family

ID=6401165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3034480A Expired - Lifetime JPH0785010B2 (ja) 1990-03-01 1991-02-28 位置測定装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5206704A (ja)
EP (1) EP0448982B1 (ja)
JP (1) JPH0785010B2 (ja)
AT (1) ATE111593T1 (ja)
DE (2) DE4006365A1 (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH074993A (ja) * 1993-03-23 1995-01-10 Ricoh Co Ltd エンコーダ装置
US5428446A (en) * 1993-03-29 1995-06-27 Ziegert; John C. Measurement instrument with interferometer and method
US5671050A (en) * 1994-11-07 1997-09-23 Zygo Corporation Method and apparatus for profiling surfaces using diffracative optics
US5526116A (en) * 1994-11-07 1996-06-11 Zygo Corporation Method and apparatus for profiling surfaces using diffractive optics which impinges the beams at two different incident angles
US5598265A (en) * 1995-04-06 1997-01-28 Zygo Corporation Method for profiling an object surface using a large equivalent wavelength and system therefor
US6654128B2 (en) * 1997-06-30 2003-11-25 Canon Kabushiki Kaisha Displacement information detecting apparatus
EP1028309B1 (de) 1999-02-04 2003-04-16 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Optische Positionsmesseinrichtung
DE19908328A1 (de) * 1999-02-26 2000-08-31 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Optische Positionsmeßeinrichtung
WO2002023131A1 (de) * 2000-09-14 2002-03-21 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Positionsmesseinrichtung
EP1347271B1 (en) * 2002-03-18 2012-01-11 Mitutoyo Corporation Optical displacement sensing device with reduced sensitivity to misalignment
WO2004008201A2 (en) 2002-07-11 2004-01-22 Hymite A/S Accurate positioning of components of an optical assembly
DE102005043569A1 (de) * 2005-09-12 2007-03-22 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Positionsmesseinrichtung
CN110553580B (zh) * 2019-06-04 2022-05-20 南京英特飞光电技术有限公司 一种倾斜入射相移干涉仪和直角棱镜大面测量方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3738753A (en) * 1970-09-21 1973-06-12 Holograf Corp Interferometer utilizing gratings to measure motion
DE2431551C2 (de) * 1974-07-01 1981-09-17 Ernst Leitz Wetzlar Gmbh, 6330 Wetzlar Anordnung zur Messung von Bewegungen und Geschwindigkeiten
JPS57179811A (en) * 1981-04-28 1982-11-05 Canon Inc Image reading device
FR2538923A1 (fr) * 1982-12-30 1984-07-06 Thomson Csf Procede et dispositif d'alignement optique de motifs dans deux plans rapproches dans un appareil d'exposition comprenant une source de rayonnement divergent
GB8320629D0 (en) * 1983-07-30 1983-09-01 Pa Consulting Services Displacement measuring apparatus
EP0311144B1 (en) * 1983-11-04 1993-07-14 Sony Magnescale, Inc. Optical instrument for measuring displacement
GB8413955D0 (en) * 1984-05-31 1984-07-04 Pa Consulting Services Displacement measuring apparatus
DE3700906C2 (de) * 1986-01-14 1995-09-28 Canon Kk Verschlüßler
JPS62172203A (ja) * 1986-01-27 1987-07-29 Agency Of Ind Science & Technol 相対変位測定方法
FR2594113B1 (fr) * 1986-02-07 1991-05-17 Degremont Procede et installation pour l'epuration d'eaux residuaires, notamment d'eaux residuaires urbaines
FR2598797B1 (fr) * 1986-05-07 1990-05-11 Nippon Telegraph & Telephone Procede de mesure et/ou d'ajustement du deplacement d'un objet et appareil pour la mise en oeuvre de ce procede
DE3615875A1 (de) * 1986-05-10 1987-11-12 Bosch Gmbh Robert Handwerkzeugmaschine, vorzugsweise bohrmaschine
DE3625327C1 (de) * 1986-07-26 1988-02-18 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Lichtelektrische Positionsmesseinrichtung
DE3633574A1 (de) * 1986-10-02 1988-04-14 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Lichtelektrische winkelmesseinrichtung
US4728193A (en) * 1986-12-11 1988-03-01 Hughes Aircraft Company Precision automatic mask-wafer alignment system
DE3789901T2 (de) * 1987-01-13 1994-12-22 Thomas Dewitt Entfernungsmessung mit hilfe von diffraktion.
JP2590904B2 (ja) * 1987-07-31 1997-03-19 ソニー株式会社 光学ヘッド装置
JPH0778433B2 (ja) * 1988-07-19 1995-08-23 キヤノン株式会社 ロータリーエンコーダ

Also Published As

Publication number Publication date
DE4006365C2 (ja) 1992-06-04
US5206704A (en) 1993-04-27
DE59102890D1 (de) 1994-10-20
JPH06265310A (ja) 1994-09-20
ATE111593T1 (de) 1994-09-15
DE4006365A1 (de) 1991-10-17
EP0448982B1 (de) 1994-09-14
EP0448982A1 (de) 1991-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5574560A (en) Dual-beam interferometer with a phase grating
US5166751A (en) Interferometric profilometer sensor
US7573581B2 (en) Position-measuring device
US5120132A (en) Position measuring apparatus utilizing two-beam interferences to create phase displaced signals
JP4399179B2 (ja) 光学式変位検出装置および方法
JPH0785010B2 (ja) 位置測定装置
US5424833A (en) Interferential linear and angular displacement apparatus having scanning and scale grating respectively greater than and less than the source wavelength
US5500734A (en) Photoelectric position measuring system with integral optical circuit having phase shifted interference gratings
JPH02266224A (ja) 位置測定装置
US6166817A (en) Optical displacement measurement system for detecting the relative movement of a machine part
JPH085318A (ja) 位置に依存する信号を発生する装置
JPH10332355A (ja) 干渉測定装置
US10527405B2 (en) Optical position-measuring device
JP2010038654A (ja) 光学式変位測定装置
JPH0781817B2 (ja) 位置測定装置
JPH10332354A (ja) 干渉測定装置
JP2718440B2 (ja) 測長または測角装置
JPH0235248B2 (ja)
ATE278177T1 (de) Diffraktionsführung für schrägeinfallinterferometer
US9739598B2 (en) Device for interferential distance measurement
US6295132B1 (en) Interferometric measuring device having parallelly-displacing arrangement and compensating grating in the reference path
JPH04130220A (ja) エンコーダ
JP2718439B2 (ja) 測長または測角装置
JP3461566B2 (ja) 円錐形状測定用干渉計
SU1536194A1 (ru) Интерферометр

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19960305