JPH0827171B2 - 光学装置 - Google Patents

光学装置

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JPH0827171B2
JPH0827171B2 JP3046845A JP4684591A JPH0827171B2 JP H0827171 B2 JPH0827171 B2 JP H0827171B2 JP 3046845 A JP3046845 A JP 3046845A JP 4684591 A JP4684591 A JP 4684591A JP H0827171 B2 JPH0827171 B2 JP H0827171B2
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    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、一つの回折格子を用
いて複数の二ビーム干渉を発生させ、少なくとも二つの
干渉性のビーム束を前記回折格子で合体させて干渉させ
る、特に測長または測角装置に適する光学装置に関す
る。なお、ここで言う二ビーム干渉とは同一方向に進む
可干渉性の二つの光ビーム（部分光束）が混合して干渉
することを意味する。
【０００２】
【従来の技術】この種の装置は、干渉で動作する測長ま
たは測角装置として多数の文献により周知である。
【０００３】例として、ドイツ特許第 36 33 574号明細
書および欧州特許第 0 163 362号明細書を挙げることが
できる。後記の刊行物には、目盛格子を位相格子とする
位置測定装置が開示されている。この格子では、ウェブ
と溝の比と位相の深さ（この用語はウェブの高さに対応
して定まるもので、後記の説明も参照されたい）が変わ
ると、異なる回折次数の二つの部分ビームの強度比と０
次および１次の位相関係とを調節できる。
【０００４】異なる回折次数の部分ビームを二ビーム干
渉させることに基づく測定系では、上記の形式の位相格
子が非常に異なる回折能を有すると言う重大な難点があ
り、このことが変調度を悪化させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、二
ビーム干渉に基づく冒頭に述べた種類の装置に対して、
前記難点を有することなく、回折した部分ビーム束の干
渉により、互いに一定の位相関係を有する同じ大きさの
信号と、同じ変調度とを発生させることができる再結合
格子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、冒頭に述べた種類の光学装置にあって、位相格
子４，２４，３２，３４として形成された回折格子が１
目盛周期ｄ内で２つ以上の格子の飛躍個所を有すること
によって解決されている。
【０００７】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。
【０００８】
【実施例】図１に示す透過光配置の位置測定装置では、
光源１から狭い帯状の光りが出射し、位相格子２を格子
法線０に対して角度αで照す。この角度αは式 sinα＝
λ/2d で定まる。ここで、λは使用する光の波長で、ｄ
は目盛周期である。位相格子２の背後には、回折により
回折次数が「０」と「１」である二つの部分ビーム束Ａ
とＢが発生する。これ等の部分ビーム束ＡとＢは、好ま
しくは位相格子として形成されている他の格子３にも入
射する。この位相格子３は０次の回折次数が生じないよ
うに設計されている。この設計は、周知のように位相格
子３の格子パラメータを選択して行われる。位相格子３
で回折により生じる部分ビーム束のうち格子の法線０の
方に回折する部分ビーム束ＡとＢのみを使用する。部分
ビーム束ＡとＢは他の位相格子４に入射し、そこで再び
回折する。位相格子４の背後では、回折部分ビーム束
（A/+2.)−(B/+1.),（A/+1.)−(B/0.), (A/0.)−(B/-
1.),（A/-1.)−(B/-2.) が得られる。これ等の部分ビー
ム束の二つがそれぞれ同じ方向であるため互いに干渉す
る（二ビーム干渉）。
【０００９】位相格子３が位相格子２と４に対して移動
すると、位相格子３で回折する部分ビーム束ＡとＢは位
相のずれが生じ得る。格子３が１目盛周期ほど移動する
と、格子４の背後で二つの完全な正弦波状の強度変調が
生じる。位相格子４のため、選択された方向に所望の強
度と変調度が、また前記選択された方向の間で所望の位
相関係が発生する。
【００１０】位相格子４とこの格子の変形種を図４，５
と６に示し、後で詳しく説明する。干渉する部分ビーム
束は光電素子５，６，７，８に入射し、増分位置測定装
置の場合、周知の方法で評価される電気信号に変換され
る。
【００１１】図２には、位置測定装置の変形種がより模
式的に図示されている。この装置では、再変換回折格子
がＸ方向に移動する。従って、格子がどちらに移動する
かは問題ではない。つまり、目盛板を形成することが分
かる。
【００１２】図２に模式的に示す位置測定装置には照明
装置２１がある。その照明ビーム通路から、位相格子２
２で分離を行い、第二格子２３で次の偏向を行って、二
つの干渉性のビーム束ＡとＢが生じる。これ等のビーム
束ＡとＢは他の位相格子２４を通過すると互いに干渉す
る。回折して干渉した部分ビーム束 (A/+2.)−(B/0.),
(A/+1.)−(B/-1.), (A/0.)−(B/-2.) は検出装置２
５，２６，２７に入射する。これ等の検出装置は上記の
ビーム束を互いに位相のずれた測定信号に変換する。
【００１３】図示する透過光の実施例とは異なり、この
発明は反射光の装置の場合でも使用できる。このことは
変更された構成要素の幾何学配置を必要とするが、特許
請求の範囲請求項１の保護範囲の枠内にある。
【００１４】この変形種は第３図に既に説明した構成に
対応させて示してある。構成要素に応じて、ここでも再
び参照符号が前のように付けてある。光源３１から出射
した照明ビームは位相格子３２により異なった方向に進
む部分ビーム束ＡとＢに分割される。
【００１５】この実施例で特異なことは三重プリズム３
３にあり、この三重プリズム３３は回折格子３２と３４
の間にある。三重プリズム３３では、先端が除去されて
いる。そして、部分ビーム束ＡとＢは、通常のように底
のところに入射するのでなく、底に対向する面、つまり
先端を除去して生じる面に入射する。
【００１６】他の実施例の場合でも無視したように、異
なった屈折率を無視して、部分ビーム束ＡとＢは影響さ
れずに三重プリズムを言わば逆向きに通過し、この例で
は反射格子として形成されている位相格子３４に入射す
る。この反射格子３４では、部分ビーム束ＡとＢが回折
により互いに平行に指向され、今度は底から三重プリズ
ム３３に入射する。これ等のビーム束は三重プリズム３
３を通過して、平行な部分ビーム束Ａ，Ｂとなって再び
反射格子３４に入射する。そこで、これ等のビーム束は
再び回折し、三重プリズム３３の底に対向する面により
位相格子３２に反射される。そこで、これ等のビーム束
ＡとＢは干渉し、明暗の変調を検出できる。
【００１７】この例の場合、両方の位相格子３２と３４
の間隔の変化は干渉する部分ビーム束ＡとＢの比例光路
差となり、この明暗の変調が間隔の測定信号を与える。
図４には位相格子の種々断面が示してあり、回折格子
４，２４，３２，３４として実施例でどのように実現さ
れるかを示す。
【００１８】ある目盛周期ｄの場合、図４の第一実施例
では位相格子４a のウェブは溝より狭い。ウェブと溝の
比は１：１から相当ずれている。第二の例では、位相格
子４b が同じ目盛周期ｄであるが、異なった構造にパタ
ーン化されている。つまり、この格子４b には第一の位
相格子４a よりも二倍多く格子の飛躍個所がある。目盛
周期ｄの中の付加的なウェブによりこの状態となる。も
ちろん、形状は対称に維持されている。
【００１９】第三の例は更に別な構造にパターン化され
た位相格子４c を示す。この格子では、目盛周期ｄ内で
格子の飛躍個所の数が更に二倍になっている。外形は対
称に維持されているが、格子の飛躍個所の位置は任意に
配分されていてもよい。
【００２０】こうしてパターン化された位相格子は、目
盛周期内で対称であるが、図５に位相格子４d で示すよ
うに、必ずしも対称である必要はない。この位相格子の
構造のパターン化は、数学的な規則に従って行われ、異
なった次数で回折する部分ビーム束の多くの強度比、お
よび異なった回折次数間の位相角度を調節できる。
【００２１】図６の位相格子４e で、前記構造のパター
ン化に対して更にウェブの高さｈ1,ｈ2 も、即ち位相の
深さも、変えると（位相の深さの定義），より高次の回
折次数の間でも任意に位相関係を調節できる。
【００２２】
【発明の効果】この発明の利点は、改良された効率と許
容度が広い点にある。何故なら、干渉信号の変調度を著
しく上昇させることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 透過型位置測定装置の模式的な光線図であ
る。
【図２】 透過型位置測定装置の変形種の模式的な光線
図である。
【図３】 反射型位置測定装置の模式的な光線図であ
る。
【図４】 種々の格子の断面図である。
【図５】 非対称に配設された格子の飛躍個所を有する
回折格子の断面図である。
【図６】 他の回折格子の断面図である。
【符号の説明】
１，２１，３１ 光源 ２，３，４，２２，２３，２４，３２，３４ 位相格
子 ５，６，７，８ 光電素
子 ２５，２６，２７ 検出装
置 ３３ 三重プ
リズム Ａ，Ｂ 部分ビ
ーム束 ｄ 目盛周
期
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−260813（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−91515（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一つの回折格子を用いて複数の二ビーム
    干渉を発生させ、少なくとも二つの干渉性のビーム束を
    前記回折格子で合体させて干渉させる測長または測角装
    置に適する光学装置において、位相格子（４，２４，３
    ２，３４）として形成された回折格子が１目盛周期
    （ｄ）内で２つ以上の格子の飛躍個所を有することを特
    徴とする光学装置。
  2. 【請求項２】 格子の飛躍個所は互いに異なった間隔を
    有することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
  3. 【請求項３】 それぞれ隣接する格子の飛躍個所の間の
    位相の深さは異なっていることを特徴とする請求項１に
    記載の光学装置。
  4. 【請求項４】 格子の飛躍個所は目盛周期（ｄ）内で対
    称に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の
    光学装置。
  5. 【請求項５】 格子の飛躍個所の目盛周期（ｄ）内での
    配分は非対称であることを特徴とする請求項１に記載の
    光学装置。
JP3046845A 1990-03-13 1991-03-12 光学装置 Expired - Fee Related JPH0827171B2 (ja)

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