JP2008292487A - 光学位置測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光ファイバー走査ヘッド20が、特定の縞パターン周期を備えた周期的縞パターンを走査し、この縞パターンがスケール10から得られ、走査を行うために、走査板21が、光ファイバー走査ヘッド20内の光ファイバー22のスケール側端部の前方に設けられており、光ファイバーが縞パターン周期に同調されており、波長に依存した局部的な分離を介して部分信号光束内の一つあるいは複数の照明光束を用いて、互いに位相シフト可能な縞パターンが、縞パターン周期内で得られること、および位置に依存した位相シフト可能な走査信号を変換するための部分信号光束が使用可能であるように構成されている。
【選択図】図1
Description
本発明による位置測定装置の有利な形態は、従属請求項における構成からわかる。
部分信号光束内の一つ以上の照明光束により、波長に依存した局部的な分離を介して互いに位相がずれた縞パターンが縞パターン周期の範囲内で得られる。様々な部分信号光束は後続して設けられた検出装置30の側で位置に依存している位相がずれた走査信号を変換するのに利用できる。
適切な走査板の第一実施形態を用いて確認されるかが説明してある。
格子周期Gの範囲内で、位相格子は複数の段付部を有している。このようにして一部が反射する中間層もしくは反射層124あるいは基体の裏側と代替的に、格子周期G当たり複数の部分エタロンが形成されており、これらの部分エタロンは少なくとも一つの照明光束の異なる波長に同調されている。図示した例では、三つの段が一格子周期Gの範囲内に設けられており、この一格子周期により、所定のエタロン厚D1,D2およびD3を備えた三つの部分エタロン(或いはファブリーペロット空胴共振器)が形成される。
(数式1)
Δλi=[(1−R)/sqr(R)]×[λi 2/(2π×n×Di)] (1)
ここで、Rは反射層124,125の反射率、
λiは部分エタロンの透過波長(i=1,2,3)、
nはエタロンの屈折率、
Diは各エタロンの厚さ(i=1,2,3)
である。
(数式2)
FSR=λi 2/(2×n×Di) (2)
ここで、FSRは部分エタロンの透過波長λ間の自由スペクトル領域、
λiは部分エタロンの透過波長(i=1,2,3)、
nはエタロンの屈折率、
Diは各エタロンの厚さ(i=1,2,3)
である。
(数式3)
Λ=λ/(2×n×θ) (3)
ここで、λは光源の波長、
nは楔形走査板の屈折率、
θは楔形走査板のエッジ角度
である。
(数式4)
λ1=λ2×[1+Φ12/(2×π×N)]=λ2×[1−1/(3×N)] (4.1)
λ1=λ2×[1+Φ23/(2×π×N)]=λ2×[1+1/(3×N)] (4.2)
ここで、λ1は照明光束内の波長、
Φ12は波長λ1およびλ2により得られるフィゾー縞パターン間の位相シフト、
Φ23は波長λ2およびλ3により得られるフィゾー縞パターン間の位相シフト、
Nはモード数
である。
(数式5)
Δλ=(Φ×λ2)/(2×π×N)=λ2/(3×N) (5)
ここで、Δλは中央の波長λ2の隣接した波長λ1とλ3に対する波長の差、
Φはフィゾー縞パターンに隣接した波長間の位相シフト、
λ2は照明光束内の中間波長、
Nはモード数
である。
(数式6)
m×953nm≦5 (6)
これよりm≦5が求められる。
図解した例に対して代替的に、検出装置30内に入射する信号光束を個別信号光束に彩色してコード化することは別の分解手段を用いても行うことができる。例えば、分解プリズム、ダイクロイックミラーならびにビームスプリッタと干渉フィルタ等から成る組み合わせた機構も適している。
Claims (19)
- 光ファイバー走査ヘッド(20;120;220;320)と、少なくとも一つの測定方向(x)でこの光ファイバー走査ヘッドに対して可動なスケール(10)の相対位置を検出するための光学位置測定装置において、
光ファイバー走査ヘッド(20;120;220;320)が、特定の縞パターン周期を備えた周期的縞パターンを走査し、
この縞パターンがスケール(10)から得られ、走査を行うために、走査板(21;121;221;321)が、光ファイバー走査ヘッド(20;120;220;320)内の光ファイバー(22)のスケール側端部の前方に設けられており、
光ファイバーが縞パターン周期に同調されており、
波長に依存した局部的な分離を介して部分信号光束内の一つあるいは複数の照明光束を用いて、互いに位相シフト可能な縞パターンが、縞パターン周期内で得られること、および
位置に依存した位相シフト可能な走査信号を変換するための部分信号光束が使用可能であるように構成されていることを特徴とする光学位置測定装置。 - 光ファイバー(22)がマルチモードファイバーとして形成されており、このマルチモードファイバーを介して、照明に使用されるスケールに向かう照明光束と同様検出に使用されるスケール(10)から離間する部分信号光束も伝達されていることを特徴とする請求項1記載の光学位置測定装置。
- 光ファイバー(22)の、スケールと反対側端部には、スペクトルが広帯域の光源(23)あるいは異なる波長(λi)の光線を放射する複数の光源(23.1〜23.3)が設けられており、それらの光線が照明光束として結合手段(24,25,26)を介して各々光ファイバー内に結合されていることを特徴とする請求項2記載の光学位置測定装置。
- 光ファイバー(22)の、スケールと反対側端部には、検出装置(30)が設けられており、この検出装置が、部分信号光束を波長に依存して分離するための分解手段(31)、ならびに複数の光電子検出部材(32.1〜32.3)を備えており、この光電子検出部材には、分離された部分信号光束が案内可能であり、かつ検出された部分信号光束が電気的に位相シフトされた走査信号に変換されることを特徴とする請求項3記載の光学位置測定装置。
- 走査板(121)が階段状の位相格子として、透明な担持基体(122)上に形成されており、この担持基体は格子周期内で複数の段付き部を備えており、これによりそのように基体の裏側(123)あるいは反射被膜(124)と協働して、異なる透過波長を備えた格子周期毎の複数の部分エタロンが形成され、この部分エタロンは少なくとも一つの照明光束の異なる波長(λi)に同調されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の光学位置測定装置。
- 形成された部分エタロンの透過線のスペクトル半値幅(Δλi)とスペクトル間隔(ΔλE)が、少なくとも一つの光源(23)の放射線のスペクトル半値幅(ΔλLQ)よりも狭く選択されていることを特徴とする請求項5記載の光学位置測定装置。
- 部分エタロンの透過線のスペクトル半値幅(Δλi)が、そのスペクトル間隔(ΔλE)よりも各々狭いことを特徴とする請求項5記載の光学位置測定装置。
- 部分エタロンの透過線が、少なくとも一つの光源(23)の放射線のスペクトル半値幅(ΔλLQ)内で対称であることを特徴とする請求項5記載の光学位置測定装置。
- 部分エタロンの厚さ(Di)が少なくとも一つの光源(23)のコヒーレント長(Lcoh)よりも薄く選定されていることを特徴とする請求項5記載の光学位置測定装置。
- 形成された部分エタロンの透過線間の自由スペクトル幅(FSR)が、少なくとも一つの光源(23)の透過線のスペクトル半値幅(ΔλLQ)よりも広く選定されていることを特徴とする請求項5記載の光学位置測定装置。
- 走査板(121)が透明な担持基体(122)から成り、その表面に全体的に平らに第一反射被膜(124)が塗布されており、この第一被膜に、過透明な誘電体から成る段付けされた位相格子構造体が設けられており、この位相格子構造体に別の第二反射被膜(125)が設けられていることを特徴とする請求項5〜11のいずれか一つに記載の光学位置測定装置。
- 検出装置(30)の側には、部分信号光束を波長に依存して分離するための分解手段(31)が分散性光学部材として形成されていること、そして
さらに検出装置(31)が部分信号光束を合焦するためのレンズ(33)を備え、レンズ(33)の焦点平面に検出部材(32.1〜32.3)が設けられており、検出部材の幅が部分エタロンのスペクトル幅に同調されていることを特徴とする請求項4または5に記載の光学位置測定装置。 - 走査板(221)がその一部が分割化された、鋸歯状の表面構造を備えた楔形の板により透明な担持基体(222)上に形成されており、この楔形の板は同じ厚さのフィゾー干渉縞パターンを生じさせ、この場合、楔形の板のエッジ角度(Θ)が、結果として得られるフィゾー干渉縞パターンの縞間隔(Λ)がスケール(10)により得られる縞パターン周期に相当するように選択されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の光学位置測定装置。
- スケール(10)により得られる縞パターン周期内で、鋸歯状の表面構造を備えた楔形の板には、複数の波長がコード化された、同じ厚さのフィゾー干渉縞パターンが製造可能であるように構成されていることを特徴とする請求項13記載の光学位置測定装置。
- 個別の楔状体の平均厚さ(Di)が、少なくとも一つの光源(23)の各々のコヒーレント長(Lcoh)よりも薄いことを特徴とする請求項13記載の光学位置測定装置。
- 鋸歯状の部分内の干渉縞にわたり合計された、異なる波長のフィゾー干渉縞パターン周期の差が、最大でスケールにより得られる縞パターン周期の1/4であることを特徴とする請求項13記載の光学位置測定装置。
- 走査板(221)が透明な担持基体(222)から成り、その表面に全体的に平らに第一反射被膜(224)が塗布されており、この第一被膜に、過透明な誘電体から成る鋸歯状の表面構造を備えた、一部がセグメント化された楔形の板が設けられており、この楔形の板に再度別の第二反射被膜(225)が設けられていることを特徴とする請求項13〜16のいずれか一つに記載の光学位置測定装置。
- 異なるスペクトル透過特性を備えた複数の縞状の部分領域の形態の走査板(321)が設けられており、この部分領域が少なくとも一つの照明光束の波長(λLQ)に同調されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の光学位置測定装置。
- 異なる部分領域が透明で光立体構造可能な彩色した合成樹脂被膜として形成されていることを特徴とする請求項18記載の光学位置測定装置。
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