JP4856844B2 - 干渉式位置測定装置 - Google Patents
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Description
a1 :=スケール格子と走査格子との間の距離
a2 :=走査格子と検出面との間の距離
TPMG:=スケール格子の目盛周期
PIF:=検出面内の空間的な縞パターンの周期
λ:=光源の波長
が成立する。
検出格子5は、使用されるその他の格子と同様に回折する位相格子として構成されている。この検出格子5は、入射する光を少なくとも3つの回折次数又は空間方向に分割する。好適な実施形では、0の回折次数と±1の回折次数と±2の回折次数とに分割される。3つの検出素子6.1,6.2,6.3の方向に拡散する部分ビーム束は、図1中ではそれぞれ互いに干渉し合う回折次数をこれらの異なる格子に与えることによって示されている。
検出目盛5に相当する位相格子は、特にデューティー比ηDG=1:2又はηDG=2:1及び位相差120°又は240°である。さらに、検出格子5は、検出格子の目盛周期(TPDG)を有する。この検出格子の目盛周期(TPDG)は、空間的な干渉縞パターンの周期(PIF)の2倍に相当する。検出目盛5の適切な構成に関しては、ヨーロッパ特許発明第446 691 号明細書をさらによく参照のこと。
異なる格子に対して利用される回折次数に基づいて、スケール格子3と走査ユニットとが相対移動するときに、それぞれ120°だけ位相のずれた走査信号S0°,S120°,S240°が、3つの検出素子6.1,6.2,6.3の側面上で生成される。これらの走査信号S0°,S120°,S240°は、公知の方法で−図示しなかった−順次電子機器によって90°位相のずれている走査信号の対に変換される。
本発明の装置のこれらの実施の形態を使用することによって、走査信号の変調度を同時に高く保持しつつ特に非常に小さい構造を実現することができる。このことは、値a2が非常に小さく選択され得ることに起因する。さらに、このシステムの光学系をいろいろに要求される格子定数に対して比較的簡単に適合させることができる。
図1に基づいて原理的に説明したシステムの具体的な実施形が、図3中に概略的な3次元部分図で示されている。このシステムは、特に回転軸線Rの周りの回転的な相対運動を検出するために使用される。機能が同じ要素は、この図中では図1中と同じ符号を有する。このロータリー式の実施の形態の場合、本発明の位置測定装置の既に上述した利点のほかに、スケール格子3つまりいわゆる目盛板の取付公差が、半径方向でも接線方向でも軸線方向でも大きい点で特に有利である。
以下で、本発明の位置測定のもう1つの実施の形態を図4〜6に基づいて説明する。ここでは、主に最初に説明した位置測定装置に対する相違点だけを説明する。
相対移動時に周期的に変調された検出面D内の干渉縞パターンの形成に関しては、この実施の形態は最初に説明した実施の形態に一致する。すなわち、光源11,光学素子12,スケール格子13及び走査格子14.1,14.2を有する走査板14が、既に上述した方法で検出面D内に検出すべき周期的に変調された干渉縞パターンを形成する。
検出側では、上述した位置測定装置とは違って、1つの周期的な検出装置16を検出面内に設置する必要がある。周期的に変調された干渉縞パターンが、この検出装置16によって検出され、位相のずれている走査信号(S0°,S90°,S180°,S270°)に変換される。
2,12 光学素子
3,13 スケール格子
4,14 走査板
4.1,14.1 走査格子
4.2,14.2 走査格子
5 検出格子
6.1検出素子
6.2検出素子
6.3検出素子
16 検出装置
Claims (13)
- 少なくとも1つの測定方向(x)に沿って互いに移動する2つの物体の相対位置を測定する干渉式位置測定装置が、
−1つの光源(1),
−この光源(1)の後方に配置された1つの光学素子(2),
−この光源の後方に配置されたスケール格子(3),
−各1つの走査格子(4.1,4.2),
−検出面内に配置された1つの検出格子(5),
−少なくとも3つの空間方向に配置された複数の光電式検出素子(6.1,6.2,6.3)を有し、
光源(1)は、1本のビーム束を光学軸線(OA)の方向に放射し、
光学素子(2)は、光源(1)から放射されたビーム束を変形させ、
スケール格子(3)は、入射したビーム束を異なる空間方向に拡散する少なくとも第1の部分ビーム束(+1)と第2の部分ビーム束(−1)とに分割し、各走査格子(4.1,4.2)は、第1の部分ビーム束(+1)と第2の部分ビーム束(−1)のビーム経路内に配置されていて、各走査格子(4.1,4.2)は、第1の部分ビーム束(+1)と第2の部分ビーム束(−1)を第3の部分ビーム束,第4の部分ビーム束,第5の部分ビーム束及び第6の部分ビーム束にさらに分割し、これらの部分ビーム束のうちの少なくとも2つの部分ビーム束(+1,−1),(−1,+1)が再び照射され、第1の物体に接合されているスケール格子(3)が、第2の物体に接合されている光源(1)と走査格子(4.1,4.2)とに対して相対移動するときに、周期的に変調された干渉縞パターンが、特定の空間的な干渉縞パターンの周期(PIF)で検出面内に形成され、
検出格子(5)は、この検出格子(5)に入射する光を少なくとも3つの異なる空間方向に分割し、
光電式検出素子(6.1,6.2,6.3)は、位相のずれている走査信号(S0°,S120°,S240°)を検出し、
走査格子(4.1,4.2;14.1,14.2)は、走査板(4;14)上に一緒に配置され、
走査板(4;14)は、走査格子(4.1,4.2;14.1,14.2)を有する領域の外側で不透過に構成されている干渉式位置測定装置。 - 少なくとも1つの測定方向(x)に沿って互いに移動する2つの物体の相対位置を測定する干渉式位置測定装置が、
−1つの光源(11),
−この光源(11)の後方に配置された1つの光学素子(12),
−この光源の後方に配置されたスケール格子(13),
−各1つの走査格子(14.1,14.2),
−検出面(D)内に配置された周期的な1つの検出装置(16)を有し、
光源(11)は、1本のビーム束を光学軸線(OA)の方向に放射し、
光学素子(12)は、光源(11)から放射されたビーム束を変形させ、
スケール格子(13)は、入射したビーム束を異なる空間方向に拡散する少なくとも第1の部分ビーム束(+1)と第2の部分ビーム束(−1)とに分割し、各走査格子(14.1,14.2)は、第1の部分ビーム束(+1)と第2の部分ビーム束(−1)のビーム経路内に配置されていて、各走査格子(14.1,14.2)は、第1の部分ビーム束(+1)と第2の部分ビーム束(−1)を第3の部分ビーム束,第4の部分ビーム束,第5の部分ビーム束及び第6の部分ビーム束にさらに分割し、これらの部分ビーム束のうちの少なくとも2つの部分ビーム束(+1,−1),(−1,+1)が再び照射され、第1の物体に接合されているスケール格子(13)が、第2の物体に接合されている光源(11)と走査格子(14.1,14.2)とに対して相対移動するときに、周期的に変調された干渉縞パターンが、特定の空間的な干渉縞パターンの周期(PIF)で検出面内に形成され、
周期的な検出装置(16)は、位相のずれている走査信号(S0°,S90°,S180°,S270°)を検出し、多数の個別の検出素子(16.1…16.8)を有し、検出器の周期(PDET)が、空間的な干渉縞パターンの周期(PIF)に合わせられている干渉式位置測定装置。 - スケール格子(3;13)は、位相格子として構成されていて、分割された第1の部分ビーム束(+1)と第2の部分ビーム束(−1)は、±1の回折次数に対応する請求項1又は2に記載の干渉式位置測定装置。
- スケール格子(3;13)は、デューティー比ηMG=1:1及び位相差φMG=180°の位相格子として構成されている請求項3に記載の干渉式位置測定装置。
- 走査格子(4.1,4.2;14.1,14.2)は、位相格子として構成されていて、分割された第3の部分ビーム束,第4の部分ビーム束,第5の部分ビーム束及び第6の部分ビーム束はそれぞれ、±1の回折次数に対応する請求項1又は2に記載の干渉式位置測定装置。
- 走査格子(4.1,4.2;14.1,14.2)は、デューティー比ηMG=1:1及び位相差φMG=180°の位相格子として構成されていて、スケール格子の目盛周期(TPMG)よりも小さい走査格子の目盛周期(TPAG)を有することを特徴とする請求項4に記載の干渉式位置測定装置。
- 走査格子(4.1,4.2;14.1,14.2)は、走査板(4;14)上に一緒に配置されていることを特徴とする請求項2に記載に干渉式位置測定装置。
- 走査板(4;14)は、走査格子(4.1,4.2;14.1,14.2)を有する領域の外側で不透過に構成されている請求項6に記載の干渉式位置測定装置。
- 走査格子(4.1,4.2;14.1,14.2)は、スケール格子(3;13)から距離a1に配置されていて、このスケール格子(3;13)によって分割された第1部分ビーム束(+1)と第2部分ビーム束(−1)が、走査格子(3;13)内に空間的に分離され相前後して少なくとも存在する請求項1又は2に記載の干渉式位置測定装置。
- スケール格子(3)は、光学素子(2)によって変形されたビーム束のビームのくびれ部分の領域内に配置されている請求項1又は2に記載の干渉式位置測定装置。
- 検出格子(5)は、位相格子として構成されていて、この検出格子(5)は、入射する光を少なくとも0.の回折次数と±2.の回折次数とに分割する請求項1に記載に干渉式位置測定装置。
- デューティー比ηDG=1:2又はηDG=2:1及び位相差120°又は240°の位相格子として構成されていて、空間的な干渉縞パターンの周期(PIF)の2倍に相当する検出格子の目盛周期(TPDG)を有する請求項11に記載の干渉式位置測定装置。
- 隣接した検出素子(16.1,…16.8)がそれぞれ、90°だけ位相のずれている走査信号(S0°,S90°,S180°,S270°)を出力するように、検出器の周期(PDET)が空間的な縞パターンの周期(PIF)に合わせられている請求項2に記載の干渉式位置測定装置。
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