JP6329456B2 - 光学式位置測定装置 - Google Patents
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Description
反射格子で行なわれる回折時に、それぞれ部分光ビームの光軸から離れる偏向が行なわれ、
少なくとも一つの偏向部品によって、光軸に戻る偏向が行なわれて、そこで、部分光ビームが再び結合される、
ものと規定できる。
基準尺が、第二の走査ヘッドに対向して第二の測定方向に沿って相対的に移動できるように配置されており、この第二の測定方向が第一の測定方向に対して直角の方向を向いている、
ものと規定できる。
光源から放射された光ビームが分割格子によって二つの部分光ビームに分割され、
次に、これらの部分光ビームが、それぞれ走査板の逆側の一つの格子の方向に進行し、それによって、それぞれ光軸の方向に偏向され、
次に、基準尺の方向に更に進行して、そこで、走査ヘッドの方向への回折及び逆向きの反射が起こり、
これらの部分光ビームが、それぞれ別の格子によって光軸の方向に偏向されて、走査板の逆側の結合格子の方向に進行し、そこで、重なり合って干渉し、
この結合格子によって重なり合った部分光ビームは、位相のずれた走査信号を検出することが可能な検出器素子の方向に進行する。
φ:分割と別の部分光ビームとの重なり合いの間に生じる部分光ビームTS1の位相のずれ
φ1:走査ヘッドからの出射時の部分光ビームTS1の位相のずれ
k0:2π/λ
λ:光源の波長
ZA:走査ヘッドAKと基準尺Mの表側の間の走査間隔
ZS:基準尺Mの基板Suの厚さ
nS:基準尺Mの基板Suの屈折率
β1,β2,...βM:部分光ビームTS1の部分セグメントの光軸Zに対する角度
n5,n6,...nM:部分光ビームTS1が通過する走査ヘッドAK内の光学部品の屈折率
Z5,Z6,...ZM:走査ヘッドAK内の前記の対応する部品の間隔
僅かな角度αでの基準尺Mの傾斜によって、部分光ビームTS1の部分セグメントの角度β2,β3,...βMが変化する。この場合、次の周知の関係式が成り立つ。
11,111,211,311 基板
12,112,212,312 反射格子
20,120,220,320 走査ヘッド
21,121,221,321 光源
22,122,222,322 コリメータレンズ
23,123,223,323 走査板
24,224,324 格子
25.1〜25.4,225.1〜225.4,325.1,325.2 格子
26.1,26.2,126.1,126.2 リフレクタ
27,227,326 結合格子
28.1〜28.3,228.1〜228.3,328.1 光学系
29.1〜29.3,229.1〜229.3,329.1 検出器素子
AK 走査ヘッド
D 検出器配列
G 反射格子
M 基準尺
NP 有効測定点
P 交点
Su 基板
S 光ビーム
TS1,TS2 部分光ビーム
S1,S2 部分光ビームTS1のセグメント
W,W’ 角二等分線
X X方向
Z Z方向、光軸
ΔZNP 間隔
α 傾斜角
ZA 走査ヘッドAKと基準尺Mの表側の間の走査間隔
ZS 基準尺Mの基板Suの厚さ
β1,β2,...βM;β1’,β2’,...βM’ 部分光ビームTS1の部分セグメントの光軸Zに対する角度
Z5,Z6,...ZM 走査ヘッドAK内の部品の間隔
Claims (8)
- 少なくとも一つの測定方向に沿って互いに相対的に移動できる一つの基準尺と少なくとも一つの走査ヘッドとの相対位置を検出する光学式位置測定装置であって、
この光学式走査形態は、走査の有効測定点が基準尺から走査ヘッドと逆の方向に所定の間隔を開けた所に有るように構成され、
基準尺の光学式走査のために、一つの光ビームが二つの部分光ビームに分割され、これらの二つの部分光ビームの中の各々は、一回だけ基準尺の反射格子に当たり、それによって、当該の反射格子に入射する部分光ビームとそれによって逆向きに反射される部分光ビームとの間の角二等分線が基準尺の走査ヘッドと逆側に有る、走査の有効測定点を表す点で光軸と交差するように回折され、
少なくとも当該の反射格子に当たる前に、当該の光ビームの二つの部分光ビームへの分割が行なわれ、
その反射格子で行なわれる回折時に、それぞれ部分光ビームの光軸から遠ざかる偏向が行なわれ、
少なくとも一つの偏向部品によって、光軸に戻る偏向が行なわれ、そこで、これらの部分光ビームが再び結合される、
光学式位置測定装置。 - 分割された部分光ビームが、当該の分割と再結合の間において、光軸に関して対称的に進行する請求項1に記載の光学式位置測定装置。
- 当該の基準尺が、裏面格子として構成されており、板形状の透明な基板と、反射側が基板の方向及び走査ヘッドの方向を向いている反射格子とを有する請求項1または2に記載の光学式位置測定装置。
- 当該の基準尺が、表面格子として構成されており、反射側が走査ヘッドの方向を向いている反射格子を有する請求項1または2に記載の光学式位置測定装置。
- 当該の基準尺が、第一の走査ヘッドに対向して第一の測定方向に沿って相対的に移動できるように配置されており、
当該の基準尺が、第二の走査ヘッドに対向して第二の測定方向に沿って移動できるように配置されており、この第二の測定方向が第一の測定方向に対して直角の方向を向いている、
請求項1から4までのいずれか一つに記載の光学式位置測定装置。 - 当該の基準尺が、第三の走査ヘッドに対向して第一又は第二の測定方向に沿って移動できるように配置されている請求項5に記載の光学式位置測定装置。
- 当該の基準尺が交差格子として構成されている請求項5に記載の光学式位置測定装置。
- 当該の走査ヘッドが、一つの光源と、複数の検出器素子と、一方の側に分割格子と結合格子を備え、それと逆側に複数の別の格子を備えた一つの走査板とを有し、そのため、
光源から放射された光ビームが、前記の分割格子によって、二つの部分光ビームに分割され、
次に、これらの部分光ビームが、それぞれ走査板の逆側の一つの格子の方向に進行し、それによって、それぞれ光軸の方向に偏向され、
次に、基準尺の方向に更に進行して、そこで、走査ヘッドの方向への回折と反射が行なわれ、
これらの部分光ビームが、それぞれ別の格子によって、光軸の方向に偏向されて、走査板の逆側の結合格子の方向に進行し、そこで、重なり合って干渉し、
重なり合った部分光ビームが、結合格子から検出器素子の方向に進行し、それらの検出器素子によって、位相のずれた走査信号を検出することが可能である、
請求項1から7までのいずれか一つに記載の光学式位置測定装置。
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