JPH05133769A - 干渉位置測定装置 - Google Patents
干渉位置測定装置Info
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- JPH05133769A JPH05133769A JP4122280A JP12228092A JPH05133769A JP H05133769 A JPH05133769 A JP H05133769A JP 4122280 A JP4122280 A JP 4122280A JP 12228092 A JP12228092 A JP 12228092A JP H05133769 A JPH05133769 A JP H05133769A
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-
- 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
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- G01D5/366—Particular pulse shapes
-
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 非常に狭い幅の信号を出力し、広い限界内で
照明強度や走査格子と目盛ホルダーの間の間隔に無関係
であって、光源と、少なくとも二つの回折部材と、互い
に干渉する分割ビームを検出する検出器とを用いて信号
を発生させる干渉で動作する装置を提供する。 【構成】 回折部材Ａ，Ｂ，Ａ′の回折構造パターンの
パラメータが位置に依存して変化し、この変化が絶えず
行われる。
照明強度や走査格子と目盛ホルダーの間の間隔に無関係
であって、光源と、少なくとも二つの回折部材と、互い
に干渉する分割ビームを検出する検出器とを用いて信号
を発生させる干渉で動作する装置を提供する。 【構成】 回折部材Ａ，Ｂ，Ａ′の回折構造パターンの
パラメータが位置に依存して変化し、この変化が絶えず
行われる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、一つの光源と、回折
構造パターンが同じであるか、あるいは僅かに異なって
いる少なくとも二つの回折部材と、回折して相互に干渉
する分割ビーム束を検出する複数の検出器とを用いて、
信号を発生するため干渉的に動作する装置に関する。
構造パターンが同じであるか、あるいは僅かに異なって
いる少なくとも二つの回折部材と、回折して相互に干渉
する分割ビーム束を検出する複数の検出器とを用いて、
信号を発生するため干渉的に動作する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】基準マークは、光電増分測長装置あるい
は測角装置の場合、一定の原点を確認し、再現するでき
るために知られている。
は測角装置の場合、一定の原点を確認し、再現するでき
るために知られている。
【０００３】米国特許第 4,677,293号明細書には、基準
パルスを発生するための基準マークの構成が開示されて
いる。この場合、光源のビームを回折させて、検出器に
偏向させる目盛分割マークとしての位相格子が使用され
ている。逆相、あるいは準逆槽信号の評価部が、照明強
度（および或る限界内で間隔の変化）に相対的に無関係
な基準パルスを供給する。この基準パルスのパルス幅
は、大体、目盛ホルダー上の分割目盛マークの幅と、走
査板の分割幅によって決まる。明暗の投影に基づくこの
装置を用いると、回折効果のため、高分解能の増分測定
系で要求されているような、非常に狭いパルス幅の基準
パルスを発生させることができない。その外、走査板と
目盛ホルダーを狭い間隔に保持する必要がある。
パルスを発生するための基準マークの構成が開示されて
いる。この場合、光源のビームを回折させて、検出器に
偏向させる目盛分割マークとしての位相格子が使用され
ている。逆相、あるいは準逆槽信号の評価部が、照明強
度（および或る限界内で間隔の変化）に相対的に無関係
な基準パルスを供給する。この基準パルスのパルス幅
は、大体、目盛ホルダー上の分割目盛マークの幅と、走
査板の分割幅によって決まる。明暗の投影に基づくこの
装置を用いると、回折効果のため、高分解能の増分測定
系で要求されているような、非常に狭いパルス幅の基準
パルスを発生させることができない。その外、走査板と
目盛ホルダーを狭い間隔に保持する必要がある。
【０００４】米国特許第 4,778,273号明細書によれば、
上に説明した難点を保有していない基準パルス発生器は
公知である。この基準パルス発生器は、異なった格子間
隔の周期目盛を有する多数の格子で構成されている。こ
れ等の格子から、３格子発生器原理によって（J. Willh
elm の学位論文, 「３段格子発生器−位置変化を測定す
る光電検出器」（"Dreigittershrittgeber−photoelekt
rische Aufnehmer zurMessung von Lageaenderungen",
TU Hannover))異なった周期の信号を導くていいる。フ
ーリエ級数によってこれ等の信号を合成している。従っ
て、非常に幅の狭い基準パルスを発生させることができ
る。これ等の基準パルスは走査板と目盛ホルダーの間の
間隔に殆ど依存していない。もっとも、この装置はただ
個別基準パルスだけでなく、周期的な列のパルスも出力
する。それ故、付加的な手段によってこれ等のパルスを
区別する必要がある。パルス幅を勝手に大きくすること
ができないので、一つのパルスを選び出すには、相当な
経費が必要になる。
上に説明した難点を保有していない基準パルス発生器は
公知である。この基準パルス発生器は、異なった格子間
隔の周期目盛を有する多数の格子で構成されている。こ
れ等の格子から、３格子発生器原理によって（J. Willh
elm の学位論文, 「３段格子発生器−位置変化を測定す
る光電検出器」（"Dreigittershrittgeber−photoelekt
rische Aufnehmer zurMessung von Lageaenderungen",
TU Hannover))異なった周期の信号を導くていいる。フ
ーリエ級数によってこれ等の信号を合成している。従っ
て、非常に幅の狭い基準パルスを発生させることができ
る。これ等の基準パルスは走査板と目盛ホルダーの間の
間隔に殆ど依存していない。もっとも、この装置はただ
個別基準パルスだけでなく、周期的な列のパルスも出力
する。それ故、付加的な手段によってこれ等のパルスを
区別する必要がある。パルス幅を勝手に大きくすること
ができないので、一つのパルスを選び出すには、相当な
経費が必要になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】それ故、この発明の課
題は、非常に幅の狭い信号を出力し、広い限界内で照明
強度や、走査格子と目盛ホルダーの間の間隔に依存しな
い、冒頭に述べた種類の装置を提供することにある。更
に、種々異なって構成されている基準マークによって基
準マークの区別が可能である必要がある。
題は、非常に幅の狭い信号を出力し、広い限界内で照明
強度や、走査格子と目盛ホルダーの間の間隔に依存しな
い、冒頭に述べた種類の装置を提供することにある。更
に、種々異なって構成されている基準マークによって基
準マークの区別が可能である必要がある。
【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、ことによって解決されている。この発明による
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。
により、ことによって解決されている。この発明による
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。
【０００７】
【実施例】この発明による方法を、以下に実施例の模式
的な図面に基づき説明する。図１には、入射光法で働く
測定装置１が模式的に示してある。三つの回折格子Ａ，
Ｂ，Ａ′は周期的な目盛りを保有していない。むしろ、
この格子定数は目盛方向ｘに沿って、ｄ＝ｄ(x) のよう
に変わる。文献では、このような格子を連続可変格子と
称している。ここでは、先ず連続可変格子が同じ目盛を
有すると仮定する。図１には、簡単のため、ただ僅かな
回折ビームしか記入していない。 コリメートされた非
干渉性の光源Ｌ（LED)の光束は、格子Ａで分割ビーム束
に分割される。これ等のビーム束は格子Ｂで偏向し、次
いで格子Ａ′で重畳して干渉する。検出器Ｄ−１，Ｄ
０，Ｄ１は、−１．，０．および＋１．の合成回折次数
のビーム束を検出する。
的な図面に基づき説明する。図１には、入射光法で働く
測定装置１が模式的に示してある。三つの回折格子Ａ，
Ｂ，Ａ′は周期的な目盛りを保有していない。むしろ、
この格子定数は目盛方向ｘに沿って、ｄ＝ｄ(x) のよう
に変わる。文献では、このような格子を連続可変格子と
称している。ここでは、先ず連続可変格子が同じ目盛を
有すると仮定する。図１には、簡単のため、ただ僅かな
回折ビームしか記入していない。 コリメートされた非
干渉性の光源Ｌ（LED)の光束は、格子Ａで分割ビーム束
に分割される。これ等のビーム束は格子Ｂで偏向し、次
いで格子Ａ′で重畳して干渉する。検出器Ｄ−１，Ｄ
０，Ｄ１は、−１．，０．および＋１．の合成回折次数
のビーム束を検出する。
【０００８】目盛の方向に沿って移動する格子Ｂが位置
Ｘ＝０にあり、この位置で格子線に応じて、格子Ａ，
Ａ′およびＢが対向しているなら、位置に依存する格子
定数の影響によって、分割ビーム束の間の位相のずれと
成るビームの傾きδΘ，δφ，δφ′が生じる。これ等
の位相のずれは格子定数ａに依存する。これ等の位相の
ずれを小さく維持する必要がある。何故なら、検出器Ｄ
−１，Ｄ０，Ｄ１によって得られた信号波形Ｓn(X), n
＝ -1, 0, 1 が格子Ａ，Ｂ，Ａ′の間隔ａに無関係であ
るからである。この場合、指数「ｎ」はｎ次の合成次数
である。この条件は、局部的な格子定数ｄ(x) の変化、
δd(X)/δx の変動が小さい値に制限されている時に満
たされる。このことは、実際に、必ずそれに相当する長
い格子目盛によって達成できる。
Ｘ＝０にあり、この位置で格子線に応じて、格子Ａ，
Ａ′およびＢが対向しているなら、位置に依存する格子
定数の影響によって、分割ビーム束の間の位相のずれと
成るビームの傾きδΘ，δφ，δφ′が生じる。これ等
の位相のずれは格子定数ａに依存する。これ等の位相の
ずれを小さく維持する必要がある。何故なら、検出器Ｄ
−１，Ｄ０，Ｄ１によって得られた信号波形Ｓn(X), n
＝ -1, 0, 1 が格子Ａ，Ｂ，Ａ′の間隔ａに無関係であ
るからである。この場合、指数「ｎ」はｎ次の合成次数
である。この条件は、局部的な格子定数ｄ(x) の変化、
δd(X)/δx の変動が小さい値に制限されている時に満
たされる。このことは、実際に、必ずそれに相当する長
い格子目盛によって達成できる。
【０００９】この発明の思想は、格子定数の半分に等し
い一周期の周期信号を出力する通常の３格子発生器から
派出している。連続可変格子を使用する場合、この格子
は基本的にそれぞれ一定であるが異なった格子定数の多
くの小さな部分格子に分解される。各部分格子は、格子
Ｂが僅かに移動Ｘすると、異なった周波数の周期信号を
出力する。全ての信号周波数を重ね合わせることによっ
て、非周期的な信号波形Ｓn(x),つまりフーリェ積分で
連続周波数スペクトルの重ね合わせに似ている波形が生
じる。
い一周期の周期信号を出力する通常の３格子発生器から
派出している。連続可変格子を使用する場合、この格子
は基本的にそれぞれ一定であるが異なった格子定数の多
くの小さな部分格子に分解される。各部分格子は、格子
Ｂが僅かに移動Ｘすると、異なった周波数の周期信号を
出力する。全ての信号周波数を重ね合わせることによっ
て、非周期的な信号波形Ｓn(x),つまりフーリェ積分で
連続周波数スペクトルの重ね合わせに似ている波形が生
じる。
【００１０】目盛方向ｘの局部目盛周期ｄ(x) の種々の
関数依存性は異なった信号波形Ｓn(x) を与える。格子
の刻線部分に相当するウェブの高さ、ウェブの幅、ウェ
ブの長さ、透過度、吸収度、ウェブの形状のような他の
格子パラメータの場所に依存する変化によっても、連続
可変格子を使用する場合、信号波形Ｓn(x) に影響を与
える。
関数依存性は異なった信号波形Ｓn(x) を与える。格子
の刻線部分に相当するウェブの高さ、ウェブの幅、ウェ
ブの長さ、透過度、吸収度、ウェブの形状のような他の
格子パラメータの場所に依存する変化によっても、連続
可変格子を使用する場合、信号波形Ｓn(x) に影響を与
える。
【００１１】信号波形Ｓn(x) は、その外、個別部分格
子に寄与する個々の周波数成分の位相によっても決定さ
れる。回折格子Ｂの部分格子中の個々の格子の刻線部分
であるウェブを回折格子ＡとＡ′の対応するものに対し
て移動させることによって、これ等の位相を可変でき
る。つまり、信号波形Ｓn(x) を広い限界の内で可変で
きる。
子に寄与する個々の周波数成分の位相によっても決定さ
れる。回折格子Ｂの部分格子中の個々の格子の刻線部分
であるウェブを回折格子ＡとＡ′の対応するものに対し
て移動させることによって、これ等の位相を可変でき
る。つまり、信号波形Ｓn(x) を広い限界の内で可変で
きる。
【００１２】図２には、入射光原理によるこの発明の装
置の一例が示してある。光源Ｌ（LED)のビームは、集光
レンズ２によって平行ビームにされ、位相格子ＡとＢで
回折して反射される。集光レンズ２の焦点面には、光源
Ｌの０次および高次の回折像が生じる。これ等の回折像
は受光素子Ｄ−１，Ｄ０とＤ１によって検出される。受
光素子Ｄ−１とＤ１は、合成された−１あるいは＋１次
の連続可変格子の異なった回折角度を捕捉できるのに充
分な長さを持っている。
置の一例が示してある。光源Ｌ（LED)のビームは、集光
レンズ２によって平行ビームにされ、位相格子ＡとＢで
回折して反射される。集光レンズ２の焦点面には、光源
Ｌの０次および高次の回折像が生じる。これ等の回折像
は受光素子Ｄ−１，Ｄ０とＤ１によって検出される。受
光素子Ｄ−１とＤ１は、合成された−１あるいは＋１次
の連続可変格子の異なった回折角度を捕捉できるのに充
分な長さを持っている。
【００１３】図３には、図２のウェブ III／III から見
た測定装置の平面図が示してある。光源Ｌは光軸からず
らして配設されている。従って、０次の回折像は光源に
戻ってこなくて、それに応じて配設されている受光検出
器Ｄ０にずれて入射する。しかし、これ等の光源は、０
次より高次のもののみを評価する場合には、光軸上にあ
る。
た測定装置の平面図が示してある。光源Ｌは光軸からず
らして配設されている。従って、０次の回折像は光源に
戻ってこなくて、それに応じて配設されている受光検出
器Ｄ０にずれて入射する。しかし、これ等の光源は、０
次より高次のもののみを評価する場合には、光軸上にあ
る。
【００１４】欧州特許第 0 163 362 B1 号明細書によ
り、格子パラメータによって合成回折次数間の位相のず
れを調節できることは公知である。上記の位相のずれ
は、この発明によれば、各周波数成分に対して独立に調
節でき、局部的な格子パラメータをそれに応じて選択し
ている。
り、格子パラメータによって合成回折次数間の位相のず
れを調節できることは公知である。上記の位相のずれ
は、この発明によれば、各周波数成分に対して独立に調
節でき、局部的な格子パラメータをそれに応じて選択し
ている。
【００１５】図４と図５には、連続可変格子ＡとＢが、
図２の IV/IVおよび V/V方向から見た矢視図に相当する
ようにして、模式的に示してある。ここでは、格子Ａの
ｎ次の格子ウェブの縁ＸAn- とＸAn+ が格子Ｂのｎ次の
ウェブの縁ＸBn- とＸBn+ に比べて移動していて、信号
の１位相のずれに成っている。
図２の IV/IVおよび V/V方向から見た矢視図に相当する
ようにして、模式的に示してある。ここでは、格子Ａの
ｎ次の格子ウェブの縁ＸAn- とＸAn+ が格子Ｂのｎ次の
ウェブの縁ＸBn- とＸBn+ に比べて移動していて、信号
の１位相のずれに成っている。
【００１６】図６には、図２の VI/VIから見た矢視図に
相当する受光検出器Ｄ−１，Ｄ０，Ｄ１と光源Ｌの配置
が示してある。図７には、走査板Ａと、基準パルスを使
う増分測長系の目盛ホルダーＢとの上にある格子の可能
性のある一つの配置が示してある。走査板Ａの周期的な
目盛視野４は、測長検出器の増分信号を発生させる目盛
ホルダーＢの周期的な目盛板目盛７と一緒に使用され
る。この目盛トラック６は連続可変格子を有する領域Ｒ
と、それに続く、周期的に目盛ってある領域Ｓに分割さ
れている。基準パルスが発生する目盛ホルダーＢの原点
位置Ｘ＝０では、走査板Ａの目盛視野３が目盛トラック
６の領域Ｒの上にある。連続可変格子は、合成０次の回
折次数で正相信号が、また±１の回折次数で逆相信号が
発生するように設計されている。目盛ホルダーＢを零位
置からずらすと、周期的な格子が目盛トラック６の領域
Ｓで、逆相の受光素子に光が入射しなく、正相の受光素
子に入射することを保証する。周知のように、正相信号
と逆相信号が差を持って切り換わり、しきい値レベルの
とき、零レベルの近くで基準パルスを作動させる。こう
して、基準パルスが広い範囲で照明強度に無関係になっ
ている。プリズム５は、最終的に基準パルスの回折ビー
ムと増分測長検出器の回折ビームを分離するために使用
される。
相当する受光検出器Ｄ−１，Ｄ０，Ｄ１と光源Ｌの配置
が示してある。図７には、走査板Ａと、基準パルスを使
う増分測長系の目盛ホルダーＢとの上にある格子の可能
性のある一つの配置が示してある。走査板Ａの周期的な
目盛視野４は、測長検出器の増分信号を発生させる目盛
ホルダーＢの周期的な目盛板目盛７と一緒に使用され
る。この目盛トラック６は連続可変格子を有する領域Ｒ
と、それに続く、周期的に目盛ってある領域Ｓに分割さ
れている。基準パルスが発生する目盛ホルダーＢの原点
位置Ｘ＝０では、走査板Ａの目盛視野３が目盛トラック
６の領域Ｒの上にある。連続可変格子は、合成０次の回
折次数で正相信号が、また±１の回折次数で逆相信号が
発生するように設計されている。目盛ホルダーＢを零位
置からずらすと、周期的な格子が目盛トラック６の領域
Ｓで、逆相の受光素子に光が入射しなく、正相の受光素
子に入射することを保証する。周知のように、正相信号
と逆相信号が差を持って切り換わり、しきい値レベルの
とき、零レベルの近くで基準パルスを作動させる。こう
して、基準パルスが広い範囲で照明強度に無関係になっ
ている。プリズム５は、最終的に基準パルスの回折ビー
ムと増分測長検出器の回折ビームを分離するために使用
される。
【００１７】図８には、基準パルスを用いる増分式測長
検出器の他の実施例が示してある。走査板Ａには、増分
式測長検出器の目盛視野４の傍に、連続可変格子を有す
る二つの分離した目盛視野８ａと８ｂ、および目盛のな
い窓８ｃがある。プリズム１０は視野８ａの０次の合成
回折次数の光を正相信号用の受光素子に偏向させる。視
野８ｂと８ｃの０次の回折次数の光はプリズム１１によ
って一緒に逆相信号用の受光素子に導入される。±１の
合成回折次数の光は、基準パルス発生器のこの配置では
評価されない。
検出器の他の実施例が示してある。走査板Ａには、増分
式測長検出器の目盛視野４の傍に、連続可変格子を有す
る二つの分離した目盛視野８ａと８ｂ、および目盛のな
い窓８ｃがある。プリズム１０は視野８ａの０次の合成
回折次数の光を正相信号用の受光素子に偏向させる。視
野８ｂと８ｃの０次の回折次数の光はプリズム１１によ
って一緒に逆相信号用の受光素子に導入される。±１の
合成回折次数の光は、基準パルス発生器のこの配置では
評価されない。
【００１８】基準パルスを出力する目盛ホルダーＢの零
点Ｘ＝０では、連続可変目盛視野８ａが目盛ホルダーＢ
のトラック１２ａの領域Ｔの上に、また視野８ｂが領域
ＧＴの上にある。連続可変格子は、零点位置Ｘ＝０で最
大の正相信号と最小の逆相信号が発生するように設計さ
れている（図９を参照）。
点Ｘ＝０では、連続可変目盛視野８ａが目盛ホルダーＢ
のトラック１２ａの領域Ｔの上に、また視野８ｂが領域
ＧＴの上にある。連続可変格子は、零点位置Ｘ＝０で最
大の正相信号と最小の逆相信号が発生するように設計さ
れている（図９を参照）。
【００１９】零点位置Ｘ＝０での最小の逆相信号は、こ
の場合、トラック１２ａの上の領域ＧＴの付属格子ウェ
ブに対して目盛窓８ｂの格子ウェブを約局部格子定数の
４分の１ほど移動させると生じる。更に、注意すべきこ
とは、正相と逆相の連続可変格子が逆向きになっている
ため、最小の局部格子定数が内側にあることである。例
えば、正相に付属する目盛窓８ａがトラック１２ａの領
域ＧＴにわたって移動すると、他の信号パルスが発生し
ない。
の場合、トラック１２ａの上の領域ＧＴの付属格子ウェ
ブに対して目盛窓８ｂの格子ウェブを約局部格子定数の
４分の１ほど移動させると生じる。更に、注意すべきこ
とは、正相と逆相の連続可変格子が逆向きになっている
ため、最小の局部格子定数が内側にあることである。例
えば、正相に付属する目盛窓８ａがトラック１２ａの領
域ＧＴにわたって移動すると、他の信号パルスが発生し
ない。
【００２０】走査板の上の窓８ｃと、目盛ホルダーＢの
上の補助トラック１２ｂによって、零点位置Ｘ±０の外
では、逆相信号が正相信号に比べてずれているので、乱
れに対する安全姓が向上する。
上の補助トラック１２ｂによって、零点位置Ｘ±０の外
では、逆相信号が正相信号に比べてずれているので、乱
れに対する安全姓が向上する。
【００２１】このトラック１２ｂは、更に位相格子１３
を担持している。この格子の０次の回折次数の光は格子
のパラメータを選択して抑制され、それには反射領域が
接続している。位置Ｘ＝０でのみ、格子１３は窓８ｃを
経由してビームが逆相の受光素子に入射することを防止
する。
を担持している。この格子の０次の回折次数の光は格子
のパラメータを選択して抑制され、それには反射領域が
接続している。位置Ｘ＝０でのみ、格子１３は窓８ｃを
経由してビームが逆相の受光素子に入射することを防止
する。
【００２２】窓８ｃを経由してビームが逆相の受光素子
に入射するのを防止するため、一つの格子の代わりに、
例えばトラック１２ｂの上に光吸収領域を設けてもよ
い。３格子原理を回転検出器、つまりロータリエンコー
ダに応用することもできることが知られている。それ
故、図１６に示すように、連続可変ラジアル目盛を使用
するか、連続可変目盛を円筒面上に付けて、この発明に
よる回転検出器も構成することも、この発明の枠内にあ
る。
に入射するのを防止するため、一つの格子の代わりに、
例えばトラック１２ｂの上に光吸収領域を設けてもよ
い。３格子原理を回転検出器、つまりロータリエンコー
ダに応用することもできることが知られている。それ
故、図１６に示すように、連続可変ラジアル目盛を使用
するか、連続可変目盛を円筒面上に付けて、この発明に
よる回転検出器も構成することも、この発明の枠内にあ
る。
【００２３】ここに説明する装置によって、連続可変格
子の構成に応じて、移動量Ｘに依存して非常に異なった
信号波形を形成できる。その場合、上記の装置の応用は
基準パルスの発生に限定されるものではない。つまり、
異なった零センサに適する信号波形も発生させることが
できる。
子の構成に応じて、移動量Ｘに依存して非常に異なった
信号波形を形成できる。その場合、上記の装置の応用は
基準パルスの発生に限定されるものではない。つまり、
異なった零センサに適する信号波形も発生させることが
できる。
【００２４】図１０に位置測定装置の構成をもう一度示
す。殊に回折格子Ａ，ＢとＡ′の特別な構造を示す。図
１１には、３格子発生器としての他の測定装置が模式的
に示してある。この装置の機能は、図２に示した装置に
似ているが、相違点は走査目盛として連続可変振幅格子
Ａ１１を使用して、この３格子発生器１１１の異なった
合成回折次数の光が同じ位相の信号を出力し、そのため
最早受光素子Ｄ１１に分離して偏向させる必要がない。
従って、ここでは焦点距離の短いレンズ２１１を実現さ
せることもできる。
す。殊に回折格子Ａ，ＢとＡ′の特別な構造を示す。図
１１には、３格子発生器としての他の測定装置が模式的
に示してある。この装置の機能は、図２に示した装置に
似ているが、相違点は走査目盛として連続可変振幅格子
Ａ１１を使用して、この３格子発生器１１１の異なった
合成回折次数の光が同じ位相の信号を出力し、そのため
最早受光素子Ｄ１１に分離して偏向させる必要がない。
従って、ここでは焦点距離の短いレンズ２１１を実現さ
せることもできる。
【００２５】図１２では、連続可変目盛板目盛１２がこ
こではどの位置でも連続可変走査目盛Ａ１２の対応する
位置に一致する局部目盛の半分の周期（格子定数）を有
する。光源Ｌ１２のコリメートされた光束は、連続可変
目盛Ａ１２（主として位相格子）を通過して＋１次と−
１次の回折次数の光に分割される。目盛板の目盛Ｂ１２
（同様に主に位相格子）がこの回折次数の光をそれぞれ
再び反対方向に戻す、その結果、前記回折次数の光は目
盛Ａ１２を経由して０次の合成回折次数の光と干渉し、
受光素子Ｄ１２によって検出される。
こではどの位置でも連続可変走査目盛Ａ１２の対応する
位置に一致する局部目盛の半分の周期（格子定数）を有
する。光源Ｌ１２のコリメートされた光束は、連続可変
目盛Ａ１２（主として位相格子）を通過して＋１次と−
１次の回折次数の光に分割される。目盛板の目盛Ｂ１２
（同様に主に位相格子）がこの回折次数の光をそれぞれ
再び反対方向に戻す、その結果、前記回折次数の光は目
盛Ａ１２を経由して０次の合成回折次数の光と干渉し、
受光素子Ｄ１２によって検出される。
【００２６】周期的な目盛を適当な連続可変目盛に置き
換えれば、説明した３格子発生器の走査方法とは異なっ
た方法も想定される。目盛板の走査がその間隔に対して
（大幅に）無関係に許される方法は特に有利である。と
言うのは、連続可変目盛を使用する場合、局部的な目盛
周期の各々が目盛板の間隔が一定に成っていると振動す
る適当な信号成分を出力するからである。間隔に依存し
ない走査方法では、好ましくは目盛板の対称回折次数
（大抵、±１次）の光が干渉する。このことは、このこ
とは、目盛周期の数分の１に等しい上記方法にとって典
型的な信号周期となる。以下では連続可変格子によって
参照パルスを発生させる適当な他の方法の幾つかを枚挙
する。
換えれば、説明した３格子発生器の走査方法とは異なっ
た方法も想定される。目盛板の走査がその間隔に対して
（大幅に）無関係に許される方法は特に有利である。と
言うのは、連続可変目盛を使用する場合、局部的な目盛
周期の各々が目盛板の間隔が一定に成っていると振動す
る適当な信号成分を出力するからである。間隔に依存し
ない走査方法では、好ましくは目盛板の対称回折次数
（大抵、±１次）の光が干渉する。このことは、このこ
とは、目盛周期の数分の１に等しい上記方法にとって典
型的な信号周期となる。以下では連続可変格子によって
参照パルスを発生させる適当な他の方法の幾つかを枚挙
する。
【００２７】図１３と図１４では、２格子発生器が示し
てある。 図１３： 目盛Ａ１３（好ましくは位相格子）の二つの
第一回折次数の光は目盛１１３の位置に干渉縞を形成す
る。この干渉縞は、目盛Ａ１３の対応する位置に比べて
半分の局部目盛周期を有する振幅格子Ｂ１３によって走
査され、検出器Ｄ１３によって検出される。振幅格子Ｂ
１３は検出器１３に直接装着することもできる。従っ
て、言わばこの回折部材がパターン化された検出器によ
って形成される。
てある。 図１３： 目盛Ａ１３（好ましくは位相格子）の二つの
第一回折次数の光は目盛１１３の位置に干渉縞を形成す
る。この干渉縞は、目盛Ａ１３の対応する位置に比べて
半分の局部目盛周期を有する振幅格子Ｂ１３によって走
査され、検出器Ｄ１３によって検出される。振幅格子Ｂ
１３は検出器１３に直接装着することもできる。従っ
て、言わばこの回折部材がパターン化された検出器によ
って形成される。
【００２８】図１４： 光源Ｌ１４のコリメートされた
光束は、連続可変目盛Ａ１４（好ましくは位相格子）を
通過して＋１次と−１次の回折次数の光に分割され、連
続可変目盛Ｂ１４（同様に好ましくは位相格子）を通過
して、再び合成０次回折次数の光の方向に反射する。受
光素子Ｄ１４はこの合成０次回折次数の光を検出する。
光束は、連続可変目盛Ａ１４（好ましくは位相格子）を
通過して＋１次と−１次の回折次数の光に分割され、連
続可変目盛Ｂ１４（同様に好ましくは位相格子）を通過
して、再び合成０次回折次数の光の方向に反射する。受
光素子Ｄ１４はこの合成０次回折次数の光を検出する。
【００２９】図１５には、完全のため、もう一つの入口
格子発生器１１５が示してある。光源Ｌ１５（好ましく
は半導体レーザー光源）の光がレンズ２１５によってコ
リメートされ、連続可変目盛Ａ１５の方に偏向される。
この反射された光束は、この場合、＋１次と−１次の回
折次数の光に分割される。結像光学系（ここでは、同じ
レンズ２１５）は連続可変目盛Ａ１５を検出器Ｄの上に
結像し、両方の回折次数の光を重畳させる。変化する縞
の間隔を有するこの発生した干渉縞は、連続可変格子に
合わせてパターン化されている受光素子Ｄ１５によって
検出される。受光素子Ｄ１５の局部的なパターン周期
は、この場合、もっぱら結像光学系２１５の結像目盛板
に依存する。
格子発生器１１５が示してある。光源Ｌ１５（好ましく
は半導体レーザー光源）の光がレンズ２１５によってコ
リメートされ、連続可変目盛Ａ１５の方に偏向される。
この反射された光束は、この場合、＋１次と−１次の回
折次数の光に分割される。結像光学系（ここでは、同じ
レンズ２１５）は連続可変目盛Ａ１５を検出器Ｄの上に
結像し、両方の回折次数の光を重畳させる。変化する縞
の間隔を有するこの発生した干渉縞は、連続可変格子に
合わせてパターン化されている受光素子Ｄ１５によって
検出される。受光素子Ｄ１５の局部的なパターン周期
は、この場合、もっぱら結像光学系２１５の結像目盛板
に依存する。
【００３０】回折部材としては、必ずしも回折格子を使
用する必要はない。回折構造パターン、例えば格子のス
トライプの代わりに、図１８から判るように、点（円
板）が位置に依存して、しかも急激に変化する場合、他
の回折部材も使用できる。
用する必要はない。回折構造パターン、例えば格子のス
トライプの代わりに、図１８から判るように、点（円
板）が位置に依存して、しかも急激に変化する場合、他
の回折部材も使用できる。
【００３１】更に、連続可変格子を所謂超格子として構
成することもできる。周期的に分割された超格子には、
各目盛周期ないに一つ以上の格子ウェブがある。超格子
構造によって、種々の回折次数の光の回折効果を高めた
り低めることがきる。３格子発生器に走査目盛や目盛板
目盛として周期的な超格子を使用すれば、高調波成分が
超格子構造に依存する走査信号が得られる。超格子構造
を適当に選ぶと、二重周波数（半分の信号周期、２次の
高調波）を有する信号成分や、基本波の振幅値に対する
もっと高次の高調波が増幅される。
成することもできる。周期的に分割された超格子には、
各目盛周期ないに一つ以上の格子ウェブがある。超格子
構造によって、種々の回折次数の光の回折効果を高めた
り低めることがきる。３格子発生器に走査目盛や目盛板
目盛として周期的な超格子を使用すれば、高調波成分が
超格子構造に依存する走査信号が得られる。超格子構造
を適当に選ぶと、二重周波数（半分の信号周期、２次の
高調波）を有する信号成分や、基本波の振幅値に対する
もっと高次の高調波が増幅される。
【００３２】連続可変超格子も、同様に各局部目盛周期
内に一つ以上の格子ウェブを有する。これは、図１９に
目盛板Ａ１９として示してある。超格子構造を適当に選
べば、格子の零点Ｘ＝０の近くの格子配置の各箇所が、
局部目盛周期の半分（基本波）に等しい周期の信号成分
だけでなく、局部目盛周期の４分の１に等しい周期の信
号成分（２次の高調波）あるいは、もっと高次の高調波
も供給する。連続可変格子の局部的な目盛周期が、例え
ばｄ0 から 2ｄ0 まで変わると、零点Ｘ＝０の近くで得
られる信号は、信号周期ｄ0 /2・・・ｄ0 （基本波) お
よびｄ0 /4・・・ｄ0 /2（２次の高調波）あるいはｄ0
/2n ・・・ｄ0 /n（ｎ次の高調波）の成分を有する。つ
まり、局部的な目盛周期を僅かに変えるだけで、広い周
波数スペクトルの信号が得られる。しかし、局部目盛周
期（既に述べた連続可変パラメータδｄ(x)/δx によっ
て規定される) が僅かに変化すると、格子の間隔変化
や、連続可変格子の長さの短縮に関する特に大きな許容
誤差が許される。
内に一つ以上の格子ウェブを有する。これは、図１９に
目盛板Ａ１９として示してある。超格子構造を適当に選
べば、格子の零点Ｘ＝０の近くの格子配置の各箇所が、
局部目盛周期の半分（基本波）に等しい周期の信号成分
だけでなく、局部目盛周期の４分の１に等しい周期の信
号成分（２次の高調波）あるいは、もっと高次の高調波
も供給する。連続可変格子の局部的な目盛周期が、例え
ばｄ0 から 2ｄ0 まで変わると、零点Ｘ＝０の近くで得
られる信号は、信号周期ｄ0 /2・・・ｄ0 （基本波) お
よびｄ0 /4・・・ｄ0 /2（２次の高調波）あるいはｄ0
/2n ・・・ｄ0 /n（ｎ次の高調波）の成分を有する。つ
まり、局部的な目盛周期を僅かに変えるだけで、広い周
波数スペクトルの信号が得られる。しかし、局部目盛周
期（既に述べた連続可変パラメータδｄ(x)/δx によっ
て規定される) が僅かに変化すると、格子の間隔変化
や、連続可変格子の長さの短縮に関する特に大きな許容
誤差が許される。
【００３３】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明による
装置の利点は、基準マークの幅が非常に狭くても、基準
マークの走査が広い走査間隔で可能であり、従って、基
準マークの走査が走査間隔の変化に対して鈍感である点
にある。更に、この装置では、基準マークを異なった構
成にして異なった信号波形を発生させることができる。
従って、例えば多数の基準マークを区別できる。つま
り、信号波形が広い限界内で適当な格子パラメータによ
って設定できる原点センサに対する原点信号を発生させ
ることができる。
装置の利点は、基準マークの幅が非常に狭くても、基準
マークの走査が広い走査間隔で可能であり、従って、基
準マークの走査が走査間隔の変化に対して鈍感である点
にある。更に、この装置では、基準マークを異なった構
成にして異なった信号波形を発生させることができる。
従って、例えば多数の基準マークを区別できる。つま
り、信号波形が広い限界内で適当な格子パラメータによ
って設定できる原点センサに対する原点信号を発生させ
ることができる。
【図１】同じ方式の３つの連続可変格子を有する透過光
装置の零位置（Ｘ＝０）での模式断面図である。
装置の零位置（Ｘ＝０）での模式断面図である。
【図２】入射光法によって動作する測定装置の断面図で
ある。
ある。
【図３】ウェブ III / IIIから見た図２の測定装置の平
面図である。
面図である。
【図４】図２のウェブ IV / IVから見た走査板の部分面
である。
である。
【図５】図２のウェブ V / Vから見た反射位相格子の部
分面である。
分面である。
【図６】図２のウェブ VI / VIから見た集光レンズの焦
点面内での光源と受光素子の部分図である。
点面内での光源と受光素子の部分図である。
【図７】基準パルスを使用する増分式測長系の走査板Ａ
と目盛ホルダーＢの上の格子の有利な配置図である。
と目盛ホルダーＢの上の格子の有利な配置図である。
【図８】基準パルスを使用する増分式測長系に対する格
子の配置の他の実施例を示す図面である。
子の配置の他の実施例を示す図面である。
【図９】図８による走査板と目盛ホルダーで発生する基
準パルスの典型的な信号波形である。
準パルスの典型的な信号波形である。
【図１０】図１で強く模式化した位置測定装置の構造を
明確にする模式図である。
明確にする模式図である。
【図１１】異なった走査原理による測定装置の断面図で
ある。
ある。
【図１２】異なった走査原理による測定装置の断面図で
ある。
ある。
【図１３】異なった走査原理による測定装置の断面図で
ある。
ある。
【図１４】異なった走査原理による測定装置の断面図で
ある。
ある。
【図１５】異なった走査原理による測定装置の断面図で
ある。
ある。
【図１６】連続可変ラジアル格子の平面図である。
【図１７】同心円の回折格子の平面図である。
【図１８】個別円から成る回折構造パターンの平面図で
ある。
ある。
【図１９】連続可変超格子の断面図である。
１ 測定装置 ３，８ａ，８ｂ 連続可変格子の目盛視野 ４ 走査板の目盛視野 ５，１０ プリズム ６ 目盛トラック ８ｃ 窓 １２ａ，１２ｂ トラック １３ 格子 Ａ，Ｂ，Ａ′ 回折格子 Ｌ 光源 Ｄ０，Ｄ−１，Ｄ１ 受光素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウオルフガング・ホルツアプフエル ドイツ連邦共和国、オービング、ブルメン ストラーセ、24
Claims (20)
- 【請求項１】 一つの光源と、回折構造パターンが同じ
であるか、あるいは僅かに異なっている少なくとも二つ
の回折部材と、回折して相互に干渉する分割ビーム束を
検出する複数の検出器とを用いて、信号を発生するため
干渉的に動作する装置において、回折部材Ａ，Ｂ，Ａ′
の回折構造パターンのパラメータが位置に依存して変わ
り、この変化が絶えず行われることを特徴とする装置。 - 【請求項２】 回折部材は回折格子Ａ，Ｂ，Ａ′として
構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装
置。 - 【請求項３】 回折格子Ａ，Ｂ，Ａ′の格子定数は異な
っていて、位置に絶えず依存して変わることを特徴とす
る請求項２に記載の装置。 - 【請求項４】 回折格子は同心円Ａ１７として形成さ
れ、その半径の間隔は異なっていて、絶えず変わること
を特徴とする請求項２に記載の装置。 - 【請求項５】 回折格子Ａ，Ｂ，Ａ′のウェブの高さは
位置に依存して変わることを特徴とする請求項２に記載
の装置。 - 【請求項６】 回折格子Ａ，Ｂ，Ａ′のウェブの幅は位
置に依存して変わることを特徴とする請求項２に記載の
装置。 - 【請求項７】 回折格子Ａ，Ｂ，Ａ′のウェブの長さは
位置に依存して変わることを特徴とする請求項２に記載
の装置。 - 【請求項８】 回折格子Ａ，Ｂ，Ａ′の透過度は位置に
依存して変わることを特徴とする請求項２に記載の装
置。 - 【請求項９】 回折格子Ａ，Ｂ，Ａ′の吸収度は位置に
依存して変わることを特徴とする請求項２に記載の装
置。 - 【請求項１０】 回折格子Ａ，Ｂ，Ａ′のウェブの形状
は位置に依存して変わることを特徴とする請求項２に記
載の装置。 - 【請求項１１】 回折格子Ａ，Ｂ，Ａ′は連続可変格子
として構成されていることを特徴とする請求項２に記載
の装置。 - 【請求項１２】 周期的な付加格子目盛４，７によって
増分式の測長あるいは測角装置１が形成されていること
を特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項１３】 干渉的に動作する装置は零センサとし
て構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装
置。 - 【請求項１４】 光源Ｌは非干渉性であることを特徴と
する請求項１に記載の装置。 - 【請求項１５】 光源Ｌは発光ダイオード(LED) である
ことを特徴とする請求項１４に記載の装置。 - 【請求項１６】 回折構造パターンＡ１８は連続個別回
折部材に合成されていて、円板状に構成されていること
を特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項１７】 回折部材は超格子構造パターンを有す
る回折格子Ａ１９として形成されていることを特徴とす
る請求項１に記載の装置。 - 【請求項１８】 超格子構造パターンは１局部格子定数
当たり１個以上の格子ウェブによって形成されているこ
とを特徴とする請求項１７に記載の装置。 - 【請求項１９】 回折構造パターンは半径方向の目盛Ａ
１６として形成されていることを特徴とする請求項１ま
たは１２に記載の装置。 - 【請求項２０】 回折部材は位相格子Ａ，Ｂ；Ｂ１１；
Ａ１２，Ｂ１２；Ａ１３；Ａ１４，Ｂ１４；Ａ１５；Ａ
１９として、あるいは振幅格子Ａ１１；Ｂ１３；Ｄ１５
として形成されていることを特徴とする請求項１に記載
の装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE911081198 | 1991-05-18 | ||
| EP91108119A EP0513427B1 (de) | 1991-05-18 | 1991-05-18 | Interferentielle Positionsmessvorrichtung |
| DE91108119:8 | 1991-05-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05133769A true JPH05133769A (ja) | 1993-05-28 |
| JP2501714B2 JP2501714B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=8206744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4122280A Expired - Fee Related JP2501714B2 (ja) | 1991-05-18 | 1992-05-14 | 干渉位置測定装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5428445A (ja) |
| EP (1) | EP0513427B1 (ja) |
| JP (1) | JP2501714B2 (ja) |
| AT (1) | ATE108274T1 (ja) |
| DE (3) | DE59102126D1 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7573580B2 (en) | 2003-11-17 | 2009-08-11 | Asml Holding N.V. | Optical position measuring system and method using a low coherence light source |
| JP2012500981A (ja) * | 2008-08-28 | 2012-01-12 | ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲーエムベーハー | 光学式位置測定装置 |
| JP2012242395A (ja) * | 2011-05-18 | 2012-12-10 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | 光学式位置測定装置 |
| JP2016008965A (ja) * | 2014-06-26 | 2016-01-18 | ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツングＤｒ． Ｊｏｈａｎｎｅｓ Ｈｅｉｄｅｎｈａｉｎ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ Ｍｉｔｂｅｓｃｈｒａｎｋｔｅｒ Ｈａｆｔｕｎｇ | エンコーダ |
| US20200408571A1 (en) * | 2019-06-27 | 2020-12-31 | Dmg Mori Co., Ltd. | Detection Device |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE192566T1 (de) * | 1994-02-23 | 2000-05-15 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Positionsmessvorrichtung |
| JP3256628B2 (ja) * | 1994-05-23 | 2002-02-12 | 株式会社リコー | エンコーダ装置 |
| DE19511068A1 (de) * | 1995-03-25 | 1996-09-26 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung |
| JP3215289B2 (ja) * | 1995-04-17 | 2001-10-02 | オークマ株式会社 | スケール及びエンコーダ |
| DE19521295C2 (de) * | 1995-06-10 | 2000-07-13 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung |
| US6094307A (en) * | 1996-05-17 | 2000-07-25 | Okuma Corporation | Optical grating and encoder |
| DE19748802B4 (de) * | 1996-11-20 | 2010-09-09 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Optische Positionsmeßeinrichtung |
| DE19652562C2 (de) * | 1996-12-17 | 1999-07-22 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Positionsmeßeinrichtung |
| DE19726935B4 (de) * | 1997-06-25 | 2014-06-12 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Optische Positionsmeßeinrichtung |
| AT410485B (de) * | 1997-07-30 | 2003-05-26 | Rsf Elektronik Gmbh | Positionsmesseinrichtung |
| DE19754595B4 (de) * | 1997-12-10 | 2011-06-01 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung |
| DE19815241A1 (de) | 1998-04-04 | 1999-10-07 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Positionsmeßeinrichtung |
| EP0978708B1 (de) * | 1998-08-01 | 2005-10-05 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Rotatorische Positionsmesseinrichtung |
| US6109477A (en) | 1999-03-31 | 2000-08-29 | Marconi Commerce Systems Inc. | Signature pulse generator and method of detecting tampering with a fueling operation |
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