JPH06300587A - 真空用光学式位置検出装置および方法 - Google Patents
真空用光学式位置検出装置および方法Info
- Publication number
- JPH06300587A JPH06300587A JP11409693A JP11409693A JPH06300587A JP H06300587 A JPH06300587 A JP H06300587A JP 11409693 A JP11409693 A JP 11409693A JP 11409693 A JP11409693 A JP 11409693A JP H06300587 A JPH06300587 A JP H06300587A
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- Japan
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- laser light
- beam splitter
- vacuum chamber
- convex lens
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 真空容器内部へ貫通していた光ファイバをな
くし、高真空を維持して、真空容器内の被検物の変位量
または変位角を検出するエンコーダ装置を提供する。 【構成】 投光部としてのレーザ光源、受光部としての
光検出器および変位量もしくは変位角を演算する信号処
理部を真空チャンバーの外部に配置し、スリットパター
ンを備えた移動スリット板、レーザ光を収束・発散させ
るための凸レンズを真空チャンバー内部に配置し、前記
レーザ光源から出力される前記レーザ光をビームスプリ
ッタとビューポートを介して前記凸レンズへ導き前記レ
ーザ光を収束し、前記移動スリット板に照射し、前記ス
リットパターンによる回折光を生じさせ、前記スリット
パターンに対応した光強度をもつ回折反射光を前記ビュ
ーポートを透過し、前記真空チャンバー外部に配置した
前記光検出器によって受光し、前記移動スリット板の変
位量および変位角を検出する。
くし、高真空を維持して、真空容器内の被検物の変位量
または変位角を検出するエンコーダ装置を提供する。 【構成】 投光部としてのレーザ光源、受光部としての
光検出器および変位量もしくは変位角を演算する信号処
理部を真空チャンバーの外部に配置し、スリットパター
ンを備えた移動スリット板、レーザ光を収束・発散させ
るための凸レンズを真空チャンバー内部に配置し、前記
レーザ光源から出力される前記レーザ光をビームスプリ
ッタとビューポートを介して前記凸レンズへ導き前記レ
ーザ光を収束し、前記移動スリット板に照射し、前記ス
リットパターンによる回折光を生じさせ、前記スリット
パターンに対応した光強度をもつ回折反射光を前記ビュ
ーポートを透過し、前記真空チャンバー外部に配置した
前記光検出器によって受光し、前記移動スリット板の変
位量および変位角を検出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は真空用位置検出器に関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、真空装置用エンコーダ装置は図３
に示すようになっている（実開平２−１１８８２４）。
１は真空チャンバー、７はビューポ−ト、９０は発光素
子、９１は第２の光ファイバ、９２は方向性結合器、９
３は第１の光ファイバ、９４は凸レンズ、９５は固定ス
ケール、９６は可動スケール、９７は第３の光ファイ
バ、９８は受光素子である。発光素子９０からの出射光
は、第２の光フィアバ９１、方向性結合器９２、第１の
光ファイバ９３、凸レンズ９４、固定スケール９５、可
動スケール９６、固定スケール９５、第１の光ファイバ
９３、方向性結合器９２、第３の光ファイバ９７、受光
素子９８の順で真空容器内外を伝送され、可動スケール
の変位信号がセンシングされる。
に示すようになっている（実開平２−１１８８２４）。
１は真空チャンバー、７はビューポ−ト、９０は発光素
子、９１は第２の光ファイバ、９２は方向性結合器、９
３は第１の光ファイバ、９４は凸レンズ、９５は固定ス
ケール、９６は可動スケール、９７は第３の光ファイ
バ、９８は受光素子である。発光素子９０からの出射光
は、第２の光フィアバ９１、方向性結合器９２、第１の
光ファイバ９３、凸レンズ９４、固定スケール９５、可
動スケール９６、固定スケール９５、第１の光ファイバ
９３、方向性結合器９２、第３の光ファイバ９７、受光
素子９８の順で真空容器内外を伝送され、可動スケール
の変位信号がセンシングされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来技術で
は、真空容器内部へ光ファイバが貫通しているため、こ
の貫通部分からの真空漏れがあり、高真空を維持するこ
とが困難になるという問題があった。そこで本発明は、
真空容器内部へ貫通していた光ファイバをなくし、高真
空を維持して、真空容器内の被検物の変位量または変位
角を検出するエンコーダ装置とその検出方法を提供する
ことを目的とする。
は、真空容器内部へ光ファイバが貫通しているため、こ
の貫通部分からの真空漏れがあり、高真空を維持するこ
とが困難になるという問題があった。そこで本発明は、
真空容器内部へ貫通していた光ファイバをなくし、高真
空を維持して、真空容器内の被検物の変位量または変位
角を検出するエンコーダ装置とその検出方法を提供する
ことを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明はレーザ光源と、前記レーザ光源からの入射
レーザ光を二分するビームスプリッタと、前記ビームス
プリッタで反射される前記レーザ光を検出する光検出器
を真空チャンバー外部に配置した光学系と、前記ビーム
スプリッタを透過した前記レーザ光を収束または発散さ
せる凸レンズと、前記凸レンズを透過した前記レーザ光
が照射されるスリットパターンを備えた移動スリット板
を前記真空チャンバー内部に配置した位置検出部と、前
記真空チャンバーに備えたビューポートと、前記光学系
と前記位置検出部との信号伝送を前記ビューポートを介
して行ない、前記光検出器の出力信号から前記移動スリ
ット板の変位量および変位角を演算する演算処理回路と
を備える。 また、前記レーザ光源から出力される前記
レーザ光をビームスプリッタとビューポートを介して前
記凸レンズへ導き前記レーザ光を収束し、前記移動スリ
ット板に照射し、前記スリットパターンによる回折光を
生じさせ、前記スリットパターンに対応した光強度をも
つ回折反射光を前記ビューポートを透過させ、前記真空
チャンバー外部に配置した前記光検出器によって前記移
動スリット板の変位量および変位角を検出する。
め、本発明はレーザ光源と、前記レーザ光源からの入射
レーザ光を二分するビームスプリッタと、前記ビームス
プリッタで反射される前記レーザ光を検出する光検出器
を真空チャンバー外部に配置した光学系と、前記ビーム
スプリッタを透過した前記レーザ光を収束または発散さ
せる凸レンズと、前記凸レンズを透過した前記レーザ光
が照射されるスリットパターンを備えた移動スリット板
を前記真空チャンバー内部に配置した位置検出部と、前
記真空チャンバーに備えたビューポートと、前記光学系
と前記位置検出部との信号伝送を前記ビューポートを介
して行ない、前記光検出器の出力信号から前記移動スリ
ット板の変位量および変位角を演算する演算処理回路と
を備える。 また、前記レーザ光源から出力される前記
レーザ光をビームスプリッタとビューポートを介して前
記凸レンズへ導き前記レーザ光を収束し、前記移動スリ
ット板に照射し、前記スリットパターンによる回折光を
生じさせ、前記スリットパターンに対応した光強度をも
つ回折反射光を前記ビューポートを透過させ、前記真空
チャンバー外部に配置した前記光検出器によって前記移
動スリット板の変位量および変位角を検出する。
【０００５】
【作用】本発明は、光学素子および電子回路を真空チャ
ンバー外に配置した構造であるので、高耐熱性、低発ガ
ス性に優れ、また従来のスリットと同じ光強度分布が得
られる。ここで光検出器上の光強度分布は光回折の原理
から従来のスリットパターンと同じ分布となる。これは
次の説明による。スリットのピッチをｄとするとスリッ
ト板上の反射光分布は次式で表される複素振幅をもつ。
ンバー外に配置した構造であるので、高耐熱性、低発ガ
ス性に優れ、また従来のスリットと同じ光強度分布が得
られる。ここで光検出器上の光強度分布は光回折の原理
から従来のスリットパターンと同じ分布となる。これは
次の説明による。スリットのピッチをｄとするとスリッ
ト板上の反射光分布は次式で表される複素振幅をもつ。
【０００６】
【数１】
【０００７】コヒーレント光であるレーザから出射され
た光はスリットディスク上で回折し光検出器上では回折
理論より(1) 式の複素振幅分布は次式のようになる。
た光はスリットディスク上で回折し光検出器上では回折
理論より(1) 式の複素振幅分布は次式のようになる。
【０００８】
【数２】
【０００９】(2) 式から定数係数を除いて次式になる。
【００１０】
【数３】
【００１１】ここで光強度分布を示す(3) 式の絶対値の
２乗は(1) 式の絶対値の２乗と一致する。この原理によ
って光検出器の光強度分布とスリットパターンが等しく
なる。これによって、得られる光強度分布は、従来の光
源、スリット板、受光素子、信号処理回路等を一体化し
た光エンコーダと同じであるので、位置の演算方法にお
いては、従来と同じ信号処理方法が利用できる。またレ
ーザ光を使用し、スリット板上のスリットパターンを拡
大するために用いられる凸レンズにより、光源とスリッ
ト板との間の距離を離すことができ、また前記の距離を
離しても従来の分解能を保つことができる。ここで、凸
レンズによる光検出器上におけるスリットパターンの倍
率は次式で表される。
２乗は(1) 式の絶対値の２乗と一致する。この原理によ
って光検出器の光強度分布とスリットパターンが等しく
なる。これによって、得られる光強度分布は、従来の光
源、スリット板、受光素子、信号処理回路等を一体化し
た光エンコーダと同じであるので、位置の演算方法にお
いては、従来と同じ信号処理方法が利用できる。またレ
ーザ光を使用し、スリット板上のスリットパターンを拡
大するために用いられる凸レンズにより、光源とスリッ
ト板との間の距離を離すことができ、また前記の距離を
離しても従来の分解能を保つことができる。ここで、凸
レンズによる光検出器上におけるスリットパターンの倍
率は次式で表される。
【００１２】
【数４】
【００１３】ここでb1は凸レンズ−スリット板間距離、
b2は凸レンズ−光検出器間距離、fは凸レンズ焦点距離
を表す。
b2は凸レンズ−光検出器間距離、fは凸レンズ焦点距離
を表す。
【００１４】
【実施例】ロータリエンコーダもリニアエンコーダも原
理は同じであるので以下、図にしたがって説明する。図
１は本発明である真空用位置検出装置の実施例、図２は
本発明である真空用位置検出部のさらに詳しい構成を表
す説明図である。図１において1 は真空チャンバー、2
は真空チャンバー内に設置されたステージ、3 は真空用
モータに取り付けられた位置検出部で、その内部には回
転スリット板5 が取り付けられており、また回転スリッ
ト板に外部から光が入射されるように窓があり、その窓
に凸レンズ4 が取り付けられている。ビューポートを介
して真空チャンバー外に光学系8 が取り付けられてい
る。9 はレーザ光源用および信号処理回路用電源、10は
光センサからの信号を位置信号に変換する信号処理回路
である。さらに図２において光学系8 を詳しく説明する
と、81はレーザ光源、82は前記レーザ光源からの出射
光、83は光を進行方向に対して90゜反射する方向と入射
方向に対して透過する方向とに２分するビームスプリッ
タ、84は光を受光し光信号を電気信号に変換する光検出
器である。レーザ光源81から出射したレーザ光82をビー
ムスプリッタ83に入射させ、透過したレーザ光をビュー
ポート7 を透過して凸レンズ4 に入射させる。そのレー
ザ光を凸レンズによって、いったん収束させまた発散さ
せながら回転スリット板5上に照射させる。その反射光
はスリットパターンの透過率分布と同じ光強度分布を持
つ回折光であり、その回折光を発散させながらスリット
パターン上に入射させたときと同じ光路を通りビームス
プリッタ83で90゜反射して光検出器84に入射させる。光
検出器上で移動スリットからの回折光の光強度を電気信
号に変換し、演算処理回路10によってその電気信号から
移動スリットの位置を演算して求める。
理は同じであるので以下、図にしたがって説明する。図
１は本発明である真空用位置検出装置の実施例、図２は
本発明である真空用位置検出部のさらに詳しい構成を表
す説明図である。図１において1 は真空チャンバー、2
は真空チャンバー内に設置されたステージ、3 は真空用
モータに取り付けられた位置検出部で、その内部には回
転スリット板5 が取り付けられており、また回転スリッ
ト板に外部から光が入射されるように窓があり、その窓
に凸レンズ4 が取り付けられている。ビューポートを介
して真空チャンバー外に光学系8 が取り付けられてい
る。9 はレーザ光源用および信号処理回路用電源、10は
光センサからの信号を位置信号に変換する信号処理回路
である。さらに図２において光学系8 を詳しく説明する
と、81はレーザ光源、82は前記レーザ光源からの出射
光、83は光を進行方向に対して90゜反射する方向と入射
方向に対して透過する方向とに２分するビームスプリッ
タ、84は光を受光し光信号を電気信号に変換する光検出
器である。レーザ光源81から出射したレーザ光82をビー
ムスプリッタ83に入射させ、透過したレーザ光をビュー
ポート7 を透過して凸レンズ4 に入射させる。そのレー
ザ光を凸レンズによって、いったん収束させまた発散さ
せながら回転スリット板5上に照射させる。その反射光
はスリットパターンの透過率分布と同じ光強度分布を持
つ回折光であり、その回折光を発散させながらスリット
パターン上に入射させたときと同じ光路を通りビームス
プリッタ83で90゜反射して光検出器84に入射させる。光
検出器上で移動スリットからの回折光の光強度を電気信
号に変換し、演算処理回路10によってその電気信号から
移動スリットの位置を演算して求める。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、真
空容器を貫通していた光ファイバをなくすことにより、
高真空を維持して、真空容器内の被検物の変位量または
変位角を検出することができる。
空容器を貫通していた光ファイバをなくすことにより、
高真空を維持して、真空容器内の被検物の変位量または
変位角を検出することができる。
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】本発明の実施例中の位置検出部をさらに詳しく
説明した図である。
説明した図である。
【図３】従来例
１ 真空チャンバー ２ ステージ ３ 位置検出部 ４ 凸レンズ ５ 回転スリット板 ６ 真空用モータ ７ ビューポート ８ 光学系 ９ 電源 １０ 演算処理回路 １１ 位置出力信号 ８１ レーザ光源 ８２ レーザ光 ８３ ビームスプリッタ ８４ 光検出器 ９０ 発光素子 ９１ 第２の光ファイバ ９２ 方向性結合器 ９３ 第２の光ファイバ ９４ 凸レンズ ９５ 固定スケール ９６ 可動スケール ９７ 第３の光ファイバ ９８ 受光素子
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザ光源と、前記レーザ光源からの入
射レーザ光を二分するビームスプリッタと、前記ビーム
スプリッタで反射される前記レーザ光を検出する光検出
器を真空チャンバー外部に配置した光学系と、 前記ビームスプリッタを透過した前記レーザ光を収束ま
たは発散させる凸レンズと、前記凸レンズを透過した前
記レーザ光が照射されるスリットパターンを備えた移動
スリット板を前記真空チャンバー内部に配置した位置検
出部と、 前記真空チャンバーに備えたビューポートと、 前記光学系と前記位置検出部との信号伝送を前記ビュー
ポートを介して行ない、前記光検出器の出力信号から前
記移動スリット板の変位量および変位角を演算する演算
処理回路とからなることを特徴とする真空用光学式位置
検出装置。 - 【請求項２】 レーザ光源と、前記レーザ光源からの入
射レーザ光を二分するビームスプリッタと、前記ビーム
スプリッタで反射される前記レーザ光を検出する光検出
器を真空チャンバー外部に配置した光学系と、前記ビー
ムスプリッタを透過した前記レーザ光を収束または発散
させる凸レンズと、前記凸レンズを透過した前記レーザ
光が照射されるスリットパターンを備えた移動スリット
板を前記真空チャンバー内部に配置した位置検出部と、
前記真空チャンバーに備えたビューポートにおいて、 前記レーザ光源から出力される前記レーザ光をビームス
プリッタとビューポートを介して前記凸レンズへ導き前
記レーザ光を収束し、 前記移動スリット板に照射し、前記スリットパターンに
よる回折光を生じさせ、前記スリットパターンに対応し
た光強度をもつ回折反射光を前記ビューポートを透過さ
せ、 前記真空チャンバー外部に配置した前記光検出器によっ
て前記移動スリット板の変位量および変位角を検出する
ことを特徴とする真空用光学式位置検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11409693A JPH06300587A (ja) | 1993-04-16 | 1993-04-16 | 真空用光学式位置検出装置および方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11409693A JPH06300587A (ja) | 1993-04-16 | 1993-04-16 | 真空用光学式位置検出装置および方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06300587A true JPH06300587A (ja) | 1994-10-28 |
Family
ID=14629016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11409693A Pending JPH06300587A (ja) | 1993-04-16 | 1993-04-16 | 真空用光学式位置検出装置および方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06300587A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10082385B2 (en) | 2015-12-14 | 2018-09-25 | Institute For Basic Science | System for measuring displacement of accelerating tube in high-vacuum chamber by using micro-alignment telescope and method thereof |
| JP2022024140A (ja) * | 2016-03-21 | 2022-02-08 | パーシモン テクノロジーズ コーポレイション | 隔離された光学エンコーダを備えるロボット駆動装置 |
-
1993
- 1993-04-16 JP JP11409693A patent/JPH06300587A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10082385B2 (en) | 2015-12-14 | 2018-09-25 | Institute For Basic Science | System for measuring displacement of accelerating tube in high-vacuum chamber by using micro-alignment telescope and method thereof |
| JP2022024140A (ja) * | 2016-03-21 | 2022-02-08 | パーシモン テクノロジーズ コーポレイション | 隔離された光学エンコーダを備えるロボット駆動装置 |
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