JPH0755424A - 光電式位置測定装置 - Google Patents
光電式位置測定装置Info
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- JPH0755424A JPH0755424A JP6077321A JP7732194A JPH0755424A JP H0755424 A JPH0755424 A JP H0755424A JP 6077321 A JP6077321 A JP 6077321A JP 7732194 A JP7732194 A JP 7732194A JP H0755424 A JPH0755424 A JP H0755424A
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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
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
- G01B9/02022—Interferometers characterised by the beam path configuration contacting one object by grazing incidence
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- G01B9/02075—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration of particular errors
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、光電式位置測定装置を、反射鏡
とレンズの数を最小にし、調整コストを低下させ、容易
よ要求に適合し、かつ故障のないように構成することを
目的とする。 【構成】 集積された光学的干渉計において光5は連
結格子によって2つの部分光束(0. 、1. )とに分割
され、その一方(1. )は光導波体1aに入射しかつ他
方の連結格子3に送られ、そして第2の部分光束(0.
)は平面鏡6を介して第2連結格子3に送られかつそ
こで第1の部分光束(1. )と干渉し、そして第2の連
結格子3は相互に位相のずれた部分格子3a、3b、3
cに分割され、その結果相互に位相のずれた信号が検出
器7a、7b、7cによって発生されられることを特徴
とする光電式位置測定装置。
とレンズの数を最小にし、調整コストを低下させ、容易
よ要求に適合し、かつ故障のないように構成することを
目的とする。 【構成】 集積された光学的干渉計において光5は連
結格子によって2つの部分光束(0. 、1. )とに分割
され、その一方(1. )は光導波体1aに入射しかつ他
方の連結格子3に送られ、そして第2の部分光束(0.
)は平面鏡6を介して第2連結格子3に送られかつそ
こで第1の部分光束(1. )と干渉し、そして第2の連
結格子3は相互に位相のずれた部分格子3a、3b、3
cに分割され、その結果相互に位相のずれた信号が検出
器7a、7b、7cによって発生されられることを特徴
とする光電式位置測定装置。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光源(4;42;4
3)と、少なくとも2つの回折された部分光束(0. 、
1. ;0. 2、1. 2;+1. 3、−1. 3)の発生の
ための少なくとも1 つの格子(2;22;63)と、少
なくとも1 つの導波体(1a;1a2;1a3)とから
成る2つの対象物の相対位置の測定のための光電式位置
測定装置にして、その際導波体(1a;1a2;1a
3)は、少なくとも1 つの平面内に少なくとも2つの空
間的に分離された格子(2、3;22、32;23、3
3)を有し、格子は連結格子として、連結格子(2;3
2;23)の1つによって部分光束(1. ;0. 2;−
1. 3)の少なくとも1 つが導波体(1a;1a2;1
a3)に入射しかつ他の連結格子(3;22;33)に
送られるように形成されており、そして他の連結格子
(3;22;33)によって部分光束(0. ;1. 2;
+1. 3)の他の1つが導波体(1a;1a2;1a
3)に入射しかつ第1の部分光束(1. ;0. 2;−
1. 3)と干渉しかつその際連結格子(3;33)の少
なくとも1 つが複数の部分格子(3a、3b、3c;3
3a、33b、33c)から成り、その格子構造は連結
方向において相互にずらされており、その結果干渉する
部分光束(0. 、1. ;0. 2、1. 2;+1. 3、−
1. 3)が検出器(7a、7b、7c;72a、72
b、72c;73a、73b、73c)によって位相の
ずれた電気信号に変換されることを特徴とする前記光電
式位置測定装置に関する。
3)と、少なくとも2つの回折された部分光束(0. 、
1. ;0. 2、1. 2;+1. 3、−1. 3)の発生の
ための少なくとも1 つの格子(2;22;63)と、少
なくとも1 つの導波体(1a;1a2;1a3)とから
成る2つの対象物の相対位置の測定のための光電式位置
測定装置にして、その際導波体(1a;1a2;1a
3)は、少なくとも1 つの平面内に少なくとも2つの空
間的に分離された格子(2、3;22、32;23、3
3)を有し、格子は連結格子として、連結格子(2;3
2;23)の1つによって部分光束(1. ;0. 2;−
1. 3)の少なくとも1 つが導波体(1a;1a2;1
a3)に入射しかつ他の連結格子(3;22;33)に
送られるように形成されており、そして他の連結格子
(3;22;33)によって部分光束(0. ;1. 2;
+1. 3)の他の1つが導波体(1a;1a2;1a
3)に入射しかつ第1の部分光束(1. ;0. 2;−
1. 3)と干渉しかつその際連結格子(3;33)の少
なくとも1 つが複数の部分格子(3a、3b、3c;3
3a、33b、33c)から成り、その格子構造は連結
方向において相互にずらされており、その結果干渉する
部分光束(0. 、1. ;0. 2、1. 2;+1. 3、−
1. 3)が検出器(7a、7b、7c;72a、72
b、72c;73a、73b、73c)によって位相の
ずれた電気信号に変換されることを特徴とする前記光電
式位置測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の位置測定装置は集積された光学
的構造の干渉計として公知である。例えばドイツ特許明
細書c23630887号が挙げられる。そこでは基層
上に測定光線のための導波体がレーザと結合している装
置が記載されている。導波体の端に測定光のための連結
格子(入射−又は射出連結格子)がある。連結格子によ
って測定導波体からいわゆる参照導波体が得られ、参照
導波体は参照導波体のためのミラーを形成する基層のミ
ラー化された縁で終わる。このようなミラー又はブラッ
グ反射体は集積された光学系では容易に製造することが
できない。レンズを必要とするシステムも製造及び調整
において問題がある。
的構造の干渉計として公知である。例えばドイツ特許明
細書c23630887号が挙げられる。そこでは基層
上に測定光線のための導波体がレーザと結合している装
置が記載されている。導波体の端に測定光のための連結
格子(入射−又は射出連結格子)がある。連結格子によ
って測定導波体からいわゆる参照導波体が得られ、参照
導波体は参照導波体のためのミラーを形成する基層のミ
ラー化された縁で終わる。このようなミラー又はブラッ
グ反射体は集積された光学系では容易に製造することが
できない。レンズを必要とするシステムも製造及び調整
において問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、位置測定装
置を、例えば反射鏡とレンズの数を最小数だけ必要と
し、特別に簡単に構成し、調整コストを僅かしか必要と
せず、容易に要求に適合さることができかつ故障なしに
作動するように構成することを課題とする。
置を、例えば反射鏡とレンズの数を最小数だけ必要と
し、特別に簡単に構成し、調整コストを僅かしか必要と
せず、容易に要求に適合さることができかつ故障なしに
作動するように構成することを課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、本発明
の課題は光源(4;42;43)と、少なくとも2つの
回折された部分光束(0. 、1. ;0. 2、1. 2;+
1. 3、−1. 3)の発生のための少なくとも1 つの格
子(2;22;63)と、少なくとも1 つの導波体(1
a;1a2;1a3)とから成る2つの対象物の相対位
置の測定のための光電式位置測定装置にして、その際導
波体(1a;1a2;1a3)は、少なくとも1 つの平
面内に少なくとも2つの空間的に分離された格子(2、
3;22、32;23、33)を有し、格子は連結格子
として、連結格子(2;32;23)の1つによって部
分光束(1. ;0. 2;−1. 3)の少なくとも1 つが
導波体(1a;1a2;1a3)に入射しかつ他の連結
格子(3;22;33)に送られるように形成されてお
り、そして他の連結格子(3;22;33)によって部
分光束(0. ;1. 2;+1. 3)の他の1つが導波体
(1a;1a2;1a3)に入射しかつ第1の部分光束
(1. ;0. 2;−1. 3)と干渉しかつその際連結格
子(3;33)の少なくとも1 つが複数の部分格子(3
a、3b、3c;33a、33b、33c)から成り、
その格子構造は連結方向において相互にずらされてお
り、その結果干渉する部分光束(0. 、1. ;0. 2、
1. 2;+1. 3、−1. 3)が検出器(7a、7b、
7c;72a、72b、72c;73a、73b、73
c)によって位相のずれた電気信号に変換されることを
特徴とする前記光電式位置測定装置によって解決され
る。
の課題は光源(4;42;43)と、少なくとも2つの
回折された部分光束(0. 、1. ;0. 2、1. 2;+
1. 3、−1. 3)の発生のための少なくとも1 つの格
子(2;22;63)と、少なくとも1 つの導波体(1
a;1a2;1a3)とから成る2つの対象物の相対位
置の測定のための光電式位置測定装置にして、その際導
波体(1a;1a2;1a3)は、少なくとも1 つの平
面内に少なくとも2つの空間的に分離された格子(2、
3;22、32;23、33)を有し、格子は連結格子
として、連結格子(2;32;23)の1つによって部
分光束(1. ;0. 2;−1. 3)の少なくとも1 つが
導波体(1a;1a2;1a3)に入射しかつ他の連結
格子(3;22;33)に送られるように形成されてお
り、そして他の連結格子(3;22;33)によって部
分光束(0. ;1. 2;+1. 3)の他の1つが導波体
(1a;1a2;1a3)に入射しかつ第1の部分光束
(1. ;0. 2;−1. 3)と干渉しかつその際連結格
子(3;33)の少なくとも1 つが複数の部分格子(3
a、3b、3c;33a、33b、33c)から成り、
その格子構造は連結方向において相互にずらされてお
り、その結果干渉する部分光束(0. 、1. ;0. 2、
1. 2;+1. 3、−1. 3)が検出器(7a、7b、
7c;72a、72b、72c;73a、73b、73
c)によって位相のずれた電気信号に変換されることを
特徴とする前記光電式位置測定装置によって解決され
る。
【0005】次に本発明の実施例を図面に基づいて更に
詳しく説明する。
詳しく説明する。
【0006】
【実施例】集積された光学系における図示では通常のよ
うに、実施例は図式的に表されかつ破断して示され、そ
れによって本質的な単一ユニットは明らかにされる。
うに、実施例は図式的に表されかつ破断して示され、そ
れによって本質的な単一ユニットは明らかにされる。
【0007】図1には基層1が示され、その表面上には
平面導波体1aが延びている。そこには2つの連結格子
2及び3が設けられている。レーザダイオード4から基
層1に入射する光束5は導波体として作用する入射連結
格子2上に現れる。角度φで入射する光束5は、部分光
束0. が、ここでは平面鏡6として形成されている測定
ミラー上に現れる。1. の部分を備えた部分光束は回折
され、平面状の導波体1aに入射し、そこで案内された
モードの形で存在し、そして干渉連結格子3に導かれ
る。
平面導波体1aが延びている。そこには2つの連結格子
2及び3が設けられている。レーザダイオード4から基
層1に入射する光束5は導波体として作用する入射連結
格子2上に現れる。角度φで入射する光束5は、部分光
束0. が、ここでは平面鏡6として形成されている測定
ミラー上に現れる。1. の部分を備えた部分光束は回折
され、平面状の導波体1aに入射し、そこで案内された
モードの形で存在し、そして干渉連結格子3に導かれ
る。
【0008】干渉連結格子3には検出器7a、7b、7
cが後接続されている。測定ミラー6を介して案内され
る0. の部分を備えた部分光束は干渉連結格子3上に現
われ、そこから検出器7a〜7c上に偏向される。この
部分光束0. は干渉計の測定アームを形成する。
cが後接続されている。測定ミラー6を介して案内され
る0. の部分を備えた部分光束は干渉連結格子3上に現
われ、そこから検出器7a〜7c上に偏向される。この
部分光束0. は干渉計の測定アームを形成する。
【0009】干渉連結格子3の下に0. の部分光束と
1. 次の参照アームが干渉し、その結果検出器7a、7
b、7cにおけるこの3部分から成る干渉連結格子3
a、3b、3cによって3つの相互に位相のずれた信号
が発生する。基層の平面図で分るように、干渉連結格子
3の3つの部分範囲3a、3b、3cは測定方向におい
て相互に位相をずらされ、その結果例えば3つの120
°だけ相互に位相のずれた信号が検出器7a、7b、7
cによって検出される。
1. 次の参照アームが干渉し、その結果検出器7a、7
b、7cにおけるこの3部分から成る干渉連結格子3
a、3b、3cによって3つの相互に位相のずれた信号
が発生する。基層の平面図で分るように、干渉連結格子
3の3つの部分範囲3a、3b、3cは測定方向におい
て相互に位相をずらされ、その結果例えば3つの120
°だけ相互に位相のずれた信号が検出器7a、7b、7
cによって検出される。
【0010】検出された信号は基層1からの平面鏡6の
距離の変化の際に干渉する部分光束の変調によって発生
する。平面鏡6が基層1に対して平行に配設されている
場合、連結格子2及び干渉連結格子3の格子定数は等し
い大きさに選択されることができる。
距離の変化の際に干渉する部分光束の変調によって発生
する。平面鏡6が基層1に対して平行に配設されている
場合、連結格子2及び干渉連結格子3の格子定数は等し
い大きさに選択されることができる。
【0011】角度φの下に連結された参照光束1は完全
には(全部は)参照連結格子3に送られないために、そ
の連結長さは連結方向における光束5の直径よりも大き
くされるべきである。
には(全部は)参照連結格子3に送られないために、そ
の連結長さは連結方向における光束5の直径よりも大き
くされるべきである。
【0012】干渉連結格子3での測定光線0. の相会点
が基層1からの平面鏡6の距離変化により移動するの
で、干渉計の作動範囲は相応して制限される。連結格子
22の相応した配列及び光束52の鋭角の入射角度φで
は部分光束への分割及び同一の連結格子22における部
分光束の干渉が行われる。実現のために部分格子に分割
されることができる部分光束の偏向のための連結格子3
2が必要である。図2にはこの実施例のための光路が図
式的に示され、光路はその他の点では図1の構成に対応
し、このことは同一の参照符号に図面の番号を付して示
される。
が基層1からの平面鏡6の距離変化により移動するの
で、干渉計の作動範囲は相応して制限される。連結格子
22の相応した配列及び光束52の鋭角の入射角度φで
は部分光束への分割及び同一の連結格子22における部
分光束の干渉が行われる。実現のために部分格子に分割
されることができる部分光束の偏向のための連結格子3
2が必要である。図2にはこの実施例のための光路が図
式的に示され、光路はその他の点では図1の構成に対応
し、このことは同一の参照符号に図面の番号を付して示
される。
【0013】図3には図1に類似して干渉式位置測定装
置で示され,、その際平面鏡の代わりに基層13と格子
測定尺63との間の相対移動の測定のための格子測定尺
63が設けられている。
置で示され,、その際平面鏡の代わりに基層13と格子
測定尺63との間の相対移動の測定のための格子測定尺
63が設けられている。
【0014】レーザダイオード43によって発光した光
束53は基層13上に取りつけられた導波体1a3を透
過しかつ格子測定尺63上に現れる。この格子測定尺6
3の格子には回折によって2つの部分光束+1. 3およ
び−1. 3が発生し、かつ基層13上で反射される。基
層13上又は導波体1a3には2つの連結格子23及び
33があり、その際連結格子33−図1に類似−は3つ
の部分格子33a、33b、33cから成る。
束53は基層13上に取りつけられた導波体1a3を透
過しかつ格子測定尺63上に現れる。この格子測定尺6
3の格子には回折によって2つの部分光束+1. 3およ
び−1. 3が発生し、かつ基層13上で反射される。基
層13上又は導波体1a3には2つの連結格子23及び
33があり、その際連結格子33−図1に類似−は3つ
の部分格子33a、33b、33cから成る。
【0015】連結格子23によって部分光束−1. 3が
偏向され、導波体1a3に入射されかつ連結格子33に
導かれる。部分光束+1. 3は連結格子33又はその部
分格子33a、33b、33cに偏向されかつ同様に導
波体1a3に入射される。ここでは部分光束+1. 3と
−1. 3とが干渉し、その際部分光束+1. 3の3つの
部分範囲は相対的位相ずれを生じ、その結果検出器73
a、73b、73cによって3つの位相のずれた電気信
号が発生させられることができる。
偏向され、導波体1a3に入射されかつ連結格子33に
導かれる。部分光束+1. 3は連結格子33又はその部
分格子33a、33b、33cに偏向されかつ同様に導
波体1a3に入射される。ここでは部分光束+1. 3と
−1. 3とが干渉し、その際部分光束+1. 3の3つの
部分範囲は相対的位相ずれを生じ、その結果検出器73
a、73b、73cによって3つの位相のずれた電気信
号が発生させられることができる。
【0016】検出器は連結格子と並んでも連結格子上に
も配設されることができる。同様に基層の端面上への整
列を可能である。相応した連結格子の分割は3つの部分
格子に制限されない。位相のずれた信号の相応する数が
発生されるべき場合、2つの部分格子のみ又は4つ又は
それ以上の部分格子が形成されることができ、その際連
結格子のどれが位相のずれた部分格子に分けられるかは
当業者に委ねられる。
も配設されることができる。同様に基層の端面上への整
列を可能である。相応した連結格子の分割は3つの部分
格子に制限されない。位相のずれた信号の相応する数が
発生されるべき場合、2つの部分格子のみ又は4つ又は
それ以上の部分格子が形成されることができ、その際連
結格子のどれが位相のずれた部分格子に分けられるかは
当業者に委ねられる。
【0017】同様に透過式配列も本発明により実現され
ることができる。
ることができる。
【0018】
【発明の効果】本発明による位置測定装置の利点は、基
層のパッシブ要素が干渉計式位置測定装置に組み込まれ
た光学的構造で最小のスペースにまとめられかつ各種の
反射鏡及び又はレンズがチップ上に拡げられることがで
きることにある。測定されるべき対象物に測定反射鏡又
は測定尺格子のみが強制的に基層の外方に配設されてい
る。
層のパッシブ要素が干渉計式位置測定装置に組み込まれ
た光学的構造で最小のスペースにまとめられかつ各種の
反射鏡及び又はレンズがチップ上に拡げられることがで
きることにある。測定されるべき対象物に測定反射鏡又
は測定尺格子のみが強制的に基層の外方に配設されてい
る。
【0019】他の利点は他の請求項から得られる。
【図1】連結格子と測定反射鏡とを備えた干渉計を示す
図である。
図である。
【図2】図1の変形を示す図である。
【図3】
1a 導波体 1a2 導波体 1a3 導波体 2 格子 3 格子 3a 部分格子 3b 部分格子 3c 部分格子 4 光源 7a 検出器 7b 検出器 7c 検出器 22 格子 23 格子 32 格子 33 格子 33a 部分格子 33b 部分格子 33c 部分格子 42 光源 43 光源 63 格子 72a 検出器 72b 検出器 72c 検出器 73a 検出器 73b 検出器 73c 検出器 0. 部分光束 1. 部分光束 0. 2 部分光束 1. 2 部分光束 +1. 3 部分光束 −1. 3 部分光束
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エルウイン・シユパナー ドイツ連邦共和国、83278 トラウンシユ タイン、フオルストマイアーシユトラー セ、12
Claims (8)
- 【請求項1】 光源(4;42;43)と、少なくとも
2つの回折された部分光束(0. 、1. ;0. 2、1.
2;+1. 3、−1. 3)の発生のための少なくとも1
つの格子(2;22;63)と、少なくとも1 つの導波
体(1a;1a2;1a3)とから成る2つの対象物の
相対位置の測定のための光電式位置測定装置にして、そ
の際導波体(1a;1a2;1a3)は、少なくとも1
つの平面内に少なくとも2つの空間的に分離された格子
(2、3;22、32;23、33)を有し、格子は連
結格子として、連結格子(2;32;23)の1つによ
って部分光束(1. ;0. 2;−1. 3)の少なくとも
1 つが導波体(1a;1a2;1a3)に入射しかつ他
の連結格子(3;22;33)に送られるように形成さ
れており、そして他の連結格子(3;22;33)によ
って部分光束(0. ;1. 2;+1. 3)の他の1つが
導波体(1a;1a2;1a3)に入射しかつ第1の部
分光束(1. ;0. 2;−1. 3)と干渉しかつその際
連結格子(3;33)の少なくとも1 つが複数の部分格
子(3a、3b、3c;33a、33b、33c)から
成り、その格子構造は連結方向において相互にずらされ
ており、その結果干渉する部分光束(0. 、1. ;0.
2、1. 2;+1. 3、−1. 3)が検出器(7a、7
b、7c;72a、72b、72c;73a、73b、
73c)によって位相のずれた電気信号に変換されるこ
とを特徴とする前記光電式位置測定装置。 - 【請求項2】 格子(2、3;22、32)の格子定数
が同一である、請求項1 記載の光電式位置測定装置。 - 【請求項3】 格子(23、33)の格子定数が相違す
る、請求項1 記載の光電式位置測定装置。 - 【請求項4】 干渉する部分光束の変調のために、その
基層(1、12)からの距離が可変である平面鏡(6;
62)が設けられている、請求項1 記載の光電式位置測
定装置。 - 【請求項5】 干渉する部分光束の変調のために、基層
(13)に対して平行な平面内を運動可能な格子(6
3)が設けられている、請求項1 記載の光電式位置測定
装置。 - 【請求項6】 格子(63)が反射格子である、請求項
1 記載の光電式位置測定装置。 - 【請求項7】 光源としてレーザダイオード(4、4
2、43)が使用される、請求項1 記載の光電式位置測
定装置。 - 【請求項8】 検出器(7、72、73)が並んで又は
連結格子(3;22;33)上又は基層の端面に配設さ
れる請求項1 記載の光電式位置測定装置。
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