JP2888482B2 - 高調波信号成分を濾波する装置 - Google Patents
高調波信号成分を濾波する装置Info
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- 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
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- G01D5/36—Forming the light into pulses
-
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Networks Using Active Elements (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、相対運動する二
つの物体の位置の変化を測定する位置測定装置の中で使
用されるような、高調波の信号成分を濾波する装置に関
する。この発明による装置は干渉性の測定システム内で
使用するのに特に適している。
つの物体の位置の変化を測定する位置測定装置の中で使
用されるような、高調波の信号成分を濾波する装置に関
する。この発明による装置は干渉性の測定システム内で
使用するのに特に適している。
【０００２】
【従来の技術】周知の位置測定装置では、信号を求める
ため種々の物理原理が採用されている。これには、光電
的、光学的、磁気的、誘導的および容量的な走査原理が
区別される。しかし、全て方法に共通することは目盛板
の周期的な目盛を走査目盛で走査し、得られた走査信号
を測定信号として評価する点にある。
ため種々の物理原理が採用されている。これには、光電
的、光学的、磁気的、誘導的および容量的な走査原理が
区別される。しかし、全て方法に共通することは目盛板
の周期的な目盛を走査目盛で走査し、得られた走査信号
を測定信号として評価する点にある。
【０００３】この場合、走査信号の周期性は使用してい
る目盛担体の測定目盛の目盛周期もしくはその増分によ
り決まる。光学測定装置では、例えば振幅格子として形
成された測定目盛の透光性ウェブと非透光性ウェブの幅
でこの増分が与えられる。
る目盛担体の測定目盛の目盛周期もしくはその増分によ
り決まる。光学測定装置では、例えば振幅格子として形
成された測定目盛の透光性ウェブと非透光性ウェブの幅
でこの増分が与えられる。
【０００４】走査目盛と測定目盛が相対運動すると、走
査された増分毎に計数パルスが得られ、個々のパルスを
符号通りに加算し、長さあるいは角度の情報を得るため
その和を測定値として処理する。
査された増分毎に計数パルスが得られ、個々のパルスを
符号通りに加算し、長さあるいは角度の情報を得るため
その和を測定値として処理する。
【０００５】使用している目盛担体の測定目盛、つまり
例えば振幅格子の対応するウェブと溝の比は、一般に理
想的な目盛の比の変化から外れている。更に、目盛板の
目盛ウェブのエッジのだれ（不鮮明さ）が作製の許容公
差のために生じる。
例えば振幅格子の対応するウェブと溝の比は、一般に理
想的な目盛の比の変化から外れている。更に、目盛板の
目盛ウェブのエッジのだれ（不鮮明さ）が作製の許容公
差のために生じる。
【０００６】それ故、このような不正確さにより得られ
た周期的な出力信号は一般に望ましい理想的な波形、つ
まり純粋な正弦波でなく、通常高調波あるいは高調波振
動成分を含む。しかし、高精度の位置測定には、測定目
盛から得られた走査信号にできる限り高調波を含んでい
ないことが必要である。
た周期的な出力信号は一般に望ましい理想的な波形、つ
まり純粋な正弦波でなく、通常高調波あるいは高調波振
動成分を含む。しかし、高精度の位置測定には、測定目
盛から得られた走査信号にできる限り高調波を含んでい
ないことが必要である。
【０００７】周知の位置測定装置内で高調波を濾波する
ため一連の可能性がある。代表的なものとしてドイツ特
許第３４ １２ １２８号明細書を参照されたい。この
明細書では、所謂「アークサイン走査」としても知られ
ている濾波方法が提案されている。この濾波原理は特別
な走査目盛に基礎を置くので、走査格子のウェブの位置
が規則正しい等間隔の正規位置に対して小さな値ｄだけ
変位ている。ウェブに特定の変位があるため、付属する
信号成分に局部的な位相が生じる。これは奇数次の高調
波成分を消去する。結局、この場合には、位相差が基本
波にも既存の高調波成分にも生じる。
ため一連の可能性がある。代表的なものとしてドイツ特
許第３４ １２ １２８号明細書を参照されたい。この
明細書では、所謂「アークサイン走査」としても知られ
ている濾波方法が提案されている。この濾波原理は特別
な走査目盛に基礎を置くので、走査格子のウェブの位置
が規則正しい等間隔の正規位置に対して小さな値ｄだけ
変位ている。ウェブに特定の変位があるため、付属する
信号成分に局部的な位相が生じる。これは奇数次の高調
波成分を消去する。結局、この場合には、位相差が基本
波にも既存の高調波成分にも生じる。
【０００８】更に、高調波を濾波する基本的に同じ試み
は欧州特許第０ ５４１ ８２７号明細書により知られ
ている。この明細書でも、基本波や高調波の特定な位相
差は、走査目盛のウェブの適当に選んだ変位により与え
られている。
は欧州特許第０ ５４１ ８２７号明細書により知られ
ている。この明細書でも、基本波や高調波の特定な位相
差は、走査目盛のウェブの適当に選んだ変位により与え
られている。
【０００９】しかし、高調波の信号成分を濾波するため
に提案されているこの装置や方法にはどれにでも決まっ
た難点がある。つまり、干渉性の部分ビーム束の位相差
が走査位置に依存するため、得られる全信号の変調度が
低下する。これは次の信号処理に悪影響を与える。
に提案されているこの装置や方法にはどれにでも決まっ
た難点がある。つまり、干渉性の部分ビーム束の位相差
が走査位置に依存するため、得られる全信号の変調度が
低下する。これは次の信号処理に悪影響を与える。
【００１０】その場合、選んだ濾波方法に応じて変調度
の低下が変化する。例えば、バーニヤ・アークサイン濾
波として知られる欧州特許第０ ５４１ ８２７号明細
書の方法で全ての高調波を濾波する場合、０．５の低下
係数になる。ドイツ特許第３４ １２ １２８号明細書
による奇数次の高調波のアークサイン濾波では、０．７
８５の低下係数になる。この場合、低下係数は濾波を行
わない変調度に対する高調波を濾波した信号変調度の比
として定義される。
の低下が変化する。例えば、バーニヤ・アークサイン濾
波として知られる欧州特許第０ ５４１ ８２７号明細
書の方法で全ての高調波を濾波する場合、０．５の低下
係数になる。ドイツ特許第３４ １２ １２８号明細書
による奇数次の高調波のアークサイン濾波では、０．７
８５の低下係数になる。この場合、低下係数は濾波を行
わない変調度に対する高調波を濾波した信号変調度の比
として定義される。
【００１１】例えば、欧州特許第０ １６３ ３６２号
明細書により周知のような所謂「干渉性の位置測定装
置」では、特に二次の高調波の振幅が信号の乱れに寄与
するが、残りの高調波成分はそれに比較して無視でき
る。この場合でも、使用している測定目盛に沿って理想
的な分布から外れたウェブの幅と溝の幅は望ましくない
高調波の信号成分を発生させる原因となる。
明細書により周知のような所謂「干渉性の位置測定装
置」では、特に二次の高調波の振幅が信号の乱れに寄与
するが、残りの高調波成分はそれに比較して無視でき
る。この場合でも、使用している測定目盛に沿って理想
的な分布から外れたウェブの幅と溝の幅は望ましくない
高調波の信号成分を発生させる原因となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、特
定の高調波の信号成分を指定通りに抑制できる、特に干
渉動作する位置測定装置に対して高調波の信号成分を濾
波する装置を提供することにある。その場合、基本波の
変調度が濾波によりできる限り低下しないことが要求さ
れる。
定の高調波の信号成分を指定通りに抑制できる、特に干
渉動作する位置測定装置に対して高調波の信号成分を濾
波する装置を提供することにある。その場合、基本波の
変調度が濾波によりできる限り低下しないことが要求さ
れる。
【００１３】
【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、少なくとも一つの測定目盛２１あるいは走査目
盛２８．１，２８．２；３８；３８′の目盛マークが等
距離の間隔に対して特定の変位δ１（ｘ），δ２（ｘ）
を有し、少なくとも一つの走査目盛２８．１，２８．
２；３８；３８′で測定目盛２１を走査して生じる高調
波の信号成分を濾波する装置において、光が一回通過す
る目盛周期ｄの走査目盛または測定目盛を二つ使用する
場合、ｎを偶数としてｎ次の高調波の信号成分を除去す
るため、変位δ１（ｘ），δ２（ｘ）が条件、 δ１（ｘ）＝δ１（ｘ＋２＊ｂ）， δ２（ｘ）＝δ２（ｘ＋２＊ｂ）および δ１（ｘ）＝−δ２（ｘ＋ｂ） を満たし、ここでｂ＝Ｄ＊λ／ｄで、Ｄが測定目盛と走
査目盛の間の間隔で、λが光源の光の波長であり、変位
δ１（ｘ），δ２（ｘ）が条件
により、少なくとも一つの測定目盛２１あるいは走査目
盛２８．１，２８．２；３８；３８′の目盛マークが等
距離の間隔に対して特定の変位δ１（ｘ），δ２（ｘ）
を有し、少なくとも一つの走査目盛２８．１，２８．
２；３８；３８′で測定目盛２１を走査して生じる高調
波の信号成分を濾波する装置において、光が一回通過す
る目盛周期ｄの走査目盛または測定目盛を二つ使用する
場合、ｎを偶数としてｎ次の高調波の信号成分を除去す
るため、変位δ１（ｘ），δ２（ｘ）が条件、 δ１（ｘ）＝δ１（ｘ＋２＊ｂ）， δ２（ｘ）＝δ２（ｘ＋２＊ｂ）および δ１（ｘ）＝−δ２（ｘ＋ｂ） を満たし、ここでｂ＝Ｄ＊λ／ｄで、Ｄが測定目盛と走
査目盛の間の間隔で、λが光源の光の波長であり、変位
δ１（ｘ），δ２（ｘ）が条件
【外４】 を満たすように選択されている、ことによって解決され
ている。
ている。
【００１４】更に、上記の課題は、この発明により、少
なくとも一つの測定目盛２１あるいは走査目盛２８．
１，２８．２；３８；３８′の目盛マークが等距離の間
隔に対して特定の変位δ（ｘ）を有し、少なくとも一つ
の走査目盛２８．１，２８．２；３８；３８′で測定目
盛２１を走査して生じる高調波の信号成分を濾波する装
置において、光が二回通過する走査目盛または測定目盛
を一つ使用する場合、ｎを偶数としてｎ次の高調波の信
号成分を除去するため、変位δ（ｘ）が条件、 δ（ｘ）＝δ（ｘ＋２＊ｂ）および δ（ｘ）＝−δ（ｘ＋ｂ） を満たし、ここでｂ＝Ｄ＊λ／ｄで、Ｄが測定目盛と走
査目盛の間の間隔で、λが光源の光の波長で、ｄが測定
目盛の目盛周期であり、変位δ（ｘ）が条件
なくとも一つの測定目盛２１あるいは走査目盛２８．
１，２８．２；３８；３８′の目盛マークが等距離の間
隔に対して特定の変位δ（ｘ）を有し、少なくとも一つ
の走査目盛２８．１，２８．２；３８；３８′で測定目
盛２１を走査して生じる高調波の信号成分を濾波する装
置において、光が二回通過する走査目盛または測定目盛
を一つ使用する場合、ｎを偶数としてｎ次の高調波の信
号成分を除去するため、変位δ（ｘ）が条件、 δ（ｘ）＝δ（ｘ＋２＊ｂ）および δ（ｘ）＝−δ（ｘ＋ｂ） を満たし、ここでｂ＝Ｄ＊λ／ｄで、Ｄが測定目盛と走
査目盛の間の間隔で、λが光源の光の波長で、ｄが測定
目盛の目盛周期であり、変位δ（ｘ）が条件
【外５】 を満たすように選択されている、ことによって解決され
ている。
ている。
【００１５】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れている。
求の範囲の従属請求項に記載れている。
【００１６】
【００１７】
【実施例】以下、添付図面に基づき実施例に付いてこの
発明をより詳しく説明する。図１はこの発明の装置を組
み込んだ干渉性の位置測定装置の基本構造を示す。この
場合、図示する位置測定装置の実施例は測長系の反射配
置にして構成されている。この代わりに、当然、この発
明による装置を測角系として構成したり透過光で動作す
る位置測定装置の中にも使用できる。
発明をより詳しく説明する。図１はこの発明の装置を組
み込んだ干渉性の位置測定装置の基本構造を示す。この
場合、図示する位置測定装置の実施例は測長系の反射配
置にして構成されている。この代わりに、当然、この発
明による装置を測角系として構成したり透過光で動作す
る位置測定装置の中にも使用できる。
【００１８】図１に示す実施例の位置測定装置にはスチ
ール本体の目盛板１がある。この本体の表面には反射位
相格子の形の測定目盛が付けてある。使用する位相格子
は４ｍｍの目盛周期を有し、２ｍｍの幅で長方形の約
０．２ｍｍの高さの金の段差で形成されている。これ等
の段差は目盛板１のスチール本体の金を被覆した反射表
面の上に４ｍｍの目盛周期の間隔で付けてある。目盛板
１はホルダー部分２の上に配置され、このホルダー部分
２はネジ３とそれに合ったネジ山の形の脱着可能な連結
部を介して工作機械の一部４に連結している。
ール本体の目盛板１がある。この本体の表面には反射位
相格子の形の測定目盛が付けてある。使用する位相格子
は４ｍｍの目盛周期を有し、２ｍｍの幅で長方形の約
０．２ｍｍの高さの金の段差で形成されている。これ等
の段差は目盛板１のスチール本体の金を被覆した反射表
面の上に４ｍｍの目盛周期の間隔で付けてある。目盛板
１はホルダー部分２の上に配置され、このホルダー部分
２はネジ３とそれに合ったネジ山の形の脱着可能な連結
部を介して工作機械の一部４に連結している。
【００１９】目盛板１は、直線状に、つまり紙面に垂直
に移動する走査ユニット５で走査される。走査ユニット
５の中にはＬＥＤで形成された光源６がある。この光源
６の前には集光レンズ系７が配置されている。走査ユニ
ット５の内部には走査目盛８が目盛板１に対向して続
く。走査目盛８は、図示する実施例の場合、透過光の位
相格子として選択されている。更に、検出器側には反射
ビーム束を検出するため３つの検出素子９ａが配置され
ている。その内のだた一つを図１の図面に示してある。
適当な検出素子９ａとしては光電素子を使用する。
に移動する走査ユニット５で走査される。走査ユニット
５の中にはＬＥＤで形成された光源６がある。この光源
６の前には集光レンズ系７が配置されている。走査ユニ
ット５の内部には走査目盛８が目盛板１に対向して続
く。走査目盛８は、図示する実施例の場合、透過光の位
相格子として選択されている。更に、検出器側には反射
ビーム束を検出するため３つの検出素子９ａが配置され
ている。その内のだた一つを図１の図面に示してある。
適当な検出素子９ａとしては光電素子を使用する。
【００２０】ネジ連結部により走査ユニット５は一部の
み示す移動台１０に連結している。この移動台１０は走
査ユニット５を目盛板１に沿って指定通りに直線移動さ
せるために使用される。
み示す移動台１０に連結している。この移動台１０は走
査ユニット５を目盛板１に沿って指定通りに直線移動さ
せるために使用される。
【００２１】光源６から集光レンズ系７を経由して生じ
る照明平面波は、走査目盛８の位相格子を通過すると今
度は主に３つの異なった方向に回折する。目盛板１の測
定目盛の反射位相格子では、新たな回折と回折した部分
ビーム束の反射が行われる。反射した部分ビーム束は新
たに走査目盛８の位相格子を通過し、更に回折を行う。
コリメータ光学系として機能するレンズ７の焦点面で、
そこに配設されている検出素子９ａにより干渉性の部分
ビーム束が信号電流に変換される。これ等の検出素子９
ａには、図示してない周知の処理電子回路が後置されて
いる。この処理電子回路は、測定目盛と走査目盛８が相
対移動すると生じる信号を内挿し、走査された測定目盛
１の増分を適当に積算する。
る照明平面波は、走査目盛８の位相格子を通過すると今
度は主に３つの異なった方向に回折する。目盛板１の測
定目盛の反射位相格子では、新たな回折と回折した部分
ビーム束の反射が行われる。反射した部分ビーム束は新
たに走査目盛８の位相格子を通過し、更に回折を行う。
コリメータ光学系として機能するレンズ７の焦点面で、
そこに配設されている検出素子９ａにより干渉性の部分
ビーム束が信号電流に変換される。これ等の検出素子９
ａには、図示してない周知の処理電子回路が後置されて
いる。この処理電子回路は、測定目盛と走査目盛８が相
対移動すると生じる信号を内挿し、走査された測定目盛
１の増分を適当に積算する。
【００２２】走査目盛と測定目盛を位相格子として形成
する代わりに、周知の振幅格子として形成することも原
理的に考えられる。
する代わりに、周知の振幅格子として形成することも原
理的に考えられる。
【００２３】この発明による装置の範囲内で発明の原理
を更に説明するため図２を参照しよう。この図２は図１
の位置測定装置の展開された光路、あるいは機能的に等
価な透過光の光路を示す。
を更に説明するため図２を参照しよう。この図２は図１
の位置測定装置の展開された光路、あるいは機能的に等
価な透過光の光路を示す。
【００２４】この場合、光源２６から出発し、ビーム伝
播方向に向けて、集光レンズ２７，第一走査目盛２８．
１，測定目盛２１および第二走査目盛２８．２が示して
ある。測定目盛２１や二つの走査目盛２８．１，２８．
２も、先に説明したように、位相格子として形成されて
いる。
播方向に向けて、集光レンズ２７，第一走査目盛２８．
１，測定目盛２１および第二走査目盛２８．２が示して
ある。測定目盛２１や二つの走査目盛２８．１，２８．
２も、先に説明したように、位相格子として形成されて
いる。
【００２５】第一走査目盛２８．１の位相格子では、先
ず入射した平面波から発生した部分ビーム束が多数の方
向に回折する。見通しを良くするため、以下では、入射
した平面波の中央の部分ビーム束の光路の経過のみを示
す。
ず入射した平面波から発生した部分ビーム束が多数の方
向に回折する。見通しを良くするため、以下では、入射
した平面波の中央の部分ビーム束の光路の経過のみを示
す。
【００２６】測定目盛２１の位相格子では、入射した部
分ビーム束から発生した成分が再び種々の方向に回折す
る。図１の図面では、測定目盛２１以降、第一走査目盛
２８．１と第二走査目盛２８．２の間の光路が平行四辺
形を形成し、それ故、第二走査目盛２８．２の以降同じ
光路を進むため干渉性のある対の部分ビーム束の他の経
過しか記入してない。
分ビーム束から発生した成分が再び種々の方向に回折す
る。図１の図面では、測定目盛２１以降、第一走査目盛
２８．１と第二走査目盛２８．２の間の光路が平行四辺
形を形成し、それ故、第二走査目盛２８．２の以降同じ
光路を進むため干渉性のある対の部分ビーム束の他の経
過しか記入してない。
【００２７】第二走査目盛２８．２上の干渉性の部分ビ
ーム束の出射位置Ａｍ（ｍ＝０，±１，±２，．．．）
は走査方向Ｘに延びているほぼ等間隔の網目をそこに形
成する。移動していない部分ビームの出射位置Ａ０と移
動した部分ビーム束の出射位置Ａｍとの間の間隔Ｘｍは
近似的に、 Ｘｍ＝ｍ・ｂ （１） で与えられる。
ーム束の出射位置Ａｍ（ｍ＝０，±１，±２，．．．）
は走査方向Ｘに延びているほぼ等間隔の網目をそこに形
成する。移動していない部分ビームの出射位置Ａ０と移
動した部分ビーム束の出射位置Ａｍとの間の間隔Ｘｍは
近似的に、 Ｘｍ＝ｍ・ｂ （１） で与えられる。
【００２８】この場合、網目間隔ｂは近似的に ｂ≒Ｄ・λ／ｄ （２） となる。ここで、Ｄは測定目盛２１から走査目盛２８．
１，２８．２までの間隔であり、λは光源２６の光の波
長であり、ｄは測定目盛２１の目盛周期である。
１，２８．２までの間隔であり、λは光源２６の光の波
長であり、ｄは測定目盛２１の目盛周期である。
【００２９】Ｄ＝１ｍｍ，λ＝８６０ｎｍおよびｄ＝４
ｍｍの典型的な値では、ｂ＝２１５ｎｍの網目間隔ある
いは網目周期となる。
ｍｍの典型的な値では、ｂ＝２１５ｎｍの網目間隔ある
いは網目周期となる。
【００３０】この発明では、信号の基本波と奇数次の全
ての高調波を発生する対の部分ビーム束の出射位置Ａｍ
が奇数の指数ｍを有するという認識を利用している。こ
れに応じて、偶数次の高調波には偶数の指数ｍの対応す
る部分ビーム束の出射位置Ａｍが付属する。つまり、ｍ
＝２，４，６，．．．である。
ての高調波を発生する対の部分ビーム束の出射位置Ａｍ
が奇数の指数ｍを有するという認識を利用している。こ
れに応じて、偶数次の高調波には偶数の指数ｍの対応す
る部分ビーム束の出射位置Ａｍが付属する。つまり、ｍ
＝２，４，６，．．．である。
【００３１】二次の高調波（ｍ＝２）を望ましく濾波す
るには、この発明によれば、二次の高調波の信号成分が
完全に消滅するように、この二次の高調波の干渉する部
分ビーム束に一定の位相差を与える。二次の高調波を発
生する部分ビーム束の出射位置は基本波を発生する部分
ビーム束の出射位置とは空間的に離れているので、目盛
マークまたは走査目盛周期の変位を適当に選べば、望ま
しくない偶数次、特に二次の高調波を規定通りに消去で
きる。
るには、この発明によれば、二次の高調波の信号成分が
完全に消滅するように、この二次の高調波の干渉する部
分ビーム束に一定の位相差を与える。二次の高調波を発
生する部分ビーム束の出射位置は基本波を発生する部分
ビーム束の出射位置とは空間的に離れているので、目盛
マークまたは走査目盛周期の変位を適当に選べば、望ま
しくない偶数次、特に二次の高調波を規定通りに消去で
きる。
【００３２】それ故、二次の高調波のこのような位相差
に必要となる等距離の間隔に対する両方の走査目盛２
８．１，２８．２の目盛マークの特定な変位δ１（ｘ）
とδ２（ｘ）はそれぞれ周期２ｂを有数周期関数であ
る。つまり、 δ１（ｘ）＝δ１（ｘ＋２・ｂ） （３．１） および、 δ２（ｘ）＝δ２（ｘ＋２・ｂ） （３．２） である。
に必要となる等距離の間隔に対する両方の走査目盛２
８．１，２８．２の目盛マークの特定な変位δ１（ｘ）
とδ２（ｘ）はそれぞれ周期２ｂを有数周期関数であ
る。つまり、 δ１（ｘ）＝δ１（ｘ＋２・ｂ） （３．１） および、 δ２（ｘ）＝δ２（ｘ＋２・ｂ） （３．２） である。
【００３３】両方の条件は、上に説明したように、基本
波が第二走査目盛２８．２上の二つの出射位置Ａ１また
はＡ−１で出射するから得られる。これ等の二つの出射
位置では、基本波の変調度を低下させないため、二組の
基本波と部分ビーム束の各々が互いに位相差を受けない
か、少なくとも同じ位相差を受ける必要がある。第二の
走査目盛２８．２に付いては、この考察により、目盛マ
ークの変位に対して式（３．２）で指定される周期条件
が生じる。同じことは、第一走査目盛２８．１の入射位
置に係わる式（３．１）の周期条件に対しても当てはま
る。
波が第二走査目盛２８．２上の二つの出射位置Ａ１また
はＡ−１で出射するから得られる。これ等の二つの出射
位置では、基本波の変調度を低下させないため、二組の
基本波と部分ビーム束の各々が互いに位相差を受けない
か、少なくとも同じ位相差を受ける必要がある。第二の
走査目盛２８．２に付いては、この考察により、目盛マ
ークの変位に対して式（３．２）で指定される周期条件
が生じる。同じことは、第一走査目盛２８．１の入射位
置に係わる式（３．１）の周期条件に対しても当てはま
る。
【００３４】二つの走査目盛２８．１，２８．２の範囲
内で必要な変位の変化に対する条件は、垂直入射装置
で、図１で説明したように、光が二回通過するただ一つ
の走査目盛しかを設けてないなら、次の条件（３′）に
変換される。 δ（ｘ）＝δ（ｘ＋２・ｂ） （３′）
内で必要な変位の変化に対する条件は、垂直入射装置
で、図１で説明したように、光が二回通過するただ一つ
の走査目盛しかを設けてないなら、次の条件（３′）に
変換される。 δ（ｘ）＝δ（ｘ＋２・ｂ） （３′）
【００３５】同時に注意すべきことは、基本波と部分ビ
ーム束が両方の走査目盛２８．１，２８．２で、あるい
は光が二回通過する一つの走査目盛で受ける位相差がで
きる限り相互に相殺され、走査位置に無関係に必ず一定
の位相差となるように、目盛マークの各々の変位を選ぶ
ことにある。これには目盛マークの変位に関して、 δ１（ｘ）＝−δ２（ｘ＋ｂ） （４） となる必要がある。
ーム束が両方の走査目盛２８．１，２８．２で、あるい
は光が二回通過する一つの走査目盛で受ける位相差がで
きる限り相互に相殺され、走査位置に無関係に必ず一定
の位相差となるように、目盛マークの各々の変位を選ぶ
ことにある。これには目盛マークの変位に関して、 δ１（ｘ）＝−δ２（ｘ＋ｂ） （４） となる必要がある。
【００３６】光が二回通過する走査目盛を用いる垂直入
射では、これは δ（ｘ）＝−δ（ｘ＋ｂ） （４′） と同じことを意味する。従って、得られた信号の基本波
成分に対して変調度は望むように不変に保たれている。
つまり、変調度の低下係数が１もしくはほぼ１となる。
射では、これは δ（ｘ）＝−δ（ｘ＋ｂ） （４′） と同じことを意味する。従って、得られた信号の基本波
成分に対して変調度は望むように不変に保たれている。
つまり、変調度の低下係数が１もしくはほぼ１となる。
【００３７】これに反して、目盛マークの周期的な変位
が選択されているので、二次の高調波の干渉する部分ビ
ーム束は位置に依存する相互の位相差を受ける。この位
相差は付属する信号成分の対応する位相差２・２・π・
（δ１（ｘ）＋δ２（ｘ））／ｄを与える。
が選択されているので、二次の高調波の干渉する部分ビ
ーム束は位置に依存する相互の位相差を受ける。この位
相差は付属する信号成分の対応する位相差２・２・π・
（δ１（ｘ）＋δ２（ｘ））／ｄを与える。
【００３８】走査位置ｘに対する平均化に基づきｎ次の
高調波（例えばｎ＝２）を消去する条件としては、光が
二回通過する走査目盛の場合に必要な変位δ１（ｘ）や
δ２（ｘ）に関して、
高調波（例えばｎ＝２）を消去する条件としては、光が
二回通過する走査目盛の場合に必要な変位δ１（ｘ）や
δ２（ｘ）に関して、
【外６】 を与えることができる。
【００３９】垂直入射装置で光が二回通過するただ一つ
の走査目盛の場合では、つまりδ（ｘ）：＝δ１（ｘ）
＝δ２（ｘ）では、ｎ次の高調波（例えばｎ＝２）に対
する条件は、以下のように
の走査目盛の場合では、つまりδ（ｘ）：＝δ１（ｘ）
＝δ２（ｘ）では、ｎ次の高調波（例えばｎ＝２）に対
する条件は、以下のように
【外７】 と変換できる。
【００４０】以下に提示する実施例では、だた一つの走
査目盛を光が二回通過する、つまり二つの同一な走査目
盛のある垂直入射装置を前提とする。前記の条件を満た
す対応する変位の関数δ（ｘ）は図３ａの下部に示して
ある。この場合、変位の変化は、
査目盛を光が二回通過する、つまり二つの同一な走査目
盛のある垂直入射装置を前提とする。前記の条件を満た
す対応する変位の関数δ（ｘ）は図３ａの下部に示して
ある。この場合、変位の変化は、
【外８】 となる。つまり、周期２ｂの等間隔の正規位置の周りに
±ｄ／１６の目盛マークの変位となる。この種の変位の
変化では、二次の高調波の±π／２の位相差となり、こ
の高調波の信号成分を濾波できる。
±ｄ／１６の目盛マークの変位となる。この種の変位の
変化では、二次の高調波の±π／２の位相差となり、こ
の高調波の信号成分を濾波できる。
【００４１】更に、図３ａはこの発明によりずらした目
盛マークを持って適当に構成された走査目盛３８の平面
図を示す。
盛マークを持って適当に構成された走査目盛３８の平面
図を示す。
【００４２】光が二回通過する走査目盛の変位の変化δ
（ｘ）に対して上で議論した条件式の代わりの解決策が
図３ｂの下半分に示してある。目盛マークの正規位置の
周りの変位の変化δ（ｘ）は、この実施例の場合、式 δ（ｘ）＝Ｐ・ｓｉｎ（π・ｘ／ｂ） （７） により正弦波状に選択されている。Ｐの値は判定式Ｊ０
（８・π・Ｐ／ｄ）＝０により与えられる。ここで、Ｊ
０は０次のベッセル関数である。Ｐの可能な解はＰ＝ｄ
／１０．４５１；Ｐ＝ｄ／４．５５３；．．．．であ
る。
（ｘ）に対して上で議論した条件式の代わりの解決策が
図３ｂの下半分に示してある。目盛マークの正規位置の
周りの変位の変化δ（ｘ）は、この実施例の場合、式 δ（ｘ）＝Ｐ・ｓｉｎ（π・ｘ／ｂ） （７） により正弦波状に選択されている。Ｐの値は判定式Ｊ０
（８・π・Ｐ／ｄ）＝０により与えられる。ここで、Ｊ
０は０次のベッセル関数である。Ｐの可能な解はＰ＝ｄ
／１０．４５１；Ｐ＝ｄ／４．５５３；．．．．であ
る。
【００４３】図３ｂの上部には、再び目盛マークの正弦
波状の変位の変化を持って適当に構成された走査目盛３
８′が示してある。
波状の変位の変化を持って適当に構成された走査目盛３
８′が示してある。
【００４４】二次の高調波の濾波で説明した例と同じよ
うに、δ１（ｘ）またはδ２（ｘ）を適当に選んで、二
次の高調波以外の偶数次の高調波成分も全体の信号から
濾波できる。ｎ次の高調波（ｎ＝２，４，６，．．．）
を望ましく濾波する場合には、上に説明した式（５）も
同じように有効である。
うに、δ１（ｘ）またはδ２（ｘ）を適当に選んで、二
次の高調波以外の偶数次の高調波成分も全体の信号から
濾波できる。ｎ次の高調波（ｎ＝２，４，６，．．．）
を望ましく濾波する場合には、上に説明した式（５）も
同じように有効である。
【００４５】測定系に応じて変位の変化を適当に選ぶ
と、一定の高調波成分を濾波でき、濾波による基本波の
変調度ができる限り少ない影響を受けることが確認され
ている。
と、一定の高調波成分を濾波でき、濾波による基本波の
変調度ができる限り少ない影響を受けることが確認され
ている。
【００４６】図２の二つの走査目盛２８．１，２８．２
を静止した測定目盛と見なし、この測定目盛に対して中
間に配置され、今度は走査目盛として機能する目盛２１
が光源２６，集光光学系２７および図示していない検出
素子と共に相対移動することも基本的に可能である。た
だ重要なことは、上の条件に応じて選択された変位の変
化が二回通過する目盛の上で生じることにある。最後の
場合には、変位の変化が二つの測定目盛の上で生じるこ
とになる。
を静止した測定目盛と見なし、この測定目盛に対して中
間に配置され、今度は走査目盛として機能する目盛２１
が光源２６，集光光学系２７および図示していない検出
素子と共に相対移動することも基本的に可能である。た
だ重要なことは、上の条件に応じて選択された変位の変
化が二回通過する目盛の上で生じることにある。最後の
場合には、変位の変化が二つの測定目盛の上で生じるこ
とになる。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による装
置を用いれば、所望の偶数次の高調波成分のみを全走査
信号から指定通りに除去できる。その場合、基本波は不
変なままである。つまり、基本波の変調度に対して低下
係数が１あるいは１に近くなるので、偶数次の高調波成
分により乱されない所望の走査信号が得られる。三重あ
るいは多重の格子変換器である干渉性の位置測定装置の
構成に応じ、この発明による原理をそれに合わせて移行
させて所望の偶数次の高調波信号成分を濾波できる。上
記の実施例では第二次の高調波が濾波されている。この
発明による装置は、干渉性の位置測定装置内で透過光の
実施例としても、また反射光の実施例としても採用でき
る。更に、この発明による装置は原理的に位相格子を用
いても、振幅格子を用いても、走査目盛または測定目盛
として実現できる。
置を用いれば、所望の偶数次の高調波成分のみを全走査
信号から指定通りに除去できる。その場合、基本波は不
変なままである。つまり、基本波の変調度に対して低下
係数が１あるいは１に近くなるので、偶数次の高調波成
分により乱されない所望の走査信号が得られる。三重あ
るいは多重の格子変換器である干渉性の位置測定装置の
構成に応じ、この発明による原理をそれに合わせて移行
させて所望の偶数次の高調波信号成分を濾波できる。上
記の実施例では第二次の高調波が濾波されている。この
発明による装置は、干渉性の位置測定装置内で透過光の
実施例としても、また反射光の実施例としても採用でき
る。更に、この発明による装置は原理的に位相格子を用
いても、振幅格子を用いても、走査目盛または測定目盛
として実現できる。
【図１】 この発明による装置を組み込んだ干渉性の位
置測定装置の可能な実施例の基本構造の断面図、
置測定装置の可能な実施例の基本構造の断面図、
【図２】 この発明の原理を説明するため図１の位置測
定装置のビーム通路の展開図、
定装置のビーム通路の展開図、
【図３】 この発明による装置の走査目盛と位相差の間
の関係を示す可能な第一実施例の平面図（ａ）および第
二実施例の平面図（ｂ）である。
の関係を示す可能な第一実施例の平面図（ａ）および第
二実施例の平面図（ｂ）である。
１ 目盛板 ２ ホルダー部分 ３ ネジ ４ 工作機械の一部 ５ 走査ユニット ６，２６ 光源 ７，２７ コンデンサ光学系 ８，２８．１，２８．２ 走査目盛 ９ａ 検出素子 １０ 移動台 ２１ 測定目盛
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−146160（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−86513（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30
Claims (4)
- 【請求項１】 少なくとも一つの測定目盛（２１）ある
いは走査目盛（２８．１，２８．２；３８；３８′）の
目盛マークが等距離の間隔に対して特定の偏差の変化δ
１（ｘ），δ２（ｘ）を有し、少なくとも一つの走査目
盛（２８．１，２８．２；３８；３８′）で測定目盛
（２１）を走査して生じる高調波の信号成分を濾波する
装置において、 光が一回通過する目盛周期ｄの走査目盛または測定目盛
を二つ使用する場合、ｎを偶数としてｎ次の高調波の信
号成分を除去するため、偏差の変化δ１（ｘ），δ２
（ｘ）が条件、 δ１（ｘ）＝δ１（ｘ＋２＊ｂ）， δ２（ｘ）＝δ２（ｘ＋２＊ｂ）および δ１（ｘ）＝−δ２（ｘ＋ｂ） を満たし、ここでｂ＝Ｄ＊λ／ｄで、Ｄが測定目盛と走
査目盛の間の間隔で、λが光源の光の波長であり、 偏差の変化δ１（ｘ），δ２（ｘ）が条件 【外１】 を満たすように選択されている、ことを特徴とする装
置。 - 【請求項２】 少なくとも一つの測定目盛（２１）ある
いは走査目盛（２８．１，２８．２；３８；３８′）の
目盛マークが等距離の間隔に対して特定の変位δ（ｘ）
を有し、少なくとも一つの走査目盛（２８．１，２８．
２；３８；３８′）で測定目盛（２１）を走査して生じ
る高調波の信号成分を濾波する装置において、 光が二回通過する目盛周期ｄの走査目盛または測定目盛
を一つ使用する場合、ｎを偶数としてｎ次の高調波の信
号成分を除去するため、変位δ（ｘ）が条件、 δ（ｘ）＝δ（ｘ＋２＊ｂ）および δ（ｘ）＝−δ（ｘ＋ｂ） を満たし、ここでｂ＝Ｄ＊λ／ｄで、Ｄが測定目盛と走
査目盛の間の間隔で、λが光源の光の波長であり、 変位δ（ｘ）が条件 【外２】 を満たすように選択されている、 ことを特徴とする装置。 - 【請求項３】 二次の高調波の信号成分を除去するた
め、 【外３】 を満たす変位δ（ｘ）を使用することを特徴とする請求
項２に記載の装置。 - 【請求項４】 二次の高調波の信号成分を除去するた
め、 δ（ｘ）＝Ｐ・ｓｉｎ（π・ｘ／ｂ） を満たす変位δ（ｘ）を使用し、ここで、付帯条件Ｊ０
（８・π・Ｐ／ｄ）＝０からＰを求め、Ｊ０は０次のベ
ッセル関数を意味することを特徴とする請求項２に記載
の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19532246A DE19532246A1 (de) | 1995-09-01 | 1995-09-01 | Vorrichtung zur Filterung von Oberwellen-Signalanteilen |
| DE19532246:0 | 1995-09-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09113213A JPH09113213A (ja) | 1997-05-02 |
| JP2888482B2 true JP2888482B2 (ja) | 1999-05-10 |
Family
ID=7770976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8230638A Expired - Fee Related JP2888482B2 (ja) | 1995-09-01 | 1996-08-30 | 高調波信号成分を濾波する装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP0763715B1 (ja) |
| JP (1) | JP2888482B2 (ja) |
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| DE (2) | DE19532246A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9807020D0 (en) * | 1998-04-02 | 1998-06-03 | Bamford Excavators Ltd | A method of marking a mechanical element, an encoding scheme, a reading means for said marking and an apparatus for determining the position of said element |
| US6611854B1 (en) * | 1999-09-24 | 2003-08-26 | David Amels | System and method for distorting a signal |
| EP1396704B1 (de) * | 2002-08-07 | 2015-10-07 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Interferenzielle Positionsmesseinrichtung |
| US6915224B2 (en) * | 2002-10-25 | 2005-07-05 | Jung-Ching Wu | Method for optimum spectrum analysis |
| DE10338991A1 (de) * | 2003-08-18 | 2005-03-17 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Positionsmesseinrichtung |
| DE10347604A1 (de) * | 2003-10-14 | 2005-05-12 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Optische Positionsmesseinrichtung |
| US20070024865A1 (en) * | 2005-07-26 | 2007-02-01 | Mitchell Donald K | Optical encoder having slanted optical detector elements for harmonic suppression |
| US7485845B2 (en) * | 2005-12-06 | 2009-02-03 | Mitutoyo Corporation | Photoelectric encoder capable of effectively removing harmonic components |
| DE102007046318A1 (de) * | 2007-09-27 | 2009-04-02 | Robert Bosch Gmbh | Abtastverfahren |
| WO2010138155A2 (en) * | 2009-05-27 | 2010-12-02 | Active Precision, Inc. | Encoder interpolator with enhanced precision |
| GB201301186D0 (en) | 2012-12-20 | 2013-03-06 | Renishaw Plc | Optical element |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3412128C1 (de) * | 1984-03-31 | 1985-05-09 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut | Positionsmesseinrichtung |
| GB8413955D0 (en) * | 1984-05-31 | 1984-07-04 | Pa Consulting Services | Displacement measuring apparatus |
| US4618214A (en) * | 1984-10-26 | 1986-10-21 | Itek Corporation | Method of fabricating a controlled harmonic binary grating |
| JP2539269B2 (ja) * | 1989-07-17 | 1996-10-02 | オークマ株式会社 | 光学式エンコ―ダ |
| JP2575935B2 (ja) * | 1990-07-30 | 1997-01-29 | オークマ株式会社 | 位置検出装置 |
| DE59104512D1 (de) * | 1991-11-04 | 1995-03-16 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Vorrichtung zur Erzeugung oberwellenfreier periodischer Signale. |
| DE59105197D1 (de) * | 1991-11-04 | 1995-05-18 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Vorrichtung zur Erzeugung oberwellenfreier periodischer Signale. |
| DE59306689D1 (de) * | 1993-08-07 | 1997-07-10 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Vorrichtung zur Erzeugung oberwellenfreier periodischer Signale |
-
1995
- 1995-09-01 DE DE19532246A patent/DE19532246A1/de not_active Withdrawn
-
1996
- 1996-07-20 EP EP96111723A patent/EP0763715B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-07-20 AT AT96111723T patent/ATE212434T1/de not_active IP Right Cessation
- 1996-07-20 DE DE59608637T patent/DE59608637D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-08-28 US US08/704,832 patent/US5814812A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-08-30 JP JP8230638A patent/JP2888482B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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| ATE212434T1 (de) | 2002-02-15 |
| DE19532246A1 (de) | 1997-03-06 |
| JPH09113213A (ja) | 1997-05-02 |
| DE59608637D1 (de) | 2002-03-14 |
| US5814812A (en) | 1998-09-29 |
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| EP0763715A3 (de) | 1998-11-18 |
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