CN87106274A

CN87106274A - 光学式位移检测装置

Info

Publication number: CN87106274A
Application number: CN87106274.7A
Authority: CN
Inventors: 市川宗次
Original assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1986-08-15
Filing date: 1987-08-15
Publication date: 1988-02-24
Also published as: GB9004758D0; GB2228321B; US4912322A; GB2194044B; GB2228320B; GB8719257D0; DE3727188C2; GB2228320A; GB2194044A; CN1013705B; GB2228321A; GB9004757D0; IN168444B; DE3727188A1

Abstract

一种光学式位移检测装置，该装置包括一个主标尺和一个指示标尺，主标尺上形成的第一光栅的间距调定为P，指示标尺上形成的第二光栅的间距调定为P/n，从而产生间距为P/n的分度检测信号。第二光栅的间距调定为(u+v)P/u或(u+v)P/(2u)(u是漫射性光源与第一光栅之间的间隙距离，v是第一光栅与第二光栅之间的间隙距离)，从而可以无需使用准直透镜。此外还用了第一光栅的较高次谐波分量，因而将第二光栅的间距调定在大致为(u+v)Q/u或(u+v)Q(2u)(Q＝P/m，m为等于或大于2的整数)从而避免将第二光栅的间距分成更小的分度。

Description

本发明涉及光学位移检测装置，更详细地说，涉及对一种光学式位移检测装置所进行的改良，在该装置中，两机件的位置关系是从在其上形成以具有一光栅的一主标尺与在其上形成以具有一对应于该主标尺光栅的光栅的一指示标尺作相对位移时所产生的光电转换过程的信号的变化检测出来的。

迄今，在机床和测量仪表领域中要测量机床刀具等的进给值时（如图15所示），都盛行采用这样一种光学式位移检测装置：在彼此作相对运动的其中一个机件上安装上一个在其上形成以具有第一光学光栅（以下简称“第一光栅”）16的主标尺14，在另一个机件上安装上一个在其上形成以具有第二光学光栅（以下简称“第二光栅”）20的指示标尺18的滑尺，例如由光源10和准直透镜12组成的照明装置和例如由光接收元件22组成的光电转换装置，由此将第一光栅16与第二光栅20相对运动所产生光量的变化进行光电转换，然后将如此检测出的检测信号插入并转换成脉冲，由所附的计数电路计数，从而可以进行位移值的测量。

在上述检测装置中，例如，指示标尺18上的第二光栅20如图15所示可分为四相：0°，90°，180°，270°，光量的变化，由前置放大器24A和24B进行差分放大，从而使两相检测信号大致上可用对应于指示标尺18在X方向上的位移的Asinθ和Acosθ近似地表示。

在上述检测装置中，连同先进的精整技术一起，都认为需要将测量分辨率划分得再小一些。但计数电路中施加在检测信号的插值数目是有一定限度的，而且插值可能会引起误差，从而要求进一步减小检测信号本身的间距，以便减小主标尺14的第一光栅16的光栅间距P。迄今，光栅间距P历来设定在20微米左右，但最近要求将光栅间距P规定为10微米或以下。

然而，随着主标尺14的第一光栅间距16的减少，产生了以下缺点。

更具体地说，从设计技巧的角度出发，需要将主标尺14与指示标尺18之间的间隙距离g的绝对值及其容许偏差设定在某些值或高于某些值上。但当光栅间距P的值小时，为满足上述要求，需要采用高精度长焦距的准直透镜12，使照明光成为令人满意的平行光，这样就使检测装置的体积变大。

另一方面，英国专利申请书44522/74提出过一种无需采用高精度准直透镜12可以增加间隙距离g的检测装置。但这个现有技术有这样一个缺点：该检测装置用于透射式检测装置中时，因为需用三个光栅，所以使用起来特别困难。

此外，在指示标尺18上形成的第二光栅20光栅间距和对光栅的相位进行分度具有一个缺点。更具体地说，在图15的实例中，第二光栅20是分度为四。但对垂直分度偏差δ的精确度进行研究时，当第一光栅16的光栅间距为8微米时，若第二光栅20的光栅间距也是8微米，则为使检测信号的相位差达到90°±10°的精确度，需要采用非常小的光栅间距并将偏差δ设定在2±0.2微米。这样就需要采用先进的精整技术，而且在生产过程中降低了指示标尺的生产率，从而提高生产成本。

另一方面，作为另一种有助于提高分辨能力的检测装置，有人提出过一种用以进行光学分度的检测装置，该装置根据主标尺上形成的第一光栅间距P获得的检测信号的间距t是通过减小间距P例如减少到P/2获得的。

例如，在上述美国专利申请44522/74中就公开了这样一种检测装置，该装置采用三个光栅以产生具有间距等于主标尺光栅间距P的1/2的检测信号。但如前所述，该现有技术具有难以应用于透射式检测装置的缺点。

此外，在图16所示的英国专利申请2024416A中，提出了一种检测装置，该装置主标盘14上形成的第一光栅16上的透光部分16A与遮光部分16B之间的比值调定为1∶（2n-1），从而使光接收元件（光电二极管）22通过其上形成以第二光栅20的指示标尺18获得的检测信号，其间距为第一光栅16的间距P的1/n。

在图16所示的检测装置中，第一光栅16的透光部分16A与光栅间距P之间的比值调定为1∶4，第二光栅20的间距q调定在P/2，而前置放大器24通过放大来自光电二极管22的信号得到的检测信号的间距t为q，即为第一光栅间距P的1/2。

通过采用图16所示的检测装置，必然可以获得通过分割第一光栅16的间距P得到的间距为t的检测信号。但由于需要将第一光栅16的透光部分16A按分割数目成比例地缩短，这实质上等于将光栅间距进一步缩小，特别是，从精整技术的角度来看，要制造在原来具有长量程的主标尺上形成以第一光栅16就变得困难了。此外，由于需要令人满意的平行光线，因而需要有一个高精度长焦距的准直透镜，从而使检测装置的体积变大。另外，与主标尺的光栅间距P相比，指示标尺的光栅间距为P/2，于是产生这样的缺点，即当间距P为例如10微米或以下时，指示标尺的生产率低，从而提高生产成本。

另一方面，在上述英国专利申请2024416A中还叙述了这样一个例子，其中，即使第一光栅16的透光部分16A与遮光部分16B的长度比为1∶1，也能进行光学分度。但在这个现有技术中，当将某一光学系统的有效波长调定为

，第一光栅16的间距调定为P时，光栅间隙v需要满足下式（1）的关系，因而产生这样一个缺点：使令光栅间隙v维持在某预定值的机构部分复杂化。

v

（P²/

）/2 （1）

本发明即为消除现有技术的上述缺点而研究出来的。本发明的第一个目的是提供一种光学式位移检测装置，该装置即使当主标尺上形成的第一光栅的透光部分与遮光部分之间的比值为1∶1，也可进行光学分度，而且即使在主标尺与指示标尺上形成的各光栅之间的一个间隙距离是一个预定值或大于某预定值，也可得出较满意的检测信号。

为达到上述第一目的，本发明的第一方面设想了包括下列各部分的光学式位移检测装置;

照明装置，包括一个相干光源;

主标尺，在其上形成以具有光栅间距为P的第一光栅;

指示标尺，在其上形成以具有光栅间距q＝P/n（n为等于或大于2的整数）的第二光栅;和

一个光接收元件，用以对透过第一和第二光栅的照明光进行光电转换;

在该位移检测装置中，间距为P/n的检测信号是按主标尺与指示标尺之间的相对位移产生的。

在本发明第一方面的一个特定形式中，当考虑到光接收元件而将光学系统实际光谱的中心波长调定为

时，第一和第二光栅之间的间隙距离基本上调定为mq²/

（m是1或大于1的整数）。

在本发明第一方面的另一个特定形式中，当光学系统实际光谱的中心波长，考虑到光接收元件，被调定在时，第二光栅的光栅间距设定为P/2，第一和第二光栅之间的间隙则调定为大体上等于或大于2q/

。

在本发明第一方面的另一个特定形式中，光源是一个激光二极管。

在本发明第一方面的又另一个特定形式中，第一光栅的透光或反光部分与遮光或吸收光的部分之间的比值调定为大体上第于1∶1。

在本发明第一方面的又另一个特定形式中，第二光栅的透光部分与遮光部分之间的比值调定为大体上等于1∶1。

在光学式移位检测装置中，通常，如果第一光栅对照明光的透射系数或反射系数不能用简单的正弦函数表示时，则要精确分析例示的透射通过第一光栅的光的变化是有困难的，因此，本专利申请的发明人在制造各种条件下所用的检测装置时观察了诸检测信号的状态。

本发明的第一方面即基于上述观察结果发明出来的。将第一光栅的光栅间距调定在P值，第二光栅的光栅间距调定在P/n（n为2或大于2的整数），这些第一和第二光栅都由相干光源照射，而间距为P/n的检测信号则是按主标尺与指示标尺之间的相对位移产生的。这样，即使当主标尺上形成的第一光栅的透光或反光部分与遮光或光吸收部分之间的比值调定在大体上等于1∶1，也可以进行光学分度，从而方便了主标尺的制造。此外，即使当主标尺和指示标尺上形成的各光栅之间所形成的光栅间距被调定在某预定值或大于某预定值，也能获得相对来说令人满意的检测信号，因而可将光栅间距调定的宽些，从而方便了机械部分的制造。

本发明的第二目的是提供一种光学式位移检测装置，该装置无需要用高精度长焦距的准直透镜，而且指示标尺不难精整。

为实现上述第二目的，本发明的第二方面设想了包括下列各部分的一种光学式位移检测装置：

漫射性光源，用以照明主标尺而无需采用准直透镜;

主标尺，安置在距漫射性光源有一个间隙距离u的间隔分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距为P的第一光栅;

指示标尺，安置在距第一光栅有一个间隙距离v的间隙分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距q＝（u+v）P/u的第二光栅;及

光接收元件，用以当两标尺彼此相对移动时，漫射性光源使第一光栅的象与第二光栅重叠所引起的光量变化进行光电转换。

在本发明第二方面的一个特定形式中，该漫射性光源是一个点光源。

在本发明第二方面的另一个特定形式中，该点光源是一个激光二极管。

在本发明第二方面的又一个特定形式中，该点光源是电激光二极管在其发光部分前面设置用以控制发散角的例如半球面透镜的透镜而形成的。

在本发明第二方面的又另一个特定形式中，该漫射性光源是一个定向于第一光栅的光栅宽度方向上照射的线性光源。

在发明第二方面的又另一个特定形式中，当光学系统的光敏性光谱的波长平均值被调定为时，间隙v被调定为：

v≌unP²/（

u-nP²）

其中n为

u/P²或小于

u/P²的自然数。

本发明除第二目的之外还具有第三目的，即提供一种光学式位移检测装置，其中可采用两个光栅进行分度为二的光学分度。

为实现上述第三目的，本发明的第三方面设想包括下列各部分的光学式位移检测装置：

漫射性光源，用以照射主标尺而无需使用准直透镜;

指示标尺，安置在距第一光栅有一个间隙距离V的间隔分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距为q＝（u+v）P/（2u）的第二光栅;

在本发明第三方面的一个特定形式中，漫射性光源是一个点光源。

在本发明第三方面的另一个特定形式中，该点光源是一个激光二极管。

在本发明第三方面的又一个特定形式中，该点光源是由激光二极管在其发光部分前面设置用以控制发散角的例如半球面透镜的透镜而形成的。

在本发明第三方面的又另一个具体形式中，该漫射性光源是一个定向于在第一光栅宽度方向上照射的线性光源。

在本发明第三方面的又另一个特定形式中，当光学系统的光敏性光谱的波长平均值被调定为

时，间隙距离v被调定为：

v≌u（n-0.5）P²/｛ u-（n-0.5）P²｝

（n为等于或小于

u/P²+0.5的自然数）。

下面介绍本发明第二和第三方面的检测原理。

如图1所示，漫射性光源30（例如点光源）配置在光栅间距为P的第一光栅16前面，与第一光栅16相距一个间隙距离u。这时，放大了的第一光栅16的象表面上在屏幕S上距第一光栅16一个间隙距离V处形成。但事实上，由于衍射的影响，象的形状发生很大的变化的。

为简明起见，第一光栅16的光振幅透射系数用下式（2）表示，并将在下面示出根据《光学原理》（马克斯·波恩与埃密尔·沃耳夫著，帕卡门出版社1980第六版）第383页的菲涅耳衍射理论对象在屏幕S上在间隙距离v的分配g（x）进行计算的结果。

f（x）＝1+cos（2πx/P）……（2）

这里，考虑到漫射性光源30的发光光谱和光接收元件波长灵敏度，将在此光学系统中光谱的波长平均值的一波长调定为

，并取n为自然数（1或大于1的整数）。

首先，当间隙距离v大致上等于下式（3）表示的v/（n）时，除比例常数外，下式（4）中所示的关系成立。

v≌vl（n）

＝u（n-0.5）P²/｛

u（n-0.5）P²｝……（3）

g（x）＝gl（x）

≌4+cos〔4πux/｛（u+v）/P｝……（4）

另一方面，当间隙距离v大致上等于下式（5）表示的v2（n）时，除比例常数外，下式（6）中所示的关系成立。

v≌v2（n）

＝unP²/（

u-nP²）……（5）

g（x）＝g2（x）

≌1+cos〔2πux/｛（u+v）P｝〕……（6）

从（3）和（4）式可知，只要在该处间隙距离v接近vl（n）的屏幕S上给出光栅间距q＝（u+v）P/（2u）的第二光栅，就可以获得测定信号。此象对该表面上的象具有光栅间距为1/2，且具有如此值得注意的特性，即当第一光栅16位移一个间距P时，检测信号就发生两个间距的变化。

另一方面，从（5）和（6）式可知，只要在该处间隙距离v接近v2（n）的屏幕S上给出光栅间距q＝（u+v）P/u的第二光栅，就可获得测定信号。由于此象与该表面上的象大小相当，因而当第一光栅16位移一个间距P时，检测信号就发生一个间距的变化。

迄今还没有对本发明的检测装置进行过深入的研究，因为从来还没有过一种检测装置作为其漫射性光源30，特别是作为其点光源30在具有一种小的发光部分但具有大的输出，且在光栅间距P大时，上述检测装置的必要性则变低。今天，技术背景变了，作为点光源极其理想的激光二极管的价格降低了，并在光栅间距P变得非常小时作为解决存在的一些问题的必要性，本发明的发明人在研究了上述诸多问题的基础上，提出了上述（4）和（6）式，并肯定了上述检测装置的实用性。

本发明的第二方面即基于上述研究结果的第一光栅的光栅间距调定为P，第二光栅的光栅间距q调定为（u+v）P/u（u是漫射性光源与第一光栅之间的间隙距离，v是第一和第二光栅之间的间隙距离），采用散射光源而无需用准直透镜照射在其上而形成以具有第一光栅的主标尺，从而对由于第一光栅的象与第二光栅重叠所引起的光量变化进行光电转换。因此，点光源或线性光源实际上可被用作漫射性光源，而且无需使用高精度和长焦距的准直透镜。此外，指示标尺的间距可比过去取得大些，从而便于进行指示标尺的制造和精整工作。

本发明的第三方面也是以上述研究结果为基础的。第一光栅的光栅间距调定为P，第二光栅的光栅间距q调定为（u+v）P/（2u），采用漫射性光源而无需用准直透镜照射在其上形成以具有第一光栅的主标尺，从而对由于第一光栅的象与第二光栅重叠所引起的光量变化进行光电转换，这样做的结果，采用两个光栅可以进一步达到分度为2的光学分度。

附带说一下，当根据本发明的第一方面，主标尺上第一光栅的间距调定为P，指示标尺上第二光栅的间距调定为P/n（n为等于或大于2的整数）且获得间距为P/n的检测信号时，透光或反光部分与遮光部分之间的比值调定为1∶1。但第一光栅除具有间距为P的基本谐波分量之外还具有间距为P/n的较高次谐波分量，因此可以推定，由于较高次谐波分量的象与第二光栅重叠，因此可以获得检测信号。以下事实证实了这一点：当波长调定为

时，光栅间隙可通过将（P/n）²/

乘以某一整数而获得，则在大致此一位置上可获得对比度良好的信号。

假设有一个间距为P的光栅F1（x），举例说，透光或反光部分与遮光部分之间的比值如同第一光栅一样精确地调定到1∶1，且若对此进行傅立叶分析，则得出下列方程，常数除外。

F1（x）＝1/2+0.6sin（2π×/P）

+0.2sin（3.2π×/P）

+0.1sin（5.2π×/P）

+……

因此显然，F1（x）除包括基本谐波外，还包括诸如三次和五次谐波之类的较高次谐波。

同样，假设，在第一光栅中，透光或反光部分与遮光部分之间的比值调定为5∶7，且当进行傅立叶分析时，可以认为包括了二次和四次谐波之类的较高次谐波。

通常，第一光栅是使其透光或反光部分与遮光烹部分之间的比值为1∶1进行制造的。然而从制造工艺的方面来看，可变性存在，而比值1∶1是不能实现的。在这方面，可以想象，谐波包括了所有的较高次谐波，且上述检测装置利用了这些较高次谐波分量。

但这种测定装置需用高精度和长焦距的准直透镜以使照明光成为令人满意的平行光束。因此，出现了上述缺点，以致检测装置的体积变大。

此外，随着光学分度的增加，指示标尺上第二光栅的间距应划分得更小。对指示标尺来说，由于它与主标尺不同，只要有若干毫米就足够了，间距小并不造成实质性的障碍，但这样一个问题仍然存在着：随着间距划分得越小，指示标尺的生产率下降。

同样，当指示标尺上第二光栅的间距调定为P/（2n）且要获取间距为P/（2n）的检测信号时，情况也是如此。在这种情况下，对比度良好的信号可在主要在光栅间隙是通过将（P/n）²/

乘以某一整数的一半而获得的位置上获得的。

因此，本发明的第四目的是提供一种光学式检测装置，该装置的光学分度可以无需使用高精度和长焦距的准直透镜进行，而其指示标尺可易于制造。

为达到上述第四目的，本发明的第四方面设想包括有下列各部分的，光学式位移检测装置：

-漫射性光源;

-主标尺，安置在距漫射性光源有一段间隙距离u的间隔分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距为P且包括较高次谐波分量的第一光栅;

-指示标尺，安置在与第一光栅有一段间隙距离v的间隔分离的位置上，当Q＝P/m（m是等于或大于2的整数）时在其上形成以具有光栅间距q≌（u+v）Q/u的第二光栅;和

一光接收元件，用以对两标尺彼此相对移动时因漫射性光源使第一光栅的象与第二光栅重叠所引起的光量变化进行光电转换，从而产生间距为Q的检测信号。

在本发明第四方面的一个特定形式中，漫射性光源是一个点光源。

在本发明第四方面的另一个特定形式中，该点光源是一个激光二极管。

在本发明第四方面的又一个特定形式中，该点光源是通过在激光二极管的发光部分前面设置用以控制发散角的例如半球面透镜一透镜而形成的。

在本发明第四方面的又另一个特定形式中，该漫射光源是一个定向于第一光栅宽度方向上照射的线性光源。

在本发明第四方面的又另一个特定形式中，当光学系统光敏性光谱的波长平均值调定为

，此外，此系统的放大率M被定义为M≌（u+v）/u时，间隙距离v调定为：

v≌nMQ²/

（n为等于或大于1的整数）。

本发明的第五目的是提供一种光学式位移检测装置，该装置的光学多重分度，除第四目的之外，是采用两个光栅进行的。

为达到上述第五目的，本发明的第五方面设想包括有下列各部分的一种光学式位移检测装置：

-漫射性光源;

-主标尺，安置在距漫射性光源有一段间隙距离u的间隔分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距为P且具有较高次谐波分量的第一光栅;

-指主标尺，安置在距第一光栅有一段距离v的间隔分离的位置上，当Q＝P/m时在其上形成以具有光栅间距q（u+v）Q/（2u）（m是等于或大于2的整数）的第二光栅;和

-光接收元件，用以对两标尺彼此相对移动时因漫射性光源使第一光栅的象与第二光栅重叠所引起的光量变化进行光电转换，从而产生间距为Q/2的检测定号。

在本发明第五方面的一个特定形式中，漫射性光源是一个点光源。

在本发明第五方面的另一个特定形式中，该点光源是一个激光二极管。

在本发明第五方面的又一个特定形式中，该点光源是通过在激光二极管发光部分前面设置用以控制发散角的例如半球面透镜的透镜而形成的。

在本发明第五方面的又另一个特定形式中，漫射性光源是一个定向于第一光栅宽度方向上照射的线性光源。

在本发明第五方面的又另一个特定形式中，当光学系统光敏性光谱的波长平均值调定为

时，距离v调定为：

v≌（n-1/2）MQ²/

（n是等于或大于1的整数），此外，该系统的放大率M以M＝（u+v）/u表示。

下面将叙述本发明第四和第五方面的原理。

参看图1。当假设第一光栅16具有m次谐波（m是等于或大于2的整数）的较高次谐波分量时，可以想象，具有一光栅间距为Q（假设Q＝P/m）的光栅，来代替第一光栅。这时，间距为Q的放大了的光栅的象表面上在屏幕S上距第一光栅16一个间隔距离V处形成。但事实上，象的光量分布是随u和v值而发生很大的变化。

为简明起见，用下式（7）表示间距为Q的光栅光的振幅透射系数f（x），并在下面示出根据上述菲涅耳衍射理论计算在屏幕S上在间隙距离v处的象分布的结果。

T（x）＝1+cos（2πx/Q）……（7）

这里考虑到由漫射性光源30发出的光谱和光接收元件的波长灵敏度，将在此光学系统中的光谱的波长平均值的一波长，调定为

，n调定为自然数（等于或大于1的整数），第一光栅的放大率以M＝（u+v）/u定义之。

首先，当间隙距离v大致上等于下式（8）所表示的v1（n）时，下式（9）所示关系式成立，比例常数除外。

v≌vl（n）

＝（n-0.5）MQ²/

……（8）

g（x）≡gl（x）

≌4+cos〔4xux/｛（u+v）Q｝〕 ……（9）

（8）式与下式等效：

v≌vl（n）

＝u（n-0.5）Q²/｛

u-（n-0.5）Q²｝

但若v变化，gl（x）的变化没有那么大。因此（8）式不是那么严密。

另一方面，当间隙距离v大致上等于下式（10）表式的v2（n）时，下式（11）所示的关系式成立，比例常数则例外。

v≌v2（n）

＝n（MQ²/

……（10）

g（x）≡g2（x）

≌1+cos〔2πux/｛（u+v）P｝〕 ……（11）

从（8）和（9）式发现，通过配置以具光栅间距q＝（u+v）P/（2u）的第二光栅，在屏幕S上在间隙距离v靠近v1（n）的地方可以获得一个测定信号。此象对表面上的象具有光栅间距为1/2，且具有值得注意的特性，即当令第一光栅16位移一段间距Q即P/m时，检测信号的变化相当于两个间距的值。

另一方面，从（10）和（11）式发现，通过配置以具光栅间距q＝（u+v）Q/u第二光栅，在屏幕上间隙距离V靠近v2（n）的地方可获得一个测定信号。由于此象与表面上的象大小相当，因而当令第一光栅位移一段距离Q即P/m时，测定信号就发生相当于一个间距的值的变化。

附带说一下，具有各种间距的波形出现在屏幕S上，对应于第一光栅的较高次谐波分量。但可以想象，第二光栅对由该较高次谐波分量来的特定分量进行滤波。

本发明的第四方面是以上述研究结果为基础的。第一光栅的光栅间距调定为P，第二光栅的光栅间距q调定为（u+v）Q/u（Q＝P/m），在其上形成以第一光栅的主标尺由漫射性光源照射，并对第一光栅的较高次谐波分量的象与第二光栅重叠所引起的光量变化进行光电转换，从而产生间距为Q的检测信号。因此，由于点光源和线性光源实际上可被用作漫射性光源，因而不需用高精度和长焦距的准直透镜。此外，第二光栅的间距可制造得比以往的大，因而指示标尺制造起来很容易。

本发明的第五方面也是基于上述研究结果的。第一光栅的光栅间距调定为P，第二光栅的光栅间距q调定为（u+v）Q/（2u），在其上形成以第一光栅的主标尺由漫射性光源照射，从而对第一光栅较高次谐波分量的象与第二光栅重叠所引起的光量变化进行光电转换，由此产生间距为Q/2的检测信号。因此，还可以采用该两个光栅实现光学多重分度。

参照附图在研究下面的说明书就不难清础理解本发明的本质、其它目的和优点，附图中，同样的编号表示相同或类似的部件，其中：

图1是说明本发明检测原理的示意图;

图2是本发明光学式位移检测装置第一实施例的配置方式透视图;

图3是说明测定信号的信号对比度的示意图;

图4（A）和4（B）是表示用第一实施例对本发明进行评估的结果的曲线图;

图5是表示本发明第二实施例配置方式的剖视图;

图6是表示本发明第三实施例配置方式的剖视图;

图7是表示本发明第四实施例配置方式的剖视图;

图8是表示本发明第五实施例配置方式的剖视图;

图9是说明本发明第五实施例所采用的线性光源配置方式的正视图;

图10是从图9沿Ⅹ-Ⅹ线截取的横向剖视图;

图11是说明本发明第六实施例配置方式的剖面图;

图12是说明本发明第七实施例配置方式的剖视图;

图13是说明本发明第八实施例配置方式的剖视图;

图14是说明本发明第九实施例配置方式的剖视图;

图15是普通光学式位移检测装置一个实例配置方式的透视图;

图16是普通光学式位移检测装置另一个实例配置方式的剖视图。

下面参照附图详细说明本发明的一些实施例。

如图2所示，本发明的第一实施例包括：

照明装置，具有大体上平行的光通量，由激光二极管32的相干光源和准直透镜33组成;

主标尺14，在其上形成以第一光栅16，其中，透光部分16A与遮光部分16B之间的比值大致调定为1∶1，光栅间距调定为P。

指示标尺18，在其上形成以具有两个分度彼此的相位移为90度的第二光栅20，其中，透光部分与遮光部分之间的比值大体上调定为1∶1，光栅间距调定为q;

两个光电二极管22，是对应于第二光栅的分度措施而设置的，用以对透过第一光栅16和第二光栅20的照明光进行光电转换;和

两前置放大器24，用以分别放大来自光电二极管22的输出，并输出间距调定为t彼此在相位上移动了90度的检测信号A和B。

激光二极管32的波长

调定在0.8微米左右。这里，

是激光二极管32的波长，但通常考虑到光接收元件（光电二极管32），

可取光学系统有效光谱的中心波长。

当激光二极管32安装在远处时无需使用准直透镜33。

至于第一光栅16的间距p，可选取，例如，下列任一值：8微米，20微米和40微米。

此外，第二光栅20的间距q则可选取，例如，8微米或4微米。

对本发明的评估是用第一实施例进行的。表一列出了评估本发明所采用第一光栅16的间距P与第二光栅20的间距q的组合。表一中所示的t值是第一和第二光栅之的间隙距离V取大于P/ 时所得出的检测信号的间距。

从表一可明显地看出，检测信号的间距t相对于第一光栅16的间距P而变小，借此进行了光学多重分度。表一中的n值表示P/t，即光学分度数。

表一

P（微米） q（微米） n t（微米）

40 8 5 8

20 4 5 4

16 8 2 8

16 4 4 4

8 4 2 4

这里，即使进行了光学分度，可以想象，由于第二光栅20的间距q等于检测信号的间距t，因此第二光栅在制造上有困难。但对第二光栅20来说，由于与在主标尺14上的第一光栅要求其长度要包括量程的整个长度不同，因而其长度只要包括光接收元件的宽度即可。因此，例如，可用电子束绘图仪表直接绘制图形，从而可以使第二光栅比在主标尺上的第一光栅更易制造。

其次，再从光栅间隙距v的变化和检测信号的状态来进行评估。图3是从前置放大器24可得出的检测信号的一个例子。检测信号质量的良好程度可根据采用直流分量DC和交流分量PP以下式（12）表示的信号对比度进行评估。

信号对比度＝PP/DC……（12）

更具体地说，通常，直流分量DC与位移检测过程没有关系，其值应小些。因此，信号对比度越大，测量可进行得更稳定。图3中的虚线表示所能得出的最佳信号对比度。按照信号对比度的定义，发现当时的信号对比度值为2。

随着光栅间隙距离v的变化，信号对比度也发生变化。图4（A）和4（B）示出由此而获得的评估结果。评估的结果是与光学分度数即n为2或2以外的数有关，因而可以观察到各种不同的倾向。图（A）是n＝2时的情况，图4（B）是n≠2时的情况。

n＝2时，从图4（A）可知，信号对比度的峰值出现在光栅间隙距离v是通过q²/

乘以某一偶数得出的位置上。鉴于到处都不出现零值，因而只要光栅间隙距离v等于或大于2q²/

都可以检测出位移量。此外，极其重要的一个特点是，当光栅间隙距离v约等于或大于100q²/ 时，信号对比度大致上恒定在0.5值上。因上可以发现，相对于光栅间隙距离v的变化来说，测定信号几乎不变，因而可以制造出极其稳定的检测装置。

相比之下，当n等于2时，例如当第一光栅16的光栅间距P为40微米，第二光栅20的光栅间距q为8微米（n＝5）时的组合情况下，信号对比的峰值出现在靠近如图4（B）所示的光栅间隙距离v是由q²/

乘以某一整数获得的位置，且信号对比度在其各中间部分都接近于零。因此可以发现，通过将光栅间隙距离v调定到约mq²/

（m是一个正整数），且m取大值时，则即使光栅间隙距离v大于某预定值也可以制造出检测信号对比度良好的检测装置。

附带说一下，用此第一实施例的检测装置评估本发明时，分度数n为2～5。但可以预料在更高的多重分度的情况下，这一点也同样适用。

在第一实施例中，我们是将本发明应用于透射式直线性位移检测装置上。但本发明的应用范围不必就局限于此，本发明同样可应用于如图5第二实施例所示的那种反射式直线性位移检测装置上。在这种情况下，主标尺14除采用玻璃标尺外，还可采用不锈钢带等。此外，除直线性位移检测装置（线性编码器）外，同样还可适用于旋转位移检测装置（旋转编码器）。

在上述实施例中采用了激光二极管32作为相干光源。但光源的种类并不局限于此，除激光二极管外，还可以（例如）采用发射光谱宽度约为20毫微米的发射极管。此外，即使发光元件具有很宽的发射光谱宽度，通过另外采用干涉滤光器等来选择波长，仍可采用该发光元件作为相干光源。

下面谈谈本发明第二方面的实施例。

如图6所示，本发明的第三实施例应用了上述（5）和（6）式所述的关系，该实施例包括：

-激光二极管32，用以照明主标尺14而无需使用准直透镜;

-主标尺14，安置在与激光二极管32相距一段间隙距离u的间隔分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距P的第一光栅16，光栅16上有若干纵向条纹刻度;

-指示标尺18，安置在与第一光栅16相距一段间隙距离v的间隔分隔的位置上，在其上形成以具有光栅间距为q的第二光栅20;

两个光接收元件22A和22B，在相位上相差0度至90度，用以对两标尺14和16彼此相对移动时激光二极管32使第一光栅16的象与第二光栅20重叠所引起的光量变化进行光电转换;和

前置放大器24A和24B，用以分别放大来自光接收元件22A和22B的输出。

激光二极管32可采用其发光部分的大小约为若干平方微米、波长

约为0.78微米的激光二极管（例如，日立公司出品的HL-7801E激光二极管）。

第一光栅16与第二光栅20之间的间隙距离v和第二光栅20的光栅间距q适宜满足下式所示的关系。

v≌unP²/（

u-nP²）……（13）

q≌（u+v）P/u ……（14）

其中，n为等于或 n/P²整数。

具体地说，当n＝30，且u和v都调定为4.9毫米左右，第一光栅的光栅间距P调定为8微米时，从（14）式所示的关系来看，第二光栅20的光栅间距q可调定为16微米。最后，要获取令人满意的信号必须精心调节激光二极管32和指示标尺18的位置，此外，间隙距离v容许的变化值约为±0.1P²/

。

另一方面将第二光栅20的偏差δ求出信号的相应位移时，为获得90°±10°的相位差，该偏差δ可取4±0.4微米，因为光栅间距q为16微米。因此发现，在第二光栅20中，光栅间距和偏差都比普通检测装置的翻了一番，从而方便了第二光栅的制造。

此外，通过在x方向上减少光接收元件22A和22B的宽度可以避免主标尺14移位时间隙u和v变化所引起的第二光栅20的间距q与象间距之间的位移的不利影响。

在本实施例的布局中，主标尺14是在x方向上移位，从而可以从前置放大器24A和24B获得间距t＝8微米并移位成两相的检测信号。换句话说，t＝P。

在第三实施例中，实际上采用激光二极管作为点光源，但点光源的种类并不局限于此，例如图7所示的第四实施例，可在激光二极管的发光部分前面采用直径为500微米的极小半球面透镜34，供控制分散角之用。在这种情况下，来自激光二极管32照明光的分散角受到控制，从而提高了光的接收效率。

另外，点光源还可采用介于激光二极管与发射二极管之间中间形式的高输出发射二极管。

下面详细叙述本发明的第五实施例。

如图8所示，在此第五实施例中，漫射性光源采用了照射方向定向于第一光栅16宽度方向的线性光源40，例如，一个缝隙发射二极管。除四个光接收元件22A、22B、22C和22D相位移分别为0°、180°、90°和270°外，其它方面都与第三实施例的类似，因而不再重复叙述。

当采用普通发射二极管作为光源时，若为获取点光源只是把发光部分造得很小时，则发射输出降低，因而必须提高前置放大器的放大程度，从而使信噪比S/N变差。因此在此第五实施例中，发射二极管是作为线性光源，而不是作为点光源。

作为线性光源40，可采用如图9和图10所示的具有缝隙发光部分42的发射二极管。这种发射二极管具有这样的结构：例如在n型GaAs的基片44上用扩散法形成宽w约为50微米、长度L约为400微米的缝隙状p型GaAs，在基片底部表面淀积上电极薄膜46，再在基片顶部表面通过绝缘薄膜48也淀积上另一电极薄膜46。一导线以50表示。上述发射二极管发射出呈缝隙形的光，因而总的输出没有减少，所以这种发射二极管最适合作为线性光源。

如上所述，发射二极管缝隙形发光部分的纵向是定向于主标尺14的第一光栅16的宽度方向的，因而即使发射二极管是在光栅宽度方向上照射的线性光源，在光栅的x方向上也变为点光源，从而使发射二极管基本上可起点光源的作用。

下面详细叙述本发明第三方面的实施例。

本发明的第六实施例应用上述（3）和（4）式中所述的关系，而且如图11所示包括：

激光二极管32，用以照明主标尺14而无需使用准直透镜;

主标尺14，安置在距激光二极管32一段间隙距离u的间隔分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距为P的第一光栅16，光栅则有若干纵向条纹刻度;

指示标尺18，安置在距第一光栅16一段间隙距离V的间隔分离的位置上，在其上形成以具有间距为q的第二光栅20;

两个相位移从0°至90°的光接收元件22A和22B，用以对两标尺彼此相对移动时激光二极管32使第一光栅16的象与第二光栅20重叠所引起的光量变化进行光电转换;和

激光二极管32可采用第三实施例中所采用的同一种。

第一光栅16与第二光栅20之间的间隙距离v和第二光栅20的光栅间距q适宜满足下式中的关系。

v≌u（n-0.5）P²

/｛

u-（n-0.5）P²｝……（15）

q＝（u+v）P/（2u） ……（16）

其中n是等于或小于 u/P²+0.5的自然数。

附带说一下，作为试验的结果，我们发现，（15）式中所示的关系无需保持得那么严密。

具体地说，当u和v调定在在5毫米左右，第一光栅间距P调定在8微米时，从（16）式所示的关系来看，第二光栅20的光栅间距q也可调定为8微米。

另一方面，要获取90°±10°的相位差而将第二光栅20的偏差δ除以偏差δ时，该偏差δ可以是2±0.2微米，因为光栅间距是8微米。附带说一下，当采用莫阿干涉条纹法时，δ调定到零，且可令指示标尺精细地转动，以将光接收元件22A和22B配置在垂直方向上。

此外，通过x方向上减少光接收元件22A和22B的宽度可以避免主标尺14移位时间隙距离u和v变化所引起第二光栅20的间距q与象间距之间的位移的不利影响。以上与第三实施例类似。

在本实施例的布局中，即使当主标尺14的第一光栅16在x方向上移位一个间距P，所得出的象化相当的值。因此可从前置放大器24A和24B获取间距t＝P/2且移位成两相的检测信号。换句话说，进行分度为二的光学分度。

在第六实施例中，实际上采用激光二极管作为点光源，但点光源的类型不一定只局限于此，可采用图7第四实施例中在激光二极管32前面设置极小球面透镜34的方式或高输出的发射二极管作为点光源。

此外，如图8至图10中第五实施例所示，作为漫射性光光源可采用定向在第一光栅16宽度方向上照射的线性光源40。

下面详叙述本发明第四方面的实施例。

本发明第七实施例应用了（10）和（11）式中所示的关系，采用了m次谐波的较高次谐波，且如图12所示，包括：

激光二极管32，用以照明主标尺面无需使用准直透镜;

主标尺14，安置在与激光二极管2相距一段间隙距离u的间隔分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距为P的第一光栅16，光栅16包括较高次谐波分量;

指示标尺18，安置在与第一光栅16相距一段间隙距离v的间隔分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距为q的第二光栅20;

两个相位差从0°至90°的光接收元件22A和22B，用以对两标尺彼此相对移动时激光二极管32使第一光栅16的象与第二光栅20重叠所引起的光量变化进行光电转换;和

前置放大器24A和24B，用以分别放大来自光接收元件的输出。

这里，假设第一光栅16具有m次谐波的较高次谐波分量，且在图12中，第一光栅是用间距Q＝P/m的光栅表示。作为第一光栅，可采用，例如，透光部分与遮光部分之间的比值调定为1∶1左右的光栅。

激光二极管32则可采用第三实施例所用的同一种。

第一光栅16与第二光栅20之间的间隙距离V和第二光栅20的光栅间距q都适宜满足下式中所示的关系。

v≌nMQ²/

……（17）

q＝（u+v）Q/u ……（18）

具体地说，当m＝5，n＝120时，u和v都调定到5毫米左右，第一光栅的光栅间距调定到20微米（Q＝4微米），第二光栅20的光栅间距q，从（18）式所示的关系看，可以是8微米。最后，为获取令人满意的信号，必须精心调节激光二极管32和指示标尺18的位置。此外，距离v的容许变化值约为+0.2Q²/

。

另一方面，要获取90°±10°的相位差而将第二光栅20的偏差δ除以偏差δ时，该偏差δ可以是2±0.2微米，因为光栅间距是8微米。因此，发现了，在第二光栅20中，光栅间距和偏差都比普通检测装置的翻了一番，从而方便了第二标尺的制造。

这里，在检测装置是游标式时，第二光栅的光栅间距q调定到大致等于用（18）式求出的值，无需用相位对光栅间距q进行分度，且光栅间距q值可能比普通测定装置的值翻一番。

此外，通过在x方向上减少光接收元件22A和22B的宽度可以避免主标尺14移位时间隙距离u和v变化所引起的第二光栅20的间距q与象间距之间的位移的不利影响。以上与第三实施例类似。

在此实施例的布局中，主标尺14是在x方向上移位，因而可以从前置放大器24A和24B获得间距t＝4微米和移位成两相的检测信号。换句话说，t＝Q。当采用这些光栅时，u＝5毫米，v≌3毫米，检测信号的间距在放大率M＝8/5时变为5微米。换言之，应用了m＝4的较高次谐波分量。

在第七实施例中，实际上采用激光极管32原作为点光源，但点光源的类型不一定只局限于此，还可采用如图7所示的第四实施例那样，在激光二极光32发光部分前面设半球面透镜34的方式。在这种情况下，激光二极管32照明光的发散角受到了控制，从而提高了光接收效率。但（8）式中的u值应变换成比实际间隙距离稍大一点的值。

此外，作为点光源，还可采用高输出的发射二极管等。

再有，如图8至10第五实施例所示的那样，作为漫射性光源，可采用定向于第一光栅16宽度方向上照射的线性光源40。

在这种情况下，可在线性光源前面设置柱面透镜，用以控制发散角。

另外，作为第一光栅，任何形状的光栅，只要具有较高次谐波分量，都可采用。

下面详细介绍本发明第五方面的实施例。

本发明的第八实施例应用了（8）和（9）式中所示的关系，其中采用了m次谐波的较高次谐波分量，且如图13所示，包括：

发射二极管32，用以照明主标尺14而无需使用准直透镜;

主标尺14，安置在距激光二极管32一段间隙距离u的间隔分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距为p的第一光栅16，光栅16包括较高次谐波分量;

指示标尺18，安置在距第一光栅16一段间隙距离V的间隔分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距为q的第二光栅20;

两个相位移从0°至90°的光接收元件22A和22B，用以对两标尺彼此相对移动时，激光二极管32使第一光栅16的象与第二光栅20重叠所引起的光量变化进行光电转换;和

前置放大器24A和24B，用以分别放大分别来自光接收元件22A和22B的输出。

这里，假设第一光栅16如第七实施例的情况一样具有m次谐波的较高次谐波分量，且第一光栅用图13中间距Q＝P/m的光栅表示。作为第一光栅，可采用，例如，透光部分与遮光部分的比值约为1∶1的光栅。

作为激光二极管32，可采用第三实施例中所采用同样的一种。

第一光栅16与第二光栅20之间的间隙距离v和第二光栅20的光栅间距q都适宜满足下式中所示的关系：

v≌（n-0.5）MQ²/

……（19）

q＝（u+v）Q/（2u）……（20）

其中n是等于或大于1的整数。

但（19）式的情况并不那么严密，我们发现，它们的关系不需要保持得那么严密。

具体地说，当m调定为2，u和v调定为5毫米左右，且第一光栅的光栅间距P调定为16微米（Q＝8微米）时，第二光栅20的光栅间距q从（20）式所示的关系可与Q一样调定为8微米。

另一方面，要获取90°±10°的相位差而将第二光栅20的偏差δ除以偏差δ时，该偏差δ可与第七实施例一样取2±0.2微米因为光栅间距q为8微米。附带说一下，当应用游标法时，第二光栅的光栅间距q调定得应与（20）式的值不同，且光接收元件22A和22B应安置在彼此在相位上相差90°的位置上。

此外，通过减少光接收元件22A和22B在x方向上的宽度可以避免主标尺14移位时，间隙距离u和v变化所引起的第二光栅20的间距q与象间距之间的位移的不利影响。以上与第三实施例类似。

在此实施例的布局中，当主标尺14的第一光栅16在x方向上移位一个间距Q（即P/m）时，得出的象的变化与两间距值相当。因此，可从前置放大器24A和24B获得间距t＝Q/2（这时间距＝4微米）且移位成两相的检测信号。换言之，进行分度为4的光学分度。

在第八实施例中，实际上采用激光二极管32作为点光源，但点光源的型式不一定只局限于此，还可采用如图7第四实施例所示的在激光二极管32发光部分前面设置半球面透镜34的方式。在这种情况下，来自激光二极管的照明光的发散角受到控制，从而可以提高光接收效率。但（20）式中的u值应变换成比实际距离稍大一点的值。

此外，作为点光源，可采用高输出的发射二极管。

附带说一下，当采用与上述相同的光栅时，u调定在3毫米左右，v调定在6毫米左右，光学系统中的放大率变为3，检测信号的间距变为8/3微米。

另外，如图8至10的第五实施例所示，作为漫射性光源，可采用定向于第一光栅16宽度方向上照射的线性光源40。

在这种情况下，在上面的实施例中，可在线性光源前面设置柱面透镜，用以控制发散角。

另外，作为第一光栅，采用任何形状的光栅只要具有较高次谐波分量即为可行。

附带说一下，在上述诸实施例中，本发明都是应用于透射式位移测定装置的，但本发明的应用范围不一定只局限于此，如图14的第九实施例所示，本发明也适用于反射式的位移测定装置。

此外，在上述诸实施例中，本发明都是应用于直线性位移测定装置，其中第二光栅系光学分度为二或二以上，但本发明的范围不一定只局限于此，本发明同样适用于不具有经光学分度过的第二光栅的莫阿条纹式位移检测装置和旋转式位移检测装置（旋转编码器）。

Claims

1、一种光学式位移检测装置，其特征在于，该装置包括：

照明装置，包括一个相干光源；

主标尺，在其上形成以具有光栅间距为P的第一光栅；

指示标尺，在其上形成以具有光栅间距q=P/n(n为等于或大于2的整数)；和

光接收元件，用以对透过所述第一和第二光栅照射的照明光进行光电转换；

其中，随着所述主标尺与所述指示标尺的相对位移，产生间距为P/n的检测信号。

2、如权利要求1所述的光学式位移检测装置，其特征在于，当考虑到所述光接收元件而将光学系统有效光谱的中心波长调定为时，所述第一和第二光栅之间的间隙距离调定为mq²/

左右（m为等于或大于，的整数）。

3、如权利要求1所述的光学位移检测装置，其特征在于，当考虑到所述光接收元件而将光学系统的中心波长调定为

时，所述第二光栅的光栅间距q调定为P/2，所述第一和第二光栅之间的间隙距离调定为2q²/

。

4、如权利要求1所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述光源是一个激光二极管。

5、如权利要求1所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述第一光栅的透光部分或反光部分与遮光部分或吸收光部分之间的比值大体上为1∶1。

6、如权利要求1所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述第二光栅的透光部分与遮光部分之间的比值大体上为1∶1。

7、一种光学式位移检测装置，其特征在于，该装置包括：

漫射性光源，用以照明主标尺而不使用准直透镜;

所述主标尺，安置在距所述漫射性光源一段间隙距离u间隔分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距为p的第一光栅;

指示标盘，安置在距所述第一光栅一段间隙距离v的间隔分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距q＝（u+v）P/u的第二光栅;和

光接收元件，用以对两标尺彼此相对移动时所述漫射性光源使第一光栅的象与所述第二光栅重叠所引起的光量变化进行光电转换;

8、如权利要求7所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述漫射性光源是一个点光源。

9、如权利要求8所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述点光源是一个激光二极管。

10、如权利要求8所述的光学式位移测定装置，其特征在于，所述点光源是在激光二极管发光部分前面设置一个用以控制发散角的透镜形成的。

11、如权利要求10所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述用以控制发散角的透镜是一个半球面透镜。

12、如权利要求7所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述漫射性光源是一个定向于所述第一光栅宽度方向上的线性光源。

13、如权利要求7所述的光学式位移检测装置，其特征在于，当光学系统的光敏性光谱的波长平均值调为

时，所述间隙距离v调定为：

v≌unP²/（

u-nP²）

其中n为等于或小于

u/P²的自然数。

14、一种光学式位移检测装置，其特征在于，该装置包括：

漫射性光源，用以照明主标尺而不用准直透镜;

所述主标尺，安置在距所述漫射性光源一段间隙距离u的间隔分离的位置上，在其上形成以光栅间距为p的第一光栅，

指示标尺，安置在距所述第一光栅一段间隙距离v的间隔分离v的间隔分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距q＝（u+v）P/（2u）的第二光栅;和

光接收元件，用以对两标尺彼此相对移动时所述漫射性光源使所述第一光栅的象与所述第二光栅重叠所引起的光量变化进行光电转换。

15、如权利要求14所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述漫射性光源是一个点光源。

16、如权利要求15所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述点光源是一个激光二极管。

17、如权利要求15所述的光学式位移测定装置，其特征在于，所述点光源是在激光二极管发光部分前面设置一个用以控制分散角的透镜形成的。

18、如权利要求17所述的光学式位移测定装置，其特征在于，所述用以控制发散角的透镜是一个半球面透镜。

19、如权利要求14所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述漫射光源是一个定向于所述第一光栅宽度方向上的线性光源。

20、如权利要求14所述的光学式位移检测装置，其特征在于，当光学系统光敏性光谱的波长平均值调定为

时，所述间隙距离v调定为

v≌u（n-0.5）P²/｛ u-（n0.5）P²｝

其中n是等于或 u/P²+0.5自然数。

21、一种光学式位移检测装置，其特征在于，该装置包括：

漫射性光源;

主标尺，安置在距所述漫射光源一段间隙距离u的间隙分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距为P且包含二次谐波分量的第一光栅;

指示标盘，安置在距所述第一光栅一段间隙距离v的间隔分离的位置上，在其上形成以具有当O＝P/m时光栅间距q≌（u+v）Q/u的第二光栅（m为等于或大于2的整数）;和

光接收元件，用以对两标尺彼此相对移动时所述漫射性光源使所述第一光栅的象与所述第二光栅重叠所引起的光量变化进行光电转换，从而产生间距为p的检测信号。

22、如权利要求21所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述漫射性光源是一个点光源。

23、如权利要求22所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述漫射性光源是一个激光二极管。

24、如权利要求22所述的光学式位移测定装置，其特征在于，所述点光源是在激光二极管发光部分前面设置一个用以控制发散角的透镜形成的。

25、如权利要求24所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述用以控制发散角的透镜是一个半球面透镜。

26、如权利要求21所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述漫射光源是一个定向于所述第一光栅宽度方向上的线性光源。

27、如权利要求21所述的光学式位移检测装置，其特征在于，当光学系统光敏性光谱的波长平均值调定为

且所述系统的放大率M用M＝（u+v）/u表示时，所述间隙距离v调定为：

v≌nMQ²/

其中n是等于大于1的整数。

28、一种光学式位移测检装置，其特征在于，该装置包括：

-漫射性光源;

一主标尺，安置在距所述漫射光源一段间隙距离u的间隔分离的位置上，在其上形成以具有光栅间距P包含高次谐波分量的第一光栅;

一指示标尺，安置在距所述第一光栅一段间隙距离的间隔分离的位置上，在其上形成以具有当Q＝P/m（n为等于或第于2的整数）时光栅间距q≌（u+v）Q/（2u）的第二光栅;

一光接收元件，用以对两标尺彼此相对动时所述漫射性光源使所述光栅的象与所述第二光重叠所引起的光量变化进行光电转换，从而产生间距为Q/2的检测信号。

29、如权利要求28所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述漫射性光源是一个点光源。

30、如权利要求29所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述点光源是一个激光二极管。

31、如权利要求29所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述点光源是在一个激光二极管的发光部分前面设置一个用以控制发散角的透镜形成的。

32、如权利要求31所述的光学式位移检测装置，其特征在于，所述用以控制分散角的透镜是一个半球面透镜。

33、如权利要求28所述的党学式位移检测装置，其特征在于，所述漫射光源是一个定向于所述第一光栅宽度方向上的线性光源。

34、如权利要求28所述的光学式位移检测装置，其特征在于，当光学系统光敏性光谱的波长平均值调定为

且所述系统的放大率M以M＝（u+v）/u表示时，所述间隙距离v调定为

v≌（n-1/2）MQ/

。

其中n是等于1的自然数。