DE102011077963A1

DE102011077963A1 - Verlagerungserfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011077963A1
Application number: DE102011077963A
Authority: DE
Inventors: Hideaki Tamiya
Original assignee: Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: JP5657292B2; JP2012021803A; DE102011077963B4

Abstract

Eine Verlagerungserfassungsvorrichtung umfasst ein im Wesentlichen plattenartiges Beugungsgitter, das zum Beugen des von einer Lichtquelle ausgesendeten Lichts ausgelegt ist, einen Lichtempfangsabschnitt, der zum Empfangen des durch das Beugungsgitter gebeugten Lichts ausgelegt ist, eine erste Lichtquelle (11M) als eine Hauptlichtquelle, eine zweite Lichtquelle (11S) und Controller (31M, 31S, 34), die zum Ausführen einer Lichtquellen-Umschaltoperation in der Weise ausgelegt sind, dass die zweite Lichtquelle (11S) zu der Hauptlichtquelle wird, wenn bestimmt wird, dass die erste Lichtquelle (11M) nahe dem Ende ihrer Nutzungsdauer ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Erfindung enthält einen Gegenstand, der mit der japanischen Patentanmeldung JP 2010-157865 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 12. Juli 2010, deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist, in Beziehung steht.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verlagerungserfassungsvorrichtung, die zum Erfassen der Verlagerung (Bewegung) eines Beugungsgitters (einer Skala) unter Verwendung der Interferenz von Licht ausgelegt ist. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Lichtquellen-Steuertechnologie.
Beschreibung des verwandten Gebiets:
Die Nutzungsdauer einer Verlagerungserfassungsvorrichtung, die im Gebiet der Industrieausrüstung äußerst hohe Zuverlässigkeit erfordert, ist ein wichtiger Parameter, der den Betrieb einer Vorrichtung, die die Verlagerungserfassungsvorrichtung verwendet, beeinflusst.
Es gibt Beispiele, in denen die Nutzungsdauer einer Verlagerungserfassungsvorrichtung mit einer Lichtquelle durch die Nutzungsdauer der Lichtquelle der Verlagerungserfassungsvorrichtung bestimmt ist. Falls die Lichtquelle eine Lichtemitterdiode (LED) ist, beträgt die Nutzungsdauer üblicherweise 30- bis 70tausend Stunden; und wenn die Lichtquelle ein Halbleiterlaser (LD) ist, beträgt die Nutzungsdauer der Lichtquelle 20- bis 40tausend Stunden. Somit müssen bei Verwendung der Verlagerungserfassungsvorrichtung angesichts der Nutzungsdauer Wartungsteile (d. h. Ersatzteile) vorbereitet werden.
Ferner wird die Lichtquelle in dieser Umgebung für äußerst lange Zeit verwendet. Um die Wartung zu erleichtern, wenn sich die Lichtquelle verschlechtert hat, ist die Vorrichtung üblicherweise mit einer Glasfaser versehen, um das Licht der Lichtquelle von einem von der Verlagerungserfassungsvorrichtung getrennten Ort zuzuführen, wobei in einem Verbindungsabschnitt zwischen der Glasfaser und der Lichtquelle ein Verbinder angeordnet ist, sodass die Lichtquelle ersetzt werden kann.
Als weitere Beispiele offenbart die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2006-284521 einen Winkelcodierer (als einen Lagesensor) mit einem Messabschnitt. Der Messabschnitt enthält ein Lichtemissionselement, eine Drehscheibe, auf die das Licht von dem Lichtemissionselement eingestrahlt wird, und ein Lichtempfangselement, das das Licht von dem Lichtemissionselement durch die Drehscheibe empfängt, wobei das Lichtempfangselement in Reaktion auf die Bewegungslage der Drehscheibe, die so ausgelegt ist, dass sie relativ zu dem Lichtemissionselement und zu dem Lichtempfangselement beweglich ist, Lichtempfangssignale ausgibt (siehe 1 des Dokuments). Der Winkelcodierer bestimmt, ob das Lichtempfangssignal eine Anomalie aufweist. Falls bestimmt wird, dass das Lichtempfangssignal eine Anomalie aufweist, stellt der Winkelcodierer die Menge des von dem Lichtemissionselement ausgesendeten Lichts so ein, dass das Lichtempfangssignal korrigiert wird und der anomale Zustand vermieden wird, und wenn die Menge des von dem Lichtemissionselement ausgesendeten Lichts eingestellt worden ist, liefert der Winkelcodierer eine Meldung, um zum Ersatz des Winkelcodierers aufzufordern. Wenn bei einer solchen Konfiguration wegen Alternsverschlechterung des Winkelcodierers eine Anomalie verursacht wird, kann eine Meldung gegeben werden, die zum Ersatz des Winkelcodierers auffordert, und kann verhindert werden, dass das mit dem Winkelcodierer ausgestattete Ansteuersystem angehalten werden muss.
Ferner offenbart die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2006-284520 einen Winkelcodierer (als einen Lagesensor) mit einem Messabschnitt. Der Messabschnitt enthält ein Lichtemissionselement, eine Drehscheibe mit einem Muster, das aus einem lichtdurchlässigen Abschnitt und aus einem lichtabschirmenden Abschnitt zusammengesetzt ist, und ein Lichtempfangselement zum Empfangen des Lichts von dem Lichtemissionselement durch die Drehscheibe. In Reaktion auf die Bewegungslage der Drehscheibe werden Lichtempfangssignale ausgegeben (siehe 1 des Dokuments). Der Winkelcodierer enthält ferner eine Zeitreihenüberwachungsschaltung zum Berechnen des gleitenden Mittelwerts der Lichtempfangssignale, eine Stromüberwachungsschaltung zum Überwachen, ob der gleitende Mittelwert kleiner als ein Bestimmungswert geworden ist, und eine Ersatzalarmerzeugungsschaltung, um eine Meldung zu geben, wenn der gleitende Mittelwert kleiner als der Bestimmungswert geworden ist, wobei der Bestimmungswert höher als der Pegel des Lichtempfangssignals eingestellt ist, das ausgegeben wird, wenn die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements verringert ist, sodass ein Messabschnitt nicht messen kann (siehe 2 des Dokuments). Mit einer solchen Konfiguration kann die durch Verschlechterung des Winkelcodierers verursachte Anomalie vorhergesagt werden und kann zum Ersatz des Winkelcodierers aufgefordert werden, bevor die Messung gesperrt wird.
Ferner gibt es eine von der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 1996-082533 vorgeschlagene weitere Technik, die offenbart, dass eine Lichtquelleneinheit zum Aussenden eines Lichtbündels einer parallelen ebenen Welle durch ein Lichtemissionselement und durch eine erste Kollimatorlinse konfiguriert ist und dass ein Lichtquellenmodul durch die Lichtquelleneinheit und durch eine zweite Kollimatorlinse, die an einem festgelegten Ort eines Winkelcodierers befestigt ist, konfiguriert ist. Die zweite Kollimatorlinse wandelt das Bündel der parallelen ebenen Welle in ein konvergentes Bündel oder in ein divergentes Bündel um, wobei die Lichtquelleneinheit lösbar an dem Lichtquellenmodul befestigt ist, sodass die Lichtquelleneinheit in ihrer Gesamtheit ersetzt werden kann (siehe 2 des Dokuments). Wenn bei einer solchen Konfiguration in einem Winkelcodierer oder dergleichen eine durch die Lichtquelle verursachte Störung auftritt, kann die Lichtquelle schnell und einfach von außen ersetzt werden, ohne den Winkelcodierer oder dergleichen aus einem Steuersystem zu entfernen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Allerdings muss die gesamte Vorrichtung, die verwendet wird, angehalten werden, wenn sich die in der Verlagerungserfassungsvorrichtung verwendete Lichtquelle wegen der Nutzungsdauer verschlechtert hat, falls in der in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2006-284521 , in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2006-284520 und in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 1996-082533 beschriebenen Weise die Lichtquelle oder die Verlagerungserfassungsvorrichtung selbst ersetzt wird. Falls z. B. eine Halbleitervorrichtung wie etwa eine Lichtemitterdiode oder ein Halbleiterlaser als die Lichtquelle verwendet wird, dauert es einen Tag, bis ein stabiler Betrieb erreicht ist, wenn die Vorrichtung angehalten wird.
Ferner muss die Ersatzlichtquelle oder die Ersatzverlagerungserfassungsvorrichtung im Voraus vorbereitet werden.
Darüber hinaus ist beim Ersatz der Lichtquelle eine hohe Genauigkeit erforderlich; und muss die Verlagerungserfassungsvorrichtung feinabgestimmt werden, nachdem die Lichtquelle ersetzt worden ist.
Angesichts der obigen Probleme dient die vorliegende Erfindung dazu, das durch die Nutzungsdauer der Lichtquelle verursachte Anhalten der Verlagerungserfassungsvorrichtung zu verhindern. Ferner dient die vorliegende Erfindung dazu, dass keine Zusatzersatzteile auf Lager vorbereitet zu werden brauchen, wobei dennoch kein wesentlicher Einfluss auf die Vorrichtung ausgeübt wird, selbst wenn sie angehalten werden muss.
Eine Verlagerungserfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Hauptlichtquelle, eine Hilfslichtquelle als ein Ersatz und einen zum Ausgeben von Informationen über den Emissionszustand der Hauptlichtquelle und der Hilfslichtquelle ausgelegten Abschnitt auf. Wenn anhand der Informationen über den Emissionszustand der Lichtquellen bestimmt wird, dass die Hauptlichtquelle in der Nähe des Endes ihrer Nutzungsdauer ist, wird eine Lichtquellen-Umschaltoperation ausgeführt, sodass die Hilfslichtquelle zu der Hauptlichtquelle wird. Zum Beispiel kann zur Ausführung der vorliegenden Erfindung eine folgende Ausführungsform hergestellt sein.
Eine Verlagerungserfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der oben erwähnten Ausführungsform umfasst ein im Wesentlichen plattenartiges Beugungsgitter, das zum Beugen des von einer Lichtquelle ausgesendeten Lichts ausgelegt ist, einen Lichtempfangsabschnitt, der zum Empfangen des durch das Beugungsgitter gebeugten Lichts ausgelegt ist, eine erste Lichtquelle als eine Hauptlichtquelle, eine zweite Lichtquelle und einen Controller, der zum Ausführen einer Lichtquellen-Umschaltoperation in der Weise ausgelegt ist, dass die zweite Lichtquelle zu der Hauptlichtquelle wird, wenn bestimmt wird, dass die erste Lichtquelle nahe dem Ende ihrer Nutzungsdauer ist.
Mit einer solchen Konfiguration kann die Nutzungsdauer der Hauptlichtquelle erkannt werden und kann die Lichtquellen-Umschaltoperation schnell ausgeführt werden, sodass die Hilfslichtquelle zu der Hauptlichtquelle wird. Die Lichtquellen-Umschaltoperation wird anhand der Steuerung des Controllers ausgeführt, ohne die Verlagerungserfassungsvorrichtung zu berühren.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann verhindert werden, dass die Vorrichtung, die die Verlagerungserfassungsvorrichtung verwendet, angehalten wird. Ferner brauchen keine Zusatzersatzteile auf Lager vorbereitet zu werden, wobei dennoch auf die Vorrichtung kein wesentlicher Einfluss ausgeübt wird, selbst wenn die Vorrichtung angehalten wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Verlagerungserfassungsvorrichtung zeigt, auf die die vorliegende Erfindung angewendet ist, wobei zwei Lichtemitterdioden als ihre Lichtquelle verwendet sind;
2 ist eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Verlagerungserfassungsvorrichtung zeigt, auf die die vorliegende Erfindung angewendet ist, wobei zwei Halbleiterlaser als ihre Lichtquelle verwendet sind;
3 ist eine Schaltung, die eine erste Ausführungsform der Verlagerungserfassungsvorrichtung zeigt, auf die die vorliegende Erfindung angewendet ist, wobei zwei Halbleiterlaser als ihre Lichtquelle verwendet sind;
4 ist eine graphische Darstellung, die die Zeitcharakteristik eines LD-Ansteuerstroms lop und die Zeitcharakteristik eines Überwachungsstroms Im des Halbleiterlasers zeigt;
5 ist eine Schaltung, die eine Änderung der ersten Ausführungsform der Verlagerungserfassungsvorrichtung zeigt, auf die die vorliegende Erfindung angewendet ist, wobei zwei Halbleiterlaser als ihre Lichtquelle verwendet sind und zwei Speicher genutzt sind;
6 ist eine Schaltung, die eine zweite Ausführungsform der Verlagerungserfassungsvorrichtung zeigt, auf die die vorliegende Erfindung angewendet ist, wobei zwei Lichtemitterdioden als Ihre Lichtquelle verwendet sind;
7 ist eine graphische Darstellung, die die Temperaturcharakteristik des Halbleiterlasers zeigt; und
8 ist eine graphische Darstellung, die die Wellenlängen-Temperaturabhängigkeit des Halbleiterlasers zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnung Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Beschreibung erfolgt in der folgenden Reihenfolge. Es wird angemerkt, dass gleiche Bauelemente in der Zeichnung mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und dass eine sich überschneidende Erläuterung weggelassen oder verkürzt ist.

1. Beispiele der Verlagerungserfassungsvorrichtung
2. Erste Ausführungsform (Lichtquellen-Ansteuerschaltung: ein Beispiel, in dem Halbleiterlaser als Lichtquelle verwendet sind)
3. Zweite Ausführungsform (Lichtquellen-Ansteuerschaltung: ein Beispiel, in dem Lichtemitterdioden als Lichtquelle verwendet sind)
4. Verfahren zum Umschalten der Lichtquelle von der Hauptlichtquelle zur Hilfslichtquelle
5. Weitere zusätzliche Funktionen

<1. Beispiele der Verlagerungserfassungsvorrichtung>
Als die Lichtquelle (eine Hauptlichtquelle und eine Hilfslichtquelle), die in einer Verlagerungserfassungsvorrichtung verwendet ist, auf die die vorliegende Erfindung angewendet ist, ist z. B. eine Lichtemitterdiode (LED) oder ein Halbleiterlaser verwendet. Es wird angenommen, dass die Wellenlänge des Lichts der Lichtquelle in einem Bereich von 300 nm bis 1300 nm liegt. Dies ist so, da die meisten Lichtemitterdioden und Halbleiterlaser, die im Markt verfügbar sind, Licht mit einer Wellenlänge aussenden, die allgemein im Bereich von sichtbar bis infrarot liegt. Ferner haben vorzugsweise die Hauptlichtquelle und die Hilfslichtquelle ähnliche optische Eigenschaften wie etwa Wellenlänge und Intensität. Übrigens ist die Lichtquelle vorzugsweise eine kohärente Lichtquelle. Ferner muss angemerkt werden, dass der oben erwähnte Wellenlängenbereich lediglich ein Beispiel ist und dass die vorliegende Erfindung hinsichtlich des technischen Erfindungsgedankens nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist.
[Lichtquelle: ein Beispiel, in dem eine Lichtemitterdiode als Lichtquelle verwendet ist]
1 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer Verlagerungserfassungsvorrichtung 1 zeigt, auf die die vorliegende Erfindung angewendet ist, wobei zwei Lichtemitterdioden als ihre Lichtquelle verwendet sind.
Fall z. B. eine Hauptlichtquelle 3M und eine Hilfslichtquelle 3S, die in der Verlagerungserfassungsvorrichtung 1 verwendet sind, jeweils eine Lichtemitterdiode sind, fällt das Licht von der Hauptlichtquelle 3M oder von der Hilfslichtquelle 3S wie in 1 gezeigt durch eine Linse 4 auf ein Zielbeugungsgitter 2 ein. Ferner wird das auf das Beugungsgitter 2 einfallende Licht durch das Beugungsgitter 2 zu gebeugtem Licht gebeugt, wobei das gebeugte Licht auf einen festen Schlitz 5 einfällt und das durch den Schlitz gehende Licht durch ein Lichtempfangselement 6 vom Matrixtyp (als ein Beispiel eines Lichtempfangsabschnitts) empfangen wird. Ein durch das Lichtempfangselement 6 erhaltenes Interferenzsignal wird an einen Abschnitt zur Ausgabe von Informationen über die relative Lage (in der Zeichnung nicht gezeigt) ausgegeben.
[Lichtquelle: ein Beispiel, in dem ein Halbleiterlaser als Lichtquelle verwendet ist]
2 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer Verlagerungserfassungsvorrichtung 10 zeigt, auf die die vorliegende Erfindung angewendet ist, wobei zwei Halbleiterlaser als ihre Lichtquelle verwendet sind.
Die Verlagerungserfassungsvorrichtung 10 weist ein Gitterinterferometer auf, das zum Erzeugen eines Interferenzsignals des durch das Beugungsgitter 2 gebeugten Lichtstrahls ausgelegt ist. Das Beugungsgitter enthält eine Hauptlichtquelle 11M, eine Hilfslichtquelle 11S, einen Polarisationsstrahlteiler (im Folgenden als ”PBS” bezeichnet) 12, ein λ/4-Phasenplättchen 13, eine Linse 14, einen PBS 15, Spiegel 16, 17, ein λ/4-Phasenplättchen 18, einen Spiegel 19, ein λ/4-Phasenplättchen 20 und einen Spiegel 21. Ferner enthält das Gitterinterferometer einen Strahlteiler (im Folgenden als ”BS” bezeichnet) 22, ein λ/4-Phasenplättchen 23, einen PBS 24, Lichtempfangselemente 25, 26 (als ein Beispiel eines Lichtempfangsabschnitts), einen PBS 27 und Lichtempfangselemente 28, 29 (als ein Beispiel eines Lichtempfangsabschnitts).
Wie ihn 2 gezeigt ist, wird das von der Hauptlichtquelle 11M ausgesendete Licht durch den PBS 12 reflektiert und durch das λ/4-Phasenplättchen 13, wo das Licht von linear polarisiertem Licht in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt wird, durchgelassen und fällt das zirkular polarisierte Licht durch die Linse 14 auf den PBS 15 ein. Der PBS 15 teilt das zirkular polarisierte Licht in p-polarisiertes Licht und in s-polarisiertes Licht, wobei das s-polarisierte Licht senkrecht zu dem p-polarisierten Licht ist. In dem vorliegenden Beispiel wird das p-polarisierte Licht durch den PBS 15 durchgelassen, um zu dem Spiegel 16 geführt zu werden, und wird das s-polarisierte Licht durch den PBS 15 reflektiert, um zu dem Spiegel 17 geführt zu werden. Anstatt das λ/4-Phasenplättchen 13 bereitzustellen, kann der PBS 12 alternativ unter 45 Grad in Bezug auf die optische Achse schräg angeordnet sein.
Das zu dem Spiegel 16 geführte p-polarisierte Licht fällt bei einem beliebigen Einstrahlungsfleck auf das Beugungsgitter 2 ein, um in einen gebeugten Lichtstrahl 1. Ordnung gebeugt zu werden, wobei ein Teil des gebeugten Lichtstrahls 1. Ordnung auf das λ/4-Phasenplättchen 18 einfällt. Der durch das λ/4-Phasenplättchen 18 durchgelassene p-polarisierte gebeugte Lichtstrahl 1. Ordnung wird durch den Spiegel 19 reflektiert und erneut durch das λ/4-Phasenplättchen 18 durchgelassen, um in einen s-polarisierten gebeugten Lichtstrahl 1. Ordnung umgewandelt zu werden. Der s-polarisierte gebeugte Lichtstrahl 1. Ordnung fällt auf den oben erwähnten Einstrahlungsfleck auf dem Beugungsgitter 2 ein, um in einen s-polarisierten gebeugten Lichtstrahl 2. Ordnung gebeugt zu werden, wobei der s-polarisierte gebeugte Lichtstrahl 2. Ordnung durch den Spiegel 16 reflektiert wird und auf den PBS 15 einfällt.
Andererseits fällt der zu dem Spiegel 17 geführte s-polarisierte Lichtstrahl bei dem oben erwähnten Einstrahlungsfleck auf das Beugungsgitter 2 ein, um in einen gebeugten Lichtstrahl 1. Ordnung gebeugt zu werden, wobei ein Teil des gebeugten Lichtstrahls 1. Ordnung auf das λ/4-Phasenplättchen 20 einfällt. Der durch das λ/4-Phasenplättchen 20 durchgelassene s-polarisierte gebeugte Lichtstrahl 1. Ordnung wird durch den Spiegel 21 reflektiert und erneut durch das λ/4-Phasenplättchen 20 durchgelassen, um in einen p-polarisierten gebeugten Lichtstrahl 1. Ordnung umgewandelt zu werden. Der p-polarisierte gebeugte Lichtstrahl 1. Ordnung fällt auf den oben erwähnten Einstrahlungsfleck auf dem Beugungsgitter 2 ein, um in einen p-polarisierten gebeugten Lichtstrahl 2. Ordnung gebeugt zu werden, und der p-polarisierte gebeugte Lichtstrahl 2. Ordnung wird durch den Spiegel 17 reflektiert und fällt auf den PBS 15 ein.
Das Paar des Spiegels 16 und des Spiegels 17, das Paar des λ/4-Phasenplättchens 18 und des λ/4-Phasenplättchens 20 und das Paar des Spiegels 19 und des Spiegels 21 sind jeweils symmetrisch zu einer Geraden angeordnet, die das Beugungsgitter 2 mit dem PBS 15 verbindet.
Der durch den Spiegel 16 reflektierte s-polarisierte gebeugte Lichtstrahl 2. Ordnung und der durch den Spiegel 17 reflektierte p-polarisierte gebeugte Lichtstrahl 2. Ordnung werden durch den PBS 15 überlagert und fallen auf den BS 22 ein. Die kombinierte Welle des s-polarisierten gebeugten Lichtstrahls 2. Ordnung und des p-polarisierten gebeugten Lichtstrahls 2. Ordnung wird zu dem λ/4-Phasenplättchen 23 bzw. zu dem PBS 27 geführt.
Der s-polarisierte gebeugte Lichtstrahl 2. Ordnung und der p-polarisierte gebeugte Lichtstrahl 2. Ordnung, die zu dem λ/4-Phasenplättchen 23 geführt werden, werden in zwei zirkular polarisierte Lichtstrahlen 2. Ordnung mit zueinander entgegengesetzten Drehrichtungen umgewandelt, indem sie durch das λ/4-Phasenplättchen 23 durchgelassen werden, wobei die kombinierte Welle der jeweiligen gebeugten Lichtstrahlen 2. Ordnung zu einem linear polarisiertem Lichtstrahl wird, dessen Polarisationsrichtung sich in Übereinstimmung mit der durch die Verlagerung des Beugungsgitters 2 verursachten Phasenänderung dreht. Ferner wird der linear polarisierte Lichtstrahl durch den PBS 24 in zwei Lichtbündel geteilt, um auf das Lichtempfangselement 25 bzw. auf das Lichtempfangselement 26 einzufallen. Zum Beispiel wird in dem Lichtempfangselement 25 ein ”Sinus”-Interferenzsignal erhalten und wird in dem Lichtempfangselement 26 ein ”-Sinus”-Interferenzsignal erhalten. Diese erhaltenen Interferenzsignale werden an einen Abschnitt zur Ausgabe von Informationen über die relative Lage (in der Zeichnung nicht gezeigt) ausgegeben.
Andererseits ist der PBS 27 unter 45 Grad schräg in Bezug auf die optische Achse angeordnet. Der s-polarisierte gebeugte Lichtstrahl 2. Ordnung und der p-polarisierte gebeugte Lichtstrahl 2. Ordnung, die zu dem PBS 27 geführt werden, fallen auf den PBS 27 ein, wobei die Komponenten des s-polarisierten Lichtstrahls und des p-polarisierten Lichtstrahls unter einer Richtung von 45 Grad als Interferenzlichtstrahlen auf das Lichtempfangselement 28 bzw. auf das Lichtempfangselement 29 einfallen. Zum Beispiel wird in dem Lichtempfangselement 28 ein ”Cosinus”-Interferenzsignal erhalten und wird in dem Lichtempfangselement 29 ein ”-Cosinus”-Interferenzsignal erhalten. Diese erhaltenen Interferenzsignale werden an den Abschnitt zur Ausgabe von Informationen über die relative Lage (in der Zeichnung nicht gezeigt) ausgegeben.
Falls die Hauptlichtquelle 11M und eine Hilfslichtquelle 11S, die in der Verlagerungserfassungsvorrichtung 10 verwendet sind, jeweils ein Halbleiterlaser sind, wird das Licht von der Hauptlichtquelle 11M oder von der Hilfslichtquelle 11S in zwei Bündel geteilt, damit sie jeweils auf das Zielbeugungsgitter 2 einfallen. Alternativ kann die Konfiguration auch die sein, bei der die zwei Lichtbündel einander überlagert und miteinander zur Interferenz gebracht werden und dabei die Änderung der Phaseninformationen des Beugungsgitters 2 als Verlagerungsinformationen (Verlagerungssignal) gelesen wird.
In den in 2 und 3 gezeigten Konfigurationen der Verlagerungserfassungsvorrichtungen kann die optische Achse während der Herstellung für die Hauptlichtquelle 11M bzw. für die Hilfslichtquelle 11S in der Weise eingestellt werden, dass durch die jeweiligen Lichtempfangselemente die beabsichtigten Signale ausgegeben werden.
Die vorliegende Erfindung kann auf eine Verlagerungserfassungsvorrichtung angewendet werden, die eine Konfiguration aufweist, bei der das von der Lichtquelle ausgesendete Licht wie oben beschrieben auf das Beugungsgitter (als der zu messende Gegenstand) einfällt, und die zum Umwandeln des Betrags der Verlagerung des Beugungsgitters in helle und dunkle Interferenzlichtstreifen und zum Erfassen der hellen und dunklen Interferenzstreifen durch die Lichtempfangselemente ausgelegt ist. Die vorliegende Erfindung kann z. B. auf ein Codelineal, auf einen Winkelcodierer oder dergleichen angewendet werden.
<2. Erste Ausführungsform>
Im Folgenden ist anhand von 3 und 4 eine erste Ausführungsform einer Verlagerungserfassungsvorrichtung beschrieben, auf die die vorliegende Erfindung angewendet ist. Die vorliegende Ausführungsform ist ein Beispiel, in dem Halbleiterlaser als Lichtquellen der Verlagerungserfassungsvorrichtung verwendet sind.
3 ist eine Schaltung einer Lichtquellen-Ansteuerschaltung 30, die eine erste Ausführungsform der Verlagerungserfassungsvorrichtung ist, auf die die vorliegende Erfindung angewendet ist, wobei zwei Halbleiterlaser als ihre Lichtquelle verwendet sind. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Zeitcharakteristik eines LD-Ansteuerstroms lop und die Zeitcharakteristik eines Überwachungsstroms Im des Halbleiterlasers zeigt.
[Konfigurationsbeispiel einer Lichtquellen-Ansteuerschaltung einer Verlagerungserfassungsvorrichtung]
Die Lichtquellen-Ansteuerschaltung 30 der Verlagerungserfassungsvorrichtung enthält hauptsächlich eine Hauptlichtquelle 11M, eine Hilfslichtquelle 11S als eine Ersatzlichtquelle, zwei automatische Leistungssteuerschaltungen (die im Folgenden jeweils als ”APC-Schaltungen” bezeichnet sind) 31M, 31S und einen Steuerabschnitt 34. Die zwei APC-Schaltungen 31M, 31S und der Steuerabschnitt 34 sind gemeinsam ein Beispiel eines Controllers.
Die Hauptlichtquelle 11M, in der ein Halbleiterlaser verwendet ist, enthält eine Laserdiode (im Folgenden als ”LD” bezeichnet) als einen Lichtemissionsabschnitt und eine Photodiode (im Folgenden als ”PD” bezeichnet), die zum Empfangen eines Teils des von der LD ausgesendeten Lichts ausgelegt ist, wobei die LD und die PD in ein Gehäuse gepackt sind. Die Verbindung zwischen der Katode der LD und der Katode der PD der Hauptlichtquelle 11M ist geerdet und die Anode der LD bzw. die Anode der PD sind mit der APC-Schaltung 31M verbunden.
Die APC-Schaltung 31M ist vorgesehen, um die Lichtemission der Hauptlichtquelle 11M zu steuern. Die APC-Schaltung 31M enthält einen Transistor 32, der ein Element ist, das eine Umschaltoperation ausführt, und einen Strom-Spannungs-Umsetzer (hier als ein ”I/V-Umsetzer” bezeichnet) 33, der zum Umsetzen von Strom in Spannung ausgelegt ist. Der Eingangsabschnitt des I/V-Umsetzers 33 ist mit der Anode der PD der Hauptlichtquelle 11M verbunden und der Ausgangsabschnitt des I/V-Umsetzers 33 ist mit der Basis des Transistors 32 verbunden. Ferner ist der Emitter des Transistors 32 mit der Anode der LD der Hauptlichtquelle 11M verbunden.
Ähnlich der Hauptlichtquelle 11M enthält auch die Hilfslichtquelle 11S eine Laserdiode (LD) und eine Photodiode (PD), die zum Empfangen eines Teils des von der LD ausgestrahlten Lichts ausgelegt ist, wobei die LD und die PD in ein Gehäuse gepackt sind. Die Verbindung zwischen der Katode der LD und der Katode der PD der Hilfslichtquelle 11S Ist geerdet und die Anode der LD bzw. die Anode der PD sind mit der APC-Schaltung 31S verbunden.
Die APC-Schaltung 31S ist vorgesehen, um die Lichtemission der Hilfslichtquelle 11S zu steuern. Ähnlich der APC-Schaltung 31M enthält auch die APC-Schaltung 31S einen Transistor 32 und einen Strom-Spannungs-Umsetzer (I/V-Umsetzer) 33. Der Eingangsabschnitt des I/V-Umsetzers 33 ist mit der Anode der PD der Hilfslichtquelle 11S verbunden und der Ausgangsabschnitt des I/V-Umsetzers 33 ist mit der Basis des Transistors 32 verbunden. Ferner ist der Emitter des Transistors 32 mit der Anode der LD der Hauptlichtquelle 11M verbunden.
Übrigens ist in der vorliegenden Ausführungsform als der Transistor 32 ein NPN-Bipolartransistor verwendet; allerdings kann der Transistor 32 auch ein anderer Transistor sein, solange er die Umschaltoperation ausführen kann. Zum Beispiel können als der Transistor 32 verschiedene Arten von Elementen und Schaltungen wie etwa ein PNP-Bipolartransistor, ein Feldeffekttransistor und dergleichen verwendet werden. Außerdem ist die Innenstruktur der APC-Schaltungen 31M, 31S lediglich ein Beispiel, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist.
Der Steuerabschnitt 34 ist zum Steuern der gesamten Lichtquellen-Ansteuerschaltung 30 ausgelegt, wobei an die Lichtquellen-Ansteuerschaltung 30 z. B. eine MPU (Mikrobearbeitungseinheit) angeschlossen werden kann. Der Steuerabschnitt 34 führt der APC-Schaltung 31M Ansteuerleistung zu und erhält von der APC-Schaltung 31M einen LD-Ansteuerstrom lop1 und einen Überwachungsstrom Im1. Ähnlich führt der Steuerabschnitt 34 der APC-Schaltung 31S Ansteuerleistung zu und erhält von der APC-Schaltung 31S einen LD-Ansteuerstrom lop2 und einen Überwachungsstrom Im2. Ferner setzt der Steuerabschnitt 34 die LD-Ansteuerströme lop1, lop2 und die Überwachungsströme Im1, Im2 in lop-Wert-Umsetzungs-Informationen und in Im-Wert-Umsetzungs-Informationen um, die durch den Betreiber leicht erkannt werden, und gibt die lop-Wert-Umsetzungs-Informationen und die Im-Wert-Umsetzungs-Informationen an eine Anzeige (in der Zeichnung nicht gezeigt) aus. Ferner gibt der Steuerabschnitt 34 ein Alarmsignal an die Anzeige aus, falls erfasst wird, dass die Hauptlichtquelle 11M oder die Hilfslichtquelle 11S in eine Störungsbetriebsart übergeht. Ferner steuert der Steuerabschnitt 34 jeden Abschnitt der Lichtquellen-Ansteuerschaltung 30 anhand eines durch eine Schnittstelle (im Folgenden als ”I/F” bezeichnet) 35 erzeugten Betriebssignals in Übereinstimmung mit der durch den Betreiber ausgeführten Operation.
Üblicherweise enthält ein Halbleiterlaser eine Laserdiode (LD), die ein Lichtemissionsabschnitt ist, und eine Photodiode (PD), die zum Empfangen eines Teils des von der LD ausgesendeten Lichts ausgelegt ist, wobei die LD und die PD in ein Gehäuse gepackt sind. Da die PD einen Teil des von der LD ausgesendeten Lichts empfängt, überwacht sie den Emissionszustand der LD, wobei der erzeugte Strom hier als ”Im” (Überwachungsstrom) bezeichnet wird. Die APC-Schaltung ist zum Steuern des LD-Ansteuerstroms lop (der der dem Halbleiterlaser zugeführte Strom ist) anhand des Pegels des Überwachungsstroms Im ausgelegt.
In der Lichtquellen-Ansteuerschaltung 30 mit der oben erwähnten Konfiguration wird der Überwachungsstrom Im1, der von der PD der Hauptlichtquelle 11M ausgegeben wird, der APC-Schaltung 31M zugeführt. In der APC-Schaltung 31M setzt der I/V-Umsetzer 33 den Überwachungsstrom Im1 in eine Spannung um, um die an den Basis-Emitter-Übergang angelegte Spannung zu ändern, um den der LD der Hauptlichtquelle 11M zuzuführenden LD-Ansteuerstrom lop1 zu steuern. Die APC-Schaltung 31M übermittelt den LD-Ansteuerstrom lop1 und den Überwachungsstrom Im1 zu dieser Zeit an den Steuerabschnitt 34. Da in der Hilfslichtquelle 11S und in der APC-Schaltung 31S dieselbe Operation ausgeführt wird, wird die Beschreibung des Betriebs dieser Bauelemente hier weggelassen.
Durch Ausführen der oben erwähnten Steuerung können die Hauptlichtquelle 11M und die Hilfslichtquelle 11S, die jeweils durch einen Halbleiterlaser gebildet sind, Licht mit einer vorgegebenen Leistung aussenden. In der vorliegenden Ausführungsform sind die APC-Schaltung 31M bzw. die APC-Schaltung 31S vorgesehen, die der Hauptlichtquelle 11M und der Hilfslichtquelle 11S entsprechen; allerdings können die zwei APC-Schaltungen zu einer gemacht werden. Da der Wert des Überwachungsstroms im des Halbleiterlasers üblicherweise für jeden einzelnen Halbleiterlaser anders ist, ist die APC-Schaltung vorzugsweise allerdings einzeln vorgesehen, um jede Lichtquelle so zu steuern, dass jede Lichtquelle das Licht mit derselben Intensität ausgibt und dadurch die Intensität der Hauptlichtquelle 11M und der Hilfslichtquelle 11S genauer gesteuert werden können.
Obgleich es in der vorliegenden Ausführungsform nur eine Ersatzlichtquelle (d. h. die Hilfslichtquelle 11S) gibt, kann die Anzahl der Ersatzlichtquellen ebenfalls zwei oder mehr sein.
Wie oben beschrieben wurde, kann beim Ansteuern des Halbleiterlasers der Emissionszustand der Lichtquelle durch den LD-Ansteuerstrom lop und durch den Überwachungsstrom Im erkannt werden. Im Allgemeinen wird der Lichtemissionswirkungsgrad des Halbleiterlasers wegen Verschlechterung verringert, wenn ununterbrochen ein konstanter Strom durch den Halbleiterlaser fließt, sodass die Intensität des Halbleiterlasers verringert wird. Dagegen wird in der vorliegende Ausführungsform der Wert des LD-Ansteuerstroms lop durch einen Lichtintensitätscontroller unter Verwendung der APC-Schaltung in der Weise gesteuert, dass die Intensität der Lichtquelle auf einem vorgegebenen Pegel gehalten wird. Aus diesem Grund kann die Verschlechterung der Lichtquelle nicht anhand der Lichtintensität bestimmt werden. Da die Lichtquelle ein vorgegebener Pegel ist, ist ferner der Überwachungsstrom Im ebenfalls ein vorgegebener Pegel. Aus diesem Grund kann die Verschlechterung der Lichtquelle auch nicht anhand des Überwachungsstroms Im bestimmt werden.
Wie in 4 gezeigt ist, nimmt bei Verschlechterung der Lichtquelle andererseits der dem Halbleiterlaser zugeführte LD-Ansteuerstrom lop zu. Obgleich es eine einzelne Schwankung gibt, kann üblicherweise im Fall eines Halbleiterlasers, der fortgesetzt eine Leistung von etwa 5 mW mit einem LD-Ansteuerstrom lop von 50 mA abgibt, ein Anstieg des LD-Ansteuerstroms von 1 bis 4 mA pro Jahr bestätigt werden, falls der Halbleiterlaser ununterbrochen Licht bei einer Umgebungstemperatur von 20°C aussendet.
Im Allgemeinen wird die Nutzungsdauer des Halbleiterlasers in einigen Fällen als eine Zeitdauer definiert, wenn der LD-Ansteuerstrom lop im Vergleich zu seinem Anfangswert um mehrere Prozent gestiegen ist; allerdings wird der LD-Ansteuerstrom lop angesichts der Schwankung des Anfangswerts von Teil zu Teil und dem Altersanstieg des von der APC-Schaltung jedem einzelnen Halbleiterlaser zugeführten LD-Ansteuerstroms lop auf einen ausreichend großen Wert eingestellt. Somit kann der dem Halbleiterlaser zugeführte LD-Ansteuerstrom lop innerhalb eines vorgegebenen Bereichs gesteuert werden, in dem die APC-Schaltung die Steuerung ausführen kann, und veranlasst werden, dass der Halbleiterlaser das Licht mit einer vorgegebenen Intensität aussendet.
Allerdings weist der Anstiegsgradient des Halbleiterlaser-lop pro Zeiteinheit einen Übergangspunkt (einen in 4 von einer Strichlinie umgebenen kreisförmigen Abschnitt) auf, bei dem der Lichtemissionswirkungsgrad des Halbleiterlasers mit der Verschlechterung des Halbleiterlasers schnell fällt. Wenn in dem Bereich in Bezug auf den Übergangspunkt eingetreten wird (d. h. wenn in die Störungsbetriebsart eingetreten wird), beginnt der LD-Ansteuerstrom lop schnell zu steigen, bis er einen Steuergrenzwert der APC-Schaltung erreicht. Bei Erreichen des Steuergrenzwerts wird der lop-Wert des Halbleiterlasers konstant und fällt dabei die Lichtintensität und nimmt der Überwachungsstrom Im ab.
In einer allgemeinen Verlagerungserfassungsvorrichtung wird an diesem Punkt zunächst eine Erscheinung des ”Überwachungsstromabfalls” bestätigt und ein Alarmsignal erzeugt, das zum Ersatz der Lichtquelle oder der Vorrichtung auffordert, bevor der Halbleiterlaser kein Licht mehr aussenden kann (d. h. bevor der Betrieb des Halbleiterlasers vollständig angehalten wird). Allerdings gibt es unter den Halbleiterlasern jene, deren LD-Ansteuerstrom lop den Steuergrenzwert (der gleich dem oberen Wert des LD-Ansteuerstroms lop ist) der APC-Schaltung innerhalb mehrerer Stunden ab dem Zeitpunkt erreicht, zu dem der LD-Ansteuerstrom lop schnell zu steigen beginnt. In diesem Fall bleibt gelegentlich ab dem Zeitpunkt, zu dem das Alarmsignal ausgegeben wird, nicht mehr genügend Zeit für die Vorbereitung, sodass die Verlagerungserfassungsvorrichtung vollständig angehalten werden muss.
Da in der vorliegenden Ausführungsform die Hilfslichtquelle 11S vorgesehen ist, kann die Lichtemissionsumgebung schnell umgeschaltet werden, falls die Hauptlichtquelle 11M plötzlich das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht, sodass verhindert werden kann, dass die Verlagerungserfassungsvorrichtung mit der Lichtquellen-Ansteuerschaltung 30 vollständig angehalten wird. Selbst wenn die Verlagerungserfassungsvorrichtung wegen der Nutzungsdauer der Hauptlichtquelle 11M angehalten wird, kann die Lichtquelle alternativ durch Kommunikation von der Hauptlichtquelle 11M zu der Hilfslichtquelle 11S umgeschaltet werden, um die Funktion der Verlagerungserfassungsvorrichtung (d. h. die Funktion des Erfassens des Verlagerungssignals) in kurzer Zeit von außen wiederherzustellen, ohne die Verlagerungserfassungsvorrichtung direkt zu berühren.
Falls außer dem Ersetzen der Lichtquelle die Verlagerungserfassungsvorrichtung ersetzt werden soll, kann die Verlagerungserfassungsvorrichtung während der Zeitdauer ersetzt werden, wenn die Hilfslichtquelle 11S Licht aussendet, sodass nicht zuvor im Lager Ersatzteile für den Ersatz vorbereitet zu werden brauchen. Ferner kann die Verlagerungserfassungsvorrichtung zu der Zeit ersetzt werden, zu der die periodische Wartung der gesamten Vorrichtung, die die Verlagerungserfassungsvorrichtung verwendet, ausgeführt wird, sodass es viel zeitlichen Spielraum gibt.
[Beispiele der Bestimmung des Umschaltens der Lichtquelle]
Im Folgenden wird die Bestimmung des Umschaltens der Lichtquelle beschrieben.
Die Bestimmung des Umschaltens der Lichtquelle kann entweder durch den Steuerabschnitt 34 oder durch eine von außen über die I/F 35 eingegebene Anweisung ausgeführt werden. Hinsichtlich der Umschaltzeit der Lichtquelle ist es stark bevorzugt, dass die Hauptlichtquelle 11M verwendet wird, bis sie das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht. Zum Beispiel kann für den LD-Ansteuerstrom lop ein vorgegebener Wert voreingestellt werden, der sich wegen Verschlechterung des Halbleiterlasers ändert, und kann die Operation zum Umschalten der Lichtquelle von der Hauptlichtquelle 11M zu der Hilfslichtquelle 11S ausgeführt werden, wenn der LD-Ansteuerstrom lop1 den vorgegebenen Wert erreicht hat. Allerdings besteht in diesem Fall wegen der Schwankung des vorgegebenen Werts des LD-Ansteuerstroms lop von Teil zu Teil eine Möglichkeit, dass die Ersatzzeit für jeden einzelnen Halbleiterlaser stark schwanken kann.
[Beispiele des Vorbereitens eines Speichers für jede der Lichtquellen]
Um das Problem der Schwankung der Lichtquelle von Teil zu Teil zu lösen, kann ein Verfahren in Betracht gezogen werden, in dem für jede der Lichtquellen ein vorgegebener Wert voreingestellt wird. Wie in 5 gezeigt ist, wird in diesem Fall der vorgegebene Wert des LD-Ansteuerstroms lop jeder Lichtquelle zuvor in jedem Speicher gespeichert, sodass die Umschaltzeit der Lichtquelle anhand der relativen Zunahme des LD-Ansteuerstroms lop bestimmt werden kann.
5 ist eine Schaltung, die eine Änderung der ersten Ausführungsform zeigt, wobei als die Lichtquelle einer Lichtquellen-Ansteuerschaltung 40 zwei Halbleiterlaser verwendet sind und zwei Speicher genutzt sind. Die in 5 gezeigte Lichtquellen-Ansteuerschaltung 40 unterscheidet sich von der Lichtquellen-Ansteuerschaltung 30 (siehe 3) der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Lichtquellen-Ansteuerschaltung 40 mit zwei Speichern versehen ist. In den folgenden Absätzen wird anhand 5 eine Beschreibung für gegenüber 3 unterschiedliche Punkte gegeben, während die Beschreibung der zu 3 gleichen Punkte weggelassen wird.
Außer den Bauelementen der Lichtquellen-Ansteuerschaltung 30 (siehe 3) enthält die Lichtquellen-Ansteuerschaltung 40 der Verlagerungserfassungsvorrichtung ferner einen Speicher 41M und einen Speicher 41S, wobei der Speicher 41M einen darin gespeicherten vorgegebenen Wert (einen Schwellenwert) für den LD-Ansteuerstrom lop1 der Hauptlichtquelle 11M aufweist und der Speicher 41S einen darin gespeicherten vorgegebenen Wert (einen Schwellenwert) für den LD-Ansteuerstrom lop2 der Hilfslichtquelle 11S aufweist.
Der Speicher 41M und der Speicher 41S sind jeweils eine nichtflüchtige Ablage. Zum Beispiel kann sowohl als der Speicher 41M als auch als der Speicher 41S ein Halbleiterspeicher wie etwa ein Flash-Speicher und dergleichen verwendet werden.
Der Steuerabschnitt 34 vergleicht den von der APC-Schaltung 31M ausgegebenen LD-Ansteuerstrom lop1, der der Hauptlichtquelle 11M entspricht, mit dem in dem Speicher 41M gespeicherten vorgegebenen Wert des LD-Ansteuerstroms lop1. Falls der Wert des LD-Ansteuerstroms lop1 den in dem Speicher 41M gespeicherten vorgegebenen Wert erreicht hat, gibt der Steuerabschnitt 34 zusammen mit den lop-Wert-Umsetzungs-Informationen und mit den Im-Wert-Umsetzungs-Informationen ein Alarmsignal an die Anzeige aus. Nachdem die Lichtquelle zu der Hilfslichtquelle 11S umgeschaltet worden ist, überwacht der Steuerabschnitt 34 unter Verwendung des in dem Speicher 41S gespeicherten vorgegebenen Werts für den LD-Ansteuerstrom lop2 in derselben Weise den LD-Ansteuerstrom lop2. Somit kann die Schwankung des LD-Ansteuerstroms lop jeder einzelnen Lichtquelle von Teil zu Teil widerspiegelt werden und kann an den Betreiber die richtige Umschaltzeit jeder Lichtquelle übermittelt werden.
Ferner kann die Umschaltzeit der Lichtquelle durch Erkennen des Übergangspunkts des Anstiegsgradienten des LD-Ansteuerstroms lop pro Zeiteinheit genauer vorhergesagt werden. Wenn z. B eine Abtastung in einem Intervall von einer Stunde ausgeführt wird, um die Werte des LD-Ansteuerstroms lop zu erhalten, und die erhaltenen Werte nach der Zeit differenziert werden, ist der Ableitungswert in der normalen Zeit fast null. Demgegenüber kann beim Eintritt in die Störungsbetriebsart für den Ableitungswert ein vorgegebener Wert eingestellt werden, da der Anstiegsgradient des LD-Ansteuerstroms lop pro Zeiteinheit zunimmt (siehe 4) und somit der oben erwähnte Ableitungswert zunimmt.
Ferner kann der Ableitungswert bei der Störungsbetriebsart verwendet werden, um die Nutzungsdauer der Lichtquelle vorherzusagen.
Verbleibende Nutzungsdauer = ((oberer Steuergrenzwert mit APC-Schaltung) – (Wert des LD-Ansteuerstroms lop zum gegenwärtigen Zeitpunkt))/(Anstiegsgradient des LD-Ansteuerstroms lop pro Zeiteinheit)
Somit kann die Nutzungsdauer der Lichtquelle genauer vorhergesagt werden und kann durch Umschalten der Lichtquelle von der Hauptlichtquelle zu der Hilfslichtquelle während dieser Zeitdauer die Funktion der Verlagerungserfassungsvorrichtung (d. h. die Funktion des Erfassens des Verlagerungssignals) wiederhergestellt werden, bevor die Verlagerungserfassungsvorrichtung vollständig angehalten wird.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist außer der Hauptlichtquelle die Hilfslichtquelle als ein Ersatz vorgesehen und ist ein Mittel zum Ausgeben von Informationen über den Emissionszustand der Hauptlichtquelle und der Hilfslichtquelle nach außen vorgesehen. Mit dieser Konfiguration kann das Ende der Nutzungsdauer der Hauptlichtquelle und der Hilfslichtquelle genauer vorhergesagt werden.
Ferner kann unter Zeitdruck verhindert werden, dass die Vorrichtung, die die Verlagerungserfassungsvorrichtung verwendet, angehalten wird, indem durch die Lichtquellen-Umschaltoperation veranlasst wird, dass die Hilfslichtquelle Licht aussendet, sodass die Hilfslichtquelle zu der Hauptlichtquelle wird, wenn bestimmt wird, dass die Hauptlichtquelle nahe dem Ende Ihrer Nutzungsdauer ist.
Ferner brauchen nicht zuvor zusätzliche Ersatzteile auf Lager vorbereitet zu werden, sodass die Wartungskosten gesenkt werden können, da die Lichtquelle von der Hauptlichtquelle zu der Hilfslichtquelle umgeschaltet werden kann, ohne die Verlagerungserfassungsvorrichtung direkt zu berühren..
<3. Zweite Ausführungsform>
Im Folgenden wird anhand von 6 eine Verlagerungserfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform ist ein Beispiel, in dem zwei Lichtemitterdioden (LED) als die Lichtquelle der Verlagerungserfassungsvorrichtung verwendet sind.
6 ist eine Schaltung einer Lichtquellen-Ansteuerschaltung, die eine zweite Ausführungsform der Verlagerungserfassungsvorrichtung ist, auf die die vorliegende Erfindung angewendet ist, wobei zwei Lichtemitterdioden als ihre Lichtquelle verwendet sind. In den folgenden Absätzen wird anhand 6 eine Beschreibung für gegenüber 3 unterschiedliche Punkte gegeben, während die Beschreibung der zu 3 gleichen Punkte weggelassen wird.
Ähnlich dem Fall, in dem die Lichtquellen die Halbleiterlaser sind, nimmt in dem Fall, in dem die Lichtquellen die Lichtemitterdioden sind, die Lichtintensität der Lichtemitterdiode mit der Verschlechterung ab, falls keine automatische Leistungssteuerung durch die APC-Schaltungen ausgeführt wird. Da eine Lichtemitterdiode allgemein ohne Lichtempfangselement zur Überwachung wie etwa die in 3 gezeigte Photodiode (PD) vorgesehen ist, ist eine PD getrennt angeordnet. Ein Teil des von der LED der Lichtquelle ausgesendeten Lichts wird von der PD empfangen, wobei die Lichtintensität der LED anhand des hier erzeugten Stroms (Überwachungsstroms Im) ähnlich dem Fall des Halbleiterlasers auf einen vorgegebenen Pegel gesteuert wird.
Wie in 6 gezeigt ist, weist die Hauptlichtquelle 3M, die die Lichtemitterdiode verwendet, eine Lichtemitterdiode (LED), die ein Lichtemissionsabschnitt ist, auf. Die Anode der LED der Hauptlichtquelle 3M ist mit einer APC-Schaltung 51M verbunden und die Katode der LED der Hauptlichtquelle 3M ist geerdet.
Die APC-Schaltung 51M ist zur Steuerung der Lichtaussendung der Hauptlichtquelle 3M vorgesehen, wobei die Grundkonfiguration der APC-Schaltung 51M gleich der der APC-Schaltung 31M ist. Die APC-Schaltung 51M weist einen Transistor 32 und einen Strom-Spannungs-Umsetzer (d. h. I/V-Umsetzer) 33 auf. Die Katode der PD ist mit einer Stromleitung verbunden, die mit dem Kollektor des Transistors 32 verbunden ist, und die Anode der PD ist mit dem Eingangsabschnitt des I/V-Umsetzers 33 verbunden. Übrigens ist als der Transistor 32 ein NPN-Bipolartransistor verwendet; allerdings ist der Transistor 32 nicht auf den NPN-Bipolartransistor beschränkt.
Ähnlich der Hauptlichtquelle 3M weist die Hilfslichtquelle 3S ebenfalls eine Lichtemitterdiode (LED) auf, die ein Lichtemissionsabschnitt ist. Die APC-Schaltung 51S ist zum Steuern der Lichtemission der Hilfslichtquelle 3S vorgesehen. Ähnlich der APC-Schaltung 51M enthält die APC-Schaltung 51S ebenfalls einen Transistor 32 und einen Strom-Spannungs-Umsetzer (I/V-Umsetzer) 33, wobei der Transistor 32 und der I/V-Umsetzer 33 dieselbe Konfiguration wie der Transistor 32 und der I/V-Umsetzer 33 der APC-Schaltung 51M aufweisen.
Der Steuerabschnitt 34 führt der APC-Schaltung 51M Ansteuerleistung zu und erhält von der APC-Schaltung 51M einen LED-Ansteuerstrom lop1 und einen Überwachungsstrom Im1. Ähnlich führt der Steuerabschnitt 34 der APC-Schaltung 51S Ansteuerleistung zu und erhält von der APC-Schaltung 51S einen LED-Ansteuerstrom lop2 und einen Überwachungsstrom Im2. Ferner setzt der Steuerabschnitt 34 die LED-Ansteuerströme lop1, lop2 und die Überwachungsströme Im1, Im2 in lop-Wert-Umsetzungs-Informationen und in Im-Wert-Umsetzungs-Informationen um, die von dem Betreiber leicht erkannt werden, und gibt die lop-Wert-Umsetzungs-Informationen und die Im-Wert-Umsetzungs-Informationen an eine Anzeige (in der Zeichnung nicht gezeigt) aus.
In der Lichtquellen-Ansteuerschaltung 30 mit der oben erwähnten Konfiguration wird der von der PD der Hauptlichtquelle 3M ausgegebene Überwachungsstrom Im1 der APC-Schaltung 51M zugeführt. In der APC-Schaltung 51M setzt der I/V-Umsetzer 33 den Überwachungsstrom Im1 in eine Spannung um, um die an den Basis-Emitter-Übergang angelegte Spannung zu ändern, um den LED-Ansteuerstrom lop1, der der LED der Hauptlichtquelle 3M zugeführt wird, zu steuern. Die APC-Schaltung 51M übermittelt den LED-Ansteuerstrom lop1 und den Überwachungsstrom Im1 zu dieser Zeit an den Steuerabschnitt 34. Da in der Hilfslichtquelle 3S und in der APC-Schaltung 51S derselbe Betrieb ausgeführt wird, wird die Beschreibung des Betriebs dieser Bauelemente wegelassen.
Mit dieser Konfiguration können die Werte der LD-Ansteuerströme lop1, lop2 und die Werte der Überwachungsströme Im1, Im2 durch die APC-Schaltungen 51M, 51S in derselben Weise erhalten werden, sodass der Umschaltzeitpunkt von der Hauptlichtquelle 3M zu der Hilfslichtquelle 3S erfasst oder vorhergesagt werden kann.
Durch die oben beschriebene zweite Ausführungsform können dieselben Vorteile wie durch die erste Ausführungsform erhalten werden. Mit anderen Worten, außer der Hauptlichtquelle ist die Hilfslichtquelle als ein Ersatz vorgesehen und ist ein Mittel zum Ausgeben von Informationen über den Emissionszustand der Hauptlichtquelle und der Hilfslichtquelle nach außen vorgesehen, sodass das Ende der Nutzungsdauer der Hauptlichtquelle und der Hilfslichtquelle genauer vorhergesagt werden kann.
Ferner kann unter Zeitdruck verhindert werden, dass die Vorrichtung, die die Verlagerungserfassungsvorrichtung verwendet, angehalten wird, indem durch Ausführen der Lichtquellen-Umschaltoperation veranlasst wird, dass die Hilfslichtquelle Licht aussendet, sodass die Hilfslichtquelle zu der Hauptlichtquelle wird, wenn bestimmt wird, dass die Hauptlichtquelle nahe dem Ende ihrer Nutzungsdauer ist.
Da die Lichtquelle von der Hauptlichtquelle zu der Hilfslichtquelle umgeschaltet werden kann, ohne die Verlagerungserfassungsvorrichtung direkt zu berühren, brauchen ferner nicht zuvor zusätzliche Ersatzteile am Lager vorbereitet zu werden, sodass die Wartungskosten gesenkt werden können.
<4. Verfahren zum Umschalten einer Lichtquelle von der Hauptlichtquelle zur Hilfslichtquelle>
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Umschalten von der Hauptlichtquelle zu der Hilfslichtquelle beschrieben.
Die Lichtquellen-Umschaltoperation wird anhand der Bestimmung des Steuerabschnitts 34 oder anhand einer von außen über den Kommunikationsabschnitt (d. h. die I/F 35) gegebenen Anweisung in Übereinstimmung mit einer externen Bestimmung ausgeführt; wobei die Lichtquelle aber vorzugsweise in der Weise von der Hauptlichtquelle zu der Hilfslichtquelle umgeschaltet wird, dass die Verlagerungserfassungsvorrichtung nicht vollständig angehalten wird.
Zum Beispiel kann im Fall der in 2 gezeigten Lichtquellen-Ansteuerschaltung 30 die Lichtquelle ebenfalls in einer Weise umgeschaltet werden, bei der sich die Hauptlichtquelle 11M und die Hilfslichtquelle 11S überschneiden, wobei die Lichtquelle 11M allmählich (kontinuierlich) zu der Hilfslichtquelle 11S umgeschaltet wird, sodass die Summe der Lichtintensität der Hauptlichtquelle 11M und der Lichtintensität der Hilfslichtquelle 11S durch Überwachen des LD-Ansteuerstroms lop1 und des LD-Ansteuerstroms lop2, die die Intensität des durch die Lichtquellen emittierten Lichts angeben, so gesteuert wird, dass sie immer konstant ist. Die Überschneidung kann z. B. dadurch ausgeführt werden, dass die Ansteuerleistung, die der der Hauptlichtquelle entsprechenden APC-Schaltung von dem Steuerabschnitt 34 zugeführt wird, und die Ansteuerleistung, die der der Hilfslichtquelle entsprechenden APC-Schaltung von dem Steuerabschnitt 34 zugeführt wird, eingestellt werden. Die Lichtquellen der in 5 gezeigten Lichtquellen-Ansteuerschaltung 40 und der in 6 gezeigten Lichtquellen-Ansteuerschaltung 50 können auf dieselbe Weise ebenfalls umgeschaltet werden.
Ferner kann die Lichtquelle ebenfalls unverzüglich innerhalb einer kürzeren Zeitdauer als der Abtastzeitdauer zum Erfassen von Daten durch die APC-Schaltungen und durch den Steuerabschnitt der Verlagerungserfassungsvorrichtung umgeschaltet werden. Unter den Verlagerungserfassungsvorrichtungen, die den Halbleiterlaser verwenden, gibt es jene, die eine solche Konfiguration aufweisen, dass die Möglichkeit besteht, dass, obgleich zwei Arten von Lichtquellen nicht miteinander interferieren, Interferenzsignale der zwei Arten von Lichtquellen empfangen werden könnten, sodass es Fälle gibt, in denen die Lichtquelle vorzugsweise unverzüglich umgeschaltet wird.
Unter den Verlagerungserfassungsvorrichtungen gibt es jene, die eine solche Konfiguration aufweisen, wie in 2 gezeigt ist, dass die zwei Lichtstrahlen im Wesentlichen dieselbe optische Weglänge aufweisen, sodass es fast keinen Einfluss des durch die Interferenzsignale der zwei Arten von Lichtquellen verursachten Fehlers der Lageinformationen gibt. Allerdings gibt es durch das Prinzip der Verlagerungserfassungsvorrichtung Fälle, in denen die durch die Verlagerungserfassungsvorrichtung erfassten Lageinformationen wegen der Differenz der Lage und der Wellenlänge zwischen der Hauptlichtquelle und der Hilfslichtquelle leicht abweichen, sodass beim Umschalten der Lichtquelle vorzugsweise über den Kommunikationsabschnitt (die I/F 35) ein Alarm ”Lichtquelle wird umgeschaltet” nach außen ausgegeben wird.
Zu dieser Zeit können die beim Umschalten der Lichtquelle erzeugten Fehlerdaten korrigiert werden. Mit anderen Worten, zwischen dem Zählwert, der anhand des Verlagerungssignals, bevor die Lichtquelle umgeschaltet wird, erhalten wird, und dem Zählwert, der anhand des Verlagerungssignals, nachdem die Lichtquelle umgeschaltet wird, erhalten wird, wird eine Diskrepanz erzeugt. Die Diskrepanz kann durch Erhalten einer Differenz zwischen dem Zählwert, bevor die Lichtquelle umgeschaltet wird, und dem Zählwert, nachdem die Lichtquelle umgeschaltet worden ist, und durch Subtrahieren der Differenz von dem Zählwert, nachdem die Lichtquelle umgeschaltet worden ist (d. h. der Fehlerdaten), korrigiert werden.
Offensichtlich kann die Verlagerungserfassungsvorrichtung ebenfalls vorübergehend angehalten werden und daraufhin die Lichtquelle manuell von außen über den Kommunikationsabschnitt (die I/F 35) umgeschaltet werden. Da die Funktion (d. h. die Funktion des Erfassens des Verlagerungssignals) wiederhergestellt werden kann, ohne die Verlagerungserfassungsvorrichtung mit der Hauptlichtquelle und mit der Hilfslichtquelle direkt zu berühren, kann der Zeitverlust nach der Wiederherstellung auf jeden Fall auf ein Minimum verringert werden.
<5. Weitere zusätzliche Funktionen>
Nachfolgend werden anhand von 7 und 8 weitere zusätzliche Funktionen beschrieben.
7 ist eine graphische Darstellung, die die Temperaturkennlinie des Halbleiterlasers zeigt, und 8 ist eine graphische Darstellung, die die Wellenlängen-Temperatur-Abhängigkeit des Halbleiterlasers zeigt.
Es gibt Fälle, in denen außer der Nutzungsdauer der Lichtquelle der um den Lichtemissionsabschnitt anhaftende Schmutz der Grund für den Abfall der Signalausgabe der Verlagerungserfassungsvorrichtung ist. Dies ist so, da die Verlagerungserfassungsvorrichtung, falls sie in einer Werkzeugmaschine oder dergleichen verwendet wird, häufig an einem Ort verwendet wird, um den Operationen ausgeführt werden, die mit Schmutz und Öl in Zusammenhang stehen, sodass das ausgegebene Signal in diesem Fall abfallen kann, obgleich die Lichtquelle normal Licht aussendet.
In diesem Fall werden der Wert des LD-Ansteuerstroms (oder des LED-Ansteuerstroms) lop und der Wert des Überwachungsstroms Im auf den normalen Pegel gesteuert. Um dieses Problem zu lösen, kann der Betreiber dem Steuerabschnitt 34 über den externen Kommunikationsabschnitt (die I/F 35) eine Anweisung erteilen zu ermitteln, ob es eine Signalausgabeanomalie gibt, um zu bestimmen, ob es andere Gründe als die Nutzungsdauer der Lichtquelle gibt. Zum Beispiel kann die Hilfslichtquelle in Reaktion auf den Betrieb des Betreibers vorübergehend zum Aussenden von Licht verwendet werden, um zu bestätigen, ob die Signalausgabe wiederhergestellt wird (Erscheinungsreproduktion). Falls hier die Signalausgabe wiederhergestellt worden ist, kann der Steuerabschnitt 34 bestimmen, dass um den Lichtemissionsabschnitt der Hauptlichtquelle Schmutz anhaftet, und das Ergebnis der Bestimmung über den Kommunikationsabschnitt (die I/F 35) nach außen ausgeben.
Falls die Lichtquelle ein Halbleiterlaser ist, können die Informationen ferner nach außen ausgegeben werden, da der Steuerabschnitt 34 den LD-Ansteuerstrom lop der Lichtquelle messen und das Messergebnis in die Temperatur der Lichtquelle selbst umsetzen kann. 7 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Laserstrom (dem LD-Ansteuerstrom lop) und der Temperatur des Halbleiterlasers zeigt.
Falls auf den umgesetzten Wert des LD-Ansteuerstroms lop ein zeitliches Kochpassfilter angewendet ist, können Informationen über eine relative Temperaturschwankung (z. B. über eine Temperaturschwankung gegenüber einem vorgegebenen Wert) in verhältnismäßig kurzer Zeit (wie etwa einer Stunde) erhalten werden. Falls andererseits ein zeitliches Hochpassfilter auf den umgesetzten Wert des LD-Ansteuerstroms lop angewendet ist, können Informationen erhalten werden, die die Verschlechterung der Lichtquelle angeben.
Einige der Verlagerungserfassungsvorrichtungen der letzten Jahre können die Verlagerung mit einer Genauigkeit von 1 nm oder darunter erfassen, wobei es Fälle gibt, in denen die Verlagerungsdrift durch Korrektur abgeglichen wird, wobei die Verlagerungsdrift durch die Temperaturschwankung der Verlagerungserfassungsvorrichtung selbst verursacht wird oder durch die wegen Schwankung der Umgebungstemperatur erzeugte Temperaturschwankung der Verlagerungserfassungsvorrichtung verursacht wird. Da der umgesetzte Wert des LD-Ansteuerstroms lop die Temperatur der Lichtquelle angibt und somit genau die in verhältnismäßig kurzer Zeitdauer verursachte Temperaturabweichung der Verlagerungserfassungsvorrichtung angibt, kann die Verlagerungsdrift (der Betrag der Verlagerung) pro Temperatureinheit zuvor gemessen werden, um als Abgleichinformationen verwendet zu werden.
Da ferner die Wellenlänge des Halbleiterlasers genau in Übereinstimmung mit der Temperatur des Halbleiterlasers schwankt, kann die Temperatur durch Bezugnahme auf die oben erwähnte relative Temperaturschwankung in verhältnismäßig kurzer Zeit in eine Wellenlänge umgesetzt werden. 8 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel der Beziehung zwischen der Temperatur und der Wellenlänge eines Mehrmodenhalbleiterlasers zeigt.
Somit können aus den Informationen über den Emissionszustand der Lichtquelle (z. B. den LD-Ansteuerstrom, den LED-Ansteuerstrom, den Überwachungsstrom Im und dergleichen) außer der Nutzungsdauer verschiedene weitere Informationen erhalten werden, die für die Verlagerungserfassungsvorrichtung erforderlich sind.
Übrigens können eine Reihe von Prozessen der oben erwähnten Ausführungsformen nicht nur durch Hardware, sondern auch durch Software ausgeführt werden. In Fällen, in denen die Reihe von Prozessen durch Software ausgeführt wird, kann die Reihe von Prozessen durch einen Computer mit einem Programm, das Software bildet, das in dedizierte Hardware davon integriert ist, oder durch einen Computer mit einem Programm zur Ausführung verschiedener darin installierter Funktionen ausgeführt werden. Zum Beispiel kann die Reihe von Prozessen durch einen Universal-Personal-Computer oder dergleichen mit einem Programm, das gewünschte darin installierte Software bildet, ausgeführt werden.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, wobei verschiedene Anwendungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Erfindungsgedanken und von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010-157865 [0001]
JP 2006-284521 [0006, 0009]
JP 2006-284520 [0007, 0009]
JP 1996-082533 [0008, 0009]

Claims

Verlagerungserfassungsvorrichtung, die umfasst: ein im Wesentlichen plattenartiges Beugungsgitter, das zum Beugen des von einer Lichtquelle ausgesendeten Lichts ausgelegt ist, einen Lichtempfangsabschnitt, der zum Empfangen des durch das Beugungsgitter gebeugten Lichts ausgelegt ist; eine erste Lichtquelle als eine Hauptlichtquelle; eine zweite Lichtquelle; und einen Controller, der zum Ausführen einer Lichtquellen-Umschaltoperation in der Weise ausgelegt ist, dass die zweite Lichtquelle zu der Hauptlichtquelle wird, wenn bestimmt wird, dass die erste Lichtquelle nahe dem Ende ihrer Nutzungsdauer ist.
Verlagerungserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller die Lichtquelle schrittweise in der Weise von der ersten Lichtquelle zu der zweiten Lichtquelle umschaltet, dass die Summe der Intensität der ersten Lichtquelle und der Intensität der zweiten Lichtquelle konstant ist.