JPH02103416A - Photoelectric displacement detector - Google Patents

Photoelectric displacement detector

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Publication number
JPH02103416A
JPH02103416A JP25674388A JP25674388A JPH02103416A JP H02103416 A JPH02103416 A JP H02103416A JP 25674388 A JP25674388 A JP 25674388A JP 25674388 A JP25674388 A JP 25674388A JP H02103416 A JPH02103416 A JP H02103416A
Authority
JP
Japan
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light
grating
main
scale
displacement
Prior art date
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Pending
Application number
JP25674388A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norihito Toikawa
樋川 典仁
Wataru Ishibashi
石橋 渡
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH02103416A publication Critical patent/JPH02103416A/en
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to improve interpolation accuracy and to improve response scanning speed by arranging a second index scale on the opposite side of a first index scale with a main scale in-between. CONSTITUTION:An index scale 34 is arranged on the opposite side of an index scale 18 with a main scale 14 in-between. Secondary lattices 36 (36a-36d) as reference-light passing windows are formed. In DC-level detecting photodetectors 38 (38a'-38d'), light passing a main lattice 16 and the windows 36 undergoes optoelectronic transducing operation. The DC level fluctuations of detected displacement signals (a)-(d) obtained in displacement detecting photodetectors 22 (22a-22d) are corrected by using detected DC level signals a'-d' obtained in the photodetectors 38. Two-phase detected signals (a+a')-(c+c') and (b+b')-(d+d') are formed in a signal processing circuit 40 based on the outputs (a)-(d) and a'-d'. The amplitude signals in said two-phase detected signals are fluctuated, but the DC component becomes constant. Therefore, the stable detected signals are obtained, and highly accurate interpolation division can be performed and the highly accurate measured signals can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野] 本発明は、光電式変位検出器に係り、特に、変位検出信
号の直流レベル変動を補正して、安定した変位検出信号
を生成することができ、従って、内挿精度を向上し、応
答走査速度を改善することが可能な光電式変位検出器に
関するものである。
(Industrial Application Field) The present invention relates to a photoelectric displacement detector, and in particular, can correct DC level fluctuations in a displacement detection signal to generate a stable displacement detection signal, and therefore improves interpolation accuracy. The present invention relates to a photoelectric displacement detector capable of improving response scanning speed.

【従来の技術】[Conventional technology]

対峙する部材の一方に、周期的な主格子を形成したメイ
ンスケールを固定し、他方の部材に、対応する周期的な
副格子を形成した光透過性のインデックススケールと、
光源を含む照明系と、前記主格子及び副格子によって変
調された前記照明系からの光を光電変換する受光素子と
を含む検出器を固定し、両部材の相対変位に応じて周期
的に変化する検出信号を生成する光電式変位検出器が、
工作機械の工具の送り量等を測定する分野で普及してい
る。 第12図は、従来の反射型光電式変位検出器の一例を示
したもので、光源としての発光ダイオード10と、該発
光ダイオード10から放射される光を平行照明光線とす
るコリメータレンズ12と、周期的な主格子16を形成
したメインスケール14と、該メインスケール14に対
して相対移動可能に配置される、対応する周期的な副格
子20を形成した光透過性のインデックススケール18
と、前記メインスケール14の主格子16で反射されて
前記インデックススケール18の副格子20を通過して
きた前記平行照明系からの反射光線Rを光電変換する変
位検出用の受光素子22とを有しており、前記メインス
ケール14とインデックススケール18の相対変位に応
じて周期的な検出信号を生成するようにされている。 このような光電式変位検出器において、前記副格子20
及び受光素子22は、通常、第13図に示す如く、イン
デックススケール18上で、格子目盛と平行な方向(図
の上下方向)に2個、メインスケール長手方向く図の左
右方向)に2個の合計4個配設し、例えば、副格子20
aの位相を基準値O°とし、副格子20bの位相を一9
0°とし、副格子20Cの位相を+180°とし、n1
格子20dの位相を+90°として、第14図に示す如
く、各副格子20a〜20dに対応させて4個配設した
受光素子22a〜22dによる変位検出信号a−dのう
ち、メインスケール長手方向に関して対角線上に配設さ
れた受光素子の変位検出信号の差(a −c )、(b
 −d )によって、差動信号である2相の検出信号を
生成するようにしている。第13図において、24.2
6は差動アンプである。 このようにして、位相が互いに90°異なる2相の検出
信号を得ることができ、方向弁別を行うと共に、電気的
に内挿することによって、高精度の測定を行うことがで
きる。この際、上記のような差動方式を採用することに
よって、変位検出信号の直流レベル変動や、メインスケ
ール14とインデックススケール18の平行度変化によ
る位相変動を補正することができる。 しかしながら、メインスケール14は、例えば長さ30
0 n以上の長尺物になると、一般的にステッパで位置
決めしながら、短尺物を原板として、転写しながら露光
して製作する。従って、長手方向の位置によって、格子
目盛を構成するクロームの厚み(11!淡)がばらつく
ため、反射率や透過率がばらつき、更に線幅も僅かにば
らつき、均一に製作することは極めて困難である。例え
ば8μmピッチのメインスケールの主格子の場合、線幅
で0.2μm程度、即ち2.5%程度ばらつき、他の要
因も考慮すると、検出信号のばらつきが10%程度にな
ることもあった。 このような長手方向のばらつきがあると、受光出力の直
流レベルが変化し、たとえ前記のような差動方式を採用
しても、差動二相間の直流レベルの変動に差があると、
直流レベルの変動が充分に補正できないという問題点を
有していた。特に、反射型の変位検出器で副格子の中央
部分に光源を設けた場合には、差動二相(副格子20a
と20C120bと20d)間の距離が大きくなり、直
流レベル変動の相対差が大きくなるという問題点を有し
ていた。
A main scale having a periodic main lattice formed thereon is fixed to one of the facing members, and a light-transmissive index scale having a corresponding periodic sub-lattice formed to the other member;
A detector including an illumination system including a light source and a light receiving element that photoelectrically converts light from the illumination system modulated by the main grating and the sub grating is fixed, and changes periodically according to relative displacement of both members. A photoelectric displacement detector that generates a detection signal that
It is popular in the field of measuring the feed rate of machine tool tools. FIG. 12 shows an example of a conventional reflective photoelectric displacement detector, which includes a light emitting diode 10 as a light source, a collimator lens 12 that uses the light emitted from the light emitting diode 10 as a parallel illumination beam, A main scale 14 forming a periodic main grating 16, and a light-transmissive index scale 18 forming a corresponding periodic sub-grating 20, which is arranged to be movable relative to the main scale 14.
and a displacement detection light-receiving element 22 for photoelectrically converting the reflected light beam R from the parallel illumination system that has been reflected by the main grating 16 of the main scale 14 and passed through the sub-grating 20 of the index scale 18. A periodic detection signal is generated according to the relative displacement between the main scale 14 and the index scale 18. In such a photoelectric displacement detector, the sub-grating 20
As shown in FIG. 13, the light-receiving elements 22 are normally arranged on the index scale 18, two in the direction parallel to the grating scale (in the vertical direction in the figure) and two in the longitudinal direction of the main scale (in the left-right direction in the figure). For example, a total of 4 sub-lattice 20
The phase of a is set to the reference value O°, and the phase of the sub-grating 20b is set to 19
0°, the phase of the sub-grating 20C is +180°, n1
When the phase of the grating 20d is set to +90°, as shown in FIG. The difference (a − c), (b
-d), a two-phase detection signal which is a differential signal is generated. In Figure 13, 24.2
6 is a differential amplifier. In this way, it is possible to obtain two-phase detection signals whose phases are different from each other by 90°, and by performing direction discrimination and electrical interpolation, highly accurate measurement can be performed. At this time, by employing the differential method as described above, it is possible to correct DC level fluctuations of the displacement detection signal and phase fluctuations due to changes in parallelism between the main scale 14 and the index scale 18. However, the main scale 14 has a length of, for example, 30 mm.
Long objects of 0 n or more are generally produced by positioning with a stepper, using a short object as an original plate, and exposing while transferring. Therefore, the thickness of the chrome that makes up the grating scale (11! light) varies depending on the longitudinal position, so the reflectance and transmittance vary, and the line width also varies slightly, making it extremely difficult to manufacture uniformly. be. For example, in the case of a main grating with a main scale having a pitch of 8 μm, the line width varies by about 0.2 μm, that is, by about 2.5%, and when other factors are taken into account, the variation in the detection signal sometimes becomes about 10%. If there are variations in the longitudinal direction, the DC level of the received light output will change, and even if the differential method described above is adopted, if there is a difference in DC level fluctuation between the two differential phases,
There was a problem in that fluctuations in the DC level could not be sufficiently corrected. In particular, when the light source is provided in the center of the sub-grating in a reflective displacement detector, differential two-phase (sub-grating 20a
20C120b and 20d) becomes large, and the relative difference in DC level fluctuation becomes large.

【発明が達成しようとする課題】[Problem to be achieved by the invention]

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、変位検出信号の直流レベル変動を補正して、内挿
精度を向上し、応答走査速度を改善することが可能な光
電式変位検出器を提供することを第1の課題とする。 本発明は、又、光透過性を有する反射型のメインスケー
ルが用いられた反射型の光電式変位検出器において、メ
インスケールの裏面側から入射する逆入光による測定誤
差を防ぐことが可能な反射型の光電式変位検出器を提供
することを第2の課題とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and is a photoelectric displacement sensor capable of correcting DC level fluctuations of a displacement detection signal, improving interpolation accuracy, and improving response scanning speed. The first task is to provide a detector. The present invention also makes it possible to prevent measurement errors caused by reverse light incident from the back side of the main scale in a reflective photoelectric displacement detector using a reflective main scale that is transparent to light. The second objective is to provide a reflective photoelectric displacement detector.

【課題を達成するための手段】[Means to achieve the task]

本発明は、相対移動する一方の部材に固定される、主格
子が形成された、光透過性を有するメインスケールと、
相対移動する他方の部材に固定される、光源、副格子が
形成された第1のインデックススケール、及び少くとも
前記主格子及び副格子によって変調された光を光電変換
する変位検出用受光素子とを含み、両部材の相対変位に
応じて周期的な検出信号を生成する光電式変位検出器に
おいて、メインスケールを挾んで+iff記第1インデ
ックススケールの反対側に配設される、参照光通過窓が
形成された第2のインデックススケールと、前記主格子
及び参照光通過窓を通過した光を光電変換する直流レベ
ル検出用受光素子とを設け、該直流レベル検出用受光素
子によって得られる直流レベル検出信号を用いて、前記
変位検出用受光素子によって得られる変位検出信号の直
流レベル変動を補正することにより、前記第1の課題を
達成したものである。 又、本発明は、相対移動する一方の部材に固定される、
主格子が形成された、光透過性を有するメインスケール
と、相対移動する他方の部材に固定される、光源、副格
子が形成されたインデックススケール、及び少なくとも
前記主格子及び副格子によって変調された反射光又は透
過光のいずれか一方を光電変換する変位検出用受光素子
とを含み、両部材の相対変位に応じて周期的な検出信号
を生成する光電式変位検出器において、前記主格子及び
副格子によって変調された光の他方を光電変換する直流
レベル検出用受光素子を設け、該直流レベル検出用受光
素子によって得られる直流レベル検出信号を用いて、前
記変位検出用受光素子によって得られる変位検出信号の
直流レベル変動を補正することにより、同じく前記第1
の課題を達成したものである。 本発明は、又、相対移動する一方の部材に固定される、
主格子が形成された、光透過性を有する反射型のメイン
スケールと、相対移動する他方の部材に固定される、光
源、副格子が形成されたインデックススケール、及び少
なくとも前記主格子及び副格子によって変調された光を
光電変換する変位検出用受光素子とを含み、両部材の相
対変位に応じて周期的な検出信号を生成する反射型の光
電式変位検出器において、メインスケールを挾んで前記
インデックススケールの反対側に、メインスケールの裏
面側から主格子を照射する逆入光を防止するための遮蔽
用カバーを設けることによって、前記第2の課題を達成
したものである。
The present invention provides a main scale having a light transmittance and having a main lattice formed therein, which is fixed to one member that moves relatively;
A light source, a first index scale on which a sub-grating is formed, and a displacement detection light-receiving element that photoelectrically converts light modulated by at least the main grating and the sub-grating, which are fixed to the other member that moves relatively. In the photoelectric displacement detector that generates a periodic detection signal according to the relative displacement of both members, a reference light passing window is provided on the opposite side of the first index scale indicated by +iff across the main scale. The formed second index scale and a DC level detection light receiving element that photoelectrically converts the light that has passed through the main grating and the reference light passing window are provided, and a DC level detection signal obtained by the DC level detection light receiving element is provided. The first problem has been achieved by correcting the DC level fluctuation of the displacement detection signal obtained by the displacement detection light receiving element using the displacement detection light receiving element. Further, the present invention provides a method that is fixed to one member that moves relatively.
a light-transmissive main scale on which a main grating is formed; an index scale on which a light source and a sub-grating are formed; the index scale is fixed to the other member that moves relatively; and the index scale is modulated by at least the main grating and the sub-grating. In a photoelectric displacement detector that includes a displacement detection light receiving element that photoelectrically converts either reflected light or transmitted light, and generates a periodic detection signal according to the relative displacement of both members, the main grating and the sub-grating A DC level detection light receiving element is provided that photoelectrically converts the other light modulated by the grating, and a DC level detection signal obtained by the DC level detection light receiving element is used to detect displacement obtained by the displacement detection light receiving element. By correcting the DC level fluctuation of the signal, the first
This goal has been achieved. The present invention also provides the following features: being fixed to one member that moves relatively;
A reflective main scale having a light transmittance on which a main grating is formed, an index scale on which a light source and a sub-grating are formed, which are fixed to the other relatively moving member, and at least the main grating and the sub-grating. In a reflective photoelectric displacement detector that includes a displacement detection light receiving element that photoelectrically converts modulated light and generates a periodic detection signal according to the relative displacement of both members, the index is placed between the main scale. The second problem is achieved by providing a shielding cover on the opposite side of the scale to prevent reverse light from irradiating the main grating from the back side of the main scale.

【作用及び効果】[Action and effect]

本発明は、光透過性を有するメインスケールを用いた場
合、 (1)反射型の光電式変位検出器であれば、透過光が利
用されておらず、又、透過型の光電式変位検出器であれ
ば反射光が利用されていないこと、(2)変位検出信号
a (反射型であれば反射光1を検出して得られる信号
、透過型であれば透過光饋を検出して得られる信号)は
、通常第1図<A)に示す如く、変位検出に必要な交流
成分を有するだけでなく、測定誤差をもたらす直流成分
a ”が重畳されていること、 (3)前記利用されていない光(反射型であれば透過光
、透過型であれば反射光)の世を検出して得られる信号
の直流レベル(直流レベル検出信号と称する) a l
 は、第1図(B)に示す如く、丁度第1図(A)に示
した変位検出信号aの直流成分と逆方向に変動する信号
になっていること、(4)従って、変位検出信号aと直
流レベル検出信号a′を加算すれば、加算した信号a+
a’の直流レベルa”+a’ は、第1図(C)に示す
如く、目盛線の幅のばらつきや変動の影響に対して鈍感
となり、はぼ一定となること、 に着目してなされたものである。 即ち、例えば第2図や第8図に示す例の如く、メインス
ケール14を挾んで第1インデックススケール18の反
対側に、参照光通過窓(副格子36a)が形成された第
2のインデックススケール34を配設し、主格子16及
び参照光通過窓(36a)を通過した光を直流レベル検
出用受光素子38a′で光電変換することによって、第
1図(B)に示したような直流レベル検出信号a′を得
ることができ、この直流レベル検出信号a′を用いて、
変位検出信号aの直流レベル変動を補正することができ
る。従って、内挿精度が向上し、応答走査速度も改善さ
れる。 又、例えば第11図に示す例の如く、主格子16及び副
格子20によって変調された光のうち、変位検出に用い
られていない光を光電変換する直流レベル検出用受光素
子38を設けることによっても、同様の効果を得ること
ができる。 又、反射型の光電式変位検出器で、光透過性を有する反
射型のメインスケールを用いた場合、メインスケールの
裏面側から主格子を照射する逆入光によって変位検出信
号が変動し、測定誤差を生じる可能性があるが、第7図
に示す例の如く、メインスケール14をんでインデック
ススケール18の反対側に、メインスケール14の裏面
側(図の右側)から主格子16を照射する逆入光の侵入
を防止するための遮蔽用カバー42を設けることによっ
て、このような問題点を解消することができる。
In the present invention, when using a main scale having optical transparency, (1) If it is a reflective type photoelectric displacement detector, transmitted light is not used; (2) Displacement detection signal a (signal obtained by detecting reflected light 1 in case of reflective type, signal obtained by detecting transmitted light in case of transmissive type) As shown in Fig. 1<A), the signal) usually not only has an AC component necessary for displacement detection, but also has a DC component a'' superimposed thereon that causes a measurement error; The DC level of the signal obtained by detecting the light (transmitted light for reflective type, reflected light for transparent type) (referred to as DC level detection signal) a l
As shown in FIG. 1(B), is a signal that fluctuates in the opposite direction to the DC component of the displacement detection signal a shown in FIG. 1(A); (4) Therefore, the displacement detection signal By adding a and the DC level detection signal a', the added signal a+
This was done by focusing on the fact that the DC level a''+a' of a' becomes insensitive to the influence of variations and fluctuations in the width of the scale line, and becomes almost constant, as shown in Figure 1 (C). That is, as in the example shown in FIG. 2 or FIG. By disposing an index scale 34 of 2 and photoelectrically converting the light passing through the main grating 16 and the reference light passing window (36a) with the light receiving element 38a' for DC level detection, the light as shown in FIG. 1(B) is generated. A DC level detection signal a' can be obtained, and using this DC level detection signal a',
DC level fluctuations in the displacement detection signal a can be corrected. Therefore, interpolation accuracy is improved and response scanning speed is also improved. Furthermore, as in the example shown in FIG. 11, for example, by providing a light receiving element 38 for detecting a DC level that photoelectrically converts the light that is not used for displacement detection among the light modulated by the main grating 16 and the sub-grating 20. A similar effect can also be obtained. In addition, when using a reflective type photoelectric displacement detector with a reflective main scale that is optically transparent, the displacement detection signal fluctuates due to the back incident light that illuminates the main grating from the back side of the main scale, making the measurement difficult. Although it may cause an error, as in the example shown in FIG. By providing the shielding cover 42 for preventing the intrusion of light, such problems can be solved.

【実施例】【Example】

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 本発明の第1実施例は、第2図乃至第4図に示す如く、
相対移動する一方の部材に固定される、主格子16が形
成された、光透過性を有する反射型のメインスケール1
4と、相対移動する他方の部材に固定される、光源32
、相互に位相が90°ずつ異なる4つの副格子20a〜
20dが形成された第1のインデックススケール18(
第3図参照)、及び前記主格子16及び各副格子20a
〜20dによって変調された光をそれぞれ光電変換する
4つの変位検出用受光素子22a〜22dを含む検出器
30とを備え、両部材の相対変位に応じて周期的な検出
信号を生成する反射型の光電式変位検出器において、検
出器30上の、前記メインスケール14を挾んで第1の
インデックススケール18の反対側に配設される、参照
光通過窓としての4つの副格子36a′〜36d′が形
成された第2のインデックススケール34(第4図参照
)と、前記主格子16及び各副格子36a′〜36d′
を通過した光をそれぞれ光電変換する4つの直流レベル
検出用受光素子388′〜38d′とを設け、該直流レ
ベル検出用受光素子388′〜38d′によって得られ
る直流レベル検出信号a′〜d′を用いて、前記変位検
出用受光素子22a〜22dによって1与られる変位検
出信号a−dの直流レベル変動を補正するようにしたも
のである。 前記第1のインデックススケール18の上には、第3図
に詳細に示す如く、前記メインスケール14上に形成さ
れた主格子16と同じ方向(図の上下方向)の目盛線か
らなるn1格子20a〜20dが、相互に位相を90°
ずつ変えて4つ配置されている。 一方、前記第2のインデックススケール34の上には、
第4図に詳細に示す如く、光m調節用の図の横方向の目
盛線からなる副格子36a′〜36d’が4つ配置され
ている。ここで、前記第1インデックススケール18上
の副格子20a〜20dとメインスケール14上の主格
子16間の間隔pと、同じく主格子16から第2インデ
ックススケール34上の副格子36a′ 〜36d′間
の間隔qは、光学的にほぼ等しくすることが望ましい。 この間隔p=qの際は、第1インデックススケール18
上の副格子20aと第2インデックススケール34上の
副格子36a’ 、同じり22bと36b’ 、同じく
22Cと360’ 、同じく22dと36d′の有効面
積は、変位検出用受光素子22a〜22dに到達する光
量と直流レベル検出用受光素子38a′〜38d′に到
達する光】がほぼ等しくなるように、はぼ同一となるよ
うにされている。 なお、間隔p、!:qが異なる設定のときには、対応す
る副格子2oa〜20dと36a′〜36dの有効面積
の比を、p/Qに対応させることができる。 前記変位検出用受光素子22a〜22d及び前記直流レ
ベル検出用受光素子388′〜38d′の出力から二相
の検出信号を形成するための信号処理回路40は、第5
図に示す如く、前記受光素子22aと38a′の出力信
号a、a’を加算して増幅するための、可変抵抗器VR
1によって増幅率が可変とされた演算増幅器(オペアン
プ)OPlと、前記受光素子22cと38c′の出力信
号c、c’ を加算して増幅するための、可変抵抗器V
R2によって増幅率が可変とされたオペアンプOP2と
、前記受光素子22bと38b′の出力信号す、b’ 
を加算して増幅するための、可変抵抗器VR3によって
増幅器が可変とされたオペアンプOP3と、前記受光素
子22dと38d′の出力信号d、d’ を加算して増
幅するための、可変抵抗器VR4によって増幅率が可変
とされたOR3と、前記オペアンプOP1の出力信号(
a+a′)とオペアンプOP2の出力信号(+、+c)
の差動信号(a +a’ ) −(c +c’ )を二
相検出信号の一方として出力するオペアンプOP5と、
前記オペアンプOP3の出力信号(b +b)と前記オ
ペアンプOP4の出力信号(d +d)の差動信号(b
 +b’ )−(d +d’ )を二相検出信号の他方
として出力するオペアンプOP6とから構成されいる。 本実施例において、インデックススケール18をメイン
スケール14に対して相対移動させると、そのときの二
相検出信号は、前出第1図(C)に示した如くとなり、
撮幅成分は変動するものの、直流成分は一定となる。従
って、極めて安定した検出信号を得ることができ、高精
度の内挿分割を行って、高精度の測定信号を得ることが
できる。 本実施例においては、対応する変位検出信号a〜dと直
流レベル検出信号a′〜d′の和(a +a′)〜(d
+d′)毎にオペアンプOP1〜。 P4で増幅するようにしているので、信号処理回路40
の構成が簡略である。 なお、信号処理回路40の構成は第5図に示したものに
限定されず、例えば第6図に示す如く、各検出信号a 
−d Sa ’〜d′毎に、可変抵抗器VRII〜vR
iaによって増幅率が可変とされたオペアンプ0P11
〜0P18で増幅し、オペアンプ0P19〜0P22に
よって、変位検出信号a〜d1直流レベルし出信号a′
〜d′毎にそれぞれ各相の差動信号(a −c )、(
c’−a’)(fll −d )、(d’−b’)を求
め、オペアンプ0P23及び○P24により、変位検出
信号と直流レベル検出信号の差動信号(a−c)−(c
’−a ’ ) = (a +a ’  ) −(c 
+c ’  )、(1)−d  )−(d’   −b
’   )=  (b  +b’   )  −(d 
 +d)を求めて、各相の変位検出信号とすることも可
能である。この場合には、各検出信号a−d、a′〜d
′毎のレベル調整が可能となるので、副格子36a′〜
36d′の光聞調整用目盛縞を省略して、これらを単な
る通過窓とすることも可能である。 又、本実施例においては、前記第2インデックススケー
ル34及び直流レベル検出用受光素子38a′〜38d
′が、メインスケール14の裏面側(図の右側)から主
格子16を照射する逆入光を遮るので、該逆入光によっ
て変位検出信号a〜dに影響が現われるのを防止するこ
とができる。 なお、第2インデックススケール34等の代わりに、第
7図に示す第2実施例の如く、検出器30に遮蔽用カバ
ー42を設けてもよい。第7図において、44は、メイ
ンスケール14の下部が固定されるペース(相対移動部
材の一方)である。 なお、前記実施例においては、本発明が反射型の光電式
変位検出器に適用されていたが、透過型の変位検出器に
適用した場合には、前記第1インデックススケール18
の副格子20a〜20dのパターンと、第2インデック
ススケール34の副格子36a′〜36d′のパターン
が入替わったものとなる。 次に、第8図乃至第10図を参照して、本発明の第3実
施例を詳細に説明する。 この第2実施例は、第1インデックススケール18上の
DI格子208〜20d 〈第9図参照)及び変位検出
用受光索子22a〜22dを一直線上に設けると共に、
これに対応して、第2インデックススケール34上の副
格子36a′〜36d′(第10図参照)及び直流レベ
ル検出用受光素子388′〜38d′も一直線上に設け
たものである。 他の点については前記第1実施例と同様であるので詳細
な説明は省略する。 なお、これまでの説明においては、いずれも、参照光通
過窓として、目盛縞が形成された副格子368′〜36
d′が使用されていたが、例えば第6図に示ずような信
号処理回路のように、他の方法によってレベル調整が可
能な場合には、参照光通過窓として、目盛縞を有さない
単なる通過窓等を用いることも可能である。 次に、第11図を参照して、本発明の第4実施例を詳細
に説明する。 この第4実施例は、相対移動する一方の部材に固定され
る、主格子16が形成された、光透過性を有する透過型
のメインスケール14と、相対移動する他方の部材に固
定される、光源32、副格子20が形成されたインデッ
クススケール18、及び前記主格子16及び副格子20
によって変調された透過光を光電変換する変位検出用受
光素子22とを含み、両部材の相対変位に応じて周期的
な検出信号を生成する透過型の光電式変位検出器におい
て、前記主格子16及び副格子20によって変調された
光の他方(反射光)を光電変換する直流レベル検出用受
光素子38と、光源32からの光を前記メインスケール
14方向に変換すると共に、前記主格子16及び副格子
20で変調された反射光を直流レベル検出用受光素子3
8に入射させるためのハーフミラ−50又はビームスプ
リッタと、前記光it!32の光量を監視するための光
源光量モニタ用受光素子52とを設け、前記直流レベル
検出用受光素子38によって得られる直流レベル検出信
号a′を用いて、前記変位検出用受光素子22によって
得られる変位検出信号aの直流レベル変動を補正するよ
うにしたものである。 図において、12はコリメータレンズ、54.56は集
光レンズである。 前記光源光量モニタ用受光素子46の出力は、例えば光
[32の電源回路にフィードバックされて、光源32の
照射光量が一定となるように制御される。なお光源光重
モニタ用受光素子46は省略することも可能である。 又、本実施例は、透過型とされていたが、変位検出用受
光素子22と直流レベル検出用受光素子38の機能を入
替えることによって、反射型とすることもできる。 前記実施例においては、いずれも、本発明が直線変位検
出器に用いられていたが、本発明の適用範囲はこれに限
定されず、回転変位検出器にも同様に適用できることは
明らかである。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. The first embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 2 to 4,
A reflective main scale 1 having a light transmitting property and having a main grating 16 fixed to one relatively moving member.
4, and a light source 32 fixed to the other member that moves relatively.
, four sub-gratings 20a whose phases differ from each other by 90°
20d is formed on the first index scale 18 (
(see FIG. 3), and the main grating 16 and each sub-lattice 20a.
A reflective type detector 30 including four displacement detection light receiving elements 22a to 22d that photoelectrically convert the light modulated by 20d to 20d, respectively, and generates a periodic detection signal according to the relative displacement of both members. In the photoelectric displacement detector, four sub-gratings 36a' to 36d' as reference light passing windows are disposed on the detector 30 on the opposite side of the first index scale 18 with the main scale 14 in between. a second index scale 34 (see FIG. 4) formed with
Four DC level detection light receiving elements 388' to 38d' are provided, each photoelectrically converting the light that has passed through the DC level detection light receiving elements 388' to 38d'. is used to correct DC level fluctuations of the displacement detection signals ad given by the displacement detection light receiving elements 22a to 22d. Above the first index scale 18, as shown in detail in FIG. 3, there is an n1 grating 20a consisting of graduation lines in the same direction (vertical direction in the figure) as the main grating 16 formed on the main scale 14. ~20d are 90° in phase with each other
There are four arranged in different locations. On the other hand, above the second index scale 34,
As shown in detail in FIG. 4, four sub-gratings 36a' to 36d', which are made up of scale lines in the horizontal direction of the figure, are arranged for adjusting the light m. Here, the distance p between the sub-gratings 20a to 20d on the first index scale 18 and the main grating 16 on the main scale 14 and the sub-gratings 36a' to 36d' on the second index scale 34 from the main grating 16 are also the same. It is desirable that the distance q between them be optically approximately equal. When this interval p=q, the first index scale 18
The effective areas of the upper sub-grating 20a and the sub-grating 36a' on the second index scale 34, the same 22b and 36b', the same 22C and 360', and the same 22d and 36d' are the same as those of the displacement detection light receiving elements 22a to 22d. The amount of light that reaches the DC level detection light receiving elements 38a' to 38d' are made to be approximately the same. In addition, the interval p,! : When q is set differently, the ratio of the effective areas of the corresponding sublattices 2oa to 20d and 36a' to 36d can be made to correspond to p/Q. A signal processing circuit 40 for forming two-phase detection signals from the outputs of the displacement detection light receiving elements 22a to 22d and the DC level detection light receiving elements 388' to 38d' includes a fifth
As shown in the figure, a variable resistor VR is used to add and amplify the output signals a and a' of the light receiving elements 22a and 38a'.
1, and a variable resistor V for adding and amplifying the output signals c and c' of the light receiving elements 22c and 38c'.
The output signals S, b' of the operational amplifier OP2 whose amplification factor is made variable by R2 and the light receiving elements 22b and 38b' are
an operational amplifier OP3 whose amplifier is made variable by a variable resistor VR3 for adding and amplifying the signals, and a variable resistor for adding and amplifying the output signals d and d' of the light receiving elements 22d and 38d'. OR3 whose amplification factor is made variable by VR4 and the output signal of the operational amplifier OP1 (
a+a') and the output signal of operational amplifier OP2 (+, +c)
an operational amplifier OP5 that outputs the differential signal (a + a') - (c + c') as one of the two-phase detection signals;
A differential signal (b
+b')-(d+d') as the other of the two-phase detection signals. In this embodiment, when the index scale 18 is moved relative to the main scale 14, the two-phase detection signal at that time becomes as shown in FIG. 1(C) above,
Although the imaging width component varies, the DC component remains constant. Therefore, an extremely stable detection signal can be obtained, and highly accurate interpolation and division can be performed to obtain a highly accurate measurement signal. In this embodiment, the sum of the corresponding displacement detection signals a to d and DC level detection signals a' to d' (a + a') to (d
+d') for each operational amplifier OP1~. Since it is amplified by P4, the signal processing circuit 40
The configuration is simple. Note that the configuration of the signal processing circuit 40 is not limited to that shown in FIG. 5, and for example, as shown in FIG.
-d Sa '~d' each, variable resistor VRII~vR
Operational amplifier 0P11 with variable amplification factor by ia
~0P18 amplify and operational amplifiers 0P19~0P22 output the displacement detection signals a~d1 DC level signal a'
~d', the differential signals of each phase (a − c), (
c'-a')(fll-d) and (d'-b') are obtained, and operational amplifiers 0P23 and ○P24 are used to generate a differential signal (a-c)-(c
'-a') = (a +a') -(c
+c'), (1)-d)-(d'-b
' ) = (b + b' ) - (d
+d) can also be obtained and used as a displacement detection signal for each phase. In this case, each detection signal a-d, a'-d
Since it is possible to adjust the level for each sub-grid 36a' to
It is also possible to omit the scale stripes 36d' for adjusting the optical distance and use them as mere passing windows. Further, in this embodiment, the second index scale 34 and the DC level detection light receiving elements 38a' to 38d
' blocks the reverse incident light that illuminates the main grating 16 from the back side of the main scale 14 (right side in the figure), so it is possible to prevent the displacement detection signals a to d from being affected by the reverse incident light. . Note that instead of the second index scale 34, etc., a shielding cover 42 may be provided on the detector 30, as in the second embodiment shown in FIG. In FIG. 7, 44 is a pace (one of the relative moving members) to which the lower part of the main scale 14 is fixed. In the above embodiments, the present invention was applied to a reflection type photoelectric displacement detector, but when applied to a transmission type displacement detector, the first index scale 18
The pattern of the sub-gratings 20a to 20d and the pattern of the sub-gratings 36a' to 36d' of the second index scale 34 are interchanged. Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 8 to 10. In this second embodiment, the DI gratings 208 to 20d (see FIG. 9) on the first index scale 18 and the light receiving probes 22a to 22d for displacement detection are arranged in a straight line, and
Correspondingly, the sub-gratings 36a' to 36d' (see FIG. 10) on the second index scale 34 and the light receiving elements 388' to 38d' for DC level detection are also arranged in a straight line. Other points are the same as those in the first embodiment, so detailed explanation will be omitted. In the explanations so far, the sub gratings 368' to 36 on which scale stripes are formed are used as reference light passing windows.
d' was used, but in cases where the level can be adjusted by other methods, as in the case of a signal processing circuit as shown in FIG. It is also possible to use a simple passage window or the like. Next, a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. This fourth embodiment includes a transmission-type main scale 14 formed with a main grating 16 and having optical transparency, which is fixed to one member that moves relatively, and a main scale 14 that is fixed to the other member that moves relatively. A light source 32, an index scale 18 on which a sub-grating 20 is formed, and the main grating 16 and the sub-grating 20.
In a transmission-type photoelectric displacement detector that includes a displacement detection light receiving element 22 that photoelectrically converts transmitted light modulated by the main grating 16 and generates a periodic detection signal according to the relative displacement of both members, the main grating 16 and a DC level detection light receiving element 38 that photoelectrically converts the other of the light (reflected light) modulated by the main grating 16 and the sub-grating 20, and converts the light from the light source 32 in the direction of the main scale 14, and The reflected light modulated by the grating 20 is sent to the light receiving element 3 for DC level detection.
8 and a half mirror 50 or beam splitter for making the light incident on it! A light receiving element 52 for monitoring the amount of light from the light source is provided for monitoring the light amount of the light source 32, and the DC level detection signal a' obtained by the light receiving element 38 for detecting the DC level is used to obtain the DC level detection signal a' obtained by the light receiving element 22 for detecting displacement. This is to correct the DC level fluctuation of the displacement detection signal a. In the figure, 12 is a collimator lens, and 54.56 is a condensing lens. The output of the light receiving element 46 for monitoring the amount of light from the light source is fed back to, for example, a power supply circuit for the light [32], and is controlled so that the amount of light irradiated by the light source 32 is constant. Note that the light receiving element 46 for monitoring the light source light weight may be omitted. Further, although the present embodiment is of a transmission type, it can also be made of a reflection type by replacing the functions of the displacement detection light receiving element 22 and the DC level detection light receiving element 38. In all of the embodiments described above, the present invention was used in linear displacement detectors, but it is clear that the scope of application of the present invention is not limited thereto, and can be similarly applied to rotational displacement detectors.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の詳細な説明するための、変位検出信
号、直流レベル検出信号及び補正後の検出信号の例を示
す線図、 第2図は、本発明に係る光電式変位検出器の第1実施例
の構成を示す断面図、 第3図は、第1実施例で用いられている第1インデック
ススケールを示す正面図、 第4図は、同じく第2インデックススケールを示す正面
図、 第5図は、同じく信号処理回路の一例を示す回路図、 第6図は、同じく信号処理回路の他の例を示す回路図、 第7図は、本発明の第2実施例の要部構成を示す断面図
、 第8図は、同じく第3実施例の要部構成を示す断面図、 第9図は、第3実施例で用いられている第1インデック
ススケールを示す正面図、 第10図は、同じく第2インデックススケールを示す正
面図、 第11図は、本発明の第4実施例の要部構成を示す断面
図、 第12図は、従来の反射型光電式変位検出器の一例の構
成を示寸断面図、 第13図は、該従来例におけるインデックススケールを
示す正面図、 第14図は、前記従来例における各部信号波形の例を示
す線図である。 14・・・メインスケール、 16・・・主格子、 18.34・・・インデックススケール、20a 〜2
0d 、 20−・・副格子、22a〜22d、22・
・・変位検出用受光素子、a−d・・・変位検出信号、 32・・・光源、 368′〜36d′・・・副格子(参照光通過窓)、3
8a ’ 〜38d ’ 、38 ・・・直流レベル検出用受光素子、 a′〜d′・・・直流レベル検出信号、40・・・信号
処理回路、 42・・・遮蔽用カバー
FIG. 1 is a diagram showing examples of a displacement detection signal, a DC level detection signal, and a corrected detection signal for explaining the present invention in detail. FIG. 2 is a photoelectric displacement detector according to the present invention. 3 is a front view showing the first index scale used in the first example; FIG. 4 is a front view showing the second index scale, FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of the signal processing circuit, FIG. 6 is a circuit diagram showing another example of the signal processing circuit, and FIG. 7 is a main part configuration of the second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the main structure of the third embodiment. FIG. 9 is a front view of the first index scale used in the third embodiment. FIG. 10 is a front view showing the first index scale used in the third embodiment. 11 is a sectional view showing the main part configuration of the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 12 is an example of a conventional reflective photoelectric displacement detector. FIG. 13 is a front view showing the index scale in the conventional example, and FIG. 14 is a diagram showing examples of signal waveforms at various parts in the conventional example. 14... Main scale, 16... Main grid, 18.34... Index scale, 20a ~ 2
0d, 20-... sublattice, 22a-22d, 22-
...Light receiving element for displacement detection, a-d...Displacement detection signal, 32...Light source, 368' to 36d'...Sub-grating (reference light passing window), 3
8a' to 38d', 38... Light receiving element for DC level detection, a' to d'... DC level detection signal, 40... Signal processing circuit, 42... Shielding cover

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)相対移動する一方の部材に固定される、主格子が
形成された、光透過性を有するメインスケールと、 相対移動する他方の部材に固定される、光源、副格子が
形成された第1のインデックススケール、及び少くとも
前記主格子及び副格子によつて変調された光を光電変換
する変位検出用受光素子とを含み、 両部材の相対変位に応じて周期的な検出信号を生成する
光電式変位検出器において、 メインスケールを挾んで前記第1インデックススケール
の反対側に配設される、参照光通過窓が形成された第2
のインデックススケールと、前記主格子及び参照光通過
窓を通過した光を光電変換する直流レベル検出用受光素
子とを設け、該直流レベル検出用受光素子によつて得ら
れる直流レベル検出信号を用いて、前記変位検出用受光
素子によつて得られる変位検出信号の直流レベル変動を
補正することを特徴とする光電式変位検出器。
(1) A light-transmissive main scale on which a main grating is formed, which is fixed to one relatively moving member, and a main scale on which a light source and a sub-grating are formed, which is fixed to the other relatively moving member. 1, and a displacement detection light-receiving element that photoelectrically converts light modulated by at least the main grating and the sub-grating, and generates a periodic detection signal according to the relative displacement of both members. In the photoelectric displacement detector, a second index scale provided with a reference light passing window is disposed on the opposite side of the first index scale across the main scale.
and a DC level detection light receiving element that photoelectrically converts the light that has passed through the main grating and the reference light passing window, and using a DC level detection signal obtained by the DC level detection light receiving element. . A photoelectric displacement detector, characterized in that it corrects DC level fluctuations in a displacement detection signal obtained by the displacement detection light receiving element.
(2)請求項1に記載の光電式変位検出器において、前
記メインスケールが反射型とされ、前記第2インデック
ススケールが、メインスケールを挾んで光源の反対側に
配置されていることを特徴とする光電式変位検出器。
(2) The photoelectric displacement detector according to claim 1, wherein the main scale is of a reflective type, and the second index scale is disposed on the opposite side of the light source with the main scale in between. Photoelectric displacement detector.
(3)請求項1に記載の光電式変位検出器において、前
記メインスケールが透過型とされ、前記第2インデック
ススケールが、メインスケールに対して光源と同じ側に
配置されていることを特徴とする光電式変位検出器。
(3) The photoelectric displacement detector according to claim 1, wherein the main scale is of a transmission type, and the second index scale is arranged on the same side of the main scale as the light source. Photoelectric displacement detector.
(4)相対移動する一方の部材に固定される、主格子が
形成された、光透過性を有するメインスケールと、 相対移動する他方の部材に固定される、光源、副格子が
形成されたインデックススケール、及び少くとも前記主
格子及び副格子によつて変調された反射光又は透過光の
いずれか一方を光電変換する変位検出用受光素子とを含
み、 両部材の相対変位に応じて周期的な検出信号を生成する
光電式変位検出器において、 前記主格子及び側格子によつて変調された光の他方を光
電変換する直流レベル検出用受光素子を設け、 該直流レベル検出用受光素子によつて得られる直流レベ
ル検出信号を用いて、前記変位検出用受光素子によつて
得られる変位検出信号の直流レベル変動を補正すること
を特徴とする光電式変位検出器。
(4) A light-transmissive main scale on which a main grating is formed, which is fixed to one relatively moving member, and an index on which a light source and a sub-grating are formed, which are fixed to the other relatively moving member. a scale, and a displacement detection light-receiving element that photoelectrically converts either the reflected light or the transmitted light modulated by at least the main grating and the sub-grating, and periodic according to the relative displacement of both members. A photoelectric displacement detector that generates a detection signal is provided with a DC level detection light receiving element that photoelectrically converts the other of the light modulated by the main grating and the side grating, and the DC level detection light receiving element A photoelectric displacement detector characterized in that the obtained DC level detection signal is used to correct the DC level fluctuation of the displacement detection signal obtained by the displacement detection light receiving element.
(5)相対移動する一方の部材に固定される、主格子が
形成された、光透過性を有する反射型のメインスケール
と、 相対移動する他方の部材に固定される、光源、副格子が
形成されたインデックススケール、及び少くとも前記主
格子及び副格子によつて変調された光を光電変換する変
位検出用受光素子とを含み、両部材の相対変位に応じて
周期的な検出信号を生成する反射型の光電式変位検出器
において、メインスケールを挾んで前記インデックスス
ケールの反対側に、メインスケールの裏面側から主格子
を照射する逆入光を防止するための遮蔽用カバーを設け
たことを特徴とする光電式変位検出器。
(5) A reflective main scale with optical transparency, on which a main grating is formed, which is fixed to one member that moves relatively, and a light source and a sub-grating that are fixed to the other member, which moves relatively. and a displacement detection light-receiving element that photoelectrically converts light modulated by at least the main grating and the sub-grating, and generates a periodic detection signal according to the relative displacement of both members. In a reflective photoelectric displacement detector, a shielding cover is provided on the opposite side of the index scale across the main scale to prevent back-incoming light from irradiating the main grating from the back side of the main scale. Features of photoelectric displacement detector.
JP25674388A 1988-10-12 1988-10-12 Photoelectric displacement detector Pending JPH02103416A (en)

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