JPH0421072Y2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0421072Y2 JPH0421072Y2 JP1985039341U JP3934185U JPH0421072Y2 JP H0421072 Y2 JPH0421072 Y2 JP H0421072Y2 JP 1985039341 U JP1985039341 U JP 1985039341U JP 3934185 U JP3934185 U JP 3934185U JP H0421072 Y2 JPH0421072 Y2 JP H0421072Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacement detection
- signal
- optical
- detection
- displacement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 161
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 129
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 126
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 9
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Description
本考案は、光学式変位検出装置に係り、特に、
直線型変位測定機に用いるのに好適な、検出対象
物の固定側に取付けられた変位検出用固定光学格
子と、検出対象物の可動側に取付けられた変位検
出用可動光学格子とを相対移動させた時に生ずる
変位検出用光信号を捉えて、検出対象物間の相対
移動変位量を検出する光学式変位検出装置の改良
に関する。
直線型変位測定機に用いるのに好適な、検出対象
物の固定側に取付けられた変位検出用固定光学格
子と、検出対象物の可動側に取付けられた変位検
出用可動光学格子とを相対移動させた時に生ずる
変位検出用光信号を捉えて、検出対象物間の相対
移動変位量を検出する光学式変位検出装置の改良
に関する。
一般に、物体の長さ等を測定する変位測定機に
おいて、その本体に対する測定子の移動量、コラ
ムに対するスライダの移動量等のように、相対移
動するものの移動量を測定する場合、一方にメイ
ンスケール、他方に少なくとも一つのインデツク
ススケールを含む検出器を固定し、メインスケー
ルと検出器の相対変位量を光電的に読取る光学式
変位測定機が知られており、工作機械や光学機械
及び精密測定機器等の位置決め装置として広く用
いられている。 この光学式変位測定機においては、通常、透過
型あるいは反射型の光学式変位検出装置が用いら
れており、このうち透過型の光学式変位検出装置
は、例えば第５図に示す如く、ランプ等の光源１
０と、該光源１０から照射された光線を平行光線
とするためのコリメータレンズ１２と、光の透過
部（明線）１６Ａ及び遮断部（暗線）１６Ｂから
なる変位検出用可動光学格子１６が形成された、
例えばガラス製のインデツクススケール１４と、
同じく光の透過部（明線）２０Ａ及び遮蔽部（暗
線）２０Ｂからなる変位検出用固定光学格子２０
が形成された、例えばガラス製のメインスケール
１８と、前記インデツクススケール１４及びメイ
ンスケール１８を透過した光を集光する集光レン
ズ２２と、該集光レンズ２２によつて集められた
光を受光する受光素子２４とを有してなる。 前記光源１０、コリメータレンズ１２、インデ
ツクススケール１４、集光レンズ２２及び受光素
子２４は、例えば、略密閉構造のケースに固定さ
れて、検出対象物の可動側に取付けられ、一方、
メインスケール１８は、検出対象物の固定側に取
付けられる。 このような光学式変位検出装置を備えた光学式
変位測定機によれば、インデツクススケール１４
とメインスケール１８が相対変位すると、受光素
子２４における受光信号即ち変位検出用光信号が
周期的に変化するため、この変位検出用光信号の
変化からメインスケール１８とインデツクススケ
ール１４の相対移動変位量を検出できるものであ
り、前記変位検出用光信号を必要に応じて分割し
て、1μm前後の分解能で変位を検出できるという
特徴を有する。 ところで、このようなインクリメント型の変位
検出装置においては、いずれにしても、誘発され
る変位検出用光信号が、例えば正弦波状の周期信
号となつているため、一周期以上の寸法を測定す
る際に絶対変位を求めるためには、メインスケー
ル上の１以上の点を原点としなければならず、絶
対原点検出機構を備える必要がある。 従つて、前出第５図に示したような光学式変位
検出装置の絶対原点検出機構としては、例えば特
開昭57−192822や実開昭58−10017で、第６図Ａ，
Ｂに示すように、前記インデツクススケール１４
及びメインスケール１８に、それぞれ変位検出用
可動光学格子１６や変位検出用固定光学格子２０
とは別個の、例えば正確性を期するために同一の
ランダムパターンとされた原点検出用可動光学格
子２６及び原点検出用固定光学格子２８を形成
し、該原点検出用可動光学格子２６及び固定光学
格子２８で変調された原点検出用光信号のピーク
によつて、絶対原点を特定するものを出願人が提
案している。 即ち、このような絶対原点検出機構によつて得
られる原点検出用光信号の波形は、例えば第７図
に示す如くとなり、原点検出用可動光学格子２６
と固定光学格子２８が完全に重つた点Ａで立上り
が急なピーク波形が得られるため、該ピーク波形
が基準電圧Vrefを超えた立上りのＢ点を検出し
て絶対原点を特定するものである。 このような絶対原点検出機構によれば、絶対原
点を精度よく且つ経済的に特定することが可能と
なる。
おいて、その本体に対する測定子の移動量、コラ
ムに対するスライダの移動量等のように、相対移
動するものの移動量を測定する場合、一方にメイ
ンスケール、他方に少なくとも一つのインデツク
ススケールを含む検出器を固定し、メインスケー
ルと検出器の相対変位量を光電的に読取る光学式
変位測定機が知られており、工作機械や光学機械
及び精密測定機器等の位置決め装置として広く用
いられている。 この光学式変位測定機においては、通常、透過
型あるいは反射型の光学式変位検出装置が用いら
れており、このうち透過型の光学式変位検出装置
は、例えば第５図に示す如く、ランプ等の光源１
０と、該光源１０から照射された光線を平行光線
とするためのコリメータレンズ１２と、光の透過
部（明線）１６Ａ及び遮断部（暗線）１６Ｂから
なる変位検出用可動光学格子１６が形成された、
例えばガラス製のインデツクススケール１４と、
同じく光の透過部（明線）２０Ａ及び遮蔽部（暗
線）２０Ｂからなる変位検出用固定光学格子２０
が形成された、例えばガラス製のメインスケール
１８と、前記インデツクススケール１４及びメイ
ンスケール１８を透過した光を集光する集光レン
ズ２２と、該集光レンズ２２によつて集められた
光を受光する受光素子２４とを有してなる。 前記光源１０、コリメータレンズ１２、インデ
ツクススケール１４、集光レンズ２２及び受光素
子２４は、例えば、略密閉構造のケースに固定さ
れて、検出対象物の可動側に取付けられ、一方、
メインスケール１８は、検出対象物の固定側に取
付けられる。 このような光学式変位検出装置を備えた光学式
変位測定機によれば、インデツクススケール１４
とメインスケール１８が相対変位すると、受光素
子２４における受光信号即ち変位検出用光信号が
周期的に変化するため、この変位検出用光信号の
変化からメインスケール１８とインデツクススケ
ール１４の相対移動変位量を検出できるものであ
り、前記変位検出用光信号を必要に応じて分割し
て、1μm前後の分解能で変位を検出できるという
特徴を有する。 ところで、このようなインクリメント型の変位
検出装置においては、いずれにしても、誘発され
る変位検出用光信号が、例えば正弦波状の周期信
号となつているため、一周期以上の寸法を測定す
る際に絶対変位を求めるためには、メインスケー
ル上の１以上の点を原点としなければならず、絶
対原点検出機構を備える必要がある。 従つて、前出第５図に示したような光学式変位
検出装置の絶対原点検出機構としては、例えば特
開昭57−192822や実開昭58−10017で、第６図Ａ，
Ｂに示すように、前記インデツクススケール１４
及びメインスケール１８に、それぞれ変位検出用
可動光学格子１６や変位検出用固定光学格子２０
とは別個の、例えば正確性を期するために同一の
ランダムパターンとされた原点検出用可動光学格
子２６及び原点検出用固定光学格子２８を形成
し、該原点検出用可動光学格子２６及び固定光学
格子２８で変調された原点検出用光信号のピーク
によつて、絶対原点を特定するものを出願人が提
案している。 即ち、このような絶対原点検出機構によつて得
られる原点検出用光信号の波形は、例えば第７図
に示す如くとなり、原点検出用可動光学格子２６
と固定光学格子２８が完全に重つた点Ａで立上り
が急なピーク波形が得られるため、該ピーク波形
が基準電圧Vrefを超えた立上りのＢ点を検出し
て絶対原点を特定するものである。 このような絶対原点検出機構によれば、絶対原
点を精度よく且つ経済的に特定することが可能と
なる。
しかしながら、特開昭57−192822や実開昭58−
10017で提案したような絶対原点検出機構は、ラ
ンダムパターン自体の作成が大変であるだけでな
く、ランダムパターンが波形された原点検出用光
学格子２６及び２８を、変位検出用光学格子１６
及び２０に対して一定の位置的関係をもつて固定
するのが大変であり、特に設定すべき絶対原点が
多い程不利である。更に、米国特許第3812352号
で提案されているような、両光学格子間の間隔Ｇ
が比較的大きな変位検出装置には、ランダムパタ
ーンがぼけてしまうため、そのまま採用すること
ができないという問題点を有していた。 即ち、絶対原点の検出幅（精度）Ｗは、２つの
光学格子の明線の幅により決定されるが、光源か
らの光線は一般に完全な平行光線ではなく、拡散
光となるため、間隔Ｇを増大させていくと、光の
回折効果によりコントラストが失われ、前出第７
図に示したピーク波形が他の部分に埋もれてしま
い、絶対原点の検出が極めて難しくなつたり、甚
しい場合には不可能となつてしまう。従つて、こ
の種の高精度な絶対原点検出機構は、間隔Ｇが
0.5mm以下で実用化されているのがほとんどであ
る。 一方、検出可能な間隔Ｇを大とするべく、前記
明線の幅を大きくしてコントラストを強めること
も考えられるが、この場合には、検出幅Ｗが大き
くなるため、絶対原点の検出精度が低くなつてし
まう。 このような問題は、透過型のメインスケールの
代りに反射型のメインスケールを用いた場合も同
様であり、又、平行光線とするべく光路中にコリ
メータレンズを挿入しても、程度の差はあるもの
の同様な問題が生じる。
10017で提案したような絶対原点検出機構は、ラ
ンダムパターン自体の作成が大変であるだけでな
く、ランダムパターンが波形された原点検出用光
学格子２６及び２８を、変位検出用光学格子１６
及び２０に対して一定の位置的関係をもつて固定
するのが大変であり、特に設定すべき絶対原点が
多い程不利である。更に、米国特許第3812352号
で提案されているような、両光学格子間の間隔Ｇ
が比較的大きな変位検出装置には、ランダムパタ
ーンがぼけてしまうため、そのまま採用すること
ができないという問題点を有していた。 即ち、絶対原点の検出幅（精度）Ｗは、２つの
光学格子の明線の幅により決定されるが、光源か
らの光線は一般に完全な平行光線ではなく、拡散
光となるため、間隔Ｇを増大させていくと、光の
回折効果によりコントラストが失われ、前出第７
図に示したピーク波形が他の部分に埋もれてしま
い、絶対原点の検出が極めて難しくなつたり、甚
しい場合には不可能となつてしまう。従つて、こ
の種の高精度な絶対原点検出機構は、間隔Ｇが
0.5mm以下で実用化されているのがほとんどであ
る。 一方、検出可能な間隔Ｇを大とするべく、前記
明線の幅を大きくしてコントラストを強めること
も考えられるが、この場合には、検出幅Ｗが大き
くなるため、絶対原点の検出精度が低くなつてし
まう。 このような問題は、透過型のメインスケールの
代りに反射型のメインスケールを用いた場合も同
様であり、又、平行光線とするべく光路中にコリ
メータレンズを挿入しても、程度の差はあるもの
の同様な問題が生じる。
本考案は、前記従来の問題点を解消するべくな
されたもので、ランダムパターンを用いる必要が
なく、光学格子間の間隔が大きな光学式変位検出
装置においても、適切な基準信号により、絶対原
点を精度よく検出することが可能な絶対原点検出
機構を備えた光学式変位検出装置を提供すること
を目的とする。
されたもので、ランダムパターンを用いる必要が
なく、光学格子間の間隔が大きな光学式変位検出
装置においても、適切な基準信号により、絶対原
点を精度よく検出することが可能な絶対原点検出
機構を備えた光学式変位検出装置を提供すること
を目的とする。
本考案は、検出対象物の固定側に取付けられた
変位検出用固定光学格子と、検出対象物の可動側
に取付けられた変位検出用可動光学格子とを相対
移動させた時に生ずる変位検出用光信号を捉え
て、検出対象物間の相対移動変位量を検出する光
学式変位検出装置において、前記変位検出用固定
光学格子に沿つて一体的に形成された、該変位検
出用固定光学格子の1/2周期以上の長さの、少く
とも相対移動方向に一様な光透過又は反射特性を
有する参照マーク、前記変位検出用可動光学格子
に沿つて一体的に形成された、前記変位検出用固
定光学格子の1/2周期以上の長さの、少くとも相
対移動方向に一様な光透過性を有する参照マーク
検出窓、及び、前記参照マーク及び参照マーク検
出窓を通つた光を受光する受光素子を含み、前記
変位検出用光信号の1/2周期以上に渡り略直線的
に変化する参照マーク信号を発生させる参照マー
ク信号発生手段と、前記変位検出用固定光学格子
からの光を受けて、所定レベルの基準電気信号を
発生する基準信号発生手段と、前記原点検出用光
信号を変換した電気信号を前記基準電気信号と比
較して、その交点を検出する交点検出手段と、該
交点に対応する前記変位検出用固定光学格子の位
置を、絶対原点と特定する絶対原点特定手段とか
ら構成される絶対原点検出機構を具備することに
より、前記目的を達成したものである。 又、本考案の実施態様は、前記基準信号発生手
段を、前記変位検出用固定光学格子と、前記変位
検出用可動光学格子の延長線上に一体的に形成さ
れた基準光検出窓と、前記変位検出用固定光学格
子及び基準光検出窓を通つた光を受光する受光素
子とを含み、該受光素子によつて得られた電気信
号を前記基準電気信号とするものとして、基準信
号発生手段を簡単な構成で具体化したものであ
る。 又、本考案の他の実施態様は、前記受光素子に
よつて得られた電気信号により、絶対原点検出用
の前記基準電気信号だけでなく、前記変位検出用
光信号を処理して相対移動変位量を検出する際に
用いられる変位検出用の基準信号も作成するよう
にして、全体の構成を簡略化したものである。
変位検出用固定光学格子と、検出対象物の可動側
に取付けられた変位検出用可動光学格子とを相対
移動させた時に生ずる変位検出用光信号を捉え
て、検出対象物間の相対移動変位量を検出する光
学式変位検出装置において、前記変位検出用固定
光学格子に沿つて一体的に形成された、該変位検
出用固定光学格子の1/2周期以上の長さの、少く
とも相対移動方向に一様な光透過又は反射特性を
有する参照マーク、前記変位検出用可動光学格子
に沿つて一体的に形成された、前記変位検出用固
定光学格子の1/2周期以上の長さの、少くとも相
対移動方向に一様な光透過性を有する参照マーク
検出窓、及び、前記参照マーク及び参照マーク検
出窓を通つた光を受光する受光素子を含み、前記
変位検出用光信号の1/2周期以上に渡り略直線的
に変化する参照マーク信号を発生させる参照マー
ク信号発生手段と、前記変位検出用固定光学格子
からの光を受けて、所定レベルの基準電気信号を
発生する基準信号発生手段と、前記原点検出用光
信号を変換した電気信号を前記基準電気信号と比
較して、その交点を検出する交点検出手段と、該
交点に対応する前記変位検出用固定光学格子の位
置を、絶対原点と特定する絶対原点特定手段とか
ら構成される絶対原点検出機構を具備することに
より、前記目的を達成したものである。 又、本考案の実施態様は、前記基準信号発生手
段を、前記変位検出用固定光学格子と、前記変位
検出用可動光学格子の延長線上に一体的に形成さ
れた基準光検出窓と、前記変位検出用固定光学格
子及び基準光検出窓を通つた光を受光する受光素
子とを含み、該受光素子によつて得られた電気信
号を前記基準電気信号とするものとして、基準信
号発生手段を簡単な構成で具体化したものであ
る。 又、本考案の他の実施態様は、前記受光素子に
よつて得られた電気信号により、絶対原点検出用
の前記基準電気信号だけでなく、前記変位検出用
光信号を処理して相対移動変位量を検出する際に
用いられる変位検出用の基準信号も作成するよう
にして、全体の構成を簡略化したものである。
本考案においては、検出対象物の固定側に取付
けられた変位検出用固定光学格子と、検出対象物
の可動側に取付けられた変位検出用可動光学格子
とを相対移動させたときに生ずる変位検出用光信
号を捉えて、検出対象物間の相対移動変位量を検
出するに際して、前記変位検出用固定光学格子に
沿つて一体的に形成された、該変位検出用固定光
学格子の1/2周期以上の長さの、少くとも相対移
動方向に一様な光透過又は反射特性を有する参照
マークと、前記変位検出用可動光学格子に沿つて
一体的に形成された、前記変位検出用固定光学格
子の1/2周期以上の長さの、少くとも相対移動方
向に一様な光透過性を有する参照マーク検出窓
と、前記参照マーク及び参照マーク検出窓を通つ
た光を受光する受光素子を設けて、前記変位検出
用光信号の1/2周期以上に渡り略直線的に変化す
る参照マーク信号を発生させると共に、前記変位
検出用固定光学格子からの光を受けて、所定レベ
ルの基準電気信号を発生させ、前記参照マーク信
号を変換した電気信号と基準電気信号の交点に対
応する前記変位検出用固定光学格子の位置を、絶
対原点と特定するようにしている。従つて、ラン
ダムパターンを用いることなく、光学格子間の間
隔が比較的大きな場合であつても、適切な基準電
気信号により、絶対原点を精度よく検出すること
が可能となる。 即ち、参照マークを用いた場合には、該参照マ
ークによつて得られる参照マーク信号と比較する
基準電気信号が変動しないことが必要である。更
に、光源劣化等により前記参照マーク信号が変動
した場合には、これに追従して変動し、相対レベ
ルが不変であることが望ましい。従つて、従来の
ように他の電源電圧を分圧して利用したのでは、
分圧抵抗の温度変化、ケーブル長短による電圧降
下、電源電圧自体の変動等、多くの要因から不安
定であり、しかも追従性がないので好ましくな
い。 これに対して、本考案のように、変位検出用固
定光学格子からの光を受けて基準電気信号を発生
すれば、前記の要請を共に満足することが可能と
なり、単純な参照マークであつても、高精度の原
点検出が可能となる。
けられた変位検出用固定光学格子と、検出対象物
の可動側に取付けられた変位検出用可動光学格子
とを相対移動させたときに生ずる変位検出用光信
号を捉えて、検出対象物間の相対移動変位量を検
出するに際して、前記変位検出用固定光学格子に
沿つて一体的に形成された、該変位検出用固定光
学格子の1/2周期以上の長さの、少くとも相対移
動方向に一様な光透過又は反射特性を有する参照
マークと、前記変位検出用可動光学格子に沿つて
一体的に形成された、前記変位検出用固定光学格
子の1/2周期以上の長さの、少くとも相対移動方
向に一様な光透過性を有する参照マーク検出窓
と、前記参照マーク及び参照マーク検出窓を通つ
た光を受光する受光素子を設けて、前記変位検出
用光信号の1/2周期以上に渡り略直線的に変化す
る参照マーク信号を発生させると共に、前記変位
検出用固定光学格子からの光を受けて、所定レベ
ルの基準電気信号を発生させ、前記参照マーク信
号を変換した電気信号と基準電気信号の交点に対
応する前記変位検出用固定光学格子の位置を、絶
対原点と特定するようにしている。従つて、ラン
ダムパターンを用いることなく、光学格子間の間
隔が比較的大きな場合であつても、適切な基準電
気信号により、絶対原点を精度よく検出すること
が可能となる。 即ち、参照マークを用いた場合には、該参照マ
ークによつて得られる参照マーク信号と比較する
基準電気信号が変動しないことが必要である。更
に、光源劣化等により前記参照マーク信号が変動
した場合には、これに追従して変動し、相対レベ
ルが不変であることが望ましい。従つて、従来の
ように他の電源電圧を分圧して利用したのでは、
分圧抵抗の温度変化、ケーブル長短による電圧降
下、電源電圧自体の変動等、多くの要因から不安
定であり、しかも追従性がないので好ましくな
い。 これに対して、本考案のように、変位検出用固
定光学格子からの光を受けて基準電気信号を発生
すれば、前記の要請を共に満足することが可能と
なり、単純な参照マークであつても、高精度の原
点検出が可能となる。
以下図面を参照して、本考案が採用された、反
射型のメインスケールを有する２スケール型の直
線型光学式変位検出装置の実施例を詳細に説明す
る。 本考案が適用される直線型光学式変位検出装置
には、第１図に示す如く、従来と同様の光源１０
Ａ，１０Ｂと、検出対象物の固定側に取付けられ
る、変位検出用固定光学格子２０が表面に形成さ
れた反射型メインスケール１８と、検出対象物の
可動側に取付けられる、変位検出用可動光学格子
１６Ａ，１６Ｂが形成されたインデツクススケー
ル１４と、前記変位検出用固定光学格子２０及び
第１可動光学格子１６Ａで変調された変位検出用
第１光信号を受光して変位検出用第１電気信号
VX1に変換するための受光素子２４Ａと、前記変
位検出用固定光学格子２０及び第２可動光学格子
１６Ｂで変調された変位検出用第２光信号を受光
して変位検出用第２電気信号VX2に変換するため
の受光素子２４Ｂとが備えられている。 前記変位検出用固定光学格子２０は、例えば明
線と暗線の幅が略等しく、格子ピツチが20μm以
上の反射格子とされている。 前記変位検出用可動光学格子１６Ａ，１６Ｂ
は、前記変位検出用固定光学格子２０と同じピツ
チの透過格子とされると共に、両者は互いに位相
が90°異なるように形成されている。 従つて、前記受光素子２４Ａ出力の変位検出用
第１電気信号VX1と変位検出用第２電気信号VX2
の波形は、例えば第２図に示す如く、電気信号の
ピツチがＳ＝10μm以上で位相が互いに90°異なる
正弦波に近い信号となつている。 本実施例においては、更に、前記メインスケー
ル１８上に、前記変位検出用固定光学格子２０と
沿つて一体的に、光反射特性を有する参照マーク
３２が、検出する原因位置や個数に対応して少な
くとも一つ一体的に形成されている。 一方、前記インデツクススケール１４には、前
記変位検出用可動光学格子１６Ａ，１６Ｂに沿つ
て一体的に形成された参照マーク検出窓３６と、
前記変位検出用可動光学格子１６Ａ，１６Ｂの延
長線上に一体的に形成された基準光検出窓３８と
が設けられている。 前記参照マーク検出窓３６は、光を一様に透過
できる窓とされている。従つて、対応する位置に
設けられた光源４４と受光素子４６によつて、イ
ンデツクススケール１４に対してメインスケール
１８を矢印Ｃ方向又は反対方向に変位させたと
き、参照マーク３２による光学的変調を受けた参
照マーク信号を変換した。第３図に示すような参
照マーク電気信号Vmを発生できるようになつて
いる。ここで、光を一様に透過できるとは、例え
ば透明でも半透明でもよく、あるいは、例えば移
動方向に垂直な明暗の光学格子でもよい。 又、前記基準光検出窓３８も、光を一様に透過
できる窓とされている。従つて、対応する位置に
設けられた光源４８と受光素子５０によつて、イ
ンデツクススケール１４に対してメインスケール
１８を矢印Ｃ方向又は反対方向に変位させたと
き、対応する光学格子２０による光学的変調をほ
とんど受けない基準電圧Vrefを発生できるよう
になつている。 前記光源１０Ａ，１０Ｂ，４４，４８は、拡散
光源が望ましいが、ある程度の拡散性を有する光
源であればよい。又、一つの光源より発光された
光を分配して供給してもよい。 前記光源１０Ａ，１０Ｂ，４４，４８及び受光
素子２４Ａ，２４Ｂ，４６，５０は、特性が均一
なものが望ましい。 前記受光素子２４Ａ，２４Ｂは、第４図に示す
如く、エンコーダ６０に接続されている。該エン
コーダ６０は、カウンタ６２に接続され、該カウ
ンタ６２は、測定変位量を表示するための表示器
６４に接続されている。又、前記受光素子４６
は、参照マーク信号発生器７０を介して、交点検
出回路７２に接続されている。更に、前記受光素
子５０は、前記基準電圧Vrefを作成するための
基準信号発生器７４に接続されている。前記交点
検出回路７２は、絶対原点を特定して、前記カウ
ンタ６２の計数値を補正するべく、該カウンタ６
２に接続されている。 以下、実施例の作用を説明する。 前記受光素子２４Ａ，２４Ｂの出力は、第４図
に示す如く、エンコーダ６０に入力され、波形成
形された後、カウンタ６２で計数されて変位信号
となり、表示器６４に表示される。又、前記受光
素子４６の出力は、参照マーク信号発生器７０に
入力された後、参照マーク電気信号Vmとして交
点検出回路７２に入力される。 第３図において、Vm1は、受光素子４６が参
照マーク３２の光信号を全く読取つていないとき
の参照マーク電気信号Vmの電圧であり、Vm2
は、同じく参照マーク３２の光信号を一部読取つ
ているときの参照マーク電気信号Vmの電圧であ
り、Vm3は、同じく、参照マーク３２のみの光
信号を読取つているときの参照マーク電気信号
Vmの電圧である。 一方、前記受光素子５０出力は、基準信号発生
器７４で必要に応じて補正され、前記エンコーダ
６０及び交点検出回路７２の基準電圧Vrefとし
て出力される。 従つて、参照マーク電気信号Vmが基準電圧
Vrefと等しくなる交点P0を前記交点検出回路７
２で検出し、該交点P0に対応する前記変位検出
用固定光学格子の位置、例えば交点P0の次の交
点P3を原点位置と定めれば、高精度で原点位置
を決定することが可能となり、カウンタ６２に補
正信号として入力される。 この際、変位検出用電気信号VX1又はVX2は、
前述のように２枚の光学格子１６Ａ，１６Ｂ，２
０により誘起された光学的変調信号を電気信号に
変換したものであり、略正弦波に近い。この信号
は、格子ピツチにより略決定されるので、繰返し
て位置決めしても、例えばP3点はほとんど変動
することがない。 考案者らの実験によると、本実施例における絶
対原点の繰返し位置決め精度は、±1μm以内に充
分入ることが確認されている。 本実施例においては、拡散性の光源を使用し、
メインスケール１８に形成した光学格子２０を回
折格子として作用させているので、該光学格子２
０と、対応するインデツクススケール１４の光学
格子１６Ａ，１６Ｂの間隔Ｇをある程度大きくし
ても充分読取り可能であり、本実施例において
は、間隔Ｇが２〜５mmの範囲で実用上問題がない
ことが確認できた。 本実施例においては、参照マーク信号発生手段
を、光源４４と、前記変位検出用固定光学格子２
０に沿つて一体的に形成された光反射特性を有す
る参照マーク３２と、前記変位検出用可動光学格
子１６Ａ，１６Ｂに沿つて一体的に形成された参
照マーク検出窓３６と、前記参照マーク３２及び
参照マーク検出窓３６を通つた光を受光する受光
素子４６とを含むものとしているので、参照マー
ク信号発生手段の構成が比較的簡略である。なお
参照マーク信号発生手段の構成はこれに限定され
ず、例えば、前記参照マーク３２を光透過特性を
有するものとすることも可能である。この場合に
は、前記参照マーク電気信号Vmの変化状態が、
第３図に破線Vm′で示す如く、前記実施例とは逆
になるが、同様な原理で原点位置が検出できるこ
とは説明するまでもない。 又、本実施例においては、前記基準信号発生手
段を、光源４８と、前記変位検出用固定光学格子
２０と、前記変位検出用可動光学格子１６Ａ，１
６Ｂの延長線上に一体的に形成された基準光検出
窓３８と、前記変位検出用固定光学格子２０及び
基準光検出窓３８を通つた光を受光する受光素子
５０とを含み、該受光素子５０によつて得られた
電気信号を前記基準電圧Vrefとするものとして
いるので、基準信号発生手段の構成が比較的簡略
である。 更に、本実施例においては、前記基準電圧
Vrefを、前記変位検出用光信号を処理して相対
移動変位量を検出する際に用いられる変位検出用
の基準電圧と同一とし、同じ受光素子５０によつ
て得られた電気信号から両方の基準電圧を作成す
るようにしているので、絶対原点検出用と変位検
出用で基準信号発生手段の光学系を共用でき、全
体の構成が簡略である。即ち、基準電圧Vrefは、
変位検出用固定光学格子２０の複数を単に照射し
て得たものであるから、変位検出用固定光学格子
２０の明線と暗線の幅が同じであれば、そのまま
参照マーク電気信号Vm及び変位検出用電気信号
VX1，VX2の基準電圧Vrefとして用いることがで
きる。なお、両者を別個に設けることも可能であ
る。 なお前記実施例においては、本考案が、反射型
のメインスケールを有する２スケール型の直線型
光学式変位検出装置に適用されていたが、本考案
の適用範囲はこれに限定されず、透過型のメイン
スケールと１個のインデツクススケールを備えた
２スケール型の直線型光学式変位検出装置や、同
じく透過型のメインスケールと２個のインデツク
ススケールを備えた３スケール型の直線型光学式
変位検出装置にも同様に適用できることは明らか
である。又、ロータリエンコーダにも同様に適用
できることは明らかである。 本考案は、例えば米国特許第3812352号で提案
されているような、光学格子間の間隔が大きな変
位検出装置に適用するのに好適なものであるが、
本考案の適用範囲はこれに限定されず、光学格子
間の間隔が狭い従来の変位検出装置にも同様に適
用できることは明らかである。
射型のメインスケールを有する２スケール型の直
線型光学式変位検出装置の実施例を詳細に説明す
る。 本考案が適用される直線型光学式変位検出装置
には、第１図に示す如く、従来と同様の光源１０
Ａ，１０Ｂと、検出対象物の固定側に取付けられ
る、変位検出用固定光学格子２０が表面に形成さ
れた反射型メインスケール１８と、検出対象物の
可動側に取付けられる、変位検出用可動光学格子
１６Ａ，１６Ｂが形成されたインデツクススケー
ル１４と、前記変位検出用固定光学格子２０及び
第１可動光学格子１６Ａで変調された変位検出用
第１光信号を受光して変位検出用第１電気信号
VX1に変換するための受光素子２４Ａと、前記変
位検出用固定光学格子２０及び第２可動光学格子
１６Ｂで変調された変位検出用第２光信号を受光
して変位検出用第２電気信号VX2に変換するため
の受光素子２４Ｂとが備えられている。 前記変位検出用固定光学格子２０は、例えば明
線と暗線の幅が略等しく、格子ピツチが20μm以
上の反射格子とされている。 前記変位検出用可動光学格子１６Ａ，１６Ｂ
は、前記変位検出用固定光学格子２０と同じピツ
チの透過格子とされると共に、両者は互いに位相
が90°異なるように形成されている。 従つて、前記受光素子２４Ａ出力の変位検出用
第１電気信号VX1と変位検出用第２電気信号VX2
の波形は、例えば第２図に示す如く、電気信号の
ピツチがＳ＝10μm以上で位相が互いに90°異なる
正弦波に近い信号となつている。 本実施例においては、更に、前記メインスケー
ル１８上に、前記変位検出用固定光学格子２０と
沿つて一体的に、光反射特性を有する参照マーク
３２が、検出する原因位置や個数に対応して少な
くとも一つ一体的に形成されている。 一方、前記インデツクススケール１４には、前
記変位検出用可動光学格子１６Ａ，１６Ｂに沿つ
て一体的に形成された参照マーク検出窓３６と、
前記変位検出用可動光学格子１６Ａ，１６Ｂの延
長線上に一体的に形成された基準光検出窓３８と
が設けられている。 前記参照マーク検出窓３６は、光を一様に透過
できる窓とされている。従つて、対応する位置に
設けられた光源４４と受光素子４６によつて、イ
ンデツクススケール１４に対してメインスケール
１８を矢印Ｃ方向又は反対方向に変位させたと
き、参照マーク３２による光学的変調を受けた参
照マーク信号を変換した。第３図に示すような参
照マーク電気信号Vmを発生できるようになつて
いる。ここで、光を一様に透過できるとは、例え
ば透明でも半透明でもよく、あるいは、例えば移
動方向に垂直な明暗の光学格子でもよい。 又、前記基準光検出窓３８も、光を一様に透過
できる窓とされている。従つて、対応する位置に
設けられた光源４８と受光素子５０によつて、イ
ンデツクススケール１４に対してメインスケール
１８を矢印Ｃ方向又は反対方向に変位させたと
き、対応する光学格子２０による光学的変調をほ
とんど受けない基準電圧Vrefを発生できるよう
になつている。 前記光源１０Ａ，１０Ｂ，４４，４８は、拡散
光源が望ましいが、ある程度の拡散性を有する光
源であればよい。又、一つの光源より発光された
光を分配して供給してもよい。 前記光源１０Ａ，１０Ｂ，４４，４８及び受光
素子２４Ａ，２４Ｂ，４６，５０は、特性が均一
なものが望ましい。 前記受光素子２４Ａ，２４Ｂは、第４図に示す
如く、エンコーダ６０に接続されている。該エン
コーダ６０は、カウンタ６２に接続され、該カウ
ンタ６２は、測定変位量を表示するための表示器
６４に接続されている。又、前記受光素子４６
は、参照マーク信号発生器７０を介して、交点検
出回路７２に接続されている。更に、前記受光素
子５０は、前記基準電圧Vrefを作成するための
基準信号発生器７４に接続されている。前記交点
検出回路７２は、絶対原点を特定して、前記カウ
ンタ６２の計数値を補正するべく、該カウンタ６
２に接続されている。 以下、実施例の作用を説明する。 前記受光素子２４Ａ，２４Ｂの出力は、第４図
に示す如く、エンコーダ６０に入力され、波形成
形された後、カウンタ６２で計数されて変位信号
となり、表示器６４に表示される。又、前記受光
素子４６の出力は、参照マーク信号発生器７０に
入力された後、参照マーク電気信号Vmとして交
点検出回路７２に入力される。 第３図において、Vm1は、受光素子４６が参
照マーク３２の光信号を全く読取つていないとき
の参照マーク電気信号Vmの電圧であり、Vm2
は、同じく参照マーク３２の光信号を一部読取つ
ているときの参照マーク電気信号Vmの電圧であ
り、Vm3は、同じく、参照マーク３２のみの光
信号を読取つているときの参照マーク電気信号
Vmの電圧である。 一方、前記受光素子５０出力は、基準信号発生
器７４で必要に応じて補正され、前記エンコーダ
６０及び交点検出回路７２の基準電圧Vrefとし
て出力される。 従つて、参照マーク電気信号Vmが基準電圧
Vrefと等しくなる交点P0を前記交点検出回路７
２で検出し、該交点P0に対応する前記変位検出
用固定光学格子の位置、例えば交点P0の次の交
点P3を原点位置と定めれば、高精度で原点位置
を決定することが可能となり、カウンタ６２に補
正信号として入力される。 この際、変位検出用電気信号VX1又はVX2は、
前述のように２枚の光学格子１６Ａ，１６Ｂ，２
０により誘起された光学的変調信号を電気信号に
変換したものであり、略正弦波に近い。この信号
は、格子ピツチにより略決定されるので、繰返し
て位置決めしても、例えばP3点はほとんど変動
することがない。 考案者らの実験によると、本実施例における絶
対原点の繰返し位置決め精度は、±1μm以内に充
分入ることが確認されている。 本実施例においては、拡散性の光源を使用し、
メインスケール１８に形成した光学格子２０を回
折格子として作用させているので、該光学格子２
０と、対応するインデツクススケール１４の光学
格子１６Ａ，１６Ｂの間隔Ｇをある程度大きくし
ても充分読取り可能であり、本実施例において
は、間隔Ｇが２〜５mmの範囲で実用上問題がない
ことが確認できた。 本実施例においては、参照マーク信号発生手段
を、光源４４と、前記変位検出用固定光学格子２
０に沿つて一体的に形成された光反射特性を有す
る参照マーク３２と、前記変位検出用可動光学格
子１６Ａ，１６Ｂに沿つて一体的に形成された参
照マーク検出窓３６と、前記参照マーク３２及び
参照マーク検出窓３６を通つた光を受光する受光
素子４６とを含むものとしているので、参照マー
ク信号発生手段の構成が比較的簡略である。なお
参照マーク信号発生手段の構成はこれに限定され
ず、例えば、前記参照マーク３２を光透過特性を
有するものとすることも可能である。この場合に
は、前記参照マーク電気信号Vmの変化状態が、
第３図に破線Vm′で示す如く、前記実施例とは逆
になるが、同様な原理で原点位置が検出できるこ
とは説明するまでもない。 又、本実施例においては、前記基準信号発生手
段を、光源４８と、前記変位検出用固定光学格子
２０と、前記変位検出用可動光学格子１６Ａ，１
６Ｂの延長線上に一体的に形成された基準光検出
窓３８と、前記変位検出用固定光学格子２０及び
基準光検出窓３８を通つた光を受光する受光素子
５０とを含み、該受光素子５０によつて得られた
電気信号を前記基準電圧Vrefとするものとして
いるので、基準信号発生手段の構成が比較的簡略
である。 更に、本実施例においては、前記基準電圧
Vrefを、前記変位検出用光信号を処理して相対
移動変位量を検出する際に用いられる変位検出用
の基準電圧と同一とし、同じ受光素子５０によつ
て得られた電気信号から両方の基準電圧を作成す
るようにしているので、絶対原点検出用と変位検
出用で基準信号発生手段の光学系を共用でき、全
体の構成が簡略である。即ち、基準電圧Vrefは、
変位検出用固定光学格子２０の複数を単に照射し
て得たものであるから、変位検出用固定光学格子
２０の明線と暗線の幅が同じであれば、そのまま
参照マーク電気信号Vm及び変位検出用電気信号
VX1，VX2の基準電圧Vrefとして用いることがで
きる。なお、両者を別個に設けることも可能であ
る。 なお前記実施例においては、本考案が、反射型
のメインスケールを有する２スケール型の直線型
光学式変位検出装置に適用されていたが、本考案
の適用範囲はこれに限定されず、透過型のメイン
スケールと１個のインデツクススケールを備えた
２スケール型の直線型光学式変位検出装置や、同
じく透過型のメインスケールと２個のインデツク
ススケールを備えた３スケール型の直線型光学式
変位検出装置にも同様に適用できることは明らか
である。又、ロータリエンコーダにも同様に適用
できることは明らかである。 本考案は、例えば米国特許第3812352号で提案
されているような、光学格子間の間隔が大きな変
位検出装置に適用するのに好適なものであるが、
本考案の適用範囲はこれに限定されず、光学格子
間の間隔が狭い従来の変位検出装置にも同様に適
用できることは明らかである。
以上説明した通り、本考案によれば、ランダム
パターンを用いる必要がなく、光学格子の間隔が
ある程度大きくても、適切な基準信号により、原
点位置を精度よく検出することができるという優
れた効果を有する。
パターンを用いる必要がなく、光学格子の間隔が
ある程度大きくても、適切な基準信号により、原
点位置を精度よく検出することができるという優
れた効果を有する。
第１図は、本考案に係る光学式変位検出装置の
実施例の光学系の構成を示す斜視図、第２図及び
第３図は、前記光学系の受光素子で得られる受光
波形の関係の例を示す線図、第４図は、前記実施
例の回路構成を示すブロツク線図、第５図は、従
来の透過型光学式変位検出装置の原理を示す断面
図、第６図Ａ，Ｂは、従来の透過型光学式変位検
出装置で用いられている絶対原点検出機構を示
す、スケールの平面図、第７図は、前記絶対原点
検出機構の受光波形の例を示す線図である。 １０Ａ，１０Ｂ，４４，４８……光源、１４…
…インデツクススケール、１６Ａ，１６Ｂ……変
位検出用可動光学格子、１８……メインスケー
ル、２０……変位検出用固定光学格子、２４Ａ，
２４Ｂ，４６，５０……受光素子、３２……参照
マーク、３６……参照マーク検出窓、３８……基
準光検出窓、VX1，VX2……変位検出用電気信号、
Vm……参照マーク電気信号、Vref……基準電
圧、６０……エンコーダ、６２……カウンタ、７
２……交点検出回路、７４……基準信号発生器。
実施例の光学系の構成を示す斜視図、第２図及び
第３図は、前記光学系の受光素子で得られる受光
波形の関係の例を示す線図、第４図は、前記実施
例の回路構成を示すブロツク線図、第５図は、従
来の透過型光学式変位検出装置の原理を示す断面
図、第６図Ａ，Ｂは、従来の透過型光学式変位検
出装置で用いられている絶対原点検出機構を示
す、スケールの平面図、第７図は、前記絶対原点
検出機構の受光波形の例を示す線図である。 １０Ａ，１０Ｂ，４４，４８……光源、１４…
…インデツクススケール、１６Ａ，１６Ｂ……変
位検出用可動光学格子、１８……メインスケー
ル、２０……変位検出用固定光学格子、２４Ａ，
２４Ｂ，４６，５０……受光素子、３２……参照
マーク、３６……参照マーク検出窓、３８……基
準光検出窓、VX1，VX2……変位検出用電気信号、
Vm……参照マーク電気信号、Vref……基準電
圧、６０……エンコーダ、６２……カウンタ、７
２……交点検出回路、７４……基準信号発生器。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 検出対象物の固定側に取付けられた変位検出
用固定光学格子と、検出対象物の可動側に取付
けられた変位検出用可動光学格子とを相対移動
させた時に生ずる変位検出用光信号を捉えて、
検出対象物間の相対移動変位量を検出する光学
式変位検出装置において、 前記変位検出用固定光学格子に沿つて一体的
に形成された、該変位検出用固定光学格子の1/
２周期以上の長さの、少くとも相対移動方向に
一様な光透過又は反射特性を有する参照マー
ク、前記変位検出用可動光学格子に沿つて一体
的に形成された、前記変位検出用固定光学格子
の1/2周期以上の長さの、少くとも相対移動方
向に一様な光透過性を有する参照マーク検出
窓、及び、前記参照マーク及び参照マーク検出
窓を通つた光を受光する受光素子を含み、前記
変位検出用光信号の1/2周期以上に渡り略直線
的に変化する参照マーク信号を発生させる参照
マーク信号発生手段と、 前記変位検出用固定光学格子からの光を受け
て、所定レベルの基準電気信号を発生する基準
信号発生手段と、 前記参照マーク信号を変換した電気信号を前
記基準電気信号と比較して、その交点を検出す
る交点検出手段と、 該交点に対応する前記変位検出用固定光学格
子の位置を、絶対原点と特定する絶対原点特定
手段と、 から構成される絶対原点検出機構を具備したこ
とを特徴とする光学式変位検出装置。 (2) 前記基準信号発生手段が、前記変位検出用固
定光学格子と、前記変位検出用可動光学格子の
延長線上に一体的に形成された基準光検出窓
と、前記変位検出用固定光学格子及び基準光検
出窓を通つた光を受光する受光素子とを含み、
該受光素子によつて得られた電気信号を前記基
準電気信号とするものである実用新案登録請求
の範囲第１項記載の光学式変位検出装置。 (3) 前記受光素子によつて得られた電気信号によ
り、絶対原点検出用の前記基準電気信号だけで
なく、前記変位検出用光信号を処理して相対移
動変位量を検出する際に用いられる変位検出用
の基準信号も作成される実用新案登録請求の範
囲第１項記載の光学式変位検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985039341U JPH0421072Y2 (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985039341U JPH0421072Y2 (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61155720U JPS61155720U (ja) | 1986-09-27 |
| JPH0421072Y2 true JPH0421072Y2 (ja) | 1992-05-14 |
Family
ID=30547204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1985039341U Expired JPH0421072Y2 (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0421072Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5747342B2 (ja) * | 2010-11-15 | 2015-07-15 | セイコーＮｐｃ株式会社 | 光学式エンコーダ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5822914A (ja) * | 1981-08-04 | 1983-02-10 | Mitsutoyo Mfg Co Ltd | 光電型エンコ−ダの零点検出装置 |
| JPS5810017B2 (ja) * | 1977-05-10 | 1983-02-23 | 松下電器産業株式会社 | デイジタルミキサ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5810017U (ja) * | 1981-07-14 | 1983-01-22 | 株式会社 三豊製作所 | 光電型エンコ−ダの零点検出装置 |
-
1985
- 1985-03-19 JP JP1985039341U patent/JPH0421072Y2/ja not_active Expired
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5810017B2 (ja) * | 1977-05-10 | 1983-02-23 | 松下電器産業株式会社 | デイジタルミキサ |
| JPS5822914A (ja) * | 1981-08-04 | 1983-02-10 | Mitsutoyo Mfg Co Ltd | 光電型エンコ−ダの零点検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61155720U (ja) | 1986-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4677293A (en) | Photoelectric measuring system | |
| US4778273A (en) | Photoelectric measuring system | |
| GB1516536A (en) | Measuring apparatus | |
| US4518859A (en) | Angle measuring device with line sensor | |
| JPH09196705A (ja) | 変位測定装置 | |
| US10670431B2 (en) | Encoder apparatus that includes a scale and a readhead that are movable relative to each other configured to reduce the adverse effect of undesirable frequencies in the scale signal to reduce the encoder sub-divisional error | |
| JPH06258102A (ja) | 測定装置 | |
| US4297033A (en) | Incremental photoelectric measuring device | |
| JPS58147611A (ja) | 測定量測定方法及び装置 | |
| ATE192566T1 (de) | Positionsmessvorrichtung | |
| JPH05223599A (ja) | 高調波のない周期信号を発生させる装置 | |
| US20090180125A1 (en) | Rotary Encoder Apparatus | |
| JPH0421072Y2 (ja) | ||
| JPS61189415A (ja) | 高精度高分解能絶対位置スケール | |
| JPS61182522A (ja) | リニアスケ−ル測定装置 | |
| US5184014A (en) | Opto-electronic scale reading apparatus | |
| ATE360799T1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur positions- und bewegungsmessung | |
| JPS61212727A (ja) | 光学式変位検出装置 | |
| JP3550629B2 (ja) | 光学式エンコーダ | |
| JPS61213628A (ja) | 位置検出装置 | |
| JP2001041730A (ja) | リニヤスケール | |
| JP2549514B2 (ja) | 光電式エンコ−ダの基準点信号発生機構 | |
| JP3049302B2 (ja) | 光学式変位検出器 | |
| JPH0760100B2 (ja) | 光学式エンコーダ | |
| JPH0454166B2 (ja) |