JPH0444211B2 - - Google Patents

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JPH0444211B2
JPH0444211B2 JP61191532A JP19153286A JPH0444211B2 JP H0444211 B2 JPH0444211 B2 JP H0444211B2 JP 61191532 A JP61191532 A JP 61191532A JP 19153286 A JP19153286 A JP 19153286A JP H0444211 B2 JPH0444211 B2 JP H0444211B2
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JP
Japan
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grating
pitch
scale
main scale
light
Prior art date
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JP61191532A
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English (en)
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JPS6347615A (ja
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Soji Ichikawa
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Mitutoyo Corp
Original Assignee
Mitutoyo Corp
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Priority to US07/082,593 priority patent/US4912322A/en
Priority to GB8719257A priority patent/GB2194044B/en
Priority to DE3727188A priority patent/DE3727188C2/de
Priority to CN87106274.7A priority patent/CN1013705B/zh
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Priority to GB9004758A priority patent/GB2228321B/en
Priority to GB9004757A priority patent/GB2228320B/en
Priority to IN235/CAL/90A priority patent/IN169778B/en
Priority to IN234/CAL/90A priority patent/IN169777B/en
Priority to IN236/CAL/90A priority patent/IN169779B/en
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  • Optical Transform (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学式変位検出器に係り、特に、2
つの部材の相対変位を、光学的な格子の形成され
たメインスケールと対応する光学的な格子を形成
したインデツクススケールとの相対変位によつて
生ずる光電変換信号の変化から検出する光学式変
位検出器の改良に関するものである。 〔従来の技術〕 工作機械の工具の送り量等を測定するために、
相対移動する部材の一方に第1の格子を設けたメ
インスケールを固定し、他方の部材に、第2の格
子を設けたインデツクススケール、照明手段及び
光電変換信号を有するスライダを固定して、第1
と第2の格子との相対移動によつて生ずる光量変
化を光電変換し、得られた検出信号に付属する計
数回路で補間及びパルス化して計数することによ
り変位量を測定する光学式変位測定装置が普及し
ている。 このような測定装置においては、加工技術の高
度化と共に、測定分解能をより細分化することが
要求されているが、計数回路での検出信号の補間
の数には限界があり、更に補間による誤差が生ず
る恐れもあるため、検出信号自体のピツチをより
細かくすることが望まれている。 このような場合に有効な検出器として、メイン
スケール上の第1格子のピツチP1に対して、得
られる検出信号のピツチがP1を細分化したもの
である、いわゆる光学的分割を行う検出器が知ら
れている。 例えば特開昭55−4592に対応する英国特許出願
第2024416A号(以下、公知文献と称する)にお
いては、第5図に示す如く、メインスケール10
上の第1格子12の透過部12Aと遮光部12B
との比を1:(2n−1)に設定することにより、
第2格子16が形成されたインデツクススケール
14を介してフオトダイオード18で得られる検
出信号のピツチP3が第1格子12のピツチP1
1/nであるような検出器が提案されている。 第5図に示す検出器においては、第1格子12
の透過部12Aと格子ピツチP1との比は1:4、
第2格子16のピツチP2はP1/2に設定してあ
り、フオトダイオード18の信号をプリアンプ2
0で増幅して得られた検出信号のピツチP3はP2
即ち第1格子のピツチP1の1/2となつている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 第5図に示される検出器によれば、確かに第1
格子12のピツチP1を分割したピツチP3の検出
信号が得られるが、第1格子12の透過部12A
の長さを分割数に比例して小さくする必要がある
ため、実質的に格子ピツチを細分化するのと等し
く、特に測定範囲の長いメインスケール10上の
第1格子12の製造が加工技術的に困難になると
いう問題点を有していた。 一方、前記公知文献(特開昭55−4592では第3
図)には、更に、第1格子12の透過部12Aと
遮光部12Bとの長さの比が1:1の場合でも光
学的分割ができる例が記載されている。しかしな
がら、この場合には、光学系の有効波長をλ、第
1格子12のピツチをP1とすると、格子間隔Z
が次式の関係を満足する必要があり、格子間隔Z
を一定に保持する機構部が複雑になるという問題
点を有していた。 Z(P1 2/λ)/2 ……(1) 〔発明の目的〕 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、メインスケール上で第1格子の透
過部と遮光部との比が1:1であつても光学的分
割が可能であり、しかも、メインスケールとイン
デツクススケールとに形成された格子の間隔が一
定の値以上であつても比較的良好な検出信号が得
られる光学式変位検出器を提供することを目的と
する。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、光学式変位検出器において、コヒー
レントな光源を含む照明手段と、格子ピツチP1
で、且つ透過又は反射部と遮光又は吸収部の比が
等しい第1格子が形成されたメインスケールと、
格子ピツチP2がP1/n(nは3以上の奇数)に等
しく、且つ透過又は反射部と遮光又は吸収部の比
が等しい第2格子が形成されたインデツクススケ
ールと、前記第1格子及び第2格子を経た照明光
を光電変換する受光素子と、前記メインスケール
とインデツクススケールを相対変位させるときの
前記第1格子と第2格子の間隔が、mP2 2/λ(m
は1以上の整数、λは受光素子も考慮した光学系
の有効スペクトルの中心波長)に保たれるように
するための機構とを備え、前記メインスケールと
インデツクススケールの相対変位に応じてピツチ
P1/nの検出信号を生成することにより、前記
目的を達成したものである。 又、本発明は、同じく光学式変位検出器におい
て、コヒーレントな光源を含む照明手段と、格子
ピツチP1で、且つ透過又は反射部と遮光又は吸
収部の比が等しい第1格子が形成されたメインス
ケールと、格子ピツチP2がP1/2に等しく、且
つ透過又は反射部と遮光又は吸収部の比が等しい
第2格子が形成されたインデツクススケールと、
前記第1格子及び第2格子を経た照明光を光電変
換する受光素子と、前記メインスケールとインデ
ツクススケールを相対変位させるときの前記第1
格子と第2格子の間隔が、100P1 2/λ(λは受光
素子も考慮した光学系の有効スペクトルの中心波
長)以上の一定値に保たれるようにするための機
構とを備え、前記メインスケールとインデツクス
スケールの相対変位に応じてピツチP1/2の検
出信号を生成することにより、同じく前記目的を
達成したものである。 〔作用〕 光学式変位検出器においては、第1格子による
照明光の透過率又は反射率の分布が単純な正弦関
数では表わせない一般的な場合について、第1格
子を経由した照明光の変化を正確に解析するのは
困難であるので、本願の発明者は様々な場合につ
いて検出器を構成して検出信号の状態を観測し
た。 本発明は、このような観測結果に基づいてなさ
れたもので、第1発明では、透過又は反射部と遮
光又は吸収部の比が等しくした第1格子の格子ピ
ツチをP1、同じく透過または反射部と遮光又は
吸収部の比が等しくした第2格子の格子ピツチ
P2をP1/n(nは3以上の奇数)とし、間隔を
mP2 2/λ(mは1以上の整数、λは受光素子も考
慮した光学系の有効スペクトルの中心波長)に保
つた、前記第1格子及び第2格子をコヒーレント
な光源で照明して、メインスケールとインデツク
ススケールとの相対変位に応じてピツチP1/n
の検出信号を生成するようにしている。従つて、
メインスケール上の第1格子の透過又は反射部と
遮光又は吸収部との比が1:1の場合でも光学的
分割が可能となる。又、メインスケールとインデ
ツクススケールとに形成された格子の間隔が一定
の値以上でも比較的良好な検出信号を得ることが
できる。 又、第2発明では、前記第2格子のピツチP2
をP1/2とし、間隔を100P1 2/λ以上の一定値に
保つた、前記第1格子及び第2格子をコヒーレン
トな光源で照明して、メインスケールとインデツ
クススケールとの相対変位に応じてピツチP1
2の検出信号を生成するようにしている。従つ
て、前記第1発明の効果に加えて、前記メインス
ケールとインデツクススケールとに形成された格
子の間隔が、ある一定値以上であれば、常に良好
な検出信号が得られる。 〔実施例〕 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1図に示す如く、コ
ヒーレントな光源としてのレーザダイオード30
及びコリメータレンズ32から構成される、略平
行光束の照明手段と、透過部12Aと遮光部12
Bとの比が略1:1で格子ピツチがP1の第1格
子12が形成されたメインスケール10と、透過
部と遮光部との比が略1:1で格子ピツチがP2
の第2格子16が90゜位相を変えて2個形成され
たインデツクススケール14と、前記第1格子1
2及び第2格子16を透過した照明光を光電変換
するための、前記第2格子16の区分に対応して
2個設けられたフオトダイオード18と、該フオ
トダイオード18の出力をそれぞれ増幅して、ピ
ツチP3で位相が90゜ずれた検出信号A,Bを出力
する2個のプリアンプ20とから構成されてい
る。 前記レーザダイオード30の波長λは約0.8μm
とされている。なお、λはここではレーザダイオ
ード30の波長であるが、一般には受光素子(フ
オトダイオード18)も考慮した光学系の有効ス
ペクトルの中心波長とすることができる。 前記レーザダイオード30を遠方に設置する場
合には、コリメータレンズ32を省略することが
できる。 前記第1格子12のピツチP1としては、例え
ば8μm、16μm、20μm、40μmの何れかとするこ
とができる。 又、前記第2格子16のピツチP2としては、
例えば8μm、4μmの何れかとすることができる。 前記第1実施例を用いて、本発明の評価を行つ
た。評価に使用した第1格子12のピツチP1
第2格子16のピツチP2との組合わせを下記第
1表に示す。第1表中のP3の値は、第1及び第
2の格子の間隔ZをP1 2/λより大きくした場合
に得られた検出信号のピツチである。
〔発明の効果〕
以上説明した通り、本発明によれば、メインス
ケール上の第1格子の透過又は反射部と遮光又は
吸収部との比が略1:1であつても光学的分割が
可能となるため、メインスケールの製造が容易と
なる。又、メインスケールとインデツクススケー
ルとに形成される格子の間隔が一定の値以上であ
つても、比較的良好な検出信号を得ることができ
る。特に、第2発明によれば、メインスケールと
インデツクススケールとに形成される格子の間隔
が、ある一定の値以上であれば、常に良好な検出
信号が得られるので、格子間隔を広く設定するこ
とができ、機構部の構成が容易になる等の優れた
効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る光学式変位検出器の第
1実施例の構成を示す斜視図、第2図は、検出信
号の信号コントラストを説明するための線図、第
3図A,Bは、前記第1実施例を用いて本発明を
評価した結果を示す線図、第4図は、本発明の第
2実施例の構成を示す断面図、第5図は、従来の
光学式変位検出器の一例の構成を示す断面図であ
る。 10……メインスケール、12……第1格子、
12A……透過部、12B……遮光部、14……
インデツクススケール、16……第2格子、18
……フオトダイオード、P1,P2,P3……ピツチ、
30……レーザダイオード。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 コヒーレントな光源を含む照明手段と、 格子ピツチP1で、且つ透過又は反射部と遮光
    又は吸収部の比が等しい第1格子が形成されたメ
    インスケールと、 格子ピツチP2がP1/n(nは3以上の奇数)に
    等しく、且つ透過又は反射部と遮光又は吸収部の
    比が等しい第2格子が形成されたインデツクスス
    ケールと、 前記第1格子及び第2格子を経た照明光を光電
    変換する受光素子と、 前記メインスケールとインデツクススケールを
    相対変位させるときの前記第1格子と第2格子の
    間隔が、mP2 2/λ(mは1以上の整数、λは受光
    素子も考慮した光学系の有効スペクトルの中心波
    長)に保たれるようにするための機構とを備え、 前記メインスケールとインデツクススケールの
    相対変位に応じてピツチP1/nの検出信号を生
    成することを特徴とする光学式変位検出器。 2 コヒーレントな光源を含む照明手段と、 格子ピツチP1で、且つ透過又は反射部と遮光
    又は吸収部の比が等しい第1格子が形成されたメ
    インスケールと、 格子ピツチP2がP1/2に等しく、且つ透過又
    は反射部と遮光又は吸収部の比が等しい第2格子
    が形成されたインデツクススケールと、 前記第1格子及び第2格子を経た照明光を光電
    変換する受光素子と、 前記メインスケールとインデツクススケールを
    相対変位させるときの前記第1格子と第2格子の
    間隔が、100P1 2/λ(λは受光素子も考慮した光
    学系の有効スペクトルの中心波長)以上の一定値
    に保たれるようにするための機構とを備え、 前記メインスケールとインデツクススケールの
    相対変位に応じてピツチP1/2の検出信号を生
    成することを特徴とする光学式変位検出器。
JP19153286A 1986-08-15 1986-08-15 光学式変位検出器 Granted JPS6347615A (ja)

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JP19153286A JPS6347615A (ja) 1986-08-15 1986-08-15 光学式変位検出器
IN615/CAL/87A IN168444B (ja) 1986-08-15 1987-08-07
US07/082,593 US4912322A (en) 1986-08-15 1987-08-07 Optical type displacement detecting device
GB8719257A GB2194044B (en) 1986-08-15 1987-08-14 Optical type displacement detecting device
DE3727188A DE3727188C2 (de) 1986-08-15 1987-08-14 Optische Verschiebungserfassungseinrichtung
CN87106274.7A CN1013705B (zh) 1986-08-15 1987-08-15 光学式位移检测装置
GB9004758A GB2228321B (en) 1986-08-15 1990-03-02 Optical type replacement detecting device
GB9004757A GB2228320B (en) 1986-08-15 1990-03-02 Optical type displacement detecting device
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