JPH0632566Y2 - 光学式変位検出器 - Google Patents

光学式変位検出器

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JPH0632566Y2
JPH0632566Y2 JP1989070393U JP7039389U JPH0632566Y2 JP H0632566 Y2 JPH0632566 Y2 JP H0632566Y2 JP 1989070393 U JP1989070393 U JP 1989070393U JP 7039389 U JP7039389 U JP 7039389U JP H0632566 Y2 JPH0632566 Y2 JP H0632566Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は光学式変位検出機に係り、特に、スケール部材
と取付部材との固着構造の改良に関する。
〔背景技術〕 所定位置に肉眼では視認不能な透過部と反射部とが交互
に設けられる光学格子を有し、かつ、ガラス板等よりな
るスケール部材と、これと同様な光学格子を有するイン
デックススケール、並びに、発光器及び受光器等を含む
照明手段とを相対変位させ、その相対変位量を検出手段
で検知する種々の光学式変位検出器が広範に利用されて
いる。この種の光学式変位検出器の中には、例えば、前
記スケール部材を金属製の取付部材に固着して使用され
ているものがあり、第7図及び第8図に示されている。
すなわち、第7,8図において、アルミニウム材等から
なる取付部材101の切欠き段部101Aに、例えば厚
さ5mm、幅22mmのガラス板からなり、光学格子102
を有するスケール部材103を載置し、このスケール部
材103を取付部材101にボルト104で一端を固定
された板ばね105の他端で押圧、固定する。このスケ
ール部材103には、図示しないインデックススケール
及び照明手段を有する検出部106が対向されてスケー
ル部材103と検出部106との相対変位量を検出でき
るようになっている。
〔考案が解決しようとする課題〕
しかしながら、前述の構造では、取付部材101の材質
を金属にしているので、重量が嵩み、かつ、取付部材1
01が高価なものとなる不都合が生じる。また、スケー
ル部材103の固定が、スケール部材103から突出し
た板ばね104で行われるため、検出器全体の幅が板ば
ね104を設ける分、広くなり、小型化できないという
不都合もある。
そこで、前記不都合のうち、重量と価格の点の改善に関
し、取付部材を軽量化するとともに、安価に提供するた
めに、取付部材の材質を、製造が容易で、かつ、軽い合
成樹脂で成形することが提案される。
その際、この取付部材、すなわち光学式変位検出器は主
にμmオーダーの測定を可能にする精密測定機に装着さ
れるものであり、この精密測定機を、温度、湿度ともに
一定に保持された恒温室で使用する場合には全く問題は
生じない。
ところが、この精密測定機を海外等へ輸出する場合に
は、その輸出手段が様々であり、例えば、飛行機で前記
精密測定機を空輸する際には、飛行機は、数千m上空を
飛行するので極端に低温状態となる事があり、また、船
舶で前記精密測定機を輸送する場合には、船舶内のエン
ジン、タービン等の余熱によって極端に高温状態となる
事がある。
このような場合には、合成樹脂よりなる取付部材とガラ
スよりなるスケール部材との線膨張係数が相違すること
に基づく不都合が生ずる。すなわち、線膨張係数は、合
成樹脂が略22×10−6、ガラスが略7×10−6
あるので、当然合成樹脂の方がガラスより大きく変形す
ることになり、実質的には合成樹脂よりなる取付部材に
4〜6μmの撓み、歪み等が惹起されると、この歪み等
が測定時に残留してしまうことになる。これにより、取
付部材に固着されるスケール部材も前記取付部材の撓
み、歪み等に伴って4〜6μm変形することになるの
で、この結果、μmオーダーで測定を行っている精密測
定機では数μm変形した取付部材を用いて精密測定を行
うことは、精度維持上、非常に困難となる欠点が露呈す
る。
本考案の目的は、スケール部材を保持する取付部材を合
成樹脂製とすることにより、製造の簡易化および軽量化
の実現を図り、かつ、合成樹脂製としたために温度変化
等の環境変化に基づく歪み、撓み等が取付部材に残留し
ても、精密測定の維持が可能な光学式変位検出器を提供
することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本考案の光学式変位検出器は、合成樹脂よりなる取付部
材にガラス等よりなるスケール部材を取付けるにあた
り、スケール部材の一部分を取付部材に固着し、他の部
分を弾性的に支持したことを特徴とする。
具体的には、変位検出用の光学格子がその長手方向に沿
って形成されるスケール部材と、このスケール部材を一
体的に保持する取付部材と、前記スケール部材に対向さ
れて相対移動可能にされるとともにスケール部材の光学
格子と同様な光学格子を有するインデックススケール
と、このインデックススケールと前記スケール部材とに
対し前記光学格子を読み取るための照明光を出力する照
明手段と、前記スケール部材とインデックススケールと
を相対変位させる際その相対変位量を検知する検出回路
とを含む光学式変位検出器であって、前記取付手段は、
前記スケール部材の背面に対向配置される合成樹脂製の
平板状の部材とされ、かつ、前記スケール部材に向かっ
て延びる複数の突出部が一体的に設けられ、これらの突
出部の少なくとも一つは先端部分に配置された固定部材
を介して前記スケール部材を支持する固定支持部とさ
れ、残りの突出部は先端部分に配置された弾性変形部材
を介して前記スケール部材を支持する弾性支持部とされ
ていることを特徴とする。
〔作用〕
前述のように構成された本考案において、取付部材を合
成樹脂製としたので、取付部材の軽量化および製造の簡
略化が実現される。
また、取付部材を合成樹脂製としたために、取付部材と
スケール部材とが極端な温度変化状態に放置され、例え
ば、前記取付部材に4〜6μmの変位が残留している場
合でもこの変形は、弾性支持部によってそのほとんどが
吸収される。従って、取付部材の撓み、歪み等に伴って
スケール部材が変形することはほとんどなく、これによ
り、スケール部材の真直性が維持されることになって、
精密測定が温度変化等の環境の変化に拘わりなく可能と
なる。
〔実施例〕 以下、本考案について好適な実施例を挙げ、添付の図面
を参照しながら詳細に説明する。
第1図ないし第5図には、本考案の第1実施例が示され
ている。
第1図において、参照符号30は、本実施例に係る光学
式変位検出器10を図に示す矢印X,Y方向に沿って各
1個、計2個装着した顕微鏡である。この顕微鏡30
は、床上に配置される側面略L字状の支持台31を含
み、この支持台31の水平方向に延長された基部31A
上には、いわゆるX−Yテーブルから位置調整手段50
が設置されている。
前記位置調整手段50は、基部31Aに固着される固定
板51を備え、この固定板51上に設けられた凹部51
A内に載物台52が配置されている。この載物台52
は、水平面内における直交二軸、すなわち、左右方向で
ある矢印X方向と、前後方向である矢印Y方向との二軸
方向に移動可能にされている。この載物台52のこれら
X,Y方向への移動量は、それぞれ移動手段としてのX
軸用及びY軸用のマイクロメータヘッド53,54によ
り、設定できるようになっている。また、載物台52上
にはコイン等の被測定物Wが載置されている。
前記支持台31の前面上部には、上下動つまみ32を有
する上下動ガイド33が取付けられている。この上下動
ガイド33には、形状認識手段35の支持枠36が上下
動可能に支持され、上下動つまみ32を矢印A方向に回
動操作することにより、図示しないラック、ピニオン機
構等により支持枠36が矢印Z方向に上下動するように
なっている。
前記支持枠36の中心部には、支持枠36の下方に突出
された図示しない対物レンズを囲むように照明手段37
が設けられるとともに、支持枠36上に突出されてCC
Dカメラ38が設けられている。このCCDカメラ38
は、照明手段37から被測定物Wに照射される照明光L
の被測定物Wからの反射光Lを電気信号に変換する
ものである。ここにおいて、前記支持枠36、照明手段
37及びCCDカメラ38により前記形状認識手段35
が構成されている。
前記2個の光学式変位検出器10は、両者全く同一構成
であるため、両者同一符号を用い、以下1つについての
み説明する。
光学式変位検出器10は、第2〜5図に拡大して示され
るように、前記載物台52上に側面略L字状の支持板1
1を介して取付けられた合成樹脂からなる平板状の取付
部材12を備えている。この取付部材12と支持板11
とは、例えば、ねじ止めなどにより固定され、支持板1
1に対する取付部材12の位置調整が可能にされてい
る。
前記取付部材12には、その中央上下方向に配置された
2箇所の固定支持部13と、その両端上下方向に配置さ
れた4箇所の弾性支持部14とを有し、ガラス板等より
なるスケール部材15の背面15Aに対向配置され、固
定支持部13および弾性支持部14を介してスケール部
材15を保持するようになっている。前記固定支持部1
3は、スケール部材15に向かって延びるとともに取付
部材12に一体的に設けられた突出部16と前記スケー
ル部材15の背面15Aとの間にエポキシ接着剤等から
なる固定部材17を介在させることにより構成される。
一方、弾性支持部14は、スケール部材15に向かって
延びるとともに取付部材12に一体的に設けられた突出
部18と前記背面15Aとの間にウレタン、シリコン樹
脂等よりなる弾性変形部材19を介在させて構成され
る。この時、第3〜5図から容易に諒解されるように、
弾性支持部14の突出部18は、固定支持部13の突出
部16よりその突出量が少なく突設されている。
また、2箇所の固定支持部13と4箇所の弾性支持部1
4とで支持されたスケール部材15の前面15Bには、
肉眼では視認不能な光透過部及び光反射部が交互に形成
される光学格子21がスケール部材15の長手方向に沿
って形成されている。
前記取付部材12には、4つの凸部22が設けられてお
り、この4つのうち、互いに上下に対向される各2個の
凸部22はスケール部材15の図中上下方向の幅よりや
や広い寸法分、離して突設され、これらの凸部22によ
りスケール部材15の必要以上の変位を阻止するように
構成されている。
一方、第1、第2図に示すように前記各スケール部材1
5に対向された固定板51の端部にはそれぞれ支持台5
1Bが立設されており、これらの支持台51Bには前記
移動手段としてのX軸用及びY軸用のマイクロメータヘ
ッド53,54がそれぞれ装着されている。これらのX
軸及びY軸用のマイクロメータヘッド53,54の各部
の構成は、同一であるため、詳細に説明する各部の構成
は、両者共、同一符号を用い、一括して説明する。
各マイクロメータヘッド53,54は本体55を含み、
この本体55の一端にはハンドル56が取着されてお
り、他端には前記ハンドル56を矢印A方向あるいは矢
印B方向に回動させると、矢印X方向あるいは矢印Y方
向に進退するスピンドル57が設けられている。更に、
このスピンドル57には変位部材58が装着され、この
変位部材58の一面には2本のガイドバー59が突設さ
れている。このガイドバー59は、前記支持台51Bに
対して矢印X方向あるいは矢印Y方向へ摺動自在に配設
されている。また、変位部材58の他面には、載物台5
2の側面52Aに当接され、載物台52の変位に伴って
回動する2つのローラ61が設けられる。
前記2つのローラ61間にあって、かつ、変位部材58
上には前記光学式変位検出器10の一部である照明手段
23が設けられている。この照明手段23は、スケール
部材15に指向して斜めに照明光Lを出力する2つの発
光器24と、照明光Lのスケール部材15からの反射光
を受光する2つの受光器25とを含む。また、照明手段
23のスケール部材15に対向された面には、前記発光
器24によって出力された照明光Lをスケール部材15
に到達させるように透明板から形成され、かつ、前記ス
ケール部材15の光学格子21と同様な光学格子(図示
せず)を有するインデックススケール26が設けられて
いる。
更に、前記受光器25には、この受光器25の中で光電
変換された電気信号を増幅するアンプ27が接続され、
このアンプ27には、前記電気信号を波形整形、カウン
ト等して図示しない表示手段に、載物台52ひいては被
測定物Wの変位量を表示するための検出回路28が接続
される。
ここにおいて、取付部材12と、スケール部材15と、
照明手段23と、インデックススケール26と、検出回
路28とで光学式変位検出器10が構成されることにな
る。
なお、載物台52の側面52Aと各変位部材58との間
には、それぞれ磁石等の磁性体(図示せず)が配設され
ているので、これらの間には常時、引張力が作用し、載
物台52を必要時以外は変位させないように構成されて
いる。この際、第2図中二点鎖線で示すように、前記磁
性体に代えて比較的ばね定数の小さい引張コイルばね6
2を用い、この引張コイルばね62を載物台52の中央
部と固定板51の所定の角部、すなわち、前記載物台5
2のローラ61が当接する2つの側面52Aが交叉する
角部に対向した角部51Cとに掛け渡してもよい。これ
により、載物台52の両側面52Aは、常に各2個のロ
ーラ61に当接されることとなる。
本実施例に係る光学式変位検出器10を有する顕微鏡3
0は、基本的には以上のように構成されるものであり、
次にその作用について説明する。
先ず、被測定物Wを載物台52上に載置する。次いで、
形状認識手段35の照明手段37を作動させて照明光L
を被測定物Wに照射した後、その反射光LをCCD
カメラ38に入射させて、この中で前記反射光Lを光
電変換する。CCDカメラ38内で光電変換された電気
信号は、図示しない表示手段に到達するので、被測定物
Wはこの表示手段にその拡大画像が描写されることにあ
る。この時、その画像が鮮明でない場合には、上下動つ
まみ32を矢印A方向に回動させて形状認識手段35を
矢印Z方向に変位させ、前記画像が鮮明に描写される位
置で、その回動動作を停止させる。
次に、被測定物Wの寸法、形状等を測定するために、載
物台52を矢印Y方向へ変位させるには、Y軸用の移動
手段である図中手前側のマイクロメータヘッド54を作
動させる。すなわち、載物台52を矢印Y方向へ変位
させるには、先ずマイクロメータヘッド54のハンドル
56を矢印B方向に回転させる。これにより、スピン
ドル57が矢印Y方向へ進出し、これに伴ってY軸側
のローラ61が載物台52を矢印Y方向へ押圧、移動
させる。載物台52が矢印Y方向に移動すると、第2
図中右側の側面52AがそれぞれX軸側のローラ61を
転動させながらローラ61によって案内される。これに
より、光学式変位検出器10のスケール部材15と照明
手段23とが相対変位する。
更に詳述すれば、載物台52が変位している間は、発光
器24から照明光Lが斜めに出力され、この照明光Lは
インデックススケール26の透過部(図示せず)を通過
してスケール部材15の反射部(肉眼では視認不能)で
反射した後、再度インデックススケール26の透過部を
通過して受光器25に入射する。この入射した光は、受
光器25内で光電変換されて電気信号となり、この電気
信号はアンプ27内で増幅されてから、検出回路28に
送られて図示しないY軸表示部に光学式変位検出器10
の相対変位量として表示される。
また、載物台52を矢印X方向に変位させる場合には、
X軸用の移動手段である図中右側のマイクロメータヘッ
ド53を前記操作と同様に操作すれば、載物台52を矢
印X方向に変位させることができ、その相対変位量は図
示しないX軸表示部に表示される。
従って、図示しないX軸、Y軸表示部に表示される値及
び表示手段(図示せず)に描写される拡大画像を視認す
れば、被測定物Wの寸法、形状等を測定することができ
る。
ところで、前記顕微鏡30の雰囲気温度が極端に変化し
た場合には、合成樹脂よりなる取付部材12は4〜6μ
m変形することになる。しかし、本実施例においては、
取付部材12に4つの弾性支持部14を設け、スケール
部材15を弾性的に支持しているので、前記変形量はこ
の弾性支持部14で効果的に吸収される。従って、スケ
ール部材15は、ほとんど変形することがない。
前述のような本実施例によれば、次のような効果があ
る。
すなわち、本実施例においては、スケール部材15の取
付部材12への支持にあたり、2つの固定支持部13の
他に、4つの弾性支持部14が設けられているので、ス
ケール部材15の変形はほとんどなく、その真直性が確
保され、この結果、精密測定が可能となる効果を奏す
る。
また、弾性支持部14の突出部18は、固定支持部13
の突出部16よりその突出量が少なく設けられ、かつ、
突出部18とスケール部材15との間に弾性変形部材1
9が介在されている。従って、取付部材12が、輸送等
の際の温度変化によってその板厚方向に数μm変形して
生じた歪み等が残留していても、その変形量が前記弾性
変形部材19によってほとんど吸収されるので、この点
からも精密測定が可能となる。
更に、取付部材12に弾性支持部14が設けられている
ので、取付部材12を単体、すなわち、取付部材12と
スケール部材15とを取着した状態で運搬している間
に、不用意にこれを落下させても、その衝撃を弾性支持
部14で効果的に吸収することができ、この結果、スケ
ール部材15を保護することが可能となる効果も得られ
る。
また、取付部材12には2つの固定支持部13が設けら
れているので、スケール部材15の支持を十分強固にで
き、当該顕微鏡30の輸送時に発生する振動等による位
置ずれ等を効果的に阻止できる。
更に、本実施例では、スケール部材15の変形等を生じ
させない支持構造を提供できることから、取付部材12
の材質としてスケール部材15とは線膨張係数が大幅に
異なるものも使用できる。従って、取付部材12を合成
樹脂製とできるから、軽量化できるばかりでなく、形状
を自由にでき、載物台52への取付け形状も任意にでき
て、設計の自由度を向上させることができる。また、取
付部材12を合成樹脂製としたから、各突出部16,1
8及び凸部22を一体成形でき、安価に提供できる。し
かも、取付部材12とスケール部材15との取付けも簡
易であるから、光学式変位検出器10自体をより安価に
できる。
さらに、取付部材12でスケール部材15の背面15A
を保持するようにしたので、ねじ等で固定するためにス
ケール部材15の幅を拡張すること等を要せず、スケー
ル部材15の幅が小さくてすみ、スケール部材15およ
び取付部材12を小型化でき、ひいては、光学式変位検
出器10自体を小型化できる。
また、取付部材12にスケール部材15の幅寸法よりも
やや広い寸法だけ離れて配列された凸部22を設け、こ
の凸部22でスケール部材15の必要以上の変位を阻止
するようにしたので、この点からも精密測定を可能とで
きる。
第6図には、本考案の第2実施例が示されている。ここ
において、本実施例の前記実施例と同一もしくは相当構
成部分には同一符号を用い、その説明を省略もしくは簡
略にする。
本実施例において、スケール部材15の取付部材12へ
の取付けを、2箇所の固定支持部13と、4箇所の弾性
支持部14とで行う点は前記第1実施例と同様である
が、本実施例では弾性支持部14の構成が前記第1実施
例と異なり、他は同様である。
すなわち、本実施例においては、前記第1実施例におけ
る背の低い4つの突出部18を設けず、スケール部材1
5の上下方向の側面15Cに対向される4つの凸部22
との間に、ウレタン、シリコン樹脂等からなる弾性変形
部材19を介装して弾性支持部14を構成したものであ
る。この際、スケール部材15の側面15Cと凸部22
との間には前記実施例よりは広い隙間Dを設け、この隙
間D内に弾性変形部材19を介装している。
このように本実施例では、隙間Dに弾性変形部材19を
介在させているので、極端な温度変化によって取付部材
12が板幅方向である矢印Z方向に数μm変形した場合
でも、この変形を弾性支持部材14で吸収できるので、
スケール部材15はほとんど変形することがなく、その
真直性が確保される。この結果、精密測定が可能となる
効果が得られる。
その他、前記第1実施例と同様な効果も奏することは勿
論である。
以上、本考案について好適な実施例を挙げて説明した
が、本考案はこれらの実施例に限定されるものではな
く、本考案の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良
並びに設計の変更が可能なことは勿論である。
例えば、第1実施例と第2実施例の取付部材12の構成
を組み合せ、スケール部材15の背面15Aと側面15
Cとの両方で弾性支持することもできる。また、前記各
実施例では、固定支持部13を2箇所設けた例につき説
明したが、これに限定されるものではなく、1箇所ある
いは3箇所以上としてもよい。この場合、3箇所以上設
けるときは、弾性支持部14を有効に機能させる上で、
比較的狭い範囲に集中的に配置するのがよい。同様に、
弾性支持部14も4箇所に限らず、1〜3箇所あるいは
5箇所以上であってもよい。しかし、弾性支持部14
は、前記実施例のように、固定支持部13の両側に離し
て配置するのが、強度及び変形吸収上有利である。
更に、取付部材12の載物台52への取付けは、支持板
11を介するものに限らず、直接取付けてもよい。この
場合、スケール部材15の光学格子21を載物台52の
変位方向と平行に配置できるように、取付部材12を載
物台52に対して取付位置調整可能にするのがよい。
また、取付部材12は、前記実施例のように載物台52
上に突設せず、載物台52の側面52Aに取付ける等、
他の位置に取付けてもよい。このように側面52Aに取
付ければ、載物台52の上面に何ら突出部分がないた
め、被測定物Wの測定時に作業性がよく、更には、載物
台52からはみ出すような大きさの被測定物Wをも測定
できるという効果を付加できる。
更に、取付部材12と照明手段13との取付けは、前記
実施例とは逆に、取付部材12を変位部材58側に取付
け、照明手段23を載物台52側に取付けてもよい。し
かし、照明手段23には電源コード、信号線コード等が
接続されているため、前記実施例のように構成する方が
有利である。
また、本実施例に係る光学式変位検出器10を投影機、
形状測定機等、あるいは、プローバ、光ディスク、光磁
気カードの読取装置等の載物台に装着することもでき、
更には載物台以外の一般の変位検出器に適用できる。
〔考案の効果〕
前述のように本考案の光学式変位検出器によれば、温度
変化等によっても変形等が生じず、高精度測定を可能と
するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第5図は本考案に係る光学式変位検出器の
第1実施例を顕微鏡に適用した構成を示すもので、第1
図は全体構成を示す斜視図、第2図は載物台部分の拡大
平面図、第3図はスケール部材を取付けた状態の取付部
材を示す拡大斜視図、第4図は第3図の平面図、第5図
は第3図の分解斜視図、第6図は本考案の第2実施例を
示す正面図、第7図は従来例の一部を示す一部切欠正面
図、第8図は第7図のVIII−VIII線に沿う断面図であ
る。 10……光学式変位検出器、12……取付部材、13…
…固定支持部、14……弾性支持部、15……スケール
部材、15A……背面、15B……前面、15C……側
面、16……突出部、17……固定部材、18……突出
部、19……弾性変形部材、21……光学格子、22…
…凸部、23……照明手段、26……インデックススケ
ール、28……検出回路、30……顕微鏡、50……位
置調整手段、53,54……移動手段としてのY軸用及
びX軸用のマイクロメータヘッド、W……被測定物。

Claims (2)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】変位検出用の光学格子がその長手方向に沿
    って形成されるスケール部材と、このスケール部材を一
    体的に保持する取付部材と、前記スケール部材に対向さ
    れて相対移動可能にされるとともにスケール部材の光学
    格子と同様な光学格子を有するインデックススケール
    と、このインデックススケールと前記スケール部材とに
    対し前記光学格子を読み取るための照明光を出力する照
    明手段と、前記スケール部材とインデックススケールと
    を相対変位させる際その相対変位量を検出する検出回路
    とを含む光学式変位検出器であって、 前記取付手段は、前記スケール部材の背面に対向配置さ
    れる合成樹脂製の平板状の部材とされ、かつ、前記スケ
    ール部材に向かって延びる複数の突出部が一体的に設け
    られ、これらの突出部の少なくとも一つは先端部分に配
    置された固定部材を介して前記スケール部材を支持する
    固定支持部とされ、残りの突出部は先端部分に配置され
    た弾性変形部材を介して前記スケール部材を支持する弾
    性支持部とされていることを特徴とする光学式変位検出
    器。
  2. 【請求項2】請求項1記載の光学式変位検出器におい
    て、前記取付部材には、前記スケール部材の幅寸法より
    もやや広い寸法だけ離れて配列された少なくとも一対の
    凸部が一体的に設けられていることを特徴とする光学式
    変位検出器。
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