JPH068737B2 - 光学式変位検出器 - Google Patents
光学式変位検出器Info
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- JPH068737B2 JPH068737B2 JP8229787A JP8229787A JPH068737B2 JP H068737 B2 JPH068737 B2 JP H068737B2 JP 8229787 A JP8229787 A JP 8229787A JP 8229787 A JP8229787 A JP 8229787A JP H068737 B2 JPH068737 B2 JP H068737B2
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Description
本発明は、光学式変位検出器に係り、特に、周期的な格
子を形成した３枚のスケールと、該３枚のスケールを照
射する照明系と、前記３枚のスケール上の格子によつて
制限された照明光を光電変換する受光素子とを含み、二
つの部材間の相対変位に応じて周期的な検出信号を生成
する、いわゆる３格子システム型の光学式変位検出器の
改良に関する。
子を形成した３枚のスケールと、該３枚のスケールを照
射する照明系と、前記３枚のスケール上の格子によつて
制限された照明光を光電変換する受光素子とを含み、二
つの部材間の相対変位に応じて周期的な検出信号を生成
する、いわゆる３格子システム型の光学式変位検出器の
改良に関する。
工作機械等において、固定部材と移動部材との間の相対
変位量を測定するための装置として、相対変位に応じて
周期的な検出信号を生成する光学式変位検出器と、その
検出信号をパルス化して積算計数するカウンタとを含ん
で構成される変位測定装置が知られている。 前記光学式変位検出器としては、通常の２枚の格子の重
なり合いの変化を利用した検出器の他に、第６図に示す
如く、３枚の格子１２、１４、１６の重なり合いの変化
を利用する、いわゆる３格子システム（three grating
system）が知られている。この３格子システムの基本原
理は、例えば、Journal of the Optical Society of Am
erica,1965年、vol.55、Ｎｏ．４、pp373-381に示さ
れ、又、米国特許第３８１２３５２号、英国特許出願第
４４５２２／７４Ｈ（特公昭６０−２３２８２に対応）
等に不完全な形ではあるが開示されている。第６図は、
Society of photo-Optical Instrumentation Engineers
(SPIE)，Vol.136，1st European Congress on Optics A
pplied to Metrology(1977)，pp325-331に示されたシス
テムである。 この３格子システムは、単純化して考えれば、第６図に
示した如く、格子ピツチＰ１の第１格子１２と、該第１
格子１２からの間隔がｕの位置に配設された格子ピツチ
Ｐ２の第２格子１４と、前記第１格子１２からの間隔が
ｖの位置に、前記第２格子１４と対応して配設された、
格子ピツチＰ３の第３格子１６と、前記第２格子１４を
通して第１及び第３格子１２、１６方向へ拡散する照明
光を射出する照明系１８と、前記第３格子１６の後方に
配設され、前記第１乃至第３格子１２、１４、１６によ
つて制限された前記照明光を検出して光電変換する受光
素子２０と、該受光素子２０の信号を増幅して検出信号
ａとするプリアンプ２２とを含んで構成されており、前
記第１格子１２がｘ方向へ変位すると、検出信号ａは周
期的に略正弦波として変化する。 なお、前記各パラメータＰ１、Ｐ２、Ｐ３、ｕ、ｖ及び
検出信号ａのピツチの関係は、下記第１表に示す如く、
幾何光学的システム（geometric system）と、回折効果
的システム（diffracttive system）とに分かれて規定
されている。第１表において、ｌは自然数、λは照明光
の有効波長である。 この３格子システムにおいては、２枚の格子によるシス
テムと比べて、次のような特徴がある。 （１）照明光は本質的に拡散光でよいため、大型のコリ
メータレンズが不要となり、光学系が小型化できる。 （２）格子間隔ｕ、ｖが大きく設定できるため、機構的
に余裕がある。 （３）回折効果的システムにおいては、検出信号のピツ
チが第１格子１２のピツチＰ１の１／２となり、光学的
２分割が行なわれる。
変位量を測定するための装置として、相対変位に応じて
周期的な検出信号を生成する光学式変位検出器と、その
検出信号をパルス化して積算計数するカウンタとを含ん
で構成される変位測定装置が知られている。 前記光学式変位検出器としては、通常の２枚の格子の重
なり合いの変化を利用した検出器の他に、第６図に示す
如く、３枚の格子１２、１４、１６の重なり合いの変化
を利用する、いわゆる３格子システム（three grating
system）が知られている。この３格子システムの基本原
理は、例えば、Journal of the Optical Society of Am
erica,1965年、vol.55、Ｎｏ．４、pp373-381に示さ
れ、又、米国特許第３８１２３５２号、英国特許出願第
４４５２２／７４Ｈ（特公昭６０−２３２８２に対応）
等に不完全な形ではあるが開示されている。第６図は、
Society of photo-Optical Instrumentation Engineers
(SPIE)，Vol.136，1st European Congress on Optics A
pplied to Metrology(1977)，pp325-331に示されたシス
テムである。 この３格子システムは、単純化して考えれば、第６図に
示した如く、格子ピツチＰ１の第１格子１２と、該第１
格子１２からの間隔がｕの位置に配設された格子ピツチ
Ｐ２の第２格子１４と、前記第１格子１２からの間隔が
ｖの位置に、前記第２格子１４と対応して配設された、
格子ピツチＰ３の第３格子１６と、前記第２格子１４を
通して第１及び第３格子１２、１６方向へ拡散する照明
光を射出する照明系１８と、前記第３格子１６の後方に
配設され、前記第１乃至第３格子１２、１４、１６によ
つて制限された前記照明光を検出して光電変換する受光
素子２０と、該受光素子２０の信号を増幅して検出信号
ａとするプリアンプ２２とを含んで構成されており、前
記第１格子１２がｘ方向へ変位すると、検出信号ａは周
期的に略正弦波として変化する。 なお、前記各パラメータＰ１、Ｐ２、Ｐ３、ｕ、ｖ及び
検出信号ａのピツチの関係は、下記第１表に示す如く、
幾何光学的システム（geometric system）と、回折効果
的システム（diffracttive system）とに分かれて規定
されている。第１表において、ｌは自然数、λは照明光
の有効波長である。 この３格子システムにおいては、２枚の格子によるシス
テムと比べて、次のような特徴がある。 （１）照明光は本質的に拡散光でよいため、大型のコリ
メータレンズが不要となり、光学系が小型化できる。 （２）格子間隔ｕ、ｖが大きく設定できるため、機構的
に余裕がある。 （３）回折効果的システムにおいては、検出信号のピツ
チが第１格子１２のピツチＰ１の１／２となり、光学的
２分割が行なわれる。
しかしながら、従来の３格子システムにおいては、光学
的分割の数が、回折効果的システムで２分割できるのみ
であつた。従つて、より分解能の高い変位測定装置を構
成するためには、カウンタでの電気的な補間数を増加さ
せる必要があり、補間による誤差の発生、電子回路の複
雑化による生産コストの上昇等の問題点があつた。
的分割の数が、回折効果的システムで２分割できるのみ
であつた。従つて、より分解能の高い変位測定装置を構
成するためには、カウンタでの電気的な補間数を増加さ
せる必要があり、補間による誤差の発生、電子回路の複
雑化による生産コストの上昇等の問題点があつた。
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、３格子システムにおいて、光学的に３分割以上の
分割が可能な光学式変位検出器を提供することを目的と
する。
ので、３格子システムにおいて、光学的に３分割以上の
分割が可能な光学式変位検出器を提供することを目的と
する。
本発明は、光学式変位検出器において、基本ピツチｒに
３以上の整数を乗じて得られるピツチＰ１を格子ピツチ
とする第１格子が形成された第１スケールと、該第１ス
ケールからの間隔がｕの位置に配設され、格子ピツチＰ
２の第２格子が形成された第２スケールと、前記第１ス
ケールからの間隔がｖの位置に配設され、格子ピツチＰ
３の第３格子が形成された第３スケールと、前記第２ス
ケールを通して第１及び第３スケール方向へ平行光線化
されていない照明光を射出する照明系と、前記第３スケ
ールの後方に配設され、前記第１乃至第３格子によつて
制限された前記照明光を検出して光電変換する受光素子
とを備え、前記格子ピツチＰ２が(u+v)r/vの３以上の整
数倍に、又、前記格子ピツチＰ３が(u+v)r/uの整数倍に
設定されて、前記第１スケールの変位に応じて基本ピツ
チｒに等しいピツチ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、本発明の実施態様は、前記第１格子を反射型格子と
すると共に、前記第３スケールを前記第１格子に対して
前記第２スケールと同じ側に配設したものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記第２及び第３格子を
兼用したものである。
３以上の整数を乗じて得られるピツチＰ１を格子ピツチ
とする第１格子が形成された第１スケールと、該第１ス
ケールからの間隔がｕの位置に配設され、格子ピツチＰ
２の第２格子が形成された第２スケールと、前記第１ス
ケールからの間隔がｖの位置に配設され、格子ピツチＰ
３の第３格子が形成された第３スケールと、前記第２ス
ケールを通して第１及び第３スケール方向へ平行光線化
されていない照明光を射出する照明系と、前記第３スケ
ールの後方に配設され、前記第１乃至第３格子によつて
制限された前記照明光を検出して光電変換する受光素子
とを備え、前記格子ピツチＰ２が(u+v)r/vの３以上の整
数倍に、又、前記格子ピツチＰ３が(u+v)r/uの整数倍に
設定されて、前記第１スケールの変位に応じて基本ピツ
チｒに等しいピツチ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、本発明の実施態様は、前記第１格子を反射型格子と
すると共に、前記第３スケールを前記第１格子に対して
前記第２スケールと同じ側に配設したものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記第２及び第３格子を
兼用したものである。
以下、第１図及び第２図を用いて、本発明の基本原理を
説明する。 今、第１図に示す如く、光透過部と遮光部が正確に１対
１である、格子ピツチがＰの第１格子１２（第１図
（Ａ））に、波長λの平行光線が照射されているとす
る。すると、この第１格子１２の直後の光の強度分布Ｆ
（ｘ）は、第１図（Ｂ）に示すような２値関数となる。
この関数Ｆ（ｘ）をフーリエ解析すると、定数を除き規
格化して次式のようになる。 Ｆ（ｘ）≒１／２＋０．６sin（２πｘ／Ｐ） ＋０．２sin（３・２πｘ／Ｐ） ＋０．１sin（５・２πｘ／Ｐ） ＋・・・ ……（１） 従つて、関数Ｆ（ｘ）には、基本波（第１図（Ｃ））の
他に、３次波（第１図（Ｄ））、５次波（第１図）
（Ｅ））が含まれていることがわかる。なお、この場合
は偶数次の波が含まれていないが、一般には光透過部と
遮光部とは正確に１対１にはならないので、高調波とし
ては偶数次の波も含まれていると考えてよい。 従つて、これらの高調波の１つを選択することができれ
ば、光学的分割が達成できるわけであり、本発明では、
第３格子の格子ピツチＰ３を、選択する高周波に対応し
て変えることによつて、高調波を選択するようにしてい
る。更に、本発明では、第３格子においても高調波成分
を使用する場合もある点が特徴である。例えば、第１格
子１２の５次高調波の拡大された影像を波するには、
第３格子の３次高調波の波形ピツチと前記５次高調波の
拡大された影像の波形ピツチとを一致させればよい。 以下、第２図を参照して、格子ピツチ等のパラメータの
選択方法を説明する。 まず、格子ピツチＰ１の第１格子１２のｍ次波（ピツチ
即ち基本ピツチｒ）を波して使用すると仮定し、格子
ピツチＰ３の第３格子１６では、ｎ次波成分を用いると
する。すると、第１格子１２のｍ次波の幾何光学的な影
像のピツチＲは次式で表すことができる。 Ｒ＝（u+v）r/u ……（２） ここで、ｕは第１格子１２と第２格子１４の間隔、ｖは
第１格子１２と第３格子１６の間隔である。 又、仮定から、３以上の整数ｍと１以上の整数ｎを用い
て、次式が成立する。 Ｐ１＝ｍｒ、 Ｐ３＝ｎＲ ……（３） この（３）式に（２）式を代入すると次式が得られる。 Ｐ３＝(u+v)r/v ……（４） ここで、第２格子１４の格子ピツチをＰ２とすると、第
２図より、３以上の整数ｋを用いて、次の関係が導かれ
る。 Ｐ２：ｋＲ＝ｕ：ｖ ……（５） 即ち、次式が成立する。 Ｐ２＝kuＲ／ｖ ＝ｋ(u+v)r/v ……（６） 従つて、格子ピツチＰ３、Ｐ２が（４）、（６）式を満
たす場合には、第１格子１２のｍ次波成分が選択でき、
基本ピツチｒに等しい検出信号が得られる。 なお、このシステムは幾何光学的システムであるので、
格子間隔ｖが従来と同様に、次式の近傍にあるときに、
Ｓ／Ｎ比の高い良好な信号が得られる。 ｖ≒ｌ(u+v)r２／（ｕλ）……（７） ここで、ｌは１以上の整数であり、この（７）式をｖに
ついて解くと、次式が得られる。 ｖ≒ｌｒ２u/（λｕ−ｌｒ２）……（８） 以上のようにして得られた各パラメータを下記第２表の
左欄にまとめて示す。 次に回折効果システムでは、第１格子１２の格子ピツチ
Ｐ１を、次式に示す如く、基本ピツチｒの偶数倍に設定
する。 Ｐ１＝２ｍｒ ……（９） 即ち、このｍ次波成分の回折効果像のピツチが、第３格
子１６のｎ次波成分のピツチと一致すればよい。回折効
果像は、幾何光学的像に比べてピツチが１／２となるの
で、そのピツチＲ−は前出（２）式と一致する。従つ
て、他のパラメータは幾何光学的システムの場合と等し
くなり、前出第２表の右欄に示した如く設定すればよ
い。なお、この回折効果的システムの場合は、格子間隔
ｖに関する制限は理論上ない。 以上のように、本願発明においては、第１格子１２の高
調波成分を使用するため、幾何光学的システムでは光学
的ｍ分割、回折効果的システムでは光学的２ｍ分割が達
成される。ここで、ｍは３以上の整数である。 なお、前記第１格子１２を反射型格子とすると共に、前
記第３スケールを前記第１格子１２に対して前記第２ス
ケールと同じ側に配設した場合には、より小型化でき
る。 又、前記第２及び第３格子１４、１６を兼用した場合に
は、部品点数を減少することができる。
説明する。 今、第１図に示す如く、光透過部と遮光部が正確に１対
１である、格子ピツチがＰの第１格子１２（第１図
（Ａ））に、波長λの平行光線が照射されているとす
る。すると、この第１格子１２の直後の光の強度分布Ｆ
（ｘ）は、第１図（Ｂ）に示すような２値関数となる。
この関数Ｆ（ｘ）をフーリエ解析すると、定数を除き規
格化して次式のようになる。 Ｆ（ｘ）≒１／２＋０．６sin（２πｘ／Ｐ） ＋０．２sin（３・２πｘ／Ｐ） ＋０．１sin（５・２πｘ／Ｐ） ＋・・・ ……（１） 従つて、関数Ｆ（ｘ）には、基本波（第１図（Ｃ））の
他に、３次波（第１図（Ｄ））、５次波（第１図）
（Ｅ））が含まれていることがわかる。なお、この場合
は偶数次の波が含まれていないが、一般には光透過部と
遮光部とは正確に１対１にはならないので、高調波とし
ては偶数次の波も含まれていると考えてよい。 従つて、これらの高調波の１つを選択することができれ
ば、光学的分割が達成できるわけであり、本発明では、
第３格子の格子ピツチＰ３を、選択する高周波に対応し
て変えることによつて、高調波を選択するようにしてい
る。更に、本発明では、第３格子においても高調波成分
を使用する場合もある点が特徴である。例えば、第１格
子１２の５次高調波の拡大された影像を波するには、
第３格子の３次高調波の波形ピツチと前記５次高調波の
拡大された影像の波形ピツチとを一致させればよい。 以下、第２図を参照して、格子ピツチ等のパラメータの
選択方法を説明する。 まず、格子ピツチＰ１の第１格子１２のｍ次波（ピツチ
即ち基本ピツチｒ）を波して使用すると仮定し、格子
ピツチＰ３の第３格子１６では、ｎ次波成分を用いると
する。すると、第１格子１２のｍ次波の幾何光学的な影
像のピツチＲは次式で表すことができる。 Ｒ＝（u+v）r/u ……（２） ここで、ｕは第１格子１２と第２格子１４の間隔、ｖは
第１格子１２と第３格子１６の間隔である。 又、仮定から、３以上の整数ｍと１以上の整数ｎを用い
て、次式が成立する。 Ｐ１＝ｍｒ、 Ｐ３＝ｎＲ ……（３） この（３）式に（２）式を代入すると次式が得られる。 Ｐ３＝(u+v)r/v ……（４） ここで、第２格子１４の格子ピツチをＰ２とすると、第
２図より、３以上の整数ｋを用いて、次の関係が導かれ
る。 Ｐ２：ｋＲ＝ｕ：ｖ ……（５） 即ち、次式が成立する。 Ｐ２＝kuＲ／ｖ ＝ｋ(u+v)r/v ……（６） 従つて、格子ピツチＰ３、Ｐ２が（４）、（６）式を満
たす場合には、第１格子１２のｍ次波成分が選択でき、
基本ピツチｒに等しい検出信号が得られる。 なお、このシステムは幾何光学的システムであるので、
格子間隔ｖが従来と同様に、次式の近傍にあるときに、
Ｓ／Ｎ比の高い良好な信号が得られる。 ｖ≒ｌ(u+v)r２／（ｕλ）……（７） ここで、ｌは１以上の整数であり、この（７）式をｖに
ついて解くと、次式が得られる。 ｖ≒ｌｒ２u/（λｕ−ｌｒ２）……（８） 以上のようにして得られた各パラメータを下記第２表の
左欄にまとめて示す。 次に回折効果システムでは、第１格子１２の格子ピツチ
Ｐ１を、次式に示す如く、基本ピツチｒの偶数倍に設定
する。 Ｐ１＝２ｍｒ ……（９） 即ち、このｍ次波成分の回折効果像のピツチが、第３格
子１６のｎ次波成分のピツチと一致すればよい。回折効
果像は、幾何光学的像に比べてピツチが１／２となるの
で、そのピツチＲ−は前出（２）式と一致する。従つ
て、他のパラメータは幾何光学的システムの場合と等し
くなり、前出第２表の右欄に示した如く設定すればよ
い。なお、この回折効果的システムの場合は、格子間隔
ｖに関する制限は理論上ない。 以上のように、本願発明においては、第１格子１２の高
調波成分を使用するため、幾何光学的システムでは光学
的ｍ分割、回折効果的システムでは光学的２ｍ分割が達
成される。ここで、ｍは３以上の整数である。 なお、前記第１格子１２を反射型格子とすると共に、前
記第３スケールを前記第１格子１２に対して前記第２ス
ケールと同じ側に配設した場合には、より小型化でき
る。 又、前記第２及び第３格子１４、１６を兼用した場合に
は、部品点数を減少することができる。
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３図に示す如く、基本ピツチ
ｒのｍ倍のピツチＰ１を格子ピツチとする第１格子１２
が形成された第１スケール１１と、該第１スケール１１
からの間隔がｕの位置に配設され、格子ピツチＰ２の第
２格子１４が形成された第２スケール１３と、前記第１
スケール１１からの間隔がｖの位置に前記第２スケール
１３と対応して配設され、格子ピツチＰ３の第３格子１
６が形成された第３スケール１５と、前記第２スケール
１３を通して第１及び第３スケール１１、１５方向へ、
有効波長λの拡散する照明光を射出する照明系１８と、
前記第３スケール１５の後方に配設され、前記第１乃至
第３格子１２、１４、１６によつて制限された前記照明
光を検出して光電変換する受光素子２０と、該受光素子
２０の出力を増幅して検出信号ａを得るプリアンプ２２
とから構成されている。 なお、ｋを３以上、ｎを１以上の整数として、前記第２
格子１４の格子ピツチＰ２は、k(u+v)r/vに設定され、
前記第３格子１６の格子ピツチＰ３は、n(u+v)r/に設定
されている。 更に、前記格子間隔ｖは、１以上の整数ｌを用いて、略
ｌｒ２u/（λｕ−ｌｒ２）に設定されている。 前記照明系１８は、集光レンズ１８Ｂと、その焦点近傍
に設置した面発光の発光ダイオード（ＬＥＤ）１８Ａと
から構成されており、有効波長λの拡散する照明光を射
出するように構成されている。 この第１実施例においては、前出第２表の左欄から明ら
かなように光学的ｍ分割が達成されるため、検出信号ａ
のピツチはｒとなる。 なお、この第１実施例においては、照明光を拡散光とし
ていたが、本発明で用いるべき照明光は拡散光に限定さ
れず、収束光であつてもよい。即ち、完全に平行先線化
されていない照明光であればよい。従つて、照明系１８
として、集光レンズと、その焦点から変位させて設置し
たレーザダイオードから構成した照明系を用いたり、タ
ングステンランプ単体を用いることもできる。 次に、本発明を反射型検出器に適用した第２実施例を詳
細に説明する。 この第２実施例においては、第４図及び第５図に示す如
く、第１格子としての計測用格子２２が形成された第１
スケールとしての金属製反射型メインスケール２１と、
該メインスケール２１に沿って摺動可能に配設され、第
２格子及び第３格子を兼用する参照格子２４が形成され
た、第２スケール及び第３スケールを兼用する参照スケ
ール２３、照明系としてのＬＥＤ２６Ａ、２６Ｂ、集光
レンズ２８Ａ、２８Ｂ及び受光素子３０Ａ、３０Ｂを含
む検出ユニツト３２と、前記受光素子３０Ａ、３０Ｂの
出力をそれぞれ増幅して位相が９０度ずれた検出信号
ａ、ｂとするためのプリアンプ３４Ａ、３４Ｂとが備え
られている。 この第２実施例において、回折効果的システムを適用す
ると、まずu=v、Ｐ２＝Ｐ３より、前出第２表の右欄に
おいて、k=nであればよい。 更に、この第２実施例では、位相が９０度ずれた検出信
号ａ、ｂを得るため、参照格子２４は、位相が９０度ず
れた第１及び第２参照格子２４Ａ、２４Ｂに分離されて
いる。その位相差δは、整数ｑを用いて、次式で表され
る。 δ＝ｑｒ＋ｒ／４ ……（１０） この第２実施例において、検出信号ａ、ｂは、ピツチが
ｒで９０度位相の異なる信号となる。 この第２実施例においては、第２格子と第３格子を参照
格子２４で兼用させていたので、部品点数を減少するこ
とができる。なお、反射型検出器においても第２格子と
第３格子を別体として独立に設けることができる。 なお、第２実施例においては、メインスケール２１とし
て金属スケールを用いていたが、ガラススケールを用い
ることもできる。 又、前記実施例においては、いずれも、本発明がリニア
エンコーダに適用されていたが、本発明の適用範囲はこ
れに限定されず、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。
る。 本発明の第１実施例は、第３図に示す如く、基本ピツチ
ｒのｍ倍のピツチＰ１を格子ピツチとする第１格子１２
が形成された第１スケール１１と、該第１スケール１１
からの間隔がｕの位置に配設され、格子ピツチＰ２の第
２格子１４が形成された第２スケール１３と、前記第１
スケール１１からの間隔がｖの位置に前記第２スケール
１３と対応して配設され、格子ピツチＰ３の第３格子１
６が形成された第３スケール１５と、前記第２スケール
１３を通して第１及び第３スケール１１、１５方向へ、
有効波長λの拡散する照明光を射出する照明系１８と、
前記第３スケール１５の後方に配設され、前記第１乃至
第３格子１２、１４、１６によつて制限された前記照明
光を検出して光電変換する受光素子２０と、該受光素子
２０の出力を増幅して検出信号ａを得るプリアンプ２２
とから構成されている。 なお、ｋを３以上、ｎを１以上の整数として、前記第２
格子１４の格子ピツチＰ２は、k(u+v)r/vに設定され、
前記第３格子１６の格子ピツチＰ３は、n(u+v)r/に設定
されている。 更に、前記格子間隔ｖは、１以上の整数ｌを用いて、略
ｌｒ２u/（λｕ−ｌｒ２）に設定されている。 前記照明系１８は、集光レンズ１８Ｂと、その焦点近傍
に設置した面発光の発光ダイオード（ＬＥＤ）１８Ａと
から構成されており、有効波長λの拡散する照明光を射
出するように構成されている。 この第１実施例においては、前出第２表の左欄から明ら
かなように光学的ｍ分割が達成されるため、検出信号ａ
のピツチはｒとなる。 なお、この第１実施例においては、照明光を拡散光とし
ていたが、本発明で用いるべき照明光は拡散光に限定さ
れず、収束光であつてもよい。即ち、完全に平行先線化
されていない照明光であればよい。従つて、照明系１８
として、集光レンズと、その焦点から変位させて設置し
たレーザダイオードから構成した照明系を用いたり、タ
ングステンランプ単体を用いることもできる。 次に、本発明を反射型検出器に適用した第２実施例を詳
細に説明する。 この第２実施例においては、第４図及び第５図に示す如
く、第１格子としての計測用格子２２が形成された第１
スケールとしての金属製反射型メインスケール２１と、
該メインスケール２１に沿って摺動可能に配設され、第
２格子及び第３格子を兼用する参照格子２４が形成され
た、第２スケール及び第３スケールを兼用する参照スケ
ール２３、照明系としてのＬＥＤ２６Ａ、２６Ｂ、集光
レンズ２８Ａ、２８Ｂ及び受光素子３０Ａ、３０Ｂを含
む検出ユニツト３２と、前記受光素子３０Ａ、３０Ｂの
出力をそれぞれ増幅して位相が９０度ずれた検出信号
ａ、ｂとするためのプリアンプ３４Ａ、３４Ｂとが備え
られている。 この第２実施例において、回折効果的システムを適用す
ると、まずu=v、Ｐ２＝Ｐ３より、前出第２表の右欄に
おいて、k=nであればよい。 更に、この第２実施例では、位相が９０度ずれた検出信
号ａ、ｂを得るため、参照格子２４は、位相が９０度ず
れた第１及び第２参照格子２４Ａ、２４Ｂに分離されて
いる。その位相差δは、整数ｑを用いて、次式で表され
る。 δ＝ｑｒ＋ｒ／４ ……（１０） この第２実施例において、検出信号ａ、ｂは、ピツチが
ｒで９０度位相の異なる信号となる。 この第２実施例においては、第２格子と第３格子を参照
格子２４で兼用させていたので、部品点数を減少するこ
とができる。なお、反射型検出器においても第２格子と
第３格子を別体として独立に設けることができる。 なお、第２実施例においては、メインスケール２１とし
て金属スケールを用いていたが、ガラススケールを用い
ることもできる。 又、前記実施例においては、いずれも、本発明がリニア
エンコーダに適用されていたが、本発明の適用範囲はこ
れに限定されず、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。
以上説明した通り、本発明によれば、３格子システムの
光学式変位検出器において、幾何光学的システムであつ
ても光学的に３以上の分割ができ、更に、回折効果的シ
ステムでは光学的に２×（３以上）＝６以上の分割が可
能となる。従つて、格子ピツチをあまり小さくする必要
がなく、歩留りが向上し、生産コストが安くなる等の優
れた効果を有する。
光学式変位検出器において、幾何光学的システムであつ
ても光学的に３以上の分割ができ、更に、回折効果的シ
ステムでは光学的に２×（３以上）＝６以上の分割が可
能となる。従つて、格子ピツチをあまり小さくする必要
がなく、歩留りが向上し、生産コストが安くなる等の優
れた効果を有する。
第１図及び第２図は、本発明に係る光学式変位検出器の
原理を説明するための線図、第３図は、本発明の第１実
施例の構成を示す断面図、第４図は、本発明の第２実施
例の構成を示す斜視図、第５図は、第４図の矢視Ｖ方向
から見た平面図、第６図はＳＰＩＥ vol．１３６ １s
t European Congress on Optics applied to Metrology
（1977）、pp３２５−３３１に開示された従来の３格
子システム型光学式変位検出器の構成を示す断面図であ
る。 １１…第１スケール、 １２…第１格子、 １３…第２スケール １４…第２格子、 １５…第３スケール、 １６…第３格子、 Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３…格子ピツチ、 ｕ、ｖ…格子間隔、 １８…照明系、 ２０…受光素子、 ｒ…基本ピツチ、 ｍ、ｎ、ｋ…整数、 ２１…メインスケール（第１スケール）、 ２２…計測用格子（第１格子）、 ２３…参照スケール、 ２４…参照格子（第２、第３格子）、 ２６Ａ、２６Ｂ…ＬＥＤ、 ３０Ａ、３０Ｂ…受光素子。
原理を説明するための線図、第３図は、本発明の第１実
施例の構成を示す断面図、第４図は、本発明の第２実施
例の構成を示す斜視図、第５図は、第４図の矢視Ｖ方向
から見た平面図、第６図はＳＰＩＥ vol．１３６ １s
t European Congress on Optics applied to Metrology
（1977）、pp３２５−３３１に開示された従来の３格
子システム型光学式変位検出器の構成を示す断面図であ
る。 １１…第１スケール、 １２…第１格子、 １３…第２スケール １４…第２格子、 １５…第３スケール、 １６…第３格子、 Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３…格子ピツチ、 ｕ、ｖ…格子間隔、 １８…照明系、 ２０…受光素子、 ｒ…基本ピツチ、 ｍ、ｎ、ｋ…整数、 ２１…メインスケール（第１スケール）、 ２２…計測用格子（第１格子）、 ２３…参照スケール、 ２４…参照格子（第２、第３格子）、 ２６Ａ、２６Ｂ…ＬＥＤ、 ３０Ａ、３０Ｂ…受光素子。
Claims (3)
- 【請求項１】基本ピツチｒに３以上の整数を乗じて得ら
れるピツチＰ１を格子ピツチとする第１格子が形成され
た第１スケールと、 該第１スケールからの間隔がｕの位置に配設され、格子
ピツチＰ２の第２格子が形成された第２スケールと、 前記第１スケールからの間隔がｖの位置に配設され、格
子ピツチＰ３の第３格子が形成された第３スケールと、 前記第２スケールを通して第１及び第３スケール方向へ
平行光線化されていない照明光を射出する照明系と、 前記第３スケールの後方に配設され、前記第１乃至第３
格子によつて制限された前記照明光を検出して光電変換
する受光素子とを備え、 前記格子ピツチＰ２が(u+v)r/vの３以上の整数倍に、
又、前記格子ピツチＰ３が(u+v)r/uの整数倍に設定され
て、前記第１スケールの変位に応じて基本ピツチｒに等
しいピツチ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。 - 【請求項２】前記第１格子が反射型格子とされると共
に、前記第３スケールが前記第１格子に対して前記第２
スケールと同じ側に配設されている特許請求の範囲第１
項記載の光学式変位検出器。 - 【請求項３】前記第２及び第３格子が兼用されている特
許請求の範囲第２項記載の光学式変位検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8229787A JPH068737B2 (ja) | 1987-04-03 | 1987-04-03 | 光学式変位検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8229787A JPH068737B2 (ja) | 1987-04-03 | 1987-04-03 | 光学式変位検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63249015A JPS63249015A (ja) | 1988-10-17 |
| JPH068737B2 true JPH068737B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=13770612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8229787A Expired - Fee Related JPH068737B2 (ja) | 1987-04-03 | 1987-04-03 | 光学式変位検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH068737B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0733134Y2 (ja) * | 1989-06-26 | 1995-07-31 | 双葉電子工業株式会社 | 光学式変位検出装置 |
-
1987
- 1987-04-03 JP JP8229787A patent/JPH068737B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63249015A (ja) | 1988-10-17 |
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| JPH0444211B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |