JPH07253335A - 光学式変位センサ - Google Patents

光学式変位センサ

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JPH07253335A
JPH07253335A JP7000194A JP7000194A JPH07253335A JP H07253335 A JPH07253335 A JP H07253335A JP 7000194 A JP7000194 A JP 7000194A JP 7000194 A JP7000194 A JP 7000194A JP H07253335 A JPH07253335 A JP H07253335A
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JP
Japan
Prior art keywords
scale
detection head
displacement sensor
optical displacement
unit
Prior art date
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Pending
Application number
JP7000194A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Hisamoto
憲司 久本
Makoto Takamiya
誠 高宮
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 スケール部1と該スケール部の目盛りを検出
する検出ヘッド部2との一方を固定物体4に取付け他方
を移動物体3に取付け、前記移動物体3の移動量を検出
する光学変位センサにおいて、小型化を図り、安定した
出力信号が得られるようにすること。 【構成】 前記スケール部1に前記検出ヘッド部2の案
内部材5を設け、この案内部材5に前記検出ヘッド部2
を弾性的に押圧する押圧機構8を設けたこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスケール部と検出ヘッド
部の一方を固定物体に他方を移動物体に取付け、この移
動物体の移動量を検出する光学式変位センサに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】図13は従来の光学式変位センサの概要
を示す斜視図であり、図13において、101は移動物
体103に取付けたスケール部、102はスケール部1
01に対向して定盤等の固定物体104に取付けた検出
ヘッド部であり、この検出ヘッド部102から出力され
る電気信号を計数回路(図示せず)で計数することによ
り、上記移動物体103の移動量、つまり移動物体距離
を計測する。
【0003】上記検出ヘッド部102より正確な出力信
号を得るためには、図14に示すように、検出ヘッド部
102とスケール部101との相対的な位置関係α、
β、γ、dをセンサ出力低下に影響を及ぼさない許容内
(Δα、Δβ、Δγ、Δd)で取付ける必要がある。
【0004】そこで、従来は、スケール部101と検出
ヘッド部102を取付ける場合、専用の治具を用いる
か、固定物体104と移動物体103とのいずれかに調
整機構を設けて、センサ出力を検出して、上記の位置関
係α、β、γ、dを許容内Δα、Δβ、Δγ、Δdに合
わせていた。
【0005】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記の従来例ではスケール部101と検出ヘッド部102
の取付けに専用の治具を必要とし、その取付け作業が面
倒であった。また、スケール部101及び検出ヘッド部
102を小型化する際、調整機構や調整方法が支障とな
り、高精度の取付けは小型化するほど顕著に困難になっ
てくるという問題点があった。
【0006】本発明は上記従来の問題点を解消した光学
式変位センサを得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光学式変位
センサは、スケール部と該スケール部の目盛りを検出す
る検出ヘッド部との一方を固定物体に取付け他方を移動
物体に取付け、前記移動物体の移動量を検出する光学変
位センサにおいて、前記スケール部に前記検出ヘッド部
の案内部材を設け、この案内部材に前記検出ヘッド部を
弾性的に押圧する押圧機構を設けたことにより、スケー
ル部及び検出ヘッド部の小型化を図り、その検出ヘッド
部の光学系からスケール部までの距離を常に一定に保持
し、安定した信号出力を得ることができる。
【0008】
【実施例】
実施例1.以下、本発明の実施例を図面について説明す
る。図1は本発明の実施例1を示す光学式変位センサの
斜視図、図2はその側面図であり、図1、図2におい
て、1は移動物体3に取付けたスケール部であり、この
スケール部1の表面には案内部材5が設けられている。
2は検出ヘッド部であり、この検出ヘッド部2はスケー
ル部1に対向する面に摺動部材6が設けられて反対の面
中央に連結ピン10が突設されている。11は上記連結
ピン10を通す穴10aを有する支持部材である。この
支持部材11は押圧機構としてのコイルスプリング8を
嵌めた連結ピン10を穴10aに通し該コイルスプリン
グを圧縮した状態で固定物体4にビス12で固定するも
ので、検出ヘッド部2はコイルスプリング8の弾性力に
よって、摺動部材6が案内部材5に押圧されて保持され
る。
【0009】この結果、スケール部1と検出ヘッド部2
との相対的な位置関係、つまり傾きβ、γおよび距離d
が一定となる。また、図3に示すように、案内部材5の
間隔Bと摺動部材6の係合凸部6aのb寸法との関係
を、検出ヘッド部2の変位方向の長さをaとして b<B<b*cosΔα+a*tanΔα とすれば、α方向の回転角が許容範囲内となる。なお、
図3において、(a)は平面図、(b)は傾いた状態を
示す平面図、(c)は側面図である。
【0010】支持部材11の穴10aは図4に示すよう
に長穴であり、連結ピン10はスケール面内の変位測定
方向に対し直角方向y、スケール面に垂直方向zには自
由度を持つが、変位測定方向xに対しては動かないよう
に、穴10aの幅Wは連結ピン10と同寸法となってい
る。このため、連結ピン10、支持部材11は図4のよ
うに変位測定方向xの遊びを取るため、ビス13で取付
けた板バネ14を設けたものや、図5のように変位測定
方向xには動かないで、ビス15で取付けたy、z方向
に可動の板バネ16で固定したものが考えられている。
【0011】なお、図4において、(a)は平面図、
(b)は正面図、(c)は側面図である。また、図5に
おいて、(a)は正面図、(b)は側面図である。
【0012】本実施例1によれば、検出ヘッド部2内の
光学系とスケール部1との距離が、案内部材5と摺動部
材6との当接によって常に一定に保たれるため、安定し
た信号出力を維持できる。また、取付け時に検出ヘッド
部2とスケール部1との精密な位置合わせが不要で取扱
いが容易であり、調整ができにくいところにも使用でき
るとともに、構造が簡単で低コストにできる。
【0013】実施例2.図6は本発明の実施例2を示す
光学式変位センサを示す正面図である。図6において、
前記図1、図2と同一部分には同一符号を付して重複説
明を省略する。
【0014】20は検出ヘッド部2を取付けるコ字状の
取付け台、21は取付け台20のねじ穴20aに先端ね
じ部21aを螺合するピン、22はピン21に嵌めたコ
イルスプリングであり、ピン21を検出ヘッド部2の両
側面に突設した取付け腕2−1、2−2の穴2−1a、
2−2aに通し、このピン21を取付け台20に取付け
る際、ピン21の頭部で押圧されることによる弾性反発
力によって検出ヘッド部2を取付け台20に押圧保持さ
せる。
【0015】23は取付け台20の凹部底面に設けた摺
動部材、24は検出ヘッド部2の背面に設けたL字形の
摺動部材、25はスケール部1の表面稜線部と裏面中央
部とに設けた摺動部材である。スケール部1は紙面と直
交する方向に配設され、上記取付け台20に対する検出
ヘッド部2の取付け時、この検出ヘッド部2を介してコ
イルスプリング22の弾性反発力で摺動部材23に押圧
保持される。
【0016】上記スケール部1は図7、図8に示すよう
に、検出ヘッド部2を取付け後、その両端部を取付け台
25の段部25aに係合させ、その上面に当接させた板
ばね26で押圧支持されている。
【0017】上記のようにコイルスプリング22の弾性
反発力で検出ヘッド部2を介してスケール部1を保持す
るため、スケール部1と検出ヘッド部2との相対的な位
置関係、つまり傾きβ、γおよび距離dが一定となる。
また、図9に示すように、スケール部1に取付けた摺動
部材25の間隔Bおよびヘッド部2に取付けた摺動部材
24の間隔寸法bを前記実施例1と同様に B<b<B*cosΔα+a*tanΔα とすることで、α方向の回転角は許容値内にできる。
【0018】本実施例2によれば、検出ヘッド部2の光
学系とスケール部1との距離が常に一定に保たれるの
で、出力信号が安定する。また、検出ヘッド部2とスケ
ール部1との精密な位置合わせを必要としないので、取
付けが容易である。スケール部1と検出ヘッド部2が一
体で調整が不要なため、製品内部で調整に手の届かない
箇所にも取付けが可能で、取付け自由度が大きい。スケ
ール部1が宙に浮いた構造なので、固定面の精度の影響
でスケール部1が変形することがない。
【0019】実施例3.前記実施例1、2のようなスケ
ール部1に案内部材5を張り付けるものでは、スケール
部1がミリサイズでは精度的に問題がある。
【0020】そこで、本実施例3は図10に示すよう
に、エッチングやレプリカ成形技術を応用してスケール
部1上に目盛り31aと案内部材31bを同時に成形し
たもので、目盛り31aと案内部材31bの相互関係の
精度が加工装置により保証され、目盛りが数μmの場
合、α方向の回転角Δαの値は数分オーダーとなる上、
スケール部1はミリサイズとなる。
【0021】図11は上記図10に示すスケール部1を
前記実施例1のスケール部に適用した例を示すもので、
(a)は正面図、(b)は側面図である。スケール部1
は両面テープ32、接着剤等で移動物体3に固定し、検
出ヘッド部2は板バネ33を介して固定物体4に取付け
ている。
【0022】図12は上記図10に示すスケール部1を
前記実施例2のスケール部1に適応したもので、(a)
は正面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図であ
る。スケール部1は裏面中央部に板バネ34を当接さ
せ、そのバネ力で検出ヘッド部2に押圧保持されてい
る。
【0023】本実施例3によれば、スケール部1上に目
盛り31aと案内部材31bを1体成型し、その案内部
材31bの断面形状を凹台形とし、検出ヘッド部2の摺
動部材35もそれに合わせた凸台形とすることで、弾性
的に押圧したときに検出ヘッド部2の回転が起こらなく
なる。スケール部1の構造が目盛り31aと案内部材3
1bをガラス、石英等のスケール基盤上に同時成形する
ため、半導体露光装置を使えば非常に高精度に作成可能
で、このスケール部1は高分解能の光学式変位センサの
小型化にたいへん適している。また、部品点数も少なく
簡易な構造のため、量産による低コスト化が可能であ
る。製品組み込み時にもスペースを取らない。
【0024】実施例4.上記弾性部材としてはコイルバ
ネのほか、板ばね、ゴムプッシュ等を用いることも可能
である。
【0025】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、スケー
ル部に検出ヘッド部の案内部材を設け、この案内部材に
前記検出ヘッド部を弾性的に押圧する押圧機構を設けて
構成したので、以下のような効果が得られる。 1)検出ヘッド部の光学系からスケールまでの距離を常
に一定に保持できるので、信号出力が安定している。 2)調整機構が無いので、取付けが容易である。 3)調整機構を内蔵する場合に比較して構成が小型化に
適しており、省スペース化、低コスト化が可能である。 4)製品に組み込みを想定した場合、一個あたりの組立
時間は調整不要な分だけ短縮され、製品の組立コスト削
減に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1を示す光学式変位センサの
斜面図
【図2】 図1の側面図
【図3】 案内部材と摺動部材の寸法図
【図4】 実施例1の検出ヘッド部の連結部を示す図
【図5】 実施例1の検出ヘッド部の連結部の他の例を
示す図
【図6】 本発明の実施例2を示す光学式変位センサの
正面図
【図7】 光学式変位センサを装置に取付けた状態を示
す平面図
【図8】 図7の正面図
【図9】 実施例2の案内部材と摺動部材の寸法図
【図10】 本発明の実施例3の光学式変位センサに適
用するスケール部の正面図
【図11】 図10のスケール部を適用した実施例3の
光学式変位センサを示す図
【図12】 図10のスケール部を適用した実施例3の
他の光学式変位センサを示す図
【図13】 光学式変位センサの概要を示す斜視図
【図14】 光学式変位センサ取付け時におけるスケー
ル部と検出ヘッド部の相対位置関係図
【符号の説明】
1 スケール部 1a スケール部の目盛り 2 検出ヘッド部 3 移動物体 4 固定物体 5 案内部材 6 摺動部材 8 コイルスプリング(押圧機構) 31a スケール部の目盛り 31b 案内部材

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スケール部と該スケール部の目盛りを検
    出する検出ヘッド部との一方を固定物体に取付け他方を
    移動物体に取付け、前記移動物体の移動量を検出する光
    学変位センサにおいて、前記スケール部に検出ヘッド部
    の案内部材を設け、この案内部材に前記検出ヘッド部を
    弾性的に押圧する押圧機構を設けたことを特徴とする光
    学式変位センサ。
  2. 【請求項2】 前記案内部材は前記検出ヘッド部の光学
    系からスケール部までの距離を常に一定に保つことを特
    徴とする請求項1の光学式変位センサ。
  3. 【請求項3】 前記スケール部の案内部材と格子面とを
    一体成形したことを特徴とする請求項1の光学式変位セ
    ンサ。
  4. 【請求項4】 前記スケール部の目盛りと前記検出ヘッ
    ド部とは常に接触しないことを特徴とする請求項1の光
    学式変位センサ。
  5. 【請求項5】 前記検出ヘッド部の取付けを変位測定方
    向以外に自由度を持った連結機構で行うことを特徴とす
    る請求項1の光学式変位センサ。
  6. 【請求項6】 前記検出ヘッド部を前記スケール部で保
    持する際、スケール面内方向の回転角をセンサ出力が低
    下しない範囲に制限する構造としたことを特徴とする請
    求項1の光学式変位センサ。
JP7000194A 1994-03-14 1994-03-14 光学式変位センサ Pending JPH07253335A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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