JPS593306A - 物体の角変位測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 格子を具え、該測定格子を照射するための光源と格子状
エレメントよりなる光感応検出システムとを有し、前記
測定格子により前記物体の角変位を測定するようにした
装置に関するものである。

米国特許第８，　９７８，　１１９号明細書に記載のこ
の２、１種装置では、検出システムを線状ホトダイオー
ド列よりなる多重光電池で構成し、これらホトダイオー
ドを順次電気スイッチを介して電子回路に接続し、該電
子回路によりホトダイオードで発生した信号を処理する
。上記米国特許明細書に記載されているように、物体、
例えば工具部分の変位は、物体に連結した第１格子の像
を多重光電池により形成した基準格子上に投影すること
により測定することができる。基準格子が多重光電池の
面上で見かけ上移動するのは電気スイッチにより達成さ
れる。これによって周囲の条件にほとんど左右されずに
動的な検出が可能になり、変位方向も測定することがで
きる。かかる動的な検出は、別の基準格子を用いたり、
前記格子に一定運動を与えるための駆動部品を用いたり
することなしに得られ、・従って変位変成器が構造の簡
単なものになると共に、耐振性の高いものになる。実際
上、米国特許第８，９７８，１１９号明細書に記載の装
置は極めて信頼性が高く、作動が正確である。

多重光電池の線状ホトダイオード及び中間ス）　ＩＪツ
ブは平行な格子線を構成し、これを以後「平行格子」と
呼ぶ。かかる格子は直線変位を測定する時のみ好適であ
る。物体の角変位を測定するためＫは、該物体を円板に
機械的に連結し、この円板に半径方向へ延在する格子線
を具えた格子を設ける必要がある。これを以後「径方向
格子」と呼ぶ。

径方向格子が多重光電池上に投影される時、１本の径方
向格子線が複数個のホトダイオードを覆い、従ってホト
ダイオードの一部が照射不能となる。

従って、かかる径方向格子の動きは直線格子によって十
分正確に測定し得ない。

本発明は上記型式の装置がもつと融通性に富むものとな
るよう改良することを目的とする。従って本発明装置は
前記測定格子を、円板上に設けた半径方向へ延在する格
子ストリップで構成し、２個の制御面よりなる光学系を
測定格子及び光感応検出システム間に介在させたことを
特徴とする。

上記２個の制御面は、半径方向格子が直線格子のように
多重光電池上に投影され得るようにする。

ここで制御面と称するは、直線（母線）の特殊な運動に
よって生ずる面を意味するものとする。かかる制御面と
しては例えば円筒面、円錐面等がある。

本発明装置は、反射格子を用いるか透過格子を用いるか
に応じ、又円板に対する多重光電池の相対位置に応じ種
々に構成することができる。

第１の好適例では、８個の面を夫々屈折面及び反射面と
する。そして好ましくは、屈折面を円筒レンズとし、反
射面を円錐反射器とするのが良い。

第２の例では、２個の面を共に反射面とする。

この代りに２個の面を共に屈折面にしても良い。

好ましくは２個の面を単一ユニットに構成するのが良い
。

以下、図示の実施例により本発明の詳細な説明する。

第１ａ図及び第１ｂ図において１は中心がＭの円板を示
し、これを図示せざる回転計測物体に連結する。円板ｌ
上に測定用格子２を設け、これを複数個等間隔に設けた
光反射ストリップＢと光吸収ストリップ４との交互配列
により構成する。この光格子を光源５、例えば発光ダイ
オード（ｒ、ＥＤ）からのビーム６により照射する。光
源５を対物レンズ７の焦点面内に配置し、該対物レンズ
によりビーム６を平行光線にする。反射エレメント９は
対物レンズ７かものビームを光格子２に向は反射させる
。この光格子により反射された光はエレメント９、対物
レンズ７、半透鏡１２及び対物レンズ１Ｂを経て多重光
電池１４上に入射される。

第２図は多重光電池１４の正面を信号処理回路のブロッ
クと共に示す。光電池１４は多数のホトダイオードのよ
うな光感応ニレメン）１５で構成し、これらを比較的少
数のグループに分ける。各グループは比較的多数のホト
ダイオードにより構成する。光格子２０単位周期当りの
ホトダイオードの数をできるだけ多くして光信号をうま
く電気的に再生し得るようにする。他方、光格子２の走
査部分は例えばその全周に亘り７２０格子周期にしてで
きるだけ大きくする必要がある。

多重光電池においてはホトダイオードの数を２２０とし
、各ホトダイオードの長さを１．８ｍ７ＦＬと・する。

各ホトダイオードの幅は１０μｍとし、ホトダイオード
間の間隔も１０μｍとする。光格子２０単位周期当りの
ホトダイオード数を１０として、視野が２２格子周期を
カバーするようＫする。

１０個の連続したホトダイオードよりなる各組のホトダ
イオードを対応するもの同士相互に接続し、これＫより
各々２２個のホトダイオードよりなる１０組のホトダイ
オード組を生ぜしめる。

多重光電池１４の表面における黒白比が１：ｌの固定格
子は、５個の順次の組のホトダイオードを作動させるこ
とＫよりシュミレートする。５組のホトダイオードが１
組のホトダイオードにより繰返し進められる場合、移動
格子が得られる。

第２図にブロックで示す信号処理回路において、クロッ
クパルス発生器２ｏがらのクロックパルスはデイバイダ
２２．２８に供給される。ディバイダ２２はリングカウ
ンタ８６を制御するためのパルス２４を供給する。多重
光電池１４はリングカウンタ２５により作動され、測定
信号２６を発生する。ディバイダ２Ｂは、ディパイダ２
２からの制御パルスと一般に異なる中継比のパルス８７
を供給し、このパルスは基準信号を形成する。バッファ
カウンタ２８内においては測定信号２６と基準信号２７
とが比較される。バッファカウンタ２８の出力パルスは
例えば指示器に供給する。

リングカウンタ２５は多重光電池１４のホトダイオード
組を順次作動させ、これＫより格子を見かけ上光電池１
４の表面上において定速で移動させる。この格子の周期
は光電池１４に対する計測用格子２０投影周期に同じと
する。格子２を光電池１４に対し固定する場合、測定信
号は一定周波数を持つ。測定用格子の投影がリングカウ
ンタ２５により作動される見かけ上の格子と同方向に移
動する場合、測定信号２６の周波数は低下し、逆方向に
移動する場合、測定信号の周波数は上昇する。従って、
測定用格子２の変位方向及び変位量、つまり物体の変位
方向及び変位量を決定することができる。

測定用格子２の１周期範囲内において、格子２に対する
多重光電池１４の位置を決定するに当りては、測定信号
２６及びリングカウンタ・２５のリセット信号間におけ
る位相差を測定することにより、この決定を絶対的に行
なうことができる。リングカウンタ２５は各測定の開始
時にリセットして、初期位置からカウントを始めるよう
にすべきである。

しかし、リングカウンタ２５を各周期後にリセットする
場合、回路は一層簡単且つ信頼性の高いものとなる。リ
セット信号は、パルス２４をディバイダ２９内において
分割することにより造る。

リセットパルスの周波数は測定信号２６の公称周波数と
等しくなるよう選択する。

本発明によれば、測定用格子２及び対物レンズ７間にお
ける光路中に光学エレメントを配置し、これらＫより格
子２が平行格子として多重光電池１４上に投影されるよ
うにする。これらエレメントは第１ａ図及び第１ｂ図に
示すよ５に円筒レンズ１０及び円錐反射器９で構成する
ことができる。

これらエレメントの作用は、光源５からの光ビーム６が
直る光路を後述する時に説明する。

ビーム６は対物レンズ７により平行ビームにされた後、
円筒レンズＩＯＫ達する。このレンズは第１ｂ図の面内
においてのみ集光作用を有するものとし、かくて円板ｌ
の軸線ａ　−ａ’に平行な面内における光線は第１ｂ図
に破線で示したように軸線ａ　−ａ’を通る面内に反射
される。その後、ビームは反射円錐面９上に衝突し、該
円錐面の円錐軸線を円板軸線ａ　−ａ’と一致させる。

円板軸線ａ−ａ′を通る平面内圧位置する光線は円錐面
９により同じ面内圧反射される。図示例では円錐の半頂
角が４５°であるから、光は９０’の角度で反射され、
円板ｌ上に直角に入射される。これら光線は測定用格子
２のス）　ＩＪツブに一致する線を形成する。

同様にして、円板軸線ａ　−ａ’を通る他の平面内に位
置する光線は測定用格子の他のストリップに向かう。か
くて、角度格子のセグメントは照射され、該セグメント
を例えば長さ１５　ｍｍ、幅ｒｆｒ　ｍｍとする。測定
用格子により反射された光ビームは円錐反射器９及び円
筒レンズ１ｏを経て逆方向に前記光路を通り、この光学
エレメントは対物レンズ７ｖ。

半透鏡１２及び対物レンズ１Ｂを介し光格子を平行格子
として多重光電池１４上に投影する。

円錐反射器９及び円筒レンズｌＯは物体エレメントとし
て構成するのが良く、その理由は両者を個々に装置の他
のニレメン）Ｋ対し整列させる必要がなくなるからであ
る。エレメント８は、光源５、半透鏡１２、対物レンズ
？、１８及び光電池１４を収納した外匣１６に機械的に
取付けることができる。

第１ａ図及び第１ｂ図に示す本発明の実施例では、格子
周期が７２０の測定用格子を用いることにより、角変位
を測定することができる。

本発明は光感応検知システムを多重光電池に限られるも
のではない。第４図及び第５図に示すように、検知シス
テムをこの代りに平行格子８１で構成して、その背後に
単−次出器８２を設けることができる。所要に応じ、別
のレンズ８８を格子及び検出器間に設け、これ罠より格
子を通る最大量の光を検出器上に集光させるようにする
ことができる。

第８図は本発明の別の例を示し、本例では反射及び屈折
エレメントを用いる。光源５からのビームを円筒凹面鏡
１７上に入射し、その母線を円板ｌの軸ｍ　ａ　−ａ’
に平行とする。鏡１７により反射された光線は軸線ａ　
−ａ’を通る面内に位置する。

ニレメン）１８を屈折円錐体とし、その軸線を軸線ａ　
−ａ’と一致させる。円錐体１８は全ての光を円板ｌ上
に直角に入射させると共Ｋ、格子２のストリップ８．４
と同方向の線に削って配置する。

第４図は本発明の更に別の例を側面から見て示し、本例
では制御面を反射面とする。図中ｌ？は円筒鏡で、その
母線を円板ｌの軸線ａ　−ａ’に平行とする。円筒鏡は
第１ａ図及び第１ｂ図の円筒レンズｌＯと同様入射光線
を軸線ａ−ａ’に向は指向させる。円錐面９は第１ａ図
及び第１ｂ図における面９と同様に作用する。

反射型測定格子の代りに透過型測定格子を用いることが
できる。第５図はかかる格子を具えた本発明の他の例を
示す。光源６及び対物レンズ７を円板ｌの一側、例えば
下側に配置し、他側に反射円錐面９、円筒レンズ１０．
第２対物レンズ８０゜対物レンズ１８及び検出システム
８１，８２．８８を配置する。

第５図の装置で用いた対物レンズ７を通る光の代りに、
対物レンズの位置に拡散板を設けて拡散光を用いること
ができる。

第６図は本発明の更に他の例で、本例では２個の反射制
御面を用いる。円筒鏡１７及び円錐反射器９０作用は第
４図における対応エレメントの作用と同じである。

円板の支持構造に厳密な要求をしなくても、物体及び円
板の横変位によって大きく変化する信号を得られるよう
にするために、第１図、第８図、第４図、第５図又は第
６図に示すような２個の角度変成システムを用いること
ができる。これらの変成システムは相互に直径方向に対
向配置し、２個の多重光電池により供給される信号を１
個の信号に合成する。

前述したように反射面及び屈折面を具えたり、２個の反
射面を具えたりする例の他に、２個の屈折面を具えた構
成にすることができるうこれらの面は例えば円筒レンズ
及び円錐体で形成することができる。

前述した面は理想的には正確に制御された面にすべきで
ある。しかし、反射面及び屈折面の形状が僅かに理想的
な面形状からずれていても、本発明の実施は可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図及び第１ｂ図は夫々本発明の第１実施例を示す
側面図及び平面図、 第２図は本発明装置における回路のブロック線図、 第８図乃至第６図は夫々本発明の他の例を示す側面図で
ある。 １・・・円板　　　　　　　Ｍ・・・同中心２・・・測
定用格子　　　　８・・・光反射ストリップ４・・・光
吸収ストリップ　５・・・光源６・・・光ビーム　　　
　　７・・・対物レンズ９・・・円錐反射器（反射エレ
メント）ｌＯ・・・円筒し／ズ　　　　１２・・・半透
鏡・１Ｂ・・・対物レンズ　　　　１４・・・多重光電
池１５・・・ホトダイオード（光感応エレメント）１６
・・・外匣　　　　　　　１７・・・円筒凹面鏡１８・
・・屈折円錐体（屈折エレメント）２０・・・クロック
パルス発生！ ２２　、２［・・・デイバイダ　２５・・・リングカウ
ンタ２６・・・測定信号　　　　２？・・・基準信号２
８・・・バッファカウンタ　８１・・・平行格子８２・
・・検出器　　　　　　８Ｂ・・・レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　被測定物体に機械的に連結された測定格子を具え、
   該測定格子を照射するための光源と、格子状エレメント
   よりなる光感応検出システムとを有し、前記測定格子に
   より前記物体の角変位を測定するようにした装置におい
   て、前記測定格子を、円板状に設けた半径方向へ延在す
   る格子ストリップで構成し、２個の制御面よりなる光学
   系を測定格子及び光感応検出システム間に介在させたこ
   とを特徴とする物体の角変位測定装置。 λ　２個の面を反射面及び屈折面とした特許請求の範囲
   第１項記載の物体の角変位測定装置ｄ＆　屈折面を円筒
   レンズとし、反射面を円錐反射器とした特許請求の範囲
   第２項記載の物体の角変位測定装置。 ４２個の面を共に反射面とした特許請求の範囲第１項記
   載の物体の角変位測定装置。 五　一方の面を円筒鏡とし、他方の面を円錐反射器とし
   た特許請求の範囲第４項記載の物体の角変位測定装置。 ａ　光感応検出システムを線状ホトダイオード列で構成
   した多重光電池とし、該ホトダイオードを順次電気スイ
   ッチを介し電子回路に接続し、該電子回路によりホトダ
   イオードからの信号を処理して移動格子をシュミレート
   するよう圧した特許請求の範囲第１項乃至第６項のいず
   れかに記載の物体の角変位測定装置。、。 ７．２個の面を一体ユニツ）Ｋした特許請求の範囲第１
   項乃至第６項のいずれかに記載の物体の角変位測定装置
   。