JPS60190811A - 光電型変位検出装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明は光電型変位検出装置、特に安定した検出作用が
達成でき、また周波数応答特性を改善しｌＣ光電型変位
検出装置に関するものである。

［従来技術］ デジタル表示器ＤＬなダイＡフルゲージマイクロメータ
あるいは３次元測定機等の測長装置、レーザ光線を利用
して距離その他の測定を行うレーザマイクあるいはＮＧ
工作機械のテーブル送り装置等として各種の光電型変位
検出装置が用いられており、測定精度に優れかつ耐久性
のある検出装置が実用化されている。

第１図にはこの種の変位検出装置の要部が示されており
、ガラスあるいはステンレス薄板等からなるメインスケ
ール１０にはその表面に複数の副長スリット１０ａ及び
絶対値スリット１０ｂが整列配置されており、このメイ
ンスケール１０に治って所望の副長あるいは位置検出作
用が行われる。

前記メインスケール１０の近傍にはインデックススケー
ル１２及び絶対値スケール１３が設りられており、この
インデックススケール１２及び絶対値スケール１３には
前記副長スリット１０ａ、絶対値スリット１０ｂど対応
したインデックススリット１２ａ、１２ｂ、１３ａが設
けられＴ　ｉＪ３す、各スケール１０．１２．１３の相
対移動によってスリット移動量が電気的に検出され、こ
の相対移動信号に基づいて長さ測定あるいは位置検出作
用が達成される。

前記各スケール１０．１２．１３の相対移動を光電変換
するため、各スケール１０．１２．１３の近傍には発受
光器が設けられるが、図においては、透過型測定装置で
あるため、メインスケール１０側に発光器１４ａ、１４
ｂ、１４ｃｈ′Ｎ設けられ、またインデックススクール
１２側に受光器１６ａ、１．６（）そして絶対値スケー
ル１３側に受光器１６ｃが設けられ、これら発受光器１
４．１６は前記インデックススリット１２ａ、１２ｂ。

１３ａと対応した位置に配置される。周知のように、両
インデックススリット１２ａ、１２ムは互いに半ピツチ
偏位した配置とされており、゛これによって、両スケー
ル１０．１２を透過しＩＣ光は一方が８１１１波信号そ
して他方がＣＯＳ波信号として検出され、これら位相の
異なる両信号によって所望の分割作用を行うことが可能
となる。

また、前述した絶対値スケール１３はメインスケール１
０の表面に間欠的に設けられた絶対値を指示づる絶対値
スリット１０ｂと協働してメインスケール１０の移動位
置を絶対値信号として出力用能であり、絶対値スケール
１３がメインスケール１０のどの位置にあるかを知るこ
とができる。

以上のようにして従来装置によれば、変位置の光電変換
が行われ、次に、このようにして検出された相対移動変
位信号はｖｉＸ２図に示される回路によって必要な処理
が施される。

第２図は変位検出装置が副長器に用いられた一例を示し
、各受光器１６の相対移動変位信号はそれぞれ前置増幅
器１８ａ　１１８ｂ　、１８ｃによって増幅された後検
出回路２０に供給される。検出回路２０は波形整形回路
２２及び分割回路２４を含み、この分割回路２４は周知
のように、前記両ｓｉｎ波信号及びＣＯＳ波信号を組合
わせてスケール１０．１２のスリット幅より小さな測定
ビツヂヘの分割が行われる。

前記検出回路２０の出力はカウンタ２６を介してデジタ
ル表示器２８に供給され、測定長のデジタル表示が行わ
れ、また必要に応じてプリンタ３０により測定長の記録
が行われる。

また、前述した３個の発光器１４ａ、１４ｂ。

１４ｃはそれぞれ抵抗３１ａ　、３　ｌｂ　、３１ｃを
介して電源に接続されており、所望の発光作用が行われ
ている。

前述した変位検出装置にｄシいて、発光器１４の光トｄ
は光電変換部の特性に人い゛４Ｔ影響を与え、このため
に、常に安定した光量の発光作用が必要とされていた。

従って、従来装置にＪ３いくけ、例えば第２図のＪ−う
な装置の場合、各発光器１４と接続されている抵抗３１
を微調整し、各発光器１４の発光量を均一化するととも
に、必要に応じて前置増幅器１８の調整によって、各検
出回路２０へ供給される各検出信号の出力が初期調整さ
れ−Ｃいｌこ。

しかしながら、従来装置において、前記測定前に行われ
る初期調整によっても、電源電圧自体の変動が生じた場
合には、発光量が変化してしまい、しは′しば検出値に
誤差が混入Ｊるという欠点があった。

また、従来の検出装置としてＮＣＩ幾械のテーブル送り
制御等にＪ５いては、ＮＧ移動軸ごとに検出部を設け、
これを固定側に設（プた電源装置、操作スイッチあるい
（よ表示器等によって集中制御する装置が一般的となっ
ている。

第３図にはこの種のＮＣ制陣装置の一例が示されてＪ５
つ、ＮＧ機械のＸ、Ｙ、Ｚのそれぞれに対して第１．２
図に示した光電型変位検出装置が設置されており、各４
Ｍｋ方向の移動部位に発光器１４、受光器１６及び前置
増幅器１８が一体に可動側の筺体３２に組込まれでいる
。

そして、固定側筺体３４には電源３６及び検出回路２０
そして各軸ごとの表示器３８．４０、／１２が設けられ
ている。

前記可動側の筐体３２はｘ、ｙ、ｚのそれぞれについて
個別に設けられ、それぞれのＮＣ送り軸に対して装着さ
れ、これら各可動側筐体３２と固定側１２体３４とはケ
ーブル４４によって電気的に接続され、このような分割
型検出装置によれば、電源、操作スイッチ群及び表示部
を固定側に共通設置することができ、装置の小型化に寄
与するところが犬である。

しかしながら、このような分割型検出装置にａ３いては
、前記固定側筐体３４と可動側筺体３２どの間を接続す
るケーブル４４の長さが各装置により異なり、更に、第
３図に示したごときＸ、Ｙ、／のような複数秒のｉｉＪ
動側装置を右づる場合、各軸ごどにクープル長が貧化り
る事態か発生し、このために１、クープルア１４内にＪ
Ｈ〕る電圧降下によって、固定側（パの電圧が一定であ
っても実際の各可動側に設けられている発光器の光重に
ばらつきか生じるという問題があり、この結果、測定Ｉ
ｉ’＋！見に無視できない誤差が混入づるという欠点が
あった。以上μｍ明したように、従来においては、電源
電圧の変動あるいは発光器まで゛の電圧降下によって必
ずしも安定した供給電流が得ることができず、特に複数
の検出部に分割された検出装置で（よこのようなばらつ
きが犬さくなり、検出ｌｆＪ度に無視できない悪影ｖ（
−を与えるという問題があった。

従来の改良された装置として可動側のスライダコニツト
に電圧検出器を設（ノ、電源電圧を制御する装置あるい
はスラ・イドユニツｌ−内に別個の定電源装置を設ける
ことがｌ！Ｎ　％されでいるが、これらの改良によっで
−し検出箱Ｉ−１］を導くためにケーブル及び電圧検出
器その他の複信１な構ｊ宵を新設づる必要かあり、更に
、電Ｂ］検出及び制御線にノイズ五人が生じるという問
題があった。また個別の電源装置もスライタユニツ１〜
の摺動特性に悪影響を与え、また装置を大型化づる等種
々の問題かあった。

また、前述した可動側の複数の検出部の設置構造におい
では、固定側の電源電メ１例えば５ポル１へに対し、ケ
ーブル損失にて実際の可動側スライダユニツ１〜内電圧
は４〜６％低下し、この結果、発光器の光量も１０〜１
５％の低下を生じさせ、これに加え”Ｃｆ！’Ｊ　’ｊ
＋ピ固定側電源電圧変動か」−７下５％あることを考慮
するならば、発光光猷は２０％近く減少づる場合があり
、これによって、測長１５号のＳＮ比は箸しく劣化し、
測定粘度に大きな悪影響を与えることが明らかである。

更に、従来装置によれば、長さあるいは位置情報をメイ
ンスケール１０とインデックススケール１２どの相対移
動により光電変換された電気的信ｇどして出力し、これ
を所望のＩ’Ｅｌ的に利用りることができるが、近年の
ように、高粘度の検出装置においては、装置の応答速度
に大きな問題が生じてきた。

サなわら、近年の検出装置においては、消費電力の減少
が要望され、特に電池駆動される１ｊ！、帯型測長器等
に倶いては省電力が装置の主要な課題となっていた。そ
して、通常の場合、光電変換装置ＮにあっＣは発光器に
おいて大きな電力消費があり、この消費電ツノを減少さ
せることが望まれていた。

また、第１図のごとき構成のスケール配置によれば、相
対移動する両スケール間のクリアランスをある程度大き
くすることが装置の組立であるいは部品加工等における
主要な要望事項とされていた。そして、以上の各種要因
によって、検出装置における受光器側の受光量は減少覆
る傾向にあり、このような微小な受光信号によっても確
実充分な位相検出を可能とするために、受光器に接続さ
れる検出回路２０には各種の工夫が施されている。

通常の場合、微小受光量によっても充分に処理可能な検
出信号を得るため、第４図に示されるにうに、受光器１
６のエミッタには比較的大きな抵抗値ＲＬを有する負荷
抵抗４６が接続され、エミッタと負荷抵抗４６との中間
点から電圧■０を取出すことにより、後段での処理が容
易な電圧値を右する検出電圧が得られていた・ しかしながら、一方において、大きな抵抗値ＲＬを有す
る負荷抵抗４６の接続は、受光器１６としてフォトトラ
ンジスタを使用した場合、その応答周波数に重大な制約
が与えられるという問題があった。すなわち、フォトト
ランジスタ１６の応答周波数ｆは第４図に示されるごと
く、フォトトランジスタ１６の電気容量Ｃｊと前記抵抗
値ＲＬとから ｆ＝１／（２πＣｊＲＬ） で定まり、この応答周波数ｆの式から明らかなように前
述した理由による負荷抵抗値ＲＬの増大は応答周波数［
を低下させる結果を招き、従来装置に８５いては、消費
電力の減少と応答周波数の改善とが二律背反の関係にあ
り、両者を共に満足する装置が強く要望されていた。

［発明の目的］ 本発明は前記従来の課題に鑑みなされたものであり１、
その目的は、消費電力の増大を招くことなく周波数応答
特性を改善させ、０１せて電＆電圧の変動あるい、はケ
ーブル損失にかかわらず発光器の光ｉ１を常に一定に制
御することににす、検出速度を高めることができる改良
された光電型変位検出装置を提供することにある。

［発明の構成ｊ 上記目的を達成するために本発明は、発光器がトランジ
スタ及び抵抗を介して電源に接続され発光回路を形成し
、また前記発光回路にｃｒｔシャントレギュレータから
なる定電圧回路が接続されており、前記シャン１〜レギ
ユレータのカソード入力端が前記トランジスタのベース
に、そして定電圧端がトランジスタのエミッタに接続さ
れ、受光器はフォト１〜ランジスタから形成され、該）
Ａトランジスタはベース接地されたトランジスタにカス
ケード接続され、前記ベース接地］ヘランジスタのコレ
クタは負荷抵抗を介して接地され、ベース接地１〜ラン
ジスタのコレクタ端子から相対径ｉＥ！＋変位信号が検
出され、フォトトランジスタの周波数特性をベース接地
トランジスタの入力インピーダンスに依存させ、発光器
への供給電流を一定に制御するとどもに検出装置の周波
数応答特性を改善したことを特徴とする。

［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。

第５図には本発明に係る変位検出装置が適用されたＮＣ
１ａ械用の３軸分割型装置を示し、第３図と同一部材に
は同−ｆ７号を付して説明を省略する。

本発明にＪ５いて特徴的なことは、発光器１４が定電流
回路によってその発光電流の供給を受りていることであ
り、この定電流回路は各発光器１４に直列接続されたト
ランジスタ４８ａ、！１８ｂ、４８ｃおよび抵抗５０ａ
　、５０ｂ　、５０ｃを含み、固定側から供給され！、
：変動及び電圧降下を含む不安定な電源がこの発光回路
に供給される。

そして、前記トランジスタ４８を含む定電流発光回路の
安定化作用を行うため、本発明においては、前記発光回
路に定電圧回路が接続され、この定電ｈ］回路はシｔ・
ントレギュレータ５２を含む。

実施例に用いられているシャン１〜レギｊレータ５２　
Ｌｌ　−Ｆ−７社”ＩＪ　丁１−４３１　Ｃヲ用イ’Ｚ
’　ｄ３す、ソノ定電圧端１（に一定電圧を出力する。

シャン１ヘレギ７レータ５２はそのカソード入ツノ端Ｋ
が抵抗５４を介して電源の止枠にまたアノード端Ａが負
４へに接続されている。

更に、本発明にａ３いでは、前記シャントレキュレータ
５２のカソード入力端Ｋが各１−ランジスタ／′Ｉ８の
ベースに接続されるとともに、前述した定電圧端［でが
トランジスタ４８の］−ミッタに接続され−（いる。

また、第５図における受光器１６は）第１ヘトランジス
タ（例えばＰ丁５０１）を用い、第６図にも承りように
そのコレクタが電源に接続され、またそのエミッタがベ
ース接地されたトランジスタ５６を介し−（負荷抵抗４
６に接続されＣいることを特徴と覆る。ずなわら、本発
明においては、）Ａ１へ１へランジスタからなる受光器
１Ｇはべ〜ス接地トランジスタ５６によってインピータ
ンス変換された後に負荷＋１１．抗４６と接続されてい
るものであり、ベース接地１〜ランジスタ５６はフォト
１〜ランジスタ１６とカスケード接続されている。

図から明らかなように、フォト１〜ランジスタ１６のエ
ミッタはトランジスタ５６のエミッタと接続され、該１
〜ランジスタ５６のベースは接地され、またそのコレク
タは負荷抵抗４６を介し“Ｃ接地されている。そして、
前記ベース接地トランジスタ５６の」レクタと負荷抵抗
４６との中間点から検出電圧が成用されている。

本発明の構成は以上の説明から明らかであり、以下にそ
の作用についてＪ２１１１Ｊ−する。

前述したシャントレギュレータ５２の定電圧作用にて、
発光器すなわち発光ダイオード１４ｃに流れる（１ζ給
電流１は抵抗５０Ｃの抵抗値を自とし、シャントレキュ
レータ５２の定電圧端１（の電圧をＶＲとづれば、 １＝ＶＲ／ｒ としてめられる。

従って、本発明のごとく、シャント１ノギコレータ５２
を用いた定゛市迂回路を定７１ｉ流発光回路に接続する
こと、により、クーープル艮の変動あるいは電源電圧自
体の変動にＪ、ってｂシャン１−レギュレータ５う２（
まその定電圧端１犬に一定の電圧ＶＲを出力するので、
こ７１．　Ｉこよつ（、発光用の（Ｊｔ給雷電流１常に
一定（ＩＣ１に保持されることとなる。

また、各１〜ランジスタ４８のＩＭ右特性／Ｊ’　？Ｎ
度変化等によって微小変動した場合にＪ５いてもシミフ
ントレー１″−コレータｊ３２はイのカソード入ツノ端
）＜が前記各変動に応じて変化Ｊるので、前記定電圧つ
η：１＜の電性Ｖ１テは一定に保たれることが明らかで
あり、木実施例において（ま、シャン１レギｊレータ５
２のカソード入力端１〈が各１〜ランジスタ４８のベー
スにてれそれ接続されているので、定電圧、）ＨＡ口犬
の基準電ＪＦを単一の、りなわち発光器１４ｃの発光回
路のみに接続し−Ｃいても他の発光回路に対しても、前
記１〜ンンジスタ４ε３Ｊ）、／Ｉε３！〕のヘ−ス入
力から所望の定電流ｉ１ｉ制御がうえられ、全発光器１
４に共通の一定電流を（↓Ｉることが可能どなる。

もちろん、本発明において、前記シャン１〜レギｊレー
タ５２を各発光器１４ａ　、１４．ｂ　、１４ｃの発光
回路ことに設（プることも可能である。

実際の回路構成の際には、前記１ヘランジスタ／′Ｉ８
ａ　、４８１＋　、４．８ｃはほぼ同特性のものを選定
りることか好適であり、Ｊ、た抵抗５０ａ、５０ｂ　、
５０Ｃの抵抗値はそれぞれ初期調整されてＩ、ｉ−１泊
に設定される。

以」二のように、本発明によれば、シャン１ヘレギ」−
レークを含む定電圧回路を用い−Ｃ光光器の供給電流が
制御されており、電源電圧の変動、ケーブル長の変動そ
の他の電圧変動要因に対しでち１；３に安定した発光用
をＩＵることが可能どなり、良好な検出精度が達成され
る。

Ｊ、た、第５図にｄ３いて、ベース接地１〜ランジスタ
５６のインピーダンス変換により、出力側の抵抗４６は
従来と同様に比較的大さな抵抗値１’？　Ｌを右づるに
も係わ１うず、その人カインピーグンス旧１ンは前記抵
抗値ＲＬより充分に小さイｘ　１ｉｔ４とリ−ることが
でき、このために、本発明においては、］Ａトランジス
タからなる受光器１６の応答周波数ｆは ｆ＝１／（，２πＣｊｌ＋ｉｂ） となり、前記入力インビータンス旧すが抵抗値ＲＬより
充分に小さいことから応答周波数を大幅に改善可能であ
る。

第４図の従来装置と第６図の本発明の実施例とを比較づ
るため、両者において電源電圧Ｖｃｃを５Ｖ、受光器と
してフォトトランジスタ（ＰＴ５０１）、負荷抵抗ＲＬ
として５キロＡ−ムを用いた場合、従来装置においては
、応答周波数は２５Ｋ　ＨＺとなるのに対し、本発明に
おいてカスケード接続された１〜ランジスタとして２Ｓ
Δ１０４８を用い、ベース接地電圧を２．５Ｖとした場
合、その応答周波数は１００Ｋ　＋−＋　７となり、４
イ８の周波数幅まで応答周波数を拡大づることができｌ
〔。

そして、この応答周波数の改善によれば、両スケールの
一相対移動速度を充分に高くすることが可能となり、例
えば、メインスケール及びインデックススケールの各ス
リットを１０ミクロンの光透適長そして１０ミクロンの
光遮断量とした場合、従来装置では毎秒５００　ｍ　ｍ
が相対移動速度の限度であるのに対し、本発明によれば
、毎秒２０００ｍｍまで高速化することができ、近年に
おける高速度のＮＣ工作機械の自動送りに対しても充分
追従できることが理解される。

なお、第５図に示すごとく、前記シャントレギュレータ
を含む定電圧回路を可動側スライダユニットの筐体３２
内に組込むことにより、各発光器近傍において定電流を
供給することができ、特に固定側と可動側とが離れた検
出装置に極めて好適である。

また、本発明は、インデックススケールのないボログラ
ムスケール方式でも適用できることはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、発光器に定電流
回路を接続し、受光器にベース接地されたトランジスタ
をカスケード接続することにより、電源電圧の変動その
他の変動要因にＪ、る発光器への供給電流変動を除去し
、併せて消費電力の増大を招くことなく周波数応答特性
を改善し、検出速度を高めることができるという効果が
ある。

また以上のことから光学格子の送り速度が所定（ｌｉ’
ｊ以下での使用態様においては光学格子のスリット幅を
従来より高密度とし、これににり分割回路側を簡素化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な光電型変位検出装置にお（プるスライ
ダ部の要部斜視図、 第２図は第１図に好適な処理回路のブロック図、第３図
は従来のＮＧ＋！械用検出用検出装置を示す固定側と可
動側とが分離された検出装置の一例を示′？ｌ説明図、 第４図は従来にお（〕る受光器と検出回路の一部を示７
回路図、 第５図はＮＧ機械に用いられた本発明に係る変位検出装
置の好適な実施例を示す説明図、第６図は本発明に係る
光電型変位検出装置の好適な実施例を示′７Ｉ−要部回
路図である。 １０　・・・　メインスケール １２　・・・　インデックススケール １３　・・・　絶対値スケール １４　・・・　発光器 １６　・・・　受光器 １８　・・・　前置増幅器 ２０　・・・　検出回路 ２２　・・・　波形整形回路 ２４　・・・　分割回路 ２６　・・・　カウンタ ２８　・・・　デジタル表示器 ３０　・・・　プリンタ ３２　・・・　可動側筐体 ３４　・・・　固定側筐体 ３６　・・・　電源 ３８．４０．４２　・・・　表示器 ４４　・・・　ケーブル ４／Ｉ　・・・　抵抗 ４８　・・・　１ヘランシスタ ５０　・・・　抵抗 ５２　・・・　シャン１〜レギユレータ５／ｌ　・・・
　抵抗 ５６　・・・　１〜ランジスタ。 出願人　三豊製作所 代理人　弁理士　古田研二 第１図 ６０ 第２図 ２、Ｏ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）光学格子と、 前記光学格子に向って検出光を照射する発光器と、 光学格子の透過光又は反射光を受光する受光器と、 前記受光器出力に基づいて移動体の相対移動変位信号を
   出力力る検出回路と、 を含む光電型変位検出装置にＪ３いて、前記発光器か（
   ・ランジッタ及び抵抗を介して電１原に接続され発光回
   路を形成し、また前記発光回路にはシャントレギュレー
   タからなる定電圧回路が接続されてＪ５す、前記シトン
   １ヘレギュレー夕のカソード六ツノ端が前記１〜ランジ
   スタのベースに、そして定電圧端がトランジスタのエミ
   ッタに接続され、 前記受光器は）Ａ１〜１〜ランジスタから形成され、該
   フ、ｔ　Ｉ−１〜ランジスタはベース接地されたトラン
   ジスタにカスケード接続され、前記ベース接地１〜ラン
   ジスタのコレクタは負荷抵抗を介して接地され、ベース
   接地１ヘランジスタのコレクタ端子から前記相対移動変
   位信号が検出され、フ刀１〜１ヘランジスタの周波数特
   性をベース接地１ヘランジスタの入力インピーダンスに
   依存させ、 発光器への供給電流を一定に制限するとともに検出装置
   の周波数応答特性を改善したことを特徴とする光電型変
   位検出装置。 （２、特許請求の範囲（１）記載の装置にＪ３いて、前
   記光学格子、発光回路及び受光器は可動側に設けられた
   第１の筺体内に収納され、また前記検出回路及び発行機
   駆動用の電源装置は固定側に設けられた第２の筐体内に
   収納され、両筒体はケーブルによって第１の筐体が移動
   自在に接続され、前記定電圧回路は前記第１の筺体内に
   収納されていることを特徴とする光電型変位検出装置。 （３）特ｉ′［請求の範囲（１）、（２）いずかに記載
   の装置にＪ５いて、可動側筺体内に複数の発光回路が設
   けられ、単一の定電圧回路のシャントレギュレータのカ
   ソード入力端が前記各発光回路に設けられてい、るトラ
   ンジスタのベースに接続され、またシャントレギュレー
   タの定電圧端はいずれか１個の発光回路に設けられてい
   るエミッタに接続されていることを特徴とする光電型変
   位検出装置。