JPS61212727A - 光学式変位検出装置 - Google Patents

光学式変位検出装置

Info

Publication number
JPS61212727A
JPS61212727A JP5402285A JP5402285A JPS61212727A JP S61212727 A JPS61212727 A JP S61212727A JP 5402285 A JP5402285 A JP 5402285A JP 5402285 A JP5402285 A JP 5402285A JP S61212727 A JPS61212727 A JP S61212727A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
detection
optical
origin
displacement
optical grating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5402285A
Other languages
English (en)
Inventor
Soji Ichikawa
宗次 市川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd filed Critical Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority to JP5402285A priority Critical patent/JPS61212727A/ja
Publication of JPS61212727A publication Critical patent/JPS61212727A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36—Forming the light into pulses
    • G01D5/366—Particular pulse shapes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

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】 【産業上の利用分野】
本発明は、光学式変位検出装置に係り、特に、直線型変
色測定機に用いるのに好適な、検出対象物の固定側に取
付けられた変位検出用固定光学格子と、検出対象物の可
動側に取付けられた変位検出用可動光学格子とを相対移
動させた時に生ずる変位検出用光信号を捉えて、検出対
象物間の相対移動変位量を検出する光学式変位検出装置
の改良に関する。
【従来の技術】
一般に、物体の長さ等を測定する変位測定源において、
その本体に対する測定子の移ｉｌＩ量、コラムに対づる
スライダの移動量等のように、相対移１１Ｊ　ｖるもの
の移！１Ｊ　ＩＩを測定する場合、一方にメインスケー
ル、他方に少なくとも一つのインデックススケールを含
む検出器を固定し、メインスケールと検出器の相対変位
量を光電的に読取る光学式変位測定機が知られており、
工作機械や光学機械及び端子測定機器等の泣置決め装置
として広く用いられている。 この光学式変位測定機においては、通常、透過型あるい
は反射型の光学式変位検出装置が用いられており、この
うち透過型の光学式変位検出装置は、例えば第６図に示
す如く、ランプ等の光源１０と、該光源１０から照ＯＪ
された光線を平行光線とするためのコリメータレンズ１
２と、光の透過部（明線）１６Ａ及び遮断部（暗線）１
６Ｂからなる変位検出用可動光学格子１６が形成された
、例えばガラス製のインデックススケール１４と、同じ
く光の透過部（明線）２ＯＡ及び遮蔽部（暗１り２０Ｂ
からなる変位検出用固定光学格子２０が形成された、例
えばガラス製のメインスケール１８と、前記インデック
ススケール１４及びメインスケール１８を透過した光を
集光する集光レンズ２２と、該集光レンズ２２によって
集められた光を受光づる受光素子２４とを有してなる。 前記光ｔｌ！１０、コリメータレンズ１２、インデック
ススケール１４、集光レンズ２２及び受光素子２４は、
例えば、略密閉構造のケースに固定されて、検出対象物
の可動側に取付けられ、一方、メインスケール１８は、
検出対象物の固定側に取付けられる。 このような光学式変位検出装置を備えた光学式変位測定
機によれば、インデックススケール１４とメインスケー
ル１８が相対変位すると、受光素子２４における受光信
号即ち変位検出用光信号が周期的に変化づるため、この
変位検出用光信号の変化からメインスケール１８とイン
デックススケール１４の相対移動変位量を検出できるも
のであリ、舶記変位検出用光信号を必要に応じて分割し
て、１μｍ前後の分解能で変位を検出できるという特徴
を有する。 ところで、このような光学式変位検出装置においては、
使用する光学格子や光源の特性等に照して、一定の精度
を保証するためには、両光学格子間の間隔Ｇを５〜数十
μｍに維持する必要がある。 しかしながら、これを確実とするためには、両スケール
の支持や摺動案内構造等を精巧なものとしなければなら
ず、又、運転中にもその変動を所定値以下に制限しなけ
ればならないので、本体のみならず取付機械等の振動モ
ードにも影響されないようにする等、極めて多くの技術
的事項を解決しなければならなかった。更に、使用環境
によって塵埃の進入による検出不能等を回避するための
付加的手段を講する必要もあり、全体として経済的な負
担が過大となっていた。 このような問題点を解決し、両光学格子間の間隔Ｇが龍
オーダと比較的大きく取゛れ、且つ、間隔Ｇの変動が検
出精度に及ぼす影響の少ないものとして、例えば、米国
特許第３８１２３５２号で開示されているような回折型
の変位検出装置が提案されている。 ところが、この種のインクリメント型の変位検出装置に
おいては、いずれにしても、誘発される変位検出用光信
号が、例えば正弦波状の周期信号となっているため、−
周期以上の寸法を測定する際に絶対変位を求めるために
は、メインスケール上の１以上の点を原点としなければ
ならず、絶対原点検出機構を備える必要がある。 従って、前出第６図に示したような従来の光学式変位検
出装置の絶対原点検出機構としては、例えば特開昭５７
−１９２８２２で、第７図（Ａ）、（Ｂ）に示すように
、前記インデックススケール１４及びメインスケール１
８に、それぞれ変位検出用可動光学格子１６や変位検出
用固定光学格子２０とは別個の、例えば正確性を期する
ために同一のランダムパターンとされた原点検出用可動
光学格子２６及び原点検出用固定光学格子２８を形成し
、該原点検出用可動光学格子２６及び固定光学格子２８
で変調された原点検出用光信号のピークによって、絶対
原点を特定するものを出願人が提案している。 即ち、このような絶対原点検出機構によって得られる原
点検出用光信号の波形は、例えば第８図に示す如くとな
り、原点検出用可動光学格子２６と固定光学格子２８が
完全に重ったａＡで立上りが急なピーク波形が得られる
ため、該ピーク波形が基準電圧ｖ１・ｅ［を超えた立上
りの８点を検出して絶対原点を特定づるものである。 このような絶対原点検出機構によれば、絶対原点を精度
よく且つ経済的に特定することが可能となる。
【発明が解決しようとする問題点１ しかしながら、特開昭５７−１９２８２２で提案したよ
うな絶対原点検出機構は、前記米国特許第３８１２３５
２号で提案されているような、両光学格子間の間隔が比
較的大きな変位検出装置にはそのまま採用することがで
きないという問題点を有していた。 即ち、絶対原点の検出幅（ｔｌｉ度）Ｗは、２つの光学
格子の明線の幅により決定されるが、光源からの光線は
一般に完全な平行光線ではなく、拡散光となるため、間
隔Ｇを増大させていくと、光の回折効果によりコントラ
ストが失われ、前出第８図に示したピーク波形が他の部
分に埋もれてしまい、絶対原点の検出が極めて難しくな
ったり、甚しい場合には不可能となってしまう。従って
、この種の高精度な絶対原点検出機構は、間隔Ｇが０゜
５１以下で実用化されているのがほとんどである。 −万、検出可能な間隔Ｇを大とするべく、前記明線の幅
を大きくしてコントラストを強めることも考えられるが
、この場合には、検出幅Ｗが大きくなるため、絶対原点
の検出精度が低くなってしまう。 このような問題は、透過型のメインスケールの代りに反
射型のメインスケールを用いた場合も同様であり、又、
光路中にコリメータレンズを挿入しても、程度の差はあ
るものの同様な問題が生じる。 ［発明の目的１ 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、光学格子間の間隔が大きな光学式変位検出装置に
おいても、絶対原点を精度よく検出することが可能な絶
対原点検出機構を備えた光学式変位検出装置を提供する
ことを目的とする。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明は、検出対象物の固定側に取付けられた変位検出
用固定光学格子と、検出対象物の可動側に取付けられた
変位検出用可動光学格子とを相対移動させた時に生ずる
変位検出用光信号を捉えて、検出対象物間の相対移動変
位量を検出する光学式変位検出装置において、前記変位
検出用固定光学格子と別個且つ相対変位不能とされた原
点検出用固定光学格子を含み、前記変位検出用光信号の
周波数より大きな周波数の原点検出用第１光信号を発生
させる第１光信号発生手段と、前記原点検出用固定光学
格子と相対変位不能とされた、光透過又は反射特性を有
する参照マークを含み、前記第１光信号の１／２周期以
上に渡り略直線的に変化する原点検出用第２光信号を発
生させる第２光信号発生手段と、前記第１光信号を変換
した第１電気信号を第１！！準電気信号と比較して、そ
の交点である第１交点を検出する第１交点検出手段と、
前記第２光信号を変換した第２Ｎ気信号を第１基準電気
信号と比較して、その交点である第２交点を検出づる第
２交点検出手段と、該第２交点から数えて設定数番目の
前記第１交点を、絶対原点と特定づる絶対原点特定手段
とから構成される絶対原点検出機構を具Ｗ４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光信号発生手段を、
光源と、前記変位検出用固定光学格子に沿って一体的に
形成された前記原点検出用固定光学格子と、前記変位検
出用可動光学格子に沿って一体的に形成された原点検出
用可動光学格子と、前記原点検出用固定光学格子及び可
動光学格子で変調された光を受光する受光素子とを含む
ものとして、前記第１光信号発生手段を簡単な構成で具
体化したものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記第２光信号発生手段
を、光源と、前記変位検出用固定光学格子に沿って一体
的に形成された前記参照マークと、前記変位検出用可動
光学格子に沿って一体的に形成された原点検出窓と、前
記参照マーク及び原点検出窓を通った光を受光する受光
素子とを含むものとして、前記第２光信号発生手段を簡
単な構成で具体化したものである。 又、本発明の他の実ｍ態憧は、前記参照マークを、前記
原点検出用固定光学格子上に形成して、スケールの幅方
向η法を節約したちのである。 叉、本発明の他の実施態様は、前記第１交点検出手段を
、光源と、前記変位検出用又は原点検出用固定光学格子
と、前記変位検出用可動光学格子の延長線上又は該可動
光学格子に沿って一体的に形成された基準光検出窓と、
前記変位検出用又は原点検出用固定光学格子及び基準光
検出窓を通った光を受光する受光素子とを含み、該受光
素子によって得られた電気信号を前記第１基準電気信号
とするものとして、光源や受光素子の温度特性、スケー
ル表面の汚れ、電源電圧の変動等に拘らず適切な第１基
準電気信号が得られるようにしたものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記第２交点検出手段を
、光源と、前記変位検出用又は原点検出用固定光学格子
と、前記変位検出用可動光学格子　′の延長線上又は該
可動光学格子に沿って一体的に形成された基準光検出窓
と、前記変位検出用又は原点検出用固定光学格子及び基
準光検出窓を通った光を受光づる受光素子とを含み、該
受光素子によって得られた電気信号をシフトして前記第
２基準電気信号とするものとして、光源や受光素子の温
度特性、スケール表面の汚れ、電源電圧の変動等に拘ら
ず適切な第２基準電気信号が得られるようにしたもので
ある。 又、本発明の他の実施態様は、前記第１及び第２基準電
気信号を、共通の受光素子によって１坪られた電気信号
から作成するようにして、前記第１及び第２交点検出手
段の構成を簡略化したものである。 【作用１ 本発明においては、検出対象物の固定側に取付けられた
変位検出用固定光学格子と、検出対象物の可動側に取付
けられた変位検出用可動光学格子とを相対移動させたと
きに生ずる変位検出用光信号を捉えて、検出対象物間の
相対移動変位量を検出するに際して、前記変位検出用光
信号の周波数より大きな周波数の原点検出用第１光信号
と、該第１光信号の１　、／′２周期以上に渡り略直線
的に変化づる原点検出用第２光信号を発生させ、航記第
２光信号を変換した第２電気信号と第２基準電気信号の
交点から数えて設定数番目の、前記第１光信号を変換し
た第１電気信号と第１基準信号の交点を、絶対原点と特
定するようにしている。従って、光学格子間の間隔が比
較的大きな場合であっても、絶対原点を精度よく検出す
ることが可能となる。 【実施例】 以下図面を参照して、本発明が採用された、反射型のメ
インスケールを有する２スケール型の直線型光学式変位
検出装置の実施例を詳細に説明する。 本発明が適用される直線型光学式変位検出装置には、第
１図に示す如く、従来と同様の光源１０Ａ、１０Ｂと、
検出対象物の同定側に取付けられる、変位検出用固定光
学格子２０が表面に形成された反射型のメインスケール
１８と、検出対象物の可動側に取付けられる、変位検出
用可動光学格子１６Ａ、１６Ｂが形成されたインデック
ススケール１４と、前記変位検出用固定光学格子２ｏ及
び第１司勤先学格子１６Ａで変調された変位検出用第１
光信号を受光して変位検出用第１電気信号ＶＸＩに変換
するための受光素子２４Ａと、前記変位検出用固定光学
格子２ｏ及び第２可動光学格子１６Ｂで変調された変位
検出用第２光信号を受光して変位検出用第２電気信号Ｖ
Ｘ２に変換するための受光素子２４Ｂとが備えられてい
る。 舶記変位検出用固定光学格子２ｏは、例えば明線と暗線
の幅が略等しく、格子ピッチが８μｍの反射格子とされ
ている。 前記変位検出用可動光学格子１６Ａ、１６Ｂは、前記変
位検出用固定光学格子２０と同じピッチの透過格子とさ
れると共に、両者は互いに位相が９０°異なるように形
成されている。 従って、前記受光素子２４Ａ出力の変位検出用第１電気
信号ＶＸ１と変位検出用第２電気信号ＶＸ２の波形は、
例えば第２図に示す如く、電気信号のピッチが８１−４
μｌで位相が互いに９０゜異なる正弦波に近い信号とな
っている。 本実施例においては、更に、前記メインスケール１８上
に、前記変位検出用固定光学格子２０と沿って一体的に
、原点検出用固定光学格子３０が形成されている。この
原点検出用固定光学格子３０は、例えば明線と暗線の幅
が略等しく、格子ピッチが４０μｍの反射格子とされて
いる。 前記原点検出用固定光学格子３０上には、更に、光反射
特性を有する参照マーク３２が、検出する原点位置や個
数に対応して少なくとも一つ一体的に形成されている。 一方、前記インデックススケール１４には、前記変位検
出用可動光学格子１６Ａ、１６Ｂに）台って一体的に形
成された原点検出用可動光学格子３４と、同じく前記変
位検出用可動光学格子１６Ａ、１６Ｂに沿って一体的に
形成された原点検出窓３６と、前記変位検出用可動光学
格子１６Ａ、１６Ｂの延長線上に一体的に形成された基
準光検出窓３８とが設けられている。 前記原点検出用可動光学格子３４は、前記原点検出用固
定光学格子３０と同じピッチの透過格子とされている。 従って、対応する位置に設けられた光ｉｌｌ　４０と受
光索子４２によって、インデックススケール１４に対し
てメインスケール１８を矢印Ｃ方向又は反対方向に変位
させたとき、対応する前記２枚の格子により誘起される
原点検出用第１光信号を変換した、第３図に示すような
、電気信号のピッチ８２−２０μｍの原点検出用第１電
気信号Ｖｏ＋を発生できるようになっている。 又、前記原点検出窓３６は、光を一様に透過できる窓と
されている。従って、対応する位置に設けられた光ｉｔ
！４４と受光素子４６によって、インデックススケール
１４に対してメインスケール１８を矢印Ｃ方向又は反対
方向に変位させたとき、対応する光学格子３０による光
学的変調をほとんど受けず、参照マーク３２による光学
的変調を受けた原点検出用第２光信号を変換した、第３
図に示すような原点検出用第２電気信号ＶＯ２を発生で
きるようになっている。ここで、光を一様に透過できる
とは、例えば透明でも半透明でもよく、あるいは、光学
格子３ｏに対して垂直な明暗の光学格子でもよい。 又、前記基準光検出窓３８も、光を一様に透過できる窓
とされている。従って、対応する位置に設けられた光源
４８と受光素子５０によって、インデックススケール１
４に対してメインスケール１８を矢印Ｃ方向又は反対方
向に変位させたとき、対応する光学格子２０による光学
的変調をほとんど受けない第１基準電圧■ｒｅ「１を発
生できるようになっている。 前記光源１０Ａ１１０Ｂ、４０．４４．４８は、拡散光
源が望ましいが、ある程度の拡散性を有する光源であれ
ばよい。又、一つの光源より発光された光を分配して供
給してもよい。 前記光源１０Ａ、ＩＯＢ、４０．４４．４８及び受光素
子２４Ａ、２４Ｂ、４２．４６．５０は、特性が均一な
ものが望ましい。 前記受光素子２４Ａ、２４Ｂは、第４図に示す如く、エ
ンコーダ６０に接続されている。該エンコーダ６ｏは、
カウンタ６２に接続され、該カウンタ６２は、測定変位
量を表示するための表示器６４に接続されている。又、
前記受光素子４２は、アンプ６６を介して、第１交点を
検出するための第１コンパレータ６８に接続されている
。更に、前記受光素子４６は、アンプ７０を介して、第
２交点を検出するための第２コンパレータ７２に接続さ
れている。前記受光素子４８は、前記第１及び第２基準
電圧信号Ｖｒｅｆ　１　、Ｖｒｅｆ　２を作成するため
の基準信号発生器７４に接続されている。 前記第１及び第２コンパレータ６８．７２は、絶対原点
を特定するための絶対原点特定回路７６に接続されてい
る。該絶対原点特定回路７６は、前記カウンタ６２の計
数値を補正づるべく、該カウンタ６２に接続されている
。 以下、実施例の作用を説明づる。 前記受光素子２４Ａ、２４Ｂの出力は、第４図に示づ如
く、エンコーダ６０に入力され、波形成形された後、カ
ウンタ６２で計数されて変位信号となり、表示器６４に
表示される。又、前記受光素子４２の出力は、アンプ６
６に入力された後、第１電気信号Ｖｏ＋とじて第１コン
パレータ６８に入力される。又、前記受光素子４６出力
は、アンプ７０に入力された後、第２電気信号ＶＯ２と
して第２コンパレータ７２に入力される。 第３図において、Ｖｏ２＋は、受光素子４６が光学格子
３０のみの光信号を読取っているときの第２電気信号Ｖ
ｏｚの電圧であり、ＶＯ２２は、同じく光学格子３０と
参照マーク３２の両方の光信号を読取っているときの第
２電気信号ＶＯ２の電圧であり、ＶＯ２３は、同じく、
参照マーク３２のみの光信号を読取っているときの第２
電気信号ＶＯ２の電圧である。 一方、前記受光素子５０出力は、アンプ７４で増幅及び
必要に応じてシフトされ、前記第１及び第２コンパレー
タ６８．７２の基準電圧Ｖｒｅｒ＋。 Ｖｒｅｆｚとして出力される。 即ち、第２基準電圧Ｖｒｅｆｚは、メインスケール１８
を矢印Ｃ方向に変位させたとき、第２′Ｒ気信号ＶＯ２
のＰｏ点が第１′Ｒ気信号Ｖｏ＋の２２点と一致するよ
う、電気回路の定数を調整することによって、前記第１
１準電圧Ｖｒｅｆ＋をシフトして作成したものである。 しかしながら温度変化や電圧変動や素子類のばらつき又
は素子の劣化等により繰返して位置決めすると、初期に
Ｐｏ点に設定したものが、Ｐｏ’点のような位置に変動
することが充分考えられる。この変動の範囲をＷ。 とづると、次式の関係が成立づれば、変動後の８０点は
８１点と２３点の範囲に常に入る。 Ｗ　ｏ　／　２　＜　Ｗ　＋　−（１）ここで、Ｗｌは
第１電気信号■ｏ１の１／２周期である。 発明者らの実験では、Ｗ　ｏ　／　２は、±５μ信以内
には充分大ることが確認されている。従って、本実施例
では設計的に充分安全なように、Ｗ＋＝１０μｍ（第１
１！気信号Ｖｏ＋のピッチ＄２＝２０μｍ　）で設計し
ている。 このようにすることにより、まず、第２電気信号ＶＯ２
が第２基準電圧Ｖｒｅｆ　２と等しくなる第２交点Ｐｏ
を前記第２コンパレータ７２で検出し、次に、第１電気
信号■ｏ１が第１Ｊ！！準電圧Ｖｒｅｒ１と等しくなる
所定数（Ｎ）番目、例えば１番目の第１交点Ｐ３を前記
第１コンパレータ６８で検出し、前記絶対原点特定回路
７６で該１番目の第１交点Ｐ３を原点位置と定めれば、
高精度で原点位置を決定づることか可能となる。 即ち、前記コンパレータ６８及び７２の出力は絶対原点
特定回路７６に入力され、該絶対原点特定回路７．６に
外部から入力されている設定数Ｎ番目、例えば１番目の
第１交点Ｐ３の位置を絶対原点と特定して、前記カウン
タ６２に補正信号を出力する。 この際、第１電気信号ｖｏ１は、前述のように２枚の光
学格子３０．３４により誘起された光学的変調１５号を
電気信号に変換したものであり、略正弦波に近い。この
信号は、格子ピッチにより略決定されるので、繰返して
位置決めしても、２３点はほとんど変動することがない
。 発明者らの実験によると、本実施例における絶対原点の
繰返し位置決め精度は、±１μｍ以内に充分大ることが
確認されている。 本実施例においては、拡散性の光源を使用し、メインス
ケール１８に形成した光学格子２０．３０を回折格子と
して作用させているので、光学格子２０及び３０とそれ
ぞれ対応する、インデックススケール１４の光学格子１
６Ａ、１６Ｂ及び３４の間隔Ｇをある程度大きくしても
充分読取り可能であり、本実施例においては、間隔Ｇが
２〜５Ｉ１ｍの範囲で実用上問題がないことが確認でき
た。 本実施例においては、第１光信号発生手段を、光源４０
と、格子ピッチが８μｍである前記変位検出用固定光学
格子２０に沿って一体的に形成された、格子ピッチが４
０μ鋼の原点検出用固定光学格子３０と、同じく格子ピ
ッチが８μＩである前記変位検出用可動光学格子１６Ａ
、１６Ｂに沿って一体的に形成された、同じく格子ピッ
チが４０μｍの原点検出用可動光学格子３４と、前記原
点検出用固定光学格子３０及び可動光学格子３４で変調
された光を受光する受光素子４２とを含むものとしてい
るので、第１光信号発生手段の構成が比較的簡略であり
、且つ、設計的な安全率も充分高い。なお、第１光信号
発生手段の構成はこれに限定されない。 例えば、原点検出用可動光学格子３４と固定光学格子３
０の格子ピッチを前記実施例のそれぞれ１７′２とする
ことによって、設計的な安全率は減少するものの、位置
決め精度を約２倍程度に向上でることも可能である。 又、第５図に示す池の変形例の如く、第１電気信号Ｖｏ
＋の慟小値や吻大値も検出するようにして、該第１電気
信号Ｖｏ＋の交点の読取りピッチを１．／２とし、位置
決め精度を約２（８程度に向上することも可能である。 更に、原点検出用固定光学格子３０と可動光学格子３４
の格子ピッチを変えて、例えば、２：１とづることも可
能である。この場合には、幾何光学的な結像が得られる
ので、前記実施例と同様な考え方で応用できることにな
る。 又、本実施例においては、第２光信号発生手段を、光源
４４と、航記変位検出用固定光学格子２０に沿って一体
的に形成された光反射特性を有する参照マーク３２と、
前記変位検出用可動光学格子１６Ａ、１６Ｂに沿って一
体的に形成された原点検出窓３６と、前記参照マーク３
２及び原点検出窓３６を通った光を受光する受光素子４
６とを含むものとしているので、第２光信号発生手段の
構成が比較的簡略である。なお第２光信号光生手段の構
成はこれに限定されず、例えば、前記参照マーク３２を
光透過特性を有するものとすることも可能である。この
場合には、前記第２電気信号ＶＯ２の変化状態が第３図
に破１１ＶＯ２’で示ず如く、前記実施例とは逆になる
が、同様な原理で原点位置が検出できることは説明する
までもない。 なおこの場合には、第１基準電圧ｖｒｅｆ、に対づる第
２基準電圧Ｖｒｅｆ２のシフト方向も当然逆になる。 更に、本実施例においては、前記参照マーク３２を、前
記原点検出用固定光学格子３０上に形成しているので、
メインスケール１８及びインデックススケール１４の幅
方向寸法を節約することが可能である。 又、本実施例においては、前記第１及び第２交点検出手
段を、光源４８と、前記変位検出用固定光学格子２０と
、航記変位検出用可動光学格子１６Ａ、１６Ｂの延長線
上に一体的に形成された基準光検出窓３８と、前記変位
検出用固定光学格子２０及び基準光検出窓３８を通った
光を受光する受光素子５０とを含み、該受光素子５０に
よって得られた電気信号をそのまま又はシフトして前記
第１及び第２基ｔｓＮ圧Ｖｒｅｒ　ｊ　、　Ｖｒｅｒ　
２とするものとしているので、光源や受光素子の温度特
性、スケール表面の汚れ、電源電圧の変動等による信号
の変動があっても、適切な基準電圧Ｖｒｅｆ＋、ｖｒｅ
ｒｚを得ることができる。なお、第１及び第２交点検出
手段の構成はこれに限定されず、例えば、前記基準光検
出窓３８を原点検出用固定光学格子３ｏと対向する位置
に設けて、該原点検出用固定光学格子３０及び基準光検
出窓３８を通った光から基準電圧Ｖｒｅ４　＋　、　Ｖ
ｒｅｒ　２を得るようにすることも可能である。又、光
学格子を用いることなく、電源から直接能の手段で作り
出すことも可能である。 更に、本実施例においては、前記第１及び第２基準電圧
Ｖｒｅｆ　ｊ　、　Ｖｒｅｒ　２を、共通の受光素子５
０によって得られた電気信号から作成づるようにしてい
るので、第１及び第２交点検出手段の光学系を共用でき
、１成が簡略である。なお、両者を別個に設けることも
可能である。 なお前記実施例においては、本発明が、反射型のメイン
スケールを有する２スケール型の直線型光学式変位検出
装置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、透過型のメインスケールと１個のインデック
ススケールを備えた２スケール型の直線型光学式変位検
出装置や、同じく透過型のメインスケールと２個のイン
デックススケールを備えた３スケール型の直線型光学式
変位検出装置にも同様に適用できることは明らかである
。又、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。 本発明は、例えば米国特許第３８１２３５２号で提案さ
れているような、光学格子間の間隔が大きな変位検出装
置に適用するのに好適なものであるが、本発明の適用範
囲はこれに限定されず、光学格子間の間隔が狭い従来の
変位検出装置にも同様に適用できることは明らかである
。 ［発明の効果］ 以上説明した通り、本発明によれば、光学格子の間隔が
ある程度大きくても、精度よく原点位置を検出すること
かできるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る光学式変位検出装置の実施例の
光学系の構成を示づ斜視図、第２図及び第３図は、前記
光学系の受光素子で得られる受光波形の関係の例を示す
線図、第４図は、前記実施例の回路構成を示１ブロック
線図、第５図は、前記実ｌｌｌ１！例の変形例における
受光波形の例を示す線図、第６図は、従来の透過型光学
式変位検出装置の原理を示す断面図、第７図（Ａ）、（
Ｂ）は、従来の透過型光学式変位検出Ｖ＆置で用いられ
ている絶対原点検出機構を示す、スケールの平面図、第
８図は、前記絶対原点検出機構の受光波形の例を示す縮
図である。 １０Ａ、１０Ｂ、４０．４４．４８・・・光源、１４・
・・インデックススケール、 １６Ａ、１６Ｂ・・・変位検出用可動光学格子、１８・
・・メインスケール、 ２０・・・変位検出用固定光学格子、 ２４Ａ、２４Ｂ、４２．４６．５０・・・受光素子、３
０・・・原点検出用固定光学格子、 ３２・・・参照マーク、 ３４・・・原点検出用可動光学格子、 ３６・・・原点検出窓、 ３８・・・基準光検出窓、 ＶＸＩ、ＶＸ２・・・変位検出用電気信号、Ｖｏ＋・・
・原点検出用第１電気信号、ＶＯ２・・・原点検出用第
２電気信号、Ｖｒｅｆ　、　・・・第１Ｍ準電圧、 Ｖ　ｒｅｒ　２−、第２１１１１圧、 ６Ｑ・・・エンコーダ、 ６２・・・カウンタ、 ６８．７２・・・コンパレータ、 ７６・・・絶対原点特定回路。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）検出対象物の固定側に取付けられた変位検出用固
    定光学格子と、検出対象物の可動側に取付けられた変位
    検出用可動光学格子とを相対移動させた時に生ずる変位
    検出用光信号を捉えて、検出対象物間の相対移動変位量
    を検出する光学式変位検出装置において、 前記変位検出用固定光学格子と別個且つ相対変位不能と
    された原点検出用固定光学格子を含み、前記変位検出用
    光信号の周波数より大きな周波数の原点検出用第１光信
    号を発生させる第１光信号発生手段と、 前記原点検出用固定光学格子と相対変位不能とされた、
    光透過又は反射特性を有する参照マークを含み、前記第
    １光信号の１／２周期以上に渡り略直線的に変化する原
    点検出用第２光信号を発生させる第２光信号発生手段と
    、 前記第１光信号を変換した第１電気信号を第１基準電気
    信号と比較して、その交点である第１交点を検出する第
    １交点検出手段と、 前記第２光信号を変換した第２電気信号を第２基準電気
    信号と比較して、その交点である第２交点を検出する第
    ２交点検出手段と、 該第２交点から数えて設定数番目の前記第１交点を、絶
    対原点と特定する絶対原点特定手段と、から構成される
    絶対原点検出機構を具備したことを特徴とする光学式変
    位検出装置。
  2. （２）前記第１光信号発生手段が、光源と、前記変位検
    出用固定光学格子に沿つて一体的に形成された前記原点
    検出用固定光学格子と、前記変位検出用可動光学格子に
    沿つて一体的に形成された原点検出用可動光学格子と、
    前記原点検出用固定光学格子及び可動光学格子で変調さ
    れた光を受光する受光素子とを含むものである特許請求
    の範囲第１項記載の光学式変位検出装置。
  3. （３）前記第２光信号発生手段が、光源と、前記変位検
    出用固定光学格子に沿つて一体的に形成された前記参照
    マークと、前記変位検出用可動光学格子に沿つて一体的
    に形成された原点検出窓と、前記参照マーク及び原点検
    出窓を通つた光を受光する受光素子とを含むものである
    特許請求の範囲第１項記載の光学式変位検出装置。
  4. （４）前記参照マークが、前記原点検出用固定光学格子
    上に形成されている特許請求の範囲第１項記載の光学式
    変位検出装置。
  5. （５）前記第１交点検出手段が、光源と、前記変位検出
    用又は原点検出用固定光学格子と、前記変位検出用可動
    光学格子の延長線上又は該可動光学格子に沿つて一体的
    に形成された基準光検出窓と、前記変位検出用又は原点
    検出用固定光学格子及び基準光検出窓を通つた光を受光
    する受光素子とを含み、該受光素子によつて得られた電
    気信号を前記第１基準電気信号とするものである特許請
    求の範囲第１項記載の光学式変位検出装置。
  6. （６）前記第２交点検出手段が、光源と、前記変位検出
    用又は原点検出用固定光学格子と、前記変位検出用可動
    光学格子の延長線上又は該可動光学格子に沿つて一体的
    に形成された基準光検出窓と、前記変位検出用又は原点
    検出用固定光学格子及び基準光検出窓を通つた光を受光
    する受光素子とを含み、該受光素子によつて得られた電
    気信号をシフトして前記第２基準電気信号とするもので
    ある特許請求の範囲第１項記載の光学式変位検出装置。
  7. （７）前記第１及び第２基準電気信号が、共通の受光素
    子によつて得られた電気信号から作成されたものである
    特許請求の範囲第１項記載の光学式変位検出装置。
JP5402285A 1985-03-18 1985-03-18 光学式変位検出装置 Pending JPS61212727A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5402285A JPS61212727A (ja) 1985-03-18 1985-03-18 光学式変位検出装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5402285A JPS61212727A (ja) 1985-03-18 1985-03-18 光学式変位検出装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS61212727A true JPS61212727A (ja) 1986-09-20

Family

ID=12958957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5402285A Pending JPS61212727A (ja) 1985-03-18 1985-03-18 光学式変位検出装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS61212727A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007108398A1 (ja) 2006-03-20 2007-09-27 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki 光学式エンコーダ
CN106461424A (zh) * 2015-05-13 2017-02-22 美路科技有限公司 光学编码器用栅格板以及光学编码器用栅格板的制造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58204314A (ja) * 1982-05-24 1983-11-29 Nippon Kogaku Kk <Nikon> エンコ−ダ装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58204314A (ja) * 1982-05-24 1983-11-29 Nippon Kogaku Kk <Nikon> エンコ−ダ装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007108398A1 (ja) 2006-03-20 2007-09-27 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki 光学式エンコーダ
US8148674B2 (en) 2006-03-20 2012-04-03 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Optical encoder for detecting relative rotation angle for two members
CN106461424A (zh) * 2015-05-13 2017-02-22 美路科技有限公司 光学编码器用栅格板以及光学编码器用栅格板的制造方法
EP3296703A4 (en) * 2015-05-13 2018-12-19 Meltec Corporation Grid plate for optical encoder, and method for manufacturing grid plate for optical encoder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0042179B1 (en) Encoder
JP3168451B2 (ja) ロータリーエンコーダ
US4677293A (en) Photoelectric measuring system
JPH04309814A (ja) 変位測定装置
US4606642A (en) Measuring arrangement for the clear scanning of at least one reference mark allocated to a graduation
JP4119254B2 (ja) 位置決定システム
JPH0125009B2 (ja)
US4573000A (en) Measuring instrument
JPH0131127B2 (ja)
JP4266834B2 (ja) 光学エンコーダ
JPH09196705A (ja) 変位測定装置
US7667188B2 (en) Position measuring device including a scale having an integrated reference marking
US5332896A (en) Instrument for producing harmonics-free periodic signals
US5061073A (en) Photoelectric position measuring arrangement
CN100445695C (zh) 用于标尺标记的读出器
JP4580060B2 (ja) 光学位置測定装置の走査ユニット
JPH09113213A (ja) 高調波信号成分を濾波する装置
JPS61212727A (ja) 光学式変位検出装置
JPS61182522A (ja) リニアスケ−ル測定装置
US6094307A (en) Optical grating and encoder
JPH0421072Y2 (ja)
JPH05196451A (ja) 測長または測角装置
JP3550629B2 (ja) 光学式エンコーダ
JPS61213628A (ja) 位置検出装置
WO2003079555A2 (en) Encoder with reference marks