JPS6127690B2 - - Google Patents

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JPS6127690B2
JPS6127690B2 JP4375381A JP4375381A JPS6127690B2 JP S6127690 B2 JPS6127690 B2 JP S6127690B2 JP 4375381 A JP4375381 A JP 4375381A JP 4375381 A JP4375381 A JP 4375381A JP S6127690 B2 JPS6127690 B2 JP S6127690B2
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detection device
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Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
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    • 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
    • G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光電式変位検出装置に係り、特に、
直線変位測定器に用いるに好適な、光源と、該光
源より光が照射され、相互作用により影像を形成
可能な目盛縞がそれぞれ形成された第１スケール
及び第２スケールと、該第１スケール及び第２ス
ケールにより形成された影像が投射され、該影像
と相互作用を営む目盛縞が形成された第３スケー
ルと、該第３スケールからの出射光を受光する受
光素子とを有し、第１、第３スケールと第２スケ
ール間の相対移動に伴なう受光量の変化から相対
変位量を検出する光電式変位検出装置の改良に関
する。
一般に、物体の長さ等を測定する直線変位測定
器において、その本体に対する測定子の移動量、
コラムに対するスライダーの移動量等のように、
相対移動するものの移動量を測定する場合、一方
にメインスケール、他方にインデツクススケール
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み取るものが知られて
いる。
このような直線変位測定器においては、通常、
第１図に示すような光電式変位検出装置が用いら
れている。図において、１０はランプ等の光源、
１２は、該光源１０より照射された光を平行光線
化するためのコリメータレンズ、１４及び１６は
測定対象の変位に応じて、例えばインデツクスス
ケール１４に対してメインスケール１６を図の矢
印Ａ方向に往復動することにより、互いに相対移
動される、交互に配置された同一幅の光透過部と
光遮断部から成る目盛縞１４ａ，１６ａがガラス
製の平板上に形成されて成るインデツクススケー
ル及びメインスケール、１８は、メインスケール
１６からの出射光を集光する集光レンズ、２０
は、該集光レンズ１８によつて集光された光を受
光する受光素子であり、光源１０、コリメータレ
ンズ１２、インデツクススケール１４、集光レン
ンズ１８、受光素子２０は、例えば、略密閉構造
のケース内に収容されて、測定対象に固定され、
一方、メインスケール１６は、ベースに固定され
ている。前記目盛縞１４ａ，１６ａは、例えば、
スケールの基体となるガラス製の平板上に金属を
蒸着した後、光透過部をエツチングで除去するこ
とにより、スケールの表面上に形成されている。
このような光電式変位検出装置を備えた直線変
位測定器によれば、測定対象とベースの相対変位
に応じて、インデツクススケール１４等に対して
メインスケール１６が変位すると、受光素子２０
における受光量が周期的に変化するため、この受
光量の変化から、測定対象とベースの相対移動量
を検出できるものであり、測定対象の変位をデジ
タル的に測定できるという特徴を有する。
ところで、このような光電式変位検出装置にお
いて、その分解能を高めるためには、目盛縞１４
ａ，１６ａの光透過部と光遮断部の幅を狭くし、
読み取り精度を向上するためには、目盛縞１４ａ
と１６ａの対向間隔（第１図Ｂ）を小さくする必
要があり、目盛縞の光透過部と光遮断部の幅と目
盛縞の対向間隔Ｂは略比例する。従つて、所望分
解能を得るべく光透過部と光遮断部の幅を所望値
に選定した時には、これに対応する目盛縞の対向
間隔Ｂが自動的に定まつてしまう。又、目盛縞間
の対向間隔Ｂの基準間隔に対する変動許容値も対
向間隔Ｂに略比例する。例えば、目盛縞の光透過
部と光遮断部の幅がそれぞれ20μｍである場合、
目盛縞の対向間隔Ｂを30±10μｍの範囲内に維持
する必要があり、又、目盛縞の光透過部と光遮断
部の幅がそれぞれ10μｍである場合には、目盛縞
の対向間隔Ｂを20±５μｍの範囲内に維持する必
要がある。即ち、目盛縞の対向間隔Ｂをいかに正
確に維持できるかが前記のような光電式変位検出
装置の重要な技術的課題であつた。
従つて従来は、目盛縞１４ａ，１６ａを、イン
デツクススケール１４、メインスケール１６のそ
れぞれスケール対向面側に形成し、インデツクス
スケール１４とメインスケール１６の対向面の間
隔を、摺動駒或いはコーテイング等により確保し
ていた。しかしながら、このような従来の方法で
は、基準間隔（例えば30μｍ）を設定することは
比較的容易であるが、スケールの熱的変形、機械
的歪み等の影響から、スケール間の対向間隔Ｂの
変動を微細なる変動許容値（例えば±10μｍ）に
維持することが極めて困難であつた。
前記従来の、インデツクススケール及びメイン
スケールの２個のスケールを用いた２スケール型
の光電式変位検出装置における前記のような欠点
を解消し、スケール間の対向間隔の変動許容値を
大きくするものとして、第２図に示す如く、光源
１０より光が照射され、相互作用により影像を形
成可能な目盛縞２２ａ，２４ａがそれぞれ形成さ
れた第１スケール２２及び第２スケール２４と、
該第１スケール２２及び第２スケール２４により
形成された影像が投射され、該影像と相互作用を
営む目盛縞２６ａが形成された第３スケール２６
とを用いて、第１、第３スケール２２，２６と、
第２スケール２４間の相対移動に伴なう受光素子
２０の受光量の変位から相対変位量を検出する３
スケール型の光電式変位検出装置も提案されてい
る。このような、スケールを３個用いた光電式変
位検出装置によれば、例えば第１スケール２２及
び第３スケール２６における目盛縞２２ａ，２６
ａの光透過部と光遮断部の幅をそれぞれ20μｍ、
第２スケール２４における目盛縞２４ａの光透過
部と光遮断部の幅をそれぞれ10μｍとし、第１ス
ケール２２の目盛縞２２ａと第２スケール２４の
目盛縞２４ａの間隔Ｃと第２スケール２４の目盛
縞２４ａと第３スケール２６の目盛縞２６ａの間
隔Ｄを等しく設定した場合、各間隔Ｃ，Ｄの基準
間隔を５〜７mm、その変動許容値を１mm程度迄大
きくできるものである。しかしながら、このスケ
ールが３個用いられている光電式変位検出装置に
おいては、各目盛縞間の間隔の変動許容値だけで
なく、その基準間隔も大となるので、第１スケー
ル２２及び第３スケール２６の目盛縞２２ａ，２
６ａを、従来のスケールが２個用いられている２
スケール型の光電式変位検出装置のように、各ス
ケールの第２スケール２４と対向する内側面に形
成したのでは、通常厚さ１mm程度の第１スケール
２２及び第３スケール２６の厚みとも相俟つて、
スケール部分が大型化してしまい、特に小型の直
線変位測定器には容易に組込むことができないと
いう問題点を有した。
本発明は、従来の欠点を解消するべく成された
もので、スケール間の間隔の変動許容値が大き
く、しかも、小型の変位測定器に対する組み込み
も容易な光電式変位検出装置を提供することを目
的とする。
本発明は、光源と該光源より光が照射され、相
互作用により影像を形成可能な目盛縞がそれぞれ
形成された第１スケール及び第２スケールと、該
第１スケール及び第２スケールにより形成された
影像が投射され、該影像と相互作用を営む目盛縞
が形成された第３スケールと、該第３スケールか
らの出射光を受光する受光素子とを有し、第１、
第３スケールと第２スケール間の相対移動に伴な
う受光量の変化から相対変位量を検出する光電式
変位検出装置において、前記第１乃至第３スケー
ルをいずれも光透過性物質製とし、前記第３スケ
ールと第１スケールを共用化すると共に、前記光
源及び受光素子を、共に第１スケールと第２スケ
ールの第１スケール側に配置し、前記第１スケー
ルの目盛縞を該第１スケールの光源及び受光素子
側面に、前記第２スケールの目盛縞を該第２スケ
ールの第１スケールと対向しない第１スケール非
対向面に形成するようにして、前記目的を達成し
たものである。
又、前記光源、第１、第３スケール及び受光素
子を共に固定し、第２スケールを移動可能とした
ものである。
更に、前記スケールの目盛縞を光透過性保護部
材により被覆したものである。
以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に
説明する。
本発明の比較例は、第３図に示す如く、光源１
０、コリメータレンズ１２、光透過部と光遮断部
の幅がそれぞれ20μｍである目盛縞２２ａが形成
される第１スケール２２、光透過部と光遮断部の
幅がそれぞれ10μｍである目盛縞２４ａが形成さ
れる第２スケール、光透過部と光遮断部の幅がそ
れぞれ20μｍである目盛縞２６ａが形成される第
３スケール２６、集光レンズ１８、受光素子２０
を有する３スケール型の透過型光電式変位検出装
置において、他のいずれのスケールとも対向しな
いスケール非対向面２２ｂ，２６ｂを有する第１
スケール２２、第３スケール２６の目盛縞２２
ａ，２６ｂを、該第１スケール２２及び第３スケ
ール２６の前記スケール非対向面２２ｂ，２６
ｂ、即ち第１スケール２２の受光素子１０側面及
び、第３スケール２６の受光素子２０側面に形成
したものである。他の点については前記従来例と
同様であるので説明は省略する。
本比較例においては、第１スケール２２及び第
３スケール２６のガラスの厚み（通常それぞれ１
mm程度）が目盛縞２２ａ，２６ａの間隔Ｃ，Ｄ内
に吸収されており、無駄な大型化が防止される。
これに対して、第２図に示したような従来の３ス
ケール型の透過型光電式変位検出装置において
は、第１スケール２２及び第３スケール２６の厚
みが、それぞれ第１スケール２２の目盛縞２２ａ
の外側、第３スケール２６の目盛縞２６ａの外側
に位置することとなり、第１スケール２２、第３
スケール２６のガラスの厚み分だけ余計なスペー
スを必要としていた。又、各スケール間の間隔
Ｃ，Ｄの変動許容値については、３スケール型の
長所として、本実施例においても、１mm程度に拡
大されているので、該変動許容値の維持が極めて
容易である。
尚、各第１乃至第３スケール２２〜２６の目盛
縞２２ａ，２４ａ，２６ａが形成されている面を
それぞれ反射防止膜を兼ねた光透過性保護部材２
８により被覆することができる。この場合には、
各スケールの目盛縞が形成されている面の清掃が
容易となり、スケール表面に付着する塵埃等によ
る光遮蔽或いは摺動障害等の弊害を防止すること
ができる。
本発明の実施例を第４図に示す。本実施例は、
本発明を、光源１０、反射鏡１１、コリメータレ
ンズ１２、第３スケールと共用化された、光透過
部と光遮断部の幅がそれぞれ20μｍである目盛縞
３０ａが形成される第１スケール３０、光透過部
と光反射部の幅がそれぞれ10μｍである目盛縞３
２ａが形成される、反射型の第２スケール３２、
集光レンズ１８、反射鏡１９、受光素子２０を有
する反射型の光電式変位検出装置に適用したもの
で、第３スケールと共用化された第１スケール３
０だけでなく、反射型の第２スケール３２もガラ
ス等の光透過性物質製とすると共に、前記第１ス
ケール３０の目盛縞３０ａを該第１スケールの光
源及び受光素子側面３０ｂに、前記第２スケール
３２の目盛縞３２ａを該第２スケール３２の第１
スケール３０と対向しない第１スケール非対向面
３２ｂに形成したものである。本実施例において
も、前記比隔例と同様に、第１スケール３０及び
第２スケール３２の目盛縞３０ａ，３２ａが形成
されている面が、反射防止膜を兼ねた光透過性保
護部材２８によつて被覆されている。
本実施例においては、第３スケールが第１スケ
ール３０と共用化されて省略されてると共に、第
１スケール３０の目盛縞３０ａと第２スケール３
２の目盛縞３２ｂの間隔Ｅ内に、第１スケール３
０の厚み（通常１mm程度）及び第２スケール３２
の厚み（通常２〜５mm程度）が吸収されるので、
第１図に示したような従来の２スケール型の透過
型光電式変位検出装置の場合におけるインデツク
ススケール１４の光源１０側面１４ｂとメインス
ケール１６の受光素子２０側面１６ｂの間隔Ｆ
（第１図）とほぼ変わらない厚さの中に第１スケ
ール３０及び第２スケール３２を収容できる。従
つて、従来の２スケール型の透過型光電式変位検
出装置に比べても殆んど装置を大型化することな
く、目盛縞３０ｂと３２ｂ間の間隔Ｅの変動許容
値のみを約１mm程度と大幅に拡大できるものであ
る。
更に、本実施例においても、前記比較例と同様
に、第１スケール３０及び第２スケール３２の目
盛縞３０ａ，３２ａが光透過性保護部材２８によ
り保護されているので、各スケールの目盛縞が形
成されている面の清掃が容易となり、スケール表
面に付着する塵埃等による弊害を容易に防止でき
る。
尚前記比較例及び実施例においては、いずれ
も、第１、第３スケールの目盛縞の光透過部と光
遮断部の幅が20μｍとされ、第２スケールの目盛
縞の光透過部と光遮断部の幅が10μｍとされてい
たが、各スケールの目盛縞の光透過部の幅の絶対
値及びその相対的な関係（２：１：２）はこれに
限定されるものでなく、第１スケール及び第２ス
ケールに形成された目盛縞により影像が形成さ
れ、又、該影像と第３スケールに形成された目盛
縞が相互作用を営むことができるものであれば、
他の絶対値或いは相対関係であつても構わない。
尚前記比較例及び実施例においては、いずれ
も、第１乃至第３スケールがガラス製とされてい
たが、第１乃至第３スケールの材質はこれに限定
されず、例えばアクリルル樹脂等の他の光透過性
物質製とすることも可能である。
以上説明した通り、本発明によれば、従来の２
スケール型の透過型光電式変位検出装置に比べて
も、装置を殆ど大型化することなく、目盛縞の基
準間隔と変動許容値の関係を改善することがで
き、変動許容値のみを大幅に大きくすることがで
きる。従つて、装置の製造、調整等が極めて容易
となる。又、スケール対向面に目盛縞が形成され
ていないので、スケールに対向面の清掃が容易で
あり、スケール間に侵入する塵埃による弊害を容
易に防止することができる等の優れた効果を有す
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の２スケール型の透過型光電式変
位検出装置の原理を示す断面図、第２図は、同じ
く従来の３スケール型の透過型光電式変位検出装
置の原理を示す断面図、第３図は、本発明の比較
例の構成を示す断面図、第４図は、本発明に係る
光電式変位検出装置の実施例の構成を示す断面図
である。 １０……光源、２０……受光素子、２２，３０
……第１スケール、２４，３２……第２スケー
ル、２６……第３スケール、２２ａ，２４ａ，２
６ａ，３０ａ，３２ａ……目盛縞、２２ｂ，２６
ｂ……スケール非対向面、３０ｂ……光源及び受
光素子側面、３２ｂ……第１スケール非対向面、
２８……光透過性保護部材。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 光源と、該光源より光が照射され、相互作用
    により影像を形成可能な目盛縞がそれぞれ形成さ
    れた第１スケール及び第２スケールと、該第１ス
    ケール及び第２スケールにより形成された影像が
    投射され、該影像と相互作用を営む目盛縞が形成
    された第３スケールと、該第３スケールからの出
    射光を受光する受光素子とを有し、第１、第３ス
    ケールと第２スケール間の相対移動に伴なう受光
    量の変化から相対変位量を検出する光電式変位検
    出装置において、前記第１乃至第３スケールがい
    ずれも光透過性物質性とされ、前記第３スケール
    と第１スケールが共用化されると共に、前記光源
    及び受光素子が、共に第１スケールと第２スケー
    ルの第１スケール側に配置され、前記第１スケー
    ルの目盛縞が該第１スケールの光源及び受光素子
    側面に、前記第２スケールの目盛縞が該第２スケ
    ールの第１スケールと対向しない第１スケール非
    対向面に形成されていることを特徴とする光電式
    変位検出装置。 ２ 前記光源、第１、第３スケール及び受光素子
    が共に固定され、第２スケールが移動可能とされ
    ている特許請求の範囲第１項に記載の光電式変位
    検出器。 ３ 前記スケールの目盛縞が光透過性保護部材に
    より被覆されている特許請求の範囲第１項に記載
    の光電式変位検出装置。
JP4375381A 1981-03-24 1981-03-24 Photoelectric type displacement detecting device Granted JPS57157118A (en)

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GB8208682A GB2095399B (en) 1981-03-24 1982-03-24 Photoelectrical displacement-measuring device

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