JPS61712A - 光学スケ−ル読取装置 - Google Patents
光学スケ−ル読取装置Info
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- JPS61712A JPS61712A JP1066184A JP1066184A JPS61712A JP S61712 A JPS61712 A JP S61712A JP 1066184 A JP1066184 A JP 1066184A JP 1066184 A JP1066184 A JP 1066184A JP S61712 A JPS61712 A JP S61712A
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
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-
- 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
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- 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
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- G01D5/34715—Scale reading or illumination devices
- G01D5/34723—Scale reading or illumination devices involving light-guides
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- Physics & Mathematics (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は精密に変位量を測定するための光学スケール
の読取装置に係るものである。
の読取装置に係るものである。
従来直線もしくは回転型スケールの読み取りには第１図
に示すようにインデックススケール２を主スケール１に
対して相対移動可能に配置し、透過光もしくは反射光に
よって、前記両スケールの作る縞を２個もしくは４個の
光電検出器で受けて、その出力信号を処理して変位量を
検出していた。この場合検出器３．４の受は取る光の位
置が、主スケール上において別の個所であるため、主ス
ケールの部分的な汚れ、すなわち部分的な透明度、反射
度の変化があるときには、その部分に対応する検出器の
出力だけが、その影響を直接受けることになる。
に示すようにインデックススケール２を主スケール１に
対して相対移動可能に配置し、透過光もしくは反射光に
よって、前記両スケールの作る縞を２個もしくは４個の
光電検出器で受けて、その出力信号を処理して変位量を
検出していた。この場合検出器３．４の受は取る光の位
置が、主スケール上において別の個所であるため、主ス
ケールの部分的な汚れ、すなわち部分的な透明度、反射
度の変化があるときには、その部分に対応する検出器の
出力だけが、その影響を直接受けることになる。
また主スケールに対してインデックススケールをわずか
に傾けて出来るモアレ縞を使って変位量を検出すること
も従来、行なわれている。
に傾けて出来るモアレ縞を使って変位量を検出すること
も従来、行なわれている。
第２図にその一例を示す。ここでは主スケール１とイン
デックススケール２とで作られるモアレ縞に対して、縦
に四つの検出器５．６．７．８が９０”ずつ位相がずれ
る位置に設けられる。
デックススケール２とで作られるモアレ縞に対して、縦
に四つの検出器５．６．７．８が９０”ずつ位相がずれ
る位置に設けられる。
また第３図のものは他の例で、インデックススケール２
の格子を四つの部分に分け、各格子の間を１７４ピッチ
だけずらすことにより、０°９０゛１８０°２７０°の
検出信号を得るものである。この第２図、第３図の従来
例の場合においても、主スケール１に部分的汚れがある
と変位量の読み取り誤差の原因となる。
の格子を四つの部分に分け、各格子の間を１７４ピッチ
だけずらすことにより、０°９０゛１８０°２７０°の
検出信号を得るものである。この第２図、第３図の従来
例の場合においても、主スケール１に部分的汚れがある
と変位量の読み取り誤差の原因となる。
第４図によって一つの検出器の出力に対する汚れの影響
を説明する。スケールが理想的状態で一定速度で移動す
るとモアレ縞読取信号は波形Ａの正弦波として得られる
。ところがスケールが汚れているときは、その変化は直
流成分Ｃとして表われ、検出器の出力はＣを中心として
上下する曲線Ｂとなる。ここでこの信号からディジタル
表示の信号を取出す場合には、波形曲線と零線との交点
により１周期およびその１７２の点を取るのであるが、
Ｂがずれているため、理想状態では交点が０点であるべ
きものがｄ点となって、ｄｅの間隔が誤差ｔとなる。そ
して検出器が２個４個の場合には主スケールの汚れ部分
に当たる検出器の信号だけが上部の誤差を生ずることと
なる。本発明は上記したような従来装置の欠点を解決す
るために提案されたものである。
を説明する。スケールが理想的状態で一定速度で移動す
るとモアレ縞読取信号は波形Ａの正弦波として得られる
。ところがスケールが汚れているときは、その変化は直
流成分Ｃとして表われ、検出器の出力はＣを中心として
上下する曲線Ｂとなる。ここでこの信号からディジタル
表示の信号を取出す場合には、波形曲線と零線との交点
により１周期およびその１７２の点を取るのであるが、
Ｂがずれているため、理想状態では交点が０点であるべ
きものがｄ点となって、ｄｅの間隔が誤差ｔとなる。そ
して検出器が２個４個の場合には主スケールの汚れ部分
に当たる検出器の信号だけが上部の誤差を生ずることと
なる。本発明は上記したような従来装置の欠点を解決す
るために提案されたものである。
第５図においで１は主スケール、２は本発明に使用され
るインデックススケールであって、これは■の第１格子
部分とこれに続く■の第２格子部分とを有し、■に対し
て■の格子は１／４ピッチだけずらせである。
るインデックススケールであって、これは■の第１格子
部分とこれに続く■の第２格子部分とを有し、■に対し
て■の格子は１／４ピッチだけずらせである。
第６図に透過型スケールにおける主スケール１とインデ
ックススケール２の関係を幾何学的に示す。ここで主ス
ケール１に創設さ°れた微細格子とインデックススケー
ル２に刻設された微細格子とは平行で、かつピッチＰは
同じである。
ックススケール２の関係を幾何学的に示す。ここで主ス
ケール１に創設さ°れた微細格子とインデックススケー
ル２に刻設された微細格子とは平行で、かつピッチＰは
同じである。
そして図の下の格子は主スケール１、上の格子はインデ
ックススケール２の微細格子であって、黒線部分は光を
遮断する不透明部分である。そして左側が第１格子１１
右側が第２格子■で相互に１７４ピッチずれており、か
つ主スケール１に対しギャップｇを有して平行に置かれ
てνする。
ックススケール２の微細格子であって、黒線部分は光を
遮断する不透明部分である。そして左側が第１格子１１
右側が第２格子■で相互に１７４ピッチずれており、か
つ主スケール１に対しギャップｇを有して平行に置かれ
てνする。
そして図の関係位置にスケールがあるとき、垂直の平行
光ｆはインデックススケール２の格子を通ったものは全
部主スケール１の格子を通過して、最も明かるい状態と
なる。いまこれを０°の検出値とする。これに対して図
に斜めに示す平行な投射光りは全部遮断される。これを
１８０°の検出値とすると、１８０°の検出値は最少を
示す。
光ｆはインデックススケール２の格子を通ったものは全
部主スケール１の格子を通過して、最も明かるい状態と
なる。いまこれを０°の検出値とする。これに対して図
に斜めに示す平行な投射光りは全部遮断される。これを
１８０°の検出値とすると、１８０°の検出値は最少を
示す。
ここでこの検出値を零線を中心として上下に変動する位
置に移したものが第７図（イ）の波形で、インデックス
スケールを主スケールに対して相対的に移動することに
よりこの波形が作られる。図において垂線ｊ上における
Ｏ°検出信号は最大、１８０°検出信号は最少を示し、
これが移動によって図示のような正弦波の波形となる。
置に移したものが第７図（イ）の波形で、インデックス
スケールを主スケールに対して相対的に移動することに
よりこの波形が作られる。図において垂線ｊ上における
Ｏ°検出信号は最大、１８０°検出信号は最少を示し、
これが移動によって図示のような正弦波の波形となる。
モして０°信号値から１８０°信号値を減算すると、１
８０°信号値の（−）は絶対値が加算、（十）は減算さ
れることになって、倍加されて点線の波形ｋを得る。そ
して波形にと零線との交点によっ°てＩにおける移動の
ディジタル信号を得る。
８０°信号値の（−）は絶対値が加算、（十）は減算さ
れることになって、倍加されて点線の波形ｋを得る。そ
して波形にと零線との交点によっ°てＩにおける移動の
ディジタル信号を得る。
ここで主スケールに部分的汚れがあって、これがＩの視
野に入ってきたとすると、主スケールのほぼ同一の範囲
をその視野としている０゜１８０゛いずれの信号出力に
も同じ影響を及ぼす。
野に入ってきたとすると、主スケールのほぼ同一の範囲
をその視野としている０゜１８０゛いずれの信号出力に
も同じ影響を及ぼす。
そこでこれを減算することによってその影響は相殺され
、波形にの振幅は部分的に変化するが、零線との交点は
影響を受けることがない。また投光面を大きく取ること
がで気るため、０°、１８０°の信号出力は大きくなっ
て、その増幅率を低く取ることができ、Ｉｔ／イズ等電
気的特性を向上させることができる。また視野内の小さ
な不均一、汚れは全体の出力に対して影響力が小で、広
範囲の平均出力を得ることができる。
、波形にの振幅は部分的に変化するが、零線との交点は
影響を受けることがない。また投光面を大きく取ること
がで気るため、０°、１８０°の信号出力は大きくなっ
て、その増幅率を低く取ることができ、Ｉｔ／イズ等電
気的特性を向上させることができる。また視野内の小さ
な不均一、汚れは全体の出力に対して影響力が小で、広
範囲の平均出力を得ることができる。
次に第６図の右側のｔ！ＩＪ２格子■の格子口おいては
、左の第１格子■の部分と同じ方向の投射光Ｉ！（ｆと
同じ直角方向）、ｍ（ｈと同じ方向）とすると、■の第
２格子が■の第１格子に対して１／４ピッチずらせであ
るため、ｐは９０°信号、ｍは２７０゛信号となって、
第７図（ロ）の波形となり、■の場合と同様に減算によ
り合成された波形ｎとなって、上の波形にの零線との交
点の中央位置に波形ｎの零線との交点がくる。そこで１
周期の４分割点を正確に取り出すことができる。
、左の第１格子■の部分と同じ方向の投射光Ｉ！（ｆと
同じ直角方向）、ｍ（ｈと同じ方向）とすると、■の第
２格子が■の第１格子に対して１／４ピッチずらせであ
るため、ｐは９０°信号、ｍは２７０゛信号となって、
第７図（ロ）の波形となり、■の場合と同様に減算によ
り合成された波形ｎとなって、上の波形にの零線との交
点の中央位置に波形ｎの零線との交点がくる。そこで１
周期の４分割点を正確に取り出すことができる。
なお主スケールの部分的不均一による誤差が除かれるこ
とは主スケールのほぼ同一の範囲をその視野としている
から■の場合とまったく同じで、■もしくは■のいずれ
か一方の主スケールに汚れがあったとしても、波形に１
ｎの零線との交点には影響がなく正確な変位量のディジ
タル信号を得ることができる。なお第８図は反射型の主
スケールの場合であって主スケール１の凸部は反射する
部分、凹部は反射しない部分である。そしてインデック
ススケール２は透光型で、両スケールの微細格子は平行
・同ピッチである。
とは主スケールのほぼ同一の範囲をその視野としている
から■の場合とまったく同じで、■もしくは■のいずれ
か一方の主スケールに汚れがあったとしても、波形に１
ｎの零線との交点には影響がなく正確な変位量のディジ
タル信号を得ることができる。なお第８図は反射型の主
スケールの場合であって主スケール１の凸部は反射する
部分、凹部は反射しない部分である。そしてインデック
ススケール２は透光型で、両スケールの微細格子は平行
・同ピッチである。
このときには投射光は２回インデックススケール２を通
過するが、その他の点は第６図に示す透過型スケールの
場合と同様で前述同様にインデックススケール２にＩと
■の格子を１７４ピッチずらせて設ける。
過するが、その他の点は第６図に示す透過型スケールの
場合と同様で前述同様にインデックススケール２にＩと
■の格子を１７４ピッチずらせて設ける。
ここでＩおよび■における各々二つの投射光の光量は等
質であることが好ましくこれに差があると減算の結果波
形はに、 ｎからずれ、零線との交点もずれて周期の四
分割に誤差を生ずる。
質であることが好ましくこれに差があると減算の結果波
形はに、 ｎからずれ、零線との交点もずれて周期の四
分割に誤差を生ずる。
そこで各光量を等質にするために、ＬＩＩにおいて光源
を一つにしてこれを等量に分ける。それには各リフトに
よる方法もしくは光ファイバーによる方法があるが、光
７γイバーを使えば光路を任意に湾曲して取り出すこと
ができる。
を一つにしてこれを等量に分ける。それには各リフトに
よる方法もしくは光ファイバーによる方法があるが、光
７γイバーを使えば光路を任意に湾曲して取り出すこと
ができる。
なお一つの発光源を四つに分けて、■及び■に使っても
良いし、二つの発光源を各々二つに分けてＩ及び■に別
個に使っても良い。このときＩと■との相互間の光量の
変化は測定結果には関係ない。
良いし、二つの発光源を各々二つに分けてＩ及び■に別
個に使っても良い。このときＩと■との相互間の光量の
変化は測定結果には関係ない。
以上の構造を簡略に示すものが第９図であって、一つの
発光源からの光を光ファイバーによって４分しで、＃＆
１光源Ｐ、（０°）第２光源Ｐ２（１８０°）、第３光
源Ｐ、（９０°）、第４光源Ｐ、（２７０°）とする。
発光源からの光を光ファイバーによって４分しで、＃＆
１光源Ｐ、（０°）第２光源Ｐ２（１８０°）、第３光
源Ｐ、（９０°）、第４光源Ｐ、（２７０°）とする。
ここで４つの光源とそれぞれの受光素子との配設位置関
係の一実施例を第１０図に示す。インデックススケール
２の移動方向をＸ、■及び■め中心点を０３．０４とし
、Ｘと直交し、で、０８．０４を通る線をＹ、、Ｙ２と
すればＹいＹ２上にＰｌ、Ｐ３を配置する。
係の一実施例を第１０図に示す。インデックススケール
２の移動方向をＸ、■及び■め中心点を０３．０４とし
、Ｘと直交し、で、０８．０４を通る線をＹ、、Ｙ２と
すればＹいＹ２上にＰｌ、Ｐ３を配置する。
ここで０１ＰＩと０．Ｐ３とは同じｌ［離とする。そし
て第９図のレンズ９．１０を通して平行光線にしてイン
デッススケール２のＩ、ＩＩを照射し、−その光をレン
ズ１１．１２によって集光し、第１０図の検出器Ｓ、Ｓ
３に焦点を合わせてＯｏ、９０°信号を得る。一方、１
８０°、２７０’の信号の光源Ｐ２）Ｐ、はＹＩＳＹ２
線よりＸ方向の焦点距離、ｇ＝ギャップ）の距離に置い
て、中心点０３、ｏ４に対シテ対称、ｉニ１８０” 、
２７０°の受光検出器Ｓ２）Ｓ、を設ける。なお上述の
実施例では、第１の光源Ｐ９、第３の光源Ｐ、をそれぞ
れｙ ｌ、 ｙ ２＃Ｘ上に配置するとして説明したが
、必ずしもｙ、、Ｙ２上である必要はなく、左右に若干
ずれても構わないが％ＰｌとＰ２）Ｐ３とＰ。
て第９図のレンズ９．１０を通して平行光線にしてイン
デッススケール２のＩ、ＩＩを照射し、−その光をレン
ズ１１．１２によって集光し、第１０図の検出器Ｓ、Ｓ
３に焦点を合わせてＯｏ、９０°信号を得る。一方、１
８０°、２７０’の信号の光源Ｐ２）Ｐ、はＹＩＳＹ２
線よりＸ方向の焦点距離、ｇ＝ギャップ）の距離に置い
て、中心点０３、ｏ４に対シテ対称、ｉニ１８０” 、
２７０°の受光検出器Ｓ２）Ｓ、を設ける。なお上述の
実施例では、第１の光源Ｐ９、第３の光源Ｐ、をそれぞ
れｙ ｌ、 ｙ ２＃Ｘ上に配置するとして説明したが
、必ずしもｙ、、Ｙ２上である必要はなく、左右に若干
ずれても構わないが％ＰｌとＰ２）Ｐ３とＰ。
以上に示したものは説明上の構成であるが、実際には使
用に便利なように作る必要がある。
用に便利なように作る必要がある。
第１１図は透過光方式のものの例で、検出器本体は断面
Ｃ字形をなし、主スケール１に対してインデックススケ
ール２はＣ字形本体の一端ニ相対して設けられている。
Ｃ字形をなし、主スケール１に対してインデックススケ
ール２はＣ字形本体の一端ニ相対して設けられている。
光源１３からの光は光ファイバー１４．１５によって分
けられて、第１光源Ｐ１、第２光源Ｐ２とされ、ミラー
１６によって９０°方向を変えられて平行レンズ９を通
って主スケール１、インデックススケール２を通過し、
集光レンズ１１、ミラー１７により受光素子Ｓ、、Ｓ、
上に集光される。なお図は前述のＩもしくはＨの一方を
示すものであるので、これを二個重ねて設け、主スケー
ル１に対してインデックススケール２を有する検出器１
８を移動させてその変位量を検出する。
けられて、第１光源Ｐ１、第２光源Ｐ２とされ、ミラー
１６によって９０°方向を変えられて平行レンズ９を通
って主スケール１、インデックススケール２を通過し、
集光レンズ１１、ミラー１７により受光素子Ｓ、、Ｓ、
上に集光される。なお図は前述のＩもしくはＨの一方を
示すものであるので、これを二個重ねて設け、主スケー
ル１に対してインデックススケール２を有する検出器１
８を移動させてその変位量を検出する。
第１２図には反射型の検出装置の例であって、主スケー
ル１に対して、■と■の部分を有するインデックススケ
ール２を対向させ、一つの発光源の光を光７アイバーを
もって分けたものが示されている。なお平行レンズと集
光レンズとは兼用され、インデックススケールのすぐ上
に設けられている。
ル１に対して、■と■の部分を有するインデックススケ
ール２を対向させ、一つの発光源の光を光７アイバーを
もって分けたものが示されている。なお平行レンズと集
光レンズとは兼用され、インデックススケールのすぐ上
に設けられている。
いずれの場合も検出信号の処理回路は従来の四つの検出
器を有する装置に使用されるものとまったく同じで良い
。これにより反射型、透過型のいずれにおいても、汚れ
による誤差のない読取装置を得ることができる。
器を有する装置に使用されるものとまったく同じで良い
。これにより反射型、透過型のいずれにおいても、汚れ
による誤差のない読取装置を得ることができる。
第１図は従来装置の一実施例を示す説明図、第２図、第
３図は従来装置の他の実施例を示す説明図、第４図はス
ケールの部分的不均一による発生信号の説明図、第５図
は本発明のインデックススケールの正面図、第６図は透
過型スケールにおける本発明の原理説明図、第７図はそ
の発生信号の説明図、第８図は反射型スケールにおける
本発明の原理説明図、第９図並びに第１０図は光源検出
器の配置を示す説明図、第１１図は透過型スケールの検
出装置の一実施例側断面図、第１２図は反射型スケール
の検出装置の一実施例側断面図。
３図は従来装置の他の実施例を示す説明図、第４図はス
ケールの部分的不均一による発生信号の説明図、第５図
は本発明のインデックススケールの正面図、第６図は透
過型スケールにおける本発明の原理説明図、第７図はそ
の発生信号の説明図、第８図は反射型スケールにおける
本発明の原理説明図、第９図並びに第１０図は光源検出
器の配置を示す説明図、第１１図は透過型スケールの検
出装置の一実施例側断面図、第１２図は反射型スケール
の検出装置の一実施例側断面図。
Claims (3)
- （１）微細格子を同一ピッチで多数本刻設された主スケ
ールと、この主スケールに所定の間隙をもって対向配置
され前記主スケールの微細格子と同一ピッチで多数本の
微細格子を刻設された第１格子およびこの第１格子に対
し１／４ピッチずれて前記第１格子と同一ピッチで多数
本の微細格子を刻設された第２格子を有するインデック
ススケールと、第１光源からの投射光を前記主スケール
と前記インデックススケールの第１格子を介して受光す
る第１受光素子と、前記第１光源に対し所定の関係位置
に配置された第２光源からの投射光を前記主スケールと
前記インデックススケールの第１格子を介して受光する
第２受光素子と、第３光源からの投射光を前記主スケー
ルと前記インデックススケールの第２格子を介して受光
する第３受光素子と、前記第３光源に対し所定の関係位
置に配置された第４光源からの投射光を前記主スケール
と前記インデックススケールの第２格子を介して受光す
る第４受光素子とからなり、前記第１受光素子と第２受
光素子および第３受光素子と第４受光素子の出力信号を
それぞれ演算して得られた信号から変位量を検出する光
学スケール読取装置。 - （２）特許請求の範囲第１項の記載において、第１光源
、第２光源、第３光源および第４光源が同一発光源から
光ファイバにより分岐された光源であることを特徴とす
る光学スケール読取装置。 - （３）特許請求の範囲第１項の記載において、第１光源
および第２光源が同一発光源から光ファイバにより分岐
された光源であり、第３光源および第４光源が他の同一
発光源から光ファイバにより分岐された光源であること
を特徴とする光学スケール読取装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1066184A JPS61712A (ja) | 1984-01-23 | 1984-01-23 | 光学スケ−ル読取装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1066184A JPS61712A (ja) | 1984-01-23 | 1984-01-23 | 光学スケ−ル読取装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61712A true JPS61712A (ja) | 1986-01-06 |
Family
ID=11756416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1066184A Pending JPS61712A (ja) | 1984-01-23 | 1984-01-23 | 光学スケ−ル読取装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61712A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987007944A1 (en) * | 1986-06-21 | 1987-12-30 | Renishaw Plc | Opto-electronic scale reading apparatus |
| EP0691749A1 (fr) * | 1994-07-05 | 1996-01-10 | Ecia - Equipements Et Composants Pour L'industrie Automobile | Codeur numérique de position angulaire et son application notamment à un véhicule |
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