JPS63215917A - Optical type displacement detector - Google Patents

Optical type displacement detector

Info

Publication number
JPS63215917A
JPS63215917A JP4909087A JP4909087A JPS63215917A JP S63215917 A JPS63215917 A JP S63215917A JP 4909087 A JP4909087 A JP 4909087A JP 4909087 A JP4909087 A JP 4909087A JP S63215917 A JPS63215917 A JP S63215917A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
grating
pitch
light source
natural number
optical displacement
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
JP4909087A
Other languages
Japanese (ja)
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.)
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko 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 Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP4909087A priority Critical patent/JPS63215917A/en
Publication of JPS63215917A publication Critical patent/JPS63215917A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain an optically dividable displacement detector regardless of a larger set grating pitch, by multiplying a specific length by a specified natural number to obtain a length as the pitch of the grating on a reference scale. CONSTITUTION:A reference scale 18 or the like is provided with a grating 20 containing a high frequency which is formed with a grating pitch Q as length nMr (M=(u+v)/u) obtained by multiplying a length (u+v)r/u (u: distance from diffusion light source, r: fundamental pitch) by a natural number (n) differing from a natural number (m) and positioned at the grating interval (v) from a grating 16. Then, by utilizing a geometric image of the grating 16, a better S/N (amplitude component/DC component) of the detection signal is obtained when the grating interval (v) is nearly integer k multiples of a value (u+v)r<2>(lambdau) (lambda: wavelength of diffusion light source).

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は、光学式変位検出器に係り、特に、2つの部材
の相対位置を、光学的な格子の形成されたメインスケー
ルと、対応する光学的な格子を形成した参照スケールと
の相対変位によって生ずる光電変換信号の変化から検出
する光学式変位検出器の改良に関する。
The present invention relates to an optical displacement detector, and in particular, the relative position of two members is determined by the relative displacement between a main scale on which an optical grating is formed and a reference scale on which a corresponding optical grating is formed. This invention relates to improvements in optical displacement detectors that detect changes in photoelectric conversion signals that occur.

【従来の技術】[Conventional technology]

工作機械の載物台の送り量を測定する場合等において、
相対移動する部材の一方に第1の格子を設けたメインス
ケールを固定し、他方の部材に、第2の格子を設けた参
照スケール及び照明系と受光素子とを含んで構成される
スライダを固定して、前記第1及び第2の格子の相対移
動によって生ずる照明系からの光量の変化を光電変換し
、得られた信号を付属する計数回路でパルス化して計数
するこにより相対移動量を測定する光学式変位測定装置
が背反している。 このような測定装置においては、加工精度の向上と共に
、測定分解能をより細分化することが要求されている。 従来は、付属する計数回路における補間数を増す方向で
の研究が盛んであったが、別の解決策として、検出信号
を生成する光学式変位検出器の中で、光の回折や干渉等
の性質を用いて、光学的にメインスケールの格子ピッチ
を細分化したピッチの検出信号を出力する、いわゆる光
学的分割を行う検出器が研究されている。 本出願人も、特願昭61−208554及び特願昭61
−208555において、光学的分割を行う検出器を提
案している。これは、第9図に示す如く、コヒーレント
な照明光を生成する拡散光源としての点光源(レーザダ
イオード)10と、該拡散光源からの距離がUの位置に
あり、基本ピッチrに自然数mを乗じて得られる長さ1
rを格子ピッチPとして、高調波成分を含む第1格子1
6が形成されたメインスケール14と、前記第1格子1
6からの格子間隔がVの位置にあり、長さくu +v 
) r /u  (=Mr )を格子ピッチQとする第
2格子20が形成された参照スケール18と、前記両ス
ケール14.18がX方向に相対移動したときの、前記
第1及び第2の格子16.20の重なり合いによる前記
照明光の光量変化を検出する受光素子22と、そのプリ
アンプ24とを含み、基本ピッチr(=P/n)に等し
いピッチの検出信号を生成することができるようにされ
ている。 従って、メインスケール14上の第1格子16ビツチP
を光学的に■分割できることになる。更に、拡散光源で
第1格子16の影像を拡大しているため、参照スケール
18上の第2格子20のピッチQも、基本ピッチ「より
大きく設定することができる。
When measuring the feed rate of a machine tool stage, etc.
A main scale provided with a first grating is fixed on one of the relatively moving members, and a slider including a reference scale provided with a second grating, an illumination system, and a light receiving element is fixed on the other member. Then, the change in the amount of light from the illumination system caused by the relative movement of the first and second gratings is photoelectrically converted, and the resulting signal is converted into pulses and counted by an attached counting circuit, thereby measuring the amount of relative movement. This is contradictory to the optical displacement measuring device. In such a measuring device, it is required to improve the processing accuracy and to further subdivide the measurement resolution. In the past, much research has been focused on increasing the number of interpolations in the attached counting circuit, but another solution is to increase the number of interpolations in the optical displacement detector that generates the detection signal. Detectors that use so-called optical division, which output detection signals with pitches obtained by optically subdividing the grating pitch of the main scale, are being researched. The present applicant also has Japanese Patent Application No. 61-208554 and Japanese Patent Application No. 61-20855.
-208555, proposes a detector that performs optical splitting. As shown in FIG. 9, there is a point light source (laser diode) 10 as a diffused light source that generates coherent illumination light, the distance from the diffused light source is U, and the basic pitch r is a natural number m. The length obtained by multiplying 1
The first grating 1 containing harmonic components, where r is the grating pitch P.
6 is formed on the main scale 14, and the first grating 1
The lattice spacing from 6 is at the position of V, and the length is u + v
) When the reference scale 18 on which the second grating 20 with a grating pitch Q of r/u (=Mr) is formed and both scales 14 and 18 are moved relative to each other in the X direction, the first and second It includes a light receiving element 22 for detecting a change in the amount of illumination light due to the overlapping of the gratings 16 and 20, and a preamplifier 24 thereof, and is capable of generating a detection signal with a pitch equal to the basic pitch r (=P/n). is being used. Therefore, the first grating 16 bits P on the main scale 14
can be optically divided into ■. Furthermore, since the image of the first grating 16 is enlarged with a diffused light source, the pitch Q of the second grating 20 on the reference scale 18 can also be set larger than the basic pitch.

【発明が解決しようとする問題点】[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、第9図に示したような従来の検出器にお
いては、例えば距離1=格子間隔Vであれば、参照スケ
ール18上の第2格子20のピッチQは、基本ピッチr
の2倍に設定できるものの、光学分割の分割数を更に増
加させたい場合には、それに応じて参照スケール18上
の第2格子2゜の格子ピッチQも小さくしなければなら
ず、より微細な加工技術が必要となって第2格子2oの
製作が困難になるという問題点を有していた。 これは、メインスケール14のように測定範囲の全域に
亘る長さは必要なく、精々、数mmもあればよい参照ス
ケール18にとっては本質的な問題点ではないが、分割
数が大きくなるにつれて、歩留りが悪化する。更に、電
子ビーム等で直接描画する必要が生じて生産コストが高
くなる等の問題点があるため、第2格子20の格子ピッ
チQも、できるだけ大きい方が望ましい。
However, in the conventional detector shown in FIG. 9, if distance 1 = grating interval V, then the pitch Q of the second grating 20 on the reference scale 18 is
However, if you want to further increase the number of optical divisions, you must also reduce the grating pitch Q of the second grating 2° on the reference scale 18, which allows for finer resolution. There was a problem in that a processing technique was required, making it difficult to manufacture the second lattice 2o. This is not an essential problem for the reference scale 18, which does not need to have a length that spans the entire measurement range like the main scale 14, and only needs a few millimeters at most, but as the number of divisions increases, Yield deteriorates. Further, since there are problems such as an increase in production cost due to the need for direct drawing with an electron beam or the like, it is desirable that the grating pitch Q of the second grating 20 is also as large as possible.

【発明の目的】[Purpose of the invention]

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、拡散光源を用いた光学式変位検出器において、参
照スケール上の第2格子の格子ピッチをより大きく設定
しても、光学的分割の可能な光学式変位検出器を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and in an optical displacement detector using a diffused light source, even if the grating pitch of the second grating on the reference scale is set larger, the optical The object of the present invention is to provide a divisible optical displacement detector.

【問題点を解決するための手段】[Means to solve the problem]

本発明は、光学式変位検出器において、コし−レントな
照明光を生成する拡散光源と、該拡散光源からの距離が
Uの位置にあり、基本ピッチ「に自然数を乗じて得られ
る長さを格子ピッチとして、高調波成分を含む第1の格
子が形成されたメインスケールと、前記第1の格子から
の格子間隔がVの位置にあり、長さくu+v)r/uに
前記自然数とは異なる自然数を乗じて得られる長さを格
子ピッチとして、高調波成分を含む第2の格子が形成さ
れ参照スケールと、前記両スケールが相対移動したとき
の、前記第1及び第2の格子の重なり合いによる前記照
明光の光量変化を検出する受光素子とを備え、前記基本
ピッチ「に等しいピッチの検出信号を生成することによ
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、前記高調波成分を含む第1及
び第2の格子を、共に、明部と暗部の比が略1対1の2
値格子としたものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記高調波成分を含む第
2の格子を、明部又は暗部の長さが略(u +v )r
/(2u )の2値格子としたものである。 更に、本発明の他の実施態様は、前記格子間隔Vを、照
明光の有効波長をλとして、(U +V )r2/(u
λ)の略整数倍としたものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記第1の格子の格子ピ
ッチを、前記基本ピッチ「の偶数倍としたものである。 更に、本発明の他の実施態様は、前記拡散光源を、点光
源としたものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記拡散光源を、線光源
としたものである。
The present invention provides an optical displacement detector including a diffused light source that generates coherent illumination light, a distance U from the diffused light source, and a length obtained by multiplying the basic pitch by a natural number. is the grating pitch, the main scale on which the first grating containing harmonic components is formed, and the grating interval from the first grating is located at V, and the length is u+v)r/u and the natural number is A second grating containing harmonic components is formed with a length obtained by multiplying different natural numbers as a grating pitch, and a reference scale and the overlap of the first and second gratings when both scales move relative to each other. The object is achieved by generating a detection signal with a pitch equal to the basic pitch. Both the first and second gratings containing the harmonic components have a ratio of bright areas to dark areas of approximately 1:1.
It is a value grid. Further, in another embodiment of the present invention, the second grating including the harmonic component has a length of the bright part or the dark part of approximately (u + v) r
/(2u) binary lattice. Further, in another embodiment of the present invention, the lattice spacing V is set to (U + V )r2/(u
λ) is approximately an integer multiple of λ). In another embodiment of the present invention, the grating pitch of the first grating is an even multiple of the basic pitch.Furthermore, in another embodiment of the present invention, the diffused light source is In another embodiment of the present invention, the diffused light source is a line light source.

【作用】[Effect]

以下、第1図乃至第3図を用いて、本発明の基本原理を
説明する。 今、第1図に示す如く、光透過部と遮光部が正確に1対
1である格子ピッチがPの第1格子16(第1図(A)
)に、波長λの平行光線が照射されているとする。する
と、この第1格子16の直後の光の強度分布F (x 
)は、第1図(B)に示すような2値関数となる。この
間数F(x)をフーリエ解析すると、定数を除いて次式
のようになる。 F (x )+ 1/2+0.65in(2rx /P
)+0.25in(3−2πx /P) +0.1  sin<5−2xx /P)+・・・  
      ・・・・・・(1)従って、関数F (x
 )には、基本波(第1図(C))の他に、3次波(第
1図(D))、5次波(第1図(E))等が含まれてい
ることがわかる。なお、この場合は偶数次の波が含まれ
ていないが、一般には光透過部と遮光部とは正確に1対
1にはならないので、高調波としては偶数次の波も含ま
れていると考えてよい。 本出願人の先の出願は、これらの高調波の1つの拡散光
源による拡大像を第2格子で選択的にP波して光学的分
割を達成したものであるが、第2格子の格子ピッチは、
あくまでもその拡大像のピッチと等しいものであった。 これに対して本発明では、第2格子においても高調波成
分を用いるようにしている。 即ち、光学的5分割を行う場合を例にとると、第2図に
示す如く、第1格子16の5次高調波f(X )のその
ままの拡大された像(幾何学的像、geoietric
 iIlage )のピッチMr  (Mは倍率でM−
(u +v )/u )が、第2格子20の1次波でな
く、例えば3次高調波のピッチに一致するように、第2
格子20の格子ピッチQ及び第1格子16の格子ピッチ
Pを次式のように設定すれば、光学的5分割が行える。 P=5r、   Q=3Mr  −・−−−−−−−<
2)これは、第1格子16の5次のフーリエ成分の幾何
学的な拡大像を、第2格子20の3次のフーリエ成分で
P波すると考えればよい、この場合には、第1格子16
の10次高調波の拡大像と第2格子20の6次高調波と
も一致するが、信号としては微少であり、はとんど無視
することができる。 又、この場合の検出信号のS/N比が良好となる、即ち
、第1格子16の高調波の拡大像がコントラストの良い
信号となる格子間隔Vの条件は、次式となる。 vcMv  (k  )=Mr  2/λ(k=1.2
.  ・ ・ ・ )   ・・・・・・・・・ (3
)これはフレネル回折の理論より説明できる。 第3図は、本発明の別の実施態様の原理を示したもので
ある。第2図の実施態様では、拡大像として幾何学的像
を利用したが、この実施態様では、拡大像に重畳されて
いる、ピッチが1/2の回折効果像(diHracti
ve il′Iage)を利用している。 この回折効果像を利用して、例えば光学的10分割を行
う場合には、第3図に示すように、拡散光源10からの
距離がUの位置にあり、第1格子16の5次波のピッチ
2「に対して、第1格子16からの格子間隔がVの位置
における回折効果像(+ 2 (x )のピッチが、第
2格子20の3次波のピッチとなるように、次式の関係
で格子ピッチP、Qを設定する。 P=5. 2r = 10r        −−・−
(4)Q=3−Mr =3 (u +v ) r /v
  ・(5)この場合は、第1格子16の5次のフーリ
エ成分の回折による拡大像(ピッチが1/2となる)を
、第2格子20の3次のフーリエ成分でP波すると考え
ればよい、この場合、幾何学的な拡大像も重畳されてい
るが、検出信号としては直流分の増加になるだけであり
、問題は無い、更に、格子間隔Vがr2/λより大きい
範囲では回折効果像がほぼ一定して存在するため、得ら
れる検出信号のS/N比も格子間隔■によらずほぼ一定
となり、格子間隔Vの波長λによる制限は理論上なくな
る。 以−り説明した通り、本発明では、参照スケール18上
の第2格子20も高調波成分を使用して第1格子16の
高調波成分の拡大像をP波するため、第2格子20の格
子ピッチQは、先に本出願人が提案したものに比べて大
きく設定することができる。 又、前記高調波成分を含む第1の格子及び第2の格子を
、共に、明部と暗部の比が略1対1の2値格子とした場
合には、格子の製作が容易である。 又、前記高調波成分を含む第2の格子を、明部又は暗部
の長さが略(u+v)r/(2u)の2値格子とした場
合には、信号のS/N比が良好である。 更に、前記格子間隔Vを、照明光の有効波長なλとした
とき、(u 十v )r ”/ (tlλ)の略整数倍
とした場合にも、信号のS/N比が良好である。 又、前記第1の格子の格子ピッチを、前記基本ピッチr
の偶数倍とした場合には、格子間隔の制限が緩和される
。 又、前記拡散光源を点光源とした場合には、安価である
。 又、前記拡散光源を線光源とした場合には、検出信号の
レベルを高めることができる。
The basic principle of the present invention will be explained below with reference to FIGS. 1 to 3. Now, as shown in Fig. 1, the first grating 16 (Fig. 1 (A)
) is irradiated with a parallel beam of wavelength λ. Then, the intensity distribution of light immediately after this first grating 16 F (x
) becomes a binary function as shown in FIG. 1(B). When Fourier analysis is performed on this interval number F(x), the following equation is obtained excluding the constant. F(x)+1/2+0.65in(2rx/P
)+0.25in(3-2πx/P) +0.1 sin<5-2xx/P)+...
......(1) Therefore, the function F (x
) contains, in addition to the fundamental wave (Fig. 1 (C)), the 3rd order wave (Fig. 1 (D)), the 5th order wave (Fig. 1 (E)), etc. . In this case, even-order waves are not included, but since the light-transmitting part and the light-blocking part are generally not exactly one-to-one, even-order waves are also included as harmonics. You can think about it. In the applicant's previous application, optical division was achieved by selectively using a second grating to selectively use the P-wave of an enlarged image of one of these harmonics from a diffused light source, but the grating pitch of the second grating teeth,
It was exactly the same as the pitch of the enlarged image. In contrast, in the present invention, harmonic components are also used in the second grating. That is, taking the case of optical division into five as an example, as shown in FIG.
iIlage) pitch Mr (M is the magnification M-
(u + v )/u ) matches the pitch of the third harmonic, not the first harmonic, of the second grating 20, for example.
If the grating pitch Q of the grating 20 and the grating pitch P of the first grating 16 are set as shown in the following equation, optical division into five can be performed. P=5r, Q=3Mr −・−−−−−−<
2) This can be done by considering the geometrically enlarged image of the fifth-order Fourier component of the first grating 16 as a P wave with the third-order Fourier component of the second grating 20. In this case, the first grating 16
The enlarged image of the 10th harmonic and the 6th harmonic of the second grating 20 also match, but the signal is so small that it can be ignored. Further, the conditions for the grating interval V in which the S/N ratio of the detection signal in this case is good, that is, the harmonic enlarged image of the first grating 16 is a signal with good contrast, are as follows. vcMv(k)=Mr2/λ(k=1.2
..・ ・ ・ ) ・・・・・・・・・ (3
) This can be explained by the theory of Fresnel diffraction. FIG. 3 illustrates the principle of another embodiment of the invention. In the embodiment shown in FIG. 2, a geometric image is used as the enlarged image, but in this embodiment, a diffraction effect image (diHracti) with a pitch of 1/2 is superimposed on the enlarged image.
ve il'Iage). For example, when performing optical division into 10 using this diffraction effect image, the distance from the diffused light source 10 is U, as shown in FIG. For pitch 2'', the pitch of the diffraction effect image (+ 2 (x)) at the position where the grating interval from the first grating 16 is V becomes the pitch of the third-order wave of the second grating 20, using the following formula. Set the grating pitches P and Q according to the relationship: P=5. 2r = 10r −−・−
(4)Q=3-Mr=3(u+v)r/v
・(5) In this case, if we consider that the enlarged image (pitch is 1/2) due to diffraction of the 5th-order Fourier component of the first grating 16 is a P wave with the 3rd-order Fourier component of the second grating 20. Good. In this case, the geometrically enlarged image is also superimposed, but the detection signal only increases the DC component, so there is no problem. Furthermore, in the range where the grating spacing V is larger than r2/λ, diffraction occurs. Since the effect image exists almost constantly, the S/N ratio of the obtained detection signal is also almost constant regardless of the grating spacing (2), and theoretically the grating spacing V is not limited by the wavelength λ. As explained above, in the present invention, the second grating 20 on the reference scale 18 also uses harmonic components to convert the enlarged image of the harmonic components of the first grating 16 into P waves. The grating pitch Q can be set larger than that previously proposed by the applicant. Moreover, when both the first grating and the second grating containing the harmonic components are binary gratings with a ratio of bright portions to dark portions of approximately 1:1, the gratings can be manufactured easily. Further, when the second grating containing the harmonic components is a binary grating with a bright part or dark part length of approximately (u+v)r/(2u), the S/N ratio of the signal is good. be. Furthermore, the S/N ratio of the signal is good even when the lattice spacing V is approximately an integer multiple of (u 10v )r ''/(tlλ), where λ is the effective wavelength of the illumination light. Also, the grating pitch of the first grating is the basic pitch r
When it is set to an even multiple of , the restriction on the grid spacing is relaxed. Moreover, when the diffused light source is a point light source, it is inexpensive. Furthermore, when the diffused light source is a line light source, the level of the detection signal can be increased.

【実施例】【Example】

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 本発明の第1実施例は、第4図に示す如く、コヒーレン
トな照明光を生成する拡散光源(点光源)としてのレー
ザダイオード12と、該レーザダイオード12からの距
離がUの位置にあり、基本ピッチrに自然数1を乗じて
得られる長さl「を格子ピッチPとして、高調波成分を
含む第1の格子16が形成されたメインスケール14と
、前記第1格子16からの格子間隔がVの位置にあり、
長さくu +v ) r /uに前記自然数1とは異な
る自然数n(l*n)を乗じて得られる長さnMr(M
−(u +v ) /u )を格子ピッチQとして、高
調波成分を含む第2格子20が形成された参照スケール
18と、前記両スケール14.18がX方向に相対移動
したときの、前記第1及び第2の格子16.20の重な
り合いによる前記レーザダイオード12からの照明光の
光量変化を検出する受光素子22と、そのプリアンプ2
4とを含んで構成されている。 前記第1格子16及び第2格子20は、いずれも光透過
部と遮光部の比が正確に1対1ではなく、略1対1で、
全ての高調波成分を含むように形成されな2値格子とさ
れている。 この第1実施例においては、第1格子16の1次高調波
の拡大された幾何学的像と、第2格子20の0次高調波
とが作用して、ピッチrの検出信号が得られる。従って
、メインスケール14上の第1格子16のピッチP (
=l r )が光学的に1分割でき、第2格子20のピ
ッチQ (=n Mr )は、先願の検出器に比べてn
倍となっている。 この第1実施例においては、第1格子16の幾何学的像
を利用しているので、第5図に実線Aで示した如く、格
子間隔Vが(u+v)r2/(λU)の整数(k )倍
近傍であるときに、検出信号のS/N比(振幅成分/直
流成分比)が良好となる。 次に、第6図を参照して本発明の第2実施例を詳細に説
明する。 この第2実施例は、第1実施例と同じ格子ピッチP、Q
を用いて反射型検出器を構成したものであり、メインス
ケール30が、光透過部又は吸光部と反射部からなる第
1格子32が形成された反射型スケールとされている点
が、前記第1実施例と異なる。 他の構成及び本発明に係る作用については前記第1実施
例と同様であるので説明は省略する。 次に、第7図を参照して、本発明の第3実施例を詳細に
説明する。 この第3実施例の配置は第1実施例と同じであるが、高
調波成分を含む第1格子16において、光透過部の長さ
P2と遮光部の長さPlとを大きく変えて(1≠P2)
、より高調波成分が強くなるようにされると共に、高調
波成分を含む第2格子20の光透過部の長さRが「/2
の(u +v )/IJ  (=M)倍に設定され、2
値格子としてはn次の7:S調波成分が最大となるよう
に設定されている点が、前記第1実施例と異なる。 この第3実施例においては、第1格子16の1次波(g
eoIletric inage )の拡大像と第2格
子20のn次波とが作用してピッチr  (=P/n 
)の検出信号が得られる。特に、第2格子20は、n次
高調波成分が最大であり、検出信号のS/N比が良好で
ある。 この第3実施例においても、第1格子16の幾何学的像
が利用されているので、前出第5図に実線Aで示した如
く、格子間隔VがM「2/λの整数倍近傍であるときに
、検出信号のS/N比が良好となる。 次に、第8図を参照して、本発明の第4実施例を詳細に
説明する。 この第4実施例の配置は第1実施例と同じであるが、第
1格子16のピッチPが、基本ピッチrの211  (
偶数)倍とされると共に、第2格子20のピッチQが、
基本ピッチ「のn  (u +r) 7u(=nM)倍
とされている点が、前記第1実施例と異なる。 この第4実施例においては、第1格子16の1次高調波
の拡大された回折効果像(実質は2n+次波の拡大像)
と、第2格子20のn次波とが作用して、ピッチr  
(=P/21 )の検出信号が得られるので、光学的2
1分割が実行され、しかも第2格子20のピッチは、先
願に比べてn倍でよい。 なお、格子間隔Vに対する検出信号のS/N比は、前出
第5図に破線Bで示した如くとなり、格子間1%vがr
2/λよりも大きければ、はとんど制限がない。 なお、前記実施例においては、いずれも、高調波成分を
含む第1格子16.32及び第2格子20として、明部
と暗部のみからなる2値格子が使用されていたので、格
子の製作が容易である。なお、高調波成分を含む格子の
構成は、これに限定されず、中間的な明度を有する格子
を用いたり、位相格子を用いることもできる。 又、本実施例においては、拡散光源10として、点光源
であるレーザダイオード12を用いているので、光源を
簡単且つ安価に構成できる。なお、拡散光源の種類は、
これに限定されず、例えば線状に発光する光源を、格子
の幅方向に向けて配置することもできる。この場合には
、検出信号のレベルが高まり、後の処理が容易となる。 又、前記実施例においては、いずれも、第2格子20が
1個だけ図示されていたが、実際に検出器を構成する際
には、第2格子として、基本ピッチ「を360°として
90゛位相をずらした格子を設け、対応する受光素子を
付加することにより、90゛位相の異なる2相の検出信
号を得て、相対移動の方向判別等に利用することができ
る。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. As shown in FIG. 4, the first embodiment of the present invention includes a laser diode 12 as a diffused light source (point light source) that generates coherent illumination light, and a distance U from the laser diode 12, The length l" obtained by multiplying the basic pitch r by a natural number 1 is set as the grating pitch P, and the grating interval from the main scale 14 where the first grating 16 containing harmonic components is formed and the first grating 16 is Located in the V position,
The length nMr (M
-(u + v a light receiving element 22 that detects a change in the amount of illumination light from the laser diode 12 due to the overlapping of the first and second gratings 16 and 20; and a preamplifier 2 thereof.
4. In both the first grating 16 and the second grating 20, the ratio of the light transmitting part to the light blocking part is not exactly 1:1, but approximately 1:1,
It is a binary lattice formed to include all harmonic components. In this first embodiment, the expanded geometrical image of the first harmonic of the first grating 16 and the zeroth harmonic of the second grating 20 interact to obtain a detection signal of pitch r. . Therefore, the pitch P (
= l r ) can be optically divided into one, and the pitch Q (= n Mr ) of the second grating 20 is n
It has doubled. In this first embodiment, since the geometrical image of the first grating 16 is used, the grating interval V is an integer (u+v)r2/(λU), as shown by the solid line A in FIG. k ) times, the S/N ratio (amplitude component/DC component ratio) of the detection signal becomes good. Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. This second embodiment has the same grating pitches P and Q as the first embodiment.
The main scale 30 is a reflection type scale in which a first grating 32 consisting of a light transmission part or a light absorption part and a reflection part is formed. This is different from the first embodiment. The other configurations and effects of the present invention are the same as those of the first embodiment, so their explanation will be omitted. Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The arrangement of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, but in the first grating 16 containing harmonic components, the length P2 of the light transmitting part and the length Pl of the light shielding part are changed significantly (1 ≠P2)
, the harmonic components are made stronger, and the length R of the light transmitting part of the second grating 20 containing the harmonic components is "/2".
(u + v)/IJ (=M) times, 2
This embodiment differs from the first embodiment in that the value lattice is set so that the n-th order 7:S harmonic component is maximized. In this third embodiment, the primary wave (g
The enlarged image of eoIletric image ) and the n-th order wave of the second grating 20 act to change the pitch r (=P/n
) detection signal is obtained. In particular, the second grating 20 has the largest n-th harmonic component, and the S/N ratio of the detection signal is good. In this third embodiment as well, since the geometrical image of the first grating 16 is utilized, the grating spacing V is close to an integral multiple of M2/λ, as shown by the solid line A in FIG. When , the S/N ratio of the detection signal becomes good. Next, a fourth embodiment of the present invention will be explained in detail with reference to FIG. This is the same as in the first embodiment, but the pitch P of the first grating 16 is 211 (
(even number) times, and the pitch Q of the second grating 20 is
The difference from the first embodiment is that the fundamental pitch is n (u + r) 7u (=nM) times. In this fourth embodiment, the first harmonic of the first grating 16 is expanded. Diffraction effect image (actually an enlarged image of the 2n+ order wave)
and the n-th order wave of the second grating 20, the pitch r
(=P/21) detection signal is obtained, so the optical 2
One division is performed, and the pitch of the second grating 20 may be n times that of the previous application. The S/N ratio of the detection signal with respect to the grid spacing V is as shown by the broken line B in FIG.
If it is larger than 2/λ, there is almost no limit. In each of the above embodiments, binary gratings consisting of only bright and dark areas were used as the first grating 16, 32 and the second grating 20 containing harmonic components, so the fabrication of the gratings was simplified. It's easy. Note that the configuration of the grating including harmonic components is not limited to this, and a grating having intermediate brightness or a phase grating may also be used. Further, in this embodiment, since the laser diode 12, which is a point light source, is used as the diffused light source 10, the light source can be configured simply and at low cost. The types of diffused light sources are:
The present invention is not limited to this, and for example, a light source that emits light in a linear manner may be arranged in the width direction of the grating. In this case, the level of the detection signal increases and subsequent processing becomes easier. Further, in each of the above embodiments, only one second grating 20 is illustrated, but when actually configuring a detector, the second grating is set at a pitch of 90° with a basic pitch of 360°. By providing phase-shifted gratings and adding corresponding light-receiving elements, two-phase detection signals with a 90° phase difference can be obtained and used for determining the direction of relative movement, etc.

【発明の効果】【Effect of the invention】

以上説明した通り、本発明によれば、拡散光源を用いた
光学式変位検出器において、参照スケール上の第2格子
の格子ピッチを、より大きく設定しても、光学的分割を
行うことができる。従って、参照スケール上の第2の格
子の格子ピッチをあまり小さくする必要がなく、歩留り
が向上し、生産コストが安くなる等の優れた効果を有す
る。
As explained above, according to the present invention, in an optical displacement detector using a diffused light source, optical division can be performed even if the grating pitch of the second grating on the reference scale is set larger. . Therefore, there is no need to make the grating pitch of the second grating on the reference scale very small, and there are excellent effects such as improved yield and lower production costs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図乃至第3図は、本発明に係る光学式変位検出器の
原理を説明するための線図、第4図は、本発明に係る光
学式変位検出器の第1実施例の構成を示す断面図、第5
図は、実施例における格子間隔と検出信号のS/N比の
関係の例を示す線図、第6図は、本発明の第2実施例の
構成を示す断面図、第7図は、本発明の第3実施例の構
成を示す断面図、第8図は、本発明の第4実施例の構成
を示す断面図、第9図は、出願人が特願昭61−191
532で提案した光学式変位検出器の構成を示す断面図
である。 10・・・拡散光源、 12・・・レーザダイオード(点光源)、λ・・・有効
波長、 14.30・・・メインスクール、 16.32・・・第1格子、 す・・・距離、 P、Q・・・格子ピッチ、 「・・・基本ピッチ、 1、n・・・自然数、 18・・・参照スケール、 20・・・第2格子、 ■・・・格子間隔、 22・・・受光素子。
1 to 3 are diagrams for explaining the principle of the optical displacement detector according to the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the first embodiment of the optical displacement detector according to the present invention. Cross-sectional view shown, No. 5
The figure is a diagram showing an example of the relationship between the grid spacing and the S/N ratio of the detection signal in the embodiment, FIG. 6 is a sectional view showing the configuration of the second embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of the fourth embodiment of the invention, and FIG. 9 is a sectional view showing the structure of the third embodiment of the invention.
532 is a cross-sectional view showing the configuration of an optical displacement detector proposed in No. 532. 10... Diffuse light source, 12... Laser diode (point light source), λ... Effective wavelength, 14.30... Main school, 16.32... First grating, Su... Distance, P, Q...Grating pitch, ``...Basic pitch, 1, n...Natural number, 18...Reference scale, 20...Second grating, ■...Grid spacing, 22... Light receiving element.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)コヒーレントな照明光を生成する拡散光源と、 該拡散光源からの距離がuの位置にあり、基本ピッチr
に自然数を乗じて得られる長さを格子ピッチとして、高
調波成分を含む第1の格子が形成されたメインスケール
と、 前記第1の格子からの格子間隔がvの位置にあり、長さ
(u+v)r/uに前記自然数とは異なる自然数を乗じ
て得られる長さを格子ピッチとして、高調波成分を含む
第2の格子が形成され参照スケールと、 前記両スケールが相対移動したときの、前記第1及び第
2の格子の重なり合いによる前記照明光の光量変化を検
出する受光素子とを含み、 前記基本ピッチrに等しいピッチの検出信号を生成する
ことを特徴とする光学式変位検出器。
(1) A diffused light source that generates coherent illumination light, and a distance u from the diffused light source, and a basic pitch r
With the length obtained by multiplying by a natural number as the grating pitch, there is a main scale on which a first grating containing harmonic components is formed, a grating interval from the first grating is at a position v, and the length ( u+v)r/u multiplied by a natural number different from the natural number described above, and a second grating containing a harmonic component is formed, with the grating pitch being the length obtained by multiplying r/u by a natural number different from the above natural number, and when the reference scale and both scales move relative to each other, An optical displacement detector, comprising: a light receiving element that detects a change in the amount of illumination light due to the overlapping of the first and second gratings, and generates a detection signal with a pitch equal to the basic pitch r.
(2)前記高調波成分を含む第1及び第2の格子が、共
に、明部と暗部の比が略1対1の2値格子である特許請
求の範囲第1項記載の光学式変位検出器。
(2) The optical displacement detection according to claim 1, wherein the first and second gratings containing harmonic components are both binary gratings with a ratio of bright areas to dark areas of approximately 1:1. vessel.
(3)前記高調波成分を含む第2の格子が、明部又は暗
部の長さが略(u+v)r/(2u)の2値格子である
特許請求の範囲第1項記載の光学式変位検出器。
(3) The optical displacement according to claim 1, wherein the second grating including the harmonic component is a binary grating with a length of a bright portion or a dark portion of approximately (u+v)r/(2u). Detector.
(4)前記格子間隔vが、照明光の有効波長をλとして
、(u+v)r^2/(uλ)の略整数倍とされている
特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれかに記載の光
学式変位検出器。
(4) Any one of claims 1 to 3, wherein the lattice spacing v is approximately an integral multiple of (u+v)r^2/(uλ), where λ is the effective wavelength of illumination light. The optical displacement detector described in .
(5)前記第1の格子の格子ピッチが、前記基本ピッチ
rの偶数倍とされている特許請求の範囲第1項乃至第3
項のいずれかに記載の光学式変位検出器。
(5) Claims 1 to 3, wherein the grating pitch of the first grating is an even multiple of the basic pitch r.
The optical displacement detector according to any one of paragraphs.
(6)前記拡散光源が、点光源である特許請求の範囲第
1項乃至第5項のいずれかに記載の光学式変位検出器。
(6) The optical displacement detector according to any one of claims 1 to 5, wherein the diffused light source is a point light source.
(7)前記拡散光源が、線光源である特許請求の範囲第
1項乃至第5項のいずれかに記載の光学式変位検出器。
(7) The optical displacement detector according to any one of claims 1 to 5, wherein the diffused light source is a line light source.
JP4909087A 1987-03-04 1987-03-04 Optical type displacement detector Pending JPS63215917A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4909087A JPS63215917A (en) 1987-03-04 1987-03-04 Optical type displacement detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4909087A JPS63215917A (en) 1987-03-04 1987-03-04 Optical type displacement detector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS63215917A true JPS63215917A (en) 1988-09-08

Family

ID=12821400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4909087A Pending JPS63215917A (en) 1987-03-04 1987-03-04 Optical type displacement detector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS63215917A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06160016A (en) * 1992-11-25 1994-06-07 Mitsutoyo Corp Displacement detector
US5909283A (en) * 1997-10-07 1999-06-01 Eselun; Steven Albert Linear encoder using diverging light beam diffraction
JP2015034770A (en) * 2013-08-09 2015-02-19 株式会社キーエンス Contact type displacement meter

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06160016A (en) * 1992-11-25 1994-06-07 Mitsutoyo Corp Displacement detector
US5909283A (en) * 1997-10-07 1999-06-01 Eselun; Steven Albert Linear encoder using diverging light beam diffraction
JP2015034770A (en) * 2013-08-09 2015-02-19 株式会社キーエンス Contact type displacement meter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4912322A (en) Optical type displacement detecting device
JP2501714B2 (en) Interference position measuring device
JP5717633B2 (en) Optical position measuring device
JPS6333604A (en) Relative-displacement measuring device
US4091281A (en) Light modulation system
US8742322B2 (en) Encoder and interferometer that generate M-phase signals by multiplying N-phase signals by M coefficient sets, where N is not less than 6 and M is not smaller than 2
JPH09196705A (en) Displacement measuring apparatus
JPS60243515A (en) Photoelectric measuring device
US8493569B2 (en) Optical encoder readhead configuration with phosphor layer
JPS6023282B2 (en) Relative displacement measuring device
DE58904975D1 (en) ANGLE MEASURING DEVICE.
JPS63215917A (en) Optical type displacement detector
JP7063743B2 (en) Encoder
GB2247313A (en) Optical encoder
US6094307A (en) Optical grating and encoder
US10274344B2 (en) Displacement encoder
JPS6363916A (en) Optical type displacement detector
JPS63215916A (en) Optical type displacement detector
JPS6347615A (en) Optical displacement detector
JPH0521486B2 (en)
JPH07198424A (en) Encoder device
JPS63249015A (en) Optical displacement detector
JPH0529851B2 (en)
JPH05340767A (en) Optical displacement detector
JPH02304313A (en) Optical displacement meter