JPS6350721A - 光学式変位検出器 - Google Patents
光学式変位検出器Info
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- JPS6350721A JPS6350721A JP19418386A JP19418386A JPS6350721A JP S6350721 A JPS6350721 A JP S6350721A JP 19418386 A JP19418386 A JP 19418386A JP 19418386 A JP19418386 A JP 19418386A JP S6350721 A JPS6350721 A JP S6350721A
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Landscapes
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［産業上の利用分野］
本発明は、光学式変位検出器に係り、特に、二つの部材
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インデックススケ
ールとの相対変位によって生ずる光電変操信号の変化か
ら検出づ“る光学式変位検出器の改良に関するものであ
る。
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インデックススケ
ールとの相対変位によって生ずる光電変操信号の変化か
ら検出づ“る光学式変位検出器の改良に関するものであ
る。
【従来の技術１
工作機械の工具の送り旦などを測定するために、第８図
に示す如く、相対移動する部材の一方に第１の格子１６
を設けたメインスケール１４を固定し、他方の部材に、
第２の格子２０を設けたインデックススケール１８、例
えば光ｍｉｏ及びコリメータレンズ１２から構成される
照明手段及び例えば受光索子２２から構成される充電変
換手段を有するスライダを固定して、第１の格子１６と
第２の格子２０との相対移動によって生ずる光量変化を
光電変換し、得られた信号を付属する計数回路でパルス
化して計数することにより変位量を測定する光学式変位
測定装置が普及している。 このような測定装置においては、例えばインデックスス
ケール１８に設けられた第２の格子２２は、第８図に示
した如く、位相０” 、９０’ 、１８０°、２７０”
の区分けが施されており、プリアンプ２４Ａ、２４Ｂで
差動増幅することによって、インデックススケール１８
のＸ方向への変位に対応して、はぼＡ ｓｉｎθ、ＡＣ
Ｏ３θで近似できる２相の検出信号が得られるようにさ
れている。 このような測定装置においては、加工技術の高度化と共
に、測定分解能をより細分化することが要求されており
、メインスケール１４の第１の格子１６の格子ピッチＰ
が小さくなりつつある。従来、格子ピッチＰは２０μｍ
程度であったが、最近は１０μｍ以下の仕様が要求され
ている。 【発明が解決しようとする問題点） しかしながら、メインスケール１４の第１の格子１６の
格子ピッチＰが小さくなると共に、次のような問題点が
生じてきた、 即ら、Ｉｆｆ ＩＭ ｉ計上メインスケール１４とイン
デックススケール１８との間隔りの絶対値及びその許容
される変動幅はある程度以上である必要があるが、格子
ピッチＰが小さい場合にその条件を満たすためには、光
′ＦＡ１０からの照明光をできるだけ良好な平行光線と
するための、高精度で焦点距離の長いコリメータレンズ
１２が必要である。従って、検出器が大型化してしまう
。 一方、高精度のコリメータレンズ１２を用いることな（
間隔９を大きくできる検出器として、英国特許出願第４
４５２２／７４号が提案されている。しかしながら、こ
の場合は三枚の格子が必要であることから、特に透過型
の検出器には適用が困難であるという間、頂点がある。 又、インデックススケール１８に形成する第２の格子２
００格子ピツチ及び位相の区分けの問題もある。即ち、
第２の格子２０は、第８図の例では４個に区分けされて
いるが、上下の区分けの偏差δの粘度を考察すると、第
１の格子１６の格子ピッチが８μｍの場合、第２の格子
２０のピッチも８μｍであるとすると、検出信号の位相
差として９０°±１０°の精度を得るには、微小な格子
ピッチで且つ偏差δは（２±０．２）μｍに設定する必
要がある。従って、高度な加工技術が必要となり、イン
デックススケール１８の歩留まりも悪化してコスト高を
招く。 【発明の目的】 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、高精度で焦点距離の長いコリメータレンズを用い
る必要がなく、インデックススケールの加工も容易な光
学式変位検出器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、光学式変位検出器において、コリメータレン
ズを介さずメインスケールを照明する拡散光源と、該拡
散光源からの間隔がＵである位置に配置された、格子ピ
ッチＰの第１の格子が形成されたメインスケールと、前
記第１の格子からの間隔がＶである位置に配置された、
格子ピッチｑ−（υ＋Ｖ ）Ｐ／ｕの第２の格子が形成
されたインデックススケールと、前記両スケールが相対
移動したときの、拡散光源による第１の格子の形象と第
２の格子との重なり合いによる光量変化を光電変換する
受光素子とを含むことにより、前記目的を達成したもの
である。 又、本発明の実施態様は、前記拡散光源を点光源とした
ものである。 又、本発明の実施態様は、更に、前記点光源をレーザダ
イオードとしたものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記点光源を、レーザダ
イオードの発光部前面に半球レンズを配置したものとし
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、第１の
格子の格子幅方向に配向された線光源としたものである
。 又、本発明の実施態様は、前記間隔■を、光学系の光の
感度スペクトルの平均値での波長をλとして、 ｖ ＞ｕｎＰ２／ （λｕ −ｎ ｐ’ ）（ｎはλｔ
Ｊ ／Ｐ２以下の自然数）としたものである。 ［作用］ まず、本発明の検出原理を簡略に説明する。 第１図に示す如く、格子ピッチＰの第１の格子１６の前
に、間隔Ｕを隔てて拡散光源（例えば点光源）３０を配
置する。すると、第１の格子１６から間隔■を隔てた影
像面Ｓには、直観的には第１の格子１６の拡大された影
が形成される。ところが実際には、回折の効果により影
の形状は様々に変化する。 簡単のため、第１の格子１６の光の振幅透過率「 （×
）を次式で表し、ｐ ｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ○
ｐｔｉＣｓ、 ５ｔｈ ｅ＋Ｉｉｔｉｏｎ（ＭＡＸ
ＢＯＲＮ ＆ ＥＭＩ Ｌ ＷＯＬ Ｆ 、
Ｐｅｒｇａｍｏｎ ｐｒｅｓｓ、 １９８０）の第３８
３頁にあるフレネル回折の理論を用いて、間隔Ｖの影像
面Ｓでの影像分布９ 〈ｘ）を計口した結果を以下に示
す。 ｆ（ｘ ） −１＋ｃｏｓ （２πｘ ／Ｐ） ＝
（１）ここで、拡散光源３０の発光スペクトル及び受光
素子の波長感度を考慮した、この光学系にお１ノる光の
スペクトルの平均値における波長をλとおき、ｎを自然
ｒｌ！（１以上の整数）とする。 まず間隔Ｖが、次の（２）式で表されるｖｌ（ｒｌ）と
ほぼ等しいとぎには、比例定数を除いて、次の（３）式
に示す関係が成立する。 ■夕ｖ １（ｎ ） −ｕ （ｎ −０，５） Ｐ２ ／（λＬｌ−（ｎ−０，５）Ｐ２）−・−（２＞ｇ（×
）三９１ （ｘ ） 瓢４＋ｃｏｓ［４πＩＩ Ｘ ／（（ｕ＋ｖ）Ｐ）］ ・・・・・・ （３）一方
、間隔Ｖが、次の（４）式で表される■２（ｎ）にほぼ
等しいときには、比例定数を除いて、次の（５）式の関
係が成立する。 ｖ ｈｖ ２ （ｎ ） −ｕｎＰ’／（λｕ−ｎＰ２） ・・−・−（４）９
（×）ヨ（＋２ （Ｘ ） ＝１＋ ｃｏｓ［２πｕ ｘ ／（（ｕ＋ｖ）Ｐ）］ ・・・・・・（５）（２）式
及び（３）式から、間隔ＵがＶ １ （ｎ ）近傍の影
像面Ｓには、格子ピッチｑが（Ｕ ＋Ｖ ）Ｐ／（２１
１＞の第２の格子を配置することによって検出信号を得
ることができることがわかる。この影像は、直観的な影
像に対して格子ピッチが１／２であり、第１の格子１６
が１ピッチＰ変位すると、検出信号は２ピッチ分変化す
るという大きな特徴がある。 一方、（４）式及び（５）式からは、間隔ＶがＶ ２
（ｎ ）近傍の影像面Ｓには、格子ピッチｑが（ｕ ＋
ｖ ） Ｐ／ｕの第２の格子を配置することにより、検
出信号を１０ることがでさ−ることがわかる。 この影像は直観的な影像に対応するので、第１の格子１
６の１ピツチＰの変位によって、検出信号ち１ピッチ分
変化する。 これまでは、拡散光源３０、特に点光源として、発光部
が小さく且つ出力の大ぎなものがなかったこと、又、格
子ピッチＰが大ぎい場合には必要性が少なかったことな
どによって、本発明に係るような検出器が深く検討され
たことはなかった。ところが、点光源として理想的であ
るレーザダイオードのコストダウン及び格子ピッチＰの
微小化に伴う問題点の克服の必要性などの技術的背景の
変化によって、本願の発明者が検討した結果、助出（３
）式及び（５）式を導出し、前記のような検出器の実用
性を確認したものである。 本発明は、このような研究結果に基づいてなされたもの
で、第１の格子の格子ピッチをＰ、第２の格子の格子ビ
ツヂｑを（ｕ＋ｖ ）Ｐ／ｕ ＜ｕは拡散光源と第１
の格子の間隔、■は第１の格子と第２の格子の間隔）と
し、前記第１の格子が形成されたメインスケールを、コ
リメータレンズを介することなく拡散光源で照明して、
第１（８子の影像と第２格子との重なり合いによる光量
変化を光電変換するようにしている。従って、高精度で
焦点距離の長いコリメータレンズを用いる必要がなく、
しかも、インデックススケールの加工が容易となる。 （実施例） 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、前出（４）式及び（５）式の関
係を用いたもので、第２図に示す如く、コリメータレン
ズを介さずメインスケール１４を照明するレーザダイオ
ード３２と、該レーザダイオード３２かうの間隔がＵで
ある位置に配置された、縦縞状目盛からなる格子ピッチ
Ｐの第１の格子１６が形成されたメインスケール１４と
、前記第１の格子１６からの間隔がＶである位置に配置
された、格子ピッチｑの第２の格子２０が形成されたイ
ンデックススケール１８と、前記両スケール１４．１８
が相対移動したときの、レーザダイオード３２による第
１の格子１６の影像と第２の格子２０との重なり合いに
よる光は変化を光電変換する、位相がそれぞれＯ’ 、
９０” とされた２四の受光素子２２Ａ、２２Ｂと、該
受光水子２２Ａ、２２Ｂの出力をそれぞれ増幅するプリ
アンプ２４Δ、２４Ｂとから構成されている。 前記レーザダイオード３２としては、発光部のサイズが
数μｍ角程度、波長λが約０．７８μＩｌｌのレーザダ
イオード（例えば日立製作所のトＩＬ−７８０１Ｅなど
）を用いることができる。 前記第１の格子１６と第２の格子２０の間隔■及び前記
第２の格子２０の格子ピッチｑは、次式の関係を満足す
るようにされている。 ｖ ｙｕｎＰ ’ ／ ’（λｕ −ｎ Ｐ２）＝−−
＜６）ｑ −（ｕ ＋ｖ ） Ｐ／ｕ・・・・・・（７
）ここで、ｎは、λＬｌ ／ Ｐ ’以下の自然数であ
る。 具体的には、ｎ−３０とし、Ｕ、Ｖを共に約４゜９ｎに
設定し、第１の格子の格子ピッチＰを８μ泪とした場合
、第２の格子２０の格子ピッチ（１は、（７）式の関係
から１６μｍでよい、最終的には、レーザダイオード３
２やインデックススケール１８の位置を微調整して、良
好な信号が得られるようにすればよい。又、間隔■の変
動の許容値は、を勺±０．１Ｐ２／λである。 一方、位相のずれた信号を（ｑるために（Ｑ差δを１ス
て区分された第２の格子２０の偏差δについては、位相
差として９０°±１０°を（ｑるためには、１６子ビツ
ヂｑが１６μｍであるため、偏差δは（４±０．４）μ
ｍでよい。従って、従来の検出器に比べて、第２の格子
２０は格子ピッチ、（ｑ差共２倍となり、製作が容易に
なることがわかる。 又、メインスケール１４が変位する場合の間隔Ｕ１Ｖの
変動によって生ずる第２の格子２０のピッチｑと影像の
ピッチとのずれによる影響は、受光索子２２△、２２Ｂ
のＸ方向の幅を小ざくすることで回避できる。 この実施例の構成では、メインスケール１４がＸ方向に
変位することによって、プリアンプ２４△、２４Ｂから
は、ピッチｔ−Ｂμｍの２相の検出信号が１；１られる
。即ち、ｔ−Ｐである。 前記第１実施例においては、レーザダイオード３２をそ
のまま点光源として使用していたが、点光源の種類はこ
れに限定されず、例えば第３図に示す第２実施例のよう
に、レーザダイオード３２の発光部の前面に、直径が５
０Ｑ ｕＩｌｌ稈度の微小半球レンズ３４を設りたもの
を使用することも可能である。この場合には、レーザダ
イオード３２からの照明光の発散角が抑制されて、受光
効率が改善される。更に、点光源として、レーザダイオ
ードと発光ダイオードとの中間的形態にある高出力発光
ダイオードなどを使用することもできる。 次に本発明の第３実施例を詳細に説明する。 この第３実施例は、第４図に示す如く、拡散光源として
、第１の格子１６の格子幅方向に配向された、例えばス
リット状発光ダイオードからなる線光源４０を用いたも
のである。他の点については、受光索子２２△、２２Ｂ
、２２Ｃ，２２Ｄが位相０” 、１８０” 、９００．
２７００で４個段けられている点を除き、前記第１実施
例と同様であるので説明を省略する。 光源として一般の発光ダイオードを用いた場合、点光源
とするために発光部を単に小さくずろと発光出力が減少
して、プリアンプの増幅度を大きくしなければならずＳ
Ｎ比が悪化する。そのためこの第３実施例では、点光源
ではなく線光源として用いている。 前記線光源４０としては、出願人が既に提案している、
第５図及び第６図に示すような、発光部１１２がスリッ
ト状の発光ダイオードを用いることができる。この発光
ダイオードは、例えばＮ型ＧａＡＳの基板４４に、幅〜
■が約５０ｕｌＸ長さしが約４００μｍのスリット状に
ＰＩＧａ ＡＳを拡散形成し、下面には電極膜４６を、
上面には絶縁膜４８を介して電極膜４６な蒸着したもの
となっている。５０はリード線である。このようなブ〉
光ダイオードはスリット状に発光するため、全体として
出力は減少せず、線光源として好適である。 このようにして、発光ダイオードのスリット状光光部４
２の長手方向をメインスケール１４の第１の格子１６の
格子幅方向に配向ずろことで、格子幅方向には線光源で
あっても、格子のＸ方向に（ユ点光源となり、実質的に
点光源として作用する。 なお、１）０記実施例においては、いずれも本発明が透
過型検出器に適応されていたが、本発明の通用範囲はこ
れに限定されす、例えば第７図に示す第４実施例の如く
、反則型の検出器にも同様に適用することができる。 又、前記実施例においては、本発明がいずれも、第２の
格子が区分して２個以上設けられた直線変位検出器に適
用されていたが、本発明の適用範囲はこれに限定されず
、第２の格子に区分のないモアレ墳方式の検出器や回転
度（つ検出器（ロータリエンコーダ）にも同様に適用す
ることができる。
に示す如く、相対移動する部材の一方に第１の格子１６
を設けたメインスケール１４を固定し、他方の部材に、
第２の格子２０を設けたインデックススケール１８、例
えば光ｍｉｏ及びコリメータレンズ１２から構成される
照明手段及び例えば受光索子２２から構成される充電変
換手段を有するスライダを固定して、第１の格子１６と
第２の格子２０との相対移動によって生ずる光量変化を
光電変換し、得られた信号を付属する計数回路でパルス
化して計数することにより変位量を測定する光学式変位
測定装置が普及している。 このような測定装置においては、例えばインデックスス
ケール１８に設けられた第２の格子２２は、第８図に示
した如く、位相０” 、９０’ 、１８０°、２７０”
の区分けが施されており、プリアンプ２４Ａ、２４Ｂで
差動増幅することによって、インデックススケール１８
のＸ方向への変位に対応して、はぼＡ ｓｉｎθ、ＡＣ
Ｏ３θで近似できる２相の検出信号が得られるようにさ
れている。 このような測定装置においては、加工技術の高度化と共
に、測定分解能をより細分化することが要求されており
、メインスケール１４の第１の格子１６の格子ピッチＰ
が小さくなりつつある。従来、格子ピッチＰは２０μｍ
程度であったが、最近は１０μｍ以下の仕様が要求され
ている。 【発明が解決しようとする問題点） しかしながら、メインスケール１４の第１の格子１６の
格子ピッチＰが小さくなると共に、次のような問題点が
生じてきた、 即ら、Ｉｆｆ ＩＭ ｉ計上メインスケール１４とイン
デックススケール１８との間隔りの絶対値及びその許容
される変動幅はある程度以上である必要があるが、格子
ピッチＰが小さい場合にその条件を満たすためには、光
′ＦＡ１０からの照明光をできるだけ良好な平行光線と
するための、高精度で焦点距離の長いコリメータレンズ
１２が必要である。従って、検出器が大型化してしまう
。 一方、高精度のコリメータレンズ１２を用いることな（
間隔９を大きくできる検出器として、英国特許出願第４
４５２２／７４号が提案されている。しかしながら、こ
の場合は三枚の格子が必要であることから、特に透過型
の検出器には適用が困難であるという間、頂点がある。 又、インデックススケール１８に形成する第２の格子２
００格子ピツチ及び位相の区分けの問題もある。即ち、
第２の格子２０は、第８図の例では４個に区分けされて
いるが、上下の区分けの偏差δの粘度を考察すると、第
１の格子１６の格子ピッチが８μｍの場合、第２の格子
２０のピッチも８μｍであるとすると、検出信号の位相
差として９０°±１０°の精度を得るには、微小な格子
ピッチで且つ偏差δは（２±０．２）μｍに設定する必
要がある。従って、高度な加工技術が必要となり、イン
デックススケール１８の歩留まりも悪化してコスト高を
招く。 【発明の目的】 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、高精度で焦点距離の長いコリメータレンズを用い
る必要がなく、インデックススケールの加工も容易な光
学式変位検出器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、光学式変位検出器において、コリメータレン
ズを介さずメインスケールを照明する拡散光源と、該拡
散光源からの間隔がＵである位置に配置された、格子ピ
ッチＰの第１の格子が形成されたメインスケールと、前
記第１の格子からの間隔がＶである位置に配置された、
格子ピッチｑ−（υ＋Ｖ ）Ｐ／ｕの第２の格子が形成
されたインデックススケールと、前記両スケールが相対
移動したときの、拡散光源による第１の格子の形象と第
２の格子との重なり合いによる光量変化を光電変換する
受光素子とを含むことにより、前記目的を達成したもの
である。 又、本発明の実施態様は、前記拡散光源を点光源とした
ものである。 又、本発明の実施態様は、更に、前記点光源をレーザダ
イオードとしたものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記点光源を、レーザダ
イオードの発光部前面に半球レンズを配置したものとし
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、第１の
格子の格子幅方向に配向された線光源としたものである
。 又、本発明の実施態様は、前記間隔■を、光学系の光の
感度スペクトルの平均値での波長をλとして、 ｖ ＞ｕｎＰ２／ （λｕ −ｎ ｐ’ ）（ｎはλｔ
Ｊ ／Ｐ２以下の自然数）としたものである。 ［作用］ まず、本発明の検出原理を簡略に説明する。 第１図に示す如く、格子ピッチＰの第１の格子１６の前
に、間隔Ｕを隔てて拡散光源（例えば点光源）３０を配
置する。すると、第１の格子１６から間隔■を隔てた影
像面Ｓには、直観的には第１の格子１６の拡大された影
が形成される。ところが実際には、回折の効果により影
の形状は様々に変化する。 簡単のため、第１の格子１６の光の振幅透過率「 （×
）を次式で表し、ｐ ｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ○
ｐｔｉＣｓ、 ５ｔｈ ｅ＋Ｉｉｔｉｏｎ（ＭＡＸ
ＢＯＲＮ ＆ ＥＭＩ Ｌ ＷＯＬ Ｆ 、
Ｐｅｒｇａｍｏｎ ｐｒｅｓｓ、 １９８０）の第３８
３頁にあるフレネル回折の理論を用いて、間隔Ｖの影像
面Ｓでの影像分布９ 〈ｘ）を計口した結果を以下に示
す。 ｆ（ｘ ） −１＋ｃｏｓ （２πｘ ／Ｐ） ＝
（１）ここで、拡散光源３０の発光スペクトル及び受光
素子の波長感度を考慮した、この光学系にお１ノる光の
スペクトルの平均値における波長をλとおき、ｎを自然
ｒｌ！（１以上の整数）とする。 まず間隔Ｖが、次の（２）式で表されるｖｌ（ｒｌ）と
ほぼ等しいとぎには、比例定数を除いて、次の（３）式
に示す関係が成立する。 ■夕ｖ １（ｎ ） −ｕ （ｎ −０，５） Ｐ２ ／（λＬｌ−（ｎ−０，５）Ｐ２）−・−（２＞ｇ（×
）三９１ （ｘ ） 瓢４＋ｃｏｓ［４πＩＩ Ｘ ／（（ｕ＋ｖ）Ｐ）］ ・・・・・・ （３）一方
、間隔Ｖが、次の（４）式で表される■２（ｎ）にほぼ
等しいときには、比例定数を除いて、次の（５）式の関
係が成立する。 ｖ ｈｖ ２ （ｎ ） −ｕｎＰ’／（λｕ−ｎＰ２） ・・−・−（４）９
（×）ヨ（＋２ （Ｘ ） ＝１＋ ｃｏｓ［２πｕ ｘ ／（（ｕ＋ｖ）Ｐ）］ ・・・・・・（５）（２）式
及び（３）式から、間隔ＵがＶ １ （ｎ ）近傍の影
像面Ｓには、格子ピッチｑが（Ｕ ＋Ｖ ）Ｐ／（２１
１＞の第２の格子を配置することによって検出信号を得
ることができることがわかる。この影像は、直観的な影
像に対して格子ピッチが１／２であり、第１の格子１６
が１ピッチＰ変位すると、検出信号は２ピッチ分変化す
るという大きな特徴がある。 一方、（４）式及び（５）式からは、間隔ＶがＶ ２
（ｎ ）近傍の影像面Ｓには、格子ピッチｑが（ｕ ＋
ｖ ） Ｐ／ｕの第２の格子を配置することにより、検
出信号を１０ることがでさ−ることがわかる。 この影像は直観的な影像に対応するので、第１の格子１
６の１ピツチＰの変位によって、検出信号ち１ピッチ分
変化する。 これまでは、拡散光源３０、特に点光源として、発光部
が小さく且つ出力の大ぎなものがなかったこと、又、格
子ピッチＰが大ぎい場合には必要性が少なかったことな
どによって、本発明に係るような検出器が深く検討され
たことはなかった。ところが、点光源として理想的であ
るレーザダイオードのコストダウン及び格子ピッチＰの
微小化に伴う問題点の克服の必要性などの技術的背景の
変化によって、本願の発明者が検討した結果、助出（３
）式及び（５）式を導出し、前記のような検出器の実用
性を確認したものである。 本発明は、このような研究結果に基づいてなされたもの
で、第１の格子の格子ピッチをＰ、第２の格子の格子ビ
ツヂｑを（ｕ＋ｖ ）Ｐ／ｕ ＜ｕは拡散光源と第１
の格子の間隔、■は第１の格子と第２の格子の間隔）と
し、前記第１の格子が形成されたメインスケールを、コ
リメータレンズを介することなく拡散光源で照明して、
第１（８子の影像と第２格子との重なり合いによる光量
変化を光電変換するようにしている。従って、高精度で
焦点距離の長いコリメータレンズを用いる必要がなく、
しかも、インデックススケールの加工が容易となる。 （実施例） 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、前出（４）式及び（５）式の関
係を用いたもので、第２図に示す如く、コリメータレン
ズを介さずメインスケール１４を照明するレーザダイオ
ード３２と、該レーザダイオード３２かうの間隔がＵで
ある位置に配置された、縦縞状目盛からなる格子ピッチ
Ｐの第１の格子１６が形成されたメインスケール１４と
、前記第１の格子１６からの間隔がＶである位置に配置
された、格子ピッチｑの第２の格子２０が形成されたイ
ンデックススケール１８と、前記両スケール１４．１８
が相対移動したときの、レーザダイオード３２による第
１の格子１６の影像と第２の格子２０との重なり合いに
よる光は変化を光電変換する、位相がそれぞれＯ’ 、
９０” とされた２四の受光素子２２Ａ、２２Ｂと、該
受光水子２２Ａ、２２Ｂの出力をそれぞれ増幅するプリ
アンプ２４Δ、２４Ｂとから構成されている。 前記レーザダイオード３２としては、発光部のサイズが
数μｍ角程度、波長λが約０．７８μＩｌｌのレーザダ
イオード（例えば日立製作所のトＩＬ−７８０１Ｅなど
）を用いることができる。 前記第１の格子１６と第２の格子２０の間隔■及び前記
第２の格子２０の格子ピッチｑは、次式の関係を満足す
るようにされている。 ｖ ｙｕｎＰ ’ ／ ’（λｕ −ｎ Ｐ２）＝−−
＜６）ｑ −（ｕ ＋ｖ ） Ｐ／ｕ・・・・・・（７
）ここで、ｎは、λＬｌ ／ Ｐ ’以下の自然数であ
る。 具体的には、ｎ−３０とし、Ｕ、Ｖを共に約４゜９ｎに
設定し、第１の格子の格子ピッチＰを８μ泪とした場合
、第２の格子２０の格子ピッチ（１は、（７）式の関係
から１６μｍでよい、最終的には、レーザダイオード３
２やインデックススケール１８の位置を微調整して、良
好な信号が得られるようにすればよい。又、間隔■の変
動の許容値は、を勺±０．１Ｐ２／λである。 一方、位相のずれた信号を（ｑるために（Ｑ差δを１ス
て区分された第２の格子２０の偏差δについては、位相
差として９０°±１０°を（ｑるためには、１６子ビツ
ヂｑが１６μｍであるため、偏差δは（４±０．４）μ
ｍでよい。従って、従来の検出器に比べて、第２の格子
２０は格子ピッチ、（ｑ差共２倍となり、製作が容易に
なることがわかる。 又、メインスケール１４が変位する場合の間隔Ｕ１Ｖの
変動によって生ずる第２の格子２０のピッチｑと影像の
ピッチとのずれによる影響は、受光索子２２△、２２Ｂ
のＸ方向の幅を小ざくすることで回避できる。 この実施例の構成では、メインスケール１４がＸ方向に
変位することによって、プリアンプ２４△、２４Ｂから
は、ピッチｔ−Ｂμｍの２相の検出信号が１；１られる
。即ち、ｔ−Ｐである。 前記第１実施例においては、レーザダイオード３２をそ
のまま点光源として使用していたが、点光源の種類はこ
れに限定されず、例えば第３図に示す第２実施例のよう
に、レーザダイオード３２の発光部の前面に、直径が５
０Ｑ ｕＩｌｌ稈度の微小半球レンズ３４を設りたもの
を使用することも可能である。この場合には、レーザダ
イオード３２からの照明光の発散角が抑制されて、受光
効率が改善される。更に、点光源として、レーザダイオ
ードと発光ダイオードとの中間的形態にある高出力発光
ダイオードなどを使用することもできる。 次に本発明の第３実施例を詳細に説明する。 この第３実施例は、第４図に示す如く、拡散光源として
、第１の格子１６の格子幅方向に配向された、例えばス
リット状発光ダイオードからなる線光源４０を用いたも
のである。他の点については、受光索子２２△、２２Ｂ
、２２Ｃ，２２Ｄが位相０” 、１８０” 、９００．
２７００で４個段けられている点を除き、前記第１実施
例と同様であるので説明を省略する。 光源として一般の発光ダイオードを用いた場合、点光源
とするために発光部を単に小さくずろと発光出力が減少
して、プリアンプの増幅度を大きくしなければならずＳ
Ｎ比が悪化する。そのためこの第３実施例では、点光源
ではなく線光源として用いている。 前記線光源４０としては、出願人が既に提案している、
第５図及び第６図に示すような、発光部１１２がスリッ
ト状の発光ダイオードを用いることができる。この発光
ダイオードは、例えばＮ型ＧａＡＳの基板４４に、幅〜
■が約５０ｕｌＸ長さしが約４００μｍのスリット状に
ＰＩＧａ ＡＳを拡散形成し、下面には電極膜４６を、
上面には絶縁膜４８を介して電極膜４６な蒸着したもの
となっている。５０はリード線である。このようなブ〉
光ダイオードはスリット状に発光するため、全体として
出力は減少せず、線光源として好適である。 このようにして、発光ダイオードのスリット状光光部４
２の長手方向をメインスケール１４の第１の格子１６の
格子幅方向に配向ずろことで、格子幅方向には線光源で
あっても、格子のＸ方向に（ユ点光源となり、実質的に
点光源として作用する。 なお、１）０記実施例においては、いずれも本発明が透
過型検出器に適応されていたが、本発明の通用範囲はこ
れに限定されす、例えば第７図に示す第４実施例の如く
、反則型の検出器にも同様に適用することができる。 又、前記実施例においては、本発明がいずれも、第２の
格子が区分して２個以上設けられた直線変位検出器に適
用されていたが、本発明の適用範囲はこれに限定されず
、第２の格子に区分のないモアレ墳方式の検出器や回転
度（つ検出器（ロータリエンコーダ）にも同様に適用す
ることができる。
以上説明したと、おり、本発明によれば、爪光Ｊ、つ又
は線光源をそのまま拡散光源として用いることができ、
高精ｊ哀なコリメータレンズを用いる必要がない。又、
インデックススケールのピッチが従来よりも大きくでき
るため、インデックススケールの製造が容易となる等の
優れた効果を＋ｉする。
は線光源をそのまま拡散光源として用いることができ、
高精ｊ哀なコリメータレンズを用いる必要がない。又、
インデックススケールのピッチが従来よりも大きくでき
るため、インデックススケールの製造が容易となる等の
優れた効果を＋ｉする。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の検出原理をシ１明するための線図、
第２図は、本発明に係る光学式変位検出器の第１実施例
の構成を説明するための（りｉ面図、第３図は、同じく
第２実施例の構成を説明するための要部断面図、第４図
は、同じく第３実施例の構成を説明するための斜視図、
第５図は、前記第３実ｂ’＆例で用いられている線光Ｓ
〕；：のＢ、Ｘ成を説明するための正面図、第６図は、
第５図のＶｌ −Ｖｌ線に沿う横断面図、第７図は、本
発明の第４実旅例の構成を説明するための断面図、第８
図は、従来の光学式変位検出器の一例の構成を示す斜視
図である。 １４・・・メインスケール、 １６・・・第１の格子、 １８・・・インデックススケール、 ２０・・・第２の格子、 ２２．２２△、２２Ｂ、２２Ｃ１２２Ｄ・−・受光床イ
、 Ｐ、Ｑ・・・格子ピッチ、 Ｕ、Ｖ・・・間隔、 ３０・・・拡散光源、 ３２・・・レーザダイオード、 ３４・・・半球レンズ、 ４０・・・線光源。
第２図は、本発明に係る光学式変位検出器の第１実施例
の構成を説明するための（りｉ面図、第３図は、同じく
第２実施例の構成を説明するための要部断面図、第４図
は、同じく第３実施例の構成を説明するための斜視図、
第５図は、前記第３実ｂ’＆例で用いられている線光Ｓ
〕；：のＢ、Ｘ成を説明するための正面図、第６図は、
第５図のＶｌ −Ｖｌ線に沿う横断面図、第７図は、本
発明の第４実旅例の構成を説明するための断面図、第８
図は、従来の光学式変位検出器の一例の構成を示す斜視
図である。 １４・・・メインスケール、 １６・・・第１の格子、 １８・・・インデックススケール、 ２０・・・第２の格子、 ２２．２２△、２２Ｂ、２２Ｃ１２２Ｄ・−・受光床イ
、 Ｐ、Ｑ・・・格子ピッチ、 Ｕ、Ｖ・・・間隔、 ３０・・・拡散光源、 ３２・・・レーザダイオード、 ３４・・・半球レンズ、 ４０・・・線光源。
Claims (6)
- （１）コリメータレンズを介さずメインスケールを照明
する拡散光源と、 該拡散光源からの間隔がｕである位置に配置された、格
子ピッチＰの第１の格子が形成されたメインスケールと
、 前記第１の格子からの間隔がｖである位置に配置された
、格子ピッチｑ＝（ｕ＋ｖ）Ｐ／ｕの第２の格子が形成
されたインデックススケールと、前記両スケールが相対
移動したときの、拡散光源による第１の格子の影像と第
２の格子との重なり合いによる光量変化を光電変換する
受光素子と、を含むことを特徴とする光学式変位検出器
。 - （２）前記拡散光源が、点光源と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器。 - （３）前記点光源が、レーザダイオードとされている特
許請求の範囲第２項記載の光学式変位検出器。 - （４）前記点光源が、レーザダイオードの発光部前面に
半球レンズを配置したものとされている特許請求の範囲
第２項記載の光学式変位検出器。 - （５）前記拡散光源が、第１の格子の格子幅方向に配向
された線光源とされている特許請求の範囲第１項記載の
光学式変位検出器。 - （６）前記間隔ｖが、光学系の光の感度スペクトルの平
均値での波長をλとして、 ｖ≒ｕｎＰ＾２／（λｕ−ｎＰ＾２） （ｎはλｕ／Ｐ＾２以下の自然数）とされている特許請
求の範囲第１項記載の光学式変位検出器。
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19418386A JPS6350721A (ja) | 1986-08-20 | 1986-08-20 | 光学式変位検出器 |
| US07/082,593 US4912322A (en) | 1986-08-15 | 1987-08-07 | Optical type displacement detecting device |
| IN615/CAL/87A IN168444B (ja) | 1986-08-15 | 1987-08-07 | |
| DE3727188A DE3727188C2 (de) | 1986-08-15 | 1987-08-14 | Optische Verschiebungserfassungseinrichtung |
| GB8719257A GB2194044B (en) | 1986-08-15 | 1987-08-14 | Optical type displacement detecting device |
| CN87106274.7A CN1013705B (zh) | 1986-08-15 | 1987-08-15 | 光学式位移检测装置 |
| GB9004758A GB2228321B (en) | 1986-08-15 | 1990-03-02 | Optical type replacement detecting device |
| GB9004757A GB2228320B (en) | 1986-08-15 | 1990-03-02 | Optical type displacement detecting device |
| IN234/CAL/90A IN169777B (ja) | 1986-08-15 | 1990-03-21 | |
| IN235/CAL/90A IN169778B (ja) | 1986-08-15 | 1990-03-21 | |
| IN236/CAL/90A IN169779B (ja) | 1986-08-15 | 1990-03-21 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19418386A JPS6350721A (ja) | 1986-08-20 | 1986-08-20 | 光学式変位検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6350721A true JPS6350721A (ja) | 1988-03-03 |
| JPH0444214B2 JPH0444214B2 (ja) | 1992-07-21 |
Family
ID=16320319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19418386A Granted JPS6350721A (ja) | 1986-08-15 | 1986-08-20 | 光学式変位検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6350721A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006153676A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Ricoh Co Ltd | 光学式エンコーダ装置及び画像形成装置 |
| US7470334B2 (en) | 2001-02-07 | 2008-12-30 | Tdk Corporation | Method for preparing sintered product, sintered product and magnetostriction material |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4860959A (ja) * | 1971-11-30 | 1973-08-27 | ||
| JPS5023617A (ja) * | 1973-06-29 | 1975-03-13 | ||
| JPS5230459A (en) * | 1975-09-03 | 1977-03-08 | Hitachi Ltd | Optical position detecting device |
| US4218615A (en) * | 1978-10-23 | 1980-08-19 | Martin Marietta Corporation | Incremental digital shaft encoder |
| JPS58140414U (ja) * | 1982-03-18 | 1983-09-21 | 株式会社ニコン | 光学格子の光電検出装置 |
| JPS5961711A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-04-09 | Matsushita Electric Works Ltd | 反射型エンコ−ダ |
| JPS6023282A (ja) * | 1983-07-15 | 1985-02-05 | 三菱電機株式会社 | マンコンベアの駆動装置 |
| JPS6347616A (ja) * | 1986-08-15 | 1988-02-29 | Ricoh Co Ltd | 移動量測定方法 |
-
1986
- 1986-08-20 JP JP19418386A patent/JPS6350721A/ja active Granted
Patent Citations (8)
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| JPS6347616A (ja) * | 1986-08-15 | 1988-02-29 | Ricoh Co Ltd | 移動量測定方法 |
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| US7470334B2 (en) | 2001-02-07 | 2008-12-30 | Tdk Corporation | Method for preparing sintered product, sintered product and magnetostriction material |
| JP2006153676A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Ricoh Co Ltd | 光学式エンコーダ装置及び画像形成装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0444214B2 (ja) | 1992-07-21 |
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