JPS6358211A - 光学式変位検出装置 - Google Patents

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、相対移動可能な光学格子を有し、光学格子か
らの透過光または反射光を所定処理して相対ｆ多動量を
検出する光学式変位検出装置に係り、特に、複数列の光
学格子を設けることによって絶対変位量を検出可能とし
たものである。

〔背景技術とその問題点〕

独立物体間の相対移動変位を検出して物理的諸元（長さ
、圧力、重量）を求めることが知られている。その手段
の１つとして光学式変位検出装置が広く利用されている
。

従来、かかる光学式変位検出装置の一般的な透過型の十
ＩＪ造は、第６１７Ｉに示す構成とされていた。

すなわち、長手方向に光学格子１３が整列配設されたメ
インスケールｌＯと対応する参緊光学格子３Ａ、３Ｂを
有するインデックススケール２０とを相対する２つの物
体（例えば、静止体と可動体）のそれぞれに取り付け、
光源１および光電変換器２Ａえ　２Ｂを両スケール１０
．２０を挟みインデックススケール２０と一体的に配設
し、両光電変換器２Ａ、２Ｂからの出力信号を処理する
ための波形整形回路、分割回路、方向弁別回路等を選択
的に含む信号検出回路７と可逆計数カウンタ８とデジタ
ル表示器等からなる表示手段９とを設は構成していた。

従って、光源１、光電変換器２Ａ、２Ｂと一体的なイン
デックススケール２１とメインスケール１０とを矢印Ｘ
方向に相対移動させれば、両光学格子１３．３Ａ、３Ｂ
をｉ３過した透過光を光電変換器２Ａ、２Ｂを介しイｚ
号検出回路７で所定処理することによって、例えば、１
μｍｌパルスのデジタル信号をカウンタ８で計数し表示
手段９にその変位量を表示し、さらには他の機器にその
変位量相当電気信号を出力することができた。なお、２
つの光電変換器２Ａ、２Ｂを設けているのは方向弁別機
能を発揮させるものであり、また、分割方式によっては
分解能を倍化向上させるに利用することができるようす
るためのものであった。

しかしながら、上記従来の光学式変位検出装置には次の
ような問題があった。

第１に、インクレメンタル方式であるためアブソリュー
ト方式で運用することができ難いという欠点があった。

すなわち、前記光電変換器２Ａ。

２Ｂの出力は、例えば、光学格子１３のスリット幅を１
０μｍ５ピッチを２０μｍとすれば２０μｍ１口当長を
一周期とする略正弦波形状のサイクリック信号となるか
らである。そこで、メインスケール１０に閏与させたＴ
Ｓ磁スイッチ等を設け、いわゆる絶対的原点を定め準ア
ブソリュート方式とした型が利用されているが、これと
てＥｌ　′ｒ１ｍスイッチ間の間隔内ではインクレメン
タル方式に変わりはないから抜本的解決策とならないば
かりか、そのｉｍスイッチ等を設けることから大型化、
経済的負担増大さらには信鎖性欠如という問題があった
。

一方、メインスケール１０にバイナリコートやグレイコ
ード等を設けたアブソリュート方式の検出装置も考えら
れるが、この型では設備大型化が避けられず、かつ到底
現今の高精度要請を満足する程の精度、分解能を得るこ
とはできないという原理的欠点があり、産業上の利用が
困難であった。

第２に、インクレメンタル方式であるために精度不安定
ないし精度保障上の問題等が内存していた。測定中にノ
イズ等に基づく誤計数が１度でもあると当該工程中にお
ける表示手段９への表示値すなわち測定値は意味のない
ものとなりかつ高分解能ゆえにその誤計数が容易には気
付かないという問題があり、製品不良発生をまぬかれな
いという致命的欠点があった。

これがため、厳格なノイズ対策が要求され設備過大とな
るばかりか、完全対策といえないので使用態様が制約さ
れてしまう止いう問題もあった。

第３に、利用上、取扱上の不利不便があった。

すなわち、工作機械のテーブル送り速度等は利用者側の
任意選択事項であるところ、変位検出装置には当該電装
品の特性から定まる両スケール１０゜２０の許容相対移
動速度の制限がある。従って、その許容相対移動速度を
越える高速な使用があると誤計数を生じてしまうという
応答速度の制限問題があった。さらに、利用者側の運用
あるいは偶発、不用意等により装置の電源が遮断される
と累積計数値が喪失してしまうので、再度原点合せ作業
をしなければならず作業能率を低下させるという問題も
あった。反面これを避けるにはバンクアップ電源を備え
なければならないという設備経済上の問題があった。

このような問題点は従来の光学式変位検出装置がその構
成上インクレメンタル方式とされていることに起因する
ことから、アブソリュート方式で高分解能、高精度を保
障することのできる光学式変位検出装置の開発が強く望
まれていた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来の問題点を除去すべりＳ■みなされ
たもので高分解能、高精度で検出範囲の広いアブソリュ
ート方式の光学式変位検出Ｉａ　ｊｉｆｆ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および作用〕本発明は、
各列毎のピ・レチが異なる複数列の光学格子をメインス
ケールに設けるとともにインデックススケールにも相当
列かつ対応ピンチの光学格子を設け、各複数列の光学格
子に関与して出力される電気信号間の位相差を巧みに利
用することによって当該光学格子のピッチよりも小さい
値の分解能で当該光学格子のピンチよりも著しく大きな
広範囲に亘り両スケールの相対移動変位の絶対変位量を
検出できるようするものである。

これがため、複数列の光学格子が設けられる＝ともに各
列毎の光学格子ピッチが異なるものと形成されているメ
インスケールと、 前記メインスケールの各列光学１５子に対応させた複数
列の参照光学格子が設けられ前記メインスケールと相対
変位可能とされたインデックススケールと、 前記両スケールに平行光を照射するための平行照明系と
、 前記メインスケールの各列光学格子毎に２個１組として
配設され、各組毎に前記メインスケールを透過した透過
光または、前記メインスケールから反射された反射光を
受けて９０度位相のす、れた電気（３号を出力する複数
組の光電変換器と、前記光電変換器の各組からそれぞれ
出力される電気信号間の組間位相差を求めるとともにこ
の組間位相差を利用して前記メインスケールとインデッ
クススケールとの相対移動変位量の絶対値を検出できる
よう形成された絶対変位検出回路とを備えた構成とし前
記目的を達成するのである。

従って、各ピンチが異なる複数列の光学格子が設けられ
たメインスケールと対応する各ピッチが異なる複数列の
参照光学格子が設けられたインデックススケールとをそ
の長手方向に相対移動させれば、例えば、２列の光学格
子とした場合には、９０度位相づれさせた２個１組の１
列目の参照光学格子に対応された光電変換器からは位相
差θ１をもつ電気信号が出力され、同様に２列目の参照
光学格子に対応された光電変換器からは位相差θ２をも
つ電気信号が出力される。

ここに、絶対変位検出回路では、位相差θ、である電気
信号および位相差θ２である電気信号を適時サンプルホ
ールドするとともに組間位相差（θ２−θ１）を演算し
、この組間位相差（θ２−０１）を利用して両スケール
の相対移動量の絶対値を求めることができる。

〔実施例〕

本発明の光学式変位検出装置の一実施例を図面を参照し
ながら詳細に説明する。

この実施例は、第１図ないし第４図に示され、本装置は
、複数列（２列）の光学格子が設けられたメインスケー
ル１０と対応する参照光学格子が設けられたインデック
ススケール２０と両スケール１０．２０を光照射するた
めの平行照明系４０と両スケール１０．２０からの通過
光を受けて電気信号を出力する複数Ｍｉ（２ｊｌｉ）の
光電変換器３０と、組間位手■差を求めて両スケール１
０．２０の相対移動変位量の絶対値を検出できるよう形
成された絶対変位検出回路５０とから構成されている。

メインスケール１０は第１図、第２肉に示すように断面
矩形のガラス材料１１からなる細長薄板形状とされ、図
で下段側にピッチＰが４００　μｍとされた第１の光学
格子１３、上段側にピッチＰ！（＝Ｐ−ΔＰ）が３９８
　メ１ｍとされた第２の光学格子１５が設けられている
。

ここに、第１の光学格子１３が検出範囲長しく８０龍）
をＮ　（＝２００）等分し、かつ第２の光学格子１５を
Ｎ＋１等分するよう形成されているから、 Ｌ＝ＮＰ＝　（Ｎ＋１）（Ｐ−ΔＰ）・・・・・・（１
）が成立する。上記数値はこの関係式において選択した
ものである。

一方、インデックススケール２０は、メインスケールＩ
Ｏと同様に断面矩形のガラス材料２１からなる薄板形状
とされ、第２図に示したように下段側にメインスケール
１０の第１の光学格子１３と対応される第１の参照光学
格子２３Ａ（２３Ｂ）と、上段側に第２の光学格子１５
と対応される第２の参照光学格子２５Ａ（２５Ｂ）とが
設けられている。

そして、第１の参照光学格子２３Ａ（２３Ｂ）のピッチ
はｑであり、第２の参照光学格子２５Ａ（２５Ｂ）のピ
ッチはｑ−Δｑとされかつ長手方向にそれぞれ対応する
第１、第２の光学格子１３゜１５に対し９０度位相をづ
らせた２組の参照光学格子２３Ａ、２３Ｂ、２５Ａ、２
５Ｂが設けられている。なお、この実施例ではｑ＝ｐ、
Δｑ＝ΔＰとされている。

次に、光電変換器３０は２徂（３０Ａ、３０Ｂ）を形成
するところの４つの光電素子３３Ａ。

３３Ｂ、３５Ａ、３５Ｂから形成され、各参照光学格子
２３Ａ、２３Ｂ、２５Ａ、２５Ｂに対応配設されるとと
もに各光電素子３３Ａ、３３Ｂ、３５Ａ、３５Ｂにはプ
リアンプ３７Ａ、３７Ｂ、３８Ａ、３８Ｂがそれぞれ接
続されている。また、両スケール１０．２０を挟む光電
変換器３ｏと反対側にはＬＥＤからなる光源４１とコリ
メータレンズ４２とからなる両スケール１０．２０に平
行光を照射させるための平行照明系４０が設けられ、こ
の平行照明系４０はインデックススケール２ｏ、光電変
換器３０と所定の関係をもって一体的にメインスケール
１０と図でＸ方向に相対移動可能とされている。

ここに、第２図に見られるように第１の光学格子１３と
第２の光学格子１５との一致した点Ｔを原点とし、図で
右方向に座標すなわちメインスケール１０に対スるイン
デックススケール２０の相対移動変位量をＸとすると、
光電素子３３Ａ、３３Ｂは当該第１参照光学格子２３Ａ
、２３Ｂに対応させて９０度の位相差をもって配設して
いるから光電素子３３Ａの出力をａ＋　、光電素子３３
Ｂの出力をｂｌ　とすれば、両光型素子３３Ａ、３３Ｂ
からの電気信号の原点からの位相差θ１はであるから と近似することができる。なお、（３）式の右辺第２項
の□は、原点Ｔにおいて透過光量が最大となるためその
補正項として導入したものである。

同様に、光電素子３５Ａ、３５Ｂの出力をそれぞれａＺ
＋　　ｂｔ　とすると光電素子３５Ａ、３５Ｂからの電
気信号の位相差θ２は、 であるから と近似することができる。

また、絶対変位検出回路５０はＣＰＵ５５を介しタッチ
センサ６５から両スケール１０．２０の相対移動変位１
ｘを求めようとする時点に出力されるトリガによって、
各光電素子３３Ａ、３３Ｂ。

３５Ａ、３５Ｂの出力信号ａｌ　ｒ　　ｂＩ　＋　　ａ
ｔ　ｒ　　ｂ２をサンプルホールドするためのサンプル
ホールド回路５１と、このサンプルホールド回路５１か
らホールドした前記出力信号ａｌ　＋　　ｂＩ　＋　　
３２　＋ｂ２の１つを順次に取り出すマルチプレクサ５
２と、このマルチプレクサ５２で取り出したアナログ信
号たる出力信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器５３と
、コントロールデータバス５４を介し上記サンプルホー
ルド回路５１、マルチプレクサ５２、Ａ／Ｄ変換器５３
に適時の指令等を行うとともに入力されたデータをもと
に後記の所定演算処理等を行う前記ＣＰＵ５５とから形
成され、またＣＰＵ５５には、バス５４を介し、タッチ
センサ６５と表示手段６０とが接続されている。

さて、ＣＰＵ５５では、第４図の（Ｂ）に見られるよう
に最終的には Ｘ＝Ｘ、　　＋ΔＸ、＝ｎｐ＋ΔＸ　ｔ　　”’　　α
ｅとして原点Ｔからの絶対変位計Ｘを求めるのである。

なお、第４図（Ｂ）の縦軸は式（３）の右辺〒２項との
関係でθ１−□としている。、：こに、Ｘ、はメインス
ケール１０の第１の光学格子１３における広範囲変位量
であって、第１の光学格子１３のピッチＰと１ｆｆｉ過
したピッチＰの数ｎ（ｎは１以上の整数）との積とされ
、ΔＸ＋　　は第１の光学格子１３のｆｉ＋１番目のピ
ンチＰ内での絶対的変位量である。

つまり、本発明がメインスケール１０に複数列（この実
施例では２列）の光学格子１３．１５を設けかつ各光学
格子１３．１５に対応させた各組の光電素子３５Ｂ、３
５Ａと３３Ｂ、３３Ａとの組間位相差（θ２−θ、）を
利用してアブソリニ・−ト方式化したのは次の根拠によ
るものである。

すなわち、前記の（５）式は次の通り変換することがで
きる。

Ｐ−ΔＰ１ ・・・　・・・　　　（７） そして、（７）式に（３）式と（２）式を代入するとｔ Ｘ　＝　−（θ２−θ、）　　　・・・・・・　（９）
２　π となる。

しかして、ＣＰＵ５５では式（９）からメインスケール
ｌＯの第１の光学格子１３に対応する光電素子３３Ａ、
３３Ｂからの出力信号ａＩ＋　　ｂＩ　の位相差θ１　
と第２の光学格子１５に対応する光電素子３５Ａ、３５
Ｂからの出方信号ａ！＋　　ｂ２の位相笈θ２を求めれ
ば検出範囲長しは決定されているから原点Ｔからの絶対
的変位１ｘを求めることができる。

ここに、θ、とθ２とは式（４）と（６）とから・・・
・・・　叫 として求められる。

さらに、この実施例では一層精度を安定化させるためθ
１　と０２とを独立させるのでなく、相関関数をもたせ
絶対的変位Ｘを求めるよう形成している。

θ２と０１　とを独立して求めて単に式（９）に基づい
た減算をしたのでは、各光電素子３３Ａ、３３Ｂ、３５
Ａ、３５Ｂからの出力信号ａｌ＋　　ｂｌ＋ａ２．ｂ２
は各光学格子１３．１５のピッ＋　Ｐ　。

Ｐ−ΔＰ毎のサイクリックな波形となるため桁落が生し
る虞れがあるからである。

そこで、新たにａとｂとを定義する。

この八０υに式（２１，（４１を代入すれば、ａ＝ＡＢ
ｓｉｎ（０２−〇Ｉ） ｂ＝ＡＢｃｏｓ（θ２−　θＩ　） −−ｔａｎ　　（θ２−　θ１　）　　　　　　　・・
・・・・　　叩す ゆえに、θ２−θ＋　　＝ｔａｒ＋−’　　□・・・・
・・　０邊す として、逆正接関数演算によって光電素子３５Ａ。

３５Ｂと３３Ａ、３３Ｂとの紐間の位相差（θ。

−θ１）を求めるよう形成されている。

ところで、弐〇３から明らかの通り、組間位相差（θ２
−θＩ）は第［２１（Ａ）に見られるように検出範囲長
り内でθ〜２πまで変化するから、図で点Ｑまでの変位
：（°　は同（Ｂ）に示す絶対値Ｘの近似値である。従
って、式（９）と同様に■ が成立する。

さらに、たちかえって、第４図（Ｂ）に示したように両
スケール１０．２０の相対移動量の絶対値Ｘは広範囲変
位量Ｘｌ　と狭範囲変位量ΔＸ、を決定しなければなら
ない（弐Ｑ６１参照）。

ここに、式（３１，Ｑωからメインスケール１０の第１
の光学格子１３のピンチＰ内での狭範囲変位量ΔＸ、を
定めることは可能だが、第１の光学格子１３、第１の参
照光学格子２３Ａ、２３Ｂ、光電素子３３Ａ、３３Ｂに
基づく位相差θ１はピッチＰの周期関数であるからいず
れ（原点Ｔから数えて何番目）のピッチ内であるかは特
定することができない。

そこで、上記位相差θ、を□以上〜（２π＋□）以下に
位相づれさせた値θ１゛に変換する、すると式（３）に
類似的に とおけば、 が成立する。

一方、原点Ｔから当該時点までに通過した第１の光学格
子１３のピッチＰの数ｎは、第４図の関係からＸ’　／
Ｐを越えない数でかつ整数であること明らかである。

ただし、例外的に第４図において、Ｘ゛の測定分解能Δ
Ｌが同（Ｂ）で２π−０に位相が変化する領域を含む場
合であってΔＸ、が２πよりＯに整数に１を加えればよ
い。

ここに、式Ｏａの通りＸ’＝ｆ（θ２−０１）の関数で
あり、Ｐ、ΔＬは設計値で定められている値であり、か
つθ１゛　はθ、から一義的に位相をづらせて求められ
た。

従って、ｎ＝ｆ　（θ２−θ１．八Ｘｔ）の関数として
求めることができる。

以上からｃｐｕｓ　ｓ内で前記式ＱＱのＸ＝ｎｐ＋ΔＸ
、を演算することによって、両スケール１０゜２０の相
対移動変位量の絶対（＋ｉ！　Ｘを求めることができる
。

次に、この実施例の作用について説明する。

例えば、工作機械のベント等静止体にメインスケール１
０を固定し、平行照明系４０、光電変換器３０とともに
一体化してインデックススケール２０をスライダ等可動
体に固定する。従って、工作機械を運転することによっ
て、メインスケール１０とインデックススケール２０と
が相対移動すると、各光電素子３３Ａ、３３Ｂ、３５Ａ
、３５Ｂからは略正弦波の電気信号ａｌ＋　　ｂｌ＋　
　ａＺ＋ｂｔが出力され、信号ａｌ＋　　ｂｌ　と３２
＋　　ｂＺ　とはサイクルが光学格子１３．１５のピン
チ差相当分だけ異なり、かつ信号ａ、とす、およびａ２
とｂ２とはそれぞれ９０度の位相差を生しる。

ここで、第３図に示したように両スケール１０゜２０の
相対移動変位量の絶対値を表示手段６０に表示または制
御装置（図示省略）にフィードバック信号として出力し
たいときに作動するタッチセンサ６５からのトリガが入
力される（ステップ１０）と、ＣＰＵ５５からコントロ
ールデータバス５４を介しサンプルホールド回路５１ヘ
ホールド指令が発せられる。

サンプルホールド回路５１はプリアンプ３７Ａ。

３７Ｂ、３８Ａ、３８Ｂの出力段側からアナログ的な電
気信号ａｌ＋　　ｔ）１　と２２＋　　ｂｔをホールド
（ステップ１２）する。

次いで、ステップ１４の如くマルチレクサ５２がＣＰＵ
５５からの指令に基づいて電気信号ａ。

、ｂ、とａｔ＋　　ｂ２ををり込み、Ａ／Ｄ変換器５３
でデジタル信号に変換した後ＣＰＵ５５に入力される。

以下、ＣＰＵ５５では、前記式〇ｌ　、α９に基づいて
第１の光学格子１３に相応する光電素子３３Ａ。

３３Ｂからの位相差θ１と狭範囲変位量ΔＸ、とを算出
する（ステップ１６）、つまり、第１の光学格子１３の
当該ピッチＰ内での変位量を絶対値として求める。もと
より、位相差θ、はいずれかのピンチ内であるかを特定
するために□以上〜（２π＋□）以下の値であるθ１゛
にＣ２Ｕ５５内で変換されている。

また、ステップ１８では、弐ａυ、０３に基づいた定義
信号ａ、ｂとこれらと光電素子３５Δ、３５Ｂと３３Ａ
、３３Ｂとの各位相差に基づく組間位相差θ２−θ１　
との正接関数を定め、逆正接関数演算して組間位相差θ
２−θ１を算出する。

ここに、前記ｎ＝ｆ　　（θ２−θ１．ΔＸＩ）に基づ
し゛て第４図に相当するそれまでに通過した第１の光学
格子１３のピンチＰの数ｎを求める（ステップ２０）。

従って、ステップ２２において、弐〇〇を演算すること
により両スケール１０．２０の相対移動変位量の絶対値
Ｘを求める。この絶対値Ｘは表示手段６０に表示され、
必要によって外部へ出力される。ここに、タッチセンサ
６５で指定した所望時点の絶対変位量を検出、表示する
ことができる。

この実施例では、メインスケール１ｏの第１の光学格子
１３のピッチＰを４００　μｍ、第１の光学格子１３と
第２の光学格子１５との関係を検出範囲長Ｌ　＝　８０
鵞１として定め、かつＮ＝２００に設定しているから検
出範囲長（Ｌ　＝　８　ｏ　ｍｗｓ　）以内を２μｍの
分解能をもって絶対値検出できる。

従って、この実施例によれば、メインスケール１０にそ
れぞれピンチ（Ｐ、Ｐ−ΔＰ）の異なる複数列の光学格
子（１３，１５）を設け、これら光学格子（１３，１５
）との関係から求めた組間位相差（θ２−θ１）を利用
して検出範囲長（Ｌ）内でメインスケール１０とインデ
ックススケール２０との相対移動変位量を絶対値として
検出することができる。ここに、アブソリュート方式の
光学式変位検出装置を確立できるから精度的、運用技術
的にも産業上の利用性を飛躍的に拡大することができる
。

このことは、途次におけるノイズの影響もなくその累積
もないから安定した所定精度が保障され、また、連続的
追従を要しないから応答速度が高く迅速測定を図れ、さ
らに、所定のあるいは偶然の電源遮断があったとしても
都度の原点合せ作業をすることなくただちに再測定する
ことができる等、従来のインクレメンタル方式の欠点並
びに不利不便を一掃するということを意味するものであ
る。

また、メインスケール１０に設けた複数列の光学格子（
１３，１５）は、ガラス板上にエツチング手法等によっ
て物理的に固定化されたものとされ、かつ異なるピンチ
の光学格子間に関する組間位相差と当該−つの光学格子
内に関する位相差とを利用して変位量の絶対値を検出す
るものと形成されているので、例えば従来インクレメン
タル方式の装置においてＩピンチ内に生ずる波形を延抗
分割等による電気的細分化していた場合と異なり、両ス
ケール１０．２０すなわち採用する工作機械との対応整
合が執られたものであるから、真の高精度測定を保障す
ることができる。

さらに、組間位相差を求めるに両光学格子１３゜１５に
関与した各位相差を減算して算出するのみならず逆正接
関数演算によって求めることができるよう形成されてい
るから両光学格子１３．１５との相関関係を密接不可分
とすることによってｔ行啓のない検出ができる。この点
からも高精度が保障される。

なお、この実施例では、メインスケールｌＯの第１の光
学格子ｉ３のピッチＰが４００　μｍ１第２の光学格子
１５のピッチＰ−ΔＰが３９８　μｍであり、検出範囲
長Ｌ（８０ｍ−）の範囲内で分割数Ｎを２００として２
μｍの分解能で検出できるよう形成したが、これらの数
値的事項は任意的に選択することができ、分解能０．１
　μｍ以下とすることもできる。この意味においてメイ
ンスケール１０には２列の光学格子１３．１５を設けた
が３列以上でも同様にできる。３列以上とすれば検出範
囲長りを大きくかつ様々に選択することが可能となる。

同様に、インデックススケール２０の参照光学格子３５
Ａ、３５Ｂもピッチｑをメインスケール１０の第１の光
学格子１３のピンチと同じとしたが対応する光学格子の
ピッチＰ１に対しピッチを１／ｎ（ｎは１以上の整数）
とした場合にも本発明は適用され、こうするとメインス
ケール１０の光学格子１３．１５に改変を加えずして分
解能を荷められる。また、各参照光学格子２３Ａ、２３
Ｂ、２５Ａ、２５Ｂをそれぞれ９０度位相づれさせた各
２個から形成したが、要は対応するメインスケール１０
の光学格子１３．ｉ５との関係において位相差を生しさ
せることができればピッチｑが微妙に異なるいわゆるバ
ーニヤ方式の参照光学格子を採用することによって各１
個と形成することもできる。さらに、光学格子１３の上
下に光学格子１５を配設して上下の位相差の平均をとる
ことにより、インデックススケール２０のメインスケー
ルｌＯに対する傾きの補正も可能である。

また、検出装置自体を、平行照明系を用いた透過型とし
たが第５図に示すような反射型としてもよく、直線型で
なくロータリー型としても本発明は適用される。また、
変位検出時を特定するためにタッチセンサ６５を用いた
がこれに限定されない、また、一定のサンプリング時間
毎に絶対変位検出回路５０で変位検出できるようするこ
ともできる。

さらに、検出範囲長しはメインスケール１０とインデッ
クススケール２０との相対移動方向に対する長さである
が、本検出装置は変位を検出するものであって測定対象
を長さ、幅等に限定することでなく、圧力、重量等であ
ってもよいものである。

もとより、メインスケールにバイナリコードやグレイコ
ードを用いてアブソリュート方式を具現化した場合と比
較すれば、本発明の場合、格子の列数は著しく少なくて
済み、ピッチも狭小とできかつダイナミーツクレンジ（
検出範囲／分解能）の高く、その実用的価値において格
段の差異あることが理解される。さらに、検出範囲長し
のｉｌｌ！過ポイントを計数し、複数の検出範囲長りに
わたる長大化検出をすることも容易である。

〔発明の効果〕

本発明は、量分解能、高精度で検出範囲の広いアブソリ
ュート方式の光学式変位検出装置を提供できるという効
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一実施例を
示す全体構成図、第２図は同しく要部拡大図、第３図は
同じく絶対変位量を演算するためのフローチャート、第
４図は同じく波形説明図、第５［１２Ｉは同しく他の実
施例を示す４Ｆ１要図および第６図は従来の光学式変位
検出装置の概略構成図である。 １０・・・メインスケール、１３・・・第１の光学格子
、１５・・・第２の光学格子、２０・・・インデックス
スケール、２３・・・第１の参照光学格子、２５・・・
第２の参照光学格子、３０・・・光電変換器、４０・・
・平行照明系、５０・・・絶対変位検出回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数列の光学格子が設けられるとともに各列毎の
   光学格子ピッチが異なるものと形成されているメインス
   ケールと、 前記メインスケールの各列光学格子に対応させた複数列
   の参照光学格子が設けられ前記メインスケールと相対変
   位可能とされたインデックススケールと、 前記両スケールに平行光を照射するための平行照明系と
   、 前記メインスケールの各列光学格子毎に２個１組として
   配設され、各組毎に前記メインスケールを透過した透過
   光または、前記メインスケールから反射された反射光を
   受けて９０度位相のずれた電気信号を出力する複数組の
   光電変換器と、前記光電変換器の各組からそれぞれ出力
   される電気信号間の組間位相差を求めるとともにこの組
   間位相差を利用して前記メインスケールとインデックス
   スケールとの相対移動変位量の絶対値を検出できるよう
   形成された絶対変位検出回路とを備えてなる光学式変位
   検出装置。
2. （２）前記特許請求の範囲第１項において、前記インデ
   ックススケールの各参照光学格子が、前記メインスケー
   ルの各列毎の光学格子ピッチをＰ＿１、Ｐ＿２、・・・
   としたとき当該光学格子ピッチの１／ｎ（ｎ＝１、２、
   ３、・・・）のピッチとして前記メインスケールの光学
   格子ピッチに対応されていることを特徴とする光学式変
   位検出装置。
3. （３）前記特許請求の範囲第１項または第２項において
   、 前記絶対変位検出回路が、前記相対移動変位量の絶対値
   （Ｘ）を前記組間位相差を変数として求めた広範囲変位
   量（Ｘ＿Ｌ）と前記メインスケールのいずれか１つの列
   の光学格子に対応された当該組の光電変換器から出力さ
   れる前記電気信号を変数として求めた当該光学格子の１
   ピッチ内での狭範囲変位量（ΔＸ＿Ｌ）との和として検
   出できるよう形成されている光学式変位検出装置。
4. （４）前記特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かにおいて、 前記絶対変位検出回路が、前記組間位相差を２組の前記
   光電変換器から出力される電気信号から求めた値を前記
   組間位相差の正接関数とし、この正接関数を逆正接演算
   して算出するよう形成されている光学式変位検出装置。