JPS6363916A - Optical type displacement detector - Google Patents

Optical type displacement detector

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JPS6363916A
JPS6363916A JP20855486A JP20855486A JPS6363916A JP S6363916 A JPS6363916 A JP S6363916A JP 20855486 A JP20855486 A JP 20855486A JP 20855486 A JP20855486 A JP 20855486A JP S6363916 A JPS6363916 A JP S6363916A
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grating
light source
pitch
displacement detector
lattice
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Soji Ichikawa
宗次 市川
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To facilitate the manufacture of an index scale, by forming a lattice pitch in a specified relationship according to intervals respectively between a diffusion light source consisting of laser diode and a main scale and an index scale to divide the pitch in to a plurality of segments optically. CONSTITUTION:A lattice 16 of a main scale 14 is arranged at a position separated by (u) from a laser diode 32 while a lattice 20 of an index scale 18 is arranged at a position separated by (v) from the lattice 16. The pitch of the lattice 20 is given by qapprox.=(u+v)Q/u when Q=P/m (m is integer of 2 or more) with the pitch of the lattice 16 represented by P. Changes in the quantity of light with relative movement of the scales 14 and 18 are received with light receiving elements 22A and B differing in the phase by 90 deg. from each other to obtain a 2-phase detection signal with the pitch Q and a higher harmonic component of m=4 is utilized. This facilitates the manufacture of the index scale.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【産業上の’IJ 1111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ものである
[Industrial Field of IJ 1111] The present invention relates to an optical displacement detector, and more particularly, to detecting the relative positions of two members by forming an optical grating that corresponds to a main scale formed with an optical grating. The present invention relates to an improvement in an optical displacement detector that detects changes in a photoelectric conversion signal caused by relative displacement with an index scale.

【従来の技術】[Conventional technology]

工作機械や測定機などの分野において、第8図に示す如
く、相対移8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208設けたインデックススケール18、例えば光源
10及びコリメータレンズ12から構成される照明手段
及び例えば受光素子22から構成される光電変換手段を
有するスライダを固定して、第1の格子16と釦2の格
子20との相対移動によって生ずる光■変化を光電変換
し、得られた信号を付爲する計数回路でパルス化して計
数することにより変位置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で差肋
僧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△sinθ、A CO3
θで近似でさる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^庶化と共
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10μ■以下の仕様が要求され
ている。 従って、高分解能化に有利な検出器として、メインスケ
ールの第1の格子のピッチPに対して得られる検出信号
のピッチtがP/2などPを細分化したものである、い
わゆる光学的分割を行う検出器が提案されている。 本出願人も、先にメインスケール上の第1の格子のピッ
チP1インデックススケール上の第2の格子のピッチP
/n  (nは2以上の整数)のときに、検出信号とし
てピッチP/nの信号が得られる検出器を提案している
。 この場合、第1の格子は光透過又は反射部と遮光部とは
131:1の設定であったが、第1の格子はピッチPの
す本波成分の他にピッチP/nの高′A波成分を有して
おり、この高調波成分の1mと第2の格子との山なり合
いによって検出信号が得られたものと推定される。これ
は、波長をλとしたとき、格子間隔がほぼ(P/n )
 2/λの整数倍の所で良好な信号が得られていること
からも裏イ」けられている。 例えば第1の格子としてピッチがPで光透過又は反射部
と遮光部とが正確に1:1である格子F1(x)を想定
し、これ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 1 (X ) = 1/2+0.6sin  (2
πx /P)+0.2Sin (3・2πx /P)十
Q、1sin  (5・2πx/P)+ ・・・ 従ってFl(x)には、基本波の他に3次、5次などの
高調波が含まれていることがわかる。同様に、第1の格
子として光透過又は反射部と遮光部とが5=7と仮定し
てフーリエ解析すると、更に2次、4次などの高調波も
含まれることが等比される。 一般に第1の格子は、光透過又は反射部と遮光部との比
1:1を目標にして製作されるが、製造技術的にばらつ
きが生じて1:1にはならないため、全ての次数の高調
波成分が含まれていると考えられ、上記検出器はこれら
の高調波成分を利用したものである。
In the field of machine tools, measuring instruments, etc., as shown in FIG. The first grating 16 and the grating 20 of the button 2 are fixed by fixing the provided index scale 18, a slider having an illumination means composed of a light source 10 and a collimator lens 12, and a photoelectric conversion means composed of a light receiving element 22, for example. Optical displacement measuring devices are in widespread use that measure displacement by photoelectrically converting changes in light caused by relative movement with the object, converting the resulting signal into pulses in a counting circuit, and counting. In such a measuring device, for example, the second grating 22 provided on the index scale 18 is divided into phases of 0", 90°, 180°, and 270°, as shown in FIG. , by adjusting the width of the preamplifiers 24A and 24B, the X of the index scale 18
Corresponding to the displacement in the direction, △sinθ, A CO3
A two-phase detection signal approximated by θ is obtained. In such a measuring device, as processing technology becomes more popular, it is required to further refine the measurement resolution, and the grating pitch P of the first grating 16 of the main scale 14
is becoming smaller. Conventionally, the grating pitch P is 20 μm
However, recently a specification of 10μ or less is required. Therefore, as a detector that is advantageous for high resolution, the so-called optical division method is used, in which the pitch t of the detection signal obtained with respect to the pitch P of the first grating of the main scale is a subdivision of P such as P/2. A detector that performs this has been proposed. The present applicant has also previously determined that the pitch P of the first grating on the main scale is the pitch P of the second grating on the index scale.
/n (n is an integer of 2 or more), a detector is proposed that can obtain a signal with a pitch of P/n as a detection signal. In this case, the first grating had a ratio of 131:1 between the light transmitting or reflecting part and the light shielding part, but the first grating had a main wave component of pitch P as well as a high component of pitch P/n. It has an A-wave component, and it is estimated that the detection signal was obtained by the combination of 1 m of this harmonic component and the second grating. This means that when the wavelength is λ, the lattice spacing is approximately (P/n)
The fact that good signals are obtained at integer multiples of 2/λ also proves it is a good idea. For example, assuming a grating F1(x) with a pitch of P as the first grating and a ratio of light transmitting or reflecting portions to light blocking portions at exactly 1:1, and performing Fourier analysis on this, excluding the constant, the following equation is obtained. become. F 1 (X) = 1/2 + 0.6 sin (2
πx /P) + 0.2Sin (3・2πx /P) 10Q, 1sin (5・2πx/P)+ ... Therefore, in addition to the fundamental wave, Fl(x) contains harmonics such as the 3rd and 5th orders. It can be seen that waves are included. Similarly, if Fourier analysis is performed assuming that the number of light transmitting or reflecting portions and light shielding portions in the first grating is 5=7, it is found that harmonics such as second order and fourth order are also included. Generally, the first grating is manufactured with the aim of achieving a ratio of 1:1 between the light transmitting or reflecting part and the light shielding part. However, due to variations in manufacturing technology, the ratio is not 1:1, so It is thought that harmonic components are included, and the above-mentioned detector utilizes these harmonic components.

【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、この検出器は、照明光を良好な平行光線
とJるための、高精度で焦点距離の長いコリメータレン
ズが必要である。従って検出器が大型化するという問題
点がある。 更に光学的分割の増大と共に、インデックススケール上
の第2の格子のピッチを細分化する必要がある。インデ
ックススケールは、メインスケールとは異なり、数−も
あれば充分であるため木質的な障害ではないが、ピッチ
の細分化に伴い歩留りが悪化するという問題点は残る。
However, this detector requires a collimator lens with high precision and a long focal length to collimate the illumination light into a well-paralleled beam. Therefore, there is a problem that the detector becomes larger. Furthermore, with increasing optical resolution, it is necessary to refine the pitch of the second grating on the index scale. Unlike the main scale, the index scale is not a wood-related problem because it is sufficient to have a number of index scales, but the problem remains that the yield deteriorates as the pitch becomes finer.

【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、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、
光学的分割を行う光学式変位検出器を提供することを目
的とする。
The present invention was made to solve the above-mentioned conventional problems, and it does not require the use of a collimator lens with high precision and a long focal length, and the index scale can be easily processed.
An object of the present invention is to provide an optical displacement detector that performs optical division.

【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、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で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、Q=P/1 (iiは2以上の整数)
とおいたとぎ、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qα(u +v ) Q/
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
量変化を光電変換してピッチQの検出信号を生成する受
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f+l!i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tM態様は、前記点光源を、レーザ
ダイオードの発光部前面に発敗角抑1+l用のレンズを
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jこらのであ
る。 又、本発明の実施態様は、前記間隔V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、更にこの
系の倍率Mを M4 (u +v ) /u で定義したとぎ、 Vαn MQ’ /λ (nは1以上の整1)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。ここで、第1の格子16は、−次(+aは2以
上の整数)の高調波成分を有すると仮定すると、第1の
格子の代わりにピッチQ(但しQ−P/l )で表わさ
れる格子があると考えてよい。 すると、第1の格子16から間隔Vを隔てた影像面Sに
は、直感的にはピッチQの格子の拡大された影が形成さ
れる。実際には回1斤の効果により影の光量分布はUや
Vの値によって様々に変化する。 間車のため、ピッチQの格子の光の振幅透過率f(x)
を次式で表し、P rinciples of  Op
tics、  6th edLtion(MAX  B
ORN  &  EMI L  WOLF、 Perg
amon press、 1980)の第383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g (X)を計算した結果を以下に示す。 f(x ) =1 +cos  (2πx/Q)・・・
・・・(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、この光学系における
光のスペクトルの平均値におけるgt艮をλとおき、n
を自然数(1以上の整vi)として、この系の第1の格
子の倍率M@M−(u +v )/11で定義する。 よず間隔Vが、次の(2)式で表されるvl(0)とほ
ぼ等しいときには、比例定数を除いて、次の(3)式に
示す関係が成立する。 VαV 1 (n ’) 一= (n−0,5)MQ2/λ−・−(2>Q(X)
三01 (X ) y4+cos[4πUX /((u +v )Q) ]  ・・・・・・(3)上
記(2)式は、VたV 1 (n ) −u  (n 
−Q。 5)Q2/(λu −(n−0,5)Q2)と等価であ
る。但し、gl (x )は、■が変化してもあまり変
化しないので、(2)式は厳密なものではない。 一方、間隔Vが、次の(4)式で表されるv2(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 =v 2 (n ) =n MQ2 /λ     ・・・・・・(4)リ 
(X)  三 g2  (x  )=i +cos[2
πu x /((u+v)Q)]  ・・・・・・(5)(2)式
及び〈3)式から、間隔UがVl(n)近傍の影像面S
には、格子ピッチqが(U +v )Q/ (2u )
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。この影台は、直観的な影椋に
対して格子ピッチが1/2であり、第1の格子16がQ
即ちP/lだけ変位すると、検出信号は2ピッチ分変化
するという大さ・な特徴がある。 一方、(4)式及び(5)式からは、間隔VがV2(I
I)近傍の影像面Sには、格子ピッチqが(u +v 
) Q/uの第2の格子を配置することにより、検出信
号を得ることができることがわかる。 この影椴は直観的な影像に対応するので、第1の格子1
6のQ即ちP/Ifの変位によって、検出信号61ビツ
ヂ分変化する。 41お、第1の格子16の高調波成分に対応して影像面
Sには様々なピッチの波形が存在するが、第2の格子は
、その内特定の成分をフィルタリングすると考えてよい
。 これまでは、拡散光源30、特に点光源として、発光部
が小ざ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が大き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、前出(3
)式及び(5)式を尋出し、前記のような検出器の実用
性をMI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P1第2の格子の格子ピ
ッチqを(u +v ) Q/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
、Q−P/s)とし、前記第1の格子が形成されたメイ
ンスケールを、拡散光源で照明して、第1格子の高調波
成分の彰仏と第2格子との重なり合いによる光量変化を
光電変換してピッチQの検出信号を生成するようにして
いる。 従って、高粘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。
The present invention provides an optical displacement detector including a diffused light source and a main scale formed with a first grating including a harmonic component with a grating pitch P and disposed at a distance U from the diffused light source. and Q=P/1 (ii is an integer greater than or equal to 2)
Then, the grating pitch qα(u +v) Q/ is arranged at a position where the distance from the first grating is V.
an index scale on which a second lattice of u is formed;
By including a light receiving element that generates a pitch Q detection signal by photoelectrically converting a change in light amount due to the overlapping of the image of the first grating by the diffused light source and the second grating when the two scales move relative to each other. , the above objective has been achieved. Further, in an embodiment of the present invention, the diffused light source is a point light source. Moreover, the fruit of the present invention f+l! In the i aspect, the point light source is further a laser diode. In another embodiment of the present invention, the point light source is provided with a lens for suppressing the angle of collapse 1+l in front of the light emitting part of the laser diode. Further, in another embodiment of the present invention, the diffused light source is a line light source oriented in the grating width direction of the first grating. Further, in an embodiment of the present invention, the interval V is defined as λ, which is the wavelength at the average value of the light sensitivity spectrum of the optical system, and the magnification M of this system is defined as M4 (u + v) /u, Vαn MQ' /λ (n is an integer greater than or equal to 1). (Operation) First, the detection principle of the present invention will be briefly explained. As shown in FIG. Here, assuming that the first grating 16 has a harmonic component of −th order (+a is an integer of 2 or more), the pitch Q (however, Q-P/l) is used instead of the first grating. It may be assumed that there is a grating represented by: Then, intuitively, an enlarged shadow of the grating with a pitch Q is formed on the image plane S which is spaced apart from the first grating 16 by a distance V.In reality, The light intensity distribution of the shadow changes variously depending on the values of U and V due to the effect of one loaf of time. Due to the spacer, the amplitude transmittance of light of the grating with pitch Q f(x)
is expressed by the following formula, Principles of Op
tics, 6th edLtion(MAX B
ORN & EMI L WOLF, Perg
The results of calculating the image distribution g (X) on the image plane S with the interval V using the theory of Fresnel diffraction described on page 383 of Amon Press, 1980 are shown below. f(x) = 1 + cos (2πx/Q)...
(1) Here, let λ be the gt value at the average value of the light spectrum in this optical system, taking into account the emission spectrum of the diffused light source 30 and the wavelength sensitivity of the light receiving element, and n
is a natural number (an integer vi of 1 or more), and is defined as the magnification M@M-(u + v )/11 of the first lattice of this system. When the distortion interval V is approximately equal to vl(0) expressed by the following equation (2), the relationship shown in the following equation (3) holds true, excluding the proportionality constant. VαV 1 (n') 1 = (n-0,5)MQ2/λ-・-(2>Q(X)
301 (X) y4+cos[4πUX/((u +v)Q)] ......(3) The above equation (2) is expressed as VtaV1(n)-u(n
-Q. 5) Equivalent to Q2/(λu - (n-0,5)Q2). However, since gl (x) does not change much even if ■ changes, equation (2) is not exact. On the other hand, when the interval V is approximately equal to v2(n) expressed by the following equation (4), the relationship of the following equation (5) holds true, excluding the proportionality constant. V = v 2 (n) = n MQ2 /λ (4) Re
(X) 3 g2 (x)=i +cos[2
[πu
, the grating pitch q is (U + v )Q/ (2u )
It can be seen that the detection signal can be obtained by arranging the second grating of . This shadow platform has a grid pitch that is 1/2 that of an intuitive shadow platform, and the first grid 16 has a Q
That is, the detection signal has a large characteristic in that when it is displaced by P/l, the detection signal changes by two pitches. On the other hand, from equations (4) and (5), the interval V is V2(I
I) The nearby image plane S has a grating pitch q of (u + v
) It can be seen that the detection signal can be obtained by arranging the second grid of Q/u. Since this shadow plate corresponds to an intuitive image, the first grid 1
The detection signal changes by 61 bits depending on the displacement of Q of 6, that is, P/If. 41. Although there are waveforms with various pitches on the image plane S corresponding to the harmonic components of the first grating 16, the second grating may be considered to filter a specific component among them. Up until now, there has been no diffused light source 30, especially a point light source, with a small light emitting part and a large output, and there has been little need for a large grating pitch P, so the present invention Such a detector has never been studied in depth. However, due to changes in the technical background such as the need to reduce the cost of laser diodes, which are ideal as point light sources, and to overcome problems associated with miniaturization of the grating pitch P, the inventor of the present application has investigated the above-mentioned method. (3
) and (5), and MI confirmed the practicality of the detector as described above. The present invention was made based on such research results, and the grating pitch of the first grating is P1, the grating pitch q of the second grating is (u + v) Q/u (u is the difference between the diffused light source and the first grating). The interval between the gratings, ■ is the interval between the first grating and the second grating, Q-P/s), and the main scale on which the first grating is formed is illuminated with a diffused light source, and the first grating is A detection signal with a pitch Q is generated by photoelectrically converting the change in the amount of light caused by the overlapping of the Shōbutsu and the second grating in the harmonic components of the second grating. Therefore, there is no need to use a collimator lens with high viscosity and a long focal length, and the index scale can be easily processed.

【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11明の第1実施例は、■次の高調波成分を用いる前
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からの間隔がUである位置に配置された、格
子ピッチPで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′#、象と第
2の格子20との壬なり合いによる光量変化を光電変換
する、位相がそれぞれ0°、90°とされた2個の受光
素子22A、22Bと、該受光索子22A、22Bの出
力をそれぞれ増幅するプリアンプ24A、24Bとから
構成されている。 ここで第1の格子16は、−次の高調波成分を持つと仮
定し、第2図では、ピッチQ−P/eの格子で第1の格
子を表現している。第1の格子としては、例えば光透過
部と遮光部とが略1:1の格子などが用いられる。 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0.78μlのレーザダイオ
ード(例えば日立製作所のHL−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V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 hn 1vlQ2/λ   ・・・・・・(6)q
 = (u +v ) Q/u  ・・・・・・(7)
ここで、nは1以上の整数である。 u 体内t、: ハ、i=5、n=120とし、U、V
を共に約5I11mに設定し、第1の格子の格子ピッチ
Pを20μs (Q−4μl)とした場合、第2の格子
20の格子ピッチqは、(7)式の関係から8μ−でよ
い。最終的には、レーザダイオード32ヤインデツクス
スケール18の位置を微調整して、良好な信号が得られ
るようにずればよい。又、間隔Vの変動の訂容値は、約
±0.202/λである。 一方、位相のずれた信号を得るために偏差δを以て区分
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’を得るためには、格子ピッチqが8μ
mであるため、偏差δは(2±0.2)μm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、偏差共2倍となり、製作が容易になることがわか
る。 ここでバーニヤ方式の検出器の場合は、第2の格子20
の格子ピッチqは(7)式の近似値に設定し、位相別の
区分は不要であるが、格子ピッチqは従来の2倍でよい
。 又、メインスケール14が変位する場合の間隔U、V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Iffは、受光素子22A、22
BのX方向の幅を小さ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
向変位することによって、プリアンプ24A、24[3
からは、ピッチ(=4μlの2相の検出信号が得られる
。即ち、
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. The first embodiment of this 11th light uses the relationship of equations (4) and (5) above using the ■ order harmonic component, and as shown in Fig. 2, the main A main scale 14 includes a laser diode 32 that illuminates the scale 14, and a first grating 16 including a harmonic component with a grating pitch P, which is disposed at a distance U from the laser diode 32. A second grating with a grating pitch q arranged at a distance V from the first grating 16
an index scale 18 on which a lattice 20 of
When both the scales 14 and 18 move relative to each other, the phase of each of them is 0, which photoelectrically converts the change in the amount of light caused by the interaction between the first grating 16'# of the first grating 16 by the laser diode 32 and the second grating 20. It is comprised of two light receiving elements 22A, 22B with angles of 90° and 90°, and preamplifiers 24A, 24B that amplify the outputs of the light receiving elements 22A, 22B, respectively. Here, it is assumed that the first grating 16 has a -th order harmonic component, and in FIG. 2, the first grating is represented by a grating with a pitch Q-P/e. As the first grating, for example, a grating in which the ratio of light transmitting portions to light blocking portions is approximately 1:1 is used. As the laser diode 32, a laser diode (for example, HL-7801E manufactured by Hitachi, Ltd.) whose light emitting portion is approximately several μm square and whose wavelength λ is approximately 0.78 μl can be used. The distance V between the first grating 16 and the second grating 20 and the grating pitch q of the second grating 20 are made to satisfy the following relationship. v hn 1vlQ2/λ ・・・・・・(6)q
= (u + v) Q/u (7)
Here, n is an integer of 1 or more. u Body t: Ha, i=5, n=120, U, V
are both set to approximately 5I11m, and the grating pitch P of the first grating is 20 μs (Q−4 μl), the grating pitch q of the second grating 20 may be 8 μ− from the relationship in equation (7). Finally, the position of the laser diode 32 and index scale 18 may be finely adjusted to obtain a good signal. Further, the correction value of the variation in the interval V is approximately ±0.202/λ. On the other hand, regarding the deviation δ of the second grating 20, which is divided by the deviation δ in order to obtain a phase-shifted signal, in order to obtain a phase difference of 90°±10', the grating pitch q must be 8μ.
m, the deviation δ may be (2±0.2) μm. Therefore, it can be seen that the second grating 20 has twice the grating pitch and twice the deviation as compared to the conventional detector, and is easier to manufacture. Here, in the case of a vernier type detector, the second grating 20
The grating pitch q is set to an approximate value of equation (7), and division by phase is unnecessary, but the grating pitch q may be twice that of the conventional one. In addition, Iff due to the deviation between the pitch q of the second grating 20 and the pitch of the image caused by variations in the intervals U and V when the main scale 14 is displaced is
This can be avoided by reducing the width of B in the X direction. In the configuration of this embodiment, by displacing the main scale 14 in the ×X direction, the preamplifiers 24A, 24[3
From this, a two-phase detection signal with a pitch (=4 μl) is obtained. That is,

【=Qである。この格子を用いてu=51m1
vα3111mにすれば、倍率M=875より、検出信
号のピッチは5μ醜となる。 即ちm −4の高調波成分の利用をしていることになる
。 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図に承り第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
00μ−程度の発散角抑制用の半球レンズ34を設けた
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が、前出(7)式におけるりの値
は実際の間隔よりも大きめに換算する必要がある。 更に、点光源として、レーザダイオードと発光ダイオー
ドとの中門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、受光素子22A、22B
、22C122Dが位相0°、180°、90°、27
0”で区分けされて4個設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すると発光出力が減少
して、プリアンプの増幅度を大きくしなtプればならず
SN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。 前記ね光源40としては、出願人が既に提案している、
第5図及び第6図に示ずような、発光部42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Wが
約50μ鋤、長さLが約400μ嘗のスリット状にP型
Ga Asを拡散形成し、下面には電VM膜46を、上
面には絶縁ptA48を介して電極!!J46を蒸着し
たものとなっている。50はリード線である。このよう
な発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発光部4
2の長手方向をメインスケール14の第1の格子16の
格子幅方向に配向することで、格子線方向には線光源で
あっても、格子のX方向には点光源となり、実質的に点
光源として作用する。 この場合、線光源の前面に発散方向制用のシリンドリカ
ルレンズなどを設けてもよい。 なお、前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、本発明の適用範囲はこれに
限定されず、例えば第7図に示す第4実施例の如く、反
(7)型の検出器にも同様に適用することができる。 更に第1の格子としては、高調波成分を有するものであ
ればどんな形状のものでも使用できる。 又、前記実bl!i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
器に通用されていたが、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縞方式の検出器
や回転変位検出器(0−タリエンコーダ)にも同様に適
用することができる。 【発明の効果】 以上説明したとJ3す、本発明によれば、点光源又は線
光源をそのまま拡散光源として用いることがでさ、高精
度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ろため
、インデックススケールの製造が容易となる等の優れた
効果を右する。
[=Q. Using this grid, u=51m1
If vα is set to 3111 m, the pitch of the detection signal becomes 5 μm because the magnification M=875. In other words, m −4 harmonic components are used. In the first embodiment, the laser diode 32 is used as it is as a point light source, but the type of point light source is not limited to this. For example, as shown in FIG. A diameter of 5 mm is placed on the front of the light emitting part of the
It is also possible to use one provided with a hemispherical lens 34 for suppressing the divergence angle of about 00 μm. In this case, the divergence angle of the illumination light from the laser diode 32 is suppressed,
Although the light receiving efficiency is improved, it is necessary to convert the value of g in equation (7) above to be larger than the actual interval. Further, as a point light source, a high-output light emitting diode, which is a hybrid of a laser diode and a light emitting diode, can also be used. Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail. In this third embodiment, as shown in FIG. 4, a linear light source 40 made of, for example, a slit-shaped light emitting diode oriented in the grating width direction of the first grating 16 is used as a diffused light source. Regarding other points, the light receiving elements 22A, 22B
, 22C122D has phases of 0°, 180°, 90°, 27
The explanation is omitted since it is the same as the first embodiment except that four light emitting diodes are provided and divided by 0". When a general light emitting diode is used as a light source, a light emitting part is used to make it a point light source. If only a small value is used, the light emission output decreases, and the amplification degree of the preamplifier must be increased, resulting in a deterioration of the S/N ratio.For this reason, in this third embodiment, the light source is used as a line light source rather than a point light source. The light source 40 has already been proposed by the applicant.
A light emitting diode in which the light emitting portion 42 has a slit shape as shown in FIGS. 5 and 6 can be used. This light emitting diode is made by diffusing P-type GaAs into a slit-like shape with a width W of about 50 μm and a length L of about 400 μm on a substrate 44 of, for example, N-type GaAS, and an electric VM film 46 on the lower surface. Electrode on the top surface via insulating PTA48! ! J46 is vapor-deposited. 50 is a lead wire. Since such a light emitting diode emits light in a slit shape, the overall output does not decrease and is suitable as a linear light source. In this way, the slit-shaped light emitting portion 4 of the light emitting diode
By orienting the longitudinal direction of 2 in the grating width direction of the first grating 16 of the main scale 14, even if it is a linear light source in the grating line direction, it becomes a point light source in the X direction of the grating, and is essentially a point light source. Acts as a light source. In this case, a cylindrical lens for controlling divergence direction may be provided in front of the linear light source. In each of the above embodiments, the present invention was applied to a transmission type detector, but the scope of application of the present invention is not limited to this. For example, as in the fourth embodiment shown in FIG. The present invention can be similarly applied to type (7) type detectors. Further, as the first grating, any shape can be used as long as it has a harmonic component. Also, the actual BL! In example i, the invention both:
Although the second grating has been commonly used in linear displacement detectors in which two or more sections are provided, the scope of application of the present invention is not limited to this, and detection using a moiré stripe method in which the second grating has no sections is applicable. The present invention can be similarly applied to a rotary displacement detector (0-tary encoder). Effects of the Invention As described above, according to the present invention, a point light source or a line light source can be used as it is as a diffused light source, and there is no need to use a highly accurate collimator lens. In addition, since the pitch of the index scale can be made larger than before, excellent effects such as ease of manufacturing the index scale are obtained.

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

第1図は、本発明の検出原理を説明するためのね図、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断面図、第3図は、同じ(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実施例で用いられているね光源の構成を説
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実施例の構
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承り斜視図である。 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、 22.22A、22B、22C122D・・・受光素子
、 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。
FIG. 1 is a diagram for explaining the detection principle of the present invention, FIG. 2 is a sectional view for explaining the configuration of the first embodiment of the optical displacement detector according to the present invention, and FIG. 3 is a diagram for explaining the detection principle of the present invention. are the same (a cross-sectional view of a main part for explaining the configuration of the second embodiment, FIG. 4 is a perspective view for explaining the configuration of the third embodiment, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part for explaining the configuration of the third embodiment). Figure 6 is a front view for explaining the configuration of the light source used in Figure 5.
7 is a cross-sectional view taken along the line, FIG. 7 is a sectional view for explaining the configuration of the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a perspective view of the configuration of an example of a conventional optical displacement detector. be. 14... Main scale, 16... First grating, 18... Index scale, 20... Second grating, 22. 22A, 22B, 22C122D... Light receiving element, P, Q... - Grating pitch, U, V... spacing, 30... diffused light source, 32... laser diode, 34... hemispherical lens, 40... line light source.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)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で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、 Q=P/m(mは2以上の整数)とおいたとき、前記第
1の格子からの間隔がりである位置に配置された、格子
ピッチq≒(u+v)Q/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してピッチ
Qの検出信号を生成する受光素子と、 を含むことを特徴とする光学式変位検出器。
(1) a diffused light source, a main scale on which a first grating including a harmonic component is formed with a grating pitch P, which is disposed at a distance u from the diffused light source, and Q=P/m( m is an integer of 2 or more), an index scale in which a second grating with a grating pitch q≒(u+v)Q/u is formed and is arranged at a position with an interval from the first grating. , a light-receiving element that photoelectrically converts a change in light amount due to the overlapping of the image of the first grating and the second grating caused by the diffused light source when both scales move relative to each other to generate a detection signal of pitch Q; An optical displacement detector characterized by:
(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。
(2) The optical displacement detector according to claim 1, wherein the diffused light source is a point light source.
(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。
(3) The optical displacement detector according to claim 2, wherein the point light source is a laser diode.
(4)前記点光源が、レーザダイオードの発光部前面に
発散角抑制用の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。
(4) The optical displacement detector according to claim 2, wherein the point light source has a lens for suppressing a divergence angle disposed in front of a light emitting part of a laser diode.
(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。
(5) The optical displacement detector according to claim 1, wherein the diffused light source is a line light source oriented in the grating width direction of the first grating.
(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、更に、この系の倍率MをM=
(u+v)/uで定義したとき、v≒nMQ^2/λ (nは1以上の整数)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。
(6) The distance v is defined by the wavelength at the average value of the light sensitivity spectrum of the optical system being λ, and the magnification M of this system being M=
The first claim states that when defined as (u+v)/u, v≒nMQ^2/λ (n is an integer of 1 or more)
Optical displacement detector as described in section.
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