JPS6365316A - Optical displacement detecting device - Google Patents

Optical displacement detecting device

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Publication number
JPS6365316A
JPS6365316A JP20919486A JP20919486A JPS6365316A JP S6365316 A JPS6365316 A JP S6365316A JP 20919486 A JP20919486 A JP 20919486A JP 20919486 A JP20919486 A JP 20919486A JP S6365316 A JPS6365316 A JP S6365316A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase difference
illumination system
main scale
optical
absolute
Prior art date
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Pending
Application number
JP20919486A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norihito Toikawa
樋川 典仁
Seiji Sakagami
坂上 征司
Makoto Nagai
長井 良
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 JP20919486A priority Critical patent/JPS6365316A/en
Publication of JPS6365316A publication Critical patent/JPS6365316A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To detect the absolute displacement quantity of relative movement between two scales with high accuracy and to reduce power consumption by intermittent lighting by utilizing the inter-group phase difference between electric signals outputted in relation to two arrays of optical gratings provided to the two scales. CONSTITUTION:A main scale 10 provided with optical gratings 13 and 15 which differ in pitch and an index scale 20 provided with reference optical gratings 23 and 25 which differ in pitch are moved relatively. Then, photoelectric converting elements 33A and 33B which have a 90 deg. phase shift corresponding to the gratings 13 output electric signals which have a phase difference theta1 and photoelectric converting elements 35A and 35B corresponding to the gratings 25 output electric signals which have a phase difference theta2. Here, an absolute displacement detecting circuit 50 samples and holds 51 the electric signals with the phase differences theta1 and theta2 properly to compute 55 inter-group phase difference theta2-theta1, which is utilized to find the absolute value of the relative displacement quantity between the scales 10 and 20 with high resolution and high accuracy. Further, an illumination system 40 is driven intermittently by a driving circuit 70 for a specific time right before the absolute value is detected, so the power consumption is reducible.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、相対変位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移動量を検
出するアブソリュート方式の光学式変位検出装置に係り
、特に、照明系の間歇駆動によって消費電力の軽減を図
ったものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is an absolute method that has an optical grating that can be relatively displaced and processes the transmitted light or reflected light from the optical grating in a predetermined manner to detect the amount of relative movement. This optical displacement detection device is particularly designed to reduce power consumption by intermittent driving of the illumination system.

〔背景技術とその問題点〕[Background technology and its problems]

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、重量等)を求める手段の1つとして光学式変位
検出装置が広く利用されている。
2. Description of the Related Art Optical displacement detection devices are widely used as a means of detecting relative displacement between independent objects and determining physical specifications (length, pressure, weight, etc.).

従来、かかる光学式変位検出装置の一般的な透過型の構
造は、第7図に示す構成とされていた。
Conventionally, a typical transmission type structure of such an optical displacement detection device has been shown in FIG.

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10と対応する参照光学格子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、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とを設け構成していた。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20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
透過した透過光を光電変換器2A、2Bを介し信号検出
回路7で所定処理することによって、例えば、1μm/
1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
能を倍以上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。
That is, a main scale 10 having optical gratings 13 aligned in the longitudinal direction and an index scale 20 having corresponding reference optical gratings 3A and 3B are attached to each of two opposing objects (for example, a stationary body and a movable body). attachment,
The light source 1 and photoelectric converters 2A and 2B are connected to both scales 10.
A signal detection circuit 7 is disposed integrally with the index scale 20 with 20 in between, and selectively includes a waveform shaping circuit, a dividing circuit, a direction discrimination circuit, etc. for processing the output signals from both photoelectric converters 2A and 2B. , a reversible counting counter 8, and a display means 9 consisting of a digital display or the like. Therefore, if the index scale 20 and main scale 10, which are integrated with the light source 1 and the photoelectric converters 2A and 2B, are moved relative to each other in the direction of the arrow For example, 1 μm/
It was possible to count one pulse of a digital signal with the counter 8, display the amount of displacement on the display means 9, and further output an electric signal corresponding to the amount of displacement to other equipment. The two photoelectric converters 2A and 2B are provided to provide a direction discrimination function, and depending on the division method, they can be used to more than double the resolution. there were.

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。
However, the conventional optical displacement detection device described above has the following problems.

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。
First, since it is an incremental method, it is difficult to operate in an absolute manner.

すなわち、前記光電変換器2A。That is, the photoelectric converter 2A.

2Bの出力は、例えば、光学格子13のスリット幅を1
0μm、ピンチを20μmとすれば20μm相当長を一
周期とする略正弦波形状のサイクリ・7り信号となるか
らである。そこで、メインスケール10に関与させた電
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
該電磁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
の電磁スイッチ等を設けることから大型化、経済的負担
増大さらには信鯨性欠如という問題があった。
The output of 2B is, for example, the slit width of the optical grating 13 by 1
This is because if the pinch is 0 μm and the pinch is 20 μm, a cycle/7 cycle signal having a substantially sinusoidal shape with one period having a length equivalent to 20 μm will be obtained. Therefore, an electromagnetic switch or the like connected to the main scale 10 is installed to set the so-called absolute origin and use a quasi-absolute method, but this changes to an incremental method within the interval between the electromagnetic switches. Not only is it not a fundamental solution because there is no such device, but the provision of electromagnetic switches and other components increases the size, increases the economic burden, and lacks credibility.

一方、メインスケール10にバイナリコードやグレイコ
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。
On the other hand, an absolute type detection device in which the main scale 10 is equipped with a binary code, a gray code, etc. is also considered, but this type would inevitably increase the size of the equipment and would not be accurate enough to satisfy the current high precision requirements. It has a fundamental drawback in that resolution cannot be obtained, making it difficult to use in industry.

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(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。
Second, since it is an incremental method, there are inherent problems such as unstable accuracy or accuracy guarantee. Due to noise, etc. during measurement (if there is even one miscount, the value displayed on the display means 9 during the process, that is, the measured value, will be meaningless, and because of the high resolution, the miscount will not be easily noticed) This problem caused a fatal drawback in that product defects could not be avoided.

これかため、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
れてしまうという問題もあった。
As a result, not only strict noise countermeasures are required and the equipment becomes too large, but also there is a problem in that the manner of use is restricted because it cannot be said to be a complete countermeasure.

第3に、利用上、取扱上の不利不便があつた。Third, there were disadvantages and inconveniences in terms of use and handling.

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
製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ックアップ電源を備
えなければならないという設備経済上の問題があった。
That is, while the table feed speed and the like of the machine tool are optionally selected by the user, the displacement detection device has a limit on the allowable relative movement speed of both scales 10 and 20 determined by the characteristics of the electrical equipment concerned. Therefore, there is a problem in that the response speed is limited in that if the relative movement speed is used at a high speed exceeding the allowable relative movement speed, erroneous counting will occur. Furthermore, if the power to the device is cut off due to operation on the user's side or by accident or carelessness, the cumulative count value will be lost, and the work efficiency will be lowered as the cumulative count value will be lost. there were. On the other hand, in order to avoid this, a backup power source had to be provided, which was a problem in terms of equipment economy.

第4に、光学式変位検出装置においては、光源1つまり
照明系の消費電力が非常に大きいという問題である。
Fourthly, in the optical displacement detection device, there is a problem that the power consumption of the light source 1, that is, the illumination system is extremely large.

すなわち、近年の電子技術の進歩から前記信号検出回路
7等の消費電力は非常に小さいものとすることができる
がLED等の型種に拘わらず光源1の消費電力はその光
学的エネルギー的制約−1−極限にあり、これを大幅に
小さいものとすることは至難である。これがため光源1
に供される消費電力は変位検出装置全体の消費電力の7
0%〜80%を占めるという事態を招いた。したがって
、特に小型、軽量の例えば測長機に変位検出装置をセン
サーとして利用する場合等にあっては電源である電池の
電圧低下が速く結果としてS/Nを劣悪下させ測定精度
保障困難さらには測定不能となるという欠点があった。
That is, with recent advances in electronic technology, the power consumption of the signal detection circuit 7 and the like can be made very small, but regardless of the type of LED or the like, the power consumption of the light source 1 is limited by its optical energy. 1- It is at the limit, and it is extremely difficult to make it significantly smaller. This is light source 1
The power consumption for this is 7 times the power consumption of the entire displacement detection device.
This led to a situation in which the ratio ranged from 0% to 80%. Therefore, especially when using a displacement detection device as a sensor in a compact and lightweight length measuring machine, for example, the voltage of the battery that is the power source drops quickly, resulting in a deterioration of the S/N and making it difficult to guarantee measurement accuracy. The drawback was that it was impossible to measure.

一方、これら事態を回避すべく電池を大容量とするとき
は測長機全体を大型化させるので本末転倒し、小型化に
反するものとなるばかりか電池交換作業の煩わしさ、使
用態様の狭小化、交換電池の備蓄等取扱上、経済上の不
利不便を有していた。
On the other hand, in order to avoid these situations, increasing the capacity of the battery increases the size of the entire length measuring machine, which is not only putting the cart before the horse and going against the idea of miniaturization, but also causing the hassle of battery replacement, narrowing the usage patterns, etc. There were economic disadvantages in handling such things as stockpiling replacement batteries.

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
障することができ、かつ消費電力の軽減を図ることので
きる光学式変位検出装置の開発が強く望まれていた。
These problems are due to the fact that conventional optical displacement detection devices are incremental in their structure. There has been a strong desire to develop an optical displacement detection device that can reduce this.

(発明の目的〕 本発明は、上記従来の問題点を除去すべく鑑みなされた
もので消費電力が小さく高分解能、高精度の検出を達成
できるアブソリュート方式の光学式変位検出装置を提供
することを目的とする。
(Object of the Invention) The present invention has been made in view of eliminating the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an absolute type optical displacement detection device that consumes little power and can achieve high resolution and high precision detection. purpose.

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
各列毎のピンチが異なる2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2列の光学格子に関
与して出力される電気信号間の組間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ッ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
出できるようするとともに間歇照明によって消費電力の
軽減を図ったものである。
[Means and effects for solving the problems] The present invention has the following features:
Two rows of optical gratings with different pinches for each row are provided on the main scale, and an optical grating with corresponding rows and corresponding pinches is also provided on the index scale. By skillfully utilizing the phase difference between the sets, it is possible to detect the absolute displacement of the relative movement of both scales over a wide range significantly larger than the pitch of the optical grating with a resolution smaller than the pitch of the optical grating. At the same time, intermittent lighting was used to reduce power consumption.

これかため、2列の光学格子が設けられるとともに各列
毎の光学格子ピン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2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、 前記両スケールに光照射するための照明系と、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9
0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るとともに前記照明系を駆
動するための照明系駆動回路を設け前記照明系を間歇的
に駆動して絶対変位を検出できるよう構成して前記目的
を達成するのである。
For this reason, there is a main scale in which two rows of optical gratings are provided and each row has a different optical grating pinch, and two rows of reference optical gratings corresponding to each row of optical gratings on the main scale. an index scale that is displaceable relative to the main scale; an illumination system for irradiating light onto both scales; For each set, the transmitted light transmitted through the main scale or the reflected light reflected from the main scale is received.
A plurality of sets of photoelectric converters that output electrical signals with a phase shift of 0 degrees are obtained, and an inter-set phase difference between the electrical signals output from each set of the photoelectric converters is determined, and this inter-set phase difference is utilized. and an absolute displacement detection circuit formed to be able to detect the absolute value of the relative movement displacement amount between the main scale and the index scale, and an illumination system drive circuit for driving the illumination system, and the illumination system is operated intermittently. The above objective is achieved by configuring the sensor so that it can be driven and detect absolute displacement.

従って、各ピッチが異なる2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2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相対移
動させれば、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。
Therefore, by relatively moving the main scale, which has two rows of optical gratings with different pitches, and the index scale, which has two corresponding rows of reference optical gratings with different pitches, the phase can be shifted by 90 degrees. A phase difference θ1 is detected from the photoelectric converter corresponding to the first row of two reference optical gratings.
Similarly, the photoelectric converter corresponding to the reference optical grating in the second column outputs an electrical signal having a phase difference θ2.

ここに、絶対変位検出回路では、位相差θ1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−θ、)を演算し
、この組間位相差(θ2−θ1)を利用して両スケール
の相対移動量の絶対値を高分解能、高精度で求めること
ができる。
Here, the absolute displacement detection circuit samples and holds the electrical signal with the phase difference θ1 and the electrical signal with the phase difference θ2 at appropriate times, calculates the inter-group phase difference (θ2−θ,), and calculates the inter-group phase difference ( Using θ2−θ1), the absolute value of the relative movement amount of both scales can be determined with high resolution and accuracy.

とりわけ、照明系は照明駆動回路によって、例えば絶対
値検出直前の所定時間のみ間歇駆動されるから両スケー
ルの相対移動中に常時駆動する必要がなく消費電力を飛
躍的に低減することができる。
In particular, since the illumination system is driven intermittently by the illumination drive circuit, for example, only for a predetermined period of time immediately before absolute value detection, it is not necessary to constantly drive the illumination system during relative movement of both scales, and power consumption can be dramatically reduced.

〔実施例〕〔Example〕

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。
An embodiment of the optical displacement detection device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

この実施例は、第1図ないし第4図に示され、本装置は
、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l0120を光照射するための照明系
40とこの照明系を間歇駆動させるための照明系駆動回
路70と両スケール10.20からの透過光を受けて電
気信号を出力する2組(30A、30B)の光電変換器
30と、組間位相差を求めて両スケールl0920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。
This embodiment is shown in FIGS. 1 to 4, and the apparatus includes a main scale 10 provided with two rows of optical gratings, an index scale 20 provided with a corresponding reference optical grating, and both scales 10120. An illumination system 40 for irradiating light, an illumination system drive circuit 70 for intermittently driving this illumination system, and two sets (30A, 30B) of photoelectrons that receive transmitted light from both scales 10 and 20 and output electrical signals. It consists of a converter 30 and an absolute displacement detection circuit 50 that is configured to determine the phase difference between sets and detect the absolute value of the relative displacement amount of both scales 10920.

メインスケール10は第1図、第2図に示すように断面
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−ΔPが398 μmとさ
れた第2の光学格子15が設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the main scale 10 has the shape of an elongated thin plate made of a glass material 11 with a rectangular cross section, and a first optical grating 13 with a pitch P of 400 μm is placed on the lower side in the figure, and a first optical grating 13 on the upper side in the figure is made of a glass material 11 with a rectangular cross section. A second optical grating 15 with a pitch P-ΔP of 398 μm is provided on the side.

ここに、第1の光学格子13が検出範囲長しく80m)
をN(=200)等分し、第2の光学格子15がN+1
等分するよう形成されているから、L=NP=   (
N+1)    (P  −Δ P )  ・・・ ・
・・ (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。
Here, the first optical grating 13 has a detection range of 80 m)
is divided into N (=200) equal parts, and the second optical grating 15 is divided into N+1
Since it is formed to be equally divided, L=NP= (
N+1) (P −Δ P ) ・・・ ・
...(1) holds true. The above values were chosen for this relationship.

一方、インデックススケール20は、メインスケールl
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。
On the other hand, the index scale 20 is the main scale l.
A first reference optical grating 23A (corresponding to the first optical grating 13 of the main scale 10) is provided on the lower side as shown in FIG. 23B) and a second optical grating 15 on the upper side.
A second reference optical grating 25A (25B) corresponding to the second reference optical grating 25A (25B) is provided.

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
ンチはq−Δqとされかつ長丁、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、
25+3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。
The pitch of the first reference optical grating 23A (23B) is q, and the pinch of the second reference optical grating 25A (25B) is q-Δq. Two sets of reference optical gratings 23A, 23B, 25A, whose phases are shifted by 90 degrees with respect to the optical gratings 13°15 of 2;
25+3 is provided. Note that in this example, q=
P, Δq−ΔP.

次に、光電変換器30は2組(3OA、30B)を形成
する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、3
3B、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30と反対側にはL
ED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照
明系40が設けられ、この照明系40はインデックスス
ケール20、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′ζいる。
Next, the photoelectric converter 30 is formed from four photoelectric elements 33A, 33B, 35A, 35B forming two sets (3OA, 30B), each reference optical grating 23A, 23B, 25A,
25B and each photoelectric element 33A, 3
3B, 35A, 35B have preamplifiers 37A, 37B,
38A and 38B are connected to each other. Also, on the opposite side of the photoelectric converter 30 with both scales 10 and 20 in between, there is an L
An illumination system 40 is provided for irradiating parallel light onto both scales 10 and 20, which are composed of a light source 41 consisting of an ED and a collimator lens 42, and this illumination system 40 has a predetermined relationship with the index scale 20 and the photoelectric converter 30. It is integrally movable relative to the main scale 10 in the X direction in the figure.

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に対するイン
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al 、光電素子33
Bの出力をす、とすれば、両光型素子33A、33Bか
らの電気信号の位相差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。
Here, as shown in FIG. 2, the point T where the first optical grating 13 and the second optical grating 15 coincide is set as the origin, and the coordinates, that is, the relative position of the index scale 20 with respect to the main scale 10, are set to the right in the figure. If the moving displacement amount is X,
The photoelectric elements 33A and 33B are the first reference optical grating 23A.
, 23B with a phase difference of 90 degrees, the output of the photoelectric element 33A is
If the output of B is S, then the phase difference θ1 between the electrical signals from both optical elements 33A and 33B can be approximated as follows. Note that □ in the second term on the right side of equation (3) is introduced as a correction term because the amount of transmitted light is maximum at the origin T.

同様に、光電素子35A、35Bの出力をそれ  l ぞれa、、b、とすると光電素子35A、35Bからの
電気信号の位相差θ8は、 であるから と近似することができる。
Similarly, if the outputs of the photoelectric elements 35A and 35B are a, b, respectively, the phase difference θ8 of the electric signals from the photoelectric elements 35A and 35B can be approximated as follows.

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の相対移動変位量
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+  bl+  ’!+  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
 、bl+  a*+b2の1つを取り出すマルチプレ
クサ52と、このマルチプレクサ52で取り出したアリ
−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CPLJ5
5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。
Further, the absolute displacement detection circuit 50 is triggered by a trigger output from the touch sensor 65 via the CPU 55 at the time when the relative displacement amount X of both scales 10 and 20 is to be determined.
Output signals al+bl+' of each photoelectric element 33A, 33B, 35A, 35B! A sample and hold circuit 51 for sampling and holding +b2 and the output signal al held from this sample and hold circuit 51.
. .. The CPLJ 5 issues timely commands to the multiplexer 52 and the A/D converter 53, and also performs predetermined arithmetic processing, etc., which will be described later, based on the input data.
5, and a touch sensor 65 and a display means 60 are connected to the CPU 55 via a bus 54.

また、照明系駆動回路70は、所定時間長のパルス信号
を発生するためのパルス発生器71とそのパルス信号を
照明系40を形成するLED (光源41)を駆動する
に十分な信号に増幅するためのアンプ72とから形成さ
れている。そして、パルス発生器71は前記タッチセン
サ65から両スケール10.20の相対移動変位量Xを
求めようとする時点を特定するために出力されるトリガ
に基づいて絶対変位検出回路50から出力される指令に
よって、時間的には上記の通りサンプルホールド回路5
1を作動させる以前に駆動されるものとされている。
The illumination system drive circuit 70 also includes a pulse generator 71 for generating a pulse signal of a predetermined length of time, and amplifies the pulse signal into a signal sufficient to drive the LED (light source 41) forming the illumination system 40. It is formed from an amplifier 72 for. Then, the pulse generator 71 outputs an output from the absolute displacement detection circuit 50 based on a trigger output from the touch sensor 65 to specify the time point at which the relative displacement amount X of both scales 10 and 20 is to be determined. Depending on the command, the sample and hold circuit 5 changes in time as described above.
It is assumed that the motor is driven before operating the motor.

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、  + Δ X、=np  + Δ X+  
  −(11として原点Tからの絶対変位IXを求める
のである。なお、第4図(B)の縦軸は式(3)の右辺
第2項との関係でθ、−□としている。ここに、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と通
過したピッチ1)の数n (nは1以上の整数)との積
とされ、ΔX1 は第1の光学格子13のn+1番目の
ピンチP内での絶対的変位量である。
Now, in the CPU 55, as shown in FIG. 4 (B), the final result is X=X, + Δ X, = np + Δ X+
The absolute displacement IX from the origin T is determined as −(11).The vertical axis of FIG. , ΔX1 is the absolute displacement amount within the n+1st pinch P of the first optical grating 13.

つまり、メインスケール10に2列の光学格子13.1
5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、35Aと33B。
In other words, the main scale 10 has two rows of optical gratings 13.1.
5 and corresponding to each optical grating 13.15, each set of photoelectric elements 35B, 35A and 33B.

33Aとの組間位相差(θ2−θ、)を利用してアブソ
リュート方式化したのは次の根拠によるものである。
The reason why the absolute method was adopted using the inter-set phase difference (θ2−θ,) with respect to 33A is as follows.

すなわち、前記の(5)式は次の通り変換することがで
きる。
That is, the above equation (5) can be converted as follows.

P−ΔP2 ・・・ ・・・   (7) そして、(7)式に(3)式と(2)式を代入するとと
なる。従って、(8)式から となる。
P-ΔP2 ... (7) Then, by substituting equations (3) and (2) into equation (7), it becomes. Therefore, it follows from equation (8).

しかして、CPU55では式(9)からメインスケール
10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al+  b+ 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からの出力信号a!+  bZの位相差θ2を求めれ
ば検出範囲長りは決定されているから原点Tからの絶対
的変位量Xを求めることができる。
Therefore, in the CPU 55, from equation (9), the photoelectric element 33A corresponding to the first optical grating 13 of the main scale 10,
Phase difference θ1 of output signal al+ b+ from 33B
and photoelectric elements 35A, 35 corresponding to the second optical grating 15
Output signal a! from B! If the phase difference θ2 of +bZ is determined, the absolute displacement amount X from the origin T can be determined since the length of the detection range has been determined.

ここに、θ1 とθ2とは式(4)と(6)とから・・
・・・・ a呻 として求められる。
Here, θ1 and θ2 are obtained from equations (4) and (6)...
... It is required as a groan.

さらに、この実施例では一層精度を安定化さ〜Uるため
θ1とθ2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。
Furthermore, in this embodiment, in order to further stabilize the accuracy, θ1 and θ2 are not made independent, but are formed to have a correlation function to determine the absolute displacement X.

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dl+  bI+a、、b2
は各光学格子13.15のピッチP。
If θ2 and 01 were obtained independently and simply subtracted based on equation (9), each photoelectric element 33A, 33B, 35
Output signal dl+ bI+a,, b2 from A, 35B
is the pitch P of each optical grating 13.15.

P−ΔP毎のサイクリックな波形となるため桁落が生じ
る虞れがあるからである。
This is because the waveform is cyclic for each P-ΔP, so there is a risk of loss of digits.

そこで、新たにaとbとを定義する。Therefore, a and b are newly defined.

この式aυに式(41,(6)を代入すれば、a=AB
sin(θ2−01) b  −A  Bcos  (θ2− θ l )−−
−Lan(02−〇 、 )         ・・・
・・・  (2)ゆえに、θ2−θ+  =tan−’
  □・・・・・・ αJとして、逆正接関数演算によ
って光電素子35A。
By substituting equations (41, (6) into this equation aυ, a=AB
sin (θ2-01) b -A Bcos (θ2- θ l )--
-Lan(02-〇, )...
... (2) Therefore, θ2-θ+ = tan-'
□・・・・・・ As αJ, the photoelectric element 35A is calculated by calculating the arctangent function.

35Bと33A、33Bとの紐間の位相差(θ2−θI
)を求めるよう形成されている。
Phase difference between strings 35B, 33A, and 33B (θ2−θI
).

ところで、弐Qaから明らかの通り、組間位相差(θ2
−θ1)は第4図(A)に見られるように検出範囲長り
内で0〜2πまで変化するから、図で点Qまでの変位X
゛は同(B)に示す絶対値Xの近僚値である。従って、
式(9)と同様にが成立する。
By the way, as is clear from 2Qa, the phase difference between the pairs (θ2
-θ1) changes from 0 to 2π within the detection range length as shown in Figure 4 (A), so the displacement
゛ is the neighbor value of the absolute value X shown in (B). Therefore,
Similar to equation (9) holds true.

さらに、たちかえって、第41a (B)に示したよう
に両スケール10.20の相対移動量の絶対(i Xは
広範囲変位置XL と狭範囲変位量ΔX、を決定しなけ
ればならない(式(161参照)。
Furthermore, as shown in Section 41a (B), the absolute relative movement amount of both scales 10.20 (i 161).

ここに、式f31.Mからメインスケール10の第1の
光学格子13のピッチ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、2313、光電素子33A、33Bに
基づく位相差θ、はピッチPの周期関数であるからいず
れ(原点′rから数えて何番目)のピンチ内であるかは
特定することができない。
Here, formula f31. Although it is possible to determine the narrow range displacement ΔX within the pitch P of the first optical grating 13 of the main scale 10 from M, it is possible to determine the narrow range displacement ΔX of the first optical grating 13 of the main scale 10, Since the phase difference θ based on 33A and 33B is a periodic function of the pitch P, it is impossible to specify which pinch (counting from the origin 'r) it is within.

そこで、上記位相差θ1を一−−以上〜(2π+□)以
下に位相づれさせた稙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。
Therefore, the above-mentioned phase difference θ1 is converted into a phase difference θ1゛ whose phase is shifted by more than 1− to less than (2π+□). Then, the formula (3
), then holds true.

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。
On the other hand, the number n of pitches P of the first optical grating 13 that has passed from the origin T to the relevant point is determined by
It is clear that the number does not exceed , and it is an integer.

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0に整数に1を加えればよ
い。
However, as an exception, in Figure 4, the measurement resolution Δ
In the case where L is the same as (B) and includes a region where the phase changes to 2π-0, ΔX may be 0 from 2π and 1 may be added to the integer.

ここに、弐〇〇の通りX’=f(θ2−θ、)の関数で
あり、P、ΔLは設計値として定められている値であり
、かつ01′はθ1から一義的に位相をづらせて求めら
れた。
Here, as shown in 2〇〇, I was asked to do it.

従って、n=f (θ2−θ4.ΔXt )の関数とし
て求めることができる。
Therefore, it can be determined as a function of n=f (θ2-θ4.ΔXt).

以上からcpus s内で前記式α0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値Xを求めることができる。
From the above, in cpus s, X of the formula α0 = np + ΔX
By calculating [, the absolute value X of the relative displacement amount of both scales 10°20 can be obtained.

次に、この実施例の作用について説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.

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、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lOとインデックススケール20とが相
対移動し、かつ、所定時に出力されるタッチセンサ65
からのトリガによって絶対変位検出回路50からの指令
に基づいて照明系駆動回路70が駆動されると、照明系
40によって光照射され両スケール10゜20を透過し
た透過光を受けた各光電素子33A。
For example, main scale 1 is installed on a stationary object such as a machine tool vent.
0 is fixed, the index scale 20 is integrated with the illumination system 40 and the photoelectric converter 30, and the index scale 20 is fixed to a movable body such as a slider. Therefore, by operating the machine tool,
A touch sensor 65 that allows the main scale IO and the index scale 20 to move relative to each other and outputs an output at a predetermined time.
When the illumination system drive circuit 70 is driven based on a command from the absolute displacement detection circuit 50 by a trigger from the .

33B、35A、35Bからは略正弦波、略余弦波の電
気信号a、 、b、l  aZ +  b、が出力され
、信号al+  bl  とa!+  bRとはサイク
ルが光学格子13.15のピッチ差相当分だけ異なり、
かつ信号a1とす、およびa2とb2とはそれぞれ90
度の位相差を生じる。
33B, 35A, and 35B output electrical signals a, , b, laZ + b, which are approximately sine waves and approximately cosine waves, and signals al+ bl and a! + The cycle differs from bR by an amount equivalent to the pitch difference of the optical grating 13.15,
and signal a1, and a2 and b2 are each 90
This produces a phase difference of degrees.

すなわち、第3図に示したように両スケール13.15
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)にフィードバンク信号として出力
したいときに作動する夕・ノチセンサ65からのトリガ
が入力されると(ステップ10)と上記照明駆動回路7
0を駆動すべく指令した後に、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。
That is, as shown in Figure 3, both scales are 13.15.
When a trigger is input from the sensor 65 that operates when the absolute value of the relative displacement amount is to be displayed on the display means 60 or output as a feedbank signal to the control device (not shown) (step 10), the above-mentioned Lighting drive circuit 7
After instructing to drive 0, a hold command is issued from the CPU 55 to the sample hold circuit 51 via the control data bus 54.

サンプルホールド回路51はプリアンプ37A。The sample hold circuit 51 is a preamplifier 37A.

37B、38A、38Bの出力段側からアナログ的な電
気信号a l +  bl と22+  blをホール
ド(ステップ12)する。
Analog electrical signals a l + bl and 22+ bl are held from the output stages of 37B, 38A, and 38B (step 12).

次いで、ステップ14の如くマルチプレクサ52がCP
U55からの指令に基づいて電気信号a1、bl とa
m+  b2を取り込み、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。
Then, as in step 14, the multiplexer 52
Electrical signals a1, bl and a based on commands from U55
m+b2 is taken in, converted into a digital signal by the A/D converter 53, and then input to the CPU 55.

以下、CPU55では、前記式〇〇、α9に基づいて第
1の光学格子13に相応する光電素子33A。
Hereinafter, the CPU 55 selects the photoelectric element 33A corresponding to the first optical grating 13 based on the formula 〇〇 and α9.

33Bからの位相差θ1と狭範囲変位量ΔXt とを算
出する(ステップ16)。つまり、第1の光学格子13
の当該ピンチP内での変位量を絶対値として求める。も
とより、位相差θ1はいずれかのピッチ内であるかを特
定するために□以上〜(2π十□)以下の値であるθ1
゛にCFU55内で変換されている。
The phase difference θ1 from 33B and the narrow range displacement amount ΔXt are calculated (step 16). That is, the first optical grating 13
The amount of displacement within the pinch P is determined as an absolute value. Of course, in order to specify whether the phase difference θ1 is within any pitch, θ1 is a value of □ or more to (2π10□) or less.
It is converted into `` within the CFU 55.

また、ステップ18では、八〇11.+12)に基づい
た定義信号a、bとこれらと光電素子35A、35Bと
33A、33Bとの各位相差にW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θ2−θ1を算出する。
Also, in step 18, 8011. +12) and the inter-group phase difference θ2- based on the phase difference between these and the photoelectric elements 35A, 35B and 33A, 33B.
A tangent function with θ1 is determined, and an arctangent function is calculated to calculate the inter-set phase difference θ2−θ1.

ここに、前記n=f  (θ2−01.ΔX、)に基づ
いて第4図に相当するそれまでに通過した第1の光学格
子13のピッチPの数nを求める(ステップ20)。
Here, the number n of pitches P of the first optical grating 13 that have passed so far, which corresponds to FIG. 4, is determined based on n=f (θ2-01.ΔX,) (step 20).

従って、ステップ22において、弐Oeを演算すること
により両スケール10.20の相対移動変位置の絶対値
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。
Therefore, in step 22, the absolute value X of the relative displacement position of both scales 10 and 20 is determined by calculating 2 Oe. This absolute value X is displayed on the display means 60,
Output to the outside as necessary. Here, the absolute displacement amount at a desired time point specified by the touch sensor 65 can be detected and displayed.

この実施例では、メインスケール10の第1の光学格子
13のピッチPを400 μm1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 = 8 
On+とじて定め、かつN=200に設定しているから
検出範囲長L(=8ON)以内を2μmの分解能をもっ
て絶対値検出できる。
In this embodiment, the pitch P of the first optical grating 13 of the main scale 10 is 400 μm1 The relationship between the first optical grating 13 and the second optical grating 15 is the detection range length L = 8
Since it is defined as On+ and N=200, the absolute value can be detected within the detection range length L (=8ON) with a resolution of 2 μm.

従って、この実施例によれば、メインスケール10にそ
れぞれピッチP、P−ΔPの異なる2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
り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。
Therefore, according to this embodiment, the main scale 10 has two rows of optical gratings 13 with different pitches P and P-ΔP.
.. 15 is provided, and the main scale 10 and the index scale 20 are separated within the detection range length using the phase difference (θ2-θ1) between the sets obtained from the relationship with these optical gratings 13 and 15.
It is possible to detect the amount of displacement relative to the object as an absolute value. Since an absolute type optical displacement detection device can be established here, industrial applicability can be dramatically expanded in terms of accuracy and operational technology.

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。
This ensures stable predetermined accuracy because there is no influence of noise on the way and there is no accumulation of noise, and since continuous tracking is not required, response speed is high and rapid measurement can be achieved. This means that even if the power is cut off, it is possible to immediately re-measure without having to adjust the origin each time, thereby eliminating the drawbacks, disadvantages, and inconveniences of the conventional incremental method.

また、メインスケール1oに設けた2列の光学格子13
.15は、ガラス板上にエッヂング手法等によって物理
的に固定化されたものとされ、がつ異なるピッチの光学
格子間に関する組間位相差と当該一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1ピンチ内に生ずる波形を抵抗分割等
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
られたものであるがら、真の高精度測定を保障すること
ができる。
In addition, two rows of optical gratings 13 provided on the main scale 1o
.. No. 15 is physically fixed on a glass plate by an edging method or the like, and is made by utilizing the inter-set phase difference between optical gratings with different pitches and the phase difference within the same optical grating. Since it is designed to detect the absolute value of the amount of displacement, for example, unlike the conventional incremental system in which the waveform generated within one pinch is electrically subdivided by resistance division, both scales are 10.20. In other words, it is possible to ensure true high-precision measurement while being compatible with the machine tool used.

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桁落のない検出ができる。この点か
らも高精度が保障される。
Furthermore, in order to obtain the phase difference between the two optical gratings 13.15, the phase difference between the two optical gratings 13. Detection without loss of precision can be achieved by making the correlation between High accuracy is guaranteed from this point as well.

特に、この実施例では、絶対変位を検出する時点を特定
するためのタッチセンサ65のトリガに基づいて照明系
駆動回路70を所定時間だけ駆動するよう形成している
ので、絶対変位検出回路50等の応答するに十分な極め
て短い時間だけ照明系40を駆動すればよいから消費電
力を著しく小さくすることができる。このことは、変位
検出装置の駆動電源を電池とするときには、電池を小容
量とすることができるから全体の小型、軽量化に有益で
あるばかりか、短時間内にS/Nを低下させることや途
次に検出不能となる事態を回避できる実用上の優れた効
果を有する。
In particular, in this embodiment, the illumination system drive circuit 70 is configured to be driven for a predetermined period of time based on the trigger of the touch sensor 65 for specifying the time point at which absolute displacement is detected. Since the illumination system 40 only needs to be driven for an extremely short period of time sufficient for the response, power consumption can be significantly reduced. This means that when a battery is used as the driving power source for the displacement detection device, the capacity of the battery can be reduced, which is beneficial for reducing the overall size and weight, as well as reducing the S/N within a short time. This has an excellent practical effect in that it can avoid situations in which detection becomes undetectable.

なお、この実施例では、メインスケール10の第1の光
学格子13のピッチPが400μm、第2の光学格子1
5のピッチP−ΔPが398μmであり、検出範囲長し
が80fiの範囲内で分割数Nを200として2μm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。 同様に、インデックススケ
ール20の参照光学格子35A、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P、に対しピンチを
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高められる。また、
各参照光学格子23A。
In this embodiment, the pitch P of the first optical grating 13 of the main scale 10 is 400 μm, and the pitch P of the second optical grating 1 is 400 μm.
The pitch P-ΔP of 5 is 398 μm, and the number of divisions N is 200 within a detection range length of 80 fi so that detection can be performed with a resolution of 2 μm, but these numerical matters can be selected arbitrarily. with a resolution of 0.1 μm
The following can also be used. Similarly, the pitch q of the reference optical gratings 35A and 35B of the index scale 20 is the same as the pinch of the first optical grating 13 of the main scale 10, but the pinch is set to 1/n( The present invention is also applied when n is an integer of 1 or more, and in this case, the optical grating 13 of the main scale 10
.. The resolution can be increased without making any modification to 15. Also,
Each reference optical grating 23A.

23B、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13.15との関係において位相差を生
じ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、当該光電素子
からの90度位相づれした両出力電気信号を利用して例
えば微分方式で倍細分すればダイナミックレンジ(検出
範囲/分解能)を−要改善することができる。
23B, 25A, and 25B were formed from two pieces each with a phase shift of 90 degrees, but the point is that if a phase difference can be created in the relationship with the optical grating 13.15 of the corresponding main scale 10, the pitch q can be slightly changed. It is also possible to form one each by employing different so-called vernier reference optical gratings. Furthermore, if the two output electrical signals from the photoelectric element, which are phase-shifted by 90 degrees, are subdivided, for example, by a differential method, the dynamic range (detection range/resolution) can be improved.

また、検出装置自体を、平行光を発する照明系を用いた
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
、直線型でなく第6図に示すようなロータリー型として
も本発明は適用される。第5図の反射型は、2列の光学
格子13.15が設けられたメインスケール10と光学
系上メインスケール10(光学格子13.15)に前置
される第2のスケールと後置される第3のスケールとを
兼ねるインデックススケール20(参照光学格子23 
(A、B) 、25 (A、B)’)とを相対変位可能
に対向配設され、両スケール10.20に拡散光または
拡散光を含む光すなわち非平行光を照射するための非平
行照明系40を設け、かつ非平行照明系40とインデッ
クススケール20との間にハーフミラ−45を設置し、
もってメインスケール10にインデックススケール20
を介し照射された量の反射光をインデックススケール2
0゜ハーフミラ−45を経て光学素子33.35で受光
しかつ光電変換した電気信号を上記実施例の如  n く絶対変位検出回路50で所定処理して両スケール10
.20の相対変位量の絶対量を求めようとするものであ
る。
In addition, although the detection device itself is a transmission type using an illumination system that emits parallel light, it may also be a reflection type as shown in Figure 5, or it may be a rotary type as shown in Figure 6 instead of a linear type. The invention is applicable. The reflective type shown in FIG. 5 includes a main scale 10 provided with two rows of optical gratings 13.15, a second scale placed in front of the main scale 10 (optical gratings 13.15), and a second scale placed after the main scale 10 (optical gratings 13.15) on the optical system. The index scale 20 (reference optical grating 23
(A, B), 25 (A, B)') are disposed facing each other so as to be relatively displaceable, and both scales 10.20 are non-parallel for irradiating diffused light or light containing diffused light, that is, non-parallel light. An illumination system 40 is provided, and a half mirror 45 is installed between the non-parallel illumination system 40 and the index scale 20,
With main scale 10 and index scale 20
The amount of reflected light irradiated through the index scale 2
The electric signal received by the optical element 33.35 through the 0° half mirror 45 and photoelectrically converted is processed in a predetermined manner by the absolute displacement detection circuit 50 as in the above embodiment, and is then output to both scales 10.
.. This is an attempt to find the absolute amount of the relative displacement amount of 20.

したがって、第5図の変位検出装置によれば一ト記実施
例の場合と同様の効果を得られる他、両スケール10.
20間のクリアランスCを大きくすることができるから
加工、組立、調整の容易化と安定した運転を保障できる
という効果を奏する。
Therefore, according to the displacement detection device shown in FIG.
Since the clearance C between 20 can be increased, processing, assembly, and adjustment can be facilitated, and stable operation can be ensured.

また、第6図のロータリー型は、メインスケール10を
回転軸6に固着された回転円板11の円周に沿って光学
格子13.15を2列配設しかつ円弧状のインデックス
板21に対応する2列の参照光学格子23A、23B、
25A、25Bを設け、両スケール10.20の相対回
転変位の絶対量を求めるようしたものである。その他は
」1記実施例の場合と異なるところはない。したがっζ
、第6図に示したロータリー型によれば回転変位として
絶対変位量を求めることができる。このように本発明は
2列の光学格子を設けアブソリュート型を形成するとと
もに照明系40を間歇駆動できればよいから透過型・反
射型、平行光照明系・非平行光照明系、直線型・ロータ
リー等々を限定せずに実施できるわけである。
In addition, in the rotary type shown in FIG. 6, the main scale 10 is provided with two rows of optical gratings 13 and 15 along the circumference of a rotating disk 11 fixed to a rotating shaft 6, and an arcuate index plate 21. Two corresponding rows of reference optical gratings 23A, 23B,
25A and 25B are provided to determine the absolute amount of relative rotational displacement of both scales 10 and 20. In other respects, there is no difference from the case of the first embodiment. Therefore ζ
According to the rotary type shown in FIG. 6, the amount of absolute displacement can be determined as rotational displacement. In this way, the present invention provides two rows of optical gratings to form an absolute type, and since it is sufficient to drive the illumination system 40 intermittently, it is possible to use transmission type/reflection type, parallel light illumination system/non-parallel light illumination system, linear type, rotary type, etc. This means that it can be implemented without any restrictions.

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。
Further, although the touch sensor 65 is used to identify the time of displacement detection, the present invention is not limited to this. Further, it is also possible to enable the absolute displacement detection circuit 50 to detect displacement at every fixed sampling time.

さらに、検出範囲長しは上記実施例の場合には、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、角度、速度、圧力、重量等であってもよいもので
ある。
Furthermore, in the case of the above embodiment, the detection range length is the length in the direction of relative movement between the main scale 10 and the index scale 20, but this detection device detects displacement and the measurement target is lengthened. It is not limited to height, width, etc., but may also be angle, speed, pressure, weight, etc.

もとより、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グイナミソクレンジ(検出範囲
/分解能)が高く、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、検出範囲長しの通過ポ
イントを計数し、複数の検出範囲長しにわたる長大化検
出をすることも容易である。
Of course, compared to the case where the absolute method is implemented using a binary code or Gray code for the scale, in the case of the present invention, the number of grid columns is significantly smaller.
It is understood that the pitch can be made narrower and the detection range (detection range/resolution) is higher, making a significant difference in practical value. Furthermore, it is easy to count the passing points of a detection range length and perform extended detection over a plurality of detection range lengths.

〔発明の効果〕 本発明は、消費電力が小さく高分解能、高精度の変位検
出を達成できるアブフリュー1一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。
[Effects of the Invention] The present invention has the advantage that it is possible to provide an optical displacement detection device of the Abflu 1 type, which has low power consumption and can achieve high resolution and high precision displacement detection.

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

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図は同じく他の実施例を
示す反射型の概要図、第6図は同じく他の実施例を示す
ロータリー型の概要図、および第7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・・
・照明系、50・・・絶対変位検出回路、70・・・照
明系駆動回路。
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the optical displacement detection device according to the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of the main parts, and FIG. 3 is a flowchart for calculating the absolute displacement amount. 4 is a waveform explanatory diagram, FIG. 5 is a schematic diagram of a reflective type similarly showing another embodiment, FIG. 6 is a schematic diagram of a rotary type similarly showing another embodiment, and FIG. 7 is a schematic diagram of a conventional optical system. 1 is a schematic configuration diagram of a displacement detection device according to the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Main scale, 13... First optical grating, 15... Second optical grating, 20... Index scale, 23... First reference optical grating, 25...
Second reference optical grating, 30...Photoelectric converter, 40...
- Illumination system, 50... Absolute displacement detection circuit, 70... Illumination system drive circuit.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)2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2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、 前記両スケールに光照射するための照明系と、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9
0度位相のずれた電気信号を出力する2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るとともに前記照明系を駆動する
ための照明系駆動回路を設け前記照明系を間歇的に駆動
して絶対変位を検出できるよう構成したことを特徴とす
る光学式変位検出装置。
(1) A main scale provided with two rows of optical gratings and each row having a different optical grating pitch, and two rows of reference optical gratings corresponding to each row of optical gratings of the main scale. an index scale disposed and movable relative to the main scale; an illumination system for irradiating light to both scales; Each time, the transmitted light transmitted through the main scale or the reflected light reflected from the main scale is received.
Two sets of photoelectric converters that output electrical signals with a phase shift of 0 degrees, and the inter-set phase difference between the electrical signals output from each set of the photoelectric converters are determined, and this inter-set phase difference is utilized. and an absolute displacement detection circuit formed to be able to detect the absolute value of the relative movement displacement amount between the main scale and the index scale, and an illumination system drive circuit for driving the illumination system, and the illumination system is operated intermittently. 1. An optical displacement detection device characterized in that it is configured to be able to detect absolute displacement by driving the device.
(2)前記特許請求の範囲第1項において、前記照明系
駆動回路が、前記絶対変位検出回路からの指令に基づい
て前記照明系を所定時間だけ駆動するためのパルス発生
器を含み形成されていることを特徴とする光学式変位検
出装置。
(2) In claim 1, the illumination system drive circuit includes a pulse generator for driving the illumination system for a predetermined time based on a command from the absolute displacement detection circuit. An optical displacement detection device characterized by:
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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