JPH0235246B2 - Kogakusukeerusochi - Google Patents
KogakusukeerusochiInfo
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- JPH0235246B2 JPH0235246B2 JP15188283A JP15188283A JPH0235246B2 JP H0235246 B2 JPH0235246 B2 JP H0235246B2 JP 15188283 A JP15188283 A JP 15188283A JP 15188283 A JP15188283 A JP 15188283A JP H0235246 B2 JPH0235246 B2 JP H0235246B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scale
- output
- optical
- pattern
- light
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
- G01D5/247—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using time shifts of pulses
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Optical Transform (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は光学スケール装置、特に検出スケール
信号から第３次高調波成分を除去することにより
歪をなくして精度を向上させるための改良に関す
る。
信号から第３次高調波成分を除去することにより
歪をなくして精度を向上させるための改良に関す
る。
［背景技術とその問題点］
周知の如くデイジタル位置表示システムには、
磁気方式、光学方式、電磁誘導方式、容量方式等
種々の方式のものがあるが、その何れも周期的パ
ターンを有する基準スケールと、これに対して相
対的に変位するピツクアツプ・ヘツドとを用いる
ことによつて夫々変位に対応する磁束、光量、誘
起電圧、容量等の変化を検出して電気信号に変換
する。
磁気方式、光学方式、電磁誘導方式、容量方式等
種々の方式のものがあるが、その何れも周期的パ
ターンを有する基準スケールと、これに対して相
対的に変位するピツクアツプ・ヘツドとを用いる
ことによつて夫々変位に対応する磁束、光量、誘
起電圧、容量等の変化を検出して電気信号に変換
する。
而して上記システムの検出出力は分解能をあげ
るため、電気的に分割（内挿）して基準スケール
のパターンの周期よりはるかに小さくすることが
多く、そのため検出出力の波形は歪みが少なく、
できるだけ正弦波に近似していることが望まれ
る。検出出力の波形が歪んでいれば、上記の電気
的な分割は名目上はできても精度が得られない。
るため、電気的に分割（内挿）して基準スケール
のパターンの周期よりはるかに小さくすることが
多く、そのため検出出力の波形は歪みが少なく、
できるだけ正弦波に近似していることが望まれ
る。検出出力の波形が歪んでいれば、上記の電気
的な分割は名目上はできても精度が得られない。
また、第１図に示すような光学方式の場合、主
スケール１とインデツクス・スケール２を重ね合
わせた際の光透過部の面積は両スケールの相対変
位量に比例して増減する。従つて、受光素子３の
検出出力は上記光透過部の面積に比例することに
なり、両スケールの各光学格子で規定される夫々
の長さ方向の各光透過面積が同一の場合、上記検
出出力は三角波で、夫々のスケールの長さ方向の
光透過面積が異なつていると梯形波となるので、
検出出力には第３次高調波成分を主とする高調波
成分を含んでいる。
スケール１とインデツクス・スケール２を重ね合
わせた際の光透過部の面積は両スケールの相対変
位量に比例して増減する。従つて、受光素子３の
検出出力は上記光透過部の面積に比例することに
なり、両スケールの各光学格子で規定される夫々
の長さ方向の各光透過面積が同一の場合、上記検
出出力は三角波で、夫々のスケールの長さ方向の
光透過面積が異なつていると梯形波となるので、
検出出力には第３次高調波成分を主とする高調波
成分を含んでいる。
即ち梯形波は第１１図から明らかなようにフー
リエ級数で表わされ、 f1(x)＝４／π ａ／ｂ（１／12sinbsinx＋１／32sin3
bsinx…） (1) ３角波は(1)式でｂ＝π／２とおき f2（ｘ）＝8a／π2（sinx／12−sin3x／32＋sin5x／52
…）(2) の数式で表示され、また歪み率は であるから、第３次高調波成分が歪みの大きな原
因となることがわかる。
リエ級数で表わされ、 f1(x)＝４／π ａ／ｂ（１／12sinbsinx＋１／32sin3
bsinx…） (1) ３角波は(1)式でｂ＝π／２とおき f2（ｘ）＝8a／π2（sinx／12−sin3x／32＋sin5x／52
…）(2) の数式で表示され、また歪み率は であるから、第３次高調波成分が歪みの大きな原
因となることがわかる。
［発明の目的］
本発明の目的は光学スケール装置の変位ｘに関
する出力波形の歪みの原因である第３次高調波成
分を除去するにある。
する出力波形の歪みの原因である第３次高調波成
分を除去するにある。
［発明の概要］
本発明は上記目的を達成するため、インデツク
ス・スケールの光学格子パターンの夫々を空間的
に1/6波長の位相波を有するように設けることに
より、夫々の光学格子パターンのスケール出力を
合成することにより、その合成出力から少なくと
も第３次高調波成分を除去するように構成したこ
とを特徴とする。
ス・スケールの光学格子パターンの夫々を空間的
に1/6波長の位相波を有するように設けることに
より、夫々の光学格子パターンのスケール出力を
合成することにより、その合成出力から少なくと
も第３次高調波成分を除去するように構成したこ
とを特徴とする。
［実施例］
以下図面に示す実施例を参照して本発明を説明
すると、今、第１図に示す光学スケール装置にお
いて、主スケール１とインデツクス・スケール２
の光学格子のデユーテイが１：１とすると、受光
素子３によつて検出されるスケール出力ｆ（ｘ）
は第２図に示す如く３角波であり、(2)式でａ＝
Ａ／２とおき、１／2πだけ左方向に移相しかつ
Ａ／２だけ正方向にシフトしたものに相当するの
で下記(3)式で表わされる。
すると、今、第１図に示す光学スケール装置にお
いて、主スケール１とインデツクス・スケール２
の光学格子のデユーテイが１：１とすると、受光
素子３によつて検出されるスケール出力ｆ（ｘ）
は第２図に示す如く３角波であり、(2)式でａ＝
Ａ／２とおき、１／2πだけ左方向に移相しかつ
Ａ／２だけ正方向にシフトしたものに相当するの
で下記(3)式で表わされる。
ｆ（ｘ）＝Ａ／２＋4A／π2｛cosx／12＋cos3x／32＋co
s5x／52…｝ (3) なお、第１図で４は光源、５はレンズ系であ
り、またデユーテイ１：１ということは光学格子
において光の透過部及び遮光部の寸法が等しいこ
とを意味し、両者を加えた値が格子常数である。
s5x／52…｝ (3) なお、第１図で４は光源、５はレンズ系であ
り、またデユーテイ１：１ということは光学格子
において光の透過部及び遮光部の寸法が等しいこ
とを意味し、両者を加えた値が格子常数である。
このｆ（ｘ）の３角波のスケール出力に対しε
の位相差を有する下記(4)式で表わされる３角波ｆ
（ｘ＋ε）スケール出力を加え合わせて成る合成
波Ｆ（ｘ）のスケール出力を考えてみる。
の位相差を有する下記(4)式で表わされる３角波ｆ
（ｘ＋ε）スケール出力を加え合わせて成る合成
波Ｆ（ｘ）のスケール出力を考えてみる。
ｆ（ｘ＋ε）＝Ａ／２＋4A／π2｛cos（ｘ＋ε）／12＋
cos3（ｘ＋ε）／32＋cos5（ｘ＋ε）／52｝(4) Ｆ（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ｆ（ｘ＋ε）＝Ａ＋8A／π2｛１
／12cos（ｘ＋ε／２）cosε／２＋１／32cos（3x＋3ε
／２）cos3ε／２ ＋１／52cos（5x＋5ε／２）cos５／２ε…｝(5) (5)式より合成出力Ｆ（ｘ）の第３次高調波成分
の項を零にする条件は 3ε／２＝π／２、ε＝π／３ 即ち、３角波ｆ（ｘ）と、これからｘに関して
π／３の位相差を有する３角波ｆ（ｘ＋π／３）
とを合成すれば、合成出力Ｆ（ｘ）から第３次高
調波成分を相殺して歪みの少ないスケール出力が
得られ光学スケール装置の精度を向上させ得るこ
とがわかる。
cos3（ｘ＋ε）／32＋cos5（ｘ＋ε）／52｝(4) Ｆ（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ｆ（ｘ＋ε）＝Ａ＋8A／π2｛１
／12cos（ｘ＋ε／２）cosε／２＋１／32cos（3x＋3ε
／２）cos3ε／２ ＋１／52cos（5x＋5ε／２）cos５／２ε…｝(5) (5)式より合成出力Ｆ（ｘ）の第３次高調波成分
の項を零にする条件は 3ε／２＝π／２、ε＝π／３ 即ち、３角波ｆ（ｘ）と、これからｘに関して
π／３の位相差を有する３角波ｆ（ｘ＋π／３）
とを合成すれば、合成出力Ｆ（ｘ）から第３次高
調波成分を相殺して歪みの少ないスケール出力が
得られ光学スケール装置の精度を向上させ得るこ
とがわかる。
第３図及び第４図は夫々上述した原理に基づく
本発明の各実施例を示す（これら各実施例におい
てｎ〜n4は任意の整数）。
本発明の各実施例を示す（これら各実施例におい
てｎ〜n4は任意の整数）。
第３図において、インデツクス・スケール２′
は第５図に示す如き光学スケール装置に使用され
るもので、その４つのパターン部ａ，ｂ，ｃ及び
ｄは各々縦に２分割され、夫々の分割パターンの
空間的位相差εがλ／６（但し、ここでは１波長
λ＝2πとしたので、ε＝π／３となる）となる
ように配設されることにより、光学素子３で、各
分割パターン部に対応する検出出力ｆ（ｘ）とｆ
（ｘ＋π／３）とを得て合成すれば前述した理由
で合成されたスケール出力Ｆ（ｘ）から第３次高
調波成分が打ち消される。
は第５図に示す如き光学スケール装置に使用され
るもので、その４つのパターン部ａ，ｂ，ｃ及び
ｄは各々縦に２分割され、夫々の分割パターンの
空間的位相差εがλ／６（但し、ここでは１波長
λ＝2πとしたので、ε＝π／３となる）となる
ように配設されることにより、光学素子３で、各
分割パターン部に対応する検出出力ｆ（ｘ）とｆ
（ｘ＋π／３）とを得て合成すれば前述した理由
で合成されたスケール出力Ｆ（ｘ）から第３次高
調波成分が打ち消される。
第４図の実施例はインデツクス・スケール２′
の各パターン部を横に２分割したもので、この分
割方法でも同様の効果が得られる。
の各パターン部を横に２分割したもので、この分
割方法でも同様の効果が得られる。
上述したようにインデツクス・スケールの各パ
ターン部を縦及び又は横に少なくとも２分割し
て、夫々の空間的位相差がλ／６（λは波長）と
なるようにして夫々の分割パターン部に対応する
検出出力を合成すれば、合成されたスケール出力
から第３次高調波成分を打ち消すことができる。
また主スケール１を横に分割しても同様の効果が
得られる。
ターン部を縦及び又は横に少なくとも２分割し
て、夫々の空間的位相差がλ／６（λは波長）と
なるようにして夫々の分割パターン部に対応する
検出出力を合成すれば、合成されたスケール出力
から第３次高調波成分を打ち消すことができる。
また主スケール１を横に分割しても同様の効果が
得られる。
なお、インデツクス・スケール２′のパターン
部が第６図及び第７図に示す如き構造の場合で
も、上記各実施例と同様にして歪みの打ち消しを
行うことができる。
部が第６図及び第７図に示す如き構造の場合で
も、上記各実施例と同様にして歪みの打ち消しを
行うことができる。
第８図ａ及びｂは第１図に示す如き光学スケー
ル装置に本発明を適用した更に他の実施例であ
る。同図において、６はインデツクス・スケール
２′のホルダーで、微調ネジ７を介して固定フレ
ーム８に保管されている。
ル装置に本発明を適用した更に他の実施例であ
る。同図において、６はインデツクス・スケール
２′のホルダーで、微調ネジ７を介して固定フレ
ーム８に保管されている。
主スケール１はインデツクス・スケール２′と
平行でかつ一定の間隔を保ちながら水平かつ左右
に移動する。また主スケール１と平行でインデツ
クス・スケールの各パターンと略同区間に分けて
受光素子３が配置されている。
平行でかつ一定の間隔を保ちながら水平かつ左右
に移動する。また主スケール１と平行でインデツ
クス・スケールの各パターンと略同区間に分けて
受光素子３が配置されている。
インデツクス・スケール２′は第９図に示す如
くその各パターン部ａ〜ｄが第１の遮光板９によ
つて各々上下に２分されている。第１の遮光板９
は斜線で示すように中央部分の幅が広がつてお
り、これによりこの遮光板を左右に微動調整する
ことによりパターン部ｂ及びｃを通過する光量の
バランスをとることができる。また第１の遮光板
９に対し第２の遮光板１０が重ねて配置され、パ
ターン部ａ及びｄを夫々上下に分割すると共に
夫々の通過光量のバランスをとるようになつてい
る。
くその各パターン部ａ〜ｄが第１の遮光板９によ
つて各々上下に２分されている。第１の遮光板９
は斜線で示すように中央部分の幅が広がつてお
り、これによりこの遮光板を左右に微動調整する
ことによりパターン部ｂ及びｃを通過する光量の
バランスをとることができる。また第１の遮光板
９に対し第２の遮光板１０が重ねて配置され、パ
ターン部ａ及びｄを夫々上下に分割すると共に
夫々の通過光量のバランスをとるようになつてい
る。
インデツクス・スケール２′は主スケール１に
対して僅かに傾けられて配置され、その関係は第
１０図に示すように遮光板（中央斜線部）９，１
０の上下でλ／６の位相差がでるように微動調整
する。このため、例えばインデツクス・スケール
２′のホルダー６の一部を大円Ｒで固定フレーム
８に接続し、この大円に沿つて水平に僅か移動し
かつ固定できる構造とすれば、微調ネジ７の比較
的大きな回転で、上述したインデツクス・スケー
ルの方向（角度）の微動調整を容易に行うことが
できる。
対して僅かに傾けられて配置され、その関係は第
１０図に示すように遮光板（中央斜線部）９，１
０の上下でλ／６の位相差がでるように微動調整
する。このため、例えばインデツクス・スケール
２′のホルダー６の一部を大円Ｒで固定フレーム
８に接続し、この大円に沿つて水平に僅か移動し
かつ固定できる構造とすれば、微調ネジ７の比較
的大きな回転で、上述したインデツクス・スケー
ルの方向（角度）の微動調整を容易に行うことが
できる。
以上のように構成すればインデツクス・スケー
ル２′の各パターン部は遮光板によつて上下に２
分されているので、そこからの透過光束も２分さ
れ、夫々の光束は前記ｆ（ｘ）、ｆ（ｘ＋π／３）
に相当するから、両光束が１つの受光素子に入射
することによりｆ（ｘ）とｆ（ｘ＋π／３）が合成
されたＦ（ｘ）の出力が得られることになる。
ル２′の各パターン部は遮光板によつて上下に２
分されているので、そこからの透過光束も２分さ
れ、夫々の光束は前記ｆ（ｘ）、ｆ（ｘ＋π／３）
に相当するから、両光束が１つの受光素子に入射
することによりｆ（ｘ）とｆ（ｘ＋π／３）が合成
されたＦ（ｘ）の出力が得られることになる。
なお、上述した各実施例の如く２つの出力を合
成する方式の外に、スケールパターンを特定の構
造とすることにより本発明と同様の効果を得るこ
ともできる。
成する方式の外に、スケールパターンを特定の構
造とすることにより本発明と同様の効果を得るこ
ともできる。
即ち、スケール出力の波形が第１１図に示す如
き梯形波であるとして、その基本式は f0（ｘ）＝ax／ｂ（ａ≦ｘ≦ｂ）＝ａ（ｂ≦ｘ≦２／π
）(6) fo（ｘ）＝4a／πb（sinbsinx／12＋sin3bsi
n3x／32＋sin5bsin5x／52…）(7) である。
き梯形波であるとして、その基本式は f0（ｘ）＝ax／ｂ（ａ≦ｘ≦ｂ）＝ａ（ｂ≦ｘ≦２／π
）(6) fo（ｘ）＝4a／πb（sinbsinx／12＋sin3bsi
n3x／32＋sin5bsin5x／52…）(7) である。
(5)式において、ｂ＝π／３とすると、
(6)式から明らかな如くスケール出力の波形がｂ
＝π／３であるような梯形波となる光学格子のパ
ターンとなるようにスケールを構成すれば第３次
高調波成分を除去できることがわかる。そのため
には、例えば主スケールとインデツクス・スケー
ルとの一方の光学格子パターンのデユーテイが
１：１の時、他のデユーテイを１：２（光の透過
する部分が１）とすればよい。
＝π／３であるような梯形波となる光学格子のパ
ターンとなるようにスケールを構成すれば第３次
高調波成分を除去できることがわかる。そのため
には、例えば主スケールとインデツクス・スケー
ルとの一方の光学格子パターンのデユーテイが
１：１の時、他のデユーテイを１：２（光の透過
する部分が１）とすればよい。
［発明の効果］
以上説明した所から明らかなように本発明によ
れば、比較的簡単な方法で、合成スケール出力よ
り第３次高調波成分を除去することができ、スケ
ールの精度は大幅に向上する。
れば、比較的簡単な方法で、合成スケール出力よ
り第３次高調波成分を除去することができ、スケ
ールの精度は大幅に向上する。
第１図及び第５図は光学スケール装置の基本的
構成を示す概略図、第２図は本発明の動作原理を
説明するための波形図、第３図及び第４図は夫々
本発明の各実施例の主要部の構造を示す概略図、
第６図及び第７図は本発明の他の実施例を説明す
るための概略図、第８図ａ，ｂ、第９図及び第１
０図は本発明の更に他の実施例を示す概略図、第
１１図は本発明の更に他の実施例の動作を説明す
るための波形図である。 １……主スケール、２，２′……インデツク
ス・スケール、３……受光素子、４……光源、５
……レンズ系。
構成を示す概略図、第２図は本発明の動作原理を
説明するための波形図、第３図及び第４図は夫々
本発明の各実施例の主要部の構造を示す概略図、
第６図及び第７図は本発明の他の実施例を説明す
るための概略図、第８図ａ，ｂ、第９図及び第１
０図は本発明の更に他の実施例を示す概略図、第
１１図は本発明の更に他の実施例の動作を説明す
るための波形図である。 １……主スケール、２，２′……インデツク
ス・スケール、３……受光素子、４……光源、５
……レンズ系。
Claims (1)
- １ 主スケールと、これと平行に保持されるイン
デツクス・スケールと、両スケールの透過光を検
出する受光手段とを備え、両スケール間の相対変
位に応じて両スケールの光学格子パターンに対応
したスケール出力を上記受光手段により得るよう
にした光学スケール装置において、上記インデツ
クス・スケールは複数の光学格子パターン部を有
し、各パターン部は空間的に1/6波長の位相差を
有するように設けられ、夫々のパターン部に対応
するスケール出力を合成することにより合成され
たスケール出力から第３次高調波成分を除去する
如く構成したことを特徴とする光学スケール装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15188283A JPH0235246B2 (ja) | 1983-08-19 | 1983-08-19 | Kogakusukeerusochi |
| DE3486351T DE3486351T2 (de) | 1983-07-27 | 1984-07-26 | Detektorkopf. |
| US06/634,791 US4663588A (en) | 1983-07-27 | 1984-07-26 | Detector for use for measuring dimensions of an object |
| EP84305094A EP0157034B1 (en) | 1983-07-27 | 1984-07-26 | Detector head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15188283A JPH0235246B2 (ja) | 1983-08-19 | 1983-08-19 | Kogakusukeerusochi |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6042616A JPS6042616A (ja) | 1985-03-06 |
| JPH0235246B2 true JPH0235246B2 (ja) | 1990-08-09 |
Family
ID=15528262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15188283A Expired - Lifetime JPH0235246B2 (ja) | 1983-07-27 | 1983-08-19 | Kogakusukeerusochi |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0235246B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60237317A (ja) * | 1984-05-10 | 1985-11-26 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 変位変換器 |
| JPS60237318A (ja) * | 1984-05-10 | 1985-11-26 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 変位変換器 |
| JPS60237316A (ja) * | 1984-05-10 | 1985-11-26 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 変位変換器 |
| DE3616144A1 (de) * | 1986-05-14 | 1987-11-19 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Fotoelektrische messeinrichtung |
| JP2722605B2 (ja) * | 1989-02-10 | 1998-03-04 | 株式会社安川電機 | 磁気エンコーダ |
| JP2539269B2 (ja) * | 1989-07-17 | 1996-10-02 | オークマ株式会社 | 光学式エンコ―ダ |
| DE10020575A1 (de) | 2000-04-28 | 2001-10-31 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung |
| US8389925B2 (en) | 2008-03-07 | 2013-03-05 | Sanyo Denki Co., Ltd. | Optical encoder device comprising a moveable slit plate and a stationary slit plate |
| JP5378316B2 (ja) | 2009-07-29 | 2013-12-25 | 山洋電気株式会社 | 光学式エンコーダ装置 |
-
1983
- 1983-08-19 JP JP15188283A patent/JPH0235246B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6042616A (ja) | 1985-03-06 |
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