JPH03287015A - 反射型光学式変位検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、互いに相対変位する検出対象物の一方の側に
取付けられた変位検出用固定光学格子と、検出対象物の
他方の側に取付けられた変位検出用光学格子とを相対移
動させた時に生じる変位検出用光信号から検出対称物間
の相対移動量を検出する反射型光学式変位検出器の改良
に関する。

［従来の技術］ 一般に、物体の長さ等を測定する変位検出器において、
相対移動する物の移動量を測定する場合、光学格子が形
成されたメインスケール、及びインデックススケールを
含む検出器を測定対象物に固定し、メインスケールと検
出器の相対移動量を光学的に読み取る光学式変位検出器
が知られている。

この光学式変位検出器は、工作機械や光学器械及び精密
測定器等の位置決め装置をして広く用し）られている。

このような光学式変位検出器としては、通常。

透過型あるいは反射型の光学式変位検出器力Ｓ用ＩＪ）
られている。

このうち、透過型の変位検出器は、発光源と受光素子が
変位検出用固定光学格子と可動光学格子を間にして対向
して配置されてし）る。

これに対して１反射型の変位検出器は、第７図に示され
るように、変位検出用の可動光学格子１を備えたインデ
ックススケール２及び変位検出用の固定光学格子３を備
えたメインスケール４に対して一方の側（インデックス
スケール２側）に発光源５及びフォトダイオードからな
る受光素子６とが配置されているので、透過型の光学式
変位検出器と比較して、小型化及び低コスト化を図るこ
とができる。

第７図において、符号７はメインスケール４に設けられ
た基準点検出用固定光学格子、符号８はインデックスス
ケール２に配置された基準点検出用可動光学格子を示し
、これらは共に同一のランダムパターンとされている。

第９図にメインスケール４の格子形成面９を示す。第９
図において、基準点検出用固定光学格子７はランダムパ
ターンであるのに対し変位検出用固定光学格子３は一定
の格子間隔のパターンであることが示されている。

上記第７図に示される反射型光学式変位検出器において
は、発光源５から射出された照明光の一部はメインスケ
ール４の格子形成面９にある変位検出用固定光学格子３
で反射され、更に変位検出用可動光学格子ｌを通過した
後に受光素子６のうち変位検出信号用受光素子６Ａに受
光され、ここで電気信号に変換されて、プリアンプＩＯ
Ａを経て信号処理回路１１に入力される。第１０図（Ａ
）に受光素子６Ａで検出される変位検出信号の波形を示
す。ここでＰは格子間隔を示す。

また、発光源５から射出された光は、基準点検出用固定
光学格子７で反射され、検出用可動光学格子８を通って
、受光素子６のうちの基準点検出信号用受光素子６Ｂに
受光されてここで電気信号に変換される。第１０図（Ｂ
）に基準点検出信号用受光素子６Ｂで検出される基準点
検出信号の波形を示す。基準点検出信号１４は、ランダ
ムパターンの光学格子７及び８が重ねあわされた時に生
じる。

なお、変位検出用固定光学格子３と変位検出用固定光学
格子１との距離は、反射型光学式変位検出器の分解能を
いくつに設定するか等により所定の値に定める必要があ
る。そのため、変位検出用固定光学格子３が形成される
格子形成面９は、インデックススケール２の格子形成面
１３に近い側の格子形成面９Ｂに設けられる場合と遠い
側の格子形成面９Ａに設けられる場合とがある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら従来は、変位検出用固定光学格子３が第２
格子形成面９Ｂにではなく第１格子形成面９Ａにある構
成の場合は第７図に示した様に、基準点検出用固定光学
格子７は変位検出用固定光学格子３と同じく第２格子形
成面９Ｂに設けられていた。その理由は、第２格子形成
面９Ｂ上にフォトエツチング行程により変位検出用固定
光学格子３を形成した後、新たにアライメントをし直し
てから第１格子形成面９Ａに基準点検出用固定光学格子
７のフォトエツチング行程を採ることは、コスト高とな
り、又製造技術上容易ではないからである。

そして基準点検出用固定光学格子７を格子形成面９Ａに
おく結果、基準点検出用可動光学格子８と基準点検出用
固定光学格子７との距離はメインスケール４の基板１５
の厚さの分だけ不必要に離れていた。そのため、第１０
図（Ｂ）に示す様に基準点検出信号１４は本来の波形が
１４Ａで示すように波形幅Ｑであるのに対して、符号１
４Ｂに示される様に鈍った波形になり、精度の高い基準
点検出信号１４を得られないという問題点があった。

また、このような問題点があるため当初から基準点検出
用の光学格子７．８を設けることを止め基準点の検出を
行なわない純粋なインクリメンタルの変位検出器として
のみ用いることを余儀なくされていた。

また、基準点検出用光学格子７．８を設ける場合におい
ても、主に製作行程上の理由によるものであるが、第８
図に示すように基準点検出用固定光学格子７はインデッ
クススケール４の長手方向に一定の間隔Ｌ（例えば５０
ｍｍ）毎に設けられていた。そのため、特に長尺の変位
検出器にあっては不要にもかかわらず基準点検出用固定
光学格子３が複数存在することがあり、邪魔になる場合
はせっかく焼き付けたに６かかわらず格子を除去する行
程が必要であった。

また、これに関連して、工作機械等において変位ストロ
ークを設定しておく場合のように複数の位置で基準信号
を必要とする場合においても、設定する変位ストローク
に対応させて基準点検出用固定光学格子３の間隔を設定
することができないという問題点があった。

本発明は係る状況に鑑みてなされたものでありその目的
は５変位検出用固定光学格子３を、メインスケールの格
子形成面９のうち変位検出用固定光学格子３のある第１
格子形成面９Ａとは反対の側の第２格子形成面９Ｂに容
易に設けることを容易にした反射型光学式変位検出器を
提供することである。

［課題を解決するための手段］ そのため本発明は、互いに相対変位する検出対象物の一
方の側に取付けられるメインスケールと、検出対称物の
他方の側に取付けられ、且つ、前記メインスケールに沿
って往復可動なインデックススケールと、前記インデッ
クススケールの格子形成面に形成された変位検出用可動
光学格子及び基準点検出用可動光学格子と、前記メイン
スケールの格子形成面に形成された変位検出用固定光学
格子及び基準点検出用固定光学格子と、前記インデック
ススケールに配置された発光源及び受光素子と、を有し
てなり、前記発光源から射出された光線が変位検出用固
定光学格子に反射され、前記変位検出用可動光学格子を
通った後、前記受光素子で検出される変位検出用信号に
より検出対称物間の相対変位を検出する反射型光学式変
位検出器において、前記基準点検出用固定光学格子は、
前記メインスケールの格子形成面のうち前記変位検出用
固定光学格子のある第１格子形成面とは反対の側の第２
格子形成面にあり、前記第１格子形成面には、前記発光
源から射出された光線を反射させて前記基準点検出用固
定光学格子及び前記基準点検出用可動光学格子に向ける
反射面があることを特徴とし、前記課題を解決する。

また、本発明は、前記基準点検出用固定光学格子は、前
記メインスケールとは別体の透明板に形成され、その透
明板が前記メインスケールの第２格子形成面に接着され
たことを特徴とする。

［作用］ 変位検出用固定光学格子３を、メインスケールの格子形
成面９のうち変位検出用固定光学格子３のある第１格子
形成面９Ａとは反対の側の第２格子形成面９Ｂに設ける
本発明の構成により、発光源５から射出した光線は第１
格子形成面にある反射面１６で反射され、基準点検出用
固定光学格子８を通過した後それに近在する基準点検出
用可動光学格子８に直ちに入射し、メインスケール４と
インデックススケール２との相対移動に伴い鋭い波形の
基準点信号が検出される。

また、基準点検出用固定光学格子７は、メインスケール
４とは別体として製造された後、既にあるメインスケー
ル４の第１格子形成面上の変位検出用固定光学格子３と
のアライメントをしながらメインスケール４の第２格子
形成面に接着される。

［実施例コ 本発明の好適な実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は本発明に係る反射型光学式変位検出器の第１実
施例を示す断面図である。

この第１実施例は、互いの相対変位する検出対象物（図
示省略）の一方の側に取付けられるメインスケール４と
、検出対象物の他方の側に取付けられ、且つ、前記メイ
ンスケール４に沿って往復動可能なインデックススケー
ル２と、前記インデックススケール２の格子形成面１３
に形成された変位検出用可動光学格子１及び基準点検出
用可動光学格子８と、前記メインスケール４の格子形成
面９に形成された変位検出用固定光学格子３及び基準点
検出用固定光学格子と、前記インデックススケール２に
配置された発光源５及び受光素子６と、を有してなり、
前記発光源５から照射された光線が変位検出用固定光学
格子３に反射され、前記変位検出用可動光学格子１を通
った後、前記受光素子６で検出される変位検出用信号１
７により検出対象物間の相対変位を検出する反射型光学
式変位検出器において、前記基準点検出用固定光学格子
７は、前記メインスケール４の格子形成面９のうち前記
変位検出用固定光学格子３のある第１格子形成面９Ａと
は反対の側の第２格子形成面９Ｂにあり、前記第２格子
形成面９Ｂには、前記発光＃５から照射された光線ゐ反
射させて前記基準点検出用固定光学格子７及び前記基準
点検出用可動光学格子８に向ける反射面１６が設けられ
ている。

受光素子６は、変位検出用信号を受光する変位検出用受
光素子６Ａと基準点検出用信号用受光素子６Ｂとがある
。変位検出用受光素子６Ａは図示していないが複数あり
、それらによって第１０図（Ａ）に示されると同様の波
形で相互に９０度位相のずれた正弦波と余弦波の各々が
検出され、相対移動方向の方向判別に利用される。

変位検出用受光素子６Ａ及び基準点検出用信号用受光素
子６Ｂの出力は、各々プリアンプ１０Ａ１０Ｂで増幅さ
れた後、信号処理回路１１で信号処理され、その結果は
表示手段１２に表示される。信号処理回路１１及び表示
手段１２の構成は周知であるので説明は省略する。

この実施例においては基準点検出用固定光学格子７は、
インデックス２の格子形成面１３に近い側の第２格子形
成ｉ９Ｂにある。その一方、変位検出用固定光学格子は
、変位検出用可動光学格子１からの距離を所定の距離に
あるべき、という分解能等に関した要請により第１格子
形成面９Ｂにある。

反射面１６は、第２格子形成面９Ａにむらなくクロム蒸
着してつくられている。

第２図はメインスケール４の斜視図であり、第３図は第
２図における線分１−１から見たメインスケールの断面
図である。

基準点検出用固定光学格子７は、メインスケール４とは
別体の透明板である格子ガラス薄板２０の一方の面にク
ロム蒸着されたものであり、そして、第１図乃至第３図
に示すように、その格子ガラス薄板２０の他方の面がメ
インスケール４の第２格子形成面に接着剤１９により接
着されている。接着剤１９は、透明接着剤であり、格子
ガラス薄板２０の他方の面に一面に薄く塗られている。

なお、必ずしも格子ガラス薄板２０の他方の面に一面に
薄く塗らなくとも、格子ガラス薄板２０の周辺サイドを
第２格子形成面９Ｂに接着しても構わない。この場合接
着剤１９は、透明である必要はない。

格子ガラス薄板２０の他方の直は、基準点検出用固定光
学格子７が変位検出用固定光学格子３の格子配列方向と
同方向になるようにアライメントされた状態で接着され
る。

次に本実施例の作用について説明する。発光源５から射
出される光線は、一部が変位検出用固定光学格子３を照
射して反射された後、変位検出用可動光学格子ｌを透過
して変位検出用受光素子６Ａで検出される。また、発光
源５からの光線の他の一部は格子形成面９Ａに設けられ
た反射面１６で反射されて基準点検出用固定光学格子７
を透過した後、基準点検出用可動光学格子８を透過して
基準点検出用受光素子６Ｂで検出される。

基準点検出用固定光学格子７と基準点検出用可動光学格
子８とは、近接して配置されているので、基準点検出用
固定光学格子７で回折した光線が明暗まばらに基準点検
出用可動光学格子８に入射することが少くなる。即ち、
例えば検出用固定光学格子７と基準点検出用可動光学格
子８とが重なったときを考えると、基準点検出用固定光
学格子７で種々の方向へ光線が回折されること等を考慮
する必要がない。そして、基準点検出用固定光学格子７
と基準点検出用可動光学格子８とは合わされて、２個の
光学格子というよりも言わば１個の光学格子として作用
する度合いを強める。その結果、基準点検出用受光素子
６Ｂに検出される基準点検出用信号１４の波形は鋭くな
る。

また、基準点検出用固定光学格子７は、メインスケール
４とは別体である格子ガラス薄板２０の一方の面にクロ
ム蒸着される。格子ガラス薄板２０にある基準点検出用
固定光学格子７が変位検出用固定光学格子３の格子配列
方向と同方向になるようにアライメントされた状態で、
その格子ガラス薄板２０の他方の面をメインスケール４
の第２格子形成面に接着剤１９により接着する。

次に本実施例の効果を記載する。

前述のように基準点検出用受光素子６Ｂに検出される基
準点検出信号１４の波形が鋭くなるので、精度の高い基
準点検出信号を得ることができる。その結果、設定する
分解能等の理由により変位検出用光学格子３がインデッ
クススケール２の格子形成面１３に遠い側９Ａにある場
合でも、精度の高い基準点検出信号を有する反射型光学
式変位検出器を提供することができる。

また、基準点検出用固定光学格子７をメインスケール４
とは別体である格子ガラス薄板２０の一方の面に形成し
た後、その格子ガラス薄板２０を格子形成面９Ｂに接着
することにより、基準点検出用固定光学格子７を容易に
設けることができるまた、第４図に示す様に、格子ガラ
ス薄板２０の一方の面に任意の間隔で複数の基準点検出
用固定光学格子７をクロム蒸着して、格子形成面９Ｂに
接着することにより、任意の間隔で複数の基準点検出用
固定光学格子を容易に設けることができる。その結果、
工作機械等において変位ストロークを設定しておく場合
のように複数の位置で基準信号を必要とする場合におい
て、設定する変位ストロークに対応させて基準点検出用
固定光学格子３の間隔を設定することを容易にできる。

次に第５図を用いて本発明に係る他の実施例を説明する
。この実施例においては、変位検出用可動光学格子１の
格子配列方向に垂直方向の格子長さが、第１図に示した
実施例に比べて長い。その他の点は、第１図に示した実
施例と同じである。

本実施例においても、基準点検出用固定光学格子７は、
メインスケール４とは別体の格子ガラス薄板２０の一方
の画にクロム蒸着されたものであるこの場合、発光源５
から射出した光線の一部が変位検出用可動光学格子１と
通過し、さらにその光線は変位検出用固定光学格子３を
照射して反射された後、変位検出用可変光学格子１を透
過して変位検出用受光素子６Ａで検出される。

このような構成にすることにより、本出願人が特開昭６
３−２４１２８等で開示した、いわゆる３個の光学格子
を用いた構成の反射型光学式変位検出器を、変位検出用
固定光学格子３と基準点検出用固定光学格子７とが相互
にメインスケール４の反対側にある構成で提供すること
ができる。その結果、高精度の基準点検出用信号を出力
できるいわゆる３個の光学格子を用いた構成の反射型光
学式変位検出器を提供できる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明は、この実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに
設計の変更が可能なことは勿論である。

例えば、製作行程上有利でないという判断から変位検出
用固定光学格子７は、メインスケール４と別体の格子ガ
ラス板２０にまずエツチングされる場合を示したが、変
位検出用固定光学格子７を直接第２格子形成面９Ｂに形
成した場合も本願発明に属することはいうまでもない。

また、発光源５の光のコヒーレンスの程度は問わない。

従って、発光源５は、いわゆるＬＥＤであってもレーザ
ダイオードであっても構わないことはいうまでもない。

また、第４図に示した複数の基準点検出用固定光学格子
は、−枚の格子ガラス板２０に複数設けられていたが、
それぞれ単一の基準点検出用固定光学格子格子７を有す
る格子ガラス板２０を必要な位置に複数設けても良い。

また、反射面１６は、第２格子形成面９Ｂ上にべったり
クロム蒸着した場合に限らず５変位検出用固定光学格子
３と同様の格子であっても、又は変位検出用固定光学格
子３そのものであっても実質上構わない。いずれにして
も、反射面１６で反射された光線の強度分布は、基準点
検出用固定光学格子２０において平均的に均一となれば
良いからである。

また５図に示されたメインスケール４、格子ガラス薄板
２０や反射面１６等の厚さは、模式的に図示したちので
あり、従ってその図示された大小関係等は本質的なもの
ではない。

［発明の効果］ 本発明は、上記のように変位検出用固定光学格子を、メ
インスケールの格子形成面のうち変位検出用固定光学格
子のある第を格子形成面とは反対の側の第２格子形成面
に設ける構成にしたので、高精度の基準点検出信号を有
する反射型光学式変位検出器を提供することができる。

また、基準点検出用固定光学格子は、メインスケール４
と別体の透明板２０に形成されて、その透明板２０をメ
インスケールの第２格子形成面に接着するので、簡易に
基準点検出用固定光学格子を任意の位置に設けることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の断面図である第２図は
第１図におけるメインスケールの斜視図である。 第３図は第２図に示すメインスケールの断面図である。 第４図は基準点検出用固定光学格子が複数ある場合を示
すメインスケールの斜視図である。 第５図は、本発明に係る第２実施例の断面図である。 第６図は、インデックススケールの光学格子面を示す平
面図である。 第７図は従来の反射型光学式変位検出器の断面図である
。 第８図は複数の基準点検出用固定光学格子を有する、従
来のメインスケールの光学格子面を示す平面図である。 第９図は従来のメインスケールの光学格子面を示す平面
図である。 第１０図は変位検出用信号と基準点検出用信号の波形を
示す線図である。 ２　・ ３　・ ４　・ ５　・ ７　・ ８　・ ９　・ 　Ａ 　Ｂ １６　・ ２０　・ インデックススケール 変位検出用固定光学格子 メインスケール 発光源 基準点検出用固定光学格子 基準点検出用可動光学格子 格子形成面 第１格子形成面 第２格子形成面 反斜面 格子ガラス薄板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに相対変位する検出対象物の一方の側に取付
   けられるメインスケールと、検出対称物の他方の側に取
   付けられ、且つ、前記メインスケールに沿って往復可動
   なインデックススケールと、前記インデックススケール
   の格子形成面に形成された変位検出用可動光学格子及び
   基準点検出用可動光学格子と、前記メインスケールの格
   子形成面に形成された変位検出用固定光学格子及び基準
   点検出用固定光学格子と、前記インデックススケールに
   配置された発光源及び受光素子と、を有してなり、前記
   発光源から射出された光線が変位検出用固定光学格子に
   反射され、前記変位検出用可動光学格子を通った後、前
   記受光素子で検出される変位検出用信号により検出対称
   物間の相対変位を検出する反射型光学式変位検出器にお
   いて、前記基準点検出用固定光学格子は、前記メインス
   ケールの格子形成面のうち前記変位検出用固定光学格子
   のある第１格子形成面とは反対の側の第２格子形成面に
   あり、 前記第１格子形成面には、前記発光源から射出された光
   線を反射させて前記基準点検出用固定光学格子及び前記
   基準点検出用可動光学格子に向ける反射面があることを
   特徴とする反射型光学式変位検出器。
2. （２）前記基準点検出用固定光学格子は、前記メインス
   ケールとは別体の透明板に形成され、その透明板が前記
   メインスケールの第２格子形成面に接着されたことを特
   徴とする請求項（１）に記載の反射型光学式変位検出器
   。