JPH073288Y2 - 光学式変位検出器 - Google Patents
光学式変位検出器Info
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- JPH073288Y2 JPH073288Y2 JP9111289U JP9111289U JPH073288Y2 JP H073288 Y2 JPH073288 Y2 JP H073288Y2 JP 9111289 U JP9111289 U JP 9111289U JP 9111289 U JP9111289 U JP 9111289U JP H073288 Y2 JPH073288 Y2 JP H073288Y2
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Description
本考案は、光学式変位検出器に係り、特に、周期的な格
子を３種類形成した複数のスケールと、前記３種類の格
子を照射する光源と、前記３種類の格子によつて制限さ
れた照明光を検出する受光素子とを含み、二つの部材間
の相対変位に応じて周期的な検出信号を生成する、いわ
ゆる３格子型で反射式の光学式変位検出器に関するもの
である。
子を３種類形成した複数のスケールと、前記３種類の格
子を照射する光源と、前記３種類の格子によつて制限さ
れた照明光を検出する受光素子とを含み、二つの部材間
の相対変位に応じて周期的な検出信号を生成する、いわ
ゆる３格子型で反射式の光学式変位検出器に関するもの
である。
工作機械等において、固定部材と移動部材との間の相対
変位量を測定するための装置として、相対変位に応じて
周期的な検出信号を生成する光学式変位検出器と、その
検出信号をパルス化して積算計数するカウンタとを含ん
で構成される変位測定装置が知られている。 前記光学式変位検出器としては、通常の２種類の格子の
重なり合いの変化を利用した検出器の他に、第14図に示
す如く、３種類の格子12、14、16の重なり合いの変化を
利用する、いわゆる３格子システム（three grating sy
stem）が知られている。この３格子システムの基本原理
は、例えば、Journal of the Optical Society of Amer
ica,1965年、vol.55、No.4、PP373-381に示され、又、
米国特許第3812352号、英国特許出願第44522/74号（特
公昭60-23282号）等に不完全な形ではあるが開示されて
いる。 第14図は、Society of Photo-Optical Instrumentation
Engineers（SPIE）,Vol.136,1st European Congress o
n Optics Applied to Metrology（1977）,PP325-331に
開示されたシステムである。 この３格子システムは、単純化して考えれば、第12図に
示した如く、メインスケール（図示省略）に形成され
た、格子ピツチP1の第１格子12と、インデツクススケー
ル（図示省略）に形成され、前記第１格子12からの間隔
（格子間ギヤツプ）がｕの位置に配設された格子ピツチ
P2の第２格子14と、前記インデツクススケールと同じ又
は別のインデツクススケール（図示省略）に形成され、
前記第１格子12からの間隔（格子間ギヤツプ）がｖの位
置に、前記第２格子14と対応して配設された、格子ピツ
チP3の第３格子16と、前記第２格子14を通して第１及び
第３格子12、16方向へ拡散する照明光を射出する光源18
と、前記第３格子16の後方に配設され、前記第１乃至第
３格子12、14、16によつて制限された照明光を検出して
光電変換する受光素子20と、該受光素子20の信号を増幅
して検出信号ａとするアンプ22とを含んで構成されてお
り、前記第１格子12が形成されたメインスケールがｘ方
向へ変位すると、検出信号ａは略正弦波状に変化する。 即ち、例えば第１格子12のピツチP1＝80μｍ（明線幅40
μｍ、暗線幅40μｍ）、第２格子14のピツチP2＝320μ
ｍ（明線幅60〜100μｍ、暗線幅260〜220μｍ）、第３
格子16のピツチP3＝160μｍ（明線幅80μｍ、暗線幅80
μｍ）、格子間ギヤツプｕ＝ｖ＝2.0±0.3mmとした反射
型の比較例の場合、前記受光素子20によつて得られる、
例えば２相の検出信号ａ、ｂは、第15図に示す如く、回
折効果の影響で、ほぼ完全な正弦波状になる。この正弦
波状検出信号ａ、ｂは、これらを内挿して、補間により
その信号１ピツチ内の位置を高精度で求めるのに適して
おり、従来は、この正弦波状の検出信号が広く利用され
ていた。 一方近年、例えばリニヤモータ等によつて高速駆動され
る部材の位置検出及び速度制御に、前記のような光学式
変位検出器を用いようとする試みがある。
変位量を測定するための装置として、相対変位に応じて
周期的な検出信号を生成する光学式変位検出器と、その
検出信号をパルス化して積算計数するカウンタとを含ん
で構成される変位測定装置が知られている。 前記光学式変位検出器としては、通常の２種類の格子の
重なり合いの変化を利用した検出器の他に、第14図に示
す如く、３種類の格子12、14、16の重なり合いの変化を
利用する、いわゆる３格子システム（three grating sy
stem）が知られている。この３格子システムの基本原理
は、例えば、Journal of the Optical Society of Amer
ica,1965年、vol.55、No.4、PP373-381に示され、又、
米国特許第3812352号、英国特許出願第44522/74号（特
公昭60-23282号）等に不完全な形ではあるが開示されて
いる。 第14図は、Society of Photo-Optical Instrumentation
Engineers（SPIE）,Vol.136,1st European Congress o
n Optics Applied to Metrology（1977）,PP325-331に
開示されたシステムである。 この３格子システムは、単純化して考えれば、第12図に
示した如く、メインスケール（図示省略）に形成され
た、格子ピツチP1の第１格子12と、インデツクススケー
ル（図示省略）に形成され、前記第１格子12からの間隔
（格子間ギヤツプ）がｕの位置に配設された格子ピツチ
P2の第２格子14と、前記インデツクススケールと同じ又
は別のインデツクススケール（図示省略）に形成され、
前記第１格子12からの間隔（格子間ギヤツプ）がｖの位
置に、前記第２格子14と対応して配設された、格子ピツ
チP3の第３格子16と、前記第２格子14を通して第１及び
第３格子12、16方向へ拡散する照明光を射出する光源18
と、前記第３格子16の後方に配設され、前記第１乃至第
３格子12、14、16によつて制限された照明光を検出して
光電変換する受光素子20と、該受光素子20の信号を増幅
して検出信号ａとするアンプ22とを含んで構成されてお
り、前記第１格子12が形成されたメインスケールがｘ方
向へ変位すると、検出信号ａは略正弦波状に変化する。 即ち、例えば第１格子12のピツチP1＝80μｍ（明線幅40
μｍ、暗線幅40μｍ）、第２格子14のピツチP2＝320μ
ｍ（明線幅60〜100μｍ、暗線幅260〜220μｍ）、第３
格子16のピツチP3＝160μｍ（明線幅80μｍ、暗線幅80
μｍ）、格子間ギヤツプｕ＝ｖ＝2.0±0.3mmとした反射
型の比較例の場合、前記受光素子20によつて得られる、
例えば２相の検出信号ａ、ｂは、第15図に示す如く、回
折効果の影響で、ほぼ完全な正弦波状になる。この正弦
波状検出信号ａ、ｂは、これらを内挿して、補間により
その信号１ピツチ内の位置を高精度で求めるのに適して
おり、従来は、この正弦波状の検出信号が広く利用され
ていた。 一方近年、例えばリニヤモータ等によつて高速駆動され
る部材の位置検出及び速度制御に、前記のような光学式
変位検出器を用いようとする試みがある。
しかしながら、検出信号が従来のように正弦波状である
と、その微分信号もやはり三角関数（余弦波）なるの
で、速度検出は可能ではあるものの、容易ではないとい
う問題点を有していた。 なお、前記のように検出信号が正弦波状となるのは回折
効果の影響によるものであり、例えば透過型の光学式変
位検出器において、その格子間ギヤツプｕ、ｖを非常に
小さくすれば、回折効果の影響も殆ど無くなり、検出信
号も正弦波状ではなく三角波状になる。従つて、このよ
うな三角波状検出信号を利用すれば、内挿補間は困難と
なるものの、後で説明するように速度検出が非常に容易
となるので、用途によつては好都合であると考えられる
が、反射型の場合には、透過型の場合のように簡単に三
角波状の検出信号を得ることができなかつた。特に、リ
ニヤモータ等で部材を非接触で高速駆動する場合には、
光学式変位検出器においてもメインスケールとインデツ
クススケールの格子間ギヤツプｕ、ｖを1mm程度以上の
ワイドギヤツプとする必要があり、このようにギヤツプ
ｕ、ｖを小とすることによつて回折効果の影響を減らす
ことは不可能である。なお、反射型においても、格子間
ギヤツプｕ＝ｖ＝数十μｍとし、且つレンズ系を使えば
三角波を得ることが可能かもしれないが、この程度のギ
ヤツプでは非接触化が困難であり、且つ、レンズ系を用
いるとサイズが大きくなつてしまうため、高速駆動に必
要な可動部分の軽量化が困難であり、リニヤモータ等に
よつて高速で駆動するのが不可能となる。 本考案は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、ワイドギヤツプで、且つ、レンズ系等を用いるこ
となく軽量な可動部分によつて、三角波状の検出信号を
得ることが可能な反射型の光学式変位検出器を提供する
ことを課題とする。
と、その微分信号もやはり三角関数（余弦波）なるの
で、速度検出は可能ではあるものの、容易ではないとい
う問題点を有していた。 なお、前記のように検出信号が正弦波状となるのは回折
効果の影響によるものであり、例えば透過型の光学式変
位検出器において、その格子間ギヤツプｕ、ｖを非常に
小さくすれば、回折効果の影響も殆ど無くなり、検出信
号も正弦波状ではなく三角波状になる。従つて、このよ
うな三角波状検出信号を利用すれば、内挿補間は困難と
なるものの、後で説明するように速度検出が非常に容易
となるので、用途によつては好都合であると考えられる
が、反射型の場合には、透過型の場合のように簡単に三
角波状の検出信号を得ることができなかつた。特に、リ
ニヤモータ等で部材を非接触で高速駆動する場合には、
光学式変位検出器においてもメインスケールとインデツ
クススケールの格子間ギヤツプｕ、ｖを1mm程度以上の
ワイドギヤツプとする必要があり、このようにギヤツプ
ｕ、ｖを小とすることによつて回折効果の影響を減らす
ことは不可能である。なお、反射型においても、格子間
ギヤツプｕ＝ｖ＝数十μｍとし、且つレンズ系を使えば
三角波を得ることが可能かもしれないが、この程度のギ
ヤツプでは非接触化が困難であり、且つ、レンズ系を用
いるとサイズが大きくなつてしまうため、高速駆動に必
要な可動部分の軽量化が困難であり、リニヤモータ等に
よつて高速で駆動するのが不可能となる。 本考案は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、ワイドギヤツプで、且つ、レンズ系等を用いるこ
となく軽量な可動部分によつて、三角波状の検出信号を
得ることが可能な反射型の光学式変位検出器を提供する
ことを課題とする。
本考案は、相対移動する一方の部材に配設される、第１
の格子が形成された反射型の第１スケールと、相対移動
する他方の部材に配設される、平行光線化されていない
照明光を射出する光源、該光源からの照明光を一部遮蔽
して、前記第１格子を照明するための第２格子、及び、
該第２及び第１格子によつて制限された照明光を更に制
限するための第３格子が形成された第２スケール、及
び、前記第１乃至第３格子によつて制限された照明光を
検出する受光素子とを含み、該受光素子出力の検出信号
の周期的な変動から前記両部材間の相対変位を検出する
反射式の光学式変位検出器において、前記第２格子の明
線幅を、第１格子の明線幅と同程度又はそれ以下とし、
前記第３格子の明線幅を、第１格子の明線幅の２倍程度
として、前記課題を達成したものである。 又、前記三角波状の検出信号を微分する微分回路を設け
て、前記両部材間の相対変位速度を検出するようにした
ものである。
の格子が形成された反射型の第１スケールと、相対移動
する他方の部材に配設される、平行光線化されていない
照明光を射出する光源、該光源からの照明光を一部遮蔽
して、前記第１格子を照明するための第２格子、及び、
該第２及び第１格子によつて制限された照明光を更に制
限するための第３格子が形成された第２スケール、及
び、前記第１乃至第３格子によつて制限された照明光を
検出する受光素子とを含み、該受光素子出力の検出信号
の周期的な変動から前記両部材間の相対変位を検出する
反射式の光学式変位検出器において、前記第２格子の明
線幅を、第１格子の明線幅と同程度又はそれ以下とし、
前記第３格子の明線幅を、第１格子の明線幅の２倍程度
として、前記課題を達成したものである。 又、前記三角波状の検出信号を微分する微分回路を設け
て、前記両部材間の相対変位速度を検出するようにした
ものである。
本考案は、考案者らの実験結果に基づいてなされたもの
である。 即ち、第１図に示す如く、光源として例えば発光ダイオ
ード（LED）30を用いて、ピツチP1の第１格子12をピツ
チP2の第２格子14を介して照明し、前記第１格子12を通
過した照明光を、ピツチP3の第３格子16を介して受光し
た場合、回折の影響がほとんどなければ、第２格子14の
明線幅がほぼ零の線光源である理想的な場合は、第３格
子16を通過した光のコントラストは一点鎖線Ｃに示す如
くとなり、受光素子に入射する光は、完全な三角波状と
なる。これに対して、例えば第１格子12の明線幅と第２
格子14の明線幅が等しい実際的な場合は、第３格子を通
過した光のコントラストは実線Ｄで示す如くとなり、受
光素子に入射する光は、例えば第２図に実線Ａで示すよ
うな略三角波状となる。 考案者が種々実験したところによると、微分によつて速
度信号を得ることが可能な直線部分を有する三角波をワ
イドギヤツプの反射式変位検出器で得るために必要な条
件は、 （１）第２格子14の明線幅を、第１格子12の明線幅と同
程度又はそれ以下とすることと、 （２）第３格子16の明線幅を、第２格子14と第１格子12
間の格子間ギヤツプｕと第２格子14と第３格子16間の格
子間ギヤツプ（ｕ＋ｖ）の比（反射式では常に２）に応
じて、第１格子12の明線幅の２倍程度とすること であることが判明した。 なお、第２格子14の明線幅は、回折効果の影響を防ぐた
めには、細いほうが望ましいが、明線幅が細すぎると光
エネルギが小さくなるので、第１格子12の明線幅と同程
度が望ましい。 又、反射式の場合、実験によると格子間ギヤツプが小さ
すぎると正弦波状となるので、格子間ギヤツプｕ＝ｖが
1mm以上であることが望ましく、この実験例のようにLED
30を使つた場合には、2mm程度が最適であつた。 実験によると、第１格子12のピツチP1＝160μｍ（明線
幅40μｍ、暗線幅40μｍ）、第２格子14のピツチP2＝32
0μｍ（明線幅30〜50μｍ、暗線幅290〜270μｍ）、
第３格子16のピツチP3＝160μｍ（明線幅80μｍ、暗線
幅80μｍ）、格子間ギヤツプｕ＝ｖ＝2.3±0.2mmである
ときに、第２図（第２格子14の明線幅＝40μｍの場合）
に示すような、長い直線部を有する良好な三角波を得る
ことができた。なお、第２図において、振幅の大きな所
で正弦波状に波形がなまつているのは、回折の影響が出
るためと考えられる。 このようにして、例えば２相の三角波状検出信号Ａ、Ｂ
を、第３図に示す如く得ることができれば、その任意の
移動方向変位ｘの電圧をExとすると、その絶対値は、次
式で示す如くとなり、変位ｘに比例している。 |Ex|＝|kx| …（１） ここでｋは傾きを表わす比例定数である。 従つて、その微分をとると次式に示す如くとなる。 |dEx/dt|＝|k・dx/dt|＝|k・vx| …（２） ここでvxは速度である。このようにして得られる信号|k
・vx|を図示すると、第４図に示す如くとなるので、速
度vxに応じた信号を直ちに得ることができ、簡単な微分
回路で容易に速度検出を行うことができる。更に、例え
ば２相の検出信号Ａ、Ｂがある場合には、その微分値の
大きな方の値をとることによつて、速度信号を常に得る
こともできる。なお、検出信号が１相のみである時は、
そのピーク値を保持するようにしても良い。 又、反射式であり、可動部分に、レンズ等を設ける必要
がないので、軽量化が可能であり、リニヤモータ等によ
る高速駆動が可能である。又、格子間ギヤツプ及びその
許容範囲が大きいので、リニヤモータ等による非接触駆
動にも対応できる。従つて、前記のようにして得られる
速度検出信号を用いて、リニヤモータ等の駆動手段の速
度制御を容易に行うことが可能となる。
である。 即ち、第１図に示す如く、光源として例えば発光ダイオ
ード（LED）30を用いて、ピツチP1の第１格子12をピツ
チP2の第２格子14を介して照明し、前記第１格子12を通
過した照明光を、ピツチP3の第３格子16を介して受光し
た場合、回折の影響がほとんどなければ、第２格子14の
明線幅がほぼ零の線光源である理想的な場合は、第３格
子16を通過した光のコントラストは一点鎖線Ｃに示す如
くとなり、受光素子に入射する光は、完全な三角波状と
なる。これに対して、例えば第１格子12の明線幅と第２
格子14の明線幅が等しい実際的な場合は、第３格子を通
過した光のコントラストは実線Ｄで示す如くとなり、受
光素子に入射する光は、例えば第２図に実線Ａで示すよ
うな略三角波状となる。 考案者が種々実験したところによると、微分によつて速
度信号を得ることが可能な直線部分を有する三角波をワ
イドギヤツプの反射式変位検出器で得るために必要な条
件は、 （１）第２格子14の明線幅を、第１格子12の明線幅と同
程度又はそれ以下とすることと、 （２）第３格子16の明線幅を、第２格子14と第１格子12
間の格子間ギヤツプｕと第２格子14と第３格子16間の格
子間ギヤツプ（ｕ＋ｖ）の比（反射式では常に２）に応
じて、第１格子12の明線幅の２倍程度とすること であることが判明した。 なお、第２格子14の明線幅は、回折効果の影響を防ぐた
めには、細いほうが望ましいが、明線幅が細すぎると光
エネルギが小さくなるので、第１格子12の明線幅と同程
度が望ましい。 又、反射式の場合、実験によると格子間ギヤツプが小さ
すぎると正弦波状となるので、格子間ギヤツプｕ＝ｖが
1mm以上であることが望ましく、この実験例のようにLED
30を使つた場合には、2mm程度が最適であつた。 実験によると、第１格子12のピツチP1＝160μｍ（明線
幅40μｍ、暗線幅40μｍ）、第２格子14のピツチP2＝32
0μｍ（明線幅30〜50μｍ、暗線幅290〜270μｍ）、
第３格子16のピツチP3＝160μｍ（明線幅80μｍ、暗線
幅80μｍ）、格子間ギヤツプｕ＝ｖ＝2.3±0.2mmである
ときに、第２図（第２格子14の明線幅＝40μｍの場合）
に示すような、長い直線部を有する良好な三角波を得る
ことができた。なお、第２図において、振幅の大きな所
で正弦波状に波形がなまつているのは、回折の影響が出
るためと考えられる。 このようにして、例えば２相の三角波状検出信号Ａ、Ｂ
を、第３図に示す如く得ることができれば、その任意の
移動方向変位ｘの電圧をExとすると、その絶対値は、次
式で示す如くとなり、変位ｘに比例している。 |Ex|＝|kx| …（１） ここでｋは傾きを表わす比例定数である。 従つて、その微分をとると次式に示す如くとなる。 |dEx/dt|＝|k・dx/dt|＝|k・vx| …（２） ここでvxは速度である。このようにして得られる信号|k
・vx|を図示すると、第４図に示す如くとなるので、速
度vxに応じた信号を直ちに得ることができ、簡単な微分
回路で容易に速度検出を行うことができる。更に、例え
ば２相の検出信号Ａ、Ｂがある場合には、その微分値の
大きな方の値をとることによつて、速度信号を常に得る
こともできる。なお、検出信号が１相のみである時は、
そのピーク値を保持するようにしても良い。 又、反射式であり、可動部分に、レンズ等を設ける必要
がないので、軽量化が可能であり、リニヤモータ等によ
る高速駆動が可能である。又、格子間ギヤツプ及びその
許容範囲が大きいので、リニヤモータ等による非接触駆
動にも対応できる。従つて、前記のようにして得られる
速度検出信号を用いて、リニヤモータ等の駆動手段の速
度制御を容易に行うことが可能となる。
以下図面を参照して、本考案の実施例を詳細に説明す
る。 本実施例は、第５図乃至第７図に示す如く、相対移動す
る一方の部材32（第７図参照）に固定される、ピツチP1
の第１格子12が図の上側面に形成された反射型の第１ス
ケールとしてのガラス製メインスケール40と、相対移動
する他方の部材34（第７図参照）に固定される、平行光
線化されていない照明光（波長λ≒0.8μｍ）を射出す
るLED30、該LED30からの照明光を一部遮蔽して、前記第
１格子12を照明するためのピツチP2の第２格子14と、該
第２及び第１格子14、12によつて制限された照明光を更
に制限するための、前記第２格子14と独立した、互いに
位相が90°異なるピツチP3の２相の第３格子16A、16Bと
が、前記第２格子14を挟むように上側面の両側に形成さ
れた第２スケールとしてのガラス製インデツクススケー
ル44、及び、前記第１乃至第３格子12、14、16A、16Bに
よつて制限された照明光を検出するための受光素子46
A、46Bとを含み、該受光素子46A、46B出力の検出信号の
周期的な変動から前記両部材間の相対変位を検出するよ
うにした反射式の光学式変位検出器において、第８図に
示す如く、前記第２格子14の明線幅（40μｍ）を、第１
格子12の明線幅（40μｍ）と等しくし、且つ、第３格子
16の明線幅（80μｍ）を、第１格子12の明線幅（40μ
ｍ）の２倍として、前出第２図に示したような略三角波
状の検出信号を得るようにしたものである。 なお、前記第１格子12の暗線幅は40μｍ、第２格子14の
暗線幅は280μｍ、第３格子16の暗線幅は80μｍとされ
ている。又、各格子間のギヤツプｕ＝ｖ＝2.3±0.2mmと
されている。 第５図において、50は、前記LED30、受光素子46A、46
B、光絶縁体48等が取付けられる基板、52はリード線で
ある。 又、第６図において、54は、メインスケール40の先端位
置及び後端位置を検出するための両端検出用受光素子、
56は、前記LED30の劣化を判定するための参照光用受光
素子であり、前記光絶縁体48のLED30と参照光用受光素
子56の間には、受光素子46A、46Bに行く光と同じ位のエ
ネルギの光が参照光用受光素子56に行くようにするため
のスリツト48Aが開けられている。 又、第７図において、58は、前記LED30、受光素子46A、
46B、54、56、インデツクスケール44等が内蔵された、
相対移動する一方の部材32に取付けられる検出器、62
は、前記メインスケール40が固定され、例えばねじ64に
よつて相対移動する他方の部材34に取付けられる基板で
ある。 前記光絶縁体48は、例えばゴム製とされ、インデツクス
ケール44との隙間は、例えば0.2mm以下とされている。
本実施例では、この光絶縁体48が、LED30と受光素子46
A、46B、54の間を遮蔽するだけでなく、受光素子46A、4
6B、54の周囲も完全に遮蔽しているので、外乱光の影響
も低減することができる。 前記第１格子12は、第９図に詳細に示す如く、前記メイ
ンスケール40の上側面に形成された、ピツチP1の縦縞状
目盛からなる。なお、外乱光の影響を防ぐため、第１格
子12の図の上方は、クロム蒸着面71とされている。 この第１格子12の側方には、前記両端検出用受光素子54
によつてメインスケール40の両端部を検出するための、
例えばクロムが全面に蒸着された、先端（図の左端）の
クロム（Cr）蒸着部70A、クロムが部分的に蒸着され
た、中間の半透明部70B、クロムが全く蒸着されていな
い後端（図の右端）の透明部70Cからなる両端検出用ト
ラツク70も形成されている。この両端検出用トラツク70
を利用して検出される両端信号は、リニヤモータ等の駆
動回路の異常時に制動をかけて機械の暴走を防ぎ、これ
による機械の破損を防止するためのものである。なお従
来は、両端検出には別の素子が使用されていたが、本実
施例では、単一の受光素子54で、簡単に先端と後端を識
別して検出することができる。 この両端検出用受光素子54の出力は、例えば第10図に示
す如く、２つの参照レベルVref1、Vref2を有する２つの
コンパレータ72A、72Bに入力され、該コンパレータ72
A、72Bの出力Ｅ、Ｆの有無によつて、メインスケール40
の先端部、中間部、後端部が判別される。即ち、前記受
光素子54の出力は、例えば第11図に示す如く変化するの
で、先端のCr蒸着部70Aと中間の半透明部70Bの受光素子
出力の中間値に前記第１基準値Vref1を設定し、中間の
半透明部70Bと後端の透明部70Cの受光素子出力の中間値
に前記第２基準値Vref2を設定することによつて、単一
の受光素子54で、簡単に移動範囲の先端（出力Ｅ、Ｆ共
に０）と後端（出力Ｅ、Ｆ共に１）を識別することがで
きる。 又、前記インデツクススケール44の中央部には、第12図
に詳細に示す如く、複数の線光源を形成するめのピツチ
P2の第２格子14が、例えば円形に形成され、その両側
に、方向弁別するための、位相が互いに90°ずれたピツ
チP3のＡ相、Ｂ相の２つの第３格子16A、16Bが例えば長
方形に形成されている。又、前記両端検出用受光素子54
に対応する位置には、両端検出信号のエツジを立ち上げ
るためのスリツト74が形成されており、更にその周囲
は、外乱等の妨害を防止するため、クロム蒸着面76とさ
れている。なお、Ａ相、Ｂ相の配置や、スリツト74の配
置は、第12図の例に限定されず、他の配置とすることが
できる。 前記受光素子46A、46Bの出力を処理して、90°位相差を
有するＡ相、Ｂ相の２相の検出信号Ａ、Ｂ及び速度信号
vxを形成するための回路は、例えば第13図に示す如く、
Ａ相、Ｂ相の各受光素子46A、46Bの出力を増幅してそれ
ぞれＡ相検出信号Ａ、Ｂ相検出信号Ｂとして出力するた
めのアンプ74A、74Bと、該アンプ74A、74Bの出力をそれ
ぞれ微分するための微分回路76A、76Bと、該微分回路76
A、76Bの出力の大きな方を速度信号vxとして出力する最
大値選択回路78とから構成されている。 本実施例によれば、前出第２図及び第３図に示したよう
な三角波状の検出信号Ａ、Ｂが得られるので、これを微
分回路76A、76Bで微分して、最大値選択回路78で大きな
方の値を選択することで、容易に前出第４図に示したよ
うな速度信号vxを得ることができる。 なお前記実施例においては、光源としてLED30が使用さ
れていたが、光源の種類は、これに限定されず、例えば
レーザダイオードやランプを使つてもよい。 又、前記実施例においては、本考案が、ガラス製のメイ
ンスケール40を含む反射式の変位検出器に適用されてい
たが、本考案の適用範囲はこれに限定されず、金属製の
メインスケールを有する反射式の変位検出器にも同様に
適用できることは明らかである。 又、前記実施例においては、本考案がリニヤエンコーダ
に適用されていたが、本考案の適用範囲はこれに限定さ
れず、ロータリエンコーダにも同様に適用できることは
明らかである。
る。 本実施例は、第５図乃至第７図に示す如く、相対移動す
る一方の部材32（第７図参照）に固定される、ピツチP1
の第１格子12が図の上側面に形成された反射型の第１ス
ケールとしてのガラス製メインスケール40と、相対移動
する他方の部材34（第７図参照）に固定される、平行光
線化されていない照明光（波長λ≒0.8μｍ）を射出す
るLED30、該LED30からの照明光を一部遮蔽して、前記第
１格子12を照明するためのピツチP2の第２格子14と、該
第２及び第１格子14、12によつて制限された照明光を更
に制限するための、前記第２格子14と独立した、互いに
位相が90°異なるピツチP3の２相の第３格子16A、16Bと
が、前記第２格子14を挟むように上側面の両側に形成さ
れた第２スケールとしてのガラス製インデツクススケー
ル44、及び、前記第１乃至第３格子12、14、16A、16Bに
よつて制限された照明光を検出するための受光素子46
A、46Bとを含み、該受光素子46A、46B出力の検出信号の
周期的な変動から前記両部材間の相対変位を検出するよ
うにした反射式の光学式変位検出器において、第８図に
示す如く、前記第２格子14の明線幅（40μｍ）を、第１
格子12の明線幅（40μｍ）と等しくし、且つ、第３格子
16の明線幅（80μｍ）を、第１格子12の明線幅（40μ
ｍ）の２倍として、前出第２図に示したような略三角波
状の検出信号を得るようにしたものである。 なお、前記第１格子12の暗線幅は40μｍ、第２格子14の
暗線幅は280μｍ、第３格子16の暗線幅は80μｍとされ
ている。又、各格子間のギヤツプｕ＝ｖ＝2.3±0.2mmと
されている。 第５図において、50は、前記LED30、受光素子46A、46
B、光絶縁体48等が取付けられる基板、52はリード線で
ある。 又、第６図において、54は、メインスケール40の先端位
置及び後端位置を検出するための両端検出用受光素子、
56は、前記LED30の劣化を判定するための参照光用受光
素子であり、前記光絶縁体48のLED30と参照光用受光素
子56の間には、受光素子46A、46Bに行く光と同じ位のエ
ネルギの光が参照光用受光素子56に行くようにするため
のスリツト48Aが開けられている。 又、第７図において、58は、前記LED30、受光素子46A、
46B、54、56、インデツクスケール44等が内蔵された、
相対移動する一方の部材32に取付けられる検出器、62
は、前記メインスケール40が固定され、例えばねじ64に
よつて相対移動する他方の部材34に取付けられる基板で
ある。 前記光絶縁体48は、例えばゴム製とされ、インデツクス
ケール44との隙間は、例えば0.2mm以下とされている。
本実施例では、この光絶縁体48が、LED30と受光素子46
A、46B、54の間を遮蔽するだけでなく、受光素子46A、4
6B、54の周囲も完全に遮蔽しているので、外乱光の影響
も低減することができる。 前記第１格子12は、第９図に詳細に示す如く、前記メイ
ンスケール40の上側面に形成された、ピツチP1の縦縞状
目盛からなる。なお、外乱光の影響を防ぐため、第１格
子12の図の上方は、クロム蒸着面71とされている。 この第１格子12の側方には、前記両端検出用受光素子54
によつてメインスケール40の両端部を検出するための、
例えばクロムが全面に蒸着された、先端（図の左端）の
クロム（Cr）蒸着部70A、クロムが部分的に蒸着され
た、中間の半透明部70B、クロムが全く蒸着されていな
い後端（図の右端）の透明部70Cからなる両端検出用ト
ラツク70も形成されている。この両端検出用トラツク70
を利用して検出される両端信号は、リニヤモータ等の駆
動回路の異常時に制動をかけて機械の暴走を防ぎ、これ
による機械の破損を防止するためのものである。なお従
来は、両端検出には別の素子が使用されていたが、本実
施例では、単一の受光素子54で、簡単に先端と後端を識
別して検出することができる。 この両端検出用受光素子54の出力は、例えば第10図に示
す如く、２つの参照レベルVref1、Vref2を有する２つの
コンパレータ72A、72Bに入力され、該コンパレータ72
A、72Bの出力Ｅ、Ｆの有無によつて、メインスケール40
の先端部、中間部、後端部が判別される。即ち、前記受
光素子54の出力は、例えば第11図に示す如く変化するの
で、先端のCr蒸着部70Aと中間の半透明部70Bの受光素子
出力の中間値に前記第１基準値Vref1を設定し、中間の
半透明部70Bと後端の透明部70Cの受光素子出力の中間値
に前記第２基準値Vref2を設定することによつて、単一
の受光素子54で、簡単に移動範囲の先端（出力Ｅ、Ｆ共
に０）と後端（出力Ｅ、Ｆ共に１）を識別することがで
きる。 又、前記インデツクススケール44の中央部には、第12図
に詳細に示す如く、複数の線光源を形成するめのピツチ
P2の第２格子14が、例えば円形に形成され、その両側
に、方向弁別するための、位相が互いに90°ずれたピツ
チP3のＡ相、Ｂ相の２つの第３格子16A、16Bが例えば長
方形に形成されている。又、前記両端検出用受光素子54
に対応する位置には、両端検出信号のエツジを立ち上げ
るためのスリツト74が形成されており、更にその周囲
は、外乱等の妨害を防止するため、クロム蒸着面76とさ
れている。なお、Ａ相、Ｂ相の配置や、スリツト74の配
置は、第12図の例に限定されず、他の配置とすることが
できる。 前記受光素子46A、46Bの出力を処理して、90°位相差を
有するＡ相、Ｂ相の２相の検出信号Ａ、Ｂ及び速度信号
vxを形成するための回路は、例えば第13図に示す如く、
Ａ相、Ｂ相の各受光素子46A、46Bの出力を増幅してそれ
ぞれＡ相検出信号Ａ、Ｂ相検出信号Ｂとして出力するた
めのアンプ74A、74Bと、該アンプ74A、74Bの出力をそれ
ぞれ微分するための微分回路76A、76Bと、該微分回路76
A、76Bの出力の大きな方を速度信号vxとして出力する最
大値選択回路78とから構成されている。 本実施例によれば、前出第２図及び第３図に示したよう
な三角波状の検出信号Ａ、Ｂが得られるので、これを微
分回路76A、76Bで微分して、最大値選択回路78で大きな
方の値を選択することで、容易に前出第４図に示したよ
うな速度信号vxを得ることができる。 なお前記実施例においては、光源としてLED30が使用さ
れていたが、光源の種類は、これに限定されず、例えば
レーザダイオードやランプを使つてもよい。 又、前記実施例においては、本考案が、ガラス製のメイ
ンスケール40を含む反射式の変位検出器に適用されてい
たが、本考案の適用範囲はこれに限定されず、金属製の
メインスケールを有する反射式の変位検出器にも同様に
適用できることは明らかである。 又、前記実施例においては、本考案がリニヤエンコーダ
に適用されていたが、本考案の適用範囲はこれに限定さ
れず、ロータリエンコーダにも同様に適用できることは
明らかである。
第１図は、本考案の原理を説明するための概念図、 第２図及び第３図は、本考案によつて得られる検出信号
の三角波形状の例を示す線図、 第４図は、三角波を微分して得られる速度信号の例を示
す線図、 第５図は、本考案に係る光学式変位検出器の実施例の要
部構成を示す縦断面図、 第６図は、第５図のVI-VI線に沿う縦断面図、 第７図は、第５図のVII-VII線に沿う横断面図、 第８図は、実施例のスケール構成を示す概念図、 第９図は、実施例のメインスケールを示す正面図、 第10図は、実施例の両端位置検出回路の例を示す回路
図、 第11図は、同じく作用を示す線図、 第12図は、実施例のインデツクススケールを示す正面
図、 第13図は、実施例の信号処理回路の基本的な構成を示す
回路図、 第14図は、従来の３格子型光学式変位検出器の構成を示
す概念図、 第15図は、従来の検出器によつて得られる正弦波状検出
信号の例を示す線図である。 12……第１格子（格子ピツチP1）、14……第２格子（格
子ピツチP2）、16……第３格子（格子ピツチP3）、30…
…LED、40……メインスケール（第１スケール）、44…
…インデツクスケール（第２スケール）、46A、46B……
受光素子、Ａ、Ｂ……検出信号、76A、76B……微分回
路、78……最大値選択回路、vx……速度信号。
の三角波形状の例を示す線図、 第４図は、三角波を微分して得られる速度信号の例を示
す線図、 第５図は、本考案に係る光学式変位検出器の実施例の要
部構成を示す縦断面図、 第６図は、第５図のVI-VI線に沿う縦断面図、 第７図は、第５図のVII-VII線に沿う横断面図、 第８図は、実施例のスケール構成を示す概念図、 第９図は、実施例のメインスケールを示す正面図、 第10図は、実施例の両端位置検出回路の例を示す回路
図、 第11図は、同じく作用を示す線図、 第12図は、実施例のインデツクススケールを示す正面
図、 第13図は、実施例の信号処理回路の基本的な構成を示す
回路図、 第14図は、従来の３格子型光学式変位検出器の構成を示
す概念図、 第15図は、従来の検出器によつて得られる正弦波状検出
信号の例を示す線図である。 12……第１格子（格子ピツチP1）、14……第２格子（格
子ピツチP2）、16……第３格子（格子ピツチP3）、30…
…LED、40……メインスケール（第１スケール）、44…
…インデツクスケール（第２スケール）、46A、46B……
受光素子、Ａ、Ｂ……検出信号、76A、76B……微分回
路、78……最大値選択回路、vx……速度信号。
Claims (2)
- 【請求項１】相対移動する一方の部材に配設される、第
１の格子が形成された反射型の第１スケールと、 相対移動する他方の部材に配設される、平行光線化され
ていない照明光を射出する光源、該光源からの照明光を
一部遮蔽して、前記第１格子を照明するための第２格
子、及び、該第２及び第１格子によつて制限された照明
光を更に制限するための第３格子が形成された第２スケ
ール、及び、前記第１乃至第３格子によつて制限された
照明光を検出する受光素子とを含み、 該受光素子出力の検出信号の周期的な変動から前記両部
材間の相対変位を検出する反射式の光学式変位検出器に
おいて、 前記第２格子の明線幅を、第１格子の明線幅と同程度又
はそれ以下とし、 前記第３格子の明線幅を、第１格子の明線幅の２倍程度
として、 略三角波状の検出信号を得ることを特徴とする光学式変
位検出器。 - 【請求項２】請求項１において、前記三角波状の検出信
号を微分する微分回路を設け、前記両部材間の相対変位
速度を検出することを特徴とする光学式変位検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9111289U JPH073288Y2 (ja) | 1989-08-02 | 1989-08-02 | 光学式変位検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9111289U JPH073288Y2 (ja) | 1989-08-02 | 1989-08-02 | 光学式変位検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0330819U JPH0330819U (ja) | 1991-03-26 |
| JPH073288Y2 true JPH073288Y2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=31640612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9111289U Expired - Fee Related JPH073288Y2 (ja) | 1989-08-02 | 1989-08-02 | 光学式変位検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH073288Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5862672B2 (ja) * | 2011-08-23 | 2016-02-16 | 株式会社ニコン | エンコーダ装置、及び装置 |
-
1989
- 1989-08-02 JP JP9111289U patent/JPH073288Y2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0330819U (ja) | 1991-03-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |