JPS63109321A - 光学式変位検出器 - Google Patents
光学式変位検出器Info
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- JPS63109321A JPS63109321A JP25546886A JP25546886A JPS63109321A JP S63109321 A JPS63109321 A JP S63109321A JP 25546886 A JP25546886 A JP 25546886A JP 25546886 A JP25546886 A JP 25546886A JP S63109321 A JPS63109321 A JP S63109321A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 13
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 2
- 239000011295 pitch Substances 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
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- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、光学式変位検出器に係り、特に、相対変位す
る２つの部材の一方に、特定のパターンからなる格子を
形成したメインスケールを固定し、他方の部材に、対応
するパターンの格子を形成した参照スケールを固定し、
これら２つの格子によって制限される照明光の変化から
、２つの部材の位置関係を検出する光学式変位検出器の
改良に関する。
る２つの部材の一方に、特定のパターンからなる格子を
形成したメインスケールを固定し、他方の部材に、対応
するパターンの格子を形成した参照スケールを固定し、
これら２つの格子によって制限される照明光の変化から
、２つの部材の位置関係を検出する光学式変位検出器の
改良に関する。
工作機械、精密測定機などの分野において、相対変位す
る２つの部材の一方に、周期的パターンの計数用格子を
形成したメインスケールを固定し、他方の部材に、対応
する計数用参照格子を形成した参照スケール、照明系及
び受光素子を含むスライダを固定して、２つの部材の相
対変位に応じてスライダから出力される周期的な計数信
号を付属するカウンタで積算計数することにより、相対
変位量を検出するいわゆるインクリメンタル方式の光学
式変位検出器が背反している。 これらのインクリメンタル方式の変位検出器においては
、作業を中断して電源を切るとカウンタの計数値が失わ
れてしまい、次に作業を再開する際には厳密な原点合せ
が必要となるが、これを能率良く行えるようにするため
、メインスケールに原点信号用格子が設けられている。 この原点信号用格子としては、第８図に示すようなラン
ダム格子が一般に使用されている。第８図に示した変位
検出器は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１２とコリメータ
レンズ１４からなる照明系１０で、計数用格子１８と原
点信号用のランダム格子２ＯＡ、２０Ｂ、・・・が形成
されたメインスケール１６を黒明している。メインスケ
ール１６と格子間隔Ｖを隔てて対向配置される参照スケ
ール２２には、位相が互いに９０°ずれた２個の計数用
参照格子２４Ａ、２４Ｂと共に、メインスケール１６上
のランダム格子２ＯＡ、２０Ｂ５・・・と同じパターン
のランダム参照格子２６が形成されている。従って、メ
インスケール１６が変位して２つのランダム格子（２０
Ａと２６又は２０Ｂと２６）が重なり合うところで、原
点信号用受光素子２８からは大きな信号が得られるので
、これから原点信号を生成することができる０図におい
て、３０Ａ、３０Ｂは、それぞれ前記計数用参照格子２
４Ａ、２４Ｂに対応して配置された計数用受光素子であ
る。
る２つの部材の一方に、周期的パターンの計数用格子を
形成したメインスケールを固定し、他方の部材に、対応
する計数用参照格子を形成した参照スケール、照明系及
び受光素子を含むスライダを固定して、２つの部材の相
対変位に応じてスライダから出力される周期的な計数信
号を付属するカウンタで積算計数することにより、相対
変位量を検出するいわゆるインクリメンタル方式の光学
式変位検出器が背反している。 これらのインクリメンタル方式の変位検出器においては
、作業を中断して電源を切るとカウンタの計数値が失わ
れてしまい、次に作業を再開する際には厳密な原点合せ
が必要となるが、これを能率良く行えるようにするため
、メインスケールに原点信号用格子が設けられている。 この原点信号用格子としては、第８図に示すようなラン
ダム格子が一般に使用されている。第８図に示した変位
検出器は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１２とコリメータ
レンズ１４からなる照明系１０で、計数用格子１８と原
点信号用のランダム格子２ＯＡ、２０Ｂ、・・・が形成
されたメインスケール１６を黒明している。メインスケ
ール１６と格子間隔Ｖを隔てて対向配置される参照スケ
ール２２には、位相が互いに９０°ずれた２個の計数用
参照格子２４Ａ、２４Ｂと共に、メインスケール１６上
のランダム格子２ＯＡ、２０Ｂ５・・・と同じパターン
のランダム参照格子２６が形成されている。従って、メ
インスケール１６が変位して２つのランダム格子（２０
Ａと２６又は２０Ｂと２６）が重なり合うところで、原
点信号用受光素子２８からは大きな信号が得られるので
、これから原点信号を生成することができる０図におい
て、３０Ａ、３０Ｂは、それぞれ前記計数用参照格子２
４Ａ、２４Ｂに対応して配置された計数用受光素子であ
る。
しかしながら、このような従来のランダム格子を用いた
原点信号検出には、次のような問題点があった。即ち、
このような光学式変位検出器においては、第８図に示し
た格子間隔Ｖは、ある程度大きく設定でき、しかも格子
間隔Ｖの許容される変動量も大きい方が、機構設計が容
易となり、製造に際しても調整工数が減少してコストが
低減される。 ところが、ランダム格子を用いた場合は、第９図に示す
如く、その照明光による影像は、格子間隔■がＶ１→Ｖ
２−Ｖ３と大きくなるに従って、Ｇ１−Ｇ２−’Ｇ３と
その輪郭が急激にぼやけてくる。このため、格子間隔Ｖ
が大きくなると、原点信号用受光素子２８からの出力信
号の、ランダム格子が重なり合ったときの値と、完全に
ずれているときの値の差ΔＬが急速に小さくなり、原点
信号が得られなくなる。上記の出力差ΔＬを、格子間隔
Ｖが零の時を基準として表わしたものを信号のコントラ
ストと便宜上呼び、従来の信号のコントラストの例を第
１０図の破線Ａに示す。 なお、計数用格子に関しては、その目盛パターンが周期
的であるため、回折効果を積極的に利用することにより
格子間隔Ｖを大きくすることが可能となっているが、ラ
ンダム格子からなる原点信号用格子と併用する場合には
、格子間隔■の値が原点信号用格子で制限されるため、
計数用格子で回折効果を積極的に利用しても、格子間隔
Ｖを充分に大きくできないという問題点もあった。
原点信号検出には、次のような問題点があった。即ち、
このような光学式変位検出器においては、第８図に示し
た格子間隔Ｖは、ある程度大きく設定でき、しかも格子
間隔Ｖの許容される変動量も大きい方が、機構設計が容
易となり、製造に際しても調整工数が減少してコストが
低減される。 ところが、ランダム格子を用いた場合は、第９図に示す
如く、その照明光による影像は、格子間隔■がＶ１→Ｖ
２−Ｖ３と大きくなるに従って、Ｇ１−Ｇ２−’Ｇ３と
その輪郭が急激にぼやけてくる。このため、格子間隔Ｖ
が大きくなると、原点信号用受光素子２８からの出力信
号の、ランダム格子が重なり合ったときの値と、完全に
ずれているときの値の差ΔＬが急速に小さくなり、原点
信号が得られなくなる。上記の出力差ΔＬを、格子間隔
Ｖが零の時を基準として表わしたものを信号のコントラ
ストと便宜上呼び、従来の信号のコントラストの例を第
１０図の破線Ａに示す。 なお、計数用格子に関しては、その目盛パターンが周期
的であるため、回折効果を積極的に利用することにより
格子間隔Ｖを大きくすることが可能となっているが、ラ
ンダム格子からなる原点信号用格子と併用する場合には
、格子間隔■の値が原点信号用格子で制限されるため、
計数用格子で回折効果を積極的に利用しても、格子間隔
Ｖを充分に大きくできないという問題点もあった。
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、格子間隔が従来より大きくても信号のコントラス
トが良い原点信号を生成することができる原点信号用格
子を備えた光学式変位検出器を提供することを目的とす
る。
ので、格子間隔が従来より大きくても信号のコントラス
トが良い原点信号を生成することができる原点信号用格
子を備えた光学式変位検出器を提供することを目的とす
る。
本発明は、光学式変位検出器において、相対変位する２
つの部材の一方に固定された、複数の基本パターンから
なる副格子をランダムに配置して構成される原点信号用
格子が形成されたメインスケールと、他方の部材に固定
された、コヒーレントな光源を含む照明系、前記原点信
号用格子に対応する原点信号用参照格子が形成された参
照スケール、及び、前記原点信号用格子と原点信号用参
照格子で制限された前記照明系からの照明光を光電変換
する受光素子とを設け、前記相対変位する２つの部材が
、特定の位置関係となったときに原点信号を生成するこ
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、前記メインスケールに周期的
パターンからなる計数用格子を、前記参照スケールに対
応する計数用参照格子をそれぞれ形成し、これら２つの
格子で制限された前記照明系からの照明光を光電変換し
て計数信号を生成するための受光素子を設けたものであ
る。 更に、本発明の実ｔＪ＠Ｂ様は、前記原点信号用格子の
基本パターンのピッチと、前記計数用格子の周期的パタ
ーンのピッチとを等しくしたものである。
つの部材の一方に固定された、複数の基本パターンから
なる副格子をランダムに配置して構成される原点信号用
格子が形成されたメインスケールと、他方の部材に固定
された、コヒーレントな光源を含む照明系、前記原点信
号用格子に対応する原点信号用参照格子が形成された参
照スケール、及び、前記原点信号用格子と原点信号用参
照格子で制限された前記照明系からの照明光を光電変換
する受光素子とを設け、前記相対変位する２つの部材が
、特定の位置関係となったときに原点信号を生成するこ
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、前記メインスケールに周期的
パターンからなる計数用格子を、前記参照スケールに対
応する計数用参照格子をそれぞれ形成し、これら２つの
格子で制限された前記照明系からの照明光を光電変換し
て計数信号を生成するための受光素子を設けたものであ
る。 更に、本発明の実ｔＪ＠Ｂ様は、前記原点信号用格子の
基本パターンのピッチと、前記計数用格子の周期的パタ
ーンのピッチとを等しくしたものである。
本発明に係る原点信号用格子は、゛規則的なパターンで
ある副格子をランダムに配置することによって構成され
ている０例えばピッチＰの基本パターン４２が４個で構
成されている副格子４０Ａの例を第２図に示す。 この副格子４０Ａを、有効波長λのコヒーレント（可干
渉）な平行光線で照明すると、回折理論より、その副格
子４０Ａの面から次式で示される間隔ｖ１の近傍に、ピ
ッチＰで位相が原格子と等しい影像Ｑ １ （Ｘ ）が
生ずる。 Ｖ１＝２ｎＰ２／λ （ｎ＝１．２、・・・） ・・・（１）又、次式で示さ
れる間隔ｖ２の近傍には、ピッチＰで位相が原格子と１
８０°ずれた影像ｇ２（Ｘ）が生ずる。 ｖ２＝（２ｎ−１）Ｐ２／λ （ｎ＝１．２、・・・） ・・・（２）更に、間隔に関
係なく、ピッチＰ／２の影像も重畳されている。 従って、格子間隔がｖｌ又はｖ２の近傍に、ピッチＰの
副参照格子からなる原点信号用参照格子を設置すること
により、信号コントラストの良い原点信号が得られる。 このときの信号コントラストの例を前出第１０図の実線
Ｂに示す、更に、ピッチＰ／２の副参照格子からなる原
点信号用参照格子の場合は、格子間隔に関係なく一定の
コントラストを有する原点信号が得られる。 又、前記のような原点信号用格子を、平行光線の代わり
にコヒーレントな点光源で拡散照明した場合にも、影像
と格子間隔に一定の拡大倍率が乗じられるだけで、同様
の効果が得られる。 更に、メインスケールに周期的パターンからなる計数用
格子を、参照スケールに対応する計数用参照格子をそれ
ぞれ形成し、これら２つの格子で制限された照明光を光
電変換して計数信号を形成する場合には、原点信号と同
時に計数信号も得られる。 又、計数用格子のピッチを原点信号用格子の基本パター
ン４２のピッチＰと等しくした場合には、計数信号のコ
ントラストの特性が原点信号のコントラストの特性と同
一になるので、格子間隔の選択が容易になる。
ある副格子をランダムに配置することによって構成され
ている０例えばピッチＰの基本パターン４２が４個で構
成されている副格子４０Ａの例を第２図に示す。 この副格子４０Ａを、有効波長λのコヒーレント（可干
渉）な平行光線で照明すると、回折理論より、その副格
子４０Ａの面から次式で示される間隔ｖ１の近傍に、ピ
ッチＰで位相が原格子と等しい影像Ｑ １ （Ｘ ）が
生ずる。 Ｖ１＝２ｎＰ２／λ （ｎ＝１．２、・・・） ・・・（１）又、次式で示さ
れる間隔ｖ２の近傍には、ピッチＰで位相が原格子と１
８０°ずれた影像ｇ２（Ｘ）が生ずる。 ｖ２＝（２ｎ−１）Ｐ２／λ （ｎ＝１．２、・・・） ・・・（２）更に、間隔に関
係なく、ピッチＰ／２の影像も重畳されている。 従って、格子間隔がｖｌ又はｖ２の近傍に、ピッチＰの
副参照格子からなる原点信号用参照格子を設置すること
により、信号コントラストの良い原点信号が得られる。 このときの信号コントラストの例を前出第１０図の実線
Ｂに示す、更に、ピッチＰ／２の副参照格子からなる原
点信号用参照格子の場合は、格子間隔に関係なく一定の
コントラストを有する原点信号が得られる。 又、前記のような原点信号用格子を、平行光線の代わり
にコヒーレントな点光源で拡散照明した場合にも、影像
と格子間隔に一定の拡大倍率が乗じられるだけで、同様
の効果が得られる。 更に、メインスケールに周期的パターンからなる計数用
格子を、参照スケールに対応する計数用参照格子をそれ
ぞれ形成し、これら２つの格子で制限された照明光を光
電変換して計数信号を形成する場合には、原点信号と同
時に計数信号も得られる。 又、計数用格子のピッチを原点信号用格子の基本パター
ン４２のピッチＰと等しくした場合には、計数信号のコ
ントラストの特性が原点信号のコントラストの特性と同
一になるので、格子間隔の選択が容易になる。
以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。 本発明の第１実施例は、第１図に示す如く、相対変位す
る２つの部材の一方に固定された、複数の基本パターン
４２からなる副格子４（１（第２図参照）をランダムに
配置して構成される原点信号用格子４４Ａ、４４Ｂ、・
・・が形成されたメインスケール１６と、他方の部材に
固定された、コヒーレントな光源であるＬＥＤｌ ２及
びコリメータレンズ１４を含む平行照明系１０、前記原
点信号用格子４４Ａ、４４Ｂ・・・と同じパターンの原
点信号用参照格子４６が形成された参照スケール２２、
及び、前記原点信号用格子４４Ａ、４４Ｂ・・・と原点
信号用参照格子４６で制限された前記照明系１０からの
照明光を光電変換する原点信号用受光索子２８とを含ん
でいる。 この原点信号用受光素子２８の出力の原点信号工は、プ
リアンプ４８を経て比較器５０に入力され、参照レベル
Ｖ「と比教された後、パルス化回路５２によって原点パ
ルスＪが生成される。 前記メインスケール１６には、更に、ピッチＰの明７暗
の周期的パターンからなる計数用格子１８が形成され、
前記参照スケール２２には、位相が互いに９０°異なる
２個の計数用参照格子２４Ａ、２４Ｂが形成されている
。又、これら２つの格子で制限された前記照明系１０か
らの照明光を光電変換して計数信号を計数するための計
数用受光素子３０Ａ、３０Ｂが設けられている。 これらの計数用受光索子３０Ａ、３０Ｂの出力は、それ
ぞれプリアンプ５４Ａ、５４Ｂに入力され、方向弁別の
ために位相が９０’異なった２つの計数信号が生成され
る。 前記メインスケール１６上のスケールパターンは、第３
図に詳細に示す如くとされており、原点信号用格子４４
Ａ、４４Ｂ、・・・は、それぞれＮ個の副格子４０Ａ、
４０Ｂ、・・・４ＯＮをランダムに配列したもので、互
いに同じものとされている。 前記副格子４０Ａは、第２図に示した如く、ピッチＰの
基本パターン４２を例えば４個連続させたものとされて
いる。伯の副格子４０Ｂ、４０Ｃ・・・等もピッチＰの
基本パターン４２を２個以上連続させたものとされてい
る。なお、基本パターンの数は４に限定されず、２個以
上連続させたものであれば、他の数であっても良い。 又、副格子４０Ａ、４０Ｂ・・・を構成する基本パター
ン４２の数はたがいに異なってもよく、要はピッチＰが
共通であればよい。 前記参照スケール２２上のスケールパターンは、第４図
に詳細に示す如くとされている。ここで、原点信号用参
照格子４６は、製作の便宜上、原点化η用格子４４Ａ、
４４Ｂ、・・・と同じ形状とされている。即ち、ピッチ
Ｐの基本パターン４２を複数連ねた副参照格子５６Ａ、
５６Ｂ、・・・５６Ｎをランダムに配列したものとされ
ている。しかしながら例えば副参照格子５６Ａは、副格
子４４Ａの影像を選択できれば良く、基本パターンの数
は必ずしも一致する必要はない、即ち、原理的には副参
照格子５６Ａを１個のスリットから構成することも可能
である。従って、１個のスリットを原点信号用格子４４
Ａ、４４Ｂ、・・・に対応させてランダムに配置して、
原点信号用参照格子を構成することも可能である。 以下第１実施例の作用を説明する。 第２図に示した如く、ピッチＰの基本パターン４２を連
ねた副格子４０Ａを有効波長λの平行光線で照明すると
、間隔が前出（１）式又は（２）式で示されるｖｌ又は
ｖ２の近傍で副格子４０Ａの像が鮮明に形成される。更
に、計数用格子１８のピッチもＰとされているため、間
隔ｖｌ、ｖ２の近傍に同様の像が形成される。 従って、第１図の格子間隔Ｖを次式で示される値に設定
すれば、前出第１０図に示した如く、計数信号（２点鎖
線Ｃ）、原点信号（実線Ｂ）共にコントラストの良い信
号が得られる。 ｖ＝ｎＰ’／λ （ｎ＝１．２、・） ・（３）例えば
波長λ＝０．８μｍ、ピッチＰ＝１０μｒｍ 、 ｎ
＝２０とすれば、格子間隔Ｖは約２．５ｎｌに設定でき
る。又、格子間隔Ｖの変動に対する許容度も約±０．２
Ｐ２／λ、即ち±２５μを程度となり、従来に比べて大
きな余裕があることがわかる。 この場合、第１図の原点信号用受光素子２８及びプリア
ンプ４８を経た原点信号■は、第５図（Ａ）に示す如く
となる。従って、第１図の比較器５０の参照レベル■「
で２値化した後、パルス化回路５２でエツジを抽出する
ことによって、第５図（Ｂ）に示したような原点パルス
Ｊが得られる。この原点パルスＪは、付属するカウンタ
のリセットや計数ホールドなどに利用される。 なお、この第１実施例では、メインスケール１６上の副
格子４０Ａ、４０Ｂ、・・・４ＯＮと参照スケール２２
上の副参照格子５６Ａ、５６Ｂ、・・・５６Ｎが共に等
しいピッチＰとされていたが、副参照格子５６Ａ、５６
Ｂ、・・・５６ＮのピッチをＰ／２とすることも可能で
ある。この場合、格子間隔の制限は緩かになる。 又、計数用格子を省略して、原点信号を発生する検出器
として使用することも可能である。 次に本発明の第２実施例を詳細に説明する。 第２実施例は、第６図に示す如く、照明系１０として、
コヒーレントな光源であるレーザダイオード６０を単独
で使用したものである。従って、照明光としては点光源
からの拡散光が使用されていると考えられる。このとき
、メインスケール１６上の原点信号用格子４４Ａ、４４
Ｂ・・・の影像は拡大されるため、参照スケール２２上
の原点信号用参照格子４６の形状を、第１実施例の場合
の形状にその拡大率を乗じた形状とすれば良い。 他の点については前記第１実施例と同様である− の
で説明は省略する。 この第２実施例においては、比較的大型のコリメータレ
ンズを用いる必要がなくなるため、照明系、従って全体
を小型化することが容易である。 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、前記第１実施例及び第２実施例とは
異なり、本発明を透過型でなく反射型の光学式変位検出
器に適用したものである。 他の点については前記第１実施例と同様であるので説明
は省略する。
。 本発明の第１実施例は、第１図に示す如く、相対変位す
る２つの部材の一方に固定された、複数の基本パターン
４２からなる副格子４（１（第２図参照）をランダムに
配置して構成される原点信号用格子４４Ａ、４４Ｂ、・
・・が形成されたメインスケール１６と、他方の部材に
固定された、コヒーレントな光源であるＬＥＤｌ ２及
びコリメータレンズ１４を含む平行照明系１０、前記原
点信号用格子４４Ａ、４４Ｂ・・・と同じパターンの原
点信号用参照格子４６が形成された参照スケール２２、
及び、前記原点信号用格子４４Ａ、４４Ｂ・・・と原点
信号用参照格子４６で制限された前記照明系１０からの
照明光を光電変換する原点信号用受光索子２８とを含ん
でいる。 この原点信号用受光素子２８の出力の原点信号工は、プ
リアンプ４８を経て比較器５０に入力され、参照レベル
Ｖ「と比教された後、パルス化回路５２によって原点パ
ルスＪが生成される。 前記メインスケール１６には、更に、ピッチＰの明７暗
の周期的パターンからなる計数用格子１８が形成され、
前記参照スケール２２には、位相が互いに９０°異なる
２個の計数用参照格子２４Ａ、２４Ｂが形成されている
。又、これら２つの格子で制限された前記照明系１０か
らの照明光を光電変換して計数信号を計数するための計
数用受光素子３０Ａ、３０Ｂが設けられている。 これらの計数用受光索子３０Ａ、３０Ｂの出力は、それ
ぞれプリアンプ５４Ａ、５４Ｂに入力され、方向弁別の
ために位相が９０’異なった２つの計数信号が生成され
る。 前記メインスケール１６上のスケールパターンは、第３
図に詳細に示す如くとされており、原点信号用格子４４
Ａ、４４Ｂ、・・・は、それぞれＮ個の副格子４０Ａ、
４０Ｂ、・・・４ＯＮをランダムに配列したもので、互
いに同じものとされている。 前記副格子４０Ａは、第２図に示した如く、ピッチＰの
基本パターン４２を例えば４個連続させたものとされて
いる。伯の副格子４０Ｂ、４０Ｃ・・・等もピッチＰの
基本パターン４２を２個以上連続させたものとされてい
る。なお、基本パターンの数は４に限定されず、２個以
上連続させたものであれば、他の数であっても良い。 又、副格子４０Ａ、４０Ｂ・・・を構成する基本パター
ン４２の数はたがいに異なってもよく、要はピッチＰが
共通であればよい。 前記参照スケール２２上のスケールパターンは、第４図
に詳細に示す如くとされている。ここで、原点信号用参
照格子４６は、製作の便宜上、原点化η用格子４４Ａ、
４４Ｂ、・・・と同じ形状とされている。即ち、ピッチ
Ｐの基本パターン４２を複数連ねた副参照格子５６Ａ、
５６Ｂ、・・・５６Ｎをランダムに配列したものとされ
ている。しかしながら例えば副参照格子５６Ａは、副格
子４４Ａの影像を選択できれば良く、基本パターンの数
は必ずしも一致する必要はない、即ち、原理的には副参
照格子５６Ａを１個のスリットから構成することも可能
である。従って、１個のスリットを原点信号用格子４４
Ａ、４４Ｂ、・・・に対応させてランダムに配置して、
原点信号用参照格子を構成することも可能である。 以下第１実施例の作用を説明する。 第２図に示した如く、ピッチＰの基本パターン４２を連
ねた副格子４０Ａを有効波長λの平行光線で照明すると
、間隔が前出（１）式又は（２）式で示されるｖｌ又は
ｖ２の近傍で副格子４０Ａの像が鮮明に形成される。更
に、計数用格子１８のピッチもＰとされているため、間
隔ｖｌ、ｖ２の近傍に同様の像が形成される。 従って、第１図の格子間隔Ｖを次式で示される値に設定
すれば、前出第１０図に示した如く、計数信号（２点鎖
線Ｃ）、原点信号（実線Ｂ）共にコントラストの良い信
号が得られる。 ｖ＝ｎＰ’／λ （ｎ＝１．２、・） ・（３）例えば
波長λ＝０．８μｍ、ピッチＰ＝１０μｒｍ 、 ｎ
＝２０とすれば、格子間隔Ｖは約２．５ｎｌに設定でき
る。又、格子間隔Ｖの変動に対する許容度も約±０．２
Ｐ２／λ、即ち±２５μを程度となり、従来に比べて大
きな余裕があることがわかる。 この場合、第１図の原点信号用受光素子２８及びプリア
ンプ４８を経た原点信号■は、第５図（Ａ）に示す如く
となる。従って、第１図の比較器５０の参照レベル■「
で２値化した後、パルス化回路５２でエツジを抽出する
ことによって、第５図（Ｂ）に示したような原点パルス
Ｊが得られる。この原点パルスＪは、付属するカウンタ
のリセットや計数ホールドなどに利用される。 なお、この第１実施例では、メインスケール１６上の副
格子４０Ａ、４０Ｂ、・・・４ＯＮと参照スケール２２
上の副参照格子５６Ａ、５６Ｂ、・・・５６Ｎが共に等
しいピッチＰとされていたが、副参照格子５６Ａ、５６
Ｂ、・・・５６ＮのピッチをＰ／２とすることも可能で
ある。この場合、格子間隔の制限は緩かになる。 又、計数用格子を省略して、原点信号を発生する検出器
として使用することも可能である。 次に本発明の第２実施例を詳細に説明する。 第２実施例は、第６図に示す如く、照明系１０として、
コヒーレントな光源であるレーザダイオード６０を単独
で使用したものである。従って、照明光としては点光源
からの拡散光が使用されていると考えられる。このとき
、メインスケール１６上の原点信号用格子４４Ａ、４４
Ｂ・・・の影像は拡大されるため、参照スケール２２上
の原点信号用参照格子４６の形状を、第１実施例の場合
の形状にその拡大率を乗じた形状とすれば良い。 他の点については前記第１実施例と同様である− の
で説明は省略する。 この第２実施例においては、比較的大型のコリメータレ
ンズを用いる必要がなくなるため、照明系、従って全体
を小型化することが容易である。 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、前記第１実施例及び第２実施例とは
異なり、本発明を透過型でなく反射型の光学式変位検出
器に適用したものである。 他の点については前記第１実施例と同様であるので説明
は省略する。
以上説明した通り、本発明によれば、格子間隔が従来よ
り大きくても、信号のコントラストが良い原点信号を生
成することができる。従って、機福設計が容易となり、
製造においても調整工数が減少してコストが低減される
という優れた効果を有する。
り大きくても、信号のコントラストが良い原点信号を生
成することができる。従って、機福設計が容易となり、
製造においても調整工数が減少してコストが低減される
という優れた効果を有する。
第１図は、本発明に係る光学式変位検出器の第１実施例
の全体構成を示す斜視図、第２図は、第１実施例の副格
子で形成される影像の例を示す線図、第３図は、第１実
施例のメインスケール上のスケールパターンを示す正面
図、第４図は、同じく参照スケール上のスケールパター
ンを示す正面図、第５図は、第１実施例における原点信
号の例を示す線図、第６図は、本発明の第２実施例の要
部構成を示す側面図、第７図は、本発明の第３実施例の
要部構成を示す側面図、第８図は、従来のランダム格子
を用いた光学式変位検出器の例を示す斜視図、第９図は
、第８図の従来例で形成されるランダム格子の影像の例
を示す線図、第１０図は、従来例及び本発明の第１実施
例における原点信号及び計数信号の、格子間隔と信号の
コントラストの関係の例を比較して示す線図である。 １０・・・照明系、 １２・・・発光ダイオード（ＬＥＤ）、１４・・・コリ
メータレンズ、 １６・・・メインスケール、 １８・・・計数用格子、 ２２・・・参照スケール
、２４Ａ、２４Ｂ・・・計数用参照格子、２８・・・原
点信号用受光素子、 ３０Ａ、３０Ｂ・・・計数用受光素子、Ｐ・・・ピッチ
、 ４０Ａ、４０Ｂ、・・・４ＯＮ・・・副格子、４２・・
・基本パターン、 ４４Ａ、４４Ｂ・・・原点信号用格子、４６・・・原点
信号用参照格子、 ■・・・原点信号、 ５６Ａ、５６Ｂ、・・・５６Ｎ ・・・原点信号用参照格子、 ６０・・・レーザダイオード。
の全体構成を示す斜視図、第２図は、第１実施例の副格
子で形成される影像の例を示す線図、第３図は、第１実
施例のメインスケール上のスケールパターンを示す正面
図、第４図は、同じく参照スケール上のスケールパター
ンを示す正面図、第５図は、第１実施例における原点信
号の例を示す線図、第６図は、本発明の第２実施例の要
部構成を示す側面図、第７図は、本発明の第３実施例の
要部構成を示す側面図、第８図は、従来のランダム格子
を用いた光学式変位検出器の例を示す斜視図、第９図は
、第８図の従来例で形成されるランダム格子の影像の例
を示す線図、第１０図は、従来例及び本発明の第１実施
例における原点信号及び計数信号の、格子間隔と信号の
コントラストの関係の例を比較して示す線図である。 １０・・・照明系、 １２・・・発光ダイオード（ＬＥＤ）、１４・・・コリ
メータレンズ、 １６・・・メインスケール、 １８・・・計数用格子、 ２２・・・参照スケール
、２４Ａ、２４Ｂ・・・計数用参照格子、２８・・・原
点信号用受光素子、 ３０Ａ、３０Ｂ・・・計数用受光素子、Ｐ・・・ピッチ
、 ４０Ａ、４０Ｂ、・・・４ＯＮ・・・副格子、４２・・
・基本パターン、 ４４Ａ、４４Ｂ・・・原点信号用格子、４６・・・原点
信号用参照格子、 ■・・・原点信号、 ５６Ａ、５６Ｂ、・・・５６Ｎ ・・・原点信号用参照格子、 ６０・・・レーザダイオード。
Claims (3)
- （１）相対変位する２つの部材の一方に固定された、複
数の基本パターンからなる副格子をランダムに配置して
構成される原点信号用格子が形成されたメインスケール
と、 他方の部材に固定された、コヒーレントな光源を含む照
明系、前記原点信号用格子に対応する原点信号用参照格
子が形成された参照スケール、及び、前記原点信号用格
子と原点信号用参照格子で制限された前記照明系からの
照明光を光電変換する受光索子とを含み、 前記相対変位する２つの部材が特定の位置関係となつた
ときに原点信号を生成することを特徴とする光学式変位
検出器。 - （２）前記メインスケールには周期的パターンからなる
計数用格子が、前記参照スケールには対応する計数用参
照格子がそれぞれ形成され、これら２つの格子で制限さ
れた前記照明系からの照明光を光電変換して計数信号を
生成するための受光素子が設けら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。 - （３）前記原点信号用格子の基本パターンのピツチと、
前記計数用格子の周期的パターンのピツチとが等しくさ
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
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25546886A JPS63109321A (ja) | 1986-10-27 | 1986-10-27 | 光学式変位検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25546886A JPS63109321A (ja) | 1986-10-27 | 1986-10-27 | 光学式変位検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63109321A true JPS63109321A (ja) | 1988-05-14 |
| JPH0411808B2 JPH0411808B2 (ja) | 1992-03-02 |
Family
ID=17279186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25546886A Granted JPS63109321A (ja) | 1986-10-27 | 1986-10-27 | 光学式変位検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63109321A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013217833A (ja) * | 2012-04-11 | 2013-10-24 | Mitsutoyo Corp | エンコーダ |
-
1986
- 1986-10-27 JP JP25546886A patent/JPS63109321A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013217833A (ja) * | 2012-04-11 | 2013-10-24 | Mitsutoyo Corp | エンコーダ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0411808B2 (ja) | 1992-03-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |