JP2705712B2 - 測長または測角装置 - Google Patents
測長または測角装置Info
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 10
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- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
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- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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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
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- G01D5/26—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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
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- G01D5/347—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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、走査格子と測定目盛
格子として構成され、光源から出射し、格子の線方向に
平行で、走査格子と測定目盛格子格子の両目盛面に斜め
に進む光を変調する、測定方向に相対運動する複数の格
子を備えた測長または測角装置に関する。
格子として構成され、光源から出射し、格子の線方向に
平行で、走査格子と測定目盛格子格子の両目盛面に斜め
に進む光を変調する、測定方向に相対運動する複数の格
子を備えた測長または測角装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の装置は多くの文献により周知で
ある。例えば、ドイツ特許第 29 00 295 C2 号明細書を
挙げることができる。この文献には、照明側から離れた
目盛円板で光透過領域が照明側の目盛円板よりも広い測
角装置が開示されている。これにより、できる限り大量
の光エネルギが受光素子に入射する。
ある。例えば、ドイツ特許第 29 00 295 C2 号明細書を
挙げることができる。この文献には、照明側から離れた
目盛円板で光透過領域が照明側の目盛円板よりも広い測
角装置が開示されている。これにより、できる限り大量
の光エネルギが受光素子に入射する。
【０００３】この種の装置では、検出器で検出された光
量が個々の目盛円板の距離と光源の距離に依存すること
が知られている。更に、照明が発散または収束する場合
には、位相関係が不定になる。走査間隔が短くなると光
エネルギの上昇する。つまり検出器の出力端の信号振幅
が大きくなる。これは、後続する電子評価ユニットを過
調整することになり、避けなければならない。
量が個々の目盛円板の距離と光源の距離に依存すること
が知られている。更に、照明が発散または収束する場合
には、位相関係が不定になる。走査間隔が短くなると光
エネルギの上昇する。つまり検出器の出力端の信号振幅
が大きくなる。これは、後続する電子評価ユニットを過
調整することになり、避けなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、上
記の難点を排除し、走査間隔が短くなって生じる信号振
幅の増大をなくし、種々の走査信号の位相関係を一定に
維持する位置測定装置を提供することにある。
記の難点を排除し、走査間隔が短くなって生じる信号振
幅の増大をなくし、種々の走査信号の位相関係を一定に
維持する位置測定装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、走査格子８と測定目盛格子２として構成され、
光源６，６５から出射し、格子３，１０；４，１１の線
方向に平行で、走査格子８と測定目盛格子格子２の両目
盛面に斜めに進む光を変調する、測定方向に相対運動す
る複数の格子３，１０；４，１１を備え、発生する光強
度の変調が少なくとも一つの後続する検出器９，９５に
より互いに位相のずれた電気信号に変換され、走査格子
８と測定目盛格子格子２の両目盛面に許される最大間隔
Smax で前記少なくとも一つの検出器９，９５）が最大
強度で照明されるように、格子３，１０；４，１１の線
の長さがマスク式に制限されている測長または測角装置
によって解決されている。
により、走査格子８と測定目盛格子２として構成され、
光源６，６５から出射し、格子３，１０；４，１１の線
方向に平行で、走査格子８と測定目盛格子格子２の両目
盛面に斜めに進む光を変調する、測定方向に相対運動す
る複数の格子３，１０；４，１１を備え、発生する光強
度の変調が少なくとも一つの後続する検出器９，９５に
より互いに位相のずれた電気信号に変換され、走査格子
８と測定目盛格子格子２の両目盛面に許される最大間隔
Smax で前記少なくとも一つの検出器９，９５）が最大
強度で照明されるように、格子３，１０；４，１１の線
の長さがマスク式に制限されている測長または測角装置
によって解決されている。
【０００６】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００７】
【実施例】以下、図面を参照し、実施例に基づきこの発
明をより詳しく説明する。図１からこの発明が分かる。
ここで、測角装置の形態にされている従来の技術を示す
図２の説明に関連してこの発明の説明を行う。この種の
測角装置（増分式回転角度計；インクレメンタル・ロー
タリーエンコーダー）は微細な格子を光電読取の原理で
動作している。
明をより詳しく説明する。図１からこの発明が分かる。
ここで、測角装置の形態にされている従来の技術を示す
図２の説明に関連してこの発明の説明を行う。この種の
測角装置（増分式回転角度計；インクレメンタル・ロー
タリーエンコーダー）は微細な格子を光電読取の原理で
動作している。
【０００８】増分式回転角度計１は、目盛板として線と
溝から成る半径方向の格子３を有するガラス製の目盛円
板２を有する。光を透過する溝とほぼ同じ幅にされてい
る光を透過しない線は、ガラス本体２の上に蒸着された
クロムである。第二のトラックには更に基準マーク４が
ある。
溝から成る半径方向の格子３を有するガラス製の目盛円
板２を有する。光を透過する溝とほぼ同じ幅にされてい
る光を透過しない線は、ガラス本体２の上に蒸着された
クロムである。第二のトラックには更に基準マーク４が
ある。
【０００９】回転軸５に固定されている回転可能な目盛
円板２に狭い間隔を保って走査ユニット８が配置されて
いる。この走査ユニット８には、４つの測定視野１０の
上にそれぞれ目盛円板２と同じ格子目盛３と、基準マー
ク４に対する走査視野１１がある。走査板８の四つの線
格子は、それぞれ目盛周期の４分の１（即ち、二つの線
の間の間隔の４分の１）ほど互いにずれている。
円板２に狭い間隔を保って走査ユニット８が配置されて
いる。この走査ユニット８には、４つの測定視野１０の
上にそれぞれ目盛円板２と同じ格子目盛３と、基準マー
ク４に対する走査視野１１がある。走査板８の四つの線
格子は、それぞれ目盛周期の４分の１（即ち、二つの線
の間の間隔の４分の１）ほど互いにずれている。
【００１０】どの測定視野も平行に指向された光束が通
過し、この光束は集束レンズ７を有するＬＥＤ６あるい
は小型ランプから出射する。目盛円板２が回転すると、
光流が変調され、その強度がシリコン光電素子９によっ
て検出される。光電素子９は、ほぼ正弦波状の二つの電
気信号と、基準マーク４から出る信号スパイク、つまり
基準マーク信号を出力するように構成されている。
過し、この光束は集束レンズ７を有するＬＥＤ６あるい
は小型ランプから出射する。目盛円板２が回転すると、
光流が変調され、その強度がシリコン光電素子９によっ
て検出される。光電素子９は、ほぼ正弦波状の二つの電
気信号と、基準マーク４から出る信号スパイク、つまり
基準マーク信号を出力するように構成されている。
【００１１】模式的に示す部分図に基づき、この発明を
図１により説明する。図示していない光源から、平行に
された光が目盛格子３，４と走査格子１０，１１の目盛
面に対して斜めに進み、検出器９に達する。
図１により説明する。図示していない光源から、平行に
された光が目盛格子３，４と走査格子１０，１１の目盛
面に対して斜めに進み、検出器９に達する。
【００１２】上記目盛面はそれぞれ目盛格子３，４と走
査格子１０，１１の目盛線が存在する平面である。これ
等の目盛線は図面に平行に上から下に延びている。この
場合、大切なことは、光が目盛格子３，４と走査格子１
０，１１の目盛面に斜めに入射すると言う特徴の外に、
この光が格子線の方向に平行に進む点にある。こうする
ことによって、位相差が一定に維持される。更に、重要
なことは、目盛板の格子と走査ユニットの格子の格子目
盛線の長さが制限されていることにある。
査格子１０，１１の目盛線が存在する平面である。これ
等の目盛線は図面に平行に上から下に延びている。この
場合、大切なことは、光が目盛格子３，４と走査格子１
０，１１の目盛面に斜めに入射すると言う特徴の外に、
この光が格子線の方向に平行に進む点にある。こうする
ことによって、位相差が一定に維持される。更に、重要
なことは、目盛板の格子と走査ユニットの格子の格子目
盛線の長さが制限されていることにある。
【００１３】これは、図３〜１１を考察すると明らかに
なる。図３から、格子線が目盛面の部分領域にわたって
延びていることが分かる。これは、図４の部分図でより
明確になる。この図４では、目盛トラック３が、目盛が
なく、マスクとして働くトラックによって半径方向に制
限されている。これ等の領域を破線で示す。図５は単に
他の様子を示すが、図３と図４はこの発明をより明確に
示す。
なる。図３から、格子線が目盛面の部分領域にわたって
延びていることが分かる。これは、図４の部分図でより
明確になる。この図４では、目盛トラック３が、目盛が
なく、マスクとして働くトラックによって半径方向に制
限されている。これ等の領域を破線で示す。図５は単に
他の様子を示すが、図３と図４はこの発明をより明確に
示す。
【００１４】図３では、距離ΔS ほど異なる二つの位置
での目盛円板２を示す。実線で最大間隔 Smax の位置
を、また破線で最小間隔 Smin を表す。最大間隔 Smax
では、照明ビームの一部が前記マスクで弱まるので、検
出器９は少ない光受光する。従って照明部６，７に近づ
くことにより生じる強い強度が相殺される。
での目盛円板２を示す。実線で最大間隔 Smax の位置
を、また破線で最小間隔 Smin を表す。最大間隔 Smax
では、照明ビームの一部が前記マスクで弱まるので、検
出器９は少ない光受光する。従って照明部６，７に近づ
くことにより生じる強い強度が相殺される。
【００１５】この場合、光学構成は以下のようになる。
つまり、図３は照明装置６，７を示す。この装置では、
光源（ＬＥＤあるいはランプ）６が焦点面に、しかも線
の方向でΔXL ほど光軸に対してずれて配設されてい
る。従って、光軸に対して線の
つまり、図３は照明装置６，７を示す。この装置では、
光源（ＬＥＤあるいはランプ）６が焦点面に、しかも線
の方向でΔXL ほど光軸に対してずれて配設されてい
る。従って、光軸に対して線の
【００１６】
【外１】 走査測定視野１０，１１は、必要に応じて、横、上下あ
るいは交差させて配置することもできる。その場合、走
査測定視野１０，１１を比１：１で、あるいはアークサ
インに従って分割できる。即ち、格子線が溝と丁度同じ
幅であるか、あるいは一定の関数に従って構成すること
ができる。
るいは交差させて配置することもできる。その場合、走
査測定視野１０，１１を比１：１で、あるいはアークサ
インに従って分割できる。即ち、格子線が溝と丁度同じ
幅であるか、あるいは一定の関数に従って構成すること
ができる。
【００１７】目盛板の目盛上の線の長さは走査測定視野
の線の長さに一致し、線板に対して
の線の長さに一致し、線板に対して
【００１８】
【外２】 目盛板２の線３は既に説明したマスクを形成す光非透過
部分で分離されている。
部分で分離されている。
【００１９】
【外３】 は、間隔 Smax の場合、検出器９の最大照明が得られ
る。間隔が短くなると、走査信号の増大が光流の弱まり
により防止される。
る。間隔が短くなると、走査信号の増大が光流の弱まり
により防止される。
【００２０】通常の照明部で各目盛周期に対して求める
べき動作間隔に依存した信号変化を知れば、つまり、最
小間隔 Smin で最大強度 Imax および最大間隔 Smax で
最小強度 Imin を知れば、光源のずれΔXL を或る幾何
学および光学データで以下のように求めることができ
る。つまり、
べき動作間隔に依存した信号変化を知れば、つまり、最
小間隔 Smin で最大強度 Imax および最大間隔 Smax で
最小強度 Imin を知れば、光源のずれΔXL を或る幾何
学および光学データで以下のように求めることができ
る。つまり、
【００２１】
【外４】 代入と変換により、
【００２２】
【外５】 となる。同様に、全体の照明ユニット（ランプ６と集束
レンズ７）を斜めにして傾斜照明を発生させることも考
えられる。これは図６と図８に示してある。
レンズ７）を斜めにして傾斜照明を発生させることも考
えられる。これは図６と図８に示してある。
【００２３】ここでは、更に図３〜図５の実施例の場合
と同じ状況にあるので、同じ参照符号を図６〜図８にも
採用する。目盛面に斜めに入射する平行光で動作する説
明した実施例から離れて、図９〜図１１の実施例は、発
散光（ただし一つの面内でのみ発散する）で動作する解
決策を示す。照明ビーム通路は、線の方向、即ち格子線
の進行方向に向いている。
と同じ状況にあるので、同じ参照符号を図６〜図８にも
採用する。目盛面に斜めに入射する平行光で動作する説
明した実施例から離れて、図９〜図１１の実施例は、発
散光（ただし一つの面内でのみ発散する）で動作する解
決策を示す。照明ビーム通路は、線の方向、即ち格子線
の進行方向に向いている。
【００２４】この光学構造は図９〜図１１により理解で
きる。円柱レンズ７５が焦点にある光源６５により、た
だ一つの面内で平行ビーム束を形成するが、他の面で
は、光電素子９５が光軸に対して一定の角度を有するビ
ーム束によって照明される。この分割ビーム束は、最大
間隔で光電素子９５が最大に照明されるように、目盛円
板２５上のマスクで制限される。
きる。円柱レンズ７５が焦点にある光源６５により、た
だ一つの面内で平行ビーム束を形成するが、他の面で
は、光電素子９５が光軸に対して一定の角度を有するビ
ーム束によって照明される。この分割ビーム束は、最大
間隔で光電素子９５が最大に照明されるように、目盛円
板２５上のマスクで制限される。
【００２５】目盛円板２５が走査格子８５との間隔を低
減すると、分割ビーム束により決まる面が目盛円板２５
上にあるマスクによって減光されるので、振幅の増大が
防止される。
減すると、分割ビーム束により決まる面が目盛円板２５
上にあるマスクによって減光されるので、振幅の増大が
防止される。
【００２６】種々の格子定数がそれに応じた減光に必要
である。間隔の可変に応じた減光の目安はビーム束が光
軸に対してなす角度（α，β）である。こうして、走査
ヘッドで種々の格子定数を補償することができる（基準
マーク）。
である。間隔の可変に応じた減光の目安はビーム束が光
軸に対してなす角度（α，β）である。こうして、走査
ヘッドで種々の格子定数を補償することができる（基準
マーク）。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の主要な
利点は、信号振幅の補償が行えること、位相差補正を行
う必要がないこと、および走査ヘッドに種々の目盛周期
や目盛形態があても良く、補償に苦しまないことにあ
る。他の利点は、信号振幅を補償してもコントラスが変
わらない点にある。
利点は、信号振幅の補償が行えること、位相差補正を行
う必要がないこと、および走査ヘッドに種々の目盛周期
や目盛形態があても良く、補償に苦しまないことにあ
る。他の利点は、信号振幅を補償してもコントラスが変
わらない点にある。
【図１】測長装置の一部の図によるこの発明の原理図で
ある。
ある。
【図２】従来の技術の原理図である。
【図３】第一実施例の側面図である。
【図４】第一実施例の平面図である。
【図５】第一実施例の他の側面図である。
【図６】第二実施例の側面図である。
【図７】第二実施例の平面図である。
【図８】第二実施例の他の側面図である。
【図９】第三実施例の側面図である。
【図１０】第三実施例の平面図である。
【図１１】第三実施例の他の側面図である。
１ 測角装置 ２，２５ 目盛円板（目盛板格子） ３ 格子目盛（目盛板格子） ４ 基準マーク ５ 回転軸 ６，６５ 光源 ７ 集束レンズ ８ 走査ユニット ９，９５ 光電素子 １０，１１，８５ 走査格子 ７５ 円柱レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セバスチアン・ブランドル ドイツ連邦共和国、83352 アルテンマ ルクト、アダルベルト−シユテイフター −ストラーセ、17
Claims (6)
- 【請求項１】 走査格子（８）と測定目盛格子（２）と
して構成され、光源（６，６５）から出射し、格子
（３，１０；４，１１）の線方向に平行で、走査格子
（８）と測定目盛格子格子（２）の両目盛面に斜めに進
む光を変調する、測定方向に相対運動する複数の格子
（３，１０；４，１１）を備えた測長または測角装置に
おいて、発生する光強度の変調が少なくとも一つの後続
する検出器（９，９５）により互いに位相のずれた電気
信号に変換され、走査格子（８）と測定目盛格子格子
（２）の両目盛面に許される最大間隔（Smax) で前記少
なくとも一つの検出器（９，９５）が最大強度で照明さ
れるように、格子（３，１０；４，１１）の線の長さが
マスク式に制限されていることを特徴とする測長または
測角装置。 - 【請求項２】 目盛面に斜めに、しかも格子（３，１
０；４，１１）の線に平行に進む光は、光源（６５）の
焦点に配設された円柱レンズ（７５）で指向されること
を特徴とする請求項１に記載の測長または測角装置。 - 【請求項３】 光軸に対して線方向に角度（α）ほど傾
いた平行ビーム通路が生じるように、光源（６）は集束
レンズ（７）の焦点面内で光軸に対して線方向にずらし
てあることを特徴とする請求項１に記載の測長または測
角装置。 - 【請求項４】 光源（６）と集束レンズ（７）で構成さ
れる照明ユニットは、光軸に対して線方向に角度（α）
ほど傾いた平行ビーム通路が生じるように、光軸に対し
て傾けて配設されていることを特徴とする請求項１に記
載の測長または測角装置。 - 【請求項５】 マスク式の制限は光非透過領域によって
形成されることを特徴とする請求項１に記載の測長また
は測角装置。 - 【請求項６】 透過光原理で動作することを特徴とする
請求項１に記載の測長または測角装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE93111500:0 | 1993-07-17 | ||
| EP93111500A EP0635701B1 (de) | 1993-07-17 | 1993-07-17 | Längen- oder Winkelmesseinrichtung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07151566A JPH07151566A (ja) | 1995-06-16 |
| JP2705712B2 true JP2705712B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=8213088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6145026A Expired - Fee Related JP2705712B2 (ja) | 1993-07-17 | 1994-06-27 | 測長または測角装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5493399A (ja) |
| EP (1) | EP0635701B1 (ja) |
| JP (1) | JP2705712B2 (ja) |
| AT (1) | ATE159811T1 (ja) |
| DE (2) | DE59307609D1 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19726935B4 (de) * | 1997-06-25 | 2014-06-12 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Optische Positionsmeßeinrichtung |
| DE59912617D1 (de) | 1998-08-01 | 2006-02-16 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Rotatorische Positionsmesseinrichtung |
| EP1028309B1 (de) | 1999-02-04 | 2003-04-16 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Optische Positionsmesseinrichtung |
| US7032188B2 (en) * | 2001-09-28 | 2006-04-18 | Nokia Corporation | Multilevel sorting and displaying of contextual objects |
| EP1396704B1 (de) * | 2002-08-07 | 2015-10-07 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Interferenzielle Positionsmesseinrichtung |
| US7102123B2 (en) * | 2003-10-28 | 2006-09-05 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Reflective imaging encoder |
| DE102005036161A1 (de) * | 2005-08-02 | 2007-02-08 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Feldmodulierende Winkelmesseinrichtung und Verfahren zu deren Betrieb |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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