JPH085331A - 光学式変位測定装置 - Google Patents
光学式変位測定装置Info
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- JPH085331A JPH085331A JP15795194A JP15795194A JPH085331A JP H085331 A JPH085331 A JP H085331A JP 15795194 A JP15795194 A JP 15795194A JP 15795194 A JP15795194 A JP 15795194A JP H085331 A JPH085331 A JP H085331A
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- light
- diffraction grating
- signal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 2光束の干渉により発生する光束の明暗を受
光素子によって計測し、これを利用して相対的に移動す
る物体の変位情報を検出する光学式変位センサにおい
て、スケール送り機構の精度特性によって干渉縞が発生
しても、十分な振幅の干渉信号が得られる高精度の光学
式変位センサを達成すること。 【構成】 受光素子を複数の受光セルより構成し、変位
情報の検出に際して演算手段が設定手段からの信号に基
づいて前記複数の受光セルのうちから所定の受光セルの
信号を選択して用いる。
光素子によって計測し、これを利用して相対的に移動す
る物体の変位情報を検出する光学式変位センサにおい
て、スケール送り機構の精度特性によって干渉縞が発生
しても、十分な振幅の干渉信号が得られる高精度の光学
式変位センサを達成すること。 【構成】 受光素子を複数の受光セルより構成し、変位
情報の検出に際して演算手段が設定手段からの信号に基
づいて前記複数の受光セルのうちから所定の受光セルの
信号を選択して用いる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光学式変位測定装置に関
し、特に2光束の干渉を利用した光学的手段によって物
体の変位情報や速度情報等(以下「変位情報」と略称す
る)を検出する変位センサ、速度センサ、加速度センサ
等の光学式変位測定装置に関するものである。
し、特に2光束の干渉を利用した光学的手段によって物
体の変位情報や速度情報等(以下「変位情報」と略称す
る)を検出する変位センサ、速度センサ、加速度センサ
等の光学式変位測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より光を物体に照射し、該物体を介
した光を用いて物体の変位量や速度などの変位情報を高
精度に求める光学式変位測定装置、たとえば、光学式エ
ンコーダ、レーザードップラ速度計、レーザー干渉計な
どが、NC工作機械、OA機器、ロボット、精密製造装
置等の分野で広く利用されている。本出願人は、こうし
た光学式変位測定装置の例を、特開平5-340719号公報や
特願平4-347414号にて提案している。
した光を用いて物体の変位量や速度などの変位情報を高
精度に求める光学式変位測定装置、たとえば、光学式エ
ンコーダ、レーザードップラ速度計、レーザー干渉計な
どが、NC工作機械、OA機器、ロボット、精密製造装
置等の分野で広く利用されている。本出願人は、こうし
た光学式変位測定装置の例を、特開平5-340719号公報や
特願平4-347414号にて提案している。
【0003】上記の光学式変位測定装置は、使用に際し
て通常図7に図示するように配置する。図に於いて50
と60は相対的な変位情報を得たい2つの物体であり、
物体50は固定され、物体60がステージにより図の矢
印方向に移動する。30は光学ヘッドであり、これは発
光素子、レンズ、光束分割用回折格子,光束重畳用回折
格子、受光素子及び制御演算回路などを一つの筐体に収
めている。40は電源供給や信号の取り出しのためのケ
ーブルである。
て通常図7に図示するように配置する。図に於いて50
と60は相対的な変位情報を得たい2つの物体であり、
物体50は固定され、物体60がステージにより図の矢
印方向に移動する。30は光学ヘッドであり、これは発
光素子、レンズ、光束分割用回折格子,光束重畳用回折
格子、受光素子及び制御演算回路などを一つの筐体に収
めている。40は電源供給や信号の取り出しのためのケ
ーブルである。
【0004】変位情報の検出に際しては、回折格子21
が形成されたスケール20を移動物体60に、又ヘッド
30は固定物体50に所定の間隔を確保して取り付けて
測定する。
が形成されたスケール20を移動物体60に、又ヘッド
30は固定物体50に所定の間隔を確保して取り付けて
測定する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】これらで提案している
光学式変位測定装置は、物体に設けたスケール20を介
した2光束の干渉を光学ヘッドで検出し、これによって
該物体と光学ヘッドとの相対的な変位情報を得ている。
そこで、2つの光束に波面形状の違い・光路長差・重な
りのずれ等があれば、受光素子に入射する光束の断面方
向に干渉縞が発生し、本来の振幅や位相差を有する信号
が得られなくなってしまうおそれがある。そこで、かか
る光学式変位測定装置の実用化に際してはこれらの影響
を的確に把握し、適用する機器に応じて最適な設計をす
る必要がある。
光学式変位測定装置は、物体に設けたスケール20を介
した2光束の干渉を光学ヘッドで検出し、これによって
該物体と光学ヘッドとの相対的な変位情報を得ている。
そこで、2つの光束に波面形状の違い・光路長差・重な
りのずれ等があれば、受光素子に入射する光束の断面方
向に干渉縞が発生し、本来の振幅や位相差を有する信号
が得られなくなってしまうおそれがある。そこで、かか
る光学式変位測定装置の実用化に際してはこれらの影響
を的確に把握し、適用する機器に応じて最適な設計をす
る必要がある。
【0006】エアステージのように精度良く走行するも
のに適用する場合は、スケールと光学ヘッドの位置関係
が理想に近い状態が保たれるので、上記のような問題が
生じるおそれはほとんどないが、スケールの送り精度が
良くない物体へ適用する場合には重大な問題となる。例
えば図8に示すようにスケール20の送り精度が良くな
い場合、光学ヘッド30を基準に考えるとスケール20
の相対的送り誤差は同図に示すようにX,Y,Z各軸の
回りの回転及びギャップの変動として発生する。そこ
で、使用される送り手段によってスケール20が構造的
にどの種類の送り誤差が生じ易いかということを配慮し
て、光学式変位測定装置の設計を行なわなければならな
い。
のに適用する場合は、スケールと光学ヘッドの位置関係
が理想に近い状態が保たれるので、上記のような問題が
生じるおそれはほとんどないが、スケールの送り精度が
良くない物体へ適用する場合には重大な問題となる。例
えば図8に示すようにスケール20の送り精度が良くな
い場合、光学ヘッド30を基準に考えるとスケール20
の相対的送り誤差は同図に示すようにX,Y,Z各軸の
回りの回転及びギャップの変動として発生する。そこ
で、使用される送り手段によってスケール20が構造的
にどの種類の送り誤差が生じ易いかということを配慮し
て、光学式変位測定装置の設計を行なわなければならな
い。
【0007】本発明は、スケール送り機構の精度特性に
よって種々な干渉縞が発生しても、十分な振幅の干渉信
号が容易に得られ、安定して高精度の変位情報が得られ
る、使い易い、種々な用途に適用可能な光学式変位測定
装置の提供を目的とする。
よって種々な干渉縞が発生しても、十分な振幅の干渉信
号が容易に得られ、安定して高精度の変位情報が得られ
る、使い易い、種々な用途に適用可能な光学式変位測定
装置の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の光学式変位測定
装置は、 (1−1) 相対移動する物体間を介した2光束に基づ
く干渉情報を受光素子で検出し、該受光素子からの信号
を用いて演算手段により該物体間の変位情報を求める
際、該受光素子は複数の受光セルを有しており、該演算
手段は該複数の受光セルのうち所定の受光セルからの信
号を用いていることを特徴としている。特に、(1−1
−1) 前記演算手段は設定手段からの信号に基づいて
前記複数の受光セルのうちから所定の受光セルの信号を
選択して用いている、(1−1−2) 前記設定手段を
光学式変位測定装置の一要素を構成する発光素子、光束
分割用回折格子、光束重畳用回折格子及び受光素子等を
収めた筐体より離れた位置に設置している、こと等を特
徴としている。
装置は、 (1−1) 相対移動する物体間を介した2光束に基づ
く干渉情報を受光素子で検出し、該受光素子からの信号
を用いて演算手段により該物体間の変位情報を求める
際、該受光素子は複数の受光セルを有しており、該演算
手段は該複数の受光セルのうち所定の受光セルからの信
号を用いていることを特徴としている。特に、(1−1
−1) 前記演算手段は設定手段からの信号に基づいて
前記複数の受光セルのうちから所定の受光セルの信号を
選択して用いている、(1−1−2) 前記設定手段を
光学式変位測定装置の一要素を構成する発光素子、光束
分割用回折格子、光束重畳用回折格子及び受光素子等を
収めた筐体より離れた位置に設置している、こと等を特
徴としている。
【0009】
【実施例】図1は本発明の実施例1の要部概略図を示す
ものである。同図において、1は発光素子であり、半導
体レーザや発光ダイオード等から構成されている。2は
レンズであり、発光素子1から放射される光を略平行光
束に変換する。3Aは光束分割用の回折格子であり、2
1は被測定物に取り付けたスケール20に設置した回折
格子であり、3Cは光束重畳用の回折格子(4分割回折
格子)である。3つの回折格子は全て同じピッチ(たと
えば1.6μm)であり、夫々の格子線方向及び格子配
列方向も同じである。
ものである。同図において、1は発光素子であり、半導
体レーザや発光ダイオード等から構成されている。2は
レンズであり、発光素子1から放射される光を略平行光
束に変換する。3Aは光束分割用の回折格子であり、2
1は被測定物に取り付けたスケール20に設置した回折
格子であり、3Cは光束重畳用の回折格子(4分割回折
格子)である。3つの回折格子は全て同じピッチ(たと
えば1.6μm)であり、夫々の格子線方向及び格子配
列方向も同じである。
【0010】本実施例では格子ピッチをP,格子線方向
をY方向、格子配列方向をX方向とする。回折格子3C
は図3に示すように4つの部分3C1,3C2,3C
3,3C4から構成しており、夫々は同図に示すように
1/4 ピッチづつずれており、これによって相互にπ/2の
波面位相差が付くように構成している。4Cは受光素子
であり、これは図2(A)に示すように4つの受光素子
4C1,4C2,4C3,4C4から構成しており、更
に各受光素子4C1〜4C4は夫々4つの受光セルa,
b,c,dから構成している。
をY方向、格子配列方向をX方向とする。回折格子3C
は図3に示すように4つの部分3C1,3C2,3C
3,3C4から構成しており、夫々は同図に示すように
1/4 ピッチづつずれており、これによって相互にπ/2の
波面位相差が付くように構成している。4Cは受光素子
であり、これは図2(A)に示すように4つの受光素子
4C1,4C2,4C3,4C4から構成しており、更
に各受光素子4C1〜4C4は夫々4つの受光セルa,
b,c,dから構成している。
【0011】発光素子1、レンズ2、回折格子3A,3
C、受光素子4C等は筐体内に収納されて、光学ヘッド
30の一要素を構成している。
C、受光素子4C等は筐体内に収納されて、光学ヘッド
30の一要素を構成している。
【0012】次に本実施例の動作を説明する。発光素子
1を出てレンズ2によって略平行にされた光束は回折格
子3Aに入射する。この光束はここで透過回折され、0
次回折光R0、−1次回折光R-1 の2つを含む複数の光束
に分かれ、スケール上に形成された回折格子21に入射
する。直進した0次回折光R0は回折格子21に入射(光
束の中心光線は点P1に入射する)して、そこで反射回
折されて+1次回折光R0+1、−1次回折光R0-1等に分割
されると同時にそれぞれは位相変調される。即ち回折格
子21がx だけ相対移動すると、各光束の位相は-2πx/
P だけずれる。次いで、上記の複数の回折光のうち−1
次回折光R0-1は回折格子3Cにて透過回折を受け、0次
回折光R0-10 、+1次回折光R0-1+1等に分割される。こ
のうち+1次回折光R0-1+1は、回折格子3C面から垂直
に出射し、その波面の位相は基本的に-2πx/P だけずれ
ている。
1を出てレンズ2によって略平行にされた光束は回折格
子3Aに入射する。この光束はここで透過回折され、0
次回折光R0、−1次回折光R-1 の2つを含む複数の光束
に分かれ、スケール上に形成された回折格子21に入射
する。直進した0次回折光R0は回折格子21に入射(光
束の中心光線は点P1に入射する)して、そこで反射回
折されて+1次回折光R0+1、−1次回折光R0-1等に分割
されると同時にそれぞれは位相変調される。即ち回折格
子21がx だけ相対移動すると、各光束の位相は-2πx/
P だけずれる。次いで、上記の複数の回折光のうち−1
次回折光R0-1は回折格子3Cにて透過回折を受け、0次
回折光R0-10 、+1次回折光R0-1+1等に分割される。こ
のうち+1次回折光R0-1+1は、回折格子3C面から垂直
に出射し、その波面の位相は基本的に-2πx/P だけずれ
ている。
【0013】ところで、回折格子3Cを構成する3C1
〜3C4の格子配列の位相はP/4 ずつずらしているの
で、上記の回折光R0-1+1は4つに分かれ夫々の波面の位
相はさらに-2π・(1/4)= -π/2ずつずれる。したがっ
て、3C1〜3C4の各回折格子を通過した波面の位相
のずれは次のようになる。
〜3C4の格子配列の位相はP/4 ずつずらしているの
で、上記の回折光R0-1+1は4つに分かれ夫々の波面の位
相はさらに-2π・(1/4)= -π/2ずつずれる。したがっ
て、3C1〜3C4の各回折格子を通過した波面の位相
のずれは次のようになる。
【0014】3C1 : -2πx/P 3C2 : -2πx/P-π/2 3C3 : -2πx/P-π 3C4 : -2πx/P- 3π/2 一方、回折格子3Aにて−1次回折した光束R-1 は、ス
ケール20上の回折格子21に入射(光束の中心光線は
点P2に入射する)して、そこで反射回折されて、+1
次回折光R-1+1 、0次回折光R-10およびその他の光束に
分割され、同時にそれぞれ位相変調される。このうち、
+1次回折光R-1+1 はその位相が+2πx/P だけずれて回
折格子3Cに入射し、そこで透過回折を受ける。その
内、そのまま直進した0次回折光R-1+10の波面の位相は
基本的に+2πx/P だけずれている。そして、この光束は
回折格子3C1〜3C4によって4つに分けられ、夫々
は更に-2π・(1/4)づつ位相がずれる。
ケール20上の回折格子21に入射(光束の中心光線は
点P2に入射する)して、そこで反射回折されて、+1
次回折光R-1+1 、0次回折光R-10およびその他の光束に
分割され、同時にそれぞれ位相変調される。このうち、
+1次回折光R-1+1 はその位相が+2πx/P だけずれて回
折格子3Cに入射し、そこで透過回折を受ける。その
内、そのまま直進した0次回折光R-1+10の波面の位相は
基本的に+2πx/P だけずれている。そして、この光束は
回折格子3C1〜3C4によって4つに分けられ、夫々
は更に-2π・(1/4)づつ位相がずれる。
【0015】回折格子3C1〜3C4にて光路を重ね合
わされた光束R-1+10と光束R0-1+1は、干渉光となって、
受光素子4Cに入射する。このとき受光素子4C1、4
C2、4C3、4C4に入射する2つの干渉光の位相差
は、それぞれ、 (-2πx/P)-(+2πx/P)=-4πx/P (-2πx/P-π/2)-( +2πx/P)=-4πx/P-π/2 (-2πx/P-π)-( +2πx/P)=-4πx/P-π (-2πx/P- 3π/2)-( +2πx/P)=-4πx/P- 3π/2 となり、受光素子4C1〜4C4の1つ1つからはスケ
ール上の回折格子21が1/2 ピッチ移動するごとに1周
期の明暗信号が発生し、更に受光素子4C1〜4C4相
互では位相が夫々1/4 周期だけずれた信号が得られる。
わされた光束R-1+10と光束R0-1+1は、干渉光となって、
受光素子4Cに入射する。このとき受光素子4C1、4
C2、4C3、4C4に入射する2つの干渉光の位相差
は、それぞれ、 (-2πx/P)-(+2πx/P)=-4πx/P (-2πx/P-π/2)-( +2πx/P)=-4πx/P-π/2 (-2πx/P-π)-( +2πx/P)=-4πx/P-π (-2πx/P- 3π/2)-( +2πx/P)=-4πx/P- 3π/2 となり、受光素子4C1〜4C4の1つ1つからはスケ
ール上の回折格子21が1/2 ピッチ移動するごとに1周
期の明暗信号が発生し、更に受光素子4C1〜4C4相
互では位相が夫々1/4 周期だけずれた信号が得られる。
【0016】以上のようにして、スケール20の変位に
伴って、受光素子4C1〜4C4から1/4 周期ずつずれ
た周期信号が得られる。これをもとに、不図示の演算手
段により光学ヘッド30とスケール20との相対的な変
位量を演算して求めている。
伴って、受光素子4C1〜4C4から1/4 周期ずつずれ
た周期信号が得られる。これをもとに、不図示の演算手
段により光学ヘッド30とスケール20との相対的な変
位量を演算して求めている。
【0017】図2は本実施例の受光素子の説明図であ
る。演算手段は図2(A)に示す4つの受光セルa、
b、c、dからの受光信号のうち、どの信号を用いて演
算するかを選択して演算する。本実施例において、2光
束の干渉によって例えば縦方向の干渉縞が生じた場合、
受光素子4C上には例えば図2(B)のような干渉縞が
発生する。この場合、演算手段が受光セルa,b,c,
d全ての受光信号を用いるように選択すれば、各受光セ
ルからの信号が平均化され、受光素子からの信号の振幅
が小さくなってしまう。しかしながら、この場合に演算
手段が受光素子4C1〜4C4夫々の中の受光セルaと
c(または受光セルbとd)の部分のみからの受光信号
を選択すれば、この部分では干渉縞の発生度合いが小さ
いので信号の振幅は大きくなり、位相差も明確に付けら
れる。また、受光部4Cの実効面積は全面積の1/2程
度なので、受光光量が半減する程度でありS/N 比も十分
確保することができる。
る。演算手段は図2(A)に示す4つの受光セルa、
b、c、dからの受光信号のうち、どの信号を用いて演
算するかを選択して演算する。本実施例において、2光
束の干渉によって例えば縦方向の干渉縞が生じた場合、
受光素子4C上には例えば図2(B)のような干渉縞が
発生する。この場合、演算手段が受光セルa,b,c,
d全ての受光信号を用いるように選択すれば、各受光セ
ルからの信号が平均化され、受光素子からの信号の振幅
が小さくなってしまう。しかしながら、この場合に演算
手段が受光素子4C1〜4C4夫々の中の受光セルaと
c(または受光セルbとd)の部分のみからの受光信号
を選択すれば、この部分では干渉縞の発生度合いが小さ
いので信号の振幅は大きくなり、位相差も明確に付けら
れる。また、受光部4Cの実効面積は全面積の1/2程
度なので、受光光量が半減する程度でありS/N 比も十分
確保することができる。
【0018】本実施例の場合、Y軸を軸とする回転送り
誤差(回転角)がある場合には縦縞が発生し、Z軸を軸
とする回転送り誤差(アジマス角)がある場合には横縞
が発生することが判っている。したがって、スケール送
り精度が、機構上、回転角を発生し易い場合は受光セル
aとc(または受光セルbとd)、アジマス角を発生し
易い場合は受光セルaとb(または受光セルcとd)か
らの受光信号を選択することにより、この場合でも大き
い振幅の信号が得られる。
誤差(回転角)がある場合には縦縞が発生し、Z軸を軸
とする回転送り誤差(アジマス角)がある場合には横縞
が発生することが判っている。したがって、スケール送
り精度が、機構上、回転角を発生し易い場合は受光セル
aとc(または受光セルbとd)、アジマス角を発生し
易い場合は受光セルaとb(または受光セルcとd)か
らの受光信号を選択することにより、この場合でも大き
い振幅の信号が得られる。
【0019】さらに、X軸を軸とする回転送り誤差(ア
オリ角)が発生した場合には、干渉2光束の重なりがず
れて光束の上下の周辺で干渉信号が得られなくなるの
で、この場合も前と同様に光束の上下方向の中央付近を
受光するように受光セルを選択(たとえば、受光素子4
C1、4C2では受光セルcとd、受光素子4C3,4
C4では受光セルaとb)して使用するとよい。
オリ角)が発生した場合には、干渉2光束の重なりがず
れて光束の上下の周辺で干渉信号が得られなくなるの
で、この場合も前と同様に光束の上下方向の中央付近を
受光するように受光セルを選択(たとえば、受光素子4
C1、4C2では受光セルcとd、受光素子4C3,4
C4では受光セルaとb)して使用するとよい。
【0020】また、固定回折格子と移動回折格子のギャ
ップが変動すれば干渉をする2光束の重なりがずれて光
束の左右周辺で干渉信号が得られなくなるので、ギャッ
プが変動しやすい場合は、光束の左右方向の中央付近を
受光するように受光セルを選択し(たとえば、受光素子
4C1、4C3では受光セルbとd、受光素子4C2、
4C4では受光セルaとc)使用するとよい。
ップが変動すれば干渉をする2光束の重なりがずれて光
束の左右周辺で干渉信号が得られなくなるので、ギャッ
プが変動しやすい場合は、光束の左右方向の中央付近を
受光するように受光セルを選択し(たとえば、受光素子
4C1、4C3では受光セルbとd、受光素子4C2、
4C4では受光セルaとc)使用するとよい。
【0021】以上のように本実施例によればスケール2
0の送り機構の精度が多少良くない移動物体を計測する
場合でも、発生する干渉縞に応じて演算手段が受光セル
からの信号を選択するように構成していることにより大
きい振幅の信号が得られ、これによって安定して高い精
度の計測が達成できる。
0の送り機構の精度が多少良くない移動物体を計測する
場合でも、発生する干渉縞に応じて演算手段が受光セル
からの信号を選択するように構成していることにより大
きい振幅の信号が得られ、これによって安定して高い精
度の計測が達成できる。
【0022】なお、回折格子と受光素子間の距離や光束
の状況(発散・収束状況)によっては、レンズを追加し
たり省略したりする。
の状況(発散・収束状況)によっては、レンズを追加し
たり省略したりする。
【0023】図4は、本発明の実施例1における信号処
理回路の説明図である。この信号処理回路は演算手段の
一部であり、4つの受光素子の夫々に設けている。この
回路では、受光セルa、b、c、dのアノードはコモン
となっており、各受光セルのカソード側には各受光セル
に対応してアナログスイッチ101(4回路入り)を接
続している。そして演算増幅器102、抵抗Rとで、受
光電流を電圧に変換し、出力端子103に導出する。キ
ャパシタCはフィードバック系の安定度を確保するため
に使用している。一方、受光セル選択端子104〜10
7は各々HighまたはLowの受光セル選択信号を設
定する設定手段に繋がっており、スケール20の送り手
段に応じて設定手段を適切にセットしてアナログスイッ
チ4回路のON、OFFの組合せを決定する。これによ
り、受光セルa,b,c,dのうち受光信号を取り出す
受光セルの組合せを任意に選択することができる。
理回路の説明図である。この信号処理回路は演算手段の
一部であり、4つの受光素子の夫々に設けている。この
回路では、受光セルa、b、c、dのアノードはコモン
となっており、各受光セルのカソード側には各受光セル
に対応してアナログスイッチ101(4回路入り)を接
続している。そして演算増幅器102、抵抗Rとで、受
光電流を電圧に変換し、出力端子103に導出する。キ
ャパシタCはフィードバック系の安定度を確保するため
に使用している。一方、受光セル選択端子104〜10
7は各々HighまたはLowの受光セル選択信号を設
定する設定手段に繋がっており、スケール20の送り手
段に応じて設定手段を適切にセットしてアナログスイッ
チ4回路のON、OFFの組合せを決定する。これによ
り、受光セルa,b,c,dのうち受光信号を取り出す
受光セルの組合せを任意に選択することができる。
【0024】このような構成を用いれば、移動物体の移
動機構の特性上発生しやすい干渉縞の方向に対応して受
光セル選択端子104〜107を設定することにより、
適用対象に最適な光学式変位測定装置を達成できる。
動機構の特性上発生しやすい干渉縞の方向に対応して受
光セル選択端子104〜107を設定することにより、
適用対象に最適な光学式変位測定装置を達成できる。
【0025】更に、前記の設定手段を光学式変位測定装
置のヘッド30から離れた位置に構成すれば、本装置の
使用者が、変位情報を検出する移動物体の移動機構に応
じてその都度最適な受光セルからの受光信号の選択を外
部から設定することができる。
置のヘッド30から離れた位置に構成すれば、本装置の
使用者が、変位情報を検出する移動物体の移動機構に応
じてその都度最適な受光セルからの受光信号の選択を外
部から設定することができる。
【0026】図5は本発明の実施例2及び3に係る受光
素子の複数の受光セルの配置に関する概略図である。受
光セルの数は実施例1の場合は4個用いたが、数に限定
されず、実施例2及び3のように3つ又は8つ等任意の
数に設定し得る。本発明に係る受光素子を構成する受光
セルの数は適用対象に応じて適宜、最適に設定すればよ
い。この例では、光束の外周周辺にあたる光量の小さい
部分は受光セルを省いている。
素子の複数の受光セルの配置に関する概略図である。受
光セルの数は実施例1の場合は4個用いたが、数に限定
されず、実施例2及び3のように3つ又は8つ等任意の
数に設定し得る。本発明に係る受光素子を構成する受光
セルの数は適用対象に応じて適宜、最適に設定すればよ
い。この例では、光束の外周周辺にあたる光量の小さい
部分は受光セルを省いている。
【0027】また、信号処理回路の構成も図4の例に限
定されず、さまざまな構成が考えられる。アナログスイ
ッチを用いずに個々の受光セルの配線を変更する構成に
しても良い(図示せず)。また、図6の信号処理回路の
ように、各受光セルからの受光電流を個別に電圧変換し
てからアナログスイッチ101によって選択し、合成す
る方法をとっても良い。この例では、アナログスイッチ
101によって受光セルを選択したあと、演算増幅器1
08を用いたバッファを通して信号を出力している。本
実施例の信号処理回路では受光セル選択端子は104、
105の2端子しかないが、論理回路109によってあ
らかじめ設定された4通りの組合せから最適な組合せを
選択することができるようにしたものである。
定されず、さまざまな構成が考えられる。アナログスイ
ッチを用いずに個々の受光セルの配線を変更する構成に
しても良い(図示せず)。また、図6の信号処理回路の
ように、各受光セルからの受光電流を個別に電圧変換し
てからアナログスイッチ101によって選択し、合成す
る方法をとっても良い。この例では、アナログスイッチ
101によって受光セルを選択したあと、演算増幅器1
08を用いたバッファを通して信号を出力している。本
実施例の信号処理回路では受光セル選択端子は104、
105の2端子しかないが、論理回路109によってあ
らかじめ設定された4通りの組合せから最適な組合せを
選択することができるようにしたものである。
【0028】なお、本発明は、上記説明で用いた光学系
に限らず、2光束の干渉により発生する光束の明暗を受
光素子によって計測し、これを利用する光学式変位測定
装置であれば同じ様に適用することができる。又受光素
子としては4C1〜4C4の4チャンネルがある場合に
ついて述べたが、受光チャンネルの数はいくつであって
も適用可能である。受光素子及び受光セルの形状や極性
なども限定されない。
に限らず、2光束の干渉により発生する光束の明暗を受
光素子によって計測し、これを利用する光学式変位測定
装置であれば同じ様に適用することができる。又受光素
子としては4C1〜4C4の4チャンネルがある場合に
ついて述べたが、受光チャンネルの数はいくつであって
も適用可能である。受光素子及び受光セルの形状や極性
なども限定されない。
【0029】また、説明で用いた直線型の光学式変位測
定装置に限定されず、回転型変位センサ、速度測定装
置、加速度測定装置、測長装置など、2光束の干渉によ
って明暗が生じることを利用して変位情報を得る装置お
よびその応用装置であれば、同様に適用可能である。
定装置に限定されず、回転型変位センサ、速度測定装
置、加速度測定装置、測長装置など、2光束の干渉によ
って明暗が生じることを利用して変位情報を得る装置お
よびその応用装置であれば、同様に適用可能である。
【0030】
【発明の効果】本発明は以上のように各要素を構成した
ので、スケール送り機構の精度特性によって干渉縞が発
生しても、十分な振幅の干渉信号が得られ、安定して高
精度の変位情報が得られる、使い易い、種々な用途に最
適な光学式変位測定装置を達成している。
ので、スケール送り機構の精度特性によって干渉縞が発
生しても、十分な振幅の干渉信号が得られ、安定して高
精度の変位情報が得られる、使い易い、種々な用途に最
適な光学式変位測定装置を達成している。
【0031】更に、受光セルからの受光信号を選択する
設定手段を光学式変位測定装置の光学ヘッドから離れた
位置に構成すれば、本測定装置の使用者が、変位情報を
検出する移動物体の移動機構に応じてその都度最適な受
光セルからの受光信号の選択を外部から設定することが
できる。
設定手段を光学式変位測定装置の光学ヘッドから離れた
位置に構成すれば、本測定装置の使用者が、変位情報を
検出する移動物体の移動機構に応じてその都度最適な受
光セルからの受光信号の選択を外部から設定することが
できる。
【図1】 本発明の実施例1の要部概略図
【図2】 本発明の実施例1の受光素子の説明図 (A)受光素子の配置 (B)干渉光束
【図3】 4分割回折格子の説明図
【図4】 本発明の実施例1における信号処理回路
【図5】 本発明の実施例2及び3に係る複数の受光セ
ルの配置に関する概略図
ルの配置に関する概略図
【図6】 本発明の実施例における信号処理回路の別の
例
例
【図7】 光学式変位測定装置の使用状態を説明する図
【図8】 光学式変位測定装置におけるスケールの取付
誤差を説明する図
誤差を説明する図
1 光源 2 レンズ 3A 光束分割用の回折格子 21 スケールに設置した回折格子 3C、(3C1,3C2,3C3,3C4) 光束重畳
用の回折格子 4C、(4C1,4C2,4C3,4C4) 受光素子 a,b,c,d 受光セル 20 スケール 30 光学ヘッド 50 物体(固定) 60 物体(移動) 101 アナログスイッチ 102 演算増幅器 103 出力端子 104〜107 受光セル選択端子 108 演算増幅器 109 論理回路
用の回折格子 4C、(4C1,4C2,4C3,4C4) 受光素子 a,b,c,d 受光セル 20 スケール 30 光学ヘッド 50 物体(固定) 60 物体(移動) 101 アナログスイッチ 102 演算増幅器 103 出力端子 104〜107 受光セル選択端子 108 演算増幅器 109 論理回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久本 憲司 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内
Claims (3)
- 【請求項1】 相対移動する物体間を介した2光束に基
づく干渉情報を受光素子で検出し、該受光素子からの信
号を用いて演算手段により該物体間の変位情報を求める
際、 該受光素子は複数の受光セルを有しており、該演算手段
は該複数の受光セルのうち所定の受光セルからの信号を
用いていることを特徴とする光学式変位測定装置。 - 【請求項2】 前記演算手段は設定手段からの信号に基
づいて前記複数の受光セルのうちから所定の受光セルの
信号を選択して用いていることを特徴とする請求項1の
光学式変位測定装置。 - 【請求項3】 前記設定手段を光学式変位測定装置の一
要素を構成する発光素子、光束分割用回折格子、光束重
畳用回折格子及び受光素子等を収めた筐体より離れた位
置に設置していることを特徴とする請求項2の光学式変
位測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15795194A JPH085331A (ja) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | 光学式変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15795194A JPH085331A (ja) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | 光学式変位測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH085331A true JPH085331A (ja) | 1996-01-12 |
Family
ID=15661033
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15795194A Pending JPH085331A (ja) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | 光学式変位測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH085331A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006308358A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Okuma Corp | 光学式エンコーダ |
JP2009141104A (ja) * | 2007-12-06 | 2009-06-25 | Tamagawa Seiki Co Ltd | エンコーダの受光素子構造 |
CN102564307A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-07-11 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光栅尺周期内精度的自动检测装置 |
JP2014134520A (ja) * | 2013-01-11 | 2014-07-24 | Dmg Mori Seiki Co Ltd | 位置検出装置 |
CN109631736A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-04-16 | 重庆理工大学 | 一种基于交变电场的柱状二维时栅位移传感器 |
CN109631735A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-04-16 | 重庆理工大学 | 一种基于交变电场的平面二维时栅位移传感器 |
-
1994
- 1994-06-16 JP JP15795194A patent/JPH085331A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006308358A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Okuma Corp | 光学式エンコーダ |
JP4629486B2 (ja) * | 2005-04-27 | 2011-02-09 | オークマ株式会社 | 光学式エンコーダ |
JP2009141104A (ja) * | 2007-12-06 | 2009-06-25 | Tamagawa Seiki Co Ltd | エンコーダの受光素子構造 |
CN102564307A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-07-11 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光栅尺周期内精度的自动检测装置 |
JP2014134520A (ja) * | 2013-01-11 | 2014-07-24 | Dmg Mori Seiki Co Ltd | 位置検出装置 |
CN109631736A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-04-16 | 重庆理工大学 | 一种基于交变电场的柱状二维时栅位移传感器 |
CN109631735A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-04-16 | 重庆理工大学 | 一种基于交变电场的平面二维时栅位移传感器 |
CN109631735B (zh) * | 2019-01-04 | 2020-09-11 | 重庆理工大学 | 一种基于交变电场的平面二维时栅位移传感器 |
CN109631736B (zh) * | 2019-01-04 | 2020-09-15 | 重庆理工大学 | 一种基于交变电场的柱状二维时栅位移传感器 |
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