JPS61213628A - 位置検出装置 - Google Patents
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- JPS61213628A JPS61213628A JP5480185A JP5480185A JPS61213628A JP S61213628 A JPS61213628 A JP S61213628A JP 5480185 A JP5480185 A JP 5480185A JP 5480185 A JP5480185 A JP 5480185A JP S61213628 A JPS61213628 A JP S61213628A
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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
- G01D5/00—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
- 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
- G01D5/32—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
- G01D5/34—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
- G01D5/36—Forming the light into pulses
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- Physics & Mathematics (AREA)
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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、位置検出装置に係り、特に、工作は減や光学
機械及び精密測定機器等の位置決め装置として用いるの
に好適な、検出対象物間の相対移動変位が設定値となっ
たことを検出するための位置検出装置に関する。
機械及び精密測定機器等の位置決め装置として用いるの
に好適な、検出対象物間の相対移動変位が設定値となっ
たことを検出するための位置検出装置に関する。
一般に、工作機械や光学機械及び精密測定機器等におい
ては、検出対象物間の相対変位を検出する必要があり、
特に、相対移動変位が設定値となったことを検出する位
置検出装置が必要とされる場合が多い。
ては、検出対象物間の相対変位を検出する必要があり、
特に、相対移動変位が設定値となったことを検出する位
置検出装置が必要とされる場合が多い。
しかしながら従来は、工作機械や光学機械及び精密測定
機器等の位置決めに適した位置検出装置が実用化されて
いなかった。 一方、物体の長さ等を測定する変位測定機において、そ
の本体に対する測定子の移動量、コラムに対するスライ
ダの移動量等のように、相対移動するものの移動量を測
定する場合、一方にメインスケール、他方に少なくとも
一つのインデックススケールを含む検出器を固定し、メ
インスケールと検出器の相対変位量を光電的に読取る光
学式変位測定機が知られており、工作機械や光学ＩＩ減
及び精密測定機器等の位置決め装置としても広く用いら
れ゛ている。 この光学式変位測定機においては、通常、透過型あるい
は反射型の光学式変位検出装置が用いられており、この
うち透過型の光学式変位検出装置は、例えば第５図に示
す如く、ランプ等の光１１０と、該光源１０から照射さ
れた光線を平行光線とするためのコリメータレンズ１２
と、光の透過部（明線）１６Ａ及び遮断部（暗線）１６
Ｂからなる変位検出用可動光学格子１６が形成された、
例えばガラス製のインデックススケール１４と、同じく
光の透過部（明線）２０Ａ及び遮蔽部（暗線）２０Ｂか
らなる変位検出用固定光学格子２０が形成された、例え
ばガラス製のメインスケール１８と、前記インデックス
スケール１４及びメインスケール１８を透過した光を集
光する集光レンズ２２と、該集光レンズ２２によって集
められた光を受光する受光素子２４とを有してなる。 前記光８１１０、コリメータレンズ１２、インデックス
スケール１４、集光レンズ２２及び受光素子２４は、例
えば、略密閉構造のケースに固定されて、検出対象物の
可動側に取付けられ、一方、メインスケール１８は、検
出対象物の固定側に取付けられる。 このような光学式変位検出装置を備えた光学式変位測定
機によれば、インデックススケール１４とメインスケー
ル１８が相対変位すると、受光素子２４における受光信
号即ち変位検出用光信号が周期的に変化するため、この
変位検出用光信号の・変化からメインスケール１８とイ
ンデックススケール１４の相対移動変位置を検出できる
ものであり、前記変位検出用光信号を必要に応じて分割
して、１μ−前後の分解能で変位を検出できるという特
徴を有する。 ところで、このようなインクリメント型の変位検出装置
においては、いずれにしても、誘発される変位検出用光
信号が、例えば正弦波状の周期信号となっているため、
−周期以上の寸法を測定する際に絶対変位を求めるため
には、メインスケール上の１以上の点を原点としなけれ
ばならず、絶対原点検出機構を備える必要がある。 従って、前出第５図に示したような従来の光学式変位検
出装置の絶対原点検出機構としては、例えば特開昭５７
−１９２８２２で、第６図（Ａ）（Ｂ）に示すように、
前記インデックススケール１４及びメインスケール１８
に、それぞれ変位検出用可動光学格子１６や変位検出用
固定光学格子２０とは別個の、例えば正確性を期するた
めに同一のランダムパターンとされた原点検出用可動光
学格子２６及び原点検出用固定光学格子２８を形成し、
該原点検出用可動光学格子２６及び固定光学格子２８で
変調された原点検出用光信号のピークによって、絶対原
点を特定するものを出願人が提案している。 即ち、このような絶対原点検出＊＊によって得られる原
点検出用光信号の波形は、例えば第７図に示す如くとな
り、原点検出用可動光学格子２６と固定光学格子２８が
完全に重なった点Ａで立上りが急なピーク波形が得られ
るため、該ピーク波形が基準電圧Ｖｒｅｆ’を超えた立
上りの８点を検出して絶対原点を特定するものである。 このような絶対原点検出機構によれば、絶対原点を精度
よく且つ経済的に特定することが可能となる。 従って、前記のような絶対原点検出機構を備えた変位検
出装置を、位置決めのための位置検出装置として用いる
ことが考えられるが、相対変位量を精密に測定する必要
がない場合には、経済的でない。又、ランダムパターン
の作成自体が大変であるだけでなく、検出対象物の固定
側と可動側にそれぞれ一定の位置的関係を持って固定す
ることが大変であり、これは、設定すべき絶対原点が多
い程不利である。更に、光学格子の開隔Ｇが大きな場合
には、コントラストが失われ、前出第７図に示したピー
ク波形が他の部分に埋もれてしまうため、絶対原点の検
出が極めて難しくなったり、甚しい場合には不可能とな
ってしまう等の問題点を有していた。
機器等の位置決めに適した位置検出装置が実用化されて
いなかった。 一方、物体の長さ等を測定する変位測定機において、そ
の本体に対する測定子の移動量、コラムに対するスライ
ダの移動量等のように、相対移動するものの移動量を測
定する場合、一方にメインスケール、他方に少なくとも
一つのインデックススケールを含む検出器を固定し、メ
インスケールと検出器の相対変位量を光電的に読取る光
学式変位測定機が知られており、工作機械や光学ＩＩ減
及び精密測定機器等の位置決め装置としても広く用いら
れ゛ている。 この光学式変位測定機においては、通常、透過型あるい
は反射型の光学式変位検出装置が用いられており、この
うち透過型の光学式変位検出装置は、例えば第５図に示
す如く、ランプ等の光１１０と、該光源１０から照射さ
れた光線を平行光線とするためのコリメータレンズ１２
と、光の透過部（明線）１６Ａ及び遮断部（暗線）１６
Ｂからなる変位検出用可動光学格子１６が形成された、
例えばガラス製のインデックススケール１４と、同じく
光の透過部（明線）２０Ａ及び遮蔽部（暗線）２０Ｂか
らなる変位検出用固定光学格子２０が形成された、例え
ばガラス製のメインスケール１８と、前記インデックス
スケール１４及びメインスケール１８を透過した光を集
光する集光レンズ２２と、該集光レンズ２２によって集
められた光を受光する受光素子２４とを有してなる。 前記光８１１０、コリメータレンズ１２、インデックス
スケール１４、集光レンズ２２及び受光素子２４は、例
えば、略密閉構造のケースに固定されて、検出対象物の
可動側に取付けられ、一方、メインスケール１８は、検
出対象物の固定側に取付けられる。 このような光学式変位検出装置を備えた光学式変位測定
機によれば、インデックススケール１４とメインスケー
ル１８が相対変位すると、受光素子２４における受光信
号即ち変位検出用光信号が周期的に変化するため、この
変位検出用光信号の・変化からメインスケール１８とイ
ンデックススケール１４の相対移動変位置を検出できる
ものであり、前記変位検出用光信号を必要に応じて分割
して、１μ−前後の分解能で変位を検出できるという特
徴を有する。 ところで、このようなインクリメント型の変位検出装置
においては、いずれにしても、誘発される変位検出用光
信号が、例えば正弦波状の周期信号となっているため、
−周期以上の寸法を測定する際に絶対変位を求めるため
には、メインスケール上の１以上の点を原点としなけれ
ばならず、絶対原点検出機構を備える必要がある。 従って、前出第５図に示したような従来の光学式変位検
出装置の絶対原点検出機構としては、例えば特開昭５７
−１９２８２２で、第６図（Ａ）（Ｂ）に示すように、
前記インデックススケール１４及びメインスケール１８
に、それぞれ変位検出用可動光学格子１６や変位検出用
固定光学格子２０とは別個の、例えば正確性を期するた
めに同一のランダムパターンとされた原点検出用可動光
学格子２６及び原点検出用固定光学格子２８を形成し、
該原点検出用可動光学格子２６及び固定光学格子２８で
変調された原点検出用光信号のピークによって、絶対原
点を特定するものを出願人が提案している。 即ち、このような絶対原点検出＊＊によって得られる原
点検出用光信号の波形は、例えば第７図に示す如くとな
り、原点検出用可動光学格子２６と固定光学格子２８が
完全に重なった点Ａで立上りが急なピーク波形が得られ
るため、該ピーク波形が基準電圧Ｖｒｅｆ’を超えた立
上りの８点を検出して絶対原点を特定するものである。 このような絶対原点検出機構によれば、絶対原点を精度
よく且つ経済的に特定することが可能となる。 従って、前記のような絶対原点検出機構を備えた変位検
出装置を、位置決めのための位置検出装置として用いる
ことが考えられるが、相対変位量を精密に測定する必要
がない場合には、経済的でない。又、ランダムパターン
の作成自体が大変であるだけでなく、検出対象物の固定
側と可動側にそれぞれ一定の位置的関係を持って固定す
ることが大変であり、これは、設定すべき絶対原点が多
い程不利である。更に、光学格子の開隔Ｇが大きな場合
には、コントラストが失われ、前出第７図に示したピー
ク波形が他の部分に埋もれてしまうため、絶対原点の検
出が極めて難しくなったり、甚しい場合には不可能とな
ってしまう等の問題点を有していた。
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、簡単な構成で、ランダムパターンを用いることな
く、光学格子の間隔が大きな場合においても、相対移動
変位が設定値となったことを精度よく検出することが可
能な位置検出装置を提供することを目的とする。 Ｌ問題点を解決するための手段】 本発明は、検出対象物間の相対移動変位が設定値となっ
たことを検出するための位置検出装置において、検出対
象物の固定側に取付けられた固定光学格子と検出対象物
の可動側に取付けられた可動光学格子を含み、検出対象
物間の相対変位に伴って周期的に変化する変位信号を発
生させる変位信号発生手段と、前記固定光学格子と相対
変位不能とされた、光透過又は反射特性を有する参照マ
ークを含み、前記変位信号の１／２周期以上に渡り略直
線的に変化する参照マーク信号を発生させる参照マーク
信号発生手段と、前記変位信号を第１基準信号と比較し
て、その交点である第１交点を検出する第１交点検出手
段と、前記参照マーク信号を第２基準信号と比較して、
その交点である第２交点を゛検出する第２交点検出手段
と、該第２交点から数えて設定数番目の前記第１交点を
、相対移動変位が設定値となった原点として特定する位
置特定手段とを具備することにより、前記目的を達成し
たものである。 又、本発明の実施態様は、前記変位発生手段を、光源と
、前記固定光学格子と、前記可動光学格子と、前記固定
光学格子及び可動光学格子で変調された光を受光する受
光素子とを含むものとして、前記変位信号発生手段を簡
単な構成で具体化したものである。 又、本発明の他の実１ｓ！ｆｆＩａｉは、前記参照マー
ク信号発生手段を、光源と、前記固定光学格子に沿って
一体的に形成された前記参照マークと、前記可動光学格
子に沿って一体的に形成された参照マーク検出窓と、前
記参照マーク及び参照マーク検出窓を通った光を受光す
る受光素子とを含むものとして、前記参照マーク信号発
生手段を簡単な構成で具体化したものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記参照マークを、前記
固定光学格子上に形成して、スケールの幅方向寸法を節
約したものである。 又、本発明の他の実施ｓＩ！は、前記第１交点検出手段
を、光源と、前記固定光学格子と、前記可動光学格子の
延長線上に一体的に形成された基準光検出窓と、前記固
定光学格子及び基準光検出窓を通った光を受光する受光
素子とを含み、該受光素子によって得られた電気信号を
前記第１基準信号とするものとして、光源や受光素子の
温度特性、スケール表面の汚れ、電源電圧の変動等に拘
らず適切な第１基準信号が得られるようにしたものであ
る。 又、本発明の他の実施１！Ｉｌｌは、前記第２交点検出
手段を、光源と、前記固定光学格子と、前記可動光学格
子の延長線上に一体的に形成された基準光検出窓と、前
記固定光学格子及び基準光検出窓を通った光を受光する
受光素子とを含み、該受光素子によって得られた電気信
号をシフトして前記第２基準信号とするものとして、光
源や受光素子の温度特性、スケール表面の汚れ、電源電
圧の変動等に拘らず適切な第２基準信号が得られるよう
にしたものである。 又、本発明の他の実ｍａ様は、前記第１及び第２基準信
号を、共通の受光素子によって得られた電気信号から作
成するようにして、前記第１及び第２交点検出手段の構
成を簡略化したものである
ので、簡単な構成で、ランダムパターンを用いることな
く、光学格子の間隔が大きな場合においても、相対移動
変位が設定値となったことを精度よく検出することが可
能な位置検出装置を提供することを目的とする。 Ｌ問題点を解決するための手段】 本発明は、検出対象物間の相対移動変位が設定値となっ
たことを検出するための位置検出装置において、検出対
象物の固定側に取付けられた固定光学格子と検出対象物
の可動側に取付けられた可動光学格子を含み、検出対象
物間の相対変位に伴って周期的に変化する変位信号を発
生させる変位信号発生手段と、前記固定光学格子と相対
変位不能とされた、光透過又は反射特性を有する参照マ
ークを含み、前記変位信号の１／２周期以上に渡り略直
線的に変化する参照マーク信号を発生させる参照マーク
信号発生手段と、前記変位信号を第１基準信号と比較し
て、その交点である第１交点を検出する第１交点検出手
段と、前記参照マーク信号を第２基準信号と比較して、
その交点である第２交点を゛検出する第２交点検出手段
と、該第２交点から数えて設定数番目の前記第１交点を
、相対移動変位が設定値となった原点として特定する位
置特定手段とを具備することにより、前記目的を達成し
たものである。 又、本発明の実施態様は、前記変位発生手段を、光源と
、前記固定光学格子と、前記可動光学格子と、前記固定
光学格子及び可動光学格子で変調された光を受光する受
光素子とを含むものとして、前記変位信号発生手段を簡
単な構成で具体化したものである。 又、本発明の他の実１ｓ！ｆｆＩａｉは、前記参照マー
ク信号発生手段を、光源と、前記固定光学格子に沿って
一体的に形成された前記参照マークと、前記可動光学格
子に沿って一体的に形成された参照マーク検出窓と、前
記参照マーク及び参照マーク検出窓を通った光を受光す
る受光素子とを含むものとして、前記参照マーク信号発
生手段を簡単な構成で具体化したものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記参照マークを、前記
固定光学格子上に形成して、スケールの幅方向寸法を節
約したものである。 又、本発明の他の実施ｓＩ！は、前記第１交点検出手段
を、光源と、前記固定光学格子と、前記可動光学格子の
延長線上に一体的に形成された基準光検出窓と、前記固
定光学格子及び基準光検出窓を通った光を受光する受光
素子とを含み、該受光素子によって得られた電気信号を
前記第１基準信号とするものとして、光源や受光素子の
温度特性、スケール表面の汚れ、電源電圧の変動等に拘
らず適切な第１基準信号が得られるようにしたものであ
る。 又、本発明の他の実施１！Ｉｌｌは、前記第２交点検出
手段を、光源と、前記固定光学格子と、前記可動光学格
子の延長線上に一体的に形成された基準光検出窓と、前
記固定光学格子及び基準光検出窓を通った光を受光する
受光素子とを含み、該受光素子によって得られた電気信
号をシフトして前記第２基準信号とするものとして、光
源や受光素子の温度特性、スケール表面の汚れ、電源電
圧の変動等に拘らず適切な第２基準信号が得られるよう
にしたものである。 又、本発明の他の実ｍａ様は、前記第１及び第２基準信
号を、共通の受光素子によって得られた電気信号から作
成するようにして、前記第１及び第２交点検出手段の構
成を簡略化したものである
【作用）
本発明においては、検出対象物間の相対移動変位が設定
値となったことを検出するに際して、固定光学格子、可
動光学格子及び参照マークを設けて、検出対象物間の相
対変位に伴って周期的に変化する変位信号と、該変位信
号の１／２周期以上に渡り略直線的に変化する参照マー
ク信号を発生させ、該参照マーク信号と第２基準信号の
交点から数えて設定数番目の、前記変位信号と第１基準
信号の交点を、相対移動変位が設定値となった原点とし
て特定するようにしている。従って、簡略な構成で、ラ
ンダムパターンを用いることなく、光学格子間の間隔が
比較的大きな場合であっても、相対移動変位が設定値と
なった原点を精度よく検出することが可能となる。 【実施例】 以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。 本実施例には、第１図に示す如く、光源４０と、検出対
象物の固定側に取付けられる、固定光学格子３０が表面
に形成された反射型のメインスケール１８と、検出対象
物の可動側に取付けられる、可動光学格子３４が形成さ
れたインデックススケール１４と、前記固定光学格子３
０及び可動光学格子３４で変調された光信号を受光して
変位信号Ｖｘに変換するための受光素子４２とが備えら
れている。 前記固定光学格子３０は、例えば明線と暗線の幅が略等
しく、格子ピッチが２０μｍ以上、例えば４０μｍの反
射格子とされている。 前記可動光学格子３４は、前記固定光学格子３０と同じ
ピッチの透過格子とされている。 従って、前記受光素子４２出力の変位信号■×の波形は
、例えば第２図に示す如く、電気信号のピッチが５−１
０μｍ以上、例えば２０μｍの正弦波に近い信号となっ
ている。 前記固定光学格子３０上には、更に、光反射特性を有す
る参照マーク３２が、検出する設定位置や個数に対応し
て少なくとも一つ一体的に形成されている。 一方、前記インデックススケール１４には、前記可動光
学格子３４と、該可動光学格子３４の延長線上に一体的
に形成された参照マーク検出窓３６と、同じく前記可動
光学格子３４の延長線上に一体的に形成された基準光検
出窓３８とが設けられている。 前記参照マーク検出窓３６は、光を一様に透過できる窓
とされている。従って、対応する位置に設けられた光源
４４と受光素子４６によって、インデックススケール１
４に対してメインスケール１８を矢印Ｃ方向又は反射方
向に変位させたとき、対応する光学格子３０による光学
的変調をほとんど受けず、参照マーク３２による光学的
変調を受けた光信号を変換した、第２図に示すような参
照マーク信号ｖＩｌを発生できるようになっている。 ここで、光を一様に透過できるとは、例えば透明でも半
透明でもよく、あるいは、光学格子３０に対して垂直な
明暗の光学格子でもよい。 又、前記基準光検出窓３８も、光を一様に通過できる窓
とされている。従って、対応する位置に設けられた光３
ｉ４８と受光素子５０によって、インデックススケール
１４に対してメインスケール１８を矢印Ｃ方向又は反対
方向に変位させたとき、対応する光学格子３０による光
学的変調をほとんど受けない第１基準電圧Ｖｒｅｒ＋を
発生できるようになっている。 前記光源４０．４４．４８は、拡散光源が望ましいが、
ある程度の拡散性を有する光源であればよい。又、一つ
の光源より発光された光を分配して供給してもよい。 前記光源４０．４４．４８及び受光素子４２．４６．５
０は、特性が均一なものが望ましい。 前記受光素子４２は、第３図に示す如く、変位信号発生
器６６を介して、第１交点を検出するための第１コンパ
レータ６８に接続されている。又、前記受光素子４６は
、参照マーク信号発生器７０を介して、第２交点を検出
するための第２コンパレータ７２に接続されている。前
記受光素子５０は、前記第１及び第２基準電圧Ｖｒｅｆ
＋ 、Ｖｒｅ４２を作成するための基準信号発生器７
４に接続されている。前記第１及び第２コンパレータ６
８．７２は、設定位置、即ち原点を特定するための位置
特定回路７６に接続されている。 以下、実施例の作用を説明する。 前記受光素子４２の出力は、変位信号発生器６ 。 ６に入力された後、変位信号■×として第１コンパレー
タ６８に入力される。又、前記受光素子４６の出力は、
参照マーク信号発生器７０に入力された後、参照マーク
信号ｖｌとして第２コンパレータ７２に入力される。 第２図において、Ｖｌ １は、受光素子４６が光学格子
３０のみの光信号を読取っているときの参照マーク信号
Ｖｌの電圧であり、Ｖ−２は、同じく光学格子３０と参
照マーク３２の両方の光信号を読取っているときの参照
マーク信号■■の電圧であり、Ｖｌ ｓは、同じく、参
照マーク３２のみの光信号を読取っているときの参照マ
ーク信号■ｌの電圧である。 一方、前記受光素子５０出力は、基準信号発生器７４で
増幅及び必要に応じてシフトされ、前記第１及び第２コ
ンパレータ６８．７２の基準電圧Ｖｒｅｆ ＋ 、Ｖｒ
ｅｆ ２とシテ出力すレル。 即ち、第２基準電圧Ｖｒｅｒｚは、メインスケール１８
を矢印Ｃ方向に変位させたとき、参照マーク信号Ｖｌｌ
のＰｏ点が変位信号■×の２２点と一致するよう、電気
回路の定数を調整することによって、前記第１！＆準電
圧Ｖｒｅｒｔをシフトして作成したものである。しかし
ながら温度変化や電圧変動や素子類のばらつき又は素子
の劣化等により繰返して位置決めすると、初期にＰｏ点
に設定したものが、Ｐｏ’点のような位置に変動するこ
とが充分考えられる。この変動の範囲をＷｏとすると、
次式の関係が成立すれば、変動後のＰｏ点は８１点と１
３点の範囲に常に入る。 Ｗ ｏ ／ ２ ＜ Ｗ １− ＜ １ ）ここで、Ｗ
ｌは変位信号ｖ×の１／２周期である。 発明者らの実験では、Ｗ ｏ ／ ２は、±５μｍ以内
には充分大ることが確認されている。従って、本実施例
では設計的に充分安全なように、Ｗｌ−ＩＣ１ｍ（変位
信号Ｖｘ（７）ｔ”／チＳ ２ ＝ ２０μｍ ）で設
計している。 このようにすることにより、まず、参照マーク信号Ｖｍ
が第２基準電圧ｙｒｅｒ２と等しくなる第２交点Ｐａを
前記第２コンパレータ７２で検出し、次に、変位信号ｖ
×が第１基準電圧Ｖｒｅｆｔと等しくなる所定数（Ｎ）
番目、例えば１番目の第１交点Ｐ３を前記第１コンパレ
ータ６８で検出し、前記位置特定回路７６で該１番目の
第１交点Ｐ３を原点位置と定めれば、高精度で原点を検
出することが可能となる。 即ち、前記コンパレータ６８及び７２の出力は位置特定
回路７６に入力され、該位置特定回路７６に外部から入
力されている設定数Ｎ番目、例えば１番目の第１交点Ｐ
３の位置を原点と特定して出力する。 この際、変位信号■×は、前述のように２枚の光学格子
３０．３４により誘起された光学的変調信号を電気信号
に変換したものであり、略正弦波に近い。この信号は、
格子ピッチにより略決定されるので、繰返して位置決め
しても、１３点はほとんど変動することがない。 発明者らの実験によると、本実施例における原点の繰返
し位置決め精度は、±１μ−以内に充分大ることが確認
されている。 本実施例においては、拡散性の光源を使用し、メインス
ケール１８に形成した光学格子３０を回折格子として作
用させているので、光学格子３０と、対応するインデッ
クススケール１４の光学格子３４の間隔Ｇをある程度大
きくしても充分読取り可能であり、本実施例においては
、間隔Ｇが２〜５龍の範囲で実用上問題がないことが確
認できた。 本実施例においては、変位信号発生手段を、光１ＷＩ４
０と、格子ピッチが４０μ蒙の固定光学格子３０と、同
じく格子ピッチが４０μｍの可動光学格子３４と、前記
固定光学格子３０及び可動光学格子３４で変調された光
を受光する受光素子４２とを含むものとしているので、
変位信号発生手段の構成が比較的簡略である。なお、変
位信号発生手段の構成はこれに限定されない。 例えば、第４因に示１変形例の如く、変位信号Ｖｘの極
小値や極大値も検出するようにして、該変位信号■×の
交点の読取りピッチを１／２とし、位置決め精度を約２
倍径度に向上することも可能である。 又、固定光学格子３０と可動光学格子３４の格子ピッチ
を変えて、例えば、２：１とすることも可能である。こ
の場合には、幾何光学的な結嫌が得られるので、前記実
施例と同様な考え方で応用できることになる。 又、本実施例においては、参照マーク信号発生手段を、
光１４４と、前記固定光学格子３０に沿って一体的に形
成された光反射特性を有する参照マーク３２と、前記可
動光学格子３４に沿って一体的に形成された参照マーク
検出′Ｍ３６と、前記参照マーク３２及び参照マーク検
出窓３６を通った光を受光する受光素子４６とを含むも
のとしているので、参照マーク信号発生手段の構成が比
較的簡略である。なお参照マーク信号発生手段の構成は
これに限定されない。 例えば、前記参照マーク３２を光透過特性を有するもの
とすることも可能である。この場合には、前記参照マー
ク信号Ｖｌの変化状態が第２図に破榛Ｖｌで示す如く、
前記実施例とは逆になるが、同様な原理で原点が検出で
きることは説明するまでもない。なおこの場合には、第
１基準電圧Ｖｒｅｆ１に対する第２基準電圧Ｖｒｅｆｚ
のシフト方向も当然逆になる。 更に、本実施例においては、前記参照マーク３２を、前
記固定光学格子３０上に形成しているので、メインスケ
ール１８及びインデックススケール１４の幅方向寸法を
節約することが可能である。 又、本実施例においては、前記第１及び第２交点検出手
段を、光源４８と、前記固定光学格子３０と、前記可動
光学格子３４の延長線上に一体的に形成された基準光検
出窓３８と、前記固定光学格子３０及び基準光検出窓３
８を通った光を受光する受光素子５０とを含み、該受光
素子５０によって得られた電気信号をそのまま又はシフ
トして前記第１及び第２基準電圧ｖｒｅｒ ｌ 、 Ｖ
ｒｅｒ ２とするものとしているので、光源や受光素子
の温度特性、スケール表面の汚れ、電源電圧の変動等に
よる信号の変動があっても、適切な基準電圧ｖｒｅｒ
１、ｖｒｅｒ ２を得ることができる。なお、第１及び
第２交点検出手段の構成はこれに限定されず、例えば、
光学格子を用いることなく、電源から直接他の手段で作
り出すことも可能である。 更に、本実施例においては、前記第１及び第２基準電圧
Ｖｒｅｒ ｊ 、 Ｖｒｅｆ ２を、共通の受光素子５
０によって得られた電気信号から作成づるようにしてい
るので、第１及び第２交点検出手段の光学系を共用でき
、構成が簡略である。なお、両者を別個に設けることも
可能である。 なお前記実施例は、反射型のメインスケールを有する２
スケール型とされていたが、スケール構成はこれに限定
されず、透過型のメインスケールと１個のインデックス
スケールを備えた２スケール型や、同じく透過型のメイ
ンスケールと２１１１のインデックススケールを備えた
３スケール型とすることもできる。又、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。 本発明は、光学格子間の間隔が大きな場合に適用するの
に好適なものであるが、本発明の適用範囲はこれに限定
されず、光学格子間の間隔が狭い場合にも同様に適用で
きることは明らかである。
値となったことを検出するに際して、固定光学格子、可
動光学格子及び参照マークを設けて、検出対象物間の相
対変位に伴って周期的に変化する変位信号と、該変位信
号の１／２周期以上に渡り略直線的に変化する参照マー
ク信号を発生させ、該参照マーク信号と第２基準信号の
交点から数えて設定数番目の、前記変位信号と第１基準
信号の交点を、相対移動変位が設定値となった原点とし
て特定するようにしている。従って、簡略な構成で、ラ
ンダムパターンを用いることなく、光学格子間の間隔が
比較的大きな場合であっても、相対移動変位が設定値と
なった原点を精度よく検出することが可能となる。 【実施例】 以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。 本実施例には、第１図に示す如く、光源４０と、検出対
象物の固定側に取付けられる、固定光学格子３０が表面
に形成された反射型のメインスケール１８と、検出対象
物の可動側に取付けられる、可動光学格子３４が形成さ
れたインデックススケール１４と、前記固定光学格子３
０及び可動光学格子３４で変調された光信号を受光して
変位信号Ｖｘに変換するための受光素子４２とが備えら
れている。 前記固定光学格子３０は、例えば明線と暗線の幅が略等
しく、格子ピッチが２０μｍ以上、例えば４０μｍの反
射格子とされている。 前記可動光学格子３４は、前記固定光学格子３０と同じ
ピッチの透過格子とされている。 従って、前記受光素子４２出力の変位信号■×の波形は
、例えば第２図に示す如く、電気信号のピッチが５−１
０μｍ以上、例えば２０μｍの正弦波に近い信号となっ
ている。 前記固定光学格子３０上には、更に、光反射特性を有す
る参照マーク３２が、検出する設定位置や個数に対応し
て少なくとも一つ一体的に形成されている。 一方、前記インデックススケール１４には、前記可動光
学格子３４と、該可動光学格子３４の延長線上に一体的
に形成された参照マーク検出窓３６と、同じく前記可動
光学格子３４の延長線上に一体的に形成された基準光検
出窓３８とが設けられている。 前記参照マーク検出窓３６は、光を一様に透過できる窓
とされている。従って、対応する位置に設けられた光源
４４と受光素子４６によって、インデックススケール１
４に対してメインスケール１８を矢印Ｃ方向又は反射方
向に変位させたとき、対応する光学格子３０による光学
的変調をほとんど受けず、参照マーク３２による光学的
変調を受けた光信号を変換した、第２図に示すような参
照マーク信号ｖＩｌを発生できるようになっている。 ここで、光を一様に透過できるとは、例えば透明でも半
透明でもよく、あるいは、光学格子３０に対して垂直な
明暗の光学格子でもよい。 又、前記基準光検出窓３８も、光を一様に通過できる窓
とされている。従って、対応する位置に設けられた光３
ｉ４８と受光素子５０によって、インデックススケール
１４に対してメインスケール１８を矢印Ｃ方向又は反対
方向に変位させたとき、対応する光学格子３０による光
学的変調をほとんど受けない第１基準電圧Ｖｒｅｒ＋を
発生できるようになっている。 前記光源４０．４４．４８は、拡散光源が望ましいが、
ある程度の拡散性を有する光源であればよい。又、一つ
の光源より発光された光を分配して供給してもよい。 前記光源４０．４４．４８及び受光素子４２．４６．５
０は、特性が均一なものが望ましい。 前記受光素子４２は、第３図に示す如く、変位信号発生
器６６を介して、第１交点を検出するための第１コンパ
レータ６８に接続されている。又、前記受光素子４６は
、参照マーク信号発生器７０を介して、第２交点を検出
するための第２コンパレータ７２に接続されている。前
記受光素子５０は、前記第１及び第２基準電圧Ｖｒｅｆ
＋ 、Ｖｒｅ４２を作成するための基準信号発生器７
４に接続されている。前記第１及び第２コンパレータ６
８．７２は、設定位置、即ち原点を特定するための位置
特定回路７６に接続されている。 以下、実施例の作用を説明する。 前記受光素子４２の出力は、変位信号発生器６ 。 ６に入力された後、変位信号■×として第１コンパレー
タ６８に入力される。又、前記受光素子４６の出力は、
参照マーク信号発生器７０に入力された後、参照マーク
信号ｖｌとして第２コンパレータ７２に入力される。 第２図において、Ｖｌ １は、受光素子４６が光学格子
３０のみの光信号を読取っているときの参照マーク信号
Ｖｌの電圧であり、Ｖ−２は、同じく光学格子３０と参
照マーク３２の両方の光信号を読取っているときの参照
マーク信号■■の電圧であり、Ｖｌ ｓは、同じく、参
照マーク３２のみの光信号を読取っているときの参照マ
ーク信号■ｌの電圧である。 一方、前記受光素子５０出力は、基準信号発生器７４で
増幅及び必要に応じてシフトされ、前記第１及び第２コ
ンパレータ６８．７２の基準電圧Ｖｒｅｆ ＋ 、Ｖｒ
ｅｆ ２とシテ出力すレル。 即ち、第２基準電圧Ｖｒｅｒｚは、メインスケール１８
を矢印Ｃ方向に変位させたとき、参照マーク信号Ｖｌｌ
のＰｏ点が変位信号■×の２２点と一致するよう、電気
回路の定数を調整することによって、前記第１！＆準電
圧Ｖｒｅｒｔをシフトして作成したものである。しかし
ながら温度変化や電圧変動や素子類のばらつき又は素子
の劣化等により繰返して位置決めすると、初期にＰｏ点
に設定したものが、Ｐｏ’点のような位置に変動するこ
とが充分考えられる。この変動の範囲をＷｏとすると、
次式の関係が成立すれば、変動後のＰｏ点は８１点と１
３点の範囲に常に入る。 Ｗ ｏ ／ ２ ＜ Ｗ １− ＜ １ ）ここで、Ｗ
ｌは変位信号ｖ×の１／２周期である。 発明者らの実験では、Ｗ ｏ ／ ２は、±５μｍ以内
には充分大ることが確認されている。従って、本実施例
では設計的に充分安全なように、Ｗｌ−ＩＣ１ｍ（変位
信号Ｖｘ（７）ｔ”／チＳ ２ ＝ ２０μｍ ）で設
計している。 このようにすることにより、まず、参照マーク信号Ｖｍ
が第２基準電圧ｙｒｅｒ２と等しくなる第２交点Ｐａを
前記第２コンパレータ７２で検出し、次に、変位信号ｖ
×が第１基準電圧Ｖｒｅｆｔと等しくなる所定数（Ｎ）
番目、例えば１番目の第１交点Ｐ３を前記第１コンパレ
ータ６８で検出し、前記位置特定回路７６で該１番目の
第１交点Ｐ３を原点位置と定めれば、高精度で原点を検
出することが可能となる。 即ち、前記コンパレータ６８及び７２の出力は位置特定
回路７６に入力され、該位置特定回路７６に外部から入
力されている設定数Ｎ番目、例えば１番目の第１交点Ｐ
３の位置を原点と特定して出力する。 この際、変位信号■×は、前述のように２枚の光学格子
３０．３４により誘起された光学的変調信号を電気信号
に変換したものであり、略正弦波に近い。この信号は、
格子ピッチにより略決定されるので、繰返して位置決め
しても、１３点はほとんど変動することがない。 発明者らの実験によると、本実施例における原点の繰返
し位置決め精度は、±１μ−以内に充分大ることが確認
されている。 本実施例においては、拡散性の光源を使用し、メインス
ケール１８に形成した光学格子３０を回折格子として作
用させているので、光学格子３０と、対応するインデッ
クススケール１４の光学格子３４の間隔Ｇをある程度大
きくしても充分読取り可能であり、本実施例においては
、間隔Ｇが２〜５龍の範囲で実用上問題がないことが確
認できた。 本実施例においては、変位信号発生手段を、光１ＷＩ４
０と、格子ピッチが４０μ蒙の固定光学格子３０と、同
じく格子ピッチが４０μｍの可動光学格子３４と、前記
固定光学格子３０及び可動光学格子３４で変調された光
を受光する受光素子４２とを含むものとしているので、
変位信号発生手段の構成が比較的簡略である。なお、変
位信号発生手段の構成はこれに限定されない。 例えば、第４因に示１変形例の如く、変位信号Ｖｘの極
小値や極大値も検出するようにして、該変位信号■×の
交点の読取りピッチを１／２とし、位置決め精度を約２
倍径度に向上することも可能である。 又、固定光学格子３０と可動光学格子３４の格子ピッチ
を変えて、例えば、２：１とすることも可能である。こ
の場合には、幾何光学的な結嫌が得られるので、前記実
施例と同様な考え方で応用できることになる。 又、本実施例においては、参照マーク信号発生手段を、
光１４４と、前記固定光学格子３０に沿って一体的に形
成された光反射特性を有する参照マーク３２と、前記可
動光学格子３４に沿って一体的に形成された参照マーク
検出′Ｍ３６と、前記参照マーク３２及び参照マーク検
出窓３６を通った光を受光する受光素子４６とを含むも
のとしているので、参照マーク信号発生手段の構成が比
較的簡略である。なお参照マーク信号発生手段の構成は
これに限定されない。 例えば、前記参照マーク３２を光透過特性を有するもの
とすることも可能である。この場合には、前記参照マー
ク信号Ｖｌの変化状態が第２図に破榛Ｖｌで示す如く、
前記実施例とは逆になるが、同様な原理で原点が検出で
きることは説明するまでもない。なおこの場合には、第
１基準電圧Ｖｒｅｆ１に対する第２基準電圧Ｖｒｅｆｚ
のシフト方向も当然逆になる。 更に、本実施例においては、前記参照マーク３２を、前
記固定光学格子３０上に形成しているので、メインスケ
ール１８及びインデックススケール１４の幅方向寸法を
節約することが可能である。 又、本実施例においては、前記第１及び第２交点検出手
段を、光源４８と、前記固定光学格子３０と、前記可動
光学格子３４の延長線上に一体的に形成された基準光検
出窓３８と、前記固定光学格子３０及び基準光検出窓３
８を通った光を受光する受光素子５０とを含み、該受光
素子５０によって得られた電気信号をそのまま又はシフ
トして前記第１及び第２基準電圧ｖｒｅｒ ｌ 、 Ｖ
ｒｅｒ ２とするものとしているので、光源や受光素子
の温度特性、スケール表面の汚れ、電源電圧の変動等に
よる信号の変動があっても、適切な基準電圧ｖｒｅｒ
１、ｖｒｅｒ ２を得ることができる。なお、第１及び
第２交点検出手段の構成はこれに限定されず、例えば、
光学格子を用いることなく、電源から直接他の手段で作
り出すことも可能である。 更に、本実施例においては、前記第１及び第２基準電圧
Ｖｒｅｒ ｊ 、 Ｖｒｅｆ ２を、共通の受光素子５
０によって得られた電気信号から作成づるようにしてい
るので、第１及び第２交点検出手段の光学系を共用でき
、構成が簡略である。なお、両者を別個に設けることも
可能である。 なお前記実施例は、反射型のメインスケールを有する２
スケール型とされていたが、スケール構成はこれに限定
されず、透過型のメインスケールと１個のインデックス
スケールを備えた２スケール型や、同じく透過型のメイ
ンスケールと２１１１のインデックススケールを備えた
３スケール型とすることもできる。又、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。 本発明は、光学格子間の間隔が大きな場合に適用するの
に好適なものであるが、本発明の適用範囲はこれに限定
されず、光学格子間の間隔が狭い場合にも同様に適用で
きることは明らかである。
以上説明した通り、本発明によれば、ｌ！Ｉｊｌｆな構
成で、ランダムパターンを用いることなく、光学格子の
間隔がある程度大きな場合でも、原点を精度よく検出す
ることができるという優れた効果を有する。
成で、ランダムパターンを用いることなく、光学格子の
間隔がある程度大きな場合でも、原点を精度よく検出す
ることができるという優れた効果を有する。
第１図は、本発明に係る位置検出装置の実施例の光学系
の構成を示づ斜視図、第２図は、前記光学系の受光素子
で得られる受光波形の関係の例を示す縮図、第３図は、
前記実施例の回路構成を示すブロック線図、第４図は、
前記実施例の変形例における受光波形の例を示１ｍ図、
第５図は、従来の透過型光学式変位検出装置の原理を示
す断面図、第６図（Ａ）、（Ｂ）は、従来の透過型光学
式変位検出装置で用いられている絶対原点検出機構を示
す、スケールの平面図、第７図は、前記絶対原点検出機
構の受光波形の例を示す線図である。 １４・・・インデックススケール、 １８・・・メインスケール、 ３０・・・固定光学格子、 ３２・・・参照マーク、 ３４・・・可動光学格子、 ３６・・・参照マーク検出窓、 ３８・・・基準光検出窓、 ４０．４４．４８・・・光源、 ４２．４６．５０・・・受光素子、 ■×・・・変位信号、 Ｖｌ・・；参照マーク信号、 Ｖ ｒｅｆ ｊ ＋＋第１１Ｉ準電圧、Ｖ ｒｅｆ ｚ
”・第２１単電圧、 ６６・・・変位信＠発生器、 ６８．７２・・・コンパレータ、 ７０・・・参照マーク信号発生器、 ７４・・・基準信号発生器、 ７６・・・位置特定回路。
の構成を示づ斜視図、第２図は、前記光学系の受光素子
で得られる受光波形の関係の例を示す縮図、第３図は、
前記実施例の回路構成を示すブロック線図、第４図は、
前記実施例の変形例における受光波形の例を示１ｍ図、
第５図は、従来の透過型光学式変位検出装置の原理を示
す断面図、第６図（Ａ）、（Ｂ）は、従来の透過型光学
式変位検出装置で用いられている絶対原点検出機構を示
す、スケールの平面図、第７図は、前記絶対原点検出機
構の受光波形の例を示す線図である。 １４・・・インデックススケール、 １８・・・メインスケール、 ３０・・・固定光学格子、 ３２・・・参照マーク、 ３４・・・可動光学格子、 ３６・・・参照マーク検出窓、 ３８・・・基準光検出窓、 ４０．４４．４８・・・光源、 ４２．４６．５０・・・受光素子、 ■×・・・変位信号、 Ｖｌ・・；参照マーク信号、 Ｖ ｒｅｆ ｊ ＋＋第１１Ｉ準電圧、Ｖ ｒｅｆ ｚ
”・第２１単電圧、 ６６・・・変位信＠発生器、 ６８．７２・・・コンパレータ、 ７０・・・参照マーク信号発生器、 ７４・・・基準信号発生器、 ７６・・・位置特定回路。
Claims (7)
- （１）検出対象物間の相対移動変位が設定値となつたこ
とを検出するための位置検出装置において、検出対象物
の固定側に取付けられた固定光学格子と検出対象物の可
動側に取付けられた可動光学格子を含み、検出対象物間
の相対変位に伴つて周期的に変化する変位信号を発生さ
せる変位信号発生手段と、 前記固定光学格子と相対変位不能とされた、光透過又は
反射特性を有する参照マークを含み、前記変位信号の１
／２周期以上に渡り略直線的に変化する参照マーク信号
を発生させる参照マーク信号発生手段と、 前記変位信号を第１基準信号と比較して、その交点であ
る第１交点を検出する第１交点検出手段と、 前記参照マーク信号を第２基準信号と比較して、その交
点である第２交点を検出する第２交点検出手段と、 該第２交点から数えて設定数番目の前記第１交点を、相
対移動変位が設定値となつた原点として特定する位置特
定手段と、 を具備したことを特徴とする位置検出装置。 - （２）前記変位信号発生手段が、光源と、前記固定光学
格子と、前記可動光学格子と、前記固定光学格子及び可
動光学格子で変調された光を受光する受光素子とを含む
ものである特許請求の範囲第１項記載の位置検出装置。 - （３）前記参照マーク信号発生手段が、光源と、前記固
定光学格子に沿つて一体的に形成された前記参照マーク
と、前記可動光学格子に沿つて一体的に形成された参照
マーク検出窓と、前記参照マーク及び参照マーク検出窓
を通つた光を受光する受光素子とを含むものである特許
請求の範囲第１項記載の位置検出装置。 - （４）前記参照マークが、前記固定光学格子上に形成さ
れている特許請求の範囲第１項記載の位置検出装置。 - （５）前記第１交点検出手段が、光源と、前記固定光学
格子と、前記可動光学格子の延長線上に一体的に形成さ
れた基準光検出窓と、前記固定光学格子及び基準光検出
窓を通つた光を受光する受光素子とを含み、該受光素子
によつて得られた電気信号を前記第１基準信号とするも
のである特許請求の範囲第１項記載の位置検出装置。 - （６）前記第２交点検出手段が、光源と、前記固定光学
格子と、前記可動光学格子の延長線上に一体的に形成さ
れた基準光検出窓と、前記固定光学格子及び基準光検出
窓を通つた光を受光する受光素子とを含み、該受光素子
によつて得られた電気信号をシフトして前記第２基準信
号とするものである特許請求の範囲第１項記載の位置検
出装置。 - （７）前記第１及び第２基準信号が、共通の受光素子に
よつて得られた電気信号から作成されたものである特許
請求の範囲第１項記載の位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5480185A JPS61213628A (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | 位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5480185A JPS61213628A (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | 位置検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61213628A true JPS61213628A (ja) | 1986-09-22 |
Family
ID=12980847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5480185A Pending JPS61213628A (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | 位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61213628A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11320457A (ja) * | 1998-04-02 | 1999-11-24 | Jc Bamford Excavators Ltd | 可動機械要素の位置測定用装置および機械要素のマ―キング方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58204314A (ja) * | 1982-05-24 | 1983-11-29 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | エンコ−ダ装置 |
-
1985
- 1985-03-19 JP JP5480185A patent/JPS61213628A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58204314A (ja) * | 1982-05-24 | 1983-11-29 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | エンコ−ダ装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11320457A (ja) * | 1998-04-02 | 1999-11-24 | Jc Bamford Excavators Ltd | 可動機械要素の位置測定用装置および機械要素のマ―キング方法 |
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