JPS6365315A - 光学式変位検出装置 - Google Patents
光学式変位検出装置Info
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- JPS6365315A JPS6365315A JP20919386A JP20919386A JPS6365315A JP S6365315 A JPS6365315 A JP S6365315A JP 20919386 A JP20919386 A JP 20919386A JP 20919386 A JP20919386 A JP 20919386A JP S6365315 A JPS6365315 A JP S6365315A
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、相対移動可能な光学格子を有し、光学格子か
らの透過光または反射光を所定処理して相対移動量を検
出する光学式変位検出装置に係り、特に、対応する光学
格子の相対移動速度の高速化を図ったものである。
らの透過光または反射光を所定処理して相対移動量を検
出する光学式変位検出装置に係り、特に、対応する光学
格子の相対移動速度の高速化を図ったものである。
独立物体間の相対移動変位を検出して物理的諸元(長さ
、圧力、重量)を求める手段の1つとして光学式変位検
出装置が広く利用されている。
、圧力、重量)を求める手段の1つとして光学式変位検
出装置が広く利用されている。
従来、かかる光学式変位検出装置の一般的な透過型の構
造は、第9図に示す構成とされていた。
造は、第9図に示す構成とされていた。
すなわち、長手方向に光学格子13が整列配設されたメ
インスケール10と対応する参照光学格子3A、3Bを
有するインデックススケール20とを相対する2つの物
体(例えば、静止体と可動体)のそれぞれに取り付け、
光源1および光電変換器2A、2Bを両スケール10.
20を挟みインデックススケール20と一体的に配設し
、両光電変換器2A、2Bからの出力信号を処理するた
めの波形整形回路、分割回路、方向弁別回路等を選択的
に含む信号検出回路7と可逆計数カウンタ8とデジタル
表示器等からなる表示手段9とを設は構成していた。従
って、光源1、光電変換器2A、2Bと一体的なインデ
ックススケール20とメインスケール10とを矢印X方
向に相対移動させれば、両光学格子13.3A、3Bを
透過した透過光を光電変換器2A、2Bを介し信号検出
回路7で所定処理することによって、例えば、1μm/
1パルスのデジタル信号をカウンタ8で計数し表示手段
9にその変位量を表示し、さらには他の機器にその変位
量相当電気信号を出力することができた。なお、2つの
光電変換器2A、2Bを設けているのは方向弁別機能を
発揮させるものであり、また、分割方式によっては分解
能を2倍化向上させるに利用することができるようする
ためのものであった。
インスケール10と対応する参照光学格子3A、3Bを
有するインデックススケール20とを相対する2つの物
体(例えば、静止体と可動体)のそれぞれに取り付け、
光源1および光電変換器2A、2Bを両スケール10.
20を挟みインデックススケール20と一体的に配設し
、両光電変換器2A、2Bからの出力信号を処理するた
めの波形整形回路、分割回路、方向弁別回路等を選択的
に含む信号検出回路7と可逆計数カウンタ8とデジタル
表示器等からなる表示手段9とを設は構成していた。従
って、光源1、光電変換器2A、2Bと一体的なインデ
ックススケール20とメインスケール10とを矢印X方
向に相対移動させれば、両光学格子13.3A、3Bを
透過した透過光を光電変換器2A、2Bを介し信号検出
回路7で所定処理することによって、例えば、1μm/
1パルスのデジタル信号をカウンタ8で計数し表示手段
9にその変位量を表示し、さらには他の機器にその変位
量相当電気信号を出力することができた。なお、2つの
光電変換器2A、2Bを設けているのは方向弁別機能を
発揮させるものであり、また、分割方式によっては分解
能を2倍化向上させるに利用することができるようする
ためのものであった。
しかしながら、上記従来の光学式変位検出装置には次の
ような問題があった。
ような問題があった。
すなわち、前記光電変換器2A、2r3の出力は、例え
ば光学格子13のスリット幅を10μm、そのピッチを
20μmとすれば20μIn相当長を一周期とする略正
弦波(数学的正弦波と限らない意味である)形状のサイ
クリック信号となる。両スケール10,20の相対移動
変位量はインクレメンタル値として検出される。従って
、両スケール10.20の任意の点に至る相対移動変位
量を検出し表示するには前記信号検出回路7、カウンタ
8等を両スケール10.20が相対移動している間は中
断することなく追従作動する必要がある。
ば光学格子13のスリット幅を10μm、そのピッチを
20μmとすれば20μIn相当長を一周期とする略正
弦波(数学的正弦波と限らない意味である)形状のサイ
クリック信号となる。両スケール10,20の相対移動
変位量はインクレメンタル値として検出される。従って
、両スケール10.20の任意の点に至る相対移動変位
量を検出し表示するには前記信号検出回路7、カウンタ
8等を両スケール10.20が相対移動している間は中
断することなく追従作動する必要がある。
しかも両スケール10.20が任意の点で静止しても前
記例の場合でいえば1μm/パルスの規定最小分解能が
得られるよう機能させなければならない。ここに、変位
検出装置は、特に信号検出回路7、カウンタ8等は、汎
用性、経済性等の問題から最高応答速度が制約されると
ころ変位検出装置の運用(両スケール10.20の相対
移動速度の選定)は利用者側の任意的問題である。従っ
て、利用上の実際において前記最高応答速度を越えた速
度で運転される場合が生じる。結果として不良品を生む
虞れがあった。かかる問題は瞬時かつ一時的な運転にお
いても生じるが高分解能ゆえにその途次において計数ミ
スが生じたか否かを作業者が判断できないので技術的重
要事項と認識されその解決が強く望まれていた。第8図
に示す反射型の光学式変位検出装置においても同様な問
題がある。
記例の場合でいえば1μm/パルスの規定最小分解能が
得られるよう機能させなければならない。ここに、変位
検出装置は、特に信号検出回路7、カウンタ8等は、汎
用性、経済性等の問題から最高応答速度が制約されると
ころ変位検出装置の運用(両スケール10.20の相対
移動速度の選定)は利用者側の任意的問題である。従っ
て、利用上の実際において前記最高応答速度を越えた速
度で運転される場合が生じる。結果として不良品を生む
虞れがあった。かかる問題は瞬時かつ一時的な運転にお
いても生じるが高分解能ゆえにその途次において計数ミ
スが生じたか否かを作業者が判断できないので技術的重
要事項と認識されその解決が強く望まれていた。第8図
に示す反射型の光学式変位検出装置においても同様な問
題がある。
さらに、例えば、工作機械の自動う−−ブル送り制御の
フィードハック信号検出用に供するときには、その相対
移動変位量が予め明碍であるにもかかわらず上記理由か
ら最終目標位置まで高速送りができないという事態を招
いていた。
フィードハック信号検出用に供するときには、その相対
移動変位量が予め明碍であるにもかかわらず上記理由か
ら最終目標位置まで高速送りができないという事態を招
いていた。
本発明は、上記従来の問題点を除去すべく鑑みなされた
もので高精度を保障しつつ高速運転可能な光学式変位検
出装置を擾供することを[1的とする。
もので高精度を保障しつつ高速運転可能な光学式変位検
出装置を擾供することを[1的とする。
〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
最小分解能で検出するための第1の光学格子とこの第1
の光学格子とピッチの異なる第2の光学格子をメインス
ケールに設け、少なくとも第1の光学格子に関与さゼて
ノλ準範囲長内における変位を計数するための第1の計
数回路と、第1および第2の光学格子に関与さ−l−ζ
基1−範囲長を単位とする変位を検出する第2の計数回
路とを設レノ、両計数回路の計数値をもってメインスケ
ールとインデックススケールとの相対移動変位量を求め
ることができるよう構成して高速化を図ろうとするもの
である。
最小分解能で検出するための第1の光学格子とこの第1
の光学格子とピッチの異なる第2の光学格子をメインス
ケールに設け、少なくとも第1の光学格子に関与さゼて
ノλ準範囲長内における変位を計数するための第1の計
数回路と、第1および第2の光学格子に関与さ−l−ζ
基1−範囲長を単位とする変位を検出する第2の計数回
路とを設レノ、両計数回路の計数値をもってメインスケ
ールとインデックススケールとの相対移動変位量を求め
ることができるよう構成して高速化を図ろうとするもの
である。
これがため、2列の光学格子が設けられるとともに各列
毎の光学格子ピッチが異なるものと形成されているメイ
ンスケールと、 前記メインスケールの各列光学格子に対応させた2列の
参照光学格子が設けられ前記メインスケールと相対変位
可能とされたインテ・ツクススケールと、 前記両スケールに光照射するための照明系と、前記メイ
ンスケールの各列光学格子毎に2個1組として配設され
、各組毎に前記メインスケールを透過した透過光または
、前記メインスケールから反射された反射光を受けて9
0度位相のずれた電気信号を出力する2組の光電変換器
と、前記光電変換器の少なくとも1組から出力される電
気信号を人力として基準範囲長内の変位を計数するため
の第1の計数回路と前記光電変換器の2組から出力され
る電気信号を入力として基t1−範囲長を単位とした変
位を計数するだめの第2の、il数向路とを含み形成さ
れ第1および第2の31数回路の両計数値をもって前記
メインスケールとインデックススケールとの相対移動変
位h(を求める変位検出回路とを備えた構成とし前記「
1的を達成するのである。
毎の光学格子ピッチが異なるものと形成されているメイ
ンスケールと、 前記メインスケールの各列光学格子に対応させた2列の
参照光学格子が設けられ前記メインスケールと相対変位
可能とされたインテ・ツクススケールと、 前記両スケールに光照射するための照明系と、前記メイ
ンスケールの各列光学格子毎に2個1組として配設され
、各組毎に前記メインスケールを透過した透過光または
、前記メインスケールから反射された反射光を受けて9
0度位相のずれた電気信号を出力する2組の光電変換器
と、前記光電変換器の少なくとも1組から出力される電
気信号を人力として基準範囲長内の変位を計数するため
の第1の計数回路と前記光電変換器の2組から出力され
る電気信号を入力として基t1−範囲長を単位とした変
位を計数するだめの第2の、il数向路とを含み形成さ
れ第1および第2の31数回路の両計数値をもって前記
メインスケールとインデックススケールとの相対移動変
位h(を求める変位検出回路とを備えた構成とし前記「
1的を達成するのである。
従って、メインスケールとインデックススケールとを相
対移動させれば変位検出回路の第1の81数回路が最小
分解能で両スケールの相対移動変位量を計数するととも
に第2の計数回路が設定された基準範囲長を単位として
両スケールの相対移動変位量を計数する。ここに、複数
基中範囲長にわたる両スケールの相対移動があるときに
は第2の計数回路でのいわゆる荒い旧数イ直と基t1東
範囲長内におけるいわば端数的要素としCの第1の計数
回路におけるいわゆる細い計数値とを加えれば、両スケ
ールの相当移動変位量を第1の4数回路で規定される最
小分解能で検出できるから高精度が保障されかつ途中の
基準範囲長内での第1の計数回路での旧数イ1^はその
精度を問わないものとすることが可能ゆえ全体として高
速化が達成される。
対移動させれば変位検出回路の第1の81数回路が最小
分解能で両スケールの相対移動変位量を計数するととも
に第2の計数回路が設定された基準範囲長を単位として
両スケールの相対移動変位量を計数する。ここに、複数
基中範囲長にわたる両スケールの相対移動があるときに
は第2の計数回路でのいわゆる荒い旧数イ直と基t1東
範囲長内におけるいわば端数的要素としCの第1の計数
回路におけるいわゆる細い計数値とを加えれば、両スケ
ールの相当移動変位量を第1の4数回路で規定される最
小分解能で検出できるから高精度が保障されかつ途中の
基準範囲長内での第1の計数回路での旧数イ1^はその
精度を問わないものとすることが可能ゆえ全体として高
速化が達成される。
本発明の光学式変位検出装置の一実施例を図面を参照し
ながら詳細に説明する。
ながら詳細に説明する。
この実施例は、第1図ないし第6図に示され、本装置は
、2列の光学格子が設けられたメインスケール10と対
応する参照光学格子が設けられた第2、第3のスケール
を兼ねるインデックススケール20と両スケール10.
20を光照射するための非平行照明系40と両スケール
10.20からの反射光を受けて電気信号を出力する2
Miの光電変換器30と、基準範囲長内の変位を計数す
る第1の計数回路50と基準範囲長を単位とする変位を
計数する第2の計数回1190とを含み形成された変位
検出回路100とから構成され、全体として反射型のア
ブソリュート方式の光学式変位検出装置とされている。
、2列の光学格子が設けられたメインスケール10と対
応する参照光学格子が設けられた第2、第3のスケール
を兼ねるインデックススケール20と両スケール10.
20を光照射するための非平行照明系40と両スケール
10.20からの反射光を受けて電気信号を出力する2
Miの光電変換器30と、基準範囲長内の変位を計数す
る第1の計数回路50と基準範囲長を単位とする変位を
計数する第2の計数回1190とを含み形成された変位
検出回路100とから構成され、全体として反射型のア
ブソリュート方式の光学式変位検出装置とされている。
メインスケールlOは第1図、第2図に示すように断面
矩形のガラス材料11からなる細長薄板形状とされ、図
で下段側にピッチPが400 pmとされた第1の光学
格子13が、上段側にピッチP2 (−P−ΔP)が3
98 μmとされた第2の光学格子15が設けられてい
る。
矩形のガラス材料11からなる細長薄板形状とされ、図
で下段側にピッチPが400 pmとされた第1の光学
格子13が、上段側にピッチP2 (−P−ΔP)が3
98 μmとされた第2の光学格子15が設けられてい
る。
ここに、第1の光学格子13が基準範囲長しく80龍)
をN(−200)等分し、かつ第2の光学格子15をN
+1等分するよう形成されているがら、 L=NP−(N+1)(P−ΔP)・・・・・・(1)
が成立する。上記数値はこの関係式におい”t’l択し
たものである。
をN(−200)等分し、かつ第2の光学格子15をN
+1等分するよう形成されているがら、 L=NP−(N+1)(P−ΔP)・・・・・・(1)
が成立する。上記数値はこの関係式におい”t’l択し
たものである。
一方、インデックススケール20は、光学系ト、メイン
スケール10に前置きされる第2のスケールと後置きさ
れる第3のスケールとを兼ねるものとされ、メインスケ
ール10と同様に断面矩形のガラス材料21からなる薄
板形状とされ、第2図に示したように下段側にメインス
ケール1oの第1の光学格子13と対応される第1の参
照光学格子23A(23B)と、上段側に第2の光学格
子15と対応される第2の参照光学格子25A(25B
)とが設けられている。
スケール10に前置きされる第2のスケールと後置きさ
れる第3のスケールとを兼ねるものとされ、メインスケ
ール10と同様に断面矩形のガラス材料21からなる薄
板形状とされ、第2図に示したように下段側にメインス
ケール1oの第1の光学格子13と対応される第1の参
照光学格子23A(23B)と、上段側に第2の光学格
子15と対応される第2の参照光学格子25A(25B
)とが設けられている。
そして、第1の参照光学格子23A(23B)のピッチ
はqであり、第2の参照光学格子25A(25B)のピ
ッチはq−Δqとされかつ長手方向にそれぞれ対応する
第1、第2の光学格子13゜15に対し90度位相をづ
らせた2組の参照光学格子23A、23B、25A、2
5Bが設けられている。なお、この実施例ではq=2P
、Δq−2ΔPとされている(ただし、第1図、第2図
では作図便宜上、Q=Pとして図示している)。
はqであり、第2の参照光学格子25A(25B)のピ
ッチはq−Δqとされかつ長手方向にそれぞれ対応する
第1、第2の光学格子13゜15に対し90度位相をづ
らせた2組の参照光学格子23A、23B、25A、2
5Bが設けられている。なお、この実施例ではq=2P
、Δq−2ΔPとされている(ただし、第1図、第2図
では作図便宜上、Q=Pとして図示している)。
次に、2mの光電変換器30 (30A、30B)は4
つの光電素子33A、33B、35A。
つの光電素子33A、33B、35A。
35Bから形成され、各参照光学格子23A、23B、
25A、25Bに対応配設されるとともに各光電素子3
3A、33B、35A、35Bにはプリアンプ37A、
37B、38A、38Bがそれぞれ接続されている。ま
た、両スケール10゜20を挟む光電変換器3oと反対
側にはI、EDからなる光源41A、41Bと単なる集
光を目的とするレンズ42A、42Bとからなる両スケ
ール10.20に非平行光を照射させるための非平行照
明系40が設けられ、この非平行照明系4oはインデッ
クススケール20、光電変換器3oと所定の関係をもっ
て一体的にメインスケール1oと図でX方向に相対移動
可能とされている。
25A、25Bに対応配設されるとともに各光電素子3
3A、33B、35A、35Bにはプリアンプ37A、
37B、38A、38Bがそれぞれ接続されている。ま
た、両スケール10゜20を挟む光電変換器3oと反対
側にはI、EDからなる光源41A、41Bと単なる集
光を目的とするレンズ42A、42Bとからなる両スケ
ール10.20に非平行光を照射させるための非平行照
明系40が設けられ、この非平行照明系4oはインデッ
クススケール20、光電変換器3oと所定の関係をもっ
て一体的にメインスケール1oと図でX方向に相対移動
可能とされている。
そして、インデックススケール2oと非平行照明系40
との間にはハーフミラ−45が介装されている。従って
、非平行照明系4oがら照射された非平行光は、まずハ
ーフミラ−45と第2のスケールとしてのインデックス
スケール2を透過してメインスケール10に照射され、
メインスケール10からの反射光は第3のスケールとし
てのインデックススケール20を透過した後ハーフミラ
−45で45度方向に屈折され光電変換器3oに入射さ
れるよう形成されている。また、」1胆の通りメインス
ケール10の第1の光学格子13のピッチがP、インデ
ックススケール(第2および第3のスケール)20の第
1の参照光学格子23A(23B)のピッチがq(=2
p)であり、非平行照明系40からの光の波長をλとす
れば両スケール10.20間のクリアランスCは、C#
riP2/λ(nは1以上の整数)で求められるから数
十μmと非常に大きくすることができる。
との間にはハーフミラ−45が介装されている。従って
、非平行照明系4oがら照射された非平行光は、まずハ
ーフミラ−45と第2のスケールとしてのインデックス
スケール2を透過してメインスケール10に照射され、
メインスケール10からの反射光は第3のスケールとし
てのインデックススケール20を透過した後ハーフミラ
−45で45度方向に屈折され光電変換器3oに入射さ
れるよう形成されている。また、」1胆の通りメインス
ケール10の第1の光学格子13のピッチがP、インデ
ックススケール(第2および第3のスケール)20の第
1の参照光学格子23A(23B)のピッチがq(=2
p)であり、非平行照明系40からの光の波長をλとす
れば両スケール10.20間のクリアランスCは、C#
riP2/λ(nは1以上の整数)で求められるから数
十μmと非常に大きくすることができる。
ここに、第2図に見られるように第1の光学格子13と
第2の光学格子15との一致した点Tを原点とし、図で
右方向に座標すなわちメインスケール10に対するイン
デックススケール20の相対移動変位量をXとすると、
光電素子33A、33Bは当該第1参照光学格子23A
、23Bに対応させて90度の位相差をもって配設して
いるから光電素子33Aの出力をal 、光電素子33
Bの出力をす、とすれば、両光型素子33A、33Bか
らの電気信号の位相差θ1は であるから a+=Asinθ。
第2の光学格子15との一致した点Tを原点とし、図で
右方向に座標すなわちメインスケール10に対するイン
デックススケール20の相対移動変位量をXとすると、
光電素子33A、33Bは当該第1参照光学格子23A
、23Bに対応させて90度の位相差をもって配設して
いるから光電素子33Aの出力をal 、光電素子33
Bの出力をす、とすれば、両光型素子33A、33Bか
らの電気信号の位相差θ1は であるから a+=Asinθ。
・・・・・・・・・ (4)
bl=Acosθ 1
と近似することができる。なお、(3)式の右辺第2項
の□は、原点Tにおいて透過光量が最大となるためその
補正項として導入したものである。
の□は、原点Tにおいて透過光量が最大となるためその
補正項として導入したものである。
同様に、光電素子35A、35Bの出力をそれぞれ”2
1 bz とすると光電素子35A、35Bからの電
気信号の位相差θ2は、 であるから t)z=Bcosθ2 と近似することができる。
1 bz とすると光電素子35A、35Bからの電
気信号の位相差θ2は、 であるから t)z=Bcosθ2 と近似することができる。
また、第1の計数回路50はCPU55を介しタッチセ
ンサ65から両スケール10.20の相対移動変位量X
を求めようとする時点に出力されるトリガによって、各
光電素子33A、33I(,35A、35Bの出力信号
”+−b、、”2+ b2をサンプルホールドするた
めのサンプルホールド回路51と、このサンプルホール
ド回路51からホールドした前記出力信号al 、bI
+ a2 +b2の1つを取り出すマルチプレクサ
52と、このマルチプレクサ52で取り出したアナログ
信号たる出力信号をデジタル変換するA/D変換器53
と、このA/D変換器53の出力信号をCPU55と協
働して所定演算処理することにより基準範囲長り内の両
スケール10.20の相対変位量を細く (最小分解能
で)かつ絶対値として計数する絶対変位計数器56とか
ら形成されている。同様に第2の計数回路90は第5図
に示すような構成(詳細は後記する)とされている。
ンサ65から両スケール10.20の相対移動変位量X
を求めようとする時点に出力されるトリガによって、各
光電素子33A、33I(,35A、35Bの出力信号
”+−b、、”2+ b2をサンプルホールドするた
めのサンプルホールド回路51と、このサンプルホール
ド回路51からホールドした前記出力信号al 、bI
+ a2 +b2の1つを取り出すマルチプレクサ
52と、このマルチプレクサ52で取り出したアナログ
信号たる出力信号をデジタル変換するA/D変換器53
と、このA/D変換器53の出力信号をCPU55と協
働して所定演算処理することにより基準範囲長り内の両
スケール10.20の相対変位量を細く (最小分解能
で)かつ絶対値として計数する絶対変位計数器56とか
ら形成されている。同様に第2の計数回路90は第5図
に示すような構成(詳細は後記する)とされている。
また、CP U 55は、上記サンプルホールド回路5
1、マルチプレクサ52、A/D変換器53に適時の指
令等を行うとともに第1および第2のal数回路50.
90の計数値をもって両スケール10.20の全長的な
相対移動変位量を求めるものである。またCPU55に
は、タッチセンサ65と表示手段60とが接続されてい
る。なお、絶対変位計数器56はCPU55と一体的と
して形成してもよいが説明便宜のため第1図のように別
個表示したものであり、また、基準範囲W ■−毎に計
数値がクリアされるものとされている。ここに、第1の
計数回路50、第2の計数回路90お、LびCPU55
から変位検出回路100.が構成され′(いる。
1、マルチプレクサ52、A/D変換器53に適時の指
令等を行うとともに第1および第2のal数回路50.
90の計数値をもって両スケール10.20の全長的な
相対移動変位量を求めるものである。またCPU55に
は、タッチセンサ65と表示手段60とが接続されてい
る。なお、絶対変位計数器56はCPU55と一体的と
して形成してもよいが説明便宜のため第1図のように別
個表示したものであり、また、基準範囲W ■−毎に計
数値がクリアされるものとされている。ここに、第1の
計数回路50、第2の計数回路90お、LびCPU55
から変位検出回路100.が構成され′(いる。
さて、変位検出回路100における第1の計数回路50
(CPU55の協働機能をも含むものとする)によっ
て基準範囲長り内での細い変位検出機能について説明す
ると、最終的には X=X、 +ΔX1=np−÷ΔXt −(161
として原点Tからの絶対変位量Xを求めるのである。な
お、第4図(B)の縦軸は式(3)の右辺第2項との関
係でθ、−□としている。ごごに、X、はメインスケー
ル10の第1の光学格子13における基準範囲長り内に
おりる広範囲変イ☆呈であって、第1の光学格子13の
ピッチl)と1ffl過したピッチPの数n (nは1
以上の整数)との)11iとされ、ΔXt は第1の光
学格子13のnト1番11のピッチP内での絶対的変位
量である。
(CPU55の協働機能をも含むものとする)によっ
て基準範囲長り内での細い変位検出機能について説明す
ると、最終的には X=X、 +ΔX1=np−÷ΔXt −(161
として原点Tからの絶対変位量Xを求めるのである。な
お、第4図(B)の縦軸は式(3)の右辺第2項との関
係でθ、−□としている。ごごに、X、はメインスケー
ル10の第1の光学格子13における基準範囲長り内に
おりる広範囲変イ☆呈であって、第1の光学格子13の
ピッチl)と1ffl過したピッチPの数n (nは1
以上の整数)との)11iとされ、ΔXt は第1の光
学格子13のnト1番11のピッチP内での絶対的変位
量である。
つまり、本発明がメインスケール10に2列の光学格子
13.15を設けかつ各光学格子13゜15に対応させ
た各組の光電素子35B、35Aと33B、33Aとの
組間位相差(θ2−θ1)を利用してアブソリュート方
式化したのは次の根拠によるものである。
13.15を設けかつ各光学格子13゜15に対応させ
た各組の光電素子35B、35Aと33B、33Aとの
組間位相差(θ2−θ1)を利用してアブソリュート方
式化したのは次の根拠によるものである。
すなわち、前記の(5)式は次の通り変換することがで
きる。
きる。
P−ΔP2
・・・・・・ (7)
そして、(7)式に(3)式と(2)式を代入するとX
= □ (θ2−θ、 ) ・・・・・・
(9)2 π となる。
= □ (θ2−θ、 ) ・・・・・・
(9)2 π となる。
しかして、CPU55では式(9)からメインスケール
10の第1の光学格子13に対応する光電素子33A、
’33Bからの出力信号aI+ b+ の位相差θ1
と第2の光学格子15に対応する光電素子35A、35
Bがらの出力信号a2+ bgの位相差θ2を求めれ
ば基準範囲長りは決定されているから原点Tからの絶対
的変位量Xを求めることができる。
10の第1の光学格子13に対応する光電素子33A、
’33Bからの出力信号aI+ b+ の位相差θ1
と第2の光学格子15に対応する光電素子35A、35
Bがらの出力信号a2+ bgの位相差θ2を求めれ
ば基準範囲長りは決定されているから原点Tからの絶対
的変位量Xを求めることができる。
ここに、θ1 とθ2とは弐(4)と(6)とから・・
・・・・ α〔 として求められる。
・・・・ α〔 として求められる。
さらに、この実施例では一層精度を安定化させるためθ
1 と02とを独立させるのでなく、相関関数をもたせ
絶対的変位Xを求めるよう形成している。
1 と02とを独立させるのでなく、相関関数をもたせ
絶対的変位Xを求めるよう形成している。
θ2とθ、とを独立して求めて単に式(9)に基づいた
減算をしたのでは、各光電素子33A、33B、35A
、35Bからの出力信号aI+ bl+a、、b、は
各光学格子13.15のピッチP。
減算をしたのでは、各光電素子33A、33B、35A
、35Bからの出力信号aI+ bl+a、、b、は
各光学格子13.15のピッチP。
P−ΔP毎のサイクリックな波形となるため桁落が生じ
る虞れがあるからである。
る虞れがあるからである。
そこで、新たにaとbとを定義する。
この弐〇〇に式f41. (61を代入すれば、a−A
Bsin(θ2−θI) tl=ABcos(θ2−θ1) −−tan (θ2−θ1) ・・・・・・ 亜
す ゆえに、θ2−θr = tan−’ −−−Ql
として、逆正接関数演算によって光電素子35A。
Bsin(θ2−θI) tl=ABcos(θ2−θ1) −−tan (θ2−θ1) ・・・・・・ 亜
す ゆえに、θ2−θr = tan−’ −−−Ql
として、逆正接関数演算によって光電素子35A。
35Bと33A、33Bとの紐間の位相差(θ2−θl
)を求めるよう形成されている。
)を求めるよう形成されている。
ところで、式(ロ)から明らかの通り、組間位相差(θ
2−01)は第4図(A)に見られるように基準範囲長
り内でθ〜2πまで変化するから、図で点Qまでの変位
X゛は同(B)に示す絶対値Xの近似値である。従って
、式(9)と同様にが成立する。
2−01)は第4図(A)に見られるように基準範囲長
り内でθ〜2πまで変化するから、図で点Qまでの変位
X゛は同(B)に示す絶対値Xの近似値である。従って
、式(9)と同様にが成立する。
さらに、たちかえって、第4図(B)に示したように両
スケール10.20の相対移動量の基準範囲長り内での
絶対値Xは広範囲変位量X1 と狭範囲変位量ΔX、を
決定しなければならない(式%式%) ここに、式(31,(11からメインスケールIOの第
1の光学格子13のピッチP内での狭範囲変位量ΔXL
を定めることは可能だが、第1の光学格子13、第1の
参照光学格子23A、23B、光電素子33A、33B
に基づ(位相差θ1はピッチPの周期関数であるからい
ずれ(原点1゛から数えて何番目)のピッチ内であるか
は特定することができない。
スケール10.20の相対移動量の基準範囲長り内での
絶対値Xは広範囲変位量X1 と狭範囲変位量ΔX、を
決定しなければならない(式%式%) ここに、式(31,(11からメインスケールIOの第
1の光学格子13のピッチP内での狭範囲変位量ΔXL
を定めることは可能だが、第1の光学格子13、第1の
参照光学格子23A、23B、光電素子33A、33B
に基づ(位相差θ1はピッチPの周期関数であるからい
ずれ(原点1゛から数えて何番目)のピッチ内であるか
は特定することができない。
そこで、上記位相差θ1を□以上〜(2+□)以下に位
相づれさせた値θ1゛に変換する。すると式(3)に類
似的に とおけば、 が成立する。
相づれさせた値θ1゛に変換する。すると式(3)に類
似的に とおけば、 が成立する。
一方、原点Tから当該時点までに通過した第1の光学格
子13のピッチPの数nは、第4図の関係からX’ /
Pを越えない数でかつ整数であること明らかである。
子13のピッチPの数nは、第4図の関係からX’ /
Pを越えない数でかつ整数であること明らかである。
ただし、例外的に第4図において、X′の測定分解能Δ
Lが同(B)で2π−〇に位相が変化する領域を含む場
合であってΔXIが2πより0にΔ L 近い場合には(X’ −−)/Pを越えない整数に1を
加えればよい。
Lが同(B)で2π−〇に位相が変化する領域を含む場
合であってΔXIが2πより0にΔ L 近い場合には(X’ −−)/Pを越えない整数に1を
加えればよい。
ここに、弐〇船の通りX”−f(θ2−0l)の関数で
あり、P、ΔLは設計(aとして定められている値であ
り、かつθ、゛はθ、から一義的に位相をづらせて求め
られた。
あり、P、ΔLは設計(aとして定められている値であ
り、かつθ、゛はθ、から一義的に位相をづらせて求め
られた。
従って、n=f(θ7−θ1.ΔXI )の関数として
求めることができる。
求めることができる。
以上からCPU55内で前記式〇61のX np+ΔX
1を演算することによって、両スケール10゜20の相
対移動変位量の絶対値Xを求めることができる。つまり
、絶対変位計数器56はこの絶対値Xを記憶しているも
のとする。
1を演算することによって、両スケール10゜20の相
対移動変位量の絶対値Xを求めることができる。つまり
、絶対変位計数器56はこの絶対値Xを記憶しているも
のとする。
次に、変位検出回路100におりる第2の81数回路9
0によって基準範囲長I、を準位とする荒い変位検出機
能について説明する。まず、第2の41数回路90は第
5図、第6図に示ずように略11:弦波信号(詳しくは
正弦波形状にほぼ等しい波形信号)を創成するための2
つの乗算器91A、91B、減算器92と略余弦波信号
(i!′1′シ<は余弦波形状にほぼ等しい波形信号)
を創成する乗算器9IC,91D、加算器93と方向弁
別機能を備えた可逆カウンタとしての計数回路94とか
ら形成されている。従って、減算器92の出力信号11
(ABsin(θ2−θ1)〕 と加算器93の出力信
号I2〔^Bcos (θ2−θ1)〕とが、ともに
基準範囲長し互に90度位相のずれたものであるから(
式(8)。
0によって基準範囲長I、を準位とする荒い変位検出機
能について説明する。まず、第2の41数回路90は第
5図、第6図に示ずように略11:弦波信号(詳しくは
正弦波形状にほぼ等しい波形信号)を創成するための2
つの乗算器91A、91B、減算器92と略余弦波信号
(i!′1′シ<は余弦波形状にほぼ等しい波形信号)
を創成する乗算器9IC,91D、加算器93と方向弁
別機能を備えた可逆カウンタとしての計数回路94とか
ら形成されている。従って、減算器92の出力信号11
(ABsin(θ2−θ1)〕 と加算器93の出力信
号I2〔^Bcos (θ2−θ1)〕とが、ともに
基準範囲長し互に90度位相のずれたものであるから(
式(8)。
(9)参照)81数回路94では、闇値を例えば零と設
定しておL−1ば両スケール10.20の相対移動方向
を弁別しつつ基準範囲長しの通過点数を加減算して荒い
相対変位を計数することができる。
定しておL−1ば両スケール10.20の相対移動方向
を弁別しつつ基準範囲長しの通過点数を加減算して荒い
相対変位を計数することができる。
次に、この実施例の作用について説明する。
例えば、工作機械のベント等静止体にメインスケールI
Oを固定し、非平行照明系40、光電変換器30ととも
に一体化してインデックススケール20をスライダ等可
動体に固定する。従って、工作機械を運転することによ
って、メインスケール10とインデックススケール20
とが相対移動すると、各光電素子33A、33B、35
A、35Bからは電気信号a+ + bl + a
t+ l)zが出力され、信号air bl と
a2+ bl とはサイクルが光学格子13.15の
ピッチ差相当分だけ異なり、かつ信号a1 とす、およ
びa2とblとはそれぞれ90度の位相差を生じる。
Oを固定し、非平行照明系40、光電変換器30ととも
に一体化してインデックススケール20をスライダ等可
動体に固定する。従って、工作機械を運転することによ
って、メインスケール10とインデックススケール20
とが相対移動すると、各光電素子33A、33B、35
A、35Bからは電気信号a+ + bl + a
t+ l)zが出力され、信号air bl と
a2+ bl とはサイクルが光学格子13.15の
ピッチ差相当分だけ異なり、かつ信号a1 とす、およ
びa2とblとはそれぞれ90度の位相差を生じる。
ここで、第4図(C)に示したように点T、を絶対原点
として点T、から点P、までの両スケール10.20の
相対移動変位量Sを検出しようとする場合を考える。
として点T、から点P、までの両スケール10.20の
相対移動変位量Sを検出しようとする場合を考える。
まず、変位検出回路100の第1の31数回路50では
、検出点が不明であるから点T1において絶対原点の特
定信号が入力されると第4図(13)に示す如く基準範
囲長り内にける絶対変位i1XをCPU55と協働して
計数する。その絶対変位量Xは絶対変位計数器56に記
憶されるものとされかつ基準範囲長り毎につまりT 2
、 T 3においてクリアされるものとされている。
、検出点が不明であるから点T1において絶対原点の特
定信号が入力されると第4図(13)に示す如く基準範
囲長り内にける絶対変位i1XをCPU55と協働して
計数する。その絶対変位量Xは絶対変位計数器56に記
憶されるものとされかつ基準範囲長り毎につまりT 2
、 T 3においてクリアされるものとされている。
この順序は、次のようにして行われる。絶対原点の特定
信号(この実施例では夕、チセンリに5による)が入力
されると第3図に示し7たように、CPU55からの指
令に基づきCPU55からサンプルホールド回路51ヘ
ホールド指令が発せられる。
信号(この実施例では夕、チセンリに5による)が入力
されると第3図に示し7たように、CPU55からの指
令に基づきCPU55からサンプルホールド回路51ヘ
ホールド指令が発せられる。
サンプルホールド回路51はプリアンプ37A。
37B、38A、38Bの出力段側からアナログ的な電
気信号aI+ bl とa2.blをホールド(ステ
・ノブ12)する。
気信号aI+ bl とa2.blをホールド(ステ
・ノブ12)する。
次いで、ステップ14の如くマルチレクサ52がCPU
55からの指令に基づいて電気信号a1、b、とa2+
blを取り込み、A/D変換器53でデジタル信号
に変換した後CPU55に入力される。
55からの指令に基づいて電気信号a1、b、とa2+
blを取り込み、A/D変換器53でデジタル信号
に変換した後CPU55に入力される。
以下、CP tJ 55 ”il’は、前記式〇θ1、
(+51に基づいて第1の光学格子13に相応する光電
素子33A。
(+51に基づいて第1の光学格子13に相応する光電
素子33A。
33Bからの位相差θ1 と狭範囲変位量ΔX、とを算
出する(ステップ16)。つまり、第1の光学格子13
の当該ピッチP内での変位量を絶対値として求める。も
とより、位相差θ1 はいずれかのピッチ内であるかを
特定するために□以上〜(2π+□)以下の値であるO
loにcpU55内で変換されている。
出する(ステップ16)。つまり、第1の光学格子13
の当該ピッチP内での変位量を絶対値として求める。も
とより、位相差θ1 はいずれかのピッチ内であるかを
特定するために□以上〜(2π+□)以下の値であるO
loにcpU55内で変換されている。
また、ステップ18では、弐〇〇、!+2)に基づいた
定義信号a、bとこれらと光電素子35A、35Bと3
3A、33Bとの各位相差に基づく組間位相差θ2−θ
1 との正接関数を定め、逆正接関数演算して組間位相
差θ2−θ1を算出する。
定義信号a、bとこれらと光電素子35A、35Bと3
3A、33Bとの各位相差に基づく組間位相差θ2−θ
1 との正接関数を定め、逆正接関数演算して組間位相
差θ2−θ1を算出する。
ここに、前記n=f (θ2−θ5.ΔX、)に基づ
いて第4図(B)に相当するそれまでに通過した第1の
光学格子13のピッチPの数nを求める(ステップ20
)。
いて第4図(B)に相当するそれまでに通過した第1の
光学格子13のピッチPの数nを求める(ステップ20
)。
従って、ステップ22において、弐叫を演算することに
より両スケール10.20の基準範囲長り内における相
対移動変位量の絶対値Xを求める。
より両スケール10.20の基準範囲長り内における相
対移動変位量の絶対値Xを求める。
この絶対値Xは表示手段60に表示され、必要によって
外部へ出力される。以上の手順では一定時間毎に繰り返
される(ステップ26)。また、第4図(C)に示した
ように点’1’、、’T’3に至る毎に絶対変位計数器
56の計数値はクリアされる。
外部へ出力される。以上の手順では一定時間毎に繰り返
される(ステップ26)。また、第4図(C)に示した
ように点’1’、、’T’3に至る毎に絶対変位計数器
56の計数値はクリアされる。
つまり、第1の計数回路50では当該基準範囲長りの始
点(点T2 、 T3 )を零とした当該基準範囲長り
内での絶対変位量Xを求める。
点(点T2 、 T3 )を零とした当該基準範囲長り
内での絶対変位量Xを求める。
一方、第2の計数回路90では、第5図に示したように
光電変換器30の全ての出力信号a1(Asin θ+
) 、 bl (Acos θ+)、a2(Bs
in θz )、 b2 (Bsin θ2)を人力
として正弦波形状信号1 、 (ABsin(θ2−
θl)〕および余弦波形状信号1 z (ABcos
(θ2−θ、)〕を求めツツ、計数回路94で方向弁別
(増減)を判別しつつ基準範囲長りを単位として絶対原
点T、を起点として計数する。この実施例の場合には点
T、において、計数値が“2”となっている。
光電変換器30の全ての出力信号a1(Asin θ+
) 、 bl (Acos θ+)、a2(Bs
in θz )、 b2 (Bsin θ2)を人力
として正弦波形状信号1 、 (ABsin(θ2−
θl)〕および余弦波形状信号1 z (ABcos
(θ2−θ、)〕を求めツツ、計数回路94で方向弁別
(増減)を判別しつつ基準範囲長りを単位として絶対原
点T、を起点として計数する。この実施例の場合には点
T、において、計数値が“2”となっている。
ここで、点P、(第4図参照)において、両スケール1
0.20の相対移動変位量の絶対値を表示手段60に表
示または制御装置(図示省略)にフィードバック信号と
して出力したいときに作動するタッチセンサ65からの
トリガが入力される(ステップ10)と、第1の計数回
路50の基準範囲長り内における変位量は点T3を起点
とじた絶対変位量Xが記憶されている。もとより第2の
計数回路90の計数値“2″である。
0.20の相対移動変位量の絶対値を表示手段60に表
示または制御装置(図示省略)にフィードバック信号と
して出力したいときに作動するタッチセンサ65からの
トリガが入力される(ステップ10)と、第1の計数回
路50の基準範囲長り内における変位量は点T3を起点
とじた絶対変位量Xが記憶されている。もとより第2の
計数回路90の計数値“2″である。
しかして、CPU55では、5=2XL+Xとして当該
絶対原点T1を起点とした現在位置点P1までの変位量
を絶対値Sとして求めることができる。
絶対原点T1を起点とした現在位置点P1までの変位量
を絶対値Sとして求めることができる。
従って、この実施例によれば、メインスケール10にそ
れぞれピッチ(P、P−ΔP)の異なる2列の光学格子
13.15を設け、これら光学格子13.15との関係
から求めた組間位相差(θ2−θ1)を利用して基準範
囲長り内におけるメインスケール10とインデックスス
ケール20との相対移動変位量を絶対値Xとして検出す
ることができる。ここに、アブソリュート方式の光学式
変位検出装置を確立できるから精度的、運用技術的にも
産業上の利用性を飛躍的に拡大することができる。
れぞれピッチ(P、P−ΔP)の異なる2列の光学格子
13.15を設け、これら光学格子13.15との関係
から求めた組間位相差(θ2−θ1)を利用して基準範
囲長り内におけるメインスケール10とインデックスス
ケール20との相対移動変位量を絶対値Xとして検出す
ることができる。ここに、アブソリュート方式の光学式
変位検出装置を確立できるから精度的、運用技術的にも
産業上の利用性を飛躍的に拡大することができる。
このことは、途次におけるノイズの影響もなくその累積
もないから安定した所定精度が保障され、また、連続的
追従を要しないから応答速度が高く迅速測定を図れ、さ
らに、所定のあるいは偶然の電源遮断があったとしても
都度の原点合せ作業をすることなくただちに再測定する
ことができる等、従来のインクレメンタル方式の欠点並
びに不利不便を一掃するということを意味するものであ
る。
もないから安定した所定精度が保障され、また、連続的
追従を要しないから応答速度が高く迅速測定を図れ、さ
らに、所定のあるいは偶然の電源遮断があったとしても
都度の原点合せ作業をすることなくただちに再測定する
ことができる等、従来のインクレメンタル方式の欠点並
びに不利不便を一掃するということを意味するものであ
る。
特に、絶対原点T1を起点とした両スケール10.20
の相対移動量Sは、第1の計数回路50で上記の通り高
分解能かつ絶対値とした値Xと、基準範囲長りを単位と
した第2の計数回路90での絶対値(2XL)とから求
めるものであるから、長大スパンにわたりアブソリュー
ト検出できることはもとより、途中における基準範囲長
り内での第1の計数回路50による計数値は目標検出点
(Pl)における精度にいささかの影響も及ぼさないか
ら、結果として両スケール10.20の相対速度を飛躍
的に高速化することができる。例えば、前記ピッチPを
40μm、P” /ΔP(#L)を4mmとすれば、第
2の計数回路90での計数すべきピッチは41となるか
ら、いま両スケール10.20の相対移動速度を1m/
secとしても、応答周波数は250 )1zでよく第
2の計数回路90の設計的、経済的負担は軽微なものと
なりかつ第1の計数回路50はさらに応答周波数を低く
することができることからも明白である。このことは、
第1の計数回路50が前出第8図、第9図で述べたイン
クレメンタル方式の変位検出回路とされるときには、高
速化の観点において一層効果、実益の大なることを意味
するものである。
の相対移動量Sは、第1の計数回路50で上記の通り高
分解能かつ絶対値とした値Xと、基準範囲長りを単位と
した第2の計数回路90での絶対値(2XL)とから求
めるものであるから、長大スパンにわたりアブソリュー
ト検出できることはもとより、途中における基準範囲長
り内での第1の計数回路50による計数値は目標検出点
(Pl)における精度にいささかの影響も及ぼさないか
ら、結果として両スケール10.20の相対速度を飛躍
的に高速化することができる。例えば、前記ピッチPを
40μm、P” /ΔP(#L)を4mmとすれば、第
2の計数回路90での計数すべきピッチは41となるか
ら、いま両スケール10.20の相対移動速度を1m/
secとしても、応答周波数は250 )1zでよく第
2の計数回路90の設計的、経済的負担は軽微なものと
なりかつ第1の計数回路50はさらに応答周波数を低く
することができることからも明白である。このことは、
第1の計数回路50が前出第8図、第9図で述べたイン
クレメンタル方式の変位検出回路とされるときには、高
速化の観点において一層効果、実益の大なることを意味
するものである。
また、メインスケール10にピッチの異なる2つの光学
格子13.15を設は基準範囲長り内での絶対変位量を
求めるよう第1の計数回路50を形成したが、第2の計
数回路90をイ)1設することによって、複数の基準範
囲長りにわたる絶対変位検出を可能とできるから第2の
dI数開回路90設は変位検出回路100を構成するこ
とは高速化のみならずアブソリュート方式の新たな変位
検出回路(第1の計数回路50)を確立しその実効を高
めるという効果もある。
格子13.15を設は基準範囲長り内での絶対変位量を
求めるよう第1の計数回路50を形成したが、第2の計
数回路90をイ)1設することによって、複数の基準範
囲長りにわたる絶対変位検出を可能とできるから第2の
dI数開回路90設は変位検出回路100を構成するこ
とは高速化のみならずアブソリュート方式の新たな変位
検出回路(第1の計数回路50)を確立しその実効を高
めるという効果もある。
さらに、メインスケール10に設けた2列の光学格子1
3.15は、ガラス板上にエソ〜y−ング丁法等によっ
て物理的に固定化されたものとされ、かつ異なるピッチ
の光学格子間に関する組間位相差と当該一つの光学格子
内に関する位相差とを利用して変位量の絶対値を検出す
るものと形成されているので、例えば従来インクレメン
タル方式の装置において1ピッチ内に生ずる波形を抵抗
分割等による電気的細分化していた場合と異なり、両ス
ケール10.20すなわち採用する工作機械との対応整
合が執られたものであるから、真の高精度測定を保障す
ることができる。
3.15は、ガラス板上にエソ〜y−ング丁法等によっ
て物理的に固定化されたものとされ、かつ異なるピッチ
の光学格子間に関する組間位相差と当該一つの光学格子
内に関する位相差とを利用して変位量の絶対値を検出す
るものと形成されているので、例えば従来インクレメン
タル方式の装置において1ピッチ内に生ずる波形を抵抗
分割等による電気的細分化していた場合と異なり、両ス
ケール10.20すなわち採用する工作機械との対応整
合が執られたものであるから、真の高精度測定を保障す
ることができる。
さらに、組間位相差を求めるに両光学格子13゜15に
関与した各位相差を減算して算出するのみならず逆正接
関数演算によって求めることができるよう形成されてい
るから両光学格子13.15との相関関係を密接不可分
とすることによって桁落のない検出ができる。この点か
らも高精度が保障される。
関与した各位相差を減算して算出するのみならず逆正接
関数演算によって求めることができるよう形成されてい
るから両光学格子13.15との相関関係を密接不可分
とすることによって桁落のない検出ができる。この点か
らも高精度が保障される。
なお、この実施例では、メインスケールlOの第1の光
学格子13のピッチPが400 μm、第2の光学格子
15のピッチP−ΔPが398 μmであり、基準範囲
長しが80m++の範囲内で分割数Nを200 として
2μmの分解能で検出できるよう形成したが、これらの
数値的事項は任意的に選択することができ、分解能0.
1 μm以下とすることもできる。例えば、第1の光学
格子13のピッチPと第1の参照光学格子23A、23
Bのピッチqとをともに4 ’Op m (P = q
= 40 μm > 、検出範囲長りを5mm(L=
5mm)すなわち分割数nを125 (N = 12
5)に設定すれば、この場合にはプリアンプ37A、3
7B、38A、3813からの出力信号のサイクルピッ
チは光学的にP/2となるので結果として20μm(=
P/2)を125分割することで0.16μmの分解能
をもったアブソリュート検出ができる。
学格子13のピッチPが400 μm、第2の光学格子
15のピッチP−ΔPが398 μmであり、基準範囲
長しが80m++の範囲内で分割数Nを200 として
2μmの分解能で検出できるよう形成したが、これらの
数値的事項は任意的に選択することができ、分解能0.
1 μm以下とすることもできる。例えば、第1の光学
格子13のピッチPと第1の参照光学格子23A、23
Bのピッチqとをともに4 ’Op m (P = q
= 40 μm > 、検出範囲長りを5mm(L=
5mm)すなわち分割数nを125 (N = 12
5)に設定すれば、この場合にはプリアンプ37A、3
7B、38A、3813からの出力信号のサイクルピッ
チは光学的にP/2となるので結果として20μm(=
P/2)を125分割することで0.16μmの分解能
をもったアブソリュート検出ができる。
かかる任意性の意味におい′ζメインスケール10には
2列の光学格子23A、23B、25A。
2列の光学格子23A、23B、25A。
25Bをそれぞれ90度位相ずれさ−Uた各2個から形
成したが、要は対応するメインスケール10の光学格子
13.15との関係において、位相差を生じさせること
ができればピッチqが微妙に胃なるいわゆるバーニヤ方
式の参照光学格子を採用することによって各1個と形成
することもできる。
成したが、要は対応するメインスケール10の光学格子
13.15との関係において、位相差を生じさせること
ができればピッチqが微妙に胃なるいわゆるバーニヤ方
式の参照光学格子を採用することによって各1個と形成
することもできる。
さらに、当該光電素子からの90度位相ずれした両出力
電気仏号を利用して例えば微分方式で倍細分ずればダイ
ナミックレンジ(検出範囲/分解能)を一層改善するこ
とができる。さらに、メインスケールlOの光学格子1
3(15)とインデックススケール20の参照光学格子
23A、23B (25A、25B)との関係は等しい
ものに限らず、例えば光学格子13のピッチPに対し参
照光学格子23A、23BのピッチをP/n(nは1以
上の整数)としても実施することができる。
電気仏号を利用して例えば微分方式で倍細分ずればダイ
ナミックレンジ(検出範囲/分解能)を一層改善するこ
とができる。さらに、メインスケールlOの光学格子1
3(15)とインデックススケール20の参照光学格子
23A、23B (25A、25B)との関係は等しい
ものに限らず、例えば光学格子13のピッチPに対し参
照光学格子23A、23BのピッチをP/n(nは1以
上の整数)としても実施することができる。
また、検出装置自体を、非平行照明系を用いた反射型の
直線型としたが、直線型でなくロータリー型としても本
発明は適用される。もとより変位検出回路100の第1
の計数回路50は基準範囲長14内の細い変位検出を行
えばよいがら、上記アブソリュート方式に限らず平行光
を用いた第7図に示すインクレメンタル方式のものとし
ても本発明は実施できる。また、変位検出時を特定する
ためにタッチセンタ65を用いたがこれに限定されない
。
直線型としたが、直線型でなくロータリー型としても本
発明は適用される。もとより変位検出回路100の第1
の計数回路50は基準範囲長14内の細い変位検出を行
えばよいがら、上記アブソリュート方式に限らず平行光
を用いた第7図に示すインクレメンタル方式のものとし
ても本発明は実施できる。また、変位検出時を特定する
ためにタッチセンタ65を用いたがこれに限定されない
。
さらに、基準範囲長しは上記実施例の場合には、メイン
スケール10とインデックススケール20との相対移動
方向に対する長さであるがこれは第2の検出回路90に
おいて設定変更することが可能とすることもできる。本
検出装置は変位を検出するものであって測定対象を長さ
、幅等に限定することでなく、角度、速度、圧力、重量
等であってもよいものである。
スケール10とインデックススケール20との相対移動
方向に対する長さであるがこれは第2の検出回路90に
おいて設定変更することが可能とすることもできる。本
検出装置は変位を検出するものであって測定対象を長さ
、幅等に限定することでなく、角度、速度、圧力、重量
等であってもよいものである。
本発明は、メインスケールにピッチの異なる2列の光学
格子を設は変位検出回路を基準範囲製内を細分割する第
1の計数回路と基準範囲長を単位とする荒い計数をする
第2の計数回路とを設は構成することによって、高精度
を保障しつつ高速運転を達成できるという優れた効果を
有する。
格子を設は変位検出回路を基準範囲製内を細分割する第
1の計数回路と基準範囲長を単位とする荒い計数をする
第2の計数回路とを設は構成することによって、高精度
を保障しつつ高速運転を達成できるという優れた効果を
有する。
第1図は本発明に係る光学式変位検出装置の一実施例を
示す全体構成図、第2図は同じく要部拡大図、第3図は
同じく基準範囲製内における絶対変位量を演算するため
のフローチャート、第4図は同じく波形説明図、第5図
は同じく第2の計数回路の回路図、第6図は同じく第2
の計数回路における波形説明図、第7図は同じく第1の
計数回路をインクレメンタル方式とした他の実施例を示
す光学式変位検出装置の全体構成図、第8図、第9図は
従来の光学式変位検出装置の概略構成図であって、第8
図は反射型、第9図は透過型を示すものである。 10・・・メインスケール、13・・・第1の光学格子
、15・・・第2の光学格子、20・・・第2および第
3のスケールを兼ねるインデックススケール、23・・
・第1の参照光学格子、25・・・第2の参照光学格子
、30・・・光電変換器、40・・・非平行照明系、5
0・・・第1の計数回路、90・・・第2の計数回路、
100・・・変位検出回路。
示す全体構成図、第2図は同じく要部拡大図、第3図は
同じく基準範囲製内における絶対変位量を演算するため
のフローチャート、第4図は同じく波形説明図、第5図
は同じく第2の計数回路の回路図、第6図は同じく第2
の計数回路における波形説明図、第7図は同じく第1の
計数回路をインクレメンタル方式とした他の実施例を示
す光学式変位検出装置の全体構成図、第8図、第9図は
従来の光学式変位検出装置の概略構成図であって、第8
図は反射型、第9図は透過型を示すものである。 10・・・メインスケール、13・・・第1の光学格子
、15・・・第2の光学格子、20・・・第2および第
3のスケールを兼ねるインデックススケール、23・・
・第1の参照光学格子、25・・・第2の参照光学格子
、30・・・光電変換器、40・・・非平行照明系、5
0・・・第1の計数回路、90・・・第2の計数回路、
100・・・変位検出回路。
Claims (6)
- (1)2列の光学格子が設けられるとともに各列毎の光
学格子ピッチが異なるものと形成されているメインスケ
ールと、 前記メインスケールの各列光学格子に対応させた2列の
参照光学格子が設けられ前記メインスケールと相対変位
可能とされたインデックススケールと、 前記両スケールに光照射するための照明系と、前記メイ
ンスケールの各列光学格子毎に2個1組として配設され
、各組毎に前記メインスケールを透過した透過光または
、前記メインスケールから反射された反射光を受けて9
0度位相のずれた電気信号を出力する2組の光電変換器
と、 前記光電変換器の少なくとも1組から出力される電気信
号を入力として基準範囲長内の変位を計数するための第
1の計数回路と前記光電変換器の2組から出力される電
気信号を入力として基準範囲長を単位とした変位を計数
するための第2の計数回路とを含み形成され第1および
第2の計数回路の両計数値をもって前記メインスケール
とインデックススケールとの相対移動変位量を求める変
位検出回路とを備えてなる光学式変位検出装置。 - (2)前記特許請求の範囲第1項において、前記変位検
出回路の第1の計数回路が前記光電変換器の1組から出
力される電気信号を入力としてインクレメンタル方式で
変位を計数するものとされている光学式変位検出装置。 - (3)前記特許請求の範囲第1項において、前記変位検
出回路の第1の計数回路が、前記光電変換器の一方組の
位相差をθ_1、他方組の位相差をθ_2としたときに
θ_2−θ_1なる組間位相差を利用してアブソリュー
ト方式で変位を計数するものとされている光学式変位検
出装置。 - (4)前記特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれ
かにおいて、前記変位検出回路の第2の計数回路が、前
記メインスケールの一方列の光学格子ピッチをP、他方
列の光学格子ピッチをP−ΔPとしたとき、P^2/Δ
Pを1サイクルとする正弦波信号および余弦波信号を創
成するとともにこの正弦波信号および余弦波信号から前
記基準範囲長を特定するよう形成されている光学式変位
検出装置。 - (5)前記特許請求の範囲第4項において、前記基準範
囲長が前記正弦波信号または余弦波信号の1サイクルと
されている光学式変位検出装置。 - (6)前記特許請求の範囲第4項または第5項において
、前記正弦波信号および余弦波信号が前記光電変換器の
一方組の位相差をθ_1、他方組の位相差をθ_2とし
たときに、θ_2−θ_1なる組間位相差を変数として
創成されている光学式変位検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20919386A JPS6365315A (ja) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | 光学式変位検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20919386A JPS6365315A (ja) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | 光学式変位検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6365315A true JPS6365315A (ja) | 1988-03-23 |
Family
ID=16568893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20919386A Pending JPS6365315A (ja) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | 光学式変位検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6365315A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012220458A (ja) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Canon Inc | エンコーダ |
US9121731B2 (en) | 2011-04-14 | 2015-09-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Encoder having a scale with two areas in which an increasing direction of the amplitude of the energy distribution is opposite between the two areas for precisely obtaining a position of the scale |
US9354089B2 (en) | 2011-04-14 | 2016-05-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Encoder |
-
1986
- 1986-09-05 JP JP20919386A patent/JPS6365315A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012220458A (ja) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Canon Inc | エンコーダ |
US9121731B2 (en) | 2011-04-14 | 2015-09-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Encoder having a scale with two areas in which an increasing direction of the amplitude of the energy distribution is opposite between the two areas for precisely obtaining a position of the scale |
US9354089B2 (en) | 2011-04-14 | 2016-05-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Encoder |
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