JP2619566B2 - 光学式位置検出器 - Google Patents
光学式位置検出器Info
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- diffraction grating
- light
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- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 24
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
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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
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- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、工作機械等において位置計測に利用される
光学式位置検出器に関する。
光学式位置検出器に関する。
（従来の技術） 第６図は従来の光学式位置検出器の一例を示す概略構
成図であり、この光学式位置検出器は被計測物に取付け
られたメインスケール２に対して相対的に変位する検出
部５を備えている。メインスケール２には透過部と非透
過部の繰返しから成る透過型回折格子がメインスケール
２の長手方向の測定長にわたって施されている。また、
検出部５は、平行光束をメインスケール２へ照射する光
源１と、メインスケール２の透過型回折格子と同じピッ
チを持った透過型回折格子が施されているインデックス
スケール３と、インデックススケール３を透過した光を
光電変換して変位信号を出力する受光器４とから構成さ
れている。
成図であり、この光学式位置検出器は被計測物に取付け
られたメインスケール２に対して相対的に変位する検出
部５を備えている。メインスケール２には透過部と非透
過部の繰返しから成る透過型回折格子がメインスケール
２の長手方向の測定長にわたって施されている。また、
検出部５は、平行光束をメインスケール２へ照射する光
源１と、メインスケール２の透過型回折格子と同じピッ
チを持った透過型回折格子が施されているインデックス
スケール３と、インデックススケール３を透過した光を
光電変換して変位信号を出力する受光器４とから構成さ
れている。
上述した構成においてその動作を説明すると、光源１
から発せられる平行光束がメインスケール２及びインデ
ックススケール３の各透過部を透過した後、受光器４に
入射して光電変換される。ここで、メインスケール２と
検出部５がメインスケール２の長手方向に相対的に変位
した場合は、メインスケール２及びインデックススケー
ル３の透過部・非透過部の対向関係が周期的に変化する
ので、受光器４に入射する光量が周期的に変化して周期
的な変位信号を得ることができる。
から発せられる平行光束がメインスケール２及びインデ
ックススケール３の各透過部を透過した後、受光器４に
入射して光電変換される。ここで、メインスケール２と
検出部５がメインスケール２の長手方向に相対的に変位
した場合は、メインスケール２及びインデックススケー
ル３の透過部・非透過部の対向関係が周期的に変化する
ので、受光器４に入射する光量が周期的に変化して周期
的な変位信号を得ることができる。
（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の光学式位置検出器では、メインスケー
ルとインデックススケールとの間隙長が変位信号の振幅
や波形に大きく影響を与えるため、メインスケールとイ
ンデックススケールとの間隙長を常に一定に保持するた
めの機構が必要であった。
ルとインデックススケールとの間隙長が変位信号の振幅
や波形に大きく影響を与えるため、メインスケールとイ
ンデックススケールとの間隙長を常に一定に保持するた
めの機構が必要であった。
本発明は上述したような事情からなされたものであ
り、本発明の目的は、簡単な構造で常に安定した変位信
号を出力することができる光学式位置検出器を提供する
ことにある。
り、本発明の目的は、簡単な構造で常に安定した変位信
号を出力することができる光学式位置検出器を提供する
ことにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、被計測物上の回折格子を透過した透過光を
受光して前記被計測物の位置を計測する光学式位置検出
器に関するものであり、本発明の上記目的は、可干渉光
源から発せられる平行光束を回折させ、±１次回折光の
みを取出して干渉させ、前記の回折格子に対して垂直な
干渉縞を持った干渉光を生成して前記回折格子に照射す
る光学ブロックを備え、前記被計測物上の回折格子が透
過型回折格子であり、この回折格子を透過した透過光を
受光する受光手段が前記回折格子と一体に構成されてい
ることによって達成される。
受光して前記被計測物の位置を計測する光学式位置検出
器に関するものであり、本発明の上記目的は、可干渉光
源から発せられる平行光束を回折させ、±１次回折光の
みを取出して干渉させ、前記の回折格子に対して垂直な
干渉縞を持った干渉光を生成して前記回折格子に照射す
る光学ブロックを備え、前記被計測物上の回折格子が透
過型回折格子であり、この回折格子を透過した透過光を
受光する受光手段が前記回折格子と一体に構成されてい
ることによって達成される。
（作用） 本発明にあっては、被計測物上の回折格子に対して垂
直な干渉縞を持った干渉光を前記回折格子に常に照射で
きる光学ブロックを備えているので、簡単な構造とする
ことができ、常に安定した変位信号を出力することがで
きる。
直な干渉縞を持った干渉光を前記回折格子に常に照射で
きる光学ブロックを備えているので、簡単な構造とする
ことができ、常に安定した変位信号を出力することがで
きる。
（実施例） 第１図は本発明の光学式位置検出器の一例を第６図に
対応させて示す概略構成図であり、この光学式位置検出
器は被計測物に取付けられたメインスケール２に対して
相対的に変位する検出部25及び光学ブロック26を備えて
いる。検出部25は、レーザ平行光束を光学ブロック26へ
照射する光源21と、光学ブロック26及びメインスケール
２を透過した光を光電変換して変位信号を出力する受光
器４とから構成されている。また、光学ブロック26は、
一体型プリズム23上に形成されており、光源21から発せ
られるレーザ平行光束を回折させる回折格子ビームスプ
リッタ22と、回折格子ビームスプリッタ22で回折された
回折光のうち２次以上の回折光を光学ブロック26の系外
へ射出する一体型プリズム23と、一体型プリズム23内を
透過する回折光の中で０次回折光のみを遮蔽する０次回
折光遮蔽器24とから構成されている。
対応させて示す概略構成図であり、この光学式位置検出
器は被計測物に取付けられたメインスケール２に対して
相対的に変位する検出部25及び光学ブロック26を備えて
いる。検出部25は、レーザ平行光束を光学ブロック26へ
照射する光源21と、光学ブロック26及びメインスケール
２を透過した光を光電変換して変位信号を出力する受光
器４とから構成されている。また、光学ブロック26は、
一体型プリズム23上に形成されており、光源21から発せ
られるレーザ平行光束を回折させる回折格子ビームスプ
リッタ22と、回折格子ビームスプリッタ22で回折された
回折光のうち２次以上の回折光を光学ブロック26の系外
へ射出する一体型プリズム23と、一体型プリズム23内を
透過する回折光の中で０次回折光のみを遮蔽する０次回
折光遮蔽器24とから構成されている。
上述した構成においてその動作を説明すると、光源21
から発せられるレーザ平行光束が回折格子ビームスプリ
ッタ22に照射されて回折され、それらのうち０次回折光
は直進して０次回折光遮蔽器24によってその経路を遮断
される。一方、１次以上の回折光は一体型プリズム23の
側面に進み、それらのうち２次以上の回折光は回折角度
が大きいため一体型プリズム23の側面から系外へ射出さ
れる。そして、±１次回折光は一体型プリズム23の側面
で反射され、第２図に示すように干渉する。ここで、同
図において±１次回折光を表わす実線と破線は波面を表
しており、実線同志又は破線同志の間隔は光の波長λに
相当し、実線と破線との間隔はλ/2である。±１次回折
光が重なり合うとき光路長の差が波長λの整数倍になる
地点では強め合って明線となり、波長λの整数倍±λ/2
となる地点では弱め合って暗線となる。従って、所定の
ピッチで横方向に並ぶメインスケール２の透過型回折格
子に対して垂直な明線と暗線の分布，即ち干渉縞が生成
される。このピッチは＋１次回折光と−１次回折光の交
わる角度と波長λによって決定される。この干渉縞ので
きている場所にそのピッチと同じピッチの透過型回折格
子が施されたメインスケール２が配置されると、明線と
透過型回折格子の透過部が向かい合ったときに受光器４
に入射される光量は最大となり、明線と透過型回折格子
の非透過部が向かい合ったときに受光器４に入射される
光量は最小となる。よって、メインスケール２と検出部
25及び光学ブロック26がメインスケール２の長手方向に
相対的に変位した場合は、明線・暗線と透過型回折格子
の透過部・非透過部との対向関係が周期的に変化するの
で、受光器４に入射する光量が周期的に変化して周期的
な変位信号を得ることができる。
から発せられるレーザ平行光束が回折格子ビームスプリ
ッタ22に照射されて回折され、それらのうち０次回折光
は直進して０次回折光遮蔽器24によってその経路を遮断
される。一方、１次以上の回折光は一体型プリズム23の
側面に進み、それらのうち２次以上の回折光は回折角度
が大きいため一体型プリズム23の側面から系外へ射出さ
れる。そして、±１次回折光は一体型プリズム23の側面
で反射され、第２図に示すように干渉する。ここで、同
図において±１次回折光を表わす実線と破線は波面を表
しており、実線同志又は破線同志の間隔は光の波長λに
相当し、実線と破線との間隔はλ/2である。±１次回折
光が重なり合うとき光路長の差が波長λの整数倍になる
地点では強め合って明線となり、波長λの整数倍±λ/2
となる地点では弱め合って暗線となる。従って、所定の
ピッチで横方向に並ぶメインスケール２の透過型回折格
子に対して垂直な明線と暗線の分布，即ち干渉縞が生成
される。このピッチは＋１次回折光と−１次回折光の交
わる角度と波長λによって決定される。この干渉縞ので
きている場所にそのピッチと同じピッチの透過型回折格
子が施されたメインスケール２が配置されると、明線と
透過型回折格子の透過部が向かい合ったときに受光器４
に入射される光量は最大となり、明線と透過型回折格子
の非透過部が向かい合ったときに受光器４に入射される
光量は最小となる。よって、メインスケール２と検出部
25及び光学ブロック26がメインスケール２の長手方向に
相対的に変位した場合は、明線・暗線と透過型回折格子
の透過部・非透過部との対向関係が周期的に変化するの
で、受光器４に入射する光量が周期的に変化して周期的
な変位信号を得ることができる。
第３図は本発明の光学式位置検出器の別の一例を第１
図に対応させて示す概略構成図であり、同一構成箇所は
同符号を付して説明を省略する。この光学式位置検出器
はメインスケール２と受光器27とが一体に構成されてお
り、透過型回折格子を透過した光はすぐ後方の受光器27
に入射して光電変換される。この光学式位置検出器は受
光器27の配置を行なう必要が無くなるので構造が簡単に
なり、また受光器27から出力される比較的微弱な変位信
号を運ぶ電線を機械の固定側で配線できるので移動側に
電線を配線する場合に比べて移動距離を考慮した余分な
電線を必要とせず、電気的，機械的な信頼性が向上す
る。なお、受光器27の受光面に透過型回折格子を施すこ
とによりメインスケール２の透過型回折格子の機能を受
光器27に合わせ持たせて、さらにコンパクトで製造工程
の少ない光学式位置検出器を提供することができる。
図に対応させて示す概略構成図であり、同一構成箇所は
同符号を付して説明を省略する。この光学式位置検出器
はメインスケール２と受光器27とが一体に構成されてお
り、透過型回折格子を透過した光はすぐ後方の受光器27
に入射して光電変換される。この光学式位置検出器は受
光器27の配置を行なう必要が無くなるので構造が簡単に
なり、また受光器27から出力される比較的微弱な変位信
号を運ぶ電線を機械の固定側で配線できるので移動側に
電線を配線する場合に比べて移動距離を考慮した余分な
電線を必要とせず、電気的，機械的な信頼性が向上す
る。なお、受光器27の受光面に透過型回折格子を施すこ
とによりメインスケール２の透過型回折格子の機能を受
光器27に合わせ持たせて、さらにコンパクトで製造工程
の少ない光学式位置検出器を提供することができる。
第４図は本発明の光学式位置検出器のさらに別の一例
を第１図に対応させて示す概略構成図であり、同一構成
箇所は同符号を付して説明を省略する。なお、この図は
メインスケール長手方向から見た図である。この光学式
位置検出器は第１図示の透過型回折格子が施されたメイ
ンスケール２の代わりに反射型回折格子が施されたメイ
ンスケール28が配置されており、また、受光器４がメイ
ンスケール28で反射された光を受光できる光学ブロック
26と同じ側の位置に配置されている。そして、明線と反
射型回折格子の反射部が向かい合ったときに受光器４に
入射される光量は最大となり、暗線と反射型回折格子の
反射部が向かい合ったときに受光部４に入射される光量
は最小となる。よって、メインスケール28と検出部25及
び光学ブロック26がメインスケール28の長手方向に相対
的に変位した場合は、明線・暗線と反射型回折格子の透
過部・非透過部との対向関係が周期的に変化するので、
受光器４に入射する光量が周期的に変化して周期的な変
位信号を得ることができる。
を第１図に対応させて示す概略構成図であり、同一構成
箇所は同符号を付して説明を省略する。なお、この図は
メインスケール長手方向から見た図である。この光学式
位置検出器は第１図示の透過型回折格子が施されたメイ
ンスケール２の代わりに反射型回折格子が施されたメイ
ンスケール28が配置されており、また、受光器４がメイ
ンスケール28で反射された光を受光できる光学ブロック
26と同じ側の位置に配置されている。そして、明線と反
射型回折格子の反射部が向かい合ったときに受光器４に
入射される光量は最大となり、暗線と反射型回折格子の
反射部が向かい合ったときに受光部４に入射される光量
は最小となる。よって、メインスケール28と検出部25及
び光学ブロック26がメインスケール28の長手方向に相対
的に変位した場合は、明線・暗線と反射型回折格子の透
過部・非透過部との対向関係が周期的に変化するので、
受光器４に入射する光量が周期的に変化して周期的な変
位信号を得ることができる。
第５図は本発明の光学式位置検出器のさらに別の一例
を第１図に対応させて示す概略構成図であり、同一構成
箇所は同符号を付して説明を省略する。この光学式位置
検出器は第１図示の透過型回折格子が施されたメインス
ケール２の代わりに反射型回折格子が施されたメインス
ケール28が配置されており、この反射型回折格子28で反
射された光が再び一体型プリズム23に入射され、０次回
折光遮蔽器24の下に配置された受光器29に照射されて光
電変換される。このように受光器29を配置することによ
って光学式位置検出器を小型化できる。
を第１図に対応させて示す概略構成図であり、同一構成
箇所は同符号を付して説明を省略する。この光学式位置
検出器は第１図示の透過型回折格子が施されたメインス
ケール２の代わりに反射型回折格子が施されたメインス
ケール28が配置されており、この反射型回折格子28で反
射された光が再び一体型プリズム23に入射され、０次回
折光遮蔽器24の下に配置された受光器29に照射されて光
電変換される。このように受光器29を配置することによ
って光学式位置検出器を小型化できる。
（発明の効果） 以上の様に本発明の光学式位置検出器によれば、出力
される変位信号は常に安定しているので、精度及び信頼
性の高い位置検出を行なうことができる。
される変位信号は常に安定しているので、精度及び信頼
性の高い位置検出を行なうことができる。
第１図，第３図，第４図，第５図はそれぞれ本発明の光
学式位置検出器の一例を示す図、第２図は本発明の原理
を示す図、第６図は従来の光学式位置検出器の一例を示
す図である。 1,21……光源、2,28……メインスケール、３……インデ
ックススケール、4,27,29……受光器、5,25……検出
部、22……回折格子ビームスプリッタ、23……一体型プ
リズム、24……０次回折光遮蔽器、26光学ブロック。
学式位置検出器の一例を示す図、第２図は本発明の原理
を示す図、第６図は従来の光学式位置検出器の一例を示
す図である。 1,21……光源、2,28……メインスケール、３……インデ
ックススケール、4,27,29……受光器、5,25……検出
部、22……回折格子ビームスプリッタ、23……一体型プ
リズム、24……０次回折光遮蔽器、26光学ブロック。
Claims (3)
- 【請求項１】被計測物上の回折格子を透過した透過光を
受光して前記被計測物の位置を計測する光学式位置検出
器において、可干渉光源から発せられる平行光束を回折
させ、±１次回折光のみを取出して干渉させ、前記の回
折格子に対して垂直な干渉縞を持った干渉光を生成して
前記回折格子に照射する光学ブロックを備え、前記被計
測物上の回折格子が透過型回折格子であり、この回折格
子を透過した透過光を受光する受光手段が前記回折格子
と一体に構成されていることを特徴とする光学式位置検
出器。 - 【請求項２】前記可干渉光源から発せられる平行光束を
回折させる手段が、前記光学ブロック表面に形成された
回折格子である請求項１に記載の光学式位置検出器。 - 【請求項３】前記受光手段の受光面を格子状にパターン
形成して前記被計測物上の回折格子とした請求項１に記
載の光学式位置検出器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2315107A JP2619566B2 (ja) | 1990-11-20 | 1990-11-20 | 光学式位置検出器 |
| US07/788,296 US5249032A (en) | 1990-11-20 | 1991-11-05 | Optical position-detecting apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2315107A JP2619566B2 (ja) | 1990-11-20 | 1990-11-20 | 光学式位置検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04184218A JPH04184218A (ja) | 1992-07-01 |
| JP2619566B2 true JP2619566B2 (ja) | 1997-06-11 |
Family
ID=18061506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2315107A Expired - Fee Related JP2619566B2 (ja) | 1990-11-20 | 1990-11-20 | 光学式位置検出器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5249032A (ja) |
| JP (1) | JP2619566B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017223688A1 (de) | 2016-12-27 | 2018-06-28 | Mitutoyo Corporation | Wegmesssystem |
| DE102018002259A1 (de) | 2017-04-19 | 2018-10-25 | Mitutoyo Corporation | Optische Kodiereinrichtung und Kodierverfahren |
| US10274344B2 (en) | 2016-12-27 | 2019-04-30 | Mitutoyo Corporation | Displacement encoder |
| DE102018218701A1 (de) | 2017-11-01 | 2019-05-02 | Mitutoyo Corporation | Optischer Messgeber und diesen umfassende Messvorrichtung |
| DE102018210382A1 (de) | 2018-06-19 | 2019-12-19 | Mitutoyo Corporation | Wegmessgeber |
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| JP3005131B2 (ja) * | 1992-12-28 | 2000-01-31 | キヤノン株式会社 | 変位検出装置 |
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