JPS62298704A - 光学式測長装置 - Google Patents
光学式測長装置Info
- Publication number
- JPS62298704A JPS62298704A JP14176386A JP14176386A JPS62298704A JP S62298704 A JPS62298704 A JP S62298704A JP 14176386 A JP14176386 A JP 14176386A JP 14176386 A JP14176386 A JP 14176386A JP S62298704 A JPS62298704 A JP S62298704A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- main scale
- lens array
- light
- scale
- detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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- 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】
３、発明の詳細な説明
〔産業上の利用分野〕
本発明は、工作機械の移動テーブルの移動距離等を光学
的に測定する光学式測長装置に関する。
的に測定する光学式測長装置に関する。
従来から、工作機械の移動テーブル等の移動量を光学的
に測定する装置として、１対の光学格子を対向配設する
とともに、前記光学格子対をはさむように光源および光
検出器を配設し、前記光学格子の相対移動量を測定する
ことにより、測定対象物の移動距離を測定する測長装置
が使用されている。
に測定する装置として、１対の光学格子を対向配設する
とともに、前記光学格子対をはさむように光源および光
検出器を配設し、前記光学格子の相対移動量を測定する
ことにより、測定対象物の移動距離を測定する測長装置
が使用されている。
第３図に前述した測長装置の光学系を概略示す。
第３図の光学系は、外光の影響を除去するため、図示し
ない暗箱中に収納されているものとする。
ない暗箱中に収納されているものとする。
第３図において、発光ダイオード等の光源１からの光は
、凸、レンズ２によって平行光線に変換された後、イン
デックススケール３およびメインスケール５から成る光
学格子対に入射される。インデックススケール３および
メインスケール５は、各々透明ガラス上に設けられ紙面
に垂直な方向に延在する帯状の不透明部材４で形成され
る格子を有しており、相対的に移動可能な状態で平行に
配設されている。メインスケール５を通った光は、検出
器６で検出され、電気信号に変換出力される。
、凸、レンズ２によって平行光線に変換された後、イン
デックススケール３およびメインスケール５から成る光
学格子対に入射される。インデックススケール３および
メインスケール５は、各々透明ガラス上に設けられ紙面
に垂直な方向に延在する帯状の不透明部材４で形成され
る格子を有しており、相対的に移動可能な状態で平行に
配設されている。メインスケール５を通った光は、検出
器６で検出され、電気信号に変換出力される。
検出器６は１／４格子ピツチだけピッチずれした２個の
検出器で構成されているので、前記電気信号は９０’位
相シフトした２相信号である。メインスケール５が矢印
ａ方向に移動すると、それに対応したほぼ周期的光信号
が検出器６に入射される。
検出器で構成されているので、前記電気信号は９０’位
相シフトした２相信号である。メインスケール５が矢印
ａ方向に移動すると、それに対応したほぼ周期的光信号
が検出器６に入射される。
検出器６の出力信号は、図示しない演算部により演算処
理され、メインスケール５の相対的移動量および移動方
向が求められる。
理され、メインスケール５の相対的移動量および移動方
向が求められる。
ところで、インデックススケール３とメインスケール５
との間に間隙が無い理想状態の場合、メインスケール５
を通過する光の量は、メインスケールの移動とともに第
４図の実線Ａの如く変化する。しかしながら実際の装置
においては、インデックススケール３とメインスケール
５との間には、不透明部４が摩擦により摩耗するのを防
止するために所定の間隙が設けられている。前記間隙を
大きくするとメインスケール５を通過する光は、第４図
破線Ｂのようになり、コントラストが低下し、測定不能
となる。したがって、実用上インデックススケール３と
メインスケール５との間隔を１０μ＋１〜５０μ−程度
の範囲内に保つ必要があり、極めて高精度且つ高価な部
品を使用する必要があった。
との間に間隙が無い理想状態の場合、メインスケール５
を通過する光の量は、メインスケールの移動とともに第
４図の実線Ａの如く変化する。しかしながら実際の装置
においては、インデックススケール３とメインスケール
５との間には、不透明部４が摩擦により摩耗するのを防
止するために所定の間隙が設けられている。前記間隙を
大きくするとメインスケール５を通過する光は、第４図
破線Ｂのようになり、コントラストが低下し、測定不能
となる。したがって、実用上インデックススケール３と
メインスケール５との間隔を１０μ＋１〜５０μ−程度
の範囲内に保つ必要があり、極めて高精度且つ高価な部
品を使用する必要があった。
また、高精度な部品を使用した場合でも、製造過程での
寸法のばらつきは多少生じるため、最悪の場合、コント
ラスト不足による測定不能という問題もあった。これを
防止するために、部品組立時に調整を行うことも考えら
れるが、極めて熟練を要し、また生産性が良くないとい
う欠点があった。
寸法のばらつきは多少生じるため、最悪の場合、コント
ラスト不足による測定不能という問題もあった。これを
防止するために、部品組立時に調整を行うことも考えら
れるが、極めて熟練を要し、また生産性が良くないとい
う欠点があった。
さらに、コントラストの低下を防止するために、インデ
ックススケールとメインスケール間に投影レンズを配設
する構成も考えられるが、投影レンズの収差がコントラ
ストに影響を与えるという欠点があり、また光学系が複
雑になるという欠点があった。
ックススケールとメインスケール間に投影レンズを配設
する構成も考えられるが、投影レンズの収差がコントラ
ストに影響を与えるという欠点があり、また光学系が複
雑になるという欠点があった。
本発明は、前記欠点に鑑みてなされたもので、部品のば
らつきの影響を受けず高精度な光学式測長装置を提供す
ることを目的とする。
らつきの影響を受けず高精度な光学式測長装置を提供す
ることを目的とする。
（問題を解決するための手段〕
本発明の光学式測長装置は、レンズアレイと、前記レン
ズアレイに対向配設され、前記レンズアレイに対して相
対的に移動可能なメインスケールと、前記レンズアレイ
および前記メインスケールを介して得られる光源からの
光を検出する検出器と、前記検出器の出力信号に基づい
て前記メインスケールの相対移動量を算出する演算部と
を備えている。
ズアレイに対向配設され、前記レンズアレイに対して相
対的に移動可能なメインスケールと、前記レンズアレイ
および前記メインスケールを介して得られる光源からの
光を検出する検出器と、前記検出器の出力信号に基づい
て前記メインスケールの相対移動量を算出する演算部と
を備えている。
光源からの光は、レンズアレイによって集光され、その
結果、明暗縞が形成される。前記明暗縞をインデックス
スケールの代わりに使用し、メインスケールと相互作用
させる。これにより検出器にはメインスケールの相対移
動に応じた高コントラストの光信号が入射される。検出
器の出力信号を演算処理することにより、メインスケー
ルの相対移動量が得られる。
結果、明暗縞が形成される。前記明暗縞をインデックス
スケールの代わりに使用し、メインスケールと相互作用
させる。これにより検出器にはメインスケールの相対移
動に応じた高コントラストの光信号が入射される。検出
器の出力信号を演算処理することにより、メインスケー
ルの相対移動量が得られる。
第１図は本発明の光学式測長装置に使用する光学系の実
施例を示す図である。第１図の光学系は、外光の影響を
除去するため、暗箱中に収納されている。
施例を示す図である。第１図の光学系は、外光の影響を
除去するため、暗箱中に収納されている。
第１図において、第３図と同一部分には同一符号を付し
ている。第１図においては、インデックススケールの代
わりに、レンズアレイ７を使用している。かまぼこ型レ
ンズアレイ７は第２図（ａ）に示すように、柱状の凸レ
ンズを複数併設したレンチキュラーレンズアレイである
。
ている。第１図においては、インデックススケールの代
わりに、レンズアレイ７を使用している。かまぼこ型レ
ンズアレイ７は第２図（ａ）に示すように、柱状の凸レ
ンズを複数併設したレンチキュラーレンズアレイである
。
第１図において、光源１からの光は凸レンズ２によって
平行光線に変換された後、レンズアレイ７に入射される
。レンズアレイ７に入射した光は、各凸レンズによりメ
インスケール５上に集光した後、検出器６に入射する。
平行光線に変換された後、レンズアレイ７に入射される
。レンズアレイ７に入射した光は、各凸レンズによりメ
インスケール５上に集光した後、検出器６に入射する。
レンズアレイ７は、複数個の柱状の凸レンズにより構成
されており、また、各凸レンズの軸は格子４と平行に配
設されているので、メインスケール５上にその格子と平
行な明暗縞が形成される。メインスケール５がレンズア
レイ７に接近および遠さがる方向に位置ずれした場合に
も高コントラストの光信号が検出器６に入射される。ま
た、光学格子としてメインスケールのみを使用している
ため、光の損失が少なく、光の利用率が従来の光学系に
比べて２倍の略１００％となる。
されており、また、各凸レンズの軸は格子４と平行に配
設されているので、メインスケール５上にその格子と平
行な明暗縞が形成される。メインスケール５がレンズア
レイ７に接近および遠さがる方向に位置ずれした場合に
も高コントラストの光信号が検出器６に入射される。ま
た、光学格子としてメインスケールのみを使用している
ため、光の損失が少なく、光の利用率が従来の光学系に
比べて２倍の略１００％となる。
ところで、光源１の直径をＡ、レンズアレイ７よってメ
インスケール５上に形成される像（明部）の直径をＢ、
凸レンズ２の焦点距離をｆｃ、レンズアレイ７の各凸レ
ンズの焦点距離をｆ［とすると、Ｂ ” Ａ−ｆＲ／
ｆ ｃの関係が成立する。また、光源１として波長λの
レーザーダイオードを使用した場合、レンズ１が無収差
であれば、像の直径Ｂをレンズアレイの開口数ＮＡの関
数として表わすと、Ｂ＝Ｋ・λ／ＮＡ（ただし、Ｋ：ｌ
：０．４）となる。
インスケール５上に形成される像（明部）の直径をＢ、
凸レンズ２の焦点距離をｆｃ、レンズアレイ７の各凸レ
ンズの焦点距離をｆ［とすると、Ｂ ” Ａ−ｆＲ／
ｆ ｃの関係が成立する。また、光源１として波長λの
レーザーダイオードを使用した場合、レンズ１が無収差
であれば、像の直径Ｂをレンズアレイの開口数ＮＡの関
数として表わすと、Ｂ＝Ｋ・λ／ＮＡ（ただし、Ｋ：ｌ
：０．４）となる。
したがって、前記式に基づいて、メインスケール５上に
形成する明暗縞のピッチを所定値に設定できる。
形成する明暗縞のピッチを所定値に設定できる。
例えば、メインスケール５の格子ピッチよりもレンズア
レイ７による像、すなわち収束光の直径を小さく設定し
た場合、収束光のピッチが格子ピッチの整数倍であれば
、収束位置にメインスケール５を配設し、これを移動さ
せることにより、格子定数と移動距離によって決まる光
信号が、第３図に示した光学系と同様にして、より高コ
ントラストに得られる。前記光信号を検出器６により検
出し、図示しない演算することにより、メインスケール
５の相対移動量が求められる。
レイ７による像、すなわち収束光の直径を小さく設定し
た場合、収束光のピッチが格子ピッチの整数倍であれば
、収束位置にメインスケール５を配設し、これを移動さ
せることにより、格子定数と移動距離によって決まる光
信号が、第３図に示した光学系と同様にして、より高コ
ントラストに得られる。前記光信号を検出器６により検
出し、図示しない演算することにより、メインスケール
５の相対移動量が求められる。
本実施例では凸レンズアレイとしてレンチキュラーレン
ズアレイを用いて、明暗縞をメインスケールの格子と平
行に形成する例で説明したが、明暗縞をメインスケール
の格子に対して微小角度をもって形成するようにしてモ
アレ縞を発生させ、これを検出するようにしてもよい。
ズアレイを用いて、明暗縞をメインスケールの格子と平
行に形成する例で説明したが、明暗縞をメインスケール
の格子に対して微小角度をもって形成するようにしてモ
アレ縞を発生させ、これを検出するようにしてもよい。
また、レンズアレイ７として、第２図（ｂ）に示すよう
に円形状の凸レンズ８〜１１から成るレンズアレイ７を
使用してもよい。その場合、レンズ８，９をメインスケ
ールの格子ピッチの整数倍の間隔とし、またレンズ１０
．１１をメインスケールの格子ピッチの整数倍の間隔と
するとともに、レンズ１０，１１をレンズ８．９に対し
て格子ピッチの１／４だけずらす。そしてレンズ８，９
に対応じて第１の検出器を設けるとともに、第２の検出
器をレンズ１０．１１に対応して設け、前記第１、第２
の検出器から９０°位相シフトした２つの信号を得るこ
とにより移動方向の弁別および高精度な測定が実現でき
る。また第２図（ａ）に示した柱形凸レンズアレイ７を
メインスケールの格子ピッチの１７４ピツチだけずらし
て上下２段に配設するとともに、上段、下段のレンズア
レイに対応して、相対的にピッチずれのない検出器を各
１個設けてもよい。さらに、第２図（ｂ）のレンズアレ
イにおいて、円形レンズの代わりにピラミッド型レンズ
アレイあるいはプリズム等を用いることもできる。
に円形状の凸レンズ８〜１１から成るレンズアレイ７を
使用してもよい。その場合、レンズ８，９をメインスケ
ールの格子ピッチの整数倍の間隔とし、またレンズ１０
．１１をメインスケールの格子ピッチの整数倍の間隔と
するとともに、レンズ１０，１１をレンズ８．９に対し
て格子ピッチの１／４だけずらす。そしてレンズ８，９
に対応じて第１の検出器を設けるとともに、第２の検出
器をレンズ１０．１１に対応して設け、前記第１、第２
の検出器から９０°位相シフトした２つの信号を得るこ
とにより移動方向の弁別および高精度な測定が実現でき
る。また第２図（ａ）に示した柱形凸レンズアレイ７を
メインスケールの格子ピッチの１７４ピツチだけずらし
て上下２段に配設するとともに、上段、下段のレンズア
レイに対応して、相対的にピッチずれのない検出器を各
１個設けてもよい。さらに、第２図（ｂ）のレンズアレ
イにおいて、円形レンズの代わりにピラミッド型レンズ
アレイあるいはプリズム等を用いることもできる。
本発明の光学式測長装置は、レンズアレイによって形成
される明暗縞とメインスケールとの相互作用に基づいて
、メインスケールの相対移動量を測定するようにしてい
るので、構造が簡単で、メインスケールがレンズアレイ
に接近する方向に位置ずれした場合だけでなく、遠ざか
る方向に位置ずれした場合にも高コントラストの光信号
が得られるため、レンズアレイとメインスケールとの間
隔に関して許容値が広がり、製造」二極めて容易である
。また光学格子としてメインスケールのみを使用してい
るため、光の利用率が上がり、低感度の検出器を利用で
きる等の効果が生じる。
される明暗縞とメインスケールとの相互作用に基づいて
、メインスケールの相対移動量を測定するようにしてい
るので、構造が簡単で、メインスケールがレンズアレイ
に接近する方向に位置ずれした場合だけでなく、遠ざか
る方向に位置ずれした場合にも高コントラストの光信号
が得られるため、レンズアレイとメインスケールとの間
隔に関して許容値が広がり、製造」二極めて容易である
。また光学格子としてメインスケールのみを使用してい
るため、光の利用率が上がり、低感度の検出器を利用で
きる等の効果が生じる。
第１図は、本発明に使用する光学系の概略図、第２図は
、本発明に使用するレンズアレイの斜視図、第３図は、
従来の光学式測長装置の光学系の概略図、第４図は、従
来の光学式測長装置の特性図である。 １・・・・・光 源 ２・・・・・・凸レンズ
３・・・・・インデックススケール ５・・・・・メインスケール ６・・・・・検出器７・
・・・・レンズアレイ 特許出願人 双葉電子工業株式会社 第 ２ 図 第 ３ 図 第４図
、本発明に使用するレンズアレイの斜視図、第３図は、
従来の光学式測長装置の光学系の概略図、第４図は、従
来の光学式測長装置の特性図である。 １・・・・・光 源 ２・・・・・・凸レンズ
３・・・・・インデックススケール ５・・・・・メインスケール ６・・・・・検出器７・
・・・・レンズアレイ 特許出願人 双葉電子工業株式会社 第 ２ 図 第 ３ 図 第４図
Claims (1)
- レンズアレイと、前記レンズアレイに対向配設され、前
記レンズアレイに対して相対的に移動可能なメインスケ
ールと、前記レンズアレイおよび前記メインスケールを
介して得られる光源からの光を検出する検出器と、前記
検出器の出力信号に基づいて前記メインスケールの相対
移動量を算出する演算部とを備えて成る光学式測長装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14176386A JPS62298704A (ja) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | 光学式測長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14176386A JPS62298704A (ja) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | 光学式測長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62298704A true JPS62298704A (ja) | 1987-12-25 |
| JPH0418252B2 JPH0418252B2 (ja) | 1992-03-27 |
Family
ID=15299614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14176386A Granted JPS62298704A (ja) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | 光学式測長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62298704A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6703601B2 (en) | 1997-02-21 | 2004-03-09 | Fanuc, Ltd. | Motion detection of an optical encoder by converging emitted light beams |
| JP2007108089A (ja) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Ricoh Co Ltd | 相対位置検出装置、回転体走行検出装置及び画像形成装置 |
| JP2013096757A (ja) * | 2011-10-28 | 2013-05-20 | Mitsutoyo Corp | 変位検出装置、変位検出方法及び変位検出プログラム |
| JP2017053672A (ja) * | 2015-09-08 | 2017-03-16 | 株式会社ミツトヨ | エンコーダ |
-
1986
- 1986-06-18 JP JP14176386A patent/JPS62298704A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6703601B2 (en) | 1997-02-21 | 2004-03-09 | Fanuc, Ltd. | Motion detection of an optical encoder by converging emitted light beams |
| JP2007108089A (ja) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Ricoh Co Ltd | 相対位置検出装置、回転体走行検出装置及び画像形成装置 |
| JP2013096757A (ja) * | 2011-10-28 | 2013-05-20 | Mitsutoyo Corp | 変位検出装置、変位検出方法及び変位検出プログラム |
| JP2017053672A (ja) * | 2015-09-08 | 2017-03-16 | 株式会社ミツトヨ | エンコーダ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0418252B2 (ja) | 1992-03-27 |
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