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JPH0638049B2 - Photoelectric displacement detector - Google Patents
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JPH0638049B2 - Photoelectric displacement detector - Google Patents

Photoelectric displacement detector

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JPH0638049B2
JPH0638049B2 JP63094068A JP9406888A JPH0638049B2 JP H0638049 B2 JPH0638049 B2 JP H0638049B2 JP 63094068 A JP63094068 A JP 63094068A JP 9406888 A JP9406888 A JP 9406888A JP H0638049 B2 JPH0638049 B2 JP H0638049B2
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JP
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sub
grating
main
longitudinal direction
light
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宗次 市川
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本発明は、光電式変位検出器に係り、特に、反射型の変
位検出器に用いるのに好適な、主格子長手方向で変動す
る受光素子出力の直流成分を相殺して、主格子の反射
率、透過率、線幅等が主格子長手方向で多少ばらついて
も、安定した検出信号を生成することが可能な、高分解
能、高精度の光電式変位検出器に関するものである。
The present invention relates to a photoelectric displacement detector, and in particular, it is suitable for use in a reflection type displacement detector, and cancels a DC component of a light-receiving element output that fluctuates in the longitudinal direction of the main lattice to reflect the reflectance of the main lattice. The present invention relates to a high-resolution, high-precision photoelectric displacement detector capable of generating a stable detection signal even if the transmittance, the line width, etc. vary to some extent in the longitudinal direction of the main grating.

【従来の技術】[Prior art]

対峙する部材の一方に、周期的な主格子を形成したメイ
ンスケールを固定し、他方の部材に、対応する周期的な
副格子を形成した光透過性の参照スケールと、光源を含
む照明系と、前記主格子及び副格子によつて変調された
前記照明系からの光を光電変換する受光素子とを固定
し、両部材の相対変位に応じて周期的に変化する検出信
号を生成する光電式変位検出器が、工作機械の工具の送
り量等を測定する分野で普及している。 第10図は、従来の反射型光電式変位検出器の一例を示
したもので、光源としての発光ダイオード10と、該発
光ダイオード10から放射される光を平行照明光線とす
るコリメータレンズ12と、周期的な主格子16を形成
した第1部材としてのメインスケール14と、該メイン
スケール14に対して相対移動可能に配置される、対応
する周期的な副格子20を形成した光透過性の第2部材
としての参照スケール18と、前記メインスケール14
の主格子16で反射されて前記参照スケール18の副格
子20を通過してきた前記平行照明系からの反射光線R
を光電変換する受光素子22とを有しており、前記メイ
ンスケール14と参照スケール18の相対変位に応じて
周期的な検出信号を生成するようにされている。 このような光電式変位検出器において、前記副格子20
及び受光素子22は、通常、第11図に示す如く、参照
スケール18上で、格子目盛と平行な方向(図の上下方
向)に2個、主格子長手方向(図の左右方向)に2個の
合計4個配設し、例えば、副格子20Aの位相を基準
値0゜とし、副格子20Aの位相を−90゜とし、副
格子20Bの位相を+180゜とし、副格子20B
の位相を+90゜として、主格子長手方向に関して対角
線上に配設された受光素子の検出信号の差(A
)、(A−B)によつて、2相の検出信号を生
成するようにしている。図において、24、26は差動
アンプである。このようにして、位相が互いに90゜異
なる2相の検出信号を得ることができ、参照スケール1
8の中心に対する回転、傾き等の機械的な要因の外乱に
よる測定誤差を吸収することができる。 しかしながら、メインスケール14は、例えば長さ30
0mm以上の長尺物になると、一般的にステツパで位置決
めしながら、短尺物を原板として、転写しながら露光し
て製作する。従つて、長手方向の位置によつて、格子目
盛を構成するクロームの厚み(濃淡)がばらつくため、
反射率や透過率がばらつき、更に線幅も僅かにばらつ
き、均一に製作することは極めて困難である。 例えば8μmピツチのメインスケールの主格子の場合、
線幅で0.2μm程度、即ち2.5%程度ばらつき、他
の要因も考慮すると、検出信号のばらつきが10%程度
になることもあつた。 このような長手方向のばらつきがあると、受光出力の直
流成分が変化するため、ピツチを内挿分割する時に、内
挿精度に極めて大きく影響するので、分解能の向上に伴
つて、問題となつてきた。即ち、検出信号調整誤差のパ
ラメータとしては、直流成分(レベル)及び2相信号の
位相差があるが、通常、2相信号の位相誤差は例えば3
%以内に調整して合わせており、内挿誤差に関して問題
は少ないが、直流成分の誤差に関しては、最大で10%
程度になることもあつた。 このような問題は、特に長尺のメインスケールにおいて
問題となるものがあるが、短いものであつても、温度分
布によるばらつき等は存在した。 従つて、従来は、出来上がつたスケールの中から、長手
方向のばらつきの小さいスケールを選別して使用してい
たため、歩留りが悪く、検査工数もかかるという問題点
を有していた。
A light-transmissive reference scale in which a main scale having a periodic main grating is fixed to one of the facing members, and a corresponding periodic sub-grating is formed in the other member, and an illumination system including a light source. , A photoelectric type that fixes a light receiving element that photoelectrically converts light from the illumination system modulated by the main grating and the sub grating, and generates a detection signal that periodically changes according to relative displacement of both members. Displacement detectors are widely used in the field of measuring the tool feed amount of machine tools. FIG. 10 shows an example of a conventional reflection type photoelectric displacement detector, which includes a light emitting diode 10 as a light source, and a collimator lens 12 which makes light emitted from the light emitting diode 10 into parallel illumination light rays. A main scale 14 as a first member on which a periodic main grating 16 is formed, and a light-transmissive first on which a corresponding periodic sub-lattice 20 is formed, which is arranged so as to be movable relative to the main scale 14. Reference scale 18 as two members, and the main scale 14
Of the parallel illumination system reflected by the main grating 16 and passing through the sub-grating 20 of the reference scale 18.
And a light receiving element 22 for photoelectrically converting the light. The periodic detection signal is generated according to the relative displacement of the main scale 14 and the reference scale 18. In such a photoelectric displacement detector, the sub-lattice 20
As shown in FIG. 11, two light-receiving elements 22 are usually provided on the reference scale 18 in a direction parallel to the grid scale (vertical direction in the figure) and two in the longitudinal direction of the main grid (horizontal direction in the figure). and a total of four arranged in, for example, the phase of the sub-gratings 20A 1 and the reference value 0 °, the phase of the sub-grating 20A 2 -90 °, the phase of the sub-grating 20B 1 and +180 °, sublattice 20B 2
Is + 90 °, the difference (A 1 −) between the detection signals of the light receiving elements arranged diagonally with respect to the longitudinal direction of the main grating.
B 1 ) and (A 2 −B 2 ) are used to generate two-phase detection signals. In the figure, 24 and 26 are differential amplifiers. In this way, two-phase detection signals whose phases are different from each other by 90 ° can be obtained, and the reference scale 1
It is possible to absorb a measurement error due to a disturbance due to mechanical factors such as rotation and inclination with respect to the center of 8. However, the main scale 14 is, for example, 30 in length.
When it becomes a long product of 0 mm or more, it is generally manufactured by exposing it while transferring it by using a short product as an original plate while positioning with a stepper. Therefore, the thickness (shade) of the chrome that composes the grid scale varies depending on the position in the longitudinal direction.
Since the reflectance and the transmittance vary, and the line width also varies slightly, it is extremely difficult to manufacture them uniformly. For example, in the case of the main scale main lattice of 8 μm pitch,
The line width has a variation of about 0.2 μm, that is, about 2.5%, and in consideration of other factors, the variation of the detection signal may be about 10%. If there is such a variation in the longitudinal direction, the DC component of the received light output changes, and this greatly affects the interpolation accuracy when the pitch is interpolated.Therefore, as the resolution improves, it becomes a problem. It was That is, the parameters of the detection signal adjustment error include the DC component (level) and the phase difference between the two-phase signals, but normally the phase error of the two-phase signal is, for example, 3
Adjusted to within%, and there are few problems with interpolation error, but with respect to DC component error, it is 10% at maximum.
It could be a degree. Such a problem may be a problem particularly in a long main scale, but even if it is short, there are variations due to temperature distribution. Therefore, conventionally, scales having small variations in the longitudinal direction have been selected and used from among the scales that have been completed, so that there is a problem that the yield is poor and the inspection man-hours are increased.

【発明が達成しようとする課題】[Problems to be achieved by the invention]

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、主格子の反射率、透過率、線幅等のばらつきや、
格子幅方向の格子配置のねじれ(傾き)があつても、安
定した誤差の少ない検出信号を得ることができ、従つ
て、高分解能、高精度を達成することが可能な光電式変
位検出器を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, such as the reflectance of the main grating, the transmittance, the variation of the line width, and the like,
Even if there is a twist (inclination) in the grid arrangement in the grid width direction, it is possible to obtain a stable detection signal with a small error, and thus a photoelectric displacement detector that can achieve high resolution and high accuracy. The purpose is to provide.

【課題を達成するための手段】[Means for achieving the object]

本発明は、照明系と、周期的な主格子を形成した第1部
材と、対応する周期的な副格子を形成した光透過性の第
2部材と、前記主格子及び副格子によつて変調された前
記照明系からの光を光電変換する受光素子とを含み、前
記両部材の相対変位に応じて周期的な検出信号を生成す
る光電式変位検出器において、主格子長手方向の略同一
位置に配設された3個以上の副格子からなる副格子の組
を、主格子長手方向位置を変えて複数組配設し、前記主
格子長手方向略同一位置の副格子に対応する各受光素子
間の出力の差によつて1次検出信号を生成し、前記主格
子長手方向の異なる位置に配設した副格子の組に対応す
る受光素子の組の間の前記1次検出信号の差によつて前
記検出信号を生成することにより、主格子長手方向で変
動する受光素子出力の直流成分を相殺して、前記目的を
達成したものである。 又、前記主格子長手方向略同一位置の副格子を、田型に
4個配設するようにしたものである。
The present invention provides an illumination system, a first member having a periodic main grating, a light-transmissive second member having a corresponding periodic sub-grating, and modulation by the main grating and the sub-grating. In a photoelectric displacement detector that includes a light receiving element that photoelectrically converts light from the illumination system, and that generates a periodic detection signal according to the relative displacement of the both members, substantially the same position in the longitudinal direction of the main grating. A plurality of sets of sub-lattices, each of which is composed of three or more sub-lattices, are arranged at different positions in the longitudinal direction of the main lattice, and each light-receiving element corresponds to the sub-lattice located at substantially the same position in the longitudinal direction of the main lattice. A primary detection signal is generated according to the difference in output between the two, and the difference in the primary detection signal between the pair of light receiving elements corresponding to the pair of sub-gratings arranged at different positions in the longitudinal direction of the main grating is used. Therefore, by generating the detection signal, the light receiving element output that varies in the longitudinal direction of the main grating is generated. DC component offset the one in which to achieve the above object. Further, four sub-lattices at substantially the same position in the longitudinal direction of the main lattice are arranged in a grid pattern.

【作用及び効果】[Action and effect]

本発明は、主格子の反射率や透過率、更に線幅等の長手
方向の位置によるばらつきを防止して均一に製作するこ
とは極めて困難であるが、一方、目盛に平行な方向に関
しては、ばらつきがほとんどないことに着目してなされ
たものである。 即ち、例えば第1図に示す如く、参照スケール18上の
副格子20A、20A、20A、20B、20
、20B、及び、各副格子に対応する受光素子2
2A、22A、22A、22B、22B、2
2Bを、主格子長手方向の同じ位置、即ち、格子目盛
と平行な方向に3個ずつ配設する。 ここで、副格子20Aの位相を基準値0゜、副格子2
0Aの位相を+90゜、副格子20Aの位相を−9
0゜、副格子20Bの位相を+180゜、副格子20
の位相を+90゜、副格子20Bの位相を+27
0゜とすると、第2図に示す如く、メインスケール14
上の任意の点Pにおける各受光素子22A〜22B
の出力信号A〜A、B〜Bは、次式に示す如く
となる。 A= a+ m sinθ ………(1) A= a+ m sin{θ+(π/2)} ………
(2) A= a+ m sin{θ+(π/2)} ………
(3) B= b+ n sin(θ+π) ………(4) B= b+ n sin{θ+(π/2)} ………
(5) B= b+ n sin{θ+(3/2)} ………
(6) ここで、 m〜 m、 n〜 nは各出力信号の振幅
(PP)成分、 a〜 a、 b〜 bは同じく直流
(DC)成分である。 このP点において受光信号の零点を調整して、次式に示
す如く、 a= a= a=a 、 b= b= b=b
とすることが可能である。 A= a+ m′ sinθ ………(1′) A= a+ m′ sin{θ+(π+2)} ………
(2′) A= a+ m′ sin{θ+(π/2)} ………
(3′) B= b+ n′ sin(θ+π) ………(4′) B= b+ n′ sin{θ+(π/2)} ………
(5′) B= b+ n′ sin{θ+(3/2π)} ………
(6′) ここで、目盛と平行な方向に関しては、反射率、透過率
や線幅等のばらつきはなく、ほぼ均一であるため、 m′≒ m′≒ m′≒m n′≒ n′≒ n′≒n とおくことができる。従つて、主格子長手方向同一位置
の副格子に対応する受光素子間の出力の差、例えば受光
素子22Aと受光素子22Aの出力の差、即ち、1
次検出信号(A−A)は、次式で表わされる。 同様に、主格子長手方向位置が同一の他の受光素子間の
出力の差、即ち、他の1次検出信号(B−B)、
(A−A)、(B−B)についても、次の
(8)〜(10)式が成立する。 更に、主格子長手方向の異なる位置に配設した副格子の
組に対応する受光素子の組の間の前記1次検出信号の差
をとると、次式に示す如くとなる。 従つて、従来と同様の、位相差90゜の2相信号が得ら
れる。このP点において得られる2層信号には、直流成
分であるa 又はb が含まれていない。 次に、参照スケール18をメインスケール14に対して
相対移動させ、第2図のQ点に移動させた時を考える。
長手方向にばらつきがあるので、直流成分のばらつきを
Δa 、Δb 、振幅成分のばらつきをΔm 、Δn で表わす
と、このQ点の信号は次式に示す如くとなる。 A≒(a+Δa)+(m+Δm)sinθ ………(13) A≒(a+Δa) +(m+Δm)sin {θ+(π/2)} ………(14) A≒(a+Δa) +(m+Δm)sin {θ−(π/2)} ………(15) B≒(b+Δb) +(n+Δn)sin (θ+π) ………(16) B≒(b+Δb) +(n+Δn)sin {θ+(π/2)} ………(17) B≒(b+Δb) +(n+Δn)sin {θ+(3/2π)}………(18) このQ点においても、前記P点の場合と同様に主格子長
手方向位置が異なる受光素子の組の間の前記1次検出信
号の差をとると、次式に示す如くとなる。 この(19)式及び(20)式にも、振幅成分(a +Δ
a )、(b +Δb )が含まれでおらず、P点と同様に、
このQ点においても直流成分が含まれていない。 なお、振幅成分は若干変動するが、振幅成分の変動は、
ピツチを内挿分割する時に内挿精度に与える影響が極め
て少ないので、この条件では、極めて安定した信号が得
られる。 一方、前出第11図に示した従来例の場合について、同
一条件で検討すると、P点で調整した時に、各受光素子
20A、20A、20B、20Bの出力信号A
、A、B、Bは次式に示す如くとなる。 A=a + m sinθ ………(21) A=a + m sin{θ−(π/2)}…(22) B=a + n sin(θ+π) ………(23) B=a + n sin{θ+(π/2)}…(24) 従つて、対角線上に配置された受光素子の出力信号の
差、即ち、検出信号(A−B)、(A−B
は、次式に示す如くとなる。 A−B=a + m sinθ−a ・ n sin(θ+π) =( m+n ) sinθ ………(25) A−B=a + m sin{θ−(π/2)} − a− n sin{θ+(π/2)} =( m+n ) sin{θ−(π/2)} ………(26) このP点においては、(21)乃至(24)式から明ら
かな如く、a =b (=a )としているので、直流成分に
は含まれない。 ところが、Q点に移動させると、直流成分のばらつきを
Δa 、Δb 、振幅成分のばらつきをΔm 、Δn として、
受光信号は次式に示す如くとなる。 A=a +Δa +(m +Δm ) sinθ…(27) A=a +Δa +(m +Δm ) × sin{θ−(π/2)} ……(28) B=a +Δb +(n +Δn ) × sin(θ+π) ……(29) B=a +Δb +(n +Δn ) × sin{θ+(π/2)} ……(30) 従つて、検出信号(A−B)、(A−B)は次
式に示す如くとなる。 A−B=a +Δa +(m +Δm ) sinθ− a−Δb −(n +Δn ) sin(θ
+π) =(Δa +Δb )+( m+n +Δm +Δn ) sinθ ……(31) A−B=a +Δa +(m +Δm )× sin{θ−(π/2)}− a−Δb −
(n +Δn )× sin{θ+(π/2)} =(Δa −Δb )+( m+n +Δm +Δn )× sin{θ−(π/2)} ………
(32) この(31)式及び(32)式から明らかな如く、従来
の場合においては、検出信号中、に直流成分(Δa −Δ
b )が除かれず残つてしまう。従つて、特にΔa に対し
てΔb の符号が逆の時には極めて条件が悪くなる。例え
ば、8μmピツチの主格子の場合、Δa 又はΔb の符号
が逆の時には、最大で10%程度になることもある。こ
の直流成分は、ピツチを内挿分割する時に内挿精度に極
めて大きく影響する。 発明者の実験によると、従来は直流成分の変動が5%程
度であつた例において、本発明を適用して1/4以下に
低減することができた。 なお、上記の説明においては、副格子が、格子目盛と平
行な方向に3個設けられていたが、副格子及び受光素子
の配設個数はこれに限定されない。 又、前記説明においては、副格子及び受光素子を主格子
長手方向にも位置を変えて2組配設していたので、参照
スケールの中心に対する回転、傾き等の機械的な要因の
外乱によつて生ずる誤差も少ない。 なお、本発明は、反射型の光電式変位検出器に特に有効
なものであるが、透過式においても同様に効果を有す
る。
In the present invention, it is extremely difficult to prevent variations in the reflectance and transmittance of the main grating, and further variations in the line width and the like depending on the position in the longitudinal direction, but on the other hand, in the direction parallel to the scale, This was done focusing on the fact that there is almost no variation. That is, for example, as shown in FIG. 1 , sublattices 20A 1 , 20A 2 , 20A 3 , 20B 1 , 20 on the reference scale 18 are shown.
B 2 , 20B 3 and the light-receiving element 2 corresponding to each sub-lattice
2A 1 , 22A 2 , 22A 3 , 22B 1 , 22B 2 , 2
Three 2B 3 are arranged at the same position in the longitudinal direction of the main lattice, that is, in the direction parallel to the lattice scale. Here, the phase of the sub-grating 20A 1 is set to a reference value of 0 °, and the sub-grating 2
The phase of 0A 2 is + 90 °, and the phase of sub-grating 20A 3 is -9.
0 °, the phase of the sub-grating 20B 1 is + 180 °, the sub-grating 20
The phase of B 2 is + 90 ° and the phase of the sub-lattice 20B 3 is +27.
Assuming 0 °, as shown in Fig. 2, the main scale 14
Each of the light receiving elements 22A 1 to 22B 3 at an arbitrary point P above
Output signals A 1 to A 3 and B 1 to B 3 are as shown in the following equation. A 1 = a 1 + m 1 sin θ ………… (1) A 2 = a 2 + m 2 sin {θ + (π / 2)} ………
(2) A 3 = a 3 + m 3 sin {θ + (π / 2)} ………
(3) B 1 = b 1 + n 1 sin (θ + π) ……… (4) B 2 = b 2 + n 2 sin {θ + (π / 2)} ………
(5) B 3 = b 3 + n 3 sin {θ + (3/2)} ………
(6) Here, m 1 to m 3 , n 1 to n 3 are amplitude (PP) components of each output signal, and a 1 to a 3 and b 1 to b 3 are direct current (DC) components. The zero point of the received light signal is adjusted at point P, and as shown in the following equation, a 1 = a 2 = a 3 = a, b 1 = b 2 = b 3 = b
It is possible to A 1 = a + m 1 ′ sin θ ………… (1 ′) A 2 = a + m 2 ′ sin {θ + (π + 2)} …………
(2 ′) A 3 = a + m 3 ′ sin {θ + (π / 2)} ………
(3 ′) B 1 = b + n 1 ′ sin (θ + π) ……… (4 ′) B 2 = b + n 2 ′ sin {θ + (π / 2)} ………
(5 ′) B 3 = b + n 3 ′ sin {θ + (3 / 2π)} ………
(6 ') Here, in the direction parallel to the scale, there is no variation in reflectance, transmittance, line width, etc., and since it is almost uniform, m 1 ′ ≈ m 2 ′ ≈ m 3 ′ ≈ mn 1 ′ ≈n 2 ′ ≈n 3 ′ ≈n can be set. Therefore, the output difference between the light-receiving elements corresponding to the sub-gratings at the same position in the longitudinal direction of the main grating, for example, the output difference between the light-receiving elements 22A 2 and 22A 1 , that is, 1
Next the detection signal (A 2 -A 1) is expressed by the following equation. Similarly, the difference in output between the main grating longitudinal position with the same other light receiving elements, i.e., the other primary detection signal (B 3 -B 1),
The following equations (8) to (10) hold for (A 1 -A 3 ) and (B 1 -B 2 ). Further, when the difference of the primary detection signal between the set of light receiving elements corresponding to the set of sub-gratings arranged at different positions in the longitudinal direction of the main grating is calculated, the following expression is obtained. Therefore, a two-phase signal with a phase difference of 90 ° can be obtained as in the conventional case. The two-layer signal obtained at the point P does not include the direct current component a or b. Next, consider a case where the reference scale 18 is moved relative to the main scale 14 and is moved to the point Q in FIG.
Since there are variations in the longitudinal direction, variations of the DC component are represented by Δa and Δb, and variations of the amplitude component are represented by Δm and Δn, the signal at this Q point is as shown in the following equation. A 1 ≈ (a + Δa) + (m + Δm) sin θ ………… (13) A 2 ≈ (a + Δa) + (m + Δm) sin {θ + (π / 2)} ……… (14) A 3 ≈ (a + Δa) + ( m + Δm) sin {θ− (π / 2)} ……… (15) B 1 ≈ (b + Δb) + (n + Δn) sin (θ + π) ……… (16) B 2 ≈ (b + Δb) + (n + Δn) sin { θ + (π / 2)} ………… (17) B 3 ≈ (b + Δb) + (n + Δn) sin {θ + (3 / 2π)} ………… (18) Even at this Q point, it is the same as the case of the P point. Similarly, when the difference of the primary detection signals between the sets of light receiving elements having different positions in the longitudinal direction of the main grating is taken, the following expression is obtained. This equation (19) and equation (20) also include the amplitude component (a + Δ
a) and (b + Δb) are not included, and like point P,
At this point Q, no DC component is included. Although the amplitude component fluctuates slightly, the fluctuation of the amplitude component is
Since the influence on the interpolation accuracy is extremely small when the pitch is interpolated and divided, an extremely stable signal can be obtained under this condition. On the other hand, when the case of the conventional example shown in FIG. 11 is examined under the same conditions, the output signal A of each of the light receiving elements 20A 1 , 20A 2 , 20B 1 , 20B 2 when adjusted at point P
1 , A 2 , B 1 and B 2 are as shown in the following equation. A 1 = a + m sin θ ... (21) A 2 = a + m sin {θ− (π / 2)} (22) B 1 = a + n sin (θ + π)… (23) B 2 = a + n sin {θ + (π / 2)} (24) Therefore, the difference between the output signals of the light-receiving elements arranged diagonally, that is, the detection signals (A 1 -B 1 ), (A 2 -B 2)
Is as shown in the following equation. A 1 −B 1 = a + m sin θ−a · n sin (θ + π) = (m + n) sin θ (25) A 2 −B 2 = a + m sin {θ− (π / 2)} − a −n sin {θ + (π / 2)} = (m + n) sin {θ− (π / 2)} (26) At this P point, as is clear from the equations (21) to (24), Since a = b (= a), it is not included in the DC component. However, when moving to point Q, the dispersion of the DC component is Δa and Δb, and the dispersion of the amplitude component is Δm and Δn,
The received light signal is as shown in the following equation. A 1 = a + Δa + ( m + Δm) sinθ ... (27) A 2 = a + Δa + (m + Δm) × sin {θ- (π / 2)} ...... (28) B 1 = a + Δb + (n + Δn ) × sin (θ + π) (29) B 2 = a + Δb + (n + Δn) × sin {θ + (π / 2)} (30) Therefore, the detection signals (A 1 -B 1 ) and (30) A 2 −B 2 ) is as shown in the following equation. A 1 −B 1 = a + Δa + (m + Δm) sin θ−a−Δb− (n + Δn) sin (θ
+ Π) = (Δa + Δb) + (m + n + Δm + Δn) sin θ ... (31) A 2 −B 2 = a + Δa + (m + Δm) × sin {θ− (π / 2)} − a−Δb−
(N + Δn) × sin {θ + (π / 2)} = (Δa−Δb) + (m + n + Δm + Δn) × sin {θ− (π / 2)} ………
(32) As is apparent from the equations (31) and (32), in the conventional case, the DC component (Δa −Δ
b) remains without being removed. Therefore, the condition becomes extremely bad especially when the sign of Δb is opposite to that of Δa. For example, in the case of an 8 μm pitch main lattice, when the sign of Δa or Δb is opposite, it may be up to about 10%. This DC component has a great influence on the interpolation accuracy when the pitch is interpolated and divided. According to an experiment conducted by the inventor, it was possible to reduce the DC component to 1/4 or less by applying the present invention in an example in which the variation of the DC component was about 5% in the related art. In the above description, three sub-gratings are provided in the direction parallel to the grid scale, but the number of sub-gratings and light-receiving elements provided is not limited to this. Further, in the above description, since two sets of the sub-grating and the light-receiving element are arranged in different positions in the longitudinal direction of the main grating, they are disposed due to mechanical disturbances such as rotation and inclination with respect to the center of the reference scale. There are few errors that occur. Note that the present invention is particularly effective for a reflection type photoelectric displacement detector, but also has a similar effect for a transmission type.

【実施例】【Example】

以下、図面を参照して、拡散照明系の反射型検出器に適
用した本発明の実施例を詳細に説明する。 本発明の第1実施例は、第3図乃至第5図に示す如く構
成されている。 この実施例において、照明系は、収納容器32内に収容
されたレーザダイオード(LD)チツプ34(第4図参
照)を含む拡散光源30で構成されている。この拡散光
源30は、第4図に詳細に示す如く、1次点光源として
の前記LDチツプ34と、該LDチツプ34からの発散
光を集束して2次点光源を生成するコンデンサレンズと
しての、円柱状の分布屈折率型レンズ40とを含んで構
成され、前記2次点光源が、前記参照スケール18の前
記副格子形成面(クローム蒸着面)42上に集束するよ
うにされている。 ガラス製のプレートで構成されたメインスケール14
の、前記拡散光源30と反対側の面には、主格子16が
形成されている。これは、メインスケール14の厚みの
分だけ、検出器を小型化するためである。 光透過性の参照スケール18には、第5図に詳細に示す
如く、前記主格子16と対応する6個の副格子20A
〜20A、20B〜20Bが、格子目盛と平行な
方向に3個、主格子長手方向に2組の合計6個形成され
ている。該副格子20A〜20Bは、前記クローム
蒸着面42の中に、同一ピツチで位相が0゜、+90
゜、−90゜、+180゜、+90゜、+270゜に対
応する6区画に区分されて配置されており、その中央に
は、2次点光源が集束されて通過する開口52も形成さ
れている。該開口52は、例えば高さ0.4mm、幅0.
1mmの大きさとされ、この中に前記分布屈折率型レンズ
40(例えば日本板硝子(株)の商標名セルホツクレン
ズ)によつて、前記LDチツプ34の発散光が集束さ
れ、2次点光源54が形成されている(第4図参照)。 各副格子20A〜20Bの裏側には、前記主格子1
6で反射されて各副格子20A〜20Bを通過して
きた前記拡散光源30からの光を光電変換する6個の受
光素子22A〜22Bが設けられている。これらの
受光素子22A〜22Bは、第4図に示す如く、受
光基板56上に配設され、これらは第5図に破線で示す
ような位置関係にある。前記受光基板56の中央には、
前記分布屈折率型レンズ40も挿入されている。 前記受光素子22A〜22Bの出力から2相の検出
信号を形成する信号生成回路60は、第6図に示す如
く、前記受光素子22Aの出力信号Aを増幅するた
めの、可変抵抗器VR1によつて増幅率が可変とされた
演算増幅器(オペアンプ)OP1と、前記受光素子22
の出力信号Aを増幅するための、可変抵抗器VR
2によつて増幅率が可変とされたオペアンプOP2と、
前記受光素子22Aの出力信号Aを増幅するため
の、可変抵抗器VR3によつて増幅率が可変とされたオ
ペアンプOP3と、前記受光素子22Bの出力を増幅
するための、可変抵抗器VR4によつて増幅率が可変と
されたオペアンプOP4と、前記受光素子22Bの出
力を増幅するための、可変抵抗器VR5によつて増幅率
が可変とされたオペアンプOP5と、前記受光素子22
の出力を増幅するための、可変抵抗器VR6によつ
て増幅率が可変とされたオペアンプOP6と、前記オペ
アンプOP2とOP1の出力の差動信号(A−A
を出力するオペアンプOP7と、前記オペアンプOP1
とOP3の出力の差動信号(A−A)を出力するオ
ペアンプOP8と、前記オペアンプOP4とOP5の出
力の差動信号(B−B)を出力するオペアンプOP
9と、前記オペアンプOP6とOP4の出力の差動信号
(B−B)を出力するオペアンプOP10と、前記
オペアンプOP8とOP9の出力の差動信号(A−A
)−(B−B)を2相検出信号の一方として出力
するオペアンプOP11と、前記オペアンプOP7とO
P10の出力の差動信号(A−A)−(B
)を2相検出信号の地方として出力するオペアンプ
OP12とから構成されている。 以下、実施例の作用を説明する。 まず、メインスケール14上の任意の点(P)におい
て、前記可変抵抗器VR1〜VR6を調整して、前出
(1′)〜(6′)式に示す如く、該P点における直流
成分 a、 a、 aをいずれも同じ値a とし、直流成
分 b、 b、 bを同じ値b とする。すると、信号生
成回路60のオペアンプOP11、OP12によつて得
られる2相検出信号は、それぞれ、前出(11)、(1
2)式に示す如くとなる。 この状態で参照スケール18をメインスケール14に対
して相対移動させ、任意の他の点(Q)に移動させる
と、その時の2相検出信号は、前出(19)、(20)
式に示す如くとなり、振幅成分は若干変動するものの、
直流成分は含まれないものとなる。従つて、極めて安定
した検出信号を得ることができ、高精度の内挿分割を行
つて、高精度の測定信号を得ることができる。 この第1実施例においては、副格子20A〜20A
又は20B〜20Bを、それぞれ格子目盛と平行な
方向に3個ずつ配設し、一部重複する受光素子の組(2
2A−22A)、(22A−22A)又は(2
2B−22B)、(22B−22B)の出力の
差に基づいて1次検出信号(A−A)、(A−A
)又は(B−B)、(B−B)を生成するよ
うにしているので、最小数3個の副格子を主格子長手方
向の同一位置に設ければよく、主格子長手方向の変動を
確実に吸収できると共に、構成が簡略である。 又、この第1実施例においては、コンデンサレンズとし
ての分布屈折率型レンズ40を用いて2次点光源54を
形成しているので、ほぼ理想的な小型の拡散光源が得ら
れる。なお、拡散光源を形成する方法はこれに限定され
ず、レーザダイオードを直接拡散光源としたり、レーザ
ダイオード以外のタングステンランプや発光ダイオード
を用いることもできる。又、拡散光源でなく、例えばコ
リメータレンズを使つた平行光源を用いることもでき
る。 更に、この第1実施例においては、2次点光源54を6
個の副格子20A〜20Bの中心部に形成している
ので、各副格子をほぼ均等に照明することができ、しか
も、検出器を小型化できる。なお、2次点光源54の形
成位置は、これに限定されない。 又、この第1実施例においては、2次点光源54を、副
格子形成面(42)上の小さな四角い開口52に集束し
て形成しているので、余分な散乱光が主格子16に照射
されることがなく、S/N比の良い検出信号を得ること
ができる。なお、照明光線を通すための開口52の形状
や大きさは、これに限定されない。 次に、第7図を参照して、本発明の第2実施例を説明す
る。 この第2実施例は、前記第1実施例と同様の光電式変位
検出器において、第7図に示す如く、副格子20A
20A、20B〜20Bをそれぞれ格子目盛と平
行な方向に4個ずつ設けたものである。ここで、例えば
副格子20Aの位相を基準値0゜とした場合、副格子
20Aの位相は+90゜、副格子20Aの位相は+
180゜、副格子20A位相は+270゜、副格子2
0Bの位相は+180゜、副格子20Bの位相は+
270゜、副格子20Bの位相は0゜、副格子20B
の位相は+90゜とされている。 この第2実施例においては、前記副格子20A〜20
、20B〜20Bにそれぞれ対応する受光素子
(図示省略)の出力信号A〜A、B〜Bから、 (A−A)−(B−B) (A−A)−(B−B) という差動信号をとることによつて、90゜位相差の2
相信号を得ることができる。 この第2実施例においては、副格子20A〜20A
又は20B〜20Bを、それぞれ格子目盛と平行な
方向に4個ずつ配設し、互いに独立した受光素子の組の
出力差(A−A)、(A−A)又は(B−B
)、(B−B)に基づいて1次検出信号を生成す
るようにしているので、第1実施例に比べて受光素子の
数が2個増加するが、出力信号は、第1実施例に比べて 大きくなる。 次に、第8図を参照して、本発明の第3実施例を説明す
る。 この第3実施例においては、従来の同様の位相が90゜
ずつ異なる4個の副格子20A、20A、20
、20Bを有する光電式変位検出器において、第
8図に示す如く、前記副格子20Aと20Aの間、
及び、前記副格子20Bと20Bの間に、直流成分
のみを含む副格子20A、20Bをそれぞれ設けた
ものである。即ち、副格子20A、20Bは、直流
成分のレベルを合わせるために、格子と直角方向の縞が
設けられているが、目盛と平行な方向の縞は設けられて
おらず、直流成分A=a 、B=b のみとされてい
る。 この第3実施例においては、前記副格子20A〜20
、20B〜20Bにそれぞれ対応する受光素子
(図示省略)の出力信号A〜A、B〜Bから、 (A−A)−(B−B) (A−A)−(B−B) という差動信号をとることによつて、90゜位相差の2
相信号を得ることができる。 この第3実施例においては、副格子20A〜20A
又は20B〜20Bを、それぞれ格子目盛と平行な
方向に3個ずつ配設し、直流成分a 、b のみ出力する受
光素子が重複するようにした受光素子の組の出力の差
(A−A)、(A−A)又は(B−B)、
(B−B)に基づいて1次検出信号を生成するよう
にしているので、構成が極めて簡略である。 なお、この第3実施例においては、受光素子の数は第1
実施例と同様に6個で済むが、第1実施例に比べて、出
力信号の振幅値は に小さくなる。 次に、第9図を参照して、本発明の第4実施例を説明す
る。 この第4実施例は、従来と同様の位相が90゜ずつ異な
る、田型に配置された4個の副格子を有する光電式変位
検出器において、第9図に示す如く、前記4個の副格子
の組を、メインスケールの長手方向に2組(20A
20A)、(20B〜20B)配置し、それぞれ
によつて得た差動信号を1次検出信号とし、更に該1次
検出信号の差動をとることによつて、2相検出信号を得
るようにしたものである。ここで、副格子20A、2
0Bの位相は基準値0゜、副格子20A、20B
の位相は+90゜、副格子20A、20Bの位相は
+180゜、副格子20A、20Bの位相は+27
0゜とされている。 この第4実施例においては、前記副格子20A〜20
、20B〜20Bにそれぞれ対応する受光素子
(図示省略)の出力信号A〜A、B〜Bから、 (A−A)−(B−B) (A−A)−(B−B) という差動信号をとることによつて、位相差が90゜異
なる2相の検出信号を得ることができる。 この第4実施例においては、主格子長手方向の実質的に
同じ位置に配設される副格子の組を、従来と同様の田型
に配置された4個の副格子としたので、各組の副格子を
従来と同様な製造設備で製造でき、コストが安い。又、
格子目盛方向には、副格子を2個分、配列すればよいの
で、格子目盛方向のサイズが大型化することがない。 前記実施例においては、いずれも、3個又は4個の副格
子を、主格子長手方向位置を変えて2組配設し、主格子
長手方向略同一位置の副格子に対応する各受光素子間の
出力の差によつて1次検出信号を生成し、次いで、前記
主格子長手方向の異なる位置に配設した副格子の組に対
応する受光素子の組の間で、略対角線上に前記1次検出
信号の差をとつて検出信号を生成するようにしたので、
主格子長手方向の変動だけでなく、参照スケールの中心
に対する回転、傾き等による外乱に対しても有効であ
る。 又、前記実施例においては、いずれも、副格子の直後に
対応する受光素子を配置しているので、構成が簡略であ
り、小型である。なお、受光素子の配設位置は、これに
限定されず、例えば光フアイバ等を用いることによつ
て、対応する副格子から離れた位置に配設することもで
きる。 更に、前記実施例においては、本発明が、ガラス製の反
射スケールを含む反射型の直線変位検出器に適用されて
いたが、本発明の適用範囲はこれに検定されず、金属製
の反射スケールを含むものや、透過型の検出器、回転変
位検出器にも同様に適用可能である。
An embodiment of the present invention applied to a reflection type detector of a diffuse illumination system will be described in detail below with reference to the drawings. The first embodiment of the present invention is constructed as shown in FIGS. In this embodiment, the illumination system is composed of a diffused light source 30 including a laser diode (LD) chip 34 (see FIG. 4) housed in a housing 32. As shown in detail in FIG. 4, the diffused light source 30 serves as the LD chip 34 as a primary point light source and a condenser lens for converging divergent light from the LD chip 34 to generate a secondary point light source. , A cylindrical distributed index lens 40, and the secondary point light source is focused on the sub-lattice forming surface (chrome vapor deposition surface) 42 of the reference scale 18. Main scale 14 made of glass plate
The main grating 16 is formed on the surface of the opposite side of the diffused light source 30. This is for downsizing the detector by the thickness of the main scale 14. The light transmissive reference scale 18 includes six sub-gratings 20A 1 corresponding to the main grating 16 as shown in detail in FIG.
~20A is 3, 20B 1 ~20B 3, 3 pieces in a grid scale parallel direction, are two sets of a total of six formed in the main grating longitudinal direction. The sub-lattices 20A 1 to 20B 3 have the same pitch and a phase of 0 ° and +90 in the chrome vapor deposition surface 42.
It is divided into 6 sections corresponding to °, -90 °, +180 °, +90 °, and +270 °, and an opening 52 through which the secondary point light source is focused and passes is also formed in the center. . The opening 52 has a height of 0.4 mm and a width of 0.
The size of the LD chip 34 is 1 mm, and the divergent light of the LD chip 34 is focused by the distributed index lens 40 (for example, Selfoc lens, a trade name of Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) in the secondary point light source 54. Are formed (see FIG. 4). On the back side of each sub-grating 20A 1 to 20B 3 , the main grating 1
Six light receiving elements 22A 1 ~22B 3 that the light is photoelectrically converted from the diffuse source 30 that has passed through is reflected each sublattice 20A 1 ~20B 3 are provided at 6. These light receiving elements 22A 1 ~22B 3, as shown in FIG. 4, is disposed on the light-receiving substrate 56, they are in a positional relationship as shown by the broken line in FIG. 5. In the center of the light receiving substrate 56,
The distributed index lens 40 is also inserted. As shown in FIG. 6, the signal generating circuit 60 that forms a two-phase detection signal from the outputs of the light receiving elements 22A 1 to 22B 3 has a variable resistor for amplifying the output signal A 1 of the light receiving element 22A 1. Operational amplifier (operational amplifier) OP1 whose amplification factor is variable by the device VR1 and the light receiving element 22.
For amplifying an output signal A 2 of A 2, the variable resistor VR
An operational amplifier OP2 whose amplification factor is variable by 2;
Wherein for amplifying an output signal A 3 of the light receiving element 22A 3, an operational amplifier OP3 to by the variable resistor VR3 connexion amplification factor is variable, for amplifying the output of the light receiving element 22B 1, the variable resistor an operational amplifier OP4 to by connexion amplification factor is variable in VR4, for amplifying the output of the light receiving element 22B 2, a variable resistor operational amplifier OP5 to VR5 by the connexion amplification factor is variable, the light receiving element 22
For amplifying the output of the B 3, the variable resistor VR6 operational amplifier OP6 to by connexion amplification factor is variable, the differential signal of the output of the operational amplifier OP2 and OP1 (A 2 -A 1)
Operational amplifier OP7 for outputting
When an operational amplifier OP8 the output OP3 differential signal of the output of the (A 1 -A 3), an operational amplifier OP for outputting a differential signal of the output of the operational amplifier OP4 and OP5 (B 1 -B 2)
9, an operational amplifier OP10 outputs a differential signal of the output of the operational amplifier OP6 and OP4 (B 3 -B 1), the differential signal of the output of the operational amplifier OP8 and OP9 (A 1 -A
3 )-(B 1 -B 2 ) is output as one of the two-phase detection signals, and the operational amplifiers OP7 and O7.
P10 differential signal output (A 2 -A 1) - ( B 3 -
And a B 1) and outputs as a local 2-phase detection signal operational amplifier OP12 Prefecture. The operation of the embodiment will be described below. First, at any point (P) on the main scale 14, the variable resistors VR1 to VR6 are adjusted to obtain the DC component a at the point P as shown in the above equations (1 ') to (6'). 1 , a 2 and a 3 all have the same value a, and DC components b 1 , b 2 and b 3 have the same value b. Then, the two-phase detection signals obtained by the operational amplifiers OP11 and OP12 of the signal generation circuit 60 are the same as the above (11) and (1
It becomes as shown in the equation (2). In this state, when the reference scale 18 is moved relative to the main scale 14 and is moved to another arbitrary point (Q), the two-phase detection signals at that time are (19) and (20).
As shown in the equation, the amplitude component fluctuates slightly, but
DC components are not included. Therefore, an extremely stable detection signal can be obtained, and highly accurate interpolation division can be performed to obtain a highly accurate measurement signal. In the first embodiment, the sub-lattice 20A 1 through 20a 3
Alternatively, three sets of 20B 1 to 20B 3 are arranged in a direction parallel to the lattice scale, respectively, and a set of partially overlapping light receiving elements (2
2A 2 -22A 1), (22A 1 -22A 3) or (2
2B 3 -22B 1), (22B 1 -22B 2) 1 primary detection signal based on the difference between the output of the (A 2 -A 1), ( A 1 -A
3 ) or (B 3 −B 1 ), (B 1 −B 2 ) are generated, the minimum number of three sub-lattices may be provided at the same position in the main lattice longitudinal direction. Variations in the longitudinal direction can be reliably absorbed, and the configuration is simple. Further, in the first embodiment, since the secondary point light source 54 is formed by using the distributed index lens 40 as the condenser lens, a substantially ideal small diffused light source can be obtained. The method for forming the diffused light source is not limited to this, and a laser diode can be used as a direct diffused light source, or a tungsten lamp or a light emitting diode other than the laser diode can be used. Further, instead of the diffused light source, a parallel light source using, for example, a collimator lens can be used. Further, in this first embodiment, the secondary point light source 54 is
Since the sub-lattices 20A 1 to 20B 3 are formed in the central portion, each sub-lattice can be illuminated substantially uniformly, and the detector can be downsized. The formation position of the secondary point light source 54 is not limited to this. Further, in the first embodiment, the secondary point light source 54 is formed by focusing on the small square opening 52 on the sub-lattice forming surface (42), so that the extra scattered light irradiates the main lattice 16. It is possible to obtain a detection signal with a good S / N ratio. The shape and size of the opening 52 for passing the illumination light beam is not limited to this. Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the same photoelectric displacement detector and the first embodiment, as shown in FIG. 7, the sublattice 20A 1 ~
20A 4, 20B 1 ~20B 4 to those provided four each in a grid scale parallel direction. Here, for example, when the reference value of the sub-grating 20A 1 is 0 °, the phase of the sub-grating 20A 2 is + 90 ° and the phase of the sub-grating 20A 3 is +.
180 °, subgrating 20A 4 phase is + 270 °, subgrating 2
The phase of 0B 1 is + 180 ° and the phase of sub-grating 20B 2 is +
270 °, phase of sub-grating 20B 3 is 0 °, sub-grating 20B
The phase of 4 is + 90 °. In this second embodiment, the sub-gratings 20A 1 to 20
From the output signals A 1 to A 4 and B 1 to B 4 of the light receiving elements (not shown) corresponding to A 4 and 20B 1 to 20B 4 , respectively, (A 1 −A 3 ) − (B 1 −B 3 ) ( a 2 -A 4) - (B 2 -B 4) that Yotsute to obtaining a difference signal, second 90 degree phase difference
A phase signal can be obtained. In the second embodiment, the sub-lattice 20A 1 through 20a 4
Or 20B 1 ~20B 4, respectively arranged four by four grid scale parallel directions, mutually independent sets of output difference between the light receiving elements (A 1 -A 3), ( A 2 -A 4) or ( B 1 -B
3), (since so as to generate a primary detection signal based on B 2 -B 4), the number of light receiving elements as compared with the first embodiment is increased two, output signals, first Compared to the example growing. Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, four sub-gratings 20A 1 , 20A 2 and 20 having the same phase difference as each other by 90 ° are used.
In the photoelectric type displacement detector with B 1, 20B 2, as shown in FIG. 8, between the sub-gratings 20A 1 and 20A 2,
Further, between the sub-lattices 20B 1 and 20B 2 , sub-lattices 20A 0 and 20B 0 containing only a DC component are provided, respectively. That is, the sub-lattices 20A 0 and 20B 0 are provided with stripes in the direction perpendicular to the grid in order to adjust the level of the DC component, but are not provided with stripes in the direction parallel to the scale and the DC component A Only 0 = a and B0 = b. In this third embodiment, the sublattices 20A 0 to 20
From output signals A 0 to A 2 and B 0 to B 2 of light receiving elements (not shown) corresponding to A 2 and 20B 0 to 20B 2 , respectively, (A 1 −A 0 ) − (B 1 −B 0 ) ( By taking a differential signal of A 2 −A 0 ) − (B 2 −B 0 ), a 90 ° phase difference of 2
A phase signal can be obtained. In the third embodiment, the sub-lattice 20A 0 through 20a 2
Alternatively, three 20B 0 to 20B 2 are arranged in a direction parallel to the grid graduations, respectively, and the output difference (A 1 -A 0), (A 2 -A 0) or (B 1 -B 0),
Since so as to generate a primary detection signal based on (B 2 -B 0), construction is extremely simplified. In the third embodiment, the number of light receiving elements is the first.
As with the first embodiment, only six signals are required, but the amplitude value of the output signal is smaller than that of the first embodiment. Becomes smaller. Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fourth embodiment is a photoelectric displacement detector having four sub-lattices arranged in a T-shaped pattern, the phases of which are different by 90 ° from each other, as shown in FIG. Two sets of grids (20A 1 ~
20A 4 ), (20B 1 to 20B 4 ) are arranged, the differential signal obtained by each of them is used as a primary detection signal, and the differential of the primary detection signal is further taken to obtain a two-phase detection signal. Is to get. Here, the sub-lattice 20A 1 , 2
0B 3 has a reference value of 0 °, and sub-lattices 20A 2 and 20B 4
Is + 90 °, the sublattices 20A 3 and 20B 1 are + 180 ° in phase, and the sublattices 20A 4 and 20B 2 are +27 in phase.
It is said to be 0 °. In the fourth embodiment, the sub-gratings 20A 1 to 20
From the output signals A 1 to A 4 and B 1 to B 4 of the light receiving elements (not shown) corresponding to A 4 and 20B 1 to 20B 4 , respectively, (A 1 −A 3 ) − (B 1 −B 3 ) ( a 2 -A 4) - (B 2 -B 4) that Yotsute to obtaining a difference signal, the phase difference can be obtained a detection signal of 90 ° two different phases. In the fourth embodiment, the set of sub-lattices arranged at substantially the same position in the longitudinal direction of the main lattice is four sub-lattices arranged in the same T-shape as the conventional one. The sub-grid can be manufactured with the same manufacturing equipment as before, and the cost is low. or,
Since two sub-lattices may be arranged in the grid scale direction, the size in the grid scale direction does not increase. In each of the above-described embodiments, two sets of three or four sub-lattices are arranged by changing the position of the main lattice in the longitudinal direction, and between the light-receiving elements corresponding to the sub-lattices at substantially the same position in the longitudinal direction of the main lattice. To generate a primary detection signal based on the difference between the outputs of the sub-lattices, and then between the groups of light-receiving elements corresponding to the sub-lattice groups arranged at different positions in the longitudinal direction of the main grating, the first detection signal is formed on a substantially diagonal line. Since the detection signal is generated by taking the difference between the next detection signals,
This is effective not only for fluctuations in the longitudinal direction of the main lattice but also for disturbances due to rotation, inclination, etc. with respect to the center of the reference scale. Further, in each of the above embodiments, since the corresponding light receiving element is arranged immediately after the sub-lattice, the structure is simple and the size is small. The arrangement position of the light receiving element is not limited to this, and it is also possible to arrange the light receiving element at a position apart from the corresponding sub-lattice by using an optical fiber or the like. Further, in the above-mentioned embodiment, the present invention was applied to a reflection type linear displacement detector including a reflection scale made of glass, but the application range of the present invention is not verified by this, and a reflection scale made of metal is used. It is similarly applicable to a device including, a transmission type detector, and a rotational displacement detector.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明の原理を説明するための、参照スケー
ル上の副格子及び受光素子の配置例を示す正面図、第2
図は、同じくメインスケール上の主格子の例を示す正面
図、第3図は、本発明に係る光電式変位検出器の第1実
施例の全体構成を示す斜視図、第4図は、第3図のIV−
IV線に沿う横断面図、第5図は、第4図のV−V線に沿
う横断面図、第6図は、第1実施例の信号生成回路の構
成を示すブロツク線図、第7図は、本発明の第2実施例
における参照スケール上の副格子の配置を示す正面図、
第8図は、本発明の第3実施例における参照スケール上
の副格子の配置を示す正面図、第9図は、本発明の第4
実施例における参照スケール上の副格子の配置を示す正
面図、第10図は、従来の平行照明光線を使用した反射
型光電式変位検出器の一例の構成を示す断面図、第11
図は、前記従来例における参照スケールを示す正面図で
ある。 14……メインスケール、 16……主格子、 18……参照スケール、 20A〜20B……副格子、 22A〜22B……受光素子、 A〜B……受光信号、 60……信号生成回路。
FIG. 1 is a front view showing an arrangement example of a sub-lattice and a light receiving element on a reference scale for explaining the principle of the present invention, FIG.
Similarly, FIG. 3 is a front view showing an example of a main grid on the main scale, FIG. 3 is a perspective view showing the overall configuration of the first embodiment of the photoelectric displacement detector according to the present invention, and FIG. IV- in Figure 3
Fig. 5 is a cross sectional view taken along line IV, Fig. 5 is a cross sectional view taken along line VV in Fig. 4, and Fig. 6 is a block diagram showing the configuration of the signal generation circuit of the first embodiment. The figure is a front view showing the arrangement of the sub-lattice on the reference scale in the second embodiment of the present invention,
FIG. 8 is a front view showing the arrangement of the sub-lattice on the reference scale in the third embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a fourth view of the present invention.
FIG. 10 is a front view showing the arrangement of the sub-gratings on the reference scale in the embodiment, and FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of an example of a reflection type photoelectric displacement detector using a conventional parallel illumination light beam.
FIG. 1 is a front view showing a reference scale in the conventional example. 14 ... Main scale, 16 ... Main lattice, 18 ... Reference scale, 20A 1 to 20B 4 ... Sub lattice, 22A 1 to 22B 3 ... Photodetector, A 1 to B 4 ... Photodetection signal, 60 ... ... Signal generation circuit.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】照明系と、周期的な主格子を形成した第1
部材と、対応する周期的な副格子を形成した光透過性の
第2部材と、前記主格子及び副格子によつて変調された
前記照明系からの光を光電変換する受光素子とを含み、
前記両部材の相対変位に応じて周期的な検出信号を生成
する光電式変位検出器において、 主格子長手方向の略同一位置に配設された3個以上の副
格子からなる副格子の組を、主格子長手方向位置を変え
て複数組配設し、 前記主格子長手方向略同一位置の副格子に対応する各受
光素子間の出力の差によつて1次検出信号を生成し、前
記主格子長手方向の異なる位置に配設した副格子の組に
対応する受光素子の組の間の前記1次検出信号の差によ
つて前記検出信号を生成することにより、 主格子長手方向で変動する受光素子出力の直流成分を相
殺したことを特徴とする光電式変位検出器。
1. A first system in which an illumination system and a periodic main grating are formed.
A member, a light-transmissive second member forming a corresponding periodic sub-grating, and a light-receiving element for photoelectrically converting light from the illumination system modulated by the main grating and the sub-grating,
In a photoelectric displacement detector that generates a periodic detection signal according to the relative displacement of both members, a sub-lattice set consisting of three or more sub-lattices arranged at substantially the same position in the longitudinal direction of the main lattice is used. A plurality of sets are arranged by changing the position of the main grating in the longitudinal direction, and a primary detection signal is generated by the difference in output between the light receiving elements corresponding to the sub-gratings at substantially the same position in the longitudinal direction of the main grating. The detection signal is generated according to the difference in the primary detection signal between the set of light receiving elements corresponding to the set of sub-gratings arranged at different positions in the longitudinal direction of the grating, thereby varying in the longitudinal direction of the main grating. A photoelectric displacement detector characterized in that the direct current component of the light receiving element output is canceled.
【請求項2】請求項1において、前記主格子長手方向略
同一位置の副格子を、田型に4個配設したことを特徴と
する光電式変位検出器。
2. A photoelectric displacement detector according to claim 1, wherein four sub-lattices are arranged in a grid pattern at substantially the same position in the longitudinal direction of the main lattice.
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FR2462734A1 (en) * 1979-08-01 1981-02-13 Eastman Kodak Co METHOD OF FORMING COLOR IMAGE AND SILVER HALIDE GENERATING PRODUCT USED FOR THE IMPLEMENTATION OF THE METHOD
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JPS6117016A (en) * 1984-07-02 1986-01-25 Okuma Mach Works Ltd Averaged diffraction moire position detector

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