[其他]光学式位移检测装置

说明书

本发明涉及光学位移检测装置，更详细地说，涉及对一种光学式位移检测装置所进行的改良，在该装置中，两机件的位置关系是从在其上形成以具有一光栅的一主标尺与在其上形成以具有一对应于该主标尺光栅的光栅的一指示标尺作相对位移时所产生的光电转换过程的信号的变化检测出来的。

迄今，在机床和测量仪表领域中要测量机床刀具等的进给值时（如图15所示），都盛行采用这样一种光学式位移检测装置：在彼此作相对运动的其中一个机件上安装上一个在其上形成以具有第一光学光栅（以下简称“第一光栅”）16的主标尺14，在另一个机件上安装上一个在其上形成以具有第二光学光栅（以下简称“第二光栅”）20的指示标尺18的滑尺，例如由光源10和准直透镜12组成的照明装置和例如由光接收元件22组成的光电转换装置，由此将第一光栅16与第二光栅20相对运动所产生光量的变化进行光电转换，然后将如此检测出的检测信号插入并转换成脉冲，由所附的计数电路计数，从而可以进行位移值的测量。

在上述检测装置中，例如，指示标尺18上的第二光栅20如图15所示可分为四相：0°，90°，180°，270°，光量的变化，由前置放大器24A和24B进行差分放大，从而使两相检测信号大致上可用对应于指示标尺18在X方向上的位移的Asinθ和Acosθ近似地表示。

在上述检测装置中，连同先进的精整技术一起，都认为需要将测量分辨率划分得再小一些。但计数电路中施加在检测信号的插值数目是有一定限度的，而且插值可能会引起误差，从而要求进一步减小检测信号本身的间距，以便减小主标尺14的第一光栅16的光栅间距P。迄今，光栅间距P历来设定在20微米左右，但最近要求将光栅间距P规定为10微米或以下。

然而，随着主标尺14的第一光栅间距16的减少，产生了以下缺点。

更具体地说，从设计技巧的角度出发，需要将主标尺14与指示标尺18之间的间隙距离g的绝对值及其容许偏差设定在某些值或高于某些值上。但当光栅间距P的值小时，为满足上述要求，需要采用高精度长焦距的准直透镜12，使照明光成为令人满意的平行光，这样就使检测装置的体积变大。

另一方面，英国专利申请书44522/74提出过一种无需采用高精度准直透镜12可以增加间隙距离g的检测装置。但这个现有技术有这样一个缺点：该检测装置用于透射式检测装置中时，因为需用三个光栅，所以使用起来特别困难。

此外，在指示标尺18上形成的第二光栅20光栅间距和对光栅的相位进行分度具有一个缺点。更具体地说，在图15的实例中，第二光栅20是分度为四。但对垂直分度偏差δ的精确度进行研究时，当第一光栅16的光栅间距为8微米时，若第二光栅20的光栅间距也是8微米，则为使检测信号的相位差达到90°±10°的精确度，需要采用非常小的光栅间距并将偏差δ设定在2±0.2微米。这样就需要采用先进的精整技术，而且在生产过程中降低了指示标尺的生产率，从而提高生产成本。

另一方面，作为另一种有助于提高分辨能力的检测装置，有人提出过一种用以进行光学分度的检测装置，该装置根据主标尺上形成的第一光栅间距P获得的检测信号的间距t是通过减小间距P例如减少到P/2获得的。

例如，在上述美国专利申请44522/74中就公开了这样一种检测装置，该装置采用三个光栅以产生具有间距等于主标尺光栅间距P的1/2的检测信号。但如前所述，该现有技术具有难以应用于透射式检测装置的缺点。

此外，在图16所示的英国专利申请2024416A中，提出了一种检测装置，该装置主标盘14上形成的第一光栅16上的透光部分16A与遮光部分16B之间的比值调定为1∶（2n-1），从而使光接收元件（光电二极管）22通过其上形成以第二光栅20的指示标尺18获得的检测信号，其间距为第一光栅16的间距P的1/n。

在图16所示的检测装置中，第一光栅16的透光部分16A与光栅间距P之间的比值调定为1∶4，第二光栅20的间距q调定在P/2，而前置放大器24通过放大来自光电二极管22的信号得到的检测信号的间距t为q，即为第一光栅间距P的1/2。