JPH03197818A - ロータリーエンコーダー - Google Patents
ロータリーエンコーダーInfo
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- JPH03197818A JPH03197818A JP33922189A JP33922189A JPH03197818A JP H03197818 A JPH03197818 A JP H03197818A JP 33922189 A JP33922189 A JP 33922189A JP 33922189 A JP33922189 A JP 33922189A JP H03197818 A JPH03197818 A JP H03197818A
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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】
く技術分野〉
本発明はロータリーエンコーダーに関し、特に、円筒状
の回転体の回転量に応じた信号を光電的に検出するロー
タリーエンコーダーに関する。
の回転体の回転量に応じた信号を光電的に検出するロー
タリーエンコーダーに関する。
〈従来技術〉
円筒状の回転体の回転量を測定する測定器として、本件
出願人が特開昭６３−８１２１２号公報で提案したロー
タリーエンコーダーかある。
出願人が特開昭６３−８１２１２号公報で提案したロー
タリーエンコーダーかある。
このロータリーエンコーダーは、円筒状の回転体の回転
量を、簡便な構成で、比較的高い分解能て測定てきる優
れた測定器である。
量を、簡便な構成で、比較的高い分解能て測定てきる優
れた測定器である。
この効果は、回転体の内部（中空部）に結像光学系を設
け、この結像光学系により１回転体の側面の第１領域の
格子の像を、回転体の回転軸に関して第１領域とは反対
側にある側面の第２領域の格子へ投影することにより達
成されている。
け、この結像光学系により１回転体の側面の第１領域の
格子の像を、回転体の回転軸に関して第１領域とは反対
側にある側面の第２領域の格子へ投影することにより達
成されている。
〈発明の概要〉
本発明は上記公報に示されたロータリーエンコーダーの
改良に関するものてあり、更に小型化を図ることが可能
なロータリーエンコーダーの提供を目的としている。
改良に関するものてあり、更に小型化を図ることが可能
なロータリーエンコーダーの提供を目的としている。
この目的を達成する為に、本発明のロータリーエンコー
ダーは、光照射手段と円筒状の回転体と光電変換手段と
を備え、円筒状の回転体は円筒の母線に平行な軸を回転
軸として回転し、円筒状の回転体の側面には、回転体の
回転方向に沿って透光部と遮光部とを交互に配列して格
子が形成され、光照射手段からの光を回転体の側面の第
１領域に照射し、第１領域の格子を通過した光を回転体
の回転軸に関して第１領域とは反対側にある回転体の側
面の第２領域に向け、光電変換手段で第２領域の格子を
通過した光を受光して電気信号に変換するものであって
、上記第１領域の格子のフーリエ像を上記第２領域の格
子へ投影すべく上記光照射手段と回転体とを構成してい
る。
ダーは、光照射手段と円筒状の回転体と光電変換手段と
を備え、円筒状の回転体は円筒の母線に平行な軸を回転
軸として回転し、円筒状の回転体の側面には、回転体の
回転方向に沿って透光部と遮光部とを交互に配列して格
子が形成され、光照射手段からの光を回転体の側面の第
１領域に照射し、第１領域の格子を通過した光を回転体
の回転軸に関して第１領域とは反対側にある回転体の側
面の第２領域に向け、光電変換手段で第２領域の格子を
通過した光を受光して電気信号に変換するものであって
、上記第１領域の格子のフーリエ像を上記第２領域の格
子へ投影すべく上記光照射手段と回転体とを構成してい
る。
本発明では、第１領域の格子のフーリエ像を第２領域の
格子へ投影するよう構成している為、円筒状回転体の内
部（中空部）に結像光学系を設ける必要かない。従って
、回転体の直径を容易に小さくすることかてき、極めて
小型のロータリーエンコーダーを提供することが可能に
なる。
格子へ投影するよう構成している為、円筒状回転体の内
部（中空部）に結像光学系を設ける必要かない。従って
、回転体の直径を容易に小さくすることかてき、極めて
小型のロータリーエンコーダーを提供することが可能に
なる。
本発明の好ましい実施例ては、格子のピッチなＰ、光照
射手段からの光の波長をλ、とする（Ｎは自然数） を満たすように設定される。また、透光部と遮光部か、
円筒状回転体の側面全体に規則正しく交互に配列される
場合、格子のピッチＰは、透光部の総数なｎとすると、 πｄ ｐ＝− となる。
射手段からの光の波長をλ、とする（Ｎは自然数） を満たすように設定される。また、透光部と遮光部か、
円筒状回転体の側面全体に規則正しく交互に配列される
場合、格子のピッチＰは、透光部の総数なｎとすると、 πｄ ｐ＝− となる。
〈実施例〉
第１図は本発明の一実施例を示す斜視図である。同図に
３いて、ｌは半導体レーザーであり、波長λの可干渉光
束を放射する。２は半導体レーザーｌからの発散光束を
略平行光束に変換するコリメーターレンズ系てあり、半
導体レーザー１とコリメーターレンズ系２とて、光照射
手段か構成される。３は円筒状の回転体であり、円筒の
母線と平行な軸５を回転軸として、矢印て示す方向に回
転する。この回転体３は、不図示のコネクタを介して、
モーター等の駆動軸と連結され、駆動軸の回転量などを
検出する為の光学式スケールとして使用される。
３いて、ｌは半導体レーザーであり、波長λの可干渉光
束を放射する。２は半導体レーザーｌからの発散光束を
略平行光束に変換するコリメーターレンズ系てあり、半
導体レーザー１とコリメーターレンズ系２とて、光照射
手段か構成される。３は円筒状の回転体であり、円筒の
母線と平行な軸５を回転軸として、矢印て示す方向に回
転する。この回転体３は、不図示のコネクタを介して、
モーター等の駆動軸と連結され、駆動軸の回転量などを
検出する為の光学式スケールとして使用される。
また、軸５と駆動軸の中心軸とは一致しており、回転体
の中心軸と軸５も、はぼ一致している。回転体３は金属
等の不透明な部材より成り、その側面３０には、回転体
３の回転方向に沿って、多数個のスリット３０ａかピッ
チＰて等間隔に並べである。従って、回転体３の側面３
０に入射する光は、スリット３０ａを通過し、スリット
３０ａ間の部分３０ｂで遮光される。即ち３０ａか透光
部、３０ｂか遮光部となり、これら透光Ｍ ３ ｏ ａ
と遮光部３０ｂか、回転方向に沿って交互に規則正しく
並べられて格子を形成し、光学式スケールを構成するこ
とになる。４は光電変検素子であり、フォトディテクタ
ーより成る。
の中心軸と軸５も、はぼ一致している。回転体３は金属
等の不透明な部材より成り、その側面３０には、回転体
３の回転方向に沿って、多数個のスリット３０ａかピッ
チＰて等間隔に並べである。従って、回転体３の側面３
０に入射する光は、スリット３０ａを通過し、スリット
３０ａ間の部分３０ｂで遮光される。即ち３０ａか透光
部、３０ｂか遮光部となり、これら透光Ｍ ３ ｏ ａ
と遮光部３０ｂか、回転方向に沿って交互に規則正しく
並べられて格子を形成し、光学式スケールを構成するこ
とになる。４は光電変検素子であり、フォトディテクタ
ーより成る。
そして、光電変換素子４は、その受光面４ｏに入射する
光の強度に応じた電気信号を出力する。
光の強度に応じた電気信号を出力する。
光照射手段（１，２）の光軸１２は軸５と直交しており
、この先軸１２は回転体３の側面３０の第１領域３１と
第２領域３２の双方と交叉する。この第１領域３１と第
２領域３２は、回転体３の、軸５に関する互いに反対側
の側面に設定され、光照射手段（１，２）からの光は、
この第１領域３１と第２領域３２の各格子を介して、光
電変換素子４の受光面４０に向けられる。第１領域３１
と第２領域３２を、軸５に関して互いに反対側の側面に
設定し、対称な配置としたのは、回転体３の中心軸と軸
５との偏心によるΔ一定定差差軽減する為である。
、この先軸１２は回転体３の側面３０の第１領域３１と
第２領域３２の双方と交叉する。この第１領域３１と第
２領域３２は、回転体３の、軸５に関する互いに反対側
の側面に設定され、光照射手段（１，２）からの光は、
この第１領域３１と第２領域３２の各格子を介して、光
電変換素子４の受光面４０に向けられる。第１領域３１
と第２領域３２を、軸５に関して互いに反対側の側面に
設定し、対称な配置としたのは、回転体３の中心軸と軸
５との偏心によるΔ一定定差差軽減する為である。
回転体３の第１領域３１の格子と第２領域３２の格子の
、光軸１２に沿った間隔ｄ（以下、「回転体の直径ｄ」
と記す。）は、格子ピッチかＰ、波長がλとして、 ｄ：Ｎ−（Ｎ＝３） λ Ｐ ＝ ”’ （ｎはスリットの総数）を満たすよ
うに設定されている。このように、回転体３の直径ｄを
設定することにより、回転体３の中空部に結像光学系を
設けることなく、回転体３の側面３０の第１領域３１の
格子の像を直接第２領域３２の格子へ投影できる。ここ
で投影される格子像は、フーリエ像と呼ばれるものであ
り、光回折現象に伴なう、格子の自己結像作用により生
じる０本実施例の回転体３は円筒状を成している為、フ
ーリエ像か多少湾曲し、コントラストが低下し易いが、
以下に示す条件を満たすように、光照射手段（１，２）
と（Ｎは自然数） πｄ Ｐ ＝ −（ｎはスリットの総数） 次に、第１図に示すエンコーダーの、回転体３の回転角
の測定原理を第２図、第３図を用いて、詳しく説明する
。
、光軸１２に沿った間隔ｄ（以下、「回転体の直径ｄ」
と記す。）は、格子ピッチかＰ、波長がλとして、 ｄ：Ｎ−（Ｎ＝３） λ Ｐ ＝ ”’ （ｎはスリットの総数）を満たすよ
うに設定されている。このように、回転体３の直径ｄを
設定することにより、回転体３の中空部に結像光学系を
設けることなく、回転体３の側面３０の第１領域３１の
格子の像を直接第２領域３２の格子へ投影できる。ここ
で投影される格子像は、フーリエ像と呼ばれるものであ
り、光回折現象に伴なう、格子の自己結像作用により生
じる０本実施例の回転体３は円筒状を成している為、フ
ーリエ像か多少湾曲し、コントラストが低下し易いが、
以下に示す条件を満たすように、光照射手段（１，２）
と（Ｎは自然数） πｄ Ｐ ＝ −（ｎはスリットの総数） 次に、第１図に示すエンコーダーの、回転体３の回転角
の測定原理を第２図、第３図を用いて、詳しく説明する
。
半導体レーザーｌからの光束はコリメーターレンズ系２
により平行光束に変換され、この平行光束で、回転体３
の第１領域３１を照明する。この平行光束は第１領域３
１の格子で回折され、第１領域３１の格子から０次、±
１次、±２次といった回折光が生し、０次光及び±１次
回折光の２つ若しくは３つの光束同士の干渉により、領
域３１の格子のフーリエ像が、回転体３の領域３２の格
子へ投影される。このフーリエ像の明暗のピッチは、領
域３１の格子のピッチＰと等しくなる。また、前述のよ
うに、このフーリエ像は湾曲するが、この湾曲は、領域
３２の曲面に沿って生しており、測定精度にはあまり影
響しない。尚、このようなフーリエ像の湾曲を小さくす
る為には、回転体３の直径ｄを小さくすればいい。
により平行光束に変換され、この平行光束で、回転体３
の第１領域３１を照明する。この平行光束は第１領域３
１の格子で回折され、第１領域３１の格子から０次、±
１次、±２次といった回折光が生し、０次光及び±１次
回折光の２つ若しくは３つの光束同士の干渉により、領
域３１の格子のフーリエ像が、回転体３の領域３２の格
子へ投影される。このフーリエ像の明暗のピッチは、領
域３１の格子のピッチＰと等しくなる。また、前述のよ
うに、このフーリエ像は湾曲するが、この湾曲は、領域
３２の曲面に沿って生しており、測定精度にはあまり影
響しない。尚、このようなフーリエ像の湾曲を小さくす
る為には、回転体３の直径ｄを小さくすればいい。
第３図に示すように、回転体３か矢印１００方向（ＣＣ
Ｗ方向）に回転しているとすると、フーリエ像は矢印１
１０方向（ＣＷ力方向に移動する。この時、フーリエ像
か投影されている領域３２の格子は、矢印１００方向へ
移動している。従って、回転体３が角度θ回転した時の
フーリエ像と領域３２の格子間の相対的角度変化は２０
となり、格子ピッチの２倍の分解能で回転角の測定が行
なえる。
Ｗ方向）に回転しているとすると、フーリエ像は矢印１
１０方向（ＣＷ力方向に移動する。この時、フーリエ像
か投影されている領域３２の格子は、矢印１００方向へ
移動している。従って、回転体３が角度θ回転した時の
フーリエ像と領域３２の格子間の相対的角度変化は２０
となり、格子ピッチの２倍の分解能で回転角の測定が行
なえる。
領域３２の格子は領域３１の格子のフーリエ像で照明さ
れ、領域３２の格子を通過した光が、光電変換素子４の
受光面４０に入射する。
れ、領域３２の格子を通過した光が、光電変換素子４の
受光面４０に入射する。
光電変換素子４は受光した光を電気信号に変換し、この
信号に基づいて回転体３の回転角か測定される。本実施
例のロータリーエンコーダーでは、前述のように、回転
体３が角度θ回転するときに、領域３１の格子のフーリ
エ像と領域３２の格子が相対的に角度２００回転るから
、回転体３のスリット３の総数かｎであれば、回転体３
の１回転当り、光電変換素子４から２ｎ個の正弦波パル
スか出力される。回転角の測定は、この正弦波パルスを
順次計数することにより行なわれる。また、光電変換素
子４からの正弦波パルスに基づいて、回転体４の回転速
度を検出することもできる。
信号に基づいて回転体３の回転角か測定される。本実施
例のロータリーエンコーダーでは、前述のように、回転
体３が角度θ回転するときに、領域３１の格子のフーリ
エ像と領域３２の格子が相対的に角度２００回転るから
、回転体３のスリット３の総数かｎであれば、回転体３
の１回転当り、光電変換素子４から２ｎ個の正弦波パル
スか出力される。回転角の測定は、この正弦波パルスを
順次計数することにより行なわれる。また、光電変換素
子４からの正弦波パルスに基づいて、回転体４の回転速
度を検出することもできる。
第４図（Ａ）、（Ｂ）は、第１図に示すエンコーターを
ユニット化し、被測定物体である（モーター等の）回転
駆動軸８に取付けた状態を示す図てあり、第４図（Ａ）
が斜視図、第４図（Ｂ）か断面図である。
ユニット化し、被測定物体である（モーター等の）回転
駆動軸８に取付けた状態を示す図てあり、第４図（Ａ）
が斜視図、第４図（Ｂ）か断面図である。
第４図（Ａ）、（Ｂ）に示すように、光学式スケールと
しての機能を備える回転体３は１回転駆動軸８に直接取
付けられる。一方、半導体レーザーｌ、コリメーターレ
ンズ系２、光′市変換素子４か、コの字型のホルタ−７
に取付けられ、固着される。ここては、コリメーターレ
ンズ系２として、棒状の屈折率型分！ｌ型レンズを使用
し、ユニット化を容易にし、また全体を小型にしている
。
しての機能を備える回転体３は１回転駆動軸８に直接取
付けられる。一方、半導体レーザーｌ、コリメーターレ
ンズ系２、光′市変換素子４か、コの字型のホルタ−７
に取付けられ、固着される。ここては、コリメーターレ
ンズ系２として、棒状の屈折率型分！ｌ型レンズを使用
し、ユニット化を容易にし、また全体を小型にしている
。
第１図て示した実施例ては、平行光束を回転体３の側面
３０の領域３１へ照射しているか、領域３１の格子のフ
ーリエ像の湾曲を補正する為に領域３１へ照射する光束
を非平行とすることもある。この場合、湾曲を補正した
い方向にあわせて、発散光束を領域３１へ照射したり、
収斂光束を領域３１へ照射したりする。
３０の領域３１へ照射しているか、領域３１の格子のフ
ーリエ像の湾曲を補正する為に領域３１へ照射する光束
を非平行とすることもある。この場合、湾曲を補正した
い方向にあわせて、発散光束を領域３１へ照射したり、
収斂光束を領域３１へ照射したりする。
また、第１図の実施例で半導体レーザーを光源として使
用したのは、小型て、可干渉性の良い単色光を放射する
からであるか、領域３１の格子のフーリエ像を、所望の
コントラストて、領域３２の格子へ投影てきる光を放射
するものてあれば、他の光源の使用も可使である。−力
先電変換素子４として小型のものを使用し、且つ測定感
度の低下は防ぎたいような場合には、回転体と光電変換
素子の間に集光レンズを設ければ良い。
用したのは、小型て、可干渉性の良い単色光を放射する
からであるか、領域３１の格子のフーリエ像を、所望の
コントラストて、領域３２の格子へ投影てきる光を放射
するものてあれば、他の光源の使用も可使である。−力
先電変換素子４として小型のものを使用し、且つ測定感
度の低下は防ぎたいような場合には、回転体と光電変換
素子の間に集光レンズを設ければ良い。
また第１図に示す実施例ては、回転体を金属で構成し、
多数個のスリットを設けていたか、回転体は、アクリル
等の透明材料で構成するこで並べれば良い。この遮光部
の形態としては、例えば本件出願人か特開昭６２−３６
１６号公報て示した様な、Ｖ字状の溝か挙げられる。こ
の溝は回転体の内周面に刻まれ、この溝で、そこに入射
する光を全反射して遮光する。
多数個のスリットを設けていたか、回転体は、アクリル
等の透明材料で構成するこで並べれば良い。この遮光部
の形態としては、例えば本件出願人か特開昭６２−３６
１６号公報て示した様な、Ｖ字状の溝か挙げられる。こ
の溝は回転体の内周面に刻まれ、この溝で、そこに入射
する光を全反射して遮光する。
〈発明の効果〉
以上説明したように、本発明ては、円筒状回転体の第１
領域の格子のフーリエ像を第２領域の格子へ投影するよ
う、光照射手段と回転体を構成しているのて、回転体の
内部（中空部）に結像光学型を使用することなく、回転
体の回転量などの測定を高い分解て行なえる。従って、
小型で高分解能をもつロータリーエンコーダーを提供で
きる。
領域の格子のフーリエ像を第２領域の格子へ投影するよ
う、光照射手段と回転体を構成しているのて、回転体の
内部（中空部）に結像光学型を使用することなく、回転
体の回転量などの測定を高い分解て行なえる。従って、
小型で高分解能をもつロータリーエンコーダーを提供で
きる。
また未発ＩＪＪては、回転軸に対する円筒状回転体の、
取り付は面振れやスラスト変位か生じても、測定精度か
劣化しない。
取り付は面振れやスラスト変位か生じても、測定精度か
劣化しない。
また、円筒状回転体か小型化できる為、慣性力か小さく
なり、測定中の回転体の振動か小さくなる。従って、測
定精度か安定する。
なり、測定中の回転体の振動か小さくなる。従って、測
定精度か安定する。
また熱などの影響て円筒状回転体か径方向に伸縮しても
、第１領域の格子のフーリエ像と第２領域の格子の光照
射手段の光軸方向に関する位置関係か一定に維持される
為、熱などの影響により測定精度か劣化しない。
、第１領域の格子のフーリエ像と第２領域の格子の光照
射手段の光軸方向に関する位置関係か一定に維持される
為、熱などの影響により測定精度か劣化しない。
また結像光学系か不良である為、光照射手段、円筒状回
転体、光電変換手段といった各要素の位を決めか容易て
あり、ユニット化し易い。
転体、光電変換手段といった各要素の位を決めか容易て
あり、ユニット化し易い。
第１図は本発明の一実施例を示す斜視図。
第２図及び第３図は第１図に示すエンコーダーの測定原
理を説明する為の平面図。 第４図（Ａ）、（Ｂ）は、第１図に示すエンコーダーを
ユニット化した様子を示す斜視図と断面図。 ｌ・・・半導体レーザー ２・・・コリメーターレンズ系 ３・・・円筒状回転体 ４・・・光電変換素子 ５・・・回転軸 ３１・・・第１領域（格子） ３２・・・第２領域（格子）
理を説明する為の平面図。 第４図（Ａ）、（Ｂ）は、第１図に示すエンコーダーを
ユニット化した様子を示す斜視図と断面図。 ｌ・・・半導体レーザー ２・・・コリメーターレンズ系 ３・・・円筒状回転体 ４・・・光電変換素子 ５・・・回転軸 ３１・・・第１領域（格子） ３２・・・第２領域（格子）
Claims (3)
- （１）光照射手段と円筒状の回転体と光電変換手段とを
備え、円筒状の回転体は円筒の母線に平行な軸を回転軸
として回転し、円筒状の回転体の側面には、回転体の回
転方向に沿って透光部と遮光部とを交互に配列して格子
が形成され、光照射手段からの光を回転体の側面の第１
領域に照射し、第１領域の格子を通過した光を回転体の
回転軸に関して第１領域とは反対側にある回転体の側面
の第２領域に向け、光電変換手段で第２領域の格子を通
過した光を受光して電気信号に変換するロータリーエン
コーダーにおいて、上記第１領域の格子のフーリエ像を
上記第２領域の格子へ投影すべく上記光照射手段と回転
体とを構成したことを特徴とするロータリーエンコーダ
ー。 - （２）上記格子のピッチをＰ、上記光照射手段からの光
の波長をλ、とする時、上記回転体の直径ｄが、 ▲数式、化学式、表等があります▼ （Ｎは自然数） を満たすことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
載のロータリーエンコーダ - （３）上記格子の透光部の総数をｎとする時、▲数式、
化学式、表等があります▼を満たすことを特徴とする特
許請求の範囲第（２）項記載のロータリーエンコーダー
。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33922189A JP2697939B2 (ja) | 1989-12-26 | 1989-12-26 | ロータリーエンコーダー |
| EP19900125118 EP0439804B1 (en) | 1989-12-26 | 1990-12-21 | Rotation detecting apparatus |
| DE1990622571 DE69022571T2 (de) | 1989-12-26 | 1990-12-21 | Rotations-Detektorapparat. |
| US08/022,409 US5323001A (en) | 1989-12-26 | 1993-02-24 | Rotary encoder with scale member and interference of zero and first order diffraction beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33922189A JP2697939B2 (ja) | 1989-12-26 | 1989-12-26 | ロータリーエンコーダー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03197818A true JPH03197818A (ja) | 1991-08-29 |
| JP2697939B2 JP2697939B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=18325400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33922189A Expired - Fee Related JP2697939B2 (ja) | 1989-12-26 | 1989-12-26 | ロータリーエンコーダー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2697939B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5369271A (en) * | 1992-03-13 | 1994-11-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Rotation detector using dual position interference light |
| US5559602A (en) * | 1992-03-13 | 1996-09-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Rotation measuring apparatus and displacement measuring apparatus |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7119622B2 (ja) | 2018-06-18 | 2022-08-17 | セイコーエプソン株式会社 | ウェブ形成装置およびシート製造装置 |
-
1989
- 1989-12-26 JP JP33922189A patent/JP2697939B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5369271A (en) * | 1992-03-13 | 1994-11-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Rotation detector using dual position interference light |
| US5559602A (en) * | 1992-03-13 | 1996-09-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Rotation measuring apparatus and displacement measuring apparatus |
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|---|---|
| JP2697939B2 (ja) | 1998-01-19 |
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