JPH03211417A - 光学式回転角計測装置 - Google Patents
光学式回転角計測装置Info
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- JPH03211417A JPH03211417A JP685390A JP685390A JPH03211417A JP H03211417 A JPH03211417 A JP H03211417A JP 685390 A JP685390 A JP 685390A JP 685390 A JP685390 A JP 685390A JP H03211417 A JPH03211417 A JP H03211417A
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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】
「産業上の利用分野」
この発明は、物体の回転角を測定するのに利用される光
学式回転角計測装置に関するものである。
学式回転角計測装置に関するものである。
「従来の技術」
第５図は光学式回転角計測装置の一種の従来の代表的な
光学式ロータリーエンコーダの原理図である９光源１１
からの光は固定スリット１２、回転軸１３に取りつけら
れた回転スリット１４、を経て、光検出器１６に入射し
、電気信号に変換される１回転スリット１４は第６図及
び第７図に示すようなスリン）１４ａを存しているため
、固定スリット１２と回転スリット１４の位置によって
通過する光量が周期的に変化し回転軸１３の回転角が検
出できる。
光学式ロータリーエンコーダの原理図である９光源１１
からの光は固定スリット１２、回転軸１３に取りつけら
れた回転スリット１４、を経て、光検出器１６に入射し
、電気信号に変換される１回転スリット１４は第６図及
び第７図に示すようなスリン）１４ａを存しているため
、固定スリット１２と回転スリット１４の位置によって
通過する光量が周期的に変化し回転軸１３の回転角が検
出できる。
「発明が解決しようとする課題」
従来の光学式ロータリーエンコーダは光の回折の影響の
ため回転スリット１４と固定スリットＩ２の間隔を大き
くすると信号のＳ／Ｎが劣化する。特に高分解能化のた
めスリット１４ａのピッチを小さくした場合には回折に
よる影響が著しい。
ため回転スリット１４と固定スリットＩ２の間隔を大き
くすると信号のＳ／Ｎが劣化する。特に高分解能化のた
めスリット１４ａのピッチを小さくした場合には回折に
よる影響が著しい。
このため両スリット間をできるだけ狭く両者が衝突しな
いようにアライメントする必要があった。
いようにアライメントする必要があった。
即ち、第８図に示すように、固定スリット１２と回転ス
リット１４との間隔を離すと、光が回折して、隣りのス
リットまで光が広がってしまい、常に光検出器１６に光
が入射することになり、回転スリ７）１４の回転による
光量変化が顕著に現わ′れなくなり、回転角の検出が不
可能になる。従って、第９図に示すように、光の回折の
影響が無視できる程度に固定スリット１２と回転スリッ
ト１４との間隔を近づける必要があり、例えば数１０μ
ｍの間隔に配される。
リット１４との間隔を離すと、光が回折して、隣りのス
リットまで光が広がってしまい、常に光検出器１６に光
が入射することになり、回転スリ７）１４の回転による
光量変化が顕著に現わ′れなくなり、回転角の検出が不
可能になる。従って、第９図に示すように、光の回折の
影響が無視できる程度に固定スリット１２と回転スリッ
ト１４との間隔を近づける必要があり、例えば数１０μ
ｍの間隔に配される。
しかしながら、固定スリットに対する回転スリット１４
の位置を衝突しないように正確に保持するためには、回
転機構を高精度に構成しなければならず、またそのアラ
イメントに要する時間も長くなり、結果としてロータリ
ーエンコーダが高価となる問題があった。
の位置を衝突しないように正確に保持するためには、回
転機構を高精度に構成しなければならず、またそのアラ
イメントに要する時間も長くなり、結果としてロータリ
ーエンコーダが高価となる問題があった。
この考案の目的は、回転機構が複雑となり、アライメン
トに時間がかかる従来の回転スリット機構を用いないで
、より安価に構成できる回転角計測装置を提供しようと
するものである。
トに時間がかかる従来の回転スリット機構を用いないで
、より安価に構成できる回転角計測装置を提供しようと
するものである。
「課題を解決するための手段」
（１） この発明の光学式回転角検出装置は、直線偏
光を生ずる光源部と、 その光源部からの光の偏光方向を被測定物の回転角に応
じて変化させる回転部と、 その変化した偏光方向より被測定物の回転角を検出する
検出部とより構成される。
光を生ずる光源部と、 その光源部からの光の偏光方向を被測定物の回転角に応
じて変化させる回転部と、 その変化した偏光方向より被測定物の回転角を検出する
検出部とより構成される。
（２）上記（１）項において、上記光源部は、レーザ光
源からの光を偏光子を通して直線偏光を出射するもので
あり、 上記回転部は、被測定物と共に回転するλ／４板及びコ
ーナーキューブプリズムを有し、上記光源部からの直線
偏光をλ／４板を通してコーナーキューブプリズムで反
射させ、再び上記λ／４板を通して上記検出部に出射す
るものであり、上記検出部は、上記回転部からの光を、
偏光ビームスプリッタにより電界成分が互いに直交する
反射光と透過光とに分岐させ、それぞれの光を第１、第
２光検出器で検出し、それら第１．第２光検出器の出力
を演算回路に供給して被測定物の回転角を演算させるも
のであるのが望ましい。
源からの光を偏光子を通して直線偏光を出射するもので
あり、 上記回転部は、被測定物と共に回転するλ／４板及びコ
ーナーキューブプリズムを有し、上記光源部からの直線
偏光をλ／４板を通してコーナーキューブプリズムで反
射させ、再び上記λ／４板を通して上記検出部に出射す
るものであり、上記検出部は、上記回転部からの光を、
偏光ビームスプリッタにより電界成分が互いに直交する
反射光と透過光とに分岐させ、それぞれの光を第１、第
２光検出器で検出し、それら第１．第２光検出器の出力
を演算回路に供給して被測定物の回転角を演算させるも
のであるのが望ましい。
（３）上記（１１項又は（２）項において、上記光源部
と検出部とは、ハウジングの機器収納室に収納され、上
記回転部は、被測定物と共に回転する回転軸に同軸心に
連結された円筒体に収納され、その円筒体は、上記ハウ
ジングに設けられた中空円筒状の円筒体収納室内にベア
リングを介して回動自在に保持されているのが望ましい
。
と検出部とは、ハウジングの機器収納室に収納され、上
記回転部は、被測定物と共に回転する回転軸に同軸心に
連結された円筒体に収納され、その円筒体は、上記ハウ
ジングに設けられた中空円筒状の円筒体収納室内にベア
リングを介して回動自在に保持されているのが望ましい
。
「実施例」
この考案の実施例を第１図に、第５図と対応する部分に
同じ符号を付して示す。レーザー光源１１の光Ｌ１は偏
光子２１を通して偏光方向が一定の直線偏光Ｌ２とされ
る。この先Ｌ２は被測定物に連結される円筒体２２内に
固定された円板状のλ／４板２３を通して円偏光Ｌ３と
され、入射光と反射光の位置が常に中心に対して点対称
となるように反射されるコーナーキューブプリズム２４
（円筒体２２内に同軸心に取付けられている）で反射さ
れ、再びλ／４板２３に入射される。λ／４板２３の出
射光Ｌ４は再び直線偏光となるが、この時回転軸１３に
直結されて回転可能な円筒体２２の回転角によってＬ４
の偏光方向が変化する。
同じ符号を付して示す。レーザー光源１１の光Ｌ１は偏
光子２１を通して偏光方向が一定の直線偏光Ｌ２とされ
る。この先Ｌ２は被測定物に連結される円筒体２２内に
固定された円板状のλ／４板２３を通して円偏光Ｌ３と
され、入射光と反射光の位置が常に中心に対して点対称
となるように反射されるコーナーキューブプリズム２４
（円筒体２２内に同軸心に取付けられている）で反射さ
れ、再びλ／４板２３に入射される。λ／４板２３の出
射光Ｌ４は再び直線偏光となるが、この時回転軸１３に
直結されて回転可能な円筒体２２の回転角によってＬ４
の偏光方向が変化する。
直線偏光Ｌ４は偏光ビームスプリッタ２５に入射し、こ
の偏光方向によって２つの光に分けられ、第１．第２光
検出器１６ａ、１６ｂへそれぞれ入力される。第１．第
２光検出器１６ａ、１６ｂより入射光量に比例した電気
信号がそれぞれ演算回路２８へ出力され、そこで円筒体
２２の回転角θが演算される。
の偏光方向によって２つの光に分けられ、第１．第２光
検出器１６ａ、１６ｂへそれぞれ入力される。第１．第
２光検出器１６ａ、１６ｂより入射光量に比例した電気
信号がそれぞれ演算回路２８へ出力され、そこで円筒体
２２の回転角θが演算される。
偏光子２１、レーザ光ｔＡ１１、偏光ビームスプリッタ
２５、第１．第２光検出器１６ａ、１６ｂ、演算回路２
８は、固定されたハウジング２９内の後端に設けられた
機器収納室３０内に取付けられる。ハウジング２９は、
はぼ中空円筒状の円筒体収納室３２を有し、その中に円
筒体２２が同軸心に配され、ベアリング３５．３６を介
して回動自在に保持される。ハウジング２９の先端部の
中央に設けられた透孔３１より、円筒体２２の前端面の
中心に取付けられた回転軸１３が外部に導出される。ハ
ウジング２９の円筒体収納室３２の前後の端周縁と円筒
体２２との間に、リング状のベアリング３５．３６がそ
れぞれ取付けられている。
２５、第１．第２光検出器１６ａ、１６ｂ、演算回路２
８は、固定されたハウジング２９内の後端に設けられた
機器収納室３０内に取付けられる。ハウジング２９は、
はぼ中空円筒状の円筒体収納室３２を有し、その中に円
筒体２２が同軸心に配され、ベアリング３５．３６を介
して回動自在に保持される。ハウジング２９の先端部の
中央に設けられた透孔３１より、円筒体２２の前端面の
中心に取付けられた回転軸１３が外部に導出される。ハ
ウジング２９の円筒体収納室３２の前後の端周縁と円筒
体２２との間に、リング状のベアリング３５．３６がそ
れぞれ取付けられている。
λ／４板２板金３入射光Ｌ８の電界の複素振幅Ｅｉと、
出射光Ｌ４の電界の複素振幅Ｅｏとは、同一のλ／４板
２板金３が往復することにより、λ／４板２板金３晶方
向の主断面に直交する偏光成分の位相が（λ／４）Ｘ２
−λ／２ （−１８０°）遅れるため、弐（１１，（２
）で表わされる。
出射光Ｌ４の電界の複素振幅Ｅｏとは、同一のλ／４板
２板金３が往復することにより、λ／４板２板金３晶方
向の主断面に直交する偏光成分の位相が（λ／４）Ｘ２
−λ／２ （−１８０°）遅れるため、弐（１１，（２
）で表わされる。
Ｅ １＝Ｅｘ＋ｊ Ｅｙ （１）Ｅ ｏ
＝ Ｅ ｘ −ｊ Ｅ ３’ （２）
従って、入射光Ｅ ｉ （Ｌｚ ）に対するλ／４板２
板金３晶主断面のなす角を回転軸１３の回転角θとする
と、第２図に示すようにＥＩ （Ｌ ｚ）とＥｏ（Ｌ
４）は結晶主断面に対して対称となるため、Ｅｏ（Ｌ、
）のＥｉ （Ｌりに対する偏光方向は２θとなる。即ち
回転角θが円筒体２２の回転により変化すると、それに
伴ってＥｏ（Ｌ、）の偏光方向が変化することとなる。
＝ Ｅ ｘ −ｊ Ｅ ３’ （２）
従って、入射光Ｅ ｉ （Ｌｚ ）に対するλ／４板２
板金３晶主断面のなす角を回転軸１３の回転角θとする
と、第２図に示すようにＥＩ （Ｌ ｚ）とＥｏ（Ｌ
４）は結晶主断面に対して対称となるため、Ｅｏ（Ｌ、
）のＥｉ （Ｌりに対する偏光方向は２θとなる。即ち
回転角θが円筒体２２の回転により変化すると、それに
伴ってＥｏ（Ｌ、）の偏光方向が変化することとなる。
λ／４板２板金３の出射光Ｌ４が偏光ビームスプリッタ
２５に入射されると偏光ビームスプリッタ２５の針面に
規定された電界ベクトルに平行な電界成分のみを有する
透過光（ｐ偏光） Ｅ ｏ ｐと垂直な電界成分のみ
を有する反射光（Ｓ偏光）Ｅ ｏ ｓに分けられる。今
、入射光Ｅｉをその偏光方向がｐ偏光ＥＯＰと一致する
ように入射させることにより、回転角θによって、Ｅ
ｏ ｐＥ ｏ ｓは、 Ｅ ｏｐ ＝Ｅｏ ｃｏｓ ２θ （３）Ｅ
ｏ ｓ ＝Ｅｏ ｓｉｎ ２θ （４）と
なる。但し、Ｅｏ＝Ｅｏ である。従って偏光ビーム
スプリッタ２５により２つに分けられ、それぞれ第１光
検出器１６ａ、第２光検出器１６ｂで検出されて、出力
される光の強度信号Ｐ＋Ｐ２は式（５）、 （６）で表
わせる。但し、ｋは比例定数である。
２５に入射されると偏光ビームスプリッタ２５の針面に
規定された電界ベクトルに平行な電界成分のみを有する
透過光（ｐ偏光） Ｅ ｏ ｐと垂直な電界成分のみ
を有する反射光（Ｓ偏光）Ｅ ｏ ｓに分けられる。今
、入射光Ｅｉをその偏光方向がｐ偏光ＥＯＰと一致する
ように入射させることにより、回転角θによって、Ｅ
ｏ ｐＥ ｏ ｓは、 Ｅ ｏｐ ＝Ｅｏ ｃｏｓ ２θ （３）Ｅ
ｏ ｓ ＝Ｅｏ ｓｉｎ ２θ （４）と
なる。但し、Ｅｏ＝Ｅｏ である。従って偏光ビーム
スプリッタ２５により２つに分けられ、それぞれ第１光
検出器１６ａ、第２光検出器１６ｂで検出されて、出力
される光の強度信号Ｐ＋Ｐ２は式（５）、 （６）で表
わせる。但し、ｋは比例定数である。
Ｐ ＝ｋ Ｅｏｓ
Ｐ、 ＝ｋ Ｅ ｏ ｐ
両式よりｋＥｏ”
を消去することにより回転角
θは
となる。演算回路２８において回転角θが演算され、そ
れと対応した電気信号が外部に出力される。第１．第２
光検出器の出力信号ＰＩ、Ｐ！の回転角θによる変化を
第４図に示しである。
れと対応した電気信号が外部に出力される。第１．第２
光検出器の出力信号ＰＩ、Ｐ！の回転角θによる変化を
第４図に示しである。
上述において、レーザ光＃１１及び偏光子２１により光
源部が、回転軸１３、円筒体２２、コーナーキューブプ
リズム２４及びλ／４板２板金３り回転部が、偏光ビー
ムスプリッタ２５、第１゜第２光検出器１６ａ、１６ｂ
、及び演算回路１８により検出部がそれぞれ構成される
。
源部が、回転軸１３、円筒体２２、コーナーキューブプ
リズム２４及びλ／４板２板金３り回転部が、偏光ビー
ムスプリッタ２５、第１゜第２光検出器１６ａ、１６ｂ
、及び演算回路１８により検出部がそれぞれ構成される
。
「発明の効果」
第１図において、偏光子２１より出射した直線偏光Ｌ２
はλ／４板２３．コーナーキューブプリズム２４を介し
て偏光ビームスプリッタ２５へ入射し、その過程で光が
回折するが、偏光に関する情報は光の回折によって失わ
れないので、各部品間の間隔は従来の固定スリット１２
と回転スリット１４との間隔のように狭くする必要はな
く、かなり自由に配置できる。従って、この発明の回転
角計測装置では、ハウジング２９に対する円筒体２２の
取付も、従来の回転スリン）１４を含む回転部の固定ス
リットに対する取付のように高精度でな（てよく、円筒
体２２をベアリング３５，３６を介して、円筒体収納室
３２内に同軸心ムこ取Ｉ引けるだけの、きわめて簡単な
構造によって安価に実現することができる。
はλ／４板２３．コーナーキューブプリズム２４を介し
て偏光ビームスプリッタ２５へ入射し、その過程で光が
回折するが、偏光に関する情報は光の回折によって失わ
れないので、各部品間の間隔は従来の固定スリット１２
と回転スリット１４との間隔のように狭くする必要はな
く、かなり自由に配置できる。従って、この発明の回転
角計測装置では、ハウジング２９に対する円筒体２２の
取付も、従来の回転スリン）１４を含む回転部の固定ス
リットに対する取付のように高精度でな（てよく、円筒
体２２をベアリング３５，３６を介して、円筒体収納室
３２内に同軸心ムこ取Ｉ引けるだけの、きわめて簡単な
構造によって安価に実現することができる。
角度の遠隔伝達の手段として、従来シンクロ動機、リゾ
ルバ等が用いられていたがこの発明では被測定物はハウ
ジング２９及び円筒体２２によって電気的回路と完全に
絶縁されているため、被測定物の防爆性や、その電気ノ
イズの検出部に対する影響が問題となるような場合には
特に有利である。
ルバ等が用いられていたがこの発明では被測定物はハウ
ジング２９及び円筒体２２によって電気的回路と完全に
絶縁されているため、被測定物の防爆性や、その電気ノ
イズの検出部に対する影響が問題となるような場合には
特に有利である。
第１図はこの発明の実施例の断面図、第２図は第１図の
回転部へ入射する直線偏光Ｌ！の電界の複素振幅Ｅｉと
回転部より出射する直線偏光Ｌ４の電界の複素振幅Ｅｏ
のヘクトル図、第３図は第１図の偏光ビームスプリッタ
２５より出力される透過光の電界ヘクトルＥ ｏ ｐと
反射光の電界ヘクトルＥ ｏ ｓとのヘクトル図、第４
図は第１図の第１．第２光検出器出力Ｐ１．Ｐｔの回転
角θに対する変化を示す図、第５図は従来の代表的な光
学式ロータリーエンコーダの原理図、第６図は従来のイ
ンクリメント型光学式ロータリーエンコーダの回転スリ
ット及び固定スリットの正面図、第７図は従来のアブソ
リュート型光学式ロータリーエンコーダの回転スリット
及び固定スリットの正面図、第８図は第６図の固定スリ
ットと回転スリットとの間隔を広げた場合の光の回折状
態を示す原理図、第９図は第６図の固定スリットと回転
スリットとの間隔を狭くした場合の光の回折状態を示す
原理図である。
回転部へ入射する直線偏光Ｌ！の電界の複素振幅Ｅｉと
回転部より出射する直線偏光Ｌ４の電界の複素振幅Ｅｏ
のヘクトル図、第３図は第１図の偏光ビームスプリッタ
２５より出力される透過光の電界ヘクトルＥ ｏ ｐと
反射光の電界ヘクトルＥ ｏ ｓとのヘクトル図、第４
図は第１図の第１．第２光検出器出力Ｐ１．Ｐｔの回転
角θに対する変化を示す図、第５図は従来の代表的な光
学式ロータリーエンコーダの原理図、第６図は従来のイ
ンクリメント型光学式ロータリーエンコーダの回転スリ
ット及び固定スリットの正面図、第７図は従来のアブソ
リュート型光学式ロータリーエンコーダの回転スリット
及び固定スリットの正面図、第８図は第６図の固定スリ
ットと回転スリットとの間隔を広げた場合の光の回折状
態を示す原理図、第９図は第６図の固定スリットと回転
スリットとの間隔を狭くした場合の光の回折状態を示す
原理図である。
Claims (3)
- （１）直線偏光を生ずる光源部と、 その光源部からの出射光の偏光方向を被測定物の回転角
に応じて変化させる回転部と、 その変化した偏光方向より被測定物の回転角を検出する
検出部とよりなることを特徴とする、光学式回転角計測
装置。 - （２）請求項（１）において、 上記光源部は、レーザー光源からの光を偏光子を通して
直線偏光を出射するものであり、 上記回転部は、被測定物と共に回転するλ／４板及びコ
ーナーキューブプリプを有し、上記光源部からの直線偏
光をλ／４板を通してコーナーキューブプリズムで反射
させ、再び上記λ／４板を通して上記検出部に出射する
ものであり、 上記検出部は、上記回転部からの光を、偏光ビームスプ
リッタにより電界成分が互いに直交する反射光と透過光
とに分岐させ、それぞれの光を第１、第２光検出器で検
出し、それら第１、第２光検出器の出力を演算回路に供
給して被測定物の回転角を演算させるものである、 光学式回転角計測装置。 - （３）請求項（１）又は（２）において、 上記光源部と検出部とは、ハウジングの機器収納室に収
納され、 上記回転部は、被測定物と共に回転する回転軸に同軸心
に連結された円筒体に収納され、 その円筒体は、上記ハウジングに設けられた中空円筒状
の円筒体収納室内にベアリングを介して回動自在に保持
されていることを特徴とする、光学式回転角計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP685390A JPH03211417A (ja) | 1990-01-16 | 1990-01-16 | 光学式回転角計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP685390A JPH03211417A (ja) | 1990-01-16 | 1990-01-16 | 光学式回転角計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03211417A true JPH03211417A (ja) | 1991-09-17 |
Family
ID=11649792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP685390A Pending JPH03211417A (ja) | 1990-01-16 | 1990-01-16 | 光学式回転角計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03211417A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7057154B2 (en) * | 2003-05-20 | 2006-06-06 | Minebea Co., Ltd. | Optical displacement sensor and external force detecting device |
-
1990
- 1990-01-16 JP JP685390A patent/JPH03211417A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7057154B2 (en) * | 2003-05-20 | 2006-06-06 | Minebea Co., Ltd. | Optical displacement sensor and external force detecting device |
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