JPH0462003B2 - - Google Patents
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- JPH0462003B2 JPH0462003B2 JP18915484A JP18915484A JPH0462003B2 JP H0462003 B2 JPH0462003 B2 JP H0462003B2 JP 18915484 A JP18915484 A JP 18915484A JP 18915484 A JP18915484 A JP 18915484A JP H0462003 B2 JPH0462003 B2 JP H0462003B2
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- Japan
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- light
- radiation grating
- grating
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- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 7
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 5
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
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- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
- G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
- G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
- G01P13/045—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement with speed indication
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01P3/366—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light by using diffraction of light
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はロータリーエンコーダーに関し、特に
円周上に例えば透光部と反射部の格子模様を複数
個、周期的に刻んだ放射格子を回転物体に取付
け、該放射格子に例えばレーザーからの光束を照
射し、該放射格子からの回折光を利用して、放射
格子若しくは回転物体の回転角度を光電的に検出
するロータリーエンコーダーに関するものであ
る。
円周上に例えば透光部と反射部の格子模様を複数
個、周期的に刻んだ放射格子を回転物体に取付
け、該放射格子に例えばレーザーからの光束を照
射し、該放射格子からの回折光を利用して、放射
格子若しくは回転物体の回転角度を光電的に検出
するロータリーエンコーダーに関するものであ
る。
従来よりフロツピーデスクの駆動等のコンピユ
ーター機器、プリンター等の事務機器、あるいは
NC工作機械さらにはVTRのキヤプステンモータ
ーや回転ドラム等の回転機構の回転角度を検出す
る為の手段としてロータリーエンコーダーが利用
されてきている。
ーター機器、プリンター等の事務機器、あるいは
NC工作機械さらにはVTRのキヤプステンモータ
ーや回転ドラム等の回転機構の回転角度を検出す
る為の手段としてロータリーエンコーダーが利用
されてきている。
光電的なロータリーエンコーダーを用いる方法
は回転軸に連絡した円板の周囲に透光部と遮光部
を等間隔に設けた、所謂メインスケールとこれに
対応してメインスケールと等しい間隔で透光部と
遮光部とを設けた所謂固定のインデツクススケー
ルとの双方のスケールを投光手段と受光手段で挾
んで対向配置した所謂インデツクススケール方式
の構成を採つている。この方法はメインスケール
の回転に伴つて双方のスケールの透光部と遮光部
の間隔に同期した信号が得られ、この信号を波形
整形後、積算することにより回転角度を検出して
いる。
は回転軸に連絡した円板の周囲に透光部と遮光部
を等間隔に設けた、所謂メインスケールとこれに
対応してメインスケールと等しい間隔で透光部と
遮光部とを設けた所謂固定のインデツクススケー
ルとの双方のスケールを投光手段と受光手段で挾
んで対向配置した所謂インデツクススケール方式
の構成を採つている。この方法はメインスケール
の回転に伴つて双方のスケールの透光部と遮光部
の間隔に同期した信号が得られ、この信号を波形
整形後、積算することにより回転角度を検出して
いる。
ロータリーエンコーダーでは双方のスケールの
透光部と遮光部とのスケール間隔を細かくすれば
する程、検出精度を高めることができる。しかし
ながらスケール間隔を細かくすると回折光の影響
で受光手段からの出力信号のＳ／Ｎ比が低下し検
出精度が低下してしまう欠点があつた。この為メ
インスケールの透光部と遮光部の格子の総本数を
固定させ、透光部と遮光部の間隔を回折光の影響
を受けない程度まで拡大することが考えられる。
しかしこれはメインスケールの円板の直径が増大
し更に厚さも増大し装置全体が大型化し、この結
果被検回転物体への負荷が大きくなつてくる等の
欠点があつた。
透光部と遮光部とのスケール間隔を細かくすれば
する程、検出精度を高めることができる。しかし
ながらスケール間隔を細かくすると回折光の影響
で受光手段からの出力信号のＳ／Ｎ比が低下し検
出精度が低下してしまう欠点があつた。この為メ
インスケールの透光部と遮光部の格子の総本数を
固定させ、透光部と遮光部の間隔を回折光の影響
を受けない程度まで拡大することが考えられる。
しかしこれはメインスケールの円板の直径が増大
し更に厚さも増大し装置全体が大型化し、この結
果被検回転物体への負荷が大きくなつてくる等の
欠点があつた。
本発明は被検回転物体の負荷を小さくし、被検
回転物体への取付け偏心の影響を軽減した小型で
しかも高精度に回転角度の検出ができるロータリ
ーエンコーダーの提供を目的とする。
回転物体への取付け偏心の影響を軽減した小型で
しかも高精度に回転角度の検出ができるロータリ
ーエンコーダーの提供を目的とする。
又本発明の更なる目的は放射格子の格子模様の
誤差や光源からの出力レベルの変動に基づく測定
誤差を軽減した高精度のロータリーエンコーダー
の提供にある。
誤差や光源からの出力レベルの変動に基づく測定
誤差を軽減した高精度のロータリーエンコーダー
の提供にある。
本発明の目的を達成する為のロータリーエンコ
ーダーの主たる特徴は円板の周囲上に格子模様を
複数個等角度に配置した放射格子と前記放射格子
と連結した回転物体と前記放射格子に光束を入射
させる為の第１の照明手段と前記放射格子に入射
した前記光束からの回折光のうち特定の次数の２
つの回折光を前記第１の照明手段による光束の前
記放射格子上の入射位置に対する前記回転物体の
回転中心と略点対称の位置に各々1/4波長板を介
して再度入射させる為の第２の照明手段と前記放
射格子により再度回折された特定の次数の２つの
回折光を重ね合わせた後、前記重ね合わせた光束
を４つの光束に分割する為の光分割手段と前記光
分割手段により分割された４つの光束を各々偏光
方位を45度ずつずらした４つの偏光板を介して受
光する為の４つの受光手段とを有し、前記４つの
受光手段からの出力信号を利用して前記回転物体
の回転角度を求めたことである。
ーダーの主たる特徴は円板の周囲上に格子模様を
複数個等角度に配置した放射格子と前記放射格子
と連結した回転物体と前記放射格子に光束を入射
させる為の第１の照明手段と前記放射格子に入射
した前記光束からの回折光のうち特定の次数の２
つの回折光を前記第１の照明手段による光束の前
記放射格子上の入射位置に対する前記回転物体の
回転中心と略点対称の位置に各々1/4波長板を介
して再度入射させる為の第２の照明手段と前記放
射格子により再度回折された特定の次数の２つの
回折光を重ね合わせた後、前記重ね合わせた光束
を４つの光束に分割する為の光分割手段と前記光
分割手段により分割された４つの光束を各々偏光
方位を45度ずつずらした４つの偏光板を介して受
光する為の４つの受光手段とを有し、前記４つの
受光手段からの出力信号を利用して前記回転物体
の回転角度を求めたことである。
次に本発明の一実施例を各図と共に説明する。
第１図は本発明の一実施例の概略図である。同
図において１はレーザー等の光源、２はコリーメ
ーターレンズ、３1〜３3，３1′〜３3′はシリンド
リカルレンズ、４1，４2，４1′，４2′は反射鏡、
５は円板上に例えば透光部と反射部の格子模様を
等角度で設けた放射格子、６は被検回転物体の回
転軸、７，７′は1/4波長板でレーザー１からの光
束の直線偏光に対してその軸が45度と−45度とな
るように配置されている。８1〜８3はビームスプ
リツター、９，１０，１１，１２は偏光板で偏光
板９，１０，１１，１２は互いに偏光方位が45度
ずつずれるように配置されている。１３，１４，
１５，１６は受光素子である。
図において１はレーザー等の光源、２はコリーメ
ーターレンズ、３1〜３3，３1′〜３3′はシリンド
リカルレンズ、４1，４2，４1′，４2′は反射鏡、
５は円板上に例えば透光部と反射部の格子模様を
等角度で設けた放射格子、６は被検回転物体の回
転軸、７，７′は1/4波長板でレーザー１からの光
束の直線偏光に対してその軸が45度と−45度とな
るように配置されている。８1〜８3はビームスプ
リツター、９，１０，１１，１２は偏光板で偏光
板９，１０，１１，１２は互いに偏光方位が45度
ずつずれるように配置されている。１３，１４，
１５，１６は受光素子である。
レーザー１より放射された光束はコリーメータ
ーレンズ２により略平行光束となり、シリンドリ
カルレンズ３1によつて放射格子５上の位置M1に
線状に照射される。
ーレンズ２により略平行光束となり、シリンドリ
カルレンズ３1によつて放射格子５上の位置M1に
線状に照射される。
このように線状照射することにより放射格子５
上での光束の照射部分に相当する透光部と反射部
の格子模様のピツチ誤差を軽減することができ
る。
上での光束の照射部分に相当する透光部と反射部
の格子模様のピツチ誤差を軽減することができ
る。
尚シリンドリカルレンズの代わりにスリツト若
しくはレンズとスリツトを用いて線状照射するよ
うにしても良い。
しくはレンズとスリツトを用いて線状照射するよ
うにしても良い。
レーザー１からの光束は放射格子５の格子模様
によつて反射回折される。いま光束の照射位置
M1における格子模様のピツチをｐとすれば±ｍ
次の反射回折光L1，L2の回折角度θnは sinθn＝±mλ／ｐ ……(1) で表わされる。ここでλは光束の波長である。
によつて反射回折される。いま光束の照射位置
M1における格子模様のピツチをｐとすれば±ｍ
次の反射回折光L1，L2の回折角度θnは sinθn＝±mλ／ｐ ……(1) で表わされる。ここでλは光束の波長である。
いま、放射格子５が、角速度ωで回転している
とする。放射格子の回転中心から、照射位置M1
までの距離をｒとすると、照射点M1での周速度
は、ｖ＝rωとなる。このとき、±ｍ次の反射回折
光の周波数は、次式で表わされる量だけ、いわゆ
るドツプラーシフトを受ける。
とする。放射格子の回転中心から、照射位置M1
までの距離をｒとすると、照射点M1での周速度
は、ｖ＝rωとなる。このとき、±ｍ次の反射回折
光の周波数は、次式で表わされる量だけ、いわゆ
るドツプラーシフトを受ける。
Δ＝±sinθn／λ＝±rωsinθn／λ……(2)
そして、シリンドリカルレンズ３2，３3を介し
て、反射鏡４1，４2で、±ｍ次の反射回折光を、
回転中心に略点対称な位置M2に、反射鏡４1′，
４2′，1/4波長板７及び７′、シリンドリカルレン
ズ３2′，３3′を介して、再び線状に照射する。こ
こで、1/4波長板７と７′とは、入射するレーザー
の直線偏光方位に対して、各々の軸が、45゜及び
−45゜となるように配置されている。また、照射
位置M2への入射角は、各々の回折光に対して、
照射位置M1における反射回折角度θnと等しく、
しかも放射格子５の周速度方向との角度も等しく
なるように反射鏡４1′，４2′が配置されている。
すると、照射位置M2において、±ｍ次の反射回折
光は、重なり合い、シリンドリカルレンズ３1′を
透過し再び平行光束となり、３枚のビームスプリ
ツター８1，８2，８3によつて、４光束に分割さ
れ、各々、偏光板９〜１２を透過して、受光素子
１３〜１６に入射する。照射位置M2で反射され、
重なり合つた±ｍ次の回折光は、放射格子５の回
転に伴つて、再び(2)式のドツプラー周波数シフト
Δを受けるので、照射位置M1で反射したときの
周波数シフトと合わせて、結局、照射位置M2で
反射される±ｍ次の回折光の周波数シフト量は±
2Δとなる。このように、±ｍ次の回折を２回受
けた光が重なり合うため、受光素子１３〜１６の
出力信号の周波数は、2Δ−（−2Δ）＝4Δとな
る。つまり、受光素子１３〜１６の出力信号の周
波数は、＝4Δ＝4rωsinθn／λとなり、(1)式
の回折条件の式から、＝4mrω／ｐとなる。放
射格子５の格子模様の総本数をＮ、等角度ピツチ
をΔとすれば、ｐ＝rΔ、Δ＝2π／Ｎより ＝2mNω／π ……(3) である。いま、時間Δtの間での受光素子の出力
信号の波数をｎ、Δtの間での放射格子５の回転
角をθとすれば、ｎ＝Δt、θ＝ωΔtより ｎ＝2mNθ／π ……(4) となり、受光素子の出力信号波形の波数をカウン
トすることによつて、放射格子５の回転角θを、
(4)式によつて求めることができる。
て、反射鏡４1，４2で、±ｍ次の反射回折光を、
回転中心に略点対称な位置M2に、反射鏡４1′，
４2′，1/4波長板７及び７′、シリンドリカルレン
ズ３2′，３3′を介して、再び線状に照射する。こ
こで、1/4波長板７と７′とは、入射するレーザー
の直線偏光方位に対して、各々の軸が、45゜及び
−45゜となるように配置されている。また、照射
位置M2への入射角は、各々の回折光に対して、
照射位置M1における反射回折角度θnと等しく、
しかも放射格子５の周速度方向との角度も等しく
なるように反射鏡４1′，４2′が配置されている。
すると、照射位置M2において、±ｍ次の反射回折
光は、重なり合い、シリンドリカルレンズ３1′を
透過し再び平行光束となり、３枚のビームスプリ
ツター８1，８2，８3によつて、４光束に分割さ
れ、各々、偏光板９〜１２を透過して、受光素子
１３〜１６に入射する。照射位置M2で反射され、
重なり合つた±ｍ次の回折光は、放射格子５の回
転に伴つて、再び(2)式のドツプラー周波数シフト
Δを受けるので、照射位置M1で反射したときの
周波数シフトと合わせて、結局、照射位置M2で
反射される±ｍ次の回折光の周波数シフト量は±
2Δとなる。このように、±ｍ次の回折を２回受
けた光が重なり合うため、受光素子１３〜１６の
出力信号の周波数は、2Δ−（−2Δ）＝4Δとな
る。つまり、受光素子１３〜１６の出力信号の周
波数は、＝4Δ＝4rωsinθn／λとなり、(1)式
の回折条件の式から、＝4mrω／ｐとなる。放
射格子５の格子模様の総本数をＮ、等角度ピツチ
をΔとすれば、ｐ＝rΔ、Δ＝2π／Ｎより ＝2mNω／π ……(3) である。いま、時間Δtの間での受光素子の出力
信号の波数をｎ、Δtの間での放射格子５の回転
角をθとすれば、ｎ＝Δt、θ＝ωΔtより ｎ＝2mNθ／π ……(4) となり、受光素子の出力信号波形の波数をカウン
トすることによつて、放射格子５の回転角θを、
(4)式によつて求めることができる。
ところで回転角度を検出する際回転方向が検出
出来れば更に好ましい。その為本実施例において
は、従来の光電式ロータリーエンコーダーなどに
おいて公知のように、複数個の受光素子を用意し
て、互いの信号の位相が90゜ずれるように配置し、
回転に伴う90゜位相差信号から、回転方向を示す
信号を取り出す方式を用いている。
出来れば更に好ましい。その為本実施例において
は、従来の光電式ロータリーエンコーダーなどに
おいて公知のように、複数個の受光素子を用意し
て、互いの信号の位相が90゜ずれるように配置し、
回転に伴う90゜位相差信号から、回転方向を示す
信号を取り出す方式を用いている。
また、放射格子５の透光部と反射部の線幅の誤
差、あるいはレーザーの出力変動等によつて、受
光素子の出力信信号の中心レベルが変動する場合
がある。そこで本実施例においてはこの変動を抑
えて、中心レベルを一定にし、後段の信号処理を
安定化する為に、180゜位相差をもつた２つの出力
信号の差動をとつて、直流成分を除去する、いわ
ゆるプツシユ・ブル方式を用いている。
差、あるいはレーザーの出力変動等によつて、受
光素子の出力信信号の中心レベルが変動する場合
がある。そこで本実施例においてはこの変動を抑
えて、中心レベルを一定にし、後段の信号処理を
安定化する為に、180゜位相差をもつた２つの出力
信号の差動をとつて、直流成分を除去する、いわ
ゆるプツシユ・ブル方式を用いている。
このように本実施例では回転方向を検出すると
同時に、信号の中心レベルを一定にするために、
受光素子の出力信号として、0゜，90゜，180゜，270゜
の４つの位相差信号を用いている。本実施例の構
成では、これら４つの位相差信号を、レーザーの
直線偏光と、２枚の1/4波長板７，７′と、４枚の
偏光板９〜１２の組み合わせで作り出している。
一般にレーザーは直線偏光になつているが、この
偏光方位に対して、±ｍ次回折光の各光路中に、
前記のように、その軸を45゜及び−45゜となるよう
に1/4波長板７，７′を配置する。すると、1/4波
長板７，７′を透過した光速は、互いに逆回りの
円偏光となり、照射位置M2で再び±ｍ次の反射
回折光となつて重なり合うと、再び直線偏光とな
るが、その偏光方位が、放射格子５の回転に伴つ
て変化する。この光束を、前記のように、３枚の
ビームスプリツター８1〜８3で４光束に分割し、
45゜ずつ偏光方位をずらした偏光板９〜１２を介
して、受光素子１３〜１６に入射する。受光素子
１３〜１６からは放射格子５の回転に伴つて、
90゜ずつ位相がずれた信号が得られることになる。
たとえば、受光素子１３の出力信号の位相を0゜と
すれば、受光素子１４，１５，１６の出力信号の
位相は、各々90゜，180゜，270゜となる。これらの出
力信号を、各々P0，P90，P180，P270とする。第
１図に示したように出力信号P0とP180，P90と
P270を各々、差動増幅器２０，２１に入力する
と、差動増幅器２０，２１の出力信号間には90゜
の位相差があり、しかも各出力信号は、直流成分
を除去した、中心レベル一定の信号になつてい
る。そして、これらの信号を波形整形し、回転方
向を検出した後、カウンターに入れて積算すれば
回転角度を求めることができる。
同時に、信号の中心レベルを一定にするために、
受光素子の出力信号として、0゜，90゜，180゜，270゜
の４つの位相差信号を用いている。本実施例の構
成では、これら４つの位相差信号を、レーザーの
直線偏光と、２枚の1/4波長板７，７′と、４枚の
偏光板９〜１２の組み合わせで作り出している。
一般にレーザーは直線偏光になつているが、この
偏光方位に対して、±ｍ次回折光の各光路中に、
前記のように、その軸を45゜及び−45゜となるよう
に1/4波長板７，７′を配置する。すると、1/4波
長板７，７′を透過した光速は、互いに逆回りの
円偏光となり、照射位置M2で再び±ｍ次の反射
回折光となつて重なり合うと、再び直線偏光とな
るが、その偏光方位が、放射格子５の回転に伴つ
て変化する。この光束を、前記のように、３枚の
ビームスプリツター８1〜８3で４光束に分割し、
45゜ずつ偏光方位をずらした偏光板９〜１２を介
して、受光素子１３〜１６に入射する。受光素子
１３〜１６からは放射格子５の回転に伴つて、
90゜ずつ位相がずれた信号が得られることになる。
たとえば、受光素子１３の出力信号の位相を0゜と
すれば、受光素子１４，１５，１６の出力信号の
位相は、各々90゜，180゜，270゜となる。これらの出
力信号を、各々P0，P90，P180，P270とする。第
１図に示したように出力信号P0とP180，P90と
P270を各々、差動増幅器２０，２１に入力する
と、差動増幅器２０，２１の出力信号間には90゜
の位相差があり、しかも各出力信号は、直流成分
を除去した、中心レベル一定の信号になつてい
る。そして、これらの信号を波形整形し、回転方
向を検出した後、カウンターに入れて積算すれば
回転角度を求めることができる。
ところで、従来から使用されているインデツク
ススケール方式の光電式のロータリーエンコーダ
ーでは、(4)式に対応する、受光素子からの出力信
号の波数ｎと、メインスケールの総本数Ｎと、回
転角θとの関係は、 ｎ＝Nθ／2π ……(5) であるから、波数１個あたりの回転角Δθは、 Δθ＝2π／Ｎ（ラジアン） ……(6) である。これに対して、本実施例では、(4)式か
ら、 Δθ＝π／2mN（ラジアン） ……(7) である。従つて本実施例によれば同じ分割数のス
ケールを用いた場合、従来例の4m倍の回転角検
出精度が得られることになる。
ススケール方式の光電式のロータリーエンコーダ
ーでは、(4)式に対応する、受光素子からの出力信
号の波数ｎと、メインスケールの総本数Ｎと、回
転角θとの関係は、 ｎ＝Nθ／2π ……(5) であるから、波数１個あたりの回転角Δθは、 Δθ＝2π／Ｎ（ラジアン） ……(6) である。これに対して、本実施例では、(4)式か
ら、 Δθ＝π／2mN（ラジアン） ……(7) である。従つて本実施例によれば同じ分割数のス
ケールを用いた場合、従来例の4m倍の回転角検
出精度が得られることになる。
また、従来の光電式ロータリーエンコーダーに
おいては、透光部と遮光部の間隔は、光の回折の
影響を考慮すると、10μｍ程度が限度である。
おいては、透光部と遮光部の間隔は、光の回折の
影響を考慮すると、10μｍ程度が限度である。
いま、回転角検出精度として、たとえば30秒を
得るためには、従来例では、メインスケールの分
割数として、(6)式から、Ｎ＝360×60×60／30＝
43200だけ必要である。そこで、メインスケール
最外周での透光部、遮光部の間隔を10μｍとすれ
ば、メインスケールの直径は、0.01mm×43200／
π＝137.5mm必要になる。しかるに、本実施例に
よれば、従来例と同じ回転角検出精度を得るため
には、放射格子の分割数は１／４ｍでよい。±１
次の回折光を用いたｍ＝１の場合、30秒の回転角
度検出精度を得るための放射格子５の格子の分割
数は、43200／４＝10800でよい。そして、本実施
例においてレーザーの回折光を用いれば透光部と
反射部の間隔は狭くてよいので、たとえば、これ
を4μｍとすると、放射格子の直径は、0.004mm×
10800／π＝13.75mmでよいことになる。すなわ
と、本実施例によれば、従来のインデツクススケ
ール方式の光電式ロータリーエンコーダーと同等
の回転角検出精度を得る形状としては、1/10以下
の大きさでよい。従つて、被検回転物体への負荷
も、従来例とくらべて、はるかに小さくなり、正
確な測定が行えることになる。
得るためには、従来例では、メインスケールの分
割数として、(6)式から、Ｎ＝360×60×60／30＝
43200だけ必要である。そこで、メインスケール
最外周での透光部、遮光部の間隔を10μｍとすれ
ば、メインスケールの直径は、0.01mm×43200／
π＝137.5mm必要になる。しかるに、本実施例に
よれば、従来例と同じ回転角検出精度を得るため
には、放射格子の分割数は１／４ｍでよい。±１
次の回折光を用いたｍ＝１の場合、30秒の回転角
度検出精度を得るための放射格子５の格子の分割
数は、43200／４＝10800でよい。そして、本実施
例においてレーザーの回折光を用いれば透光部と
反射部の間隔は狭くてよいので、たとえば、これ
を4μｍとすると、放射格子の直径は、0.004mm×
10800／π＝13.75mmでよいことになる。すなわ
と、本実施例によれば、従来のインデツクススケ
ール方式の光電式ロータリーエンコーダーと同等
の回転角検出精度を得る形状としては、1/10以下
の大きさでよい。従つて、被検回転物体への負荷
も、従来例とくらべて、はるかに小さくなり、正
確な測定が行えることになる。
第２図は第１図の一部分の放射格子５上の光束
の照射位置M1，M2と放射格子５の中心と被検回
転物体の回転中心との偏心の説明図である。
の照射位置M1，M2と放射格子５の中心と被検回
転物体の回転中心との偏心の説明図である。
本実施例において、放射格子５上の、回転中心
に関して点対称な２点M1，M2を照射点、つまり
測定点とし、放射格子５の中心と、被検回転体の
回転中心との偏心の影響を軽減している。すなわ
ち、放射格子５の中心と、回転中心とを完全に一
致させることは困難であり、両者の偏心は避けら
れない。たとえば、第２図に示すように、放射格
子５の中心Ｏと、回転中心O′との間に、偏心量
がａだけあつたとき、回転中心から距離ｒの位置
にある測定点M1でのドツプラー周波数シフトは、
偏心がないときにくらべて、ｒ／（ｒ＋ａ）か
ら、ｒ／（ｒ−ａ）まで変化する。一方、このと
き位置M1と、回転中心に対して点対称な位置に
ある測定点M2での周波数シフトは、位置M1での
変化とは逆に、ｒ／（ｒ−ａ）からｒ／（ｒ＋
ａ）まで変化するから、位置M1とM2と、同時に
２点を測定点とすることによつて、偏心の影響を
軽減することができ、この結果高精度に回転速度
を検出することができる。
に関して点対称な２点M1，M2を照射点、つまり
測定点とし、放射格子５の中心と、被検回転体の
回転中心との偏心の影響を軽減している。すなわ
ち、放射格子５の中心と、回転中心とを完全に一
致させることは困難であり、両者の偏心は避けら
れない。たとえば、第２図に示すように、放射格
子５の中心Ｏと、回転中心O′との間に、偏心量
がａだけあつたとき、回転中心から距離ｒの位置
にある測定点M1でのドツプラー周波数シフトは、
偏心がないときにくらべて、ｒ／（ｒ＋ａ）か
ら、ｒ／（ｒ−ａ）まで変化する。一方、このと
き位置M1と、回転中心に対して点対称な位置に
ある測定点M2での周波数シフトは、位置M1での
変化とは逆に、ｒ／（ｒ−ａ）からｒ／（ｒ＋
ａ）まで変化するから、位置M1とM2と、同時に
２点を測定点とすることによつて、偏心の影響を
軽減することができ、この結果高精度に回転速度
を検出することができる。
第３図は本発明の他の実施例の一部分の概略図
であり第１図の放射格子５に光束が入射する付近
を示している。同図において各要素に付された番
号は第１図で示したものと同じ要素を示す。放射
格子５の位置M1に入射した光束の±ｍ次の透過
回折光をシリンドリカルレンズ３2，３3，３2′，
３3′、反射鏡４1，４2，４1′，４2′を介して回転軸
６の中心と略点対称の位置M2に再度入射させ第
１図に示した実施例と同様の効果を得ている。
であり第１図の放射格子５に光束が入射する付近
を示している。同図において各要素に付された番
号は第１図で示したものと同じ要素を示す。放射
格子５の位置M1に入射した光束の±ｍ次の透過
回折光をシリンドリカルレンズ３2，３3，３2′，
３3′、反射鏡４1，４2，４1′，４2′を介して回転軸
６の中心と略点対称の位置M2に再度入射させ第
１図に示した実施例と同様の効果を得ている。
前述した各実施例では±ｍ次の２つの回折光を
用いた場合を示したが±ｍ次の回折光のかわりに
次数の異つた２つの回折光を用いても良い。又放
射格子上の格子模様を透過部のみ又は反射部のみ
で構成し透過回折光又は反射回折光のみを用いる
ようにしても良い。
用いた場合を示したが±ｍ次の回折光のかわりに
次数の異つた２つの回折光を用いても良い。又放
射格子上の格子模様を透過部のみ又は反射部のみ
で構成し透過回折光又は反射回折光のみを用いる
ようにしても良い。
又本発明における光源はレーザーに限らず単一
の波長を放射する光源であれば使用可能である。
の波長を放射する光源であれば使用可能である。
以上のように本発明によれば被検回転物体の負
荷の小さい、放射格子の中心と回転物体の回転中
心との偏心誤差を軽減した小型でしかも高精度の
ロータリーエンコーダーを達成することができ
る。
荷の小さい、放射格子の中心と回転物体の回転中
心との偏心誤差を軽減した小型でしかも高精度の
ロータリーエンコーダーを達成することができ
る。
さらに、プツシユ・プル方式の導入によつて、
基準となる放射格子の線幅不定などによる受光素
子出力の直流変動分を除去でき、安定した信号処
理が可能なロータリーエンコーダーを達成するこ
とができる。
基準となる放射格子の線幅不定などによる受光素
子出力の直流変動分を除去でき、安定した信号処
理が可能なロータリーエンコーダーを達成するこ
とができる。
第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図
は放射格子の中心と、回転中心との偏心を表わす
説明図、第３図は本発明の別の実施例を示す部分
構成図である。 １はレーザー、２はコリーメーターレンズ、３
１〜３3，３1′〜３3′はシリンドリカルレンズ、４1，
４2，４1′，４2′は反射鏡、５は放射格子、６は被
検回転物体の回転軸、７，７′は1/4波長板、８1
〜８3はビームスプリツター、９〜１２は偏光板、
１３〜１６は受光素子である。
は放射格子の中心と、回転中心との偏心を表わす
説明図、第３図は本発明の別の実施例を示す部分
構成図である。 １はレーザー、２はコリーメーターレンズ、３
１〜３3，３1′〜３3′はシリンドリカルレンズ、４1，
４2，４1′，４2′は反射鏡、５は放射格子、６は被
検回転物体の回転軸、７，７′は1/4波長板、８1
〜８3はビームスプリツター、９〜１２は偏光板、
１３〜１６は受光素子である。
Claims (1)
- １ 円板の周囲上に格子模様を複数個等角度に配
置した放射格子と前記放射格子と連結した回転物
体と前記放射格子に光束を入射させる為の第１の
照明手段と前記放射格子に入射した前記光束から
の回折光のうち特定の次数の２つの回折光を前記
第１の照明手段による光束の前記放射格子上の入
射位置に対する前記回転物体の回転中心と略点対
称の位置に各々1/4波長板を介して再度入射させ
る為の第２の照明手段と前記放射格子により再度
回折された特定の次数の２つの回折光を重ね合わ
せた後、前記重ね合わせた光束を４つの光束に分
割する為の光分割手段と前記光分割手段により分
割された４つの光束を各々偏光方位を45度ずつず
らした４つの偏光板を介して受光する為の４つの
受光手段とを有し、前記４つの受光手段からの出
力信号を利用して前記回転物体の回転角度を求め
たことを特徴とするロータリーエンコーダー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18915484A JPS6166926A (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | ロ−タリ−エンコ−ダ− |
| US07/481,684 US4967072A (en) | 1984-09-05 | 1990-02-20 | Interferometric rotating condition detection apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18915484A JPS6166926A (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | ロ−タリ−エンコ−ダ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6166926A JPS6166926A (ja) | 1986-04-05 |
| JPH0462003B2 true JPH0462003B2 (ja) | 1992-10-02 |
Family
ID=16236340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18915484A Granted JPS6166926A (ja) | 1984-09-05 | 1984-09-10 | ロ−タリ−エンコ−ダ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6166926A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02147816A (ja) * | 1988-11-29 | 1990-06-06 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | スケール読取装置 |
| DE69428327T2 (de) * | 1993-10-29 | 2002-07-04 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Verfahren und System zur Detektion einer Winkelabweichung unter Verwendung eines periodischen Musters |
| TW256914B (en) * | 1994-05-27 | 1995-09-11 | Ibm | Servo-writing system for use in a data recording disk drive |
| US5442172A (en) * | 1994-05-27 | 1995-08-15 | International Business Machines Corporation | Wavefront reconstruction optics for use in a disk drive position measurement system |
| JP4093971B2 (ja) * | 2004-02-12 | 2008-06-04 | シャープ株式会社 | 光学式移動情報検出装置および移動情報検出システムおよび電子機器およびエンコーダ |
-
1984
- 1984-09-10 JP JP18915484A patent/JPS6166926A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6166926A (ja) | 1986-04-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |