JPH0462004B2 - - Google Patents
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- JPH0462004B2 JPH0462004B2 JP18915684A JP18915684A JPH0462004B2 JP H0462004 B2 JPH0462004 B2 JP H0462004B2 JP 18915684 A JP18915684 A JP 18915684A JP 18915684 A JP18915684 A JP 18915684A JP H0462004 B2 JPH0462004 B2 JP H0462004B2
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- Japan
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- light
- radiation grating
- radiation
- grating
- rotation
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-
- 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
-
- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- 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。
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再度入射させる
為の少なくとも３枚の反射鏡と少なくとも１つの
結像光学系より成る２組のリレー光学系を有する
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受光する為の受光手
段とを有し、前記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再度入射させる
為の少なくとも３枚の反射鏡と少なくとも１つの
結像光学系より成る２組のリレー光学系を有する
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受光する為の受光手
段とを有し、前記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はレーザー等の単一の波長を放射す
る光源、２はコリメーターレンズ、３，１６は
各々シリンドリカルレンズ、４，５，６，９，１
０，１１は各々反射鏡、７，１２は各々結像光学
系で反射鏡４，５，６と結像光学系７で第１のリ
レー光学系を、反射鏡９，１０，１１と結像光学
系１２で第２のリレー光学系を形成している。
８，１３は各々1/4波長板でレーザー１からの直
線偏光に対してその軸が45度と−45度に配置され
ている。２つのリレー光学系は反射鏡４と結像光
学系７との光路と反射鏡９と結像光学系１２との
光路間で交差している。１４は例えば円板上に透
光部と反射部の格子模様を等角度で設けた放射格
子、１５は放射格子１４の回転軸で被検回転物体
の回転軸と連結している。１７はビームスプリツ
ターで半透過面１８，１９，２０を有している。
２１，２２，２３，２４は偏光板で各々の偏光板
はその偏光方向が45度ずつずらして配置されてい
る。２５，２６，２７，２８は各々受光素子であ
る。
図において１はレーザー等の単一の波長を放射す
る光源、２はコリメーターレンズ、３，１６は
各々シリンドリカルレンズ、４，５，６，９，１
０，１１は各々反射鏡、７，１２は各々結像光学
系で反射鏡４，５，６と結像光学系７で第１のリ
レー光学系を、反射鏡９，１０，１１と結像光学
系１２で第２のリレー光学系を形成している。
８，１３は各々1/4波長板でレーザー１からの直
線偏光に対してその軸が45度と−45度に配置され
ている。２つのリレー光学系は反射鏡４と結像光
学系７との光路と反射鏡９と結像光学系１２との
光路間で交差している。１４は例えば円板上に透
光部と反射部の格子模様を等角度で設けた放射格
子、１５は放射格子１４の回転軸で被検回転物体
の回転軸と連結している。１７はビームスプリツ
ターで半透過面１８，１９，２０を有している。
２１，２２，２３，２４は偏光板で各々の偏光板
はその偏光方向が45度ずつずらして配置されてい
る。２５，２６，２７，２８は各々受光素子であ
る。
レーザー１より放射された光束は、コリメータ
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１４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１４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。
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１４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１４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。
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。
レーザー１からの光束は放射格子１４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。
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。
いま、放射格子１４が、角速度ωで回転してい
るとする。放射格子１４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。
るとする。放射格子１４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＝±vsinθn／λ＝±rωsinθn／λ ……(2)
そしてこれら２つの回折光は各々第１のリレー
光学系と第２のリレー光学系より成る第２の照明
手段により放射格子１４上の入射位置M1に対す
る回転軸１５の回転中心と略点対称の入射位置
M2に再入射する。ここで1/4波長板８と１３は
各々入射する光束の直線偏光方位に対して各々の
軸が45度と−45度となるように配置されている。
光学系と第２のリレー光学系より成る第２の照明
手段により放射格子１４上の入射位置M1に対す
る回転軸１５の回転中心と略点対称の入射位置
M2に再入射する。ここで1/4波長板８と１３は
各々入射する光束の直線偏光方位に対して各々の
軸が45度と−45度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１４の周速度方向と
の角度も等しくなるように第１，第２のリレー光
学系が配置されている。
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１４の周速度方向と
の角度も等しくなるように第１，第２のリレー光
学系が配置されている。
すると、照射位置M2において、±ｍ次の反射回
折光束は、重なり合い、シリンドリカルレンズ１
６を透過し再び平行光束となり、ビームスプリツ
ター１７で４光束に分割され、偏光板２１〜２４
を透過して、受光素子２５〜２８に入射する。
折光束は、重なり合い、シリンドリカルレンズ１
６を透過し再び平行光束となり、ビームスプリツ
ター１７で４光束に分割され、偏光板２１〜２４
を透過して、受光素子２５〜２８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１４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２５〜２８の出力信号の周波数
は、2Δ−（−2Δ）＝4Δとなる。つまり、受光
素子２５〜２８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。
の回折光は、放射格子１４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２５〜２８の出力信号の周波数
は、2Δ−（−2Δ）＝4Δとなる。つまり、受光
素子２５〜２８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１４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１４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１４の回転角θ
を、(4)式によつて求めることができる。
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１４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１４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１４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・プル方式を用いている。
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・プ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８，１３と、４枚
の偏光板２１〜２４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９，１３を配置する。すると、
１／４波長板８，１３を透過した光束は、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１４の回
転に伴つて変化する。この光束を、前記のよう
に、ビームスプリツター１７で４光束に分割し、
45゜ずつ偏光方位をずらした偏光板２１〜２４を
介して、受光素子２５〜２８に入射する。受光素
子２５〜２８からは放射格子１４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２５の出力信号の位相
を0゜とすれば、受光素子２６，２７，２８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３０，３１に入力
すると、差動増幅器３０，３１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８，１３と、４枚
の偏光板２１〜２４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９，１３を配置する。すると、
１／４波長板８，１３を透過した光束は、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１４の回
転に伴つて変化する。この光束を、前記のよう
に、ビームスプリツター１７で４光束に分割し、
45゜ずつ偏光方位をずらした偏光板２１〜２４を
介して、受光素子２５〜２８に入射する。受光素
子２５〜２８からは放射格子１４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２５の出力信号の位相
を0゜とすれば、受光素子２６，２７，２８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３０，３１に入力
すると、差動増幅器３０，３１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、本発明では、(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、本発明では、(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
検出精度を得るための放射格子１４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
ち、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
の大きさでよいことになる。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
検出精度を得るための放射格子１４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
ち、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
の大きさでよいことになる。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１４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１４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１４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１４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、偏心がないときとくらべて、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る。
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１４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１４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１４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、偏心がないときとくらべて、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る。
次に第１図に示す実施例における入射点M1，
M2間の結像関係について示す。
M2間の結像関係について示す。
入射点M1における光束の第２式で示すドツプ
ラーシフトを入射光束の波数ベクトルを、ki、反
射回折光の波数ベクトルをks、放射格子の速度ベ
クトルをＶとして下式のks，kiをベクトル表示に
すると Δ＝１／2π（ks−ki）・Ｖ ・はベクトルの内積 となる。ここで｜ks｜＝｜ki｜＝2π／λである。
ラーシフトを入射光束の波数ベクトルを、ki、反
射回折光の波数ベクトルをks、放射格子の速度ベ
クトルをＶとして下式のks，kiをベクトル表示に
すると Δ＝１／2π（ks−ki）・Ｖ ・はベクトルの内積 となる。ここで｜ks｜＝｜ki｜＝2π／λである。
第３図イは入射点M1におけるベクトル（ks−
ki）・Ｖ＞０としたときのドツプラーシフトをベ
クトル表示したときの説明図である。
ki）・Ｖ＞０としたときのドツプラーシフトをベ
クトル表示したときの説明図である。
ここで入射点M1において反射回折光が入射点
M2で再度ドツプラーシフトを受けそのドツプラ
ーシフト量が2Δとなる為には入射点M2におけ
る入射光束と反射回折光の各波数ベクトルki′，
ks′とすると（ks′−ki′）・Ｖ＞０でなければなら
ない。その為には入射点M2において上記各ベク
トルki′，ks′，Ｖは第３図ロに示すものでなくて
はならない。即ち入射点M1で放射格子の回転の
進む方向へ反射角θで反射回折した光束は入射点
M2でその回転の進む方向から入射角θで入射し
なければならない。
M2で再度ドツプラーシフトを受けそのドツプラ
ーシフト量が2Δとなる為には入射点M2におけ
る入射光束と反射回折光の各波数ベクトルki′，
ks′とすると（ks′−ki′）・Ｖ＞０でなければなら
ない。その為には入射点M2において上記各ベク
トルki′，ks′，Ｖは第３図ロに示すものでなくて
はならない。即ち入射点M1で放射格子の回転の
進む方向へ反射角θで反射回折した光束は入射点
M2でその回転の進む方向から入射角θで入射し
なければならない。
一方入射点M1，M2間で像の間に共役なる関係
を成立させるには所謂シヤインプルーフの法則を
満す必要がある。
を成立させるには所謂シヤインプルーフの法則を
満す必要がある。
これらの条件を満足するリレー光学系は例えば
第４図に示す如く入射点M1でのベクトルksとベ
クトルＶとで成す平面に含まれる帯が１回捩れて
入射点M2に入射する構成となる。
第４図に示す如く入射点M1でのベクトルksとベ
クトルＶとで成す平面に含まれる帯が１回捩れて
入射点M2に入射する構成となる。
本実施例ではこの第４図に示すリレー光学系を
少なくとも３つの反射鏡と少なくとも１つの結像
光学系より達成しているのである。
少なくとも３つの反射鏡と少なくとも１つの結像
光学系より達成しているのである。
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。
又本発明において単に回転角度のみの検出を行
つてもよくこのときは1/4波長板、偏光板、ビー
ムスプリツターは不要となり、又受光素子は１個
あればよい。
つてもよくこのときは1/4波長板、偏光板、ビー
ムスプリツターは不要となり、又受光素子は１個
あればよい。
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。
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図イ，ロは各々入射光束と反射回折
光のベクトル表示の説明図、第４図は入射点M1，
M2間の結像関係を表わす説明図である。図中１
は光源、２はコリメーターレンズ、３，１６はシ
リンドリカルレンズ、４，５，６，９，１０，１
１は反射鏡、７，１２は結像光学系、１４は放射
格子、１５は回転軸、１７はビームスプリツタ
ー、２１〜２４は偏光板、２５〜２８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図イ，ロは各々入射光束と反射回折
光のベクトル表示の説明図、第４図は入射点M1，
M2間の結像関係を表わす説明図である。図中１
は光源、２はコリメーターレンズ、３，１６はシ
リンドリカルレンズ、４，５，６，９，１０，１
１は反射鏡、７，１２は結像光学系、１４は放射
格子、１５は回転軸、１７はビームスプリツタ
ー、２１〜２４は偏光板、２５〜２８は受光素子
である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 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
称の位置に各々再度入射させる為の少なくとも３
枚の反射鏡と少なくとも１つの結像光学系より成
る２組のリレー光学系を有する第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
た光束を受光する為の受光手段とを有し、前記受
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。 ２ 前記第１及び第２の照明手段は前記放射格子
の放射方向と直交する方向に線状に前記光束を照
射させた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ー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18915684A JPS6166927A (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 |
|---|---|---|---|
| JP18915684A JPS6166927A (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | ロ−タリ−エンコ−ダ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6166927A JPS6166927A (ja) | 1986-04-05 |
| JPH0462004B2 true JPH0462004B2 (ja) | 1992-10-02 |
Family
ID=16236377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18915684A Granted JPS6166927A (ja) | 1984-09-05 | 1984-09-10 | ロ−タリ−エンコ−ダ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6166927A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63247616A (ja) * | 1987-04-03 | 1988-10-14 | Canon Inc | エンコ−ダ− |
| JP2774568B2 (ja) * | 1989-05-12 | 1998-07-09 | キヤノン株式会社 | ロータリーエンコーダー |
| 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 |
| JPH11211862A (ja) * | 1997-11-19 | 1999-08-06 | Seiko Epson Corp | 情報処理装置 |
-
1984
- 1984-09-10 JP JP18915684A patent/JPS6166927A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6166927A (ja) | 1986-04-05 |
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