JPS6212814A - ロ−タリ−エンコ−ダ− - Google Patents
ロ−タリ−エンコ−ダ−Info
- Publication number
- JPS6212814A JPS6212814A JP60152066A JP15206685A JPS6212814A JP S6212814 A JPS6212814 A JP S6212814A JP 60152066 A JP60152066 A JP 60152066A JP 15206685 A JP15206685 A JP 15206685A JP S6212814 A JPS6212814 A JP S6212814A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- grating
- radiation grating
- optical path
- diffracted
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
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）
本発明はロータリーエンコーダーに関シ、特に円周上Ｋ
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等
の回転状態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。
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等
の回転状態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。
（従来の技術）
従来よりフロッピーデスクの駆動等のコンピューター機
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のキャプステンモーターや回転ドラム等の
回転機構の回転速度や回転速度の変動量を検出する為の
手段として光電的なロータリーエンコーダーが利用され
てきている。
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のキャプステンモーターや回転ドラム等の
回転機構の回転速度や回転速度の変動量を検出する為の
手段として光電的なロータリーエンコーダーが利用され
てきている。
光ｉｎなロータリーエンコーダーを用いる方法は、回転
軸に連結した円板の周囲に透光部と遮光部を等間隔に設
けた、所市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
のインデックススケールとの双方のスクールを投光手段
と受光手段で挾んで対向配置した所謂インデックススケ
ール方式の構成を採っている。この方法はメインスケー
ルの回転に伴っ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、この信号を周波数解析して
回転軸の回転速度の変動を検出している。この為双方の
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、８７Ｎ 比が低下し検出精度が
低下してしまう欠点があった。この為メインスケールの
透光Ｓと遮光部の格子の総本数を固定し、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しよう
とすると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太を化し、この結果被検回転物体へ
の負荷が大きくなってくる等の欠点があった◇ 発明が解決しようとする問題点） 本発明は被検回転物体の負荷を小さくし、被検回転物体
への回転速度検出用の放射格子の取付は偏心の影響を軽
減した小型でしかも高精匪のロータリーエンコーダーの
提供を目的とする。
軸に連結した円板の周囲に透光部と遮光部を等間隔に設
けた、所市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
のインデックススケールとの双方のスクールを投光手段
と受光手段で挾んで対向配置した所謂インデックススケ
ール方式の構成を採っている。この方法はメインスケー
ルの回転に伴っ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、この信号を周波数解析して
回転軸の回転速度の変動を検出している。この為双方の
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、８７Ｎ 比が低下し検出精度が
低下してしまう欠点があった。この為メインスケールの
透光Ｓと遮光部の格子の総本数を固定し、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しよう
とすると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太を化し、この結果被検回転物体へ
の負荷が大きくなってくる等の欠点があった◇ 発明が解決しようとする問題点） 本発明は被検回転物体の負荷を小さくし、被検回転物体
への回転速度検出用の放射格子の取付は偏心の影響を軽
減した小型でしかも高精匪のロータリーエンコーダーの
提供を目的とする。
本発明の更なる目的は振動や温度変化等の環境変化に対
して安定したａ度で検出ができるロータリーエンコーダ
ーの提供にある。
して安定したａ度で検出ができるロータリーエンコーダ
ーの提供にある。
問題点を解決するための手段）
可干渉性光源からの光束を光束分割手段により２つの光
束に分割し一方の光束を回転物体に連結した円板状の放
射格子上の一点Ｍ０に入射させる第１照明手段と、前記
放射格子からの特定次数の回折光を前記放射格子上に再
度入射させる第１光学手段と前記放射格子からの特定次
数の再回折光Ｒ１を前記放射格子の近傍の位置１’に導
く第１導元手段とが配置されている第１光路を介し、他
方の光束を前記放射格子上の点Ｍ０ の前記回転物体
の回転中心に対して略点対称な点Ｍ２上に入射させる第
２照明手段と、前記放射格子上の点Ｍ２からの特定次数
の回折光を前記放射格子上に再度入射させる第２光学手
段と、前記放射格子からの特定次数の再回折光Ｒ２を前
記位置Ｐに導く第２導光手段とが配置されている第２光
路を介すると共に前記第１光路と前記第２光路の光路長
が実質的に等しくなるように各要素を構成し、前記位置
Ｐに導光された２つの再回折光Ｒ１、Ｒ２を重ね合わせ
た後受光手段に導光し、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状態を求めたことでらる。
束に分割し一方の光束を回転物体に連結した円板状の放
射格子上の一点Ｍ０に入射させる第１照明手段と、前記
放射格子からの特定次数の回折光を前記放射格子上に再
度入射させる第１光学手段と前記放射格子からの特定次
数の再回折光Ｒ１を前記放射格子の近傍の位置１’に導
く第１導元手段とが配置されている第１光路を介し、他
方の光束を前記放射格子上の点Ｍ０ の前記回転物体
の回転中心に対して略点対称な点Ｍ２上に入射させる第
２照明手段と、前記放射格子上の点Ｍ２からの特定次数
の回折光を前記放射格子上に再度入射させる第２光学手
段と、前記放射格子からの特定次数の再回折光Ｒ２を前
記位置Ｐに導く第２導光手段とが配置されている第２光
路を介すると共に前記第１光路と前記第２光路の光路長
が実質的に等しくなるように各要素を構成し、前記位置
Ｐに導光された２つの再回折光Ｒ１、Ｒ２を重ね合わせ
た後受光手段に導光し、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状態を求めたことでらる。
この池水発明の特徴は実施１３’ｌＪ において記載さ
、れている。
、れている。
（実施列）
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はレーザー等の可干渉性光源、２はフ
リメーターレンズ、３は光束分割手段としての偏光ビー
ムスプリッタ−で、レーザー１からの直線偏光に対して
、その偏光軸が４ぎとなるように配置されている。４□
、４゜、４□′。
リメーターレンズ、３は光束分割手段としての偏光ビー
ムスプリッタ−で、レーザー１からの直線偏光に対して
、その偏光軸が４ぎとなるように配置されている。４□
、４゜、４□′。
４□′は各々シリンドリカルレンズ、５，６，７゜８．
９は各々磁波長板、１０ 、１０’は反射鏡、１１ 。
９は各々磁波長板、１０ 、１０’は反射鏡、１１ 。
１１′はコーナーキエーグ反射鏡、１２は円板上に９１
えば透光部と反射部の格子模様を複数個等角度で設けた
放射格子、１３は不図示の被検回転物体の回転軸である
。１４はＡ波長板、１５はビームスプリッタ−１ｔｓ
、 ｉ’ｒは偏光板で、偏光方位が互ン いに４５ｒＬになるように配置されている。１８ 、１
９は受光素子である。
えば透光部と反射部の格子模様を複数個等角度で設けた
放射格子、１３は不図示の被検回転物体の回転軸である
。１４はＡ波長板、１５はビームスプリッタ−１ｔｓ
、 ｉ’ｒは偏光板で、偏光方位が互ン いに４５ｒＬになるように配置されている。１８ 、１
９は受光素子である。
レーザーｌより放射された光束は、コリメーターレンズ
２によって略平行な光束とな９、偏光ビームスプリッタ
−３に入射する。偏光ビームスプリツター３は、その方
位が、レーザーｌの直線偏光方位に対して４ダとなるよ
うに配置されているので、レーザーｌからの光束は、偏
光ビームスプリッタ−３において略等しい光量で反射光
束と透過光束に分割される。このうち透過光束は、第１
照明手段としてのシリンドリカルレンズ４□を介して、
放射格子１２上の位置Ｍ０ 上に線状照射される。一
方、反射光束は、■波長計 １４ Ｋよって偏光方位が
９σ回転した直線偏光光束となって、偏光ビームスプリ
ッタ−３′を透過する。そして狐波長板８によって円偏
光に変換されて反射鏡１０’で反射され再び狐波長板８
を通って、偏光ビームスプリッタ−３′ヘノ入射時とは
直交した直線偏光光束となるので、今度は偏光ビームス
プリッタ−３′で反射されて、第２照明手段としてのシ
リンドリカルレンズ４□′ を介して、放射格子１２上
の、点Ｍ０とは、回転中心に対して略点対称な位置Ｍ２
上に線状照射される。ここでシリンドリカルレンズ４１
゜４□′は、放射格子１２の放射方向と直交する方向、
に線状照射されるように配置されている。このように線
状照射することにより、放射格子１２上での光束の照射
部分く相当する透光部と反射部の格子模様のピッチ変化
の影響を軽減している。
２によって略平行な光束とな９、偏光ビームスプリッタ
−３に入射する。偏光ビームスプリツター３は、その方
位が、レーザーｌの直線偏光方位に対して４ダとなるよ
うに配置されているので、レーザーｌからの光束は、偏
光ビームスプリッタ−３において略等しい光量で反射光
束と透過光束に分割される。このうち透過光束は、第１
照明手段としてのシリンドリカルレンズ４□を介して、
放射格子１２上の位置Ｍ０ 上に線状照射される。一
方、反射光束は、■波長計 １４ Ｋよって偏光方位が
９σ回転した直線偏光光束となって、偏光ビームスプリ
ッタ−３′を透過する。そして狐波長板８によって円偏
光に変換されて反射鏡１０’で反射され再び狐波長板８
を通って、偏光ビームスプリッタ−３′ヘノ入射時とは
直交した直線偏光光束となるので、今度は偏光ビームス
プリッタ−３′で反射されて、第２照明手段としてのシ
リンドリカルレンズ４□′ を介して、放射格子１２上
の、点Ｍ０とは、回転中心に対して略点対称な位置Ｍ２
上に線状照射される。ここでシリンドリカルレンズ４１
゜４□′は、放射格子１２の放射方向と直交する方向、
に線状照射されるように配置されている。このように線
状照射することにより、放射格子１２上での光束の照射
部分く相当する透光部と反射部の格子模様のピッチ変化
の影響を軽減している。
放射格子１２に入射した光束は、放射格子１２の格子模
様によって反射回折される。
様によって反射回折される。
いま、光束の照射位置における格子模様のピッチをｐと
すれば、ｍ次の反射回折光Ｌ 、 Ｌ’の回折角度θ□
は、次の（１）式で表わされる。
すれば、ｍ次の反射回折光Ｌ 、 Ｌ’の回折角度θ□
は、次の（１）式で表わされる。
ＢｍＢ−−ｍλ／ｐ ・・・・・−・・
・（１）ここでλは光束の波長である。
・（１）ここでλは光束の波長である。
いま・放射格子１２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、照射位置までの距離をｒと
すると、照射位置Ｍ工１Ｍ２での周速度は−Ｖ−ｒω
となる。ここで点Ｍ、、Ｍ２への入射光束を波数ベクト
ル表示でて、と表わし、反射回折光り及びＬ′を波数ベ
クトル表示でに、及びｋＩｌ′と表わし、点Ｍ工１Ｍ２
における放射格子１２の周速度をベクトル表示でマと表
わし１、ｋｉ ” ｍ ’ ｋ＊とマとの関係を第２図
に示すような関係になったとする。すると、反射回折光
り及びＬ′の周波数は、次式で表わされる量Δｆ及びΔ
ｆ′だけ、所謂ドツプラーシフトを受ける。
。放射格子の回転中心から、照射位置までの距離をｒと
すると、照射位置Ｍ工１Ｍ２での周速度は−Ｖ−ｒω
となる。ここで点Ｍ、、Ｍ２への入射光束を波数ベクト
ル表示でて、と表わし、反射回折光り及びＬ′を波数ベ
クトル表示でに、及びｋＩｌ′と表わし、点Ｍ工１Ｍ２
における放射格子１２の周速度をベクトル表示でマと表
わし１、ｋｉ ” ｍ ’ ｋ＊とマとの関係を第２図
に示すような関係になったとする。すると、反射回折光
り及びＬ′の周波数は、次式で表わされる量Δｆ及びΔ
ｆ′だけ、所謂ドツプラーシフトを受ける。
ここで、・はベクトルの内積を表わす。
そして、シリンドリカルレンズ４□及ヒ’４ 波長板６
を介して、コーナーキューブ反射ｆｆ１ｌｌを有する第
１光学手段で点Ｍ工を再照射する。
を介して、コーナーキューブ反射ｆｆ１ｌｌを有する第
１光学手段で点Ｍ工を再照射する。
同様に７リンドリカルレンズ４７ 、 ’Ａｔ１ｌ長板
７そしてコーナーキューブ反射鏡１１’を有する第２光
学手段で点Ｍ２を再照射する。
７そしてコーナーキューブ反射鏡１１’を有する第２光
学手段で点Ｍ２を再照射する。
点Ｍ工２Ｍ２で再びｍ次の反射回折された光束は、元の
光路を戻るが、再回折時に再び（２）式のトップ２−シ
フトを受けるので、結局、点Ｍ□、で再回折されて元の
光路を戻る再回折光Ｒ１は、周波数２Δｆのドツプラー
シフトを受け、点Ｍ２で再回折されて元の光路を戻る再
回折光Ｒ２は、周波数−２Δｆのドツプラーシフトを受
けることになる。
光路を戻るが、再回折時に再び（２）式のトップ２−シ
フトを受けるので、結局、点Ｍ□、で再回折されて元の
光路を戻る再回折光Ｒ１は、周波数２Δｆのドツプラー
シフトを受け、点Ｍ２で再回折されて元の光路を戻る再
回折光Ｒ２は、周波数−２Δｆのドツプラーシフトを受
けることになる。
点Ｍ工で再回折されて元の光路を戻る再回折光Ｒ１は、
死波長板６を介しているため、入射時とは、偏光方位が
直交した直線偏光になり偏光ビームスプリッタ−３で反
射される。そして猛波長板５を介して反射ｄｌｏで反射
されて再びＡ波長板５を通ると、偏光方位は再び９０度
回転して、偏光ビームスプリンター３を透過スる。
死波長板６を介しているため、入射時とは、偏光方位が
直交した直線偏光になり偏光ビームスプリッタ−３で反
射される。そして猛波長板５を介して反射ｄｌｏで反射
されて再びＡ波長板５を通ると、偏光方位は再び９０度
回転して、偏光ビームスプリンター３を透過スる。
さらに、輪液長板１４で再び偏光方位が９０度回転され
て、偏光ビームスプリッタ−３′で反射される。一方、
点Ｍ２で再回折されて元の光路を戻る再回折光Ｒ２は、
Ａ波長板７を介しているため、入射時とは偏光方位が直
交した直線偏光になり偏光ビームスプリッタ−３′を透
過する。こうして点Ｍ１１Ｍ２で再回折された２つの再
回折光Ｒ１、Ｒ２は各々第１導光手段、第２導光手段に
より［光ビームスプリッタ−３′の位置Ｐに導光された
後型なり合い、礪波長板９を通って、ビームスプリッタ
−１５で２光束に分割され、偏光板１６ 、１７を通っ
て受光素子１８ 、１９に入射する。
て、偏光ビームスプリッタ−３′で反射される。一方、
点Ｍ２で再回折されて元の光路を戻る再回折光Ｒ２は、
Ａ波長板７を介しているため、入射時とは偏光方位が直
交した直線偏光になり偏光ビームスプリッタ−３′を透
過する。こうして点Ｍ１１Ｍ２で再回折された２つの再
回折光Ｒ１、Ｒ２は各々第１導光手段、第２導光手段に
より［光ビームスプリッタ−３′の位置Ｐに導光された
後型なり合い、礪波長板９を通って、ビームスプリッタ
−１５で２光束に分割され、偏光板１６ 、１７を通っ
て受光素子１８ 、１９に入射する。
こうして、周波数２Δｆ及び周波数−２Δｆのドツプラ
ーシフトを受けた２つの再回折光Ｒ１、Ｒ２が重なり合
うため、受光素子１８ 、１９の出力信号の周波数は、
２Δｆ−（−２Δｆ）−４Δｆとなる。
ーシフトを受けた２つの再回折光Ｒ１、Ｒ２が重なり合
うため、受光素子１８ 、１９の出力信号の周波数は、
２Δｆ−（−２Δｆ）−４Δｆとなる。
つ゛まり、受光素子１８ 、１９の出力信号の周波数Ｆ
はＦ−４Δｆ −４ｒω８帽−／λとなり、（１）式の
回折条件の式から、Ｆ −４ｍｒω／ｐとなる。放射格
子１２の格子模様の総本数をＮ１等角度ピッチを ノψ
とすれば、ｐ−ｒΔψ、Δψ−２ｇ／Ｎ より、Ｆ
−２ｒｒＭｍ／＋ｒ ＝・＝ （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ｎｌ Δｔの間での放射格子１２の回転角をθと
すれば、ｎ −ＦΔｔ１θ−ωΔｔよシ、ｎ −２ｍＮ
ａ１ｔ ”−・＝ （４１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って
、放射格子１２０回転角θ、を、（４）式によって求め
ることができる。
はＦ−４Δｆ −４ｒω８帽−／λとなり、（１）式の
回折条件の式から、Ｆ −４ｍｒω／ｐとなる。放射格
子１２の格子模様の総本数をＮ１等角度ピッチを ノψ
とすれば、ｐ−ｒΔψ、Δψ−２ｇ／Ｎ より、Ｆ
−２ｒｒＭｍ／＋ｒ ＝・＝ （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ｎｌ Δｔの間での放射格子１２の回転角をθと
すれば、ｎ −ＦΔｔ１θ−ωΔｔよシ、ｎ −２ｍＮ
ａ１ｔ ”−・＝ （４１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って
、放射格子１２０回転角θ、を、（４）式によって求め
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。そのため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度ずれるように配置し、回転に伴う９０度位相差
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。
れば更に好ましい。そのため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度ずれるように配置し、回転に伴う９０度位相差
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。
本実施列においては、受光素子１８ 、１９の出力信号
間の９σ位相ずれを、偏光ビームスプリッタ−と、’Ａ
をｔ長板及び偏光板を組み合わせて作り出している。す
なわち、点Ｍ□９Ｍ２で再回折されて元の光路を戻る光
束は偏光ビームスプリッタ−３′で、各々反射及び透過
されて重なり合い、Ａ波長板９を透過することによって
、直線偏光となるが、その偏光方位が放射格子１２の回
転に伴って変化する。そして、受光素子１８．１９の前
面に設けた偏光板１６ 、１７の偏光方位を互いに４ダ
ブらずことによって、受光素子１８ 、１９０出力信号
間に９０’の位相差を与えることができる。そして、第
１図に示すように例えば受光素子１８ 、１９の出力信
号を波形整形し、回転方向を検出した後、カウンターに
て積算すれば、回転角度を求めることができる。
間の９σ位相ずれを、偏光ビームスプリッタ−と、’Ａ
をｔ長板及び偏光板を組み合わせて作り出している。す
なわち、点Ｍ□９Ｍ２で再回折されて元の光路を戻る光
束は偏光ビームスプリッタ−３′で、各々反射及び透過
されて重なり合い、Ａ波長板９を透過することによって
、直線偏光となるが、その偏光方位が放射格子１２の回
転に伴って変化する。そして、受光素子１８．１９の前
面に設けた偏光板１６ 、１７の偏光方位を互いに４ダ
ブらずことによって、受光素子１８ 、１９０出力信号
間に９０’の位相差を与えることができる。そして、第
１図に示すように例えば受光素子１８ 、１９の出力信
号を波形整形し、回転方向を検出した後、カウンターに
て積算すれば、回転角度を求めることができる。
尚本実施例において単に回転速度のみを求める回転速度
計として用いるならば第１図において３は単なるハーフ
ミラ−でよく、又Ａ波長板５．６，７，８，９、偏光板
１６ 、１７、ビームスプリッタ−１５そして受光素子
１８は不要である。
計として用いるならば第１図において３は単なるハーフ
ミラ−でよく、又Ａ波長板５．６，７，８，９、偏光板
１６ 、１７、ビームスプリッタ−１５そして受光素子
１８は不要である。
第３図は第１図の放射格子１２と２つの光束の放射格子
１２上の照射位置Ｍ工１Ｍ２と被検回転物体の回転中心
との説明図である。
１２上の照射位置Ｍ工１Ｍ２と被検回転物体の回転中心
との説明図である。
本実施列においては放射格子１２の中心と被検回転物体
の回転中心に対して略点対称の２点Ｍよ１Ｍ２を測定点
とすることにより放射格子１２の中心と、被検回転物体
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１２の中心と、回転中心とを完全に一致させる
ことは困難でア）、両者の偏心は避けられない。たと、
えば、第３図に示すように、放射格子１２の中心Ｏと、
回転中心Ｏ′との間に、偏心量が１だけあったとき、回
転中心から距離ｒの位置にある測定点Ｍ工でのドツプラ
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Ｍ０ 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［Ｍ□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１１１ＭよとＭ２と、同時に２点を測定
点とすることによって、偏心の影響を軽減することがで
きる。
の回転中心に対して略点対称の２点Ｍよ１Ｍ２を測定点
とすることにより放射格子１２の中心と、被検回転物体
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１２の中心と、回転中心とを完全に一致させる
ことは困難でア）、両者の偏心は避けられない。たと、
えば、第３図に示すように、放射格子１２の中心Ｏと、
回転中心Ｏ′との間に、偏心量が１だけあったとき、回
転中心から距離ｒの位置にある測定点Ｍ工でのドツプラ
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Ｍ０ 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［Ｍ□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１１１ＭよとＭ２と、同時に２点を測定
点とすることによって、偏心の影響を軽減することがで
きる。
また、第１図の実施例において、光源たるレーザーｌは
、その小型、低価格、高出力という点で半導体レーザー
が最も望ましい。しかるに、半導体レーザーはその波長
が周囲の温度によって変化する。レーザーの波長が変化
すると、（１）式の回折条件の式から明らかなように、
回折角 −０ｆｎ が変化する。また、放射格子１
２の中心と、被検回転物体の中心とが偏心している場合
でも、測定点Ｍ、 、 Ｍ２での格子模様のピッチｐが
変化するため、回折東件の式から明らかなように、やけ
沙回折角θ、が変化する。しかし、第１図の実施例にお
いては、回折光り及びＬ／の反射鏡として、コーナーキ
ューブ反射鏡１１ 、１１’を用いているので、回折角
θ工が変化しても、コーナーキューブ反射鏡１１ 、１
１’による反射光束は必ず元の光路を戻る。つまり、光
源の波長変化や、偏心による回折角変化に基く誤差を、
コーナーキューブ反射鏡１１ 、 ｕ’で除去している
。
、その小型、低価格、高出力という点で半導体レーザー
が最も望ましい。しかるに、半導体レーザーはその波長
が周囲の温度によって変化する。レーザーの波長が変化
すると、（１）式の回折条件の式から明らかなように、
回折角 −０ｆｎ が変化する。また、放射格子１
２の中心と、被検回転物体の中心とが偏心している場合
でも、測定点Ｍ、 、 Ｍ２での格子模様のピッチｐが
変化するため、回折東件の式から明らかなように、やけ
沙回折角θ、が変化する。しかし、第１図の実施例にお
いては、回折光り及びＬ／の反射鏡として、コーナーキ
ューブ反射鏡１１ 、１１’を用いているので、回折角
θ工が変化しても、コーナーキューブ反射鏡１１ 、１
１’による反射光束は必ず元の光路を戻る。つまり、光
源の波長変化や、偏心による回折角変化に基く誤差を、
コーナーキューブ反射鏡１１ 、 ｕ’で除去している
。
また、第１図の実施列においては、レーザーｌから、入
射位ＫＭよ及びコーナーキューブ反射鏡１１を経由して
受光素子１８及びＩ９に至る光路即ち第１光路（第１図
において実線で示しである）の光路長と、レーザー１か
ら、入射位置Ｍ２ 及びコーナーキューブ反射鏡１１
’を経由して受光素子１８及び１９に至る光路即ち第２
光路（第１図において破線で示しである）の光路長とが
光学的に等しく、所謂共通光路型干渉計の構成になって
いるため、振動や温度変化などの外部１擾乱に対して安
定した系になっている。
射位ＫＭよ及びコーナーキューブ反射鏡１１を経由して
受光素子１８及びＩ９に至る光路即ち第１光路（第１図
において実線で示しである）の光路長と、レーザー１か
ら、入射位置Ｍ２ 及びコーナーキューブ反射鏡１１
’を経由して受光素子１８及び１９に至る光路即ち第２
光路（第１図において破線で示しである）の光路長とが
光学的に等しく、所謂共通光路型干渉計の構成になって
いるため、振動や温度変化などの外部１擾乱に対して安
定した系になっている。
第４図は本発明の他の実施列の一部分の概略図でアリ、
第１図の放射格子１２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１２の位置Ｍ□及び
Ｍ２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４□、４ｉ、Ａ波長板６，７、コーナーキュ
ーブ反射鏡ｏ 、 １１’を介して、放射格子１２に再
夏入射させ、第１図に示し次実施列と同様の効果を得て
いる。
第１図の放射格子１２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１２の位置Ｍ□及び
Ｍ２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４□、４ｉ、Ａ波長板６，７、コーナーキュ
ーブ反射鏡ｏ 、 １１’を介して、放射格子１２に再
夏入射させ、第１図に示し次実施列と同様の効果を得て
いる。
尚前述した各実施列ではｍ次の２つの回折光を用いた場
合を示したが±ｍ次の回折光であっても又次数の異った
２つの回折光を用いても良いＯ 第４図は本発明の他の実施例の一部分の概略図であゆ、
第１図の放射格子１２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１２の位置Ｍ□及び
Ｍ２！ＩＣ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４□、４□′、Ａ波長板６，７、コーナ
ーキューブ反射ｄ ｏ 、 １１’を介して、放射格子
１２に再度入射させ、第１図に示した実施列と同様の効
果を得ている。
合を示したが±ｍ次の回折光であっても又次数の異った
２つの回折光を用いても良いＯ 第４図は本発明の他の実施例の一部分の概略図であゆ、
第１図の放射格子１２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１２の位置Ｍ□及び
Ｍ２！ＩＣ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４□、４□′、Ａ波長板６，７、コーナ
ーキューブ反射ｄ ｏ 、 １１’を介して、放射格子
１２に再度入射させ、第１図に示した実施列と同様の効
果を得ている。
尚前述した各実施列ではｍ次の２つの回折光を用いた場
合を示したが±ｍ次の回折光であっても又次数の異つ念
２つの回折光分用いても良いＯ （発明の効果） 本発明によれば被検口伝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二ンコーダーを達成するこ
とができる。又共通光路型構成とすることにより振動や
温度変化等の外部影響に対して安定したロータリーエフ
コーダーを達成することができる。
合を示したが±ｍ次の回折光であっても又次数の異つ念
２つの回折光分用いても良いＯ （発明の効果） 本発明によれば被検口伝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二ンコーダーを達成するこ
とができる。又共通光路型構成とすることにより振動や
温度変化等の外部影響に対して安定したロータリーエフ
コーダーを達成することができる。
的えば従来から使用されているインデックススケール方
式の光電式ロータリーエンコーダーでは、前述の（４）
式に対応する、受光素子からの、出力侶号の波数ｎと、
メインスクールｏｉ本ａＮと、回転角Ｏとの関係は、 ｎ −Ｎθ７２に 曲・・・・・（
５）であるから、波数１圓あたシの回転角Δθは、Δθ
−２π／Ｎ（ラジアン） ・・・・・・・・・
（６）である。これに対して、本実施列では、（４）式
から、 ノθ−π７２ｍＮ （ラジアン） ・・・四−
（７）である。
式の光電式ロータリーエンコーダーでは、前述の（４）
式に対応する、受光素子からの、出力侶号の波数ｎと、
メインスクールｏｉ本ａＮと、回転角Ｏとの関係は、 ｎ −Ｎθ７２に 曲・・・・・（
５）であるから、波数１圓あたシの回転角Δθは、Δθ
−２π／Ｎ（ラジアン） ・・・・・・・・・
（６）である。これに対して、本実施列では、（４）式
から、 ノθ−π７２ｍＮ （ラジアン） ・・・四−
（７）である。
従って、本実施列によれば、同じ分割数のスケールを用
いても従来列に比べて４ｍ倍の精度で回転角度の検出が
出来ることになる。
いても従来列に比べて４ｍ倍の精度で回転角度の検出が
出来ることになる。
−１を、、従来の光電式ロータリーエンコーターにおい
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、）ｏμｍ程度が限度で必るＯ いま、回転角検出精度として、たとえば凹秒を得るため
には、従来列では、メインスクールの分割数として、（
６）式から、Ｎ −３６０Ｘ ６０ Ｘ６０／３０−４
３，２００ 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、遮光部の間隔ヲ１０μｍとすれば
、メインスケールの直径は、０、Ｑｌ ｗ Ｘ ４３，
２００／＋ｒ −１３７，５ｍ必要になる。
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、）ｏμｍ程度が限度で必るＯ いま、回転角検出精度として、たとえば凹秒を得るため
には、従来列では、メインスクールの分割数として、（
６）式から、Ｎ −３６０Ｘ ６０ Ｘ６０／３０−４
３，２００ 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、遮光部の間隔ヲ１０μｍとすれば
、メインスケールの直径は、０、Ｑｌ ｗ Ｘ ４３，
２００／＋ｒ −１３７，５ｍ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の検
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、（資）秒
の回転角検出精度を得るための放射格子８の格子の分割
数は、４３．２００／４−１０，８００でよい。そして
本実施Ｎ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４μ
扉 とすると、放射格子の直径は、０．００４ｍＸ １
０，８００／ｒｅ−１３，７５ｒｔａｓ 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ックス
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、鴇以下の大きさで
よい。従って、被検回転物体への負荷も従来列とくらべ
て、はるかに小さくなり、正確な測定が行えることにな
る。
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、（資）秒
の回転角検出精度を得るための放射格子８の格子の分割
数は、４３．２００／４−１０，８００でよい。そして
本実施Ｎ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４μ
扉 とすると、放射格子の直径は、０．００４ｍＸ １
０，８００／ｒｅ−１３，７５ｒｔａｓ 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ックス
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、鴇以下の大きさで
よい。従って、被検回転物体への負荷も従来列とくらべ
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１図は本発明の一実施列の概略図、第２図は本発明に
係る放射格子への入射光束と反射回折光のベクトル表示
の説明図、第３図は本発明の放射格子の中心との偏心を
表わす説明図、第４図は本発明の他の実施列の一部分の
説明図である。図中１は光源、２はコリメーターレンズ
、３は光束分割手段、４□、４□、４□′、４□′は各
々シリンドリカルレンズ、５．６，７，８．９は各々Ａ
波長板、１０ 、１０’は反射鏡、１１ 、１１’はコ
ーナーキエープ反射鏡、１２は放射格子、１３は回転軸
、１６ 、１７は偏光板、１８ 、１９は受光素子であ
る。
係る放射格子への入射光束と反射回折光のベクトル表示
の説明図、第３図は本発明の放射格子の中心との偏心を
表わす説明図、第４図は本発明の他の実施列の一部分の
説明図である。図中１は光源、２はコリメーターレンズ
、３は光束分割手段、４□、４□、４□′、４□′は各
々シリンドリカルレンズ、５．６，７，８．９は各々Ａ
波長板、１０ 、１０’は反射鏡、１１ 、１１’はコ
ーナーキエープ反射鏡、１２は放射格子、１３は回転軸
、１６ 、１７は偏光板、１８ 、１９は受光素子であ
る。
Claims (1)
- （１）可干渉性光源からの光束を光束分割手段により２
つの光束に分割し、一方の光束を回転物体に連結した円
板状の放射格子上の一点Ｍ＿１に入射させる第１照明手
段と、前記放射格子からの特定次数の回折光を前記放射
格子上に再度入射させる第１光学手段と前記放射格子か
らの特定次数の再回折光Ｒ１を前記放射格子の近傍の位
置Ｐに導く第１導光手段とが配置されている第１光路を
介し、他方の光束を前記放射格子上の点Ｍ＿１の前記回
転物体の回転中心に対して略点対称な点Ｍ＿２上に入射
させる第２照明手段と、前記放射格子上の点Ｍ＿２から
の特定次数の回折光を前記放射格子上に再度入射させる
第２光学手段と、前記放射格子からの特定次数の再回折
光Ｒ２を前記位置Ｐに導く第２導光手段とが配置されて
いる第２光路を介すると共に前記第１光路と前記第２光
路の光路長が実質的に等しくなるように各要素を構成し
、前記位置Ｐに導光された２つの再回折光Ｒ１、Ｒ２を
重ね合わせた後受光手段に導光し、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状態を求めたこ
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 |
|---|---|---|---|
| JP60152066A JPS6212814A (ja) | 1985-07-10 | 1985-07-10 | ロ−タリ−エンコ−ダ− |
| US07/196,850 US4868385A (en) | 1985-07-10 | 1988-05-17 | Rotating state detection apparatus using a plurality of light beams |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60152066A JPS6212814A (ja) | 1985-07-10 | 1985-07-10 | ロ−タリ−エンコ−ダ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6212814A true JPS6212814A (ja) | 1987-01-21 |
| JPH056853B2 JPH056853B2 (ja) | 1993-01-27 |
Family
ID=15532307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60152066A Granted JPS6212814A (ja) | 1985-07-10 | 1985-07-10 | ロ−タリ−エンコ−ダ− |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4868385A (ja) |
| JP (1) | JPS6212814A (ja) |
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| JPH02298817A (ja) * | 1989-05-12 | 1990-12-11 | Canon Inc | ロータリーエンコーダー |
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| KR20200037827A (ko) | 2017-08-29 | 2020-04-09 | 미쓰이 가가쿠 가부시키가이샤 | 섬유 수속제, 무기 강화재, 수지 조성물 및 성형체 |
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| JP2586121B2 (ja) * | 1988-09-30 | 1997-02-26 | キヤノン株式会社 | ロータリーエンコーダの原点検出系 |
| JP2649390B2 (ja) * | 1988-10-12 | 1997-09-03 | キヤノン株式会社 | 信号内挿回路 |
| US5198873A (en) * | 1988-10-19 | 1993-03-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Encoder utilizing interference using multi-mode semiconductor laser |
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| JP2586122B2 (ja) * | 1988-11-18 | 1997-02-26 | キヤノン株式会社 | ロータリーエンコーダ |
| DE3901534C1 (ja) * | 1989-01-20 | 1990-04-26 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut, De | |
| JP2629948B2 (ja) * | 1989-03-03 | 1997-07-16 | キヤノン株式会社 | エンコーダー |
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| JP2683117B2 (ja) * | 1989-10-31 | 1997-11-26 | キヤノン株式会社 | エンコーダー |
| JP2780409B2 (ja) * | 1990-01-20 | 1998-07-30 | キヤノン株式会社 | 角度検出装置 |
| DE9007584U1 (de) * | 1990-03-13 | 1992-11-19 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut | Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung |
| JP3034899B2 (ja) * | 1990-04-09 | 2000-04-17 | 日本電信電話株式会社 | エンコーダ |
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-
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| KR20200037827A (ko) | 2017-08-29 | 2020-04-09 | 미쓰이 가가쿠 가부시키가이샤 | 섬유 수속제, 무기 강화재, 수지 조성물 및 성형체 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| US4868385A (en) | 1989-09-19 |
| JPH056853B2 (ja) | 1993-01-27 |
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