JP2938537B2

JP2938537B2 - 回転量測定装置

Info

Publication number: JP2938537B2
Application number: JP25650890A
Authority: JP
Inventors: 寛小林; 晴彦町田; 純明渡; 友行山口
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-09-26
Filing date: 1990-09-26
Publication date: 1999-08-23
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: JPH04132910A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は回転量測定装置に関する。

［従来の技術］回転量を測定する方法として影絵パターンを利用する
方法が知られている（例えば、特開平２−57913号公
報）。影絵パターンは、極めてピッチの細かい格子パタ
ーンにより発生させることができるため、この方法では
極めて精度良く回転量を測定できる。

［発明が解決しようとする課題］上記回転量測定方法では、影絵パターンを発生させる
ための格子パターンが回転軸の周面に直接形成されてい
る。

格子パターンの１ピッチに対応する回転軸の回転角を
Δθとすると、格子パターンのピッチは、回転軸の軸半
径をｄとして、ｄ・Δθであるから、回転量の測定精度
を損なうこと無く軸半径を小さくするには、回転軸に形
成する格子パターンのピッチを、軸半径が小さくなるほ
ど細かくする必要があるが、回転軸が小さくなるほど回
転軸周面の曲率が大きくなるためピッチの細かい格子パ
ターンの形成は容易でない。

このため、回転軸の周面に直接格子パターンを形成す
る方法では、軸半径が例えば、数mmあるいは10数mm程度
に小さくなると、影絵パターンを利用しても測定の精度
をさほど大きくすることができない。

本発明は上述した事情に鑑み、軸半径の小さい回転軸
の回転量を極めて精度良く検出でき、しかも低コストで
実現できる新規な回転量測定装置の提供を課題とする。

［課題を解決するための手段］本発明の回転量測定装置は「回転軸の回転量を測定す
る装置」であって、スケールと、光源と、光検出手段と
を有する。

「スケール」は、円錐状で「回転軸よりも大径」であ
り、周面部に格子パターンを形成され、回転軸と同軸一
体に設けられる。

「光源」は、スケールの格子パターンに「影絵パター
ン発生用の光」を照射する。

「光検出手段」は、光源による格子パターンの照射に
より発生する影絵パターンの「回転軸の回転に伴う移
動」を検出する。

上記光源は「複数の線状光源を回転軸に同心的なリン
グ状に配列した」ものである。

［作用］上記のように、本発明においては、影絵パターンを発
生させるための格子パターンが、回転量を測定すべき回
転軸より「大径」のスケールの周面に形成されるので、
細かいピッチの格子パターンを容易かつ確実に形成でき
る。また、回転軸の周面部に格子パターンを直接形成す
る場合に比して、比較的ピッチの大きい格子パターンで
も回転量測定の精度を確保できるから、比較的ピッチの
大きい格子パターンを用いることにより「インコヒーレ
ント光による影絵パターンの発生」も可能である。スケ
ールは回転軸の一部に形成すればよいから、回転軸全体
の回転モーメントはさほど増大しない。

［実施例］具体的な実施例の説明に先立ち、影絵パターンによる
回転量測定を説明する。

第１図は、この発明の回転量検出装置と類似の装置を
示している。

第１図において、符号１は光源としての「線状光
源」、符号２は「スケール」、符号３は「格子パター
ン」、符号４は「軸受」、符号4aは「回転軸」、符号５
は光検出手段としての「光センサ」を示している。

スケール２は、回転軸4aの一部として「鍔状」に一体
形成され、格子パターン３はスケール２の周面部に回転
軸2aを取り巻く方向を格子配列方向として形成されてい
る。

線状光源１は、GaAsやAlGaAs等の半導体レーザを「発
光部の長手方向が格子パターン３の格子配列方向と対応
する」ように配備してなる。

格子パターン３のピッチをξ、線状光源１における
「格子パターンの格子配列方向に対応する発光部長さ」
をｄとするとき、ξの大きさは 1/10≦（d/ξ）≦２（１）を満足するように定められる。

条件（１）が満足されるとき、影絵パターンが発生す
る。

即ち、影絵パターンは、格子パターンによる回折光ど
うしの干渉により発生するもので、その発生は波動光学
的なものであるが、あたかも「線状光源１の位置に点光
源を配備して格子パターンを幾何光学的な影絵として拡
大した」ように発生し、回転軸4aが回転すると影絵的な
拡大関係を保ちつつ回転的に変位する。従って、影絵パ
ターンの変位を光センサ５により検出することにより、
回転軸4aの回転量を測定できる。また、測定された回転
量の時間微分により回転速度や回転加速度を測定できる
ことは言うまでもない。

格子パターンを照射する光としては、図２（Ｉ）に示
すように、LED1′からの「インコヒーレント光」をアパ
ーチュア６の開口部6aを介して取りだしたものでもよ
い。

開口部6aは、第２図（II）に示すように、長さ:d_Aの
スリットであるが、開口部6aは、長手方向を格子パター
ン３の格子配列方向と対応させられる。

格子ピッチ：ξと、開口部6aの長さ:d_Aが関係 1/10≦（d_A/ξ）≦２（２）を満足すれば、影絵パターンが発生する。従って、この
時の影絵パターンの回転的な移動量を光センサ５により
検出することにより、回転軸4aの回転量を測定できる。

アパーチュアにおける開口部の形状は、上述のスリッ
トに限らず、長軸もしくは短軸系がd_Aである楕円形状
（第２図（III））や、直径:d_Aの円形状（同図（IV））
等が許容される。

第２図の場合のように、格子パターンの照射をインコ
ヒーレント光で行う場合、発生する影絵パターンの明・
暗部のコントラストは、コヒーレント光により発生した
影絵パターンの場合ほど高くない。従って、このような
場合、格子パターンのピッチをあまり細かくすることは
できないが、格子パターンはスケール２の周面部に形成
されるので、スケール２の外径を大きくすれば「インコ
ヒーレント光でも良好な影絵パターンを発生できるよう
な、比較的大きなピッチの格子パターン」でも、回転軸
の回転量を極めて高精度に検出測定できる。

第３図は、上記スケール２による影絵パターンの発生
状況を説明図的に示している。符号７が影絵パターンを
構成する光強度分布を示す。

影絵パターンは「格子パターンを影絵的に拡大するよ
うに発生する」と、上に説明したが、実際には、影絵パ
ターンを構成する回折光が、スケール周面の曲率のた
め、本来の発散性を更に強められて広がるため、影絵的
な拡大とともに「スケール表面の凸面鏡としての拡大効
果」が加わり、影絵パターンは、拡大倍率がより高くな
る。スケール２が一体となって矢印A1方向へ回転する
と、影絵パターンも矢印B1方向へ回転軸と同じ角速度で
回転する。

第４図において、スケール２′は、第４図（II）に断
面図として示すように、回転軸4aと一体で、厚みの薄い
鍔状に形成された部分の周辺部に円筒状の部分を形成さ
れ、その外周部に格子パターンが形成されている。

この場合、円筒状部分を第４図（III）に示すよう
に、スケール２″の鍔状部分の両側に張り出すように形
成することもできる。

スケールを回転軸と同じ材料で、回転軸と一体的に形
成する場合、回転軸の材料によっては、スケールの存在
のため回転軸が重くなり、高速回転の妨げになる場合が
考えられるが、第４図のようにすれば、回転軸をさほど
重くすることなくスケールを形成できる。

逆に、スケールの形成により「回転軸を重くして回転
時における回転安定性を良くする」こともできる。この
ような場合には、第５図（Ｉ），（II）に示すように、
スケールとなる鍔状部分の肉厚を、回転軸付近で格子パ
ターン幅より大きくするか（同図（Ｉ））、同図（II）
に示すように、鍔状部分の両面を盛り上げるなどするこ
とが考えられる。

第６図に示すように、スケール2Aを回転軸4aと別体と
し、嵌合用の穴2aにより回転軸4aと嵌合し、接着等によ
り一体化することも可能である。

第７図に示すように、スケール2Bの嵌合用の穴2a′お
よび回転軸4a′が「互いに一致するテーパ」を軸方向に
有するようにすると、スケール2Bと回転軸4a′の嵌合に
よる一体化の「軸方向位置」を正確に設定できる。

第８図に示すように、回転軸4aの嵌合部の一部を平面
部4bとし、スケールの嵌合穴2a″の形状を、回転軸4aの
嵌合部の断面形状に合致させると、嵌合一体化されたス
ケールの回転方向の位置を正確に設定でき、また、回転
軸の段差4dにより、スケールの軸方向位置を正確に設定
して回転軸に一体化できる。

これら第６図〜第８図の例では、スケールの材質とし
て、回転軸と無関係に適当なものを選択でき、加工も回
転軸と別個に行い得るので精度の良いスケールを安価に
製造できる。また回転軸の材料より軽量のものを、スケ
ール材料として用いることにより、回転軸の重みをさほ
ど増大させることなくスケール回転軸に一体化できる。

第９図は、スケールを円錐状にした場合を説明するた
めの図である。

円錐状のスケール2Cを回転軸4aと一体化した例であ
る。符号３は格子パターンを示している。円錐状のスケ
ール2Cは、回転軸4aと一体に形成されてもよいし、回転
軸と別体に成形加工ののち、回転軸に嵌合して一体化し
てもよい。

この場合、格子パターンを形成されたスケール周面部
が回転軸4aに対して傾斜しているため、光源からの照射
光を回転軸に平行に入射させることも可能であり、光源
・光センサの配置の自由度が大きい。

第９図（II）は、この発明の実施例を示すものであ
る。

スケール2Cは円錐状で回転軸4aよりも大径であり、周
面部に格子パターン３を形成され、回転軸4aと同軸一体
に設けられる。

このスケール2Cの格子パターンに、影絵パターン発生
用の光を照射する光源８は「複数の線状光源を回転軸に
同心的なリング状に配列したもの」である。

このようにすると影絵パターンを「回転軸4aの回りに
リング状に発生させる」ことができるので、光検出手段
（図示されず、前述した光センサ５を適宜に利用でき
る）の配置の自由度が極めて大きい。また、複数の光検
出手段を設けて測定精度を向上させることも可能であ
る。

スケールの格子パターンを形成する方法としては、周
知のフォト・リソグラフィやマグネティック・リソグラ
フィを利用できる。ピッチの極めて細かいパターンの形
成にはマグネティック・リソグラフィが好適である。

マグネティック・リソグラフィは、基体上にFe₂O₃等
による面内磁化膜もしくはCoCr等の垂直磁化膜を形成
し、この磁化膜に、磁気ヘッドにより格子パターンを
「磁化パターン」として書込み、書き込まれた磁気パタ
ーンを「磁性流体」で顕像化し、定着する方法である。
磁性流体としては、強磁性体の微粉末を界面活性剤中に
分散させた「磁性コロイド流体」や、上記微粉末を界面
活性剤とともに光硬化性樹脂に分散させた「熱硬化性磁
性流体」を用い得る。

強磁性体としては、鉄、Mnフェライト、Baフェライ
ト、Coフェライト、マグネタイト等を用いうる。光硬化
性樹脂としては、Ｎ−ビニルカルバゾル、ポリ塩化ビニ
ル、ポリスチレン等を用いうる。熱硬化性樹脂として
は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、メラニン樹脂等を用
い得る。

光硬化性樹脂は光照射により硬化するので、光硬化性
磁性流体で磁化パターンを顕像化すると、顕像化された
格子パターンに光照射するだけで格子パターンを磁化膜
に定着できる。

熱硬化性樹脂は加熱により硬化するので、熱硬化性磁
性流体で磁化パターンを顕像化すると、顕像化された格
子パターンを加熱するだけで格子パターンを磁化膜に定
着できる。

［発明の効果］以上、本発明によれば新規な回転量測定装置を提供で
きる。この装置は、上記の如く構成されているから、軸
半径の小さい回転軸の回転量を正確に測定できる。

また、光源としてインコヒーレント光を放射する安価
なものも利用できるので、測定装置の低コスト化も可能
である。なお、光検出手段には、必要に応じて適宜「イ
ンデックススリット」等を用いることができる。

【図面の簡単な説明】第１図〜第８図は、影絵パターンによる回転量測定を説
明するための図、図９は、本発明の１実施例を説明する
ための図である。 2C……スケール、３……格子パターン、4a……回転軸、
５……光センサ、８……複数の線状光源を回転軸に同心
的なリング状に配列した光源

フロントページの続き (72)発明者明渡純東京都新宿区早稲田３丁目18番１号丸茂ハイツ203号 (72)発明者山口友行東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (56)参考文献特開平１−297513（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−100612（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸の回転量を測定する装置であって、円錐状で上記回転軸よりも大径であり、周面部に格子パ
ターンを形成され、上記回転軸と同軸一体に設けられる
スケールと、このスケールの格子パターンに、影絵パターン発生用の
光を照射する光源と、この光源による上記格子パターンの照射により発生する
影絵パターンの、上記回転軸の回転に伴う移動を検出す
る光検出手段とを有し、上記光源が、複数の線状光源を回転軸に同心的なリング
状に配列したものであることを特徴とする回転量測定装
置。