JPH0257913A - 回転量測定方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、回転量測定方法に関する。この測定方法は、
任意の回転体の回転量の測定に利用できるほか、種々の
ロータリーエンコーダーに利用できる。

［従来の技術］ 被験体の回転量を測定する方法としては、従来から、円
板形状の回転体の周縁部に格子パターンを形成してエン
コーダーパターンとし、この回転体を被験体に固定して
被験体と一体に回転させ、上記エンコーダーパターンの
移動を光学的に検知する方法が知られている（例えば「
光学部品の使い方と留意点」オブトロニクス社　１９８
５年Ｆ’Ｊ）。

［発明が解決しようとする課題］ このような測定方法には、以下の如き問題点がある。

即ち、第１に被験体に固定される回転体が円板形状であ
るためどうしても測定装置が大型化しやすい。第２に、
回転体への格子パターンのパターニングはフォ）−リン
グラフィ法により行うのであるが、パターニングの工程
数が多く、格子パターンの作製が面倒である。第３に、
格子パターンのピッチを例えば１μｍ以下にして高解像
を図ろうとする場合、広面積のバターニングが困難であ
り、結局、測定の精度を向上させることが難しい。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
その目的とする所は、測定装置の大型化を招来すること
なく、高精度の測定を容易に実現できる新規な回転量測
定方法の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明の回転量測定方法は、被験体と同軸一体化された
円筒体に光源からの光を照射し、上記円筒体による反射
光を光センサーで検知し、被験体の回転量を測定する方
法であって、以下の如き特徴を有する。

即ち、被験体に同軸一体化される円筒体の周面部には格
子パターンを形成するが、この格子パターンは、磁気記
録層に磁気ヘッドで書き込んだ磁化パターンを磁性コロ
イド流体により現像して得られる格子パターンである。

上記円筒体による反射光により、上記格子パターンに基
づく回折による影絵パターンを発生せしめ、被験体の回
転による上記影絵パターンの移動を上記光センサーによ
り検知する。

このように、本発明の方法では、エンコーダーパターン
としての格子パターンが円筒体の周面部に形成される０
円筒体は、被験体と同軸一体化される。即ち、円筒体の
回転軸と被験体の回転軸とは共通である０円筒体は、場
合によって被験体そのもので有っても良い、即ち、例え
ばモーターの回転軸自体を円筒体としても良く、この場
合には被験体はモーターの回転軸ということになる。

勿論、被験体を回転軸に機械的にカップリングし、上記
回転軸を円筒体として測定を行いうる。

円筒体の周面部には格子パターンが形成されるが、この
格子パターンの形成は１種々の方法が可能である。即ち
１円筒体自体に直接に格子パターンを形成しても良いし
、あるいは予めストライプ状の格子パターンを作製した
帯状部材を円筒体の外周面に巻き付けて円筒体と一体化
しても良い。

円筒体としては、これを中空円筒形状とし、回転軸に装
着一体化しても良い。

格子パターンは、磁気記録層に磁気ヘッドで書き込んだ
磁化パターンを磁性コロイド流体により現像して得る。

磁性コロイド流体は、酸化鉄の微粉末を界面活性剤中に
分散させたものである。酸化鉄の粉末は磁化パターンの
ピッチに比して十分に小さい粒径を持つもの、例えば粒
径１００〜２００人のものを用いる。

円筒体に光源からの光を照射し１円筒体による反射光に
より、上記格子パターンに基づく回折による影絵パター
ンを発生せしめる。影絵パターンは回折現象により生成
するものであり、このために光源としてはコヒーレント
光を放射する光源が要請される。具体的には、各種の気
体及び固体レーザー光源や半導体レーザーあるいはコヒ
ーレント光を放射しうるＬＥＤを用いることができる。

影絵パターンは、格子パターンによる回折に基づいて発
生する回折パターンであり、格子パターンと影絵的に対
応するものである。影絵パターンは点状光源により発生
するものと、有限の大きさの光源により発生するものが
ある０点状光源とは格子パターンのピッチに比して光源
自体の大きさを無視できるものであり、有限の大きさの
光源とは上記ピッチに比して、その大きさを無視できな
いものを言う０点状光源としては、半導体レーザーの発
光端面に遮光膜を設け、この遮光膜にピンホールを設け
た公知のピンホールＬＤや、半導体レーザーの発光部の
短手方向を格子パターンの格子配列方向と平行にしたも
のを挙げることができる。

また、有限の大きさの光源としては半導体レーザーの発
光部の長手方向を格子パターンの格子配列方向と平行に
したものをあげることができる。

［作　　用］ 以上のように、本発明の特徴とするところは主として、
次の２点にある。即ち、第１は１円筒体の周面部に形成
される格子パターンの特殊性であり、第２は影絵パター
ンの利用である。

上記格子パターンは磁気記録膜に磁気ヘッドで磁気パタ
ーンを書込み、これを磁気コロイド粒体で現像して得ら
れる。即ち磁気パターンは磁区の配列により形成される
がこれを磁気コロイド流体で現像すると、酸化鉄の粒径
が磁気パターンの配列ピッチに比して十分に小さい場合
、酸化鉄粉は磁区の境界部分に集合して、磁化パターン
と同一ピッチのパターンを形成する。この酸化鉄粉のパ
ターンを格子パターンとして使用するのである。

この方法で格子パターンを形成すると、後に詳述するよ
うに極めて細かいピッチの格子パターンを形成できる。

影絵パターンは上に説明したように回折パターンの一種
であり、点状光源によるものは既に、特開昭６３−　４
−７６Ｉ１号公報により公知である。この影絵パターン
を点状光源により発生させる場合は。

上記公報に開示されているように、光源と格子パターン
の間の距離Ａと、格子パターンと影絵パターン発生位置
との間の距離Ｂが、一定の関係を満足させる必要があり
、本発明でも、点状光源により影絵パターンを発生させ
る場合には、光源と格子パターンとの距離を所定の関係
に定め、此のとき発生する影絵パターンの発生位置に光
センサーを配備する必要がある。

また、有限の大きさの光源により発生する影絵パターン
に付いては、発明者らが先に特願昭６３７２７９１１号
に於いて詳しく説明した。この有限の光源により発生す
る影絵パターンの特徴は、このパターンが回折によるも
のであるにも拘らず、パターンの状態が格子パターンと
完全に影絵的に対応することである。即ち、光源と格子
パターンの間の距離をＡ、格子パターンと影絵パターン
の距離をＢとすると、影絵パターンはこの場合、距離Ａ
、Ｂの如何を問わず発生し、格子パターンのピッチをＰ
Ｃ１影絵パターンのピンチをＰとすると、Ｐ／ＰＣ＝　
（Ａ＋８）　／Ａが成り立つ。

影絵パターンを利用すると一般に格子パターンを拡大し
て、これを光センサーで検知するので、格子のピンチを
極めて小さくしても測定は正確であり、高精度の測定が
可能とな−る。

影絵パターンの特徴は、それが格子パターンの移動に応
じて、格子パターンの移動を相似的に拡大して移動する
ことである。従って、この影絵パターンの移動を光セン
サーで検知することにより円筒体の回転量、ひいては被
験体の回転量を知ることができるのである。

なお、有限の大きさの光源により鮮明な影絵パターンを
形成するためには、格子パターンのピッチＰＣ１光源の
大きさ、即ち格子パターンにおける格子配列方向に平行
な方向の光源の大きさｄ、との間に、 （１／１０）≦（ｄ／ＰＣ）≦２（１）の関係を満足さ
せれば良い。

［実施例コ 以下、図面を参照しながら具体的な実施例に即して説明
する。

第１図に示す実施例は、モーター１の回転軸２の回転量
を測定する方法であり、従って回転軸２が被験体である
。回転軸２自体が円筒形状を有するのでこの例では回転
軸２自体を円筒体として用い、格子パターン３は回転軸
２の周面部に直接的に装荷されている。格子パターン３
に於ける格子の配列方向は回転軸２の回転方向である。

符号４は光源としての半導体レーザーであり。

符号５は光センサーである。この例では、光源たる半導
体レーザー４は、その発光部の長手方向を上記格子の配
列方向と平行にして配備され、格子パターンに対して有
限の大きさを持つ光源として使用される。従って、上記
（１）の関係が格子パターン３と光源との間に成立する
必要がある。

さて、第２図は、第１図の状態を回転軸２の方向から見
た状態を示している。

半導体レーザー４からの発散性の光は、回転軸２の、格
子パターン３が形成された部分を照射する。格子パター
ン３は反射率の高低が交互に繰り返された振幅格子であ
る。回転軸２により反射された光束は、反射面の凸面形
状により、さらに発散性を強められて進行する。この反
射光の進行領域に光センサ−５が配備されるが、この例
では、光センサ−５は、半導体レーザー４からの光軸光
線７の反射光路を避けた位置に配備されている。

第３図は、格子パターン３により発生する影絵パターン
の状態を示している。

影絵パターン６の光強度分布は、格子パターンに影絵的
に対応している。但し、影絵パターンに於ける拡大倍率
は、影絵的な拡大（前述のＰ／ＰＧ＝　（八＋Ｂ）／Ａ
）に加えて、反射面が凸面であることによる効果が加わ
り、より大きな拡大倍率となる。

上記光強度分布は、特願昭６３−／２７デｔ１号明細書
にも記載されたように、光強度は格子パターン３のピッ
チに影絵的に対応して増減を繰り返すが。

前述の光軸光線の光路の近傍では、光強度の強弱の弱い
部分でも、可なりの強度があるのに対し、光軸光線の光
路をはなれた部分では、光強度の弱い部分の強度は略０
となる。従って、影絵パターンのコントラストは、光軸
光線の光路から離れた部位の方が高い。この実施例では
、従ってこの影絵パターンのコントラストの富い部分に
光センサ−５を配備して影絵パターンの移動をより容品
に検出できるようにしているのである。勿論、光センサ
ーを光軸光線の光路上もしくはその近傍に設けても、影
絵パターンの移動を検知できないわけではないので、本
実施例の光センサー配備態位は望ましい一形態ではある
が、必須の要件という訳てはない。

回転軸２が、第３図で矢印Ａ１方向へ回転すると影絵パ
ターン６は矢印Ｂ１方向へ対応的に移動する。

そこでこの移動を光センサ−５により検知することによ
り回転軸２の回転角に応じたエンコーダー信号が得られ
る。

ここで回転軸２に格子パターンを形成する方法を２例説
明する。

第４図に於いて、符号８は回転軸２　（ＡＩ、Ｆｅ、Ｎ
ｉ等の金属）の周面に形成されたＦｅ、０．等の磁性材
による磁気記録層を示す、この磁気記録層８は、例えば
蒸着、スパッタリング、電着等で形成できる０層厚は数
千人である。

この磁気記録層８に磁気ヘッド９を接触させ、回転軸２
を高精度に一定回転させつつ磁気ヘッド９に一定周波数
の信号１０を印加すると、図示の如く面内磁化方向が交
互に反転した磁区の配列による磁気パターンが形成され
る６回転軸２の全周にかかる磁化パターンを形成したら
、回転軸２を磁気コロイド流体に浸漬する。この流体中
の酸化鉄粉の粒径は１００〜２００人であり、第５図に
示すように酸化鉄粉１１は磁化パターンにおける各磁区
の境界部に集まり、磁化パターンと同一ピッチのパター
ンを形成する。即ち、磁化パターンが磁性コロイド流体
により現像される訳である。

従って、あとはこのパターンを適当な方法で回転軸２の
周面上に定着すれば、所望の格子パターン３を得ること
ができる。例えば樹脂層により上記パターンを定着しつ
つ樹脂層を保護層とするようにするなどすれば良い。

第６図に於いて、符号１２は回転軸２の周面にＣ。

Ｃｒ、Ｂａフェライト、　Ｔｂ−Ｆｅ等により形成され
た垂直磁化膜による磁気記録層を示す。

この磁気記８Ｍ１２に垂直磁化ヘッド１３を接触させ、
回転軸２を高精度に一定回転させつつ磁気ヘッド１３に
一定周波数の信号を印加すると、図示の如く層厚方向の
磁化の方向が交互に反転した磁区の配列による磁気パタ
ーンが形成される。回転軸２の全周にかかる磁化パター
ンを形成したら、前述の場合と同様にして磁性コロイド
流体で現像すれば磁化パターンにおける各磁区の境界部
に集まった酸化鉄粉１１により磁化パターンと同一ピッ
チのパターンを形成する。従って、あとはこのパターン
を適当な方法で回転軸２の周面上に定着すれば、所望の
格子パターン３を得ることができる。

この方法だと垂直磁化を利用するので前述の面内磁化を
利用する方法に比してより高分解能の格子パターン例え
ば０．１μｍピッチの格子パターンを作製できる。

なお、磁気記録層と回転軸２との間にパーマロイやＮｉ
−Ｚｎフェライト等の軟磁性層を介設すると、磁気ヘッ
ドによる磁化パターンの書込みが容易化され、高密度化
を助長できる。

第８図は、別実施例を示す。この実施例の特徴は、格子
パターンを形成した回転軸２に、半導体レーザー４から
の光をコリメートレンズ１６により平行光束化して入射
させ、その反射光１５中に光センサ−５を配してエンコ
ーダー信号の検出を行う点にある。照明光束は平行光束
であるが、反射光は回転軸２自体の凸面により発散性と
なり、その反射光強度分布は影絵パターンを形成する。

従って前述の実施例の場合と同様にして、回転軸２の回
転量を測定できる。

第９図は、他の実施例を示す、さきに説明した２つの実
施例は本発明をインクリメンタルエンコーダーとして実
現した例であったが、この実施例はアブソリュートエン
コーダーとして実施した例である。

回転軸２の絶対的な回転位置を検出するために、回転軸
２の周面部に、コード化された複数の格子パターン３−
１　、３−２．３−３．３−４が形成されている。

これに対応して光源側も半導体レーザー等の光源４−１
．４−２．４−３．４−４が設けられ、対応する格子パ
ターンを照射する。そして各反射光による影絵パターン
の移動を光センサー５−１．５−２．５−３．５−４で
検出する。このようにすれば、小型でありながら被験体
の回転における絶対位置を検出するアブソリュートエン
コーダーを実現できる。

［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。この方法では格子パターンが円筒に形成されるので
、測定装置を大型化せずに測定を行い得る。また、格子
パターンとして極めて高分解能のものを容易に形成でき
、その拡大された影絵パターンの動きを検知するので、
極めて高精度の測定が可能となる。

なお、実施例ではモーター回転軸自体を被験体とする場
合を説明したが、これに限らず種々の回転体を被験体と
して本発明を適用しうろことは当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本発明の１実施例を説明するため
の図、第４図乃至第７図は格子パターンの形成を説明す
るための図、第８図は、別実施例を説明するための図、
第９図は、他の実施例を説明するための図である。 ２１０．被験体としてのモーター回転軸、３．、。 格子パターン、４００．光源としての半導体レーザ、５
．、、光センサ−，８９０，磁性記録層手続補正書 平成１年１１月１３日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被験体と同軸一体化された円筒体に光源からの光を照射
   し、上記円筒体による反射光を光センサーで検知し、被
   験体の回転量を測定する方法であって、 磁気記録層に磁気ヘッドで書き込んだ磁化パターンを磁
   性コロイド流体により現像して得られる格子パターンを
   上記円筒体の周面部に形成し、上記反射光により、上記
   格子パターンに基づく回折による影絵パターンを発生せ
   しめ、被験体の回転による上記影絵パターンの移動を上
   記光センサーにより検知することを特徴とする、回転量
   測定方法。