JPH03215813A - 角度検出装置 - 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） 本発明は角度検出装置に関し、特にレーザ等の光源から
の光束を回転反射鏡で反射させ、スクリーン面上に導光
し、該スクリーン面上を光走査する際の該回転反射鏡の
回転角度を検出する角度検出装置に関するものである。

（従来の技術） 従来よりレーザ等の光源からの光束を回転反射鏡で反射
させ、該光束で表示用スクリーン面を光走査する際、該
回転反射鏡を駆動制御する為に該回転反射鏡の回転角度
を検出するようにした角度検出装置が種々と提案されて
いる。

第５図は従来のこの種の角度検出装置の要部概略図であ
る。同図において１は回転反射鏡で回転軸（シャフト）
２によってモーター等の駆動部３に軸支されている。４
は表示用スクリーン、５はレーザ等の光源である。

同図ではレーザ５からの光束Ｋを回転反射鏡１を介して
表示用スクリーン４に導光している。そ２ して駆動部３により回転反射鏡１を回転させ、これによ
り回転反射鏡１からの反射光束で表示用スクリーン４面
上を光走査している。

このとき駆動部３には回転反射鏡１（回転軸２）の回転
角度を検出する角度センサー（不図示）が設けられてお
り、該角度センサーにより回転反射鏡１の回転角度に比
例した角度信号を得ている。

そしてこのときの角度信号は駆動部３の駆動信号に座標
補正用コンピュータを介した人力信号と共にフィードバ
ックされて回転軸２の回転を駆動制御している。

（発明が解決しようとする問題点） 第５図に示す角度検出装置は次のような問題点かあワた
。第６図は第５図の一部分の平面図である。同図はレー
ザ光束Ｋと回転反射鏡１、そして表示用スクリーン４面
上でのレーザ光束Ｋの入射位置関係を示している。

今、回転反射鏡１が角度θだけ回転するとレーザ光束κ
は回転反射鏡１で角度２θだけ偏向される。回転反射鏡
１の回転中心と表示用スクリーン４までの距離をＬとす
ると表示用スクリーン４面上でのレーザ光束Ｋの入射位
置、即ち描画位置Ｙ１は Ｙ，＝Ｌ−ｔａｎ２θ　　　　　−・・・−（］）とな
る。同様にして回転反射鏡１が角度２θだけ回転すると
表示用スクリーン４面上での描画位置Ｙ２は Ｙ２＝Ｌ−ｔａｎ４θ　　　　　・・−−　−−　（２
）となる。従って描画位置Ｙ，とＹ２との間隔ΔＹは ΔＹ＝Ｙ２　−Ｙ， ＝Ｌ（ｔａｎ４θ−ｔａｎ２θ） Ｙ，／ｃｏｓ４θ　　　　　　−・−・・（３）となる
。即ち入射位置Ｙ１とＹ２は回転角度に対して等間隔に
ならない。

この為、第７図で示すように回転反射鏡１が等角度θで
回転したとしても表示用スクリーン４面上での描画点列
Ｙは等間隔にならない。

一般に駆動部３で用いられている従来の角度検出装置は
回転角度に比例した信号を出力するものであったが、結
局角度検出装置の角度信号と表示用スクリーン４面上で
の描画位置との間には直線関係か成り立たなくなってく
る。

この為、従来の角度検出装置では第５図に示すように座
標補正用コンピュータを用いて描画点列の直線性を保証
しなければならず、装置全体の信号処理回路か複雑化し
てくるという問題点があった。

本発明は回転軸（回転反射鏡）の角度検出の為に回転目
盛板に設ける目盛形状（スリット列）を適切に設定する
ことにより、回転反射鏡に関する回転角度検出信号と表
示用スクリーン面上での光束の入射位置とか直線関係に
なるようにし、これにより駆動部への入力信号の補正を
不必要とし信号処理回路の簡素化を図った角度検出装置
の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の角度検出装置は、回転部の一部に反射鏡と回転
目盛板とを連結し、該回転目盛板を利用して、該回転部
の回転角度を検出手段により検出する角度検出装置にお
いて、該回転目盛板は円周方向に配置した複数のスリッ
トより成るスリット列を有し、θｎ（ｎ＝ｏ，±１，±
２，±３，・・・・）を基準のスリットからｎ番目のス
リットの該基準のスリットからの角度としたとき、該ス
リット列の各スリットは ｔａｎ２θｎ＋宜−ｔａｎ２θｎ ｔａｎ２θ．−ｔａｎ２θｎ−１ なる角度関係を満足するように配列されていることを特
徴としている。

この他本発明では、前記回転目盛板の円周方向に配置し
たスリット列は、該回転目盛板の回転中心に対して点対
称に配列したことを特徴としている。

ここでスリットとは目盛りを形成するパターン、或いは
パターン間の間隔部に相当しており、例えば光透過部と
遮光部が交互に配列されて成る目盛りの場合、光透過部
がスリットに相当し、光透過部と光反射部か交互に配列
して成る目盛りの場合、光反射部がスリットに相当し、
また位相型の回折格子（レリーフ形状）の場合には凹部
又は凸部が相当する。そして角度θｎは基準スリットの
中心軸（回転中心を向いたパターンの中心線）から他の
スリットの中心軸までの角度を示す。

（実施例） 第１図は本発明の−実施例の要部概略図である。同図に
おいて４は表示用スクリーン、５はレーザであり、１は
回転反射鏡であり、レーザ５からのビームを反射してス
クリーン５に向ける。

又回転反射鏡１は回転軸（シャフト）２によってモータ
等の駆動部６に軸支されている。２０は検出手段であり
、回転軸２、即ち回転反射鏡１の回転角度を検出してい
る。２１は差動回路であり、検出手段２０からの出力信
号と人力手段（不図示）からの入力信号が入力されてい
る。モして差動回路２１はこれらの信号に基ついて回転
軸２を回転駆動制御する駆動信号を駆動部６に送出して
いる。又、図示されるように回転反射鏡１とスクリーン
５の間にはｆθレンズなどの光学系は何ら設けられてい
ない。

次に本実施例の特徴とする検出手段２０について説明す
る。

１０は回転目盛板であり、回転軸２に軸支されている。

第２図は回転目盛板２の一実施例の平面図である。同図
に示すように回転目盛板１０は円周方向に配置した複数
のスリット１０ａを後述するように配列した２つのスリ
ット列１０１，１０２を有している。１６は原点用の基
準となるスリットである。尚、図中にはスリットの中心
軸のみ示してある。

複数のスリット１０ａは基準のスリット１６を起点とし
、同図に示すように１本目のスリット１０ａ−１の角度
を０１、２木目のスリット１０ａ−２の角度をθ２ｌ・
・・・ｎ−１本目のスリット１０ａ−（ｎ−１）の角度
をｏｎ−１　ｉ　ｎ本目のスリットの角度なθｎ、ｎ＋
１木目のスリット１０ａ−　（ｎ＋１）の角度をｏｎ＋
Ｉとしたとき各スリットは ｔａｎ２　θｎ＋Ｉ　　−ｔａｎ２　θｎ＝ｔａｎ２θ
ｎ−ｔａｎ２θｎ，・・・・（４）なる条件を満足する
ように配列されている。

本実施例の回転目盛板１０は、カラス基板−トにＣｒ膜
より成る多数の遮光部を配列して成り、ここで言うスリ
ットとはＣｒ膜の遮光部間にある透光部を指す。又金属
板で回転目盛板１０を製作する場合にはエッチングによ
り金属板に等間隔の穴（スリット）を形成すれば良い。

又、２つのスリット列１０１，１０２は回転目盛板１０
の回転中心に対して点対称となるように配列されている
。そして２つのスリット列１０１，１０２の各スリット
１０ａは入射した光束が該スリットで回折される程度の
細かさより成っている。即ち各スリットは回折格子と同
様の光学的作用を有している。

本実施例では半導体レーザ７からの光束を偏光ビームス
プリッタ−９を有する偏光プリズム８に入射させ直線偏
光の透過光束（白線）と同じく直線偏光の反射光束（黒
線）の２つの光束に分割している。このときレーザ７の
出射光束の直線偏光方位が偏光ビームスブリッタ−９に
対して４５度となるようにレーザ７の取付位置を調整し
ている。これにより偏光ビームスプリッター９からの透
過光束と反射光束の強度比が略１：１となるようにして
いる。

そして偏光ビームスプリッタ−９からの反射光束と透過
光束を１／４波長板１１，，１１２を介して円偏光とし
、反射鏡１８，，１８２で反射させてスリット列１０１
に入射させる際、対象とするスリット列１０１からのｍ
次回折光が回転目盛板１０から略垂直に反射するように
入射させている。

即ち、スリット列１０１のスリット１０ａの平均ピッチ
をｐ，’ｎＪ干渉性光束の波長をλ、ｍを整数とし、可
干渉性光束のスリット列１０１への入射角度を０１とし
たとき θｍ　句ｓ　ｉ　ｎ−’　（ｍλ７　ｐ　）　　　−・
−−−・（ａ）となるように入射させている。

スリット列１０１から略垂直に射出したｎ１次回１　０ 折光を例えばキャッツアイ光学系等から成る反射光学系
１２に入射させている。反射光学系１２の焦点面近傍に
は反射膜が施されているので入射した光束は反射膜で反
射した後、元の光路を戻り反射光学系１２から射出し再
度スリット列１０１に入射する。

そしてスリット列１０１で再度回折されたｍ次の反射回
折光は元の光路を戻り、反射鏡１８，，１８２で反射し
、１／４波長板１１，，１１２を透過し偏光ビームスプ
リッタ−９に再入射する。

このとき再回折光は１／４波長板１１，，１１２を往復
しているので、偏光ビームスプリッタ−９で最初反射し
た光束は再入射するときは偏光ビームスプリッター９に
対して偏光方位が９０度異なっている為透過するように
なる。逆に偏光ビームスプリッター９で最初透過した光
束は再入射したとき反射されるようになる。

こうして偏光ビームスプリッタ−９で２つの回折光を重
なり合わせ１／４波長板１１３を介した後、円偏光とし
、ビームスプリッター（光分割１１ 器）１３て２つの光束に分割し、各々偏光板１４１，１
４２を介した後、直線偏光とし受光素子１５１．１５２
に各々入射させている。

偏光板１４，，１４２の偏光方向は４５°ずれており、
受光素子１５１，１５２からは９０度の位相差を有した
正弦波信号を得ている。一方、受光素子１７は原点用の
基準のスリ・ソト１６を検出して原点信号を得ている。

尚、（１）式の角度θｎは回折光か反射光学系１２に入
射し、再度スリット列１０１に入射出来る程度の範囲内
であれば良いことを示している。

本実施例においてｍ次の回折光の位相はスリットか１ピ
ッチ移動すると２ｍπだけ変化する。

従って受光素子１５１，１５２からは正と負のｍ次の回
折を２回ずつ受けた光束の干渉を受光している為、スリ
ット列のうちスリットの１ピッチ分移動すると４ｍ個の
正弦波信号が得られる。

木実施例では光分割器１３により光束を２分割し各々の
光束間に９０度の位相差をつけることに１　２ より回転物体の回転方向も判別出来るようにしている。

本実施例におけるスリット列１０１，１０２は（４）式
を満足するように配列されているので回転反射鏡１の回
転に伴う受光素子’５１，１５２の信号出力数Ｎと被走
査面であるターゲット１０４上の描画点位置Ｙとの関係
は第３図の如く直線関係が保証される。ｍ＝１の±１次
回折光を用い回転反射鏡１の回転中心からターゲット１
０４までの距離を１００ｍｍ、角度検出信号１パルスあ
たりのターゲット１０４での描画位置間隔を１０μｍと
すると、１パルスあたりの回転反射鏡ｌの回転角φは φ＝　ｊａｎ−’　（１０／１０００００）／２＝　０
．００２８６４８’ｍ＝１の±１次回折光の場合、上述
した如く１スリットのピッチ間を４分割できるのでスリ
ット列１０１，１０２のスリット配列は次の（５）式の
如くすればよい。

θ，＝４×φ＝　　０．０１１４５９２’ｔａ口２θｎ
ｉｌ　　−ｔａｎ２θｎ　＝　　ｔａｎ２θｎ　一　ｔ
ａｎ２θｎ−１・・・・・・（５） （５）式は、 ｔａｎ２θｎ＝　　ｎｔａｎ２θ，　　＝　０．０００
４Ｘ　ｎ　・・・・（６）となる。スリット配列番号、
スリット角度θｎ、信号出力数Ｎ、そしてターゲット１
０４面上における描画位置Ｙとの関係を表−１に示す。

表−１に示すように本実施例によれば検出手段で得られ
る信号出力数Ｎとターゲット１０４面上の描画位置Ｙと
の直線性が保証されていることがわかる。

１ ４ 表 １ １ ５ 第４図は本発明をＸ−Ｙ表示装置に適用したときの一実
施例の概略図である。同図において２１はフォーカシン
グレンズである。ターゲット１０４上のＸ方向走査用に
Ｘスキャナー５１、Ｙ方向走査用にＹスキャナー５２が
配置されている。各スキャナー５１．５２の駆動部３１
．３２には第１図と同様の検出手段２０が組み込まれて
いる。

本実施例ではＸ，Ｙスキャナー５１．５２の回転反射鏡
１１．１２の回転に伴って角度検出信号のカウント数と
、Ｘ−Ｙターゲット１０４上での画像表示位置との直線
性が保証されるので信号処理回路に従来のような座標補
正用コンピュータは不要となり装置全体か簡素化されて
いる。

以上説明した装置は、回転目盛板１０の回転角を、そこ
から生じる一対の回折光同志により形成した干渉光の強
度変化に基づいて検出する方式を用いている。しかしな
がら木発明の装置は、このような検出方式に限定される
ものではない。例えば良く知られたメインスケールとイ
ンデックスス１　６ ケールとを対向配置させて、各々の格子部を通過した光
を充電変換することにより回転角を検出する方式にも木
発明は適用できる。この場合、メインスケールとして前
記実施例の回転目盛板１０を用い、インデックススケー
ルとして単一のスリット（透光部）を備えたスケールを
用いることにより、より正確に回転角の検出が行なえる
。

第８図は本発明の他の一実施例の要部概略図である。木
実施例におレす，る基木構成は第１図の実施例と略同様
であるが、本実施例では回転軸２の回転中心に対して略
点対称の２つの位置Ｍ，，Ｍ２のスリット列１０１，１
０２からの回折光を利用することにより回転物体の回転
中心と放射状に配置したスリット列１０１，１０２の中
心との偏心による測定誤差を軽減させていることを特徴
としている。

本実施例ではレーザ７より放射された光束を偏光ど−ム
スプリッタ−９を有する偏光プリズム８に入射させ、略
等光量の反射光束と透過光束の２つの直線偏光の光束に
分割している。このうち反？した光束（黒線）は被測定
回転物体と連結した回転目盛板１０上の放射状のスリッ
ト列１０１か設けられている位置Ｍ１に入射させている
。そしてスリット列１０１に入射し回折した透過回折光
のうち特定次数の回折光を１／４波長板１１１を介し反
射光学系１２，により反射させ、同一光路を逆行させ再
度１／４波長板１１■を介しスリット列１０１上の略同
一・位置Ｍ１に再人射させている。そしてスリット列１
０１により再回折された特定次数の回折光を入射したと
きと９０度偏光方位の異なる直線偏光とし偏光プリズム
８に入射させている。

本実施例では偏光ビームスプリッタ−９から反射光学系
１２，に至る特定次数の回折光の往復光路を同一として
いる。

又、偏光プリズム８で分割された２つの光束のうち透過
した光束（白線）は回転目盛板１０−１二のスリット列
１０２上の位置Ｍ１と回転軸２に対して略点対称の位置
Ｍ２に入射させている。そしてスリット列１０２に入射
し回折した透過回折先の１　８ うち特定次数の回折光を１／４波長板１１２を介し前述
の反射光学系１２，と同様の反射光学系１２２により同
一光路を逆行させて再度１／４波長板１１２を介しスリ
ット列１０２の略同一位置Ｍ２に再入射させている。そ
してスリット列１０２より再回折された特定次数の回折
光を入射したときとは９０度偏光方位の異なる直線偏光
とし偏光プリズム８に入射させている。

このとき透過光束も前述の反射光束と同様に偏光ビーム
スプリッタ−３から反射光学系１２２に至る特定次数の
回折光の往復光路を同一としている。そして反射光学系
１２，を介し入射してきた回折光と重なり合わせた後、
１／４波長板１１３を介し円偏光とし、光分割器１３で
２つの光束に分割し、各々の光束を互いの偏光方位を４
５度傾けて配置した偏光板１４１　，１４２を介し双方
の光束に９０度の位相差を付けた直線偏光として各々の
受光手段１５，，１５２に入射させている。そして受光
手段１５１，１５２により形成された２光束の干渉縞の
強度を検出している。

１９ 本実施例において被測定回転物体がスリットの１ピッチ
分だけ回転するとｍ次の回折光の位相は２ｍπたけ変化
する。同様にスリット列１０２により再回折されたｍ次
の回折光の位相は２ｍπだけ変化する。これにより全体
として受光手段からは４ｍ個の正弦波形が得られる。本
実施例ではこのときの正弦波形を検出することにより第
１図の実施例と同様に回転軸２、即ち回転反射鏡１の回
転角を検出している。

（発明の効果） 本発明によれば回転目盛板に設ける複数のスリットより
成るスリット列を前述の式を満足するように配列するこ
とにより、回転軸、即ち回転反射鏡の回転角度検出信号
と被走査面であるターゲット上での光束照射位置とを直
線関係にすることができ駆動部への入力信号の補正を不
必要とし信号処理回路の簡素化を図った角度検出装置を
達成することができる。

又、本発明によれば２つのスリット列を回転軸の回転中
心に対して点対称に配列することにより２　０ スリット列の回転軸への取付偏心誤差に伴う角度検出誤
差を補正した高精度な角度検出を可能とした角度検出装
置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の要部概略図、第２図は第
１図の回転目盛板の説明図、第３図は本発明の角度検出
装置で得られる角度信号出力数と描画位置との関係を示
す説明図、第４図は本発明なＸ−Ｙ表示装置に適用した
ときの要部概略図、第５図は従来の角度検出装置の概略
図、第６図は第５図の一部分の説明図、第７図は第５図
の角度検出装置で得られる角度信号出力数と描画位置と
の関係を示す説明図、第８図は本発明の第２実施例の要
部概略図である。 図中、１は回転反射鏡、２は回転軸、３．１６は駆動部
、４，１０４は表示用スクリーン、５．７は光源、２０
は検出手段、１０は回転目盛板、１０１，１０２はスリ
ット列、１０ａはスリット、１６は原点用スリットであ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転部の一部に反射鏡と回転目盛板とを連結し、
   該回転目盛板を利用して、該回転部の回転角度を検出手
   段により検出する角度検出装置において、該回転目盛板
   は円周方向に配置した複数のスリットより成るスリット
   列を有し、θ＿ｎ（ｎ＝０、±１、±２、±３、・・・
   ・）を基準のスリットからｎ番目のスリットの該基準の
   スリットからの角度としたとき、該スリット列の各スリ
   ットはｔａｎ２θ＿ｎ＿＋＿１−ｔａｎ２θ＿ｎ ＝ｔａｎ２θ＿ｎ−ｔａｎ２θ＿ｎ＿−＿１なる角度関
   係を満足するように配列されていることを特徴とする角
   度検出装置。
2. （２）前記回転目盛板の円周方向に配置したスリット列
   は、該回転目盛板の回転中心に対して点対称に配列され
   ていることを特徴とする請求項１記載の角度検出装置。