JPH0389115A - Optical displacement detecting apparatus - Google Patents

Optical displacement detecting apparatus

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JPH0389115A
JPH0389115A JP22584189A JP22584189A JPH0389115A JP H0389115 A JPH0389115 A JP H0389115A JP 22584189 A JP22584189 A JP 22584189A JP 22584189 A JP22584189 A JP 22584189A JP H0389115 A JPH0389115 A JP H0389115A
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JP
Japan
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diffraction grating
diffracted light
interference pattern
light source
detection device
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Application number
JP22584189A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Takagi
正明 高木
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Nidec Copal Corp
Original Assignee
Nidec Copal Corp
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to detect the rotating direction of a rotary encoder accurately with a simple structure by inserting a correcting member between a point light source and a disk member. CONSTITUTION:Coherent light emitted from a point light source 1 is projected on the inner band and the outer band of a diffraction grating 3. An interference pattern is formed on a fixed pattern 4. When a correcting member 7 is inserted in the inner light path part between the light source 1 and the grating 3 at this time, the distance of the inner light path is corrected so as to offset the change in the pitch of the inner band of the grating 3. Thus the inner interference pattern having visibility is obtained. The clear interference pattern which is formed by using the member 7 is detected with a photodetector 5. The rotating direction of a rotary encoder is detected based on the relative position relationship between the two-phase detected signals A and B outputted from the photodetector 5. The rotating speed and the rotating amount of the rotary encoder are detected based on the frequencies of the detected signals and the number of waves.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学式変位検出装置に関し、特に点光源回折を
用いたレーザロータリーエンコーダに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical displacement detection device, and particularly to a laser rotary encoder using point source diffraction.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、自動化技術の発達に伴ない産業用ロボットあるい
は数値制御工作機械の高速高精度の位置決め、さらに高
速から低速までの円滑な速度制御の必要性から、回転角
センサとしてロータリーエンコーダが注目されている。
In recent years, with the development of automation technology, rotary encoders have been attracting attention as rotation angle sensors due to the need for high-speed, high-precision positioning of industrial robots or numerically controlled machine tools, and smooth speed control from high to low speeds. .

しかしながら、従来より知られている磁気式あるいは光
学式のロータリーエンコーダは、高分解能になるほど振
動衝撃に対して弱く、大型化が避けられず、コストも高
くなる為上述した新しいニーズに十分対応できないのが
現状である。
However, conventionally known magnetic or optical rotary encoders cannot adequately meet the new needs mentioned above because the higher the resolution, the more susceptible they are to vibration and shock, the larger the size, and the higher the cost. is the current situation.

この点に鑑み、コヒーレントな点光源からの球面波によ
る回折現象を利用した光学式ロータリーエンコーダが提
案されている。点光源による回折像は、平行光源による
回折像とは大きく異なった性質を持っている。その1つ
に、物体(例えば−次元格子)が移動するとその回折像
は、影絵の場合と同じく移動する。又この場合の回折パ
タンは、光源と回折格子、回折格子と光検出器との距離
の比率により拡大する事が可能で、格子の微少な移動量
を拡大光学系なしで、非常に簡単に検出できる。この事
を利用して、半導体レーザと数−ピッチの回折格子を用
いて高性能且つ高分解能の光学式ロータリーエンコーダ
が得られる。この形式のロータリーエンコーダは構造が
簡単なうえ、光センサ部とエンコーダ板との距離がとれ
る為、衝撃や振動にも強いという特徴がある。
In view of this point, an optical rotary encoder has been proposed that utilizes the diffraction phenomenon caused by spherical waves from a coherent point light source. A diffraction image produced by a point light source has properties that are significantly different from those produced by a parallel light source. For one thing, when an object (e.g., a -dimensional grating) moves, its diffraction image moves, as in the case of a shadow puppet. In addition, the diffraction pattern in this case can be enlarged by changing the ratio of the distances between the light source and the diffraction grating, and between the diffraction grating and the photodetector, making it possible to detect minute movements of the grating very easily without the need for a magnifying optical system. can. Taking advantage of this fact, a high-performance and high-resolution optical rotary encoder can be obtained using a semiconductor laser and a several-pitch diffraction grating. This type of rotary encoder has a simple structure, and because the distance between the optical sensor section and the encoder plate can be maintained, it is resistant to shock and vibration.

第8図は点光源回折を用いたレーザエンコーダの原理を
説明する為の模式図である。点光源Oからは波長λのコ
ヒーレントな光が光軸に沿って射出される。点光源Oの
前方距離りのところには矢印で示す様に双方向に移動可
能な一次元回折格子が配置されている。この回折格子は
ピッチTを有する複数のスリットで構成されている。こ
の移動する回折格子をコヒーレントな光で照射すると回
折格子の前方距離Mのところに干渉パタンか投影される
。回折パタンは所定の空間周期Pで配列された明暗の縞
模様からなる。この干渉パタンは見掛上回折格子の拡大
投影像であり回折パタンの移動に応じて移動する。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the principle of a laser encoder using point light source diffraction. Coherent light with a wavelength λ is emitted from the point light source O along the optical axis. A bidirectionally movable one-dimensional diffraction grating is arranged at a distance in front of the point light source O, as shown by the arrow. This diffraction grating is composed of a plurality of slits having a pitch T. When this moving diffraction grating is irradiated with coherent light, an interference pattern is projected at a distance M in front of the diffraction grating. The diffraction pattern consists of bright and dark striped patterns arranged at a predetermined spatial period P. This interference pattern is an enlarged projected image of the apparent diffraction grating and moves in accordance with the movement of the diffraction pattern.

ところで鮮明な回折パタンを得る為には、いわゆるフレ
ネル回折理論に従って以下の関係式(1)を満たす必要
がある。
By the way, in order to obtain a clear diffraction pattern, it is necessary to satisfy the following relational expression (1) according to the so-called Fresnel diffraction theory.

MLλ        H この関係式(L)を満たす様にロータリーエンコーダの
各パラメータL、 M、  λ及びTを設定してやれば
鮮明度の大きな干渉パタンか得られ、その時の干渉パタ
ンの空間周期あるいは縞間隔Pは以下の関係式(2〉に
よって表わされる。
MLλ H If the parameters L, M, λ, and T of the rotary encoder are set to satisfy this relational expression (L), an interference pattern with high clarity can be obtained, and the spatial period or fringe interval P of the interference pattern at that time is It is expressed by the following relational expression (2>).

G 関係式(2〉で示す様に、干渉パタンの周期Pはもので
ある。
G As shown in relational expression (2>), the period P of the interference pattern is .

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

第8図に示す原理に基いてロータリーエンコーダを構成
する場合には、エンコーダ板として回転円板を用いる。
When constructing a rotary encoder based on the principle shown in FIG. 8, a rotating disk is used as the encoder plate.

そして回転円板の円周面部に沿って所定のピッチで放射
状に配列された複数のスリットからなる放射状回折格子
を形成する。しかしながら、複数のスリットは放射状に
配列されている為、ピッチは半径方向に沿って変化し一
定ではない。即ち放射状回折格子を半径方向に沿って内
側と外側に2分して考えると、内側帯のピッチは外側帯
のピッチに比べて小さくなる。この様に回折格子のピッ
チTに誤差が生ずる為、放射状回折格子の半径方向全域
に亘って鮮明な回折パタンを同一面上に形成する事がで
きないという問題点がある。
Then, a radial diffraction grating consisting of a plurality of slits arranged radially at a predetermined pitch along the circumferential surface of the rotating disk is formed. However, since the plurality of slits are arranged radially, the pitch changes along the radial direction and is not constant. That is, if the radial diffraction grating is divided into two parts along the radial direction into an inner band and an outer band, the pitch of the inner band is smaller than the pitch of the outer band. Since an error occurs in the pitch T of the diffraction grating as described above, there is a problem that a clear diffraction pattern cannot be formed on the same surface over the entire radial direction of the radial diffraction grating.

特にロータリーエンコーダの場合、回転方向を検出する
為に、放射状回折格子の内側帯及び外側帯を通過した各
々の回折光を90″の位相差をもって受光検出する必要
がある。この時前述した回折格子のピッチの誤差により
部分的に鮮明な干渉パタンを得る事ができないので、回
転方向の検出が困難になるという問題点があった。
In particular, in the case of a rotary encoder, in order to detect the direction of rotation, it is necessary to receive and detect each diffracted light that has passed through the inner and outer bands of the radial diffraction grating with a phase difference of 90''.At this time, the above-mentioned diffraction grating Since it is not possible to obtain a partially clear interference pattern due to pitch errors, there is a problem in that it becomes difficult to detect the direction of rotation.

〔問題点を解決する為の手段〕[Means for solving problems]

本発明は上述した問題点に鑑み、放射状回折格子の半径
方向ピッチ誤差を補正しエンコーダ板の回転方向の検出
を簡単な構造で実現する事を目的とする。
In view of the above-mentioned problems, it is an object of the present invention to correct the radial pitch error of a radial diffraction grating and to realize detection of the rotational direction of an encoder plate with a simple structure.

その為に本発明にかかる光学式変位検出装置は、所定の
光路に沿ってコヒーレントな光を射出する点光源と、該
光路を横切る様に双方向に回転可能な円板部材とを含む
。該円板部材の円周面部に沿って所定のピッチで放射状
に配列された複数のスリットが形成されており放射状回
折格子を構成する。
To this end, the optical displacement detection device according to the present invention includes a point light source that emits coherent light along a predetermined optical path, and a disc member that is bidirectionally rotatable across the optical path. A plurality of slits arranged radially at a predetermined pitch are formed along the circumferential surface of the disc member, forming a radial diffraction grating.

該回折格子を通過した回折光により形成される干渉パタ
ンの移動方向に沿って固定部材が配置されている。該固
定部材上には、放射状回折格子の半径方向内側帯を通過
した内側回折光を透過する為の内側空間フィルタと、放
射状回折格子の半径方向外側帯を通過した外側回折光を
透過する為の外側空間フィルタが形成されている。外側
空間フィルタは内側空間フィルタよりも半径方向外側に
配置されており且つ雨空間フィルタ間には90″の空間
位相差があり、円周方向に互いにずれている。固定部材
の前方近接位置には内側及び外側空間フィルタを介して
回折光を受光する為の光検出器が配置されており、両フ
ィルタの位相差に応じて二相の検出信号を出力する。一
方の検出信号の位相が他方の検出信号の位相に比べて進
相であるか遅相であるかによってロータリーエンコーダ
の回転方向が検出される。
A fixing member is arranged along the moving direction of the interference pattern formed by the diffracted light that has passed through the diffraction grating. On the fixed member, there is an inner spatial filter for transmitting the inner diffracted light that has passed through the radially inner band of the radial diffraction grating, and an inner spatial filter for transmitting the outer diffracted light that has passed through the radially outer band of the radial diffraction grating. An outer spatial filter is formed. The outer space filter is disposed radially outward than the inner space filter, and there is a spatial phase difference of 90'' between the rain space filters, and they are offset from each other in the circumferential direction. A photodetector is arranged to receive the diffracted light through the inner and outer spatial filters, and outputs two-phase detection signals according to the phase difference between the two filters.The phase of one detection signal is different from that of the other. The rotation direction of the rotary encoder is detected depending on whether the detected signal is advanced or delayed compared to the phase of the detection signal.

点光源と円板部材の間には鮮明な干渉パタンを形成する
為に補正部材が挿入されている。この補正部材は放射状
回折格子の内側帯及び外側帯のピッチの相異を光学的に
補正する機能を有する。
A correction member is inserted between the point light source and the disk member in order to form a clear interference pattern. This correction member has a function of optically correcting the difference in pitch between the inner and outer bands of the radial diffraction grating.

この補正部材は好ましくはコヒーレント光の光路の半径
方向内側部分のみに挿入される光学的透明板から構成さ
れている。
This correction element preferably consists of an optically transparent plate inserted only in the radially inner part of the optical path of the coherent light.

〔作  用〕[For production]

鮮明な干渉パタンを得る為には前述した関係式(1)を
満足する必要がある。この関係式(1)をロータリーエ
ンコーダに適応した場合、コヒーレントな光の波長λと
円板部材固定部材間の距離Mは一定である。変動要因と
して放射状回折格子のピッチTがあり、内側帯のピッチ
は外側帯のピッチに比べて小さくなる。このピッチTの
変動を補償する為に、補正部材を用いて点光源円板部材
間の光学的距離りを部分的に補正する。即ち回折格子の
ピッチTの変動分を相殺する様に光学的距離りを調節す
る事により放射状回折格子の半径方向全域に亘って常に
関係式(L)が充足される様にするものである。
In order to obtain a clear interference pattern, it is necessary to satisfy the above-mentioned relational expression (1). When this relational expression (1) is applied to a rotary encoder, the wavelength λ of coherent light and the distance M between the disk member fixing members are constant. A variable factor is the pitch T of the radial diffraction grating, and the pitch of the inner band is smaller than the pitch of the outer band. In order to compensate for this variation in pitch T, a correction member is used to partially correct the optical distance between the point light source disk members. That is, by adjusting the optical distance so as to offset the variation in the pitch T of the diffraction grating, the relational expression (L) is always satisfied over the entire radial direction of the radial diffraction grating.

〔実 施 例〕〔Example〕

第1図は本発明にかかる点光源回折を用いたレーザロー
タリーエンコーダの一実施例を示す斜視図である。ロー
タリーエンコーダは波長λ−830n■を有するコヒー
レントな光を射出する点光源1を備えている。点光源1
は例えば半導体レーザから構成される。点光源1の前方
距M L −6m+*のところには、円板部材2が配置
されている。円板部材2はコヒーレントな光を横切る様
に双方向に回転可能である。円板部材2の円周面部に沿
って所定のピッチで放射状に配列された複数のスリット
からなる放射状回折格子3が形成されている。図から明
らかな様に、放射状回折格子3のピッチは半径方向に変
化している。円板部材2の中心から半径29mmの位置
にある回折格子3のピッチはT −2h!mに設定され
ている。放射状回折格子3において、半径29關の近傍
に存する輪状部分を内側帯と呼ぶ事にする。又半径30
mmの位置において、放射状回折格子3はピッチT−3
0μsを有し、以下この部分を外側帯と呼ぶ事にする。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a laser rotary encoder using point light source diffraction according to the present invention. The rotary encoder is equipped with a point light source 1 that emits coherent light having a wavelength λ-830n. Point light source 1
is composed of, for example, a semiconductor laser. A disc member 2 is arranged at a distance M L −6 m+* in front of the point light source 1 . The disk member 2 can be rotated in both directions so as to cross the coherent light. A radial diffraction grating 3 consisting of a plurality of slits arranged radially at a predetermined pitch is formed along the circumferential surface of the disc member 2. As is clear from the figure, the pitch of the radial diffraction grating 3 changes in the radial direction. The pitch of the diffraction grating 3 located at a radius of 29 mm from the center of the disc member 2 is T −2h! m is set. In the radial diffraction grating 3, the annular portion existing in the vicinity of the radius 29 degrees will be referred to as the inner band. Also radius 30
At the position of mm, the radial grating 3 has a pitch T-3
0 μs, and this portion will be referred to as the outer band hereinafter.

円板部材2の前方距離M −58、25mmのところに
、固定部材4が配置されている。点光源1から射出され
たコヒーレントな光は回折格子3によって回折され、固
定部材4の表面に関係式(2〉によって決まる空間周期
を有する干渉パタンを形成する。
A fixing member 4 is arranged at a distance M -58, 25 mm in front of the disc member 2. Coherent light emitted from the point light source 1 is diffracted by the diffraction grating 3, and forms an interference pattern on the surface of the fixed member 4 with a spatial period determined by the relational expression (2>).

固定部材4には回折格子3の内側帯を通過した回折光を
選択的に透過する為の内側空間フィルタと、回折格子3
の外側帯を通過した回折光を選択的に透過する為の外側
空間フィルタを有する。固定部材4の前方近接位置に、
光検出器5が配置されている。光検出器5は内側及び外
側空間フィルタを透過した回折光を受光し、その強度変
化に応じて検出信号を出力する。
The fixed member 4 includes an inner spatial filter for selectively transmitting the diffracted light that has passed through the inner band of the diffraction grating 3, and the diffraction grating 3.
It has an outer spatial filter for selectively transmitting the diffracted light that has passed through the outer band of the filter. At a position near the front of the fixed member 4,
A photodetector 5 is arranged. The photodetector 5 receives the diffracted light that has passed through the inner and outer spatial filters, and outputs a detection signal according to the change in intensity.

点光源1と円板部材2の間の光路には補正部材7が挿入
されている。補正部材7は例えば板厚d = 1.28
+nm、屈折率n −1,5の透明な平行平面板から構
成されている。本実施例の場合、平行平面板は回折格子
3の内側帯を通過するコヒーレント光の光路部分(以下
内側部分という)にのみ挿入されている。さらに点光源
1と補正部材7の間には、マスク8が挿入されている。
A correction member 7 is inserted in the optical path between the point light source 1 and the disc member 2. For example, the correction member 7 has a plate thickness d = 1.28
+nm and a transparent parallel plane plate with a refractive index of n -1.5. In the case of this embodiment, the parallel plane plate is inserted only in the optical path portion of the coherent light passing through the inner band of the diffraction grating 3 (hereinafter referred to as the inner portion). Further, a mask 8 is inserted between the point light source 1 and the correction member 7.

点光源1を構成する半導体レーザの射出角はかなり固体
差があり、干渉パタンはその射出角に影響される。そこ
で射出角を規定する為にマスク8が用いられているので
ある。
The emission angle of the semiconductor laser constituting the point light source 1 varies considerably among individuals, and the interference pattern is influenced by the emission angle. Therefore, the mask 8 is used to define the exit angle.

第2図は第1図に示すレーザエンコーダにおいて、固定
部材4と光検出器5の配置関係を示す為の平面図である
。固定部材4には、内側空間フィルタ4A及び外側空間
フィルタ4Bが干渉パタンの移動方向に沿って形成され
ている。本実施例においては各空間フィルタは複数のス
リットから構成されているが、1本のスリットであって
もよい。
FIG. 2 is a plan view showing the arrangement relationship between the fixing member 4 and the photodetector 5 in the laser encoder shown in FIG. An inner spatial filter 4A and an outer spatial filter 4B are formed on the fixed member 4 along the moving direction of the interference pattern. Although each spatial filter is composed of a plurality of slits in this embodiment, it may be composed of one slit.

各空間フィルタは干渉パタンの周期に対応した空間周期
を有し、回折光を選択的にフィルタリングする。しかし
ながら、内側空間フィルタ4Aと外側空間フィルタ4B
は互いに90@の位相差をもって配列されている。従っ
て例えば干渉パタンか矢印で示す方向に移動している場
合を考えると、放射状回折格子の内側帯を通過した内側
回折光は内側空間フィルタ4Aによってフィルタリング
され、放射状回折格子の外側帯を通過した外側回折光は
外側空間フィルタ4Bによってフィルタリングされる。
Each spatial filter has a spatial period corresponding to the period of the interference pattern, and selectively filters the diffracted light. However, the inner spatial filter 4A and the outer spatial filter 4B
are arranged with a phase difference of 90@. Therefore, for example, considering the case where the interference pattern is moving in the direction shown by the arrow, the inner diffracted light that has passed through the inner band of the radial diffraction grating is filtered by the inner spatial filter 4A, and the outer light that has passed through the outer band of the radial diffraction grating is filtered by the inner spatial filter 4A. The diffracted light is filtered by the outer spatial filter 4B.

この時、内側空間フィルタ4Aと外側空間フィルタ4B
の間に90″の位相差がある為、外側回折光の透過タイ
ミングは内側回折光の透過タイミングに比べて90°の
位相差分だけ遅延する。逆に干渉パタンか反対方向に移
動する場合には、内側回折光の透過タイミングが外側回
折光の透過タイミングに比べて遅延する。固定部材4は
さらに追加のスリットあるいは空間フィルタ4zを有す
る。追加の空間フィルタ4Zは円板部材2の回転方向基
準位置を表わす回折光を選択的に透過する為のものであ
る。即ち円板部材2の1回転毎に、所定の回折光信号を
透過する。
At this time, the inner spatial filter 4A and the outer spatial filter 4B
Since there is a phase difference of 90'' between them, the transmission timing of the outer diffracted light is delayed by a phase difference of 90° compared to the transmission timing of the inner diffracted light.On the contrary, when the interference pattern moves in the opposite direction, , the transmission timing of the inner diffracted light is delayed compared to the transmission timing of the outer diffracted light.The fixed member 4 further has an additional slit or a spatial filter 4z.The additional spatial filter 4Z is located at the rotation direction reference position of the disc member 2. This is for selectively transmitting diffracted light representing .That is, a predetermined diffracted light signal is transmitted every time the disk member 2 rotates once.

固定部材4の背後に配置された光検出器5はその受光面
が3分割されている。受光面5Aは内側空間フィルタ4
Aに対応して配置されており、内側回折光の強度変化に
応じて検出信号Aを出力する。受光面5Bは外側空間フ
ィルタ4Bに対応して配置されており、外側回折光の強
度変化に応じて検出信号Bを出力する。さらに受光面5
Zは追加の空間フィルタ4Zに対応して配置されており
、円板部材2の1回転毎に検出信号2を出力する。
The light-receiving surface of the photodetector 5 placed behind the fixing member 4 is divided into three parts. The light receiving surface 5A is the inner spatial filter 4
A, and outputs a detection signal A in response to a change in the intensity of the inner diffracted light. The light-receiving surface 5B is disposed corresponding to the outer spatial filter 4B, and outputs a detection signal B in accordance with a change in the intensity of the outer diffracted light. Furthermore, the light receiving surface 5
Z is arranged corresponding to the additional spatial filter 4Z, and outputs the detection signal 2 every rotation of the disk member 2.

次に第3図ないし第6図を参照してロータリーエンコー
ダの動作を説明する。点光源1から射出されたコヒーレ
ントな光を回折格子3の内側帯及び外側帯に照射すると
、固定部材4上に干渉パタンか形成される。第3図は、
外側帯を通過した外側回折光により形成された干渉パタ
ンを示す線図である。縦軸は干渉パタンの縞模様に対応
した光強度変化を相対値として示し、横軸は明暗の縞模
様の相対位置を示す。図示する様に、外側回折光に関し
ては、関係式(1)を満たす様に各パラメータがあらか
じめ設定されている為(Lsm6+a+s。
Next, the operation of the rotary encoder will be explained with reference to FIGS. 3 to 6. When the coherent light emitted from the point light source 1 is irradiated onto the inner and outer bands of the diffraction grating 3, an interference pattern is formed on the fixed member 4. Figure 3 shows
FIG. 3 is a diagram showing an interference pattern formed by outer diffracted light that has passed through an outer band. The vertical axis indicates the light intensity change corresponding to the striped pattern of the interference pattern as a relative value, and the horizontal axis indicates the relative position of the bright and dark striped pattern. As shown in the figure, for the outer diffracted light, each parameter is set in advance so as to satisfy the relational expression (1) (Lsm6+a+s).

M −56,25+n、  λ−830nm、 T−3
0m+) 、極めて鮮明な干渉パタンを得る事ができる
M-56,25+n, λ-830nm, T-3
0m+), an extremely clear interference pattern can be obtained.

第4図は、仮に補正部材7が用いられていない場合に、
内側回折光によって形成される干渉パタンを示す線図で
ある。この場合には回折格子の内側帯のピッチが30−
から29−に変化しているので関係式(1)は満足され
ていない。従って鮮明な干渉パタンを得る事ができず、
各ピークの間にはノイズ成分が現われている。
FIG. 4 shows the case where the correction member 7 is not used.
FIG. 3 is a diagram showing an interference pattern formed by inner diffracted light. In this case, the pitch of the inner bands of the diffraction grating is 30-
Since it changes from 29- to 29-, relational expression (1) is not satisfied. Therefore, it is not possible to obtain a clear interference pattern,
Noise components appear between each peak.

第5図は、補正部材7を点光源1と回折格子3の間に挿
入した場合に得られる干渉パタンを示す線図である。例
えば、補正部材7として板厚d−1,28++u*%屈
折率n −1,5を有する平行平面板を内側光路部分に
挿入すると、回折格子の内側帯のピッチ変化を相殺する
様に、内側光路の距離りが補正され、関係式(1〉を満
たす様になる。従って図示する様に、第3図と同様の鮮
明度を有する内側干渉パタンを得る事ができる。
FIG. 5 is a diagram showing an interference pattern obtained when the correction member 7 is inserted between the point light source 1 and the diffraction grating 3. For example, if a parallel plane plate having a thickness d-1,28++u*% and a refractive index n-1,5 is inserted into the inner optical path as the correction member 7, the inner side will be adjusted so as to cancel out the pitch change of the inner band of the diffraction grating. The distance of the optical path is corrected so that the relational expression (1>) is satisfied.Therefore, as shown in the figure, an inner interference pattern having the same sharpness as that in FIG. 3 can be obtained.

点光源1と回折格子3の間に、板厚d屈折率nを有する
平行平面板を挿入すると、関係式(1)は次の関係式〈
3〉の様に変換される゛。
When a parallel plane plate having a thickness d and a refractive index n is inserted between the point light source 1 and the diffraction grating 3, the relational expression (1) becomes the following relational expression
It is converted as shown in 3゛.

す、回折格子のピッチTの変化を相殺する様に板厚dあ
るいは屈折率nを設定する事により関係式(3)の左辺
を一定値に保ち鮮明な干渉パタンを得る事ができる。
By setting the plate thickness d or refractive index n so as to offset the change in the pitch T of the diffraction grating, it is possible to maintain the left side of relational expression (3) at a constant value and obtain a clear interference pattern.

第6図は上述した様に補正部材7を用いて鮮明な干渉パ
タンを形成した後に、光検出器5から出力される検出信
号A及びBの波形を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the waveforms of detection signals A and B output from the photodetector 5 after forming a clear interference pattern using the correction member 7 as described above.

縦軸は検出信号の振幅変化を示し、横軸はロータリーエ
ンコーダの回転角を示す。図示する様に、ロータリーエ
ンコーダが時計方向に回転している場合には、検出信号
Bは検出信号Aに対して遅相状態にあり、逆にロータリ
ーエンコーダが反時計方向に回転している場合には検出
信号Bは検出信号Aに比べて進相状態となる。この様に
して二相検出信号A、Bの相対的位相関係に基いてロー
タリーエンコーダの回転方向が検出される。又検出信号
の周波数はロータリーエンコーダの回転速度に対応し、
検出信号の波数はロータリーエンコーダの回転量に対応
する。
The vertical axis shows the amplitude change of the detection signal, and the horizontal axis shows the rotation angle of the rotary encoder. As shown in the figure, when the rotary encoder is rotating clockwise, the detection signal B is in a phase-lag state with respect to the detection signal A, and conversely, when the rotary encoder is rotating counterclockwise, the detection signal B is in a phase-lag state with respect to the detection signal A. Detection signal B is in a phase-advanced state compared to detection signal A. In this way, the rotational direction of the rotary encoder is detected based on the relative phase relationship between the two-phase detection signals A and B. Also, the frequency of the detection signal corresponds to the rotation speed of the rotary encoder,
The wave number of the detection signal corresponds to the amount of rotation of the rotary encoder.

第7図は本発明にかかるロータリーエンコーダの他の実
施例を示す斜視図である。基本的構造は第1図に示す実
施例と同様であり、点光源1、円板部材2、回折格子3
、固定部材4、光検出器5、補正部材7及びマスク8か
ら構成されている。本実施例の場合には1、補正部材7
としてウェッジ板が用いられている。第1図に示すロー
タリーエンコーダの補正部材として用いられた平行平面
板と異なり、ウェッジ板はその板厚が連続的に変化する
テーパ形状を有している。このウェッジ板をコヒーレン
トな光の光路の内側部分に挿入すると、内側回折光は偏
向を受け、外側回折光から分離される。従って、回折格
子の内側帯によって形成される内側干渉パタンと外側帯
によって形成される外側干渉パタンは明確に円板部材の
半径方向に沿って分離されるので、ロータリーエンコー
ダの回転方向検出がより容易に行なわれる。
FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment of the rotary encoder according to the present invention. The basic structure is the same as that of the embodiment shown in FIG.
, a fixing member 4, a photodetector 5, a correction member 7, and a mask 8. In the case of this embodiment, 1, correction member 7
A wedge plate is used as a Unlike the parallel plane plate used as the correction member of the rotary encoder shown in FIG. 1, the wedge plate has a tapered shape in which the thickness of the wedge plate changes continuously. When this wedge plate is inserted into the inner part of the optical path of coherent light, the inner diffracted light is deflected and separated from the outer diffracted light. Therefore, the inner interference pattern formed by the inner band of the diffraction grating and the outer interference pattern formed by the outer band are clearly separated along the radial direction of the disc member, making it easier to detect the rotation direction of the rotary encoder. It will be held in

さらに円板部材2と固定部材4の間の光路に円筒レンズ
6が挿入さ、れている。円筒レンズ6の円筒軸は円板部
材2の円周方向に合わせられており、干渉パタンの周期
を乱す事なく内側及び外側回折光を別々に光検出器5上
に集光する事ができる。
Further, a cylindrical lens 6 is inserted into the optical path between the disc member 2 and the fixed member 4. The cylindrical axis of the cylindrical lens 6 is aligned with the circumferential direction of the disc member 2, and the inner and outer diffracted lights can be separately focused on the photodetector 5 without disturbing the period of the interference pattern.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上述した様に、本発明によれば、点光源回折を用いたレ
ーザロータリーエンコーダにおいて、放射状回折格子の
内側帯及び外側帯のピッチ誤差を補正する為に、点光源
1と円板部材2の間に補正部材7が挿入されているので
、最適な鮮明度を有する干渉パタンを形成する事ができ
、ロータリーエンコーダの回転方向の検出が簡単な構造
で且つ正確に行なう事ができるという効果を有する。
As described above, according to the present invention, in a laser rotary encoder using point light source diffraction, in order to correct the pitch error of the inner and outer bands of the radial diffraction grating, Since the correction member 7 is inserted in the holder, an interference pattern having optimum clarity can be formed, and the rotational direction of the rotary encoder can be detected accurately with a simple structure.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は点光源回折を用いたレーザロータリーエンコー
ダの一実施例を示す斜視図、第2図はロータリーエンコ
ーダに用いられる固定部材及び光検出器の構造及び配置
関係を示す平面図、第3図ないし第5図はロータリーエ
ンコーダの動作を説明する為の干渉パタン図、第6図は
ロータリーエンコーダの二相検出信号を示す波形図、第
7図は点光源回折を用いたレーザロータリーエンコーダ
の他の実施例を示す斜視図、及び第8図は点光源回折を
用いたレーザエンコーダの原理を説明する為の模式的断
面図である。 1・・・点光源       2・・・円板部材3・・
・回折格子      4・・・固定部材5・・・光検
出器      6・・・円筒レンズ7・・・補正部材
      8・・・マスク出 願 人  株式会社 
 コ バ ル第2図 第3 図 光強度(相対値) 光強度(相対値) 1 第4 図
Fig. 1 is a perspective view showing an example of a laser rotary encoder using point source diffraction, Fig. 2 is a plan view showing the structure and arrangement of a fixing member and a photodetector used in the rotary encoder, and Fig. 3 Figures 5 to 5 are interference pattern diagrams to explain the operation of the rotary encoder, Figure 6 is a waveform diagram showing the two-phase detection signal of the rotary encoder, and Figure 7 is another diagram of the laser rotary encoder using point source diffraction. A perspective view showing an embodiment and FIG. 8 are schematic cross-sectional views for explaining the principle of a laser encoder using point light source diffraction. 1... Point light source 2... Disc member 3...
・Diffraction grating 4...Fixing member 5...Photodetector 6...Cylindrical lens 7...Correction member 8...Mask applicant Co., Ltd.
Kobal Fig. 2 Fig. 3 Light intensity (relative value) Light intensity (relative value) 1 Fig. 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、所定の光路に沿ってコヒーレントな光を射出する点
光源と、 該光路を横切る様に双方向に回転可能な円板部材と、 該円板部材の円周面部に沿って所定のピッチで放射状に
配列された複数のスリットからなる放射状回折格子と、 該回折格子を通過した回折光により形成される干渉パタ
ンの移動方向に沿って配置される固定部材と、 該固定部材に形成されており放射状回折格子の半径方向
内側帯を通過した内側回折光を透過する為の内側空間フ
ィルタと、 該固定部材において内側空間フィルタの外側に形成され
ており、放射状回折格子の半径方向外側帯を通過した外
側回折光を透過する為のフィルタであって内側空間フィ
ルタに対して90゜の空間位相差を有する外側空間フィ
ルタと、 内側及び外側空間フィルタを介して回折光を受光し、フ
ィルタの位相差に応じて二相の検出信号を出力する光検
出器と、 点光源と円板部材の間に挿入され、鮮明な干渉パタンを
形成する為に回折格子の内側帯及び外側帯のピッチの相
異を光学的に補正する補正部材とからなる変位検出装置
。 2、該補正部材は、コヒーレント光の光路の半径方向内
側部分のみに挿入される光学的透明板である請求項1に
記載の変位検出装置。 3、該透明板は所定の板厚及び屈折率を有する平行平面
板である請求項2に記載の変位検出装置。 4、該透明板は内側回折光を外側回折光に対して偏向す
る為のウェッジ板である請求項2に記載の変位検出装置
。 5、円板部材と固定部材の間の光路に挿入する円筒レン
ズを有し、円筒レンズの円筒軸を円板部材の円周方向に
合わせ、干渉パタンの周期を乱す事なく内側及び外側回
折光を別々に集光する請求項4に記載の変位検出装置。 6、該固定部材は、円板部材の回転方向基準位置を表わ
す回折光を選択的に透過する為の追加の空間フィルタが
形成されている請求項1に記載の変位検出装置。
[Claims] 1. A point light source that emits coherent light along a predetermined optical path; a disc member that is bidirectionally rotatable across the optical path; and a circumferential surface of the disc member. a radial diffraction grating made up of a plurality of slits arranged radially at a predetermined pitch along the diffraction grating; a fixing member disposed along the moving direction of an interference pattern formed by diffracted light that has passed through the diffraction grating; an inner spatial filter formed on the member for transmitting the inner diffracted light that has passed through the radial inner band of the radial diffraction grating; The outer spatial filter is a filter for transmitting the outer diffracted light that has passed through the outer band and has a spatial phase difference of 90° with respect to the inner spatial filter, and the inner and outer spatial filters receive the diffracted light. , a photodetector that outputs two-phase detection signals according to the phase difference of the filter, and a photodetector that is inserted between the point light source and the disk member, and the inner and outer bands of the diffraction grating to form a clear interference pattern. and a correction member that optically corrects a difference in pitch between the two. 2. The displacement detection device according to claim 1, wherein the correction member is an optically transparent plate inserted only in a radially inner portion of the optical path of the coherent light. 3. The displacement detection device according to claim 2, wherein the transparent plate is a parallel plane plate having a predetermined thickness and refractive index. 4. The displacement detection device according to claim 2, wherein the transparent plate is a wedge plate for deflecting the inner diffracted light relative to the outer diffracted light. 5. It has a cylindrical lens that is inserted into the optical path between the disc member and the fixed member, and the cylindrical axis of the cylindrical lens is aligned with the circumferential direction of the disc member, so that the inner and outer diffracted light is transmitted without disturbing the period of the interference pattern. 5. The displacement detection device according to claim 4, wherein the displacement detection device collects the two beams separately. 6. The displacement detection device according to claim 1, wherein the fixed member is formed with an additional spatial filter for selectively transmitting the diffracted light representing the rotational direction reference position of the disc member.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150110187A (en) * 2014-03-24 2015-10-02 인제대학교 산학협력단 Automatic position control table

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