JPH045143B2 - - Google Patents

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JPH045143B2
JPH045143B2 JP18617184A JP18617184A JPH045143B2 JP H045143 B2 JPH045143 B2 JP H045143B2 JP 18617184 A JP18617184 A JP 18617184A JP 18617184 A JP18617184 A JP 18617184A JP H045143 B2 JPH045143 B2 JP H045143B2
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/36Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01P3/366Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light by using diffraction of light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical 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
    • G01D5/26Mechanical 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
    • G01D5/32Mechanical 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
    • G01D5/34Mechanical 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
    • G01D5/36Forming the light into pulses
    • G01D5/38Forming the light into pulses by diffraction gratings
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/04Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
    • G01P13/045Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement with speed indication

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転情報検出計に関し、時に円周上に
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
は回転物体の回転速度や回転速度の変動量を光電
的に検出する回転情報検出計に関するものであ
る。
従来よりフロツピーデイスクの駆動等のコンピ
ユータ機器、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のキヤプステンモータ
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トー
タリーエンコーダーが利用されてきている。
光電的ロータリーエンコーダーを用いる方法は
回転軸に連絡した円板の周囲に透光部と遮光部を
等間隔に設けた、所謂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ツクススケール
との双方のスケ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ツクススケール方式の
構成を採つている。この方法はメインスケールの
回転に伴つて双方のスケールと透光部と遮光部の
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を変動の検出してい
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S/N比が低下し検出精度が低下してし
まう欠点があつた。この為メインスケールの透光
部と遮光部の格子の総本数を固定させ、透光部と
遮光部の間隔を回折光の影響を浮けない程度まで
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大型化し、
この結果被検回転物体への負荷が大きくなつてく
る等の欠点があつた。
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け
偏心の影響を軽減した小型でしかも高精度の回転
情報検出計の提供を目的とする。
本発明の目的を達成する為の回転情報検出計
は、回転物体に連結され、格子模様を複数個等角
度に配置した放射格子と、前記放射格子の第1の
位置に光束を入射させる為の第1の照明手段と、
前記放射格子の入射した前記光束からの反射回折
光若しくは透過回折光のうち、特定の次数の2つ
の回折光を前記第1照明手段による光束の入射位
置に対する前記放射格子上の前記回転物体の回転
中心と略点対称の第2の位置に再度入射させる為
の第2の照明手段と、前記放射格子により再度回
折された特定の次数の2つの回折光を重ね合わせ
た後、前記重ね合わせた光束を受光する為の受光
手段とを有する回転情報検出計において、前記第
2照明手段は、前記第1の位置からの前記2つの
回折光を各々反射させる第1、第2反射面と、第
1、第2反射面からの各光路内にあつて前記第2
の位置へ光を受ける第3、第4反射面を有し、回
転軸方向から見て第1、第3反射面を結ぶ光路
と、第2、第4反射面を結ぶ光路を交差させたこ
とを特徴としている。
次に本発明の一実施例を各図と共に説明する。
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はレーザー等の光源、2はコリメー
ターレンズ、31〜33,31′〜33′はシリンドリ
カルレンズ、41,42,41′,42′は反射鏡、5
は円板上に例えば透光部と反射部の格子模様を等
角度でもけた放射格子、6は被検回転物体の回転
軸、7は受光素子である。
レーザー1より放射された光束はコリメーター
レンズ2により略平行光束となり、シリンドリカ
ルレンズ31によつて放射格子5上の位置M1に線
状に照射される。このように線状照射することに
より放射格子5上での光束の照射部分に相当する
透光部と反射部の格子模様のピツチ誤差を軽減す
ることができる。
尚シリンドリカルレンズの代わりにスリツト若
しくはレンズとスリツトを用いて線状照射するよ
うにしても良い。
レーザー1からの光束は放射格子5の格子模様
によつて反射回折される。いま光束の照射位置
M1における格子模様のピツチをpとすれば±m
次の反射回折光L1,L2の回折角度θnは sinθn=mλ/p ……(1) で表わされる。ここでλは光束の波長である。一
方測定点M1での放射格子5の周速度をvとすれ
ば±m次の反射回折光L1,L2の周波数は Δ=±vsinθn/λ ……(2) で表わされる量だけ所謂トツプラーシフトを受け
る。
そして、シリンドリカルレンズ32,33を介し
て、反射鏡41,42で、±m次の反射回折光を、
放射格子5の回転中心に点対称な位置M2に、反
射鏡41′,42′、シリンドリカルレンズ32′,3
3′を介して、再び線状に照射する。このとき、放
射格子の位置M2への入射角は、各々の回折光に
対して、位置M1における反射回折角度θnと等し
く、しかも放射格子の周速度方向との角度も等し
くなるように、反射鏡41′,42′を配置しておく。
すると、位置M2において、±m次の反射回折光は
重なり合つてシリンドリカルレンズ31′を介し
て、受光素子7に入射する。このとき、位置M2
で再び、(2)式のドツプラー周波数シフトΔを受
けるので、位置M2で反射される±m次の反射回
折光のドツプラー周波数シフト量は、全体に±
2Δとなる。このように、±m次の回折を2回受
けた光束が重なり合うため、受光素子7の出力信
号の周波数は、2Δ−(2Δ)=4Δとなる。つま
り、受光素子7の出力信号の周波数Fは、F=
4Δ=4vsinθn/λとなるが、(1)式の回折条件の
式から、F=4mv/pとなる。ここで、回転角速
度をω、回転数をf、放射格子5の等角度ピツチ
をΔ、格子模様の分割数(総本数)をN、回転
中心と点対称なレーザー光束の照射位置M1,M2
の回転中心からの距離をrとすれば、v=rω、
ω=2πf、p=rΔ、Δ=2π/Nの関係式から、
結局、受光素子の出力信号の周波数Fは、 F=4mNf ……(3) となつて、回折次数m、分割数N、回転数fで表
わされる。
そして第1図に示すように、受光素子9から出
力信号を、コンパレーターなどを通して2値化
し、週明数−電圧変換器等によつ周波数解析し
て、表示すれば周波数Fが求められ、回転物体の
回転速度の変位量を求めることができる。
尚(3)式より明らかなように周波数Fを波長と無
関係に求めることがきるので光源としてレーザー
に限らずどのような光源であつても使用すること
ができる。
一方従来から使用されているインデツクススケ
ール方式の光電式ロータリーエンコーダーでは、
受光素子からの出力信号の周波数F′は、F′=Nf
である。
従つて本実施例によれば従来例に比べて4m倍
の周波数が得られるので、回転速度の変動検出精
度が、従来例よりも4m倍だけ向上することにな
る。
また、従来のインデツクススケール方式の光電
式ロータリーエンコーダーにおいては、透光部と
遮光部のピツチ間隔は、光の回折の影響を考慮す
ると、10μm程度が限界であつた。いま、角度分
解能として、たとえば30秒を得るためには、従来
例では、メインスケールの分割数として、N=
360×60×60/30=43200だけ必要である。そこで、
メインスケール最外周での、透光部と遮光部の間
隔を10μmとすれば、メインスケールの直径は、
0.01mm×43200/π=137.5mm必要になる。しかる
に、本実施例によれば、放射格子の分解数は、従
来例の1/4mでよいので、30秒の角度分解能を得
るための分割数は10800(m=1)でよい。そし
て、本実施例では、レーザー等からの回折光を用
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4μmとすると、放射格子の直径は、
0.004mm×10800/π=13.75mmでよいことになる。
すなわち、本実施例によれば、従来のインデツク
ススケール方式の光電式ロータリーエンコーダー
と同等の分解能を得る為の放射格子の形状として
は従来例に比べ1/10以下の大きさで良い。従つて
被検回転物体への負荷も従来例に比べてはるかに
小さくなり、より高精度の測定が可能となる。
第2図は第1図の一部分の放射格子5上の光束
の照射位置M1,M2と放射格子5の中心と被検回
転物体の回転中心との偏心の説明図である。
本実施例においては放射格子5上の、回転中心
に関して点対称な2点M1,M2を照射点、つまり
測定点とし、放射格子5の中心と、被検回転体の
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5の中心と、回転中心とを完全に一
致させることは困難であり、両者の偏心は避けら
れない。たとえば、第2図に示すように、放射格
子5の中心Oと、回転中心O′との間に、偏心量
がaだけあつたとき、回転中心から距離rの位置
にある測定点M1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M1と、回転中心に対して点対称な位置に
あと測定点M2での周波数シフトは、位置M1での
変化とは逆に、r/(r−a)からr/(r+
a)まで変化するから、位置M1とM2の同時に2
点を測定点とすることによつて、偏心の影響を軽
減することができ、この結果高精度に回転速度を
検出することができる。
第3図は本発明の他の実施例の一部分の概略図
であり第1図の放射格子5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5の位置M1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32,33,32′,
3′、反射鏡41,42,41′,42′を介して回転軸
6の中心と略点対称の位置M2に再度入射させ第
1図に示した実施例と同様の効果を得ている。
前述した各実施例では±m次の2つの回折光を
用いた場合を示したが±m次の回折光のかわりに
次数の異つた2つの回折光を用いても良い。
又放射格子上の格子模様を透過部のみ又は反射部
のみで構成し透過回折光又は反射回折光のみを用
いるようにしても良い。
以上のように本発明によれば被検回転物体の負
荷の小さい、放射格子の中心と回転物体の回転中
心の偏心誤差を軽減した小型でしかも高精度の回
転情報検出計を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の概略図、第2図は
第1図の一部分の説明図、第3図は本発明の他の
実施例の一部分の概略図である。 図中1は光源、2はコリメーターレンズ、31
〜33,31′〜33′はシリンドリカルレンズ、41
2,41′,42′は反射鏡、5は放射格子、6は回
転軸である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 回転物体に連結され、格子模様を複数個等角
    度に配置した放射格子と、前記放射格子の第1の
    位置に光束を入射させる為の第1の照明手段と、
    前記放射格子に入射した前記光束からの反射回折
    光若しくは透過回折光のうち、特定の次数の2つ
    の回折光を前記第1照明手段による光束の入射位
    置に対する前記放射格子上の前記回転物体の回転
    中心と略点対称の第2の位置に再度入射させる為
    の第2の照明手段と、前記放射格子により再度回
    折された特定の次数の2つの回折光を重ね合わせ
    た後、前記重ね合わせた光束を受光する為の受光
    手段とを有する回転情報検出計において、前記第
    2照明手段は、前記第1の位置からの前記2つの
    回折光を各々反射させる第1、第2反射面と、第
    1、第2反射面からの各光路内にあつて前記第2
    の位置へ光を向ける第3、第4反射面を有し、回
    転軸方向から見て第1、第3反射面を結ぶ光路
    と、第2、第4反射面を結ぶ光路を交差させたこ
    とを特徴とする回転情報検出計。
JP18617184A 1984-09-05 1984-09-05 回転情報検出計 Granted JPS6165166A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18617184A JPS6165166A (ja) 1984-09-05 1984-09-05 回転情報検出計
US07/481,684 US4967072A (en) 1984-09-05 1990-02-20 Interferometric rotating condition detection apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18617184A JPS6165166A (ja) 1984-09-05 1984-09-05 回転情報検出計

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6165166A JPS6165166A (ja) 1986-04-03
JPH045143B2 true JPH045143B2 (ja) 1992-01-30

Family

ID=16183632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18617184A Granted JPS6165166A (ja) 1984-09-05 1984-09-05 回転情報検出計

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JP (1) JPS6165166A (ja)

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Publication number Publication date
JPS6165166A (ja) 1986-04-03

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