JPH0466293B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はロータリーエンコーダーに関し、特に
円周上に例えば透光部と反射部の格子模様を複数
個、周期的に該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
動量等の回転状態を光電的に検出するロータリー
エンコーダーに関するものである。

（従来の技術） 従来よりフロツピーデスクの駆動等のコンピユ
ーター機器、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なロ
ータリーエンコーダーが利用されてきている。

光電的なロータリーエンコーダーは例えば第３
図に示すように回転軸３０に連絡した円板３５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３１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３２との双方のスケ
ールを投光手段３３と受光手段３４で挟んで対向
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の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折し
て回転軸の回転速度の変動を検出している。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受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てくる傾向があつた。

特に回転軸方向を中空構造にし、内部に各要素
を配置するようにした所謂中空型のロータリーエ
ンコーダーにおいては、所定の検出精度を得よう
とすると装置全体の構造が複雑となり、かつ装置
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。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は被検回転物体の負荷が小さく、装置全
体の小型化が容易で、しかも回転状態を高精度に
検出することのできる中空型ロータリーエンコー
ダーの提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 可干渉性の光源からの光束を光分割手段により
複数に分割した後、分割した複数の光束を回転物
体に連結した円板上の放射格子上であつて該回転
物体の異なる複数の位置に各々入射させ、前記放
射格子からの特定次数の回折光を反射手段を利用
して、同一光路を逆行させて前記放射格子の略同
一位置に再度入射させると共に該放射格子からの
特定次数の回折光を前記光分割手段に導光させた
後、該特定次数の回折光を重ね合わせ、そして受
光手段に導光し、該受光手段からの出力信号を利
用して前記回転物体の回転状態を求める際、前記
回転物体の回転軸上近傍を前記光束が通過しない
ように前記各要素を構成したことをである。

この他、本発明の特徴は実施例において記載さ
れている。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図で
ある。同図Ａは上面図、同図Ｂは同図Ａの一部の
側面図である。

本実施例ではレーザー１より放射された光束を
コリメーターレンズ２によつて平行光束とし偏光
ビーススプリツター３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。このうち反射した光束は1/4波長板４
を経て、円偏光とし、プリズム１６，１８を介し
た後、被測定回転物体と連結した円板６上の放射
状の回折格子が設けられている放射格子７の位置
M₁に入射させている。このとき放射格子７から
の特定次数の回折光が放射格子７から略垂直に射
出するように光束を入射させている。そして放射
格子７に入射し回折した透過回折光のうち特定次
数の回折光を反射手段８により反射させ、同一光
路を逆行させ放射格子７上の略同一位置M₁に再
入射させている。そして放射格子７により再回折
された特定次数の回折光を1/4波長板４を介して
入射したときと90度偏光方位の異なる直線偏光と
し偏光ビームスプリツター３に入射させている。

本実施例では偏光ビームスプリツター３から反
射手段８に至る特定次数の回折光の往復光路を同
一としている。第２図は第１図で示した反射手段
の一実施例の説明図である。

同図においては反射鏡４０を集光レンズ４１の
略焦点面上に配置し、集光レンズ４１に平行に入
射してきた特定次数の回折光のみをマスク４２の
開口部４３を通過させ反射鏡４０で反射させた
後、元の光路を逆戻りするようにしている。そし
て、その他の次数の回折光をマスク４２により遮
光している。反射手段としては、この他第２図に
示す機能と同一のものであれば、例えばキヤツツ
アイ光学系等どのような構成のものでも良い。こ
のような光学系を用いれば例えばレーザーの発振
波長が変化し、回折角が多少変化しても略同じ光
路で戻すことができる特徴がある。

又、キヤツツアイ光学系に、屈折率分布型レン
ズ、例えば日本板硝子社製のセルフオツクマイク
ロレンズ（商品名）等を適用し、その両端平面な
点に着目して片面に反射膜を設けることにより、
構成が簡便で且つ又生産性に富む光学素子として
本発明に有効に適用することができる。

第１図に戻り偏光ビームスプリツター３で分割
された２つの光束のうち透過した光束は1/4波長
板５を介し円偏光とし、プリズム１７，１９を介
した後円板６上の放射格子７上の位置M₁と回転
軸５０に対して略点対称の位置M₂に入射させて
いる。そして放射格子７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前述の反射手段８
と同様の反射手段９により同一光路を逆行させ
て、放射格子７の略同一位置M₂に再入射させて
いる。そして放射格子７より再回折された特定次
数の回折光を1/4波長板５を介し入射したときと
は90度偏光方位の異なる直線偏光とし偏光ビーム
スプリツター３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
偏光ビームスプリツター３から反射手段９に至る
特定次数の回折光の往復光路を同一としている。
そして反射手段８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１０を介し円偏光と
し、光分割器１１で２つの光束に分割し、各々の
光束を互いの偏光方位を45度傾けて配置した偏光
板１２，１３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１４，１５
に入射させている。そして受光手段１４，１５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。

本実施例において被測定回転物体が放射格子７
の１ピツチ分だけ回転するとｍ次の回折光の位相
は2mπだけ変化する。同様に放射格子７により再
回折されたｎ次の回折光の位相は2nπだけ変化す
る。これにより全体として受光手段からは（2m
−2n）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回転量
を測定している。

例えば回折格子のピツチが3.2μm、回折光とし
て１次及び−１次を利用したとすれば回転物体が
ピツチの3.2μm分だけ回転したとき受光素子から
は４個の正弦波形が得られる。即ち正弦波形１個
当りの分解能として回折格子の１ピツチの1/4の
3.2／４＝0.8μmが得られる。

本実施例では光分割器１１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よ
り回転物体の回転方向も判別出来るようにしてい
る。

尚、回転量のみを測定するのであれば光分割器
１１、偏光板１２，１３及び一方の受光手段は不
要である。又、正弦波形周波数を計測することに
より容易に回転物体の回転速度を求めることもで
きる。

本実施例では円板６の回転軸方向の近傍を光束
が通過しないように光源、偏光ビームスプリツタ
ー、プリズムそして反射手段等の各要素を適切に
配置することにより、装置全体を中空構造として
いる。これにより、この空間に他の部品を配置す
ることを可能とし、装置全体の簡素化及び小型化
を図つている。

本実施例では回転中心に対して略点対称の２つ
の位置M₁，M₂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格子の中心との偏心
による測定誤差を軽減させている。

尚、本実施例に於る構成は略点対称な２点から
の回折光を利用しているわけであるが、略点対称
に限らず複数の位置からの回折光を用いることに
より略同等の効果を得ることが出来る。例えば、
互いに120゜の角度を成す３点からの回折光を利用
したり、近接しない任意の２点からの回折光を利
用するものも有効である。

更に一方の光束の回転軸中心寄りの光束要素と
略点対称な位置に入射させた他方の光束の回転軸
中心寄りの光束要素とを互いに重なり合わせ、同
様に回転中心の外側寄りの光束要素同志を重ね合
わせることにより、放射格子の外側と内側のピツ
チの違いより生じる波面収差の影響を除去してい
る。

本実施例では偏光ビームスプリツター３から反
射手段８，９に至る特定次数の回折光の往復の光
路を同一とすることにより、偏光ビームスプリツ
ター３における２つの回折光束の重なり具合を容
易にし、装置全体の組立精度を向上させている。

尚、測定精度があまり要求されない場合には回
転軸に対して点対称の２点からの光束を利用する
代わりに片方の光束のみを使用するようにしても
良い。例えば、所定の位置から出射した任意の回
折光同志を干渉させたり、所定の回折光と参照光
とを干渉させたりして干渉縞を計測する。

第４，第５，第６図は各々本発明の他の実施例
の概略図である。第４，第５図においてＡは上面
図、Ｂはその一部の側面図である。

第４，第５図に示す実施例は第１図の実施例に
おける偏光ビームスプリツター３とプリズム１
６，１７を一体化した構成したものであり、第６
図に示す実施例は第１図に示す実施例の偏光ビー
ムスプリツター３、プリズム１６，１７そして分
光割器１１を一体化して構成したものであり、い
ずれも装置全体の更なる簡素化及び小型化を図つ
たものである。図中２２は２つのプリズム１６，
１７の接合面であり、該接合面２２でレーザー１
からの光束を反射光束と透過光束の２つの光束に
分割している。この他の機能は第１図の実施例と
同様である。

尚、第４，第５，第６図において第１図で示し
た要素と同一の要素には同符番を付してある。

尚、以上の各実施例において1/4波長板４，５
は偏光ビームスプリツター３と反射手段との間で
あればどこに配置しても良い。

又、各実施例においては透過回折光の代わりに
反射回折光を利用しても良い。

尚、本発明において使用する回折格子は、透光
部と遮光部から成る所謂振幅型の回折格子、互い
に異なる屈折率を有する部分から成る位相型の回
折格子である。特に位相型の回折格子は、例えば
透明円盤の円周上に凹凸のレリーフパターンを形
成することにより作成出来、エンボス、スタンパ
等のプロセスにより量産が可能である。

（発明の効果） 本発明によれば円板６の回転軸方向の近傍を光
束が通過せず、かつ偏光ビームスプリツターから
反射手段に至るまでの特定次数の回折光の往復光
路を同一とすることにより、被検回転物体の回転
状態を高精度に測定することのでき、しかも装置
全体の小型化を図つたロータリーエンコーダーを
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光学系の概略図、
第２図は第１図の一部分の説明図、第４図から第
６図は各々本発明の他の実施例の光学系の概略
図、第３図は従来の光電的ロータリーエンコーダ
ーの説明図、第４，第５図においてＡは上面図、
Ｂはその一部側面図である。 図中、１はレーザー、２はコリメーターレン
ズ、３は偏光ビームスプリツター、４，５，１０
は1/4波長板、６は円板、７は放射格子、８，９
は各々反射手段、１２，１３は各々偏光板、１
４，１５は各々受光手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 可干渉性の光源からの光束を光分割手段によ
   り複数に分割した後、分割した複数の光束を回転
   物体に連結した円板上の放射格子上であつて該回
   転物体の異なる複数の位置に各々入射させ、前記
   放射格子からの特定次数の回折光を反射手段を利
   用して、同一光路を逆行させて前記放射格子の略
   同一位置に再度入射させると共に該放射格子から
   の特定次数の回折光を前記光分割手段に導光させ
   た後、該特定次数の回折光を重ね合わせ、そして
   受光手段に導光し、該受光手段からの出力信号を
   利用して前記回転物体の回転状態を求める際、前
   記回転物体の回転軸上近傍を前記光束が通過しな
   いように前記各要素を構成したことを特徴とする
   ロータリーエンコーダー。