JPS6013212A - Optical type encoder - Google Patents

Optical type encoder

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Publication number
JPS6013212A
JPS6013212A JP12134283A JP12134283A JPS6013212A JP S6013212 A JPS6013212 A JP S6013212A JP 12134283 A JP12134283 A JP 12134283A JP 12134283 A JP12134283 A JP 12134283A JP S6013212 A JPS6013212 A JP S6013212A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
scale
bright
hologram
dark
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP12134283A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Nishi
西 和郎
Koichi Yamada
康一 山田
Seio Watanabe
渡辺 勢夫
Takahiro Kubo
久保 高啓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP12134283A priority Critical patent/JPS6013212A/en
Publication of JPS6013212A publication Critical patent/JPS6013212A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • 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

Abstract

PURPOSE:To simplify assembling and adjustment and to improve resolution, by using a hologram, regenerating the real image of bright and dark lattice fringes on a scale, thereby eliminating the effect of the diffraction of light. CONSTITUTION:A hologram 10 regenerates a real image 12 corresponding to bright and dark lattice fringes 4, which are marked on a scale 3 based on light 9 from a light source 8 on the lattice fringes 4 of the scale 3. A light receiving element 7 receives the transmitted light and the reflected light of the lattice fringes 4. The scale 3 and the hologram 10 are relatively moved with respect to a body to be checked. The amount of one-dimensional displacement of the body to be checked is detected by the output of the element 7.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は被検出物体の回転変位、直線変位等の一次元
変位量を光学的に検出するエンコーダに関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an encoder that optically detects the amount of one-dimensional displacement, such as rotational displacement or linear displacement, of an object to be detected.

従来、被検出物体の回転変位を検出するエンコーダとし
て第1図に示すものがあった。同図において、(1)は
発光ダイオード、ランプ等の光源、(2)は光源(1)
から放射した光をほぼ平行光にするためのレンズ、(3
)は回転可能な円板から成るパルススケール、(4)は
パルススケール(3)に周方向に沿って等ピッチで刻ま
れた明暗格子縞、(5)は図示しないモータ等の回転軸
すなわち被検出物体に直結されたパルススケール(3)
の回転軸、(6)はパルススケール(3)と同じ明暗格
子縞が刻まれた固定インデックススケール、(7)は光
源(1)と反対側に配置された受光素子である。
Conventionally, there has been an encoder shown in FIG. 1 that detects the rotational displacement of an object to be detected. In the figure, (1) is a light source such as a light emitting diode or lamp, and (2) is a light source (1).
A lens (3) for making the light emitted from the
) is a pulse scale made of a rotatable disk, (4) is a light and dark lattice stripe carved at equal pitches along the circumferential direction of the pulse scale (3), and (5) is the rotation axis of a motor (not shown), that is, the detected object. Pulse scale directly connected to the object (3)
, (6) is a fixed index scale with the same bright and dark lattice stripes as the pulse scale (3), and (7) is a light receiving element placed on the opposite side from the light source (1).

次に以上の構成によるエンコーダの動作について説明す
る。
Next, the operation of the encoder with the above configuration will be explained.

光源(1)から放射された光は、レンズ(2)により平
行光に変換された後パルス円板(3)に入射する。パル
ススケール(途)の明暗格子縞(4)からの透過光は明
暗格子縞(4)の明暗パターンに対応した明■1の光強
度分布をもってインデックススケール(6)に入射する
。インデックススケール(6)を透過する光の強度は、
パルススケール(3)の透過光の明部がインデックスス
ケール(6)の明部と重なったとき最大となり、その暗
部と重なったとき最小となる。以上のように空間的に変
調されたインデックススケール(6)の透過光は、受光
素子(7)に入射し、電気信号に変換される。回転軸(
5)の回転により、パルススケール(3)が回転すると
、その透過光の明暗分布も回転する。その結果、受光素
子(7)から第2図(alに示すような正弦波状の出力
信号が得られる。
Light emitted from a light source (1) is converted into parallel light by a lens (2) and then enters a pulse disk (3). The transmitted light from the bright and dark checkered stripes (4) of the pulse scale (intermediate) enters the index scale (6) with a light intensity distribution of bright and black corresponding to the light and dark pattern of the bright and dark checkered stripes (4). The intensity of light transmitted through the index scale (6) is
When the bright part of the transmitted light of the pulse scale (3) overlaps with the bright part of the index scale (6), it becomes maximum, and when it overlaps with the dark part, it becomes minimum. The transmitted light of the index scale (6) spatially modulated as described above enters the light receiving element (7) and is converted into an electrical signal. Axis of rotation(
When the pulse scale (3) rotates due to the rotation in step 5), the brightness distribution of the transmitted light also rotates. As a result, a sinusoidal output signal as shown in FIG. 2 (al) is obtained from the light receiving element (7).

この出力信号を図示しない波形整形回路で整形して第2
図(blに示す矩形波とし、図示しないパルス化回路で
第2図(C1に示すようにパルス化した後に、パルス数
を計数することにより被検出物体の回転変位量が検出で
きる。
This output signal is shaped by a waveform shaping circuit (not shown) and then
The rotational displacement amount of the object to be detected can be detected by counting the number of pulses after the rectangular wave shown in FIG.

一般に、エンコーダからの出力は、単一の出力で用いら
れることは少ない。インデックススケール(6)に、2
群ないし3群の格子縞を設け、90°位相の異なる2相
のメイン信号または3相信号(2相のメイン信号とゼロ
信号)を出力する。
Generally, the output from an encoder is rarely used as a single output. On the index scale (6), 2
A group or three groups of lattice stripes are provided, and two-phase main signals or three-phase signals (two-phase main signals and a zero signal) having a 90° phase difference are output.

このように構成するとメイン信号相互の位相関係を検出
することにより、回転方向の判別が可能となる。さらに
、第2図(C1に示すように)くルス化した後、その立
上り及び立下り部分を計数することにより、検出分解能
を4倍まで高くすることもできる。
With this configuration, the rotation direction can be determined by detecting the phase relationship between the main signals. Furthermore, by counting the rising and falling portions after the pulse is formed as shown in FIG. 2 (as shown in C1), the detection resolution can be increased up to four times.

しかしながら従来のエンコーダは以上のように構成され
ているので、発生するパルス数を増加する場合、パルス
スケール及びインテ・ツクススケールの明暗格子縞のピ
ッチを小さくしなければならないが、このピンチを小さ
くすると光の回折現象の影響によって、スケール間隔を
上記ビ・ノチに対応して小さくする必要があった。例え
ば、ピッチを10μmにした時、スケール間隔を0.1
fi程度にしなければならず、かつ配置精度は10μm
以下におさえる必要がある。このため組立調整が非常に
困難となり、また組立後でも精度保持のため管理が面倒
となる欠点があった。
However, since conventional encoders are configured as described above, in order to increase the number of generated pulses, it is necessary to reduce the pitch of the light and dark lattice stripes of the pulse scale and the intelligence scale. Due to the influence of the diffraction phenomenon, it was necessary to reduce the scale spacing corresponding to the above-mentioned bi-notches. For example, when the pitch is 10 μm, the scale interval is 0.1
fi, and the placement accuracy is 10 μm.
It is necessary to keep the following in mind. This makes assembly and adjustment extremely difficult, and even after assembly, maintenance is troublesome in order to maintain accuracy.

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、従来のインテ・ツクススケールの
代わりにパルススケール上に明暗格子縞の実像を再生す
るホログラムを用いることGこより、インデックススケ
ールを不要にし、光の回折現象の影響を抑え、組立調整
を簡単にできる高分解能の光学式エンコーダを提供する
ことを目的としている。
This invention was made in order to eliminate the drawbacks of the conventional ones as described above, and by using a hologram that reproduces a real image of bright and dark lattice fringes on a pulse scale instead of the conventional index scale. The purpose of the present invention is to provide a high-resolution optical encoder that eliminates the need for optical encoders, suppresses the effects of light diffraction, and facilitates assembly and adjustment.

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第3
図において、(8)は半導体レーザ(以後LDと呼ぶ)
、(9)はLD (8)から放射されたレーザ光、(1
0)は物体として明暗格子縞(4)の一部が記録された
ホログラム、(11)はパルススケール(3)面上と一
致したホロク゛ラム再生像面、(12)はホログラム(
10)により再生された明暗格子縞(4)と同一の格子
縞の実像である。ホログラムの記録、再生系はノ〈ルス
スケール(3)上に実像(12)が再生されるように構
成する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Third
In the figure, (8) is a semiconductor laser (hereinafter referred to as LD)
, (9) is the laser beam emitted from LD (8), (1
0) is a hologram in which part of the bright and dark lattice fringes (4) is recorded as an object, (11) is the hologram reconstructed image plane that coincides with the pulse scale (3) plane, and (12) is the hologram (
This is a real image of the same checkered pattern as the bright and dark checkered pattern (4) reproduced by 10). The hologram recording and reproducing system is constructed so that a real image (12) is reproduced on a Norse scale (3).

次に以上の構成による光学式エンコーダの動作について
説明する。
Next, the operation of the optical encoder with the above configuration will be explained.

LD (8)より放射された発散光としてのレーザ(9
)からの光はホログラム(10)に入射する。ホログラ
ム(10)により回折された光は、再生像面(11)す
なわちパルススケール(3)上に明暗格子縞(4)の実
像(12)を作る。この実像(12)は、明暗格子縞(
4)に対応した明暗の光強度分布を持っているので、パ
ルススケール(3)が回転した時、その透過光強度は実
像(12)の明部が、明暗格子縞(4)の明部に入射し
た時最大となり、その暗部に入射した時最小となるよう
な変調をうける。この変調された透過光は、受光素子(
7)に入射し、電気信号に変換され、第2図(a)に示
したものと同じ出力信号が得られる。以下、従来の場合
と同様な信号処理を行うことにより被検出物体の変位量
を検出できる。
Laser (9) as diverging light emitted from LD (8)
) enters the hologram (10). The light diffracted by the hologram (10) creates a real image (12) of bright and dark lattice fringes (4) on the reproduction image plane (11), that is, on the pulse scale (3). This real image (12) is a light and dark checkered pattern (
4), so when the pulse scale (3) rotates, the intensity of the transmitted light is such that the bright part of the real image (12) is incident on the bright part of the bright and dark lattice stripes (4). It is modulated in such a way that it reaches its maximum when it hits that dark area, and it reaches its minimum when it enters that dark area. This modulated transmitted light is transmitted to the light receiving element (
7) and is converted into an electrical signal, yielding the same output signal as shown in FIG. 2(a). Thereafter, the amount of displacement of the object to be detected can be detected by performing signal processing similar to the conventional case.

ここで、ホログラム(10)の記録及び再生系について
説明する。第4図(a)に記録系、同図山)に再生系の
断面図(第3図(b)のX−Z平面図に相当)を示す。
Here, the recording and reproducing system of the hologram (10) will be explained. FIG. 4(a) shows a recording system, and FIG.

乾板(13)面に所定の角度(θ)で入射する例えば収
束光としての参照光(14)と、予め用意した所定ピッ
チの格子縞を有するインデックススケール(6)を透過
した物体光(15)とによって乾板(13)をn光する
。露光後の乾板(13)を現像し−、ボログラム(10
)を得る。
A reference light (14), for example, as a convergent light, which is incident on the surface of a dry plate (13) at a predetermined angle (θ), and an object light (15) transmitted through an index scale (6) having lattice stripes of a predetermined pitch prepared in advance. The dry plate (13) is exposed to n light. After exposure, the dry plate (13) is developed and a bologram (10
).

この場合、インデックススケール(6)と乾板(13)
との間隔は任意でよい。ホログラム(10)の再生系は
、第4図0))に示すように上記参照光(14)と共役
な波面をもつ例えば発散光としての参照光ずなわちレー
ザ光(9)でホログラム(10)を照明する。その結果
、インデックススケール(6)が置かれていた元の位置
に、その実像(12)が再生される。
In this case, the index scale (6) and the dry plate (13)
The interval can be arbitrary. As shown in FIG. 4 (0)), the reproduction system for the hologram (10) reproduces the hologram (10) using a reference beam (9), e.g., as a diverging beam, having a wavefront conjugate with the reference beam (14), that is, a laser beam (9). ) to illuminate. As a result, the real image (12) is reproduced at the original position where the index scale (6) was placed.

上記実施例では、ホログラムは参照光として収束光、物
体照明光として平行光を用いて記録し、照明光として発
散光を用いて再生するものとして説明したがパルススケ
ール上に明暗格子縞の実像が再生できれば、その他の記
録、再生系であってもよいことはもちろんである。
In the above embodiment, the hologram was recorded using convergent light as the reference light, parallel light as the object illumination light, and reproduced using diverging light as the illumination light, but a real image of bright and dark lattice fringes is reproduced on the pulse scale. Of course, other recording and reproducing systems may be used if possible.

また、上記実施例では、光源としてLDを用いるものと
して説明したが、発光ダイオード、ランプ等またはこれ
らと干渉フィルグーとを組せたものを用いしもよい。
Further, in the above embodiment, an LD is used as the light source, but a light emitting diode, a lamp, etc., or a combination of these and an interference filter may also be used.

また、上記実施例では、パルススケールの透過光を受光
素子で検出する場合を説明したが、パルススケールから
の反射光を検出するように措成してもよい。
Further, in the above embodiment, a case has been described in which transmitted light of a pulse scale is detected by a light receiving element, but it may be configured to detect reflected light from a pulse scale.

また、上記実施例では、被検出物体の回転変位量を検出
するエンコーダの場合について説明したが、第5図に示
すようにパルススケールの代わりにリニアスケール(1
6)を用い、これを被検出物体に連動させて一次元の移
動変位量を検出することもできる。
Furthermore, in the above embodiment, the encoder detects the amount of rotational displacement of the object to be detected, but as shown in FIG.
6), it is also possible to detect a one-dimensional displacement amount by linking this with the object to be detected.

以上のように、この発明によれば、ホログラムを用いて
明暗格子縞の実像をスケール上に再生するように措成し
たので、どちらか一方のスケールを必要とセす、また光
の回折現象の影響を受けないので、組立稠整が簡単な高
分解能の光学式エンコーダが得ることができる効果があ
る。
As described above, according to the present invention, a real image of light and dark lattice fringes is reproduced on a scale using a hologram. Therefore, it is possible to obtain a high-resolution optical encoder that is easy to assemble.

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

第1図は従来の光学式ロータリーエンコーダを示す斜視
図、第2図(al、 (bl、 TO)は光学式エンコ
ーダの出力信号の波形図、第3図(al、 (b)はこ
の発明の一実施例による光学式エンコーダを示す斜視図
、第4図(81,(blはホログラムの記録再生系を示
す断面図、ff15図はこの発明の他の実施例を示す側
面図である。 (1) ・・・光源、(2)・・・レンズ、(3)・・
・パルススケール、(4)・・・明暗格子縞、(5)・
・・回転軸、(6)・・・インデックススケール、(7
)・・・受光素子、(8)・・・半導体レーザ、(9)
・・・レーザ光、(10)・・・ボログラム、(11)
・・・再生像面、(12)・・・実像。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄 (ばか2名)第2図 第3図
Fig. 1 is a perspective view showing a conventional optical rotary encoder, Fig. 2 (al, (bl, TO)) is a waveform diagram of the output signal of the optical encoder, and Fig. 3 (al, (b) is a diagram showing the waveform of the output signal of the optical encoder. A perspective view showing an optical encoder according to one embodiment, FIG. )...Light source, (2)...Lens, (3)...
・Pulse scale, (4)...light and dark lattice stripes, (5)・
... Rotation axis, (6) ... Index scale, (7
)...Photodetector, (8)...Semiconductor laser, (9)
...Laser light, (10) ...Bologram, (11)
...Reproduced image surface, (12)...Real image. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts. Agent Masuo Oiwa (2 idiots) Figure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (11光源と、明暗格子縞が刻まれたスケールと、上記
光源からの光に基づき明暗格子縞に対応する実像を、上
記スケールの明暗格子縞上に再生するホログラムと、上
記スケールの明暗格子縞からの透過光または反射光を受
光する受光素子とを備え、上記スケールとホログラムを
被検出物体に関連して相対的に運動させ、上記受光素子
の出力により上記被検出物体の一次元変位量を検出した
ことを特徴とする光学式エンコーダ。 (2)光源として半導体レーザを用いたことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の光学式エンコーダ。
[Scope of Claims] (11) a light source, a scale on which bright and dark checkered stripes are carved, a hologram that reproduces a real image corresponding to the bright and dark checkered fringes on the bright and dark checkered fringes of the scale based on the light from the light source, and A light-receiving element that receives transmitted light or reflected light from the bright and dark lattice stripes is provided, the scale and the hologram are moved relative to the object to be detected, and the output of the light-receiving element causes one-dimensional displacement of the object to be detected. (2) The optical encoder according to claim 1, characterized in that a semiconductor laser is used as a light source.
JP12134283A 1983-07-04 1983-07-04 Optical type encoder Pending JPS6013212A (en)

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JP12134283A JPS6013212A (en) 1983-07-04 1983-07-04 Optical type encoder

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