JPS6165166A - 回転情報検出計 - Google Patents

回転情報検出計

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JPS6165166A
JPS6165166A JP18617184A JP18617184A JPS6165166A JP S6165166 A JPS6165166 A JP S6165166A JP 18617184 A JP18617184 A JP 18617184A JP 18617184 A JP18617184 A JP 18617184A JP S6165166 A JPS6165166 A JP S6165166A
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radiation grating
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grating
radiation
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Tetsuji Nishimura
西村 哲治
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Canon Inc
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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
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    • 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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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】 本発明は回転速度計に関し、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
鍍金光電的に検出する回転速度計に関するものである。
従来よりフロッピーデスクの駆動等のコンピューター機
器、プリンター等の事務機器、あるイハNC工作機械さ
らにはVTRのキャ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
手段とじて光電的ロ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
ンデッ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ックススケール
方式の構成を採っている。この方法はメインスケールの
回転に伴っ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析して回転
軸の回転速就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tl−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8/N比が低下し検1fj
n1度が低下してしま9欠点があった。この為メインス
クールの透光部と遮光部の格子の総本数全固定させ、遮
光部と、1・奥元部の間隔を回折光の影#を受けない8
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ってくる等の欠点が
bつk。
不発明は被検回転物体の負荷金小シ<シ、被検回転物体
への回転速度検出用の放射格子の取付は偏心の影響を軽
減した小型でしかも高精度の回転速度計の提供を目的と
する。
本兄明の目的を達成する為の回転速度計の王たる特徴は
円板の周囲上に格子模様全6数個等角度に配置した放射
格子と前記放射格子と連結した回転物体と前記放射格子
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つの回折光全前記第1の照明手
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
回転物体の回転中ノし・と略点対称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フ再度回折
され九特定の次数の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し、
前記受光手段からの出力信号を利用して前記回転物体の
回転速度を求めたことである。
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ろる。
同図においてlはし〜ザー等の光源、2#iコリメータ
ーレンズ、31〜33  、 3’〜33′はシリンド
リカルレンズ、41,42,4□/、  4i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
度で設けた放射格子、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より放射され次光束砿コリメーメーレンズ2
によV略平行光束となり、シリンドリカルレンズ3□に
よって放射格子5上の位11M1 K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
ピン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ット若しくはレ
ンズとスリットヲ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の格子模様によって
反射回折される。いま光束の照射位置M□における格子
模様のピッチtpとすれば±m次の反射回折光L□ 、
L2の回折角度 θ。
け 51farn””mλ/p         =・・・
・・・・(11で表わされる。ここでλは光束の波長で
ある〇一方測定点br1での放射格子5の周速度をVと
すれば±m次の反射回折光り、L20周波数は Δf−±vsinθ/λ      ・・・・・・・・
・+2)で表わされる量だけ所謂ド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’i介して
、反射鏡4,4□で、±m次の15L射回折光を、放射
格子50回転中心に点対称な位置M2  に、反射鏡4
□/ 、  42J 、7リンドリカルレンズ3□′、
33′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ffi M、における反射回折角度θ
。と等しく、シかも放射格子の周速度方向との角度本等
しくなるよりに、反射鏡4□′、4゜′を配置しておく
。すると、位IIt M2において、±m次の反射回折
光は重なり合ってシリンドリカルレンズ3□lを介して
、受光素子7に入射する。このとき、位#、M2で再び
、(2)式のドツプラー周波数77トΔfを受けるので
、位置M2で反射される±m矢の反射回折光のドツプラ
ー周波数シフトzは、全体に±2Δf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、2Δf−C−zΔf
)−4Δfとなる。つまり、受光素子7の出力信号の周
波数Fは、F−4Δf−4マ3i11θ/λとなるが、
(1)式の回折条件の式から、F −4mv / p 
 となる0ここで、回転角逐肛をω、回転数をJ X放
射格子5の等角糺ピッチをΔ9、格子模様の分割数(総
本数)tN1回転中心と点対称なレーザー光束の照射位
#Mエ 1M2の回転中心からの距離frとすれば、v
 ”−rω、ω栃2πf、p鴫rΔψ、Δψ−Zx/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 −4mN/          −・−f31とな
って、回折次處m1分割数N1回転数ノ“で表わされる
そして第1図に示すエラに、受光素子9からの出力信号
を、コンパレーターなどを通してz値化し、周波数−゛
直圧及換器等によって周波数解析して、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)式より明らかのように周波数Fを波長と無関係
に求めることがで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っても使用することができる。
一万従来から使用されているインデックススケール方式
の光電式ロータリーエフコーダーでは、受光素子からの
出力信号の周波数F′は、F′−Nf  である。
従っ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
よシも4m倍だけ同上することになる。
また、従来のインデックススケール方式の光に弐C2−
タリーエンコーダーにおいては、透光部と遮光部のピッ
°チ間隔は、光の回折の影響を考慮すると、10μm 
程度が限度であった。いま、角に分解能として、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 −360X 60 X60/30
−41200  だけ必要でめる。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、0.01 m X 
4&200 /π−137,5圏必要になる。しかるに
、本実施例によれば、放射格子の分割数は、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10.800 (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9、放射格子の直径は、 0.004mmX 
Io、800/ x = 1y175 rraaでよい
ことKなる。すなわち、本実施例によれば、従来のイン
デックススケール方式の光電式ロータリーエフコーダー
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
例に比べて1/10以下の大きさで良い。
従って被検回転物体への負荷も従来例に比べてはるかく
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Mエ 9M2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6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Mよ 2M2を照射点、つま511111
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。友とえば、第2図
に示すように、放射格子5の中心0と、回転中心0′と
の聞く、偏心量がaだけあったとき、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ンフト
は、偏心がないときとくらべて、r/(r十a)  か
ら、r/(r−a)  まで変化する。一方、このとき
位置M□ と、回転中心に対して点対称な位置にある測
定点M2での周波数シフトは、位−1it M、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M工とM2 と同時に2点を
測定点とすることによって、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。
同図において各袂索に付された番号Fi第1図で示した
ものと同じ要素を示す。放射格子Sの位91M工に入射
した光束の±rn?7..の透過回折光をシリンドリカ
ルレンズ3□、 33.3□′133′、反射鏡4□ 
、4゜、4□′。
4□′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
合を示し九が±m次の回折光のかわりに次数の異った2
つの回折光を用いても良い。
又放射格子上の格子模様金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との偏心誤差
金軽減し次小型でしかも高精度の回転速度計1fc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6る。 図中1は光源、2はコリメーターレンズ、31〜331
31′〜33′はシリンドリカルレンズ。 4□、4□、4□′、4□′は反射鏡、5は放射格子、
6は回転軸である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)円板の周囲上に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と連結した回転物体と前記放
    射格子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の
    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し
    、前記受光手段からの出力信号を利用して前記回転物体
    の回転速度を求めたことを特徴とする回転速度計。
  2. (2)前記第1及び第2の照明手段は前記放射格子の格
    子の放射方向と直交する方向に線状に前記光束を照射さ
    せたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の回転
    速度計。
  3. (3)前記格子模様を透光部と反射部より構成したこと
    を特徴とする特許請求の範囲第2項記載の回転速度計。
JP18617184A 1984-09-05 1984-09-05 回転情報検出計 Granted JPS6165166A (ja)

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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

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JP18617184A JPS6165166A (ja) 1984-09-05 1984-09-05 回転情報検出計

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

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