JPS62163920A - ロ−タリ−エンコ−ダ− - Google Patents

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】 （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、あるいはＮＣ工作機械さ
らにはＶＴＲのキャブ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。

充電的なロータリーエンコーダーは例えば第２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ックススケール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
ると回折光の影ツ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った。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Ｂ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装置全体が大型化し、こ
の結果被検回転物体への負荷か大きくなってくる等の欠
点があった。

（発明か解決しようとする問題点） 本発明は被検回転物体の負荷か小さく、装置全体の小型
化が容易で、しかも回転状態を高粒度に検出することの
てきる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第１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っ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
回折光を第２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
を求めたこと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たことである。

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。

同図において１はレーザー等の可干渉性の光源、２はコ
リメーターレンズ、１５．１２は各々第１光分割手段と
第２光分割手段、４０，４□は各々電波長板、５．〜５
４は各々シリンドリカルレンズ、６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、７
は不図示の被検回転物体の回転軸である。＋６．　、１
６２は各々反射鏡、＋３．　、　＋３２は各々の偏光方
位を４５度傾けて配置した偏光板、＋４．、１４□は各
々受光手段である。

本実施例においてはレーザー１から出射された光束はコ
リメーターレンズ２によって略平行な光束となり、第１
光分割手段１５によって透過光束と反射光束に２分割さ
れる。このうち反射光束は、シリンドリカルレンズ５１
を介して放射格子６上の点Ｍ、を入射角θ。で線状照射
する。

このように線状照射することにより、放射格子６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
ピッチ誤差を軽減している。尚、可干渉光源１として半
導体レーザー等を使用する場合、出射するレーザー光の
出射角がサジタル方向とメリジオナル方向で異なる為に
、実質的にレーザー光は楕円の断面形状を存している。

従って、この種の光源を用いる時は、シリンドリカルレ
ンズ等を配さすに、適宜光学系を設定してレーザー光を
回折格子６に照明してやることも可能である。

点Ｍ！を透過したｍ次の回折光束は、シリンドリカルレ
ンズ５□３反射鏡１６．２％波長板４．を介して第２光
分割手段１２に入射する。一方、第１分割手段１５を透
過した光束は反射鏡Ｉ６２．シリンドリカルレンズ５３
を介して、放射格子６上の点Ｍ１と回転中心に対して略
点対称な点Ｍ２を入射角θ。で線状照射する。点Ｍ２を
透過した一ｍ次の回折光束はシリンドリカルレンズ５４
．３Ａ波長板４２を介して第２光分割手段１２に入射し
、点Ｍ、からのｍ次の回折光束と重なり合って、偏光板
１３．　、１：］２を介して受光素子＋４．　、１４□
に入射する。ここで、％波長板４１と４□の軸を互いに
９０度直交させておけば、レーザー１からの直線偏光は
イ波長板４．，４２を透過すると、互いに逆回りの円偏
光となる。そして、第２光分割手段１２によって重なり
合い、直線偏光となるが、その偏光方位は、放射格子６
の回転に伴って回転する。

又、偏光板！３＋　、　１３□の偏光方位を互いに４５
度にしておくことによって、受光素子１４□、　１４□
の出力信号間に９０度の位相差をもたらし、放射格子６
の回転方向の判別をしている。

本実施例では回転＠７が放射格子６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。

本実施例においては、±ｍ次の回折を１回受けた光束を
重ね合わせているため、放射格子６の１ピツチ分の回転
に対して、受光素子１４．　、１４２からは２ｍ個の正
弦波形か得られる。

本実施例では、このときの正弦波形を検出することによ
り回転物体の回転状態を測定している。

例えば回折格子のピッチが３．２μｍ、回折光として１
次（ｍ＝Ｌ）を利用したとす４ば回転物体かピッチの３
．２μｍ分たけ回転したとき受光素子からは２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％の３２／２・１．６μｍ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が、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、正弦波形の周波数
を計測することにより容易に回転物体の速度をも検出す
ることが出来る。

又、本実施例では回転中心に対して略点対称の２つの位
置Ｍ、、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、偏心による測定誤差を軽減するには、本実施例の方
式に限らず、複数の位置からの回折光を利用すれば良く
、例えば互いに１２０度の角度な成す３点からの回折光
を利用しても良好な結果を得る。

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
の外側と内側のピッチの違いより生じる波面収差の影雪
を除去している。

又、本実施例では第１光分割手段から第２光分割手段に
至る２つの光束の光路長を略等しくすることにより、２
つの光束の干渉を良好に行い、又光源のコヒーレントの
低下に伴う測定精度の低下を防止している。

又、本実施例では、可干渉光源と受光手段とを回折格子
を備えた円盤を挟む形で配している為に光学系構成上薄
型化を得ることが可能となっている。

本実施例では透過回折光を利用した場合について述べた
か、反射回折光を利用しても同様に本発明の目的を達成
することができる。又、本発明に適用される回折格子と
しては、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の部分から成る位相型の回折格子
等がある。

（発明の効果） 本発明によれば光源からの光束を第１光分割手段により
２つの光束に分割し、各々放射格子上の所定位置で回折
させた後、第２光分割手段に導光し、重ね合わせ、この
とき形成される干渉縞を利用することにより被検回転物
体の負荷が小さく、装置全体の簡素化及び小型化を図っ
た高精度の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
従来のロータリーエンコーダーの説明図である。図中１
光源、２はコリメーターレンズ、１５、１２は各々第１
．第２光分割手段、５１〜５４は各々コリメーターレン
ズ、６は放射路そ、７は回転軸、４．．４２は％波長板
、ｌ：１．　、　＋３□は各々（Ｊ−１光板、＋４．　
、　＋４．、は各々受光手段、１６．。 １６２は反射鏡である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）可干渉性の光源からの光束を第１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っ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
   次数の回折光を第２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
   転状態を求めたことを特徴とするロータリーエンコーダ
   ー。
2. （２）前記第１光分割手段から前記第２光分割手段に至
   る２つの光束の光路長を略等しくなるように構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のロータリー
   エンコーダー。