JPS62163922A - 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充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
手段として充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て挟ん
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、検出粒度を高め
ることができる。しかしながらスケール間隔を細かくす
ると回折光の影習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彫りを受け
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った。

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ってくる等の欠点があっ
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な利用して前記回
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によって平行光束とし偏光ビームスプリッ
タ−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
光束は電波長板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Ｍ
、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γ上の略同一
位置Ｍ、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電波長板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
ビームスプリッタ−３に入射させている。

本実施例では偏光ビームスプリッタ−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１、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、例えばキャッツ
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か変化し
、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、キャッツアイ光学系に、屈折率分布型レンズ、例え
ば日本板硝子社製のセルフォックマイクロレンズ（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ッタ−３で分割された２
つの光束のうち透過した光束は電波長板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Ｍ、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属波
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ッタ−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
ムスプリッタ−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、％波長板ＩＯを介し円偏光とし、光分割器１
１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１
４．１５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ッチが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ッチの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％の”２／＋　＝　ｏ、ａμｍ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ｄｊｌｌすることにより容易に回・
私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、偏光ビームスプリッタ−、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
化及び小型化を図っている。

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、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
ることか出来る。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ｎ１すのピッチの違いより生じる波面収差の
影響を除去している。

本実施例では偏光ど一ムスプリッター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、偏光ビームスプリッタ−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
光ビームスプリッタ−３とプリズム１６゜１７を一体化
して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ッタ−３、プリズム１
６．１７そして光分割器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
図ったものである。図中２２は２つのプリズム１６．１
７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である。

尚、以上の各実施例において電波長板４，５は偏光ビー
ムスプリッタ−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ッタ−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ったロータリーエ
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ターの説明図、第４．第５図にお
いて（Ａ）は上面図、（１１）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
光ビームスプリッタ−１４，５，１０は％波長板、６は
円板、７は放射格子、８．９は各々反射手段、１２゜１
３は各々偏光板、１４．１５は各々受光手段である。 第　　　１　　　図 第　　　２　　図 第　　　３　　　口 舅　４　　回（Ａ）　　　　兎　４　　ロ（Ｂ）男　５
　呪（Ａ）　　　　男　５　口（Ｂ’）夷　　　４　　
Ｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。