JPH0293324A - ロータリーエンコーダの原点検出系 - Google Patents

ロータリーエンコーダの原点検出系

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JPH0293324A
JPH0293324A JP63246650A JP24665088A JPH0293324A JP H0293324 A JPH0293324 A JP H0293324A JP 63246650 A JP63246650 A JP 63246650A JP 24665088 A JP24665088 A JP 24665088A JP H0293324 A JPH0293324 A JP H0293324A
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築地 正彰
Satoru Ishii
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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】 (A: j! 、tの利用分野) 本発明は回転物体の回転状態を光電的に測定するロータ
リーエンコーダーの原点検出系に関し例えば回転スケー
ルに取付けた回折格子に可干渉性光束を入射させ該回折
格子からの回折光を互いに干渉させて干渉縞を形成し、
干渉縞の明暗の縞を計数することによって回転物体の回
転状態を測定する際の原点位置信号を効率的に、かつ高
精度に11)るようにしたロータリーエンコーダーの原
点検出系に関するものである。
(従来の技術) 従来よりサブミクロンの中位で変位を測定することので
きる測定器としては、レーザー等の可干渉性光束を用い
移動又は回転回折格子からの回折光より干渉縞を形成し
、該干渉縞の明暗資化をモエラーするリニアエンコーダ
ーやロータリーエンコーダーが良く知られている。
ロータリーエンコーダのうちインクリメンタル力式のエ
ンコーダはスケールの回転に伴ない発生するパルス数を
計数して被検出物体の回転優を検出している。又、被検
出物体の絶対回転位置は原点回転位置からのずれ量及び
方向を求めることにより行9ている。
一般にインクリメンタルタイプのロータリーエンコーダ
は1回転中に1回だけ原点位置を示す原点信号を発生す
るようなパターンが設けられている。
このときの原点信号は光や磁気等を利用したパターン検
出系を用いて該パターンの有無(又は遠近)を検知して
発生される。
本出願人は先に特開昭82−200223号公報におい
て、回転ディスクの直径が20mm、1回転当りのパル
ス数(正弦波周波数)81000程度のロータリーエン
コーダを提案した。同公報のロータリエンコーダはlパ
ルス当りの回転ディスク周上の長さは0.78μである
。一般には原点位置検出装置の繰り返し再現性14度も
この程度必要となる。
そこで高粘度な原点位置検出を可能とする為に同公報に
おいては例えば矩形状反射スリットを回転ディスク上に
設け、そこに矩形状又は長楕円状断面を有する光束を照
射し、そこからの反射光束を検出タイミングが異なるよ
うに位置をずらした2つの受光素子によって検知してい
る。そして同公報では両受光素子からの出力信号を比較
することによって原理的に矩形状反射スリウドの幅より
も高分解能に原点位置を求めることのできるロータリー
エンコーダを提案している。
これにより数4m幅の矩形状反射スリットを用いて16
角度秒程度の原点位置再現性を得ている。
2つの受光素子の信号出力の比較精度は信号のS/N比
で決定されるがそのゆらぎが原点信号検出系そのものの
繰り返し再現精度に相当するはずである。
しかし電気信号の高いS/N比によってサブミクロンの
綴り返し再現精度が得られても、回転ディスクの回転中
の平行軸ずれや軸のだおれがあると1例えば第3.第4
.第5図に示すように検出タイミングがずれて原点信号
検出にエラーが生しる。
例えば第3図に示すように回転ディスク板5がx−x’
軸方向に0.5μm横ずれして破線の位置になりだとす
ると、回転ディスク板5上の矩形反射スリット6による
反射光束の検出タイミング(受光素子8の出力なA、受
光素子9の出力をBとする。)は第5図に示すようにな
る。isち、出力A、Bの交点のタイミングt、がt+
’にずれてくる。
原点信号が周上で0.5μmずれたことに相当している
からエラーは直1120 m mの回転ディスクで(t
an−’ (0,5/10000 )  x 3600
1−1fIM度秒になる。
回転ディスク5の倒れに関しても第4図に示すように回
転軸フが倒れると受光素子8,9上の反射光束の照射位
置がずれ出力A、Bのタイミングかずれてくる0例えば
焦点距離5mmのシリンドリカルレンズを用いた場合1
回転軸7の倒れ20角度秒に対しエラーは jan−’ (5x tan (二X 2)/101 
X 60−20角度秒になる。
−・般に小型のベアリング等を用いた回転機構において
0.5pm以下の輌ずれや10角度秒以下の軸の倒れを
抑制するのは非常に困難である。
このように従来のロータリーエンコーダにおいては1角
度秒程度の縁り返し再現性精度を満たす原点位置信号を
得ることは大変難しかった。
(発明か解決しようとする問題点) 本発明は、被検回転物体の回転状態を測定するiに回転
物体に関する原点位置信号を回転機構のガタや倒れがあ
っても0精度にしかも効率的に検出することを可能とし
た簡易な構成のロータリーエンコーダーの原点検出系の
提供を目的とする。
(問題点を解決するための手段) 回転物体に連結された回転ディスク板の所定面上に入射
させた光束の反射光束又は透過光束を利用して、該回転
物体の回転状態を測定する際、該回転ディスク板上の回
転中心を含む直線上でありて該回転中心に対向して該回
転中心からの距離が異なるように各々所定のパターンを
設け、該2つのパターンに基づく反射又は透過光束を検
出手段により検出することにより、該回転物体に関する
原点位置信号を得るようにしたことである。
(実施例) 第1図(A)は本発明の一実施例の光学系の要W&概略
図、第1図(B)は同図(A)の一部分の平面図である
図中1は光源で例えばレーザダイオードである。2はコ
リメーターレンズで光源lからの光束を平行光束として
いる。3aはビームスプリフタ−でコリメーターレンズ
2からの光束を2つに分割している。lOは反射鏡、3
b、3cはビームスプリッタ−15は被検出物体として
の回転ディスクであり1回転軸7を中心に回転している
4a、4bは各々シリンドリカルレンズであり、ビーム
スプリッタ−3b、3cからの光束を回転ディスク5の
円周方向に収束し長楕円状にして入射させている。6a
、6bは各々原点位置検出用のパターンであり矩形反射
スリットより成っており、第1図(B)に示すように回
転ディスク5の回転中心Oを通る直線上の回転中心0に
対向して異った半径(距離)γa、γb上に各々設けら
れている。8,9は各々受光素子であり矩形反射スリッ
ト6a (8b)で反射し、シリンドリカルレンズ4a
 (4b)、ビームスプリッタ−3b(3C)を通過し
てきた光束を受光している。又受光素子8.9の位置は
光束の中心線11からディスクの回転方向に対して互い
に逆向きに設定されている。
これにより受光素子8,9による光束のタイミングを所
定時間ずらしている。pJち両パターンを結ぶ直線近傍
において一方の受光素子8に対応するビームスポットに
対しパターン6aがはなれる方向に移動する時、他方の
受光素子7に対応するビームスポットに対しパターン6
bが近づくように構成されている。
本1施例では光[1からの光束なコリメーターレンズ2
により略平行光束とし、ビームスプリッタ3a、3b、
3cそしてミラーlO等を介して回転軸7に対し互いに
反対側に配置したシリンドリカルレンズ4a、4bによ
り長楕円状光束にして回転ディスク5面上を照射してい
る。そして回転ディスク5−hに設けた矩形反射スリッ
ト6a、6bが光束下に位置したとき受光素子8,9に
よる該光束を所定時間タイミングをずらして検出してい
る。
第2図(A)はこのときの2つの受光素子8゜9で得ら
れる出力信号A、Bの説明図である。受光素子8は時刻
tAより検出が始まり、受光素子9は時刻tlIより検
出が始まる。このとき出力信号A、Bの曲線の交点に相
当する時刻t1が原点位置に相当している。
今回転ディスク5が第3図に示すようにX−X°軸方向
に横ずれを起こしたとすると第2図(B)に示すように
受光素子8の検出タイミングは遅れ信号A2となるが逆
に受光素子9の検出タイミングは進み信号B2となり結
果として同図に示すような信号出力が得られる。このと
き出力信号A2、B2の交点に相当する時刻t2は同図
(A)の時刻t1と同じになる。
同様に回転ディスク5かY−Y’軸を中心に回転するよ
うな回転軸7の倒れが生じたとすると第2図(C)に示
すように受光素子8の検出タイミンクの時刻tA2は遅
れるか受光素子9の検出タイミングは時刻taiと進み
、結果的に信号出力tA2+ t62の交点に相当する
時刻t、は第1図の時刻t1と同じになる。
即ちいずれの場合も2つの受光素子8,9からの信号出
力の交点に相当する時刻は変化しない。
特に本実施例では1つの光源からの光束を2つに分1吻
して各々の検出系に導光しているので光源からの光Uが
変化しても第2図(C)に示すように何んら検出タイミ
ングかずれることはないという特長を有している。
このように本実施例ては前述の如く矩形反射スリット6
a、6bを回転ディスク面上の所定の位置に設けること
により1回転ディスクが正規の状態から変位しても、2
つの受光素子8.9から得られる出力信号を用いること
により原点位置を検出する際のエラーを除去した高精度
の検出を可能としている。
本実施例において回転ディスク5の1回転で1度の原点
信号を得る為の2つの矩形反射スリットの回転軸からの
距離を僅かに変えて(例えば0.5mm1いる。そして
このときの2つの矩形反射スリット6a、6bが各々別
の受光素子のみに検出されるように配置している。
尚、本発明に係る原点位置検出系は矩形反射スリウド以
外の光学パターン、例えば円形反射スリット、3次元的
パターン等を用いてもよいことは言うまでもないが光学
式に限らずどのような原点位置検出装置にも適用するこ
とかできる0例えば磁気パターンを用いた時は第1図(
a)における2つの光束照射位置に相当する所に互いに
タイミングがずれるように磁気センサを配置すればよい
のは明らかである。
(発明の効果) 本発明によれば前述の如く1回転ディスク面上の所定位
置に2つの原点信号用のパターンを設け、各原点信号用
のパターンの検出系を互いに検出タイミングがずれるよ
うに配置し、これにより2つの検出系から得られる信号
を比較し、双方の信号レベルの一致によつて原点信号を
発生させ回転ディスクの回転機構の軸ずれや軸の倒れが
生じても原点位と検出のエラーを発生させずに例えば1
角度秒程度の分解能を有する高精度のロータリーエンコ
ーダへの組み込みを可能としている。
【図面の簡単な説明】
第1UjU(A)は本発明の一実施例の光学系の要am
略図、第1図(B)は第1図(A)の一部分の平面概略
図、第2図(^)〜(C)は未発IJJに係る検出手段
から得られる出力信号の説明図、第3図、第4 [ff
lは各々従来のロータリーエンコータの要部111略I
A、第5図は第3図に示す検出系で得られる出力信号の
説明図である。 図中、lは光源、2はコリメーターレンズ3a、3b、
3cはビームスプリッタ−,10は反射ミラー、4a、
4bはシリンドリカルレンズ、5は回転ディスク、6a
、6bは反射型スリット、7は回転軸、8.9は受光素
子、11は光束の中心線、である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)回転物体に連結された回転ディスクの所定面上に
    入射させた光束の反射光束又は透過光束を利用して該回
    転物体の回転状態を測定する際、該回転ディスクの回転
    中心を含む直線上であって該回転中心に対向して前記回
    転中心からの距離が異なる様に各々所定のパターンを設
    け、該2つのパターンに基づく反射又は透過光束を検出
    手段により検出することにより、該回転物体に関する原
    点位置信号を得るようにしたことを特徴とするロータリ
    ーエンコーダの原点検出系。
  2. (2)回転物体に連結された回転ディスクの所定面上に
    入射させた光束の反射光束又は透過光束を利用して、該
    回転物体の回転状態を測定する際、前記回転ディスクの
    回転中心を含む直線上であって、該回転中心を中心にし
    て互いに対向する様に第1と第2のパターンを設け、各
    々のパターンを互いに読取りのタイミングをずらして検
    出し、各パターンの検出信号に基づいて前記回転ディス
    クの回転に関する原点位置信号を形成したことを特徴と
    するロータリーエンコーダの原点検出系。
JP63246650A 1988-09-30 1988-09-30 ロータリーエンコーダの原点検出系 Expired - Lifetime JP2586121B2 (ja)

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