JPH04157318A - Rotation detector - Google Patents
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- JPH04157318A JPH04157318A JP28069590A JP28069590A JPH04157318A JP H04157318 A JPH04157318 A JP H04157318A JP 28069590 A JP28069590 A JP 28069590A JP 28069590 A JP28069590 A JP 28069590A JP H04157318 A JPH04157318 A JP H04157318A
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Abstract
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等の回転検出計に関し、
特に円筒状の光学スケールを用いた光学式の回転検出計
に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a rotation detector such as a rotary encoder,
In particular, it relates to an optical rotation detector using a cylindrical optical scale.
［従来の技術］
円筒状の光学スケールの回転量や回転速度を測定する回
転検出計の一例として、特開昭６３−８１２１２号公報
に開示されるロータリーエンコーダがある。[Prior Art] As an example of a rotation detector that measures the rotation amount and rotation speed of a cylindrical optical scale, there is a rotary encoder disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-81212.
このロータリーエンコーダは、第９図に示すようなスリ
ット状の格子が刻まれた円筒状の光学スケールの回転量
を、簡便な構成で比較的高い分解能で測定することがで
きる。回転格子を円筒状とすることで、従来一般的な２
つの格子（回転格子と固定格子）の相対位置合わせが不
要なほか、回転軸の偏心による検出誤差のキャンセル効
果が得られるなど、高精度化と取付けの簡便性を実現す
る。This rotary encoder can measure the amount of rotation of a cylindrical optical scale having a slit-like grating as shown in FIG. 9 with a simple configuration and relatively high resolution. By making the rotating grating cylindrical, it is possible to
In addition to eliminating the need for relative positioning of the two gratings (rotating grating and fixed grating), it also has the effect of canceling detection errors caused by eccentricity of the rotating shaft, achieving high accuracy and ease of installation.
この効果はスケールの内部（中空部）に結像光学系を設
け、この結像光学系によりスケールの側面の第一領域の
格子の像をスケールの回転軸に関して第一領域とは反対
側にある側面の第二領域の格子へ投影することにより達
成される。This effect is achieved by installing an imaging optical system inside the scale (hollow part), and using this imaging optical system, the image of the grating in the first area on the side of the scale is placed on the opposite side of the scale from the first area with respect to the axis of rotation of the scale. This is achieved by projecting onto the grid of the second area on the side.
一方、同様のスリット格子あるいは透明円筒部材にＶ溝
等の斜面を有する凹凸格子部を形成した円筒状の光学ス
ケールを用い、上記形態を更に改良した形態のエンコー
ダとして、本件出願人は特願平１−３３９２２１号等に
、上述の結像光学系の代わりに格子のタルボ効果とモア
レ技術を組合わせた、所謂タルボ干渉の原理を応用した
回転検出計を提案した。これによれば先の従来例の効果
に加えて、装置全体の構成の簡略化、小型化、低イナー
シヤ化をより一層高めることできる。On the other hand, the present applicant has proposed an encoder with a further improved form of the above-mentioned form using a similar slit grating or a transparent cylindrical member with a concavo-convex grating portion having an inclined surface such as a V-groove. No. 1-339221, etc., proposed a rotation detector applying the principle of so-called Talbot interference, which combines the Talbot effect of a grating and Moiré technique instead of the above-mentioned imaging optical system. According to this, in addition to the effects of the prior art example described above, it is possible to further improve the simplification, miniaturization, and low inertia of the entire device configuration.
［発明の目的］
本発明は上記形態をより改良して、スケールの回転情報
と共に、スケールの回転基準位置信号を取出すことので
きる回転検出計の提供を目的とする。[Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a rotation detector which further improves the above-mentioned embodiment and is capable of extracting a rotation reference position signal of the scale as well as rotation information of the scale.
［目的を達成するための手段］
上記目的を達成する本発明の回転検出計は、光照射手段
と円筒状の光学スケールを有する回転体と受光手段とを
備え、前記円筒状の光学スケールの側面には格子が形成
され、光照射手段からの光をスケール側面の第一領域に
照射し、第一領域の格子を介した光を第一領域とは異な
る第二領域に向け、第二領域の格子を介した光を受光手
段で受光することによりスケールの回転情報を検出し、
且つ前記回転体の一部に基準位置検出用の標識部を設け
、該ｉ＊＊部を介した光を検出することによりスケール
の回転基準位置信号を得ることを特徴とする。[Means for Achieving the Object] A rotation detector of the present invention that achieves the above object includes a light irradiation means, a rotating body having a cylindrical optical scale, and a light receiving means, and a side surface of the cylindrical optical scale. A grating is formed on the scale, the light from the light irradiation means is irradiated onto a first region on the side surface of the scale, the light from the first region is directed to a second region different from the first region, and the light from the second region is directed to a second region different from the first region. The rotation information of the scale is detected by receiving the light through the grating with the light receiving means,
Further, a marking section for detecting a reference position is provided on a part of the rotating body, and a rotation reference position signal of the scale is obtained by detecting light passing through the i** section.
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。[Example] Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第１図（Ａ）は本発明の一実施例の回転検出計を上方か
ら見た図、第２図は側方から見た図である。両図におい
て、ｌは半導体レーザであり、波長λ（＝７８０ｎｍ）
の可干渉性光束を発生する。２は半導体レーザｌからの
発散光束を略平行光束に変換するコリメータレンズ系で
あり、半導体レーザｌとコリメータレンズ系２とで光照
射手段が構成される。３は円筒状の格子部を有する回転
光学スケールであり、矢印に示すいずれかの方向に回転
する。該スケール３はその底部７でモータ等の回転駆動
軸５と連結され、駆動軸５の回転量等を検出するための
光学スケールとして使用される。第８図はこのスケール
３の斜視図である。スケール３は透光性の光学材料より
成り、少なくとも格子部が透光性を有する。円筒状のス
ケール３の内側面には円周方向の全周に渡って多数個の
Ｖ溝が等間隔に並んで格子部を形成している。FIG. 1(A) is a view from above of a rotation detector according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view from the side. In both figures, l is a semiconductor laser, and the wavelength λ (=780 nm)
generates a coherent beam of light. Reference numeral 2 denotes a collimator lens system that converts the diverging light beam from the semiconductor laser 1 into a substantially parallel light beam, and the semiconductor laser 1 and the collimator lens system 2 constitute a light irradiation means. 3 is a rotating optical scale having a cylindrical grating section, which rotates in either direction shown by the arrow. The scale 3 is connected at its bottom 7 to a rotary drive shaft 5 such as a motor, and is used as an optical scale for detecting the amount of rotation of the drive shaft 5 and the like. FIG. 8 is a perspective view of this scale 3. The scale 3 is made of a translucent optical material, and at least the grating portion is translucent. On the inner surface of the cylindrical scale 3, a large number of V-grooves are arranged at equal intervals over the entire circumference in the circumferential direction to form a lattice part.
第１図（Ａ）に戻り、４０は円筒スケール内部位置に侵
入して斜設固定され、入射する一部の光を分割して下方
に反射するハーフミラ−である。スケール３を挟んで光
照射手段と対向する位置には、スケールの回転情報を検
出するための受光手段であるフォトディテクタ４ａ、４
ｂ、４ｃが配置されている。そして各フォトディテクタ
の出力信号は信号処理回路６に接続されている。信号処
理回路６は回転パルスのカウント回路、回転方向の判別
回路、信号内挿回路、基準位置信号生成回路等を有する
。又、側面図である第２図において、ビームスプリッタ
４０によって下方に分岐された光束は基準位置検出用の
標識部４１へ指向される。該標識部４１はスケールの底
部７の下面で、１回転中の所定の−か所に設けられ、円
周方向と直交する方向に細長いＶ溝部から成る。該Ｖ溝
部はスケール３の格子部を形成するＶ溝と同等のもので
あり、同一の製法で作成することができるメリットがあ
る。４５は該標識部４１を介した光を検出して基準位置
信号を得るためのフォトディテクタである。Returning to FIG. 1(A), 40 is a half mirror which enters the internal position of the cylindrical scale and is obliquely fixed, and divides a part of the incident light and reflects it downward. At positions facing the light irradiation means across the scale 3, there are photodetectors 4a, 4, which are light receiving means for detecting rotation information of the scale.
b, 4c are arranged. The output signal of each photodetector is connected to a signal processing circuit 6. The signal processing circuit 6 includes a rotation pulse counting circuit, a rotation direction discrimination circuit, a signal interpolation circuit, a reference position signal generation circuit, and the like. Further, in FIG. 2, which is a side view, the light beam branched downward by the beam splitter 40 is directed toward a marker section 41 for detecting a reference position. The marking portion 41 is provided on the lower surface of the bottom portion 7 of the scale at a predetermined position during one rotation, and consists of an elongated V-groove portion in a direction orthogonal to the circumferential direction. The V-groove portion is equivalent to the V-groove forming the lattice portion of the scale 3, and has the advantage that it can be manufactured using the same manufacturing method. 45 is a photodetector for detecting light passing through the marker 41 to obtain a reference position signal.
該フォトディテクタ出力信号は前記信号処理回路６に接
続され、基準位置信号を生成する。この基準位置信号に
より回転の原点位置を得ることができ、この基準位置信
号により前記カウント回路のカウント値をリセットする
ようにすれば、原点位置からの回転角や回転量の絶対値
を得ることができる。The photodetector output signal is connected to the signal processing circuit 6 to generate a reference position signal. The origin position of rotation can be obtained from this reference position signal, and by resetting the count value of the counting circuit using this reference position signal, it is possible to obtain the absolute value of the rotation angle and amount of rotation from the origin position. can.
第１図（Ｂ）（Ｃ）はスケール３の格子部の詳縮図であ
り、■溝部と平面部が交互に配列されて格子を形成して
いる。円筒内側面にＶ溝を等間隔にｎ個、円周方向にピ
ッチＰ （ｒａｄ）で等間隔に配列しく１ｘＰ＝２πｒ
ａｄ） 、Ｖ溝幅はＨＰ（ｒａｄ）、又、■溝を形成す
る２つの平面は各々’ＡＰ （ｒ ａ ｄ）の幅を有し
、各々の傾斜面はＶ溝の底部と中心とを結ぶ直線に対し
各々臨界角以上、本実施例ではθ＝４５°で傾いている
。FIGS. 1(B) and 1(C) are detailed views of the lattice portion of the scale 3, in which grooves and flat portions are alternately arranged to form a lattice. N V grooves are arranged at equal intervals on the inner surface of the cylinder, and arranged at equal intervals in the circumferential direction at a pitch P (rad), 1xP=2πr
ad), the width of the V-groove is HP (rad), and the two planes forming the groove each have a width of 'AP (r a d), and each inclined surface connects the bottom and center of the V-groove. Each of them is inclined at an angle greater than a critical angle, which is θ=45° in this embodiment, with respect to the connecting straight line.
スケール３の第一領域３１の格子と第二領域３２の格子
の、光軸に沿った間隔ｄ（スケール内側の直径）は、本
実施例では格子ピッチがＰ１波長がλとして、
ｄ ＝ Ｎ−Ｐ！／λ （Ｎ＝３）
Ｐ＝πｄ ／ ｎ （ｎはスリットの総数）を満た
すように設定されている。このようにスケール３の直径
ｄを設定することにより、スケール３の中空部に結像光
学系を設けることなく、スケール３の側面の第一領域３
１の格子の像を直接第二領域３２の格子へ投影できる。The distance d (diameter inside the scale) between the grating in the first region 31 and the grating in the second region 32 of the scale 3 along the optical axis is, in this example, the grating pitch is P1 and the wavelength is λ, and d = N- P! /λ (N=3) P=πd/n (n is the total number of slits). By setting the diameter d of the scale 3 in this way, the first area 3 on the side surface of the scale 3 can be
The image of the first grating can be directly projected onto the grating of the second area 32.
ここで投影される格子像はフーリエ像と呼ばれるもので
あり、光回折現象に伴う格子の自己結像作用により生じ
る。The grating image projected here is called a Fourier image, and is generated by the self-imaging effect of the grating accompanying the optical diffraction phenomenon.
本実施例のスケール３は円筒状を成しているため、フー
リエ像が多少湾曲してコントラストが低下する傾向があ
るが、以下に示す条件を満たすように光照射手段（１，
２）とスケール３を構成すれば実用上問題は無い。Since the scale 3 of this embodiment has a cylindrical shape, the Fourier image tends to be somewhat curved and the contrast decreases. However, the light irradiation means (1,
2) and scale 3, there will be no practical problem.
（Ｎ ！４） Ｐｘ／λ＜ ｄ ＜ （Ｎ ＋ ’Ａ
） Ｐｇ ／λ（Ｎは自然数）
Ｐ：πｄ ／ ｎ
（ｎはスリットの総数）
なお、本実施例ではスケール３の材質をプラスチックと
し、射出成型もしくは圧縮成型等の製法によって作成す
るため大量生産に好適である。すなわち従来のフォトリ
ソプロセスを用いた加工方法に較べ極めて低コストに提
供することができる。(N !4) Px/λ< d < (N + 'A
) Pg /λ (N is a natural number) P: πd / n (n is the total number of slits) In this example, the material of scale 3 is plastic, and it is created by a manufacturing method such as injection molding or compression molding, so it is difficult to mass produce. suitable. That is, it can be provided at an extremely low cost compared to a processing method using a conventional photolithography process.
又、本実施例の構成のエンコーダは、外部環境温度変化
があると、スケールの直径ｄ１格子ピッチＰ１半導体レ
ーザの波長λがそれぞれ僅かに変化し、それによってフ
ーリエ像の結像位置と格子面との相対的な位置ズレが生
じて検出信号のＳ／Ｎの低下の要因となる畏れがある。In addition, in the encoder having the configuration of this embodiment, when there is a change in the external environmental temperature, the scale diameter d1, the grating pitch P1, the wavelength λ of the semiconductor laser change slightly, and the image formation position of the Fourier image and the grating plane change accordingly. There is a risk that a relative positional shift may occur, which may cause a decrease in the S/N of the detection signal.
例えば高温になるとスケールの直径ｄが増大し、それに
伴って格子のピッチＰの値も増大し、更には波長λは長
波長側にシフトする。この時、フーリエ像の位置りはＬ
＝Ｎ−Ｐ、／λの式からＰｆ／λの割合で変化すること
になる。そこで温度変化によるスケールの直径ｄの変化
量（Δｄ）とフーリエ像の移動量（ΔＬ）がなるべく近
くなるようにスケールの材質及び半導体レーザの特性を
選ぶことにより、格子面の位置とフーリエ像の結像位置
の相対的な位置ズレを少なくすることができ、外部温度
変化が生じても検出信号のＳ／Ｎの劣化が少なくなる。For example, when the temperature increases, the diameter d of the scale increases, the value of the pitch P of the grating increases accordingly, and the wavelength λ shifts to the longer wavelength side. At this time, the position of the Fourier image is L
From the formula =NP, /λ, it changes at a rate of Pf/λ. Therefore, by selecting the material of the scale and the characteristics of the semiconductor laser so that the amount of change in the diameter d of the scale (Δd) due to temperature change and the amount of movement of the Fourier image (ΔL) are as close as possible, it is possible to change the position of the lattice plane and the Fourier image. Relative positional deviation of the imaging position can be reduced, and even if external temperature changes occur, the S/N ratio of the detection signal is less likely to deteriorate.
本実施例で使用する波長７８０ｎｍの半導体レーザは５
０°Ｃの温度変化に対し１０ｎｍ程度の波長変動が起き
るが、スケールの材質としては熱膨張率の比較的大きい
ものを採用することが好ましく、本実施例においてはス
ケール３の材質をプラスチック（ｎ＝１．４９のアクリ
ル樹脂）とした。これはガラス等に比べると熱膨張率が
大きいため、温度変動による出力信号のＳ／Ｎの低下が
より少ないという利点を有し、低コストで提供できると
いう利点と合わせて考えると、本実施例のエンコーダの
スケールの材質としては非常に適している。The semiconductor laser with a wavelength of 780 nm used in this example is 5
Although a wavelength fluctuation of about 10 nm occurs for a temperature change of 0°C, it is preferable to use a material with a relatively large coefficient of thermal expansion as the material for the scale, and in this example, the material for scale 3 is plastic (n = 1.49 acrylic resin). Since this has a higher coefficient of thermal expansion than glass etc., it has the advantage that the S/N of the output signal decreases less due to temperature fluctuations, and when considered together with the advantage that it can be provided at low cost, this example It is very suitable as a material for encoder scales.
さて次に第１図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を用いて回転情報の
測定原理について説明する。Next, the principle of measuring rotational information will be explained using FIGS. 1(A), 1(B), and 1(C).
半導体レーザ１からの光束はコリメータレンズ系２の位
置を調整して収束光に変換され、この収束光束をスケー
ル３の第一領域３１に入射させる。The light beam from the semiconductor laser 1 is converted into convergent light by adjusting the position of the collimator lens system 2, and this convergent light beam is made to enter the first region 31 of the scale 3.
ここで収束光とした理由は、スケール３の側面部は外側
面と内側面の曲率差により凹レンズ相当の屈折力を有す
るためであり、凹レンズ作用によってスケール３内に進
入した光はほぼ平行光になる。The reason for using convergent light here is that the side surface of the scale 3 has a refractive power equivalent to that of a concave lens due to the difference in curvature between the outer and inner surfaces, and the light that enters the scale 3 becomes almost parallel light due to the concave lens action. Become.
この収束光束は、第一領域の格子部において第１図（Ｂ
）に示すように、格子部３０ａに到達した光線は３０ａ
面を通過して円筒内に進む。又、格子部３０ｂ−１面に
到達した光線は、傾斜面が臨界角以上に設定されている
ので、図に示したように全反射して３０ｂ−２面に向け
られ。３０ｂ−２面でも全反射することになるので、結
局３０ｂ−１面へ到達した光線は、回転体内部に進入す
ること無くほぼ入射方向に戻されることになる。同様に
３０ｂ−２面に到達した光線も全反射を繰り返して戻さ
れる。従って第一領域３１においてＶ溝を形成する２つ
の傾斜面３０ｂ−１，３０ｂ−２の範囲に到達する光束
は、円筒内に進入することなく反射され、３０ａ部に到
達した光線のみが円筒内部に進むことになる。すなわち
、第一領域３１においてＶ溝型回折格子は透過型の振幅
格子と同様の作用を有することになる。This convergent light beam is transmitted to the grating portion of the first region as shown in Fig. 1 (B
), the light beam reaching the grating part 30a is 30a
It passes through the surface and advances into the cylinder. Furthermore, since the inclined plane is set to be greater than the critical angle, the light beam reaching the grating portion 30b-1 plane is totally reflected and directed toward the 30b-2 plane as shown in the figure. Since total reflection also occurs on the surface 30b-2, the light beam that reaches the surface 30b-1 will be returned substantially in the direction of incidence without entering the interior of the rotating body. Similarly, the light beam reaching the surface 30b-2 undergoes total internal reflection and is returned. Therefore, the light beam that reaches the range of the two inclined surfaces 30b-1 and 30b-2 forming the V groove in the first region 31 is reflected without entering the cylinder, and only the light beam that reaches the portion 30a is inside the cylinder. will proceed to. That is, in the first region 31, the V-groove diffraction grating has the same effect as a transmission type amplitude grating.
この第一領域３１の格子部で光束は回折され、格子の作
用により０次、±１次、±２次・・・・の回折光が生じ
、０次光及び±１次光の２つ若しくは３つの光束同士の
干渉の結果、第一領域３１の格子のフーリエ像がスケー
ル３の内部に結像される。フーリエ像は格子面より後方
に距離りを基本としてその整数倍の位置に繰り返し結像
される。The light beam is diffracted by the grating portion of the first region 31, and 0th-order, ±1st-order, ±2nd-order, etc. diffracted light is generated due to the action of the grating, and two or As a result of the interference between the three light beams, a Fourier image of the grating in the first region 31 is formed inside the scale 3 . Fourier images are repeatedly formed at positions that are integral multiples of the distance behind the lattice plane.
本実施例においては３番目（Ｎ＝３）のフーリエ像が第
二領域３２の格子面上に結像されるように、光源波長λ
、格子ピッチＰ１コリメータレンズ系２の位置が設定さ
れている。このフーリエ像の明暗ピッチは第一領域３１
及び第二領域３２の格子ピッチＰと等しくなる。In this embodiment, the light source wavelength λ is set so that the third (N=3) Fourier image is formed on the lattice plane of the second region
, the grating pitch P1 and the position of the collimator lens system 2 are set. The brightness pitch of this Fourier image is the first region 31
and the grating pitch P of the second region 32.
ここで円筒中に侵入して配置されたハーフミラ−４０に
より、光束は２つの方向ＳＳＴに別れて進行する。ハー
フミラ−４０を透過してＳ方向に直進した光は、第二領
域３２において面３０ａに入射し、第１図（Ｃ）のよう
にほぼ光線が垂直入射するため直線透過してフォトディ
テクタ４ｃに到達する。又、■満面を形成する２つの傾
斜面３０ｂ−１及び３０ｂ−２に到達した光線は、各々
の面にほぼ４５″の入射角をもって入射するためそれぞ
れ異なる方向に大きく屈折して各々ディテクタ４ａ及び
４ｂに到達する。このように第二領域においては、入射
光束に対して異なる方向に傾斜した２つの傾斜面、及び
Ｖ溝とＶ溝の間の平面の合計３種の傾き方向の異なる面
により、光束は３つの方向に別れて進み、各々の面に対
応した位置に設けられた各４ａ、４ｂ、４ｃの各フォト
ディテクタに到達することになる。すなわち第二領域３
２においてＶ溝路子は光波波面分割素子として機能する
ことになる。Here, due to the half mirror 40 inserted into the cylinder, the light beam is divided into two directions SST and travels. The light that passes through the half mirror 40 and goes straight in the S direction is incident on the surface 30a in the second region 32, and as shown in FIG. 1(C), the light ray is almost perpendicularly incident, so it is transmitted in a straight line and reaches the photodetector 4c. do. Furthermore, since the light beams reaching the two inclined surfaces 30b-1 and 30b-2 forming a full surface are incident on each surface at an incident angle of approximately 45'', they are largely refracted in different directions and are reflected by the detectors 4a and 30b-2, respectively. 4b. In this way, in the second region, a total of three types of surfaces with different inclination directions, including two inclined surfaces inclined in different directions with respect to the incident light beam and a plane between the V grooves, , the luminous flux separates into three directions and reaches each photodetector 4a, 4b, and 4c provided at a position corresponding to each surface.That is, the second area 3
2, the V-groove path element functions as an optical wavefront splitting element.
ここでスケール３が回転すると各フォトディテクタ４ａ
、４ｂ、４ｃで検出される光量が変化することになる。Here, when the scale 3 rotates, each photodetector 4a
, 4b, 4c will change in the amount of light detected.
格子の位置とフーリエ像の位置の相対的変位に応じ、各
フォトディテクタに入射する光量バランスが変化し、そ
の結果、スケール３が反時計廻りに回転したとすると、
第６図（Ａ）に示すような格子の回転に伴う光量変化が
得られる。ここで横軸は円筒格子の回転量、縦軸は受光
光量である。信号ａ、ｂ、ｃはそれぞれフォトディテク
タ４ａ、４ｂ、４ｃに対応している。なお逆にスケール
３が時計廻りに回転した場合は、ａは４ｂ、ｂは４ａ、
ｃは４ｃの出力となる。この違いによって回転方向を判
別することができる。Assuming that the balance of the amount of light incident on each photodetector changes according to the relative displacement between the position of the grating and the position of the Fourier image, and as a result, the scale 3 rotates counterclockwise.
A change in the amount of light accompanying the rotation of the grating as shown in FIG. 6(A) is obtained. Here, the horizontal axis is the amount of rotation of the cylindrical grating, and the vertical axis is the amount of received light. Signals a, b, and c correspond to photodetectors 4a, 4b, and 4c, respectively. Conversely, when scale 3 rotates clockwise, a becomes 4b, b becomes 4a,
c becomes the output of 4c. This difference allows the direction of rotation to be determined.
なお、第６図（Ａ）はフーリエ像のコントラストが非常
に高く理想に近い場合の理論的な光量変化の様子を示し
たものであり、実際にはフーリエ像のコントラストがも
っと低いため、第６図（Ｂ）のように各光量は略正弦波
状１こ変化する。これらの信号を基に回転角度や回転量
あるいは回転速度や回転加速度等の回転情報が得られる
。Note that Fig. 6 (A) shows the theoretical change in light amount when the contrast of the Fourier image is very high and close to ideal; in reality, the contrast of the Fourier image is much lower, so As shown in Figure (B), the amount of each light changes approximately in a sinusoidal manner. Based on these signals, rotation information such as the rotation angle, rotation amount, rotation speed, rotation acceleration, etc. can be obtained.
さて次に、ハーフミラ−４０によりＴ方向に分岐された
光束を用いて原点である基準位置を検出する方法に関し
て第３図を用いて説明する。第３図は基準位置検出のた
めの検出光学系の詳細図であり、先の第２図のＡ−Ａ’
力方向ら見た図である。Next, a method of detecting the reference position, which is the origin, using the light beam branched in the T direction by the half mirror 40 will be explained with reference to FIG. FIG. 3 is a detailed diagram of the detection optical system for detecting the reference position, and is a detailed diagram of the detection optical system for detecting the reference position.
It is a view seen from the direction of force.
スケール底部７の光束入射側の面８は光拡散面より成り
、該光拡散面８の裏面には基準位置信号を発生するため
の標識部４１が円周の−か所に設けられている。該標識
部４１は各々４５度の斜面から成るＶ溝部から成り、該
−Ｖ溝部はスケールの円周方向と直交する方向（紙面鉛
直方向）に細長く形成されている。又、その下方には光
学検出ユニットが固定配置され、該ユニットは、固定ス
リット４４、該固定スリットの開口部４３、基準位置信
号を得るためのフォトディテクタ４５、フォトディテク
タの受光面４２を有する。なお、面８を光拡散面とした
のは、基準位置の検出にフーリエ像が悪影響を与えるの
を打ち消すためであり、標識部４１の形成される面をフ
ーリエ像の結像位置からずらし、フーリエ像の影響を受
けないようにすれ１ｉ必ずしも拡散面である必要は無い
。第４図、第５図は以上の構成による基準位置信号の検
出作用を説明するための図である。第４図はＶ溝部４１
が固定スリット４４の開口部４３と位置がずれている状
態を示しており、この場合、拡散面８で拡散された光は
開口部４３を通過し、フォトディテクタの受光面４２に
入射する。これに対して第５図は第４図の状態からスケ
ールが更に回転し、■溝部４１が固定スリット４４の開
口部４３と位置が合致した状態を示しており、この時、
■溝部４１に入射する拡散光はＶ溝の斜面で全反射され
、受光面４２に入射する光は減少あるいは全く入射しな
くなる。A surface 8 of the scale bottom 7 on the light beam incident side is made of a light diffusing surface, and on the back surface of the light diffusing surface 8, marking portions 41 for generating a reference position signal are provided at positions around the circumference. The marker portions 41 each consist of a V-groove portion having a slope of 45 degrees, and the −V groove portion is formed elongated in a direction perpendicular to the circumferential direction of the scale (perpendicular to the plane of the paper). Further, an optical detection unit is fixedly arranged below it, and this unit has a fixed slit 44, an opening 43 of the fixed slit, a photodetector 45 for obtaining a reference position signal, and a light receiving surface 42 of the photodetector. The reason why the surface 8 is made into a light diffusing surface is to cancel the negative influence of the Fourier image on the detection of the reference position. The surface 1i does not necessarily have to be a diffusive surface so as not to be affected by the image. FIGS. 4 and 5 are diagrams for explaining the detection operation of the reference position signal with the above configuration. Figure 4 shows the V-groove 41.
shows a state in which the position is shifted from the opening 43 of the fixed slit 44, and in this case, the light diffused by the diffusion surface 8 passes through the opening 43 and enters the light receiving surface 42 of the photodetector. On the other hand, FIG. 5 shows a state in which the scale has further rotated from the state shown in FIG.
(2) The diffused light incident on the groove portion 41 is totally reflected on the slope of the V-groove, and the light incident on the light-receiving surface 42 is reduced or not incident at all.
ここで第〆図（Ａ）は受光面４２に入射する光量がスリ
ットの回転動作により変化する様子を示し、通常は所定
強度の出力が得られるが基準スリットが通過する短い期
間は受光面４２で受光される光量が減少する。第２図（
Ｂ）はその信号を基に作成される基準位置信号を示す。Here, Figure (A) shows how the amount of light incident on the light receiving surface 42 changes due to the rotating operation of the slit. Normally, an output of a predetermined intensity is obtained, but during the short period when the reference slit passes, the amount of light incident on the light receiving surface 42 changes. The amount of light received decreases. Figure 2 (
B) shows a reference position signal created based on that signal.
このようにし周に沿って複数個設ければ、それに対応し
て一回転で複数の基準位置信号を得ることができる。If a plurality of reference position signals are provided along the circumference in this manner, a corresponding plurality of reference position signals can be obtained in one rotation.
なお以上の実施例は、透過性のスケール上に片斜面を有
する凹凸を設けて格子を形成したスケールを用いた例で
あったが、これには限らず、第９図のようなスリット状
格子を有する円筒スケールを用いた特願平１−３３９２
２１号に示されるようなエンコーダにも同様に適用する
ことができる。Although the above embodiments used a scale in which a grating was formed by providing unevenness with one slope on a transparent scale, the scale was not limited to this, and a slit-like grating as shown in FIG. 9 was used. Patent application No. 1-3392 using a cylindrical scale with
The present invention can be similarly applied to an encoder such as that shown in No. 21.
又、本発明で使用できる光源は半導体レーザには限らず
、例えば点光源ＬＥＤであっても良い。Further, the light source that can be used in the present invention is not limited to a semiconductor laser, but may be a point light source LED, for example.
半導体レーザに比べて安価なＬＥＤを使用することによ
って更なる低コスト化を進めることができる。By using LEDs, which are cheaper than semiconductor lasers, further cost reductions can be achieved.
さて第１０図は上記エンコーダを使用したシステムの一
例を示すもので、ロータリーエンコーダを有する駆動シ
ステムのシステム構成図である。Now, FIG. 10 shows an example of a system using the above encoder, and is a system configuration diagram of a drive system having a rotary encoder.
モータやアクチュエータ、内燃機関等の駆動源を有する
駆動手段１１０の回転出力部には上記説明したエンコー
ダ１１１が接続され、回転角度や回転量あるいは回転速
度等の回転状態を検出する。The encoder 111 described above is connected to the rotation output section of the drive means 110 having a drive source such as a motor, an actuator, or an internal combustion engine, and detects the rotation state such as the rotation angle, the amount of rotation, or the rotation speed.
このエンコーダ１１１の検出出力は制御手段１１２にフ
ィードバックされ、制御手段１１２においては設定手段
１１３で設定された状態となるように駆動手段１１０に
駆動信号を伝達する。このようなフィードバック系を構
成することによって設定手段１１３で設定された回転状
態を得ることができる。このような駆動システムは各種
工作機械や製造機械、計測機器、ロボット、カメラ、映
像音響機器、情報機器、更にはこれらに限らず駆動手段
を有する装置全般に広く適用することができる。The detection output of the encoder 111 is fed back to the control means 112, and the control means 112 transmits a drive signal to the drive means 110 so that the state set by the setting means 113 is achieved. By configuring such a feedback system, the rotational state set by the setting means 113 can be obtained. Such a drive system can be widely applied to various machine tools, manufacturing machines, measuring instruments, robots, cameras, audiovisual equipment, information equipment, and not only these, but also to any device having a drive means.
［発明の効果］
本発明の回転検出計は、小型化、低イナーシヤ化、組み
立ての容易さの効果と共に、回転の基準位置信号が得ら
れるため利用形態が広がる効果がある。[Effects of the Invention] The rotation detector of the present invention has the advantage of being smaller in size, having lower inertia, and being easier to assemble, as well as being able to obtain a reference position signal for rotation, thereby expanding its usage.
第１図は本発明の実施例の上面図、
第２図は実施例の側面図、
第３図は基準位置信号の検出光学系の詳細図、第４図、
第５図は基準位置信号検出の作用を説明するための図、
第６図は実施例のエンコーダの出力信号の波形図、
第７図は基準位置信号の出力波形図、
第８図は実施例の光学スケールの図、
第９図は格子形状の変形例の図、
第１０図はエンコーダを用いた駆動システムのシステム
構成図、
であり、図中の主な符号は、
■・・・・半導体レーザ、
２・・・・コリメータレンズ系、
３・・・・光学スケール、
４ａ、４ｂ、４ｃ・・・・フォトディテクタ、５・・・
・回転軸、
３１・・・・第一領域、
３２・・・・第二領域
４０・・・・ハーフミラー
４１・・・・標識部であるＶ溝部
４２・・・・受光面
４３・・・申開口部
４４・・・・固定スリット
４５・・・・フォトディテクタFig. 1 is a top view of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a side view of the embodiment, Fig. 3 is a detailed view of the reference position signal detection optical system, Fig. 4,
Fig. 5 is a diagram for explaining the function of detecting the reference position signal, Fig. 6 is a waveform diagram of the output signal of the encoder of the embodiment, Fig. 7 is an output waveform diagram of the reference position signal, and Fig. 8 is the embodiment. Figure 9 is a diagram of a modified example of the grating shape, Figure 10 is a system configuration diagram of a drive system using an encoder, and the main symbols in the diagram are: ■...Semiconductor Laser, 2...Collimator lens system, 3...Optical scale, 4a, 4b, 4c...Photodetector, 5...
・Rotation axis, 31...First region, 32...Second region 40...Half mirror 41...V groove part 42 which is a marker part...Light receiving surface 43... Opening 44...Fixed slit 45...Photodetector
Claims (3)
体と受光手段とを備え、前記円筒状の光学スケールの側
面には格子が形成され、光照射手段からの光をスケール
側面の第一領域に照射し、第一領域の格子を介した光を
第一領域とは異なる第二領域に向け、第二領域の格子を
介した光を受光手段で受光することによりスケールの回
転情報を検出し、且つ前記回転体の一部に基準位置検出
用の標識部を設け、該標識部を介した光を検出すること
によりスケールの回転基準位置信号を得ることを特徴と
する回転検出計。(1) A rotating body having a light irradiation means, a cylindrical optical scale, and a light receiving means, a grating is formed on the side surface of the cylindrical optical scale, and the light from the light irradiation means is transmitted to a first side of the scale side. irradiate the area, direct the light through the grating in the first area to a second area different from the first area, and detect the rotation information of the scale by receiving the light through the grating in the second area with the light receiving means. A rotation detector characterized in that a mark part for detecting a reference position is provided on a part of the rotating body, and a rotation reference position signal of the scale is obtained by detecting light passing through the mark part.
指向する手段を有する請求項（１）記載の回転検出計。(2) The rotation detector according to claim 1, further comprising means for branching the light from the light irradiation means and directing it to the marker.
前記格子部はスケールの内側面の円周方向に沿って、入
射光線に対する傾斜面を有する凹凸を等間隔に配列して
形成した請求項（１）記載の回転検出計。(3) The lattice part of the cylindrical scale has translucency,
2. The rotation detector according to claim 1, wherein the grating portion is formed by arranging concave and convex portions at equal intervals along the circumferential direction of the inner surface of the scale, each having a sloped surface relative to the incident light beam.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2280695A JP2810524B2 (en) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | Rotation detector |
| EP19900125118 EP0439804B1 (en) | 1989-12-26 | 1990-12-21 | Rotation detecting apparatus |
| DE1990622571 DE69022571T2 (en) | 1989-12-26 | 1990-12-21 | Rotation detector apparatus. |
| US08/022,409 US5323001A (en) | 1989-12-26 | 1993-02-24 | Rotary encoder with scale member and interference of zero and first order diffraction beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2280695A JP2810524B2 (en) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | Rotation detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04157318A true JPH04157318A (en) | 1992-05-29 |
| JP2810524B2 JP2810524B2 (en) | 1998-10-15 |
Family
ID=17628662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2280695A Expired - Fee Related JP2810524B2 (en) | 1989-12-26 | 1990-10-19 | Rotation detector |
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| JP (1) | JP2810524B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH04208812A (en) * | 1990-12-04 | 1992-07-30 | Canon Inc | Method for detecting reference position and rotation detector |
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| JPH0293324A (en) * | 1988-09-30 | 1990-04-04 | Canon Inc | Origin detection system of rotary encoder |
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1990
- 1990-10-19 JP JP2280695A patent/JP2810524B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPS62128615A (en) * | 1985-11-29 | 1987-06-10 | Canon Inc | Optical encoder |
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| JP2810524B2 (en) | 1998-10-15 |
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