JPH045349B2 - - Google Patents

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JPH045349B2
JPH045349B2 JP20017584A JP20017584A JPH045349B2 JP H045349 B2 JPH045349 B2 JP H045349B2 JP 20017584 A JP20017584 A JP 20017584A JP 20017584 A JP20017584 A JP 20017584A JP H045349 B2 JPH045349 B2 JP H045349B2
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radiation grating
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    • 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
    • G01D5/26Mechanical 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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical 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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical 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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36Forming the light into pulses
    • G01D5/38Forming the light into pulses by diffraction gratings
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • 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
    • 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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転情報検出計に関し、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量を光電
的に検出する回転情報検出計に関するものであ
る。
従来よりフロツピーデスクの駆動等のコンピユ
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のキヤプステンモータ
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して光電的ロー
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ツクススケール
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ツクススケール方式の
構成を採つている。この方法はメインスケールの
回転に伴つ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投光部と遮光部との
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響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
まう欠点があつた。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影響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が大きくなつてく
る等の欠点があつた。
本発明は被検回転物体の負荷を小さくした、小
型でしかも高精度の回転情報検出計の提供を目的
とする。
本発明の目的を達成する為の回転情報検出計
は、格子模様を複数個等角度に配置した放射格子
と、前記放射格子に光束を入射させる為の照明手
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
回折光を重ね合わせた後、前記重ね合わせた光束
を受光する受光手段を有し、前記受光手段からの
出力信号を利用して前記放射格子若しくは前記放
射格子に連結した回転物体の回転情報を求める回
転情報検出計において、前記照明手段は、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る手段を有することを特徴と
している。
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ある。同
図において1はレーザー等の光源、2はコリメー
ターレンズ、3は偏光ビームスプリツター、4は
1/4波長板、51〜53は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は回転軸で被検回転
物体と連結している。81,82は反射鏡、9は受
光素子である。
レーザー1より放射された直線偏向の光束はコ
リメーターレンズ2により平行光束となり偏向ビ
ームスプリツター3、1/4波長板4を通つて円偏
向となり、シリンドリカルレンズ51によつて放
射格子6上に線状に照射される。ここでシリンド
リカルレンズ51は放射格子6の格子模様と直交
する方向つまり接線方向に線状照射するように配
置されている。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ツチ誤差を軽減する
ことができる。尚シリンドリカルレンズの代わり
にスリツト若しくはレンズとスリツトを用いて線
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6の格子模様
によつて反射回折される。いま光束の照射位置M
における透光部及び反射部のピツチをpとすれば
±m次の反射回折光L1、L2の回折角度θnは sinθn=mλ/p ……(1) で表わされる。ここでλは光束の波長である。一
方測定点Mでの放射格子6の周速度をvとすれば
±m次の反射回折光L1、L2の周波数は Δ=±vsinθn/λ ……(2) で表わされる量だけ、所謂トツブラーシフトを受
ける。±m次の反射回折光L1,L2はシリンドリカ
ルレンズ52,53を介して反射鏡81,82で反射
し、元の光路を戻り放射格子6の格子模様で再度
回折され±m次の回折光となつて反射されて双方
の回折光は重なり合い元の光路に戻る。このとき
再度(2)式で示すトツプラーシフトを受けるので±
m次の回折光L1,L2のトツプラーシフトは合計
±2Δとなる。そして元の光路を戻つて1/4波長
板4を再び通過し円偏向はレーザー1の出射光と
直交する方向の直線偏光となり偏光ビームスプリ
ツター3で反射され受光素子9で受光される。
受光素子9には±m次の回折を2回受けた光束
が重ね合わされて入射してくる為、受光素子9の
出力信号の周波数FはF=2Δ−(−2Δ)=4Δ
となる。
つまり、受光素子9の出力信号の周波数Fは、
F=4Δ=4vsinθn/λとなり、(1)式の回折条件
の式から出力信号の周波数FはF=4mv/pとな
る。ここで、回転角速度をω、回転軸7の回転数
を、放射格子6の格子の等角度のピツチをΔ、
透光部と反射部の格子の分割数(総本数)をN、
レーザーの照射位置Mでの半径をrとすれば、v
=rω、ω=2π、p=rΔ、Δ=2π/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 ……(3) となり、回折次数m、分割数N、回転数で表わ
される。そして、第1図に示すように、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2値化し、周波数−電圧変換器等によつて周波
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つても使用するこ
とができる。
一方従来から使用されているインデツクススケ
ール方式の光電式ロータリーエンコーダーでは、
受光素子からの出力信号の周波数F′は、F′=N
である。
従つ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、従来例よりも4m倍だけ向上することにな
る。
また、従来のインデツクススケール方式の光電
式ロータリーエンコーダーにおいては、透光部と
遮光部のピツチ間隔は、光の回折の影響を考慮す
ると、10μm程度が限度であつた。いま、角度分
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=
360×60×60/30=43200だけ必要である。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、0.01mm×43200/π=137.5mm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10800(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、放射格子の直径
は、0.004mm×10800/π=13.75mmでよいことに
なる。すなわち、本実施例によれば、従来のイン
デツクススケール方式の光電式ロータリーエンコ
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。従つて被検回転物体への負荷も従来例に比べ
てはるかに小さくなり、より高精度の測定が可能
となる。
次に第2図、第3図に各々本発明の他の実施例
の一部分の概略図を示す。第2図、第3図は第1
図の放射格子6に光束が入射する付近の概略図で
あり、同図において各要素に付された番号は第1
図で示したものと同じ要素を示す。第2図は放射
格子6に入射した光束の±m次の透過回折光を利
用する場合の一実施例、第3図は放射格子6に入
射した光束のm次の透過回折光とm次の反射回折
光を利用したときの一実施例である。いずれの実
施例でも±m次の反射回折光の代わりに±m次の
透過回折光若しくはm次の透過回折光とm次の反
射回折光を用いている点を除き第1図の実施例と
基本的には同様であり第1図の実施例と同様の効
果を得ることができる。
前述した本発明の各実施例では±m次の2つの
回折光を用いた場合を示したが±m次の回折光の
代わりに次数の異つた2つの回折光を用いても本
発明の目的を達成することができる。又光量は多
少減少するが偏光ビームスプリツターの代わりに
単なるビームスプリツターを用いても本発明の目
的を達成することができる。このときは1/4波長
板を用いる必要はない。
尚本実施例においては±m次の回折光を反射鏡
1,82により反射させ再度放射格子6により回
折させて2回のトツプラーシフトを利用した場合
を示したが反射鏡81,82で反射させずに放射格
子6からの±m次の回折光を直接重ね合わせて1
回のトツプラーシフトを用いるように構成しても
良い。このときは(3)式の周波数FはF=2mNと
なり回転速度の変動検出精度は従来例に比べて
2m倍となる。又本実施例の放射格子上の格子模
様を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本発
明の目的を達成することができる。
以上のように本発明によれば光束を放射格子に
照射することにより、放射格子から生ずる2つの
回折光によるトツプラーシフトを利用することに
より被検回転物体の負荷を小さくした小型でしか
も高精度の回転速度計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概略図、第2図、
第3図は各々本発明の他の実施例の一部分の概略
図である。 図中1は光源、2はコリメーターレンズ、3は
偏光ビームスプリツター、4は1/4波長板、51
3はシリンドリカルレンズ、6は放射格子、7
は回転軸、81,82は反射鏡、9は受光素子であ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 格子模様を複数個等角度に配置した放射格子
    と、前記放射格子に光束を入射させる為の照明手
    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
    回折光を重ね合わせた後、前記重ね合わせた光束
    を受光する受光手段を有し、前記受光手段からの
    出力信号を利用して前記放射格子若しくは前記放
    射格子に連結した回転物体の回転情報を求める回
    転情報検出計において、前記照明手段は、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る手段を有することを特徴と
    する回転情報検出計。
JP20017584A 1984-09-05 1984-09-25 回転情報検出計 Granted JPS6177764A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20017584A JPS6177764A (ja) 1984-09-25 1984-09-25 回転情報検出計
US07/481,684 US4967072A (en) 1984-09-05 1990-02-20 Interferometric rotating condition detection apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20017584A JPS6177764A (ja) 1984-09-25 1984-09-25 回転情報検出計

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6177764A JPS6177764A (ja) 1986-04-21
JPH045349B2 true JPH045349B2 (ja) 1992-01-31

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ID=16420038

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JP20017584A Granted JPS6177764A (ja) 1984-09-05 1984-09-25 回転情報検出計

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2602924B2 (ja) * 1988-11-10 1997-04-23 キヤノン株式会社 振動波モータ

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JPS6177764A (ja) 1986-04-21

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