JPH0625772B2 - 回転情報検出計 - Google Patents

回転情報検出計

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JPH0625772B2
JPH0625772B2 JP59189157A JP18915784A JPH0625772B2 JP H0625772 B2 JPH0625772 B2 JP H0625772B2 JP 59189157 A JP59189157 A JP 59189157A JP 18915784 A JP18915784 A JP 18915784A JP H0625772 B2 JPH0625772 B2 JP H0625772B2
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哲治 西村
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    • GPHYSICS
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    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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    • GPHYSICS
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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
変動量等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
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
の所定の箇所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
透過回折光のうち所定の次数の回折光を前記放射格子に
再度入射させる反射手段と、前記反射手段により前記放
射格子を介した回折光を受光する受光手段とを有する回
転情報検出計において、前記反射手段は、前記所定の箇
所近傍に前記放射格子の像を形成するような屈折力を有
し、且つ前記所定の回折光に対して単一の光学部材で構
成されることである。
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、5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。8,9は各々光学手段であ
り正の屈折力面と裏面反射鏡より成り放射格子6上の位
置Mが元の放射格子と共役像となるように構成されてい
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5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5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の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L
,Lの回折角度θは sinθ=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L,Lの周波数は Δ=±vsinθ/λ ……(2) で表わされる量だけ、所謂トツプラーシフトを受ける。
ここで光学手段8及び9の光軸S,Sは放射格子6
の回転の接線方向とコリメーターレンズ2を含む照明手
段によつて構成される光軸Sとで形成する面内に位置
させ更に光軸S及び光軸Sを照明手段の光軸S
のなす角度がθとなるように配置させている。光学手
段8は光軸Sと放射格子6の交点Mが光学手段8によ
つて再度同一点Mに共役像として等倍に結像されるよう
な屈折力を有し例えば屈折面と裏面反射面より構成して
いる。これによつて放射格子6上の入射位置Mに形成さ
れる線状の照射像を光学手段8によつて再度放射格子6
上の同一点Mに結像させている。このとき光学手段8に
よる結像は所謂シヤインプルーフの法則を満足してい
る。
このことは光学手段9についても全く同様である。
このように本実施例では光学手段8,9の屈折力を設定
することにより±m次の回折光を再度放射格子6上に入
射させる際の結像性能の低下による光束径の拡がりを少
なくし受光手段に効率良く光束を導光させている。
光学手段8,9により元の光路に戻された±m次の回折
光は再度放射格子6により回折され±m次の回折光とな
つて双方の回折光は重なり合い元の光路を戻る。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2つの回折光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
10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
=4vsinθ/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=r
Δ、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10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。
従つて本発明によれば従来例に比べて4m倍の周波数が
得られるので、4m倍の精度で回転数の検出が出来るこ
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=43,200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
×43,200/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10,800
(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×10,800/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。
又本発明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情報検出計を
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、5はシリンドリカルレン
ズ、6は放射格子、7は回転軸、8,9は光学手段、10
は受光素子である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】格子模様を複数個等角度に配置した放射格
    子と、前記放射格子の所定の箇所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所定の次数の回折
    光を前記放射格子に再度入射させる反射手段と、前記反
    射手段により前記放射格子を介した回折光を受光する受
    光手段とを有する回転情報検出計において、前記反射手
    段は、前記所定の箇所近傍に前記放射格子の像を形成す
    るような屈折力を有し、且つ前記所定の回折光に対して
    単一の光学部材で構成されることを特徴とする回転情報
    検出計。
  2. 【請求項2】前記単一の光学部材は正の屈折力面と反射
    面とを有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の回転情報検出計。
  3. 【請求項3】前記受光手段はλ/4波長板と偏光ビーム
    スプリッターを介して受光していることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の回転情報検出計。
  4. 【請求項4】前記格子模様を透光部と反射部より構成し
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の回転情
    報検出計。
JP59189157A 1984-09-05 1984-09-10 回転情報検出計 Expired - Lifetime JPH0625772B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59189157A JPH0625772B2 (ja) 1984-09-10 1984-09-10 回転情報検出計
US07/481,684 US4967072A (en) 1984-09-05 1990-02-20 Interferometric rotating condition detection apparatus

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JP59189157A JPH0625772B2 (ja) 1984-09-10 1984-09-10 回転情報検出計

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6166966A JPS6166966A (ja) 1986-04-05
JPH0625772B2 true JPH0625772B2 (ja) 1994-04-06

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