JPH0781883B2 - エンコーダー - Google Patents

エンコーダー

Info

Publication number
JPH0781883B2
JPH0781883B2 JP59186173A JP18617384A JPH0781883B2 JP H0781883 B2 JPH0781883 B2 JP H0781883B2 JP 59186173 A JP59186173 A JP 59186173A JP 18617384 A JP18617384 A JP 18617384A JP H0781883 B2 JPH0781883 B2 JP H0781883B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
scale
encoder
irradiation
shape
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP59186173A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6165116A (ja
Inventor
哲治 西村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP59186173A priority Critical patent/JPH0781883B2/ja
Publication of JPS6165116A publication Critical patent/JPS6165116A/ja
Priority to US07/481,684 priority patent/US4967072A/en
Publication of JPH0781883B2 publication Critical patent/JPH0781883B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は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角度を光電的に検
出するロータリーエンコーダーに良好に適用できるもの
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
機構の回転角度を検出する為の手段としてロータリーエ
ンコーダーが利用されてきている。
光電的な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、この信号を波形整形後、積算
することにより回転角度を検出している。
ロータリーエンコーダーは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。
また、ロータリーエンコーダーに限らず、格子干渉方式
のエンコーダーにおいて回折効率を向上することは、製
作者にとって必須の課題であった。
本発明は回折効率を向上させて、高精度な検出を実現す
る光学式のエンコーダーの提供を目的とする。
本発明の目的を達成するためのエンコーダーの主たる特
徴は可干渉性の光束を発生する光源と、相対変位方向に
沿って回折格子が形成されるスケールに対して前記光源
からの光束を照射する照射系と、該照射によって発生す
る特定次数の回折光どうしを干渉させ干渉光を生成する
光学系と、該干渉光を受光することによって前記スケー
ルの変位状態を検出する受光系を有するエンコーダーで
あって、前記照射系によって前記スケールの回折格子に
照射される光束形状は、第1の方向に大きく、該第1の
方向と垂直な第2の方向に小さくした形状であり、かつ
前記スケール上の光束の照射形状の長手方向を、前記回
折格子の相対変位方向に垂直な方向とは異ならせたこと
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,
3′はビームスプリツター等の光分割手段、4は反射
鏡、5,5′は1/4波長板であり、レーザー1の光束の直線
偏光に対してその軸が45度と−45度になるように配置さ
れている。60,6,6′はシリンドリカルレンズ、7は例え
ば円板上に透光部と反射部の格子模様を等角度で設けた
放射格子、8は放射格子7の回転軸で被検回転物体の回
転軸と連結している。9,9′は偏光板でそれらの偏光軸
は互いに45度ずらしてある。10,10′は受光素子であ
る。
レーザー1より放射された光束はコリメーターレンズ2
により略平行光束となりビームスプリツター3で2つの
光束に分割される。
このうち、反射された光束は、1/4波長板5、シリンド
リカルレンズ6を介して、放射格子7上を、入射角θ
で、放射格子7の格子模様の放射方向と直交する方向に
線状に照射する。このように線状照射することにより放
射格子7上での光束の照射部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。ま光
束の照射形状を、第1の方向に大きく、該第1の方向と
垂直な第2の方向に小さくすることによって、(第2の
方向の集光による)高いエネルギー密度と(第1の方向
の広がりによる)照射される回折発生部分の多さの両方
が達成される。またこの第1の方向を回折格子の相対変
位方向に垂直な方向と異ならせることにより、この照射
形状を有効に用いて回折効率を向上している。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。
一方ビームスプリツター3を透過した光束は、反射鏡4
で反射された後、1/4波長板5′、シリンドリカルレン
ズ6′を介して、放射格子7上を入射角−θで線状で
照射される。このとき入射角θは、次式で表わされる
ような、±m次の回折条件を満足する角度に設定されて
いる。
sinθ=±mλ/p ……(1) 但し、mは正の整数、λはレーザーの波長、pは放射格
子7上の照射点Mにおける、透光部と反射部のピツチで
ある。(1)式のように設定した角度±θで2光束が
入射すると、照射点Mにおいて反射される回折光のう
ち、±m次の回折光は重なり合つて、放射格子面に対し
て垂直な方向に反射される。そして、シリンドリカルレ
ンズ60を透過することによつて、再び平行光束となり、
ビームスプリツター3′によつて2つの光束に分割さ
れ、2つの光束は各々偏光板9,9′を通過して受光素子1
0,10′に入射する。
いま、放射格子7が、角速度ωで回転しているとする。
放射格子の回転中心から、照射点Mまでの距離をrとす
れば、照射点Mでの周速度は、v=rωである。このと
き、照射点Mに角度θで入射して、垂直方向に反射さ
れるレーザー光の周波数は、次式の、いわゆるドツプラ
ーシフトΔを受ける。
Δ=v sinθm/λ=rω sinθm/λ ……(2) そして(1)式の回折条件の式からΔ=±mω/pとな
る。
いま放射格子7の格子模様の総本数をN、格子模様の等
角度ピツチをΔとすれば、p=rΔ、Δ=2π/N
より Δ=±mω/Δ=±mNω/2π ……(3) となる。照射位置Mで放射格子7の垂直方向に反射回折
される光束は、(3)式の、正負のドツプラー周波数シ
フトを受けた光束の重ね合わせであるから、受光素子1
0,10′の出力信号の周波数Fは、2Δとなる。つま
り、 F=2Δ=mNω/π ……(4) である。いま、時間Δtの間での受光素子10,10′の出
力信号の端数をn、Δtの間での放射格子7の回転角を
θとすれば、n=F・Δt、θ=ω・Δtより n=mNθ/π ……(5) となり、受光素子からの出力信号波形の波数をカウント
することによつて、放射格子7の回転角θを、(5)式
によつて求めることができる。
ところで回転角を測定する際に回転方向が検出出来れば
更に好ましい。その為本実施例においては従来の光電式
ロータリーエンコーダーなどにおいて公知のように、複
数個の受光素子を用意して互いの信号の位相が90゜ずれ
るように配置し、回転に伴う90゜位相差信号から、回転
方向を示す信号を取り出す方式を用いている。本実施例
においては受光素子10,10′の出力信号間の90゜位相ず
れを、レーザーの直線偏光と、1/4波長板及び偏光板を
組み合わせて作り出している。すなわち、一般にレーザ
ーは直線偏光になつているが、この偏光方位に対して、
2枚の1/4波長板5,5′をその軸が±45゜方向になるよう
に配置する。すると、1/4波長板5,5′を透過した光束
は、互いに逆回りの円偏光となり、照射点Mで反射回折
して重なり合うと、再び直線偏光となるが、その偏光方
位が、放射格子7の回転に伴つて変化する。そして、受
光素子10,10′の全面に設けた偏光板9,9′の偏光方位を
互いに45゜ずらすことによつて、受光素子10,10′の出
力信号間に90゜に位相差を与えることができる。そし
て、第1図に示すように例えば受光素子10,10′の出力
信号を波形整形し、回転方向を検出した後、カウンター
にて積算して、回転角度を求めている。ところで、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、(5)式に対応する、受
光素子からの出力信号の波数nと、メインスケールの総
本数Nと、回転角θとの関係は、 n=Nθ/2π ……(6) であるから、波数1個あたりの回転角Δθは、 Δθ=2π/N(ラジアン) ……(7) である。これに対して、本実施例では、(5)式から Δθ=π/mN(ラジアン) ……(8) である。
従つて本実施例によれば同じ分割数のスケールを用いて
も従来例に比べて2m倍の精度で回転角の検出が出来るこ
とになる。
また、従来の光電式のロータリーエンコーダーにおいて
は、透光部と遮光部の間隔は、光の回折の影響を考慮す
ると、10μm程度が限度である。いま、回転角検出精度
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、(7)式から、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、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=1
37.5mm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1/2mでよいので、30秒の回転
角検出精度を得るための分割数は、21,600(m=1の場
合)でよい。そして、レーザー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×21,600/π=27.5
mm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
コーダーと同等の回転角の検出精度を得る形状として
は、従来例に比べて1/5以下の大きさでよいことにな
る。従つて、被検回転物体への負荷も、従来例とくらべ
て、はるかに小さくなり、正確な測定が可能となる。
次に第2図に本発明の他の実施例の一部分の概略図を示
す。第2図は第1図の放射格子7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図に示したものと同じ要素を示す。第2図は放射格
子7に入射した光束の±m次の透過回折光を利用する場
合の一実施例であり本実施例と第1図に示す実施例とで
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
を除き基本的には全く同一である。
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。このときは第1図に示す角度θは各々
異つた角度となる。
尚本発明において回転角度の回転方向の検出をしなく単
に回転角度のみの測定を行うようにしても良い。この場
合は第1図に示したビームスプリツター3′、偏光板9,
9′、1/4波長板5,5′及び受光素子10′等は不要とな
る。
又本発明における光源はレーザーに限らず単一の波長を
放射する光源であれば使用可能である。
以上のように本発明によれば、回折効率を向上させて、
高精度な検出を実現する光学式のエンコーダーが可能に
なった。
【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図は本発明の
他の実施例の一部分の概略図である。 図中1はレーザー、2はコリメーターレンズ、3,3′は
ビームスプリツター、4は反射鏡、5,5′は1/4波長板、
60,6,6′はシリンドリカルレンズ、7は放射格子、8は
被検回転物体と連結した回転次、9,9′は偏光板、10,1
0′は受光素子である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】可干渉性の光束を発生する光源と、相対変
    位方向に沿って回折格子が形成されるスケールに対して
    前記光源からの光束を照射する照射系と、該照射によっ
    て発生する特定次数の回折光どうしを干渉させ干渉光を
    生成する光学系と、該干渉光を受光することによって前
    記スケールの変位状態を検出する受光系を有するエンコ
    ーダーであって、 前記照射系によって前記スケールの回折格子に照射され
    る光束形状は、第1の方向に大きく、該第1の方向と垂
    直な第2の方向に小さくした形状であり、かつ前記スケ
    ール上の光束の照射形状の長手方向を、前記回折格子の
    相対変位方向に垂直な方向とは異ならせたことを特徴と
    するエンコーダー。
  2. 【請求項2】前記スケールは回転方向に沿って回折格子
    が形成された回転スケールである特許請求の範囲第1項
    記載のエンコーダー。
  3. 【請求項3】前記光源はレーザー光源である特許請求の
    範囲第1項記載のエンコーダー。
  4. 【請求項4】前記照射系は光束形状を、第1の方向に大
    きく、該第1の方向と垂直な第2の方向に小さくする為
    の光学素子を有する特許請求の範囲第1項記載のエンコ
    ーダー。
JP59186173A 1984-09-05 1984-09-05 エンコーダー Expired - Lifetime JPH0781883B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59186173A JPH0781883B2 (ja) 1984-09-05 1984-09-05 エンコーダー
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
JP59186173A JPH0781883B2 (ja) 1984-09-05 1984-09-05 エンコーダー

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6165116A JPS6165116A (ja) 1986-04-03
JPH0781883B2 true JPH0781883B2 (ja) 1995-09-06

Family

ID=16183665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59186173A Expired - Lifetime JPH0781883B2 (ja) 1984-09-05 1984-09-05 エンコーダー

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0781883B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10634522B2 (en) 2017-04-25 2020-04-28 Seiko Epson Corporation Encoder, printer, and robot

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4093941B2 (ja) * 2003-09-22 2008-06-04 シャープ株式会社 速度計、変位計、振動計および電子機器
JP4142528B2 (ja) * 2003-08-08 2008-09-03 シャープ株式会社 速度計、変位計および振動計
JP4142532B2 (ja) 2003-09-02 2008-09-03 シャープ株式会社 光学式速度計、変位情報測定装置および搬送処理装置
JP4142592B2 (ja) * 2004-01-07 2008-09-03 シャープ株式会社 光学式移動情報検出装置およびそれを備えた電子機器
JP4093971B2 (ja) * 2004-02-12 2008-06-04 シャープ株式会社 光学式移動情報検出装置および移動情報検出システムおよび電子機器およびエンコーダ

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5327958B2 (ja) * 1971-09-01 1978-08-11
JPS5945506U (ja) * 1982-09-20 1984-03-26 ソニ−マグネスケ−ル株式会社 光学式測長スケ−ル

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10634522B2 (en) 2017-04-25 2020-04-28 Seiko Epson Corporation Encoder, printer, and robot

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6165116A (ja) 1986-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4868385A (en) Rotating state detection apparatus using a plurality of light beams
US4829342A (en) Moving state detection apparatus
US5059791A (en) Reference position detecting device utilizing a plurality of photo-detectors and an encoder using the device
US5101102A (en) Rotary encoder having a plurality of beams emitted by a diffraction grating
US5017777A (en) Diffracted beam encoder
JPH0781883B2 (ja) エンコーダー
JPS62200225A (ja) ロ−タリ−エンコ−ダ−
JPH0462003B2 (ja)
JPH07117426B2 (ja) 光学式エンコーダー
JPH0462004B2 (ja)
JPH0462002B2 (ja)
JPH045142B2 (ja)
JPH07119626B2 (ja) ロータリーエンコーダー
JPS62204126A (ja) エンコ−ダ−
JPH045349B2 (ja)
JPH07119623B2 (ja) 変位測定装置
JPS62163919A (ja) ロ−タリ−エンコ−ダ−
JPS62163920A (ja) ロ−タリ−エンコ−ダ−
JPS62204127A (ja) エンコ−ダ−
JPS62200222A (ja) ロ−タリ−エンコ−ダ−
JPH0625772B2 (ja) 回転情報検出計
JPS62163918A (ja) ロ−タリ−エンコ−ダ−
JPS62201313A (ja) ロ−タリ−エンコ−ダ−
JPH045143B2 (ja)
JPS62200221A (ja) ロ−タリ−エンコ−ダ−

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term