JPS6166966A - 回転情報検出計 - Google Patents

回転情報検出計

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JPS6166966A
JPS6166966A JP59189157A JP18915784A JPS6166966A JP S6166966 A JPS6166966 A JP S6166966A JP 59189157 A JP59189157 A JP 59189157A JP 18915784 A JP18915784 A JP 18915784A JP S6166966 A JPS6166966 A JP S6166966A
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light
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radiation grating
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Tetsuji Nishimura
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    • 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
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    • 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
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    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
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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】 本発明は回転速度計に関し、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速度計に関するものである
従来よりフロッピーデスクの駆動等のコンピューター機
器、プリンター等の事務機器、ある1/)HNC工作機
械さらにはVTRのキャ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wJ量を検出す
る為の手段とじて光〒L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1】−タリーエンコーダーを用いる方法は回転4
;11に連ねした円板の周囲に透光部と遮光部を衿間隔
に設けた、所謂メインスケ−A・とこれに対応してメイ
ンスケールと等しい間隔て透光部と遮光部とを設けた原
品固定のインデッ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同配置した所^肖インデッ
クススケール方式の構成を拌っている。この方法はメイ
ンスケールの回転に伴って双方のスケールの透光部と遮
光部の間隔に同期した13号が得られ、この信号を周波
′lel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d(l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1う欠点があった。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X部と
戸先fiB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山径が増大し
更に厚さも増大し装置全体が大型化1−1仁の結果被検
回転物体への負荷が大きくなってくる等の欠点があった
本発明は被検回転物体の負荷を小さくした、小型でしか
も高精度の回転速IW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速Ifaitの上たる
特徴は円板の周囲上に格子模様を複数個等角度に配置し
た放射格子と前dC放射格子に光束を入射させる為の照
明手段と前dC放射格子に入射した光束からの回折光の
うち特定の次数の2つの回折光を再度前記放射格子に入
射させる為の前記放射格子上の位置が共役像となるよう
な屈折力を有した2つの光学手段と前記放射格子により
再度回折された時だの次数の2つの回折光を重ね合わせ
た後、前記重ね合わせた九東忙受光する為の受光手段と
を有し、前記受光手段からの山力信号を利用して前記放
射格子の回転速度を求めたことである。
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は了りメーター
レンズ、3け偏光ビームスプリッタ−14は%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色1fで設けた故旧格子、7は
回転軸で被検回転物体と連結している。8,9け各々光
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iM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lより放射された直a!偏向の光束はj IJ
 /−ターレンズ2により平行光束となり偏向ビームス
プリッタ−3、%波長板4を通って円偏向となり、シリ
ンドリカルレンズ5によって1衣!’1格子6上に脚状
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の格子模様と直焚する方間つまり接朦方同に線状照
射するように配置されている。このように線状照射する
ことにより故旧格子6上での光束の照射1sト分に相当
する透光部と反射部の格子模様のピッチ誤差を軽減する
ことができる。面シリンドリカルレンズの代わりに1ス
リット若しくはレンズとスリットを用いて線状照射する
ようにしても良い。
レーザーlからの光束は放射格子6の格子模様によって
反射回折される。いま光束の照射位置MKおける透光部
及び反射部のピッチをpとすれば±m次の反射回折光L
1.I、2の回折角度θは 自輻−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 、L20周波数はif−±マ8in
IJm/λ      ・・・・・・・・・(2)で表
わされる量だけ、所謂ド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S1.S2は放射格子6
の回転の成行方向とコリメーターレンズ2を含む照明手
段によって構成される光軸So  とで形成する面内圧
位置させ更に光軸 S□及び光軸S を照明手段の光軸
S。とのなす角度が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Δ・」が光学
手段8によって再度同一点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。これによって放射格子6上の入射位置
MK杉成される線状の照射像を光学手段8によって再度
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ャ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
って双方の回折光は重なり合い元の光路を戻る。このと
きA I& +21式で示すドツプラーシフトを受ける
ので±m次の2つの回折光のドツプラーシフトは合計±
2Δfとなる。そして元の光路1を戻って%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ッタ−3で反射され
受光素子lO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−2Δf−(−2Δf)−4Δfとなる。
つまり、受光素子9の出力信号の周波数FVi、F−4
Δf−4vSIJlom/λとなJ)、In式tv回折
’に件の式から出力信号の周波数FはF −4mマ/p
 となる。
ここで、回転角速度をω、回転軸70回転数をf1放射
格子6の格子の等角度のピッチをΔψ 、遮光部と反射
部の格子の分割数(総本数)をNル−ザーの照射位置M
での半径をrとすれば、v −rω、ω−2xf、p−
rΔψ、Δ9’−2π/Nの関係式から、結局、受光素
子の出力信43の周波数Fは、 F ” 4mNf          ・・・・・・・
・・(3)となり、回折次数m1分割数N1回転数fで
表わされる。そして、第1図に示すように1受光素子1
0からの出力何月を、コンパレーターなどを通して2値
化し、周波数−電圧変換器等によって周波数解析して、
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。
向(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っ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ックススケール方式
の光電式ロータリーエンコーダーでは、受光素子からの
出カイさ号の周波数F′は、F′−Nf  である。
従っ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、従来のインデックススケール方式の光m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ッチ
間隔は、光の回折の影響金考イすると、10μm程度が
隅板であった。いま、角度分解能として、九とえば30
秒1に得るためには、従来例では、メインスケールの分
Illとして、N −360X 60 X 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t−10μm 
とすれば、メインスケールの直径は、0.01■×4ミ
200 / t −137,5■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
74mでよいので、30秒の角度分解能を得るための分
割数tilo、soO(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、0.004 w X10.
800/π−1&75 mでよいことになる。すなわち
、本冥施例によれば、従来のインデックススケール方式
の光電式ロータリーエンコータート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/lO以
下の大きさで良い。
従っ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−1: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
異った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
リッタ−の代わりに単なるビームスプリッタ−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%
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Kより、放射格子から生ずる2つの回折光によるド
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【7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、3a偏光ビームス
プリッタ−14は%波技板、5#′i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、
1oは受光素子である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)円板の周囲上に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光束からの回折光のうち
    特定の次数の2つの回折光を再度前記放射格子に入射さ
    せる為の前記放射格子上の位置が共役像となるような屈
    折力を有した2つの光学手段と前記放射格子により再度
    回折された特定の次数の2つ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為の受光手段とを有
    し、前記受光手段からの出力信号を利用して前記放射格
    子の回転速度を求めたことを特徴とする回転速度計。
  2. (2)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たことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の回転速度計。
  3. (3)前記受光手段は1/4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2項記載の回転速度計。
  4. (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3項記載の回転速度計。
JP59189157A 1984-09-05 1984-09-10 回転情報検出計 Expired - Lifetime JPH0625772B2 (ja)

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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

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

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