JPS62163918A - ロ−タリ−エンコ−ダ− - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明はロータリー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、周期的に該
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
転速度の変動量等の回転状態を充電的に検出するロータ
リーエンコーダーに関するものである。

（従来の技術） 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、あるいはＮＣ工作機械さ
らにはＶＴＲのキャブ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
手段として光電的なロータリーエンコーダーが利用され
てきている。

充電的なロータリーエンコーダーは例えば第３図に示す
ように回転軸３０に連絡した円板３５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３１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ックススケール３２と
の双方のスケールを投光手段３３と受光手段３４で挟ん
で対向配置した所謂インデックススケール方式の構成を
採っている。

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ってくる等の
欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は被検回転物体の負荷が小さく、装置全体の小型
化が容易で、しかも回転状態を高精度に検出することの
できるロータリーエンコーダーの提供を特徴とする 特に特定次数の回折光の放射格子からの回折角及び回折
光路を制御することにより装置全体の小型化を図ったロ
ータリーエンコーダーの提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 可干渉性の光源からの光束を光分割手段により複数に分
割した後、分割した複数の光束を回転物体に連結した円
板上の放射格子上であって該回転物体の異なる複数の位
置に各々入射させる際、光学部材を利用し、前記放射格
子からの特定次数の回折光が該放射格子より略垂直に射
出するようにした後、該回折光を反射手段を利用して、
同一光路を逆行させて前記放射格子の略同一位置に再度
入射させると共に該放射格子からの特定次数の回折光を
前記光分割手段に導光させた後、該特定次数の回折光を
重ね合わせ、そして受光手段に導光し、該受光手段から
の出力信号を利用して前記回転物体の回転状態を求めた
ことである。

この他、本発明の特徴は実施例において記載されている
。

（実施例） 第１図（八）は本発明の一実施例の光学系の概略図であ
る。

本実施例ではレーザー１より放射された光束をコリメー
ターレンズ２によって平行光束とし偏光ビームスプリッ
タ−３に入射させ、略等光量の反射光束と透過光束の２
つの直線偏光の光束に分割している。このうち反射した
光束は属波長板４を経て、円偏光とし、２つの反射面を
存するプリズム１６を経て、プリズムより成る光学部材
１８に入射させている。そして光学部材１８を介して被
測定回転物体と連結した円板６上の放射状の回折格子が
設けられている放射格子７の位置Ｍ１に入射させている
。このときプリズム１６から放射格子７に対し垂直に射
出してきた光束を第１図（ロ）に示すように光学部材１
８の形状を特定することにより、放射格子７による特定
次数の回折光が放射格子７に対し略垂直に射出するよう
に放射格子７に入射させている。そして放射格子７に入
射し回折した透過回折光のうち特定次数の回折光を反射
手段８により反射させ、同一光路を逆行させ放射格子７
上の略同一位置Ｍ１に再入射させている。そして放射格
子７により再回折された特定次数の回折光を嵐波長板４
を介して入射したときと９０度偏光方位の異なる直線偏
光とし偏光ビームスプリッタ−３に入射させている。　
本実施例では偏光ビームスプリッタ−３から反射手段８
に至る特定次数の回折光の往復光路を同一としている。

第２図は第１図で示した反射手段の一実施例の説明図で
ある。

同図においては反射鏡４０を集光レンズ＝１１の略焦点
面上に配置し、集光レンズ４１に平行に入射してきた特
定次数の回折光のみをマスク４２の開口部４３を通過さ
せ反射鏡４０で反射させた後、元の光路を逆戻りするよ
うにしている。そして、その他の次数の回折光をマスク
４２により遮光している。反射手段としては、この他第
２図に示す機能と同一のものであれば、例えばキャッツ
アイ光学系や平面鏡等どのような構成のものでも良い。

このような光学系を用いれば例えばレーザーの発振波長
が変化し、回折角が多少変化しても略同じ光路で戻すこ
とができる特徴がある。

又、キャッツアイ光学系に、屈折率分布型レンズ、例え
ば日本板硝子社製のセルフォックマイクロレンズ（商品
名）等を適用し、その両端平面な点に着目して片面に反
射膜を設けることにより、構成が簡便で且つ又生産性に
富む光学素子として本発明に有効に適用することができ
る。

第１図に戻り偏光ビームスプリッタ−３で分割された２
つの光束のうち透過した光束は％波長板５を介し円偏光
とし、２つの反射面を有するプリズム１７を経て、プリ
ズムより成る光学部材１９に入射させている。そして光
学部材１９を介して円板６上の放射格子７上の位置Ｍ１
と回転軸５０に対して略点対称の位置Ｍ２に入射させて
いる。このときプリズム１７から放射格子７に対し垂直
に射出してきた光束な前述の反射光束の場合と同様に光
学部材１９の形状を特定することにより、放射格子７に
よる特定次数の回折光が放射格子７に対し垂直に射出す
るように放射格子７に入射させている。そして放射格子
７に入射し回折した透過回折光のうち特定次数の回折光
を前述の反射手段８と同様の反射手段９により同一光路
を逆行させて、放射格子７の略同一位置Ｍ２に再入射さ
せている。そして放射格子７より再回折された特定次数
の回折光を嵐波長板５を介し入射したときとは９０度偏
光方位の異なる直線偏光とし偏光ビームスプリッタ−３
に入射させている。

このとき、透過光束も前述の反射光束と同様に偏光ビー
ムスプリッタ−３から反射手段９に至る特定次数の回折
光の往復光路を同一としている。

そして反射手段８を介し入射してきた回折光と重なり合
わせた後、電波長板ｌＯを介し円偏光とし、光分割器１
１で２つの光束に分割し、各々の光束を互いの偏光方位
を４５度傾けて配置した偏光板１２゜１３を介し双方の
光束に９０度の位相差を付けた直線偏光として各々の受
光手段１４．１５に入射させている。そして受光手段１
４．１５により形成された２光束の干渉縞の強度を検出
している。

本実施例において被測定回転物体が放射格子７の１ピツ
チ分だけ回転するとｍ次の回折光の位相は２ｍπだけ変
化する。同様に放射格子７により再回折されたｎ次の回
折光の位相は２ｎπだけ変化する。これにより全体とし
て受光手段からは（２ｍ−２ｎ）個の正弦波形が得られ
る。本実施例ではこのときの正弦波形を検出することに
より回転量を測定している。

例えば回折格子のピッチが３．２μｍ、回折光として１
次及び−１次を利用したとすれば回転物体がピッチの３
．２μｍ分だけ回転したとき受光素子からは４個の正弦
波形が得られる。即ち正弦波形１個当りの分解能として
回折格子の１ピツチの％の”　／４−０．８μｍが得ら
れる。

本実施例では光分割器１１により光束を２分割し各々の
光束間に９０度の位相差をつけることにより回転物体の
回転方向も判別出来るようにしている。

尚、回転量のみを測定するのであれば光分割器１１、偏
光板１２．１３及び一方の受光手段は不要である。

本実施例では光学部材１８．１９を用いて光束を放射格
子７に入射させる際、放射格子７からの特定次数の回折
光が放射格子７に対して略垂直に射出するようにして装
置全体の簡素化及び組立粒度の向上を図っている。

更に本実施例では回転中心に対して略点対称の２つの位
置Ｍ、、Ｍ２からの回折光を利用することにより回転物
体の回転中心と放射格子の中心との偏心による測定誤差
を軽減させている。

尚、本実施例に於る構成は略点対称な２点からの回折光
を利用しているわけであるが、略点対称に限らず複数の
位置からの回折光を用いることにより略同等の効果を得
ることが出来る。例えば、互いに１２０°の角度を成す
３点からの回折光を利用したり、近接しない任意の２点
からの回折光を利用するのも有効である。

更に一方の光束の回転軸中心寄りの光束要素と略点対称
な位置に入射させた他方の光束の回転軸中心寄りの光束
要素とを互いに重なり合わせ、同様に回転中心の外側寄
りの光束要素同志を重ね合わせることにより、放射格子
の外側と内側のピッチの違いより生じる波面収差の影響
を除去している。

本実施例では偏光ビームスプリッタ−３から反射手段８
．９に至る特定次数の回折光の往復の光路な同一とする
ことにより、偏光ビームスプリッタ−３における２つの
回折光束の重なり具合を容易にし、装置全体の組立精度
を向上させている。

第４図（Ａ）は本発明の他の実施例の光学系の概略図、
第４図（Ｂ）は第４図（Ａ）の一部分の側面図である。

本実施例では第１図で用いたプリズム１６、１７の代わ
りに反射１．ｉ２０，２１そしてプリズムより成る光学
部材１８．１９の代わりに反射鏡２２．２３を用いてい
る。そして反射鏡２２．２３の傾きを調整することによ
り、放射格子７からの特定次数の回折光が放射格子７に
対して略垂直に射出するようにしている。この他は第１
図の実施例と同じである。

第５図（Ａ）は本発明の他の実施例の概略図、第５図（
Ｂ）は第５図（Ａ）の一部分の側面図である。

本実施例では第１図で用いたプリズム１６．１７と偏光
ビームスプリッタ−３を一体化して構成し装置全体の更
なる簡素化及び小型化を図ったものである。図中２２は
２つのプリズム１６．１７の接合面であり、該接合面２
２でレーザー１からの光束を２つの光束に分割している
。この他、放射格子７へ光束を入射させる際に反射面を
有する小プリズム１９を利用して行っている。

この他は第１図の実施例と同じである。

尚、第４図（Ａ）　、　（Ｂ）　、第５図（Ａ）　、　
（Ｂ）において第１図で示した要素と同一の要素には同
符番な付しである。

以上は本発明をロータリーエンコーダーに適用した場合
について示したが本発明の偏光ビームスプリッタ−から
反射手段に至る特定次数の回折光の往復光路を同一にし
、更に放射格子からの特定次数の回折光の射出角が略垂
直となるように構成し、装置全体の小型化及び組立精度
の向上を図る技術的思想はそのままリニアエンコーダー
にも良好に適用することができる。

尚、以上の各実施例において嵐波長板４，５は偏光ビー
ムスプリッタ−３と反射手段との間であればどこに配置
しても良い。　又、各実施例においては透過回折光の代
わりに反射回折光を利用しても良い。

更に本発明によれば回転角度のみならず回転速度をも検
出することができる。

尚、本発明において使用する回折格子は、透光部と遮光
部から成る所謂振幅型の回折格子、互いに異なる屈折率
を有する部分から成る位相型の回折格子である。特に位
相型の回折格子は、例えば透明円盤の円周上に凹凸のレ
リーフパターンを形成することにより作成出来、エンホ
ス、スタンパ等のプロセスにより量産が可能である。

（発明の効果） 本発明によれば放射格子からの特定次数の回折光を放射
格子より略垂直に射出させると共に偏光ビームスプリッ
タ−から反射手段に至るまでの特定次数の回折光の往復
光路を同一とすることにより、被検回転物体の回転状態
を高精度に測定することのでき、しかも装置全体の小型
化を図ったロータリーエンコーダーを達成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　、　（Ｂ）は本発明の一実施例の光学系
の概略図、第２図は第１図の一部分の説明図、第４図（
Ａ）　、　（Ｂ）　、第５図（Ａ）　、　（Ｂ）は各々
本発明の他の実施例の光学系の概略図、第３図は従来の
充電的ロータリーエンコーダーの説明図である。 図中１はレーザー、２はコリメーターレンズ、３は偏光
ビームスプリッタ−１４，５，１０は％波長板、６は円
板、７は放射格子、８．９は各々反射手段、１２．　ｌ
：ｌは各々偏光板、１４．１５は各々受光手段である。 夷　　１　　県（Ａ）　　　　夷　　１　　回ＣＢ）寥
　　３　　図 夷　４　口（Δ）　視　４　口（Ｂ） 夷　　５　　図（Ａ） 夷　６　口（Ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可干渉性の光源からの光束を光分割手段により複数に分
   割した後、分割した複数の光束を回転物体に連結した円
   板上の放射格子上であって該回転物体の異なる複数の位
   置に各々入射させる際、光学部材を利用し、前記放射格
   子からの特定次数の回折光が該放射格子より略垂直に射
   出するようにした後、該回折光を反射手段を利用して、
   同一光路を逆行させて前記放射格子の略同一位置に再度
   入射させると共に該放射格子からの特定次数の回折光を
   前記光分割手段に導光させた後、該特定次数の回折光を
   重ね合わせ、そして受光手段に導光し、該受光手段から
   の出力信号を利用して前記回転物体の回転状態を求めた
   ことを特徴とするロータリーエンコーダー。