JPS62200222A - 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
んだ回折格子を回転物体に取付け、該回折格子に例えば
レーザーからの光束を照射し、該回折格子からの回折光
を利用して、回折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光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
手段として光電的な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は例えば第５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フてくる等の
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 特に放射格子の周辺部と内部との格子ピッチの誤差によ
る測定粒度の低下を防止した高精度のロータリーエンコ
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） 可干渉性の光束を円板上の回折格子上に入射させ、前記
回折格子からの相異なる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
号を利用して前記円板の回転状態を求めたことである。

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（Ａ）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なコリメー
ターレンズ２によって平行光束としビームスプリッタ−
３に入射させ、被測定回転物体と連結した円板上の放射
状の回折格子が設けられている回折格子４の位置Ｍ、に
入射させている。そして回折格子４に入射し回折した透
過回折光のうち相異なる特定次数の２つの回折光例えば
＋０次と−ｎ次若しくはｎ次とｍ次の２つの回折光な反
射鏡より成る光学手段５，５°により反射させ、同一光
路を逆行させ回折格子４上の略同−位置Ｍ、に再入射さ
せている。そして回折格子４により再回折された前回と
同一の例えばｎ次とｍ次の特定次数の２つの回折光をビ
ームスプリッタ−３に入射させている。そしてビームス
プリッタ−３で反射した２つの回折光、即ちｎ次の回折
を２回行った回折光束とｍ次の回折を２回行った回折光
束を重ね合わせて受光手段６に導光している。そして受
光手段６により該受光手段６面上に形成される干渉縞の
強度を検出している。

第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）で示した光学手段の他の一
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４１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１図（Ｂ）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。

本実施例において被測定回転物体が回折格子４の１ピッ
チ分だけ回転するとｍ次の回折光の位相は２ｎπだけ変
化する。本実施例では放射格子４で再回折させているの
で合計４ｍπだけ位相が変化する。同様に回折格子４に
より再回折されたｎ次の回折光の位相は４ｎπだけ変化
する。これにより全体として受光手段からは（２ｍ−２
ｎ）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かピッチの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％のて”２／４　＝　０．８μｍ
が得られる。

尚、本実施例で用いた回折格子４は放射パターンをなし
ており、回転軸の中心部寄りが外周部寄りに比べどツチ
が狭くなる。これは放射状回折格子による回折光の回折
角が中心寄りと外周寄りで異なり、回折光の波面を歪曲
させることになる。

光学手段５か平面鏡或はダハプリズムコーナーキューブ
の構成をしても、この波面の歪曲は修正することが困難
で光学手段５からの反射光は歪曲したまま再回折させ重
ね合わせることになる。更に重ね合わせる２つの回折光
束の回折次数が同じで符号が異なる場合は、鏡面対称な
波面の歪曲をもつもの同志を重ね合わすことになり、干
渉縞として取り出せる領域は、２光束の波面が略平面に
なっている中央部付近のみとなってくる。

第２図（Ａ）は２つの回折光による干渉縞の形成に寄与
する光束を増加させる為の本発明の他の実施例の説明図
である。

本実施例ではシリンドリカルレンズ７．８．９を回折格
子４の両側に配置している。そしてシリンドリカルレン
ズ７により回折格子４の等ピッチになる領域を中心に光
束を線状に集光し、そこから得られる２つの相異なる特
定次数の回折光をシリンドリカルレンズ８，９により元
の円状平行光束とし、光学手段５，５゛により元の光路
へ各々反射し、再びシリンドリカルレンズ８，９により
放射格子の裏側より同一地点に線状に集光し、そこから
得られる前回と同様の相異なる２つの特定次数の回折光
をシリンドリカルレンズ７により、ビームスプリッタ−
３を介して受光手段６に導光している。

このように本実施例では回折格子４に対して光束を線状
光束とし略同ピッチとなっている回折格子上の円周方向
に入射させることにより、ピッチ誤差より生じる波面収
差の影響を軽減させている。

第２図（Ｂ）は第２図（Ａ）で用いた２つのシリンドリ
カルレンズ８．９を１つのシリンドリカルレンズ８′に
より構成した一実施例であり、この他は第２図（八）と
同一である。

第３図（Ａ）は第２図（Ａ）で用いたシリンドリカルレ
ンズの代わりにトーリックレンズを用い、回折格子４上
に入射させる光束形状を弧状とし、回折格子上の等ピッ
チとなフている領域に光束を集光させた場合の一実施例
の説明図である。同図において１０．１１．１２は回折
格子４の格子と直交する方向の屈折力をなくしたトーリ
ックレンズである。

第３図（Ｂ）は第３図（八）で用いた２つのトーリック
レンズ１１．１２の代わりに１つのトーリックレンズ１
１’を用いて構成した場合であり、この他は第３図（＾
）と同一である。

尚、以上の各実施例において光源１と受光手段６との位
置を交換して構成しても良い。

又、第４図に示すようにビームスプリッタ−３の代わり
に偏光ビームスプリッタ−３°を用い、偏光ビームスプ
リッタ−３゛と回折格子４との間に％波長板１３を配置
し、入射光損失を減少させるように構成しても良い。

本実施例において光学手段により放射格子より回折され
た光束を再度放射格子に入射させる場合、前回と同一位
置に入射させる必要はなく、回転軸からの距離が略等し
い位置であればどこであっても良い。

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。

直接重ね合わせて受光手段に導光するようにしても良い
。

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、エンボ
ス、スタンバ等のプロセスにより量産が可能である。

（発明の効果） 本発明によれば回折格子からの相異なる２つの特定次数
の回折光を利用することにより、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）は本発明の一実施例の光学系の概略本発明
の他の実施例の光学系の概略図、第５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はビームスプリッタ
−１４は回折格子、５．５°は各々光学手段、６は受光
手段である。 第　　１　　図（Ａ） 第　　１　　図（Ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可干渉性の光束を円板上の回折格子上に入射させ、前記
   回折格子からの相異なる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
   を利用して前記円板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。