JPS63153425A - 回転量検出装置 - Google Patents
回転量検出装置Info
- Publication number
- JPS63153425A JPS63153425A JP25373286A JP25373286A JPS63153425A JP S63153425 A JPS63153425 A JP S63153425A JP 25373286 A JP25373286 A JP 25373286A JP 25373286 A JP25373286 A JP 25373286A JP S63153425 A JPS63153425 A JP S63153425A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- rotating disk
- uneven pattern
- concavo
- convex pattern
- 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.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 23
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005323 electroforming Methods 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Optical Transform (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の要約
回転円板に円周状に一定ピッチで設けられた凹凸パター
ンに集束する光ビームを投射し、その反射光または透過
光の凹凸パターンでの干渉効果による0次光強度の変化
を検出することによって回転円板の回転車(回転角2回
転数)を測定する。
ンに集束する光ビームを投射し、その反射光または透過
光の凹凸パターンでの干渉効果による0次光強度の変化
を検出することによって回転円板の回転車(回転角2回
転数)を測定する。
光の回折効果を積極的に利用しているので高分解能でか
つ小型の回転量検出装置(ロータリイ・エンコーダ)を
実現できる。
つ小型の回転量検出装置(ロータリイ・エンコーダ)を
実現できる。
発明の背景
技術分野
この発明は1通称ロータリイ・エンコーダと呼ばれるタ
イプの回転量(回転角1回転数を含む)検出装置に関す
る。
イプの回転量(回転角1回転数を含む)検出装置に関す
る。
従来技術とその問題点
回転量検出装置は広い分野にわたって応用されている。
たとえば、産業用ロボットのアームの角度検出2位置検
出、NC工作機械におけるXYテーブルやツールの位置
検出、自動製図機、その他各種自動機器における可動部
分の位置検出等々である。
出、NC工作機械におけるXYテーブルやツールの位置
検出、自動製図機、その他各種自動機器における可動部
分の位置検出等々である。
従来の光学式ロークリ・エンコーダは、放射状にのびる
多数のスリットか周辺に一定間隔(ピッチ)で円周状に
刻まれた回転円板、この回転円板の周辺の一部に対向し
て配置され同じようにスリットが形成された固定スリッ
ト板、およびこれらの回転円板および固定スリット板の
スリット形成位置を挟むように配置された投、受光素子
から構成されている。投光素子から投射され回転円板お
よび固定スリット板のスリットを通過した光が受光素子
で受光される。受光素子の出力信号を波形整形し、その
パルス間隔を検出することにより回転速度が、パルス数
を計数することにより回転角(回転数)がそれぞれ測定
される。
多数のスリットか周辺に一定間隔(ピッチ)で円周状に
刻まれた回転円板、この回転円板の周辺の一部に対向し
て配置され同じようにスリットが形成された固定スリッ
ト板、およびこれらの回転円板および固定スリット板の
スリット形成位置を挟むように配置された投、受光素子
から構成されている。投光素子から投射され回転円板お
よび固定スリット板のスリットを通過した光が受光素子
で受光される。受光素子の出力信号を波形整形し、その
パルス間隔を検出することにより回転速度が、パルス数
を計数することにより回転角(回転数)がそれぞれ測定
される。
固定スリット板に位置が1/4ピツチずれた2種類のス
リットを設けておき、これらのスリットをそれぞれ光が
通過するように構成してそれぞれの通過光を検出するこ
とにより正、逆回転を判別するようにしたものもある。
リットを設けておき、これらのスリットをそれぞれ光が
通過するように構成してそれぞれの通過光を検出するこ
とにより正、逆回転を判別するようにしたものもある。
さらに原点位置検出のために1回転円板に1個のスリッ
トを、これに対向して固定スリット板にも1個のスリッ
トをそれぞれ追加して形成し、これらのスリットを光か
通過するように構成した装置もある。
トを、これに対向して固定スリット板にも1個のスリッ
トをそれぞれ追加して形成し、これらのスリットを光か
通過するように構成した装置もある。
このようなスリットが形成された回転円板および固定ス
リット板をもつ従来の回転量検出装置においては2回転
円板の径を一定に保ったままスリット数を増加させると
、スリットの間隔が狭まるために光の回折現象が生じる
ので2分解能を上げるには限界があった。高分解能を得
るためには円板を大型化することが考えられるが、そう
すると装置全体が大型化してしまい、用途が大幅に制限
される。たとえば、スリットを通過する光が回折しない
ことおよび回転円板の偏芯を考慮してスリット・ピッチ
を100μmと仮定したとすると。
リット板をもつ従来の回転量検出装置においては2回転
円板の径を一定に保ったままスリット数を増加させると
、スリットの間隔が狭まるために光の回折現象が生じる
ので2分解能を上げるには限界があった。高分解能を得
るためには円板を大型化することが考えられるが、そう
すると装置全体が大型化してしまい、用途が大幅に制限
される。たとえば、スリットを通過する光が回折しない
ことおよび回転円板の偏芯を考慮してスリット・ピッチ
を100μmと仮定したとすると。
1四転(360°) 10,000パルスの分解能を得
るためには回転円板の直径を318訂以上にしなければ
ならない。これではあまりに形状が大きくなって現実的
ではない。
るためには回転円板の直径を318訂以上にしなければ
ならない。これではあまりに形状が大きくなって現実的
ではない。
発明の概要
発明の目的
この発明は、比較的小型でかつ高分解能を達成できる回
転量検出装置を提供することを目的とする。
転量検出装置を提供することを目的とする。
発明の構成と効果
この発明による回転量検出装置は1回転中心を中心とす
る円周にそって表面に一定ピッチで凹凸パターンが形成
された回転円板1回転円板の凹凸パターンに集束光を照
射する投光手段、および回転円板からの反射光または透
過光の凹凸パターンによる光の回折による強度変化を検
出する受光手段を備えていることを特徴とする。
る円周にそって表面に一定ピッチで凹凸パターンが形成
された回転円板1回転円板の凹凸パターンに集束光を照
射する投光手段、および回転円板からの反射光または透
過光の凹凸パターンによる光の回折による強度変化を検
出する受光手段を備えていることを特徴とする。
受光手段で受光した光信号を電気信号に変換し、その電
気信号をさらに波形整形して一連のパルスを得る。この
パルス間隔の検出によって回転速度を、パルス数を5−
1数することによって回転角をそれぞれ測定することが
できる。
気信号をさらに波形整形して一連のパルスを得る。この
パルス間隔の検出によって回転速度を、パルス数を5−
1数することによって回転角をそれぞれ測定することが
できる。
凹凸パターンのピッチをΔ11回転板の直径をdとする
と分解能Mは1Mく(π×d)/Δで決−4一 定される。
と分解能Mは1Mく(π×d)/Δで決−4一 定される。
投光手段によって光ビームをそのスポット径が1μm程
度になるまで集光させることかり能であり、一方、凹凸
パターンはサブミクロン・オーダで加工することが可能
である。この発明では光の回折を積極的に利用している
ので、このような微細な凹凸パターンを用いることがで
きる。たとえばA = 2 p mとした場合に、 M
= 10.0(10(パルス/回転)の分解能を得る
ためには回転円板の直径dは8.4mm以上であればよ
い。直径dが84mm以上のものを用いると、実に10
0,000(パルス/回転)の分解能を得ることができ
る。このようにして、比較的小型でかつ高分解能の回転
量検出装置が実現する。
度になるまで集光させることかり能であり、一方、凹凸
パターンはサブミクロン・オーダで加工することが可能
である。この発明では光の回折を積極的に利用している
ので、このような微細な凹凸パターンを用いることがで
きる。たとえばA = 2 p mとした場合に、 M
= 10.0(10(パルス/回転)の分解能を得る
ためには回転円板の直径dは8.4mm以上であればよ
い。直径dが84mm以上のものを用いると、実に10
0,000(パルス/回転)の分解能を得ることができ
る。このようにして、比較的小型でかつ高分解能の回転
量検出装置が実現する。
実施例の説明
まず適用可能な光学系のタイプについて説明する。
第1図は垂直入射の反射形を、第2図は斜め入射の反射
形を、第3図は透過形をそれぞれ示している。
形を、第3図は透過形をそれぞれ示している。
これらの図において2回転軸10には回転円板11がそ
の中心で固定されており1回転円板11は回転軸10と
一緒に回転する。回転円板11の周辺にそって一定ピッ
チで凹凸パターン12が形成されている。この凹凸パタ
ーン12の詳細については後述する。
の中心で固定されており1回転円板11は回転軸10と
一緒に回転する。回転円板11の周辺にそって一定ピッ
チで凹凸パターン12が形成されている。この凹凸パタ
ーン12の詳細については後述する。
第1図に示す垂直入射反射形において、投光受光部20
は1発光素子2またとえばレーザ・ダイオード、この発
光素子21の出力光を回転円板11の凹凸パターン12
上に集光させるとともに凹凸パターン12からの反射光
を集光するレンズ系221反射光を偏向するためのビー
ム・スプリッタ23.および集光される反射光を受光す
るための受光素子25から構成されている。このタイプ
のものにおいては。
は1発光素子2またとえばレーザ・ダイオード、この発
光素子21の出力光を回転円板11の凹凸パターン12
上に集光させるとともに凹凸パターン12からの反射光
を集光するレンズ系221反射光を偏向するためのビー
ム・スプリッタ23.および集光される反射光を受光す
るための受光素子25から構成されている。このタイプ
のものにおいては。
投光素子21と受光素子25とが回転円板11の一面側
にあるので、投光受光部をコンパクトにまとめることが
できる。またこのタイプの特徴は、投射光が回転円板1
1に垂直に入射する点にある。 ′第2図に示す斜
め入射反射形においては、好ましくは発光素子21と受
光素子25とが回転円板11の径方向に離れている。そ
して1発光素子21からの投射光がレンズ系22で集光
されながら回転円板11の而に対して斜めに入射し、斜
めに反射した光がレンズ系24で集光されて受光素子2
5に受光される。このタイプの特徴は、第1図の垂直入
射反射形と比較するとビーム・スプリッタ23が不要と
なる点にある。
にあるので、投光受光部をコンパクトにまとめることが
できる。またこのタイプの特徴は、投射光が回転円板1
1に垂直に入射する点にある。 ′第2図に示す斜
め入射反射形においては、好ましくは発光素子21と受
光素子25とが回転円板11の径方向に離れている。そ
して1発光素子21からの投射光がレンズ系22で集光
されながら回転円板11の而に対して斜めに入射し、斜
めに反射した光がレンズ系24で集光されて受光素子2
5に受光される。このタイプの特徴は、第1図の垂直入
射反射形と比較するとビーム・スプリッタ23が不要と
なる点にある。
第3図に示す透過形においては1発光素子2■と受光素
子25との間に回転円板11が位置している。
子25との間に回転円板11が位置している。
回転円板11は透明体で作製されている。発光素子2■
の投射光は集光レンズ系22で回転円板11の凹凸パタ
ーン12上に集光され9回転円板11の凹凸パターン1
2の部分を透過した光がレンズ系24で集光されて受光
索子25に受光される。
の投射光は集光レンズ系22で回転円板11の凹凸パタ
ーン12上に集光され9回転円板11の凹凸パターン1
2の部分を透過した光がレンズ系24で集光されて受光
索子25に受光される。
いずれのタイプのものにおいても、受光素子25から出
力される電気信号が波形整形されることにより1回転円
板11の回転にともなって一連のパルスが得られる。こ
のパルスを計数することによって回転円板11の回転角
が検出される。
力される電気信号が波形整形されることにより1回転円
板11の回転にともなって一連のパルスが得られる。こ
のパルスを計数することによって回転円板11の回転角
が検出される。
次に動作原理について説明する。
第4図は垂直入射反射形の動作原理を示している。(A
)は入射光の照射位置に凹凸パターンが無い場合、(B
)は凹凸パターン(図示の例では凸部)12がある場合
である。凸部12の反射面11Aからの高さhは入射光
の波長をλとするとλ/4程度がよい。凸部12の頂部
も反射面となっている。これらの反射面は回転円板11
の表面にたとえばアルミニウム薄膜を蒸着することによ
って形成することができる。凸部12の大きさ、すなわ
ち凸部12が平面からみて円形の場合にはその直径φ□
または凸部12が長円ないしは細長い矩形の場合にはそ
の短径ないしは幅φ は、入射集束光ビームの光径(ス
ポット径)2ω。の半分程度とすることが好ましい。
)は入射光の照射位置に凹凸パターンが無い場合、(B
)は凹凸パターン(図示の例では凸部)12がある場合
である。凸部12の反射面11Aからの高さhは入射光
の波長をλとするとλ/4程度がよい。凸部12の頂部
も反射面となっている。これらの反射面は回転円板11
の表面にたとえばアルミニウム薄膜を蒸着することによ
って形成することができる。凸部12の大きさ、すなわ
ち凸部12が平面からみて円形の場合にはその直径φ□
または凸部12が長円ないしは細長い矩形の場合にはそ
の短径ないしは幅φ は、入射集束光ビームの光径(ス
ポット径)2ω。の半分程度とすることが好ましい。
第4図(A)において、入射光Aの照射位置に凸部12
が存在しない場合には、入射光のほとんどは反射して反
射光B。(0次光)となる。これが受光素子25によっ
て受光される。第4図(B)において、入射光Aか凸部
12を照射しているときには、入射光のほとんどが1反
射面11Aでの反射光と凸部12頂部での反射光の重な
りで生じる回折光(+1次光、−1次光)Btとなり、
0次光は減少する。したがって、受光素子25の受光信
号レベルも減少する。このようにして凸部12の存在が
受光素子25の受光信号のレベルに反映する。
が存在しない場合には、入射光のほとんどは反射して反
射光B。(0次光)となる。これが受光素子25によっ
て受光される。第4図(B)において、入射光Aか凸部
12を照射しているときには、入射光のほとんどが1反
射面11Aでの反射光と凸部12頂部での反射光の重な
りで生じる回折光(+1次光、−1次光)Btとなり、
0次光は減少する。したがって、受光素子25の受光信
号レベルも減少する。このようにして凸部12の存在が
受光素子25の受光信号のレベルに反映する。
凹凸パターンとしては凸部のみならず凹部でもよいのは
いうまでもない。
いうまでもない。
斜め入射反射形の場合にも同じような原理の動作が行な
われる。
われる。
第5図は透過形の動作原理を示している。第5図(A)
は凹凸パターンが無い場合であり、この場合には入射光
Aのほとんどすべてが透明回転円板11を透過してθ次
透過光B。として受光素子25に受光されるので、受光
素子25の受光信号は高いレベルを示す。
は凹凸パターンが無い場合であり、この場合には入射光
Aのほとんどすべてが透明回転円板11を透過してθ次
透過光B。として受光素子25に受光されるので、受光
素子25の受光信号は高いレベルを示す。
第5図(B)に示すように、入射光Aの照射位置に四部
12が存在すると、入射光のほとんどが+1次透過光、
−1次透過光B1となるので、受光素子25に受光され
る光は減少しその受光信号のレベルも低下する。このよ
うにして、透過形においても、四部12の存在の有無が
受光索子25の出力受光信号のレベルの変化として現わ
れる。
12が存在すると、入射光のほとんどが+1次透過光、
−1次透過光B1となるので、受光素子25に受光され
る光は減少しその受光信号のレベルも低下する。このよ
うにして、透過形においても、四部12の存在の有無が
受光索子25の出力受光信号のレベルの変化として現わ
れる。
第6図から第8図は垂直入射反射形の回転量検出装置の
具体例を示している。
具体例を示している。
これらの図において2回転軸10にその中心で固定され
た回転円板11には、その外周にそって多数の円形凹部
12が一定ピッチへ で配列形成されている。回転円板
11は、凹部12が形成された樹脂等よりなる透明基板
11aと、その上に形成された薄い反射膜11bとから
なり、必要ならば四部12゜反射膜11bを保護するた
めに反射膜11b上に保護膜を形成するとよい。ピッチ
Δ は、入射光径2ω 以上であることが必要である。
た回転円板11には、その外周にそって多数の円形凹部
12が一定ピッチへ で配列形成されている。回転円板
11は、凹部12が形成された樹脂等よりなる透明基板
11aと、その上に形成された薄い反射膜11bとから
なり、必要ならば四部12゜反射膜11bを保護するた
めに反射膜11b上に保護膜を形成するとよい。ピッチ
Δ は、入射光径2ω 以上であることが必要である。
2ω。=1μmとすれば、A はミクロンオーダとする
ことができるので、きわめて多数の凹部12を形成でき
、高分解能の回転円板11が得られる。
ことができるので、きわめて多数の凹部12を形成でき
、高分解能の回転円板11が得られる。
投光受光部20は、光源としての半導体レーザ21(た
とえば波長λ−0,78μm)、このレーザ21から出
射された光を平行化するためのコリメータ・レンズ22
A、偏光ビーム・スプリッタ(1/4波長板を含む)2
3.このビーム・スプリッタ23を通過した光を回転円
板11.−1’、に集光するための(たとえば、スポッ
ト径2μm以下)および回転円板11からの反射光を平
行化するための集束レンズ22B2回転円板11で反射
され、レンズ22Bで平行化され、さらに偏光ビーム・
スプリッタ23て直角に曲げられた反射光を集光するた
めの受光レンズ22C1ならびにこの集光された光を受
光し、電気信号に変換するフォトダイオード25から構
成されている。
とえば波長λ−0,78μm)、このレーザ21から出
射された光を平行化するためのコリメータ・レンズ22
A、偏光ビーム・スプリッタ(1/4波長板を含む)2
3.このビーム・スプリッタ23を通過した光を回転円
板11.−1’、に集光するための(たとえば、スポッ
ト径2μm以下)および回転円板11からの反射光を平
行化するための集束レンズ22B2回転円板11で反射
され、レンズ22Bで平行化され、さらに偏光ビーム・
スプリッタ23て直角に曲げられた反射光を集光するた
めの受光レンズ22C1ならびにこの集光された光を受
光し、電気信号に変換するフォトダイオード25から構
成されている。
上述したように四部12(第6図において部分12は入
射光に対しては凸部となる)の存在の有無によってその
反射光強度が変動し、これによってフォトダイオード2
5の受光信号のレベルが変動する。したがって1円板1
1が1ピツチ八 の角度たけ回転すると1周期のレベル
変動信号が得られる。フォトダイオード25の出力信号
を波形整形すると、この1周期のレベル変動で1個のパ
ルスが得られる。
射光に対しては凸部となる)の存在の有無によってその
反射光強度が変動し、これによってフォトダイオード2
5の受光信号のレベルが変動する。したがって1円板1
1が1ピツチ八 の角度たけ回転すると1周期のレベル
変動信号が得られる。フォトダイオード25の出力信号
を波形整形すると、この1周期のレベル変動で1個のパ
ルスが得られる。
たとえば、ピッチ八 を4μm2回転円板11の−I
1 − 中心から凹部I2の位置までの距離(半径)を2,5c
mとすると7回転円板II上には2 、yr X 25
.000/ 4−39,250個の凹部12が並んでい
ることになる。
1 − 中心から凹部I2の位置までの距離(半径)を2,5c
mとすると7回転円板II上には2 、yr X 25
.000/ 4−39,250個の凹部12が並んでい
ることになる。
39.250/ 380−0.0123であるから、1
パルス当りの回転角は0.0123°ということになり
、このように高分解能で回転角度が検出される。他方。
パルス当りの回転角は0.0123°ということになり
、このように高分解能で回転角度が検出される。他方。
PINフォトダイオードで50nsecの応答速度のも
の(付加抵抗1にΩ)が存在するから、最大応答周波数
はlOMHzが可能(立上りと立下りを考慮)となる。
の(付加抵抗1にΩ)が存在するから、最大応答周波数
はlOMHzが可能(立上りと立下りを考慮)となる。
第9図は回転円板の他の例を示している。凹凸パターン
12として比較的長さΩ の長い長円形状のちのが採用
されている。この回転円板11は1回転円板IIの偏芯
などによって入射光による凹凸パターンの照射位置が多
少ずれたとしても2回転は検出か可能であり、偏芯に対
する許容範囲か広いという特長をもつ。
12として比較的長さΩ の長い長円形状のちのが採用
されている。この回転円板11は1回転円板IIの偏芯
などによって入射光による凹凸パターンの照射位置が多
少ずれたとしても2回転は検出か可能であり、偏芯に対
する許容範囲か広いという特長をもつ。
第9図に鎖線で示すように、」二連の凹凸パターン12
の列に加えて、もう1列の凹凸パターン13の列を同心
円状に形成しかつこれらの凹凸パターン13の周方向の
位置を凹凸パターン12とA /4だけずらしておく
ことにより、そしてこれらの凹凸パターン13からも同
じように反射光信号を得ることによって1円板11の回
転方向を判別することができるようになる。この場合、
凹凸パターン13の列からの反射光信号はもう1つの投
光受光部を設けてこれによって得るようにしてもよいし
、第6図に示す投光受光部によって2分割ビーム(また
は3分割ビーム)を作成し、これらの光ビームを各列の
凹凸パターンに照射するようにしてもよい。後者の場合
には、レンズ22Aによって平行化された光ビームを3
ビームに分割するために、レンズ22AとビームΦスプ
リッタ23との間に回折格子を設け(3ビームのうち2
ビームのみを用いる)、フォトダイオード25としても
分割されかつ反射した光ビームをそれぞれ別個に受光す
る構成のものを採用する。
の列に加えて、もう1列の凹凸パターン13の列を同心
円状に形成しかつこれらの凹凸パターン13の周方向の
位置を凹凸パターン12とA /4だけずらしておく
ことにより、そしてこれらの凹凸パターン13からも同
じように反射光信号を得ることによって1円板11の回
転方向を判別することができるようになる。この場合、
凹凸パターン13の列からの反射光信号はもう1つの投
光受光部を設けてこれによって得るようにしてもよいし
、第6図に示す投光受光部によって2分割ビーム(また
は3分割ビーム)を作成し、これらの光ビームを各列の
凹凸パターンに照射するようにしてもよい。後者の場合
には、レンズ22Aによって平行化された光ビームを3
ビームに分割するために、レンズ22AとビームΦスプ
リッタ23との間に回折格子を設け(3ビームのうち2
ビームのみを用いる)、フォトダイオード25としても
分割されかつ反射した光ビームをそれぞれ別個に受光す
る構成のものを採用する。
さらに1回転円板11上の基準角度位置に1個の凹凸パ
ターンを作製し、上記3ビームに分割されたビームのう
ちの1つによってこの凹凸パターンを照射しかつその反
射光を受光するようにすれば回転円板11の絶対角度位
置(原点位置)の検出も可能となる。
ターンを作製し、上記3ビームに分割されたビームのう
ちの1つによってこの凹凸パターンを照射しかつその反
射光を受光するようにすれば回転円板11の絶対角度位
置(原点位置)の検出も可能となる。
回転円板はたとえば次のようなプロセスで作製すること
ができる。
ができる。
平板上にフォトリソグラフィ、電子線リソグラフィ等の
方法で凹凸パターンを形成する。次にこの凹凸パターン
から電鋳法なとを用いてスタンパを作製する。このスタ
ンパを用いて射出成形法等により凹凸パターンをもつ回
転円板を作製する。
方法で凹凸パターンを形成する。次にこの凹凸パターン
から電鋳法なとを用いてスタンパを作製する。このスタ
ンパを用いて射出成形法等により凹凸パターンをもつ回
転円板を作製する。
回転円板は量産可能である。反射形の場合には。
回転円板の凹凸パターン上にアルミニウムなどを蒸着し
て反射膜を形成する。
て反射膜を形成する。
従来のロータリ・エンコーダにおける回転円板にはスリ
ットがあり、このスリット形成のためにエツチング・プ
ロセスか必要であったが、この発明による凹凸パターン
をもつ回転円板の作製にはL述のようにエツチングは不
要である。しかも凹凸パターンをもつ回転円板は成形法
によって多量生産か可能である。
ットがあり、このスリット形成のためにエツチング・プ
ロセスか必要であったが、この発明による凹凸パターン
をもつ回転円板の作製にはL述のようにエツチングは不
要である。しかも凹凸パターンをもつ回転円板は成形法
によって多量生産か可能である。
上記投光受光部において、レンズ22Bによる集束光の
スポットが常に円板11上にあるようにレンズ22Bの
焦点位置を制御するためのフォーカシング駆動制御系を
設けておくことか好ましい。
スポットが常に円板11上にあるようにレンズ22Bの
焦点位置を制御するためのフォーカシング駆動制御系を
設けておくことか好ましい。
第10図および第11図は非点収差法を用いたフォーカ
ス・エラー検出光学系を示している。
ス・エラー検出光学系を示している。
回転円板11からの反射光が集束レンズ22Bを経てシ
リンドリカル・レンズ26に入射している。正しいフォ
ーカシングが行なわれているときのシリンドリカル拳レ
ンズ26のX方向の焦点とZ方向の焦点との間のPで示
す位置に、第11図に示すような4分割のフォトダイオ
ードが配置されている。
リンドリカル・レンズ26に入射している。正しいフォ
ーカシングが行なわれているときのシリンドリカル拳レ
ンズ26のX方向の焦点とZ方向の焦点との間のPで示
す位置に、第11図に示すような4分割のフォトダイオ
ードが配置されている。
これらの4つのフォトダイオ−ドロ、b、c。
dは第12図に示されているように、フォトダイオード
aとbの出力信号が和動増幅器31で、同Cとdの出力
が和動増幅器32でそれぞれ加算され。
aとbの出力信号が和動増幅器31で、同Cとdの出力
が和動増幅器32でそれぞれ加算され。
さらにこれらの増幅器31.32の出力が差動増幅器3
3に送られる。
3に送られる。
第10図に実線で示すように回転円板11とレンズ22
Bとが正しいフォーカス位置にある場合には。
Bとが正しいフォーカス位置にある場合には。
第11図(A)に示すように、シリンドリカル・レンズ
26からの光のスポットはP点で真円になり。
26からの光のスポットはP点で真円になり。
4つのフォトダイオードa −dの出力信号のレベルは
等しい。したかって、差動増幅器33の出力は0を示す
(金集)。
等しい。したかって、差動増幅器33の出力は0を示す
(金集)。
第10図に破線で示すように1回転円板11がレンズ2
2Bに相対的に近づいた場合には、第11図(B)に示
すように、フォトダイオードaおよびbが他のフォトダ
イオードc、dよりも多くの光を受光し、この結果、差
動増幅器33の出力は正のレベルになる(近)。逆に回
転円板IIがレンズ22Bから相対的に遠ざかった場合
には、第11図(C)に示すようにフォトダイオードc
、dの出力が増大し、差動増幅器33の出力は負になる
。このようにして、フォーカス・エラーの検出信号か差
動増幅器33から得られる。このフォーカス・エラー検
出信号のレベルは、フォーカスからのずれ(変位)に対
して8字カーブを描く。
2Bに相対的に近づいた場合には、第11図(B)に示
すように、フォトダイオードaおよびbが他のフォトダ
イオードc、dよりも多くの光を受光し、この結果、差
動増幅器33の出力は正のレベルになる(近)。逆に回
転円板IIがレンズ22Bから相対的に遠ざかった場合
には、第11図(C)に示すようにフォトダイオードc
、dの出力が増大し、差動増幅器33の出力は負になる
。このようにして、フォーカス・エラーの検出信号か差
動増幅器33から得られる。このフォーカス・エラー検
出信号のレベルは、フォーカスからのずれ(変位)に対
して8字カーブを描く。
集束レンズ22Bは、磁気回路または圧電体材料を含む
フォーカス制御アクチュエータ35に支持されている。
フォーカス制御アクチュエータ35に支持されている。
そして、フォーカス・エラー信号が位相補償ドライブ回
路34に送られ、この回路34によってフォーカス・エ
ラー信号が0になるようにアクチュエータ35か駆動さ
れ、レンズ22Bの回転円板11に対する位置が制御さ
れる。
路34に送られ、この回路34によってフォーカス・エ
ラー信号が0になるようにアクチュエータ35か駆動さ
れ、レンズ22Bの回転円板11に対する位置が制御さ
れる。
このようなフォーカシング制御を行なうことによって、
耐環境性の向上2組立精度の緩和、高分解能下でのエラ
ーの低減などが図られる。
耐環境性の向上2組立精度の緩和、高分解能下でのエラ
ーの低減などが図られる。
すなわち、振動、加速度、温度変化などに帰因して光学
系が変動するが、とくに回転量検出装置はロボット腕な
どの可動部に用いられることが多いので、上述のフォー
カシング制御装置によってこれに対処することができる
。
系が変動するが、とくに回転量検出装置はロボット腕な
どの可動部に用いられることが多いので、上述のフォー
カシング制御装置によってこれに対処することができる
。
また9組立精度が多少悪くても、フォーカシング制御に
よって常に正しいフォーカシングを行なうことができる
。
よって常に正しいフォーカシングを行なうことができる
。
さらに1回転量検出装置の分解能は、凹凸パターンのピ
ッチを短くするとともに、集光スポット径を小さくする
ことにより向上させることかできる。集光スポット径を
小さくすると焦点深度か浅くなる。したがって9回転円
板のわずかなブレに対しても検出エラーを生じやすくな
る。フォーカシング制御を行なうことにより検出エラー
を低減することができる。
ッチを短くするとともに、集光スポット径を小さくする
ことにより向上させることかできる。集光スポット径を
小さくすると焦点深度か浅くなる。したがって9回転円
板のわずかなブレに対しても検出エラーを生じやすくな
る。フォーカシング制御を行なうことにより検出エラー
を低減することができる。
第1図から第3図は適用可能な光学系のタイプを示すも
ので、第1図は垂直入射反射形、第2図は斜め入射反射
形、第3図は透過形であり、第4図および第5図は動作
原理を示し、第4図は垂直入射反射形の場合、第5図は
透過形の場合であり、いずれも(A)は凹凸パターンが
無い状態。 (B)は凹凸パターンがある状態をそれぞれ示している
。 第6図から第8図はこの発明の実施例を示し。 第6図は投光受光部を示し、第7図は回転円板の一部の
平面図、第8図は第7図、の■−■線にそう断面図、第
9図は回転円板の他の例を示す平面図である。 第10図および第11図はフォーカス・エラー検出部を
示し、第10図はその光学系を、第11図は4分割フオ
ドダイオードをそれぞれ示しており、第11図(A)は
正しいフォーカシングが行なわれている場合、同(B)
は近い場合、同(C)は遠い場合であり、第12図はフ
ォーカス・エラー検出およびフォーカシング制御回路を
示すブロック図である。 11・・・回転円板、 12・・・凹凸パター
ン。 20・・・投光受光部、21・・・発光素子。 22、22A、 22B、 22C,24・・・集光レ
ンズ。 23・・・ビーム舎スプリッタ。 25・・・受光素子。 以 上
ので、第1図は垂直入射反射形、第2図は斜め入射反射
形、第3図は透過形であり、第4図および第5図は動作
原理を示し、第4図は垂直入射反射形の場合、第5図は
透過形の場合であり、いずれも(A)は凹凸パターンが
無い状態。 (B)は凹凸パターンがある状態をそれぞれ示している
。 第6図から第8図はこの発明の実施例を示し。 第6図は投光受光部を示し、第7図は回転円板の一部の
平面図、第8図は第7図、の■−■線にそう断面図、第
9図は回転円板の他の例を示す平面図である。 第10図および第11図はフォーカス・エラー検出部を
示し、第10図はその光学系を、第11図は4分割フオ
ドダイオードをそれぞれ示しており、第11図(A)は
正しいフォーカシングが行なわれている場合、同(B)
は近い場合、同(C)は遠い場合であり、第12図はフ
ォーカス・エラー検出およびフォーカシング制御回路を
示すブロック図である。 11・・・回転円板、 12・・・凹凸パター
ン。 20・・・投光受光部、21・・・発光素子。 22、22A、 22B、 22C,24・・・集光レ
ンズ。 23・・・ビーム舎スプリッタ。 25・・・受光素子。 以 上
Claims (2)
- (1)回転中心を中心とする円周にそって表面に一定ピ
ッチで凹凸パターンが形成された回転円板、回転円板の
凹凸パターンに集束光を照射する投光手段、および 回転円板からの反射光または透過光の凹凸パターンによ
る光の回折による強度変化を検出する受光手段、 を備えている回転量検出装置。 - (2)投光手段による投射光の回転円板上へのフォーカ
ス・エラーを検出する手段、およびフォーカス・エラー
検出信号に基づいてフォーカス・エラーが零になるよう
に投光手段のフォーカス・レンズの位置を調整するフォ
ーカシング制御手段、 を備えている特許請求の範囲第(1)項に記載の回転量
検出装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61-201687 | 1986-08-29 | ||
JP20168786 | 1986-08-29 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63153425A true JPS63153425A (ja) | 1988-06-25 |
Family
ID=16445238
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25373286A Pending JPS63153425A (ja) | 1986-08-29 | 1986-10-27 | 回転量検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63153425A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007078690A (ja) * | 2005-09-14 | 2007-03-29 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte Ltd | 反射型光エンコーダ |
JP2007080732A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 電線の電波障害低減金具及び電線の電波障害低減方法 |
JP2013257314A (ja) * | 2012-05-18 | 2013-12-26 | Optnics Precision Co Ltd | 反射型エンコーダ |
WO2016021663A1 (ja) * | 2014-08-06 | 2016-02-11 | 日本精工株式会社 | 光学式センサ |
US10337892B2 (en) | 2014-08-06 | 2019-07-02 | Nsk Ltd. | Sensor and method of manufacturing sensor |
US10378932B2 (en) | 2014-08-06 | 2019-08-13 | Nsk Ltd. | Sensor having generating and detecting units on a substrate with a curve or bent shape in a cylindrical housing and method of manufacturing sensor |
-
1986
- 1986-10-27 JP JP25373286A patent/JPS63153425A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007078690A (ja) * | 2005-09-14 | 2007-03-29 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte Ltd | 反射型光エンコーダ |
JP2007080732A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 電線の電波障害低減金具及び電線の電波障害低減方法 |
JP2013257314A (ja) * | 2012-05-18 | 2013-12-26 | Optnics Precision Co Ltd | 反射型エンコーダ |
WO2016021663A1 (ja) * | 2014-08-06 | 2016-02-11 | 日本精工株式会社 | 光学式センサ |
JP2016038251A (ja) * | 2014-08-06 | 2016-03-22 | 日本精工株式会社 | 光学式センサ |
US10139252B2 (en) | 2014-08-06 | 2018-11-27 | Nsk Ltd. | Optical sensor |
US10337892B2 (en) | 2014-08-06 | 2019-07-02 | Nsk Ltd. | Sensor and method of manufacturing sensor |
US10378932B2 (en) | 2014-08-06 | 2019-08-13 | Nsk Ltd. | Sensor having generating and detecting units on a substrate with a curve or bent shape in a cylindrical housing and method of manufacturing sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5129725A (en) | Method of optically detecting position of object and position detecting apparatus using the method | |
US5006703A (en) | Reflective optical rotary encoder disc | |
JP2013504068A (ja) | 回転角センサで目盛トラック偏心を光学式に補正する装置および方法 | |
JPH067062B2 (ja) | 位置検出装置 | |
JP2004212243A (ja) | 格子干渉型光学式エンコーダ | |
JPH0293324A (ja) | ロータリーエンコーダの原点検出系 | |
JPH063167A (ja) | エンコーダー | |
US4987301A (en) | Reflective optical encoder device with light beams applied as spats spaced by 2 predetermined pitch | |
JPS63153425A (ja) | 回転量検出装置 | |
US5506681A (en) | Method for detecting a reference position and displacement detector using the same | |
JPH05256666A (ja) | ロータリーエンコーダー | |
JPH08304118A (ja) | 複合型のロータリーエンコーダ | |
JPH0612268B2 (ja) | 光学式エンコーダ | |
JP3459755B2 (ja) | 変位情報測定装置 | |
JP2000266567A (ja) | ロータリエンコーダ | |
JPH0216848B2 (ja) | ||
JPS63108816A (ja) | 回転量検出装置 | |
JPH1123321A (ja) | 光学スケール及びそれを用いた変位情報測定装置 | |
JPS63108817A (ja) | 回転量検出装置 | |
JP4136059B2 (ja) | 変位情報検出装置 | |
JP2002277286A (ja) | 回転変位量を検出する装置、及び、ディスク | |
JPS63136722A (ja) | 光学式位置検出装置 | |
JP2567934B2 (ja) | 回転検出装置 | |
JPS6336111A (ja) | 光学式エンコ−ダ | |
JP3472034B2 (ja) | 回転変位情報検出装置 |