JPH04372822A - 光学式エンコーダ - Google Patents
光学式エンコーダInfo
- Publication number
- JPH04372822A JPH04372822A JP15164891A JP15164891A JPH04372822A JP H04372822 A JPH04372822 A JP H04372822A JP 15164891 A JP15164891 A JP 15164891A JP 15164891 A JP15164891 A JP 15164891A JP H04372822 A JPH04372822 A JP H04372822A
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- JP
- Japan
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- grating
- light
- diffraction grating
- light receiving
- order diffracted
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- Pending
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、モータ等の回転体の回
転角度や回転速度を検出するために用いられる光学式エ
ンコーダに関する。
転角度や回転速度を検出するために用いられる光学式エ
ンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は従来のこの種の光学式エンコーダ
の１例を示したものである。同図において、１０Ａは図
示しないモータのモータ軸に連結される回転軸１１を持
つ回転コード板であって、透光部と遮断部からなるコー
ドを形成された４本の環トラック１〜４に区分されてい
る。環トラック１には４５°／２巾の透光部Ａ４５／２
が４５°／２間隔で８箇並ぶコードが形成され、環トラ
ック２には４５°巾の透光部Ａ４５が４５°間隔で４箇
形成され、環トラック３には９０°巾の透光部Ａ９０が
９０°間隔で２箇形成され、環トラック４は１８０°巾
の透光部Ａ１８０ が形成されている。Ｂはコード板１
０Ａの遮光部を示す。２０は回転コード板１０Ａを回転
軸１１方向に照射する投光ユニットであって、環トラッ
ク１〜４のそれぞれを照射する光源（発光素子）２１〜
２２を備えている。３０は回転コード板１０Ａを挟んで
投光ユニット２０と対向する位置に配設された固定スリ
ット板であり、環トラック１〜４のそれぞれに対向する
位置にあるスリット３１〜３４を有している。４０は受
光ユニットであって、スリット３１〜３４を透過した光
をそれぞれ受光する受光素子４１〜４４を備えている。
の１例を示したものである。同図において、１０Ａは図
示しないモータのモータ軸に連結される回転軸１１を持
つ回転コード板であって、透光部と遮断部からなるコー
ドを形成された４本の環トラック１〜４に区分されてい
る。環トラック１には４５°／２巾の透光部Ａ４５／２
が４５°／２間隔で８箇並ぶコードが形成され、環トラ
ック２には４５°巾の透光部Ａ４５が４５°間隔で４箇
形成され、環トラック３には９０°巾の透光部Ａ９０が
９０°間隔で２箇形成され、環トラック４は１８０°巾
の透光部Ａ１８０ が形成されている。Ｂはコード板１
０Ａの遮光部を示す。２０は回転コード板１０Ａを回転
軸１１方向に照射する投光ユニットであって、環トラッ
ク１〜４のそれぞれを照射する光源（発光素子）２１〜
２２を備えている。３０は回転コード板１０Ａを挟んで
投光ユニット２０と対向する位置に配設された固定スリ
ット板であり、環トラック１〜４のそれぞれに対向する
位置にあるスリット３１〜３４を有している。４０は受
光ユニットであって、スリット３１〜３４を透過した光
をそれぞれ受光する受光素子４１〜４４を備えている。
【０００３】この構成においては、例えば、環トラック
４の透光部Ａ１８０、スリット３４を通過した光は受光
素子４４に入射し、該受光素子４４はレベルＨの信号を
出力するので、上記モータ軸が回転すると、各トラック
１〜４は透光と遮光を交互に繰り返し、受光素子４１〜
４４はそれぞれ図８の（ａ）〜（ｄ）に示すようなパル
ス信号を出力する。この例では、受光ユニット４０の出
力は４ビット信号として利用できるので、モータの１回
転を１６分割することができ、この受光ユニット４０の
出力を回転角演算回路５０で処理することにより、モー
タの１回転を検出することができる。
４の透光部Ａ１８０、スリット３４を通過した光は受光
素子４４に入射し、該受光素子４４はレベルＨの信号を
出力するので、上記モータ軸が回転すると、各トラック
１〜４は透光と遮光を交互に繰り返し、受光素子４１〜
４４はそれぞれ図８の（ａ）〜（ｄ）に示すようなパル
ス信号を出力する。この例では、受光ユニット４０の出
力は４ビット信号として利用できるので、モータの１回
転を１６分割することができ、この受光ユニット４０の
出力を回転角演算回路５０で処理することにより、モー
タの１回転を検出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ビット桁２０
、２１ 、２２ 、２３ 毎にその環トラックの透光
部の個数が異なる回転コード板１０Ａを用いるものでは
、回転コード板１０Ａが光をＯＮ／ＯＦＦする速度には
巾があり、モータの回転速度が高速になると、例えば、
１箇の透光部を持つ環トラック４は２倍の高速で光をＯ
Ｎ／ＯＦＦするが、８箇の透光部を持つ環トラック１は
８倍の高速で光をＯＮ／ＯＦＦすることになり、時定数
に限界のある受光素子４４はこの高速のＯＮ／ＯＦＦに
追随できなくなる。このように、上記従来のエンコーダ
では、高速回転するモータに取りつけた場合、受光ユニ
ット４０側の制約から、検出不能になるという問題があ
った。
、２１ 、２２ 、２３ 毎にその環トラックの透光
部の個数が異なる回転コード板１０Ａを用いるものでは
、回転コード板１０Ａが光をＯＮ／ＯＦＦする速度には
巾があり、モータの回転速度が高速になると、例えば、
１箇の透光部を持つ環トラック４は２倍の高速で光をＯ
Ｎ／ＯＦＦするが、８箇の透光部を持つ環トラック１は
８倍の高速で光をＯＮ／ＯＦＦすることになり、時定数
に限界のある受光素子４４はこの高速のＯＮ／ＯＦＦに
追随できなくなる。このように、上記従来のエンコーダ
では、高速回転するモータに取りつけた場合、受光ユニ
ット４０側の制約から、検出不能になるという問題があ
った。
【０００５】また、トラック数が複数必要であり、トラ
ック数に応じた発光素子を必要とするので、回転コード
板等の小形化が難しいという問題もあった。
ック数に応じた発光素子を必要とするので、回転コード
板等の小形化が難しいという問題もあった。
【０００６】本発明はこの問題を解消するためになされ
たもので、回転板等移動板の構造上の制約や受光ユニッ
ト側の制約を受けることなく、高速回転体の回転角度を
検出することができ、しかも従来に比し小形化が可能な
光学式エンコーダを提供することを目的とする。
たもので、回転板等移動板の構造上の制約や受光ユニッ
ト側の制約を受けることなく、高速回転体の回転角度を
検出することができ、しかも従来に比し小形化が可能な
光学式エンコーダを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、格子間隔が規則的に変化する格子列が円状も
しくは直線状に並ぶ回折格子を備える回転もしくは直線
移動板、平面波を投光し回折格子上に光スポット生成す
るレーザー光源、上記各格子に対応して設けられ対応す
る格子からの一次回折光を受光する複数個の受光素子か
らなる受光ユニットを備える構成とした。
するため、格子間隔が規則的に変化する格子列が円状も
しくは直線状に並ぶ回折格子を備える回転もしくは直線
移動板、平面波を投光し回折格子上に光スポット生成す
るレーザー光源、上記各格子に対応して設けられ対応す
る格子からの一次回折光を受光する複数個の受光素子か
らなる受光ユニットを備える構成とした。
【０００８】請求項２では、格子間隔が一定である格子
列が円状もしくは直線状に並ぶ回折格子を備える回転も
しくは直線移動板、平面波を投光し回折格子上に光スポ
ットを生成するレーザー光源、上記光スポットへ回転し
た格子の零次回折光と一次回折光との干渉波を生成する
ミラーユニット、上記干渉波を受光する光検知器と、こ
の光検知器の出力パルス数を計数するカウンタとを備え
る構成とした。
列が円状もしくは直線状に並ぶ回折格子を備える回転も
しくは直線移動板、平面波を投光し回折格子上に光スポ
ットを生成するレーザー光源、上記光スポットへ回転し
た格子の零次回折光と一次回折光との干渉波を生成する
ミラーユニット、上記干渉波を受光する光検知器と、こ
の光検知器の出力パルス数を計数するカウンタとを備え
る構成とした。
【０００９】
【作用】本発明では、回転板がある角度回転して、ある
格子にレーザ光入射したとすると、対応する受光素子が
一次回折光を受光してパルスを発生し、回転板が更にあ
る角度回転して別の格子にレーザー光が入射したとする
と、対応する別の受光素子が一次回折光を受光してパル
スを発生する。
格子にレーザ光入射したとすると、対応する受光素子が
一次回折光を受光してパルスを発生し、回転板が更にあ
る角度回転して別の格子にレーザー光が入射したとする
と、対応する別の受光素子が一次回折光を受光してパル
スを発生する。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の１実施例を図面を参照して説
明する。
明する。
【００１１】図１および図２において、１０は回転板で
あって、図２に示すように、軸心Ｏと同心の回折格子環
Ａが形成されている。６０は受光ユニット（ダイオード
アレイ）であって、円弧状に並ぶ複数個のフォトダイオ
ード６１１ 〜６１ｎ の列からなる。７０は平面単色
を発生するレーザー光源、７１はレーザー光（単色平面
波）である。Ｑはレーザースポットを示す。
あって、図２に示すように、軸心Ｏと同心の回折格子環
Ａが形成されている。６０は受光ユニット（ダイオード
アレイ）であって、円弧状に並ぶ複数個のフォトダイオ
ード６１１ 〜６１ｎ の列からなる。７０は平面単色
を発生するレーザー光源、７１はレーザー光（単色平面
波）である。Ｑはレーザースポットを示す。
【００１２】この回折格子環Ａは、物体の振幅透過率ｔ
０ が、物体に入射する直前の光波をｕ、物体を透過し
た直後の光波をｕｔ とした場合に、 空間に正弦波状に変化している正弦波振幅格子である。 正弦波振幅格子の物体の振幅透過率ｔ０ は図３に示す
ようにｙ軸に沿って、正弦波状に変化しており、られる
。振幅ｍ／２は透過率の変動の大きさを表わし、波数ｋ
は格子の刻み目の細かさを表わしている。波数ｋと格子
の刻み目の間隔Ｐとの間には、 の関係がある。
０ が、物体に入射する直前の光波をｕ、物体を透過し
た直後の光波をｕｔ とした場合に、 空間に正弦波状に変化している正弦波振幅格子である。 正弦波振幅格子の物体の振幅透過率ｔ０ は図３に示す
ようにｙ軸に沿って、正弦波状に変化しており、られる
。振幅ｍ／２は透過率の変動の大きさを表わし、波数ｋ
は格子の刻み目の細かさを表わしている。波数ｋと格子
の刻み目の間隔Ｐとの間には、 の関係がある。
【００１３】今、図２に示すように、格子の刻み目の間
隔Ｐである正弦波振幅格子に、ｘｙ平面内をｘ軸と角θ
ｉ をなす方向に進む平面単色波が入射したとすると、
入射角θｉ と反射角θｎ （ｎ＝１、２、３、・・・
）とは下記の関係にある。
隔Ｐである正弦波振幅格子に、ｘｙ平面内をｘ軸と角θ
ｉ をなす方向に進む平面単色波が入射したとすると、
入射角θｉ と反射角θｎ （ｎ＝１、２、３、・・・
）とは下記の関係にある。
【００１４】
ｓｉｎθ０ ＝ｓｉｎθｉ
ｓｉｎθｎ＝１ ＝ｓｉｎθｉ ＋２π／（Ｐ
・ｋ） ｓｉｎθｎ＝−１＝ｓｉｎθｉ −２π
／（Ｐ・ｋ）
（４）この式から明らかなように、一次回折光ｕ１
の角度（回折角）θｎ＝１ の正弦ｓｉｎθｎ＝１ は
格子間隔Ｐと反比例の関係にあることが理解される。
・ｋ） ｓｉｎθｎ＝−１＝ｓｉｎθｉ −２π
／（Ｐ・ｋ）
（４）この式から明らかなように、一次回折光ｕ１
の角度（回折角）θｎ＝１ の正弦ｓｉｎθｎ＝１ は
格子間隔Ｐと反比例の関係にあることが理解される。
【００１５】従って、回転板１０の正弦波格子Ａの格子
間隔Ｐを、順次異ならせれば、一次回折光ｕ１ の角度
（回折角）θｎ と、回転板１０の回転角θＮ とは１
：１に対応する。
間隔Ｐを、順次異ならせれば、一次回折光ｕ１ の角度
（回折角）θｎ と、回転板１０の回転角θＮ とは１
：１に対応する。
【００１６】本実施例における上記正弦波格子Ａの格子
間隔Ｐは、一定ではなく、徐々に変化させてあり、これ
をＰ１ ＜Ｐ２ ＜Ｐ３ ＜・・・・＜Ｐｎ とする。
間隔Ｐは、一定ではなく、徐々に変化させてあり、これ
をＰ１ ＜Ｐ２ ＜Ｐ３ ＜・・・・＜Ｐｎ とする。
【００１７】フォトダイオード６１１ は、ｓｉｎθｎ
＝１ 〔＝ｓｉｎθｉ ＋２π／（Ｐ１ ・ｋ）〕の位
置に、フォトダイオード６１ｎ は、ｓｉｎθｎ＝１
〔＝ｓｉｎθｉ＋２π／（Ｐｎ ・ｋ）〕の位置に配置
してある。
＝１ 〔＝ｓｉｎθｉ ＋２π／（Ｐ１ ・ｋ）〕の位
置に、フォトダイオード６１ｎ は、ｓｉｎθｎ＝１
〔＝ｓｉｎθｉ＋２π／（Ｐｎ ・ｋ）〕の位置に配置
してある。
【００１８】例えば、回転板１０が図示矢印方向にθＮ
＝３０ 度回転して、図４（Ａ）に示すように格子間
隔Ｐ３０にレーザービーム７１が入射したとすると、フ
ォトダイオード６１３０が一次回折光ｕ１を受光してパ
ルスを発生し、回転板１０が更に１５度回転して（θＮ
＝４５）格子間隔Ｐ４５にレーザービーム７１が入射し
たとすると、フォトダイオード６１４５が一次回折光ｕ
１ を受光してパルスを発生する。なお、高次回折光の
光強度は一次回折光の光強度に比し実用上問題にならな
い程度に小さい。
＝３０ 度回転して、図４（Ａ）に示すように格子間
隔Ｐ３０にレーザービーム７１が入射したとすると、フ
ォトダイオード６１３０が一次回折光ｕ１を受光してパ
ルスを発生し、回転板１０が更に１５度回転して（θＮ
＝４５）格子間隔Ｐ４５にレーザービーム７１が入射し
たとすると、フォトダイオード６１４５が一次回折光ｕ
１ を受光してパルスを発生する。なお、高次回折光の
光強度は一次回折光の光強度に比し実用上問題にならな
い程度に小さい。
【００１９】従って、フォトダイオード６１３０がパル
スを出力したことにより、回転板１０が３０°回転した
ことを、フォトダイオード６１４５がパルスを出力した
ことにより、回転板１０が４５°回転したことを検知す
ることができる。
スを出力したことにより、回転板１０が３０°回転した
ことを、フォトダイオード６１４５がパルスを出力した
ことにより、回転板１０が４５°回転したことを検知す
ることができる。
【００２０】このように、本実施例では、回転板１０に
１つの回折格子環Ａを設ければよく、従来のように複数
の環トラックは必要ないので、回転板１０は小形化する
ことができる上、レーザー光源７０も１台で済む。
１つの回折格子環Ａを設ければよく、従来のように複数
の環トラックは必要ないので、回転板１０は小形化する
ことができる上、レーザー光源７０も１台で済む。
【００２１】また、受光ユニット６０の各受光素子６１
１ 〜６１ｎ は回転板１０の１回転につき１回だけレ
ーザービームを受光して１パルスを発生すればよいので
、回転板１０の回転速度に対する検出限界が非常に高く
なり、受光ユニット６０側からの、回転速度に対する制
約を実質的に無くすことができる。
１ 〜６１ｎ は回転板１０の１回転につき１回だけレ
ーザービームを受光して１パルスを発生すればよいので
、回転板１０の回転速度に対する検出限界が非常に高く
なり、受光ユニット６０側からの、回転速度に対する制
約を実質的に無くすことができる。
【００２２】上記実施例では、格子列が回転板１０の面
上に円形に並んでいるが、図５に示すように、格子列が
筒面状に並ぶ構成であってもよい。
上に円形に並んでいるが、図５に示すように、格子列が
筒面状に並ぶ構成であってもよい。
【００２３】また、上記実施例では、格子列が円状に並
ぶ回折格子Ａを用いているが、リニアエンコーダを得た
い場合には、リニア移動板に、格子列が直線状に並ぶ回
折格子Ａを設ければよい。
ぶ回折格子Ａを用いているが、リニアエンコーダを得た
い場合には、リニア移動板に、格子列が直線状に並ぶ回
折格子Ａを設ければよい。
【００２４】また、上記実施例では、格子列が全周に亘
って並ぶ回折格子Ａを用いているが、ある間隔を隔てて
並ぶようにすることがある。
って並ぶ回折格子Ａを用いているが、ある間隔を隔てて
並ぶようにすることがある。
【００２５】また、一次回折光ｕ１ の角振動数ω＋１
、ω−１と回転板１０の回転速度Ｖとの間には、但し、
ｃ：光速度 ω０ ：零次回折光ｕ０ の角振動数 の関係があるので、格子間隔Ｐを一定にすれば、零次回
折光ｕ０ と一次回折光ｕ１ の干渉を利用して、回転
板１０の回転速度Ｖと回転方向を検知することができ、
図６にそのための機構を示す。
、ω−１と回転板１０の回転速度Ｖとの間には、但し、
ｃ：光速度 ω０ ：零次回折光ｕ０ の角振動数 の関係があるので、格子間隔Ｐを一定にすれば、零次回
折光ｕ０ と一次回折光ｕ１ の干渉を利用して、回転
板１０の回転速度Ｖと回転方向を検知することができ、
図６にそのための機構を示す。
【００２６】図６において、正弦波格子Ｂは格子間隔Ｐ
一定の格子である。８１はミラー、８２はハーフミラー
であって、両者により、零次回折光ｕ０ と一次回折光
ｕ１ の干渉波ｕ１ 〜ｕ０ を生成する。６２はこの
干渉波を受光する光検知器であり、カウンタ８３は、こ
の光検知器６２が出力するパルスを計数して速度演算器
８４に入力する。速度演算器８４はこのパルス計数値か
ら回転板１０の回転速度Ｖを演算する。
一定の格子である。８１はミラー、８２はハーフミラー
であって、両者により、零次回折光ｕ０ と一次回折光
ｕ１ の干渉波ｕ１ 〜ｕ０ を生成する。６２はこの
干渉波を受光する光検知器であり、カウンタ８３は、こ
の光検知器６２が出力するパルスを計数して速度演算器
８４に入力する。速度演算器８４はこのパルス計数値か
ら回転板１０の回転速度Ｖを演算する。
【００２７】
【発明の効果】本発明は以上説明した通り、回折光の角
度が格子毎に異なる回折格子を用い、その角度の正弦の
違いを利用して当該回折光を対応する受光素子で受光し
て検知するので、いわゆるトラックは１つのトラックが
あればよく、上記受光素子の受光機会は回転板１回転毎
であるから、回転板の回転速度に対する前記した受光素
子の時定数による制約、回転板の製作上の制約は実質上
無くすことが可能で、角度検出可能な回転体の高速領域
を従来に比し広げることができる上、エンコーダの小形
化を図ることができる。
度が格子毎に異なる回折格子を用い、その角度の正弦の
違いを利用して当該回折光を対応する受光素子で受光し
て検知するので、いわゆるトラックは１つのトラックが
あればよく、上記受光素子の受光機会は回転板１回転毎
であるから、回転板の回転速度に対する前記した受光素
子の時定数による制約、回転板の製作上の制約は実質上
無くすことが可能で、角度検出可能な回転体の高速領域
を従来に比し広げることができる上、エンコーダの小形
化を図ることができる。
【図１】本発明の実施例を示す平面図である。
【図２】上記実施例の側面図である。
【図３】正弦格子を説明するための図である。
【図４】上記実施例の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す斜視図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す斜視図である。
【図７】従来の光学式エンコーダのブロック構成図であ
る。
る。
【図８】上記従来例の出力信号のタイムチャートである
。
。
１０ 回転板
６０ 受光ユニット
６１１ 〜６１ｎ フォトダイオード６２
光検知器 ７０ レーザー光源 ８１ ミラー ８２ ハーフミラー ８３ カウンタ ８４ 速度演算器 Ａ、Ｂ 回折格子
光検知器 ７０ レーザー光源 ８１ ミラー ８２ ハーフミラー ８３ カウンタ ８４ 速度演算器 Ａ、Ｂ 回折格子
Claims (2)
- 【請求項１】 格子間隔が規則的に変化する格子列が
円状もしくは直線状に並ぶ回折格子を備える回転板もし
くは直線移動板、平面波を投光し回折格子上に光スポッ
ト生成するレーザー光源、上記各格子に対応して設けら
れ対応する格子からの一次回折光を受光する複数個の受
光素子からなる受光ユニットを備えることを特徴とする
光学式エンコーダ。 - 【請求項２】 格子間隔が一定である格子列が円状も
しくは直線状に並ぶ回折格子を備える回転板もしくは直
線移動板、平面波を投光し回折格子上に光スポットを生
成するレーザー光源、上記光スポットへ回転した格子の
零次回折光と一次回折光との干渉波を生成するミラーユ
ニット、上記干渉波を受光する光検知器と、この光検知
器の出力パルス数を計数するカウンタとを備えることを
特徴とする光学式エンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15164891A JPH04372822A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | 光学式エンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15164891A JPH04372822A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | 光学式エンコーダ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04372822A true JPH04372822A (ja) | 1992-12-25 |
Family
ID=15523163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15164891A Pending JPH04372822A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | 光学式エンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04372822A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021107042A1 (ja) * | 2019-11-27 | 2021-06-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | レーザ発振器 |
-
1991
- 1991-06-24 JP JP15164891A patent/JPH04372822A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021107042A1 (ja) * | 2019-11-27 | 2021-06-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | レーザ発振器 |
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