JP5085440B2 - ロータリエンコーダ及びロータリエンコーダの角度補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロータリエンコーダ及びロータリエンコーダの角度補正方法に係り、特に、測量機の測角に用いられる機器として、目盛盤が回転軸に対して偏心しているときに角度誤差を補正できるようにしたロータリエンコーダ及びロータリエンコーダの角度補正方法に関する。

測量機は、測角に用いる機器として、例えば、ロータリエンコーダを備えている。ロータリエンコーダは、望遠鏡とともに回転する回転円盤を備え、この回転円盤の周方向に沿って付された目盛を読むことで、水平角と鉛直角を測定することができる。

測量機に用いられるロータリエンコーダは、目盛盤が回転軸に対して偏心しているときには角度誤差が生じ、そのままでは、正確な測角ができない。そのため、ロータリエンコーダとして、角度目盛が１８０度離れた対向位置に一対の角度検出器を配置して、それぞれの角度目盛を読み取り、読み取った２個の角度を平均することにより偏心角度誤差を打ち消している（特許文献１参照）。あるいは、偏心角度誤差が機械の精度仕様を満足する程度まで偏心量を小さく調整することも行われている。

特開２００７−１７８３２０号公報

しかしながら、ロータリエンコーダに２個の角度検出器を設けたのでは、コストダウンを図ることができない。一方、角度検出器を単に１個としたのでは、角度誤差を打ち消すことが困難である。

また、偏心量を許容できる程度まで小さく調整する場合は、角度検出器を１個にできるものの、調整時間が長くなり作業コストが高くなってしまう。なお、角度検出器としては、例えば、ＣＣＤリニアイメージセンサが使用される（以下、ＣＣＤリニアイメージセンサのことを単にＣＣＤセンサと呼ぶ）。ＣＣＤセンサ２２は、目盛盤１２のスリット１８群を通過してくる光源２０からの光を受光して、スリット１８群の像の配列パターン（ＣＣＤセンサ２２上に投影される複数のスリット像から得られる配列パターン）に応じた電気信号を出力する機能を有している。

本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、単一の角度検出器を用いても、目盛盤が回転軸に対して偏心しているときの角度誤差を求めることができるロータリエンコーダ及びロータリエンコーダの角度補正方法を提供することにある。

また、偏心量が小さくなるように調整する場合にも、他の工具を必要とせず角度検出器である１個のＣＣＤセンサを使用して、偏心の大きさとその方向（位相）を求めることができ、その結果を使って目盛盤を調整することもできる。

前記目的を達成するために、請求項１に係るロータリエンコーダにおいては、回転軸に固定されて、目盛中心を中心とする同一半径上に角度目盛を付された複数のスリットが形成されている目盛盤と、前記目盛盤のスリットを照明する光源と、前記スリットを通過した照明光を検出するリニアイメージセンサを備えた１個の角度検出器とを持ち、あらかじめ目盛中心と回転軸の不一致によって生ずる偏心状態を検出し、かつ前記偏心状態に起因する角度誤差量を計算するための要素を記憶しておき、角度測定時には、測角値を読み取って、該測角値と前記角度誤差量を計算するための要素とにより該角度誤差量を求めると共に、該測角値に該角度誤差量を加えることにより該測角値を補正する演算器を備えたロータリエンコーダにおいて、
前記演算器が、前記目盛盤の目盛中心と前記回転軸の不一致によって生ずる前記角度誤差量ＥをＥ=（ε／Ｒ）・ｓｉｎ（Ａｒ−φ）の形（εは前記目盛中心と前記回転軸との間の距離である偏心の大きさを前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影した大きさ、正弦波の初期位相φは前記回転軸と目盛盤平面との交点から前記目盛中心に向かう半直線が指し示す目盛盤の角度、Ｒは前記回転軸と目盛盤平面の交点を前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影したときの像と前記リニアイメージセンサとの間の距離、Ａｒは測角値を示す）として演算するように設定され、
前記演算器は、前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影された前記目盛盤の目盛中心の像から前記リニアイメージセンサに向けて垂線を下ろしたときの垂線の足Ｆの座標Ｐ _F と、前記目盛盤の目盛中心の像と前記リニアイメージセンサとの間の距離Ｄと、目盛盤の読み取り角度である測角値Ａｒとの組合せを、１回転に渡り前記目盛盤を等角度ずつ回転して停止したときの位置毎に、前記垂線の足Ｆ _ｊ の座標Ｐ _Fj 、前記目盛盤の目盛中心の像と前記リニアイメージセンサとの間の距離Ｄ _ｊ 、前記測角値Ａｒ _ｊ として求めて、前記リニアイメージセンサ受光面を含む平面上に投影した前記目盛中心の像を前記リニアイメージセンサへ正射影したときの軌跡Ｆ _ｊ の座標Ｐ _Fj をＰ _Fj ＝ε・ｓｉｎ（φ−Ａｒ _ｊ ）＋Ｐ _ＦＣ （Ｐ _ＦＣ は前記目盛盤の目盛中心の像が前記リニアイメージセンサに最も接近したときの前記垂線の足Ｆの座標を示す）の形に仮定して、当該複数組の前記垂線の足Ｆ _ｊ の座標Ｐ _Fj と前記測角値Ａｒ _ｊ から、ε、φ、Ｐ _ＦＣ を求めるとともに、前記距離Ｄ _ｊ の平均値Ｄａから前記距離Ｒを求めてなる構成とされている。

（作用）あらかじめ目盛中心と回転軸の不一致によって生ずる偏心状態を検出し、検出した偏心状態に起因する角度誤差量を記憶しておき、角度測定時には測角値に対して、角度誤差量を補正するようにしたため、回転軸と目盛盤の目盛中心が不一致で、目盛盤が回転軸に対して偏心していても、１個の角度検出器で、正確な測角値を得ることができ、構成の簡素化を図ることができる。

また、目盛盤の目盛中心と回転軸の不一致によって生ずる角度誤差量ＥをＥ=（ε／Ｒ）・ｓｉｎ（Ａｒ−φ）の形として演算する演算器（εは、目盛中心と回転軸との間の距離である偏心の大きさを、リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影した大きさ、正弦波の初期位相φは、回転軸と目盛盤平面との交点から目盛中心に向かう半直線が指し示す目盛盤の角度、Ｒは、回転軸と目盛盤平面の交点を、リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影したときの像とリニアイメージセンサとの間の距離、Ａｒは、測角値を示す）を備え、角度測定時に測角値Ａｒに対して、角度誤差量Ｅを演算することで、正確な測角値を得ることができる。

さらに、リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影された前記目盛盤の目盛中心の像から前記リニアイメージセンサに向けて垂線を下ろしたときの垂線の足Ｆの座標Ｐ _F と、目盛盤の目盛中心の像とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄと、目盛盤の読み取り角度である測角値Ａｒとの組合せを、１回転に渡り目盛盤を等角度ずつ回転して停止したときの位置毎に、垂線の足Ｆ_ｊ の座標Ｐ _Fj 、目盛盤の目盛中心の像と前記リニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊ、前記測角値Ａｒ_ｊとして求めて、リニアイメージセンサ受光面を含む平面上に投影した目盛中心の像を前記リニアイメージセンサへ正射影したときの軌跡Ｆ_ｊの座標Ｐ_FjをＰ_Fj＝ε・ｓｉｎ（φ−Ａｒ_ｊ）＋Ｐ _ＦＣ （Ｐ _ＦＣ は目盛盤の目盛中心の像がリニアイメージセンサに最も接近したときの垂線の足Ｆの座標を示す）の形に仮定することで、複数組の垂線の足Ｆ_ｊ の座標Ｐ _Fj と測角値Ａｒ_ｊから、ε、φ、Ｐ _ＦＣ を求めることができるとともに、距離Ｄ_ｊの平均値Ｄａから距離Ｒを求めることができる。

前記目的を達成するために、請求項２に係るロータリエンコーダにおいては、回転軸に固定されて、目盛中心を中心とする同一半径上に角度目盛を付された複数のスリットが形成されている目盛盤と、前記目盛盤のスリットを照明する光源と、前記スリットを通過した照明光を検出するリニアイメージセンサを備えた１個の角度検出器とを持ち、あらかじめ目盛中心と回転軸の不一致によって生ずる偏心状態を検出し、かつ前記偏心状態に起因する角度誤差量を計算するための要素を記憶しておき、角度測定時には、測角値を読み取って、該測角値と前記角度誤差量を計算するための要素とにより該角度誤差量を求めると共に、該測角値に該角度誤差量を加えることにより該測角値を補正する演算器を備えたロータリエンコーダにおいて、
前記演算器が、前記目盛盤の目盛中心と前記回転軸の不一致によって生ずる前記角度誤差量ＥをＥ=（ε／Ｒ）・ｓｉｎ（Ａｒ−φ）の形（εは前記目盛中心と前記回転軸との間の距離である偏心の大きさを前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影した大きさ、正弦波の初期位相φは前記回転軸と目盛盤平面との交点から前記目盛中心に向かう半直線が指し示す目盛盤の角度、Ｒは前記回転軸と目盛盤平面の交点を前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影したときの像と前記リニアイメージセンサとの間の距離、Ａｒは測角値を示す）として演算するように設定され、
前記演算器は、前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影された前記目盛盤の目盛中心の像と前記リニアイメージセンサとの間の距離Ｄと、目盛盤の読み取り角度である前記測角値Ａｒとの組合せを、１回転に渡り前記目盛盤を等角度ずつ回転して停止したときの位置毎に、前記目盛盤の目盛中心の像とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊ、測角値Ａｒ_ｊとして求めて、前記目盛盤の目盛中心とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊをＤ_ｊ＝−ε・ｃｏｓ（φ−Ａｒ_ｊ）＋Ｒの形に仮定して、当該複数組の前記距離Ｄ_ｊと前記測角値Ａｒ_ｊから、ε、φ、Ｒを求めてなる構成とされている。

（作用）リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影された目盛盤の目盛中心の像とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄと、目盛盤の読み取り角度である測角値Ａｒとの組合せを、１回転に渡り目盛盤を等角度ずつ回転して停止したときの位置毎に、目盛盤の目盛中心の像とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊ、測角値Ａｒ_ｊとして求めて、目盛盤の目盛中心とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊをＤ_ｊ＝−ε・ｃｏｓ（φ−Ａｒ_ｊ）＋Ｒの形に仮定することで、複数組の距離Ｄ_ｊと測角値Ａｒ_ｊから、ε、φ、Ｒを求めることができる。

前記目的を達成するために、請求項３に係るロータリエンコーダの角度補正方法においては、回転軸に固定されて、目盛中心を中心とする同一半径上に角度目盛を付された複数のスリットが形成されている目盛盤と、前記目盛盤のスリットを照明する光源と、前記スリットを通過した照明光を検出するリニアイメージセンサを備えた１個の角度検出器とを持つロータリエンコーダの下で、あらかじめ目盛中心と回転軸の不一致によって生ずる偏心状態を検出し、かつ前記偏心状態に起因する角度誤差量を計算するための要素を記憶しておき、角度測定時には、測角値を読み取って、該測角値と前記角度誤差量を計算するための要素とにより該角度誤差量を求めると共に、該測角値に該角度誤差量を加えることにより該測角値を補正するロータリエンコーダの角度補正方法において、
前記目盛盤の目盛中心と前記回転軸の不一致によって生ずる前記角度誤差量ＥをＥ=（ε／Ｒ）・ｓｉｎ（Ａｒ−φ）の形（εは前記目盛中心と前記回転軸との間の距離である偏心の大きさを前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影した大きさ、正弦波の初期位相φは前記回転軸と目盛盤平面との交点から前記目盛中心に向かう半直線が指し示す目盛盤の角度、Ｒは前記回転軸と目盛盤平面の交点を前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影したときの像と前記リニアイメージセンサとの間の距離、Ａｒは測角値を示す）として演算し、
前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影された前記目盛盤の目盛中心の像から前記リニアイメージセンサに向けて垂線を下ろしたときの垂線の足Ｆの座標Ｐ _F と、前記目盛盤の目盛中心の像と前記リニアイメージセンサとの間の距離Ｄと、目盛盤の読み取り角度である測角値Ａｒとの組合せを、１回転に渡り前記目盛盤を等角度ずつ回転して停止したときの位置毎に、前記垂線の足Ｆ _ｊ の座標Ｐ _Fj 、前記目盛盤の目盛中心の像と前記リニアイメージセンサとの間の距離Ｄ _ｊ 、前記測角値Ａｒ _ｊ として求めて、前記リニアイメージセンサ受光面を含む平面上に投影した前記目盛中心の像を前記リニアイメージセンサへ正射影したときの軌跡Ｆ _ｊ の座標Ｐ _Fj をＰ _Fj ＝ε・ｓｉｎ（φ−Ａｒ _ｊ ）＋Ｐ _ＦＣ （Ｐ _ＦＣ は前記目盛盤の目盛中心の像が前記リニアイメージセンサに最も接近したときの前記垂線の足Ｆの座標を示す）の形に仮定して、当該複数組の前記垂線の足Ｆ _ｊ の座標Ｐ _Fj と前記測角値Ａｒ _ｊ から、ε、φ、Ｐ _ＦＣ を求めるとともに、前記距離Ｄ _ｊ の平均値Ｄａから前記距離Ｒを求める構成とされている。

（作用）あらかじめ目盛中心と回転軸の不一致によって生ずる偏心状態を検出し、検出した偏心状態に起因する角度誤差量を記憶しておき、角度測定時には測角値に対して、角度誤差量を補正するようにしたため、回転軸と目盛盤の目盛中心が不一致で、目盛盤が回転軸に対して偏心していても、１個の角度検出器で、正確な測角値を得ることができる。

また、目盛盤の目盛中心と回転軸の不一致によって生ずる角度誤差量ＥをＥ=（ε／Ｒ）・ｓｉｎ（Ａｒ−φ）の形とし（εは、目盛中心と回転軸との間の距離である偏心の大きさを、リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影した大きさ、正弦波の初期位相φは、回転軸と目盛盤平面との交点から目盛中心に向かう半直線が指し示す目盛盤の角度、Ｒは、回転軸と目盛盤平面の交点を、リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影したときの像とリニアイメージセンサとの間の距離、Ａｒは、測角値を示す）、角度測定時に測角値Ａｒに対して、角度誤差量Ｅを補正するようにしたため、より正確な測角値を得ることができる。

さらに、リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影された目盛盤の目盛中心の像からリニアイメージセンサに向けて垂線を下ろしたときの垂線の足Ｆの座標Ｐ _F と、目盛盤の目盛中心の像とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄと、目盛盤の読み取り角度である測角値Ａｒとの組合せを、１回転に渡り目盛盤を等角度ずつ回転して停止したときの位置毎に、垂線の足Ｆ_ｊ の座標Ｐ _Fj 、目盛盤の目盛中心の像とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊ、測角値Ａｒ_ｊとして求めて、リニアイメージセンサ受光面を含む平面上に投影した目盛中心の像をリニアイメージセンサへ正射影したときの軌跡Ｆ_ｊ の座標Ｐ _Fj をＰ _Fj ＝ε・ｓｉｎ（φ−Ａｒ_ｊ）＋Ｐ _ＦＣ （Ｐ _ＦＣ は目盛盤の目盛中心の像がリニアイメージセンサに最も接近したときの垂線の足Ｆの座標を示す）の形に仮定して演算を行うようにしたため、複数組の垂線の足Ｆ_ｊ の座標Ｐ _Fj と測角値Ａｒ_ｊから、ε、φ、Ｐ _ＦＣ を求めることができるとともに、距離Ｄ_ｊの平均値Ｄａから距離Ｒを求めることができる。

前記目的を達成するために、請求項４に係るロータリエンコーダの角度補正方法においては、回転軸に固定されて、目盛中心を中心とする同一半径上に角度目盛を付された複数のスリットが形成されている目盛盤と、前記目盛盤のスリットを照明する光源と、前記スリットを通過した照明光を検出するリニアイメージセンサを備えた１個の角度検出器とを持つロータリエンコーダの下で、あらかじめ目盛中心と回転軸の不一致によって生ずる偏心状態を検出し、かつ前記偏心状態に起因する角度誤差量を計算するための要素を記憶しておき、角度測定時には、測角値を読み取って、該測角値と前記角度誤差量を計算するための要素とにより該角度誤差量を求めると共に、該測角値に該角度誤差量を加えることにより該測角値を補正するロータリエンコーダの角度補正方法において、
前記目盛盤の目盛中心と前記回転軸の不一致によって生ずる前記角度誤差量ＥをＥ=（ε／Ｒ）・ｓｉｎ（Ａｒ−φ）の形（εは前記目盛中心と前記回転軸との間の距離である偏心の大きさを前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影した大きさ、正弦波の初期位相φは前記回転軸と目盛盤平面との交点から前記目盛中心に向かう半直線が指し示す目盛盤の角度、Ｒは前記回転軸と目盛盤平面の交点を前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影したときの像と前記リニアイメージセンサとの間の距離、Ａｒは測角値を示す）として演算し、
前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影された前記目盛盤の目盛中心の像と前記リニアイメージセンサとの間の距離Ｄと、目盛盤の読み取り角度である前記測角値Ａｒとの組合せを、１回転に渡り前記目盛盤を等角度ずつ回転して停止したときの位置毎に、前記目盛盤の目盛中心の像とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊ、測角値Ａｒ_ｊとして求めて、前記目盛盤の目盛中心の像とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊをＤ_ｊ＝−ε・ｃｏｓ（φ−Ａｒ_ｊ）＋Ｒの形に仮定して、当該複数組の前記距離Ｄ_ｊと前記測角値Ａｒ_ｊから、ε、φ、Ｒを求める構成とされている。

（作用）リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影された目盛盤の目盛中心の像とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄと、目盛盤の読み取り角度である測角値Ａｒとの組合せを、１回転に渡り目盛盤を等角度ずつ回転して停止したときの位置毎に、目盛盤の目盛中心の像とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊ、測角値Ａｒ_ｊとして求めて、目盛盤の目盛中心とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊをＤ_ｊ＝−ε・ｃｏｓ（φ−Ａｒ_ｊ）＋Ｒの形に仮定して演算するようにしたため、複数組の距離Ｄ_ｊと測角値Ａｒ_ｊから、ε、φ、Ｒを求めることができる。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係るロータリエンコーダによれば、回転軸と目盛盤の目盛中心が不一致で、目盛盤が回転軸に対して偏心していても、１個の角度検出器で、正確な測角値を得ることができ、構成の簡素化を図ることができる。

また、請求項１に係るロータリエンコーダによれば、より正確な測角値を得ることができる。

さらに、ε（目盛中心と回転軸との間の距離である偏心の大きさをリニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影した大きさ）、φ（回転軸と目盛盤平面との交点から目盛中心に向かう半直線が指し示す目盛盤の角度）、Ｐ _ＦＣ （目盛盤の目盛中心の像がリニアイメージセンサに最も接近したときの垂線の足Ｆの座標）を求めることができるとともに、Ｒ（回転軸と目盛盤平面の交点を、リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影したときの像とリニアイメージセンサとの間の距離）を求めることができる。

請求項２に係るロータリエンコーダによれば、ε（目盛中心と回転軸との間の距離である偏心の大きさをリニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影した大きさ）、φ（回転軸と目盛盤平面との交点から目盛中心に向かう半直線が指し示す目盛盤の角度）、Ｒ（回転軸と目盛盤平面の交点を、リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影したときの像とリニアイメージセンサとの間の距離）を求めることができる。

請求項３に係る角度補正方法によれば、回転軸と目盛盤の目盛中心が不一致で、目盛盤が回転軸に対して偏心していても、１個の角度検出器で、正確な測角値を得ることができる。

また、請求項３に係る角度補正方法によれば、より正確な測角値を得ることができる。

さらに、請求項３に係る角度補正方法によれば、ε（目盛中心と回転軸との間の距離である偏心の大きさをリニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影した大きさ）、φ（回転軸と目盛盤平面との交点から目盛中心に向かう半直線が指し示す目盛盤の角度）、Ｐ _ＦＣ （目盛盤の目盛中心の像がリニアイメージセンサに最も接近したときの垂線の足Ｆの座標）を求めることができるとともに、Ｒ（回転軸と目盛盤平面の交点を、リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影したときの像とリニアイメージセンサとの間の距離）を求めることができる。

請求項４に係る角度補正方法によれば、ε（目盛中心と回転軸との間の距離である偏心の大きさをリニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影した大きさ）、φ（回転軸と目盛盤平面との交点から目盛中心に向かう半直線が指し示す目盛盤の角度）、Ｒ（回転軸と目盛盤平面の交点を、リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影したときの像とリニアイメージセンサとの間の距離）を求めることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を示すロータリエンコーダの分解斜視図、図２は、目盛盤の平面図、図３は、ロータリエンコーダのブロック構成図、図４は、目盛盤とＣＣＤリニアセンサとの関係を示す模式図、図５は、回転軸に対して目盛盤が偏心しているときの目盛盤とＣＣＤリニアセンサとの関係を示す模式図、図６は、ロータリエンコーダの工場出荷前の処理を説明するためのフローチャートである。

図１および図２において、ロータリエンコーダ１０は、円環状に形成された目盛盤１２を備えており、この目盛盤１２は、回転軸１４を中心に回転する円柱状に形成された軸の外周面に固定され、この円柱状の軸とともに回転する。目盛盤１２には、目盛中心Ｏ_１を中心とする同一半径上に複数のスリット１８が角度目盛として形成されている。複数のスリット１８は、幅の広いものと幅の狭いものの２種類で構成されており、各スリット１８は等角度間隔で仮想の同心円１６に沿って配置されている。

この際、複数のスリット１８は、連続する所定の本数を取り出したときに幅の広いものと幅の狭いものの配列が、目盛盤１２の一周の中で一意になるように配列されている。このため、幅の広いスリット１８と幅の狭いスリット１８の並び方（一方を「１」とし、他方を「０」とすると、１、０による配列パターン）と、各スリット１８の目盛盤１２における角度との対応関係を予め設定しておくことで、ＣＣＤセンサ２２で読み取ったスリット像の配列パターンから目盛盤１２の角度を特定することができる。

目盛盤１２を間にして、目盛盤１２の両側には、光源２０とＣＣＤリニアセンサ２２が相対向して配置されている。光源２０は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成され、目盛盤１２のスリット１８のうちＣＣＤセンサ受光領域２４に存在するスリット１８群に向けて光を照射する。ＣＣＤセンサ２２は、多数の微小受光素子が一列に配列した構造をしている。受光素子が一列に並んだ受光領域のことをＣＣＤセンサ受光領域２４と呼ぶことにする。また、このＣＣＤセンサ受光領域２４の中心線を含む直線を仮想して、これをＣＣＤセンサ受光直線２８と呼ぶことにする。

ここで、目盛盤１２のスリット１８をＣＣＤセンサ受光領域２４に投影したときの位置関係を図２に示す。図２の位置関係を現実に合わせて説明すると次のようになる。光源２０から発せられた光が、スリット１８群を通過してＣＣＤセンサ受光領域２４に達した光量分布がスリット像であり、このスリット像とＣＣＤセンサ受光直線２８の位置関係が図２に対応する。図２に示されるスリット像とＣＣＤセンサ受光直線２８の位置関係は、目盛盤１２の回転に伴って、その位置が相対的に変化することになる。

ＣＣＤリニアセンサ２２は、図３に示すように、増幅器３０、アナログ・デジタル変換器３２を介して演算器３４に接続されている。即ち、ＣＣＤリニアセンサ２２により読み取られたスリット像の光量分布に対応する電気信号はアナログ信号であるため、このアナログ信号は、増幅器３０で増幅された後、アナログ・デジタル変換器３２でデジタル信号に変換された後、演算器３４に入力される。

演算器３４は、例えば、ＲＯＭやＲＡＭ、入出力インタフェース回路を備えたマイクロプロセッサで構成されており、ＲＯＭに格納されたプログラムに従ってアナログ・デジタル変換器３２の出力によるデジタル信号を取り込み、取り込んだデジタル信号を基に測角値を計算し、結果を表示器３６の画面上に表示するように構成されている。また、演算器３４では、目盛盤１２が回転軸１４に対して偏心しているときの偏心状態を求めて、それに基づいて測角値を補正するための補正値を作成し、ＲＯＭに記憶することも行われる。測角値を計算する際には、記憶された補正値をＲＯＭから読み出して、測角値を補正することも行う。

測角値の計算方法について次に説明する。目盛盤１２に形成されているスリット１８には、各々角度が割り当てられており、ＣＣＤセンサ２２に投影されたスリット像のうち、連続する所定の本数のスリット配列を抜き出して幅の広いスリット１８と幅の狭いスリット１８の配列から目盛盤の角度を一意に特定できるようになっている。

しかし、目盛盤１２に形成されているスリット１８に割り当てられた角度だけでは、角度分解能が粗すぎるため、さらに細かい角度分解能を得るために次の内挿計算処理を行う。

図４は図２をさらにモデル化した図であり、目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１をＣＣＤセンサ２２上に投影した像と、ＣＣＤセンサ受光直線２８、そしてＣＣＤセンサ２２に受光される１本のスリット像を表現している。目盛盤１２のスリット１８は、目盛中心Ｏ_１を中心とする同一半径上に複数形成されており、実際にはＣＣＤセンサ１２に複数のスリット像が投影され検出される。

図４では、ＣＣＤセンサ２２に検出される複数のスリット像のうちの１本を表している。ここに表した１本のスリット像は、ＣＣＤセンサ２２で検出される複数のスリット像のうちｉ番目のスリット像１８ｉであるとする。このｉ番目のスリット像１８ｉについてのＣＣＤセンサ受光直線２８上の座標がＰ_ｉで、角度がＡ_ｉであるとする。

このとき、目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１の像からＣＣＤセンサ受光直線２８に下ろした垂線２６の足Ｆの座標をＰ_Ｆ、角度をＡ_Ｆ、目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１の像と垂線２６の足Ｆとの距離をＤとすると、ｉ番目のスリット像１８ｉについては、幾何学的な関係から次の（１）式を導くことができる。ただし、ＣＣＤセンサ受光直線２８を示す図４中の矢印の向きは、座標が増加する方向を示している。
（Ｐ_ｉ−Ｐ_Ｆ）／Ｄ＝ｔａｎ（Ａ_ｉ−Ａ_Ｆ）
Ｐ_ｉ＝Ｄ・ｔａｎ（Ａ_ｉ−Ａ_Ｆ）＋Ｐ_Ｆ ・・・・（１）

（１）式のうち、座標Ｐ_ｉと角度Ａ_ｉは既知であり、距離Ｄ、座標Ｐ_Ｆ、角度Ａ_Ｆが未知数である。これら未知数を以降の処理で求める。

前述したように図４では、ｉ番目のスリット像のみ１本しか示されていないが、実際には、複数のスリット１８の像がＣＣＤセンサ２２に投影されるので、ｉ番目以外の他の複数個のスリット１８の像も検出され、その各々について（１）式を作成できる。（１）式中の未知数は３個であるため、３本以上のスリット１８の像を使用して３個以上の（１）式を作成することで、未知数Ｄ、Ｐ_Ｆ、Ａ_Ｆを求めることができる。４個以上の（１）式を作成した場合、回帰分析によって未知数Ｄ、Ｐ_Ｆ、Ａ_Ｆの最確値Ｄ_Ｂ、Ｐ_ＦＢ、Ａ_ＦＢを求めることができる。

通常は、数１０本のスリット１８の像を使用して、回帰分析を行い最確値Ｄ_Ｂ、Ｐ_ＦＢ、Ａ_ＦＢを求める。

ここで、（１）式に、最確値Ｄ_Ｂ、Ｐ_ＦＢ、Ａ_ＦＢを代入すると、（１）式は、次の（２）式で表される。但し、Ｐは、ＣＣＤセンサ受光直線２８上の座標を表し、Ａはその座標Ｐにおける角度を表している。
（Ｐ−Ｐ_ＦＢ）／Ｄ_Ｂ＝ｔａｎ（Ａ−Ａ_ＦＢ） ・・・・（２）

ここで、ＣＣＤセンサ受光直線２８上の任意の位置に固定された読み取り位置Ｓｒの座標をＰｒとして、座標Ｐｒにおける角度を求める。つまり、（２）式に座標Ｐｒを代入して、目盛盤１２の角度Ａについて変形すると、測角値Ａｒが次の（３）式で表される。
Ａｒ＝ｔａｎ^−１｛（Ｐｒ−Ｐ_ＦＢ）／Ｄ_Ｂ｝＋Ａ_ＦＢ ・・・・（３）

次に、目盛盤１２が回転軸１４に対して偏心しているときの角度誤差を求めるに際しては、以下の処理を実行することとしている。

目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１が回転軸１４に対して偏心している状態を図５に示す。図５は、目盛盤１２をＣＣＤセンサ２２上に投影したときの目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１の像と、回転軸１４と目盛盤平面の交点をＣＣＤセンサ２２上に投影した像（ここでは回転軸１４の像Ｏ_２と呼ぶことにする）と、ＣＣＤセンサ受光直線２８の位置関係を表している。目盛中心Ｏ_１の像と回転軸１４の像Ｏ_２の距離をεとすると、目盛盤１２の回転に伴い、目盛中心Ｏ_１の像の軌跡Ｔは、回転軸１４の像Ｏ_２を中心とする半径εの円を描く。偏心角度誤差に関しては、目盛中心Ｏ_１の像の軌跡Ｔに応じて、その誤差量Ｅが変化する。

この誤差量Ｅは、偏心角度誤差を表す正弦波で表せると仮定し、正弦波の初期位相（目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１の像がＣＣＤセンサ受光直線２８に最も接近したときの角度）をφとする。目盛盤１２が回転軸１４回りに角度θだけ回転する場合を考える。ただし、目盛盤１２の目盛角度は、反時計回りに角度が増加するように割り当てられているとする。また、回転角度θは反時計回りの回転を正の角度とする。

ここで、目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１の像がＣＣＤセンサ受光直線２８に最も接近するように目盛盤１２を回転させた位置において、目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１の像からＣＣＤセンサ受光直線２８に下ろした垂線２６の足をＦ_Ｃとし、その座標をＰ_ＦＣとする。

ここでは、座標Ｐ_ＦＣをＣＣＤセンサ２２の角度読み取り位置Ｐｒに設定する。垂線の足Ｆ_Ｃと回転軸１４の像Ｏ_２との距離をＲとし、ＣＣＤセンサ２２の読み取り角度をＡｒとする。この位置から回転軸１４を中心に角度θだけ目盛盤１２を回転させた位置において、目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１の像からＣＣＤセンサ受光直線２８に下ろした垂線２６の足をＦとする。ここで、Ｆ_ＣとＯ_１の像とＦによって形成される角度が測角値Ａｒの誤差量Ｅとなる。このとき、回転角度θと初期位相φ、読み取り角度Ａｒ、および誤差量Ｅの関係は、次の（４）式となる。
θ＝φ−Ａｒ＋Ｅ ・・・・（４）

ここで、誤差量Ｅを図５に基づいて求めると、次の（５）式となる。
Ｅ＝ｔａｎ^−１｛（−ε・ｓｉｎθ）／（Ｒ−ε・ｃｏｓθ）｝
≒−（ε／Ｒ）・ｓｉｎθ ・・・・（５）

（４）式を（５）式に代入して整理すると、誤差量Ｅを表す（６）式が得られる。
Ｅ＝−（ε／Ｒ）・ｓｉｎθ＝−（ε／Ｒ）・ｓｉｎ（φ−Ａｒ＋Ｅ）
≒−（ε／Ｒ）・ｓｉｎ（φ−Ａｒ） ・・・・（６）

ただし、角度誤差量Ｅは、φ−Ａｒに比べて十分小さいという条件を使用して整理した。したがって、読み取り角度Ａｒから（６）式で表される角度誤差量Ｅを減算することによって精度の高い角度が求められる。

次に（６）式のε、Ｒ、φを求める処理を説明する。（２）式におけるＰ_ＦＢは、目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１の像からＣＣＤセンサ受光直線２８に下ろした垂線２６の足Ｆの座標を求めたことに相当する。また、（３）式は読み取り角度である測角値Ａｒを示している。

目盛盤１２を１回転したときのＰ_ＦＢ（垂線２６の足Ｆの座標に相当）の軌跡は、
Ｐ_ＦＢ≒ε・ｓｉｎ（φ−Ａｒ）＋Ｐ_ＦＣ ・・・・（７）
となる。

この（７）式で、Ｐ_ＦＢとＡｒは目盛盤１２の１箇所におけるスリット像から求めることができる。しかし、ε、φ、Ｐ_ＦＣについては、回転軸１４回りに目盛盤１２を回転させて３箇所以上の目盛盤１２の位置でＰ_ＦＢとＡｒを求め、これら複数のＰ_ＦＢとＡｒを使用して決定する必要がある。

ここでは、目盛盤１２を等角度（３６０°をＮ等分割したときの１角度区間分）ずつ回転させて停止し、それぞれの位置で、最確値Ｐ_ＦＢ、測角値Ａｒを求め、この操作を目盛盤１２が一回転するまで（３６０°回転するまで）繰り返す。なお、目盛盤１２の回転と停止の動作をＮ回繰り返して、目盛盤１２が１回転するものとする。ただし、目盛盤１２を等角度ずつ回転させるという記述は、厳密に等角度に分割する必要はなく、概略等角度となるように回転すればよい。
また、目盛盤１２の回転と停止の動作をＮ回繰り返す過程では、ｊ番目の目盛盤１２の回転位置における、最確値Ｐ_ＦＢ、測角値Ａｒはそれぞれ最確値Ｐ_ＦＢｊ、測角値Ａｒ_ｊとなる（ｊ＝１、２、……、Ｎ）。

次に、（６）式における偏心の大きさε（≧０）と初期位相φの求め方について説明する。

まず、ε・ｓｉｎ（φ−Ａｒ）が０、つまり、目盛盤１２の中心Ｏ_１がＣＣＤリニアセンサ２２に最も近づいたとき、目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１の像からＣＣＤセンサ受光直線２８に下ろした垂線２６の足Ｆ_Ｃの座標をＰ_ＦＣとする。また、目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１の像がそれ以外の位置にあるときに、目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１の像からＣＣＤセンサ受光直線２８に下ろした垂線２６の足Ｆの座標をＰ_Ｆとし、そのときの測角値をＡｒとする。Ｐ_ＦとＰ_ＦＣとの差は、次の（８）式で表される。
Ｐ_Ｆ−Ｐ_ＦＣ＝ε・ｓｉｎ（φ−Ａｒ） ・・・・（８）

ここで、ｊ番目の目盛盤１２の回転位置における、目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１の像からＣＣＤセンサ受光直線２８に下ろした垂線２６の足をＦ_ｊとし、その座標をＰ_Ｆｊ、その測角値をＡｒ_ｊする。これらを（８）式に代入して変形すると、次の（９）式が得られる。
Ｐ_Ｆｊ＝ε・ｓｉｎ（φ−Ａｒ_ｊ）＋Ｐ_ＦＣ ・・・・（９）

（９）式において、未知数は、ε、φ、Ｐ_ＦＣである。これら未知数を求める場合、まず、目盛盤１２を等角度（３６０°をＮ等分したときの１角度区間分）ずつ回転させて停止し、それぞれの位置で、例えば、ｊ番目（ｊ＝１、２、・・・、Ｎ）の回転位置では（２）式の最確値Ｄ_Ｂｊ、Ｐ_ＦＢｊ、Ａ_ＦＢｊ、及び（３）式から測角値Ａｒ_ｊを求める。

垂線の足の座標Ｐ_Ｆｊと測角値Ａｒ_ｊの組合せが３個以上あれば、つまり、Ｎが３以上の場合、（９）式における、未知数ε、φ、Ｐ_ＦＣを求めることができる。Ｎが４以上の場合は、回帰分析によって、ε、φ、Ｐ_ＦＣの最確値ε_Ｂ、φ_Ｂ、Ｐ_ＦＣＢを求めることができる。

一方、（６）式の距離Ｒは、回転軸１４の像Ｏ_２とＣＣＤセンサ受光光線２８の距離を示しているが、目盛盤１２を１回転したときの、距離Ｄ_ＢｊのＮ個のデータを平均することで、例えば、距離Ｄ_ＢｊのＮ個の平均値Ｄａを距離Ｒに相当する値として簡単に求めることができる。

以上を纏めると、（６）式の誤差量Ｅを示す方程式は、次の（１０）式で表わされる。
Ｅ＝（ε_Ｂ／Ｄａ）・ｓｉｎ（φ_Ｂ−Ａｒ）……（１０）

ここまでの処理は、ロータリエンコーダ１０を工場から出荷する前に行い、ロータリエンコーダ１０のメモリには、（１０）式におけるε_Ｂ、φ_Ｂ、Ｄａまたはφ_Ｂ、ε_Ｂ／Ｄａを記憶しておく。この後、計測現場での角度測定時に、ロータリエンコーダ１０で読み取った読み取り角度Ａｒに、（１０）式の補正を加えた角度、すなわち、次の（１１）式で表わされる測定角度を最終的な測定角度（測角値）として、表示器３６の画面上に表示する。
Ａｒ−（ε_Ｂ／Ｄａ）・ｓｉｎ（Ａｒ−φ_Ｂ） ・・・・（１１）

一方、（６）式の未知数を推定するに際しては、ｊ番目の回転位置における目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１の像とＣＣＤセンサ受光直線２８の距離Ｄ_ｊと測角値Ａｒ_ｊ（ｊ＝１、２、・・・・、Ｎ）を利用することもできる。この場合、距離Ｄ_ｊと測角値Ａｒ_ｊ、偏心の大きさε、及び回転軸１４の像Ｏ_２とＣＣＤセンサ受光直線２８間の距離Ｒの関係は、次の（１２）式で表される。
Ｄ_ｊ＝−ε・ｃｏｓ（φ−Ａｒ_ｊ）＋Ｒ ・・・・（１２）

（１２）式において、未知数は、ε、φ、Ｒである。これら未知数は、回転軸１４を等角度（３６０°をＮ等分割したときの１角度区間分）ずつ回転させて停止し、それぞれの位置で、ｊ番目の回転位置における目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１の像とＣＣＤセンサ受光直線２８間の距離Ｄ_Ｂｊと測角値Ａｒ_ｊを求め、距離Ｄ_ｊと測角値Ａｒ_ｊの組み合わせが３個以上あれば、つまり、Ｎが３以上の場合、（１２）式における、未知数ε、φ、Ｒを求めることができる。Ｎが４以上の場合は、回帰分析によって、ε、φ、Ｒの最確値ε_Ｂ、φ_Ｂ、Ｒ_Ｂを求めることができる。これら最確値は、（６）式の未知数の最確値にもなっている。

従って、（６）式に、最確値ε_Ｂ、φ_Ｂ、Ｒ_Ｂを代入すると、（６）式の誤差量Ｅを示す方程式は、次の（１３）式で表わされる。
Ｅ＝（ε_Ｂ／Ｒ_Ｂ）・ｓｉｎ（Ａｒ−φ_Ｂ）……（１３）

ここまでの処理は、ロータリエンコーダ１０を工場から出荷する前に行い、ロータリエンコーダ１０のメモリには、（１３）式におけるε_Ｂ、φ_Ｂ、Ｒ_Ｂまたはφ_Ｂ、ε_Ｂ／Ｒ_Ｂを記憶しておく。この後、計測現場での角度測定時に、ロータリエンコーダ１０で読み取った読み取り角度Ａｒに、（１３）式の補正を加えた角度、すなわち、次の（１４）式で表わされる測定角度を最終的な測定角度（測角値）として、表示器３６の画面上に表示する。
Ａｒ−（ε_Ｂ／Ｒ_Ｂ）・ｓｉｎ（Ａｒ−φ_Ｂ） ・・・・（１４）

このように、回転軸１４と目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１が不一致で、目盛盤１２が回転軸１４に対して偏心していても、単一のＣＣＤリニアセンサ２２の測角値を基に偏心誤差を求めることができるとともに、偏心誤差を基に測角値を補正することができ、高精度な測角値を得ることができる。

また、上記処理の他の使用法としては、目盛盤１２が回転軸１４に対して偏心しているときの偏心の状態が既知であることを利用して、測角計算を高速化することができる。例えば、回帰分析の計算の高速化、回帰分析の初期値を設定する処理の高速化を図ることができる。

また、偏心の大きさεと初期位相φを求めるに際しては、目盛盤１２を１回転したときに得られたＮ回分のデータのうち、垂線２６の足の座標Ｐ_ＦＢｊと測角値Ａｒ_ｊ、または目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１の像とＣＣＤセンサ受光直線２８との距離Ｄ_Ｂｊと測角値Ａｒ_ｊを利用して回帰分析で求めることができる。

例えば、前者の場合、Ｎ組のＰ_ＦＢとＡｒを利用して、（８）式のε、φ、Ｐ_ＦＣＢを求める。この場合、Ｎ組のデータのうち、ｊ番目の組合せのＰ_ＦＢとＡｒを、Ｐ_ＦＢｊ、Ａｒ_ｊとする。

ここで（８）式を（１５）式のように変形する。
Ｐ_ＦＢｊ−Ｐ_ＦＣ＝ε・ｓｉｎ（φ−Ａｒ_ｊ）
＝−ε・ｃｏｓφ・ｓｉｎＡｒ_ｊ＋ε・ｓｉｎφ・ｃｏｓＡｒ_ｊ ・・・・（１５）

ここで、Ｘ＝ε・ｃｏｓφ、Ｙ＝ε・ｓｉｎφとおくと、（１５）式は、次の（１６）式で表せる。
Ｐ_ＦＢｊ−Ｐ_ＦＣ＝ε・ｓｉｎ（φ−Ａｒ_ｊ）
＝−ε・ｃｏｓφ・ｓｉｎＡｒ_ｊ＋ε・ｓｉｎφ・ｃｏｓＡｒ_ｊ
＝−Ｘ・ｓｉｎＡｒ_ｊ＋Ｙ・ｃｏｓＡｒ_ｊ ・・・・（１６）

ここで、Ｐ_ＦＢｊとＡｒ_ｊの組合せの数が４個以上の場合、全てのＰ_ＦＢｊとＡｒ_ｊを満足するＸ、Ｙ、Ｐ_ＦＣは通常存在しないので、残差ｒを導入すると、この残差ｒ_ｊは、次の（１７）式で表される。
ｒ_ｊ＝−Ｘ・ｓｉｎＡｒ_ｊ＋Ｙ・ｃｏｓＡｒ_ｊ＋Ｐ_ＦＣ−Ｐ_ＦＢｊ ・・・・（１７）

Ｘ、Ｙ、Ｐ_ＦＣの最確値は、残差ｒ_ｊの二乗和が最小になるように、つまり、最小二乗法により求める。したがって、次の（数１８）式で示す正規方程式を解けばよいことになる。

Ｘ、Ｙ、Ｐ_ＦＣの最確値が求められた後は、Ｘ＝ε・ｃｏｓφ、Ｙ＝ε・ｓｉｎφの関係から、εとφを、次の（１９）式と（２０）式で求めることができる。
ε＝√（Ｘ^２＋Ｙ^２）……（１９）
φ＝ｔａｎ^−１（Ｙ／Ｘ）……（２０）

次に、ロータリエンコーダ１０の工場出荷前に、最確値ε_Ｂ、φ_Ｂ、Ｄａを作成し、これらの数値をロータリエンコーダ１０のメモリに記憶するまでの処理を図６のフローチャートに従って説明する。

目盛盤１２を等角度ずつ回転する過程で、目盛盤１２を所定の位置に停止し、その位置で、演算器３４は、目盛盤１２のうちＣＣＤセンサ受光領域２４に存在するスリット１８群を通過した光のスリット像群を取り込み（Ｓ１）、取り込んだ各スリット像を基に最確値Ｄ_Ｂ、Ｐ_ＦＢ、Ａ_ＦＢ、測角値Ａｒを求める（Ｓ２）。この後、演算器３４は、目盛盤１２を１回転したか否かの判定（最確値Ｄ_Ｂ、Ｐ_ＦＢ、Ａ_ＦＢ、測角値Ａｒの測定をＮ回行ったかの判定）を行い（Ｓ３）、目盛盤１２を１回転していないと判定したときには、３６０°をＮ等分割したときの角度間隔１個分だけ目盛盤１２を回転する（Ｓ４）。例えば、３６０°を４分割し、目盛盤１２を９０°ずつ回転するときには、１回目は、９０°目盛盤１２を回転する。この後、ステップＳ１に戻り、目盛盤１２を１回転するまで、ステップＳ１〜Ｓ４の処理を繰り返す。

ステップＳ３で、目盛盤１２を１回転したと判定したときには、演算器３４は、最確値Ｄ_Ｂ、Ｐ_ＦＢ、Ａ_ＦＢ、測角値Ａｒの測定をＮ回行ったとして、Ｎ回分のデータを基に最確値ε_Ｂ、φ_Ｂ、Ｄａを算出し（Ｓ５）、算出した最確値ε_Ｂ、φ_Ｂ、Ｄａをメモリに記憶し（Ｓ６）、このルーチンでの処理を終了する。

この後、演算器３４は、計測現場での角度測定時に、ＣＣＤリニアセンサ２２の検出による読み取り角度Ａｒに、上記（１１）式の補正を加えた角度を最終的な測定角度として算出し、算出した最終的な測定角度を表示器３６の画面上に表示させる。

本実施例によれば、回転軸１４と目盛盤１２の目盛中心Ｏ_１が不一致で、目盛盤１２が回転軸１４に対して偏心していても、単一のＣＣＤリニアセンサ２２の検出による読み取り角度Ａｒを基に偏心誤差Ｅを求めることができ、構成の簡素化を図ることができる。

また、本実施例によれば、偏心誤差Ｅを基に測角値を補正することで、高精度な測角値を最終測角値として得ることができる。

さらに、本実施例によれば、偏心量が小さくなるように調整する場合にも、他の工具を必要とせず角度検出器である１個のＣＣＤセンサを使用して、偏心の大きさとその方向（位相）を求めることができ、その結果を使って目盛盤を調整することもできる。

本発明の一実施例を示すロータリエンコーダの分解斜視図である。 目盛盤の平面図である。 ロータリエンコーダのブロック構成図である。 目盛盤とＣＣＤリニアセンサとの関係を示す模式図である。 回転軸に対して目盛盤が偏心しているときの目盛盤とＣＣＤリニアセンサとの関係を示す模式図である。 ロータリエンコーダの工場出荷前の処理を説明するためのフローチャートである。

１０ ロータリエンコーダ
１２ 目盛盤
１４ 回転軸
１６ 同心円
１８ スリット
２０ 光源
２２ ＣＣＤリニアセンサ
２４ ＣＣＤセンサ受光領域
２６ 垂線
２８ ＣＣＤセンサ受光直線
３４ 演算器
３６ 表示器

Claims (4)

1. 回転軸に固定されて、目盛中心を中心とする同一半径上に角度目盛を付された複数のスリットが形成されている目盛盤と、前記目盛盤のスリットを照明する光源と、前記スリットを通過した照明光を検出するリニアイメージセンサを備えた１個の角度検出器とを持ち、あらかじめ目盛中心と回転軸の不一致によって生ずる偏心状態を検出し、かつ前記偏心状態に起因する角度誤差量を計算するための要素を記憶しておき、角度測定時には、測角値を読み取って、該測角値と前記角度誤差量を計算するための要素とにより該角度誤差量を求めると共に、該測角値に該角度誤差量を加えることにより該測角値を補正する演算器を備えたロータリエンコーダにおいて、
   前記演算器が、前記目盛盤の目盛中心と前記回転軸の不一致によって生ずる前記角度誤差量ＥをＥ=（ε／Ｒ）・ｓｉｎ（Ａｒ−φ）の形（εは前記目盛中心と前記回転軸との間の距離である偏心の大きさを前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影した大きさ、正弦波の初期位相φは前記回転軸と目盛盤平面との交点から前記目盛中心に向かう半直線が指し示す目盛盤の角度、Ｒは前記回転軸と目盛盤平面の交点を前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影したときの像と前記リニアイメージセンサとの間の距離、Ａｒは測角値を示す）として演算するように設定され、
   前記演算器は、前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影された前記目盛盤の目盛中心の像から前記リニアイメージセンサに向けて垂線を下ろしたときの垂線の足Ｆの座標Ｐ _F と、前記目盛盤の目盛中心の像と前記リニアイメージセンサとの間の距離Ｄと、目盛盤の読み取り角度である測角値Ａｒとの組合せを、１回転に渡り前記目盛盤を等角度ずつ回転して停止したときの位置毎に、前記垂線の足Ｆ_ｊ の座標Ｐ _Fj 、前記目盛盤の目盛中心の像と前記リニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊ、前記測角値Ａｒ_ｊとして求めて、前記リニアイメージセンサ受光面を含む平面上に投影した前記目盛中心の像を前記リニアイメージセンサへ正射影したときの軌跡Ｆ_ｊ の座標Ｐ _Fj をＰ _Fj ＝ε・ｓｉｎ（φ−Ａｒ_ｊ）＋Ｐ _ＦＣ （Ｐ _ＦＣ は前記目盛盤の目盛中心の像が前記リニアイメージセンサに最も接近したときの前記垂線の足Ｆの座標を示す）の形に仮定して、当該複数組の前記垂線の足Ｆ_ｊ の座標Ｐ _Fj と前記測角値Ａｒ_ｊから、ε、φ、Ｐ _ＦＣ を求めるとともに、前記距離Ｄ_ｊの平均値Ｄａから前記距離Ｒを求めてなる、
   ことを特徴とするロータリエンコーダ。
2. 回転軸に固定されて、目盛中心を中心とする同一半径上に角度目盛を付された複数のスリットが形成されている目盛盤と、前記目盛盤のスリットを照明する光源と、前記スリットを通過した照明光を検出するリニアイメージセンサを備えた１個の角度検出器とを持ち、あらかじめ目盛中心と回転軸の不一致によって生ずる偏心状態を検出し、かつ前記偏心状態に起因する角度誤差量を計算するための要素を記憶しておき、角度測定時には、測角値を読み取って、該測角値と前記角度誤差量を計算するための要素とにより該角度誤差量を求めると共に、該測角値に該角度誤差量を加えることにより該測角値を補正する演算器を備えたロータリエンコーダにおいて、
   前記演算器が、前記目盛盤の目盛中心と前記回転軸の不一致によって生ずる前記角度誤差量ＥをＥ=（ε／Ｒ）・ｓｉｎ（Ａｒ−φ）の形（εは前記目盛中心と前記回転軸との間の距離である偏心の大きさを前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影した大きさ、正弦波の初期位相φは前記回転軸と目盛盤平面との交点から前記目盛中心に向かう半直線が指し示す目盛盤の角度、Ｒは前記回転軸と目盛盤平面の交点を前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影したときの像と前記リニアイメージセンサとの間の距離、Ａｒは測角値を示す）として演算するように設定され、
   前記演算器は、前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影された前記目盛盤の目盛中心の像と前記リニアイメージセンサとの間の距離Ｄと、目盛盤の読み取り角度である前記測角値Ａｒとの組合せを、１回転に渡り前記目盛盤を等角度ずつ回転して停止したときの位置毎に、前記目盛盤の目盛中心の像とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊ、測角値Ａｒ_ｊとして求めて、前記目盛盤の目盛中心とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊをＤ_ｊ＝−ε・ｃｏｓ（φ−Ａｒ_ｊ）＋Ｒの形に仮定して、当該複数組の前記距離Ｄ_ｊと前記測角値Ａｒ_ｊから、ε、φ、Ｒを求めてなる、
   ことを特徴とするロータリエンコーダ。
3. 回転軸に固定されて、目盛中心を中心とする同一半径上に角度目盛を付された複数のスリットが形成されている目盛盤と、前記目盛盤のスリットを照明する光源と、前記スリットを通過した照明光を検出するリニアイメージセンサを備えた１個の角度検出器とを持つロータリエンコーダの下で、あらかじめ目盛中心と回転軸の不一致によって生ずる偏心状態を検出し、かつ前記偏心状態に起因する角度誤差量を計算するための要素を記憶しておき、角度測定時には、測角値を読み取って、該測角値と前記角度誤差量を計算するための要素とにより該角度誤差量を求めると共に、該測角値に該角度誤差量を加えることにより該測角値を補正するロータリエンコーダの角度補正方法において、
   前記目盛盤の目盛中心と前記回転軸の不一致によって生ずる前記角度誤差量ＥをＥ=（ε／Ｒ）・ｓｉｎ（Ａｒ−φ）の形（εは前記目盛中心と前記回転軸との間の距離である偏心の大きさを前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影した大きさ、正弦波の初期位相φは前記回転軸と目盛盤平面との交点から前記目盛中心に向かう半直線が指し示す目盛盤の角度、Ｒは前記回転軸と目盛盤平面の交点を前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影したときの像と前記リニアイメージセンサとの間の距離、Ａｒは測角値を示す）として演算し、
   前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影された前記目盛盤の目盛中心の像から前記リニアイメージセンサに向けて垂線を下ろしたときの垂線の足Ｆの座標Ｐ _F と、前記目盛盤の目盛中心の像と前記リニアイメージセンサとの間の距離Ｄと、目盛盤の読み取り角度である測角値Ａｒとの組合せを、１回転に渡り前記目盛盤を等角度ずつ回転して停止したときの位置毎に、前記垂線の足Ｆ_ｊ の座標Ｐ _Fj 、前記目盛盤の目盛中心の像と前記リニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊ、前記測角値Ａｒ_ｊとして求めて、前記リニアイメージセンサ受光面を含む平面上に投影した前記目盛中心の像を前記リニアイメージセンサへ正射影したときの軌跡Ｆ_ｊ の座標Ｐ _Fj をＰ _Fj ＝ε・ｓｉｎ（φ−Ａｒ_ｊ）＋Ｐ _ＦＣ （Ｐ _ＦＣ は前記目盛盤の目盛中心の像が前記リニアイメージセンサに最も接近したときの前記垂線の足Ｆの座標を示す）の形に仮定して、当該複数組の前記垂線の足Ｆ_ｊの座標Ｐ_Fjと前記測角値Ａｒ_ｊから、ε、φ、Ｐ _ＦＣ を求めるとともに、前記距離Ｄ_ｊの平均値Ｄａから前記距離Ｒを求める、
   ことを特徴とするロータリエンコーダの角度補正方法。
4. 回転軸に固定されて、目盛中心を中心とする同一半径上に角度目盛を付された複数のスリットが形成されている目盛盤と、前記目盛盤のスリットを照明する光源と、前記スリットを通過した照明光を検出するリニアイメージセンサを備えた１個の角度検出器とを持つロータリエンコーダの下で、あらかじめ目盛中心と回転軸の不一致によって生ずる偏心状態を検出し、かつ前記偏心状態に起因する角度誤差量を計算するための要素を記憶しておき、角度測定時には、測角値を読み取って、該測角値と前記角度誤差量を計算するための要素とにより該角度誤差量を求めると共に、該測角値に該角度誤差量を加えることにより該測角値を補正するロータリエンコーダの角度補正方法において、
   前記目盛盤の目盛中心と前記回転軸の不一致によって生ずる前記角度誤差量ＥをＥ=（ε／Ｒ）・ｓｉｎ（Ａｒ−φ）の形（εは前記目盛中心と前記回転軸との間の距離である偏心の大きさを前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影した大きさ、正弦波の初期位相φは前記回転軸と目盛盤平面との交点から前記目盛中心に向かう半直線が指し示す目盛盤の角度、Ｒは前記回転軸と目盛盤平面の交点を前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影したときの像と前記リニアイメージセンサとの間の距離、Ａｒは測角値を示す）として演算し、
   前記リニアイメージセンサの受光面を含む平面上に投影された前記目盛盤の目盛中心の像と前記リニアイメージセンサとの間の距離Ｄと、目盛盤の読み取り角度である前記測角値Ａｒとの組合せを、１回転に渡り前記目盛盤を等角度ずつ回転して停止したときの位置毎に、前記目盛盤の目盛中心の像とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊ、測角値Ａｒ_ｊとして求めて、前記目盛盤の目盛中心の像とリニアイメージセンサとの間の距離Ｄ_ｊをＤ_ｊ＝−ε・ｃｏｓ（φ−Ａｒ_ｊ）＋Ｒの形に仮定して、当該複数組の前記距離Ｄ_ｊと前記測角値Ａｒ_ｊから、ε、φ、Ｒを求める、
   ことを特徴とするロータリエンコーダの角度補正方法。

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