JP5137907B2 - エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、測量機に備られるエンコーダに関し、さらに詳細には、角度目盛を読み取るラインセンサが目盛盤の回転軸に直交する平面に対して傾いている場合でも測角値に誤差が生じないようにしたエンコーダに関する。

測量機には、水平角と鉛直角を測定するために、エンコーダが備えられている。従来のエンコーダとしては、下記特許文献１に開示されたようなものが知られている。図１に示したように、このエンコーダ１は、望遠鏡とともに回転する目盛盤３があり、目盛盤３の周方向に沿って等間隔に設けられたスリット３２からなる角度目盛に対して、ＬＥＤ等の光源２１から出射された光をコリメータレンズ２２を介して照射し、スリット３２を通過した光をＣＣＤラインセンサ２３で受光し、ＣＣＤラインセンサ２３の出力をＣＰＵ（演算制御部）５へ送るものである。そして、ＣＰＵ５は、ＣＣＤラインセンサ２３の出力に基づいて水平角と鉛直角を決定する。

エンコーダ１にはインクリメンタル式とアブソリュート式があるが、下記特許文献１に開示されたものは、アブソリュート式である。アブソリュート式エンコーダの目盛盤３には、図２に示したように、スリット３２が、太いスリット３２ａと細いスリット３２ｂとを組み合わせて配置されている。連続する所定本数のスリット３２を抜き出して読むと、太いスリット３２ａと細いスリット３２ｂの並び方から、角度を読み取れるようになっている。すなわち、各スリット３２は、所定の角度に対応している。

目盛盤３の角度は、ＣＣＤラインセンサ２３に沿う座標において、測定ごとに決定される角度読み取り位置で読む。角度読み取り位置を決定するには、目盛盤３にスリット３２を配置した円と同心の同心円パターン３３を形成する。そして、図３に示したように、ＣＣＤラインセンサ２３の出力から、ＣＣＤラインセンサ２３の受光領域中心線Ｄ（以下、単にＣＣＤラインセンサ２３と記載する。）と同心円パターン３３の交点Ａ、Ｂの座標Ｃ_１、Ｃ_２を求め、その中点Ｍの座標Ｃ_ｍを求めて、その中点Ｍを角度読み取り位置とする。このような角度読み取り位置を用いると、回転軸４に目盛盤３がいくらか偏心して取り付けられていたとしても、測角値に誤差が発生しない。

ところで、測量機は１”程度の角度分解能が要求されるが、１”間隔で目盛盤３にスリット３２を形成することは困難である。そこで、ロータリエンコーダでは、微小な角度分解能を達成するために、２つのスリット３２の間の角度については、内挿計算で求めている。内挿計算を行うには、ＣＣＤラインセンサ２３に投影された複数のスリット像を予め定めたモデルに当て嵌めて計算する。

この内挿計算に用いるモデルとして、下記特許文献２に開示されたモデルを説明する。このモデルは、図４に示したように、目盛盤３の平面図において、目盛盤３の中心ＯとＣＣＤラインセンサ２３との距離をＲ、目盛盤３の中心ＯからＣＣＤラインセンサ２３へ引いた垂線の足の位置をＰ、この位置の角度をＡとする。また、ｉ番目のスリットの位置をｐ_ｉ、この位置の角度をａ_ｉとする。三角形ｐ_ｉＯＰを考えると次式が成立し、これを内挿計算のモデルにしている。
ｐ_ｉ−Ｐ＝Ｒｔａｎ（ａ_ｉ−Ａ） （１）

図４では、ｉ番目のスリットが１本しか描かれていないが、実際には複数のスリットがあるので、各スリットについて前記（１）式を作る。（１）式において、ｐ_ｉとａ_ｉは既知であり、未知数はＰ、Ｒ、Ａの３つであるから、（１）式を３つ作れば、Ｐ、Ｒ、Ａを求めることができる。実際には、（１）式を４つ以上作ることができるので、回帰分析（最小二乗法）によって、Ｐ、Ｒ、Ａの最確値Ｐ’、Ｒ’、Ａ’を求める。このＰ’を角度読み取り位置としてもよいが、通常は、９０°おきにＰ’を求め、４つのＰ’の平均に基づいて、角度読み取り位置Ｐｒを決めている。この角度読み取り位置Ｐｒは、工場で一旦設定されると、その後変更されることはない。

なお、後記特許文献１に開示されたものでは、前述したように、同心円パターン３３とＣＣＤラインセンサ２３との交点Ａ、Ｂの座標Ｃ１，Ｃ２の中点Ｍを角度読み取り位置としており、前述したように、測定ごとに角度読み取り位置が変更される。

測角時には、ＣＣＤラインセンサ２３上のスリット像の位置から、前述した回帰分析によって最確値Ｐ’、Ｒ’、Ａ’を求めている。そこで、（１）式おいて、ｐ_ｉ＝Ｐｒ、Ｐ＝Ｐ’、Ｒ＝Ｒ’、Ａ＝Ａ’とするとともに、角度読み取り位置Ｐｒの角度すなわち測角値をａ_ｒとすると、次式が得られる
Ｐｒ−Ｐ’＝Ｒ’ｔａｎ（ａ_ｒ−Ａ’） （２）

（２）式を変形すると、測角値ａ_ｒが次式によって得られる。
ａ_ｒ＝ｔａｎ^−１｛（Ｐｒ−Ｐ’）／Ｒ’｝＋Ａ’ （３）

特開２００７−６４９４９号 特願２００７−１５８６０７号

ここで、エンコーダにおいて、角度読み取り位置として適切な位置Ｐｒ’について考える。

図５は、目盛盤３が回転軸４に直交して取り付けられているととともに、回転軸４と直交する平面内にＣＣＤラインセンサ２３が位置した状態を、回転軸４及びＣＣＤラインセンサ２３の両方と直交する方向から見た図である。このとき、角度読み取り位置として適切な位置Ｐｒ’は、光源２１を通過して、かつ回転軸４と平行な直線がＣＣＤラインセンサ２３と交わる点である。図５に示すように、光源２１は回転軸４上又はその近傍に配置されるため、角度読み取り位置として適切な位置Ｐｒ’は、目盛盤３と回転軸４の交点と光源２１とを結ぶ直線がＣＣＤラインセンサ２３と交わる点である。

図６に示したように、目盛盤３が回転軸４に直交して取り付けられていないと、目盛盤３の回転に伴い、ＣＣＤラインセンサ２３と目盛盤３との間の距離が変化する。このような状態のとき、角度読み取り位置Ｐｒが適切な位置Ｐｒ’にないと、目盛盤３上の異なる位置のスリット３２から角度を読んでしまうことになって、誤差ｅを生じる。

誤差ｅが発生する様子について、図６を使用して説明する。目盛盤３上で角度を読み取る位置は、光源２１と角度読み取り位置Ｐｒを結ぶ直線と目盛盤３との交点である。図６に示したように、角度読み取り位置Ｐｒが適切な位置Ｐｒ’からずれている場合、目盛盤３の回転に伴いＣＣＤラインセンサ２３と目盛盤３との距離が長くなるにつれて、角度を読み取る目盛盤３上の位置が回転軸４に近づく側に移動する。一方、目盛盤３の回転に伴いＣＣＤラインセンサ２３と目盛盤３との距離が短くなるにつれて、角度を読み取る目盛盤３上の位置が回転軸４から遠ざかる側に移動する。ＣＣＤラインセンサ２３と目盛盤３との距離の変化に依存して発生する目盛盤３上での角度読み取り位置の変動が、すなわち誤差ｅになる。

また、図７に示したように、ＣＣＤラインセンサ２３が回転軸４に直交する平面２２から角度φだけ傾いていると、前記（１）式によって算出した角度読み取り位置Ｐｒが、適切な位置Ｐｒ’からずれてしまうという問題を生じる。これは、ＣＣＤラインセンサ２３の中央部付近から左側に行くほど、ＣＣＤラインセンサ２３と目盛盤３との距離が長くなって、ＣＣＤラインセンサ２３に投影されるスリット像の位置が左側にずれていき、逆に右側に行くほど、ＣＣＤラインセンサ２３と目盛盤３との距離が短くなって、ＣＣＤラインセンサ２３に投影されるスリット像の位置が左側にずれていくことによる。こうして、角度読み取り位置Ｐｒが、適切な位置Ｐｒ’からずれてしまい、かつ、図６に示したように、目盛盤３が回転軸４に直交して取り付けられていないと、目盛盤３の回転に伴いＣＣＤラインセンサ２３と目盛盤３との間の距離が変化して、測角値に誤差が出ることになる。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、エンコーダにおいて、角度目盛を読み取るラインセンサが目盛盤の回転軸に直交する平面に対して傾いている場合でも、測角値に誤差が生じないようにすることを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、角度目盛と該角度目盛に沿って該角度目盛と同心の同心円パターンとが形成された目盛盤と、前記角度目盛を読み取るラインセンサと、読み取った角度目盛から内挿計算して測角値を得る演算手段とを備えたエンコーダにおいて、前記角度目盛を実際に読み取る角度読み取り位置Ｐｒ”が、前記ラインセンサに沿う座標上で次式によって決定されて記憶されていることを特徴とする。
Ｐｒ”＝ｃ_ｍ−（Ｐ’−ｃ_ｍ）Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）

ただし、前記目盛盤の回転軸に直交する平面と前記ラインセンサのなす角度をφとしたとき、前記ｃ_ｍは前記ラインセンサの受光領域中心線と前記同心円パターンとの２交点の中点の座標、前記Ｐ’は前記目盛盤の中心から前記ラインセンサへ引いた垂線の足の位置を回帰分析から求めた最確値、前記Ｓｃｍは、前記ラインセンサの受光領域中心線と前記同心円パターンとの２交点の中点の座標ｃ_ｍから角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｃｍ（φ）の前記角度φに対する傾き、前記Ｓｐ’は目盛盤の中心から前記ラインセンサへ引いた垂線の足の位置を回帰分析から求めた最確値Ｐ’から角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｐ’（φ）の前記角度φに対する傾きである。

請求項２に係る発明では、角度目盛及び該角度目盛に沿って該角度目盛と同心の同心円パターンが形成された目盛盤と、前記角度目盛を読み取るラインセンサと、読み取った角度目盛から内挿計算して測角値を得る演算手段とを備えたエンコーダにおいて、前記角度目盛を実際に読み取る角度読み取り位置Ｐｒ”が、次式によって決定されて記憶されていることを特徴とする。
Ｐｒ”＝ｃ_ｍ−（Ｎ−ｃ_ｍ）Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）

ただし、前記目盛盤の回転軸に直交する平面と前記ラインセンサのなす角度をφとしたとき、前記ｃ_ｍは前記ラインセンサの受光領域中心線と前記同心円パターンとの２交点の中点の座標、前記Ｎは前記ラインセンサで読み取った前記角度目盛の間隔が最小となる位置を回帰分析から求めた最確値、前記Ｓｃｍは、前記ラインセンサの受光領域中心線と前記同心円パターンとの２交点の中点の座標ｃ_ｍから角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｃｍ（φ）の前記角度φに対する傾き、前記Ｓｐ’は前記ラインセンサで読み取った前記角度目盛の間隔が最小となる位置を回帰分析から求めた最確値Ｎから角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｐ’（φ）の前記角度φに対する傾きである。

請求項３に係る発明では、角度目盛が形成された目盛盤と、前記角度目盛を読み取るラインセンサと、読み取った角度目盛から内挿計算して測角値を得る演算手段とを備えたエンコーダにおいて、前記目盛盤の直径に対して対称位置であるとともに前記ラインセンサによって受光可能な位置に一対の点状パターンを前記目盛盤に形成し、前記角度目盛を実際に読み取る角度読み取り位置Ｐｒ”が、前記ラインセンサに沿う座標上で次式によって決定されて記憶されていることを特徴とする。
Ｐｒ”＝ｃ_ｍ’−（Ｐ’−ｃ_ｍ’）Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）

ただし、前記目盛盤の回転軸に直交する平面と前記ラインセンサのなす角度をφとしたとき、前記ｃｍ’は前記ラインセンサで読んだ前記一対の点状パターンの中点の座標、前記Ｐ’は前記目盛盤の中心から前記ラインセンサへ引いた垂線の足の位置を回帰分析から求めた最確値、前記Ｓｃｍは、前記一対の点状パターンの中点の座標ｃｍ’から角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｃｍ（φ）の前記角度φに対する傾き、前記Ｓｐ’は目盛盤の中心から前記ラインセンサへ引いた垂線の足の位置を回帰分析から求めた最確値Ｐ’から角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｐ’（φ）の前記角度φに対する傾きである。

請求項４に係る発明では、角度目盛が形成された目盛盤と、前記角度目盛を読み取るラインセンサと、読み取った角度目盛から内挿計算して測角値を得る演算手段とを備えたエンコーダにおいて、前記目盛盤の直径に対して対称位置であるとともに前記ラインセンサによって受光可能な位置に一対の点状パターンを前記目盛盤に形成し、前記角度目盛を実際に読み取る角度読み取り位置Ｐｒ”が、次式によって決定されて記憶されていることを特徴とする。
Ｐｒ”＝ｃ_ｍ’−（Ｎ−ｃ_ｍ’）Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）

ただし、前記目盛盤の回転軸に直交する平面と前記ラインセンサのなす角度をφとしたとき、前記ｃｍ’は前記ラインセンサで読んだ前記一対の点状パターンの中点の座標、前記Ｎは前記ラインセンサで読み取った前記角度目盛の間隔が最小となる位置を回帰分析から求めた最確値、前記Ｓｃｍは、前記ラインセンサで読んだ前記一対の点状パターンの中点の座標ｃｍ’から角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｃｍ（φ）の前記角度φに対する傾き、前記Ｓｐ’は前記ラインセンサで読み取った前記角度目盛の間隔が最小となる位置を回帰分析から求めた最確値Ｎから角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｐ’（φ）の前記角度φに対する傾きである。

請求項５に係る発明では、角度目盛が形成された目盛盤と、前記角度目盛を読み取るラインセンサと、読み取った角度目盛から内挿計算して測角値を得る演算手段とを備えたエンコーダにおいて、前記角度目盛を実際に読み取る角度読み取り位置Ｐｒ”が、前記ラインセンサに沿う座標上で次式によって決定されて記憶されていることを特徴とする。
Ｐｒ”＝ｃ_ｍ”−（Ｐ’−ｃ_ｍ”）Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）

ただし、前記目盛盤の回転軸に直交する平面と前記ラインセンサのなす角度をφとしたとき、前記ｃ_ｍ”は前記ラインセンサが受光した両端の角度目盛の位置の中点の座標、前記Ｐ’は前記目盛盤の中心から前記ラインセンサへ引いた垂線の足の位置を回帰分析から求めた最確値、前記Ｓｃｍは、前記ラインセンサが受光した両端の角度目盛の位置の中点の座標ｃ_ｍ”から角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｃｍ（φ）の前記角度φに対する傾き、前記Ｓｐ’は目盛盤の中心から前記ラインセンサへ引いた垂線の足の位置を回帰分析から求めた最確値Ｐ’から角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｐ’（φ）の前記角度φに対する傾きである。

請求項６に係る発明では、角度目盛が形成された目盛盤と、前記角度目盛を読み取るラインセンサと、読み取った角度目盛から内挿計算して測角値を得る演算手段とを備えたエンコーダにおいて、前記角度目盛を実際に読み取る角度読み取り位置Ｐｒ”が、次式によって決定されて記憶されていることを特徴とする。
Ｐｒ”＝ｃ_ｍ”−（Ｎ−ｃ_ｍ”）Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）

ただし、前記目盛盤の回転軸に直交する平面と前記ラインセンサのなす角度をφとしたとき、前記ｃ_ｍ”は前記ラインセンサが受光した両端の角度目盛の位置の中点の座標、前記Ｎは前記ラインセンサで読み取った前記角度目盛の間隔が最小となる位置を回帰分析から求めた最確値、前記Ｓｃｍは、前記ラインセンサが受光した両端の角度目盛の位置の中点の座標ｃ_ｍ”から角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｃｍ（φ）の前記角度φに対する傾き、前記Ｓｐ’は前記ラインセンサで読み取った前記角度目盛の間隔が最小となる位置を回帰分析から求めた最確値Ｎから角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｐ’（φ）の前記角度φに対する傾きである。

請求項７に係る発明では、請求項１、２、３、４、５又は６に係る発明において、前記Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）の値を、前記回転軸から前記ラインセンサまでの距離に応じて補正したことを特徴とする。

請求項１〜６に係る各発明によれば、角度目盛を実際に読み取る角度読み取り位置Ｐｒ”が、目盛盤の回転軸に直交する平面とラインセンサのなす角度φに応じて補正がなされるため、ラインセンサが目盛盤の回転軸に直交する平面に対して傾いている場合でも、測角値に誤差が生じないようになる。

請求項７に係る発明によれば、さらに、角度目盛を実際に読み取る角度読み取り位置Ｐｒ”が、目盛盤の回転軸から前記ラインセンサまでの距離に応じても補正されているため、いっそう測角値に誤差が生じないようになる。

従来のエンコーダの構成を説明する図である。 前記エンコーダの目盛盤の平面図である。 前記エンコーダにおいて、角度読み取り位置を決定する方法を説明する図である。 測角時における内挿計算に用いるモデルを説明する図である。 エンコーダにおいて、適切な角度読み取り位置を説明する図である。 目盛盤と該目盛盤の回転軸が直交していないとき、測角値に誤差を生じる理由を説明する図である。 ＣＣＤラインセンサが目盛盤の回転軸に直交する平面に対して角度φだけ傾斜しているとき、（１）式によって算出した角度読み取り位置が適切な位置からずれてしまう理由を説明する図である。 エンコーダにおいて、ＣＣＤラインセンサ上で角度読み取り位置として記憶する位置を算出する方法を説明する図である。 本発明の第１の実施例に係るエンコーダを説明する図である。 本発明の第２の実施例に係るエンコーダを説明する図である。 本発明の第３の実施例に係るエンコーダを説明する図である。 本発明の第５の実施例に係るエンコーダを説明する図である。 本発明の第７の実施例に係るエンコーダを説明する図である。 ＣＣＤラインセンサの出力を示す図である。

まず、図１〜図９に基づいて、本発明の第１の実施例について説明する。本実施例のエンコーダは、図１〜図３に示した従来のものと同じく、目盛盤３にスリット３２が設けられ、さらに同心円パターン３３が設けられている。同心円パターン３３は、図３に示したように、その像がＣＣＤラインセンサ２３と２個所で交わり、その２個所の座標ｃ_１、ｃ_２をＣＣＤラインセンサ２３で読んで、その中点の座標ｃ_ｍを求めるためのものである。また、スリット３２は、ＣＣＤラインセンサ２３で読んで、図４で説明した従来のものと同様に内挿計算により測角に用いるものである。

ＣＣＤラインセンサ２３は、目盛盤３の回転軸４に直交する平面内に配置されるべきものである。しかし、図７に示したように、ＣＣＤラインセンサ２３が目盛盤３の回転軸４に直交する平面２２から角度φだけ傾いた状態を考える。角度φを少しづつ変えながら、従来と同様に前記（１）式を用いた回帰分析により、目盛盤３の中心ＯからＣＣＤラインセンサ２３へ引いた垂線の足の位置Ｐの最確値Ｐ’（従来の角度読み取り位置Ｐｒの設定値）を求め、この最確値Ｐ’から角度読み取り位置の適切な位置Ｐｒ’（図５参照）を減じた値ｆｐ’（φ）＝Ｐ’−Ｐｒ’を計算する。このｆｐ’（φ）をφの関数として、関数ｆｐ’（φ）のφによる変化を図８に示す。

同様に角度φを少しづつ変えながら、同心円パターン３３の像とＣＣＤラインセンサ２３との２個所の交点Ａ、Ｂの中点ｃ_ｍから角度読み取り位置の適切な位置Ｐｒ’を減じた値ｆｃｍ（φ）＝ｃ_ｍ−Ｐｒ’も計算する。このｆｃｍ（φ）をφの関数として、関数ｆｐ’（φ）のφによる変化も図８に示す。図８を作成するに際しては、ｆｐ’（φ）及びｆｃｍ（φ）を幾何学的に計算から求めてもよいし、実験から求めてもよい。図８からは、ｆｐ’（φ）及びｆｃｍ（φ）は、ともに角度φの変化に対して直線的に変化していることが分かる。

そこで、角度φが任意の値φ’のときのｆｐ’（φ’）及びｆｃｍ（φ’）を求め、次の（４）式を計算して、製品の工場からの出荷時に測量機に記憶させる。
ｆｃｍ（φ’）／｛ｆｐ’（φ’）−ｆｃｍ（φ’）｝ （４）

ただし、φ’は、ＣＣＤラインセンサ２３の取付状態とは無関係に設定できる任意の値である。つまり、工場で製造した製品の中から任意の１個を取り出したときに、その取り出した製品のエンコーダにおける回転軸４に直交する平面２２とＣＣＤラインセンサ２３との実際の傾き角度φと（４）式で代入するφ’とは必ずしも一致する必要はない。したがって、（４）式を計算して測量機に記憶させる装置は、製造する全てのエンコーダに対して同じ装置にすることができる。

さらに、図９に示したように、製品の工場からの出荷時には、製品毎に目盛盤３の中心ＯからＣＣＤラインセンサ２３へ引いた垂線の足の位置Ｐの最確値Ｐ’と、同心円パターン３３の像とＣＣＤラインセンサ２３との２個所の交点Ａ、Ｂの中点ｃ_ｍを求めて、次の（５）式によって、角度読み取り位置として記憶する位置Ｐｒ”を計算して、測量機に記憶させる。このとき、既に記憶している（４）式の値が利用される。
Ｐｒ”＝ｃ_ｍ−（Ｐ’−ｃ_ｍ）ｆｃｍ（φ’）／｛ｆｐ’（φ’）−ｆｃｍ（φ’）｝ （５）

角度読み取り位置として記憶する置Ｐｒ”は、次のようにして求めることもできる。図８におけるｆｐ’（φ）及びｆｃｍ（φ）のそれぞれの傾きＳｐ’及びＳｃｍは、次のように表される。
Ｓｐ’＝｛ｆｐ’（φ’）−ｆｐ’（−φ’）｝／｛φ’−（−φ’）｝
＝｛ｆｐ’（φ’）−ｆｐ’（−φ’）｝／（２φ’） （６）
Ｓｃｍ＝｛ｆｃｍ（φ’）−ｆｃｍ（−φ’）｝／｛φ’−（−φ’）｝
＝｛ｆｃｍ（φ’）−ｆｃｍ（−φ’）｝／（２φ’） （７）
（６）式及び（７）式から、次の（８）式を計算して、これを測量機に記憶させておく。
Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ） （８）

ただし、前述したように、φ’は、ＣＣＤラインセンサ２３の取付状態とは無関係に設定できる任意の値である。したがって、（６）式及び（７）式を計算し、さらに（８）式を計算して測量機に記憶させる装置は、製造する全てのエンコーダに対して同じ装置にすることができる。

そして、角度読み取り位置として記憶する位置Ｐｒ”を次の（９）式で算出して、測量機に記憶させてもよい。このとき、（８）式の値が利用される。
Ｐｒ”＝ｃ_ｍ−（Ｐ’−ｃ_ｍ）Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ） （９）

本実施例によれば、この角度読み取り位置Ｐｒ”を用いることによって、ＣＣＤラインセンサ２３が目盛盤３の回転軸４に直交する平面に対して傾いている場合でも、測角値に誤差が生じなくなる。なお、図５から分かるように、Ｐ’とｃ_ｍとが一致するときは、ＣＣＤラインセンサ２３が回転軸４に直交する平面上に位置しているから、Ｐ’とｃ_ｍとが一致するようにＣＣＤラインセンサ２３の配置を調整すれば、従来どおりの角度読み取り位置値Ｐｒを用いてもよい。

次に、第２の実施例について説明する。本実施例では、図１０に示したように、同心円パターン３３の像がＣＣＤラインセンサ２３と交わる２点Ａ、Ｂの中点Ｍの座標ｃ_ｍを求めることは、前記第１の実施例と同じである。ただし、本実施例では、目盛盤３の中心ＯからＣＣＤラインセンサ２３へ引いた垂線の足の位置Ｐを求める代わりに、ＣＣＤラインセンサ２３上でスリット３２像の間隔が最小になる位置を求める。通常、ＣＣＤラインセンサ２３には数十本のスリット３２像が検出される。そこで、スリット３２の間隔とＣＣＤラインセンサ２３に沿う座標との間で、両者の関係を示す二次曲線を回帰分析によって求め、その二次曲線の傾きが零になる位置をスリット３２像の間隔が最小となる位置の最確値Ｎと決める。このＮを前記第１の実施例で説明した垂線の足の位置Ｐの最確値Ｐ’の代わりに用いて、前記第１の実施例と同様な処理をすることによって、角度読み取り位置の適切な値Ｐｒ”を算出する。これ以外は、前記第１の実施例と同じである。

次に、第３の実施例について説明する。本実施例では、図１１に示したように、同心円パターン３３の代わりに、目盛盤３の直径に対して互いに対称位置であるとともに、ＣＣＤラインセンサ２３によって受光可能な位置に配置された２つの点状パターン３５を設ける。２つの点状パターン３５をＣＣＤラインセンサ２３で捉えて、その座標ｃ_１、ｃ_２を読み、その中点Ｍの座標ｃ_ｍ’を求める。そして、前記ｃ_ｍ’を前記第１の実施例で説明したｃ_ｍの代わりに用い、前記第１の実施例と同様な処理をすることによって、角度読み取り位置の適切な値Ｐｒ”を算出する。これ以外は、前記第１の実施例と同じである。

次に、第４の実施例について説明する。本実施例では、前記第３実施例と同様に、目盛盤３に２つの点状パターン３５を設け、この点状パターン３５の像をＣＣＤラインセンサ２３で捉えて、その座標ｃ_１、ｃ_２を読み、その中点の座標ｃ_ｍ’を求める。また、前記第２の実施例と同様に、ＣＣＤラインセンサ２３上でスリット３２の像の間隔が最小になる位置の最確値Ｎを求める。このｃ_ｍ’とＮを前記第１の実施例で説明したｃ_ｍとＰ’の代わりに用いて、同様な処理をすることによって、角度読み取り位置の適切な値Ｐｒ”を算出する。これ以外は、前記第１の実施例と同じである。

次に第５の実施例について説明する。本実施例では、図１２に示したように、目盛盤１には、同心円も点状パターンも設けられていない。そこで、出荷前の検査時にＣＣＤラインセンサ２３で捉えたスリット３２像に関して、両端のスリット３２とＣＣＤラインセンサ２３との交点Ａ、Ｂの座標ｃ_１、ｃ_２を読み、両者の中点の座標ｃ_ｍ”を求める。このｃ_ｍ”を前記第１の実施例で説明したｃ_ｍの代わりに用いて、同様な処理をすることによって、角度読み取り位置の適切な値Ｐｒ”を算出する。これ以外は、前記第１の実施例と同じである。

次に、第６の実施例について説明する。本実施例では、前記第５実施例と同様に、ＣＣＤラインセンサ２３で捉えたスリット３２の両端のスリット３２とＣＣＤラインセンサ２３との交点Ａ、Ｂの座標ｃ_１、ｃ_２を読み、両者の中点の座標ｃ_ｍ”を求める。また、前記第２の実施例と同様に、ＣＣＤラインセンサ２３上でスリット３２の像の間隔が最小になる位置の最確値Ｎを求める。このｃ_ｍ”とＮを前記第１の実施例で説明したｃ_ｍとＰ’の代わりに用いて、同様な処理をすることによって、角度読み取り位置の適切な値Ｐｒ”を算出する。これ以外は、前記第１の実施例と同じである。

次に、第７の実施例について説明する。前記第１の実施例では、（９）式から角度読み取り位置として記憶する位置Ｐｒ”が算出されるが、図１３に示したように、目盛盤３の中心ＯとＣＣＤラインセンサ２３との間の距離Ｄ、すなわち回転軸４とＣＣＤラインセンサ２３との距離が変化すると、（８）式の値が変化し、Ｐｒ”も変化する。そこで、本実施例では、回転軸４とＣＣＤラインセンサ２３間の距離Ｄに応じて、Ｐｒ”を変えるようにする。

これには、図１４に示したように、ＣＣＤラインセンサ２３で捉えたスリット３２像から両端のスリット３２間の角度θを算出する。これで、スリット３２の外端に接する円の半径をＬとすると（図１２参照）、目盛盤３の中心ＯとＣＣＤラインセンサ２３間の距離Ｄは、次式から算出される。
Ｄ＝ＬＣｏｓ（θ／２） （１０）

出荷前の検査で、目盛盤３の中心ＯとＣＣＤラインセンサ２３間の距離Ｄ’が求まると、このＤ’の値から図１３を用いて（８）式で定義されるＳｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）の値を求め、この値と（９）式を用いて、回転軸４とＣＣＤラインセンサ２３間の距離Ｄ’による補正を行った角度読み取り位置として記憶する位置Ｐｒ”を算出して、測量機に記憶させておく。この補正を行った角度読み取り位置Ｐｒ”を用いれば、いっそう測角値の誤差を小さくできる。もちろん、第２〜第６の実施例に関しても、目盛盤３の中心ＯとＣＣＤラインセンサ２３間の距離Ｄに応じて同様にＳｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）の値を補正してもよい。

１ エンコーダ
３ 目盛盤
４ 回転軸
５ ＣＰＵ（演算手段）
２３ ＣＣＤラインセンサ（ラインセンサ）
３２ スリット（角度目盛）
３３ 同心円パターン
３５ 点状パターン

Claims (7)

1. 角度目盛と該角度目盛に沿って該角度目盛と同心の同心円パターンとが形成された目盛盤と、前記角度目盛を読み取るラインセンサと、読み取った角度目盛から内挿計算して測角値を得る演算手段とを備えたエンコーダにおいて、
   前記角度目盛を実際に読み取る角度読み取り位置Ｐｒ”が、前記ラインセンサに沿う座標上で次式によって決定されて記憶されていることを特徴とするエンコーダ。
   Ｐｒ”＝ｃｍ−（Ｐ’−ｃｍ）Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）
   ただし、前記目盛盤の回転軸に直交する平面と前記ラインセンサのなす角度をφとしたとき、前記ｃｍは前記ラインセンサの受光領域中心線と前記同心円パターンとの２交点の中点の座標、前記Ｐ’は前記目盛盤の中心から前記ラインセンサへ引いた垂線の足の位置を回帰分析から求めた最確値、前記Ｓｃｍは、前記ラインセンサの受光領域中心線と前記同心円パターンとの２交点の中点の座標ｃｍから角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｃｍ（φ）の前記角度φに対する傾き、前記Ｓｐ’は目盛盤の中心から前記ラインセンサへ引いた垂線の足の位置を回帰分析から求めた最確値Ｐ’から角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｐ’（φ）の前記角度φに対する傾きである。
2. 角度目盛及び該角度目盛に沿って該角度目盛と同心の同心円パターンが形成された目盛盤と、前記角度目盛を読み取るラインセンサと、読み取った角度目盛から内挿計算して測角値を得る演算手段とを備えたエンコーダにおいて、
   前記角度目盛を実際に読み取る角度読み取り位置Ｐｒ”が、次式によって決定されて記憶されていることを特徴とするエンコーダ。
   Ｐｒ”＝ｃｍ−（Ｎ−ｃｍ）Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）
   ただし、前記目盛盤の回転軸に直交する平面と前記ラインセンサとのなす角度をφとしたとき、前記ｃｍは前記ラインセンサの受光領域中心線と前記同心円パターンとの２交点の中点の座標、前記Ｎは前記ラインセンサで読み取った前記角度目盛の間隔が最小となる位置を回帰分析から求めた最確値、前記Ｓｃｍは、前記ラインセンサの受光領域中心線と前記同心円パターンとの２交点の中点の座標ｃｍから角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｃｍ（φ）の前記角度φに対する傾き、前記Ｓｐ’は前記ラインセンサで読み取った前記角度目盛の間隔が最小となる位置を回帰分析から求めた最確値Ｎから角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｐ’（φ）の前記角度φに対する傾きである。
3. 角度目盛が形成された目盛盤と、前記角度目盛を読み取るラインセンサと、読み取った角度目盛から内挿計算して測角値を得る演算手段とを備えたエンコーダにおいて、
   前記目盛盤の直径に対して対称位置であるとともに前記ラインセンサによって受光可能な位置に一対の点状パターンを前記目盛盤に形成し、
   前記角度目盛を実際に読み取る角度読み取り位置Ｐｒ”が、前記ラインセンサに沿う座標上で次式によって決定されて記憶されていることを特徴とするエンコーダ。
   Ｐｒ”＝ｃｍ’−（Ｐ’−ｃｍ’）Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）
   ただし、前記目盛盤の回転軸に直交する平面と前記ラインセンサのなす角度をφとしたとき、前記ｃｍ’は前記ラインセンサで読んだ前記一対の点状パターンの中点の座標、前記Ｐ’は前記目盛盤の中心から前記ラインセンサへ引いた垂線の足の位置を回帰分析から求めた最確値、前記Ｓｃｍは、前記一対の点状パターンの中点の座標ｃｍ’から角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｃｍ（φ）の前記角度φに対する傾き、前記Ｓｐ’は目盛盤の中心から前記ラインセンサへ引いた垂線の足の位置を回帰分析から求めた最確値Ｐ’から角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｐ’（φ）の前記角度φに対する傾きである。
4. 角度目盛が形成された目盛盤と、前記角度目盛を読み取るラインセンサと、読み取った角度目盛から内挿計算して測角値を得る演算手段とを備えたエンコーダにおいて、
   前記目盛盤の直径に対して対称位置であるとともに前記ラインセンサによって受光可能な位置に一対の点状パターンを前記目盛盤に形成し、
   前記角度目盛を実際に読み取る角度読み取り位置Ｐｒ”が、次式によって決定されて記憶されていることを特徴とするエンコーダ。
   Ｐｒ”＝ｃｍ’−（Ｎ−ｃｍ’）Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）
   ただし、前記目盛盤の回転軸に直交する平面と前記ラインセンサのなす角度をφとしたとき、前記ｃｍ’は前記ラインセンサで読んだ前記一対の点状パターンの中点の座標、前記Ｎは前記ラインセンサで読み取った前記角度目盛の間隔が最小となる位置を回帰分析から求めた最確値、前記Ｓｃｍは、前記ラインセンサで読んだ前記一対の点状パターンの中点の座標ｃｍ’から角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｃｍ（φ）の前記角度φに対する傾き、前記Ｓｐ’は前記ラインセンサで読み取った前記角度目盛の間隔が最小となる位置を回帰分析から求めた最確値Ｎから角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｐ’（φ）の前記角度φに対する傾きである。
5. 角度目盛が形成された目盛盤と、前記角度目盛を読み取るラインセンサと、読み取った角度目盛から内挿計算して測角値を得る演算手段とを備えたエンコーダにおいて、
   前記角度目盛を実際に読み取る角度読み取り位置Ｐｒ”が、前記ラインセンサに沿う座標上で次式によって決定されて記憶されていることを特徴とするエンコーダ。
   Ｐｒ”＝ｃｍ”−（Ｐ’−ｃｍ”）Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）
   ただし、前記目盛盤の回転軸に直交する平面と前記ラインセンサとのなす角度をφとしたとき、前記ｃｍ”は前記ラインセンサが受光した両端の角度目盛の位置の中点の座標、前記Ｐ’は前記目盛盤の中心から前記ラインセンサへ引いた垂線の足の位置を回帰分析から求めた最確値、前記Ｓｃｍは、前記ラインセンサが受光した両端の角度目盛の位置の中点の座標ｃｍ”から角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｃｍ（φ）の前記角度φに対する傾き、前記Ｓｐ’は目盛盤の中心から前記ラインセンサへ引いた垂線の足の位置を回帰分析から求めた最確値Ｐ’から角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｐ’（φ）の前記角度φに対する傾きである。
6. 角度目盛が形成された目盛盤と、前記角度目盛を読み取るラインセンサと、読み取った角度目盛から内挿計算して測角値を得る演算手段とを備えたエンコーダにおいて、
   前記角度目盛を実際に読み取る角度読み取り位置Ｐｒ”が、次式によって決定されて記憶されていることを特徴とするエンコーダ。
   Ｐｒ”＝ｃｍ”−（Ｎ−ｃｍ”）Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）
   ただし、前記目盛盤の回転軸に直交する平面と前記ラインセンサのなす角度をφとしたとき、前記ｃｍ”は前記ラインセンサが受光した両端の角度目盛の位置の中点の座標、前記Ｎは前記ラインセンサで読み取った前記角度目盛の間隔が最小となる位置を回帰分析から求めた最確値、前記Ｓｃｍは、前記ラインセンサが受光した両端の角度目盛の位置の中点の座標ｃｍ”から角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｃｍ（φ）の前記角度φに対する傾き、前記Ｓｐ’は前記ラインセンサで読み取った前記角度目盛の間隔が最小となる位置を回帰分析から求めた最確値Ｎから角度読み取り位置の適切な位置を減じた関数ｆｐ’（φ）の前記角度φに対する傾きである。
7. 前記Ｓｃｍ／（Ｓｐ’−Ｓｃｍ）の値を、前記回転軸から前記ラインセンサまでの距離に応じて補正したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記載のエンコーダ。

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