JPH1151702A - 角度検出装置 - Google Patents
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- JPH1151702A JPH1151702A JP9224343A JP22434397A JPH1151702A JP H1151702 A JPH1151702 A JP H1151702A JP 9224343 A JP9224343 A JP 9224343A JP 22434397 A JP22434397 A JP 22434397A JP H1151702 A JPH1151702 A JP H1151702A
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- G01D3/028—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
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- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
- G01D5/24471—Error correction
- G01D5/24485—Error correction using other sensors
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構成で、回転体の変形あるいは回転軸
の偏心等に起因する角度検出誤差を低減する。 【構成】 回転体１２が回転中に、光源部１６から光が
回転体の周面のテープ１４上の明暗のパターンに照射さ
れ、この反射光に基づいて角度検出部（１８、２０）で
は回転体１２の回転角に応じた弧の長さを検出する。こ
のとき、変位検出部２２では回転体１２の周面の基準位
置からの変位ｈを検出し、変位に応じた変位信号を出力
する。このため、回転体１２の自重変形、回転軸の偏心
等が生じた場合には、これらに起因する誤差を含む弧の
長さが角度検出部によって検出され、変位検出部２２に
より上記の変位ｈが検出され、変位に応じた変位信号が
出力される。そして、変位信号と上記検出された弧の長
さ（誤差が含まれる）とに基づいて前記誤差をキャンセ
ルした回転体１２の回転角度を算出する。
の偏心等に起因する角度検出誤差を低減する。 【構成】 回転体１２が回転中に、光源部１６から光が
回転体の周面のテープ１４上の明暗のパターンに照射さ
れ、この反射光に基づいて角度検出部（１８、２０）で
は回転体１２の回転角に応じた弧の長さを検出する。こ
のとき、変位検出部２２では回転体１２の周面の基準位
置からの変位ｈを検出し、変位に応じた変位信号を出力
する。このため、回転体１２の自重変形、回転軸の偏心
等が生じた場合には、これらに起因する誤差を含む弧の
長さが角度検出部によって検出され、変位検出部２２に
より上記の変位ｈが検出され、変位に応じた変位信号が
出力される。そして、変位信号と上記検出された弧の長
さ（誤差が含まれる）とに基づいて前記誤差をキャンセ
ルした回転体１２の回転角度を算出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、角度検出装置に係
り、さらに詳しくは、回転体の周面又は端面に円周方向
に配列された所定ピッチの明暗のパターンを用いて回転
体の回転角を検出する角度検出装置に関する。
り、さらに詳しくは、回転体の周面又は端面に円周方向
に配列された所定ピッチの明暗のパターンを用いて回転
体の回転角を検出する角度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、直径が８ｍ以上もある光学系を
持つ大型望遠鏡や、いわゆるＮＣ工作機械等の大型のタ
ーンテーブルを備えた装置等では、大型の回転板（目盛
ディスク）の製作が困難であることから、小型機器に用
いられる光学式ロータリエンコーダのような透過光方式
を採用することが困難であった。このため、かかる大型
望遠鏡等では、例えば円筒又は円柱状の回転体の周面に
所定ピッチの明暗パターン（ラインアンドスペースパタ
ーン）から成る目盛格子が形成された金属テープを周方
向に沿って貼り付け、この目盛格子（明暗パターン）か
ら生ずる反射光を相互に１／４ピッチずつずらしてて配
置された複数の走査格子を介して受光素子でそれぞれ受
光し、これらの受光素子からの信号に基づいて回転体の
回転角度を検出する方式の角度検出装置が用いられてい
る。
持つ大型望遠鏡や、いわゆるＮＣ工作機械等の大型のタ
ーンテーブルを備えた装置等では、大型の回転板（目盛
ディスク）の製作が困難であることから、小型機器に用
いられる光学式ロータリエンコーダのような透過光方式
を採用することが困難であった。このため、かかる大型
望遠鏡等では、例えば円筒又は円柱状の回転体の周面に
所定ピッチの明暗パターン（ラインアンドスペースパタ
ーン）から成る目盛格子が形成された金属テープを周方
向に沿って貼り付け、この目盛格子（明暗パターン）か
ら生ずる反射光を相互に１／４ピッチずつずらしてて配
置された複数の走査格子を介して受光素子でそれぞれ受
光し、これらの受光素子からの信号に基づいて回転体の
回転角度を検出する方式の角度検出装置が用いられてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の角度検出装置にあっては、金属テープが貼り付けら
れた回転体の剛性不足による自重変形等に起因して、角
度検出誤差が生じていた。すなわち、角度検出装置で
は、回転角度そのものを直接検出するのではなく、回転
体の回転角に対応する弧の長さを直接検出し、この弧の
長さを既知の半径で除して回転角度を求めていたことか
ら、例えば自重変形が生ずるとそれに応じて上記検出さ
れる弧の長さが増減し、それを半径で除した検出角度に
は、弧の長さの増減に対応する誤差が生じていた（図５
の角度誤差Δθ参照）。同様のことは、回転体の偏心に
より見かけ上の半径が増減することによっても生じてい
た。
来の角度検出装置にあっては、金属テープが貼り付けら
れた回転体の剛性不足による自重変形等に起因して、角
度検出誤差が生じていた。すなわち、角度検出装置で
は、回転角度そのものを直接検出するのではなく、回転
体の回転角に対応する弧の長さを直接検出し、この弧の
長さを既知の半径で除して回転角度を求めていたことか
ら、例えば自重変形が生ずるとそれに応じて上記検出さ
れる弧の長さが増減し、それを半径で除した検出角度に
は、弧の長さの増減に対応する誤差が生じていた（図５
の角度誤差Δθ参照）。同様のことは、回転体の偏心に
より見かけ上の半径が増減することによっても生じてい
た。
【０００４】一方、従来の透過光方式の光学式のロータ
リエンコーダにあっても、パターンが形成された回転板
（目盛ディスク）の回転軸の傾斜や偏心、あるいは軸方
向の位置ずれにより、同様の角度検出誤差が生じてい
た。従来においては、かかる回転軸の傾斜等による角度
検出誤差を低減すべく、例えば回転板の円周上９０度間
隔で４つの検出器を配置し、これらの検出器の検出値の
平均値に基づいて角度検出を行うことがなされている。
しかしながら、このようにすると、検出器が複数必要に
なり、その分部品点数の増加とコストアップを避けられ
ないという必然的な不都合があった。
リエンコーダにあっても、パターンが形成された回転板
（目盛ディスク）の回転軸の傾斜や偏心、あるいは軸方
向の位置ずれにより、同様の角度検出誤差が生じてい
た。従来においては、かかる回転軸の傾斜等による角度
検出誤差を低減すべく、例えば回転板の円周上９０度間
隔で４つの検出器を配置し、これらの検出器の検出値の
平均値に基づいて角度検出を行うことがなされている。
しかしながら、このようにすると、検出器が複数必要に
なり、その分部品点数の増加とコストアップを避けられ
ないという必然的な不都合があった。
【０００５】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その目的は、簡単な構成で、回転体の変形あるいは
回転軸の偏心等に起因する角度検出誤差を低減すること
ができる角度検出装置を提供することにある。
で、その目的は、簡単な構成で、回転体の変形あるいは
回転軸の偏心等に起因する角度検出誤差を低減すること
ができる角度検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、回転体（１２）の周面又は端面に円周方向に配列さ
れた所定ピッチの明暗のパターンを用いて前記回転体
（１２）の回転角を検出する角度検出装置であって、前
記パターンに対して光を照射する光源部（１６）と；前
記パターンから生ずる検出光に基づいて前記回転体（１
２）の回転角に応じた物理量を検出する角度検出部（１
８、２０、４２、４４）と；前記回転体（１２）の周面
又は端面の基準位置からの変位を検出し、変位に応じた
変位信号を出力する変位検出部（２２）と；前記変位信
号と前記角度検出部で検出された物理量とに基づいて前
記物理量に含まれる誤差をキャンセルした前記回転体
（１２）の回転角度を算出する角度算出部（４８）とを
有する。
は、回転体（１２）の周面又は端面に円周方向に配列さ
れた所定ピッチの明暗のパターンを用いて前記回転体
（１２）の回転角を検出する角度検出装置であって、前
記パターンに対して光を照射する光源部（１６）と；前
記パターンから生ずる検出光に基づいて前記回転体（１
２）の回転角に応じた物理量を検出する角度検出部（１
８、２０、４２、４４）と；前記回転体（１２）の周面
又は端面の基準位置からの変位を検出し、変位に応じた
変位信号を出力する変位検出部（２２）と；前記変位信
号と前記角度検出部で検出された物理量とに基づいて前
記物理量に含まれる誤差をキャンセルした前記回転体
（１２）の回転角度を算出する角度算出部（４８）とを
有する。
【０００７】これによれば、回転体が回転中に、光源部
から光が回転体の周面又は端面に円周方向に配列された
所定ピッチの明暗のパターンに照射されるとその照射位
置から検出光が生じ、この検出光に基づいて角度検出部
では回転体の回転角に応じた物理量を検出する。このと
き、変位検出部では回転体の周面又は端面の基準位置か
らの変位を検出し、変位に応じた変位信号を出力する。
このため、回転体の自重変形、回転軸の偏心、回転軸の
傾斜あるいは軸方向のドリフト等が生じた場合には、こ
れらに起因する誤差を含む物理量が角度検出部によって
検出されるとともに、変位検出部により上記の自重変
形、偏心等に起因する回転体の周面又は端面の基準位置
からの変位が検出され、変位に応じた変位信号が出力さ
れる。
から光が回転体の周面又は端面に円周方向に配列された
所定ピッチの明暗のパターンに照射されるとその照射位
置から検出光が生じ、この検出光に基づいて角度検出部
では回転体の回転角に応じた物理量を検出する。このと
き、変位検出部では回転体の周面又は端面の基準位置か
らの変位を検出し、変位に応じた変位信号を出力する。
このため、回転体の自重変形、回転軸の偏心、回転軸の
傾斜あるいは軸方向のドリフト等が生じた場合には、こ
れらに起因する誤差を含む物理量が角度検出部によって
検出されるとともに、変位検出部により上記の自重変
形、偏心等に起因する回転体の周面又は端面の基準位置
からの変位が検出され、変位に応じた変位信号が出力さ
れる。
【０００８】そして、角度算出部では変位信号と角度検
出部で検出された物理量とに基づいて該物理量に含まれ
る誤差をキャンセルした回転体の回転角度を算出する。
従って、簡単な構成で、回転体の変形あるいは回転軸の
偏心等に起因する角度検出誤差を低減することが可能に
なる。
出部で検出された物理量とに基づいて該物理量に含まれ
る誤差をキャンセルした回転体の回転角度を算出する。
従って、簡単な構成で、回転体の変形あるいは回転軸の
偏心等に起因する角度検出誤差を低減することが可能に
なる。
【０００９】この場合において、変位検出部は、回転体
の周面又は端面の基準位置からの変位を直接又は間接に
検出して変位に応じた変位信号を出力するものであれ
ば、その構成は特に問わない。回転体の周面又は端面の
基準位置からの変位を直接に検出するものとして、例え
ば、請求項２に記載の発明の如く、前記変位検出部（２
２）は、前記回転体（１２）の周面又は端面の前記パタ
ーンの存在しない領域に光を照射する光源（３０）と、
前記光の前記回転体からの反射光を受光することによ
り、前記回転体の周面又は端面の基準位置からの変位に
応じた信号を出力するセンサ（３４）とを含む構成が代
表的に挙げられる。
の周面又は端面の基準位置からの変位を直接又は間接に
検出して変位に応じた変位信号を出力するものであれ
ば、その構成は特に問わない。回転体の周面又は端面の
基準位置からの変位を直接に検出するものとして、例え
ば、請求項２に記載の発明の如く、前記変位検出部（２
２）は、前記回転体（１２）の周面又は端面の前記パタ
ーンの存在しない領域に光を照射する光源（３０）と、
前記光の前記回転体からの反射光を受光することによ
り、前記回転体の周面又は端面の基準位置からの変位に
応じた信号を出力するセンサ（３４）とを含む構成が代
表的に挙げられる。
【００１０】また、請求項３に記載の発明の如く、前記
角度検出部は、前記パターンから生ずる前記検出光に基
づいて相互に位相の異なる複数の信号を出力する検出器
（１８）と、この検出器からの複数の信号に基づいて前
記回転体の回転角に応じた物理量を算出する算出部（４
２、４４）とを有する場合には、前記変位検出部は、前
記検出器（１８）からの複数の信号を用いて前記回転体
（１２）の周面又は端面の基準位置からの変位を検出す
るものであっても良い。かかる場合には、請求項２に記
載の発明のような光源、センサ等の構成部分が不要とな
る。
角度検出部は、前記パターンから生ずる前記検出光に基
づいて相互に位相の異なる複数の信号を出力する検出器
（１８）と、この検出器からの複数の信号に基づいて前
記回転体の回転角に応じた物理量を算出する算出部（４
２、４４）とを有する場合には、前記変位検出部は、前
記検出器（１８）からの複数の信号を用いて前記回転体
（１２）の周面又は端面の基準位置からの変位を検出す
るものであっても良い。かかる場合には、請求項２に記
載の発明のような光源、センサ等の構成部分が不要とな
る。
【００１１】
《第１の実施形態》以下、本発明の第１の実施形態につ
いて図１ないし図５に基づいて説明する。
いて図１ないし図５に基づいて説明する。
【００１２】図１には、第１の実施形態に係る角度検出
装置が取り付けられた望遠鏡の一部が示されている。こ
の図１において、望遠鏡の鏡筒１０２を支持する一方の
支軸１１が固定部１００に不図示の軸受けを介して回転
軸Ｘ−Ｘ回りに回動可能に支持されている。鏡筒１０２
は、例えば直径約８ｍの光学系（図示省略）を保持して
おり、この光学系の光軸の方向は、図１におけるほぼ紙
面上下方向となっている。前記支軸１１の一端（図１に
おける右端）には、支軸１１より一回り大きな外径を有
する回転体としての目盛ドラム１２が図１における右側
から被せられた状態で複数本のボルト１０４によって固
定されている。このため、支軸１１及び目盛ドラム１２
が一体的に回転軸Ｘ−Ｘ回りに回動すると、支軸１１に
支持された鏡筒１０２が回転軸Ｘ−Ｘに直交する面内方
向で起伏回動するような構成になっている。
装置が取り付けられた望遠鏡の一部が示されている。こ
の図１において、望遠鏡の鏡筒１０２を支持する一方の
支軸１１が固定部１００に不図示の軸受けを介して回転
軸Ｘ−Ｘ回りに回動可能に支持されている。鏡筒１０２
は、例えば直径約８ｍの光学系（図示省略）を保持して
おり、この光学系の光軸の方向は、図１におけるほぼ紙
面上下方向となっている。前記支軸１１の一端（図１に
おける右端）には、支軸１１より一回り大きな外径を有
する回転体としての目盛ドラム１２が図１における右側
から被せられた状態で複数本のボルト１０４によって固
定されている。このため、支軸１１及び目盛ドラム１２
が一体的に回転軸Ｘ−Ｘ回りに回動すると、支軸１１に
支持された鏡筒１０２が回転軸Ｘ−Ｘに直交する面内方
向で起伏回動するような構成になっている。
【００１３】目盛ドラム１２の図１における上側の外周
面に対向して、検出ユニット１３がボルト１０６によっ
て固定部１００に固定されている。目盛ドラム１２と検
出ユニット１３との間には、微少寸法のクリアランスが
設定されており、これら目盛ドラム１２と検出ユニット
１３とによって本発明に係る角度検出装置１０が構成さ
れている。この角度検出装置１０は、前記鏡筒１０２の
傾きを調整して該鏡筒１０２に保持された光学系の光軸
方向を所定の方位に設定するために、目盛ドラム１２の
回転角ひいては支軸１１の回転角を検出するためのもの
である。
面に対向して、検出ユニット１３がボルト１０６によっ
て固定部１００に固定されている。目盛ドラム１２と検
出ユニット１３との間には、微少寸法のクリアランスが
設定されており、これら目盛ドラム１２と検出ユニット
１３とによって本発明に係る角度検出装置１０が構成さ
れている。この角度検出装置１０は、前記鏡筒１０２の
傾きを調整して該鏡筒１０２に保持された光学系の光軸
方向を所定の方位に設定するために、目盛ドラム１２の
回転角ひいては支軸１１の回転角を検出するためのもの
である。
【００１４】図２には、角度検出装置１０の概略構成が
示されている。この角度検出装置１０を構成する回転体
としての目盛ドラム１２には、その外周面に周方向に沿
って帯状の金属テープ１４が貼り付けられ、この金属テ
ープ１４の表面には、図３に拡大して示されるようなピ
ッチＰの明暗パターン（ラインアンドスペースパターン
又はインクリメンタルパターン）から成る目盛格子１５
が形成されている。この目盛格子１５は、光の反射率の
大きな金のベースの表面に所定間隔（ピッチＰの間隔）
で光を拡散反射する部分をエッチングにより形成したも
のである。
示されている。この角度検出装置１０を構成する回転体
としての目盛ドラム１２には、その外周面に周方向に沿
って帯状の金属テープ１４が貼り付けられ、この金属テ
ープ１４の表面には、図３に拡大して示されるようなピ
ッチＰの明暗パターン（ラインアンドスペースパターン
又はインクリメンタルパターン）から成る目盛格子１５
が形成されている。この目盛格子１５は、光の反射率の
大きな金のベースの表面に所定間隔（ピッチＰの間隔）
で光を拡散反射する部分をエッチングにより形成したも
のである。
【００１５】前記検出ユニット１３の内部には、図２に
示されるように、前記目盛格子１５に所定方向から光を
斜めに照射する光源部１６と、前記光の照射により金属
テープ１４表面の目盛格子１５から生ずる反射光（検出
光）を走査板２０を介して受光する検出器１８と、目盛
ドラム１２の周面の基準位置（ここでは、測定開始時点
の位置を基準位置とする）からの変位を検出し、変位に
応じた変位信号を出力する変位検出部としての斜入射光
式の位置検出系２２とが設けられている。
示されるように、前記目盛格子１５に所定方向から光を
斜めに照射する光源部１６と、前記光の照射により金属
テープ１４表面の目盛格子１５から生ずる反射光（検出
光）を走査板２０を介して受光する検出器１８と、目盛
ドラム１２の周面の基準位置（ここでは、測定開始時点
の位置を基準位置とする）からの変位を検出し、変位に
応じた変位信号を出力する変位検出部としての斜入射光
式の位置検出系２２とが設けられている。
【００１６】前記光源部１６は、光源（ここでは、ＬＥ
Ｄとする）２４、このＬＥＤ２４からの光を平行光束に
するコンデンサレンズを含む光学系２６と、光学系２６
からの平行光束を所定の断面形状に規定するスリット板
２８とを備えている。スリット板２８の作用により光源
部１６からの光は、金属テープ１４表面の目盛格子１５
及びその近傍にのみ照射されるようになっている。
Ｄとする）２４、このＬＥＤ２４からの光を平行光束に
するコンデンサレンズを含む光学系２６と、光学系２６
からの平行光束を所定の断面形状に規定するスリット板
２８とを備えている。スリット板２８の作用により光源
部１６からの光は、金属テープ１４表面の目盛格子１５
及びその近傍にのみ照射されるようになっている。
【００１７】前記走査板２０には、４つの走査格子が目
盛格子１５に対向して設けられ、これら４つの走査格子
は、互いに目盛間隔を１／４ピッチずつずらして配置さ
れている。
盛格子１５に対向して設けられ、これら４つの走査格子
は、互いに目盛間隔を１／４ピッチずつずらして配置さ
れている。
【００１８】前記検出器１８は、前記４つの走査格子を
それぞれ通過した目盛格子１５からの反射光（検出光）
をそれぞれ受光する４つの受光素子と、これら４つの受
光素子からの互いに９０度の位相差を持つ擬似正弦波信
号を入力し、互いに９０度の位相差を持つ２つの正弦波
信号（出力信号）Ｉ１、Ｉ２を発生するプッシュブル接
続回路とを備えている。ここで、４つの受光素子からの
擬似正弦波信号はゼロ基準に対して対称な位置にはない
が、これら４つの受光素子をプッシュブル接続にするこ
とにより、ゼロ基準に対して対称な互いに９０度の位相
差を持つ２つの出力信号Ｉ１、Ｉ２を発生するようにし
たものである。
それぞれ通過した目盛格子１５からの反射光（検出光）
をそれぞれ受光する４つの受光素子と、これら４つの受
光素子からの互いに９０度の位相差を持つ擬似正弦波信
号を入力し、互いに９０度の位相差を持つ２つの正弦波
信号（出力信号）Ｉ１、Ｉ２を発生するプッシュブル接
続回路とを備えている。ここで、４つの受光素子からの
擬似正弦波信号はゼロ基準に対して対称な位置にはない
が、これら４つの受光素子をプッシュブル接続にするこ
とにより、ゼロ基準に対して対称な互いに９０度の位相
差を持つ２つの出力信号Ｉ１、Ｉ２を発生するようにし
たものである。
【００１９】前記位置検出系２２は、図２に示されるよ
うに、ハロゲンランプ等の光源３０と、該光源３０から
の光を所定のスポットビームあるいはスリットビームに
規制するスリット板３２と、該スリット板３２を介して
目盛ドラム１２の周面の前記パターン、即ち目盛格子１
５が存在しない領域（金属テープ１４が貼り付けられて
いない領域）の所定箇所に貼り付けられた反射テープ３
３に斜めから照射された光の前記反射テープ３３からの
反射光を受光するフォトダイオードアレー等を含むセン
サとしてのリニアセンサ３４とを備えている。ここで、
反射テープ３３には、一定の方向（この方向に直交して
リニアセンサ３４の受光面が設定されている）にのみ光
を反射する特殊なパターンが形成されている。なお、前
記反射テープ３３が貼り付けられた位置の目盛ドラム１
２表面の反射率が高い場合には、目盛ドラム１２の該位
置における法線に対して対称となる方向に光源３０とリ
ニアセンサ３４とを配置し、入射角と反射角とを一致さ
せるようにすれば、前記反射テープ３３を必ずしも設け
る必要はない。
うに、ハロゲンランプ等の光源３０と、該光源３０から
の光を所定のスポットビームあるいはスリットビームに
規制するスリット板３２と、該スリット板３２を介して
目盛ドラム１２の周面の前記パターン、即ち目盛格子１
５が存在しない領域（金属テープ１４が貼り付けられて
いない領域）の所定箇所に貼り付けられた反射テープ３
３に斜めから照射された光の前記反射テープ３３からの
反射光を受光するフォトダイオードアレー等を含むセン
サとしてのリニアセンサ３４とを備えている。ここで、
反射テープ３３には、一定の方向（この方向に直交して
リニアセンサ３４の受光面が設定されている）にのみ光
を反射する特殊なパターンが形成されている。なお、前
記反射テープ３３が貼り付けられた位置の目盛ドラム１
２表面の反射率が高い場合には、目盛ドラム１２の該位
置における法線に対して対称となる方向に光源３０とリ
ニアセンサ３４とを配置し、入射角と反射角とを一致さ
せるようにすれば、前記反射テープ３３を必ずしも設け
る必要はない。
【００２０】この場合、図２からも明らかなように、基
準位置から目盛ドラム１２の周面までの距離ｈが変化す
ると、これに応じてリニアセンサ３４に対する反射光束
の入射位置が変化するので、リニアセンサ３４ではこの
入射位置に応じた信号を変位信号として後述する信号処
理回路に送出するようになっている。なお、このように
入射位置の変化によるのでなく、受光光の光量（強度変
化）やその強度変化の位相に基づいて変位を検出するよ
うな方式の変位センサを用いても良いことは勿論であ
る。
準位置から目盛ドラム１２の周面までの距離ｈが変化す
ると、これに応じてリニアセンサ３４に対する反射光束
の入射位置が変化するので、リニアセンサ３４ではこの
入射位置に応じた信号を変位信号として後述する信号処
理回路に送出するようになっている。なお、このように
入射位置の変化によるのでなく、受光光の光量（強度変
化）やその強度変化の位相に基づいて変位を検出するよ
うな方式の変位センサを用いても良いことは勿論であ
る。
【００２１】図４には、本第１の実施形態に係る角度検
出装置１０を構成する信号処理回路４０の構成が示され
ている。この信号処理回路４０は、検出器１８から出力
される相互に位相が９０度異なる２つの正弦波信号（出
力信号）Ｉ１、Ｉ２を分割して目盛ドラム１２の回転角
度に応じた数のパルスを出力する分割回路４２と、この
分割回路４２からのパルス数を計数するパルスカウンタ
４４と、リニアセンサ３４からの変位信号をＡ／Ｄ変換
するＡ／Ｄ変換器４６と、パルスカウンタ４４のカウン
ト値とＡ／Ｄ変換器４６の出力値とに基づいて所定の演
算を行うことにより目盛ドラム１２の回転角度を算出す
る角度算出部４８とから構成されている。この内、分割
回路４２としては、例えばいわゆる抵抗分割法によるも
の等が使用される。
出装置１０を構成する信号処理回路４０の構成が示され
ている。この信号処理回路４０は、検出器１８から出力
される相互に位相が９０度異なる２つの正弦波信号（出
力信号）Ｉ１、Ｉ２を分割して目盛ドラム１２の回転角
度に応じた数のパルスを出力する分割回路４２と、この
分割回路４２からのパルス数を計数するパルスカウンタ
４４と、リニアセンサ３４からの変位信号をＡ／Ｄ変換
するＡ／Ｄ変換器４６と、パルスカウンタ４４のカウン
ト値とＡ／Ｄ変換器４６の出力値とに基づいて所定の演
算を行うことにより目盛ドラム１２の回転角度を算出す
る角度算出部４８とから構成されている。この内、分割
回路４２としては、例えばいわゆる抵抗分割法によるも
の等が使用される。
【００２２】前記角度算出部４８は、Ａ／Ｄ変換器４６
からの変位情報と不図示のメモリ内に格納された目盛ド
ラム１２の半径情報ｒとの和を算出する加算部５０と、
パルスカウンタ４４のカウント値である回転角度に対応
する物理量としての弧の長さの情報（この情報には目盛
ドラム１２の自重変形や偏心の影響による誤差が含まれ
る）を前記加算部５０の演算結果で除した値を算出する
除算部５２とを含んでいる。この角度算出部４８の構成
各部の機能は実際にはコンピュータのソフトウェアによ
り実現しても良いことは勿論である。
からの変位情報と不図示のメモリ内に格納された目盛ド
ラム１２の半径情報ｒとの和を算出する加算部５０と、
パルスカウンタ４４のカウント値である回転角度に対応
する物理量としての弧の長さの情報（この情報には目盛
ドラム１２の自重変形や偏心の影響による誤差が含まれ
る）を前記加算部５０の演算結果で除した値を算出する
除算部５２とを含んでいる。この角度算出部４８の構成
各部の機能は実際にはコンピュータのソフトウェアによ
り実現しても良いことは勿論である。
【００２３】ここで、具体的な値を用いて、上記信号処
理回路４０の構成各部の作用を説明すると次のようにな
る。
理回路４０の構成各部の作用を説明すると次のようにな
る。
【００２４】すなわち、図５に示されるように、自重変
形、偏心等がない場合の目盛ドラム１２の半径ＯＡ＝ｒ
として、目盛ドラム１２に変形及び偏心がないとした理
想的な場合のリニアセンサ３４の出力が零であるものと
する。目盛ドラム１２が微小角度ｄθ回転する際に、自
重変形又は偏心等により目盛ドラム周面がＢＢ’＝ｄｒ
だけ変化すると、パルスカウンタ４４から弧の長さの情
報（ｒ＋ｄｒ）・ｄθに対応するカウント値（デジタル
値）が出力され、Ａ／Ｄ変換器４６からは変位情報ｈ＝
ｄｒに対応するデジタル値が出力される。加算部５０で
はこの変位情報ｄｒとメモリ内の半径情報ｒとを加算し
て和（ｒ＋ｄｒ）を算出する。これにより、除算部４８
ではパルスカウンタの出力（ｒ＋ｄｒ）・ｄθを（ｒ＋
ｄｒ）で除した値、すなわち（ｒ＋ｄｒ）・ｄθ／（ｒ
＋ｄｒ）＝ｄθを算出してこれを検出角度として出力す
る。
形、偏心等がない場合の目盛ドラム１２の半径ＯＡ＝ｒ
として、目盛ドラム１２に変形及び偏心がないとした理
想的な場合のリニアセンサ３４の出力が零であるものと
する。目盛ドラム１２が微小角度ｄθ回転する際に、自
重変形又は偏心等により目盛ドラム周面がＢＢ’＝ｄｒ
だけ変化すると、パルスカウンタ４４から弧の長さの情
報（ｒ＋ｄｒ）・ｄθに対応するカウント値（デジタル
値）が出力され、Ａ／Ｄ変換器４６からは変位情報ｈ＝
ｄｒに対応するデジタル値が出力される。加算部５０で
はこの変位情報ｄｒとメモリ内の半径情報ｒとを加算し
て和（ｒ＋ｄｒ）を算出する。これにより、除算部４８
ではパルスカウンタの出力（ｒ＋ｄｒ）・ｄθを（ｒ＋
ｄｒ）で除した値、すなわち（ｒ＋ｄｒ）・ｄθ／（ｒ
＋ｄｒ）＝ｄθを算出してこれを検出角度として出力す
る。
【００２５】例えば、自重変形等に伴い目盛ドラム１２
の半径がｄｒだけ増加すると、従来であれば、これに伴
い目盛ドラム１２がｄθ回転する間に検出器１８で検出
される弧の長さがｄｒ・ｄθだけ増加し、この結果弧の
長さの増加分に対応する角度Δθ＝（ｄｒ／ｒ）・ｄθ
（図５参照）だけ検出角度に誤差が生じていたのに対
し、本第１の実施形態の角度検出装置１０では、リニア
センサ３４を含む変位検出部２２及び信号処理回路４０
を構成するＡ／Ｄ変換器４６及び角度算出部４８の機能
により、上記の角度検出誤差Δθを補正した正確な角度
ｄθの検出が可能になる。従って、簡単な構成で、回転
体としての目盛ドラム１２の変形あるいは回転軸Ｘ−Ｘ
の偏心に起因する角度検出誤差を低減することができ
る。
の半径がｄｒだけ増加すると、従来であれば、これに伴
い目盛ドラム１２がｄθ回転する間に検出器１８で検出
される弧の長さがｄｒ・ｄθだけ増加し、この結果弧の
長さの増加分に対応する角度Δθ＝（ｄｒ／ｒ）・ｄθ
（図５参照）だけ検出角度に誤差が生じていたのに対
し、本第１の実施形態の角度検出装置１０では、リニア
センサ３４を含む変位検出部２２及び信号処理回路４０
を構成するＡ／Ｄ変換器４６及び角度算出部４８の機能
により、上記の角度検出誤差Δθを補正した正確な角度
ｄθの検出が可能になる。従って、簡単な構成で、回転
体としての目盛ドラム１２の変形あるいは回転軸Ｘ−Ｘ
の偏心に起因する角度検出誤差を低減することができ
る。
【００２６】これまでの説明から明らかなように、本第
１の実施形態では、検出器１８、走査板２０によって角
度検出部が構成され、分割回路４２とパルスカウンタ４
４とによって算出部が構成されている。
１の実施形態では、検出器１８、走査板２０によって角
度検出部が構成され、分割回路４２とパルスカウンタ４
４とによって算出部が構成されている。
【００２７】発明者は、実際に、上記第１実施形態と同
様の構成の大型エンコーダ（目盛ドラム半径Ｒ＝０．５
ｍ）を使用し、試験した結果、目盛ドラムの真円度（直
径方向の変化量）が０．２ｍｍ程度の場合に、従来１０
〜１２秒程度もあった角度検出誤差を２〜３秒に低減で
きることを確認した。
様の構成の大型エンコーダ（目盛ドラム半径Ｒ＝０．５
ｍ）を使用し、試験した結果、目盛ドラムの真円度（直
径方向の変化量）が０．２ｍｍ程度の場合に、従来１０
〜１２秒程度もあった角度検出誤差を２〜３秒に低減で
きることを確認した。
【００２８】《第２の実施形態》次に、本発明の第２の
実施形態について図６に基づいて説明する。ここで、前
述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分に
ついては同一の符号を用いるとともにその説明を簡略に
し若しくは省略するものとする。
実施形態について図６に基づいて説明する。ここで、前
述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分に
ついては同一の符号を用いるとともにその説明を簡略に
し若しくは省略するものとする。
【００２９】この実施形態に係る角度検出装置は、前述
した第１の実施形態の角度検出装置１０における光源３
０、スリット３２、ラインセンサ３４等から成る斜入射
光式の位置検出系２２を省略するとともに、信号処理回
路の構成が多少変更された点に特徴を有する。
した第１の実施形態の角度検出装置１０における光源３
０、スリット３２、ラインセンサ３４等から成る斜入射
光式の位置検出系２２を省略するとともに、信号処理回
路の構成が多少変更された点に特徴を有する。
【００３０】すなわち、この第２の実施形態に係る信号
処理回路１４０では、図６に示されるように、検出器１
８から出力される位相０度の出力信号（以下、「Ａ相信
号」という）Ｉ１と位相９０度の出力信号（以下、「Ｂ
相信号」という）Ｉ２とを入力する演算回路５６が設け
られ、角度算出部が除算部５２のみで構成されている。
ここで、演算回路５６は、Ａ相信号Ｉ１とＢ相信号Ｉ２
の自乗和の平方根に予め実験等で求めた係数を掛けて基
準位置（ここでは、偏心等がない場合の目盛ドラム１２
の回転軸Ｘ−Ｘの位置を基準位置とする）からの目盛ド
ラム１２表面の変位、すなわち目盛ドラム１２の変形後
の半径（ｒ＋ｄｒ）を演算する回路である。この演算回
路５６の機能をコンピュータのソフトウェアによって実
現しても良いことは勿論である。その他の部分の構成等
は、前述した第１の実施形態と同様になっている。
処理回路１４０では、図６に示されるように、検出器１
８から出力される位相０度の出力信号（以下、「Ａ相信
号」という）Ｉ１と位相９０度の出力信号（以下、「Ｂ
相信号」という）Ｉ２とを入力する演算回路５６が設け
られ、角度算出部が除算部５２のみで構成されている。
ここで、演算回路５６は、Ａ相信号Ｉ１とＢ相信号Ｉ２
の自乗和の平方根に予め実験等で求めた係数を掛けて基
準位置（ここでは、偏心等がない場合の目盛ドラム１２
の回転軸Ｘ−Ｘの位置を基準位置とする）からの目盛ド
ラム１２表面の変位、すなわち目盛ドラム１２の変形後
の半径（ｒ＋ｄｒ）を演算する回路である。この演算回
路５６の機能をコンピュータのソフトウェアによって実
現しても良いことは勿論である。その他の部分の構成等
は、前述した第１の実施形態と同様になっている。
【００３１】上記のようにして構成された本第２実施形
態の角度検出装置によると、演算回路５６の次段に設け
られたＡ／Ｄ変換器４６から（ｒ＋ｄｒ）に対応するデ
ジタル値が出力され、パルスカウンタ４４から（ｒ＋ｄ
ｒ）・ｄθに対応するカウント値が出力されるので、除
算部５２ではパルスカウンタ４４の出力（ｒ＋ｄｒ）・
ｄθを（ｒ＋ｄｒ）で除した値、すなわち（ｒ＋ｄｒ）
・ｄθ／（ｒ＋ｄｒ）＝ｄθを算出し、これを検出角度
として出力する。
態の角度検出装置によると、演算回路５６の次段に設け
られたＡ／Ｄ変換器４６から（ｒ＋ｄｒ）に対応するデ
ジタル値が出力され、パルスカウンタ４４から（ｒ＋ｄ
ｒ）・ｄθに対応するカウント値が出力されるので、除
算部５２ではパルスカウンタ４４の出力（ｒ＋ｄｒ）・
ｄθを（ｒ＋ｄｒ）で除した値、すなわち（ｒ＋ｄｒ）
・ｄθ／（ｒ＋ｄｒ）＝ｄθを算出し、これを検出角度
として出力する。
【００３２】従って、本第２の実施形態によると、前述
した第１の実施形態と同等の効果を得られる他、光源３
０、スリット３２、ラインセンサ２２等が不要となるの
で、装置構成が一層簡略化される。
した第１の実施形態と同等の効果を得られる他、光源３
０、スリット３２、ラインセンサ２２等が不要となるの
で、装置構成が一層簡略化される。
【００３３】なお、上記実施形態では、本発明が大型望
遠鏡等に装備される大型の角度検出装置に適用された場
合について説明したが、これに限らず、本発明は回転体
として目盛ディスクを備えた光透過式の光学式ロータリ
エンコーダにも好適に適用できるものである。すなわ
ち、上記実施形態と同様に、斜入射光式等の位置検出系
をロータリエンコーダを構成する目盛ディスク（回転
体）の外周面の変位を検出可能に配置し、上記第１実施
形態と同様の信号処理系を設ければ、目盛ディスクの偏
心に起因する角度検出誤差を簡単な構成で低減させるこ
とができる。また、斜入射光式等の位置検出系を目盛デ
ィスク（回転体）の一方の面の変位を検出可能に配置
し、上記第１の実施形態と同様の信号処理回路を設けれ
ば、回転板の回転軸の傾斜や軸方向の位置ずれによる角
度検出誤差をも簡単な構成で（角度検出器を複数設ける
ことなく）、効果的に低減させることができる。
遠鏡等に装備される大型の角度検出装置に適用された場
合について説明したが、これに限らず、本発明は回転体
として目盛ディスクを備えた光透過式の光学式ロータリ
エンコーダにも好適に適用できるものである。すなわ
ち、上記実施形態と同様に、斜入射光式等の位置検出系
をロータリエンコーダを構成する目盛ディスク（回転
体）の外周面の変位を検出可能に配置し、上記第１実施
形態と同様の信号処理系を設ければ、目盛ディスクの偏
心に起因する角度検出誤差を簡単な構成で低減させるこ
とができる。また、斜入射光式等の位置検出系を目盛デ
ィスク（回転体）の一方の面の変位を検出可能に配置
し、上記第１の実施形態と同様の信号処理回路を設けれ
ば、回転板の回転軸の傾斜や軸方向の位置ずれによる角
度検出誤差をも簡単な構成で（角度検出器を複数設ける
ことなく）、効果的に低減させることができる。
【００３４】また、上記実施形態では、回転体としての
目盛ドラム１２の回転角度を目盛格子からの反射光に基
づいて検出する場合について説明したが、これに限ら
ず、相互に１／４ピッチずつずれた２本のラインアンド
スペースパターンにより２本の目盛格子を構成し、角度
検出部の光源として半導体レーザのようなコヒーレント
な光を発する光源を用い、この光源からの光の照射によ
り前記２本の目盛格子から生ずる所定次数の回折光を干
渉させ、この干渉光を光電変換して得られる電気信号の
所定の基準信号に対する位相差に基づいて回転体の角度
を検出するような構成を採用することも可能である。
目盛ドラム１２の回転角度を目盛格子からの反射光に基
づいて検出する場合について説明したが、これに限ら
ず、相互に１／４ピッチずつずれた２本のラインアンド
スペースパターンにより２本の目盛格子を構成し、角度
検出部の光源として半導体レーザのようなコヒーレント
な光を発する光源を用い、この光源からの光の照射によ
り前記２本の目盛格子から生ずる所定次数の回折光を干
渉させ、この干渉光を光電変換して得られる電気信号の
所定の基準信号に対する位相差に基づいて回転体の角度
を検出するような構成を採用することも可能である。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし３
に記載の発明によれば、簡単な構成で、回転体の変形あ
るいは回転軸の偏心等に起因する角度検出誤差を低減す
ることができるという従来にない優れた効果がある。
に記載の発明によれば、簡単な構成で、回転体の変形あ
るいは回転軸の偏心等に起因する角度検出誤差を低減す
ることができるという従来にない優れた効果がある。
【図１】第１の実施形態に係る角度検出装置が取り付け
られた望遠鏡の一部を示す図である。
られた望遠鏡の一部を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る角度検出装置の構成を概
略的に示す図である。
略的に示す図である。
【図３】図２の金属テープ表面の目盛格子（明暗パター
ン）を拡大して示す図である。
ン）を拡大して示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る信号処理回路の構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図５】第１の実施形態の作用を具体的に説明するため
の図である。
の図である。
【図６】第２の実施形態に係る信号処理回路の構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
１２ 目盛ドラム（回転体） １５ 目盛格子（明暗パターン） １６ 光源部 １８ 検出器（角度検出部の一部） ２０ 走査板（角度検出部の一部） ２２ 変位検出部 ３０ 光源 ３４ リニアセンサ（センサ） ４２ 分割回路（算出部の一部） ４４ パルスカウンタ（算出部の一部） ４８ 角度算出部
Claims (3)
- 【請求項１】 回転体の周面又は端面に円周方向に配列
された所定ピッチの明暗のパターンを用いて前記回転体
の回転角を検出する角度検出装置であって、 前記パターンに対して光を照射する光源部と；前記パタ
ーンから生ずる検出光に基づいて前記回転体の回転角に
応じた物理量を検出する角度検出部と；前記回転体の周
面又は端面の基準位置からの変位を検出し、変位に応じ
た変位信号を出力する変位検出部と；前記変位信号と前
記角度検出部で検出された物理量とに基づいて前記物理
量に含まれる誤差をキャンセルした前記回転体の回転角
度を算出する角度算出部とを有する角度検出装置。 - 【請求項２】 前記変位検出部は、前記回転体の周面又
は端面の前記パターンの存在しない領域に光を照射する
光源と、前記光の前記回転体からの反射光を受光するこ
とにより、前記回転体の周面又は端面の基準位置からの
変位に応じた信号を出力するセンサとを含むことを特徴
とする請求項１に記載の角度検出装置。 - 【請求項３】 前記角度検出部は、前記パターンから生
ずる前記検出光に基づいて相互に位相の異なる複数の信
号を出力する検出器と、この検出器からの複数の信号に
基づいて前記回転体の回転角に応じた物理量を算出する
算出部とを有し、 前記変位検出部は、前記検出器からの複数の信号を用い
て前記回転体の周面又は端面の基準位置からの変位を検
出することを特徴とする請求項１に記載の角度検出装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9224343A JPH1151702A (ja) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | 角度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9224343A JPH1151702A (ja) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | 角度検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1151702A true JPH1151702A (ja) | 1999-02-26 |
Family
ID=16812282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9224343A Pending JPH1151702A (ja) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | 角度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1151702A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007101546A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte Ltd | 光エンコーダセットのコードホイールの偏心運動および上下運動を検出する方法及びシステム。 |
| JP2011007676A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Fuji Xerox Co Ltd | 速度検出装置、画像記録装置及び速度検出プログラム |
| JP2012137558A (ja) * | 2010-12-24 | 2012-07-19 | Sanyo Electric Co Ltd | カラーホイールユニットおよび投写型表示装置 |
| JP2015148627A (ja) * | 2015-04-14 | 2015-08-20 | 株式会社東京精密 | 角度測定方法及び角度測定システム |
| WO2018150833A1 (ja) * | 2017-02-20 | 2018-08-23 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 角度検出装置 |
| EP3640601A1 (de) * | 2018-10-19 | 2020-04-22 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Positionsmesseinrichtung und verfahren zum betreiben einer positionsmesseinrichtung |
-
1997
- 1997-08-06 JP JP9224343A patent/JPH1151702A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007101546A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte Ltd | 光エンコーダセットのコードホイールの偏心運動および上下運動を検出する方法及びシステム。 |
| JP4495707B2 (ja) * | 2005-09-30 | 2010-07-07 | アバゴ・テクノロジーズ・イーシービーユー・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド | 光エンコーダセットのコードホイールの偏心運動および上下運動を検出する方法及びシステム。 |
| JP2011007676A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Fuji Xerox Co Ltd | 速度検出装置、画像記録装置及び速度検出プログラム |
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| JP2015148627A (ja) * | 2015-04-14 | 2015-08-20 | 株式会社東京精密 | 角度測定方法及び角度測定システム |
| WO2018150833A1 (ja) * | 2017-02-20 | 2018-08-23 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 角度検出装置 |
| JPWO2018150833A1 (ja) * | 2017-02-20 | 2019-08-08 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 角度検出装置 |
| CN110291365A (zh) * | 2017-02-20 | 2019-09-27 | 日立汽车系统株式会社 | 角度检测装置 |
| EP3640601A1 (de) * | 2018-10-19 | 2020-04-22 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Positionsmesseinrichtung und verfahren zum betreiben einer positionsmesseinrichtung |
| JP2020067454A (ja) * | 2018-10-19 | 2020-04-30 | ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツングＤｒ． Ｊｏｈａｎｎｅｓ Ｈｅｉｄｅｎｈａｉｎ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ Ｍｉｔ Ｂｅｓｃｈｒａｎｋｔｅｒ Ｈａｆｔｕｎｇ | 位置測定装置および位置測定装置を作動する方法 |
| US11385050B2 (en) | 2018-10-19 | 2022-07-12 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Position-measuring device and method for operating a position-measuring device |
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