JPH11125540A - 回転角度検出エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】読み取り部を調整座面上で動かして、インデッ
クスのパターンを目盛と所定の関係の位置になるよう調
整するので、調整時間が長い。 【解決手段】発光部４と、回転中心から放射状の目盛を
有する目盛盤３と、前記目盛と等間隔のパターンを有す
るインデックス６と、受光部７とを有し、前記発光部か
ら発光され、前記インデックス及び前記目盛盤を透過し
た光を前記受光部で検出することにより、回転軸１又は
軸受け２の回転角度を検出する回転角度検出エンコーダ
において、前記インデックスが取り付けられた円筒状ケ
ース１０が、円筒状ケースを回転して調整可能なホルダ
の取り付け部に挿入され、前記インデックスのパターン
が前記目盛と所定の関係の位置になる位置に前記円筒状
ケースが固定されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転角度検出に使
用する回転角度検出エンコーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】回転角度検出エンコーダは、測量機（セ
オドライト）等に１又は２個内蔵され、１地点において
他の２地点の水平角ならびに高度角を検出するために使
用される。測量機は、水平面を基準とした整準状態にお
いて望遠鏡の視準線を目標に向け、そのときの水平角と
高度角を回転角度検出エンコーダで検出し、測定値を液
晶表示器等に表示する。

【０００３】回転角度検出に使用する回転角度検出エン
コーダは、光学的又は磁気的に目盛を構成し、その目盛
を読み取るための読み取り部を、目盛上に１個又は複数
個配置している。回転角度検出エンコーダのうち光学式
エンコーダについて以下説明する。

【０００４】図４は、従来の回転角度検出エンコーダを
示し、図４（１）は、その平面図である。ドーナツ状の
目盛盤３は、透明ガラスに中心から放射状に目盛が刻ま
れており、後述する軸受け２に取り付けられている。目
盛盤３の１８０度対向位置には、円筒状ケース１０に内
蔵された目盛読み取り部がある。

【０００５】円筒状ケース１０の外周部には、スライド
板８が接着等で固定されており、スライド板８は、固定
ビス９により調整座面２１に固定される。但し、図４
（１）の左側の目盛読み取り部は、図４（３）の断面図
の破断線Ｃで破断した状態を示しており、円筒状ケース
１０の中に後述するインデックス６が見える。なお、図
４（１）の破断線Ａで破断した断面図を図４（３）に示
す。

【０００６】図４（２）は、図４（１）の平面図の破断
線Ｂで破断した断面図である。回転軸１と精密嵌合する
軸受け２にはフランジ２ａがあり、フランジ２ａの外周
部に目盛盤３が取り付けられる。また、目盛読み取り部
は、円筒状ケース１０の中に発光ダイオードなどの発光
部４と、発光部からの光を平行光線にするコリメータレ
ンズ５と、透明ガラスに目盛盤３の目盛と等間隔のパタ
ーンを有するインデックス（読み取り窓）６とを有し、
更に、支柱１３により受光センサ７が目盛盤３の後方に
位置するように取り付けられている。

【０００７】発光部４からの光は、コリメータレンズ５
で平行光線にされ、更に、インデックス６及び目盛盤３
を透過する。インディックス６及び目盛盤３を透過した
光は、シリコンフォトダイオードなどの受光センサ７に
より電気信号に変換され、回転角度が検出される。

【０００８】コリメータレンズ５により平行光線とされ
た光は、インデックス６のパターンを透過する時に回折
を起こす。目盛盤３は、回折による誤差をなくすため
に、インデックス６のごく近い位置か、回折光が干渉し
てインデックス６のパターンと同一のパターンを形成す
る距離の位置（干渉距離）に配置される。この位置を正
確に保つことで、インデックス６のパターンが、正確に
目盛盤３上に投影される。目盛盤３の目盛とインデック
ス６のパターンが完全に一致していれば、５０％の光が
透過し、１／２ピッチずれていれば０％、即ち、光は透
過しない。

【０００９】インデックス６は、２個又はそれ以上の窓
６ａ、６ｂを有し、それぞれの窓６ａ、６ｂは目盛盤３
の目盛と等間隔の放射状パターンを有するが、そのパタ
ーンは互いに１／４ピッチずれている。従って、回転角
度をθとすると、一方の窓６ａがｓｉｎθに比例した光
量を透過させる時、他方の窓６ｂはｃｏｓθに比例した
光量を透過させる。

【００１０】それぞれの窓６ａ、６ｂを透過する光量
は、目盛盤３の目盛が１ピッチ回転する毎に、それを１
周期として同様の変化を繰り返す。回転角度検出エンコ
ーダは、インデックス６の窓６ａ、６ｂを透過する光量
を受光センサ７でそれぞれ読み取り、各種信号処理を施
すことで、回転角度をエンコードする。

【００１１】目盛盤３の回転中心と目盛の中心とが一致
していない場合、検出した回転角度に偏心誤差を生ず
る。測量機（セオドライド）は、目盛の１８０度対向位
置に２つの目盛読み取り部を配置して、それぞれ回転角
度を読み取り、読み取った２つの値の平均を取ることで
前記偏心誤差を除去している。更に、目盛読み取り部を
多数個配置して、それらの平均を取ることにより目盛刻
印誤差を補正するものもある。

【００１２】以上のような回転角度検出エンコーダの場
合、回転角度の正確な測定のためには、目盛読み取り
部、特にインディックス６の放射状パターンの中心を、
目盛盤３の放射状目盛と中心を一致させ、且つ、目盛盤
３の回転中心の１８０度対向位置に配置しなければなら
ない。そのために微小な回転角度を読み取るためのエン
コーダの場合は、受光センサ７から出力される受光信号
をモニタしながら、インデックス６のパターンを配置す
るための調整作業が必要である。

【００１３】図４に示す従来例では、図４（３）に示す
ように、目盛読み取り部の円筒状ケース１０はスライド
板８と一体となっている。このスライド板８を、目盛盤
３と平行な調整座面２１上で、固定ネジ９を挿入するば
か穴範囲で動かして、インデックス６のパターンの中心
が目盛盤３の目盛の中心と一致し、２つのインデックス
６が１８０度対向位置になるように調整し、その後、ス
ライド板８を固定ネジ９で調整座面２１に固定してい
た。尚、目盛読み取り部を目盛盤３の回転中心の１８０
度対向位置に配置する調整は、非常に困難なことは後述
する。

【００１４】図５は、他の従来例の回転角度検出エンコ
ーダの平面図と断面図である。図５（１）（２）に示す
ように、透明ガラスのインデックス３１は、目盛盤３と
同様にドーナツ状に形成され、目盛読み取り部の円筒状
ケース１０及び回転軸１に固定される。発光部４、コリ
メータレンズ５、受光センサ７等は、図４の場合と同様
である。

【００１５】図５の場合のインデックス３１の位置調整
作業は、ドーナツ状のインデックス３１の中心を、ドー
ナツ状の目盛盤３の中心に一致させることにより行う。
それにより、インデックス３１の中心を目盛盤３の目盛
の中心に一致させ、かつ１８０度対向位置に配置するこ
とは、それぞれの機械加工精度と同様の精度に調整され
る。

【００１６】以上説明した光学式回転角度検出エンコー
ダでは、目盛盤３の目盛の中心とインデックス６のパタ
ーンの中心とが一致する位置に配置されている。これと
異なる方式として、目盛盤３の目盛の中心とインデック
ス６のパターンの中心とを所定量偏心した位置に配置し
て、形成されるモアレ縞の移動量に基づいて回転角度を
求めるモアレ縞式の光学式回転角度検出エンコーダがあ
る。

【００１７】モアレ縞式回転角度検出エンコーダの場合
も、目盛盤の１８０度対向位置に２つの目盛読み取り部
を配置して、図４、図５の場合と同様の１８０度対向位
置の調整、インデックス６のパターンの中心を目盛盤３
の目盛の中心に対して所定量偏心した位置とする調整作
業を行う。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】図４の構造の場合、受
光センサ７から出力される信号を見ながら、目盛読み取
り部の円筒状ケース１０と一体となったスライド板８を
固定ビス９のばか穴範囲で動かして、インデックス６の
パターンと目盛盤３の目盛の中心が一致するよう位置を
調整する。従って、熟練者でないと調整時間が長くな
る。また、１８０度対向位置の２か所に目盛読み取り部
を配置する場合に、一方の目盛読み取り部から出力され
る信号を見るだけでは、２つの目盛読み取り部を対向位
置に配置できたか否かが分からない。

【００１９】また、２か所の目盛読み取り部から出力さ
れる信号を同時に見ながら、インデックス６のパターン
の位置調整と、２つの目盛読み取り部を１８０度対向位
置に配置する調整を同時に行うことは非常に困難であ
る。そして、２つの目盛読み取り部を１８０度対向位置
に配置できない場合は、回転角度の読み取りに回転中心
と目盛盤との偏心による誤差が生ずる。

【００２０】一方、図５の場合は、目盛盤３及びインデ
ックス３１が共にドーナツ状のため、顕微鏡による偏心
調整により両者の中心を回転中心に一致させることはで
きる。両者の中心が回転中心に一致すれば、インディッ
クス３１の中心を目盛盤３の目盛の中心に一致させ、か
つ１８０度対向位置に配置することはそれぞれの機械加
工精度と同様の精度になる。しかし、回転角度検出エン
コーダ全体の構造が複雑になり、又、透明ガラスを加工
するインディックス３１を目盛盤３と同様の形状にする
ので、インディックス３１として不要な部分が多く、重
量やコストで不利である。

【００２１】モアレ縞式回転角度検出エンコーダの場合
も、インデックス６のパターンの中心を目盛盤３の目盛
の中心に対して所定量偏心した位置とすることが異なる
のみで、上記と同様の問題点がある。

【００２２】そこで本発明は、目盛盤の目盛中心に対す
るインデックスパターンの中心の位置の調整や目盛読み
取り部を１８０度対向位置に配置するための調整が容易
な回転角度検出エンコーダを提供することを目的とす
る。

【００２３】また本発明は、構造を単純化し、重量及び
コストを低減した回転角度検出エンコーダを提供するこ
とを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、発光部
と、回転中心から放射状の目盛を有する目盛盤と、前記
目盛と等間隔のパターンを有するインデックスと、受光
部とを有し、前記発光部から発光され、前記インデック
ス及び前記目盛盤を透過した光を前記受光部で検出する
ことにより、回転軸又は軸受けの回転角度を検出する回
転角度検出エンコーダにおいて、前記インデックスが取
り付けられた円筒状ケースが、前記円筒状ケースが回転
自在に嵌合するホルダの取り付け部に挿入され、前記イ
ンデックスのパターンが前記目盛と所定の関係、即ち両
者の中心が一致又は所定量偏心した位置に前記円筒状ケ
ースが固定されていることを特徴とする回転角度検出エ
ンコーダを提供することにより達成される。

【００２５】本発明によれば、インデックスを取り付け
た円筒状ケースは、嵌合穴やＵ字形状の溝のように円筒
状ケースを回転調整できる取り付け部を有するホルダに
挿入されるので、調整方法が回転のみであり、インデッ
クスの目盛を目盛と前記所定の関係になる位置に容易に
調整できる。

【００２６】また、本発明の前記円筒状ケースは、前記
回転軸又は軸受けと一体となったホルダの、回転中心か
ら１８０度対向位置に設けられた少なくとも２つの取り
付け部に挿入されることを特徴とする。

【００２７】本発明によれば、回転軸又は軸受けと一体
となったホルダは、機械加工の精度で、回転中心から１
８０度対向位置に嵌合穴等の取り付け部を設けることが
できるので、目盛読み取り部の取り付け時に、１８０度
対向位置に位置決めする調整が不要となる。

【００２８】また、本発明の回転角度検出エンコーダの
製造方法は、発光部と、回転中心から放射状の目盛を有
する目盛盤と、前記目盛と等間隔のパターンを有するイ
ンデックスと、受光部とを有し、前記発光部から発光さ
れ、前記インデックス及び前記目盛盤を透過した光を前
記受光部で検出することにより、回転軸又は軸受けの回
転角度を検出する回転角度検出エンコーダの製造方法に
おいて、前記回転中心から１８０度対向位置に挿入穴を
有し前記回転軸又は軸受けに取り付け可能な工具の前記
挿入穴に、前記インデックスが取り付けられた円筒状ケ
ースを挿入し、前記インデックスのパターンが前記目盛
と前記所定の関係になる位置に前記円筒状ケースを回転
調整して固定し、前記工具を取り除くインデックス取り
付け工程を有することを特徴とする。

【００２９】本発明によれば、目盛読み取り部を位置決
めし固定した後に、工具を取り外すので、回転角度検出
エンコーダの重量が削減され、コストも低減する。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に従って説明する。しかしながら、かかる実施の
形態が本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【００３１】図１は、本発明の第１の実施の形態の回転
角度検出エンコーダの平面図と断面図である。図１は、
目盛を２か所で読み取る場合に、目盛盤３が軸受け２に
固定され、目盛読み取り部が回転軸１に形成されたホル
ダ（板状フランジ部１１）に固定される場合を示す。

【００３２】図１（１）は、回転角度検出エンコーダの
平面図で、目盛盤３はドーナツ状の透明ガラスに中心か
ら放射状に目盛が刻まれている。目盛盤３は、回転軸１
の軸受け２の外周にあるフランジ部２ａに、回転軸１の
回転中心に対して目盛盤３の回転中心が一致するように
偏心を調整され固定される。なお、回転軸１と軸受け２
は精密嵌合される。

【００３３】回転軸１は、上部に板状フランジ部１１を
有する。板状フランジ部１１は、両端に、目盛盤３の１
８０度対向位置に目盛読み取り部の円筒状ケース１０を
取り付けるための嵌合穴１２を有する。板状フランジ部
１１は、回転軸１から切り出し加工されるか、平板を回
転軸１に接着等して一体としたものでもよい。

【００３４】２つの嵌合穴１２には、それぞれ目盛読み
取り部の円筒状ケース１０が挿入される。図１（１）で
は、板状フランジ部１１の右側の嵌合穴１２には、円筒
状ケース１０が挿入された状態が示され、円筒状ケース
１０の外周部と、発光部４が見える。一方、板状フラン
ジ部１１の左側には、図１（３）の断面図の破断線Ｃで
目盛読み取り部を破断した状態が示され、嵌合穴１２の
中にインデックス６が見える。

【００３５】図１（３）に示すように、目盛読み取り部
は円筒状ケース１０を有し、円筒状ケース１０の外周部
にはスライド板８が接着等で固定され、スライド板８は
円筒状ケース１０と一体となっている。そしてスライド
板８は、固定ネジ９が挿入される２か所のばか穴を有
し、後述するように円筒状ケース１０を嵌合穴１２の中
で所定の位置に回転調整した後、固定ネジ９により板状
フランジ部１１に固定される。

【００３６】図１（２）は、図１（１）の平面図の破断
線Ｂで破断した回転角度検出エンコーダの断面図であ
る。目盛読み取り部は、発光ダイオードなどの発光部４
と、発光部４からの光を平行光線にするコリメータレン
ズ５と、目盛盤３の目盛と等間隔のパターンを有するイ
ンディックス（読み取り窓）６とを有する。また、目盛
盤３の下側には受光センサ７が配置され、支柱１３によ
り回転軸１側に固定される。

【００３７】インデックス６は、透明ガラス板に目盛盤
３の目盛と等間隔のパターンを有し、インデックス６の
パターン面から目盛盤３までの距離が干渉距離になるよ
うに、目盛読み取り部の円筒状ケース１０の下側に接着
などで固定される。

【００３８】インデックス６と目盛盤３は、干渉距離だ
け離れており、インデックス６を含んだ目盛読み取り部
が回転軸１と共に回転する。但し、回転角度検出には、
目盛読み取り部と目盛盤３のどちらが回転してもよく、
測量機の他の機構部や信号処理部との関係で、どちらを
回転させるか選択される。

【００３９】図１（３）は、図１（１）の平面図の破断
線Ａで破断した回転角度検出エンコーダの断面図であ
る。前述のように、スライド板８は、固定ネジ９により
板状フランジ部１１に２か所でネジ止めされるが、スラ
イド板８には固定ネジ９の直径より大きいばか穴をあけ
てあるので、このばか穴範囲で、板状フランジ部１１の
面上でスライドできる。さらに、目盛読み取り部の円筒
状ケース１０は、前述の嵌合穴１２に嵌合しているので
嵌合穴１２の中で回転する。

【００４０】図１に示した第１の実施の形態によれば、
インデックス６のパターンの中心を目盛盤３の目盛の中
心と一致させる調整は、受光センサ７から出力される信
号を見ながら、目盛読み取り部の円筒状ケース１０を嵌
合穴１２の中で回転するだけで調整可能である。また、
円筒状ケース１０を挿入する板状フランジ部１１の嵌合
穴１２は、機械加工の精度で位置決めされているので、
目盛読み取り部を１８０度対向位置に配置する調整は不
要である。

【００４１】但し、円筒状ケース１０を回転調整する取
り付け機構は、嵌合穴１２である必要はなく、例えばＵ
字形状の溝であっても良い。この場合、円筒状ケース１
０の回転調整は、Ｕ字形状の溝の底の部分に円筒状ケー
ス１０を押し当てて回転させればよい。

【００４２】図２は、本発明の第２の実施の形態の回転
角度検出エンコーダで、目盛読み取り部の円筒状ケース
１０が軸受け２と一体となった板状フランジ部１４に固
定され、目盛盤３が回転軸１に固定される場合を示す。

【００４３】軸受け２のフランジ部２ａが延長され、板
状フランジ部１４と一体となっている。板状フランジ部
１４は、目盛盤３の１８０度対向位置に２か所の嵌合穴
１２を有し、嵌合穴１２に目盛読み取り部の円筒状ケー
ス１０が挿入される。目盛読み取り部の構成及びインデ
ックス６の調整方法等は第１の実施の形態と同様であ
る。尚、受光センサ７は、支柱１５で軸受け２のフラン
ジ部２ａに取り付けられる。

【００４４】図３は、本発明の第３の実施の形態の回転
角度検出エンコーダを示し、工具１６を使用して目盛読
み取り部を位置決め調整して固定し、その後工具１６を
取り外す場合を示す。

【００４５】図３（１）は、回転軸１の中心に設けられ
た穴１７に工具１６を挿入し、目盛読み取り部の位置決
めを行っている様子を示す。工具１６は、取り外し可能
である点を除き、図１の板状フランジ部１１と同様の機
能を有する。

【００４６】工具１６は、回転軸１に取り付けられる
と、それぞれの回転中心が一致するので、工具１６の１
８０度対向する位置に設けられた嵌合穴１２に目盛読み
取り部の円筒状ケース１０を挿入し、回転調整すれば、
図１の場合と同様にインデックス６のパターンの中心を
容易に目盛盤３の目盛の中心に一致させることができ
る。また、目盛読み取り部を目盛盤３の１８０度対向位
置に配置する位置決めは、工具１６の嵌合穴１２の機械
加工精度で保証されるので、そのための調整が不要な点
も図１の場合と同様である。

【００４７】図３（２）は、目盛読み取り部を位置決め
調整して固定し、その後、工具１６を取り外した状態を
示す。尚、通常は工具１６を取り外した状態で出荷され
るが、出荷先での再調整のために、工具１６を取り付け
たままで出荷することも可能である。

【００４８】モアレ縞式回転角度検出エンコーダの場合
も、上記と同様の構造、調整方法とすることができる。
但し、この場合は、目盛盤３の目盛の中心とインデック
ス６のパターンの中心とが所定量偏心した位置になるよ
うに調整する。

【００４９】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、イ
ンデックスのパターンを目盛盤の目盛と所定の関係の位
置にする調整は、目盛読み取り部の円筒状ケースを回転
する調整のみで行えるので、きわめて容易である。ま
た、目盛読み取り部の１８０度対向位置への位置決め
は、板状フランジ部等の機械加工の精度で保証されるの
で、そのための調整が不要となる。

【００５０】更に、円筒状ケース及び板状フランジ部等
は、構造が単純なので重量及びコストが低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の回転角度検出エン
コーダの平面図と断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の回転角度検出エン
コーダの平面図と断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の回転角度検出エン
コーダの断面図である。

【図４】従来の回転角度検出エンコーダの平面図と断面
図である。

【図５】従来の回転角度検出エンコーダの平面図と断面
図である。

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ 軸受け ３ 目盛盤 ４ 発光部 ５ コリメータレンズ ６ インデックス ７ 受光センサ ８ スライド板 ９ 固定ネジ １０ 円筒状ケース １１ 板状フランジ部（ホルダ） １２ 嵌合穴 １６ 工具

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光部と、回転中心から放射状の目盛を有
   する目盛盤と、前記目盛と等間隔のパターンを有するイ
   ンデックスと、受光部とを有し、 前記発光部から発光され、前記インデックス及び前記目
   盛盤を透過した光を前記受光部で検出することにより、
   回転軸又は軸受けの回転角度を検出する回転角度検出エ
   ンコーダにおいて、 前記インデックスが取り付けられた円筒状ケースが、前
   記円筒状ケースが回転自在に嵌合するホルダの取り付け
   部に挿入され、前記インデックスのパターンが前記目盛
   と所定の関係になるように回転調整された位置に前記円
   筒状ケースが固定されていることを特徴とする回転角度
   検出エンコーダ。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記円筒状ケースは、前記回転軸又は軸受けと一体とな
   ったホルダの、回転中心から１８０度対向位置に設けら
   れた少なくとも２つの取り付け部に挿入されることを特
   徴とする回転角度検出エンコーダ。
3. 【請求項３】発光部と、回転中心から放射状の目盛を有
   する目盛盤と、前記目盛と等間隔のパターンを有するイ
   ンデックスと、受光部とを有し、 前記発光部から発光され、前記インデックス及び前記目
   盛盤を透過した光を前記受光部で検出することにより、
   回転軸又は軸受けの回転角度を検出する回転角度検出エ
   ンコーダの製造方法において、 前記回転中心から１８０度対向位置に挿入穴を有し前記
   回転軸又は軸受けに取り付け可能な工具の前記挿入穴
   に、前記インデックスが取り付けられた円筒状ケースを
   挿入し、前記インデックスのパターンが前記目盛と所定
   の関係になる位置に前記円筒状ケースを回転調整して固
   定し、前記工具を取り除くインデックス取り付け工程を
   有することを特徴とする回転角度検出エンコーダの製造
   方法。