(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転軸に取り付けるロータリースケールの製造方法であって、
スケール基材に、スケールパターンを形成するとともに前記スケールパターンの中心軸と同軸となるように前記回転軸の中心軸を位置合わせした場合の前記回転軸の外形形状を示すマークを形成する第１の工程と、
前記マークのうち少なくとも３か所の部分を除くマーク領域を含む、前記スケール基材内の第１領域を切断する第２の工程と、
前記第１領域を切断した後に残る前記少なくとも３か所の部分に沿って前記スケール基材を切断する第３の工程と、
を有することを特徴とするロータリースケールの製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程は、前記マークを拡大した形状を有する第２のマークと、前記マークを縮小した形状を有する第３のマークと、を更に形成することを特徴とする請求項１に記載のロータリースケールの製造方法。
【請求項３】
前記第２の工程は、前記第２のマークおよび前記第３のマークのうち少なくとも一方を含む前記第１領域を切断し、
前記第３の工程は、前記第２のマークと前記第３のマークの間に設けられた前記少なくとも３か所の部分に沿って前記スケール基材を切断することを特徴とする請求項２に記載のロータリースケールの製造方法。
【請求項４】
前記第１の工程は、前記マークから外側に所定の幅を有する第４のマークと、前記マークから内側に所定の幅を有する第５のマークと、を更に形成することを特徴とする請求項１に記載のロータリースケールの製造方法。
【請求項５】
前記第２の工程は、前記第４のマークおよび前記第５のマークのうち少なくとも一方を含む前記第１領域を切断し、
前記第３の工程は、前記第４のマークと前記第５のマークの範囲内に設けられた前記少なくとも３か所の部分に沿って前記スケール基材を切断することを特徴とする請求項４に記載のロータリースケールの製造方法。
【請求項６】
前記スケール基材は、樹脂またはガラスであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロータリースケールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーエンコーダに用いられるロータリースケールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、測定対象物の移動量や回転量を検出する手段として、エンコーダが知られている。エンコーダには光学式や磁気式、静電容量式などがあり、光学式エンコーダは、光源と、光源から発する光を反射もしくは透過し、光源に対して相対的に変位可能なスケールと、スケールで反射もしくは透過した光を受光する受光素子とで構成されている。
【０００３】
光学式エンコーダ用スケールには反射もしくは透過するパターンが形成されており、スケールの相対的な変位によって、受光素子で受光する光の光量が変化する。そして、受光素子での光量の変化によって生み出される検出信号に基づいて変位を検出する基本構成を取っている。
【０００４】
光学式エンコーダはスケールの形状から、ロータリーエンコーダとリニアエンコーダに大別される。ロータリーエンコーダは、円環体（ドーナツ型）のロータリースケールを、回転軸となるシャフトやハブに対しスケールパターンの同軸度を合わせた上で組み立てられている。ロータリースケールに形成されたスケールパターンの変位を角度検出ヘッドで検出することにより、角度検出が行われる。
【０００５】
図１０は、従来のロータリースケールをロータリーエンコーダに適用した場合の回転角度検出誤差に関する問題を説明する図である。図１０（ａ）は従来のロータリースケールの外形加工後の形状の模式図である。図１０では、ロータリースケール２０２の基材として、樹脂やガラスを用いた場合について説明する。ロータリースケール２０２の基材が樹脂やガラスから構成される場合、高分解能のスケールパターン２０８を形成することができるという利点がある。しかし、ロータリースケールの基材が樹脂やガラスから構成される場合、スケールパターン２０８の形成と外形２６２の加工が別工程であることや、材質的に粘りがあり加工が難しい基材であることなどから、図１０（ａ）に示すように、高い同軸度を確保することや、ロータリースケールの取り付けの基準となる外形２６２の加工精度を高精度にすることが難しいといった問題がある。
【０００６】
また、図１０（ａ）のようにスケールパターン２０８と外形２６２の同軸精度や外形加工位置精度が良くないロータリースケール２０２を、図１０（ｂ）のように回転軸となるシャフトやハブに取り付けると、シャフトやハブの中心軸２４１とスケールパターン２０８の中心軸２４２との偏芯量ε２を小さく抑えることが難しい。その結果、このようなロータリースケールが組み込まれたロータリーエンコーダは、図１０（ｃ）のように回転角度検出誤差を抑制することが難しいという問題があった。
【０００７】
ここで、スケールパターン２０８と外形２６２の同軸精度や外形加工位置精度が良くないロータリースケールをシャフトやハブに取り付ける際に、シャフトやハブとのスケールパターンとの位置調整を行うことも考えられるが、調整のための時間やコストがかかるという問題があった。
【０００８】
特許文献１には、図１１に示すように、回転軸が取り付けられる嵌合孔２０３の周縁部２０３ａの外形加工精度を確認可能なマーク２１０−ｃがついたパルスコードホイール５０について開示されている。特許文献１では、該マークをルーペ等の簡易的な観察工具を用いることで外形加工精度の確認ができるとしている。
【０００９】
また、特許文献２では、ロータリースケールを複数の角度検出ヘッドで読み取り、得られたデータを演算してスケールパターンと外形との偏芯の影響を抑制することで、高精度なロータリーエンコーダを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第５１３２３９８号
【特許文献２】特開２００２−２５０６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１のように、外形加工精度をルーペ等の観察工具で確認し、合格品かどうかを判別した上で組み立てる、という手法を採用した場合、確認のために時間がかかることや、そもそもの外形加工精度が良くないことから、歩留まりも悪く、高コストとなってしまう。
【００１２】
また、特許文献２のように、複数の角度検出ヘッドで偏芯の影響を低減する場合は、複数の角度検出ヘッドの配置スペースの確保が必要となるため、ロータリーエンコーダが大型化するだけでなく、部品点数も多くなることから、高コストのロータリーエンコーダとなってしまう。
【００１３】
この他の方法として、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂と成形型を用いて、スケールパターンと外形を一体的に形成することなども考えられるが、この方法でも高分解能のスケールパターンを持つロータリースケールを製作することが困難であった。
【００１４】
また、この他に、ロータリースケールのスケールパターンと円環体の外形との同軸度を精度よく加工する構成の一つとして、金属製エッチングスケールが挙げられ、従来から市販されている。金属製エッチングスケールは、スケールパターンと外形を一体的に加工できるため、スケールパターンと外形との偏芯量を小さく製造できるという利点がある。しかし、金属製エッチングスケールは、細かいスケールパターンを形成することが難しいため、高分解能用のロータリースケールを構成することには不向きであった。
【００１５】
そこで、本発明は上記問題を鑑み、高分解能のスケールパターンと回転軸が取り付けられる外形との同軸度を高精度に確保しつつ、該外形の加工位置を高精度に加工することが可能なロータリースケールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一側面としてのロータリースケールの製造方法は、回転体の回転軸に取り付けるロータリースケールの製造方法であって、スケール基材に、スケールパターンを形成するとともに前記スケールパターンの中心軸と同軸となるように前記回転軸の中心軸を位置合わせした場合の前記回転軸の外形形状を示すマークを形成する第１の工程と、前記マークのうち少なくとも３か所の部分を除くマーク領域を含む、前記スケール基材内の第１領域を切断する第２の工程と、前記第１領域を切断した後に残る前記少なくとも３か所の部分に沿って前記スケール基材を切断する第３の工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高分解能のスケールパターンと回転軸が取り付けられる外形との同軸度を高精度に確保しつつ、該外形の加工位置を高精度に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明におけるロータリースケールの製造方法のフローチャートである。
【図２】本発明におけるロータリースケールの製造方法の概要図である。
【図３】本発明におけるロータリースケールの製造方法における別の構成例の概要図である。
【図４】本発明におけるロータリーエンコーダの構成を示す概略図である。
【図５】本発明のロータリーエンコーダにおける受光素子アレイの受光面分布を表す平面図である。
【図６】本発明のロータリーエンコーダにおける角度検出ヘッドの信号処理回路部について説明する図である。
【図７】本発明におけるロータリースケール２を、スケール取り付け部材１０に勘合によって組み立てることを説明する図である。
【図８】本発明のロータリーエンコーダにおける角度検出誤差抑制に関する説明図である。
【図９】本発明によるロータリーエンコーダを有する監視カメラの断面模式図である。
【図１０】従来のロータリースケールをロータリーエンコーダに適用した場合の回転角度検出誤差に関する問題を説明する図である。
【図１１】特許文献１のロータリースケールを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明の第１の実施形態にかかるロータリースケールの製造方法のフローチャートを図１に示す。また、本発明の第１の実施形態にかかるロータリースケールの製造方法の概要図を図２に示す。
【００２１】
図１のロータリースケールの製造を開始する前に、まず、スケール原版と、スケール原版のパターンを転写するための反射膜が成膜されたロータリースケール２の基材（スケール基材）を用意する。
【００２２】
スケール原版は、基材がガラスでその表面にクロム膜のパターンが形成されたものが一般的であるが、基材が樹脂であるなど別の材質のものや、酸化クロム膜などの別の膜でパターンが形成されていても構わない。
【００２３】
また、ロータリースケール２は、基材がアクリル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂であり、その基材の表面に反射膜としてアルミニウム膜が形成されているものを用いる。ロータリースケール２の基材は石英ガラスや青板ガラスのような材料でも構わないし、反射膜がクロム膜であるなど別の膜でも構わない。
【００２４】
以下では、反射型のロータリーエンコーダに用いられるロータリースケールとして、基材がアクリル（ＰＭＭＡ）、反射膜がアルミニウムである場合について説明を行うが、上記のような基材や膜であっても構わない。また、膜は反射膜ではなく、透過型のロータリースケールとして用いられるための遮光用の膜であっても構わない。
【００２５】
本発明のロータリースケールの製造方法は、図１と図２（ａ）に示すように、ロータリースケールの製造が開始されると、第１の加工工程７１として、スケール原版と、ロータリースケール２の基材と反射膜を用いて、放射状のスケールパターン８の形成を行うのと一体的に、高精度外形加工用基準マーク１１をロータリースケール２に形成する。高精度外形加工用基準マーク１１は、スケールパターン８の中心軸と同軸となるように回転軸（シャフトやハブなどのロータリースケール２を取り付ける取付部材）の中心軸を位置合わせした場合の該回転軸の外形形状を示すマークである。すなわち、高精度外形加工用基準マーク１１は、狙いの加工形状を示すマークである。また、高精度外形加工用基準マーク１１は、その後の外形加工により、後述の図２（ｂ）で示すような、少なくとも３箇所の高精度外形加工用位置基準マーク２２、２３、２４を残せるようなマークである。このように、第１の加工工程７１は、スケール基材に、スケールパターン８を形成するとともに、スケールパターン８の中心軸と同軸となるように回転軸の中心軸を位置合わせした場合の該回転軸の外形形状を示すマーク１１を形成する工程である。
【００２６】
次に、図１と図２（ｂ）に示すように、本発明のロータリースケールの製造方法は、第２の加工工程７２として、高い加工精度が不要な外形形状部位１２、１３、および１４（第１領域）をまず粗く加工する。このとき、高精度外形加工用基準マーク１１のうち少なくとも３箇所の高精度外形加工用基準マーク２２、２３、２４を残すようにする。ここで、高精度外形加工用基準マーク２２、２３、２４はともに、高精度外形加工用基準マーク１１のうちの少なくとも一部である。外形形状部位１２，１３，１４（第１領域）は、高精度外形加工用基準マーク１１のうち高精度外形加工用基準マーク２２，２３，２４を除いたマーク部分を含み、所定の幅（第１の幅）を有する貫通孔（溝部）である。すなわち、第２の加工工程７２は、高精度外形加工用基準マーク１１を含み第１の幅を有するスケール基材の第１領域を粗く加工（切断）し、貫通孔（溝部）を形成する工程である。換言すれば、高精度外形加工用基準マーク２２，２３，２４を除いたマーク部分においては、高精度外形加工用基準マーク１１の外側（スケールパターン８側）の領域を粗く加工（切断）する。高精度外形加工用基準マーク１１よりも大きい形状に加工することで、粗く加工された貫通孔（溝部）の周縁部は最終的にロータリースケールに取り付けられるシャフトやハブなどの回転軸と接触しなくなる。
【００２７】
第２の加工工程７２の例としては、レーザーを用いるアイスメルトカットや、彫刻機を用いて加工することなどが候補となるが、別の方法を用いても構わない。
【００２８】
最後に、図１と図２（ｇ）に示すように、本発明のロータリースケールの製造方法は、第３の加工工程７３として、第２の加工工程７２で残された少なくとも３箇所の高精度外形加工用基準マーク２２，２３，２４の部分を加工（切断）する。以下、第３の加工工程７３について詳細に説明を行う。
【００２９】
図２（ｃ）は、高精度外形加工用基準マーク２２の周辺を拡大した図である。以下では高精度外形加工用基準マーク２２について説明を行うが、高精度外形加工用基準マーク２３や高精度外形加工用基準マーク２４においても同様の説明が可能であるため、高精度外形加工用基準マーク２３，２４についての説明は省略する。
【００３０】
高精度外形加工用基準マーク２２は、切断基準となるパターン３１と、そこから半径方向にわずかに（たとえば図２（ｃ）に示すように距離ｄ０だけ）離れた位置にあるパターン３２と３３からなる。すなわち、高精度外形加工用基準マーク２２は、切断基準となるパターン３１と、パターン３１を拡大した形状を有するパターン３２（第２のマーク）と、パターン３１を縮小した形状を有するパターン３３（第３のマーク）と、を有する。パターン３１とパターン３２とパターン３３はともに同じ中心軸を持ち、該中心軸はスケールパターン８の中心軸とも等しい。ここで、前述の第２の加工工程７２では、パターン３１と、第２のマークおよび第３のマークのうち少なくとも一方（本実施例では第２のマーク）を含む外形形状部位１２，１３，１４（第１の幅を有する第１領域）が切断される。また、本ステップである第３の加工工程７３では、第２のマークと第３のマークの間に設けられたパターン３１（第１の幅よりも小さい第２の幅を有する第２領域）が切断される。狙いの加工位置に対する実際の加工位置精度は、図２（ｄ）に示すパターン３２と高精度外形形成面３４との距離ｄ１を測定することにより、確認することができるが、加工位置精度（位置ずれ量）の確認は本発明において必須ではない。
【００３１】
次に、図２（ｃ）とは別の一例として、図２（ｅ）のような高精度外形加工用基準マーク２２について説明を行う。高精度外形加工用基準マーク２２には、切断基準となるパターン３５の周辺の領域にマーク３６、３７が形成されている。すなわち、高精度外形加工用基準マーク２２は、切断基準となるパターン３５と、パターン３５から外側に所定の幅を有するマーク３６（第４のマーク）と、パターン３５から内側に該所定の幅を有するマーク３７（第５のマーク）と、を有する。パターン３５とマーク３６とマーク３７はともに同じ中心軸を持ち、該中心軸はスケールパターン８の中心軸とも等しい。ここで、前述の第２の加工工程７２では、パターン３５と、第４のマークおよび第５のマークのうち少なくとも一方（本実施例では第４のマークおよび第５のマーク）を含む外形形状部位１２，１３，１４（第１の幅を有する第１領域）が切断される。また、本ステップである第３の加工工程７３では、パターン３５、第４のマークおよび第５のマークの範囲内に設けられたパターン３５（第１の幅よりも小さい第２の幅を有する第２領域）が切断される。なお、前述の第１の加工工程７１において、高精度外形加工用基準マーク１１を形成する際には、パターン３５と、マーク３６および３７をそれぞれ一つずつ形成してもよいし、これらを一括してひとつのマークとして形成してもよい。狙いの加工位置に対する実際の加工位置精度は、前述のマーク３１周辺の加工の場合と同様に、図２（ｆ）に示すマーク３６（またはマーク３７）の径方向における端部３８および端部３９の間の距離ｄ３を測定することにより、確認することができる。この場合も、図２（ｃ）と同様に、加工位置精度（位置ずれ量）の確認は本発明において必須ではない。
【００３２】
ロータリースケールの基材であるアクリル（ＰＭＭＡ）は、前述のように材質的に粘りがあり加工が難しい材料であるが、切断基準となるパターン３１や３５（第２領域）は切断が必要な周方向の長さ（図２（ｃ）や図２（ｅ）の左右方向の長さ）が短いため加工がしやすい。すなわち、本ステップである第３の加工工程７３によって切断されるパターン３１または３５（第２領域）は、第２の加工工程７２によって切断される外形形状部位１２，１３，１４（第１領域）が有する第１の幅よりも小さい第２の幅を有する。また、第２領域の周方向における長さは、第１領域の周方向における長さよりも大幅に短い。このように、第３の加工工程７３は、外形形状部位１２，１３，１４（第１領域）を切断した後に残る高精度外形加工用基準マーク２２，２３，２４のパターン３１（またはパターン３５）を含み第１領域よりもスケール基材の周方向の長さが短く第１の幅よりも小さい第２の幅を有する第２領域を切断する工程である。このため、スケール基材が加工の難しい材料で構成されたとしても、第３の加工工程７３において切断する切断の位置を高精度で加工することが可能となり、少なくとも３箇所の高精度外形形成面３４、もしくは高精度外形形成面３９をつないだ円の直径寸法精度と、放射状のスケールパターン８の中心軸と高精度外形形成面３４、３９をつないだ円の同軸度をともに、高い精度で加工することが可能となる。なお、本実施例では、第３の加工工程７３において、３箇所のパターン３１（またはパターン３５）を切断しているが、第２の加工工程において高精度外形加工用基準マーク１１が３箇所以上残されている場合は、残されたすべての箇所のパターン３１（またはパターン３５）を切断するようにしてもよい。このように、本発明では、第３の加工工程７３において少なくとも３箇所のパターン３１（またはパターン３５）を切断する。
【００３３】
このような加工工程を経て製造されたロータリースケール２を図２（ｇ）に示す。
【００３４】
本実施例のロータリースケール２は、スケールパターン８と、突起部１５と、を有する。突起部１５は、スケール基材の周方向に少なくとも３箇所設けられ、その一端（先端部）には、回転軸（シャフトやハブなどのロータリースケール２を取り付ける取付部材）と接触する接触面３４，３９を有する。また、突起部１５は、周方向における幅が他端から一端（先端部の接触面）に向かって（換言すれば、スケールパターン８から離れるにつれて）徐々に狭くなるテーパー形状を有する。この突起部１５は、前述した加工工程（特に、第２の加工工程および第３の加工工程）により形成される。すなわち、高精度外形加工用基準マーク１１のパターン３１（またはパターン３５）を含み第１の幅を有する外形形状部位１２，１３，１４（第１領域）を切断し、該第１領域を切断した後に残るパターン３１（またはパターン３５）を含み第１領域よりもロータリースケール２の周方向の長さが短く第１の幅よりも小さい第２の幅を有する第２領域を切断することで形成される。このような加工工程を経て形成された突起部１５の接触面３４，３９が形成する仮想円の直径寸法精度は高精度に加工され、スケールパターン８の中心軸と該仮想円の中心軸との同軸度を高精度に確保している。また、接触面３４，３９を形成（切断）するために必要な長さも短いため、接触面３４，３９自体も高精度に加工されている。なお、突起部１５が有するテーパー形状は、上述した第２の加工工程７２において第１領域を切断することで形成される。
【００３５】
なお、図３に示すように、ロータリースケール２の外形加工は、内側の外形の場合でも、本発明は適用できる。図３は、図２で説明してきたようなロータリースケール２の内部に、別の小径のロータリースケール８２を構成した例であるが、ロータリースケール２がロータリースケール８２の外側にないような構成でも構わない。しかし、ロータリースケール２で用いない部分を利用してロータリースケール８２を構成できることから、材料費の抑制が可能となる図３のような構成を採ることが、より好ましい。このように、本発明は、図２に示すロータリースケールでは、スケールパターン８よりも内側に突起部１５を設ける構成としたが、スケールパターン８よりも外側に突起部１５を設ける構成としても構わない。この場合、第２の加工工程７２では、高精度外形加工用基準マーク２２，２３，２４を除いたマーク部分においては、高精度外形加工用基準マーク１１の内側（スケールパターン８側）の領域を粗く加工（切断）する。高精度外形加工用基準マーク１１よりも小さい形状に加工することで、粗く加工された貫通孔（溝部）の周縁部は最終的にロータリースケールに取り付けられるシャフトやハブなどの回転軸と接触しなくなる。
【００３６】
このようにして、高精度の外形精度を確保した樹脂基材またはガラス基材のロータリースケールを低コストで実現できる。
【００３７】
したがって、本実施例によれば、高分解能のスケールパターンと回転軸が取り付けられる外形との同軸度を高精度に確保しつつ、該外形の加工位置を高精度に加工することができる。
【実施例２】
【００３８】
図２から図８を用いて、本発明の実施形態２であるロータリーエンコーダについて説明を行う。
【００３９】
本発明の第２の実施形態におけるロータリーエンコーダの構成を示す概略図を図４（ａ）に示す。また、図４（ａ）の下方（−Ｚ方向）から上方（＋Ｚ方向）へロータリーエンコーダを見た場合の角度検出ヘッド７の概略図を図４（ｂ）に示す。
【００４０】
本実施例のロータリーエンコーダは、回転駆動部であるシャフトやハブなどのスケール取り付け対象部材１０（回転体の回転軸）、スケール取り付け対象部材１０に取り付けられるロータリースケール２、固定部に取り付けられる角度検出ヘッド７、信号処理回路５１、記憶装置５２とからなり、ロータリースケール２は、実施形態１で説明したものと同じである。
【００４１】
信号処理回路５１は、角度検出ヘッド７で得られたエンコーダ信号の内挿処理や、記憶装置５２への信号の書き込み、および、読み出し、位置信号の出力、等を行う。なお、以下では反射型の光学式ロータリーエンコーダについて説明するが、透過型であっても構わない。また、検出方式は光学式ではなく、静電容量式や磁気式などの物理的特性を検出する方式であっても構わない。
【００４２】
角度検出ヘッド７はＬＥＤからなる光源１と受光素子アレイ９を有する受光素子３、Ｉ−Ｖ変換等信号処理回路部を内蔵したフォトＩＣチップからなる半導体素子、および、それらを実装したプリント基板４等が同一パッケージ内に実装された受発光一体型の角度検出ヘッドである。本実施例では、角度検出ヘッド７は、プリント基板４上に樹脂５を有し、樹脂５上に透明ガラス基板６を有する。
【００４３】
ロータリースケール２は、スケール取り付け部材１０とともにＺ軸周りに回転する。ロータリースケール２と対向するように角度検出ヘッド７が配置され、角度検出ヘッド７内の光源１から出射した光束はロータリースケール２のスケールパターン８に照射される。スケールパターン８で反射した光束は角度検出ヘッド７内の受光素子アレイ９に向けて反射され、受光素子アレイ９上で、スケールパターン８の反射率分布が像として受光される。すなわち、角度検出ヘッド７は、ロータリースケール２を介した光を検出する検出手段として機能する。受光素子アレイ９によって受光された光束は電気信号に変換され、位置信号として図４に示す信号処理回路５１に送られる構成を取る。
【００４４】
図２（ｇ）は、本発明の実施形態に用いられるロータリースケール２の構成の上面図であり、図２（ｈ）は図２（ｇ）の一部を拡大した図である。
【００４５】
図２（ｈ）に示すように、スケールパターン８は、放射状の変調周期Ｐθ１を持ったスケールパターン８が構成されている。
【００４６】
以下で説明する本発明の実施形態では、ロータリースケール２のパターンとして、角度検出位置においてＰθ１が１００μｍである、インクリメンタル型のロータリーエンコーダの場合について説明を行うが、本発明はこれに限るものではない。
【００４７】
次に、回転位相情報の取得について説明する。
【００４８】
図５は本発明における、受光素子３内の受光素子アレイ９の受光面配置を表す平面図であり、図６は本発明の角度検出ヘッド７の信号処理回路部について説明する図である。図５の受光素子アレイ９は、各受光素子がＸ軸方向に変調周期で３２個並んでおり、１つの受光素子はＸ方向幅Ｘ＿ｐdが５０μｍである。受光素子アレイ９の全幅Ｘ＿ｔｏｔａｌは１６００μｍである。スケール上のパターンは２倍の拡大投影となるため、スケール上の検出範囲はＸ方向８００μｍの範囲となる。
【００４９】
ここで、本実施例では、部品の共通化が図れ、コストダウンにも繋がるなどの利点が多いため、リニアエンコーダ用としても用いられる矩形の受光面形状を持つ受光素子を用いて説明するが、ロータリーエンコーダ用として、受光素子の受光面がスケールパターンの曲率に最適化された受光素子を用いても構わない。
【００５０】
受光素子アレイ９からの出力は、４つの初段増幅器に接続されており、図６に示すように、４相正弦波出力Ｓ（Ａ＋）、Ｓ（Ｂ＋）、Ｓ（Ａ−）、Ｓ（Ｂ−）の生成に用いられる初段増幅器として、４つのＩ−Ｖ変換アンプ（３４、３５、３６、３７）が構成されている。４相正弦波の相対位相は検出変調周期に対し、Ｓ（Ａ＋）を基準とすると、Ｓ（Ｂ＋）は約＋９０度、Ｓ（Ａ−）は約＋１８０度、Ｓ（Ｂ−）は約＋２７０度の関係にある。これらの４相正弦波出力Ｓ（Ａ＋）、Ｓ（Ｂ＋）、Ｓ（Ａ−）、Ｓ（Ｂ−）は信号処理回路５１において、Ａ相用差動アンプ３９、Ｂ相用差動アンプ４０を介して、
Ｓ（Ａ）＝Ｓ（Ａ＋）−Ｓ（Ａ−）  ・・・（１）
Ｓ（Ｂ）＝Ｓ（Ｂ＋）−Ｓ（Ｂ−）  ・・・（２）
なる演算を行って、直流分が除去された２相正弦波信号Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）を生成する。
ここで、各アンプのオフセット、ゲインばらつき等に起因するＳ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）に含まれるオフセット誤差、ゲイン比を補正しておくのが望ましい。例えば、所定の領域のＳ（Ａ），Ｓ（Ｂ）それぞれの（最大値−最小値）／２から振幅比を検出し、振幅を等しくするように補正を行う。同様に、（最大値＋最小値）／２から、オフセット誤差量を検出し、そのオフセットの補正を行う。いずれも、補正値を記憶装置５２に記憶しておき、位置検出時にその補正値を読み出して補正を行う。
【００５１】
さらに、
Φ１＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］  ・・・（３）
を演算によって取得する。ここで、ＡＴＡＮ２［Ｙ，Ｘ］は、象限を判別して０〜２π位相に変換する逆正接演算関数である。
【００５２】
実施例１で説明したのと同様に、図２（ｈ）と図２（ｇ）に示すように、少なくとも３箇所の高精度外形形成面３４は、加工位置が高精度で形成されている。このように作成されたロータリースケール２を、図７に示すように、直径寸法精度と同軸度が確保されているスケール取り付け対象部材１０に勘合させるように組み立てる。実施例１でも説明した通り、本実施例のロータリースケール２は、少なくとも３箇所の高精度外形形成面３４をつないだ円の直径寸法精度が高い精度で確保できているため、組み立ての際の勘合作業は容易に行うことができる。
【００５３】
また、スケールパターン８に対して、高精度外形形成面３４の同軸度も高い精度で確保できているため、ロータリースケール２の回転軸４２と、スケール取り付け部材１０の回転軸４１との位置の差ε１は、極めて小さい数値とすることができる。
【００５４】
このようなロータリーエンコーダは、図８に示すように、高精度の回転角度検出が可能である。
【００５５】
差ε１の値が大きい場合には、スケール取り付け部材１０とスケールパターン８との偏芯の影響で、前述の通り、図１０（ｃ）のように回転角度検出誤差を抑制することが難しい。回転角度検出誤差を抑制するために、前述の通り、ロータリースケールの偏芯調整を行うことや、複数の角度検出ヘッドを用いて演算により偏芯の影響を低減することが従来行われてきた。
【００５６】
これに対して、本実施例の構成を採ることにより、偏芯調整を要せずにロータリースケールの位置決めが容易であるため、１つの角度検出ヘッドで高精度のロータリーエンコーダを構成できる。複数の角度検出ヘッドを用いるロータリーエンコーダを構成する必要がないため、本発明のロータリーエンコーダ全体の大きさがコンパクトかつ低コストで実現することができる。
【００５７】
以上説明してきたように、本実施例のように構成することで、高精度かつ低コスト、小型のロータリーエンコーダを実現することが可能となる。
【実施例３】
【００５８】
図９を用いて、本発明によるロータリーエンコーダを、監視カメラ（撮像装置）のレンズ鏡筒（撮像手段）へ搭載した例を説明する。本実施例において説明するロータリーエンコーダは、実施例２で説明したものと同じである。
【００５９】
図９は、本発明によるロータリーエンコーダを有する監視カメラを上側からみた断面模式図である。１２１はレンズ群（撮影光学系）、１２２はレンズ群１２１の一部を構成する駆動レンズ（光学部材）、１２３は角度検出ヘッド、１２４はＣＰＵ、１２５は撮影光学系により形成される被写体像を光電変換する撮像素子である。１２６は監視カメラのレンズ鏡筒であり、レンズ群１２１、駆動レンズ１２２、ＣＰＵ１２４、撮像素子１２５が撮像手段を構成している。レンズ鏡筒１２６（回転体）の回転軸には、実施例２で説明したロータリーエンコーダが取り付けられている。
【００６０】
レンズ群１２１、及び、撮像素子１２５は監視カメラのレンズ鏡筒１２６に設けられており、ＣＰＵ１２４は監視カメラ本体（撮像装置本体）に設けられている。レンズ鏡筒１２６内に配置されている、レンズ群１２１、撮像素子１２５などは、ロータリースケール１０２の回転角度を角度検出ヘッド１２３で検出した結果をもとに、図示しないレンズ鏡筒駆動用アクチュエータ（駆動手段）によるレンズ鏡筒１２６（回転体）の回転駆動に伴って、一体的に回転駆動される。すなわち、本実施例の監視カメラは、実施例２で説明したロータリーエンコーダを用い、該ロータリーエンコーダからの出力に基づいて、監視カメラに設けられた図示しない駆動手段を制御することによりレンズ鏡筒１２６の回転を制御する。
【００６１】
レンズ群１２１を構成する駆動レンズ１２２は、例えばオートフォーカス用のレンズであり、光軸方向であるＹ方向に変位可能である。駆動レンズ１２２は、ズーム調整レンズなど、駆動されるレンズであればその他のものでも構わない。また、レンズ群１２１に駆動レンズ１２２がない構成でも、本発明の特徴に対して逸脱しないため、構わない。
【００６２】
本発明のロータリーエンコーダにおけるスケール取り付け対象部材１１０（すなわち、レンズ鏡筒１２６の回転軸）に取り付けられたロータリースケール１０２は、図示しないアクチュエータ（駆動手段）によって、角度検出ヘッド１２３に対してスケール取り付け部材１１０の軸を中心として相対的に回転し、それに伴い、レンズ鏡筒１２６が水平方向（パン）であるＺ軸周り（矢印方向）に駆動される。そして、ロータリーエンコーダの角度検出ヘッド１２３から得られるロータリースケール１０２の回転変位に応じた信号は、ＣＰＵ１２４に出力される。ＣＰＵ１２４からは、レンズ鏡筒１２６が所望の回転角度へ回転されるための駆動信号が生成され、レンズ鏡筒１２６はその信号に基づいて駆動される。なお、レンズ鏡筒１２６の駆動方向は水平方向（パン）について説明してきたが、垂直方向（チルト）においても本発明が適用できることは言うまでもない。
【００６３】
監視カメラに求められる仕様としては、対象物を的確に捉えるための高精度の回転、迅速に対象物を捉えるための高速回転や、低コスト、小型、堅牢性、高感度などが挙げられる。
【００６４】
本発明のロータリースケールおよびそれを搭載したロータリーエンコーダは、実施例２でも説明したような構成であるため、本発明のロータリーエンコーダを監視カメラのレンズ鏡筒へ搭載することにより、良好な回転位相精度が確保できるレンズ鏡筒および監視カメラを構成することができる。
【００６５】
また、本発明によるロータリースケールおよびロータリーエンコーダは組み立てが容易かつ高精度の回転位相角度検出が確保できる。このため、本発明によるロータリーエンコーダを組み込んだレンズ鏡筒、および監視カメラの組み立て工数が抑制でき、かつ良品率が上がることから、低コストのレンズ鏡筒、および監視カメラを実現することが可能となる。
【００６６】
さらに、本実施例の構成を採ることにより、偏芯調整を要せずにロータリースケールの位置決めが容易であるため、１つの角度検出ヘッドで高精度の回転角度が検出できるレンズ鏡筒、および監視カメラを構成できる。
【００６７】
本発明によれば、回転角度情報を検出する角度検出ヘッドとともにロータリーエンコーダに用いられるロータリースケールの製造方法において、スケールパターンと外形とが高い同軸度、かつ、スケールの取り付けの基準とするための少なくとも３箇所の高精度外形加工位置を高精度に加工できるロータリースケールの製造方法を提供することができる。
【００６８】
また、ロータリースケールをシャフトやハブに取り付ける際に、位置調整を行う必要がなく、複数の角度検出ヘッドを用いて偏芯の影響をキャンセルするなどの対策も必要ないことから、小型で高精度のロータリーエンコーダを低コストで構成することができる。
【００６９】
したがって、良好な回転位相精度が確保できる低コストで小型のロータリーエンコーダと、それを搭載したレンズ鏡筒、および監視カメラが提供できる。
【００７０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００７１】
例えば、本発明によるロータリーエンコーダは、監視カメラ以外にも様々な駆動装置に適用することができる。具体的には、腕関節に回転駆動機構を持ったロボットアームの各関節の回転角度を検出するために適用することができる。すなわち、ロボットアームを回転させる駆動手段を備えたロボット装置において、本発明にかかるロータリースケールを適用し、該ロボットアームの回転軸に該ロータリースケールを取り付けることで、ロボットアームの回転角度を良好に検出することができる。このように、回転体を回転させる駆動手段を備えた駆動装置において、本発明にかかるロータリースケールを適用し、該回転体の回転軸に該ロータリースケールを取り付けることで、回転体の回転角度を良好に検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明のロータリースケールおよびロータリーエンコーダは、撮像装置やロボット装置などに搭載されている駆動装置に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００７３】
１  光源
２  ロータリースケール
３  受光素子
４  プリント基板
５  樹脂
６  透明ガラス基板
７  角度検出ヘッド
８  スケールパターン
９  受光素子アレイ
１０  スケール取り付け対象部材
１１  高精度外形加工用基準マーク
２２、２３、２４  高精度外形加工用基準マーク
５１  信号処理回路
５２  記憶装置
７１  第１の加工工程
７２  第２の加工工程
７３  第３の加工工程
８２、１０２  ロータリースケール
１２３  角度検出ヘッド
１２６  レンズ鏡筒
【図１】
0006494303.tif 000002
【図２】
0006494303.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006494303.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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