(57)【要約】      （修正有）【課題】回転軸とスケールを容易に精度良く位置決め可能な変位検出装置、および変位検出装置の製造方法を提供する。【解決手段】回転軸３０と、位置基準マーク１１と、位置基準マーク１１を中心に形成されたスケールパターン１２と、を備え、回転軸３０の回転に伴い回転するスケール１０と、を有し、スケール１０は、可視光領域の光線が不透過な材料から構成され、スケール１０において、位置基準マーク１１が設けられている領域と異なる領域には、回転軸３０に平行な方向から見て回転軸３０の外縁部を観察するための貫通穴１３が形成されている。【選択図】図３
2016218004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
位置基準マークと、前記位置基準マークを中心に形成されたスケールパターンと、を備え、前記回転軸の回転に伴い回転するスケールと、を有し、
前記スケールは、可視光領域の光線が不透過な材料から構成され、
前記スケールにおいて、前記位置基準マークが設けられている領域と異なる領域には、前記回転軸に平行な方向から見て前記回転軸の外縁部を観察するための貫通穴が形成されていることを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
前記回転軸の中心は、前記外縁部上の点に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の変位検出装置。
【請求項３】
前記貫通穴は、少なくとも３つ形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の変位検出装置。
【請求項４】
前記スケールを保持するとともに、前記回転軸に取り付けられる保持機構を更に有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項５】
前記貫通穴は、前記回転軸の直径をＡ、前記貫通穴の直径をＢ、前記回転軸の中心と前記貫通穴の中心とを結ぶ直線を半径とする円の直径をＣとするとき、以下の式を満足するように形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の変位検出装置。
Ａ＋Ｂ>Ｃ
Ｃ＋Ｂ>Ａ
【請求項６】
光軸方向へ変位可能な撮像光学系と、
前記撮像光学系の位置を検出する請求項１から５のいずれか１項に記載の変位検出装置と、を有することを特徴とする光学機器。
【請求項７】
回転軸と、位置基準マークと、前記位置基準マークを中心に形成されたスケールパターンと、を備え、前記回転軸の回転に伴い回転するスケールと、を有し、前記スケールは、可視光領域の光線が不透過な材料から構成され、前記スケールにおいて、前記位置基準マークが設けられている領域と異なる領域には、前記回転軸に平行な方向から見て前記回転軸の外縁部を観察するための貫通穴が形成されている変位検出装置の製造方法であって、
前記外縁部上の点に基づいて、前記回転軸の中心を算出するステップと、
前記位置基準マークと前記回転軸の中心とが一致するように、前記スケールと前記回転軸との位置関係を調整するステップと、を有することを特徴とする変位検出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の移動量や回転量等の変位を検出する変位検出装置、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物の移動量や回転量等の変位を検出する変位検出装置として、反射型光学式エンコーダが知られている。反射型光学式エンコーダは、発光素子と、発光素子から発する光を反射し発光素子に対して相対的に変位可能なスケールと、スケールで反射した光を受光する受光素子と、を備えている。スケールには光を反射する反射パターンが格子状に形成されており、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、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が検出される。
【０００３】
一般的に、回転角検出を目的とするロータリエンコーダは、測定対象物とロータリエンコーダの回転軸を結合し、回転軸に取り付けられたスケールが回転し、反射パターンを読取ることで回転角を検出する。このようなロータリエンコーダにおいて、回転軸中心とスケールの反射パターンの中心とが互いにずれていると、周期的な誤差（偏心誤差）が生じる。そのため、ロータリエンコーダでは、回転軸とスケールの反射パターンの中心とのずれ量を表す指標に「同軸度」が用いられ、回転角の検出精度を決定する重要な管理項目である。
【０００４】
特許文献１では、スケールに形成された複数の測定マークを、二次元撮像手段を用いて読み出し、あらかじめ設定された目標位置との差分を算出し、その差分に対する方向に位置決めして固定することで、回転軸とスケールの中心との中心軸合わせを行う。
【０００５】
また、特許文献２では、スケールと回転軸の両者に軸合わせ用のマークを設け、両者のマークを機械的に検出し、その情報を基にスケールと回転軸の同軸度の調整を行うことで、作業時間の短縮を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２９２７２４号公報
【特許文献２】特開２００１−２２７９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された方法を実施するには調整装置を別途用意する必要があるため、少量多品種生産をする場合には製造コストの増大につながる。また、あらかじめ設定された目標位置に対する調整を行うため、調整装置から取り外された状態ではスケールと回転軸の同軸度を測定することは難しく、同軸度を測定するためには実際に回転軸を回転させ、出力された信号を処理する必要がある。
【０００８】
また、特許文献２に開示された方法を実施するためには、一方向からスケールと回転軸の両者の中心を可視化する必要があるため、スケールに基材が透明な材料（例えばガラス）を用いなければならない。
【０００９】
このような課題を鑑みて、本発明は、回転軸とスケールを容易に精度良く位置決め可能な変位検出装置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】
【００１０】
本発明の一側面としての変位検出装置は、回転軸と、位置基準マークと、前記位置基準マークを中心に形成されたスケールパターンと、を備え、前記回転軸の回転に伴い回転するスケールと、を有し、前記スケールは、可視光領域の光線が不透過な材料から構成され、前記スケールにおいて、前記位置基準マークが設けられている領域と異なる領域には、前記回転軸に平行な方向から見て前記回転軸の外縁部を観察するための貫通穴が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の他の側面としての変位検出装置の製造方法は、回転軸と、位置基準マークと、前記位置基準マークを中心に形成されたスケールパターンと、を備え、前記回転軸の回転に伴い回転するスケールと、を有し、前記スケールは、可視光領域の光線が不透過な材料から構成され、前記スケールにおいて、前記位置基準マークが設けられている領域と異なる領域には、前記回転軸に平行な方向から見て前記回転軸の外縁部を観察するための貫通穴が形成されている変位検出装置の製造方法であって、前記外縁部の座標に基づいて、前記回転軸の中心を算出するステップと、前記位置基準マークと前記回転軸の中心とが一致するように、前記スケールと前記回転軸との位置関係を調整するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回転軸とスケールを容易に精度良く位置決め可能な変位検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る変位検出装置を備える光学機器の概略構成図である。
【図２】変位検出装置の概略構成図である。
【図３】スケールと回転軸の関係を示す図である。
【図４】貫通穴と回転軸の位置関係を示す図である。
【図５】変位検出装置の変形例を示す図である。
【図６】変位検出装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において同一部材については同一参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る変位検出装置を備える光学機器の概略構成図である。光学機器は、駆動レンズ１１０ａを含むレンズ群（撮像光学系）１１０、および変位検出装置１００を備える。変位検出装置１００は、光軸方向に沿って移動する被検物の位置（変位）を検出する位置検出装置であり、特に反射型の光学式変位検出装置である。光学機器において、変位検出装置１００は、ズーム、フォーカス、および絞り等を調節するための各駆動部の変位量を検出する。なお、変位検出装置１００は、光学機器に限らず、複写機の感光ドラムの回転位置検出をはじめ、ロボットアームの位置検出等の各種装置に好適に使用することができる。
【００１６】
図２および図３を参照して、本実施例の変位検出装置１００について説明する。図２は、変位検出装置１００の概略構成図である。図２（ａ）は組み立て途中の状態であり、図２（ｂ）は組み立て後の状態を示している。図３は、変位検出装置１００のスケールと回転軸との関係を示す図である。
【００１７】
変位検出装置１００は、スケール１０、ハブ２０、回転軸３０、および光学式センサ４０を備える。スケール１０は、可視光領域では不透明な材料（例えば、シリコンやステンレス等などの金属）から構成され、被検物の変位に伴って回転する。ハブ（保持機構）２０は、スケール１０を保持するとともに、回転軸３０に取り付けられている。光学式センサ４０は、スケール１０に対して相対移動可能に構成され、回転軸３０の回転角度（スケール１０と光学式センサ４０との相対角度）を検出することが可能である。後述する方法で組み立てられた図２（ａ）に示されるユニットは、軸受７０を介して外套５０に組付けられる。プリント基板６０には、光学式センサ４０や周辺素子（不図示）がフロー方式やリフロー方式を用いて実装される。外套５０は、スケール１０上のスケールパターン１２の目標位置に合わせるように位置が調整されたプリント基板６０を固定する。
【００１８】
スケール１０には、位置基準マーク１１を中心とする円周上に周期的に形成されたスケールパターン１２が形成されている。また、スケール１０には、回転軸３０に平行な方向から見て、回転軸３０のエッジ（外縁部）を観察するための貫通穴１３が形成されている。回転軸３０の中心は、測定顕微鏡等を用いることで取得される回転軸３０の任意のエッジ上の３点の座標（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２），（Ｘ３，Ｙ３）に基づいて算出される。本実施形態では、算出された回転軸３０の中心位置と、位置基準マーク１１の位置との差分が小さくなるように調整する。そうすることで、回転軸３０の回転中心とスケール１０の回転中心を一致させることができる。スケールパターン１２は位置基準マーク１１を中心に形成されているため、変位検出装置１００は高い同軸度を有する。
【００１９】
上述した製造方法で位置合わせを行ったスケール１０は、例えばＵＶ接着剤などを用いてハブ２０や回転軸３０に固着させる。固着後であっても、スケール１０に形成された貫通穴１３から回転軸３０のエッジを観察することができるため、完成品の精度測定も組立時と同等の方法で実施可能である。
【００２０】
回転軸３０の中心を精度良く算出するためには、可能な限り回転軸３０のエッジ間距離を大きくすることが必要である。貫通穴１３は、回転軸３０の任意のエッジ上の３点を観察できればよく、図３（ａ）に示されるように、エッジごとに形成してもよい。また、図３（ｂ），（ｃ）に示されるように、貫通穴１３のサイズを大きくすることで、１つの貫通穴１３を介して複数のエッジの座標を求めるようにしてもよい。
【００２１】
ここで、図４を参照して、貫通穴１３と回転軸３０との位置関係について説明する。回転軸３０の直径をφＡ、貫通穴１３の直径をφＢ、回転軸３０の中心と貫通穴１３の中心とを結ぶ直線を半径とする円の直径をφＣとする。式（１）の関係のとき、回転軸３０のエッジを観察することは不可能である。理想的には、貫通穴１３の中心に回転軸３０のエッジが存在することが望ましい。しかしながら、貫通穴１３の加工精度や、位置基準マーク１１との位置関係から理想通りに貫通穴１３を加工することが困難な場合もある。そこで、本実施形態では、回転軸３０のエッジを観察するために、貫通穴１３を式（２）および式（３）の関係を満足するように形成している。
【００２２】
【数１】
2016218004.tif 000003
【００２３】
スケール１０がハブ２０を介して回転軸３０に取り付けられている例について説明したが、図５に示されるように、スケール１０と回転軸３０を直接固着させてもよい。スケール１０と回転軸３０を直接固着させることで、部品点数および部品費を削減することが可能である。また、回転軸３０とハブ２０との結合工程が不要になるため、組立工数を削減することが可能である。
【００２４】
また、図６に示されるように、スケール１０と回転軸３０を直接固着してもよい。図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は側面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。回転軸８０は、貫通穴１３と対応する箇所において、スケール１０側の端部を先割れ状に加工され、スケール１０の厚さ分だけ突出している。回転軸８０をこのような形状にすることで、回転軸８０のエッジと位置基準マーク１１が同一高さとなるように組み立てることが可能となる。位置基準マーク１１と同一高さにすることで、スケール１０と回転軸８０の位置調整を行うために測定顕微鏡などを用いる際にピントの調整が不要となり、組立工数の削減をすることが可能となる。また、回転軸８０のスケール１０側の端部を先割れ状に加工することで、貫通穴１３を通して接着剤を流し込み、固着すると、スケール１０と回転軸８０の接着面積が増える。そのため、回転軸８０が高速で回転したとしても回転トルクにより回転軸８０からスケール１０が剥がれることはなく、回転トルクによる位置ずれを抑えることが可能である。
【００２５】
以上説明したように、本実施例の変位検出装置１００は、可視光領域の光線が不透過なスケールを用いた場合でも、回転軸とスケールの同軸度調整を容易に精度良く行うことが可能である。さらに、組立後でも専用装置を使用しない容易な方法で同軸度測定を行うことが可能である。
【００２６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１０    スケール
１１    位置基準マーク
１２    スケールパターン
１３    貫通穴
３０    回転軸
１００  変位検出装置
【図１】
2016218004.tif 000004
【図２】
2016218004.tif 000005
【図３】
2016218004.tif 000006
【図４】
2016218004.tif 000007
【図５】
2016218004.tif 000008
【図６】
2016218004.tif 000009