JP5973773B2

JP5973773B2 - 回転角検出装置

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Publication number: JP5973773B2
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Description

本発明は、高精度に回転角を検出する回転角検出装置に関するものである。

産業機械、測量機等では、回転部に回転角を検出する回転角検出装置が設けられ、近年、これらの機械、装置には高精度で、而も小型の回転角検出装置が要求されている。

一般的に、測量装置に用いられる回転角検出装置としては、エンコーダが用いられており、高精度のエンコーダは高価である。又、回転軸の回転精度を要求精度にするには、部品単体の加工精度を管理するだけでは難しく、回転軸、軸受部の組立て状態での微調整、精密仕上げが必要であり、非常に高価なものとなっている。

特開２００９−１５６７７３号公報特開２００３−５００４号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、小型で簡単な構成の回転角検出装置を提供するものである。

本発明は、回転軸に形成された軸部空間と、軸受部に形成された軸受部空間と、前記軸部空間に収納された第１集光レンズと、前記軸受部空間に設けられ前記第１集光レンズと対向して設けられた第２集光レンズと、前記第１集光レンズ又は前記第２集光レンズのいずれか一方の焦点位置に設けられた検出パターンと、前記第１集光レンズ又は前記第２集光レンズのいずれか他方の焦点位置に設けられたイメージセンサと、該イメージセンサからの信号に基づき前記回転軸の角度変位を演算する演算装置とを具備し、前記検出パターンは、半径方向に延びる棒状の線分が所定角度ピッチで配置されてリング状のトラックが形成された角度検出パターンと、該角度検出パターンの基準位置を示す基準指示パターンとを有し、前記演算装置は、前記イメージセンサで得られる前記検出パターンの投影像について前記角度検出パターンの中心を中心として前記トラックを所定の半径で全周スキャンして周波成分を抽出すると共に、前記基準指示パターンをスキャンして、前記回転軸の角度変位を、前記周波成分の位相差と前記基準指示パターンの位置変化に相当する周波の数に基づき演算する回転角検出装置に係るものである。

又本発明は、前記角度検出パターンの線分は、前記トラックを２ｎ数の半径で等角度ピッチで分割して得られ、楔形状を有する回転角検出装置に係るものである。

又本発明は、前記検出パターンは前記角度検出パターンと同心の円パターンを有し、前記演算装置は、前記円パターンの投影像を直交する２方向にスキャンして前記角度検出パターンの中心を求める回転角検出装置に係るものである。

又本発明は、前記トラックを偶数等分に分割し、それぞれの分割部分で各線分の周波数成分の位相の平均を求め、対向する分割部分間での位相差から前記角度検出パターンの中心を検出する回転角検出装置に係るものである。

又本発明は、前記全周スキャンは、半径を異ならせ複数回行う回転角検出装置に係るものである。

本発明によれば、回転軸に形成された軸部空間と、軸受部に形成された軸受部空間と、前記軸部空間に収納された第１集光レンズと、前記軸受部空間に設けられ前記第１集光レンズと対向して設けられた第２集光レンズと、前記第１集光レンズ又は前記第２集光レンズのいずれか一方の焦点位置に設けられた検出パターンと、前記第１集光レンズ又は前記第２集光レンズのいずれか他方の焦点位置に設けられたイメージセンサと、該イメージセンサからの信号に基づき前記回転軸の角度変位を演算する演算装置とを具備し、前記検出パターンは、半径方向に延びる棒状の線分が所定角度ピッチで配置されてリング状のトラックが形成された角度検出パターンと、該角度検出パターンの基準位置を示す基準指示パターンとを有し、前記演算装置は、前記イメージセンサで得られる前記検出パターンの投影像について前記角度検出パターンの中心を中心として前記トラックを所定の半径で全周スキャンして周波成分を抽出すると共に、前記基準指示パターンをスキャンして、前記回転軸の角度変位を、前記周波成分の位相差と前記基準指示パターンの位置変化に相当する周波の数に基づき演算するので、パターンの歪み、線分の形状誤差、照明斑、画素の感度の相違、量子化誤差が相殺及び平均化される為、小型で而も高精度な構成とすることができる。

又本発明によれば、前記角度検出パターンの線分は、前記トラックを２ｎ数の半径で等角度ピッチで分割して得られ、楔形状を有するので、全周スキャンして得られる信号は、半径の相違に拘らず同等の信号が取得できる。

又本発明によれば、前記検出パターンは前記角度検出パターンと同心の円パターンを有し、前記演算装置は、前記円パターンの投影像を直交する２方向にスキャンして前記角度検出パターンの中心を求めるので、物理的に中心を測定することなく、信号処理で簡単に中心位置を検出でき、又測定中等任意の時点で中心を測定可能である。

又本発明によれば、前記トラックを偶数等分に分割し、それぞれの分割部分で各線分の周波数成分の位相の平均を求め、対向する分割部分間での位相差から前記角度検出パターンの中心を検出するので、パターンの歪み、線分の形状誤差等が平均化され、高精度に中心位置を検出することができる。

又本発明によれば、前記全周スキャンは、半径を異ならせ複数回行うので、パターンの歪み、線分の形状誤差、照明斑の影響はより平均化され、更に異なる画素を使用するので、画素の感度の相違等量子化誤差も平均化され、精度が向上するという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る回転角検出装置の概略構成図である。本実施例に於ける演算装置の概略構成図である。本実施例に使用される検出パターンの一例を示す図である。本実施例の角度検出及び中心検出のフローチャートである。本実施例の回転角検出のフローチャートである。前記検出パターンによる角度検出を行う場合のスキャンの状態を示す説明図である。前記検出パターンにより得られる信号の波形図であり、（Ａ）は角度検出パターンからの信号、（Ｂ）は基準指示パターンからの信号を示す。前記角度検出パターンにより中心位置を求める場合の説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明の実施例に係る回転角検出装置について説明する。

図１中、１は回転角度の測定対象である回転軸であり、該回転軸１は軸受２を介して軸受部３に回転自在に支持されている。

前記回転軸１の端部には、該回転軸１の軸心と同心に円柱状の軸部空間４が形成され、軸端部は中空構造となっている。前記軸受部３には前記軸部空間４の軸心の延長上に軸受部空間５が形成される。該軸受部空間５は、前記軸部空間４と同心で該軸部空間４と連続する空間である。前記軸部空間４と前記軸受部空間５に回転角検出装置６の主要な構成要素が収納される。

前記軸部空間４に第１集光レンズ７が設けられ、前記軸受部空間５に第２集光レンズ８が設けられる。前記第１集光レンズ７、前記第２集光レンズ８の倍率は、それぞれ１倍であり、同一の焦点距離を有している。

前記第１集光レンズ７、前記第２集光レンズ８はそれぞれ光軸９ａ，９ｂを有し、該光軸９ａは前記回転軸１の軸心と略合致し、前記光軸９ｂは前記軸受部空間５の軸心と略合致している。

前記軸部空間４の底部には、検出パターン１１が設けられ、該検出パターン１１は前記第１集光レンズ７の焦点位置に位置している。又、前記軸受部空間５にはイメージセンサ１２が設けられ、該イメージセンサ１２は前記第２集光レンズ８の焦点距離に位置している。前記イメージセンサ１２は、温度上昇した状態でも熱歪みが生じない様に保持されていることが好ましい。

前記軸受部空間５、又は前記軸部空間４の適宜箇所には前記検出パターン１１を照明する為の発光部が設けられる。図示では、一例として、前記軸部空間４の底部に設けられ前記検出パターン１１を照明する発光部１３を示している。

前記検出パターン１１の基準形状は円形であり、その直径は５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。又、該検出パターン１１が形成される部材の材質は、前記回転軸１の材質、前記軸受部３の材質と同じ、又は同等、或は熱膨張率が同じ又は同等であることが好ましい。

前記イメージセンサ１２としては、画素の集合体であるＣＣＤ、或はＣＭＯＳセンサ等が用いられる。前記光軸９ｂは、前記イメージセンサ１２に想定した座標系の原点を通過する様に設定され、各画素は前記イメージセンサ１２上で位置（座標位置）が特定できる様になっている。

該イメージセンサ１２からの受光信号は、演算装置１４に入力され、該演算装置１４は受光信号に基づき前記回転軸１の回転角、該回転軸１の傾斜（傾斜角）による芯ブレを測定する様に構成されている。

前記軸部空間４と前記軸受部空間５に収納される前記検出パターン１１、前記第１集光レンズ７、前記第２集光レンズ８、前記イメージセンサ１２等は、回転角検出装置６の主要部を構成する。又、前記第１集光レンズ７、前記第２集光レンズ８は前記検出パターン１１の投影像を前記イメージセンサ１２に結像する回転角検出用光学系１０を構成する。

尚、前記検出パターン１１を前記軸受部空間５に設け、前記イメージセンサ１２を前記軸部空間４に設けてもよい。

図２に示される様に、前記演算装置１４は、主に、信号処理部１６、演算制御部１７、角度検出部１８、芯ブレ検出部１９、記憶部２０等から構成される。

前記信号処理部１６は、前記イメージセンサ１２から出力されるデータを増幅し、或はＡ／Ｄ変換する等、格納可能な様に信号処理する。

前記記憶部２０には、前記イメージセンサ１２からの信号取得を制御する制御プログラム、前記回転軸１の回転角を検出する為の回転角演算プログラム、前記回転軸１の芯ブレを検出する為の芯ブレ演算プログラム、回転角を検出する為、芯ブレを検出する為に必要な信号を抽出する等の信号処理を行う信号処理プログラム等が格納されている。又、前記記憶部２０には、前記イメージセンサ１２から出力される画像データ、及び演算で得られるデータ等（後述）が格納される。

前記演算制御部１７は、プログラムに基づき演算制御し、前記イメージセンサ１２からの信号取得の同期制御等を行い、又プログラムを実行する。

前記角度検出部１８は、前記イメージセンサ１２からの信号に基づき前記回転軸１の回転角を演算し、主に前記回転角演算プログラム、前記演算制御部１７によって構成される。又、前記芯ブレ検出部１９は、前記イメージセンサ１２からの信号に基づき前記回転軸１の芯ブレを演算し、主に前記芯ブレ演算プログラム、前記演算制御部１７によって構成される。

次に、図３により、本実施例で使用される検出パターン１１の一例を説明する。

該検出パターン１１の基本形状は円であり、該検出パターン１１の中心は前記第１集光レンズ７の光軸、即ち前記光軸９ａに略合致する様に構成されている。

前記検出パターン１１は、中心部に芯出しパターンとしての円パターン２５、角度検出用のパターンとして前記円パターン２５の周囲に、該円パターン２５と同心に配設された角度検出パターン２６及び基準指示パターン２７から構成されている。前記円パターン２５は所定の線幅で描かれた複数の真円（図示では２つの同心多重円）である。尚、芯出しパターンは中心が求められるパターンであればよく、例えば十字線であってもよい。

前記角度検出パターン２６は、半径方向に延びる所定長さの線分２６ａ（図中、黒く塗り潰した部分）が等角度ピッチで全周にｎ配置された構成であり、又該線分２６ａによってリング状のトラックが形成される。換言すると、前記角度検出パターン２６は、所定のトラック幅（半径方向に所定長さ）を有するリングを２ｎ数の半径によって全周２ｎ等分し、隔列毎に線分２６ａを形成したものである。従って前記線分２６ａは楔形状となっており、３６０゜／２ｎの中心角αを有している。又、前記角度検出パターン２６の中心は、前記円パターン２５の中心と同一である。

前記基準指示パターン２７は、前記角度検出パターン２６の内側に形成され、該角度検出パターン２６と同心であり、半径方向に所定の幅を有する円弧形状をしている。又前記基準指示パターン２７は、円周方向に複数のパターンに分割され、１つの位置指示パターン２７ａと、該位置指示パターン２７ａの両側に配置された一対の方向指示パターン２７ｂとから構成されている。

前記位置指示パターン２７ａは前記線分２６ａと同一の中心角を有し、又前記位置指示パターン２７ａは前記線分２６ａの１つと同一半径線上に位置する。

前記方向指示パターン２７ｂは前記位置指示パターン２７ａに関して、対称の位置、対称の形状となっており、３個分の前記線分２６ａに掛渡る周方向の長さ（中心角５α）を有する。尚、前記方向指示パターン２７ｂの幅（周方向の長さ）は、前記線分２６ａの３個分に限られるものではなく、前記線分２６ａの幅と異なっていればよい。

尚、前記検出パターン１１が反射型の場合、前記線分２６ａ、前記位置指示パターン２７ａ、前記方向指示パターン２７ｂは、光を非反射とし、他の部分を反射としてもよく、或は前記線分２６ａ、前記位置指示パターン２７ａ、前記方向指示パターン２７ｂを反射、他の部分を非反射としてもよい。

或は、前記検出パターン１１が透過型の場合、前記線分２６ａ、前記位置指示パターン２７ａ、前記方向指示パターン２７ｂは、光を透過、他の部分を非透過としてもよく、又は前記線分２６ａ、前記位置指示パターン２７ａ、前記方向指示パターン２７ｂを非透過、他の部分を透過としてもよい。

以下の説明では、前記検出パターン１１が透過型で、前記線分２６ａ、前記位置指示パターン２７ａ、前記方向指示パターン２７ｂを非透過として説明している。

以下、上記回転角検出装置６の作用について説明する。

該回転角検出装置６に於いては、回転角の検出と、回転に伴う芯ブレ（回転軸の倒れ）とを検出することができる。

前記検出パターン１１は、前記第１集光レンズ７、前記第２集光レンズ８の作用によって前記イメージセンサ１２に１：１の関係で投影され、該イメージセンサ１２は受光した前記検出パターン１１に対応した信号を発する。

前記回転軸１が回転すると、該回転軸１と一体に前記検出パターン１１が回転し、回転した検出パターン像が前記イメージセンサ１２に投影される。該イメージセンサ１２は各画素毎に受光信号を発するので、例えば、前記角度検出パターン２６及び前記基準指示パターン２７が移動すると、前記角度検出パターン２６及び前記基準指示パターン２７を受光している画素の位置が変化する。従って、前記イメージセンサ１２からの信号に基づき前記角度検出パターン２６及び前記基準指示パターン２７を受光している画素の位置変化を検出することで、前記回転軸１の前記軸受部３に対する回転角を検出することができる。

又、角度変化した前後の時間差で回転角を微分することで回転速度が検出できる。又、前記角度検出パターン２６の中心位置の変化を検出することでこの時間差での芯ブレが検出できる。

図４〜図６を参照して、回転角の検出、芯ブレの検出について説明する。

先ず、ＳＴＥＰ：０１〜ＳＴＥＰ：０８に於いて、初期データが取得される。

ＳＴＥＰ：０１測定開始前（即ち、初期状態）に前記イメージセンサ１２からの信号が取得され、前記信号処理部１６による信号処理を経て前記検出パターン１１の画像データ（以下パターン画像データと称す）が取得され、該パターン画像データは前記記憶部２０に格納される。

格納されている該パターン画像データそれぞれについて、画像信号上（前記記憶部２０に格納されたデータ上）で、走査ライン（スキャンライン）が設定され、走査ラインに沿って走査（スキャン）され、角度検出或は芯ブレ検出に必要なデータが取得される。ここで、該走査ラインは、データ上に設定される仮想ラインであるので、任意の位置に、任意の数だけ設定でき、該走査ラインの数を増やすことで、測定精度を向上させることができる。

尚、図６は前記検出パターン画像に於ける円パターン２５、角度検出パターン２６、基準指示パターン２７と前記走査ラインとの関係を示しており、図６中、Ｘ，Ｙは前記イメージセンサ１２上に設定されたＸ軸、Ｙ軸を示している。Ｘ軸とＹ軸との交点、即ちＸ−Ｙ直交座標の原点は、前記光軸９ｂと合致している。又、図６中、前記線分２６ａ、前記位置指示パターン２７ａ、前記方向指示パターン２７ｂは黒塗りを省略している。

ＳＴＥＰ：０２前記検出パターン１１の中心位置の粗検出が行われる。中心位置の粗検出は、前記円パターン２５に基づき行われる。

前記Ｘ−Ｙ直交座標の原点を基準として、所定範囲が設定され、更にＸ軸、Ｙ軸と平行に走査ライン３７ａ，３７ｂが所要本数（図示では３本）設定される。該走査ライン３７ａ，３７ｂに沿って走査され、各走査ライン３７ａ，３７ｂ上に位置する画素の信号が取得される。取得された画素の信号に基づき、前記円パターン２５が検出される。

該円パターン２５を検出することで、円の中心、即ち前記検出パターン１１の中心位置が、Ｘ−Ｙ直交座標の座標値として求められる。

得られた中心位置を中心とする円の走査ライン３８ａ，３８ｂ，３８ｃ、及び走査ライン３９が設定される。

前記走査ライン３８ａ，３８ｂ，３８ｃは同心円であり、前記角度検出パターン２６上に設定され、半径がそれぞれＲ１＞Ｒ２＞Ｒ３であり、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３はそれぞれ既知の値である。尚、前記走査ライン３８は３本設定されているが、要求される精度に対応して適宜決定される。又、前記走査ライン３９は、前記基準指示パターン２７上に設定される。

ＳＴＥＰ：０３前記基準指示パターン２７について前記走査ライン３９が走査され、該走査ライン３９について信号が取得される。得られる信号は、図７（Ｂ）に示されている。前記走査ライン３９を走査することで、前記基準指示パターン２７の位置、即ち前記位置指示パターン２７ａの位置が求められる。該基準指示パターン２７の位置は、極座標として取得してもよく、或は前記Ｘ−Ｙ直交座標に変換して取得してもよい。

ＳＴＥＰ：０４，ＳＴＥＰ：０５前記角度検出パターン２６について、前記走査ライン３８ａ，３８ｂ，３８ｃで全周スキャンし、各走査ライン３８ａ，３８ｂ，３８ｃについて信号を取得する。

前記走査ライン３８ａ，３８ｂ，３８ｃをスキャンして得られる信号は、図７（Ａ）に示される。スキャンは、１回転（３６０°）毎に走査ラインが変更され、前記走査ライン３８ａから前記走査ライン３８ｂに、該走査ライン３８ｂから前記走査ライン３８ｃに変更されている。各走査ライン３８ａ，３８ｂ，３８ｃを各全周スキャンし、得られた結果を平均化することにより、誤差が相殺され高精度な位相が測定される。

ＳＴＥＰ：０６次に、前記角度検出パターン２６について領域設定する。尚、領域の設定については、前記走査ライン３８ａ，３８ｂ，３８ｃを設定すると同時に設定してもよい。

領域設定について、図８に一例を示している。

ＳＴＥＰ：０２の粗検出による中心位置を基準として、前記角度検出パターン２６を周方向に偶数等分（図示では４等分）する。２分割した一方の１８０゜の範囲に属する分割部をＡ１，Ａ２とし、他方の１８０゜の範囲に属する分割部をＢ１，Ｂ２とし、更に前記分割部Ａ１と前記分割部Ｂ１、前記分割部Ａ２と前記分割部Ｂ２とをそれぞれ対向させる。従って、対応する分割部分は、それぞれ位相が１８０゜ずれている。上記した、各分割部分を１領域とする。

ＳＴＥＰ：０７先ず、前記走査ライン３８ａに沿って全周走査し、得られた信号の内、各分割部分に属する線分２６ａの信号を取得する。

全ての走査ライン３８ａ，３８ｂ，３８ｃで得た分割部分の周波数の平均波形信号を更に平均することで、高精度の波形が得られる。

ＳＴＥＰ：０８上記分割部分について、平均化した波形、位相を取得することで、各分割部分について平均化した分割部分の中心位置を取得でき、更に、分割部分の中心位置の極座標を座標変換することで、前記分割部分の中心位置のＸ−Ｙ直交座標での座標位置が得られる。

例えば、図８を参照すると、前記分割部Ａ１、前記分割部Ｂ１、前記分割部Ａ２、前記分割部Ｂ２の各分割部分のＸ−Ｙ直交座標上での中心位置がそれぞれ演算で求められる。

前記分割部Ａ１の中心と前記分割部Ｂ１の中心とを結ぶ直線（Ｙ中心線）、及び前記分割部Ａ２の中心と前記分割部Ｂ２の中心とを結ぶ直線（Ｘ中心線）が得られる。Ｘ中心線の中心位置（Ｘ中心線の中点）、Ｙ中心線の中心位置（Ｙ中心線の中点）が、それぞれ前記検出パターン１１の中心位置となり、直交座標（Ｘ−Ｙ直交座標系の座標位置）上での座標位置が演算される。

該得られた検出パターン１１の高精度の中心位置は、初期中心座標として前記記憶部２０に格納される。

尚、Ｘ中心線、Ｙ中心線は下記式により表される。
Ｘ中心線＝［Φ（Ａ１）−Φ（Ｂ１）］／２
Ｙ中心線＝［Φ（Ａ２）−Φ（Ｂ２）］／２

初期状態での初期基準位置、初期波形、初期位相、初期中心位置が取得されると、前記回転軸１の回転角が測定される。

回転角の検出について、図５を参照して説明する。

ＳＴＥＰ：３１、ＳＴＥＰ：３２前記回転軸１が所要角度回転した状態で、上記ＳＴＥＰ：０１〜ＳＴＥＰ：０８を実行し、回転後のデータ、即ち基準位置、波形、位相、前記検出パターン１１の中心位置を求める。

ＳＴＥＰ：３３前記基準指示パターン２７の初期基準位置と回転後基準位置とから粗回転角度を求める。粗回転角度は、初期基準位置と回転後基準位置との間に存在する前記線分２６ａの数Ｎ（即ち初期基準位置と回転後基準位置との間に存在する周波の数）に３６０゜／ｎを掛けることで求められる。

ＳＴＥＰ：３４初期位相と回転後位相に基づき精密回転角度を求める。初期位相と回転後位相から位相差σが求められる。この位相差σに３６０゜／ｎを掛けることで位相差に対応する角度偏差が求められる。従って、精密回転角度は、
Ｎ×３６０゜／ｎ＋σ×３６０゜／ｎとなる。

ＳＴＥＰ：３５前記検出パターン１１の初期中心位置の座標と回転後中心位置の座標を比較することで、ずれ量、ずれ方向を算出でき、得られたずれ量、ずれ方向に基づき測定した回転角を補正することで回転の偏心、芯ブレを考慮した高精度の角度測定ができる。即ち、前記回転軸１に芯ブレがあったとしても高精度の角度測定が実行できる。

尚、初期状態の中心位置が前記光軸９ｂの光軸、即ち前記Ｘ−Ｙ直交座標に合致していない場合は、前記回転軸１が１回転した場合の芯ブレの情報を予め取得しておくことで、やはり高精度の角度測定が実行できる。

前記回転軸１を所定角度ピッチで３６０゜回転させ、各角度ピッチでの前記検出パターン１１の中心位置（中心座標）を求める。

前記検出パターン１１が前記光軸９ａに対して偏心し、或は前記回転軸１が前記軸受部３に対して芯ブレが有る場合は、前記検出パターン１１の中心位置は前記光軸９ｂに合致せず、中心位置の軌跡は円又は楕円（以下偏心円と称す）となる。

然し、得られる偏心円は、機構上再現性が高く、前記回転軸１の回転位置（回転角）が分れば、芯ブレの方向、量を前記偏差の軌跡によって正確に把握することができる。従って、予め偏心円を補正情報として取得しておけば、測定角度を補正することができ、芯ブレを有する回転軸であっても、高精度で角度測定が可能である。即ち、前記回転軸１を高精度に芯合せする必要が無くなり、製作費の低減が図れる。

上記した様に、偏心円の再現性は高いので、一度偏心円のデータを取得しておけば、前記ＳＴＥＰ：３５の工程は省略できる。

１回転軸
２軸受
３軸受部
７第１集光レンズ
８第２集光レンズ
９光軸
１０回転角検出用光学系
１１検出パターン
１２イメージセンサ
１３発光部
１４演算装置
１６信号処理部
１７演算制御部
１８角度検出部
１９芯ブレ検出部
２０記憶部
２５円パターン
２６角度検出パターン
２７基準指示パターン
３７走査ライン
３８走査ライン
３９走査ライン

Claims

回転軸に形成された軸部空間と、軸受部に形成された軸受部空間と、前記軸部空間に収納された第１集光レンズと、前記軸受部空間に設けられ前記第１集光レンズと対向して設けられた第２集光レンズと、前記第１集光レンズ又は前記第２集光レンズのいずれか一方の焦点位置に設けられた検出パターンと、前記第１集光レンズ又は前記第２集光レンズのいずれか他方の焦点位置に設けられたイメージセンサと、該イメージセンサからの信号に基づき前記回転軸の角度変位を演算する演算装置とを具備し、前記検出パターンは、半径方向に延びる棒状の線分が所定角度ピッチで配置されてリング状のトラックが形成された角度検出パターンと、該角度検出パターンの基準位置を示す基準指示パターンとを有し、前記演算装置は、前記イメージセンサで得られる前記検出パターンの投影像について前記角度検出パターンの中心を中心として前記トラックを所定の半径で全周スキャンして周波成分を抽出すると共に、前記基準指示パターンをスキャンして、前記回転軸の角度変位を、前記周波成分の位相差と前記基準指示パターンの位置変化に相当する周波の数に基づき演算することを特徴とする回転角検出装置。
前記角度検出パターンの線分は、前記トラックを２ｎ数の半径で等角度ピッチで分割して得られ、楔形状を有する請求項１の回転角検出装置。
前記検出パターンは前記角度検出パターンと同心の円パターンを有し、前記演算装置は、前記円パターンの投影像を直交する２方向にスキャンして前記角度検出パターンの中心を求める請求項１の回転角検出装置。
前記演算装置は、前記トラックを偶数等分に分割し、前記検出パターンの投影像について半径を変更し、複数回全周スキャンし、各走査ラインについて得られた周波成分の信号の内、各走査ラインの各分割部分に属する周波成分の信号を取得し、各走査ラインの分割部分の平均波形信号を求め、更に全ての走査ラインの前記平均波形信号を平均化し、各分割部分の平均化した波形、位相を取得し、該波形、位相に基づき各分割部分の中心位置を求め、対向する分割部分の中心を結ぶ直線の中点を前記角度検出パターンの中心として検出する請求項１の回転角検出装置。
前記全周スキャンは、半径を異ならせ複数回行う請求項１〜請求項３の内いずれかの回転角検出装置。