JP5182309B2 - 位置データ補正装置、エンコーダ、モータシステム及び位置データ補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、位置データ補正装置、エンコーダ、モータシステム及び位置データ補正方法に関する。

移動体の位置や速度等の物理量を測定するために、エンコーダが使用される。
このエンコーダは、移動体の移動方向に応じて、主に回転型（以下「ロータリ」ともいう。）と直線型（以下「リニア」ともいう。）に大別される。

ロータリエンコーダは、回転位置検出装置等ともいわれ、移動体（回転体）の位置（角度）や速度（回転速度）等を検出する。一方、リニアエンコーダは、直線位置検出装置等ともいわれ、移動体の位置や速度等を検出する。

このようなエンコーダとして、移動体の移動に伴ない、その移動量に応じて周期的に変化する検出信号を取得し、その検出信号を演算処理することにより位置等を検出するエンコーダが広く使用されている。一方、エンコーダには、例えば、特許文献１のような位置データ補正装置が使用され、この位置データ補正装置により、検出信号に含まれる誤差が補正されることがある。

国際公開２００７／０６０８４０号

例えば特許文献１に記載の位置データ補正装置は、移動時間の遅れや位置検出機構に含まれる製造誤差などにより生じた位置誤差を、予め特定してベキ級数で表した補正関数として記録しておき、この補正関数から得られる誤差補正値により、誤差を補正する。このような位置データ補正装置によれば、各位置データ毎に誤差補正値を記録しておく必要がないため、記録するデータ量を低減できる。なお、このような特許文献１に記載の位置データ補正装置では、位置誤差として、周期的な検出信号の１周期内（１ピッチ内）において正弦波状に変化する位置誤差を対象としている。

一方、実際のエンコーダでは、例えば光学式エンコーダの場合には設計と異なる部材からの反射光や外光が誤差を生じさせたり、他の発光源からの光などのような迷光が誤差を生じさせることがある。そして、この場合、位置誤差には、正弦波成分だけでなく、非正弦波成分が含まれることが多い。

非正弦波成分を含む位置誤差は、上記特許文献１に記載の位置データ補正装置では補正することが難しい。これに対して、例えばベキ級数の次数を高くしたりフーリエ変換等を使用するなど、非正弦波成分を含む位置誤差をも正確に再現する場合、記憶しておくべきデータ量が増大するばかりか、計算量も増大する。従って、非正弦波成分を含む位置誤差を適切かつ容易に補正することは難しい。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より容易かつ適切に誤差を補正することが可能な、位置データ補正装置、エンコーダ、モータシステム及び位置データ補正方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、移動体が１ピッチ分移動する毎に振幅が１周期変動する検出信号に基づいて生成される上記移動体の位置を表す位置データに基づいて、上記移動体が位置する上記ピッチを特定するピッチ特定部と、
上記位置データに基づいて、上記移動体が位置するピッチ内位置を特定するピッチ内位置特定部と、
上記ピッチ内位置が入力されると該ピッチ内位置における誤差補正値を導出する線形の誤差関数のパラメータが、上記ピッチそれぞれに設定された複数の区間毎に予め記録されたメモリと、
上記ピッチ特定部が特定したピッチと、上記ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置とに基づいて、上記移動体が位置する上記区間に対応した上記パラメータを、上記メモリから取得するパラメータ取得部と、
上記パラメータ取得部が取得したパラメータに基づいて、上記ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置の誤差補正値を算出する誤差補正値算出部と、
上記誤差補正値算出部が算出した当該誤差補正値に基づいて、上記位置データ生成部が生成した位置データを補正する位置データ補正部と、
を有する、位置データ補正装置が提供される。

また、上記線形の誤差関数による誤差補正値の変化が１の上記ピッチ内で２以上の三角波形状となるように、上記ピッチそれぞれに対して、上記パラメータが４以上の上記区間毎に設定され、
少なくとも１以上の上記ピッチ内における上記パラメータは、上記２以上の三角波形状の誤差補正値における２以上の極値の絶対値が相異なるように設定されてもよい。

また、上記パラメータには、上記ピッチにおける上記区間それぞれの長さが含まれてもよい。

また、上記ピッチ特定部が特定したピッチと、上記ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置とに基づいて、上記誤差補正値算出部により算出された誤差補正値をフィルタリングして上記位置データ補正部に出力するフィルタを更に有してもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、移動体が１ピッチ分移動する毎に振幅が１周期変動する検出信号を少なくとも取得する検出信号取得部と、
上記検出信号取得部が取得した検出信号に基づいて、上記移動体の位置を表す位置データを生成する位置データ生成部と、
上記位置データ生成部が生成した位置データに基づいて、上記移動体が位置する上記ピッチを特定するピッチ特定部と、
上記位置データ生成部が生成した位置データに基づいて、上記移動体が位置するピッチ内位置を特定するピッチ内位置特定部と、
上記ピッチ内位置が入力されると該ピッチ内位置における誤差補正値を導出する線形の誤差関数のパラメータが、上記ピッチそれぞれに設定された複数の区間毎に予め記録されたメモリと、
上記ピッチ特定部が特定したピッチと、上記ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置とに基づいて、上記移動体が位置する上記区間に対応した上記パラメータを、上記メモリから取得するパラメータ取得部と、
上記パラメータ取得部が取得したパラメータに基づいて、上記ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置の誤差補正値を算出する誤差補正値算出部と、
上記誤差補正値算出部が算出した当該誤差補正値に基づいて、上記位置データ生成部が生成した位置データを補正する位置データ補正部と、
を有する、エンコーダが提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、移動体を移動させるモータと、
上記移動体の位置を表す位置データに基づいて、上記モータを制御する制御装置と、
上記移動体の位置を検出し、当該位置を表す位置データに含まれる誤差を補正して上記制御装置に出力するエンコーダと、
を有し、
上記エンコーダは、
移動体が１ピッチ分移動する毎に振幅が１周期変動する検出信号を少なくとも取得する検出信号取得部と、
上記検出信号取得部が取得した検出信号に基づいて、上記移動体の位置を表す位置データを生成する位置データ生成部と、
上記位置データ生成部が生成した位置データに基づいて、上記移動体が位置する上記ピッチを特定するピッチ特定部と、
上記位置データ生成部が生成した位置データに基づいて、上記移動体が位置するピッチ内位置を特定するピッチ内位置特定部と、
上記ピッチ内位置が入力されると該ピッチ内位置における誤差補正値を導出する線形の誤差関数のパラメータが、上記ピッチそれぞれに設定された複数の区間毎に予め記録されたメモリと、
上記ピッチ特定部が特定したピッチと、上記ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置とに基づいて、上記移動体が位置する上記区間に対応した上記パラメータを、上記メモリから取得するパラメータ取得部と、
上記パラメータ取得部が取得したパラメータに基づいて、上記ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置の誤差補正値を算出する誤差補正値算出部と、
上記誤差補正値算出部が算出した当該誤差補正値に基づいて、上記位置データ生成部が生成した位置データを補正する位置データ補正部と、
を有する、モータシステムが提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、移動体が１ピッチ分移動する毎に振幅が１周期変動する検出信号に基づいて生成される上記移動体の位置を表す位置データに基づいて、上記移動体が位置する上記ピッチを特定するピッチ特定ステップと、
上記位置データに基づいて、上記移動体が位置するピッチ内位置を特定するピッチ内位置特定ステップと、
上記ピッチ内位置が入力されると該ピッチ内位置における誤差補正値を導出する線形の誤差関数のパラメータが、上記ピッチそれぞれに設定された複数の区間毎に予め記録されたメモリから、上記ピッチ特定ステップで特定したピッチと、上記ピッチ内位置特定ステップで特定したピッチ内位置とに基づいて、上記移動体が位置する上記区間に対応した上記パラメータを取得するパラメータ取得ステップと、
上記パラメータ取得ステップで取得したパラメータに基づいて、上記ピッチ内位置特定ステップで特定したピッチ内位置の誤差補正値を算出する誤差補正値算出ステップと、
上記誤差補正値算出ステップで算出した当該誤差補正値に基づいて、上記位置データ生成ステップが生成した位置データを補正する位置データ補正ステップと、
を有する、位置データ補正方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、より容易かつ適切に誤差を補正することができる。

本発明の第１実施形態に係るモータシステムの構成について説明するための説明図である。 同実施形態に係るエンコーダ及び位置データ補正装置の構成について説明するための説明図である。 同実施形態に係る位置データ補正装置の補正処理について説明するための説明図である。 同実施形態に係る位置データ補正装置の補正処理について説明するための説明図である。 同実施形態に係る位置データ補正装置の補正処理について説明するための説明図である。 同実施形態に係る位置データ補正装置の補正処理について説明するための説明図である。 同実施形態に係る位置データ補正装置の補正処理について説明するための説明図である。 同実施形態に係る位置データ補正装置の動作について説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素は、原則として同一の符号で表し、これらの構成要素についての重複説明は、適宜省略するものとする。

なお、以下では、説明の便宜上、各実施形態に係る位置データ補正装置がエンコーダに適用され、そのエンコーダは光学式のロータリ型である場合を例に挙げて説明する。しかしながら、本発明の各実施形態に係る位置データ補正装置が適用されるエンコーダは、例えば磁気式など、移動体が１ピッチ移動する毎に周期的に変化する検出信号をが得られるものであれば、様々な検出原理が使用されてもよい。また、このエンコーダは、そのような検出信号が得られるものであれば、ロータリ型だけでなくリニア型や多軸型などであってもよいことは言うまでもない。
また、以下では、説明の便宜上、各実施形態に係るエンコーダがモータシステムに適用され、そのエンコーダがモータシステムの回転位置を検出する場合を例に説明する。しかし、上述の通り、各実施形態に係るエンコーダは、ロータリ型のモータシステムに適用されてもよく、また、移動体の位置が移動するものであれば、様々な対象に適用可能であることは言うまでもない。

＜第１実施形態＞
（モータシステム）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るモータシステムについて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るモータシステムの構成について説明するための説明図である。

図１に示すように、本実施形態に係るモータシステム１は、モータ２０と、エンコーダ１０と、制御装置３０とを有する。

モータ２０は、エンコーダ１０を含まない動力発生源の一例である。モータ２０は、少なくとも一側に回転シャフト２１を有し、この回転シャフト２１を回転軸ＡＸ周りに回転させることにより、回転力を出力する。

なお、モータ２０は、位置データに基づいて制御されるサーボモータであれば特に限定されるものではない。また、モータ２０は、動力源として電気を使用する電動式モータである場合に限られるものではなく、例えば、油圧式モータ、エア式モータ、蒸気式モータ等の他の動力源を使用したモータであってもよい。ただし、説明の便宜上、以下ではモータ２０が電動式モータである場合について説明する。

エンコーダ１０は、モータ２０の回転シャフト２１とは逆側に配置され、当該回転シャフト２１に対応して回転する他の回転シャフト２２に連結される。そして、このエンコーダ１０は、回転シャフト２２の位置を検出することにより、回転力が出力される回転シャフト２１の位置ｘ（回転角度θ、モータ２０の位置ｘ等ともいう。）を検出し、その位置ｘを表す位置データを出力する。

なお、エンコーダ１０の配置位置は特に限定されるものではない。例えば、エンコーダ１０は、回転シャフト２１に直接連結されるように配置されてもよく、また、減速機や回転方向変換機などの他の機構を介して回転シャフト２１等の回転体に連結されてもよい。

制御装置３０は、エンコーダ１０から出力される位置データを取得して、当該位置データに基づいて、モータ２０の回転を制御する。従って、モータ２０として電動式モータ部が使用される本実施形態では、制御装置３０は、位置データに基づいて、モータ２０に印加する電流又は電圧等を制御することにより、モータ２０の回転を制御する。更に、制御装置３０は、上位制御装置（図示せず）から上位制御信号を取得して、当該上位制御信号に表された位置又は速度等がモータ２０の回転軸１１から出力されるように、モータ２０を制御することも可能である。なお、モータ２０が、油圧式、エア式、蒸気式などの他の動力源を使用する場合には、制御装置３０は、それらの動力源の供給を制御することにより、モータ２０の回転を制御することが可能である。

（エンコーダ）
次に、図２を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係るエンコーダについて説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係るエンコーダについて説明するための説明図である。

図２に示すように、本実施形態に係るエンコーダ１０は、大きく分けて、検出信号取得部１１と、位置データ生成部１２と、位置データ補正装置１００とを有する。

検出信号取得部１１は、モータ２０により駆動される移動体（本実施形態ではシャフト２１）が１ピッチ分移動する毎に振幅が１周期変動する検出信号を取得する。なお、本実施形態では、例として光学式のロータリエンコーダが使用されるため、移動体であるシャフト２１には例えばトラック上に少なくとも複数のスリットを有する回転ディスク（図示せず）が取り付けられる。そして、検出信号取得部１１は、光源と受光部（図示せず）を有し、光源から回転ディスクに光を照射し、受光部でスリットの反射光又は透過光を受光することで検出信号を出力する。その結果、この検出信号は、スリットの配置間隔であるピッチ１つ分、回転ディスクが移動する度（電気角で３６０°進む毎に）に、振幅が１周期変化する擬似正弦波状の信号となる。

なお、本実施形態では、後述する位置データ生成部１２で、移動体の絶対位置を特定する。一方、上記構成から検出される周期的な検出信号は、インクリメンタル信号に相当する。従って、検出信号取得部１１は、このインクリメンタル信号と共に処理されるか、又は、別途独立して処理される絶対位置検出信号又は原点検出信号を取得する。そのために、検出信号取得部１１は、絶対位置検出機構又は原点検出機構（図示せず）を更に有する。

絶対位置検出信号が使用される場合、絶対位置検出機構は、例えば、磁気式・光学式・レゾルバ式等のような１Ｘ（アブソリュート）検出機構であってもよい。磁気式の１Ｘ検出機構であれば、例えば、回転ディスクの中心に、磁極がディスクの面内に位置するように磁石（図示せず）が配置され、固定された磁気センサが回転ディスクの回転に応じて変化する磁石の向きを検出することにより、絶対位置検出信号が取得され得る。

また、原点検出信号が使用される場合、原点検出機構は、例えば、磁気式・光学式・レゾルバ式等のような原点検出機構であってもよい。光学式の原点検出機構であれば、例えば、回転ディスクに原点用に少なくとも１のスリットが形成され、該スリットに対して別途発光部及び受光部が配置され、受光部がスリットからの反射又は透過光を受光することにより、原点検出信号が生成され得る。

なお、以下では、検出信号取得部が絶対位置検出機構を取得する場合を例に挙げて説明する。この際、絶対位置検出機構及び絶対位置用検出信号を、アブソ検出機構及びアブソ検出信号という。これに対して、インクリメンタル信号を取得するための上記検出機構及びインクリメンタル信号を、インクレ（インクリメンタル）検出機構及びインクレ検出信号という。そして、単に検出信号という場合、主にインクレ検出信号を意味することとする。

位置データ生成部１２は、１回転で１周期変化するアブソ検出信号と、回転シャフト２１（移動体の一例）が１ピッチ分移動する毎に振幅が１周期変動するインクレ検出信号とを取得し、両信号に基づいて、移動体の位置ｘ（絶対位置）を表す位置データを生成する。この位置データの生成過程は、特に限定されるものではないが、例えば、以下のような処理で位置データが生成されてもよい。つまり、まず、位置データ生成部１２は、アナログ正弦波状のアブソ検出信号とインクレ検出信号とをアナログ／デジタル変換する。そして、位置データ生成部１２は、デジタル化されたアブソ検出信号から、大まかな位置ｘを特定する（例えば位置データの上位ビット）。他方、位置データ生成部１２は、デジタル化されたインクレ検出信号から、上記大まかな位置ｘにおけるより細かな位置ｘを特定する（例えば位置データの下位ビット）。そして、位置データ生成部１２は、大まかな位置ｘと細かな位置ｘとを合成して、インクレ検出信号の分解能と同程度の分解能を有する移動体の絶対位置ｘを算出して、該絶対位置ｘを表す位置データを生成する。

なお、位置データ生成部１２は、原点検出信号を使用する場合には、例えば、原点検出信号取得時点から取得したインクレ検出信号をカウントすることにより、大まかな位置ｘを特定し、上記同様に位置データを生成することが可能である。

位置データ補正装置１００は、位置データ生成部１２が生成した位置データを取得し、インクレ検出信号に含まれていたノイズ（誤差）を補正して、当該ノイズの影響が低減された位置データを、制御部３０に出力する。なお、ここで位置データ補正装置１００が補正するノイズは、ピッチ内で正弦波状に変化する正弦波成分だけでなく非正弦波成分をも含む位置誤差を補正することが可能である。このような補正を実現する位置データ補正装置１００について、詳しく後述する。

（非正弦波成分を含む位置誤差）
ここで、位置データ補正装置１００について説明する前に、当該位置データ補正装置１００による誤差補正効果が明確になるように、非正弦波成分を含む位置誤差について、図３及び図４を参照しつつ説明する。図３及び図４は、本実施形態に係る位置データ補正装置の補正処理について説明するための説明図である。図３及び図４では、実際の位置ｘ０を横軸に表した。そして、図３では、位置データに表された補正前の位置ｘを縦軸に表し、図４では、位置ｘに含まれる誤差Δｘを表している。

仮に正弦波成分及び非正弦波成分を問わず、位置誤差が位置データに含まれない場合、実際の位置ｘ０と位置データの位置ｘとは一致するため、位置ｘは位置ｘ０の変化に対して図３に示す直線状のラインＬ０上で変化することになる。しかしながら実際には、インクレ検出信号には検出誤差が含まれるため、位置データには正弦波成分及び非正弦波成分の位置誤差が含まれ、図３で模式的に示すように、位置ｘは位置ｘ０の変化に対して、ラインＬ０からズレたＬ１上で変化する。

この位置データのｘに含まれる実際の位置ｘ０に対する誤差Δｘにおける位置ｘ０に対する変化の例を、図４に示す。図４に示すように、ｎ＋１番目のピッチ（ピッチｎ＋１）における誤差Δｘは、非正弦波成分を含まないことにより、そのピッチ内において、正弦波状に変化する。一方、ｎ番目のピッチ（ピッチｎ）や１番目のピッチ（ピッチ１）における位置誤差Δｘは、正弦波成分だけでなく、非正弦波成分をも含むことになる。

なお、一般的に位置誤差Δｘに含まれる正弦波成分を生じさせるインクレ検出信号に含まれる検出誤差は、回転ディスクに照射される光の照射位置差によるオフセットや光の光量差による振幅差に起因して生じることが多い。一方、非正弦波成分を生じさせるインクレ検出信号に含まれる検出誤差は、他の部材からの反射光や外光などの迷光に起因して生じることが多い。

位置誤差Δｘは、位置データに直接的に含まれ、制御装置３０によるモータ２０の制御へも影響を与えるため、正弦波成分及び非正弦波成分を問わず低減されることが望ましい。以下では、説明の便宜上、非正弦波成分が位置誤差Δｘに含まれたピッチｎを例に挙げ、このような非正弦波成分をも補正可能な位置データ補正装置１００について説明する。

（位置データ補正装置）
図２に示すように、位置データ補正装置１００は、ピッチ特定部１０１と、ピッチ内位置特定部１０２と、メモリ１０３と、パラメータ取得部１０４と、誤差補正値算出部１０５と、フィルタ１０６と、位置データ補正部１０７とを有する。

ピッチ特定部１０１は、位置データ生成部１２が生成した位置データを取得する。そして、ピッチ特定部１０１は、インクレ検出信号等が取得された時点（以下検出時点）における移動体の位置が、複数あるピッチのうちのいずれのピッチに含まれているのかを特定する。つまり、ここでは、ピッチ特定部１０１は、例えば、位置データに基づいて、図３及び図４に示す複数あるピッチのうち、検出時点における移動体の位置がピッチｎ（ｎ番目のピッチ）であることを特定する。

なお、例えば、位置データのピッチを表すデータが２ビットで表される場合、ピッチ特定部１０１は、位置データ生成部１２が生成した位置データの最上位ビットの０（２進数の表記で００）、１（２進数の表記で０１）、２（２進数表記で１０）、３（２進数の表記で１１）の４ピッチを認識し、移動体の位置がどのピッチにあるかを認識する。認識したデータｎは、ピッチ内位置特定部１０２とパラメータ取得部１０４とフィルタ１０６に通知する。

ピッチ内位置特定部１０２は、同じく、位置データ生成部１２が生成した位置データを取得する。そして、ピッチ内位置特定部１０２は、この位置データに基づいて、ピッチ特定部１０１が特定したピッチｎ内で、検出時点における移動体の位置を特定する。なお、このピッチ中の位置は、電気角（０〜３６０°）等ともいうが、ここではピッチ内位置φという（ピッチｎに対してはピッチ内位置φｎともいう。）。換言すれば、位置データに表された移動体の絶対位置は、ピッチ特定部１０１が特定したピッチｎと、ピッチ内位置特定部１０２が特定したピッチ内位置φｎとで表すことが可能である。

このピッチ内位置特定部１０２についてより具体的に説明すれは、例えば位置データのピッチ内位置を表すデータが８ビットで表される場合、ピッチ内位置特定部１０２は、１つのピッチ内を２５６分割した位置として認識し、パラメータ取得部１０４、誤差補正算出部１０５、フィルタ１０６に通知する。

メモリ１０３には、上記位置誤差を補正するための誤差補正値Δｙを算出する誤差関数のパラメータが記録される。本実施形態における誤差関数は、フーリエ変換やベキ級数などと異なり、線形の関数となる。従って、パラメータとしては、例えば、少なくとも１次関数の定数（ａ，ｂ）が含まれる。一方、本実施形態に係る誤差関数は、ピッチｎそれぞれに対応して設定されるだけでなく、その各ピッチｎの内部に設定された複数の区間（例えば区間ｎ１〜ｎ４）毎に、設定される。従って、上記誤差関数のパラメータは、メモリ１０３に、各ピッチそれぞれに設定された複数の区間毎に予め記録される。

なお、ここで、図５を参照しつつ、本実施形態に係る補正関数及びそのパラメータについて、より具体的に説明する。図５は、本実施形態に係る位置データ補正装置の補正処理について説明するための説明図である。なお、図５には、ピッチの例として、図４に記載のピッチｎだけを取り出して模式的に示した。

図５に示すように、本実施形態では、ピッチｎに対して、４の区間ｎ１〜ｎ４が設定される。この４の区間ｎ１〜ｎ４は、例えばピッチ内位置φの値で示すことが可能である。つまり、本実施形態の区間ｎ１は「０°＜φ≦φｎ１」で指定され、区間ｎ２は「φｎ１＜φ≦φｎ２」で指定され、区間ｎ３は「φｎ２＜φ≦φｎ３」で指定され、区間ｎ４は「φｎ３＜φ≦３６０°」で指定される。つまり、区間の区切り位置φｎ１〜φｎ３により、各区間ｎ１〜ｎ４が設定される。この区間ｎ１〜ｎ４は、正弦波のゼロクロス点と同様に等間隔で設定されても良いが、本実施形態に係るこの区間ｎ１〜ｎ４は、等間隔以外でも設定可能である。つまり、このように区間ｎ１〜ｎ４について区切位置φｎ１〜φｎ３がパラメータに含まれることにより、パラメータには区間ｎ１〜ｎ４それぞれの長さが設定されているともいえる。なお、このような区切位置φｎ１〜φｎ３ではなく、直接区間ｎ１〜ｎ４の長さが設定されてもよいが、この場合、区間ｎ１〜ｎ４の長さは、その全ての合計が１ピッチの長さ（３６０°）を超えないように設定される。

一方、パラメータとして、各区間ｎ１〜ｎ４毎に１次関数で表された補正関数の定数（ａｎ１，ｂｎ１）〜（ａｎ４〜ｂｎ４）がメモリ１０３に記録される。なお、補正関数は、下記式（１）で表される。

なお、これらのパラメータは、例えば誤差測定装置（図示せず）を使用して、以下のように設定されえる。つまり、まず、エンコーダ１０に基準エンコーダ等を取り付け、補正前か正しく補正されていない位置ｘを表す位置データを、誤差測定装置のメモリ等に記録させる。一方、基準エンコーダから出力される実際の正確な位置ｘ０を、誤差測定装置のメモリ等に記録させる。そして、誤差測定装置は、両者を減算し、その結果（つまり位置誤差Δｘ）をメモリ等に記録させる。更に、誤差測定装置は、減算に使用した位置ｘから、ピッチｎ及びピッチ内位置φｎを特定し、上記減算結果と関連付けてメモリ等に記録させる。このような処理を１のピッチ毎に複数回行う。そして、誤差測定装置は、メモリ等に記録された上記データに基づいて、各ピッチｎに対して、図５に示すような正弦波成分だけでなく非正弦波成分をも含みえる位置誤差Δｘのピッチ内位置φｎに対するプロファイルデータを生成する。

その後、誤差測定装置は、各ピッチｎのプロファイルデータ毎に、そのプロファイルにおけるゼロクロス点と極大点と極小点とをピッチ内位置φで特定して、特定した複数のピッチ内位置φ（４以上になる場合もある。）を、区間ｎ１〜ｎ４を設定するパラメータとしてピッチｎに対応付けてメモリ等に記録させる。そして、誤差測定装置は、ゼロクロス点，極大点及び極小点のうち、相隣接する２点とその点に対する位置誤差Δｘとから、２点を通る線形関数を求め、その関数の定数（（ａｎ１，ｂｎ１）等）を、各区間ｎ１〜ｎ４に対応付けてメモリ等に記録させる。その後誤差測定装置は、メモリ等に記録した上記データを、補正関数を表すパラメータとして位置データ補正装置１００のメモリ１０３に記録させる。

このような動作をエンコーダ１０の測定範囲全域（つまり、ディスクの１回転）について行うことにより、メモリ１０３には、図５に示す誤差補正値Δｙを算出可能な誤差関数のパラメータが、例えば以下の表１のように相互に関連付けられて設定される。

このように本実施形態では、上記パラメータにより各ピッチｎには、それぞれ４以上の区間ｎ１〜ｎ４が設定される。そして、各区間ｎ１〜ｎ４に対して線形関数のパラメータが設定される。その結果、図５に示すように、線形の誤差関数による誤差補正値Δｙの変化は１のピッチｎ内で、２以上の三角波状となる。そして、本実施形態に係る位置データ補正装置１００では上述のように、各区間ｎ１〜ｎ４毎にパラメータを設定できるため、誤差補正値Δｙの変化を表す複数の三角波は、図５に示すように、相異なる幅を有したり、絶対値が相異なる極値を有することが可能である。

パラメータ取得部１０４は、ピッチ特定部１０１が特定したピッチｎと、ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置φとに基づいて、移動体が位置する区間ｎｉ（ｉ＝１，２，３…）に対応したパラメータ（ａｎｉ，ｂｎｉ）を、メモリ１０３から取得する。そして、パラメータ取得部１０４は、取得したパラメータを誤差補正値算出部１０５に出力する。

より具体的な例を挙げてパラメータ取得部１０４の動作について説明すると、以下の通りである。例えば、検出信号取得部１１が検出信号を取得した時点に対して、ピッチ特定部１０１が移動体の位置するピッチをピッチｎに特定し、ピッチ内位置特定部１０２が移動体のピッチ内位置をピッチ内位置φｎｋ（φｎ１＜φｎｋ＜φｎ２）に特定したと仮定する。すると、パラメータ取得部１０４は、上記表１のように関連付けられてメモリ１０３に記録された複数のパラメータを検索し、当該ピッチｎ及びピッチ内位置φｎｋに対応したパラメータを特定する。つまり、この場合、パラメータ取得部１０４は、ピッチｎに基づいて、ピッチｎに対応付けられたパラメータを抽出し、抽出されたパラメータの区間に関する情報からピッチ内位置φｎｋが含まれる区間ｎ２を特定する。そして、パラメータ取得部１０４は、特定したピッチｎ及び区間ｎ２に関連付けられたパタメータ（ａｎ２，ｂｎ２）を取得して、誤差補正値算出部１０４に出力する。

誤差補正値算出部１０５は、パラメータ取得部１０４が出力したパラメータ（例えば（ａｎ２，ｂｎ２））を取得し、更に、ピッチ内位置特定部１０２が特定したピッチ内位置φｎｋを取得する。そして、誤差補正値算出部１０５は、上記式（１）にパラメータを代入して誤差関数を導出し、導出した誤差関数にピッチ内位置φｎｋを変数として代入することにより、誤差補正値Δｙを算出する。

フィルタ１０６は、ピッチ特定部が特定したピッチｎと、ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置φｎｋとを取得する。そして、フィルタ１０６は、取得したピッチｎ及びピッチ内位置φｎｋとに基づいて、誤差補正値算出部１０５により算出された誤差補正値Δｙをフィルタリングして、位置データ補正部１０７に出力する。

ここで行われるフィルタリングには、様々な種類のフィルタリングを使用することが可能である。例えば、フィルタ１０６は、位置データ補正部１０７に対して、任意の範囲において、一定値以上の誤差補正値Δｙだけ出力したり、正又は負の誤差補正値Δｙだけ出力したり、その範囲外の誤差補正値Δｙだけ出力するなどが挙げられる。このようなフィルタリングの種類及びそのフィルタリングに使用される閾値・範囲等の設定値については、例えば、予め測定された誤差Δｘ、誤差関数、位置データ補正装置１００・エンコーダ１０・モータ２０の特性等に応じて、ユーザ設定や製造時の調整等予め設定することが可能である。このようなフィルタリングを行うことにより、予め測定された誤差関数に基づいた誤差補正値Δｙに単に基づくだけではなく、その誤差関数や装置自体の特性に応じた決め細やかな補正を、各ピッチ毎に行うことが可能となり、より容易かつ適切な誤差補正が可能となる。例えば、所定のピッチ内で補正が不要となるような場合、フィルタ１０６を使用すれば、容易かつ細やかな補正を各ピッチ毎に行うことが可能となる。

なお、上記のようなフィルタリングが行われる任意の範囲は、各ピッチ毎の誤差補正をより適切に行うために、各ピッチ毎に１又は２以上設定されることが望ましい。このフィルタ１０６におけるより具体的な動作については、例を挙げて、位置データ補正部１０７と共に説明する。

位置データ補正部１０７は、誤差補正値算出部１０５が算出した誤差補正値Δｙに基づいて、位置データ生成部１２が生成した位置データ（位置ｘ）を補正する。つまり、位置データ補正部１０７は、位置データに表された位置ｘに対して、誤差補正値Δｙを減算（符号によっては加算でもよい。）することにより、正弦波成分だけでなく、非正弦波成分の誤差をも低減させた位置データを生成する。そして、この補正後の位置データは、制御部３０に出力される。ただし、本実施形態では、位置データ補正部１０７はフィルタ１０６経由で誤差補正値Δｙを取得するため、取得する誤差補正値Δｙは、フィルタリング後の値となる。

ここで、図６及び図７を参照しつつ、より具体的なフィルタリングの例を挙げつつ、フィルタ１０６及び位置データ補正部１０７における補正処理について説明する。図６及び図７は、本実施形態に係る位置データ補正装置の補正処理について説明するための説明図である。

図６では、フィルタリングが行われる範囲Ｆｎ１〜Ｆｎ３が、ピッチｎに対して予め設定され、その範囲においてフィルタ１０６から誤差補正値Δｙが出力されない、フィルタリングを例示している。つまり、図６に示すように、フィルタ１０６には、各ピッチｎにおいてフィルタリングが行われる範囲Ｆｎ１〜Ｆｎ３が、そのピッチ内位置φｎで特定されて、予め設定されている。そして、フイルタ１０６は、ピッチｎとピッチ内位置φｎとを取得すると、そのピッチｎとピッチ内位置φｎとに基づいて、フィルタリングが行われるか否か（場合によっては、そのフィルタリングの種類を含む。）を特定する。その後、フィルタ１０６は、フィルタリングを行うべき範囲Ｆｎ１〜Ｆｎ３にピッチ内位置φｎが含まれる場合には、フィルタリングの一例として誤差補正値Δｙを位置データ補正部１０７に出力せず、含まれない場合には、誤差補正値Δｙを位置データ補正部１０７に出力する。

すると、位置データ補正部１０７は、図６に示す範囲Ｆｎ１〜Ｆｎ３以外のピッチ内位置φｎに対して誤差補正値Δｙを取得して、取得した誤差補正値Δｙで位置データが表す位置ｘを補正する。当該補正後の位置ｘに含まれる誤差Δｘを図７に示す。図７に示すように、範囲Ｆｎ１、Ｆｎ２、Ｆｎ３の区間では、誤差Δｘは補正されずそのまま残り、範囲Ｆｎ１〜Ｆｎ３以外では、位置ｘに含まれる誤差Δｘは補正される。例えば、範囲Ｆｎ１、Ｆｎ２、Ｆｎ３の区間で位置ｘに含まれる誤差Δｘが０のとき、フィルタ１０６により、ピッチｎ内で位置ｘに含まれる誤差Δｘについて新たな補正関数（数１以外）を設けることなく補正が可能である。また、正弦波成分の位置誤差だけでなく、非正弦波成分の位置誤差について新たな補正関数（数１以外）を設けることなく補正が可能である。また、ピッチｎ内に局所的に発生する誤差Δｘについても補正が可能である。

（位置データ補正装置の動作）
続いて、図８を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る位置データ補正装置の動作について説明する。図８は、本発明の第１実施形態に係る位置データ補正装置の動作について説明するための説明図である。

まず、モータ２０が移動体を移動させると、検出信号取得部１１が検出信号を取得する。すると、検出信号は、位置データ生成部１２に送られ、位置データ生成部１２により、その検出信号に基づいて、位置ｘ（絶対位置）を表す位置データが生成される。すると、位置データ補正装置１００で図８に示すステップＳ０１が処理される。

ステップＳ０１（ピッチ特定ステップの一例）では、ピッチ特定部１０１が、位置データに基づいて、移動体が位置するピッチｎを特定する。次に、ステップＳ０３が処理される。

ステップＳ０３（ピッチ内位置特定ステップの一例）では、ピッチ内位置特定部１０２が、ステップＳ０１で特定されたピッチｎと、位置データに基づいて、当該ピッチｎにおけるピッチ内位置φｎ（０〜３６０°）を特定する。そして、このステップＳ０３の処理後はステップＳ０５に進む。

ステップＳ０５（パラメータ取得ステップの一例）では、パラメータ取得部１０４が、ピッチｎとピッチ内位置φｎとに基づいて、メモリ１０３内を検索して、そのピッチｎとピッチ内位置φｎとに関連付けられた区間ｎｉのパラメータ（ａｎｉ，ｂｎｉ）を取得する。そして、パラメータ取得部１０４は、取得したパラメータを誤差補正値算出部１０５に出力する。そして、ステップＳ０６が処理される。

ステップＳ０７（誤差補正値算出ステップの一例）では、誤差補正値算出部１０５が、ステップＳ０５で取得されたパラメータに基づいて、誤差関数を導出し、その誤差関数とピッチ内位置φｎとから、誤差補正値Δｙを算出する。そして、ステップＳ０９に進む。

ステップＳ０９（フィルタリングステップの一例）では、フィルタ１０６が、予め設定されていた設定値に基づいて、フィルタリングの種類及びフィルタリングを行うか否か特定する。そして、フィルタ１０６は、ピッチ内位置φｎがフィルタリングを行う範囲Ｆｎ１〜Ｆｎ３に含まれる場合には、誤差補正値Δｙに対して、特定した種類によるフィルタリング（例えば誤差補正値Δｙの遮蔽等）を行う。一方、ピッチ内位置φｎが当該範囲に含まれない場合には、フィルタ１０６は、フィルタリングをせずに誤差補正値Δｙを位置データ補正部１０７に出力する。このステップＳ０９の処理後はステップＳ１１が処理される。

ステップＳ１１（位置データ補正ステップの一例）では、位置データ補正部１０７が、位置データ生成部１２から生成された位置ｘに対して、ステップＳ０９の処理後の誤差補正値Δｙを減算等し、誤差を補正した位置ｘを表す位置データを、制御部３０に出力する。なお、フィルタリングの種類によっては、位置データ補正部１０７は、誤差補正値Δｙを減算等せずに、位置ｘを表す位置データを生成することとなるが、ここでは、このような場合も、誤差補正の一種に含まれることとする。このステップＳ１１の処理後は、位置データ補正装置による一連の補正動作は終了するが、例えば、モータ２０が回転する毎に、又は、所定の周期などにおいて、上記ステップＳ０１〜ステップＳ１１が繰り返されることになる。

（本実施形態による効果の例）
以上、本発明の第１実施形態に係る位置データ補正装置、エンコーダ、モータシステム及び位置データ補正方法について説明した。
この本実施形態に係る位置データ補正装置等によれば、ピッチ内に設定された複数の区間毎に、誤差関数を変更することが可能であるため、正弦波成分の誤差（ノイズ）だけでなく、非正弦波成分の誤差に対しても、より適切に誤差補正を行うことが可能である。また、この際、各区間に対する誤差関数が線形関数で表され、かつ、各ピッチ毎にその線形関数のパラメータがメモリ１０３に記録されるため、記録データ量を削減し、かつ、誤差補正値算出時の処理量を増加させずに、非正弦波成分の誤差を補正可能である。よって、上記のような適切な補正を、非常に容易に行うことが可能である。

また、この位置データ補正装置等によれば、１ピッチに対して４以上の区間が設定され、その区間毎のパラメータによる誤差関数のプロファイルが、２以上の三角波形状のとなるように、パラメータが設定される。そればかりか、その三角波形状の誤差補正値の２以上の極値の絶対値が相異なるように設定される。また、そのパラメータには、各区間の長さに関する情報も含まれる。従って、三角波形状の極値の高さや傾きを、より細やかに設定して、データ量や計算量を大きく増加させることなく、適切な誤差補正が可能である。

更に、この位置データ補正装置等によれば、フィルタ１０７により、任意の範囲で、誤差関数から導出される誤差補正値Δｙをそのまま使用して位置補正したり、任意のフィルタリング処理を施した誤差補正値Δｙを使用して位置補正することを互いに切り替えることが可能である。そして、フィルタリング処理の種類や閾値等自体も、任意の範囲で切り替えることが可能である。従って、位置ｘに含まれる誤差Δｘに対して、適切に補正ができる。また、外光や他の部位からの反射光や迷光等に起因する局所的に発生する誤差Δｘに対して同様に適切に補正ができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明した。しかしながら、本発明はこれらの実施形態の例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、様々な変更や修正を行うことに想到できることは明らかである。従って、これらの変更後や修正後の技術も、当然に本発明の技術的範囲に属するものである。

例えば、上記実施形態では、位置データ補正装置１００がフィルタ１０６を有する場合について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、フィルタ１０６によるフィルタリング処理が必要でない場合は、位置データ補正装置１００はフィルタ１０６を有さなくてもよいし、フィルタ１０６が全範囲においてフィルタリング処理を施さないように設定されることも可能である。また、フィルタ１０６は、すべてのピッチに対応してフィルタリング処理を施すことも可能であり、また、所定のピッチに対してのみフィルタリグ処理することも可能である。

尚、本明細書において、フローチャートに記述されたステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的に又は個別的に実行される処理をも含む。また時系列的に処理されるステップでも、場合によっては適宜順序を変更することが可能であることは言うまでもない。

１ モータシステム
１０ エンコーダ
１１ 検出信号取得部
１２ 位置データ生成部
２０ モータ
２１，２２ 回転シャフト
３０ 制御装置
１００ エンコーダ
１０１ ピッチ特定部
１０２ ピッチ内位置特定部
１０３ メモリ
１０４ パラメータ取得部
１０５ 誤差補正値算出部
１０６ フィルタ
１０７ 位置データ補正部
ｘ 位置
Δｘ 誤差
Δｙ 誤差補正値
φ ピッチ内位置
ｎ ピッチ

Claims (7)

1. 移動体が１ピッチ分移動する毎に振幅が１周期変動する検出信号に基づいて生成される前記移動体の位置を表す位置データに基づいて、前記移動体が位置する前記ピッチを特定するピッチ特定部と、
   前記位置データに基づいて、前記移動体が位置するピッチ内位置を特定するピッチ内位置特定部と、
   前記ピッチ内位置が入力されると該ピッチ内位置における誤差補正値を導出する線形の誤差関数のパラメータが、前記ピッチそれぞれに設定された複数の区間毎に予め記録されたメモリと、
   前記ピッチ特定部が特定したピッチと、前記ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置とに基づいて、前記移動体が位置する前記区間に対応した前記パラメータを、前記メモリから取得するパラメータ取得部と、
   前記パラメータ取得部が取得したパラメータに基づいて、前記ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置の誤差補正値を算出する誤差補正値算出部と、
   前記誤差補正値算出部が算出した当該誤差補正値に基づいて、前記位置データ生成部が生成した位置データを補正する位置データ補正部と、
   を有する、位置データ補正装置。
2. 前記線形の誤差関数による誤差補正値の変化が１の前記ピッチ内で２以上の三角波形状となるように、前記ピッチそれぞれに対して、前記パラメータが４以上の前記区間毎に設定され、
   少なくとも１以上の前記ピッチ内における前記パラメータは、前記２以上の三角波形状の誤差補正値における２以上の極値の絶対値が相異なるように設定される、請求項１に記載の位置データ補正装置。
3. 前記パラメータには、前記ピッチにおける前記区間それぞれの長さが含まれる、請求項２に記載の位置データ補正装置。
4. 前記ピッチ特定部が特定したピッチと、前記ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置とに基づいて、前記誤差補正値算出部により算出された誤差補正値をフィルタリングして前記位置データ補正部に出力するフィルタを更に有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置データ補正装置。
5. 移動体が１ピッチ分移動する毎に振幅が１周期変動する検出信号を少なくとも取得する検出信号取得部と、
   前記検出信号取得部が取得した検出信号に基づいて、前記移動体の位置を表す位置データを生成する位置データ生成部と、
   前記位置データ生成部が生成した位置データに基づいて、前記移動体が位置する前記ピッチを特定するピッチ特定部と、
   前記位置データ生成部が生成した位置データに基づいて、前記移動体が位置するピッチ内位置を特定するピッチ内位置特定部と、
   前記ピッチ内位置が入力されると該ピッチ内位置における誤差補正値を導出する線形の誤差関数のパラメータが、前記ピッチそれぞれに設定された複数の区間毎に予め記録されたメモリと、
   前記ピッチ特定部が特定したピッチと、前記ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置とに基づいて、前記移動体が位置する前記区間に対応した前記パラメータを、前記メモリから取得するパラメータ取得部と、
   前記パラメータ取得部が取得したパラメータに基づいて、前記ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置の誤差補正値を算出する誤差補正値算出部と、
   前記誤差補正値算出部が算出した当該誤差補正値に基づいて、前記位置データ生成部が生成した位置データを補正する位置データ補正部と、
   を有する、エンコーダ。
6. 移動体を移動させるモータと、
   前記移動体の位置を表す位置データに基づいて、前記モータを制御する制御装置と、
   前記移動体の位置を検出し、当該位置を表す位置データに含まれる誤差を補正して前記制御装置に出力するエンコーダと、
   を有し、
   前記エンコーダは、
   移動体が１ピッチ分移動する毎に振幅が１周期変動する検出信号を少なくとも取得する検出信号取得部と、
   前記検出信号取得部が取得した検出信号に基づいて、前記移動体の位置を表す位置データを生成する位置データ生成部と、
   前記位置データ生成部が生成した位置データに基づいて、前記移動体が位置する前記ピッチを特定するピッチ特定部と、
   前記位置データ生成部が生成した位置データに基づいて、前記移動体が位置するピッチ内位置を特定するピッチ内位置特定部と、
   前記ピッチ内位置が入力されると該ピッチ内位置における誤差補正値を導出する線形の誤差関数のパラメータが、前記ピッチそれぞれに設定された複数の区間毎に予め記録されたメモリと、
   前記ピッチ特定部が特定したピッチと、前記ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置とに基づいて、前記移動体が位置する前記区間に対応した前記パラメータを、前記メモリから取得するパラメータ取得部と、
   前記パラメータ取得部が取得したパラメータに基づいて、前記ピッチ内位置特定部が特定したピッチ内位置の誤差補正値を算出する誤差補正値算出部と、
   前記誤差補正値算出部が算出した当該誤差補正値に基づいて、前記位置データ生成部が生成した位置データを補正する位置データ補正部と、
   を有する、モータシステム。
7. 移動体が１ピッチ分移動する毎に振幅が１周期変動する検出信号に基づいて生成される前記移動体の位置を表す位置データに基づいて、前記移動体が位置する前記ピッチを特定するピッチ特定ステップと、
   前記位置データに基づいて、前記移動体が位置するピッチ内位置を特定するピッチ内位置特定ステップと、
   前記ピッチ内位置が入力されると該ピッチ内位置における誤差補正値を導出する線形の誤差関数のパラメータが、前記ピッチそれぞれに設定された複数の区間毎に予め記録されたメモリから、前記ピッチ特定ステップで特定したピッチと、前記ピッチ内位置特定ステップで特定したピッチ内位置とに基づいて、前記移動体が位置する前記区間に対応した前記パラメータを取得するパラメータ取得ステップと、
   前記パラメータ取得ステップで取得したパラメータに基づいて、前記ピッチ内位置特定ステップで特定したピッチ内位置の誤差補正値を算出する誤差補正値算出ステップと、
   前記誤差補正値算出ステップで算出した当該誤差補正値に基づいて、前記位置データ生成ステップが生成した位置データを補正する位置データ補正ステップと、
   を有する、位置データ補正方法。