JP7070556B2 - 位置検出装置及び位置検出方法 - Google Patents

Description

本開示は、位置検出装置及び位置検出方法に関する。

従来、例えば下記の特許文献１には、メイントラックと、第１アドレストラックと、第２アドレストラックとを少なくとも有するスケール部を有し、スケール部から位相差を検出し、検出した複数の位相差に基づいてアドレス判定を行ない、被測定対象の位置または角度を算出する処理手段とを有するアブソリュートエンコーダが記載されている。

特開２０１３－９６８１３号公報

しかしながら、上記特許文献に記載された技術では、スケール部から位相差を検出する際に、センサの検出信号に応じた位相変調信号を出力するが、スケール部の加工誤差やセンサの組み付け誤差などによる信号の歪の影響を受けるため、角度精度が低下してしまう問題がある。

そこで、加工誤差やセンサの組み付け誤差などによる信号の歪の影響を抑制することが求められていた。

本開示によれば、移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号と、前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号の波形を補正する波形補正部と、補正された前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて前記移動体の位置を算出する位置算出部と、を備える、位置検出装置が提供される。

また、本開示によれば、移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号から第１の内挿角を算出する第１の内挿角算出部と、前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号から第２の内挿角を算出する第２の内挿角算出部と、前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角に基づいて前記移動体の位置を算出する第１の位置算出部と、前記移動体の位置に基づいて、前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角を補正する内挿角補正部と、補正された前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角に基づいて前記移動体の位置を算出する第２の位置算出部と、を備える、位置検出装置が提供される。

また、本開示によれば、移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号と、前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号の波形を補正することと、補正された前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて前記移動体の位置を算出することと、を備える、位置検出方法が提供される。

また、本開示によれば、移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号から第１の内挿角を算出することと、前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号から第２の内挿角を算出することと、前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角に基づいて前記移動体の位置を算出することと、前記移動体の位置に基づいて、前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角を補正することと、補正された前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角に基づいて前記移動体の位置を算出することと、を備える、位置検出方法が提供される。

以上説明したように本開示によれば、加工誤差やセンサの組み付け誤差などによる信号の歪の影響を抑制することが可能となる。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

本開示の前提となるエンコーダの構成を示す模式図である。 検出部の出力信号を示す模式図である。 回転体をより詳細に示す模式図である。 トラックＡのｓｉｎ電圧とｃｏｓ電圧、トラックＢのｓｉｎ電圧とｃｏｓ電圧を示す特性図である。 本実施形態に係る位置検出装置の構成を示すブロック図である。 ｃｏｓ電圧に関する波形を示す特性図である。 理想的なｃｏｓ電圧と検出部で得られたｃｏｓ電圧の差分の波形から得られる補正テーブル５００を示す模式図である。 波形補正部の処理を示す模式図である。 内挿角によって補正値を取得する方法を示す模式図である。 内挿角によって補正値を取得する方法を示す模式図である。 波形補正と角度演算を繰り返す構成例を示す模式図である。 波形補正の代わりに内挿角補正を行う構成例を示す模式図である。 内挿角を説明するための模式図である。 トラック数を３つにした場合の構成を示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な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構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．前提となる技術
２．本実施形態に係る位置検出装置の構成例
３．内挿角によって補正値を取得する方法
４．波形補正と角度演算を繰り返す構成例
５．内挿角を補正する構成例
６．３トラックの場合の構成例

１．前提となる技術
図１は、本開示の前提となるエンコーダ（位置検出装置）の構成を示す模式図である。エンコーダは、回転体（移動体）１００と、検出部２０１及び検出部２０２を有して構成される。

回転体１００は、例えば、歯車状、もしくは凹凸を有する回転体、Ｎ極とＳ極の着磁が交互にされている回転体として構成されている。検出部２０１、検出部２０２は、回転体１００が回転することによる磁気、光等の変化を検出する。

図１に示す回転体１００は、１８個の突起１０２を備えており、１回転すると１８周期の信号を出力する。なお、図１では、突起１０２が周方向に配置され、回転中心に対して回転する回転体１００を示しているが、突起１０２が直線状に配置されていても良い。突起１０２が周方向に配置された場合は回転角を検出するエンコーダに適用でき、突起１０２が直線状に配置された場合はリニアエンコーダに適用できる。

検出部２０１，２０２として、磁気センサ、受光素子などが挙げられる。本実施形態は、磁気抵抗式、磁気式(着磁)、電気誘導式、光学式などの様々なエンコーダに適用が可能である。

図２は、検出部２０１、検出部２０２の出力信号を示す模式図である。図２に示すように、回転体１００の１トラックからは、検出部２０１，２０２により、９０度の位相差を持った２つの正弦波状の電圧信号（ｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧と呼ぶ）が得られる。換言すれば、検出部２０１，２０２は、９０°の位相差を有するｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧が得られる位置に配置されている。ｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧の周期は回転体１００の突起１０２の数と同じである。検出部２０１、検出部２０２の組数を増やせば、得られる信号数も増えることになる。ｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧のそれぞれは、回転体１００が回転した際に検出部２０１、検出部２０２が検出した物理量の変化を電圧に変換したものである。例えば、磁気式エンコーダの場合は、磁束密度の変化が検出部２０１、検出部２０２によって電圧に変換されることになる。

図３は、回転体１００をより詳細に示す模式図である。回転体１００は、歯車状の形状や凹凸が形成されることによって構成された、またはＮ極とＳ極が交互に着磁されることによって構成された２つのトラックを備えている。ここでは、２つのトラックのそれぞれをトラックＡ、トラックＢと称する。それぞれのトラックには周期の異なる歯、凹凸が形成され、または着磁等が施されており、トラックＡとトラックＢの周期差は１である。例えば、トラックＡが６４周期の場合、トラックＢは６３周期である。このように、各トラックには、凹凸、着磁パターン等によって所定の周期の目盛が設けられている。

絶対角度を計算する際には、各トラックＡ，Ｂのｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧のアークタンジェント２（逆正接ａｔａｎ（２）（以下では、ａｔａｎ２又はａｒｃｔａｎ２と表記する））を計算し、その差分を計算することで、トラックの周期差（１周期）から絶対角度が求まる。図４は、トラックＡのｓｉｎ電圧（ｓｉｎ_Ａ）とｃｏｓ電圧（ｃｏｓ_Ａ）、トラックＢのｓｉｎ電圧（ｓｉｎ_Ｂ）とｃｏｓ電圧（ｃｏｓ_Ｂ）を示す特性図である。絶対角度θ_ｒｅｆは、以下の式（１）から求めることができる。
θ_ｒｅｆ＝ａｔａｎ２（ｃｏｓ_Ａ，ｓｉｎ_Ａ）－ａｔａｎ２（ｃｏｓ_Ｂ，ｓｉｎ_Ｂ）
・・・（１）
より詳細には、トラックＡは６４周期であるため、ｓｉｎ_Ａ，ｃｏｓ_Ａの変動の周期はそれぞれ６４周期となる。アークタンジェント２を計算することは、ｓｉｎ_Ａとｃｏｓ_Ａの位相を求めることに等しく、回転体１００の１周（機械角１周）に対してｓｉｎ_Ａ，ｃｏｓ_Ａは６４周期変動するので、位相の変動（アークタンジェント２の変動）も６４周期発生する。このため、アークタンジェント２の計算結果が６４周期で増減を繰り返すことになる。トラックＢについては６３周期であるため、アークタンジェント２の計算結果は６３周期で増減を繰り返すことになる。従って、ａｔａｎ（ｃｏｓ_Ａ・ｓｉｎ_Ａ）は６４周期で増減を繰り返すのに対し、ａｔａｎ（ｃｏｓ_Ｂ・ｓｉｎ_Ｂ）は６３周期で増減を繰り返すため、両者の差分は回転体１００が１回転する際に回転角の増加に応じて増加する。従って、式（１）から絶対角度θ_ｒｅｆを算出することができる。

また、歯車状若しくは凹凸の形状、又は着磁の１周期分をスリットとも称する。スリットは、回転体１００の１回転（２π［ｒａｄ］、回転体１００の移動範囲に相当）を分割して得られる扇型の領域で表すことができる。上述した方法で絶対角度を求める方法の他に、式（１）で求めた絶対角度に基づいて、絶対角度がどのスリットに位置するのかを求め、さらに１スリット内の内挿角を求めることで、実質的な解像度を上げて角度精度を向上させる方法もある。なお、スリット及び内挿角については、後で詳細に説明する。

式（１）の方法で求めた絶対角度は、回転体１００の加工誤差や検出部２０１，２０２の組み付け誤差などによる信号の歪の影響を受けるため、角度精度が低下してしまう。そこで、本実施形態では、２つのトラックを用いた方式で、ｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧の波形を補正し、角度精度を向上させる。

２．本実施形態に係る位置検出装置の構成例
図５は、本実施形態に係る位置検出装置の構成を示すブロック図である。図５に示す角度検出装置は、２つのトラックＡ、トラックＢを備える回転体１００の絶対角度を検出する。角度検出装置は、トラックＡの検出部２００、トラックＢの検出部２１０、角度演算部３００、波形補正部４００、補正テーブル５００、角度演算部６００を有して構成されている。なお、角度演算部６００は位置算出部に相当し、角度演算部３００は第２の位置算出部に相当する。検出部２００、検出部２１０のそれぞれは、図１に示した検出部２０１、検出部２０２を含む。

上述したように、回転体１００は、歯車状の形状若しくは凹凸、または着磁されたことによって構成されたトラックを備える。２トラック方式では２つのトラックＡ，Ｂが用意されており、それぞれのトラックには周期の異なる歯車状の形状若しくは凹凸が形成され、または着磁等が施されており、トラックＡとトラックＢの周期差は１である。上述のように、歯、凹凸、着磁の１周期分をスリットと称する。例えば、トラックＡが６４スリットの場合、トラックＢは６３スリットである。

トラックＡの回転、移動をトラックＡの検出部２００で検出する。また、トラックＢの回転、移動をトラックＢの検出部２１０で検出する。それぞれの検出部２００，２１０からは、９０°の位相差を持つ２つの正弦波（ｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧）が得られる。角度演算部３００は、式（１）に基づいて、絶対角度θ_ｒｅｆを演算する。上述のように、トラックＡ、トラックＢのそれぞれの信号のアークタンジェント２（ａｔａｎ２）を計算し、それらの差をとることで、トラックＡとトラックＢ間の周期差を利用して絶対角度θ_ｒｅｆを求めることができる。

ところで、機械加工誤差や組み付け誤差等により、検出部２００，２１０で得られた９０°の位相差を持つ電圧波形（ｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧）に歪やノイズが発生することがある。このため、予め理想的な電圧波形（理想値）と、検出部２００，２１０で得られた電圧波形（実値）との差分をとり、その差分を補正テーブル５００に保存しておくことで、ｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧の補正に用いることができる．

図６は、ｃｏｓ電圧に関する波形を示す特性図であって、上から順に、理想的なｃｏｓ電圧の波形（理想値）、検出部２００で得られたｃｏｓ電圧の波形（実値）、理想的なｃｏｓ電圧と検出部２００で得られたｃｏｓ電圧の差分の波形（誤差）、をそれぞれ示している。図６に示すように、検出部２００で得られたｃｏｓ電圧の波形には、歪やノイズが含まれている。歪やノイズは、ｃｏｓ電圧の振幅、周期に影響を与える。

事前のキャリブレーションによって、図６に示す検出部２００で得られたｃｏｓ電圧の波形を取得し、理想的なｃｏｓ電圧と検出部２００で得られたｃｏｓ電圧の差分の波形（誤差）を補正テーブル５００に記録しておく。図７は、理想的なｃｏｓ電圧と検出部２００で得られたｃｏｓ電圧の差分の波形から得られる補正テーブル５００を示す模式図である。図７に示す例では、回転体１００の回転角（機械角）の０．１°毎に、理想的なｃｏｓ電圧と検出部２００で得られたｃｏｓ電圧との差分（誤差）が記録されている。補正テーブル５００は、トラック毎、ｃｏｓ電圧、ｓｉｎ電圧毎に設けられている。

波形補正部４００は、補正テーブル５００の情報に基づいて、各トラックのｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧を補正する。図８は、波形補正部４００の処理を示す模式図である。角度演算部３００で計算された絶対角度θ_ｒｅｆに基づいて、絶対角度θ_ｒｅｆに対応する回転体１００の回転角（機械角）での電圧波形の差分（誤差）を補正テーブルから抽出し、各トラックのｃｏｓ電圧、ｓｉｎ電圧を補正する。角度演算部６００は、波形補正部４００により補正された各トラックのｃｏｓ電圧、ｓｉｎ電圧を用いて、式（１）により絶対角度θ_ｒｅｆを演算する。

以上のようにして、波形補正部４００は、補正テーブル５００のデータに基づいて検出部２００，２１０で得られた電圧波形（ｃｏｓ電圧、ｓｉｎ電圧）を補正する。この際、波形補正部４００は、角度演算部３００が求めた絶対角度θ_ｒｅｆを基準として、その角度に対応する補正値（差分）を補正テーブル５００より取得する。これにより、歪やノイズが補正された各トラックのｃｏｓ電圧、ｓｉｎ電圧を用いて絶対角度θ_ｒｅｆが演算されるため、絶対角度θ_ｒｅｆを高精度に求めることが可能となる。

補正テーブル５００からの補正値の抽出の方法としては、角度演算部３００で求めた絶対角度θ_ｒｅｆに最も近い角度の補正値を採用する方法などが挙げられる。また、角度演算部３００で求めた絶対角度θ_ｒｅｆに近い角度の複数の補正値を補間して得られる値を採用することもできる。また、前後の角度の補正値から内挿することでより正確な補正値を求める方法も考えられる。

３．内挿角によって補正値を取得する方法
図９及び図１０は、内挿角によって補正値を取得する方法を示す模式図である。上述したように、電圧波形の１周期分をスリット（Ｓｌｉｔ）と称する。図９は６４スリットの場合を示しており、この例では、回転体１００が１回転すると６４周期の波形が生じる。図９に示すように、各スリットには番号が付されている。また、図９の横軸は、３６０°を“１”として示している。

角度演算部３００は、絶対角度θ_ｒｅｆに対応するスリット番号を算出する。また、角度演算部３００は、絶対角度θ_ｒｅｆに対応するスリット内の角度(内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}という)を算出する。内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}は、以下の式（２）から算出される。
θ_{ｉｎｔｅｒｐ}＝ａｔａｎ２（ｃｏｓ_Ａ，ｓｉｎ_Ａ） ・・・（２）

図９において、絶対角度θ_ｒｅｆに対応するスリット番号が“２”であり、式（２）から内装角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}が求まると、スリット番号（＝２）と内装角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}により、絶対角度をより精度良く表すことができる。また、波形補正部４００では補正テーブル５００を参照することで、この絶対角度θ_ｒｅｆに対応するｓｉｎ電圧の補正値Ｖ１が求まる。また、内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}が同じであり、スリット２の前後のスリットの補正値Ｖ２，Ｖ３も求めることができ、３つの補正値の平均をとることで最終的な補正値を求める。すなわち、最終的な補正値は以下の式（３）で表すことができる。
補正値＝（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）／３

このように、内挿角が同一である隣接するスリットの誤差情報の平均値を算出することで、角度演算部３００で計算した絶対角度θ_ｒｅｆに誤差が含まれている場合であっても、その誤差の影響を軽減することができる。絶対角度θ_ｒｅｆに対応する１つの補正値を用いる場合は、その補正値に誤差が含まれていると位置検出精度が低下する場合があるが、内挿角が同一である隣接するスリットの誤差情報の平均値を算出することで、１の補正値を用いる場合に比べてより精度を向上することが可能である。
具体的に、ｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧の誤差は、図６に示すように正弦波状となり、その周期は内挿角とほぼ同じである。従って、もし各スリットで内挿角が同じ場所の誤差だけを取り出してグラフにした場合、誤差の変化は機械角１周に対して緩やかになる。角度計算部３００で計算した角度は、角度精度が十分ではなく、例え精度の良い内挿角の情報を使ってテーブルを参照したとしても、隣のスリットの同一内挿角の誤差情報を参照する可能性があり、間違えて隣のスリットの誤差情報を元に電圧を補正してしまうと、その部分だけｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧が不連続となる可能性がある。
このため、誤差情報の平均を算出することで、隣のスリットの誤差情報を間違えて利用したとしても、前後のスリットの誤差情報で平均されるため、補正後のｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧が不連続となる現象を抑制することが可能である。ただし、誤差情報を平均すると、もし角度計算部３００の角度計算結果から正しいスリットが求められた場合であっても、前後のスリットの誤差情報の影響で正しい誤差情報からずれてしまう懸念が生じる。上述のように、内挿角が同じであれば、誤差の分布が緩やかに変化するので平均値を算出した場合に誤差を抑制することが可能である。

４．波形補正と角度演算を繰り返す構成例
図１１は、波形補正と角度演算を繰り返す構成例を示す模式図である。図１１に示す構成では、図５の角度演算部６００の後段に波形補正部（第２の波形補正部）４１０、補正テーブル５００、角度演算部６１０が設けられている。波形補正部４１０の構成は波形補正部４００と同様であり、角度演算部６１０の構成は角度演算部６００と同様である。また、波形補正部４００と波形補正部４１０が使用する補正テーブルは同一である。波形補正部４００により補正した電圧波形に基づいて、角度演算部６００で絶対角度を求め、求めた絶対角度を更に波形補正部４１０で使用し、波形補正部４００と同様に補正を行う。角度演算部６１０は、波形補正部４１０で補正された電圧波形に基づいて絶対角度を演算する。波形補正部４００によって補正された電圧波形を更に波形補正部４１０によって補正することで、より精度を高めることが可能である。なお、図１１では波形補正の処理を２回繰り返しているが、３回以上繰り返しても良い。

５．内挿角を補正する構成例
図１２は、波形補正の代わりに内挿角補正を行う構成例を示す模式図である。図１２に示す構成例では、内挿角を演算するための内挿角演算部２５０，２６０が設けられている。電圧検出部２００，２１０から得られた電圧波形に基づいて、内挿角演算部２５０，２６０により内挿角を求める。図１３は、内挿角を説明するための模式図である。上述したように、内挿角は１スリット内の角度として表すことができる。例えば、検出部２００または検出部２１０によりにより９０°位相がずれた２つの正弦波が得られた場合、内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}は、上述した式（２）によりアークタンジェント２で計算することができる。

図１３では、トラックＡのｃｏｓ電圧（ｃｏｓ_Ａ）、ｓｉｎ電圧（ｓｉｎ_Ａ）から式（２）により内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}を求める例を示している。図１３では、６４周期の場合を示しており、１つのスリットの角度は３６０°／６４＝５．６２５°である。アークタンジェント２により求まる内装角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}は、１つのスリット内での角度位置を表す。スリットの位置は絶対角度θ_ｒｅｆに対応するスリット番号によって定まるため、スリット番号と内装角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}により絶対角度を表すことができる。内装角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}は、電圧検出部２００，２１０で得られたｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧の位相を示している。スリット数が６４の場合、１スリット分だけ回転体１００が回転すると、ｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧の位相が１周回り、機械角１周分ディスクが回転すると、ｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧の位相が６４周回ることになる。

図１３に示す内装角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}の波形においても、内装角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}はｃｏｓ電圧、ｓｉｎ電圧から求まるため、ノイズの影響で精度が劣化する可能性がある。このため、図１２に示す構成例において、内挿角演算部２５０、内挿角演算部２６０が演算した補正前の内挿角は、内挿角補正部７００に送られる。内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}には機械加工精度や組み付け誤差により歪や誤差が含まれる場合があるため、ｃｏｓ電圧、ｓｉｎ電圧の補正テーブル５００と同様に、内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}についても理想的な内挿角（理想値）と実際の値（実値）を比較し、その差分を予め補正テーブル５１０に記録しておく。

図５に示した角度演算部３１０は内挿角の演算も行ったが、図１３に示す角度演算部（第１の位置算出部）３１０は、内挿角以外の角度演算を行う。具体的には、角度演算部３１０は、内挿角演算部２５０、内挿角演算部２６０が演算した補正前の内挿角に基づいて、式（１）から絶対角度θ_ｒｅｆを求める。

内挿角補正部７００は、補正テーブル５１０から得られる内挿角の誤差情報に基づいて、内挿角演算部２５０、内挿角演算部２６０が演算した補正前の内挿角を補正する。この際、内挿角補正部７００は、角度演算部３１０から送られた絶対角度θ_ｒｅｆに対応するスリット番号を求め、そのスリット番号に対応する内挿角を、補正テーブル５１０に記録された差分を用いて補正する。補正された内挿角は角度演算部６２０に送られる。角度演算部（第２の位置算出部）６２０は、補正された内挿角に基づいて絶対角度を演算する。より具体的には、角度演算部６２０は、補正された内挿角と、角度演算部３１０から送られた絶対角度θ_ｒｅｆに対応するスリット番号とに基づいて絶対角度を演算する。

内装角を補正する場合も、図１１と同様の観点で繰り返し演算を行うことで、角度の演算精度を更に高めることが可能である。

６．３トラックの場合の構成例
以上の説明では、トラック数が２つの場合について説明したが、トラック数をより増やすこともできる。図１４は、トラック数を３つにした場合の構成を示す模式図である。図１４では、トラックＡ、トラックＢに加えてトラックＣを設けている。一例として、トラックＡは６４周期、トラックＢは６３周期、トラックＣは５６周期とすることができる。このように、トラック数が３以上の場合であっても、図５と同様の処理を行うことで、各トラックの電圧波形を補正することができる。

以上説明したように本実施形態によれば、エンコーダの個体差が大きい場合や、変則的な誤差分布を持つ場合でも、テーブル参照という単純な仕組みによって角度ずれの補正を行うことができるため、位置検出精度を高めることができる。また、エンコーダの個体差が大きい場合や変則的な誤差分布を持つ場合でも、テーブルの中身を個体に合わせて設定することにより、補正ロジックを変える必要がなく、精度良く補正を行うことが可能となる。

また、電圧波形に対してテーブル補正することによって、高周波ノイズ(エンコーダスリット周期の同期成分)を抑えることができる。また、内挿角を基準としたテーブル参照方法を行うことにより、テーブル参照時の誤差を抑えることができ、テーブル補正の精度を向上させることができる。

また、テーブル補正と角度演算を繰り返し行うことで、角度精度を徐々に向上させることができる。また、要求精度に従って、演算回数を調整することも可能である。

本実施形態は、エンコーダの形状、方式によらず適用が可能である。またセンサで検出する電圧信号についても、理想的な信号が分かっていれば、どのような形態の信号でも応用が可能である。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術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疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１） 移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号と、前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号の波形を補正する波形補正部と、
補正された前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて前記移動体の位置を算出する位置算出部と、
を備える、位置検出装置。
（２） 前記第１の信号は９０°位相の異なる２つの正弦波から構成され、前記第２の信号は、９０°位相の異なる２つの正弦波から構成される、前記（１）に記載の位置検出装置。
（３） 前記位置算出部は、前記第１の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェント２を演算して得られる第１の値と、前記第２の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェント２を演算して得られる第２の値と、の差分から前記移動体の位置を演算する、前記（２）に記載の位置検出装置。
（４） 前記波形補正部は、
前記第１の信号の実値と理想値との差分である第１の補正値、及び前記第２の信号の実値と理想値との差分である第２の補正値を予め記録したテーブルに基づいて、前記第１の補正値で前記第１の信号の波形を補正し、前記第２の補正値で前記第２の信号の波形を補正する、前記（１）～（３）のいずれかに記載の位置検出装置。
（５） 前記テーブルは、前記第１の補正値及び前記第２の補正値を、前記移動体の位置と関連付けて予め記録し、
補正前の前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて前記移動体の位置を算出する第２の位置算出部を備え、
前記波形補正部は、前記第２の位置算出部が算出した前記移動体の位置を前記テーブルに当てはめて得られる前記第１の補正値及び前記第２の補正値に基づいて前記第１の信号の波形及び前記第２の信号の波形を補正する、前記（４）に記載の位置検出装置。
（６） 前記波形補正部は、前記第２の位置算出部が算出した前記移動体の第１の位置と当該第２の位置に隣接する複数の第２の位置を前記テーブルに当てはめて得られる複数の前記第１の補正値及び前記第２の補正値に基づいて前記第１の信号の波形及び前記第２の信号の波形を補正する、前記（５）に記載の位置検出装置。
（７） 前記波形補正部は、複数の前記第１の補正値の平均値及び複数の前記第２の補正値の平均値に基づいて前記第１の信号の波形及び前記第２の信号の波形を補正する、前記（６）に記載の位置検出装置。
（８） 前記第１の位置と前記第２の位置とは、前記移動体の移動範囲を分割して得られる複数のスリットのうち、隣り合うスリットの分だけ離れている、前記（６）に記載の位置検出装置。
（９） 前記位置算出部が算出した前記移動体の位置を前記テーブルに当てはめて得られる前記第１の補正値及び前記第２の補正値に基づいて、前記波形補正部が補正した前記第１の信号の波形及び前記第２の信号の波形を更に補正する第２の波形補正部を備える、前記（５）に記載の位置検出装置。
（１０） 前記第１の信号を検出する第１の信号検出部と、
前記第２の信号を検出する第２の信号検出部と、を更に備える、前記（１）～（９）のいずれかに記載の位置検出装置。
（１１） 移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号から第１の内挿角を算出する第１の内挿角算出部と、
前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号から第２の内挿角を算出する第２の内挿角算出部と、
前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角に基づいて前記移動体の位置を算出する第１の位置算出部と、
前記移動体の位置に基づいて、前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角を補正する内挿角補正部と、
補正された前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角に基づいて前記移動体の位置を算出する第２の位置算出部と、
を備える、位置検出装置。
（１２） 前記第１の信号は９０°位相の異なる２つの正弦波から構成され、前記第２の信号は、９０°位相の異なる２つの正弦波から構成される、前記（１１）に記載の位置検出装置。
（１３） 第１の内挿角算出部は、前記第１の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェント２を演算することで前記第１の内挿角を算出し、
第２の内挿角算出部は、前記第２の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェント２を演算することで前記第２の内挿角を算出する、前記（１２）に記載の位置検出装置。
（１４） 前記内挿角補正部は、
前記第１の内挿角の実値と理想値との差分である第１の補正値、及び前記第２の内挿角の実値と理想値との差分である第２の補正値を予め記録したテーブルに基づいて、前記第１の補正値で前記第１の内挿角を補正し、前記第２の補正値で前記第２の内挿角を補正する、前記（１１）に記載の位置検出装置。
（１５） 前記第１の信号を検出する第１の信号検出部と、
前記第２の信号を検出する第２の信号検出部と、を更に備える、請求項１１に記載の位置検出装置。
（１６） 前記移動体は、回転中心を中心に回転する、前記（１）～（１５）のいずれかに記載の位置検出装置。
（１７） 前記移動体は、直線状に移動する、前記（１）～（１５）のいずれかに記載の位置検出装置。
（１８） 前記目盛は、前記移動体に設けられた歯車状若しくは凹凸状の形状によって、又はＮ極とＳ極が交互に着磁されることによって構成される、前記（１）～（１７）のいずれかに記載の位置検出装置。
（１９） 前記第１の検出部は、前記第１のトラックの前記目盛の移動に伴って生じる光の変化、又は磁界の変化に応じた前記第１の信号を検出し、
前記第２の検出部は、前記第２のトラックの前記目盛の移動に伴って生じる光の変化、又は磁界の変化に応じた前記第２の信号を検出する、前記（１０）又は（１５）のいずれかに記載の位置検出装置。
（２０） 前記第２のトラックは、前記所定の周期よりも１周期少ない周期の目盛を有する、前記（１）～（１９）のいずれかに記載の位置検出装置。
（２１） 移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号と、前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号の波形を補正することと、
補正された前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて前記移動体の位置を算出することと、
を備える、位置検出方法。
（２２） 移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号から第１の内挿角を算出することと、
前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号から第２の内挿角を算出することと、
前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角に基づいて前記移動体の位置を算出することと、
前記移動体の位置に基づいて、前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角を補正することと、
補正された前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角に基づいて前記移動体の位置を算出することと、
を備える、位置検出方法。

１００ 回転体
２００，２１０ 検出部
２５０，２６０ 内挿角演算部
３００，３１０，６００，６１０，６２０ 角度演算部
４００ 波形補正部
５００，５１０ 補正テーブル
７００ 内挿角補正部

Claims (21)

1. 移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号と、前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号の波形を補正する波形補正部と、
   補正された前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて前記移動体の位置を算出する位置算出部と、
   を備え、
   前記波形補正部は、
   前記第１の信号の実値と理想値との差分である第１の補正値、及び前記第２の信号の実値と理想値との差分である第２の補正値を予め記録したテーブルに基づいて、前記第１の補正値で前記第１の信号の波形を補正し、前記第２の補正値で前記第２の信号の波形を補正する、
   位置検出装置。
2. 前記第１の信号は９０°位相の異なる２つの正弦波から構成され、前記第２の信号は、９０°位相の異なる２つの正弦波から構成される、請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記位置算出部は、前記第１の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェント２を演算して得られる第１の値と、前記第２の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェント２を演算して得られる第２の値と、の差分から前記移動体の位置を演算する、請求項２に記載の位置検出装置。
4. 前記テーブルは、前記第１の補正値及び前記第２の補正値を、前記移動体の位置と関連付けて予め記録し、
   補正前の前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて前記移動体の位置を算出する第２の位置算出部を備え、
   前記波形補正部は、前記第２の位置算出部が算出した前記移動体の位置を前記テーブルに当てはめて得られる前記第１の補正値及び前記第２の補正値に基づいて前記第１の信号の波形及び前記第２の信号の波形を補正する、請求項１～３のいずれか１項に記載の位置検出装置。
5. 前記波形補正部は、前記第２の位置算出部が算出した前記移動体の第１の位置と当該第２の位置に隣接する複数の第２の位置を前記テーブルに当てはめて得られる複数の前記第１の補正値及び前記第２の補正値に基づいて前記第１の信号の波形及び前記第２の信号の波形を補正する、請求項４に記載の位置検出装置。
6. 前記波形補正部は、複数の前記第１の補正値の平均値及び複数の前記第２の補正値の平均値に基づいて前記第１の信号の波形及び前記第２の信号の波形を補正する、請求項５に記載の位置検出装置。
7. 前記第１の位置と前記第２の位置とは、前記移動体の移動範囲を分割して得られる複数のスリットのうち、隣り合うスリットの分だけ離れている、請求項５に記載の位置検出装置。
8. 前記位置算出部が算出した前記移動体の位置を前記テーブルに当てはめて得られる前記第１の補正値及び前記第２の補正値に基づいて、前記波形補正部が補正した前記第１の信号の波形及び前記第２の信号の波形を更に補正する第２の波形補正部を備える、請求項４に記載の位置検出装置。
9. 前記第１の信号を検出する第１の信号検出部と、
   前記第２の信号を検出する第２の信号検出部と、を更に備える、請求項１～８のいずれか１項に記載の位置検出装置。
10. 移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号から第１の内挿角を算出する第１の内挿角算出部と、
    前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号から第２の内挿角を算出する第２の内挿角算出部と、
    前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角に基づいて前記移動体の位置を算出する第１の位置算出部と、
    前記移動体の位置に基づいて、前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角を補正する内挿角補正部と、
    補正された前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角に基づいて前記移動体の位置を算出する第２の位置算出部と、
    を備える、位置検出装置。
11. 前記第１の信号は９０°位相の異なる２つの正弦波から構成され、前記第２の信号は、９０°位相の異なる２つの正弦波から構成される、請求項１０に記載の位置検出装置。
12. 第１の内挿角算出部は、前記第１の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェント２を演算することで前記第１の内挿角を算出し、
    第２の内挿角算出部は、前記第２の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェント２を演算することで前記第２の内挿角を算出する、請求項１１に記載の位置検出装置。
13. 前記内挿角補正部は、
    前記第１の内挿角の実値と理想値との差分である第１の補正値、及び前記第２の内挿角の実値と理想値との差分である第２の補正値を予め記録したテーブルに基づいて、前記第１の補正値で前記第１の内挿角を補正し、前記第２の補正値で前記第２の内挿角を補正する、請求項１０に記載の位置検出装置。
14. 前記第１の信号を検出する第１の信号検出部と、
    前記第２の信号を検出する第２の信号検出部と、を更に備える、請求項１０に記載の位置検出装置。
15. 前記移動体は、回転中心を中心に回転する、請求項１～１４のいずれかに記載の位置検出装置。
16. 前記移動体は、直線状に移動する、請求項１～１４のいずれかに記載の位置検出装置。
17. 前記目盛は、前記移動体に設けられた歯車状若しくは凹凸状の形状によって、又はＮ極とＳ極が交互に着磁されることによって構成される、請求項１～１６のいずれかに記載の位置検出装置。
18. 前記第１の信号検出部は、前記第１のトラックの前記目盛の移動に伴って生じる光の変化、又は磁界の変化に応じた前記第１の信号を検出し、
    前記第２の信号検出部は、前記第２のトラックの前記目盛の移動に伴って生じる光の変化、又は磁界の変化に応じた前記第２の信号を検出する、請求項９又は１４に記載の位置検出装置。
19. 前記第２のトラックは、前記所定の周期よりも１周期少ない周期の目盛を有する、請求項１～１８のいずれかに記載の位置検出装置。
20. 移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号と、前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号の波形を補正することと、
    補正された前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて前記移動体の位置を算出することと、
    を備え、
    前記波形を補正するステップでは、
    前記第１の信号の実値と理想値との差分である第１の補正値、及び前記第２の信号の実値と理想値との差分である第２の補正値を予め記録したテーブルに基づいて、前記第１の補正値で前記第１の信号の波形を補正し、前記第２の補正値で前記第２の信号の波形を補正する、
    位置検出方法。
21. 移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号から第１の内挿角を算出することと、
    前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号から第２の内挿角を算出することと、
    前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角に基づいて前記移動体の位置を算出することと、
    前記移動体の位置に基づいて、前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角を補正することと、
    補正された前記第１の内挿角及び前記第２の内挿角に基づいて前記移動体の位置を算出することと、
    を備える、位置検出方法。

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