特許 6386368 ロータリーエンコーダ、ロータリーエンコーダの制御方法および制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6386368

(24)【登録日】2018年8月17日

(45)【発行日】2018年9月5日

(54)【発明の名称】ロータリーエンコーダ、ロータリーエンコーダの制御方法および制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/244 20060101AFI20180827BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/244 J

【請求項の数】7

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-258981(P2014-258981)

(22)【出願日】2014年12月22日

(65)【公開番号】特開2016-118491(P2016-118491A)

(43)【公開日】2016年6月30日

【審査請求日】2017年7月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000146847

【氏名又は名称】ＤＭＧ森精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134430

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 卓士

(72)【発明者】

【氏名】石井 信行

【審査官】 深田 高義

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４９８４２６９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００３−２６２５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 鍋島信雄、渡部司，超高分解能かつ超高精度なロータリエンコーダ，機械設計，日本，日刊工業新聞社，２０１４年 ８月 １日，第５８巻第８号，Ｐ．９０−９２

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／２４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

目盛盤に設けられた目盛をセンサで読み取るロータリーエンコーダであって、
前記目盛盤に対向して、基準位置に設けられた基準センサＳ₀と、
前記基準センサＳ₀とは異なる位置に配置されるｑ個（ｑは、１以上の正整数）のセンサＳ_i（ｉは、１以上ｑ以下の整数）と、
を有し、
前記基準センサＳ₀および前記センサＳ_iは、前記目盛盤の外周をＮi等分（Ｎ_iは、３以上の正整数）した点のいずれかと対向する位置に設けられ、前記センサＳ_iは、前記目盛盤の外周をＮ_i等分したＮ_i個の等分点のうち、前記基準センサＳ₀の位置を０番目としたとき、ｎ番目（ｎは、１から（Ｎ_i−１）の正整数、ｎとＮ_iとは互いに素の関係）の位置に設けられ、
前記基準センサＳ₀の測定値と前記センサＳ_iの測定値とに基づいて、前記基準センサＳ₀と前記センサＳ_iとが配置された位置以外のＮ_i等分点に仮想的にセンサを配置したと想定した場合の仮想測定値を算出し、前記仮想測定値から校正用の補正値を算出する補正値算出手段と、
前記基準センサＳ₀による回転角度測定時に前記補正値を用いて測定値を校正する校正手段と、
をさらに有することを特徴とするロータリーエンコーダ。

【請求項2】

前記ｑは、２以上の正整数であり、
前記Ｎ_iは、互いに素となることを特徴とする請求項１に記載のロータリーエンコーダ。

【請求項3】

前記基準センサＳ₀およびｑ個の前記センサＳ_iのうち少なくとも１つに対して、回転軸を中心に１８０°ずれた位置に設けられたセンサをさらに有し、
前記補正値算出手段は、前記センサＳ_iに対して、回転軸を中心に１８０°ずれた位置に設けられたセンサの測定値をさらに用いて、前記補正値の算出を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載のロータリーエンコーダ。

【請求項4】

ｑ＝１、Ｎ₁＝３であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロータリーエンコーダ。

【請求項5】

ｑ＝２、Ｎ₁＝３、Ｎ₂＝５であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロータリーエンコーダ。

【請求項6】

目盛盤に設けられた目盛をセンサで読み取るため、
前記目盛盤に対向して、基準位置に設けられた基準センサＳ₀と、
前記基準センサＳ₀とは異なる位置に配置されるｑ個（ｑは、１以上の正整数）のセンサＳ_i（ｉは、１以上ｑ以下の整数）と、
を有し、
前記基準センサＳ₀および前記センサＳ_iは、前記目盛盤の外周をＮ_i等分（Ｎ_iは、３以上の正整数）した点のいずれかと対向する位置に設けられ、前記センサＳ_iは、前記目盛盤の外周をＮ_i等分したＮ_i個の等分点のうち、前記基準センサＳ₀の位置を０番目としたとき、ｎ番目（ｎは、１から（Ｎ_i−１）の正整数、ｎとＮ_iとは互いに素の関係）の位置に設けられたロータリーエンコーダの制御方法であって、
前記基準センサＳ₀の測定値と前記センサＳ_iの測定値とに基づいて、前記基準センサＳ₀と前記センサＳ_iとが配置された位置以外のＮ_i等分点に仮想的にセンサを配置したと想定した場合の補正値を算出する補正値算出ステップと、
前記基準センサＳ₀による回転角度測定時に前記補正値を用いて測定値を校正する校正ステップと、
を含むことを特徴とする制御方法。

【請求項7】

目盛盤に対向して、基準位置に設けられた基準センサＳ₀と、
前記基準センサＳ₀とは異なる位置に配置されるｑ個（ｑは、１以上の正整数）のセンサＳ_i（ｉは、１以上ｑ以下の整数）と、
を有し、
前記基準センサＳ₀および前記センサＳ_iは、前記目盛盤の外周をＮ_i等分（Ｎ_iは、３以上の正整数）した点のいずれかと対向する位置に設けられ、前記センサＳ_iは、前記目盛盤の外周をＮ_i等分したＮ_i個の等分点のうち、前記基準センサＳ₀の位置を０番目としたとき、ｎ番目（ｎは、１から（Ｎ_i−１）の正整数、ｎとＮ_iとは互いに素の関係）の位置に設けられたロータリーエンコーダの制御プログラムであって、
前記基準センサＳ₀の測定値と前記センサＳ_iの測定値とに基づいて、前記基準センサＳ₀と前記センサＳ_iとが配置された位置以外のＮ_i等分点に仮想的にセンサを配置したと想定した場合の補正値を算出する補正値算出ステップと、
前記基準センサＳ₀による回転角度測定時に前記補正値を用いて測定値を校正する校正ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする制御プログラム。

【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、ロータリーエンコーダの制御方法および制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

上記技術分野において、特許文献１には、合計１０個のセンサ（４＋７−１＝１０）を用いて２８次未満の成分を補正する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４９８４２６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記文献に記載の技術では、測定精度を向上させ、かつ、センサの数を減らすことができなかった。

【0005】

本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明に係るロータリーエンコーダは、
目盛盤に設けられた目盛をセンサで読み取るロータリーエンコーダであって、
前記目盛盤に対向して、基準位置に設けられた基準センサＳ₀と、
前記基準センサＳ₀とは異なる位置に配置されるｑ個（ｑは、１以上の正整数）のセンサＳ_i（ｉは、１以上ｑ以下の整数）と、
を有し、
前記基準センサＳ₀および前記センサＳ_iは、前記目盛盤の外周をＮi等分（Ｎ_iは、３以上の正整数）した点のいずれかと対向する位置に設けられ、前記センサＳ_iは、前記目盛盤の外周をＮ_i等分したＮ_i個の等分点のうち、前記基準センサＳ₀の位置を０番目としたとき、ｎ番目（ｎは、１から（Ｎ_i−１）の正整数、ｎとＮ_iとは互いに素の関係）の位置に設けられ、
前記基準センサＳ₀の測定値と前記センサＳ_iの測定値とに基づいて、前記基準センサＳ₀と前記センサＳ_iとが配置された位置以外のＮ_i等分点に仮想的にセンサを配置したと想定した場合の仮想測定値を算出し、前記仮想測定値から校正用の補正値を算出する補正値算出手段と、
前記基準センサＳ₀による回転角度測定時に前記補正値を用いて測定値を校正する校正手段と、
をさらに有する。

【0007】

上記目的を達成するため、本発明に係るロータリーエンコーダの制御方法は、
目盛盤に設けられた目盛をセンサで読み取るため、
前記目盛盤に対向して、基準位置に設けられた基準センサＳ₀と、
前記基準センサＳ₀とは異なる位置に配置されるｑ個（ｑは、１以上の正整数）のセンサＳ_i（ｉは、１以上ｑ以下の整数）と、
を有し、
前記基準センサＳ₀および前記センサＳ_iは、前記目盛盤の外周をＮ_i等分（Ｎ_iは、３以上の正整数）した点のいずれかと対向する位置に設けられ、前記センサＳ_iは、前記目盛盤の外周をＮ_i等分したＮ_i個の等分点のうち、前記基準センサＳ₀の位置を０番目としたとき、ｎ番目（ｎは、１から（Ｎ_i−１）の正整数、ｎとＮ_iとは互いに素の関係）の位置に設けられたロータリーエンコーダの制御方法であって、
前記基準センサＳ₀の測定値と前記センサＳ_iの測定値とに基づいて、前記基準センサＳ₀と前記センサＳ_iとが配置された位置以外のＮ_i等分点に仮想的にセンサを配置したと想定した場合の補正値を算出する補正値算出ステップと、
前記基準センサＳ₀による回転角度測定時に前記補正値を用いて測定値を校正する校正ステップと、
を含む。

【0008】

上記目的を達成するため、本発明に係るロータリーエンコーダの制御プログラムは、
目盛盤に設けられた目盛をセンサで読み取るため、
前記目盛盤に対向して、基準位置に設けられた基準センサＳ₀と、
前記基準センサＳ₀とは異なる位置に配置されるｑ個（ｑは、１以上の正整数）のセンサＳ_i（ｉは、１以上ｑ以下の整数）と、
を有し、
前記基準センサＳ₀および前記センサＳ_iは、前記目盛盤の外周をＮ_i等分（Ｎ_iは、３以上の正整数）した点のいずれかと対向する位置に設けられ、前記センサＳ_iは、前記目盛盤の外周をＮ_i等分したＮ_i個の等分点のうち、前記基準センサＳ₀の位置を０番目としたとき、ｎ番目（ｎは、１から（Ｎ_i−１）の正整数、ｎとＮ_iとは互いに素の関係）の位置に設けられたロータリーエンコーダの制御プログラムであって、
前記基準センサＳ₀の測定値と前記センサＳ_iの測定値とに基づいて、前記基準センサＳ₀と前記センサＳ_iとが配置された位置以外のＮ_i等分点に仮想的にセンサを配置したと想定した場合の補正値を算出する補正値算出ステップと、
前記基準センサＳ₀による回転角度測定時に前記補正値を用いて測定値を校正する校正ステップと、
をコンピュータに実行させる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、測定精度を向上させ、かつ、センサの数を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１実施形態に係るロータリーエンコーダの構成を示すブロック図である。

【図2A】本発明の第２実施形態に係るロータリーエンコーダの動作の概要を示す図である。

【図2B】本発明の第２実施形態に係るロータリーエンコーダの動作の概要を示す図である。

【図2C】本発明の第２実施形態に係るロータリーエンコーダの動作の概要を示す図である。

【図2D】本発明の第２実施形態に係るロータリーエンコーダの動作の概要を示す図である。

【図2E】本発明の第２実施形態に係るロータリーエンコーダの動作の概要を示す図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係るロータリーエンコーダの構成を示すブロック図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係るロータリーエンコーダの仮想検出値算出部の構成を示すブロック図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係るロータリーエンコーダの計測モードの処理手順を示すフローチャートである。

【図6】本発明の第２実施形態に係るロータリーエンコーダの校正モードの処理手順を示すフローチャートである。

【図7】本発明の第３実施形態に係るロータリーエンコーダの動作の概要を示す図である。

【図8】本発明の第３実施形態に係るロータリーエンコーダの構成を示すブロック図である。

【図9】本発明の第４実施形態に係るロータリーエンコーダの構成を示すブロック図である。

【図10】本発明の第５実施形態に係るロータリーエンコーダの構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して、例示的に詳しく説明記載する。ただし、以下の実施の形態に記載されている、構成、数値、処理の流れ、機能要素などは一例に過ぎず、その変形や変更は自由であって、本発明の技術範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

【0012】

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としてのロータリーエンコーダ１００について、図１を用いて説明する。ロータリーエンコーダ１００は、目盛盤に設けられた目盛をセンサで読み取り位置情報を出力する装置である。

【0013】

図１に示すように、ロータリーエンコーダ１００は、基準センサＳ₀１０１とセンサＳ_i１０２と仮想検出値算出部１０３と補正部１０４とを含む。基準センサＳ₀１０１は、目盛盤に対向して、基準位置に設けられている。

【0014】

センサＳ_i１０２は、基準センサＳ₀１０１とは異なる位置に配置されるｑ個（ｑは、１以上の正整数）のセンサである。基準センサＳ₀１０１およびセンサＳ_i１０２は、目盛盤の外周をＮ_i等分（Ｎ_iは、３以上の正整数）した点のいずれかと対向する位置であって、基準センサＳ₀１０１の位置を０番目としたとき、目盛盤の外周をＮ_i等分したＮ_i個の等分点のうちｎ番目（ｎは、１から（Ｎ_i−１）の正整数、ｎとＮ_iとは互いに素の関係）の位置に設けられている。

【0015】

仮想検出値算出部１０３は、基準センサＳ₀１０１の検出値とセンサＳ_i１０２の検出値とに基づいて、基準センサＳ₀１０１とセンサＳ_i１０２とが配置された位置以外のＮ_i等分点にセンサを配置したと想定した場合の全ての仮想検出値を算出する。

【0016】

補正部１０４は、基準センサＳ₀１０１およびセンサＳ_i１０２の検出値、並びに仮想検出値算出部１０３による算出値を用いて、基準センサＳ₀１０１およびｑ個のセンサＳ_i１０２のうち少なくとも１つによる検出値の補正を行なう。

【0017】

本実施形態によれば、測定精度を向上させ、かつ、センサの数を減らすことができる。

【0018】

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係るロータリーエンコーダについて、図２Ａ〜図６を用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｅは、本実施形態に係るロータリーエンコーダの動作の概要を説明するための図である。ロータリーエンコーダ２００は、目盛盤に設けられた目盛をセンサで読み取り位置情報を出力する装置である。

【0019】

図２Ａに示すように、ロータリーエンコーダ２００は、０°の位置にあるセンサＨ（０）の測定値と、２π／Ｎの位置にあるセンサＨ（２π／Ｎ）の測定値との差分を取り、この差分を時計回りに２π／Ｎずらす（２π／Ｎ位相シフトする）。この２π／Ｎ位相シフトした差分のデータは、差分を位相シフトしない場合の、次の２個のセンサの測定値の差分に等しくなる。つまり、４π／Ｎの位置にあるセンサＨ（４π／Ｎ）の測定値と、２π／Ｎの位置にあるセンサＨ（２π／Ｎ）の測定値との差分に等しくなる。そして、この時計回りの位相シフトを順次繰り返すことによって、最終的にセンサＨ（２π／Ｎ）の測定値と、Ｈ（２π／Ｎ）およびＨ（０）の測定値の差分の位相シフトのみで、全ての他のＮ等分点を表わすことができる。

【0020】

次に、図２Ｂに示すように、ロータリーエンコーダ２００は、０°の位置にあるセンサＨ（０）の測定値と、２π／Ｎの位置にあるセンサＨ（２π／Ｎ）の測定値との差分を取り、この差分を反時計回りに２π／Ｎずらす（−２π／Ｎ位相シフトする）。この−２π／Ｎ位相シフトした差分のデータは、差分を位相シフトしない場合の、次の２個のセンサの測定値の差分に等しくなる。つまり、２π（Ｎ−１）／Ｎの位置にあるセンサＨ（２π（Ｎ−１）／Ｎ）の測定値と、０°の位置にあるセンサＨ（０）の測定値との差分に等しくなる。そして、この反時計回りの位相シフトを順次繰り返すことによって、最終的にセンサＨ（０）の測定値と、Ｈ（０）およびＨ（２π／Ｎ）の測定値の差分の位相シフトのみで、全ての他のＮ等分点を表わすことができる。

【0021】

以上の計算により得られた２πｋ／Ｎの位置のセンサＨ（２πｋ／Ｎ）の測定値に基づいて、これらの平均を取ることにより、ロータリーエンコーダ２００は、統計的に優れた仮想的なＮ等分の測定値の計算をすることができる。つまり、ロータリーエンコーダ２００は、円周上にＮ個のセンサを等分割で配置した場合の等分割平均を仮想的に計算することができる。なお、Ｎは、２以上の正の整数であり、ｋは、０以上Ｎ−１以下の整数である。

【0022】

この仮想的に計算したＮ個の等分平均を用いて、Ｎ次未満の補正値を作ることができる。つまり、特許文献１に記載の方式と比較して、少ない数（Ｎ個に対して２個）のセンサであっても、同じＮ次未満の補正値を作ることができる。

【0023】

図２Ｃおよび図２Ｄは、４個のセンサ（センサヘッド）を０°、１２０°、１８０°および２８８°の位置に配置して補正値を計算した場合の一例を示している。この場合、センサＨ０およびセンサＨ１８０の２個のセンサの組合せと、センサＨ０およびＨ２８８の組合せ、さらに、センサＨ１８０およびセンサＨ１２０の組合せで構成されており、センサＨ０およびセンサＨ２８８の組合せは５等分（Ｎ_i＝５）上の２箇所、センサＨ１８０およびＨ１２０の組合せは６等分（Ｎ_i＝６）上の２箇所に位置するセンサの構成となっている。また、基準となるセンサ（センサＨ０）が１個と、それ以外のセンサ（Ｈ１２０、Ｈ１８０およびＨ２８８）が３個、つまり、基準センサ以外のセンサの個数ｑが２以上となっている。

【0024】

この２つのＮ_i＝５、Ｎ_i＝６の複数のＮ_iの組合せの選び方は、この例で示したとおり「５」と「６」など、数の組合せが互いに素となる関係であることが好ましいが、このような関係には限定されない。なお、特許文献１に記載の方式を用いる場合、１８０°毎の２等分の２個の組（０°および１８０°）、１２０°毎の３等分の３個の組（０°、１２０°および２４０°）、７２°毎の５等分の５個の組（０°、７２°、１４４°２１６°および２８８°）で、センサＨ０が共通（２個）となるので、センサの数の合計は８個（２＋３＋５−２＝８）となる。

【0025】

図２Ｃに示したように、４個のセンサの測定値に基づいて、センサを６個配置した場合の測定値の平均である６個平均（Ｍ６）とセンサを５個配置した場合の測定値の平均である５個平均（Ｍ５）とが計算できている。

【0026】

図２Ｄに示したように、特許文献１と同様の組合せを行なって、３０次未満までの成分を消したものを右下のグラフに示している。この場合の角度誤差は、０．３３［秒角］となっている。

【0027】

図２Ｅは、センサ数が４個の場合に、特許文献１に記載の技術を用いて計算した例を示すものである。同じセンサ数であっても、この場合の角度誤差は、０．８２［秒角］となり、ロータリーエンコーダ２００よりも角度誤差が大きい。

【0028】

図３は、本実施形態に係るロータリーエンコーダ２００の構成を示すブロック図である。ロータリーエンコーダ２００は、角度検出部３０１と角度演算器３０２、３０４と角度検出部３０３と原点信号検出部３０５と原点検出回路３０６と角度データ保持部３０７、３０８と回転角度検出器３０９とを備える。ロータリーエンコーダ２００は、さらに、Ｎ次補正値演算器３１０と補正値一時保持部３１１と補正値保持部３１２と、補正値補完部３１４とコントローラ３１３と角度データ校正回路３１５と角度データインターフェース（Ｉ／Ｆ）３１６とを備える。

【0029】

角度検出部３０１は、基準位置の角度を検出し、角度検出部３０３は、２πｎ／Ｎ［rad］位置の角度を検出する。角度演算器３０２は、基準位置の角度を演算し、角度演算器３０４は、２πｎ／Ｎ［rad］位置の角度を演算する。原点信号検出部３０５は、原点信号を検出し、原点検出回路３０６は、原点を検出し、リセット信号を角度演算器３０４、さらには角度演算器３０２へと同時に送る。

【0030】

角度データ保持部３０７は、角度演算器３０２で演算した基準位置の角度データ１周分を保持し、角度データ保持部３０８は、角度演算器３０４で演算した２πｎ／Ｎ［rad］位置の角度データを保持する。回転角度検出器３０９は、角度演算器３０２から入力された基準位置の角度に基づいて回転角度を検出し、検出した回転角度を角度データ保持部３０８および補正値補完部３１４へ送る。

【0031】

Ｎ次補正値演算器３１０は、角度データ保持部３０７、３０８から入力された角度データに基づいて、仮想検出器算出によるＮ次補正値を演算し、算出した補正値を補正値一時保持部３１１へ送る。ここで、Ｎ次補正値演算器３１０は、Ｎ次とその高調波以外の次数を補正する演算器であり、Ｎ次補正値は、Ｎ次とその高調波以外の次数を補正する補正値である。補正値一時保持部３１１は、Ｎ次補正値演算器３１０から送られた補正値を保持する。補正値保持部３１２は、補正値一時保持部３１１から送られた補正値を保存する。また、補正値保持部３１２は、ロータリーエンコーダの電源を落としても補正値を保持する。

【0032】

コントローラ３１３は、補正値保存の指示を補正値一時保持部３１１に与え、外部機器３１７と通信をし、回転角度検出器３０９から角度データ取込信号を受け取る。コントローラ３１３は、受け取った角度データ取込信号に基づいて、１周分のデータが揃ったか否かを判断する。コントローラ３１３は、１周分のデータが揃った所で、演算制御で示したように、角度データ保持部３０７、３０８に保持したデータをＮ次補正値演算器３１０へ送り、補正値を算出する演算を行なうように指示する。さらに、コントローラ３１３は、校正モードと計測モードとの切替を角度データ校正回路３１５に指示する。補正値補完部３１４は、補正値保持部３１２から補正値を受信して保存し、回転角度検出器３０９から回転角度を受信する。角度データ校正回路３１５は、角度演算器３０２から演算した角度を受信し、補正値補完部３１４から補正値を受信する。

【0033】

角度データ校正回路３１５は、受信した角度と補正値とに基づいて、角度データを校正する。角度データ校正回路３１５は、校正した角度データを角度データインターフェース３１６へ送る。角度データインターフェース３１６は、角度データ校正回路３１５から受け取った校正した角度データを外部機器３１７へ送信する。

【0034】

図４は、本実施形態に係るロータリーエンコーダ２００のＮ次補正値演算器３１０の構成を示すブロック図である。Ｎ次補正値演算器３１０は、加算平均回路４０３と差分演算回路４０４と差分データ２πｊ／Ｎ位相シフト回路４０５と（Ｎ−２ｊ）／２Ｎ倍増幅回路４０６と加算回路４０７とを備える。Ｎ次補正値演算器３１０は、さらに、差分演算回路４０８、４０９と、−２π／Ｎ位相シフト回路４１０と、加算平均回路４１１と、Ｎ次補正値保持部４１２とを備える。

【0035】

加算平均回路４０３は、基準位置角度データ４０１と２π／Ｎ［rad］位置角度データ４０２とを加算して平均値を算出する。差分演算回路４０４は、基準位置角度データ４０１と２π／Ｎ［rad］位置角度データ４０２との差分を演算する。差分演算回路４０４は、演算した差分を差分データ２πｊ／Ｎ位相シフト回路４０５へ送る。差分データ２πｊ／Ｎ位相シフト回路４０５は、差分データの位相を２πｊ／Ｎシフトして、（Ｎー２ｊ）／２Ｎ倍増幅回路４０６へ送る。（Ｎ−２ｊ）／２Ｎ倍増幅回路４０６は、シフトした差分データを（Ｎ−２ｊ）／２Ｎ倍に増幅して、加算回路４０７へ送る。仮想Ｎ等分平均の計算は以下の通り行なう。

【0036】

１．定義
ヘッドの読み値：

【数1】

真値：

【数2】

誤差：

【数3】

【数4】

基準ヘッドからθずらして設置したヘッドの読み：

【数5】

Ｎ個のヘッド（ｋ＝０，１，２・・・Ｎ−１）の平均：Ｈ_N
２．２πｋ／Ｎ（ｋ＝０，１・・・Ｎ，Ｎ−１）の位置に取り付けたヘッドを用いた補正

【数6】

Ｂ^(N,k)（ｘ）（ｋ＝１，２・・・Ｎ）を均等に取り付けたＮ個のヘッドのうちｋ番目と（ｋ−１）番目のヘッドの差分とすると

【数7】

（ただしＢ^(N,k)（ｘ）を２πｍ／Ｎだけ位相シフトさせた値をＢ^(N,k,m)（ｘ）と置く）
したがって、

【数8】

これを用いると、

【数9】

したがって、

【数10】

同様の手順で、

【数11】

これを用いると

【数12】

より、

【数13】

したがって、

【数14】

２通りの方法で求めたＨ_N（ｘ）は理論的には等しい値であるはずなので平均をとって、

【数15】

【数16】

【数17】

これより、Ｈ_N（ｘ）は、２つのヘッドＨ⁰（ｘ）およびＨ^2π/N（ｘ）と、その差分Ｂ^(N,1)（ｘ）の位相シフトであるＢ^(N,1,j)（ｘ）から算出できる。以後は各Ｈ_N（ｘ）を用いて通常のSelfAと同様に組み合わせ法で補正値を作成する。

【0037】

加算回路４０７は、加算平均回路４０３から送られた平均値と、（Ｎ−２ｊ）／２Ｎ倍増幅回路４０６から送られた増幅された差分データとに基づいて、仮想的にＮ個等間隔にセンサを配置した場合の仮想Ｎ個等間隔平均値を算出する。

【0038】

差分演算回路４０８は、仮想Ｎ個等間隔平均値と基準位置角度データとの差分を演算する。差分演算回路４０９は、仮想Ｎ個等間隔平均値と２πｎ／Ｎ［rad］位置角度データとの差分を演算し、−２π／Ｎ位相シフト回路４１０へ送る。−２π／Ｎ位相シフト回路４１０は、受信した差分の位相を、−２π／Ｎシフトする。加算平均回路４１１は、差分演算回路４０８から受信した差分と、−２π／Ｎ位相シフト回路４１０から受信した位相シフトした差分とを加算して平均値を算出する。Ｎ次補正値保持部４１２は、加算平均回路４１１で算出したＮ次補正値を保持する。

【0039】

図５は、本実施形態に係るロータリーエンコーダ２００の計測モードの処理手順を示すフローチャートである。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ５０１において、電源ＯＮの操作指示に基づいて、電源をＯＮにする。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ５０３において、通信計測モードを起動する。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ５０５において、ステージを回転させる。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ５０７において、基準となるセンサが原点を通過したか否かを判断する。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ５０９において、原点信号検出部３０５が原点を通過すると、角度データをリセットする。

【0040】

そして、ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ５１１において、角度データを補正する前の角度データを演算する。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ５１３において、補正値を読み出す。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ５１５において、校正値を補完する。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ５１７において、補完した校正値に基づいて、角度データを校正する。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ５１９において、補正後の角度データを出力する。

【0041】

図６は、本実施形態に係るロータリーエンコーダ２００の校正モードの処理手順を示すフローチャートである。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ６０１において、電源ＯＮの操作指示に基づいて、電源をＯＮにする。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ６０３において、通信校正モードを起動する。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ６０５において、ステージを回転させる。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ６０７において、基準となるセンサが原点を通過したか否かを判断する。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ６０９において、原点信号検出部３０５が原点を通過すると、角度データをリセットする。

【0042】

ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ６１１において、角度データを演算する。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ６１３において、取込角度か否かを判断する。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ６１５において、取込角度であれば、その角度データを保持する。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ６１７において、全ての取込角度について、角度データの保持が終了したか否かを判断する。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ６１９において、全ての取込角度の角度データの保持が終了したら、角度補正値を演算する。ロータリーエンコーダ２００は、ステップＳ６２１において、補正値保持部への角度の補正値の保存か否かを判断し、補正値の保存であれば処理を終了する。補正値の保存でなければ、ステップＳ６１１へ戻り、以降の処理を繰り返す。

【0043】

本実施形態によれば、測定精度を向上させ、かつ、センサの数を減らすことができる。また、特許文献１以前は２８個のセンサヘッドで２８次未満の補正を行なっていたが、特許文献１に記載の技術により（４＋７−１）＝１０個のセンサヘッドで２８次未満を補正することができるようになった。すなわち、特許文献１に記載の技術でもまだ１０個のセンサヘッドを取り付けなければ２８次未満の補正ができなかった。これに対して、本実施形態では、少なくとも３個のセンサヘッドがあれば２８次未満の補正を行なうことができる。また、本実施形態によれば、基準センサ以外のセンサの検出値を補正することもできる。

【0044】

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係るロータリーエンコーダについて、図７〜図８を用いて説明する。図７は、本実施形態に係るロータリーエンコーダ７００の動作の概要を説明するための図である。本実施形態に係るロータリーエンコーダ７００は、上記第２実施形態と比べると、６個のセンサ（６軸ヘッド）を有する点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

【0045】

ロータリーエンコーダ７００は、０°（Ｈ０）、７２°（Ｈ７２）、１２０°（Ｈ１２０）、１８０°（Ｈ１８０）、２５２°（Ｈ２５２）および３００°（Ｈ３００）の位置に合計６個のセンサを有している。センサＨ０に対して、回転軸を中心に１８０°ずれた位置にセンサＨ１８０が配置されている。センサＨ７２に対して、回転軸を中心に１８０°ずれた位置にセンサＨ２５２が配置されている。センサＨ１２０に対して、回転軸を中心に１８０°ずれた位置にセンサＨ３００が配置されている。これら６個のセンサ全ての検出値を用いて、センサＨ０による検出値の補正を行なう。

【0046】

グラフ７０１は、ロータリーエンコーダ７００によるシミュレーション結果（６軸）を示し、グラフ７０２は、特許文献１によるシミュレーション結果（８軸）を示している。縦軸は、誤差［秒角］を示し、横軸はブラウンノイズを示している。また、ブラウンノイズは、低周波が大きく高周波が小さいという特性を有し、センサ（ヘッド）の個性を表わす。ロータリーエンコーダ７００は、特許文献１と比較すると、ヘッドを２軸減らした上で、測定誤差を低減させている。

【0047】

図８は、本実施形態に係るロータリーエンコーダ７００の構成を説明するためのブロック図である。ロータリーエンコーダは、それぞれの角度位置の角度を検出する角度検出部８０１、８０３、８０５、８０７、８０９、８１１と、これらに対応する角度演算器８０２、８０４、８０６、８０８、８１０、８１２とを有する。

【0048】

ロータリーエンコーダ７００は、さらに、角度演算器８０２、８０４、８０６、８０８、８１０、８１２に対応する角度データ保持部８１３〜８１８と、６検出器加算平均回路８１９と、加算平均回路８２０〜８２２とを有する。

【0049】

ロータリーエンコーダ７００は、さらにまた、６次補正値演算器８２３と、１０次補正値演算器８２４と、３０次補正値演算器８２５と、角度シフト回路８２６と、角度補正値演算器８２７と、校正値補完部８２８とを有する。

【0050】

角度検出部８０１は、０［rad］位置の角度を検出する。角度検出部８０３は、２π／２［rad］位置の角度を検出する。角度検出部８０５は、２π／３［rad］位置の角度を検出する。角度検出部８０７は、５π／３［rad］位置の角度を検出する。角度検出部８０９は、２π／５［rad］位置の角度を検出する。角度検出部８１１は、７π／５［rad］位置の角度を検出する。

【0051】

角度検出部８０１、８０３、８０５、８０７、８０９、８１１は、検出した角度を、対応する角度演算器８０２、８０４、８０６、８０８、８１０、８１２へ送る。

【0052】

角度演算器８０２は、受信した角度に基づいて、０［rad］位置の角度データを演算する。角度演算器８０４は、受信した角度に基づいて、２π／２［rad］位置の角度データを演算する。角度演算器８０６は、受信した角度に基づいて、２π／３［rad］位置の角度データを演算する。

【0053】

角度演算器８０８は、受信した角度に基づいて、５π／３［rad］位置の角度データを演算する。角度演算器８１０は、受信した角度に基づいて、２π／５［rad］位置の角度データを演算する。角度演算器８１２は、受信した角度に基づいて、７π／５［rad］位置の角度データを演算する。

【0054】

角度演算器８０２、８０４、８０６、８０８、８１０、８１２は、演算した角度データを角度データ保持部８１３〜８１８へ送る。

【0055】

角度データ保持部８１３は、０［rad］位置の角度データを保持する。角度データ保持部８１４は、２π／２［rad］位置の角度データを保持する。角度データ保持部８１５は、２π／３［rad］位置の角度データを保持する。角度データ保持部８１６は、５π／３［rad］位置の角度データを保持する。角度データ保持部８１７は、２π／５［rad］位置の角度データを保持する。角度データ保持部８１８は、７π／５［rad］位置の角度データを保持する。

【0056】

角度データ保持部８１３、８１４は、保持している角度データを加算平均回路８２０へ送る。角度データ保持部８１５、８１６は、保持している角度データを加算平均回路８２１へ送る。角度データ保持部８１７、８１８は、保持している角度データを加算平均回路８２２へ送る。

【0057】

加算平均回路８２０〜８２２は、受信した角度データを加算し平均値を算出する。加算平均回路８２０は、算出した平均値を６次補正値演算器８２３および１０次補正値演算器８２４へ送る。加算平均回路８２１は、算出した平均値を６次補正値演算器８２３へ送り、加算平均回路８２２は、算出した平均値を１０次補正値演算器８２４へ送る。

【0058】

６次補正値演算器８２３は、受信した平均値に基づいて、仮想検出器算出による６次補正値を演算して、３０次補正値演算器８２５へ送る。１０次補正値演算器８２４は、受信した平均値に基づいて、仮想検出器算出による１０次補正値を演算し、３０次補正値演算器へ送る。３０次補正値演算器８２５は、受信した６次補正値および１０次補正値に基づいて、組み合わせ法による３０次補正値を演算し、演算結果を角度シフト回路８２６へ送る。

【0059】

角度シフト回路８２６は、受信した３０次補正値に基づいて角度をシフトし、シフト結果を角度補正値演算器８２７へ送る。角度補正値演算器８２７は、受信した角度のシフト結果に基づいて、角度の補正値を演算する。

【0060】

６検出器加算平均回路８１９は、角度演算器８０２、８０４、８０６、８０８、８１０、８１２で演算した角度データを加算して平均値を算出する。校正値補完部８２８は、回転角度検出器３０９と６検出器加算平均回路とから受信したデータに基づいて、校正値を補完する。

【0061】

本実施形態によれば、特許文献１と比べて、測定精度が向上し、かつ、センサの数を８個から６個へ減らすことができる。また、常に回転軸対称の２個のセンサを１組のセンサとして配置可能なので、偏心による軸ブレの影響を受けない。さらに、全てのセンサが対称に配置されているので、全てのセンサを測定に用いることが可能となり、センサの個性の影響を平均化して、より小さくすることができる。

【0062】

［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態に係るロータリーエンコーダについて、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態に係るロータリーエンコーダ９００の構成を説明するためのブロック図である。なお、上記第２実施形態と同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。本実施形態に係るロータリーエンコーダ９００は、３個のセンサに基づいて６次補正値を演算する。

【0063】

ロータリーエンコーダ９００は、２π／２［rad］位置の角度検出部９０１と、２π／３［rad］位置の角度検出部９０３と、２π／２［rad］位置の角度演算器９０２と、２π／３［rad］位置の角度演算器９０４とを有する。ロータリーエンコーダ９００は、さらに、２π／２［rad］位置の角度データ保持部９０５と、２π／３［rad］位置の角度データ保持部９０６と、２次補正値演算器９０９と、２次補正値演算器９１０と、６次補正値演算器９１２とを有する。ロータリーエンコーダ９００は、さらにまた、２検出器加算平均回路９０８と、角度シフト回路９１３と、角度補正値演算器９１４とを有する。

【0064】

角度検出部９０１は、２π／２［rad］位置の角度を検出し、検出した角度を２π／２［rad］位置の角度演算器９０２へ送る。同様に、角度検出部９０３は、２π／３［rad］位置の角度を検出し、検出した角度を２π／３［rad］位置の角度演算器９０４へ送る。

【0065】

角度演算器９０２は、受信した角度に基づいて、２π／２［rad］位置の角度データを演算して、角度データ保持部９０５へ２π／２［rad］位置の角度データを送る。角度演算器９０４は、受信した角度に基づいて、２π／３［rad］位置の角度データを演算して、角度データ保持部９０６へ２π／３［rad］位置の角度データを送る。

【0066】

２次補正値演算器９０９は、角度データ保持部３０７、９０５から受信した角度データに基づいて、２次補正値を演算する。３次補正値演算器９１０は、角度データ保持部３０７、９０６から受信した角度データに基づいて、仮想検出器算出により３次補正値を演算する。６次補正値演算器９１２は、２次補正値演算器９０９と３次補正値演算器９１０とから受信した、２次補正値と３次補正値とに基づいて、組合せ法による６次補正値を演算する。

【0067】

角度シフト回路９１３は、６次補正値演算器９１２から受信した６次補正値に基づいて、角度をシフトさせ、シフトした角度を角度補正値演算器９１４へ送る。角度補正値演算器９１４は、受信したシフト角度に基づいて、角度の補正値を演算する。

【0068】

本実施形態によれば、３個のセンサで６次まで補正することができるので、測定精度を向上させ、かつ、センサの数を減らすことができる。

【0069】

［第５実施形態］
次に本発明の第５実施形態に係るロータリーエンコーダについて、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態に係るロータリーエンコーダ１０００の構成を説明するためのブロック図である。なお、上記第２実施形態と同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。本実施形態に係るロータリーエンコーダ１０００は、３個のセンサに基づいて、Ｎ×Ｍ次の補正を行なう。

【0070】

ロータリーエンコーダ１０００は、２πｍ／Ｍ［rad］位置の角度検出部１００１と、２πｍ／Ｍ位置の角度演算器１００２と、２πｍ／Ｍ［rad］位置の角度データ保持部１００３と、Ｍ次補正値演算器１００４と、Ｎ×Ｍ次補正値演算器とを有する。

【0071】

角度検出部１００１は、２πｍ／Ｍ［rad］位置の角度を検出し、検出した角度を２πｍ／Ｍ［rad］位置の角度演算器１００２へ送る。角度演算器１００２は、受信した２πｍ／Ｍ［rad］位置の角度に基づいて、角度データを演算し、角度データ保持部１００３へ送る。

【0072】

Ｍ次補正値演算器１００４は、角度データ保持部３０７、１００３から、基準位置の角度データと、２πｍ／Ｍ［rad］位置の角度データをそれぞれ受信する。Ｍ次補正値演算器１００４は、受信した角度データに基づいて、仮想検出器算出によりＭ次補正値を演算して、Ｎ×Ｍ次補正値演算器１００５へ送る。Ｎ×Ｍ次補正値演算器１００５は、Ｎ次補正値演算器３１０とＭ次補正値演算器１００４とから受信した、Ｎ次補正値とＭ次補正値とに基づいて、組合せ法によりＮ×Ｍ次補正値を演算する。

【0073】

本実施形態によれば、３個のセンサでＮ×Ｍ次まで補正することができるので、測定精度を向上させ、かつ、センサの数を減らすことができる。

【0074】

［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。

【0075】

また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の範疇に含まれる。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】