特開 2023-19809 アブソリュートロータリエンコーダ及びそれを備える装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023019809

(43)【公開日】2023-02-09

(54)【発明の名称】アブソリュートロータリエンコーダ及びそれを備える装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/347 20060101AFI20230202BHJP

【ＦＩ】

G01D5/347 110C

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021124802

(22)【出願日】2021-07-29

(71)【出願人】

【識別番号】000104630

【氏名又は名称】キヤノンプレシジョン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110412

【弁理士】

【氏名又は名称】藤元 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100104628

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 敦也

(72)【発明者】

【氏名】工藤 耕輔

(72)【発明者】

【氏名】今野 雄之

【テーマコード（参考）】

2F103

【Ｆターム（参考）】

2F103BA05

2F103CA03

2F103CA06

2F103DA08

2F103DA11

2F103DA13

2F103EA02

2F103EA12

2F103EB06

2F103EB16

2F103EB32

(57)【要約】

【課題】小型でかつ偏心量と偏心角度を予測した上で、偏心成分を補正するエンコーダを提供すること。
【解決手段】エンコーダは、異なる径で設けられた第１及び第２トラックを備えるスケールと、スケールに対して相対移動可能であり、第１及び第２トラックを読み取るセンサと、スケールとセンサのいずれかの絶対位置を示す絶対位置信号を取得する処理部とを有し、処理部は、センサが第１及び第２トラックを読み取ることで得られる信号に基づく第１及び第２周期信号を用いて位置信号を取得し、位置信号を取得する際に生じる第３周期信号を用いて偏心量と偏心角度を取得し、偏心量と偏心角度を用いて第１及び第２トラックに対応する第１及び第２偏心補正信号を取得し、第１周期信号と第１偏心補正信号に基づく第１偏心補正周期信号、及び第２周期信号と第２偏心補正信号に基づく第２偏心補正周期信号とを用いて絶対位置信号を取得する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに異なる径で設けられた第１トラックと第２トラックとを備えるスケールと、
前記スケールに対して相対移動可能であり、前記第１トラックと前記第２トラックとを読み取るセンサと、
前記スケールと前記センサのいずれかの絶対位置を示す絶対位置信号を取得する処理部とを有し、
前記処理部は、
前記センサが前記第１トラックを読み取ることで得られる信号に基づく第１周期信号と前記センサが前記第２トラックを読み取ることで得られる信号に基づく第２周期信号とを用いて位置信号を取得し、
前記位置信号を取得する際に生じる第３周期信号を用いて、偏心量と偏心角度とを取得し、
前記偏心量と前記偏心角度とを用いて、前記第１トラックに対応する第１偏心補正信号と前記第２トラックに対応する第２偏心補正信号とを取得し、
前記第１周期信号と前記第１偏心補正信号とに基づく第１偏心補正周期信号、及び前記第２周期信号と前記第２偏心補正信号とに基づく第２偏心補正周期信号を用いて、前記絶対位置信号を取得することを特徴とするアブソリュートロータリエンコーダ。

【請求項2】

前記第１トラックは、互いに周期の異なる第１周期パターンと第２周期パターンとを含み、
前記第２トラックは、前記第１及び第２周期パターンと周期が異なる第３周期パターンと、前記第１から第３周期パターンと周期が異なる第４周期パターンとを含み、
前記処理部は、前記第１及び第２周期パターンのそれぞれに対応する信号を処理することで前記第１周期信号を取得し、前記第３及び第４周期パターンのそれぞれに対応する信号を処理することで前記第２周期信号を取得することを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートロータリエンコーダ。

【請求項3】

前記センサは、互いに検出周期が異なる第１検出部と第２検出部とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のアブソリュートロータリエンコーダ。

【請求項4】

前記センサは、検出周期を切り替え可能であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のアブソリュートロータリエンコーダ。

【請求項5】

前記処理部は、前記第３周期信号の最大値と最小値との差を用いて前記偏心量を取得することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のアブソリュートロータリエンコーダ。

【請求項6】

前記処理部は、前記第３周期信号の最大値と最小値との差が閾値より大きい場合、前記偏心量を第１の偏心量に設定し、前記差が前記閾値より小さい場合、前記偏心量を第２の偏心量に設定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のアブソリュートロータリエンコーダ。

【請求項7】

前記処理部は、前記第３周期信号の値が最大となる前記位置信号を前記偏心角度として取得することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のアブソリュートロータリエンコーダ。

【請求項8】

前記処理部は、前記第３周期信号の値が最小となる前記位置信号を前記偏心角度として取得することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のアブソリュートロータリエンコーダ。

【請求項9】

前記処理部は、前記偏心量及び前記偏心角度を取得する際に、前記第３周期信号に移動平均処理を行うことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のアブソリュートロータリエンコーダ。

【請求項10】

前記スケールは、前記偏心量及び前記偏心角度を取得する場合、前記第３周期信号の最大値及び最小値の少なくとも一方が取得されるまで回転することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のアブソリュートロータリエンコーダ。

【請求項11】

回転する可動部と、
前記可動部の回転位置を検出可能な請求項１乃至１０の何れか一項に記載のアブソリュートロータリエンコーダとを有することを特徴とする装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アブソリュートロータリエンコーダ及びそれを備える装置に関する。

【背景技術】

【0002】

スケールとセンサとの相対移動に応じて可動部材の位置を検出するアブソリュートロータリエンコーダにおいて、精度良く可動部材の位置を検出するためには、スケールの回転軸に対しスケールが偏心した際の偏心補正対策が必要となる。

【0003】

特許文献１には、２つのセンサをスケールの径方向において対向するように配置し、それぞれのセンサから得られた信号に基づいて取得された信号を平均化することで偏心成分を補正するアブソリュートロータリエンコーダが開示されている。

【0004】

また、特許文献２には、スケールの回転中心とスケールの所定の点との差による誤差成分を位置情報から減算することによって偏心成分を補正する位置検出装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－０９１１０４号公報

【特許文献2】特開２０１４－１７８２２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１のアブソリュートロータリエンコーダでは、２つのセンサをスケールの径方向において対向するように配置するため、センサの保持部材が大きくなり、装置の小型化が妨げられる。

【0007】

また、特許文献２の位置検出装置では、偏心補正は行えるが、どの程度偏心していているかを表す偏心量とどこの角度で偏心が発生しているかを表す偏心角度については判別できない。偏心量や偏心角度が判別可能である場合、手動で偏心成分を調整することも可能となる。

【0008】

本発明は、小型でかつ偏心量と偏心角度を予測した上で、偏心成分を補正するアブソリュートロータリエンコーダ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】

【0009】

本発明の一側面としてのアブソリュートロータリエンコーダは、互いに異なる径で設けられた第１トラックと第２トラックとを備えるスケールと、スケールに対して相対移動可能であり、第１トラックと第２トラックとを読み取るセンサと、スケールとセンサのいずれかの絶対位置を示す絶対位置信号を取得する処理部とを有し、処理部は、センサが第１トラックを読み取ることで得られる信号に基づく第１周期信号とセンサが第２トラックを読み取ることで得られる信号に基づく第２周期信号とを用いて位置信号を取得し、位置信号を取得する際に生じる第３周期信号を用いて、偏心量と偏心角度とを取得し、偏心量と偏心角度とを用いて、第１トラックに対応する第１偏心補正信号と第２トラックに対応する第２偏心補正信号とを取得し、第１周期信号と第１偏心補正信号とに基づく第１偏心補正周期信号、及び第２周期信号と第２偏心補正信号とに基づく第２偏心補正周期信号とを用いて、絶対位置信号を取得することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、小型でかつ偏心量と偏心角度を予測した上で、偏心成分を補正するアブソリュートロータリエンコーダを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例１のエンコーダの構成を示す図である。

【図2】実施例１のスケールの一部を拡大した図である。

【図3】実施例１のセンサの構成を示す図である。

【図4】実施例１の検出周期の切り替えの説明図である。

【図5】実施例１の処理部の構成を示す図である。

【図6】実施例１の絶対位置取得処理及び偏心補正処理を示すフローチャートである。

【図7】絶対位置を正しく取得できている状態の丸め誤差を示す図である。

【図8】絶対位置を正しく取得できていない可能性が高い状態の丸め誤差を示す図である。

【図9】偏心が発生している状態の丸め誤差を示す図である。

【図10】折り返しのある丸め誤差を示す図である。

【図11】折り返し処理を示すフローチャートである。

【図12】実施例２のエンコーダの構成を示す図である。

【図13】実施例２のスケールの一部を拡大して図である。

【図14】実施例２のセンサにおけるスケールの読み取り領域を示す図である。

【図15】実施例２の絶対位置取得処理及び偏心補正処理を示すフローチャートである。

【図16】実施例２の信号処理の一例を示す図である。

【図17】実施例５のロボットアームを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

【実施例0013】

図１は、本実施例のエンコーダ１ａの構成を示す図である。エンコーダ１ａは、スケール１０、センサ２０、及び処理部３０を有する反射型の光学式アブソリュートロータリエンコーダである。本実施例では、スケール１０とセンサ２０のいずれかの絶対位置を取得することで、可動部材の回転軸（不図示）の回転位置（回転角）を検出する場合について説明する。

【0014】

なお、本実施例では、エンコーダ１ａの一例として反射型の光学式アブソリュートロータリエンコーダについて説明するが、本発明はこれに限定されない。本発明は、検出方式が異なるエンコーダ、例えば透過型の光学式アブソリュートロータリエンコーダ、磁気式アブソリュートロータリエンコーダ、及び電磁誘導式磁気式アブソリュートロータリエンコーダにも適用可能である。

【0015】

スケール１０は、可動部材の回転軸に一体的に回転するように取り付けられている。センサ２０は、固定部材（不図示）に取り付けられ、スケール１０に対して相対移動可能である。なお、スケール１０を固定部材に取り付け、センサ２０を可動部材の回転軸に取り付けてもよい。

【0016】

図２は、スケール１０の一部を拡大した図であり、スケール１０にそれぞれが異なる径で設けられた複数（本実施例では２つ）のトラック（第１トラック）１１及びトラック（第２トラック）１２を示している。各トラックには、一定の周期（ピッチ）で交互に配置された反射部（図中、黒色部分）と非反射部（図中、白色部分）を含む周期パターンが設けられている。具体的には、トラック１１にはピッチＰ１の周期パターンが設けられており、トラック１２にはピッチＱ１の周期パターンが設けられている。ピッチＰ１，Ｑ１の周期パターンの格子数はそれぞれ、９７，２４である。なお、各周期パターンの反射部と非反射部とを反転させてもよい。

【0017】

図３は、センサ２０の構成を示す図である。センサ２０は、光源２１及び複数（本実施例では２つ）の受光部２２，２３を備える。光源２１、受光部（第１検出部）２２、及び受光部（第２検出部）２３は、同一平面上に配置されている。光源２１は、ＬＥＤ等の発光素子により構成されている。受光部２２は、光源２１から射出されてトラック１１の反射部で反射した光を光電変換する複数の光電変換素子（受光素子）により構成されている。受光部２３は、光源２１から射出されてトラック１２の反射部で反射した光を光電変換する複数の光電変換素子（受光素子）により構成されている。スケール１０とセンサ２０が相対変位すると、その相対変位量に応じて受光部２２，２３における各受光素子が受光する反射光の強度（受光強度）が変化する。センサ２０は、受光部２２における受光強度の変化に応じた正弦波状の信号を出力すると共に、受光部２３における受光強度の変化に応じた正弦波状の信号を出力する。

【0018】

次に、図４を参照して、検出周期の切り替えについて説明する。図４は、検出周期の切り替えの説明図である。検出周期の切り替えは、信号Ａ（＋），Ｂ（＋），Ａ（－），Ｂ（－）を出力する受光素子の配置を変更することで行われる。

【0019】

受光部２２では、図４（Ａ）に示されるように、受光素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ、２０ｄが位置検出方向に沿って循環的に配置されている。受光素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの出力はそれぞれ、信号Ａ（＋），Ｂ（＋），Ａ（－），Ｂ（－）として扱われる。受光部２２の検出周期は、常に一定で、ピッチＰ１に一致又は十分に近い（略一致する）検出周期Ｐ１に設定されている。

【0020】

受光部２３では、図４（Ｂ）に示されるように、位置検出方向に沿って１６個配置された受光素子のうち隣り合う４つの受光素子を１組とし、各組の受光素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの出力が１つになるように構成されている。各組の出力はそれぞれ、信号Ａ（＋），Ｂ（＋），Ａ（－），Ｂ（－）として扱われる。受光部２３の検出周期は、常に一定で、ピッチＱ１に一致又は十分に近い（略一致する）検出周期４×Ｐ１に設定されている。

【0021】

信号Ａ（＋），Ｂ（＋），Ａ（－），Ｂ（－）に対してＡ＝Ａ（＋）－Ａ（－）及びＢ＝Ｂ（＋）－Ｂ（－）の式で表される処理を行うことで、互いに位相が異なる２相の疑似正弦波信号Ａ，Ｂが取得される。

【0022】

図４（Ｃ）は、センサ２０におけるスケール１０の読み取り領域を示している。受光部２２は、検出周期がＰ１に設定されると、ピッチＰ１の周期パターン１１ａを読み取る。この場合、ピッチＰ１に対応する互いに約９０度の位相差を持つ２相の疑似正弦波信号（Ｐ１の２相信号）が出力される。受光部２３は、検出周期が４×Ｐ１に設定されると、ピッチＱ１の周期パターン１２ａを読み取る。この場合、ピッチＱ１に対応する約９０度位相が異なる２相の疑似正弦波信号（Ｑ１の２相信号）が出力される。

【0023】

受光部２２によるトラック上での読み取り領域１２０及び受光部２３によるトラック上での読み取り領域１３０は、各受光部が光源２１から照射され、各周期パターンで反射された光を受光する範囲である。

【0024】

なお、本実施例ではセンサから約９０度位相が異なる２相信号が出力される場合について説明したが、位相を検出可能な信号であれば３相信号や三角波信号等が出力されてもよい。

【0025】

また、本実施例では複数の周期パターンを検出するために、検出周期を切り替え可能な同一のセンサ素子を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、検出周期が異なる別々のセンサ素子を用いてもよい。

【0026】

図５は、処理部３０の構成を示す図である。処理部３０は、ＡＤコンバータ３１、位相演算部３２、絶対位置演算部３３、及び偏心補正部３４を備える。ＡＤコンバータ３１は、センサ２０の受光部２２，２３から出力される２相信号（Ｐ１の２相信号とＱ１の２相信号）をデジタル信号に変換する。位相演算部３２は、ＣＰＵ等の素子や、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ等の回路から構成され、ＡＤコンバータ３１によりデジタル信号に変換された２相信号を用いて位相を取得する。絶対位置演算部３３は、ＣＰＵ等の素子や、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ等の回路から構成され、位相演算部３２により取得された位相を用いて絶対位置を取得する。偏心補正部３４は、ＣＰＵ等の素子や、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ等の回路から構成され、回転軸に対するスケール１０の偏心量を取得する。なお、センサ２０が回転軸に取り付けられている場合、回転軸に対するセンサ２０の偏心量が取得される。

【0027】

図６は、本実施例の絶対位置取得処理及び偏心補正処理を示すフローチャートである。

【0028】

ステップＳ１０１では、ＡＤコンバータ３１は、センサ２０の受光部２２，２３から出力される２相信号（Ｐ１の２相信号とＱ１の２相信号）をデジタル信号に変換する。

【0029】

ステップＳ１０２では、位相演算部３２は、ステップＳ１０１でデジタル信号に変換された２相信号を用いて位相を取得する。前述したように、２相信号は約９０度位相が異なる信号であるため、ａｒｃｔａｎ演算を行うことで位相が取得される。以降、Ｐ１の２相信号から取得された位相（第１周期信号）をθＰ９７、Ｑ１の２相信号から取得された位相（第２周期信号）をθＱ２４とする。前述したように、ピッチＰ１，Ｑ１の周期パターンの格子数はそれぞれ、９７，２４である。そのため、位相θＰ９７，θＱ２４はそれぞれ、９７周期の信号と２４周期の信号となる。また、位相θＰ９７の１周期内の精度は高く、位相θＱ２４の１周期内の精度は低い。なお、本実施例ではａｒｃｔａｎ演算によって位相を取得するが、特定の範囲内での位置を表すものであれば位相以外のパラメータを取得してもよい。

【0030】

ステップＳ１０３では、絶対位置演算部３３は、以下の式（１）を用いて位相θＰ９７，θＱ２４を整数倍して絶対位置信号ｘ１を取得する。ただし、ＭＯＤ（ｘ，ｙ）はｘを被除数とし、ｙを除数としたときの剰余を表す。

【0031】

【数1】

【0032】

ステップＳ１０４では、絶対位置演算部３３は、絶対位置信号ｘ１を処理することで、精度の良い絶対位置信号ｘ９７＿１を取得する。具体的には、絶対位置演算部３３は、以下の式（２），（３）を用いて、絶対位置信号ｘ１と位相θＰ９７を合成する。これにより、位相θＰ９７の周期数ｍ９７及び位相θＰ９７の精度を持つ絶対位置信号ｘ９７_１が取得される。ただし、ＲＯＵＮＤ（ｘ）は、ｘの小数第１位を四捨五入した整数値を表す。

【0033】

【数2】

【0034】

以下、本実施例における偏心量取得処理及び偏心補正処理について説明する。まず、偏心補正処理に使用される絶対位置の信頼性を表す丸め誤差ｄについて説明する。

【0035】

丸め誤差とは、周期数を求める際に丸め処理における丸め前後の値の差分である。前述した式（２）を例に挙げると、位相θＰ９７の周期数ｍ９７を、ＲＯＵＮＤ（ｘ）を用いて取得する。すなわち、四捨五入して丸めた値が周期数ｍ９７となっているため、周期数ｍ９７から四捨五入する前（丸める前）の値を引くと式（２）での丸め誤差を取得することができる。丸め誤差は±０．５の範囲内で表され、＋０．５又は－０．５に近ければ丸め処理が正しく行われていないといえる。すなわち、周期数がずれ、絶対位置を正しく取得できていない可能性が高いということになる。

【0036】

図７は、絶対位置を正しく取得できている状態の丸め誤差を示す図である。図８は、絶対位置を正しく取得できていない可能性が高い状態の丸め誤差を示す図である。図７及び図８において、（Ａ）～（Ｃ）はそれぞれ、丸めた後の周期数、丸める前の周期数、丸めた後の周期数と丸める前の周期数の差分（丸め誤差）を示している。

【0037】

丸め誤差は、回転軸に対してスケール１０が偏心している場合、図９に示されるように、１周期の信号が出力される。なお、図９（Ａ）－図９（Ｃ）はそれぞれ、スケール１０が１００μｍ，２００μｍ，３００μｍだけ偏心している場合の丸め誤差を示している。本実施例の偏心補正処理では、丸め誤差を用いて偏心補正を行う。

【0038】

ステップＳ１０５では、偏心補正部３４は、丸め誤差ｄを用いて、回転軸中心とスケール中心とのずれ量を表す偏心量Ａを取得する。本実施例では、図９に示されるように、偏心量が大きくなると丸め誤差の最大値と最小値との差（ピークピーク値）ｄｐ＿ｐが増加する特徴を用いて偏心量を取得する。偏心補正部３４はまず、スケール１０を１回転させ、スケール１０の全周の丸め誤差を取得する。次に、偏心補正部３４は、丸め誤差は±０．５の表記となっているため、これを±５０で表記されるように１００倍する。その後、偏心補正部３４は、丸め誤差のピークピーク値ｄｐ＿ｐを取得し、以下の式（４）を用いて偏心量Ａを取得する。

【0039】

【数3】

【0040】

式（４）は、実測にて取得した近似式であるが、環境に合わせて偏心量Ａと丸め誤差ｄのピークピーク値ｄｐ＿ｐとの関係を用いて適宜変更されることが望ましい。

【0041】

なお、丸め誤差の表記を±５０とするために１００倍したが、これは処理する際に扱いやすくするために実施したものであり、必須の処理ではない。

【0042】

また、ここではスケール１０を１回転させ丸め誤差ｄを取得したが、移動平均処理を実行し、移動平均値の最大値と最小値との差から丸め誤差のピークピーク値ｄｐ＿ｐを取得してもよい。移動平均処理を実行することで、ノイズ等の影響を減らし、より正確に偏心量Ａを求めることができる。

【0043】

ステップＳ１０６では、偏心補正部３４はまず、丸め誤差ｄを用いて丸め誤差ｄが最大となる場合の絶対位置信号（角度）である偏心角度θを取得する。次に、偏心補正部３４は、偏心成分と逆相の信号となる偏心補正信号を取得し、偏心補正信号が最小値となる角度と偏心角度θとの差分である位相ずれ量Δθを以下の式（５）を用いて取得する。

【0044】

【数4】

【0045】

本実施例では、偏心補正信号が最小値となる角度は１８０度である。

【0046】

偏心量Ａが大きくなると丸め誤差ｄが図１０（Ａ）に示されるように、折り返すような波形となる場合がある。この場合、±０．５表記では、ピークピーク値ｄｐ＿ｐの最大値が１となり、正確な偏心量Ａを求めることができない。また、丸め誤差ｄの最大値、偏心角度θ、及び位相ずれ量Δθも正確に求めることができない。そのため、丸め誤差の表記を±０.５以上で表現する必要がある。以後、±０．５以上で表現するために行う処理のことを折り返し処理と呼ぶ。

【0047】

図１１は、折り返し処理を示すフローチャートである。

【0048】

ステップＳ２０１では、偏心補正部３４は、スケール１０の全周の丸め誤差を一定間隔で取得する。

【0049】

ステップＳ２０２では、偏心補正部３４は、取得した丸め誤差と前回取得した丸め誤差との差の絶対値が０．５を超えるかどうかを判定する。絶対値が０．５を超えると判定された場合、すなわち折り返しが発生していると判定された場合、ステップＳ２０３に進み、そうでないと判定された場合、ステップＳ２０４に進む。

【0050】

ステップＳ２０３では、偏心補正部３４は、取得した丸め誤差に対し１を加算、又は１を減算し、図１０（Ｂ）に示されるように±１．５の範囲で丸め誤差を取得する。例えば、前回取得した丸め誤差を図１０（Ａ）の回転角３０度での丸め誤差ｄ１、取得した丸め誤差を図１０（Ａ）の回転角６０度での丸め誤差ｄ２とすると、絶対値｜ｄ２－ｄ１｜は０．５を超える。そのため、回転角６０度では折り返しが発生していると判定され、丸め誤差ｄ２に１が加算される。このような処理を行うことで、図１０（Ｂ）に示される波形を取得することができる。

【0051】

ステップＳ２０４では、偏心補正部３４は、取得した丸め誤差ｄがオフセットしていることがあるため、式（６）を用いて丸め誤差ｄの平均値ｄａｖｅを取得すると共に、式（７）を用いて丸め誤差ｄを補正し、補正後の丸め誤差ｄ’を取得する。なお、Ａｖｅｒａｇｅ（ｘ）は、ｘの平均値を表す。

【0052】

【数5】

【0053】

補正後の丸め誤差ｄ’は、図１０（ｃ）に示される波形となる。

【0054】

以上説明したように、丸め誤差ｄを±０．５以上で表現し、オフセットを補正することで、偏心量が大きく丸め誤差ｄが折り返しても、偏心量に応じたピークピーク値ｄｐ＿ｐ、偏心角度θ、及び位相ずれ量Δθを正確に取得することが可能となる。

【0055】

ステップＳ１０７では、偏心補正部３４は、偏心量Ａ及び位相ずれ量Δθを用いて、トラック１１に対応する第１偏心補正信号（第１偏心補正周期信号）Ｍｓｉｇとトラック１２に対応する第２偏心補正信号（第２偏心補正周期信号）Ｓｓｉｇを取得する。

【0056】

以下、第１偏心補正信号Ｍｓｉｇを取得する方法について説明する。まず、偏心補正部３４は、受光部２２が配置されている位置Ｍｐｏｓを、以下の式（８）を用いて求める。なお、ｒはスケール１０の半径であり、Ｄ１は光源２１と受光部２２との間の距離である。

【0057】

【数6】

【0058】

次に、偏心補正部３４は、以下の式（９）を用いて、偏心補正信号の角度ａｎｇｌｅを取得する。

【0059】

【数7】

【0060】

次に、偏心補正部３４は、以下の式（１０）を用いて第１偏心補正信号Ｍｓｉｇを取得する。

【0061】

【数8】

【0062】

以下、第２偏心補正信号Ｓｓｉｇを取得する方法について説明する。まず、偏心補正部３４は、受光部２３が配置されている位置Ｓｐｏｓを、以下の式（１１）を用いて求める。なお、ｒはスケール１０の半径であり、Ｄ２は光源２１と受光部２３との間の距離である。

【0063】

【数9】

【0064】

偏心補正信号の角度ａｎｇｌｅについては、第１偏心補正信号Ｍｓｉｇを取得したときに取得したものを使用する。

【0065】

次に、偏心補正部３４は、以下の式（１２）を用いて第２偏心補正信号Ｓｓｉｇを取得する。

【0066】

【数10】

【0067】

なお、本実施例では、スケール１０の半径と、トラック１１とトラック１２との境界は一致している。

【0068】

ステップＳ１０８では、絶対位置演算部３３は、以下の式（１３）に示されるように、位相θＰ９７に第１偏心補正信号Ｍｓｉｇを加え、偏心成分が除去された位相θＰ９７’を取得する。また、絶対位置演算部３３は、以下の式（１４）に示されるように、位相θＱ２４に第２偏心補正信号Ｓｓｉｇを加え、偏心成分が除去された位相θＱ２４’を取得する。

【0069】

【数11】

【0070】

なお、本実施例では、偏心成分と逆相の信号である偏心補正信号を偏心成分に加算することにより偏心成分を軽減するが、偏心成分と同相の信号となる偏心補正信号を偏心成分から減算することにより偏心成分を軽減してもよい。

【0071】

ステップＳ１０９では、絶対位置演算部３３は、以下の式（１５）を用いて絶対位置信号ｘ１’を取得する。

【0072】

【数12】

【0073】

ステップＳ１１０では、絶対位置演算部３３は、以下の式（１６），（１７）を用いて、絶対位置信号ｘ１’及び位相θＰ９７’を合成することで、位相θＰ９７’の周期数ｍ９７’及び位相θＰ９７’の精度を持つ絶対位置信号ｘ９７＿１’を取得する。

【0074】

【数13】

【0075】

以上説明したように、本実施例によれば、小型でかつ偏心量と偏心角度を予測した上で、偏心成分を補正するアブソリュートロータリエンコーダを提供することが可能である。

【0076】

なお、本実施例ではスケール１０を一定方向へ回転させるが、丸め誤差の最大値、又は最小値の近いほうに回転させ、より短い区間で偏心成分を予測してもよい。また、丸め誤差の最大値、又は最小値を測定せずに、丸め誤差の０クロス付近での傾きから最大値及び最小値を予測してもよい。

【実施例0077】

本実施例では、実施例１とは構成が異なるスケールを用いる場合について説明する。

【0078】

図１２は、本実施例のエンコーダ１ｂの構成を示す図である。エンコーダ１ｂは、スケール１００、センサ２００、及び処理部３００を有する。エンコーダ１ｂは、可動部材の絶対位置を検出する反射型の光学式アブソリュートロータリエンコーダである。本実施例では、スケール１０とセンサ２０のいずれかの絶対位置を取得することで、可動部材の回転軸（不図示）の回転位置（回転角）を検出する場合について説明する。

【0079】

なお、本実施例では、エンコーダ１ｂの一例として反射型の光学式アブソリュートロータリエンコーダについて説明するが、本発明はこれに限定されない。本発明は、検出方式が異なるエンコーダ、例えば透過型の光学式アブソリュートロータリエンコーダ、磁気式アブソリュートロータリエンコーダ、および電磁誘導式磁気式アブソリュートロータリエンコーダにも適用できる。

【0080】

スケール１００とセンサ２００の取り付けについては実施例１と同様であるため、説明を省略する。以下の説明では、実施例１と異なる部分を中心に説明する。

【0081】

図１３は、スケール１００の一部を拡大した図であり、スケール１００にそれぞれが異なる径で設けられた複数（本実施例では２つ）のトラック（第１トラック）１１１及びトラック（第２トラック）１１２を示している。各トラックには、互いにピッチが異なる複数の周期パターンが検出方向に直交する方向（スケール幅方向）に沿って交互に設けられている。具体的には、トラック１１１には、ピッチＴ１の周期パターンとピッチＴ２の周期パターンがスケール幅方向に沿って交互に設けられている。ピッチＴ１，Ｔ２の周期パターンの格子数はそれぞれ、１６４９，３８８である。また、トラック１１２には、ピッチＵ１の周期パターンとピッチＵ２の周期パターンがスケール幅方向に沿って交互に設けられている。ピッチＵ１，Ｕ２の周期パターンの格子数はそれぞれ、１６３２，３８４である。ピッチＴ１とピッチＵ１、及びピッチＴ２とピッチＵ２の周期パターンの格子数はほぼ等しい関係にある。

【0082】

センサ２００と処理部３００の構成は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。ただし、センサ２００は、処理部３００からの検出周期の切り替え信号に応じて、受光部２２，２３の検出周期をピッチＴ１，Ｕ１と、ピッチＴ２，Ｕ２とに切り替えることができる。検出周期の切り替えについては、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）と同様のため、説明を省略する。

【0083】

図１４は、センサ２００におけるスケール１００の読み取り領域を示す図である。受光部２２は、検出周期がピッチＴ１に設定されると、ピッチＴ１の周期パターン１１１ａを読み取る。この場合、ピッチＴ１に対応する互いに約９０度の位相差を持つ２相の疑似正弦波信号（Ｔ１の２相信号）が出力される。受光部２２は、検出周期がピッチＴ２に設定されると、ピッチＴ２の周期パターン１１１ｂを読み取る。この場合、ピッチＴ２に対応する互いに約９０度の位相差を持つ２相の疑似正弦波信号（Ｔ２の２相信号）が出力される。受光部２３は、検出周期がピッチＵ１に設定されると、ピッチＵ１の周期パターン１１２ａを読み取る。この場合、ピッチＵ１に対応する互いに約９０度の位相差を持つ２相の疑似正弦波信号（Ｕ１の２相信号）が出力される。受光部２３は、検出周期がピッチＵ２に設定されると、ピッチＵ２の周期パターン１１２ｂを読み取る。この場合、ピッチＵ２に対応する互いに約９０度の位相差を持つ２相の疑似正弦波信号（Ｕ２の２相信号）が出力される。

【0084】

受光部２２によるトラック上での読み取り領域１２１及び受光部２３によるトラック上での読み取り領域１３１は、各受光部が光源２１から照射され、各周期パターンで反射された光を受光する範囲である。各読み取り領域は、トラックにおいてスケール幅方向に沿って交互に配置された２つの周期パターンの組み合わせを複数含むように設定されている。

【0085】

なお、本実施例ではセンサから約９０度位相が異なる２相信号が出力される場合について説明したが、位相を検出可能な信号であれば３相信号や三角波信号等が出力されてもよい。

【0086】

また、本実施例では、受光部２２及び受光部２３の検出周期の切り替えは、処理部３００が実施するが、外部装置からの信号で行われてもよい。

【0087】

図１５は、本実施例の絶対位置取得処理及び偏心補正処理を示すフローチャートである。

【0088】

ステップＳ３０１では、処理部３００は、受光部２２，２３の検出周期をピッチＴ１，Ｕ１に切り替える。これにより、受光部２２からＴ１の２相信号が出力され、受光部２３からＵ１の２相信号が出力される。

【0089】

ステップＳ３０２では、Ａ/Ｄコンバータ３１は、Ｔ１の２相信号とＵ１の２相信号をデジタル信号に変換する。

【0090】

ステップＳ３０３では、処理部３００は、受光部２２，２３の検出周期をピッチＴ２，Ｕ２に切り替える。これにより、受光部２２からＴ２の２相信号が出力され、受光部２３からＵ２の２相信号が出力される。

【0091】

ステップＳ３０４は、Ａ/Ｄコンバータ３１は、Ｔ２の２相信号とＵ２の２相信号をデジタル信号に変換する。

【0092】

ステップＳ３０５は、位相演算部３２は、ＡＤコンバータ３１によりデジタル信号に変換された２組の２相信号から位相を取得する。前述したように、２相信号は約９０度位相が異なる信号であるため、ａｒｃｔａｎ演算を行うことで位相が取得される。以下の説明では、Ｔ１の２相信号から取得された位相をθＴ１、Ｔ２の２相信号から取得された位相をθＴ２、Ｕ１の２相信号から取得された位相をθＵ１、Ｕ２の２相信号から取得された位相をθＵ２とする。前述したように、ピッチＴ１，Ｔ２，Ｕ１，Ｕ２の周期パターンの格子数はそれぞれ、１６４９、３８８、１６３２、３８４である。そのため、位相θＴ１，θＴ２，θＵ１，θＵ２はそれぞれ、１６４９周期の信号、３８８周期の信号、１６３２周期の信号、３８４周期の信号となる。

【0093】

ステップＳ３０６では、絶対位置演算部３３は、以下の式（１８）乃至式（２０）を用いて９７周期の位相θＴ９７、３８８周期の位相θＴ３８８、及び１６４９周期の位相θＴ１６４９を取得する。

【0094】

【数14】

【0095】

なお、位相θＴ１６４９の１周期内の精度が一番高く、位相θＴ９７の１周期内の精度が一番低い。そこで、本実施例では、位相θＴ１６４９の精度を持つ９７周期の位相を取得する。

【0096】

具体的には、図１６に示されるように、位相θＴ３８８はトラック全周で０～２πまで３８８回変化する一方、位相θＴ９７はトラック全周で０～２πまで９７回変化する。すなわち、位相θＴ９７の変化量は位相θＴ３８８の１／４である。

【0097】

ステップＳ３０７では、絶対位置演算部３３は、以下の式（２１），（２２）を用いて位相θＴ３８８の周期数ｍ２００＿４及び位相θＴ３８８の精度を持つ９７周期の信号ｙ３８８＿９７を取得する。

【0098】

【数15】

【0099】

ステップＳ３０８では、絶対位置演算部３３は、以下の式（２３），（２４）を用いて位相θＴ１６４９の周期数ｍ２００＿１７及び位相θＴ１６４９の精度を持つ９７周期の信号ｙ１６４９＿９７を取得する。

【0100】

【数16】

【0101】

ステップＳ３０９では、絶対位置演算部３３は、以下の式（２５）乃至式（２７）を用いて９６周期の位相θＵ９６、３８４周期の位相θＵ３８４、及び１６３２周期の位相θＵ１６３２を取得する。

【0102】

【数17】

【0103】

ステップＳ３１０は、絶対位置演算部３３は、以下の式（２８），（２９）を用いて位相θＵ３８４の周期数ｎ２００＿４及び位相θＵ３８４の精度を持つ９６周期の信号ｙ３８４＿９６を取得する。

【0104】

【数18】

【0105】

ステップＳ３１１では、絶対位置演算部３３は、以下の式（３０），（３１）を用いて位相θＵ１６３２の周期数ｎ２００＿１７及び位相θＵ１６３２の精度を持つ９６周期の信号ｙ１６３２＿９６を取得する。

【0106】

【数19】

【0107】

ステップＳ３１２では、絶対位置演算部３３は、以下の式（３２）を用いてトラック全周で１周期となるセンサ２００での絶対位置信号ｙ１を取得する。

【0108】

【数20】

【0109】

ステップＳ３１３は、絶対位置演算部３３は、絶対位置信号ｙ１を処理することで、精度の良い絶対位置信号ｙ１６４９＿１を取得する。具体的には、絶対位置演算部３３は、以下の式（３３），（３４）を用いて、絶対位置信号ｙ１及び信号ｙ１６４９＿９７を合成する。これにより、信号ｙ１６４９＿９７の周期数ｍ２００＿９７及び信号ｙ１６４９＿９７の精度を持つ絶対位置信号ｙ１６４９＿１が取得される。

【0110】

【数21】

【0111】

ステップＳ３１４では、偏心補正部３４は、偏心補正を行い、偏心補正後の絶対位置信号を取得する。なお、偏心補正に使用する丸め誤差は、周期数ｍ２００＿９７を取得する際に取得できる丸め誤差を用いる。偏心補正後の処理は実施例１と同様のため具体的な説明は省略する。

【0112】

以上説明したように、本実施例によれば、小型でかつ偏心量と偏心角度を予測した上で、偏心成分を補正するアブソリュートロータリエンコーダを提供することが可能である。