JP2012083236A - 角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目盛盤の目盛中心Ｏｇと回転中心Ｏｒとの間に偏心が生じていても回転角度を適切に検出できる角度検出装置の提供。
【解決手段】 径方向に延びる複数の目盛線１３が形成された円盤状の目盛盤１１と、目盛線１３を検出する検出器１２とを備え、目盛盤１１の回転に伴って検出器１２から出力される検出信号Ｓｄを参照して前記目盛盤の回転角度を検出する角度検出装置であって、目盛盤１１の目盛中心Ｏｇと回転中心Ｏｒとの偏心量δに基づく回転角度の誤差を補正する補正手段２０を備え、補正手段２０は、偏心量δを取得する偏心量取得部２１と、偏心量取得部２１で取得される偏心量δに基づいて、目盛線１３の検出周波数を搬送周波数としかつ目盛盤１１の回転周波数を変調周波数としたときの変調指数を算出する変調指数算出部２２と、変調指数算出部２２で算出される変調指数に基づいて、変調周波数の高次成分を算出する高次成分算出部２３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、角度検出装置に関する。

従来、円盤状の目盛盤とその回転を検出する検出器とを備えた角度検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような角度検出装置では、目盛盤の表面には、目盛盤の中心から周縁に向けて複数の目盛線が径方向あるいは放射状に形成される。検出器は、目盛盤の回転に伴って通過してゆく目盛線を検出する。この検出信号をカウントすることで、回転角度が検出される。
特許文献１に記載のエンコーダ装置（角度検出装置）は、被検知部（目盛線）を有する円板（目盛盤）と、２つのセンサ部材（検出器）とを備え、各センサ部材は、円板の回転中心に対して対称に配置されている。エンコーダ装置は、各センサ部材で検出される角度の平均値を算出することで、円板の回転角度を算出している。

図１０に示すように、角度検出装置１０は、複数の目盛線１３を有する目盛盤１１と、目盛盤１１の周縁に沿って設置されて目盛線１３を検出する検出器１２とを備え、目盛盤１１が回転した際に、検出器１２を通過する目盛線１３に対応した検出信号を出力し、この検出信号から目盛盤１１の回転角度を検出する。
目盛線１３は、目盛盤１１の表面に径方向に形成され、その幾何学的中心は目盛中心Ｏｇである。目盛線１３は、目盛盤１１の周縁近傍にあればよく、必ずしも目盛中心Ｏｇまで達している必要はない。目盛盤１１は、図示しない回転軸に接続され、回転中心Ｏｒを中心として回転する。検出器１２は、回転中心Ｏｒから検出半径Ｒの位置で目盛線１３を読み取る。理想的な状態は、目盛中心Ｏｇと回転中心Ｏｒが一致している。

図１１に示すように、角度検出装置１０は、組み立てや、被検出物への取り付け、温度の変化などによって、目盛中心Ｏｇと回転中心Ｏｒとがずれ（偏心）を生じることがある。このような場合、目盛盤１１上の目盛中心Ｏｇは、目盛盤１１が回転した際に、回転中心Ｏｒを中心として偏心量δを半径とする円を描く。また、この偏心により、回転中心Ｏｒから検出半径Ｒに設置された検出器１２では、目盛線１３に対する検出部位１４が変化する。

本来、目盛盤１１は、検出部位１４が回転中心Ｏｒから検出半径Ｒとされ、検出部位１４は目盛線１３における目盛中心Ｏｇから検出半径Ｒの位置を読み取る。
しかし、図１２に示すように、目盛中心Ｏｇと検出器１２との距離が遠い状態では、目盛中心Ｏｇは最大で偏心量δだけ検出器１２から離れ、検出部位１４は目盛線１３における目盛中心Ｏｇから見かけ検出半径（Ｒ＋δ）の位置を読み取る。
一方、図１３に示すように、目盛中心Ｏｇと検出器１２との距離が近い状態では、目盛中心Ｏｇは最大で偏心量δだけ検出器１２に近づき、検出部位１４は目盛線１３における目盛中心Ｏｇから見かけ検出半径（Ｒ−δ）の位置を読み取る。

図１４において、検出部位１４の読み取り位置が、目盛線１３における目盛中心Ｏｇから検出半径Ｒの位置であると、検出される目盛線１３の間隔はｄである。同様に、目盛中心Ｏｇから見かけ検出半径（Ｒ−δ）の位置であると、検出される間隔はｄ’であり、目盛中心Ｏｇに近い分だけ間隔ｄより小さくなる。目盛線１３における目盛中心Ｏｇから見かけ検出半径（Ｒ＋δ）の位置であると、検出される間隔はｄ”であり、目盛中心Ｏｇから遠い分だけ間隔ｄより大きくなる。
このように、目盛盤１１の目盛中心Ｏｇと回転中心Ｏｒとの間に偏心が生じると、実際の回転角度が同じでも、検出器１２が読み取る目盛線１３の間隔が周期的に変動する。その結果、角度検出装置１０として検出する回転角度に誤差が生じるという問題がある。

このような問題に対し、特許文献１に記載のエンコーダ装置では、各センサ部材にて検出される角度の平均値を算出することで円板の回転角度を算出しているので、目盛盤１１の目盛中心Ｏｇと回転中心Ｏｒとの偏心量δに基づく誤差を低減させることができる。
図１５および図１６は、検出器１２が読み取る目盛線１３と、検出器１２から出力される検出信号Ｓｄとの関係を模式的に示す図である。
目盛盤１１の目盛中心Ｏｇと回転中心Ｏｒとの間に偏心がない状態では、図１５に示すように、目盛線１３は常に間隔ｄで一定であり、検出信号Ｓｄは目盛線１３における明暗の間隔を１周期とする一定の正弦波の信号Ｓ１となる。

一方、目盛盤１１の目盛中心Ｏｇと回転中心Ｏｒとの間に偏心が生じた状態では、図１６に示すように、目盛線１３は回転角度（０〜２π）に応じて間隔ｄ’〜ｄ”の間で変動する。このような変動により、検出器１２から出力される検出信号Ｓｄは、前述した正弦波の信号Ｓ１（図１５参照）を搬送信号とし、目盛中心Ｏｇの回転周期を１周期とする正弦波の信号Ｓ２１を変調信号とし、この信号Ｓ２１で信号Ｓ１を変調した周波数変調信号Ｓ２２と考えることができる。
これは、検出器１２が読み取る目盛線１３の間隔ｄ’〜ｄ”の変動が、目盛中心Ｏｇと回転中心Ｏｒとの間の偏心に起因するからである。

一般的に、周波数変調信号ｖ_Ｃは、以下の式（１）で表すことができる。なお、式（１）におけるＶ_Ｃは搬送信号の振幅であり、ｆ_Ｃは搬送信号の周波数であり、ｆ_ｍは変調信号の周波数であり、ｍ_ｆは変調指数である。

また、ω_Ｃ＝２πｆ_Ｃとし、ω_ｍ＝２πｆ_ｍとして三角関数を展開すると、前述の式（１）は、以下の式（２）で表すことができる。

さらに、三角関数を第１種ベッセル関数で展開すると、前述の式（２）は、以下の式（３）で表すことができる。なお、式（３）におけるＪ_０，Ｊ_１，…は、ベッセル関数である。

そして、前述の式（３）を式（２）に代入すれば、以下の式（４）を導出することができる。

すなわち、周波数変調信号ｖ_Ｃは、ベッセル関数で振幅が決まる変調信号における周波数ｆ_ｍの１次成分（Ｊ_０の項）とともに高次成分（１次より高次である２次以上の成分、Ｊ₁，Ｊ₂，…の項）を含んでいる。
従って、目盛盤１１の目盛中心Ｏｇと回転中心Ｏｒとの間に偏心が生じている状態では、検出器１２から出力される検出信号Ｓｄ（周波数変調信号Ｓ２２）は、目盛盤１１における目盛中心Ｏｇの回転周期を１周期とする正弦波の信号Ｓ２１における周波数の高次成分を含んでいると考えられる。

特開平７−１４０８４４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のエンコーダ装置は、各センサ部材に基づいて検出される角度の平均値を算出することで円板の回転角度を算出しているので、信号Ｓ２１における周波数の１次成分を補正することができるものの、前述した２次以上の高次成分を補正することができないという問題がある。

本発明の目的は、目盛盤の目盛中心Ｏｇと回転中心Ｏｒとの間に偏心が生じている状態でも目盛盤の回転角度を適切に検出することができる角度検出装置を提供することにある。

本発明は、検出信号に生じた偏心による誤差に対し、既存の１次成分の除去に加えて、高次成分の除去までを図るものであり、高次成分の誤差の算出に前記１次成分を利用する。
すなわち、本発明の角度検出装置は、径方向に延びる複数の目盛線が形成された円盤状の目盛盤と、前記目盛線を検出する検出器とを備え、前記目盛盤の回転に伴って前記検出器から出力される検出信号を参照して前記目盛盤の回転角度を検出する角度検出装置であって、前記目盛盤の目盛中心と回転中心との偏心量に基づく前記回転角度の誤差を補正する補正手段を備え、前記補正手段は、前記偏心量を取得する偏心量取得部と、前記偏心量取得部で取得される偏心量に基づいて、前記目盛線の検出周波数を搬送周波数としかつ前記目盛盤の回転周波数を変調周波数としたときの変調指数を算出する変調指数算出部と、前記変調指数算出部で算出される変調指数に基づいて、前記変調周波数の高次成分を算出する高次成分算出部と、を備えることを特徴とする。

このような本発明においては、補正手段により、目盛盤の目盛中心と回転中心との偏心量に基づく回転角度の誤差を補正する。補正手段は、偏心量取得部により目盛盤における偏心量を取得し、変調指数算出部により検出器からの検出信号における変調指数を算出し、高次成分算出部により検出信号の変調周波数の高次成分を算出する。このような補正手段によって、目盛盤における偏心による誤差のうち１次成分だけでなく高次成分に基づく誤差をも除去することができる。

変調指数算出部は、検出器から出力される検出信号を、目盛線の検出周波数を搬送周波数としかつ前記目盛盤の回転周波数を変調周波数としたときの周波数変調信号として、この周波数変調信号における変調指数ｍ_ｆを求め、この変調指数ｍ_ｆに基づいて、前述した式（４）の高次成分、すなわち検出信号である周波数変調信号に含まれる高次成分を算出する。

変調指数算出部においては、目盛盤における偏心量から変調指数ｍ_ｆを求める。
変調指数ｍ_ｆはｍ_ｆ＝Δｆ_Ｃ／ｆ_ｍで定義される。ここで、Δｆ_Ｃは周波数偏移であり、搬送周波数ｆ_Ｃが変調周波数ｆ_ｍで変調された際に、搬送周波数ｆ_Ｃにあらわれる周波数の変化量の最大値である。
ここで、目盛盤の目盛数つまり目盛線の数をＮ、回転中心Ｏｒから検出器までの距離つまり検出半径をＲ[m]、回転中心Ｏｒと目盛中心Ｏｇとの距離つまり偏心量をδ[m]とし、目盛盤の回転運動は角速度ω[rad/sec]（周速度Ｒω[m/sec]）で一定とする。目盛盤は目盛線の相互の間隔が一定である理想的なものとする。
このような条件で、目盛中心Ｏｇが回転中心Ｏｒに対して偏心していない状態では、目盛中心Ｏｇから検出半径Ｒの位置における間隔ｄ（図１４参照）は次の式（５）となる。

一方、目盛盤の目盛中心Ｏｇと回転中心Ｏｒとの間に偏心が生じると、実際の回転角度が同じでも、検出器が読み取る目盛線の間隔ｄが周期的に変動する。
先に図１４を用いて説明したように、目盛中心Ｏｇが検出器に最も近づいた状態では、各々の距離つまり見かけ検出半径は（Ｒ−δ）[m]となり、このとき検出器が検出する目盛線の間隔はｄ’（ｄ’＜ｄ）となる。目盛中心Ｏｇが検出器から最も離れた状態では、各々の距離つまり見かけ検出半径は（Ｒ＋δ）[m]となり、このとき検出器が検出する目盛線の間隔はｄ”（ｄ”＞ｄ）となる。
例えば、目盛中心Ｏｇが検出器に最も近づいた見かけ検出半径（Ｒ−δ）のとき、検出器が検出する間隔ｄ’は次の式（６）となる。

偏心がない状態（間隔ｄで一定）の検出信号の周波数をｆc、偏心が生じて間隔ｄ’の状態での検出信号の周波数をｆ_Ｃmaxとすると、これらは次の式（７）および式（８）となる。

目盛中心Ｏｇの回転周波数ｆ_ｍは、目盛盤の角速度ω[rad/sec]からｆ_ｍ＝ω／２πである。従って、変調指数ｍ_ｆは次の式（９）となる。

式（９）の目盛数Ｎおよび検出半径Ｒは既知であり、従って偏心量δが得られれば式（９）から変調指数ｍ_ｆを得ることができる。そして、変調指数ｍ_ｆが得られれば、前述した式（４）の高次成分、すなわち検出信号である周波数変調信号に含まれる高次成分に基づく誤差をも除去することができる。

本発明において、偏心量δは、回転中心Ｏｒに対する目盛中心Ｏｇの変位であり、偏心量取得部により取得する。
前述のとおり、目盛中心Ｏｇは目盛盤の回転に伴って回転中心Ｏｒの周囲を回転し、その回転半径が偏心量δとなることから、偏心量取得部としては、機械的あるいは光学的な構成により偏心量を実測する構成が採用できる。
また、偏心量取得部としては、検出器の検出信号の１次成分から偏心量を演算する構成とすることもできる。さらに、既知の偏心誤差の補正手法（例えば特許第３８２６２０７号など）で用いる偏心に基づく誤差の１次成分を利用して偏心量δを算出してもよい。

本発明において、前記目盛盤の回転に伴う径方向の変位を取得する変位取得手段を備え、前記偏心量取得部は、前記変位取得手段で取得される径方向の変位に基づいて、前記偏心量を取得することが好ましい。
このような本発明では、変位取得手段の変位から偏心量を実測することができ、演算処理を簡略化することができる。

本発明では、前記目盛盤の周縁に沿って対向配置された一対の前記検出器を備え、前記偏心量取得部は、前記検出器の各々で検出される前記回転角度に基づいて、前記偏心量を取得することが好ましい。
このような本発明では、一対の検出器からの検出信号の平均により、偏心誤差の１次成分が相殺された信号が得られる。このような平均状態の信号と何れかの検出器の検出信号とから１次成分だけの偏心誤差が算出でき、この偏心誤差から偏心量が算出できる。角度検出装置では複数の検出器を配置することが一般的であることから、偏心補正のための専用構成の追加を必要としない。

本発明の第１実施形態を示す模式図である。 前記第１実施形態における検出器信号から目盛間隔データへの変換を示す模式図である。 前記第１実施形態において実際に得られる目盛間隔データを示すグラフである。 前記第１実施形態において計算で得られる目盛間隔データを示すグラフである。 前記第１実施形態における目盛番号のシフト量を示すグラフである。 本発明の第２実施形態を示す模式図である。 前記第２実施形態における検出器測定角度を示すグラフである。 前記第２実施形態における偏心誤差を示すグラフである。 前記第２実施形態における回転角度、偏心量、偏心誤差の関係を示す模式図である。 従来の角度検出装置の目盛盤および検出器を示す模式図である。 従来の角度検出装置における目盛盤の偏心を示す模式図である。 目盛中心と検出器とが遠い状態を示す模式図である。 目盛中心と検出器とが近い状態を示す模式図である。 偏心量による目盛間隔の変化を示す模式図である。 偏心がない状態の検出信号を示す模式図である。 偏心がある状態の検出信号を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１には本発明の第１実施形態が示されている。
図１において、角度検出装置１０Ａは、複数の目盛線１３を有する目盛盤１１と、目盛盤１１の周縁に沿って設置されて目盛線１３を検出する検出器１２とを備え、目盛盤１１の回転により検出部位１４を通過する目盛線１３に対応した検出信号を出力し、この検出信号から目盛盤１１の回転角度を検出する。これらの構成は、従来の角度検出装置１０と同様である。
角度検出装置１０Ａにおいて、検出器１２の検出信号から目盛盤１１の回転角度を検出するための演算処理は角度検出手段２９で行われる。この角度検出手段２９も既存の角度検出装置１０で用いられる構成である。

角度検出装置１０Ａは、本発明に基づく補正手段２０と、本発明の変位取得手段である変位センサ１９とを備えている。
変位センサ１９は、目盛盤１１の周縁に沿って設置され、目盛盤１１の外周位置までの距離を検出する機能を有する。変位センサ１９における外周位置の検出方式としては、機械的な接触機構、光学的、音響的あるいは電気的な読み取り機構を用いることができる。
変位センサ１９においては、目盛盤１１が最も近づいた状態（図１の一点鎖線の状態）で最小距離Ｐｎが検出され、目盛盤１１が最も遠ざかった状態（図１の点線の状態）で最大距離Ｐｆが検出される。これは、目盛盤１１の幾何学的中心として形成された目盛中心Ｏｇが偏心量δを半径として回転中心Ｏｒまわりに回転することで、目盛盤１１の周縁に振れを生じ、周縁の変位となったものである。図１からも明らかなように、目盛盤１１の周縁の振れ幅は偏心量δの２倍となる。

補正手段２０は、偏心量取得部２１、変調指数算出部２２、高次成分算出部２３を有する。
偏心量取得部２１は、変位センサ１９で検出された最小距離Ｐｎおよび最大距離Ｐｆから、偏心量δ＝（Ｐｎ＋Ｐｆ）／２を計算する。
変調指数算出部２２は、偏心量取得部２１から偏心量δを取得し、目盛盤１１の角速度ωから目盛盤１１の回転周波数ｆ_ｍ＝ω／２πを取得するとともに、検出器１２の検出信号Ｓｄから目盛線１３の周波数を検出して搬送周波数ｆ_Ｃ（前述した式（７）参照）および搬送周波数ｆ_Ｃmax（前述した式（８）参照）を取得し、これらを前述した式（９）に代入することで変調指数ｍ_ｆを算出する。

高次成分算出部２３は、変調指数算出部２２で算出される変調指数ｍ_ｆから前述した式（４）を用いて検出信号Ｓｄの高次成分（前述した式（４）のＪ１以上の項）を算出し、補正値として角度検出手段２９へ出力する。
角度検出手段２９は、高次成分算出部２３からの補正値により、検出信号Ｓｄから算出される角度信号を補正し、補正された角度信号を出力する。

以下、補正手段２０における搬送周波数ｆ_Ｃ、搬送周波数ｆ_Ｃmaxおよび変調指数ｍ_ｆの算出（変調指数算出部２２）、検出信号Ｓｄの高次成分の算出（高次成分算出部２３）、角度信号の補正（角度検出手段２９）について具体的に説明する。

先ず、変調指数算出部２２は、検出器１２からの出力信号Ｓｄを元に、検出器１２が読み取った目盛盤１１の目盛間隔を時間に変換して記録する。
図２には目盛間隔データの取得処理が模式的に示されている。図２の左端にある検出器信号（検出器１２からの出力信号）は、出力信号Ｓｄの振幅の最大値と最小値の中間の値を閾値として二値化され、パルス信号に変換される。このパルス信号は、検出器１２が目盛盤１１の目盛の暗部から明部へ通過するタイミングでＬｏｗからＨｉｇｈへ切り替わり、続いて明部から暗部へ通過する際にＨｉｇｈからＬｏｗへ切り替わる。この切り替わりの１周期分（ＬｏｗからＨｉｇｈへ切り替わった時点から、Ｌｏｗに戻って再びＨｉｇｈに切り替わる時点まで）の時間は、検出器信号の周波数ｆ_Ｃよりも十分高い周波数の信号を得られる水晶発振器などのクロック信号を用いて計測し、目盛間隔データとして記録する。

目盛盤１１に偏心がない場合、検出器信号の周波数は一定であるため、パルス信号の一周期分の時間（図２のｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，ｔ_４）も一定であり、目盛間隔データも一定の値となる。しかし、目盛盤に偏心がある場合、既に述べたように検出器信号の周波数が目盛盤１１の回転周期で変動するため、パルス信号の時間間隔も同様に変動し、目盛間隔データにも目盛盤１１の１回転で１周期となる周期的な変動を生じる。
例えば、目盛数１００００の目盛盤を用い、基準点を目盛番号０番としてパルス信号の時間間隔（目盛間隔）を水晶発振器のクロック数で目盛間隔データへ変換すると、図２の右端に示す目盛間隔データが得られる。

次に、高次成分算出部２３により、偏心量δを用いて偏心による誤差成分を計算する。
偏心による誤差成分の計算には前述した周波数変調信号ｖ_Ｃの式（１）を用いる。式（１）において、時刻ｔを前記水晶発振器信号の周波数ｆ_clkの逆数１／ｆ_clkを増分として、ｔ＝０〜２π／ω（目盛盤１回転の時間、ω［ｒａｄ／ｓ］は目盛盤回転速度）までの各時刻ｔについてｖ_Ｃを求めれば、目盛間隔が一定の目盛盤において目盛盤の偏心により生じた高次成分を含んだ検出器信号を数値データとして得ることができる。数値データの検出器信号に対して図２と同様に二値化、パルス間隔→時間変換の処理を行えば、目盛間隔が一定の目盛盤において、目盛盤の偏心によって目盛間隔に誤差が生じた目盛間隔データを得られる。

既に分かっている目盛盤１１の検出半径ｄ、目盛数Ｎ、目盛盤１１の回転速度ω、目盛盤１１の偏心量δ、水晶発振器周波数ｆ_clkを用いれば、実際の目盛盤１１で生じている偏心誤差を計算により求めることができる。
ここで、式（１）において、搬送周波数である検出器信号の周波数ｆ_Ｃ，ｆ_Ｃmaxは式（７）および式（８）から、変調指数ｍ_ｆは式（９）から求められ、また変調周波数ｆ_ｍ＝ω／２πである。検出器信号の振幅Ｖ_Ｃは、二値化処理後のデータには影響を与えないため、例えばＶ_Ｃ＝１としてよい。

角度検出手段２９においては、検出信号Ｓｄから先に計算された誤差成分を引くことで、偏心による誤差成分の補正を行う。
なお、測定により実際に得られる目盛間隔データでは、目盛盤の基準位置での偏心量が０とは限らないため、計算で得られる目盛間隔データとの差分（誤差）を計算する前に位相差を計算し、演算により位相合わせを行う必要がある。
図３および図４に実際に得られる目盛間隔データＤＲおよび計算で得られる目盛間隔データＤＣの例を示す。２つの目盛間隔データＤＲ，ＤＣの位相を合わせるためには、例えばクロック数が全体の平均値となる目盛番号を調べ、目盛番号の差分だけ計算で得られる目盛間隔データをシフトすればよい。例えば、図３および図４から、２つの目盛間隔データＤＲ，ＤＣはクロック数５００００を平均値として周期的に振れている。従って、図５に示すように、実際に得られる目盛間隔データＤＲおよび計算で得られる目盛間隔データＤＣを重ねあわせ、前述したクロック数５００００の位置での位相差を求め、この位相差をシフト量ＳＤとする。

このようにして得たシフト量ＳＤで計算で得られた目盛間隔の誤差データＤＣの位相を補正し、実際に得られた目盛間隔データＤＲと位相を合わせた状態で、実際の目盛間隔データＤＲと計算による目盛間隔の誤差データＤＣとの差をとることで、偏心による高次成分誤差を除去した目盛間隔の校正値を得ることができる。

このような本実施形態によれば以下の効果がある。
補正手段２０により、目盛盤１１の目盛中心Ｏｇと回転中心Ｏｒとが偏心している場合でも、これらの偏心量δに基づく回転角度の誤差を補正することができる。
すなわち、偏心量取得部２１により目盛盤１１の周縁の変位から偏心量δを取得し、変調指数算出部２２により検出器１２からの検出信号Ｓｄにおける変調指数ｍ_ｆを算出し、高次成分算出部２３により検出信号Ｓｄの変調周波数の高次成分を算出することができる。
このような補正手段２０によって、目盛盤１１に目盛中心Ｏｇと回転中心Ｏｒとが偏心している状態でも、２次以上の高次成分を補正することができ、目盛盤の回転角度を適切に検出することができる。
また、本実施形態では、変位取得手段である変位センサ１９により目盛盤１１の周縁の変位（最小距離Ｐｎおよび最大距離Ｐｆ）を検出し、これらから偏心量δを演算するようにしたので、偏心量取得部２１における偏心量δの取得のための処理が簡単、迅速かつ正確に行える。

〔第２実施形態〕
図６から図９には本発明の第２実施形態が示されている。
図６において、角度検出装置１０Ｂは、前述した第１実施形態の角度検出装置１０Ａと同様に、目盛線１３を有する目盛盤１１、検出部位１４を有する検出器１２および角度検出手段２９を備えている。また、本発明に基づく構成である、偏心量取得部２１、変調指数算出部２２、高次成分算出部２３を有する補正手段２０を備えている。
但し、本実施形態と前述した第１実施形態とでは、次のような相違がある。

前述した第１実施形態では、検出器１２が１つだけ設置されていたが、本実施形態では検出器１２の径方向に対向する位置つまり互いに１８０度間隔で、一対の検出器１２Ａ，１２Ｂが設置され、各々の検出出力ＳｄＡ，ＳｄＢはそれぞれ角度検出手段２９に接続されている。
前述した第１実施形態では、偏心量取得部２１での偏心量δの取得のために、目盛盤１１の周縁に変位センサ１９を設置したが、本実施形態では変位センサが省略され、代わりに一対の検出器１２Ａ，１２Ｂからの検出出力ＳｄＡ，ＳｄＢが入力されている。そして、偏心量取得部２１は、検出出力ＳｄＡ，ＳｄＢの演算処理により偏心量δを算出する。

図７に示すように、一対の検出器１２Ａ，１２Ｂからの検出出力ＳｄＡ，ＳｄＢに対し、それぞれ角度検出手段２９と同様な演算処理により検出角度を算出するとＤ₁(θ)，Ｄ₂(θ)となる。これらの検出角度Ｄ₁(θ)，Ｄ₂(θ)には、一対の検出器１２Ａ，１２Ｂの１８０度配置に基づいて、互いに偏心の影響が反転した状態であらわれる。従って、検出角度Ｄ₁(θ)，Ｄ₂(θ)の平均値（Ｄ₁(θ)＋Ｄ₂(θ)）／２は偏心の１次成分が相殺されたものとなる。
このような検出角度Ｄ₁(θ)，Ｄ₂(θ)を用いて、目盛盤１１の回転角度θにおける角度誤差ε(θ)を表すと式（１０）となる。

図８に示すように、角度誤差ε(θ)は目盛盤１１の回転角度θに対して正弦波を描く。図９に示すように、角度誤差ε(θ)は、検出部位１４と回転中心Ｏｒおよび検出部位１４と目盛中心Ｏｇを結ぶ線分の挟み角となり、回転中心Ｏｒのまわりを回転する目盛中心Ｏｇが描く正弦波に対応する。
これらから、偏心量δは角度誤差ε(θ)を用いて次の式（１１）と表される。

以上のように、本実施形態においては、偏心量取得部２１で検出出力ＳｄＡ，ＳｄＢを演算処理して検出角度Ｄ₁(θ)，Ｄ₂(θ)および角度誤差ε(θ)を演算し、さらに角度誤差ε(θ)から偏心量δを算出することができる。
そして、得られた偏心量δから、前述した第１実施形態と同様に、変調指数算出部２２で変調指数ｍ_ｆを算出し、高次成分算出部２３で検出信号Ｓｄの高次成分を算出し、角度検出手段２９で検出信号Ｓｄから算出される角度信号を補正する。

このような本実施形態によれば以下の効果がある。
補正手段２０により、前述した第１実施形態と同様に、目盛盤１１に目盛中心Ｏｇと回転中心Ｏｒとが偏心している状態でも、２次以上の高次成分を補正することができ、目盛盤の回転角度を適切に検出することができる。
また、本実施形態では、対向配置された一対の検出器１２Ａ，１２Ｂからの検出出力ＳｄＡ，ＳｄＢを演算処理して偏心量δを演算するようにしたので、前記第１実施形態のような変位センサ等の専用構成を必要とせず、構成を簡略にできる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記第１実施形態では、１個の検出器１２と変位センサ１９を用いたが、これらは複数あってもよい。前記第２実施形態では、２個一対の検出器１２Ａ，１２Ｂを用いたが、３個以上の検出器１２が設置されていてもよい。この場合、３個以上の検出器１２のうち互いに１８０度間隔の対向配置（同じ直径線上）の一対を用いて偏心の１次成分を相殺できるようにすればよい。

偏心量δを取得するために、前記第１実施形態では変位センサ１９を用いて目盛盤１１の周縁の変位を検出し、前記第２実施形態では一対の検出器１２からの検出角度Ｄ₁(θ)，Ｄ₂(θ)から角度誤差ε(θ)を算出したが、他の方法で偏心量δを取得することもできる。
例えば、検出器１２が複数設置される場合、角度自己校正法（例えば、特許第３８２６２０７号など参照）により自己校正値が求められるが、この自己校正値にも偏心誤差が含まれる。このため、この自己校正値の１次成分を利用し、前記第２実施形態と同様にして偏心量δを取得することもできる。

本発明は、回転部分の角度位置、角速度などを検出するための角度検出装置に好適に利用することができる。

１０Ａ，１０Ｂ…角度検出装置
１１…目盛盤
１２，１２Ａ，１２Ｂ…検出器
１３…目盛線
１４…検出部位
１９…変位センサ
２０…補正手段
２１…偏心量取得部
２２…変調指数算出部
２３…高次成分算出部
２９…角度検出手段
δ…偏心量
ｄ…目盛線の間隔
Ｄ₁，Ｄ₂…検出角度
ｆ_Ｃ，ｆ_Ｃmax…搬送周波数
ｆ_ｍ…回転周波数
ｍ_ｆ…変調指数
Ｎ…目盛数
Ｏｇ…目盛中心
Ｏｒ…回転中心
Ｐｆ…最大距離
Ｐｎ…最小距離
Ｒ…検出器の検出半径
Ｓｄ，ＳｄＡ，ＳｄＢ…検出器の検出出力
Ｖ_Ｃ…振幅
ｖ_Ｃ…周波数変調信号

Claims (3)

1. 径方向に延びる複数の目盛線が形成された円盤状の目盛盤と、前記目盛線を検出する検出器とを備え、前記目盛盤の回転に伴って前記検出器から出力される検出信号を参照して前記目盛盤の回転角度を検出する角度検出装置であって、
   前記目盛盤の目盛中心と回転中心との偏心量に基づく前記回転角度の誤差を補正する補正手段を備え、前記補正手段は、
   前記偏心量を取得する偏心量取得部と、
   前記偏心量取得部で取得される偏心量に基づいて、前記目盛線の検出周波数を搬送周波数としかつ前記目盛盤の回転周波数を変調周波数としたときの変調指数を算出する変調指数算出部と、
   前記変調指数算出部で算出される変調指数に基づいて、前記変調周波数の高次成分を算出する高次成分算出部と、を備えることを特徴とする角度検出装置。
2. 請求項１に記載の角度検出装置において、
   前記目盛盤の回転に伴う径方向の変位を取得する変位取得手段を備え、
   前記偏心量取得部は、前記変位取得手段で取得される径方向の変位に基づいて、前記偏心量を取得することを特徴とする角度検出装置。
3. 請求項１に記載の角度検出装置において、
   前記目盛盤の周縁に沿って対向配置された一対の前記検出器を備え、
   前記偏心量取得部は、前記検出器の各々で検出される前記回転角度に基づいて、前記偏心量を取得することを特徴とする角度検出装置。