JP2015224955A - 角度誤差推定装置およびエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】検出部の検出軸と回転盤の回転軸との軸ズレに起因した角度誤差を推定する角度誤差推定装置およびその角度誤差推定装置を備えたエンコーダの提供。【解決手段】エンコーダ１は、エンコーダ本体２と、角度誤差推定装置である信号処理装置３と、を備えている。信号処理装置３は、軸ズレによって生じるＺ相信号とＡ相信号の位相ズレに基づいて、回転盤の回転角θに含まれる角度誤差δを推定する誤差演算部３２を有する。【選択図】図９

Description

本発明は、角度誤差推定装置、および、その角度誤差推定装置を備えたエンコーダに関する。

インクリメンタル型ロータリエンコーダ（以下、単にエンコーダとも呼ぶ。）は、検出部と回転盤とを備えている。回転盤は、周方向に所定間隔で設けられた複数の回転角検出用スリットと、異なる半径の周方向に基準位置を検出するための基準位置検出用スリットとを有し、回転軸を中心に回転する。検出部は、例えば、スリットを通過する投光素子からの検出光を受光素子で受光して検出する。

エンコーダを設計するにあたり、座標原点を通過するＸＹ直交座標系を定義し、投光素子と受光素子の設置位置は、ＸＹ直交座標系の座標原点からの位置として設定され、回転盤の回転軸はＸＹ直交座標系の座標原点に配置するように設定される。なお、スリットを挟んで投光素子と受光素子とを結ぶ直線を検出軸と呼ぶ。

たとえば、検出軸の位置が上記座標系の座標原点を基準として正しく設置され、回転盤の回転軸も正規の座標原点に配置されている場合、エンコーダの検出結果には、部品の設置位置ズレに伴う誤差は含まれない。しかし、検出部の検出軸の位置が座標原点基準で正しく設置されていても、回転盤の回転軸が座標原点からズレている場合、エンコーダが検出する角度に角度誤差が含まれるという問題がある。

なお、特許文献１には、周方向に設けられた目盛り線が理想目盛り線位置から周方向にずれている目盛り盤の目盛り線位置を２つの目盛り読み取りヘッドを用いて校正する角度検出器の発明が記載されている。

特許第３８２６２０７号公報

上述のエンコーダにおいては、エンコーダが検出する角度を補正するため、特許文献１の構成を採用すると装置が大型化してコストアップの要因となる。

（１）本発明の好ましい実施形態による角度誤差推定装置は、所定半径位置に設けられて基準位置を検出するための第１被検出部、および第１被検出部とは異なる半径位置に周方向に設けられて前記基準位置からの回転角を検出するための第２被検出部を有する回転盤と、前記第１被検出部を検出することで第１相信号を検出し、前記第２被検出部を検出することで第２相信号を検出する検出部と、前記第１相信号と前記第２相信号とに基づいて前記回転盤の前記基準位置からの回転角を演算する回転角演算部と、を備えたエンコーダに用いられる角度誤差推定装置であって、前記回転盤と前記検出部の軸ズレによって生じる前記第１相信号と前記第２相信号の位相ズレを算出し、この位相ズレに基づいて、前記回転角演算部で演算される前記回転角に含まれる角度誤差を推定する信号処理部を有する。
（２）さらに好ましい実施形態では、前記信号処理部は、後述する実施形態に記載している式（６）に基づいて、前記角度誤差を求める。
（３）さらに好ましい実施形態では、前記第１被検出部は一つのスリットを有し、前記第２被検出部は複数のスリットが周期的に設けられた回転スリット群を有し、前記検出部は、光源と、前記第１被検出部に対応する第１固定スリット、および前記第２被検出部に対応する第２固定スリットが設けられたスリット板と、前記第１被検出部の第１固定スリットを通過する検出光を受光する第１受光素子と、前記第２被検出部の第２固定スリットを通過する検出光を受光する第２受光素子とを有し、前記信号処理部は、前記第１受光素子と前記第２受光素子の受光信号に基づいて前記位相ズレを推定する。
（４）さらに好ましい実施形態では、前記検出部は、第３相信号をさらに検出し、前記信号処理部は、前記第２相信号、および、前記第３相信号に基づいて、前記回転盤の正転・逆転を判別する。
（５）本発明のエンコーダは、上記角度誤差推定装置と、前記回転盤と、記検出部と、前記回転角演算部とを備える。
（６）エンコーダの好ましい実施形態では、回転角演算部は、前記角度誤差推定装置で算出された前記角度誤差を用いて前記回転盤の回転角度を補正して真の回転角度を演算する。

本発明によれば、インクリメンタル型ロータリエンコーダが検出する回転角に含まれる軸ズレに起因した角度誤差を推定することができ、エンコーダの小型化と低コスト化に寄与することができる。

エンコーダを示した図。 図１のエンコーダ本体を側方から見て検出軸を示す図。 軸ズレしていない場合の回転盤、検出部、座標原点（軸）、回転盤の回転軸を示す図。 軸ズレしていない場合に得られるＡ相、Ｂ相、Ｚ相の信号波形を示した図。 軸ズレしている場合に得られるＡ相、Ｂ相、Ｚ相の信号波形を示した図。 軸ズレしていない場合の検出部とスリットの位置関係を示した図。 軸ズレしている場合の回転盤、検出部、座標原点（軸）、回転盤の回転軸、角度誤差を示す図。 軸ズレしている場合の検出部とスリットの位置関係を示した図。 （ａ）はエンコーダのブロック図、（ｂ）は誤差演算部のブロック図。 カウンタのタイミングを示した図。 実誤差と推定誤差の比較図。

以下に示す実施形態では、本発明を光学式インクリメンタル型ロータリエンコーダに適用した例で説明する。なお、本発明は磁気式インクリメンタル型ロータリエンコーダにも適用できる。

―実施形態―
図１は、光学式インクリメンタル型ロータリエンコーダ１（以下、単に、エンコーダ１と呼ぶ）の構成を示す図である。エンコーダ１は、エンコーダ本体２と信号処理装置３を備えている。エンコーダ本体２は、回転盤２０と検出部１０を備えている。エンコーダ本体２を側方から見た図２も参照して説明する。

エンコーダ１を設計する際、検出部１０の配置位置をＸＹ直交座標系での座標位置で定義するとき、回転盤２０の回転中心軸はＸＹ直交座標系の原点を通過するように設計する。この理想状態を軸ズレしていない状態と呼び、回転盤２０の回転中心軸が座標原点からズレた状態を軸ズレしている状態と呼ぶ。そして本発明は、組み立て誤差等に起因して軸ズレ状態が発生しても、エンコーダ１自身に内蔵した自己補償機能により、自動的に検出誤差を補償するものである。なお、軸ズレに関する定義については、後で図を用いて詳細に説明する。

回転盤２０は、所定半径の周上に所定周期で等間隔に設けられた複数のスリット２１Ｓを有する回転スリット群２１と、回転スリット群２１とは異なる所定半径位置に設けられた一つのスリット２２とを備えている。スリット２２は、Ｚ相、すなわち回転盤２０の基準位置を検出するために設けられている。回転スリット群２１は、Ａ相およびＢ相、すなわち、回転盤２０の回転角度位置と回転方向を検出するために設けられている。回転スリット群２１は、周方向に所定周期で複数のスリットを有していることにより、回転スリット群２１から得られる検出信号は周期および位相を有する信号となる。

回転盤２０のシャフト２３は、不図示の回転体のシャフト、例えば、モータのロータシャフトに互いの回転軸が合うように、すなわち同軸状態で接続される。図２において、符号Ｏ２Ｘはシャフト２３の中心線を示し、符号Ｏ１Ｘは、後述するＸＹ座標系の座標原点を通過する中心線である。図２では、シャフト２３の回転中心軸Ｏ２Ｘと座標原点軸Ｏ１Ｘが一致して描かれている。シャフト２３の回転中心軸Ｏ２Ｘと座標原点軸Ｏ１Ｘについては後で詳細に説明する。

検出部１０は、Ａ相、Ｂ相、Ｚ相の検出部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｚを代表して示している。各相の検出部１０は、それぞれ、投光素子である発光ダイオード１１と、固定スリット板１２と、受光素子であるフォトダイオード１３とを備えている。
発光ダイオード１１は、Ａ相、Ｂ相、Ｚ相用の発光ダイオード１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｚを含み、フォトダイオード１３は、Ａ相、Ｂ相、Ｚ相用のフォトダイオード１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｚを含んでいる。発光ダイオード１１は、不図示の電源から電力を受けて、光を発する。

固定スリット板１２には、Ａ相、Ｂ相、Ｚ相用のスリット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｚがあけられている。スリット１２Ａは、Ａ相用の発光ダイオード１１Ａからの検出光が通過し、スリット１２Ｂは、Ｂ相用の発光ダイオード１１Ｂからの検出光が通過するように設けられている。スリット１２Ａとスリット１２Ｂは、回転盤２０の回転角度で９０度位相がずれた位置に設けられている。このように位相がずれたＡ相パルスとＢ相パルスの波形の時間変化に基づいて、回転盤２０の正転・逆転を認識することができる。スリット１２Ｚは、Ｚ相用の発光ダイオード１１Ｚからの検出光が通過するように設けられている。

フォトダイオード１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｚは、回転盤２０のスリット２１Ｓ、２２と、固定スリット板１２のスリット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｚを通過した発光ダイオード１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｚからの光を受光する。各フォトダイオード１３は、受光している状態と受光していない状態で異なる信号を信号処理装置３に出力する。本実施形態では、受光している状態ではＨｉｇｈ状態（Ｈ状態）を出力し、受光していない状態ではＬоｗ状態（Ｌ状態）を出力する。

図２の符号５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｚは、各相の発光ダイオード１１から発せられた光がフォトダイオード１３に受光されるまでの検出光の光軸であり、以下では検出軸と呼ぶ。発光ダイオード１１Ａから出射した光は、回転盤２０の回転スリット群２１を通過し、固定スリット１２Ａを通過した後、フォトダイオード１３Ａに受光される。この検出光の光路が検出軸５０Ａとなる。同様に、発光ダイオード１１Ｂから出射した光は、回転盤２０の回転スリット群２１を通過し、固定スリット１２Ｂを通過した後、フォトダイオード１３Ｂに受光される。この検出光の光路が検出軸５０Ｂとなる。発光ダイオード１１Ｚから出射した光は、回転盤２０のスリット２２を通過し、固定スリット１２Ｚを通過した後、フォトダイオード１３Ｚに受光される。この検出光の光路が検出軸５０Ｚとなる。

なお、この実施形態では、回転盤２０のスリット２１Ｓの周方向の幅（以下、スリット幅）と隣接するスリット２１Ｓまでの幅は等しくされ、固定スリット１２Ａ，１２Ｂの周方向のスリット幅は、回転盤２０のスリット２１Ｓのスリット幅と等しく設定されている。Ａ相、Ｂ相検出部１０Ａ、１０Ｂは、回転盤２０の回転に伴い、スリット２１Ｓが検出光の光路を横断する期間はハイレベル信号を出力し、検出光の光路が次のスリットを横断し始めるまでの期間はローレベル信号を出力する。
回転盤２０に設けられたＺ相用のスリット２２の幅は、Ａ相，Ｂ相パルス信号の一周期と等しい時間幅のハイレベル信号を検出部１０Ｚが出力するように設定される。

スリット２１Ｓ、２２を挟んで発光ダイオード１１とフォトダイオード１３とを結ぶ直線である検出軸５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｚ（以下、代表して符号５０で示すこともある）の位置は次のように定められる。
エンコーダ１を設計するにあたり、座標原点Ｏ１を通過するＸＹ直交座標平面を定義すると、検出軸５０の位置は、ＸＹ座標平面上のＸＹ座標位置で定義される。ここで重要な点は、回転盤２０の回転中心軸Ｏ２Ｘが、座標原点Ｏ１を通過する座標原点軸Ｏ１Ｘに一致させる点である。図２では、座標原点Ｏ１を通過する座標原点軸Ｏ１Ｘに回転中心軸Ｏ２Ｘが一致して示されている。

図２に示すように、検出軸５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｚは、それぞれ座標原点軸Ｏ１Ｘと平行であり、各軸同士も平行になる。また、Ａ相、Ｂ相の検出軸５０Ａ，５０Ｂは、座標原点軸Ｏ１Ｘに対して等しい距離だけ離間するよう設計されている。Ｚ相の検出軸５０Ｚは、Ａ相、Ｂ相の検出軸５０Ａ，５０Ｂと座標原点軸Ｏ１Ｘとの距離とは異なる所定の距離だけ座標原点軸Ｏ１Ｘに対して離間するよう設計されている。本実施形態では、Ｚ相の検出軸５０Ｚと座標原点軸Ｏ１Ｘとの距離は、Ａ相、Ｂ相の検出軸５０Ａ，５０Ｂと座標原点軸Ｏ１Ｘとの距離より小さく設定されている。

なお、図２は、エンコーダ本体２を側方から示したため、Ａ相とＢ相の検出軸５０Ａ、５０Ｂが区別なく描かれているが、上述したとおり、回転盤２０の正面視ではＡ相とＢ相の検出軸５０Ａ，５０Ｂは異なる座標位置に設定されている。

本明細書において、「軸ズレしていない」とは、設計上のＸＹ座標系の座標原点Ｏ１を通過する座標原点軸Ｏ１Ｘと、回転盤２０の回転中心軸Ｏ２Ｘが一致していることを意味する。一方、「軸ズレしている」とは、回転盤２０の回転中心軸Ｏ２Ｘが、座標原点軸Ｏ１Ｘに垂直な方向に平行移動していることを意味する。よって、本明細書では、軸ズレしている場合でも、回転盤２０の回転中心軸Ｏ２Ｘは、座標原点軸Ｏ１Ｘと平行である。

図３は、軸ズレしていない場合の検出部１０と回転盤２０の位置関係を示している。具体的には、回転盤２０の回転中心軸Ｏ２Ｘが、直交するＸ軸とＹ軸の交点に位置する座標原点Ｏ１を通過するように設置されている。検出部１０は、Ｘ軸上の設計位置に模式的に配置して示されている。回転盤２０の回転方向は矢印Ａｒｒで示されている。ここで、以降での説明のため、軸ズレしていない回転盤２０を符号２０−１で示している。図３では、Ａ相、Ｂ相、Ｚ相それぞれの検出部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｚを代表して検出部１０として示した。

図４は、軸ズレしていない場合に検出部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｚがそれぞれ検出したＡ相、Ｂ相、Ｚ相のパルス信号を示している。見易さのため、振幅方向（図示上下方向）にオフセットを持たせている。図４に示すように、軸ズレしていない場合には、Ａ相信号とＺ相信号は同時点で立ち上がり、Ｚ相信号のＨ期間の半分の時点でＡ相パルス信号が立ち下がる。すなわち、Ｚ相信号の中心線６０上にＡ相パルス信号の立ち下がりエッジ６１が位置している。

図５は、軸ズレしている場合に検出部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｚが、それぞれ検出したＡ相、Ｂ相、Ｚ相のパルス信号を示している。見易さのため、振幅方向（図示上下方向）にオフセットを持たせている。図５に示すように、軸ズレしている場合には、Ｚ相パルス信号が立ち上がって所定時間経過した時点でＡ相パルス信号が立ち上がる。Ａ相パルス信号は、スリット２１Ｓの幅Ｌｓ／２に対応するパルス幅だけハイレベル状態を維持して立ち下がる。したがって、Ａ相パルス信号の立ち下がりエッジはＺ相パルス信号の中心線６０よりも遅れる。図５では、この遅れを符号ｄφで表記している。

本発明の角度補正は、後述するように、Ａ相パルス信号が立ち下がる時刻と、Ｚ相パルス信号の中心線６０の時刻との時間差に基づいて行われる。この時間差は、後述する式（７）に示すように、回転位相差ｄφ（位相ズレｄφ）に変換して補正演算に使用される。

図６（ａ）は、回転盤２０を正面から見た模式的な図であり、軸ズレしていない場合の検出部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｚと、回転盤２０の一つのＡ相スリット２１Ｓと、Ｚ相スリット２２（Ｚ相のスリット２２）の位置関係が示されている。軸ズレしていないので、上述したとおり、回転盤２０の回転中心軸Ｏ２Ｘは座標原点軸Ｏ１Ｘに一致している。図６（ｂ）は、図６（ａ）の破線で囲まれた領域の拡大図である。

回転盤２０に周方向に所定間隔で配設された一つのスリット２１Ｓに着目したとき、発光ダイオード１１からの光が一つのスリット２１Ｓを通過してフォトダイオード１３に入射すると、フォトダイオード１３は、スリット２１Ｓの周方向長さのスリット幅に応じたハイレベル信号を出力する。スリット間は発光ダイオード１１の光を遮断する遮断領域２１Ｑであり、その周方向長さはスリット幅と等しい。発光ダイオード１１からの光が遮断領域２１Ｑに入射されている間、フォトダイオード１３はローレベル信号を出力する。フォトダイオード１３から出力されるハイレベル信号とローレベル信号がＡ相パルス信号の１周期の信号となる。図６（ａ）では、スリット２１Ｓと遮断領域２１Ｑが示されている。実際はこれらスリット２１Ｓと遮断領域２１Ｑを一組とするパターンが周上に複数個並設される。スリット２１Ｓと遮断領域２１Ｑを一組とするパターンを被検出部２１ＳＱとも呼ぶ。

上述したように、本実施形態では、Ａ相信号とＺ相信号が同時点で立ち上がり、Ｚ相信号のＨ期間の半分の時点でＡ相パルス信号が立ち下がるように、回転盤２０のＡ相用のスリット２１ＳとＺ相用のスリット２２が形成されている。図６を参照して、Ａ相用の被検出部２１ＳＱによるＡ相パルス信号の生成と、Ｚ相用のスリット２２によるＺ相パルス信号の生成について詳細に説明する。
なお、Ｚ相用のスリット２２はＺ相、すなわち基準位置検出用被検出部である。

図６に示すように、Ｚ相用のスリット２２は、回転中心軸Ｏ２Ｘから半径ｒ_Ｚの周上に一つだけ設けられている。Ｚ相用のスリット２２の幅はＬｓであり、その中央、すなわちＬｓ／２の位置をＸ軸が通過している。Ａ相用のスリット２１Ｓは、左側エッジがＺ相用のスリット２２の左側エッジと一致し、右側エッジがＸ軸上に位置している。Ａ相用のスリット２１Ｓのスリット幅はＺ相用のスリット２２の幅Ｌｓの半分である。Ａ相用のスリット２１Ｓは、回転中心軸Ｏ２Ｘから半径ｒ_ＡＢの周上に所定周期で複数形成され、スリット間は検出光を遮断する領域であり、符号２１Ｑとして模式的に示している。このスリット間の遮光領域２１Ｑの幅は、Ａ相用のスリット２１Ｓの幅であるＬｓ／２と等しい。
なお、Ａ相用のスリット２１ＳとＺ相用のスリット２２の距離はｒ_ＡＢ−ｒ_Ｚである。

図７は、軸ズレしている場合の検出部１０と回転盤２０の位置関係を示している。
図７を用いて、軸ズレによって生じる角度誤差δを説明する。軸ズレしているので、上述したとおり、回転盤２０の回転中心軸Ｏ２Ｘは座標原点軸Ｏ１Ｘに一致していない。図７では、回転盤２０は、回転盤２０−１の位置から、回転盤２０−２の位置に移動して示されている。

一方、検出部１０は、座標原点Ｏ１を有するＸＹ座標平面内で設計値通りに配置されているとともに、回転盤２０の回転中心軸Ｏ２Ｘが座標原点軸Ｏ１Ｘと軸ズレしている。その結果、回転中心軸Ｏ２Ｘと検出部１０を結ぶ線がＸ軸に対して角度δだけ傾くことになる。軸ズレしている場合、検出部１０の検出角度、すなわち回転盤２０の回転角検出値に角度誤差δの成分が含まれる。本発明は、角度誤差δを推定し、検出部１０の検出角度から角度誤差δの成分を除去することで、検出部１０の検出角度を補正する。

図８（ａ）は、回転盤２０を正面から見た模式的な図であり、軸ズレしている場合の検出部１０Ａ、１０Ｚと回転盤２０のＡ相スリット２１ＳおよびＺ相スリット２２の位置関係が示されている。図８（ｂ）は、図８（ａ）の破線で囲まれた領域の拡大図である。軸ズレしているので、上述したとおり、回転盤２０の回転中心軸Ｏ２Ｘは座標原点軸Ｏ１Ｘに一致していない。

図８（ａ）に示す回転中心軸Ｏ２Ｘを通る図示上下に伸びる破線と回転中心軸Ｏ２Ｘを通る斜めの実線とのなす角δを角度誤差とすると、回転中心軸Ｏ２Ｘを通る図示上下に伸びる破線とＸ軸が平行であることから、回転中心軸Ｏ２Ｘと検出部１０Ａを結ぶ斜めの実線とＸ軸のなす角もδとなる。

図５および図８を用いて、角δと位相差ｄφとの関係を導く。図８（ｂ）の角δを囲む三角形の関係より、デルタの値は以下の式（１）によって表される。

ここで、スリットの通過速度、すなわち回転盤２０の回転速度が一定であるとすると、受光素子の出力信号の１周期は、Ｌｓに比例するため、位相差ｄφは、以下の式（２）によって、表される。

これを式変形すると、

となる。

ここで、Ｌｓの長さは、回転盤２０の回転スリット群２１のスリット数Ｎと半径ｒ_ＡＢにより、以下の式（４）のように表される。

よって、式（１）、（３）、（４）より、角度誤差δは、以下の式（５）のように表される。

ここで、arctan関数の引数の値が小さいと考えると、式（５）は、以下の式（６）のように、近似される。

以上より、Ａ相とＺ相の位相差ｄφを取得し、式（６）を用いて、位相差ｄφを角度誤差δに変換する。

以下では、エンコーダ１の信号処理装置３による、以上に示した原理を用いた信号処理について説明する。

図９（ａ）には、エンコーダ１の信号処理装置３のブロック図が示されている。信号処理装置３は、角度変換部３１と、誤差演算部３２と、差分器３３を備えている。角度変換部３１は、エンコーダ本体２から入力されたＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を用いて、回転盤２０の回転角θを出力する。回転角θはＺ相信号を基準とした角度である。角度変換部３１は、一般的なエンコーダが有しているものである。誤差演算部３２は、エンコーダ本体２から入力されたＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号と以上の式（６）を用いて、回転角θに含まれる軸ズレによる角度誤差δを出力する。誤差演算部３２内での信号処理に関しては、後述する。差分器３３は、回転角θから角度誤差δを減算し回転角θ_ｃｏｒｒを出力する。

図９（ｂ）は、誤差演算部３２のブロック図を示している。図９（ｂ）に示した誤差演算部３２を図１０も用いて説明する。図１０は、図５と同じ信号波形を示しているが、図１０にはカウントの時刻Ｉ〜ＩＶが記載されている。

誤差演算部３２は、カウンタ３２１とカウンタ３２２を備えている。カウンタ３２１には、Ａ相信号とＢ相信号とＺ相信号が入力される。カウンタ３２１は、図１０に示すＺ相信号の立ち上がりエッジの時刻Ｉから時間計測を開始し、Ｂ相信号がＨ状態にあるＡ相信号の立ち下がりエッジの時刻ＩＩＩで時間計測を終了し、時間Ｃ_{Ａｅｄｇｅ}を出力する。すなわち、時間Ｃ_{Ａｅｄｇｅ}は、図１０で示す時刻Ｉから時刻ＩＩＩまでの時間である。なお、回転盤２０の回転が正転か逆転か分かっている場合は、例えば、Ａ相の立ち下がりエッジの位置を時刻ＩＩＩとすると決めておけば、Ｂ相信号を用いる必要はない。

カウンタ３２２には、Ｚ相信号が入力される。カウンタ３２２は、図１０に示すＺ相信号の立ち上がりエッジの時刻Ｉから時間計測を開始し、Ｚ相信号の立ち下がりエッジの時刻ＩＶで時間計測を終了し、時間Ｃ_Ｚａｌｌを出力する。すなわち、時間Ｃ_Ｚａｌｌは、図１０で示す時刻Ｉから時刻ＩＶまでの時間である。なお、時刻ＩＩがＺ相信号の中心線６０の時刻であるため、図１０で示す時刻Ｉから時刻ＩＩまでの時間は、時間Ｃ_Ｚａｌｌ／２となる。

演算器３２３は、カウンタ３２１とカウンタ３２２の出力結果を用いて以下の演算を行う。まず、演算器３２３は、以下に示す式（７）に、カウンタ３２１とカウンタ３２２の出力結果を入力して、位相差ｄφを求める。

そして、求められた位相差ｄφを式（６）に入力して、角度誤差δを求める。なお、以上の演算のために、演算器３２３は、予め、式（６）と式（７）を記憶している。式（６）に含まれる半径ｒ_ＡＢや半径ｒ_Ｚや、回転盤２０の回転スリット群２１のスリット数Ｎは、設計事項であるので、予め式（６）に数値として入力できる。

エンコーダ誤差発生治具を用いて、エンコーダ１に対して実誤差δを発生させ、その状況で本発明を適用して以上のように式（６）、（１１）を用いて角度誤差δ（推定誤差δ）を推定した。図１１は、推定誤差δを横軸に、実誤差δを縦軸にプロットしたものである。プロットした点（×印）は、「推定誤差δ＝実誤差δ」の直線にほぼ載っており、本発明の推定精度の良さが理解される。

上述した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）エンコーダ１は、周方向に１ヶ所設けられたＺ相のスリット２２と周方向に所定周期で複数設けられたスリット２１Ｓで構成される回転スリット群２１とを有する回転盤２０と、Ｚ相スリット２２を検出することでＺ相信号を検出し、そして、Ａ相スリット２１Ｓを検出することでＡ相信号を検出する検出部１０と、Ｚ相信号とＡ相信号に基づいて回転盤２０の回転角θを演算する角度変換部３１とを備える。
このようなエンコーダ１に使用する実施形態の信号処理装置３は、回転盤２０と検出部１０の軸ズレによって生じるＺ相信号とＡ相信号の位相ズレｄφに基づいて、回転盤２０の回転角θに含まれる角度誤差δを推定する誤差演算部３２を有する。
これによって、インクリメンタル型ロータリエンコーダであるエンコーダ１が検出する回転角θに含まれる軸ズレに起因した角度誤差δを精度良く推定することができる。

（２）その結果、エンコーダ１において、その精度良く推定された角度誤差δを用いて、回転角θを精度良く補正することができる。

（３）誤差演算部３２は、Ａ相信号、および、検出部１０がさらに検出するＢ相信号に基づいて、回転盤２０の正転・逆転を判別する。
これによって、回転盤２０の回転の向きを把握していない場合であっても、エンコーダ１が検出する回転角θに含まれる軸ズレに起因した角度誤差δを精度良く推定することができる。

（４）検出部１０は、光源である発光ダイオード１１と、光学スリットである固定スリット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｚと、受光素子であるフォトダイオード１３とを有し、Ｚ相スリット２２およびＡ相，Ｂ相スリット２１Ｓを光学的に検出する。
これによって、光学式インクリメンタル型ロータリエンコーダであるエンコーダ１が検出する回転角θに含まれる軸ズレに起因した角度誤差δを精度良く推定することができる。

―変形例―
以上の実施形態では、光学式インクリメンタル型ロータリエンコーダであるエンコーダ１が信号処理装置３を有する場合で説明した。しかし、本発明は、これに限定されない。

例えば、磁気式インクリメンタル型ロータリエンコーダ、すなわち、回転スリット群２１やスリット２２の代わりに磁気パターンを設け、検出部１０の代わりに、磁気パターンを読み取る磁気読み取りヘッドを設ければよい。それぞれの配置は、図１や図２に示される配置と同様にすればよい。
これによって、光学式インクリメンタル型ロータリエンコーダであるエンコーダ１に搭載される信号処理装置３と同様の作用効果を奏する。

以上では、種々の実施形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１：エンコーダ
２：エンコーダ本体
３：信号処理装置
１０：検出部
１１：発光ダイオード
１２：固定スリット板
１３：フォトダイオード
２０：回転盤
２１：回転スリット群
２２：スリット
２３：シャフト
５０Ａ：検出軸
５０Ｂ：検出軸
５０Ｚ：検出軸
Ｏ１：座標原点
Ｏ１Ｘ：座標原点軸
Ｏ２Ｘ：回転中心軸
２１ＳＱ：被検出部
Ｎ：スリット数
ｒ_ＡＢ：半径
ｒ_Ｚ：半径
δ：角度誤差
ｄφ：位相差

Claims (6)

1. 所定半径位置に設けられて基準位置を検出するための第１被検出部、および第１被検出部とは異なる半径位置に周方向に設けられて前記基準位置からの回転角を検出するための第２被検出部を有する回転盤と、前記第１被検出部を検出することで第１相信号を検出し、前記第２被検出部を検出することで第２相信号を検出する検出部と、前記第１相信号と前記第２相信号とに基づいて前記回転盤の前記基準位置からの回転角を演算する回転角演算部と、を備えたエンコーダに用いられる角度誤差推定装置であって、
   前記回転盤と前記検出部の軸ズレによって生じる前記第１相信号と前記第２相信号の位相ズレを算出し、この位相ズレに基づいて、前記回転角演算部で演算される前記回転角に含まれる角度誤差を推定する信号処理部を有する角度誤差推定装置。
2. 請求項１に記載の角度誤差推定装置において、
   前記信号処理部は、以下の式（１）に基づいて、前記角度誤差を求める角度誤差推定装置。
   

   

   ここで、式（１）において、
   δは、前記角度誤差であり、
   ｒ_Ｚは、前記回転盤の中心から前記第１被検出部までの距離であり、
   ｒ_ＡＢは、前記回転盤の中心から前記第２被検出部までの距離であり、
   Ｎは、前記第２被検出部の周方向に設けられた数であり、
   ｄφは、前記位相ズレである。
3. 請求項１または２に記載の角度誤差推定装置において、
   前記第１被検出部は一つのスリットを有し、前記第２被検出部は複数のスリットが周期的に設けられた回転スリット群を有し、
   前記検出部は、光源と、前記第１被検出部に対応する第１固定スリット、および前記第２被検出部に対応する第２固定スリットが設けられたスリット板と、前記第１被検出部の第１固定スリットを通過する検出光を受光する第１受光素子と、前記第２被検出部の第２固定スリットを通過する検出光を受光する第２受光素子とを有し、
   前記信号処理部は、前記第１受光素子と前記第２受光素子の受光信号に基づいて前記位相ズレを推定する角度誤差推定装置。
4. 請求項１または２に記載の角度誤差推定装置において、
   前記検出部は、第３相信号をさらに検出し、
   前記信号処理部は、前記第２相信号、および、前記第３相信号に基づいて、前記回転盤の正転・逆転を判別する角度誤差推定装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の角度誤差推定装置と、
   前記回転盤と、
   前記検出部と、
   前記回転角演算部とを備えるエンコーダ。
6. 請求項５に記載のエンコーダにおいて、
   前記回転角演算部は、前記角度誤差推定装置で算出された前記角度誤差を用いて前記回転盤の回転角度を補正して真の回転角度を演算するエンコーダ。

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