JP6342679B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は位置検出装置に関する。より具体的には、インクリメンタル式エンコーダを利用した位置検出装置における原点設定に関する。

インクリメンタル式エンコーダを利用した位置検出装置が知られている（特許文献１−４）。位置検出装置の構成例を図１に示す。
エンコーダ部１０１は、スケール１０２と、このスケール１０２に対して相対移動可能に設けられた検出ヘッド部１０３と、で構成される。スケールか検出ヘッド部かのいずれかに測定対象物が取り付けられ、測定対象物の変位や位置の測定が行われる。
検出ヘッド部１０３は、スケール１０２に対して相対変位可能であり、スケール１０２に対する相対変位に応じて信号を出力する。スケール１０２に対する相対変位を検出する方式としては、光電式、磁気式、電磁誘導式、静電容量式などがある。光電式エンコーダを例にすると、スケール１０２に一定ピッチ（一定周期）でスリットが設けられ、検出ヘッド部１０３にはスケール１０２からの反射光または透過光を受光する受光素子アレイ（不図示）が設けられる。以後の説明のため、スリットのピッチ（周期）をλで表わす。

検出ヘッド部１０３は、スケール１０２に対する相対移動に応じて、例えば、９０度位相差を有する略正弦波状のＡ相信号とＢ相信号とを出力する。図２にＡ相信号とＢ相信号とを例示した。また、スケール１０２側には原点位置を示す原点マーク（例えば原点検出用のスリット）が設けられており（不図示）、この原点マークに応じて検出ヘッド部１０３は全測長範囲の中で一回だけ立ち上がるＺ相信号を出力する。

検出ヘッド部１０３からの信号（Ａ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号）は信号処理部で処理され、これにより位置情報が得られる。信号処理部１１０は、上位カウンタ１２０と、内挿部１３０と、位置情報算出部１４０と、原点トリガ信号生成部１５０と、レジスタ部１６０と、原点算出部１７０と、原点記憶部１８０と、減算手段１９０と、を有する。なお、図１では分かりやすいように機能ブロック図として表現しているが、信号処理部１１０はＣＰＵとメモリとによってその機能が実現されてもよい。

上位カウンタ１２０は、信号の一周期（＝λ）ごとにカウントアップ（またはカウントダウン）するカウンタである。つまり、上位カウンタ１２０の１単位を長さ情報に置き換えるとλに相当する。
互いに９０度位相差を有するＡ相信号とＢ相信号とが得られるので、検出ヘッド部１０３の動きの方向もわかる。例えば、Ａ相信号とＢ相信号とを図３に示すような円形のリサージュ図形１０にプロットしたとすれば、検出ヘッド部１０３の移動方向に応じて点の移動方向（右回転か左回転か）が違ってくる。例えば、スケール１０２が直線形状である場合、検出ヘッド部１０３が右にλ移動したら上位カウンタ１２０を一つカウントアップ、検出ヘッド部１０３が左にλ移動したら上位カウンタ１２０を一つカウントダウンする。なお、上位カウンタ１２０は、電源のオンオフによってカウント値がリセットされるようになっていてもよい。

内挿部１３０は、位置検出の分解能を高めるためのものである。内挿の方法は種々知られているが、分かりやすい例としては図４のようなルックアップテーブル２０を用いて内挿値を得る方法がある。ルックアップテーブル２０は、一周期（λ）内を細かく内挿した内挿値をテーブルとしたものである。Ａ相信号とＢ相信号とをＡＤ変換して、ルックアップテーブルから内挿値を得る。ここでは、一周期（λ）を２の１６乗分の１の精度で内挿したとする。すなわち、内挿値の一番下位の桁は、長さ情報に置き換えるとλ／（２＾１６）に相当する。（＾は指数を表わす。）

位置情報算出部１４０は、上位カウンタ１２０のカウント値と内挿部１３０からの内挿値とを合成して位置情報ＰＯＳを算出する。上位カウンタ１２０のカウント値をＨＯＤで表わし、内挿部１３０からの内挿値をＩＰＤで表わすと、二つを合成して得られる位置情報（ＰＯＳ）は次のようになる。
ＰＯＳ＝ＨＯＤ×２＾１６＋ＩＰＤ

原点トリガ信号生成部１５０は、Ｚ相信号に応じて原点トリガ信号を生成して後段に向けて出力する。
レジスタ部１６０は、原点トリガ信号をトリガとして上位カウンタ１２０のカウント値および内挿部１３０からの内挿値をラッチする。
レジスタ部１６０は、上位カウンタ１２０のカウント値をラッチする上位ラッチ部１６１と、内挿部１３０からの内挿値をラッチする下位ラッチ部１６２と、を有する。上位ラッチ部１６１でラッチした値をＨＯＤ_Ｌで表わし、下位ラッチ部１６２でラッチした値をＩＰＤ_Ｌで表わすとする。（ラッチされた値であることを下付のＬで示した。）

原点算出部１７０は、原点位置を算出する。
上位ラッチ部１６１でラッチしたＨＯＤ_Ｌと下位ラッチ部１６２でラッチしたＩＰＤ_Ｌとを合成すれば原点位置（ＯＲＧ）が求まる。
ＯＲＧ＝ＨＯＤ_Ｌ×２＾１６＋ＩＰＤ_Ｌ

このように求まった原点位置の情報は原点記憶部１８０に記憶しておく。

位置情報算出部１４０からの位置情報（ＰＯＳ）と原点記憶部１８０に格納した原点位置（ＯＲＧ）とにより、原点を基準とした検出ヘッド部１０３の変位量（ＤＩＳ）が求められる。
すなわち、減算手段１９０によって次のように減算処理すればよい。
ＤＩＳ＝ＰＯＳ−ＯＲＧ

このように内挿部１３０を有することにより、スケールピッチλよりも高い分解能で位置情報が得られる。

特開２０００−２１３９２５号公報 特開昭４９−１０６７４４号公報 特開平８−２０１１１１号公報 特開２００７−７１８６５号公報

内挿によって高い分解能が実現されるのであるが、同時に問題も生む。具体的には、原点位置（ＯＲＧ）が製品によってバラつくということが起こりうる。この原因は種々考えられるが、主たる原因の一つとして、原点トリガ信号のタイミングが製品ごと、あるいは、計測ごとにバラついてしまうということが挙げられる。原点は、原点トリガ信号をトリガとして取得（ラッチ）されるのであるが、製品ごとあるいは計測ごとに原点トリガ信号の発生タイミングが異なってくるという問題がある。

例えば、Ｚ相信号が正弦波形として得られる場合を考えてみる。Ｚ相信号の有無を所定閾値との比較で判定するとすれば、図５の上段に示すように幅が生じるのは当然である。もちろん、原点信号（Ｚ相信号）の幅をできる限り狭くするように種々の工夫が行われているが（特許３３５８８５４、特許４２７４７５１、特許４４００９９６など）、幅がゼロになるわけではない。さらに、正弦波形であるＺ相信号から原点トリガ信号というパルス信号を生成するのであるが、この処理に伴う遅延（論理遅延）が発生する。この遅延時間も製品ごとあるいは計測ごとにバラツキをもつ。

ここで一例を示す。
図５の下段を参照されたい。
例えば、直線状のスケール１０２に沿って左から右に検出ヘッドを一定速度で移動させたと考えてほしい。このときに、正弦波形のＢ相信号が図５の下段のように得られたとする。図５では、２周期分の信号を示している。周期が変わるタイミングで上位カウンタ１２０がカウントアップされる。ここでは、上位カウンタ１２０のカウンタ値ＨＯＤが４から５にカウントアップしたとする。

ここで、原点信号（Ｚ相信号）が図５の上段のように一定の位置で発せられたとしても、原点位置のラッチタイミングにバラつきが生じる。（上記で述べた理由の他、検出ヘッドの相対移動速度が速かったり遅かったりしても原点のラッチタイミングは異なってくるかもしれない。）例えば、図５に例示するように、ラッチタイミングが早ければ原点トリガ信号ＴＳ１１のタイミングで原点がラッチされる。このとき、ＨＯＤ_Ｌ＝５、ＩＰＤ_Ｌ＝１００００、であったとする。また、ラッチタイミングが遅ければ原点トリガ信号ＴＳ１２のタイミングで原点がラッチされる。このとき、ＨＯＤ_Ｌ＝５、ＩＰＤ_Ｌ＝２００００、であったとする。

原点トリガ信号のバラツキに起因して原点のラッチタイミングがずれてくる。すると、原点（ＯＲＧ）の位置にバラツキが生じる。上記の例でいうと、内挿値ＩＰＤに１００００のずれがあるのであり、製品ごとあるいは計測ごとに位置情報に１００００のずれがそのまま影響してしまうことになる。

本発明の目的は、原点位置のバラツキを抑え、原点設定の再現性を高めることにある。
すなわち、本発明の目的は、再現性が高い原点位置設定を可能とする位置検出装置を提供することにある。

本発明の位置検出装置は、
対象物の変位に応じて周期性のアナログ信号を出力するとともに全測長範囲の中で一回だけ立ち上がる原点信号を出力するエンコーダ部と、前記アナログ信号の１周期ごとにカウントアップまたはカウントダウンする上位カウンタと、前記アナログ信号の１周期内を内挿する内挿部と、を備え、前記上位カウンタのカウント値と前記内挿部による内挿値とを合成して対象物の位置を検出する位置検出装置であって、
前記上位カウンタのカウント値を前記原点信号に応じてラッチする上位ラッチ部と、
前記内挿部による内挿値を前記原点信号に応じてラッチする下位ラッチ部と、
前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）と前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）とに基づいて補正原点を設定する補正原点設定部と、を備え、
前記補正原点設定部には、所定の演算によって算出され、ゼロから１周期内のいずれかの値として設定される補正境界値（ＢＯＤ）が予め設定されており、
前記補正原点設定部は、
前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）と前記補正境界値（ＢＯＤ）との大小比較に基づいて前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）を補正し、この補正後の値を原点とする
ことを特徴とする。

本発明では
前記補正原点設定部は、
前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）がゼロと補正境界値（ＢＯＤ）との間であれば、前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）を原点とし、
前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）が補正境界値（ＢＯＤ）を超えている場合には、前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）に１を加算した値を原点とする
ことが好ましい。

本発明では、
前記補正原点設定部は、
前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）が補正境界値（ＢＯＤ）を超えている場合には、前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）を原点とし、
前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）がゼロと補正境界値（ＢＯＤ）との間であれば、前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）から１を減算した値を原点とする
ことが好ましい。

本発明では、
原点信号に従って前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）と前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）と原点情報とするとき、
複数の原点情報の平均値または中央値に半周期に相当する長さを加算し、内挿値に相当する桁だけを抽出した値を補正境界値とした
ことが好ましい。

本発明では、
前記エンコーダ部のエンコーダパターンの設計値から求められる前記上位カウンタのカウント境界位置と、設計上の原点信号発生位置と、の距離をＤとし、このＤを内挿値に置き換えた値を下位ビットデータＸとするとき、
前記下位ビットデータＸに半周期に相当する長さを加算し、内挿値に相当する桁だけを抽出した値を補正境界値とした
ことが好ましい。

本発明では、
原点信号に従って前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）と前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）と原点情報とするとき、
複数の原点情報を取得した結果、原点情報のバラツキが１周期に相当する長さを超えている場合には、エラー報告を行う
ことが好ましい。

本発明によれば、再現性が高い原点位置設定を可能とする位置検出装置が提供される。

背景技術として、位置検出装置の構成例を示す図。 検出ヘッド部からの出力信号の例を示す図。 検出ヘッド部からの出力信号をリサージュ図形として表わした図。 内挿部のルックアップテーブルの例を示す図。 原点のバラツキを説明するための図 原点を上位カウンタのカウント値の切り替わり境界に揃えた場合を示す図。 原点として上位カウンタのカウント値だけをラッチする構成を例示する機能ブロック図。 原点トリガのタイミングの違いによる原点の変動を説明するための図。 第１実施形態に係る位置検出装置の機能ブロック図。 補正原点設定方法の手順を説明するためのフローチャート。 補正原点設定方法の手順を説明するためのフローチャート。 補正原点設定方法の手順を説明するためのフローチャート。 補正境界値を説明するための図 補正境界値を説明するための図 補正原点設定方法の手順を説明するためのフローチャート。 変形例１を示す図。 変形例２を示す図。 変形例３を示すフローチャート。

前述の課題を解決するための一番簡単な方法として次の方策が考えられる。
すなわち、原点としては、上位カウンタ１２０のカウンタ値ＨＯＤだけをラッチするようにしてしまえばよい。図６を参照すると、原点信号が一定の位置で発せられた場合、原点トリガ信号の遅延が１周期内に収まっていれば上位カウンタ１２０のカウンタ値ＨＯＤは同じ（ＨＯＤ＝５）である。原点として上位カウンタ１２０のカウント値だけをラッチする構成を機能ブロック図として表わすと例えば図７のようになる。下位桁である内挿値ＩＰＤは原点設定に使用しないとすれば（内挿値に相当する下位桁を総てゼロにすれば）、原点ＯＲＧは常に一定の位置になる。リサージュ図形１０の位相（偏角）でいうと、位相ゼロのところに原点が揃えられる。その結果として、高い再現性で原点を得られることになる、ように思える。

しかし、次のようなケースでは上手くいかないことは明らかである。図８を参照されたい。今度は、検出ヘッド部１０３が右から左に移動したとする。そして、原点信号（Ｚ相信号）が同じ位置で発せられたとする。ラッチタイミングが早ければ原点トリガ信号ＴＳ２１のタイミングで原点がラッチされる。このとき、ＨＯＤ_Ｌ＝５であったとする。また、ラッチタイミングが遅ければ原点トリガ信号ＴＳ２２のタイミングで原点がラッチされる。このとき、ＨＯＤ_Ｌ＝４であったとする。

この例で明らかなように、運が悪いと、原点位置が１ピッチ（λ）分違ってくるということが起こり得る。内挿値に起因するわずかなバラツキを排除しようとして遙かに大きなバラツキを誘発してしまっては本末転倒である。

（第１実施形態）
本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
本発明の位置検出装置２００に係る第１実施形態について説明する。
図９は、第１実施形態に係る位置検出装置２００の機能ブロック図である。
図１との対比でいうと、レジスタ部１６０と原点記憶部１８０の間に補正原点設定部２７０を導入した点が新しい。
補正原点設定部２７０による処理（補正原点設定方法）を図１０、図１１、図１２、図１５のフローチャートを参照して説明する。

補正原点設定方法の全体工程を図１０、図１１のフローチャートに示す。
図１１のフローチャートに示すように、本実施形態では原点を設定（ＳＴ５００）するにあたって、上位カウンタ１２０のカウンタ値ＨＯＤや内挿部１３０からの内挿値ＩＰＤを原点トリガ信号に応じてレジスタ部１６０でラッチ（ＳＴ３００）するのであるが、これらラッチした値をそのまま原点として用いるのではなく、補正原点設定部２７０で補正（ＳＴ４００）した値を原点として設定（ＳＴ５００）するわけである。
ここで、補正処理（ＳＴ４００）をするにあたっては、図１０のフローチャートに示すように、補正境界値というものを予め用意しておく必要がある（ＳＴ１００、ＳＴ２００）。
そこで、まず、補正境界値の算出（ＳＴ１００）について説明する。

図１２は、補正境界値を算出する工程（ＳＴ１００）の詳細フローチャートである。
補正境界値を算出するにあたって、補正のための基礎データを収集しておかなければならない。したがって、まず、原点情報を複数回取得する（ＳＴ１１０）。ここで、以後の説明のため、原点トリガ信号に従ってレジスタ部１６０でラッチされる上位カウンタ１２０のカウンタ値（ＨＯＤ_Ｌ）および内挿部１３０による内挿値（ＩＰＤ_Ｌ）を「原点情報」と称することとする。（複数回といっても曖昧であろうから例を挙げるとすると、１０回、２０回、５０回、１００回などということになるが、下限や上限を殊更決める必要はない。）原点情報を複数回取得するにあたっては、検出ヘッド部１０３を左右に複数回往復移動させればよい。

なお、電源のオンオフ等で上位カウンタ１２０がクリア（リセット）されるような構成である場合は、カウンタがクリアされないように電源をオンにしたままでこの工程（ＳＴ１１０）を実行しなければならない。後段の処理を鑑みれば明らかなのであるが、カウンタがクリアされてしまっては、バラツキや平均値を正しく求められないのは当然である。

原点情報を複数回取得したところで、原点のバラツキを一回評価する（ＳＴ１２０）。なお、原点は前述の式で求められる。
ＯＲＧ＝ＨＯＤ_Ｌ×２＾１６＋ＩＰＤ_Ｌ
この時点で原点のバラツキが１ピッチ（１波長λ）を超えているような場合には（ＳＴ１２０：ＮＯ）、適切な補正はもはや不可能であり、この場合、エラー処理（ＳＴ１７０）で終了となる。

なお、バラツキを考える際には統計学な観点から適切な指標を選択すればよい。
例えば、最大値と最小値との差をバラツキとしてもよいだろうし、標準偏差（σ）の６倍（６σ）をバラツキとしてもよいだろう。

バラツキが１ピッチ（１波長λ）よりも小さい場合（ＳＴ１２０：ＹＥＳ）、複数回取得した原点の平均値を算出する（ＳＴ１３０）。
（平均値を中央値に置き換えても作用効果は実質的に同等であると考えられる。）
この平均値をＯ_ＡＶＧと表わすことにする。

続いて、ＳＴ１４０からＳＴ１６０の演算処理によって補正境界値ＢＯＤを求めるのであるが、まずはフローチャートに従って演算の流れを説明してしまう。各演算の意味については後述する。
ＳＴ１４０において、平均値Ｏ_ＡＶＧのデータのうち内挿データに相当する下位ビットだけを抽出する。言い換えて、平均値Ｏ_ＡＶＧのデータのうち上位カウンタ１２０のカウント値に相当する上位ビットを０にしても同じことである。この抽出した下位ビットデータをＸとおくことにする。

次に、Ｘに半波長分（λ／２）を加える（ＳＴ１５０）。一周期（λ）を例えば２の１６乗分の１の精度で内挿するとすれば、半波長分（λ／２）は８０００（１６進数）であるので、Ｘに８０００（１６進数）を加えるということである。結果として求まる値をＹとおくことにする。
そして、Ｙのうちの内挿データに相当する下位ビットだけを抽出する（ＳＴ１６０）。求まる値をＢＯＤとおく。このＢＯＤを補正境界値とする（ＳＴ１６０）。

ＳＴ１４０からＳＴ１６０の各処理の意味を簡単に説明しておく。
図１３を参照されたい。ＳＴ１４０において、平均値Ｏ_ＡＶＧのデータのうち内挿データに相当する下位ビットだけを抽出して、これをＸとおいた。このＸを例示すると、例えば図１３のようになる。ここでは、Ｘの値は半波長（λ／２）よりも小さい値であるとした。Ｘは、原点情報を平均した平均値の下位ビットであった。ということは、個々の計測で得られる原点情報は、Ｘを中心として前後に広がっていると考えることができる。ただし、ＳＴ１２０の判定により、原点情報のバラツキが１波長以下に保証されていることを思い起こされたい。したがって、個々の計測で原点情報にバラツキが生じるとしても、その幅はＸに対してプラスマイナス半波長以内であろうと考えてよかろう。このことを考えると、Ｘに半波長（λ／２）を加えて、これを補正境界値（ＢＯＤ）とすることの意味がご理解いただけよう。具体的には、このＸに半波長（λ／２）分を加えてＹとし（ＳＴ１５０）、Ｙのうちの下位ビットだけを抽出して補正境界値（ＢＯＤ）とした（ＳＴ１６０）。この例では、ＹとＢＯＤとは同じである。

もう一例挙げる。図１４を参照されたい。図１４においては、Ｘの値が半波長（λ／２）よりも大きい値であるとする。このＸに半波長（λ／２）分を加えてＹとする（ＳＴ１５０）。このとき、内挿データに相当する下位ビットから桁が溢れて上位ビットにも１が加算されていることになるだろう。したがって、Ｙのうちの下位ビットだけを抽出して補正境界値（ＢＯＤ）とする（ＳＴ１６０）。

このようにして求まった補正境界値ＢＯＤは補正原点設定部２７０に設定記憶される（ＳＴ２００）。

ここまでに説明したＳＴ１００およびＳＴ２００（図１０）は、製造メーカが製品出荷前に行っておくことが実際的であろう。製品ごとに補正境界値（ＢＯＤ）を算出して、補正原点設定部２７０に設定記憶しておくわけである。なお、出荷前の一つ一つの現物ごとに補正境界値（ＢＯＤ）を算出することが望ましいのであるが、手間やコストを考えると現実的では無いかもしれない。そのような場合は、ある程度まとまった製品群ごとに共通した補正境界値（ＢＯＤ）を用いることも現実的な方策であろう。

さて、このように補正境界値（ＢＯＤ）が設定されたので、次に、この補正境界値（ＢＯＤ）を用いて原点を補正する処理（図１１のフローチャート）を説明する。
まず、原点情報をラッチするところはこれまでと同じである（ＳＴ３００）。すなわち、原点トリガ信号に従ってレジスタ部１６０（上位ラッチ部１６１、下位ラッチ部１６２）が原点情報をラッチするわけである。そして、ラッチしたこの原点情報を補正して原点とするわけである（ＳＴ４００）。

図１５は、原点補正処理（ＳＴ４００）の詳細フローチャートである。
すでにＳＴ３００において原点情報がラッチされている。すなわち、上位カウンタ１２０のカウンタ値（ＨＯＤ_Ｌ）と、内挿部１３０の内挿値（ＩＰＤ_Ｌ）と、がそれぞれラッチされている。さて、ＨＯＤ_Ｌを仮の原点として設定する。つまり上位カウンタ１２０のカウント値だけを原点として用いるわけである。ただし、前述したように、運が悪ければ、原点位置が１ピッチ（λ）分違ってくることになる。そこで、補正境界値（ＢＯＤ）を用いて補正する。

ラッチした内挿値（ＩＰＤ_Ｌ）が０（ゼロ）と補正境界値（ＢＯＤ）との間にあるか否かを判定する（ＳＴ４２０）。
ラッチした内挿値（ＩＰＤ_Ｌ）が０（ゼロ）と補正境界値（ＢＯＤ）との間にあれば（ＳＴ４２０：ＹＥＳ）、補正の必要はなく、仮原点、つまり、ラッチした上位カウンタ１２０のカウンタ値（ＨＯＤ_Ｌ）をそのまま原点とする（ＳＴ４３０）。
もう少し正確に表現すると、ラッチした上位カウンタ１２０のカウンタ値（ＨＯＤ_Ｌ）を用い、さらに、内挿値に相当する下位桁を総てゼロにする、ということであって、原点は次の値になる。
ＯＲＧ＝ＨＯＤ_Ｌ×２＾１６＋００００

さて、ラッチした内挿値（ＩＰＤ_Ｌ）が０（ゼロ）と補正境界値（ＢＯＤ）との間ではないときの処理が大事である（ＳＴ４２０：ＮＯ）。
ラッチした内挿値（ＩＰＤ_Ｌ）が０（ゼロ）と補正境界値（ＢＯＤ）との間ではないとはどういう場合かというと、考えられるケースを図１３と図１４とにＥ１、Ｅ２、Ｅ３で例示してみた。
（原点情報はＸを中心として１波長内にあるのであるから、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の場合を考えれば十分である。）
これらは、上位カウンタ１２０のカウント境界からみて手前にある。

これを見ればやるべきことは明らかであろう。
ラッチした内挿値（ＩＰＤ_Ｌ）が０（ゼロ）と補正境界値（ＢＯＤ）との間ではないということは（ＳＴ４２０：ＮＯ）、ラッチした内挿値（ＩＰＤ_Ｌ）が補正境界値（ＢＯＤ）を超えている（IPD_L＞BOD）、ということである。この場合、仮原点（＝ラッチした上位カウンタ１２０のカウンタ値ＨＯＤ_Ｌ）に１を加え（ＳＴ４４０）、これを原点とする。
もう少し正確に表現すると、ラッチした上位カウンタ１２０のカウンタ値（ＨＯＤ_Ｌ）に１を加え、さらに、内挿値に相当する下位桁を総てゼロにする、ということであって、原点は次の値になる。
ＯＲＧ＝（ＨＯＤ_Ｌ＋１）×２＾１６＋００００
このようにすれば、ＳＴ４３０の結果とＳＴ４４０の結果とは常に整合するであろう。これによって、原点は常に同じ位置となり、高い再現性をもって常に同じ原点が得られることになる。

このようにして求まった原点は原点記憶部に設定記憶される（ＳＴ５００）。
原点ＯＲＧは、補正後の上位カウンタ１２０のカウント値ＨＯＤ_Ｏを用いて次のようになる。
ＯＲＧ＝ＨＯＤ_Ｏ×２＾１６＋００００

原点がこのように設定されれば、絶対位置情報ＤＩＳを求めることは背景技術と大差ない。
ＤＩＳ＝ＰＯＳ−ＯＲＧ
ＰＯＳ＝ＨＯＤ×２＾１６＋ＩＰＤ
ＯＲＧ＝ＨＯＤ_Ｏ×２＾１６

以上、本実施形態によれば、次の効果を奏する。
（１）内挿値のデータは細かくて分解能が高いものであるが、内挿値データも含めて原点に設定してしまうと、製品ごとあるいは計測ごとに原点がふらついてしまうという問題を生む。
この点、本実施形態においては原点（ＯＲＧ）の値としては、内挿値に相当するデータは００００に揃えることとし、上位カウンタ１２０の値だけに基づいて原点を決めることとしている。
これにより、上位カウンタ１２０のカウント値の切り替わり境界が原点になる。
これにより、原点位置のバラツキがなくなり、原点設定の再現性が高まるという効果を奏する。

（２）上位カウンタ１２０のカウント値だけに基づいて原点を決めるだけでは、運が悪いと原点が１波長分ずれてしまう、という問題が起こり得る。
この点、本実施形態では、補正境界値（ＢＯＤ）を予め設定してある。そして、原点情報としてラッチした内挿データ（ＩＰＤ_Ｌ）と補正境界値（ＢＯＤ）との大小比較に基づいてラッチした上位カウンタ１２０のカウント値（ＨＯＤ_Ｌ）の補正を行うこととしている。これによって、原点は常に同じ位置となり、高い再現性をもって常に同じ原点が得られるという効果を奏する。

（３）補正境界値（ＢＯＤ）を定めるにあたっては、複数回取得した原点の平均値Ｘに半波長（λ／２）を加えた値としている。このように補正境界値を定めることによって、平均値Ｘの前後１波長以内でバラツク原点情報を常に同じ原点に揃えることができる。
これに対抗する考え方として、単純に、補正境界値をλ／２に設定してしまう、という考え方があるかもしれない。この考え方は単純な四捨五入であるが、原点トリガ信号の発生タイミングの分布領域がλ／２を跨がっているような場合には上手く機能しないであろう。
例えば図１３をよく見てもらえるとその意味がよくわかるであろう。
本実施形態のように原点情報を複数回取得した上で平均値Ｘを求めるというのは手間が掛かるのであるが、高い再現性をもって常に同じ原点が得るという目的を考えると本実施形態のように補正境界値（BOD）を算出することには意義がある。

（変形例１）
なお、原点が上位カウンタ１２０のカウント値のみで決定されることから、減算タイミングを工夫すると演算回数を減らせる。
図１６に変形例を示す。
原点記憶部１８０には、補正後の上位カウンタ１２０のカウント値ＨＯＤ_Ｏを記憶させておけばよい。減算手段１９０によって、上位カウンタ１２０のカウント値ＨＯＤから原点としてのＨＯＤ_Ｏを先に減算してしまい、それから、絶対位置情報算出部２４０で原点を基準とする絶対位置情報ＤＩＳを求めればよい。
ＤＩＳ＝（ＨＯＤ−ＨＯＤ_Ｏ）×２＾１６＋ＩＰＤ

（変形例２）
第１実施形態では、スケール１０２に原点マークを設けておき、検出ヘッド部１０３が前記原点マークを検出すると検出ヘッド部１０３からＺ相信号が出る、とした。
ここで、原点信号をどのように発生させるかは種々のバリエーションが有り得る。変形例２を図１７に示す。
図１７において、スケール支持部３００と検出ヘッド支持部３１０とを互いに相対移動可能な状態で対向配置し、さらに、スケール支持部３００でスケール１０２を支持し、検出ヘッド支持部３１０で検出ヘッド部１０３を支持する。
スケール支持部３００に原点マーク３０１を設け、検出ヘッド支持部３１０に原点検出部３２０を配置する。そして、原点検出部３２０が原点マーク３０１を検出して原点信号（Ｚ相信号）を出力する。
原点検出部３２０を検出ヘッド部１０３から分離し、原点マーク３０１もスケール１０２から分離したので、原点検出部３２０が原点マーク３０１を検出する方式を自由に選定することができる。例えば、原点検出部３２０としては、フォトインタラプタ、近接スイッチ、メカニカルスイッチ、などを用いることができるであろう。

（変形例３）
図１８に変形例３のフローチャートを示す。
第１実施形態においては、ラッチした内挿値（ＩＰＤ_Ｌ）が０（ゼロ）と補正境界値（ＢＯＤ）との間にあれば（ＳＴ４２０：ＹＥＳ）、仮原点、つまり、ラッチした上位カウンタ１２０のカウンタ値（ＨＯＤ_Ｌ）をそのまま原点とした（ＳＴ４３０）。また、ラッチした内挿値（ＩＰＤ_Ｌ）が補正境界値（ＢＯＤ）を超えている（IPD_L＞BOD）場合には、仮原点（＝ラッチした上位カウンタ１２０のカウンタ値ＨＯＤ_Ｌ）に１を加えて（ＳＴ４５０）、これを原点とした。
この関係を逆にしても整合性がとれる。つまり、一つ手前のカウント境界を原点にする、ということである。
図１８に示すように、ラッチした内挿値（ＩＰＤ_Ｌ）が０（ゼロ）と補正境界値（ＢＯＤ）との間にあれば（ＳＴ４２０：ＹＥＳ）、仮原点（＝ラッチした上位カウンタ１２０のカウンタ値ＨＯＤ_Ｌ）から１を減じて（ＳＴ４５０）、これを原点とする。
また、ラッチした内挿値（ＩＰＤ_Ｌ）が補正境界値（ＢＯＤ）を超えている（IPD_L＞BOD）場合には、仮原点、つまり、ラッチした上位カウンタ１２０のカウンタ値（ＨＯＤ_Ｌ）をそのまま原点とする（ＳＴ４６０）。

（変形例４）
上記第１実施形態においては、複数回取得した原点情報の平均値を算出し（ＳＴ１１０、ＳＴ１３０）、この平均値Ｏ_ＡＶＧの下位ビットデータＸ（ＳＴ１４０）から補正境界値ＢＯＤを演算で算出した（ＳＴ１５０、ＳＴ１６０）。この場合、原点情報を複数回取得したり（ＳＴ１１０）、平均値Ｏ_ＡＶＧを求めたり（ＳＴ１３０）するのにやや手間が掛かるという問題がある。そこで、下位ビットデータＸに相当する値を純粋にエンコーダ部１０１の設計値と演算とに基づいて求めることも考えられる。

すなわち、原点信号を出力するパターンの設計値から原点信号が出力される位置はわかる。この位置を名目原点と名付けておく。また、周期的なエンコーダパターンの設計値から上位カウンタのカウントが切り替わる位置（カウント境界）もわかる。
前記名目原点の前後いずれかのカウント境界を原点ＯＲＧにしたいとする。
名目原点と原点ＯＲＧとの距離をＤと表わせば、この距離Ｄも演算で求められる。そして、このＤを内挿値に置き換えると、下位ビットデータＸに相当する値となる。
一周期（λ）を２の１６乗分の１の精度で内挿するとすれば、Ｘは次のようになる。
Ｘ＝（２＾１６×Ｄ）／λである。
あとの処理（ＳＴ１５０、ＳＴ１６０）は前述の通りであり、このように補正境界値ＢＯＤが設計値と演算とに基づいて求められる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。エンコーダ部は、直線型の変位検出に限らず、例えば、ロータリーエンコーダでもよいことはもちろんである。

１０…リサージュ図形、２０…ルックアップテーブル、１０１…エンコーダ部、１０２…スケール、１０３…検出ヘッド部、１１０…信号処理部、１２０…上位カウンタ、１３０…内挿部、１４０…位置情報算出部、１５０…原点トリガ信号生成部、１６０…レジスタ部、１６１…上位ラッチ部、１６２…下位ラッチ部、１７０…原点算出部、１８０…原点記憶部、１９０…減算手段、２００…位置検出装置、２４０…絶対位置情報算出部、２７０…補正原点設定部。

Claims (6)

1. 対象物の変位に応じて周期性のアナログ信号を出力するとともに全測長範囲の中で一回だけ立ち上がる原点信号を出力するエンコーダ部と、前記アナログ信号の１周期ごとにカウントアップまたはカウントダウンする上位カウンタと、前記アナログ信号の１周期内を内挿する内挿部と、を備え、前記上位カウンタのカウント値と前記内挿部による内挿値とを合成して対象物の位置を検出する位置検出装置であって、
   前記上位カウンタのカウント値を前記原点信号に応じてラッチする上位ラッチ部と、
   前記内挿部による内挿値を前記原点信号に応じてラッチする下位ラッチ部と、
   前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）と前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）とに基づいて補正原点を設定する補正原点設定部と、を備え、
   前記補正原点設定部には、所定の演算によって算出され、ゼロから１周期内のいずれかの値として設定される補正境界値（ＢＯＤ）が予め設定されており、
   前記補正原点設定部は、
   前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）と前記補正境界値（ＢＯＤ）との大小比較に基づいて前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）を補正し、この補正後の値を原点とする
   ことを特徴とする位置検出装置。
2. 請求項１に記載の位置検出装置において、
   前記補正原点設定部は、
   前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）がゼロと補正境界値（ＢＯＤ）との間であれば、前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）を原点とし、
   前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）が補正境界値（ＢＯＤ）を超えている場合には、前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）に１を加算した値を原点とする
   ことを特徴とする位置検出装置。
3. 請求項１に記載の位置検出装置において、
   前記補正原点設定部は、
   前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）が補正境界値（ＢＯＤ）を超えている場合には、前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）を原点とし、
   前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）がゼロと補正境界値（ＢＯＤ）との間であれば、前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）から１を減算した値を原点とする
   ことを特徴とする位置検出装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の位置検出装置において、
   原点信号に従って前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）と前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）とを原点情報とするとき、
   複数の原点情報の平均値または中央値に半周期に相当する長さを加算し、内挿値に相当する桁だけを抽出した値を補正境界値とした
   ことを特徴とする位置検出装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の位置検出装置において、
   前記エンコーダ部のエンコーダパターンの設計値から求められる前記上位カウンタのカウント境界位置と、設計上の原点信号発生位置と、の距離をＤとし、このＤを内挿値に置き換えた値を下位ビットデータＸとするとき、
   前記下位ビットデータＸに半周期に相当する長さを加算し、内挿値に相当する桁だけを抽出した値を補正境界値とした
   ことを特徴とする位置検出装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の位置検出装置において、
   原点信号に従って前記上位ラッチ部でラッチした値（ＨＯＤ_Ｌ）と前記下位ラッチ部でラッチした値（ＩＰＤ_Ｌ）とを原点情報とするとき、
   複数の原点情報を取得した結果、原点情報のバラツキが１周期に相当する長さを超えている場合には、エラー報告を行う
   ことを特徴とする位置検出装置。

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