JP7120222B2 - 位置検出装置及び位置検出方法 - Google Patents

Description

本開示は、位置検出装置及び位置検出方法に関する。

従来、例えば下記の特許文献１には、メイントラックと、第１アドレストラックと、第２アドレストラックとを少なくとも有するスケール部を有し、スケール部から位相差を検出し、検出した複数の位相差に基づいてアドレス判定を行ない、被測定対象の位置または角度を算出する処理手段とを有するアブソリュートエンコーダが記載されている。

特開２０１３－９６８１３号公報

上記特許文献に記載された技術では、隣接するアドレスとの誤判定を行う可能性があるため、各トラックにおける波長内の位置を位相変調信号の形で取り出している。このため、変調用の回路が必要となり、実装が複雑になる問題がある。また、トラック数の増加に伴い、回路構成が複雑になり、製造コストが上昇することも懸念される。

そこで、簡素な構成で位置検出装置の誤判定を抑制することが求められていた。

本開示によれば、移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号と、前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号と、に基づいて前記移動体のリファレンス位置を算出するリファレンス位置算出部と、前記リファレンス位置に基づいて、前記移動体の移動範囲を分割して得られる複数のスリットのうち、前記移動体の位置に該当するスリットを特定するスリット特定部と、前記第１の信号に基づいて、特定された前記スリットの中での前記移動体のスリット内位置を算出するスリット内位置算出部と、特定された前記スリットと前記スリット内位置に基づいて算出された前記移動体の絶対位置と、前記リファレンス位置と、に基づいて前記絶対位置を補正する補正部と、前記リファレンス位置に基づいて、前記移動体の移動範囲を分割して得られる複数のエリアのうち、前記移動体の位置に該当するエリアを特定するエリア特定部と、前記第１の信号と、前記移動体に設けられた第３のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第３のトラックから検出された第３の信号と、に基づいて、特定された前記エリアの中での前記移動体のエリア内位置を算出するエリア内位置算出部と、特定された前記エリアと前記エリア内位置に基づいて算出された前記移動体の第２の絶対位置と、前記リファレンス位置と、に基づいて、前記第２の絶対位置を補正する第２の補正部と、を備え、前記補正部は、前記第２の絶対位置を前記リファレンス位置の代わりに用い、前記第２の絶対位置と前記絶対位置とに基づいて、前記絶対位置を補正する、位置検出装置が提供される。

また、本開示によれば、 移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号と、前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号と、に基づいて前記移動体のリファレンス位置を算出することと、前記リファレンス位置に基づいて、前記移動体の移動範囲を分割して得られる複数のスリットのうち、前記移動体の位置に該当するスリットを特定することと、前記第１の信号に基づいて、特定された前記スリットの中での前記移動体のスリット内位置を算出することと、特定された前記スリットと前記スリット内位置に基づいて算出された前記移動体の絶対位置と、前記リファレンス位置と、に基づいて前記絶対位置を補正することと、前記リファレンス位置に基づいて、前記移動体の移動範囲を分割して得られる複数のエリアのうち、前記移動体の位置に該当するエリアを特定することと、前記第１の信号と、前記移動体に設けられた第３のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第３のトラックから検出された第３の信号と、に基づいて、特定された前記エリアの中での前記移動体のエリア内位置を算出することと、特定された前記エリアと前記エリア内位置に基づいて算出された前記移動体の第２の絶対位置と、前記リファレンス位置と、に基づいて、前記第２の絶対位置を補正することと、を備え、前記補正することでは、前記第２の絶対位置を前記リファレンス位置の代わりに用い、前記第２の絶対位置と前記絶対位置とに基づいて、前記絶対位置を補正する、位置検出方法が提供される。

以上説明したように本開示によれば、簡素な構成で位置検出装置の誤判定を抑制することが可能となる。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

本開示の前提となるエンコーダの構成を示す模式図である。 検出部の出力信号を示す模式図である。 回転体をより詳細に示す模式図である。 トラックＡのｓｉｎ電圧とｃｏｓ電圧、トラックＢのｓｉｎ電圧とｃｏｓ電圧を示す特性図である。 本実施形態の前提となるエンコーダ（位置検出装置）の構成を示すブロック図である。 スリット番号算出部３００が行う処理を説明するための模式図である。 内挿角算出部４００が行う処理を示す模式図である。 スリット番号と内装角により表される絶対角度を示す模式図である。 スリット番号の算出に誤りが生じる様子を説明するための模式図である。 本実施形態に係る位置検出装置の構成を示すブロック図である。 絶対角度θｒｅｆと絶対角度θｅｎｃとの差分Δθを示す特性図である。 図１０の位置検出装置で行われる処理を示すフローチャートである。 ３つのトラックＡ～Ｃを備える回転体１００と、トラックＡ～Ｃのそれぞれから取得される電圧波形を示す模式図である。 回転体１００が３つのトラックＡ～Ｃを備える場合に、位置検出装置の構成を示す模式図である。 図１４に示す位置検出装置で行われる処理を示すフローチャートである。 図１４に示す位置検出装置で行われる処理を示すフローチャートである。 エリア番号を算出する方法を示す模式図である。 エリア内の内挿角を算出する方法を示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．前提となる技術
２．本実施形態に係る位置検出装置の構成例
３．３トラックの場合の構成例

１．前提となる技術
図１は、本開示の前提となるエンコーダ（位置検出装置）の構成を示す模式図である。エンコーダは、回転体（移動体）１００と、検出部２０１及び検出部２０２を有して構成される。

回転体１００は、例えば、歯車状、もしくは凹凸を有する回転体、Ｎ極とＳ極の着磁が交互にされている回転体として構成されている。検出部２０１、検出部２０２は、回転体１００が回転することによる磁気、光等の変化を検出する。

図１に示す回転体１００は、１８個の突起１０２を備えており、１回転すると１８周期の信号を出力する。なお、図１では、突起１０２が周方向に配置され、回転中心に対して回転する回転体１００を示しているが、突起１０２が直線状に配置されていても良い。突起１０２が周方向に配置された場合は回転角を検出するエンコーダに適用でき、突起１０２が直線状に配置された場合はリニアエンコーダに適用できる。

検出部２０１，２０２として、磁気センサ、受光素子などが挙げられる。本実施形態は、磁気抵抗式、磁気式(着磁)、電気誘導式、光学式などの様々なエンコーダに適用が可能である。

図２は、検出部２０１、検出部２０２の出力信号を示す模式図である。図２に示すように、回転体１００の１トラックからは、検出部２０１，２０２により、９０度の位相差を持った２つの正弦波状の電圧信号（ｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧と呼ぶ）が得られる。換言すれば、検出部２０１，２０２は、９０°の位相差を有するｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧が得られる位置に配置されている。ｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧の周期は回転体１００の突起１０２の数と同じである。検出部２０１、検出部２０２の組数を増やせば、得られる信号数も増えることになる。ｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧のそれぞれは、回転体１００が回転した際に検出部２０１、検出部２０２が検出した物理量の変化を電圧に変換したものである。例えば、磁気式エンコーダの場合は、磁束密度の変化が検出部２０１、検出部２０２によって電圧に変換されることになる。

図３は、回転体１００をより詳細に示す模式図である。回転体１００は、歯車状の形状や凹凸が形成されることによって構成された、またはＮ極とＳ極が交互に着磁されることによって構成された２つのトラックを備えている。ここでは、２つのトラックのそれぞれをトラックＡ、トラックＢと称する。それぞれのトラックには周期の異なる歯、凹凸が形成され、または着磁等が施されており、トラックＡとトラックＢの周期差は１である。例えば、トラックＡが６４周期の場合、トラックＢは６３周期である。このように、各トラックには、凹凸、着磁パターン等によって所定の周期の目盛が設けられている。

図４は、トラックＡのｓｉｎ電圧（ｓｉｎ_Ａ）とｃｏｓ電圧（ｃｏｓ_Ａ）、トラックＢのｓｉｎ電圧（ｓｉｎ_Ｂ）とｃｏｓ電圧（ｃｏｓ_Ｂ）を示す特性図である。

図５は、本実施形態の前提となるエンコーダ（位置検出装置）の構成を示すブロック図である。図５に示すように、エンコーダは、電圧検出部２００，２１０、スリット番号算出部３００、内挿角算出部４００、絶対角度演算部５００を有して構成されている。

図６は、スリット番号算出部３００が行う処理を説明するための模式図である。ここで、回転体１００は、図３に示す６４周期のトラックＡと、６３周期のトラックＢを備えているものとする。各トラックＡ，Ｂのそれぞれに対応するように、検出部２００，２１０が設けられている。検出部２００、検出部２１０のそれぞれは、図１に示した検出部２０１、検出部２０２を含む。

絶対角度を計算する際には、各トラックＡ，Ｂのｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧のアークタンジェント２（逆正接ａｔａｎ（２）（以下では、ａｔａｎ２又はａｒｃｔａｎ２と表記する））を計算し、その差分を計算することで、トラックの周期差（１周期）から絶対角度が求まる。図６に示すように、絶対角度θ_ｒｅｆは、以下の式（１）から求めることができる。
θ_ｒｅｆ＝ａｔａｎ２（ｃｏｓ_Ａ，ｓｉｎ_Ａ）－ａｔａｎ２（ｃｏｓ_Ｂ，ｓｉｎ_Ｂ）
・・・（１）
より詳細には、トラックＡは６４周期であるため、ｓｉｎ_Ａ，ｃｏｓ_Ａの変動の周期はそれぞれ６４周期となる。アークタンジェント２を計算することは、ｓｉｎ_Ａとｃｏｓ_Ａの位相を求めることに等しく、回転体１００の１周（機械角１周）に対してｓｉｎ_Ａ，ｃｏｓ_Ａは６４周期変動するので、位相の変動（アークタンジェント２の変動）も６４周期発生する。このため、アークタンジェント２の計算結果が６４周期で増減を繰り返すことになる。トラックＢについては６３周期であるため、アークタンジェント２の計算結果は６３周期で増減を繰り返すことになる。従って、ａｔａｎ（ｃｏｓ_Ａ・ｓｉｎ_Ａ）は６４周期で増減を繰り返すのに対し、ａｔａｎ（ｃｏｓ_Ｂ・ｓｉｎ_Ｂ）は６３周期で増減を繰り返すため、両者の差分は回転体１００が１回転する際に回転角の増加に応じて増加する。従って、式（１）から絶対角度θ_ｒｅｆを算出することができる。

図６に示すように、回転体１００の回転角（機械角）が０°の場合、絶対角度θ_ｒｅｆの値は０である。絶対角度θ_ｒｅｆの値は、機械角の増加に伴って増加し、機械角２π（ｒａｄ）で最大となり、機械角０で再び０となるように周期的に変化する。従って、絶対角度θ_ｒｅｆの値から回転体１００の回転角が得られる。一方、ここで求めた絶対角度θ_ｒｅｆは、回転体１００の加工誤差や、検出部２００，２１０の組み付け誤差などによる信号の歪の影響を受けるため、高い精度を期待することはできない。

このため、精度を上げるために以下の処理を行う。ここで、スリットという概念を用いる。スリットは、回転体１００の１回転（２π［ｒａｄ］、回転体１００の移動範囲に相当）を分割して得られる扇型の領域で表すことができる。スリットの分割にトラックＡを用いると、トラックＡは６４周期であるため、３６０°／６４＝５．６２５（ｄｅｇ）となり、１スリットは中心角が５．６２５°の扇型となる。回転体１００の１回転は、６４スリットで表すことができ、０～５．６２５°がスリット番号１のスリット、５．６２５°～１１．２５°がスリット番号２のスリットのように表すことができる。従って、図６に示したように、求めた絶対角度θ_ｒｅｆから、絶対角度θ_ｒｅｆに対応するスリット（Ｓｌｉｔ）番号を求めることができる。つまり、現在の絶対角度θ_ｒｅｆがどのスリットに対応するのかを求めることができる。以上のようにして、スリット番号算出部３００は、絶対角度θ_ｒｅｆに対応するスリット番号を算出する。

図７は、内挿角算出部４００が行う処理を示す模式図である。図７に示すように、トラックＡのｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧のアークタンジェント２を計算した値（ａｔａｎ２（ｃｏｓ_Ａ・ｓｉｎ_Ａ））は、１つのスリットの内部の角度(内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ})となる。すなわち、内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}は、以下の式（２）から求めることができる。
θ_{ｉｎｔｅｒｐ}＝ａｔａｎ２（ｃｏｓ_Ａ，ｓｉｎ_Ａ）
・・・（２）

式（２）の右辺は、回転体１００が１回転する度に６４周期で増減を繰り返すため、内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}は、１つのスリットの内部の角度を表すことになる。従って、スリット番号と内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}の値から絶対角度を求めることができる。この計算方法により絶対角度の分解能を上げることができるので、上述したθ_ｒｅｆを求める場合よりも精度向上を達成できる。

図８は、スリット番号と内装角により表される絶対角度を示す模式図である。図８に示すように、スリット番号を上位ビット、内挿角を下位ビットとして絶対角度が表される。絶対角度演算部５００は、スリット番号と内装角を合わせ、図８に示すような絶対角度を演算する。

ところで、スリット番号を求める際に、絶対角度θ_ｒｅｆがスリットの境界付近の角度であると、スリットの境界付近でスリット番号の算出に誤りが発生する場合がある。例えば、信号の歪の影響等により角度誤差が発生し、隣のスリット番号と間違って判定してしまう場合がある。スリット番号を間違えると最終的に計算された絶対角度が１スリットに相当する角度分ずれることになる。上述した絶対角度の計算方法では、この角度ずれを補正することは困難である。

図９は、スリット番号の算出に誤りが生じる様子を説明するための模式図である。図９中の上段の図は、ｃｏｓ電圧、ｓｉｎ電圧の信号の歪、周期ずれ、信号オフセット等の影響等により絶対角度θ_ｒｅｆに角度誤差が生じた様子を示している。信号の歪みは、回転体１００の加工精度、回転体１００と検出部２００，２１０との相対位置のずれ等によって発生する。

絶対角度θ_ｒｅｆに角度誤差が生じると、図９中の中段の図に示すように、スリット番号の算出結果がずれてしまう。特に、絶対角度θ_ｒｅｆがスリットの境界付近の角度であると、スリット番号（縦軸）の算出結果に誤りが発生する。これにより、図９中の下段の図に示すように、検出した角度（縦軸）にずれが生じてしまう。スリット番号に１スリット分の誤りが生じると、３６０°／周期数の角度ずれが生じる。周期が６４の場合、スリット番号が１つずれると５．６２５°だけ角度位置がずれてしまう。

２．本実施形態に係る位置検出装置の構成例
図１０は、本実施形態に係る位置検出装置の構成を示すブロック図である。図１０に示す角度検出装置においても、図３に示した２つのトラックＡ、トラックＢを備える回転体１００の絶対角度を検出する。位置検出装置は、トラックＡの検出部２００、トラックＢの検出部２１０、絶対角度演算部（リファレンス位置算出部）２５０、スリット番号算出部（スリット特定部）３００、内挿角算出部（スリット内位置算出部）４００、絶対角度演算部（絶対位置算出部）５００、角度ずれ検出部６００、角度ずれ補正部７００、を有して構成されている。

上述したように、回転体１００は、歯車状の形状や凹凸形状、または着磁によって構成されたトラックＡ，Ｂを備える。トラックＡとトラックＢの周期差は１である。また、上述のように、歯、凹凸、着磁の１周期分をスリットと称する。例えば、トラックＡが６４スリットの場合、トラックＢは６３スリットである。

トラックＡの回転、移動をトラックＡの検出部２００で検出する。また、トラックＢの回転、移動をトラックＢの検出部２１０で検出する。それぞれの電圧検出部からは、９０°の位相差を持つ２つの正弦波（ｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧）が得られる。絶対角度演算部２５０は、式（１）に基づいて、絶対角度θ_ｒｅｆ（リファレンス角度）を演算する。トラックＡ、トラックＢのそれぞれの信号のアークタンジェント２（ａｔａｎ２）を計算し、それらの差をとることで、トラックＡとトラックＢ間の周期差を利用して絶対角度θ_ｒｅｆを求めることができる。

上述したように、部品の機械誤差や検出部２００，２１０の組立誤差に起因して信号に歪が生じるため、式（１）求めた絶対角度θ_ｒｅｆでは十分な精度が得られない。しかし、式（１）によれば、おおよその角度を知ることができる。このため、本実施形態では、より精度の高い別の法で求めた絶対角度の角度ずれを検出する際のリファレンス角度として絶対角度θ_ｒｅｆを使用する。ここでのリファレンス角度の誤差は、トラックＡのスリット数をＮａとすると、±３６０/２Ｎａ［ｄｅｇ］以下でなければいけない。これを満たさない場合は、３トラック方式の角度計算方法を用いる。

絶対角度演算部５００は、絶対角度θ_ｒｅｆよりも精度の高い別の手法によって絶対角度を算出する。その手法は、上述したスリット番号算出部３００、内挿角算出部４００によって行われる。先ず、スリット番号算出部３００によって、絶対角度θ_ｒｅｆがどのスリットに対応しているのかを算出する。すなわち、スリット番号算出部３００は、絶対角度θ_ｒｅｆに対応するスリットの番号を算出する。

同時に、内挿角算出部４００によって１スリット内の内挿角を算出する。内装角算出部４００は、スリット番号算出部３００により算出されたスリット番号のスリットにおいて、スリット内の内挿角を算出する。

絶対角度演算部５００は、スリット番号算出部３００が算出したスリット番号と、内挿角算出部４００が算出した内挿角に基づいて、絶対角度θ_ｅｎｃを算出する。この方法で絶対角度θ_ｅｎｃを算出することによって、１トラックのスリット数を多くするほど絶対角度θ_ｅｎｃの算出精度を高めることができる。一方、スリット数を多くすると、リファレンスである絶対角度θ_ｒｅｆがスリットの境界付近に位置する可能性が高くなり、絶対角度θ_ｒｅｆに基づいてスリット番号を算出する場合に、スリットの境界部分でスリット番号を読み間違える可能性が高くなる。上述のように、スリット番号を１つ読み間違えた場合は、絶対角度θ_ｅｎｃの値が１スリット分の角度だけずれることになる。このため、本実施形態では、この角度ずれを補正する処理を行う。

角度ずれ検出部６００は、スリット番号の読み間違えによる角度ずれを検出する。具体的に、角度ずれ検出部６００は、事前に算出した絶対角度θ_ｒｅｆ（リファレンス角度）を基準とし、絶対角度θ_ｒｅｆと絶対角度θ_ｅｎｃとの差分Δθの大きさに基づいてスリット番号判定ミスの有無を判断する。角度ずれ検出部６００は、以下の式（２）に基づいて差分Δθの大きさを判定し、式（２）が成立する場合にスリット番号の判定ミスがあったものと判定する。

換言すれば、絶対角度θ_ｒｅｆの角度誤差Δθ_ｒｅｆは以下の式（３）を満たしていれば良い。絶対角度θｒｅｆの角度誤差Δθ_ｒｅｆが以下の式（３）を満たしていれば、角度誤差Δθ_ｒｅｆが生じていたとしても、隣接するスリットの境界を超えることはなく、スリット番号の誤判定は生じない。

図１１は、絶対角度θｒｅｆと絶対角度θ_ｅｎｃとの差分Δθを示す特性図である。図１１に示すように、Δθの値は周期的に大きくなっていることが判る。Δθが大きくなるタイミングは、絶対角度θ_ｒｅｆがスリットの境界付近の値であることを示している。

角度ずれ補正部７００は、角度ずれ検出部６００により角度ずれが検出された場合は、スリット番号算出の間違えによる角度ずれを補正する。具体的に、角度ずれ補正部７００は、以下の式（４）に基づいて、差分Δθから算出ミスをしたスリット数Ｎ_ｅｒｒを求める。スリット数Ｎ_ｅｒｒは、算出ミスをしたスリットの数に相当する。

例えば、スリット番号の判定が、正しい値から“２”だけずれている場合、Ｎ_ｅｒｒ＝２となる。角度ずれ補正部７００は、式（５）に基づいて、算出ミスをしたスリット数Ｎ_ｅｒｒに基づいて角度ずれ分を補償した絶対角度θ_ｍを算出する。スリット番号の判定が、正しい値から“１”だけずれている場合、５．６２５°だけ絶対角度θ_ｅｎｃが補正されて絶対角度θ_ｍが算出される。同様に、スリット番号の判定が、正しい値から“２”だけずれている場合、１１．２５°だけ絶対角度θ_ｅｎｃが補正されて絶対角度θ_ｍが算出される。

以上のように、角度ずれ検出部６００は、事前に算出したリファレンス角度（絶対角度θ_ｒｅｆ）を基準とし、その角度からの差分の大きさに基づいて、スリット番号判定ミスの有無を判断する。そして、スリット番号の判定ミスが発生している場合は、角度ずれ補正部７００によってスリット番号の算出間違えによる角度ずれを補正する。これにより、回転体１００の位置検出を高精度に行うことが可能となる。

図１２は、図１０の位置検出装置で行われる処理を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ１０では、トラックＡのｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧のアークタンジェント２（ａｔａｎ２）を計算する。ステップＳ１２では、トラックＢのｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧のアークタンジェント２（ａｔａｎ２）を計算する。ステップＳ１６では、ステップＳ１０，Ｓ１２で求めた値の差分をとることで絶対角度θ_ｒｅｆを算出する。

また、ステップＳ１４では、トラックＡのｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧のアークタンジェント２（ａｔａｎ２）を計算し、内挿角を算出する。ステップＳ１８では、絶対角度θ_ｒｅｆに基づいてスリット番号を算出する。

ステップＳ２０では、スリット番号と内挿角から、ステップＳ２０中に示す数式を用いて絶対角度θ_ｅｎｃを算出する。次のステップＳ２２では、ステップＳ２０で求めた絶対角度θ_ｅｎｃと絶対角度θ_ｒｅｆ（リファレンス角度）とを比較し、スリット番号の判定にミスが生じていたか否かを判定する。スリット番号の判定にミスが生じていた場合はステップＳ２４へ進み、スリット判定をミスした分だけ角度補正を行う。ステップＳ２４の後は処理を終了する。また、ステップＳ２２でスリット番号の判定にミスが生じていなかった場合は、処理を終了する。

３．３トラックの場合の構成例
次に、回転体１００が３つのトラックＡ，Ｂ，Ｃを備える場合の構成例について説明する。図１３は、３つのトラックＡ～Ｃを備える回転体１００と、トラックＡ～Ｃのそれぞれから取得される電圧波形を示す模式図である。３トラックの場合、トラックＡをｎ周期、トラックＢを（ｎ－１）周期、トラックＣを（ｎ－ｘ）周期とする。例えば、ｎ＝６４、ｘ＝８の場合、トラックＡは６４周期、トラックＢは６３周期、トラックＣは５６周期となる。２トラックの場合と同様、３トラックの場合においても、各トラックから９０°の位相差を持つ２つの電圧波形（ｃｏｓ電圧、ｓｉｎ電圧）が得られる。

図１４は、回転体１００が３つのトラックＡ～Ｃを備える場合に、位置検出装置の構成を示す模式図である。図１４に示すように、位置検出装置は、トラックＡの検出部２００、トラックＢの検出部２１０、トラックＣの検出部２２０、絶対角度演算部２５０、エリア番号算出部（エリア特定部）３１０、内挿角算出部４１０、絶対角度演算部（第２の絶対位置算出部）５１０、角度ずれ検出部６１０、角度ずれ補正部７１０、スリット番号算出部３００、内挿角算出部４００、絶対角度演算部５００、角度ずれ検出部６２０、角度ずれ補正部７２０、を有して構成されている。

３トラックを使用する方法では、トラックＡに対してある周期差を持つトラックＣを追加し、誤差による影響をより小さくし、より確実に角度ずれ補正を行う。トラックＡとトラックＣの周期差は任意の値でも原理的には問題ない。但し、トラックＡとトラックＣの周期差が大きいほど精度は向上するが、スリット番号判定ミスの検出が難しくなるというトレードオフの関係にある。そこで、本来的に有する誤差から、トラックＡとトラックＣの適切な周期差を選択することが望ましい。一例として、上述のようにトラックＡとトラックＣの周期差を８とすると、トラックＡは６４周期、トラックＢは６３周期、トラックＣは５６周期となる。

図１４に示す構成において、トラックＡの検出部２００、トラックＢの検出部２１０、絶対角度演算部２５０、スリット番号算出部３００、内挿角算出部４００、絶対角度演算部５００で行われる処理は、図１０と同様である。

エリア番号算出部３１０は、絶対角度θ_ｒｅｆがどのエリアに該当するのかを算出する。ここで、エリアとは、３６０°をトラックＡとトラックＣの周期差で等分した角度帯を表しており、周期差が８の場合は、３６０°を８等分して得られる４５°の領域を意味する。図１７は、エリア番号を算出する方法を示す模式図である。エリア番号の算出方法は、図６で説明したスリット番号の算出方法と同様である。図１７に示すように、絶対角度θ_ｒｅｆが３６０°（２π［ｒａｄ］）を８等分して得られるエリアのどの領域に該当するのかが特定される。１スリットの角度よりも１エリアの角度の方が大きいため、絶対角度θ_ｒｅｆの値が隣接するエリアの境界付近に存在する確率は低くなる。

同時に、内挿角算出部４１０は、エリア内の内挿角を算出する。図１８は、エリア内の内挿角を算出する方法を示す模式図である。エリア内の内挿角は、トラックＡ，Ｃのｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧のアークタンジェント２（ａｒｃｔａｎ２）を計算し、その差分を計算することで、トラックの周期差（８周期）から求まる。図１８に示すように、エリア内の内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}は、以下の式（６）から求めることができる。
θ_{ｉｎｔｅｒｐ}＝ａｔａｎ２（ｃｏｓ_Ａ，ｓｉｎ_Ａ）－ａｔａｎ２（ｃｏｓ_Ｃ，ｓｉｎ_Ｃ）
・・・（６）
トラックＣは５６周期であるため、ｓｉｎ_Ｃ，ｃｏｓ_Ｃの変動の周期はそれぞれ５６周期となる。従って、ｓｉｎ_Ｃ，ｃｏｓ_Ｃのアークタンジェント２を計算すると、回転体１００が１周する毎に５６周期の増減が繰り返される。このため、式（６）の右辺は、回転体１００が１回転する度にトラックＡとトラックＣの周期差である８周期で増減を繰り返すため、内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}は、１つのエリアの内部の角度を表すことになる。従って、エリア番号と内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}の値から絶対角度を求めることができる。

絶対角度算出部５１０は、算出したエリア番号と内挿角から絶対角度θ_ｅｎｃ１を算出する。上述のように、１スリットの角度よりも１エリアの角度の方が大きいため、絶対角度θ_ｒｅｆの値が隣接するエリアの境界付近に存在する確率は低くなるが、絶対角度算出部５１０で求めた絶対角度θ_ｅｎｃ１は、エリア番号の判定がずれることにより角度誤差が発生することがある。例えば、エリア番号算出部３１０が間違って隣のエリア番号を判定した場合は、トラックＡとトラックＣの周期差が８だった場合、１エリアに相当する３６０/８＝４５°の角度ずれが発生する。そのため、絶対角度演算部２５０によって求めたリファレンス角度と、絶対角度算出部５１０によって求めた絶対角度を比較し、角度ずれ検出部６１０によって角度ずれを検出し、角度ずれ補正部７１０によって角度ずれを補正する。角度ずれ検出部６１０、角度ずれ補正部７１０による処理は、基本的に図１０の角度ずれ検出部６００、角度ずれ補正部７００の処理と同様である。角度ずれ検出部６１０は、絶対角度演算部２５０が求めた絶対角度θ_ｒｅｆと絶対角度算出部５１０が求めた絶対角度θ_ｅｎｃ１の差分に基づいて角度ずれが発生しているか否かを判定する。角度ずれ補正部７１０は、絶対角度θ_ｒｅｆと絶対角度θ_ｅｎｃ１の差分に基づいて絶対角度θ_ｅｎｃ１を補正する。そして、角度ずれ補正部７００による補正後の角度を、図１０におけるリファレンス角度（絶対角度θ_ｒｅｆ）の代わりに用い、角度ずれ検出部６２０、角度ずれ補正部７２０による処理を行う。角度ずれ検出部６２０、角度ずれ補正部７２０による処理は、角度ずれ補正部７００による補正後の角度をリファレンス角度として用いる点以外は、図１０の角度ずれ検出部６００、角度ずれ補正部７００による処理と同様である。

図１５及び図１６は、図１４に示す位置検出装置で行われる処理を示すフローチャートである。図１５は、絶対角度演算部２５０、エリア番号算出部３１０、内挿角算出部４００、絶対角度演算部５１０、角度ずれ検出部６１０、角度ずれ補正部７１０で行われる処理を示している。先ず、ステップＳ３０では、トラックＡのｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧のアークタンジェント２（ａｔａｎ２）を計算する。ステップＳ３２では、トラックＢのｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧のアークタンジェント２（ａｔａｎ２）を計算する。トラックＣの検出部２２０は、トラックＣの回転、移動を検出する。ステップＳ３４では、トラックＣのｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧のアークタンジェント２（ａｔａｎ２）を計算する。

ステップＳ３６では、ステップＳ３０，Ｓ３２で求めた値の差分をとることで絶対角度θ_ｒｅｆを算出する。ステップＳ３８では、絶対角度θ_ｒｅｆ、トラックＡの周期Ｎ_Ａ、トラックＣの周期Ｎ_Ｃを用い、ステップＳ３８中の式を用いることでエリア番号Ｎ_ａｒｅａを求める。

ステップＳ４０では、ステップＳ３０，Ｓ３４で求めた値の差分をとることでエリア内の内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}を算出する。ステップＳ４２では、エリア番号と内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}から、ステップＳ４２中に示す数式を用いて絶対角度θ_ｅｎｃ１を算出する。次のステップＳ４４では、ステップＳ４２で求めた絶対角度θ_ｅｎｃ１と絶対角度θ_ｒｅｆ（リファレンス角度）とを比較し、エリア番号の判定にミスが生じていたか否かを判定する。エリア番号の判定にミスが生じていた場合はステップＳ４６へ進み、エリア判定をミスした分だけ絶対角度θ_ｅｎｃ１の補正を行う。ステップＳ４６の後は処理を一旦終了する。また、ステップＳ４４でエリア番号の判定にミスが生じていなかった場合は、処理を一旦終了する。

図１６は、スリット番号算出部３００、内挿角算出部４００４００、５００、６２０、７２０で行われる処理を示している。先ず、ステップＳ５０では、トラックＡのｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧のアークタンジェント２（ａｔａｎ２）を計算する。ステップＳ５２では、トラックＢのｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧のアークタンジェント２（ａｔａｎ２）を計算する。ステップＳ５４では、トラックＣのｓｉｎ電圧、ｃｏｓ電圧のアークタンジェント２（ａｔａｎ２）を計算する。

ステップＳ５８では、ステップＳ５０，Ｓ５２で求めた値の差分をとることで絶対角度θ_ｒｅｆを算出する。ステップＳ６０では、絶対角度θ_ｒｅｆ、トラックＡの周期Ｎ_Ａを用い、ステップＳ６０中の式を用いることでスリット番号Ｎ_ｓｌｉｔを求める。また、ステップＳ５６では、ステップＳ５０で求めた値を内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}とする。

ステップＳ６２では、スリット番号Ｎ_ｓｌｉｔと内挿角θ_{ｉｎｔｅｒｐ}から、ステップＳ６２中に示す数式を用いて絶対角度θ_ｅｎｃ２を算出する。次のステップＳ６４では、ステップＳ６２で求めた絶対角度θ_ｅｎｃ２と図１５のステップＳ４６で補正された絶対角度θ_ｅｎｃ１とを比較し、スリット番号の判定にミスが生じていたか否かを判定する。スリット番号の判定にミスが生じていた場合はステップＳ６６へ進み、スリット判定をミスした分だけ角度補正を行う。ステップＳ６６の後は処理を終了する。また、ステップＳ６４でスリット番号の判定にミスが生じていなかった場合は、処理を終了する。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１） 移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号と、前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号と、に基づいて前記移動体のリファレンス位置を算出するリファレンス位置算出部と、
前記リファレンス位置に基づいて、前記移動体の移動範囲を分割して得られる複数のスリットのうち、前記移動体の位置に該当するスリットを特定するスリット特定部と、
前記第１の信号に基づいて、特定された前記スリットの中での前記移動体のスリット内位置を算出するスリット内位置算出部と、
特定された前記スリットと前記スリット内位置に基づいて算出された前記移動体の絶対位置と、前記リファレンス位置と、に基づいて前記絶対位置を補正する補正部と、
を備える、位置検出装置。
（２） 前記第１の信号は９０°位相の異なる２つの正弦波から構成され、前記第２の信号は、９０°位相の異なる２つの正弦波から構成される、前記（１）に記載の位置検出装置。
（３） 前記リファレンス位置算出部は、前記第１の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェントを演算して得られる第１の値と、前記第２の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェントを演算して得られる第２の値と、の差分から前記リファレンス位置を算出する、前記（２）に記載の位置検出装置。
（４） 前記リファレンス位置と前記絶対位置との差分に基づいて、前記リファレンス位置と前記絶対位置との間に位置ズレが生じているか否かを検出する検出部を備え、
前記補正部は、前記検出部により前記位置ズレが生じていることが検出された場合に、前記差分に基づいて前記絶対位置を補正する、前記（１）～（３）のいずれかに記載の位置検出装置。
（５） 前記検出部は、前記差分が前記所定の周期の１／２よりも大きい場合に前記位置ズレが生じていることを検出する、前記（４）に記載の位置検出装置。
（６） 前記スリット内位置算出部は、前記第１の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェントを演算して得られる第１の値に基づいて前記スリット内位置を算出する、前記（２）に記載の位置検出装置。
（７） 前記移動体の前記絶対位置を算出する絶対位置算出部を更に備える、前記（１）～（６）のいずれかに記載の位置検出装置。
（８） 前記第１の信号を検出する第１の信号検出部と、
前記第２の信号を検出する第２の信号検出部と、を更に備える、前記（１）～（７）のいずれかに記載の位置検出装置。
（９） 前記リファレンス位置に基づいて、前記移動体の移動範囲を分割して得られる複数のエリアのうち、前記移動体の位置に該当するエリアを特定するエリア特定部と、
前記第１の信号と、前記移動体に設けられた第３のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第３のトラックから検出された第３の信号と、に基づいて、特定された前記エリアの中での前記移動体のエリア内位置を算出するエリア内位置算出部と、
特定された前記エリアと前記エリア内位置に基づいて算出された前記移動体の第２の絶対位置と、前記リファレンス位置と、に基づいて、前記第２の絶対位置を補正する第２の補正部と、
を備え、
前記補正部は、前記第２の絶対位置を前記リファレンス位置の代わりに用い、前記第２の絶対位置と前記絶対位置とに基づいて、前記絶対位置を補正する、請求項１に記載の位置検出装置。
（１０） 前記リファレンス位置と前記第２の絶対位置との差分に基づいて、前記リファレンス位置と前記第２の絶対位置との間に位置ズレが生じているか否かを検出する第２の検出部を備え、
前記第２の補正部は、前記第２の検出部により前記位置ズレが生じていることが検出された場合に、前記差分に基づいて前記第２の絶対位置を補正する、前記（９）に記載の位置検出装置。
（１１） 前記エリア内位置算出部は、前記第１の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェントを演算して得られる第１の値と、前記第３の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェントを演算して得られる第３の値と、の差分から前記エリア内位置を算出する、前記（９）に記載の位置検出装置。
（１２） 前記移動体の前記第２の絶対位置を算出する第２の絶対位置算出部を更に備える、前記（９）～（１１）のいずれかに記載の位置検出装置。
（１３） 前記第３の信号を検出する第３の信号検出部を更に備える、前記（９）～（１２）のいずれかに記載の位置検出装置。
（１４） 前記移動体は、回転中心を中心に回転する、前記（１）～（１３）のいずれかに記載の位置検出装置。
（１５） 前記移動体は、直線状に移動する、前記（１）～（１３）のいずれかに記載の位置検出装置。
（１６） 前記目盛は、前記移動体に設けられた歯車状若しくは凹凸状の形状によって、又はＮ極とＳ極が交互に着磁されることによって構成される、前記（１）～（１５）のいずれかに記載の位置検出装置。
（１７） 前記第１の信号検出部は、前記第１のトラックの前記目盛の移動に伴って生じる光の変化、又は磁界の変化に応じた前記第１の信号を検出し、
前記第２の信号検出部は、前記第２のトラックの前記目盛の移動に伴って生じる光の変化、又は磁界の変化に応じた前記第２の信号を検出する、前記（８）に記載の位置検出装置。
（１８） 前記第２のトラックは、前記所定の周期よりも１周期少ない周期の目盛を有する、前記（１）～（１７）のいずれかに記載の位置検出装置。
（１９） 移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号と、前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号と、に基づいて前記移動体のリファレンス位置を算出することと、
前記リファレンス位置に基づいて、前記移動体の移動範囲を分割して得られる複数のスリットのうち、前記移動体の位置に該当するスリットを特定することと、
前記第１の信号に基づいて、特定された前記スリットの中での前記移動体のスリット内位置を算出することと、
特定された前記スリットと前記スリット内位置に基づいて算出された前記移動体の絶対位置と、前記リファレンス位置と、に基づいて前記絶対位置を補正することと、
を備える、位置検出方法。

１００ 回転体
２００，２１０，２２０ 検出部
２５０ 第１の絶対角度演算部
３００ スリット番号算出部
３１０ エリア番号算出部
４００ 内挿角算出部
５００，５１０ 絶対角度演算部
６００ 角度ずれ検出部
７００ 角度ずれ補正部

Claims (18)

1. 移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号と、前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号と、に基づいて前記移動体のリファレンス位置を算出するリファレンス位置算出部と、
   前記リファレンス位置に基づいて、前記移動体の移動範囲を分割して得られる複数のスリットのうち、前記移動体の位置に該当するスリットを特定するスリット特定部と、
   前記第１の信号に基づいて、特定された前記スリットの中での前記移動体のスリット内位置を算出するスリット内位置算出部と、
   特定された前記スリットと前記スリット内位置に基づいて算出された前記移動体の絶対位置と、前記リファレンス位置と、に基づいて前記絶対位置を補正する補正部と、
   前記リファレンス位置に基づいて、前記移動体の移動範囲を分割して得られる複数のエリアのうち、前記移動体の位置に該当するエリアを特定するエリア特定部と、
   前記第１の信号と、前記移動体に設けられた第３のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第３のトラックから検出された第３の信号と、に基づいて、特定された前記エリアの中での前記移動体のエリア内位置を算出するエリア内位置算出部と、
   特定された前記エリアと前記エリア内位置に基づいて算出された前記移動体の第２の絶対位置と、前記リファレンス位置と、に基づいて、前記第２の絶対位置を補正する第２の補正部と、
   を備え、
   前記補正部は、前記第２の絶対位置を前記リファレンス位置の代わりに用い、前記第２の絶対位置と前記絶対位置とに基づいて、前記絶対位置を補正する、
   位置検出装置。
2. 前記第１の信号は９０°位相の異なる２つの正弦波から構成され、前記第２の信号は、９０°位相の異なる２つの正弦波から構成される、請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記リファレンス位置算出部は、前記第１の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェント２を演算して得られる第１の値と、前記第２の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェント２を演算して得られる第２の値と、の差分から前記リファレンス位置を算出する、請求項２に記載の位置検出装置。
4. 前記リファレンス位置と前記絶対位置との差分に基づいて、前記リファレンス位置と前記絶対位置との間に位置ズレが生じているか否かを検出する検出部を備え、
   前記補正部は、前記検出部により前記位置ズレが生じていることが検出された場合に、前記差分に基づいて前記絶対位置を補正する、請求項１に記載の位置検出装置。
5. 前記検出部は、前記差分が前記所定の周期の１／２よりも大きい場合に前記位置ズレが生じていることを検出する、請求項４に記載の位置検出装置。
6. 前記スリット内位置算出部は、前記第１の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェント２を演算して得られる第１の値に基づいて前記スリット内位置を算出する、請求項２に記載の位置検出装置。
7. 前記移動体の前記絶対位置を算出する絶対位置算出部を更に備える、請求項１に記載の位置検出装置。
8. 前記第１の信号を検出する第１の信号検出部と、
   前記第２の信号を検出する第２の信号検出部と、を更に備える、請求項１に記載の位置検出装置。
9. 前記リファレンス位置と前記第２の絶対位置との差分に基づいて、前記リファレンス位置と前記第２の絶対位置との間に位置ズレが生じているか否かを検出する第２の検出部を備え、
   前記第２の補正部は、前記第２の検出部により前記位置ズレが生じていることが検出された場合に、前記差分に基づいて前記第２の絶対位置を補正する、請求項１に記載の位置検出装置。
10. 前記エリア内位置算出部は、前記第１の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェント２を演算して得られる第１の値と、前記第３の信号の前記２つの正弦波のアークタンジェント２を演算して得られる第３の値と、の差分から前記エリア内位置を算出する、請求項１に記載の位置検出装置。
11. 前記移動体の前記第２の絶対位置を算出する第２の絶対位置算出部を更に備える、請求項１に記載の位置検出装置。
12. 前記第３の信号を検出する第３の信号検出部を更に備える、請求項１に記載の位置検出装置。
13. 前記移動体は、回転中心を中心に回転する、請求項１に記載の位置検出装置。
14. 前記移動体は、直線状に移動する、請求項１に記載の位置検出装置。
15. 前記目盛は、前記移動体に設けられた歯車状若しくは凹凸状の形状によって、又はＮ極とＳ極が交互に着磁されることによって構成される、請求項１に記載の位置検出装置。
16. 前記第１の信号検出部は、前記第１のトラックの前記目盛の移動に伴って生じる光の変化、又は磁界の変化に応じた前記第１の信号を検出し、
    前記第２の信号検出部は、前記第２のトラックの前記目盛の移動に伴って生じる光の変化、又は磁界の変化に応じた前記第２の信号を検出する、請求項８に記載の位置検出装置。
17. 前記第２のトラックは、前記所定の周期よりも１周期少ない周期の目盛を有する、請求項１に記載の位置検出装置。
18. 移動体に設けられた所定の周期の目盛を有する第１のトラックから検出された第１の信号と、前記移動体に設けられた第２のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第２のトラックから検出された第２の信号と、に基づいて前記移動体のリファレンス位置を算出することと、
    前記リファレンス位置に基づいて、前記移動体の移動範囲を分割して得られる複数のスリットのうち、前記移動体の位置に該当するスリットを特定することと、
    前記第１の信号に基づいて、特定された前記スリットの中での前記移動体のスリット内位置を算出することと、
    特定された前記スリットと前記スリット内位置に基づいて算出された前記移動体の絶対位置と、前記リファレンス位置と、に基づいて前記絶対位置を補正することと、
    前記リファレンス位置に基づいて、前記移動体の移動範囲を分割して得られる複数のエリアのうち、前記移動体の位置に該当するエリアを特定することと、
    前記第１の信号と、前記移動体に設けられた第３のトラックであって前記所定の周期よりも少ない周期の目盛を有する前記第３のトラックから検出された第３の信号と、に基づいて、特定された前記エリアの中での前記移動体のエリア内位置を算出することと、
    特定された前記エリアと前記エリア内位置に基づいて算出された前記移動体の第２の絶対位置と、前記リファレンス位置と、に基づいて、前記第２の絶対位置を補正することと、
    を備え、
    前記補正することでは、前記第２の絶対位置を前記リファレンス位置の代わりに用い、前記第２の絶対位置と前記絶対位置とに基づいて、前記絶対位置を補正する、
    位置検出方法。

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