KR20210007939A

KR20210007939A - 각도 검출기

Info

Publication number: KR20210007939A
Application number: KR1020207002943A
Authority: KR
Inventors: 가즈히사 가츠마타; 나오유키 다카하시
Original assignee: 가부시끼가이샤 산쿄 세이사쿠쇼
Priority date: 2018-05-11
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2021-01-20
Also published as: TWI714072B; EP3792601B1; US20210215512A1; TW202006323A; JP7240387B2; CN110998244A; CN110998244B; JPWO2019216235A1; EP3792601A4; EP3792601A1; WO2019216235A1; US11573103B2

Abstract

본 발명은, 회전체의 회전에 의한 각도 변화량을 검출하는 각도 검출기를 제공한다. 당해 각도 검출기(101)는, 회전 축선을 중심으로 회전하는 회전체(105)와, 회전체의 회전 방향에 대한 일주를 따라 복수의 눈금(103)을 가지는 눈금 스케일(102)과, 일주를 따라 배치된 복수의 센서(201a, 201b)를 구비하고, 각 센서(201a, 201b)는, 복수의 눈금(103)에 기초하여 각도 변화량에 따른 신호를 출력하며, 출력 신호는, 복수의 눈금(103) 중 1눈금분을 1주기 1차로 하는 기본파 성분과, 기본파 성분의 2 이상의 정수배를 차수로 하는 고조파 성분을 포함하고, 출력 신호로부터 산출된 각도 변위량은, 고조파 성분에 기인하여, 1눈금분을 1주기 1차로 하여 그 정수배의 차수 성분을 가지는 각도 오차 성분을 포함하며, 복수의 센서(201a, 201b)의 개수는, 눈금 스케일의 눈금수 및 각도 오차 성분의 차수 성분에 기초하여 결정되어 있다.

Description

각도 검출기

본 발명은, 회전체의 회전 운동에 의한 각도 변화량을 검출하기 위한 각도 검출기에 관한 것이다.

회전체의 회전 운동에 의한 각도 변화량을 검출하기 위해, 인코더, 리졸버, 인덕토신 등의 각도 검출기가 사용된다. 각도 검출기는, 복수의 눈금이 배치된 눈금 스케일과, 그 복수의 눈금을 판독하는 센서와, 센서로부터의 판독 정보를 회전체의 각도 변화량으로 변환하는 제어부를 구비한다. 눈금 스케일 또는 센서 중 어느 일방이 회전체에 장착되어 있다. 회전체의 각도 변화량을 보다 고분해능으로 판독하기 위해서는, 눈금 스케일의 1눈금의 각도 간격을 좁히면 되지만, 눈금은, 예를 들면 가공에 의해 새겨지기 때문에, 무한하게 작게 할 수는 없다. 보다 상세하게 회전체의 각도 변화량을 측정하기 위해, 센서로부터의 판독 정보에 기초한 출력 신호를 제어부에서 수치 연산하여, 1눈금을 작게 분할하는 방법이 있다. 각도 검출기에 사용되는 센서로부터의 출력 신호는, 통상, 구형파 또는 정현파의 형태로서, 1눈금을 1주기 360°로 하고, 위상이 90° 상이한 2상(相)의 신호인 경우가 많다. 센서로부터의 출력 신호가 정현파 신호인 경우에는, 2상 신호는 1눈금을 1주기로 한 cosθ, sinθ의 형상이 된다. 1눈금을 분할하는 방법으로서, 예를 들면 2상 신호를 역정접 연산하는 방법을 들 수 있다(즉, θ=tan^-1(sinθ/cosθ). 이 방법에서는 센서로부터의 출력 신호의 진폭의 검출 분해능에 따라, 각도 분해능을 향상시킬 수 있다. 그러나, 센서로부터의 출력 신호에는, 이상적인 1눈금 1주기의 정현파 신호와는 별도로, 고조파 성분의 왜곡이 포함되어 있기 때문에, 회전체의 진짜 각도 변화량뿐만 아니라, 고조파 성분의 왜곡에 따라, 진짜 각도 변화량과는 무관한 양도 포함되어 측정된다. 즉, 지령에 기초한 회전체의 회전에 의한 진짜 각도 변화량과 센서로부터의 출력 신호를 제어부에 의해 변환하여 얻어진 측정에 의한 각도 변화량과의 사이에는, 고조파 성분의 영향에 의한 진짜 각도 변화량과는 무관한 오차(각도 오차)가 생긴다. 진짜 각도 변화량 및 각도 오차를 측정하기 위해서는, 센서로부터의 출력 신호에 포함되는 고조파 성분의 왜곡을 제거할 필요가 있다.

또한, 각도 검출기에 있어서, 회전체의 회전 축선과 눈금 스케일의 중심 축선은, 동축선 상에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 그러나, 일반적으로는, 이들 축선은 완전히 일치하고 있지는 않고, 이들 축선간의 오프셋(축선 편심)에 의해, 지령에 기초한 회전체의 회전에 의한 진짜 각도 변화량과 센서로부터의 출력 신호를 제어부에 의해 변환하여 얻어진 측정에 의한 각도 변화량과의 사이에는 각도 오차가 생긴다. 또한, 눈금 스케일의 눈금은, 예를 들면 가공에 의해 새겨지기 때문에, 눈금 패턴 중심과 눈금 스케일의 회전 중심 자체가 오프셋되어 있는 점, 1눈금의 간격이 이상(理想)값에 대하여 오차를 가져 복수의 눈금에 있어서 불균등하게 되어 있는 점 등의 품질의 문제가 있다. 게다가, 각도 검출기 자체의 검출 정밀도도 구성 부품의 열화에 따라 경년(經年) 변화하는 점 등으로부터, 이들에 의해서도 회전체의 회전에 의한 진짜 각도 변화량과 센서로부터의 출력 신호를 제어부에 의해 변환하여 얻어진 측정에 의한 각도 변화량과의 사이에는 각도 오차가 생긴다.

이와 같은 문제에 의해, 특허문헌 1에는, 위상이 90° 상이한 2상 정현파 형상 신호에 포함되는 3차의 고조파 성분의 왜곡을 검출하여 제거하는 방법이 개시되어 있고, 특허문헌 2에는, 위상이 90° 상이한 2상 정현파 형상 신호에 포함되는 3차 및 5차의 고조파 성분의 왜곡을 검출하여 제거하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3∼5에는, 회전 축선에 고정된 눈금반의 주위에, 복수의 제 1 눈금 판독 헤드와, 1개의 제 2 눈금 판독 헤드를 구비하고, 하기와 같이, 제 2 눈금 판독 헤드의 각도 신호(A_i,₁)와 각 제 1 눈금 판독 헤드의 각도 신호(A_i,_j)와의 차(SA_i,_j)를 구하여 평균값(SAV_i)를 얻음으로써 자기(自己) 교정을 행하는 각도 검출기가 개시되어 있다. 여기서, i는 눈금 번호(1∼N_G의 정수, N_G는 눈금의 총수), j는 눈금 판독 헤드 번호(1∼N_H의 정수, N_H는 눈금 판독 헤드의 총수)이다.

일본공개특허 특개2006-112862호 공보 일본공개특허 특개2008-304249호 공보 일본공개특허 특개2006-98392호 공보 일본공개특허 특개2011-99802호 공보 일본공개특허 특개2011-99804호 공보

특허문헌 1, 2에 있어서는, 센서에 기인하는 특정한 고조파 성분의 왜곡에 의한 전기적 각도 오차를 검출하여 제거할 수 있다. 그러나, 센서로부터의 출력 신호에는, 눈금의 정밀도, 센서의 특성이나 방식 등에 따라 다양한 고조파 성분의 왜곡이 포함되어, 특정한 고조파 성분의 왜곡을 검출할 수 있는 것만으로는 다양한 센서에 대하여 통일적으로 고조파 성분의 왜곡을 제거할 수는 없다. 예를 들면, 센서의 판독 방식이 광학식과 자기식(磁氣式)에서는 왜곡의 특성이 완전히 상이하고, 자기식에서도 판독하는 눈금이 착자(着磁) 링과 기어에서는 왜곡의 특성이 완전히 상이하다. 또한, 센서로부터의 출력 신호를 증폭하는 앰프 등의 기기를 이용할 경우, 그들의 특성에 의한 고조파 성분의 왜곡도 발생한다. 따라서, 어떤 경우에서는 고조파 성분의 왜곡을 제거할 수 있었다고 해도, 다른 경우에서는 고조파 성분의 왜곡을 제거할 수 없는 경우도 있다.

특허문헌 3∼5에 있어서는, 각도 검출기는, 회전체의 회전 축선과 눈금 스케일의 중심 축선과의 축선 편심, 눈금 스케일의 품질, 각도 검출기의 경년 변화 등에 의해 생기는 기계적 각도 오차를 검출하여 제거할 수 있다. 이 방법을 이용하여 더 고 정밀도로 회전체의 각도 변화량을 얻기 위해서는, 1눈금의 각도 간격을 좁히는 것이나, 고 정밀도의 눈금 판독 헤드를 사용하는 것 등이 유효하지만, 각도 검출기의 고비용화에 연결되기 쉽다. 그러나, 저비용화를 위해 눈금의 간격이 넓은 눈금 스케일이나 정밀도가 낮은 눈금 판독 헤드를 사용하면, 눈금 판독 헤드가 출력하는 신호에 포함되는 고조파 성분이 전기적 각도 오차에 영향을 주는 양이 커져, 기계적 각도 오차보다 지배적인 오차로서 나타나기 때문에, 고 정밀도로 회전체의 각도 변화량을 얻을 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은, 센서에 기인하는 전기적 각도 오차뿐만 아니라, 회전체의 장착 정밀도, 눈금 스케일의 품질, 각도 검출기의 경시(經時) 변화 등에 기인하는 기계적 각도 오차를 동시에 제거하여, 고 정밀도로 회전체의 각도 변화량이 얻어지고, 저비용화가 가능한 각도 검출기를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 관점에 의하면, 각도 검출기가, 회전 축선을 중심으로 회전하는 회전체와, 회전체의 회전 방향에 대한 일주(一周)를 따라 복수의 눈금을 가지는 눈금 스케일과, 회전체의 회전 방향에 대한 일주를 따라 배치된 적어도 2개의 센서를 구비하고, 회전체의 회전에 의한 각도 변화량을 검출하며, 적어도 2개의 센서의 각각은, 복수의 눈금에 기초하여 각도 변화량에 따른 신호를 출력하고, 출력 신호는, 복수의 눈금 중 1눈금분을 1주기 1차로 하는 기본파 성분과, 기본파 성분의 2 이상의 정수배를 차수로 하는 고조파 성분을 포함하며, 출력 신호로부터 산출된 각도 변위량은, 고조파 성분에 기인하여, 1눈금분을 1주기 1차로 하여 그 정수배의 차수 성분을 가지는 적어도 1개의 각도 오차 성분을 포함하고, 적어도 2개의 센서의 개수는, 눈금 스케일의 눈금수 및 적어도 1개의 각도 오차 성분의 차수에 기초하여 결정되어 있다.

본 발명의 일 구체예에 의하면, 각도 검출기에 있어서, 적어도 1개의 각도 오차 성분은, 복수의 각도 오차 성분이고, 적어도 2개의 센서의 개수는, 눈금 스케일의 눈금수 및 복수의 각도 오차 성분의 각각의 차수에 기초하여 결정되어 있다.

본 발명의 일 구체예에 의하면, 각도 검출기에 있어서, 적어도 2개의 센서의 개수는, 눈금 스케일의 눈금수와 적어도 1개의 각도 오차 성분의 차수인 1 이상의 정수와의 곱을 나누어 떨어질 수 없는 정수에 기초하여 결정되어 있다.

본 발명의 일 구체예에 의하면, 각도 검출기에 있어서, 적어도 2개의 센서의 개수는 추가로, 눈금 스케일의 눈금수와 각도 오차 성분의 차수와의 곱을 나누어 떨어질 수 없는 정수로 나눈 경우의 나머지에 기초하여 결정되어 있다.

본 발명의 일 구체예에 의하면, 각도 검출기에 있어서, 적어도 2개의 센서의 개수는 추가로, 눈금 스케일의 눈금수와 각도 오차 성분의 차수와의 곱을 나누어 떨어질 수 없는 정수로 나눈 경우의 나머지의 크기에 따른 가중치에 기초하여 결정되어 있다.

본 발명의 일 구체예에 의하면, 각도 검출기에 있어서, 회전체의 회전 방향에 대한 일주에 대략 등간격으로, 나누어 떨어질 수 없는 정수에 일치하는 수의 센서 배치 예정 개소가 설정되고, 센서 배치 예정 개소 중 어느 곳에, 적어도 2개의 센서가 1개씩 배치되어 있다.

본 발명의 일 구체예에 의하면, 각도 검출기에 있어서, 센서 배치 예정 개소의 인접하는 2개에, 적어도 2개의 센서가 1개씩 배치되어 있다.

본 발명의 일 구체예에 의하면, 각도 검출기에 있어서, 센서 배치 예정 개소의 각각에, 적어도 2개의 센서가 1개씩 배치되어 있다.

본 발명의 일 구체예에 의하면, 각도 검출기에 있어서, 적어도 1개의 각도 오차 성분은, 적어도 2개의 센서의 종류에 따라 상이하다.

본 발명의 일 구체예에 의하면, 각도 검출기는, 적어도 2개의 센서 중 1개의 센서로부터의 출력 신호와 그 이외의 센서로부터의 출력 신호와의 사이의 출력 신호차를 구함으로써 자기 교정되어 있다.

본 발명에 의하면, 각도 검출기는, 센서로부터의 출력 신호에 포함되는 왜곡에 기인하는 전기적 각도 오차와, 회전체의 장착 정밀도, 눈금 스케일의 품질, 각도 검출기의 경시 변화 등에 기인하는 기계적 각도 오차를 동시에 제거하여, 고 정밀도로 회전체의 각도 변화량이 얻어지고, 또한, 각도 검출기는, 센서에 기인하지 않고, 통일적으로 고 정밀도로 회전체의 각도 변화량이 얻어질 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 저렴하고 정밀도가 낮은 센서를 사용하여 회전체의 각도 변화량의 정밀도를 대폭 향상할 수 있어, 종래의 고가이고 정밀도가 높은 센서를 사용할 필요는 없고, 각도 검출기의 저비용화를 달성할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은, 첨부 도면에 관한 이하의 본 발명의 실시예의 기재로부터 명확해질 것이다.

도 1a는, 본 발명의 일 실시형태로서의, 눈금 스케일이 장착된 회전체의 각도 변화량을 검출하는 각도 검출기를 나타내는 개략도이다.
도 1b는, 본 발명의 다른 실시형태로서의, 눈금 스케일이 장착된 회전체의 각도 변화량을 검출하는 각도 검출기를 나타내는 개략도이다.
도 2a는, 본 발명의 다른 실시형태로서의, 적어도 2개의 센서가 장착된 회전체의 각도 변화량을 검출하는 각도 검출기를 나타내는 개략도이다.
도 2b는, 본 발명의 다른 실시형태로서의, 적어도 2개의 센서가 장착된 회전체의 각도 변화량을 검출하는 각도 검출기를 나타내는 개략도이다.
도 3은, 도 1a∼도 2b의 각도 검출기의 제어부의 개략도이다.
도 4a는, 센서가 1눈금 중의 위치를 검출했을 때에 출력하는 의사(擬似) 정현파 신호를 나타낸다.
도 4b는, 도 4a의 의사 정현파 신호에 의해 산출한, 1눈금 중의 위치에 대한 측정 각도와 이상(理想) 각도를 나타낸다.
도 4c는, 도 4a의 의사 정현파 신호에 의해 산출한, 1눈금 중의 위치에 대한 측정 각도와 이상 각도와의 사이의 각도 오차를 나타낸다.
도 5a는, 눈금수를 일정하게 하여, 눈금 스케일 일주의 각도 오차 차수를 센서 배치 예정 개소수로 나누어서 나누어 떨어진다/나누어 떨어지지 않는다에 기초하여 판정한 결과를 나타내는 표이다.
도 5b는, 눈금수를 일정하게 하여, 눈금 스케일 일주의 각도 오차 차수를 센서 배치 예정 개소수로 나눈 경우의 나머지의 크기에 따른 가중치에 기초하여 판정한 결과를 나타내는 표이다.
도 5c는, 센서 배치 예정 개소수를 일정하게 하여, 눈금 스케일 일주의 각도 오차 차수를 센서 배치 예정 개소수로 나눈 경우의 나머지의 크기에 따른 가중치에 기초하여 판정한 결과를 나타내는 표이다.
도 6a는, 센서에 의한 전기적 각도 오차와 회전체의 장착 정밀도 등에 의한 기계적 각도 오차가 제거되기 전의 회전체의 지령 각도에 대한 각도 오차를 나타낸다.
도 6b는, 회전체의 지령 각도를 눈금으로 환산한 경우의 도 6a의 일부의 확대도이다.
도 6c는, 센서에 의한 전기적 각도 오차와 회전체의 장착 정밀도 등에 의한 기계적 각도 오차가 제거되기 전의 회전체의 일주를 1주기 1차로 한 각도 오차에 대하여 푸리에 변환을 실행함으로써 얻어진 스펙트럼 강도를 나타낸다.
도 7a는, 센서에 의한 전기적 각도 오차와 회전체의 장착 정밀도 등에 의한 기계적 각도 오차가 제거된 후의 회전체의 지령 각도에 대한 각도 오차를 나타낸다.
도 7b는, 회전체의 지령 각도를 눈금으로 환산한 경우의 도 7a의 일부의 확대도이다.
도 7c는, 센서에 의한 전기적 각도 오차와 회전체의 장착 정밀도 등에 의한 기계적 각도 오차가 제거된 후의 회전체의 일주를 1주기 1차로 한 각도 오차에 대하여 푸리에 변환을 실행함으로써 얻어진 스펙트럼 강도를 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1a∼도 2b에, 회전 축선(108)을 중심으로 회전하는 회전체(105)와, 회전체(105)의 회전 방향(106)에 대한 일주를 따라 복수의 눈금(103)을 가지는 눈금 스케일(102)과, 회전체(105)의 회전 방향(106)을 따라, 센서 배치 예정 개소(202a∼202i)에 배치된 적어도 2개의 센서(201a∼201i)를 구비하는 각도 검출기(101)를 나타낸다. 여기서, 눈금 스케일(102)이 가지는 눈금(103)이란, 예를 들면 가공에 의해 눈금 스케일(102)에 실제로 새겨진 시각적으로 인식할 수 있는 것뿐만 아니라, 눈금 스케일(102)에 있어서의 소정의 위치 간격을 1눈금분의 간격으로 하여 센서(201a∼201i)에 대하여 판독하게 할 수 있는 것이면 되고, 눈금 스케일(102)은, 그와 같은 눈금(103)이 복수 배치된 부재이다. 각도 검출기(101)의 대표예로서는, 인코더, 리졸버, 인덕토신 등이 있지만, 본 발명을 적용할 수 있으면 특별히 원리는 묻지 않는다. 또한, 센서(201a∼201i)는, 눈금 스케일(102)의 눈금(103)을 판독할 수 있으면 특별히 원리는 묻지 않는다. 센서(201a∼201i)로서는, 예를 들면, 광학식 센서, 자기식 센서, 코일 등이 있다. 또한, 눈금 스케일(102)은, 센서(201a∼201i)가 눈금(103)을 판독할 수 있는 것이면 되며, 재질, 눈금(103)의 배치의 방법 등은 묻지 않는다. 센서(201a∼201i)는, 회전체(105)의 회전 방향(106)에 대한 일주(107), 즉 전체 둘레를 따라 센서 배치 예정 개소(202a∼202i)에 배치되어 있다. 각도 검출기(101)는, 회전체(105)의 회전에 의한 각도 변화량(X_p)을, 회전 방향(106)을 따라 배치된 복수의 눈금(103)을 사용함으로써 센서(201a∼201i)로부터의 출력 신호에 기초하여 검출한다. 센서(201a∼201i)의 각각은, 복수의 눈금(103)에 기초하여, 회전체(105)의 회전에 의한 각도 변화량에 따른 신호(204)를 출력한다. 여기서, 인접하는 2개의 눈금(103) 사이의 폭, 즉 1눈금의 각도 간격(104)은 X로 나타내어진다.

도 1a에는, 회전체(105)의 일주(107)를 따라 2개의 센서(201a, 201b)가 배치되고, 눈금 스케일(102)이 장착된 회전 방향(106)을 따라 회전하는 회전체(105)의 각도 변화량(X_p)을 검출하는 각도 검출기(101)가 나타내어지고, 도 1b에는, 회전체(105)의 일주(107)를 따라, 9개의 센서(201a∼201i)가 배치되고, 눈금 스케일(102)이 장착된 회전 방향(106)을 따라 회전하는 회전체(105)의 각도 변화량(X_p)을 검출하는 각도 검출기(101)가 나타내어지며, 도 2a에는, 회전체(105)의 일주(107)를 따라, 3개의 센서(201a, 201b, 201d)가 배치되고, 3개의 센서(201a, 201b, 201d)가 장착된 회전 방향(106)을 따라 회전하는 회전체(105)의 각도 변화량(X_p)을 검출하는 각도 검출기(101)가 나타내어지고, 도 2b에는, 회전체(105)의 일주(107)를 따라, 9개의 센서(201a∼201i)가 배치되고, 9개의 센서(201a∼201i)가 장착된 회전 방향(106)을 따라 회전하는 회전체(105)의 각도 변화량(X_p)을 검출하는 각도 검출기(101)가 나타내어진다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 각도 검출기(101)는 추가로, 센서(201a∼201i)에 접속되고, 센서(201a∼201i)의 판독 정보를 회전체(105)의 각도 변화량(X_p)으로 변환하는 제어부(203)를 구비한다. 변환된 각도 변화량(X_p)은, 표시 장치(211) 등에 출력되고, 또는, 회전체(105)를 구동하는 모터, 회전체(105)의 제어 장치 등에 피드백되어도 된다.

센서(201a∼201i)는, 일반적으로, 눈금 스케일(102)과의 상대 운동이 발생했을 때, 판독된 눈금(103)과 1눈금의 각도 간격(104)에 기초하여, 복수의 눈금(103) 중 1눈금을 1주기 1차로 하여 각도 변화량에 따라 진폭이 변화하는 출력 신호(204)를 출력할 수 있다. 또한, 제어부(203)는, 센서(201a∼201i)로부터의 출력 신호(204)와, 어떤 시간까지 센 눈금 검출수(M)로부터, 회전체(105)의 각도 변화량(X_p)으로 변환할 수 있다. 도 1a∼도 2b에 나타내는 바와 같이, 눈금 스케일(102)과 센서(201a∼201i)의 사이의 상대 운동에 의해, 예를 들면, 센서(201a∼201i)로부터 각각 도 5a에 나타내는 바와 같은 위상이 90° 상이한 2개의 의사 정현파 신호(A상 신호(A⁽⁰⁾) 및 B상 신호(B⁽⁰⁾))가 출력 신호(204)로서 출력될 경우, 제어부(203)는, 센서(201a∼201i)의 각각에 의해 출력된 의사 정현파 신호를 취득하고, 각 센서(201a∼201i)로부터의 2개의 의사 정현파 신호 중 위상이 90° 늦은 일방의 의사 정현파 신호(B상 신호(B⁽⁰⁾)를 타방의 의사 정현파 신호(A상 신호(A⁽⁰⁾)로 나눈 것을 역정접 연산함으로써 1눈금을 분할하여, 이하와 같이 회전체(105)의 가상의 각도 변화량(X_p ⁽⁰⁾)을 산출한다.

여기서, θ⁽⁰⁾=tan^-1(B⁽⁰⁾/A⁽⁰⁾)은 0∼2π의 범위가 되도록 수치 처리되어 있다. 또한 눈금 검출수(M)는, θ⁽⁰⁾=tan^-1(B⁽⁰⁾/A⁽⁰⁾)이 0과 2π의 경계를 넘는 타이밍에서, 그 카운트값을 증감시키는 등의 처리로 검출 가능하며, 그 방법에 대해서는 묻지 않는다. 도 1a∼도 2b와 같이, 눈금 스케일(102) 또는 센서(201a∼201i)를 회전체(105)에 장착하여 회전시킬 경우에는, 제어부(203)는, 회전체(105)의 회전에 의한 각도 변위량(X_p)으로서 산출할 수 있다.

그러나, 이 산출된 가상의 각도 변화량(X_p ⁽⁰⁾)과 이상으로 하는 각도 검출기(101)로부터 얻어져야 하는 회전체(105)의 각도 변화량(X_pideal)의 사이에는 오차가 생긴다(이상적으로는, X_p=X_pideal이 되는 것이 좋음). 도 1a∼도 2b의 회전체(105)가 등속으로 회전 운동하여, 회전체(105)의 각도가 변화하도록 회전 지령한 경우, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 이상적으로는, 회전체(105)가 지령값에 대하여 오차 없이 회전 운동이 가능하다고 가정하면, 회전체(105)의 회전 운동에 의해 회전체(105)의 각도가 증가함에 따라, 센서(201a∼201i)로부터의 출력 신호(204)로부터 산출된 각도 변화량(X_p)은 선형적으로 증가하여, 회전체(105)의 각도와 이상적인 각도 변화량(X_pideal)의 사이에 각도 오차는 없다. 그러나, 실제로는, 센서(201a∼201i)로부터의 출력 신호(204)로부터 산출된 각도 변화량(X_p)과 이상적인 각도 변화량(X_pideal)의 사이에는 각도 오차가 생긴다. 이 각도 오차의 일 원인으로서, 산출된 각도 변화량(X_p)에는, 회전체(105)의 회전에 따라 복수의 눈금(103)을 검출하는 과정에 있어서, 회전체(105)의 회전 축선(108)과 눈금 스케일(102)의 중심 축선과의 축선 편심, 눈금 스케일(102)의 품질, 각도 검출기(101)의 경년 변화 등에 의해 생기는 여분의 양(기계적 각도 오차라고 함)이 포함되고, 또한, 출력 신호(204)에는 센서(201a∼201i)의 특성에 기인하는 여분의 왜곡이 포함되어 있는 것에 있다(센서(201a∼201i)의 특성에 기인하는 각도 오차를 전기적 각도 오차라고 함). 보다 구체적으로는, 이 센서(201a∼201i)에 의한 전기적 각도 오차의 원인은, 센서(201a∼201i)로부터의 출력 신호가, 복수의 눈금(103) 중 1눈금분을 1주기 1차로 하는 기본파 성분과, 기본파 성분의 2 이상의 정수배를 차수로 하는 고조파 성분을 포함하고 있는 것에 있다. 예를 들면, 센서(201a∼201i)로부터 각각 도 4a에 나타내는 바와 같은 위상이 90° 상이한 2개의 의사 정현파 신호(A상 신호(A⁽⁰⁾) 및 B상 신호(B⁽⁰⁾))가 출력 신호(204)로서 출력될 경우, 센서(201a∼201i)로부터 출력된 2개의 의사 정현파 신호가, 복수의 눈금(103) 중 1눈금분을 1주기 1차로 하는 이상파가 되는 기본파 성분(cos(θ), sin(θ))과, 다음과 같이, 기본파 성분의 2 이상의 정수배를 차수로 하는 고조파 성분(차수 k가 2 이상의 정수인 경우의 성분)을 포함하고 있는 것에 있어, 이 센서(201a∼201i)의 고조파 성분이, 상기 [수학식 2]와 같이 역정접 연산할 때에 각도 변화량(X_p)에 영향을 미쳐, 도 4c에 나타내는 바와 같이, 전기적 각도 오차가 발생하고 있다.

여기서, a_k 및 b_k는, 1눈금을 1주기로 하는 1차의 기본파 성분의 진폭을 1로 한 경우의 차수 k의 고조파 성분의 게인으로서, φa_k 및 φb_k는, 차수 k의 고조파 성분의 기본파 성분에 대한 위상차이다. 또한, a_k, b_k, φa_k, φb_k는, 일반적으로는, 상이한 눈금(103)이어도 변화하지 않거나, 또는 변화했다고 해도 작은 차이이다. 또한, a_k, b_k, φa_k, φb_k는, 센서(201a∼201i)나 눈금 스케일(102)의 특성, 검출 원리에 의해 결정지어지고, 예를 들면, 센서(201a∼201i)가 광 검출형 센서이면 눈금 스케일(102)의 눈금 패턴의 반사·투과 특성이나 수광부의 감도 특성에 의해 결정지어지며, 센서(201a∼201i)가 반도체 자기(磁氣) 저항형 센서이면 반도체의 자기 저항 특성에 의해 결정지어지고, 또한, 반도체 자기 저항형 센서를 사용할 경우에 있어서, 자기 검출에 평기어를 사용하면, 톱니의 형상 특성에 의해 결정지어진다. 이와 같이, 출력 신호(204)에 포함되는 고조파 성분은, 센서(201a∼201i) 등의 종류에 따라 상이하다. 또한, 센서(201a∼201i)는, 실질적으로 동일한 기본파 성분 및 고조파 성분을 포함하는 출력 신호(204)를 출력하는 센서인 것이 바람직하다. 예를 들면, 센서(201a∼201i)는 동일한 종류여도 된다.

또한, 상기와 같이, 각도 오차에는, 센서(201a∼201i)의 특성에 기인하는 전기적 각도 오차뿐만 아니라, 회전체(105)의 장착 정밀도, 눈금 스케일(102)의 품질, 각도 검출기(101)의 경시 변화 등에 기인하는 기계적 각도 오차도 포함되어 있다.

그래서, 센서(201a∼201i)의 특성에 기인하는 전기적 각도 오차, 및 회전체(105)의 장착 정밀도, 눈금 스케일(102)의 품질, 각도 검출기(101)의 경시 변화 등에 기인하는 기계적 각도 오차를 제거하기 위해, 상기와 같이, 각도 검출기(101)는, 회전체(105)의 회전 방향(106)에 대한 일주를 따라 복수의 눈금(103)을 가지는 눈금 스케일(102)과, 회전체(105)의 회전 방향(106)에 대한 일주를 따라, 센서 배치 예정 개소(202a∼202i)에 배치된 적어도 2개의 센서(201a∼201i)를 구비하고, 추가로, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제어부(203)는, 이들 센서(201a∼201i)로부터의 출력 신호(204)를 연산 처리하는 신호 처리부(209)를 구비한다.

또한, 제어부(203)는, 신호 처리부(209)에 의한 출력 신호(204)의 연산 처리에 앞서, 출력 신호(204)를 취득하기 위한 입력부(205), 출력 신호(204)의 노이즈를 제거하는 노이즈 필터(206), 출력 신호(204)를 증폭하는 증폭기(207), 및 출력 신호(204)를 아날로그값으로부터 디지털값으로 변환하는 A/D 변환기(208)를 구비하고 있어도 된다. 디지털값으로 변환된 출력 신호(204)가, 신호 처리부(209)에 출력된다. 또한, 제어부(203)는, 신호 처리부(209)에 의한 데이터의 쓰기/읽기를 행하는 기억부(210)를 구비하고 있어도 된다. 신호 처리부(209)는, 출력 신호(204)가 위상이 상이한 2상의 신호인 경우에는, 2상 사이의 진폭, 오프셋, 위상차를 조정할 수 있어도 된다. 또한, 조정하지 않을 경우에도 각 센서의 신호 특성이 동(同)레벨이면, 이들 값은 대략 동일해진다고 생각할 수 있고, 본 발명에 의해 전기적 각도 오차를 제거할 수 있다.

센서(201a∼201i)로부터의 출력 신호(204) 중 1개를 기준 센서(예를 들면, 센서(201a))로 하여, 기준 센서로부터의 출력 신호(204)와, 그 이외의 각 센서(예를 들면, 센서(201b∼201i))의 출력 신호(204)와의 사이의 출력 신호차를 구하고, 구해진 그 이외의 센서와의 출력 신호차에 관한 평균값을 얻음으로써, 기계적 각도 오차를 제거하기 위한 교정값을 얻을 수 있다. 이 교정값을, 산출된 회전체(105)의 가상의 각도 변화량(X_p ⁽⁰⁾)에 대하여 더하기 빼기 함으로써, 진짜 각도 변화량(X_p)을 검출할 수 있고, 각도 검출기(101)는, 기계적 각도 오차에 대하여 자기 교정된다. 그러나, 센서(201a∼201i)를 단지 회전체(105)의 회전 방향(106)을 따라 배치한 것만으로는 전기적 각도 오차를 제거할 수는 없다. 이것은 상기와 같이, 센서(201a∼201i)의 각각의 출력 신호(204)는, 복수의 눈금(103) 중 1눈금분을 1주기 1차로 하는 기본파 성분과, 기본파 성분의 2 이상의 정수배를 차수로 하는 고조파 성분을 포함하고, 출력 신호(204)로부터 산출된 가상의 각도 변위량(X_p ⁽⁰⁾)은, 출력 신호(204)의 1개 이상의 고조파 성분에 기인하여, 눈금(103)의 1눈금분을 1주기 1차로 하여 그 정수배의 차수 성분을 가지는 적어도 1개의 각도 오차 성분을 포함하고 있기 때문이다.

센서(201a∼201i)의 특성에 기인하는 전기적 각도 오차를 제거하기 위해서는, 회전체(105)의 회전 방향(106)에 대한 일주(107)를 따른 눈금 스케일(102)의 눈금수(N), 및 센서(201a∼201i)로부터의 출력 신호(204)에 포함되는 고조파 성분에 기인하는 1눈금에 있어서의 각도 오차 성분의 차수(p)에 기초하여, 회전체(105)의 회전 방향(106)에 대한 일주(107)를 따라 배치되는 센서(201a∼201i)의 개수를 적절히 선택할 필요가 있다. 여기서, 각도 오차 성분의 차수란, 각도 오차 성분이 가지는 차수이며, 각도 오차 성분의 차수는, 눈금(103)의 1눈금분을 1주기 1차로 하면 그 정수배이다. 예를 들면, 도 1a∼도 2b와 같이, 눈금 스케일(102)의 눈금수가 32이고, 출력 신호(204)에 포함되는 고조파 성분에 기인하는 1눈금에 있어서의 각도 오차 성분의 차수가 p인 경우에는, 눈금 스케일(102)의 눈금수 32, 및 각도 오차 성분의 차수(p)에 기초하여, 일주(107)를 따라 배치되는 센서(201a∼201i)의 개수를 선택한다. 또한, 각도 오차 성분의 차수(p)는, 추정으로 어림잡아도 되고, 눈금 스케일(102)의 일주에 있어서의 각도 오차 성분을 산출한 결과로부터 결정해도 된다. 참고로, 전기적 각도 오차가 현저하게 나타나는 각도 오차 성분의 차수(p)는 5 이하인 것이 많다. 또는, 사전에 센서(201a∼201i)로부터의 출력 신호(204)로부터 고조파 성분을 추출하고, 제거가 필요한 각도 오차 성분의 차수(p)를 결정해도 된다. 또한, 센서(201a∼201i)로부터의 출력 신호(204)가, 도 3과 같이, 입력부(205), 노이즈 필터(206), 증폭기(207), A/D 변환기(208) 등을 개재하여 신호 처리부(209)에 입력될 경우에는, 신호 처리부(209)에 입력되는 신호에 포함되는 고조파 성분을 추출하고, 제거가 필요해지는 각도 오차 성분의 차수(p)에 기초하여 센서(201a∼201i)의 개수를 적절히 선택해도 된다.

또한, 출력 신호(204)로부터 산출된 가상의 각도 변화량(X_p ⁽⁰⁾)은, 출력 신호(204)에 포함되는 1개 이상의 고조파 성분에 기인하여, 눈금(103)의 1눈금분을 1주기 1차로 하고, 각각이 그 정수배의 차수 성분을 가지는 복수의 각도 오차 성분을 포함하고 있어, 각도 오차 성분이 복수의 각도 오차 성분이어도 된다. 센서(201a∼201i)의 개수는, 눈금 스케일(102)의 눈금수(N), 및 그 복수의 각도 오차 성분의 각각의 차수에 기초하여, 회전체(105)의 회전 방향(106)에 대한 일주(107)를 따라 배치되는 센서(201a∼201i)의 개수를 적절히 선택할 필요가 있다. 예를 들면, 출력 신호(204)의 1개 이상의 고조파 성분에 기인하여, 출력 신호(204)로부터 산출된 가상의 각도 변화량(X_p ⁽⁰⁾)은, 차수 p=1, p=2의 2개의 각도 오차 성분이 포함되고, 도 1a∼도 2b와 같은 경우에는, 눈금 스케일(102)의 눈금수 32, 및 2개의 각도 오차 성분의 차수 p=1과 p=2에 기초하여, 회전체(105)의 회전 방향(106)에 대한 일주(107)를 따라 배치되는 센서(201a∼201i)의 개수를 선택한다.

센서(201a∼201i)의 개수는, 눈금 스케일(102)의 눈금수(N)와 1눈금에 있어서의 각도 오차 성분의 차수(p)와의 곱을 나누어 떨어질 수 없는 정수에 기초하여 결정되어도 된다. 즉, 각도 오차 성분의 구체적인 크기 등은, 회전체(105)의 일주에 대해서는 눈금수만큼 눈금의 각각의 개체차로서 나타나지만, 1눈금에 발생하는 각도 오차 성분의 차수(p)는 어느 눈금에서도 동일하기 때문에, 눈금 스케일(102)의 일주에 있어서의 전기적 각도 오차는, 차수(N_p)=N(눈금 스케일(102)의 눈금수)×p(1눈금에 있어서의 각도 오차 성분의 차수)로서 나타나고, 차수(N_p)를 나누어 떨어질 수 없는 정수에 기초하여, 센서(201a∼201i)의 개수는 결정되어도 된다. 이에 의해, 센서(201a∼201i)는 각각, 위상이 상이한 출력 신호(204)를 출력할 수 있다. 즉, 센서(201a∼201i)의 각각에 의해 출력되는 출력 신호(204)에 포함되는 기본파 성분 및 고조파 성분의 위상은, 각 센서(201a∼201i)에서 상이하다.

구체적으로는, 눈금 스케일(102)이 가지는 눈금(103)의 눈금수(N)인 256에 대하여, 가령 출력 신호(204)의 고조파 성분에 기인하여, 가상의 각도 변화량(X_p ⁽⁰⁾)에는 1눈금에 있어서 차수(p)(1∼10)의 성분을 가지는 각도 오차 성분이 포함된다고 상정하여 차수(p)를 곱함으로써, 눈금 스케일(102)의 일주에 있어서의 전기적 각도 오차의 차수(N_p)를 구하고, 그 차수(N_p)를, 센서 배치 예정 개소수로서의 정수(5∼9)로 나누어 떨어질 경우를 ×로, 나누어 떨어지지 않을 경우를 ○로 판정한 결과를 도 5a에 나타낸다. ○의 수가 많은 센서 배치 예정 개소수 쪽이, 보다 많은 차수(p)의 성분에 의한 전기적 각도 오차를 제거할 수 있다. 도 5a의 경우에 있어서는, 정수가 7 또는 9인 경우, 즉 센서 배치 예정 개소수가 7 또는 9인 경우에 ○의 수가 9로서, 많은 차수(p)의 성분에 의한 전기적 각도 오차를 제거할 수 있고, 7개 또는 9개의 센서 배치 예정 개소(202a∼202i) 중 어느 곳에, 센서(201a∼201i)를 배치한다. 반면에, 정수가 8인 경우, 즉 센서 배치 예정 개소수가 8인 경우에는 ○의 수가 0으로서, 전혀 전기적 각도 오차를 제거할 수 없다. 또한, 도 5a는 일례이며, 눈금 스케일(102)이 가지는 눈금(103)의 눈금수, 센서 배치 예정 개소수에는 특별히 상하한은 없다.

도 1a, 도 2a와 같이, 센서 배치 예정 개소(202a∼202i)는, 회전체(105)의 회전 방향(106)에 대한 일주(107)를 따라 대략 등간격으로, 눈금 스케일(102)의 일주에 있어서의 전기적 각도 오차의 차수(N_p)를 나누어 떨어질 수 없는 정수에 일치하는 수에 의해 설정되어 있다. 도 5a와 같이, 눈금 스케일(102)의 눈금수(N)가 256인 경우에는, 센서 배치 예정 개소(202a∼202i)의 개수를 7 또는 9로 하여, 7개 또는 9개의 센서 배치 예정 개소(202a∼202i)를 회전체(105)의 회전 방향(106)에 대한 일주(107)를 따라 대략 등간격으로 설정할 수 있다. 도 1a, 도 2a에서는, 회전체(105)의 회전 방향(106)에 대한 일주(107)를 따라, 9개의 센서 배치 예정 개소(202a∼202i)가 설정되어 있다. 그리고, 센서(201a∼201i)는, 센서 배치 예정 개소(202a∼202i) 중 어느 곳에 배치되어 있다. 도 1a에서는, 9개의 센서 배치 예정 개소(202a∼202i) 중 2개소(202a, 202b)에 센서(201a, 201b)가 배치되고, 도 2a에서는, 9개의 센서 배치 예정 개소(202a∼202i) 중 3개소(202a, 202b, 202d)에 센서(201a, 201b, 201d)가 배치되어 있지만, 센서 배치 예정 개소(202a∼202i)의 어느 곳에 센서(202a∼202i)가 배치되어 있는지는 묻지 않는다. 예를 들면, 도 1a와 같이, 센서 배치 예정 개소(202a∼202i) 중 인접하는 2개의 센서 배치 예정 개소(202a, 202b)에, 센서(201a, 201b)가 각각 1개씩 배치되어도 되고, 도 1b, 도 2b와 같이, 센서 배치 예정 개소(202a∼202i)의 각각에, 센서(201a∼201i)가 각각 1개씩 배치되어도 된다.

전기적 각도 오차는, 차수(N_p)=N(눈금 스케일(102)의 눈금수)×p(1눈금에 있어서의 각도 오차 성분의 차수)로서 나타나고, 일반적으로는 N과 p는 정수이기 때문에 N_p도 정수가 된다. 그러나, 실제로는 눈금 스케일(102)의 1눈금의 간격이 복수의 눈금(103)에 있어서 불균일한 점 등에 기인하여, 각도 오차에 대하여 회전체(105)의 일주를 1주기 1차로 하여 푸리에 변환하여 실행하면, 스펙트럼 강도는 정수의 차수의 부근에 있어서 산형(山形)으로 발생하고 있다(예를 들면, 차수가 3인 스펙트럼 강도의 부근에 있어서, 2.9차, 3.1차 등의 소수점을 가지는 차수의 스펙트럼 강도가 포함되어 있음). 따라서, 눈금 스케일(102)의 일주에 있어서의 전기적 각도 오차의 차수(N_p)를 센서 배치 예정 개소수로서의 정수로 나눈 경우에, 그 경우에 있어서의 나머지(끝수)의 수가 클수록 제거할 수 있는 전기적 각도 오차의 차수(N_p)의 수가 많아지기 때문에, 그 나머지에 기초하여, 센서(201a∼201i)의 개수는 결정되어도 된다.

구체적으로는, 도 5a와 마찬가지로, 눈금 스케일(102)이 가지는 눈금(103)의 눈금수(N)인 256에 대하여, 가령 출력 신호(204)의 고조파 성분에 기인하여, 가상의 각도 변화량(X_p ⁽⁰⁾)에는 1눈금에 있어서 차수(p)(1∼10)의 성분을 가지는 각도 오차 성분이 포함된다고 상정하여 차수(p)를 곱함으로써, 눈금 스케일(102)의 일주에 있어서의 전기적 각도 오차의 차수(N_p)를 구하고, 그 차수(N_p)를, 센서 배치 예정 개소수로서의 정수(5∼9)에 의해 나눈 경우에, 예를 들면, 나머지가 0.3 미만인 경우를 ×, 나머지가 0.3 이상 0.7 미만인 경우를 ○, 나머지가 0.7 이상인 경우를 ◎라고 하고, 나머지의 크기에 따라 가중하여(예를 들면, ×는 0점, ○은 1점, ◎은 2점), 총득점이 많은 센서 배치 예정 개소수를 판정한 결과를 도 5b에 나타낸다. 총득점이 높은 쪽이, 보다 많은 차수(p)의 성분에 의한 전기적 각도 오차를 제거할 수 있다. 도 5b의 경우에 있어서는, 정수가 7 또는 9인 경우, 즉 센서 배치 예정 개소수가 7 또는 9인 경우에 총득점이 9점으로서, 많은 차수(p)의 성분에 의한 전기적 각도 오차를 제거할 수 있고, 도 1a∼도 2b와 같이, 9개의 센서 배치 예정 개소(202a∼202i) 중 어느 곳에, 센서(201a∼201i)를 배치한다. 이와 같이, 눈금 스케일(102)의 일주에 있어서의 전기적 각도 오차의 차수(N_p)를 센서 배치 예정 개소수로서의 정수로 나눈 경우의 나머지의 크기에 따라 가중하고, 각 차수의 가중치에 기초하여 센서(201a∼201i)의 개수는 결정되어도 된다. 또한, 출력 신호(204)의 고조파 성분에 기인하는 1눈금에 있어서의 각도 오차 성분이 2차 및 4차의 차수 성분을 포함할 경우에는, p=2, p=4에서 ◎라고 판정되어 있으므로, 센서 배치 예정 개소수를 9로 선정하면, 2차 및 4차의 전기적 각도 오차를 제거할 수 있고, 도 1a∼도 2b와 같이, 9개의 센서 배치 예정 개소(202a∼202i) 중 어느 곳에, 센서(201a∼201i)를 배치한다. 이와 같이, 눈금 스케일(102)의 일주에 있어서의 전기적 각도 오차의 차수(N_p)를 센서 배치 예정 개소수로서의 정수로 나눈 경우의 나머지의 크기에 따른 가중치에 기초하여, 센서(201a∼201i)의 개수는 결정되어도 된다.

또한, 센서 배치 예정 개소수를 먼저 결정하여, 눈금 스케일(102)이 가지는 눈금(103)의 눈금수(N)를 선정해도 된다. 구체적으로는, 센서 배치 예정 개소수를 5라고 하고, 눈금 스케일(102)이 가지는 눈금(103)의 눈금수(N)인 254∼259에 대하여, 가령 출력 신호(204)의 고조파 성분에 기인하여, 가상의 각도 변화량(X_p ⁽⁰⁾)에는 1눈금에 있어서 차수(p)(1∼10)의 성분을 가지는 각도 오차 성분이 포함된다고 상정하여 차수(p)를 곱함으로써, 눈금 스케일(102)의 일주에 있어서의 전기적 각도 오차의 차수(N_p)를 구하고, 그 차수(N_p)를, 센서 배치 예정 개소수의 5에 의해 나눈 경우에, 예를 들면, 나머지가 0.3 미만인 경우를 ×, 나머지가 0.3 이상 0.7 미만인 경우를 ○, 나머지가 0.7 이상인 경우를 ◎라고 하고, 나머지의 크기에 따라 가중하여(예를 들면, ×는 0점, ○은 1점, ◎은 2점), 눈금 스케일(102)의 일주에 있어서의 눈금수(N)를 판정한 결과를 도 5c에 나타낸다. 총득점이 높은 쪽이, 보다 많은 차수(p)의 전기적 각도 오차를 제거할 수 있다. 도 5c의 경우에 있어서는, 눈금 스케일(102)의 일주에 있어서의 눈금수(N)가 255인 경우를 제외하고, 대략 동등수의 차수(p)의 전기적 각도 오차를 제거할 수 있고, 5개의 센서 배치 예정 개소(202a∼202e) 중 어느 곳에, 센서(201a∼201e)를 배치한다. 또한, 눈금 스케일(102)의 일주에 있어서의 눈금수(N)에 관한 판정한 결과는, 센서 배치 예정 개소수에 의한 반복성을 가진다. 예를 들면, 센서 배치 예정 개소수를 5로 한 경우의 판정한 결과는, 눈금 스케일(102)의 일주에 있어서의 눈금수(N)가 254±(5×정수배)인 경우에 있어서 동일하다(도 5c에 있어서는, 254와 259의 경우에서는 동일한 판정 결과가 된다). 이와 같이, 눈금 스케일(102)의 일주에 있어서의 눈금수(N)의 대소에 따르지 않고, 센서 배치 예정 개소수에 의한 반복성을 가지는 판정 결과를 얻을 수 있다.

상기와 같이 하여, 눈금 스케일(102)이 가지는 눈금(103)의 눈금수(N), 출력 신호(204)가 포함하는 고조파 성분으로부터 추정되거나, 또는 사전에 확인한 각도 오차 성분의 차수(p), 센서 배치 예정 개소수를 얻어, 도 1a∼도 2b와 같이, 센서 배치 예정 개소(202a∼202i)에 센서(201a∼201i)를 배치하고, 센서(201a∼201i)로부터의 출력 신호(204) 중 1개를 기준 센서(예를 들면, 센서(201a))로 하여, 기준 센서로부터의 출력 신호(204)와, 그 이외의 각 센서(예를 들면, 센서(201b∼201i))의 출력 신호(204)와의 사이의 출력 신호차를 구하고, 구해진 그 이외의 센서와의 출력 신호차에 관한 평균값을 얻음으로써, 기계적 각도 오차뿐만 아니라 전기적 각도 오차도 제거하기 위한 교정값을 얻을 수 있다. 이 교정값을, 산출된 회전체(105)의 가상의 각도 변화량(X_p ⁽⁰⁾)에 대하여 더하기 빼기 함으로써, 진짜 각도 변화량(X_p)을 검출할 수 있고, 각도 검출기(101)는, 기계적 각도 오차 및 전기적 각도 오차를 포함하는 각도 오차에 대하여 자기 교정된다. 교정 후의 각도 변화량(X_p)은, 각도 검출기(101)의 검출값으로 해도 되고, 회전체(105)를 구동하는 모터, 회전체(105)의 제어 장치 등에 피드백되어, 참조 각도로서 사용되어도 된다. 이 교정값은, 회전체(105)가 회전하여 센서(201a∼201i)로부터의 출력 신호(204)가 신호 처리부(209)에 입력될 때마다 연산되어도 되고, 사전에 회전체(105)의 1주분에 대하여 이 교정값을 신호 처리부(209)에서 연산하고, 보정 테이블로서 기억부(210)에 보존해 두어, 회전체(105)가 회전할 때에, 이 교정값을 기억부(210)로부터 불러와도 된다.

도 6a∼도 6c에 각각, 도 1b의 각도 검출기(101)의 센서(201a)만으로부터의 출력 신호(204)에 기초하여 신호 처리부(209)에 의해 산출된, 기계적 각도 오차 및 전기적 각도 오차를 포함하는 각도 오차가 제거되기 전에 있어서의, 회전체(105)의 지령 각도에 대한 각도 오차, 그 일부를 확대한 회전체(105)의 1눈금 중의 지령 각도에 대한 각도 오차, 회전체(105)의 일주를 1주기 1차로 한 각도 오차에 대하여 푸리에 변환을 실행함으로써 얻어진 스펙트럼 강도를 나타낸다. 지령 각도에 대하여, 주기가 긴(차수가 작은) 성분에 의한 각도 오차가, 기계적 각도 오차에 의한 것이고, 도 6a에 의하면, 이 각도 검출기(101)에 있어서는, 기계적 각도 오차는, 회전체(105)의 일주를 1주기 1차로 하는 각도 오차를 주성분으로 하여 약 180arcsec의 폭이다. 또한 도 6a는, 측정된 0∼360deg의 범위 중 0∼180deg의 범위만을 뽑은 측정 결과이다. 지령 각도에 대하여, 주기가 짧은(차수가 큰) 성분에 의한 각도 오차가, 전기적 각도 오차에 의한 것이고, 도 6b에 의하면, 전기적 각도 오차의 차수는, 1024차(1눈금에 있어서의 차수(p)=4차)에 의한 각도 오차를 주성분으로 하여 약 20arcsec의 폭이며, 눈금 스케일(102)의 전체 눈금수가 256인 점으로부터 1눈금의 각도 간격(104)은 1.406deg이므로, 전기적 각도 오차인 약 20arcsec은 그 약 0.4%에 상당한다. 도 6c에 의하면, 각도 오차의 차수 성분이 256차(1눈금 1차), 768차(1눈금 3차), 1024차(1눈금 4차)인 스펙트럼 강도가 크고, 각도 오차의 차수 성분이 1024차(1눈금 4차)인 스펙트럼 강도가 특히 현저한 것을 알 수 있다.

다음에, 도 7a∼도 7c에 각각, 도 1b의 각도 검출기(101)의 센서(201a∼201i)로부터의 출력 신호(204)에 기초하여 신호 처리부(209)에 의해 산출된, 기계적 각도 오차 및 전기적 각도 오차를 포함하는 각도 오차가 제거된 후에 있어서의, 회전체(105)의 지령 각도에 대한 각도 오차, 그 일부를 확대한 회전체(105)의 1눈금 중의 지령 각도에 대한 각도 오차, 회전체(105)의 일주를 1주기 1차로 한 각도 오차에 대하여 푸리에 변환을 실행함으로써 얻어진 스펙트럼 강도를 나타낸다. 센서 배치 예정 개소수(센서 배치수)가 9이므로, 9로 나누어 떨어질 수 없는 차수(N_p)의 기계적 각도 오차 및 전기적 각도 오차를 포함하는 각도 오차를 제거할 수 있고, 도 7a에 의하면, 9로 나누어 떨어질 수 없는 1차를 주성분으로 하는 기계적 각도 오차를, 약 45arcsec의 폭까지 감소할 수 있다. 또한, 도 7a는, 측정된 0∼360deg의 범위 중 0∼180deg의 범위만을 뽑은 측정 결과이다. 도 7b에 의하면, 9로 나누어 떨어질 수 없는 1024차를 주성분으로 하는 전기적 각도 오차를, 약 5arcsec(1눈금의 각도 간격(104)인 1.406deg에 대하여 약 0.1%)의 폭까지 감소할 수 있다. 이와 같이, 기계적 각도 오차 및 전기적 각도 오차를 포함하는 각도 오차를 약 1/4까지 감소할 수 있다. 도 7c에 의하면, 각도 오차의 차수 성분이 256차(1눈금에 있어서의 차수(p)=1차), 768차(1눈금3차), 1024차(1눈금4차)인 스펙트럼 강도를 대폭 감소시킬 수 있다. 또한 도 7a에 있어서, 회전체(105)의 지령 각도 180deg 중에 발생하고 있는 10산(山) 성분(회전체(105)의 일주를 1주기 1차로 하여 20차 성분)은, 사용한 회전체(105)의 기구 특성에 기인하는 각도 오차인 것을 알고 있고, 본 발명을 사용함으로써, 출력 신호(204)로부터 산출된 가상의 각도 변화량(X_p ⁽⁰⁾)으로부터 기계적 각도 오차 및 전기적 각도 오차를 제거하여, 회전체(105)의 진짜 회전 각도량(X_p)과 각도 오차를 보다 고 정밀도로 검출 가능한 것을 도 7a∼도 7c는 나타내고 있다.

상기 기재는 특정한 실시예에 대하여 행해졌지만, 본 발명은 그에 한정되지 않고, 본 발명의 원리와 첨부의 특허 청구의 범위의 범위 내에서 다양한 변경 및 수정을 할 수 있음 당업자에게 분명하다.

101 : 각도 검출기
102 : 눈금 스케일
103 : 눈금
1041 : 눈금의 각도 간격
105 : 회전체
106 : 회전 방향
107 : 1주
108 : 회전 축선
201a∼201i : 센서
202a∼202i : 센서 배치 예정 개소
203 : 제어부
204 : 출력 신호
205 : 입력부
206 : 노이즈 필터
207 : 증폭기
208 : A/D 변환기
209 : 신호 처리부
210 : 기억부
211 : 표시 장치

Claims

회전 축선을 중심으로 회전하는 회전체와, 상기 회전체의 회전 방향에 대한 일주를 따라 복수의 눈금을 가지는 눈금 스케일과, 상기 일주를 따라 배치된 적어도 2개의 센서를 구비하고, 상기 회전체의 회전에 의한 각도 변화량을 검출하는 각도 검출기로서,
상기 적어도 2개의 센서의 각각은, 상기 복수의 눈금에 기초하여 상기 각도 변화량에 따른 신호를 출력하고,
상기 출력 신호는, 상기 복수의 눈금 중 1눈금분을 1주기 1차로 하는 기본파 성분과, 상기 기본파 성분의 2 이상의 정수배를 차수로 하는 고조파 성분을 포함하며, 상기 출력 신호로부터 산출된 상기 각도 변위량은, 상기 고조파 성분에 기인하여, 1눈금분을 1주기 1차로 하여 그 정수배의 차수 성분을 가지는 적어도 1개의 각도 오차 성분을 포함하고,
상기 적어도 2개의 센서의 개수는, 상기 눈금 스케일의 눈금수 및 상기 적어도 1개의 각도 오차 성분의 차수 성분에 기초하여 결정되어 있는, 각도 검출기.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 1개의 각도 오차 성분은, 복수의 각도 오차 성분이고, 상기 적어도 2개의 센서의 개수는, 상기 눈금 스케일의 눈금수 및 상기 복수의 각도 오차 성분의 각각의 차수 성분에 기초하여 결정되어 있는, 각도 검출기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 적어도 2개의 센서의 개수는, 상기 눈금 스케일의 눈금수와 상기 적어도 1개의 각도 오차 성분의 차수 성분인 1 이상의 정수와의 곱을 나누어 떨어질 수 없는 정수에 기초하여 결정되어 있는, 각도 검출기.
제 3 항에 있어서,
상기 적어도 2개의 센서의 개수는 추가로, 상기 곱을 상기 나누어 떨어질 수 없는 정수로 나눈 경우의 나머지에 기초하여 결정되어 있는, 각도 검출기.
제 4 항에 있어서,
상기 적어도 2개의 센서의 개수는 추가로, 상기 나머지의 크기에 따른 가중치에 기초하여 결정되어 있는, 각도 검출기.
제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 일주를 따라 대략 등간격으로, 상기 나누어 떨어질 수 없는 정수에 일치하는 수의 센서 배치 예정 개소가 설정되고, 상기 센서 배치 예정 개소 중 어느 곳에, 상기 적어도 2개의 센서가 1개씩 배치되어 있는, 각도 검출기.
제 6 항에 있어서,
상기 센서 배치 예정 개소의 인접하는 2개에, 상기 적어도 2개의 센서가 1개씩 배치되어 있는, 각도 검출기.
제 6 항에 있어서,
상기 센서 배치 예정 개소의 각각에, 상기 적어도 2개의 센서가 1개씩 배치되어 있는, 각도 검출기.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 1개의 각도 오차 성분은, 상기 적어도 2개의 센서의 종류에 따라 상이한, 각도 검출기.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 2개의 센서 중 1개의 센서로부터의 출력 신호와 그 이외의 센서로부터의 출력 신호와의 사이의 출력 신호차를 구함으로써 자기 교정되어 있는, 각도 검출기.