(57)【要約】【課題】２相正弦波状信号から構成される多重のリサージュ信号に対応して、その２相正弦波状信号に含まれるオフセット、振幅誤差、位相誤差、及び３次高調波成分を除去可能なエンコーダ出力信号補正装置及び方法を提供する。【解決手段】エンコーダ出力信号補正装置１は、２相正弦波状信号の周期を特定するＵＰ／ＤＮカウンタ６０と、特定された各周期情報の値毎に、２相正弦波状信号によって形成されるリサージュ信号に含まれる理想的リサージュ信号からの誤差を検出する検出部３１、４１と、特定された各周期情報の値毎に、検出部３１、４１で検出された誤差に基づく補正係数で２相正弦波状信号を補正する補正部３０、４０とを備える。【選択図】図１
2010216961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンコーダから出力される位相のずれた２相正弦波状信号を補正するエンコーダ出力信号補正装置において、
前記２相正弦波状信号の周期情報の値を特定する周期特定手段と、
特定された各周期情報の値毎に、前記２相正弦波状信号によって形成されるリサージュ信号に含まれる理想的リサージュ信号からの誤差を検出する検出手段と、
特定された各周期情報の値毎に、前記検出手段で検出された誤差に基づく補正係数で前記２相正弦波状信号を補正する補正手段と
を備えることを特徴とするエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記補正手段で補正した後の２相正弦波状信号に含まれる前記理想的リサージュ信号からの誤差を検出し、検出された誤差を累積演算して新たな補正係数とすることで、動的に前記補正係数を更新する
ことを特徴とする請求項１記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記２相正弦波状信号によって形成されるリサージュ信号に含まれるオフセット、振幅誤差、位相誤差及び３次高調波歪みの少なくとも一つを検出可能である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項４】
前記検出手段は、前記２相正弦波状信号によって形成されるリサージュ信号のＸ軸及びＹ軸を横切る４つのゼロクロス点Ｐｍ１２，Ｐｍ２３，Ｐｍ３４，Ｐｍ４１から、Ｘ軸及びＹ軸方向のオフセットの補正値の変化分Δｄａ１（ｍ），Δｄｂ１（ｍ）を累積演算することにより、前記オフセットを検出するものである
ことを特徴とする請求項３記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項５】
前記検出手段は、前記２相正弦波状信号によって形成されるリサージュ信号のＸ軸及びＹ軸を横切る４つのゼロクロス点Ｐｍ１２，Ｐｍ２３，Ｐｍ３４，Ｐｍ４１から、Ｘ軸及びＹ軸方向の振幅補正値の変化分Δｋａ１（ｍ），Δｋｂ１（ｍ）を累積演算することにより、前記振幅誤差を検出するものである
ことを特徴とする請求項３記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項６】
前記検出手段は、前記２相正弦波状信号によって形成されるリサージュ信号のＸ軸及びＹ軸に対して４５°の直線（ｙ＝ｘ，ｙ＝−ｘ）を横切る４つの点Ｐｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍ３，Ｐｍ４から、２相正弦波状信号の位相補正値の変化分Δｋｐ１（ｍ）を累積演算することにより、前記位相誤差を検出するものである
ことを特徴とする請求項３記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項７】
前記検出手段は、前記２相正弦波状信号の基本波の振幅をａ１（ｍ）、前記３次高調波の振幅をａ３（ｍ）、３次高調波の位相をφ３（ｍ）＝０とすると、前記２相正弦波状信号によって形成されるリサージュ信号のＸ軸及びＹ軸に対して４５°の直線（ｙ＝ｘ，ｙ＝−ｘ）を横切る４つの点Ｐｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍ３，Ｐｍ４及びＸ軸及びＹ軸を横切る４つのゼロクロス点Ｐｍ１２，Ｐｍ２３，Ｐｍ３４，Ｐｍ４１から、前記リサージュ信号の半径の最大値ｒｍａｘ（ｍ）と最小値ｒｍｉｎ（ｍ）を求め、２相正弦波状信号の基本波の変化分Δａ１（ｍ）と３次高調波補正値の変化分Δａ３（ｍ）を累積演算し、更に、前記２相正弦波信号の各時点の値をＶａ１（ｍ）、前記３次高調波成分の各時点の値をＶａ３（ｍ）としたとき、Ｖａ３（ｍ）を、Ｖａ３（ｍ）＝Ｋ１・Ｖａ１（ｍ）３−Ｋ２・Ｖａ１（ｍ）（但し、Ｋ１，Ｋ２は、ａ１（ｍ），ａ３（ｍ）によって決まる係数）によって求めることにより、前記３次高調波成分を検出するものである
ことを特徴とする請求項３記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項８】
前記検出手段は、前記２相正弦波状信号の基本波の振幅をａ１（ｍ）、前記３次高調波の振幅をａ３（ｍ）、３次高調波の位相をφ３（ｍ）とすると、前記２相正弦波状信号によって形成されるリサージュ信号に含まれる波長λ／４（空間周波数４・２π／λ）の信号成分をフーリエ変換して振幅ａ１（ｍ），ａ３（ｍ），φ３（ｍ）を求めるものであり、
前記補正手段は、前記リサージュ信号をφ３（ｍ）だけ回転させたのち、前記２相正弦波信号の各時点の値をＶａ１（ｍ）、前記３次高調波成分の各時点の値をＶａ３（ｍ）としたとき、Ｖａ３（ｍ）を、
Ｖａ３（ｍ）＝Ｋ１・Ｖａ１（ｍ）３−Ｋ２・Ｖａ１（ｍ）（但し、Ｋ１，Ｋ２は、ａ１（ｍ），ａ３（ｍ）によって決まる係数）によって求めることにより、前記３次高調波成分を補正し、
前記補正されたリサージュ信号をφ３（ｍ）だけ逆回転させるものである
ことを特徴とする請求項３記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項９】
前記検出部は、前記２相正弦波状信号により構成される前記リサージュ信号の半径の最大値と最小値を算出し、この最大値及び最小値の差に基づいて前記２相正弦波状信号に含まれる前記３次高調波成分の振幅を、前記３次高調波歪みとして算出する
ことを特徴とする請求項３記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項１０】
前記検出部は、前記２相正弦波状信号により構成される前記リサージュ信号の半径の変化をフーリエ解析によって求めることにより前記２相正弦波状信号に含まれる前記３次高調波成分の振幅及び位相を前記３次高調波歪みとして算出する
ことを特徴とする請求項３記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項１１】
前記補正部は、前記検出部で算出された位相の分だけ、３次高調波成分を含む２相正弦波状信号のリサージュ信号を回転させて、前記３次高調波成分の位相が０°又は９０°である状態とし、前記２相正弦波信号の各値に対応する前記３次高調波成分の値を求め、この３次高調波成分の値を前記回転されたリサージュ信号に対応する２相正弦波信号から減算して振幅を補正し、この補正された２相正弦波信号のリサージュ信号を、前記回転された角度と同一の角度だけ逆回転させる
ことを特徴とする請求項３記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項１２】
前記補正係数を記憶するメモリを備え、
前記検出手段は、起動時に前記メモリに記憶された補正係数を読み出してこれを前記動的な更新動作の初期値とする
ことを特徴とする請求項１記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項１３】
前記補正係数を記憶するメモリと、
前記動的な補正係数の更新動作を無効とする動的補正無効指示手段とを備え、
前記補正手段は、前記動的補正無効指示手段が動的補正の無効を指示しているときには前記メモリから読み出した補正係数を使用して前記２相正弦波状信号を補正するものである
ことを特徴とする請求項１記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項１４】
エンコーダから出力される位相のずれた２相正弦波状信号の周期情報の値を特定するステップと、
特定された各周期情報の値毎に、前記２相正弦波状信号に含まれるオフセットを検出し補正するステップと、
特定された各周期情報の値毎に、オフセットが補正された２相正弦波状信号に含まれる振幅誤差を検出し補正するステップと、
特定された各周期情報の値毎に、振幅補正された２相正弦波状信号に含まれる位相誤差を検出し補正するステップと、
特定された各周期情報の値毎に、位相補正された２相正弦波状信号に含まれる３次高調波歪みを検出し補正するステップと
を備えることを特徴とするエンコーダ出力信号補正方法。
【請求項１５】
前記各補正ステップは、補正した後の２相正弦波状信号に含まれる理想的リサージュ信号からの誤差を検出し、検出された誤差を過去に累積加算された値に加算して新たな補正係数とすることで、動的に補正係数を更新するステップである
ことを特徴とする請求項１４記載のエンコーダ出力信号補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置、角度、速度、角速度等の検出を行うエンコーダの２相正弦波状信号を補正するエンコーダ出力信号補正装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダのスケールに形成される格子の間隔には加工限界があるため、スケール格子より細かい間隔を測定するには、エンコーダが出力する正弦波状信号の位相変化の空間周期を更に細分して内挿する必要がある。このため、従来種々の内挿回路が用いられている。ディジタル処理による内挿回路は例えば、エンコーダから出力される９０°位相が異なるＡ、Ｂ相正弦波状信号を所定の周波数でサンプリングしてディジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータと、このＡ／Ｄコンバータにより得られたディジタルデータＤＡ、ＤＢに基づいて各サンプリング点の位相角データＰＨを求めるルックアップテーブルを記憶したメモリとから構成される。ルックアップテーブルは、逆正接関数（ＡＴＡＮ）を用いた、ＰＨ＝ＡＴＡＮ（ＤＢ／ＤＡ）に基づいて作成される。
【０００３】
エンコーダが出力するＡ、Ｂ相正弦波状信号は、通常完全な正弦波ではなく、これを直交座標で表すと、一般に楕円状のリサージュ信号を描く。Ａ、Ｂ相正弦波状信号電圧の振幅が異なると、リサージュ信号は楕円となり、また各信号電圧のオフセット値により、リサージュ信号は原点からずれた円又は楕円の波形となる。また、位相誤差が存在すると、楕円の長軸及び短軸が座標軸と平行でなく、４５°になる。内挿回路はＡ、Ｂ相正弦波状信号を正弦波と仮定して作られているため、理想的な正弦波からのズレは内挿精度に悪影響を与える。このため、Ａ、Ｂ相正弦波状信号における振幅誤差、位相誤差及びオフセットを補正するための装置が、例えば特許文献１、２により提案されている。
【０００４】
しかし、このような振幅誤差等が補正された２相正弦波状信号においても、理想的な正弦波信号波形からのズレ、すなわち波形歪が大きく、しかもその歪率は特にメインスケールとインデックススケールの間隔の変動により大きく変動する。この波形歪の多くは、奇数次（３次、５次・・・）の高調波成分によるものであり、このような歪率変動のある２相正弦波状信号を用いて測定を行うと、大きな測定誤差が発生する。
【０００５】
このような高調波成分を除いた正弦波状信号を出力するための技術は、幾つか提案されている。例えば、特許文献３では、スケール上に僅かに位相をずらした２つの矩形波格子パターンを設け、それらの出力を加算してちょうど高調波成分を相殺するようにしたものが提案されている。また、均一格子のスケールと不均一格子のスケールとの組合せにより高調波成分を除いた正弦波状信号を出力するようにしたものも、特許文献４により提案されている。
【０００６】
さらに、特許文献５に記載の装置は、２相正弦波状信号によって形成されるリサージュ信号に含まれる理想的リサージュ信号からの誤差を検出し、検出された誤差に基づく補正係数で２相正弦波状信号を補正する。そして、その装置は、補正した後の２相正弦波状信号に含まれる理想的リサージュ信号からの誤差を検出し、検出された誤差を累積演算して新たな補正係数とすることで、動的に補正係数を更新する。これにより、特許文献５に記載の装置は、比較的簡単なディジタル演算処理によりロバスト性を向上させている。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１〜５に記載の技術は、２重（又は多重）となったリサージュ信号に対応しておらず、その精度は十分なものではない。例えば、所定信号の２次周波数のみを選択して測定を望む場合であっても、測定環境により、選択した信号に１次周波数が残存することがある。この場合、２相正弦波状信号において奇数番目のピークは、偶数番目のピークと異なる値となり、２相正弦波状信号から構成されるリサージュ信号は、２重になって観測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３１１７４１号公報
【特許文献２】特開２００３−２２２５３４号公報
【特許文献３】特開平３−４８１２２号公報
【特許文献４】特許第２６９５６２３号公報
【特許文献５】特開２００６−１１２８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、２相正弦波状信号から構成される多重のリサージュ信号に対応して、その２相正弦波状信号に含まれるオフセット、振幅誤差、位相誤差、及び３次高調波成分を除去可能なエンコーダ出力信号補正装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るエンコーダ出力信号補正装置は、エンコーダから出力される位相のずれた２相正弦波状信号を補正するエンコーダ出力信号補正装置において、前記２相正弦波状信号の周期を特定する周期特定手段と、特定された各周期情報の値毎に、前記２相正弦波状信号によって形成されるリサージュ信号に含まれる理想的リサージュ信号からの誤差を検出する検出手段と、特定された各周期情報の値毎に、前記検出手段で検出された誤差に基づく補正係数で前記２相正弦波状信号を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るエンコーダ出力信号補正方法は、エンコーダから出力される位相のずれた２相正弦波状信号の周期を特定するステップと、特定された各周期情報の値毎に、前記２相正弦波状信号に含まれるオフセットを検出し補正するステップと、特定された各周期情報の値毎に、オフセットが補正された２相正弦波状信号に含まれる振幅誤差を検出し補正するステップと、特定された各周期情報の値毎に、振幅補正された２相正弦波状信号に含まれる位相誤差を検出し補正するステップと、特定された各周期情報の値毎に、位相補正された２相正弦波状信号に含まれる３次高調波歪みを検出し補正するステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、２相正弦波状信号から構成される多重のリサージュ信号に対応して、その２相正弦波状信号に含まれるオフセット、振幅誤差、位相誤差、及び３次高調波成分を除去可能なエンコーダ出力信号補正装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンコーダ出力信号補正装置１の基本構成を示すブロック図である。
【図２】ディジタル信号Ａ１（ｍ）、Ｂ１（ｍ）を示す図である。
【図３】２重のリサージュ信号Ｌ１（Ｌ１（０）、Ｌ１（１））を示す図である。
【図４】同補正装置１の処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】図４のオフセット補正、振幅補正及び位相補正の詳細を示すフローチャートである。
【図６】観測されるリサージュ信号の一例を示す図である。
【図７】図２の３次高調波歪補正（第１の方法）の詳細を示すフローチャートである。
【図８】３次高調波における振幅ａ１、ａ３の演算方法を説明するための図である。
【図９】図４の３次高調波歪補正（第２の方法）の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】図９の補正処理における座標回転を説明するための図である。
【図１１】図９の補正処理におけるＡ相（又はＢ相）と３次高調波の電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】動的補正により補正値が収束していく様子を示すグラフである。
【図１３】オフセット・振幅・位相補正部３０及び３次高調波歪補正部４０の具体的な回路構成を示す回路図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係るエンコーダ出力信号補正装置２の基本構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１実施形態］
［第１実施形態に係るエンコーダ出力信号補正装置１の構成］
本発明の第１実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るエンコーダ出力信号補正装置１の基本構成を示すブロック図である。
【００１５】
エンコーダ出力信号補正装置１は、エンコーダ１０の出力信号Ａ０、Ｂ０から３次高調波を除去する補正を行うものである。エンコーダ出力信号補正装置１は、図１に示すように、Ａ／Ｄコンバータ２０、２１と、オフセット・振幅・位相補正部３０と、オフセット・振幅・位相検出部３１と、３次高調波歪補正部４０と、３次高調波演算・検出部４１と、ｒ−θ変換部５０と、ＵＰ／ＤＮカウンタ６０を備える。
【００１６】
エンコーダ１０は、その検出原理は問わないが、例えば光電式或いは磁気式である。エンコーダ１０から出力されるＡ相正弦波状信号、Ｂ相正弦波状信号Ａ０、Ｂ０は、通常、振幅誤差、位相誤差、オフセット、３次高調波歪み等を含んでいる。
【００１７】
Ａ／Ｄコンバータ２０、２１は、図１に示すように、信号Ａ０、Ｂ０を所定の周波数でサンプリングして、ディジタル信号Ａ１（ｍ）、Ｂ１（ｍ）に変換する。Ａ／Ｄコンバータ２０、２１は、ディジタル信号Ａ１（ｍ）、Ｂ１（ｍ）をオフセット・振幅・位相補正部３０に出力する。
【００１８】
ここで、ディジタル信号Ａ１（ｍ）、Ｂ１（ｍ）は、図２に示すように、９０°位相差をもって振幅する。ディジタル信号Ａ１（ｍ）、Ｂ１（ｍ）において、例えば、ノイズの影響等で振幅が揺らいで偶数（２ｋ（ｋは、自然数））周期目のピークが、奇数（２ｋ−１）周期目のピークよりも低くなった場合、これらディジタル信号Ａ１（ｍ），Ｂ１（ｍ）のリサージュ信号は、図３に示すように２重のリサージュ信号Ｌ１（Ｌ１（０）、Ｌ１（１））となってしまう。
【００１９】
オフセット・振幅・位相補正部３０は、図１に示すように、オフセット・振幅・位相検出部３１により演算された補正係数、及びＵＰ／ＤＮカウンタ６０により計数された周期情報ｍに基づいて、ディジタル信号Ａ１、Ｂ１のオフセット、振幅及び位相を各周期情報の値毎に補正して出力信号Ａ４（ｍ）、Ｂ４（ｍ）を生成する。オフセット・振幅・位相補正部３０は、出力信号Ａ４（ｍ）、Ｂ４（ｍ）を、オフセット・振幅・位相検出部３１及び３次高調波歪補正部４０に出力する。
【００２０】
オフセット・振幅・位相検出部３１は、図１に示すように、出力信号Ａ４（ｍ）、Ｂ４（ｍ）、及び周期情報ｍに基づいて、信号Ａ１（ｍ）、Ｂ１（ｍ）の各周期情報の値毎に、補正係数を演算し、その補正係数をオフセット・振幅・位相補正部３０に出力する。補正係数の演算手法については、後述する。
【００２１】
出力信号Ａ４（ｍ）、Ｂ４（ｍ）は、図１に示すように、振幅、位相、及びオフセットが補正された正弦波状の出力信号であるが、３次高調波を含む高調波成分を依然として含まれている。このため、３次高調波歪補正部４０は、信号Ａ１（ｍ）、Ｂ１（ｍ）の各周期情報の値毎に、出力信号Ａ４（ｍ）、Ｂ４（ｍ）の３次高調波成分を補正して出力信号Ａ７（ｍ）、Ｂ７（ｍ）を出力する。補正は、３次高調波演算・検出部４１から与えられる補正係数、及び周期情報ｍに基づいて実行される。
【００２２】
３次高調波演算・検出部４１は、図１に示すように、信号Ａ１（ｍ）、Ｂ１（ｍ）の各周期情報の値毎に、ｒ−θ変換部５０から与えられる半径情報ｒ（ｍ）、位相情報θ（ｍ）に基づいて、各補正係数を演算し、その補正係数をその補正係数を３次高調波歪補正部４０に出力する。補正係数の演算手法については、後述する。
【００２３】
ｒ−θ変換部５０は、図１に示すように、出力信号Ａ７（ｍ）、Ｂ７（ｍ）、及び周期情報ｍから、信号Ａ１（ｍ）、Ｂ１（ｍ）の各周期情報の値毎にリサージュ信号を生成し、この各リサージュ信号の位相θ（ｍ）（位相情報θ（ｍ））ごとの半径ｒ（ｍ）（半径情報ｒ（ｍ））を演算する。ｒ−θ変換部５０は、位相情報θ（ｍ）、半径情報ｒ（ｍ）を３次高調波演算・検出部４１に出力する。
【００２４】
ＵＰ／ＤＮカウンタ（波数カウンタ）６０は、図１に示すように、位相情報θ（ｍ）、及び位相閾値θｔｈに基づき、ディジタル信号Ａ１（ｍ）、Ｂ１（ｍ）の周期を特定し、周期情報ｍを生成する。ＵＰ／ＤＮカウンタ（波数カウンタ）６０は、オフセット・振幅・位相補正部３０、オフセット・振幅・位相検出部３１、３次高調波歪補正部４０、３次高調波歪検出部４１に周期情報ｍを出力する。
【００２５】
位相閾値θｔｈは、例えば、図４に示す、「θｔｈ＝３３７．５°」とする。位相閾値θｔｈを基準にリサージュ信号が反時計周りに１回転した場合、ＵＰ／ＤＮカウンタ６０は、アップ方向に計数する。位相閾値θｔｈを基準にリサージュ信号が時計周りに１回転した場合、ＵＰ／ＤＮカウンタ６０は、ダウン方向に計数する。位相閾値θｔｈは、補正計算に用いられる点が位置する角度（０°（ｙ＝０上）、４５°、−４５°（ｙ＝ｘ上，ｙ＝−ｘ上）、９０°（ｘ＝０上）を避けるように設定する。補正計算に用いられる点が位置する角度に位相閾値θｔｈを設定すれば、補正計算に用いられる点の周期が特定不能となるためである。
【００２６】
周期情報ｍは、１ｂｉｔで表される。リサージュ信号が位相閾値θｔｈを基準に偶数回転した場合（２ｋ周期目の場合）、周期情報ｍは、「０」となる。一方、リサージュ信号が位相閾値θｔｈを基準に奇数回転した場合（（２ｋ−１）周期の場合）、周期情報ｍは、「１」となる。
【００２７】
次に、図４を参照して、このように構成されたエンコーダ出力信号補正装置１を用いた補正処理の詳細について説明する。図４は、補正処理を示すフローチャートである。エンコーダ１から出力されるＡ相正弦波状信号、Ｂ相正弦波状信号Ａ０、Ｂ０は、まずＡＤ変換され（ステップＳ１１）、ディジタルのＡ相正弦波状信号、Ｂ相正弦波状信号Ａ１（ｍ）、Ｂ１（ｍ）となる。この信号Ａ１（ｍ），Ｂ１（ｍ）は、下記（数式１）及び（数式２）のように表すことができる。
【００２８】
【数１】
2010216961.tif 000003
【００２９】
ここで、ａ０（ｍ），ｂ０（ｍ）は、各周期情報の値（ｍ＝０，１）のＡ相及びＢ相のオフセットである。ａ１（ｍ），ｂ１（ｍ）は、各周期情報の値（ｍ＝０，１）のＡ相及びＢ相の振幅誤差である。φ１（ｍ）は、各周期情報の値（ｍ＝０，１）のＡ相に対するＢ相の位相誤差である。ａ３（ｍ），ｂ３（ｍ）は、各周期情報の値（ｍ＝０，１）のＡ相及びＢ相の３次高調波の振幅である。φ３（ｍ）は、各周期情報の値（ｍ＝０，１）の３次高調波の基本波に対する位相誤差である。ｕは、「ｕ＝２πｘ／λ」である。ｘは変位、λは信号ピッチをそれぞれ示している。これらの誤差のうちオフセット、振幅誤差及び位相誤差は、オフセット・振幅・位相補正部３０及びオフセット・振幅・位相検出部３１により実行されるオフセット補正処理ステップ（ステップＳ１２）、振幅補正処理ステップ（ステップＳ１３）及び位相補正処理ステップ（ステップＳ１４）で順次除去され、３次高調波歪みは、３次高調波歪み補正部４０及び３次高調波演算・検出部４１により実行される３次高調波歪み補正ステップ（ステップＳ１５）にて除去される。続いて、誤差が除去された各周期情報の値（ｍ＝０，１）の２相正弦波状信号Ａ７（ｍ），Ｂ７（ｍ）を用いてｒ−θ変換部５０で位相情報θ（ｍ）が求められる（ステップＳ１６）。そして、ステップＳ１６の後、信号Ａ１（ｍ）、Ｂ１（ｍ）の周期（ｍ＝０ｏｒ１）を特定する周期特定ステップ（ステップＳ１７）が実行される。
【００３０】
この実施形態では、上述した各補正処理ステップ（ステップＳ１２〜Ｓ１５）において、それぞれ漸化式を用いた動的補正を行っている。
【００３１】
［オフセット補正］
図５は、補正処理ステップ（ステップＳ１２〜Ｓ１４）の詳細を示している。まず、図６に示すように、図３と同様に、Ａ相及びＢ相の正弦波状信号Ａ１（ｍ），Ｂ１（ｍ）から２重のリサージュ信号Ｌ１（Ｌ１（０）、Ｌ１（１））が得られたとする。このような場合、各リサージュ信号Ｌ１（０）（Ｌ１（１））において、Ｘ軸及びＹ軸を横切る４つのゼロクロス点Ｐ１２ｍ（ｘ１２ｍ，ｙ１２ｍ），Ｐ２３ｍ（ｘ２３ｍ，ｙ２３ｍ），Ｐ３４ｍ（ｘ３４ｍ，ｙ３４ｍ），Ｐ４１ｍ（ｘ４１ｍ，ｙ４１ｍ）［ｍ＝０，１］から、Ｘ軸及びＹ軸方向のオフセット補正値の変化分Δｄａ１（ｍ），Δｄｂ１（ｍ）が、下記（数式３）及び（数式４）のように求められる（ステップＳ１１１）。
【００３２】
【数２】
2010216961.tif 000004
【００３３】
ここで求められたΔｄａ１（ｍ），Δｄｂ１（ｍ）は、オフセットａ０（ｍ），ｂ０（ｍ）に近いが、振幅誤差及び位相誤差があるため、完全には一致していない。そこで、フィードバック処理を数回繰り返すことにより、この誤差を徐々に収束させていく。すなわち、補正値ｄａ１（ｍ），ｄｂ１（ｍ）を累積加算値として、下記（数式５）及び（数式６）のように求める（ステップＳ１１２）。
【００３４】
【数３】
2010216961.tif 000005
【００３５】
そして、下記（数式７）及び（数式８）により信号Ａ１（ｍ），Ｂ１（ｍ）からオフセットを除去するための補正処理が実行される（ステップＳ１１３）。
【００３６】
【数４】
2010216961.tif 000006
【００３７】
（振幅補正）
上記と同様に、リサージュ信号のＸ軸及びＹ軸を横切る４つのゼロクロス点Ｐ１２ｍ，Ｐ２３ｍ，Ｐ３４ｍ，Ｐ４１ｍ  ［ｍ＝０，１］から、Ｘ軸及びＹ軸方向の振幅補正値の変化分Δｋａ１，Δｋｂ１が、下記（数式９）及び（数式１０）次のように求められる（ステップＳ１２１）。
【００３８】
【数５】
2010216961.tif 000007
【００３９】
この場合にも、フィードバック処理を数回繰り返すことにより、誤差を徐々に収束させていく。すなわち、補正値ｋａ１（ｍ），ｋｂ１（ｍ）を累積除算値として、下記（数式１１）及び（数式１２）のように求める（ステップＳ１２２）。
【００４０】
【数６】
2010216961.tif 000008
【００４１】
そして、下記（数式１３）及び（数式１４）により信号Ａ２（ｍ），Ｂ２（ｍ）から振幅誤差を除去するための補正処理が実行される（ステップＳ１２３）。
【００４２】
【数７】
2010216961.tif 000009
【００４３】
（位相補正）
上記と同様に、２重のリサージュ信号Ｌ（０）（Ｌ（１））のＸ軸及びＹ軸に対して４５°の直線（ｙ＝ｘ，ｙ＝−ｘ）を横切る４つの点Ｐ１ｍ（ｘ１ｍ，ｙ１ｍ），Ｐ２ｍ（ｘ２ｍ，ｙ２ｍ），Ｐ３ｍ（ｘ３ｍ，ｙ３ｍ），Ｐ４ｍ（ｘ４ｍ，ｙ４ｍ）  ［ｍ＝０，１］から、Ａ相及びＢ相の位相補正値の変化分Δｋｐ１が、下記（数式１５）のように求められる（ステップＳ１３１）。
【００４４】
【数８】
2010216961.tif 000010
【００４５】
この場合にも、フィードバック処理を数回繰り返すことにより、誤差を徐々に収束させていく。すなわち、補正値ｋｐ１（ｍ）を累積乗算値として、下記（数式１６）、（数式１７）、及び（数式１８）のように求める（ステップＳ１３２）。
【００４６】
【数９】
2010216961.tif 000011
【００４７】
そして、下記（数式１９）及び（数式２０）により信号Ａ３（ｍ），Ｂ３（ｍ）から位相誤差を除去するための補正処理が実行される（ステップＳ１３３）。
【００４８】
【数１０】
2010216961.tif 000012
【００４９】
［３次高調波歪み補正]
出力信号Ａ４（ｍ）、Ｂ４（ｍ）は、振幅、位相、及びオフセットが補正された正弦波状の出力信号であるが、３次高調波を含む高調波成分を依然として含んでいる。すなわち、３次高調波の振幅及び位相が等しいとして、基本波の振幅をａ１（ｍ）（＝ｂ１（ｍ））、３次高調波の振幅をａ３（ｍ）（＝ｂ３（ｍ））、３次高調波の位相をφ３（ｍ）とすると、出力信号Ａ４（ｍ），Ｂ４（ｍ）は、下記（数式２１）及び（数式２２）で表される。
【００５０】
【数１１】
2010216961.tif 000013
【００５１】
従って、信号Ａ４（ｍ），Ｂ４（ｍ）のリサージュ半径ｒ（ｍ）は、下記（数式２３）のように求められる。
【００５２】
【数１２】
2010216961.tif 000014
【００５３】
上記式から明らかなように、リサージュ半径ｒ（ｍ）は、最大値ｒｍａｘ（ｍ）＝ａ１（ｍ）＋ａ３（ｍ）、最小値ｒｍｉｎ（ｍ）＝ａ１（ｍ）−ａ３（ｍ）の間を周期λ／４、位相３φ３で変化する。従って、ａ１（ｍ），ａ３（ｍ）及びφ３（ｍ）が求まれば、３次高調波歪を補正することができる。
【００５４】
［方法１：φ３（ｍ）＝０の場合］
まず、図８に、より簡便な第１の方法を示す。上述のように、各リサージュ信号Ｌ（０）、Ｌ（１）の半径ｒ（ｍ）は、３次高調波歪によりλ／４の周期で変化し、その最大値ｒｍａｘ（ｍ）は、「ｒｍａｘ（ｍ）＝ａ１（ｍ）＋ａ３（ｍ）」、最小値ｒｍｉｎ（ｍ）は、「ｒｍｉｎ（ｍ）＝ａ１（ｍ）−ａ３（ｍ）」となる（図８参照）。従って、ａ１（ｍ）、ａ３（ｍ）は、ｒｍａｘ（ｍ）、ｒｍｉｎ（ｍ）を用いて、下記（数式２４）及び（数式２５）のように演算できる。
【００５５】
【数１３】
2010216961.tif 000015
【００５６】
また、簡潔に説明するため、ここでは位相φ３（ｍ）＝０と見なせることを前提としている。例えば、Ｘ，Ｙ軸上に半径の最小値ｒｍｉｎ（ｍ）、Ｘ，Ｙ軸に対して４５°をなす線上に最大値ｒｍａｘ（ｍ）が存在すると仮定すると、ｒｍａｘ（ｍ），ｒｍｉｎ（ｍ）は、下記（数式２６）及び（数式２７）次のように求めることが出来る（ステップＳ１５１）。
【００５７】
【数１４】
2010216961.tif 000016
【００５８】
こちらも、フィードバック処理を数回繰り返すことにより、誤差を徐々に収束させていく。すなわち、補正値ａ１（ｍ），ａ３（ｍ）を累積加算値として、下記（数式２８）及び（数式２９）のように求める（ステップＳ１５２）。
【００５９】
【数１５】
2010216961.tif 000017
【００６０】
そして、下記（数式３０）及び（数式３１）により信号Ａ４（ｍ），Ｂ４（ｍ）から３次高調波歪みを除去するための補正処理が実行される（ステップＳ１５３）。
【００６１】
【数１６】
2010216961.tif 000018
【００６２】
［方法２：φ３（ｍ）が任意の場合］
図９に、φ３（ｍ）が任意の場合の方法２を示す。方法１は簡易で計算機の負荷が小さくて済むが、φ３（ｍ）が任意の場合、３次高調波成分の振幅ａ３（ｍ）が小さくなると、位相φ３の検出精度が低下する可能性がある。次に説明する方法２は、φ３（ｍ）をより厳密に演算することができる方法である。以下、この方法２を説明する。この方法２では、フーリエ解析を用いて振幅ａ１（ｍ）、ａ３（ｍ）及び位相φ３（ｍ）を演算する。すなわち、リサージュ信号に含まれる波長λ／４（空間周波数４・２π／λ）の信号成分のフーリエ変換の実部をＲｅ（ｍ）、虚部をＩｍ（ｍ）とし、動的補正をおこなうため、補正後の波形で検出した実部と虚部から下記の（数式３２）及び（数式３３）で示されるｄＲｅ（ｍ）、ｄＩｍ（ｍ）を求める（ステップＳ１５４）。
【００６３】
【数１７】
2010216961.tif 000019
【００６４】
続いて、下記の（数式３４）及び（数式３５）の漸化式でＲｅ（ｍ）とＩｍ（ｍ）を更新する（ステップＳ１５５）。この更新を数回繰り返すことにより、Ｒｅ（ｍ）、Ｉｍ（ｍ）は一定の値に収束するので、その値をＲｅ（ｍ）、Ｉｍ（ｍ）として決定する。
【００６５】
【数１８】
2010216961.tif 000020
【００６６】
また、ステップＳ１５５において、ａ１（ｍ）が、以下の（数式３６）のように求められる。
【００６７】
【数１９】
2010216961.tif 000021
【００６８】
また、ステップＳ１５５において、上記（数式３４）及び（数式３５）で決定されたＲｅ（ｍ）、Ｉｍ（ｍ）に基づいて、ａ３（ｍ）、φ３（ｍ）がそれぞれＲｅ（ｍ）、Ｉｍ（ｍ）で特定される複素空間上の座標の原点からの距離と角度として、下記の（数式３７）及び（数式３８）により求められる。ここで、（数式３７）で係数√２が掛けられているのは、フーリエ変換で得られる信号の大きさは実効値であり、振幅はその√２倍であるためである。
【００６９】
【数２０】
2010216961.tif 000022
【００７０】
３次高調波歪補正処理においては、下記の（数式３９）の演算を行うことにより、図１０の左に示すような、信号Ａ４（ｍ）、Ｂ４（ｍ）のリサージュ信号Ｌ４（ｍ）を、３次高調波の位相に対応する角度φ３（ｍ）だけ反時計周りに回転させ、図１０の右に示すような、信号Ａ５（ｍ）、Ｂ５（ｍ）に対応するリサージュ信号Ｌ５（ｍ）を生成するものである。この角度φ３（ｍ）の回転を行うのは、リサージュ信号上において、３次高調波の位相が０°又は９０°である状態を作り、この状態で振幅補正処理を実行するためである。
【００７１】
【数２１】
2010216961.tif 000023
【００７２】
この状態で、図１１のＡ相（又はＢ相）の電圧対３次高調波の電圧の関係曲線に基づいて、基本波の振幅ａ１（ｍ）及び３次高調波の振幅ａ３（ｍ）を用いて、３次高調波の位相が０°又は９０°である出力信号Ａ５（ｍ）、Ｂ５（ｍ）から３次高調波成分を、下記の（数式４０）及び（数式４１）により除去する方向の補正を行う。
【００７３】
【数２２】
2010216961.tif 000024
【００７４】
最後に、下記の（数式４２）に示す演算を行うことにより、信号Ａ６（ｍ）、Ｂ６（ｍ）のリサージュ信号を逆回転（角度−φ３（ｍ）だけ回転）させ、信号Ａ７（ｍ）、Ｂ７（ｍ）を生成する（Ｓ１５６）。角度−φ３（ｍ）だけ回転されたリサージュ信号即ち出力信号Ａ７（ｍ）、Ｂ７（ｍ）は、元の出力信号Ａ４（ｍ）、Ｂ４（ｍ）の基本波と同一の基本波を含み、かつ３次高調波成分が減算されている。
【００７５】
【数２３】
2010216961.tif 000025
【００７６】
なお、本実施形態では、収束を早くするため、ｋａ１（ｍ），ｋｂ１（ｍ）については除算、ｋｐｈ（ｍ）については乗算の漸化式を用いたが、加減算による方法でも可能である。
【００７７】
また、以上の各補正処理は、リサージュが少なくとも１回転以上してから実行する必要がある。信号のノイズ除去を考慮すると、Ｎ回転の平均で求めるようにすることも考えられる。所要回転している間は、先に検出した補正値ｄａ１（ｍ），ｄｂ１（ｍ），…，Ｉｍ（ｍ）で補正演算を行う。従って、最初は初期値（全て０、補正無し）の状態から始める。そして、所定回転したことを検知し、前述のｄａ１（ｍ），ｄｂ１（ｍ），…，Ｉｍ（ｍ）で補正演算を行い、規定回転数までこの補正値で補正演算を行う。この補正されたリサージュ信号は、より誤差の小さな値となるため、その値を出発点として、次の補正検出を行う。すなわち、Δｄａ１（ｍ），Δｄｂ１（ｍ），…，ΔＩｍ（ｍ）を求め、ｄａ１（ｍ），ｄｂ１（ｍ），…，Ｉｍ（ｍ）に積算する。以上の手順を無限に繰り返すことで、補正値ｄａ１（ｍ），ｄｂ１（ｍ），…，Ｉｍ（ｍ）は真値に近づき、やがて検出分解能まで収束する。
【００７８】
なお、３次高調波歪み補正について２つの方法を示したが、何れの方法も漸化式は加減乗除の何れでも可能である。計算速度や収束条件などで最適な方法を選択すれば良い。
【００７９】
図１２は、検出した補正値が一定値に収束していく様子を示した図である。このように、動的補正を十分に収束させたのちに中断し、その値を不揮発性メモリ等に保存すれば、静的補正の自己校正方式にも利用できる。
【００８０】
［オフセット・振幅・位相補正部３０及び３次高調波歪補正部４０の具体的な回路構成］
次に、オフセット・振幅・位相補正部３０及び３次高調波歪補正部４０の具体的な回路構成について図１３を参照して説明する。
【００８１】
オフセット・振幅・位相補正部３０は、図１３に示すように、オフセット補正部３０１、振幅補正部３０２及び位相補正部３０３から構成されている。オフセット補正部３０１は、加算器３１０、３１１からなる。加算器３１０、３１１は、周期情報ｍに基づき各周期情報の値毎に、オフセット・振幅・位相検出部３１から与えられる加算係数ｄａ１（ｍ）、ｄｂ１（ｍ）をそれぞれ信号Ａ１（ｍ）、Ｂ１（ｍ）に加算することにより、オフセット補正を実行する。振幅補正部３０２は、乗算器３２０、３２１からなる。乗算器３２０、３２１は、周期情報ｍに基づき各周期情報の値毎に、オフセット・振幅・位相検出部３１から与えられる乗算係数ｋａ１（ｍ）、ｋｂ１（ｍ）をそれぞれ信号Ａ２（ｍ）、Ｂ２（ｍ）に乗算することにより、振幅補正を実行する。位相補正部３０３は、乗算器３３０〜３３３、及び加算器３４０、３４１からなる。乗算器３３０〜３３３、及び加算器３４０、３４１は、周期情報ｍに基づき各周期情報の値毎に、オフセット・振幅・位相検出部３１から与えられる乗算係数ｋｐｈ１（ｍ）、ｋｐｈ２（ｍ）を用いて、信号Ａ３（ｍ）、Ｂ３（ｍ）を出力信号Ａ４（ｍ）、Ｂ４（ｍ）に変換することにより、位相補正を実行する。
【００８２】
３次高調波歪補正部４０は、座標回転部４０１、振幅補正部４０２及び座標逆回転部４０３から構成されている。座標回転部４０１は、乗算器４１０〜４１３と、加算器４１４、４１５とを備えている。すなわち、座標回転部４０１は、周期情報ｍに基づき各周期情報の値毎に、信号Ａ４（ｍ）、Ｂ４（ｍ）のリサージュ信号Ｌ４（ｍ）を、３次高調波の位相に対応する角度φ３（ｍ）だけ反時計周りに回転させ、信号Ａ５（ｍ）、Ｂ５（ｍ）に対応するリサージュ信号Ｌ５（ｍ）を生成するものである。振幅補正部４０２は、周期情報ｍに基づき各周期情報の値毎に、３次高調波演算・検出部４１で算出された基本波の振幅ａ１（ｍ）及び３次高調波の振幅ａ３（ｍ）を用いて、３次高調波の位相が０°又は９０°である出力信号Ａ５（ｍ）、Ｂ５（ｍ）から３次高調波成分を除去する方向の補正を行う。この演算は、振幅補正部４０２に、（数式４０）及び（数式４１）で示されるＡ５（ｍ）とＡ６（ｍ）との関係、又はＢ５（ｍ）とＢ６（ｍ）との関係を記憶したルックアップテーブル４０２Ｔを設けて実現することができる。すなわち、出力信号Ａ５（ｍ）（又はＢ５（ｍ））の各サンプル値をルックアップテーブル４０２Ｔへのインデックスとし、３次高調波成分の値を出力として読み出すようにすれば、そのまま出力信号Ａ６（ｍ），Ｂ６（ｍ）が得られる。
【００８３】
座標逆回転部４０３は、乗算器４３０〜４３３と、加算器４３４、４３５とを備えている。乗算器４３０〜４３３、加算器４３４、４３５は、次の演算を行うことにより、周期情報ｍに基づき各周期情報の値毎に、信号Ａ６（ｍ）、Ｂ６（ｍ）のリサージュ信号を、座標回転部４０１での回転角度φ３（ｍ）だけ時計回り、すなわち逆回転（角度−φ３（ｍ）だけ回転）させ、信号Ａ７（ｍ）、Ｂ７（ｍ）を生成する。角度−φ３（ｍ）だけ回転されたリサージュ信号即ち出力信号Ａ７（ｍ）、Ｂ７（ｍ）は、元の出力信号Ａ４（ｍ）、Ｂ４（ｍ）の基本波と同一の基本波を含み、かつ３次高調波成分が減算されている。
【００８４】
このようにして、３次高調波演算・検出部４１で、周期情報ｍに基づく各周期情報の値毎に、ａ１（ｍ）、ａ３（ｍ）、φ３（ｍ）が演算され、これが３次高調波歪補正部４０での補正に用いられる。３次高調波歪補正部４０での補正、ｒ−θ変換部５０でのｒ−θ変換、及び３次高調波演算・検出部４１での補正係数の演算が数回繰り返されることにより、出力信号Ａ７（ｍ）、Ｂ７（ｍ）の３次高調波成分が一層除去され、出力信号Ａ７（ｍ）、Ｂ７（ｍ）の波形を理想的な正弦波状に近づけることができる。
【００８５】
［第１実施形態に係るエンコーダ出力信号補正装置１の効果］
次に、第１実施形態に係るエンコーダ出力信号補正装置１は、上記構成により、２重となったリサージュ信号に対応してそれぞれ独立に補正を実行することができる。これにより、第１実施形態に係るエンコーダ出力信号補正装置１は、その測定精度を向上させることができる。
【００８６】
［第２実施形態］
［第２実施形態に係るエンコーダ出力信号補正装置２の構成］
次に、図１４を参照して、第２実施形態に係るエンコーダ出力信号補正装置２の構成について説明する。図１４は、本発明の第２実施形態に係るエンコーダ出力信号補正装置２の基本構成を示すブロック図である。
【００８７】
第２実施形態に係るエンコーダ出力信号補正装置２は、図１４に示すように、オフセット・振幅・位相検出部３１及び３次高調波演算・検出部４１で動的補正された補正係数を記憶するメモリ７０を備えている。メモリ７０への補正係数を格納するタイミングとしては、（１）外部スイッチが押されたとき、（２）電源オフ時（終了時）、（３）常時（動作クロックに従うか、又は各補正係数が補正部３０，４０へ更新されたとき）等が考えられる。また、再起動時には、このメモリ７０から補正係数を読み出して、これを検出部３１，４１に初期値としてストアするようにしても良い。その後の処理は、上述した動的補正と同様である。また、動的な補正係数の更新動作を無効とする動的補正無効指示手段を備え、この動的補正無効指示手段が動的補正の無効を指示しているときには、補正部３０，４０が、メモリ７０から読み出した補正係数を使用して２相正弦波状信号を補正するようにしても良い。
【００８８】
［第２実施形態に係るエンコーダ出力信号補正装置２の効果］
第２実施形態に係るエンコーダ出力信号補正装置２は、第１実施形態と略同様の構成を有し、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００８９】
［その他の実施形態］
以上、発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。
【００９０】
例えば、上記実施形態にかかる装置は、２重のリサージュ信号Ｌ１（０）、Ｌ１（１）を対象とするものである。しかしながら、本発明に係るエンコーダ出力信号補正装置は、２重を超えるリサージュ信号（４重、６重、…のリサージュ信号）にも適応可能である。例えば、４重のリサージュ信号を補正する場合、「ｍ」を「ｍ＝０，１，２，３」の４状態に設定可能とし、それらに応じて補正すればよい。例えば、６重のリサージュ信号を補正する場合、「ｍ」を「ｍ＝０，１，２，３，４，５」の６状態に設定可能とし、それらに応じて補正すればよい。
【００９１】
例えば、上記実施形態において、位相閾値θｔｈは、３３７．５°である。しかしながら、本発明において、位相閾値θｔｈは、「θｔｈ＝２２．５°＋４５°×Ｎ  （Ｎ＝０，１，２，…，７）」を満たせば良い。例えば、図６に示す例においては、リサージュ信号Ｌ１（０）とリサージュ信号Ｌ１（１）は、点Ｐ４０、点Ｐ４１で連続している。よって、図６に示す例においては、位相閾値θｔｈは、３３７．５°のほか、２９２．５°が望ましい。すなわち、図６に示す例ように、リサージュ信号Ｌ１（０）とリサージュ信号Ｌ１（１）との連続する点Ｐ４０の前後で上記関係式を満たす点を、位相閾値θｔｈとすることが望ましい。
【００９２】
例えば、上記実施形態では、エンコーダから出力されたＡ相、Ｂ相正弦波状信号に対し、最初にオフセット、振幅及び位相の補正を行い、続いて３次高調波の補正を実行していたが、この順序は入れ替えることが可能である。すなわち、３次高調波の補正を先に実行し、後からオフセット、振幅及び位相の補正を実行するようにしてもよい。また、上記の実施形態では、振幅や位相等の補正をディジタル回路により実行したが、ＤＳＰやソフトウエア等により同様の処理を行ってもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１，２…エンコーダ出力信号補正装置  １０…エンコーダ、  ２０、２１Ａ…Ａ／Ｄコンバータ、  ３０…オフセット・振幅・位相補正部、  ３１…オフセット・振幅・位相検出部、  ４０…３次高調波歪補正部、  ４１…３次高調波演算・検出部、  ５０…ｒ−θ変換部、  ６０…ＵＰ／ＤＮカウンタ、  ７０…メモリ、  ４０１…座標回転部、  ４０２…振幅補正部、  ４０３…座標逆回転部。
【図１】
2010216961.tif 000026
【図２】
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【図３】
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【図４】
2010216961.tif 000029
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010216961.tif 000033
【図９】
2010216961.tif 000034
【図１０】
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【図１１】
2010216961.tif 000036
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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