(57)【要約】エンコーダ１０は、基体に所定角度間隔に配置された角度を示す複数の要素を検知して周期性を有する第１の信号を生成するＭ個のセンサであって、Ｍ個のセンサ３１〜３４が所定角度に配置され、所定角度は、３６０／Ｍ×（ｊ−１）（度）と、３６０／Ｎ×ＭＯＤ［（ｋｊ−１）／Ｄ］（度）とを組み合わせた角度であり、ここで、Ｍは２以上の整数であり、Ｎは要素数であり、ＭＯＤは入力値の小数点以下の値を出力する関数であり、ＤはＭの約数またはＭであり但し１は除き、ｊは１からＭの整数でＭ個のセンサに対して互いに異なる値をとり、ｋｊは１からＭの整数である、上記Ｍ個のセンサと、上記Ｍ個のセンサの各々に対して、上記第１の信号に基づいて上記所定角度間隔を内挿する第２の信号を生成する生成器４１〜４４と、上記Ｍ個のセンサに対する上記第２の信号を合算して角度位置または回転角度を求める演算器５０とを備える。
2019039344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体に所定角度間隔に配置された角度を示す複数の要素を検知して周期性を有する第１の信号を生成するＭ個のセンサであって、該Ｍ個のセンサが所定角度に配置され、該所定角度は、３６０／Ｍ×（ｊ−１）（度）と、３６０／Ｎ×ＭＯＤ［（ｋｊ−１）／Ｄ］（度）とを組み合わせた角度であり、ここで、Ｍは２以上の整数であり、Ｎは要素数であり、ＭＯＤは入力値の小数点以下の値を出力する関数であり、ＤはＭの約数またはＭであり但し１は除き、ｊは１からＭの整数でＭ個のセンサに対して互いに異なる値をとり、ｋｊは１からＭの整数である、該Ｍ個のセンサと、
前記Ｍ個のセンサの各々に対して、前記第１の信号に基づいて前記所定角度間隔を内挿する第２の信号を生成する生成器と、
前記Ｍ個のセンサに対する前記第２の信号を合算して角度位置または回転角を求める演算器と、
を備えるエンコーダ。
【請求項２】
前記基体は円盤状の目盛盤であり、前記要素が周方向に配列されてなる、請求項１記載のエンコーダ。
【請求項３】
基体に所定間隔に配置された位置を示す複数の要素を検知して周期性を有する第１の信号を生成するＭ個のセンサであって、該Ｍ個のセンサが互いに所定距離だけ離隔して配置され、該所定距離は、該所定間隔（ｇｌ）の整数（ｍｊ）倍であるｇｌ×ｍｊと、ｇｌ×ＭＯＤ［（ｋｊ−１）／Ｄ］とを組み合わせた位置であり、ここで、Ｍは２以上の整数であり、ＭＯＤは入力値の小数点以下の値を出力する関数であり、ＤはＭの約数またはＭであり但し１は除き、ｋｊは１からＭの整数であり、該Ｍ個のセンサと、
前記Ｍ個のセンサの各々に対して、前記第１の信号に基づいて前記所定間隔の要素間を内挿する第２の信号を生成する生成器と、
前記Ｍ個のセンサに対する前記第２の信号を合算して位置または移動量を求める演算器と、
を備えるエンコーダ。
【請求項４】
前記基体に前記複数の要素が一方向に配列されてなる、請求項３記載のエンコーダ。
【請求項５】
前記ｋｊは、Ｍ個のセンサに対して互いに異なる値を有する、請求項１〜４のいずれか一項記載のエンコーダ。
【請求項６】
前記ＤはＭである、請求項１〜５のいずれか一項記載のエンコーダ。
【請求項７】
前記要素は、光を透過するスリットまたは光を反射あるいは吸収する部材からなり、
前記複数のセンサは、光学センサである、請求項１〜６のいずれか一項記載のエンコーダ。
【請求項８】
前記要素は、強磁性体からなる凸状部材あるいは磁石部材であり、
前記複数のセンサは、前記凸状部材あるいは磁石部材を磁気的に検知する近接センサである、請求項１〜６のいずれか一項記載のエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置や角度を検出するエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダは、目盛盤に書き込まれた等角度間隔の目盛りを読み取って回転角や絶対角度位置等の位置を測定する装置である。目盛りの間隔は、書込む精度や目盛りを検知するセンサの精度によっておのずと精度には限界があるため目盛りによる分解能の向上にも限界がある。そのため最小目盛り間隔をさらに分割する正弦波を互いに９０度位相をずらした２つのアナログ信号を生成して、その２つのアナログ信号のａｒｃｔａｎ演算をして角度を表す内挿信号を用いて角度を決定して分解能を向上させている。【０００３】
また、目盛りの書込み誤差やエンコーダの取り付け誤差等を低減するため、複数のセンサを配置し、それぞれのセンサから得られた内挿信号を平均化する手法が用いられている。また、校正用のセンサをさらに設けて角度誤差の自己校正を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９９８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、高分解能および高精度を両立可能な新規で有用なエンコーダを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、基体に所定角度間隔に配置された角度を示す複数の要素を検知して周期性を有する第１の信号を生成するＭ個のセンサであって、このＭ個のセンサが所定角度に配置され、上記所定角度は、３６０／Ｍ×（ｊ−１）（度）と、３６０／Ｎ×ＭＯＤ［（ｋｊ−１）／Ｄ］とを組み合わせた角度であり、ここで、Ｍは２以上の整数であり、Ｎは要素数であり、ＭＯＤは入力値の小数点以下の値を出力する関数であり、ＤはＭの約数またはＭであり但し１は除き、ｊは１からＭの整数でＭ個のセンサに対して互いに異なる値をとり、ｋｊは１からＭの整数である、上記Ｍ個のセンサと、上記Ｍ個のセンサの各々に対して、上記第１の信号に基づいて上記所定角度間隔を内挿する第２の信号を生成する生成器と、上記Ｍ個のセンサに対する上記第２の信号を合算して角度位置または回転角を求める演算器と、を備えるエンコーダが提供される。【０００７】
上記態様によれば、Ｍ個のセンサが、所定角度間隔に角度を示す複数の要素が配置された基体に対して、３６０／Ｍ×（ｊ−１）（度）と３６０／Ｎ×ＭＯＤ［（ｋｊ−１）／Ｄ］（度）とを組み合わせた角度の位置に配置されていることにより、センサにより生成された第１の信号に基づいて生成された上記所定角度間隔を内挿する第２の信号の角度誤差に起因するエンコーダの角度誤差を低減でき、それとともに基体の回転軸への取り付けによる偏心による誤差および等角度間隔に配置された複数の要素の形成位置の誤差に起因するエンコーダの角度誤差も低減でき、その結果、高分解能と高精度を両立したエンコーダを提供できる。【０００８】
本発明の他の態様によれば、基体に所定間隔に配置された位置を示す複数の要素を検知して周期性を有する第１の信号を生成するＭ個のセンサであって、このＭ個のセンサが、互いに所定距離だけ離隔して配置され、上記所定距離は、該所定間隔（ｇｌ）の整数（ｍｊ）倍であるｇｌ×ｍｊと、ｇｌ×ＭＯＤ［（ｋｊ−１）／Ｄ］とを組み合わせた位置であり、ここで、Ｍは２以上の整数であり、ＭＯＤは入力値の小数点以下の値を出力する関数であり、ＤはＭの約数またはＭであり但し１は除き、ｋｊは１からＭの整数であり、上記Ｍ個のセンサと、上記Ｍ個のセンサの各々に対して、上記第１の信号に基づいて上記所定間隔の要素間を内挿する第２の信号を生成する生成器と、上記Ｍ個のセンサに対する上記第２の信号を合算して位置または移動量を求める演算器と、を備えるエンコーダが提供される。【０００９】
上記態様によれば、Ｍ個のセンサが、所定間隔に位置を示す複数の要素が配置された基体に対して、その所定間隔（ｇｌ）の整数（ｍｊ）倍であるｇｌ×ｍｊとｇｌ×ＭＯＤ［（ｋｊ−１）／Ｄ］とを組み合わせた位置に配置されていることにより、センサにより生成された第１の信号に基づいて生成された上記所定間隔を内挿する第２の信号の位置誤差に起因するエンコーダの位置誤差を低減でき、それとともに基体の対象物への取り付けによる位置誤差および所定間隔に配置された複数の要素の形成位置の誤差に起因するエンコーダの誤差も低減でき、その結果、高分解能と高精度を両立したエンコーダを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ロータリーエンコーダの角度誤差を示す図である。
【図２】ロータリーエンコーダの図１に示す角度誤差の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）解析を示す図である。
【図３】ロータリーエンコーダの図１に含まれる内挿信号の角度誤差を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るエンコーダの概要構成を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るエンコーダのセンサの配置位置を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における各センサの配置位置の一例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るエンコーダの内挿信号の角度誤差を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るエンコーダの角度誤差を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るエンコーダの角度誤差のＤＦＴ解析を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るエンコーダの概要構成を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態における各センサの配置位置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本願発明者は、ロータリーエンコーダの高分解能および高精度化を図るため研究を行っていたところ、以下に説明する課題に直面し、その解決手段を見出した。
【００１２】
ロータリーエンコーダでは、３６０度に亘って目盛りが付された目盛盤をセンサで読み取り、その目盛りに基づいてサイン波およびコサイン波を生成して目盛り間を内挿する信号を生成する（以下、内挿信号と称する。）。そして、内挿信号に基づいて角度信号を生成し、角度信号から現在の角度あるいは回転角を検出する。複数のセンサが設けられている場合は、各々のセンサからの角度信号を平均化して角度を求める。内挿信号は、最小目盛よりも小さな角度を検出するため、つまり高分解能化のために用いられている。
【００１３】
ロータリーエンコーダは、目盛盤に対して複数のセンサを等角度間隔に配置し、出力される複数の角度信号を平均化することで、ロータリーエンコーダの偏心誤差や目盛盤の各目盛りの角度位置の誤差等を低減する。しかしながら、ロータリーエンコーダの角度誤差を調べてみると依然角度誤差が残っており、高精度化の障害になり得る。本願発明者は、４個のセンサを９０度の等角度間隔に配置したロータリーエンコーダの角度誤差を調べた。目盛り板の目盛り数Ｎは３６０個、つまり、１度おきに等間隔で付されており、内挿信号により３２逓倍した。４つのセンサは各々目盛盤の回転に従い基本目盛と内挿分割によって発生した角度誤差を含んだ信号として検出する。
【００１４】
図１は、ロータリーエンコーダの角度誤差を示す図であり、４つのセンサからの角度信号を平均化したときの角度誤差である。図１を参照するに、角度誤差は、３６０度（１周）に亘って最大±３０秒もあることが分かる。
【００１５】
図２は、ロータリーエンコーダの図１に示す角度誤差の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）解析を示す図である。
【００１６】
図２を参照するに、低次成分は小さく、偏心誤差および目盛りの角度誤差の低減に効果があることが分かる。しかし、３６０、７２０、１０８０、１４４０、および１８００次成分の角度誤差が大きく、２秒から１１秒程度あることが分かる。これらの角度誤差成分は、センサ数Ｍが４に対して目盛り数Ｎが３６０であり、センサ数Ｍが目盛り数３６０の約数になっているため目盛り数の倍数次の角度誤差が内挿信号の角度誤差として生じるものである。例えば、センサ数を４個ではなく、３個、５個、６個としても目盛り数３６０の約数であるので同様に内挿信号の角度誤差が生じてしまう。
【００１７】
このような内挿信号の角度誤差を低減する一つの手法としては、センサ数を７個または１３個として等角度間隔に配置すればよい。７は目盛り数３６０の約数ではないので、内挿信号の角度誤差を低減することができる。
【００１８】
図３は、ロータリーエンコーダの図１に含まれる内挿信号の角度誤差をセンサ毎に示す図である。図３は、角度誤差のうち、内挿信号の角度誤差のみを分離して、各センサ毎に示したもので、横軸は角度（度）、縦軸は角度誤差（秒）であり、黒三角（▲）の位置が目盛盤の目盛りの位置を示している。
【００１９】
図３を参照するに、センサ１〜センサ４のそれぞれの角度誤差の波形はほぼ同様であり、位相もほぼ一致していることが分かる。このことから、センサ１〜センサ４の角度信号を平均化しても、センサ１〜センサ４の角度誤差が互いに打ち消し合うことがなく、図２に示したように、内挿信号の角度誤差が残ってしまう。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、目盛盤の目盛りに対して、複数のセンサの位置を互いにずらすことで、内挿信号の角度誤差を低減した、高分解能と高精度化とを両立したエンコーダを提供することである。
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。なお、複数の図面間において共通する要素については同じ符号を付し、その要素の詳細な説明の繰り返しを省略する。
【００２２】
［第１の実施形態］
図４は、本発明の第１の実施形態に係るエンコーダの概要構成を示す図である。
【００２３】
図４を参照するに、第１の実施形態に係るエンコーダ１０は、角度の測定の対象となる回転軸１５に配置され、周方向に等間隔に形成された目盛り２１を有する目盛盤２０と、目盛り２１を検出し、その検出に基づいて周期性を有する互いに９０度位相がずれた正弦波の検出信号を生成する４つのセンサ３１〜３４と、各センサ３１〜３４に対する検出信号に基づいて目盛りの間隔を内挿する内挿信号（角度信号とも称する。）を生成する内挿信号生成器４１〜４４と、内挿信号に基づいて各センサ３１〜３４に対する内挿信号を合算して角度位置または回転角を求める演算器５０とを有する。
【００２４】
目盛盤２０は、回転軸１５に同心となるように取り付けられており、周方向に等間隔に目盛り２１が設けられており、目盛り２１の部分が光を透過するようになっている。
【００２５】
センサ３１〜３４は、各々、発光素子３５と、スリット３６と、受光素子３７とを有する。図４では、センサ３２〜３４は構成要素の詳細は省略して記載しているが、センサ３１と同様の構成要素を有している。センサ３１〜３４は、発光素子３５からの光を目盛り２１が透過しスリット３６を介して受光素子３７が受光する。センサ３１〜３４は、受光素子３７が受光した光の強度に応じて、互いに９０度位相がずれた正弦波の電気信号を生成して検出信号として出力する。２つの互いに９０度位相がずれた正弦波の電気信号は、例えば一方がＳｉｎ電圧信号であり、他方がＣｏｓ電圧信号である。
【００２６】
内挿信号生成器４１〜４４は、その入力部がセンサ３１〜３４の出力部と電気的に接続されており、入力された検出信号に基づいて内挿信号を生成する。具体的には、検出信号のＳｉｎ電圧信号およびＣｏｓ電圧信号のａｒｃｔａｎ（Ｓｉｎ電圧信号の電圧値／Ｃｏｓ電圧信号の電圧値）から角度を求めて内挿信号を生成する。内挿信号はデジタル信号である。内挿信号は目盛り間隔を等間隔に分割した信号であり、例えば数十逓倍〜数百逓倍の信号である。
【００２７】
演算器５０は、内挿信号生成器４１〜４４の出力部とそれぞれ電気的に接続されており、内挿信号生成器４１〜４４からの内挿信号を合算する。具体的には、例えば、回転軸１５の回転によって生成された内挿信号のパルスを計数し、得られたパルス数を合算し、その結果をセンサ数で除することにより、角度位置または回転角を求める。演算器５０は、合算することで、内挿信号生成器４１〜４４のそれぞれの内挿信号の角度誤差を打ち消すことができ、角度誤差を低減して精度を向上できる。
【００２８】
図５は、本発明の第１の実施形態に係るエンコーダのセンサの配置位置を示す図である。
【００２９】
図５を参照するに、センサ３１〜３４は、その検出位置が目盛盤２０に対して角度φ（ｊ，ｋｊ）（度）の位置に配置される。角度の基点は任意に選択できるが、例えば、センサ３１の位置を選択することができる。角度φ（度）は式１で表され、θｊ（度）は式２、δｋは式３で表される。
φ（ｊ，ｋｊ）＝θｊ＋δｋｊ      ・・・（１）
θｊ＝３６０／Ｍ×（ｊ−１）      （ｊ＝１，２，・・・，Ｍ）  ・・・（２）
δｋｊ＝３６０／Ｎ×ＭＯＤ［（ｋｊ−１）／Ｄ］    （ｋｊ＝１，２，・・・，Ｍ）  ・・・（３）
ここで、ｊはセンサ３１〜３４に対して、１〜Ｍの整数が割り当てられる。ＤはＭの約数またはＭ（但し１は除く）である。Ｍはセンサの個数であり、第１の実施形態では４である。Ｎは目盛盤２０の３６０度に亘る目盛り２１の数であり、第１の実施形態では３６０である。
【００３０】
上記式３のＭＯＤは入力値の小数点以下の値を出力する関数である。ＭＯＤ［（ｋｊ−１）／Ｄ］は、１よりも小さい値（小数）となり、例えば、ＭＯＤ［３．７５］＝０．７５、ＭＯＤ［１．２５］＝０．２５、ＭＯＤ［０．２５］＝０．２５となる。これにより、δｋｊは３６０／Ｎ（度）よりも小さくなり、つまり、最小目盛り間隔よりも小さくなる。
【００３１】
なお、上記式１の変形例として、φ（ｊ，ｋｊ）＝θｊ−δｋｊとしてもよい。すなわち、式１は、式２のθｊと式３のδｋｊとを組み合わせた角度であればよい。
【００３２】
図５では、４つのセンサ３１〜３４が配置されている。これは、式１〜３において、Ｄ＝Ｍ＝４の場合である。センサ３１〜３４はそれぞれ、角度φ（１，ｋ１）、φ（２，ｋ２）、φ（３，ｋ３）、φ（４，ｋ４）に配置される。ここでｋｊ＝１〜４＝１，２，・・・，４である。なお、三角印△の目盛盤に対向する頂点はセンサの検出位置を示している。
【００３３】
図６は、本発明の第１の実施形態における各センサの配置位置の一例を示す図であり、図５に示す各センサの配置位置を拡大して示している。図６（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、センサ３１〜３４の配置位置を示している。
【００３４】
図６（ａ）〜（ｄ）を参照するに、センサ３１〜３４はφ（ｊ，ｋｊ）＝θｊ＋δｋｊ（ｊ＝１〜４の整数）の角度の位置に配置される。θｊは３６０度を４等分した角度位置であり、δｋｊは目盛り２１の最小角度間隔を４等分した角度を単位とした角度である。目盛り数Ｎ＝３６０の場合、センサ３１〜３４は、それぞれ、例えば、以下のφ（１，ｋ１）、φ（２，ｋ２）、φ（３，ｋ３）およびφ（４，ｋ４）に示す角度に配置される。
センサ３１：φ（１，ｋ１）＝θ１＋δｋ１＝０＋０＝０度
センサ３２：φ（２，ｋ２）＝θ２＋δｋ２＝９０＋０．２５＝９０．２５度
センサ３３：φ（３，ｋ３）＝θ３＋δｋ３＝１８０＋０．５０＝１８０．５０度
センサ３４：φ（４，ｋ４）＝θ４＋δｋ４＝２７０＋０．７５＝２７０．７５度
【００３５】
図７は、本発明の第１の実施形態に係るエンコーダの内挿信号の角度誤差を示す図である。図７を参照するに、センサ１１〜１４の内挿信号の角度誤差の波形は、互いに１／４度（０．２５度）ずつ位相がずれており、センサ３１〜３４の配置のδｋｊが反映されていることが分かる。
【００３６】
図８は、本発明の第１の実施形態に係るエンコーダの角度誤差を示す図である。
【００３７】
図８を参照するに、エンコーダの角度誤差は、最大±１６秒であり、先に示した図１の角度誤差に対して、ほぼ１／２になっていることが分かる。
【００３８】
図９は、本発明の第１の実施形態に係るエンコーダの角度誤差のＤＦＴ解析を示す図であり、図８の角度誤差をＤＦＴ解析したものである。
【００３９】
図９を参照するに、目盛り数３６０の倍数次である３６０、７２０、１０８０、および１８００次成分の角度誤差が２秒以下になっており、特に３６０次成分では図２に対して６％、７２０次成分では９％にまで大幅に減少していることが分かる。このことは、本実施形態の効果を明確に示している。
【００４０】
センサ３１〜３４の配置位置の変形例（変形例１）としては、上記式１のδｋｊは式３により０、０．２５、０．５０、および０．７５の値をとるが、センサ３１〜３４に対して任意に割り当ててもよい。例えば、（δｋ１，δｋ２，δｋ３，δｋ４）＝（０，０．５０，０．２５，０．７５）、（０，０．７５，０．２５，０．５０）、（０．２５，０，０．５０，０．７５）等である。この変形例１によっても、上述した本実施形態の効果が同様に得られることは本発明の原理から明らかである。
【００４１】
なお、センサの配置位置の別の変形例（変形例２）としては、式１のθｊは式２により０、９０、１８０、２７０であるが、センサ３１〜３４に対して、それぞれの位置から、３６０／Ｎの整数倍の角度だけずれて配置されてもよいが、この場合、低次成分の誤差が増加するので、θｊは等角度間隔に設定することが好ましい。
【００４２】
さらに別の変形例（変形例３）として、式３のＤがＭの約数の場合、各センサは式３において、ｋｊ＝１〜Ｍの整数のいずれかであるので、センサの数Ｍが４の場合でＤが２のときは、（δｋ１，δｋ２，δｋ３，δｋ４）＝（０，０．５，０，０．５）になる。この場合は、内挿信号の角度誤差に起因するエンコーダの角度誤差のうち、Ｎ倍次成分（ただし、（Ｎ×Ｄ）次成分を除く）の誤差を低減できる。
【００４３】
本実施形態によれば、複数のセンサ３１〜３４が、目盛盤２０に対して、式２の右辺の項３６０度／Ｍ×（ｊ−１）と式３の右辺の項３６０度／Ｎ×ＭＯＤ［（ｋｊ−１）／Ｄ］とを組み合わせた角度の位置に配置されていることにより、内挿信号の角度誤差に起因するエンコーダの角度誤差のうち、Ｎ倍次成分（ただし、（Ｎ×Ｄ）次成分を除く）の誤差を低減でき、それとともに目盛盤２０の回転軸１５への取り付けによる偏心による誤差および目盛盤２０の目盛り２１の形成位置の誤差に起因するエンコーダの角度誤差も低減できる。したがって、本実施形態によれば、高分解能と高精度を両立したエンコーダを提供できる。
【００４４】
本実施形態では、透過型の光学センサを用いた例を挙げたが、代替例としては、例えば、目盛盤に目盛りが示されており、その目盛りとそれ以外の部分とで光学的なコントラストを利用した反射式の光学センサを用いてもよい。例えば、目盛りの部分が他の部分よりも反射率が高い、あるいは低い（つまり吸収率が高い）目盛盤である。
【００４５】
本実施形態は、光学センサおよび目盛盤の代わりに、磁気センサおよび磁気的に目盛りが与えられている磁気式エンコーダにも適用可能である。磁気的な目盛りを検知する複数の磁気センサを、上述した光学センサと同様に配置すればよい。
【００４６】
本実施形態のエンコーダ１０は、回転軸１５の回転角や回転速度を検出するインクリメンタルエンコーダに適用でき、また、絶対角度位置を検出するアブソリュートエンコーダに適用できる。
【００４７】
［第２の実施形態］
図１０は、本発明の第２の実施形態に係るエンコーダの概要構成を示す図である。
【００４８】
図１０を参照するに、第１の実施形態に係るエンコーダ１００は、位置あるいは移動量の測定の対象物（不図示）に配置され、対象物の移動方向（矢印ＭＶで示す方向）に等間隔に形成された目盛り１２１を有する目盛盤１２０と、目盛り１２１を検出し、その検出に基づいて周期性を有する互いに９０度位相がずれた正弦波の検出信号を生成する３つのセンサ１３１〜１３３と、各センサ１３１〜１３３に対する検出信号に基づいて目盛りの間隔を内挿する内挿信号を生成する内挿信号生成器１４１〜１４３と、内挿信号に基づいて各センサ１３１〜１３３に対する内挿信号を合算して位置または移動量を求める演算器１５０と、を有する。
【００４９】
目盛盤１２０は、対象物の移動方向（矢印ＭＶで示す方向）に沿って取り付けられており、等間隔に目盛り１２１が設けられている。目盛り１２１の部分が光を反射するようになっている。なお、目盛り１２１の部分が光を吸収しその周囲の目盛盤１２０の表面が光を反射するようにしてもよい。
【００５０】
センサ１３１〜１３３は、各々、発光素子１３５と受光素子１３７とを有する。センサ１３１〜１３３は、発光素子１３５からの光を目盛り１２１が反射し受光素子１３７が受光する。センサ１３１〜１３３は、受光素子１３７が受光した光の強度に応じて、互いに９０度位相がずれた正弦波の電気信号を生成して検出信号として出力する。２つの互いに９０度位相がずれた正弦波の電気信号は、例えば一方がＳｉｎ電圧信号であり、他方がＣｏｓ電圧信号である。
【００５１】
内挿信号生成器１４１〜１４３および演算器１５０は、それぞれ、第１の実施形態における内挿信号生成器４１〜４４、演算器５０と同様の構成と動作を有し、目盛盤１２０の位置または移動量を求める。演算器１５０は、内挿信号生成器１４１〜１４３のそれぞれの内挿信号の位置誤差を打ち消すことができ、位置誤差を低減して精度を向上できる。
【００５２】
図１１は、本発明の第２の実施形態における各センサの配置位置の一例を示す図である。（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、センサ１３１〜１３３の配置位置を示している。
【００５３】
図１１を参照するに、センサ１３１〜１３３は、その検出位置が目盛盤１２０に対して位置ｐ（ｊ，ｋｊ）に配置される。位置の基点は任意に選択できるが、例えば、センサ１３１の位置を選択することができる。位置ｐは式５で表され、Ｌｊは式６、δｋｊは式７で表される。
ｐ（ｊ，ｋｊ）＝Ｌｊ＋δｋｊ        ・・・（５）
Ｌｊ＝ｇｌ×ｍｊ                  ・・・（６）
δｋｊ＝ｇｌ×ＭＯＤ［（ｋｊ−１）／Ｄ］    （ｋｊ＝１，２，・・・，Ｍ）    ・・・（７）
ここで、ｊはセンサ１３１〜１３３に対して、１〜Ｍの整数が割り当てられる。ｍｊは整数であり、ｊに対して互いに異なる整数が選択される。ＤはＭの約数またはＭ（但し１は除く）である。ｇｌは目盛り間隔である。Ｍはセンサの個数であり、第２の実施形態では一例として３である。ＭＯＤは入力値の小数点以下の値を出力する関数であり、第１の実施形態と同様である。なお、上記式５の変形例として、ｐ（ｊ，ｋｊ）＝Ｌｊ−δｋｊとしてもよい。すなわち、式５は、式６のＬｊと式７のδｋｊとを組み合わせた位置であればよい。
【００５４】
図１１の（ａ）〜（ｃ）に示すように、センサ１３１〜１３３はｐ（ｊ，ｋｊ）＝Ｌｊ＋δｋｊ（ｊ＝１〜３の整数）の位置に配置される。Ｌｊは目盛り間隔ｇｌの整数倍（ｍｊ倍）であり、δｋｊは目盛り間隔ｇｌを３等分した距離である。センサ１３１〜１３３は、それぞれ、以下のｐ（１，ｋ１）、ｐ（２，ｋ２）、ｐ（３，ｋ３）に示す位置に配置される。
センサ１３１：ｐ（１，ｋ１）＝Ｌ１＋δｋ１＝０＋０＝０
センサ１３２：ｐ（２，ｋ２）＝Ｌ２＋δｋ２＝ｇｌ×１０＋ｇｌ×１／３＝（１０＋１／３）×ｇｌ
センサ１３３：ｐ（３，ｋ３）＝Ｌ３＋δｋ３＝ｇｌ×２０＋ｇｌ×２／３＝（２０＋２／３）×ｇｌ
このように、センサ１３１〜１３３を配置することで、内挿信号の位置誤差の位相は、互いに目盛り間隔ｇｌの１／３ずつ位相がずれるようになり、演算器１５０によってセンサ１３１〜１３３に対する内挿信号を合算することで、内挿信号の位置誤差に起因する誤差が低減される。その結果、エンコーダ１００の精度が向上する。
【００５５】
センサ１３１〜１３３の配置位置の変形例（変形例４）としては、式５のδｋｊは式７により０、１／３および２／３の値をとるが、センサ１３１〜１３３に対して任意に割り当ててもよい。この変形例によっても、上述した本実施形態の効果が同様に得られることは本発明の原理から明らかである。
【００５６】
本実施形態によれば、複数のセンサ１３１〜１３３が、目盛盤１２０に対して、式６の右辺の項ｇｌ×ｍｊと式７の右辺の項ｇｌ×ＭＯＤ［（ｋｊ−１）／Ｄ］とを組み合わせた位置に配置されていることにより、内挿信号の角度誤差に起因するエンコーダの角度誤差を低減でき、それとともに目盛盤１２０の対象物への取り付けのアライメントによる誤差および目盛盤１２０の目盛り１２１の形成位置の誤差に起因するエンコーダ１００の位置誤差も低減できる。したがって、本実施形態によれば、高分解能と高精度を両立したエンコーダを提供できる。
【００５７】
なお、本実施形態において、反射式のセンサ１３１〜１３３および目盛盤１２０の代わりに、透過式のセンサおよび目盛盤を用いることができる。さらに、本実施形態は、磁気式のエンコーダに適用できる。
【００５８】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、第１の実施形態および第２の実施形態のうち、一方の実施形態で説明した技術的思想や変形例は、他方の実施形態に組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０、１００    エンコーダ
２０、１２０    目盛盤
２１、１２１    目盛り
３１〜３４、１３１〜１３３    センサ
４１〜４４、１４１〜１４３    内挿信号生成器
５０、１５０    演算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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