(57)【要約】【課題】高精度に位置情報を検出する。【解決手段】位置検出装置は、被駆動体の位置に応じて互いに異なる位相差を有する出力信号を出力するｎ個の検出素子と、ｎ個の検出素子に対して出力信号を逐次出力させて、ｎ個の出力信号によって信号の１周期を構成された第１の検出信号を出力する出力部と、出力部から出力された第１の検出信号の１周期の周波数である基本周波数を含む所定の通過周波数帯域を有し、第１の検出信号のうちの所定の通過周波数帯域を通過させて位相変調された第２の検出信号を出力するフィルタ部と、フィルタ部から出力された第２の検出信号に基づいて、被駆動体の位置情報を検出する位置検出部と、を備える。検出素子の個数を示すｎの値は、出力部から出力された第１の検出信号に含まれる検出素子の出力信号の誤差成分のうちの少なくとも所定次数の誤差成分を低減するように定められている。【選択図】図３
2013101023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動体の位置に応じて互いに異なる位相差を有する出力信号を出力するｎ個の検出素子と、
前記ｎ個の検出素子に対して前記出力信号を逐次出力させて、前記ｎ個の前記出力信号によって信号の１周期を構成された第１の検出信号を出力する出力部と、
前記出力部から出力された前記第１の検出信号の１周期の周波数である基本周波数を含む所定の通過周波数帯域を有し、前記第１の検出信号のうちの前記所定の通過周波数帯域を通過させて位相変調された第２の検出信号を出力するフィルタ部と、
前記フィルタ部から出力された前記第２の検出信号に基づいて、前記被駆動体の位置情報を検出する位置検出部と、
を備え、
前記検出素子の個数を示す前記ｎの値は、前記出力部から出力された前記第１の検出信号に含まれる前記出力信号の誤差成分のうちの少なくとも所定次数の誤差成分を低減するように定められている
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記ｎ個の検出素子は、前記被駆動体の移動に伴って得られる前記第１の検出信号の１周期に応じて互いに等間隔に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記ｎ個の検出素子は、
前記互いに異なる位相差が前記出力信号の１周期に対して等間隔になるように、配置されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記ｎ個の検出素子は、
前記被駆動体の位置の変位に対する前記出力信号の１周期分の変位範囲を等分割する位置に、それぞれ配置されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記被駆動体は回転子であり、
前記ｎ個の検出素子は、
前記回転子の一回転を等分割する位置に、それぞれ配置されている
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記所定次数の誤差成分は、３次以上の誤差成分であって、前記出力部から出力された前記第１の検出信号に含まれる前記誤差成分のうちの（ｍ×ｎ±１）次の誤差成分（ただしｍは１以上の自然数）を除く次数成分である
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記ｎ個の検出素子は、５個以上の検出素子であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記フィルタ部は、
前記所定次数の誤差成分を低減するように、前記所定の通過周波数帯域の幅が定められている
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記検出素子の個数を示す前記ｎの値は、
前記検出素子の出力信号に含まれる誤差成分のうちの（ｎ±１）次の誤差成分が所定の値以下になるように定められている
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
前記検出素子の出力信号に含まれる誤差成分は、予め測定された前記検出素子の出力における前記被駆動体の位置に対応する誤差を周波数領域信号に変換した誤差特性として算出され、
前記検出素子の個数を示す前記ｎの値は、
前記誤差特性に基づいて、前記（ｎ±１）次の誤差成分が前記所定の値以下になるように定められている
ことを特徴とする請求項９に記載の位置検出装置。
【請求項１１】
前記フィルタ部は、
前記被駆動体の位置の変位速度に応じて、前記変位速度により変動した前記基本周波数の周波数成分を通過させて、前記変位速度により前記基本周波数の周波数成分から分離された前記（ｎ±１）次の誤差成分を低減するように、前記所定の通過周波数帯域の幅が定められている
ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の位置検出装置。
【請求項１２】
前記検出素子は、
前記検出素子を駆動する駆動電圧が供給される駆動端子と、前記出力信号を出力する出力端子とを有し、
前記出力部は、
前記駆動端子と前記出力端子とを切り替える切り替え部を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の位置検出装置と、
前記被駆動体を駆動する駆動部と、
を備えることを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置、及び駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダなどの位置検出装置には、信号の逐次出力による位相変調方式によって、分解能を向上させるものがある（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。このような位置検出装置は、例えば、４つの検出素子の出力を逐次出力することにより正弦波状の位相変調された検出信号を生成し、生成した位相変調された検出信号と基準信号との位相差を検出することにより、回転角度などの位置情報を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−１５３１１６号公報
【特許文献２】特公平０５−０１８３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような位置検出装置は、例えば、生成した位相変調された検出信号に正弦波からの歪みが生じている場合に、生じた歪みがそのまま位置情報の誤差として検出される。
このような場合、上述のような位置検出装置は、高精度に位置情報を検出することが困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、高精度に位置情報を検出することができる位置検出装置、及び駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明の一実施形態は、被駆動体の位置に応じて互いに異なる位相差を有する出力信号を出力するｎ個の検出素子と、前記ｎ個の検出素子に対して前記出力信号を逐次出力させて、前記ｎ個の前記出力信号によって信号の１周期を構成された第１の検出信号を出力する出力部と、前記出力部から出力された前記第１の検出信号の１周期の周波数である基本周波数を含む所定の通過周波数帯域を有し、前記第１の検出信号のうちの前記所定の通過周波数帯域を通過させて位相変調された第２の検出信号を出力するフィルタ部と、前記フィルタ部から出力された前記第２の検出信号に基づいて、前記被駆動体の位置情報を検出する位置検出部と、を備え、前記検出素子の個数を示す前記ｎの値は、前記出力部から出力された前記第１の検出信号に含まれる前記出力信号の誤差成分のうちの少なくとも所定次数の誤差成分を低減するように定められていることを特徴とする位置検出装置である。
【０００７】
また、本発明の一実施形態は、上記に記載の位置検出装置と、被駆動体を駆動する駆動部と、を備えることを特徴とする駆動装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高精度に位置情報を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態によるエンコーダの構成の一例を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施形態におけるホール素子の出力波形を示す図である。
【図３】第１の実施形態におけるエンコーダの構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態における出力部の出力波形の一例を示す図である。
【図５】第１の実施形態における出力部の出力信号のフーリエ級数展開結果を示す図である。
【図６】第１の実施形態におけるホール素子の出力における歪特性の一例を示す図である。
【図７】第１の実施形態における正弦波歪の次数と基本波成分の関係とを示す図である。
【図８】従来のエンコーダにおけるホール素子の出力波形を示す図である。
【図９】第２の実施形態における歪成分の周波数分布を示す図である。
【図１０】第３の実施形態におけるエンコーダの構成を示すブロック図である。
【図１１】第４の実施形態におけるエンコーダの構成を示すブロック図である。
【図１２】本実施形態における駆動装置の概略図である。
【図１３】本実施形態における減速機を備える駆動装置の概略図である。
【図１４】本実施形態におけるエンコーダの構成の第１の変形例を示す図である。
【図１５】第１の変形例におけるホール素子の出力波形を示す図である。
【図１６】本実施形態におけるエンコーダの構成の第２の変形例を示す図である。
【図１７】本実施形態におけるエンコーダの構成の第３の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態による位置検出装置について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
本実施形態では、位置検出装置の一例として、磁気式のエンコーダについて説明する。
図１は、第１の実施形態によるエンコーダ１の構成の一例を示す概略構成図である。
図１において、エンコーダ１は、磁石５を有する回転子６と、この回転子６の近傍に配置された複数（例えば、５個）の磁気検出素子１１〜１５と、その磁気検出素子１１〜１５やその他の制御部品を搭載した基板組９とを備えている。ここで、回転子６の近傍とは、例えば、この回転子６の周囲、又は、回転子６の円周上のことである。
【００１１】
磁石５は、例えば、永久磁石である。本実施形態では、一例として、磁石５は、磁極数が“１”の永久磁石である。ここで、「磁極数」とは、Ｓ（エス）極とＮ（エヌ）極との対の数を示す。すなわち、磁石５は、１対のＳ（エス）極とＮ（エヌ）極とを有する永久磁石である。
【００１２】
磁気検出素子１１〜１５（検出素子）は、例えば、それぞれホール素子である。以降、磁気検出素子１１，１２，１３，１４，１５を、ホール素子１１（ＨＳ１），１２（ＨＳ２），１３（ＨＳ３），１４（ＨＳ４），１５（ＨＳ５）と称して以下説明する。また、ホール素子１１（ＨＳ１），１２（ＨＳ２），１３（ＨＳ３），１４（ＨＳ４），１５（ＨＳ５）のうちの任意のホール素子、又は単にエンコーダ１が備えるホール素子を示す場合には、ホール素子１０（検出素子）と称して以下説明する。
【００１３】
この図１において、回転子６（被駆動体）が紙面に対して垂直となる回転軸を中心として回転すると、回転子６の回転に伴い磁石５が回転し、ホール素子１１〜１５で検出される磁石５からの磁界が変化する。エンコーダ１は、この磁界の変化を、ホール素子１１〜１５の５個のホール素子によりそれぞれ検出し、この検出した磁界の変化量から回転子６の回転位置を検出する。
ここで、本実施形態における「回転位置」とは、回転角度、回転位置や回転角度などを示す位置情報のことである。
【００１４】
なお、図１を用いて説明した５個のホール素子１１〜１５は、例えば、それぞれが同様の検出感度を有しており、それぞれが同様の出力レベルを有している。また、５個のホール素子１１〜１５は、例えば、それぞれ基板組９の平面上であって、回転子６の回転軸と法線ベクトルの方向を同一とする平面上に配置されており、回転子６の回転軸から等距離となる円周上に配置されている。また、ホール素子１１〜１５は、それぞれ回転子６の円周上に等間隔（この場合は、回転子６の回転軸を中心として７２度の等角度）に配置されている。ホール素子１１〜１５は、回転子６の位置（回転位置）に応じて互いに異なる位相差を有する出力信号を出力する。
【００１５】
図２は、第１の実施形態におけるホール素子１１〜１５の出力波形を示す図である。
図２において、縦軸は、ホール素子１０の出力レベルを示し、横軸は回転角度θを示している。また、波形Ｗ１１〜Ｗ１５は、ホール素子１１〜１５の出力波形にそれぞれ対応する。波形Ｗ１１〜Ｗ１５が示すように、各ホール素子１１〜１５は、回転子６の回転によって、疑似正弦波信号（例えば、台形波形状の波形）を出力する。本実施形態では、各ホール素子１１〜１５は、回転子６が１回転（１周）した場合に、１周期の出力信号を出力する。
また、上述したように、ホール素子１１〜１５は、回転子６の円周上に等間隔（例、７２度の等角度）に配置されているため、ホール素子１１〜１５の出力波形Ｗ１１〜Ｗ１５は、回転子６の位置（回転位置）に応じて互いに異なる位相差（例、７２度の位相差）を有している。すなわち、５個のホール素子１１〜１５は、互いに異なる位相差が出力信号の１周期に対して等間隔（例、７２度間隔）になるように配置されている。例えば、５個のホール素子１１〜１５は、回転子６の一回転を等分割する位置に、それぞれ配置されている。このように、出力信号１周期が得られる位置に５個のホール素子１１〜１５を等間隔に配置しているため、各ホール素子１１〜１５の出力は、同じ疑似正弦波形状の出力が一定間隔で位相のずれた信号となる。
【００１６】
図３は、本実施形態におけるエンコーダ１の構成を示すブロック図である。
図３において、エンコーダ１（位置検出装置）は、ホール素子１１〜１５、切り替え部２０、電源回路２５、抵抗２６、差動アンプ２７、フィルタ回路３、及び信号処理部４を備えている。ここで、切り替え部２０と、電源回路２５と、抵抗２６と、差動アンプ２７と、信号処理部４の後述する切り替え制御部４２とが、出力部２に対応する。
【００１７】
ホール素子１１〜１５（検出素子）は、それぞれ４つの端子を有している。また、ホール素子１１〜１５は、ホール素子１１〜１５を駆動する駆動電圧が供給される入力端子（駆動端子）と、出力信号を出力する出力端子とをそれぞれ有している。この４つの端子には、入力端子（ｉｎ＋及びｉｎ−）と、出力端子（ｏｕｔ＋及びｏｕｔ−）とが含まれている。
【００１８】
ホール素子１１〜１５のそれぞれの入力端子（ｉｎ＋）には、切り替え部２０（アナログＳＷ２１）を介して電源回路２５の電源出力線が接続される。また、ホール素子１１〜１５のそれぞれの入力端子（ｉｎ−）には、切り替え部２０（アナログＳＷ２４）及び抵抗２６を介してグランドが接続される。なお、ホール素子１１〜１５のそれぞれの入力端子（ｉｎ−）は、抵抗２６を介さずにグランドに接続される形態でもよい。
また、ホール素子１１〜１５のそれぞれの出力端子（ｏｕｔ＋）には、切り替え部２０（アナログＳＷ２２）を介して差動アンプ２７の入力端子（非反転入力端子（＋端子））が接続される。また、ホール素子１１〜１５のそれぞれの出力端子（ｏｕｔ−）には、切り替え部２０（アナログＳＷ２３）を介して差動アンプ２７の入力端子（反転入力端子（−端子））が接続される。
【００１９】
出力部２は、例えば、５個のホール素子１１〜１５に対して出力信号（疑似正弦波信号）を逐次出力させて、５個（５つ）の出力信号によって信号の１周期を構成された第１の検出信号（信号Ａ）を出力する。すなわち、出力部２は、５個のホール素子１１〜１５の出力信号を逐次出力させて、図３の波形Ｗ４に示すような１周期が波形Ｗ３（セレクト信号Ｓ２は後述）の周期となる第１の検出信号（信号Ａ）を出力する。
なお、逐次出力とは、例えば、ホール素子１１〜１５の各出力信号を順次（逐次）出力させることである。本実施形態では、出力部２は、一例として、ホール素子１１の出力信号からホール素子１５の出力信号の順に（順番に）、出力信号を切り替えて、上述の第１の検出信号（信号Ａ）を出力する。
ここで、「順に」又は「順次（逐次）」又は「順番に」とは、「時系列的に」、または、「複数の中から１つずつ選択的に」という意味である。
【００２０】
切り替え部２０は、ホール素子１１，１２，１３，１４，１５と電源回路２５との間の接続、及び、ホール素子１１，１２，１３，１４，１５と差動アンプ２７との間の接続を、ホール素子１１，１２，１３，１４，１５に対して順に切り替える。切り替え部２０は、アナログＳＷ２１〜２４の４つのスイッチ（アナログスイッチ）を備えている。
アナログＳＷ２１、アナログＳＷ２２、アナログＳＷ２３、及びアナログＳＷ２４は、それぞれ、少なくとも５つの第１の端子と、１つの第２の端子とを備えている。
アナログＳＷ２１の第１の端子には、ホール素子１１〜１５の入力端子（ｉｎ＋）が、それぞれ対応して接続されている。アナログＳＷ２１の第２の端子には、電源回路２５が接続されている。
【００２１】
また、アナログＳＷ２１には、セレクト信号（アナログＳＷのドライブ信号）Ｓ０〜Ｓ２が入力されている。アナログＳＷ２１においては、このセレクト信号Ｓ０〜Ｓ２の組み合わせにより、５つの第１の端子のうちのいずれか１つの端子が選択され、この選択された第１の端子と、第２の端子とが接続される。このアドレスセレクト信号Ｓ０〜Ｓ２は、後述する切り替え制御部４２から供給される選択信号であり、５つの第１の端子のうちのいずれか１つの端子を選択する選択信号である。
アナログＳＷ２１は、このセレクト信号Ｓ０〜Ｓ２の組み合わせに基づいて、ホール素子１１〜１５のうちから選択されたいずれか１つのホール素子１０の入力端子（ｉｎ＋）を電源回路２５に接続する。
【００２２】
同様に、アナログＳＷ２２は、このセレクト信号Ｓ０〜Ｓ２の組み合わせに基づいて、ホール素子１１〜１５のうちから選択されたいずれか１つのホール素子１０の出力端子（ｏｕｔ＋）を差動アンプ２７の入力端子（＋端子）に接続する。
同様に、アナログＳＷ２３は、このセレクト信号Ｓ０〜Ｓ２の組み合わせに基づいて、ホール素子１１〜１５のうちから選択されたいずれか１つのホール素子１０の出力端子（ｏｕｔ−）を差動アンプ２７の入力端子（−端子）に接続する。
同様に、アナログＳＷ２４は、このセレクト信号Ｓ０〜Ｓ２の組み合わせに基づいて、ホール素子１１〜１５のうちから選択されたいずれか１つのホール素子１０の入力端子（ｉｎ−）を、抵抗２６を介して接地させる。
【００２３】
電源回路２５は、セレクト信号Ｓ０〜Ｓ２の組み合わせに基づいて、ホール素子１１〜１５のうちから選択されたいずれか１つのホール素子１０に、上述したようにアナログＳＷ２１とアナログＳＷ２４とを介して、電流または電圧を供給する。
抵抗２６は、セレクト信号Ｓ０〜Ｓ２の組み合わせに基づいて、ホール素子１１〜１５のうちから選択されたいずれか１つのホール素子１０の入力端子（−端子）を、上述したようにアナログＳＷ２４を介して接地する。
【００２４】
差動アンプ２７は、例えば、差動増幅回路であり、セレクト信号Ｓ０〜Ｓ２の組み合わせに基づいて、ホール素子１１〜１５のうちから選択されたいずれか１つのホール素子１０の出力端子（ｏｕｔ＋）と出力端子（ｏｕｔ−）からの信号が、上述したアナログＳＷ２２とアナログＳＷ２３とを介して供給される。そして、この差動アンプ２７は、供給されたホール素子１０の出力端子（ｏｕｔ＋）の信号と出力端子（ｏｕｔ−）の信号とを差動増幅して第１の検出信号（信号Ａ）として、フィルタ回路３に出力する。
【００２５】
このように、出力部２は、セレクト信号Ｓ０〜Ｓ２の組み合わせに基づいて、ホール素子１１〜１５のうちから選択されたいずれか１つのホール素子に対して電流または電圧を供給し、この選択され、電流または電圧が供給された１つのホール素子からの出力を差動増幅して第１の検出信号を出力する。なお、本実施形態では、一例として、切り替え制御部４２は、ホール素子１１，１２，１３，１４，１５の順にホール素子を選択するように、セレクト信号Ｓ０〜Ｓ２を出力する。ホール素子１１〜１５は、互いに異なる位相差が出力信号の１周期に対して等間隔（例えば、７２度間隔）になるように配置されているので、出力部２の出力信号である第１の検出信号（信号Ａ）は、セレクト信号Ｓ２と同じ周期を構成する信号になる。なお、この１周期の第１の検出信号は、回転子６の位置（回転位置）に応じて位相が変動する位相変調された検出信号である。また、本実施形態では、この第１の検出信号における１周期の周波数を基本周波数ｆ（キャリア周波数）として説明する。なお、この基本周波数ｆは、セレクト信号Ｓ２の周波数に対応する。
ここで、ホール素子１０の個数である５個は、後述する原理により、出力部２から出力された第１の検出信号に含まれるホール素子１０の出力信号の歪成分（誤差成分）のうちの少なくとも所定次数の歪成分（誤差成分）を低減するように定められている。ホール素子１０の出力信号の歪成分（誤差成分）、及び所定次数の歪成分（誤差成分）の詳細については、後述する。
【００２６】
フィルタ回路３（フィルタ部）は、所定の通過周波数帯域を有する、例えば、ロウパスフィルタ回路、バンドパスフィルタ回路などである。フィルタ回路３は、出力部２から出力された第１の検出信号のうちの所定の通過周波数帯域を通過させて位相変調された第２の検出信号（信号Ｂ）を信号処理部４に出力する。ここで、所定の通過周波数帯域には、出力部２から出力された第１の検出信号（信号Ａ）の１周期の周波数である上述した基本周波数ｆが含まれる。フィルタ回路３は、例えば、第１の検出信号に含まれる基本周波数ｆの成分を通過させて、基本周波数ｆ以外の成分を低減する。
また、フィルタ回路３は、後述する所定次数の歪成分（誤差成分）を低減するように、所定の通過周波数帯域の幅が定められている。
【００２７】
信号処理部４は、エンコーダ１の信号処理を実行する。信号処理部４は、位置検出部４１と、切り替え制御部４２とを備えている。
位置検出部４１は、フィルタ回路３から出力された第２の検出信号（信号Ｂ）に基づいて、回転子６の位置情報を検出する。位置検出部４１は、例えば、同期検波（位相同期回路）の手法を用いて、フィルタ回路３から出力された第２の検出信号（信号Ｂ）に基づいて、回転子６の位置情報を検出する。
【００２８】
切り替え制御部４２は、切り替え部２０のアナログＳＷ２１〜２４に供給するセレクト信号Ｓ０〜Ｓ２を生成する。すなわち、切り替え制御部４２は、セレクト信号Ｓ０〜Ｓ２に基づいて、アナログＳＷ２１〜２４の接続を例えば、時計回りの順に切り替えることにより、ホール素子１１〜１５の各出力信号を順次出力（逐次出力）させる。
【００２９】
次に、本実施形態におけるエンコーダ１の動作、及び原理について説明する。
まず、切り替え制御部４２は、例えば、図３の波形Ｗ１〜Ｗ３に示すようなセレクト信号Ｓ０〜Ｓ２を生成し、切り替え部２０に供給する。このセレクト信号Ｓ０〜Ｓ２は、例えば、等しい時間間隔によって、［信号Ｓ２、信号Ｓ１、信号Ｓ０］の組が示す２進カウント値を“０”〜“５”に切り替えるような信号である。
これにより、切り替え部２０（アナログＳＷ２１〜２４）は、ホール素子１１〜１５の各出力信号を順次切り替えて、差動アンプ２７に供給する。差動アンプ２７は、供給されたホール素子１０の出力信号を差動増幅して第１の検出信号（信号Ａ）として、フィルタ回路３に出力する。ここで、第１の検出信号（信号Ａ）は、例えば、図３及び図４の波形Ｗ４に示すような信号である。
【００３０】
例えば、現在の回転子６の角度（回転位置）をθとした場合に、ホール素子１１〜１５の各出力信号は、下記の式（１）によって表される。但し、各ホール素子１１〜１５の検出感度は同等とする。
【００３１】
【数１】
2013101023.tif 000003
【００３２】
ここで、変数φは、ホール素子１１〜１５のそれぞれの配置に伴う位相差（位相間隔）を示しており、本実施形態において、位相間隔φ＝７２度となる。
図４は、本実施形態における出力部２の出力波形の一例を示す図である。
この図において、波形Ｗ４は、回転子６の角度θ＝１０度とした場合における出力部２の出力信号である第１の検出信号（信号Ａ）を示している。また、波形Ｗ４において、波形Ｗ４１は、ホール素子１１の出力信号に対応し、波形Ｗ４２は、ホール素子１２の出力信号に対応し、波形Ｗ４３は、ホール素子１３の出力信号に対応している。また、波形Ｗ４４は、ホール素子１４の出力信号に対応し、波形Ｗ４５は、ホール素子１５の出力信号に対応している。
このように、出力部２は、互いに位相間隔φ＝７２度ずれているホール素子１１〜１５の各出力信号により１周期（ここでは、周期（１／ｆ））となる階段状の波形信号を第１の検出信号（信号Ａ）として出力する。
【００３３】
また、波形Ｗ４として示される第１の検出信号（信号Ａ）を時間ｔの関数Ｆ（ｔ）とし、基本周波数ｆ（周期１／ｆ）としてフーリエ級数展開すると、波形Ｗ４（Ｆ（ｔ））は、以下の式（２）によって表される。ここで、変数ω＝２πｆ（角周波数）を示す。
【００３４】
【数２】
2013101023.tif 000004
【００３５】
図５は、本実施形態における出力部２の出力信号のフーリエ級数展開結果を示す図である。この図において、横軸は、基本周波数ｆの次数を示し、縦軸は、フーリエ級数展開結果の振幅を示している。また、棒線Ｂ１は基本周波数ｆ成分の振幅に対応し、棒線Ｂ２は基本周波数ｆの４次成分の振幅に対応し、棒線Ｂ３は基本周波数ｆの６次成分の振幅に対応する。また、同様に、棒線Ｂ４は基本周波数ｆ成分の９次成分の振幅に対応し、棒線Ｂ５は基本周波数ｆの１１次成分の振幅に対応する。また、同様に、棒線Ｂ６は基本周波数ｆ成分の１４次成分の振幅に対応し、棒線Ｂ７は基本周波数ｆの１６次成分の振幅に対応する。
【００３６】
式（２）及び、図５に示すように、波形Ｗ４（Ｆ（ｔ））は、基本周波数ｆの成分（棒線Ｂ１）、及び（５ｍ±１）次の成分（棒線Ｂ２〜Ｂ７）から構成されている。ここで、ｍは１以上の自然数であり、（５ｍ±１）における“５”は、ホール素子１１〜１５の個数を示している。すなわち、波形Ｗ４（Ｆ（ｔ））には、基本周波数ｆの成分（棒線Ｂ１）、及び（５ｍ±１）次の周波数成分（棒線Ｂ２〜Ｂ７）が含まれているが、（５ｍ±１）次の周波数成分以外の他の次数成分（例えば、２次成分や３次成分など）は含まれない。
【００３７】
なお、ホール素子１０の個数をｎ個とした場合には、出力部２は、基本周波数ｆの成分及び（ｍ×ｎ±１）次の周波数成分を含む第１の検出信号を出力する。
【００３８】
また、図５において、周波数範囲Ｒ１は、フィルタ回路３の上述した所定の通過周波数帯域の範囲を示している。すなわち、フィルタ回路３は、出力部２から出力された第１の検出信号に含まれる周波数成分のうちの、所定の通過周波数帯域（周波数範囲Ｒ１）の成分を通過させて、所定の通過周波数帯域（周波数範囲Ｒ１）以外の成分を低減させる。そのため、フィルタ回路３は、第１の検出信号に含まれる所定の通過周波数帯域（周波数範囲Ｒ１）以外の成分を低減させた、図４に示す波形Ｗ５のような第２の検出信号（信号Ｂ）を出力する。すなわち、フィルタ回路３は、出力部２から出力された第１の検出信号のうちの基本周波数ｆの高次成分を除去して、基本周波数ｆの成分を位相変調された第２の検出信号として出力する。なお、この第２の検出信号（波形Ｗ５）は、下記の式（３）により表される。
【００３９】
【数３】
2013101023.tif 000005
【００４０】
この第２の検出信号は、基本周波数ｆの位相項に角度情報（回転位置情報）θが組み込まれた位相変調信号である。
信号処理部４の位置検出部４１は、同期検波（位相同期回路）の手法を用いて、フィルタ回路３から出力された第２の検出信号（信号Ｂ）に基づいて、回転子６の角度情報（回転位置情報）θを検出する。
なお、波形Ｗ５として出力される第２の検出信号（信号Ｂ）は、時間ｔに応じて変化する基本周波数ｆの正弦波信号（キャリア信号）であり、図２に示されるホール素子１０の出力信号（波形Ｗ１１〜Ｗ１５）である正弦波信号のとは異なる。ホール素子１０の出力信号（波形Ｗ１１〜Ｗ１５）は、回転子６の回転位置（回転角度θ）に応じて正弦波状に変化する。
【００４１】
次に、本実施形態におけるエンコーダ１が、第１の検出信号に含まれる歪成分（誤差成分）を低減する動作、及び原理について説明する。ここで、歪成分（誤差成分）とは、ホール素子１０の理想的な出力信号である正弦波信号に対するホール素子１０の出力信号の歪（誤差）のことであり、正弦波歪とも称する。なお、この正弦波歪は、ホール素子１０の出力信号から生成される第１の検出信号にも含まれている。そのため、この正弦波歪は、第２の検出信号に位相のずれとして現れ、その結果、角度情報（回転位置情報）θの検出誤差の要因となる。
図６は、本実施形態におけるホール素子１０の出力における歪特性（誤差特性）の一例を示す図である。
図６（ａ）は、ホール素子１０（例えば、ホール素子１１）の出力信号と歪特性（誤差特性）の一例を示すグラフを示している。図６（ａ）に示されるグラフにおいて、横軸は、回転子６の角度（位置）を示し、左縦軸は、ホール素子１１の出力信号のレベルを示し、右縦軸は、歪の歪量（ずれ量）を示している。
また、波形Ｗ６は、ホール素子１１の出力信号を示している。ホール素子１１の出力信号は、例えば磁石５とともに回転子６を１周（３６０度）回転させた場合に、ホール素子１１によって得られる信号である。ホール素子１１の出力信号（波形Ｗ６）は、磁石５の材質及び形状などによる磁気特性の歪成分を含んでいる。また、波形Ｗ７は、歪成分を含まない理想的な正弦波形を示しており、波形Ｗ８は、波形Ｗ６と波形Ｗ７とのずれ量（歪量）を示している。
波形Ｗ８に示すように、ホール素子１１の出力信号に含まれる歪成分（誤差成分）は、波形Ｗ７を基本波（基準波）とした場合の高次成分である奇数次成分（例えば、特に３次の歪成分）を含んでいる。
【００４２】
また、図６（ｂ）は、波形Ｗ８を周波数領域信号に変換（例えば、フーリエ解析）した結果を示すグラフである。図６（ｂ）において、縦軸は、規格化された振幅（％：パーセント）を示し、横軸は周波数成分（次数）を示している。また、図６（ｂ）において、第１サンプル、第２サンプル、及び第３サンプルは、磁石５の異なる３つのサンプルにおけるフーリエ解析結果（誤差特性）を示している。ここで、棒線Ｂ１１〜Ｂ１９は、それぞれ、波形Ｗ８に含まれる２次の歪成分（２次の誤差成分）〜１０次の歪成分（１０次の誤差成分）に対応する。
【００４３】
図６（ｂ）に示す例では、ホール素子１１の出力信号（波形Ｗ６）に含まれる歪成分（誤差成分）のうち、例えば、３次の歪成分（３次の誤差成分）が特に大きいことを示している（棒線Ｂ１２）。このことは、例えば、基本波成分を“１”で規格化した場合の３次の歪成分の振幅が４％（０．０４）だった場合に、一般に、１つのホール素子１１と磁石５とにより角度位置情報を検出した誤差の最大値が、（０．０４ｒａｄ（ラジアン）＝２．３度）となることを示し、非常に大きい誤差が発生する。そこで、本実施形態では、この３次の歪成分（３次の誤差成分）による影響を低減するように、ホール素子１０の個数ｎを、例えば、“５”に定めている。
【００４４】
また、後に説明するが、出力部２によってホール素子１１〜１５の出力信号を逐次出力した第１の検出信号（信号Ａ）の基本周波数ｆ成分には、（ｍ×ｎ±１）次の歪成分が含まれる。すなわち、ホール素子１０の個数をｎ個とした場合には、出力部２は、基本周波数ｆの成分及び（ｍ×ｎ±１）次の歪成分を含む第１の検出信号を出力する。この場合、ホール素子１０の個数を示すｎ個は、低減したい所定次数の歪成分に基づいて定められる。例えば、所定次数の歪成分として３次の歪成分を低減したい場合には、（ｍ×ｎ±１）次の次数が３次と重ならないように、ｎの値を定めることにより、出力部２が出力する第１の検出信号から３次の歪成分を低減することができる。
また、（ｍ×ｎ±１）次の歪成分のうち、高い次数になるほど歪成分の振幅が低減する傾向にある。そのため、例えば、（ｍ×ｎ±１）次の歪成分のうち、最も低い次数となる（ｍ＝１）である（ｎ±１）次の歪成分の振幅が小さい、ホール素子１０の個数を示すｎの値が定められている。本実施形態では、ホール素子１０の個数を示すｎの値（例えば、“５”）は、例えば、ホール素子１０の出力信号に含まれる誤差成分のうちの（ｎ±１）次の歪成分（誤差成分）が所定の値以下になるように定められている。なお、（ｎ±１）次の歪成分（誤差成分）は、上述した所定次数の歪成分（誤差成分）に含まれる。
【００４５】
一例として、エンコーダ１における角度位置の誤差を０．２５度以下にしたい場合に、磁石５が上述の図６（ｂ）の第３サンプルにおいて、例えば、棒線Ｂ１３に示すように４次の歪成分、及び棒線Ｂ１５に示すように６次の歪成分は、それぞれ約０．２％であり、エンコーダ１における角度位置の誤差は、それぞれ約０．１１度である。この場合、ホール素子１０の個数を示すｎの値を“５”に定めることにより、エンコーダ１における角度位置の誤差を０．２５度以下にすることができる。
このように、本実施形態では、歪成分（誤差成分）は、予め測定されたホール素子１０（例えば、ホール素子１１）の出力における回転子６の位置に対応する誤差を周波数領域信号（Ｂ１１〜Ｂ１９）に変換した歪特性（誤差特性）として算出される。ホール素子１０の個数を示すｎの値は、歪特性（誤差特性）に基づいて、（ｎ±１）次の歪成分（誤差成分）が所定の値以下になるように定められている。
【００４６】
次に、出力部２によってホール素子１１〜１５の出力信号を逐次出力した第１の検出信号（信号Ａ）の基本周波数ｆ成分に含まれる歪成分について説明する。
例えば、ホール素子１１〜１５の出力信号に上述のような歪成分（誤差成分）が含まれている場合に、回転子６の角度（回転位置）をθとすると、ホール素子１１〜１５の各出力信号は、下記の式（４）によって表される。ここで、変数ｋは、歪成分の次数を示し、変数δは、歪成分の振幅を示し、変数ηは、位相を示している。
【００４７】
【数４】
2013101023.tif 000006
【００４８】
また、上記式（４）に基づいて、ホール素子１１〜１５の各出力信号を逐次出力した場合の第１の検出信号（信号Ａ）をｇ（ｔ）とし、基本周波数ｆ成分のフーリエ係数を産出した場合、下記の式（５）及び式（６）として表される。ここでは、２次以上の高次成分は、フィルタ回路３によって、除去（低減）されるため、検討しない。また、位相差（位相間隔）φは、式（１）と同様に７２度である。
（ｃｏｓωｔ）のフーリエ係数ａ１は、下記の式（５）として示される。
【００４９】
【数５】
2013101023.tif 000007
【００５０】
但し、（０．９３６・δ・ｓｉｎ（ｋθ＋η））の項が値を取る条件は、歪成分の次数ｋ＝（５ｍ±１）の場合である。
また、（ｓｉｎωｔ）のフーリエ係数ｂ１は、下記の式（６）として示される。
【００５１】
【数６】
2013101023.tif 000008
【００５２】
但し、（０．９３６・δ・ｃｏｓ（ｋθ＋η））の項が値を取る条件は、歪成分の次数ｋ＝（５ｍ±１）の場合である。
【００５３】
上記の式（５）及び式（６）より得られた各次数の歪成分に対する第１の検出信号における基本周波数ｆの振幅は、図７（ａ）にように示される。なお、図７（ａ）において、振幅は、“０．９３６”によって規格化されている。
図７（ａ）に示すように、ホール素子１１〜１５の各出力信号を逐次出力した第１の検出信号（信号Ａ）に含まれる歪成分は、（５ｍ±１）次の歪成分（誤差成分）である４次、６次、９次、１１次、１４次、及び１６次の歪成分である。
上記の結果から第１の検出信号（信号Ａ）における基本周波数ｆ成分の信号は、次数ｋの条件により以下のように表される。
＜第１の条件＞
次数ｋが２以上で、且つ、次数ｋ≠（５ｍ±１）である場合（但し、ｍは、１以上の自然数）には、基本周波数ｆ成分の信号ｇ（ｔ）は、下記の式（７）として表される。
この場合、式（７）に示すように、基本周波数ｆ成分の信号ｇ（ｔ）は、基本周波数ｆ成分のみとなり、ｋ次の歪成分を含まない。すなわち、第１の条件を満たす次数ｋの歪成分は、第１の検出信号（信号Ａ）から除外（低減）される。
【００５４】
【数７】
2013101023.tif 000009
【００５５】
＜第２の条件＞
また、次数ｋ＝（５ｍ−１）である場合には、基本周波数ｆ成分の信号ｇ（ｔ）は、下記の式（８）として表される。
この場合、式（８）に示すように、基本周波数ｆ成分の信号ｇ（ｔ）は、基本周波数ｆ成分の他に、ｋ次の歪成分を含んでいる。
【００５６】
【数８】
2013101023.tif 000010
【００５７】
＜第３の条件＞
また、次数ｋ＝（５ｍ＋１）である場合には、基本周波数ｆ成分の信号ｇ（ｔ）は、下記の式（９）として表される。
この場合、式（９）に示すように、基本周波数ｆ成分の信号ｇ（ｔ）は、基本周波数ｆ成分の他に、ｋ次の歪成分を含んでいる。
【００５８】
【数９】
2013101023.tif 000011
【００５９】
このように、式（７）〜式（９）は、ホール素子１０の個数ｎを“５”にした場合に、第１の検出信号（信号Ａ）に基本周波数ｆ成分には、（５ｍ±１）次の歪成分が混入することを示している（第２及び第３の条件）。このことは、逆に、ホール素子１０の個数ｎを“５”にした場合に、第１の検出信号（信号Ａ）に基本周波数ｆ成分から、（５ｍ±１）次以外の歪成分を除去（低減）することができることを示している（第１の条件）。すなわち、ホール素子１０の個数をｎとした場合には、第１の検出信号（信号Ａ）に基本周波数ｆ成分には、（ｍ×ｎ±１）次の歪成分が含まれ、第１の検出信号（信号Ａ）に基本周波数ｆ成分から、（ｍ×ｎ±１）次以外の歪成分を除去（低減）することができる。
【００６０】
また、上記の式（７）〜式（９）においては、第１の検出信号（信号Ａ）の基本周波数ｆ成分に含まれる歪成分を算出したが、ホール素子１０の個数を“５”とした場合に基本周波数ｆの２次以上（２倍以上）の周波数成分に含まれる歪成分は、図７（ｂ）のように示される。但し、フィルタ回路３は、基本周波数ｆを通過させ、基本周波数ｆ以外の周波数成分を除去（低減）させて、位相変調された第２の検出信号を出力する。そのため、図７（ｂ）において、基本周波数ｆ成分（範囲Ｆ１）以外の周波数成分は除去（低減）され、基本周波数ｆ成分（範囲Ｆ１）以外の周波数成分は、エンコーダ１の精度の影響を与えない。
このように、歪成分の次数ｋが（５ｍ±１）の場合、位相変調された第２の検出信号には、（５ｍ±１）次の歪成分の影響が基本周波数ｆ成分として出現するが、（５ｍ±１）次以外の歪成分は基本周波数ｆの帯域外となる。そのため、位相変調された第２の検出信号は、歪に伴う誤差の影響を受けない。すなわち、本実施形態におけるエンコーダ１は、正弦波の歪成分として問題となる３次の歪成分（図６（ｂ）の棒線Ｂ１２参照）の影響を低減することができる。さらに、本実施形態におけるエンコーダ１は、（５ｍ±１）次以外の歪成分の影響を受けないため、５次の歪成分（図６（ｂ）の棒線Ｂ１４参照）の影響も受けない。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態におけるエンコーダ１は、ｎ個（例えば、５個）のホール素子１０が、回転子６の位置に応じて互いに異なる位相差（例えば、７２度）を有する出力信号を出力する。出力部２は、ｎ個のホール素子１０に対して出力信号を逐次出力させて、ｎ個の出力信号によって信号の１周期（所定の周期）を構成された第１の検出信号を出力する。フィルタ回路３は、出力部２から出力された第１の検出信号（信号Ａ）の１周期の周波数である基本周波数ｆを含む所定の通過周波数帯域（Ｒ１）を有し、第１の検出信号のうちの所定の通過周波数帯域を通過させて位相変調された第２の検出信号（信号Ｂ）を出力する。位置検出部４１は、フィルタ回路３部から出力された第２の検出信号に基づいて、回転子６の位置情報を検出する。そして、ホール素子１０の個数を示すｎの値は、出力部２から出力された第１の検出信号に含まれるホール素子１０の出力信号の歪成分（誤差成分）のうちの少なくとも所定次数の歪成分（誤差成分）を低減するように定められている。
【００６２】
これにより、ｎ個のホール素子１０が第１の検出信号に含まれるホール素子１０の出力信号の歪成分（誤差成分）のうちの少なくとも所定次数の歪成分（誤差成分）を低減し、さらに、フィルタ回路３が基本周波数ｆを含む所定の通過周波数帯域以外の周波数成分を低減させる。そのため、本実施形態におけるエンコーダ１は、高分解能であって高精度に位置情報を検出することができる。
【００６３】
また、本実施形態では、ｎ個（例えば、５個）のホール素子１０は、互いに異なる位相差が出力信号の１周期に対して等間隔（例えば、７２度間隔）になるように配置されている。例えば、ｎ個のホール素子１０は、回転子６の一回転を等分割する位置に、それぞれ配置されている。
これにより、切り替え部２０が等時間間隔でｎ個のホール素子１０の出力を切り替えることにより、出力部２は、位相変調された適切な第２の検出信号（正弦波信号）を得るために適切な第１の検出信号（例えば、波形Ｗ４のような検証信号）を出力する。よって、出力部２は、切り替え部２０を等時間間隔で切り替えるという簡易な手段により、適切な第１の検出信号を出力することができる。
【００６４】
また、本実施形態では、ホール素子１０をｎ個（例えば、５個）に定めることにより低減する所定次数の歪成分（誤差成分）は、３次以上の歪成分（誤差成分）であって、出力部２から出力された第１の検出信号に含まれる歪成分（誤差成分）のうちの（ｍ×ｎ±１）次の歪成分（ただしｍは１以上の自然数）を除く次数成分である。例えば、ｎ個のホール素子１０は、５個以上のホール素子１０である。
これにより、出力部２は、エンコーダ１の精度を低下させる要因となるホール素子１０の出力信号における３次以上の歪成分であり、且つ、（ｍ×ｎ±１）次の歪成分以外の次数成分を低減（除外）した第１の検出信号を出力することができる。例えば、５個以上のホール素子である場合、第１の検出信号には、４次（＝５×１−１）以上の歪成分が含まれ、３次の歪成分を低減（除外）することができる。このように、第１の検出信号に含まれる（ｍ×ｎ±１）次の歪成分以外の次数成分を低減（除外）できるので、本実施形態におけるエンコーダ１は、高精度に位置情報を検出することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、ホール素子１０の個数を示すｎの値は、ホール素子１０の出力信号に含まれる誤差成分のうちの（ｎ±１）次の歪成分（誤差成分）が所定の値以下になるように定められている。例えば、誤差成分は、予め測定されたホール素子１０の出力における回転子６の位置に対応する誤差を周波数領域信号に変換した誤差特性（例えば、フーリエ解析結果）として算出される。そして、ホール素子１０の個数を示すｎの値は、この誤差特性（歪特性）に基づいて、（ｎ±１）次の誤差成分が所定の値以下になるように定められている。なお、所定の値は、エンコーダ１に要求される精度に基づいて定められる値である。
これにより、ホール素子１０と磁石５との対応関係による誤差成分（歪成分）を考慮して、エンコーダ１に要求される精度に基づいて、ホール素子１０の個数が定められている。そのため、本実施形態におけるエンコーダ１は、要求される精度を満たす高精度により位置情報を検出することができる。
【００６６】
図８は、比較のために、従来技術による位相変調された検出信号の一例を示している。従来技術では、例えば、検出素子の数（ｎ＝４）の信号和算により、擬似的に（ｎ＝８）として位置情報を検出する処理回路を備えている。このような構成では、検出素子の出力信号に歪成分（誤差成分）が含まれている場合、図８に示すように、例えば、０度の検出信号（波形Ｗ２１）と９０度の検出信号（波形Ｗ２２）とを信号和算して４５度の検出信号（波形Ｗ２３）を生成しても、４５度の位置における検出信号とは異なる。すなわち、従来技術では、位相変調された検出信号に基づいて位置情報を検出するため、位置情報の分解能を向上させることができるが、擬似的に（ｎ＝８）として位置情報を検出したとしても、検出素子の数（ｎ＝４）と同値の精度となり、歪成分は除去（低減）できない。
【００６７】
これに対して、本実施形態におけるエンコーダ１は、上述したようにホール素子１０の出力信号に含まれる歪成分のうちの（ｍ×ｎ±１）次の歪成分（誤差成分）以外の次数成分を低減するように、ホール素子１０の数ｎを定めている。さらに、予め測定されたホール素子１０の出力における誤差特性に基づいて、（ｍ×ｎ±１）次の歪成分（誤差成分）が低減されるように、ホール素子１０の数ｎを定めている。そのため、ホール素子１０の出力信号に含まれる歪成分を適切に除去できるので、本実施形態におけるエンコーダ１は、高精度に位置情報を検出することができる。また、本実施形態におけるエンコーダ１は、位相変調された検出信号に基づいて、位置情報を検出するため、位置情報の高分解能を維持しつつ、高精度に位置情報を検出することができる。
さらに、本実施形態におけるエンコーダ１は、磁気特性が悪い安価な磁石５を使用した場合でも、磁気特性が悪い安価な磁石５による誤差特性（歪特性）に基づいてホール素子１０の数ｎを定めているので、高精度に位置情報を検出することができる。また、本実施形態におけるエンコーダ１は、位置情報を高精度に検出できるため、検出精度を向上させるための補正回路及び補正テーブルを備える必要がないという利点がある。
【００６８】
次に、第２の実施形態について、図を参照して説明する。
［第２の実施形態］
本実施形態におけるエンコーダ１の構成は、図１及び図３に示される第１の実施形態の構成と同様である。本実施形態では、回転子６が等速回転するようなアプリケーション（用途）において、位置情報の検出精度を向上させる場合について説明する。
なお、本実施形態において、フィルタ回路３は、回転子６の位置の回転速度（変位速度）に応じて、回転速度により変動した基本周波数の周波数成分を通過させて、回転速度により基本周波数の周波数成分から分離された（ｎ±１）次の誤差成分を低減するように、所定の通過周波数帯域の幅が定められている。ここで、回転速度には、単位時間当りの回転子６の回転数、角速度などが含まれる。
【００６９】
次に、本実施形態における本実施形態におけるエンコーダ１の動作、及び原理について説明する。
エンコーダ１の動作、及び原理の説明を理解し易くするために、まず、回転子６が等速回転する場合で、且つ、ホール素子１０（１１〜１５）の出力信号に正弦波歪（歪成分）がない場合について説明する。
正弦波歪が無い場合もしくは正弦波歪の影響を受けない場合、出力部２が出力する位相変調された第１の検出信号に含まれる基本周波数ｆ成分は、下記の式（１０）により表される。なお、式（１０）において、振幅は、“１”で規格化している。また、正弦波歪が無い場合、位相変調された第１の検出信号に含まれる基本周波数ｆ成分は、フィルタ回路３が出力する位相変調された第２の検出信号に対応する。
【００７０】
【数１０】
2013101023.tif 000012
【００７１】
ここで、回転子６が、例えば、１秒間に回転数ｆｖで回転（例えば、等速回転）している場合、上記の式（１０）は、下記の式（１１）に置き換えられる。ここで、１秒間に回転する回転数ｆｖにより、角速度は、（２πｆｖ［ｒａｄ／Ｓ（秒）］）として表され、回転子６の角度θ＝２πｆｖｔとして表される。なお、式（１１）において、便宜上、初期位相は、“０”としている。
【００７２】
【数１１】
2013101023.tif 000013
【００７３】
式（１１）に示すように、回転子６が１秒間に回転数ｆｖで回転している場合、フィルタ回路３が出力する位相変調された第２の検出信号（信号Ｂ）の周波数は、（ｆ＋ｆｖ）となる（ｆｖはマイナスの値も取り得る）。すなわち、この場合、フィルタ回路３は、回転に伴い基本周波数ｆが回転数ｆｖ分シフトした第２の検出信号を出力する。
【００７４】
次に、式（１０）に基づいて、出力部２が出力する位相変調された第１の検出信号に含まれる基本周波数ｆ成分に、次数ｋ＝（５ｍ−１）の正弦波歪（歪成分）がある場合、且つ、回転子６が回転していない場合を考える。この場合、出力部２が出力する位相変調された第１の検出信号に含まれる基本周波数ｆ成分は、下記の式（１２）により表される。なお、式（１２）において、振幅は、“１”で規格化されている。
【００７５】
【数１２】
2013101023.tif 000014
【００７６】
また、回転子６が、例えば、１秒間に回転数ｆｖで回転（例えば、等速回転）している場合、上記の式（１２）は、下記の式（１３）に置き換えられる。なお、式（１３）において、便宜上、初期位相は、“０”としている。
【００７７】
【数１３】
2013101023.tif 000015
【００７８】
式（１３）に示すように、次数ｋ＝（５ｍ−１）の正弦波歪がある場合、且つ、回転子６が１秒間に回転数ｆｖで回転している場合、位相変調された第１の検出信号に含まれる基本周波数ｆ成分は、シフトした基本周波数成分（ｆ＋ｆｖ）とシフトした歪成分（ｆ−ｋｆｖ）とに分離される。なお、回転数ｆｖはマイナスの値も取り得る。すなわち、この場合、出力部２は、回転に伴い基本周波数ｆ成分が回転数ｆｖ分シフトした基本周波数成分（ｆ＋ｆｖ）と、回転に伴い基本周波数ｆから分離された歪成分（ｆ−ｋｆｖ）とを含む第１の検出信号を出力する。
【００７９】
また、同様に、出力部２が出力する位相変調された第１の検出信号に含まれる基本周波数ｆ成分に、次数ｋ＝（５ｍ＋１）の正弦波歪（歪成分）がある場合、且つ、回転子６が回転していない場合を考える。この場合、出力部２が出力する位相変調された第１の検出信号に含まれる基本周波数ｆ成分は、下記の式（１４）により表される。なお、式（１４）において、振幅は、“１”で規格化されている。
【００８０】
【数１４】
2013101023.tif 000016
【００８１】
また、回転子６が、例えば、１秒間に回転数ｆｖで回転（例えば、等速回転）している場合、上記の式（１４）は、下記の式（１５）に置き換えられる。なお、式（１５）において、便宜上、初期位相は、“０”としている。
【００８２】
【数１５】
2013101023.tif 000017
【００８３】
式（１５）に示すように、次数ｋ＝（５ｍ＋１）の正弦波歪がある場合、且つ、回転子６が１秒間に回転数ｆｖで回転している場合、位相変調された第１の検出信号に含まれる基本周波数ｆ成分は、シフトした基本周波数成分（ｆ＋ｆｖ）とシフトした歪成分（ｆ＋ｋｆｖ）とに分離される。なお、回転数ｆｖはマイナスの値も取り得る。すなわち、この場合、出力部２は、回転に伴い基本周波数ｆ成分が回転数ｆｖ分シフトした基本周波数成分（ｆ＋ｆｖ）と、回転に伴い基本周波数ｆから分離された歪成分（ｆ＋ｋｆｖ）とを含む第１の検出信号を出力する。
【００８４】
図９は、本実施形態における歪成分の周波数分布を示す図である。
図９（ａ）は、式（１２）及び式（１４）に示すように、第１の検出信号に含まれる基本周波数ｆ成分に、次数ｋ＝（５ｍ±１）の正弦波歪（歪成分）がある場合、且つ、回転子６が回転していない場合の周波数分布を示している。図９（ａ）において、棒線Ｂ２０は、基本周波数ｆ成分の大きさ（振幅）を示している。棒線Ｂ２０には、図７（ｂ）の範囲Ｆ１に示したように、（５ｍ±１）次の歪成分が含まれており、例えば、棒線Ｂ２２は４次の歪成分を示し、棒線Ｂ２３は、６次の歪成分を示している。また、例えば、棒線Ｂ２４は９次の歪成分を示し、棒線Ｂ２５は、１１次の歪成分を示している。なお、棒線Ｂ２１は、歪成分を除いた基本周波数ｆ成分を示している。
また、周波数Ｐ１は、基本周波数ｆを示している。周波数範囲Ｒ２は、フィルタ回路３の所定の通過周波数帯域を示しており、所定の通過周波数帯域は、例えば（ｆ±２ｆｖ）の範囲である。
図９（ａ）において、回転子６が回転していないため、出力部２は、棒線Ｂ２２〜Ｂ２５の歪成分を含む第１の検出信号を出力する。
【００８５】
図９（ｂ）は、第１の検出信号に含まれる基本周波数ｆ成分に、次数ｋ＝（５ｍ±１）の正弦波歪（歪成分）がある場合、且つ、回転子６が回転している場合（例えば、時計回りに回転数ｆｖの場合）における周波数分布を示している。図９（ｂ）において、棒線Ｂ２１ａは、回転に伴いシフトした基本周波数成分を示しており、周波数Ｐ２は、シフトした基本周波数（ｆ＋ｆｖ）を示している。また、棒線Ｂ２２ａは、回転に伴いシフトした４次の歪成分を示し、棒線Ｂ２３ａは、回転に伴いシフトした６次の歪成分を示している。また、棒線Ｂ２４ａは、回転に伴いシフトした９次の歪成分を示し、棒線Ｂ２５ａは、回転に伴いシフトした１１次の歪成分を示している。なお、式（１３）に示すように、シフトした４次の歪成分の周波数は、（ｆ−４ｆｖ）であり、シフトした９次の歪成分の周波数は、（ｆ−９ｆｖ）である。また、式（１５）に示すように、シフトした６次の歪成分の周波数は、（ｆ＋６ｆｖ）であり、シフトした１１次の歪成分の周波数は、（ｆ＋１１ｆｖ）である。
【００８６】
このように、回転子６が、時計回りに回転数ｆｖで回転している場合、且つ、第１の検出信号に含まれる基本周波数ｆ成分に正弦波歪がある場合には、出力部２は、回転に伴いシフトした基本周波数（ｆ＋ｆｖ）の成分（棒線Ｂ２１ａ）と、回転に伴い基本周波数ｆから分離された歪成分（棒線Ｂ２２ａ〜Ｂ２２ａ）とを含む第１の検出信号を出力する。
また、フィルタ回路３は、所定次数の歪成分（誤差成分）を低減するように、所定の通過周波数帯域の幅が定められている。例えば、フィルタ回路３は、周波数範囲Ｒ２に示すように、所定の通過周波数帯域（ｆ±２ｆｖ）を有しており、出力部２が出力した第１の検出信号に含まれる棒線Ｂ２１ａを通過させて、棒線Ｂ２２ａ〜２５ａを通過させない。すなわち、フィルタ回路３は、第１の検出信号に含まれる歪成分（誤差成分）を低減させた第２の検出信号（信号Ｂ）を出力する。なお、本実施形態では、フィルタ回路３の通過周波数帯域Ｒ２は、回転数ｆｖにより基本周波数の周波数成分から分離された（ｎ±１）次の誤差成分を低減するように定められている。例えば、第１の検出信号の基本周波数成分に含まれる歪成分の次数において、最も小さい次数は４次である。そのため、フィルタ回路３の通過周波数帯域Ｒ２は、例えば、シフトした４次の歪成分（ｆ−４ｆｖ）を除去（低減）できるように、（ｆ±２ｆｖ）に定められている。なお、エンコーダ１が使用される用途において、回転速度に対応する回転数ｆｖが所定の範囲を有している場合には、最大の回転数の値に基づいて、フィルタ回路３の通過周波数帯域Ｒ２を定めてもよい。
【００８７】
同様に、図９（ｃ）は、第１の検出信号に含まれる基本周波数ｆ成分に、次数ｋ＝（５ｍ±１）の正弦波歪（歪成分）がある場合、且つ、回転子６が回転している場合（例えば、反時計回りに回転数ｆｖの場合）における周波数分布を示している。なお、反時計回りにおける回転数ｆｖは、時計回りにおける回転数（−ｆｖ）に対応する。図９（ｃ）において、棒線Ｂ２１ｂは、回転に伴いシフトした基本周波数成分を示しており、周波数Ｐ３は、シフトした基本周波数（ｆ−ｆｖ）を示している。また、棒線Ｂ２２ｂは、回転に伴いシフトした４次の歪成分を示し、棒線Ｂ２３ｂは、回転に伴いシフトした６次の歪成分を示している。また、棒線Ｂ２４ｂは、回転に伴いシフトした９次の歪成分を示し、棒線Ｂ２５ｂは、回転に伴いシフトした１１次の歪成分を示している。なお、式（１３）に示すように、シフトした４次の歪成分の周波数は、（ｆ＋４ｆｖ）であり、シフトした９次の歪成分の周波数は、（ｆ＋９ｆｖ）である。また、式（１５）に示すように、シフトした６次の歪成分の周波数は、（ｆ−６ｆｖ）であり、シフトした１１次の歪成分の周波数は、（ｆ−１１ｆｖ）である。
【００８８】
このように、回転子６が、反時計回りに回転数ｆｖで回転している場合、且つ、第１の検出信号に含まれる基本周波数ｆ成分に正弦波歪がある場合には、出力部２は、回転に伴いシフトした基本周波数（ｆ−ｆｖ）の成分（棒線Ｂ２１ｂ）と、回転に伴い基本周波数ｆから分離された歪成分（棒線Ｂ２２ｂ〜Ｂ２２ｂ）とを含む第１の検出信号を出力する。
また、フィルタ回路３は、例えば、周波数範囲Ｒ２に示すように、所定の通過周波数帯域（ｆ±２ｆｖ）を有しており、出力部２が出力した第１の検出信号に含まれる棒線Ｂ２１ａを通過させて、棒線Ｂ２２ａ〜２５ａを通過させない。すなわち、フィルタ回路３は、第１の検出信号に含まれる歪成分を低減させた第２の検出信号（信号Ｂ）を出力する。
【００８９】
以上説明したように、本実施形態では、回転子６が回転している場合に、出力部２が出力した第１の検出信号に含まれる歪成分（誤差成分）は、回転速度に応じて周波数がシフトし、基本周波数成分と異なる周波数帯域に分離される。フィルタ回路３は、所定次数の歪成分（誤差成分）を低減するように、所定の通過周波数帯域の幅が定められている。
これにより、フィルタ回路３は、所定の通過周波数帯域の周波数成分を通過させることにより、所定次数の歪成分（誤差成分）を低減（除去）した位相変調された正弦波信号（第２の検出信号）を出力する。そのため、本実施形態におけるエンコーダ１は、高精度に位置情報を検出することができる。
【００９０】
また、本実施形態では、フィルタ回路３は、回転子６の位置の回転速度に応じて、回転速度により変動した基本周波数の周波数成分を通過させて、回転速度により基本周波数の周波数成分から分離された（ｎ±１）次の歪成分（誤差成分）を低減するように、所定の通過周波数帯域の幅が定められている。
これにより、出力部２が出力した第１の検出信号に含まれる歪成分（例えば、４次以上の歪成分）は、フィルタ回路３の所定の通過周波数帯域（例えば、ｆ±２ｆｖ）の外になる。そのため、フィルタ回路３は、第１の検出信号に含まれる歪成分を低減して、基本周波数（ｆ±ｆｖ）成分を得ることができる。よって、本実施形態におけるエンコーダ１は、回転子６が回転している場合に、高精度に位置情報を検出することができる。
【００９１】
［第３の実施形態］
第２の実施形態では、回転子６の回転速度（回転数ｆｖ）に応じて、フィルタ回路３の所定の通過周波数帯域を設定する一実施形態を説明したが、回転子６の回転状態に応じて、通過周波数帯域の異なる複数のフィルタ回路を切り替えて使用する形態でもよい。そこで、第３の実施形態では、一例として、回転子６の回転数ｆｖが所定の閾値以上の場合と、所定の閾値未満の場合とで、２つのフィルタ回路（図１０の３１，３２）を切り替えて使用する一実施形態について説明する。
【００９２】
図１０は、本実施形態のエンコーダ１の構成を示すブロック図である。
図１０において、エンコーダ１は、ホール素子１１〜１５、切り替え部２０、電源回路２５、抵抗２６、差動アンプ２７、フィルタ部３ａ、及び信号処理部４ａを備えている。この図において、図３と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９３】
フィルタ部３ａは、出力部２から出力された第１の検出信号のうちの所定の通過周波数帯域を通過させて位相変調された第２の検出信号（信号Ｂ）を信号処理部４ａの位置検出部４１に出力する。ここで、所定の通過周波数帯域には、出力部２から出力された第１の検出信号（信号Ａ）の１周期の周波数である上述した基本周波数ｆが含まれる。フィルタ部３ａは、例えば、第１の検出信号に含まれる基本周波数ｆの成分を通過させて、基本周波数ｆ以外の成分を低減する。
また、フィルタ部３ａは、２つのフィルタ回路（３１，３２）、及び切り替えＳＷ３３を備えている。
【００９４】
２つのフィルタ回路（３１，３２）は、互いに異なる通過周波数帯域を有する、例えば、ロウパスフィルタ回路、バンドパスフィルタ回路などである。
フィルタ回路３１（第１のファイルタ回路）は、例えば、回転子６の停止状態を含む所定の閾値未満の回転速度（回転数）の場合に選択され、フィルタ回路３２より狭い第１の通過周波数帯域を有している。フィルタ回路３１は、第１の検出信号に含まれる第１の通過周波数帯域の周波数成分を通過させて、第１の通過周波数帯域以外の周波数成分を低減し、切り替えＳＷ３３に出力する。
フィルタ回路３２（第２のファイルタ回路）は、例えば、回転子６の回転速度（回転数）が所定の閾値以上である場合に選択され、エンコーダ１の用途において想定される最大回転数ｆｖ＿ｍａｘに対応した、フィルタ回路３１より広い第２の通過周波数帯域を有している。ここで、第２の通過周波数帯域は、例えば、（ｆ±２ｆｖ＿ｍａｘ）の範囲である。フィルタ回路３２は、第１の検出信号に含まれる第２の通過周波数帯域の周波数成分を通過させて、第２の通過周波数帯域以外の周波数成分を低減し、切り替えＳＷ３３に出力する。
【００９５】
切り替えＳＷ３３は、後述するフィルタ制御部４３から供給される切り替え信号に基づいて、フィルタ回路３１の出力信号と、フィルタ回路３２の出力信号の出力信号とを切り替えて信号処理部４ａの位置検出部４１に出力する。
このように、フィルタ部３ａは、通過周波数帯域の異なる２つのフィルタ回路（３１，３２）を有し、回転子６の回転速度に基づいて、２つのフィルタ回路（３１，３２）のうちのいずれかの出力信号を第２の検出信号として、信号処理部４ａの位置検出部４１に出力する。
【００９６】
信号処理部４ａは、位置検出部４１と、切り替え制御部４２と、フィルタ制御部４３とを備えている。
フィルタ制御部４３は、位置検出部４１が検出した回転子６の回転位置に基づいて、１秒当りの回転数（回転速度）を算出する。フィルタ制御部４３は、算出した回転数に基づいて、２つのフィルタ回路（３１，３２）のうちのいずれかを使用するか選択する選択信号をフィルタ部３ａに出力する。例えば、フィルタ制御部４３は、算出した回転子６の回転数が所定の閾値以上である場合に、フィルタ回路３２を選択する選択信号をフィルタ部３ａに出力する。また、例えば、フィルタ制御部４３は、算出した回転子６の回転数が所定の閾値未満である（回転子６が停止している場合も含む）場合に、フィルタ回路３１を選択する選択信号をフィルタ部３ａに出力する。
【００９７】
また、本実施形態におけるエンコーダ１の動作、及び原理は、上述した２つのフィルタ回路（３１，３２）のうちのいずれかを選択して使用する点を除き、第１及び第２の実施形態と同様である。
【００９８】
以上説明したように、本実施形態では、フィルタ部３ａは、通過周波数帯域の異なる２つのフィルタ回路（３１，３２）を有する。フィルタ制御部４３は、回転子６の回転速度に基づいて、２つのフィルタ回路（３１，３２）のうちのいずれかの出力信号を第２の検出信号として信号処理部４ａの位置検出部４１に出力させる。なお、フィルタ回路３１は、フィルタ回路３２より狭い通過周波数帯域（第１の通過周波数帯域）を有し、回転子６の回転速度が所定の閾値未満である場合に選択される。また、フィルタ回路３２は、フィルタ回路３１より広い通過周波数帯域（第２の通過周波数帯域）を有し、回転子６の回転速度が所定の閾値以上の場合に選択される。
【００９９】
これにより、フィルタ部３ａは、回転子６が停止状態を含む所定の閾値未満の回転速度である場合に、回転子６が所定の閾値以上の回転速度である場合より狭い通過周波数帯域により第２の検出信号を生成する。また、フィルタ部３ａは、回転子６が所定の閾値以上の回転速度である場合に、回転子６が所定の閾値未満の回転速度である場合より広い通過周波数帯域により第２の検出信号を生成する。そのため、本実施形態におけるエンコーダ１は、回転子６が停止状態を含む所定の閾値未満の回転速度である場合における位置情報の検出精度を低下させずに、回転子６が所定の閾値以上の回転速度である場合における位置情報の検出を向上させることができる。
【０１００】
なお、本実施形態では、一例として、フィルタ部３ａは、２つのフィルタ回路（３１，３２）を備える形態を説明したが、回転速度に応じて、２つ以上の通過周波数帯域を有する複数のフィルタ回路を備える形態でもよい。また、フィルタ部３ａは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processing）などの制御部を備え、予め定められたフィルタ係数に基づいて、デジタル信号処理により上述のフィルタ機能を実現する形態でもよい。この場合、フィルタ部３ａは、複数のフィルタ係数を有していて、回転速度に応じて複数のフィルタ係数のうちのいずれかを選択して使用する形態でもよい。この場合、フィルタ回路を複数備える必要はなく、フィルタ部３ａの構成を簡略化することができる。さらに、この場合では、エンコーダ１は、回転速度に応じて、適切なフィルタ係数を選択して使用するので、位置情報の検出精度を低下させずに、第２の実施形態より広い範囲の回転速度に対応させることができる。
【０１０１】
［第４の実施形態］
通常、ホール素子１０は出力端子（（ｏｕｔ＋）及び（ｏｕｔ−））の非対称性により不平衡電圧（オフセット電圧）が存在し、これが温度の変動に伴って出力信号の変動を起こす場合がある。第４の実施形態においては、この不平衡電圧を補償する形態について説明する。本実施形態では、一例として、図３に示す構成に不平衡電圧を補償する構成を追加する形態について説明する。
【０１０２】
図１１は、本実施形態のエンコーダ１の構成を示すブロック図である。
図１１において、エンコーダ１は、ホール素子１１〜１５、切り替え部２０ａ、電源回路２５、抵抗２６、差動アンプ２７、フィルタ回路３、及び信号処理部４ａを備えている。ここで、切り替え部２０ａと、電源回路２５と、抵抗２６と、差動アンプ２７と、信号処理部４ｂの切り替え制御部４２ａとが、出力部２ａに対応する。この図において、図３と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０３】
なお、ホール素子１０（１１〜１５）は、後述するように、入力端子（ｉｎ＋）及び（ｉｎ−）と、出力端子（ｏｕｔ＋）及び（ｏｕｔ−）とを逆にして使用することが可能である。本実施形態では、切り替え部２０ａは、ホール素子１１〜１５と電源回路２５との間の接続、及び、ホール素子１１〜１５と差動アンプ２７との間の接続を、ホール素子１１〜１５に対して順に切り替える。さらに、切り替え部２０ａは、入力端子（駆動端子）と出力端子とを切り替える。
切り替え部２０ａは、アナログＳＷ２１ａ〜２４ａの４つのスイッチを備えている。
【０１０４】
アナログＳＷ２１ａ〜２４ａは、それぞれ、少なくとも１０個の第１の端子と、１つの第２の端子とを備えている。
アナログＳＷ２１ａの第１の端子には、ホール素子１１〜１５の入力端子（ｉｎ＋）及び出力端子（ｏｕｔ−）が、それぞれ対応して接続されている。アナログＳＷ２１ａの第２の端子には、電源回路２５が接続されている。
【０１０５】
また、アナログＳＷ２１ａには、セレクト信号Ｓ０〜Ｓ３が入力されている。アナログＳＷ２１ａにおいては、このセレクト信号Ｓ０〜Ｓ３の組み合わせにより、１０個の第１の端子のうちのいずれか１つの端子が選択され、この選択された第１の端子と、第２の端子とが接続される。このアドレスセレクト信号Ｓ０〜Ｓ３は、切り替え制御部４２ａから供給される選択信号であり、１０個の第１の端子のうちのいずれか１つの端子を選択する選択信号である。
アナログＳＷ２１ａは、このセレクト信号Ｓ０〜Ｓ３の組み合わせに基づいて、ホール素子１１〜１５のうちから選択されたいずれか１つのホール素子１０の入力端子（ｉｎ＋）又は出力端子（ｏｕｔ−）を電源回路２５に接続する。
【０１０６】
同様に、アナログＳＷ２２ａは、このセレクト信号Ｓ０〜Ｓ３の組み合わせに基づいて、ホール素子１１〜１５のうちから選択されたいずれか１つのホール素子１０の出力端子（ｏｕｔ＋）又は（ｉｎ＋）を差動アンプ２７の入力端子（＋端子）に接続する。
同様に、アナログＳＷ２３ａは、このセレクト信号Ｓ０〜Ｓ３の組み合わせに基づいて、ホール素子１１〜１５のうちから選択されたいずれか１つのホール素子１０の出力端子（ｏｕｔ−）又は（ｉｎ−）を差動アンプ２７の入力端子（−端子）に接続する。
同様に、アナログＳＷ２４ａは、このセレクト信号Ｓ０〜Ｓ３の組み合わせに基づいて、ホール素子１１〜１５のうちから選択されたいずれか１つのホール素子１０の入力端子（ｉｎ−）又は（ｏｕｔ＋）を、抵抗２６を介して接地させる。
【０１０７】
信号処理部４ｂは、位置検出部４１と、切り替え制御部４２ａとを備えている。
切り替え制御部４２ａは、切り替え部２０ａのアナログＳＷ２１ａ〜２４ａに供給するセレクト信号Ｓ０〜Ｓ３を生成する（図１１の波形Ｗ１ａ〜Ｗ３ａ、及びＷ９参照）。切り替え制御部４２ａは、セレクト信号Ｓ０〜Ｓ２に基づいて、アナログＳＷ２１ａ〜２４ａの接続を例えば、時計回りの順に切り替えることにより、ホール素子１１〜１５の各出力信号を順次出力（逐次出力）させる。また、切り替え制御部４２ａは、セレクト信号Ｓ３に基づいて、ホール素子１１〜１５の入力端子（駆動端子）と出力端子とを切り替える。
【０１０８】
切り替え制御部４２ａは、セレクト信号Ｓ３に基づいて、切り替え部２０ａに対して、次の２つの接続状態を切り替えさせる。
切り替え部２０ａ（アナログＳＷ２１ａ，２４ａ）は、第１の接続状態として、ホール素子１１〜１５の入力端子（ｉｎ＋）に電源回路２５から電圧又は電流を供給し、入力端子（ｉｎ−）に抵抗２６を介して接地させる。また、切り替え部２０ａ（アナログＳＷ２２ａ，２３ａ）は、第１の接続状態として、出力端子（ｏｕｔ＋）及び（ｏｕｔ−）を差動アンプ２７の入力端子に接続する。
【０１０９】
また、切り替え部２０ａ（アナログＳＷ２１ａ，２４ａ）は、第２の接続状態として、ホール素子１１〜１５の出力端子（ｏｕｔ−）に電源回路２５から電圧又は電流を供給し、出力端子（ｏｕｔ＋）に抵抗２６を介して接地させる。また、切り替え部２０ａ（アナログＳＷ２２ａ，２３ａ）は、第２の接続状態として、入力端子（ｉｎ＋）及び（ｉｎ−）を差動アンプ２７の入力端子に接続する。
なお、セレクト信号Ｓ０〜Ｓ３に基づいて、切り替え部２０ａが切り替えられることにより、差動アンプ２７は、図１１の波形Ｗ４ａに示すような第１の検出信号（信号Ａ）を出力する。
【０１１０】
このように、各ホール素子１０の入力端子と出力端子とを切り替えて使用することにより、各ホール素子１０の出力が平均化されるため、各ホール素子１０の不平衡電圧が低減される。
【０１１１】
以上説明したように、本実施形態におけるエンコーダ１は、ホール素子１０は、ホール素子１０を駆動する駆動電圧（又は電流）が供給される駆動端子（入力端子）と、出力信号を出力する出力端子とを有する。そして、出力部２ａは、駆動端子と出力端子とを切り替える切り替え部２０ａを備えている。
これにより、ホール素子１０の不平衡電圧が低減されるので、本実施形態におけるエンコーダ１は、温度が変動しても、高精度に位置情報を検出することができる。
【０１１２】
［第５の実施形態］
次に、上述の実施形態におけるエンコーダ１を備える駆動装置（モータ装置、アクチュエータ）について説明する。
図１２は、本実施形態における駆動装置ＤＲの概略図である。本実施形態における駆動装置ＤＲは、入力軸ＩＡＸを回転させるモータＭＴＲと、入力軸ＩＡＸ（回転子６）に設けられたエンコーダ１と、を備える。すなわち、駆動装置ＤＲは、エンコーダ１と、入力軸ＩＡＸ（被駆動体）を駆動するモータＭＴＲ（駆動部）と、を備えている。
【０１１３】
エンコーダ１は、入力軸ＩＡＸ（被駆動体）の回転位置（角度位置）を検出し、駆動装置ＤＲを制御する上位のコントローラに対して回転位置を含む情報をエンコーダ信号として出力する。上位のコントローラは、エンコーダ１から受信したエンコーダ信号をもとに、駆動装置ＤＲを制御する。本実施形態におけるエンコーダ１は回転位置を高精度に検出することができるため、本実施形態における駆動装置ＤＲはモータＭＴＲの入力軸ＩＡＸを高精度に位置制御することができる。
【０１１４】
なお、本実施形態における駆動装置ＤＲは、図１３に示すように、モータＭＴＲの入力軸ＩＡＸに減速機ＲＧ（例、遊星歯車式機構）を設ける構成としてもよい。この場合、本実施形態におけるエンコーダ１は、その減速機ＲＧの出力軸ＯＡＸに配置するようにしてもよいし、モータＭＴＲの入力軸ＩＡＸと減速機ＲＧの出力軸ＯＡＸとの両方に配置するようにしてもよい。
【０１１５】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、ホール素子１０の配置は、図１に示される配置に限定されるものではなく、以下のような形態でもよい。
＜第１の変形例＞
図１４は、本実施形態におけるエンコーダ１の構成の第１の変形例を示す図である。
図１４において、エンコーダ１は、磁石５ａを有する回転子６と、５個のホール素子１１ａ〜１５ａと、基板組９とを備えている。この図において、図１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、ホール素子１１ａ〜１５ａのうちの任意のホール素子、又は単にエンコーダ１が備えるホール素子を示す場合には、ホール素子１０と称して以下説明する。
【０１１６】
磁石５ａは、例えば、永久磁石である。第１の変形例では、一例として、磁石５ａは、磁極数が“２”の永久磁石である。すなわち、磁石５ａは、２対のＳ（エス）極とＮ（エヌ）極とを有する永久磁石である。
【０１１７】
ホール素子１１ａ〜１５ａは、回転子６における回転の半周の間に、等間隔に配置されている。ホール素子１１ａ〜１５ａは、磁石５ａの磁極数が“２”であるため、それぞれ回転子６における回転の半周により、１周期となる出力信号を出力する。したがって、出力部２は、回転子６における回転の１周により２周期（１周期を繰り返す複数の周期）となる出力信号を出力する。例えば、５個のホール素子１１ａ〜１５ａは、回転子６の移動に伴って得られる第１の検出信号の１周期に応じて互いに等間隔に配置されている。また、５個のホール素子１１ａ〜１５ａは、回転子６の位置の変位に対する出力信号の１周期分の変位範囲を等分割する位置に、それぞれ配置されている。ここで、各ホール素子１１ａ〜１５ａの回転角度間隔は、３６度となる。このように、出力部２は、逐次出力させた出力信号によって信号の１周期を構成させた第１の出力信号を出力する。
また、この場合における各ホール素子１１ａ〜１５ａは、図１５の波形Ｗ１１ａ〜Ｗ１５ａに示すような出力信号を出力する。なお、図１５において、波形Ｗ１１ａ〜Ｗ１５ａは、ホール素子１１ａ〜１５ａの出力波形にそれぞれ対応する。ホール素子１１ａ〜１５ａは、回転子６の回転角度が３６０度変位することにより２周期の擬似正弦波を出力し、互いに３６度の位相差（位相角シフト量）を有する出力信号を出力する。
なお、ホール素子１０の数ｎ、磁極数ａとした場合に、この位相差Δθは、下記の式（１６）により示される。
【０１１８】
【数１６】
2013101023.tif 000018
【０１１９】
出力部２は、このように配置されたホール素子１１ａ〜１５ａを、ホール素子１１ａ〜１５ａの順に出力させることにより、図１の場合と同様の第１の検出信号（信号Ａ）を出力する。なお、第１の検出信号には、上述の２周期のうちの１周期を３６０度に対応するように、各ホール素子１１ａ〜１５ａの出力信号が出力されるため、第１の検出信号において、各ホール素子１１ａ〜１５ａの出力信号における位相差は、それぞれ７２度に対応する。そのため、この第１の変形例においても、エンコーダ１は、第１〜第４の実施形態と同様に、位置情報を高精度に検出することができる。また、磁石５ａの磁極数が“２”であるため、磁極数が“１”である場合に比べて、回転子６の回転角度の変位に対して、位相変調された検出信号が大きく変動する。そのため、第１の変形例におけるエンコーダ１は、第１〜第４の実施形態に比べて、位置情報の検出における分解能を向上させることができる。
なお、第１の検出信号には、上述の２周期のうちの１周期を３６０度に対応するように、各ホール素子１１ａ〜１５ａの出力信号が出力されるため、第１の検出信号において、各ホール素子１１ａ〜１５ａの出力信号における位相差は、それぞれ７２度に対応する。
【０１２０】
＜第２の変形例＞
第２の変形例では、図１６に示すように、エンコーダ１は、ホール素子１１〜１５の配置は、図１の形態と同一であるが、磁極数“２”の磁石５ａを備えている。すなわち、５個のホール素子１１〜１５は、回転子６の一回転を等分割する位置に、それぞれ配置されている。
この場合、例えば、出力部２は、ホール素子１１，ホール素子１４，ホール素子１２，ホール素子１５，ホール素子１３の順に出力させることにより、回転子６における回転の半周により図１の場合と同様の第１の検出信号（信号Ａ）を出力する。したがって、出力部２は、逐次出力させた出力信号によって信号の１周期を構成させた第１の出力信号を出力する。
したがって、図１６に示す場合においても、エンコーダ１は、第１〜第４の実施形態と同様に、位置情報を高精度に検出することができる。
【０１２１】
＜第３の変形例＞
上記の各実施形態では、磁気式、且つロータリー式のエンコーダに適用する形態を説明したが、光学式やリニア式のエンコーダに適用する形態でもよい。第３の変形例では、一例として、光学式、且つリニア式のエンコーダに適用した形態について説明する。
図１７は、第３の変形例によるエンコーダ７の構成を示す図である。
図１７において、エンコーダ７は、光源部７１、非球面レンズ７２、インデックス格子７３（基準目盛）、スケール７４（移動目盛）、及び受光素子部８を備えている。
光源部７１は、非球面レンズ７２を介して、インデックス格子７３及びスケール７４に照射光を照射し、受光素子部８は、インデックス格子７３及びスケール７４を透過した照射光を受光して検出信号を出力する。
【０１２２】
スケール７４の位置に応じて、受光素子部８に照射される照射光の強度分布が変動する。受光素子部８は、例えば、波形Ｗ３０のような強度分布を示す照明光を受光する。また、受光素子部８は、複数の受光素子（検出素子）を有している。この受光素子部８上の照射光の強度分布は測定可能であるので、上記第１の実施形態と同様に、測定した強度分布と理想的な正弦波との歪量をフーリエ解析したフーリエ解析結果に基づいて、受光素子の個数ｎは、（ｎ±１）次の誤差成分が所定の値以下になるように定められている。
【０１２３】
例えば、９次の歪成分と、１１次の歪成分が所定の値以下である場合に、受光素子部８の受光素子の数は、１０個に定められている。すなわち、本変形例における受光素子部８は、１０個の受光素子８０〜８９を有している。この場合、１０個の受光素子８０〜８９は、互いに異なる位相差を有する出力信号を出力する。すなわち、上記の各実施形態と同様に、受光素子８０〜８９の各出力信号を逐次出力することにより、１周期となる検出信号（第１の検出信号）が得られ、第１の検出信号に含まれる誤差成分のうちの少なくとも所定次数の誤差成分を低減することができる。
このように、光学式、且つリニア式のエンコーダ７においても、第１〜第４の実施形態と同様に、位置情報を高精度に検出することができる。
なお、上述の受光素子８０〜８９は、リニアセンサのような受光素子アレイ（アレイセンサ）であってもよい。
【０１２４】
なお、上記の各実施形態において、各ホール素子１０の出力信号における位相差は、等間隔である形態について説明したが、各ホール素子１０は、異なる位相差の間隔の出力信号を出力する形態であってもよい。この場合、切り替え制御部４２（４２ａ）は、ホール素子１０の各出力信号における位相差の間隔に応じて、切り替えタイミングを変更して出力部２に第１の検出信号を出力させる。
【０１２５】
また、上記の各実施形態において、ホール素子１０の数ｎが“５”である形態を説明したが、これに限定されずに、エンコーダ１は、５個以上のホール素子１０を備える形態でもよい。
また、上記の第４の実施形態において、一例として、図３の構成に適用する形態を説明したが、図１０の構成に適用する形態でもよい。
【０１２６】
また、上記の各実施形態において、位置検出装置の一例として、エンコーダ１（７）に適用する形態を説明したが、レゾルバ装置などの他の位置検出装置に適用する形態でもよい。
また、例えば、本実施形態における駆動装置ＤＲは、アームなどを有する多関節ロボットや自動車（例、電気自動車）などのロボット装置に設けられる。
【０１２７】
また、上記の各実施形態において、エンコーダ１の各部は専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリ及びＣＰＵを備えて、プログラムによって実現されてもよい。
【０１２８】
上述のエンコーダ１は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述したエンコーダ１の処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１２９】
１，７…エンコーダ、２，２…出力部、３，３１，３２…フィルタ回路、３ａ…フィルタ部、１１，１１ａ，１２，１２ａ，１３，１３ａ，１４，１４ａ，１５，１５ａ…ホール素子、２０，２０ａ…切り替え部、４１…位置検出部、ＤＲ…駆動装置、ＭＴＲ…モータ
【図１】
2013101023.tif 000019
【図２】
2013101023.tif 000020
【図３】
2013101023.tif 000021
【図４】
2013101023.tif 000022
【図５】
2013101023.tif 000023
【図６】
2013101023.tif 000024
【図７】
2013101023.tif 000025
【図８】
2013101023.tif 000026
【図９】
2013101023.tif 000027
【図１０】
2013101023.tif 000028
【図１１】
2013101023.tif 000029
【図１２】
2013101023.tif 000030
【図１３】
2013101023.tif 000031
【図１４】
2013101023.tif 000032
【図１５】
2013101023.tif 000033
【図１６】
2013101023.tif 000034
【図１７】
2013101023.tif 000035