(57)【要約】【課題】高精度に位置情報を検出する。【解決手段】エンコーダは、被駆動体の位置情報に応じて互いに異なる位相を有する出力信号を出力するｎ個の検出素子と、ｍ周期（ただしｍは１以上の整数）を等分割したＮ個の位相信号（ただしＮ＝ｎ）を基準信号として、Ｎ個の位相信号とｎ個の出力信号とのそれぞれの位相差と、ｎ個の出力信号と、に基づいて、ｎ個の出力信号がＮ個の位相信号になるようにｎ個の出力信号をそれぞれ補正するとともに、補正された出力情報を生成する補正部と、補正部によって生成された補正された出力情報に基づいて、被駆動体の位置情報を検出する検出部と、を備える。【選択図】図２
2013205163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動体の位置情報に応じて互いに異なる位相を有する出力信号を出力するｎ個の検出素子と、
ｍ周期（ただしｍは１以上の整数）を等分割したＮ個の位相信号（ただしＮ＝ｎ）を基準信号として、前記Ｎ個の位相信号と前記ｎ個の出力信号とのそれぞれの位相差と、前記ｎ個の出力信号と、に基づいて、前記ｎ個の出力信号が前記Ｎ個の位相信号になるように前記ｎ個の出力信号をそれぞれ補正するとともに、補正された出力情報を生成する補正部と、
前記補正部によって生成された前記補正された出力情報に基づいて、前記被駆動体の位置情報を検出する検出部と、
を備えることを特徴とするエンコーダ。
【請求項２】
前記補正部は、所定の前記基準信号である前記Ｎ個の位相信号に対する前記ｎ個の出力信号の前記位相差を取得する
ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記検出素子の個数を示す前記ｎの値は、
予め取得している前記出力信号の誤差成分のうちの（ｐ×ｎ±ｍ）次数（ただしｐは１以上の整数）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又は請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記ｎ個の検出素子は、前記ｎ個の出力信号が前記ｍ周期を等分割した位相の出力信号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から請求項３のいずれか一項に記載のエンコーダ。
【請求項５】
前記ｎ個の検出素子は、前記ｎ個の出力信号がｑ周期（ただしｑは正の実数）を分割した位相の出力信号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から請求項３のいずれか一項に記載のエンコーダ。
【請求項６】
前記補正部は、
前記ｎ個の出力信号と、前記ｎ個の出力信号のそれぞれに対応する前記位相信号の位相値及び前記位相差とに基づいて、所定次数のフーリエ係数を前記補正された出力情報として生成し、
前記検出部は、
前記補正部が生成した前記フーリエ係数と、前記位相差によるオフセット誤差を補正するオフセット補正値とに基づいて、前記被駆動体の位置情報を検出する
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エンコーダ。
【請求項７】
前記補正部は、
前記位相差に基づいて前記オフセット補正値を生成し、
前記検出部は、
前記補正部が生成した前記フーリエ係数及び前記オフセット補正値に基づいて、前記被駆動体の位置情報を検出する
ことを特徴とする請求項６に記載のエンコーダ。
【請求項８】
前記補正部は、
前記位相信号の位相値と前記位相差との差分値に基づいて、前記フーリエ係数を生成する
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のエンコーダ。
【請求項９】
前記オフセット補正値を記憶する記憶部を備え、
前記検出部は、
前記記憶部が記憶している前記オフセット補正値に基づいて、前記被駆動体の位置情報を検出する
ことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１０】
前記補正部は、
前記ｎ個の出力信号と、前記ｎ個の出力信号のそれぞれに対応する前記位相差とに基づいて、それぞれ補正した前記ｎ個の出力信号を前記補正された出力情報として生成し、
前記検出部は、
前記補正部によって補正された前記ｎ個の前記出力信号を逐次出力させて前記ｍ周期が構成された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
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エンコーダ。
【請求項１１】
前記補正部は、
前記検出部によって１つ前の前記位置情報として検出された位相値と前記位相信号の位相値との加算値の余弦値と、前記位相差の正弦値とを乗算した演算値を、前記出力信号から減算した信号を、さらに、前記位相差の余弦値により除算した信号を補正した前記出力信号として生成する
ことを特徴とする請求項１０に記載のエンコーダ。
【請求項１２】
前記補正部は、
前記検出部によって１つ前の前記位置情報として検出された位相値と前記位相信号の位相値との加算値の余弦値と、前記位相差の正弦値とを乗算した演算値を、前記出力信号から減算した信号を補正した前記出力信号として生成する
ことを特徴とする請求項１０に記載のエンコーダ。
【請求項１３】
前記補正部は、
前記位相差の余弦値により前記出力信号を除算した信号を補正した前記出力信号として生成する
ことを特徴とする請求項１０に記載のエンコーダ。
【請求項１４】
前記ｎ個の検出素子から出力される前記ｎ個の出力信号の信号レベルを調整する調整部を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のエンコーダ。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のエンコーダと、
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、エンコーダ、及び駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、回転角度などの位置情報（移動情報）を検出するエンコーダが広く使用されている。このようなエンコーダには、互いに異なる位相の検出信号を出力するように配置された複数の検出素子を備え、複数の検出素子から出力される検出信号に基づいて、位置情報を検出するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−９４０１２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、上述のようなエンコーダは、例えば、検出素子の配置が基準位置からずれる位置ずれが生じた場合に、位置ずれが位置情報の誤差として検出され、位置情報の精度が低下することがある。
このような場合、上述のようなエンコーダは、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エンコーダ、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、被駆動体の位置情報に応じて互いに異なる位相を有する出力信号を出力するｎ個の検出素子と、ｍ周期（ただしｍは１以上の整数）を等分割したＮ個の位相信号（ただしＮ＝ｎ）を基準信号として、前記Ｎ個の位相信号と前記ｎ個の出力信号とのそれぞれの位相差と、前記ｎ個の出力信号と、に基づいて、前記ｎ個の出力信号が前記Ｎ個の位相信号になるように前記ｎ個の出力信号をそれぞれ補正するとともに、補正された出力情報を生成する補正部と、前記補正部によって生成された前記補正された出力情報に基づいて、前記被駆動体の位置情報を検出する検出部と、を備えることを特徴とするエンコーダである。
【０００７】
また、本発明の一実施形態は、上記のエンコーダと、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エンコーダの構成を示すブロック図である。
【図３】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４】第１の実施形態における正弦波歪の低減を説明する図である。
【図５】第１の実施形態における誤差補正の効果を示す図である。
【図６】第１の実施形態におけるエンコーダの第１の変形例の構成を示す概略構成図である。
【図７】第１の実施形態におけるエンコーダの第２の変形例の構成を示す概略構成図である。
【図８】図７の第２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９】第２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１０】第２の実施形態におけるスイッチ部及びフィルタ部の出力波形を示す図である。
【図１１】第２の実施形態における誤差補正の効果を示す図である。
【図１２】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１３】第４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１４】第４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１５】第４の実施形態における誤差補正の効果を示す図である。
【図１６】第５の実施形態における誤差補正の効果を示す図である。
【図１７】本実施形態における補正情報の設定の一例を示す図である。
【図１８】本実施形態における駆動装置の概略図である。
【図１９】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２０】本実施形態におけるエンコーダを光学式エンコーダ及びリニア式エンコーダに適用した一例を示す概略構成図である。
【図２１】本実施形態におけるエンコーダを光学式エンコーダ及びリニア式エンコーダに適用した別の一例を示す概略構成図である。
【図２２】第４及び第５の実施形態における誤差補正を適用した別の一例を示す図である。
【図２３】本実施形態におけるスイッチ部の切り替え順序による周期変換の一例を示す図である。
【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、一例として、磁気式ロータリ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（１０極の多極磁石）及び円盤６１を有する回転子６と、この磁石５の近傍位置に回転子６の円周上に配置された複数（例えば、９個）の磁気検出素子１１〜１９と、その磁気検出素子１１〜１９やその他の制御部品を搭載した基板７とを備えている。ここで、磁石５の近傍位置とは、例えば、磁石５の周囲のことであって、磁気検出素子１１〜１９が磁石５による磁界強度の変化を検出するのに十分な位置を含む。
ここで、図１（ａ）は、回転子６の回転軸方向（Ｚ軸方向）から見たエンコーダ１の正面図を示し、図１（ｂ）は、Ａ−Ａ’線におけるエンコーダ１の断面図を示している。
【００１１】
磁石５は、例えば、永久磁石であって、多極磁石である。本実施形態では、一例として、磁石５は、磁極数が“１０”の永久磁石である。ここで、「磁極数」とは、Ｓ（エス）極５ＳとＮ（エヌ）極５Ｎとの対の数を示す。すなわち、磁石５は、１０対のＳ極５Ｓ及びＮ極５Ｎ（回転子６の１周に１０極）を有する永久磁石である。磁石５は、円盤６１のドーナツ状の溝に接して、回転子６の円周上に配置されている。
【００１２】
磁気検出素子１１〜１９（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１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９を、ホール素子１１（ＨＳ１），１２（ＨＳ２），１３（ＨＳ３），１４（ＨＳ４），１５（ＨＳ５），１６（ＨＳ６），１７（ＨＳ７），１８（ＨＳ８），１９（ＨＳ９）と称して以下説明する。また、ホール素子１１，１２，１３，１４，１５，１５，１６，１７，１８，１９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。また、本実施形態において、ホール素子１１，１２，１３，１４，１５，１５，１６，１７，１８，１９の全体を示す構成部は、磁気センサ部２０（センサ部）に対応する。
【００１３】
ホール素子１１〜１９は、上述のドーナツ状の溝内において、回転子６の回転軸から等距離となる円周上に磁石５に対向するように、配置されている。また、９個のホール素子１１〜１９は、例えば、９個の出力信号がｍ周期（例えば、１周期）を等分割した位相の出力信号になるように配置されている。これにより、ホール素子１１〜１９は、回転子６の回転位置に応じて、互いに異なる位相を有する出力信号を出力する。すなわち、本実施形態では、９個のホール素子１１〜１９は、磁石５のうちの１極（１対のＳ極５ＳとＮ極５Ｎ）の範囲（角度の幅）を等分割するように配置されている。なお、９個のホール素子１１〜１９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。
【００１４】
この図１において、回転子６（被駆動体）がＺ軸方向の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１１〜１９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１１〜１９の９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の位置情報を検出する。
ここで、本実施形態における「位置情報」とは、回転角度、回転位置、回転角度や回転速度などを示す情報を含む。
【００１５】
図２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２において、エンコーダ１は、磁気センサ部２０、スイッチ部２、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部３、及び信号処理部４を備えている。ここで、磁気センサ部２０は、９個のホール素子１１〜１９を有している。
【００１６】
各ホール素子１０は、回転子６が磁石５の１極の範囲（磁石５の１ピッチ）の移動をすることより、１周期の正弦波状の出力信号を出力する。上述したように、各ホール素子１０は、磁石５の１ピッチにおいて均等（略均等含む）に配置されているので、各ホール素子１０は、それぞれ０°、４０°、８０°、１２０°、１６０°、２００°、２４０°、２８０°、３２０°の位相信号（４０°間隔の位相信号）を取得できるように配置されている。また、ホール素子１０の個数を示すｎの値（ここでは、“９”）は、予め取得しているホール素子１０における出力信号の誤差成分（例、歪成分）のうちの（ｐ×ｎ±ｍ）次数（ただしｐは１以上の整数）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。ここで、変数ｍは、信号周期の数（サイクル数）を示し、ｎ個のホール素子１０によって得られる信号が何周期分に対応するかを示している。ただし、本実施形態において、ｍは１以上の整数である。ホール素子１０の出力信号の誤差成分（歪成分）、及びホール素子１０の個数を示すｎの値の詳細については、後述する。
【００１７】
スイッチ部２は、例えば、少なくとも９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スイッチである。スイッチ部２の第１の端子には、９個のホール素子１０のそれぞれの出力信号線が接続されている。スイッチ部２は、後述する信号処理部４の切り替え制御部４１から出力される制御信号に基づいて、９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。すなわち、スイッチ部２は、切り替え制御部４１から出力される制御信号に基づいて、ホール素子１１〜１９のうちのいずれか１つの出力信号を、Ａ／Ｄ変換部３に出力する。
【００１８】
Ａ／Ｄ変換部３は、例えば、所定のサンプリング周期により、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄコンバータ）である。Ａ／Ｄ変換部３は、スイッチ部２から出力されたホール素子１０の出力信号であるアナログ信号を、デジタル信号に変換した出力信号を信号処理部４に出力する。
【００１９】
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、切り替え制御部４１、補正情報記憶部４２、補正処理部４３、及び位置情報検出部４４を備えている。
【００２０】
切り替え制御部４１は、スイッチ部２の切り替え信号（選択信号）である制御信号を生成する。すなわち、切り替え制御部４１は、制御信号を出力し、ホール素子１１〜１９の出力信号を例えば、時計回りの順に切り替えることにより、スイッチ部２にホール素子１１〜１９の各出力信号を順次出力（逐次出力）させる。
なお、逐次出力とは、例えば、ホール素子１１〜１９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、切り替え制御部４１は、一例として、ホール素子１１の出力信号からホール素子１９の出力信号の順に（順番に）、出力信号を切り替えて出力する。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。
【００２１】
補正情報記憶部４２（記憶部）は、後述する本実施形態における補正処理に用いる補正情報を記憶する。補正情報記憶部４２が記憶する補正情報には、例えば、上述したｍ周期（例、１周期）を等分割したＮ個の位相信号（ただしＮ＝ｎ）の位相値情報（例、０°、４０°、・・・、３２０°）と、Ｎ個の位相信号を基準信号として、Ｎ個の位相信号とｎ個のホール素子１１〜１９の出力信号とのそれぞれの位相差とが含まれる。ここで、位相信号とホール素子１０の出力信号との位相差は、製造の際に発生するホール素子１０の位置ずれなどによって生じる。
【００２２】
ところで、本実施形態では、９個のホール素子１１〜１９を上述の１周期を等分割したＮ個（９個）の位相信号を出力信号として出力するように、磁石５の１ピッチに均等に配置しているが、現実には、製造ばらつきなどにより、例えば、９個のホール素子１１〜１９の配置にばらつき（位置ずれ）が生じる場合がある。この配置のばらつき（位置ずれ）は、上述の位相差として、ホール素子１０の出力信号に検出することができる。ここで、位相信号とホール素子１０の出力信号との位相差は、例えば、製造検査（出荷検査）の際に、予め取得している情報である。
なお、「ホール素子１０の出力信号」を、以下、単に「出力信号」として説明する。
【００２３】
また、補正情報記憶部４２は、角度位置（位置情報）のオフセット誤差を補正するための補正値である後述するオフセット補正値を記憶する。このオフセット補正値は、例えば、補正情報記憶部４２に予め記憶されている。
【００２４】
補正処理部４３（補正部）は、上述の９個の位相信号と９個のホール素子１０の出力信号とのそれぞれの位相差と、９個の出力信号と、に基づいて、９個の出力信号が９個の位相信号になるように、９個の出力信号をそれぞれ補正するとともに、補正された出力情報を生成する。補正処理部４３は、信号周期の数ｍと、ホール素子１０の個数ｎと、基準信号としての位相信号の個数Ｎとにおける既知の所定関係に基づいて補正する。補正処理部４３は、所定の基準信号である９個の位相信号に対する９個の出力信号の位相差を、例えば、補正情報記憶部４２から取得する。また、補正処理部４３は、フーリエ係数生成部４３１と、オフセット補正値生成部４３２とを備えている。
【００２５】
フーリエ係数生成部４３１は、例えば、９個の出力信号と、補正情報記憶部４２から読み出した９個の出力信号のそれぞれに対応する位相信号の位相値及び位相差とに基づいて、所定次数（例えば、１次（基本波））のフーリエ係数（ａ、ｂ）を補正された出力情報として生成する。ここで生成されるフーリエ係数は、９個の出力信号が９個の位相信号になるように、補正されたフーリエ係数であり、フーリエ係数生成部４３１は、この補正されたフーリエ係数を補正された出力情報として生成する。フーリエ係数生成部４３１は、生成したフーリエ係数を位置情報検出部４４に出力する。
【００２６】
また、オフセット補正値生成部４３２は、補正情報記憶部４２が記憶している上述の位相差に基づいて、オフセット補正値を生成する。オフセット補正値生成部４３２は、例えば、生成したオフセット補正値を補正情報記憶部４２に記憶させる。オフセット補正値生成部４３２は、生成したオフセット補正値を位置情報検出部４４に出力する。なお、オフセット補正値は、上述の位相差が変更されない限り変更されないので、オフセット補正値生成部４３２は、既にオフセット補正値が生成されている場合には、補正情報記憶部４２から読み出したオフセット補正値を位置情報検出部４４に出力してもよい。
また、フーリエ係数（ａ、ｂ）及びオフセット補正値の生成方法の一例については、後述する。
【００２７】
位置情報検出部４４（検出部）は、フーリエ係数生成部４３１によって生成された上述の補正された出力情報（例えば、フーリエ係数（ａ、ｂ））に基づいて、回転子６の位置情報（例えば、回転角度θなど）を検出する。なお、本実施形態における回転角度θは、電気角のことであり、機械角３６°（＝３６０／１０）を３６０°として内挿した情報である。位置情報検出部４４は、回転子６が１極（機械角３６°）移動（回転）する毎に計数し、計数した計数値（カウント値）と上述の回転角度θ（内挿情報）とを位置情報として生成してもよい。
位置情報検出部４４は、例えば、位相差によるオフセット誤差を補正するオフセット補正値と、フーリエ係数生成部４３１が生成したフーリエ係数とに基づいて、回転子６の位置情報を検出する。位置情報検出部４４は、例えば、補正処理部４３が生成したフーリエ係数及びオフセット補正値に基づいて、回転子６の位置情報を検出する。なお、上述したように、オフセット補正値は、補正情報記憶部４２に予め記憶されていてもよいので、位置情報検出部４４は、例えば、補正情報記憶部４２が記憶しているオフセット補正値に基づいて、回転子６の位置情報を検出してもよい。
回転子６の位置情報の生成方法の一例については、後述する。
【００２８】
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。
＜逆フーリエ変換による回転位置検出の基本原理＞
ここでは、まず、ホール素子１０の配置に位置ずれがない場合において、フーリエ係数により回転位置を検出する基本原理について説明する。
上述したように、１周期に対して９個のホール素子１０（１１〜１９）を均等に配置した場合に、各ホール素子１０における位相間隔（ビッチ）は、４０°（＝３６０／９）となる。ここで、磁石５の１極における回転位置を回転角度θとした場合、９個のホール素子１１〜１９の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）は、下記の式（１）により示される。
【００２９】
【数１】
2013205163.tif 000003
【００３０】
この場合、９個のホール素子１１〜１９の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）は、図３の波形Ｗ１に示すような１次の正弦波信号（基本波信号）の丸印位置の信号を観測（検出）した場合に対応する。この波形Ｗ１を関数ｆ（ｘ）とした場合に、関数ｆ（ｘ）は、下記の式（２）により表される。
【００３１】
【数２】
2013205163.tif 000004
【００３２】
ここで、１次のフーリエ係数ａ及びｂは、ホール素子１１〜１９の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）に基づいて、下記の式（３）及び式（４）により表される。
【００３３】
【数３】
2013205163.tif 000005
【００３４】
【数４】
2013205163.tif 000006
【００３５】
ここで、式（３）におけるｃｏｓ（４０°）、ｃｏｓ（８０°）、ｃｏｓ（１２０°）、ｃｏｓ（１６０°）、ｃｏｓ（２００°）、ｃｏｓ（２４０°）、ｃｏｓ（２８０°）、ｃｏｓ（３２０°）、及びｃｏｓ（３２０°）は、フーリエ係数ａを算出する際に用いる定数である。また、式（４）におけるｓｉｎ（４０°）、ｓｉｎ（８０°）、ｓｉｎ（１２０°）、ｓｉｎ（１６０°）、ｓｉｎ（２００°）、ｓｉｎ（２４０°）、ｓｉｎ（２８０°）、ｓｉｎ（３２０°）、及びｓｉｎ（３２０°）は、フーリエ係数ａを算出する際に用いる定数である。
なお、式（３）及び式（４）における「４．５」は、一例として、ホール素子１０の数「９」を「２」で除算した値を用いているが、必ずしも「４．５」を用いなくでもよい。
【００３６】
また、一方で、関数ｆ（ｘ）は、下記の式（５）によって表すことができる。
【００３７】
【数５】
2013205163.tif 000007
【００３８】
式（２）と式（５）との比較により、フーリエ係数（ａ、ｂ）は、ａ＝ｓｉｎ（θ）及びｂ＝ｃｏｓ（θ）として表すことができる。このことより、回転位置（回転角度θ）は、下記の式（６）により示される。
【００３９】
【数６】
2013205163.tif 000008
【００４０】
このように、本実施形態における回転位置（回転角度θ）の算出における基本原理は、９個のホール素子１０（１１〜１９）の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）に基づいて、フーリエ係数（ａ、ｂ）を算出し、算出したフーリエ係数（ａ、ｂ）に基づいて逆正接関数演算（ａｒｃｔａｎ演算）することにより、回転位置（回転角度θ）が算出される。
【００４１】
また、本実施形態における回転位置（回転角度θ）の算出における基本原理は、回転子６の円盤６１における磁石５の磁極数による空間周波数情報（キャリア周波数信号）を、均等に配置した９個のホール素子１１〜１９により離散的に検出して、高次元の歪成分（誤差成分）を含まない（低減する）ように信号波形を再現する方式である。
次に、この本実施形態における高次元の誤差成分を低減する原理について説明する。
【００４２】
＜高次の誤差成分の低減原理＞
空間周波数情報には、信号周期の数ｍの高次の誤差成分（歪成分）が含まれる。これは、エンコーダ１の誤差を発生させるものなので、以下、歪成分又は正弦波歪と呼ぶことにする。また、ここで、信号周期の数とは、上述のｎ個のホール素子１０によって得られる信号のサイクル数である。例えば、図３の波形Ｗ１の場合は、信号周期の数“１”である。
本方式では、観測（検出）する信号周期の数ｍとホール素子１０の個数ｎの組合せに基づいて、特定次数の正弦波歪の影響を低減することができる。
【００４３】
例えば、本実施形態において、図１及び図２に示すように、観測（検出）する信号周期の数がｍ＝１であり、ホール素子１０の個数はｎ＝９である。この場合、離散フーリエ変換の考え方から処理に影響するエイリアシング次数は、（ｎ±ｍ）次成分、（２ｎ±ｍ）次成分、（３ｎ±ｍ）次成分、・・・であり、（ｐ×ｎ±ｍ）次成分である（ただしｐは１以上の整数）。すなわち、一例として、歪次数は、８次、１０次、１７次、１９次、２６次、２８次、・・・となる。これらの次数の歪成分（誤差成分）が空間周波数情報にある場合、エンコーダ１に誤差が発生するが、これら以外の次数の歪は信号復元の際に帯域外となって影響しないことになる。すなわち、空間周波数情報が既知であり、ある大きな歪（所定以上の歪）を持つ特定次数があることが予めわかっている場合に、エンコーダ１は、信号周期の数ｍとホール素子１０の個数ｎとの選び方により、この特定次数の歪成分を含まないようにすることができるので、誤差を低減することが可能である。
なお、歪成分は、例えば、ホール素子１０の出力信号をフーリエ解析することにより検出することが可能である。
【００４４】
例えば、ホール素子１０の個数を示すｎの値は、予め取得しているホール素子１０の出力信号の誤差成分のうちの（ｐ×ｎ±ｍ）次数（ただしｐは１以上の整数）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。これにより、本方式によるエンコーダ１は、複数の特定次数の影響を低減することができる。
上述した信号周期の数ｍ＝１、ホール素子１０の個数ｎ＝９である場合、低減可能な歪成分（帯域外となる歪成分）の次数は、２次、３次、４次、５次、６次、７次、９次、１１次、１２次、１３次、１４次、１５次、１６次、１８次、２０次、・・・である。一般に、ホール素子１０の出力である疑似正弦波の高次成分は、奇数次で構成されている。このことより、本方式によるエンコーダ１は、奇数次の高次成分（正弦波歪）の影響を受けにくいシステムが可能であり、高精度に位置情報を検出するこができる。
【００４５】
図４は、本方式における正弦波歪の低減を説明する図である。
図４（ａ）の波形Ｗ２は、例えば、５次の歪成分が含まれている場合のホール素子１０の出力波形である。ここで、５次の歪成分の振幅は、例えば、基本波の０．２である。
【００４６】
また、図４（ｂ）の波形Ｗ３は、上述の５次の歪成分を含む場合に、９個のホール素子１１〜１９の出力信号をプロットした波形を示している。この場合、波形Ｗ３は、上述の５次の歪成分の影響を受けて、歪んだ波形となる。
【００４７】
また、図４（ｃ）の波形Ｗ４は、本方式によるエンコーダ１の誤差特性を示している。
上述したように、信号周期の数ｍ＝１、ホール素子１０の個数ｎ＝９である場合に、逆フーリエ変換により基本波信号を復元する本方式では、５次の歪成分は帯域外となる。そのため、本方式を用いることによりエンコーダ１は、図４（ｃ）の波形Ｗ４に示すように、５次の歪成分による誤差を低減することができる。
【００４８】
＜ホール素子１０の位置ずれが生じている場合の補正処理＞
次に、ホール素子１０の位置ずれが生じている場合における、エンコーダ１の補正処理について説明する。なお、ここでは、一例として、ホール素子１２の位置が、２°ずれて４２°の位相信号を出力する場合について説明する。
【００４９】
この場合に、９個のホール素子１１〜１９の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）は、下記の式（７）により示される。ここで、ホール素子１２の出力信号Ｓ２は、２°ずれた４２°の位相信号として出力される。
【００５０】
【数７】
2013205163.tif 000009
【００５１】
信号処理部４の切り替え制御部４１は、ホール素子１１〜１９の出力信号を例えば、時計回りの順に切り替えることにより、スイッチ部２にホール素子１１〜１９の各出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）を順次出力（逐次出力）させるように制御信号を出力する。スイッチ部２は、切り替え制御部４１から出力された制御信号に基づいて、ホール素子１１〜１９の出力信号を第２の端子から順次出力する。Ａ／Ｄ変換部３は、スイッチ部２から順次出力されたホール素子１１〜１９の各出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）をデジタル信号に変換し、デジタル信号に変換した出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）を補正処理部４３に出力する。
【００５２】
補正処理部４３のフーリエ係数生成部４３１は、所定の基準信号である９個の位相信号に対する９個の出力信号の位相差を、例えば、補正情報記憶部４２から取得する。ここで、補正情報記憶部４２には、上述したホール素子１２の位相値「４０°」及び位相差「＋２°」が予め記憶されている。フーリエ係数生成部４３１は、Ａ／Ｄ変換部３から取得した９個の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）と、補正情報記憶部４２から読み出した位相信号の位相値及び位相差とに基づいて、１次（基本波）のフーリエ係数（ａ、ｂ）を、下記の式（８）及び式（９）に基づいて生成する。
【００５３】
まず、フーリエ係数生成部４３１は、フーリエ係数ａを下記の式（８）に基づいて生成する。ここで、位相信号の位相値α、位相差δとした場合に、フーリエ係数生成部４３１は、フーリエ係数ａを算出する際の定数をｃｏｓ（α）からｃｏｓ（α−δ）に変更して、フーリエ係数ａを算出する。この場合、例えば、位相値αが「４０°」、位相差δが「＋２°」であるので、フーリエ係数生成部４３１は、式（８）に示すように、ホール素子１２の出力信号Ｓ２に対応する定数をｃｏｓ（４０°）の代わりに、ｃｏｓ（４０°−２°）を用いて、フーリエ係数ａを生成する。
【００５４】
【数８】
2013205163.tif 000010
【００５５】
また、フーリエ係数生成部４３１は、フーリエ係数ｂを下記の式（９）に基づいて生成する。ここで、フーリエ係数生成部４３１は、フーリエ係数ｂを算出する際の定数をｓｉｎ（α）からｓｉｎ（α−δ）に変更して、フーリエ係数ｂを算出する。この場合、例えば、位相値αが「４０°」、位相差δが「＋２°」であるので、フーリエ係数生成部４３１は、式（９）に示すように、ホール素子１２の出力信号Ｓ２に対応する定数をｓｉｎ（４０°）の代わりに、ｓｉｎ（４０°−２°）を用いて、フーリエ係数ｂを生成する。
【００５６】
【数９】
2013205163.tif 000011
【００５７】
このように、フーリエ係数生成部４３１は、フーリエ係数（ａ、ｂ）を算出する際に定数を補正することにより、９個の出力信号が９個の位相信号になるように補正し、フーリエ係数（ａ、ｂ）を補正された出力情報として位置情報検出部４４に出力する。すなわち、補正処理部４３は、位相信号の位相値αと位相差δとの差分値に基づいて、フーリエ係数（ａ、ｂ）を生成する。
【００５８】
また、オフセット補正値生成部４３２は、補正情報記憶部４２が記憶している上述の位相差δに基づいて、オフセット補正値を生成する。ここで、オフセット補正値生成部４３２は、例えば、下記の式（１０）に基づいて、オフセット補正値（オフセット量）を生成する。オフセット補正値生成部４３２は、位相差δに基づいて正弦関数演算した値と位相差δに基づいて余弦関数演算した値と、逆正接関数演算（ａｒｃｔａｎ演算）とに基づいてオフセット補正値を算出する。オフセット補正値生成部４３２は、生成したオフセット補正値を位置情報検出部４４に出力する。
【００５９】
【数１０】
2013205163.tif 000012
【００６０】
位置情報検出部４４は、補正されたフーリエ係数（ａ、ｂ）とオフセット補正値とに基づいて、下記の式（１１）によって、回転子６の位置情報（回転角度θ）を生成する。位置情報検出部４４は、生成した位置情報（回転角度θ）をエンコーダ１の外部に出力する。
【００６１】
【数１１】
2013205163.tif 000013
【００６２】
図５は、本実施形態における誤差補正の効果を示す図である。
図５（ａ）の波形Ｗ５は、ホール素子１２の出力信号Ｓ２が２°ずれた場合における従来のエンコーダによる回転角度の誤差を示している。この場合、上述した本実施形態における補正処理を実行しないため、波形Ｗ５に示すように、ホール素子１２の２°の位置ずれに対して、０．５°に近い誤差が発生する。
【００６３】
これに対して、図５（ｂ）の波形Ｗ６は、フーリエ係数生成部４３１が上記の式（８）及び式（９）によってフーリエ係数（ａ、ｂ）を生成し、位置情報検出部４４が上記の式（６）により回転角度θを生成した場合（オフセット補正前）の誤差を示している。この場合、波形Ｗ６に示すように、誤差は、約０．４４°である一定のオフセット誤差になる。
【００６４】
位置情報検出部４４は、式（１０）によって生成したオフセット補正値に基づいて、波形Ｗ６を補正することにより、図５（ｃ）の波形Ｗ７に示すように、ホール素子１２の２°の位置ずれによる誤差を低減することができる。
【００６５】
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、ｎ＝９）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を有する出力信号を出力する。補正処理部４３は、ｍ周期（ただしｍは１以上の整数、例、ｍ＝１）を等分割したＮ個の位相信号（ただしＮ＝ｎ）を基準信号として、Ｎ個の位相信号とｎ個の出力信号とのそれぞれの位相差と、ｎ個の出力信号と、に基づいて、ｎ個の出力信号がＮ個の位相信号になるようにｎ個の出力信号をそれぞれ補正するとともに、補正された出力情報を生成する。そして、位置情報検出部４４は、補正処理部４３によって生成された補正された出力情報に基づいて、回転子６の位置情報を検出する。
これにより、例えば、ホール素子１０の位置ずれなどが生じた場合であっても、補正処理部４３がｎ個の出力信号がＮ個の位相信号になるようにｎ個の出力信号をそれぞれ補正するので、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。
【００６６】
また、本実施形態では、補正処理部４３は、所定の基準信号であるＮ個の位相信号に対するｎ個の出力信号の位相差を取得する。
これにより、補正処理部４３は、取得したｎ個の出力信号の位相差に基づいて、補正された出力情報を正確に生成することができる。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。
【００６７】
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、予め取得している出力信号の誤差成分（歪成分）のうちの（ｐ×ｎ±ｍ）次数（ただしｐは１以上の整数）の誤差成分（歪成分）が所定の値以下になるように定められている。
これにより、離散フーリエ変換の考え方に基づき、ｎ個の出力信号に含まれる（ｐ×ｎ±ｍ）次数以外を帯域外にすることができる上、誤差として現れる（ｐ×ｎ±ｍ）次数を所定の値以下になるので、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。
【００６８】
また、本実施形態では、ｎ個のホール素子１０は、ｎ個の出力信号がｍ周期を等分割した位相の出力信号になるように配置されている。
これにより、本実施形態におけるエンコーダ１は、離散フーリエ変換の考え方を簡易な手段により適用することが可能である。また、この場合、ｎ個のホール素子１０は、略等分割した位置に配置されるので、製造ばらつきによるホール素子１０の位置ずれ量（位相差）は、製造ばらつきに依存する。つまり、本実施形態におけるエンコーダ１は、製造ばらつき分の補正処理を行えばよいので、補正量を低減することができる。よって、本実施形態におけるエンコーダ１は、高精度に位置情報を検出することができる。
【００６９】
また、本実施形態では、補正処理部４３は、ｎ個の出力信号と、ｎ個の出力信号のそれぞれに対応する位相信号の位相値α及び位相差δとに基づいて、所定次数のフーリエ係数（ａ、ｂ）を補正された出力情報として生成する。そして、位置情報検出部４４は、補正処理部４３が生成したフーリエ係数（ａ、ｂ）と、位相差によるオフセット誤差を補正するオフセット補正値とに基づいて、回転子６の位置情報（例、回転角度θ）を検出する。
これにより、本実施形態におけるエンコーダ１は、簡易な手段により、高精度に位置情報を検出することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、補正処理部４３（フーリエ係数生成部４３１）は、位相信号の位相値αと位相差δとの差分値（α−δ）に基づいて、フーリエ係数（ａ、ｂ）を生成する。すなわち、補正処理部４３は、式（８）及び式（９）により、例えば、定数をｃｏｓ（α−δ）及びｓｉｎ（α−δ）に変換して、フーリエ係数（ａ、ｂ）を生成する。
これにより、本実施形態におけるエンコーダ１は、ホール素子１０の位置すれなどによる位相信号のずれに基づく誤差を、簡易な手段により、補正することができる。よって、本実施形態におけるエンコーダ１は、簡易な手段により、高精度に位置情報を検出することができる。
【００７１】
なお、本実施形態におけるエンコーダ１は、オフセット補正値を記憶する補正情報記憶部４２を備える。位置情報検出部４４は、上述したように、補正情報記憶部４２が記憶しているオフセット補正値に基づいて、回転子６の位置情報を検出してもよい。
これにより、補正処理部４３（オフセット補正値生成部４３２）が、毎回、オフセット補正値を生成する必要がなくなるので、補正処理部４３の演算量を低減することができる。
【００７２】
以上、本実施形態のエンコーダ１について、図１に示すように、磁石５の磁極数が１０、信号周期の数ｍ＝１、ホール素子の個数ｎ＝９である場合の一例を説明したが、以下のような変形例が可能である。
【００７３】
＜第１の変形例＞
図６は、本実施形態における第１の変形例の構成を示す概略構成図である。
図６において、エンコーダ１は、磁石５ａ（１極の磁石）及び円盤６１を有する回転子６と、この磁石５ａの近傍に回転子６の円周上に配置された９個のホール素子１１〜１９と、ホール素子１１〜１９やその他の制御部品を搭載した基板７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。
ここで、図６（ａ）は、回転子６の回転軸方向（Ｚ軸方向）から見たエンコーダ１の正面図を示し、図６（ｂ）は、Ａ−Ａ’線におけるエンコーダ１の断面図を示している。
【００７４】
図６に示すように、本実施形態における第１の変形例は、磁石５ａの磁極数が１、信号周期の数ｍ＝１、ホール素子の個数ｎ＝９である場合におけるエンコーダ１の一例を示している。この場合、電気角と機械角とが等しく、エンコーダ１は、回転子６の一回転により回転角度０°〜３６０°の位置情報を検出する。
【００７５】
図６に示すように、第１の変形例において、９個のホール素子１１〜１９は、１周期を等分割したＮ個（９個）の位相信号を出力信号として出力するように、回転子６の円周上に均等に配置されている。すなわち、各ホール素子１０は、それぞれ０°、４０°、８０°、１２０°、１６０°、２００°、２４０°、２８０°、３２０°の位相信号（４０°間隔の位相信号）を取得できるように配置されている。
【００７６】
この場合、各ホール素子１０の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）は、図１に示す構成である場合と同様に、式（１）に示される出力となり、図３の波形Ｗ１と同様となる。そのため、第１の変形例におけるエンコーダ１において、補正処理部４３及び位置情報検出部４４は、図１に示される構成である場合と同様の補正処理及び位置情報の検出処理を実行する。よって、第１の変形例においても、エンコーダ１は、図１に示す構成である場合と同様に、高精度に位置情報を検出することができる。
【００７７】
＜第２の変形例＞
図７は、本実施形態における第２の変形例の構成を示す概略構成図である。
図７において、エンコーダ１は、磁石５（１０極の磁石）及び円盤６１を有する回転子６と、この磁石５の近傍に回転子６の円周上に配置された９個のホール素子１１〜１９と、ホール素子１１〜１９やその他の制御部品を搭載した基板７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。
ここで、図７（ａ）は、回転子６の回転軸方向（Ｚ軸方向）から見たエンコーダ１の正面図を示し、図７（ｂ）は、Ａ−Ａ’線におけるエンコーダ１の断面図を示している。
【００７８】
図７に示すように、本実施形態における第２の変形例は、磁石５の磁極数が１０、信号周期の数ｍ＝２、ホール素子１０の個数ｎ＝９である場合におけるエンコーダ１の一例を示している。なお、この場合、エンコーダ１が検出する回転位置（回転角度θ）は、図１に示される構成である場合と同様に、電気角のことであり、機械角３６°（＝３６０／１０）を３６０°として内挿した情報である。
【００７９】
図７に示すように、第２の変形例において、９個のホール素子１１〜１９は、２周期を等分割したＮ個（例、９個）の位相信号を出力信号として出力するように、回転子６の円周上に均等に配置されている。すなわち、各ホール素子１０は、それぞれ０°、８０°、１６０°、２４０°、３２０°、４００°、４８０°、５６０°、６４０°の位相信号（８０°間隔の位相信号）を取得できるように配置されている。
【００８０】
この場合、２周期に対して９個のホール素子１０（１１〜１９）を均等に配置しているので、各ホール素子１０における位相間隔（ビッチ）は、８０°（＝３６０／９×２）となる。ここで、磁石５の２極における回転位置を回転角度θとした場合、９個のホール素子１１〜１９の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）は、下記の式（１２）により示される。
【００８１】
【数１２】
2013205163.tif 000014
【００８２】
この場合、９個のホール素子１１〜１９の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）は、図８の波形Ｗ８に示すような２次の正弦波信号の丸印位置の信号を観測（検出）した場合に対応する。この波形Ｗ８を関数ｆ（ｘ）とした場合に、関数ｆ（ｘ）は、１次の正弦波信号と同様に、式（２）により表される。
【００８３】
本実施形態における第２の変形例では、上述のように、観測（検出）する信号周期の数がｍ＝２であり、ホール素子１０の個数はｎ＝９である。この場合、離散フーリエ変換の考え方から処理に影響するエイリアシング次数は、（ｐ×ｎ±ｍ）次成分であり、歪次数は、７次、１１次、１６次、２０次、２５次、２９次、３４次、３８次、・・・となる。これらの次数の歪成分（誤差成分）が空間周波数情報にある場合、エンコーダ１に誤差が発生するが、これら以外の次数（１次、３次、４次、５次、６次、８次、９次、１０次、１２次、１３次、１４次、１５次、１７次、・・・）の歪成分は信号復元の際に帯域外となって影響しないことになる。すなわち、エンコーダ１は、信号周期の数ｍとホール素子１０の個数ｎとの選び方により、この特定次数の歪成分（正弦波歪）を含まないようにすることができるので、誤差を低減することが可能である。
【００８４】
ここで、信号周期の数ｍは、サンプリング定理から（ｎ／２）以下である必要がある。すなわち、ホール素子１０の個数ｎが９の場合、サンプリング定理から信号周期の数ｍは、１、２、３、及び４のいずれかを選択可能であり、信号周期の数ｍに応じて観測範囲の選択が可能である。なお、信号周期の数ｍが大きいほど、回転子６の変位量に対する各ホール素子１０の出力信号の変化量が大きくなる。そのため、エンコーダ１は、信号周期の数ｍを大きく設定した方が、Ａ／Ｄ変換部３の分解能が低い場合であっても、高い分解能を得ることができる。
【００８５】
なお、第２の変形例において、エンコーダ１は、２次の正弦波信号として、フーリエ係数（ａ、ｂ）を生成する点が図１及び図６に示される構成の場合と異なるが、その他の処理は同様である。すなわち、補正処理部４３及び位置情報検出部４４は、図１に示される構成である場合と同様の補正処理及び位置情報の検出処理を実行する。
【００８６】
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］
第１の実施形態におけるエンコーダ１は、逆フーリエ変換を用いて位置情報を検出する場合を説明したが、本実施形態におけるエンコーダ１ａは、後述する位相変調方式（逐次排出方式）を用いて位置情報を検出する場合について説明する。
【００８７】
本実施形態におけるホール素子１０の配置及び磁石５の磁極数などの構成は、図１に示される第１の実施形態におけるエンコーダ１と同様である。
図９は、本実施形態におけるエンコーダ１ａの構成を示すブロック図である。
図９において、エンコーダ１ａは、磁気センサ部２０、スイッチ部２、Ａ／Ｄ変換部３、及び信号処理部４ａを備えている。ここで、磁気センサ部２０は、９個のホール素子１１〜１９を有している。本実施形態では、信号処理部４ａの構成が、第１の実施形態におけるエンコーダ１と異なる点を除いて、第１の実施形態と同様である。この図において、図２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。
【００８８】
信号処理部４ａは、切り替え制御部４１、補正情報記憶部４２、補正処理部４３ａ、及び位置情報検出部４４ａを備えている。
【００８９】
補正処理部４３ａ（補正部）は、上述の９個の位相信号と９個のホール素子１０の出力信号とのそれぞれの位相差と、９個の出力信号と、に基づいて、９個の出力信号が９個の位相信号になるように、９個の出力信号をそれぞれ補正するとともに、補正された出力情報を生成する。補正処理部４３ａは、所定の基準信号である９個の位相信号に対する９個の出力信号の位相差を、例えば、補正情報記憶部４２から取得する。また、補正処理部４３ａは、信号補正部４３３を備えている。
【００９０】
信号補正部４３３は、例えば、９個の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）と、９個の出力信号のそれぞれに対応する位相差とに基づいて、それぞれ補正した９個の出力信号を補正された出力情報として生成する。信号補正部４３３は、ホール素子１０の位置ずれなどによりホール素子１０の出力信号が所定の基準信号に対して位相差を生じている場合に、例えば、以下の３つの方式のうちのいずれかによって、補正した９個の出力信号を生成する。
【００９１】
＜第１の補正方式＞
信号補正部４３３は、位相差δが非常に小さい（所定の値より小さい）場合に、下記の式（１３）に基づいて、補正した出力信号を生成する。すなわち、信号補正部４３３は、位相差δの余弦値により出力信号を除算した信号を補正した出力信号として生成する。
【００９２】
【数１３】
2013205163.tif 000015
【００９３】
＜第２の補正方式＞
信号補正部４３３は、位相差δが上述の所定の値以上である場合に、下記の式（１４）に基づいて、補正した出力信号を生成する。すなわち、信号補正部４３３は、位置情報検出部４４ａによって１つ前（最新）の位置情報として検出された位相値（θ＾）と位相信号の位相値αとの加算値の余弦値と、位相差δの正弦値とを乗算した演算値を、出力信号から減算した信号を補正した出力信号として生成する。
【００９４】
【数１４】
2013205163.tif 000016
【００９５】
＜第３の補正方式＞
信号補正部４３３は、位相差δが最も精度よく補正したい場合に、下記の式（１５）に基づいて、補正した出力信号を生成する。すなわち、信号補正部４３３は、位置情報検出部４４ａによって１つ前（最新）の位置情報として検出された位相値（θ＾）と位相信号の位相値αとの加算値の余弦値と、位相差δの正弦値とを乗算した演算値を、出力信号から減算した信号を、さらに、位相差δの余弦値により除算した信号を補正した出力信号として生成する。
【００９６】
【数１５】
2013205163.tif 000017
【００９７】
なお、信号補正部４３３は、位相差δや要求されるエンコーダ１ａの精度に応じて、上述の第１の補正方式〜第３の補正方式のうちの１つを選択して補正処理を実行してもよいし、第１の補正方式〜第３の補正方式のうちの予め定められた１つの方式のみを補正処理を実行してもよい。
また、上述したように、式（１４）及び式（１５）における位相値（θ＾）は、最新で得られるエンコーダ１ａの出力値である。回転子６が回転している場合、位相値（回転角度θ）と位相値（θ＾）とには開きが生じるが、処理回路がループしているので漸次収束していく。
【００９８】
このように、信号補正部４３３は、９個の出力信号が９個の位相信号になるように９個の出力信号を補正し、補正した出力信号（ＳＨ１〜ＳＨ９）を補正された出力情報として位置情報検出部４４ａに出力する。
【００９９】
位置情報検出部４４ａ（検出部）は、補正処理部４３ａによって生成された上述の補正された出力情報（例えば、上述の補正した出力信号ＳＨ１〜ＳＨ９）に基づいて、回転子６の位置情報（例えば、回転角度θなど）を検出する。なお、本実施形態における回転角度θは、電気角のことであり、機械角３６°（＝３６０／１０）を３６０°として内挿した情報である。位置情報検出部４４ａは、回転子６が１極（機械角３６°）移動（回転）する毎に計数し、計数した計数値（カウント値）と上述の回転角度θ（内挿情報）とを位置情報として生成してもよい。
位置情報検出部４４ａは、例えば、補正処理部４３ａ（信号補正部４３３）によって補正された９個の出力信号（ＳＨ１〜ＳＨ９）を逐次出力させてｍ周期（例、１周期）が構成された検出信号に基づいて、回転子６の位置情報を検出する。
また、位置情報検出部４４ａは、フィルタ部４４１と、位相検出部４４２とを備えている。
【０１００】
フィルタ部４４１は、信号補正部４３３によって補正された９個の出力信号（ＳＨ１〜ＳＨ９）を逐次出力させた検出信号を、一次の正弦波を含む所定の周波数帯域を通過させて、一次の正弦波信号（基本波信号）に変換する。すなわち、フィルタ部４４１は、補正された９個の出力信号（ＳＨ１〜ＳＨ９）を逐次出力させた検出信号のうちの基本波信号の高次成分を除去（低減）して、基本波信号の成分を検出信号として位相検出部４４２に出力する。
【０１０１】
位相検出部４４２は、フィルタ部４４１から出力された一次の正弦波信号である検出信号に基づいて、同期検波、位相同期、又は０クロス点位置計測の手法を用いて、基準信号に対する位相値（回転角度θ）を位置情報として検出する（位相変調方式）。位相検出部４４２は、生成した位置情報（回転角度θ）をエンコーダ１ａの外部に出力するとともに、１つ前（最新）の位置情報（位相値θ＾）として信号補正部４３３に出力する。
【０１０２】
次に、本実施形態におけるエンコーダ１ａの動作について説明する。
本実施形態における高次元の誤差成分の低減原理は、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０１０３】
図１０は、本実施形態におけるスイッチ部２及びフィルタ部４４１の出力波形を示す図である。
この図において、波形Ｗ９は、スイッチ部２の出力波形を示しており、波形Ｗ１０は、フィルタ部４４１の出力波形を示している。
【０１０４】
切り替え制御部４１は、ホール素子１１〜１９の出力信号を例えば、時計回りの順に切り替えることにより、スイッチ部２にホール素子１１〜１９の各出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）を順次出力（逐次出力）させるように制御信号を出力する。スイッチ部２は、切り替え制御部４１から出力された制御信号に基づいて、ホール素子１１〜１９の出力信号を第２の端子から順次出力する。ここで、スイッチ部２は、波形Ｗ９に示すような出力信号をＡ／Ｄ変換部３に出力する。
Ａ／Ｄ変換部３は、スイッチ部２から順次出力されたホール素子１１〜１９の各出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）をデジタル信号に変換し、デジタル信号に変換した出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）を補正処理部４３ａに出力する。
【０１０５】
補正処理部４３ａの信号補正部４３３は、所定の基準信号である９個の位相信号に対する９個の出力信号の位相差を、例えば、補正情報記憶部４２から取得する。信号補正部４３３は、Ａ／Ｄ変換部３から取得した９個の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）と、補正情報記憶部４２から読み出した位相信号の位相値及び位相差とに基づいて、上述した第１の補正方式から第３の補正方式のいずれかを用いて、９個の補正された出力信号（ＳＨ１〜ＳＨ９）を生成する。すなわち、信号補正部４３３は、上記の式（１３）、式（１４）、及び式（１５）のうちのいずれかにより９個の補正された出力信号（ＳＨ１〜ＳＨ９）を生成する。信号補正部４３３は、生成した９個の補正された出力信号（ＳＨ１〜ＳＨ９）を位置情報検出部４４ａのフィルタ部４４１に出力する。
【０１０６】
フィルタ部４４１は、信号補正部４３３によって補正された９個の出力信号（ＳＨ１〜ＳＨ９）を逐次出力させた検出信号を、図１０の波形Ｗ１０に示すような、一次の正弦波信号（基本波信号）に変換する。すなわち、フィルタ部４４１は、補正された９個の出力信号（ＳＨ１〜ＳＨ９）を逐次出力させた検出信号のうちの基本波信号の高次成分を除去（低減）した基本波信号の成分を検出信号として位相検出部４４２に出力する。なお、この検出信号（波形Ｗ１０）は、下記の式（１６）として表される。
【０１０７】
【数１６】
2013205163.tif 000018
【０１０８】
位相検出部４４２は、フィルタ部４４１から出力された一次の正弦波信号である検出信号（波形Ｗ１０）に基づいて、同期検波、位相同期、又は０クロス点位置計測の手法を用いて、基準信号に対する位相値（回転角度θ）を位置情報として検出する。
【０１０９】
図１１は、本実施形態における誤差補正の効果を示す図である。
図１１（ａ）の波形Ｗ５は、上述した第１の実施形態と同様に、ホール素子１２の出力信号Ｓ２が２°ずれた場合における従来のエンコーダによる回転角度の誤差を示している。この場合、上述した本実施形態における補正処理を実行しないため、波形Ｗ１１に示すように、ホール素子１２の２°の位置ずれに対して、０．５°に近い誤差が発生する。
【０１１０】
これに対して、図１１（ｂ）の波形Ｗ１２は、ホール素子１２の出力信号Ｓ２が２°ずれた際に、信号補正部４３３が上記の式（１４）（第２の補正方式）を用いて補正した場合の誤差を示している。この場合、波形Ｗ１２に示すように、誤差は、波形Ｗ１０に比べて大幅に低減される。
【０１１１】
また、図１１（ｃ）の波形Ｗ１３は、ホール素子１２の出力信号Ｓ２が２°ずれた際に、信号補正部４３３が上記の式（１５）（第３の補正方式）を用いて補正した場合の誤差を示している。この場合、波形Ｗ１３に示すように、誤差は、第２の補正方式の場合と同様に、波形Ｗ１０に比べて大幅に低減される。
【０１１２】
このように、本実施形態におけるエンコーダ１ａは、図１１（ｂ）の波形Ｗ１２、及び図１１（ｃ）の波形Ｗ１３に示すように、ホール素子１０の位置ずれによる誤差を低減することができる。
【０１１３】
以上、説明したように、本実施形態におけるエンコーダ１ａは、ホール素子１０によるｎ個（例、ｎ＝９）の出力信号がＮ個（例、Ｎ＝９）の位相信号になるようにｎ個の出力信号をそれぞれ補正し、位相変調方式を用いて位置情報を検出する。すなわち、補正処理部４３ａ（信号補正部４３３）は、ｎ個の出力信号と、ｎ個の出力信号のそれぞれに対応する位相差とに基づいて、それぞれ補正したｎ個の出力信号を補正された出力情報として生成する。位置情報検出部４４ａは、補正処理部４３ａによって補正されたｎ個の出力信号を逐次出力させてｍ周期（例、ｍ＝１）が構成された検出信号に基づいて、回転子６の位置情報を検出する。
これにより、本実施形態におけるエンコーダ１ａは、第１の実施形態と同様に、高精度に位置情報を検出することができる。
【０１１４】
なお、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、ホール素子１０の個数を示すｎの値は、予め取得している出力信号の誤差成分（歪成分）のうちの（ｐ×ｎ±ｍ）次数（ただしｐは１以上の整数）の誤差成分（歪成分）が所定の値以下になるように定められている。
これにより、本実施形態におけるエンコーダ１ａは、第１の実施形態と同様に、ホール素子１０の出力信号に含まれる高次元の誤差成分を低減することができる。
【０１１５】
また、本実施形態では、補正処理部４３ａは、位置情報検出部４４ａによって１つ前の位置情報として検出された位相値（θ＾）と位相信号の位相値αとの加算値の余弦値と、位相差δの正弦値とを乗算した演算値を、出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）から減算した信号を、さらに、位相差δの余弦値により除算した信号を補正した出力信号（ＳＨ１〜ＳＨ９）として生成する（第３の補正方式）。
これにより、本実施形態におけるエンコーダ１ａは、例えば、図１１（ｃ）の波形Ｗ１３に示すように、ホール素子１０の位置ずれなどによる誤差を簡易な手段により低減することができる。そのため、本実施形態におけるエンコーダ１ａは、簡易な手段により、高精度に位置情報を検出することができる。
【０１１６】
また、本実施形態では、補正処理部４３ａは、位置情報検出部４４ａによって１つ前の位置情報として検出された位相値（θ＾）と位相信号の位相値αとの加算値の余弦値と、位相差δの正弦値とを乗算した演算値を、出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）から減算した信号を補正した出力信号（ＳＨ１〜ＳＨ９）として生成する（第２の補正方式）。
これにより、本実施形態におけるエンコーダ１ａは、例えば、図１１（ｂ）の波形Ｗ１２に示すように、ホール素子１０の位置ずれなどによる誤差を簡易な手段により低減することができる。この場合、補正処理部４３ａは、上述の第３の補正方式よりも簡易な手段により補正した出力信号（ＳＨ１〜ＳＨ９）を生成することが可能である。そのため、本実施形態におけるエンコーダ１ａは、簡易な手段により、高精度に位置情報を検出することができる。
【０１１７】
また、本実施形態では、補正処理部４３ａは、位相差δの余弦値により出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）を除算した信号を補正した出力信号（ＳＨ１〜ＳＨ９）として生成する（第１の補正方式）。
これにより、本実施形態におけるエンコーダ１ａは、ホール素子１０の位置ずれなどによる誤差を、上述の第２の補正方式及び第３の補正方式よりもさらに、簡易な手段により低減することができる。そのため、本実施形態におけるエンコーダ１ａは、簡易な手段や構成により、高精度に位置情報を検出することができる。
【０１１８】
次に、第３の実施形態について、図を参照して説明する。
［第３の実施形態］
【０１１９】
本実施形態におけるホール素子１０の配置及び磁石５の磁極数などの構成は、図１に示される第１の実施形態におけるエンコーダ１と同様である。
図１２は、本実施形態におけるエンコーダ１ｂの構成を示すブロック図である。
図１２において、エンコーダ１ｂは、磁気センサ部２０、スイッチ部２、Ａ／Ｄ変換部３、信号処理部４、及びゲイン調整部３０を備えている。ここで、磁気センサ部２０は、９個のホール素子１１〜１９を有している。本実施形態では、ゲイン調整部３０を備える点が、第１の実施形態におけるエンコーダ１と異なり、その他の構成は、第１の実施形態と同様である。この図において、図２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。
【０１２０】
ゲイン調整部３０（調整部）は、例えば、ゲイン（利得）調整型の増幅回路（アンプ）であり、９個のホール素子１１〜１９から出力される９個の出力信号の信号レベルを調整する。ゲイン調整部３０は、例えば、９個の出力信号の出力特性を一致させるように、９個の出力信号を調整する。ここで、出力信号の出力特性とは、出力信号の振幅、最大信号レベル、最小信号レベル、直流オフセット値などのことである。ゲイン調整部３０は、調整した９個の出力信号をスイッチ部２に出力する。
なお、本実施形態において、スイッチ部２以降の動作は、上述した第１の実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。
【０１２１】
以上、説明したように、本実施形態におけるエンコーダ１ｂは、ｎ個（例、ｎ＝９）のホール素子１０から出力されるｎ個の出力信号の信号レベルを調整するゲイン調整部３０を備えている。
これにより、ホール素子１０の出力レベルのばらつきを低減することができる。そのため、本実施形態におけるエンコーダ１ｂは、第１の実施形態よりも誤差を低減することができる。よって、本実施形態におけるエンコーダ１ｂは、高精度に位置情報を検出することができる。
【０１２２】
次に、第４の実施形態について、図を参照して説明する。
［第４の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態における信号周期の数ｍ（ｍは１以上の整数）を信号周期の数ｑ（ｑは、正の実数）に拡張した場合の一例について説明する。
【０１２３】
図１３は、本実施形態によるエンコーダ１ｃの構成の一例を示す概略構成図である。
図１３において、エンコーダ１ｃは、磁石５（１０極の多極磁石）及び円盤６１を有する回転子６と、この磁石５の近傍に回転子６の円周上に配置されたｎ個（例えば、９個）のホール素子１１〜１９と、基板７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。
ここで、図１３（ａ）は、回転子６の回転軸方向（Ｚ軸方向）から見たエンコーダ１ｃの正面図を示し、図１３（ｂ）は、Ａ−Ａ’線におけるエンコーダ１ｃの断面図を示している。
【０１２４】
図１３において、９個のホール素子１１〜１９は、９個の出力信号がｑ周期（ただしｑは正の実数）を分割した位相の出力信号になるように配置されている。なお、ここでは、信号周期の数ｑ（＝１．１）である場合の一例を示している。すなわち、各ホール素子１０は、信号周期の数１．１（磁石５の１．１ピッチ）において均等（略均等含む）に配置されている。各ホール素子１０は、それぞれ０°、４４°、８８°、１３２°、１７６°、２２０°、２６４°、３０８°、３５２°の位相信号（４４°間隔の位相信号）を取得できるように配置されている。
【０１２５】
なお、１．１周期に対して９個のホール素子１０（１１〜１９）を均等に配置した場合に、各ホール素子１０における位相間隔（ビッチ）は、上述したように４４°（＝３６０×１．１／９）となる。ここで、磁石５の１極における回転位置を回転角度θとした場合、９個のホール素子１１〜１９の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）は、下記の式（１７）により示される。
【０１２６】
【数１７】
2013205163.tif 000019
【０１２７】
この場合、９個のホール素子１１〜１９の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）は、図１４の波形Ｗ１４に示すような正弦波信号の丸印位置の信号を観測（検出）した場合に対応する。
【０１２８】
また、本実施形態によるエンコーダ１ｃのブロック図は、図２と同様である。すなわち、本実施形態によるエンコーダ１ｃは、第１の実施形態と同様に、逆フーリエ変換により位置情報を検出する場合について説明する。
本実施形態では、補正処理部４３（補正部）は、ｑ周期（ｑ＝１．１）を分割した９個の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）が、ｍ周期（ｍ＝１）を等分割した９個の位相信号になるように、９個の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）をそれぞれ補正する。
【０１２９】
補正処理部４３のフーリエ係数生成部４３１は、例えば、９個の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）と、９個の出力信号のそれぞれに対応する位相信号の位相値及び位相差とに基づいて、所定次数（例えば、１次（基本波））のフーリエ係数（ａ、ｂ）を補正された出力情報として生成する。ここで、位相信号の位相値は、０°、４０°、８０°、１２０°、１６０°、２００°、２４０°、２８０°、３２０°であり、位相差は、４°、８°、１２°、１６°、２０°、２４°、２８°、３２°である。この位相信号の位相値及び位相差は、補正情報記憶部４２に予め記憶されている。また、ここで生成されるフーリエ係数は、９個の出力信号（ｑ＝１．１周期）が９個の位相信号（ｍ＝１周期）になるように、補正されたフーリエ係数であり、フーリエ係数生成部４３１は、この補正されたフーリエ係数を補正された出力情報として生成する。フーリエ係数生成部４３１は、生成したフーリエ係数を位置情報検出部４４に出力する。
また、補正処理部４３のオフセット補正値生成部４３２は、第１の実施形態と同様に、補正情報記憶部４２が記憶している上述の位相差に基づいて、オフセット補正値を生成する。
【０１３０】
次に、本実施形態における補正処理について詳細に説明する。
補正処理部４３のフーリエ係数生成部４３１は、上述した位相信号の位相値及び位相差を、例えば、補正情報記憶部４２から取得する。フーリエ係数生成部４３１は、Ａ／Ｄ変換部３から取得した９個の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）と、補正情報記憶部４２から読み出した位相信号の位相値及び位相差とに基づいて、１次（基本波）のフーリエ係数（ａ、ｂ）を、下記の式（１８）及び式（１９）に基づいて生成する。
【０１３１】
まず、フーリエ係数生成部４３１は、フーリエ係数ａを下記の式（１８）に基づいて生成する。ここで、位相信号の位相値α、位相差δとした場合に、フーリエ係数生成部４３１は、フーリエ係数ａを算出する際の定数をｃｏｓ（α）からｃｏｓ（α−δ）に変更して、フーリエ係数ａを算出する。ここで、ｃｏｓ（α−δ）は、式（１８）に示すように、ｃｏｓ（３６°）、ｃｏｓ（７２°）、ｃｏｓ（１０８°）、ｃｏｓ（１４４°）、ｃｏｓ（１８０°）、ｃｏｓ（２１６°）、ｃｏｓ（２５２°）、ｃｏｓ（２８８°）となる。
【０１３２】
【数１８】
2013205163.tif 000020
【０１３３】
また、フーリエ係数生成部４３１は、フーリエ係数ｂを下記の式（１９）に基づいて生成する。ここで、フーリエ係数生成部４３１は、フーリエ係数ｂを算出する際の定数をｓｉｎ（α）からｓｉｎ（α−δ）に変更して、フーリエ係数ｂを算出する。ここで、ｓｉｎ（α−δ）は、式（１９）に示すように、ｓｉｎ（３６°）、ｓｉｎ（７２°）、ｓｉｎ（１０８°）、ｓｉｎ（１４４°）、ｓｉｎ（１８０°）、ｓｉｎ（２１６°）、ｓｉｎ（２５２°）、ｓｉｎ（２８８°）となる。
【０１３４】
【数１９】
2013205163.tif 000021
【０１３５】
このように、フーリエ係数生成部４３１は、フーリエ係数（ａ、ｂ）を算出する際に定数を補正することにより、９個の出力信号が９個の位相信号になるように補正し、フーリエ係数（ａ、ｂ）を補正された出力情報として位置情報検出部４４に出力する。すなわち、補正処理部４３は、位相信号の位相値αと位相差δとの差分値に基づいて、フーリエ係数（ａ、ｂ）を生成する。
【０１３６】
また、オフセット補正値生成部４３２は、補正情報記憶部４２が記憶している上述の位相差δに基づいて、第１の実施形態と同様に、オフセット補正値を生成する。オフセット補正値生成部４３２は、生成したオフセット補正値を位置情報検出部４４に出力する。
【０１３７】
次に、位置情報検出部４４は、補正されたフーリエ係数（ａ、ｂ）とオフセット補正値に基づいて、回転子６の位置情報（回転角度θ）を生成する。位置情報検出部４４は、生成した位置情報（回転角度θ）をエンコーダ１の外部に出力する。
【０１３８】
図１５は、本実施形態における誤差補正の効果を示す図である。
図１５（ａ）の波形Ｗ１５は、図１３に示されるホール素子１０の配置において、上述の補正処理を実行しない場合における回転角度の誤差を示している。この場合、上述した本実施形態における補正処理を実行しないため、波形Ｗ１５に示すように、大きな２次の誤差特性を示す誤差が発生する。
【０１３９】
これに対して、図１５（ｂ）の波形Ｗ１６は、フーリエ係数生成部４３１が上記の式（１８）及び式（１９）によってフーリエ係数（ａ、ｂ）を生成し、位置情報検出部４４が上記の式（６）により回転角度θを生成した場合（オフセット補正前）の誤差を示している。この場合、波形Ｗ１６に示すように、誤差は、約３２°である一定のオフセット誤差になる。
【０１４０】
位置情報検出部４４は、生成したオフセット補正値に基づいて、波形Ｗ１６を補正することにより、図１５（ｃ）の波形Ｗ１７に示すように、図１３に示されるホール素子１０の配置による誤差を低減することができる。
【０１４１】
以上、説明したように、本実施形態におけるエンコーダ１ｃは、ｎ個（例、ｎ＝９）の検出素子が、ｎ個の出力信号がｑ周期（ただしｑは正の実数、例、ｑ＝１．１）を分割した位相の出力信号になるように配置されている。補正処理部４３は、ｑ周期を分割したｎ個の出力信号が、ｍ周期（ｍ＝１）を等分割したＮ個（Ｎ＝ｎ）の位相信号になるように、ｎ個の出力信号をそれぞれ補正する。
これにより、本実施形態におけるエンコーダ１ｃは、整数の信号周期の数ｍを実数の信号周期の数ｑに拡張することができる。
【０１４２】
次に、第５の実施形態について、図を参照して説明する。
［第５の実施形態］
本実施形態では、信号周期の数ｍ（ｍは１以上の整数）を信号周期の数ｑ（ｑは、正の実数）に拡張した場合の別の一例について説明する。
【０１４３】
本実施形態におけるエンコーダは、図１３に示す第４の実施形態によるエンコーダ１ｃの構成と同様であり、以下、本実施形態におけるエンコーダをエンコーダ１ｄ（図１３）と記載する。
また、本実施形態によるエンコーダ１ｄのブロック図は、図９と同様である。すなわち、本実施形態によるエンコーダ１ｄは、第２の実施形態と同様に、位相変調方式により位置情報を検出する場合について説明する。
【０１４４】
補正処理部４３ａ（補正部）は、ｑ周期（ｑ＝１．１）を分割した９個の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）が、ｍ周期（ｍ＝１）を等分割した９個の位相信号になるように、９個の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）をそれぞれ補正する。補正処理部４３ａの信号補正部４３３は、例えば、９個の出力信号（Ｓ１〜Ｓ９）と、９個の出力信号のそれぞれに対応する位相差とに基づいて、それぞれ補正した９個の出力信号を補正された出力情報として生成する。ここで、位相信号の位相値は、０°、４０°、８０°、１２０°、１６０°、２００°、２４０°、２８０°、３２０°であり、位相差は、４°、８°、１２°、１６°、２０°、２４°、２８°、３２°である。この位相信号の位相値及び位相差は、補正情報記憶部４２に予め記憶されている。
信号補正部４３３は、例えば、上述した第１の補正方式（式（１３））、第２の補正方式（式（１４））、及び第３の補正方式（式（１５））の３つの補正方式のうちのいずれかによって、補正した９個の出力信号（ＳＨ１〜ＳＨ９）を生成する。
【０１４５】
その後の位置情報を検出する処理は、第２の実施形態と同様であり、位置情報検出部４４ａは、補正処理部４３ａによって補正された９個の出力信号を逐次出力させてｍ周期（例、ｍ＝１）が構成された検出信号に基づいて、同期検波などの手法を用いて、被駆動体の位置情報を検出する。
【０１４６】
図１６は、本実施形態における誤差補正の効果を示す図である。
図１６（ａ）の波形Ｗ１８は、図１３に示されるホール素子１０の配置において、上述の補正処理を実行しない場合における回転角度の誤差を示している。この場合、上述した本実施形態における補正処理を実行しないため、波形Ｗ１８に示すように、大きな２次の誤差特性を示す誤差が発生する。
【０１４７】
これに対して、図１６（ｂ）の波形Ｗ１９は、信号補正部４３３が上記の式（１４）（第２の補正方式）を用いて補正した場合の誤差を示している。この場合、波形Ｗ１９に示すように、誤差は、波形Ｗ１８に比べて大幅に低減される。
【０１４８】
また、図１６（ｃ）の波形Ｗ２０は、信号補正部４３３が上記の式（１５）（第３の補正方式）を用いて補正した場合の誤差を示している。この場合、波形Ｗ２０に示すように、誤差は、第２の補正方式の場合よりも低減される。すなわち、本実施形態におけるエンコーダ１ｄは、式（１５）（第３の補正方式）を用いて補正することにより、第２の補正方式を用いる場合よりも誤差を低減することができる。
【０１４９】
このように、本実施形態におけるエンコーダ１ｄは、図１６（ｂ）の波形Ｗ１９、及び図１６（ｃ）の波形Ｗ２０に示すように、誤差を低減することができる。よって、本実施形態におけるエンコーダ１ｄは、第４の実施形態と同様に、整数の信号周期の数ｍを実数の信号周期の数ｑに拡張することができる。
【０１５０】
［第６の実施形態］
次に、上述した位相差δなどの補正情報を補正情報記憶部４２に記憶させる方法の一例について説明する。ここでは、一例として、第１の実施形態におけるエンコーダ１の場合について説明するが、第２〜第５の実施形態におけるエンコーダ（１ａ〜１ｄ）についても同様の方法により、補正情報記憶部４２に位相差δなどの補正情報を記憶させることが可能である。
【０１５１】
図１７は、本実施形態における補正情報の設定の一例を示す図である。
図１７において、エンコーダ１には、校正装置１００が接続されている。
校正装置１００は、例えば、製造検査（出荷検査）や校正処理を実行する際に、エンコーダ１に接続される。校正装置１００は、回転子６を一定の速度で回転（移動）させて、各ホール素子１０の出力信号をスイッチ部２の第２の端子から取得する。校正装置１００は、取得した出力信号の信号波形と、任意のホール素子１０を基準とした信号波形とに基づいて、各ホール素子１０の位相差δを計測する。
【０１５２】
校正装置１００は、例えば、計測した各ホール素子１０の位相差δと、各ホール素子１０の位相信号における位相値αとを関連付けて、エンコーダ１の補正情報記憶部４２に記憶させる。また、校正装置１００は、例えば、オフセット補正値生成部４３２に、各ホール素子１０の位相差δに基づいてオフセット補正値を生成させて、オフセット補正値を補正情報記憶部４２に記憶させる。
【０１５３】
このように、校正装置１００を用いて、ホール素子１０の出力信号の計測に基づいて、各ホール素子１０の位相差δを取得するので、本実施形態におけるエンコーダ１は、簡易な手段により正確な補正情報を取得することができる。
【０１５４】
［第７の実施形態］
次に、上述の実施形態におけるエンコーダ１（１ａ〜１ｄ）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１８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（１ａ〜１ｄ）と、を備える。すなわち、駆動装置ＤＲは、エンコーダ１（１ａ〜１ｄ）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。
【０１５５】
エンコーダ１（１ａ〜１ｄ）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位置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（１ａ〜１ｄ）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（１ａ〜１ｄ）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。
【０１５６】
なお、本実施形態における駆動装置ＤＲは、図１９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（１ａ〜１ｄ）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。
【０１５７】
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。
上記の各実施形態では、ホール素子１０の個数ｎ＝９、信号周期の数ｍ＝１又は２である場合について説明したが、ホール素子１０の個数ｎは９以外の数でもよいし、信号周期の数ｍは１又は２以外の整数（ただし、（ｎ／２）以下）であってもよい。
【０１５８】
また、上記の各実施形態では、エンコーダ１（１ａ〜１ｄ）は、磁気式のロータリエンコーダである形態について説明したが、他の方式のエンコーダに上記の各実施形態を実施する形態でもよい。
例えば、エンコーダ１（１ａ〜１ｄ）は、図２０及び図２１に示すように、光学式、及びリニア式のエンコーダに適用する形態でもよい。
【０１５９】
図２０は、上記の各実施形態におけるエンコーダ１（１ａ〜１ｄ）を光学式のエンコーダ８及びリニア式のエンコーダ（９，９ａ）に適用した一例を示す概略構成図である。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。
【０１６０】
図２０（ａ）は、上記の各実施形態におけるエンコーダ１（１ａ〜１ｄ）を光学式のエンコーダ８（ロータリエンコーダ）に適用した場合の一例を示している。
エンコーダ８は、磁石５の代わりに明暗格子パターン８１を備えている。また、エンコーダ８は、ホール素子１０（磁気センサ部２０）の代わりに、光源部８２、レンズ８３及び受光素子１０ａ（光センサ部２０ａ）を備えている。図２０（ａ）では、明暗格子の数が１０であり、信号周期の数ｍ＝１、受光素子１０ａの個数ｎ＝９である場合の一例である。各受光素子１０ａは、明暗格子パターン８１の１ピッチにおいて均等（略均等含む）に配置されている。
【０１６１】
エンコーダ８は、ホール素子１０（磁気センサ部２０）の代わりに受光素子１０ａ（光センサ部２０ａ）を用いている点を除き、基本的な動作は、エンコーダ１（１ａ〜１ｄ）と同様である。したがって、エンコーダ８は、上述したエンコーダ１（１ａ〜１ｄ）と同様の効果を奏する。
【０１６２】
また、図２０（ｂ）は、上記の各実施形態におけるエンコーダ１（１ａ〜１ｄ）をリニア式のエンコーダ９（リニアエンコーダ）に適用した場合の一例を示している。
エンコーダ９は、回転子６（円盤６１）の代わりにスケール６ａ（リニアスケール）と、磁石５の代わり直線多極磁石である磁石５ｂとを備えている。図２０（ｂ）では、信号周期の数ｍ＝１、ホール素子１０の個数ｎ＝９である場合の一例である。各ホール素子１０は、磁石５ｂの１ピッチにおいて均等（略均等含む）に配置されているので、各ホール素子１０は、それぞれ０°、４０°、８０°、１２０°、１６０°、２００°、２４０°、２８０°、３２０°の位相信号（４０°間隔の位相信号）を取得できるように配置されている。
【０１６３】
エンコーダ９は、回転子６（円盤６１）の代わりにスケール６ａ（リニアスケール）を用いている点を除き、基本的な動作は、エンコーダ１（１ａ〜１ｄ）と同様である。したがって、エンコーダ９は、上述したエンコーダ１（１ａ〜１ｄ）と同様の効果を奏する。
【０１６４】
また、図２０（ｃ）は、上記の各実施形態におけるエンコーダ１（１ａ〜１ｄ）を光学式、且つリニア式のエンコーダ９ａ（リニアエンコーダ）に適用した場合の一例を示している。
エンコーダ９ａは、回転子６（円盤６１）の代わりにスケール６ａ（リニアスケール）と、磁石５の代わりに明暗格子パターン８１ａとを備えている。また、エンコーダ９ａは、ホール素子１０（磁気センサ部２０）の代わりに、光源部８２、レンズ８３及び受光素子１０ａ（光センサ部２０ａ）を備えている。図２０（ｃ）では、信号周期の数ｍ＝１、受光素子１０ａの個数ｎ＝９である場合の一例である。
【０１６５】
エンコーダ９ａは、回転子６（円盤６１）の代わりにスケール６ａ（リニアスケール）を、ホール素子１０（磁気センサ部２０）の代わりに受光素子１０ａ（光センサ部２０ａ）を用いている点を除き、基本的な動作は、エンコーダ１（１ａ〜１ｄ）と同様である。したがって、エンコーダ９ａは、上述したエンコーダ１（１ａ〜１ｄ）と同様の効果を奏する。
【０１６６】
また、図２１は、上記の各実施形態におけるエンコーダ１（１ａ〜１ｄ）を光学式のエンコーダ８及びリニア式のエンコーダ（９，９ａ）に適用した場合の一例を示す概略構成図である。図２１では、図２０における適用例の信号周期の数ｍ＝１を信号周期の数ｍ＝２にした場合を示している。ここで、図２１（ａ）は、光学式のエンコーダ８（ロータリエンコーダ）を示し、光センサ部２０ａは、受光素子１１ａ〜１９ａを有している。受光素子１１ａ〜１９ａは、明暗格子の２ピッチにおいて均等（略均等含む）に配置されている。
【０１６７】
また、図２１（ｂ）は、磁気式、且つ、リニア式のエンコーダ９を示し、図２１（ｃ）は、光学式、且つリニア式のエンコーダ９ａを示している。
このように、信号周期の数ｍ＝２である場合においても、エンコーダ１（１ａ〜１ｄ）を光学式のエンコーダ８及びリニア式のエンコーダ（９，９ａ）に適用することができ、上述したエンコーダ１（１ａ〜１ｄ）と同様の効果を奏する。
なお、上述の光学式のエンコーダ８（９ａ）では、透過式に適用する形態を説明したが、反射式に適用する形態でもよい。また、上述の光学式のエンコーダ８（９ａ）では、インデックス格子を用いない形態を説明したが、インデックス格子を用いる形態でもよい。
【０１６８】
また、上記の第４及び第５の実施形態において、整数の信号周期の数ｍを実数の信号周期の数ｑに拡張する形態を説明したが、この形態に限定されるものではない。例えば、信号周期の数ｑ＝１．１である場合を説明したが、信号周期の数ｑが１．１以外の実数であってもよい。また、整数の信号周期の数ｍ＝１に補正する形態を説明したが、信号周期の数ｍ＝１に限定されるものではなく、信号周期の数ｍは、信号周期の数ｑに最も近い整数であってもよい。また、上記の第４及び第５の実施形態の考え方をさらに拡張して、図２２に示すように、ホール素子１０又は受光素子１０ａをライン状に配置させてもよい。
【０１６９】
図２２は、第４及び第５の実施形態における誤差補正を適用した別の一例を示す図である。図２２（ａ）は、エンコーダ１ｃ（１ｄ）において、ライン状の磁気センサ部２０（ホール素子１０のリニアセンサ）を適用した場合の一例を示し、図２２（ｂ）は、上述したエンコーダ８において、ライン状の光センサ部２０ａ（受光素子１０ａのリニアセンサ）を適用した場合の一例を示している。第４及び第５の実施形態における誤差補正の方式では、信号周期の数ｑは整数でなくともよく、ホール素子１０（受光素子１０ａ）のピッチずれも許容されるので、ライン状の磁気センサ部２０（光センサ部２０ａ）を適用することができる。この場合、円盤６１の径に合わせて磁気センサ部２０（光センサ部２０ａ）を作成する必要がない。すなわち、円盤６１の径が変更になった場合であっても、磁気センサ部２０（光センサ部２０ａ）を作り直する必要がない、高精度のエンコーダを実現できる。
【０１７０】
また、上記の各実施形態において、切り替え制御部４１は、一例として、ホール素子１１〜１９の出力信号を例えば、時計回りの順に切り替える形態を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、切り替え制御部４１は、回転の影響を受け難い所定の順番によって、ホール素子１１〜１９の出力信号を切り替える形態でもよいし、ホール素子１１〜１９の配置に応じて、信号周期の数ｍとは異なる信号周期の数に変換するようにホール素子１１〜１９の出力信号を切り替える形態でもよい。
【０１７１】
例えば、図２３の波形Ｗ２１は、図７に示す第２の変形例（信号周期の数ｍ＝２）において、ホール素子１１〜１９の出力信号を例えば、時計回りの順に切り替えた場合の出力波形である。この場合に、切り替え制御部４１が、以下の順番によりホール素子１１〜１９の出力信号を切り替えた場合には、信号周期の数ｍ＝１の出力信号を得ることが可能である。例えば、切り替え制御部４１が、図２３に示すように、ホール素子１１、ホール素子１６、ホール素子１２、ホール素子１７、ホール素子１３、ホール素子１８、ホール素子１４、ホール素子１９、ホール素子１５の順にスイッチ部２を切り替える。この場合、波形Ｗ２２に示すような信号周期の数ｍ＝１の出力信号を得ることが可能である。
【０１７２】
また、第１の実施形態において、第１の変形例及び第２の変形例を適用する形態を説明したが、第１の変形例及び第２の変形例を第１の実施形態以外の各実施形態に同様に適用する形態でもよい。
また、第１の実施形態において、補正処理部４３がオフセット補正値を生成するオフセット補正値生成部４３２を備える形態を説明したが、オフセット補正値生成部４３２を備えずに、補正情報記憶部４２にオフセット補正値が予め記憶されている形態でもよい。また、補正情報記憶部４２には、位相値α及び位相差δが記憶される形態を説明したが、位相値α及び位相差δに基づいて算出された定数（例、（α−δ）の値、又は、ｃｏｓ（α−δ）の値、及びｓｉｎ（α−δ）の値）が記憶される形態でもよい。この場合、補正処理部４３は、フーリエ係数を生成する際の演算量を低減することができる。
また、第１の実施形態において、補正処理部４３は、位相差δが所定の閾値以上である場合に、補正したフーリエ係数を生成する形態でもよい。
【０１７３】
また、第３の実施形態において、第１の実施形態におけるエンコーダ１に適用する形態を説明したが、第１の実施形態以外の各実施形態に適用する形態でもよい。また、ゲイン調整部３０を各ホール素子１０とスイッチ部２との間に備える形態を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ゲイン調整部３０をスイッチ部２とＡ／Ｄ変換部３との間に備える形態でもよいし、Ａ／Ｄ変換部３によりデジタル化した後で信号レベルを調整する形態でもよい。スイッチ部２以降に出力信号において、各ホール素子１０の信号レベルを調整した場合、シリアル（直列的）に処理することができるので、ゲイン調整部３０の構成を縮小することができる。
また、信号レベルを調整する調整部の一例として、ゲイン調整型アンプを用いる形態を説明したが、ホール素子１０の駆動電圧（光学式の場合には光源部８２の駆動電流）を調整する形態でもよい。
【０１７４】
また、第６の実施形態において、校正装置１００を用いて位相差を計測し、位相差及びオフセット補正値などの補正情報を補正情報記憶部４２に記憶させる形態を説明したが、エンコーダ１が校正装置１００に対応する校正処理部を備えて、エンコーダ１単独により補正情報を補正情報記憶部４２に記憶させる形態でもよい。また、校正装置１００がオフセット補正値生成部４３２を備えて、オフセット補正値を生成する形態でもよいし、位相差に基づく演算処理ではなく、実測値に基づいてオフセット補正値を生成する形態でもよい。
【０１７５】
また、第７の実施形態において、駆動装置ＤＲの一例として、ロータリ式のエンコーダ１（１ａ〜１ｄ）を備え、回転子６を回転させるモータ装置の場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、駆動装置ＤＲは、上述したリニア式のエンコーダ９（９ａ）を備え、スケール６ａが接続されたステージを駆動するステージ装置であってもよいし、例えば、工作機械、精密機械、半導体のチップマウンタ、ステッパ装置などであってもよい。
【０１７６】
また、上記の各実施形態において、信号処理部４（４ａ）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。
【０１７７】
上述のエンコーダ１（１ａ〜１ｄ）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（１ａ〜１ｄ）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】
【０１７８】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，８，９，９ａ…エンコーダ、６…回転子、６ａ…スケール、１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９…ホール素子、１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ…受光素子、３０…ゲイン調整部、４２…補正情報記憶部、４３…補正処理部、４４…位置情報検出部、ＤＲ…駆動装置、ＭＴＲ…モータ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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