JP3629242B2

JP3629242B2 - 磁気式エンコーダおよびその高調波誤差削減方法

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Publication number: JP3629242B2
Application number: JP2002022694A
Authority: JP
Inventors: 雅実白井; 正人野口
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2022-01-31
Also published as: JP2002303537A

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、高調波誤差を削減できる磁気式エンコーダおよびその磁気式エンコーダの高調波誤差削減方法に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
測角手段として、磁気式エンコーダが知られている。この磁気式エンコーダを、従来の測量機器、例えばトータルステーション、セオドライトなどの測角手段として搭載する発明が提案されている。この種の磁気式エンコーダは、視準望遠鏡と共に回転する磁気ドラムとこの磁気ドラムの回転角を検出する磁気センサを備える。磁気ドラムの外周面には分割数Ｎ（Ｎは正の整数）にて等ピッチで着磁された多極着磁層が形成され、この多極着磁層に対向させて磁気センサが配置される。磁気センサは、例えば多極着磁層のピッチよりも小さいピッチで配置された４個の磁気抵抗素子を備える。したがって、磁気ドラムの回転に伴って変化する磁気抵抗素子の抵抗値を検出することで、磁気ドラムの回転角を多極着磁層のピッチ精度で測定し、さらにこのピッチ間の角度を内挿演算によって測定することができる。
【０００３】
しかしながら、磁気式エンコーダの場合、多極着磁層の分割数を光学式エンコーダほど多く取れずしかもピッチが大きいため、寸法誤差、磁気抵抗素子の磁気抵抗曲線の理想値からのずれなどにより、分割した１ピッチ内での高調波歪みの影響、つまり高調波誤差が大きい、という問題があった。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたもので、測量機に適した、任意次数の高調波誤差を削減する磁気式エンコーダおよびその高調波誤差削減方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【発明の概要】
この目的を達成する本発明の磁気式エンコーダは、外周面に等ピッチで着磁された多極着磁層を有する磁気ドラムと、該磁気ドラムの外周面に対向させて複数個配置された磁気センサを備え、該磁気センサと該磁気ドラムが相対回転すると、該各磁気センサが相対回転角に応じて周期的に変化する検出信号を出力する磁気式エンコーダであって、
任意次数の高調波誤差を補正するように、前記多極着磁層の１ピッチよりも短い間隔であって、それぞれ検出信号の位相がθｍずれるように配置されたｗ個の磁気センサと、
前記磁気ドラムと前記磁気センサとが相対回転するときに前記ｗ個の磁気センサが出力する検出信号の出力レベル（Ｖｍ）と、下記数１、数２式によって、ベクトル的な二組の信号Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔを求める演算手段を備えたことを特徴とする。
【数１】
Ａｏｕｔ＝Σ^ｗ _ｍ＝１Ｖｍ×ｓｉｎθｍ
【数２】
Ｂｏｕｔ＝Σ^ｗ _ｍ＝１Ｖｍ×ｃｏｓθｍ
該演算した信号Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔを内挿演算して前記回転部の回転角を求める。
ただし、ｍは補正したい高調波誤差の次数（整数）、θは電気角度である。
また本発明の高調波誤差削減方法は、周面に等ピッチで着磁された多極着磁層を有する回転部と、該回転部の外周面に対向させて複数個配置され、該回転部が回転するとその回転角に応じて周期的に変化する検出信号を出力する磁気センサを備え、任意次数の高調波誤差を補正するように前記各磁気センサを、前記多極着磁層の１ピッチよりも短い間隔であって、それぞれ検出信号の位相がθｍずれるようにｗ個配置し、前記回転部が回転するときに検出した該ｗ個の磁気センサの検出信号の出力レベル（Ｖｍ）を、下記数１、数２式によってベクトル的な二組の信号Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔとして演算し、
【数１】
Ａｏｕｔ＝Σ^ｗ _ｍ＝１Ｖｍ×ｓｉｎθｍ
【数２】
Ｂｏｕｔ＝Σ^ｗ _ｍ＝１Ｖｍ×ｃｏｓθｍ
さらに該演算した信号Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔを内挿演算して前記回転部の回転角を求めること、を特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明を説明する。図１は、本発明の磁気式エンコーダを搭載したトータルステーションを、磁気式エンコーダの要部が見えるように一部を切断して示す背面図、図２は同トータルステーションを、磁気式エンコーダの要部が見えるように一部を切断して示す側面図である。
【０００７】
このトータルステーション１１は、周知の通り、三脚等に装着するための底板１３、この底板１３に３本の整準ねじ１５で支持された整準台（台部）１７、この整準台１７に、鉛直軸１９を介して回転自在に軸支され、一対の支柱部２１ａを有するＵ字形状の架台（本体）２１、この架台２１の２本の支柱部２１ａ間に高度分度軸２３を介して回動自在に軸支された視準望遠鏡２５等を備えている。なお、高度分度軸２３は、視準望遠鏡２５の左右に固定され、架台２１の２本の支柱部２１ａに対して回動自在に支持されているが、図１には左側の高度分度軸２３のみを示した。
【０００８】
鉛直軸１９は、整準台１７に固定された鉛直軸受け２７に回動自在に支持されている。そして架台２１は、その支柱部２１ａを連結する基部２１ｂが鉛直軸１９の上端部に固定され、鉛直軸１９に一体として回動自在に支持されている。高度分度軸２３は、架台２１の一対の支柱部２１ａに固定された高度分度軸受け２９に回動自在に軸支されている。このように視準望遠鏡２５は、高度分度軸２３を介して上下方向回動自在に架台２１に軸支され、さらに架台２１および鉛直軸１９を介して方位方向回転自在に整準台１７に軸支されている。
【０００９】
さらに、鉛直軸１９と鉛直軸受け２７との間には、整準台１７（鉛直軸受け２７）に対する鉛直軸１９（架台２１に搭載された視準望遠鏡２５）の相対回転角（水平角）を測定する水平分度として磁気式エンコーダ４１が装着され、高度分度軸２３と架台２１とには、架台２１に対する高度分度軸２３（視準望遠鏡２５）の回転角（高度角）を測定する高度分度として磁気式エンコーダ５１が装着されている。これらの磁気式エンコーダ４１、５１はそれぞれ、軸受け２７、軸２３に固定された磁気ドラム４３、５３と、磁気ドラム４３、５３の外周面に形成された多極着磁層に対して所定間隔で近接対向配置された磁気センサユニット４４、４５、磁気センサユニット５４、５５を備えている。本発明において、磁気ドラム４３、５３の媒体形状は図示実施例に限定されず、円盤、円筒、円柱形状も含む。
この実施例において、磁気式エンコーダ４１は、磁気ドラム４３に対して磁気センサユニット４４、４５が相対回転し、磁気式エンコーダ５１は、磁気センサユニット５４、５５に対して磁気ドラム５３が相対回転する。
【００１０】
また、詳細は図示しないが、各磁気センサユニット４４、４５、磁気センサユニット５４、５５の出力信号を検出して磁気式エンコーダ４１、５１の回転角、つまり水平角、高度角を求める信号処理手段、演算手段を含む電子回路６１（図４参照）が架台２１の基部２１ｂに搭載されている。そして、トータルステーション１１を操作、制御するためのキーボード、およびキーボードによって入力された基礎データや測距結果などを表示する表示器を備えた操作パネル３１、３２が、架台２１の前後両表面に設けられている（図２参照）。
【００１１】
なお、図１、２において、符号３３はトータルステーション１１の持ち運びに利用するためのハンドグリップ、符号３４は磁気式エンコーダ４１および不図示のバッテリ等を保護するために架台２１に装着された防塵カバー、符号３５、３６はそれぞれ、視準望遠鏡２５の接眼レンズ、対物レンズである。
【００１２】
この磁気式エンコーダ４１、５１の構成についてより詳細に説明する。磁気式エンコーダ４１、５１の基本構成は同一なので、一方の磁気式エンコーダ５１の一方の磁気センサユニット５４の構成について、図３、４を参照して説明する。図３は磁気式エンコーダ５１の磁気センサユニット５４の各磁気センサと磁気ドラム５３の多極着磁層５３ａとの関係を説明するための拡大図、図４は磁気センサが備えた磁気抵抗素子の結線を示す配線図である。磁気センサユニット５４は、アングル５６（図１参照）に固定され、アングル５６を介して架台２１に固定されている。
【００１３】
磁気ドラム５３の外周面には、分割数Ｎ（Ｎは正の整数）にて等ピッチで着磁された多極着磁層５３ａが形成されている。多極着磁層５３ａの各磁極５３ａＮの磁極ピッチ（極の境界の間隔）をλとする。磁極ピッチλの電気角は２πである。この多極着磁層５３ａに対して所定の隙間で対向させて磁気センサユニット５４が配置されている。磁気センサユニット５４は、単一の平面基板５４ａと、多極着磁層５３ａと対向する平面基板５４ａの対向面に、λ／４ピッチ相当で設けられた８個の磁気抵抗素子４ａ１、４ｂ１、４ａ２、４ｂ２、４ａ３、４ｂ３、４ａ４、４ｂ４を備えている。そして磁気センサユニット５４は、その中央に立てた垂線が磁気ドラム５３の回転中心を通るように配置されている。
【００１４】
この磁気式エンコーダ５１は、磁気ドラム５３が回転すると、多極着磁層５３ａが発生する磁界３の変化に依存する磁気抵抗素子４ａ１〜４ａ４、４ｂ１〜４ｂ４の抵抗値の変化を検出して、抵抗値の変化から磁気ドラム５３の回転角ωをλ／４ピッチで検出するインクリメンタル方式の磁気式エンコーダである。なお、λ／４ピッチよりも小さい角度（細密回転角）は、いわゆる内挿演算によって求められる。
【００１５】
８個の磁気抵抗素子４ａ１、４ｂ１、４ａ２、４ｂ２、４ａ３、４ｂ３、４ａ４、４ｂ４は、図３に示すように、４個の磁気抵抗素子４ａ１〜４ａ４からなるＡ相と、４個の磁気抵抗素子４ｂ１〜４ｂ４からなるＢ相とに分けられる。Ａ相の各磁気抵抗素子４ａ１、４ａ２、４ａ３、４ａ４とＢ相の各磁気抵抗素子４ｂ１、４ｂ２、４ｂ３、４ｂ４はそれぞれ交互に配置され、かつ同一相の磁気抵抗素子４ａ１〜４ａ４、４ｂ１〜４ｂ４の間隔はλ／２の等ピッチ、隣合う他の相の磁気抵抗素子との間隔はλ／４の等ピッチである。
【００１６】
これらＡ相、Ｂ相の磁気抵抗素子４ａ１〜４ａ４、４ｂ１〜４ｂ４はそれぞれ、図４に示すようにブリッジ結線されている。つまり、直列した磁気抵抗素子４ａ１、４ａ２と磁気抵抗素子４ａ３、４ａ４、磁気抵抗素子４ｂ１、４ｂ２と磁気抵抗素子４ｂ３、４ｂ４が並列接続され、各直列抵抗間からＡ相の端子ｅ_０、ｅ_１、およびＢ相の端子ｅ_０′、ｅ_１′が引き出されている。そして、電子回路６１は、ブリッジ結線された磁気抵抗素子間に定電圧Ｖを印加し、Ａ相の端子ｅ_０、ｅ_１、およびＢ相の端子ｅ_０′、ｅ_１′に現れる電圧の変化（位相）に基づいて磁界の変化を検出し、磁気ドラム５３の回転角ωを測定する。つまり、位相の変化数をカウントして回転各ωを測定する。
【００１７】
この実施の形態によれば、Ａ相の磁気抵抗素子４ａ１〜４ａ４の抵抗値ａ１、ａ２、ａ３、ａ４は、磁気ドラム５３の回転により作用する磁界３の変化によって、下記式のように変化する。
ａ１＝Ｒ_０＋Ｒｓｉｎ（Ｎω）
ａ２＝Ｒ_０＋Ｒｓｉｎ（Ｎω＋π）＝Ｒ_０−Ｒｓｉｎ（Ｎω）
ａ３＝Ｒ_０＋Ｒｓｉｎ（Ｎω＋２π）＝Ｒ_０＋Ｒｓｉｎ（Ｎω）
ａ４＝Ｒ_０＋Ｒｓｉｎ（Ｎω＋３π）＝Ｒ_０−Ｒｓｉｎ（Ｎω）
ただし、ωは磁気ドラム５３の回転角、Ｒ_０は無磁界のときの抵抗値、Ｒは係数（抵抗比）、Ｎは多極着磁層５３ａの数（分割数）である。
【００１８】
したがって、端子ｅ_０と端子ｅ_１の出力を差動増幅すると、Ａ相の出力Ａｏｕｔは、
Ａｏｕｔ＝α×Ｒ×Ｖ／Ｒ_０×ｓｉｎ（Ｎω）
となる（ただし、αは増幅率）。
【００１９】
Ｂ相の磁気抵抗素子４ｂ１〜４ｂ４は、Ａ相の磁気抵抗素子４ａ１〜４ａ４に対してλ／４ピッチずらして配置してあるので、端子ｅ_０′と端子ｅ_１′の出力を差動増幅すると、Ｂ相の出力Ｂｏｕｔは、
Ｂｏｕｔ＝α×Ｒ×Ｖ／Ｒ_０×ｃｏｓ（Ｎω）
となる。
【００２０】
このＡ相の出力ＡｏｕｔおよびＢ相の出力Ｂｏｕｔのゼロクロス点を検出すれば、磁気ドラム５３の回転角を、４×Ｎ単位、つまり３６０／（４×Ｎ）（゜）単位で検出できる。このように、分割数Ｎの４倍まで検出ピッチが小さくなり、分解能が高くなる。測量機においては、（１／Ｎ）／４よりも小さい角度Δωの検出が要求され、分割数Ｎ以上の分割数が必要になることがある。そこで、Ａ、Ｂ相の出力Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔに基づいた下記の内挿計算によって、分割数を増やすことなく、検出可能な検出ピッチを小さくし、検出ピッチ数を増やして、分解能を高めることができる。
Δω＝ｔａｎ^−１（Ａｏｕｔ／Ｂｏｕｔ）
【００２１】
以上の磁気式エンコーダの場合、多極着磁層の分割数を光学式エンコーダほど多く取れずしかもピッチが大きいため、寸法誤差、磁気抵抗素子の磁気抵抗曲線の理想値からのずれなどにより、分割した１ピッチ内での高調波誤差（高調波歪み）の影響が大きい。そのため、高精度化の要求を満足させるのは非常に困難であり、満足させるためには高調波誤差を補正する必要があり、そのためにはセンサユニット、または磁気抵抗素子の個数を増やさなければならない。たとえば、従来技術によると、１つのｎ次高調波誤差を補正するためには、同様のセンサを２組用意し、各センサを電気角がΠ／ｎずれるように配置する必要がある。この場合、上記８個の倍の２倍の１６個の磁気抵抗素子が必要となり、ｋ個の高調波誤差をなくすためには２^ｋ倍まで磁気抵抗素子が必要になる。しかし、１個のセンサユニット内で磁気抵抗素子を増加させるとセンサユニットの幅が広がり、磁気ドラムの曲率の影響、つまり磁気ドラムから磁気抵抗素子までの距離差を受けやすくなり、誤差が大きくなってしまう問題がある。
【００２２】
そこで本発明の実施の形態は、所望の高調波誤差を補正するように、１波長λ、つまり電気角２πに相当する１ピッチ内に、ｗ個の磁気抵抗素子を任意間隔の位相差（θｍ）で配置し、磁気ドラムが回転するときに生じるｗ個の磁気抵抗素子の抵抗変化に対する出力変化Ｖｍを、下記数１、数２式により、ベクトル的なＡ相の検出信号Ａｏｕｔ、Ｂ相の検出信号Ｂｏｕｔとして算出する。
【数１】
Ａｏｕｔ＝Σ^ｗ _ｍ＝１Ｖｍ×ｓｉｎθｍ
【数２】
Ｂｏｕｔ＝Σ^ｗ _ｍ＝１Ｖｍ×ｃｏｓθｍ
さらに、演算した検出信号Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔに基づいて内挿演算を実行して２π／ｗピッチよりも小さい角度（細密角度）Δωを検出する。
Δω＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）
【００２３】
その実施形態を、さらに図５、６、７および８を参照して説明する。この実施形態は、図１、２に示したトータルステーションの磁気式エンコーダに適用した実施例であり、図５、７には図３に対応する部分を示してある。なお、これらの図において図１、２と共通の部材には同一の符号を付してある。
【００２４】
図５、６に示した第１の実施例は、１次、２次および３次の高調波誤差を補正する磁気抵抗素子の配置構造を示している。磁気センサユニット５４０には、１２個の磁気抵抗素子Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４、Ｓ_５、Ｓ_６、Ｓ_７、Ｓ_８、Ｓ_９、Ｓ_１０、Ｓ_１１、Ｓ_１２が配置されている。各磁気抵抗素子Ｓ_１〜Ｓ_１２は、外周面をＮ分割してＮ個の磁極が形成された多極着磁層５３ａの１ピッチ（多極着磁層５３ａの磁極５３ａＮのピッチ）内（電気角では２π、１波長λ内）に、π／６の等しい位相差が発生するようにセンサユニット５４０に配置されている。つまり、各磁気抵抗素子Ｓ_１〜Ｓ_１２の間隔はπ／６である。したがって、磁気ドラム５３が回転すると、各磁気抵抗素子Ｓ_１〜Ｓ_１２が受ける磁界３はπ／６づつ位相がずれて変化するので、各磁気抵抗素子Ｓ_１〜Ｓ_１２の抵抗値は、π／６づつ位相がずれて変化する。そこで、各磁気抵抗素子Ｓ_１〜Ｓ_１２を各基準抵抗Ｒ_０１を介して接地して基準電圧Ｖｃを印加する（図６参照）。そして、各磁気抵抗素子Ｓ_１〜Ｓ_１２と基準抵抗Ｒ_０１の接続点の電圧を出力レベルとしてＡ／Ｄ変換器６３によってデジタル値、Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４、Ｖ_５、Ｖ_６、Ｖ_７、Ｖ_８、Ｖ_９、Ｖ_１０、Ｖ_１１、Ｖ_１２、に変換する。このデジタル値を下記数３、数４式によって加算平均することにより、Ａ相の検出信号ＡｏｕｔおよびＢ相の検出信号Ｂｏｕｔに変換すると同時に、１次、２次および３次の高調波誤差を補正している。
【数３】
Ａｏｕｔ＝Σ^ｗ _ｍ＝１Ｖｍ×ｓｉｎθｍ
ｓｉｎθｍ＝ｓｉｎ（２π／ｗ×（ｍ−１））
Ａｏｕｔ＝Ｖ_４−Ｖ_１０＋１／２（Ｖ_２＋Ｖ_６−Ｖ_８−Ｖ_１２）＋３^−１／２／２（Ｖ_３＋Ｖ_５−Ｖ_９−Ｖ_１１）
【数４】
Ｂｏｕｔ＝Σ^ｗ _ｍ＝１Ｖｍ×ｃｏｓθｍ
ｃｏｓθｍ＝ｃｏｓ（２π／ｗ×（ｍ−１））
Ｂｏｕｔ＝−Ｖ_１−Ｖ_７＋１／２（Ｖ_３＋Ｖ_１１−Ｖ_５−Ｖ_９）＋３^１／２／２（Ｖ_２＋Ｖ_１２−Ｖ_６−Ｖ_８）
ただし、Ｖ_１〜Ｖ_１２は、基準電圧Ｖｃからの差電圧の絶対値である。
【００２５】
上記演算によって求めたディジタル信号Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔのゼロクロス点をカウントすることによって、粗回転角ωが求まる。
【００２６】
そして、この演算値Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔを下記式によって内挿演算することにより、１／４ピッチ（位相差π／２）よりも小さい角度（細密回転角）Δωを求めることができる。
Δω＝ｔａｎ^−１（Ａｏｕｔ／Ｂｏｕｔ）
【００２７】
この実施例では、各磁気抵抗素子Ｓ_１〜Ｓ_１２の出力レベルをＡ／Ｄ変換しているので、各磁気抵抗素子単位で磁気ドラム５３の曲率の影響による磁界差を補正することも、各磁気抵抗素子の個体差により生じる誤差を補正することもできる。
【００２８】
本発明の磁気センサユニットの第２の実施例を、図７に示した。この第２の実施例は、磁気センサユニット５４１に、複数の磁気抵抗素子を電気角２π内に配置できない場合の一実施例である。この第２の実施例では、１２個の磁気抵抗素子Ｓ_１〜Ｓ_１２を６個ずつＡ相群（磁気抵抗素子Ｓ_１、Ｓ_３、Ｓ_５、Ｓ_７、Ｓ_９、Ｓ_１１）と、Ｂ相群（磁気抵抗素子Ｓ_２、Ｓ_４、Ｓ_６、Ｓ_８、Ｓ_１０、Ｓ_１２）とに分け、各Ａ、Ｂ相群の磁気抵抗素子の間隔は電気角でπ／３に、Ａ群とＢ群の間隔は電気角で２π＋π／６に設定し、４π内に配置してある。つまり、各磁気抵抗素子Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４、Ｓ_５、Ｓ_６、Ｓ_７、Ｓ_８、Ｓ_９、Ｓ_１０、Ｓ_１１、Ｓ_１２のピッチは、実質的にπ／６となる。
【００２９】
これらの磁気抵抗素子Ｓ_１〜Ｓ_１２は、図６に示した実施例と同様に接続する。そして、これらの磁気抵抗素子Ｓ_１〜Ｓ_１２の出力をそれぞれＡ／Ｄ変換器６３によってそれぞれＡ／Ｄ変換し、演算回路６５によってデジタル値を上記数３、数４式に代入してＡ相およびＢ相の検出信号Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔを演算によって求め、さらに検出信号Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔに基づいて内挿演算を実行して回転角を求める。
【００３０】
図６に示した実施例では、磁気抵抗素子Ｓ_１〜Ｓ_１２全ての出力信号をＡ／Ｄ変換してから利用しているが、本発明の実施の形態では、出力信号の係数が同じ磁気抵抗素子をアナログ的に加算、つまり直列接続して処理することにより出力数、Ａ／Ｄ変換処理量を減らすことも可能である。数５、数６式において、係数が同じ磁気抵抗素子をアナログ的に加算する実施例を、図８に示した。この磁気抵抗素子の結線に関する第２の実施例では磁気抵抗素子Ｓ_４、Ｓ_１０と基準抵抗Ｒ_０２、磁気抵抗素子Ｓ_１、Ｓ_７と基準抵抗Ｒ_０２、磁気抵抗素子Ｓ_２、Ｓ_６、Ｓ_８、Ｓ_１２と基準抵抗Ｒ_０２、および磁気抵抗素子Ｓ_３、Ｓ_５、Ｓ_９、Ｓ_１１と基準抵抗Ｒ_０２がそれぞれ直列に接続され、これら直列接続された磁気抵抗素子と基準抵抗が、定電圧（Ｖｃ）端子とグランドとの間に並列に挿入されている。そして、各基準抵抗Ｒ_０２と磁気抵抗素子Ｓ_１０、Ｓ_７、Ｓ_１２、Ｓ_１１との接続点の出力レベル（電圧）を出力ｅ_１１、ｅ_２１、ｅ_３１、ｅ_４１として取り出し、４個の出力ｅ_１１、ｅ_２１、ｅ_３１、ｅ_４１をＡ／Ｄ変換器６３によってデジタル値に変換する。
【００３１】
そして、デジタル値に変換したｅ_１１、ｅ_２１、ｅ_３１、ｅ_４１を、数１、数２式に対応する下記数５、数６式に代入して検出信号Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔを求める。
【数５】
Ａｏｕｔ＝ｅ_１１＋１／２（ｅ_３１）＋３^−１／２／２（ｅ_４１）
【数６】
Ｂｏｕｔ＝−ｅ_２１＋１／２（ｅ_４１）＋３^１／２／２（ｅ_３１）
さらに、内挿演算、
Δω＝ｔａｎ^−１（Ａｏｕｔ／Ｂｏｕｔ）
によって各素子のゼロクロス点検出によるπ／６よりも小さい角度（細密回転角）Δωを求める。
【００３２】
以上の通り本発明の実施の形態によれば、補正する１次、２次、３次数に応じた１２個の磁気抵抗素子Ｓ_１〜Ｓ_１２を、電気角πの１／（次数×２）の位相差θだけ離反させて配置し、各磁気抵抗素子Ｓ_１〜Ｓ_１２の出力レベル（Ｖｍ）を、数１、数２の式によって演算してベクトル的な位相差を有する二組の検出信号Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔを求め、さらに検出信号Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔを内挿演算式に代入して演算することにより磁気ドラム５３の回転角を求めるので、磁気抵抗素子を増やすことなく、多数の次数の高調波誤差を補正することができる。しかも、各磁気抵抗素子Ｓ_１〜Ｓ_１２の出力信号をまずＡ／Ｄ変換するので、磁気ドラム５３の曲率の影響などの誤差を、定量的に簡単に補正することができる。さらに、複数のセンサユニットを設ける必要が無いので、センサユニットの位置決めなどの手間がかからず、調整ミスなどによる人為的誤差の発生を防止できる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、多極着磁層５３ａの１ピッチ、２π以内に１２個の磁気抵抗素子Ｓ_１〜Ｓ_１２をπ／６の位相差を持たせて配置したが、磁気抵抗素子の数および位相差はこれに限定されることはない。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り本発明は、任意次数の高調波誤差を補正するように前記各磁気センサを、前記多極着磁層の１ピッチよりも短い間隔であって、それぞれ検出信号の位相がθｍずれるようにｗ個配置し、該ｗ個の磁気センサの検出信号の出力レベル（Ｖｍ）を、数１、数２式によってベクトル的な二組の信号Ａ、Ｂとして求め、さらに該演算した信号Ａ、Ｂを内挿演算して前記回転部の回転角を求めるので、少ない磁気センサ数で多数の高調波誤差を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した磁気式エンコーダを搭載したトータルステーションを、磁気式エンコーダの要部が見えるように一部を切断して示した背面図である。
【図２】同トータルステーションを、磁気式エンコーダの要部が見えるように一部を切断して示した側面図である。
【図３】同磁気式エンコーダの磁気ドラムと磁気センサとの関係を説明する拡大図である。
【図４】同磁気式エンコーダの磁気抵抗素子の結線の一例を示す回路図である。
【図５】図１、２に示したトータルステーションに適用した本発明の磁気式エンコーダの第１の実施例の要部を示す図である。
【図６】図５に示した磁気式エンコーダにおける磁気抵抗素子の結線の第１の実施例を示す回路図である。
【図７】図１、２に示したトータルステーションに適用した本発明の磁気式エンコーダの第２の実施例の要部を示す図である。
【図８】図５、７に示した実施例の磁気抵抗素子の結線の第２の実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
１１トータルステーション
１３底板
１５整準ねじ
１７整準台
１９鉛直軸
２１架台
２３高度分度軸
２５視準望遠鏡
２７鉛直軸受け
２９高度分度軸受け
４１５１磁気式エンコーダ
４３５３磁気ドラム（回転部）
５３ａ多極着磁層
５３ａＮ磁極
４４５４磁気センサユニット
５４０５４１磁気センサユニット
６１電子回路
６３Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換手段）
６５演算回路（演算手段）
Ｓ_１Ｓ_２Ｓ_３Ｓ_４Ｓ_５Ｓ_６Ｓ_７Ｓ_８Ｓ_９Ｓ_１０Ｓ_１１Ｓ_１２磁気抵抗素子（磁気センサ）

Claims

外周面に等ピッチで着磁された多極着磁層を有する磁気ドラムと、該磁気ドラムの外周面に対向させて複数個配置された磁気センサを備え、該磁気センサと該磁気ドラムが相対回転すると、該各磁気センサが相対回転角に応じて周期的に変化する検出信号を出力する磁気式エンコーダであって、
任意次数の高調波誤差を補正するように、前記多極着磁層の１ピッチよりも短い間隔であって、それぞれ検出信号の位相がθｍずれるように配置されたｗ個の磁気センサと、
前記磁気ドラムと前記磁気センサとが相対回転するときに前記ｗ個の磁気センサが出力する検出信号の出力レベル（Ｖｍ）と、下記数１、数２式によって、ベクトル的な二組の信号Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔを求める演算手段を備えたことを特徴とする磁気式エンコーダ。
前記演算手段はさらに、前記演算した信号Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔを内挿演算して前記相対回転角を求める請求項１記載の磁気式エンコーダ。
前記内挿演算は、式
ｔａｎ^−１（Ａｏｕｔ／Ｂｏｕｔ）
による演算である請求項２記載の磁気式エンコーダ。
前記磁気センサは磁気抵抗素子であって、該磁気抵抗素子は、単一の基板に配置されている請求項２または３記載の磁気式エンコーダ。
前記各磁気抵抗素子の出力信号をＡ／Ｄ変換し、該Ａ／Ｄ変換した各デジタル信号に基づいて前記数１、数２式によって内挿演算する請求項４記載の磁気式エンコーダ。
前記Ａ／Ｄ変換した各デジタル信号に所定係数による補正をする請求項５記載の磁気式エンコーダ。
前記数１、数２式中で同一係数の出力信号はアナログ処理によって加算し、加算した出力信号をＡ／Ｄ変換する請求項５または６記載の磁気式エンコーダ。
前記アナログ処理は、前記対応する磁気抵抗素子を直列接続することである請求項７記載の磁気式エンコーダ。
前記磁気式エンコーダは、視準望遠鏡を備えた測量機に、該視準望遠鏡の高度角または方位角を測定する角度測定装置として搭載されている請求項１から８のいずれか一項記載の磁気式エンコーダ。
外周面に等ピッチで着磁された多極着磁層を有する磁気ドラムと、該磁気ドラムの外周に対向させて複数個配置された磁気センサを備え、該磁気センサと該磁気ドラムが相対回転したときに該各磁気センサが出力する、前記相対回転角に応じて周期的に変化する検出信号の高調波誤差削減方法であって、
任意次数の高調波誤差を補正するように前記各磁気センサを、前記多極着磁層の１ピッチよりも短い間隔であって、それぞれ検出信号の位相がθｍずれるようにｗ個配置し、
前記磁気ドラムと前記磁気センサとが相対回転するときに前記ｗ個の磁気センサが出力する検出信号の出力レベル（Ｖｍ）と、下記数１、数２式によってベクトル的な二組の信号Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔを演算すること、を特徴とする磁気式エンコーダの高調波誤差削減方法。
前記演算した信号Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔを内挿演算して前記回転部の回転角を求める段階を含むことを特徴とする請求項１０記載の磁気式エンコーダの高調波誤差削減方法。