JP4224677B2 - 光学式エンコーダの位置検出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度の位置決めを行う光学式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学式エンコーダには、ロータリーエンコーダとリニアエンコーダとが存在するが、説明の具体化のためロータリーエンコーダの従来技術について説明する。図７は、従来技術のロータリエンコーダの光学系のブロック図である。このロータリエンコーダの検出原理は、Ａ相，Ｂ相という２相の正弦波信号を逆正接演算し、位置検出を行うというものである。光学系は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子１、光を透過／遮光するスリット板２、スリット板２を透過した光を受光して電流に変換する受光素子３により構成される。
【０００３】
受光素子３はスリット板２のパターンと組合わせて、スリット板２が回転すると、位相の９０度ずれたＡ相，Ｂ相という２相の正弦波電流が出力されるように構成されている。なお、正弦波電流の波形がより正弦波に近づくように、スリット板２と受光素子３との間隔は、特に、厳密に規定される。
【０００４】
受光素子３から出力された電流は、電子回路である下位信号変換＆波形調整手段４に入力される。下位信号変換＆波形調整手段４は、電流／電圧変換を行うとともに、波形のオフセットが所定の値（例えば０）になり、かつ、Ａ相，Ｂ相の振幅が等しくなるように調整し、Ａ／Ｄ変換を行ってアナログ信号からデジタル信号へ変換して出力する。
【０００５】
ディジタル信号に変換された２相の信号（以降、Ａ相信号、Ｂ相信号）は、例えば、次式で近似できる。なお、ディジタル信号であることから離散データとして式を表すこともできるが、説明の直感的理解を図るため、敢えてアナログ信号として説明されている。
【０００６】
【数１】
Ａ≒Ｐ・ｃｏｓθＬ１
Ｂ≒Ｐ・ｓｉｎθＬ１
ただし、
Ａ ：Ａ相信号
Ｂ ：Ｂ相信号
θＬ１：位置
Ｐ ：振幅
【０００７】
こうして得られたＡ相信号・Ｂ相信号は、逆正接演算手段（ｔａｎ−１演算）５にて、次式の演算がなされ、位置検出値θＬ１が出力される。
【０００８】
【数２】
θＬ１＝ｔａｎ−１（Ｂ／Ａ）
【０００９】
ここにθＬ１ は角度であって、相対的な位置を表すこととなる。
【００１０】
このような光学式エンコーダでは、誤差の発生が補正するような各種の信号処理が行われている。例えば、エンコーダの出力信号処理回路（特許文献１参照）では、９０゜の位相差があるＡ．Ｂ相の信号に対し、オフセットと振幅誤差とを除去する処理を行い、エンコーダの検出精度を向上させている。従来技術はこのようなものである。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−３１１７４１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
逆正接演算を行う位置検出では、オフセットと振幅誤差のみならず、Ａ相信号、Ｂ相信号が完全な正弦波でない場合にも、位置検出誤差が生じる。この点について図を参照しつつ説明する。図８は、逆正接演算による位置検出で発生する位置検出誤差の説明図である。
受光素子３から出力されるＡ相，Ｂ相の正弦波信号の電流波形は、図８で示すように、スリット板２と受光素子３との間隔に応じて変化するというものである。
【００１３】
スリット板２と受光素子３との間隔がゼロであると仮定した場合、受光素子３から出力される電流波形は、理論上三角波になる。スリット板２と受光素子３との間隔が長くなるに従い、ＬＥＤの斜め方向の光成分と回折の影響により、波形が鈍って振幅は小さくなり、波形の形状は正弦波に近くなる。
Ａ相信号とＢ相信号との波形を、正弦波に近づけるためには、スリット板２と受光素子３と間隔を広くするのが望ましいが、振幅が小さくなりＳ／Ｎ比が低下するために、たとえ正弦波が三角波に近くなったとしても、間隔を狭く設計することがある。なお、このようなＡ相信号，Ｂ相信号の波形は、完全な正弦波でなく、おおよその正弦波である正弦波状の信号となっている。
【００１４】
また、加工や組立のばらつきにより、スリット板２と受光素子３との間隔は設計値通りにはならずに、結果として、Ａ相信号とＢ相信号との波形が三角波に近かったり、正弦波に近かったりという信号になり、ロータリエンコーダによる個体差を生んでいる。すなわち、ロータリエンコーダの位置検出精度が、良いものと、悪いものを生じている。
【００１５】
さらに、スリット板２が傾いたり、平坦でなくうねっていたりすると、１回転中において、Ａ相信号とＢ相信号の波形のひずみ具合が異なっていることもある。このような場合、さらに厳密に見ると、Ａ相信号とＢ相信号の間でも波形のひずみ具合が異なっている場合もある。これらも、また、位置検出誤差を大きくしている。
【００１６】
本発明は上記したような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、Ａ相信号・Ｂ相信号の波形が、正弦波ではなく、三角波に近いようなひずんだ波形であり、しかもそのひずみの度合に個体差があるような場合でも、正確な位置検出を行うようにする光学式エンコーダの位置検出方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の光学式エンコーダの位置検出方法によれば、
発光素子と、光を透過／遮光するパターンを設けたスリット板と、スリット板から透過／遮光する光を受光して略９０度の位相差を有するＡ，Ｂ相の正弦波状信号を出力する受光素子とを備えた光学式エンコーダの位置検出方法において、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を逆正接演算して逆正接値を求め、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を用いて基本波振幅と３次高調波振幅とを演算し、
前記３次高調波振幅の前記基本波振幅に対する比率と前記逆正接値の４倍を変数とした正弦波とから補正値を算出し、
この補正値と前記逆正接値とから位置検出値を算出する
ことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２に記載の光学式エンコーダの位置検出方法によれば、
発光素子と、光を透過／遮光するパターンを設けたスリット板と、スリット板から透過／遮光する光を受光して略９０度の位相差を有するＡ，Ｂ相の正弦波状信号を出力する受光素子とを備えた光学式エンコーダの位置検出方法において、Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を逆正接演算して逆正接値を求め、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を用いて基本波振幅、３次高調波振幅および５次高調波振幅を演算し、
前記５次高調波振幅から前記３次高調波振幅を減算した値の前記基本波振幅に対する比率と前記逆正接値の４倍を変数とした正弦波とから補正値を算出し、
この補正値と前記逆正接値とから位置検出値を算出する
ことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項３に記載の光学式エンコーダの位置検出方法によれば、
発光素子と、光を透過／遮光するパターンを設けたスリット板と、スリット板から透過／遮光する光を受光して略９０度の位相差を有するＡ，Ｂ相の正弦波状信号を出力する受光素子とを備えた光学式エンコーダの位置検出方法において、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を逆正接演算して逆正接値を求め、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を用いて基本波振幅と３次高調波振幅とを演算し、 前記３次高調波振幅の前記基本波振幅に対する比率と前記逆正接値の４倍を変数とした正弦波と前記逆正接値の２倍を変数とした正弦波とから補正値を算出し、
この補正値と前記逆正接値とから位置検出値を算出する
ことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４に記載の光学式エンコーダの位置検出方法によれば、
発光素子と、光を透過／遮光するパターンを設けたスリット板と、スリット板から透過／遮光する光を受光して略９０度の位相差を有するＡ，Ｂ相の正弦波状信号を出力する受光素子とを備えた光学式エンコーダの位置検出方法において、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を逆正接演算して逆正接値を求め、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を用いて基本波振幅、３次高調波振幅および５次高調波振幅とを演算し、
前記５次高調波振幅から前記３次高調波振幅を減算した値の前記基本波振幅に対する比率と前記逆正接値の４倍を変数とした正弦波と前記逆正接値の２倍を変数とした正弦波とから補正値を算出し、
この補正値と前記逆正接値とから位置検出値を算出する
ことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項５に記載の光学式エンコーダの位置検出方法によれば、
請求項１または請求項３に記載の光学式エンコーダの位置検出方法において、
電気的に書換え可能な不揮発性メモリを備え、前記３次高調波振幅の前記基本波振幅に対する比率に基づいて求めた誤差補正ゲインを不揮発性メモリに書き込むことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項６に記載の光学式エンコーダの位置検出方法によれば、
請求項２または請求項４に記載の光学式エンコーダの位置検出方法において、電気的に書換え可能な不揮発性メモリを備え、前記５次高調波振幅から前記３次高調波振幅を減算した値の前記基本波振幅に対する比率に基づいて求めた誤差補正ゲインを不揮発性メモリに書き込むことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項７に記載の光学式エンコーダの位置検出方法によれば、
請求項５または請求項６に記載の光学式エンコーダの位置検出方法において、Ａ相，Ｂ相の正弦波状信号から上位の絶対位置検出値を出力する上位位置検出出力手段を有し、上位の絶対位置を所定角度間隔にｎ分割し、前記不揮発性メモリに書き込む誤差補正ゲインをｎ分割された上位の絶対位置に応じて読み出されるｎ個のテーブルデータとすることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図を参照しつつ説明する。まず、本実施形態における位置検出誤差の低減原理を、式を用いて説明する。
正弦波がひずんだ波形（正弦波状波形）には、高調波成分が重畳されている。高調波成分を含んだＡ相信号、Ｂ相信号は次式で表すことができる。
【００２５】
【数３】
Ａ=ＰＡ１cos(θ)+ＰＡ２cos(2θ)+ＰＡ３cos(3θ)+・・・+ＰＡｎcos(nθ)+・・・
Ｂ=ＰＢ１sin(θ)+ＰＢ２sin(2θ)+ＰＢ３sin(3θ)+・・・+ＰＢｎsin(nθ)+・・・
ここで、
θ：位置
ＰＡ１：Ａ相信号基本波振幅
ＰＡｎ：Ａ相信号ｎ次高調波振幅（ｎ＝２，３，・・・）
ＰＢ１：Ｂ相信号基本波振幅
ＰＢｎ：Ｂ相信号ｎ次高調波振幅（ｎ＝２，３，・・・）
【００２６】
正弦波がひずんで、三角波に近くなっているということは、特に３次高調波成分が支配的であると言うことができ、Ａ相信号、Ｂ相信号は、次式で近似できる。
【００２７】
【数４】
Ａ≒ＰＡ１cos(θ)+ＰＡ３cos(３θ)
Ｂ≒ＰＢ１sin(θ)+ＰＢ３sin(３θ)
【００２８】
ここでＡ相信号基本波の振幅とＢ相信号基本波の振幅、さらにＡ相信号の３次高調波振幅とＢ相信号の３次高調波振幅が等しいとした場合（ＰＡ１＝ＰＢ１＝Ｐ１，ＰＡ３＝ＰＢ３＝Ｐ３の場合）には、Ａ相信号とＢ相信号とを逆正接演算した結果は、次式数５で近似できる。
【００２９】
【数５】
tan−１(Ｂ／Ａ)≒θ−(Ｐ３／Ｐ１)sin(４θ)
【００３０】
ここで、第２項の“−(Ｐ３／Ｐ１)sin(４θ)”が誤差となる。すなわち、４倍周波数の正弦波に、３次高調波振幅の基本波振幅に対する比率をゲインとして乗算した値である。なお誤差の符号は、座標軸の取り方にもよるが、この説明の場合は負となる。
また、ここでθは位置の真値であるが、実際には得られないので、本発明は逆正接演算結果を、“θ≒(tan−１(Ｂ／Ａ))”として用いる。結果として、本実施形態の発明では、位置検出を行うために次式の演算を行う。
【００３１】
【数６】
θＬ１＝tan−１(Ｂ／Ａ)−(−(Ｐ３／Ｐ１)sin(４・tan−１(Ｂ／Ａ)))
【００３２】
光学式エンコーダはこのようにして位置検出値θＬ１ を算出することで、位置検出誤差を低減する。
【００３３】
続いて、この検出原理を採用する本発明の第一実施形態の光学式エンコーダの構成について図を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
光学式エンコーダは、発光素子１、スリット板２、受光素子３、下位信号変換＆波形調整手段４、逆正接演算手段５、誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７を少なくとも備えている。ここに従来技術と同じ構成の発光素子１、スリット板２、受光素子３、下位信号変換＆波形調整手段４、逆正接演算手段５については同一の符号を付すとともに重複する説明を省略する。
【００３４】
この光学式エンコーダのスリット板２はモータ８の回転軸に取り付け固定されているものである。モータ８はドライバ９に接続されている。これらモータ８とドライバ９とは、スリット板２を回転させる装置の一具体例であり、他の回転手段への置き換えも可能である。スリット板２が一定速度で回転すると、逆正接演算手段５に入力するＡ相信号、Ｂ相信号は、一定周波数の正弦波状波形になる。
【００３５】
続いて、この光学式エンコーダの個々の構成及び機能について、信号処理とともに一括して説明する。なお実際はディジタルデータを用いて信号処理されるのであるが、説明を容易にするためアナログ信号を処理するものとして説明されている。
【００３６】
例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子１から光が出射されており、受光素子３はその光を受光したときに電流を出力するようになされている。モータ８が回転駆動すると、同時にスリット板２が回転し、スリット（図示せず）により発光素子１からの光を透過／遮光を交互に繰り返す。これによりスリット板２の回転時には、受光素子３は２相の正弦波状信号であるＡ相信号・Ｂ相信号を出力する。
【００３７】
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号・Ｂ相信号は、逆正接演算手段５と誤差補正ゲイン演算手段７へ出力される。
ここで、本実施形態では、誤差補正ゲイン演算手段７は、エンコーダ内に設けられた構成としているが、誤差補正ゲイン演算手段７をエンコーダとは別の外部装置とし、エンコーダの実動作とはオフラインで動作させることもできる。すなわち、モータ８、ドライバ９、エンコーダ、誤差補正ゲイン演算手段７（外部装置）からなるシステムで、まず、後述するように誤差補正ゲインΔｇを求める。このとき誤差補正ゲイン演算手段７への入力はＡ，Ｂ相の正弦波信号のみであり、エンコーダはＡ，Ｂ相の正弦波信号（デジタル量でも、Ａ／Ｄ変換前のアナログ量であってもよい）を出力するものであればよい。次に、誤差補正ゲイン演算手段７で求めた誤差補正ゲインΔｇをエンコーダ搭載のＲＯＭなどに格納され、工場出荷されるエンコーダが完成する。まず、誤差補正ゲイン演算手段７での演算について説明する。
【００３８】
この誤差補正ゲイン演算手段７は、基本波振幅演算手段７０１、３次高調波振幅演算手段７０２、除算手段７０３，７０４、平均手段７０５、ゲイン乗算手段７１３，７１４を備えている。
【００３９】
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号、Ｂ相信号は、基本波振幅演算手段７０１および３次高調波振幅演算手段７０２へ入力される。
この基本波振幅演算手段７０１は基本波振幅ＰＡ１、ＰＢ１を、また、３次高調波振幅演算手段７０２は３次高調波振幅ＰＡ３、ＰＢ３を、例えばＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）などを用いてそれぞれ求めて出力する。
基本波振幅ＰＡ１および３次高調波振幅ＰＡ３は、除算手段７０３へ入力され、また、基本波振幅ＰＢ１および３次高調波振幅ＰＢ３は、除算手段７０４へ入力される。
【００４０】
除算手段７０３はＡ相信号の３次高調波振幅ＰＡ３を、基本波振幅ＰＡ１で除算し、基本波振幅に対する３次高調波振幅の比を求める。Ｂ相についても同様に、除算手段７０４はＢ相信号の３次高調波振幅ＰＢ３を基本波振幅ＰＢ１で除算し、基本波振幅に対する３次高調波振幅の比を求める。
【００４１】
Ａ相の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比と、Ｂ相の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比とを、それぞれゲイン乗算手段７１３，７１４に入力して符号反転させ、その後段の平均手段７０５により平均し、誤差補正ゲインΔｇが求まる。
ここで、ゲイン乗算手段７１３，７１４にて符号反転しているが、座標の取り方によっては、このゲイン乗算手段７１３，７１４は不要となる。
また、本発明では、Ａ相信号の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比率と、Ｂ相信号の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比率を、平均手段７０５にて平均化し誤差補正ゲインΔｇとしているが、平均手段７０５を削除し、どちらか一方の比率を誤差補正ゲインΔｇとすることも可能である。
【００４２】
続いて、逆正接演算手段５および誤差補正演算手段６について説明する。
誤差補正演算手段６は、増幅手段６０１、正弦波演算手段６０２、乗算手段６０３、減算手段６０４を備えている。
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号、Ｂ相信号は、逆正接演算手段５に入力される。
逆正接演算手段５では、入力されたＡ相信号・Ｂ相信号の逆正接値を出力する。
【００４３】
誤差補正演算手段６では、逆正接演算手段５の演算結果である逆正接値θＬ１を増幅手段６０１で４倍し、これを基に正弦波演算手段６０２により４倍周波数の正弦波を生成する。乗算手段６０３にて、この正弦波に誤差補正ゲインΔｇを乗算して補正値を算出する。減算手段６０４は、この補正値を、逆正接演算手段５の出力である逆正接値θＬ１から減算する。減算結果を最終的な位置検出値θＬとする。
【００４４】
これにより、先の数６で示したような誤差が除去されることとなり、正確な位置検出が可能となる。
ここで、本実施形態では、減算手段６０４を用いるものとして説明したが、座標の取り方や誤差補正ゲインΔｇの極性によって、加算手段とする場合もある。
【００４５】
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態における位置検出誤差の低減原理を、式を用いて説明する。
第１実施形態では３次高調波までしか考慮しなかったが、この第２実施形態では５次高調波成分の影響を考慮した。３次高調波成分と５次高調波成分を考慮して、Ａ相信号とＢ相信号を、次式のように近似する。
【００４６】
【数７】
Ａ≒ＰＡ１cos(θ)+ＰＡ３cos(3θ)+ＰＡ５cos(5θ)
Ｂ≒ＰＢ１sin(θ)+ＰＢ３sin(3θ)+ＰＢ５sin(5θ)
【００４７】
ここで、Ａ相信号の基本波の振幅とＢ相信号の基本波の振幅、Ａ相信号の３次高調波振幅とＢ相信号の３次高調波振幅、Ａ相信号の５次高調波振幅とＢ相信号の５次高調波振幅がそれぞれ等しいとした場合（ＰＡ１＝ＰＢ１＝Ｐ１，ＰＡ３＝ＰＢ３＝Ｐ３，ＰＡ５＝ＰＢ５＝Ｐ５の場合）には、Ａ相信号とＢ相信号を逆正接演算した結果は、次式で近似できる。
【００４８】
【数８】
tan−１(Ｂ／Ａ)≒θ＋((Ｐ５−Ｐ３)／Ｐ１)sin(４θ)
【００４９】
ここで、第２項の((Ｐ５−Ｐ３)／Ｐ１)sin(４θ)が、誤差となる。すなわち、４倍周波数の正弦波に、５次高調波振幅から３次高調波振幅を減算した結果の、基本波振幅に対する比率が乗算された値である。誤差の符号は、座標軸の取り方にもよるが、この場合は、５次高調波から３次高調波を減算するものとなる。５次高調波の影響は、３次高調波より小さいが、式より、３次高調波と同じ４倍周波数でかつ同じ位相の誤差を持つため、容易に補正できることが分かる。本実施形態では、結果として、位置検出を行うために次式の演算を行う。
【００５０】
【数９】
θＬ１＝tan−１(Ｂ／Ａ)−((Ｐ５−Ｐ３)／Ｐ１)sin(４・tan−１(Ｂ／Ａ)))
【００５１】
光学式エンコーダはこのようなθＬ１ を算出することで、位置検出誤差を低減する。
【００５２】
続いて、この検出原理を採用する本発明の第２実施形態の光学式エンコーダの構成について図を参照しつつ説明する。図２は、本実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
本実施形態の光学式エンコーダも、第１実施形態と同様に、発光素子１、スリット板２、受光素子３、下位信号変換＆波形調整手段４、逆正接演算手段５、誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７を少なくとも備えているが、誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７が、上記原理に対応している点が相違する。
ここで、本実施形態においても、誤差補正ゲイン演算手段７は、エンコーダ内に設けられた構成としているが、第１実施形態と同様に、誤差補正ゲイン演算手段７をエンコーダとは別の外部装置とし、この誤差補正ゲイン演算手段７で求めた誤差補正ゲインΔｇをエンコーダ搭載のＲＯＭなどに格納してもよい。
【００５３】
続いて、誤差補正ゲイン演算手段７の内部の構成・動作のみ説明する。
本実施形態の誤差補正ゲイン演算手段７は、基本波振幅演算手段７０１、３次高調波振幅演算手段７０２、５次高調波振幅演算手段７０７、除算手段７０３，７０４、平均手段７０５、減算手段７０８，７０９を備えている。
【００５４】
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号、Ｂ相信号は、基本波振幅演算手段７０１、３次高調波振幅演算手段７０２および５次高調波振幅演算手段７０７へ入力される。
この基本波振幅演算手段７０１は基本波振幅ＰＡ１、ＰＢ１を、３次高調波振幅演算手段７０２は３次高調波振幅ＰＡ３、ＰＢ３を、５次高調波振幅演算手段７０７は５次高調波振幅ＰＡ５、ＰＢ５を、例えばＦＦＴなどを用いてそれぞれ演算して出力する。
【００５５】
３次高調波振幅ＰＡ３および５次高調波振幅ＰＡ５は、減算手段７０８へ入力され、また、３次高調波振幅ＰＢ３および５次高調波振幅ＰＢ５は、減算手段７０９へ入力される。
減算手段７０８は、Ａ相５次高調波振幅ＰＡ５からＡ相３次高調波振幅ＰＡ３を減算した差を除算手段７０３へ出力する。同様に、減算手段７０９は、Ｂ相５次高調波振幅ＰＢ５からＢ相３次高調波振幅ＰＢ３を減算した差を除算手段７０４へ出力する。ここで、座標軸の取り方によっては、Ａ相、Ｂ相ともに、３次高調波振幅から５次高調波振幅を減算する構成とすることもある。
【００５６】
除算手段７０３は、このＡ相の差（ＰＡ５−ＰＡ３）をＡ相基本波振幅ＰＡ１で除算する。同様に、除算手段７０４は、Ｂ相の差（ＰＢ５−ＰＢ３）をＢ相の基本波振幅ＰＢ１で除算する。
Ａ相とＢ相との除算結果は平均手段７０５で平均され、誤差補正ゲインΔｇとして出力される。
ここで、第１実施形態と同様に、平均手段７０５にて平均値を誤差補正ゲインΔｇとしているが、平均手段７０５を削除し、Ａ相またはＢ相どちらか一方の比率をゲインΔｇとすることも可能である。
【００５７】
誤差補正演算手段６では、逆正接演算手段５から出力された逆正接値θＬ１を増幅手段６０１で４倍し、これを基に正弦波演算手段６０２により４倍周波数の正弦波を生成する。乗算手段６０３にて、この正弦波に誤差補正ゲインΔｇを乗算して補正値を求め、この補正値を減算手段６０４にて逆正接値θＬ１から減算する。減算結果を最終的な位置検出値θＬとする。
これにより先の数９で示したように誤差が除去されることとなり、正確な位置検出が可能となる。
【００５８】
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態における位置検出誤差の低減原理を、式を用いて説明する。
本実施形態では、Ａ相信号とＢ相信号との３次高調波振幅が異なる場合についても考慮し、誤差補正を行っている。Ａ相信号とＢ相信号を、次式で近似する。
【００５９】
【数１０】
Ａ≒ＰＡ１cos(θ)＋ＰＡ３cos(３θ)
Ｂ≒ＰＢ１sin(θ)＋ＰＢ３sin(３θ)
【００６０】
このＡ相信号とＢ相信号とを、逆正接演算した結果は、次式で近似できる。
【００６１】
【数１１】
tan−１(Ｂ／Ａ)≒θ＋((−ＰＡ３／ＰＡ１)＋(−ＰＢ３／ＰＢ１))／２・sin(４θ)＋((−ＰＡ３／ＰＡ１)＋(−ＰＢ３／ＰＢ１))sin(２θ)
【００６２】
ここで、第２項と、第３項が誤差の項である。すなわち、第２項では、Ａ相信号の３次高調波振幅の基本波振幅に対する比率と、Ｂ相信号の３次高調波振幅の基本波振幅に対する比率との平均値をとり、Ａ相信号及びＢ相信号の４倍周波数の正弦波に乗算している。
また、第３項では、Ａ相信号の３次高調波振幅の基本波振幅に対する比率と、Ｂ相信号の３次高調波振幅の基本波振幅に対する比率との差をとり、これをＡ相信号及びＢ相信号の２倍周波数の正弦波に乗算している。
結果として、本実施形態では、位置検出を行うために次式の演算を行う。
【００６３】
【数１２】
θＬ１＝tan−１(Ｂ／Ａ)−((−ＰＡ３／ＰＡ１)＋(−ＰＢ３／ＰＢ１))／２・sin(４・tan−１(Ｂ／Ａ))−((−ＰＡ３／ＰＡ１)＋(−ＰＢ３／ＰＢ１))sin(２・tan−１(Ｂ／Ａ))
【００６４】
光学式エンコーダはこのようなθＬ１ を算出することで、位置検出誤差を低減する。
【００６５】
続いて、この検出原理を採用する本発明の第３実施形態の光学式エンコーダの構成について図を参照しつつ説明する。
図３は、本実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
本実施形態の光学式エンコーダも、第１，第２実施形態と同様に、発光素子１、スリット板２、受光素子３、下位信号変換＆波形調整手段４、逆正接演算手段５、誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７を少なくとも備えているが、誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７が、上記原理に対応している点が相違する。
ここで、本実施形態においても、誤差補正ゲイン演算手段７は、エンコーダ内に設けられた構成としているが、第１、第２実施形態と同様に、誤差補正ゲイン演算手段７をエンコーダとは別の外部装置とし、誤差補正ゲイン演算手段７で求めた後述する誤差補正ゲインΔｇ，Δｈをエンコーダ搭載のＲＯＭなどに格納してもよい。
【００６６】
続いて、誤差補正演算手段６および誤差補正ゲイン演算手段７の内部の構成・動作のみ説明する。
誤差補正演算手段６は、ゲイン乗算手段６０１，６０５、正弦波演算手段６０２，６０６、乗算手段６０３，６０７、減算手段６０４，６０８を備えている。
誤差補正ゲイン演算手段７は、基本波振幅演算手段７０１、３次高調波振幅演算手段７０２、除算手段７０３，７０４、平均手段７０５、減算手段７１０を備えている。
【００６７】
以下、変更点を重点的に説明する。
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号、Ｂ相信号は、、逆正接演算手段５・誤差補正演算手段６、および、誤差補正ゲイン演算手段７へ同時に出力される。この後、逆正接演算手段５・誤差補正演算手段６と、誤差補正ゲイン演算手段７と、で並列して信号処理がなされる。
【００６８】
まず、誤差補正ゲイン演算手段７においては、基本波振幅演算手段７０１が基本波振幅ＰＡ１、ＰＢ１を、また、３次高調波振幅演算手段７０２が３次高調波振幅ＰＡ３、ＰＢ３を、例えばＦＦＴなどを用いてそれぞれ演算・出力する。
基本波振幅ＰＡ１および３次高調波振幅ＰＡ３は、除算手段７０３へ入力され、また、基本波振幅ＰＢ１および３次高調波振幅ＰＢ３は、除算手段７０４へ入力される。
【００６９】
除算手段７０３はＡ相信号の３次高調波振幅ＰＡ３を基本波振幅ＰＡ１で除算し、基本波振幅に対する３次高調波振幅の比を求める。同様に、除算手段７０４はＢ相信号の３次高調波振幅ＰＢ３を基本波振幅ＰＢ１で除算し、基本波振幅に対する３次高調波振幅の比を求める。
【００７０】
減算手段７１０ではＡ相の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比（除算手段７０３からの出力値）から、Ｂ相の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比（除算手段７０４からの出力値）を減算し、誤差補正ゲインΔｈを出力する。
また、Ａ相の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比と、Ｂ相の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比とを、平均手段７０５により平均し、誤差補正ゲインΔｇを出力する。
ここで、第１，第２実施形態と同様に、平均手段７０５にて平均値を誤差補正ゲインΔｇとしているが、平均手段７０５を削除し、Ａ相またはＢ相どちらか一方の比率をゲインΔｇとすることも可能である。
【００７１】
続いて、誤差補正ゲイン演算手段７とで同時に信号処理がなされている逆正接演算手段５および誤差補正演算手段６における信号処理について説明する。
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号、Ｂ相信号は、逆正接演算手段５に入力される。
逆正接演算手段５では、入力されたＡ相信号・Ｂ相信号の逆正接値を誤差補正演算手段６へ出力する。
【００７２】
誤差補正演算手段６内において、逆正接演算手段５から出力された逆正接値θＬ１を、乗算手段６０１で４倍し、正弦波演算手段６０２にて４倍周波数の正弦波を作成する。
同様に、逆正接演算手段５の演算結果θＬ１を、乗算手段６０５で２倍し、正弦波演算手段６０６にて２倍周波数の正弦波を作成する。
【００７３】
そして、正弦波演算手段６０２から出力された４倍周波数の正弦波に、乗算手段６０３にて誤差補正ゲインΔｇを乗算して第一補正値を生成し、この第一補正値を減算手段６０４へ出力する。
同様に、正弦波演算手段６０６から出力された２倍周波数の正弦波に、乗算手段６０７にて誤差補正ゲインΔｈを乗算して第二補正値を生成し、この第二補正値を減算手段６０８へ出力する。
【００７４】
そして、減算手段６０４にて逆生成値θＬ１から第一補正値が減算され、さらに減算手段６０８にて第二補正値が減算され、最終的な位置検出値θＬが生成される。
これにより先の数１２で示したような誤差が除去されることとなり、正確な位置検出が可能となる。
ここで、本実施形態では、減算手段６０４，６０８を用いたが、座標の取り方や誤差補正ゲインの極性によって、加算手段とする場合もある。
【００７５】
続いて、本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態における位置検出誤差の低減原理を、式を用いて説明する。
本実施形態では、Ａ相信号とＢ相信号の３次高調波振幅と５次高調波振幅がそれぞれ異なる場合についても考慮し、誤差補正を行っている。Ａ相信号とＢ相信号を、３次高調波と、５次高調波までを考慮し、次式で近似する。
【００７６】
【数１３】
Ａ≒ＰＡ１cos(θ)＋ＰＡ３cos(３θ)＋ＰＡ５cos(５θ)
Ｂ≒ＰＢ１sin(θ)＋ＰＢ３sin(３θ)＋ＰＢ５sin(５θ)
【００７７】
このＡ相信号とＢ相信号とを、逆正接演算した結果は、次式で近似できる。
【００７８】
【数１４】
tan−１(Ｂ/Ａ)＝θ＋((−ＰＡ３＋ＰＡ５)/ＰＡ１)＋(−ＰＢ３＋ＰＢ５)/ＰＢ１))/２・sin(４θ)＋((−ＰＡ３＋ＰＡ５)/ＰＡ１)＋(−ＰＢ３＋ＰＢ５)/ＰＢ１))sin(２θ)
【００７９】
この式の、第２項と、第３項が誤差になる。第２項は、すなわち、Ａ相信号の５次高調波振幅から３次高調波振幅を減算した結果の基本波振幅に対する比率と、Ｂ相信号の５次高調波振幅から３次高調波振幅を減算した結果の基本波振幅に対する比率を平均し、この平均値を、Ａ相信号およびＢ相信号の４倍周波数の正弦波に乗算している。
また、第３項は、Ａ相信号の５次高調波振幅から３次高調波振幅を減算した結果の基本波振幅に対する比率と、Ｂ相信号の５次高調波振幅から３次高調波振幅を減算した結果の基本波振幅に対する比率との差を求め、この差をＡ相信号およびＢ相信号の２倍周波数の正弦波に乗算している。
【００８０】
結果として、本実施形態の発明では、位置検出を行うために次式の演算を行う。
【００８１】
【数１５】
θＬ１＝tan−１(Ｂ/Ａ)−((−ＰＡ３＋ＰＡ５)/ＰＡ１)＋(−ＰＢ３＋ＰＢ５)/ＰＢ１))/２・sin(４・tan−１(Ｂ/Ａ))−((−ＰＡ３＋ＰＡ５)/ＰＡ１)＋(−ＰＢ３＋ＰＢ５)/ＰＢ１))sin(２・tan−１(Ｂ/Ａ))
【００８２】
続いて、この検出原理を採用する本発明の第４実施形態の光学式エンコーダの構成について図を参照しつつ説明する。図４は、本実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
本実施形態の光学式エンコーダも、第１〜第３実施形態と同様に、発光素子１、スリット板２、受光素子３、下位信号変換＆波形調整手段４、逆正接演算手段５、誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７を少なくとも備えているが、誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７が、上記原理に対応している点が相違する。
【００８３】
本実施形態の誤差補正ゲイン演算手段７は、基本波振幅演算手段７０１、３次高調波振幅演算手段７０２、５次高調波振幅演算手段７０７、除算手段７０３，７０４、平均手段７０５、減算手段７０８，７０９，７１０を備えている。
【００８４】
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号、Ｂ相信号は、逆正接演算手段５・誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７へ入力される。
誤差補正ゲイン演算手段７において、基本波振幅演算手段７０１は基本波振幅ＰＡ１、ＰＢ１を、また、３次高調波振幅演算手段７０２は３次高調波振幅ＰＡ ３、ＰＢ３を、５次高調波振幅演算手段７０７は５次高調波振幅ＰＡ５、ＰＢ５を、例えばＦＦＴなどを用いてそれぞれ演算・出力する。
【００８５】
３次高調波振幅ＰＡ３および５次高調波振幅ＰＡ５は、減算手段７０８へ入力され、また、３次高調波振幅ＰＢ３および５次高調波振幅ＰＢ５は、減算手段７０９へ入力される。
減算手段７０８は、Ａ相５次高調波振幅ＰＡ５からＡ相３次高調波振幅ＰＡ３を減算して差を出力する。同様に、減算手段７０９は、Ｂ相５次高調波振幅ＰＢ５からＢ相３次高調波振幅ＰＢ３を減算して差を出力する。ここで、座標軸の取り方によっては、Ａ相、Ｂ相ともに、３次高調波振幅から５次高調波振幅を減算する構成とすることもある。
【００８６】
除算手段７０３は、このＡ相の差（ＰＡ５−ＰＡ３）をＡ相基本波振幅ＰＡ１で除算する。同様に、除算手段７０４は、Ｂ相の差（ＰＢ５−ＰＢ３）をＢ相の基本波振幅ＰＢ１で除算する。
平均手段７０５は、Ａ相とＢ相の除算結果を平均して誤差補正ゲインΔｇを出力する。
ここで、第１実施形態と同様に、平均手段７０５にて平均値を誤差補正ゲインΔｇとしているが、平均手段７０５を削除し、Ａ相またはＢ相どちらか一方の比率をゲインΔｇとすることも可能である。
減算手段７１０は、除算手段７０３の出力値から、除算手段７０４の出力値を減算し、誤差補正ゲインΔｈを出力する。
【００８７】
続いて、誤差補正ゲイン演算手段７と同時に信号処理がなされる逆正接演算手段５および誤差補正演算手段６における信号処理について説明する。
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号、Ｂ相信号は、逆正接演算手段５に入力される。
逆正接演算手段５は、入力されたＡ相信号・Ｂ相信号の逆正接値を演算し、誤差補正演算手段６へ出力する。
【００８８】
誤差補正演算手段６内において、逆正接演算手段５から出力された逆正接値θＬ１を、乗算手段６０１で４倍し、正弦波演算手段６０２にて４倍周波数の正弦波を作成する。
同様に、逆正接演算手段５の演算結果θＬ１を、乗算手段６０５で２倍し、正弦波演算手段６０６にて２倍周波数の正弦波を作成する。
【００８９】
そして、正弦波演算手段６０２から出力された４倍周波数の正弦波に、乗算手段６０３にて誤差補正ゲインΔｇを乗算して第一補正値を生成し、この第一補正値を減算手段６０４へ出力する。
同様に、正弦波演算手段６０６から出力された２倍周波数の正弦波に、乗算手段６０７にて誤差補正ゲインΔｈを乗算して第二補正値を生成し、この第二補正値を減算手段６０８へ出力する。
【００９０】
そして、減算手段６０４にて逆生成値θＬ１から第一補正値が減算され、さらに減算手段６０８にて第に補正値が減算され、最終的な位置検出値θＬが生成される。
これにより先の数１５で示したように誤差が除去されることとなり、正確な位置検出が可能となる。
ここで、本実施形態では、減算手段６０４，６０８を用いたが、座標の取り方や誤差補正ゲインの極性によって、加算手段とする場合もある。
【００９１】
続いて、本発明の第５実施形態について説明する。
本実施形態では、第１〜第４実施形態において、メモリ書き込み手段７０６と不揮発メモリの一具体例であって電気的に書換え可能なＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable ROM)６０９を搭載し、このＥＥＰＲＯＭ６０９が、誤差補正ゲインでΔｇ，Δｈ（第１,第２実施形態ではΔｇのみ）を、格納するようにした点が相違する。
【００９２】
このような発明を第４実施形態に適用した例について図を参照しつつ説明する。図５は、本実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
図５で示すように、ＥＥＰＲＯＭ６０９は誤差補正演算手段６に、また、メモリ書込手段７０６は誤差補正ゲイン演算手段７にそれぞれ搭載されている。
【００９３】
このように誤差補正ゲイン演算手段７内に、メモリ書込手段７０６を設けることで、オンボードでＥＥＰＲＯＭ６０９に書換え可能とした。従って、最初に誤差補正ゲイン演算手段７を取り付けて誤差補正ゲインΔｇ，Δｈを算出し、メモリ書込手段７０６によりＥＥＰＲＯＭ６０９に誤差補正ゲインΔｇ，Δｈを登録してから、誤差補正ゲイン演算手段７を取り外して使用する。この場合、誤差補正ゲイン演算手段７は工場における製造装置に該当することとなる。
【００９４】
したがって工場出荷される光学式エンコーダは個体差に応じた最適な誤差補正を行うように構成されているため、それぞれ精度を向上させることができる。また、校正を行う必要が生じた場合に誤差補正ゲイン演算手段７を組み付けて誤差補正ゲインΔｇ、Δｈを書き換えるようにしても良い。
ここで、電気的に書換え可能な不揮発メモリを、ＥＥＰＲＯＭとしているが、他にフラッシュＲＯＭへの置換えも可能である。
【００９５】
このように誤差補正ゲイン演算手段７を、ロータリエンコーダの外部に増設するような構成を採用した。しかしながら、誤差補正ゲイン演算手段を取外すことなく一体に内蔵した構成を採用しても、本発明の実施は可能である。これら構成は適宜選択される。
【００９６】
続いて、本発明の第６実施形態について説明する。
本実施形態では、第５実施形態に加え、Ａ相，Ｂ相の正弦波状信号から上位の絶対位置検出値を出力する上位位置出力手段と、上位の位置検出値に対し、前記誤差補正演算手段の出力である補正した位置検出値を下位の検出値としてつなぐ上位下位つなぎ処理手段と、を備え、上位の絶対位置を所定角度間隔にｎ分割し、不揮発メモリに書き込む誤差補正ゲインをΔｇおよびΔｈを、ｎ分割された上位の絶対位置に応じて読み出されるｎ個のテーブルデータとし、これらｎ個の誤差補正ゲインΔｇおよびΔｈを用いて、ｎ分割された上位の絶対位置毎に下位の検出値を補正するようにしたものである。
【００９７】
続いて、本実施形態について図を参照しつつ説明する。図６は本実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
本実施形態の光学式エンコーダにおける上位位置検出手段は、上位信号変換手段１０、１回転上位絶対位置検出手段１１、コンパレータ１２、カウンタ１３、スイッチ１４、加算手段１５を備えている。この上位位置検出手段から上位信号（例えば上位１６ビットの信号）が、また、誤差補正演算手段６から下位信号（例えば下位４ビットの信号）が、それぞれ上位下位つなぎ処理手段１６へ出力され、最終的な信号（例えば上位１６ビットに下位４ビットをつなげた２０ビットの信号）が出力されるというものである。
【００９８】
受光素子３には、Ａ相信号・Ｂ相信号を出力するセルと、その上位の絶対位置を検出するためのセルが設けられている。上位の絶対位置を検出するための信号としては、Ｍ系列、グレーコード等がある。
【００９９】
受光素子３からは、上位信号を形成する電流パターンが出力され、これを上位信号変換手段１０にて、電圧に変換する。この電圧信号は、１回転上位絶対位置検出手段１１にてデコードされ、１回転絶対位置θＨＡＢＳを出力する。一方、正弦波状のＡ相信号、Ｂ相信号は、逆正接演算とは別に、コンパレータ１２にて、振幅の中心値と比較され、Ａパルス、Ｂパルスが生成される。これらのパルスは、９０度位相のずれた２相のパルスであり、カウンタ１３にて１逓倍カウントされθＨＩＮＣが出力される。
【０１００】
エンコーダの電源を投入すると、まず１回転上位絶対位置検出手段１１にて、１回転上位絶対位置が演算される。演算終了とともに“１回転上位絶対位置検出確率”フラグが出力され、スイッチ１４にて値がホールドされるとともに、カウンタ１３が動作開始する。カウンタの出力は、すなわち絶対位置が確立してからの移動量をあらわし、加算手段１５にて、θＨＡＢＳと、このθＨＩＮＣを加算することにより、常に絶対位置検出を可能とする構成になっている。
【０１０１】
上位下位つなぎ処理手段１６にて、下位の位置検出値θＬと、この上位の絶対位置検出値θＨとをつなぎ合わせて、高分解能の位置検出を行っている。
ＥＥＰＲＯＭ６０９に格納されたデータテーブルは、１回転中の上位の絶対位置をｎ分割し、この分割範囲内のゲインを、設定したものである。分割された上位位置検出値の範囲によって、対応したデータが読み出される。
【０１０２】
上位絶対位置０〜２πはｎ分割により、０〜θＨ（１），θＨ（１）〜θＨ（２），・・・，θＨ（ｎ−１）〜２πという角度間隔に分割される。そしてこの角度間隔に対応して、誤差補正ゲインΔｇとしてそれぞれΔｇ１、Δｇ２、・・・Δｇｎ が設定され、また、誤差補正ゲインΔｈとしてそれぞれΔｈ１、Δｈ２、・・・Δｈｎ が設定される。
なお、誤差補正ゲイン演算手段７は、スイッチ７１１をＯＮ／ＯＦＦすることにより、上位位置検出を順次行って誤差補正ゲインΔｇ，Δｈを求めることとなる。
【０１０３】
誤差補正演算手段６は、上位位置検出値のある角度範囲に対応して登録されている誤差補正ゲインΔｇ１、Δｇ２、・・・Δｇｎ およびΔｈ１、Δｈ２、・・・Δｈｎ を順次読み出して誤差補正を行うこととなる。そしてこのような読み出しはスリット２が１回転する度に繰り返される。
【０１０４】
以上説明した本実施形態でも誤差補正ゲイン演算手段７を、ロータリエンコーダの外部に増設するような構成としたり、また、誤差補正ゲイン演算手段を取外すことなく一体に内蔵した構成を採用しても、本発明の実施は可能である。これら構成は適宜選択される。
【０１０５】
以上本発明の第１〜第６実施形態について説明した。なお、これら実施形態では光学式エンコーダの具体例としてロータリーエンコーダを想定して図・説明が記載されているが、スリットが直線状に配置された以外に検出原理が同じであるリニアエンコーダに適用することも可能である。
【０１０６】
【発明の効果】
位置検出に用いる２相正弦波が三角波状であっても、３倍高調波による誤差を補正することにより、高度な加工精度や組立精度を必要とせずにエンコーダを構成し、２相正弦波状信号のＳＮを確保しつつ、エンコーダの位置検出誤差を低減することが可能である。
【０１０７】
さらに、請求項２に係る発明では３倍高調波に加え５倍高調波による誤差を補正するので、より位置検出精度を向上できる。
【０１０８】
さらに請求項３，４に係る発明では２相正弦波のＡ相とＢ相の高調波成分の違いによる誤差を補正するので、さらに位置検出精度を向上できる。
【０１０９】
請求項５，６に係る発明では、電気的に書換え可能な不揮発メモリをエンコーダに搭載したこれにより、誤差補正ゲイン演算手段で誤差補正ゲインを繰り返し算出する必要がなくなる。
【０１１０】
また、電気的に書換え可能な不揮発メモリをエンコーダに搭載し、エンコーダ個別に位置検出誤差の補正量を、調整することにより、エンコーダ個体差による位置検出精度のばらつきを低減するとともに、位置検出精度を向上できる。さらに、誤差補正ゲインを演算するための手段をエンコーダ内に備える必要がないので、光学式エンコーダの構成を簡素にすることができる。
【０１１１】
請求項７に係る発明では、不揮発メモリに書き込むデータを、２相正弦波より検出する上位絶対位置によって読み出されるテーブルデータとすることにより、例えばスリットにうねりがあってエンコーダ１回転中に正弦波のひずみが変化するような場合でも、位置検出精度を向上できる。
【０１１２】
総じて、本発明によれば、Ａ相信号・Ｂ相信号の波形が、正弦波ではなく、三角波に近いようなひずんだ波形であり、しかもそのひずみの度合に個体差があるような場合でも、正確な位置検出を行うようにする光学式エンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
【図３】本発明の第３実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
【図４】本発明の第４実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
【図５】本発明の第５実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
【図６】本発明の第６実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
【図７】従来技術のロータリエンコーダの光学系のブロック図である。
【図８】逆正接演算による位置検出で発生する位置検出誤差の説明図である。
【符号の説明】
１ 発光素子
２ スリット板
３ 受光素子
４ 下位信号変換＆波形調整手段
５ 逆正接演算手段
６ 誤差補正演算手段
６０１ 増幅手段
６０２ 正弦波演算手段
６０３ 乗算手段
６０４ 減算手段
６０５ 増幅手段
６０６ 正弦波演算手段
６０７ 乗算手段
６０８ 減算手段
６０９ ＥＥＰＲＯＭ
７ 誤差補正ゲイン演算手段
７０１ 基本波振幅演算手段
７０２ ３次高調波振幅演算手段
７０３ 除算手段
７０４ 除算手段
７０５ 平均手段
７０６ メモリ書込手段
７０７ ５次高調波振幅演算手段
７０８ 減算手段
７０９ 減算手段
７１０ 減算手段
７１１ スイッチ
７１３ ゲイン乗算手段
７１４ ゲイン乗算手段
８ モータ
９ ドライバ
１０ 上位信号変換手段
１１ １回転上位絶対位置検出手段
１２ コンパレータ
１３ カウンタ
１４ スイッチ
１５ 加算手段
１６ 上位下位つなぎ処理手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度の位置決めを行う光学式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学式エンコーダには、ロータリーエンコーダとリニアエンコーダとが存在するが、説明の具体化のためロータリーエンコーダの従来技術について説明する。図７は、従来技術のロータリエンコーダの光学系のブロック図である。このロータリエンコーダの検出原理は、Ａ相，Ｂ相という２相の正弦波信号を逆正接演算し、位置検出を行うというものである。光学系は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子１、光を透過／遮光するスリット板２、スリット板２を透過した光を受光して電流に変換する受光素子３により構成される。
【０００３】
受光素子３はスリット板２のパターンと組合わせて、スリット板２が回転すると、位相の９０度ずれたＡ相，Ｂ相という２相の正弦波電流が出力されるように構成されている。なお、正弦波電流の波形がより正弦波に近づくように、スリット板２と受光素子３との間隔は、特に、厳密に規定される。
【０００４】
受光素子３から出力された電流は、電子回路である下位信号変換＆波形調整手段４に入力される。下位信号変換＆波形調整手段４は、電流／電圧変換を行うとともに、波形のオフセットが所定の値（例えば０）になり、かつ、Ａ相，Ｂ相の振幅が等しくなるように調整し、Ａ／Ｄ変換を行ってアナログ信号からデジタル信号へ変換して出力する。
【０００５】
ディジタル信号に変換された２相の信号（以降、Ａ相信号、Ｂ相信号）は、例えば、次式で近似できる。なお、ディジタル信号であることから離散データとして式を表すこともできるが、説明の直感的理解を図るため、敢えてアナログ信号として説明されている。
【０００６】
【数１】
Ａ≒Ｐ・ｃｏｓθＬ１
Ｂ≒Ｐ・ｓｉｎθＬ１
ただし、
Ａ ：Ａ相信号
Ｂ ：Ｂ相信号
θＬ１：位置
Ｐ ：振幅
【０００７】
こうして得られたＡ相信号・Ｂ相信号は、逆正接演算手段（ｔａｎ−１演算）５にて、次式の演算がなされ、位置検出値θＬ１が出力される。
【０００８】
【数２】
θＬ１＝ｔａｎ−１（Ｂ／Ａ）
【０００９】
ここにθＬ１ は角度であって、相対的な位置を表すこととなる。
【００１０】
このような光学式エンコーダでは、誤差の発生が補正するような各種の信号処理が行われている。例えば、エンコーダの出力信号処理回路（特許文献１参照）では、９０゜の位相差があるＡ．Ｂ相の信号に対し、オフセットと振幅誤差とを除去する処理を行い、エンコーダの検出精度を向上させている。従来技術はこのようなものである。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−３１１７４１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
逆正接演算を行う位置検出では、オフセットと振幅誤差のみならず、Ａ相信号、Ｂ相信号が完全な正弦波でない場合にも、位置検出誤差が生じる。この点について図を参照しつつ説明する。図８は、逆正接演算による位置検出で発生する位置検出誤差の説明図である。
受光素子３から出力されるＡ相，Ｂ相の正弦波信号の電流波形は、図８で示すように、スリット板２と受光素子３との間隔に応じて変化するというものである。
【００１３】
スリット板２と受光素子３との間隔がゼロであると仮定した場合、受光素子３から出力される電流波形は、理論上三角波になる。スリット板２と受光素子３との間隔が長くなるに従い、ＬＥＤの斜め方向の光成分と回折の影響により、波形が鈍って振幅は小さくなり、波形の形状は正弦波に近くなる。
Ａ相信号とＢ相信号との波形を、正弦波に近づけるためには、スリット板２と受光素子３と間隔を広くするのが望ましいが、振幅が小さくなりＳ／Ｎ比が低下するために、たとえ正弦波が三角波に近くなったとしても、間隔を狭く設計することがある。なお、このようなＡ相信号，Ｂ相信号の波形は、完全な正弦波でなく、おおよその正弦波である正弦波状の信号となっている。
【００１４】
また、加工や組立のばらつきにより、スリット板２と受光素子３との間隔は設計値通りにはならずに、結果として、Ａ相信号とＢ相信号との波形が三角波に近かったり、正弦波に近かったりという信号になり、ロータリエンコーダによる個体差を生んでいる。すなわち、ロータリエンコーダの位置検出精度が、良いものと、悪いものを生じている。
【００１５】
さらに、スリット板２が傾いたり、平坦でなくうねっていたりすると、１回転中において、Ａ相信号とＢ相信号の波形のひずみ具合が異なっていることもある。このような場合、さらに厳密に見ると、Ａ相信号とＢ相信号の間でも波形のひずみ具合が異なっている場合もある。これらも、また、位置検出誤差を大きくしている。
【００１６】
本発明は上記したような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、Ａ相信号・Ｂ相信号の波形が、正弦波ではなく、三角波に近いようなひずんだ波形であり、しかもそのひずみの度合に個体差があるような場合でも、正確な位置検出を行うようにする光学式エンコーダの位置検出方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の光学式エンコーダの位置検出方法によれば、
発光素子と、光を透過／遮光するパターンを設けたスリット板と、スリット板から透過／遮光する光を受光して略９０度の位相差を有するＡ，Ｂ相の正弦波状信号を出力する受光素子とを備えた光学式エンコーダの位置検出方法において、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を逆正接演算して逆正接値を求め、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を用いて基本波振幅と３次高調波振幅とを演算し、
前記３次高調波振幅の前記基本波振幅に対する比率と前記逆正接値の４倍を変数とした正弦波とから補正値を算出し、
この補正値と前記逆正接値とから位置検出値を算出する
ことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２に記載の光学式エンコーダの位置検出方法によれば、
発光素子と、光を透過／遮光するパターンを設けたスリット板と、スリット板から透過／遮光する光を受光して略９０度の位相差を有するＡ，Ｂ相の正弦波状信号を出力する受光素子とを備えた光学式エンコーダの位置検出方法において、Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を逆正接演算して逆正接値を求め、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を用いて基本波振幅、３次高調波振幅および５次高調波振幅を演算し、
前記５次高調波振幅から前記３次高調波振幅を減算した値の前記基本波振幅に対する比率と前記逆正接値の４倍を変数とした正弦波とから補正値を算出し、
この補正値と前記逆正接値とから位置検出値を算出する
ことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項３に記載の光学式エンコーダの位置検出方法によれば、
発光素子と、光を透過／遮光するパターンを設けたスリット板と、スリット板から透過／遮光する光を受光して略９０度の位相差を有するＡ，Ｂ相の正弦波状信号を出力する受光素子とを備えた光学式エンコーダの位置検出方法において、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を逆正接演算して逆正接値を求め、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を用いて基本波振幅と３次高調波振幅とを演算し、 前記３次高調波振幅の前記基本波振幅に対する比率と前記逆正接値の４倍を変数とした正弦波と前記逆正接値の２倍を変数とした正弦波とから補正値を算出し、
この補正値と前記逆正接値とから位置検出値を算出する
ことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４に記載の光学式エンコーダの位置検出方法によれば、
発光素子と、光を透過／遮光するパターンを設けたスリット板と、スリット板から透過／遮光する光を受光して略９０度の位相差を有するＡ，Ｂ相の正弦波状信号を出力する受光素子とを備えた光学式エンコーダの位置検出方法において、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を逆正接演算して逆正接値を求め、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を用いて基本波振幅、３次高調波振幅および５次高調波振幅とを演算し、
前記５次高調波振幅から前記３次高調波振幅を減算した値の前記基本波振幅に対する比率と前記逆正接値の４倍を変数とした正弦波と前記逆正接値の２倍を変数とした正弦波とから補正値を算出し、
この補正値と前記逆正接値とから位置検出値を算出する
ことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項５に記載の光学式エンコーダの位置検出方法によれば、
請求項１または請求項３に記載の光学式エンコーダの位置検出方法において、
電気的に書換え可能な不揮発性メモリを備え、前記３次高調波振幅の前記基本波振幅に対する比率に基づいて求めた誤差補正ゲインを不揮発性メモリに書き込むことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項６に記載の光学式エンコーダの位置検出方法によれば、
請求項２または請求項４に記載の光学式エンコーダの位置検出方法において、電気的に書換え可能な不揮発性メモリを備え、前記５次高調波振幅から前記３次高調波振幅を減算した値の前記基本波振幅に対する比率に基づいて求めた誤差補正ゲインを不揮発性メモリに書き込むことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項７に記載の光学式エンコーダの位置検出方法によれば、
請求項５または請求項６に記載の光学式エンコーダの位置検出方法において、Ａ相，Ｂ相の正弦波状信号から上位の絶対位置検出値を出力する上位位置検出出力手段を有し、上位の絶対位置を所定角度間隔にｎ分割し、前記不揮発性メモリに書き込む誤差補正ゲインをｎ分割された上位の絶対位置に応じて読み出されるｎ個のテーブルデータとすることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図を参照しつつ説明する。まず、本実施形態における位置検出誤差の低減原理を、式を用いて説明する。
正弦波がひずんだ波形（正弦波状波形）には、高調波成分が重畳されている。高調波成分を含んだＡ相信号、Ｂ相信号は次式で表すことができる。
【００２５】
【数３】
Ａ=ＰＡ１cos(θ)+ＰＡ２cos(2θ)+ＰＡ３cos(3θ)+・・・+ＰＡｎcos(nθ)+・・・
Ｂ=ＰＢ１sin(θ)+ＰＢ２sin(2θ)+ＰＢ３sin(3θ)+・・・+ＰＢｎsin(nθ)+・・・
ここで、
θ：位置
ＰＡ１：Ａ相信号基本波振幅
ＰＡｎ：Ａ相信号ｎ次高調波振幅（ｎ＝２，３，・・・）
ＰＢ１：Ｂ相信号基本波振幅
ＰＢｎ：Ｂ相信号ｎ次高調波振幅（ｎ＝２，３，・・・）
【００２６】
正弦波がひずんで、三角波に近くなっているということは、特に３次高調波成分が支配的であると言うことができ、Ａ相信号、Ｂ相信号は、次式で近似できる。
【００２７】
【数４】
Ａ≒ＰＡ１cos(θ)+ＰＡ３cos(３θ)
Ｂ≒ＰＢ１sin(θ)+ＰＢ３sin(３θ)
【００２８】
ここでＡ相信号基本波の振幅とＢ相信号基本波の振幅、さらにＡ相信号の３次高調波振幅とＢ相信号の３次高調波振幅が等しいとした場合（ＰＡ１＝ＰＢ１＝Ｐ１，ＰＡ３＝ＰＢ３＝Ｐ３の場合）には、Ａ相信号とＢ相信号とを逆正接演算した結果は、次式数５で近似できる。
【００２９】
【数５】
tan−１(Ｂ／Ａ)≒θ−(Ｐ３／Ｐ１)sin(４θ)
【００３０】
ここで、第２項の“−(Ｐ３／Ｐ１)sin(４θ)”が誤差となる。すなわち、４倍周波数の正弦波に、３次高調波振幅の基本波振幅に対する比率をゲインとして乗算した値である。なお誤差の符号は、座標軸の取り方にもよるが、この説明の場合は負となる。
また、ここでθは位置の真値であるが、実際には得られないので、本発明は逆正接演算結果を、“θ≒(tan−１(Ｂ／Ａ))”として用いる。結果として、本実施形態の発明では、位置検出を行うために次式の演算を行う。
【００３１】
【数６】
θＬ１＝tan−１(Ｂ／Ａ)−(−(Ｐ３／Ｐ１)sin(４・tan−１(Ｂ／Ａ)))
【００３２】
光学式エンコーダはこのようにして位置検出値θＬ１ を算出することで、位置検出誤差を低減する。
【００３３】
続いて、この検出原理を採用する本発明の第一実施形態の光学式エンコーダの構成について図を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
光学式エンコーダは、発光素子１、スリット板２、受光素子３、下位信号変換＆波形調整手段４、逆正接演算手段５、誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７を少なくとも備えている。ここに従来技術と同じ構成の発光素子１、スリット板２、受光素子３、下位信号変換＆波形調整手段４、逆正接演算手段５については同一の符号を付すとともに重複する説明を省略する。
【００３４】
この光学式エンコーダのスリット板２はモータ８の回転軸に取り付け固定されているものである。モータ８はドライバ９に接続されている。これらモータ８とドライバ９とは、スリット板２を回転させる装置の一具体例であり、他の回転手段への置き換えも可能である。スリット板２が一定速度で回転すると、逆正接演算手段５に入力するＡ相信号、Ｂ相信号は、一定周波数の正弦波状波形になる。
【００３５】
続いて、この光学式エンコーダの個々の構成及び機能について、信号処理とともに一括して説明する。なお実際はディジタルデータを用いて信号処理されるのであるが、説明を容易にするためアナログ信号を処理するものとして説明されている。
【００３６】
例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子１から光が出射されており、受光素子３はその光を受光したときに電流を出力するようになされている。モータ８が回転駆動すると、同時にスリット板２が回転し、スリット（図示せず）により発光素子１からの光を透過／遮光を交互に繰り返す。これによりスリット板２の回転時には、受光素子３は２相の正弦波状信号であるＡ相信号・Ｂ相信号を出力する。
【００３７】
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号・Ｂ相信号は、逆正接演算手段５と誤差補正ゲイン演算手段７へ出力される。
ここで、本実施形態では、誤差補正ゲイン演算手段７は、エンコーダ内に設けられた構成としているが、誤差補正ゲイン演算手段７をエンコーダとは別の外部装置とし、エンコーダの実動作とはオフラインで動作させることもできる。すなわち、モータ８、ドライバ９、エンコーダ、誤差補正ゲイン演算手段７（外部装置）からなるシステムで、まず、後述するように誤差補正ゲインΔｇを求める。このとき誤差補正ゲイン演算手段７への入力はＡ，Ｂ相の正弦波信号のみであり、エンコーダはＡ，Ｂ相の正弦波信号（デジタル量でも、Ａ／Ｄ変換前のアナログ量であってもよい）を出力するものであればよい。次に、誤差補正ゲイン演算手段７で求めた誤差補正ゲインΔｇをエンコーダ搭載のＲＯＭなどに格納され、工場出荷されるエンコーダが完成する。まず、誤差補正ゲイン演算手段７での演算について説明する。
【００３８】
この誤差補正ゲイン演算手段７は、基本波振幅演算手段７０１、３次高調波振幅演算手段７０２、除算手段７０３，７０４、平均手段７０５、ゲイン乗算手段７１３，７１４を備えている。
【００３９】
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号、Ｂ相信号は、基本波振幅演算手段７０１および３次高調波振幅演算手段７０２へ入力される。
この基本波振幅演算手段７０１は基本波振幅ＰＡ１、ＰＢ１を、また、３次高調波振幅演算手段７０２は３次高調波振幅ＰＡ３、ＰＢ３を、例えばＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）などを用いてそれぞれ求めて出力する。
基本波振幅ＰＡ１および３次高調波振幅ＰＡ３は、除算手段７０３へ入力され、また、基本波振幅ＰＢ１および３次高調波振幅ＰＢ３は、除算手段７０４へ入力される。
【００４０】
除算手段７０３はＡ相信号の３次高調波振幅ＰＡ３を、基本波振幅ＰＡ１で除算し、基本波振幅に対する３次高調波振幅の比を求める。Ｂ相についても同様に、除算手段７０４はＢ相信号の３次高調波振幅ＰＢ３を基本波振幅ＰＢ１で除算し、基本波振幅に対する３次高調波振幅の比を求める。
【００４１】
Ａ相の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比と、Ｂ相の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比とを、それぞれゲイン乗算手段７１３，７１４に入力して符号反転させ、その後段の平均手段７０５により平均し、誤差補正ゲインΔｇが求まる。
ここで、ゲイン乗算手段７１３，７１４にて符号反転しているが、座標の取り方によっては、このゲイン乗算手段７１３，７１４は不要となる。
また、本発明では、Ａ相信号の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比率と、Ｂ相信号の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比率を、平均手段７０５にて平均化し誤差補正ゲインΔｇとしているが、平均手段７０５を削除し、どちらか一方の比率を誤差補正ゲインΔｇとすることも可能である。
【００４２】
続いて、逆正接演算手段５および誤差補正演算手段６について説明する。
誤差補正演算手段６は、増幅手段６０１、正弦波演算手段６０２、乗算手段６０３、減算手段６０４を備えている。
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号、Ｂ相信号は、逆正接演算手段５に入力される。
逆正接演算手段５では、入力されたＡ相信号・Ｂ相信号の逆正接値を出力する。
【００４３】
誤差補正演算手段６では、逆正接演算手段５の演算結果である逆正接値θＬ１を増幅手段６０１で４倍し、これを基に正弦波演算手段６０２により４倍周波数の正弦波を生成する。乗算手段６０３にて、この正弦波に誤差補正ゲインΔｇを乗算して補正値を算出する。減算手段６０４は、この補正値を、逆正接演算手段５の出力である逆正接値θＬ１から減算する。減算結果を最終的な位置検出値θＬとする。
【００４４】
これにより、先の数６で示したような誤差が除去されることとなり、正確な位置検出が可能となる。
ここで、本実施形態では、減算手段６０４を用いるものとして説明したが、座標の取り方や誤差補正ゲインΔｇの極性によって、加算手段とする場合もある。
【００４５】
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態における位置検出誤差の低減原理を、式を用いて説明する。
第１実施形態では３次高調波までしか考慮しなかったが、この第２実施形態では５次高調波成分の影響を考慮した。３次高調波成分と５次高調波成分を考慮して、Ａ相信号とＢ相信号を、次式のように近似する。
【００４６】
【数７】
Ａ≒ＰＡ１cos(θ)+ＰＡ３cos(3θ)+ＰＡ５cos(5θ)
Ｂ≒ＰＢ１sin(θ)+ＰＢ３sin(3θ)+ＰＢ５sin(5θ)
【００４７】
ここで、Ａ相信号の基本波の振幅とＢ相信号の基本波の振幅、Ａ相信号の３次高調波振幅とＢ相信号の３次高調波振幅、Ａ相信号の５次高調波振幅とＢ相信号の５次高調波振幅がそれぞれ等しいとした場合（ＰＡ１＝ＰＢ１＝Ｐ１，ＰＡ３＝ＰＢ３＝Ｐ３，ＰＡ５＝ＰＢ５＝Ｐ５の場合）には、Ａ相信号とＢ相信号を逆正接演算した結果は、次式で近似できる。
【００４８】
【数８】
tan−１(Ｂ／Ａ)≒θ＋((Ｐ５−Ｐ３)／Ｐ１)sin(４θ)
【００４９】
ここで、第２項の((Ｐ５−Ｐ３)／Ｐ１)sin(４θ)が、誤差となる。すなわち、４倍周波数の正弦波に、５次高調波振幅から３次高調波振幅を減算した結果の、基本波振幅に対する比率が乗算された値である。誤差の符号は、座標軸の取り方にもよるが、この場合は、５次高調波から３次高調波を減算するものとなる。５次高調波の影響は、３次高調波より小さいが、式より、３次高調波と同じ４倍周波数でかつ同じ位相の誤差を持つため、容易に補正できることが分かる。本実施形態では、結果として、位置検出を行うために次式の演算を行う。
【００５０】
【数９】
θＬ１＝tan−１(Ｂ／Ａ)−((Ｐ５−Ｐ３)／Ｐ１)sin(４・tan−１(Ｂ／Ａ)))
【００５１】
光学式エンコーダはこのようなθＬ１ を算出することで、位置検出誤差を低減する。
【００５２】
続いて、この検出原理を採用する本発明の第２実施形態の光学式エンコーダの構成について図を参照しつつ説明する。図２は、本実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
本実施形態の光学式エンコーダも、第１実施形態と同様に、発光素子１、スリット板２、受光素子３、下位信号変換＆波形調整手段４、逆正接演算手段５、誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７を少なくとも備えているが、誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７が、上記原理に対応している点が相違する。
ここで、本実施形態においても、誤差補正ゲイン演算手段７は、エンコーダ内に設けられた構成としているが、第１実施形態と同様に、誤差補正ゲイン演算手段７をエンコーダとは別の外部装置とし、この誤差補正ゲイン演算手段７で求めた誤差補正ゲインΔｇをエンコーダ搭載のＲＯＭなどに格納してもよい。
【００５３】
続いて、誤差補正ゲイン演算手段７の内部の構成・動作のみ説明する。
本実施形態の誤差補正ゲイン演算手段７は、基本波振幅演算手段７０１、３次高調波振幅演算手段７０２、５次高調波振幅演算手段７０７、除算手段７０３，７０４、平均手段７０５、減算手段７０８，７０９を備えている。
【００５４】
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号、Ｂ相信号は、基本波振幅演算手段７０１、３次高調波振幅演算手段７０２および５次高調波振幅演算手段７０７へ入力される。
この基本波振幅演算手段７０１は基本波振幅ＰＡ１、ＰＢ１を、３次高調波振幅演算手段７０２は３次高調波振幅ＰＡ３、ＰＢ３を、５次高調波振幅演算手段７０７は５次高調波振幅ＰＡ５、ＰＢ５を、例えばＦＦＴなどを用いてそれぞれ演算して出力する。
【００５５】
３次高調波振幅ＰＡ３および５次高調波振幅ＰＡ５は、減算手段７０８へ入力され、また、３次高調波振幅ＰＢ３および５次高調波振幅ＰＢ５は、減算手段７０９へ入力される。
減算手段７０８は、Ａ相５次高調波振幅ＰＡ５からＡ相３次高調波振幅ＰＡ３を減算した差を除算手段７０３へ出力する。同様に、減算手段７０９は、Ｂ相５次高調波振幅ＰＢ５からＢ相３次高調波振幅ＰＢ３を減算した差を除算手段７０４へ出力する。ここで、座標軸の取り方によっては、Ａ相、Ｂ相ともに、３次高調波振幅から５次高調波振幅を減算する構成とすることもある。
【００５６】
除算手段７０３は、このＡ相の差（ＰＡ５−ＰＡ３）をＡ相基本波振幅ＰＡ１で除算する。同様に、除算手段７０４は、Ｂ相の差（ＰＢ５−ＰＢ３）をＢ相の基本波振幅ＰＢ１で除算する。
Ａ相とＢ相との除算結果は平均手段７０５で平均され、誤差補正ゲインΔｇとして出力される。
ここで、第１実施形態と同様に、平均手段７０５にて平均値を誤差補正ゲインΔｇとしているが、平均手段７０５を削除し、Ａ相またはＢ相どちらか一方の比率をゲインΔｇとすることも可能である。
【００５７】
誤差補正演算手段６では、逆正接演算手段５から出力された逆正接値θＬ１を増幅手段６０１で４倍し、これを基に正弦波演算手段６０２により４倍周波数の正弦波を生成する。乗算手段６０３にて、この正弦波に誤差補正ゲインΔｇを乗算して補正値を求め、この補正値を減算手段６０４にて逆正接値θＬ１から減算する。減算結果を最終的な位置検出値θＬとする。
これにより先の数９で示したように誤差が除去されることとなり、正確な位置検出が可能となる。
【００５８】
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態における位置検出誤差の低減原理を、式を用いて説明する。
本実施形態では、Ａ相信号とＢ相信号との３次高調波振幅が異なる場合についても考慮し、誤差補正を行っている。Ａ相信号とＢ相信号を、次式で近似する。
【００５９】
【数１０】
Ａ≒ＰＡ１cos(θ)＋ＰＡ３cos(３θ)
Ｂ≒ＰＢ１sin(θ)＋ＰＢ３sin(３θ)
【００６０】
このＡ相信号とＢ相信号とを、逆正接演算した結果は、次式で近似できる。
【００６１】
【数１１】
tan−１(Ｂ／Ａ)≒θ＋((−ＰＡ３／ＰＡ１)＋(−ＰＢ３／ＰＢ１))／２・sin(４θ)＋((−ＰＡ３／ＰＡ１)＋(−ＰＢ３／ＰＢ１))sin(２θ)
【００６２】
ここで、第２項と、第３項が誤差の項である。すなわち、第２項では、Ａ相信号の３次高調波振幅の基本波振幅に対する比率と、Ｂ相信号の３次高調波振幅の基本波振幅に対する比率との平均値をとり、Ａ相信号及びＢ相信号の４倍周波数の正弦波に乗算している。
また、第３項では、Ａ相信号の３次高調波振幅の基本波振幅に対する比率と、Ｂ相信号の３次高調波振幅の基本波振幅に対する比率との差をとり、これをＡ相信号及びＢ相信号の２倍周波数の正弦波に乗算している。
結果として、本実施形態では、位置検出を行うために次式の演算を行う。
【００６３】
【数１２】
θＬ１＝tan−１(Ｂ／Ａ)−((−ＰＡ３／ＰＡ１)＋(−ＰＢ３／ＰＢ１))／２・sin(４・tan−１(Ｂ／Ａ))−((−ＰＡ３／ＰＡ１)＋(−ＰＢ３／ＰＢ１))sin(２・tan−１(Ｂ／Ａ))
【００６４】
光学式エンコーダはこのようなθＬ１ を算出することで、位置検出誤差を低減する。
【００６５】
続いて、この検出原理を採用する本発明の第３実施形態の光学式エンコーダの構成について図を参照しつつ説明する。
図３は、本実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
本実施形態の光学式エンコーダも、第１，第２実施形態と同様に、発光素子１、スリット板２、受光素子３、下位信号変換＆波形調整手段４、逆正接演算手段５、誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７を少なくとも備えているが、誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７が、上記原理に対応している点が相違する。
ここで、本実施形態においても、誤差補正ゲイン演算手段７は、エンコーダ内に設けられた構成としているが、第１、第２実施形態と同様に、誤差補正ゲイン演算手段７をエンコーダとは別の外部装置とし、誤差補正ゲイン演算手段７で求めた後述する誤差補正ゲインΔｇ，Δｈをエンコーダ搭載のＲＯＭなどに格納してもよい。
【００６６】
続いて、誤差補正演算手段６および誤差補正ゲイン演算手段７の内部の構成・動作のみ説明する。
誤差補正演算手段６は、ゲイン乗算手段６０１，６０５、正弦波演算手段６０２，６０６、乗算手段６０３，６０７、減算手段６０４，６０８を備えている。
誤差補正ゲイン演算手段７は、基本波振幅演算手段７０１、３次高調波振幅演算手段７０２、除算手段７０３，７０４、平均手段７０５、減算手段７１０を備えている。
【００６７】
以下、変更点を重点的に説明する。
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号、Ｂ相信号は、、逆正接演算手段５・誤差補正演算手段６、および、誤差補正ゲイン演算手段７へ同時に出力される。この後、逆正接演算手段５・誤差補正演算手段６と、誤差補正ゲイン演算手段７と、で並列して信号処理がなされる。
【００６８】
まず、誤差補正ゲイン演算手段７においては、基本波振幅演算手段７０１が基本波振幅ＰＡ１、ＰＢ１を、また、３次高調波振幅演算手段７０２が３次高調波振幅ＰＡ３、ＰＢ３を、例えばＦＦＴなどを用いてそれぞれ演算・出力する。
基本波振幅ＰＡ１および３次高調波振幅ＰＡ３は、除算手段７０３へ入力され、また、基本波振幅ＰＢ１および３次高調波振幅ＰＢ３は、除算手段７０４へ入力される。
【００６９】
除算手段７０３はＡ相信号の３次高調波振幅ＰＡ３を基本波振幅ＰＡ１で除算し、基本波振幅に対する３次高調波振幅の比を求める。同様に、除算手段７０４はＢ相信号の３次高調波振幅ＰＢ３を基本波振幅ＰＢ１で除算し、基本波振幅に対する３次高調波振幅の比を求める。
【００７０】
減算手段７１０ではＡ相の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比（除算手段７０３からの出力値）から、Ｂ相の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比（除算手段７０４からの出力値）を減算し、誤差補正ゲインΔｈを出力する。
また、Ａ相の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比と、Ｂ相の基本波振幅に対する３次高調波振幅の比とを、平均手段７０５により平均し、誤差補正ゲインΔｇを出力する。
ここで、第１，第２実施形態と同様に、平均手段７０５にて平均値を誤差補正ゲインΔｇとしているが、平均手段７０５を削除し、Ａ相またはＢ相どちらか一方の比率をゲインΔｇとすることも可能である。
【００７１】
続いて、誤差補正ゲイン演算手段７とで同時に信号処理がなされている逆正接演算手段５および誤差補正演算手段６における信号処理について説明する。
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号、Ｂ相信号は、逆正接演算手段５に入力される。
逆正接演算手段５では、入力されたＡ相信号・Ｂ相信号の逆正接値を誤差補正演算手段６へ出力する。
【００７２】
誤差補正演算手段６内において、逆正接演算手段５から出力された逆正接値θＬ１を、乗算手段６０１で４倍し、正弦波演算手段６０２にて４倍周波数の正弦波を作成する。
同様に、逆正接演算手段５の演算結果θＬ１を、乗算手段６０５で２倍し、正弦波演算手段６０６にて２倍周波数の正弦波を作成する。
【００７３】
そして、正弦波演算手段６０２から出力された４倍周波数の正弦波に、乗算手段６０３にて誤差補正ゲインΔｇを乗算して第一補正値を生成し、この第一補正値を減算手段６０４へ出力する。
同様に、正弦波演算手段６０６から出力された２倍周波数の正弦波に、乗算手段６０７にて誤差補正ゲインΔｈを乗算して第二補正値を生成し、この第二補正値を減算手段６０８へ出力する。
【００７４】
そして、減算手段６０４にて逆生成値θＬ１から第一補正値が減算され、さらに減算手段６０８にて第二補正値が減算され、最終的な位置検出値θＬが生成される。
これにより先の数１２で示したような誤差が除去されることとなり、正確な位置検出が可能となる。
ここで、本実施形態では、減算手段６０４，６０８を用いたが、座標の取り方や誤差補正ゲインの極性によって、加算手段とする場合もある。
【００７５】
続いて、本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態における位置検出誤差の低減原理を、式を用いて説明する。
本実施形態では、Ａ相信号とＢ相信号の３次高調波振幅と５次高調波振幅がそれぞれ異なる場合についても考慮し、誤差補正を行っている。Ａ相信号とＢ相信号を、３次高調波と、５次高調波までを考慮し、次式で近似する。
【００７６】
【数１３】
Ａ≒ＰＡ１cos(θ)＋ＰＡ３cos(３θ)＋ＰＡ５cos(５θ)
Ｂ≒ＰＢ１sin(θ)＋ＰＢ３sin(３θ)＋ＰＢ５sin(５θ)
【００７７】
このＡ相信号とＢ相信号とを、逆正接演算した結果は、次式で近似できる。
【００７８】
【数１４】
tan−１(Ｂ/Ａ)＝θ＋((−ＰＡ３＋ＰＡ５)/ＰＡ１)＋(−ＰＢ３＋ＰＢ５)/ＰＢ１))/２・sin(４θ)＋((−ＰＡ３＋ＰＡ５)/ＰＡ１)＋(−ＰＢ３＋ＰＢ５)/ＰＢ１))sin(２θ)
【００７９】
この式の、第２項と、第３項が誤差になる。第２項は、すなわち、Ａ相信号の５次高調波振幅から３次高調波振幅を減算した結果の基本波振幅に対する比率と、Ｂ相信号の５次高調波振幅から３次高調波振幅を減算した結果の基本波振幅に対する比率を平均し、この平均値を、Ａ相信号およびＢ相信号の４倍周波数の正弦波に乗算している。
また、第３項は、Ａ相信号の５次高調波振幅から３次高調波振幅を減算した結果の基本波振幅に対する比率と、Ｂ相信号の５次高調波振幅から３次高調波振幅を減算した結果の基本波振幅に対する比率との差を求め、この差をＡ相信号およびＢ相信号の２倍周波数の正弦波に乗算している。
【００８０】
結果として、本実施形態の発明では、位置検出を行うために次式の演算を行う。
【００８１】
【数１５】
θＬ１＝tan−１(Ｂ/Ａ)−((−ＰＡ３＋ＰＡ５)/ＰＡ１)＋(−ＰＢ３＋ＰＢ５)/ＰＢ１))/２・sin(４・tan−１(Ｂ/Ａ))−((−ＰＡ３＋ＰＡ５)/ＰＡ１)＋(−ＰＢ３＋ＰＢ５)/ＰＢ１))sin(２・tan−１(Ｂ/Ａ))
【００８２】
続いて、この検出原理を採用する本発明の第４実施形態の光学式エンコーダの構成について図を参照しつつ説明する。図４は、本実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
本実施形態の光学式エンコーダも、第１〜第３実施形態と同様に、発光素子１、スリット板２、受光素子３、下位信号変換＆波形調整手段４、逆正接演算手段５、誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７を少なくとも備えているが、誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７が、上記原理に対応している点が相違する。
【００８３】
本実施形態の誤差補正ゲイン演算手段７は、基本波振幅演算手段７０１、３次高調波振幅演算手段７０２、５次高調波振幅演算手段７０７、除算手段７０３，７０４、平均手段７０５、減算手段７０８，７０９，７１０を備えている。
【００８４】
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号、Ｂ相信号は、逆正接演算手段５・誤差補正演算手段６、誤差補正ゲイン演算手段７へ入力される。
誤差補正ゲイン演算手段７において、基本波振幅演算手段７０１は基本波振幅ＰＡ１、ＰＢ１を、また、３次高調波振幅演算手段７０２は３次高調波振幅ＰＡ ３、ＰＢ３を、５次高調波振幅演算手段７０７は５次高調波振幅ＰＡ５、ＰＢ５を、例えばＦＦＴなどを用いてそれぞれ演算・出力する。
【００８５】
３次高調波振幅ＰＡ３および５次高調波振幅ＰＡ５は、減算手段７０８へ入力され、また、３次高調波振幅ＰＢ３および５次高調波振幅ＰＢ５は、減算手段７０９へ入力される。
減算手段７０８は、Ａ相５次高調波振幅ＰＡ５からＡ相３次高調波振幅ＰＡ３を減算して差を出力する。同様に、減算手段７０９は、Ｂ相５次高調波振幅ＰＢ５からＢ相３次高調波振幅ＰＢ３を減算して差を出力する。ここで、座標軸の取り方によっては、Ａ相、Ｂ相ともに、３次高調波振幅から５次高調波振幅を減算する構成とすることもある。
【００８６】
除算手段７０３は、このＡ相の差（ＰＡ５−ＰＡ３）をＡ相基本波振幅ＰＡ１で除算する。同様に、除算手段７０４は、Ｂ相の差（ＰＢ５−ＰＢ３）をＢ相の基本波振幅ＰＢ１で除算する。
平均手段７０５は、Ａ相とＢ相の除算結果を平均して誤差補正ゲインΔｇを出力する。
ここで、第１実施形態と同様に、平均手段７０５にて平均値を誤差補正ゲインΔｇとしているが、平均手段７０５を削除し、Ａ相またはＢ相どちらか一方の比率をゲインΔｇとすることも可能である。
減算手段７１０は、除算手段７０３の出力値から、除算手段７０４の出力値を減算し、誤差補正ゲインΔｈを出力する。
【００８７】
続いて、誤差補正ゲイン演算手段７と同時に信号処理がなされる逆正接演算手段５および誤差補正演算手段６における信号処理について説明する。
下位信号変換＆波形調整手段４から出力されたＡ相信号、Ｂ相信号は、逆正接演算手段５に入力される。
逆正接演算手段５は、入力されたＡ相信号・Ｂ相信号の逆正接値を演算し、誤差補正演算手段６へ出力する。
【００８８】
誤差補正演算手段６内において、逆正接演算手段５から出力された逆正接値θＬ１を、乗算手段６０１で４倍し、正弦波演算手段６０２にて４倍周波数の正弦波を作成する。
同様に、逆正接演算手段５の演算結果θＬ１を、乗算手段６０５で２倍し、正弦波演算手段６０６にて２倍周波数の正弦波を作成する。
【００８９】
そして、正弦波演算手段６０２から出力された４倍周波数の正弦波に、乗算手段６０３にて誤差補正ゲインΔｇを乗算して第一補正値を生成し、この第一補正値を減算手段６０４へ出力する。
同様に、正弦波演算手段６０６から出力された２倍周波数の正弦波に、乗算手段６０７にて誤差補正ゲインΔｈを乗算して第二補正値を生成し、この第二補正値を減算手段６０８へ出力する。
【００９０】
そして、減算手段６０４にて逆生成値θＬ１から第一補正値が減算され、さらに減算手段６０８にて第に補正値が減算され、最終的な位置検出値θＬが生成される。
これにより先の数１５で示したように誤差が除去されることとなり、正確な位置検出が可能となる。
ここで、本実施形態では、減算手段６０４，６０８を用いたが、座標の取り方や誤差補正ゲインの極性によって、加算手段とする場合もある。
【００９１】
続いて、本発明の第５実施形態について説明する。
本実施形態では、第１〜第４実施形態において、メモリ書き込み手段７０６と不揮発メモリの一具体例であって電気的に書換え可能なＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable ROM)６０９を搭載し、このＥＥＰＲＯＭ６０９が、誤差補正ゲインでΔｇ，Δｈ（第１,第２実施形態ではΔｇのみ）を、格納するようにした点が相違する。
【００９２】
このような発明を第４実施形態に適用した例について図を参照しつつ説明する。図５は、本実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
図５で示すように、ＥＥＰＲＯＭ６０９は誤差補正演算手段６に、また、メモリ書込手段７０６は誤差補正ゲイン演算手段７にそれぞれ搭載されている。
【００９３】
このように誤差補正ゲイン演算手段７内に、メモリ書込手段７０６を設けることで、オンボードでＥＥＰＲＯＭ６０９に書換え可能とした。従って、最初に誤差補正ゲイン演算手段７を取り付けて誤差補正ゲインΔｇ，Δｈを算出し、メモリ書込手段７０６によりＥＥＰＲＯＭ６０９に誤差補正ゲインΔｇ，Δｈを登録してから、誤差補正ゲイン演算手段７を取り外して使用する。この場合、誤差補正ゲイン演算手段７は工場における製造装置に該当することとなる。
【００９４】
したがって工場出荷される光学式エンコーダは個体差に応じた最適な誤差補正を行うように構成されているため、それぞれ精度を向上させることができる。また、校正を行う必要が生じた場合に誤差補正ゲイン演算手段７を組み付けて誤差補正ゲインΔｇ、Δｈを書き換えるようにしても良い。
ここで、電気的に書換え可能な不揮発メモリを、ＥＥＰＲＯＭとしているが、他にフラッシュＲＯＭへの置換えも可能である。
【００９５】
このように誤差補正ゲイン演算手段７を、ロータリエンコーダの外部に増設するような構成を採用した。しかしながら、誤差補正ゲイン演算手段を取外すことなく一体に内蔵した構成を採用しても、本発明の実施は可能である。これら構成は適宜選択される。
【００９６】
続いて、本発明の第６実施形態について説明する。
本実施形態では、第５実施形態に加え、Ａ相，Ｂ相の正弦波状信号から上位の絶対位置検出値を出力する上位位置出力手段と、上位の位置検出値に対し、前記誤差補正演算手段の出力である補正した位置検出値を下位の検出値としてつなぐ上位下位つなぎ処理手段と、を備え、上位の絶対位置を所定角度間隔にｎ分割し、不揮発メモリに書き込む誤差補正ゲインをΔｇおよびΔｈを、ｎ分割された上位の絶対位置に応じて読み出されるｎ個のテーブルデータとし、これらｎ個の誤差補正ゲインΔｇおよびΔｈを用いて、ｎ分割された上位の絶対位置毎に下位の検出値を補正するようにしたものである。
【００９７】
続いて、本実施形態について図を参照しつつ説明する。図６は本実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
本実施形態の光学式エンコーダにおける上位位置検出手段は、上位信号変換手段１０、１回転上位絶対位置検出手段１１、コンパレータ１２、カウンタ１３、スイッチ１４、加算手段１５を備えている。この上位位置検出手段から上位信号（例えば上位１６ビットの信号）が、また、誤差補正演算手段６から下位信号（例えば下位４ビットの信号）が、それぞれ上位下位つなぎ処理手段１６へ出力され、最終的な信号（例えば上位１６ビットに下位４ビットをつなげた２０ビットの信号）が出力されるというものである。
【００９８】
受光素子３には、Ａ相信号・Ｂ相信号を出力するセルと、その上位の絶対位置を検出するためのセルが設けられている。上位の絶対位置を検出するための信号としては、Ｍ系列、グレーコード等がある。
【００９９】
受光素子３からは、上位信号を形成する電流パターンが出力され、これを上位信号変換手段１０にて、電圧に変換する。この電圧信号は、１回転上位絶対位置検出手段１１にてデコードされ、１回転絶対位置θＨＡＢＳを出力する。一方、正弦波状のＡ相信号、Ｂ相信号は、逆正接演算とは別に、コンパレータ１２にて、振幅の中心値と比較され、Ａパルス、Ｂパルスが生成される。これらのパルスは、９０度位相のずれた２相のパルスであり、カウンタ１３にて１逓倍カウントされθＨＩＮＣが出力される。
【０１００】
エンコーダの電源を投入すると、まず１回転上位絶対位置検出手段１１にて、１回転上位絶対位置が演算される。演算終了とともに“１回転上位絶対位置検出確率”フラグが出力され、スイッチ１４にて値がホールドされるとともに、カウンタ１３が動作開始する。カウンタの出力は、すなわち絶対位置が確立してからの移動量をあらわし、加算手段１５にて、θＨＡＢＳと、このθＨＩＮＣを加算することにより、常に絶対位置検出を可能とする構成になっている。
【０１０１】
上位下位つなぎ処理手段１６にて、下位の位置検出値θＬと、この上位の絶対位置検出値θＨとをつなぎ合わせて、高分解能の位置検出を行っている。
ＥＥＰＲＯＭ６０９に格納されたデータテーブルは、１回転中の上位の絶対位置をｎ分割し、この分割範囲内のゲインを、設定したものである。分割された上位位置検出値の範囲によって、対応したデータが読み出される。
【０１０２】
上位絶対位置０〜２πはｎ分割により、０〜θＨ（１），θＨ（１）〜θＨ（２），・・・，θＨ（ｎ−１）〜２πという角度間隔に分割される。そしてこの角度間隔に対応して、誤差補正ゲインΔｇとしてそれぞれΔｇ１、Δｇ２、・・・Δｇｎ が設定され、また、誤差補正ゲインΔｈとしてそれぞれΔｈ１、Δｈ２、・・・Δｈｎ が設定される。
なお、誤差補正ゲイン演算手段７は、スイッチ７１１をＯＮ／ＯＦＦすることにより、上位位置検出を順次行って誤差補正ゲインΔｇ，Δｈを求めることとなる。
【０１０３】
誤差補正演算手段６は、上位位置検出値のある角度範囲に対応して登録されている誤差補正ゲインΔｇ１、Δｇ２、・・・Δｇｎ およびΔｈ１、Δｈ２、・・・Δｈｎ を順次読み出して誤差補正を行うこととなる。そしてこのような読み出しはスリット２が１回転する度に繰り返される。
【０１０４】
以上説明した本実施形態でも誤差補正ゲイン演算手段７を、ロータリエンコーダの外部に増設するような構成としたり、また、誤差補正ゲイン演算手段を取外すことなく一体に内蔵した構成を採用しても、本発明の実施は可能である。これら構成は適宜選択される。
【０１０５】
以上本発明の第１〜第６実施形態について説明した。なお、これら実施形態では光学式エンコーダの具体例としてロータリーエンコーダを想定して図・説明が記載されているが、スリットが直線状に配置された以外に検出原理が同じであるリニアエンコーダに適用することも可能である。
【０１０６】
【発明の効果】
位置検出に用いる２相正弦波が三角波状であっても、３倍高調波による誤差を補正することにより、高度な加工精度や組立精度を必要とせずにエンコーダを構成し、２相正弦波状信号のＳＮを確保しつつ、エンコーダの位置検出誤差を低減することが可能である。
【０１０７】
さらに、請求項２に係る発明では３倍高調波に加え５倍高調波による誤差を補正するので、より位置検出精度を向上できる。
【０１０８】
さらに請求項３，４に係る発明では２相正弦波のＡ相とＢ相の高調波成分の違いによる誤差を補正するので、さらに位置検出精度を向上できる。
【０１０９】
請求項５，６に係る発明では、電気的に書換え可能な不揮発メモリをエンコーダに搭載したこれにより、誤差補正ゲイン演算手段で誤差補正ゲインを繰り返し算出する必要がなくなる。
【０１１０】
また、電気的に書換え可能な不揮発メモリをエンコーダに搭載し、エンコーダ個別に位置検出誤差の補正量を、調整することにより、エンコーダ個体差による位置検出精度のばらつきを低減するとともに、位置検出精度を向上できる。さらに、誤差補正ゲインを演算するための手段をエンコーダ内に備える必要がないので、光学式エンコーダの構成を簡素にすることができる。
【０１１１】
請求項７に係る発明では、不揮発メモリに書き込むデータを、２相正弦波より検出する上位絶対位置によって読み出されるテーブルデータとすることにより、例えばスリットにうねりがあってエンコーダ１回転中に正弦波のひずみが変化するような場合でも、位置検出精度を向上できる。
【０１１２】
総じて、本発明によれば、Ａ相信号・Ｂ相信号の波形が、正弦波ではなく、三角波に近いようなひずんだ波形であり、しかもそのひずみの度合に個体差があるような場合でも、正確な位置検出を行うようにする光学式エンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
【図３】本発明の第３実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
【図４】本発明の第４実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
【図５】本発明の第５実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
【図６】本発明の第６実施形態の光学式エンコーダのブロック図である。
【図７】従来技術のロータリエンコーダの光学系のブロック図である。
【図８】逆正接演算による位置検出で発生する位置検出誤差の説明図である。
【符号の説明】
１ 発光素子
２ スリット板
３ 受光素子
４ 下位信号変換＆波形調整手段
５ 逆正接演算手段
６ 誤差補正演算手段
６０１ 増幅手段
６０２ 正弦波演算手段
６０３ 乗算手段
６０４ 減算手段
６０５ 増幅手段
６０６ 正弦波演算手段
６０７ 乗算手段
６０８ 減算手段
６０９ ＥＥＰＲＯＭ
７ 誤差補正ゲイン演算手段
７０１ 基本波振幅演算手段
７０２ ３次高調波振幅演算手段
７０３ 除算手段
７０４ 除算手段
７０５ 平均手段
７０６ メモリ書込手段
７０７ ５次高調波振幅演算手段
７０８ 減算手段
７０９ 減算手段
７１０ 減算手段
７１１ スイッチ
７１３ ゲイン乗算手段
７１４ ゲイン乗算手段
８ モータ
９ ドライバ
１０ 上位信号変換手段
１１ １回転上位絶対位置検出手段
１２ コンパレータ
１３ カウンタ
１４ スイッチ
１５ 加算手段
１６ 上位下位つなぎ処理手段
Claims (7)
- 発光素子と、光を透過／遮光するパターンを設けたスリット板と、スリット板から透過／遮光する光を受光して略９０度の位相差を有するＡ，Ｂ相の正弦波状信号を出力する受光素子とを備えた光学式エンコーダの位置検出方法において、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を逆正接演算して逆正接値を求め、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を用いて基本波振幅と３次高調波振幅とを演算し、
前記３次高調波振幅の前記基本波振幅に対する比率と前記逆正接値の４倍を変数とした正弦波とから補正値を算出し、
この補正値と前記逆正接値とから位置検出値を算出する
ことを特徴とする光学式エンコーダの値検出方法。 - 発光素子と、光を透過／遮光するパターンを設けたスリット板と、スリット板から透過／遮光する光を受光して略９０度の位相差を有するＡ，Ｂ相の正弦波状信号を出力する受光素子とを備えた光学式エンコーダの位置検出方法において、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を逆正接演算して逆正接値を求め、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を用いて基本波振幅、３次高調波振幅および５次高調波振幅を演算し、
前記５次高調波振幅から前記３次高調波振幅を減算した値の前記基本波振幅に対する比率と前記逆正接値の４倍を変数とした正弦波とから補正値を算出し、
この補正値と前記逆正接値とから位置検出値を算出する
ことを特徴とする光学式エンコーダの位置検出方法。 - 発光素子と、光を透過／遮光するパターンを設けたスリット板と、スリット板から透過／遮光する光を受光して略９０度の位相差を有するＡ，Ｂ相の正弦波状信号を出力する受光素子とを備えた光学式エンコーダの位置検出方法において、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を逆正接演算して逆正接値を求め、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を用いて基本波振幅と３次高調波振幅とを演算し、 前記３次高調波振幅の前記基本波振幅に対する比率と前記逆正接値の４倍を変数とした正弦波と前記逆正接値の２倍を変数とした正弦波とから補正値を算出し、
この補正値と前記逆正接値とから位置検出値を算出する
ことを特徴とする光学式エンコーダの位置検出方法。 - 発光素子と、光を透過／遮光するパターンを設けたスリット板と、スリット板から透過／遮光する光を受光して略９０度の位相差を有するＡ，Ｂ相の正弦波状信号を出力する受光素子とを備えた光学式エンコーダの位置検出方法において、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を逆正接演算して逆正接値を求め、
Ａ，Ｂ相の正弦波状信号を用いて基本波振幅、３次高調波振幅および５次高調波振幅とを演算し、
前記５次高調波振幅から前記３次高調波振幅を減算した値の前記基本波振幅に対する比率と前記逆正接値の４倍を変数とした正弦波と前記逆正接値の２倍を変数とした正弦波とから補正値を算出し、
この補正値と前記逆正接値とから位置検出値を算出する
ことを特徴とする光学式エンコーダの位置検出方法。 - 請求項１または請求項３に記載の光学式エンコーダの位置検出方法において、電気的に書換え可能な不揮発性メモリを備え、前記３次高調波振幅の前記基本波振幅に対する比率に基づいて求めた誤差補正ゲインを不揮発性メモリに書き込むことを特徴とする光学式エンコーダの位置検出方法。
- 請求項２または請求項４に記載の光学式エンコーダの位置検出方法において、電気的に書換え可能な不揮発性メモリを備え、前記５次高調波振幅から前記３次高調波振幅を減算した値の前記基本波振幅に対する比率に基づいて求めた誤差補正ゲインを不揮発性メモリに書き込むことを特徴とする光学式エンコーダの位置検出方法。
- 請求項５または請求項６に記載の光学式エンコーダの位置検出方法において、Ａ相，Ｂ相の正弦波状信号から上位の絶対位置検出値を出力する上位位置検出出力手段を有し、上位の絶対位置を所定角度間隔にｎ分割し、前記不揮発性メモリに書き込む誤差補正ゲインをｎ分割された上位の絶対位置に応じて読み出されるｎ個のテーブルデータとすることを特徴とする光学式エンコーダの位置検出方法。
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| JP2004108774A (ja) | 2004-04-08 |
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