JPH0510783A - アブソリユートエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はアブソリュートエンコーダに関し、
その目的は、光電変換素子のオフセットと、回路系のオ
フセットと、光源の温度特性と、光電変換素子の温度特
性の影響を除去することにより、複数のスリット列を有
するコード板を用いて高精度でコード板のアブソリュー
トの位置測定が行えるアブソリュートエンコーダを提供
することにある。 【構成】 スリット数とスリットの配列周期が異なる複
数のトラックを有するコード板を用い、各トラックから
位相が９０°異なる２つの出力信号を同時にサンプルし
てＡ／Ｄ変換することにより位相検出を行い、各トラッ
ク間の位相関係からコード板のアブソリュート位置を求
めるアブソリュートエンコーダにおいて、各トラックの
位相検出系の位相遅れをスリット数に反比例するように
設定して各トラック間の回転時における位相遅れを等し
くすることにより各トラックの出力信号を同時にサンプ
ルするように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数のトラックを有する
アブソリュートエンコーダに関し、更に詳しくは、高速
変化時の特性改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】スリットと遮光部が交互に配列されたコ
ード板の表側に配置された光源から散乱光を照射する
と、コード板の裏側にはスリットの周期に対応した周期
の正弦波の光強度分布が生じる。該正弦波の位相はコー
ド板の移動に従って変化する。この原理を利用し、コー
ド板の裏側に受光アレイを固定して正弦波の位相を検出
することにより、コード板の位置または角度を測定でき
る。

【０００３】図９はこのような従来の単一トラックエン
コーダの位置情報を検出する要部の説明図、図１０はフ
ォトダイオードが４素子の場合の出力信号の説明図、図
１１は単一トラックのコード板の構成例図である。

【０００４】図９において、光源１から光をコード板２
へ照射する。該コード板２は光を通過させるスリット２
ｂと光を遮断する遮光部２ｂとが例えば円周方向に沿っ
て交互に配置されたものであり、その中心部は回転シャ
フト４０に取り付けられている（図１１参照）。光源１
から照射する光を散乱光とすると、光電変換素子として
例えばフォトダイオードを用いた受光アレイ３には図９
中に示すように照度が正弦波状に分布する光が加えられ
る。該受光アレイ３に照射された正弦波状照度分布光の
位相θはコード板２の位置または角度に応じて定まり、
コード板２が移動することによりθの値も変化する。従
って、該θを測定することによりコード板２の位置また
は角度が求められる。

【０００５】受光アレイ３を構成する各フォトダイオー
ドＨ１〜Ｈ４の出力電流Ｉ１〜Ｉ４は、正弦波状照度分
布光の強度に応じた値となる。該出力電流Ｉ１〜Ｉ４を
アンプＵ１〜Ｕ４を用いて電圧に変換し、該変換電圧を
スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を用いて角速度ωでスキャンす
るとサンプル値の時系列になり、図１０の破線で示す正
弦波状の出力Ｖ_ＯがアンプＵ_Ｏの出力として得られる。
ただし、図１０の破線で示すように滑らかな正弦波の出
力を得るにはフォトダイオードの数をもっと増やす必要
がある。該図１０の波形は図９の波形に相当するもので
あり、コード板２の移動に伴ってその位相θがシフトす
るので、アンプＵ_Ｏの出力Ｖ_Ｏからコード板２の位置ま
たは角度が求められる。

【０００６】このようなエンコーダを応用したものとし
て、コード板に半径の異なる３つの同心円のスリット列
を設けて、コード板のアブソリュートの回転角度θを測
定するように構成されたアブソリュートエンコーダがあ
る。この場合、半径の一番大きなスリット列Ａのスリッ
ト数を例えばｎ個とすると、中間の半径のスリット列Ｂ
のスリット数は（ｎ−ｍ）個に設定されて半径の一番小
さなスリット列Ｃのスリット数は（ｎ−ｍ−１）個に設
定され、各スリット列Ａ，Ｂ，Ｃを構成するスリットの
配列周期もそれぞれ異なっている。ここで、ｎとｍはｎ
＝ｋｍの関係があり、ｋ，ｎ，ｍは自然数である。

【０００７】これにより、最大半径のスリット列Ａによ
り３６０°をｎ等分してこの３６０／ｎの中（例えばｎ
＝１８０であれば２°）を極めて高い分解能で測定でき
て他のスリット列Ｂ，Ｃでその２°が３６０°の中のど
の位置に該当するかを特定でき、コード板のアブソリュ
ートの角度を測定できる。以上のような従来のエンコー
ダには、次の課題がある。図１０の波形から分かるよう
に、各フォトダイオードＨ１〜Ｈ４の出力信号は直流成
分を持ったＤＣ的なものであるために、各フォトダイオ
ードＨ１〜Ｈ４におけるオフセット（暗電流）や各フォ
トダイオードＨ１〜Ｈ４の出力を受ける回路系のオフセ
ット（例えば図９のアンプＵ１〜Ｕ４のオフセット）が
存在し、このため位相測定の精度が左右されるという問
題がある。

【０００８】また、光源１（例えば発光ダイオード）と
受光アレイ３（例えばフォトダイオード）には温度特性
があるので、光源１の光パワーと受光アレイ３の出力電
流は温度により変動し、更に位相測定の精度を低下させ
てしまうことになる。

【０００９】このような問題を解決するため本出願人
は、特願平２−２５９６２５号の出願をおこなつた。こ
の出願は、光源の光強度を変調することなくコード板に
光を照射し、受光アレイの出力に基づく信号をサンプル
ホールドし、そしてこのサンプルホールドした値をＡＤ
変換するものである。このＡＤ変換されたデジタル信号
は，コード板の回転角度の情報を含むものであるので，
このＡＤ変換されたデジタル値に演算を加えて、角度値
を得るようにしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この特願平２−２５９
６２５号の発明によれば非常に大きな効果が得られる
が、この発明の装置に上述したような複数のスリット列
（例えば，スリット列Ａ，Ｂ，Ｃ）を有するコード板を
用い何らの対策も施さないと、次のような問題が生じ
る。コード板の裏がわに生じる照度分布の波形（図９参
照）の周波数はスリットのピッチにより定まる。つま
り，スリット数の多いスリット列から得られる図９に示
す正弦波の周波数は，スリット数の少ないスリット列か
ら得られる正弦波の周波数より高い。一方，複数のスリ
ット列Ａ，Ｂ，Ｃを有するコード板では、各スリット列
から得られる正弦波信号のサンプリングは同一時刻のも
のでないと、既述した２°が３６０°中のどの位置に該
当するか特定できなくなる。ここで，特願平２−２５９
６２５号はサンプルホールド回路を設けているが、この
サンプルホールド回路は一般にコンデンサを備えている
ので，各スリット列から得られる周波数の異なる正弦波
信号に位相遅れ「差」が生じる。つまり、サンプルホー
ルドする際に信号の遅延が発生するが，その遅延量は周
波数により異なるので、既述した２°が３６０°中のど
の位置に該当するか特定できなくなる恐れがある。

【００１１】本発明の目的は、特願平２−２５９６２５
号の発明の装置に上述したような複数のスリット列（例
えば，スリット列Ａ，Ｂ，Ｃ）を有するコード板を用い
てもスリットの同定を誤ることのないアブソリュートエ
ンコーダを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、スリット数とスリットの配列周期が異な
る複数のトラックを有するコード板を用い、各トラック
から位相が９０°異なる２つの出力信号を同時にサンプ
ルしてＡ／Ｄ変換することにより位相検出を行い、各ト
ラック間の位相関係からコード板のアブソリュート位置
を求めるアブソリュートエンコーダにおいて、各トラッ
クの位相検出系の位相遅れをスリット数に反比例するよ
うに設定して各トラック間の回転時における位相遅れを
等しくすることにより各トラックの出力信号を同時にサ
ンプルするようにしている。

【００１３】

【作用】各トラックの位相検出系の位相遅れが等しいも
のとすると、スリット数の違いにより周波数が異なり各
トラックで位相遅れが変わって各トラックの同時サンプ
ル性が崩れてしまい、スリット同定の誤差になってしま
う。

【００１４】これに対し、本発明では、各トラックの位
相検出系の位相遅れをスリット数に反比例するように設
定しているので、各トラック間の回転時における位相遅
れは等しくなり、各トラックの出力信号を同時にサンプ
ルできることからスリット同定の誤差を生じることはな
い。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１及び図２は本発明の基本回路説明図で
あり、図９と共通する部分には同一の符号を付けてそれ
らの説明は省略する。図３は図１の各部の信号のタイミ
ングチャート、図４は８つのエリアでの演算説明図、図
５は８つのエリアの説明図、図６は光電変換素子の出力
波形図、図７はテーブルの内容説明図である。

【００１６】まず、本発明を適用する前の特願平２−２
５９６２５号に記載したアブソリュートエンコーダを図
１〜図７を用いて説明する。図１において、Ａ１〜Ａ４
は光電変換器であり、図６に示す受光アレイ３を構成す
る各光電変換素子（フォトダイオード）Ｈ１〜Ｈ４とア
ンプＵ１〜Ｕ４のペアをまとめて光電変換器Ａ１〜Ａ４
として描いている。ここで、各光電変換素子Ｈ１〜Ｈ４
は図６のように正弦波状照度分布の１周期を４等分する
位置に配列されるので、各光電変換出力は９０°ずつ位
相が異なる。

【００１７】各減算器４，５は例えば差動アンプで構成
され、光電変換出力のうち、互いに１８０°位相が異な
るものを減算する。すなわち、減算器４は光電変換器Ａ
１とＡ３の差演算を行い、減算器５は光電変換器Ａ２と
Ａ４の差演算を行う。サンプルホールド回路（以下単に
Ｓ／Ｈ回路と記す）６，７は、シーケンスコントローラ
１１から信号ｂが加えられるたびに同時刻に減算器４，
５の出力データをサンプリングしてホールドするもので
ある。マルチプレクサ８は、シーケンスコントローラ１
１から加えられる信号ｃにより、Ｓ／Ｈ回路６，７でホ
ールドした結果を順次切り替えて取り出し、Ａ／Ｄ変換
器（以下ＡＤＣと言う）９へ加える。ＡＤＣ９は、導入
されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。つま
り、これらＳ／Ｈ回路６，７とマルチプレクサ８とＡＤ
Ｃ９は、２つの減算器４，５の同一時刻の出力をデジタ
ル値に変換するＡＤ変換手段を構成している。

【００１８】ドライバ１２は、シーケンスコントローラ
１１からの制御信号ａにより光源１に加える電流をオ
ン，オフし、これを点灯したり、消灯したりする。演算
器１０は、点灯時と消灯時における減算器４の出力の差
分を演算するとともに、点灯時と消灯時における減算器
５の出力の差分を演算する。そして、この２つの差分か
ら正弦波状照度分布波形の位相θを演算する。

【００１９】シーケンスコントローラ１１は、Ｓ／Ｈ回
路６，７とマルチプレクサ８とＡＤＣ９と演算器１０と
ドライバ１２を制御する。以上のように構成された図１
の動作を説明する。

【００２０】光源１の光はコード板２のスリット２ｂを
通過して、受光アレイ３上に図６のような正弦波状照度
分布を生じさせる。該照度分布はコード板２の動きに応
じて受光アレイ３上を移動する。光電変換器Ａ１〜Ａ４
の光電変換素子Ｈ１〜Ｈ４は上述のように９０°ずつ位
相がずれているため、各光電変換器Ａ１〜Ａ４の出力は
次式のようになる。

【００２１】Ａ１＝ａ（ｓｉｎθ）＋ｂ＋ε１…(1) Ａ２＝ａ（ｃｏｓθ）＋ｂ＋ε２…(2) Ａ３＝ａ（−ｓｉｎθ）＋ｂ＋ε３…(3) Ａ４＝ａ（−ｃｏｓθ）＋ｂ＋ε４…(4) θ：正弦波状照度分布波形の位相、すなわちコード板２
の位置に応じた変数 ａ：受光アレイ３上での光パワーの振幅 ｂ：光バイアス分 ε１〜ε４：オフセット なお、光バイアス分ｂは、光源１から受光アレイ３に照
射する光パワーの平均値である。オフセットε１〜ε４
は、光電変換素子Ｈ１〜Ｈ４のオフセット（暗電流）と
図６に示すアンプＵ１〜Ｕ４のオフセットなどを含むも
のである。

【００２２】減算器４は、１８０°位相が異なる光電変
換器Ａ１とＡ３の出力の差分を演算するので、 Ａ１−Ａ３＝２ａ・ｓｉｎθ＋（ε１−ε３）…(5) を出力し、減算器５は、１８０°位相が異なる光電変換
器Ａ２とＡ４の出力の差分を演算するので、 Ａ２−Ａ４＝２ａ・ｃｏｓθ＋（ε２−ε４）…(6) を出力する。

【００２３】Ｓ／Ｈ回路６，７は、シーケンスコントロ
ーラ１１から同一のＳ／Ｈ信号ｂが加えられるたびに同
期して、(5) 式，(6) 式で示す減算器４，５の出力をサ
ンプリングする。減算器５は光電変換器Ａ２とＡ４の差
演算を行う。

【００２４】Ｓ／Ｈ回路６，７の内容はマルチプレクサ
８によりそれぞれ選択されてＡＤＣ９に加えられ、それ
ぞれデジタル値に変換される。該デジタル値は演算器１
０にに加えられて位相θを求めるための演算が施され
る。

【００２５】ところが、(5) 式，(6) 式にはオフセット
ε１〜ε４が含まれているので、何等の対策を施すこと
なくこれら(5) 式，(6) 式の出力に基づいて位相θを算
出しても高精度な位相測定は行えない。

【００２６】そこで、次のようにしてオフセットの影響
を除去する。演算器１０は、上述した点灯時の測定デー
タ、すなわち(5) 式，(6) 式に基づく（Ａ１−Ａ３）と
（Ａ２−Ａ４）のデジタルデータを内蔵するメモリに格
納しておく。

【００２７】次に、ドライバ１２から光源１に加える電
流をオフにして光源１を消灯させる。この時、(1) 式〜
(4) 式における光成分は全てなくなるので、各光電変換
器Ａ１〜Ａ４から出力される信号Ａ１´〜Ａ４´は(7)
式〜(10)式に示すようにオフセット成分のみになる。

【００２８】Ａ１´＝ε１…(7) Ａ２´＝ε２…(8) Ａ３´＝ε３…(9) Ａ４´＝ε４…(10) 従って、消灯時における減算器４の出力は、 Ａ１´−Ａ３´＝（ε１−ε３）…(11) になり、減算器５の出力は、 Ａ２´−Ａ４´＝（ε２−ε４）…(12) になる。これら(11)式，(12)式の測定データも上述と同
様にＳ／Ｈ回路６，７で同時サンプルされ、マルチプレ
クサ８とＡＤＣ９を経てそれぞれデジタル値に変換され
た後、演算器１０に加えられる。

【００２９】演算器１０は、内蔵メモリに格納していた
(5) 式，(6) 式で表される測定データを読み出して、点
灯時と消灯時における減算器４の差分を求める(13)式お
よび減算器５の差分を求める(14)式の演算を行う。

【００３０】 （Ａ１−Ａ３）−（Ａ１´−Ａ３´）＝２ａ・ｓｉｎθ…(13) （Ａ２−Ａ４）−（Ａ２´−Ａ４´）＝２ａ・ｃｏｓθ…(14) これら(13)式，(14)式の演算を行うことにより、オフセ
ットε１〜ε４が除去された位相θのみのデータを得る
ことができる。

【００３１】しかし、振幅“ａ”は、光源１の温度特性
や経時変化、光電変換素子の温度特性等で変動するた
め、(13)式，(14)式から“ａ”を除去することが望まし
い。そこで、演算器１０で比演算を行うことによりａを
除去した（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）を用いて位相θを算出
する。

【００３２】すなわち、演算器１０は、(15)式により、
オフセットの影響がなく、かつ光源１と光電変換素子の
温度特性の影響もない状態で、正弦波状照度分布波形の
位相θを演算できる。

【００３３】 θ＝ｔａｎ^−１（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）…(15) また、ＡＤ変換手段で２つの減算器の同一時刻の出力を
デジタル値に変換しているので、高速回転しているコー
ド板の位相θも正確に測定できる。以下にその理由を説
明する。

【００３４】もし、２つの減算器の出力である(5) 式，
(6) 式の値のサンプリングに時間のズレがあると、誤差
が生じる。例えば、コード板２のスリット数が１０００
で回転数が３０００ｒｐｍとすると、(5) 式，(6) 式の
ｓｉｎθ，ｃｏｓθは５０ＫＨｚになる。これは、周期
が２０μｓであり、１／１００の位相測定を行うことを
考えると、この同時性は２０μｓ／１００＝０．２μｓ
が必要になる。

【００３５】図３はコード板２が回転（正弦波状照度分
布が時間的に変化）している時の図１の各部の信号のタ
イミングチャートであり、この図を参照して各部動作の
タイミングを説明する。なお、上述では、初めに(5)
式，(6) 式で示される点灯時の測定データを取り込み、
次に(11)式，(12)式で示される消灯時の測定データを取
り込むとして説明したが、この順序が逆になってもよ
い。

【００３６】図３では、シーケンスコントローラ１１か
ら加える制御信号ａにより光源１をまず消灯（ＬＯＷ）
して消灯時の測定データ（オフセットデータ）を取り込
み、次に点灯（ＨＩＧＨ）して点灯時の測定データを得
ている（図３(1) 参照）。従って、消灯時と点灯時にお
ける減算器４，５の出力は、図３(2),(3) のようにな
る。すなわち、消灯時には減算器４から(11)式のオフセ
ットを意味する電圧Ｖ_{ｏ ｆ１}（＝ε１−ε３）が出力さ
れ、減算器５から(12)式のオフセットを意味する電圧Ｖ
_ｏｆ２（＝ε２−ε４）が出力される。また、点灯時に
は、コード板２の回転とともに(5) 式，(6) 式で示され
る波形が出力される。

【００３７】Ｓ／Ｈ回路６，７には消灯時に図３(4) に
示すタイミングでＳ／Ｈ信号ｂがシーケンスコントロー
ラ１１から加えられるので、Ｓ／Ｈ回路６は図３(2) に
示すデータＤ１を、Ｓ／Ｈ回路７は図３(3) に示すデー
タＤ３を、同一時刻にサンプリングする。

【００３８】これらサンプリングデータＤ１，Ｄ３はマ
ルチプレクサ８により順次取り出され、ＡＤＣ９へ入力
される。すなわち、図３(5) に示すシーケンスコントロ
ーラ１１の信号ｃがＨＩＧＨのときＳ／Ｈ回路６が選択
され、ＬＯＷのときＳ／Ｈ回路７が選択される。ＡＤＣ
９は、マルチプレクサ８がＨＩＧＨの期間にシーケンス
コントローラ１１からＡＤ変換コマンド信号ｄが加えら
れることによりＳ／Ｈ回路６がサンプリングしているオ
フセットデータＤ１をデジタル値に変換し、マルチプレ
クサ８がＬＯＷの期間にシーケンスコントローラ１１か
らＡＤ変換コマンド信号ｄが加えられることによりＳ／
Ｈ回路７がサンプリングしているオフセットデータＤ３
をデジタル値に変換する（図３(6) 参照）。

【００３９】演算器１０は、図３(7) に示すシーケンス
コントローラ１１からのデータ取得コマンド信号ｅのタ
イミングによりデジタルデータＤ１，Ｄ３を取り込み、
図示しないメモリに格納する。

【００４０】点灯時には上述と同様な動作により位相デ
ータＤ２とＤ４が演算器１０のメモリに取り込まれる。
その後、演算器１０にはシーケンスコントローラ１１か
ら図３(8) に示す演算コマンドｆが加えられ、演算器１
０はこれを起点にして上述した演算を行い、オフセット
と温度特性に影響されない位相θを算出する。

【００４１】なお、図１では１個のＡＤＣ９を共用して
いるが、図２のように減算器４，５にそれぞれ専用のＡ
ＤＣ１５，１６を設けてもよい。この場合、同一時間当
たりのＡＤ処理負担量は図１の半分に減少するので、Ａ
Ｄ変換速度は図１のＡＤＣ９と比べて遅くてよい。ま
た、Ｓ／Ｈ回路６，７とマルチプレクサ８は不要にな
る。

【００４２】また、上述において、演算器１０は、(13)
式，(14)式で示される２つの差分から(15)式の演算を行
い、正弦波状照度分布波形の位相θを演算するものとし
て説明した。

【００４３】しかし、ｔａｎ^−１の演算は時間を要する
ので、高速処理を行いたい場合には(15)式の演算を行わ
ないで演算器１０が内蔵するテーブルを参照して位相θ
を求めるようにしてもよい。テーブルは外に独立して設
けられたものでもよい。

【００４４】この場合、演算器１０を以下に説明する構
成にすることにより、テーブルに書き込むデータ量を０
°〜３６０°の１／８にできる。すなわち、図７のよう
に、０°〜４５°の角度θと、（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）
の関係をテーブルに書き込めばよい。

【００４５】これを説明する。図５は、ｓｉｎθとｃｏ
ｓθとｔａｎθの関係説明図である。(15)式で得られる
θと（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）の関係は、図５の実線で描
いた曲線上に存在する。ここで、図５のように、４５°
毎に８つのエリアに区切ると、各エリア部の実線波形は
次式で表される。(1),(8) は、 θ＝ｔａｎ^−１（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）…(16) (2),(3) は、 θ＝ｔａｎ^−１（−ｃｏｓθ／ｓｉｎθ）＋π／２…(17) (4),(5) は、 θ＝ｔａｎ^−１（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）＋π…(18) (6),(7) は、 θ＝ｔａｎ^−１（−ｃｏｓθ／ｓｉｎθ）＋３π／２…(19) ここで、０°〜４５°の角度θと（ｓｉｎθ／ｃｏｓ
θ）の関係を図７のテーブルに書き込むことにより、こ
のデータθを読み出して各エリア毎に図４に示す演算で
位相θを算出できる。図４は、図５の８つのエリア，ｓ
ｉｎθの正負の状態，ｃｏｓθの正負の状態，この絶対
値どうしの減算結果の正負の状態，比の値（図７のテー
ブルのアドレス），起点位相，各エリア毎の演算式を示
している。なお、図４の演算式における“θ”は、図７
のテーブルから読み出した値を意味する。図４中の演算
式は図５から容易に導き出されるので説明を省略する。

【００４６】従って、現在の位相θがこの８つのエリア
のどれに属するかを知ることができれば、上記図４に示
す演算を行うことにより位相θを求めることができる。
すなわち、演算器１０は、点灯時と消灯時における減算
器４の出力の差分（ｓｉｎθ）の正負状態と、点灯時と
消灯時における減算器５の出力の差分（ｃｏｓθ）の正
負状態と、この２つの差分の絶対値同士の減算結果｛｜
ｓｉｎθ｜−｜ｃｏｓθ｜｝の正負状態とからなる８つ
の組み合わせを認識して現在の位相θがこの８つのどれ
に属するかを判断する判断手段と、０°〜４５°の角度
θと（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）の関係が書き込まれたテー
ブルと、減算器４の出力の差分（ｓｉｎθ）と減算器５
の出力の差分（ｃｏｓθ）とから、（ｓｉｎθ／ｃｏｓ
θ）または（ｃｏｓθ／ｓｉｎθ）の演算を行う比演算
器と、この比演算器の演算結果に対応する角度θを前記
テーブルから読み出し、判断手段で判断した現在の位相
θが属する組み合わせに応じて角度θに演算を加えて位
相θを算出する位相演算器、とを備えている。

【００４７】なお、上述では、テーブルに角度θと（ｓ
ｉｎθ／ｃｏｓθ）の関係を書き込み、比演算器で（ｓ
ｉｎθ／ｃｏｓθ）の演算を行うとして説明したが、こ
の分子と分母を逆の関係にしても同様の結果が得られる
ことは明らかである。すなわち、テーブルに角度θと
（ｃｏｓθ／ｓｉｎθ）の関係を書き込み、比演算器で
（ｃｏｓθ／ｓｉｎθ）の演算を行うようにしてもよ
い。

【００４８】図８は、本発明に係わるアブソリュートエ
ンコーダの構成例を示す図であり、図１、図２の装置に
複数のスリット列を有したコード板を用いた時発生する
問題点を解決する装置である。図１と共通する部分には
同じ符号を付けている。図において、コード板２には１
周ｎ_ａ個とｎ_ｂ個のスリットを持つトラックが設けられ
ている。各スリットのトラックにはそれぞれ４個の光電
変換器Ａ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４で構成された受光素子ア
レイ３ａ，３ｂが光源１と対向するように配置されてい
る。減算器４ａは光電変換器Ａ１とＡ３の差演算を行
い、減算器５ａは光電変換器Ａ２とＡ４の差演算を行
い、減算器４ｂは光電変換器Ｂ１とＢ３の差演算を行
い、減算器５ｂは光電変換器Ｂ２とＢ４の差演算を行
う。

【００４９】Ｓ／Ｈ回路６ａ，７ａ，６ｂ，７ｂは、シ
ーケンスコントローラ１１から信号ｂが加えられるたび
に同時刻に減算器４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂの出力データ
をサンプリングしてホールドする。ここで、各トラック
の回路系の位相遅れはＳ／Ｈ回路６ａ，７ａ，６ｂ，７
ｂの内部抵抗ｒ_ａ，ｒ_ｂ，…とホールドキャパシタ
ｃ _ａ，ｃ_ｂ，…からなる１次遅れ系で、この積ｒ_ａ・ｃ
_ａ，ｒ_ｂ・ｃ_ｂ，…を各トラック毎にスリット数ｎ_ａ，
ｎ_ｂ，…に反比例させる（ｒ_ａ・ｃ_ａ：ｒ_ｂ・ｃ_ｂ：…
＝１／ｎ_ａ：１／ｎ_ｂ：…）。

【００５０】マルチプレクサ８は、シーケンスコントロ
ーラ１１から加えられる信号ｃにより、Ｓ／Ｈ回路６
ａ，７ａ，６ｂ，７ｂでホールドした結果を順次切り替
えて取り出し、ＡＤＣ９へ加える。ＡＤＣ９は、導入さ
れたアナログ信号をデジタル信号に変換する。つまり、
これらＳ／Ｈ回路６ａ，７ａ，６ｂ，７ｂとマルチプレ
クサ８とＡＤＣ９は、４つの減算器４ａ，５ａ，４ｂ，
５ｂの同一時刻の出力をデジタル値に変換するＡＤ変換
手段を構成している。

【００５１】演算器１０は、点灯時と消灯時における減
算器４ａ，４ｂの出力の差分を演算するとともに点灯時
と消灯時における減算器５ａ，５ｂの出力の差分を演算
し、これら４つの差分から上述と同様に正弦波状照度分
布波形の位相θを演算する。

【００５２】基本動作は上述の通りであることからそれ
らの説明は省略し、本発明に基づくスリット同定誤差の
解消についてのみ説明する。 各Ｓ／Ｈ回路での位相遅れθｄは、 θｄ＝ｔａｎ^−１２πｆＣＲ ｆ＝ｎ×ｒｐｓ：入力周波数［Ｈｚ］ ｎ：スリット数 ｒｐｓ：回転速度［ｒｐｓ］ Ｒ ：Ｓ／Ｈ回路の内部抵抗 Ｃ ：ホールドキャパシタ になる。

【００５３】ここで、Ｃ・Ｒが等しければ各トラックで
スリット数ｎの違いで位相遅れが異なり各トラックの同
時サンプルが崩れることになり、その位相遅れの差がス
リット同定の誤差になってしまう。

【００５４】ところが、本発明のように、各トラック間
でＣ・Ｒをスリット数ｎに反比例するように設定するこ
とにより各トラックの位相遅れは等しくなり、スリット
同定の誤差にはならない。

【００５５】なお、該実施例ではＳ／Ｈ回路の内部抵抗
による位相遅れについて説明しているが、帯域制限をし
てＳ／Ｎを向上させるためのＣ・Ｒ系においても同様の
対策を施せばよい。

【００５６】また、上述実施例では図１の基本回路を適
用しているが、図２の基本回路を適用してもよい。ま
た、本発明は光学式に限るものではなく、磁気式，静電
式，接触式を問わずピッチ数の異なる複数のトラックを
持っていて、各トラックでＡ／Ｄ変換を用いて位相検出
を行う各種のアブソリュートエンコーダにも適用できる
ものである。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
の効果が得られる。 (１) 本発明によれば回転時の各トラックの位相回りが
等しくなるように構成したため、高速回転時のスリット
ミスを起こす最大の要因を解決することができる。従っ
て、許容回転速度の高いアブソリュートエンコーダを実
現することができる。 （２） また各基本回路は、１８０°位相の異なる信号
の差をとる構成のため、光バイアス分ｂ（(1) 式〜(4)
式）が除去できる。すなわち、光源の光パワー変動に伴
う光バイアスｂの変化を自動的に除去できる。 (３) 各基本回路は、光源をオン，オフし、オフセット
を計測できる構成のため、光電変換素子のオフセットと
回路系のオフセットを除去でき、高精度な位相計測が行
える。 (４) 各基本回路は、２つの演算器の出力を同時サンプ
リングし、１個のＡＤＣ９を共用してデジタル変換する
ため、ＡＤＣ９のゲイン特性に基づく位相演算誤差がな
い。

【００５８】これを説明する。例えば、減算器４からＡ
ＤＣ９に２ａ・ｓｉｎθが加えられ、デジタル値として
ｋ・２ａ・ｓｉｎθに変換したとする。ここで、ｋはＡ
Ｄ変換の係数である。これと同じＡＤＣ９へ今度は減算
器５から２ａ・ｃｏｓθが加えられるとデジタル値とし
てｋ・２ａ・ｃｏｓθを出力する。演算器１０では、 ｔａｎ^−１（ｋ・２ａ・ｓｉｎθ）／（ｋ・２ａ・ｃｏ
ｓθ） を演算するので、分子と分母の係数ｋがキャンセルさ
れ、ＡＤＣ９のゲインエラー（ｋの変動）は演算の精度
に影響しないことになる。 （５） ｔａｎ^−１を演算する際、（ｓｉｎθ／ｃｏｓ
θ）または（ｃｏｓθ／ｓｉｎθ）の演算を行っている
ため、位相信号の振幅（(1) 式〜(4) 式のａ）の変動が
規格化される。従って、テーブル演算を行う場合テーブ
ルを小さくできる。また、位相θを演算する際、象限を
８分割することによりテーブルサイズを１／８に縮小で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる基本回路図である。

【図２】本発明で用いる他の基本回路図である。

【図３】図１の各部の信号のタイミングチャートであ
る。

【図４】８つのエリアでの演算説明図である。

【図５】８つのエリアの説明図である。

【図６】光電変換素子の出力波形図である。

【図７】テーブルの内容説明図である。

【図８】本発明の一実施例図である。

【図９】従来例の要部の構成図である。

【図１０】フォトダイオードが４個の出力信号説明図で
ある。

【図１１】コード板の構成例図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ コード板 ３ 受光アレイ ４，５ 減算器 ６，７ サンプルホールド回路 ８ マルチプレクサ ９ Ａ／Ｄ変換器 １０ 演算器 １１ シーケンスコントローラ １２ ドライバ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 スリット数とスリットの配列周期が異な
   る複数のトラックを有するコード板を用い、各トラック
   から位相が９０°異なる２つの出力信号を同時にサンプ
   ルしてＡ／Ｄ変換することにより位相検出を行い、各ト
   ラック間の位相関係からコード板のアブソリュート位置
   を求めるアブソリュートエンコーダにおいて、 各トラックの位相検出系の位相遅れをスリット数に反比
   例するように設定して各トラック間の回転時における位
   相遅れを等しくすることにより各トラックの出力信号を
   同時にサンプルするようにしたことを特徴とするアブソ
   リュートエンコーダ。