JPH0518783A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は光学式エンコーダに関し、その目的
は、コード板の偏心を自己検出できる光学式エンコーダ
を提供することにある。 【構成】 回転軸に対して対称の位置に配置した２つの
光源と対応した受光アレイのそれぞれの出力（ｓｉｎθ
ａ，ｓｉｎθ´）を演算器で演算してコード板の偏心の
大きさを求め、外部機器に偏心の状態を知らせるように
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学式エンコーダに関
し、更に詳しくは、コード板の偏心検出に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８〜図１０を用いて、従来の光学式エ
ンコーダを説明する。図８は光学式エンコーダの位相情
報θを検出する要部を示した図、図９はフォトダイオー
ドが４素子の場合の出力信号を示した図、図１０はコー
ド板の構成例図である。

【０００３】図８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２ａとが交互に配列された板で
ある。光源１から照射する光が散乱光であるとすれば、
例えば光電変換素子のアレイ３（以下、受光アレイ３と
記す…なお光電変換素子として例えばフォトダイオード
を用いることができる）には、図８中に示すような正弦
波状に照度が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波形の位相θはコード板
２の位置（又は角度）に応じて定まり、コード板２が移
動するとθの値も変化する。そこで、図８では、受光ア
レイ３に照射された正弦波状照度分布の位相θを検出
し、該位相θをもってコード板２の位置（又は角度）の
測定に代えている。

【０００４】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
スイッチ手段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９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９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９の波形は図８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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
構成されるエンコーダのコード板をモータのシャフトに
取り付けるのにあたって、コード板の中心とシャフトの
回転中心とを一致させるのが理想であるが、現実には図
１１に示すように両者の中心は異なることが多い。図１
１において、Ｏ１はシャフトの回転中心、Ｏ２はコード
板の中心であり、両中心Ｏ１，Ｏ２の間には距離ｒの偏
心が存在する。ＳＡは偏心がないときのスリットを示
し、ＳＢは偏心があるときのスリットを示している。

【０００６】このような偏心は固定配置されている受光
アレイの出力信号に対して、コード板の回転角度に応じ
た正弦波状の変動を与えることになり、測定誤差になっ
てしまう。

【０００７】本発明の目的は、コード板の中心とシャフ
トの回転中心とのずれ（偏心）を精度よく検出できる光
学式エンコーダを提供することにある。

【０００８】

【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、スリットと遮光部が交互に設けられたコ
ード板と、該コード板の回転軸に対して対称な位置に配
置され、コード板に光を照射する２つの光源と、前記コ
ード板の裏側に生じる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た４個の光電変換素子よりなる２
つの受光アレイと、各受光アレイ毎に、それぞれの光電
変換素子の出力のうち、互いに１８０°位相が異なる出
力同士を減算する第１，第２の減算手段と、これら４つ
の減算手段の同一時刻の出力をディジタル値に変換する
ＡＤ変換手段と、前記各光源を点灯，消灯に駆動する手
段と、点灯時と消灯時における各第１減算手段のディジ
タル値の差分（ｓｉｎθａ，ｓｉｎθａ´）を演算し、
点灯時と消灯時における各第２減算手段のディジタル値
の差分（ｃｏｓθａ，ｃｏｓθａ´）を演算し、ｓｉｎ
θａ，ｃｏｓθａから一方の受光アレイ上の正弦波状照
度分布波形の位相θａを演算し、ｓｉｎθａ´，ｃｏｓ
θａ´から他方の受光アレイ上の正弦波状照度分布波形
の位相θａ´を演算し、（ｓｉｎθａ−ｓｉｎθａ´）
または（θａ−θａ´）からコード板の偏心を演算する
手段、を備えたものである。

【０００９】

【作用】点灯時における第１減算手段と第２減算手段の
出力｛例えば、２ａ・ｓｉｎθａ＋（ε１−ε３）…
(5) 式参照｝には、コード板の位相θａを表す信号の他
に、光電変換素子のオフセット（暗電流）と回路系のオ
フセット（ε１−ε３）が重畳されている。

【００１０】一方、消灯時における第１減算手段と第２
減算手段の出力は、光電変換素子のオフセットと回路系
のオフセットとを加算したものである。演算器は、点灯
時と消灯時における第１減算手段の出力の差分と第２減
算手段の出力の差分｛例えば、２ａ・ｓｉｎθａ、２ａ
・ｃｏｓθａ…(13)、(14)式参照｝を演算するので、該
差分には上記光電変換素子と回路系のオフセットは含ま
れない。

【００１１】従って、これら２つの差分から求められた
正弦波状照度分布波形の位相θａは、オフセットに影響
されず正確である。これらの関係は光源と受光アレイの
各系統について同様であり、他方の系統から２ａ´・ｓ
ｉｎθａ´，２ａ´・ｃｏｓθａ´が得られる。

【００１２】そして、これら４つのデータ２ａ・ｓｉｎ
θａ，２ａ・ｃｏｓθａ，２ａ´・ｓｉｎθａ´，２ａ
´・ｃｏｓθａ´からそれぞれの振幅２ａ，２ａ´を求
めた後、（ｓｉｎθａ−ｓｉｎθａ´）または（θａ−
θａ´）に基づいて偏心の演算を行う。

【００１３】

【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は本発明に係る光学式エンコーダの
原理構成図、図２は図１装置の各部の信号のタイミング
チャート、図３は光電変換素子の出力波形図、図４は本
発明の一実施例を示す構成図、図５は図４の装置の信号
処理回路の一実施例図、図６は図５の回路のタイミング
チャート、図７は偏心がある場合のコード板の回転角θ
と光強度分布波形の位相θａ，θａ´の対応関係図であ
る。

【００１４】図１において、光源１は発光ダイオードま
たは白熱電球で構成され、散乱光を図１０に示すコード
板２に照射する。コード板２は図１０のようにスリット
２ｂと遮光部２ａが交互に設けられた板であり、その中
心部は回転シャフト４０に取り付けられる。

【００１５】受光アレイ３は、図３に示すように４個の
光電変換素子Ｈ１〜Ｈ４で構成される。光電変換素子Ｈ
１〜Ｈ４は例えばフォトダイオードで構成され、照射さ
れた光の強さを電流に変換して出力する。

【００１６】これら光源１とコード板２と受光アレイ３
の位置関係は従来例と同様であり、図９のように受光ア
レイ３の受光面に正弦波状照度分布が生じるようにそれ
ぞれが配置される。そして、各受光素子Ｈ１〜Ｈ４は、
図３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】図３は、各光電変換素子Ｈ１〜Ｈ４と、そ
の出力電流を電圧に変換変換するアンプＵ１〜Ｕ４の接
続を示している。図１では、光電変換素子とアンプのペ
アをまとめて光電変換器Ａ１〜Ａ４として描いている。

【００１８】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。

【００１９】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１１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という）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ＡＤＣ９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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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３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。

【００２３】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３に示すアンプＵ１〜Ｕ４のオフセットなどを含むも
のである。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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Ｂ１〜Ｂ４は(7)式〜
(10)式に示すようにオフセット成分のみになる。

【００３０】Ｂ１＝ε１…(7) Ｂ２＝ε２…(8) Ｂ３＝ε３…(9) Ｂ４＝ε４…(10) 従って、消灯時における減算器４の出力は、 Ｂ１−Ｂ３＝（ε１−ε３）…(11) になり、減算器５の出力は、 Ｂ２−Ｂ４＝（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。

【００３１】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。

【００３２】 （Ａ１−Ａ３）−（Ｂ１−Ｂ３）＝２ａ・ｓｉｎθ…(13) （Ａ２−Ａ４）−（Ｂ２−Ｂ４）＝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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】 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。

【００３６】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。

【００３７】図２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。

【００３８】図２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２(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２(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。

【００３９】Ｓ／Ｈ回路６，７には消灯時に図２(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２(2) に
示すデータＤ１を、Ｓ／Ｈ回路７は図２(3) に示すデー
タＤ３を、同一時刻にサンプリングする。

【００４０】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２(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２(6) 参照）。

【００４１】演算器１０は、図２(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。

【００４２】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２(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。

【００４３】図４において、コード板２には半径の異な
る３つの同心円のスリット列Ａ，Ｂ，Ｃが設けられてい
て、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。

【００４４】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２のアブソリ
ュートの角度を測定できる。

【００４５】コード板２の回転軸４０に対して対称な位
置にはコード板２に光を照射する２つの光源１，１´が
配置され、コード板２の各スリット列Ａ，Ｂ，Ｃの裏側
にはそれぞれ正弦波状照度分布の１周期を４等分する位
置に配列された４個の光電変換素子よりなる２つの受光
アレイ３，３´が配置されている。すなわち、符号にダ
ッシュ「´」を付けた系統が追加配置されている。

【００４６】図５では図４の任意の１スリット列の信号
処理系統のみを示していて、追加された系統部分の減算
器，Ｓ／Ｈ回路の符号にはダッシュ「´」を付けてい
る。これら追加された系統のＳ／Ｈ回路６´，７´の出
力信号も共通のマルチプレクサ８を介してＡＤＣ９に加
えられデジタル信号に変換される。

【００４７】図６でも、追加された系統部分の信号には
ダッシュ「´」を付けている。このような構成におい
て、追加された系統部分の動作は図１の回路の動作と同
様なのでそれらの説明は省略し、偏心の検出動作につい
て説明する。なお、以下の説明では、受光アレイ３上の
正弦波状照度分布波形の位相をθａ、受光アレイ３´上
の正弦波状照度分布波形の位相をθａ´とする。

【００４８】 (1) ｓｉｎθａ，ｓｉｎθａ´による偏心検出 上述のように、一方の光源１の消灯時の減算器４，５の
出力からデジタルデータＤ１，Ｄ３を求めてオフセット
データとし、光源１の点灯時の減算器４，５の出力から
デジタルデータＤ２，Ｄ４を求めて位相データとして、
これらデジタルデータＤ１〜Ｄ４から２ａ・ｓｉｎθａ
及び２ａ・ｃｏｓθａを求める。

【００４９】２ａ・ｓｉｎθａ＝Ｄ２−Ｄ１…(16) ２ａ・ｃｏｓθａ＝Ｄ４−Ｄ３…(17) 同時に、他方の光源１´を用いてオフセットデータＤ１
´，Ｄ３´及び位相データＤ２´，Ｄ４´を求め、これ
らデジタルデータＤ１´〜Ｄ４´から２ａ・ｓｉｎθａ
´及び２ａ・ｃｏｓθａ´を求める。

【００５０】 ２ａ´・ｓｉｎθａ´＝Ｄ２´−Ｄ１´…(18) ２ａ´・ｃｏｓθａ´＝Ｄ４´−Ｄ３´…(19) これら４つのデータから、振幅２ａ，２ａ´を求める。

【００５１】 ２ａ＝｛（２ａ・ｓｉｎθａ）^２＋（２ａ・ｃｏｓθａ）^２｝^１／２…(20) ２ａ´＝｛（２ａ´・ｓｉｎθａ´）^２ ＋（２ａ´・ｃｏｓθａ´）^２｝^１／２…(21) そして、これら振幅２ａ，２ａ´と２ａ・ｓｉｎθａ，
２ａ´・ｓｉｎθａ´から次の演算を行う。

【００５２】 Ｃ＝｜２ａ・ｓｉｎθａ／（２ａ）−２ａ´・ｓｉｎθａ´／（２ａ´）｜ ＝｜ｓｉｎθａ−ｓｉｎθａ´｜…(22) または、 Ｃ＝｛２ａ・ｓｉｎθａ／（２ａ）−２ａ´・ｓｉｎθａ´／（２ａ´）｝^２ ＝｛ｓｉｎθａ−ｓｉｎθａ´｝^２…(23) コード板２の偏心がなく、θａとθａ´の位相が完全に
一致していればＣ＝０になるが、コード板２に偏心があ
る場合にはθａとθａ´との間の位相差は例えば図７の
ように変動し、Ｃ＞０になる場合が発生する。このＣの
最大値は位相差が大きいほど大きい値になるので、Ｃの
値から偏心の大きさを知ることができる。

【００５３】演算器１０は、許容できる偏心量に対応し
たＣの値Ｃｍと演算により求めたＣの値を比較し、Ｃ＞
Ｃｍのような状況が発生した場合には異常情報を外部に
出力して偏心過大を知らせる。

【００５４】(2) θａ，θａ´による偏心検出 θａ＝ａｔａｎ（ｓｉｎθａ／ｃｏｓθａ）…(24) θａ´＝ａｔａｎ（ｓｉｎθａ´／ｃｏｓθａ´）…(25) で求められるθａ，θａ´を用いても偏心の判定ができ
る。偏心がある場合、θａ，θａ´に生じる誤差は符号
が逆になる（図１１参照）。

【００５５】この場合、 Ｃｐ＝｜θａ−θａ´｜…(26) または、 Ｃｐ＝（θａ−θａ´）^２…(27) で求められるＣｐの最大値が許容できる偏心量に対応し
たＣｐの値Ｃｐｍと演算により求めたＣｐの値を比較
し、Ｃｐ＞Ｃｐｍのような状況が発生した場合には異常
情報を外部に出力して偏心過大を知らせるようにする。

【００５６】

【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) 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。 (2) 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。 (3) 各基本回路は、４つの減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。 (4) コード板が許容できる偏心量を越えていることを外
部機器が知ることができることから、故障の検出及びエ
ンコーダを組み込んだシステムの誤動作を防止できる。 (5) また、本発明で検出できる他の異常モードとしては
以下のようなものがある。

【００５７】光源：断線などによる点灯不能，光量低
下，光量異常増加 受光アレイ：断線，受光素子の感度バラツキの悪化，ゴ
ミなどによる感度バラツキの悪化 回路：出力低下，異常増加，出力バラツキの悪化，電源
電圧低下による回路出力クリップ

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学式エンコーダの原理構成図で
ある。

【図２】図１装置の各部の信号のタイミングチャートで
ある。

【図３】光電変換素子の出力波形図である。

【図４】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図５】図４の装置の信号処理回路の一実施例図であ
る。

【図６】図５の回路のタイミングチャートである。

【図７】偏心がある場合のコード板の回転角θと光強度
分布波形の位相θａ，θａ´の対応関係図である。

【図８】光学式エンコーダの位相情報θを検出する要部
を示した図である。

【図９】フォトダイオードが４素子の場合の出力信号を
示した図である。

【図１０】コード板の構成例図である。

【図１１】コード板偏心の説明図である。

【符号の説明】

１，１´ 光源 ２ コード板 ３，３´ 受光アレイ ４，５，４´，５´ 減算器 ６，７，６´，７´ Ｓ／Ｈ回路 ８ マルチプレクサ ９ ＡＤＣ 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】 スリットと遮光部が交互に設けられたコ
   ード板と、 該コード板の回転軸に対して対称な位置に配置され、コ
   ード板に光を照射する２つの光源と、 前記コード板の裏側に生じる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た４個の光電変換素子より
   なる２つの受光アレイと、 各受光アレイ毎に、それぞれの光電変換素子の出力のう
   ち、互いに１８０°位相が異なる出力同士を減算する第
   １，第２の減算手段と、 これら４つの減算手段の同一時刻の出力をディジタル値
   に変換するＡＤ変換手段と、 前記各光源を点灯，消灯に駆動する手段と、 点灯時と消灯時における各第１減算手段のディジタル値
   の差分（ｓｉｎθａ，ｓｉｎθａ´）を演算し、点灯時
   と消灯時における各第２減算手段のディジタル値の差分
   （ｃｏｓθａ，ｃｏｓθａ´）を演算し、ｓｉｎθａ，
   ｃｏｓθａから一方の受光アレイ上の正弦波状照度分布
   波形の位相θａを演算し、ｓｉｎθａ´，ｃｏｓθａ´
   から他方の受光アレイ上の正弦波状照度分布波形の位相
   θａ´を演算し、（ｓｉｎθａ−ｓｉｎθａ´）または
   （θａ−θａ´）からコード板の偏心を演算する手段、 を備えた光学式エンコーダ。