JPH05240664A - エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精度の悪化のような小さな異常もエンコーダ
自身で検出できるエンコーダを提供する。 【構成】 角度データを出力するサンプリング型アブソ
リュートエンコーダにおいて、連続する３個の角度デー
タから加速度を演算して該加速度データにより異常を検
出する演算手段を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンコーダに関し、更に
詳しくは、サンプリング型アブソリュートエンコーダの
異常検出の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３〜図５を用いて、従来の光学式のサ
ンプリング型アブソリュートエンコーダを説明する。図
３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４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５はコード板の構成例図である。

【０００３】図３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３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３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４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４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４の波形は図３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】ところで、このような従来のエンコーダに
よれば、図４の波形から分るように各フォトダイオード
の出力信号が直流成分を持った信号であるために、例え
ば光電変換素子Ｈ１〜Ｈ４におけるオフセット（暗電
流）や光電変換素子の出力を受ける回路系のオフセット
（例えば図３の増幅器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てしまう。

【０００６】また、光源１（発光ダイオード）と光電変
換素子３には温度特性があるので光源１の光パワーと光
電変換素子３の出力電流は温度により変動し、位相測定
精度を低下させる。

【０００７】そして、光源１が何らかの理由で故障して
その光量が不足したり、光電変換素子３の特性が劣化す
ると、正弦波状照度分布波形の位相θを正確に求めるこ
とができなくなってしまうという問題があるが、これら
光学系の故障の有無をエンコーダ自身で検出することは
できない。

【０００８】そこで、これらの問題を解決するために、
出願人は光学系の異常を自己検出できる光学式エンコー
ダを出願している。図６及び図７は上述の出願人の先願
に係る光学式エンコーダの構成例図、図８は図６装置の
各部の信号のタイミングチャート、図９は８つのエリア
での演算説明図、図１０は８つのエリアの説明図、図１
１は光電変換素子の出力波形図、図１２はテーブルの内
容説明図である。

【０００９】図６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５に示すコード板
２に照射する。コード板２は図５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。

【００１０】受光アレイ３は、図１１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
Ｈ１〜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。

【００１１】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１３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１１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。

【００１２】図１１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６，図７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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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を演算し、さらにこれ
ら２つの差分データに基づいて光源１または光電変換素
子３の異常を検出する。

【００１６】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６
の動作を説明する。

【００１７】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１１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〜Ａ
４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。

【００１８】 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１１に示すアンプＵ１〜Ｕ４のオフセットなどを含む
ものである。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】 （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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】 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。

【００３１】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。

【００３２】図８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６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。

【００３３】図８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８(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８(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。

【００３４】Ｓ／Ｈ回路６，７には消灯時に図８(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８(2) に
示すデータＤ１を、Ｓ／Ｈ回路７は図８(3) に示すデー
タＤ３を、同一時刻にサンプリングする。

【００３５】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８(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８(6) 参照）。

【００３６】演算器１０は、図８(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。

【００３７】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８(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。

【００３８】なお、図６では１個のＡＤＣ９を共用して
いるが、図７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６の半分に減少するので、Ａ
Ｄ変換速度は図６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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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１２のよ
うに、０°〜４５°の角度θと、（ｓｉｎθ／ｃｏｓ
θ）の関係をテーブルに書き込めばよい。

【００４２】これを説明する。図１０は、ｓｉｎθとｃ
ｏｓθ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１０の実線
で描いた曲線上に存在する。ここで、図１０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１２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９に示す演算
で位相θを算出できる。図９は、図１０の８つのエリ
ア，ｓｉｎθの正負の状態，ｃｏｓθの正負の状態，こ
の絶対値同士の減算結果の正負の状態，比の値（図１２
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９の演算式における“θ”
は、図１２のテーブルから読み出した値を意味する。図
９中の演算式は図１０から容易に導き出されるので説明
を省略する。

【００４３】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９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。

【００４４】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。

【００４５】また、光学系の異常検出は、次のようにし
て行われる。すなわち、光学系に異常がない場合、２ａ
ｓｉｎθ，２ａ ｃｏｓθは、それぞれ図１３
（ａ），（ｂ）のような位相−振幅関係を持った出力に
なる。このときのそれぞれの平方和Ｙは、 Ｙ＝（２ａ ｓｉｎθ）^２＋（２ａ ｃｏｓθ）^２…(20) になり、図１３（ｃ）のようなＹ＝４ａ^２の一定値にな
る。

【００４６】光源１や光電変換素子３などの光学系に異
常が発生すると、平方和Ｙの値はこの一定値から外れて
しまう。例えば、光源１が断線して発光が正常に行われ
ないと、上述のＤ２とＤ１，Ｄ４とＤ３の値はほぼ同一
になって２ａ ｓｉｎθ及び２ａ ｃｏｓθはそれぞれ
ほぼ０になり、Ｙもほぼ０になる。

【００４７】従って、演算器１０は、このようなＹの値
の変化の状態から光学系の異常の有無を検出し、角度デ
ータθとともに異常情報を外部に出力する。なお、実際
の演算処理にあたっては、光源１の光量のバラツキなど
も考慮してＹの値には適当な幅を許容する。

【００４８】図１３は平方和を用いて異常検出を行う例
を示しているが、２ａ ｓｉｎθ，２ａ ｃｏｓθの絶
対値の和を用いて異常検出を行うこともできる。すなわ
ち、２ａ ｓｉｎθ，２ａ ｃｏｓθの絶対値の和Ｙ
は、 Ｙ＝｜２ａ ｓｉｎθ｜＋｜２ａ ｃｏｓθ｜…(21) で表されて、図１４（ｃ）のような脈流信号になる。

【００４９】該脈流信号の最大値Ｙmax は、 Ｙmax ＝２（２）^１／２ａ（θ＝４５，１３５，２２
５，３１５°） になり、最小値Ｙmin は、 Ｙmin ＝２ａ（θ＝０，９０，１８０，２７０°） になる。

【００５０】この場合も、光源１や光電変換素子３など
の光学系に異常が発生すると、絶対値の和Ｙの値はこの
一定値から外れてしまう。例えば、光源１が断線して発
光が正常に行われないと、上述のＤ２とＤ１，Ｄ４とＤ
３の値はほぼ同一になって２ａ ｓｉｎθ及び２ａ ｃ
ｏｓθはそれぞれほぼ０になり、Ｙもほぼ０になる。

【００５１】従って、演算器１０は、このようなＹの値
の変化の状態から光学系の異常の有無を検出し、角度デ
ータθとともに異常情報を外部に出力する。なお、実際
の演算処理にあたっては、光源１の光量のバラツキなど
も考慮してａ＞ＹまたはＹ＞４ａの場合に異常情報を出
力する。

【００５２】このような先願発明によれば、次の効果が
得られる。 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。

【００５３】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。

【００５４】各基本回路は、２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。

【００５５】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。

【００５６】ｔａｎ^−１を演算する際、（ｓｉｎθ／
ｃｏｓθ）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。

【００５７】光学系の異常を自己検出できると共に外
部機器が知ることができるため、故障の検出やエンコー
ダを組み込んだシステムの誤動作防止に有効である。な
お、故障が自己検出できる異常モードの態様としては、 光源：断線等による点灯不能、光量低下，光量異常増加 光電変換素子：断線，感度低下，感度バラツキ悪化，ゴ
ミ付着等による感度のバラツキ 処理回路：出力低下，出力異常増加，電源電圧低下によ
る出力回路クリップ，出力バラツキの悪化 等が考えられる。

【００５８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように出力振幅に基づいて異常を自己検出する構成の場
合では、検出できる異常は光学系を構成する光源や受光
素子を含む極端な劣化や断線のような比較的大きな異常
に限られていた。

【００５９】本発明の目的は、光学系の異常だけではな
く、精度の悪化のような小さな異常もエンコーダ自身で
検出できるエンコーダを提供することにある。

【００６０】

【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、角度データを出力するサンプリング型ア
ブソリュートエンコーダにおいて、連続する３個の角度
データから加速度を演算して該加速度データにより異常
を検出する演算手段、を設けたことを特徴としている。

【００６１】

【作用】連続する３個の角度データの差分は、実際の使
用条件においては加速度が限定されることから限られた
値しかとりえず、それ以外の値はなんらかの異常による
ものとみなせる。

【００６２】これにより、想定する加速度とサンプリン
グ間隔で決まるエラー検出分解能に対して少しマージン
を持たせたところに閾値を設定することによって、異常
発生時に警報出力を発生させることができる。

【００６３】

【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。本発明で用いる基本回路は上述の先願で
用いる基本回路（図６及び図７）と同一の構成である
が、演算器１０が、点灯時と消灯時における第１減算手
段のディジタル値の差分（ｓｉｎθ）と点灯時と消灯時
における第２減算手段のディジタル値の差分（ｃｏｓ
θ）を演算する機能、これら２つの差分データに基づい
て前記正弦波状照度分布の位相を演算して角度を演算す
る機能、連続する３個の角度データから加速度を演算し
て該加速度データにより異常を検出する機能を有してい
る点が異なる。

【００６４】すなわち、連続する３個の角度データをＸ
１，Ｘ２，Ｘ３、サンプリング間隔をΔＴとする。これ
ら３個の角度データの差分は、次式のように加速度αと
サンプリング間隔ΔＴの自乗の積で表せる。

【００６５】 （Ｘ３−Ｘ２）−（Ｘ２−Ｘ１）＝α＊（ΔＴ）^２ 実際の使用条件では加速度が限定されるため、該差分は
限られた値しかとりえず、それ以外の値はなんらかの異
常によるものと考えられる。また、逆の見方をすると、
この値でエラー検出分解能が決まるため、サンプリング
間隔を短くすればよい。そこで、想定する加速度とサン
プリング間隔で決まるエラー検出分解能に対して少しマ
ージンを持たせたところに閾値を設定し、該閾値を越え
る場合に警報出力を発するようにする。

【００６６】図１を参照してこれらの関係を説明する。
エラーがない場合、差分Δ^２ｘは次式のように加速度で
表される。 Δ^２ｘ＝（ｘ_３−ｘ_２）−（ｘ_２−ｘ_１） ＝ｖ_３２Δｔ−ｖ_２１Δｔ ＝（ｖ_３２Δｔ−ｖ_２１）Δｔ ＝α（Δｔ）^２ ここで、加速度は限定されるため本来差分Δ^２ｘは限ら
れた値しかとりえず、それ以外の値はエラーとみなせ
る。従って、３個の角度データの差分Δ^２ｘをモニター
することでエラー検出が行える。

【００６７】図２を参照してエラー判定動作の具体例を
説明する。エラー判定レベルを、本来加速度によって生
じる差分Δ^２ｘ以上のところに設定する。その際、想定
する加速度とデータ更新時間とで検出分解能が決まる。
図２では例えば想定加速度αを１００００［ｒａｄ／ｓ
^２］、データ更新時間Δｔを１６８［μｓ］、エラー判
定レベルを±５０ｐｐｍ（±０．０１８°）としてい
る。そして、本発明に係るエンコーダが取り付けられる
ＮＣマシンのモータの加速度の限界値を６０００［ｒａ
ｄ／ｓ^２］とすると、±５０ｐｐｍ（±０．０１８°）
を越えるデータの場合には動作異常と判断できる。

【００６８】なお、上述実施例では光学式エンコーダに
ついて説明したが、例えば磁気式のエンコーダ等にも適
用できるものである。

【００６９】

【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。光学系だけでなく、精度の悪化のよう
な他の原因によるエンコーダの小さな異常も特別なセン
サーを用いることなく直接自己診断して外部機器に伝送
できる。この結果、警報が単発であればノイズによるも
のとしてそのデータを無視して制御を続行させ、警報が
多発する場合にはエンコーダの故障として制御を停止さ
せて誤動作を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エラー検出動作の説明図である。

【図２】エラー判定動作の説明図である。

【図３】位相情報を検出する要部の説明図である。

【図４】フォトダイオードが４個の出力信号説明図であ
る。

【図５】コード板の構成例図である。

【図６】先願及び本発明で用いる基本回路図である。

【図７】先願及び本発明で用いる他の基本回路図であ
る。

【図８】図６の各部の信号のタイミングチャートであ
る。

【図９】８つのエリアでの演算説明図である。

【図１０】８つのエリアの説明図である。

【図１１】光電変換素子の出力波形図である。

【図１２】テーブルの内容説明図である。

【図１３】平方和を用いた場合の位相−振幅関係説明図
である。

【図１４】絶対値の和を用いた場合の位相−振幅関係説
明図である。

【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)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 角度データを出力するサンプリング型ア
   ブソリュートエンコーダにおいて、 連続する３個の角度データから加速度を演算して該加速
   度データにより異常を検出する演算手段、を設けたこと
   を特徴とするエンコーダ。