JPH10239107A - 高分割エンコーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スリット透過式の光学式エンコーダから得ら
れる絶対位置データをさらに高分割化する。 【解決手段】 コンパレータ回路２１と信号切り替え回
路２２とを用いて、エンコーダ１が出力する電気角で９
０度異なるＡ，Ａ＊，Ｂ，Ｂ＊信号の交点の前後で信号
を切り替えて、歪みの大きいピーク部分を用いずに直線
部分だけを用いて三角波状の基準電圧信号を得る。この
基準電圧信号をＡ／Ｄ変換回路２３でデジタル化し、さ
らに演算・指令回路２５により基準電圧信号を直線で構
成された三角波とみなして、リクエスト信号が入力され
たときの相対的位置データを演算し、相対的位置データ
をエンコーダ１から得られる絶対位置データに加えて高
分割絶対位置データを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体の位置を検
知するエンコーダに関し、特に従来のエンコーダの高分
割化を実現することのできる高分割エンコーダ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】工場内で実用されている産業用ロボット
等のシステムに、サーボモータの回転位置や直線運動す
るリニアモータの移動位置などを検知してこれらの制御
に利用する位置データを得るために、エンコーダが使用
されている。典型的な光電式のロータリーエンコーダに
おいては、回転ディスクに設けられた８１９２のスリッ
トを通して受光する４つのフォトダイオードをそれぞれ
電気角で９０度ずれるように配置し、図２に示すような
電気角で９０度ずれるＡ′，Ｂ′，Ａ′＊及びＢ′＊信
号を得る。この電流信号を増幅し、Ｉ／Ｖ変換してさら
に作動増幅して得られたＡ，Ｂ，Ａ＊及びＢ＊信号（図
３）に基づいて相互に１８０度位相のずれた２種類のパ
ルス列からなるエンコーダ信号を得て、さらにこれらエ
ンコーダ信号の立ち上がり及び立下がりのタイミングを
利用して４倍周波数のパルス列信号に変換し、機械角の
３６０度を８１９２×４＝３２７６８に分割した絶対位
置データを得ることができるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】より一層精度の高い工
作物が必要とされている現在では、さらに高分割化した
位置データを出力できるエンコーダが望まれている。単
純に考えれば、回転ディスクのスリット数を増やせばよ
い。しかしながらスリット数を増やして光電式のエンコ
ーダを光学的に高分割化することには限界がある。これ
は光の回折現象により、回転ディスクのスリット幅を狭
くすることに限界があるためである。

【０００４】本発明の目的は、光学的な方法によること
なく、電気的な信号処理及び信号に演算を施すことによ
り、簡単な構成で高い精度の高分割化を実現することの
できるエンコーダ装置を提供することにある。

【０００５】本発明の他の目的は、比較的単純な演算に
より、小規模の演算装置で速やかに高分割化された位置
データを得ることのできるエンコーダ装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、電気角で９０
度位相が異なるサイン波状のＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号
（信号の反転信号）及びＢ＊信号（Ｂ信号の反転信号）
を含むエンコーダ信号に基づいて絶対位置データを出力
するエンコーダと、このエンコーダから連続して出力さ
れる絶対位置データ間を更に分割して高分割絶対位置デ
ータを出力する高分割絶対位置データ出力手段とを具備
する高分割エンコーダ装置を改良の対象とする。本発明
では、高分割絶対位置データ出力手段は、Ａ信号，Ｂ信
号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を入力として各信号を比較
し、Ａ信号とＢ信号との交点、Ｂ信号とＡ＊信号との交
点、Ａ＊信号とＢ＊信号との交点、及びＢ＊信号とＡ信
号との交点で信号切り替え信号を出力するコンパレータ
回路を用いる。そして信号切り替え回路は、コンパレー
タ回路から出力される信号切り替え信号に基づいて、Ａ
信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を選択的に切り替
えてＡ信号→Ｂ＊信号→Ａ＊信号→Ｂ信号の順で連続し
て繰り返し現れる基準電圧信号を出力する。信号切り替
え回路から出力された基準電圧信号を、Ａ／Ｄ変換回路
を用いて所定のビット数（所定のサンプリング周波数）
でＡ／Ｄ変換する。そしてメモリ手段は、信号切り替え
信号が出力されたときのＡ／Ｄ変換された基準電圧信号
の切り替わり電圧値をラッチして記憶する。演算手段
は、エンコーダ装置に制御部側からリクエスト信号が入
力されたときのＡ／Ｄ変換された基準電圧信号の電圧値
及び信号切り替え回路で選択されている信号の種類と、
リクエスト信号が入力されたときにメモリ手段に記憶さ
れている直前の（１サイクル前の）４つの切り替わり電
圧値とに基づいてリクエスト信号が入力されたときの相
対的位置データを演算し、この相対的位置データをリク
エスト信号が入力される前にエンコーダから出力された
絶対位置データに加算して高分割絶対位置データとして
出力する。

【０００７】より具体的に説明すると、エンコーダはス
リット透過式の光電式エンコーダが好ましく、回転体の
回動を検知するロータリーエンコーダ、及び直線運動体
の運動を検知するリニアエンコーダが含まれる。エンコ
ーダは被検知物である回転体の回動等にともない、電気
角で９０度位相が異なるＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及び
Ｂ＊信号を含むエンコーダ信号に基づいて絶対位置デー
タを出力する。Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号
を得るために、典型的には発光素子としてＬＥＤ、受光
素子としてフォトダイオードが用いられる。４つのフォ
トダイオードＡ，Ｂ，Ａ＊，Ｂ＊は電気角で９０度位相
がずれるように配置されている。４つのフォトダイオー
ドＡ，Ｂ，Ａ＊，Ｂ＊は、例えば回転方向に並べられ、
また２つずつ回転方向に並べ、径方向に２セット配置し
てもよい。ロータリーエンコーダの場合、スリット数は
通常、８１９２である。４つのフォトダイオードＡ，
Ｂ，Ａ＊，Ｂ＊から得られるＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号
及びＢ＊信号の波形は、理想的には三角波であるが、実
際には図３に示したようにピーク部分が歪んだサイン波
状になる。

【０００８】高分割絶対位置データ出力手段はコンパレ
ータ回路と、信号切り替え回路と、Ａ／Ｄ変換回路と、
メモリ手段と、演算手段とを具備している。コンパレー
タ回路は、Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を入
力として各信号を比較する。各信号はそれぞれ電気角で
９０度位相がずれているので、移動体が移動して位置が
かわると、各信号の電圧の大きさは相互に相対的に上下
する。コンパレータ回路は、Ａ信号とＢ信号との交点、
Ｂ信号とＡ＊信号との交点、Ａ＊信号とＢ＊信号との交
点、及びＢ＊信号とＡ信号との交点で信号切り替え信号
を出力する。ここで「交点」は信号の一致と言い換える
こともできる。

【０００９】信号切り替え回路は、コンパレータ回路か
ら出力される信号切り替え信号に基づいて、基準電圧信
号を出力する。この基準電圧信号は、基本的にはＡ信
号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を部分的に組み合わ
せて構成される。そのためＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及
びＢ＊信号が選択的に切り替えられる。すなわち基準電
圧信号は、Ａ信号→Ｂ＊信号→Ａ＊信号→Ｂ信号の順で
連続して繰り返し現れる。各切り替えのタイミングは、
信号切り替え信号に基づいており、Ａ信号とＢ＊信号と
の交点でＡ信号→Ｂ＊信号に切り替わり、Ｂ＊信号とＡ
＊信号との交点でＢ＊信号→Ａ＊信号と切り替わる。

【００１０】基準電圧信号はＡ／Ｄ変換回路に出力さ
れ、所定のビット数でＡ／Ｄ変換されてデジタル信号化
される。所定のビット数を、例えば８ビットとすると、
基準電圧信号は２５６分割されることになる。

【００１１】メモリ手段は、コンパレータ回路から信号
切り替え信号が出力されたときのＡ／Ｄ変換された基準
電圧信号の切り替わり電圧値をラッチして記憶する。こ
のラッチは、ラッチ回路を用いればよい。

【００１２】演算手段は、外部からリクエスト信号が入
力されると、そのときの高分割絶対位置データを算出す
る。演算手段はまず、リクエスト信号が入力されたとき
の信号切り替え回路で選択されている信号の種類即ちそ
のときに信号切り替え信号によって、基準電圧信号でＡ
信号、Ｂ＊信号、Ａ＊信号、Ｂ信号のいずれを選択して
いるのかを決定する。この決定により、電気角で何度の
区間でリクエスト信号が発生したか（例えば９０度〜１
８０度の区間でリクエスト信号が発生したか）を知る。
これにより基準電圧信号の電圧値だけでは分からない、
リクエスト信号の発生区間の特定ができる。そしてリク
エスト信号が入力されたときの基準電圧信号の電圧値と
リクエスト信号が入力されたときにメモリ手段に記憶さ
れている直前（１サイクル前の電気角で３６０度前まで
の）４つの切り替わり電圧値により、例えば電気角で９
０度〜１８０度の間のどの位置でリクエスト信号が発生
したかを演算して、その結果を相対的位置データとす
る。

【００１３】この演算では、例えば１サイクル前の１サ
イクル中の基準電圧信号の電圧の変化総量に対する当該
サイクルが開始されてからリクエスト信号が入力された
ときまでの基準電圧信号の電圧の変化総量との比を求
め、この比を分割数（Ａ／Ｄ変換器のビット数で定まる
数：８ビットであれば２５６×４）に乗算して、相対的
位置データを得ることができる。次に、相対的位置デー
タを、リクエスト信号が入力される前にエンコーダから
出力された最新の絶対位置データに加算して高分割絶対
位置データを得る。高分割絶対位置データは、リクエス
ト信号を送信した外部の制御装置、例えばサーボアンプ
等に出力されて、移動体の制御に供される。

【００１４】なお演算手段で演算するに当たっては、切
り替わり電圧値間の電圧が直線的に変化するものとみな
して、先に入力された絶対位置データで示された位置か
らの相対的位置を示す相対的位置データを演算すると、
演算が容易になる。

【００１５】Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号
は、理想的には三角波である。しかし実際には各波形の
ピーク部分は歪んでおり、三角波Ａ，Ａ＊，Ｂ，Ｂ＊信
号をそのまま全部利用して高分割化をしても精度がでな
い。そこで本発明では、各三角波の直線性の良い部分だ
けを利用するようにした。

【００１６】すなわち、基準電圧信号は位相がそれぞれ
電気角で９０度ずれたＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ
＊信号が相互に交点で切り替えられて構成されるため、
Ａ，Ｂ，Ａ＊及びＢ＊信号それぞれの歪みの大きいピー
ク部分が切り捨てられて、各切り替わり電圧値をピーク
とし、各ピーク間がほとんど直線的に変化する三角波状
の波形となる。従って、各ピーク間を直線とみなして演
算を行っても大きな誤差は生じず、その結果単純な演算
で速やかに相対的位置データを算出することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図示の実施の形態について説
明する。図１は、本発明に係る高分割エンコーダ装置の
一つの実施の形態の主要部を示す回路ブロック図であ
る。同図において、高分割エンコーダ装置はエンコーダ
１と高分割絶対位置データ出力装置２とからなる。

【００１８】エンコーダ１は回転スリット透過式の光学
式ロータリー・アブソリュート・エンコーダであって、
いわゆるＡ，Ｂ，Ｃチャンネルのエンコーダ信号の他に
これらの信号に基づいて絶対位置データを演算して出力
する機能を有している。このエンコーダ１は、位置検知
用のフォトダイオード・ユニット１１とフォトダイオー
ド・ユニット１１からの出力を作動増幅する作動増幅回
路１２とを含んでいる。このほか原点検知用（Ｃチャン
ネル用）のフォトダイオード等も備えられているが、こ
こでは説明を省略する。

【００１９】フォトダイオード・ユニット１１は、それ
ぞれ電気角で９０度位相がずれるように配置された４つ
のフォトダイオードＡ，Ｂ，Ａ＊，Ｂ＊からなる。これ
ら４つのフォトダイオードＡ，Ｂ，Ａ＊，Ｂ＊は、例え
ば回転板に設けられた複数のスリットに沿うようにＡ，
Ａ＊，Ｂ，Ｂ＊の順に並置されていてもよい。また回転
板の周方向に沿って並べたフォトダイオードＡ，Ａ＊と
同様に回転板の周方向に沿って並べたフォトダイオード
Ｂ，Ｂ＊の２つのセットを、径方向に並べて、スリット
をこれら２つのセットと対向するように長くした構成で
もよい。この例では、いずれの場合も通常スリット数は
８１９２である。各フォトダイオードＡ，Ｂ，Ａ＊，Ｂ
＊は、図２に示すような９０度位相がずれた電流信号で
あるＡ′信号，Ｂ′信号，Ａ′＊信号，Ｂ′＊信号を発
生する。

【００２０】差動増幅回路１２はＡ′信号とＡ′＊信号
とをそれぞれＩ／Ｖ変換してさらに差動増幅し、また
Ｂ′信号とＢ′＊信号とをそれぞれＩ／Ｖ変換してさら
に差動増幅して、図３に示すようなＡ信号，Ｂ信号，Ａ
＊信号，Ｂ＊信号を作成する。すなわち、フォトダイオ
ード・ユニット１１の４つのフォトダーオードから出力
されるＡ´信号，Ａ´＊信号またはＢ´信号，Ｂ´＊信
号は、図２に示すようにそれぞれ位相が９０度ずれた電
流信号である。しかしながらこれらの電流信号は、数１
０μＡと小さく、増幅しなければそのままでは使用でき
ない。また温度変化の影響受けて変動する。そこで差動
増幅回路１２を用いて、Ｉ／Ｖ変換して更に差動増幅し
た信号Ａ´−Ａ´＊＝Ａ信号、Ａ´＊−Ａ´＝Ａ＊信
号、Ｂ´−Ｂ´＊＝Ｂ信号及びＢ´＊−Ｂ´＝Ｂ＊信号
を得ている。

【００２１】従来のエンコーダ装置によれば、前述のよ
うにＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号，Ｂ＊信号に基づいて４
倍周波数のパルス信号を作成し、絶対位置データを得て
いた。しかし本実施の形態においてはさらに高分割化さ
れた位置データを得るために、高分割絶対位置データ出
力装置２によりＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号，Ｂ＊信号に
演算処理を施して、まず高分割化した相対的位置データ
を得て、この相対的位置データを絶対位置データに加え
ることを特徴としている。

【００２２】高分割絶対位置データ出力装置２は、コン
パレータ回路２１，信号切り替え回路２２，Ａ／Ｄ変換
回路２３，ラッチ回路２４，演算・指令回路２５，メモ
リ回路２６，信号入出力回路２８からなる。絶対位置デ
ータ２７はエンコーダ１より例えば前述した方法により
得られる。なお最新の絶対位置データ２７は、専用のメ
モリに記憶してもよいが、メモリ回路２６に記憶させて
もよい。

【００２３】差動増幅回路１２からの出力は、理想的に
は三角波状のＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号，Ｂ＊信号とな
る。しかしながら実際には、各波形はピーク部分が歪ん
でおり、図３に示すようなサイン波状である。そのた
め、これらの三角波状のＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号及び
Ｂ＊信号をそのまま全部利用して高分割化しようとして
も容易には精度が出ないし、精度を出そうとすると演算
が非常に複雑になる。そこで本発明では、図４（Ａ）に
示すようにＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号及びＢ＊信号の直
線性の良い部分だけを利用する。

【００２４】まずコンパレータ回路２１は、エンコーダ
１から入力されたＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信
号の各信号を比較して、Ａ信号とＢ信号との交点（レベ
ルの一致点），Ｂ信号とＡ＊信号との交点（レベルの一
致点），Ａ＊信号とＢ＊信号との交点（レベルの一致
点），及びＢ＊信号とＡ信号との交点（レベルの一致
点）で信号切り替え信号を出力する。具体的にコンパレ
ータ回路２１では、４つのＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号，
Ｂ＊信号のうち、Ａ信号とＢ信号とを比較し、Ａ信号と
Ｂ＊信号とを比較し、Ａ＊信号とＢ＊信号とを比較し、
Ａ＊信号とＢ信号とを比較して、図４（Ｂ）〜（Ｅ）に
示すような信号を得る。図４（Ｂ）の「Ａ＞Ｂ」信号
は、Ａ信号がＢ信号より大きくなっている期間ｈｉｇｈ
に立上がっており、図４（Ｃ）の「Ａ＞Ｂ＊」信号はＡ
信号がＢ＊信号より大きくなっている期間ｈｉｇｈに立
上がっており、図４（Ｄ）の「Ａ＊＞Ｂ＊」信号は、Ａ
＊信号がＢ＊信号より大きくなっている期間ｈｉｇｈに
立上がっており、図４（Ｅ）の「Ａ＊＞Ｂ」信号はＡ＊
信号がＢ信号より大きくなっている期間ｈｉｇｈに立上
がっている。これらの比較をするためにコンパレータ回
路２１には４つの比較手段が含まれている。

【００２５】図４（Ｂ）〜（Ｅ）に示した４つの信号の
立上がり位置に基づいて、４分割の信号切り替え信号が
得られる。コンパレータ回路２１は、図４（Ｂ）〜
（Ｅ）に示す各信号の立上がりに同期した信号を信号切
り替え信号として出力する。この例では、図４（Ｂ）〜
（Ｅ）に示した４つの立上がり部（図面上に丸印を付し
た部分）を利用しているため、信号切り替え信号の精度
が高くなる。

【００２６】信号切り替え回路２２は、コンパレータ回
路２１から出力される信号切り替え信号に基づき、Ａ信
号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を選択的に切り替え
て、Ａ信号→Ｂ＊信号→Ａ＊信号→Ｂ信号の順で連続し
て繰り返し現れる基準電圧信号ＲＶＳ［図４（Ａ）］を
作成する。具体的には、信号切り替え回路２２は、コン
パレータ回路２１から出力される切り替え信号に基づい
て、Ａ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号，Ｂ＊信号を切り替え
て、図４（Ａ）に示す電圧基準信号ＲＶＳを作る。図４
（Ｂ）の「Ａ＞Ｂ」信号の立ち上がりはＢ信号の使用中
止とＡ信号の使用開始を示すタイミング信号となり、図
４（Ｃ）の「Ａ＞Ｂ＊」信号の立ち上がりはＡ信号の使
用中止とＢ＊信号の使用開始を示すタイミング信号とな
り、図４（Ｄ）の「Ａ＊＞Ｂ＊」信号の立ち上がりはＢ
＊信号の使用中止とＡ＊信号の使用開始を示すタイミン
グ信号となり、図４（Ｅ）の「Ａ＊＞Ｂ」信号の立ち上
がりはＡ＊信号の使用中止とＢ信号の使用開始を示すタ
イミング信号となる。

【００２７】これらの切り替え信号に基づいて、Ａ信
号，Ａ＊信号，Ｂ信号，Ｂ＊信号を切り替えて作られた
電圧基準信号ＲＶＳは、１サイクル中にＶａ，Ｖｂ＊，
Ｖａ＊，Ｖｂの４つのピークを有し、Ａ信号，Ａ＊信
号，Ｂ信号，Ｂ＊信号の１周期と同じ周期で発生する。
すなわち１スリットが電気角で３６０度移動して発生す
る信号である。このような電圧基準信号ＲＶＳを用いる
ことにより、Ａ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号，Ｂ＊信号のピ
ーク部分を使用することを避けている。

【００２８】Ａ／Ｄ変換回路２３は、以後デジタル処理
（マイコン処理）するために、基準電圧信号ＲＶＳをＡ
／Ｄ変換する。具体的に、Ａ／Ｄ変換回路２３は、信号
切り替え回路２２から出力される基準電圧信号ＲＶＳを
８ビットでデジタル信号に変換する。すなわちＡ／Ｄ変
換回路２３は、１／４周期分の基準電圧信号ＲＶＳを８
ビットすなわち２５６の分割数で分割してデジタル信号
に変換する。そのため１周期分の分割数は、２５６×４
となる。

【００２９】ラッチ回路２４は、切り替え信号に基づい
て、電圧基準信号ＲＶＳからＶａ，Ｖｂ＊，Ｖａ＊，Ｖ
ｂの４つのピーク電圧のデータを順次ラッチする。ラッ
チした値はメモリ回路２６にメモリされる。メモリ回路
２６は、少なくとも直前の即ち１サイクル前の４つのピ
ーク電圧及び現在のサイクルでラッチする値を記憶して
いる。そしてラッチした値で前の記憶データが更新され
る。なお基準電圧信号ＲＶＳをＡ／Ｄ変換した値をその
ままメモリ回路２６に順次メモリしてもよい。実際に演
算のベースに使用するのは１サイクル（１周期：電気角
で３６０度）前即ち１スリット前の測定データである。

【００３０】演算・指令回路２５は、サーボアンプの信
号入出力回路３から信号入出力回路２８を通じてリクエ
スト信号Ｘが入力されたときに、そのときの高分割絶対
位置データを演算して作成し、さらに角度データに変換
して信号入出力回路２８を通じてサーボアンプの信号入
出力回路３に出力する。

【００３１】すなわちサーボアンプの信号入出力回路３
からリクエスト信号Ｘが入力されると、演算・指令回路
２５はリクエスト信号Ｘが入力された位置における回転
位置を演算して出力する。まずエンコーダ１から絶対位
置データＤab1 を入力する。絶対位置データ２７は、エ
ンコーダ１から出力され、エンコーダ１は１スリットが
電気角で３６０度回転するたびに回転方向に応じて絶対
位置データ２７を加減算していく。図４（Ａ）におい
て、Ｄab1 及びＤab2 が絶対位置データの更新位置であ
り、Ｄab1 とＤab2 の間で１スリットが電気角で３６０
度回転して１周期または１サイクルとなる。本実施の形
態では、この１周期を更に分割数２５６×４で分割して
高分割化する。

【００３２】演算・指令回路２５は、まず、リクエスト
信号Ｘが入力されたときの信号切り替え回路２２で選択
されている信号の種類によって、基準電圧信号ＲＶＳで
Ａ信号，Ｂ＊信号，Ａ＊信号，Ｂ信号のいずれを選択し
ているのかを特定する。この特定により、電気角で何度
の区間でリクエスト信号Ｘが発生したかを決定する。こ
れにより基準電圧信号ＲＶＳの電圧値だけでは分からな
い、リクエスト信号Ｘの発生区間［図４（Ａ）の（１）
〜（４）の区間］の特定ができる。そしてリクエスト信
号Ｘが入力されたときの基準電圧信号ＲＶＳの電圧値と
リクエスト信号Ｘが入力されたときにメモリ手段２６に
記憶されている直前（１サイクル前の電気角で３６０度
前までの）４つの切り替わり電圧値（Ｖｂ，Ｖａ，Ｖｂ
＊，Ｖａ＊）により、１サイクル中の期間の何分割目の
位置でリクエスト信号が発生したかを演算して、それを
相対的位置データとする。

【００３３】これをもう少し具体的に説明すると、演算
・指令回路２５では絶対位置データ２７に高分割された
相対的データを加算することにより、リクエスト信号Ｘ
が出力されたときの高分割絶対位置データを演算する。
リクエスト信号Ｘが１スリット中のどこで発生したか
は、図４（Ｂ）〜（Ｅ）のいずれの信号が信号切り替え
信号として利用されているのかと、リクエスト信号Ｘが
入力されたときの電圧Ｖｘ（そのときの切り替え信号の
位相関係から選択されている信号、例えば図４（Ａ）の
例ではＡ信号の電圧）と、予め用意された４つの演算式
とから求める。

【００３４】図４（Ａ）に示した位置でリクエスト信号
Ｘが入力されたとすると、「Ａ＞Ｂ」信号の立上がり部
が切り替え信号として用いられているから、区間（１）
すなわち（電気角で０度〜９０度の区間）でリクエスト
信号が発生したことが特定できる。この特定と、リクエ
スト信号が入力された基準電圧信号の電圧値と、１サイ
クル前の４つの切り替わり電圧値とから、下記（１）の
式を用いて相対的位置データを演算する。なお演算式
は、選択されている信号の種類とリクエスト信号Ｘが入
力された区間に応じて４種類用意されている。すなわち
リクエスト信号がＸ０度〜９０度の位置で入力された場
合に用いる式（１）と、リクエスト信号がＸ９０度〜１
８０度の位置で入力された場合に用いる式（２）と、リ
クエスト信号がＸ１８０度〜２７０度の位置で入力され
た場合に用いる式（３）と、リクエスト信号が２７０度
〜３６０度の位置で入力された場合に用いる式（４）で
ある。

【００３５】

【数１】 図４（Ａ）の場合には、上記式（１）が選択されて、実
際の測定電圧Ｖｘが代入され、相対的位置データＤＸが
算出される。これらの演算式は、リクエスト信号Ｘが入
力された位置が、絶対位置Ｄａｂ1 からどの程度進んだ
位置にあるかを求め、その位置に応じた分割数を得る式
である。この式の基本は、Ｄab1 からＤab2 までの電圧
の加算値即ち変化総量（分母）とＶｘが入力された位置
までのＤab1 からの電圧の加算値即ち変化総量（分子）
との比率を求めて、この比率をＡ／Ｄ変換器のビット数
により決まる分割数に乗算して得ることである。すなわ
ちこの演算方法では、三角波のピークであるＶａ，Ｖｂ
＊，Ｖａ＊，Ｖｂのそれぞれへの電圧変化は直線的であ
るとみなしている。前述のように三角波状のＡ信号，Ａ
＊信号，Ｂ信号，Ｂ＊信号はピーク部分が歪んだサイン
波状であるが、それ以外の部分はほぼ直線に近い。よっ
てコンパレータ回路２１及び信号切り替え回路２２によ
り歪みの多い部分を切り捨てて、演算のしやすい直線部
分のみを残した基準電圧信号ＲＶＳを得て、さらに本実
施の形態ではこれを直線とみなして演算式により相対的
位置データを得るようにしたのである。

【００３６】この装置で、分割精度はＡ／Ｄ変換回路２
３のビット数に依存する。すなわち８ビットで分割すれ
ば、１サイクルの間を最大２５６×４分割、一回転では
最大８１９２×２５６×４＝８３８８６０８のかなりの
高分割化が可能である。Ａ／Ｄ変換回路２３のビット数
を更に大きくすれば、更に高分割化が可能である。

【００３７】演算・指令回路２５では、演算式に基づい
て得た相対的位置データＤＸに絶対位置データ２７を加
算し、高分割絶対位置データを得て、さらにこれを角度
データに変換し、信号入出力回路２８に出力する。この
例では、演算・指令回路２５が演算手段を構成してい
る。

【００３８】なお本実施の形態は、光学式絶対位置エン
コーダに対して本発明を適用したものであるが、他の方
式のエンコーダに対しても本発明を適用できる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明に係る高分割化エン
コーダ装置によれば、電気的な信号処理及び演算によ
り、簡単な構成で従来よりも高い精度の高分割化を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高分割化エンコーダ装置の一つの
実施の形態の主要な構成を示す回路ブロック図である。

【図２】図１の実施の形態の４つのフォトダイオードの
出力を示す図である。

【図３】図２のフォトダイオードの出力をＩ／Ｖ変換し
た信号を示す図である。

【図４】（Ａ）は、本発明の原理を説明するためにＡ信
号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を用いて得た基準電
圧信号ＲＶＳを示す図であり、（Ｂ）〜（Ｅ）は４種類
の信号切り替え信号をそれぞれ示す図である。

【符号の説明】

１ エンコーダ １１ フォトダイオード・ユニット １２ 差動増幅回路 ２ 高分割絶対値データ出力装置 ２１ コンパレータ回路 ２２ 信号切り替え回路 ２３ Ａ／Ｄ変換回路 ２４ ラッチ回路 ２５ 演算・指令回路 ２６ メモリ回路 ２７ 絶対位置データ ２８ 信号入出力回路 ３ サーボアンプの信号入出力回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関根 智春 東京都豊島区北大塚一丁目十五番一号 山 洋電気株式会社内 (72)発明者 伊藤 昭二 東京都豊島区北大塚一丁目十五番一号 山 洋電気株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気角で９０度位相が異なるサイン波状
   のＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を含むエンコ
   ーダ信号に基づいて絶対位置データを出力するエンコー
   ダと、 前記エンコーダから連続して出力される絶対位置データ
   間を更に分割して高分割絶対位置データを出力する高分
   割絶対位置データ出力手段とを具備する高分割エンコー
   ダ装置であって、 前記高分割絶対位置データ出力手段は、 前記Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を入力とし
   て各信号を比較し、前記Ａ信号と前記Ｂ信号との交点、
   前記Ｂ信号と前記Ａ＊信号との交点、前記Ａ＊信号と前
   記Ｂ＊信号との交点、及び前記Ｂ＊信号と前記Ａ信号と
   の交点で信号切り替え信号を出力するコンパレータ回路
   と、 前記コンパレータ回路から出力される前記信号切り替え
   信号に基づいて、前記Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ
   ＊信号が選択的に切り替えられて前記Ａ信号→前記Ｂ＊
   信号→前記Ａ＊信号→前記Ｂ信号の順で連続して繰り返
   し現れる基準電圧信号を出力する信号切り替え回路と、 前記基準電圧信号を所定のビット数でＡ／Ｄ変換するＡ
   ／Ｄ変換回路と、 前記信号切り替え信号が出力されたときのＡ／Ｄ変換さ
   れた前記基準電圧信号の切り替わり電圧値をラッチして
   記憶するメモリ手段と、 リクエスト信号が入力されたときの前記基準電圧信号の
   電圧値及び前記信号切り替え信号と、前記リクエスト信
   号が入力されたときに前記メモリ手段に記憶されている
   直前の４つの切り替わり電圧値とに基づいて前記リクエ
   スト信号が入力されたときの相対的位置データを演算
   し、この相対的位置データを前記リクエスト信号が入力
   される前に前記エンコーダから出力された前記絶対位置
   データに加算して前記高分割絶対位置データとして出力
   する演算手段とを具備してなる高分割エンコーダ装置。
2. 【請求項２】 前記演算手段は、前記切り替わり電圧値
   間の電圧が直線的に変化するものとみなして、先に入力
   された前記絶対位置データで示された位置からの相対的
   位置を示す前記相対的位置データを演算するように構成
   されている請求項１に記載の高分割エンコーダ装置。
3. 【請求項３】 電気角で９０度位相が異なるサイン波状
   のＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を含むエンコ
   ーダ信号に基づいて絶対位置データを出力する光学式ア
   ブソリュート・エンコーダと、 前記エンコーダから連続して出力される絶対位置データ
   間を更に分割して高分割絶対位置データを出力する高分
   割絶対位置データ出力手段とを具備する高分割エンコー
   ダ装置であって、 前記高分割絶対位置データ出力手段は、 前記Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を入力とし
   て各信号を比較し、前記Ａ信号と前記Ｂ信号の信号レベ
   ルが一致し、前記Ｂ信号と前記Ａ＊信号の信号レベルが
   一致し、前記Ａ＊信号と前記Ｂ＊信号の信号レベルが一
   致し、及び前記Ｂ＊信号と前記Ａ信号の信号レベルが一
   致するたびに信号切り替え信号を出力するコンパレータ
   回路と、 前記コンパレータ回路から出力される前記信号切り替え
   信号に基づいて、前記Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ
   ＊信号が選択的に切り替えられて前記Ａ信号→前記Ｂ＊
   信号→前記Ａ＊信号→前記Ｂ信号の順で連続して繰り返
   し現れる基準電圧信号を出力する信号切り替え回路と、 前記基準電圧信号を所定のビット数でＡ／Ｄ変換するＡ
   ／Ｄ変換回路と、 前記信号切り替え信号が出力されたときのＡ／Ｄ変換さ
   れた前記基準電圧信号の切り替わり電圧値をラッチする
   ラッチ回路と、 前記ラッチ回路でラッチした電圧値を記憶するメモリ手
   段と、 リクエスト信号が入力されたときの前記基準電圧信号の
   Ａ／Ｄ変換された電圧値及び前記信号切り替え信号と、
   前記リクエスト信号が入力されたときに前記メモリ手段
   に記憶されている１サイクル前の４つの切り替わり電圧
   値とに基づいて相対的位置データを演算し、該相対的位
   置データを前記リクエスト信号が入力される前に前記エ
   ンコーダから出力された最新の前記絶対位置データに加
   算して前記高分割絶対位置データとして出力する演算手
   段とを具備し、 前記演算手段はリクエスト信号が入力されたときの信号
   切り替え信号によってリクエス信号が発生したときに前
   記信号切り替え回路で選択している信号を特定し、次に
   １サイクル前の１サイクル中の基準電圧信号の電圧の変
   化総量に対する当該サイクルが開始されてからリクエス
   ト信号が入力されたときまでの基準電圧信号の電圧の変
   化総量との比を求め、この比を前記ビット数により定ま
   る分割数に乗算して前記相対的位置データを得ることを
   特徴とする高分割エンコーダ装置。