JP2003035569A

JP2003035569A - 光学式エンコーダ

Info

Publication number: JP2003035569A
Application number: JP2001224091A
Authority: JP
Inventors: Yuji Matsuzoe; 雄二松添; Nobuhiko Tsuji; 伸彦辻; Tomoharu Nakayama; 智晴中山; Yasumitsu Nagasaka; 泰光長坂
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2003-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】波形歪みの影響を低減し、高精度な光学式エン
コーダを提供する。【解決手段】電流電圧変換回路１０１〜１０４から出力
される９０゜の位相差を有する４相の正弦波電圧信号１
８１〜４８１を用いて波形演算部９０１が波形歪みを補
正する補正データを生成してメモリ手段７０１に予め登
録する。角度検出時には、補正値演算手段１１５がこの
補正データを用いて下位ビットのデジタルデータである
補正下位データを生成し、内挿手段１１３が下位データ
を生成する。最終的に上位データおよび下位データを組
合わせた角度データを出力する光学式エンコーダとす
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、回転体の角度や直
線移動体の位置を検出する機能を有し、特に、半導体検
査装置・製造装置・工作機械などに用いられて高精度な
位置決め・速度制御を実現するために用いられる光学式
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、光学式ロータリ
エンコーダおよび光学式リニアエンコーダなどが存在し
ている。これらのうち、光学式ロータリエンコーダにつ
いて図を用いて説明する。図１１は、従来技術の光学式
エンコーダの構成図である。従来技術による一般的な光
学式エンコーダ９９９の受発光素子側半断面は図１１で
示されるようになっている。

【０００３】これは、ケース１にベアリング３、４を介
して取付られた中空軸５と、該中空軸５に取付けられた
外周部に光を一定周期で透過させるスリットを有するス
リット板６と、該スリット板６のスリットを照明できる
位置にケース１の内部に配置された発光素子の一具体例
であるＬＥＤ２と、該スリット板６を挟みＬＥＤ２と対
向して配置された受光素子７と、該受光素子７および電
子部品９を実装し、ケース１に取り付けられた回路基板
８から構成される。

【０００４】図１２は従来技術の光学式エンコーダの受
光素子７の構成図である。例えば、この図の下側はエン
コーダの中心方向２０１であり、上側は外周方向２０２
である。また、左右方向２０３、２０４はスリット板６
の回転方向すなわち周方向である。図１２に示す受光素
子内の斜線領域は、スリット板６を透過した光を検出す
る受光セル１１〜１６、２１〜２６、３１〜３６、４１
〜４６であり、この領域に光が到達すると光電変換によ
り光電流信号を発生させる。

【０００５】これらの受光セル１１〜１６、２１〜２
６、３１〜３６、４１〜４６は、例えば、図中の左下側
６個の受光セル１１〜１６から構成されるＡ群１８、右
下側６個の受光セル２１〜２６からなるＢ群２８、左上
側６個の受光セル３１〜３６からなるＣ群３８、右上側
６個の受光セル４１〜４６からなるＤ群４８より構成さ
れる。

【０００６】例えば、この光学式エンコーダのスリット
板６の外周部にあるスリットの数が２^８個とすると、Ａ
群１８、Ｂ群２８、Ｃ群３８、Ｄ群４８の中の各受光セ
ルのピッチ５１は、機械角で（３６０／２^８）°と
なる。一方、図１２に示すように受光セルの１ピッチ５
１を電気角で３６０°とした場合、例えば、Ａ群１８と
Ｂ群２８の位相差５２は(９０+３６０×α)°、例え
ば、Ａ群１８とＣ群３８の位相差５３は(１８０+３６０
×β)°、例えば、Ａ群１８とＤ群４８の位相差(５２+
５３)は(２７０+３６０×γ)°となる。ここで、α、
β、γは適当な整数である。

【０００７】図１２ではα、β、γをそれぞれ“１”と
しているので、Ａ群１８とＢ群２８の位相差５２を９０
°、Ａ群１８とＣ群３８の位相差５３を１８０°、Ａ群
１８とＤ群４８の位相差を２７０°、となる。

【０００８】図１３に従来技術の光学式エンコーダの各
受光セルアレイ（Ａ群１８、Ｂ群２８、Ｃ群３８、Ｄ群
４８）を含む受光素子とその周辺回路図を示す。この図
から、各受光セルアレイ（Ａ群１８、Ｂ群２８、Ｃ群３
８、Ｄ群４８）のカソード側には電源（Ｖｃｃ）が接続
されており、逆バイアス接続となっている。これらの各
Ａ群１８、Ｂ群２８、Ｃ群３８、Ｄ群４８はそれぞれ電
気的に並列接続となっている。

【０００９】受光セルアレイのＡ群１８のアノード側に
は、電流電圧変換回路の一具体例である電流電圧変換用
抵抗１９およびマイクロコンピュータ１００が接続され
ており、電流電圧変換用抵抗１９のもう片端は接地され
ている。同様にＢ群２８、Ｃ群３８、Ｄ群４８の各受光
セル群もＡ群１８と同様な回路構成となっており、電流
電圧変換用抵抗２９，３９，４９およびマイクロコンピ
ュータ１００に接続されており、電流電圧変換用抵抗２
９，３９，４９のもう片端は接地されている。

【００１０】次に、光学式エンコーダの動作について説
明する。図１１に示すようにＬＥＤ２からの光線はスリ
ット板６の外周部に配置された交互に光を透過・遮光さ
せるスリットを透過したのち、受光素子７に到達する。
受光素子７に到達した光線は、各受光セル内で光量に比
例した光電流信号に変換される。この光電流信号は、電
流電圧変換用抵抗１９、２９、３９および４９で電圧信
号に変換された後、例えば、マイクロコンピュータ１０
０に取込まれる。

【００１１】図１４にマイクロコンピュータ１００に取
り込まれた理想的な電圧信号波形図を示す。この図の縦
軸５００は電圧値を示し、横軸５０１はスリット円板の
回転角度を示す。また、Ａ相信号１８１は受光セルアレ
イＡ群１８からの光電流を正弦波電圧信号に変換したも
のである。同様に、Ｂ相信号２８１、Ｃ相信号３８１、
Ｄ相信号４８１はぞれぞれ、受光セルアレイのＢ群２
８、Ｃ群３８、Ｄ群４８からの光電流信号を正弦波電圧
信号に変換したものである。これらの正弦波電圧信号は
以下の次式であらわすことができる。

【００１２】

【数１】

【００１３】ここで、ＶＡ_Ａ、ＶＡ_Ｂ、ＶＡ_Ｃ、ＶＡ_Ｄ
は、受光素子７の各受光セルアレイＡ群１８、Ｂ群２
８、Ｃ群３８、Ｄ群４８からの電流信号が正弦波電圧信
号に変換されてマイクロコンピュータ１００に取り込ま
れる信号であり、ＸはＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ相信号のオフセッ
ト５０、Ｙは信号振幅５１を示す。また、各信号はスリ
ット板６が１周期移動した（あるスリットから隣接する
次のスリットに移動するまで）場合に得られる正弦波を
電気角の３６０°と定義すると、それぞれ４相で９０°
位相差の信号が得られることになる。θは、あるタイミ
ングにおけるエンコーダの回転角を電気角で示したもの
であり、θの３６０°の変化は、スリットの１ピッチ分
の移動量に相当する。

【００１４】マイクロコンピュータ１００に取込まれた
正弦波電圧信号から、例えば、図１３に示すようにマイ
クロコンピュータ１００に内蔵されたＡ／Ｄ変換手段１
１２を介してオフセット除去演算手段１０９にて、基本
オフセットＸを減算し、オフセット成分を除去する。す
なわち、ＶＡ_Ａ〜ＶＡ_Ｄは次式の通りになる。

【００１５】

【数２】

【００１６】オフセット除去演算手段１０９からのオフ
セット除去正弦波デジタルデータ１２２は、内挿手段１
１３にて内挿倍処理された後、下位データ１２４を得
る。ここで、内挿手段１１３は、例えば、次式のような
演算を行う。

【００１７】

【数３】

【００１８】この演算処理は、スリット１ピッチに相当
する正弦波信号を電気的に分割する処理を表している。
一方、マイクロコンピュータ１００内のコンパレータ１
１０を介して得られた方形波である２値信号１２１は、
マイクロコンピュータ１００内のカウンタ手段１１１に
てカウントし、上位データ１２３を得る。

【００１９】以上、スリットの数をカウントすることに
よって得られる上位データと、１つの正弦波を電気的に
分割することによって得られる下位データを組み合わせ
て、角度データを得て、高分解能と高精度な光学式ロー
タリエンコーダとしている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光学式
ロータリエンコーダの角度検出精度は、下位データの内
挿倍精度によって決定され、その内挿倍精度は波形の歪
みに依存する。実際のエンコーダの電流電圧変換回路か
らの出力信号は、１）光学式エンコーダの組立誤差、２）受光素子７の感度バラツキ、３）ＬＥＤ２の照明むら等の影響により、波形歪みを持つこととなる。

【００２１】図１５はマイクロコンピュータに取り込ま
れた実際の電圧信号波形図である。図１５は、説明を簡
略化するためＶＡ_Ｃ３８１の波形のみが波形歪みを持つ
として記載しているが、実際には、すべての信号におい
て波形ひずみを持つものである。マイクロコンピュータ
１００に取込まれる前のアナログ電圧信号として式で示
すと、次式のようになる。

【００２２】

【数４】

【００２３】ここで、ΔＸ_Ａ、ΔＸ_Ｂ、ΔＸ_Ｃ、ΔＸ_Ｄ
は各信号のオフセット誤差６０、ΔＹ_Ａ、ΔＹ_Ｂ、ΔＹ
_Ｃ、ΔＹ_Ｄは各信号の振幅誤差６１、Δθ_Ｂ、Δθ_Ｃ、
Δθ _Ｄは各信号の位相差誤差６２である。オフセット誤
差および振幅誤差は基準オフセットＸおよび基準振幅の
Ｙとの差（誤差）であり、位相差誤差は基準位相差９０
°からの差（誤差）である。このようなオフセット誤
差、振幅誤差および位相差誤差が大きくなると、内挿倍
誤差が大きくなり角度検出精度が悪化するという問題点
があった。さらに、このような問題は光学式ロータリエ
ンコーダに限定されるものではなく、光学式リニアエン
コーダでも起こりうるものである。

【００２４】本発明は、上記したような問題点を解決す
るものであり、その目的は、従来技術における波形歪み
の影響を低減し、高精度な光学式エンコーダを提供する
ことにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、２次元平面上に配置された受光
セルを略直交する不感帯により４群に分割してなるＡ
群，Ｂ群，Ｃ群およびＤ群という受光セルアレイを有
し、これら４群の受光セルアレイから出力される光電流
信号がそれぞれ異なる位相を有する周期信号となるよう
に４群の受光セルアレイが配置される受光素子と、前記
受光素子と対向する位置に配置され、前記受光素子へ向
けて照射光を発光する発光素子と、前記発光素子からの
照射光を透過および遮光するためのスリット列からなる
検出用トラックを有するスリット板と、前記受光素子の
各受光セルアレイから出力される正弦波電流信号を正弦
波電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、前記電流電
圧変換回路から出力される正弦波電圧信号を用いて波形
歪みを補正する補正データを生成保存する補正データ生
成手段と、前記電流電圧変換回路から出力される正弦波
電圧信号を用いて上位ビットのデジタルデータである上
位データを生成する上位データ生成手段と、前記電流電
圧変換回路から出力される正弦波電圧信号に加えて前記
補正データ生成手段が保存する補正データを用いて下位
ビットのデジタルデータである下位データを生成する下
位データ生成手段と、これら上位データおよび下位デー
タを組合わせた角度データを出力することを特徴とす
る。

【００２６】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の光学式エンコーダにおいて、前記補正データ生成手段
は、前記電流電圧変換回路から出力される正弦波電圧信
号をＡ／Ｄ変換して正弦波デジタルデータを出力するＡ
／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段からの正弦波デジ
タルデータを用いて振幅補正データ、オフセット補正デ
ータおよび位相差補正データからなる補正データを算出
する波形演算手段と、前記波形演算手段で算出された補
正データを登録するメモリ手段と、を備えることを特徴
とする。

【００２７】また、請求項３の発明は、請求項１または
請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、前記上位
データ生成手段は、前記電流電圧変換回路から出力され
る正弦波電圧信号を２値化して２値信号を出力するコン
パレータ手段と、前記コンパレータ手段で算出された２
値信号に基づいて計数して上位データを生成するカウン
タ手段と、を備えることを特徴とする。

【００２８】また、請求項４の発明は、請求項１〜請求
項３の何れか一項に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記下位データ生成手段は、前記電流電圧変換回路から
出力される正弦波電圧信号をＡ／Ｄ変換して正弦波デジ
タルデータを出力するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変
換手段からの正弦波デジタルデータのオフセット成分を
除去してオフセット除去正弦波デジタルデータを出力す
るオフセット除去演算手段と、前記オフセット除去演算
手段からのオフセット除去正弦波デジタルデータおよび
前記補正データ生成手段からの補正データを用いて、振
幅誤差、オフセット誤差および位相差誤差を除去した補
正下位データを生成する補正値演算手段と、前記補正下
位データを下位ビットのデジタルデータとする下位デー
タを算出する内挿手段と、を備えることを特徴とする。

【００２９】また、請求項５の発明は、２次元平面上に
配置された受光セルを略直交する不感帯により４群に分
割してなるＡ群，Ｂ群，Ｃ群およびＤ群という受光セル
アレイを有し、これら４群の受光セルアレイから出力さ
れる光電流信号がそれぞれ異なる位相を有する周期信号
となるように４群の受光セルアレイが配置される受光素
子と、前記受光素子と対向する位置に配置され、前記受
光素子へ向けて照射光を発光する発光素子と、前記発光
素子からの照射光を透過および遮光するためのスリット
列からなる検出用トラックを有するスリット板と、前記
受光素子の各受光セルアレイから出力される正弦波電流
信号を正弦波電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
前記電流電圧変換回路から出力される正弦波電圧信号の
うち１８０゜の位相差がある２相の正弦波電圧信号を差
分して差動正弦波電圧信号を出力する差動演算回路と、
前記差動演算回路から出力される差動正弦波電圧信号を
用いて波形歪みを補正する補正データを生成保存する補
正データ生成手段と、前記差動演算回路から出力される
差動正弦波電圧信号を用いて上位ビットのデジタルデー
タである上位データを生成する上位データ生成手段と、
前記差動演算回路から出力される差動正弦波電圧信号に
加えて前記補正データ生成手段が保存する補正データを
用いて下位ビットのデジタルデータである下位データを
生成する下位データ生成手段と、これら上位データおよ
び下位データを組合わせた角度データを出力することを
特徴とする。

【００３０】また、請求項６の発明は、請求項５に記載
の光学式エンコーダにおいて、前記補正データ生成手段
は、前記差動演算回路から出力される差動正弦波電圧信
号をＡ／Ｄ変換して差動正弦波デジタルデータを出力す
るＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段からの差動正
弦波デジタルデータを用いて振幅補正データ、オフセッ
ト補正データおよび位相差補正データからなる補正デー
タを算出する波形演算手段と、前記波形演算手段で算出
された補正データを登録するメモリ手段と、を備えるこ
とを特徴とする。

【００３１】また、請求項７の発明は、請求項５または
請求項６に記載の光学式エンコーダにおいて、前記上位
データ生成手段は、前記差動演算回路から出力される差
動正弦波電圧信号を２値化して２値信号を出力するコン
パレータ手段と、前記コンパレータ手段で算出された２
値信号に基づいて計数して上位データを生成するカウン
タ手段と、を備えることを特徴とする。

【００３２】また、請求項８の発明は、請求項５〜請求
項７の何れか一項に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記下位データ生成手段は、前記差動演算回路から出力
される差動正弦波電圧信号をＡ／Ｄ変換して差動正弦波
デジタルデータを出力するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／
Ｄ変換手段からの差動正弦波デジタルデータおよび前記
補正データ生成手段からの補正データを用いて、振幅誤
差、オフセット誤差および位相差誤差を除去した補正下
位データを生成する補正値演算手段と、前記補正下位デ
ータを下位ビットのデジタルデータとする下位データを
算出する内挿手段と、を備えることを特徴とする。

【００３３】また、請求項９の発明は、請求項５〜請求
項８の何れか一項に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記振幅補正データ、オフセット補正データおよび位相
差補正データからなる補正データを算出する場合、所定
区間ある差動正弦波デジタルデータをｎ個の範囲に分割
することで補正データをｎ個算出し、前記メモリ手段の
ｎ個の領域に書き込むことを特徴とする。

【００３４】また、請求項１０の発明は、請求項１〜請
求項９の何れか一項に記載の光学式エンコーダにおい
て、前記波形演算手段は外部のコンピュータであること
を特徴とする。

【００３５】また、請求項１１の発明は、請求項１〜請
求項１０の何れか一項に記載の光学式エンコーダにおい
て、通常検出を行う通常検出モードおよび補正値演算を
行う補正値演算モードを切り替える切換手段を備えるこ
とを特徴とする。

【００３６】また、請求項１２の発明は、請求項１〜請
求項１１の何れか一項に記載の光学式エンコーダにおい
て、前記スリット板は、検出用トラックが略円状に配置
される円板状のスリット板であって、スリット板を挟ん
で対向して配置される前記発光素子および受光素子によ
り、回動するスリット板の回転方向の変移量を検出する
ロータリエンコーダとしたことを特徴とする。

【００３７】また、請求項１３の発明は、請求項１〜請
求項１１の何れか一項に記載の光学式エンコーダにおい
て、前記スリット板は、検出用トラックが略直線状に配
置される略長方形状のスリット板であって、固定された
スリット板に沿って発光素子および受光素子が対向しな
がらともに直線方向に移動して直線方向の変移量を検出
するリニアエンコーダとしたことを特徴とする。

【００３８】

【作用】上記構成により、受光素子から得られた実際の
正弦波信号と理想的な正弦波信号とを比較することによ
り波形歪み（振幅、オフセット、位相差）を算出し、受
光素子から得られた実際の正弦波信号から波形歪みを除
去して理想的な正弦波信号を得る補正をプログラム処理
により行い、この理想的な正弦波信号を用いることで光
学式ロータリエンコーダの角度検出精度および光学式リ
ニアエンコーダの位置検出精度を向上させる。

【００３９】

【発明の実施の形態】［第１実施形態］本発明の請求項
１〜４，１１，１２に係る第１実施形態の光学式エンコ
ーダについて説明する。ここに図１は本実施形態の光学
式エンコーダの構成図、図２は本実施形態の光学式エン
コーダの受光素子の構成図である。この図１，２で示す
光学式エンコーダの構造・受光素子７のレイアウト・受
光素子７から出力される光電流信号や動作については、
従来例と同様であるので詳細な説明は省略する。

【００４０】図３は本実施形態の光学式エンコーダとそ
の周辺機器のブロック図である。マイクロコンピュータ
１００は補正値演算モードと通常検出モードとを切替え
ることができるディップスイッチなどの切換手段を有し
ている。補正値演算モードとは光学式エンコーダ使用前
や工場出荷前に予め補正値の演算を行う場合のモードで
あり、通常検出モードとは補正値の取得終了後に通常の
角度検出用センサとして用いる場合のモードである。以
下は、補正値演算モードで実施するものとして説明す
る。

【００４１】スリット板６の回転に伴い、受光セル１１
〜１６、２１〜２６、３１〜３６、４１〜４６は光電流
を出力し、それぞれ９０°位相が異なる４相の正弦波電
流信号が出力される。図３でも示すように、これら正弦
波電流信号は、例えば、オペアンプなどから構成される
電流電圧変換回路１０１〜１０４により、スリット１ピ
ッチ分（１周期）の移動で３６０゜に相当する正弦波電
圧信号１８１，２８１，３８１，４８１（図１４参照）
に変換され、マイクロコンピュータ１００に取込まれ
る。これら正弦波電圧信号１８１，２８１，３８１，４
８１は、４相で９０°の位相差を有している。

【００４２】しかし、発明が解決しようとする課題でも
記述した通り、マイクロコンピュータ１００に取込まれ
た４相分の正弦波電圧信号１８１，２８１，３８１，４
８１は、オフセット誤差６０（ΔＸ_Ａ、ΔＸ_Ｂ、Δ
Ｘ_Ｃ、ΔＸ_Ｄ）、振幅誤差６１（ΔＹ_Ａ、ΔＹ_Ｂ、ΔＹ
_Ｃ、ΔＹ_Ｄ）、位相差誤差６２（Δθ_Ｂ、Δθ_Ｃ、Δθ
_Ｄ）が含まれ精度低下の大きな要因となっている（図１
５参照）。そこで、波形歪みの主な要因であるオフセッ
ト誤差、振幅誤差および位相差誤差を除去するための補
正値を取得する。まず、電流電圧変換回路１０１〜１０
４からの４相で９０°の位相差の正弦波電圧信号１８
１，２８１，３８１，４８１を、図３で示すように、光
学式エンコーダ９９９内部のＡ／Ｄ変換手段１１２を介
して波形演算手段９０１に取込む。

【００４３】例えば、スリット板６のスリットの数が２
^８個（２５６個）の場合、一回転あたり４×２^８個（１
０２４個）の正弦波を出力する。これらは、１）光学式
エンコーダの組立誤差、２）受光素子７の感度バラツ
キ、３）ＬＥＤ２の照明むら等の影響により、振幅値
（Ｙ＋ΔＹ_{Ａ１−Ａ２５６}、Ｙ＋ΔＹ_{Ｂ１−Ｂ２５６}、
Ｙ＋ΔＹ_Ｃ１−Ｃ _２５６、Ｙ＋ΔＹ_{Ｄ１−Ｄ２５６}）、
オフセット値（Ｘ＋ΔＸ_{Ａ１−Ａ２５６}、Ｘ＋ΔＸ
_{Ｂ１−Ｂ２５６}、Ｘ＋ΔＸ_{Ｃ１−Ｃ２５６}、Ｘ＋ΔＸ
_{Ｄ１−Ｄ２５６}）および位相差（９０゜＋Δθ
_{Ｂ１−Ｂ２５６}、９０゜＋Δθ_{Ｃ１−Ｃ２５６}、９０゜
＋Δθ_{Ｄ１−Ｄ２５６}）のそれぞれに、誤差成分が含ま
れる。

【００４４】次に波形演算手段９０１に取込まれた４×
２^８個の正弦波から、４×２^８個の振幅値、オフセット
値および位相差を演算する。そして、基準振幅Ｙおよび
基準オフセットＸを除去した振幅誤差（ΔＹ
_{Ａ１−Ａ２５６}、ΔＹ_{Ｂ１−Ｂ２５６}、ΔＹ
_{Ｃ１−Ｃ２５６}、ΔＹ_{Ｄ１−Ｄ２５６}）、オフセット誤
差（ΔＸ_{Ａ１−Ａ２} _５６、ΔＸ_{Ｂ１−Ｂ２５６}、ΔＸ
_{Ｃ１−Ｃ２５６}、ΔＸ_{Ｄ１−Ｄ２５６}）を演算する。ま
た同様に３×２^８個の位相差から基準位相差９０°を除
去した位相差誤差（Δθ_{Ｂ１−Ｂ２５６}、Δθ
_{Ｃ１−Ｃ２５６}、Δθ_{Ｄ１−Ｄ２５６}）を演算する。

【００４５】これら振幅誤差（ΔＹ_{Ａ１−Ａ２５６}、Δ
Ｙ_{Ｂ１−Ｂ２５６}、ΔＹ_{Ｃ１−Ｃ２} _５６、ΔＹ
_{Ｄ１−Ｄ２５６}）、オフセット誤差（ΔＸ
_{Ａ１−Ａ２５６}、ΔＸ_Ｂ１ _{−Ｂ２５６}、ΔＸ
_{Ｃ１−Ｃ２５６}、ΔＸ_{Ｄ１−Ｄ２５６}）および位相差誤
差（Δθ_{Ｂ１−Ｂ２５６}、Δθ_{Ｃ１−Ｃ２５６}、Δθ
_{Ｄ１−Ｄ２５６}）の平均値を計算し、その計算結果を、
それぞれ振幅平均誤差（ΔＹ_{Ａ＿ｍｅａｎ}、ΔＹ
_Ｂ＿ｍ _ｅａｎ、ΔＹ_{Ｃ＿ｍｅａｎ}、ΔＹ
_{Ｄ＿ｍｅａｎ}）、オフセット平均誤差（ΔＸ
_{Ａ＿ｍｅａｎ}、ΔＸ_{Ｂ＿ｍｅａｎ}、ΔＸ
_{Ｃ＿ｍｅａｎ}、ΔＸ_Ｄ＿ｍｅ _ａｎ）、位相差平均誤
差（Δθ_{Ｂ＿ｍｅａｎ}、Δθ_{Ｃ＿ｍｅａｎ} 、Δθ_Ｄ
_{＿ｍｅａｎ}）を得る。

【００４６】これらの振幅平均誤差、オフセット平均誤
差、位相差平均誤差を、例えばメモリ手段７０１に、振
幅補正値（ΔＹ_{Ａ＿ｃｏｒｒｅｃｔ}、ΔＹ
_{Ｂ＿ｃｏｒｒｅ} _ｃｔ、ΔＹ_{Ｃ＿ｃｏｒｒｅｃｔ}、Δ
Ｙ_{Ｄ＿ｃｏｒｒｅｃｔ}）、オフセット補正値（ΔＸ
_{Ａ＿ｃｏｒｒｅｃｔ}、ΔＸ_{Ｂ＿ｃｏｒｒｅｃｔ}、Δ
Ｘ_Ｃ＿ｃｏ _{ｒｒｅｃｔ}、Δ
Ｘ_{Ｄ＿ｃｏｒｒｅｃｔ}）、位相差補正値（Δθ
_{Ｂ＿ｃｏｒｒ} _ｅｃｔ、Δθ_{Ｃ＿ｃｏｒｒｅｃｔ}、Δ
θ_{Ｄ＿ｃｏｒｒｅｃｔ}）として書き込む。実際はデジ
タルデータである振幅補正データ、オフセット補正デー
タ、位相差補正データとして書き込まれる。補正値演算
モードではこのような処理が行われる。

【００４７】続いて通常の角度検出である通常検出モー
ドについて説明する。通常検出モードではマイクロコン
ピュータ１００は以下のような処理を行う。まず上位デ
ータの取得について説明する。従来例でも述べたよう
に、マイクロコンピュータ１００内に取込まれた正弦波
電圧信号１８１，２８１，３８１，４８１は、例えば、
図３に示すようにマイクロコンピュータ１００内のコン
パレータ手段１１０を介して方形波状の２値信号１２１
に変換される。そして、この２値信号１２１をマイクロ
コンピュータ１００内のカウンタ手段１１１にて正弦波
の数をカウントし、このカウント値をデジタルデータと
して表したものを上位データ１２２として出力する。

【００４８】続いて下位データの取得について説明す
る。マイクロコンピュータ１００内に取込まれた正弦波
電圧信号１８１，２８１，３８１，４８１は、Ａ／Ｄ変
換手段１１２を介して正弦波デジタルデータに変換され
る。更に、オフセット除去演算手段１０９で基本オフセ
ットＸを除算して、オフセット成分を除去したオフセッ
ト除去正弦波デジタルデータを得る。なお、ここで述べ
たＡ／Ｄ変換手段１１２は、前述した波形演算手段９０
１に接続されたＡ／Ｄ変換手段１１２と共通としても良
い。

【００４９】通常、マイクロコンピュータ１００内のオ
フセット除去演算手段１０９の出力オフセット除去正弦
波デジタルデータ１２３は、以下のような数式の信号を
デジタルデータとしたでものある。

【００５０】

【数５】

【００５１】続いて、マイクロコンピュータ１００内部
の補正値演算手段１１５にて、メモリ７０１内の振幅補
正データ、オフセット補正データ、位相差補正データか
らなる補正データを用いて波形歪みの影響を低減させる
ように演算し、下記のような信号をデジタルデータで表
したものである補正下位データ１２６を生成する。

【００５２】

【数６】

【００５３】内挿手段１１３はこの補正下位データ１２
６を下位ビットのデジタルデータに変換して下位データ
１２４を出力する。そして、上位データ１２２と下位デ
ータ１２５を組み合わせた角度データ２０６を出力す
る。以上、説明したように本実施形態の光学式エンコー
ダは、スリットの数をカウントすることによって得られ
る上位データと、１つの正弦波を電気的に分割すること
によって得られる補正下位データを組み合わせて高分解
能であって高精度な光学式エンコーダを得る。

【００５４】以上、第１実施形態について説明した。本
実施形態の光学式エンコーダはロータリ式のエンコーダ
であるものとして説明したが、本発明の請求項１３に係
る実施形態として、検出用トラックが略直線状に配置さ
れる略長方形状のスリット板を固定し、このスリット板
に沿って発光素子および受光素子が対向しながらともに
直線方向に移動して直線方向の変移量を検出するような
光学式リニアエンコーダに、図３で説明したブロック構
成と補正値演算機能を持たせても良い。この場合も、光
学式ロータリエンコーダと同様に高分解能であって高精
度な光学式エンコーダとすることができる。

【００５５】［第２実施形態］続いて本発明の請求項５
〜８，１１，１２に係る第２実施形態について説明す
る。第２実施形態の光学式エンコーダとその周辺機器の
ブロック図を図４に示す。本実施形態では、第１実施形
態の構成に加えて、電流電圧変換回路１０１，１０２，
１０３，１０４に差動演算回路１３１，１３２を接続し
ている。さらにこのような措置に伴って、マイクロコン
ピュータ１００内の手段が若干相違している。これ以外
は、エンコーダの構造・受光素子レイアウト・受光素子
の動作については従来例と同様であるので詳細な説明は
省略する。

【００５６】続いて、本実施形態の補正値演算モードに
ついて説明する。補正値演算モードでは、第１実施形態
と同様に、波形歪みの主な要因となるオフセット誤差、
振幅誤差および位相差誤差を除去するための補正値の取
得するモードである。従来例および第１実施形態でも述
べた通り、スリット板６の回転に伴い、受光素子７から
４相で９０°位相差の光電流信号が出力される。この光
電流信号は、４個の電流電圧変換回路１０１〜１０４を
介して、スリット１ピッチの周期に相当する４相で９０
°位相差の正弦波電圧信号１８１，２８１，３８１，４
８１として出力される。

【００５７】次に、電流電圧変換回路１０１〜１０４か
ら得られた４相で９０°位相差の正弦波電圧信号１８
１，２８１，３８１，４８１のうち、それぞれ１８０°
位相差の関係にある信号、すなわち正弦波電圧信号１８
１と３８１とが、また、正弦波電圧信号２８１と４８１
とが差動演算回路１３１，１３２に入力される。差動演
算回路１３１，１３２は差動演算を行って差動正弦波電
圧信号５８１，６８１を出力する。

【００５８】続いて、差動演算回路１３１，１３２から
の２相で９０°位相差の電圧信号５８１，６８１を、例
えば、光学式エンコーダ９９９内部のＡ／Ｄ変換手段１
１２を介して波形演算手段９０２に取込む。例えば、ス
リット板６のスリットの数が２^８個（２５６個）の場
合、スリット板６が一回転するにあたり２×２^８個（５
１２個）の正弦波が出力される。これらは、波形演算手
段９０２にてそれぞれの正弦波に対応した振幅補正デー
タ、オフセット補正データおよび位相差補正データから
なる補正データを出力する。

【００５９】ここで、オフセットについてであるが、差
動演算回路１３１，１３２においてオフセット成分が除
去されているのでオフセット誤差（ΔＸ
_{ＡＣ１−ＡＣ２５６}、ΔＸ_{ＢＤ１−ＢＤ２５６}）のみが
得られるため、第１実施形態で用いられたオフセットを
除去する手段を不要としている。

【００６０】次に、波形演算手段９０２で２×２^８個の
振幅から基準振幅Ｙを除去した振幅誤差（ΔＹ
_{ＡＣ１−ＡＣ２５６}、ΔＹ_{ＢＤ１−ＢＤ２５６}）と、
２^８個の正弦波の位相差から基準位相差９０°を除去し
た位相差誤差（Δθ_{１−２５６}）をそれぞれ演算する。
これら振幅誤差（ΔＹ_{ＡＣ１−ＡＣ２５６}、ΔＹ
_{ＢＤ１−ＢＤ２５６}）、オフセット誤差（ΔＸ
_{ＡＣ１−ＡＣ２５６}、ΔＸ_{ＢＤ１−ＢＤ２５６}）およ
び位相差誤差（Δθ_{１−２５６}）の平均値を計算し、そ
の計算結果をそれぞれ振幅平均誤差（ΔＹ
_{ＡＣ＿ｍｅａｎ}、ΔＹ_{ＢＤ＿ｍｅａｎ}）、オフセット
平均誤差（ΔＸ_{ＡＣ＿ｍｅａｎ}、Δ
Ｘ_{ＢＤ＿ｍｅａｎ}）、位相差平均誤差（Δθ_ｍｅａｎ）
を算出する。

【００６１】これらの振幅平均誤差、オフセット平均誤
差、位相差平均誤差を、例えばマイクロコンピュータ１
００内のメモリ７０２に、振幅補正値（ΔＹ
_{ＡＣ＿ｃｏｒｒ} _ｅｃｔ、Δ
Ｙ_{ＢＤ＿ｃｏｒｒｅｃｔ}）、オフセット補正値（ΔＸ
_{ＡＣ＿ｃｏｒ} _ｒｅｃｔ、Δ
Ｘ_{ＢＤ＿ｃｏｒｒｅｃｔ}）、位相差補正値（Δθ
_{ｃｏｒｒｅｃ} _ｔ）として書き込む。実際にはデジタル
データである振幅補正データ、オフセット補正データ、
位相差補正データからなる補正データが書き込まれる。
補正値演算モードではこのような補正データが算出され
る。

【００６２】続いて通常検出モードについて説明する。
まず上位データの生成について説明する。従来例および
第１実施形態でも述べたように、マイクロコンピュータ
１００内に取込まれた差動正弦波電圧信号５８１、６８
１は、例えば図４に示すようにマイクロコンピュータ１
００内のコンパレータ１１０に取り込まれ、方形波であ
る２値信号１２１が出力される。そして、この２値信号
をマイクロコンピュータ１００内のカウンタ手段１１１
にて正弦波の数としてカウントすることによって上位デ
ータ１２２を得る。

【００６３】続いて下位データの生成について説明す
る。マイクロコンピュータ１００内に取込まれた差動正
弦波電圧信号は、Ａ／Ｄ変換手段１１２によりＡ／Ｄ変
換されて差動正弦波デジタルデータを得る。なお、ここ
で述べたＡ／Ｄ変換手段１１２は、第１実施形態と同様
に波形演算手段９０２に接続されるＡ／Ｄ変換手段１１
２と同じとしても良い。

【００６４】通常、Ａ／Ｄ変換手段１１２から出力され
る差動正弦波デジタルデータ１２３は、以下のような数
式で表される信号をデジタルデータにしたものである。

【００６５】

【数７】

【００６６】このような差動正弦波デジタルデータ１２
３は、マイクロコンピュータ１００内部の補正値演算手
段１１５に入力される。この補正値演算手段１１５はメ
モリ７０２内の振幅補正データ、オフセット補正デー
タ、位相差補正データを取り込んで演算し、波形歪みの
影響を低減させた下記のような補正下位データ１２６を
出力する。

【００６７】

【数８】

【００６８】そして、内挿手段１１３はこの補正下位デ
ータを内挿倍処理した後、下位データ１２４を出力す
る。このようにして得られた上位データに下位データを
組み合わせて角度データを得る。以上説明したように、
スリットの数をカウントすることによって得られる上位
データと、１つの正弦波を電気的に分割することによっ
て得られる下位データとを組み合わせて高分解能であり
高精度な光学式エンコーダを得る。

【００６９】以上、第２実施形態について説明した。本
実施形態の光学式エンコーダはロータリ式のエンコーダ
であるものとして説明したが、本発明の請求項１３に係
る実施形態として、検出用トラックが略直線状に配置さ
れる略長方形状のスリット板を固定し、このスリット板
に沿って発光素子および受光素子が対向しながらともに
直線方向に移動して直線方向の変移量を検出するような
光学式リニアエンコーダに、図４で説明したブロック構
成と補正値演算機能を持たせても良い。この場合も、光
学式ロータリエンコーダと同様に高分解能であって高精
度な光学式エンコーダとすることができる。

【００７０】［第３実施形態］続いて、本発明の請求項
９，１１，１２に係る第３実施形態の光学式エンコーダ
について説明する。第３実施形態の光学式エンコーダと
その周辺機器のブロック図を図５に示す。本実施形態で
は、第２実施形態の構成と殆ど同じであるものの、補正
データの算出手法を異ならせため、コンピュータ１００
内で複数種類の補正データを算出する波形演算手段９０
３、複数種類の補正データを書き込むための複数領域を
設けたメモリ手段７０３、および、複数種類の補正デー
タを扱う補正値演算手段１１９を有している点が相違し
ている。本実施形態ではｎ＝４として補正データを得る
ようにした実施形態である。これ以外は、光学式エンコ
ーダの構造・受光素子レイアウト・受光素子の動作につ
いては従来例と同様であるので詳細な説明は省略する。

【００７１】まず、本実施形態の補正値演算モードにつ
いて説明する。補正値演算モードでは、第２実施形態と
同様に、波形歪みの主な要因となるオフセット誤差、振
幅誤差および位相差誤差を除去するための補正値の取得
するモードである。なお、２×２^８個の正弦波信号から
２×２^８個の振幅誤差、オフセット誤差および位相差誤
差の算出方法は、第１実施形態と同じであるため詳細な
説明は省略する。

【００７２】例えば、光学式エンコーダのスリット板６
の１回転で得られる正弦波の中で、最初の１番目〜６４
番目までの正弦波の振幅誤差、オフセット誤差および位
相差誤差のそれぞれの平均値を、第１振幅平均誤差（Δ
Ｙ_{ＡＣ＿ｃｏｒｒｅｃｔ＿１＿６４}、ΔＹ
_{ＢＤ＿ｃｏｒ} _{ｒｅｃｔ＿１＿６４}）、第１オフセット平
均誤差（ΔＸ_{ＡＣ＿ｃｏｒｒｅｃｔ}、ΔＸ
_{ＢＤ＿ｃｏｒｒｅ} _ｃｔ）、第１位相差平均誤差Δθ
_{ｃｏｒｒｅｃｔ＿１＿６４}）、として計算する。ここ
で、１番目の正弦波とは、例えば、光学式エンコーダの
スリット板６が回転し、あるスリットから隣接する次の
スリットへ移動するまでに得られる正弦波である。

【００７３】同様に、６５〜１２８番目までの正弦波の
振幅誤差、オフセット誤差および位相差誤差のそれぞれ
の平均値をそれぞれ第２振幅平均誤差、第２オフセット
平均誤差、第２位相差平均誤差と称し、１２９〜１９２
番目までの正弦波の振幅誤差、オフセット誤差および位
相差誤差のそれぞれの平均値をそれぞれ第３振幅平均誤
差、第３オフセット平均誤差、第３位相差平均誤差と称
し、１９３〜２５６番目までの正弦波の振幅誤差、オフ
セット誤差および位相差誤差のそれぞれの平均値をそれ
ぞれ第４振幅平均誤差、第４オフセット平均誤差、第４
位相差平均誤差と称す。

【００７４】そして、第１〜第４までの各平均誤差を補
正値として、図５に示すメモリ７０３内に書き込む。た
だし、第１振幅、オフセットおよび位相差補正値は、メモリ領
域１１５内に、第２振幅、オフセットおよび位相差補正値は、メモリ領
域１１６内に、第３振幅、オフセットおよび位相差補正値は、メモリ領
域１１７内に、第４振幅、オフセットおよび位相差補正値は、メモリ領
域１１８内に、それぞれ書き込む。なお、メモリ手段７０３には実際に
はデジタルデータとして書き込まれる。

【００７５】そして、通常検出モード時において、第２
実施形態で実施した補正と同じ要領で補正を行うのであ
るが、光学式エンコーダの機械角０〜９０°すなわち正
弦波が１〜６４番目の場合には、第１振幅、オフセッ
ト、位相差補値を用いて、例えばマイクロコンピュータ
１００内のＡ／Ｄ変換手段１１２から出力される差動正
弦波デジタルデータ１２３を補正する。また、同様に機
械角が９０〜１８０°場合、１８０〜２７０°の場合、
２７０〜３６０°の場合には、それぞれ、第２、第３、
第４の振幅、オフセット、位相差補正データを用いて補
正演算を実施することとなる。

【００７６】このように光学式エンコーダの機械角、す
なわち検出している角度に応じて４個の補正データの中
から選択して角度演算を行う。なお、通常検出モードに
おける角度演算は第２実施形態と同様であるので省略す
る。この補正下位データ１２６が内挿手段１１３に入力
されて下位データ１２４が出力される。そして、上位デ
ータ１２２と下位データ１２４と組み合わせて角度デー
タ２０６が出力される。このように構成することでさら
に高分解能かつ高精度な光学式エンコーダを得ることが
可能となる。

【００７７】以上、第３実施形態について説明した。本
実施形態の光学式エンコーダはロータリ式のエンコーダ
であるものとして説明したが、本発明の請求項１３に係
る実施形態として、検出用トラックが略直線状に配置さ
れる略長方形状のスリット板を固定し、このスリット板
に沿って発光素子および受光素子が対向しながらともに
直線方向に移動して直線方向の変移量を検出するような
光学式リニアエンコーダに、図５で説明したブロック構
成と補正値演算機能を持たせても良い。この場合も、光
学式ロータリエンコーダと同様に高分解能であって高精
度な光学式エンコーダとすることができる。

【００７８】［第４実施形態］続いて、本発明の請求項
９，１１，１２に係る第４実施形態の光学式エンコーダ
について説明する。第４実施形態の光学式エンコーダと
その周辺機器のブロック図を図６に示す。本実施形態で
は、第３実施形態の構成と殆ど同じであるものの、補正
データの算出手法を異ならせため、コンピュータ１００
内で複数補正データを算出する波形演算手段９０４、複
数種類の補正データを書き込むための複数領域を設けた
メモリ手段７０４を有している点が相違している。本実
施形態ではｎ＝２５６として補正データを得るようにし
た実施形態である。これ以外は、光学式エンコーダの構
造・受光素子レイアウト・受光素子の動作については従
来例と同様であるので詳細な説明は省略する。

【００７９】まず、本実施形態の補正値演算モードにつ
いて説明する。補正値演算モードでは、第３実施形態と
同様に、波形歪みの主な要因となるオフセット誤差、振
幅誤差および位相差誤差を除去するための補正値の取得
するモードである。なお、２×２^８個の正弦波信号から
２×２^８個の振幅誤差、オフセット誤差および位相差誤
差の算出方法は、第２実施形態、第３実施形態と同じで
あるので省略する。

【００８０】第３実施形態で述べた方法によって得られ
たそれぞれの誤差は補正値として、メモリ手段７０４に
書き込まれる。ただし、第１振幅、オフセットおよび位相差補正値は、メモリ領
域１１５内に、第２振幅、オフセットおよび位相差補正値は、メモリ領
域１１６内に、以下同様にして第２５５振幅、オフセットおよび位相差補正値は、メモ
リ領域１４０内に、第２５６振幅、オフセットおよび位相差補正値は、メモ
リ領域１４１内に、それぞれ書き込む。なお、メモリ手段７０４には実際に
はデジタルデータとして書き込まれる。

【００８１】このように２５６個の正弦波についての補
正データがそれぞれ個別に書き込まれ、上位データで得
られた機械角より、Ｘ番目の正弦波であるかを検索し、
この正弦波の番号に対応する補正値をメモリ手段７０４
の指定された領域から読み込む。

【００８２】そして、通常検出モードでは、第３実施形
態で実施した補正と同じ要領で、正弦波が１番目の場合
には、メモリ領域１１５に書き込まれた第１振幅、オフ
セット、位相差補値を用いて、例えばマイクロコンピュ
ータ１００内のＡ／Ｄ変換手段１１２から出力される差
動正弦波デジタルデータ１２３を補正するというよう
に、この指定されたメモリ領域内の第Ｘ振幅誤差、第Ｘ
オフセット誤差、第Ｘ位相差誤差を補正値として、得ら
れた正弦波信号に対して補正値演算手段１１９で補正
し、補正下位データ１２６を出力する。

【００８３】この補正下位データ１２６が内挿手段１１
３に入力されて下位データ１２４が出力される。そし
て、上位データ１２２と下位データ１２４と組み合わせ
て角度データ２０６が出力される。このような構成とす
ることで、さらに高分解能でありかつ高精度な光学式エ
ンコーダを得ることが可能となる。

【００８４】以上、第４実施形態について説明した。本
実施形態の光学式エンコーダはロータリ式のエンコーダ
であるものとして説明したが、本発明の請求項１３に係
る実施形態として、検出用トラックが略直線状に配置さ
れる略長方形状のスリット板を固定し、このスリット板
に沿って発光素子および受光素子が対向しながらともに
直線方向に移動して直線方向の変移量を検出するような
光学式リニアエンコーダに、図６で説明したブロック構
成と補正値演算機能を持たせても良い。この場合も、光
学式ロータリエンコーダと同様に高分解能であって高精
度な光学式エンコーダとすることができる。

【００８５】［第５実施形態］本発明の請求項１０に係
る第５実施形態について図７を用いて説明する。図７は
第５実施形態の光学式エンコーダとその周辺機器のブロ
ック図である。第５実施形態では、第１実施形態の構成
を変更したものであり、第１実施形態では光学式エンコ
ーダ９９９の内部に一体に設けられていた波形演算手段
９０１に代えて、本実施形態では外部に設置されたコン
ピュータ２０９を用いるものである。これは、補正値演
算モードによる補正データの登録は製造時など工場出荷
前に予め行うようにして、光学式ロータリエンコーダを
使用する者が調整作業をしなくともよいようにするため
である。

【００８６】例えば、光学式エンコーダ９９９に設けら
れた外部端子にＡ／Ｄ変換手段２１０とコンピュータ２
０９とを図７で示すように接続し、第１実施形態で説明
したような補正データの取得作業を行い、メモリ手段７
１１に補正データを書き込んでおくようにする。この場
合、光学式エンコーダ９９９の使用時には直ちに第１実
施形態で説明したような角度検出を行うようになされて
いるため、補正作業を行うことなく高分解能かつ高精度
で使用することができるようになる。なお、これ以外は
第１実施形態と同様であり、重複する説明を省略する。

【００８７】以上、第５実施形態について説明した。本
実施形態の光学式エンコーダはロータリ式のエンコーダ
であるものとして説明したが、本発明の請求項１３に係
る実施形態として、検出用トラックが略直線状に配置さ
れる略長方形状のスリット板を固定し、このスリット板
に沿って発光素子および受光素子が対向しながらともに
直線方向に移動して直線方向の変移量を検出するような
光学式リニアエンコーダに、図７で説明したブロック構
成と補正値演算機能を持たせても良い。この場合も、光
学式ロータリエンコーダと同様に高分解能であって高精
度な光学式エンコーダとすることができる。

【００８８】［第６実施形態］本発明の請求項１０に係
る第６実施形態について図８を用いて説明する。図８は
第６実施形態の光学式エンコーダとその周辺機器のブロ
ック図である。第６実施形態では、第２実施形態の構成
を変更したものであり、第２実施形態では光学式エンコ
ーダ９９９の内部に一体に設けられていた波形演算手段
９０２に代えて、本実施形態では外部に設置されたコン
ピュータ２０９を用いるものである。

【００８９】例えば、光学式エンコーダ９９９に設けら
れた外部端子にＡ／Ｄ変換手段２１０とコンピュータ２
０９とを図８で示すように接続し、第２実施形態で説明
したような補正データの取得作業を行い、メモリ手段７
１２に補正データを書き込んでおくようにする。この場
合、光学式エンコーダ９９９の使用時には直ちに第２実
施形態で説明したような角度検出を行うようになされて
いるため、補正作業を行うことなく高分解能かつ高精度
で使用することができるようになる。なお、これ以外は
第２実施形態と同様であり、重複する説明を省略する。

【００９０】以上、第６実施形態について説明した。本
実施形態の光学式エンコーダはロータリ式のエンコーダ
であるものとして説明したが、本発明の請求項１３に係
る実施形態として、検出用トラックが略直線状に配置さ
れる略長方形状のスリット板を固定し、このスリット板
に沿って発光素子および受光素子が対向しながらともに
直線方向に移動して直線方向の変移量を検出するような
光学式リニアエンコーダに、図８で説明したブロック構
成と補正値演算機能を持たせても良い。この場合も、光
学式ロータリエンコーダと同様に高分解能であって高精
度な光学式エンコーダとすることができる。

【００９１】［第７実施形態］本発明の請求項１０に係
る第７実施形態について図９を用いて説明する。図９は
第７実施形態の光学式エンコーダとその周辺機器のブロ
ック図である。第７実施形態では、第３実施形態の構成
を変更したものであり、第３実施形態では光学式エンコ
ーダ９９９の内部に一体に設けられていた波形演算手段
９０３に代えて、本実施形態では外部に設置されたコン
ピュータ２０９を用いるものである。

【００９２】例えば、光学式エンコーダ９９９に設けら
れた外部端子にＡ／Ｄ変換手段２１０とコンピュータ２
０９とを図９で示すように接続し、第３実施形態で説明
したような補正データの取得作業を行い、メモリ手段７
１３に４種類の補正データを書き込んでおくようにす
る。この場合、光学式エンコーダ９９９の使用時には直
ちに第３実施形態で説明したような角度検出を行うよう
になされているため、補正作業を行うことなく高分解能
かつ高精度で使用することができるようになる。なお、
これ以外は第３実施形態と同様であり、重複する説明を
省略する。

【００９３】以上、第７実施形態について説明した。本
実施形態の光学式エンコーダはロータリ式のエンコーダ
であるものとして説明したが、本発明の請求項１３に係
る実施形態として、検出用トラックが略直線状に配置さ
れる略長方形状のスリット板を固定し、このスリット板
に沿って発光素子および受光素子が対向しながらともに
直線方向に移動して直線方向の変移量を検出するような
光学式リニアエンコーダに、図９で説明したブロック構
成と補正値演算機能を持たせても良い。この場合も、光
学式ロータリエンコーダと同様に高分解能であって高精
度な光学式エンコーダとすることができる。

【００９４】［第８実施形態］本発明の請求項１０に係
る第８実施形態について図１０を用いて説明する。図１
０は第８実施形態の光学式エンコーダとその周辺機器の
ブロック図である。第８実施形態では第４実施形態の構
成を変更したものであり、第４実施形態では光学式エン
コーダ９９９の内部に一体に設けられていた波形演算手
段９０４に代えて、本実施形態では外部に設置されたコ
ンピュータ２０９を用いるものである。

【００９５】例えば、光学式エンコーダ９９９に設けら
れた外部端子にＡ／Ｄ変換手段２１０とコンピュータ２
０９とを図１０で示すように接続し、第４実施形態で説
明したような補正データの取得作業を行い、メモリ手段
７１４に２５６種類の補正データを書き込んでおくよう
にする。この場合、光学式エンコーダ９９９の使用時に
は直ちに第４実施形態で説明したような角度検出を行う
ようになされているため、補正作業を行うことなく高分
解能かつ高精度で使用することができるようになる。な
お、これ以外は第４実施形態と同様であり、重複する説
明を省略する。

【００９６】以上、第８実施形態について説明した。本
実施形態の光学式エンコーダはロータリ式のエンコーダ
であるものとして説明したが、本発明の請求項１３に係
る実施形態として、検出用トラックが略直線状に配置さ
れる略長方形状のスリット板を固定し、このスリット板
に沿って発光素子および受光素子が対向しながらともに
直線方向に移動して直線方向の変移量を検出するような
光学式リニアエンコーダに、図１０で説明したブロック
構成と補正値演算機能を持たせても良い。この場合も、
光学式ロータリエンコーダと同様に高分解能であって高
精度な光学式エンコーダとすることができる。

【００９７】

【発明の効果】本発明によれば、波形歪みの影響を低減
し、高精度な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構
成図である。

【図２】本発明の第１実施形態の光学式エンコーダ受光
素子の構成図である。

【図３】本発明の第１実施形態の光学式エンコーダとそ
の周辺機器のブロック図である。

【図４】本発明の第２実施形態の光学式エンコーダとそ
の周辺機器のブロック図である。

【図５】本発明の第３実施形態の光学式エンコーダとそ
の周辺機器のブロック図である。

【図６】本発明の第４実施形態の光学式エンコーダとそ
の周辺機器のブロック図である。

【図７】本発明の第５実施形態の光学式エンコーダとそ
の周辺機器のブロック図である。

【図８】本発明の第６実施形態の光学式エンコーダとそ
の周辺機器のブロック図である。

【図９】本発明の第７実施形態の光学式エンコーダとそ
の周辺機器のブロック図である。

【図１０】本発明の第８実施形態の光学式エンコーダと
その周辺機器のブロック図である。

【図１１】従来技術の光学式エンコーダの構成図であ
る。

【図１２】従来技術の光学式エンコーダの受光素子の構
成図である。

【図１３】従来技術の光学式エンコーダの受光素子とそ
の周辺回路図である。

【図１４】マイクロコンピュータに取り込まれた理想的
な電圧信号波形図である。

【図１５】マイクロコンピュータに取り込まれた実際の
電圧信号波形図である。

【符号の説明】

１ケース２ＬＥＤ３，４ベアリング５中空軸６スリット板７受光素子８回路基板９電子部品１１〜１６受光セル２１〜２６受光セル３１〜３６受光セル４１〜４６受光セル１８Ａ群２８Ｂ群３８Ｃ群４８Ｄ群１００マイクロコンピュー
タ１０１，１０２，１０３，１０４電流電圧変換回路１０９オフセット除去演算
手段１１０コンパレータ手段１１１カウンタ手段１１２Ａ／Ｄ変換手段１１３内挿手段１１５補正値演算手段１３１，１３２差動演算回路２０９Ａ／Ｄ変換手段２１０コンピュータ７０１，７０２，７０３，７０４メモリ手段７１１，７１２，７１３，７１４メモリ手段９０１，９０２，９０３，９０４波形演算手段９９９光学式エンコーダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中山智晴神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (72)発明者長坂泰光神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内Ｆターム(参考） 2F103 BA07 BA08 CA01 DA01 DA12 DA13 EA12 EA15 EB02 EB06 EB15 EB16 EB33 ED11 ED21 ED27 FA06 FA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元平面上に配置された受光セルを略直
交する不感帯により４群に分割してなるＡ群，Ｂ群，Ｃ
群およびＤ群という受光セルアレイを有し、これら４群
の受光セルアレイから出力される光電流信号がそれぞれ
異なる位相を有する周期信号となるように４群の受光セ
ルアレイが配置される受光素子と、前記受光素子と対向する位置に配置され、前記受光素子
へ向けて照射光を発光する発光素子と、前記発光素子からの照射光を透過および遮光するための
スリット列からなる検出用トラックを有するスリット板
と、前記受光素子の各受光セルアレイから出力される正弦波
電流信号を正弦波電圧信号に変換する電流電圧変換回路
と、前記電流電圧変換回路から出力される正弦波電圧信号を
用いて波形歪みを補正する補正データを生成保存する補
正データ生成手段と、前記電流電圧変換回路から出力される正弦波電圧信号を
用いて上位ビットのデジタルデータである上位データを
生成する上位データ生成手段と、前記電流電圧変換回路から出力される正弦波電圧信号に
加えて前記補正データ生成手段が保存する補正データを
用いて下位ビットのデジタルデータである下位データを
生成する下位データ生成手段と、これら上位データおよび下位データを組合わせた角度デ
ータを出力することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】請求項１に記載の光学式エンコーダにおい
て、前記補正データ生成手段は、前記電流電圧変換回路から出力される正弦波電圧信号を
Ａ／Ｄ変換して正弦波デジタルデータを出力するＡ／Ｄ
変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段からの正弦波デジタルデータを用い
て振幅補正データ、オフセット補正データおよび位相差
補正データからなる補正データを算出する波形演算手段
と、前記波形演算手段で算出された補正データを登録するメ
モリ手段と、を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の光学式エ
ンコーダにおいて、前記上位データ生成手段は、前記電流電圧変換回路から出力される正弦波電圧信号を
２値化して２値信号を出力するコンパレータ手段と、前記コンパレータ手段で算出された２値信号に基づいて
計数して上位データを生成するカウンタ手段と、を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の
光学式エンコーダにおいて、前記下位データ生成手段は、前記電流電圧変換回路から出力される正弦波電圧信号を
Ａ／Ｄ変換して正弦波デジタルデータを出力するＡ／Ｄ
変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段からの正弦波デジタルデータのオフ
セット成分を除去してオフセット除去正弦波デジタルデ
ータを出力するオフセット除去演算手段と、前記オフセット除去演算手段からのオフセット除去正弦
波デジタルデータおよび前記補正データ生成手段からの
補正データを用いて、振幅誤差、オフセット誤差および
位相差誤差を除去した補正下位データを生成する補正値
演算手段と、前記補正下位データを下位ビットのデジタルデータとす
る下位データを算出する内挿手段と、を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項５】２次元平面上に配置された受光セルを略直
交する不感帯により４群に分割してなるＡ群，Ｂ群，Ｃ
群およびＤ群という受光セルアレイを有し、これら４群
の受光セルアレイから出力される光電流信号がそれぞれ
異なる位相を有する周期信号となるように４群の受光セ
ルアレイが配置される受光素子と、前記受光素子と対向する位置に配置され、前記受光素子
へ向けて照射光を発光する発光素子と、前記発光素子からの照射光を透過および遮光するための
スリット列からなる検出用トラックを有するスリット板
と、前記受光素子の各受光セルアレイから出力される正弦波
電流信号を正弦波電圧信号に変換する電流電圧変換回路
と、前記電流電圧変換回路から出力される正弦波電圧信号の
うち１８０゜の位相差がある２相の正弦波電圧信号を差
分して差動正弦波電圧信号を出力する差動演算回路と、前記差動演算回路から出力される差動正弦波電圧信号を
用いて波形歪みを補正する補正データを生成保存する補
正データ生成手段と、前記差動演算回路から出力される差動正弦波電圧信号を
用いて上位ビットのデジタルデータである上位データを
生成する上位データ生成手段と、前記差動演算回路から出力される差動正弦波電圧信号に
加えて前記補正データ生成手段が保存する補正データを
用いて下位ビットのデジタルデータである下位データを
生成する下位データ生成手段と、これら上位データおよび下位データを組合わせた角度デ
ータを出力することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項６】請求項５に記載の光学式エンコーダにおい
て、前記補正データ生成手段は、前記差動演算回路から出力される差動正弦波電圧信号を
Ａ／Ｄ変換して差動正弦波デジタルデータを出力するＡ
／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段からの差動正弦波デジタルデータを
用いて振幅補正データ、オフセット補正データおよび位
相差補正データからなる補正データを算出する波形演算
手段と、前記波形演算手段で算出された補正データを登録するメ
モリ手段と、を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項７】請求項５または請求項６に記載の光学式エ
ンコーダにおいて、前記上位データ生成手段は、前記差動演算回路から出力される差動正弦波電圧信号を
２値化して２値信号を出力するコンパレータ手段と、前記コンパレータ手段で算出された２値信号に基づいて
計数して上位データを生成するカウンタ手段と、を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項８】請求項５〜請求項７の何れか一項に記載の
光学式エンコーダにおいて、前記下位データ生成手段は、前記差動演算回路から出力される差動正弦波電圧信号を
Ａ／Ｄ変換して差動正弦波デジタルデータを出力するＡ
／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段からの差動正弦波デジタルデータお
よび前記補正データ生成手段からの補正データを用い
て、振幅誤差、オフセット誤差および位相差誤差を除去
した補正下位データを生成する補正値演算手段と、前記補正下位データを下位ビットのデジタルデータとす
る下位データを算出する内挿手段と、を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項９】請求項５〜請求項８の何れか一項に記載の
光学式エンコーダにおいて、前記振幅補正データ、オフセット補正データおよび位相
差補正データからなる補正データを算出する場合、所定
区間ある差動正弦波デジタルデータをｎ個の範囲に分割
することで補正データをｎ個算出し、前記メモリ手段の
ｎ個の領域に書き込むことを特徴とする光学式エンコー
ダ。
【請求項１０】請求項１〜請求項９の何れか一項に記載
の光学式エンコーダにおいて、前記波形演算手段は外部のコンピュータであることを特
徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１１】請求項１〜請求項１０の何れか一項に記
載の光学式エンコーダにおいて、通常検出を行う通常検出モードおよび補正値演算を行う
補正値演算モードを切り替える切換手段を備えることを
特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１２】請求項１〜請求項１１の何れか一項に記
載の光学式エンコーダにおいて、前記スリット板は、検出用トラックが略円状に配置され
る円板状のスリット板であって、スリット板を挟んで対向して配置される前記発光素子お
よび受光素子により、回動するスリット板の回転方向の
変移量を検出するロータリエンコーダとしたことを特徴
とする光学式エンコーダ。
【請求項１３】請求項１〜請求項１１の何れか一項に記
載の光学式エンコーダにおいて、前記スリット板は、検出用トラックが略直線状に配置さ
れる略長方形状のスリット板であって、固定されたスリット板に沿って発光素子および受光素子
が対向しながらともに直線方向に移動して直線方向の変
移量を検出するリニアエンコーダとしたことを特徴とす
る光学式エンコーダ。