(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号パターンを読み取り可能な複数のセンサを含み、前記複数のセンサの位置が異なるように配列されたセンサ集合体及び前記信号パターンを含む基体を含むエンコーダユニットと、前記センサ集合体の出力から、前記センサ集合体と前記基体との絶対位置を算出する演算装置と、を有し、
前記センサ集合体と前記基体とが相対的に移動すると、前記複数のセンサの検知範囲を前記信号パターンが移動するアブソリュートエンコーダであって、
前記センサ集合体は、第１の電圧検出端子と、前記第１の電圧検出端子と所定抵抗を介して接続される第２の電圧検出端子とを有し、
電源電圧が前記複数のセンサに印加され、前記複数のセンサがそれぞれ前記第１の電圧検出端子及び前記第２の電圧検出端子の間に出力可能であって、隣り合うセンサ同士がそれぞれのセンサから前記第１の電圧検出端子までの間で抵抗値が異なるように前記所定抵抗と接続され、
前記演算装置は、前記第１の電圧検出端子の第１電圧出力と前記第２の電圧検出端子の第２電圧出力とを減算した減算値を、前記第１電圧出力と前記第２電圧出力とを加算した加算値で除算した電圧値をセンサ出力として出力することを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
【請求項２】
信号パターンを読み取り可能な複数のセンサを含み、前記複数のセンサの位置が異なるように配列されたセンサ集合体及び前記信号パターンを含む基体を含むエンコーダユニットと、前記センサ集合体の出力から、前記センサ集合体と前記基体との絶対位置を算出する演算装置と、を有し、
前記センサ集合体と前記基体とが相対的に移動すると、前記複数のセンサの検知範囲を前記信号パターンが移動するアブソリュートエンコーダであって、
前記センサ集合体は、第１の電圧検出端子と、前記第１の電圧検出端子と所定抵抗を介して接続される第２の電圧検出端子とを有し、
電源電圧が前記複数のセンサに印加され、前記複数のセンサがそれぞれ前記第１の電圧検出端子及び前記第２の電圧検出端子の間に出力可能であって、隣り合うセンサ同士がそれぞれのセンサから前記第１の電圧検出端子までの間で抵抗値が異なるように前記所定抵抗と接続され、
前記演算装置は、前記第１の電圧検出端子の第１電圧出力と前記第２の電圧検出端子の第２電圧出力とを減算した減算値をセンサ出力として出力することを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
【請求項３】
前記信号パターンが前記複数のセンサのうち隣り合う一組のセンサの両方で検知可能である請求項１又は２に記載のアブソリュートエンコーダ。 
【請求項４】
前記複数のセンサが受光素子であり、前記信号パターンが基体とは光の反射率の異なるパターンである請求項１から３のいずれか１項に記載のアブソリュートエンコーダ。 
【請求項５】
前記複数のセンサが磁気センサであり、前記信号パターンが磁界を形成するパターンである請求項１から３のいずれか１項に記載のアブソリュートエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶対的な位置又は角度を検出するアブソリュートエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダは、各種機械装置において、可動要素の位置や角度を検出するために用いられている。一般に、エンコーダは、相対的な位置又は角度を検出するエンコーダと、絶対的な位置又は角度を検出するエンコーダがある。絶対的な位置又は角度を検出するエンコーダは、アブソリュートエンコーダと呼ばれる（特許文献１）。近年アブソリュートエンコーダは、適用する各種機械の小型化や高精度化に対応するため、小型化及び高分解能の両立が求められている。
【０００３】
また、他のアブソリュートエンコーダ（特許文献２）では、回転円板に当該回転円板の回転角度に応じて半径が変動する円に近似した曲線からなる光学的に検出可能な光学パターンを形成し、これを、回転円板の回転方向に向けて９０度の角度離れた位置に配置した第１及び第２の光学センサによって検出することにより、９０度位相のずれた信号を生成し、これらの２つの信号に基づき、レゾルバ・デジタルコンバータにおいて必要ビット数のアブソリュート信号群を生成して出力するようにしている。
【０００４】
磁気式のアブソリュートエンコーダ（特許文献３）では、回転側軌道輪である内輪に同心に取り付けられた環状の磁気エンコーダと、固定側軌道輪である外輪に取り付けられて前記磁気エンコーダの磁気を検出する磁気センサとを備え、回転側軌道輪の絶対角度を検出することが知られている。磁気エンコーダは、例えばその磁石の厚さが一周にわたり連続的に変化するものとする。これにより、磁気センサの検出する磁界の強さが、磁気エンコーダの１周にわたり連続的に変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３４４３５９号公報
【特許文献２】特開平９−９６５４４号公報
【特許文献３】特開２００６−３２２４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、アブソリュートエンコーダの分解能を高めようとすると、トラック数を多くする必要がある。トラック数を多くすると、回転円板の大きさが大きくなる。アブソリュートエンコーダは、分解能を高めようとすると小型化できずコストも増加する。また、特許文献２及び特許文献３のアブソリュートエンコーダでは、信号パターンに対応するセンサを１つしか使用しないため、センサの個体差を考慮する必要がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、トラック数を増やさなくても高分解能であり、かつセンサの個体差による影響を低減できるアブソリュートエンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るアブソリュートエンコーダは、信号パターンを読み取り可能な複数のセンサを含み、前記複数のセンサの位置が異なるように配列されたセンサ集合体及び前記信号パターンを含む基体を含むエンコーダユニットと、前記センサ集合体の出力から、前記センサ集合体と前記基体との絶対位置を算出する演算装置と、を有し、前記センサ集合体と前記基体とが相対的に移動すると、前記複数のセンサの検知範囲を前記信号パターンが移動することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るアブソリュートエンコーダでは、前記複数のセンサの検知範囲を前記信号パターンが移動することで、トラック数を多くする必要がなく、アブソリュートエンコーダの分解能を高めることができる。その結果、アブソリュートエンコーダの基体は小さくなり、アブソリュートエンコーダが小型にできる。また、複数のセンサを有しているので、１つのセンサの個体差の影響が低減できる。
【００１０】
本発明の望ましい態様として、前記信号パターンが前記複数のセンサのうち隣り合う一組のセンサの両方で検知可能であることが好ましい。その結果、複数のセンサの検知範囲を信号パターンが移動しても検知範囲の盲点ができないようになる。
【００１１】
本発明の望ましい態様として、前記センサ集合体は、第１の電圧検出端子と、前記第１の電圧検出端子と所定抵抗を介して接続される第２の電圧検出端子とを有し、電源電圧が前記複数のセンサに印加され、前記複数のセンサがそれぞれ前記第１の電圧検出端子及び前記第２の電圧検出端子の間に出力可能であって、隣り合うセンサ同士がそれぞれのセンサから前記第１の電圧検出端子までの間で抵抗値が異なるように前記所定抵抗と接続され、前記演算装置は、前記第１の電圧検出端子の第１電圧出力と前記第２の電圧検出端子の第２電圧出力とを減算した減算値を、前記第１電圧出力と前記第２電圧出力とを加算した加算値で除算した電圧値をセンサ出力として出力することが好ましい。
【００１２】
本発明に係るアブソリュートエンコーダでは、複数のセンサの電流分布の中心位置が（（第１の電圧出力Ｖ１−第２の電圧出力Ｖ２）／（第１の電圧出力Ｖ１＋第２の電圧出力Ｖ２））に比例している。複数のセンサの電流分布の中心位置は、単一のセンサで検出する場合と比較して、複数のセンサのばらつきが平均されて出力されるのでセンサの個体差による影響を低減できる。また、（第１の電圧出力Ｖ１−第２の電圧出力Ｖ２）を確認しているので、光量や磁界の外乱や環境条件に左右されず、安定したセンサ出力を出力する。その結果、アブソリュートエンコーダでは、エラーを生じるおそれを低減できる。
【００１３】
本発明の望ましい態様として、前記センサ集合体は、第１の電圧検出端子と、前記第１の電圧検出端子と所定抵抗を介して接続される第２の電圧検出端子とを有し、電源電圧が前記複数のセンサに印加され、前記複数のセンサがそれぞれ前記第１の電圧検出端子及び前記第２の電圧検出端子の間に出力可能であって、隣り合うセンサ同士がそれぞれのセンサから前記第１の電圧検出端子までの間で抵抗値が異なるように前記所定抵抗と接続され、前記演算装置は、前記第１の電圧検出端子の第１電圧出力と前記第２の電圧検出端子の第２電圧出力とを減算した減算値をセンサ出力として出力する。
【００１４】
本発明に係るアブソリュートエンコーダでは、複数のセンサの電流分布の中心位置が（（第１の電圧出力Ｖ１−第２の電圧出力Ｖ２）に比例している。複数のセンサの電流分布の中心位置は、単一のセンサで検出する場合と比較して、複数のセンサのばらつきが平均されて出力されるのでセンサの個体差による影響を低減できる。また、（第１の電圧出力Ｖ１−第２の電圧出力Ｖ２）を確認しているので、光量や磁界の外乱や環境条件に左右されず、安定したセンサ出力を出力する。その結果、アブソリュートエンコーダでは、エラーを生じるおそれを低減できる。また、簡易に演算できるので、演算装置の構成を簡素にできる。
【００１５】
本発明の望ましい態様として、アブソリュートエンコーダは、前記複数のセンサが受光素子であり、前記信号パターンが前記基体とは光の反射率の異なるパターンであることが好ましい。本発明のアブソリュートエンコーダでは、簡易なパターンで構成できるので、製造コストを下げることができる。
【００１６】
本発明の望ましい態様として、アブソリュートエンコーダは、前記複数のセンサが磁気センサであり、前記信号パターンが磁界を形成するパターンであることが好ましい。本発明のアブソリュートエンコーダでは、簡易なパターンで構成できるので、製造コストを下げることができる。また、仮にセンサ集合体と信号パターンの間に異物が混入する場合であってもアブソリュートエンコーダが動作することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のアブソリュートエンコーダによれば、トラック数を増やさなくても高分解能であり、かつセンサの個体差による影響を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施形態に係るアブソリュートエンコーダの構成図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るエンコーダユニットの構成図である。
【図３】図３は、図２に示すエンコーダユニットの断面図である。
【図４】図４は、エンコーダユニットの他の変形例を示す部分構成図である。
【図５】図５は、本実施形態に係るセンサと信号パターンとの関係を説明するための模式図である。
【図６】図６は、本実施形態に係るセンサ接続回路を説明するための説明図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る演算処理部の構成図である。
【図８】図８は、本実施形態に係るセンサ出力と回転角度の関係を説明するための説明図である。
【図９】図９は、本実施形態に係るエンコーダユニットの構成図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係るセンサと信号パターンとの関係を説明するための模式図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係るセンサ接続回路を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るアブソリュートエンコーダの構成図である。図２は、本実施形態に係るエンコーダユニットの構成図である。図３は、図２に示すエンコーダユニットの断面図である。まず、図１を用いて、本実施形態に係るアブソリュートエンコーダの概要を説明する。
【００２１】
図１に示すように、アブソリュートエンコーダ１００は、エンコーダユニット１と、演算装置４０とを有している。アブソリュートエンコーダ１００の演算装置４０は、モータ等の回転機械の制御部６５と接続されている。エンコーダユニット１は、図２及び図３を用いて、詳細に後述する。演算装置４０は、センサ信号処理回路４１と、演算処理部４２とを有している。演算処理部４２は、ＡＤ変換部５１、５２と、角度演算部６１、６２と、角度合成部６３とを有している。本実施形態に係るアブソリュートエンコーダ１００では、絶対位置データＤとして角度情報である絶対角度データを制御部６５へ出力する。なお、アブソリュートエンコーダ１００は、絶対位置データＤを座標等で出力してもよい。
【００２２】
図２及び図３に示すように、エンコーダユニット１は、基体であるロータ３０と、複数のセンサ集合体（読取部）１０、２０と、シャフト３８とを有している。ロータ３０は、円板形状の部材である。ロータ３０は、シリコン、ガラス、高分子材料等で形成されている。ロータ３０は、信号パターン３１を一方の板面である基体表面３２に有している。また、ロータ３０には、板面の回転中心Ｏと、シャフト３８の中心軸が一致するようにシャフト３８が取り付けられている。
【００２３】
図２及び図３に示すシャフト３８は、ロータ３０に取り付けられると共に、モータ等の回転機械に連結されている。シャフト３８がモータからの回転により回転すると、シャフト３８に連動してロータ３０が回転中心Ｏを中心として回転する。
【００２４】
信号パターン３１は、ロータ３０の径方向に一定幅で形成された曲線帯状のパターンである。信号パターン３１は、基体表面３２とは光の反射率の異なるパターンでできている。本実施形態では、例えば、金（Ａｕ）をロータ３０の表面に成膜して信号パターン３１が形成される。他の変形例としては、ロータ３０の円板と同形状の紙を用意し、下地を黒色に、信号パターン３１を白色に印刷し、基体表面３２に貼り付けることで、信号パターン３１を形成する。
【００２５】
図２に示す信号パターン３１の内周での位置を表す位置ｍから回転中心Ｏまでの距離ＸＰについて説明する。図２においては、回転中心を通る互いに直交する直線がラインＬ１、Ｌ２である。ラインＬ１が信号パターン３１の内周と交わる点を位置ｍ０及び位置ｍ１８０とする。また、ラインＬ２が信号パターン３１の内周と交わる点を位置ｍ９０及び位置ｍ２７０とする。信号パターン３１は、位置ｍ０が信号パターン３１の内周のなかで、最も転中心Ｏまでの距離が短い。信号パターン３１の内周での位置を表す位置ｍが位置ｍ０にあるとき、距離ＸＰは距離Ｘ０となり、距離Ｘ０は位置ｍから回転中心Ｏまでの最短距離を表す。信号パターン３１の内周での位置を表す位置ｍが位置ｍ０にあるときを基準として、回転中心Ｏを中心に中心角θＰが中心角０°（位置ｍ０）から中心角１８０°（位置ｍ１８０）まで位置ｍ９０を経由して動いたときの位置ｍの距離ＸＰは、下記式１のように変化する。式１のｋは、０でない定数である。
【００２６】
【数１】
0005594047.tif 000002
【００２７】
距離ＸＰは、中心角θＰに応じて必ず異なる距離となる。これにより、位置ｍは、ロータ３０の中心角０°から中心角１８０°に応じてロータ３０の径方向の距離が異なる。次に、信号パターン３１の内周での位置を表す位置ｍが位置ｍ０にあるときを基準として、回転中心Ｏを中心に中心角θＰが中心角１８０°（位置ｍ１８０）から中心角３６０°（０°、位置ｍ０）まで位置ｍ27０を経由して動いたときの位置ｍの距離ＸＰは、下記式２のように変化する。式２のｋは、０でない定数である。
【００２８】
【数２】
0005594047.tif 000003
【００２９】
信号パターン３１は、ラインＬ１に対して、線対称形状をしている。また、信号パターン３１は、ラインＬ２に対して、非対称形状をしている。距離ＸＰは、中心角θＰに応じて必ず異なる距離となる。これにより、位置ｍは、ロータ３０の中心角１８０°から中心角３６０°（０°）に応じてロータ３０の径方向の位置が異なる。
【００３０】
信号パターン３１は、回転角θＰに応じて位置ｍが必ず異なる距離ＸＰとなれば、図３のパターンに限られない。例えば、他の変形例としては、図４に示す信号パターン３３がある。図４においては、回転中心を通る互いに直交する直線がラインＬ１、Ｌ２である。ラインＬ１が信号パターン３３の内周と交わる点を位置ｎ０及び位置ｎ１８０とする。また、ラインＬ２が信号パターン３１の内周と交わる点を位置ｎ９０及び位置ｎ２７０とする。信号パターン３３は、位置ｎ０が信号パターン３３の内周のなかで、最も回転中心Ｏまでの距離が短い。信号パターン３３の内周での位置を表す位置ｎが位置ｎ０にあるとき、距離ＸＰは距離Ｘ０となり、距離Ｘ０は位置ｎから回転中心Ｏまでの最短距離を表す。信号パターン３３の内周での位置を表す位置ｍが位置ｎ０にあるときを基準として、回転中心Ｏを中心に中心角θＰが中心角０°から中心角３６０°まで動いたときの位置ｎの距離ＸＰは、下記式３のように変化する。式３のｋは、０でない定数である。
【００３１】
【数３】
0005594047.tif 000004
【００３２】
距離ＸＰは、中心角θＰに応じて必ず異なる距離となる。回転中心Ｏを中心に中心角３６０°動かすと、ラインＬ１上でｎ０とｎ３６０が重なり合わない位置にある。また、信号パターン端部３３ａと信号パターン端部３３ｂとが不連続となっている。これにより、位置ｎは、ロータ３０の回転角度０°から回転角度３６０°（０°）に応じてロータ３０の径方向の位置が異なる。本実施形態１の信号パターン３１は、変形例の信号パターン３３に比べて信号パターン端部の不連続点がないためセンサ集合体の出力が連続的に変化できる。このため、本実施形態１の信号パターン３１は変形例の信号パターン３３に比べて、ロータ３０が連続回転する場合にセンサ出力の処理が容易である。
【００３３】
センサ集合体１０、２０は、シャフト３８及びロータ３０とは独立なステータに固定されている。センサ集合体１０、２０は、ロータ３０が回転すると、センサ集合体１０、２０とロータ３０との相対位置が変化する。センサ集合体（読取部）１０、２０は、ロータ３０との相対位置の位相がずれるように配置された同一構造のセンサ集合体である。図２に示すセンサ集合体（読取部）１０、２０の位相のずれは、９０°である。センサ集合体（読取部）１０、２０の位相のずれは、１８０°以外であればよい。以下、センサ集合体１０を代表して説明する。
【００３４】
図５は、本実施形態に係るセンサと信号パターンとの関係を説明するための模式図である。図６は、本実施形態に係るセンサ接続回路を説明するための説明図である。図５に示すように、センサ集合体１０は、光センサ１１、１２、１３、１４、１５及びセンサ基板１６を有している。光センサ１１、１２、１３、１４、１５は、ロータ３０に対向する側のセンサ基板１６上にセンサ間隔ｐごとに配列されている。図５に示すように、ロータ３０に、センサ集合体１０が対向すると、センサ基板１６とロータ３０の基体表面３２と平行となり、光センサ１１、１２、１３、１４、１５と基体表面３２との距離ｄは、一定となる。光センサ１１、１２、１３、１４、１５は、各々ロータ３０の径方向に対して位置が異なっている。なお、センサ集合体１０、２０は、光センサの数は複数であればよく、５つに限定されない。センサの数が増加すると、アブソリュートエンコーダ１００の分解能が向上する。
【００３５】
本実施形態では、光センサ１１、１２、１３、１４、１５は、信号パターン３１を読み取り可能な反射方式のフォトインタラプタである。図６に示す光センサ１１、１２、１３、１４、１５は、各々発光素子１１１、１２１、１３１、１４１、１５１及び受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２を有している。発光素子１１１、１２１、１３１、１４１、１５１は、同一の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２は、同一のフォトトランジスタである。発光素子１１１、１２１、１３１、１４１、１５１は、基体表面３２へ発光し、受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２が基体表面３２からの反射光を受光する。基体表面３２へ発光された光が反射する反射強度は、基体表面３２と信号パターン３１とで比較すると、信号パターン３１の強度が高くなっている。受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２は、信号パターン３１の反射光を受光すると、電流量が増加する。なお、受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２は、フォトダイオードをもちいることもできる。
【００３６】
図５に示す光センサ１１、１２、１３、１４、１５には、センサ固有の感度範囲により制限される検知範囲Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４、Ｄ１５がある。検知範囲Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４、Ｄ１５は、少なくとも隣接する検知範囲が重複する領域Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４を有している。領域Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４では、隣接する検知範囲となるセンサ同士が信号パターン３１を検知可能である。信号パターン３１が複数のセンサのうち隣り合う一組のセンサの両方で検知可能な検知範囲が存在すれば、検知範囲の盲点ができないようになる。このためには、検知範囲Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４、Ｄ１５、センサ間隔ｐ、基体表面３２との距離ｄ、信号パターン幅Ｗを調整することが望ましい。例えば、センサ及び基板自体の大きさの制約よりセンサ間隔ｐを決定し、光センサ１１、１２、１３、１４、１５の出力特性と検知範囲とを考慮して基体表面３２との距離ｄを決定し、信号パターン幅Ｗが調整される。
【００３７】
センサ基板１６には、図６に示すセンサ接続回路１７が形成されている。センサ接続回路１７は、電源電圧ＶＤＤ１、ＶＤＤ２と、抵抗ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、ｒ１４、ｒ１５、ｒ１６、Ｒ１、Ｒ２、ＲＬＥＤと、電圧検出端子Ｔ１、Ｔ２と、光センサ１１、１２、１３、１４、１５とを接続する回路である。
【００３８】
発光素子１１１、１２１、１３１、１４１、１５１は、直列接続されている。直列接続された発光素子の一端である発光素子１１１が電源電圧ＶＤＤ２と抵抗ＲＬＥＤを介して接続され、他端である発光素子１５１が基準電位（ＧＮＤ）に接続されている。発光素子１１１、１２１、１３１、１４１、１５１は一定の電流で駆動され発光する。
【００３９】
受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２の各コレクタ端子は、すべて電源電圧ＶＤＤ１に接続されている。抵抗ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、ｒ１４、ｒ１５、ｒ１６は、直列に接続されている抵抗群である。抵抗ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、ｒ１４、ｒ１５、ｒ１６はいずれも同一の抵抗値である。抵抗群の一端の抵抗ｒ１１は電圧検出端子Ｔ２に接続し、他端の抵抗ｒ１６は電圧検出端子Ｔ１に接続されている。電圧検出端子Ｔ２は、抵抗ｒ１１と接続すると共に、抵抗Ｒ２を介して基準電位（ＧＮＤ）に接続されている。電圧検出端子Ｔ１は、抵抗ｒ１６と接続すると共に、抵抗Ｒ１を介して基準電位（ＧＮＤ）に接続されている。
【００４０】
受光素子１１２のエミッタ端子は、抵抗ｒ１１と抵抗ｒ１２との間に接続されている。同様に、受光素子１２２のエミッタ端子は、抵抗ｒ１２と抵抗ｒ１３との間に接続されている。受光素子１３２のエミッタ端子は、抵抗ｒ１３と抵抗ｒ１４との間に接続されている。受光素子１４２のエミッタ端子は、抵抗ｒ１４と抵抗ｒ１５との間に接続されている。受光素子１５２のエミッタ端子は、抵抗ｒ１５と抵抗ｒ１６との間に接続されている。つまり、電源電圧が複数のセンサに印加され、複数のセンサがそれぞれ電圧検出端子Ｔ１及び電圧検出端子Ｔ２の間に出力可能であって、隣り合うセンサ同士がそれぞれのセンサから第１の電圧検出端子までの間で抵抗値が異なるように所定抵抗である抵抗ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、ｒ１４、ｒ１５、ｒ１６とはしご状に接続されている。
【００４１】
電圧検出端子Ｔ１は、電圧Ｖ１を出力する。電圧検出端子Ｔ２は、電圧Ｖ２を出力する。電圧検出端子Ｔ１、Ｔ２は、図１に示すセンサ信号処理回路４１に接続されている。センサ信号処理回路４１は、センサ集合体１０、２０の各電圧検出端子Ｔ１、Ｔ２から出力される電圧Ｖ１、及びＶ２の電圧信号Ｓ１、Ｓ２を受け取り、センサ出力Ｇ１及びＧ２を演算処理部４２へ出力するアナログ回路である。例えば、センサ信号処理回路４１は、センサ集合体１０の電圧信号Ｓ１をＧ１＝（（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２））として処理するアナログ回路である。また、センサ信号処理回路４１は、センサ集合体２０の電圧信号Ｓ２をＧ２＝（（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２））として処理するアナログ回路である。これにより、センサ信号処理回路４１は、第１の電圧検出端子Ｔ１の第１電圧出力Ｖ１と第２の電圧検出端子Ｔ２の第２電圧出力Ｖ２とを減算した減算値を、第１の電圧検出端子Ｔ１の第１電圧出力Ｖ１と第２の電圧検出端子Ｔ２の第２電圧出力Ｖ２とを加算した加算値で除算した電圧値をセンサ出力Ｇ１、Ｇ２として出力する。
【００４２】
センサ出力Ｇ１、Ｇ２は、各受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２に流れている電流分布の中心位置が（（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２））に比例していることを示している。電流分布の中心位置とは、各受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２のフォトトランジスタのうち反射光が高い位置を表す値となる。単一のセンサで検出する場合と比較して、本実施形態のセンサ出力Ｇ１、Ｇ２は、受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２のばらつきを平均して、出力できるので、センサの個体差による影響を低減できる。
【００４３】
なお、本実施形態では、（Ｖ１＋Ｖ２）は、すべての受光素子が受光した光量の総和に比例することが見いだされた。例えば、光センサ１１、１２、１３、１４、１５と基体表面３２との距離ｄが一定で、信号パターン幅Ｗが一定の条件であれば、受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２が受光する光量の総和が常に一定と見なされる。その結果、（Ｖ１＋Ｖ２）は一定と見なされるので、上述のセンサ信号処理回路４１では、センサ集合体１０の電圧信号Ｓ１をＧ１＝（Ｖ１−Ｖ２）として処理すればよい。同様に、センサ信号処理回路４１は、センサ集合体２０の電圧信号Ｓ２をＧ２＝（Ｖ１−Ｖ２）として処理する。センサ信号処理回路４１では、（Ｖ１＋Ｖ２）の加算処理及び、（Ｖ１−Ｖ２）を（Ｖ１＋Ｖ２）で除算する除算処理を省略することができる。これにより、センサ信号処理回路を簡素にすることができる。このセンサ信号処理回路４１は、第１の電圧検出端子Ｔ１の第１電圧出力Ｖ１と第２の電圧検出端子Ｔ２の第２電圧出力Ｖ２とを減算した減算値を、センサ出力Ｇ１、Ｇ２として出力する。センサ出力Ｇ１、Ｇ２は、各受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２に流れている電流分布の中心位置が（Ｖ１−Ｖ２）に比例する。これにより、電流分布の中心位置とは、各受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２のフォトトランジスタのうち反射光が高い位置を表す値となる。単一のセンサで検出する場合と比較して、本実施形態のセンサ出力Ｇ１、Ｇ２は、受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２のばらつきを平均して、出力できるので、センサの個体差による影響を低減できる。
【００４４】
図７は、本実施形態に係る演算処理部の構成図である。演算処理部４２は、マイクロコンピュータ（マイコン）等のコンピュータであり、入力インターフェース４２ａと、出力インターフェース４２ｂと、ＣＰＵ４２ｃと、ＲＯＭ４２ｄと、ＲＡＭ４２ｅと、内部記憶装置４２ｆと、を含んでいる。入力インターフェース４２ａ、出力インターフェース４２ｂ、ＣＰＵ４２ｃ、ＲＯＭ４２ｄ、ＲＡＭ４２ｅ及び内部記憶装置４２ｆは、内部バスに接続されている。
【００４５】
入力インターフェース４２ａは、センサ信号処理回路４１からのセンサ出力Ｇ１、Ｇ２を受け取り、ＣＰＵ４２ｃに出力する。出力インターフェース４２ｂは、ＣＰＵ４２ｃから絶対位置データＤを受け取り、制御部６５に出力する。
【００４６】
ＲＯＭ４２ｄには、ＢＩＯＳ等のプログラムが記憶されている。内部記憶装置４２ｆは、例えばＨＤＤやフラッシュメモリ等であり、オペレーティングシステムプログラムやアプリケーションプログラムを記憶している。ＣＰＵ４２ｃは、ＲＡＭ４２ｅをワークエリアとして使用しながらＲＯＭ４２ｄや内部記憶装置４２ｆに記憶されているプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。
【００４７】
内部記憶装置４２ｆは、絶対位置（絶対角度）とセンサ出力Ｇ１、Ｇ２とを対応付けた絶対位置（絶対角度）データベースが記憶されている。演算処理部４２は、上述したコンピュータにより、図１に示すＡＤ変換部５１、５２、角度演算部６１、６２、角度合成部６３を含む。ＡＤ変換部５１、５２は、入力インターフェース４２ａを用いてアナログデータをデジタル変換する。角度演算部６１、６２は、ＣＰＵ４２ｃがＲＡＭ４２ｅを一時記憶のワークエリアとして使用しながら、内部記憶装置４２ｆに記憶された絶対位置（絶対角度）データベースにセンサ出力Ｇ１、Ｇ２を与えて、絶対位置（絶対角度）を導出する演算処理を行う。角度合成部６３は、角度演算部６１と角度演算部６２との演算結果から最終的な絶対角度を判断し、制御部６５へ出力インターフェース４２ｂを介して絶対位置データ（絶対角度データ）Ｄを出力する。
【００４８】
次に、図１、図２及び図５から図８を参照しながら、エンコーダユニット１を有するアブソリュートエンコーダ１００の絶対角度検出の手順を説明する。図８は、本実施形態に係るセンサ出力と回転角度の関係を説明するための説明図である。エンコーダユニット１は、シャフト３８がモータからの回転により回転すると、シャフト３８に連動してロータ３０が回転中心Ｏを中心として回転する。センサ集合体１０、２０と、ロータ３０との相対位置が変化し、センサ集合体１０、２０がロータ３０上の信号パターン３１の反射光を検出する。
【００４９】
例えば、センサ集合体１０の対向する位置がｍ０であるとき、図５に示す光センサ１１と光センサ１２の検知範囲Ｄ１１、Ｄ１２に信号パターン３１が存在する。センサ集合体１０の対向する位置がｍ９０であるとき、図５に示す光センサ１２と光センサ１３の検知範囲Ｄ１２、Ｄ１３に信号パターン３１が存在する。センサ集合体１０の対向する位置がｍ１８０であるとき、図５に示す光センサ１４と光センサ１５の検知範囲Ｄ１４、Ｄ１５に信号パターン３１が存在する。センサ集合体１０とロータ３０とが相対的に移動すると、信号パターン３１が検知範囲Ｄ１１から検知範囲Ｄ１５へ移動することになる。
【００５０】
信号パターン３１が検知範囲Ｄ１１から検知範囲Ｄ１５へ移動すると、図６に示す電圧検出端子Ｔ１の電圧Ｖ１が高くなり、電圧検出端子Ｔ２の電圧Ｖ２が低くなる。センサ信号処理回路４１は、センサ集合体１０の電圧信号Ｓ１をセンサ出力Ｇ１＝（（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２））として処理し、センサ集合体２０の電圧信号Ｓ２をセンサ出力Ｇ２＝（（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２））として処理すると、図８に示すようにセンサ出力Ｇ１、Ｇ２を増減する。
【００５１】
演算装置４０は、図８に示すセンサ出力と回転角度の関係を絶対角度とセンサ出力とを対応付けた絶対位置（絶対角度）データベースとして内部記憶装置４２ｆに記憶してある。アナログデータであるセンサ出力Ｇ１、Ｇ２は、ＡＤ変換部５１、５２によりデジタル変換され、角度演算部６１、６２に送られる。角度演算部６１、６２は、デジタル変換されたセンサ出力Ｇ１、Ｇ２を絶対位置（絶対角度）データベースに与え、回転角度θのデータをえる。角度演算部６１、６２は、デジタル変換されたセンサ出力Ｇ１、Ｇ２を用いて演算により回転角度θのデータを求めてもよい。この場合、角度合成部６３は、角度演算部６１、６２でえられた複数の回転角度θのデータから、角度差の絶対値が最小となる絶対位置データ（絶対角度データ）Ｄを求めて出力する。
【００５２】
また、角度合成部６３は、例えばセンサ出力Ｇ１、Ｇ２の大小関係を用いて絶対位置データ（絶対角度データ）Ｄを求めて出力してもよい。あるいは、角度合成部６３は、角度演算部６１、６２でえられた複数の回転角度θのデータを組み合わせて、差分の絶対値を算出し、差分の絶対値を用いて絶対位置データ（絶対角度データ）Ｄを求めて出力してもよい。
【００５３】
本実施形態では、演算装置４０は、センサ信号処理回路４１と、演算処理部４２とを有している。他の変形例として、演算装置４０は、センサ信号処理回路４１を省略することができる。センサ信号処理回路４１を省略する場合、演算処理部４２は、直接センサ集合体１０、２０の各電圧検出端子Ｔ１、Ｔ２から出力される電圧Ｖ１、及びＶ２の電圧信号Ｓ１、Ｓ２を受け取る。ＡＤ変換部５１、５２は、入力インターフェース４２ａを用いて電圧Ｖ１、及びＶ２の電圧信号Ｓ１、Ｓ２をデジタル変換する。ＣＰＵ４２ｃがＲＡＭ４２ｅを一時記憶のワークエリアとして使用しながら、センサ集合体１０の電圧信号Ｓ１をＧ１＝（（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２））として処理する。また、ＣＰＵ４２ｃがＲＡＭ４２ｅを一時記憶のワークエリアとして使用しながら、センサ集合体２０の電圧信号Ｓ２をＧ２＝（（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２））として処理する。
【００５４】
本実施形態では、ラインＬ１に対して線対称である信号パターン３１とセンサ集合体１０、２０とを有しているので、ＡＤ変換部５１、５２と、角度演算部６１、６２と、角度合成部６３とが必要である。また、信号パターン３１であっても、動作範囲が１８０°より小さい角度である回転角度の製品に適用する場合には、センサ集合体と、ＡＤ変換部と、角度演算部とは１つでよく、角度合成部は不要とすることもできる。また、ロボットの関節のように、動作範囲が３６０°より小さい角度である製品に適用する場合には、図４に示す信号パターン３３のようなラインＬ１に対して非対称な信号パターンを用いることができる。このとき、ロータ３０の回転角度に対して信号パターン３３の径方向の位置は唯一に定まるのでセンサ集合体と、ＡＤ変換部と、角度演算部とは１つでよく、角度合成部は不要とすることもできる。
【００５５】
上述したアブソリュートエンコーダ１００は、信号パターン３１を読み取り可能な複数の光センサ１１、１２、１３、１４、１５を含み、複数の光センサ１１、１２、１３、１４、１５の位置が異なるように配列されたセンサ集合体１０、２０と、信号パターン３１を含む基体であるロータ３０と、を含むエンコーダユニット１と、センサ集合体１０、２０のセンサ出力Ｇ１、Ｇ２から、センサ集合体１０、２０とロータ３０との絶対位置を算出する演算装置４０と、を有する。センサ集合体１０、２０とロータ３０とが相対的に移動すると、複数の受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２の検知範囲Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４、Ｄ１５を信号パターン３１が移動する。
【００５６】
本実施形態のアブソリュートエンコーダでは、複数のセンサの検知範囲を信号パターンが移動することで、トラック数を多くする必要がなく、アブソリュートエンコーダの分解能を高めることができる。その結果、アブソリュートエンコーダのロータは小さくなり、アブソリュートエンコーダが小型にできる。
【００５７】
また、信号パターン３１が複数の受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２のうち隣り合う一組のセンサの両方で検知可能であることが好ましい。その結果、複数のセンサの検知範囲を信号パターンが移動しても検知範囲の盲点ができないようになる。
【００５８】
また、センサ集合体１０、２０は第１の電圧検出端子Ｔ１と、第１の電圧検出端子Ｔ１と所定抵抗である抵抗ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、ｒ１４、ｒ１５、ｒ１６とで直列接続される第２の電圧検出端子Ｔ２とを有し、電源電圧ＶＤＤ１が複数の受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２に印加され、複数の受光素子１１２、１２２、１３２、１４２、１５２がそれぞれ第１の電圧検出端子Ｔ１及び第２の電圧検出端子Ｔ２間に出力可能であって、隣り合うセンサ同士がそれぞれのセンサから第１の電圧検出端子までの間で抵抗値が異なるように所定抵抗である抵抗ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、ｒ１４、ｒ１５、ｒ１６のいずれかと接続され、演算装置４０は、第１の電圧検出端子Ｔ１の第１電圧出力Ｖ１と第２の電圧検出端子Ｔ２の第２電圧出力Ｖ２とを減算した減算値を、第１の電圧検出端子Ｔ１の第１電圧出力Ｖ１と第２の電圧検出端子Ｔ２の第２電圧出力Ｖ２とを加算した加算値で除算した電圧値をセンサ出力Ｇ１、Ｇ２として出力することが好ましい。
【００５９】
本実施形態のアブソリュートエンコーダでは、複数のセンサの電流分布の中心位置が（（第１の電圧出力Ｖ１−第２の電圧出力Ｖ２）に比例している。複数のセンサの電流分布の中心位置は、単一のセンサで検出する場合と比較して、複数のセンサのばらつきが平均されて出力されるのでセンサの個体差による影響を低減できる。また、（第１の電圧出力Ｖ１−第２の電圧出力Ｖ２）を確認しているので、光量の外乱や環境条件に左右されず、安定したセンサ出力を出力する。
【００６０】
例えば、先行技術文献のアブソリュートエンコーダ（特許文献２）では、センサを１つしか使用しないため、センサの個体差を考慮する必要がある。個体差を考慮するには、個体毎にセンサ出力から回転角度データに変換する係数や変換マップの調整を行う必要がある。また、先行技術文献のアブソリュートエンコーダ（特許文献２）では、位置検出素子の電流出力は、光が入射する他方の端子から所定距離に応じた電流値に比例する。外乱や環境条件により光量が変化する場合、先行技術文献のアブソリュートエンコーダ（特許文献２）では、電流値が変化してしまうので、正しい絶対位置を出力できない。これに対し、本実施形態のアブソリュートエンコーダでは、複数のセンサの電流分布の中心位置が（（第１の電圧出力Ｖ１−第２の電圧出力Ｖ２）に比例しているため、外乱や環境条件により光量が変化しても複数のセンサの電流分布の中心位置は変化しない。その結果、アブソリュートエンコーダでは、エラーを生じるおそれを低減できる。
【００６１】
また、本実施形態のアブソリュートエンコーダは、複数のセンサが受光素子であり、信号パターンが基体表面と光の反射率の異なるパターンであることが好ましい。本発明のアブソリュートエンコーダでは、反射光を利用しているためロータにスリット等の透過孔を設ける必要がなく、あるいはロータの材料を透過性のガラスに限定する必要がない。その結果、信号パターンは簡易なパターンで構成できるので、製造コストを下げることができる。
【００６２】
（実施形態２）
図９は、実施形態２に係るエンコーダユニットの構成図である。本実施形態に係るアブソリュートエンコーダでは、エンコーダユニットのセンサ集合体が磁気を受感する磁気センサである点に特徴がある。なお、前述した実施形態で説明したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図１０は、本実施形態に係るセンサと信号パターンとの関係を説明するための模式図である。図１１は、本実施形態に係るセンサ接続回路を説明するための説明図である。
【００６３】
本実施形態に係るアブソリュートエンコーダでは、図１に示すエンコーダユニット１を図９に示すエンコーダユニット２に置き換え、その他の構成は同じである。また、図１のセンサ集合体１０はセンサ集合体７０に対応し、センサ集合体２０はセンサ集合体８０に対応する。図９に示すように、エンコーダユニット２は、基体であるロータ３０と、センサ集合体（読取部）７０、８０と、シャフト３８とを有している。
【００６４】
ロータ３０は、シリコン、ガラス、高分子材料等で形成されている。ロータ３０は、信号パターン３４を一方の板面である基体表面３５に有している。基体表面３５は、非磁性となっている。
【００６５】
信号パターン３４は、上述した図２に示す信号パターン３１と同じ式１及び式２となる距離ＸＰの軌跡を描いている。これにより、信号パターン３４の位置ｍは、ロータ３０の回転角度０°から回転角度１８０°に応じてロータ３０の径方向が異なる位置となり、ロータ３０の回転角度１８０°から回転角度３６０°（０°）に応じてロータ３０の径方向が異なる位置となる。信号パターン３４は、ロータ３０の径方向に一定幅で形成された曲線帯状のパターンである。信号パターン３４は、基体表面３５にマグネットシートをカットして形成される。例えば、マグネットシートはネオジム系希土類磁石を配合したラバー磁石シートが用いられる。信号パターン３４は、センサ集合体７０、８０側がＳ極又はＮ極の単極となるように着磁されている。信号パターン３４は、磁界を形成する。信号パターン３４の変形例としては、フェライト等の強磁性体を基体表面３５に付着させ、着磁して形成してもよい。また、ロータ３０自体を鉄等の強磁性体で形成し、信号パターン３４が形成される基体鏡面３５の逆側面には、永久磁石を配置させる。その上で、信号パターン３４を凸状とすると、信号パターン３４が基体表面３５と信号パターン３４との高低差により磁界強度の異なるパターンとなるようにしてもよい。
【００６６】
センサ集合体７０、８０は、シャフト３８及びロータ３０とは独立なステータに固定されている。センサ集合体７０、８０は、ロータ３０が回転すると、センサ集合体７０、８０とロータ３０との相対位置が変化する。センサ集合体７０、８０は、ロータ３０との相対位置の位相がずれるように配置された同一構造のセンサ集合体である。図９に示すセンサ集合体７０、８０の位相のずれは、９０°である。センサ集合体７０、８０の位相のずれは、１８０°以外であればよい。以下、センサ集合体７０を代表して説明する。
【００６７】
図１０に示すように、センサ集合体７０は、磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５及びセンサ基板７６を有している。磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５は、ロータ３０に対向する側のセンサ基板７６上にセンサ間隔ｐごとに配列されている。図１０に示すように、ロータ３０に、センサ集合体７０が対向すると、センサ基板７６とロータ３０の基体表面３５と平行となり、磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５と基体表面３５との距離ｄは、一定となる。磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５は、各々ロータ３０の径方向に対して位置が異なっている。なお、センサ集合体７０、８０は、センサの数は複数であればよく、５つに限定されない。センサの数が増加すると、アブソリュートエンコーダ１００の分解能が向上する。
【００６８】
本実施形態では、磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５は、信号パターン３４を読み取り可能な磁気センサである。図１０に示す磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５は、同一の磁気抵抗効果素子である。磁気抵抗効果素子は、素子近傍の磁界強度により電気抵抗値が変化する素子である。磁気抵抗効果素子は、例えばＮｉ８１Ｆｅ１９合金膜をセンサ基板７６に成膜して形成する。磁気抵抗効果素子は、抵抗値変化が線形となる領域で素子を使用したいため、Ｎｉ８１Ｆｅ１９合金膜にＡｌ２Ｏ３等の絶縁層を介してＣｏＣｒＰｔ合金等のバイアス磁石を成膜することが望ましい。あるいは、磁気抵抗効果素子の周囲に、バイアス磁石が配置されても抵抗値変化が線形となる領域で素子を使用できる。磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５は、信号パターン３４の磁界を検知すると、信号パターン３４の磁極性により抵抗が増減する。なお、磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５は、巨大磁気抵抗効果素子やホール素子を用いることもできる。
【００６９】
図１０に示す磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５には、光センサほど明瞭ではないがセンサ固有の感度範囲により制限される検知範囲Ｄ７１、Ｄ７２、Ｄ７３、Ｄ７４、Ｄ７５がある。検知範囲Ｄ７１、Ｄ７２、Ｄ７３、Ｄ７４、Ｄ７５は、少なくとも隣接する検知範囲が重複する領域Ｕ７１、Ｕ７２、Ｕ７３、Ｕ７４を有している。領域Ｕ７１、Ｕ７２、Ｕ７３、Ｕ７４では、隣接する検知範囲となるセンサ同士が信号パターン３４を検知可能とする。信号パターン３４が複数のセンサのうち隣り合う一組のセンサの両方で検知可能な検知範囲が存在すれば、検知範囲の盲点ができないようになる。このためには、検知範囲Ｄ７１、Ｄ７２、Ｄ７３、Ｄ７４、Ｄ７５、センサ間隔ｐ、基体表面３５との距離ｄ、信号パターン幅Ｗを調整することが望ましい。センサ及び基板自体の大きさの制約よりセンサ間隔ｐを決定し、磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５の出力特性と検知範囲とを考慮して基体表面３５との距離ｄを決定し、信号パターン幅Ｗが調整される。
【００７０】
基板７６には、図１１に示すセンサ接続回路７７が形成されている。センサ接続回路７７は、上述したセンサ接続回路１７と、発光素子１１１、１２１、１３１、１４１、１５１に関する接続回路を除き、同じ回路を使用している。センサ接続回路７７は、電源電圧ＶＤＤと、抵抗ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、ｒ１４、ｒ１５、ｒ１６、Ｒ１、Ｒ２と、電圧検出端子Ｔ１、Ｔ２と、磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５とを接続する回路である。
【００７１】
磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５の一端は、すべて電源電圧ＶＤＤに接続されている。抵抗ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、ｒ１４、ｒ１５、ｒ１６は、直列に接続されている抵抗群である。抵抗ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、ｒ１４、ｒ１５、ｒ１６はいずれも同一の抵抗値である。抵抗群の一端の抵抗ｒ１１は電圧検出端子Ｔ２に接続し、他端の抵抗ｒ１６は電圧検出端子Ｔ１に接続されている。電圧検出端子Ｔ２は、抵抗ｒ１１と接続すると共に、抵抗Ｒ１を介して基準電位（ＧＮＤ）に接続されている。電圧検出端子Ｔ１は、抵抗ｒ１６と接続すると共に、抵抗Ｒ２を介して基準電位（ＧＮＤ）に接続されている。
【００７２】
磁気センサ７１の他端は、抵抗ｒ１１と抵抗ｒ１２との間に接続されている。同様に、磁気センサ７２の他端は、抵抗ｒ１２と抵抗ｒ１３との間に接続されている。磁気センサ７３の他端は、抵抗ｒ１３と抵抗ｒ１４との間に接続されている。磁気センサ７４の他端は、抵抗ｒ１４と抵抗ｒ１５との間に接続されている。磁気センサ７５の他端は、抵抗ｒ１５と抵抗ｒ１６との間に接続されている。つまり、電源電圧が複数のセンサに印加され、複数のセンサがそれぞれ電圧検出端子Ｔ１及び電圧検出端子Ｔ２の間に出力可能であって、隣り合うセンサ同士がそれぞれのセンサから第１の電圧検出端子までの間で抵抗値が異なるように所定抵抗である抵抗ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、ｒ１４、ｒ１５、ｒ１６とはしご状に接続されている。
【００７３】
電圧検出端子Ｔ１は、電圧Ｖ１を出力する。電圧検出端子Ｔ２は、電圧Ｖ２を出力する。電圧検出端子Ｔ１、Ｔ２は、図１に示すセンサ信号処理回路４１に接続されている。センサ信号処理回路４１は、センサ集合体７０、８０の各電圧検出端子Ｔ１、Ｔ２から出力される電圧Ｖ１、及びＶ２の電圧信号Ｓ１、Ｓ２を受け取り、センサ出力Ｇ１及びＧ２を演算処理部４２へ出力するアナログ回路である。例えば、センサ信号処理回路４１は、センサ集合体７０の電圧信号Ｓ１をＧ１＝（（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２））として処理するアナログ回路である。また、センサ信号処理回路４１は、センサ集合体８０の電圧信号Ｓ２をＧ２＝（（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２））として処理するアナログ回路である。これにより、センサ信号処理回路４１は、第１の電圧検出端子Ｔ１の第１電圧出力Ｖ１と第２の電圧検出端子Ｔ２の第２電圧出力Ｖ２とを減算した減算値を、第１の電圧検出端子Ｔ１の第１電圧出力Ｖ１と第２の電圧検出端子Ｔ２の第２電圧出力Ｖ２とを加算した加算値で除算した電圧値をセンサ出力Ｇ１、Ｇ２として出力する。
【００７４】
センサ出力Ｇ１、Ｇ２は、磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５に流れている電流分布の中心位置が（（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２））に比例していることを示している。電流分布の中心位置とは、磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５の各磁気抵抗効果素子のうち、信号パターン３４の磁界を検出して抵抗が変化している位置を表す値となる。単一のセンサで検出する場合と比較して、本実施形態のセンサ出力Ｇ１、Ｇ２は、磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５のばらつきを平均して、出力できるので、センサの個体差による影響を低減できる。
【００７５】
次に、図１及び図７から図１１を参照しながら、エンコーダユニット２を有するアブソリュートエンコーダ１００の絶対角度検出の手順を説明する。エンコーダユニット２は、シャフト３８がモータからの回転により回転すると、シャフト３８に連動してロータ３０が回転中心Ｏを中心として回転する。センサ集合体７０、８０と、ロータ３０との相対位置が変化し、センサ集合体７０、８０がロータ３０上の信号パターン３４の磁界を検出する。
【００７６】
例えば、センサ集合体７０の対向する位置がｍ０であるとき、図１０に示す磁気センサ７１と磁気センサ７２の検知範囲Ｄ７１、Ｄ７２に信号パターン３４が存在する。センサ集合体７０の対向する位置がｍ９０であるとき、図１０に示す磁気センサ７２と磁気センサ７３の検知範囲Ｄ７２、Ｄ７３に信号パターン３４が存在する。センサ集合体７０の対向する位置がｍ１８０であるとき、図１０に示す磁気センサ７４と磁気センサ７５の検知範囲Ｄ７４、Ｄ７５に信号パターン３４が存在する。センサ集合体７０とロータ３０とが相対的に移動すると、信号パターン３４が検知範囲Ｄ７１から検知範囲Ｄ７５へ移動することになる。
【００７７】
信号パターン３４が検知範囲Ｄ７１から検知範囲Ｄ７５へ移動すると、図１１に示す電圧検出端子Ｔ１の電圧Ｖ１が高くなり、端子Ｔ２の電圧Ｖ２が低くなる。センサ信号処理回路４１は、センサ集合体１０の電圧信号Ｓ１をセンサ出力Ｇ１＝（（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２））として処理し、センサ集合体２０の電圧信号Ｓ２をセンサ出力Ｇ２＝（（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２））として処理すると、図８に示すようにセンサ出力Ｇ１、Ｇ２を増減する。
【００７８】
演算装置４０は、図８に示すセンサ出力と回転角度の関係を絶対角度とセンサ出力とを対応付けた絶対位置（絶対角度）データベースとして内部記憶装置４２ｆに記憶してある。アナログデータであるセンサ出力Ｇ１、Ｇ２は、ＡＤ変換部５１、５２によりデジタル変換され、角度演算部６１、６２に送られる。角度演算部６１、６２は、デジタル変換されたセンサ出力Ｇ１、Ｇ２を絶対位置（絶対角度）データベースに与え、回転角度θのデータをえる。角度演算部６１、６２は、デジタル変換されたセンサ出力Ｇ１、Ｇ２を用いて演算により回転角度θのデータを求めてもよい。この場合、角度合成部６３は、角度演算部６１、６２でえられた複数の回転角度θのデータから、角度差の絶対値が最小となる絶対位置データ（絶対角度データ）Ｄを求めて出力する。
【００７９】
また、角度合成部６３は、例えばセンサ出力Ｇ１、Ｇ２の大小関係を用いて絶対位置データ（絶対角度データ）Ｄを求めて出力してもよい。あるいは、角度合成部６３は、角度演算部６１、６２でえられた複数の回転角度θのデータを組み合わせて、差分の絶対値を算出し、差分の絶対値を用いて絶対位置データ（絶対角度データ）Ｄを求めて出力してもよい。
【００８０】
上述したアブソリュートエンコーダ１００は、信号パターン３４を読み取り可能な複数の磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５を含み、複数の磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５の位置が異なるように配列されたセンサ集合体７０、８０と、信号パターン３４を含む基体であるロータ３０と、を含むエンコーダユニット２と、センサ集合体７０、８０のセンサ出力Ｇ１、Ｇ２から、センサ集合体７０、８０とロータ３０との絶対位置を算出する演算装置４０と、を有する。センサ集合体７０、８０とロータ３０とが相対的に移動すると、複数の磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５の検知範囲Ｄ７１、Ｄ７２、Ｄ７３、Ｄ７４、Ｄ７５を信号パターン３４が移動する。
【００８１】
本実施形態のアブソリュートエンコーダでは、複数のセンサの検知範囲を信号パターンが移動することで、トラック数を多くする必要がなく、アブソリュートエンコーダの分解能を高めることができる。その結果、アブソリュートエンコーダのロータは小さくなり、アブソリュートエンコーダが小型にできる。
【００８２】
また、信号パターン３４が複数の磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５のうち隣り合う一組のセンサの両方で検知可能であることが好ましい。その結果、複数のセンサの検知範囲を信号パターンが移動しても検知範囲の盲点ができないようになる。
【００８３】
また、センサ集合体７０、８０は第１の電圧検出端子Ｔ１と、第１の電圧検出端子Ｔ１と所定抵抗である抵抗ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、ｒ１４、ｒ１５、ｒ１６とで直列接続される第２の電圧検出端子Ｔ２とを有し、電源電圧ＶＤＤが複数の磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５に印加され、複数の磁気センサ７１、７２、７３、７４、７５がそれぞれ第１の電圧検出端子Ｔ１及び第２の電圧検出端子Ｔ２間に出力可能であって、隣り合うセンサ同士がそれぞれのセンサから第１の電圧検出端子までの間で抵抗値が異なるように所定抵抗である抵抗ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、ｒ１４、ｒ１５、ｒ１６とはしご状に接続され、演算装置４０は、第１の電圧検出端子Ｔ１の第１電圧出力Ｖ１と第２の電圧検出端子Ｔ２の第２電圧出力Ｖ２とを減算した減算値を、第１の電圧検出端子Ｔ１の第１電圧出力Ｖ１と第２の電圧検出端子Ｔ２の第２電圧出力Ｖ２とを加算した加算値で除算した電圧値をセンサ出力Ｇ１、Ｇ２として出力することが好ましい。
【００８４】
本実施形態のアブソリュートエンコーダでは、複数のセンサの電流分布の中心位置が（（第１の電圧出力Ｖ１−第２の電圧出力Ｖ２）／（第１の電圧出力Ｖ１＋第２の電圧出力Ｖ２））に比例している。複数のセンサの電流分布の中心位置は、単一のセンサで検出する場合と比較して、複数のセンサのばらつきが平均されて出力されるのでセンサの個体差による影響を低減できる。また、電圧値を確認しているので、磁界の外乱や環境条件に左右されず、安定したセンサ出力を出力する。
【００８５】
例えば、先行技術文献のアブソリュートエンコーダ（特許文献３）では、センサを１つしか使用しないため、センサの個体差を考慮する必要がある。また、先行技術文献のアブソリュートエンコーダ（特許文献３）では、磁石の厚さが一周にわたり連続的に変化するものとする。これにより、磁気センサの検出する磁界の強さが、磁気エンコーダの１周にわたり連続的に変化する。また、先行技術文献のアブソリュートエンコーダ（特許文献３）では、磁石の厚さが一周にわたり連続的に変化するロータを有しているので、ロータの重心位置が偏心してしまう。このため、先行技術文献のアブソリュートエンコーダ（特許文献３）では、ロータの回転により、ロータに振動が生じるおそれがある。これに対し、本実施形態のアブソリュートエンコーダでは、複数のセンサの電流分布の中心位置が（第１の電圧出力Ｖ１−第２の電圧出力Ｖ２）に比例しているため、外乱や環境条件により磁界が変化しても複数のセンサの電流分布の中心位置は変化しない。磁石の厚さが一周にわたり連続的に変化する製造コストのかかる磁石を使用しなくても、本実施形態のアブソリュートエンコーダでは、一定の磁石の厚さを有するマグネットシートで安価にアブソリュートエンコーダを提供できる。また、本実施形態のアブソリュートエンコーダでは、ロータの重心位置が偏心してしまうことがなく、振動が発生することはない。
【００８６】
また、本実施形態のアブソリュートエンコーダは、複数のセンサが磁気センサであり、信号パターンが磁界を形成するパターンであることが好ましい。本発明のアブソリュートエンコーダでは、簡易なパターンで構成できるので、製造コストを下げることができる。また、仮にセンサ集合体と信号パターンの間に異物が混入する場合であってもアブソリュートエンコーダが動作することができる。
【００８７】
上述した実施形態１及び実施形態２のアブソリュートエンコーダは、例えば、停電時から復帰しても絶対位置が把握できるので、停電後に原点復帰が不要なサーボモータシステムに適用できる。サーボモータシステムは、例えば各種機械装置、ロボット、自動車要素部品があげられ、これらサーボモータシステムを使う製品を小型とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
以上のように、本発明に係るアブソリュートエンコーダは、トラック数を増やさなくても高分解能であり、かつセンサの個体差による影響を低減できることに有用である。
【符号の説明】
【００８９】
１、２  エンコーダユニット
１０、２０、７０、８０  センサ集合体
１１、１２、１３、１４、１５  光センサ
１７、７７  センサ接続回路
１６、７６  センサ基板
３０  ロータ
３１、３３、３４  信号パターン
３２、３５  基体表面
３３ａ、３３ｂ  信号パターン端部
３８  シャフト
４０  演算装置
４１  センサ信号処理回路
４２  演算処理部
５１、５２  ＡＤ変換部
６１、６２  角度演算部
６３  角度合成部
６５  制御部
７１、７２、７３、７４、７５  磁気センサ
１００  絶対位置検出装置
１１１、１２１、１３１、１４１、１５１  発光素子
１１２、１２２、１３２、１４２、１５２  受光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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