(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリ式のエンコーダの回転ディスクと前記回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差を補正してエンコーダ装置の位置検出精度を高めるエンコーダ装置の高精度化方法であって、
前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される前記回転軸との芯振れ量を検出する芯振れ量検出工程と、
前記芯振れ量から絶対角度誤差を決定する絶対角度誤差決定工程と、
前記絶対角度誤差を補正する補正値を決定する補正値決定工程と、
前記エンコーダ装置から出力される絶対角度位置データに前記補正値を加えて前記絶対角度位置データを補正する位置データ補正工程とからなり、
前記芯振れ量検出工程と、前記絶対角度誤差決定工程と前記補正値決定工程は、エンコーダ装置の使用を開始する前に実施し、
前記位置データ補正工程では、前記補正値決定工程で求めた前記補正値を補正値メモリ手段に記憶しておき、リクエスト信号が入力されるごとに、前記エンコーダ装置から出力される前記絶対角度位置データと前記リクエスト信号の発生位置に対応して前記補正値メモリ手段から読み出した前記補正値とを加算し、
前記エンコーダ装置が、電気角で９０°位相が異なるサイン波状の複数のエンコーダ信号に基づいて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、前記エンコーダから出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度位置データ出力手段とを具備し、
前記高分割絶対角度位置データに前記補正値が加算され、
前記高分割絶対角度位置データ出力手段は、
前記複数のエンコーダ信号に基いて電気角で９０°の間隔で発生する信号切り替え信号を生成する切り替え信号生成手段と、
前記複数のエンコーダ信号の中から続いて発生する２つの前記信号切り替え信号の間の期間において変曲点を有しない１つの前記エンコーダ信号を選択して出力する信号切り替え回路と、
前記信号切り替え信号が発生したときに先に選択されていた１つの前記エンコーダ信号の電圧値と次に選択される１つの前記エンコーダ信号の電圧値とをラッチして切り替わり電圧値として記憶する切り替わり電圧値メモリ手段と、
前記リクエスト信号が入力されたときに選択されている前記エンコーダ信号の電圧値と、該エンコーダ信号を選択する基準となった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切り替わり電圧値メモリ手段に記憶されている直前の１サイクル分の前記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角度位置データを演算し、この相対的角度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角度位置データに加算して前記高分割絶対角度位置データとして出力する演算手段とを具備してなるエンコーダ装置の高精度化方法。
【請求項２】
ロータリ式のエンコーダの回転ディスクと前記回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差を補正してエンコーダ装置の位置検出精度を高めるエンコーダ装置の高精度化方法であって、
前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される前記回転軸との芯振れ量を検出する芯振れ量検出工程と、
前記芯振れ量から絶対角度誤差を決定する絶対角度誤差決定工程と、
前記絶対角度誤差を補正する補正値を決定する補正値決定工程と、
前記エンコーダ装置から出力される絶対角度位置データに前記補正値を加えて前記絶対角度位置データを補正する位置データ補正工程とからなり、
前記芯振れ量検出工程と、前記絶対角度誤差決定工程と前記補正値決定工程は、エンコーダ装置の使用を開始する前に実施し、
前記位置データ補正工程では、前記補正値決定工程で求めた前記補正値を補正値メモリ手段に記憶しておき、リクエスト信号が入力されるごとに、前記エンコーダ装置から出力される前記絶対角度位置データと前記リクエスト信号の発生位置に対応して前記補正値メモリ手段から読み出した前記補正値とを加算し、
前記エンコーダ装置が、電気角で９０°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角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、
前記エンコーダから連続して出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度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、
前記高分割絶対角度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切り替わり電圧値メモリ手段と、
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切り替わり電圧値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角度位置データを演算し、この相対的角度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角度位置データに加算して前記高分割絶対角度位置データとして出力する演算手段とを具備してなるエンコーダ装置の高精度化方法。
【請求項３】
ロータリ式のエンコーダの回転ディスクと前記回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差を補正してエンコーダ装置の位置検出精度を高めるエンコーダ装置の高精度化方法であって、
前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される前記回転軸との芯振れ量を検出する芯振れ量検出工程と、
前記芯振れ量から絶対角度誤差を決定する絶対角度誤差決定工程と、
前記絶対角度誤差を補正する補正値を決定する補正値決定工程と、
前記エンコーダ装置から出力される絶対角度位置データに前記補正値を加えて前記絶対角度位置データを補正する位置データ補正工程とからなり、
前記芯振れ量検出工程と、前記絶対角度誤差決定工程と前記補正値決定工程は、エンコーダ装置の使用を開始する前に実施し、
前記位置データ補正工程では、前記補正値決定工程で求めた前記補正値を補正値メモリ手段に記憶しておき、リクエスト信号が入力されるごとに、前記エンコーダ装置から出力される前記絶対角度位置データと前記リクエスト信号の発生位置に対応して前記補正値メモリ手段から読み出した前記補正値とを加算し、
前記エンコーダ装置が、電気角で９０°位相が異なるサイン波状のＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号及びＢ＊信号を含むエンコーダ信号に基づいて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、前記エンコーダから連続して出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度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、
前記高分割絶対角度位置データ出力手段は、
前記エンコーダ信号に基いて電気角で９０°の間隔で発生する信号切り替え信号を生成する切り替え信号生成手段と、
前記Ａ信号及びＢ信号の中から続いて発生する２つの前記信号切り替え信号の間の期間において変曲点を有しない１つの前記エンコーダ信号を選択して出力する信号切り替え回路と、
前記信号切り替え回路の出力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発生したときに先に選択されていた１つの前記エンコーダ信号の電圧値と次に選択される１つの前記エンコーダ信号の電圧値を前記Ａ／Ｄ変換回路の出力からラッチして切り替わり電圧値として記憶する切り替わり電圧値メモリ手段と、
リクエスト信号が入力されたときに選択されている前記エンコーダ信号の電圧値と、該エンコーダ信号を選択する基準となった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切り替わり電圧値メモリ手段に記憶されている直前の１サイクル分の前記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角度位置データを演算し、この相対的角度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角度位置データに加算して前記高分割絶対角度位置データとして出力する演算手段とを具備してなるエンコーダ装置の高精度化方法。
【請求項４】
前記芯振れ量検出工程では、前記回転軸を回転させて前記Ａ信号と前記Ｂ信号との位相差を求め、前記位相差の最大値と最小値の差をジッタ量とし、前記ジッタ量と前記芯振れ量との関係に基づいて前記ジッタ量から前記芯振れ量を求め、
前記絶対角度誤差決定工程では、絶対角度誤差αをα＝ARCTAN［（ｒ×sin θ）／Ｒ］の式から求め［ここでｒは芯振れ量の１／２の値、Ｒは前記回転軸の回転中心と前記Ａ信号の基となる信号を出力する１つの検出器が配置される検出点との間の距離、θは前記位相差が最大値となる位置の機械角度を０°としたときの機械角度である。］、
前記位置データ補正工程では絶対角度誤差αを電気角に変換して前記補正値とし、該補正値を前記高分割絶対角度位置データに加算する請求項２または３に記載のエンコーダ装置の高精度化方法。
【請求項５】
前記芯振れ量検出工程では、前記回転軸を所定の角度回転させたときに前記基準電圧信号が基準電圧になったときから特定の前記切り替わり電圧値が発生するまでの前記基準電圧信号の電圧の変化総量と１サイクル前の１サイクル中の前記基準電圧信号の電圧変化総量との比から前記Ａ信号と前記Ｂ信号との位相差を求め、前記位相差の最大値と最小値の差をジッタ量とし、前記ジッタ量と前記芯振れ量との関係に基づいて前記ジッタ量から前記芯振れ量を決定し、
前記絶対角度誤差決定工程では、絶対角度誤差αをα＝ARCTAN［（ｒ×sin θ）／Ｒ］の式から求め［ここでｒは芯振れ量の１／２の値、Ｒは前記回転軸の回転中心と前記Ａ信号の基となる信号を出力する１つの検出器が配置される検出点との間の距離、θは前記位相差が最大値となる位置の機械角度を０°としたときの機械角度である。］、
前記位置データ補正工程では絶対角度誤差αを電気角に変換して前記補正値とし、該補正値を前記高分割絶対角度位置データに加算する請求項２に記載のエンコーダ装置の高精度化方法。
【請求項６】
前記ジッタ量と前記芯振れ量（２ｒ）との関係が、ジッタ量×（３６０／エンコーダの分割数）＝ARCTAN(L/(R-r))-ARCTAN(L/(R+r)) ［ここでＬは前記Ａ信号及び前記Ｂ信号の基となる信号をそれぞれ出力する２つの検出器が配置される２つの検出点間の距離］である請求項３または４に記載のエンコーダ装置の高精度化方法。
【請求項７】
リクエスト信号に応じて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダを備えたエンコーダ装置と、
前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差に基づく誤差を含む前記絶対角度位置データを補正する位置データ補正手段とを備えてなる高精度エンコーダ装置であって、
前記位置データ補正手段は、
予め前記エンコーダの前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される前記回転軸との芯振れ量を検出して、前記芯振れ量から絶対角度誤差を求め、この前記絶対角度誤差から求めた補正値を記憶する補正値メモリ手段と、
前記リクエスト信号が入力されると前記エンコーダ装置から出力される前記絶対角度位置データに前記補正値メモリ手段に記憶した前記補正値から前記リクエスト信号の発生位置に対応する補正値を読み出して両者を加算する補正演算手段とを具備し、
前記エンコーダ装置は、電気角で９０°位相が異なるサイン波状の複数のエンコーダ信号に基づいて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、
前記エンコーダから出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度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からなり、
前記高分割絶対角度位置データに前記補正値が加算され、
前記高分割絶対角度位置データ出力手段は、
前記複数のエンコーダ信号に基いて電気角で９０°の間隔で発生する信号切り替え信号を生成する切り替え信号生成手段と、
前記複数のエンコーダ信号の中から、連続して発生する２つの前記信号切り替え信号の間の期間において変曲点を有しない１つの前記エンコーダ信号を選択して出力する信号切り替え回路と、
前記信号切り替え信号が発生したときに先に選択されていた１つの前記エンコーダ信号の電圧値と次に選択される１つの前記エンコーダ信号の電圧値をラッチして切り替わり電圧値として記憶する切り替わり電圧値メモリ手段と、
リクエスト信号が入力されたときに選択されている前記エンコーダ信号の電圧値と、該エンコーダ信号を選択する基準となった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切り替わり電圧値メモリ手段に記憶されている直前の１サイクル分の前記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角度位置データを演算し、この相対的角度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角度位置データに加算して前記高分割絶対角度位置データとして出力する演算手段とを具備してなることを特徴とする高精度エンコーダ装置。
【請求項８】
前記エンコーダ装置は、電気角で９０°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角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、前記エンコーダから連続して出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度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からなり、
前記高分割絶対角度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切り替わり電圧値メモリ手段と、
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切り替わり電圧値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角度位置データを演算し、この相対的角度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角度位置データに加算して前記高分割絶対角度位置データとして出力する演算手段とを具備してなるものである請求項７に記載の高精度エンコーダ装置。
【請求項９】
リクエスト信号に応じて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダを備えたエンコーダ装置と、
前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差に基づく誤差を含む前記絶対角度位置データを補正する位置データ補正手段とを備えてなる高精度エンコーダ装置であって、
前記位置データ補正手段は、
予め前記エンコーダの前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される前記回転軸との芯振れ量を検出して、前記芯振れ量から絶対角度誤差を求め、この前記絶対角度誤差から求めた補正値を記憶する補正値メモリ手段と、
前記リクエスト信号が入力されると前記エンコーダ装置から出力される前記絶対角度位置データに前記補正値メモリ手段に記憶した前記補正値から前記リクエスト信号の発生位置に対応する補正値を読み出して両者を加算する補正演算手段とを具備し、
前記エンコーダ装置は、電気角で９０°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角度位置データを出力するロータリ式の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角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度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からなり、
前記高分割絶対角度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角度位置データを演算し、該相対的角度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角度位置データに加算して前記高分割絶対角度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ト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角度位置データを得ることを特徴とする高精度エンコーダ装置。
【請求項１０】
前記補正値メモリ手段に記憶される前記補正値は、前記回転軸を所定の角度回転させたときに前記基準電圧信号が基準電圧になったときから特定の前記切り替わり電圧値が発生するまでの前記基準電圧信号の電圧の変化総量と１サイクル前の１サイクル中の前記基準電圧信号の電圧変化総量との比から前記Ａ信号と前記Ｂ信号との位相差を求め、前記位相差の最大値と最小値の差をジッタ量とし、前記ジッタ量から前記芯振れ量を求め、前記絶対角度誤差αをα＝ARCTAN［（ｒ×sin θ）／Ｒ］の式から求め［ここでｒは芯振れ量の１／２の値、Ｒは前記回転軸の回転中心と前記Ａ信号の基となる信号を出力する１つの検出器が配置される検出点との間の距離、θは前記位相差が最大値となる位置の機械角度を０°としたときの機械角度である。］、前記絶対角度誤差αを電気角に変換したものである請求項９に記載の高精度エンコーダ装置。
【請求項１１】
リクエスト信号に応じて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダを備えたエンコーダ装置と、
前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差に基づく誤差を含む前記絶対角度位置データを補正する位置データ補正手段とを備えてなる高精度エンコーダ装置であって、
前記位置データ補正手段は、
予め前記エンコーダの前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される前記回転軸との芯振れ量を検出して、前記芯振れ量から絶対角度誤差を求め、この前記絶対角度誤差から求めた補正値を記憶する補正値メモリ手段と、
前記リクエスト信号が入力されると前記エンコーダ装置から出力される前記絶対角度位置データに前記補正値メモリ手段に記憶した前記補正値から前記リクエスト信号の発生位置に対応する補正値を読み出して両者を加算する補正演算手段とを具備し、
前記エンコーダ装置は、電気角で９０°位相が異なるサイン波状のＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号及びＢ＊信号を含むエンコーダ信号に基づいて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、
前記エンコーダから連続して出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度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、
前記高分割絶対角度位置データ出力手段は、
前記エンコーダ信号に基いて電気角で９０°の間隔で発生する信号切り替え信号を生成する切り替え信号生成手段と、
前記Ａ信号及びＢ信号のエンコーダ信号の中から続いて発生する２つの前記信号切り替え信号の間の期間において変曲点を有しない１つの前記エンコーダ信号を選択して出力する信号切り替え回路と、
前記信号切り替え回路の出力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発生したときに先に選択されていた１つの前記エンコーダ信号の電圧値と次に選択される１つの前記エンコーダ信号の電圧値を前記Ａ／Ｄ変換回路の出力からラッチして切り替わり電圧値として記憶する切り替わり電圧値メモリ手段と、
リクエスト信号が入力されたときに選択されている前記エンコーダ信号の電圧値と、該エンコーダ信号を選択する基準となった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切り替わり電圧値メモリ手段に記憶されている直前の１サイクル分の前記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角度位置データを演算し、この相対的角度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角度位置データに加算して前記高分割絶対角度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精度エンコーダ装置。
【請求項１２】
前記補正値メモリ手段に記憶される前記補正値は、前記回転軸を所定の角度回転させたときの前記Ａ信号と前記Ｂ信号との位相差を求め、前記位相差の最大値と最小値の差をジッタ量とし、前記ジッタ量と前記芯振れ量との関係に基づいて前記ジッタ量から前記芯振れ量を決定し、絶対角度誤差αをα＝ARCTAN［（ｒ×sin θ）／Ｒ］の式から求め［ここでｒは芯振れ量の１／２の値、Ｒは前記回転軸の回転中心から前記Ａ信号の基となる信号を出力する検出器が配置される検出点との間の距離、θは前記位相差が最大値となる位置の機械角度を０°としたときの機械角度である。］、前記絶対角度誤差αを電気角に変換したものである請求項１１に記載の高精度エンコーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリ式のエンコーダの回転軸の軸中心と回転ディスクの中心との芯ずれが原因となって発生する絶対角度誤差を補正して検出精度を高めることができるエンコーダ装置の高精度化方法及び高精度エンコーダ装置に関するものである。
【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では、サーボモータの回転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°ずれるように配置し、図２に示すような電気角で９０°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°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°を８１９２×４＝３２７６８に分割した絶対角度位置データを得ることができるようになっている。
【０００３】
このような光学式ロータリエンコーダは、回転軸に複数のスリットが形成された回転ディスクが固定され、この回転ディスクの両側に発光素子と受光素子（検出器）とが配置された構造を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら回転軸の軸中心または回転中心と回転ディスクの中心とを完全に一致させて組み立てることは非常に難しく、一般的に両中心間には僅かなずれがある。このずれが芯振れと呼ばれるものであり、このような芯振れがあると、回転ディスクの中心はシャフトの回転中心の回りを回転することになって、エンコーダから出力される絶対角度位置データに誤差が発生する。
【０００５】
図５を用いて、芯振れ量（回転軸の回転中心Ｏと回転ディスクの回転中心との間のずれ量の寸法ｒの２倍の寸法）と絶対角度誤差αとの関係を説明する。図５において、検出点Ａ及びＢは、エンコーダに設けられる２つの受光素子（検出器）の取付け位置即ち検出点である。検出点Ａには、図２に示したＡ´信号を得るための受光素子が配置され、検出点Ｂには図２に示したＢ´信号を得るための受光素子が配置される。
【０００６】
回転ディスクが、Ａの位置からＣの位置まで回転した場合、エンコーダの回転中心Ｏを中心とする真の回転角度（角度ＡＯＣ）はθである。しかしながら回転ディスクの芯振れから、実際にエンコーダが出力する角度（角度ＡＤＣ）はθ´である。この角度のずれαすなわちα＝θ´−θが芯振れ量に基づく絶対角度誤差である。真の角度θはθ＝θ´−αであるにもかかわらず、エンコーダからは角度θ´に基づく絶対角度位置データが出力されている。検出精度を高めるためには、この絶対角度誤差を補正値としてエンコーダの出力から除去すれば、芯振れ量を考慮した高精度の検出値となる。
【０００７】
本発明の目的は、ロータリ式のエンコーダの回転軸の軸中心と回転ディスクの中心との芯ずれが原因となって発生する絶対角度誤差を補正して検出精度を高めることができるエンコーダ装置の高精度化方法及び高精度エンコーダ装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、上記目的に加えて、簡単な構成で高い精度の高分割化を実現したエンコーダ装置の高精度化方法及び高精度エンコーダ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、ロータリ式のエンコーダの回転ディスクとこの回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差を補正してエンコーダ装置の位置検出精度を高めるエンコーダ装置の高精度化方法を対象とする。本発明では、まず回転ディスクの中心と回転ディスクが固定される回転軸の中心とのずれ量の２倍の値に相当する芯振れ量を検出する（芯振れ量検出工程）。次に芯振れ量から絶対角度誤差を求め（絶対角度誤差決定工程）、その後絶対角度誤差を補正する補正値を求める（補正値決定工程）。芯振れ量は一定であるが、絶対角度誤差は回転ディスクの回転位置によって異なってくる。したがって回転ディスクの回転位置毎に補正値を求めることになる。実際上は、予め定めた角度間隔毎に補正値を求め、予め求めることができない角度の補正値については、周知の補間法等を用いて演算により求めることができる。そしてエンコーダ装置から出力される絶対角度位置データに、その絶対角度位置データに対応する補正値を加えて（補正値の極性によっては結果として減算となる場合がある）絶対角度位置データを補正する（位置データ補正工程）。すなわちエンコーダ装置から出力される絶対角度位置データに含まれる絶対角度誤差に基く誤差を補正値によって除去する。本発明のように芯振れ量から絶対角度誤差を求め、この絶対角度誤差を補正する補正値により絶対角度位置データに含まれる誤差を除去すると、検出精度を非常に高いものとすることができる。
【００１０】
補正値は、各エンコーダ装置について、一度設定すればよい。したがって前述の芯振れ量検出工程と、絶対角度誤差決定工程と補正値決定工程は、エンコーダ装置の使用を開始する前に実施することになる。そして位置データ補正工程は、補正値決定工程で求めた補正値を補正値メモリ手段に記憶させておき、エンコーダ装置が作動しているときに実施される。すなわちエンコーダ装置に、リクエスト信号が入力されるごとに、エンコーダ装置から出力される絶対角度位置データとリクエスト信号の発生位置（回転ディスクの回転角度または位置）に対応して補正値メモリ手段から読み出した補正値とを加算し、その加算した値を真の絶対角度位置データとして出力する。
【００１１】
本発明の方法が対象とするエンコーダ装置は、ロータリ式のエンコーダであればよいが次のような高分割エンコーダ装置に本発明を適用すると、検出精度が更に高くなる。すなわち高分割エンコーダ装置とは、電気角で９０°位相が異なるサイン波状の複数のエンコーダ信号（Ａ信号，Ｂ信号のみ、Ａ信号，Ｂ信号，Ｂ＊信号またはＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号（Ａ信号の反転信号）及びＢ＊信号（Ｂ信号の反転信号）に基づいて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、このエンコーダから出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度位置データ出力手段とを具備するエンコーダ装置である。このようなエンコーダ装置に本発明を適用する場合には、高分割絶対角度位置データに補正値が加算されることになる。
【００１２】
ここで高分割絶対角度位置データ出力手段は、少なくとも切り替え信号生成手段と、信号切り替え回路と、切り替わり電圧値メモリ手段と、演算手段とを具備する。切り替え信号生成手段は、複数のエンコーダ信号に基いて電気角で９０°の間隔で発生する信号切り替え信号を生成する。信号切り替え回路は、複数のエンコーダ信号の中から続いて発生する２つの信号切り替え信号の間の期間において変曲点を有しない１つのエンコーダ信号を選択して出力する。電気角で９０°位相が異なる例えばＡ信号、Ｂ信号及びＢ＊信号を用いて電気角で９０°位相が異なる信号切り替え信号を作って信号を切り換えると、信号切り替え回路から出力されるエンコーダ信号は不連続な信号となる。これに対してＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号の４つのエンコーダ信号を用いて電気角で９０°位相が異なる信号切り替え信号を作って信号を切り換える場合には、信号切り替え回路から出力されるエンコーダ信号（基準電圧信号）は連続した信号となる。なお後の処理をコンピュータを利用して処理するためには、信号切り替え回路の出力を所定のビット数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路を用意する。切り替わり電圧値メモリ手段は、信号切り替え信号が発生したときに先に選択されていた１つのエンコーダ信号の電圧値と次に選択される１つのエンコーダ信号の電圧値を（Ａ／Ｄ変換回路の出力から）ラッチして切り替わり電圧値として記憶する。そして演算手段は、外部からリクエスト信号が入力されたときに選択されているエンコーダ信号の電圧値と、該エンコーダ信号を選択する基準となった信号切り替え信号と、リクエスト信号が入力されたときに切り替わり電圧値メモリ手段に記憶されている直前の１サイクル分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角度位置データを演算し、この相対的角度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角度位置データに加算して高分割絶対角度位置データとして出力する。
【００１３】
このような高分割絶対角度位置データ出力手段の一例では、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。そして切り替わり電圧値メモリ手段は、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切り替わり電圧値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角度位置データを演算し、この相対的角度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角度位置データに加算して高分割絶対角度位置データとして出力する。
【００１４】
このような高分割エンコーダ装置を用いる場合には、芯振れ量検出工程では、回転軸を回転させてＡ信号とＢ信号との位相差を求める。前述のより具体的な高分割絶対角度位置データ出力手段を用いる場合には、回転軸を所定の角度回転させたときに基準電圧信号が予め定め基準電圧（各信号の中心電圧）になったときから特定の切り替わり電圧値が発生するまでの基準電圧信号の電圧の変化総量と１サイクル前の１サイクル中の基準電圧信号の電圧変化総量との比から例えばＡ信号とＢ信号との位相差を求めることができる。そして芯振れ量検出工程では、位相差の最大値と最小値の差をジッタ量とし、このジッタ量と芯振れ量との関係に基づいてこのジッタ量から芯振れ量を決定する。なおジッタ量と芯振れ量（２ｒ）との関係とは、例えばジッタ量×（３６０／エンコーダの分割数）＝ARCTAN(L/(R-r))-ARCTAN(L/(R+r)) ［ここでＬは前記特定の切り替わり電圧値の基となる信号を出力する２つの検出器が配置される検出点間の距離（図５の検出点Ａと検出点Ｂとの間の距離）、ｒは芯振れ量の１／２の値、Ｒは回転中心から前記特定の切り替わり電圧値の基となるエンコーダの検出器（Ａ信号の基となる信号（Ａ´信号またはＡ´＊信号）を出力する１つの検出器）が配置される検出点との間の距離（図５の検出点Ａと回転中心０との間の距離）］である。ここで検出点とは、光学式ロータリエンコーダの場合には、受光素子（検出器）とこれに対応する発光素子とを結ぶ線と回転ディスクとが交わる交点である。
【００１５】
また絶対角度誤差決定工程では、絶対角度誤差αをα＝ARCTAN［（ｒ×sin θ）／Ｒ］の式から求める［ここでθは位相差が最大値となる位置の機械角度を０°としてみた機械角度である。］。そして位置データ補正工程では、絶対角度誤差αを電気角に変換して補正値とし、該補正値を高分割絶対角度位置データに加算する。
【００１６】
本発明の高精度エンコーダ装置は、リクエスト信号に応じて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダを備えたエンコーダ装置と、回転ディスクと回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差に基づく誤差を含む絶対角度位置データを補正する位置データ補正手段とを備えている。そして位置データ補正手段は、予めエンコーダの回転ディスクと回転ディスクが固定される回転軸との芯振れ量を検出して、芯振れ量から絶対角度誤差を求め、この絶対角度誤差から求めた補正値を記憶する補正値メモリ手段を有している。また位置データ補正手段は、リクエスト信号が入力されるとエンコーダ装置から出力される絶対角度位置データに補正値メモリ手段に記憶した補正値からリクエスト信号の発生位置に対応する補正値を読み出して両者を加算する補正演算手段とを具備して構成される。なお補正演算手段は、リクエスト信号の発生位置に対応する補正値が無い場合には、その前及び後の補正値の少なくとも１つの補正値を補正値メモリ手段から読み出し、その読み出した補正値に基づいて周知の補間法により対応する補正値を作って補正演算を行うように構成されているのが好ましい。なおズバリの補正値が無い場合には、その前または後の補正値を対応する補正値として、補正演算を行ってもよいのは勿論である。本発明の装置によれば、芯振れに基づく誤差が除去された精度の近い絶対角度位置データを得ることができる。
【００１７】
なお本発明を適用するのがより好ましいエンコーダ装置について、具体的に説明する。エンコーダはスリット透過式の光電式ロータリエンコーダが好ましい。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°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角度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°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。ロータリ式のエンコーダの場合、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、実際にはピーク部分が歪んだサイン波状になる。
【００１８】
高分割絶対角度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´＊信号を差動増幅器で差動増幅して得た電気角で位相が９０°異なる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°位相がずれているので、移動体が移動して位置が変わると、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」は信号の一致点と言い換えることもできる。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
切り替わり電圧値メモリ手段は、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。
【００２２】
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角度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の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°〜１８０°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°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９０°〜１８０°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、その結果を相対的角度位置データとする。
【００２３】
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、相対的角度位置データを得ることができる。次に、相対的角度位置データを、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角度位置データに加算して高分割絶対角度位置データを得る。高分割絶対角度位置データは、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る。
【００２４】
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角度位置データで示された位置からの相対的角度位置を示す相対的角度位置データを演算すると、演算が容易になる。
【００２５】
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。
【００２６】
すなわち、基準電圧信号は位相がそれぞれ電気角で９０°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角度位置データを算出することができる。
【００２７】
またエンコーダ装置が、電気角で９０°位相が異なるサイン波状のエンコーダ信号に基づいて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、エンコーダから連続して出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度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る場合に、高分割絶対角度位置データ出力手段を次のように構成することもできる。即ち、高分割絶対角度位置データ出力手段は、エンコーダ信号に基いて電気角で９０°の間隔で発生する信号切り替え信号を生成する号切り替え信号生成手段と、Ａ信号及びＢ信号のエンコーダ信号の中から続いて発生する２つの信号切り替え信号の間の期間において変曲点を有しない１つのエンコーダ信号を選択して出力する信号切り替え回路と、信号切り替え回路の出力を所定のビット数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、信号切り替え信号が発生したときに先に選択されていた１つのエンコーダ信号の電圧値と次に選択される１つのエンコーダ信号の電圧値をＡ／Ｄ変換回路の出力からラッチして切り替わり電圧値として記憶する切り替わり電圧値メモリ手段と、リクエスト信号が入力されたときに選択されているエンコーダ信号の電圧値と、該エンコーダ信号を選択する基準となった信号切り替え信号と、リクエスト信号が入力されたときに切り替わり電圧値メモリ手段に記憶されている直前の１サイクル分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角度位置データを演算し、この相対的角度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角度位置データに加算して高分割絶対角度位置データとして出力する演算手段とを具備している。このような構成の高分割絶対角度位置データ出力手段を用いると、選択するエンコーダ信号がＡ信号とＢ信号の２つで済むため、信号処理が容易になり、信号処理回路または信号処理用のソフトウエアが簡単になる利点がある。
【００２８】
【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、本発明の方法を適用する本発明の高精度エンコーダ装置の一実施の形態の主要部を示す回路ブロック図である。この高精度エンコーダ装置は、リクエスト信号に応じて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダ１を備えた高分割エンコーダ装置（１〜２７）に、エンコーダ１の回転ディスクと回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差に基づく誤差を含む絶対角度位置データを補正する位置データ補正手段（２８，２６）とを備えて構成される。
【００２９】
まず高分割エンコーダ装置（１〜２７）の構成を説明する。図１において、高分割エンコーダ装置はロータリ式のエンコーダ１と位置データ補正手段（２８，２６）を含む高分割絶対角度位置データ出力手段２とから構成される。エンコーダ１は回転スリット透過式の光学式ロータリ・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角度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からの出力を差動増幅する差動増幅回路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。
【００３０】
フォトダイオード・ユニット１１は、それぞれ電気角で９０°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°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。
【００３１】
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つのフォトダイ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°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１０μＡ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を受けて変動する。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。
【００３２】
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、各パルス信号の位相関係から絶対角度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、高分割絶対角度位置データ出力手段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角度位置データを得て、この相対的角度位置データを絶対角度位置データに加える。
【００３３】
高分割絶対角度位置データ出力手段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２９からなる。絶対角度位置データ２７はエンコーダ１より与えられる。なお最新の絶対角度位置データ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。このメモリ回路２６は、切り替わり電圧値メモリ手段と後に詳しく説明する補正値記憶手段の両方のメモリ手段として兼用されている。
【００３４】
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（変曲点の部分）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。
【００３５】
図１には、差動増幅回路１２が１つのブロックで示されているが、内部には複数の差動増幅回路が含まれており、特にコンパレータ回路２１にＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号及びＢ＊信号を供給する差動増幅回路としては増幅度が非常に大きなものを用いている。したがってコンパレータ回路２１に入力さえるＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号及びＢ＊信号は矩形状の信号波形となっている。コンパレータ回路２１は、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。
【００３６】
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（電気角で９０°間隔で発生する）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。
【００３７】
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）に示す基準電圧信号ＲＶＳを出力する。図４（Ｂ）の「Ａ＞Ｂ」信号の立上がりは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。
【００３８】
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基準電圧信号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°移動して発生する信号である。このような基準電圧信号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。
【００３９】
Ａ／Ｄ変換回路２３は、以後デジタル処理（マイコン処理）をするために、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。
【００４０】
ラッチ回路２４は、切り替え信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換された基準電圧信号ＲＶＳからＶａ，Ｖｂ＊，Ｖａ＊，Ｖｂ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°）前即ち１スリット前の測定データである。
【００４１】
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２９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角度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２９を通じてサーボアンプの信号入出力回路３に出力する。
【００４２】
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から絶対角度位置データ２７を入力する。絶対角度位置データ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°回転するたびに回転方向に応じて絶対角度位置データ２７を加減算していく。図４（Ａ）において、Ｄab1 及びＤab2 が絶対角度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°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。
【００４３】
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回路２６に記憶されている直前（１サイクル前の電気角で３６０°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、それを相対的角度位置データとする。
【００４４】
これをもう少し具体的に説明すると、演算・指令回路２５では絶対角度位置データ２７に高分割された相対的角度位置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角度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。
【００４５】
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°〜９０°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角度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Ｘが０°〜９０°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Ｘが９０°〜１８０°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Ｘが１８０°〜２７０°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Ｘが２７０°〜３６０°の位置で入力された場合に用いる式（４）である。
【００４６】
【数１】
0003685944.tif 000002
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、相対的角度位置データ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、絶対角度位置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角度位置データを得るようにしたのである。
【００４７】
この装置で、分割精度はＡ／Ｄ変換回路２３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。
【００４８】
演算・指令回路２５では、演算式に基づいて得た相対的角度位置データＤＸに絶対角度位置データ２７を加算し、高分割絶対角度位置データを得て、さらにこれを角度データに変換し、補正演算手段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。
【００４９】
次に、補正演算手段２８とメモリ回路２６内に構成されるまたはメモリ回路２６によって兼用される補正値メモリ手段とから構成される位置データ補正手段について説明する。この位置データ補正手段（２８，２６）は、エンコーダ１の回転ディスクの中心と回転ディスクが固定される回転軸の中心との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差に基づく誤差を含む絶対角度位置データを補正するものである。メモリ回路２６内に構成される補正値メモリ手段には、予めエンコーダ１の回転ディスクの中心と回転ディスクが固定される回転軸の回転中心との芯振れ量を検出し、この芯振れ量から回転ディスクを所定の角度間隔で１回転させたときの１回転あたりの絶対角度誤差を求め、この絶対角度誤差から求めた補正値が記憶されている。そして補正演算手段２８は、リクエスト信号が入力されるとエンコーダ装置から出力される（具体的には演算・指令回路２５から出力される）絶対角度位置データに、メモリ回路２６内に構成される補正値メモリ手段に電気角で記憶した補正値からリクエスト信号の発生位置に対応する補正値を読み出して両者を加算して、信号入出力回路２９から出力する。なお補正値メモリ手段に補正値を機械角で記憶している場合には、補正演算手段２８が補正値を加算する過程において、機械角の補正値を電気角の補正値に変換すればよい。
【００５０】
ここでメモリ回路２６内に構成される補正値メモリ手段に記憶させる補正値の求め方について図５以降の図面を用いて説明する。まず回転ディスクの中心と回転ディスクが固定される回転軸の回転中心Ｏとの芯振れ量（２ｒ）を求める。次に芯振れ量（２ｒ）から絶対角度誤差αを求め、その後絶対角度誤差αを補正する補正値を求める。
【００５１】
芯振れ量を求めるためにはまずジッタ量を求める。このジッタ量とは図５に示すように、２つのフォトダイオード（検出器）が設置される２つの検出点Ａ及び検出点Ｂの間の検出角度（θ1 〜θ2 ）に関連するものであり、芯振れで現れる２つの信号（例えばＡ信号とＢ信号）の位相差の変化幅である。これをエンコーダ１から出力される信号で見ると、例えば図６に示すように、ＡｃｈのＡ信号を基準として、ＢｃｈのＢ信号の位相差の変化幅すなわち振れがジッタ量となる。芯振れが無ければ、ＡｃｈのＡ信号の立上がり位置からＢｃｈのＢ信号の立上がり位置までの位相差は常に一定である。しかし芯振れがあるとこの位相差は変化する。この位相差の最大値と最小値の差がジッタ量に相当するもの（関係するもの）となる。図５を用いて説明すると、回転ディスクがＰ１の位置にあるときと、１８０°異なるＰ２の位置にあるときで、検出点ＡＢ間の検出角度はθ1 からθ2 の間で変化する。Ｐ１の位置でこの角度θ1 は最大となり（位相差も最大になり）、Ｐ２の位置でこの角度θ2 は最小となる（位相差も最小になる）。この検出角度の変化量θ1 −θ2 を知ることによってもジッタ量を検出できる。
【００５２】
図１の例では、この位相差は図７の基準電圧信号ＲＶＳから求めることができる。図７は、芯振れにより誤差が発生していることを示すために図４と比べて誇張して描いてある。図７の例では、Ｂ信号の位相が進んでＡ信号との位相差が小さくなった状態を示している。回転軸を所定の角度回転させたときに基準電圧信号ＲＶＳが基準電圧Ｖｒになったときから特定の切り替わり電圧値Ｖａが発生するまでの基準電圧信号の電圧の変化総量（Ｖａ−Ｖｒ）と１サイクル前の１サイクル中の基準電圧信号の電圧変化総量［（Ｖａ−Ｖｂ）＋（Ｖａ−Ｖｂ＊）＋（Ｖａ＊−Ｖｂ＊）＋（Ｖａ＊−Ｖｂ）］との比｛（Ｖａ−Ｖｒ）／［（Ｖａ−Ｖｂ）＋（Ｖａ−Ｖｂ＊）＋（Ｖａ＊−Ｖｂ＊）＋（Ｖａ＊−Ｖｂ）］｝×１００％から位相差を％で求める。なお各切り替わり電圧値は図１のメモリ回路２６に記憶されているので、位相差を求める場合にはメモリ回路２６に記憶されている切り替わり電圧値を用いればよい。基準電圧Ｖｒは各信号の中心電圧である。
【００５３】
回転ディスクを機械角で１０°ずつ回転させて１回転中の各角度ごとに前述の位相差を求め、その中から最大位相差と最小位相差をみつけてその差を求める。この差が各角度における前述のジッタ量である。回転ディスクを機械角で１０°ずつ回転させて位相差を％で求めた一例は、図８の左側の図表に示す通りである。この図表において、１％は電気角で見て３６０／１００°＝３．６°である。図９は、この図８の位相差の変化と絶対角度誤差αの変化を示したものである。図９を見ると明らかなように、位相差は１回転で最大値と最小値をとる。この最大値と最小値の差がジッタ量である。位相差が最大値となる場合には、回転ディスクの中心は検出点ＡとＢに最も近く、また位相差が最小値になる場合には、回転ディスクの中心は検出点ＡとＢから最も遠くなる。このことから図５の検出角度の変化量（θ1 −θ2 ）がジッタ量に関係するものであることが理解できるであろう。
【００５４】
ジッタ量と検出角度の変化量（θ1 −θ2 ）との間には、ジッタ量×［３６０／８１９２（エンコーダの基本分割数）］＝検出角度の変化量の関係がある。そして検出角度の変化量と芯振れ量（２ｒ）との間には、図５に示した各部の寸法を用いて表すと下記の関係式が成立する。
【００５５】
検出角度の変化量＝ARCTAN(L/(R-r)−ARCTAN(L/(R+r)）
上記関係式からｒを逆算し、このｒを２倍にした値が芯振れ量である。ジッタ量と芯振れ量との関係の一例は、図１０の計算例に示す通りである。図１０の計算例は、Ｒ＝４５ｍｍ、Ｌ＝１．５ｍｍ、エンコーダの基本分割数＝８１９２／回転の場合である。
【００５６】
図８の左側の図表に示した例では、最大位相差が２４．２５％であり、最小位相差が１９．６５％であるから、ジッタ量は４．６％となる。図１０のジッタ量と芯振れ量との関係でジッタ量４．６％に相当する芯振れ量を求めると、芯振れ量は約０．０２４となる。
【００５７】
ここで図５に戻って、絶対角度誤差αと芯振れ量の関係を明らかにする。回転ディスクの中心がＤにある場合の真の回転角度をθとし、実際の検出角度（角度ＡＤＣ）をθ´とし、回転中心から検出点Ａまでの距離をＲとして、回転中心Ｏと回転ディスクとの間の距離をｒとすると、絶対角度誤差αは次のように表すことができる。
【００５８】
α＝θ−θ´＝ARCTAN［ｒ×ｓｉｎ（θ）／（Ｒ−ｒ×ｃｏｓ（θ）］
Ｒ＞＞ｒであるから、この式はα＝ARCTAN（ｒ×ｓｉｎ（θ）／Ｒ）と表すことができる。
【００５９】
そして図８の左側の図表に示した位相差が最大になる機械角度の位置をθ＝０即ち補正値０とし、前述のジッタ量から求めた芯振れ量２ｒを０．０２４、Ｒを４５ｍｍとして、各機械角度θにおける絶対角度誤差αを演算した。その結果が図８の右側の図表のαの欄の値である。図８の右側の図表の補正値は機械角で表した補正値βである。この補正値をそのまま図１のメモリ回路２６の内部に構成される補正値メモリ手段にメモリしておいてもよい。この場合に図１の演算・指令回路２５から出力される高分割化絶対値データを補正するときには、補正演算手段２８は、この機械角の補正値を電気角に変換した後に、高分割化絶対値データに変換した補正値を加算して補正を行う。機械角で表した補正値をβとしたとき、これを電気角β´で表すとβ´＝β／［３６０°／８１９２（分割数）］である。したがって予め補正値を電気角で図１のメモリ回路２６の内部に構成される補正値メモリ手段にメモリしておけば、補正演算手段２８で補正値を電気角に変換する必要はない。
【００６０】
図８の例では、補正値を１０°間隔で示しているが、角度間隔をもっと小さくしてもよく、また実際にはリクエスト信号が入力される周期に合わせて、高分割化絶対値データに応じた補正値を予め求めておけばよい。
【００６１】
また予め求めることができない角度の補正値については、周知の補間法等を用いて演算により求めればよい。そしてエンコーダ装置から出力される絶対角度位置データに、その絶対角度位置データに対応する補正値を加えて（補正値の極性によっては結果として減算となる場合がある）絶対角度位置データを補正すればよい。また予め求めることができない角度の補正値については、補間法を用いずに、なるべく近い補正値（前の補正値または後の補正値のいずれか）を補正値として用いてもよい。このようにしても補正をしない場合に比べれば、検出精度は大幅に上がる。
【００６２】
補正値は、対象とするエンコーダ装置１台１台について設定することになる。補正値を決定するにあたっては、対象となるエンコーダ装置のメモリ回路２６に記憶されるデータを読み出して、前述の通りの工程で補正値を決定する。そして決定した補正値をメモリ回路２６に記憶させればよい。なおマイクロコンピュータを用いて補正値の決定を自動的に行って決定した補正値をメモリ回路２６に自動的に記憶させるようにしてもよいのは勿論である。
【００６３】
図１１は、本発明の高精度エンコーダ装置の他の実施の形態の構成のブロックである。図１１において、図１の実施の形態を構成する部分と同じ部分には、図１に付した符号と同じ符号を付してあり、構成が異なる部分には図１に付した符号にダッシュを付した符号を付してある。この実施の形態では、エンコーダ１´が２つの差動増幅回路１２´ａ及び１２´ｂを備えている点と、コンパレータ回路２１´が図１の場合と位相の異なる信号切り替え信号を生成する点と、信号切り替え回路２２´がＡ信号とＢ信号の２つのエンコーダ信号のみを切り替えの対象とする点と、演算・指令回路２５´で用いる演算式が異なる点で相違する。その他の点は、図１の実施の形態と同様である。
【００６４】
まず差動増幅回路１２´ａは増幅度があまり大きくなく、図１２（Ａ）に示すようなサイン波状のＡ信号とＢ信号とを出力する。差動増幅回路１２´ｂは、差動増幅回路１２´ａよりも増幅度がかなり大きく、矩形波状になったＡ信号、Ｂ信号及びＢ＊信号を出力する。切り替え信号生成手段を構成するコンパレータ回路２１´は、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＊信号とを比較して、図１２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すような信号を得る。図１２（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１２（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２つの比較手段が含まれている。
【００６５】
図１２（Ｂ）及び（Ｃ）に示した２つの信号の立上がり位置に基づいて、電気角で９０°間隔で発生する信号切り替え信号が得られる。コンパレータ回路２１´は、図１２（Ｂ）及び（Ｃ）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１２（Ｂ）及び（Ｃ）に示した４つの立上がり部（図面上に丸印を付した部分）を利用する。
【００６６】
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、差動増幅回路１２ａ´から出力されるＡ信号及びＢ信号を選択的に切り替えて出力する。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信号及びＢ信号を切り替えて、図１２（Ａ）に太線で示す不連続な基準電圧信号ＲＶＳ´を出力する。図１２（Ｂ）の「Ａ＞Ｂ」信号の立上がり及び立下がりは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１２（Ｃ）の「Ａ＞Ｂ＊」信号の立上がりと立下がりは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。
【００６７】
これらの切り替え信号に基づいて、Ａ信号及びＢ信号を切り替えて作られた基準電圧信号ＲＶＳ´は、Ａ信号及びＢ信号の１周期と同じ周期で繰り返し発生する。すなわち１スリットが電気角で３６０°移動して発生する信号である。基準電圧信号ＲＶＳ´は不連続な電圧信号であるが、Ａ信号及びＢ信号のピーク部分を使用することを避けている。
【００６８】
ラッチ回路２４は、前述の切り替え信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換回路２３によりＡ／Ｄ変換された基準電圧信号ＲＶＳ´から、信号切り替え信号が発生したときに先に選択されていたＡ信号及びＢ信号の一方の電圧値と次に選択されるＡ信号及びＢ信号の他方の電圧値をラッチして、切り替わり電圧値メモリ手段として用いられるメモリ回路２６に記憶させる。図１２を参照すると、具体的には、図１２（Ｂ）の「Ａ＞Ｂ」信号の立上がりで発生する切り替え信号がラッチ回路２４に入力されると、ラッチ回路２４はＡ信号の電圧Ｖa1とＢ信号の電圧Ｖb1とをラッチする。図１２の例では、Ｖa1＝Ｖb1となっているが、現実には差動増幅回路１２´ａの回路構成によってはＶa1とＶb1とが一致しない場合も多いので、この例ではラッチ回路２４がＡ信号の電圧Ｖa1とＢ信号の電圧Ｖb1とをラッチして、ラッチした電圧値をメモリ回路２６に記憶させる。同様にして、図１２（Ｃ）の「Ａ＞Ｂ＊」信号の立上がりで発生する切り替え信号がラッチ回路２４に入力されると、ラッチ回路２４はＡ信号の電圧Ｖa2とＢ信号の電圧Ｖb2とをラッチして、メモリ回路２６にラッチした電圧値を記憶させる。また図１２（Ｂ）の「Ａ＞Ｂ」信号の立下がりで発生する切り替え信号がラッチ回路２４に入力されると、ラッチ回路２４はＡ信号の電圧Ｖa3とＢ信号の電圧Ｖb3とをラッチして、メモリ回路２６にラッチした電圧値を記憶させる。また図１２（Ｃ）の「Ａ＞Ｂ＊」信号の立下がりで発生する切り替え信号がラッチ回路２４に入力されると、ラッチ回路２４はＡ信号の電圧Ｖa4とＢ信号の電圧Ｖb4とをラッチして、メモリ回路２６にラッチした電圧値を記憶させる。
【００６９】
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と、リクエスト信号Ｘが入力される前の切り替え信号とにより、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１２（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回路２６に記憶されている直前（１サイクル前の電気角で３６０°前までの）８つの切り替わり電圧値（Ｖa1〜Ｖa4, Ｖb1〜Ｖb4）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Ｘが発生したかを演算して、それを相対的角度位置データとする。
【００７０】
具体的に説明すると、演算・指令回路２５´では絶対角度位置データ２７に高分割された相対的角度位置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角度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１２（Ｂ）及び（Ｃ）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１２（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。
【００７１】
図１２（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°〜９０°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８つの切り替わり電圧値（Ｖa1〜Ｖa4，Ｖb1〜Ｖb4）とから、下記（５）の式を用いて相対的角度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（Ａ信号かＢ信号か）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Ｘが０°〜９０°の位置で入力された場合に用いる式（５）と、リクエスト信号Ｘが９０°〜１８０°の位置で入力された場合に用いる式（６）と、リクエスト信号Ｘが１８０°〜２７０°の位置で入力された場合に用いる式（７）と、リクエスト信号Ｘが２７０°〜３６０°の位置で入力された場合に用いる式（８）である。
【００７２】
【数２】
0003685944.tif 000003
上記式（５）〜式（８）において、Ｖ0 はＡ信号とＢ信号の中心電圧となる基準電圧であり、Ｖｘは測定電圧であり、ＫはＡ信号の振幅とＢ信号の振幅が異なる場合に、Ａ信号の振幅を基準にしてＢ信号の振幅を補正する補正係数である。図１２（Ａ）のようにＡ信号の振幅とＢ信号の振幅が等しいときには、Ｋ＝１となる。
【００７３】
図１２（Ａ）のように区間（１）でリクエスト信号Ｘが入力されたときには、上記式（５）が選択されて、実際の測定電圧Ｖｘが代入され、相対的角度位置データ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、絶対角度位置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。この式の基本も前述の式（１）〜（４）と同様に、絶対角度位置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。
【００７４】
演算・指令回路２５´では、演算式（５）〜（８）に基づいて得た相対的角度位置データＤＸに絶対角度位置データ２７を加算し、高分割絶対角度位置データを得て、さらにこれを角度データに変換し、補正演算手段２８に出力する。
【００７５】
次に、補正演算手段２８とメモリ回路２６によって兼用される補正値メモリ手段とから構成される位置データ補正手段（２８，２６）は、エンコーダ１´の回転ディスクの中心と回転ディスクが固定される回転軸の中心との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差に基づく誤差を含む絶対角度位置データを補正する。補正演算手段２８は、図１の実施の形態の動作説明と同じ動作をする。したがって補正演算手段２８は、リクエスト信号Ｘが入力されるとエンコーダ装置（１´，２´）から出力される（具体的には演算・指令回路２５´から出力される）絶対角度位置データに、メモリ回路２６内に構成される補正値メモリ手段に電気角で記憶した補正値からリクエスト信号Ｘの発生位置に対応する補正値を読み出して両者を加算し、信号入出力回路２９から出力する。
【００７６】
差動増幅回路１２´ａと差動増幅回路１２´ｂの増幅度が異なると、これらの回路の処理速度には差が発生する（即ち両者の回路の出力に時間遅れが発生する）。増幅度が小さい場合には、時間遅れが発生しやすい傾向がある。したがってこのような場合には、図１１の回路であれば、図１に符合ＲＣで示した位置に遅延回路を挿入すればよい。またコンパレータ回路２１´の入力側に遅延回路を挿入してもよいのは勿論である。
【００７７】
また回転軸の回転速度が速くなるほど、信号処理の時間遅れの影響は大きくなる。そこで遅延回路を回転軸の回転速度に応じて、挿入したり切り離したりしてもよいのは勿論である。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、芯振れに基づく誤差が除去された精度の高い絶対角度位置データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高精度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、高分割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。
【図５】芯振れにより絶対角度誤差が発生することを説明するために用いる説明図である。
【図６】ジッタ量を説明するために用いる波形図である。
【図７】ジッタ量の算出方法を説明するために用いる模擬波形図である。
【図８】位相差、絶対角度誤差及び補正値の計算例の関係を示す図表である。
【図９】位相差と絶対角度誤差の関係を示す図である。
【図１０】芯振れ量とジッタ量の計算例を示す図表である。
【図１１】本発明に係る高精度エンコーダ装置の他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１２】（Ａ）は、図１１の実施の形態で用いる高分割の原理を説明するためにＡ信号，Ｂ信号を用いて得た基準電圧信号ＲＶＳ´を示す図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は２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】
１，１´  エンコーダ
１１  フォトダイオード・ユニット
１２，１２´ａ，１２´ｂ  差動増幅回路
２，２´  高分割絶対角度位置データ出力手段
２１，２１´  コンパレータ回路
２２，２２´  信号切り替え回路
２３  Ａ／Ｄ変換回路
２４  ラッチ回路
２５，２５´  演算・指令回路
２６  メモリ回路
２７  絶対角度位置データ
２８  補正演算手段
２９  信号入出力回路
３  サーボアンプの信号入出力回路
【図１】
0003685944.tif 000004
【図２】
0003685944.tif 000005
【図３】
0003685944.tif 000006
【図４】
0003685944.tif 000007
【図５】
0003685944.tif 000008
【図６】
0003685944.tif 000009
【図７】
0003685944.tif 000010
【図８】
0003685944.tif 000011
【図９】
0003685944.tif 000012
【図１０】
0003685944.tif 000013
【図１１】
0003685944.tif 000014
【図１２】
0003685944.tif 000015