(57)【要約】【課題】  点光源を用いて回転軸の回転角の絶対値を正確に検出できるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法を提供する。【解決手段】  アブソリュートエンコーダ１の回転板３には、補正用トラック８ａ及び８ｂが設定されている。補正用トラック８ａ及び８ｂでは、回転板３の回転角によらず発光素子４と光検出部６との間に常にスリット７ｂが配置される。このアブソリュートエンコーダ１によれば、光検出部６における、補正用トラック８ａを通過した光の入射位置（第１の入射位置１２ａ）と補正用トラック８ｂを通過した光の入射位置（第２の入射位置１２ｂ）とが回転板３の回転角によらず常に得られる。この第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂに基づいて、角度検出用トラック９ａ〜９ｉを通過する光が入射する補正された入射位置１３ａ〜１３ｉを推定する。【選択図】  図１
2005043323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ、所定パターンのスリットが円周方向に形成された複数のトラックを有する回転板と、
複数の画素が一次元に配置された光検出部を有しており、前記光検出部が前記回転板の径方向を長手方向として前記回転板の前記複数のトラックに対向するように設けられた光センサと、
前記回転板の前記複数のトラックを挟んで前記光センサの前記光検出部と対向する１つの光源と
を備え、
前記複数のトラックが複数の角度検出用トラックを含んでおり、該複数の角度検出用トラックの前記スリットを通過した光を前記光センサの前記光検出部において検出することにより前記回転軸の回転角の絶対値を測定するとともに、
前記複数のトラックが、前記回転板の回転角によらず前記光源と前記光検出部との間に前記スリットが配置される第１の補正用トラック及び第２の補正用トラックを含んでおり、
前記光センサの前記光検出部における、前記複数のトラックを通過した光が入射した入射位置のうち、前記第１の補正用トラックに対する第１の入射位置と前記第２の補正用トラックに対する第２の入射位置とに基づいて、前記複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定する入射位置推定手段と、
前記入射位置推定手段により推定された前記入射位置を中心とする有効領域に含まれる前記画素から電荷を取り出すとともに、前記有効領域の間の無効領域に含まれる前記画素からは電荷を取り出さない取り出し手段と
をさらに備え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】
前記光センサの前記光検出部において、前記角度検出用トラックの前記スリットを通過した光を検出する前記画素のピッチが、前記第１の補正用トラック及び前記第２の補正用トラックの前記スリットをそれぞれ通過した光を検出する前記画素のピッチよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項３】
前記取り出し手段が、互いに隣接する２つ以上の前記画素からの電荷をまとめて取り出すことを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項４】
前記第１の補正用トラック及び前記第２の補正用トラックの前記スリットが、それぞれ前記回転板を厚さ方向に貫通して該回転板の円周方向に複数形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項５】
前記第１の補正用トラック及び前記第２の補正用トラックのそれぞれが、複数の前記スリットを通過する光の照射領域が前記回転板の回転角によらず前記光検出部内に少なくとも１つ含まれるように、該複数のスリットの円周方向の長さ、及び該複数のスリット同士の間隔が設けられていることを特徴とする請求項４に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項６】
前記第１の補正用トラック及び前記第２の補正用トラックの前記スリットが、前記光源からの光に対して透明な材料により形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項７】
前記第１の補正用トラック及び前記第２の補正用トラックの前記スリットが、それぞれ前記第１の補正用トラック及び前記第２の補正用トラックの全周にわたって連続して形成されていることを特徴とする請求項６に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項８】
前記光センサの長手方向と交差する方向の前記複数の画素それぞれの幅が、各画素と前記光源との距離に基づいていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項９】
前記光センサの前記複数の画素それぞれから取り出された電荷を、該画素と前記光源との距離に応じた増幅率で増幅する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項１０】
前記入射位置推定手段が、前記第１の入射位置と前記第２の入射位置との間隔に基づいて、前記複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項１１】
前記光センサの前記光検出部において検出された、前記第１の補正用トラックを通過した光及び前記第２の補正用トラックを通過した光の強度に基づいて、前記入射位置推定手段によって推定された入射位置において検出された光が前記スリットを通過した光であるか否かを判定するレベル判定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項１２】
前記回転板の前記複数のトラックが、前記第１の補正用トラック及び前記第２の補正用トラックに加えてさらに１つ以上の補正用トラックを含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のアブソリュートエンコーダを用いた角度検出方法であって、
前記光源から前記回転板の前記複数のトラックに光を照射する照射ステップと、
前記光源からの光のうち、前記第１の補正用トラックの前記スリットを通過した光、及び前記第２の補正用トラックの前記スリットを通過した光を前記光センサの前記光検出部において検出する第１の検出ステップと、
前記第１の検出ステップにおける検出結果に基づいて、前記光センサの前記光検出部における前記複数のトラックを通過した光が入射した入射位置のうち、前記第１の補正用トラックに対する第１の入射位置、及び前記第２の補正用トラックに対する第２の入射位置を得る補正用データ取得ステップと、
前記補正用データ取得ステップにおいて得られた前記第１の入射位置及び前記第２の入射位置に基づいて、前記複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定する入射位置推定ステップと、
前記入射位置推定ステップにより推定された前記入射位置を中心とする前記有効領域の間の前記無効領域を読み飛ばしつつ、前記有効領域に入射した光を検出する第２の検出ステップと、
前記第２の検出ステップにおける検出結果に基づいて、前記回転板及び前記回転軸の回転角の絶対値を示すコードを生成するコード生成ステップと
を備えることを特徴とする角度検出方法。
【請求項１４】
前記第２の検出ステップの際に、前記第１の検出ステップにおいて検出した前記第１の補正用トラックを通過した光及び前記第２の補正用トラックを通過した光の強度に基づいて閾値を定め、前記入射位置を中心とする前記有効領域において検出された光の強度と該閾値とを比較することにより、前記有効領域において検出された光が前記スリットを通過した光であるか否かを判定することを特徴とする請求項１３に記載の角度検出方法。
【請求項１５】
前記入射位置推定ステップの際に、前記第１の入射位置と前記第２の入射位置との間隔に基づいて、前記複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定することを特徴とする請求項１３または１４に記載の角度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の回転角の絶対値を検出するためのアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、工作機、ＦＡ機器、自動車等の制御端（ステアリング）などの角度測定には、ロータリーエンコーダが用いられている。ロータリーエンコーダのうち、特に光学式のロータリーエンコーダの角度検出方式としては、インクリメンタル方式とアブソリュート方式とが広く知られている。アブソリュート方式のロータリーエンコーダ（以下、アブソリュートエンコーダという）は、一般的に高精度であり、誤差が蓄積しないといった利点を有している。
【０００３】
図２２は、従来のアブソリュートエンコーダを示す斜視図である。図２２を参照すると、従来のアブソリュートエンコーダ１００は、回転体の回転軸１１０に取り付けられる。アブソリュートエンコーダ１００は、グレイコードのパターン１０２が設けられた回転板１０１と、回転板１０１に対して軸方向に対向配置された固定板１０５とを備えている。回転板１０１のパターン１０２は、所定のスリットを有する複数のトラックから構成されており、固定板１０５は、パターン１０２の複数のトラックに対応する複数の窓１０４を有している。そして、回転板１０１及び固定板１０５を間に挟んで発光素子１０３及び光検出素子１０６が対向配置されている。光検出素子１０６は、回転板１０１の複数のトラックに対応する複数の光検出部により構成されている。
【０００４】
発光素子１０３と光検出素子１０６の光検出部とを結ぶ直線上において回転板１０１のスリットと固定板１０５の窓１０４とが重なると、発光素子１０３からの光は回転板１０１及び固定板１０５を通過して光検出素子１０６の光検出部に入射する。一方、回転板１０１のスリットと固定板１０５の窓１０４とが重ならない場合、発光素子１０３からの光は、回転板１０１に遮られて光検出素子１０６の光検出部に入射しない。そして、光検出素子１０６の各光検出部における光検出結果が符号化され、回転軸１１０の回転角の絶対値を表すグレイコードＧ０〜Ｇ４として出力される。
【０００５】
なお、アブソリュートエンコーダに関する技術は、以下の特許文献１及び特許文献２にも開示されている。
【特許文献１】特開平０７−３１１０５５号公報
【特許文献２】特開平０８−０８６６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図２２に示した従来のアブソリュートエンコーダ１００においては、発光素子１０３から回転板１０１に照射される光が一定の広がりを有する。従って、回転板１０１と光検出素子１０６との位置関係が回転板１０１の回転に伴って変化してしまう場合には、回転板１０１のスリットを通過した光の光検出素子１０６における入射位置が、対応する光検出素子１０６の光検出部の位置に対してずれてしまう。また、回転板１０１が回転軸１１０に対して偏心して取り付けられているような場合でも同様である。従って、これらの場合においては、回転軸１１０の回転角の絶対値を正確に検出できない恐れがある。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、回転軸の回転角の絶対値を正確に検出できるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法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】
上記した課題を解決するために、本発明によるアブソリュートエンコーダは、回転軸と、回転軸に取り付けられ、所定パターンのスリットが円周方向に形成された複数のトラックを有する回転板と、複数の画素が一次元に配置された光検出部を有しており、光検出部が回転板の径方向を長手方向として回転板の複数のトラックに対向するように設けられた光センサと、回転板の複数のトラックを挟んで光センサの光検出部と対向する１つの光源とを備え、複数のトラックが複数の角度検出用トラックを含んでおり、該複数の角度検出用トラックのスリットを通過した光を光センサの光検出部において検出することにより回転軸の回転角の絶対値を測定するとともに、複数のトラックが、回転板の回転角によらず光源と光検出部との間にスリットが配置される第１の補正用トラック及び第２の補正用トラックを含んでおり、光センサの光検出部における、複数のトラックを通過した光が入射した入射位置のうち、第１の補正用トラックに対する第１の入射位置と第２の補正用トラックに対する第２の入射位置とに基づいて、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定する入射位置推定手段と、入射位置推定手段により推定された入射位置を中心とする有効領域に含まれる画素から電荷を取り出すとともに、有効領域の間の無効領域に含まれる画素からは電荷を取り出さない取り出し手段とをさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
上記したアブソリュートエンコーダでは、光源から照射されて第１の補正用トラックのスリットを通過した光、及び第２の補正用トラックのスリットを通過した光を、光センサの光検出部が回転板の回転角によらず検出する。従って、このアブソリュートエンコーダによれば、光センサの光検出部における複数のトラックを通過した光の入射位置のうち、第１の補正用トラックに対する入射位置（第１の入射位置）と第２の補正用トラックに対する入射位置（第２の入射位置）とを回転板の回転角によらず常に得ることができる。故に、回転板の位置が変化した場合であっても、この第１の入射位置及び第２の入射位置に基づいて、複数の角度検出用トラックに対する補正された入射位置を推定することにより、推定した入射位置への光の入射状態に基づいて光検出部上における各角度検出用トラックのスリットの有無を正確に検出することができる。従って、回転軸の回転角の絶対値を正確に検出することができる。
【００１０】
さらに、上記したアブソリュートエンコーダでは、入射位置推定手段が、第１の入射位置及び第２の入射位置に基づいて複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定することによって、該入射位置を好適に推定することができる。そして、取り出し手段が、該入射位置を中心とする有効領域から電荷を取り出し、無効領域から電荷を取り出さないことによって、角度検出用トラックを通過した光が主に入射する有効領域への入射光を好適に検出するとともに、角度検出用トラックを通過した光がほとんど入射しない無効領域を読み飛ばす。従って、上記したアブソリュートエンコーダによれば、光検出部から電荷を取り出す時間が短縮されるので、角度検出に要する時間を短縮することができる。
【００１１】
また、アブソリュートエンコーダは、光センサの光検出部において、角度検出用トラックのスリットを通過した光を検出する画素のピッチが、第１の補正用トラック及び第２の補正用トラックのスリットをそれぞれ通過した光を検出する画素のピッチよりも大きいことを特徴してもよい。また、アブソリュートエンコーダは、取り出し手段が、互いに隣接する２つ以上の画素からの電荷をまとめて取り出すことを特徴してもよい。アブソリュートエンコーダがこれらのうちいずれかの構成を有することによって、光検出部において電荷が取り出される画素の数、或いは電荷の取り出し回数をさらに少なくすることができるので、光検出部から電荷を取り出す時間をより一層短縮することができる。
【００１２】
また、アブソリュートエンコーダは、第１の補正用トラック及び第２の補正用トラックのスリットが、回転板を厚さ方向に貫通して形成されていてもよい。さらに、アブソリュートエンコーダは、第１の補正用トラック及び第２の補正用トラックのそれぞれにおいて、複数のスリットを通過する光の照射領域が回転板の回転角によらず光検出部内に少なくとも１つ含まれるように、該複数のスリットの円周方向の長さ、及び該複数のスリット同士の間隔が設けられていることを特徴としてもよい。これによって、第１の補正用トラック及び第２の補正用トラックを通過して光検出部に入射する光の強度を回転板の回転角によらずほぼ一定に保つことができるので、第１の入射位置及び第２の入射位置をさらに正確に得ることができる。
【００１３】
また、アブソリュートエンコーダは、第１の補正用トラック及び第２の補正用トラックのスリットが、光源からの光に対して透明な材料により形成されていてもよい。さらに、アブソリュートエンコーダは、第１の補正用トラック及び第２の補正用トラックのスリットが、それぞれ第１の補正用トラック及び第２の補正用トラックの全周にわたって連続して形成されていることを特徴としてもよい。これによって、第１の補正用トラック及び第２の補正用トラックを通過して光検出部に入射する光の強度を回転板の回転角によらずほぼ一定に保つことができるので、第１の入射位置及び第２の入射位置をさらに正確に得ることができる。
【００１４】
また、アブソリュートエンコーダは、光センサの長手方向と交差する方向の複数の画素それぞれの幅が、各画素と光源との距離に基づいていることを特徴としてもよい。１つの光源を用いる場合には、複数の画素それぞれの光源からの距離の相違によって、各画素に入射する光の強度に差が生じる。このアブソリュートエンコーダによれば、画素と光源との距離に基づいて該画素の面積が定まるので、各画素間の光強度の差が補正された電荷量を得ることができ、回転軸の回転角の絶対値をより正確に検出することができる。あるいは、アブソリュートエンコーダは、光センサの複数の画素それぞれから取り出された電荷を、該画素と光源との距離に応じた増幅率で増幅する手段をさらに備えることを特徴としてもよい。このアブソリュートエンコーダによれば、各画素間の光強度の差を補正した信号を得ることができるので、回転軸の回転角の絶対値をより正確に検出することができる。
【００１５】
また、アブソリュートエンコーダは、入射位置推定手段が、第１の入射位置と第２の入射位置との間隔に基づいて、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定することを特徴としてもよい。これによって、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を好適に推定することができる。
【００１６】
また、アブソリュートエンコーダは、光センサの光検出部において検出された、第１の補正用トラックを通過した光及び第２の補正用トラックを通過した光の強度に基づいて、入射位置推定手段によって推定された入射位置において検出された光がスリットを通過した光であるか否かを判定するレベル判定手段をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、光検出部上における各角度検出用トラックのスリットの有無をより正確に判断することができるので、回転軸の回転角の絶対値をより正確に検出することができる。
【００１７】
また、アブソリュートエンコーダは、回転板の複数のトラックが、第１の補正用トラック及び第２の補正用トラックに加えてさらに１つ以上の補正用トラックを含むことを特徴としてもよい。これによって、光センサの光検出部において、補正用トラックを通過した光の入射位置を第１及び第２の入射位置に加えてさらに得ることができるので、複数の角度検出用トラックを通過する光が入射する入射位置を推定する際の推定精度を高めることができる。
【００１８】
また、本発明による角度検出方法は、上記したいずれかのアブソリュートエンコーダを用いた角度検出方法であって、光源から回転板の複数のトラックに光を照射する照射ステップと、光源からの光のうち、第１の補正用トラックのスリットを通過した光、及び第２の補正用トラックのスリットを通過した光を光センサの光検出部において検出する第１の検出ステップと、第１の検出ステップにおける検出結果に基づいて、光センサの光検出部における複数のトラックを通過した光が入射した入射位置のうち、第１の補正用トラックに対する第１の入射位置、及び第２の補正用トラックに対する第２の入射位置を得る補正用データ取得ステップと、補正用データ取得ステップにおいて得られた第１の入射位置及び第２の入射位置に基づいて、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定する入射位置推定ステップと、入射位置推定ステップにより推定された入射位置を中心とする有効領域の間の無効領域を読み飛ばしつつ、有効領域に入射した光を検出する第２の検出ステップと、第２の検出ステップにおける検出結果に基づいて、回転板及び回転軸の回転角の絶対値を示すコードを生成するコード生成ステップとを備えることを特徴とする。
【００１９】
上記した角度検出方法では、第１の補正用トラックに対する第１の入射位置及び第２の補正用トラックに対する第２の入射位置に基づいて、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定している。従って、回転板の位置が変化した場合であっても、推定した入射位置への光の入射状態に基づいて、光検出部上における各角度検出用トラックのスリットの有無を正確に検出することができる。これにより、回転板の回転角の絶対値を示すコードを正確に生成することが可能となり、回転軸の回転角の絶対値を正確に検出することができる。さらに、上記した角度検出方法では、第２の検出ステップの際に、無効領域を読み飛ばしつつ有効領域に入射した光を検出している。これにより、光検出部から電荷を取り出す時間が短縮されるので、角度検出に要する時間を短縮することができる。
【００２０】
また、角度検出方法は、第２の検出ステップの際に、第１の検出ステップにおいて検出した第１の補正用トラックを通過した光及び第２の補正用トラックを通過した光の強度に基づいて閾値を定め、入射位置を中心とする有効領域において検出された光の強度と該閾値とを比較することにより、有効領域において検出された光がスリットを通過した光であるか否かを判定することを特徴としてもよい。これによって、光検出部上における各角度検出用トラックのスリットの有無をより正確に判断することができるので、回転軸の回転角の絶対値をより正確に検出することができる。
【００２１】
また、角度検出方法は、入射位置推定ステップの際に、第１の入射位置と第２の入射位置との間隔に基づいて、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定することを特徴としてもよい。これによって、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を好適に推定することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法によれば、回転板の位置が変化した場合であっても、光検出部上における各角度検出用トラックのスリットの有無を正確に検出することができるので、回転軸の回転角の絶対値を正確に検出することができる。また、光検出部から電荷を取り出す時間が短縮されるので、角度検出に要する時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２４】
（実施の形態）
図１は、本発明によるアブソリュートエンコーダの実施形態を示す斜視図である。図１を参照すると、本実施形態のアブソリュートエンコーダ１は、回転軸２、回転板３、発光素子４、及び光センサ５を備えている。回転軸２は、回転角を検出する対象物に取り付けられており、図示しないアブソリュートエンコーダ１の筐体に支持されている。回転板３は、例えば金属や樹脂等から形成された円板状の部材であり、その中心が回転軸２に取り付けられて固定されている。回転板３は、該回転板３の円周方向に設けられた複数のトラックからなるトラック群１０を有しており、トラック群１０の各トラックには、所定パターンのスリット７ａ、７ｂが形成されている。
【００２５】
光センサ５は、発光素子４から出射されてスリット７ａを通過した光及びスリット７ｂを通過した光を検出して、これらの光の強度に応じた電荷Ｑを生成するための手段である。光センサ５は、複数の画素が一次元に配置された光検出部６を有しており、各画素において電荷Ｑを生成する。そして、光センサ５は、生成した電荷Ｑを変換部２０（後述）へ出力する。光センサ５としては、例えばラインイメージセンサなどを用いることができる。光センサ５は、光検出部６が回転板３の径方向を長手方向として、回転軸２の方向から見て回転板３のトラック群１０を横切るように設けられている。また、発光素子４は点光源であり、回転板３のトラック群１０を挟んで光センサ５の光検出部６と対向するように配置されている。発光素子４としては、例えばＬＥＤなどを用いることができる。
【００２６】
ここで、図２は、図１に示した回転板３の拡大平面図である。図２を参照すると、トラック群１０には、少なくとも２本の補正用トラックからなる補正用トラック群８と、複数の角度検出用トラックからなる角度検出用トラック群９が含まれている。例えば本実施形態では、トラック群１０は１１本のトラックを有しており、そのうちの２本（補正用トラック群８）は、第１の補正用トラックである補正用トラック８ａ、及び第２の補正用トラックである補正用トラック８ｂである。また、他の９本（角度検出用トラック群９）は角度検出用トラック９ａ〜９ｉである。これら１１本のトラックの間隔は、互いに略一定となっている。また、本実施形態では、補正用トラック群８は角度検出用トラック群９よりも回転軸２寄りに設けられている。
【００２７】
補正用トラック８ａ及び８ｂには、所定パターンのスリット７ｂが円周方向に形成されている。スリット７ｂは、回転板３を厚さ方向に貫通して形成され、各補正用トラックにおいて回転板３の円周方向に複数並んで形成されている。補正用トラック８ａのスリット７ｂと、補正用トラック８ｂのスリット７ｂとは、その円周方向の位置がそれぞれ交互になるように配置されている。スリット７ｂは、補正用トラック８ａ及び８ｂのそれぞれにおいて、回転板３の回転角によらず発光素子４と光検出部６との間に少なくとも１つのスリット７ｂが存在するように配置されている。また、角度検出用トラック９ａ〜９ｉには、グレイコードなどの所定のパターンを表すスリット７ａが円周方向に形成されている。スリット７ａは、回転板３を厚さ方向に貫通して形成されている。なお、本実施形態において角度検出用トラックが９本設定されているのは、９桁のグレイコードによって最大５１２通りのコードを生成できるため、グレイコードによって回転板３の回転角（０度〜３６０度）を表現し、回転軸２の回転角を検出する際の分解能を１度またはそれ以下とするためである。
【００２８】
ここで、図３（ａ）は、発光素子４、回転板３、及び光センサ５の相対位置関係を示す側面断面図である。また、図３（ｂ）は、スリット７ａを通過した光及びスリット７ｂを通過した光の照射領域１６及び１７と、光センサ５の光検出部６との位置関係を説明するための図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照すると、発光素子４から回転板３に照射された光Ｌの一部は、スリット７ａまたは７ｂを通過して光センサ５の光検出部６に達する。このとき、角度検出用トラック９ａ〜９ｉのスリット７ａを通過した光は、角度検出用トラック９ａ〜９ｉに対応するライン１９ａ〜１９ｉ上に、スリット７ａの形状に相似した形状の照射領域１６を形成する。また、補正用トラック８ａ、８ｂのスリット７ｂを通過した光は、補正用トラック８ａ、８ｂに対応するライン１８ａ及び１８ｂ上に、スリット７ｂの形状に相似した形状の照射領域１７を形成する。ここで、ライン１９ａ〜１９ｉ並びに１８ａ及び１８ｂは、回転板３からの距離が光検出部６とほぼ等しい面上における架空のラインであり、照射領域１６及び１７は、光検出部６上に形成される領域を除き、回転板３からの距離が光検出部６とほぼ等しい面上に形成される架空の領域である。光検出部６は、該光検出部６上の照射領域１６及び１７に入射する光を検出することとなる。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、回転板３と光センサ５との間に所定の距離Ｄが存在するため、点光源である発光素子４からの光Ｌは、回転板３のスリット７ａまたは７ｂを通過した後、一定の広がりをもって光検出部６に入射する。したがって、図３（ｂ）に示したライン１８ａ、１８ｂ、及び１９ａ〜１９ｉの間隔は、回転板３の各トラック間隔よりも大きい。また、照射領域１６及び１７は、それぞれ回転板３に形成されたスリット７ａ及び７ｂよりも大きい。
【００３０】
ここで、図４（ａ）及び図４（ｂ）並びに図５（ａ）及び図５（ｂ）は、回転板３の位置が光検出部６に対して相対的に変化した場合を説明するための図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、回転板３が光検出部６に近づいて、回転板３と光検出部６との間の距離がＤｍｉｎとなった場合を示している。ここで、Ｄｍｉｎは、製造誤差等によって回転板３と光検出部６との間の距離が変化することを見込んで設定された、該距離の最小許容値である。このように、回転板３と光検出部６との間の距離が小さくなると、ライン１８ａ、１８ｂ、及び１９ａ〜１９ｉ同士の間隔が狭まり、照射領域１６及び１７の幅及び長さも小さくなる。これに対し、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、回転板３が光検出部６から遠ざかって、回転板３と光検出部６との間の距離がＤｍａｘとなった場合を示している。ここで、Ｄｍａｘは、製造誤差等によって回転板３と光検出部６との間の距離が変化することを見込んで設定された、該距離の最大許容値である。このように、回転板３と光検出部６との間の距離が大きくなると、ライン１８ａ、１８ｂ、及び１９ａ〜１９ｉ同士の間隔が拡がり、照射領域１６及び１７の幅及び長さも大きくなる。また、図５（ａ）に示した回転板３は、光検出部６に対して相対的に回転板３と平行な方向にずれている。このような状態は、主に回転板３が回転軸２に対して偏心して取り付けられることにより生じる。
【００３１】
光検出部６の長手方向の長さは、回転板３と光検出部６との間の距離がＤｍａｘとなる場合であり、且つ回転板３が光検出部６に対して相対的に回転板３に平行な方向に偏心している場合においても、各ライン１８ａ、１８ｂ、１９ａ〜１９ｉの照射領域１６及び１７を全て含むことができる長さに設定されるとよい。換言すれば、光検出部６の必要長さは、｛（回転板３のトラック群１０の幅）＋（回転板３の最大偏心量）×２｝×（回転板３と光検出部６との距離変化による照射領域１６及び１７の最大倍率）として算出される。また、光検出部６の長手方向と交差する方向の幅は、スリット７ａのうち円周方向の長さが最も短いスリット７ａによる照射領域１６の長さよりも短くなるように設定されるとよい。換言すれば、光検出部６の最大幅は、（最も短いスリット７ａの長さ）×（回転板３と光検出部６との距離変化による照射領域１６の最小倍率）として算出される。
【００３２】
また、図３（ｂ）、図４（ｂ）、及び図５（ｂ）に示すとおり、照射領域１７が回転板３の回転角によらず光検出部６内に少なくとも１つ含まれるように、スリット７ｂの円周方向の長さ及びスリット７ｂ同士の間隔がそれぞれ設けられている。特に、回転板３と光検出部６との間の距離がＤｍａｘとなる際（図５（ｂ）参照）には照射領域１７が拡がるため、回転板３と光検出部６との間の距離がＤｍａｘとなる場合を基準としてスリット７ｂの円周方向の長さ及びスリット７ｂ同士の間隔がそれぞれ設けられるとよい。
【００３３】
再び図１を参照すると、アブソリュートエンコーダ１は、変換部２０、入射位置推定部２１、レベル判定部２２、及びコード生成部２３をさらに備えている。これらのうち、変換部２０は光センサ５に電気的に接続された電気回路によって主に実現される。また、入射位置推定部２１、レベル判定部２２、及びコード生成部２３は、例えば中央演算装置を内蔵したコンピュータによって実現することができる。或いは、これらの手段は電気回路によっても実現することができる。
【００３４】
変換部２０は、光センサ５の光検出部６に電気的に接続されている。変換部２０は、光検出部６の複数の画素それぞれから取り出された電荷Ｑを電圧信号に変換して光強度信号Ｓ１及びＳ３を生成するための変換手段である。変換部２０は、複数のトラックを通過した光が入射した光検出部６における入射位置のうち、補正用トラック８ａに対する第１の入射位置１２ａ（図３（ｂ）参照）、及び補正用トラック８ｂに対する第２の入射位置１２ｂ（図３（ｂ）参照）付近の画素からの電荷Ｑを電圧信号に変換する。ここで、光検出部６とライン１８ａとが交差する位置が第１の入射位置１２ａとなり、光検出部６とライン１８ｂとが交差する位置が第２の入射位置１２ｂとなる。そして、変換部２０は、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂに入射した光の強度を示す光強度信号Ｓ１を生成して、光強度信号Ｓ１を入射位置推定部２１及びレベル判定部２２へ出力する。また、変換部２０は、角度検出用トラック９ａ〜９ｉに対する入射位置１３ａ〜１３ｉ（図３（ｂ）参照）付近の画素からの電荷Ｑを積分するとともに電圧信号に変換して光強度信号Ｓ３を生成し、光強度信号Ｓ３をレベル判定部２２へ出力する。ここで、光検出部６とライン１９ａ〜１９ｉとが交差する位置が入射位置１３ａ〜１３ｉとなる。入射位置１３ａ〜１３ｉの位置は、後述する入射位置推定部２１によって推定される。
【００３５】
また、変換部２０は、光検出部６の各画素と発光素子４との距離に応じた増幅率で光強度信号Ｓ１及びＳ３を増幅する回路をさらに備えてもよい。具体的には、変換部２０において、発光素子４との距離が小さい画素からの電荷Ｑによる光強度信号Ｓ１及びＳ３の増幅率を小さくし、発光素子４との距離が大きい画素からの電荷Ｑによる光強度信号Ｓ１及びＳ３の増幅率を大きくするとよい。光強度信号Ｓ１及びＳ３をこのように増幅することによって、各画素と発光素子４との距離の相違に起因する各画素間における光強度の差を補正することができる。
【００３６】
入射位置推定部２１は、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとに基づいて、角度検出用トラック９ａ〜９ｉのそれぞれに対する補正された入射位置１３ａ〜１３ｉを推定するための入射位置推定手段である。入射位置推定部２１における入射位置１３ａ〜１３ｉの推定方法を、図３（ｂ）及び図６を用いて以下に説明する。
【００３７】
図３（ｂ）を参照すると、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとは間隔Ｐ１を隔てている。同様に、第２の入射位置１２ｂ及び入射位置１３ａ〜１３ｉもそれぞれ互いに間隔Ｐ１を隔てている。間隔Ｐ１は、発光素子４、回転板３、及び光検出部６の相対位置、並びに回転板３のトラック間隔によって定まる。ここで、補正用トラック８ａ及び８ｂのスリット７ｂは、前述したように補正用トラック８ａ及び８ｂのそれぞれにおいて、回転板３の回転角によらず発光素子４と光検出部６との間に少なくとも１つのスリット７ｂが存在するように配置されている。従って、光検出部６には、回転板３の回転角によらず常に補正用トラック８ａを通過した光及び補正用トラック８ｂを通過した光が入射する。
【００３８】
図６は、光検出部６の複数の画素のうち第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂ付近の画素６ａと、画素６ａにおいて取り出された電荷Ｑに基づいて生成された光強度信号Ｓ１の一例とをあわせて示す図である。図６を参照すると、光検出部６では、第１の入射位置１２ａに近い画素６ａほど光強度信号Ｓ１が大きくなっている。これは、第１の入射位置１２ａ上に補正用トラック８ａが位置しているためである。入射位置推定部２１は、まず、変換部２０から得た光強度信号Ｓ１に基づいて、補正用トラック８ａに対応する第１の入射位置１２ａの位置を検出する。本実施形態では、補正用トラック８ａはトラック群１０のなかで最も回転軸２の近くに配置されており、光検出部６においても回転軸２に近い画素から電荷Ｑを取り出すので、光検出部６における光強度信号Ｓ１のピークのうち最初に検出されるピークが補正用トラック８ａに対応するピークとなる。従って、そのピークの中心位置を第１の入射位置１２ａの位置とするとよい。次に、２番目に検出されるピークの中心位置を第２の入射位置１２ｂの位置とする。続いて、入射位置推定部２１は、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとの間の間隔Ｐ１を求め、第２の入射位置１２ｂの位置を基準として、間隔Ｐ１でもって入射位置１３ａ〜１３ｉそれぞれの位置を推定する。このとき、第２の入射位置１２ｂに代えて第１の入射位置１２ａの位置を基準としてもよい。そして、入射位置推定部２１は、推定した入射位置１３ａ〜１３ｉ付近の画素から順次電荷Ｑを送るように指示するための指示信号Ｓ６を光センサ５へ出力する。また、入射位置推定部２１は、光センサ５から送られる電荷Ｑを入射位置１３ａ〜１３ｉ毎に順次取り込むように指示するための指示信号Ｓ２を変換部２０へ出力する。
【００３９】
ここで、図７は、光センサ５の構成を示すブロック図である。また、図８は、光センサ５の光検出部６において生成された、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂ付近の電荷Ｑ１、及び入射位置１３ａ〜１３ｉ付近の電荷Ｑ２、Ｑ３の電荷量と、光検出部６とを示す図である。図７を参照すると、光センサ５は、前述した光検出部６に加えて、さらに取り出し部５ａを備えている。取り出し部５ａは、入射位置推定部２１により推定された入射位置１３ａ〜１３ｉを中心とする有効領域１４ａ〜１４ｉ（図８参照）に含まれる画素６ａから電荷Ｑ（Ｑ２）を取り出すとともに、有効領域１４ａ〜１４ｉの間の無効領域１５（図８参照）に含まれる画素６ａからは電荷Ｑ（Ｑ３）を取り出さない機能を有する取り出し手段である。取り出し部５ａは各画素６ａと電気的に接続されており、各画素６ａのうち有効領域１４ａ〜１４ｉに含まれる画素６ａから電荷Ｑ（Ｑ２）を取り出す。本実施形態では、取り出し部５ａは、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂ付近の電荷Ｑ（Ｑ１）を画素６ａから取り出し、この電荷Ｑ（Ｑ１）を変換部２０へ出力する機能をさらに備えている。また、取り出し部５ａは、有効領域１４ａ〜１４ｉにおいて、互いに隣接する２つ以上の画素６ａからの電荷Ｑ２をまとめて取り出す機能も備えている。例えば、図８に示された電荷Ｑ２は、互いに隣接する４つの画素６ａ毎にまとめて取り出された電荷を示している。
【００４０】
取り出し部５ａが第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂ付近の電荷Ｑ（Ｑ１）を変換部２０へ出力すると、変換部２０は光強度信号Ｓ１を生成し、入射位置推定部２１へ送る。入射位置推定部２１は、光強度信号Ｓ１に基づいて入射位置１３ａ〜１３ｉを推定し、入射位置１３ａ〜１３ｉ付近の画素６ａから順次電荷Ｑ（Ｑ２）を送るように指示するための指示信号Ｓ６を取り出し部５ａに送る。取り出し部５ａは、指示信号Ｓ６に基づいて、入射位置１３ａ〜１３ｉのそれぞれを中心とする所定範囲内の領域を有効領域１４ａ〜１４ｉと定める。有効領域１４ａ〜１４ｉの間の領域は、無効領域１５となる。取り出し部５ａは、有効領域１４ａ〜１４ｉに含まれる画素６ａ内の電荷Ｑ（Ｑ２）を順次取り出し、この電荷Ｑ（Ｑ２）を変換部２０へ出力する。変換部２０では、この電荷Ｑ（Ｑ２）に基づいて、光強度信号Ｓ３が生成されることとなる。
【００４１】
再び図１を参照する。レベル判定部２２は、光検出部６において検出された、補正用トラック８ａ、８ｂを通過した光の強度に基づいて、有効領域１４ａ〜１４ｉにおいて検出された光がスリット７ａを通過した光であるか否かを判定するためのレベル判定手段である。具体的には、レベル判定部２２は、変換部２０から光強度信号Ｓ１及びＳ３を受ける。そして、レベル判定部２２は、第１の入射位置１２ａ付近の各画素に対応する光強度信号Ｓ１と、第２の入射位置１２ｂ付近の各画素に対応する光強度信号Ｓ１とを加算することにより、補正用トラック８ａを通過した光の強度と補正用トラック８ｂを通過した光の強度との合計値を得る。続いて、レベル判定部２２は、補正用トラック８ａ、８ｂを通過した光の強度の合計値に基づいて閾値を設定する。このとき、閾値を、例えば光強度の合計値の２分の１としてもよいし、これ以外の任意の割合としてもよい。そして、レベル判定部２２は、変換部２０から入力した光強度信号Ｓ３と閾値とを比較することにより、光強度信号Ｓ３がスリット７ａを通過した光による信号であるか否かを判定して判定結果Ｓ４を生成する。レベル判定部２２は、判定結果Ｓ４をコード生成部２３へ出力する。
【００４２】
コード生成部２３は、レベル判定部２２からの判定結果Ｓ４に基づいて、回転軸２及び回転板３の回転角の絶対値を表すグレイコードＳ５を生成するための手段である。コード生成部２３は、有効領域１４ａ〜１４ｉに関する光強度信号Ｓ３が、角度検出用トラック９ａ〜９ｉのスリット７ａを通過した光によるものであるか否かを判定結果Ｓ４から知ることができる。そして、光強度信号Ｓ３がスリット７ａを通過した光によるものである場合（すなわち、光強度信号Ｓ３が閾値より大きい場合）、その入射位置に対応するグレイコードのビットを１とする。光強度信号Ｓ３がスリット７ａを通過した光によるものでない場合（すなわち、光強度信号Ｓ３が閾値より小さい場合）、その入射位置に対応するグレイコードのビットを０とする。こうして、９桁のグレイコードＳ５を生成する。コード生成部２３は、生成したグレイコードＳ５をアブソリュートエンコーダ１の外部へ出力する。
【００４３】
次に、以上の構成を備えるアブソリュートエンコーダ１の動作の説明として、アブソリュートエンコーダ１を用いた角度検出方法を説明する。なお、以下に説明する方法において、アブソリュートエンコーダ１が備える変換部２０、入射位置推定部２１、レベル判定部２２、及びコード生成部２３を用いるが、これらの手段はアブソリュートエンコーダ１の外部に設けられていてもよい。
【００４４】
図９は、本実施形態による角度検出方法を示すフローチャートである。この角度検出方法では、まず、発光素子４から回転板３のトラック群１０へ向けて光を照射する（照射ステップ、Ｓ１１）。このとき、光センサ５の光検出部６では、スリット７ａ、７ｂを通過した光が入射して電荷Ｑ（Ｑ１）が発生する。次に、変換部２０により、補正用トラック８ａ、８ｂのスリット７ｂを通過した光により生じた電荷Ｑ（Ｑ１）が取り出される。取り出された電荷Ｑ（Ｑ１）は、変換部２０において電圧信号に変換され、第１の光強度信号Ｓ１となる（第１の検出ステップ、Ｓ１２）。
【００４５】
続いて、光強度信号Ｓ１が変換部２０から入射位置推定部２１及びレベル判定部２２へ出力される。入射位置推定部２１では、光強度信号Ｓ１が最初にピークとなる光検出部６の位置を検出し、この位置を、補正用トラック８ａを通過した光が入射した第１の入射位置１２ａとする（補正用データ取得ステップ、Ｓ１３）。続いて、入射位置推定部２１では、光強度信号Ｓ１が２番目にピークとなる光検出部６の位置を検出し、この位置を、補正用トラック８ｂを通過した光が入射した第２の入射位置１２ｂとする（補正用データ取得ステップ、Ｓ１４）。
【００４６】
続いて、入射位置推定部２１において、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂに基づき、角度検出用トラック９ａ〜９ｉのそれぞれを通過する光が入射する入射位置１３ａ〜１３ｉを推定する。すなわち、入射位置推定部２１では、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとの間の間隔Ｐ１を求め、第２の入射位置１２ｂの位置を基準として、間隔Ｐ１でもって入射位置１３ａ〜１３ｉそれぞれの位置を推定する（入射位置推定ステップ、Ｓ１５）。一方、レベル判定部２２においては、変換部２０からの光強度信号Ｓ１に基づいて閾値が定められる（Ｓ１６）。
【００４７】
続いて、入射位置推定部２１から光センサ５の取り出し部５ａへ指示信号Ｓ６が送られる。取り出し部５ａでは、指示信号Ｓ６に基づいて光検出部６における有効領域１４ａ〜１４ｉ及び無効領域１５が設定される。そして、有効領域１４ａに含まれる画素６ａにおいて生成された電荷Ｑ（Ｑ２）が、取り出し部５ａから変換部２０へ出力される。変換部２０では、取り出し部５ａからの電荷Ｑ（Ｑ２）を受け取り、これを積分するとともに電圧信号に変換して光強度信号Ｓ３を生成する（第２の検出ステップ、Ｓ１７）。
【００４８】
続いて、光強度信号Ｓ３は変換部２０からレベル判定部２２へ出力され、レベル判定部２２において、光強度信号Ｓ３と閾値とが比較される。これにより、有効領域１４ａにおいて検出された光がスリット７ａを通過した光であるか否かが判定される（Ｓ１８）。この有効領域１４ａに関する判定結果Ｓ４が、レベル判定部２２からコード生成部２３へ出力される。以降、有効領域１４ｂ〜１４ｉについて第２の検出ステップ（Ｓ１７及びＳ１８）が繰り返される。このとき、有効領域１４ａ〜１４ｉの間の無効領域１５が取り出し部５ａによって読み飛ばされつつ、有効領域１４ｂ〜１４ｉにおける電荷Ｑ（Ｑ２）が取り出される。
【００４９】
コード生成部２３では、レベル判定部２２からの判定結果Ｓ４に基づいて、グレイコードＳ５が生成される（コード生成ステップ、Ｓ１９）。生成されたグレイコードＳ５は、アブソリュートエンコーダ１の外部へ出力される。このグレイコードＳ５によって、回転軸２及び回転板３の回転角の絶対値が読みとられる。
【００５０】
以上に説明した本実施形態によるアブソリュートエンコーダ１及び角度検出方法は、以下の効果を有する。すなわち、本実施形態によるアブソリュートエンコーダ１では、補正用トラック８ａ及び８ｂそれぞれにおいて、スリット７ｂが回転板３の回転角によらず発光素子４と光検出部６との間に少なくとも１つ存在するように配置されている。従って、発光素子４から照射されて補正用トラック８ａのスリット７ｂを通過した光及び補正用トラック８ｂのスリット７ｂを通過した光を、光センサ５の光検出部６が回転板３の回転角によらず常に検出するので、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとを回転板３の回転角によらず常に得ることができる。この第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂに基づいて、補正された入射位置１３ａ〜１３ｉを推定することにより、回転板３の位置が変化した場合であっても、推定した入射位置１３ａ〜１３ｉへの光の入射状態に基づいて光検出部６上における各角度検出用トラック９ａ〜９ｉのスリット７ａの有無を正確に検出することができる。従って、本実施形態によるアブソリュートエンコーダ１によれば、回転軸２の回転角の絶対値を正確に検出することができる。
【００５１】
一般的に、アブソリュートエンコーダが光源を１つだけ備える場合、回転板の回転軸への取り付け誤差によって、図４、図５に示したように光検出部への入射位置が本来の位置からずれる場合がある。回転板が回転軸に対して偏心して取り付けられている場合も同様である。本実施形態によれば、上記のように回転板３の位置が変化した場合であっても回転軸２の回転角の絶対値を正確に検出することができるので、点光源である発光素子４を１つだけ備えればよく、また、装置を大型化する複雑な光学系や長い光路長のスペースを必要としない。従って、１つの光源を有する小型のアブソリュートエンコーダ１を提供することが可能になる。
【００５２】
さらに、本実施形態によるアブソリュートエンコーダ１では、入射位置推定部２１が、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂに基づいて、入射位置１３ａ〜１３ｉを好適に推定している。そして、光センサ５の取り出し部５ａが、入射位置１３ａ〜１３ｉのそれぞれを中心とする有効領域１４ａ〜１４ｉから電荷Ｑ（Ｑ２）を取り出すとともに、無効領域１５の電荷Ｑ（Ｑ３）を取り出さないように構成されている。
【００５３】
ここで、図８を再び参照すると、有効領域１４ａ〜１４ｉにおいて発生する電荷Ｑ２の電荷量とくらべて、無効領域１５において発生する電荷Ｑ３の電荷量が極めて少ないことがわかる。回転板３の角度検出用トラック９ａ〜９ｉの間には一定の間隔が設けられており、この間隔部分は光を通さないため、無効領域１５では角度検出用トラック９ａ〜９ｉを通過した光の強度分布における裾部分が検出される。このような裾部分は、光量が非常に少ないため、光検出部６に入射した光がスリット７ａを通過した光か否かを判定するための判定材料とはなり難い。従って、発明者は、このような裾部分の検出を省略すれば、光検出部６からの電荷Ｑの取り出し時間を短縮できることを見い出した。
【００５４】
本実施形態によるアブソリュートエンコーダ１によれば、角度検出用トラック９ａ〜９ｉを通過した光がほとんど入射しない無効領域１５から電荷を取り出さないので、光検出部６から電荷Ｑを取り出す時間が短縮され、角度検出に要する時間を短縮することができる。
【００５５】
また、本実施形態による角度検出方法では、アブソリュートエンコーダ１を用い、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂに基づいて入射位置１３ａ〜１３ｉを推定している。従って、回転板３の位置が変化した場合であっても、推定した入射位置１３ａ〜１３ｉへの光の入射状態に基づいて、光検出部６上における各角度検出用トラック９ａ〜９ｉのスリット７ａの有無を正確に検出することができる。これにより、回転軸２の回転角の絶対値を示すグレイコードＳ５を正確に生成することが可能となり、回転軸２の回転角の絶対値を正確に検出することができる。さらに、本実施形態による角度検出方法では、第２の検出ステップ（Ｓ１７）の際に、無効領域１５を読み飛ばしつつ有効領域１４ａ〜１４ｉに入射した光を検出している。これにより、光検出部６から電荷Ｑを取り出す時間が短縮されるので、角度検出に要する時間を短縮することができる。
【００５６】
また、本実施形態のように、アブソリュートエンコーダ１は、取り出し部５ａが、有効領域１４ａ〜１４ｉにおいて、互いに隣接する２つ以上の画素６ａからの電荷Ｑ２をまとめて取り出す機能をさらに備ることが好ましい。これによって、光検出部６における電荷Ｑ２の取り出し回数を減らすことができるので、光検出部６から電荷Ｑ（Ｑ２）を取り出す時間をより一層短縮することができる。
【００５７】
また、本実施形態のように、アブソリュートエンコーダ１では、照射領域１７が回転板３の回転角によらず光検出部６内に少なくとも１つ含まれるように、スリット７ｂの円周方向の長さ、及びスリット７ｂ同士の間隔が設けられていることが好ましい。これによって、補正用トラック８ａまたは８ｂを通過して光検出部６に入射する光の強度を回転板３の回転角によらずほぼ一定に保つことができるので、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂをさらに正確に得ることができる。また、補正用トラック８ａ、８ｂを通過した光の強度を安定して得ることができるので、レベル判定部２２において安定した閾値を求めることができる。
【００５８】
また、本実施形態のように、入射位置推定部２１は、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとの間隔に基づいて、入射位置１３ａ〜１３ｉを推定することが好ましい。これによって、入射位置１３ａ〜１３ｉを好適に推定することができる。
【００５９】
また、本実施形態のように、アブソリュートエンコーダ１は、光検出部６において検出された補正用トラック８ａを通過した光及び補正用トラック８ｂを通過した光の強度に基づいて、入射位置推定部２１によって推定された入射位置１３ａ〜１３ｉにおいて検出された光がスリット７ａを通過した光であるか否かを判定するレベル判定部２２を備えることが好ましい。これによって、光検出部６上における各角度検出用トラック９ａ〜９ｉのスリット７ａの有無をより正確に判断することができるので、回転軸２の回転角の絶対値をより正確に検出することができる。
【００６０】
（第１の変形例）
図１０は、上記した実施形態によるアブソリュートエンコーダ１の第１変形例として、光センサ５０を示す平面図である。この光センサ５０は、上記した実施形態の光センサ５に代えて配置される光センサであり、複数の画素５２ａ及び５５ａが一次元状に配置された光検出部５１を有している。この光検出部５１は、補正用トラック８ａ、８ｂをそれぞれ通過した光を検出するための補正用領域５２と、角度検出用トラック９ａ〜９ｉを通過した光を検出するための角度検出用領域５５とを有している。そして、角度検出用領域５５の画素５５ａのピッチが、補正用領域５２の画素５２ａのピッチよりも大きく設けられている。
【００６１】
上記した実施形態の光センサ５では、有効領域１４ａ〜１４ｉにおいて互いに隣接する２つ以上の画素６ａからまとめて電荷Ｑ２を取り出しているが、本変形例のように、角度検出用領域５５の画素５５ａのピッチが、補正用領域５２の画素５２ａのピッチよりも大きく設けられることによっても、同様の効果を得ることができる。すなわち、本変形例によれば、電荷Ｑ２を取り出される画素の個数を減らすことができるので、光検出部から電荷Ｑ（Ｑ２）を取り出す時間をより一層短縮することができる。
【００６２】
（第２の変形例）
図１１は、上記した実施形態によるアブソリュートエンコーダ１の第２変形例として、光センサ５３を示す平面図である。この光センサ５３は、上記した実施形態の光センサ５に代えて配置される光センサであり、複数の画素５４ａが一次元状に配置された光検出部５４を有している。この光検出部５４においては、光センサ５３の長手方向と交差する方向の複数の画素５４ａそれぞれの幅Ｗが、画素５４ａと発光素子４との距離に基づいて設けられている。具体的には、発光素子４に比較的近い画素５４ａの幅Ｗが短く、発光素子４から比較的遠い画素５４ａの幅Ｗが長くなっている。こうして、各画素５４ａの面積が、光検出部５４における発光素子４からの入射強度プロファイルに反比例した面積となっている。
【００６３】
発光素子４として点光源を用いる場合には、複数の画素５４ａそれぞれの発光素子４からの距離の相違によって、各画素５４ａに入射する光の強度に差が生じる。本変形例の光センサ５３によれば、画素５４ａと発光素子４との距離に基づいて該画素５４ａの面積が定まるので、各画素５４ａ間の光強度の差が補正された信号を得ることができ、アブソリュートエンコーダ１が回転軸２の回転角の絶対値をより正確に検出することができる。
【００６４】
（第３の変形例）
図１２は、上記した実施形態によるアブソリュートエンコーダ１の第３変形例として、回転板３ａを示す拡大平面図である。この回転板３ａは、上記した実施形態の回転板３に代えて配置される回転板である。回転板３ａの回転板３との相違点は、補正用トラック８ａ及び８ｂのスリット７ｃが、発光素子４からの光に対して透明な材料により形成されている点である。そして、スリット７ｃは、補正用トラック８ａ及び８ｂの全周にわたって連続して形成されている。本変形例においては、回転板３は、例えばガラス板表面のスリット７ｃ以外の部分に不透過印刷を施すことによって形成される。本変形例の回転板３ａによれば、補正用トラック８ａを通過して光検出部６に入射する光の強度、及び補正用トラック８ｂを通過して光検出部６に入射する光の強度を回転板３の回転角によらずほぼ一定に保つことができるので、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂをさらに正確に検出することができる。
【００６５】
（第４の変形例）
図１３は、上記した実施形態によるアブソリュートエンコーダ１の第４変形例として、回転板３ｂを示す拡大平面図である。この回転板３ｂは、上記した実施形態の回転板３に代えて配置される回転板である。回転板３ｂの回転板３との相違点は、補正用トラック群８が、補正用トラック８ａ及び８ｂに加えて、補正用トラック８ｃを有する点である。このように、回転板は、３つ以上の補正用トラックを備えてもよい。本変形例の回転板３ｂによれば、光センサ５の光検出部６において、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂに加えてさらに第３の入射位置を得ることができるので、入射位置推定部２１が入射位置１３ａ〜１３ｉを推定する際の推定精度をさらに高めることができる。さらに、レベル判定部２２における閾値の精度も高めることができる。
【００６６】
（第１の実施例）
図１４〜図１６は、上記した実施形態によるアブソリュートエンコーダ１の実施例を説明するための図である。図１４は、上記した実施形態の光センサ５の実施例として光センサ５８を示すブロック図である。また、図１５は、光センサ５８が備える制御部５８ａの内部回路を示す回路図である。また、図１６は、上記した実施形態の変換部２０、入射位置推定部２１、及びレベル判定部２２の実施例として変換部３０、入射位置推定部３１、及びレベル判定部３２を示す回路図である。
【００６７】
図１４を参照すると、本変形例による光センサ５８は、光検出部６及び制御部５８ａを備えている。このうち、光検出部６は、上記した実施形態における光検出部６と同様の構成を有している。制御部５８ａは、光検出部６の複数の画素６ａから電荷Ｑを取り出すために、画素６ａと変換部３０との電気的接続状態を順に切り替える機能を備えている。制御部５８ａは、画素６ａのそれぞれと変換部３０との間に設けられているスイッチ５８ｂを操作することによって、これらの電気的接続状態を切り替える。本変形例においては、制御部５８ａとスイッチ５８ｂとによって、上記した実施形態における取り出し部５ａに相当する手段が構成される。光検出部６において補正用トラック８ａ、８ｂを通過した光を検出する際には、制御部５８ａは、光検出部６の一端に位置する画素６ａに対応するスイッチ５８ｂから順に接続状態とする。また、角度検出用トラック９ａ〜９ｉを通過した光を検出する際には、入射位置推定部３１からの指示信号φｄに基づいて有効領域を設定し、該有効領域に含まれる画素６ａに対応するスイッチ５８ｂを順に接続状態とする。このとき、制御部５８ａは、互いに隣接する２つ以上（例えば４つ）の画素６ａから電荷Ｑをまとめて取り出せるように、対応するスイッチ５８ｂをまとめて接続状態とする。画素６ａ内部に生じた電荷Ｑは、スイッチ５８ｂが接続状態になると配線を介して変換部３０へ移動する。
【００６８】
ここで、制御部５８ａは、複数の画素６ａに対応する複数のシフトブロックを備えている。図１５には、シフトブロックのうち、第Ｎ番目の画素６ａに対応するシフトブロック７０（Ｎ）が示されている。ここで、第１番目の画素６ａとは、複数の画素６ａのうち最初に電荷Ｑが取り込まれる画素６ａを指すものとする。制御部５８ａの各シフトブロックは、このシフトブロック７０（Ｎ）と同様の構成を有している。また、制御部５８ａは、モード制御ラインＭＯＤＥ、クロック信号ラインＣＬＫ、飛び越し幅制御ラインＸj〜Ｘj-k、グループ制御ラインＹ1〜Ｙi-1を備えている。モード制御ラインＭＯＤＥは、個々の画素６ａから順に電荷Ｑを取り出す第１シフトモード、及び有効領域からのみ電荷Ｑを取り出すとともに互いに隣接する２以上の画素６ａからまとめて電荷Ｑを取り出す第２シフトモードのうちどちらか一方のモードを示すモード信号Ｍを各シフトブロックに供給するための配線である。クロック信号ラインＣＬＫは、各シフトブロックにクロック信号を供給するための配線である。飛び越し幅制御ラインＸj〜Ｘj-kは、有効領域同士の間にある無効領域の画素６ａを読み飛ばす際に、読み飛ばし幅（すなわち、無効領域の幅）を各シフトブロックに指示するための配線である。グループ制御ラインＹ1〜Ｙi-1は、互いに隣接する２以上の画素６ａからまとめて電荷Ｑを取り出す際に、いくつの画素６ａをまとめるかを各シフトブロックに指示するための配線である。例えば、４つの画素６ａからまとめて電荷Ｑを取り出す際には、グループ制御ラインＹ1〜Ｙ3が有効となる。
【００６９】
また、シフトブロック７０（Ｎ）は、シフトレジスタ７１、ＮＯＴ回路７２、ＡＮＤ回路７３ａ、７３ｂ、７５（Ｎ＋１）〜７５（Ｎ＋ｉ−１）、７７（Ｎ−ｊ）〜７７（Ｎ−（ｊ−ｋ））、ＯＲ回路７４、７６、及び７８を備えている。ＮＯＴ回路７２はモード制御ラインＭＯＤＥに接続されており、モード信号Ｍを反転してＡＮＤ回路７３ｂへ出力する。また、ＡＮＤ回路７３ｂは、シフトブロック７０（Ｎ−１）のシフト信号出力に接続されており、シフトブロック７０（Ｎ−１）からのシフト信号ＳN-1を入力する。ＡＮＤ回路７３ｂは、モード信号Ｍが第１シフトモードを示す場合に、シフトブロック７０（Ｎ−１）からのシフト信号ＳN-1をＯＲ回路７４へ出力する。
【００７０】
ＡＮＤ回路７７（Ｎ−ｊ）〜７７（Ｎ−（ｊ−ｋ））は、それぞれシフトブロック７０（Ｎ−ｊ）〜７０（Ｎ−（ｊ−ｋ））のシフト信号出力に接続されており、シフトブロック７０（Ｎ−ｊ）〜７０（Ｎ−（ｊ−ｋ））からのシフト信号ＳN-j〜ＳN-(j-k)を入力する。また、ＡＮＤ回路７７（Ｎ−ｊ）〜７７（Ｎ−（ｊ−ｋ））は、飛び越し幅制御ラインＸj〜Ｘj-kに接続されている。ＡＮＤ回路７７（Ｎ−ｊ）〜７７（Ｎ−（ｊ−ｋ））は、有効な飛び越し幅制御ラインＸj〜Ｘj-kに対応するシフト信号ＳN-j〜ＳN-(j-k)をＯＲ回路７８へ出力する。ＯＲ回路７８は、ＡＮＤ回路７７（Ｎ−ｊ）〜７７（Ｎ−（ｊ−ｋ））のうち少なくとも１つのＡＮＤ回路からシフト信号を受けると、シフト信号をＡＮＤ回路７３ａへ出力する。ただし、飛び越し幅制御ラインＸj〜Ｘj-kは一度に最大１ラインしか有効とならないため、ＯＲ回路７８からはシフト信号ＳN-j〜ＳN-(j-k)のうちいずれか１つのシフト信号が出力されることとなる。ＡＮＤ回路７３ａは、モード制御ラインＭＯＤＥからモード信号Ｍを受け取り、モード信号Ｍが第２シフトモードを示している場合に、ＯＲ回路７８からのシフト信号をＯＲ回路７４へ出力する。ＯＲ回路７４では、ＡＮＤ回路７３ａまたは７３ｂからのシフト信号が、シフトレジスタ７１へ出力される。
【００７１】
シフトレジスタ７１は、クロック信号ラインＣＬＫに接続されており、ＯＲ回路７４からのシフト信号に基づいて、クロック信号ラインＣＬＫからのクロック信号と同期したシフト信号ＳNを生成し、ＯＲ回路７６及びシフトブロック７０（Ｎ）外へ出力する。
【００７２】
ＡＮＤ回路７５（Ｎ＋１）〜７５（Ｎ＋ｉ−１）は、それぞれグループ制御ラインＹ1〜Ｙi-1に接続されている。また、ＡＮＤ回路７５（Ｎ＋１）〜７５（Ｎ＋ｉ−１）は、それぞれシフトブロック７０（Ｎ＋１）〜７０（Ｎ＋ｉ−１）のシフト信号出力に接続されており、それぞれシフト信号ＳN+1〜ＳN+(i-1)を入力する。ＡＮＤ回路７５（Ｎ＋１）〜７５（Ｎ＋ｉ−１）は、対応するグループ制御ラインＹ1〜Ｙi-1が有効であるときに、対応するシフト信号ＳN+1〜ＳN+(i-1)をＯＲ回路７６へ出力する。ＡＮＤ回路７６は、シフトレジスタ７１からのシフト信号ＳN、及びＡＮＤ回路７５（Ｎ＋１）〜７５（Ｎ＋ｉ−１）からのシフト信号ＳN+1〜ＳN+(i-1)のいずれかが有効である場合に、Ｎ番目のスイッチ５８ｂ（図１４参照）を接続状態とするためのスイッチ信号ＳＷを出力する。なお、通常は、シフトレジスタ７１からのシフト信号ＳN、及びＡＮＤ回路７５（Ｎ＋１）〜７５（Ｎ＋ｉ−１）からのシフト信号ＳN+1〜ＳN+(i-1)のうち、一度に最大１つのシフト信号のみが有効状態となる。
【００７３】
上記した構成のシフトブロック７０（Ｎ）を有する制御部５８ａは、次のように動作する。まず、補正用トラック８ａ、８ｂを通過した光を検出する際には、モード制御ラインＭＯＤＥに第１シフトモードを示すモード信号Ｍが送られる。そして、Ｎ−１番目のシフトブロック７０（Ｎ−１）からのシフト信号ＳN-1が、ＮＯＴ回路７２、ＡＮＤ回路７３ｂ、及びＯＲ回路７４を介してシフトレジスタ７１に入力される。シフトレジスタ７１は、シフト信号ＳN-1に基づいて、クロック信号に同期したシフト信号ＳNを生成する。シフト信号ＳNはＯＲ回路７６を介してスイッチ信号ＳＷとなり、スイッチ５８ｂを接続状態とする。また、シフト信号ＳNは１つ先のシフトブロック７０（Ｎ＋１）へ出力され、シフトブロック７０（Ｎ＋１）においてシフトブロック７０（Ｎ）と同様の動作が繰り返される。以降、順次シフトブロックが動作し、スイッチ５８ｂが順に接続状態となって電荷Ｑが変換部３０へ送られる。
【００７４】
次に、角度検出用トラック９ａ〜９ｉを通過した光を検出する際には、モード制御ラインＭＯＤＥに第２シフトモードを示すモード信号Ｍが送られる。ここで、以下の説明では、本実施例の一例として、無効領域の幅を１６画素とし、有効領域では４画素からの電荷Ｑをまとめて取り出すこととする。このとき、飛び越し幅制御ラインＸ20が有効に設定され、グループ制御ラインＹ1〜Ｙ3が有効に設定される。そして、シフト信号ＳN-j〜ＳN-(j-k)のうちシフト信号ＳN-20がＡＮＤ回路７７、ＯＲ回路７８、ＡＮＤ回路７３ａ、及びＯＲ回路７４を介してシフトレジスタ７１へ入力される。シフトレジスタ７１は、シフト信号ＳN-20に基づいて、クロック信号に同期したシフト信号ＳNを生成する。シフト信号ＳNはＯＲ回路７６を介してスイッチ信号ＳＷとなり、スイッチ５８ｂを接続状態とする。また、シフト信号ＳNはシフトブロック７０（Ｎ−１）〜７０（Ｎ−３）にも送られ、各シフトブロックのＡＮＤ回路７５及びＯＲ回路７６を介してスイッチ信号ＳＷとなり、それぞれに対応するスイッチ５８ｂを接続状態とする。こうして、互いに隣接する４つの画素６ａから電荷Ｑがまとめて変換部３０へ出力される。また、シフト信号ＳN-20を出力したシフトブロック７０（Ｎ−２０）とシフトブロック７０（Ｎ−３）との間には動作していない１６個のシフトブロック７０（Ｎ−１９）〜７０（Ｎ−４）が存在する。これらのシフトブロックに対応する画素６ａが、無効領域に含まれる画素である。以降、上記した動作が繰り返される。
【００７５】
次に、図１６を参照して、変換部３０、入射位置推定部３１、及びレベル判定部３２について説明する。変換部３０は、積分器３０ａ、差動増幅器３０ｂ、及びメモリ３０ｃを備えている。積分器３０ａの入力は光センサ５８に電気的に接続されており、積分器３０ａの出力は差動増幅器３０ｂ及びメモリ３０ｃに電気的に接続されている。積分器３０ａは光センサ５８の各画素６ａ及び６ｂからの電荷Ｑを積分するとともに電圧信号に変換する回路であり、後述する制御器３１ａからの初期化信号φＩＮＴを入力することによって積分動作が初期化される。
【００７６】
メモリ３０ｃは、積分器３０ａが光センサ５８から電荷Ｑを受けていないときの、積分器３０ａからの出力レベル（ダーク出力レベル）を記憶するための回路である。メモリ３０ｃの入力は積分器３０ａに電気的に接続されており、メモリ３０ｃの出力は差動増幅器３０ｂに電気的に接続されている。メモリ３０ｃは、後述する制御器３１ａからの記憶信号φＲＭをトリガとして、発光素子４が点灯する前に積分器３０ａからの出力レベルを記憶する。或いは、メモリ３０ｃには、アブソリュートエンコーダ１の製造時において、所定のレベルが記憶されてもよい。
【００７７】
差動増幅器３０ｂは、積分器３０ａの出力レベルと、メモリ３０ｃに記憶されたレベルとの差分を生成するための回路である。差動増幅器３０ｂの一方の入力は積分器３０ａに電気的に接続されており、差動増幅器３０ｂの他方の入力はメモリ３０ｃに電気的に接続されている。差動増幅器３０ｂの出力は、レベル判定部３２に電気的に接続されている。差動増幅器３０ｂは、積分器３０ａの出力レベルからメモリ３０ｃに記憶されたレベルを差し引くことによって、積分器３０ａの出力レベルからダーク出力レベルを除く。
【００７８】
また、レベル判定部３２は、比較器３２ａ及びメモリ３２ｂを備えている。メモリ３２ｂは、補正用トラック８ａ、８ｂを通過した光の強度に基づいて閾値を求め、該閾値を記憶する回路である。メモリ３２ｂの入力は差動増幅器３０ｂの出力に電気的に接続されており、メモリ３２ｂの出力は比較器３２ａに電気的に接続されている。メモリ３２ｂは、制御器３１ａからの記憶信号φＤＭをトリガとして所定の演算式に基づいて閾値を計算し、これを記憶する。
【００７９】
比較器３２ａは、差動増幅器３０ｂの出力レベルと、メモリ３２ｂに記憶された閾値とを比較して比較結果を出力する回路である。比較器３２ａの一方の入力は差動増幅器３０ｂに電気的に接続されており、比較器３２ａの他方の出力はメモリ３２ｂに電気的に接続されている。比較器３２ａの出力は、図示しないコード生成手段及び制御器３１ａに電気的に接続されている。比較器３２ａは、差動増幅器３０ｂの出力レベルが閾値よりも大きい場合は所定レベルの電圧信号（論理１）を、それ以外の場合は他のレベルの電圧信号（論理０）を出力する。
【００８０】
また、制御器３１ａは、積分器３０ａ、メモリ３０ｃ、及びメモリ３２ｂを制御するとともに、光センサ５８の光検出部６において電荷Ｑを取り出す画素の間隔を計算して電荷Ｑを取り出すタイミングを制御する回路である。制御器３１ａは、比較器３２ａに電気的に接続されており、補正用トラック８ａ、８ｂを通過した光に関する信号が比較器３２ａから出力されるタイミングに基づいて、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂを記憶する。そして、制御器３１ａは、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとの間隔を計算し、該間隔から推定される入射位置１３ａ〜１３ｉ付近の画素から順次電荷Ｑを送るように指示するための指示信号φｄを光センサ５８へ出力する。また、制御器３１ａは、第２の入射位置１２ｂを基点としてこの間隔でもって積分器３０ａが電荷Ｑを積分するようなタイミングで、積分器３０ａに初期化信号φＩＮＴを送る。すなわち、制御器３１ａは、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂに基づいて、入射位置１３ａ〜１３ｉを推定する入射位置推定部３１を構成する。また、制御器３１ａは、所定のタイミングで記憶信号φＲＭをメモリ３０ｃへ、記憶信号φＤＭをメモリ３２ｂへ、それぞれ送る。
【００８１】
以上の構成を有する変換部３０、入射位置推定部３１、及びレベル判定部３２の動作は次の通りである。まず、発光素子４が光を照射していない時に、制御器３１ａからメモリ３０ｃへ記憶信号φＲＭが送られる。そして、メモリ３０ｃにおいて、積分器３０ａのダーク出力レベルが記憶される。次に、発光素子４が光を照射して光センサ５８が光を検出すると、まず補正用トラック８ａを通過した光により画素６ａにおいて発生した電荷Ｑが制御部５８ａのスイッチ制御によって変換部３０へと送られる。変換部３０へ送られた電荷Ｑは積分器３０ａによって積分され、光強度信号が生成される。そして、差動増幅器３０ｂによって光強度信号からダーク出力レベルが除かれた後、この光強度信号のレベルがメモリ３２ｂに記憶されるとともに、光強度信号が比較器３２ａを介して制御器３１ａに送られる。
【００８２】
続いて、補正用トラック８ｂを通過した光により画素６ａにおいて発生した電荷Ｑが制御部５８ａのスイッチ制御によって変換部３０へと送られる。変換部３０へ送られた電荷Ｑは積分器３０ａによって積分され、光強度信号が生成される。そして、補正用トラック８ａを通過した光の場合と同様に、光強度信号のレベルがメモリ３２ｂに記憶されるとともに、光強度信号が制御器３１ａに送られる。この後、制御器３１ａからメモリ３２ｂへ記憶信号φＤＭが送られる。メモリ３２ｂでは、補正用トラック８ａを通過した光および補正用トラック８ｂを通過した光のそれぞれに関する光強度信号に基づいて、閾値が計算される。また、制御器３１ａでは、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂが求められ、これらの間隔が計算される。
【００８３】
続いて、制御器３１ａが、第２の入射位置１２ｂを基点として、計算した間隔でもって入射位置１３ａ〜１３ｉを推定し、指示信号φｄを光センサ５８の制御部５８ａへ送るとともに、積分器３０ａへ初期化信号φＩＮＴを送る。積分器３０ａでは、初期化信号φＩＮＴを受ける度に積分動作が初期化されるので、入射位置１３ａ〜１３ｉ付近において発生した電荷を順に積分することとなる。電荷が積分されることにより生成された光強度信号は、差動増幅器３０ｂによってダーク出力レベルが除かれた後、比較器３２ａに入力される。そして、光強度信号が比較器３２ａにおいて閾値と比較され、その比較結果が図示しないコード生成手段へ出力される。コード生成手段では、比較結果に基づいてグレイコードが生成される。
【００８４】
（第２の実施例）
図１７〜２０は、上記した実施形態による角度検出方法の実施例を説明するためのフローチャートである。図１７は全体のフローを示しており、図１８は第１の入射位置を検出する部分のフローを示しており、図１９は第２の入射位置を検出する部分のフローを示しており、図２０は回転角を検出する部分のフローを示している。また、図２１は、本実施例による角度検出方法において取り出された、各画素毎の電荷量の一例を示すグラフである。図１７を参照すると、まず、発光素子４から回転板３のトラック群１０へ向けて光を照射する（照射ステップ、Ｓ２１）。このとき、光センサ５の光検出部６では、スリット７ａ、７ｂを通過した光が入射して電荷が発生する。
【００８５】
続いて、第１の入射位置１２ａを検出する（Ｓ２２）。図１８を参照すると、まず、１番目の画素（n＝１）から順に、画素に蓄えられた電荷Ｑ１を取り出し、その電荷量をＶnに格納する（Ｓ２２１）。次に、電荷量Ｖnと所定の閾値Ｖminとの大小が比較され（Ｓ２２２）、電荷量Ｖnが閾値Ｖminよりも小さい場合、さらにnとnx1との大小が比較される（Ｓ２２３）。ここで、nx1は、第１の入射位置１２ａが必ず存在する範囲を示す画素番号である。nがnx1よりも大きい場合、第１の入射位置１２ａを検出できなかったとして、故障判定がなされる（Ｓ２２５）。また、nがnx1よりも小さい場合、nに１が加算され（Ｓ２２４）、ステップＳ２２１へ戻り、上記のフローが繰り返される（図２１の位置Ａ）。
【００８６】
ステップＳ２２２において、電荷量Ｖnが閾値Ｖminよりも大きい場合、第１の入射位置１２ａが存在するとみなされ、第１の入射位置１２ａの位置を確定するためのフローへ移行する。すなわち、画素に蓄えられた電荷Ｑ１を取り出し、その電荷量をＶnに格納する（Ｓ２２６）。そして、電荷量Ｖn-1と電荷量Ｖnとの大小が比較され（Ｓ２２７）、電荷量Ｖnが電荷量Ｖn-1よりも大きい場合には、nに１が加算され（Ｓ２２９）、ステップＳ２２６に戻る。電荷量Ｖnが電荷量Ｖn-1よりも小さい場合には、その位置が第１の入射位置１２ａであると判断される（図２１の位置Ｂ）。そして、その位置の画素番号（ｎ番目）が第１の入射位置１２ａを示す番号としてＮtr1に格納され、電荷量Ｖnが第１の入射位置１２ａにおける電荷量としてＶtr1に格納される（Ｓ２２８）。
【００８７】
再び図１７を参照すると、第１の入射位置１２ａを検出した後に、第２の入射位置１２ｂを検出する（Ｓ２３）。図１９を参照すると、まず、第１の入射位置１２ａを検出した直後に所定間隔の画素を読み飛ばす（図２１の間隔Ｈ）。これは、第１の入射位置１２ａの検出が既に済んでいるので、第１の入射位置１２ａ付近の入射光をこれ以上解析する必要がないためである。ここでいう所定間隔は、例えば、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとの想定される間隔の最小値の２分の１を設定するとよい。このように所定間隔を設け、この間の画素を読み飛ばすことによって、電荷Ｑ１を取り出す時間をさらに短縮することができる。
【００８８】
続いて、所定間隔を読み飛ばした後の最初の画素（図２１の位置Ｃ）から順に、画素に蓄えられた電荷Ｑ１を取り出し、その電荷量をＶnに格納する（Ｓ２３２）。次に、電荷量Ｖnと電荷量Ｖn-1との大小が比較され（Ｓ２３３）、電荷量Ｖnが電荷量Ｖn-1よりも大きい場合、nに１が加算され（Ｓ２３４）、ステップＳ２３２へ戻り、上記のフローが繰り返される。また、ステップＳ２３３において、電荷量Ｖnが電荷量Ｖn-1よりも大きい場合（図２１の位置Ｄ）、次のステップＳ２３５へ移行する。上記したステップＳ２３２〜Ｓ２３４において扱う画素は、主に補正用トラック８ａを通過した光の強度分布における裾部分を検出した画素となる。
【００８９】
続いて、画素に蓄えられた電荷Ｑ１を取り出し、その電荷量をＶnに格納する（Ｓ２３５）。次に、電荷量Ｖnと所定の閾値Ｖminとの大小が比較され（Ｓ２３６）、電荷量Ｖnが閾値Ｖminよりも小さい場合、nに１が加算され（Ｓ２３７）、ステップＳ２３２へ戻り、上記のフローが繰り返される。また、ステップＳ２３６において、電荷量Ｖnが閾値Ｖminよりも大きい場合、第２の入射位置１２ｂが存在するとみなされ、第２の入射位置１２ｂの位置を確定するためのフローへ移行する。すなわち、画素に蓄えられた電荷Ｑ１を取り出し、その電荷量をＶnに格納する（Ｓ２３８）。そして、電荷量Ｖn-1と電荷量Ｖnとの大小が比較され（Ｓ２３９）、電荷量Ｖnが電荷量Ｖn-1よりも大きい場合には、nに１が加算され（Ｓ２４０）、ステップＳ２３８に戻る。電荷量Ｖnが電荷量Ｖn-1よりも小さい場合には、その位置が第２の入射位置１２ｂであると判断される（図２１の位置Ｅ）。そして、その位置の画素番号（ｎ番目）が第２の入射位置１２ｂを示す番号としてＮtr2に格納され、電荷量Ｖnが第２の入射位置１２ｂにおける電荷量としてＶtr2に格納される（Ｓ２４１）。
【００９０】
再び図１７を参照すると、第２の入射位置１２ｂを検出した後に、Ｎtr1とＮtr2との差（すなわち、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとの間隔）に基づいて、読み出しグループモードＭｇとトラック間飛び越しモードＭｓとを算出する（Ｓ２４）。ここで、読み出しグループモードＭｇとは、互いに隣接する２以上の画素からまとめて電荷を取り出す際に、いくつの画素をまとめるかを設定するためのモードである。また、トラック間飛び越しモードＭｓとは、有効領域同士の間にある無効領域の画素を読み飛ばす際の、読み飛ばし幅（すなわち、無効領域の幅）を設定するためのモードである。Ｎtr1とＮtr2との差から入射位置１３ａ〜１３ｉが推定されるので、この推定結果に基づいて、読み出しグループモードＭｇとトラック間飛び越しモードＭｓとが算出される。このとき、入射位置１３ａ〜１３ｉの推定、および読み出しグループモードＭｇとトラック間飛び越しモードＭｓとの算出は、例えば上記した第１実施例の入射位置推定部３１によって行われることができる。
【００９１】
続いて、Ｖtr1とＶtr2との和に基づいて、閾値Ｖthを算出する（Ｓ２５）。閾値Ｖthは、各入射位置１３ａ〜１３ｉにおける電荷量が、スリット７ａを通過した光による電荷量であるか否かを判定するための閾値である。閾値Ｖthの算出方法としては、例えばＶtr1とＶtr2との和の２分の１としてもよいし、Ｖtr1とＶtr2との和に対する他の任意の割合としてもよい。
【００９２】
続いて、回転角を検出する（Ｓ２６）。図２０を参照すると、まず、角度検出用トラック９ａ〜９ｉの個数分繰り返すループに入る（Ｓ２６２）。すなわち、角度検出用トラック番号をＮtとして、Ｎt＝１からＮt＝９までＮtを１ずつ増加させながら繰り返すループに入る。この繰り返しループ内において、画素番号nにＭsが加算される（Ｓ２６３）。これによって、第２の入射位置１２ａの位置と有効領域１４ａとの間の画素が読み飛ばされることとなる。次に、Code(Ｎt)が初期化される（Ｓ２６４）。Code(Ｎt)は、Ｎt番目の角度検出用トラックに対応するグレイコードのビットである。Code(Ｎt)には、スリット７ａが光検出部上に存在する場合には１が、そうでない場合には０が書き込まれる。
【００９３】
続いて、有効領域内のグループ数だけ繰り返すループに入る（Ｓ２６５）。この繰り返しループ内において、まず、画素に蓄えられた電荷Ｑ２を取り出し、その電荷量をＶnに格納する（Ｓ２６６）。次に、電荷量Ｖnと閾値Ｖthとの大小が比較され（Ｓ２６７）、電荷量Ｖnが閾値Ｖthよりも大きい場合、Code(Ｎt)に１が書き込まれる（Ｓ２６８）。ステップＳ２６６〜Ｓ２６８を有効領域内のグループ数だけ繰り返す（Ｓ２６５）ことにより、該当する角度検出用トラックのスリット７ａの状態を判定し、スリット７ａが光検出部上にある場合にはCode(Ｎt)が１となる。
【００９４】
以上に述べたステップＳ２６３〜Ｓ２６８を角度検出用トラック９ａ〜９ｉの本数分だけ繰り返す（Ｓ２６２）ことによって、９ビットのグレイコードが生成される。なお、図２１に示すグラフでは、入射位置１３ａ及び１３ｇにおいて光を検出していないので、角度検出用トラック９ａ及び９ｇに対応するビットCode(1)及びCode(7)が０となり、他のビットは１となる。また、図２１に示すグラフは、Ｎｓ＝２０、Ｍｇ＝４、トラック数＝９、トラック内グループ数＝４と設定した結果であるが、本実施例による角度検出方法はこれら以外に様々な設定とすることができる。
【００９５】
本発明によるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法は、上記した実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記した実施例においては変換手段、入射位置推定手段、及びレベル判定手段を電気回路によって実現しているが、これらの手段を所定のソフトウェアが組み込まれたコンピュータによって実現してもよいし、電気回路とコンピュータとを適宜組み合わせて実現してもよい。また、上記した実施形態においては、回転板は９本の角度検出用トラックを有している。回転板の角度検出用トラックの本数はこれに限らず、必要な分解能に応じて様々な本数とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明によるアブソリュートエンコーダの実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示した回転板の拡大平面図である。
【図３】（ａ）発光素子、回転板、及び光センサの相対位置関係を示す側面断面図である。（ｂ）スリットを通過した光及びスリットを通過した光の照射領域と、光センサの光検出部との位置関係を説明するための図である。
【図４】（ａ）（ｂ）回転板の位置が光検出部に対して相対的に変化した場合を説明するための図である。
【図５】（ａ）（ｂ）回転板の位置が光検出部に対して相対的に変化した場合を説明するための図である。
【図６】光検出部の複数の画素のうち第１の入射位置及び第２の入射位置付近の画素と、画素において取り出された電荷に基づいて生成された光強度信号の一例とをあわせて示す図である。
【図７】光センサの構成を示すブロック図である。
【図８】光センサの光検出部において生成された、第１の入射位置及び第２の入射位置付近の電荷、及び入射位置付近の電荷の電荷量と、光検出部とを示す図である。
【図９】本実施形態による角度検出方法を示すフローチャートである。
【図１０】上記した実施形態によるアブソリュートエンコーダの第１変形例として、光センサを示す平面図である。
【図１１】上記した実施形態によるアブソリュートエンコーダの第２変形例として、光センサを示す平面図である。
【図１２】上記した実施形態によるアブソリュートエンコーダの第３変形例として、回転板を示す拡大平面図である。
【図１３】上記した実施形態によるアブソリュートエンコーダの第４変形例として、回転板を示す拡大平面図である。
【図１４】上記した実施形態の光センサの実施例として光センサを示すブロック図である。
【図１５】光センサが備える制御部の内部回路を示す回路図である。
【図１６】上記した実施形態の変換部、入射位置推定部、及びレベル判定部の実施例として変換部、入射位置推定部、及びレベル判定部を示す回路図である。
【図１７】上記した実施形態による角度検出方法の実施例を説明するためのフローチャートである。
【図１８】第１の入射位置を検出する部分のフローを示すフローチャートである。
【図１９】第２の入射位置を検出する部分のフローを示すフローチャートである。
【図２０】回転角を検出する部分のフローを示すフローチャートである。
【図２１】本実施例による角度検出方法において検出された、各画素毎の電荷量の一例を示すグラフである。
【図２２】従来のアブソリュートエンコーダを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９７】
１…アブソリュートエンコーダ、２…回転軸、３、３ａ、３ｂ…回転板、４…発光素子、５、５０、５３、５８…光センサ、５ａ…取り出し部、６、５１、５４…光検出部、６ａ、５２ａ、５４ａ、５５ａ…画素、７ａ、７ｂ…スリット、８…補正用トラック群、８ａ、８ｂ…補正用トラック、９…角度検出用トラック群、９ａ〜９ｉ…角度検出用トラック、１０…トラック群、１２ａ…第１の入射位置、１２ｂ…第２の入射位置、１３ａ〜１３ｉ…入射位置、１４ａ〜１４ｉ…有効領域、１５…無効領域、１６、１７…照射領域、１８ａ、１８ｂ、１９ａ〜１９ｉ…ライン、２０…変換部、２１…入射位置推定部、２２…レベル判定部、２３…コード生成部、３０…変換部、３０ａ…積分器、３０ｂ…差動増幅器、３０ｃ…メモリ、３１…入射位置推定部、３１ａ…制御器、３２…レベル判定部、３２ａ…比較器、３２ｂ…メモリ、５２…補正用領域、５５…角度検出用領域、５８ａ…制御部、５８ｂ…スイッチ、７０…シフトブロック、７１…シフトレジスタ、７２…ＮＯＴ回路、７３ａ、７３ｂ、７５（Ｎ＋１）〜７５（Ｎ＋ｉ−１）、７７（Ｎ−ｊ）〜７７（Ｎ−（ｊ−ｋ））…ＡＮＤ回路、７４、７６、７８…ＯＲ回路。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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