ICの基本機能について
Q
ICの基本的な動作について教えて欲しい。
A
ICパッケージには、発光用のLEDと受光用のICが内蔵されており、LEDから出た光はスケールで反射し受光素子に入射します。 その際、反射したスケール上の明暗パターンは受光素子面では2倍の大きさに拡大投影される様に設計されています。 スケールには20μmピッチのパターン（反射部10μm、非反射部10μm）が形成されており、受光素子上では40μmピッチの明暗パターンの反射光となります。 受光素子は10μmピッチでA相、B相、AB相（A相の反転信号）、BB相（B相の反転信号）用の順番で配置されているため、A相とB相の信号出力はパターンピッチの1/4だけ位相がずれた信号となります。 スケールが移動するとIC上に投影される40μmピッチのパターンも移動するため、パターンの移動に伴い出力信号が変化します。 この様に20μmピッチのスケール（スケール上のパターン）が移動することで、20μmが1周期の1/4周期の位相差を持つ信号が出力される様になっています。
Q
受光素子アレイとはどの様なものですか？
A
受光素子はA相、B相、AB相、BB相信号用の4種をペアとして複数のペアがアレイ状に配置されています。 出力信号は同じ位相信号用の複数の受光素子の出力を平均して生成されるため、スケールやIC表面の汚れなどによる部分的な光量変化の影響を受けにくくなっています。
また、ICの取付に傾きなどがある場合、A相側とB相側に同じ様に影響が出るために相殺され、取付の影響を受けにくくなっています。
Q
AB相の位相差90度は、内部の処理で実現しているのでしょうか？
A
20μmピッチ（10μmの明暗ライン）のスケールを使用することで、IC内部で自動的にAB相の出力信号を生成しています。位相差を調整する機能はありません。
Q
受光素子の反応する波長範囲はどのような領域でしょうか？
A
受光素子は可視光全域に渡って反応します（感度は一定ではありません）。
Q
室内の蛍光灯でも強い光の場合影響がありますか？
A
ICには外乱光をキャンセルする回路を搭載しており、室内の蛍光灯程度では影響はありません。
Q
外乱光の影響について定量的なバックデータはありますか？
A
特にバックデータはありませんが、外乱光キャンセル回路が入っており居室の蛍光灯程度では影響がありません。
Q
出力振幅の個別ばらつきの統計データはありますか？
A
実力データについては提示可能なデータはありません。
Q
オフセット電圧、A/B相位相差についても統計データがあれば教えて下さい。
A
実力データについては提示可能なデータはありません。
Q
真空環境で使用できますか？
A
真空での確認は行っていませんが、真空中（真空度は不明）で使用している例はあります。
Q
通常気圧下と真空下との繰り返しでの、アウトガス、真空下での内破（崩壊）によるダメージはありますか？
A
真空での確認は行っていません。またアウトガスについては知見がありません。
Q
IC本体が湿気を持った状態でリフローを行なったとき発生するかもしれない不具合にはどのようなものがあるか教えて下さい。
A
本体が吸湿した状態ではんだ付けを行うとヘッドのクリア樹脂にクラックが入ったり、クリア樹脂とその他の部材との界面に剥離が発生する可能性があります。
Q
IC搭載面をリフロー後に裏面をリフローしたいが、リフロー炉を2回通すことは可能でしょうか？
A
リフローは1回までとしてください。
Q
使用温度範囲を超えて使用する方法はありますでしょうか？
A
アプリケーションノートを参照して下さい。以下は趣旨の抜粋です。
・保存温度上限の80℃を超えた周囲温度が長時間続くと、透明樹脂が黄変します。
・もし60℃を超えた環境で使いたい場合はLED輝度を低または中とする事で使用可能となりますが、ICの温度は実装状態で大きく変わるので、十分な評価が必要となります。
Q
PCB/FPC基板上で、SMD-01下に配線等が走っていても、動作時およびリフロー時（高温）ともに問題ないでしょうか？
A
基本的にはICの下には配線をしないで下さい。どうしても配線せざるをえない場合には、十分に評価をした上で判断をお願いします。
Q
SMD-01は鉛フリーでしょうか？
A
鉛フリーです。
Q
パッケージ材料はメタノールに耐えますか？
A
埃や汚れがついてしまった場合には、メタノール、エタノールを発塵が少なく柔らかいクリーンワイパに軽く含ませ、ヘッドを軽く拭く程度として下さい。その他注意事項はアプリケーションノートを参照して下さい。
Q
エンコーダICの寿命に関する情報があれば教えて下さい。
A
SMD-01Aの長期動作試験結果から、Ta：60℃、LED電流：x1倍、1日8時間動作の条件で約10年の寿命となります。これはあくまでも特定のロットのICでの長期動作試験結果のため保証値ではありません。
SMD-01B、SMD-04Bについては今後試験を行う予定です。
Q
停止時のA相、B相の波形にリップルのようなものが出るが、サーボOFF（通電停止）にすればなくなるのは振動があるための変動と理解すればよろしいでしょうか。
A
停止設定時でも振動によりスケールからの反射光が変化すれば、出力信号にリップルの様な波形が発生する可能性はあり得ます。
Q
ICの出力を次段のICやアンプに接続する場合の推奨回路があれば教えて下さい。
A
お客様毎に後段の回路や仕様が大きく変わることが多い為、統一された推奨回路は準備しておりません。
Q
SMD-01の出力をハイ・インピーダンスで受けていますが、差動出力の構成上ある程度電流を流した方がよいでしょうか。
A
差動出力間を含めて電流はなるべく流さないようにしてください。SMD-01の出力電流負荷は50uA程度を想定しております。
Q
SMD-01出力インピーダンスはどのくらいか教えて下さい。
A
出力電圧変動30mV/50uAの特性から 600Ωmax となります。
Q
SWV端子（Vref設定端子）、SWL1、SWL2端子（LED輝度設定端子1,2）は内部では何オームの抵抗でプルアップされているか教えて下さい。
A
SWV、SWL1、SW2端子のプルアップは抵抗ではなくトランジスタを使用しています。インピーダンス的には仕様書の入力電流に記載している値から算出し250k～5MΩ（VCC=5V、Ta=25℃時）となります。
Q
SWV端子を外部抵抗を介してGND接続したら基準電圧が変わるでしょうか。
A
この端子はロジック入力で、端子の電圧でVref電圧を変化させる目的の端子ではありません。HまたはLの入力電圧レベルを満たす電圧にしてください。
Q
SWL1=H, SWL2=Lとすると信号振幅が1.8Vppになるとの理解で良いか。
A
SWL1=H、SWL2=Lの設定は、SWL1=L、SWL2=Lに対して1.8倍の電流を流すという意味です。sin/cos波の振幅を1.8Vppにするものではありません。
スケールについて
Q
スケールの材質を教えて下さい。
A
ガラス、PET、金属が良く使われています。20μmピッチなどの狭ピッチのスケールにはガラスが多く使用されています。逓倍などによる高い分解能を必要としない場合はPETや金属が、曲面で使用する場合はPETが使われます。
Q
スケールの材質による特徴を教えて下さい。
A
ガラス製スケールはパターンの精度が高く反射部の反射率が高い特徴があります。そのため大きな振幅の高精度な信号が得られ高い精度が得られますが、厚さや大きさではPET製に比べて不利になります。またガラスは硬い素材のため曲面では使用できません。 PET製スケールはガラス製に比べると薄くて柔らかいことやガラス製より安価な特徴がありますが、パターンの精度が低い・出力信号の振幅が狭くなるなどの注意点があります。 金属製スケールはガラスより精度が低くなりますが、PETに比べて耐食性や耐久性が高いのが特徴と言われています。 逓倍などにより分解能1μm以下の高い精度や高いリニアリティが必要な場合はガラス製スケールが適しています。また、円筒形などにスケールを貼りつける場合はPET製スケールの使用が適しています。
Q
分解能1μm以下で使用する用途には、PETスケールが使えないと言う事ですが、バックデータ・何がどの程度問題となるのかを教えて下さい。
A
PETスケールは、その構造・材質的な面から単体内で最大±10％程度（ガラススケールでは±2～3％程度）の振幅ばらつきが発生するため、高精度を要求する場合にはお勧めはできません。但し絶対駄目と言うわけではなく、要求分解能、要求精度、後処理回路機能などを考慮して判断してください。
Q
スケールに必要な長さ（素子の必要最小読み取り長さ）を教えて下さい。例えば 10mmの長さを読み取る時に、スケールは最低何mm必要になるのでしょうか。
A
スケールパターンの端とSMD-01の受光部の端が一致している場合、読み取りたい長さ+1mmが必要となります。
Q
ロータリースケールのスリット数はどの様に考えれば良いでしょうか。
A
スケールがICの光学中心位置において20μmピッチのパターンとなる様にして下さい。そのため、スリット数はスケールの円周により変わります。 例えば光学中心位置の直径が42mmの場合のスリット数は、42mm×π/20μm=6597 となります。
Q
テスト用のスケールを貴社から購入または頂くことはできないでしょうか？
A
テスト用スケールの提供は可能です。
Q
セイコーNPCから紹介されたスケールで、電気的仕様が決まっているのでしょうか？ スケール特性がばらつく事でどの程度電気的特性に影響があるのか教えて下さい。
A
電気的特性を規定したスケールの標準条件は仕様書に記載されています。また、スケールのばらつきは振幅の大きさに影響しますが、スケール特性のバラツキと電気的特性の定量的な数値データはありません。
Q
20μm以外のピッチのスケールは使用できないのでしょうか？
A
スケールピッチは20μmのみが使用可能です。SMD-01はスケールピッチが20μｍとして設計されていますので、スケールはその検出周期に合わせ、20μｍピッチ（反射部10μｍ／非反射部10μｍ）としてください。もしスケールピッチを変更しても検出周期を変える事は出来ません。
Q
PETスケールを金属に貼り付けても光エンコーダの出力に変化は生じませんか？ 金属面や接着層の透過率や反射の影響はあるのか教えて下さい。
A
スケールの非反射部を透過した光が裏面の金属で反射し、ICの受光素子まで届く場合はエンコーダ信号振幅に影響します。その様な場合スケール裏面側を黒色コートする、スケールを取付ける部材側を黒色材もしくは黒色コートするなどの対策を行って下さい。
Q
信号振幅の得られないPETスケールのフィルムを剥がすと金属色の光沢面に接着層（のり）があり、アルコールで除去できましたがなぜ光沢面側にのりがあるのか教えて下さい。
A
接着面があるのはPETスケールの裏面側で、裏面の接着剤は評価冶具等に張り付けて使用するためのものです。PETスケールの表面（パターンのある方）にも保護シートがついています。使用する際は保護シートを取ってお使いください。
Q
スケールを金属片に貼り付けたテストで、スケールの無い普通の金属表面でもリサージュ波形が出るのに気がつきました。金属表面がスケール代わりになるのでしょうか？
A
現象から考えられるのは、金属表面に偶然20μmピッチの傷が進行方向と直角にあり、出力信号が得られていた可能性が高いと考えます。
Q
スケールは、ガラス基板でなくSUS304等の金属材表面のエッチングによる20μmピッチの凹凸でも良いのでしょうか。
A
金属材表面でも、20μmピッチ（反射部 10μm / 非反射部 10μm）の凹凸で、反射部/非反射部の反射率の比率が大きければ動作可能です。
Q
小径ロータリースケールによる反射光は、扇状になっているのでしょうか。
A
ロータリースケールの反射光は扇形状になっています。SMD-01の受光素子は直線に配置されていますが、受光部が小型でかつスケールピッチが狭いため、その影響は受けにくくなっています。特に小径のロータリースケールを使用する場合は、取付状態により振幅及び位相差への影響が出やすくなるため、個別の取り付け調整を推奨します。
Q
Z相パターンありのSMD-04用スケールをSMD-01で使用した場合の影響を教えて欲しい。スケールの共用を考えている。
A
Z相パターンの影響が出る範囲は、Z相パターンを含めて375μmの範囲となります。その際の影響はインクリメンタル信号振幅がSMD-01で約1.5%、SMD-04で約1.1%振幅が低下します。リサージュ波形については大きな影響は出ていません。
Q
テスト用にセイコーNPCから提供されたスケールとは異なる20μmピッチのスケールを使うと、スケールによりsin/cos波形の形が変わりきれいな円でなく角(edge)が生じるが、この原因は何か教えて欲しい。
A
セイコーNPCが提供したガラススケールでの結果を教えて下さい。どのスケールでも円が改善されない場合は製品の個体バラツキと考えます。
スケールとICの取付位置について
Q
SMD-01のLED光量設定を最大の2.6倍でテストを開始しましたが、手でスケールを動かした場合光エンコーダ出力は最大で125mV程度しか出ませんでした。これはスケールとのギャップ等を最善にすればもっと大きくなるのでしょうか？
A
ギャップを調整することにより現状の出力振幅（125mV）から拡大されると考えます。データシート記載の0.3mmギャップ量は弊社標準のガラススケールを使用した場合の推奨値です。PETスケールの場合は0.5mm程度を基準に調整をお願いします。
Q
光学中心点をパッケージ外形基準で位置合わせする方法はありますか。
A
データシート外形寸法図の『表面』図の状態で、上側の側面と左側の側面を外形基準としてください。外形基準の時光学中心位置の公差は±0.2mmとなります。
Q
PETスケール使用時のGapの条件を教えて下さい。
A
あるPETスケールの場合、Gap量と出力振幅特性はガラス（Gap 0.3mmで出力振幅 0.9Vpp）と異なり0.5～0.6mmがピークとなっていました。 その時の出力振幅の参考値は：Gap 0.3mm時出力振幅 0.5Vpp、Gap 0.6mm時出力振幅 0.6Vpp。
Q
エンコーダICとスケールの位置調整の方法について指針はありますか？
A
エンコーダICとスケールの位置調整は以下を参考に実施して下さい。
ギャップ：ICとスケールのギャップを信号振幅が最大かつリサージュ波形が真円に近くなる位置にする。
（セイコーNPCで使用しているガラススケールでは0.3mm前後、PETスケールでは0.6mm前後で信号振幅が最大となります。）
X,Y（ロータリースケールの場合）：スケールを360°回転させた際に信号振幅が大きく、信号の振幅変動が抑えられる位置にします。
ロール：出力信号の位相差が大きいときはロールの調整を試みて下さい。
ヨー、ピッチ：信号振幅が大きくなリサージュが真円に近くなる位置としてください。
Q
分解能1μm以下で使用する場合には、出力信号を観測しながら位置合わせする必要があるとの事ですが、バックデータや何がどの程度問題となるかを教え下さい。
A
特にバックデータはありません。逓倍方式などの後処理回路の入力仕様を満たすように位置合わせする必要があり、必須ではありませんが出力信号を確認しながら位置合わせすることが望ましいと考えます。
Q
SMD-01をベストポジションに取り付けたときの出力電圧をご教示下さい。製品の設置方法ではなく電圧で何V出力されるかを教えて下さい。
A
SMD-01をベストポジションに取り付けた時の出力信号振幅は、仕様書に記載されているMin：0.13Vpp ～ MAX：3.0Vppの範囲での電圧になります。出力信号振幅にはLED光量も大きな影響があり、LED光量はロット間と個体バラツキを持つため、ベストポジションに取り付けたら出力電圧が何Vになるとは言えません。
Q
ベストポジション＝リサージュの丸さだと思っていますが、VA, VAB, VB, VBB のどの信号をみたら良いか、それぞれの関係性がどのようになったらベストポジションか、振幅の最大値をとる以外の視点での見方を教えて下さい。
A
リサージュを真円に近づける為には、まずはGapの調整を行なう事をお勧め致します。これは他の取り付け特性に比べ、信号振幅への影響を押さえつつリサージュ形状の改善が期待できるためです。但し、定量的なデータは無く、特定のリサージュ形状から調整するGapの大小を判断する事はできません。 位相差に関してはVA（またはVAB）とVB（またはVBB）の確認で可能で4相全ては不要です。位相差が大きい場合、ロール回転の調整を実施して頂く事で特性が改善されます。
Q
ロータリースケールでの使用について、アプリケーションノートには、光学中心とスケールパターンの中心が正しくあっている必要があるとの記載がありますが、スケールパターン中心位置の直径がΦ40mmでは、ズレ量がどの程度（例えば0.1～0.5mmなど）までなら、ズレても影響がないか教えて下さい。
A
エンコーダ出力特性に対する位置ズレの影響は、アナログ的に特性劣化を起こします。ズレ量に応じて影響が発生し、あるズレ量を境に突然機能しなくなるという事ではありません。影響の度合いは後段の処理や必要とする精度・分解能で変わるため一概に影響の無い範囲を決める事はできません。
Q
ロータリースケールで位置がずれた際にどのような現象が発生するのか教えて下さい。
A
位置ズレに対する現象と程度に関しての簡易モデルでの試算では以下のような影響が出ますが、ご使用に際しては充分な評価をお願いします。
【Y方向ズレ】
リニアスケールのロールズレに似た振舞いが想定されます。
位置ズレによりA相B相信号振幅の低下と位相差の変動が考えられます。
Φ＝40mmと仮定したズレ量と影響は以下程度が想定されます。
・±0.1mmズレで信号振幅1%程度の減少、位相差0.5～1度程度
・±0.4mmズレで信号振幅10%程度の減少、位相差2～5度程度
【X方向ズレ】
リニアスケールのヨーズレに似た振舞いが想定されます。
位置ズレに対しA相B相信号振幅の低下が考えられます。
Φ＝40mmと仮定したズレ量と影響は以下の程度が想定されます。
・±0.1mmズレで信号振幅2～3%程度の減少
・±0.4mmズレで信号振幅10%程度の減少
Q
位相差の定義を教えて下さい。
A
位相差は、A/B相の測定データを最小二乗法で楕円近似を行い、求めた楕円から位相差を求めています。
Q
出力信号のリサージュ波形が歪んでいる理由と対策を教えて欲しい。
A
IC内の光学部品の寸法ばらつき、実装ばらつき、取付誤差などが原因となります。Gapを個別に調整する事によって反射光のコントラストが変わる為、まずはこの特性を利用して歪の少ない位置で使用して下さい。
SMD-04固有の質問について
Q
APCを有効にしてもセンサーとスケールの距離を変えると振幅が変わります。APCはどの様な機能か教えて下さい。
A
APCは光量補正用PDの受光量に応じてLED電流を変化させています。目的はLED発光量の個体バラつきを調整する為で、スケールとの距離による振幅変化を直接的に安定化させるものではありません。
Q
Verfを1.45Vと2.25Vに切り替えるSWVを1.45Vの設定(SWV=H)にするとZ信号が常にオフとなるが正しい動作か教えて欲しい。
A
この設定の場合Z信号出力はオープンドレインとなるためプルアップ処理をして下さい。
Q
SMD-04をZ相無しで使用できますか？
A
使用可能ですがセイコーNPCで確認しているのはコシブのガラススケールのみです。
Q
センサーの取付誤差の影響を教えて下さい。
A
サンプル測定データを参照ください。
Q
Z相信号にチャタリングが発生しているが、改善するための取付調整方法を教えて下さい。
A
X、Y、Roll、Pitchの調整で改善する可能性があります。 ロータリースケール使用時のX,Yの調整については、スケールを360°回転させた際のインクリメンタル信号の振幅変動が抑えられる位置に合わせ込みを行ないます。位置ずれがある場合、インクリメンタル信号が振幅変調したような振舞いをします。 振幅変動が比較的小さい場合、X,Yずれは軽微と考えられますので角度調整を行ないます。Rollに関してはA相B相の位相差が小さくなるよう（90°に近付くよう）調整してください。Pitchに関しましては指針となるような情報が御座いません。
Q
Z信号（リファレンス）にあばれがあり使用できない。きれいなパルスではなくパルスの最初と最後にジッターが起きている様な信号のあばれがある。この様な現象の発生しないスケールを提供して欲しい。
A
信号のあばれを完全に防止する機能は搭載していません。波形のあばれが問題になる場合、スケールでは無く後段回路処理での対応が必要です。
Q
Z相信号にチャタリングが発生しているが原因は何ですか？
A
SMD-04のZ相信号は、Z相アナログ信号からZ相デジタル信号を生成する際にチャタリングを抑える回路は入っていますが、完全にチャタリングを発生させない回路とはなっていません。
Q
Z相信号がチャタリングしているが考えられる要因を教えて欲しい。
A
取り付け状態の影響、スケールの汚れなどが要因として考えられます。
