JPH01318920A - Absolute encoder - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain an output having an S/N ratio twice as large as one of a detector by providing a track of an absolute pattern and a track of an inverted pattern thereof on a code plate, by reading the two patterns and by taking a differential of complementary detection signals of the two. CONSTITUTION:Two tracks 2a and 2b, a first and a second, having an absolute pattern and an inverted pattern thereof respectively are provided as tracks on a code plate 1, and first and second MR element sensors 11 and 12 of a detector 10 are assigned to the tracks respectively. The patterns of the first and second tracks are read synchronously by these two detectors, the first and the second. Signals appearing at output terminals 18 and 19 of the two detectors are subjected to differential amplification in a differential amplifier 24 of a signal processing circuit 21 and a signal shaped substantially in a rectangular wave is obtained at an output end 25. This signal is converted into a rectangular wave at a prescribed comparison level by a comparator 26. Then a signal of a rectangular waveform having sharp rise and fall is obtained at an output terminal 27a of the circuit 21, and this signal is taken as an encoder signal.

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野］ この発明はアブソリュートエンコーダに関するものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] This invention relates to an absolute encoder.

［従来の技術］ 特開昭５４−１１８２５９号公報には、二列以上の磁化
パターンのトラックをもつ符号板と、磁気抵抗効果素子
（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔ
：以下ＭＲ素子という）を利用した検出器とを組合せた
磁気式のアブソリュートエンコーダが示されている。[Prior Art] Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-118259 discloses a code plate having tracks with two or more rows of magnetization patterns, and a magnetoresistive element.
A magnetic absolute encoder is shown which combines a detector using an MR element (hereinafter referred to as an MR element).

一般にこの種のアブソリュートエンコーダでは２Ｎの分
解能を得るにはアブソリュートパターンとして最低Ｎ木
のトラックが必要であり、符号板が円盤型であれば、複
数のトラックが同心円状に配列される。例えばＮ＝４の
場合、円盤型符号板には四本の円形トラックが同心円状
に設けられ、これらトラックに磁化の方向による二進符
号のアブソリュートパターンが形成される。夫々のトラ
ツクにはＭＲ素子からなるセンサが割当られ、符号板が
その中心口りに前記センサと相対的に回転するのに伴っ
て、符号板の任意の回転位置にて得られる各センサの出
力の組合せが絶対的な符号板の回転位置を与えるコード
信号になるようにしである。Generally, in this type of absolute encoder, at least N tracks are required as an absolute pattern to obtain a resolution of 2N, and if the code plate is disk-shaped, a plurality of tracks are arranged concentrically. For example, when N=4, the disc-shaped code plate is provided with four concentric circular tracks, and an absolute pattern of a binary code is formed in these tracks depending on the direction of magnetization. A sensor consisting of an MR element is assigned to each track, and as the code plate rotates relative to the sensor around its center, the output of each sensor obtained at any rotational position of the code plate is such that the combination of these results in a code signal that gives the absolute rotary position of the code plate.

一方、特開昭５７−１７５２１１’号公報または実開昭
６０−１５２９１６号公報には、符号板上のアブソリュ
ートパターンを１トラツクにし、このトラック長さ方向
に複数の検出器を配列して、各検出器の出力の組合せコ
ードによって絶対位置を検出する磁気式または光学式の
アブソリュートエンコーダが示されている。On the other hand, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-175211' or Japanese Utility Model Application No. 60-152916, the absolute pattern on the code plate is one track, and a plurality of detectors are arranged in the length direction of this track. A magnetic or optical absolute encoder is shown that detects the absolute position by a combination code of the output of the detector.

［発明が解決しようとする課題］ 前述の従来のアブソリュートエンコーダでは、磁気式と
光学式とを問わず、そのアブソリュートパターンの二進
ビット０．１の読み取りは非接触検出器で行なう必要が
あるが、特にエンコーダの分解能を上げるために符号板
のアブソリュートパターンを細かくすると、検出器の出
力パルスの立上り・立下り時間が問題となり、これら立
上り・立下り部分での各検出器出力の読み出し結果が正
確な位置コードにならず、エンコーダ出力に誤りが生じ
る恐れがある。[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional absolute encoder described above, whether magnetic or optical, it is necessary to read the binary bit 0.1 of the absolute pattern using a non-contact detector. In particular, when the absolute pattern of the code plate is made finer in order to increase the resolution of the encoder, the rise and fall times of the output pulses of the detector become a problem, and the readout results of each detector output during these rise and fall portions are not accurate. The position code may not be accurate, and errors may occur in the encoder output.

従ってこの発明の課題は、これらの欠点を無くして、誤
りの生じることのないアブソリュートエンコーダを得る
ことにある。Therefore, an object of the present invention is to eliminate these drawbacks and to obtain an absolute encoder free from errors.

［課題を解決するための手段］ この発明のアブソリュートエンコーダは、アブソリュー
トパターンを有するトラックを設けた符号板と、この符
号板に対して前記トラックの長手方向に相対穆動可能な
前記パターンの読み取り用の検出器とを備えており、特
に前述の課題を達成するために、 前記トラックとして、前記アブソリュートパターンを有
する第１のトラックと、この第１のトラックのアブソリ
ュートパターンの反転パターンを有する第２のトラック
とを設け、 前記検出器として、前記第１のトラックのアブソリュー
トパターンを読み取る第１の検出器と、前記第２のトラ
ックの前記反転パターンを読み取る第２の検出器とを設
け、 更に、前記第１の検出器と第２の検出器の各検出出力の
差動をとる差動回路を備えてなるものである。[Means for Solving the Problems] The absolute encoder of the present invention includes a code plate provided with a track having an absolute pattern, and a code plate for reading the pattern that is movable relative to the code plate in the longitudinal direction of the track. In particular, in order to achieve the above-mentioned object, the track includes a first track having the absolute pattern, and a second track having an inverted pattern of the absolute pattern of the first track. a first detector that reads the absolute pattern of the first track; and a second detector that reads the inverted pattern of the second track; The detector includes a differential circuit that takes the difference between the detection outputs of the first detector and the second detector.

［作用］ この発明のアブソリュートエンコーダでは、符号板のト
ラックとしてアブソリュートパターンとその反転パター
ンを有する第１と第２の二つのトラックを有しており、
この第１と第２の各トラックに各々第１と第２の検出器
が割当られている。[Function] The absolute encoder of the present invention has two tracks of the code plate, a first track and a second track having an absolute pattern and its inverted pattern,
A first and a second detector are respectively assigned to the first and second tracks.

これら第１と第２の二つの検出器によって、第１のトラ
ックのアブソリュートパターンと第２のトラックのその
反転パターンとが同期して読み取られ、両検出器からは
互いに相補的な振幅変化をする同期した検出信号が出力
される。これら雨検出出力は差動回路によって差動をと
られ、差動回路の出力端に立上り・立下りのシャープな
ほぼ矩形波状の信号が得られる。この差動回路の出力信
号はコンパレークなとで整形され、エンコーダ出力とし
ての矩形波信号にされる。These first and second detectors read the absolute pattern of the first track and its inverted pattern of the second track synchronously, and both detectors produce amplitude changes that are complementary to each other. A synchronized detection signal is output. These rain detection outputs are differentiated by a differential circuit, and a substantially rectangular waveform signal with sharp rises and falls is obtained at the output end of the differential circuit. The output signal of this differential circuit is shaped by a comparator and made into a rectangular wave signal as an encoder output.

この発明の実施例を図面と共に説明すれば以下の通りで
ある。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

［実施例］ 第１図（ａ）（ｂ）は、ＭＲ素子を用いた磁気式アブソ
リュートエンコーダの場合のこの発明の一実施例を示す
ものであり、同図（ａ）は円盤型符号板の模式平面図、
同図（ｂ）は前記円盤型符号板に着磁されたアブソリュ
ートパターン信号を読み取るＭＲ素子のセンサを示す模
式平面図である。[Example] Figures 1(a) and 1(b) show an example of the present invention in the case of a magnetic absolute encoder using an MR element, and Figure 1(a) shows a disc type code plate. Schematic plan,
FIG. 2B is a schematic plan view showing a sensor of an MR element that reads the absolute pattern signal magnetized on the disc-shaped code plate.

第１図（ａ）において、符号板１にはその回転軸心３を
中心とする二本の円形のトラック２ａ。In FIG. 1(a), the code plate 1 has two circular tracks 2a centered on its rotation axis 3.

２ｂが同心円状に設定されている。2b are set concentrically.

第１の円形トラック２ａ上には、円周を１６分割（１ビ
ット分がπ／８ラジアンに相当）したｌ６ビツト（Ｎ＝
４）のアブソリュートパターンが着磁ビット６ａ〜６ｄ
と未着磁ビット７８〜７ｄによって形成されている。On the first circular track 2a, there are 16 bits (N=
4) Absolute pattern is magnetized bits 6a to 6d
and unmagnetized bits 78 to 7d.

第１図（ａ）の第１の円形トラック２ａにおいて１２時
の位置から時計方向へ順にビット構成を説明すると、未
着磁ビット７ａは連続した四つの「０」ビット、着磁ビ
ット６ａは連続した二つの「１」ビット、未着磁ビット
７ｂは単一の「ｏ」ビット、着磁ビット６ｂは単一の「
１」ビット、未着磁ビット７ｃは単一の「０」ビット、
着磁ビット６ｃは連続した四つの「１」ビット、未着磁
ビット７ｃは連続した二つのｒＯ」ビット、そして着磁
ビット６ｄは単一の「１」ビットと現すことができ、従
ってこのパターンのアブソリュートコードは、 ｒＯＯＯｏｌｌｏｌｏｌｌｌｌｏｏｌＪということにな
る。To explain the bit configuration in order from the 12 o'clock position clockwise in the first circular track 2a in FIG. 1(a), the unmagnetized bit 7a has four consecutive "0" bits, and the magnetized bit 6a has a continuous The unmagnetized bit 7b is a single “o” bit, and the magnetized bit 6b is a single “1” bit.
1” bit, unmagnetized bit 7c is a single “0” bit,
The magnetized bit 6c can be represented as four consecutive "1" bits, the unmagnetized bit 7c can be represented as two consecutive "rO" bits, and the magnetized bit 6d can be represented as a single "1" bit, so this pattern The absolute code of is rOOOOollolollloolJ.

第２の円形トラック２ｂ上にも、円周を１６分割（１ビ
ツト分がπ／８ラジアンに相当）した１６ビツト（Ｎ＝
４）のアブソリュートパターンが着磁ビット６ｅ〜６ｈ
と未着磁ビット７ｅ〜７ｈによって同様に形成されてい
るが、このアブソリュートパターンは第１のトラックの
アブソリュートパターンの丁度反転パターンになってお
り、従ってこのパターンのアブソリュートコードは、ｒ
ｌｌｌｌｏｏｌｏｌｏｏｏｏｌｌｏＪということになる
。Also on the second circular track 2b, 16 bits (N=
4) Absolute pattern is magnetized bits 6e to 6h
and unmagnetized bits 7e to 7h, but this absolute pattern is exactly the reverse pattern of the absolute pattern of the first track, so the absolute code of this pattern is r
That means llllooololoooolloJ.

前記各着磁ビット６ａ〜６ｈは、１ビツトの長さ寸法（
角度範囲）をλ、着磁ビットのビット数をｎとするとき
、トラック長手方向に２ｎ＋１個の交互に極性の異なる
着磁区画（Ｓ、Ｎ）を隣接配列して構成されており、し
かも磁場分布を対称的にするために、前記配列の始端と
終端の着磁区画のトラック長手方向の長さ寸法をλ／４
に実質的に等しく、これらの間に挟まれた中間の着磁区
画のトラック長手方向の長さ寸法をλ／２に実質的に等
しくしである。例えば、着磁ビット６ａではｎ＝２であ
るから合計五つの着磁区画（ＮＳＭＳＮ）が−列に並び
、始端と終端の二つの着磁区画（Ｎ、Ｎ）はトラック長
手方向に夫々λ／４の長さ、中間の三つの着磁区間（Ｓ
、Ｎ、Ｓ）は夫々λ／２の長さを有している。ここで、
λは１ビツト分の長さ寸法であって、第１図の実施例で
はＮ＝４であるから、符号板１の円形トラック上では角
度範囲にして３６０／１６＝２２．５度（π／８ラジア
ン）に相当する。Each of the magnetized bits 6a to 6h has a length dimension of 1 bit (
When λ is the angle range (angle range) and n is the number of magnetized bits, the track is constructed by arranging 2n+1 magnetized sections (S, N) with alternately different polarities adjacent to each other in the longitudinal direction of the track. In order to make the distribution symmetrical, the length of the magnetized sections at the start and end of the array in the longitudinal direction of the track is set to λ/4.
, and the length dimension in the track longitudinal direction of the intermediate magnetized section sandwiched therebetween is substantially equal to λ/2. For example, in the magnetized bit 6a, since n=2, a total of five magnetized sections (NSMSN) are arranged in - row, and the two magnetized sections (N, N) at the start end and the end end are arranged at λ/N in the longitudinal direction of the track. 4 length, three middle magnetized sections (S
, N, S) each have a length of λ/2. here,
λ is the length of one bit, and in the embodiment shown in FIG. 8 radians).

検出器１０は、第１図（、ｂ）に示すように符号板１の
各トラック２ａ、２ｂ毎にＮ＝４個ずつのＭＲＲ子セン
サ１１ａ〜１４ａ及び１１ｂ〜１４ｂを有し、鎖線で示
したように符号板１と対置されて、回転軸心３を中心と
する両者間の相対回転に伴ない、センサｌｌａ〜１４ａ
が第１の円形トラック２ａの着磁ビットによるアブソリ
ュートパターンを読み取ると共に、それに同期してセン
サ１１ｂ〜１４ｂが第２の円形トラック２ｂの反転アブ
ソリュートパターンを読み取るものである。The detector 10 has N=4 MRR child sensors 11a to 14a and 11b to 14b for each track 2a and 2b of the code plate 1, as shown in FIG. The sensors lla to 14a are placed opposite to the code plate 1 as shown in FIG.
reads the absolute pattern by the magnetized bit of the first circular track 2a, and in synchronization with this, the sensors 11b to 14b read the inverted absolute pattern of the second circular track 2b.

同一トラック上での各ＭＲＲ子センサ間の配置間隔はえ
またはその整数倍であればよく、第１図（ｂ）ではこの
間隔は丁度λにしである。但し、整数倍の場合、アブソ
リュートパターンは前記とは異なったものとなる０例え
ば１０ビツトのアブソリュートエンコーダの場合、間隔
がλのときは第６図（ｄ）、間隔が２λの場合は第７図
のようなアブソリュートパターンになる。The arrangement interval between the MRR child sensors on the same track may be equal to or an integral multiple thereof, and in FIG. 1(b), this interval is exactly λ. However, in the case of integer multiples, the absolute pattern will be different from the above. For example, in the case of a 10-bit absolute encoder, when the interval is λ, it is shown in Figure 6(d), and when the interval is 2λ, it is shown in Figure 7. It becomes an absolute pattern like .

個々のＭＲＲ子センサについて、第２図にはセンサｌｌ
ａ、ｌｌｂを例に挙げて構成が示されている。第２図に
示すように、第１のトラック２ａのためのＭＲ素子セン
サｌｌａは、トラック長手方向にλ／４の間隔をあけた
二本の細い並行なＭＲＲ子１５ａ、１５ｂからなり、同
様に第２のトラック２ｂのためのＭＲ素素子センサｌｌ
色トラック長手方向にλ／４の間隔をあけた二本の細い
並行なＭＲＲ子１５ｃ、１５ｄからなっている。For each MRR child sensor, FIG.
The configuration is shown using a and llb as an example. As shown in FIG. 2, the MR element sensor lla for the first track 2a consists of two thin parallel MRR elements 15a and 15b spaced apart by λ/4 in the longitudinal direction of the track. MR element sensor ll for second track 2b
It consists of two thin parallel MRR elements 15c and 15d spaced apart by λ/4 in the longitudinal direction of the color track.

この場合、両センサｌｌａ、ｌｌｂでＭＲＲ子同士がト
ラック長手方向に関して位置ずれなしに揃えられている
が、これは第１図（ａ）に示すように、両トラック２ａ
、２ｂが周方向に位相差零で併設されているからであり
、これらトラック同士が成る位相差で周方向にずれて設
けられている場合には、・センサｌｌａとｌｌｂの配置
も対応する位相差でずらせばよい。In this case, the MRR elements of both sensors lla and llb are aligned with each other without any positional deviation in the track longitudinal direction, but this is because both tracks 2a and 2a are aligned as shown in FIG. 1(a).
, 2b are arranged side by side with zero phase difference in the circumferential direction, and if these tracks are arranged with a phase difference in the circumferential direction and shifted in the circumferential direction, the arrangement of sensors lla and llb will also be in corresponding positions. Just shift it by phase difference.

これらのＭＲ素子１５ａ〜ｔ５ｄは、第２図に示すよう
に、１５ａと１５ｃ、１５ｂと１５ｄがそれぞれ組にさ
れて直列接続され、両直列接続パスで電流の向きが互い
に逆になるように、直流型５源端子１７．２０間でブリ
ッジ回路を形成し、その信号出力端子１８．１９間に検
出出力を生じるように構成しである。第２図には例とし
て両トラックの着磁ビット６ａ、６ｆが添画されており
、着磁ビット６ａの終端の着磁区画１６ａｅ及び着磁ビ
ット６ｆの始端の着磁区画１６ｆａと終端の着磁区画１
６ｆｃの各々の長さ寸法は共に前記ＭＲ素子１５ａ、１
５ｂ間または１５ｃ、１５６間の間隔寸法と同じλ／４
であり、再着磁ビットのその他の中間の着磁区画（Ｉ　
Ｓａｃ、１６ａｄ。As shown in FIG. 2, these MR elements 15a to t5d are connected in series in sets of 15a and 15c and 15b and 15d, respectively, so that the directions of current are opposite to each other in both series connection paths. A bridge circuit is formed between the DC type five source terminals 17 and 20, and a detection output is generated between the signal output terminals 18 and 19. In FIG. 2, the magnetized bits 6a and 6f of both tracks are attached as an example, and the magnetized section 16ae at the end of the magnetized bit 6a, the magnetized section 16fa at the start end of the magnetized bit 6f, and the magnetized section 16fa at the end of the magnetized bit 6f are attached. Magnetic section 1
6fc have the same length as the MR elements 15a, 1.
λ/4, which is the same as the spacing between 5b or 15c and 156
and the other intermediate magnetized section (I
Sac, 16ad.

１６ｆｂなど）の長さ寸法はλ／２である。16fb, etc.) has a length dimension of λ/2.

ＭＲ素子は、水平磁場がかかると磁界の極性に拘らずそ
の強度に応じて自身の電気抵抗値を低下させる。従って
検出器ｌＯと符号板１との相対８動によって第２図のセ
ンサの出力端子１８．１９に生じる信号は次のようにな
る。When a horizontal magnetic field is applied to an MR element, its electrical resistance value decreases in accordance with the intensity of the magnetic field, regardless of the polarity of the magnetic field. Therefore, the signals produced at the output terminals 18, 19 of the sensor of FIG. 2 by the relative movement of the detector lO and the code plate 1 are as follows.

例えばＭＲ素子１５ａに着磁ビットからの水平磁場がか
かると、ＭＲ素子１５ａの抵抗値が小さくなるから出力
端子１８の電位が上昇し、ＭＲ素子ｉｓｂに磁場がかか
ると出力端子１９の電位が低下する。また、ＭＲ素子１
５ｃ＆：Ｅｒｉ場がかかると出力端子１８の電位が°低
下し、ＭＲ素子１５ｄに磁場がかかると出力端子１９の
電位が上昇するようになる。両トラックのパターンは相
補的であり、また両センナ共に一対のＭＲ素子間の間隔
はλ／４であるので、出力端子１８と１９とでは振幅波
形が丁度上下対称となり、両出力間の位相のずれはλを
３６０度とすると９０度の位相差に相当する。For example, when a horizontal magnetic field from a magnetized bit is applied to the MR element 15a, the resistance value of the MR element 15a decreases, so the potential at the output terminal 18 increases, and when a magnetic field is applied to the MR element isb, the potential at the output terminal 19 decreases. do. In addition, MR element 1
When a 5c&:Eri field is applied, the potential at the output terminal 18 decreases, and when a magnetic field is applied to the MR element 15d, the potential at the output terminal 19 increases. The patterns of both tracks are complementary, and the spacing between a pair of MR elements in both sensors is λ/4, so the amplitude waveforms at output terminals 18 and 19 are exactly vertically symmetrical, and the phase between both outputs is The shift corresponds to a phase difference of 90 degrees when λ is 360 degrees.

第３図には前記検出器１０の検出出力を処理するための
信号処理回路の一例が示され、第４図には符号板１のト
ラック２ａ、２ｂに形成されたアブソリュートパターン
とその反転パターンの着磁ビットによる磁場パターンと
前記信号処理回路の各部波形の例が示されている。　検
出器１０において、ＭＲ素子センサｌｌａ、ｆｉｂの一
方の出力端子１８は（ｉ号処理回路２１の入力端子２２
に接続され、他方の出力端子１９は入力端子２３に接続
されている。ほかのＭＲ素子センサ１２ａ。FIG. 3 shows an example of a signal processing circuit for processing the detection output of the detector 10, and FIG. 4 shows the absolute pattern formed on the tracks 2a, 2b of the code plate 1 and its inverted pattern Examples of magnetic field patterns caused by magnetized bits and waveforms of various parts of the signal processing circuit are shown. In the detector 10, one output terminal 18 of the MR element sensors lla and fib is connected to the input terminal 22 of the i processing circuit 21.
The other output terminal 19 is connected to the input terminal 23. Another MR element sensor 12a.

１２ｂ〜１４ａ、１４ｂについても同様であるので、こ
こではＭＲ素子センサｌｌａ、ｌｌｂの組についてのみ
説明する。　− 符号板１のトラック２ａに形成されたアブソリュートパ
ターンの着磁ビットによる磁場パターンは第４図（ａ）
に示す通りであり、これと相補的なトラック２ｂに形成
された反転パターンの着磁ビットによる磁場パターンは
第４図（ｂ）に示す通りである。これを各々λ／４の間
隔をあけた二本のＭＲ素子からなるセンサｌｌａ、ｌｌ
ｂで相対走査すると、出力端子１８には第４図（Ｃ）に
示すような脈流パルス状の信号が現われ、もう−方の出
力端子１９には第４図（ｄ）に示すような相補的な脈流
パルス状の信号が現われる。両出力端子１８．１９に現
われる信号を信号処理回路２１の差動アンプ２４に入力
して差動増幅すると、差動アンプ２４の出力端２５には
第４図（ｅ）に示す通りのほぼ矩形波状の信号が得られ
る。この信号のパルス立上りと立下がりは、パルス幅に
関係なく一定の急峻なものとなる。そこでこの信号をコ
ンパレータ２６によって成る一定の比較レベルで矩形波
に変換すると、回路２１の出力端子２７ａには第４図（
ｆ）に示すような矩形波信号が得られる。同様にして、
センサ１２ａと１２ｂの組、センサ１３ａと１３ｂの組
、センサ１４ａと１４ｂの組のそれぞれからの検出信号
による矩形波信号が夫々出力端子２７ｂ、２７ｃ、２７
ｄに得られる。これらの出カイ８号間の位相差は、前記
センサの組の間の配置間隔ｋ・λ（ｋ＝１．２゜３・・
・・）に基づいて定まり、これによって四つの出力端子
２７ａ〜２７ｄから符号板１のπ／８ラジアンの回転角
度毎にｒｏ、ＩＪの組合せの異なる４桁の２進コ一ド信
号が得られるようになっている。The same applies to 12b to 14a and 14b, so only the set of MR element sensors lla and llb will be described here. - The magnetic field pattern due to the magnetized bit of the absolute pattern formed on the track 2a of the code plate 1 is shown in Fig. 4(a).
The magnetic field pattern due to the magnetized bit of the inverted pattern formed in the track 2b complementary thereto is as shown in FIG. 4(b). These are sensors lla and ll, each consisting of two MR elements spaced apart by λ/4.
When relative scanning is performed with b, a pulsating pulse-like signal as shown in FIG. 4(C) appears at the output terminal 18, and a complementary signal as shown in FIG. 4(d) appears at the other output terminal 19. A pulsating pulse-like signal appears. When the signals appearing at both output terminals 18 and 19 are input to the differential amplifier 24 of the signal processing circuit 21 and differentially amplified, the output terminal 25 of the differential amplifier 24 has a substantially rectangular shape as shown in FIG. 4(e). A wavy signal is obtained. The pulse rise and fall of this signal are constant and steep regardless of the pulse width. Therefore, when this signal is converted into a rectangular wave at a constant comparison level by the comparator 26, the output terminal 27a of the circuit 21 is output as shown in FIG.
A rectangular wave signal as shown in f) is obtained. Similarly,
Rectangular wave signals based on detection signals from the sets of sensors 12a and 12b, the sets of sensors 13a and 13b, and the sets of sensors 14a and 14b are output to output terminals 27b, 27c, and 27, respectively.
obtained in d. The phase difference between these output sensors 8 is determined by the arrangement interval k·λ (k=1.2°3...
), and as a result, a four-digit binary code signal with a different combination of ro and IJ is obtained from the four output terminals 27a to 27d for each rotation angle of π/8 radian of the code plate 1. It looks like this.

前記四組の各センサからの検出信号によって前記信号処
理回路２１の出力端子２７ａ、２７ｂ。Output terminals 27a and 27b of the signal processing circuit 21 are output by detection signals from each of the four sets of sensors.

２７ｃ、２７ｄに現われる矩形波信号を、第１図（ａ）
（ｂ）に対応させて図示すると第５図の通りである。こ
の場合、固定された検出器１０に対して符号板ｌが第１
図（ｂ）に矢印で示すように反時計方向に回転している
ものとする。この実施例では、前述のようにＮ＝４であ
るからアブソリュートコードは２’＝１６ビツトであり
、第１図（ｂ）に示したように、符号板１の円周方向へ
各々λの間隔で並べた四組のＭＲ素子センサ１ｌａ−１
ｌｂ、　１２ａ−１２ｂ、　１３ａ−１３ｂ、および１
４ａ−１４ｂによる検出信号によって出力端子２７ａ〜
２７ｄから符号板１の一回転に亙って同じｒＯ，ＩＪの
組合せのコード信号が生じないように、トラック２上の
アブソリュートパターンの配列（アブソリュートコード
）が定められ、これは前述した通り、ｒｏｏｏｏｔ　ｔ
ｏｔｏｔ　ｔｌｌｏｏｌＪである。The rectangular wave signals appearing at 27c and 27d are shown in Fig. 1(a).
The diagram shown in FIG. 5 corresponds to (b). In this case, the code plate l is the first
Assume that the rotation is counterclockwise as shown by the arrow in Figure (b). In this embodiment, since N=4 as mentioned above, the absolute code is 2'=16 bits, and as shown in FIG. Four sets of MR element sensors 1la-1 arranged in
lb, 12a-12b, 13a-13b, and 1
Output terminals 27a~ by the detection signal from 4a-14b
The absolute pattern arrangement (absolute code) on the track 2 is determined so that a code signal with the same combination of rO and IJ does not occur over one rotation of the code plate 1 from 27d. t
It's otot tlloolJ.

従って出力端子２７ａを２°、２７ｂを２１１２７ｃを
２’、２７ｄを２３に割り当てると、相対回転角度π／
８ラジアン毎に異なる内容の４ビツトのアブソリュート
信号が得られ、第５図にはそれぞれのアブソリュート信
号に対応する十六進数が下部に添え書きされている。こ
れから解るように、第５図の矩形波信号をそのまま数値
化すれば１６の十六進数となり、またこれは符号板１を
一回転した場合に一箇所として同じ数値となっておらず
、従ってアブソリュートエンコーダが構成されているこ
とが解る。Therefore, if the output terminal 27a is assigned to 2°, 27b to 21127c to 2', and 27d to 23, the relative rotation angle π/
A 4-bit absolute signal with a different content is obtained every 8 radians, and in FIG. 5, the hexadecimal number corresponding to each absolute signal is added at the bottom. As you can see, if the rectangular wave signal in Figure 5 is digitized as it is, it will be 16 hexadecimal numbers, and this number will not be the same at every point when the code plate 1 is rotated once, so it is not an absolute value. It can be seen that the encoder is configured.

アブソリュートパターンの配列の決定は次のようにして
行なう。− 即ち、ピット数が少ないときは順次試行錯誤的に行なっ
てもよいが、ビット数が多くなるとコンピュータで演算
させる必要がある。The arrangement of the absolute pattern is determined as follows. - That is, when the number of pits is small, it may be performed sequentially by trial and error, but when the number of bits is large, it is necessary to perform calculations using a computer.

前述の４ビツトの場合で説明すると、例えば各ビットが
「Ｏ」の場合は必ずあるから、先ず４っ（７）ｒｏ」の
連続ｒｏ、ｏ、ｏ、ＯＪ　を考エル。モして「０」が５
つ連続すると同じ組合せが生じてしまうことになるから
、「Ｏ」が４つ続いた後には必ず「１」がくると考える
。このようにして順次「Ｏ」か「ｌ」かを追加していき
、４つずつの区切りで１ビツトずつシフトしたときに同
じ内容の組合せが生じないようにすればよい。To explain the above-mentioned case of 4 bits, for example, there is always a case where each bit is ``O'', so first consider the sequence 4 (7) ro'', ro, o, o, OJ. ``0'' becomes 5
Since the same combination will occur if there are four consecutive O's, we believe that a '1' will always come after four 'O's. In this way, either "O" or "l" is added one after another, and when the bits are shifted one bit at a time in groups of four, combinations with the same contents do not occur.

このようにしてコンピュータに演算させた結果を第６図
（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す。The results of the computer calculations are shown in FIGS. 6(a), (b), (c), and (d).

第６図（ａ）は５ビツト、即ちＮ＝５の場合のアブソリ
ュートコードであり、第６図（ｂ）は６ビツト、即ちＮ
＝６の場合のアブソリュートコードであり、第６図（Ｃ
）は８ビツト、即ちＮ＝８の場合のアブソリュートコー
ドであり、そして第６図（Ｃ）は１０ビツト、即ちＨ＝
ｔｏの場合のアブソリュートコードである。FIG. 6(a) shows the absolute code for 5 bits, that is, N=5, and FIG. 6(b) shows the absolute code for 6 bits, that is, N=5.
This is the absolute code when = 6, and is shown in Figure 6 (C
) is the absolute code for 8 bits, ie, N=8, and FIG. 6(C) is the absolute code for 10 bits, ie, H=8.
This is the absolute code in the case of to.

第６図（ｂ）（ｃ）（ｄ）のアブソリュートコードは、
行の末尾のビットがその次（下）の行の先頭のビットに
つながって一連のものとして構成される。The absolute codes in Fig. 6(b),(c),(d) are:
The last bit of a row is connected to the first bit of the next (lower) row to form a series.

これら第６図のアブソリュートコードをロータリーエン
コーダに用いる場合には、最下行の最後のビットが第１
行の先頭のビットにつながって無端状に連続するように
する。When using these absolute codes in Figure 6 for a rotary encoder, the last bit in the bottom row is the first bit.
Connect to the first bit of the row so that it continues endlessly.

第６図の例ではＭＲ素子センサをアブソリュートパター
ンの１ビツト相当分の間隔（λ）で連続配置する場合の
コード配列を示したが、パターンが細かくなってセンサ
の寸法上の制限により１ビツト間隔での連続配置が物理
的に困難になる場合は、アブソリュートパターンのコー
ド配列を工夫することによって、例えばコード配列の！
ビット置きに２λの間隔でＭＲ素子センサを配置するこ
とができる。そのような−例として第７図にＮ′：＝１
０の場合のアブソリュートコードを示す。この場合はＮ
＝１０であるから１０個のＭＲ素子センサが１ビット置
き、つまり間隔２λで配置されている。The example in Figure 6 shows the code arrangement when MR element sensors are arranged consecutively at intervals (λ) equivalent to 1 bit of the absolute pattern, but as the pattern becomes finer and due to the dimensional limitations of the sensor, the code arrangement is arranged at intervals of 1 bit. If it becomes physically difficult to arrange the code consecutively, for example, by devising the absolute pattern code arrangement.
MR element sensors can be arranged at intervals of 2λ every other bit. As an example, N′:=1 in FIG.
The absolute code in case of 0 is shown. In this case N
= 10, so 10 MR element sensors are arranged every 1 bit, that is, at intervals of 2λ.

勿論、他の間隔についても同様にアブソリュートコード
を適宜窓めることは可能であり、−１１２的にはλの整
数倍の間隔についてアブソリュートコードを作ることが
できる。Of course, it is possible to appropriately window the absolute code for other intervals as well, and in terms of -112, it is possible to create absolute codes for intervals that are integral multiples of λ.

このようなアブソリュートコードによれば１トラツクで
アブソリュートパターンが実現できるので、所謂インク
リメンタル型のエンコーダと大きさが殆ど変わらないア
ブソリュートエンコーダを得ることが可能である。With such an absolute code, an absolute pattern can be realized in one track, so it is possible to obtain an absolute encoder whose size is almost the same as that of a so-called incremental encoder.

以上は磁気式アブソリュートエンコーダの例であるが、
第８図および第９図は光学式アブソリュートエンコーダ
の実施例を示している。The above is an example of a magnetic absolute encoder.
8 and 9 show an embodiment of an optical absolute encoder.

第８図（ａ）において、符号板４には不透明部分と透明
部分とでｒｏ、ＩＪのビットを構成してなる前述と同様
のアブソリュートパターンを設けた第１のトラック５ａ
と、その反転パターンを設けた第２のトラック５ｂとが
併設されている。符号板４には、第８図（ｂ）に示すよ
うに光電センサからなる検出器８が対設され、両者は回
転軸心９を中心とする相対回転を行なう。この検出器８
は、トラック５ａを読み取るために間隔λでトラック長
手方向に配列された四つの光電センサ８１ａ、８２ａ、
８３ａ、８４ａと、トラック５ｂを読み取るために同様
に間隔λてトラック長手方向に配列された四つの光電セ
ンサ８１ｂ、８２ｂ。In FIG. 8(a), the code plate 4 has a first track 5a provided with the same absolute pattern as described above, in which ro and IJ bits are configured by opaque parts and transparent parts.
and a second track 5b provided with the inverted pattern. As shown in FIG. 8(b), a detector 8 consisting of a photoelectric sensor is provided opposite to the code plate 4, and both perform relative rotation about a rotation axis 9. This detector 8
are four photoelectric sensors 81a, 82a, arranged in the longitudinal direction of the track with an interval λ to read the track 5a.
83a, 84a, and four photoelectric sensors 81b, 82b similarly arranged in the longitudinal direction of the track at an interval λ for reading the track 5b.

８３ｂ、８４ｂとを備えており、これらの相対配置関係
については前述の磁気式アブソリュートエンコーダの実
施例の場合と同様である。83b and 84b, and the relative arrangement thereof is the same as in the above-described embodiment of the magnetic absolute encoder.

第９図には前記検出器８の検出出力を処理するための信
号処理回路の一例が示されている。ここでは光電センサ
８１ａと８１ｂとの組について例示されているが、他の
組についても同様である。FIG. 9 shows an example of a signal processing circuit for processing the detection output of the detector 8. Although a pair of photoelectric sensors 81a and 81b is illustrated here, the same applies to other pairs.

光電センサ８１ａと８１ｂとでは、前記トラック５ａに
対してトラック５ｂが反転パターンであるから、得られ
る検出出力は相補的である。第９図の信号処理回路では
、これら相補的な検出出力をオペアンプ９１．ａ、９１
ｂで各々増幅したのち差動アンプ９２で差動増幅し、こ
の差動出力をコンパレータ９４で整形して出力端子９５
ａに矩形波出力を得ている。同様な信号処理を他の光電
センサの組にも施して、前述と同様な４ビツトのコード
信号が得られることは述べるまでもない。In the photoelectric sensors 81a and 81b, since the track 5b has an inverted pattern with respect to the track 5a, the obtained detection outputs are complementary. In the signal processing circuit of FIG. 9, these complementary detection outputs are input to the operational amplifier 91. a, 91
After each amplification is performed by a differential amplifier 92, this differential output is shaped by a comparator 94 and sent to an output terminal 95.
A square wave output is obtained at point a. It goes without saying that similar signal processing can be applied to other sets of photoelectric sensors to obtain the same 4-bit code signal as described above.

尚、以上に述べた実施例では、回転位置を読み取るため
のロータリーエンコーダを主に説明したが、本発明は直
線位置を読み取るためのリニアエンコーダにも通用でき
、その場合には、検出器と相対移動する符号板に前述の
ようなアブソリュートパターンを相対移動方向に沿って
直線的に形成すればよい。In the embodiments described above, a rotary encoder for reading rotational position was mainly explained, but the present invention can also be applied to a linear encoder for reading linear position. An absolute pattern as described above may be formed linearly on the moving code plate along the direction of relative movement.

［発明の効果］ 以上に述べたように、この発明によれば、符号板にアブ
ソリュートパターンのトラックとその反転パターンのト
ラックとを設けて、両パターンを別々の検出器で読み取
り、偶者の相補的な検出信号の差動をとってエンコーダ
出力とするから、個々の検出器の検出信号のほぼ二倍の
Ｓ／Ｎ比で急峻な立上り・立下りの矩形波信号を得るこ
とができ、出力に誤りの生じる恐れのない高分解能のア
ブソリュートエンコーダを得ることができるものである
。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a code plate is provided with a track of an absolute pattern and a track of its inverted pattern, and both patterns are read by separate detectors, and complementary Since the differential of the detected signals is taken as the encoder output, it is possible to obtain a rectangular wave signal with steep rises and falls with an S/N ratio that is approximately twice that of the detection signals of the individual detectors. This makes it possible to obtain a high-resolution absolute encoder that is free from errors.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図（ａ）はこの発明の一実施例に係る磁気式アブソ
リュートエンコーダの円盤型符号板の模式平面図、同図
（ｂ）は前記円盤型符号板に着磁されたアブソリュート
パターンを読み取るＭＲ素子センサからなる検出器を示
す模式平面図、第２図は個々のＭＲ素子センサの構成を
示す説明図、第３図は前記検出器の検出出力を処理する
ための信号処理回路の一例を示す回路図、第４図（ａ）
〜（ｆ）は符号板のトラックに形成されたアブソリュー
トパターンの着磁ビットによる磁場パターンと前記信号
処理回路の各部波形を示す線図、第５図はこの発明の一
実施例に係るアブソリュートエンコーダの最終出力波形
を示す線図、第６図は異なるビット数のアブソリュート
信号を得るためのアブソリュートパターンを決定するア
ブソリュートコードの幾つかの例を示す説明図、第７図
はアブソリュートコードの別の例を示す説明図、第８図
（ａ）はこの発明の別の実施例に係る光学式アブソリュ
ートエンコーダの円盤型符号板の模式平面図、同図（ｂ
）は前記円盤型符号板に形成されたアブソリュートパタ
ーンを読み取る光電センサからなる検出器を示す模式平
面図、第９図は前回の光電センサの検出出力を処理する
ための信号処理回路の一例を示す回路図である。 （主要部分の符号の説明） １．４；符号板、２ａ、５ａ：第１のトラック、２ｂ、
５ｂ：第２のトラック、３．９一回転軸心８．１０：検
出器、６ａ〜６ｄ：着磁ビット、７ａ〜７ｄ：未着磁ビ
ット、　　１１ａ〜１４ａ。 １１ｂ　〜１４ｂ：ＭＲ素子センサ、　　　１５ａ〜１
５ｄ：ＭＲ素子、１７：＋側電源端子、１８．１９：出
力端子、２０ニー側電源端子、２１：信号処理回路、２
４．９３：差動アンプ、８１　ａ　〜８４ａ、　８　ｌ
　ｂ〜８４ｂ　：光電センサ。FIG. 1(a) is a schematic plan view of a disk-shaped code plate of a magnetic absolute encoder according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1(b) is an MR for reading the absolute pattern magnetized on the disk-shaped code plate. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of each MR element sensor, and FIG. 3 is an example of a signal processing circuit for processing the detection output of the detector. Circuit diagram, Figure 4(a)
-(f) are diagrams showing the magnetic field pattern due to the magnetized bit of the absolute pattern formed on the track of the code plate and the waveform of each part of the signal processing circuit, and FIG. 5 is a diagram showing the waveform of each part of the signal processing circuit. A diagram showing the final output waveform, Fig. 6 is an explanatory diagram showing some examples of absolute codes for determining absolute patterns for obtaining absolute signals with different numbers of bits, and Fig. 7 shows another example of the absolute code. FIG. 8(a) is a schematic plan view of a disc-shaped code plate of an optical absolute encoder according to another embodiment of the present invention, and FIG.
) is a schematic plan view showing a detector consisting of a photoelectric sensor that reads the absolute pattern formed on the disk-shaped code plate, and FIG. 9 shows an example of a signal processing circuit for processing the detection output of the previous photoelectric sensor. It is a circuit diagram. (Explanation of symbols of main parts) 1.4; Code plate, 2a, 5a: First track, 2b,
5b: Second track, 3.9-rotation axis 8.10: Detector, 6a-6d: Magnetized bit, 7a-7d: Unmagnetized bit, 11a-14a. 11b to 14b: MR element sensor, 15a to 1
5d: MR element, 17: + side power supply terminal, 18.19: Output terminal, 20 knee side power supply terminal, 21: Signal processing circuit, 2
4.93: Differential amplifier, 81a to 84a, 8l
b~84b: Photoelectric sensor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 アブソリュートパターンを有するトラックを設けた符号
板と、この符号板に対して前記トラックの長手方向に相
対移動可能な前記パターンの読み取り用の検出器とを備
えたアブソリュートエンコーダにおいて、 前記トラックとして、前記アブソリュートパターンを有
する第１のトラックと、この第１のトラックのアブソリ
ュートパターンの反転パターンを有する第２のトラック
とが設けられ、 前記検出器として、前記第１のトラックのアブソリュー
トパターンを読み取る第１の検出器と、前記第２のトラ
ックの前記反転パターンを読み取る第２の検出器とが設
けられ、 更に、前記第１の検出器と第２の検出器の各検出出力の
差動をとる差動回路が備えられていることを特徴とする
アブソリュートエンコーダ。[Scope of Claims] An absolute encoder comprising a code plate provided with a track having an absolute pattern, and a detector for reading the pattern that is movable relative to the code plate in the longitudinal direction of the track, The tracks include a first track having the absolute pattern and a second track having an inverted pattern of the absolute pattern of the first track, and the detector serving as the detector has the absolute pattern of the first track. a first detector that reads the inverted pattern of the second track; and a second detector that reads the inverted pattern of the second track; An absolute encoder characterized by being equipped with a differential circuit that takes the motion.