JPH0476418A - アブソリュート・エンコーダ - Google Patents

アブソリュート・エンコーダ

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JPH0476418A
JPH0476418A JP2187988A JP18798890A JPH0476418A JP H0476418 A JPH0476418 A JP H0476418A JP 2187988 A JP2187988 A JP 2187988A JP 18798890 A JP18798890 A JP 18798890A JP H0476418 A JPH0476418 A JP H0476418A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、1トラック型アブソリユート・バタンを備え
、該パターンから符号板に対する検出部の絶対位置情報
を読取るアブソリュート・エンコーダに関し、詳しくは
、アブソリュート・パターンの最小読取単位の中をさら
に小さく区分(内挿処理)して、アブソリュート・エン
コーダの分解能を高める技術に関する。
[従来の技術] アブソリュート・エンコーダは、符号板上に形成された
特殊な被検出パターンを、検出部に配置したセンサで読
取って、符号板に対する検出部の絶対位置情報を形成す
る計測器であって、被検出パターンは、符号板と検出部
のすべての位置関係についてそれぞれ異る番地情報を含
む。従来の一般的なアブソリュート・エンコーダとして
は、符号板上に、それぞれピッチを異らせた複数本のデ
ジタル繰返しパターン(インクリメンタル・パターン)
を並列に配置し、該複数本のパターンの同一位相位置か
らそれぞれ得た検出信号を並べて絶対位置の番地を構成
する多トラック型のものが知られる。
一方、近年、特開平1−152314号に見られるよう
に、特殊な数列に従って最小読取り単位を配列した1本
の被検出パターン(1トラック型アブソリユート・・パ
ターン)上の複数の位相位置を検出して絶対位置の番地
を組立てる1トラック型アブソリユート・エンコーダが
盛んに研究されている。lトラック型アブソリュート・
エンコーダは、多トラック型のものと比べて、センサの
組立てや調整が容易で、符号板の小型化にも有利である
これらの研究開発を通じて改良された1トラック型アブ
ソリユート・エンコーダとして、符号板にインクリメン
タル・パターンを並設したものが報告されている。例え
ば、特願平2−35314号に見られるように、インク
リメンタル・パターンの検出信号により、1トラック型
アブソリュート・パターンの読取り時期を制御する技術
、または1トラック型アブソリュート・パターンから得
られた番地にインクリメンタル・パターンから得られた
信号(Oll)を組合せて分解能を高める技術が知られ
ている。
第6図は、後者の分解能を高めたアブソリュート・エン
コーダの模式的な平面図である。
第6図において、符号板Aには、最小読取単位の長さが
λの1トラック型アブソリュート・パターンPと並列に
、ピッチλの第1インクリメンタル・トラックH1と、
ピッチλ/2の第2インクリメンタル・トラックH2と
、ピッチλ/4の第3インクリメンタル・トラックH3
とが形成される。一方、検出部B、には、トラックP上
で隣接する4個の最小読取単位を検出するように、フォ
トセンサ31〜S4が、また、トラックH1〜H3を検
出するように、それぞれフォトセンサU1〜U3が設け
られる。
ここで、トラックPは、白部を0、黒部を1として、マ
記号から右回りに4ビツトの全周期系数列: を表現したもので、該数列上で隣接する4個の数値を並
べたコードはそれぞれ異る。従って、第7図の位置関係
から検出部Bが右回りに順次移動すると、フォトセンサ
81〜S4の出力を並べて組立てられる二進数コードは
、移動量λごとに、0000.0001.0010.0
100.1001.0011.0110,1101.1
010.0101.1011.0111,1111.1
110.1100.1000と、16種類のものとなり
、該コードにより16個の絶対位置がそれぞれ判別され
る。
一方、トラックH1〜H3とフォトセンサU1〜U3は
、符号板A上のすべてのλの区画において、白部を0、
黒部を1として、右回りにλ/8ごとに、111.11
0.101.100、Oll、oto、oot、ooo
の3ビツト・コードが得られる、多トラック型アブソリ
ュート・エンコーダを構成している。
従って、フォトセンサ31〜S4から得られるコードを
上4桁、フォトセンサU1〜U3から得られるコードを
下3桁となるように組合せることにより、合計7桁の、
符号板A上で検出部Bの取り得るλ/8ごとのすべての
位置関係においてそれぞれ異る絶対位置情報が得られる
ところで、λ/8ごとの一周128個の絶対位置を判別
できるような全周期系列を求め、この数列を白部と黒部
で表現した1トラック型アブソリュート・パターンをト
ラック、Pに用いれば、トラックH1〜H3が無くても
同一な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。しかし、実際は、1トラック型アブソリュー
ト・パターンの最小読取単位を短くする場合には、セン
サも小型化する必要があり、センサ加工や取付は上の制
約から読取り精度(信頼性)の維持が困難になる。一方
、3木のトラックH1〜H3が追加された、第6図のよ
うなアブソリュート・エンコーダにおいては、最小の区
分の判別がインクリメンタル・パターンによるため、該
パターンの周期性(規則性)を利用した検出方法を採用
すれば、上記の純−粋に1トラック型なものに比べ、は
るかに高い読取り精度が得られる。
第7図は、このパターンの周期性を利用した検出方法の
例を説明するための図で、(a)は検出部の模式的な垂
直断面図、(b)は検出部の受光量の線図、(C)は受
光量から得られるインクリメンタル信号の線図である。
この技術は、既に、一般的な多トラック型アブソリュー
ト・エンコーダにおいて広く用いられている。
第7図において、符号板Aには、ピッチλのインクリメ
ンタル・トラックHが形成され、検出部Bには、パター
ン読取用照明Fと、平行光を得るためのコリメートレン
ズL1と、トラックHと同一なピッチのパターンを5ピ
ッチ長さに形成したインデックス・スケール(マスク)
Mと、集光用のコリメートレンズL2と、受光器Uとで
構成される。
このように構成された検出部Bにおいて、照明Fから射
出された光は、レンズLlで平行光となり、スケールM
とトラックUの5ピツチ分の重なりを透過した光量が、
レンズL2により、受光器Uに集約される。
従って、符号板Aに対する検出部Bの1ピツチ分の移動
において、受光器Uの受光量は、第2図(b)に示すよ
うに、0から5倍(5ピツチ分)の間を三角波状に往復
して、SN比の高いピークとボトムを形成する。また、
この受光量を点線のレベルで比較する回路により、第7
図(C)に示されるような、1ピツチにおける2つの状
態を明白に判別するインクリメンタル信号が得られる。
このように、この方法によれば、センサの小型化を伴わ
ずに細かいピッチのパターンの読取りが遂行されるから
、第6図のアブソリュート・エンコーダにおいても、ト
ラックH1〜H3に対してこの検出方法を応用すること
により、センサの小型化を実質的に伴わずに、読取りの
信頼性を維持したまま、その分解能を、2の、インクリ
メンタル・トラック本数べき乗倍、すなわち23倍に向
上させることができる。
[発明が解決しようとする課題] 第6図のアブソリュート・エンコーダの考え方を押し進
めれば、符号板Aに、ピッチλ/8のトラックH4、ピ
ッチλ/16のトラックH5と追加して、さらに高い分
解能のアブソリュートエンコーダが得られるが、トラッ
ク数を増すと次第に符号板Aが大型化し、センサ数も増
して取付、調整が困難になな等、1トラック型アブソリ
ュート・パターンを採用したメリットがあらかた消滅し
てしまい、始めから多トラック型で設計したほうが好都
合であると指摘された。
本発明は、インクリメンタル・トラックの本数をさほど
増さずとも、第6図のものと同様に高い分解能が達成さ
れる、1トラック型アブソリュート・パターンを備えた
アブソリュート・エンコーダを提供することを目的とす
る。
[課題を解決するための手段] 本発明の請求項第1項のアブソリュート・エンコーダは
、最小読取単位の長さλの1トラック型アブソリュート
・パターンを形成した符号板(A)と、該符号板(A)
に対して相対移動可能な検出部(8)とからなるアブソ
リュート・エンコーダにおいて、 前記符号板(A)に、 ピッチがλの第1インクリメンタル・パターンと、 ピッチが2−n×λ(nは2以上の自然数)の第2イン
クリメンタル・パターンとを並設し、前記検出部(8)
に、 第1インクリメンタル・パターンを検出し、得られた第
1インクリメンタル信号を内挿処理してその周期を、例
えば、2−0λに短くする第1内挿手段と、 第2インクリメンタル・パターンを検出し、得られた第
2インクリメンタル信号を基準として、内挿されたイン
クリメンタル信号を同期させる同期手段と、を設けて、
その分解能を、例えは、20◆1倍に向上させたもので
ある。
本発明の請求項第2項のアブソリュート・エンコーダは
、請求項第1項のアブソリュート・エンコーダにおいて
、 前記検出部(8)に、さらに、 第2インクリメンタル・パターンを検出し、得られた第
2インクリメンタル信号を内挿処理して周期を短くする
第2内挿手段を設けて、その分解能をさらに向上させた
ものである。
[作用] 本発明の請求項第1項のアブソリュート・エンコーダで
は、インクリメンタル・パターンを用いて、アブソリュ
ート・パターンの最小読取単位の長さλを分割、区分け
して、各区分にそれぞれ固有の番地コートを割振って、
第6図のアブソリュート・エンコーダと同様に、1)−
ラック型アブソリュー1〜・パターンから得られるピッ
チλごとの絶対位置情報に、ピッチλ内の各区分の番地
コートを追加した、高められた分解能の絶対位置情報を
構成することができる。また、インクリメンタル・信号
のカウント処理を含ます、各位相位置でアブソリュ一ト
・パターンと第】、第2インクリメンタル・パターンと
から得られる信号から直ちに絶対位置情報を形成する。
しかし、第6図のアブソリュート・エンコーダがm木の
インクリメンタル・パターン・トラックから、それぞれ
21.22、・・・2“のmビットの19号を得るのに
対して、本発明の請求項第1項のアブソリュート・エン
コーダは、ピッチλの1本のインクリメンタル・パター
ンから、内挿手段を用いて、同様な21.22、・・・
2°のnビットの信号を制作する。次に、制作されたn
ビットの信号は、同期手段により、第2インクリメンタ
ル信号に同期するように、それぞれ位相調整される。一
方、第2インクリメンタル・パターンは、ピッチ2−”
λの中て0、lの2つの状態を持つから、全体としては
、1トラック型アブソリュート・パターンの2°41倍
の分解能を得ることができる。
ここで、内挿手段は、最小読取り単位の長さλを、■第
1インクリメンタル・パターンから得た検出信号を用い
て、アナログ的な演算処理を行うことにより、ピッチλ
内の2−0人ごとの位相位置を区分する、または、■第
1インクリメンタル・パターンに沿って複数個のセンサ
を配置して2゜個以上のそれぞれ位相を異らせた周期λ
のインクリメンタル信号を作成し、各インクリメンタル
信号の位相差によりピッチλ内の2−”λごとの位相位
置を区分する、とともに、2−0人ごとの位相位置を相
互に判別するための、nビットの番地コードを作成する
前者のアナログ的な演算処理としては、第7図のような
検出器から得られる1個の三角波を直接に抵抗分割や位
相分割しても良いが、例えは、第1インクリメンタル・
パターン上に、第7図の検出器をλ/4の位相差で2組
配置して、得られる2つの三角波を正弦波、余弦波と見
立てて任意の位相位置θにおける正接(tanθ)を求
め、周期λの基準の tanθ曲線上の値と比較するこ
とによりλ/ 2.1/4λ、・・・2−nλごとの位
相位置を判別する(第1実施例)方法もある。
また、後者の、第1インクリメンタル・パターンから位
相を異らせた複数個のインクリメンタル信号を得る例と
しては、第7図のような検出器を第1インクリメンタル
・トラックに対し、2−0λの位相差で2−0組配置し
て、2−0λごとに立上る2−0個のインクリメンタル
信号を作成し、該信号のデジタル演算、または該信号の
組合せの1対1変換、を行って、2−0λごとの位相位
置を判別する(第2実施例)方法もある。
一方、第1インクリメンタル・パターンから得たインク
リメンタル信号は、そのままでは、センサ特性のばらつ
きやセンサ取付は位置の誤差によって、相互、または絶
対的に、位相が多少とも狂っていると考えられるから、
同期手段により、第2インクリメンタル信号に位相を揃
えるようにしている。
本発明の請求項第2項のアブソリュート・エンコーダで
は、請求項第1項のアブソリュート・エンコーダにおけ
る最小の分割単位であった第2インクリメンタル・パタ
ーンを、第2内挿手段が、さらに細かい区分に分割する
とともに、各区分を相互に判別するためのインクリメン
タル信号を制作する。
[発明の実施例] 本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は、本発明の第1実施例のアブソリュート・エン
コーダの構成を示す模式図である。
第1図において、符号板Aには、最小読取単位の長さが
λの1トラック型アブソリュート・パターン・トラック
Pと並列に、ピッチλの第1インクリメンタル・パター
ン・トラック■1と、ピッチλ/8の第2インクリメン
タル・パターン・トラックI2とが形成されている。一
方、検出部Bには、トラックP上で隣接する4個の最小
読取単位を検出するように、フォトセンサ1a〜4aか
らなる第1センサ群と、フォトセンサ1b〜4bからな
る第2センサ群と、トラック11をλ/4の位相差でそ
れぞれ検出するように配置したフォトセンサR1、R2
と、トラックI2検出用のフォトセンサR3とが設けら
れ、Ml、第2センサ群の出力は選択回路Eを介して記
憶回路Mに、センサR1、R2の出力は内挿回路Cに、
センサR3の出力は同期回路りに、それぞれ入力される
ようになっている。
ここて、トラックPに対して2組のセンサ群を設けた理
由は、最小読取単位の境界を避けてトラックPの読取り
を行うためで、符号板Aと検出部Bの位相位置関係がλ
/2ずれるごとに、選択回路Eが第1センサ群と第2セ
ンサ群とを交互に切り替えて、境界に位置する側のセン
サ群を用いないようにする。また、図中、フォトセンサ
R1〜R3は、単純な○印で示されるが、実際には、第
7図のような、パターンの規則性を利用した検出を行う
もので、センサR1〜R3の各出力は1ピツチの中で1
往復する疑似正弦波である。
ところで、トラックPは、白部を0、黒部を1として、
マ記号から右回りに4ビツトの全周期系数列: を表現したもので、該数列上で隣接する4個の数値を並
べたコードはそれぞれ異る。従って、第7図の位置関係
から検出部Bが右回りに順次移動すると、選択回路Eが
選択した出力を並べて組立てられる4ビツトのコードは
、移動量大ごとに、0000.0001.0010.0
100.1001.0011.0110.1101,1
010゜0101.1011.0111.1111.1
110.1100.1000と、16種類のものとなり
、該コードにより16個の絶対位置がそれぞれ判別され
る。これらのコードは、記憶回路Mにおいて、対照表に
より、昇順または降順の4ビツト・コードに変換される
一方、トラック■1からセンサR1、R2により検出さ
れたλ/4の位相差を持つ2つの疑似正弦波からは、内
挿回路Cにおいて、ピッチλ、ピッチλ/2、ピッチl
/4 λの3種類の異る周期を持ち、それぞれの周期に
ついて、位相を所定割合界らせた1組つつの方形波1a
、1b、2a、2b、3a、3bが制作されて、同期回
路りに人力される。同期回路りは、センサR3の出力信
号から形成した方形波を基準にして、方形波1a、1b
から方形波dl、方形波2a、2bから方形波d2、方
形波3a、3bから方形波d3をそれぞれ作成する。上
述の選択回路Eによる第1センサ群と第2センサ群の切
り替えは、この方形波d1のレベル(H,L)に従って
遂行される。
このようにして得られた方形波d1〜d3からは、第6
図のアブソリュート・エンコーダの場合と同様に、λ/
8ごとの位相位置において、111.110.101.
100.011.010、001.000の8種類のコ
ードが得られる。従って、例えば、トラックPから得ら
れた4ビツトの信号を上4桁に、また、方形波d1〜d
3から得られた3ビツトの信号を中3桁に、さらに、ト
ラックI2から得られた1ビツトの信号を下1桁として
、合計8ビツト、すなわち符号板への一周における25
6個の位相位置をそれぞれ判別する絶対位置情報を構成
できる。
第2図は、内挿回路Cにおけるアナログ演算処理と、同
期回路りにおける同期処理とを説明するための回路図で
ある。
第3図は、内挿回路Cにおけるアナログ演算処理と、同
期回路りにおける同期処理とを説明するための信号チャ
ート図である。
第2図において、挿入回路Cは、2つのAD変換器Ca
、Cbと、割り算器Ceと、jan−’対照表Cfとで
構成され、同期回路りは、3つの選択器Da、Db%D
Cで構成される。
ピッチλのトラック11からセンサR1、R2が読取っ
たλ/4の位相差の2つの正弦波状の入力「a、rbは
、内挿回路Cにおいて、それぞれAD変換器Ca、Cb
に人力されて、電圧レベルに応じた数値を代表するデジ
タル信号に変換される。このとき、人力ra、rbは、
それぞれ正弦波、余弦波として扱われ、演算されている
次に、割り算器Ceは、デジタル信号に変換された人力
ra% rbから比r a / r bを計算して求め
、対照表Cfは、予め蓄えられた周期λ内のそれぞれの
位相位置θに対するtanθ曲線上の値と、比r a 
/ r bとを比較し・て、現在どの位相位置θにある
かを判別するとともに、第3図に示される6種類の矩形
波1a、lb、2a、2b53a、3bを出力する。す
なわち、位相位置θがそれぞれほぼ±λ/8で立下がる
周期λの矩形波1a、1bと、位相位置θがそれぞれほ
ぼ十λ/16で立下がる周期λ/2の矩形波2a、2b
と、位相位置θがそれぞれほぼ±1732λで立下がる
周期λ/4の矩形波1a、1bと、からなる6種類のも
のである。
次に、矩形波1a、lb、2a、2b13a。
3bは同期回路りに人力される。ここで、選択器Daは
、トラック■3からセンサR3が読取った正弦波から作
成した周期λ/8のインクリメンタル信号d4を用いて
、矩形波3a、3bから、信号d4に同期したインクリ
メンタル信号d3を形成する。すなわち、信号d4がル
ベルのときには矩形波3aを、0レベルのときには矩形
波3bを選択して、矩形波3a、3bの立上り、立下が
りとは無関係に、信号d4の立上り、立下がりと位相を
揃えた信号d3を得る。
この周期λ/4の信号d3を用いて、選択器Dbは、同
様に、矩形波2a、2bから、信号d3〜d4に同期し
た周期λ/2のインクリメンタル信号d2を形成する。
すなわち、信号d3がルベルのときには矩形波2aを、
θレベルのとぎには矩形波2bを選択する。
この周期λ/2の信号d2を用いて、選択器DCは、同
様に、矩形波1a、lbから、信号d2〜d4に同期し
た周期λのインクリメンタル信号d1を形成する。すな
わち、矩形波d2がルベルのときには矩形波1aを、0
レベルのときには矩形波1bを選択する。
第3図に、同期回路りにより矩形波d4に同期された矩
形波d1〜d3を示す。これら4つのインクリメンタル
信号d1〜d4は、符号板Aと検出部Bのλの長さの位
置関係における、λ/16ごとのそれぞれの位相位置を
相互に判別する4桁の絶対位置情報を構成している。
第4図は、本発明の第2実施例のアブソリュート・エン
コーダを説明するための模式的な垂直断面図である。
第5図は、本発明の第2実施例のアブソリュート・エン
コーダを説明するための図で、(a)は各インクリメン
タル信号のチャーi・図、(b)は(a)の一部ぞ取出
したえ方向の拡大図である。
第2実施例では、符号板Aには、アブソリュート・トラ
ックPに、ピッチλのインクリメンタル・トラック11
と、ピッチλ/8の第2インクリメンタル・トラック■
2とが並設され、検出部Bには、トラック11に沿って
、それぞれλ/16づつ位相をずらせて8個のセンサに
1〜に8が配置される。
第5図(a)に示されるように、センサに1〜に8の出
力から、はぼλ/16(22゜5度)ごとに立上る周期
λの矩形波に1〜に8が形成され、トラック■2からは
周期λ/8の第2インクリメンタル信号d4が作成され
る。また、トラックPからは第1実施例と同様に、1つ
の最小読取単位に対して2個のセンサがλ/2の位相差
で、それぞれpl、p2のような検出を行う。
ここで、矩形波klP−に8に0〜7まで数字を付ける
ことは容易である。そうすると、■の信号が出力される
。しかし、■の信号出力と信号d4の位相差がどんな位
置においても0であることは実際上ありえず、第5図(
b)に示されるようになっている。
ここでは、イ計号d4で同期を取った絶対位置を得たい
わけであるから、8を法とした、余りを求める演算: を■の出力に対して行うことにより、■のパターンを得
る。■のパターンは、d4に同期した、周期λ/4の信
号である。
第5図(a)において、この■のパターンか0.1のと
きはP2.2.3のときは、plを選択することで、p
の信号が得られる。以上のように信号を処理すると、ア
ブソリュート位置がd4に同期して得られることになる
[発明の効果] 本発明の請求項第1項のアブソリュ−1・・エンコーダ
では、分解能がn倍に上昇するにもかかわらず、インク
リメンタル・パターンは2木で済むから、第6図のアブ
ソリュート・エンコーダの場合のように、多数のインク
リメンタル・パターンについて、センサ取付は時の位相
調整を行う必要がなく、符号板の小型化にも有利である
。また、最小の区分の判別がインクリメンタル・パター
ンにより行われるから、パターンの周期性を利用して、
高精度の読取りを行うことができる。
本発明の請求項第2項のアブソリュート・エンコーダで
は、第2インクリメンタル・パターンがセンサ検出感度
からみて限界に近い微細パターンであっても、第2イン
クリメンタル・パターンを内挿して、さらに高分解能の
絶対位置の判別ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1実施例のアブソリュート・エン
コーダの構造を示す模式図である。 第2図は、本発明の第1実施例のアブソリュート・エン
コーダ・の動作を説明するための回路図である。 第3図は、本発明の第1実施例のアブソリュート・エン
コーダの動作を説明するためのチャート図である。 第一4図は、本発明の第2実施例のアブソリュート・エ
ンコーダを説明するため模式的な垂直断面図である。 第5図は、本発明の第2実施例のアブソリュート・エン
コーダを説明するための図で、(a)は各インクリメン
タル信号のチャート図、(b)は(a)の一部を取出し
たえ方向の拡大図である。 第6図は、従来例のアブソリュート・エンコーダの構造
を示す模式図である。 第7図は、パターンの周期性を利用したインクリメンタ
ル・パターン検出方法を説明するための図で、(a)は
検出部の模式的な垂直断面図、(b)は検出部の受光量
の線図、(C)は受光量から得られるインクリメンタル
信号の線図である。 [主要部分の符号の説明] A・・・符号板      B・・・検出部C・・・内
挿回路     D・・・同期回路E・・・選択回路 
    M・・・記憶回路P・・・アブソリコート・パ
ターン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)最小読取単位の長さがλの1トラック型アブソリ
    ュート・パターンを形成した符号板(A)と、該符号板
    (A)に対して相対移動可能な検出部(B)とからなる
    アブソリュート・エンコーダにおいて、 前記符号板(A)に、 ピッチがλの第1インクリメンタル・パターンと、 ピッチが2^−^n×λ(nは2以上の自然数)の第2
    インクリメンタル・パターンとを並設し、前記検出部(
    B)に、 第1インクリメンタル・パターンを検出し、得られた第
    1インクリメンタル信号を内挿処理して周期を短くする
    第1内挿手段と、 第2インクリメンタル・パターンを検出し、得られた第
    2インクリメンタル信号を基準として、内挿されたイン
    クリメンタル信号を同期させる同期手段と、を設けたこ
    とを特徴とするアブソリュート・エンコーダ。
  2. (2)請求項第1項のアブソリュート・エンコーダにお
    いて、 前記検出部(8)に、さらに、 ・第2インクリメンタル・パターンを検出し、得られた
    第2インクリメンタル信号を内挿処理して周期を短くす
    る第2内挿手段を設けたことを特徴とするアブソリュー
    ト・エンコーダ。
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