JPS6059824A

JPS6059824A - エンコ−ダ

Info

Publication number: JPS6059824A
Application number: JP16793483A
Authority: JP
Inventors: Toshitsugu Ueda; 敏嗣植田
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1983-09-12
Filing date: 1983-09-12
Publication date: 1985-04-06
Also published as: JPH0147052B2

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】〔発明の属する技術分野〕本発明は、変位位置あるいは回転角度等の絶対位置に関
連した信号を出力するアブソリュート方式のエンコーダ
に関するものである。更に詳しくは、本発明はｌｌ１Ｉ
Ｉ　ＩＩＱ＋＋の情報が周期的に配列された２種の格子
パターンを有したコード板と、２種の格子パターンに対
向設置された２組のセンサとを備えたエンコーダに関す
るものである。

〔従来技術の説明〕

従来よシ、Ｉ＋１“ＩＩＱＩ＋の情報が周期的に配列し
た格子パターンで構成式れるコードを有するコード板と
、格子パターンを検出する複数個のセンサとを備えたり
ニヤエンコーダあるいはロータリーエンコーダは公知で
ある。

しかしながら、従来公知のエンコーダにおいては、変位
位置るるいは角度測定の最小測定限度が格子パターンの
細分化の限度によって定められ、高精度、高分解能化を
図る上で限界がめった。

って、高精度、高分解能のエンコーダを実現しようとす
るものである。

ｃ本発明の概要〕本発明に係る装置は、１“１““Ｏ“の情報が周期的に
配列された第１の格子パターンと、この第１の格子パタ
ーンの“１“ｌ、　ＩＩＱＩ＋の情報の配列ピッチとは
僅かに異なったピッチで°ｆｉｌ＋、“０“の情報が周
期的に配列する第２の格子パターンとを有するコード板
、第１の格子パターンを検出する第１のセンサアレイ、
Ｍ２の格子パターンを検出するＭ２のセンサアレイ、第
１．第２のセンサアレイを駆動しこれらの各センサアレ
イから交番信号を得る駆動手段、各センサアレイからの
交番信号及び駆動手段からの基準信号をそれぞれ入力し
所定の演算を行なって絶対位置信号を出力する演算回路
で構成されている。

〔実施例の説明〕

第１図は本発明に係る装置に用いられるコード板の一例
を示す構成説明図で、０）は斜視図、（ロ）は側面図で
わる。ここでは格子パターン金光学式としたへリニアエ
ンコーダ用のものについて例示する。

これらの図において、コード板１には、透明。

の不透−１゛′、“Ｑｌｌの情報がピッチｐで周期的に配
列する第１の格子パターン１１と、同じく透明、不透明
の１Ｉｉ１１　、　＋＋０＋＋の情報がピッチＰ１とは
僅かに異なるピッチＰ２で周期的に配列する第２の格子
パターン１２とが設けられている。この例では、長さＬ
の範囲に、第１の格子パターンは、“１“、“′Ｏ“の
情報がピッチｐ１でＮ個、第２の格子パターンは、＋ｌ
−ｌ１ｌ、　ＩＩσ１の情報がピッチＰ２（Ｐｌ）Ｐ□
）でＮ＋１個配列するものについて示す。２１は第１の
センサアレイで、第１の格子パターン１１に近接して設
置され、第１の格子パターンを検出する。２２は第２の
センサアレイで、第２の格子パターン１２に近接して設
置され、第２の格子パターンを検出する。これら第１．
第２のセンサアレイ２１．２２は、それぞれピッチＰｓ
　ｒＰ４で配列する複数個（この例では５個）のホトダ
イオードでイイη成されている。

コード板１には、前面から平行光が照射され、格子パタ
ーンの透明部分を通った光（縞模様の光パターン）が各
センサアレイ２１．２２の受光面に照射される。どこで
、□例えばコード板ｊは、測定すべき変位が与“えられ
、各セン譬アレイ２１．２２に対して矢印ａ又は矢印す
方向に相対的に移動するもので、この移動に伴って、各
センサアレイ２１．２２上に照身ｊされる縞模様の光パ
ターンが移動する。

第２図は、本発明に係る装置の電気的な接続図である。

この図において、２１は第１のセンサアレイ、２２は第
２のセンサアレイで、いずれも複数個のシリコンフォト
ダイオード１．２．３０９．が配列されて構成されてい
る。３’ｊ−、３２は第１．第２のセンサアレイ２１．
２２の各フォトダイオードに接続された第１．第２のス
イッチ回路、４１．４２は各スイッチ回路３１．３２の
各スイッチを一定周期で順次オンとする第１．第２のス
イッチ駆動回路である。４０は各種タイミング信号を発
生するタイミング回路、５１は第１のスイッチ回路３１
ヲ介して得られる信号を入力し、これを増幅、フィルタ
リングし、方□形波に波形整形する第１の信号処理回路
、５２は第２のスイッチ回路３２を介して得られる信号
を入力し、これを増幅、フィルタリングし、方形波に波
形整形する第２の信号処理回路で、これらの各出力端か
らは、各スイッチ回路３１；　３２のスキャン周期に対
応した周期を有する交番信号Ｖ□、ｖ２が得られる。

６は各信号処理回路５１．５２からの交番信号Ｖ□、ｖ
２及びタイミング回路４０からの基準交番信号ｖ２人力
し、交番信号Ｖ□とｖ２の位相角の差ψい基準交番信号
ｖ８と交番信号ｖ１（又はｖ２）との位相差町とを測定
する位相測定回路、７は位相測定回路６から９個号を入
力し、所定の演算を行なって絶対変位位置に関連した信
号を得る演算回路、８は演算結果を表示する表示手段で
るる。

この様に構成した装置の動作を、次に第３図及び第４図
の波形図を参照しながら説明する。

はじめに、コード板１に設けられている第１の格子パタ
ーン１１の透明スリットの数をｎａ、第２の格子パター
ン１２の透明スリットの数をｎｂ（ｎａ＋ｎｂ）とし、
コード板１が変位位置を測定しようとする例えばテーブ
ルに固定され、テーブルとともに移動するものとする。

いま、コード板１の変位位置ｋＸとし、各スイッチ回路
３１．３２を基準波信号Ｖｓ＝　ｓｉｎωｔでスキャン
させると、第１．第２の信号処理回路５１．５２からは
、（１）式、（２）式に示すような信号ｖａ、ｖｂを方
形波とした信号Ｖ□ｐ　Ｖ２が得られる。

２πＸＶａ＝ＶａＯ８ｉｎ　（ωｔ　＋　ｎａ−ｒ−）　（ｉ
）Ｖ　＝Ｖ　ｓｉｎ　（ωｔ　＋　ｎｂ　Ｌ　）　（２
）ｂ　ｂ。

なお、（１）式、（２）式の様な信号が得られる点につ
いては、例えば「自動化技術」第１３巻第７号Ｐ４９〜
Ｐ５４によって公知の技術である。

第３図は、方形波整形した信号■□＋　Ｖ２　＋　Ｖｓ
の信号波形を示す。

位相測定回路６は、交番ｌ　号Ｖ１（Ｖ、）、　Ｖ２ｆ
ｆ、）ノそれぞれの位相角ψ１．ψ２を測定するととも
に、Ｖ□とｖ２の位相角の差ψａ’Ｔｈ測定する。ここ
で、ψ１．ψ２及びψ３は（３）式、（４）式及び（５
）式で表わすことができる。

２πｘ（５） ψ１”　ｎａ　Ｌ２πＸ ψ２　＝　ｎｂ　Ｌ（４）２πＸ（５） ψ３　＝　（ｎａ　−ｎｂ）　・Ｌ第４図は、変位位置とψ１．ψ２．ψ、の関係を示す波
形図である。なお、ここでは、ｎａ　Ｑ　ｎｂ　＝　１
とする。

これから明らかなように、ＶｌとＶ２の位相角の差ψ６
は、絶対位置ｘ１代表しておυ、また、ψ１又はψ２は
透明スリット間での位置を代表している。

すなわち、位相角の差ψ、ヲ、２π／　ｎａ、　（又は
２＄ｎｂ）で割算したものは、（６）式に示すようにあ
る整数ｊと透明スリットのピッチＰ□（又はＰ２）内で
の位置Δを加えたものと等しくなる。

ψａ」Ｌ　ｊ　＋　Ｊ　（６）ｎａ従′つて、変位位置Ｘは、（７）式で表すことができ、
演算回路７は、（７）式の演算を行なうことによって、
絶対位置Ｘを表わす信号をめることができる。

この演算結果は、表示器８に表示される。

２π Ｘ＝（ｊ・−＋ψ１）２ｘ　（７）ｎａ ψ１〉πのときは、ｊ−１を真値とし、ψ１〈πのとき
はｊを真値とするような演算を行なえばよい。

第５図〜第８図は本発明に係る装置に用いられるフード
板に形成する第１１第２の格子パターン１゛０“１の情
報をＮ、　Ｓ、　Ｓ、　Ｎの着磁部を配列して形成し、
１だ、センサアレイ２１　（２２）として、着磁部から
の磁束を検出するホール素子アレイを用いたものである
。

第６図に示すものは、格子パターン１１　（１２）　ｋ
＼導体パターンの有無で１゛″、“ＩＱ“°？表わすよ
うにし、センサアレイ２１　（２２）　＊磁気誘導によ
る電圧信号を検出するようＫしたコイルパターンとした
ものでろる。

なお、第６図の例において、導体パターンを磁性体材料
とし、コイルパターンアレイによってインタフタンス変
化を検出するようにしてもよい。

第７図に示すものは、格子パターン１１（１２）ｅ導電
性の平板にスリットを形成したものとし、センサアレイ
２１　（２２）としては平板に対向する電極アレイとし
たもので、電極アレイの静電容量変化を検出するように
している。

第８図に示すものは、格子パターン１１（１２）を導電
性′ｄ極の有無で形成し、センサアレイ２１．（２２）
としてはこの導電性電極に接触する接点アレイとしたも
のでるる。

なお、上記の実施例では、第１．第２のスイ。

子回路３１．３２’ｅ同一の周波数の基準信号でスキャ
ンする場合について説明したが、第１１第２のスイッチ
回路３１．３２を異なる周波数信号。、ｎωａｔ。

ｓｆｎωｂｔでスキャンさせるようにしてもよい。この
場合、（１）式、（２）式及び（５）式は、それぞれ（
８）式、（９）式、（至）式で表わすことができる。

■ａ＝ＶａＯｓｉｎ　（ωａ　１　ｔ　＋　ｎａ　−−
−Ｌ−ｍ−）　（８）ψ・”１″ａ　−ａ＋ｂ　ｌ　ｔ
　＋　（ｎａ　−ｎｂ）　−丁−，０また、上記の実施
例では格子パターンが直線状に配列するリニアエンコー
ダ用のものについて示したが、コード板を円板状とし、
第１．第２の格子パターンを円周に油って形成させ、ロ
ータリエンコーダ用としてもよい。この場合、絶対角度
位置を測定することができる。

また、上記の説明では裁１．第２のセンサアレイにおい
て、センサの配列ピッチＰ３＋　Ｐ４と、格子パターン
の１電１旧ＩＱＩ＋の配列ピッチｐ　ｐとの関係に１’
　２ついては特に説明してないが、とれらは、ｐＩ＝ｐ。

　３ｐ２“Ｐ４なる関係を含めて、３個以上のセンサが配列
して構成されるものであればどのような関係でもよい。

また、この第１．第２のセンサアレイとしては、本願発
明者らが先に実願昭！５Ｂ−３１４４５号で提案したよ
うなセンサアレイを使用することもできる。

〔本発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、コード板とセンサアレ
イとの間の相対的移動がない状態でも位相角の差ψ８が
絶対位置を代表し、また、（ア）式の演算を行なうこと
によってｌｌ１ｌｌ　ＩＩＱＩ＋の配列ピッチ内を内挿
するものである。従って、本発明によれば、アブソリュ
ート方式であって高精度、高分解能のエンコーダを実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置に用いられるコード板の一例
を示す構成説明図で、０）は斜視図、（ロ）は側面図、
第２図は本発明に係る製置の電気的接続図、第３図及び
第４図は動作を説明するための波形図、第５図〜第８図
は格子パターンとセンサアレイの他の構成例を示す説明
図でめる。 −１，コード板、１１．１２・・・格子パターン、２１
．２２・・・センサアレイ、３１．３２・・・スイッチ
回路、４１．４２・・・スイッチ駆動回路、６・・・位
相測定回路、７・・・演算回路。２１ｔ２２１元６図ノ２１（２２）２１（２２１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）・・１・・　ＩＩＱＩ＋の情報が周期的に配列す
る第１の格子パターンとこの第１の格子パターンの町“
夕“Ｑｌ＋の情報の配列ピッチとは僅かに異なったピッ
チで°・１′、“０“′の情報が周期的に配列する第２
の格子パターンとを有するコード板、このコード板と相
対的に移動し前記第１の格子パターン及び前記第２の格
子パターンをそれぞれ検出する第１及び第２のセンサア
レイ、とれら第１１第２のセンサアレイを駆動し各セン
サアレイから交番信号を得る駆動回路手段、前記第１．
第２のセンサアレイから得られる交番信号（ｖｌ、ｖ２
）及び前記駆動回路手段からの基準交番信号（ｖ）を入
力しＶ又はＶの３　．１　２位相角ψ１又はψ２及びＶ□とｖ２の位相角の差ψａ−
を測定するとともにこれらを利用して所定の演算を行な
いアブソリュート方式の位置信号を出力する回路手段を
備えたエンコーダ。