JPS63177019A - 位置センサ - Google Patents

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〉 本発明は位置センサに係り、特に記録媒体に絶対的な位
置を表わす所定の符号を付しておき、記録媒体に対して
相対的に変位するピックアップで符号を読み取り絶対的
な位置情報を出力するようにした回転式や直線式のアブ
ソリュート位置センサに関するものである。

〈従来技術〉 アブソリュート型の位置センサは、例えば第１９図の（
Ａ）、（Ｂ）に示すごとく、円板状または帯状の記録媒
体１０，１２に、位置情報を表わす所定ピット数（第１
９図では３ビツト）に応じたｙｌ、数のトランク１４〜
１６．１８〜２２を設けて各々に所定の符号情報Ｓ　Ｌ
”＝ｓ３’　ｓｌ′〜Ｓ。

′を記録しておき、各トラックに対向した検出器２４〜
２８．３０〜３４を備えたピックアップ３６．３８を記
録媒体に対してトラック方向に相対移動自在に装備し、
記録媒体１ｏ、１２がピンクアップ３６．３８に対して
回転もしくは直線変位したとき各検出器でトラック状の
符号を読み取り絶対位置情報として出力するものである
。

第１９図（Ａ）ではｒｏ　１１Ｊ、（Ｂ）でか「１００
コが出力されている。

磁気式では、磁性材から成る記録媒体に磁化変化を持た
せて符号を記録し、ＭＲ素子等から成る検出器で符号を
読み取り、光学式は透明板から成る記録媒体に印刷等で
光学的な符号を付し、透過光変化あるいは反射光変化に
基づきホトトランジスタ等の検出器で符号を読み取る。

〈発明が解決しようとしている問題点〉ところで、近年
は高分解能化の要望が高く、アブソリュート位置センサ
でも８ピツトのものが作成されている。しかしながら高
次のピット数を得るために多数のトラックが必要となり
、直線式では幅方向、回転式では半径方向が大型になる
。この際、位置センサの小型化を図ろうとすると、各ト
ラック幅を減少しなければならずＳ／Ｎ比が劣化し、誤
動作の原因となっていた。また、回転式にあっては、内
側の上位ビットと、外側の下位ビットのトラックの直径
が異なり、従って上位ビットに・ｐいては下位ピットよ
り常に円周方向の符号記録位置に高精度が求められ、例
えば０１１から１００へ変化する場合に下位ピットの立
ち下がりと上位ビットの立ち上がりの同期不良で誤動作
を生じやすい欠点があった。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑みなされたもので、
トラック数を減少させてセンサの小型化や信頼性の向上
を図ることができる位置センサを提供することを、その
目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 第１図は本発明の一実施例にかかる回転アブソリュート
型の位置センサの構成図である。図中、４０は中心軸Ｃ
の回りに回転自在な円形記録媒体、４２は記録媒体４０
の周端部の周方向に設けられたトラック、４４はトラッ
ク４２上に位置に関連する原情報を発生させるために記
録されたＭ系列の符号、４６はトラック４２に対向しト
ラック方向に列設した検出器４８〜５４を備えたピック
アップ、５６はピックアップ４６の出力情報を絶対的な
位置情報に変換するデータ変換部である。

く作用〉 記録媒体４０とピックアップ４６が第１図に示す位置関
係にあるとき、各検出器４８〜５４による出力コードは
００００である。記録媒体４０がα方向に移動すると、
移動に応じて各検出器４８〜５４による出力コードはｏ
ｏｏｏのあと１０００→１１００峠１１１０→１１１１
→０１１１→・・・とＭ系列に従って変化する。

データ変換部５６は、ピックアップ４６の出力であろＭ
系列に従ったコードを変換し、順に「０」→「１」→「
２」→「３」→「４」→「５」→・・・を表わす２進数
に変換し、絶対位置データとして出力する。

〈実施例〉 次に、本発明の第１実施例を第１図乃至第３図に従って
説明する。第１図は４ピツト回転アブソリュー１・型の
位置センサの全体構成図であり、図示しない回転軸に取
り付けられαとβの正逆両方向に回転自在で円形透明な
記録媒体４０の周端部に周方向へ１つのトラック４２が
設けられており、この・、トラック４２を２’＝　１６
分割した各領域ａ〜ｐに透明（第１図では白ぬき部分）
または不透明（第１図では黒塗り部分）で区別した「０
」、「１」を表わす符号４４を図示のごとくＭ系列に１
つのＯを加えて配列しである。記録媒体４０のトラック
４２に対向じて、ピックアップ４６が固定側として装備
されており、このピックアップ４６にＬよトラック方向
に沿って、領域ａ〜ｐと同じピッチで配設されたホトト
ランジスタから成る４つの検出器４８〜５４が備えられ
ている。

各検出器４８〜５４は記録媒体４０のピックアップ４６
の反対側に置かれた光源からの透過光の有無にしたがい
、「０」、「１」のビット出力を行う。

従って、ピックアップ４６からは記録媒体４０との相対
位置に応じて一義的に定まる４ビツトコードが出力され
る。ピックアップ４６の出力側にはパラレル／シリアル
変換部５８を介してデータ変換部５６が接続されている
。

データ変換部５６は、高速検索演算処理を行うマイクロ
プロセッサ６０と、第３図に示すように入力コードと位
置Ｘを対応させたデータ変換テーブルを記憶させたメモ
リ６２とから成り、マイクロプロセッサ６０は入力コー
ドを対応する位置Ｘに変換し絶対位置データとして出力
する。

第３図では記録媒体４０が２２．５°づつα方向へ回転
する毎にＸがθ〜１５迄の範囲で１づつ増加し、更にα
方向へ回転するとＸがＯに戻り、逆に２２．５°づつβ
方向へ回転する毎にＸが１５〜０の範囲で１づつ減少し
、更にβ方向へ回転すると１５に戻る。。

尚、Ｘはバイナリ−コードで００００〜１１１１と表わ
してもよく、また０°、２２．５°、・・・・・３３７
．５°、０°と変化する実際の回転角で表わしてもよい
。

第４図は検索スピードをアップさせるためのデータ変換
テーブルを並び換えた例を示す。

また、記録媒体４０に付した０を含めたＭ系列の符号は
ａ　−ｐに対して００００１０１００１１０１１１１と
逆配列した秒、例えばａ−ｊだげにＭ系′列ノ一部を０
ＯＯＯＩＩＩＩＯＩと付しピックアップ４６が相対的に
ｘ　＝　Ｏから６ステツプ移動し１０１１を出力したと
ころで、ｘ＝７の代わりにＥＮＤマークコードが出力さ
れるようにしてもよい。更に、４ビツトに対する０を含
めたＭ系列は第１図に示す の他に２種類存在するので、他のＷ類を用いる場合（１
つは００００１０１１１１０１００１１、他のｌっｌ！
００００１１０１１１１００１０１）は、各々に対応し
たデータ変換テーブルを第５図、第６図の様に構成すれ
ばよい。

また、４ビツトにおけるＭ系列以外でも、２ピツ　ト、
３ビツト、５ビツト、６ビツ　ト、８ピツ　トなどに対
応するＭ系列を記録媒体４０に付し、ビット数に応じた
個数の検出器を持つピックアップで符号を読み取るよう
にしてもよい。第７図乃至第１１図には４ピツト以外の
Ｍ系列を用いたときのデータ変換テーブルが各ピット毎
に例示されており、右端の「Ｏ」または「１」を縦に見
たものがＭ系列（最初の０を加えである）をなしている
。

ここで、Ｍ系列は、２ピツトでは１種類、３ビットでは
２種類、４ビツトでは３種類ある。

次に、第１図に示した実施例の作用を説明する。

初め、記録媒体４０がピックアップ４６に対して第１図
の状態にあるとき、各検出器４８〜５４によるピックア
ップ４６の検出コードはｏｏｏ。

であり、パラレル／シリアル変換部５８でシリアルデー
タに変換されたあとデータ変換部５６へ送られ、ここで
対応する位置データｘ　＝　Ｏに変換され出力される。

記録媒体４０がα方向に移動すると。まず２２゜５°移
動したところでピックアップ４６の検出コード（よ１０
００となり、パラレル／シリアル変換部５８てシリアル
データに変換された後データ変換部５６に入力され、こ
こで第３図のテーブルを参照して位置データｘ　−１に
変換、出力される。

次に、最初の位置から４５°移動したところでピンクア
ップ４６の検出フードは１１００となり、データ変換部
５６はｘ＝＝２を出力する。以下同様にして記録媒体４
０が２２．５°づつ移動する毎に、検出コードが１１１
ｏ→１１１１→ｏ１１１→・・・と変化し、位置データ
もｘ　−３→ｘ　＝　４→Ｘ＝５−・・・と変化して出
力される。

記録媒体４０が最初の位置から３６００回転し、元に戻
った時は検出ち一ドはｏｏｏｏとなりＸ＝０が再度出力
される。

尚、記録媒体４０がβ方向に移動する場合、２２．５°
づつ移動する毎に検出コードは００００から０００１．
００１０、・・・・と変化するが、この際データ変換部
５６の出力はＸ＝Ｏ，Ｘ＝１５、ｘ＝１４、・・・・と
なるので、α方向へ回転したときと同じく、記録媒体４
０の回転位置に応じた位置データが得られる。

この実施例によれば、１つのトラックを設けるだけで４
ビツトのアブソリュート型の回転位置センサを構成する
ことができ、記録媒体へ付す符号が簡単となるので製造
が容易となり、また１０ピツトに増加しても従来の例え
ば１０ビツトセンサのごとく多数のトラック間の同期性
から来る位置精度劣化が無くなって従来と同じ寸法であ
れば高精度の位置センサを容易に作ることができ、更に
従来では第１２図（Ａ）に示すこと（符号の配置精度が
最内周トラックＴ１で定まるため、外周トラックＴＩＯ
の直径が必然的に大きくなってセンサの形状も大型化し
ていたが、本実施例ではトラック４２を従来の最内周の
直径で済ますことが可能となり（第１２図（Ｂ）参照）
、分解能が高く、かつ小型化が要求されろ機器に対して
幅広く適用することができる。

又、小型化してもトラック数が１つなのでトラック幅を
広く取ることができＳ／Ｎ比を良好にできる。

第１３図は、本発明の第２実施例にかかる直線アブソリ
ュートと型の位置センサを示す一部省略した斜視図であ
り、固定側の帯状透明な記録媒体７０に帯状分割した各
領域ａ′〜Ｓ′に透明または不透明で区別した「０」、
「１」を表わす符号７４を図示のごとく、Ｍ系列に最初
の１つのＯ及び最後の３つのＯＯＯを加えて配列しであ
る。

記′録媒体７０のトラック７２に対向してピックアップ
７６がα′またはβ′方向へ移動自在に装備されており
、このピンクアップ７６にはトラック方向に沿って領域
ａ′〜Ｓ′と同じピッチで配設されたホトトランジスタ
から成る４つの検出器７８〜８４が備えらＡでいる。

各検出器７８〜８４は記録媒体７０のピックアップ７６
とは半導体装置かれた光源からの透過光の有無に従って
「０」、「１」のビット出力を行う。

ピックアップ７６の出力側は第１図の実施例と同様にパ
ラレル／シリアル変換部を介してデータ変換部と接続さ
れて粘り、ピックアップ７６で検出した４ビツトコード
に対応する位置データＸ′が第３図と同様のデータ変換
テーブルにより求められるようになっている。

すなわち、ピックアップ７６が第１３図の状態にあると
き、ピックアップ７６の検出コードは０ＯＯＯであり、
位置データはｘ′二〇である。ピックアップ７６がα方
向へ領域ａ′〜Ｓ′の１ピッチ分移動するとピックアッ
プ７６の検出コードは１０００となり、位置データはＸ
′＝１となる。

同様にして、ピックアップ７６がα方向へ１ピッチ分づ
つ移動する毎に検出コードは１１００→１１１０→１１
１１→０１１１→・・・と変化し、これに応じて位置デ
ータもｘ′＝２→ｘ′＝３→ｘ′＝４→ｘ′；５・・・
と変化していく。

そして、最後に検出器７８が領域Ｓ′と対向する位置に
ピックアップ７６が来るとピックアップ７６の検出コー
ドは０００１となり、この際位置データはχ′＝１５と
なる。

５ビツト以上の直線位置センサも同様に構成することが
できる。

この第１３図の実施例によれば、４ビツトや多数ビット
の直線アブソリュート型の位置センサが１つのトラック
を設けるだけで構成でき、トラック幅を十分確保してＳ
／Ｎ比を良好に保ちながら小型化を簡単に実現すること
ができる。

次に、第１４図は４ビツトのＭ系列の符号４４Ａを付し
たトラック４２Ａの他に同期用の符号９α、を付したト
ラック９２を有する記録媒体９４と、検出ｊｉ４８Ａ〜
５４Ａ及び同期用検出器９６を含む第３実施例を示すも
のであり、各検出器４８Ａ〜５４Ａで符号４４Ａを検出
する際のタイミングをとるようにしたものである。

従来の同期トラックを含む位置センサでは、第１５図に
示すごとく位置情報発生用の複数のトラック９８〜１０
４の外側に同期信号発生用のトラック１０６を設け、こ
のトラック１０６に付した同期符号１０８を検出器１１
０で検出したタイミングでトラック９８〜１０４の符号
を検出器１１２〜１１８で検出することで、トラック間
の同期性の補正と、各トラック毎の「０」の検出や、縦
に連続したｒｏ　０００Ｊまたはｒｌ　１１１Ｊの検出
を行うようにしていたが、トラツク９８〜１０４相互間
の符号配置誤差に鑑み、安全をとって同期符号１０８の
トラック方向の長さが短く、よってＳ／Ｎ比の悪化を招
いていた。

これに対して第１５図では、位置情報発生用のトラック
が１つだけなのでトラック間の同期性を考慮する必要が
なく、同期符号９０のトラック方向の長さを長１．Ｓ／
Ｎ比を良好とすることができる。

第１６図は本発明の第４実施例にかかり、検出器の温度
による検出特性変化をなくし、出力感度の向上を図るこ
とができろようにした差動式の回転アブソリュート型位
置センサである。この第４実施例では、記録媒体１１０
に２つのトラック１１２．１１４が設けられ、トラック
１１２には最初のＯを含む４ビツトのＭ系列符号１１６
が、またトラック１１４にはその反転符号１１８が付さ
れており、各々のトラック１１２．１１４に対向する位
置に、所定のピッチをおきトラック１１２側と１１４側
を対をなすようにして４組の検出器１２０．１２２、検
出器１２４．１２６、検出器１２８．１３０、検出器１
３２．１３４が装備されている。

各検出器の出力は粗側に差動アンプへ導かれたあとコン
パレータで「０」、「１」の判定がなされろ。

ご、のように第４実施例によれば、差動式の位置センサ
も２つのトラックを設けるだけでよく極めて簡単に構成
できる。これに対して従来は４ビツト差動式では８トラ
ツク、更に高次゛の１６ビツト差動式では３２トラツク
必要であり、構成が非常に複雑なものとなりそいた。

第１７図は本発明の第５実施例にかかり、軸回りに回転
自在なドラム形の記録媒体１３０の局面に１っのトラッ
ク１３２を設け、このトラック１３２に所定ビット数に
基づ（Ｍ系列の符号をトラック方向へ付し、トラック１
３２の外側に対向してピックアップ１３４を装備し、こ
のピックアップ１３４にトラック方向へ所定ピッチをお
いて当該所定ピット数に対向する複数個の検出器１３６
〜１５０を配列したものである。

この第５実施例によれば、所定の分解能と精度を有する
ドラム形の位置センサを薄型に形成できる。従来は、第
１８図に示すようにビット数に応じたトラック数を要す
るため長軸のドラム１５２を備え、各トラック１５４〜
１６８に対向する検出器１７０〜１８４を設けたピック
アップ１５４゜をドラム１５２の軸方向に配置しており
、大型なものになっていた。

尚、第１図にしめしたマイクロプロセッサ６０、メモリ
６２は近年の半導体技術の進歩により、高速演算マイク
ロプロセッサや大容量メモリが廉価になっており、コス
ト的な負担が小さい。

又、上記各実施例では光学的にＭ系列符号を読み取る構
成を例に上げたが、本発明は何等これに限定されるもの
ではなく、磁気的その他の方法でＭ系列符号を記録し、
これを読み取るようにしてもよい。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明にかかる位置センサによれば
、記録媒体のトラックにｎ項に対するＭ系列の符号の全
部または一部を所定ピッチでトランク方向へ順に付し、
トラックに対向して所定ピッチをおいて配設されたｎ項
の検出器を含むピックアップで符号を読み取り、データ
変換を行って位置データを得るようにしたので、所定の
分解能を有す′ろセンサを少ないトラック数で構成でき
、小型化が容易であり、また十分なトラック幅を取って
Ｓ／Ｎ比を良好にできると共に、トラック間に同期不良
から来る誤動作が減るので信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例にかかる回転アブソリュー
ト型の位置センサの全体構成図、第２図は第１図中の記
録媒体の平面図、第３図はデータ変換テーブルの説明図
、第４図は第３図のデータ変換テーブルと等価な変形例
を示す説明図、 第５図及び第６図は各々の他のデータ変換テーブルを示
す説明図、 第７図は２ビツトに対するＭ系列符号（最初の０を加え
たもの。以下同じ）をトランクに付した時のデータ変換
テーブルを示す説明図、第８図（Ａ）、（Ｂ）は３ピツ
トに対する２種類のＭ系列符号をトラックに付した時の
２つのデータ変換テーブルを示す説明図、 第９図乃至第１１図は各々５ビツト、６ビソト、８ビツ
トに対するＭ系列符号をトラックに付したときのデータ
変換テーブルを示す説明図、第１２図（Ａ）は従来の回
転アブソリュ−１・型の記録媒体の大きさを示す説明図
、 第１２図（Ｂ）は第１実施例の記録媒体の大きさを示す
説明図、 第１３図は本発明の第２実施例にかかる直線アブソリュ
ート型の位置センサの部分構成図、第１４図は本発明の
第３実施例にかかる回転アブソリュート型の位置センサ
の部分構成図、第１５図は従来の同期トラックを有する
回転アブソリュート型位置センサの部分構成図、第１６
図は本発明の第４実施例にかかる回転アブソリュート型
の位置センサの部分構成図、第１７図は本発明の第５実
施例にかかるドラム型の位置センサの部分構成図、 第１８図は従来のドラム型の位置センサの部分構成図、 第１９図（Ａ）は従来の回転アブソリュート型の位置セ
ンサの構成図、 第１９図（Ｂ）は従来の直線アブソリュート型の位置セ
ンサの構成図である。 ４０・・記録媒体、４２・・トラック、４４・・符号、
４６・・ピックアップ、４８〜５４・・検出器、 ５６・・データ変換部 特許出願人　　　　　　　　アルパイン株式会社第２図 第３図 第４図 第５図　　　　第６図 第１０図　　　　　第１１図 第１３図 第１４図 第１５図 第１６図 第１７図 第１８図 １９図 （Ｂ） ３ｓ’

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 記録媒体に設けたトラック上に、所定項数に対するＭ系
   列の全部または１部を含む符号をトラック方向に所定ピ
   ッチで順に記録し、トラックに対向して配設されたｎ個
   の検出器を含むピックアップでトラック上の符号を読み
   取り、データ変換部で位置データに変換することを特徴
   とする位置センサ。