JPH01272915A - 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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JPH01272915A
JPH01272915A JP1042885A JP4288589A JPH01272915A JP H01272915 A JPH01272915 A JP H01272915A JP 1042885 A JP1042885 A JP 1042885A JP 4288589 A JP4288589 A JP 4288589A JP H01272915 A JPH01272915 A JP H01272915A
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clock
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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/249—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using pulse code
    • G01D5/2497—Absolute encoders

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

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〕 本発明は無限エンコーダに係り、とくにコードトラック
を有し回転式または直線式目盛の正確な位置を示す出力
信号を供給する無限エンコーダに関する。
〔従来の技術〕
無限エンコーダは測定目盛に対する感知ヘッドの位置の
出力表示を供給するものとして公知である。回転による
変位を感知するために、目盛はディスク状をしていてそ
の上に多重ビツトデジタルコードの各ビットを表す複数
の同心トラックを有する。直線回転感知のために、目盛
は直線的に配置されたパラレルコードトラックを有する
細長い目盛部材である。回転コードトラックはそれぞれ
各トラックと同心のセンサアレイによって感知されて多
重ビツト出力コードのビットを表す出力信号を供給する
。このコードトラックは透光性または光反射性である光
学的応答性セグメントで形成されているが、トラックは
磁気的、容量性または誘導性のような他の形態のもので
形成されてもよい。コードトラックの数を増すことによ
って出力コード中のビット数が増えてより高い分解能が
得られる。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は簡単に言えば、コードトラックとクロックトラ
ックを有する無限エンコーダを提供することである。コ
ードトラックはディスクが回転する際の各微小増分毎に
独特のシリアルコードでコード化される。すなわち、Ｎ
ビットのコードにつき各隣り合うＮビットは独特のＮビ
ットワードを表す。このようなコードはよくシフトレジ
スタコードとして規定される。本発明は、相対的な角度
または直線運動を感知する回転式または直線式エンコー
ダとしてそれぞれ実施できる。
〔実　施　例〕
図には本発明の無限エンコーダの好ましい実施例が示さ
れている。本発明の実施例は回転式エンコーダまたは直
線式エンコーダであるが、以下の説明ではディスク１０
を有する回転式エンコーダを記述する。
第１図において、回転ディスクＩＯは軸ｌｌ上に取付け
られている。回転ディスク１０は外側リング１２と内側
リング１４により取り囲まれている。ディスク１０上の
トラック１２と１４との相対的位置は、さほど重要では
ないが、その外周縁に沿うものである。
この好ましい実施例では２つのトラックのセグメントは
透光性および不透明なセグメントで構成されるが、当分
野に公知な何等かの信号化方法であってもよい。
トラック１４は増分エンコーダのそれと同様に見え、絶
対出力ワード全体の２つの最小ビットを発生する。ここ
で、この等増分トラックは「クロック」　トラックと呼
ばれる。
他のトラック、トラック１２は「コード」　トラックと
呼ばれ、クロックトラック１４の半分の２進ビツトを有
する。コードトラック１２はシリアルコード化されて全
てのより上位のビットを形成して完全な絶対出力ワード
を得るようになっている。コードトラック１２は第１図
には光セグメント１６および暗部セグメント１８を有す
るものとして示されている。
コードトラック１２に用いられているシフトレジスタコ
ードはエンコーダの各微小増分位置につき独特の値を有
するシリアルコードである。説明の簡単化のため、３ビ
ツトシリアルコードが説明されたが、容易に理解される
ようにいかなる数のシリアルコードを使用してもよい。
選択されたビットの数は必要とされる角度位置の分解能
によって決まる。
コードトラック上のビットシーケンスを決定するために
、シリアルコードがまず規定されなければならない。−
例として５ビツト２進エンコーダが与えられている。こ
のようなエンコーダは１回転を２５すなわち３２分割す
るからそれぞれ１１．２５　’づつに分割する。上述の
ように、２つの最小位ビットはクロックトラックから取
り出され、これについては後述する。シフトレジスタコ
ードの３つのより上位のビットは下記の通りである。
Ｎ　４Ｎ　ａ　　　　Ｎ　２ ０°　　　０　　　０　　　０ ４５″０　　　　０　　　　１ ９０°　　　０　　　　１　　　　１ １３５１′ｌ　　　　　１　　　　１ １８０’　　　　ｌ　　　　　ｊ　　　　　０２２５’
　　　　ｌ　　　　　０　　　　１２７０°　　　０　
　　　１　　　　０３１５°　　　１　　　０　　　０ ８つの連なりにおける各ワードは右から入ってくる新し
いビットで左に１スロツトシフトした先行するワードか
ら来て上から下に移るという風に理解すべきである。反
対方向では、下から上に動いて新しいビットが左から入
ってきて他のビ・ソトは右にシフトされる。そして、コ
ードトラックは最上位ビット（ＭＳＢ）欄では上から下
へ向かって、最初の３つの０、続いて３つの１．１つの
０１および１つの１という順序に桁上げされる。
このパターンがコードトラック１２に置かれるとき、い
づれかの３つの隣り合うセグメントが独特のシーケンス
を作る。シフトレジスタコードはそれ自体公知であり、
例えばＳ、　Ｇｏｌｕｍｂ著［シフトレジスタシーケン
ス（Ｓｈｉｆｔ　Ｒｅｇｉｓｔｅｒ　Ｓｅｑｕｅｎｃｅ
ｓ）Ｊ（Ａｅｇｅａｎ　Ｐａｒｋ　Ｐｒｅｓｓ　１９８
２発行）　、Ｓ、　Ｌｊｎｎ著［誤り制御符号化技術（
Ｅｒｒｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｃｏｄｉｎｇ）Ｊ（Ｐｒ
ｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ、　Ｉｎｃ、　１９８３発行）
、またはＰ、　ＭｃＷｉｌｌｊａｍｓ著［誤り修正コー
ドの理論（ＴｈｅＴｈｅｏｒｙ　ｏｆ　Ｅｒｒｏｒ　−
Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ　Ｃｏｄｅｓ）　Ｊ　（Ｎｏｒｔ
ｈ］（ｏｌｌａｎｄ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏ、　
１９７７発行）に記述されている。このようなコードを
発生するためのアルゴリズムは全て「全てＯ」のワード
を除外する。
このようなワードは次いてコードシーケンスの適当な位
置に任意に挿入される。
コードトラックパターン１２が感知されて連続的な角度
ビットの各位置の状態が測定され、そのような各状態は
シフトレジスタの最後のスロットに「１」または「０」
として入力される。各ビット状態が入力されると前に感
知されたコードトラ・ツクビットは全てシフトレジスタ
の次の隣り合う位置にシフトされる。Ｎ−２ビツトだけ
移動する事によってシフトレジスタが満たされた後、シ
フトレジスタからのパラレル出力ワードにクロックトラ
ック１４からの２つの最小位ビットは絶対的な入力位置
を形成する。この後、Ｎ出カビ・ｙ　ｌ・は動作のいづ
れかの方向に対する絶対的な入力位置を連続的に表示す
る。運動の一方向に対して新たな絶対ビットはレチクル
スリット２０を介して感知され、かつシフトレジスタの
右端に入力されて全ての先行する連続ビットが左に１ス
ロツトだけシフトされる。運動の反対方向についても第
２のレチクルスリット２２からの新たに感知されたビッ
トはレジスタの左端に入力され全ての先の感知されたビ
ットはシフトレジスタにおける次の右側にスロットにシ
フトされる。そして、シフトレジスタにおけるビットの
パターンは、レチクル感知板上にＮ−２ビツト離れて置
かれた２つのコードパターンスリット間のコードトラッ
ク上における同一パターンに相当する。そしてより上位
のＮ−２ビツトは一連のコードトラック上に置かれなけ
ればならず、各出力ワードは先行するワードと同一であ
って一端または他端からの新たな入力と１スロツトだけ
シフトされたものである。またエンコーダに最初に電力
が与えられた後、入力動作はシフトレジスタを満たすに
必要な少量だけいづれかの方向に移動しなければならな
い。例えば、１回転を２０４８増分に分解する回転エン
コーダはレジスタを満たすための２．２°より少ない角
度だけ移動し正しい１１ビツト出力コードを発生しなけ
ればならない。これは、純粋増分エンコーダにおける一
　　１２　− ゼロ参照表示をみつけるのに必要な１完全回転まで回転
しなければならない場合に比べて遥かに簡単である。
第１図に示すように、クロックトラック１４はコードト
ラック１２と位相合わせされ、感知回路にその中心で各
コードトラックセグメントを読み取らせてコードセグメ
ントの正確な読み取りを行わせる。第１図から分かるよ
うに、コードトラック１２の隣り合うセグメントは、同
一値（すなわち透明または不透明）であってどこで１つ
のセグメントが終り、どこで次のセグメントが始まるか
に関して不明確にするであろうから、クロックトラック
１４は必要である。Ａスリット２４およびＢスリット２
６は共通のまたは別個のレチクル板上に設けられるもの
で、クロックトラックが感知される位置を規定するため
に用いられる。クロック信号はコードトラックが読み取
られる時を測定し、２つのクロックトラック信号が回転
の方向を決定する。
第２図は回転ディスク１０上のデータを角度軸位置の測
定値に変換するための好ましい回路構成を示している。
第１図および第２図に関するデコーダ回路の動作を以下
に説明する。クロックトラック用の発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）３０は常にオンであり、Ａスリット２４およびＢ
スリット２６両者を照射し、かつＡおよびＢ比較器の各
出力に合成信号を形成する。コードトラックにおける各
ビットが確実に感知されるようにするために、センサＳ
１゜２０用のＬＥＤ３２およびセンサＳ２，２２用のＬ
ＥＤ３４はいづれもＡＮＤゲート３６および３８でそれ
ぞれインバータ３１から受量したゼロ状態にあるＢトラ
ックとＡＮＤが取られたＡトラックの変化の瞬間にパル
ス点灯する。２つのトラック１２および１４は互いに位
相合わせされ、Ａ変化はＳｌおよびＳ２における単一線
スリットがコードトラック要素の中央にあるときいつで
も生じる。時計方向（ＣＷ）回転については、Ｓ、ＬＥ
Ｄ３２はＢＸＡ↑（ＢおよびＡ↑）変化（ここでＡ↑は
オフからオンへ、を意味する）によってパルス給電され
、反時計方向（ＣＣＷ）回転については５２ＬＥＤ３８
はＢＸＡ↓変化（ここでＡ↓はオンからオフへ、を意味
する）によってパルス給電される。図において、Ｓ　ス
リットは、Ｓｌスリットより３コードトラックビット（
すなわちＮ−２ビツト）後に位置する。第１図はＳｌの
り、ＥＤ３２がオンになり不透明コードトラック要素の
中央で照射する場合の位置におけるディスクを示してい
る。これは、２つの先行するＳ１パルス瞬間が既に第１
の２つの不透明なＯの時計方向回転を生じているから０
００コードの始まりである。比較器４２および４４から
の信号はそれぞれスロットＳ　およびＳ２でのコードト
ラックの状態に表すものである。時計方向回転について
、Ｓｌからの信号は線ＣＩを介してシフトレジスタに入
力される。反時計方向回転については、Ｓ　からの信号
は線Ｃ２を介してシフトレジスタに入力される。さらに
４５″時計方向へ回転すると次のＢＸＡ↑パルスの瞬間
に８１の下で明確なビットを形成し、“１”を生じて右
側スロットにおけるレジスタに入力し、他の２つの“Ｏ
”を左にシフトしてＯＯＯコードの終了および００１コ
ードの開始という状態を生じる。こ＝　　１５　− の同一の４５°回転の間、ＡおよびＢビットは４つの変
化の通常のシーケンスを通して変っていき、４５°期間
を４つの１１．２５’増分に分割する。ＡおよびＢ方形
波が通常の増分サイクルに続きインバータ３３およびＸ
−０Ｒゲート３５を含む第２図に示された簡単な論理回
路によって絶対自然２進シーケンスに変換される。ディ
スク回転の方向に依存するシフトの方向はＡＮＤゲート
３６および３８によって感知されて、これらゲートはデ
ィスクが時計方向に回転しているか反時計方向に回転し
ているかによってシフトレジスタをトリガするクロック
信号を形成する。
最終段階はシフトレジスタ４０中のコードを所望の出力
コード、この場合自然２進形式に変換する。
Ｆ　ＲＯＭ２Ｏは、平行線４８に沿ってＦ　ＲＯＭ２Ｏ
に伝送されるＮ−２ビツト絶対ワードとともにこの目的
に使用され、シフトレジスタのワードをデコードするた
めの手段を提供する。シフトレジスタパラレル出力はア
ドレスとして用いられる。
ＦＲＯＭ４Ｂからの出力は自然２進、２進化１０進、対
数もしくは３角法を含む何等かのマツピング形式である
。このマツピングは線形である必要はなく、例えばカム
を表す重み付けされた値でコード化されても良い。
表１はこの５ビツトの例月の連続的な読み出し値を示す
。
（以下余白） 〔５ビ　　ッ　　ト　　山 軸角度　コードトラック　クロツタトラック（度）　　
レジスタ　　　ＡＢ カワード〕 ＦＲＯＭ　　クロックトラック　高分解能用出力ワード
　からの最下位２桁　　（度）１１１　　　　　　１１
　　　　　３４８．７５シフトレジスタが正しく満たさ
れ読み出し得る状態になったことを示すｌ”ＲＥＡＤＹ
Ｊ出力を生じるために、電源投入の後の変化を計数する
ことは好都合である。しかし、この詳細は第２図には示
されていない。他の適当な出力線が変化の間の「読まな
い」パルスを生じる。
上記実施例は単一シリアルコードトラックを用いる回転
ディスクエンコーダについてのものであるが、上記説明
から明らかなように、本発明の精神および範囲から外れ
ずに当業者であれば種々の改良および変形が行えるであ
ろう。したがって本発明を特許請求の範囲記載の内容以
外の特定の図示もしくは記述されたものに限定されるこ
とはない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のトラックパターンを有するエンコーダ
ディスクの一例を示す図、第２図は第１図のディスクを
有するエンコーダと協働して出力信号を提供する回路の
ブロック線図である。 １２・・・コードトラック　　１４・・・クロックトラ
ック１Ｇ・・・明るいセグメント　１８川暗いセグメン
ト２０、２２・・・センサ　　　　２４．２Ｇ・・スリ
ット２７、２９・・・比較器　　　　３０．３２．３４
・・・ＬＥＤ３［ｆ、　３ｇ・・・ＡＮＤゲート　４ト
・・シフトレジスタ４２、４４・・・比較器　　　　４
６・・・ＦＲＯＭ、ｉ、、：ｌ゛（

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）軸の周りを回転するディスクであり、複数の２進
    セグメントを有する単一の周方向シリアルコードトラッ
    ク、および複数の交番的な２進セグメントを有する周方
    向のクロックトラックを有し、隣り合うセグメントの所
    定数の組み合わせの各々は前記コードトラックに独特の
    コードを形成するディスクと、 前記クロックトラックを読み取って前記クロックコード
    の変化を表すクロック信号を形成する手段と、 前記クロック信号に応じて前記シリアルコードトラック
    を読み取る手段と、 前記コード信号に応じて前記ディスクの回転位置を表す
    コードを形成する手段とをそなえた無限エンコーダ。
  2. （２）請求項１記載のものにおいて、 隣り合うセグメントは前記一つのシリアルコードトラッ
    ク上に周方向に配された無限エンコーダ。
  3. （３）請求項１記載のものにおいて、 前記コードトラックのセグメントにより画成されるコー
    ドはシフトレジスタコードである無限エンコーダ。
  4. （４）請求項１記載のものにおいて、 位置を表すコードを提供する前記手段はシフトレジスタ
    をそなえる無限エンコーダ。
  5. （５）請求項１記載のものにおいて、 前記シリアルコードトラックの前記２進セグメントは透
    光性もしくは不透明である無限エンコーダ。
  6. （６）請求項１記載のものにおいて、 前記シリアルコードトラックの前記２進セグメントは光
    反射性もしくは非反射性である無限エンコーダ。
  7. （７）請求項１記載のものにおいて、 前記シリアルコードトラックの前記２進セグメントは磁
    気による無限エンコーダ。
  8. （８）請求項１記載のものにおいて、 前記シリアルコードトラックの前記２進セグメントは容
    量性である無限エンコーダ。
  9. （９）請求項１記載のものにおいて、 軸周りを回転するディスクであり、２進セグメントを有
    する単一の周方向シリアルコードトラック、および交番
    的な２進セグメントを持った周方向のクロックトラック
    を有し、所定数の隣り合うセグメントがディスク回転の
    各セグメント用の独特のシリアルコードを画成してなる
    ディスクと、 前記クロックトラックを感知して相対的なディスク回転
    および方向を表すクロック信号を形成する第１の手段と
    、 前記クロック信号に応じて前記シリアルコードトラック
    を感知してシリアルコードを形成する第２の手段と、 パラレルワードで前記シリアルコードを蓄積する手段と
    、 前記パラレルワードを前記ディスクの相対的な角度位置
    を表す信号に変換する手段とをそなえる無限エンコーダ
    。
  10. （１０）請求項９記載のものにおいて、 前記第１の手段は前記クロックトラックが感知される位
    置を画成するための第１のレチクル手段を有し、前記第
    ２の手段は前記シリアルコードトラックが感知される位
    置を画成するための第２のレチクル手段を有する装置。
  11. （１１）請求項１０記載のものにおいて、 前記蓄積手段は、シフトレジスタと、前記クロックトラ
    ックから引き出されたクロック信号の相対位相にしたが
    って前記シフトレジスタの最初の入力または最後の入力
    にシリアルコードを転送する回路手段とをそなえた装置
    。
  12. （１２）請求項１１記載のものにおいて、 前記変換手段は前記シフトレジスタからの出力コードに
    応じて動作するメモリ手段を有し前記ディスクの相対角
    度位置を表すコードを形成するようにした装置。
  13. （１３）請求項１２記載のものにおいて、 前記シリアルコードトラックおよび前記クロックトラッ
    クの２進セグメントはそれぞれ光応答性および非応答性
    であり、前記第１の手段は前記第１のレチクル手段を介
    して前記クロックトラックに至る光に応動する光源、お
    よび前記クロックトラックからの光を受けてクロック信
    号を形成する第１および第２のセンサを有し、前記第２
    の手段は前記第２のレチクル手段を介して前記シリアル
    コードトラックに至る光に応動する第１および第２の光
    源、および前記シリアルコードトラックからの光を受け
    てシリアルコードを形成する第３および第４の光センサ
    を有する装置。
  14. （１４）請求項９記載のものにおいて、 前記クロックトラックから前記シリアルコードの少なく
    とも一つのビットを形成するための回路手段をさらに有
    する装置。
  15. （１５）基準に対する相対的な動作を知るための目盛で
    あり、所定数の隣り合うセグメントが相対運動の各セグ
    メントにつき独特のシリアルコードを画成する２進セグ
    メントを持った単一のシリアルコード、および交番的な
    ２進セグメントを有するクロックトラックを有する目盛
    と、 前記クロックトラックを感知し相対運動および方向を表
    すクロック信号を形成する第１の手段と、前記クロック
    信号に応じて前記コードトラックを感知しシリアルコー
    ドを形成する第２の手段と、前記シリアルコードを蓄積
    する手段と、 前記シリアルコードを前記目盛の前記相対的位置を表す
    信号に変換する手段とをそなえた無限エンコーダ。
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