JPH01318920A - アブソリュートエンコーダ - 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］ 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。

［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。

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。

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。

［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。

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。

［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。

［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。

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。

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。

［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。

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。

２ｂが同心円状に設定されている。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

１６ｆｂなど）の長さ寸法はλ／２である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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
。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

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。