JPH0257846B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明はいわゆるアブソリユートロータリエ
ンコーダと呼ばれる絶対番地形回転式位置検出装
置に関する。 絶対番地形回転式位置検出装置は第１図に示す
ように、入力軸５に取付けられた回転子（符号
板）１に各座標位置を符号化して明暗パターンと
して書き込み、この符号板１および固定スリツト
板（検出精度を高めるためのもの）４を挾んで、
発光ダイオード３とフオトダイオード２を対向さ
せることにより、位置検出対象物の移動による符
号板１の回転に伴つてフオトダイオード２から各
座標位置に対応した位置情報が得られるようにし
たものである。 符号板１に書き込まれる符号は、従来から単一
距離符号（ユニツト・デイスタンス・コード）が
使用されている。これは隣り合う２組の符号間
で、常に１つのビツトのみが異なるものである。
このような符号を用いるのは、２つ以上のビツト
が同時に変化するコードを用いると、符号検出の
際、１つのビツトの反転を検出したが、他のビツ
トがまだ反転していないという状態が必ず発生
し、誤つたコードが出力されるためである。 この単一距離符号のうち最もよく知られている
ものはグレイコードである。グレイコードは純２
進符号と１対１に対応しており、相互変換が容易
なため、よく用いられている。しかし、回転形の
符号板１において、最初のコードと最後のコード
の関係を単一距離符号とするためには、符号板１
の分割数を2ⁿ（ｎは整数）にしなければならない
という制約がある（2ⁿとすれば、最初のコードを
「000…０」とすると、2ⁿ番目のコードは「100…
１」となる）。したがつて、従来から市販されて
いる回転形エンコーダでは、1024分割、2048分
割、4096分割等分割数が２のべき乗になつている
ものが多い。しかし、使用者にとつては、このよ
うな半端な分割数は望ましいものではなく、1000
分割、3600分割というように、端数のないものが
好まれる傾向がある。このような分割数のものを
製作するために用いられる方法として、従来は、 (1) 同期信号を用いる方法 (2) 特殊なコードを用いる方法 の２種類があつた。このうち(1)の方法は次のとお
りである。 第２図は1000分割の符号板のうち、０番地のコ
ードと999番地のコードの境目を示している（斜
線の部分が“１”を表わすものとする）。０番地
から999番地までは隣り合うコードはすべて１ビ
ツトのみ異なるが、999番地から０番地に戻る際
には、この図に示すように３個のビツトが“１”
→“０”に変化する。これらの変化が完全に同時
に起こるようにすることは事実上不可能であるた
め、2⁰〜2⁹のビツトの他に同期信号Ｚを用いて、
この信号Ｚが“１”になつているとき、他のビツ
トに無関係に０番地と等しいコードが出力される
ようにしている。この検出回路を示せば、第３図
のようになる。 第３図において、光源（発光ダイオード）３か
ら発せられた光は符号板１および固定スリツト板
４を通つて、光電素子（フオトダイオード）２に
おける符号板１のパターンに対応した位置に照射
され、アンプ６、アンド回路７を介して、コード
変換器８で10進数に変換され、出力バツフア９を
介して出力される。符号板１は同期信号Ｚ専用の
トラツク１ｚを具え、このトラツク１ｚを通して
得られる光を光電素子２ｚで受光して、アンプ６
ｚで増幅し、インバータ１０で反転して、アンド
回路７に加えるようにしている。したがつて、同
期信号Ｚが得られたときは、他のビツトに無関係
に出力は０（すなわち０番地の出力）となる。し
たがつて、各ビツト信号2⁰〜2⁹が“１”→“０”
に変化する位置を、第２図に示すように、真の境
目P₀よりわずかに右へずらして、P₀′の位置にし
て、同期信号Ｚとオーバーラツプさせれば、各ビ
ツト信号2⁰〜2⁹が“１”→“０”に変化する位置
P₀′にばらつきがあつても、同期信号Ｚが立上る
位置の右側にある限り問題にならない。また、同
期信号Ｚが立下る位置では、すでに各ビツト信号
2⁰〜2⁹はすべて０に立下つているので、同期信号
Ｚが位置Pzで立下つた後も出力は引続き０のま
まである。 以上のようにして、読み取りのあいまいさをな
くすことができる。しかし、同期信号Ｚを得るた
めに余分なトラツク１ｚと検出系を必要とする問
題がある。つまり、この例のように1000分割であ
れば、最低限必要なビツト数は10ビツトである
が、同期信号Ｚを得るため実質的に11ビツト必要
としている。したがつて、符号板の製作の困難
さ、検出系の数という点では2048分割の場合と同
等になつてしまう。 また、上記(2)の特殊なコードを用いる方法につ
いては、詳しい説明は省略するが、余分なビツト
を必要とする点で、同期信号を用いう方法と同じ
問題点がある。 この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、
同期信号や特殊なコードを用いることなく、必要
最小限のビツト数で任意の分割数が得られる位置
検出装置を提供しようとするものである。 この発明の基本的な考えは、グレイコード等の
単一距離符号列では、隣り合うもの以外にも単一
距離符号の関係にある符号が存在することに着目
し、それらの符号で挾まれる区間を適宜除去し
て、任意の符号数の循環する（すなわちすべての
部分で単一距離符号となる）単一距離符号列を形
成し、それを回転子（符号板）にパターン化する
ことにより、任意の分割数を得ようというもので
ある。 すなわち、例えば10進数で０〜2⁴−１の2⁴個の
数字をグレイコード化すると下記第１表に示すよ
うになるが、これを見ると、単一距離符号の関係
にあるものは、隣り合うもの以外にも存在するこ
とがわかる。

【表】

【表】 例えば、０（0000）と単一距離符号の関係にあ
るものは、隣り合う１（0001）、15（1000）以外に、
３（0010）、７（0100）がある。すなわち、単一距
離符号の関係とは１つのビツトのみが異なつてい
る関係であるから、ｎビツトで表わされるコード
であれば、各コードについてｎ個の単一距離符号
の関係にあるコードが存在する。第４図は、第１
表の16個のグレイコードの中で互いに単一距離符
号の関係があるものを線で結んで示したものであ
る。 単一距離符号の関係にある２つのコードは、そ
れらの間に挾まれるコードを取り除いても、全体
のコード列は単一距離符号列を維持する。例え
ば、第４図において、互いに単一距離符号の関係
にある２（0011）と13（1011）とにより挾まれる
14，15，０，１のコードを取り除いた３，４，…
…，12，13，２，３，……のコードも単一距離符
号列となる。したがつて、取り除く位置を適宜選
択することにより、任意のコード数の単一距離符
号列を作成することができる。例えば、第４図の
16個のコード列から10個のコード列を作成するに
は、６個のコードを取り除けばよいから、〔13，
14，15，０，１，２〕、〔１，２，３，４，５，
６〕など連続した部分を取り除くか、あるいは
〔15，０，３，４，７，８〕、〔１，２，５，６，
９，10〕など部分的に取り除いていけばよい。 以上は、単一距離符号の関係にあるものをいち
いちピツクアツプして、そのうち必要な数だけ選
択して取り除くという方法であるが、全体のコー
ド数が多く、かつ、取り除く数も多い場合、選択
するのが大変である。単一距離符号の関係にある
ものは、第４図からもわかるように、ある規則性
があるから、この規則性を見つければ、簡単に選
択を行なうことができる。 その規則性として、例えばグレイコードにおい
ては、コード列の中心から対称位置にあるものど
うしは単一距離符号の関係があるということがい
える。例えば、第４図の例でいえば、コード列の
中心は７と８の間であるから、これを中心対称位
置にある６と９、５と10、……の各グレイコード
はそれぞれ単一距離符号の関係になつている。従
つて、この性質を利用して、はじめのコード数
（例えば1024）から設定しようとする分割数（例
えば1000）を引いた余分な数（24）だけ、コード
列の中心から２つずつ対にして除去すれば（コー
ド列の中心から前後に12個ずつ取り除く）、分割
数に対応した数のコードからなる単一距離符号列
が構成される。 そこで、この発明では、所望の偶数の分割数を
Ｎとして、2ⁿ⁺¹＞Ｎ＞2ⁿを満たす2ⁿ⁺¹個のグレイ
コード列の中から2ⁿ⁺¹−Ｎ＝2Xとして2ⁿ−Ｘから
2ⁿ＋１−１で挾まれる区間の符号列を除去するよ
うにしている。これにより、あらゆる偶数の分割
数に設定することができる（ただし、2ⁿ⁺¹−Ｎ＝
４＋8m（ｍ＝０，１，２，３，……）の場合は、
本願出願前公知の特開昭54−51436号公報に記載
の方法による符号列と偶然に一致することになる
ので、これを特許請求の範囲から除外する。）。 以下、この方法について詳しく説明する。 いま、設定しようとする分割数をＮ（偶数）と
するとき、 2ⁿ⁺¹＞Ｎ＞2ⁿ (1) なる整数ｎを求める。また、０から2ⁿ⁺¹−１まで
の純２進符号列を求める。また、次の関数を満た
すＸを求める。 2ⁿ⁺¹−Ｎ＝2X (2) 2ⁿ⁺¹、Ｎはともに偶数であるから、Ｘは必ず整数
である。 ここで、０から2ⁿ⁺¹−１までの2ⁿ⁺¹個の純２進
符号列から ａ 2ⁿ−１番目から2ⁿ−Ｘ番目までのＸ個 ｂ 2ⁿ番目から2ⁿ＋Ｘ−１番目までのＸ個 をそれぞれ取り除く。すると次のようなＮ個の符
号列が得られる。 000……０（０番目） 000……１（１番目） 〜 〜 011……０（2ⁿ−Ｘ−１番目） 100……１（2ⁿ＋Ｘ番目） 〜 〜 111……１（2ⁿ⁺¹−１番目）Ｎ個 (3) これらの符号をそれぞれグレイ符号に変換する
と、Ｎ個の単位距離符号列が得られる。 すなわち、分割数をＮとする場合に、上記第(1)
式、第(2)式を満たすｎ，Ｘを求め、これを第(3)式
のｎ，Ｘに代入して、それをグレイコード化す
る。 このようにして得られた符号列が単位距離符号
列となることは、次のように証明される。 純２進符号の各桁を Bn，Bn−₁，……，B₁，B₀ とし、これに対応するグレイ符号の各桁を Gn，Gn−₁，……，G₁，G₀ のように表わす（Bn〜Bo，Gn〜Goは“１”ま
たは“０”で表わされる）。 Gn〜GoとBn〜Boとの間には次のような論
理式が成り立つことが知られている。 Gn＝Bn Gk＝Bk＋１・＋₊₁・Bk （但し、ｋ＝０，１，……，ｎ−₁）｝ (4) ０から2ⁿ⁺¹−１までの2ⁿ⁺¹個の純２進符号の各桁
について、第(4)式の操作を施すと、得られるグレ
イコード列は単位距離符号列となることは公知で
あるから（２のべき乗個のグレイコードであるか
ら、最後のものと最初のものも単位距離符号の関
係になつている）、2ⁿ−Ｘ−１番目（除去する区
間の１つ手前のもの）のグレイコードと、2ⁿ＋Ｘ
番目（除去する区間の１つ後のもの）のグレイコ
ードが単一距離符号の関係にあること（すなわち
１つのビツトを除いて等しいこと）を証明すれば
よい。 そこで、まず、2ⁿ番目と2ⁿ−１番目を純２進数
で表わせば、次のような形になる。 ここで、前記第(1)式、第(2)式からＸは、 ０＜Ｘ＜2^n-1 であるので、Ｘを純２進数で表わせば となる。したがつて、2ⁿ＋Ｘは第(5)式にＸを加え
たものとなるから、第(5)式における０の列のう
ち、第(7)式のX_o-1〜X₀が１となつている桁を１
にしたものとなる。また2ⁿ−Ｘ−１は第(6)式から
Ｘを引いたものとなるから、第(6)式における１の
列のうち、第(7)式のX_o-1〜X₀が１となつている
桁を０にしたものとなる。 以上のことから、純２進数において、2ⁿ＋Ｘ番
目と2ⁿ−Ｘ−１番目は互いに各桁の０と１を反転
させたものとなつていることがわかる。 ここで、第(4)式において、純２進数Bn〜B₀の
１と０を反転させてみると、対応するグレイコー
ドは、最上位ビツトGnは反転し、残りのビツト
Gk（ｋ＝０，１，……，ｎ−₁）は変化しない。
すなわち、2ⁿ＋Ｘ番目と2ⁿ−Ｘ−１番目は先頭ビ
ツト以外はすべて等しいグレイコードとなること
がわかる。 以上のことから、第(3)式をグレイコードに変換
したものはＮ個の単位距離符号列となることが証
明された。 なお、第(3)式の意味をわかりやすくいえば、０
番から2ⁿ⁺¹−１までの2ⁿ⁺¹個のグレイコード列に
おいては、コード列の中心（2ⁿ−１番2ⁿ番の間）
から対称位置にあるものどうしが単一距離符号の
関係にあることを利用して、グレイコード列の中
心位置から、2ⁿ−１番と2ⁿ番、2ⁿ−２番と2ⁿ＋１
番、2ⁿ−３と2ⁿ＋２番、……と２つ１組にして取
り除いていき、残つた数が設定しようとする分割
数Ｎになるようにすることにより、分割数Ｎの単
一距離符号列を形成するというものである。 ここで、上記の理論により得られたグレイコー
ド列を用いて構成した符号板の１部分を第５図に
示す。この場合、第(1)式、第(2)式によりｎ＝９、
Ｘ＝12となる。したがつて 2ⁿ−Ｘ−１＝499 2ⁿ＋Ｘ＝524 であり、それぞれを第(4)式を利用してグレイコー
ド化すれば 499＝0100001010 524＝1100001010 が得られる。したがつて、499番目と524番目は最
上位ビツト2⁹のみが変化するので、単一距離符号
の関係が得られている。 第６図は、第５図の符号板を用いて1000分割の
ロータリエンコーダを構成する場合の一例であ
る。 第６図において、符号板１はガラスデイスクに
第５図のパターンを描いたものである。４は固定
スリツト板で、検出精度を高める働きをする。符
号板１と固定スリツト板４を挾んで、光源（発光
ダイオード）３と光電素子（フオトダイオード）
２が対向して配置され、光電素子２の受光信号は
アンプ６を介して、記憶素子１０に入力される。
記憶素子１０は符号板１のパターンによつて得ら
れたグレイコード出力をBCDコードに変換する
ものである。符号板１のそれぞれの位置における
番地と出力の関係は第２表のようになる。ここ
で、記憶素子１０を使用する理由は、一般のロジ
ツクICで第２表のような変換を行なう回路を構
成すると、非常に複雑になり、実用的でないから
である。

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所望の偶数の分割数をＮとして、2ⁿ⁺¹＞Ｎ＞
   2ⁿ（ただし、2ⁿ⁺¹−Ｎ＝４＋8m（ｍ＝０，１，２，
   ３，……）を除く。）を満たす2ⁿ⁺¹個のグレイコ
   ード列の中から2ⁿ⁺¹−Ｎ＝2Xとして2ⁿ−Ｘから2ⁿ
   ＋Ｘ−１で挾まれる区間の符号列を除去して、前
   記所望の分割数の単一距離符号列を形成した回転
   子パターンを具備してなる回転式位置検出装置。