JPH0259611A - 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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JPH0259611A
JPH0259611A JP63210679A JP21067988A JPH0259611A JP H0259611 A JPH0259611 A JP H0259611A JP 63210679 A JP63210679 A JP 63210679A JP 21067988 A JP21067988 A JP 21067988A JP H0259611 A JPH0259611 A JP H0259611A
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track
detector
code
signal
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JP63210679A
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Tetsuo Hattori
徹夫 服部
Yasushi Ono
康 大野
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Publication date
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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］ 本発明はアブソリュートエンコータに関するものである
。
［従来の技術］ 従来、アブソリニー１〜エンコーダとして例えば特開昭
５７−　ｘ７ｓｚｔ１−ｑ公報または実開昭６０−１５
２９１６号公報に示されているように、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ダが知られている。
［発明か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ては、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
ピッｌ−０，１の読み取りのために前記組合せコードの
ビット数に対応し多数の非接触検出器をトラック上に配
列するが、この配列の検出器相互の間隔にはトラックの
アブソリュートパターンに対応した高い寸法精度か要求
され、従ってエンコーダの組立と調整が極めて難しい作
業となる問題点を含んでいる。また、この形式の従来の
アブソリュートエンコーダては、符号板が反転した場合
に所定ビット数分だけ経過しないと正しいコード内容の
エンコーダ出力が得られず、この読み取り誤差が生じる
ことにより双方向性の用途に不都合を生じている。
従ってこの発明の課題は、前述の問題点と不都合を解決
して、多数の検出器をトラックに沿って所定間隔で複数
配列する必要を無くすと共に、トラック上の三箇所でア
ブソリュートパターンを検出することにより反転時に読
み取り誤差のない正しいコート内容のアブソリュートコ
ード信号を取り出すことができるようにしたアブソリュ
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りた符号板と、この符
号板に対して前記１−ラックの長平方向に相対移動可能
な検出器とを備えたアブソリュートエンコーダにおいて
、 前記検出器として前記トラック長手方向に所定間隔を隔
てて配置された第１と第２の検出器と、前記相対移動の
正逆方向を判別する方向弁別手段と、左右シフト入力に
別々に入力される前記第１と第２の検出器からの直列デ
ータを前記方向弁別手段の出力に応じて前記相対移動の
正逆方向別に左シフトまたは右シフトさせながら所定ビ
ット数の並列データに変換する直列・並列データ変換手
段とを備えたことによって前述の課題を達成したちので
ある。
［作　用］ この発明のアブソリュートエンコーダでは、符号板と検
出器との相対移動に伴って前記第１と第２の検出器がア
ブソリュートパターンの二進ビット０．Ｉの読み取り結
果を直列データとして出力する。方向弁別手段は符号板
と検出器との相対移動の正逆方向に応じた出力を生じる
。この相対移動方向が正方向のときは、第１の検出器か
らの直列データが前記変換手段に順次取り込まれ、それ
に同期した前記変換手段の右（左）シフト変換動作によ
って第１の検出器からの直列データが所定ビット数の並
列データに順次変換されて出力される。また前記相対移
動方向が逆方向のときは、第２の検出器からの直列デー
タが前記変換手段に順次取り込まれ、それに同期した前
記変換手段の左（右）シフト変換動作によって第２の検
出器からの直列データが所定ビット数の並列データに順
次変換されて出力される。
例えば符号板のアブソリュートパターンが４ビツトのア
ブソリュートコードからなる場合、第１と第２の検出器
は前記トラック長手方向に前記４ビツト分に相当する間
隔を隔てて配置される。
般的にはこの間隔は、符号板のアブソリュートパターン
のスケール目盛数をＸ、トラックに沿った１ビツト分の
パターン長さく角度範囲）をλとすると、 ２°−１くＸ≦２１＋　　　・・・（１）の関係を満足
するｎに対し、ｎ・＾に相当する間隔寸法でよい。
例えば４ビツトシリアルイン・パラレルアウトのシフト
レジスタを前記直列・並列データ変換手段に用いた場合
、正方向の相対移動に伴って第１の検出器からの直列デ
ータがレジスタの右シフト入力に与えられて４ビツトの
並列データにビット単位で順次変換される。この間、第
２の検出器は４ビツトの間隔をあけた５ビツト目のパタ
ーンを検出しているから、前記右シフト動作でレジスタ
から押出されてくるデータを常につかまえているのと実
質的に同じことになる。符号板が反転して前記相対移動
方向が逆方向になると、前記方向弁別手段からの方向弁
別信号により、第２の検出器からの直列データがシフト
レジスタの左シフト入力に与えられて、シフトレジスタ
か左シフト動作を行なう。その結果、反転直後にそれま
での右シフト動作でレジスタから押出されたばかりのデ
ータか左シフト動作によってレジスタに順に戻ってくる
ことになり、方向反転に際して１ビツトのずれも生しる
ことなくスケールの逆転読み出しが達成される。この逆
方向への相対移動の後に再び正方向に反転した場合も同
様であることは述べるまでもない。
前記直列・並列データ変換手段の動作は検出器からの直
列データ信号に同期して行なわれるが、そのための同期
信号は、例えば符号板に一定ピッチのインクリメンタル
パターンを設けておいてその検出信号から得ればよい。
またこの場合、検出信号として互いに位相が９０度ずれ
た所謂Ａ相出力とＢ相出力とを取り出し、前記方向弁別
手段でこれらＡＢ相の位相関係を論理回路により検出し
て方向弁別信号を得るようにすればよい。
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、検出器に光電変換素子を用いた
光学式アブソリュートエンコーダの場合の本発明の一実
施例を示している。
第１図（ａ）において、符号板１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アブソリュ
ートパターンを設けた第１の円形トラック２と、−周分
を１６等分して各分割領域を不透明部分と透明部分とに
交互に繰り返してインクリメンタルパターンとした第２
の円形トラック３とが同心円状に併設されている。
前記′ｆＪ１の円形トラック２上に形成されたアブソリ
ュートパターンは、円周を１６分割（１ビツト分がπ／
８ラジアンに相当）して目盛数１６とした４ビツトのア
ブソリュートコードのものである。
第１図（ａ）の第１の円形トラック２においては、１２
時の位置から時計方向へ順に、透明ビットによる連続し
た四つの「０」ビット、不透明ビットによる連続した二
つの「１」ビット、透明ビットによる単一の「０」ビッ
ト、不透明ビットによる単一の「１」ビット、透明ビッ
トによる単一の「０」ビット、不透明ビ・ントによる連
続した四つの「１」ビット、透明ビットによる連続した
二つの「Ｏ」ビット、そして不透明ビットによる単一の
「１」ビットで構成され、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。
ここでλはトラック２に沿った１ビツト分の長さ寸法で
あり、第１図の実施例では目盛数が１６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３６０／１
６＝２２．５度（π／８ラジアン）に相当する。
内側の第２のトラック３は前述の方向弁別信号と前記変
換動作の同期信号（クロック信号）を得るためのインク
リメンタルパターンを有するものであり、このトラック
３上には、丁度１ビツトの長さ寸法（角度範囲）λに相
当する１６個の区画が交互に透明・不透明を換えて配列
され、全周を１６分割したインクリメンタルパターンと
なっている。
符号板１には、符号板を間に挟んで対向する光源と光電
変換素子からなる光センサ４Ｒ，４Ｌ。
５Ａ、５Ｂが検出器として組み合わされ、符号板１とこ
れら検出器とは回転軸心６を中心とする相対回転を行な
う。この検出器は、トラック２に沿って４λの相互間隔
を隔てて配置されたアブソリュートパターン読取り用の
第１の光センサ４Ｒおよび第２の光センサ４Ｌと、トラ
ック３に沿ってλ／２の相互間隔を隔てて配置されたイ
ンクリメンタルパターン読取り用の一対の光センサ５Ａ
。
５Ｂとからなっている。
第１図（ｂ）には、前記各光センサ４Ｒ，４Ｌおよび５
Ａ、５Ｂの検出出力を処理するための信号処理回路の一
例か示されている。
すなわち、光センサ４Ｒと４Ｌの検出出力は、それぞれ
パルス整形回路１０Ｒ，ＩＯＬによって波形整形されて
矩形波信号からなるアブソリュートパターンの直列デー
タとなり、光センサ４Ｒからの直列データはシフトレジ
スタ１２の右シフト入力端子に入力され、光センサ４Ｌ
からの直列データはシフトレジスタ１２の左シフト入力
端子に入力される。
一方、光センサ５ＡからのＡ相信号と光センサ５Ｂから
のＢ相信号の各検出出力は、同様にパルス整形回路１０
Ａ、ＩＯＢによって波形整形された後に方向弁別回路１
４に入力され、方向弁別回路１４からは、Ａ相信号がＢ
相信号より進み位相のときに「ｌＪ信号が、逆にＢ相信
号がＡ相信号より進み位相のときは「Ｏ」信号がシフト
レジスタ１２に与えられている。また、ＡＢ相信号の何
れかでワンショットマルチバイブレータ１６をトリガー
し、その立上りと立下りの両方でパルスを発生させて符
号板ｌの一周につき１６分割されたビット対応のシフト
クロックとしてシフトレジスタ１２に入力している。こ
の場合、好ましくは、前記シフトクロック信号を作り出
すための前記マルチバイブレータ１６のトリガー信号の
立上りと立下がりのタイミングを、前記シフトレジスタ
１２の左右シフト入力端子へ入力される直列データの最
小ビット単位の矩形波信号のパルス幅の略中夫の時点に
同期させるようにする。これは、シフトレジスタ１２へ
の前記直列データの取り込みのタイミングを該直列デー
タの矩形波の立上り・立下がりの近くに選ぶと誤った内
容のデータがシフトレジスタ１２に取り込まれる恐れか
多くなるからであり、このようなタイミングの選定はア
ブソリュートパターンのトラック２とその検出器４Ｒお
よび４Ｌの組合せに対してインクリメンタルパターンの
トラック３とその検出器４Ａおよび４Ｂの組合せの配置
上の位相差を適当に設定することで容易に実現可能であ
る。
シフトレジスタ１２は、以上のようなりロックパルスの
到来の度に左右いずれかのシフト入力に入力されている
前記直列データを１ビツトつつ取り込み、内部ステージ
に順次右または左シフトさせなから格納する。この入力
の選択とシフト方向の選択は前記方向弁別回路１４から
の方向弁別信号によフて行なわれ、シフトレジスタ１２
は、方向弁別信号がｒｌ、のときは検出器４Ｒからの直
列データを取り込んで右シフト動作を行ない、逆に方向
弁別信号が「０」のときは検出器４Ｌからの直列データ
を取り込んで左シフト動作を行なう。またこの例では、
シフトレジスタ１２は４ビツトのものであるから４ステ
ージを備え、従って各ステージのパラレルアウトプット
端子２０ａ２０ｂ、２０ｃ、２０ｄには、前記クロック
パルスのタイミングで４ビツトの並列データ出力が得ら
れ、このようにして四つの出力端子２０ａ〜２０ｄ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。
前記各直列データ入力とシフトレジスタ１２の左右シフ
ト動作の様子を方向反転時について図示すると第２図の
通りである。この場合、固定された検出器に対して符号
板１のトラック２が図の左方へ移動した場合（第１図（
ａ）では符号板１が反時計方向に回転した場合）を正方
向とし、その反対方向を逆方向とする。
第２図において、アブソリュートトラック２のＡ、Ｂ、
Ｃ，・・・Ｉは「０」または「１」を示しているものと
する。また、アブソリュートトラック２の下部に添画し
たように、ワンショットマルチバイブレータ１６からの
シフトクロックパルスは前記符号板の正方向移動時にビ
ット中央位置に対応するタイミングでａ、ｂ、ｃ、・・
・１のように到来し、逆方向移動時にはｉ’　、ｈ’　
、　ｇ’・・・ａのように到来する。
シフトレジスタ１２は、前記符号板の正方向移動時に前
記シフトクロックパルスａ、ｂ、ｃ、・・・ｉによって
第１の検出器４Ｒからの直列データを左ステージから取
り込んで順次右シフト動作を行ない、これに対して逆方
向移動時にはシフトクロックパルスｉ’　、ｈ’　、　
　ｇ’　・・・ａｏによって第２の検出器４Ｌからの直
列データを右ステージから取り込んで順次左シフト動作
を行なう。この様子を第２図に併せて示しである。
すなわち、今、第２図で検出器４Ｒがトラック２のＡの
ところにあり、クロックａでシフトレシスタ１２の４ビ
ツトの左端のステージにＡが取り込まれた状態が第２図
の（１）の状態である。トラック２の正方向移動伴って
シフトクロックｂ〜ｄによる右シフト動作によりシフト
レジスタ１２のステージ内容は第２図の（２）に示す通
りと／よる。
このときの検出器４Ｒの位置に対応する番地コードはｒ
ＤｃＢＡＪである。さらに符号板ｌが正方向移動すると
、シフトクロックｅで（３）のようになり、さらにシフ
トクロックｆで（４）のようになる。このとき第２の検
出器４Ｌは、第２図に示したようにシフトレジスタから
押出されたはかりのデータに相当するＢをトラック２上
てとら久ており、データＢを出力している。この（４）
の状態のとぎに符号板が反転して逆方向移動するとシフ
トレジスタ１２が方向弁別回路１４からの弁別信号によ
って左シフト動作に移り、反転直後に到来するシフトク
ロックｆ°により第２の検出器４ＬからのデータＢを右
端のステージに取り込んで（５）の状態となる。この逆
方向移動に伴ってシフトクロックｅ“、ｄｏ・・・によ
り（６）に示すように検出器４ＬからのデータＡ以下が
順次右ステージに取り込まれ、レジスタ１２内で左方ヘ
シフトされていく。このようにして、シフトレジスタ１
２の各段からの出力端子２０ａ〜２０ｄに常に正しいエ
ンコーダ出力が得られるものである。
ここでアブソリュートパターンについて説明する。第１
図の実施例では、前述したようにＮ＝４であるから、ア
ブソリュートコードは２Ｎ＝１６ビツトであり、第１図
（ａ）に示したように、符号板ｌの円周方向へ隣接する
４ビツトを１ビツトづつシフトさせた場合に、前記隣接
する４ビツトに符号板１の一回転に互って同じｒｏ、Ｉ
Ｊの組合せのコート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）が定められており、これは前述した通り、ｒｏｏｏ
ｏ１１０１０１１＋１００１」である。
従って出力端子２７ａを２°、２７ｂを２１２７ｃを２
２２７ｄ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
か得られ、第３図にはそれぞれのアブソリュート信号に
対応する十六進数か右側に出力値として添え書きされて
いる。これから解るように、第３図の隣接４ビット分の
コ［・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ｌを一回転した場合に箇所として
同し数値となっておらず、従ってアブソリュートエンコ
ーダか構成されていることが解る。
アブソリュートコ−ドの配列の決定は次のようにして行
なう。
即ち、ビット数が少ないときは順次試行≦１↑誤的に行
なってもよいが、ビット数か多くなるとコンピュータで
演算させる必要かある。
面述の４ビツトの場合で説明すると、例えば各ピントが
「Ｏ」の場合は必ずあるから、先ず４つの「０」の連続
ｒｏ、Ｏ，Ｏ，ＯＪを考える。そして「ＯＪ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、「０
」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「０」か「１」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ずれはよい。
このようにしてコンピュータに演算させた結果を第４図
（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す。
第４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４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てあり、第４図（ｃ
）は８ビット、即ちＮ＝８の場合のアブソリュートコー
トであり、そして第４図（Ｃ）は１０ヒツト、即ちＮ＝
１０の場合のアブソリュートコートである。
第４図（ｂ）（ｃ）（ｄ）のアブソリュートコートは、
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４６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ｅｆｆｌｌ状に連続
するようにする。
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。
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適用でき
、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。また、本発明は実施例に挙げ
た光学式のものに限らず、磁気式その他の任意の検出方
式のアブソリュートエンコーダに提供できることは述べ
るまでもない。
［発明の効果］ 以上に述べたように、この発明によれば、符号板のアブ
ソリュートパターンをトラック上の所定間隔をあけた三
箇所で別々の検出器によって読み取り、夫々に得られた
直列データを、検出器と符号板の相対移動の正逆方向に
よって左右シフト動作とデータ取り込み端とを選択して
順次所定ビット数の並列データに変換して出力するから
、符号板の相対移動方向の反転時にエンコーダ出力の誤
りが生じることはなく、またアブソリュートパターンの
読み取りにそのトラックに沿ってビット数分の多数の検
出器を所定間隔で配列する必要もなく、必要最低限の検
出器で済むので、簡単な構成で組立調整の比較的容易な
アブソリュートエンコーダを提供す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光学式アブソ
リュートエンコーダの日盛型符号板の模式平面図、同図
（ｂ）は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２図はシフトレジスタのシフ
ト動作の様子を示す説明図、第３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読み取りデータの
直列・並列データ変換の様子を示す説明図、第４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である。 （主要部分の符号の説明） １：符号板 ２ニドラツク（アブソリュート） ３ニドラツク（インクリメンタル） ４Ｒ，４Ｌ：光センサ（アブソリュート）５Ａ、５Ｂ：
光センサ（インクリメンタル）６：回転軸心 １０Ｒ，Ｌ：パルス整形回路 １０Ａ、Ｂ：パルス整形回路 １２：シフトレジスタ １４：方向弁別回路 １６：ワンショットマルチバイブレータ２０ａ〜ｄ：出
力端子

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、 前記検出器として前記トラック長手方向に所定間隔を隔
    てて配置された第１と第２の検出器と、前記相対移動の
    正逆方向を判別する方向弁別手段と、左右シフト入力に
    別々に入力される前記第１と第２の検出器からの直列デ
    ータを前記方向弁別手段の出力に応じて前記相対移動の
    正逆方向別に左シフトまたは右シフトさせながら所定ビ
    ット数の並列データに変換する直列・並列データ変換手
    段とを備えたことを特徴とするアブソリュートエンコー
    ダ。
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