JPH041521A - １トラック型アブソリュート・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］ 本発明は、１本のアブソリュート・トラック上の複数個
の最小読取単位を読取って絶対位置を判別するアブソリ
ュート・エンコーダに関し、最小読取単位を検出するタ
イミングを制御して、出力される数値コードの安定性を
高める方法を提案している。

［従来の技術］ 回転体の回転に伴う角度位置座標値や、直線移動体の移
動に伴う位ｉｆ座標値を検圧する計測器の１つとして、
種々のアブソリュート・エンコーダが知られる。−船釣
に、アブソリュート・エンコーダは、アブソリュート・
トラックを形成した符号板と、このトラックに対して相
対移動可能な検出部とで構成され、その一方が被測定物
に固定されて、被測定物とともに移動する。これにより
両者間に相対移動が発生し、刻々の両者の相対位置にお
いて、検出部が、符号板に形成された座標スケール（＝
アブソリュート・トラック）を読取ることにより、両者
の相対位置に１対１対応した位置座標値としての数値コ
ードが得られる。

このアブソリュート・トラックは、例えば、二進数の序
数列等の適当な数列を最小読取単位の配列で表現したも
ので、数値の区別は、種々の物理的性質−透明度、反射
率、磁化の向き等−の差に置換えである。一方、検出部
には、この物理的性質を検出する検出器として、フォト
センサ、磁気ヘッド等か設けられ、検出器が検出した物
理的性質は元の数値に変換され、複数の数値から元の数
列上の数値コードが再生される。この数値コートは、こ
のときの符号板に対する検出部の位置座標値に対応して
おり、各絶対位置をそれぞれ１対ｌに判別している。

このようなアブソリュート・エンコーダとしては、従来
、所定ビット数本のアブソリュート・トラックから、二
進数をそれぞれ１個ずつ読出して「所定ビット数桁の二
進数序数の数値コート」を組立てる多トラック型アブソ
リュート・エンコーダが一般的であった。しかし、近年
、トラック−パターンを工夫して、１本のトラック上の
複数個の最小読取単位を用いて数値コードを表現するよ
うにした１トラック型アブソリュート・エンコーダが盛
んに開発、報告されている。この１トラック型アブソリ
ュート・エンコーダでは、アブソリュート・トラックの
数列として、全周期系列やＭ系列等の特殊なものが採用
され、ここから読取られる数値コードは、符号板と検出
部のそれぞれの絶対位置を相互に判別するだけのもので
、多トラック型アブソリュート・エンコーダのような規
則的な順序を持たない、しかし、１トラック型アブソリ
ュート・エンコーダでは、アブソリュート・トラックが
１本で済むため、センサ配置や符号板制作に関して種々
の利点が有る。

このような１トラック型のアブソリュート・エンコーダ
の一例として特開平１−１５２３１４号公報には、「ｎ
ビットの全周期系列の数列を光学的な明暗パターンで表
わしたアブソリュート・トラックを符号板上に形成し、
このトラック上のｎ個の連続した最小読取単位を、検出
部に設けたｎ個のフォトセンサで並列に同時検出して数
値コードを組立てる」形式のものが紹介されている。

ここで採用されているアブソリュート・トラックは、全
周期系列と呼ばれる、二進数の数列を表わしたもので、
例えば、−周期１６個の最小読取単位を持つ場合、数列
： ｔｔｒｔ　　・・・−移動方向 に従って、透明部を０、不透明部を１として、最小読取
単位が配列されている。ここで、右端の０１の後は、最
初の００・・・に戻る。一方、検出部には、透明、不透
明を判別するセンサが４偏設けられ、矢印↑で示すトラ
ック上の連続した４個の最小読取単位から４ビツト・コ
ードを読取る。すなわち、この００００が検出される絶
対位置を第１の絶対位置として、検出部が矢印一方向に
移動すると、 第１の絶対位置 第２の絶対位置 第３の絶対位置 ′ｔＳ４の絶対位置 第５の絶対位置 第６の絶対位置 第７の絶対位置 第８の絶対位置 第９の絶対位置 ！１０の絶対位置 ：０ＯＯＯ ：　　ｏｏｏ　　ｔ ：０Ｏ１１ ：０１１０ ：１１０１ ：１０１０ ：０１０１ ：１０１１ ：０１１１ ：１１１１ ｚｒｔの絶対位置　：１１１０ 第１２の絶対位置　＋１１００ 第１３の絶対位置　：１００１ 第１４の絶対位置　・００１０ 第１５の絶対位置　：０１００ 第１６の絶対位置　＋１０００ 第１の絶対位置　：　ｏｏｏ。

という具合に、１６個のそれぞれ異なる数値コードが、
順次、読取られ、符号板に対する検出部の各絶対位置を
１対１に判別する。

ところで、このような１トラック型アブソリュート・エ
ンコーダにおいて、フォトセンサが、最小読取単位の透
明、不透明の境界領域を検出するとその出力が不定とな
り、数値コードの読み誤りを発生するという問題があっ
た。例えば、４個のフォトセンサ■〜■を備えた１トラ
ック型アブソリュート・エンコーダ： ↑↑１↑　・・・−移動方向 ■■■■ において、数値コード０１１０の第４の絶対位置から、
数値コード１１０１の第５の絶対位置に移動するときに
は、３個のフォトセンサ■、■、■の出力反転を伴う。

ところが、境界部で３個のフォトセンサが同時に反転す
るとは限らず、境界部を通じてこれらの出力が、順次、
不定になるとすると、この不安定な領域から得られる数
値コードは、 ０１１０　　：　　第４の絶対位置 ↓↓↓↓ １１０１　　：　　Ｎ５の絶対位置 以外にも、３個のフォトセンサ■、■、■の出力次第で
、 ０１０１　　：　　第７の絶対位置 ０１１１　　：　　第９の絶対位置 １１１１　　：　　第１０の絶対位置 １１１０　　：　　第１１の絶対位置 １１００　　：　　第１２の絶対位置 ０１００　　：　　＠１５の絶対位置 の各数値コードも出力される可能性が有る。

すなわち、この「アブソリュート・トラック上の複数個
の最小読取単位を同時検出する」形式の１トラック型ア
ブソリュート・エンコーダにおいては、１つの絶対位置
から次の絶対位置に移動する際には、必ず、少なくとも
１個のセンサの出力反転を伴うが、境界領域では出力反
転が不定となるため、数値コードの読み誤りを発生する
可能性が有った。

そこで、この問題を解決するために、１トラック型アブ
ソリュート・エンコーダにおいて、読取時期（タイミン
グ）制御手段を設け、全センサが最小読取単位のほぼ中
央にあるときに数値コードの読取りを行い、次に全セン
サが最小読取単位のほぼ中央に達するまでは、−切読取
りを行わない方法が考えられた。

１４図は、インクリメンタル・パターンを用いて読取時
期の制御を行う１トラック型アブソリュート・エンコー
ダの平面構造を示す６本従来例の１トラック型アブソリ
ュート・エンコーダは、符号板に形成したインクリメン
タル・パターン・トラックＴ２を検出部のセンサＳＩで
検出して、センサ群Ｓ１によるアブソリュート・トラッ
クＴ１の読取時期を制御する。

第４図において、符号板Ａには、最小読取単位長さλの
アブソリュート・トラックＴ１と、λごとに反転するピ
ッチ２λのインクリメンタル・パターン・トラック７２
ａとが、透明部を０１不透明部を１として並設されてい
る。一方、検出部Ｂには、アブソリュート・トラックＴ
１検出用の４個のセンサＳａ〜Ｓｄと、インクリメンタ
ル・トラックＴ２検出用のセンサＳｒと、センサＳＩの
出力が反転する瞬間だけ、センサＳ　ａ　−Ｓ　ｄと出
力端子Ｄ　ａ　ＮＤ　ｄとをそれぞれ連絡するゲート回
路Ｇとが設けられている。また、ここで、センサＳａ〜
ＳｄとセンサＳｌの位置関係は、センサＳ■がインクリ
メンタル・トラックＴ２の反転位置を検出するときに、
センサＳ　ａ　％　Ｓ　ｄがアブソリュート・トラック
Ｔ１の最小読取単位のほぼ中央を検出できるように定め
である。

このように構成された１トラック型アブソリュ−ト・エ
ンコーダにおいて、符号板Ａが矢印方向に移動すると、
λの移動ごとにセンサＳｔの出力が反転し、アブソリュ
ート・トラックＴ１の最小読取単位のほぼ中央部に位置
するセンサＳａ〜Ｓｄで読取られた数値コードが出力端
子Ｄａ〜Ｄｄに出力される。

［発明が解決しようとする課題］ 第４図の１トラック型アブソリュート・エンコーダは、
センサ５ａｘＳｄが最小読取単位のほぼ中央に位置する
ときにだけ、数値コードの読取りを遂行するから、上述
の「最小読取単位の境界領域を検出して発生する数値コ
ードの読み誤り」が無い。しかし、この形式のアブソリ
ュート・エンコーダにおいては、２木で済むとは言え、
複数本のトラックが必要であり、符号板における複数本
のトラック間の位相や、検出部における各センサの配置
には、厳密な同期、位置決めが不可欠となる。また、こ
の同期、位置決めは、１トラック型アブソリュート・エ
ンコーダの小型化、高分解能化に伴って、アブソリュー
ト・トラックの最小読取単位が細密化されると困難を増
した。

すなわち、ここでは、従来の多トラック型アブソリュー
ト・エンコーダに対して１トラック型アブソリュート・
エンコーダが有する利点のいくつかを放棄していると言
える。

本発明は、符号板上のトランク本数を増すことの無い、
しかも、「最小読取単位の境界領域を検出して発生する
数値コードの読み誤り」が無い！トラック型アブソリュ
ート・エンコーダを提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明の請求項第１項のエンコーダは、最小読取単位の
長さをλとする１トラック型アブソリュート・パターン
が形成された符号板（Ａ）　　と、ピッチがえで配列さ
れた所定ビット数のセンサからなるセンサ群を有し、符
号板（Ａ）に対して相対移動可能な検出部（Ｂ）　と、 からなる１トラック型アブソリュート・エンコーダにお
いて、 前記センサ群の全センサが出力する矩形波のうち、少な
くとも１つの矩形波の立上り、または立下がりを検知し
て信号を出力する検知手段を設けたもので、同期信号を
自己生成する。

本発明の請求項３４２項のエンコーダは、最小読取単位
の長さをλとする１トラック型アブソリュート・パター
ンが形成された符号板（Ａ）　　と、ｎを２以上の自然
数、ｍを整数とするとき、ｎ個のセンサがピッチλで配
列されたセンサ群が（１／２λ＋ｍ）λ離れて２群設け
られた、前記符号板（Ａ）に対して相対移動可能な検出
部（Ｂ）と、かうなるｎビットの１トラック型アブソリ
ュート・エンコーダにおいて、 一方のセンサ群の全センサが出力する矩形波のうち、少
なくとも１つの矩形波の立上り、または立下がりを検知
して信号を出力する検知手段を設けたもので、 該検知手段の出力信号をトリガーとして、他方のセンサ
群を作動させて絶対位置を検出する。

［作用］ 本発明の請求項各項のアブソリュート・エンコーダは、
「アブソリュート・トラック上の複数個の最小読取単位
を同時検出する」形式の１トラック型アブソリュート・
エンコーダにおける、「最小読取単位の境界領域を検出
して発生する、数値コードの読み誤り」の問題を解決す
るための、読取時期制御手段の例を紹介している。これ
らはいずれも、「アブソリュート・トラック上の複数個
の最小読取単位を同時検出する」形式の１トラック型ア
ブソリュート・エンコーダにおいて、１つの絶対位置か
ら次の絶対位置に移動する際、必ず少なくとも１個のセ
ンサの出力反転が発生することに着目したもので、この
性質を利用して、アブソリュート・トラックから直接、
読取時期の制御等を行うためのトリガー信号を得るよう
にしている。

本発明の請求項第１項のエンコーダでは、検知手段が、
所定ビット数のセンサのそれぞれについて、出力矩形波
の反転の有無を調べ、１つでも反転が検知されると信号
を発生する。この信号は、符号板に対する検出部のλの
相対移動ごとに発信され、最小読取単位の境界検出状態
を含む、中間の位置関係では発信されないから、例えば
、アブソリュート・トラック読取り等の同期信号として
使用できる。

本発明の請求項第２項のエンコーダは、検出部に設けた
２つのセンサ群のうち、一方のセンサ群からトリガー信
号を得て、このトリガー信号のタイミングで、他方のセ
ンサ群でアブソリュート・トラックの読取りを遂行する
。

ここで、検知手段は、一方のセンサ群の出力矩形波を調
べて、そのうち１つのセンサでも反転が検知されるとト
リガー信号を出力する。ここで、このトリガー信号が出
力されるときに、第１のセンサ群から（１／２＋ｍ）λ
ずれた第２のセンサ群は、最小読取単位のほぼ中央に位
置している。従って、トリガー信号のタイミングで、第
２センサ群を用いれば、最小読取単位の境界を検出しな
くて済む、そこで、このアブソリュート・エンコーダは
、トリガー信号とほぼ同時に、第２センサ群により、ア
ブソリュート・トラック上の連続した所定ビット数個の
最小読取単位を同時検出して、絶対位置を表わす数値コ
ードを組立てる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

［実施例１・・・ｎ＝４次＝４ビットの例］第１図は、
本発明の第１実施例であって、請求項第１項の実施例の
アブソリュート・エンコーダの平面構造を示す。これは
、アブソリュート・トラックを検出して、アブソリュー
ト・トラック読取り用のトリ、ガー信号を得るようにし
た１トラック型アブソリュート・エンコーダである。

′ｓ１図において、符号板Ａには、その透明部を０、不
透明部を１として全周期系数列：を表わした、最小読取
単位長さλのアブソリュート・トラックＴのみが形成さ
れている。一方、検出部Ｂには、アブソリュート・′ト
ラックＴから数値コードを読取るためにピッチλで配置
した４個のセンサＳａ〜Ｓｄが形成されている。

また、検出部（Ｂ）には、センサＳ　ａ　％　Ｓ　ｄの
出力を零時調べて、１つでも出力反転があると直ちにト
リガー信号を発生する検知手段Ｗが設けられている。

このように構成されたアブソリュート・エンコーダにお
いて、符号板Ａが矢印方向に移動すると１単位（λ）の
移動ごとに、検知手段Ｗからトリガー信号が発信される
外、センサ５ａ−５ｄの検出信号は出力端子Ｄ　ａ　ｚ
　Ｄ　ｄに常時出力される。

これにより、センサＳａ〜Ｓｄによるアブソリュート・
トラックの読取りから、インクリメンタル・トラックか
らの同期信号に相当する信号（トリガー信号）が得られ
る。

［実施例２・・・ｎ＝４次＝４ビット、ｍ＝４の例］第
２図は、本発明の＄２実施例であって、請求項第２項の
実施例のアブソリュート・エンコーダの平面構造を示す
。

ここでは、３４１センサ群Ｓａ〜Ｓｄの外に、それに相
当する第２センサ群Ｓ　ｅ　ＮＳ　ｈを（１／２＋４）
λ離して設け、かつ、絶対位置の出力端子Ｄａ　ＮＤ　
ｄを第２センサ群Ｓｅ〜ｓｈの側に設け、第２センサ群
と出力端子との間にスイッチ手段Ｇを設けである。

第１図のセンサＳａ〜Ｓｄに相当する第１センサ群Ｓａ
〜Ｓｄの出力を検知手段Ｗに人力することにより、得ら
れるトリガー信号（同期信号）をスイッチ手段Ｇに入力
し、入力したときのみスイッチをＯＮにして、第２セン
サ群Ｓ　ｅ　−Ｓ　ｈの出力を出力端子Ｄ　ａ　−Ｄ　
ｄに出力させる。

第１センサ群と第２センサ群とは位相で言うと１７２　
λずれているので、第１センサ群が単位と単位との境界
位置にあることを示すトリガー信号が出力されたときは
、第２センサ群は単位の中央に位置するので、読み誤り
を生じることは無い。

［実施例３・・・ｎ＝４次千４ビット、ｍ、＝０の例コ
第３図は、本発明の１ｉＳ３実施例であって、請求項！
２項の別の実施例のアブソリュート・エンコーダの平面
構造を示す。これば、トリガー信号の発生と、アブソリ
ュート・トラック読取りとを兼用した２組のセンサ群を
１／２　λずらせて設け、方のセンサ群からトリガー信
号を発生させて、他方のセンサ群でアブソリュート・ト
ラックを読取るようにした１方向アブソリュート・エン
コーダである。

第３図において、符号板Ａには、その透明部を０、不透
明部を１として全周期系数列：を表わした、最小読取単
位長さλのアブソリュート・トラックＴのみが形成され
ている。一方、検出部Ｂには、ピンチ１７２λて配列さ
せた８個のセンサ５ａｘＳｈを備える。従って、４個の
センサＳａ、Ｓｃ、Ｓｅ、Ｓｇが、最小読取単位の境界
部に位置するときに、別の４個のセンサｓｂ、ｓｄ、Ｓ
ｆ、Ｓｈが最小読取単位のほぼ中央部に位置する。

また、検出部には、４個のセンサＳａ、Ｓｃ、Ｓｓ、Ｓ
ｇの出力を常時間べて、１つでも出力反転があると直ち
にトリガー信号を発生する検知手段Ｗ１と、４個のセン
サｓｂ％Ｓｄ％Ｓｆ、Ｓｈの出力を常時間べて、１つで
も出力反転があると直ちにトリガー信号を発生する検知
手段Ｗ２と、検知手段Ｗ１からトリガー信号を受けた瞬
間だけセンサＳｂ、Ｓｄ、Ｓｆ、Ｓｈと出力端子Ｄａ〜
Ｄｄをそれぞれ連絡するゲート回路Ｇ２と、検知手段Ｗ
２からトリガー信号を受けた瞬間だけ、センサＳａ、Ｓ
ｃ、Ｓｅ、Ｓｇと出力端子Ｄ　ａ　−Ｄｄをそれぞれ連
結するゲート回路Ｇ１とが設けられている。

このように構成されたアブソリュート・エンコーダにお
いて、符号板Ａが矢印方向に移動するとその１／２λの
移動ごとに、検知手段Ｗ１と検知手段Ｗ２から交互にト
リガー信号が発信され、ゲート回路Ｇ２とゲート回路Ｇ
１が交互に作動してそのときのセンサＳｂ、Ｓｄ、Ｓｆ
％ｓｈ、またはセンサＳａ％Ｓｃ、Ｓｅ、Ｓｇの検出信
号を出力端子Ｄ　ａ　ＮＤ　ｄに出力させる。これによ
り、第１実施例のアブソリュート・エンコーダの２倍の
分解能が得られる。また、ｉｆ実施例のアブソリュート
・エンコーダと同様な、最小読取単位の中央部のみに限
られた数値コード読取りが達成されるから、「最小読取
単位の境界領域を検出して発生する、数値コードの読み
誤り」の問題が解決される。

［発明の効果］ 本発明の請求項′ｓ１項のエンコーダでは、符号板にイ
ンクリメンタル・トラック等の追加のトラックを形成す
ることなく、符号板と検出部のλの相対移動ごとに同期
信号が得られる。従って、インクリメンタル・トラック
を並設したｌトラック型アブソリュート・エンコーダに
比べて、アブソリュート・エンコーダ全体の構造が簡素
化され、小型化、高分解能化への対応も楽である。

本発明の請求項第２項のエンコーダでは、アブソリュー
ト・トラックの最小読取単位のほぼ中央部分のみを検出
して、数値コードが組立てられるから、「トラック上の
複数個の最小読取単位を同時検出する」形式の１トラッ
ク型アブソリュート・エンコーダに招ける「最小読取単
位の境界領域を検出して発生する数値コードの読み誤り
」の問題が解決される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例のアブソリュート・エン
コーダの構造を示す平面図である。 第２図は、本発明の第２実施例のアブソリュート・エン
コーダの構造を示す平面図である。 第３図は、本発明の第３実施例の一アブソリュート・エ
ンコーダの構造を示す平面図である。 第４図は、従来例のアブソリュート・エンコーダの構造
を示す平面図である。 ［主要部分の符号の説明］ Ａ・・・符号板　　　　　　Ｂ・・・検出部Ｇ・・・ス
イッチング手段　Ｗ・・・検知手段Ｔ・・・アブソリュ
ート・トラック Ｇ１、Ｇ２・・・ゲート回路 Ｓａ〜Ｓｄ・・・センサ Ｓｅ〜ｓｈ・・・センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）最小読取単位の長さをλとする１トラック型アブ
   ソリュート・パターンが形成された符号板（Ａ）と、 ピッチがλで配列された所定ビット数のセンサからなる
   センサ群を有し、符号板（Ａ）に対して相対移動可能な
   検出部（Ｂ）と、 からなる１トラック型アブソリュート・エンコーダにお
   いて、 前記センサ群の全センサが出力する矩形波のうち、少な
   くとも１つの矩形波の立上り、または立下がりを検知し
   て信号を出力する検知手段を設けたことを特徴とする、
   同期信号を自己生成するアブソリュート・エンコーダ
2. （２）最小読取単位の長さをλとする１トラック型アブ
   ソリュート・パターンが形成された符号板（Ａ）と、 ｎを２以上の自然数、ｍを整数とするとき、ｎ個のセン
   サがピッチλで配列されたセンサ群が（１／２＋ｍ）λ
   離れて２群設けられた、前記符号板（Ａ）に対して相対
   移動可能な検出部（Ｂ）と、からなるｎビットの１トラ
   ック型アブソリュート・エンコーダにおいて、 一方のセンサ群の全センサが出力する矩形波のうち、少
   なくとも１つの矩形波の立上り、または立下がりを検知
   して信号を出力する検知手段を設け、 該検知手段の出力信号をトリガーとして、他方のセンサ
   群を作動させて絶対位置を検出することを特徴とするア
   ブソリュート・エンコーダ。