JPH04329312A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２組のセンサを交互に
切り替えて、最小読取り単位の境界領域を避けて１トラ
ック型アブソリュート・パターンを読取るようにした、
センサによるパターン読み誤りの少ないアブソリュート
・エンコーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】アブソリュート・エンコーダは、符号板
に対する検出部の位置の情報を、それぞれの相対位置に
固有な絶対位置信号を用いて出力する計測器である。符
号板と検出部とは相対移動可能に組合せられ、符号板に
は、絶対位置信号の数字を物理情報に置換えて連続的に
配置したアブソリュート・パターン、検出部には、該パ
ターンの物理情報を判別するセンサを有する。アブソリ
ュート・エンコーダは、外観上、帯状の符号板に沿って
検出部が直線的に移動するリニア型のものと、円盤また
は円筒状の符号板に対して検出部が角移動するロータリ
ー型のものに大別されるが、いずれにせよアブソリュー
ト・パターン上に物理情報として記録された目盛情報（
絶対位置信号）を検出部のセンサにより直接に読取り、
再び数字に組立て直して出力する計測器である。

【０００３】アブソリュート・エンコーダとしては、従
来、多トラック型のものが一般的であった。これは、多
トラック型アブソリュート・パターンと呼ばれる、それ
ぞれピッチの異なる並列な複数本のインクリメンタル・
パターンによってアブソリュート・パターンが構成され
る形式のアブソリュート・エンコーダである。多トラッ
ク型アブソリュート・パターンを読取るための検出部に
は、それぞれのインクリメンタル・パターンに対応させ
て基本的には１個ずつ、複数個のセンサが配置され、該
複数個のセンサの出力からバイナリーコードやグレイコ
ードの「順序正しい二進数」からなる絶対位置信号が組
立てられる。

【０００４】例えば、４桁のバイナリーコードを読取る
４トラック型アブソリュート・エンコーダにおいては、
符号板に、それぞれピッチの異なる４本の並列なインク
リメンタル・パターン、 　　　　　　２３　トラック　　…００００００００１
１１１１１１１　　　　　　２２　トラック　　…００
００１１１１００００１１１１　　　　　　２１　トラ
ック　　…００１１００１１００１１００１１　　　　
　　２０　トラック　　…０１０１０１０１０１０１０
１０１　　　　　　　　　　　　　　絶対位置　　　　
ａｂｃｄｅｆｇｈｉｊｋｌｍｎｏｐが形成される。検出
部には、縦に４個のセンサが配置され、４本のトラック
の同一な位相位置を並列に読取って、ａ＝００００、ｂ
＝０００１から順に、ｏ＝１１１０、ｐ＝１１１１まで
、順序正しい二進数の１６個の絶対位置信号ａ〜ｐを得
る。

【０００５】一方、近年では、多トラック型に代って、
１トラック型のものが盛んに研究され実用化されている
。これは、１トラック型アブソリュート・パターンと呼
ばれる１本の不規則なパターンによってアブソリュート
・パターンが構成される形式のアブソリュート・エンコ
ーダである。１トラック型アブソリュート・パターンは
、全周期系列やＭ系列等の特殊な二値数列の１と０を物
理的性質の異る２種類の最小読取り単位に置換えて１列
に並べたものである。一方、検出部には、１トラック型
アブソリュート・パターンに沿って、基本的には最小読
取り単位長さのピッチで複数個のセンサが１列に配置さ
れ、該複数個のセンサの出力から「それぞれ異なるが順
序は全くでたらめな二進数」からなる絶対位置信号が組
立てられる。

【０００６】１トラック型アブソリュート・エンコーダ
は、■アブソリュート・パターンが１本で済む、■多数
のセンサが等間隔で１列に配置されるため、１枚の基板
上に多数のセンサを一括形成したセンサアレイを利用で
きる、■多トラック型の場合のようなトラック相互間で
のセンサ配置の位相調整が不要である、等の理由により
、アブソリュート・エンコーダの小型化および配線を含
む全体構造の簡略化に極めて有利である。

【０００７】例えば、一周期１５個の符号からなるＭ系
列：０００１００１１０１０１１１１を用いた１トラッ
ク型アブソリュート・エンコーダにおいては、符号板に
、該Ｍ系列の０と１を、物理的性質の異なる２種類の最
小読取り単位に置換えて１トラック型アブソリュート・
パターン、 ０００１００１１０１０１１１１ ａｂｃｄｅｆｇｈｉｊｋｌｍｎｏ が形成される。ただし、末尾のｏの次は先頭のａに戻り
、該パターン上のそれぞれの相対位置は左端の英字で代
表される。一方、検出部には、連続４個の最小読取り単
位に対応させて４個のセンサが配置され、ａ＝０００１
、ｂ＝００１０から順に、ｎ＝１１００、ｏ＝１０００
まで、それぞれ異なるが順序はでたらめな二進数からな
る１５個の絶対位置信号を得る。でたらめな絶対位置信
号は、半導体メモリ素子を用いてバイナリーコードに変
換することも可能である。

【０００８】ところで、１トラック型アブソリュート・
エンコーダは、センサが最小読取り単位の境界領域を通
過する際に誤動作（パターンの読み誤り）を起こす可能
性が大きい。すなわち、出力の反転を伴うような最小読
取り単位の境界領域では、センサ出力がもともと不安定
なことに加えて、パターンおよびセンサのピッチの誤差
、センサ特性のばらつき等により、複数個のセンサにお
ける必要な出力反転の時期がずれる場合がある。このと
き、絶対位置信号を構成する二進数の少なくとも１桁が
反転した異常な絶対位置信号が出力されることとなる。

【０００９】このような１トラック型アブソリュート・
エンコーダにおける読み誤りの問題を鑑みて、本願出願
人は、先に特開昭６３−３２２１８９号において、２組
のセンサ群を交互に切り替えることにより、最小読取り
単位の境界領域を避けて１トラック型アブソリュート・
パターンを読取る技術を提案した。

【００１０】図２は、この特開昭６３−３２２１８９号
に係る、従来例のアブソリュート・エンコーダの模式図
である。

【００１１】図２において、符号板１１には、三角マー
クを起点にして、数列：１０１１００１１１１０１００
…の０と１を、長さがλである白部、斜線部、２種類の
最小読取り単位に置替えて形成した１トラック型アブソ
リュート・パターン１２、およびピッチλのインクリメ
ンタル・パターン１４が配置される。一方、符号板１１
に対して相対移動可能に組合わされた検出部１５には、
アブソリュート・パターン１２に対向させて、ピッチλ
／２で８個のフォトセンサを１枚の基板上に一括形成し
たセンサアレイ１６が、また、インクリメンタル・パタ
ーン１４に対向させて、センサ１８が配置される。セン
サアレイ１６は、ピッチλの４個のセンサＰ１〜Ｐ４か
らなる第１センサ群と、センサＱ１〜Ｑ４からなる第２
センサ群とに組分けされる。

【００１２】符号板１１において、パターン１２とパタ
ーン１４は相互にλ／４の位相差を有する。検出部１５
において、センサＱ１〜Ｑ４およびセンサ１８は同一位
相であって、センサＰ１〜Ｐ４に対してλ／２の位相差
を有する。従って、センサ１８がパターン１４の一方の
符号（斜線部）に対向するとき、センサＱ１〜Ｑ４は最
小読取り単位の境界領域に対向し、一方、センサ１８が
パターン１４の他方の符号（白部）に対向するとき、セ
ンサＱ１〜Ｑ４は最小読取り単位の中央部に対向する。 また、センサＱ１〜Ｑ４が最小読取り単位の境界領域に
対向するとき、センサＰ１〜Ｐ４は必ず最小読取り単位
の中央部に対向する。

【００１３】このように構成されたアブソリュート・エ
ンコーダにおいては、センサ１８がパターン１４の斜線
部を検出しているときにはセンサＰ１〜Ｐ４からなる第
１センサ群を、一方、センサ１８がパターン１４の白部
を検出しているときにはセンサＱ１〜Ｑ４からなる第２
センサ群を選択してパターン１２の読取りを行う。この
ようにして、パターン１２上では、常に最小読取り単位
の中央部に位置する側のセンサ群が選択されることとな
り、符号板１１と検出部１５のいかなる相対位置におい
ても、切れ目なく連続的に絶対位置信号が得られ、しか
も、パターン１２の最小読取り単位の境界領域から読取
られた絶対位置信号については外部に出力されないで済
む。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】近年におけるアブソリ
ュート・エンコーダの小型化、高分解能化の要求を満た
すべく、符号板（１トラック型アブソリュート・パター
ン）に対しては一層の微細化が要求されている。しかし
ながら、単に構造的な要素に過ぎない１トラック型アブ
ソリュート・パターンに比較すると、これを読取る機能
的な要素であるセンサの製作は格段に困難であるから、
実際には、センサのピッチの縮小のほうがアブソリュー
ト・エンコーダの高分解能化における技術的な制約条件
となっている。この点において、センサアレイ上のセン
サのピッチを最小読み取り単位長さλの１／２にまで縮
小する必要がある、上述のλ／２ごとに２組のセンサを
交互に切り替える形式のアブソリュート・エンコーダで
は、高分解能化が困難であった。

【００１５】例えば、図２のアブソリュート・エンコー
ダにおいて、センサアレイ１６はピッチλ／２の８個の
フォトセンサＰ１〜Ｐ４、Ｑ１〜Ｑ４からなり、それぞ
れのセンサの開口長さはλ／２以下である。ここで、セ
ンサＰ１〜Ｐ４、Ｑ１〜Ｑ４のピッチの縮小は製作上の
困難さを増すばかりか、出力および耐雑音性の低下をも
たらす。従って現行の設計においては、センサＰ１〜Ｐ
４、Ｑ１〜Ｑ４側の性能および製作上の限界から、セン
サアレイ１６におけるピッチが４０〜５０μｍに先ず定
まり、これに合せて、１トラック型アブソリュート・パ
ターン１２の最小読み取り単位長さλには、８０〜１０
０μｍと言う並み外れて大きな値を採用することを余儀
なくされている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、■符号板と検
出部のいかなる相対位置においても切れ目なく連続的に
絶対位置信号を得ることができ、■１トラック型アブソ
リュート・パターンの最小読取り単位の境界領域を読取
った絶対位置信号は外部に出力されず、しかも■センサ
のピッチを１トラック型アブソリュート・パターンの最
小読取り単位長さの１／２にしなくて済む、高分解能化
が容易なアブソリュート・エンコーダを提供することを
目的としている。

【００１７】本発明のアブソリュート・エンコーダは、
最小読取り単位長さλの１トラック型アブソリュート・
パターンを形成した符号板と、該符号板に対して相対移
動可能な検出部とからなるアブソリュート・エンコーダ
において、前記パターンに長さλおよび配列が同一で位
相がλ／２異る第２の１トラック型アブソリュート・パ
ターンと、ピッチλのインクリメンタル・パターンとを
前記パターンと並列に配置し、インクリメンタル・パタ
ーンから得た二値の信号に対応させて前記パターンと第
２の１トラック型アブソリュート・パターンの一方を選
択して読取る出力手段を設けたものである。

【００１８】

【作用】本発明のアブソリュート・エンコーダにおいて
は、２本の１トラック型アブソリュート・パターンを、
インクリメンタル・パターンが反転するごとに交互に読
替えて絶対位置信号を出力する。すなわち、出力手段は
、インクリメンタル・パターンを読取って得られる二値
の信号が一方の値のときには第１の１トラック型アブソ
リュート・パターンに対して設けたセンサ群を、他方の
値のときには第２の１トラック型アブソリュート・パタ
ーンに対して設けたセンサ群を選択して読取った絶対位
置信号を外部に出力させる。

【００１９】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。

【００２０】図１は、実施例のアブソリュート・エンコ
ーダの模式図である。ここでは、符号板上でλ／２の位
相差を有する２本の１トラック型アブソリュート・パタ
ーンを、検出部上に同一位相に設けた２組のセンサによ
り、交互に読替える。

【００２１】図１において、符号板１には、第１の１ト
ラック型アブソリュート・パターン２と、第２の１トラ
ック型アブソリュート・パターン３と、インクリメンタ
ル・パターン４とが配置される。パターン２とパターン
３は、それぞれ三角マークを起点にして、数列：１０１
１００１１１１０１００…の０と１を、長さがλである
白部と斜線部との２種類の最小読取り単位に置替えて形
成したもので、両者は同一な最小読取り単位長さλと配
列を有し、位相がλ／２異る。また、インクリメンタル
・パターン４は、パターン２およびパターン３に対して
位相がλ／４異る。

【００２２】一方、符号板１に対して相対移動可能に組
合わされた検出部５には、パターン２に対向させてセン
サアレイ６、パターン３に対向させてセンサアレイ７、
パターン４に対向させてセンサ８がそれぞれ配置されて
いる。センサアレイ６、７はピッチλの４個２組のフォ
トセンサＲ１〜Ｒ４、Ｓ１〜Ｓ４を同一の基板上に一括
形成したものであって、フォトセンサＲ１〜Ｒ４とフォ
トセンサＳ１〜Ｓ４とは位相を等しくしてある。また、
センサ８は、センサＲ１〜Ｒ４、Ｓ１〜Ｓ４に対して同
一な位相を占める。

【００２３】従って、センサ８がパターン４の一方の符
号（斜線部）に対向するとき、センサＲ１〜Ｒ４はパタ
ーン２の最小読取り単位の境界領域に対向するが、セン
サＳ１〜Ｓ４はパターン３の最小読取り単位の中央部に
対向する。一方、センサ８がパターン４の他方の符号（
白部）に対向するとき、センサＳ１〜Ｓ４はパターン３
の最小読取り単位の境界領域に対向するが、センサＲ１
〜Ｒ４はパターン２の最小読取り単位の中央部に対向す
る。

【００２４】出力回路９は、センサ８がパターン４の斜
線部を検出するときにはセンサＳ１〜Ｓ４からなるセン
サアレイ７を、一方、センサ８がパターン４の白部を検
出するときにはセンサＲ１〜Ｒ４からなるセンサアレイ
６をそれぞれ選択して出力９ａに接続する。

【００２５】このように構成されたアブソリュート・エ
ンコーダにおいては、パターン４から得られた二値信号
の０と１に応じて、出力回路９がセンサアレイ６とセン
サアレイ７とを交互に切り替え、パターン２とパターン
３とを交互に読取って、絶対位置信号を組立てる。この
ようにして、常に最小読取り単位の中央部に位置する側
のセンサアレイが選択されることとなり、符号板１に対
して検出部５が取り得るすべての位相位置において切れ
目なく連続的に絶対位置信号が得られるにもかかわらず
、パターン２、３の最小読取り単位の境界領域を読取っ
た絶対位置信号については外部に出力されないで済む。

【００２６】また、１個のフォトセンサにおける光電流
出力を見れば、従来例の場合、ピッチ４０μｍ、幅３０
００μｍのフォトセンサから８０ｎＡの出力が得られて
いたのに対して、同一な分解能（最小読取り単位長さ８
０μｍ）の符号板を用いるにもかかわらず、ピッチ８０
μｍ、幅３０００μｍのフォトセンサを採用して１６０
ｎＡの出力が得られる。

【００２７】本実施例においては、符号板における２本
の１トラック型アブソリュート・パターンの位相差をλ
／２、検出部における２組のセンサ群の位相差を０とし
ているが、基本的には、パターンとセンサ群の各組合せ
について、相互の位相関係がλ／２ずれてさえいれば同
様な機能を期待できる。すなわち、２本の１トラック型
アブソリュート・パターンの位相差を０、２組のセンサ
群の位相差をλ／２とする、２本の１トラック型アブソ
リュート・パターンの位相差をλ／４、２組のセンサ群
の位相差をλ／４とするような場合でも同様な機能を期
待できる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１のアブソリュート・エンコーダ
においては、■符号板に対して検出部が取り得るすべて
の相対位置において、切れ目なく連続的に絶対位置信号
が得られ、■１トラック型アブソリュート・パターンの
最小読取り単位の境界領域を読取った絶対位置信号につ
いては外部に出力されず、しかも、■センサのピッチを
１トラック型アブソリュート・パターンの最小読取り単
位長さの１／２にしなくて済む。

【００２９】従って、センサの出力が増して、アブソリ
ュート・エンコーダの回路設計が容易になる。また、１
トラック型アブソリュート・パターンの最小読取り単位
長さを１／２にしても、従来並みにセンサの出力が得ら
れるから、符号板のさらなる高分解能化も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のアブソリュート・エンコーダの模式図
である。

【図２】従来例のアブソリュート・エンコーダの模式図
である。

【符号の説明】

１　　符号板 ２　　１トラック型アブソリュート・パターン３　　１
トラック型アブソリュート・パターン４　　インクリメ
ンタル・パターン ５　　検出部 ６　　センサアレイ ７　　センサアレイ ８　　センサ ９　　出力回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　最小読取り単位長さλの１トラック型
   アブソリュート・パターンを形成した符号板と、該符号
   板に対して相対移動可能な検出部とからなるアブソリュ
   ート・エンコーダにおいて、前記パターンに長さλおよ
   び配列が同一で位相がλ／２異る第２の１トラック型ア
   ブソリュート・パターンと、ピッチλのインクリメンタ
   ル・パターンとを前記パターンに並列に配置し、インク
   リメンタル・パターンから得た二値の信号に対応させて
   前記パターンと第２の１トラック型アブソリュート・パ
   ターンの一方を選択して読取る出力手段を設けたことを
   特徴とするアブソリュート・エンコーダ。