JPH08166256A - アブソリュートエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コストの上昇をもたらすことなく分解能の高
いアブソリュートエンコーダを提供する。 【構成】 インクリメンタルパターン１ｂのピッチをλ
／（２ｎ）と細かくし、それに応じて第１及び第２のア
ブソリュート検出手段２０１ａ〜２０４ａ及び２０１ｂ
〜２０４ｂをλ／（４ｎ）だけずらして形成して、アブ
ソリュートパターン切り替り時の不安底部を排除する。
このようにしてアブソリュートパターンのピッチを細か
くせず、しかも電気信号処理回路を付加せずに、分解能
を高くすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はアブソリュートエンコ
ーダに関し、特にアブソリュートパターンとインクリメ
ンタルパターンとを有するアブソリュートエンコーダに
関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の光学式アブソリュートエン
コーダの構成を示す構成図である。

【０００３】従来の光学式アブソリュートエンコーダに
おいては、図６に示すように、光源３０から出射された
光をコリメータレンズ４０で平行光とし、アブソリュー
トパターン１０ａとインクリメンタルパターン１０ｂと
が形成された（図７参照）メインスケール１０を透過さ
せ、このメインスケール１０を透過した透過光を受光素
子２０１ａ〜２０４ｂ及び２０ｃ，２０ｄ（図８参照）
からなる受光素子アレイ２０で検出し、この受光素子ア
レイ２０から出力される出力信号を信号処理部５０で信
号処理している。

【０００４】メインスケール１０のアブソリュートパタ
ーン１０ａ及びインクリメンタルパターン１０ｂは、例
えば透明基板上に金属皮膜を蒸着して不透明部分と透明
部分とを形成することにより作成される。また、図７に
示すように、アブソリュートパターン１０ａは、最小読
取範囲の幅がλのｍ次（ｍは自然数）の２進循環乱数数
列から作られ、また、インクリメンタルパターン１０ｂ
は、アブソリュートパターン１０ａと同方向に、読取目
盛のピッチをアブソリュートパターン１０ａの最小読取
範囲の幅と等しいλとして形成されている。

【０００５】受光素子アレイ２０は、メインスケール１
０のアブソリュートパターン１０ａの切り替わり時の信
号処理上の不安定要因を取り除くために、図８に示すよ
うに、アブソリュートパターン１０ａの最小読み取り単
位の幅λと等しいピッチλでアブソリュートパターン１
０ａの方向に配置されたｍ個（この例では４個）の受光
素子２０１ａ〜２０４ａと、受光素子２０１ａ〜２０４
ａに対してアブソリュートパターン１０ａ方向にλ／２
だけずらし、且つ受光素子２０１ａ〜２０４ａのピッチ
λと等しいピッチλでアブソリュートパターン１０ａ方
向に配置されたｍ個の受光素子２０１ｂから２０４ｂ
と、互いの出力信号の位相差が９０゜となるようにイン
クリメンタルパターン１０ｂ方向に配置された２組の受
光素子２０ｃ，２０ｄとから構成されている。

【０００６】インクリメンタルパターン１０ｂを透過し
て受光素子２０ｃ，２０ｄで検出されたインクリメンタ
ル信号により、アブソリュートパターン１０ａを透過し
て受光素子２０１ａ〜２０４ａの組及び２０１ｂから２
０４ｂの組でそれぞれ検出されたアブソリュート信号を
信号処理部５０で選択できるようになっている。

【０００７】なお、受光素子２０ｃ及び２０ｄの表面上
には、インクリメンタルパターン１０ｂと等しいピッチ
λで金属皮膜からなる遮光パターンが形成されている。

【０００８】信号処理部５０は、図９に示すように、各
受光素子２０１ａ〜２０４ｂ及び２０ｃ，２０ｄから出
力される出力電流を電流／電圧（Ｉ−Ｖ）変換するプリ
アンプ３０１ａ〜３０５ｄと、各プリアンプ３０１ａ〜
３０５ｄの出力を二値化するコンパレータ４０１ａ〜４
０５ｄと、コンパレータ４０１ａ〜４０４ｂからの出力
信号をコンパレータ４０５ｃから出力されるアブソリュ
ート選択信号により選択的に出力するアブソリュート信
号選択回路６０１ａ〜６０４ｂと、プリアンプ３０５ｃ
の出力信号を反転する反転アンプ３０５ｅと、プリアン
プ３０５ｃと、３０５ｄ及び反転アンプ３０５ｅの出力
間の位相差を更に分割して位相差４５゜，１３５゜の信
号を作成する抵抗器Ｒ１〜Ｒ４（各抵抗器Ｒ１〜Ｒ４の
抵抗値は等しい）と、位相差４５゜及び１３５゜の信号
をそれぞれ二値化するコンパレータ４０５ｃｄ及び４０
５ｄｅと、コンパレータ４０５ｃ及び４０５ｄのそれぞ
れ０゜，９０゜の位相差の信号が入力される排他的論理
和回路７０１と、コンパレータ４０５ｃｄ及び４０５ｄ
ｅのそれぞれ１３５゜，１８０゜の位相差の信号が入力
される排他的論理和回路７０２とを備えている。

【０００９】次に、この信号処理部５０の動作を図１０
のタイミングチャートをも参照しながら説明する。

【００１０】受光素子２０１ａ〜２０４ｂ及び２０ｃ，
２０ｄから出力される出力信号はプリアンプ３０１ａ〜
３０４ｂ及び３０５ｃ，３０５ｄでそれぞれＩ−Ｖ変換
され、プリアンプ３０１ａ〜３０４ｂ及び３０５ｃ，３
０５ｄの出力電圧信号はコンパレータ４０１ａ〜４０４
ｂ及び４０５ｃ，４０５ｄで二値化される。この二値化
されたアブソリュート信号５０１ａ〜５０４ｂは、図１
０に示すように、ａ群の受光素子２０１ａ〜２０４ａか
らの出力信号とｂ群の受光素子２０１ｂ〜２０４ｂから
の出力信号でそれぞれλ／２だけ位相がずれている。こ
れらのアブソリュート信号５０１ａ〜５０４ｂは、コン
パレータ４０５ｃから出力されるピッチλの方形波（デ
ューティ比１：１）２０ｃｃにより制御されるアブソリ
ュート信号選択回路６０１ａ〜６０４ｂにより選択的に
出力される。すなわち、方形波２０ｃｃがＨレベルの時
はａ群のアブソリュート信号５０１ａ〜５０４ａがアブ
ソリュート信号選択回路６０１ａ〜６０４ｂから出力さ
れ、方形波２０ｃｃがＬレベルの時はｂ群のアブソリュ
ート信号５０１ｂ〜５０４ｂがアブソリュート信号選択
回路６０１ａ〜６０４ｂから出力される。このようにし
て、図１０に示すように、アブソリュートパターン１０
ａの切り替わり時にも安定したアブソリュート信号２０
１〜２０４が得られる。

【００１１】一方、受光素子２０ｃ及び２０ｄで検出さ
れ、互いに９０゜の位相差を有するインクリメンタル信
号は、プリアンプ３０５ｃ，３０５ｄでそれぞれＩ−Ｖ
変換され、コンパレータ４０５ｃ及び４０５ｄで互いに
９０゜の位相差を有する方形波に二値化される。また、
プリアンプ３０５ｃの出力電圧は反転アンプ３０５ｅに
より逆相に反転される。この反転アンプ３０５ｅの出力
電圧とプリアンプ３０５ｃの出力電圧は、抵抗器Ｒ１〜
Ｒ４により接続されて位相変換され、それぞれ０゜，４
５゜，９０゜，１３５゜の位相差を有する電圧信号とな
る。位相差４５゜，１３５゜の信号もそれぞれコンパレ
ータ４０５ｃｄ，４０５ｄｅにより方形波に二値化され
る。排他的論理和回路７０１及び７０２には、それぞれ
０゜，９０゜及び４５゜，１３５゜の位相差の方形波信
号が入力されるので、位相が９０゜変わる毎にＨレベル
とＬレベルの変化する出力信号２０ｃ’及び２０ｄ’が
出力される。すなわち、受光素子２０ｃ，２０ｄの出力
信号の元のピッチλの半分のλ／２のピッチの方形波信
号が得られ、これをインクリメンタル信号として用いる
ことによりアブソリュートパターン１０ａ検出の分解能
を向上させることができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来のアブソリ
ュートエンコーダで位置検出の精度を高くするため分解
能を高くするには、図９の回路図に示したようにインク
リメンタル信号の位相を変化させて回路的にピッチの小
さいインクリメンタル信号を作り出すか、若しくはメイ
ンスケール１０上のアブソリュートパターン１０ａ及び
インクリメンタルパターン１０ｂを更に細かく形成する
方法があった。

【００１３】回路的に信号処理をする方法では信号処理
のための回路を形成しなければならずコスト高となり、
パターンを細かくする方法ではアブソリュートパターン
１０ｂの調整に時間がかかり、作業時間が長引いてしま
い、またアブソリュートパターン１０ｂの２進循環乱数
列のビット数が大きくなり設計が難しくなるという問題
点があった。

【００１４】この発明はこのような事情に鑑みなされた
もので、その課題はコストの増加をもたらさずに分解能
を高くすることのできるアブソリュートエンコーダを提
供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１記載の発明のアブソリュートエンコーダは、
最小読取範囲の幅がλで、ｍ（ｍは自然数）次の２進循
環乱数列から作られるアブソリュートパターンと、前記
アブソリュートパターンと同方向に読取目盛りのピッチ
がλ／（２ｎ）（ｎは自然数）のインクリメンタルパタ
ーンとを有する符号板と、前記アブソリュートパターン
との相対移動を検出し、前記アブソリュートパターンの
最小読取単位の幅λと等しいピッチで前記アブソリュー
トパターン方向に配置されたｍ個以上の検出素子を有
し、前記アブソリュートパターンを検出する第１のアブ
ソリュート検出手段と、前記第１のアブソリュート検出
手段とともに前記アブソリュートパターンとの相対移動
を検出し、前記第１のアブソリュート検出手段に対して
前記アブソリュートパターン方向にλ／（４ｎ）だけず
らし、且つ前記第１のアブソリュート検出手段のピッチ
と等しいピッチで前記アブソリュートパターン方向に配
置されたｍ個以上の検出素子を有する第２のアブソリュ
ート検出手段と、前記インクリメンタルパターンと相対
移動し、互いの出力信号の位相差が９０゜となるように
前記インクリメンタルパターン方向に配置された２組の
検出素子を有し、前記インクリメンタルパターンを検出
するインクリメンタル検出手段と、前記インクリメンタ
ル検出手段の出力信号に基づいて、前記第１のアブソリ
ュート検出手段と前記第２のアブソリュート検出手段と
から出力される信号を交互に選択する信号処理手段とを
備えている。

【００１６】

【作用】前述のようにインクリメンタルパターンのピッ
チがλ／（２ｎ）と細かくなり、それに応じて第１及び
第２のアブソリュート検出手段がλ／（４ｎ）だけずら
して形成されているので、アブソリュートパターンの切
り替り時も、安定したアブソリュートパターン検出がで
き、アブソリュートパターンのピッチを細かくせず、し
かも電気信号処理回路を付加せずに、分解能を高くする
ことができる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。この実施例の説明に当たって、図６〜図１０に
示した従来例と同一の構成部分には同一の符号を付し
て、その説明を省略する。

【００１８】図１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構成を示す図であり、この実施例に
おいて、メインスケール１のインクリメンタルパターン
１ｂと、受光素子アレイ２の受光素子２０１ａ〜２０４
ａ及び受光素子２０１ｂ〜２０４ｂ相互間のずれ量と、
受光素子２ｃ，２ｄの表面上に形成される遮光マスクの
ピッチと、信号処理部５の回路構成とが、それぞれ図６
に示す従来例と異なる。

【００１９】図２は、メインスケール１のアブソリュー
トパターン１０ａとインクリメンタルパターン１ｂとを
示す正面図である。アブソリュートパターン１０ａは従
来例と同様に最小読み取り単位の幅がλであるが、イン
クリメンタルパターン１ｂは読み取り目盛りのピッチが
λ／２であり、従来例より細かく形成されている。メイ
ンスケール１は従来例と同様に透明基板上に金属皮膜を
蒸着して各パターンを形成している。

【００２０】図３は、受光素子アレイ２の正面図であ
り、受光素子２０１ａ〜２０４ａの群と受光素子２０１
ｂ〜２０４ｂの群とは、互いにλ／４だけアブソリュー
トパターン１０ａ方向にずらして形成されている。ま
た、受光素子２ｃ，２ｄの遮光マスクは、そのピッチが
λ／２となるように形成している。

【００２１】図４は、信号処理部５の回路構成を示す回
路図であり、図９に示した従来例で分解能を高めるため
に必要とされた反転アンプ３０５ｅ、抵抗器Ｒ１〜Ｒ
４、コンパレータ４０５ｃｄ，４０５ｄｅ及び排他的論
理和回路７０１，７０２が省かれている。すなわち、こ
の実施例ではこれらの回路を必要とせずにこれらの回路
を用いたのと同様な分解能を得ることができる。

【００２２】信号処理部５は、図４に示すように、各受
光素子２０１ａ〜２０４ｂ及び２ｃ，２ｄから出力され
る出力電流を電流／電圧（Ｉ−Ｖ）変換するプリアンプ
３０１ａ〜３０５ｄと、各プリアンプ３０１ａ〜３０５
ｄの出力を二値化するコンパレータ４０１ａ〜４０５ｄ
と、コンパレータ４０１ａ〜４０４ｂからの出力信号を
コンパレータ４０５ｃから出力されるアブソリュート選
択信号により選択的に出力するアブソリュート信号選択
回路６０１ａ〜６０４ｂとを備えている。

【００２３】次に、この信号処理部５の動作を図５のタ
イミングチャートをも参照しながら説明する。

【００２４】受光素子２０１ａ〜２０４ｂ及び２ｃ，２
ｄから出力される出力信号はプリアンプ３０１ａ〜３０
４ｂ及び３０５ｃ，３０５ｄでそれぞれＩ−Ｖ変換さ
れ、プリアンプ３０１ａ〜３０４ｂ及び３０５ｃ，３０
５ｄの出力電圧信号はコンパレータ４０１ａ〜４０４ｂ
及び４０５ｃ，４０５ｄで二値化される。二値化された
アブソリュート信号５０１ａ〜５０４ｂは、図１０に示
すように、ａ群の受光素子２０１ａ〜２０４ａからの出
力信号とｂ群の受光素子２０１ｂ〜２０４ｂからの出力
信号でそれぞれλ／４だけ位相がずれている。これらの
アブソリュート信号５０１ａ〜５０４ｂは、コンパレー
タ４０５ｃから出力されるピッチλ／２の方形波２ｃ’
により制御されるアブソリュート信号選択回路６０１ａ
〜６０４ｂにより選択的に出力される。すなわち、方形
波２ｃ’がＨレベルの時はａ群のアブソリュート信号５
０１ａ〜５０４ａがアブソリュート信号選択回路６０１
ａ〜６０４ａから出力され、方形波２０ｃ’がＬレベル
の時はｂ群のアブソリュート信号５０１ｂ〜５０４ｂが
アブソリュート信号選択回路６０１ｂ〜６０４ｂから出
力される。このようにして、図５に示すように、アブソ
リュートパターン１０ａの切り替わり時にも安定したア
ブソリュート信号２０１〜２０４が得られる。

【００２５】一方、受光素子２ｃ及び２ｄで検出され、
互いに９０゜の位相差を有するインクリメンタル信号
は、プリアンプ３０５ｃ，３０５ｄでそれぞれＩ−Ｖ変
換され、コンパレータ４０５ｃ及び４０５ｄで互いに９
０゜の位相差を有する方形波に二値化される。位相が１
８０゜変わる毎にＨレベルとＬレベルの変化する出力信
号２ｃ’及び２ｄ’が出力される。すなわち、最小読取
りλのアブソリュート信号とピッチλ／２のインクリメ
ンタル信号が得られ、アブソリュートパターンを細かく
（λ／２ピッチ）せずに分解能λ／２を得ることができ
る。

【００２６】上述のように検出すべき移動量に比例して
メインスケール１と受光素子アレイ２とが相対的に移動
し、この相対移動により変化する受光素子の受光量を検
出して信号処理部５で信号処理して移動量を算出する動
作原理は従来例と同じである。このとき、この実施例で
はインクリメンタルパターン１ｂのピッチが従来例の１
／２になっているため、図５のタイミングチャートに示
すように、インクリメンタル信号２ｃ’のピッチが従来
例の半分となっているが、第１及び第２のアブソリュー
ト検出手段をλ／４だけずらすことにより安定したアブ
ソリュートパターンの検出が可能となる。

【００２７】なお、この実施例の信号処理部の回路構成
は電気的に分解能を高める回路構成を用いなかったが、
図９と同一の（又はその他の）電気的に分解能を高める
回路構成を併用してもよく、このことにより更に分解能
を高めることができる。

【００２８】また、上述の実施例では光学式のアブソリ
ュートエンコーダについて説明したが、本発明は光学式
に限定されるものではなく、磁気式等の他の方式による
アブソリュートエンコーダにも適用できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明のアブソリ
ュートエンコーダによれば、インクリメンタルパターン
のピッチをλ／（２ｎ）と細まかくし、それに応じて第
１及び第２のアブソリュート検出手段をλ／（４ｎ）だ
けずらして形成するようにしたので、アブソリュートパ
ターンのピッチを細かくせず、しかも電気信号処理回路
を付加せずに、分解能を高くすることができ、コストの
増大も招かない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の一実施例に係るアブソリュー
トエンコーダの構成を示す図である。

【図２】図２は図１のアブソリュートエンコーダのメイ
ンスケールを示す正面図である。

【図３】図３は図１のアブソリュートエンコーダの受光
素子アレイを示す正面図である。

【図４】図４は図１のアブソリュートエンコーダの信号
処理部の回路構成を示す回路図である。

【図５】図５は図４の回路の動作を示すタイミングチャ
ートである。

【図６】図６は従来のアブソリュートエンコーダの構成
を示す図である。

【図７】図７は図６のアブソリュートエンコーダのメイ
ンスケールを示す正面図である。

【図８】図８は図６のアブソリュートエンコーダの受光
素子アレイを示す正面図である。

【図９】図９は図６のアブソリュートエンコーダの信号
処理部の回路構成を示す回路図である。

【図１０】図１０は図９の回路の動作を示すタイミング
チャートである。

【符号の説明】

１，１０ メインスケール ２，２０ 受光素子アレイ ５，５０ 信号処理部 １０ａ アブソリュートパターン １ｂ，１０ｂ インクリメンタルパターン ２ｃ，２ｄ，２０ｃ，２０ｄ，２０１ａ〜２０４ｂ 受
光素子

フロントページの続き (72)発明者 瀧口 浩志 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 最小読取範囲の幅がλで、ｍ（ｍは自然
   数）次の２進循環乱数列から作られるアブソリュートパ
   ターンと、前記アブソリュートパターンと同方向に読取
   目盛りのピッチがλ／（２ｎ）（ｎは自然数）のインク
   リメンタルパターンとを有する符号板と、 前記アブソリュートパターンとの相対移動を検出し、前
   記アブソリュートパターンの最小読取単位の幅λと等し
   いピッチで前記アブソリュートパターン方向に配置され
   たｍ個以上の検出素子を有し、前記アブソリュートパタ
   ーンを検出する第１のアブソリュート検出手段と、 前記第１のアブソリュート検出手段とともに前記アブソ
   リュートパターンとの相対移動を検出し、前記第１のア
   ブソリュート検出手段に対して前記アブソリュートパタ
   ーン方向にλ／（４ｎ）だけずらし、且つ前記第１のア
   ブソリュート検出手段のピッチと等しいピッチで前記ア
   ブソリュートパターン方向に配置されたｍ個以上の検出
   素子を有する第２のアブソリュート検出手段と、 前記インクリメンタルパターンと相対移動し、互いの出
   力信号の位相差が９０゜となるように前記インクリメン
   タルパターン方向に配置された２組の検出素子を有し、
   前記インクリメンタルパターンを検出するインクリメン
   タル検出手段と、 前記インクリメンタル検出手段の出力信号に基づいて、
   前記第１のアブソリュート検出手段と前記第２のアブソ
   リュート検出手段とから出力される信号を交互に選択す
   る信号処理手段とを備えていることを特徴とするアブソ
   リュートエンコーダ。