JPH10511183A - デジタル入力及び制御装置 - Google Patents

デジタル入力及び制御装置

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JPH10511183A JP8520044A JP52004495A JPH10511183A JP H10511183 A JPH10511183 A JP H10511183A JP 8520044 A JP8520044 A JP 8520044A JP 52004495 A JP52004495 A JP 52004495A JP H10511183 A JPH10511183 A JP H10511183A
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Abstract

(57)【要約】 絶対位置エンコーダは、絶対的な機械的位置をデジタル出力値に変換する。エンコーダの単一トラック回転実施例は、複数の導体ピックアップセグメント(21a、22a、23a、24a、25a)を含み、これら導体ピックアップセグメントは、円形ピックアップトラックに沿って対称に配置されており、それぞれのピックアップセグメントは、それぞれの出力端子(21、22、23、24、25)に接続されている。エンコーダの金属ロータ(27)は、複数の接点(37)を含み、これら接点は、ピックアップトラックに整列して配置されており、ロータが回転するときに、接点が、種々のピックアップセグメントに摺動接触するようになっている。ロータ上の接点は、導電相互接続されており、かつロータとコレクタリング(26a)との間の摺動接続を介して共通の電圧に維持されている。エンコーダの出力は、サイクリックグレイコード順序であり、このサイクリックグレイコード順序は、正確に位置を追跡するために、ROMルックアップテーブルと組合わせて使用してもよい。直線及びマルチトラック実施例も開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】 デジタル入力及び制御装置 発明の分野 本発明は、絶対的な角度又は直線機械的位置をデジタル出力に直接変換する方 法及び装置に関し、さらに具体的には制御情報を入力するために抵抗ポテンショ メータの代わりに使用することができるエンコーダに関する。 発明の背景 現代の電子装置のユニットは、一般に大量のデジタル回路を含んでいる。それ 故にノブの角度位置(又はスライダの直線位置)をデジタル値に直接変換する入 力装置を設けることが望ましい。このタイプの装置は、一般に“デジタル位置エ ンコーダ”(又は単に“エンコーダ”)と称するが、用語“デジタルポテンショ メータ”も使用される。抵抗ポテンショメータの代わりとして市場に受け入れら れるために、エンコーダは、競争可能な価格設定がなされなければならない。 市場において入手可能なデジタル制御装置には少々選択巾がある。例えばグレ イコード化絶対エンコーダは、サン・ホセ、カリフォルニアに米国事務所を有す る日本のアルプス電気から部品番号EC24BGとして入手できる。ロータリー スイッチも、とりわけアルコスイッチ(Alcoswitch)、CTS、EBE、ニッカイ (NIKKAI)及びオムロンから入手することができる。これら要素のすべては、きわ めて低い分解能(典型的には16位置)を有する。これらすべては、それぞれの 出力ビットがコーディングディスク上の分離した平行トラックを利用する点にお いて、伝統的な構成を有する。これら装置は、それらの意図した目的に対して適 当であったが、一方これらは、かさばり、高価であり、かつ汎用ポテンショメー タとして使用するために理想的に適しているわけではない。 “アブソリュート・デジタル・ポジション・エンコーダ”と称する本特許出願 人所有の係属中の米国特許出願出願番号第08/201,739号明細書は、絶 対的機械的位置情報をデジタル出力に変換する方法及び装置を開示している。こ の係属中の出願に開示された方法及び装置は、伝統的な抵抗ポテンショメータを 越える本質的な改善を表し、かつそれらの意図した目的に対して大いに満足なも のであった。それにもかかわらず通常のポテンショメータに対する市場における より好ましい競争のために、わずかな部品かつ低コストで構成することができる 機能的に等価な方法及び装置を提供することが望まれる。 好適な実施例の要約 本発明は、ノブ(又はスライダ)のそれぞれの個別の位置又は設定に対応する 独自のデジタルコードを有する、ノブの角度位置(又はスライダ要素の直線位置 )をデジタル出力値に変化する絶対位置エンコーダを含んでいる。エンコーダの ための出力コードの順序は、グレイコード順序であり、その際、ノブ又はスライ ダのそれぞれ連続する位置によって、正確に1つの出力ビットが状態を変化する 。 好適な単一トラック回転実施例において、エンコーダは、円形ピックアップト ラックに沿って対称的に配置された多重の同じ長さのピックアップセグメントを 有する定置の部材を含み、それぞれのピックアップセグメントは、それぞれの出 力端子に接続されている。エンコーダの金属ロータは、それぞれの金属ワイパ上 に形成された点接点を有する。点接点は、円形ピックアップトラックに整列して ロータ上に配置されているので、点接点は、ロータが回転するとき、種々のピッ クアップセグメントに摺動接触しかつ外れる。ロータは、ロータとアース接続さ れたコレクタリングとの間の摺動接続を通してアースレベルに維持されている。 したがってロータは、ロータが回転するとき、種々のピックアップセグメントを アース接続する。所定のピックアップセグメントが、点接点の1つに接触するこ とによってアースに引き付けられないとき、このピックアップセグメントは、そ れぞれの引き上げ抵抗を介して高レベルに引き付けられる。したがって出力は、 多重ビットの2進値である。エンコーダのグレイコード化出力順序は、ロータに おける点接点の相対角度位置に“組込まれる”。 ステータに取付けられた電気的に絶縁された分離したワイパを有する前に引用 した係属中の出願に開示された単一トラック回転接点エンコーダと比較して、本 発明は、すべてのワイパ及び点接点を、スタンピングされた単一の金属ロータ上 に設けることを可能にする。したがって部品の数は減少し、かつ製造プロセスは 簡単化される。さらにロータは、もはや導体及び非導体部分の組合せを含む必要 がない。 単一トラック回転エンコーダの3進(3つの出力レベル)コードの実施例にお いて、ワイパ及び点接点の第2のセットは、ロータ上に設けられており、かつピ ックアップトラックに整列して配置されている。点接点のこの第2のセットは、 接点の第1のセットから電気的に絶縁されている。さらに接点の第2のセットは 、Vccの給電電圧に維持されているが、一方第1のセットの接点は、アースに 維持されている。ロータが回転するとき、それぞれのピックアップセグメントは 、Vcc開回路状態とアースとの間において交代する。 本発明の直線の2トラック実施例において、エンコーダは、それぞれのワイパ 上に設けられた多重の点接点を有するスライダを含んでいる。点接点は、すべて 一緒に導電接続されており、かつスライダとアース平面との間の摺動接触を介し てアースに維持されている。点接点は、2つのグループに分割されている。点接 点の第1のグループは、第1の直線ピックアップトラックに沿って整列されてお り、この第1の直線ピックアップトラックに沿って多重ピックアップセグメント が設けられている。点接点の第2のグループは、第2のピックアップトラックに 沿って整列されており、この第2のピックアップトラックに沿ってピックアップ セグメントの第2のセットが設けられている。第1のピックアップトラックに沿 って得られる出力順序は、モジュロ30順序であり、かつ第2のピックアップト ラックに沿って得られる出力順序は、モジュロ25順序である。正味の出力は、 300の位置のグレイコード順序である。 図面の簡単な説明 本発明のいくつかの好適な実施例を以下添付図面を参照して詳細に説明する。 ここでは、 図1aは、前に引用した係属中の出願に開示されたタイプの位置制御装置の図 式であり、 図1bは、出力コードの順序を示す表であり、 図1cは、本発明を実施する位置制御装置の第1の実施例の図式であり、 図2は、図1cの実施例に相当しかつ6ピンデュアルインラインフォーマット にパッケージされた30位置エンコーダの展開図であり、 図3は、図1cのエンコーダを含みかつ電源オン/オフ機能を実行する回路の 模式図であり、 図4aは、本発明の第2の実施例による128位置エンコーダにおける定置の ピックアップセグメントのセットにより検出される状態を表わすマトリクスの図 式であり、 図4bは、図4aのマトリクスにおける行のそれぞれ1つに等価の最小の2進 値をそれぞれ表わす16の行又は“ネックレス(necklaces)”の図式であり、 図4cは、図4aのマトリクスに相当しかつプリント回路基板に埋め込まれた 128装置の斜視図であり、 図5は、3進コードに基づきかつ本発明の第3の実施例を表わす32位置エン コーダの図式であり、 図6は、2つの平行コード順序配置を特徴づけかつ本発明の第4の実施例を表 わす直線エンコーダの説明図である。 好適な実施例の説明 図1aは、係属中の米国特許出願出願番号第08/201,739号明細書に 開示されたタイプのエンコーダ16を図式的に示している。本発明は、エンコー ダ16と同じ基本機能を実行する改善された装置に関する。したがって本発明の 一層良好な理解を容易にするために、エンコーダ16の機能を簡単に説明する。 とくにエンコーダ16は、単一トラックで、30位置の2進エンコーダである 。5つの定置の接点要素1ないし5があり、これら接点要素は、72度の等間隔 の角度間隔を置いて定置の部材(図示せず)上に固定されている。それぞれの接 点要素1〜5は、それぞれの出力端子A〜Eに導電接続された弾性ばね要素又は “ワイパ”として形成されている。回転可能に支持されたロータ7は、角度間隔 を置いた3つの導体セグメント7a、7b及び7cを有し、これら導体セグメン トは、互いに電気的に接続されており、かつ別の接点要素又はワイパ6を介して アースに電気的に接続されている。2つの導体セグメント7a及び7bは、同じ 角度長さを有するが、一方第3の導体セグメント7cは、それより長い角度長さ を有する。非導体ロータセグメント7d、7e及び7fは、図示したように導体 セグメント7a〜7cの間に離されている。定置の接点要素1〜5は、接点要素 1〜5が、ロータセグメント7a〜7fと摺動可能な機械的接触するように、ロ ータ7に対して相対的に配置されている。接点要素1〜5は、例えばロータ7の 軸 (図示せず)が延出、通過している。プリント回路基板又はその他の基板に接点 要素1〜5を取付けることによって、配置してもよい。接点要素1〜5の1つが 導体セグメント7a〜7cの1つに摺動接触しているとき、この接点要素は、ア ースに接続されている。図示した動作位置において、接点要素5だけがアースに 接続されている。所定の接点要素1〜5が、導体セグメント7a〜7cのどの1 つにも接触していないとき、これは、相応するプルアップ抵抗を介して給電電圧 Vccに引き付けられる。 エンコーダ16の出力端子A〜Eに生じる2進順序は、図1bに表にされてお り、かつ図1aのロータ7が一時に1ステップで時計方向に1完全回転したとき に結果として生じる30の明確な出力組合せ(又は“コード”)を含む。この順 序は、隣接する5ビット出力コードの間において“1”のハミング距離を示し( すなわちロータ7を回転したときに、5つの出力ビットのうち1つだけが変化し )、したがってグレイコード順序である。当該技術分野の専門家には明らかなよ うに、一時に1つだけの出力信号線が状態を変えることができるので、グレイコ ード出力順序は、出力値の信頼できるデコードを提供する。ROMベースのルッ クアップテーブルを使用すれば、5ビット出力コードは、その大きさが定置の部 材に対して相対的なロータ7の絶対位置を表わす2進値に変換することができる 。 図1aから明らかなように、エンコーダ16は、6つの異なった接点要素1〜 6のセットを必要とし、これら接点要素は、互いに電気的に絶縁して取付けなけ ればならず、接点要素1〜5は、正確な角度整列で取付けられる。さらにロータ 7は、導体及び絶縁材料の組合せを必要とする。その結果、この構成は、所望の ように抵抗ポテンショメータと競合できるものではない。したがって本発明によ る改善されたエンコーダが開発されたので、ここに説明をする。 図1cは、本発明によるエンコーダ17の第1の実施例を図式的に示している 。ロータ8は、今度は接点要素又はワイパアセンブリーである。とくにロータ8 は、5つの弾性接点要素又はワイパ8a〜8eを備えた単一の金属部品として形 成されている。ワイパのうち4つ8a〜8dは、同じ長さを有し、かつそれらの 端部の近くにそれぞれの点接点を有する。第5のワイパ8eは、それより短い長 さを 有し、かつ18のところにおいてアースに接続された定置のコレクタリング10 に沿って摺動する。他の従来的な手段もロータ8のアースを維持するのに用いる ことができる。例えばロータ8は、アースに接続された軸(図2及び4cにおけ るような)に接続してもよい。 エンコーダ17は、5つの定置の円弧形導体ピックアップセグメント11ない し15を有し、これら導体ピックアップセグメントは、それぞれの出力端子A’ ないしE’に導電接続されている。ピックアップセグメント11〜15は、単一 の円形ピックアップトラックに沿って設けられており、このピックアップトラッ クは、位置に関して4つの長い方のワイパ8a〜8dの点接点と一致している。 ピックアップセグメント11〜15のそれぞれは、ピックアップトラックに沿っ て同じ長さを有し、この長さは、エンコーダ17の4つの連続位置又は設定に相 当する。コレクタリング10とピックアップセグメント11〜15は、共通の基 板(図2に示すステータ19を有するように)上に設けてもよい。ロータ8の4 つの長い方のワイパ8a〜8dは、種々の所定の角度間隔だけ互いにオフセット されている。これら4つのワイパ8a〜8dのそれぞれは、ロータ8が回転する とき、連続するピックアップセグメント11〜15に摺動接触しかつ外れるよう に動く。所定のピックアップセグメント11〜15がワイパ8a〜8dの1つに 接触しないとき、対応する端子A’〜E’は、それぞれの引き上げ抵抗16を介 して高レベルに(すなわちVccに)引き付けられる。 エンコーダ17は、図1aにおけるエンコーダ16と機能的に等価であり、ロ ータ8の回転が、出力端子A’ないしE’に同じグレイコード順序(図1b)を 発生するという点において等価である。しかしながらグレイコード出力順序は、 今度はワイパ8a〜8dの相対角度位置内に“組込まれている”。エンコーダ1 7の大きな利点は、新しい構成がきわめて効率的に製造できるということにある 。例えばワイパ8a〜8eは、今や互いに導電接続されているので、エンコーダ 17は、プリント回路基板又はその他の基板上に分離しかつ電気的に絶縁したワ イパを正確に取付ける必要なく製造することができる。さらにロータ8は、非導 体部分を含んでいないので、スタンピングされた金属部品のように安価に製造す ることができる。 なお、前記のエンコーダ16及び17(及び後で説明するエンコーダ50、6 0及び70)は、現在のデジタル出力が過去の動作に関係なくノブ(又はスライ ダ)の現在の絶対位置を表わすので、“絶対”位置エンコーダである。このこと は、現在の位置を判定するために位置のそれぞれの増分変化の追跡を維持する“ 増分”位置エンコーダとは対照的である。増分エンコーダより有利に、絶対エン コーダは、機械的に“ゼロ設定”することなく、電源供給の際に絶対位置を検出 することができる。さらに絶対エンコーダの出力は、位置の間の検出されない遷 移が出力の有効性を害さないので、典型的に低速でサンプリングすることができ る。 図2は、図1cのエンコーダ17の1つの好適な構成の展開斜視図を示してい る。ステータ19は、6つの端子21ないし26を有するデュアルインラインパ ッケージとして構成されている。端子21〜25は、図1cの出力端子A’〜E ’に対応し、かつ端子26は、アース接続18に対応している。端子21〜25 は、それぞれの円弧形ピックアップセグメント21a〜25aに導電接続されて いる。端子26は、コレクタリング26aに導電接続されている。それぞれの端 子21〜25及びそれぞれのピックアップセグメント21a〜25aは、単一の 金属片として形成されており、この金属片は、ステータ19の基板部分20に取 付けられ、かつ一部その中に収容されている。端子26及びコレクタリング26 aは同様に形成することができる。その代わりにピックアップセグメント21a 〜25a及びコレクタリング26aは、基板20上のレーンとして形成してもよ く、かつそれからはんだ付けによってそれぞれの端子21〜16に導電接続して もよい。出力端子A’〜E’に接続された引き上げ抵抗16(図1c)は、デュ アルインラインパッケージから、かつその外部に離れており、それ故に図2には 示されていない。 金属ロータ27(図1cのロータ8に相当する)及びラッチ要素29は、軸2 8によって回転させられる。軸28は、一方の側に扁平部28aを有し、この扁 平部は、ロータ27及びラッチ要素29における非円形開口と共同動作して、こ れら部品の相対回転を阻止するようにする。ロータ27は、4つのワイパ36を 含み、それぞれのワイパは、その端部に点接点37を有する。点接点36は、ピ ックアップセグメント21a〜25aの位置に一致する単一円形トラックに整列 されている。点接点37は、軸線方向にステータ19の方向に突出しており、か つ軸28が回転したとき、ピックアップセグメント21a〜25aに接触する。 ロータ27も、コレクタリング26aに接触するために、アース接点38(図2 に点接点として示す)を有する。弾性を有するばね状のワイパ36の使用は、点 接点36とステータ19との間の連続的な接触を維持することを補助する。しか しながらワイパの使用は必須のことではなく、ステータ19に対して点接点37 を押付けるその他の通常の手段を使用してもよい。ロータ27の信頼性及び耐久 性を増加するために、図2に示すそれぞれの点接点37に対して、1つ又は複数 の“冗長な”点接点を設けてもよい(それぞれの冗長な点接点は、対応する点接 点37と同じ半径の線上に沿って配置される)。 ロータ27は、ロータ27に面したラッチ要素29の側に設けられた形状30 (破線で示す)と相互ロックされている。ロータ27とは反対の側において、ラ ッチ要素29は、半径方向に延びた30ののこぎり歯部31の円周帯を有する。 ラッチ動作は、リングばね32によって達成され、このリングばねは、ラッチ要 素29とロータ27と軸28との30の望ましい角度位置を定義するために、ば ね32によって弾性的にのこぎり歯部31の帯に摺動可能にはまるようにされる 曲がったラッチ部分37を有する。ばね32によってラッチ要素29に加えられ る弾性力は、ロータ27をステータ19に押付けるために、ロータ27に伝えら れる。 蓋34は、装置を閉じている。蓋34は、ステータ19に面した側に円筒形開 口35(破線で示す)を有し、この開口は、種々の回転要素を収容している。2 つの切り欠きが、円筒形開口35の直径上に対向する側から半径方向外方へ突出 しており、かつばね32を固定するために、リングばね32に設けられたそれぞ れのタブ33を収容している。軸28及び関連する部品の回転を360°以下の 範囲に制限するために、通常の停止部品を加えることができる。有利にも本発明 による単一トラックエンコーダは、大きな中心穴を有するサブミニチュアパッケ ージ内に収容することができるが、一方満足すべき分解能を提供する。小さなパ ッケージにエンコーダ17を製造する能力は、多重同心トラックを使用する多く の従来の技術とは相違して、一部1つのトラックだけを使用するということによ る。寸法の減少も、ロータに対するワイパの運動によって可能になる。 多くの用途において、エンコーダの軸がゼロ位置にあるときに、関連回路の電 源を遮断することが望ましい。これは、例えばエンコーダがラジオのための音量 制御装置として使用される場合である。エンコーダ17は、専用スイッチ構造を 必要とすることなく、このようなオン/オフ機能(汎用制御装置として使われる ことに加えて)を実行するために使用するができる。図1bによれば、エンコー ダ17のため選ばれた“0”位置は、コードワード“01111”に対応してい る。機械的停止部は、完全反時計方向又は“オフ”位置としてこのゼロ位置を確 定することができる。この時、デコード回路は、この値が存在するときに、問題 の電子装置の電源を遮断するために利用することができる。図3は、このような 機能を実行する回路を示している。回路は、それぞれの入力端子がエンコーダ1 7の出力端子A’、B’、C’及びD’に接続された4入力ANDゲート47を 含んでいる。ANDゲート47の出力端子は、PNPスイッチトランジスタ48 のベースに接続されており、このPNPスイッチトランジスタは、DC電源49 からラジオ電子装置46に電流を伝達するスイッチとして使われる。DC電源4 9は、それぞれの引き上げ抵抗44を介してエンコーダ17の出力端子A’〜D ’にも接続されている。エンコーダ17の出力端子E’は、引き上げ抵抗45を 介してトランジスタ45のコレクタに接続されている。線A’〜D’上のエンコ ーダ17の出力が“1111”以外のいずれかの値であるとき、ANDゲート4 7の出力は低レベルであり、トランジスタ48をオン状態に維持し、かつラジオ 電子装置46に電流が流れることを可能にする。したがってエンコーダの軸がゼ ロ位置以外の29の個別位置のうちの1つにあるとき、電源は、ラジオ電子装置 46に供給される。これら非ゼロ位置は、例えばラジオのために29の個別音量 設定を定義するために利用することができる。線A’〜D’上のエンコーダ17 の出力が“1111”であるとき(エンコーダの軸がゼロ位置にあるとき)、ト ランジスタ48はターンオフし、電子装置46を効果的に電源49から遮断する 。 今度はエンコーダ17の任意の特徴について説明する。図1bによれば、コー ド“11111”は出力順序に現われない。この独自の出力コードを発生するた めに、軸28は、図2における矢印の方向に押され、ロータ27がアース接続さ れたコレクタリング26aから外れるまで、軸29の扁平な部分28bをロータ 27に接触させかつ押す(ばね32によって発生される逆向きの力に抗して)。 ロータ27がコレクタリング26aから離れると、引き上げ抵抗(図1c)は、 出力端子21〜25を高レベルに引き付け、コード値“11111”を生成する 。このコード値は独自なので、特殊機能に割当てることができる。例えばこのコ ードを検出するために、かつ“センド”又は“エンター”指令を発生するために 、5つの入力ANDゲートを使用することができる。軸28を解放した際に、ば ね32は、ロータ27をその軸線方向初期位置に戻し、かつ角度位置に基づく出 力コードが回復させられる。 エンコーダ17のグレイコード化出力順序は、ワイパ8a〜8d(図1c)の 相対角度位置に、かつピックアップトラックに沿ったピックアップセグメント1 1〜15の構成に組込まれている。図1c及び2に示されたエンコーダ17に関 して、ピックアップセグメントは、ピックアップトラックの回りに対称的に離れ ており、それぞれのセグメント11〜15は、4つの個別的なエンコーダ位置に 相当する長さを有する。ピックアップセグメントのこの対称構成は、サイクリッ クな出力を生成し、その際、1つのサイクルの間に1つの出力に認められる状態 の順序は、次のサイクルの間の次の出力において繰返される。出力順序のこの特 性は、図1bにおいてもっともよくわかり、ここにおいて参照文字40及び41 は、エンコーダ17の分離した6つの位置サイクルを表わしている。図1bにお いて、5つの出力コードのそれぞれのブロック(ブロック41のような)は、列 が位置1つだけ下方へ回転することを除いて、前のブロックと同じであることに 注意する。例えば列“000011”、“111000”、“110000”、 “100001”及び“111111”は、それぞれ40における接点E、D、 C、B及びAに相当し、かつそれぞれ41における接点D、C、B、A及びEに 相当し、かつ以下同様である。したがって出力順序は、6つの位置ごとの後に自 身を繰返すが、出力端子A〜Eは位置1つづつ回転する。位置0における出力コ ード“01111”と位置29における出力コード“00111”が、1つのデ ジットだけにおいて相違していることにも注意する。したがって出力は、サイク リックグレイコード順序である。 今度は本発明によるエンコーダの数学的な特徴について説明する。図4aは、 エンコーダの16の連続する位置0〜F(又は1サイクル)の間の出力コード順 序を表わしており、このエンコーダは、図1c及び2のエンコーダ17に似てい るが、このエンコーダは、128の角度位置を有し、かつ接点A〜Hに8ビット 2進出力を生成する。順序は、16のセルの8つの行として表にされており、黒 いセルは、アース接続される接点を表わしている。列は、128の角度位置又は 増分の16を通してステップするときに、8つの接点AないしHのそれぞれが出 合う状態を表わしている。図4aに示された16の出力コードの順序は、それぞ れ連続するサイクル(8つのサイクルの合計に対して)で自身を繰返し、出力端 子AないしHは、それぞれ連続するサイクルとともに1桁づつ上方へ回転する。 したがって128の8ビット出力コードの全順序は、図4aに示されたコード順 序によって完全に特定される。 ここで、図4aのコード順序の特性に転じると、第1に128のコードバイト すべてが相違していることを証明することが必要である。このことは、ネックレ スとして周知の数学的構想に再分類することによって行なわれる。ネックレスは 、互いにサイクリックな順列であるすべての要素の1つの候補者(この場合8ビ ットコード)を表わしている。ネックレスを発生する良好な記述及びアルゴリズ ムは、フランク.ラスキー(Frank Ruskey)、“ジェネレイティング・ネックレス ”、ジャーナル・オブ・アルゴリズム、第13巻、第414〜430頁、199 2に認められる。本アルゴリズムは、すべてのサイクリック順列を通して回転す るので、現在のコードが16の異なったネックレスから作られることを確実にす ることが重要である。図4bは、ネックレス及び複数の黒い玉を示しており、そ れぞれのネックレスは、それぞれの行に等価な最小2進数として(ここでは黒= 0)示されている。 図1bに示された出力順序によるもののように、正確に1つの出力ビットが隣 接するコードワード(コードワード127と0も含めて)間において相違するの で、図4aによって示された128のコード順序がグレイコード順序であること は証明することができる。 図4cは、図4aのコードテーブルの物理的な構成であるエンコーダ50を示 している。この場合の導体ピックアップセグメント51は、直接回路基板52上 に設けられており、かつ単一ピックアップトラックの回りに完全に対称に配置さ れている。それぞれのピックアップセグメントは、図4aにおける黒いセルの水 平の帯がそれぞれ8つのセル幅を有するので(後でさらに説明するように)、8 つのロータ位置に相当する長さを有する。角度情報は、ワイパ53上におけるそ れぞれの点接点の相対角度位置によって生じる。点接点の相対角度位置は、図4 aにおける8つの白ないし黒の遷移の相対位置に相当する。ノブ54及び軸55 は、ブシュ56によって回路基板52上に支持されている。アースは、ワイパ5 7によってリング58からピックアップされる。 図4aによれば、それぞれ8つのセル幅である黒いセルの8つの水平な帯があ り、帯の1つが、列E(行C〜F)と列D(行0〜3)との間において“割れて いる”ことに注意する。次の16の位置の順序が発生されるとき(1つの位置づ つ上方へ列A〜Hを回転することによって)、列Dの最初にここで現われる半分 の幅の帯は、列Eの最後における半分の幅の帯と一列に並べられることに注意す る。さらに最後のサイクルにわたって16の位置の順序の最後に現われる半分の 幅の帯(7つの位置だけ上方へ列A〜Hを回転することによって得ることができ る)は、列Dにおける半分の幅の帯と一列に並べられることに注意する。したが って全体で128の位置順序は、種々の数の白いセルによって分離される黒いセ ルの等しい長さの帯を含んでいる。黒いセルのすべての帯は、同じ長さのものな ので、8つの点接点の合計(図4aにおける等しい長さの帯の数に相当する)が 、ピックアップトラックに沿って設けられていなければならない(図4cに示す ように)。黒いセルの1つ又は複数の帯が異なった長さを有すると、ロータ上に それより多くの数の点接点が必要である。したがって図4a〜4cによって示し た解決策は、“最適な”解決策であり、ここにおいてロータにおけるワイパの数 は最小になっている。 図1cにおける30位置エンコーダ17は、非最適解決策の例である。図1b において、出力順序が、4つの黒いセルの2つの帯(すなわちゼロの帯)及び7 つのセルの1つの帯を特徴づけており、7つのセルの帯が、1つの位置だけ重な り合う2つの4セル帯に相当することに注意する。すべてのセルが同じ長さを有 するわけではないので、3つのワイパの最小数を越えなければならない。特に第 4のワイパ(8cまたな8d)は、7つの連続するゼロの順序を得るために設け なければならない。図1cにおいて、ワイパ8c及び8dは、3つのセルだけ離 して配置されるので、所定のピックアップセグメントは、ワイパ8c及び8dが このセグメントを通過するときに、7つの連続する位置にわたってアース接続さ れることに注意する。なお、図1cの4つのワイパ8a〜8dは、それでもなお 、図1aのエンコーダ16によって使用される5つのワイパ1〜5よりも少ない 。 前記のことから明らかなように、適当な出力順序(図1c及び4aの順序のよ うな)は、図1c及び4cに示したタイプのエンコーダを構成するために発生さ れなければならない。このような出力順序は、なるべくそれぞれのエンコーダ位 置に対して独自のコードを有するサイクリックグレイコード順序である。さらに 可能な場合には、順序内のゼロのすべての帯は、同じ長さのものにする。出願人 は、これら所望の特性を有するコード順序を数学的に発生する技術について現在 気付いていない。したがって適当な順序は、現在組合せの試行錯誤によって発生 するしかない。 図1aに示されたタイプのエンコーダと比較して、本発明による“最適化され た”エンコーダに1つの小さな欠点がある。特に所定の数の出力ビットに対する 位置の最大の数は、図1aによって示されたアプローチよりも、図4cに示され たタイプのエンコーダに対して少ない。例えば8ビット出力を有するエンコーダ に関して、ワイパがステータ上にあれば(図1aに示すように)、240ステッ プの最大値が可能であるが、一方本発明にしたがってワイパがロータ上にあると 、144のステップの最大値しか可能でない。しかしながら可能な最小の数より 多くのワイパを使用することを意図し(図1cにおけるように)、又は同等に別 のものより幅広い連続した“黒”セルの少なくとも1つの帯を設けることを意図 した場合、解決策の選択は広がる。 前記のタイプの新規なエンコーダに対して、完全な360度の回転に対する増 分の総数は、出力ビットの数の数倍でなければならない。したがって例えばエン コーダ17は、30の位置(5の倍数)を有し、かつ図4cに示したエンコーダ は、128の位置(8の倍数)を有する。この条件は、可能なコード長さの選択 を制限する。音量制御のような多くの用途にとって、位置又は増分の数は厳密で はない。その他の場合において、360度を特定の数のステップに割ることは望 ましいことがあり、10進又は2のべき乗は好ましい選択である。 図5は、3進コード(すなわちそれぞれのデジットが3つの状態のうち1つを とることができるコード)に基づいた32位置エンコーダ60を示している。再 びステータ(ステータは図示せず)上に配置された4つの同一のセグメント61 ないし64が存在する。4つのワイパ65及び66は、図5においてワイパ65 及び66が2つの導体リング67及び68にそれぞれ接続されていることを除外 して、2進の場合(図1c)と同様にロータ上に設けられている。リング67及 び68は、それぞれアース及び電源電圧Vccに接続されており、かつ互いに固 定されているので(電気的に絶縁されて)、すべてのワイパは一致して回転する 、アース及びVccの電圧レベルは、それぞれの出力線に対する3つの状態のう ち2つを定義している。第3の状態は“オープン”状態であり、この状態は、4 つのワイパ65、66のいずれも所定のセグメントに接触していないときに、こ のピックアップセグメント61〜64に対して存在する。3進解決策は、異なっ た順序長さを可能にし、かつさらにわずかな出力線しか必要としない。 本発明の基本方式の別の用途は、直線フェーダ要素にある。従来の技術を利用 した場合、可撓性のコネクタを必要とすることなくコンパクトなフェーダを実現 することは不可能である。図6は、300位置の直線エンコーダ70を示してお り、このエンコーダは120mmの移動距離及び140mmの全長を有し、かつ このエンコーダは、したがって通常の抵抗フェーダと寸法において匹敵する。金 属ワイパアセンブリー71(又は“スライダ”)は、接点72を介して“共通の ”又はアースバス73に摺動可能にはまっており、このバスは、ワイパアセンブ リー71全体をアースに維持するために使われる。直線エンコーダは、2つの側 面74及び75を有し、側面74は長さ“30”の順序を特徴づけ、かつ側面7 5は長さ25の順序を特徴づける。ワイパアセンブリー72上の8つのワイパは 4つのグループ2つに分割されており、一方のグループは側面74に対応してお り、かつ他方のグループは側面75に対応している。両方の側面上に5つの長方 形ピックアップセグメント(ここでは“接点板”と称する)が存在する。このよ うなグループの1つは、参照数字79によって示されている。5つのバス線77 、78が、それぞれの側面74、75にそれぞれ設けられており、それぞれの線 は5つごとの接点板に接続されている。例えば接点板80は図6に示されたいち ばん上のバス線に接続されている。バス線77及び78はエンコーダ70の出力 端子(図示せず)に接続されている。 モジュロ30の側面74における接点板の分配は、今やよく知られたものであ り、接点板は4つの増分幅であり、かつそれからギャップは2つの増分のもので ある(図1cにおけるピックアップセグメント11〜15の長さ及び間隔に匹敵 する)。モジュロ25の側面75については、それぞれの接点板は3つの増分幅 であり、かつ隣接する接点板の間のギャップは2つのセグメント幅である。“2 5”と“30”の最小公倍数は“150”である。この数は、2つのトラック( 又は両方の側面におけるワイパ)を1つの増分だけオフセットすることによって 2倍にすることができる。スケール76は、このようにして得られた分割(0か ら299)を示しており、この点においてパターンが繰返しする。 図6における配置は、測定装置の種々の用途において使われる古典的なアナロ グ“バーニヤ(vernier)”に似ている。新規性は、一部これがデジタルバーニヤ である点にあり、その際、ステップ寸法は、両方の側面74、75において同じ であり、かつ順序長さが相違している。POMルックアップテーブルは、10の 線の出力を直線バーニヤデータに変換するために利用することができる。前記の ことから明らかなように、この直線エンコーダ70の2トラックのアプローチは 、回転装置において実行することもできる。 いくつかの好適な実施例を例示の目的で図示し、かつ詳細に説明したが、部品 の種々の再配置も含めて、本発明の権利範囲内にあるこれら好適な実施例の変形 及び修正が存在することは明らかであろう。したがって本発明の権利範囲は、後 続の特許請求の範囲及びそれらの均等物によってのみ定義されるものとする。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,SZ,U G),AL,AM,AT,AU,BB,BG,BR,B Y,CA,CH,CN,CZ,DE,DK,EE,ES ,FI,GB,GE,HU,IS,JP,KE,KG, KP,KR,KZ,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,TJ,TM,TT,UA,UG,UZ,VN 【要約の続き】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.長く延びた共通のピックアップトラックに沿って配置された複数の導体ピ ックアップセグメントが設けられており、前記ピックアップセグメントが、互い に電気的に絶縁されており、それぞれのピックアップセグメントが、出力コード のそれぞれのデジットに対応しており、 前記複数のピックアップセグメントに対して相対的に可動の可動部材が設けら れており、かつ 互いに電気的に接続された複数の接点が設けられており、前記接点が、共通の 電圧にあるようになっており、前記複数の接点のそれぞれが、前記共通のピック アップトラックに整列して配置されており、かつ可動部材の運動に応答して前記 ピックアップセグメントの少なくとも1つに機械的に接触しかつ外れるように可 動である絶対デジタル位置エンコーダにおいて、 前記可動部材を前記ピックアップセグメントに対して相対的に動かしたときに 発生される前記出力コードの値の順序が、サイクリックグレイコード順序である ように、前記ピックアップセグメント、前記可動部材及び前記接点が配置されて いる絶対デジタル位置エンコーダ。 2.前記可動部材が、金属ロータを有し、かつ前記接点が、前記金属ロータ上 に設けられている、請求の範囲第1項に記載の絶対デジタル位置エンコーダ。 3.前記サイクリックグレイコード順序における独自の出力コード値の数が、 少なくとも30である、請求の範囲第1項に記載の絶対デジタル位置エンコーダ 。 4.共通のピックアップトラックに沿って配置された複数の導体ピックアップ セグメントが設けられており、それぞれのピックアップセグメントが、出力コー ドのそれぞれのデジットに対応しており、かつ 互いに電気的に接続された複数の接点が設けられており、前記複数の接点が、 共通の電圧にあるようになっており、前記複数の接点のそれぞれが、前記共通の ピックアップトラックに整列して配置されており、かつ前記ピックアップセグメ ントの少なくとも2つに接触しかつ外れるように可動であり、前記複数の接点が 、N個の個別のエンコーダ設定を定義するために、前記ピックアップセグメント に対して可動であり、それぞれの個別のエンコーダ設定が、前記出力コードの独 自 の値を発生することからなる絶対デジタル位置エンコーダ。 5.前記個別の設定のそれぞれにおける前記出力コードの値が、これに直接隣 接する個別のエンコーダ設定における前記出力コードの値に対して相対的に1デ ジットだけ相違している、請求の範囲第4項に記載の絶対デジタル位置エンコー ダ。 6.前記接点が、回転部材に設けられており、この回転部材が、前記ピックア ップトラックに対して相対的に回転可能である、請求の範囲第4項に記載の絶対 デジタル位置エンコーダ。 7.前記回転部材が、少なくとも270度の操作可能な範囲にわたって、前記 ピックアップトラックに対して相対的に回転可能である、請求の範囲第6項に記 載の絶対デジタル位置エンコーダ。 8.前記回転部材が、前記ピックアップトラックに対して相対的に連続的に回 転可能であり、かつ前記回転部材が、前記ピックアップトラックに対して相対的 に回転されたときに、前記出力コードの1つより多くないデジットが変化する、 請求の範囲第6項に記載の絶対デジタル位置エンコーダ。 9.前記N個の設定に対応する前記出力コードの値の順序が、サイクリックグ レイコード順序である、請求の範囲第4項に記載の絶対デジタル位置エンコーダ 。 10.前記接点が、軸に連結されたロータ上に設けられている、請求の範囲第 4項に記載の絶対デジタル位置エンコーダ。 11.前記軸が、前記ロータに接続されており、前記軸に軸線方向力が加えら れたとき、前記ロータの少なくとも一部分が、前記ピックアップトラックから離 れるように動かされ、それにより前記N個の設定のどれとも対応しない独自の出 力コード値を発生するようになっている、請求の範囲第10項に記載の絶対デジ タル位置エンコーダ。 12.前記ピックアップセグメントが、プリント回路基板上にそれぞれのパッ ドを含む、請求の範囲第4項に記載の絶対デジタル位置エンコーダ。 13.前記ピックアップセグメントのそれぞれが、前記ピックアップトラック に沿って隣接している、請求の範囲第4項に記載の絶対デジタル位置エンコーダ 。 14.第1の部材が、ピックアップトラックに沿って配置された複数の導体ピ ックアップセグメントを有し、前記ピックアップセグメントが、互いに電気的に 絶縁されており、それぞれのピックアップセグメントが、エンコーダの出力コー ドのそれぞれのデジットに対応しており、 第2の部材が、90度を越える操作可能な範囲にわたって前記第1の部材に対 して相対的に回転運動するように支持されており、かつ 複数の接点が、前記ピックアップトラックに整列されており、前記接点が、前 記ピックアップセグメントに機械的に接触しかつ外れるように動き、それにより 前記第1及び第2の部材が互いに相対的に動くとき、前記出力コードの前記デジ ットを変更する単一トラック絶対デジタル位置エンコーダにおいて、 前記第2の部材を前記範囲にわたって前記第1の部材に対して相対的に回転し たとき、前記出力コードの1つより多くないデジットが変化し、かつ前記範囲に わたって発生される前記出力コードのそれぞれの値が、前記第1及び第2の部材 のそれぞれの相対位置に独自に対応している、 単一トラック絶対デジタル位置エンコーダ。 15.前記第2の部材が、前記第1の部材に対して相対的に連続的に回転可能 であり、かつ前記出力コードが、前記第1の部材に対して相対的な前記第2の部 材の多重の回転を通して、グレイコードの順序に従う、請求の範囲第14項に記 載の単一トラック絶対デジタル位置エンコーダ。 16.前記グレイコード順序が、サイクリックグレイコード順序である、請求 の範囲第15項に記載の単一トラック絶対デジタル位置エンコーダ。 17.前記接点が、一緒に電気的に接続されており、前記接点のすべてが、共 通の電圧に維持されるようになっており、かつ前記デジットのそれぞれが、2進 デジットである、請求の範囲第14項に記載の単一トラック絶対デジタル位置エ ンコーダ。 18.前記デジットのそれぞれが、3進デジットである、請求の範囲第14項 に記載の単一トラック絶対デジタル位置エンコーダ。 19.前記第1の部材が、プリント回路基板を含み、かつ前記ピックアップセ グメントが、前記プリント回路基板上のパッドを含む、請求の範囲第14項に記 載の単一トラック絶対デジタル位置エンコーダ。 20.前記第2の部材が、金属ロータを含み、かつ前記接点が、前記ロータ上 に設けられており、前記第2の部材が、前記第1の部材に対して相対的に回転し たとき、前記接点が、前記パッドに摺動接触しかつ外れるように動くようになっ ている、請求の範囲第19項に記載の単一トラック絶対デジタル位置エンコーダ 。 21.前記ピックアップセグメントのそれぞれが、前記ピックアップトラック に沿って隣接している、請求の範囲第14項に記載の単一トラック絶対デジタル 位置エンコーダ。 22.前記第2の部材が、前記範囲にわたって前記第1の部材に対して相対的 に動くとき、前記接点のそれぞれが、前記ピックアップセグメントのそれぞれに 接触しかつ外れるように動く、請求の範囲第14項に記載の単一トラック絶対デ ジタル位置エンコーダ。 23.第1の部材が、共通のピックアップトラックに沿って配置された複数の 導体ピックアップセグメントを有し、前記ピックアップセグメントのそれぞれが 、前記ピックアップトラックに沿って隣接しており、かつエンコーダの出力コー ドのそれぞれのデジットに対応しており、かつ 第2の部材が、前記第1の部材に関して可動に取付けられており、前記第2の 部材が、複数の接点を含み、それぞれの接点が、前記ピックアップトラックに整 列して前記第2の部材上に配置されており、前記第2の部材が、前記第1の部材 に対して相対的に動くとき、前記接点が、前記ピックアップセグメントに摺動接 触しかつ外れるように動く単一トラック絶対デジタル位置エンコーダにおいて、 その際、前記第2の部材が、前記第1の部材に対して相対的に動くときに、前 記接点の1つだけが、前記ピックアップセグメントのいずれか1つに接触し又は 外れるように動くように、かつ前記出力コードのそれぞれの値が、前記第1及び 第2の部材のそれぞれの相対位置を独自に表わすように、前記ピックアップセグ メントと前記接点とが配置されている単一トラック絶対デジタル位置エンコーダ 。 24.前記接点が、互いに導電接続されており、前記接点のすべてが、同じ電 圧を有するようになっている、請求の範囲第23項に記載の単一トラック絶対デ ジタル位置エンコーダ。 25.前記接点の第1の補助集合が、第1の電圧に維持されており、かつ前記 接点の第2の補助集合が、第2の電圧に維持されている、請求の範囲第23項に 記載の単一トラック絶対デジタル位置エンコーダ。 26.前記ピックアップトラックが円である、請求の範囲第23項に記載の単 一トラック絶対デジタル位置エンコーダ。 27.前記第2の部材が、前記第1の部材に対して相対的に連続的に回転可能 であり、かつ前記第2の部材が前記第1の部材に対して相対的に360度の範囲 にわたって回転したときに発生される前記出力コードの値の順序が、連続グレイ コード順序である、請求の範囲第26項に記載の単一トラック絶対デジタル位置 エンコーダ。 28.前記連続グレイコード順序が、サイクリックグレイコード順序である、 請求の範囲27項に記載の単一トラック絶対デジタル位置エンコーダ。 29.第1の部材が、共通のピックアップトラックに沿って配置された複数の センサを有し、前記センサのそれぞれが、エンコーダの出力コードのそれぞれの デジットに対応しており、 第2の部材が、前記第1の部材に関して可動に取付けられており、かつ 複数のセンサ検出可能な要素が、前記センサと相互作用するように、前記ピッ クアップトラックに整列して配置されており、かつそれにより前記第1及び第2 の部材が、互いに相対的に動いたときに、前記デジットを変更する絶対デジタル 位置エンコーダにおいて、 前記第1の部材が前記第2の部材に対して相対的に動くときに発生される前記 出力コードの値の順序が、サイクリックグレイコード順序であるように、前記セ ンサ、前記センサ検出可能要素及び前記第2の部材が配置されている絶対デジタ ル位置エンコーダ。 30.前記センサが、導体ピックアップセグメントを含み、かつ前記センサ検 出可能要素が、導体接点を含み、これら導体接点が、前記ピックアップセグメン トに接触しかつ外れるように動く、請求の範囲第29項に記載の単一トラック絶 対デジタル位置エンコーダ。 31.前記導体接点が、前記ピックアップセグメントに接触しかつ外れるよう に摺動する、請求の範囲第29項に記載の単一トラック絶対デジタル位置エンコ ーダ。 32.前記ピックアップトラックが円である、請求の範囲第29項に記載の単 一トラック絶対デジタル位置エンコーダ。 33.前記センサの数が5であり、かつ前記サイクリックグレイコード順序に おける独自のコード値の数が30である、請求の範囲第29項に記載の単一トラ ック絶対デジタル位置エンコーダ。 34.前記センサの数が8であり、かつ前記サイクリックグレイコード順序に おける独自のコード値が数が128である、請求の範囲第29項に記載の単一ト ラック絶対デジタル位置エンコーダ。 35.出力コードを発生する第1の部材が設けられており、前記出力コードが 、複数のデジットを含み、かつ 前記第1及び第2の部材が互いに相対的に動くときに発生される前記出力コー ドの値の順序が、サイクリックグレイコード順序であるように、前記第1の部材 に関して可動に取付けられた第2の部材が設けられており、かつその際、前記順 序のそれぞれの値が、前記第1及び第2の部材のそれぞれの相対位置に独自に対 応している絶対デジタル位置エンコーダ。 36.前記第2の部材が、前記第1の部材に関して回転可能に取付けられてい る、請求の範囲第35項に記載の絶対デジタル位置エンコーダ。 37.前記第1の部材が、複数のセンサを含み、これらセンサが、前記複数の デジットを発生し、前記センサが、単一ピックアップトラックに沿って配置され ている、請求の範囲第35項に記載の絶対デジタル位置エンコーダ。 38.前記センサの数が5であり、かつ前記サイクリックグレイコード順序に おける独自のコード値の数が30である、請求の範囲第37項に記載の絶対デジ タル位置エンコーダ。 39.前記センサの数が8であり、かつ前記サイクリックグレイコード順序に おける独自のコード値の数が128である、請求の範囲第37項に記載の絶対デ ジタル位置エンコーダ。 40.前記サイクリックグレイコード順序における独自のコード値の数が、少 なくとも30である、請求の範囲35項に記載の絶対デジタル位置エンコーダ。
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