JP2691943B2 - １トラック型アブソリュート・エンコーダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、１トラック型アブソリュート・エンコーダ
に関する。

〔従来の技術〕

エンコーダは、移動量やこれを基に得られる移動角度
や速度を検出するもので、移動範囲内の絶対位置が検
出できるアブソリュート・エンコーダと単に移動量又
は移動角度しか検出できないインクリメンタル・エンコ
ーダとに分類される。

エンコーダの主構成要件は、符号板（Ａ）とそれに対
して相対移動可能な検出部（Ｂ）であり、場合により、
両者を相対的に平行移動させる機械的駆動機構が含まれ
る。

アブソリュート・エンコーダ用符号板（Ａ）では、物
理的性質例えば反射率、透過率、偏光状態、磁気的性
質、磁化の向き等の異なる２つの微小領域（最小読取単
位と呼ばれる）を数字の０、１の２値符号で表すとき、
０、１の所定数列からなるアブソリュートパターンが形
成されている。

早期に開発され現在最も普及しているアブソリュート・
エンコーダは、多トラック型であり、アブソリュートパ
ターンは、並列に形成された複数のトラック上に形成さ
れている。グレーコードと呼ばれているパターンが最も
多く使用されている。このグレーコードでは、絶対位置
が１単位進むとき、０から１へ又は１から０へと異なる
単位に変化するトラックは１つに限られているので、セ
ンサが単位と単位の境界に位置した場合に、絶対位置を
検出するとき、種類の異なる２つの単位の境界に位置す
るセンサ（つまり、その単位が０か１か読取り難い状況
にあるセンサ）は１個で済み、従って、結局のところ、
どちらの単位を検出しても、位置の誤差は１単位で済
む。このことを桁上がり誤りが少ないと言う。

他方、検出部（Ｂ）には、０、１を区別して検出でき
るセンサが所定ビット数形成されている。多トラック型
では、トラック長手方向に対して直角な方向に所定ビッ
ト数のセンサが配列されており、１トラック型では、ト
ラック長手方向に所定ビット数のセンサが配列されてい
る。これらの所定ビット数のセンサ全体を総称して、こ
こではセンサ部と呼ぶ。

２種の最小読取単位の長さλは、等しく、また、同種
のどの単位の長さも等しい。尚、インクリメンタル・ト
ラックのピッチｐは、０の領域の長さと１の領域の長さ
の合計を言う。

符号板（Ａ）は、長尺の板状（直線に沿ってトラック
があるリニヤエンコーダ）、円板状（円周に沿ってトラ
ックがあるロータリエンコーダ）、円筒状（円筒の外周
面に沿ってトラックがあるロータリエンコーダ）などが
ある。

最近、１トラックだけで絶対位置が知れる１トラック
型アブソリュート・エンコーダが提案された（特開昭57
−175211号や実開昭60−152916号や特開平１−152314号
参照）。

この１トラック型のアブソリュート・エンコーダの符
号板（Ａ）は、０、１の数列からなるパターンが特別な
パターンを有している。例えば、インクリメンタル・エ
ンコーダでは、１トラック上に単に０、１が交互に並ん
でおればよいが、特別なパターンでは特別な順列をして
いる。

このような１トラック型アブソリュート・エンコーダ
用符号板（Ａ）に使用される特別なパターンは、「１ト
ラック型アブソリュート・パターン」と呼ばれる。

例えば、01と符号を２個の（全符号数2ⁿ個:n＝１次＝
１ビット）並べた場合には、センサが０を検知すれば、
検出部（Ｂ）は、今、０のポジション（位置）にあるこ
とが知れ、１を検知すれば、検出部（Ｂ）は、今、１の
ポジションにあることが知れ、結局、絶対位置が検出さ
れる。

従って、01が最低の「１トラック型アブソリュート・
パターン」である。

同様にｎ＝２次＝２ビット（全符号数2ⁿ＝４個）の場
合には、0011が「１トラック型アブソリュート・パター
ン」の一例である。

このことを以下に説明する。リニヤエンコーダの場合
には、ｎ＝２個のセンサのうちの左側のセンサが右端
（後尾）の位置に来たときに左側のセンサに信号が検出
されなくなることを防止するため、左端（先頭）から１
個の符号を付加する必要があるので、 00110 のパターンを考える。ロータリーエンコーダの場合は、
付加する必要はない。

ｎ＝２次の場合には、ｎ＝２個の連続した符号をそれ
ぞれ検知できるｎ＝２個のセンサをトラッル長手方向に
並べてなるセンサ部を備えた検出部（Ｂ）を用い、これ
を左から１符号ずつ移動させて、 ｎ＝２個の符号を同時に読むと、00、01、11、10と順に
検出され、これらの４個の符号対はいずれも異なるの
で、４ヵ所の何れのポジションに検出部（Ｂ）があるの
か絶対位置が検出される。

従って、0011は、「１トラック型アブソリュート・パ
ターン」の一例であることが理解されよう。

このような「１トラック型アブソリュート・パター
ン」の中には、全周期系列（全符号数が2ⁿで示される）
と呼ばれる一群と、Ｍ系列と呼ばれる一群と、その他の
一群が含まれ、更に全周期系列の中には、Ｍ系列の前に
「０」を１個加えた拡張Ｍ系列と呼ばれる１群が含まれ
る。

尚、仮に短くてもよければ、実際には、全周期系列の
一部を使用することもできる。

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（第２図参照）では、エンコーダの使用又は
応用先である組込側装置（例えば、ロボット、各種数値
制御加工機、産業機械）側への信号出力線が、最低でも
所定ビット数ｎだけ必要であり、実用的なエンコーダの
ビット数ｎ＝10以上を考えると、信号線の数は極めて多
数に上り、接続（結線）作業（一般にハンダ付け）が大
変なばかりか、エンコーダの容積が増大し、更にエンコ
ーダの使用時に信号線が邪魔になることもある。

そこで、本発明者らは、先に第２図に示すように、ア
ブソリュート用センサ部（B1）の各センサの出力を順次
選択してシリアルに出力する並列−直列変換回路（Ｃ）
を設け、絶対位置情報をシリアルに出力するエンコーダ
を開発した。

このエンコーダによれば、絶対位置情報の出力線は最
低１本（第２図のL1）で済む。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第２図のエンコーダは、並列−直列変
換回路（Ｃ）は、センサ部が形成されたセンサ基板（S
1）とは異なる信号処理回路用基板（S2）に形成されて
いる。

そのため、センサ基板（S1）と信号処理回路用基板
（S2）とを連絡する信号出力線が、最低でも所定ビット
数ｎ本が必要であり、実用的なエンコーダのビット数ｎ
＝10以上を考えると、信号線の数は極めて多数に上り、
接続（結線）作業（一般にハンダ付け）が大変なばかり
か、エンコーダのエンコーダの容積が増大し、小型化が
困難であると言う問題点があった。

本発明の目的は、かかる問題点の解決にある。

〔課題を解決するための手段〕

そのため、本発明は、並列−直列変換回路（Ｃ）をセ
ンサ基板（S1）上に設けたものである。

〔作用〕

本発明では、アブソリュート用センサ部（B1）及び場
合により設けるインクリメンタル用センサ（B2）の全セ
ンサから回路（Ｃ）への信号出力線を、IC製造技術によ
りセンサ及び回路（Ｃ）と同時に形成できるので、特別
な接続（結線）作業が不要であり、そのためコストも上
がらないで済み、エンコーダを小型化できる。

尚、絶対位置を最小読取単位の中央部で読むことに
より読み誤りをなくすための同期信号を作る目的で、又
は方向判別の目的で、又は移動量検出の目的で、又
は１単位内で細分化した絶対位置を検出することによ
り分解能を上げる目的で、アブソリュート・トラック
（A1）に平行してインクリメンタル・トラック（A2）を
設けてもよい。

移動量検出や分解能を上げる目的で設けるインク
リメンタル用トラック （A2）は、１本に限らず、パターンを順次より細分化し
たトラックを複数本を設けてもよい。

そのため、必要なセンサは２本以上に増加させてもよ
いし、新たな信号処理回路をセンサ基板（S1）の上に同
時に又は違えて形成してもよいし、場合により、別の基
板（S3）上にそれらの新たな信号処理回路を形成し、両
基板を接続（結線）してもよい。この場合には、結線の
数は、それほど増けないであろう。

以下、第１図を引用して実施例（ｎ＝４次＝４ビット
の例）により本発明をより具体的に説明するが、本発明
はこれに限られるものではない。

実施例（第１図）では、第２図と同じように、絶対位
置の分解能を高めるために、アブソリュート・トラック
（A1）に平行なインクリメンタル・トラック（A2）を設
け、それと同時に検出部（Ｂ）にインクリメンタル用セ
ンサ（B2）を設けたが、この技術は既に公知である（特
開平２−35314号の第13図参照）。

この技術は、第２図に示すように、例えば、最小読取
単位の長さλに等しいピッチｐを有するインクリメンタ
ル用トラックを併設し、１つの単位内をインクリメンタ
ル・パターンの０、１で２つの領域に分け、分解能を２
倍に高めるものである。

また、第１図では、第２図と違って、インクリメンタ
ル用センサ（B2）の出力を、アブソリュート用センサ部
（B1）の出力とパラレルに並列−直列変換回路（Ｃ）に
入力させ、アブソリュート用センサ部（B1）のシリアル
出力（絶対位置情報）に続いて、シリアルに出力させて
いるが、この点は本発明と関係がない。

〔実施例１〕 第１図は、本実施例にかかる光学式リニアエンコーダ
の符号板（Ａ）の概略上面図に検出部（Ｂ）の一部を重
ねて示す概念図である。

符号板（Ａ）には、４ビットの１トラック型アブソリ
ュート・パターンを有するアブソリュート・トラック
（A1）、及びこれに平行なインクリメンタル・トラック
（A2）が形成されている。

白い区画（最小読取単位）は、実際は透明部で符号０
を示し、斜線を引いた区画（最小読取単位及び領域）
は、実際は黒い遮光部で符号１を示す。

アブソリュート用センサ部（B1）は、ｎ＝４ビットで
あるから、λの間隔で形成された４個のセンサ（B11〜B
14）があり、これらとλ離れてインクリメンタル用セン
サ（B2）が１個あり、全部のセンサはセンサ基板（S1）
上に形成されている。

この基板（S1）上には、また、センサ部（B1）の各セ
ンサの出力と前記インクリメンタル用センサ（B2）の出
力とを順次選択してシリアルに出力する並列−直列変換
回路（Ｃ）−アナログスイッチと呼ばれる−が形成され
ている。

当然に各センサと回路（Ｃ）を結ぶ結線も形成されて
おり、各センサ、回路（Ｃ）及び結線は、IC製造技術を
応用して基板（S1）上に同時に形成したものである。

並列−直列変換回路（Ｃ）は、基板（S1）外部から入
力するクロック信号により動作し、先ずセンサ部（B1）
でパラレルに検出した絶対位置情報をシリアルに変換し
てエンコーダから出力し、その後、インクリメンタル用
センサ（B2）で検出した１単位内の細分化位置情報（つ
まり、前半位置か後半位置かの区別）を出力する。

〔実施例２〕 第３図は、本実施例にかかる光学式リニアエンコーダ
の符号板（Ａ）の概略上面図に検出部（Ｂ）の一部を重
ねて示す概念図である。

符号板（Ａ）には、４ビットの１トラック型アブソリ
ュート・パターンを有するアブソリュート・トラック
（A1）、及びこれに平行なインクリメンタル・トラック
（A2）が２本形成されている。

１本は、λと等しいピッチのインクリメンタル・トラ
ック（A11）であり、もう１本は、1/2λと等しいピッチ
のインクリメンタル・トラック（A12）である。

２本のトラックの目的の１つは、分解能を向上させる
ためであり、これにより４倍に向上する。

一般にｍ本のインクリメンタル・トラックを設けると2^m
倍に分解能が高まる。

そのため、検出部（Ｂ）には、トラック（A21）検出
用に２個のセンサ（B211）、（B212）、トラック（A2
2）用に２個のセンサ（B221）、（B222）が設けてあ
る。センサ（B211）と（B212）との距離（ピッチ）は、
そのトラック（A21）のピッチｐの（1/4の＋ｌ）に相当
し、センサ（B221）と（B222）との距離（ピッチ）も、
そのトラック（A22）のピッチｐの（1/4＋ｌ）に相当す
る。ｌは、整数である。

実施例１と同様に、全部のセンサ、並列−直列変換回
路（Ｃ）及び各センサと回路（Ｃ）を結ぶ結線は、同一
センサ基板（S1）上に同時に形成されている。

並列−直列変換回路（Ｃ）は、基板（S1）外部から入
力するクロック信号により動作し、それにより、電源投
入時に、センサ部（B1）でパラレルに検出した絶対位置
情報をシリアルに変換してセンサ（B11）→（B12）→
（B13）→（B14）の順にエンコーダから出力し、その
後、インクリメンタル用センサ（B211）→（B212）→
（B221）→（B222）の順に各センサの出力（１単位内の
細分化絶対位置情報）を出力する。

この後、仮に移動が開始されれば、このエンコーダか
らのは、移動量が出力される。組込側装置では、電源投
入時の絶対位置情報とこの移動量を足して、移動中の絶
対位置を知る。この点、実施例１と異なる。

そのため、移動量は、インクリメンタル用センサ（B2
11）、（B212）、（B221）、（B222）の出力線から分岐
した信号出力線を通して、矩形波信号（パルス数）とし
て組込側装置に出力される。この信号を第４図に示す。
このため、エンコーダのセンサ基板（S1）にはインクリ
メンタル信号用の４つの端子が増加している。

このように、アブソリュート用のセンサ部（B1）を、
電源投入時に絶対位置を検出する目的だけに用い、その
後の移動量は、インクリメンタル・トラック（A2）とイ
ンクリメンタル用センサ（B2）により検出するエンコー
ダは既に公知である（特願平１−277122号参照）。

〔発明の効果〕

本発明によれば、アブソリュート用センサ部（B1）の
パラレル出力を並列−直列変換回路（Ｃ）でシリアル出
力に変換してエンコーダから出力する場合、この回路
（Ｃ）をセンサ基板（S1）上に設けたので、センサト回
路（Ｃ）を結ぶ多数の結線を、IC製造技術により同時に
形成でき、そのため特別な接続（結線）作業が不要であ
り、従って、コストも安くて済み、また、エンコーダを
小型化できる。

従って、製造し易く、製造段階における取付け間違い
が発生し難いため、信頼性の高いエンコーダが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例１にかかる光学式リニアエン
コーダの符号板（Ａ）の概略上面図に検出部（Ｂ）の一
部を重ねて示す概念図である。 第２図は、同じく先に提案された光学式リニアエンコー
ダの概念図である。 第３図は、同じく本発明の実施例２にかかる光学式リニ
アエンコーダの概念図である。 第４図は、実施例２のインクリメンタル用センサの出力
波形図である。 〔主要部分の符号の説明〕 Ａ……符号板 A1……インクリメンタル・トラック A11,A1……インクリメンタル・トラック A2……アブソリュート・トラック B11〜B14……アブソリュート用センサ B2,B211,B212……インクリメンタル用センサ B221,B222……インクリメンタル用センサ Ｃ……並列−直列変換回路 S1……センサ基板 S2……信号処理回路基板 L,L1,L2……信号出力線又は結線

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１トラック型アブソリュート・パターンを
   有するアブソリュート・トラック（A1）が形成された符
   号板（Ａ）並びに所定ビット数のセンサからなるアブソ
   リュート用センサ部（B1）が形成された検出部（Ｂ）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、 前記センサ部（B1）の各センサの出力を順次選択してシ
   リアルに出力する並列−直列変換回路（Ｃ）を、前記セ
   ンサ部（B1）が形成されたセンサ基板上に設けた ことを特徴とするエンコーダ。