JP2699542B2 - Code plate and read head for 1-track type absolute encoder - Google Patents

Code plate and read head for 1-track type absolute encoder

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JP2699542B2
JP2699542B2 JP9869189A JP9869189A JP2699542B2 JP 2699542 B2 JP2699542 B2 JP 2699542B2 JP 9869189 A JP9869189 A JP 9869189A JP 9869189 A JP9869189 A JP 9869189A JP 2699542 B2 JP2699542 B2 JP 2699542B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、1トラック型アブソリュートエンコーダ
用符号板及び読取ヘッドに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a code plate for a one-track absolute encoder and a read head.

[従来の技術] 特開昭54−118259号公報には、二列以上の磁化パター
ンのトラックをもつ符号板と、磁気抵抗効果素子(Magn
etoresistive Element;以下MR素子という)をセンサと
した読取ヘッドとを組合せた磁気式のアブソリュートエ
ンコーダが示されている。
[Prior Art] Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-118259 discloses a code plate having tracks of two or more magnetic patterns, and a magnetoresistive element (Magn.
A magnetic absolute encoder combined with a read head using an etoresistive element (hereinafter referred to as an MR element) as a sensor is shown.

一般にこの種のアブソリュートエンコーダでは2Nの分
解能を得るにはアブソリュートパターンとして最低N本
のトラックが必要であり、符号板が円盤型であれば、複
数のトラックが同心円状に配列される。例えばN=4の
場合、円盤型符号板には四本の円形トラックが同心円状
に設けられ、これらのトラックに、磁化の方向による
「0」と「1」の二進符号のアブソリュートパターンが
形成される。夫々のトラックにはMR素子からなるセンサ
が割当られ、符号板がその中心回りに前記センサと相対
的に回転するのに伴って、符号板の任意の回転位置にて
得られる各センサの出力の組合せが符号板の絶対的な回
転位置を与えるコード信号になるようにしてある。
Generally in order to obtain a resolution of 2 N in this type of absolute encoder requires minimum N of tracks as absolute pattern, the code disc if the disc type, a plurality of tracks are arranged in concentric circles. For example, when N = 4, four circular tracks are provided concentrically on the disk-shaped code plate, and absolute patterns of binary codes "0" and "1" are formed on these tracks according to the direction of magnetization. Is done. A sensor composed of an MR element is assigned to each track, and as the code plate rotates relative to the sensor around its center, the output of each sensor obtained at an arbitrary rotation position of the code plate is obtained. The combination is a code signal that gives the absolute rotational position of the code plate.

一方、特開昭57−175211号公報または実開昭60−1529
16号公報には、「0」信号と「1」信号に対応する二種
の最小読取単位、つまり磁気式の場合では磁気を持つ最
小読取単位と磁気を持たない最小読取単位とを所定の配
列で1トラック上に並べてなる符号板と、この符号板と
相対移動可能でトラック長さ方向に配置された複数のセ
ンサからなる読取ヘッドとを備え、各センサから出力さ
れる信号列を二進コードとして絶対位置を検出する磁気
式又は光学式の1トラック型アブソリュートエンコーダ
が示されている。
On the other hand, JP-A-57-175211, or JP-A-60-1529
In Japanese Patent Application Publication No. 16-216, two types of minimum reading units corresponding to the "0" signal and the "1" signal, that is, a minimum reading unit having magnetism and a minimum reading unit having no magnetism in the case of the magnetic type are arranged in a predetermined arrangement. And a read head comprising a plurality of sensors which are relatively movable with respect to the code plate and are arranged in the track length direction. A signal train output from each sensor is represented by a binary code. 1 shows a magnetic or optical one-track type absolute encoder that detects an absolute position.

このような1トラック型アブソリュートエンコーダで
は、磁気式であれ、光学式であれ、複数のセンサで対応
する複数の最小読取単位(符号)を同時に読む場合、仮
にそれらの符号の中に「0」から「1」又は「1」から
「0」へと変化したばかりの符号を2個以上含むとする
と、符号板のパターン精度又は読取ヘッドのセンサ配置
パターン精度が低い(逆に高精度の符号板や読取ヘッド
は製造が難しく実用的ではない)ため、複数のセンサが
同時に変化後の符号を常に読取るとは限らない。つま
り、一方のセンサは変化前の符号を読取り、他方のセン
サは変化後のセンサを読取ることがある。
In such a one-track type absolute encoder, when reading a plurality of corresponding minimum reading units (codes) simultaneously with a plurality of sensors, whether magnetic or optical, it is assumed that “0” is included in those codes. Assuming that two or more codes have just changed from “1” or “1” to “0”, the pattern accuracy of the code plate or the sensor arrangement pattern accuracy of the reading head is low (conversely, a high-precision code plate or Since the read head is difficult to manufacture and not practical), a plurality of sensors do not always read the changed code simultaneously. That is, one sensor reads the code before the change, and the other sensor reads the sensor after the change.

そうすると、読取られた二進コードの中に仮に1個の
読み誤りがあるとすると、1トラック型の場合、絶対位
置の変化と二進コードの変化との間には規則性がないた
めに、とんでもない絶対位置が検出されることになる。
その結果、読取精度が低下する。
Then, if there is one reading error in the read binary code, in the case of the one-track type, there is no regularity between the change in the absolute position and the change in the binary code. An unexpected absolute position will be detected.
As a result, the reading accuracy decreases.

この問題の一つの解決策として本発明者らは、先に同
一または併設の符号板上に1トラック型アブソリュート
パターンと平行にインクリメンタルパターンのトラック
を設け、このインクリメンタルトラックを利用して作っ
たクロック信号をストローブ信号に用いてラッチ回路を
動作させることにより、複数のセンサがそれぞれ最小読
取単位のほぼ中央部に位置した時に同時に読取ってアブ
ソリュート出力(二進コード)を得る方式を発明した
(特願昭63−170782)。また、前記複数のセンサに代え
て原則として1個のセンサで複数の最小読取単位を時系
列的に読取って、その後、直列・並列データ変換を行
い、これによって先の発明と同じアブソリュート出力を
得る方式(特願昭63−171922)を発明した。
As one solution to this problem, the present inventors have previously provided a track of an incremental pattern on the same or an adjacent code plate in parallel with a one-track absolute pattern, and provided a clock signal generated using this incremental track. By operating the latch circuit using the strobe signal as the strobe signal, a system was obtained in which a plurality of sensors were simultaneously read at the time when they were almost at the center of the minimum reading unit to obtain an absolute output (binary code). 63-177072). In addition, in principle, a plurality of minimum reading units are read in chronological order by one sensor instead of the plurality of sensors, and then serial / parallel data conversion is performed, thereby obtaining the same absolute output as in the previous invention. A method (Japanese Patent Application No. 63-171922) was invented.

一例として、前者の方式の概要を第8図(a)(b)
に示す。
As an example, the outline of the former method is shown in FIGS. 8 (a) and (b).
Shown in

この第8図(a)の例はスケール目盛数が24=16(N
=4)パルスの光学式の例で、円盤型符号板101に1ト
ラック型のアブソリュートパターンのトラック102とイ
ンクリメンタルトラック103が製作されている。トラッ
ク102のアブソリュートパターンは、 「0000110101111001」 になっている。104-1〜104-4は、トラック102の読取用
の光センサであり、これにより4ビットの二進コードか
らなるアブソリュート信号を得る。インクリメンタルト
ラック103は別の光センサ105によって読取られる。尚、
106は符号板1の回転軸心である。
Examples of the FIG. 8 (a) is the number of scale graduation 2 4 = 16 (N
= 4) In a pulse type optical example, a track 102 having a one-track absolute pattern and an incremental track 103 are manufactured on a disk-shaped code plate 101. The absolute pattern of the track 102 is “0000110101111001”. Reference numerals 104 -1 to 104 -4 denote optical sensors for reading the track 102, which obtain an absolute signal consisting of a 4-bit binary code. The incremental track 103 is read by another optical sensor 105. still,
Reference numeral 106 denotes a rotation axis of the code plate 1.

第8図(b)は、これらセンサによる読取結果を処理
する出力回路の例を示したもので、センサ105からのイ
ンクリメンタル信号と、センサ104-1〜104-4からのアブ
ソリュート信号とを、各々パルス整形回路110、110-1
110-4で矩形波に波形整形し、その後、アブソリュート
信号はそのままラッチ回路114へ入力し、インクリメン
タルパルスはワンショット回路112へ入力してその立上
りと立下りの両方の時点でクロックパルスを発生させ、
これをラッチ回路114のストローブ信号として使用す
る。この場合、前記クロックパルスはアブソリュート信
号を構成する単位パルスのパルス幅の略中央の時点(セ
ンサが最小読取単位の中央部に位置した時点)にて立上
るようにしてある。ラッチ回路114はクロックパルスが
到来する度にその時のアブソリュート信号のパルスの高
低レベル(このレベルの高と低が「0」「1」信号の一
方及び他方に相当する)を読取り、つぎのクロックが入
るまでその値をラッチして、出力端子116-1〜116-4に出
力し続ける。
Figure 8 (b) is a drawing showing an example of an output circuit for processing the results read by these sensors, the incremental signal from the sensor 105, and the absolute signal from the sensor 104 -1 to 104 -4, respectively Pulse shaping circuit 110, 110 -1 ~
At 110 -4 , the waveform is shaped into a rectangular wave, then the absolute signal is directly input to the latch circuit 114, and the incremental pulse is input to the one-shot circuit 112 to generate a clock pulse at both the rising and falling points. ,
This is used as a strobe signal for the latch circuit 114. In this case, the clock pulse rises at substantially the center of the pulse width of the unit pulse constituting the absolute signal (when the sensor is positioned at the center of the minimum reading unit). Each time a clock pulse arrives, the latch circuit 114 reads the high / low level of the pulse of the absolute signal (the high and low levels of this level correspond to one and the other of the "0" and "1" signals), and the next clock is output. entering until latches that value, continues to output to the output terminal 116 -1 -116 -4.

[発明が解決しようとする課題] このようなラッチ方式によって前述の1トラック型ア
ブソリュートエンコーダ出力の読取精度低下は回避され
たが、今度は同期用のクロック信号を得るために必要な
インクリメンタルパターンのトラックをアブソリュート
パターンのトラックと別に設けなければならないため、
エンコーダ組立時に両者間の高精度な位相調整を行なう
必要があり、これが組立を難しくし、製造コストを高く
するという問題点を生じた。そのほか同一符号板に2つ
のトラックを設ける場合には符号板が小型化できないと
いう第2の問題点もあった。
[Problems to be Solved by the Invention] Although the above-described latch system avoids the decrease in the reading accuracy of the output of the one-track absolute encoder described above, this time, the track of the incremental pattern necessary to obtain the clock signal for synchronization is used. Must be provided separately from the tracks of the absolute pattern,
At the time of assembling the encoder, it is necessary to perform a highly accurate phase adjustment between the two, which causes a problem that the assembling becomes difficult and the manufacturing cost is increased. In addition, when two tracks are provided on the same code plate, there is a second problem that the size of the code plate cannot be reduced.

[課題を解決するための手段] そこで本発明は、そのような符号板において二種の最
小読取単位の少なくとも一方について、その信号確定部
を単位の長さ部分の全体ではなく一部とし、それらの間
の間隙部分を利用して同一トラック上に同期信号用の一
定ピッチの読取マークを形成したものである。
[Means for Solving the Problems] Accordingly, the present invention relates to such a code plate, in which at least one of the two minimum reading units, the signal determination part thereof is set to a part instead of the entire length of the unit, A read mark of a constant pitch for a synchronizing signal is formed on the same track by utilizing a gap between them.

[作 用] 本発明において、アブソリュート信号における信号確
定部とは、その単位が「0」信号を表わすのか「1」信
号を表わすのかを確定する領域(範囲)を指している。
例えば光学式を例にとって解り易く説明すると、実施例
に対応する第1A図に示すように、一定ピッチで並んでい
る複数の最小読取単位のうちの「1」信号を表わす一方
の単位の中にはその一部のみに暗黒領域(斜線部分)が
あるのに対し、「0」信号を表わす他方の単位には暗黒
部分が全く存在しない。この一方の単位中の部分的な暗
黒領域部分こそがその単位を「1」信号として確定させ
る信号確定部である。
[Operation] In the present invention, the signal determination unit in the absolute signal indicates an area (range) for determining whether the unit represents a “0” signal or a “1” signal.
For example, in the case of an optical system, as shown in FIG. 1A corresponding to the embodiment, as shown in FIG. 1A, one of the plurality of minimum reading units arranged at a constant pitch represents one signal representing a "1" signal. Has a dark area (shaded area) only in a part thereof, whereas the other unit representing the "0" signal has no dark area at all. The partial dark area portion of the one unit is the signal determination unit that determines the unit as a “1” signal.

これに対して、従来の符号板では、第2図に示すよう
に、「1」信号を表わす一方の単位の全領域が暗黒領域
(斜線部分)によって占められ、単位全体が信号確定部
になっていた。
On the other hand, in the conventional code plate, as shown in FIG. 2, the entire area of one unit representing the "1" signal is occupied by a dark area (shaded area), and the entire unit is a signal determining section. I was

本発明の符号板では、単位の一部領域にしか信号確定
部がないことから、その単位の読取に際しては前記一部
領域の暗黒領域内で読取を行なう必要がある。尚、どの
読取単位についても、単位の領域中のほぼ中央位置に信
号確定部が存在することが望ましい。そうすれば、最小
読取単位の長さλを小さくすることができる。
In the code plate of the present invention, since the signal determination section is provided only in a partial area of the unit, it is necessary to perform reading in the dark area of the partial area when reading the unit. It should be noted that, for each reading unit, it is desirable that the signal determination unit exists at a substantially central position in the unit area. Then, the length λ of the minimum reading unit can be reduced.

本発明の符号板では最小読取単位をその信号確定部で
読取ることになるため、読取に際してタイミングをとる
ためのクロック信号が別途必要になる。このクロック信
号を得るために、本発明の符号板では前記アブソリュー
トパターンのトラック中において前記信号確定部同士の
間の間隙部分を利用して、一定ピッチ、つまり最小読取
単位の長さλに等しいピッチで配列された複数の読取単
位マーク(第1A図参照)からなるインクリメンタルパタ
ーンを設け、これを別のセンサで読取ってクロック信号
を入手できるようにしてある。読取単位マークはアブソ
リュートパターン読取のための同期信号として用いられ
るクロック信号を発生させるためのマークである。
In the code plate of the present invention, since the minimum reading unit is read by the signal determining unit, a clock signal for setting a timing at the time of reading is separately required. In order to obtain this clock signal, the code plate of the present invention utilizes a gap between the signal determining portions in the track of the absolute pattern to make a constant pitch, that is, a pitch equal to the length λ of the minimum reading unit. An incremental pattern consisting of a plurality of reading unit marks (see FIG. 1A) arranged in the above manner is provided, and this can be read by another sensor to obtain a clock signal. The reading unit mark is a mark for generating a clock signal used as a synchronization signal for reading an absolute pattern.

一般にクロック信号処理系の特性などによって同期性
が多少バラつくので、このバラつきの範囲を符号板と読
取ヘッドとの相対速度から計算して単位ごとの読取位置
のトラック長さ方向の変動範囲を予め求め、この変動範
囲を包含するようにアブソリュートパターンの前記信号
確定部の最小長さ範囲を前記変動範囲以上に広くしてお
くことが好ましい。
In general, the synchronization varies slightly due to the characteristics of the clock signal processing system, and the range of this variation is calculated from the relative speed between the code plate and the reading head, and the variation range of the reading position in the track length direction for each unit is determined in advance. It is preferable that the minimum length range of the signal determining portion of the absolute pattern be wider than the fluctuation range so as to cover the fluctuation range.

信号確定部は、最小読取単位のほぼ中央部に設けるこ
とが好ましい。
The signal determination unit is preferably provided substantially at the center of the minimum reading unit.

本発明の符号板には、特徴的なこととして、アブソリ
ュート信号用の信号確定部の外にインクリメンタル信号
用の読取単位マークが存在するが、両者は別々に同時に
読取る必要がある。従って、読取ヘッドには少なくとも
2つのセンサが必要であると共に、それらのセンサは、
上記信号確定部と読取単位マークとの間隔にほぼ等しい
間隔で配置されている必要がある(第1B図参照)。
As a characteristic feature of the code plate of the present invention, a reading unit mark for an incremental signal exists outside a signal determining portion for an absolute signal, but both need to be read separately and simultaneously. Thus, the readhead requires at least two sensors and those sensors are
It is necessary to arrange them at an interval substantially equal to the interval between the signal determination section and the reading unit mark (see FIG. 1B).

前記信号確定部を最小読取単位のほぼ中央部に設け、
また読取単位マークを最小読取単位の境界付近に設けた
場合には、上記2つのセンサの間隔をほぼ(m+1/2)
λとすることになる。
The signal determination unit is provided substantially at the center of the minimum reading unit,
When the reading unit mark is provided near the boundary of the minimum reading unit, the interval between the two sensors is substantially (m + 1/2)
λ.

ここで、λは符号板の最小読取単位の長さ、mは0又
は正の整数である。
Here, λ is the length of the minimum reading unit of the code plate, and m is 0 or a positive integer.

従って本発明は、第2発明として、 「符号板のトラック長手方向に沿って配置された少な
くとも2つのセンサを備えた読取ヘッドにおいて、 前記センサの一方をインクリメンタル信号用とし、他
方をアブソリュート信号用とし、かつ両者の間隔をほぼ
(m+1/2)λだけ離したことを特徴とする読取ヘッ
ド」 を提供する。
Accordingly, the present invention provides, as a second invention, a "read head provided with at least two sensors arranged along the track longitudinal direction of the code plate, wherein one of the sensors is used for an incremental signal and the other is used for an absolute signal. And a distance between the two is substantially separated by (m + 1/2) λ.

アブソリュート信号用のセンサとインクリメンタル信
号用のセンサが、それぞれ信号確定部Aと同期信号用読
取単位マークBとを区別して検出できるようにしなけれ
ばならない。従って、A,Bは物理的性質の異なるものが
好ましい。
The sensor for the absolute signal and the sensor for the incremental signal must be able to distinguish and detect the signal determination section A and the read unit mark B for the synchronization signal, respectively. Therefore, A and B preferably have different physical properties.

しかし、製造する上からはA,Bの物理的性質が同一の
方がコストを低下させることができるので好ましい。例
えば、アブソリュートパターンの「0」「1」に対応す
る最小読取単位と同じ物理的性質を有する2つの微小領
域を隣接して形成したものを読取単位マークとし、両領
域の境界でクロック信号を得るようにする(第1C図参
照)。
However, from the viewpoint of manufacturing, it is preferable that the physical properties of A and B are the same because the cost can be reduced. For example, two minute regions having the same physical properties as the minimum reading unit corresponding to “0” and “1” of the absolute pattern are formed adjacent to each other as a reading unit mark, and a clock signal is obtained at the boundary between both regions. (See Fig. 1C).

例えば光学式の場合、第1C図に示すように、光透過率
が異なる二種の微小領域(透明部と暗黒部など)の隣接
対を前記読取単位マークとするのがよい。読取単位マー
クは、一定ピッチλでアブソリュートパターンの信号確
定部間の間隙に配置して同一トラック中にインクリメン
タルパターンを形成するが、これら同期信号の読取単位
マークを必ずしもアブソリュートパターンの最小読取単
位間の境界部に合致させる必要はない。
For example, in the case of an optical system, as shown in FIG. 1C, it is preferable that an adjacent pair of two kinds of minute regions (a transparent portion and a dark portion) having different light transmittances be used as the reading unit mark. The read unit marks are arranged at a constant pitch λ in the gap between the absolute pattern signal defining portions to form an incremental pattern in the same track.However, the read unit marks of these synchronization signals are not necessarily between the minimum read unit of the absolute pattern. There is no need to match the boundaries.

ところが、第1C図の場合、アブソリュート信号用セン
サとインクリメンタル信号センサは、信号確定部Aと読
取単位マークBとを区別して読取ることができない。そ
こで、第1D図に示すように、同一の最小読取単位内で、
信号確定部Aが暗黒領域のときには、読取単位マークB
暗黒微小領域と信号確定部A(暗黒領域)との間の透明
部分を同様に暗黒領域とし、1つの大きな暗黒領域とし
てしまうのである。
However, in the case of FIG. 1C, the absolute signal sensor and the incremental signal sensor cannot read the signal determination portion A and the reading unit mark B separately. Therefore, as shown in FIG. 1D, within the same minimum reading unit,
When the signal determination section A is in the dark area, the reading unit mark B
The transparent portion between the dark minute area and the signal determination section A (dark area) is similarly defined as a dark area, and is set as one large dark area.

こうして、インクリメンタル信号用センサが透明微小
領域から暗黒微小領域の変化(0から1への変化)を検
出した時にのみクロック信号を発生させ、このクロック
信号に同期させてアブソリュート信号用センサで信号確
定部を読取らせるのである。
In this way, the clock signal is generated only when the incremental signal sensor detects a change (change from 0 to 1) from the transparent minute area to the dark minute area, and synchronized with this clock signal, the absolute signal sensor generates a clock signal. Is read.

こうしておくと、トラックが矢印Y方向に動く場合、
読取単位マークをインクリメンタル信号用センサが通過
を始める時に0から1への変化を検出するので、この時
にクロック信号を発生させ、次に同一最小読取単位内で
インクリメンタル信号用センサが信号確定部を通過し終
る時に1から0への変化を検出するが、この時には0か
ら1への変化ではないのでクロック信号を発生させな
い。こうすれば、信号確定部でクロック信号が発生する
ことはない。
Then, if the track moves in the direction of arrow Y,
Since a change from 0 to 1 is detected when the incremental signal sensor starts passing the reading unit mark, a clock signal is generated at this time, and then the incremental signal sensor passes through the signal determination section in the same minimum reading unit. At the end of the operation, a change from 1 to 0 is detected. At this time, since the change is not from 0 to 1, no clock signal is generated. In this case, no clock signal is generated in the signal determination unit.

尚、第1D図の場合、読取単位マークBが信号確定部A
の右側(同一最小読取単位内で)にあってもよく、その
場合にも両者の間に位置する部分は暗黒にする。この場
合には読取単位マークAの暗黒微小領域から透明微小領
域への変化(1から0への変化)が検出された時にのみ
クロック信号が発せられるようにする。
In the case of FIG. 1D, the reading unit mark B is
(Within the same minimum reading unit), in which case the portion located between them is darkened. In this case, a clock signal is generated only when a change (a change from 1 to 0) from a dark minute area to a transparent minute area of the reading unit mark A is detected.

尚、本発明の如く、アブソリュートパターンの信号確
定部を最小読取単位の領域中の一部分として形成すると
共に同一トラック中にインクリメンタルパターン用の読
取単位マークを設ける構造にすると、例えばリソグラフ
ィー技術を利用して符号板を製作することにより、両パ
ターン間の位相精度の極めて高い符号板を得ることがで
き、アブソリュートエンコーダの組み立てと調整が容易
になる。
Incidentally, as in the present invention, if the signal defining portion of the absolute pattern is formed as a part of the area of the minimum reading unit and the reading unit mark for the incremental pattern is provided in the same track, for example, using lithography technology By manufacturing a code plate, a code plate with extremely high phase accuracy between both patterns can be obtained, and assembly and adjustment of an absolute encoder are facilitated.

本発明の符号板を用いたアブソリュートエンコーダで
は、例えば本発明の符号板に対してトラックの長手方向
に相対移動可能な複数のセンサを設け、そのうちのどれ
かによってインクリメンタルパターンを読取ってクロッ
ク信号を得ると共に、残余の複数のセンサによって所定
の単位数を同時に読取ることでアブソリュート信号のパ
ルスの各高低レベルを読取る際に、最小読取単位の長さ
λより短い確定部だけを、前記クロク信号に同期させ
て、対応するパルスの幅内の時点で読取るのである。
In the absolute encoder using the code plate of the present invention, for example, a plurality of sensors that are relatively movable in the longitudinal direction of the track with respect to the code plate of the present invention are provided, and one of them reads an incremental pattern to obtain a clock signal. At the same time, when reading a predetermined number of units simultaneously by a plurality of remaining sensors to read each high and low level of the pulse of the absolute signal, only the determined portion shorter than the minimum reading unit length λ is synchronized with the clock signal. Thus, reading is performed at a point within the width of the corresponding pulse.

複数のセンサを用いずに1個のセンサでアブソリュー
トパターンを時系列で読取ってもよい。この場合、セン
サから取り出されるパルス列は前記アブソリュートパル
スの一定単位ピッチに従うデジタルコード配列に対応し
たシリアルデータとなっており、従って該パルス列を構
成する単位パルスの高低レベルを前記単位毎に前記クロ
ック信号に同期して順次読取る。この場合にも、前記ク
ロック信号に基づいて前記パルス列の各単位パルスの立
上り・立下りから離れた安定な時点でアブソリュート信
号用センサ出力の読取が行なわれるので、エンコーダ出
力に誤りが発生するのを極めて少なくすることが可能と
なる。
The absolute pattern may be read in time series with one sensor without using a plurality of sensors. In this case, the pulse train extracted from the sensor is serial data corresponding to a digital code array according to a certain unit pitch of the absolute pulse.Therefore, the high / low level of the unit pulse constituting the pulse train is converted into the clock signal for each unit. Read sequentially in synchronization. Also in this case, the sensor output for the absolute signal is read at a stable time apart from the rise and fall of each unit pulse of the pulse train based on the clock signal, so that an error in the encoder output is prevented from occurring. It becomes possible to make it extremely small.

そして本発明では、アブソリュートパターン中の最小
読取単位が「0」であるか「1」であるかを確定する信
号確定部を、前記単位の長さλより小さく形成したの
で、隣接する信号確定部との間に間隔をあけられること
になり、相互の影響が少なくなる利点がある。
In the present invention, since the signal determination unit for determining whether the minimum reading unit in the absolute pattern is “0” or “1” is formed smaller than the unit length λ, the adjacent signal determination unit Has an advantage that mutual influence is reduced.

また、前記クロック信号は符号板のアブソリュートパ
ターンを形成した同じトラック中に一緒に設けられたイ
ンクリメンタルパターンの読取り結果から得たものとな
るので、例えば同一符号板の別のトラックのインクリメ
ンタルパターンから得たものや、軸で連結された別の符
号板のインクリメンタルパターンから得たものに比べ
て、トラック同士の相対精度や符号板同士を連結する軸
のねじれを考慮に入れる必要がなく、従って前記信号確
定部のトラック長さ方向の寸法を極めて短くして、エン
コーダの分解能を向上させることもできるものである。
Further, since the clock signal is obtained from a reading result of an incremental pattern provided together in the same track on which the absolute pattern of the code plate is formed, for example, the clock signal is obtained from an incremental pattern of another track of the same code plate. It is not necessary to take into account the relative accuracy of the tracks or the torsion of the shaft connecting the code plates, as compared to that obtained from the incremental pattern of the It is also possible to improve the resolution of the encoder by making the size of the section in the track length direction extremely short.

本発明の実施例を図面と共に説明すれば以下の通りで
ある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[実施例] 第3図は、本実施例のロータリーエンコーダ用符号板
の模式平面図であり、センサ位置を重畳して示す。
Embodiment FIG. 3 is a schematic plan view of a code plate for a rotary encoder according to the present embodiment, showing sensor positions superimposed.

第3図において、符号板1にはその回転軸心6を中心
とする1本の円形トラック2が形成されている。
In FIG. 3, the code plate 1 is formed with one circular track 2 centered on its rotation axis 6.

ここでトラック2はアブソリュートパターンを有する
トラックであり、トラックを2n=8(n=3ビット)分
割して8個の最小読取単位が形成されている。
Here, the track 2 is a track having an absolute pattern, and the track is divided into 2 n = 8 (n = 3 bits) to form eight minimum reading units.

ここでは透明領域が「0」を、また暗黒領域が「1」
をそれぞれ表わすことにしてあり、このアブソリュート
パターンを、第3図矢印Xの位置から反時計回りに数え
ると、 00011101 となっている。
Here, the transparent area is “0”, and the dark area is “1”.
When this absolute pattern is counted counterclockwise from the position of the arrow X in FIG. 3, it becomes 00011101.

ここでは、読取単位マークBを、反時計回りに見た場
合の最小読取単位(長さλ)の始端部に設けてあり、マ
ークBの始端は単位の始端に一致させてある。そして、
符号「1」の最小読取単位の場合には、それの信号確定
部AとマークBとの間は暗黒に塗られている(第1D図に
相当)。
Here, the reading unit mark B is provided at the start end of the minimum reading unit (length λ) when viewed counterclockwise, and the start end of the mark B coincides with the start end of the unit. And
In the case of the minimum reading unit of the code “1”, the space between the signal determining portion A and the mark B is painted dark (corresponding to FIG. 1D).

次に読取ヘッドについて説明する。読取ヘッドは図面
には示していないが、センサの相対位置が重要であるの
で、それだけを第3図に重畳して示してある。
Next, the reading head will be described. The read head is not shown in the drawing, but only the relative position of the sensor is important, so that only the read head is shown in FIG.

センサは、アブソリュート信号用3−1、3−2、3
−3、3−4の4個、インクリメンタル信号用4Bが1個
である。アブソリュート信号用のセンサは、ここではn
=3ビットであるので3個あればよいが、反時計回り時
に3−1、3−2、3−1の3個を使用し、時計回り時
に3−4、3−3、3−2の3個を使用することにして
いる。こうすると、正転逆転どちらでも絶対位置が検出
できる。
The sensors are 3-1 for absolute signals, 3-2, 3
-3, 3-4, and one incremental signal 4B. The sensor for the absolute signal here is n
= 3 bits, so it is sufficient to use three bits. However, three bits 3-1 and 3-2 and 3-1 are used in the counterclockwise direction, and 3-4, 3-3 and 3-2 in the clockwise direction. I decided to use three. In this way, the absolute position can be detected in both forward and reverse rotations.

センサ4bと最も近いセンサ3−1とは、最小読取単位
の長さ(ピッチ)をλとするとき、ほぼ1/2λだけ離し
てあり、またセンサ3−1、3−2、3−3の相互間隔
はλである。これは、読取単位マークを最小読取単位の
始端部に設けてあり、他方信号確定部を最小読取端域の
中央部に設けてあり、各センサはそれぞれに対応する位
置に来なければならないからである。
When the length (pitch) of the minimum reading unit is λ, the sensor 4b is separated from the nearest sensor 3-1 by approximately λλ. The mutual spacing is λ. This is because the reading unit mark is provided at the start end of the minimum reading unit, while the signal determination unit is provided at the center of the minimum reading end area, and each sensor must come to a corresponding position. is there.

正転逆転を区別して検出すめために、別にセンサ4a,4
bを設けてあり、センサ4bは、インクリメンタル信号用
と兼用している。
Sensors 4a and 4
b is provided, and the sensor 4b is also used for an incremental signal.

これら各センサはいずれも光源(例:LED)と光電変換
素子(例:フォトダイオード)との対からなり、両者の
間に符号板のトラックが位置する。トラックの透明領域
がセンサを横切るとセンサ出力は高レベルとなり、暗黒
領域がセンサを横切るとセンサ出力は低レベルとなる。
Each of these sensors comprises a pair of a light source (eg, an LED) and a photoelectric conversion element (eg, a photodiode), and a track of a code plate is located between the two. When the transparent area of the track crosses the sensor, the sensor output goes high, and when the dark area crosses the sensor, the sensor output goes low.

第4図に読取ヘッドの各センサ出力を処理するための
信号処理回路の一例を簡略的に示す。
FIG. 4 schematically shows an example of a signal processing circuit for processing each sensor output of the read head.

この符号板と読取ヘッドとからなるエンコーダで、符
号板1を第3図矢印Xの位置から時計回りに1回転させ
たときのインクリメンタル信号用センサ4bの出力(パル
ス波形)を第5図に示す。
FIG. 5 shows the output (pulse waveform) of the incremental signal sensor 4b when the code plate 1 is rotated once clockwise from the position of arrow X in FIG. 3 by the encoder including the code plate and the reading head. .

このパルスの立下り(0から1への変化時)がいずれ
もトラックの最小読取単位ごとに設けた読取単位マーク
の始端(0から1への変化個所)と一致する。そこで、
この立下りが検出された場合にのみワンショット回路か
らクロック信号を出してラッチをかけ、アブソリュート
信号用センサ3−1、3−2、3−3をONにして各セン
サに対応する最小読取単位の各信号確定部の0,1を読取
る。例えば第5図の位置では、センサ3−1、3−2、
3−3ともに0を検出し、この位置における二進コード
は「000」となる。
The falling edge of this pulse (at the time of change from 0 to 1) coincides with the beginning of the read unit mark (change from 0 to 1) provided for each minimum read unit of the track. Therefore,
Only when this fall is detected, a clock signal is output from the one-shot circuit and latched, and the absolute signal sensors 3-1, 3-2 and 3-3 are turned on and the minimum reading unit corresponding to each sensor is turned on. Of each signal determination unit is read. For example, in the position of FIG. 5, the sensors 3-1, 3-2,
Both 3-3 detect 0 and the binary code at this position is "000".

アブソリュート信号用センサが読取る二進コード(こ
こでは3ビット)は、同じものがないようにパターンが
出来ているので、以上のような方法で絶対位置を知るこ
とができる。又、任意の自然数Nに対し、2K-1<N≦2K
なる自然数Kがあり、「0」「1」のN個の列に対し、
連続したK個の二進コードがパターンのどの場所を見て
も同じものはないパターンが存在することが知られてい
るので、この1トラック型アブソリュートパターンはさ
らに大きなパルス数のものでも可能である。
Since the binary code (here, 3 bits) read by the absolute signal sensor is patterned so as not to have the same one, the absolute position can be known by the above method. For any natural number N, 2 K-1 <N ≦ 2 K
Is a natural number K, and for N columns of “0” and “1”,
Since it is known that there are no patterns where the continuous K binary codes are identical everywhere in the pattern, the one-track absolute pattern can have a larger pulse number. .

以上、ロータリーエンコーダを例として説明しだか、
リニアエンコーダにも適用でき、また磁気式その他の任
意の検出方式のエンコーダにも適用可能である。
As mentioned above, the rotary encoder is explained as an example,
The present invention can be applied to a linear encoder and an encoder of a magnetic type or any other detection method.

[参考] アブソリュートパターンの配列の決定は次のようにし
て行なう。
[Reference] The absolute pattern arrangement is determined as follows.

即ち、目盛数が少ないときは順次試行錯誤的に行なっ
てもよいが、目盛数が多くなるとコンピュータで演算さ
せる必要がある。
That is, when the number of graduations is small, it may be sequentially performed by trial and error, but when the number of graduations is large, it is necessary to calculate by a computer.

前述の4目盛の場合で説明すると、例えば各目盛が
「0」の場合は必ず存在するから、先ず4つの「0」の
連続「0,0,0,0」を考える。そして「0」が5つ連続す
ると同じ組合せが生じてしまうことになるから、「0」
が4つ続いた後には必ず「1」がくると考える。このよ
うにして順次「0」か「1」かを追加していき、4つず
つの区切りで1目盛ずつシフトしたときに同じ内容の組
合せが生じないようにすればよい。
In the case of the above-described four scales, for example, when each scale is “0”, there is always a case, so a series of four “0” s “0,0,0,0” is considered first. Then, if five “0” s are consecutive, the same combination will occur, so “0”
It is assumed that "1" always comes after four consecutive characters. In this way, “0” or “1” is sequentially added so that the same combination of contents does not occur when shifting one division at a time by four divisions.

このようにしてコンピュータに演算させた結果を第6
図(a)(b)(c)(d)に示す。
The result of the computation performed by the computer in this way is the sixth.
Figures (a), (b), (c) and (d) show.

第6図(a)は32目盛、即ちN=5ビットの場合のア
ブソリュートパターン、第6図(b)は64目盛、即ちN
=6ビットの場合のアブソリュートパターン、第6図
(c)は256目盛、即ちN=8ビットの場合のアブソリ
ュートパターン、そして第6図(d)は1024目盛、即ち
N=10ビットの場合のアブソリュートパターンスであ
る。
FIG. 6 (a) shows an absolute pattern in the case of 32 graduations, ie, N = 5 bits, and FIG. 6 (b) shows a 64 graduation, ie, N
FIG. 6 (c) shows an absolute pattern in the case of N = 8 bits, and FIG. 6 (d) shows an absolute pattern in the case of 1024 scales, ie, N = 10 bits. Patterns.

第6図(b)(c)(d)のアブソリュートパターン
は、行の末尾の目盛がその次(下)の行の先頭の目盛に
つながって一連のものとして構成される。
The absolute patterns in FIGS. 6 (b), (c) and (d) are configured as a series of patterns in which the scale at the end of the line is connected to the scale at the beginning of the next (lower) line.

これら第6図のアブソリュートパターンをロータリー
エンコーダに用いる場合には、最下行の最後の目盛が第
1行の先頭の目盛につながって無端状に連続するように
する。
When the absolute pattern shown in FIG. 6 is used for a rotary encoder, the last graduation in the lowermost row is connected to the first graduation in the first row so as to be endlessly continuous.

第6図の例では、アブソリュート信号用センサをアブ
ソリュートパターンの1目盛相当分の間隔(λ)で連続
配置する場合のコード配列を示したが、パターンが細か
くなってセンサの寸法上の制限により1目盛間隔での連
続配置が物理的に困難になる場合は、アブソリュートパ
ターンのコード配列を工夫することによって、例えばコ
ード配列の1目盛置きに2λの間隔でセンサを配置する
ことができる。そのような一例として第7図にN=10の
場合のアブソリュートパターンを示す。この場合はN=
10であるから10個のセンサが1目盛置き、つまり間隔2
λで配置される。
In the example of FIG. 6, the code arrangement when the absolute signal sensors are continuously arranged at intervals (λ) corresponding to one scale of the absolute pattern is shown. In the case where it is physically difficult to continuously arrange the scales at the scale intervals, it is possible to arrange the sensors at intervals of 2λ, for example, every other scale of the code array by devising the code arrangement of the absolute pattern. FIG. 7 shows an absolute pattern when N = 10 as one example. In this case N =
Ten, so ten sensors are placed on one scale, that is, the interval 2
λ.

勿論、他の間隔についても同様にアブソリュートコー
ドを適宜定めることは可能であり、一般的にはλの整数
倍の間隔についてアブソリュートコードを作ることがで
きる。
Of course, it is possible to appropriately determine the absolute code for other intervals as well, and generally, an absolute code can be created for an interval that is an integral multiple of λ.

このようなアブソリュートパターンによれば1トラッ
クでアブソリュートパターンが実現できるので、所謂イ
ンクリメンタル型のエンコーダと大きさが殆ど変わらな
いアブソリュートエンコーダを得ることが可能である。
According to such an absolute pattern, since an absolute pattern can be realized in one track, it is possible to obtain an absolute encoder whose size is almost the same as that of a so-called incremental encoder.

[発明の効果] 以上に述べたように、本発明によれば、符号板のアブ
ソリュートパターン中の信号確定部が最小読取単位より
小さく形成され、且つその間隙にインクリメンタルパタ
ーンのための読取マークが形成されているから、単一ト
ラックでアブソリュートパターンとインクリメンタルパ
ターンの両方を含む符号板が得られ、アブソリュートパ
ターンについては隣接する読取単位の影響が少なくなっ
て読取精度が向上すると共に、符号板自体およびそれと
組み合わされる検出器のコンパクト化にも寄与する。ま
た符号板のアブソリュートパターンおよびインクリメン
タルパターンの形成と、エンコーダの組み立ておよび調
整の面でもそれらが容易になるという利点がある。すな
わち、同一トラック上から得られるクロック信号に基づ
いてアブソリュート信号を読取るので、個々のセンサか
ら検出されたパルス信号の高低レベルを安定した時点で
同時に読取ることができ、出力に誤りの生じる恐れのな
い高精度なアブソリュートエンコーダを得ることができ
るものである。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the signal determining portion in the absolute pattern of the code plate is formed smaller than the minimum reading unit, and the reading mark for the incremental pattern is formed in the gap. Therefore, a code plate including both an absolute pattern and an incremental pattern can be obtained in a single track, and the influence of adjacent reading units is reduced for the absolute pattern, so that reading accuracy is improved, and the code plate itself and the code plate itself are improved. It also contributes to downsizing of the combined detector. Further, there is an advantage that the formation of the absolute pattern and the incremental pattern of the code plate and the assembling and adjustment of the encoder are facilitated. That is, since the absolute signal is read based on the clock signal obtained from the same track, the high and low levels of the pulse signals detected from the individual sensors can be read simultaneously at a stable point in time, and there is no possibility that an error occurs in the output. A highly accurate absolute encoder can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1A〜1D図は本発明の符号板の一例を示す概略部分平面
図、第2図は従来例の概略部分平面図、第3図は光学式
アブソリュートエンコーダ用の本発明の一実施例に係る
符号板の模式平面図、第4図は信号処理回路の例を示す
概略回路図、第5図は検出波形の説明図、第6図(a)
〜(d)は異なる目盛数のアブソリュート信号を得るた
めのアブソリュートパターンのいくつかの例を示す説明
図、第7図はアブソリュートパターンの別の例を示す説
明図、第8図(a)は従来例に係る光学式アブソリュー
トエンコーダ用符号板の模式平面図、同図(b)はその
信号処理回路を示す回路図である。 (主要部分の符号の説明) 1:符号板 2:トラック 3−1:アブソリュート信号用センサ 3−2:アブソリュート信号用センサ 3−3:アブソリュート信号用センサ 3−4:アブソリュート信号用センサ 4b:インクリメンタル信号用センサ 5:(欠番) 6:回転軸心
1A to 1D are schematic partial plan views showing an example of a code plate of the present invention, FIG. 2 is a schematic partial plan view of a conventional example, and FIG. 3 is a diagram relating to an embodiment of the present invention for an optical absolute encoder. FIG. 4 is a schematic circuit diagram showing an example of a signal processing circuit, FIG. 5 is an explanatory diagram of a detected waveform, and FIG.
To (d) are explanatory diagrams showing some examples of absolute patterns for obtaining absolute signals having different numbers of scales, FIG. 7 is an explanatory diagram showing another example of an absolute pattern, and FIG. FIG. 1B is a schematic plan view of a code plate for an optical absolute encoder according to an example, and FIG. 2B is a circuit diagram showing a signal processing circuit thereof. (Explanation of reference numerals of main parts) 1: Code plate 2: Track 3-1: Sensor for absolute signal 3-2: Sensor for absolute signal 3-3: Sensor for absolute signal 3-4: Sensor for absolute signal 4b: Incremental Signal sensor 5: (missing number) 6: Rotary axis

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】「0」信号と「1」信号に対応する二種の
最小読取単位を所定の配列で1トラック上に並べてなる
1トラック型アブソリュートエンコーダ用符号板におい
て、 少なくとも一方の種類の前記最小読取単位が該単位の長
さより短い信号確定部を有し、同じトラック上の前記信
号確定部間の隙間部分に前記単位の長さに対応する一定
ピッチで同期信号用読取単位マークが設けられているこ
とを特徴とする1トラック型アブソリュートエンコーダ
用符号板。
1. A one-track type absolute encoder code plate in which two types of minimum reading units corresponding to a "0" signal and a "1" signal are arranged on one track in a predetermined arrangement, wherein at least one of the types The minimum reading unit has a signal determining portion shorter than the unit length, and a synchronization signal reading unit mark is provided at a constant pitch corresponding to the unit length in a gap between the signal determining portions on the same track. A code plate for a one-track type absolute encoder, characterized in that:
【請求項2】請求項1の符号板において、(イ)同一の
最小読取単位内における読取り単位マークと、(ロ)前
記「1」の最小読取り単位における信号確定部と、
(ハ)これら両者の間の領域とが同一の物理的性質を持
ち、かつ、(ニ)前記「0」の最小読取り単位の信号確
定部と、(ホ)トラック上の全ての残りの領域とが前記
物理的性質とは異なる物理的性質を持つことを特徴とす
る1トラック型アブソリュートエンコーダ用符号板。
2. A code plate according to claim 1, wherein: (a) a reading unit mark in the same minimum reading unit; and (b) a signal determining unit in said minimum reading unit of “1”.
(C) the area between the two has the same physical properties, and (d) the signal determination section of the minimum reading unit of “0”, and (e) all remaining areas on the track. Has a physical property different from the physical property described above.
【請求項3】符号板のトラック長手方向に沿って配置さ
れた少なくとも2つのセンサを備えた読取りヘッドにお
いて、 前記センサの一方をインクリメンタル信号用とし、他方
をアブソリュート信号用とし、かつ両者の間隔をほぼ
(m+1/2)λ(但し、λは符号板の最小読取単位の長
さ、mは0又は正の整数)だけ離したことを特徴とする
読取ヘッド。
3. A read head having at least two sensors arranged along the longitudinal direction of a track of a code plate, wherein one of said sensors is used for an incremental signal, the other is used for an absolute signal, and the distance between the two is set. A read head characterized in that the read heads are separated by substantially (m + 1/2) λ (where λ is the minimum read unit length of the code plate, and m is 0 or a positive integer).
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