JP3093924B2 - アブソリュートエンコーダ - Google Patents
アブソリュートエンコーダInfo
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- Optical Transform (AREA)
Description
に変換するアブソリュートエンコーダに関する。
能に応じた本数の符合列を配置し、これを並列に読み込
むことによって、位置、角度を符合化するのは、アブソ
リュートエンコーダの実現方法として広く行なわれてい
る技術である。この方法では、符合列としてグレイコー
ドが主に用いられ、ミスコードの発生を防止している
が、分解能に応じた本数の符合列を必要とする為、符合
板が大きくなる欠点がある。また、この方法では、分解
能に等しい単位で変化する符合列を必要とし、各符合列
を正確に読み込むため検出器との位置決め精度に十分留
意しなければならず、符合板の製作、エンコーダの組立
・調整、および使用中のずれ防止のために大きな工程を
要し、機構が大型になり高価になる欠点もあった。
トエンコーダを実現する方法については、特開昭57−
175211号、実開昭60−152916号、特開昭
63−231215号、特開平1−152314号、特
開平3−72217号等に開示されている。これらの方
法は、ビット数分の符合列が必要な従来法に比べ、小型
化を可能とするが、グレイコードの様な同時に変化する
ビットを1つのみに制限する方法は使えず、境界上にな
る位置では正しく符合化できない欠点があった。前述し
た各公開公報の開示情報は、この問題について未解決で
あったり、これを補うために別の符合列を必要とする
等、真の単一符合列によるアブソリュートエンコーダを
完成していない。また、これらの符合板の最小ピッチは
分解能に等しく、従来のものと同じため、高分解能を必
要とする時の符合板の製作上の問題は残されたままであ
る。
出力しない、いわゆるミスコードは大変重大な問題だ
が、これについては特開平3−274414号によって
検出方法が示されている。しかし、この方法はミスコー
ドの検出のみで、その修正までには至らないので、高信
頼性を必要とする機器で使用するためにはさらなる改良
を要する。
従来のアブソリュートエンコーダーにおける諸問題を解
決し、製作、組立が容易で、しかも細かな調整が不要と
なり、小型で安価なアブソリュートエンコーダを提供す
ることを課題とする。
題を解決する為に、周期2K−1(Kは整数)のM系列
ビット列を1列の濃淡帯として長さ方向もしくは円周上
に記した符合板と、これを長さ方向にあるいは円周上を
円弧状または接線上を直線状に、符合単位長さをLとす
るときL/N(Nは3以上)の分解能で、少なくともL
・Kの長さを読み取れる検出器と、その出力を解析する
演算器とを備え、検出器を、1つのグループが互いに間
隔Lで配列されたK個の区画からなり、異なるグループ
の区画同士がL/Nの間隔で配列された少なくともN組
のグループに分割し、各グループをデコードした結果出
現したデコード値が単一の場合にはそのデコード値を利
用し、単一でない場合には出現数最多のデコード値と2
番目に出現数の多いデコード値との差がデコード値の最
小単位に等しい場合に正しく読み出されていると判断
し、これら2つのデコード値を利用して位置又は角度を
求めることを特徴としており、検出器が濃淡帯境界にさ
しかかった時などに正しく符号を読めないグループをそ
れ以外のグループとの数値的関係から特定し、誤差発生
を回避し、かつ/又は誤差量を推定するように構成され
ているアブソリュートエンコーダが提供される。さら
に、上記アブソリュートエンコーダの検出器をL・(K
+1)の長さまで読み取れるようにしたものを用いるこ
ともできる。
リュートエンコーダの作用について詳しく説明する。図
1は、本発明の符合板と検出器を簡略化して示したもの
である。図中、1は周期7のM系列の濃淡帯の符合を記
した符合板、2は読み取り器であり、感度をもつ各検出
器をA0 〜C2 で示してある。符合板1には、分解能の
3倍の荒さを1ビットの単位とし、周期7のM系列のう
ち下記数1で示すデジタルフィルタから出力される0、
1信号を0を透明、1を黒に対応して帯状に記してあ
る。
ビットの3倍である9個を配置し、3個おきにA、B、
Cとそれぞれグループ分けしてある。各グループの読み
取り器2の検出器は上から順にA2 ,A1 ,A0 等と添
え字を付ける。
位置から並んで取り出したKビットのパターンは唯一無
二である。図1の状態で各検出器の出力を記せば、 (A2 ,A1 ,A0 )=(1,0,0) (B2 ,B1 ,B0 )=(0,0,1) (C2 ,C1 ,C0 )=(0,0,1) となる。予め位置指標3が各位置を指す時のAの出力を
調べれば下記表1の通りであるので、この表を用いて各
グループをデコードするとA=3、B=2、C=2とな
る。これより、図1の状態で位置指標3が2・1/3 の位
置にきていることは、検出器の出力のみから判定するこ
とができる。これを一般化すると、各検出器のデコード
出力がA=B=C=nであれば位置n、A=n+1、B
=C=nであれば位置n+1/3、A=B=n+1、C
=nであれば位置n+2/3に位置していることがわか
る。
界線上にさしかかり、正しく読みとれなかった場合を考
察する。正しく読めた場合、上記から下記数2の条件が
同時に満たされる。
は1である。)逆にこの条件を満足しない時はどれかが
正しく読めていない。図1において、位置指標が2・1
/6付近にきた時を考えると、グループAが境界にさし
かかり、理想的には、 (A2,A1,A0)=(0,0,1) (A2,A1,A0)=(1,0,0) の出力だが、検出器位置、符合板の誤差により、 (A2,A1,A0)=(1,0,1) (A2,A1,A0)=(0,0,0) を読み取ることがある。しかし、この場合、B=C=2
よりAは2または3であることが確定しており、この条
件よりAは境界上にきており、それは2・1/6付近し
かないことが特定されるのである。本発明が正しく実施
された場合、静止状態において境界にさしかかる検出器
は高々1グループのみであり、これを除く2つのグルー
プは前記数2の条件を満たすため、他グループが境界に
さしかかった場合についても、正しく読めなかったグル
ープとそれから推定される位置は同様に特定可能であ
る。以上により、単一の符合列を記録した符合板と、符
合列をその最小単位長さの1/3の分解能で読みとるこ
とができる検出器と、検出器の出力から位置を求める演
算器により所要のアブソリュートエンコーダを作製でき
ることがわかる。
のM系列ビット長よりも多数設置した場合の作用につい
て説明する。図2は、図1に示す読み取り器2にさらに
3個の検出器を追加し、M系列の3ビット長に対し1ビ
ット分の冗長性をもたせたものである。これを重複させ
ながら3個毎にグループに分け、次の6組をつくる。 E0:(D 23 ,D 22 ,D 21 )=(0,1,0) E1:(D 13 ,D 12 ,D 11 )=(1,0,0) E2:(D 03 ,D 02 ,D 01 )=(1,0,0) E3:(D 22 ,D 21 ,D 20 )=(1,0,0) E4:(D 12 ,D 11 ,D 10 )=(0,0,1) E5:(D 02 ,D 01 ,D 00 )=(0,0,1) 表1によりそれぞれのグループをデコードすると E0=4 E1=3 E2=3 E3=3 E4=2 E5=2 となる。正しく読み取れていれば最多出現数は3個で、
その数値をnとするとき必ずn+1またはn−1が出現
している。境界上にさしかかり、正常に読めない可能性
があるのは高々2グループで、その場合最多出現数は2
個となる。
ないものに比べ、さらに簡単である。まずデコード出力
(デコード値)の出現数を各々計数し、最多のものと次
に多いものを選び、そのうち数値(デコード値)の大き
いものをm、小さいものをnとする。Nは符合単位長さ
と検出器間隙の比である。もしm−n=1であるとき、
nを出力したEの添字で最小のものをa(前記例では
4)、mを出力したEの添字で最大のものをb(前記例
では3)としたとき、m+a/N〜m+b/Nの間に指
標がきている。それ以外のときは、正しく符合を読めな
かったことがわかる。Nが3のときは、最大2つのグル
ープが正しく読めない場合まで位置の確定が可能だが、
Nを大きくすると最大N−1個の出力が正しく読み取れ
なくても位置の推定が可能となる。この場合の分解能は
(a−b)/Nに低下するが、含まれる誤差の大きさを
知ることができ、また故障とも区別することができる。
以上により、単一の符合列を記録した符合板と、符合列
をその最小単位長さの1/3以下の分解能で読み取るこ
とができる、ビット長に対し冗長性がある検出器と、検
出器の出力から位置を求める演算器により所要のアブソ
リュートエンコーダを作製できることがわかる。
本発明についてさらに詳細に説明する。
0.2mmを単位とする周期211−1のM系列の濃淡帯
として符号が記されている。この画像は、光学系5によ
り、256分割のCCDイメージセンサ6の受像面に等
倍で結像する。CCDイメージセンサ6は10μmピッ
チで像を読み取ることができる。7はガラス符合板4上
に焦点位置がくるように設置された光源である。この系
では、検出器としてCCDイメージセンサ6を用い、2
56セルのうち220セルを利用して、20セルおきに
11セルを順にとり、20グループとしてデータを読み
取る。前述したように予め作成した順序表で各グループ
の出力をデコードした結果を順にGi(i=0,1,・
・・・,19)とすれば、例えばG0 =1001、G1
=1001、・・・・、G7 =1001、G8 =100
0、・・・・、G19=1000のようになり、1000
+7/20の位置を読み取った状態であることを判定で
きる。この場合の符合ピッチは0.2mmであるから、
これは先端より(1000+7/20)×0.2mm=
200.07mmの位置であることがわかる。これによ
り、400mmの符合板4上のどの位置を読んだか、1
0μmの分解能で知ることができた。
をもって移動し、読み取り中にセル上をビットの境界が
通過することもある。しかし、20グループのうちいく
つかはn、n+1のどちらかを示し、ビット境界が通過
したグループは、これとは違う値を示す。たとえば、G
0 =n+1、G1 =n+1、G2 =X、G3 =n、G4
=n、・・・・の様にである。この場合、Giの各値毎
の出現数を数え、最多のものとその次のものを抽出し、
その差が1になっていることを確認した後、n+1が出
現したGiのうち最大のiをa(この場合1)、nが出
現したGiのうち最小のiをb(この場合3)とすれ
ば、分解能(b−a)でn+(a+b)/40の位置に
いることがわかる。一方、最多出現がnで、n+1また
はn−1が出現しないときは、nが出現したGiのうち
最小のiをa、最大をbとして、分解能20−(b−
a)でnの位置にいることがわかる。また、符合板4に
汚れが付着した場合等、正しく読み取れない時は、Gi
は乱数になるので異状を検知することができる。具体的
には、最多出現した出力の個数にしきい値を設定し、そ
れより少ない個数しか同じ値が得られなければ異常とす
る。
行なったが、これを磁気的な方法、即ち磁石とホール素
子列に置き換えても同様に実現できる。また、長さやグ
ループ数は参考のためのものであり、これに限定する必
要はない。演算器については、マイクロコンピュータを
使用すれば容易にできるが、特に高速を要する場合、論
理回路のみで構成することもできる。
ンミラー10、rθ光学系11及びフォトダイオード1
2により構成された実施例を示す。前記実施例1で空間
的に得られたビット列信号が、この実施例では時系列と
して出力されるので、これを時分割し、符合板8上の1
ビット分を走査する時間の1/n毎に各グループ分けす
れば、前記実施例1と同様に処理することができる。こ
の検出器の構成は容易に焦点深度を深くすることができ
るため、符合板と検出器の距離が変化しても誤差を生じ
にくい。
40セル利用するように変更した実施例を示す。CCD
イメージセンサのセルを端から20セルおきに11セル
を順にとり、40グループを作る。このとき重複を許
す。即ち、端から順に0〜239まで番号がついている
ものとして、次の様になる。 グループ0:(0,20,40,・・・・,200) グループ1:(1,21,41,・・・・,201) グループ2:(2,22,42,・・・・,202) ・・・・・: グループ19:(19,39,59,・・・・,219) グループ20:(20,40,60,・・・・,220) ・・・・・・: グループ39:(39,59,79,・・・・,239) 実施例1と同様に、各グループの出力をデコードした結
果を順にGi(i=0,1,・・・・,39)とし、出
現する数値それぞれの出現回数を数える。この場合、正
常に読み取れていれば、最多出現した数値と次に多いも
のを選び、そのうち数値の大きいものをm、小さいもの
をnとすると、その差は1である。mが出現したGiの
うち最大のiをa、nが出現したGiのうち最小のiを
bとすれば、n+a/20〜n+b/20の間にいるこ
とがわかる。この実施例ではm−n=1が成り立たない
場合、b−aが所要の分解能を満足しない場合を異常と
する。
エンコーダによれば、検出器のグループ数をnとする
と、符合板上の単位を分解能のn倍とすることができ
る。また、検出器の読み取れる長さに冗長性を持たせる
ことにより、より正確な読み取りが可能となる。さら
に、目盛として必要なビット列は1列のみであるため、
符合板の製作が容易になる。また、本発明のアブソリュ
ートエンコーダによれば、符合板と検出器の横方向への
ずれによって誤差を生じない。特に実施例2のように、
読み取りにレーザーを利用したものは、符合板と検出器
の距離の影響も少ない。これにより、符合板及び検出器
の取付が容易になり、細かな調整が不要となる。また、
使用中にずれたり振動が加わっても誤差を生じにくい。
これにより航空機、ロケット搭載用のアブソリュートエ
ンコーダとして利用できる他、符合板と検出器が遠くは
なれた位置にある場合にも応用できる。例えば、原子炉
の制御棒につけた符合板を安全な位置に設置された望遠
鏡により検出器に結像させる等の応用を可能にしてい
る。また、符合板と検出部が相対的に高速で運動中でも
位置を読むことが出来、かつ、そのスピードは従来のも
のより容易に高速化できる。さらに、限界を超えた速度
でも、分解能はそれに応じて低下するものの、正しい出
力が得られ、かつ、誤差の範囲を知ることができる。ま
た、符合板の破損や汚れ、検出器の不良について、その
異状を検知することができる。これにより、測定された
値は保証され、装置の信頼性を高めることができる。本
発明のアブソリュートエンコーダにおいては、検出器は
従来のものに比べ多数個必要となるが、CCDイメージ
センサ等が既に実用化され、容易に多分割数の受光部を
構成できる為、これは欠点とならず、むしろ固体化され
たチップと簡素な光学系により全体を小型化することが
できる。
図である。
り器に3個の検出器を追加した変更例の作用説明図であ
る。
を示す概略構成図である。
例を示す概略構成図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 周期2K−1(Kは整数)のM系列ビッ
ト列を1列の濃淡帯として長さ方向もしくは円周上に記
した符合板と、これを長さ方向にあるいは円周上を円弧
状または接線上を直線状に、符合単位長さをLとすると
きL/N(Nは3以上)の分解能で、少なくともL・K
の長さを読み取れる検出器と、その出力を解析する演算
器とを備え、検出器を、1つのグループが互いに間隔L
で配列されたK個の区画からなり、異なるグループの区
画同士がL/Nの間隔で配列された少なくともN組のグ
ループに分割し、各グループをデコードした結果出現し
たデコード値が単一の場合にはそのデコード値を利用
し、単一でない場合には出現数最多のデコード値と2番
目に出現数の多いデコード値との差がデコード値の最小
単位に等しい場合に正しく読み出されていると判断し、
これら2つのデコード値を利用して位置又は角度を求め
ることを特徴とするアブソリュートエンコーダ。 - 【請求項2】 検出器の読み取れる長さをL・(K+
1)以上にした請求項1記載のアブソリュートエンコー
ダ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06099170A JP3093924B2 (ja) | 1993-04-16 | 1994-04-14 | アブソリュートエンコーダ |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5-112413 | 1993-04-16 | ||
JP11241393 | 1993-04-16 | ||
JP06099170A JP3093924B2 (ja) | 1993-04-16 | 1994-04-14 | アブソリュートエンコーダ |
Publications (2)
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JPH06347288A JPH06347288A (ja) | 1994-12-20 |
JP3093924B2 true JP3093924B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=26440322
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06099170A Expired - Lifetime JP3093924B2 (ja) | 1993-04-16 | 1994-04-14 | アブソリュートエンコーダ |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3093924B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016053570A (ja) * | 2014-09-03 | 2016-04-14 | 有限会社ファインチューン | アブソリュート型エンコーダ |
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JP6817222B2 (ja) | 2015-04-30 | 2021-01-20 | パーキンエルマー・ヘルス・サイエンシーズ・インコーポレイテッドPerkinelmer Health Sciences, Inc. | オートサンプラ、オートローダ、ならびにそれらを用いたシステム及び装置 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH0599686A (ja) * | 1991-10-08 | 1993-04-23 | Nikon Corp | アブソリユ−ト・エンコ−ダ |
-
1994
- 1994-04-14 JP JP06099170A patent/JP3093924B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016053570A (ja) * | 2014-09-03 | 2016-04-14 | 有限会社ファインチューン | アブソリュート型エンコーダ |
Also Published As
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JPH06347288A (ja) | 1994-12-20 |
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