JP3136317B2 - 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

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JP3136317B2
JP3136317B2 JP01042885A JP4288589A JP3136317B2 JP 3136317 B2 JP3136317 B2 JP 3136317B2 JP 01042885 A JP01042885 A JP 01042885A JP 4288589 A JP4288589 A JP 4288589A JP 3136317 B2 JP3136317 B2 JP 3136317B2
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    • G01D5/249—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using pulse code
    • G01D5/2497—Absolute encoders

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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアブソリュートエンコーダに係り、とくにコ
ードトラックを有し回転式または直線式目盛の正確な位
置を示す出力信号を供給するアブソリュートエンコーダ
に関する。
〔従来の技術〕
アブソリュートエンコーダは測定目盛に対する感知ヘ
ッドの位置の出力表示を供給するものとして公知であ
る。回転による変位を感知するために、目盛はディスク
状をしていてその上に多重ビットデジタルコードの各ビ
ットを表す複数の同心トランクを有する。直線回転感知
のために、目盛は直線的に配置されたパラレルコードト
ラックを有する細長い目盛部材である。回転コードトラ
ックはそれぞれ各トラックと同心のセンサアレイによっ
て感知されて多重ビット出力コードのビットを表す出力
信号を供給する。このコードトラックは透光性または光
反射性である光学的応答性セグメントで形成されている
が、トラックは磁気的、容量性または誘導性のような他
の形態のもので形成されてもよい。コードトラックの数
を増すことによって出力コード中のビット数が増えてよ
り高い分解能が得られる。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は簡単に言えば、コードトラックとクロックト
ラックを有するアブソリュートエンコーダを提供するこ
とである。コードトラックはディスクが回転する際の各
微小増分毎に独特のシリアルコードでコード化される。
すなわち、Ｎビットのコードにつき各隣り合うＮビット
は独特のＮビットワードを表す。このようなコードはよ
くシフトレジスタコードとして規定される。本発明は、
相対的な角度または直線運動を感知する回転式または直
線式エンコーダとしてそれぞれ実施できる。
〔実 施 例〕 図には本発明のアブソリュートエンコーダの好ましい
実施例が示されている。本発明の実施例は回転式エンコ
ーダまたは直線式エンコーダであるが、以下の説明では
ディスク10を有する回転式エンコーダを記述する。
第１図において、回転ディスク10は軸11上に取付けら
れている。回転ディスク10は外側リング12と内側リング
14により取り囲まれている。ディスク10上のトラック12
と14との相対的位置は、さほど重要ではないが、その外
周縁に沿うものである。この好ましい実施例では２つの
トラックのセグメントは透光性および不透明なセグメン
トで構成されるが、当分野に公知な何等かの信号化方法
であってもよい。
トラック14は増分エンコーダのそれと同様に見え、絶
対出力ワード全体の２つの最小ビットを発生する。ここ
で、この等増分トラックは「クロック」トラックと呼ば
れる。
他のトラック、トラック12は「コード」トラックと呼
ばれ、クロックトラック14の半分の２進ビットを有す
る。コードトラック12はシリアルコード化されて全ての
より上位のビットを形成して完全な絶対出力ワードを得
るようになっている。コードトラック12は第１図には光
セグメント16および暗部セグメント18を有するものとし
て示されている。
コードトラック12に用いられているシフトレジスタコ
ードはエンコーダの各微小増分位置につき独特の値を有
するシリアルコードである。説明の簡単化のため、３ビ
ットシリアルコードが説明されたが、容易に理解される
ようにいかなる数のシリアルコードを使用してもよい。
選択されたビットの数は必要とされる角度位置の分解能
によって決まる。
コードトラック上のビットシーケンスを決定するため
に、シリアルコードがまず規定されなければならない。
一例として５ビット２進エンコーダが与えられている。
このようなエンコーダは１回転を25すなわち32分割する
からそれぞれ11.25゜づつに分割する。上述のように、
２つの最小位ビットはクロックトラックから取り出さ
れ、これについては後述する。シフトレジスタコードの
３つのより上位のビットは下記の通りである。
N4 N3 N2 0゜ ０ ０ ０ 45゜ ０ ０ １ 90゜ ０ １ １ 135゜ １ １ １ 180゜ １ １ ０ 225゜ １ ０ １ 270゜ ０ １ ０ 315゜ １ ０ ０ ８つの連なりにおける各ワードは右から入ってくる新
しいビットで左に１スロットシフトした先行するワード
から来て上から下に移るという風に理解すべきである。
反対方向では、下から上に動いて新しいビットが左から
入ってきて他のビットは右にシフトされる。そして、コ
ードトラックは最上位ビット（MSB）欄では上から下へ
向かって、最初の３つの０、続いて３つの１、１つの
０、および１つの１という順序に桁上げされる。このパ
ターンがコードトラック12に置かれるとき、いづれかの
３つの隣り合うセグメントが独特のシーケンスを作る。
シフトレジスタコードはそれ自体公知であり、例えばS.
Golumb著「シフトレジスタシーケンス（Shift Register
Sequences）」（Aegean Park Press 1982発行）、S.Li
nn著「誤り制御符号化技術（Error Control Coding）」
（Prentice−Hall,Inc.1983発行）、またはF.McWilliam
s著「誤り修正コードの理論（The Theory of Error−Co
rrecting Codes）」（North Holland Publishing Co.19
77発行）に記述されている。このようなコードを発生す
るためのアルゴリズムは全て「全て０」のワードを除外
する。このようなワードは次いでコードシーケンスの適
当な位置に任意に挿入される。
コードトラックパターン12が感知されて連続的な角度
ビットの各位置の状態が測定され、そのような各状態は
シフトレジスタの最後のスロットに「１」または「０」
として入力される。各ビット状態が入力されると前に感
知されたコードトラックビットは全てシフトレジスタの
次の隣り合う位置にシフトされる。Ｎ−２ビットだけ移
動する事によってシフトレジスタが満たされた後、シフ
トレジスタからのパラレル出力ワードにクロックトラッ
ク14からの２つの最小位ビットは絶対的な入力位置を形
成する。この後、Ｎ出力ビットは動作のいづれかの方向
に対する絶対的な入力位置を連続的に表示する。運動の
一方向に対して新たな絶対ビットはレチクルスリット20
を介して感知され、かつシフトレジスタの右端に入力さ
れて全ての先行する連続ビットが左に１スロットだけシ
フトされる。運動の反対方向についても第２のレチクル
スリット22からの新たに感知されたビットはレジスタの
左端に入力され全ての先の感知されたビットはシフトレ
ジスタにおける次の右側にスロットにシフトされる。そ
して、シフトレジスタにおけるビットのパターンは、レ
チクル感知板上にＮ−２ビット離れて置かれた２つのコ
ードパターンスリット間のコードトラック上における同
一パターンに相当する。そしてより上位のＮ−２ビット
は一連のコードトラック上に置かれなければならず、各
出力ワードは先行するワードと同一であって一端または
他端からの新たな入力と１スロットだけシフトされたも
のである。またエンコーダに最初に電力が与えられた
後、入力動作はシフトレジスタを満たすに必要な少量だ
けいづれかの方向に移動しなければならない。例えば、
１回転を2048増分に分解する回転エンコーダはレジスタ
を満たすための2.2゜より少ない角度だけ移動し正しい1
1ビット出力コードを発生しなければならない。これ
は、純粋増分エンコーダにおけるゼロ参照表示をみつけ
るのに必要な１完全回転まで回転しなければならない場
合に比べて遥かに簡単である。
第１図に示すように、クロックトラック14はコードト
ラック12と位相合わせされ、感知回路にその中心で各コ
ードトラックセグメントを読み取らせてコードセグメン
トの正確な読み取りを行わせる。第１図から分かるよう
に、コードトラック12の隣り合うセグメントは、同一値
（すなわち透明または不透明）であってどこで１つのセ
グメントが終り、どこで次のセグメントが始まるかに関
して不明確にするであろから、クロックトラック14は必
要である。Ａスリット24およびＢスリット26は共通のま
たは別個のレチクル板上に設けられるもので、クロック
トラックが感知される位置を規定するために用いられ
る。クロック信号はコードトラックが読み取られる時を
測定し、２つのクロックトラック信号が回転の方向を決
定する。
第２図は回転ディスク10上のデータを角度軸位置の測
定値に変換するための好ましい回路構成を示している。
第１図および第２図に関するデコーダ回路の動作を以下
に説明する。クロックトラック用の発光ダイオード（LE
D）30は常にオンであり、Ａスリット24およびＢスリッ
ト26両者を照射し、かつＡおよびＢ比較器の各出力に合
成信号を形成する。コードトラックにおける各ビットが
確実に感知されるようにするために、センサS1,20用のL
ED32およびセンサS2,22用のLED34はいづれもANDゲート3
6および38でそれぞれインバータ31から受量したゼロ状
態にあるＢトラックとANDが取られたＡトラックの変化
の瞬間にパルス点灯する。２つのトラック12および14は
互いに位相合わせされ、Ａ変化はS1およびS2における単
一線スリットがコードトラック要素の中央にあるときい
つでも生じる。時計方向（CW）回転については、S1LED3
2はＢ×Ａ↑（ＢおよびＡ↑）変化（ここでＡ↑はオフ
からオンへ、を意味する）によってパルス給電され、反
時計方向（CCW）回転についてはS2LED38はＢ×Ａ↓変化
（ここでＡ↓はオンからオフへ、を意味する）によって
パルス給電される。図において、S2スリットは、S1スリ
ットより３コードトラックビット（すなわちＮ−２ビッ
ト）後に位置する。第１図はS1のLED32がオンになり不
透明コードトラック要素の中央で照射する場合の位置に
おけるディスクを示している。これは、２つの先行する
S1パルス瞬間が既に第１の２つの不透明な０の時計方向
回転を生じているから000コードの始まりである。比較
器42および44からの信号はそれぞれスロットS1およびS2
でのコードトラックの状態に表すものである。時計方向
回転について、S1からの信号は線C1を介してシフトレジ
スタに入力される。反時計方向回転については、S2から
の信号は線C2を介してシフトレジスタに入力される。さ
らに45゜時計方向へ回転すると次のＢ×Ａ↑パルスの瞬
間にS1の下で明確なビットを形成し、“1"を生じて右側
スロットにおけるレジスタに入力し、他の２つの“0"を
左にシフトして000コードの終了および001コードの開始
という状態を生じる。この同一の45゜回転の間、Ａおよ
びＢビットは４つの変化の通常のシーケンスを通して変
っていき、45゜期間を４つの11.25゜増分に分割する。
ＡおよびＢ方向波が通常の増分サイクルに続きインバー
タ33およびＸ−ORゲート35を含む第２図に示された簡単
な論理回路によって絶対自然２進シーケンスに変換され
る。ディスク回転の方向に依存するシフトの方向はAND
ゲート36および38によって感知されて、これらゲートは
ディスクが時計方向に回転しているか反時計方向に回転
しているかによってシフトレジスタをトリガするクロッ
ク信号を形成する。
最終段階はシフトレジスタ40中のコードを所望の出力
コード、この場合自然２進形式に変換する。PROM40は、
平行線48に沿ってPROM46に伝送されるＮ−２ビット絶対
ワードとともにこの目的に使用され、シフトレジスタの
ワードをデコードするための手段を提供する。シフトレ
ジスタパラレル出力はアドレスとして用いられる。PROM
46からの出力は自然２進、２進化10進、対数もしくは３
角法を含む何等かのマッピング形式である。このマッピ
ングは線形である必要はなく、例えばカムを表す重み付
けされた値でコード化されても良い。
表１はこの５ビットの例用の連続的な読み出し値を示
す。
シフトレジスタが正しく満たされ読み出し得る状態に
なったことを示す「READY」出力を生じるために、電源
投入の後の変化を計数することは好都合である。しか
し、この詳細は第２図には示されていない。他の適当な
出力線が変化の間の「読まない」パルスを生じる。
上記実施例は単一シリアルコードトラックを用いる回
転ディスクエンコーダについてのものであるが、上記説
明から明らかなように、本発明の精神および範囲から外
れずに当業者であれば種々の改良および変形が行えるで
あろう。したがって本発明を特許請求の範囲記載の内容
以外の特定の図示もしくは記述されたものに限定される
ことはない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のトラックパターンを有するエンコーダ
ディスクの一例を示す図、第２図は第１図のディスクを
有するエンコーダと協働して出力信号を提供する回路の
ブロック線図である。 12……コードトラック、14……クロックトラック 16……明るいセグメント、18……暗いセグメント 20,22……センサ、24,26……スリット 27,29……比較器、30,32,34……LED 36,38……ANDゲート、40……シフトレジスタ 42,44……比較器、46……PROM
フロントページの続き (72)発明者 グレゴリー・ジェイ・ラスト アメリカ合衆国02174マサチューセッツ 州アーリントン、インターバル・ロード 11 (56)参考文献 特開 昭62−62213（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−149912（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−39302（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−166693（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−3515（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−189415（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−174217（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−183432（ＪＰ，Ｕ)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】絶対位置を指示する独特のＮビット出力ワ
    ードを提供するアブソリュートエンコーダであって、 軸の周りを回転するように装着されたディスクであり、
    周方向に配列された同一サイズの複数の２進セグメント
    の隣接するＮ−２セグメントの各組み合わせが前記出力
    ワードのＮ−２ビットを提供する単一の周方向のシリア
    ルコードトラック、並びに周方向に配列された同一サイ
    ズの複数の交番２進セグメントの隣接する２セグメント
    の各組み合わせが前記出力ワードの２ビットを提供する
    単一の周方向のクロックトラックを備えた前記ディスク
    と、 前記クロックトラックを読み取ってクロックコードの変
    化を表すクロック信号を生成し、更に前記出力ワードの
    ２ビットを生成する手段と、 前記クロック信号に応じて前記コードトラックを読み取
    り、そして前記出力ワードのＮ−２ビットを生成する手
    段と、 前記クロックトラックを読み取る手段と前記コードトラ
    ックを読み取る手段に対応して、前記ディスクの絶対回
    転位置を表す独特のＮビット出力ワードを提供する手段
    とを備え、 前記コードトラックと前記クロックトラックは同心的で
    あり、 前記クロック信号は、前記シリアルコードトラックのセ
    グメントの中間を読み取る際に変化が起こるように配置
    された２つのセンサからの入力であり、 位置を表すワードを提供する前記手段はシフトレジスタ
    を備え、 前記シフトレジスタは、前記出力ワードのＮ−２ビット
    をストアおよびシフトするように動作可能であることを
    特徴とするアブソリュートエンコーダ。
  2. 【請求項２】請求項１記載のものにおいて、 前記シリアルコードトラックの前記２進セグメントは透
    光性もしくは不透明であるアブソリュートエンコーダ。
  3. 【請求項３】請求項１記載のものにおいて、 前記シリアルコードトラックの前記２進セグメントは光
    反射性もしくは非反射性であるアブソリュートエンコー
    ダ。
  4. 【請求項４】請求項１記載のものにおいて、 前記シリアルコードトラックの前記２進セグメントは磁
    気によるアブソリュートエンコーダ。
  5. 【請求項５】請求項１記載のものにおいて、 前記シリアルコードトラックの前記２進セグメントは容
    量性であるアブソリュートエンコーダ。
  6. 【請求項６】軸の周りを回転するように装着されたディ
    スクであり、２進セグメントを有する単一の周方向のシ
    リアルコードトラック、並びに交番２進セグメントを有
    する単一の周方向のクロックトラックを有し、前記コー
    ドトラックでは所定数の隣接するセグメントがディスク
    回転の各セグメント用の独特のシリアルコードを規定す
    る前記ディスクと、 前記クロックトラックを検出して相対的なディスク回転
    および方向を表すクロック信号を生成する第１の検出手
    段と、 前記第１の検出手段が前記クロックトラックを検出する
    少なくとも２つの位置を規定する第１のレチクル手段
    と、 前記クロック信号に応じて前記コードトラックを検出
    し、そして前記シリアルコードを生成する第２の検出手
    段と、 前記第２の検出手段が前記コードトラックを検出する少
    なくとも２つの位置を規定する第２のレチクル手段と、 前記シリアルコードをパラレルワードに変換する手段
    と、 前記パラレルワードをストアする手段と、 前記パラレルワードを前記ディスクの相対角度位置を表
    す信号に変換する手段とを備え、 前記ストアする手段は、シフトレジスタと、前記クロッ
    クトラックから引き出されたクロック信号の相対位相に
    したがって前記シフトレジスタの最初の入力または最後
    の入力にシリアルコードを転送する回路手段とを備え、 前記シリアルコードとクロック信号は、それぞれ同心的
    に隣接したコードトラックおよびクロックトラックから
    読み取られることを特徴とするアブソリュートエンコー
    ダ。
  7. 【請求項７】請求項６記載のものにおいて、 前記変換する手段は、前記シフトレジスタからの出力コ
    ードに応じて動作するメモリ手段を有し、前記ディスク
    の相対角度位置を表すコードを形成するようにしたアブ
    ソリュートエンコーダ。
  8. 【請求項８】請求項７記載のものにおいて、 前記シリアルコードトラックおよび前記クロックトラッ
    クの２進セグメントはそれぞれ光応答性および非応答性
    であり、前記第１の手段は前記第１のレチクル手段を介
    して前記クロックトラックに至る光に応動する光源、お
    よび前記クロックトラックからの光を受けてクロック信
    号を形成する第１および第２のセンサを有し、前記第２
    の手段は前記第２のレチクル手段を介して前記シリアル
    コードトラックに至る光に応動する第１および第２の光
    源、および前記シリアルコードトラックからの光を受け
    てシリアルコードを形成する第３および第４の光センサ
    を有するアブソリュートエンコーダ。
  9. 【請求項９】請求項６記載のものにおいて、 前記クロックトラックから前記シリアルコードの少なく
    とも一つのビットを形成するための回路手段をさらに有
    するアブソリュートエンコーダ。
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