JP3326658B2 - アブソリュートエンコーダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はアブソリュートエンコ
ーダに関し、特に受光部と符号板との位置調整を正確に
行うことができるアブソリュートエンコーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のアブソリュートエンコーダ
における信号読み取りの説明図である。このアブソリュ
ートエンコーダは符号板２１と検出部７０とで構成され
ている。符号板２１は、平行光を透過する微小領域（透
光部）と平行光を遮断する微小領域（遮光部）とを所定
の順序で並べてなるアブソリュートパターンを有する。
図４に示す斜線部が遮光部であり、Ｃｒ（クロム）の蒸
着によって形成されている。このような遮光部と透光部
とがｎ次（図４では５次）の２進循環乱数数列で形成さ
れているため、この符号板２１の透過光によって得られ
るパターン（０と１の２値化された符号列）は任意の位
置で全て異なることになり、この性質を利用して、符号
板２１の全長内の絶対位置を電源投入後でも検出するこ
とができる。

【０００３】検出部７０は、受光部７１とアナログスイ
ッチ部７２とスイッチコントロール部７４とで構成され
ている。受光部７１は１列に配列された５個の受光素子
（例えばフォトダイオード）７１１，７１２，７１３，
７１４，７１５からなり、符号板２１を透過した光を検
出し、検出信号をアナログスイッチ部７２に送る。

【０００４】アナログスイッチ部７２は、受光素子７１
１，７１２，７１３，７１４，７１５の各々に接続され
た５個のアナログスイッチ７２１，７２２，７２３，７
２４，７２５と、その５個のアナログスイッチ７２１〜
７２５の各々に並列に接続されたアナログスイッチ７２
６，７２７，７２８，７２９，７３０とで構成されてい
る。アナログスイッチ７２６〜７３０の各出力端側は共
通の出力端子７３１に接続されている。そして、これら
のアナログスイッチ７２１〜７２５、７２６〜７３０
は、すべてスイッチコントロール部７４から送られてく
る信号によってオン・オフ動作するようになっている。
しかも、アナログスイッチ７２１とアナログスイッチ７
２６とは、例えばアナログスイッチ７２１がオンであれ
ば、他方のアナログスイッチ７２６はオフとなるよう
に、互いに逆動作を行うように構成されている。アナロ
グスイッチ７２２とアナログスイッチ７２７、アナログ
スイッチ７２３とアナログスイッチ７２８、アナログス
イッチ７２４とアナログスイッチ７２９、アナログスイ
ッチ７２５とアナログスイッチ７３０についても、同様
に、一方がオンであれば、他方はオフとなる動作を行
う。

【０００５】スイッチコントロール部７４は、５個のＤ
フリップフロップ７４１，７４２，７４３，７４４，７
４５が互いに接続されてシフトレジスタ回路として構成
され、上述のようにアナログスイッチ部７２の各アナロ
グスイッチ７２１〜７３０の動作をコントロールしてい
る。Ｄフリップフロップ７４１〜７４５において、各出
力端子Ｑが上記アナログスイッチ７２１〜７２５、７２
６〜７３０に接続され、また各クロックパルス入力用端
子ＣＫがクロック信号発生端子７４７に接続されてい
る。更に、Ｄフリップフロップ７４１のＣＬＲ端子は反
転子を介してイネーブル信号入力用端子７４６に接続さ
れている。

【０００６】上述の従来のアブソリュートエンコーダに
おいて、符号板２１のアブソリュートパターンを読み出
すときは、まずイネーブル信号入力用端子７４６からの
イネーブル信号をディスイネーブルＬとする。このとき
スイッチコントロール部７４のＤフリップフロップ７４
１がＬ出力、Ｄフリップフロップ７４２〜７４５がＨ出
力となり、したがってアナログスイッチ部７２のアナロ
グスイッチ７２１がオフ、アナログスイッチ７２２，７
２３，７２４，７２５がオンとなり、且つアナログスイ
ッチ７２６がオン、アナログスイッチ７２７，７２８，
７２９，７３０がオフとなる。その結果、受光部７１の
５個の受光素子７１１〜７１５のうち、図４の左端の受
光素子７１１が検出した光電流だけが出力端子７３１か
ら出力される。

【０００７】そして、イネーブル信号入力用端子７４６
がイネーブルＨとなり、クロック信号発生端子７４７か
らのクロック信号の立ち上がりが来ると、Ｄフリップフ
ロップ７４５のＨ出力がＤフリップフロップ７４１に転
送されてアナログスイッチ７２１がオン、アナログスイ
ッチ７２６がオフとなり、受光素子７１１の光電流が出
力端子７３１から出力されなくなる。同時に、Ｄフリッ
プフロップ７４１のＬ出力がＤフリップフロップ７４２
に転送されてアナログスイッチ７２２がオフ、アナログ
スイッチ７２７がオンとなり、出力端子７３１からは受
光素子７１２の光電流だけが出力される。

【０００８】その後、クロック信号発生端子７４７から
クロック信号が入るたびに、出力端子７３１からは受光
素子７１３，７１４，７１５の光電流が順次出力され
る。このようにして、受光素子７１１〜７１５が走査さ
れ、アブソリュートパターンが読み出される。

【０００９】ところで、上述のようなアブソリュートパ
ターンの読み出しを行うときは、通常読み出しの前に、
符号板２１と受光部７１との位置調整を行う必要があ
る。この位置調整は、受光部７１の１個の受光素子の出
力を用いて、符号板２１のアブソリュートパターンと受
光部７１の受光素子７１１〜７１５との位置を合わせる
ことにより行われる。このとき５個の受光素子７１１〜
７１５のうち、左端の受光素子７１１でクロック信号を
入れずに調整することになる。

【００１０】図５は従来例における符号板２１と受光部
７１との位置調整時の配置を模式的に示す図である。上
述したように、符号板２１と受光部７１との位置調整を
左端の受光素子７１１を基準にして行うと、右端の受光
素子７１ｎと符号板２１のアブソリュートパターンとは
ｄの位相差を生じることになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
に左端の受光素子７１１を基準にして位置調整を行う
と、受光部７１と符号板２１との傾き（位置ずれ）が大
きくなったとき、上記位相差ｄも大きくなってしまい、
左端の受光素子７１１では正確な検出値が得られるもの
の、右端の受光素子７１ｎでは、隣接するパターンの情
報がノイズとして混入して読み誤ってしまう。

【００１２】また、その対策として両端の受光素子７１
１，７１ｎを同時に検出して調整を行えば、受光部７１
の全ての受光素子の位相を合わせることができるが、位
置調整専用の回路が必要になるので、その分コストアッ
プを招くという問題があった。

【００１３】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は受光部と符号板との位置調整をよ
り正確に、且つ低コストで行うことができるアブソリュ
ートエンコーダを提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１記載の発明のアブソリュートエンコーダは、
ｎ次の２進循環乱数数列から作られるアブソリュートパ
ターンを有する符号板と、前記符号板と対向する位置に
取付けられ、前記符号板に対する相対移動を検出するｎ
個の検出素子を有する検出部と、前記ｎ個の検出素子の
うちのいずれかの検出素子からの検出信号に基づいて前
記検出部の現実の取付位置と設計位置との位置ずれを検
出する位置ずれ検出手段とを備えているアブソリュート
エンコーダにおいて、前記位置ずれ検出手段は、前記ｎ
個の検出素子のうちのほぼ中央に位置する検出素子から
の検出信号に基づいて前記検出部の位置ずれを検出す
る。

【００１５】また、請求項２記載の発明のアブソリュー
トエンコーダは、前記位置ずれ検出手段が、前記ｎ個の
検出素子からの検出信号を走査するための走査回路と、
前記走査回路の走査を止めて前記ほぼ中央に位置する検
出素子からの検出信号を選択する停止回路とを有してい
る。

【００１６】

【作用】請求項１又は２記載の発明のアブソリュートエ
ンコーダでは、ｎ個の検出素子のうちのほぼ中央に位置
する検出素子からの検出信号に基づいて検出部の位置ず
れを検出するようにしたので、受光部のほぼ中央で調整
することにより、受光部の一端で調整したときに較べ、
アブソリュートパターンに対する検出部の両端の検出素
子での位相のずれはほぼ半分になり、検出精度が向上す
る。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１８】図２はこの発明の一実施例に係るアブソリ
ュートエンコーダの全体構成を示す図である。光源（例
えばＬＥＤ）１と検出部３とは符号板２１を介して互い
に対向配置されている。符号板２１には後述するアブソ
リュートパターンが形成されている。検出部３は、１列
に配置された受光素子（図１）を走査して符号板２１を
透過してきた光源１からの平行光を受光し、その光電流
を電流電圧変換回路４で電圧信号に変換して出力する。
そして、図示しない演算装置がこの出力信号を受けてア
ブソリュートパターンを測定し、そのアブソリュートパ
ターンの測定結果から絶対位置を求める。

【００１９】図１はこの発明の一実施例に係るアブソリ
ュートエンコーダにおける信号読み取りの説明図であ
る。このアブソリュートエンコーダは符号板２１と検出
部３とで構成される。

【００２０】符号板２１は、平行光を透過する微小領域
（透光部）と平行光を遮断する微小領域（遮光部）とを
所定の順序で並べてなるアブソリュートパターンを有す
る。図１に示す斜線部が遮光部であり、Ｃｒ（クロム）
の蒸着によって形成されている。このような遮光部と透
光部とがｎ次（図１では５次）の２進循環乱数数列で形
成されているため、この符号板２１の透過光によって得
られるパターン（０と１の２値化された符号列）は任意
の位置で全て異なることになり、この性質を利用して、
符号板２１の全長内の絶対位置を電源投入後でも検出す
ることができる。

【００２１】検出部３は、受光部３１とアナログスイッ
チ部３２とスイッチコントロール部３３とで構成されて
いる。受光部３１は１列に配列された５個の受光素子
（例えばフォトダイオード）３１１，３１２，３１３，
３１４，３１５からなり、符号板２１を透過した光を検
出し、検出信号をアナログスイッチ部３２に送る。

【００２２】アナログスイッチ部３２は、受光素子３１
１，３１２，３１３，３１４，３１５の各々に接続され
た５個のアナログスイッチ３２１，３２２，３２３，３
２４，３２５と、その５個のアナログスイッチ３２１〜
３２５の各々に直列に接続されたアナログスイッチ３２
６，３２３，３２８，３２９，３３０とで構成されてい
る。アナログスイッチ３２６〜３３０の各出力端側は共
通の出力端子３３１に接続されている。そして、これら
のアナログスイッチ３２１〜３２５、３２６〜３３０
は、すべてスイッチコントロール部３４から送られてく
る信号によってオン・オフ動作するようになっている。
しかも、アナログスイッチ３２１とアナログスイッチ３
２６とは、例えばアナログスイッチ３２１がオンであれ
ば、他方のアナログスイッチ３２６はオフとなるよう
に、互いに逆動作を行うように構成されている。アナロ
グスイッチ３２２とアナログスイッチ３２７、アナログ
スイッチ３２３とアナログスイッチ３２８、アナログス
イッチ３２４とアナログスイッチ３２９、アナログスイ
ッチ３２５とアナログスイッチ３３０についても、同様
に、一方がオンであれば、他方はオフとなる動作を行
う。

【００２３】スイッチコントロール部３４は、５個のＤ
フリップフロップ３４１，３４２，３４３，３４４，３
４５が互いに接続されてシフトレジスタ回路として構成
され、上述のようにアナログスイッチ部３２の各アナロ
グスイッチ３２１〜３３０の動作をコントロールしてい
る。Ｄフリップフロップ３４１〜３４５において、各出
力端子Ｑが上記アナログスイッチ３２１〜３２５、３２
６〜３３０に接続され、また各クロックパルス入力用端
子ＣＫがクロック信号発生端子３４７に接続されてい
る。更に、Ｄフリップフロップ３４３のＣＬＲ端子は反
転子を介してイネーブル信号入力用端子３４６に接続さ
れている。

【００２４】上述のアブソリュートエンコーダにおい
て、符号板２１のアブソリュートパターンを読み出すと
きは、まずイネーブル信号入力用端子３４６からのイネ
ーブル信号をディスイネーブルＬとする。このときスイ
ッチコントロール部３４のＤフリップフロップ３４３が
Ｌ出力、Ｄフリップフロップ３４１，３４２、３４４、
３４５がＨ出力となり、したがってアナログスイッチ部
３２のアナログスイッチ３２３がオフ、アナログスイッ
チ３２１，３２２，３２４，３２５がオンとなり、且つ
アナログスイッチ３２８がオン、アナログスイッチ３２
６，３２７，３２９，３３０がオフとなる。その結果、
受光部３１の５個の受光素子３１１〜３１５のうち、図
１に示す受光部３１の中央に位置する受光素子３１３が
検出した光電流だけが出力端子３３１から出力され、電
流電圧変換回路４に送られる。

【００２５】そして、イネーブル信号入力用端子３４６
がイネーブルＨとなり、クロック信号発生端子３４７か
らのクロック信号の立ち上がりが来ると、Ｄフリップフ
ロップ３４２のＨ出力がＤフリップフロップ３４３に転
送されてアナログスイッチ３２３がオン、アナログスイ
ッチ３２８がオフとなり、受光素子３１３の光電流が出
力端子３３１から出力されなくなる。同時に、Ｄフリッ
プフロップ３４３のＬ出力がＤフリップフロップ３４４
に転送されてアナログスイッチ３２４がオフ、アナログ
スイッチ３２９がオンとなり、出力端子３３１からは受
光素子３１４の光電流だけが出力される。

【００２６】その後、クロック信号発生端子３４７から
クロック信号が入るたびに、出力端子３３１からは受光
素子３１５，３１１，３１２の光電流が出力される。こ
のようにして、受光素子３１３，３１４，３１５，３１
１，３１２が順次走査され、アブソリュートパターンが
読み出される。

【００２７】また、符号板２１と受光部３１との間の位
置調整は、上記走査の最初に、中央の受光素子３１３
で、クロック信号を入れずに調整することになる。

【００２８】図３は符号板と受光部との位置調整時の配
置を模式的に示す図である。上述のように、符号板２１
と受光部３１との位置調整を中央の受光素子３１３を基
準にして行うと、アブソリュートパターンに対して、右
端の受光素子３１ｎと左端の受光素子３１１とがそれぞ
れｄ／２だけ位相がずれる。したがって、位相のずれ
（位相差）を左端の受光素子を基準にしたときの位相の
ずれｄに対して半分に低減することができる。

【００２９】上述のように、この実施例のアブソリュー
トエンコーダによれば、符号板２１と受光部３１との位
置調整を受光部３１の中央の受光素子３１３で行うこと
ができるので、従来例に較べ位相のずれを半分に低減す
ることができ、構成を複雑化せずに符号板２１と受光部
３１との位置調整を正確に行うことができ、アブソリュ
ートエンコーダによる測定精度を向上させることができ
る。

【００３０】また、上述のように検出部３に、５個の受
光素子３１１〜３１５からの検出信号を走査するための
走査回路と、その走査回路の走査を止めて中央に位置す
る受光素子３１３からの検出信号を選択する停止回路と
を一体的に構成し、しかもその構成は従来の位置調整を
行うのと同一の部品を用いるだけでよいので、コストア
ップを招かずに受光部３１の位置調整を精度良く行うこ
とができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１又は２記載
の発明のアブソリュートエンコーダによれば、受光部の
一端で調整したときに較べ、アブソリュートパターンに
対する検出部の両端の検出素子での位相のずれはほぼ半
分になるので、構成を複雑化せずに検出精度を良くする
ことができ、コスト増加させずにノイズによる読み誤り
を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明のアブソリュートエンコーダにお
ける信号読み取りの説明図である。

【図２】図２はこの発明の一実施例に係るアブソリュー
トエンコーダの全体構成を示す図である。

【図３】図３は符号板と受光部との位置調整時の配置を
模式的に示す図である。

【図４】図４は従来のアブソリュートエンコーダにおけ
る信号読み取りの説明図である。

【図５】図５は従来例における符号板と受光部との位置
調整時の配置を模式的に示す図である。

【符号の説明】

３ 検出部 ２１ 符号板 ３１ 受光部 ３２ アナログスイッチ部 ３４ スイッチコントロール部 ３１１〜３１５ 受光素子 ３２１〜３３０ アナログスイッチ ３３１ 出力端子 ３４１〜３４５ Ｄフリップフロップ ３４６ イネーブル信号入力用端子 ３４７ クロック信号発生端子

フロントページの続き (72)発明者 山▲崎▼ 雄二 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株式会社ニコン内 (56)参考文献 特開 昭61−266916（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/62 G01B 7/00 - 7/34 G01B 11/00 - 11/30

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎ次の２進循環乱数数列から作られるア
   ブソリュートパターンを有する符号板と、 前記符号板と対向する位置に取付けられ、前記符号板に
   対する相対移動を検出するｎ個の検出素子を有する検出
   部と、 前記ｎ個の検出素子のうちのいずれかの検出素子からの
   検出信号に基づいて前記検出部の現実の取付位置と設計
   位置との位置ずれを検出する位置ずれ検出手段とを備え
   ているアブソリュートエンコーダにおいて、 前記位置ずれ検出手段は、前記ｎ個の検出素子のうちの
   ほぼ中央に位置する検出素子からの検出信号に基づいて
   前記検出部の位置ずれを検出す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】 前記位置ずれ検出手段は、前記ｎ個の検
   出素子からの検出信号を走査するための走査回路と、前
   記走査回路の走査を止めて前記ほぼ中央に位置する検出
   素子からの検出信号を選択する停止回路と、を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載のアブソリュートエンコー
   ダ。