JP3431695B2 - 絶対値エンコーダ - Google Patents
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Description
された直列符号(本明細書中においては、2進直列符号
という)を用いた絶対値エンコーダに関する。 【0002】 【従来の技術】従来、絶対値エンコーダは、スリット数
の異なる複数のトラックを並べて所望のビット数のバイ
ナリコード等を構成する符号板を用いていたが、この方
式ではビット数に応じてトラック数が増大して絶対値エ
ンコーダの小型化が困難であるという問題点を有してい
た。 【0003】そこで、例えばM系列乱数符号を用い、単
一のトラックに2進直列符号を配置した符号板を設けた
絶対値エンコーダが提案されている。この種の絶対値エ
ンコーダは、所望の分解能に相当する分割数2n 個の2
進直列符号をスリット等の形で符号板に刻しておき、n
個の検出素子でその符号列を読み取って絶対位置データ
を得る構成であるため、その2進直列符号の分割値(最
小読取単位)の境界領域(不安定領域)での検出値に読
み誤りが生じるという問題が生じる。 【0004】この問題を解決するため、n個の検出素子
をA群及びB群に分けて2組用意し、A群の検出素子と
B群の検出素子とを位相差をもって配置すると共に、境
界領域(不安定領域)判別の目的でこの直列符号の2倍
すなわち2×2n 個に分割されたインクリメンタル符号
トラックを符号板に別途設け、このインクリメンタル符
号を別の検出素子で検出し、この検出結果を用いてA群
又はB群の検出素子による検出値の安定領域を選択し、
読み誤りのない検出値を得る構成が公知である。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】この様に、単一のトラ
ックに2進直列符号を設けた従来の絶対値エンコーダに
あっては、読み誤りのない絶対位置データを得るため、
2n 個の2進直列符号とは別のトラックに2×2n 個に
分割されたインクリメンタル符号を設けなければならな
ず、また読み出されたインクリメンタル符号に基づく安
定領域を判別する為の複雑なデータ変換回路を必要とす
るという問題点があった。 【0006】この場合、併設するインクリメンタルトラ
ックの分割数は直列符号の分割数の2倍であるため、符
号板へ形成するスリットのピッチは半分となってしま
う。一般的に、スリットのピッチが狭くなると、符号板
と検出素子との間の距離を狭くしなくてはならず、機構
的な制限を受けてしまい、小型で高分解能化の実現が難
しくなる。 【0007】本発明の目的は、したがって、2進直列符
号が付された符号板から複数個の符号を読み取ってその
読み取り位置の絶対位置を示す絶対位置データを出力す
る絶対値エンコーダであって、16N分割の絶対位置デ
ータを得るために、16N分割の2進直列符号のトラッ
クと、境界領域判別のための2×16N分割のインクリ
メンタルトラックを符号板に形成するのではなく、分割
数の異なった2N分割の2進直列符号と4N分割の2進
直列符号とを符号板に形成し、機構的制約が少なく、か
つ読み誤りのない絶対値エンコーダを提供すると共に、
2つの異なった直列符号の特徴を生かして、これらの2
つの直列符号に基づいて検出した信号からインクリメン
タル信号を生成することができるようにした絶対値エン
コーダを提供することにある。また、本発明は、高分解
能化をも目的としている。 【0008】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の特徴は、2進直列符号が付された符号板から
複数個の符号を読み取って絶対位置データを出力する絶
対値エンコーダにおいて、符号板には第1及び第2符号
トラックが設けられており、第1符号トラックには、N
(2K-1 <N<2K 、Kは2以上の整数)分割の2進直
列符号であって連続するK+1個の読取によって得られ
た絶対位置データが全て異なる内容となると共に、任意
の2つの読み取り2進値の和が2K+1 −1にならないと
いう条件のもとに作成された基本N分割2進直列符号
と、該基本N分割2進直列符号の各符号を論理反転した
反転N分割2進直列符号とを交互に配列して成る2N分
割の第1の2進直列符号が設けられ、第2符号トラック
には第1の2進直列符号と4N個に分割されたインクリ
メンタル信号との排他的論理和をとることにより作成さ
れた4N分割の第2の2進直列符号が設けられる。 【0009】このようにして作成された第1及び第2の
2進直列符号は、それぞれ異なった分割の2進直列符号
であり、またそれぞれの変化点が互いに重ならない、つ
まり、一方の直列符号の変化点(エッヂ)では他方の直
列符号は信号が安定領域にあるという特徴を持ってい
る。 【0010】ところで、信号X、Y、Zについて排他的
論理和(本明細書においてはその演算記号を※とする)
X※Y=Zが成立するとき、Y※Z=X、Z※X=Yも
また成立することが一般的に知られている。よって、第
2の2進直列符号は、第1の2進直列符号とインクリメ
ンタル信号との排他的論理和を演算することにより作成
したものであるから、第1符号トラック上の任意の位置
に検出素子を配置し、第2符号トラック上にもそれと相
対する位置に検出素子を配置し、各検出素子からの検出
信号の排他的論理和をとることにより、インクリメンタ
ル信号を生成することができる。 【0011】本発明では、第1及び第2の2進直列符号
を上述の如して検出し、これらの排他的論理和を演算す
る回路手段を設けることにより、インクリメンタル信号
を出力する。 【0012】 【作用】第1及び第2の2進直列符号は、それぞれの変
化点が互いに重ならない、つまり一方の直列符号の変化
点(エッヂ)では他方の直列符号は安定領域にあるとい
うこと、及びこれら2組の2進直列符号の対応する符号
同志の排他的論理和をとることにより得られるインクリ
メンタル信号と前記直列符号の変化点が同期しているこ
とより、複雑な変換回路を使用せずに、読み誤りのない
検出が実施できる。 【0013】また得られる絶対位置データは16N分割
でありながら、符号板に形成される2種類の直列符号の
うち分割数の高い直列符号で4N分割であるから、符号
板に16N分割の直列符号を形成する場合に比べ符号板
と検出素子との間の距離を広くすることができ、小型高
分解能化が実現できる。 【0014】 【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
き詳細に説明する。 【0015】図1は本発明によるロータリ式の絶対値エ
ンコーダ1の構成を示す概略構成図である。この絶対値
エンコーダ1は、図示しない被検出体の回転軸等に固定
される符号板2と、符号板2の一方の側に配置された光
源3と、符号板2に絶対位置読み取りのため符号板2に
後述の如くして形成されている2進循環直列符号を表す
スリットを介して光源3からの光を受け取ることにより
符号板2のコードを光学的に読み取るための検出素子S
A1〜SA4及びSB1〜SB5を有する読取装置4と
を備えている。 【0016】図2に示されているように、本実施例で
は、符号板2には、第1符号トラックT1と第2符号ト
ラックT2とが同心円状に設けられており、第1符号ト
ラックT1は8等分割され、第2符号トラックT2は1
6等分割されている。 【0017】分割された各セグメントは白い部分(透光
部)が「1」黒い部分(遮光部)が「0」として光学的
に8個及び16個の2進循環直列符号をそれぞれ表示す
るように構成されている。また、本実施例ではロータリ
式の絶対値エンコーダのため、2進直列符号は循環する
必要がある。 【0018】符号板2の第1符号トラックT1に付され
ている8箇所の絶対位置を示すための2進符号列の構成
について図2を参照しながら詳しく説明する。この2進
符号列は、4個の2進符号A11乃至A14からなる第
1の2進循環直列符号FA1と、これとは別の4個の2
進符号A01乃至A04から成る第2の2進循環直列符
号FA0 とを含み、第1の2進循環直列符号FA1 の各
符号A11乃至A14と、第2の2進循環直列符号FA
0 の各符号A01乃至A04とが、図示の如くして交互
にトラックT1に付されている。 【0019】4分割(21 <4≦22 よりK=2)の第
1の2進循環直列符号FA1 は、「任意の連続したK+
1=3個の符号で示される絶対位置データが全て異なる
内容となると共に、任意の2つの読み取り2進値の和が
22+1 −1にならない。」という条件のもとに作成した
一例を示すと、本実施例では〔1110〕となってお
り、この2進循環直列符号を構成する各符号A11乃至
A14に対応する。一方第2の2進循環直列符号FA0
は、上に示した第1の2進循環直列符号FA1 の各符号
を論理反転してなる論理反転直列符号〔0001〕とし
て定められ、この2進循環直列符号を構成する各符号A
01乃至A04に対応する。 【0020】そして、2進循環直列符号FA1 〔111
0〕の各境界領域に2進循環直列符号FA0 〔000
1〕を埋め込むことにより、2進循環直列符号FA〔0
1010110〕が得られ、これが符号板2の第1符号
トラックT1に設けられている。 【0021】この8分割の2進循環直列符号FAを〔0
011001100111100〕のように見立てて1
6分割として扱い、16分割のインクリメンタル信号
〔1010101010101010〕との間の排他的
論理和をとると、〔100110011001011
0〕を得る。これが第2の2進循環直列符号FBとして
第2符号トラックT2に設けられている(図2参照)。 【0022】ここで、第1符号トラックT1の最小読取
単位をλで表わすこととする。したがって第2符号トラ
ックT2の符号ピッチはλ/2となる。 【0023】本実施例では、「1」スタートの16分割
のインクリメンタル符号〔1010101010101
010〕を用意し、これと第1の2進循環直列符号FA
との排他的論理和をとることにより、第2の2進循環直
列符号FBとしている。しかし「0」スタートのインク
リメンタル符号を用いた場合には〔011001100
1101001〕の結果を得るが、これを使用しても全
く差しつかえない。 【0024】第1及び第2の2進循環直列符号FA、F
Bは、各符号トラックT1、T2に下記の対応関係をも
って配置されている(図2参照)。 T1(FA) 0011001100111100 T2(FB) 1001100110010110 【0025】読取装置4は、検出素子SA1〜SA4か
ら成る第1検出器SAと、検出素子SB1〜SB5から
成る第2検出器SBとを有し、第1符号トラックT1の
符号を読み取るための第1検出器SAの各検出素子SA
1〜SA4は、図2に示す如く第1符号トラックT1に
沿って配置されている。ここで、検出素子SA1、SA
2、SA4からの出力が第1の絶対位置データを構成す
る信号として用いられる。一方、第2符号トラックT2
の符号を読み取るための第2検出器SBの各検出素子S
B1〜SB5は、図2に示す如く第2符号トラックT2
に沿って配置され、検出素子SB2、SB3、SB5か
らの各出力が第2の絶対位置データを構成する信号とし
て用いられている。 【0026】図3には、第1符号トラックT1の最小読
取単位をλとしたときの各検出素子の配置間隔が展開し
て詳細に示されている。図3に示す配置例は、K(2
K-1 <N≦2K を満たすK、Kは2以上の整数)が最
小、すなわちK=2の場合の検出素子の基本配置を示
し、本実施例はこれに相当する。この場合、第1の検出
器SAは4個の検出素子SA1〜SA4で構成され、第
2の検出器SBは5個の検出素子SB1〜SB5で構成
される。 【0027】そして、検出素子SA1〜SA4、及びS
B1〜SB4は8N個に分割された位相差λ/8の2つ
のインクリメンタル信号を作成するために使用される。
検出素子SA1、SA2、SA4は第1符号トラックT
1の符号から絶対位置データを読み取り、検出素子SB
2、SB3、SB5は第2符号トラックT2の符号から
絶対位置データを読み取るために使用される。 【0028】2K-1 <N≦2K を満たすKの値が増加し
た場合には、図4に示されるように、第1符号トラック
T1は検出素子SA4に対して、第2符号トラックT2
は検出素子SB3に対してピッチ2mλずれた位置にK
の値に応じて検出素子を1組づつ追加配置して行けばよ
い。 【0029】上述したmの値は、図4において、右方向
を(+)左方向を(−)とするとき、右方向の場合は第
1符号トラックT1はm≧1、第2符号トラックT2は
m≧2である。左方向の場合は両トラック共m≦−1と
なる。ただし、m=−1、m=−2のときは検出素子群
が密集するため、実際にはm≦−3とするのが好まし
い。 【0030】検出素子の追加配置は、m=1、2、3、
・・・、またはm=−3、−4、−5、・・・というよ
うに、一方向のみに追加して行ってもよいが、光量分布
の比較的安定した中央に基本素子群を配置し、この基本
素子群を中心にm=−3、1、−4、2、−5、3、・
・・というように追加して行き、追加した検出素子を、
各トラックの符号から絶対位置データを読み取るための
検出素子として使用するのが好ましい。 【0031】図2の如く配設された各検出素子からの出
力は、図1に示す波形整形回路5において波形整形さ
れ、出力信号DA1〜DA4、及びDB1〜DB5とし
て出力される。 【0032】図5には、符号板2を1回転したときに各
検出素子によって得られる上記出力信号の波形が示され
ている。 【0033】図1に戻ると、インクリメンタル信号I
A、IBを得るため、出力信号DA1〜DA4及びDB
1〜DB4は、EX−ORゲートG1〜G6から成る論
理演算回路6に入力されている。EX−ORゲートG1
〜G4からは演算出力信号DG1〜DG4が出力され
る。EX−ORゲートG6からは演算出力信号DG3、
DG4に応答してインクリメンタル信号IAが得られ、
EX−ORゲートG5からは演算出力信号DG1、DG
2に応答して別のインクリメンタル信号IBが得られ
る。演算出力信号DG1〜DG4及び各インクリメンタ
ル信号IA、IBの波形は図5に示されている。 【0034】ここで、一般にαとβとの排他的論理和の
演算をα※βと表わすとすれば、DA1※DB1により
4N個に分割されたインクリメンタル信号DG1(DO
4)が得られ、DA2※DB2によりDG1よりもλ/
4位相のずれた4N個に分割されたインクリメンタル信
号DG2が得られることが図5から判る。さらに、DG
1※DG2により、8N個に分割されたインクリメンタ
ル信号IB(=DO5)が得られる。 【0035】このとき、4つの出力信号DA1、DB
1、DA2、DB2の関係を見てみると、ある任意の信
号の変化点(エッヂ)では、他の3つの信号は波形が
「H」または「L」レベルの安定領域になっている。こ
れらの4つの信号を各信号の変化点で分割していった場
合、各分割領域に変化点が1つしかないという特徴をも
つ。 【0036】したがって、これら4つの信号を検出する
検出素子SA1、SB2、SA2、SB2の任意の1つ
が符号板2のスリットの透光過部と、光遮断部の境界
部、即ち出力レベルが「0」(L)となるか「1」
(H)となるか断定できない不安定領域にあったとして
も、間違ったデータを出力することはない。 【0037】また、この4つの信号によって8N個に分
割されたインクリメンタル信号がIB(DO5)である
ので、この信号IBによって他の信号の領域判別を行な
うことにより、即ちIBの論理にて切替えることによ
り、読み誤りのない検出を行なうことができる。 【0038】検出素子SA1、SA2、SA4によって
検出された一組の出力信号DA1、DA2、DA4と、
検出素子SB2、SB3、SB5によって検出されたも
う1組の出力信号DB2、DB3、DB5とのいずれか
一方をインクリメンタル信号IBのレベルに応答して選
択するため、セクレタ7が設けられている。 【0039】セクレタ7は、第1群の入力端子A1〜A
3と、第2群の入力端子B1〜B3とを有しており、各
出力信号はこれらの入力端子に図1に示されるようにそ
れぞれ入力されている。 【0040】セクレタ7は、そこに示されているよう
に、一般に2つの入力An、Bnを有し、端子Gに印加
されるインクリメンタル信号IBのレベルが「L」の場
合の入力Anを出力Ynとして取り出し、その逆の場合
には入力Bnを出力Ynとして取り出すように構成され
ている選択回路が、3組設けられている構成である。 【0041】以上の説明から、インクリメンタル信号I
Bのレベルが「L」の場合には、各選択回路において、
第1群の入力端子A1〜A3に入力されている出力信号
DA1、DA2、DA4が出力端子Y1、Y2、Y3か
ら絶対位置データDO1、DO2、DO3として出力さ
れる。一方、インクリメンタル信号IBのレベルが
「H」の場合には、各選択回路において第2群の入力端
子B1〜B3に入力されている出力信号DB2、DB
3、DB5が出力端子Y1、Y2、Y3から絶対位置デ
ータDO1、DO2、DO3として出力される。 【0042】ここで、出力信号DA1、DA2、DB2
とインクリメンタル信号IBとの関係は、前記の様に出
力信号DA1、DA2、DB2の各変化点(エッヂ)が
インクリメンタル信号IBの変化点(エッヂ)と一致
(同期)している。一方、出力信号DA4、DB3、D
B5とインクリメンタル信号IBとの関係は、出力信号
DA4、DB3、DB5の各変化点が、インクリメンタ
ル信号IBの変化点に対してλ/8だけ位相がずれてい
て、かつ本実施例の場合、出力信号DA4の変化点は、
インクリメンタル信号IBが「H」レベルの領域にのみ
存在し、また出力信号DB3、DB5の各変化点は、イ
ンクリメンタル信号IBが「L」レベルの領域にのみ存
在していることが、図5のタイムチャートより判る。 【0043】したがって本実施例においては、インクリ
メンタル信号IBが「L」レベル時は、出力信号DA
1、DA2、DA4が、インクリメンタル信号IBが
「H」レベル時は出力信号DB2、DB3、DB5がそ
れぞれ安定領域にある。したがって、インクリメンタル
信号IBが「L」レベル時に出力信号DA1、DA2、
DA4が、インクリメンタル信号IBが「H」レベル時
に出力信号DB2、DB3、DB5が、セレクタ7で選
択され、絶対位置データDO1〜DO3として出力され
る。ここで、インクリメンタル信号IBは、絶対位置デ
ータDO5として使用され、8N個に分割された絶対位
置データDO1〜DO5が得られる。 【0044】なお、インクリメンタル信号IBのレベル
がいずれの場合に第1群の入力端子又は第2群の入力端
子のいずれの信号を選択するかは、使用する2進循環直
列符号によって定まるので、使用する直列符号によりセ
レクタ7における選択論理を適宜変更すればよい。 【0045】さらに、EX−ORゲートG6における下
記の論理演算、 DG3※DG4 により、8N=32個に分割されたインクリメンタル信
号IAが得られる。 【0046】インクリメンタル信号IAはインクリメン
タル信号IBに対してλ/8位相がずれているので、E
X−ORゲートG7における演算IA※IBにより、1
6N=64個に分割されたインクリメンタル信号DO6
が得られる。このインクリメンタル信号DO6により、
先に得られた8N=32個の絶対位置データの分解能を
2倍にし、図6、図7に示すような16N=64個の絶
対位置データが得られる。 【0047】上記実施例では符号板が円形状の光学式ロ
ータリーエンコーダを例示して説明したが、符号板が直
線状のリエヤエンコーダ、或いは、符号の検出を磁気的
に行う磁気式エンコーダ等においても本発明を同様にし
て適用することができることは勿論である。 【0048】 【発明の効果】本発明によれば、上述の如く、2進直列
符号が付された符号板から複数ビットの符号を読み取っ
て絶対位置を示す絶対位置データを出力する絶対値エン
コーダであって、読み出された全ての絶対位置データが
重複することのないようにした絶対値エンコーダを簡単
に構成することができ、また得られる絶対位置データの
分解能よりも低い分解能の直列符号を符号板に形成する
ことにより、符号板と検出素子との間の検出距離が広く
取れ、機構的制限が少なく、しかも小型で高分解能の絶
対値エンコーダを実現することができる。 【0049】さらに、符号板のトラックに付された2組
の直列符号の特徴を生かして、これらの直列符号に基づ
く検出信号からインクリメンタル信号を作成するように
したので、インクリメンタル符号トラックを特別に設け
ることなしにトラックに付された符号を読み誤りなく検
出することをも実現することができる。
成を示すブロック図。 【図2】図1に示した絶対値エンコーダの符号板と検出
素子との間の配置関係を示す図。 【図3】図2に示した符号板に対する検出素子の配列パ
ターンを説明するため検出素子を展開して示した説明
図。 【図4】本発明による検出素子の一般的配列を説明する
ための説明図。 【図5】図1の符号板を1回転させた場合の各部の信号
の波形を示すタイムチャート。 【図6】図1の構成において得られる絶対位置データの
内容の一部を示す図。 【図7】図1の構成において得られる絶対位置データの
内容の一部を示す図。 【符号の説明】 1 絶対値エンコーダ 2 符号板 4 読取装置 6 論理演算回路 7 セレクタ FA 2進循環直列符号 FB 2進循環直列符号 IA、IB インクリメンタル信号 SA1〜SA4、SB1〜SB5 検出素子 T1 第1符号トラック T2 第2符号トラック
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 2進直列符号が付された符号板から複数
個の符号を読み取って絶対位置データを出力する16N
分割の絶対値エンコーダにおいて、 第1符号トラックと第2符号トラックとを有し、第1符
号トラックにはN(2K-1 <N≦2K 、Kは2以上の整
数)分割の2進直列符号であって連続するK+1個の読
取によって得られた絶対位置データが全て異なる内容と
なると共に、任意の2つの読み取り2進値の和が2K+1
−1にならないという条件のもとに作成された基本N分
割2進直列符号と該基本N分割2進直列符号の各符号を
論理反転した反転N分割2進直列符号とを交互に配列し
て成る2N分割の第1の2進直列符号が設けられ、第2
符号トラックには第1の2進直列符号と4N個に分割さ
れたインクリメンタル信号との排他的論理和をとること
により作成された4N分割の第2の2進直列符号が設け
られている符号板と、 前記第1符号トラック及び又は第2符号トラックから絶
対位置データを読み取るための検出器手段と、 前記第1符号トラック及び第2符号トラックから所要の
符号を読み取ってインクリメンタル信号を作成する手段
とを備えたことを特徴とする絶対値エンコーダ。
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---|---|---|---|---|
JP2019211360A (ja) * | 2018-06-06 | 2019-12-12 | ファナック株式会社 | エンコーダ |
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