JP3438173B2 - ロータリーエンコーダ - Google Patents
ロータリーエンコーダInfo
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- JP3438173B2 JP3438173B2 JP2001028897A JP2001028897A JP3438173B2 JP 3438173 B2 JP3438173 B2 JP 3438173B2 JP 2001028897 A JP2001028897 A JP 2001028897A JP 2001028897 A JP2001028897 A JP 2001028897A JP 3438173 B2 JP3438173 B2 JP 3438173B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、角度を検出するた
めのロータリーエンコーダに係わり、特に、ローターに
は、周期の異なる複数のパターンを有するスケールが形
成されており、このスケールを読み取ることにより、ロ
ーターの角度を高精度に測定することのできるロータリ
ーエンコーダに関するものである。
めのロータリーエンコーダに係わり、特に、ローターに
は、周期の異なる複数のパターンを有するスケールが形
成されており、このスケールを読み取ることにより、ロ
ーターの角度を高精度に測定することのできるロータリ
ーエンコーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から角度を電気的に測定するものと
して、エンコーダが広く知られている。エンコーダに
は、光学式、磁気式等があり基本的構造は類似してい
る。
して、エンコーダが広く知られている。エンコーダに
は、光学式、磁気式等があり基本的構造は類似してい
る。
【０００３】角度を電気的に測定するものとしては、ロ
ータリーエンコーダが広く採用されてきた。特に、光学
式エンコーダは、高度の光学技術を応用して製造されて
おり、高精度、高分解のエンコーダを実現することがで
き、磁気等の外部ノイズに強く、非接触な構成なので、
寿命が長いという特徴を有する。
ータリーエンコーダが広く採用されてきた。特に、光学
式エンコーダは、高度の光学技術を応用して製造されて
おり、高精度、高分解のエンコーダを実現することがで
き、磁気等の外部ノイズに強く、非接触な構成なので、
寿命が長いという特徴を有する。
【０００４】この様な優れた特徴から、光学式エンコー
ダは、例えば角度検出のための測量機に利用されてい
る。
ダは、例えば角度検出のための測量機に利用されてい
る。
【０００５】現在の測量機に使用されている光学式エン
コーダは、アブソリュート方式とインクリメンタル方式
とが用いられている。
コーダは、アブソリュート方式とインクリメンタル方式
とが用いられている。
【０００６】アブソリュート方式は、角度の値と円周上
の位置とが、１対１に対応している方式であり、円周上
の位置が絶対番地として登録されているので、どの位置
においても位置情報が得られるという利点がある。例え
ば図７に示す様に、ロータには、同心円状にエンコーダ
パターンが形成されており、角度読み取り用のコードパ
ターンが形成されている。この角度読み取り用のコード
パターンは、第１のトラック５０００と第２のトラック
６０００の２つのトラックからなり、粗、精又は粗、
中、精のコードパタンが形成されている。
の位置とが、１対１に対応している方式であり、円周上
の位置が絶対番地として登録されているので、どの位置
においても位置情報が得られるという利点がある。例え
ば図７に示す様に、ロータには、同心円状にエンコーダ
パターンが形成されており、角度読み取り用のコードパ
ターンが形成されている。この角度読み取り用のコード
パターンは、第１のトラック５０００と第２のトラック
６０００の２つのトラックからなり、粗、精又は粗、
中、精のコードパタンが形成されている。
【０００７】そして図８に示す様に、第１のトラック５
０００を照明するための第１トラック照明部７１００
と、第２のトラック６０００を照明するための第２トラ
ック照明部７２００、７２００と、エンコーダパターン
を検出するためのＣＣＤ７３００とが備えられており、
第１トラック照明部７１００と第２トラック照明部７２
００、７２００とからなる照明部と、ＣＣＤ７３００と
が、ロータを挟む様に配置されている。そして、任意の
位置の角度をコードパターンから読み取る様に構成され
ている。
０００を照明するための第１トラック照明部７１００
と、第２のトラック６０００を照明するための第２トラ
ック照明部７２００、７２００と、エンコーダパターン
を検出するためのＣＣＤ７３００とが備えられており、
第１トラック照明部７１００と第２トラック照明部７２
００、７２００とからなる照明部と、ＣＣＤ７３００と
が、ロータを挟む様に配置されている。そして、任意の
位置の角度をコードパターンから読み取る様に構成され
ている。
【０００８】これに対してインクリメンタル方式は、図
９に示す様に、メインスケール８５１１とゼロ信号検出
用インデックス８５１２とが形成されたローター８５１
０と、インデックス用サブスケール８５２２とサブスケ
ール８５２３、８５２３とが形成されたステーター８５
２０と、ローター８５１０とステーター８５２０とを挟
む様に配置された検出手段８５３０とから構成されてい
る。
９に示す様に、メインスケール８５１１とゼロ信号検出
用インデックス８５１２とが形成されたローター８５１
０と、インデックス用サブスケール８５２２とサブスケ
ール８５２３、８５２３とが形成されたステーター８５
２０と、ローター８５１０とステーター８５２０とを挟
む様に配置された検出手段８５３０とから構成されてい
る。
【０００９】ローター８５１０に形成されたメインスケ
ール８５１１は、円周上に等間隔の格子目盛が設けられ
ている。ローター８５１０に形成されたゼロ信号検出用
インデックス８５１２は、メインスケール８５１１のカ
ウントの基準点となっている。
ール８５１１は、円周上に等間隔の格子目盛が設けられ
ている。ローター８５１０に形成されたゼロ信号検出用
インデックス８５１２は、メインスケール８５１１のカ
ウントの基準点となっている。
【００１０】なお、ゼロ信号検出用インデックス８５１
２は、所定の位置からカウントする場合に必要であり、
任意の位置からカウントを行う場合には不要である。
２は、所定の位置からカウントする場合に必要であり、
任意の位置からカウントを行う場合には不要である。
【００１１】固定されたステーター８５２０には、２個
のサブスケール８５２３、８５２３と、インデックス用
サブスケール８５２２とが配置されており、サブスケー
ル８５２３、８５２３は、メインスケール８５１１と同
様な間隔の格子目盛であるが短く構成されている。
のサブスケール８５２３、８５２３と、インデックス用
サブスケール８５２２とが配置されており、サブスケー
ル８５２３、８５２３は、メインスケール８５１１と同
様な間隔の格子目盛であるが短く構成されている。
【００１２】検出手段８５３０は、インデックス検出部
とメインスケール検出部とからなっている。インデック
ス検出部は、第１の発光素子８５３１と、第１のコリメ
ータレンズ８５３２と、第１の受光素子８５３３とから
構成されており、ロータ８５１０に形成されたゼロ検出
用のインデックス８５１２を検知することができる。
とメインスケール検出部とからなっている。インデック
ス検出部は、第１の発光素子８５３１と、第１のコリメ
ータレンズ８５３２と、第１の受光素子８５３３とから
構成されており、ロータ８５１０に形成されたゼロ検出
用のインデックス８５１２を検知することができる。
【００１３】メインスケール検出部は、第２の発光素子
８５３５と、第２のコリメータレンズ８５３６と、第２
の受光素子８５３７とから構成されており、ロータ８５
１０に形成されたメインスケール８５１１の明暗パター
ンを光の断続として検出し、この光の断続を第２の受光
素子８５３７により電気信号に変換し、この電気信号を
カウントすることにより、ゼロ検出点からの角度を測定
することができる。
８５３５と、第２のコリメータレンズ８５３６と、第２
の受光素子８５３７とから構成されており、ロータ８５
１０に形成されたメインスケール８５１１の明暗パター
ンを光の断続として検出し、この光の断続を第２の受光
素子８５３７により電気信号に変換し、この電気信号を
カウントすることにより、ゼロ検出点からの角度を測定
することができる。
【００１４】即ちローター８５１０が回転すると、メイ
ンスケール８５１１が１ピッチ移動する毎に光の断続が
生じ、第２の受光素子８５３７は、光の明暗を受光する
ことにより正弦波の信号を得ることができる。
ンスケール８５１１が１ピッチ移動する毎に光の断続が
生じ、第２の受光素子８５３７は、光の明暗を受光する
ことにより正弦波の信号を得ることができる。
【００１５】また２個のサブスケール８５２３、８５２
３から検出される正弦波の位相は１／４ピッチずれてお
り、この位相のずれから、ローター８５１０の回転方向
を検知することができる。
３から検出される正弦波の位相は１／４ピッチずれてお
り、この位相のずれから、ローター８５１０の回転方向
を検知することができる。
【００１６】そして、第２の受光素子８５３７から得ら
れた正弦波の信号には、バイアスが掛けられ、メインス
ケール８５１１の格子目盛の間隔以上に微細な角度で検
出が可能な様に構成されている。更に、算術的に位相を
ずらした正弦波を増加させることにより、メインスケー
ル８５１１の格子目盛の間隔以上に微細な角度で検出す
ることもできる。
れた正弦波の信号には、バイアスが掛けられ、メインス
ケール８５１１の格子目盛の間隔以上に微細な角度で検
出が可能な様に構成されている。更に、算術的に位相を
ずらした正弦波を増加させることにより、メインスケー
ル８５１１の格子目盛の間隔以上に微細な角度で検出す
ることもできる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アブソ
リュート方式は構造が複雑であり、測量機に内蔵させる
ために小型軽量化を行うことが極めて困難であるという
問題点があった。
リュート方式は構造が複雑であり、測量機に内蔵させる
ために小型軽量化を行うことが極めて困難であるという
問題点があった。
【００１８】またインクリメンタル方式のエンコーダ
は、ローター８５１０に形成されたメインスケール８５
１１を読み取る方式であるため、例えば、メインスケー
ル８５１１の直径が８０ｍｍ程度の大きさで、格子の間
隔を６０秒とすれば、全周で２１６００本にも達する。
このためメインスケール８５１１の１ピッチは、１０数
μｍと非常に細かいスケールを刻まなければならない。
は、ローター８５１０に形成されたメインスケール８５
１１を読み取る方式であるため、例えば、メインスケー
ル８５１１の直径が８０ｍｍ程度の大きさで、格子の間
隔を６０秒とすれば、全周で２１６００本にも達する。
このためメインスケール８５１１の１ピッチは、１０数
μｍと非常に細かいスケールを刻まなければならない。
【００１９】この細かいスケールは、原板からフォトレ
ジストに縮小投影され、エッチングを施すことにより作
成されるが、この格子目盛の平行度と太さの均一性や、
間隔の精度等が、エンコーダ信号の安定性に対して大き
な要因となる。
ジストに縮小投影され、エッチングを施すことにより作
成されるが、この格子目盛の平行度と太さの均一性や、
間隔の精度等が、エンコーダ信号の安定性に対して大き
な要因となる。
【００２０】例えば格子の形状が崩れている場合や、格
子間隔が不均一となる等の欠陥が格子目盛の１つに生じ
れば、カウントが不可能となったり、カウントがされに
くくなるという問題点があった。
子間隔が不均一となる等の欠陥が格子目盛の１つに生じ
れば、カウントが不可能となったり、カウントがされに
くくなるという問題点があった。
【００２１】更にインクリメンタル方式のエンコーダ
は、ローター８５１０に形成されたメインスケール８５
１１を１つ１つ読み取る構成を有するので、ローター８
５１０を急回転させたり、振動を与えるとカウントでき
なくなるという深刻な問題点があった。
は、ローター８５１０に形成されたメインスケール８５
１１を１つ１つ読み取る構成を有するので、ローター８
５１０を急回転させたり、振動を与えるとカウントでき
なくなるという深刻な問題点があった。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
案出されたもので、スケールが形成されたローターと、
そのスケールを読み取るためのスケール検出手段とから
なるエンコーダにおいて、前記ローターの回転方向に形
成され、線幅を空間的に変化させると共に、周期が異な
る少なくとも２つのパターンである第１パターンと第２
パターンとを等ピッチで配置されたスケールと、前記ス
ケール検出手段は、前記スケールを読み取るための１次
元的に配列されたイメージセンサとからなっており、前
記パターンが示す位置と、前記パターンをフーリエ変換
して得られる位相とから回転角を求める構成となってい
る。
案出されたもので、スケールが形成されたローターと、
そのスケールを読み取るためのスケール検出手段とから
なるエンコーダにおいて、前記ローターの回転方向に形
成され、線幅を空間的に変化させると共に、周期が異な
る少なくとも２つのパターンである第１パターンと第２
パターンとを等ピッチで配置されたスケールと、前記ス
ケール検出手段は、前記スケールを読み取るための１次
元的に配列されたイメージセンサとからなっており、前
記パターンが示す位置と、前記パターンをフーリエ変換
して得られる位相とから回転角を求める構成となってい
る。
【００２３】
【００２４】更に本発明は、前記第１パターンと前記第
２パターンの他に、線幅が一定な第３パターンを備えて
おり、前記第１パターン、第２パターン及び第３パター
ンが、前記ローターの回転方向に等ピッチで順次配列す
る構成にすることもできる。
２パターンの他に、線幅が一定な第３パターンを備えて
おり、前記第１パターン、第２パターン及び第３パター
ンが、前記ローターの回転方向に等ピッチで順次配列す
る構成にすることもできる。
【００２５】そして本発明の前記第１パターンと前記第
２パターンとは、周期的に一致する一致点を少なくとも
１箇所備える構成にすることもできる。
２パターンとは、周期的に一致する一致点を少なくとも
１箇所備える構成にすることもできる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以上の様に構成された本発明は、
スケールが形成されたローターと、そのスケールを読み
取るためのスケール検出手段であり、スケールは、線幅
を空間的に変化させると共に、周期が異なる少なくとも
２つのパターンである第１パターンと第２パターンと
を、ローターの回転方向に等ピッチで配置し、スケール
検出手段は、１次元的に配列されたイメージセンサがス
ケールを読み取る様になっており、パターンが示す位置
と、パターンをフーリエ変換して得られる位相とから回
転角を求めることができる。
スケールが形成されたローターと、そのスケールを読み
取るためのスケール検出手段であり、スケールは、線幅
を空間的に変化させると共に、周期が異なる少なくとも
２つのパターンである第１パターンと第２パターンと
を、ローターの回転方向に等ピッチで配置し、スケール
検出手段は、１次元的に配列されたイメージセンサがス
ケールを読み取る様になっており、パターンが示す位置
と、パターンをフーリエ変換して得られる位相とから回
転角を求めることができる。
【００２７】
【００２８】更に本発明は、第１パターンと第２パター
ンの他に、線幅が一定な第３パターンを備え、第１パタ
ーン、第２パターン及び第３パターンを、ローターの回
転方向に等ピッチで順次配列させることもできる。
ンの他に、線幅が一定な第３パターンを備え、第１パタ
ーン、第２パターン及び第３パターンを、ローターの回
転方向に等ピッチで順次配列させることもできる。
【００２９】そして本発明の第１パターンと第２パター
ンとは、周期的に一致する一致点を少なくとも１箇所備
えることもできる。
ンとは、周期的に一致する一致点を少なくとも１箇所備
えることもできる。
【００３０】
【００３１】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。
る。
【００３２】図１は、本実施例のエンコーダ１０００
は、ローター１００と、このローター１００に形成され
たスケール２００と、ステーター３００と、スケール検
出手段４００とから構成されている。
は、ローター１００と、このローター１００に形成され
たスケール２００と、ステーター３００と、スケール検
出手段４００とから構成されている。
【００３３】ローター１００に形成されたスケール２０
０は、空間変調されたパターンから構成されており、こ
のパターンは少なくとも、第１周期で変調された第１パ
ターンと、この第１周期と異なる第２周期で変調された
第２パターンとを有し、第１パターンと第２パターンと
を回転方向に等ピッチで順次配列することにより構成さ
れている。
０は、空間変調されたパターンから構成されており、こ
のパターンは少なくとも、第１周期で変調された第１パ
ターンと、この第１周期と異なる第２周期で変調された
第２パターンとを有し、第１パターンと第２パターンと
を回転方向に等ピッチで順次配列することにより構成さ
れている。
【００３４】即ち、第１パターン及び第２パターンの変
調は線幅を変化させる空間変調が採用されている。
調は線幅を変化させる空間変調が採用されている。
【００３５】スケール検出手段４００は、ローター１０
０とステーター３００とを挟む様に構成されており、発
光素子４１０とコリメータ４２０とリニアセンサ４３０
とから構成されている。
０とステーター３００とを挟む様に構成されており、発
光素子４１０とコリメータ４２０とリニアセンサ４３０
とから構成されている。
【００３６】リニアセンサ４３０は、ローター１００に
形成されたスケール２００のパターンを電気信号に変換
するためのものである。リニアセンサ４３０はステータ
ー３００に形成されており、本実施例ではＣＣＤリニア
センサが採用されている。なおリニアセンサ４３０は、
ＣＣＤリニアセンサに限ることなく、ホトダイオード等
を少なくとも１次元的に配置したリニアイメージセンサ
であれば、何れのセンサを採用することができる。
形成されたスケール２００のパターンを電気信号に変換
するためのものである。リニアセンサ４３０はステータ
ー３００に形成されており、本実施例ではＣＣＤリニア
センサが採用されている。なおリニアセンサ４３０は、
ＣＣＤリニアセンサに限ることなく、ホトダイオード等
を少なくとも１次元的に配置したリニアイメージセンサ
であれば、何れのセンサを採用することができる。
【００３７】演算処理手段１６は、図３に示す様に、ア
ンプ１６１と、サンプルホールド１６２と、Ａ／Ｄ変換
器１６３と、ＲＡＭ１６４と、クロックドライバ１６５
と、マイクロコンピュータ１６６と、表示器１６７とか
ら構成されている。
ンプ１６１と、サンプルホールド１６２と、Ａ／Ｄ変換
器１６３と、ＲＡＭ１６４と、クロックドライバ１６５
と、マイクロコンピュータ１６６と、表示器１６７とか
ら構成されている。
【００３８】「原理」
【００３９】ここで、ローター１００に形成されたスケ
ール２００と、その測定原理について説明する。
ール２００と、その測定原理について説明する。
【００４０】まず説明を簡便化するために、ローター１
００に同心円状に形成されたスケール２００を、展開し
て図２（ａ）に示す様に直線に置き換えて説明する。
００に同心円状に形成されたスケール２００を、展開し
て図２（ａ）に示す様に直線に置き換えて説明する。
【００４１】ローター１００に同心円状に形成されたス
ケール２００は、図２（ａ）に示す様に、第１のパター
ンＡと第２のパターンＢと第３のパターンＲが等間隔
（ｐ）で繰り返し配置されている。即ち、３種のパター
ンを１組として各ブロックが連続して形成されており、
最も左側に配置されたブロックを、０ブロックと定義
し、Ｒ（０）、Ａ（０）、Ｂ（０）と記載すれば、Ｒ
（１）、Ａ（１）、Ｂ（１）、Ｒ（２）、Ａ（２）、Ｂ
（２）、・・・・・・・・と繰り返し配置されている。
なお、全てのパターンが等間隔ｐで繰り返されているの
で、この間隔に対応した信号を基準信号とする。
ケール２００は、図２（ａ）に示す様に、第１のパター
ンＡと第２のパターンＢと第３のパターンＲが等間隔
（ｐ）で繰り返し配置されている。即ち、３種のパター
ンを１組として各ブロックが連続して形成されており、
最も左側に配置されたブロックを、０ブロックと定義
し、Ｒ（０）、Ａ（０）、Ｂ（０）と記載すれば、Ｒ
（１）、Ａ（１）、Ｂ（１）、Ｒ（２）、Ａ（２）、Ｂ
（２）、・・・・・・・・と繰り返し配置されている。
なお、全てのパターンが等間隔ｐで繰り返されているの
で、この間隔に対応した信号を基準信号とする。
【００４２】本実施例では等間隔（ｐ）は、例えば１８
３.８秒で設定されているが、（角度に換算した時、１
８３.８秒毎）何れの間隔距離（間隔角度）を採用する
ことができる。また第３のパターンＲは固定幅となって
おり、第１のパターンＡは、３６０度／５０で１周期と
なる様に黒部分の幅を変調しており、第２のパターンＢ
は、３６０度／４７で１周期となる様に黒部分の幅を変
調している。なお、第１のパターンＡと第２のパターン
Ｂとは、周期が僅かに異なれば、何れの周期を採用する
ことができる。なお、第１のパターンＡ、第２のパター
ンＢの変調の様子は、図２（ｂ）の様になる。
３.８秒で設定されているが、（角度に換算した時、１
８３.８秒毎）何れの間隔距離（間隔角度）を採用する
ことができる。また第３のパターンＲは固定幅となって
おり、第１のパターンＡは、３６０度／５０で１周期と
なる様に黒部分の幅を変調しており、第２のパターンＢ
は、３６０度／４７で１周期となる様に黒部分の幅を変
調している。なお、第１のパターンＡと第２のパターン
Ｂとは、周期が僅かに異なれば、何れの周期を採用する
ことができる。なお、第１のパターンＡ、第２のパター
ンＢの変調の様子は、図２（ｂ）の様になる。
【００４３】ここで、スケール２００から所定の角度を
検出する原理を説明する。
検出する原理を説明する。
【００４４】ローター１００に同心円状に形成されたス
ケール２００の第１のパターンＡは、３６０度／５０で
１周期となる様に黒部分の幅を変調しているので、変調
幅を０〜１８３.８秒とすれば、第１のパターンの幅Ｄ
Ａは、以下の式で与えられる。
ケール２００の第１のパターンＡは、３６０度／５０で
１周期となる様に黒部分の幅を変調しているので、変調
幅を０〜１８３.８秒とすれば、第１のパターンの幅Ｄ
Ａは、以下の式で与えられる。
【００４５】ＤＡ＝９１.９秒＊（１＋ＳＩＮ（２＊π
＊Ｘ／（１２９６０００秒／５０）））
＊Ｘ／（１２９６０００秒／５０）））
【００４６】・・・第１式
【００４７】となる。但し、Ｘ＝（１８３.８秒、７３
５.３秒、１２８６.８秒・・・・・・である）。
５.３秒、１２８６.８秒・・・・・・である）。
【００４８】同様に、ローター１００に同心円状に形成
されたスケール２００の第２のパターンＢは、２７５７
４.５秒で１周期となる様に黒部分の幅を変調している
ので、第２のパターンの幅ＤＢは、以下の式で与 えら
れる。
されたスケール２００の第２のパターンＢは、２７５７
４.５秒で１周期となる様に黒部分の幅を変調している
ので、第２のパターンの幅ＤＢは、以下の式で与 えら
れる。
【００４９】ＤＢ＝５＊（１＋ＳＩＮ（２＊π＊Ｘ／
（１２９６０００秒／４７）））
（１２９６０００秒／４７）））
【００５０】・・・第２式
【００５１】となる。但し、Ｘ＝（３６７.７秒、９１
９.１秒、１４７０.６秒・・・・・・である）。
９.１秒、１４７０.６秒・・・・・・である）。
【００５２】第３のパターン幅は固定幅であり、第１、
第２のパターンの最大変調の８０％である１４７.１秒
となっている。
第２のパターンの最大変調の８０％である１４７.１秒
となっている。
【００５３】そして第１のパターンＡと第２のパターン
Ｂとは、周期が僅かに異なっているため、両者の最小公
倍数となる１回転で同様のパターンが現れる（一致
点）。従って第１のパターンＡによる信号と、第２のパ
ターンＢによる信号との位相差は、ローター１００の１
回転の範囲で、周期が０〜２πまで変化することにな
る。
Ｂとは、周期が僅かに異なっているため、両者の最小公
倍数となる１回転で同様のパターンが現れる（一致
点）。従って第１のパターンＡによる信号と、第２のパ
ターンＢによる信号との位相差は、ローター１００の１
回転の範囲で、周期が０〜２πまで変化することにな
る。
【００５４】即ち、ローター１００の角度θは、第１の
パターンＡによる信号の位相をφＡとし、第２のパター
ンＢによる信号の位相をφＢとすれば、
パターンＡによる信号の位相をφＡとし、第２のパター
ンＢによる信号の位相をφＢとすれば、
【００５５】
θ＝（φＢ−φＡ）／（５０−４７） ・・・・第３式
【００５６】となる。
【００５７】次に、ローター１００の角度θの演算方法
を具体的に説明する。
を具体的に説明する。
【００５８】リニアセンサ１５の出力信号を、基準信号
（等間隔ピッチｐに相当する信号）の前後半ピッチ分で
積分する。更にこの積分値を３つ毎に間引けば（プロダ
クト検波）、図４に示す様に、第１のパターンＡに相当
する信号１と、第２のパターンＢに相当する信号２と、
第３のパターンＲに相当する信号３とが得られる。しか
しながら第３のパターンＲは、幅が変調されていない
上、第１のパターンＡと第２のパターンＢの最大変調幅
が１８３.８秒に対して、第３のパターンＲは１４７.１
秒しかないので、第３のパターンＲに相当する信号３
は、積分値が略一定であり、信号１や信号２に比較して
約８０％の値となる。
（等間隔ピッチｐに相当する信号）の前後半ピッチ分で
積分する。更にこの積分値を３つ毎に間引けば（プロダ
クト検波）、図４に示す様に、第１のパターンＡに相当
する信号１と、第２のパターンＢに相当する信号２と、
第３のパターンＲに相当する信号３とが得られる。しか
しながら第３のパターンＲは、幅が変調されていない
上、第１のパターンＡと第２のパターンＢの最大変調幅
が１８３.８秒に対して、第３のパターンＲは１４７.１
秒しかないので、第３のパターンＲに相当する信号３
は、積分値が略一定であり、信号１や信号２に比較して
約８０％の値となる。
【００５９】そして、第３のパターンＲと、第１のパタ
ーンＡと、第２のパターンＢとは、定められた順番に繰
り返して配置されているので、間引かれた信号が、第３
のパターンＲ、第１のパターンＡ、第２のパターンＢの
何れであるか、決定することができる。更に光量ムラの
外乱光の影響を取り除くため、第３のパターンＲに相当
する信号を基準として、図５に示す様に、（Ａ−Ｒ）、
（Ｂ−Ｒ）の信号を得る。
ーンＡと、第２のパターンＢとは、定められた順番に繰
り返して配置されているので、間引かれた信号が、第３
のパターンＲ、第１のパターンＡ、第２のパターンＢの
何れであるか、決定することができる。更に光量ムラの
外乱光の影響を取り除くため、第３のパターンＲに相当
する信号を基準として、図５に示す様に、（Ａ−Ｒ）、
（Ｂ−Ｒ）の信号を得る。
【００６０】次に（Ａ−Ｒ）、（Ｂ−Ｒ）の信号から、
角度読み取り位置に対応するリニアセンサ１５のアドレ
ス位置（第ｍビット目）を含む、基準信号が含まれる
Ｒ、（Ａ−Ｒ）、（Ｂ−Ｒ）の１組の信号を選択し、
（Ａ−Ｒ）と（Ｂ−Ｒ）の位相を求めれば、ローター１
００に同心円状に形成されたスケール２００の何れの位
置の、第１のパターンＡ、第２のパターンＢ、第３のパ
ターンＲの組合せであるかを求めることができる。
角度読み取り位置に対応するリニアセンサ１５のアドレ
ス位置（第ｍビット目）を含む、基準信号が含まれる
Ｒ、（Ａ−Ｒ）、（Ｂ−Ｒ）の１組の信号を選択し、
（Ａ−Ｒ）と（Ｂ−Ｒ）の位相を求めれば、ローター１
００に同心円状に形成されたスケール２００の何れの位
置の、第１のパターンＡ、第２のパターンＢ、第３のパ
ターンＲの組合せであるかを求めることができる。
【００６１】ここで、（Ａ−Ｒ）信号をＡｍとし、（Ｂ
−Ｒ）信号をＢｍとし、（Ａ−Ｒ）信号の最大振幅の１
／２をＷａ、（Ｂ−Ｒ）信号の最大振幅の１／２をＷｂ
とすれば、（Ａ−Ｒ）と（Ｂ−Ｒ）の位相は、それぞ
れ、
−Ｒ）信号をＢｍとし、（Ａ−Ｒ）信号の最大振幅の１
／２をＷａ、（Ｂ−Ｒ）信号の最大振幅の１／２をＷｂ
とすれば、（Ａ−Ｒ）と（Ｂ−Ｒ）の位相は、それぞ
れ、
【００６２】φａ＝ＳＩＮ−１（Ａｍ／Ｗａ）
・・・・第６式
・・・・第６式
【００６３】φｂ＝ＳＩＮ−１（Ｂｍ／Ｗｂ）−２＊π
（１８３.８／（３６０＊６０＊６０／４７））＝ＳＩ
Ｎ−１（Ｂｍ／Ｗｂ）−２＊π（１８３.８／２７５７
４.５）
（１８３.８／（３６０＊６０＊６０／４７））＝ＳＩ
Ｎ−１（Ｂｍ／Ｗｂ）−２＊π（１８３.８／２７５７
４.５）
【００６４】・・・・第７式
【００６５】となる。第７式の端数部分は、第２のパタ
ーンＢに相当する信号の位置が、第１のパターンＡに相
当する信号より１８３.８秒ずれているからである。
ーンＢに相当する信号の位置が、第１のパターンＡに相
当する信号より１８３.８秒ずれているからである。
【００６６】そして第６式と第７式を、第３式に代入す
れば、第１のパターンＡに対応する信号のスケール２０
０の位置を検出することができ、ローター１００の角度
θを求めることができる。なお、基準信号の所属が第３
のパターンＲであれば、１８３.８秒を減じ、基準信号
の所属が第２のパターンＢであれば、１８３.８秒を加
えればよい。この結果、ローター１００に同心円状に形
成されたスケール２００の位置を検出して、ローター１
００の角度θを求めることができる。
れば、第１のパターンＡに対応する信号のスケール２０
０の位置を検出することができ、ローター１００の角度
θを求めることができる。なお、基準信号の所属が第３
のパターンＲであれば、１８３.８秒を減じ、基準信号
の所属が第２のパターンＢであれば、１８３.８秒を加
えればよい。この結果、ローター１００に同心円状に形
成されたスケール２００の位置を検出して、ローター１
００の角度θを求めることができる。
【００６７】次に本実施例のエンコーダ１０００に搭載
された演算処理手段１６を詳細に説明する。
された演算処理手段１６を詳細に説明する。
【００６８】アンプ１６１は、リニアセンサ４３０から
の電気信号を増幅するものであり、サンプルホールド１
６２は、増幅された電気信号をクロックドライバ１６５
からのタイミング信号でサンプルホールドするものであ
る。Ａ／Ｄ変換器１６３は、サンプルホールドされた電
気信号をＡ／Ｄ変換するためのものである。そしてＲＡ
Ｍ１６４は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を記憶する
ためのものである。またマイクロコンピュータ１６６
は、各種演算処理を行うものである。
の電気信号を増幅するものであり、サンプルホールド１
６２は、増幅された電気信号をクロックドライバ１６５
からのタイミング信号でサンプルホールドするものであ
る。Ａ／Ｄ変換器１６３は、サンプルホールドされた電
気信号をＡ／Ｄ変換するためのものである。そしてＲＡ
Ｍ１６４は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を記憶する
ためのものである。またマイクロコンピュータ１６６
は、各種演算処理を行うものである。
【００６９】ここでマイクロコンピュータ１６６が果た
す機能を図６に基づいて説明すると、演算処理手段１６
は、基準信号形成部１６６１と、パターン信号形成部１
６６２と、算出部１６６４とからなり、基準信号形成部
１６６１は、リニアセンサ４３０から得られた電気信号
から、高速フーリエ変換により等間隔ピッチｐに相当す
る基準信号を形成するものである。
す機能を図６に基づいて説明すると、演算処理手段１６
は、基準信号形成部１６６１と、パターン信号形成部１
６６２と、算出部１６６４とからなり、基準信号形成部
１６６１は、リニアセンサ４３０から得られた電気信号
から、高速フーリエ変換により等間隔ピッチｐに相当す
る基準信号を形成するものである。
【００７０】パターン信号形成部１６６２は、基準信号
の前後半ピッチ分で積分し、この積分値を３つ毎に間引
く（プロダクト検波）ことにより、第１のパターン信号
と第２のパターン信号を形成するものである。
の前後半ピッチ分で積分し、この積分値を３つ毎に間引
く（プロダクト検波）ことにより、第１のパターン信号
と第２のパターン信号を形成するものである。
【００７１】算出部１６６４は、第１のパターン信号と
第２のパターン信号の位相から、第３式を演算し、ロー
ター１００の角度θを求めるものである。
第２のパターン信号の位相から、第３式を演算し、ロー
ター１００の角度θを求めるものである。
【００７２】そして表示器１６７は、算出部１６６４で
算出されたローター１００の角度θを表示するもので、
液晶表示等の表示手段を採用してもよく、更に、外部記
憶手段等に出力させる構成としてもよい。
算出されたローター１００の角度θを表示するもので、
液晶表示等の表示手段を採用してもよく、更に、外部記
憶手段等に出力させる構成としてもよい。
【００７３】ここで、本実施例のエンコーダ１０００を
具体的に説明する。
具体的に説明する。
【００７４】ローター１００に同心円状に形成されたス
ケール２００は、第１のパターンＡと第２のパターンＢ
と第３のパターンＲとから構成されている。
ケール２００は、第１のパターンＡと第２のパターンＢ
と第３のパターンＲとから構成されている。
【００７５】第１のパターンＡは、３６０度／５０で１
周期となる様になっており、第２のパターンＢは、３６
０度／４７で１周期となる様になっている。従って、Ａ
＝５０周期、Ｂ＝４７周期とすれば、最小公倍数となる
点で、同様なパターンが現れることになる。即ち、この
点がゼロ信号用のインデックスに相当する。
周期となる様になっており、第２のパターンＢは、３６
０度／４７で１周期となる様になっている。従って、Ａ
＝５０周期、Ｂ＝４７周期とすれば、最小公倍数となる
点で、同様なパターンが現れることになる。即ち、この
点がゼロ信号用のインデックスに相当する。
【００７６】従来のエンコーダでは、格子間隔を６０秒
程度とすれば、この格子から得られる信号により最大で
０.２秒程度までの角度検出が可能となる。
程度とすれば、この格子から得られる信号により最大で
０.２秒程度までの角度検出が可能となる。
【００７７】本実施例のエンコーダ１０００では、バー
コードの間隔の１／１０００まで可能であるから、
コードの間隔の１／１０００まで可能であるから、
【００７８】０.２秒＊１０００であるから、３８.７８
μｍとなり、
μｍとなり、
【００７９】これからピッチを求めると、１回転で６４
８０ピッチとなる。
８０ピッチとなる。
【００８０】第１のパターンＡ（Ａ＝５０周期）及び第
２のパターンＢ（Ｂ＝４７周期）とから、ＡとＢの最小
公倍数は２３５０ブロックとなり、これに第３のパター
ンＲを加え、３ピッチとすれば、
２のパターンＢ（Ｂ＝４７周期）とから、ＡとＢの最小
公倍数は２３５０ブロックとなり、これに第３のパター
ンＲを加え、３ピッチとすれば、
【００８１】２３５０＊３＝７０５０
【００８２】となる。
【００８３】１ピッチは、
【００８４】
（３６０＊６０＊６０）／７０５０＝１８３.３秒
【００８５】となり、分解能は、
【００８６】１８３.３秒＊１０００＝０.１８秒
【００８７】となる。
【００８８】以上の様に、ローター１００と、ステータ
ー３００とから構成されたエンコーダ１０００は、ロー
ター１００に形成され、線幅を空間的に変化させ、等ピ
ッチで配置されたパターンをローターの回転方向に順次
配列させたスケール２００と、このスケール２００のパ
ターンを読み取るためのスケール検出手段４００とを有
し、回転角の粗精度は、パターンの位置から検出し、回
転角の精精度は、パターンから得られる周期的なデータ
をフーリエ変換して得る様に構成されている。そして、
粗精度と精精度とを組み合わせることにより、回転角度
を検出している。
ー３００とから構成されたエンコーダ１０００は、ロー
ター１００に形成され、線幅を空間的に変化させ、等ピ
ッチで配置されたパターンをローターの回転方向に順次
配列させたスケール２００と、このスケール２００のパ
ターンを読み取るためのスケール検出手段４００とを有
し、回転角の粗精度は、パターンの位置から検出し、回
転角の精精度は、パターンから得られる周期的なデータ
をフーリエ変換して得る様に構成されている。そして、
粗精度と精精度とを組み合わせることにより、回転角度
を検出している。
【００８９】
【効果】以上の様に構成された本発明は、スケールが形
成されたローターと、そのスケールを読み取るためのス
ケール検出手段とからなるエンコーダにおいて、前記ロ
ーターの回転方向に形成され、線幅を空間的に変化させ
ると共に、周期が異なる少なくとも２つのパターンであ
る第１パターンと第２パターンとを等ピッチで配置され
たスケールと、前記スケール検出手段は、前記スケール
を読み取るための１次元的に配列されたイメージセンサ
とからなっており、前記パターンが示す位置と、前記パ
ターンをフーリエ変換して得られる位相とから回転角を
求める様に構成されているので、従来のインクリメンタ
ル方式のエンコーダの様に、格子を細かくする必要がな
く、格子のエッジの部分を捕らえる必要がないため、製
作が容易でコストも安いという効果がある。
成されたローターと、そのスケールを読み取るためのス
ケール検出手段とからなるエンコーダにおいて、前記ロ
ーターの回転方向に形成され、線幅を空間的に変化させ
ると共に、周期が異なる少なくとも２つのパターンであ
る第１パターンと第２パターンとを等ピッチで配置され
たスケールと、前記スケール検出手段は、前記スケール
を読み取るための１次元的に配列されたイメージセンサ
とからなっており、前記パターンが示す位置と、前記パ
ターンをフーリエ変換して得られる位相とから回転角を
求める様に構成されているので、従来のインクリメンタ
ル方式のエンコーダの様に、格子を細かくする必要がな
く、格子のエッジの部分を捕らえる必要がないため、製
作が容易でコストも安いという効果がある。
【００９０】またローターがどの位置にあっても位相差
の測定が可能であり、ステーターのリニアスケールを検
出するのみで角度の検出を行うことができるという卓越
した効果がある。
の測定が可能であり、ステーターのリニアスケールを検
出するのみで角度の検出を行うことができるという卓越
した効果がある。
【００９１】従って、本発明のロータリーエンコーダ
は、インクリメンタル方式とアブソリュート方式の利点
を併せ持っており、付加価値が高く、商品性の高いエン
コーダを提供することができるという効果がある。
は、インクリメンタル方式とアブソリュート方式の利点
を併せ持っており、付加価値が高く、商品性の高いエン
コーダを提供することができるという効果がある。
【００９２】
【図１】本発明の実施例のエンコーダ１０００の構成を
示す図である。
示す図である。
【図２（ａ）】本実施例のエンコーダ１０００の原理を
説明する図である。
説明する図である。
【図２（ｂ）】本実施例のエンコーダ１０００の原理を
説明する図である。
説明する図である。
【図３】本実施例の電気的構成を示す図である。
【図４】本実施例の測定の原理を説明する図である。
【図５】本実施例の測定の原理を説明する図である。
【図６】本実施例の演算処理手段１６の構成を示す図で
ある。
ある。
【図７】従来技術を説明する図である。
【図８】従来技術を説明する図である。
【図９】従来技術を説明する図である。
１０００ エンコーダ
１００ ローター
２００ スケール
３００ ステーター
４００ スケール検出手段
４１０ 発光素子
４２０ コリメータ
４３０ リニアセンサ
１６ 演算処理手段
１６１ アンプ
１６２ サンプルホールド
１６３ Ａ／Ｄ変換器
１６４ ＲＡＭ
１６５ クロックドライバ
１６６ マイクロコンピュータ
１６７ 表示器
１６６１ 基準信号形成部
１６６２ パターン信号形成部
１６６４ 算出部
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭58−29093（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−33603（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−3220（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−26885（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−167678（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01D 5/26 - 5/38
Claims (3)
- 【請求項１】 スケールが形成されたローターと、その
スケールを読み取るためのスケール検出手段とからなる
エンコーダにおいて、前記ローターの回転方向に形成さ
れ、線幅を空間的に変化させると共に、周期が異なる少
なくとも２つのパターンである第１パターンと第２パタ
ーンとを等ピッチで配置されたスケールと、前記スケー
ル検出手段は、前記スケールを読み取るための１次元的
に配列されたイメージセンサとからなっており、前記パ
ターンが示す位置と、前記パターンをフーリエ変換して
得られる位相とから回転角を求めるロータリーエンコー
ダ。 - 【請求項２】 前記第１パターンと前記第２パターンの
他に、線幅が一定な第３パターンを備えており、前記第
１パターン、第２パターン及び第３パターンが、前記ロ
ーターの回転方向に等ピッチで順次配列されている請求
項１記載のロータリーエンコーダ。 - 【請求項３】 前記第１パターンと前記第２パターンと
は、周期的に一致する一致点を少なくとも１箇所備えて
いる請求項１又は請求項２記載のロータリーエンコー
ダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001028897A JP3438173B2 (ja) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | ロータリーエンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001028897A JP3438173B2 (ja) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | ロータリーエンコーダ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26916295A Division JP3168451B2 (ja) | 1995-09-24 | 1995-09-24 | ロータリーエンコーダ |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003008898A Division JP3551380B2 (ja) | 2003-01-16 | 2003-01-16 | ロータリーエンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001289673A JP2001289673A (ja) | 2001-10-19 |
| JP3438173B2 true JP3438173B2 (ja) | 2003-08-18 |
Family
ID=18893312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001028897A Expired - Fee Related JP3438173B2 (ja) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | ロータリーエンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3438173B2 (ja) |
-
2001
- 2001-02-05 JP JP2001028897A patent/JP3438173B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001289673A (ja) | 2001-10-19 |
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