JP4726220B2 - アブソリュートエンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、測量機等に用いられるロータリアブソリュートエンコーダに関する。

従来のアブソリュートエンコーダとしては、本出願人の出願に係る下記特許文献１に開示されたようなものが知られており、このブロック図を図５に示す。アブソリュートエンコーダ用ディスク１には、スリット２が円周方向に沿うトラックＴ上に等間隔に配置されている。これらのスリット２には、２進数の符号化された測角用符号語を表わすため、「１」を表わす太いスリットと、「０」を表わす細いスリットの２種類が用いられている。これらのスリット２に対して、任意の位置から連続して所定数のスリット２を読み込むと、これらのスリット２に対応する数の並びは、他の領域の数の並びと重複することなく、ただ１つに定まるようにスリット２は配置されている。

従来のアブソリュートエンコーダで角度を検出するには、ディスク１の一面側に配置したＬＥＤ（発光ダイオード）等の図示しない光源からスリット列に向けて光を照射し、ディスク１の他面側に配置したＣＣＤ等の検出手段３、５で、スリット列を透過した光を受光する。測角用符号語を読み取るためには、所定数のスリット２を選択して、検出手段３、５で読み取ったスリット幅から所定数のビット列に変換する。このビット列は、算出手段６により、予め記憶手段７に記憶している角度符号語テーブルとコードマッチング（比較）される。そして、このビット列が角度符号語テーブル中で最も一致する位置を求め、この位置を角度に変換して角度を求め、表示手段１０に表示させていた。

ところで、このような測角用符号語は、読み誤りを検出するため、巡回数列を円形に配置したとき、１８０°対向する位置の数が常に反転するセルフコンプリメンタルコード（以下、ＳＣＣという。）に従って決められていた。この測角用符号語の一例の一部を図６に示す。

このため、１８０°対向する位置の測角用符号語を２つの検出手段３、５で同時に読み取って判別手段４で比較すると、両者間に値の一致するビットが存在する場合には、測角用符号語の読み誤りがあったことが簡単に分かる。そこで、算出手段６は、２つの読み取った測角用符号語と予め記憶手段７に記憶している角度符号語テーブルを比較して、測角用符号語の読み誤りがあった場合、訂正できる場合は訂正して角度を求め、訂正できない場合、読み誤りを知らせる警報を出していた。

特開平７−１９８４２０号公報

しかしながら、前記公報に記載されたようなアブソリュートエンコーダでは、次のような問題があった。

まず、塵埃等の多い厳しい環境下で使用されるため、エンコーダ用ディスク１のスリット２にごみ等が付着して、測角用符号語の読み誤りが生じることもあるが、この場合に、誤り訂正能力が２つの検出領域で１ビットと小さく、測定できないこともあった。このことは、常に測定値の高信頼性が要求される測量機としては問題であった。

また、読み取った測角用符号語と大きな角度符号語テーブルのコードマッチングを行うため、測角計算に要する時間が長くなるという問題があった。

さらに、ＳＣＣに従って、測角用符号語を決定していたので、選定したＳＣＣによってディスク１周に配置される測角用符号語の全ビット数、すなわち、ディスク１周に配置される全スリット数が予め定まってしまい、スリット数選択の自由度が低く、精度等から要請される最適のスリット数を満足させることが困難であるという問題もあった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされ、アブソリュートエンコーダ用ディスクにおいて、常に信頼性の高い測定値が得られ、測角計算に要する時間が短く、しかも、ディスク１周に配置できるスリット数の自由度の高い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。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、測角用符号語を表わすスリットが周方向に沿って配置されたディスクを備え、前記測角用符号語を読み取るため、該ディスクの中心に対して対称に配置された一対の検出手段を備えたアブソリュートエンコーダにおいて、前記測角用符号語は、角度情報を表わす角度情報ビットと角度情報ビットの読み誤りを検出して訂正する検査ビットとを含む角度情報用符号語と、該角度情報用符号語を検出するための目印となるブロック検出用符号語とから構成し、前記ブロック検出用符号語は、複数の部分に分解し、これらの各部分は、前記角度情報用符号語の予め定められたビット間に挿入し、かつ、ディスクの一方の半周範囲では各ビットともすべて「０」とし、ディスクの他方の半周範囲では各ビットともすべて「１」とし、前記角度情報用符号語の角度情報ビットは、ディスクの前記各半周範囲では、並んだ順序に従った番号を表わすようにし、かつ、ディスクの中心に対して対称な位置に配置された角度情報用符号語同士は、互いに同じにしたことを特徴とする。

請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明において、前記角度情報用符号語は、（１０、６）短縮ハミング符号とし、前記ブロック検出用符号語は、３ビット、１ビット、１ビットの３つの部分に分解し、これらの各部分を、角度情報用符号語の先頭、第１ビットと第２ビットの間、第４ビットと第５ビットの間に挿入し、前記一対の検出手段から得られた一対のビット列から得られる排他的論理和ビット列の任意のビット位置から１５ビット取り出して（１５、７）ＢＣＨ符号を得て、該１５ビットのビット列の誤り訂正してから、該ビット列を基準にして角度情報用符号語を検出したことを特徴とする。

以上に述べたように、請求項１に係る発明によれば、測角用符号語は、角度情報用符号語にブロック検出用符号語を加えたブロック符号としたから、ディスク１周に配置されるスリット数を比較的自由に決めることができ、精度等から要請される最適のスリット数を実現できる。また、測角用符号語は、角度情報用符号語の読み誤りを検出して訂正する機能を有した検査ビットを含んでいるため、角度情報用符号語の誤り訂正ができるので、常に信頼性の高い測定値が得られる。しかも、ディスクがわずかに偏心していても、対向する２つの検出手段から得た測定値は、互いの誤差を打ち消し合わせて誤差を減らすことができるので、測定値の信頼性をいっそう高くできる。さらに、角度情報ビットは角度情報を表わしているから、角度情報ビットを読み取ると簡単に角度が求まり、測角計算の時間を短縮することができる。そのうえ、ディスク中心に対して対称な位置の測角用符号語同士では、ブロック検出用符号語の各ビットが反転しており、角度情報用符号語が同じであるから、両測角用符号語の排他的論理和をとることにより、簡単に角度情報用符号語の位置を検出できるので、いっそう測角に要する時間を短縮できる。

請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載の効果に加え、ディスク１の中心に対して対称な位置に配置された測角用符号語を含むビット列から得られる排他的論理和ビット列の任意のビット位置から１５ビット取り出すと（１５、７）ＢＣＨ符号となっており、この１５ビットのビット列の誤り訂正してから、このビット列を基準にして角度情報用符号語を検出したので、常に実用上充分な信頼性のある測定値が得られる。

本発明の一実施例のアブソリュートエンコーダ用ディスクも、従来例のように、周方向に沿って配置されたスリット列によって、測角用符号語が表わされている。図１に示したように、測角用符号語１１は、角度情報を表わす６ビットの角度情報ビット１２、角度情報ビット１２の読み誤りを検出して訂正する４ビットの検査ビット１４からなる１０ビットの角度情報用符号語１８を含む。測角用符号語１１は、さらに、角度情報用符号語１８を検出するための目印となる５ビットのブロック検出用符号語２２を含み、全部で１５ビットからなっている。ブロック検出用符号語２２は、図１に示したように、３ビットと１ビットと１ビットの３つの部分に分解して、各部分を角度情報用符号語１８の先頭、第１ビットと第２ビットの間、第４ビットと第５ビットの間に挿入している。

すなわち、測角用符号語１１の１５ビットは、左側から数えて、第１、２、３ビットがブロック検出用ビット、第４ビットが角度情報ビット、第５ビットがブロック検出用ビット、第６、７、８ビットが角度情報ビット、第９ビットがブロック検出用ビット、第１０、１１ビットが角度情報ビット、第１２−１５ビットが検査ビットとなる。ブロック検出用符号語２２としては、５ビットすべてを「１」又は「０」とする。

ここで、角度情報用符号語１２は、（１５，１１）ハミング符号を短縮して、１０ビットの符号長で、６ビットの角度情報ビットと４ビットの検査ビットをもつ（１０，６）短縮ハミング符号としている。これらの符号は、デジタル通信等において広く使われていて周知であるから、説明を省略する。

さて、本実施例では、１５ビットの測角用符号語１１を８０語、ディスク１の周方向に沿って配置する。よって、スリット数は１５＊８０＝１２００本になり、スリット２の間隔は０．３°となり、各測角用符号語１１の先頭ビットに対応するスリット２の間の間隔は４．５°となる。そして、ディスク１の一方の半周範囲では、ブロック検出用符号語２２は、すべてのビットを０（又は１）とするとともに、角度情報ビット１２は、角度情報として、測角用符号語１１の配置された順序に従って、１、２、３、−−−−−４０（２進数で１０１０００）と規則正しい番号を表わすようにする。ディスク１の他方の半周範囲では、ブロック検出用符号語２２は、すべてのビットを反転して１（又は０）にするとともに、角度情報ビット１２は、再び、１、２、３−−−−−４０（２進数で１０１０００）と規則正しい番号を表わすようにする。すなわち、ディスク１の中心に対して対称な位置の測角用符号語１１では、角度情報用符号語１８は、互いに同じとなる。本実施例では、ディスクの０°−１８０°の範囲で、ブロック検出用符号語２２を示すビットをすべて０とし、１８０°−３６０°の範囲でブロック検出用符号語２２を示すビットをすべて１とした。このような測角用符号語１１の並びの一例を図２に示す。

このようなスリット列により表わされた測角用符号語１１から、角度情報を取り出すための構成は、図５に示した従来例のブロック図と同じである。しかし、記憶手段７には角度符号語テーブルの記憶が不要であり、そして、この判別手段４及び算出手段６により測角用符号語１１から角度情報を取り出して角度を求める方法は、以下に説明するように大きく異なっている。なお、判別手段４と算出手段６は、１つのマイクロコンピュータで実現される。

以下、図４のフロー図に従って、測角用符号語１１から、角度情報を取り出して角度を求める方法について説明する。

まず、ステップ１（Ｓ１）として、ディスク１の中心に対して対称な位置に配置された２つの検出手段によって、従来と同様に、夫々、所定数のスリット２を選択して、所定数のビット列２４、２５に変換する。本実施例の場合には、任意のスリットから連続する２７本のスリット列をビット列に変換すると、少なくとも１つの角度情報用符号語１８が含まれることになり、かつ、この２７ビットのビット列から連続する１５ビットを読み取れば、必ず角度情報用符号語１８の先頭ビットを検出できるので、少なくとも１つの角度情報用符号語１８を取り出すため、２７ビット分のスリット列を読み取って、図３に示したような２７ビットのビット列２４、２５を得る。

次に、ステップ２（Ｓ２）として、判別手段４で、対向する位置のビット列２４、２５の排他的論理和ビット列２６、すなわち、対向位置のビットの値が等しいときは「０」とし、これが等しくないときには「１」としたビット列を発生させる。

次に、ステップ３（Ｓ３）として、引き続き、判別手段４で、この排他的論理和ビット列２６の誤り判定を行う。この排他的論理和ビット列２６の任意のビット位置から１５ビット分取り出すと、（１５、７）ＢＣＨ符号の１つとなっている。ＢＣＨ符号は巡回符号であるため、どこから１５ビット取り出しても、（１５、７）ＢＣＨ符号となる。（１５、７）ＢＣＨ符号は、２ビットの誤り訂正機能を有するから、従来周知の方法で排他的論理和ビット列２６の誤りを検出した場合にはステップ４（Ｓ４）に進み、誤りを検出しない場合には、ステップ５（Ｓ５）に進む。

ステップ４（Ｓ４）として、引き続き、判別手段４で、ビット列２６の誤りを、ＢＣＨ符号を用いた従来周知の方法で正しいビット列に訂正する。正しいビット列２６が得られたら、ステップ５（Ｓ５）へ進む。

ステップ５として、算出手段６により角度情報用符号語１８を検出する。ここで、測角用符号語１１に読み誤りがなければ、ブロック検出用符号語２２の各ビットは、ディスク１の中心に対して対称なもの同士は、すべて反転しており、また、角度情報用符号語１８の各ビットは、ディスク１の中心に対して対称なもの同士は、すべて同じ値になっているから、ステップ２（Ｓ２）で発生した排他的論理和ビット列２６では、ブロック検出用符号語２２に対応する各ビットは皆「１」となり、角度情報用符号語１８に対応する各ビットは皆「０」となっている。そこで、排他的論理和ビット列２６で「０」なる値を有する各ビットに対応するビット列２４（又は２５）の各ビットから、角度情報用符号語１８すなわち角度情報ビット１２と検査ビット１４を検出する。

ステップ６（Ｓ６）として、引き続き、算出手段６により取り出した角度情報用符号語１８の誤り判定を行う。角度情報用符号語１８は、（１０，６）短縮ハミング符号であるから、１ビットの誤り訂正ができる。誤りを検出したときは、ステップ７（Ｓ７）へ進む。誤りがなければ、ステップ８（Ｓ８）へ進む。

ステップ７（Ｓ７）では、引き続き、算出手段６により（１０，６）短縮ハミング符号を用いた従来周知の方法で、角度情報用符号語１８の誤りを訂正する。

ステップ６（Ｓ６）又はステップ７（Ｓ７）で誤りのない角度情報ビット１２が得られると、ステップ８（Ｓ８）に進み、引き続き、算出手段６により角度情報ビット１２の表わす角度情報から測角計算して角度を求める。測角用符号語１１の先頭ビットを表わすスリット２の間の角度は４．５°であるから、測角用符号語１１の先頭ビットを表わすスリット２の角度αは、ブロック検出用符号語２２の全ビットが「０」で、角度情報ビット１２の表す数が「１」である測角用符号語１１の先頭ビット位置を０°とすると、
αが、０°−１８０°のとき、
α＝（角度情報ビットの表わす数−１）＊４．５°
αが、１８０°−３６０°のとき、
α＝（角度情報ビットの表わす数−１）＊４．５°＋１８０°
と簡単に求まる。また、スリット２は０．３°間隔で配置されているから、その他の各スリット２の角度も簡単に求めることができる。

本実施例によれば、次のような効果がある。

まず、測角用符号語１１をＳＣＣに従って決めず、１０ビットの角度情報用符号語１８に、５ビットのブロック検出用符号語２２を加えて全体で１５ビットのブロック符号としたから、ディスク１周に配置される測角用符号語１１全体のビット数、すなわちスリット数を３０の整数倍という条件で自由に選択でき、スリット数選択の自由度が高くなる。このため、精度等から要請される最適なスリット数を実現することが容易になる。

また、角度情報ビット１２は角度情報を表わしているから、角度情報ビット１２を読み取ると、角度符号語テーブルを参照することなく、単純な計算で簡単に角度が求まり、測角計算の時間を短縮することができる。そのうえ、前述のように、一対の検出手段３、５から得たビット列２４、２５の排他的論理和をとるだけで、排他的論理和が０となるビット位置から、簡単に角度情報用符号語１８が読み取れるので、測角に要する時間をいっそう短縮できる。

さらに、角度情報用符号語１８は、（１０、６）短縮ハミング符号とし、ブロック検出用符号語２２は、３ビット、１ビット、１ビットの３つの部分に分解し、これらの各部分を角度情報用符号語１８の先頭、第１ビットと第２ビットの間、第４ビットと第５ビットの間に挿入したから、前述のように、ビット列２４、２５から得られる排他的論理和ビット列２６の任意のビット位置から１５ビット取り出すと、（１５、７）ＢＣＨ符号となっている。この１５ビットのビット列は２ビットの誤り訂正ができるため、このビット列を基準にして検出した角度情報用符号語１８からは、常に実用上充分な信頼性の測定値が得られる。

しかも、ディスクがわずかに偏心していても、２つの検出手段から得た測定値は、互いの誤差を打ち消し合って誤差を減らすことができるので、測定値の信頼性をいっそう高くできる。

ところで、本発明は、前記実施例に限るものではなく、種々の実施例が考えられる。たとえば、角度情報用符号語１８としては、１０ビットの符号長以外のものも採用でき、かつ、ハミング符号以外にも、誤り訂正機能を持つブロック符号、たとえば、ハミング符号以外の巡回符号等も用いることができる。この場合、必要な情報ビット数や誤り訂正可能なビット数等の要求に応じて、適切な符号を選択する。ブロック検出用符号語２２のビット数も、５ビット以外を採用し、また、前記実施例と異なるように分解し、角度情報用符号語１８の異なる位置に配置してもよい。ただし、検出したブロック検出用符号語２２の位置から、角度情報検出用符号語１８が取り出せ、かつ、角度情報用符号語１８の先頭位置が分かり、かつ、ディスク１の中心に対して対称な位置の測角用符号語１１を含むビット列２４、２５の排他的論理和ビット列２６を得て、この排他的論理和ビット列２６から、所定ビット数を取ったとき、誤り訂正可能な巡回符号が得られるようにしなければならない。

本発明の一実施例の測角用符号語の構成方法を示す図である。 同実施例における測角用符号語の並びの一例を示す図である。 同実施例において、ブロック検出用符号語の検出方法を示す図である。 同実施例における測角処理のフロー図である。 従来のアブソリュートエンコーダを示すブロック図である。 従来のアブソリュートエンコーダに付された測角用符号語の一例の一部である。

符号の説明

１ ディスク
２ スリット
３、５ 検出手段
１１ 測角用符号語
１２ 角度情報ビット
１４ 検査ビット
１８ 角度情報用符号語
２２ ブロック検出用符号語

Claims (2)

1. 測角用符号語を表わすスリットが周方向に沿って配置されたディスクを備え、前記測角用符号語を読み取るため、該ディスクの中心に対して対称に配置された一対の検出手段を備えたアブソリュートエンコーダにおいて、
   前記測角用符号語は、角度情報を表わす角度情報ビットと角度情報ビットの読み誤りを検出して訂正する検査ビットとを含む角度情報用符号語と、該角度情報用符号語を検出するための目印となるブロック検出用符号語とからなり、
   前記ブロック検出用符号語は、複数の部分に分解され、この各部分が前記角度情報用符号語の予め定められたビット間に挿入され、かつ、ディスクの一方の半周範囲では各ビットともすべて「０」であり、ディスクの他方の半周範囲では各ビットともすべて「１」であり、
   前記角度情報用符号語の角度情報ビットは、ディスクの前記各半周範囲ごとに並んだ順序に従った番号を表わし、かつ、ディスクの中心に対して対称な位置に配置された角度情報用符号語同士は、互いに同じであることを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
2. 前記角度情報用符号語は、（１０、６）短縮ハミング符号であり、
   前記ブロック検出用符号語は、３ビット、１ビット、１ビットの３つの部分に分解され、これらの各部分が、角度情報用符号語の先頭、第１ビットと第２ビットの間、第４ビットと第５ビットの間に挿入され、
   前記一対の検出手段から得られた一対のビット列から得られる排他的論理和ビット列の任意のビット位置から１５ビット取り出して（１５、７）ＢＣＨ符号を得て、該１５ビットのビット列の誤り訂正してから、該ビット列を基準にして角度情報用符号語を検出したことを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートエンコーダ。

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