JPH01250820A - エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば産業用ロボットのアームの角度検出や
、工作機械のテーブルの送り位置検出に用いて好適なエ
ンコーダに関する。

（発明の概要〕 本発明は、複数のストライプパターンおよび各ストライ
プパターンの絶対位置を示す絶対位置パターンからなる
エンコードパターンに対向させて固体撮像素子が配され
、この固体撮像素子の出力信号より形成される２値化像
に基づいて位置変化を検出するエンコーダにおいて、固
体撮像素子の露光時間をそのサイクルタイムよりも短く
なるように制御するようにしたことにより、高速動作時
にも、位５！変化の検出を正確に行なうことができるよ
うにしたものである。

〔従来の技術〕

従来、複数のストライプパターンおよび各ストライプパ
ターンの絶対位置を示す絶対位置パターンからなるエン
ニードパターンに対向させて固体撮像素子が配され、こ
の固体撮像素子の出力信号より形成される２値化像に基
づいて位置変化を検出するエンコーダが提案されている
。第６図はその一例を示すものである。

同図において、（ｌ）はエンコード板であり、このエン
コード板（１）は、矢印方向にリニアに移動するように
なされる。このエンコード板＋１）には、第７図に示す
ように、コードパターン領域（１１）が設けられている
と共に、ストライプパターン領域（１２）が設けられて
いる。そして、コードパターン領域（１１）にはグレイ
コードを示す１０）ランク（１０ビツト）のパターンが
形成され、ストライプパターン領域（１２）には複数の
ストライプパターンが平行で等間隔に形成される。グレ
イコードは、２進数を表現するコードのひとつで、バイ
ナリ−コードと異なり、数が１つ変化するごとに全桁の
中で１つだけ変化するという特徴がある。

また、エンコード板（１１に対向して、ＣＣＤ撮像素子
（２）が配設される。このＣＣＤＪＭ＠！素子（２）を
取り付ける際には、エンコード板（１）に対して、わず
かに傾斜角が持たされる。

また、（３）は光源を構成する発光ダイオードであり、
エンコード板（１）を挾んでＣＣＤ撮像素子（２）とは
逆側に対向するように配される。なお、（８１は発光ダ
イオード（３）のドライブ回路である。

このような配置関係において、発光ダイオード（３）か
らの光がエンコード板（１）を通過してＣＣＤ撮像素子
（２）に供給され、ＣＣＤ撮＠！素子（２）の撮像面に
は、グレイコードを示すパターンおよびストライプパタ
ーンが映し出され、これが撮像される。

また、Ｃ０Ｄ４１Ａ像素子（２）の出力信号は、２値化
回路（４１に供給されて２値化されたのちＲＡ　Ｍ　＋
５１に供給されて順次書き込まれる。そして、ＲＡ　Ｍ
　＋５）に査き込まれたデータから必要なデータが取り
出され、マイクロプロセッサ（６）でエンコード板（１
）の位置データが求められる。

すなわち、第８図は２４Ｉ！化像を示すものであり、コ
ードパターンｆｉＪＩ域（１１）とストライプパターン
領域（１２）　とからなり、コードパターン領域（１１
）によってストライブ番号の識別がなされると共に、ス
トライプパターン領域（１２）によって細かな位置が求
められる。

エンコード板（１）は、ストライブパターンの中心線に
直角なＺ軸方向に動き、このＺ軸は、ＣＣＤ撮像素子（
２）の画素位置を直角座標（）ｉ、　Ｖ）で表わすとす
ると、■軸に対してわずかな角θだけ傾斜している。こ
の傾斜のために、ストライブパターンのエツジに対応し
て、ひとつの水平ライン上で白から黒、または黒から白
に変化する点が現われる。これらの点の座標を、それぞ
れ（Ｈ↓。

Ｖ↓）、（）ｉｔ、Ｖｔ）で表わすと、その中心点スト
ライブパターンの中心線上の点となる。

この点のＺ軸への投影位置Ｚｏと、その中心線の、直角
Ｉｌｌ　（Ｈ，Ｖ）＋７）原点（０，Ｏ）　にＵＴる初
期位置である絶対位ＷＳ＾を加えると、絶対位置情報２
は、 ・・・・（１） となる、ここで、コードパターン領域（１１）より求め
られるグレイコードで示されるストライプ番号をＡ１ス
トライブ幅を白黒ともＷとすると共に、オフセット値を
Ｓｏとすると、絶対位Ｗｌｓ＾は、５Ａ−ＡＸ２Ｗ＋Ｓ
ｏ　　　　　　　　　・・・・（２）となる０例えば、
第９図Ａがエンコード板（１）の初期位置であり、スト
ライプナンバー「１」のパターンＰＫが図の状態にあっ
て、オフセント値がＳＯであるとすると、エンコード板
ｉｌｌがＺ軸方向に移動して同図Ｂに示すようになり、
ストライプナンバーｒＮＪのパターンＰＭの中心線の２
軸への投影位置がＺｏとなるとき、絶対位置情報２は、
Ｚ＝Ｚｏ　＋ＮＸ　２Ｗ＋Ｓｏ　　　　　　”１３）と
なる。

また、（７）は同期信号発生器であり、これより発生さ
れる同期信号５ＹＮＣはＣＣＤ撮＠！棄子（２）および
マイクロプロセッサ（６）に供給される。そして、これ
らＣＣＤＣＣ撮像素子）およびマイクロプロセッサ（６
］は、同期信号５ＹＮＣに同期して動作するようになさ
れる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように第６図例によれば、エンコード板（１）の位
置変化を検出することができるが、エンコード板（１）
の移動速度が大きくなると、ＣＣＤ撮像素子（２）の出
力信号の振幅が小さくなってストライプパターンの２値
化像が得られなくなり、エンコード板＋１１の位置変化
を検出できなくなるおそれがある。

例えば、第１０図はストライプパターンに対応するＣＣ
Ｄ撮＠！素子（２）の出力信号のレベルを示したもので
あり、同図Ａはエンコード板＋１）が静止しているとき
のもの、同図Ｂはエンコード板（１）がＭｂ−Ｗ／’１
″Ｅ　　（Ｔ、はＣＣＬ）固体７１＠！素子（２）の露
光時間）で移動しているときのもので、最大（ＭＡＸ）
、最小（Ｍ　Ｉ　Ｎ）レベルから離れ始める境界であり
、さらに同図Ｃはエンコード板（１）がＭｇ＝２Ｗ／Ｔ
Ｉ！で移動しているときのもので、中間レベル（振幅Ｏ
）となってしまう、第１１図はエンコード板（１）の移
動速度とＣＣＤ撮（象素子（２）の出力信号の振幅との
関係を示したものである。

本発明は、このような点を考慮し、高速動作時にも、位
置変化の検出を正確に行なうことができるようにするこ
とを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、複数のストライプパターンおよび各ストライ
プパターンの絶対位置を示す絶対位置パターンからなる
エンコードパターンが設けられたエンコード板（１）と
、光源例えば発光ダイオード（３）および固体撮像素子
、例えばＣＣＤ撮像素子（２）を有し、エンコード板（
１）よりエンコードパターンを検出する検出手段と、固
体撮像素子の露光時間Ｔ。

をそのサイクルタイムＴｓよりも短かくなるように検出
手段を制御する制御手段（２１）とを備えてなるもので
ある。

〔作用〕

上述構成においては、固体撮像素子の露光時間Ｔ、がそ
のサイクルタイムＴｓよりも短かくなるように制御され
るので、ストライブパターンに対応する固体撮像素子の
出力信号が最大、最小レベルから離れ始める速度Ｍ　ｂ
　＝　Ｗ　／　Ｔ　ｒ、を大きくでき、したがって、エ
ンコード板＋１）が高速で移動しても位置変化の検出を
正確に行ない得る。

〔実施例〕

以下、第１図を参照しながら本発明の一実施例について
説明する。この！８１図において、第６図と対応する部
分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。

同図において、同期信号発生器（７）からの同期信号５
ＹＮＣは制御回路（２１）に供給され、この制御回路（
２１）によってドライブ回路（８）が制御され、発光ダ
イオード（３）の発光時間が制御される。すなわち、Ｃ
ＣＤ撮像素子（２）の露光時間’ｒ、が、第２図に示す
ように、このＣＣＤ撮像素子（２）のサイクルタイム１
゛ｓより短かくなるように制御される０例えば、露光時
間ＴＥとしては、ストライブパターンに対応するＣＣＤ
撮ｔ！！素子（２）の出力信号が最大。

最小レベルから離れ始める速度Ｍｂ　−Ｗ／Ｔｇ（第１
０図ＢおよびｆＡｌ１図参照）が、エンコード板（１）
の最高移動速度よりも大きくなるように設定される。

本例は以上のように構成され、その他は第６図例と同様
に構成される。

このように本例においては、ＣＣＤ撮像素子（２）の露
光時間Ｔ、が、そのサイクルタイムＴｓより短かくなる
ように制御され、例えば、ストライプパターン領域（１
２）のストライブパターンに対応するＣＣＬＩ撮像素子
（２）の出力信号が最大、最小レベルから離れ始める速
度Ｍｂ−Ｗ／Ｔεが、エンコード板（１１の最高移動速
度よりも大きくなるようにされるので、エンコード板（
１）の画速移動時にも、ＣＣＤ撮像素子（２）の出力信
号の振幅が小さくなることはなく、ストライブパターン
の２値化像を良好に得ることができ、エンコード板（１
１の位Ｗｔ変化の検出を正確に行なうことができる。

また、本例においては、このようにストライプパターン
の２値化像を良好に得ることができるので、エンコード
板（１１の、コードパターン領域（１１）を、第３図に
示すように構成することもできる。

すなわち、コードパターン領域（１１）には、ストライ
プパターン領域（１２）の各ストライプパターンのスト
ライプナンバーを示す１０ピントのバイナリ−コードを
表わすパターンが形成されるが、この場合、５トラツク
が形成され、ストライブパターン領域（１２）の各スト
ライブパターンに対応する５トラツクのＷの幅の部分に
は、例えば偶数ピッ）Ｂｏ＝Ｂ・を表わすパターンが形
成され、各ストライプパターンと次のストライプパター
ンとの間に対応する５トランクのＷの幅の部分には、例
えば奇数ビットＢ１〜Ｂｍを表わすパターンが形成され
る。

第４図は、エンコード板（１１が第３ｔ！ｌに示すよう
に構成されるときの、２値化像を示すものである。

この場合、ストライプパターン領域（１２）に対応して
ＣＣＤ撮＠！素子（２）の出力信号の振幅が最大となる
のは、各ストライプパターンの中心位置および各ストラ
イブパターン間の中心位置であリニコードパターンｍ￥
１（１１）に対してＣＣＤ撮像素子（２）の出力信号の
振幅が最大となるのも同様の位置となる。そこで、スト
ライプパターンンのエツジに対応して、ひとつの水平ラ
インで白から黒、または黒から白に変化する点の座標が
、それぞれ（Ｈ↓。

Ｖ↓）、（８７，Ｖ↑）で表わされるとすると、コード
パターン領域（１１）よりバイナリ−コードＶ　Ｊ　＋
Ｖ　１ を読み出すときには、□あるいはこれに近い水平ライン
上の点を読めばよいことになる。

例えば、ストライプパターンＰｎおよびＰｎ−１の白黒
変化点の座標がそれぞれＣＨｎ↓、ＶｎＨｌ（Ｈａ　ｔ
、　Ｖｎ　ｔ）および（Ｈｎ−ｔ　↓、Ｖ１１−１　↓
）、（Ｈｎ−Ｌｔ、　　Ｖｎ−ｔ　　ｔ）であるとき、
ストライプパターンＰｎのストライブ番号を示すバイナ
リ−コードの偶数ピントＨｏ＝Ｂ・を読み出ず場合にｖ
ｎ　↓＋ｖｎ　１ は、コードパターン領域（１１）の□ あるいはこれに近い水平ライン上の点を読めばよく、ま
た奇数ピットＢｓ〜Ｂｓを読み出すときにＶｔｔ　↑＋
Ｖｎ−Ｌ　↓ は、コードパターン領域（１１）の□ あるいはこれに近い水平ライン上の点を読めばよい。

エンコード板（１）をＷＳ３図例に示すように構成する
ものによれば、第７１例に示すものに比べてコードパタ
ーン領域（１１）を小さくすることができ、小型のエン
コーダを得ることができる利益がある。

なお、コードパターン領域（１１）におけるコードおよ
びピント配列は、上述実施例に限定されるものでなく任
怠に決めることができる。

また、エンコード板（１）を第５図に示すように構成す
ることもできる。この場合には、コードパターン領域（
１１）よりバイナリ−コードを読み出すときには、スト
ライプパターン領域（１２）の各ストライプパターンの
エツジに対応する水平ライン上の点を読めばよい。

なお、上述実施例においては、発光ダイオード（３）の
発光時間を制御して、ＣＣＤ撮像素子（２）の露光時間
ｒ巳を制御するものであったが、ＣＣＤ撮像素子（２）
におけるシャッター機能によって露光時間ＴＥを制御す
るようにしてもよい。

また、上述実施例においては、光源として発光ダイオー
ド（３）を用いたものであるが、その他の発光素子を用
いてもよい１発光ダイオード（３）の場合には、露光量
をあまり落とさず、石時間のパルス点灯が簡単にできる
ので有効である。

また、上述実施例においては、固体撮像素子としてＣＣ
Ｄ　１ｊ！像素子（２）を用いたものであるが、ＭＯＳ
型の撮像素子等その他の固体撮像素子を使用して構成す
ることもできる。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明によれば、固体撮像素子の露光時間を
そのサイクルタイムよりも短くなるように制御するので
、高速動作時にも、位置変化の検出を正確に行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図〜第５
図はその説明のための図、第６図は従来例の構成図、第
７図〜第１１図はその説明のための図である。 ＋１）はエンコード板、（２）はＣＣＤ撮＠素子、（３
）は発光ダイオード、（７）は同期信号発生器、（８）
はドライブ回路、（２１）は制御回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　複数のストライプパターンおよび各ストライプパター
   ンの絶対位置を示す絶対位置パターンからなるエンコー
   ドパターンが設けられたエンコード板と、 光源および固体撮像素子を有し、上記エンコード板より
   上記エンコードパターンを検出する検出手段と、 上記固体撮像素子の露光時間をそのサイクルタイムより
   も短かくなるように上記検出手段を制御する制御手段と
   を備えてなるエンコーダ。