JPH02231523A

JPH02231523A - アブソリュートエンコーダ

Info

Publication number: JPH02231523A
Application number: JP1051736A
Authority: JP
Inventors: Toru Morita; 徹森田; Motomasa Imai; 基勝今井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1990-09-13

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、アブソリュートエンコーダに関するものであ
る．（従来の技４Ｉ＃）従来のこの種の装置は、１ビットで１トラックを形成す
る場合２１ピットのアプソリエートエンコーダを作成す
る時には、ｎトラックを必要としていた．また、１トラック型アブソリュートエンコーダを作成す
る時には、１ピッチを細かくしなければならず、細かい
ピッチのパターンの作成とパターンの検出には高度な技
術が必要とされていた．（発明が解決しようとする課題
）前記の如き従来の技術においては、高分解能なアブソリ
ュートエンコーダが必要な時には１ビット１トラック方
式では、そのトラック数の増大により本体が大型化して
しまい、１トラック型アブソリュートエンコーダではｌ
ビッチを細かくしなければならないという問題点があっ
た．本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので
、高分解能であり、小型かつ構造の簡易なアプソリエー
トエンコーダを得ることにある．（課題を解決するため
の手段）本発明は、アブソリュートパターンと該アブソリュート
パターンの最下位ビットが１ピッチとなるインクリメン
タルパターンと、を形成した目盛板と、前記アブソリュートパターンを読み取って、上位桁の絶
対位置情報を得る第１の絶対位置情報検出手段と、前記インクリメンタルパターンより互いに所定の位相差
を有する複数の検出信号を求めて出力する検出装置と、前記検出装置の出力する検出信号よりも周波数が高い基
準信号を発生する基準信号発生器と、前記基準信号に同
期して前記複数の検出信号を所定の順序でサンプリング
し、各サンプリング時点の検出信号を合成する合成手段
と、前記合成手段の合成信号と前記基準信号との位相差を検
知する位相検出回路と、前記位相検出回路の検知した位相差に基づいて、前記イ
ンクリメンタルパターンの１ピッチ内の絶対位置情報を
得る第２の絶対位置検出手段と、前記第１の絶対位置情
報検出手段と前記第２の絶対位置情報検出手段との検出
した絶対位置情報を合成する合成手段と、を有することを特徴とするアブソリエートエンコーダで
ある．（作　用）本発明に於いてはアブソリュートパターンの最下位ビッ
トで定まる範囲をさらに分割した絶対的な位置の検出を
静止状態においてもすることが可能となる．そして、本
発明の採用している位相変調検出方式では、複雑な抵抗
アレイが不要となり、また被変調波の周波数の設定次第
では分割数は限りなく大きくすることができ、従って１
ピッチ内の絶対位置も限りなく細かくわかる．以上により、粗い絶対位置をアブソリュートパターンに
より検出し、アブソリュートパターンの最下位ビットを
さらに細かく読んだ絶対位置を検出することが可能とな
る．従って、アブソリュートパターンのトランク数の増大ま
たは１トラック型アブソリュートパターンのピッチ数の
増大なしに分解能を上げることができる．（実施例）以下、図面に示した実施例に基づいて、本発明を説明す
る．第１図は、本発明をロータリーエンコーダに実施した場
合の、パルス円板１を示す図である．第１図によれば、
インクリメンタルパターンＩａと、ィンクリメンタルパ
ターンｌａの１ピッチを最下位ビットとする５トラック
のアブソリュートパターンｌａ，ｌｂ，ｌｃ，ＩｄＳ　
ｌｅと、がパルス円板１に形成されている．パルス円板ｌのパターンは周知の如《、光学的に読み取
り可能な明暗のパターンでありでもよいし、磁石の有る
無しにより形成される磁気パターンであってもよい．そ
して、それらのパターンは、該パターンに対して相対的
に移動する周知の、光電検出器や磁気検出器によって読
み取られる．第２図に示したように、アブソリュートパ
ターンｌａ，ｌｂｓ　ｌｃ，ｌｄ％ｌｅを読み取るアブ
ソリュート検出器２からは、各トラックに応じた５ビッ
トのデジタル信号が出力され、合成回路としてのコンピ
ュータ３に入力される．他方、アブソリュートパターンの最下位ビット１ａはイ
ンクリメンタルパターンとしても機能しており、このイ
ンクリメンタルパターン１ａを読み取るインクリメンタ
ル検出器４からは、互いに９０度の位相差を持ったＡ相
、Ｂ相の疑似正弦波信号（以下、Ａ相の疑似正弦波信号
をＡ信号、Ｂ相の疑偵正弦波信号をＢ信号という）が出
力される．Ａ信号は分岐されて一方はそのまま、他方は
増幅率が１倍の反転アンブ５を通って抵抗アレイ７に入
力され、他方、Ｂ信号は分岐されて一方はそのまま、他
方は増幅率が１倍の反転アンブ６を通って抵抗アレイ７
に入力され、抵抗アレイ７はこれら４つのＯ度、９０度
、１８０度、２７０度の信号を抵抗分割することによっ
て、順次４５度の位相ずれした８個の疑似正弦波信号を
出力する（第３図の（ａ）から（ｈ））．抵抗アレイ７
から出力された８個の正弦波信号はアナログマルチプレ
クサ８に入力される．アナログマルチブレクサ８は、ド
ライバ１１からの切替え指令に応じて、８個の疑｛以正
弦波信号を位相のずれに応じて順次選択して時系列的に
出力する（第３図（ｊ！））．アナログマルチブレクサ
８の出力信号はバンドパスフィルタ】２により基本とな
る周波数成分が選沢され（第２図（ｍ））、アナログコ
ンバレータ１３により、零クロス点において波形整形さ
れ、矩形波信号ｍ（第２図（ｎ））となる．この矩形波
信号ｍは、パルス円板１が検出器に対して丁度１ピノ千
分動くと、後述の基準信号Ｐ１との位相差が２πだけず
れる信号である．従って、この位相差に基づき、アブソリュートパターン
の最下位ビットをさらに分割した絶対位置情報を読み取
ることができる．発振器９の出力信号（クロフク）は、位相差検出回路１
４及び分周回路１０に入力され、分周比（１／Ｍ）でも
って分周される．分周回路１０は、クロックをｌ／Ｍに
分周した基準矩形波信号（第３図（ｉ））と、基準矩形
波信号の１／２の周期の矩形波信号（第３図（ｊ））と
、基準矩形波信号の１７４の周期の矩形波信号（第３図
（ｈ））とを出力し、端子１０ａに生じた基準矩形波信
号を信号Ｐ１として位相差検出回路１４に入力する．分
周回路１０の端子１０ａに出力された基準矩形波信号（
第３図（ｌ））及び他の出力矩形波信号（第３図（ｊ）
、（ｋ））は、ドライバー１１に制御信号として入力さ
れる．その結果、ドライバ−１１は、３つの矩形波信号
の状態の組合わせとして、基準矩形波信号（第３図（ｌ
））の一周期内に存在する８つの異なる組合せを識別し
、アナログマルチプレクサ８に３ビットの制御信号を人
力する．アナログマルチプレクサ８は、ドライバー１１
からの制御信号に応じて基準矩形波信号（第３図（ｉ）
）の１周期内を８等分した間隔で、順次８つの疑似正弦
波信号を出力する（第３図（Ｎ））．そして既に述べた
ように、第３図（２）の変調信号を入力するバンドパス
フィルター１２の出力信号は、第３図（２）の基本周波
数成分である第３図（ｍ）の正弦信号となる．さて、ア
ナログコンバレータ１３の出力信号である矩形波信号Ｐ
ｇと、分周回路１０の端子１０ａに生じた矩形波信号Ｐ
，との位相差が位相差検出回路１４で読みとられる．位
相差検出回路１４は、信号Ｐ２の立ち上がりと信号Ｐ，
の立ち上がりとの間隔を発振器９のクロックによって計
数して、信号Ｐ，と信号Ｐ１との位相差φを求めるもの
で、発振器９の出力するクロックの計数４１Ａが位相差
φに対応している．そして、位相差検出回路１４が位相
差２πのときに数ｎを対応させるように設計されている
とすれば、パルス円板ｌと検出器との目盛１ピッチ（Ｐ
）の相対移動量（ｌピッチ内の絶対位置）が数ｎに対応
することになる．従って０≦Ａ＜ｎ−１である．この関
係は第４図に示した．ところで、第３図に示したように、時刻ｔ，で、エンコ
ーダの可動部が停止しており、信号Ｐ．とＰ，の位相差
がゼロであり、時刻ｔ１でエンコーダの可動部が移動し
始め、時刻Ｌ，で停止したとすれば、時刻ｔ８からｔ，
の間の可動部移動中は、信号Ｐ１とＰヨの立ち上がりに
同期した時刻での位相差φ，が求められ、可動部が停止
すると、時刻ｔ２からＬ，間の可動部の移動量に対応し
た位相差φ２となる．従って、位相検出回路１４の出力は１ピッチ内の絶対位
置情報となる．なお、位相差測定において周知のように、上述の位相差
φ１、φ２等は、発振器９の出力パルスを計数すること
により行われる．そして例えば、分周回路１０の端子１０ａに出力される
基準矩形波信号の分周比を１００に設定すると、１ピッ
チ内を１００に分割した絶対位置情報を読み取ることが
できる．変換回路１５は位相検出回路１４の出力信号を１ピッチ
内の絶対位置情報に変換し、コンピュータ３に入力する
．コンピュータ３は、アブソリュート検出器２の出力信号
と変換回路１５の出力信号とを入力し、前者を上位ビッ
トとし、後者を下位ビットとして合成する．すなわち、コンピュータ３は、所定の周期で２つの絶対
位置情報データをとり込み、アブソリュートパターンか
ら得たデータを上位に、インクリメンタルパターンから
得たデータを下位のデータとして合成し、ＩＮのデータ
とする．同様にして順次合成したデータをそれぞれ時系
列なデータとみなし、その増減に応じて前進／後退パル
スを出力するような構成とすれば、前進／後退パルスと
合成データとは、コンピュータ３の出力にて制御される
モータが駆動するステージなどの位置制御用信号として
用いることが出来る．また各時系列データを表示する表
示器１６を設ける構成とすれば、位置情報を表示する計
測装置となる．以上述べた実施例では、アブソリュート
パターンを５トラックのものとして形成し、その最小ビ
ットのパターン１ａはインクリメンタルパターンそのも
のであったが、インクリメンタルパターンＩａを、アブ
ソリ二一トパターン１ａ〜工ｅとは全く別に設けても良
いし、アブソリュートパターンｌａ−１ｅを第５図のよ
うな１トラックのパターンｉｆとして形成しても良い（
１トラック型アブソリュートエンコーダ）．第５図のア
ブソリュートパターンｉｆは、検出器が例えば、第５図
の５０ａ，５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの位置に設けられ、
それらの検出器５　０　ａ，　５　０　ｂ，　５　０　
ｃ，　５０ｄからの４ビットの信号が、パルス円板１と
検出器５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄとの相対移動に
応じて変化し、相対回転位置を表わすように、パターン
１ｆが形成されている．第５図のパターンは検出器５０ａ，５０ｂ、５０ｃ、５
０ｄの配１がパターンの形状に応じて異なるのみで、信
号処理については第１図のパターンの場合と全く同じで
あるので、以下、説明は省略する．なお、以上の説明ではパルス円板１を用いた、いわゆる
ロータリーエンコーダの例を上げたが、回転位置の代わ
りに直線位置を求めるようになした、いわゆるリニアエ
ンコーダにも同様に用いることができることは言うまで
もない．（発明の効果）以上の様に本発明によれば小型かつ容易な技術で高分解
能なアプソリエートエンコーダが構成できる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に用いられるパルス円板の平
面図、第２図は本発明の一実施例に用いられる検出器か
らの信号の処理回路を示すブロック図、第３図は第２図
の回路動作を説明するためのタイムチャート、第４図は
第２図の動作を説明するための図であって、位相差と変
位量との関係を示す図、第５図は本発明の実施例に用い
られるパルス円板の他の例を示す平面図、である．（主
要部分の符号の説明）１ａ・・・インクリメンタルパターン、２・・・アブソ
リエ−１出器、３・・・コンビエー夕、４・・・インクリメンタル検出器、１４・・・位相差検出回路．

Claims

【特許請求の範囲】アブソリュートパターンと該アブソリュートパターンの
最下位ビットが１ピッチとなるインクリメンタルパター
ンと、を形成した目盛板と、前記アブソリュートパター
ンを読み取って、上位桁の絶対位置情報を得る第１の絶
対位置情報検出手段と、前記インクリメンタルパターンより互いに所定の位相差
を有する複数の検出信号を求めて出力する検出装置と、前記検出装置の出力する検出信号よりも周波数が高い基
準信号を発生する基準信号発生器と、前記基準信号に同
期して前記複数の検出信号を所定の順序でサンプリング
し、各サンプリング時点の検出信号を合成する合成手段
と、前記合成手段の合成信号と前記基準信号との位相差を検
知する位相検出回路と、前記位相検出回路の検知した位相差に基づいて、前記イ
ンクリメンタルパターンの１ピッチ内の絶対位置情報を
得る第２の絶対位置検出手段と、前記第１の絶対位置情
報検出手段と前記第２の絶対位置情報検出手段との検出
した絶対位置情報を合成する合成手段と、を有することを特徴とするアブソリュートエンコーダ。