JPH03131719A - エンコーダーディスク - Google Patents

エンコーダーディスク

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JPH03131719A
JPH03131719A JP2247679A JP24767990A JPH03131719A JP H03131719 A JPH03131719 A JP H03131719A JP 2247679 A JP2247679 A JP 2247679A JP 24767990 A JP24767990 A JP 24767990A JP H03131719 A JPH03131719 A JP H03131719A
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JP
Japan
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circles
encoder disk
region
encoder
value
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Application number
JP2247679A
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Inventor
Timothy M Malcolm
チモシー・エム・マルコルム
Jr Garland H Latta
ガルランド・エイチ・ラッタ・ジユニア
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Aerospace Controls Corp
Original Assignee
Aerospace Controls Corp
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34776—Absolute encoders with analogue or digital scales
    • G01D5/34784—Absolute encoders with analogue or digital scales with only analogue scales or both analogue and incremental scales

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Float Valves (AREA)
  • Magnetic Record Carriers (AREA)

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〕 この発明は、エンコーダーディスクの角度位置特性を測
定するためこのディスクを走査する走査ユニットを有す
るタイプのエンコーダーん改良されたエンコーダーディ
スクに関する。
〔従来の技術〕
回転軸の角度エンコーダーのようなエンコーダーは、往
々このエンコーダーを組み込んだ回転軸の角度位置の電
気信号表示を与えるために使用されている。そのような
エンコーダーには、絶対ないしは増分トラック、あるい
は両者の組み合わせを含むディスクが装備されている。
絶対トラックは、このディスクの絶対位置に応じて変化
するパラメータをもたらし、増分トラックは基準位置か
ら移動した距離を判定するために係数される繰り返し信
号をもたらす。
ヨーロッパ特許筒０２７６４０２号明細書には、第２図
に示すように、増分および絶対トラックを有するエンコ
ーダーディスクが開示されている。特に、０度の最小幅
と１８０度の最大幅の間で直線的に幅を変える最外側の
トラックが注目される。この幅の変化は第４図に示しで
ある。そこでは、信号Ｕ１が三角形として示しである。
上に述べたヨーロッパ特許筒０２７６４０２号明細書の
エンコーダーディスクによって形成される三角形の波形
はいくつかの応用に適しているが、直線よりも正弦波形
状で幅が変化する測定トラックを使用すると有利である
。このような正弦波形は三角形波形の先端と付属する走
査の問題を解消する。加えて、正弦波形信号を形成する
系を共通に利用できる。
〔発明の課題〕
この発明の課題は、特に簡単で経費上有利な方法で、正
弦波形状に変化する測定トラックを有する上に述べた形
式のエンコーダーの改良されたエンコーダーディスクを
提供することにある。
〔課題を解決する手段〕
上記の課題は、この発明により、ディスク本体と、この
ディスク本体上にある第一領域および第二領域とで構成
され、小さい円が大きい円内に含まれるように中心をず
らした異なった半径の二つの円の間に第一領域を定め、
第二領域を第一領域の隣に配設し、前記第一領域と第二
領域が走査パラメータに対して異なった特性を有し、前
記第一領域がディスク本体の回りでほぼ正弦曲線状に幅
を変える測定トラックを形成している、エンコーダーデ
ィスクの角度位置特性を測定するため、このディスクを
走査する走査ユニットを有するエンコーダー用のエンコ
ーダーディスクによって解決されている。
更に、上記の課題は、この発明により、回転の中心軸を
有するディスク本体と、このディスク本体上に配設され
た第一領域および第二領域とで構成され、前記第一領域
と第二領域が走査パラメータの光透過特性の点で互いに
異なり、小さい円が大きい円の中に含まれるように位置
決めされた中心をずらした異なる半径の二つの円の間で
前記第一領域を定め、前記第二領域を前記第一領域の隣
に配設し、中心軸と二つの円が二つの円の間で位置する
中心軸のずれ軸に沿って同一直線上にあり、二つの円の
一方の中心が中心軸から第一の値だけずれ、二つの円の
他方の中心が第一の値にほぼ等しい値だけ中心軸からず
れていて、前記第一領域がディスク本体の回りでほぼ正
弦曲線状に幅を変える測定トラックを形成している、デ
ィスクの角度位置特性を測定するため、エンコーダーデ
ィスクを走査する走査ユニットを有するエンコーダー用
のエンコーダーディスクによって解決されている。
〔作　用〕
この発明によれば、冒頭に述べたタイプのエンコーダー
のエンコーダーディスクは、ディスク本体に第一部分と
第二部分を有するディスク本体で構成されている。この
第一部分は小さい円が大きい円内に含まれるように位置
決めされた半径が異なり中心のずれた二つの円の間で規
定される。第二部分は第一部分に隣接している。第一部
分と第二部分は光の透過のような走査されたパラメータ
を区別する特性を有する。第一部分はディスク本体の回
りでほぼ正弦曲線状に幅の変わる測定トラックを形成す
る。
以下に説明する好適実施例では、測定トラックは透明で
、ディスクの周囲は不透明である。好ましくは、ディス
ク本体が回転の中心軸を決め、二つの円の中心がそれぞ
れ、二つの円と中心軸が雨中心間に位置する中心軸に関
して同じ直線上にあるように、前記中心軸からほぼ一定
値だけずれている。この配置は、驚くべき精度でトラッ
ク幅の正弦曲線状変化に近い測定トラックをもたらすこ
とが知られている。
〔実施例〕
この発明自体、他の目的と付随する利点と共に、添付図
面に関連して以下の詳細な説明によって理解できる。
第１ａ図には、この発明の好適実施例であるエンコーダ
ーディスクの平面図が示しである。このディスクには、
回転の中心軸１２と周辺１４によって規定されるディス
ク本体１０がある０通常、この周辺１４は中心軸１２か
ら一定半径のところにある。ディスク本体１０には、四
つの第一領域１６ａ−１６ｄと一つの第二領域１日があ
る。この第二領域１８は光の透過のような走査されたパ
ラメータの特性を変える。通常、第一領域と第二領域１
６ａ−１６ｄ、１Ｂの一方が不透明で、他方が透明であ
る。この実施例の場合、第一領域１６ａ−１６ｄの方が
透明である。第二領域１８は第一領域１６ａ−１６ｄの
直ぐ隣にあり、この実施例の場合、第一領域１６ａ−１
６ｄを取り巻いている。以下の議論では、第一領域１６
ａ−１６ｄの全てに等しく当てはまり、参照符号１６は
一般に第一領域１６ａ−１６ｄの何れか１つを参照する
のに使用される。
第２図に示すように、第一領域１６は半径Ｒ８および中
心２２を有する内部口２０と半径Ｒ２および中心２６を
有する外部円２４との間の領域として規定される。中心
軸１２と中心２２．２６はずれ軸３２に沿った同一直線
上にあり、この中心軸１２は二つの中心２２．２６の間
の位置決めされている。
第１ｂ図には、エンコーダーディスク本体ＩＯをエンコ
ーダーとして使用する方法が模式的に示しである。第１
ｂ図に示すように、エンコーダーには、ディスク本体ｌ
Ｏの回転軸１２に対して固定された走査ユニットがある
。この走査ユニットには、ディスク本体１０を通過して
各光センサＳに行く光を発生する一組のランプＬがある
。光センサＳの一つによって発生した信号の振幅は各第
一領域１６を通過した光の量に比例している。このパラ
メータは第一領域１６の幅の関数として変化する。この
幅は中心軸１２に関して測定され、第２図に参照符号Ｗ
によって表しである。ディスク本体ｌＯが完全に一回転
するに従って、センサＳによって生じた信号はある特定
な角度位置での最小値からこの特定な角度位置に１８０
度加えた角度位置での最大値に変わり、再び最小値に戻
る。
驚くべきことには、第一領域１６の幅Ｗは非常に良い近
似で正弦曲線に従って変化することが見出されている。
こうして、センサＳによって生じる信号は、ディスク本
体ＩＯが完全に一回転するに従い、最小値と最大値の間
を（良い近似で）正弦曲線状に変化する。この中で使用
するように、正弦曲線状の変化は直流成分のずれを有す
る正弦波である。
第１ａ図のエンコーダーディスクは、種々の方法で作製
できる。これ等の方法には、通常エンコーダーディスク
を製造するのに使用されている伝統的な光リソグラフィ
ー法が含まれている。例えば、エンコーダーディスク本
体１０の一方の表面を不透明な金属被膜でメツキし、次
いでフォトレジスト技術を使用して、内部口２０と外部
円２４によって仕切られた第一領域１６の不透明被膜を
除去する。ある製造方法では、フォトレジストで不透明
金属被膜を被覆し、外部円２４の外側と内部口の内側の
フォトレジストを露光して、次いで通常の技術を用いて
二つの円２０．２４の間の金属被膜を除去する。他の可
能性のある方法では、第一領域Ｉ６全体を露光するよう
に、ラスクー走査で円２０．２４の間のフォトレジスト
の層を露光する。
第２図の図面を、第一領域１６の幅Ｗが近似的に正弦曲
線状に変化する様子を説明するのに使用される。第２図
に示すように、二つの線２２，２６の間の距離を参照符
号ａで示し、中心軸１２と円２２の間の距離を符号すで
示す。図示のように、幅Ｗは中心軸１２から進む半径に
沿って測定される。
第３図の拡大幾何学作図に定義する記号を使用すると、
以下の幾何学的な関係が明らかになる。
ｈ’　　＝　　（ａ　　−ｂ）ｓｉｎＯＣ’　　＝　　
（ａ　　−ｂ）ｃｏｓＯＣ“　）＝　　Ｒｚ）−ｈ’　
　） （式１） （式２） （式３） は以下のように表せる。
Ｃ“　＝　（Ｒｚ）　　−ｈ’　　））−（Ｒｚ＞　−
［（ａ　−ｂ）ｓｉｎＯ］　））　　（式４）Ｃ′とＣ
″を加算した値に等しいＣは以下のように表せる。
Ｃ＝Ｃ’　　＋Ｃ’　　＝　　Ｉａ　−ｂ）ｃｏｓＯ＋
　（Ｒ２）　−［（ａ　−ｂ）ｓｉｎＯ］　））　　　
（式５）同じように、以下の三つの幾何学関係が得れる
。
即ち、 ５ｉｎ０ ｂｃｏｓ。
Ｓ“））＝ Ｒ＋＞ （弐６） （式７） （８） これ等の関係は、以下のようにＳ′を計算するのに使用
できる。
ｓ’　　＝（Ｒ，＞−ｈ’　　））　　−５＝（Ｒ＋＞
−（ｂｓｉｎＯ））） ｂｃｏｓ０ （式９） （１０） 第３図の幾何学作図に示す幅阿は、Ｃ−ｓ’に等しい。
上に設定した関係を使用して、阿は以下のように表せる
。即ち、 Ｗ＝ｃ−ｓ ＝　　（ａ−ｂ）ｃｏｓＯ＋　（Ｒ２）−［（ａ−ｂ）
ｓｉｎｏ］　））（Ｒ＋）−（ｂｓｉｎＯ）））÷ｂｃ
ｏｓＯ（式１１）％式％］）） （Ｒ＋＞−（ｂｓｉｎＯ）））　　　　　　　　（式１
２）ｂ＝０（即ち、内部用２０が中心軸１２の上にある
）特別な場合に対して、式１２は以下のように簡単化さ
れる。
匈 ａｃｏｓ。
＋ （Ｒｚ）−（ａｓｉｎｏ））） （ｂ＝０に対して） Ｒ３ （式１３） −に対して望ましい公式か−＝ａ＋ａｃｏｓＯであると
仮定すると、式１３は以下の式に等しい誤差を与える。
誤差＝ （Ｒｚ）−（ａｓｉｎＯ）＞） Ｒ。
（式１４） 同様に、二つの円２０．２４が中心軸１２に対して対称
に位置するとき、即ちａ＝２ｂでＲｚ＝Ｒ＋＋　２ｂの
場合、式１２は以下のように簡単化される。即ち、 Ｗ　　＝　ａｃｏｓＯ＋　　（Ｒｚ）−（ｂｓｉｎＯ）
））−（Ｒ＋＞−（ｂｓｉｎｏ）））　　　　（式１５
）この場合、−を再びａ＋ａｃｏｓｏに等しくするよう
にすれば、−の望む値と実際の値の間の誤差は以下のよ
うに表せる。即ち、 誤差＝　（Ｒｚ＞−（ｂｓｉｎＯ）））　−（Ｒ＋）−
（ｂｓｉｎＯ）））ａ　　　　　　　　　　　　　（式
１６）上の解析により、誤差はｂをほぼａに選ぶと最小
になることが判る。この最小の誤差はｂがａより少し小
さいところ、つまり二つの円（ｂとａ−ｂ）のずれが互
いに約０．２５％だけ異なっている場合に生じる。
第４図には、二つの円が一点で接し、２　ｂ＝ａの場合
で最悪の誤差値を示すグラフが示しである。
第４図では、Ｘ軸は近似の精度（最悪状態の誤差のパー
セント）を示し、Ｙ軸はトラックを決める二つの円の半
径の平均（（Ｒ十Ｒ））で割った最大トラック幅（ａ）
の比を表す。４ビツトエンコーダー（この場合、１６分
の１以下の誤差が要求される）に対して、ａ／（Ｒ＋Ｒ
）は０．６５以下にする必要があることに注意されたい
。同様に、８゜１２および１４ビツトエンコーダー（こ
の場合、それぞれ２５６．４０９６および１６，３８９
分の１以下の誤差が要求される）に対して、ａ／（Ｒ＋
Ｒ）はそれぞれ０．２５．０．０６および０．０３以下
にする必要がある。
Ｒ，Ｒ，ａおよびｂの値は応用に合わせて選定すること
ができる。簡単な例として、以下の表は第１ａ図の実施
例の寸法をミリメートルで示している。
１６ａ　　　　　４２．０５　　　　　０　　　　　−
０．１２０４１．５５　　　　　０　　　　　　＋０．
１２０以上から明らかことは、説明したエンコーダーデ
ィスクは、特に簡単な方法で正弦曲線状に変化する測定
トラックを設けるべきである。もちろん、上″に説明し
た測定トラックはこのエンコーダーディスク上の一他の
トラック、絶対トラックであれ増分式トラックであれ他
のトラックと組み入れることができる。例えば、上に述
べた測定トラックの四つの組は、磁気レゾルバまたはイ
ンダクトシンに対する非常に正確な代用品を作製するた
め、０度、９０度、１８０度および２７０度でエンコー
ダーディスクに装備できる。多くの応用では、輻Ｗの不
変な部分を最小するため、二つの円２０．２４を一点で
殆ど接するようにすることが望ましい。しかし、この接
線接続は全ての応用に要求されるものではない。
もちろん、種々の材料と作製技術を利用して、この発明
を実現することができる。必要であれば、第一領域１６
を不透明にし、第二領域１８を透明するとよい。更に、
この発明は光学エンコーダーに限定するものではなく、
容量および誘導エンコーダーにも使用できる。従って、
上に述べた詳細な説明を限定と見なすべきでなく、例示
的なものと見なすべきであり、特許請求の範囲に規定す
る構成は全てこの発明に属する。
【図面の簡単な説明】
第１ａ図、この発明の好適実施例に組み込んだエンコー
ダーディスクの平面図。 第１ｂ図、第１ａ図のエンコーダーディスクを組み込ん
だエンコーダーの模式図。 第２図、説明を容易にするため、寸法を拡大した第１ａ
図のディスクの模式図。 第３図、第２図の模式図を解析するために使用する幾何
学構造の作図。 第４図、第１ａ図のエンコーダーディスクに関連する誤
差を示すグラフ。 図中参照符号： １０・・・ディスク本体、 １２・・・回転軸、 １４・・・周辺、 １６ａ〜１６ｄ・・・第一領域、 １８・・・第二領域、 ２０・・・内部円、 ２２．２６・・・中心、 ２４・・・外部用、 Ｓ・・・センサ、 Ｗ・・・第一領域のトラック幅。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ディスク本体と、このディスク本体上にある第一領
    域および第二領域とで構成され、小さい円が大きい円内
    に含まれるように中心をずらした異なった半径の二つの
    円の間に第一領域を定め、第二領域を第一領域の隣に配
    設し、前記第一領域と第二領域が走査パラメータに対し
    て異なった特性を有し、前記第一領域がディスク本体の
    回りでほぼ正弦曲線状に幅を変える測定トラックを形成
    している、エンコーダーディスクの角度位置特性を測定
    するため、このディスクを走査する走査ユニットを有す
    るエンコーダー用のエンコーダーディスク。 ２、二つの領域の一方は、実質上不透明で、他方は実質
    上透明であることを特徴とする請求項１記載のエンコー
    ダーディスク。 ３、第一領域が実質上透明であることを特徴とする請求
    項２記載のエンコーダーディスク。 ４、二つの円は一点でほぼ共通接線となって交わること
    を特徴とする請求項１記載のエンコーダーディスク。 ５、二つの円は値ａだけ中心をずらしてあり、二つの円
    の半径の平均で割算したａの比は０．６５より小さいこ
    とを特徴とする請求項１または４記載のエンコーダーデ
    ィスク。 ６、二つの円は値ａだけ中心をずらしてあり、二つの円
    の半径の平均で割算したａの比は０．２５より小さいこ
    とを特徴とする請求項１または４記載のエンコーダーデ
    ィスク。 ７、二つの円は値ａだけ中心をずらしてあり、二つの円
    の半径の平均で割算したａの比は０．０６より小さいこ
    とを特徴とする請求項１または４記載のエンコーダーデ
    ィスク。 ８、二つの円は値ａだけ中心をずらしてあり、二つの円
    の半径の平均で割算したａの比は０．０３より小さいこ
    とを特徴とする請求項１または４記載のエンコーダーデ
    ィスク。 ９、回転の中心軸を有するディスク本体と、このディス
    ク本体上に配設された第一領域および第二領域とで構成
    され、前記第一領域と第二領域が走査パラメータの光透
    過特性の点で互いに異なり、小さい円が大きい円の中に
    含まれるように位置決めされた中心をずらした異なる半
    径の二つの円の間で前記第一領域を定め、前記第二領域
    を前記第一領域の隣に配設し、中心軸と二つの円が二つ
    の円の間で位置する中心軸のずれ軸に沿って同一直線上
    にあり、二つの円の一方の中心が中心軸から第一の値だ
    けずれ、二つの円の他方の中心が第一の値にほぼ等しい
    値だけ中心軸からずれていて、前記第一領域がディスク
    本体の回りでほぼ正弦曲線状に幅を変える測定トラック
    を形成している、ディスクの角度位置特性を測定するた
    め、エンコーダーディスクを走査する走査ユニットを有
    するエンコーダー用のエンコーダーディスク。 １０、二つの領域の一方は実質上不透明で、他方は実質
    上透明であることを特徴とする請求項９記載のエンコー
    ダーディスク。 １１、第一領域は実質上透明であることを特徴とする請
    求項１０記載のエンコーダーディスク。 １２、二つの円は、互いに約０．２５％だけ異なる値ま
    で中心軸からずらしてあることを特徴とする請求項９記
    載のエンコーダーディスク。 １３、ディスク本体が中心軸から一定半径の周辺を有す
    ることを特徴とする請求項９記載のエンコーダーディス
    ク。 １４、二つの円は一点でほぼ共通接線にして交わること
    を特徴とする請求項９記載のエンコーダーディスク。 １５、二つの円の半径の平均で割算した第一の値の二倍
    の値の比は０．６５より小さいことを特徴とする請求項
    ９または１４記載のエンコーダーディスク。 １６、二つの円の半径の平均で割算した第一の値の二倍
    の値の比は０．２５より小さいことを特徴とする請求項
    ９または１４記載のエンコーダーディスク。 １７、二つの円の半径の平均で割算した第一の値の二倍
    の値の比は０．０６より小さいことを特徴とする請求項
    ９または１４記載のエンコーダーディスク。 １８、二つの円の半径の平均で割算した第一の値の二倍
    の値の比は０．０３より小さいことを特徴とする請求項
    ９または１４記載のエンコーダーディスク。
JP2247679A 1989-09-25 1990-09-19 エンコーダーディスク Pending JPH03131719A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/411,691 US4977316A (en) 1989-09-25 1989-09-25 Encoder disc having a track formed by two regions of different radii
US411,691 1989-09-25

Publications (1)

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JPH03131719A true JPH03131719A (ja) 1991-06-05

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ID=23629919

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US (1) US4977316A (ja)
EP (1) EP0419956B1 (ja)
JP (1) JPH03131719A (ja)
AT (1) ATE100580T1 (ja)
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