JPH03285113A - 電源投入時に絶対位置の検出が可能な１トラック型アブソリュートエンコーダ - 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、電源投入時に正しい絶対位置を検出可能とす
るために、２組のセンサ群を交互に用いる形式の１トラ
ック型アブソリュートエンコーダに関し、特に検出部の
設計、製作を容易にして装置の小型化に供することを目
的とする。

［従来の技術］ エンコーダは、移動量やこれを基に得られる移動角度や
速度を検出するもので、■移動範囲内の絶対位置が検出
できるアブソリュート・エンコーダと、■車に移動量、
または移動角度しか検出できないインクリメンタル・エ
ンコーダとに分類される。

いずれにせよ、エンコーダは、その構成として（１）物
理的性質、例えば反射率、透過率、偏光状態、磁気的性
質、磁化の向き等の異なる２種の最小読取単位を数字の
０．１の二値符号で表わすとき、０．１の数列からなる
所定符号列をトラック長平方向に形成してなる符号板Ａ
と、（２）ｏ、を区別して検出する検出部Ｂ（センサ、
ヘッド）とで構成される。

その他、実際には、符号板と検出部とを相対的に平行移
動する機械的駆動機構が必要である。

符号板は、長尺の板状（直線に沿ってトラックがある・
・・リニアエンコーダ）、円盤状（円周に沿ってトラッ
クがある・・・ロータリーエンコーダ）、円筒状（円筒
の外周に沿ってトラックかある・・・ロータリーエンコ
ーダ）等がある。

最近、１トラックだけで絶対位置が知れる１トラック型
アブソリユート・エンコーダが提案された（特開昭５７
−１７５２２１号、実開昭６０−１５２９１６号、およ
び特開平１−１５２３１４号の各公報参照）。

この１トラック型符号板では、０．１の数列からなる符
号列が特別な配列を有している。例えばｎ＝４ピツトの
例では、その符号列は次のとおりである（第２図参照）
。

００００１００１１１１０１０１１ ｉ冒↑ （全符号数ｐ＝　２　ｎ“’＝１６） （↑はセンサ位置） それに対して、インクリメンタル・エンコーダ用符号板
では、１トラック上に車にＯｌｌか交互に並んでいるに
すぎない。

一方、検出部にはｎ個のセンサかトラック長手方向にλ
に相当するピッチで形成されており、連続したｎ個の最
小読取単位をパラレルに同時に読む。ただし、えは最小
読取単位の長さである。

上の例で言えば、第１の絶対位置（左端）でｎ＝４個の
センサか６４ビツト・コートｏｏｏｏが検出され、以下
右端まで移動するとコードの変化は次のとおりである。

ただし、右端は左端に連結したロータリーエンコーダで
考えることにする。

第１の絶対位置　：　　ｏｏｏ。

第２の絶対位置　：　　０００１ 第３の絶対位置　：　　００１０ 第４の絶対位置　：　　０１００ 第５の絶対位置　：　　１００１ 第６の絶対位置　　　ｏｏｔｔ 第７の絶対位置　：　　０１１１ 第８の絶対位置　：　　１１１１ 第９の絶対位置　：　　ｔｔｔ。

第１Ｏの絶対位置　　　１１０１ 第１１の絶対位置　：　　１０１０ 第１２の絶対位置　　　０１０１ 第１３の絶対位置　　　１ｏ１ｉ 第１４の絶対位置　＋　　０１１０ 第１５の絶対位置　：　　１１００ 第１６の絶対位置　・　１０００ 以上のとおり、ｎ＝４個のセンサなる検出器から検出さ
れるｎ＝４ビツト・コートは、どの絶対位置においても
異なる。従って、検出されたコートを通常の絶対位置を
示す数値に変換する対照表を用意しておけば、絶対位置
が知れるのである。

しかしながら、仮に「いずれかのセンサが異なる種類の
２つの最小読取単位の境界上で止っている状態」でエン
コーダの電源を投入して、その絶対位置を検出しようと
したとき、そのセンサは、２つの単位のいずれかを読ん
で出力する。例えば第５の絶対位置付近で止っている状
態で、本来１００１と出力すべきところを、左端のセン
サが「１ノではなく「０」と読んだとすると、出力は０
００１となり、これは第２の絶対位置を示し、大変な誤
差を生じる。

従って、電源投入時にも正しく絶対位置を読めるように
するために、センサ中心で１／２λ離してもう１組の第
２の検出器を設け、境界上にあるセンサを含まないほう
の検出器を選択して使用する技術が開発された（例えば
、特開平６４−７９６１９号公報の第７図を参照）。そ
のためには、アブソリュート・トラックの隣りに１／４
λの位相差を持たせたピッチがλのインクリメンタル・
トラックを併設し、このトラックを検出するインクリメ
ンタル用センサも設ける。そうすると、電源投入時に仮
にインクリメンタル用センサの出力がハイレベル（１）
であれば、一方の組の検出器は境界上のセンサを含まな
いので、それを選択して絶対位置を正しく読むことがで
き、ローレベル（０）であれば、他方の検出器のセンサ
群は境界上のセンサを含まないので、それを選択して絶
対位置を正しく読むことができる。

第３図は、このような方式の４ビツト・アブソリュート
エンコーダを示し、（ａ）は全体構造の平面図、（ｂ）
は検出器を構成するセンサとアブソソユートパターンの
関係を説明するための模式図である。

第３図（ａ）において、符号板Ａ上には、斜線部を１、
白部を０として００００１１０１０１１１１００１と表
わされる、長ざ＾の１６個の符号からなるアブソリュー
ト・トラックＡ、と、繰返し周期λのインクリメンタル
・トラックＡ２とが並列に形成される。また、検出部Ｂ
には、ピッチλで等ピッチ配置した４個のセンサＳから
なる第１検出器Ｓ、と、第１検出器Ｓ１からｌ／２　λ
離して配置した第２検出器Ｓ２と、インクリメンタル・
トラックＡ２検出用のセンサＳ３と、センサＳ、から得
た二値信号に応じて第１、第２検出器Ｓ、、Ｓ２を切替
える選択器ＳＥとが設けられている。

第３図（ｂ）において、センサはフォトセンサで構成さ
れ、８個のセンサＳを有するセンサアレーＳＡを用いて
、１つおきの４個のセンサＳを第１検出器ＳＩに、これ
らの間に位置する４個を第２検出器Ｓ２に割当てている
。また、センサアレーＳＡの実際の大きさは、１個のセ
ンサＳの開口部の長さａが５μｍ、枠部長さｂが５μｍ
、ピッチｐが１０μｍであって、アブソリュート・トラ
ックへの１個の単位に対してはそれぞれ２個のセンサＳ
が対峙するから、このセンサアレーＳＡに適合するアブ
ソリュート・トラックＡ、の単位長さえは２０μｌであ
る。

第４図は、従来例のアブソリュートエンコーダの動作を
説明するための数値表である。この数値表は、第３図の
符号板Ａに記した三角記号の位置に第１検出器の左端の
センサＳが位置する状態から、符号板Ａを矢印方向にλ
ずつ移動させたときの第１検出器Ｓ１、第２検出器Ｓ２
、検出部Ｂの各出力を示す。

符号板Ａと検出部Ｂの相対移動に伴い、第１検出器Ｓ１
、第２検出器Ｓ２からは００００１１０１０１００１な
るアブソリュート・トラックＡ上の隣接する４個の符号
が次々に読み出され、安定な出力状態のものが選択され
て、検出部Ｂからコート圧力される。

［発明か解決しようとする課題］ 製品の高度化に伴い、高分解能のエンコーダが求められ
、そのため、＾はより小さくなり、センサアレーのセン
サピッチｐも益々狭くなってきている。つまり、第３図
に示すセンサ開隔すは、極めて狭くなりつつある。

従って、センサ間隔すを利用してここに配線を通すこと
ができず、センサの回路設計が不自由になるという問題
点があった。

第３図のセンサとは違フて、■インクリメンタル・トラ
ックＡ２をアブソリュート・トラックＡ、の内側に設け
たタイプ、特にそのタイプのうちインクリメンタル・ト
ラック用センサＳ３を複数個設けたタイプ、あるいは■
Ｓ／Ｎ比を向上させるためにアブソリュート・トラック
＾１の外に反転したアブソリュート・トラックＡ１°を
設けたタイプの場合には、アブソリュート・トラック用
センサアレーＳＡのセンサ間隔すを通って配線をする必
要があり、その場合、配線が困難、または不可能になる
という前記問題点が発生する。

［課題を解決するための手段］ 本発明（請求項第１項）のエンコーダは、最小読取単位
の長さをλとするとき、「ｍλ（ｍは２以上の整数）に
相当するピッチでトラック長手方向に配列されたｎ個の
センサ」から検出されるｎビット・コードがどの絶対位
置においても異なる１トラック型アブソリュート・パタ
ーンからなるアブソリュート・トラック（Ａ１）と、ト
ラック（Ａ１）と並列に配置したインクリメンタル・パ
ターンからなるインクリメンタル・トラック（八２）と
を有する符号板（＾）、および ［ｍλに相当するピッチでトラック長手方向に配列され
たｎ個のセンサ」からなる、トラック（Ａ１）を検出す
るための第１検出器（Ｓ１）と、第１検出器（Ｓ１）と
同一であフて、第１検出器（Ｓ）からは　輸◆ｌ／２）
λ（ｆｌは０または自然数）Ｉｌｌして配置した第２検
出器（Ｓ２）と、 インクリメンタル・パターンを検出するための第３検出
器（Ｓ３）と、 第３検出器（Ｓ３）の二値信号出力を０．１とするとき
、この０．１に応じて第１検圧器（Ｓ１）、第２検出器
（Ｓ２）の一方を選択する選択手段（ＳＥ）とを備えた
検出部（Ｂ） とからなるものである。

請求項第２項のエンコーダは、請求項第１項のアブソリ
ュート・エンコーダにおいて、第１検出器（Ｓ１）、第
２検出器（Ｓ２）の各センサが、等ピッチで連続的に配
置されているものである。

請求項第３項のエンコーダは、請求項第１項〜第２項い
ずれかのエンコーダにおいて、第２検出器（Ｓ２）から
得られた絶対位置からｌ±ｕ（ｕは０または１）加算す
るか、または減算することにより、第１検出器（Ｓ１）
から得られた絶対位置と等しいかまたは隣りの絶対位置
を出力する補正手段を付加したものである。

［作用］ 本発明のエンコーダは、第１検出器と第２検出器とを通
して見た場合、センサピッチか１個おぎに（ｍ−１）λ
以上になり、センサ間隔が１個おきに大きくなる。従っ
て、本発明では、アブソリュート・トラックは、（ｍ−
１）個おきのｎ個の符号を組合せたコードが、符号板と
検出部の取り得る各絶対位置においてずへて異なるよう
なパターンを有するものを用いる。このパターンは、電
算機を用いてやみくもに計算させても得られるが従来の
アブソリュート・パターンの符号配置を機械的に再配置
しても容易に得られる。

また、この特別なパターンに対応させて、検出部にも相
応する配列の検出器が設けられる。すなわち、（ｍ−１
）個おきのｎ個の符号を同時に検出てきるように、第１
検出器は、Ｆｍλのピッチでトラック長手方向に配列し
たｎ個のセンサ」であり、第２検出器は、「第１検出器
に同じ個数と配列になるセンサを、第１検出器から　（
ＩＬ＋１７２）λ離して配置した」ものである。また、
第１検出器の各センサと第２検出器の各センサは少なく
とも一部、交互に配置されていても良く、この部分でセ
ンサピッチが半分になっている。

請求項第２項のエンコーダは、例えば、ｍが３でｘ　ｂ
）１、または、ｍが５てρが２の場合に相当するもので
あって、第１検出器と第２検出器の各センサは、検出部
に、交互、等ピッチ、連続的に配置される。これは、第
１検出器と第２検出器を１個のセンサアレーで構成する
際に都合の良いことである。

一方、第３検出器は、符号板上のインクリメンタル・パ
ターンを検出して、符号板と検出部との１／２λの相対
移動ごとに反転する二値信号を出力する。選択手段は、
この二値信号の０．１に応して第１検出器、第２検出器
の一方を機械的に選択する。これにより、符号境界部分
を横断する側の検出器の出力は排除され、符号中央部の
みによる安定したトラック・パターンの読取りが遂行さ
れる。

ここで、ｋが０の場合には、アブソリュート・トラック
上のｎ個の符号に対して、従来例と同様に、第１検出器
、第２検出器が同時に対峙可能であり、選択手段が第１
検出器と第２検出器を切替えた際に生しるアブソリュー
ト・トラック上の検出位置のずれは問題とならない。し
かし、ρがＯでない場合には、選択手段が第１検出器と
第２検出器を切替えた際に、アブソリュート・トラック
上における検出位置は、両検出器の位相差分たけ遅れと
進みを綬返す。

請求項第３項のエンコーダは、両検出器の位相差分を補
正して、どちらの検出器からの絶対位置でも一致するよ
うにしたものである。

具体的には、第１検出器と第２検出器の位置関係が固定
的であることを利用して、例えば、メモリ素子を用いて
、第２検出器が取り得る全出力をそれぞれ１対１変換し
て第１検出器の出力に揃える、または、両者の出力をそ
れぞれ序数変換した後に、ぶλに相当する数を差引きす
る等の方法が採用される。

［発明の実施例］ 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の実施例の４ビツト・アブソリュート
エンコーダを示し、（ａ）は全体構造の平面図、（ｂ）
は検出器を構成するセンサとアブソリュートパターンの
関係を説明するための模式図である。

第１図（ａ）、において、符号板Ａ上には、斜線部を１
５白部を０として０１００１１０００００１１１１１と
表わされる、長さλの１６個の符号からなるアブソリュ
ート・トラックＡ１と、綬返し周期λのインクリメンタ
ル・トラック＾２とか並列に形成される。ここで、アブ
ソリュート・トラックＡ１の符号配置は、従来例のもの
の１周１６個の符号配置を、そのままの順序で２個おぎ
に再配置して全符号位置を埋めたものである。

一方、検出部Ｂには、ピッチ３λて等ピッチ配置した４
個のセンサＳからなる第１検出器Ｓ、と、第１検出器Ｓ
、から（１＋１／２）λ離して配置した第２検出器Ｓ２
と、インクリメンタル・トラックへ、検圧用のセンサＳ
３と、第１検出器Ｓ、の出力コートを二進数序数に１対
１変換する変換器Ｃ４と、第２検出器Ｓ２の出力コード
を二進数序数に１対１変換する変換器Ｃ２と、変換器Ｃ
２の出力コードから０００１を引算する番地変換器りと
、センサＳ、から得た一値（８号に応じて変換器Ｃ１と
番地変換器りの一方を選択する選択器ＳＥとが設けられ
ている。

第１図（ｂ）において、第１、第２検出器はフォトセン
サで構成され、８個のセンサＳを有するセンサアレーＳ
Ａを用いて、１つおきの４個のセンサＳを第１検圧器Ｓ
、に、これらの開に位置する４個を第２検出器Ｓ２に割
当てている。また、センサアレーＳＡは、１個のセンサ
Ｓの開口部の長さａが５μｍ、枠部長さｂが５μｍ、ピ
ッチｐが１０μｍである。

一方、ここでは、アブソリュート・トラック＾１の３個
の符号に対して２個のセンサＳが対峙する構成であるか
ら、このセンサアレーＳＡに適合するアブソリュート・
トラックＡ、の単位符号長さλは６７μｍである。

第２図は、本実施例のアブソリュートエンコーダの動作
を説明するための数値表である。この数値表は、第１図
の符号板Ａに記した三角と号の位置に第１検出器の左端
のセンサＳが位置する状態から、符号板Ａを矢印方向に
λずつ移動させたときの第１検出器Ｓ１、第２検圧器Ｓ
２、変換器Ｃ３、変換器Ｃ２、番地変換器Ｄ、検出部Ｂ
の各圧力を示している。

符号板Ａと検出部Ｂの相対移動に伴い、第１検出器Ｓ１
、第２検出器Ｓ２からは、従来例と異なった順序で、同
絆な１６種類のアブソリュート・コートか出力され、こ
れらは、変換器Ｃ，、Ｃ２により一進数序数に変換され
る。このとき、変換器ＣＩ、Ｃ２の出力間に発生してい
る、アブソリュート・トラックへ、上での第１検圧器Ｓ
、と第２検出器Ｓ２の検出位置のすれに起因する０００
１のずれを番地変換器りか修正し、かつまた、選択器Ｓ
Ｅが符号中央部からの出力だけを選択することにより、
検出部Ｂは、連続性のある安定したアブソリュート・ト
ラック八、の読取りを遂行する。

［発明の効果コ 本発明によれば、第１検出器および第２検出器を構成す
る全センサについてピッチをみると、１個おぎに必ずピ
ッチが（ｍ−１）λになるので、センサ間隔に余裕がで
きる。従って、そこに配線を通せばよいので、センサの
配置、回路設計の自白度が拡大され、例えば、センサ間
に配Ｍ部やネジ止め部等を比較的容易に配置できる。

請求項第２項の発明によれば、第１検出器と第２検出器
の全センサは、検出部に交互に等間隔、連続的に配置さ
れるから、どのセンサピッチも１５λ以上と広く、かつ
整然とセンサの並んだセンサアレーを採用できて、セン
サの製造上有利である。

請求項第３項の発明によれば、補正手段により、どちら
の検圧器を選択しても一致した絶対位置出力が得られる
。

なお、符号板が、ｍ≧３であり、検出部がλ≧１のエン
コーダは、第１検出器と第２検出器の各センサを交互に
配置した場合でも、隣り合うセンサ（第１検出器と第２
検出器のセンサと）のピッチが、（１＋ｌ７２）λ以上
になるので、センサ間隔の限界に制限されずに、最小読
取単位の長さλを小さくでき、そのため、高分解能のエ
ンコーダ、小型のロータリエンコーダが得られる。

何故ならば、従来技術（特開平６４−７９６１９号公報
の第７図）では、ｍ＝１の符号板を用いるために、上述
のように第ｘ、３４２検出器の各センサを交互に配置す
ると、センサのピッチが僅か１／２λしかない。従って
、高分解能のエンコ−ダまたは小型のロータリエンコー
ダを得ようとして＾の小さい符号板を作ると、センサピ
ッチはその小さいλの、さらに１／２にしなければなら
ない。

現在の技術でλが１μｍ以下の符号板を制作することは
可能であるが、センサピッチのほうは光学式で、現在の
ところ、１０μＷが限界とされている。また、磁気式に
おいても、この関係は同じである。その結果、センサピ
ッチの限界に制限されて、従来技術ではλをあまり小さ
くすることはできなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例のアブソリュートエンコーダ
を示し、（ａ）は全体構造の平面図、（ｂ）は検出器を
構成するセンサとアブソリュートパターンの関係を説明
するための模式図である。 第２図は、本発明の実施例のアブソリュートエンコーダ
の動作と出力を説明するための数値表である。 第３図は、従来例のアブソリュートエンコーダを示し、
（ａ）は全体構造の平面図、（ｂ）は検出器を構成する
センサとアブソリュートパターンの関係を説明するため
の模式図である。 第４図は、従来例のアブソリュートエンコーダの動作と
出力を説明するための数値表である。 第５図は、従来の高Ｓ／Ｎ比エンコーダのアブソリュー
ト・トラックとセンサの位置関係を示す概念図である。 ［主要部分の符号の説明］ Ａ・・・符号板　　　　　　Ｂ・・・検出部＾１・・・
アブソリュート・トラック ＾２・・・インクリメンタル・ Ｓｌ・・・第１検出器 Ｓ２・・・第２検出器 Ｓ３・・・センサ Ｄ・・・番地変換器 ＳＡ・・・センサアレ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）最小読取単位の長さをλとするとき、「ｍλ（ｍ
   は２以上の整数）に相当するピッチでトラック長手方向
   に配列されたｎ個のセンサ」から検出されるｎビット・
   コードが、どの絶対位置においても異なる１トラック型
   アブソリュート・パターンからなるアブソリュート・ト
   ラック（Ａ＿１）と、該トラック（Ａ＿１）と並列に配
   置したインクリメンタル・パターンからなるインクリメ
   ンタル・トラック（Ａ＿２）とを有する符号板（Ａ）、
   および前記「ｍλに相当するピッチでトラック長手方向
   に配列されたｎ個のセンサ」からなる、前記トラック（
   Ａ＿１）を検出するための第１検出器（Ｓ＿１）と、該
   第１検出器（Ｓ＿１）と同一であって、該第１検出器（
   Ｓ＿１）から（ｌ＋１／２）λ（ｌは０または自然数）
   離して配置した第２検出器（Ｓ＿２）と、 前記インクリメンタル・パターンを検出するための第３
   検出器（Ｓ＿３）と、 該第３検出器（Ｓ＿３）の二値信号出力を０、１とする
   とき、この０、１に応じて第１検出器（Ｓ＿１）、第２
   検出器（Ｓ＿２）の一方を選択する選択手段（ＳＥ）と
   を備えた検出部（Ｂ）、 とからなる電源投入時に絶対位置の検出が可能な１トラ
   ック型アブソリュートエンコーダ。
2. （２）前記第１検出器（Ｓ＿１）、第２検出器（Ｓ＿２
   ）の各センサが、等ピッチで連続的に配置されているこ
   とを特徴とする請求項第１項のアブソリュート・エンコ
   ーダ。
3. （３）第２検出器（Ｓ＿２）から得られた絶対位置から
   ｌ±ｕ（ｕは０、または１）加算するか、または減算す
   ることにより、第１検出器（Ｓ＿１）から得られた絶対
   位置と等しいか、または隣の絶対位置を出力する補正手
   段を備えたことを特徴とする請求項第１項〜第２項いず
   れかのアブソリュートエンコーダ。