JPH03296619A - ロータリー式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、ロータリー式アブソリニーエンコーダに関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種のアブソリュートエンゴーダとしては、例
えば「特開平１−３１８９２０号公報」に示すように、
光学式、磁気式のものが知られている。

この公報によれば、アブソリュートパターンを有する第
１のトラックと、同トラックのアブソリュートパターン
の反転パターンを有する第２のトラックとを設けた符号
板と、前記アブソリュートパターンおよび反転パターン
の夫々を読み取る第１、第２検出器と、該両検出器の各
検出出力の差動をとる差動回路とを備えたアブソリュー
トエンコーダが示されている。

そして、前記第１と第２の二つの検出器によって前記ア
ブソリュートパターンと前記反転パターンとが同期して
読み取られ、両検出器からは互いに相補的な振幅変化を
する同期した検出信号が圧力される。これら雨検出出力
は差動回路によって差動をとられ、差動回路の出力端に
立ち上がり、立ち下がりのシャープなほぼ矩形波状の信
号が得られる。この差動回路の出力信号はコンパレータ
などで整形され、そのためにエンコーダ出力としての正
確な矩形波信号を得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述の公報に示されているアブソリュートエンコーダに
於いて、前記符号板には、アブソリュートパターンを有
する第１のトラックと、アブソリュートパターンの反転
パターンを有する第２のトラックとからなる２つのトラ
ックパターンが設けられているが、そのパターンが２つ
も要いると、夫々の幅などの大きさにより、符号板の小
型化ができないという問題点が生じてしまう。

そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、符
号板の小型化を図ると共に、出力に誤りのないアブソリ
ュートエンコーダを得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記問題点を解決するために、本発明は、２種の、互い
に反転する夫々の読取領域を回転中心周りの円周方向に
沿って多数並設し、該多数の前記領域により円周状のア
ブソリュートパターンを設けた回転板と； この回転板に対して前記パターンの円周方向に相対移動
可能に設け、前記領域を読取るための検出器と； を備えたロータリー式アブソリュートエンコーダに於い
て、 前記アブソリュートパターンを一つのトラックパターン
とすると共に、そのパターンに位置する前記多数の読取
領域は、前記回転板の回転中心を介して対峙する夫々の
読取領域が互いに反転するように設けられ、 また前記検出器として、前記対峙の一方の読取領域を読
み取るための第１の検出器と、他方の読取領域を読み取
るための第２の検出器とを設け、更に前記両検出器の各
検出出力の差動をとるための差動回路を備えたことを技
術的要点としている。

〔作用〕

符号板すなわち回転板に形成される円周状のアブソリュ
ートパターンは一つだけのトラックパターンとなり、そ
のために符号板の小型化を図ることができる。また、前
記トラックパターンに、前述の如く符号板の回転中心を
介して対峙する夫々の読取領域が互いに反転するように
、前記多数の読取領域を並設して、その並設により円周
状のアブソリュートパターンを形成し、前記対峙の一方
の読取領域を読み取るための前記第１の検出器と、前記
一方の読取領域に反転する他方の読取領域を読み取るた
めの前記第２の検出器とを設けたために、夫々の検出器
によって前記対峙の各読取領域を同時に読み取ることが
でき、両検出器からは互いに相補的な振幅変化をする同
期した検出信号が出力される。これら両検出器は前記差
動回路によって差動をとられ、差動回路の出力端に立ち
上がり・立ち下がりのシャープなほぼ矩形波状の信号が
得られる。そのために差動回路の出力信号はコンパレー
タなどで整形され、エンコーダ出力としての正確な矩形
波信号を得ることができる。

従って、前記符号板の小型化を図ると共に、出力に誤り
のないアブソリュートエンコーダを得ることができる。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の実施例に係るロータリー式アブソリ
ュートエンコーダの概略上面図で、光学式の実施例を示
している。

同図に於いて、回転板として使用される符号板１には、
その回転中心の周りに多数の透明領域２ａおよび遮光領
域２ｂが並設されており、この並設により円周状のアブ
ソリュートパターン２が形成される。アブソリュートパ
ターン２は円周を１４に分割し、各分割領域を透明領域
２ａあるいは遮光領域２ｂにして形成されるのであるが
、図示の如く回転中心を介して対峙する夫々の領域が反
転するように、また符号板１の一回転に渡って、同じ組
合せのアブソリュートコードが生じないようにするため
に、各領域を並設しており、透明領域２ａを「ｌ」で、
遮光領域２ｂを「０」で表せば、アブソリュートコード
は、図中の３時の位置から時計方向に、 ｒｏｌｌｌｌｏｏｌｏｏｏｏｌｌＪ ということになる。

また図示の如（、連続する４つの透過領域には、その下
方（紙面の下方）に、４個の受光素子３ａ、４ａ、５ａ
、８ａが配設されており、また回転中心を介して前記４
つの透過領域の夫々と対峙する４つの遮光領域には、そ
の下方に４個の受光素子３ｂ、４ｂ、５ｂ、９ｂが配設
されている。この紙面の上方には、前記領域を介して各
受光素子と対峙する不図示の各光源が配設されている。

このような構造であるから、８つの光源と８つの受光素
子３ａ−Ｇａ、３ｂ〜８ｂとに対して符号板１を前記中
心の周りに回転させると、受光素子３ａ〜Ｇａ、３ｂ−
８ｂからは、対応する光源との間にアブソリュートパタ
ーン２の透明領域２ａがあるか、遮光領域２ｂがあるか
によってレベルの異なる信号が得られる。

前記夫々の受光素子は、同図中の信号処理回路フに接続
され、各受光素子により、前記レベルの異なる夫々の信
号が信号処理回路フに入力される。

信号処理回路フの内部構造を第２図に示し、第１図中の
透過領域の一つに位置する受光素子３ａと、回転中心を
介して同素子３ａと対峙する受光素子３ｂとは、第２図
中のオペアンプ１１ａ１１１ｂの夫々の反転入力端子に
接続されている。第１図中の回転中心を介して対峙する
夫々の受光素子４ａと４ｂ、５ａとｓｂおよび８ａと６
ｂの各組についても上述と同様であるので、ここでは、
受光素子３ａ、３ｂの組についてのみ説明する。

受光素子３ａ、３ｂは、その受光素子に位置する夫々の
前記領域が反転しているから、得られる検出出力は相補
的である。符号板１０反時計方向の回転に伴って受光素
子３ａの検出信号は第３図（ａ）の通りであり、他方の
受光素子３ｂの検出信号は第３図（ｂ）の通りである。

これらの検出信号を、第２図に示す信号処理回路７の夫
々のオペアンプ１１ａ、ｌｌｂで各々増幅し、一方のオ
ペアンプ１１ａの出力端子には、第３図（ｅ）に示すよ
うな信号が現れ、もう一方のオペアンプ１１ｂの出力端
子には第３図（ｄ）に示すような信号が現れる。両出力
端子に現れる信号を信号処理回路フの差動アンプ１２に
入力して差動増幅すると、差動アンプ１２の出力端子に
は、第３図（ｅ）に示す通りのほぼ矩形波状の信号が得
られる。この信号のパルス立上がりと立下がりは、パル
ス幅に関係な（一定の急峻なものとなるので、この信号
をコンパレータ１３によっである一定の比較レベルで矩
形波に変換し、回路）の出力端子１４ａには、第３図（
ｆ）に示すような矩形波信号が得られる。同様にして、
第１図中の受光素子４ａと４ｂの組、５ａと５ｂの組、
８ａと６ｂの組の夫々からの検出信号による矩形波信号
も第２図中のそれぞれの出力端子１４ｂ、１４Ｇ、１４
ｄに得られ、これによって４つの出力端子１４ａ〜１４
ｄから符号板１のπ／７ラジアンの回転角度毎に「０、
ＩＪの組合せの異なる４桁の２進コ一ド信号を得ること
ができる。

前記４組の各受光素子からの検出信号によって信号処理
回路フの出力端子１４ａ〜１４ｄの夫々に現れる矩形波
信号を、第１図に対応させて図示すると、第４図の通り
である。この場合、夫々の受光素子に対して符号板１が
第１図中の反時計方向に回転しているものとする。この
実施例では、回転中心を介して対峙する位置に配設され
た４組の受光素子３ａ−３ｂ、４ａ−４ｂＳ５ａ−５ｂ
および＄ａ−＠ｂの各検出信号によって、出力端子１４
ａ〜１４ｄから符号板１の一回転に互って同じ「０、■
」の組合せのコード信号が生じないように、トラック２
上のアブソリュートパターンの配列（アブソリュートコ
ード）が定められ、このコードは、ｒｌｏｏｏｏｌｌｏ
ｌｌｌｌｏｏ」 である。

従って出力端子１４ａを「２°Ｊ　、ｉ４ｂを「２１」
、１４Ｃをｒ２”」、１４ｄを「２３」に割り当てると
、相対回転角度π／７ラジアン毎に異なる内容の４ビツ
トのアブソリュート信号が得られ、第４図には夫々のア
ブソリュート信号に対応する十人進数が下部に添え書き
されている。これから解るように、第４図の矩形波信号
をそのまま数値化すれば、１６の十人進数となり、また
これは符号板１を一回転した場合に一箇所として同じ数
値となっておらず、従ってアブソリュートエンコーダが
構成されていることが解る。

以上は光学式の実施例を述べたが、次に磁気式の実施例
を１．第５図ないし第９図より説明する。

第５図に於いて、符号板１には、その回転中心の周りに
一つのトラックパターンが形成されており、このトラッ
クには、円周を１４分割（１ビツト分がπ／７ラジアン
に相当）した１４ビツトのアブソリュートパターンが着
磁ビット２２ａ〜２２Ｃと未着磁２３ａ〜２３Ｃによっ
て形成されている。４ビツトからなる着磁ビット２２ａ
は回転中心を介して４ビツトの未着磁ビット２３ａと対
峙しており、同様に２ビツトの着磁ビット２２ｂおよび
未着磁２３ｂ、１ビツトの着磁ビット２２Ｃおよび未着
磁ビット２３Ｃも回転軸心を介して互いに対峙している
。同図中の３時の位置から時計方向へ順にビット構成を
説明すると、未着磁２３Ｃは単一の「０」ビット、着磁
ビット２２ａは連続した４つの「１」ビット、未着磁ビ
ット２３ｂは連続した２つの「０」ビット、着磁ビット
２２Ｃは単一の「ｌ」ビット、未着磁ビット２３ａは連
続した４つの「０」ビット、着磁ビット２２ｂは連続し
た２つの「１」ビットと現すことができ、従ってこのパ
ターンのアブソリュートコードは、 ｒＯｌｌｌｌｏｏｌｏｏｏｏｌｌＪ ということになる。

前記夫々の着磁ビット２２ａ−２２ｃは、１ビツトの長
さ寸法（角度範囲）をλ、着磁ビットのビット数をｎと
するとき、トラック長手方向に（２ｎ＋１）個の交互に
極性の異なる着磁区画（Ｓ、Ｎ）を隣接配列して構成さ
れており、しかも磁場分布を対称的にするために、前記
配列の始端と終端の着磁区画のトラック長手方向長さ寸
法をλ／４に実質的に等しく、これらの間に挾まれた中
間の着磁区画のトラック長手方向の長さをλ／２に実質
的に等しくしている。例えば、着磁ビット２２ａはその
ビット数が４個（ｎ　＝　４　）であるから合計９個の
着磁区画（ＮＳＮＳＮＳＮＳＮ）が−列に並び、始端と
終端の二つの着磁区画（Ｎ、Ｎ）はトラック長手方向に
夫々λ／４の長さを、また中間の７個の着磁区画（ＳＮ
ＳＮＳＮＳ）は夫々λ／２の長さを有している。ここで
、λは１ビツト分の長さ寸法であって、符号板１の円形
トラック上では、角度範囲にして３６０／　１４−２５
．７度（π／７ラジアン）に相当する。

第５図中の符号板１の下方（この紙面の下方）には、第
６図に示すように、検出部民に４個ずつのＭＲ素子セン
サ２５　ａ　−２８ａおよび２５　ｂ　−２１ｂが設け
られており、これらのセンサは第１図中の受光素子３ａ
〜６ａおよび３ｂ−Ｂｂの夫々に相当している。このよ
うに各センサを設けた検出部Ｕは第６図中の鎖線の如く
符号板１と対置され、両者間の相対回転に伴って、セン
サ２５ａ〜２８ａが着磁ビットによるアブソリュートパ
ターンを読み取ると共に、それと同期に回転中心を介し
て前記センサ２５ａ〜２８ａと対峙する夫々のセンサ２
５ｂ〜２Ｂｂも着磁ビットによるアブソリュートパター
ンを読み取るものである。

同一トラック上での各ＭＲ素子センサ間の配置間隔はλ
またはその整数倍であればよく、第６図ではこの間隔は
丁度λにしである。夫々のＭＲ素子センサについて、回
転中心を介して対峙する一方のＭＲ素子センサ２５ａと
他方のセンサ２Ｓｂとは、第７図の如く夫々の構成が示
されている。尚、同図には略称されているが、第６図中
の他のＭＲ素子センサ２６ａと２６ｂ、２７ａと２７ｂ
および２８ａと２８ｂの夫々も、上述の素子センサ２！
ｉａと２！５ｂと同様に構成されており、ここでは便宜
のために、素子センサ２５ａと２５ｂの夫々の構成につ
いて説明する。

第７図に於いて、一方のＭＲ素子センサ２５ａは、トラ
ック長手方向にλ／４の間隔をあけた二本の細かい並行
なＭＲ素子２５ａい２５ａ２から成り、他方のセンサ２
５ｂもトラック長手方向にλ／４の間隔をあけた二本の
細かい並行なＭＲ素子２５ｂ１．２５ｂ２から成ってい
る。同図の如＜ＭＲ素子２５ａ、と２Ｓｂｚとを接続す
る夫々の間およびＭＲ素子２５ａ２と２５ｂ１とを接続
する夫々の間には、各接点（黒点）を経て電源端子２９
ａ、２９ｂが設けられ、さらにＭＲ素子２５ａ１と２Ｓ
ｂ＋とを接続する夫々の間およびＭＲ素子２５ａ２と２
Ｓｂ２とを接続する夫々の間には、各接点（黒点）を経
て出力端子３０ａ、３０ｂが設けられており、ＭＲ素子
２５ａ１と２５ｂ＋および２１ａ２と２５ｂｚの両接続
バイアスで電流の向きが互いに逆になるように、電源端
子２９ａ、２９ｂ間でブリッジ回路を形成し、その出力
端子３Ｑａ、３０ｂ間に検出出力を生じるように構成し
ている。また、同図に示す着磁ビット２２ａの終端の着
磁区画２２ａ１および着磁ビット２２ｂの始端の着磁区
画２２ｂ１の、夫々の長さ寸法は、共に前記ＭＲ素子２
！ｉａ、、２５ａ６間または２５ｂ＋、２５ｂ２間の間
隔寸法と同じλ／４であり、両着磁ビットのその他の中
間の着磁区画の長さ寸法はλ／２である。

ＭＲ素子は、水平磁場がかかると磁界の極性にこだわら
ず、その強度に応じて自身の電気抵抗値を低下させる。

従って検出板Ｕと符号板１との相対移動によって、前記
センサの出力端子３０ａ、３０ｂに生じる信号は次のよ
うになる。

図示のごとく符号板４０反時計方向の回転に伴って、Ｍ
Ｒ素子２５ａ１のところに第５図中の着磁ビット２２ａ
から未着磁ビット２３ｂに移行すると、ＭＲ素子２Ｓａ
、に磁場がなくなると共に、着磁ビット２２ｂによりＭ
Ｒ素子２！ｉｂ＋に磁場がかかって出力端子３０ａの電
位が低下し、またＭＲ素子２５ａ２のところに磁場がな
くなると、他方のＭＲ素子２！ｉｂｚに磁場がかかって
出力端子３０ｂの電位が上昇する。さらに、ＭＲ素子２
５ａ、が着磁ビットの始端にかかると、その素子２Ｓ＆
、に磁場が生じると共に、他方のＭＲ素子２Ｓｂ＋に磁
場がなくなって出力端子３０ａの電位が上昇し、またＭ
Ｒ素子２５ａ、にも磁場がかかると、他方のＭＲ素子２
！ｉｂｚに磁場がなくなって出力端子３０ｂの電子が低
下する。

回転中心を介して対峙する前記夫々のビットは、反転の
ために相補的であり、また両センサ２５ａ、２５ｂ共に
一対のＭＲ素子間の間隔は前述よりλ／４であるので、
８カ端子３０ａと３０ｂとでは振幅波形が丁度上下対称
となり、両出力間の位相のずれはλを３６０度とすると
、９０度の位相差になる。

そして、ＭＲ素子センサ２５ａと２５ｂとの組の一方の
出力端子３０ａは第８図に示す信号処理回路の入力端子
３１ａに接続され、他方の出力端子３０ｂは入力端子３
′１ｂに接続されている。第８図は、前記検出器Ｕの検
出出力を処理するための信号処理回路の一例を示してお
り、ＭＲ素子センサ２５ａと２！５ｂとの組について例
示されているが、第６図中の他のＭＲ素子センサの組に
ついても同様であるので、ここでは、ＭＲ素子センサ２
５ａと２Ｓｂとの組についてのみ説明する。

第６図中の一方のＭＲ素子センサ２５ａにおいて、その
ところに位置する磁場パターンは第９図（ａ）に示す通
りであり、他方のＭＲ素子センサ２５ｂのところに位置
する磁場パターンは第９図（ｂ）に示す通りである。こ
れをそれぞれλ／４の間隔をあけた二本のＭＲ素子から
なるセンサ２５ａ、２５ｂで相対走査すると、第７図ま
たは第８図中の出力端子３０ａには第９図（（Ｊに示す
ような脈流パルス状の信号が現れ、もう一方の出力端子
３０ｂには第９図（ｄ）に示すような相補的な脈流パル
ス状の信号が現れる。

両出力端子３０ａ、３０ｂに現れる信号を、第８図中の
差動アンプ３２に入力して差動増幅すると、差動アンプ
３２の出力端子３３には第９図（ｅ）に示す通りのほぼ
矩形波状の信号が得られる。この信号のパルス立ち上が
りと立ち下がりは、パルス幅に関係なく一定の急峻なも
のとなる。そこでこの信号を第８図中のコンパレータ舅
によって成る一定の比較レベルで矩形波状に変換すると
、信号処理回路の出力端子３！ｉａには第９図（ｆ）に
示すような矩形波信号が得られる。

第６図に示す他のＭＲ素子２６ａと２６ｂ、２７ａと２
７ｂおよび２８ａと２８ｂの各組にも、上述と同様な信
号処理を施し、第８図示の信号処理回路の各出力端子３
５８〜３Ｓｄにより、前述と同様に符号板１のπ／７ラ
ジアンの回転角度毎に「０、ｌ」の組合せの異なる４桁
の２進コ一ド信号を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上の本発明によれば、符号板すなわち回転板に円周状
のアブソリュートパターンを設けるとき、そのパターン
は一つだけのトラックパターンとなるために、符号板の
小型化を図ることができる。

また、前記トラックパターンに、前述の如く符号板の回
転中心を介して対峙する夫々の読取領域が互いに反転す
るように、前記多数の読取領域を並設して、その並設に
より円周状のアブソリュートパターンを形成し、前記対
峙の一方の読取領域を読み取るための前記第１の検出器
と、前記一方の読取領域に反転する他方の読取領域を読
み取るための前記第２の検出器と、前記両検出器の各検
出出力の差動をとるための差動回路とを備えたために、
両検出器の出力を経て差動回路の出力端に、個々の検出
器の検出信号のほぼ２倍のＳ／Ｎ比で急峻な立ち上がり
・立ち下がりのシャープな略矩形波状の信号が得られ、
その信号はコンパレータで整形されて同出力としての正
確な矩形波信号を得ることができる。

従って、前記符号板の小型化を図り、かつ出力に誤りの
ないアブンリュートエンコーダを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例（光学式）に係るロータリー
式アブソリュートエンコーダの概略上面図である。 第２図は、第１図中の信号処理回路の内部構成を示す回
路図である。 第３図（ａ）ないし第３図（ｆ）は、第１図中の符号板
１に形成されたアブソリュートパターンの透明領域を透
過した光電信号と、前記信号処理回路の各部波形を示す
線図である。 第４図は、第１図示の実施例に係るアブソリュートパタ
ーンの最終出力波形を示す線図である。 第５図は、本発明の別の実施例（磁気式）に係るロータ
リー式アブソリュートエンコーダの符号板の上面図であ
る。 第６図は、第５図示の符号板に形成されたアブソリュー
トパターンを読み取るための多数の検出器を設けた検出
板の上面図である。 第７図は、第６図示の検出板１に設けたＭＲＲ子センサ
の構成を示す説明図である。 第８図は、第７図中のＭＲＲ子センサの検出出力を処理
するための信号処理回路の一例を示す回路図である。 第９図（ａ）ないし第９図げ）は、第５図示の符号板に
形成されたアブソリュートパターンの着磁ビットによる
磁場パターンと前記信号処理回路の各部波形を示す線図
である。 〔主要部分の符号の説明〕 １．４−・・・・・・−・・・符号板 ２・・−・・−一−−−−−アブソリュートパターン２
ａ・・−・・・・・・・−透明領域　２ｂ・・−・・・
・−・・・・遮光領域３　ａ＝８　ａ、　３　ｂ−８ｂ
−−−−−−−受光素子ツー・−・・・−・・・信号処
理回路 ２２ａ、２２ｂ、２２ｃｍ・・・・−・着磁ビット２３
ａ、２３ｂ、２３Ｃ・・・・・・・・・・未着磁ビット
２５ａ−２８ａ、２Ｓｂ−！８ｂ　−・　−ＭＲ素素子
セン出出願　人　　株式会社　ニコン 代　理　人　　渡辺　隆男 Ｉｉ３図 １１４図 ＫＫ５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２種の、反転する夫々の読取領域を回転中心周りの円周
   方向に沿って多数並設し、該多数の前記領域により円周
   状のアブソリュートパターンを設けた回転板と； この回転板に対して前記パターンの円周方向に相対移動
   可能に設け、前記領域を読取るための検出器と； を備えたロータリー式アブソリュートエンコーダに於い
   て、 前記アブソリュートパターンを一つのトラックパターン
   とすると共に、そのパターンに位置する前記多数の読取
   領域は、前記回転板の回転中心を介して対峙する夫々の
   読取領域が互いに反転するように設けられ、 また前記検出器として、前記対峙の一方の読取領域を読
   み取るための第１の検出器と、他方の読取領域を読み取
   るための第２の検出器とを設け、更に前記両検出器の各
   検出出力の差動をとるための差動回路を備えたことを特
   徴とするロータリー式アブソリューエンコーダ。