JPH041523A - Ｚ相付きアブソリュート・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、符号板に対して検出部が特定の位置関係−通
常は原点位置とされるーにあることを検知するための機
構を備えた１トラック型アブソリュート・エンコーダに
関する。

［従来の技術］ 回転体の回転に伴う角度位置座標値や、直線移動体の移
動に伴う位置座標値を検出する計測器の１つとして、種
々のアブソリュート・エンコーダが知られる。一般的に
、アブソリュート・エンコーダは、特殊な被検出パター
ンを形成した符号板と、被検出パターンに対して相対移
動可能な検出部とで構成され、その一方が被測定物に固
定されて被測定物とともに移動する。これにより両者間
に相対移動が発生するが、刻々の両者の相対位置におい
て、検出部に設けたセンサで符号板上の被検出パターン
を読取ることにより、両者の相対位置に１対１に対応し
た位置座標値としての数値コードが組立てられる。

ここで、被検比パターン（一般的に複数本のトラックで
構成される）上の単位きざみ区画は、最小読取単位と呼
ばれ、数値を代表する各種の物理的性質、例えば、透明
、不透明等の光学的性質や磁束密度の濃淡等の磁気的性
質が付与され、検出部のセンサには、被検出パターン側
の性質に応して、受光素子、磁気ヘッド等が選択される
。従って、被検圧パターンは、換言すれば、この物理的
性質の配列により、特殊な数列を表現したものであって
、個々の相対位置における位置座標情報を含み、この数
列上で１回に検出される数値の組合せが絶対位置を表わ
す数値コードである。

このようなアブソリュート・エンコーダとしては、従来
、符号板に０本のトラックからなる被検出パターンを形
成し、これらのトラックを並列に検出して、１トラック
から１ビツトの数値を読取ることにより、１桁二進数の
序数の数値コードを組立てるものが汎く実用に供されて
いる。

ところで、近年、特殊な数列を導入して、被検出パター
ンを１本のトラック（以下、アブソリュート・トラック
と呼ぶ）で構成した、すなわち１本のトラック上の複数
個の最小読取単位を読取って数値コードを組立てるよう
にした１トラック型アブソリュート・エンコーダが盛ん
に開発、報告されている。

この１トラック型アブソリュート・エンコーダでは、そ
のアブソリュート・トラックの数列として、全周期系列
やＭ系列等の特殊なものが採用され、ここから組立てら
れる数値コートは、符号板と検出部の各絶対位置を相互
に判別するたけのもので、上記の０本のトラックを有す
るアブソリュート・エンコーダのような規則的で、理解
し易い順序を持たない。しかし、１トラック型アブソリ
ュート・エンコーダでは、アブソリュート・トラックが
１木で済むため、センサ配置や符号板制作に関して種々
の利点が有る。

このような１トラック型のアブソリュート・エンコーダ
の一例として特開平１−１５２３１４号公報には、「ｎ
ビットの全周期系列の数列を光学的な明暗パターンで表
わしたアブソリュート・トラックを符号板上に形成し、
このトラック上のｎ個の連続した最小読取単位を、検圧
部のｎ個のセンサで並列に検出して数値コードを組立て
る」形式のものが紹介されている。

ここで採用されているアブソリュート・トラックは、全
周期系列と呼ばれる二進数の数列からなるもので、例え
ば、−周期１６個の最小読取単位を持つアブソリュート
・トラックに対しては、全周期系数列： １１Ｔｉ　・・・−移動方向 ■■■■ に従って、物理的性質の異なる最小読取単位が配列され
ている。ただし、右端の０１の後は、最初のＯＯ・・・
に戻るとする。一方、検出部には、最小読取単位の物理
的性質を判別するセンサ■〜■が設けられ、矢印↑で示
す連続した４個の最小読取単位を並列に読取って４ビツ
トの数値コードを組立てる。すなわち、この００００が
検出される絶対位置を第１の絶対位置として、検出部が
矢印−方向に移動すると、 第１の絶対位置　：　ｏｏｏ。

第２の絶対位置　：０００１ 第３の絶対位置　・００１１ 第４の絶対位置　　０１１０ 第５の絶対位置　：　１１０１ 第６の絶対位置　：１０１０ 第７の絶対位置　：０１０１ 第８の絶対位置　：１０１１ 第９の絶対位置　：０１１１ 第１０の絶対位置　：１１１１ 第１１の絶対位置　：１１１０ 第１２の絶対位置　：１１００ 第１３の絶対位置　：１００１ 第１４の絶対位置　二〇〇１０ 第１５の絶対位置　：０１００ 第１６の絶対位置　＋１０００ という順序で、１６個のそれぞれ異なる数値コードが読
取られ、符号板に対する検出部の各絶対位置を１対１に
判別している。

このような１トラック型アブソリュート・エンコーダに
おいて、原点位置としての符号板と検出部の位置関係は
、例えば、上記の１６個の絶対位置を有する１トラック
型アブソリュート・エンコーダの場合、４個のセンサ■
■■■が、８ｘの絶対位置　：０ＯＯＯ を読取る位置関係として定め、センサ■■■■の出力が
００００となるときを検知するようにしても良い、しか
し、センサ■■■■の読み誤りの可能性や、周期移動（
回転回数）のカウントの都合等を考慮して、実際には、
符号板上にアブソリュート・トラックから独立させた原
点マークを形成するとともに、検出部には原点検出用セ
ンサを設け、このセンサが原点マークを検出する位置関
係として原点位置を定めるのが実用的である。ここで、
このアブソリュート・トラックの一周期に一回、出力さ
れる原点を示す信号をＺ相信号と呼んでいる。

［発明が解決しようとする課題］ Ｚ相信号には、当然、アブソリュート・トラックから得
られる数値コードに対して厳密な同期関係にあることが
要求される。例えば、上記の１トラック型アブソリュー
ト・エンコーダの場合、４個のセンサ■■■■が、 第１の絶対位置　：０ＯＯＯ を読取る範囲の位置関係と一致したＺ相信号の立上りと
立下がりが得られるように、符号板上での原点マーク、
および検出部上での原点検出用センサの位置決めを行う
必要がある。この位置決めを厳密に行うことは容易でな
く、１トラック型アブソリュート・エンコーダの小型化
、高分解能化に伴ってアブソリュート・パターンが細密
化されると、さらに困難を極めた。

本発明は、原点マークが不要で、しかも数値コード出力
とＺ相信号の位相調整が容易な１トラック型アブソリュ
ート・エンコーダを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の２相付きアブソリュート・エンコーダは、１ト
ラック型アブソリユー′ト・パターンを形成した符号板
（Ａ）と、該符号板（Ａ）に対して相対移動可能な検出
部（Ｂ）とからなる光学式の１トラック型アブソリュー
ト・エンコーダにおいて、前記パターンの一部と同一の
パターンを有するマスクであって、前記アブソリュート
・パターンの上または下に、符号板（Ａ）と接触しない
ように配置されたマスクと、 該マスクを照明する光源と、 該マスクと前記アブソリュート・パターンとの透過光を
受光する光電変換手段と、 を設けたものである。

［作用］ 本発明の２相付きアブソリュート・エンコーダでは、符
号板と検出部の相対移動に伴う、アブソリュート・パタ
ーンとマスクとの間の、パターンの一致を検出すること
によりＺ相信号が形成される。従って、アブソリュート
・パターンから独立させた原点マークは用いられない。

また、このパターンの一致の検出は、光源から射出され
、マスクとアブソリュート・パターンとを透過し、光電
変換手段に入射する光量を調べて行われる。ここで、マ
スクは、アブソリュート・パターンの一部と同一なパタ
ーンを有し、両者のパターンがぴったり重なり合う符号
板と検出部の位置関係において、光源からの光は光電変
換手段に最大限入射し、その出力のピークを与える。従
って、光電変換手段の出力ピークの立上り立下がりと、
適当な数値コード出力の立上り立下がりとが一致するよ
うに、マスクを検出部に位置決め固定すれば、適当な絶
対位置でのＺ相信号を得ることができる。また、マスク
に採用すべきパターンとしては、アブソリュート・パタ
ーン中の任意の場所を、最低限、数値コードのビット数
に相当した長さに切取ったもので良いが、アブソリュー
ト・パターンとマスクとがぴったり重なり合う前後の相
対位置において、光電変換手段の出力が十分に低くなる
、すなわち、ぴったり重なり合う相対位置で鋭い光電変
換手段の出力ピークが得られる部分を選択するのが望ま
しい。このような選択は電算機を用いて機械的に行うこ
とができる。

−例として、例えば、上記１トラック型アブソリュート
・エンコーダにおいて、０を透明、１を不透明で表わし
たアブソリュート・トラック：に対し、その一部と同一
なパターン（下線部）を有するマスク： を重ね合わせ、相対移動を行わせるとすると、００００
１１０１０１１１．１００１ ００００１１１１１１１１．１１１１ の位相位置において、最大の透過光！（００４個分）が
得られる。従って、検出部の４個のセンサ■■■■が、 第１の絶対位置　：０ＯＯＯ を読取るような、符号板と検出部の位置関係において、
符号板とマスクの位ｒ１１間係が、００００１１１．１
１１１１１１１１ となるように、検出部にマスクを位置決め、固定すれば
、 ＄１の絶対値Ｉｆ　　：０ＯＯＯ でＺ相信号が出力される１トラック型アブソリュート・
エンコーダが得られる。ここで、光源と光電変換手段と
は、マスク。

１１↓１ １１１１００００１１１１１　　フ　１１■■■■ に対し５て、光源Ｉｌｌ↓および光電変換手段■■■■
を４組設ければ確実である。しかし、これらは、下線部
をほぼ均一に照明する１個の光源および下ｊ＋１！部の
透過光量をほぼ完全に捕える１個の光電変換手段に置換
えたほうが実用的である。

ところで、マスクに採用すべきパターンとしてアブソリ
ュート・パターンの数値コードのビット数に相当した長
さを採用した場合には、上述のように、アブソリュート
・パターンの一周期に１回のＺ相信号が得られるが、数
値コードのビット数に相当した長さ以下のマスクを用い
れば、アブソリュート・パターンの一周期から、複数個
のピーク信号を採取することも可能である。また、これ
ら複数個のピーク信号からＺ相信号を抽出するには、特
定の数値コードとの対応から、偽りのピーク信号を排除
すれば良い。

［発明の実施例］ 本発明の′ｆ％１〜第３実施例を、図面を参照して説明
する。

第１図は、本発明の第１実施例の１トラック型アブソリ
ュート・エンコーダの構造を示す。本実施例では、セン
サＳを用いてアブソリュート・トラックＴから数値コー
ドを読取る一方で、マスクＭと光電検出器Ｅを用いて、
２相信号の発信を行っている。

第１図において、符号板Ａには、アブソリュート・トラ
ックＴが形成されている。アブソリュート・トラックＴ
は、全周期系数列： のＯを透明、１を不透明な最小読取単位に置換えたもの
で、光の透過、不透過を検出することにより読取りが行
われる。一方、検出部Ｂは、アブソリュート・トラック
Ｔの連続した４個の最小読取単位を検出してコード信号
を組立てる絶対位置出力部と、アブソリュート・トラッ
クＴとマスクＭとの重なりを検出してＺ相信号を作成す
るＺ相発侶部とからなる。

まず、絶対位置出力部は、光源Ｌ１〜Ｌ４と受光センサ
Ｓ１〜Ｓ４と出力器Ｇとで構成され、出力器Ｇの出力端
子ｄｉ−ｄ４には、それぞれ受光センサＳ１〜Ｓ４につ
いて、受光した場合０１受光しなかった場合１が出力さ
れる。従って、符号板の矢印一方向の移動に伴い、順次
、 第１の絶対位置　：００００ 第２の絶対位置　：０ＯＯ１ 第３の絶対位置　：０Ｏ１１ 第４の絶対位置　：０１１０ 第５の絶対位置　＋　１１０１ ３４６の絶対位置　：１０１０ 第７の絶対位置　＋０１０１ 第８の絶対位置　：１０１１ 第９の絶対位置　：０１１１ ′ｓ１０の絶対位置　：１ｆｆｌ 第１１の絶対位置　：１１１０ 第１２の絶対位置　：１１００ 第１３の絶対位置　：１００１ 第１４の絶対位置　　００１０ ′ｓ１５ノ絶対位ａ　　：０１００ 第１６の絶対位置　＋１０００ を出力し、各絶対位置を１対１に判別する。

次に、Ｚ相光発信部、光源りとマスクＭと光電検出器Ｓ
と光字素子Ｐ、Ｑとピーク検出器Ｈとで構成され、ピー
ク検出器Ｈが光電検出器Ｓの受光量の負のピークを検出
したときに、出力端子りにＺ相信号が出力される。ここ
で、マスクＭは、′ｓｌＯノ絶対位置　＋１１１１ の反転パターン、 ｏｏｏ。

に形成され、 第１Ｏの絶対位置　＋１１１１ に重ね合されたときに、透過光量が最小となるものであ
る。また、光学素子Ｐは、光源りの光でマスクＭ上を均
一に照射するためのもので、光学素子Ｑは、符号板から
の透過光を充電検出器Ｓに収束させるためのものである
。このマスクＭを含むＺ相光発信部、絶対位置出力部の
受光センサＳ１〜Ｓ４がアブソリュート・トラック上で
、第１の絶対位置　：０ＯＯＯ を検出しているときに、丁度、 第１０の絶対位置　：１１１１ に重なり合うように、検出部Ｂに位置決め固定されてい
る。

このように構成されたアブソリュート・エンコーダにお
いて、符号板と検出部とが相対移動を行うと、出力器Ｇ
の出力端子ｄ１〜ｄ４から、第１の絶対位置　：　ｏｏ
ｏ。

のコード信号が出力されるごとに、ピーク検出器Ｈの出
力端子りから２相宿号が発信される。

第２図〜第５図は、本発明の第２実施例のアブソリュー
ト・エンコーダを説明するためのもので第２図は、アブ
ソリュート・トラックとマスクの平面図、第３図は、出
力線図、第４図は、アブソリュート・トラックを構成す
る数列、第５図は、マスクを構成する数列である。

第２図において、円盤状の符号板には、１２８個の最小
読取単位を、白部を１、黒部を０としてムを起点に反時
計回りに配置したアブソリュート・トラック１が形成さ
れ、このアブソリュート・トラック１が表わす数列は第
４図に示されるとおりである。また、検出部に設けられ
るマスク２は第４図の数列の下線部４に相当したパター
ンを有し、マスク２のパターンが表わす数列は第５図に
示されるとおりである。

このように構成されたアブソリュート・トラック１とマ
スク２とを重ね合せて、第１実施例と同様に光源と光電
検出器を配置し、符号板と検出部を相対移動させると、
充電検出器の受光量は両者の位置関係に応じて変化し、
その出力は、′！Ｊ３図に示されるように変動する。そ
して、アブソリュート・トラック１上の１２８個の絶対
位置のうち８８番目、すなわち両者のパターンがぴった
り一致する符号板と検出部の位置関係において、充電検
出器は最大の受光量を得て、その出力のピークを形成す
る。従って、この出力のピークを検知することにより、
符号板の一周につき１回の２相宿号を得ている。

第６図〜第８図は、本発明の第３実施例のアブソリュ一
ト・エンコーダを説明するためのもので第６図は、出力
線図、第７図は、アブソリュート・トラックを構成する
数列、第８図は、マスクを構成する数列である。

第３実施例においては、符号板上に、第７図の数列に従
って２０４８個の最小読取単位を配置したアブソリュー
ト・トラックが形成され、これに対して検出部には、第
８図の数列に従ったパターンのマスクが取り付けられる
。マスクのこのパターンは、第７図の数列における下線
部５に相当している。

このように構成されたアブソリュート・トラックとマス
クとを重ね合せて、＄１実施例と同様に光源と充電検出
器を配置し、符号板と検出部を相対移動させると、光電
検出器の受光量は両者の位置関係に応じて変化し、その
出力は、′ｔＳ６図に示されるように変動する。そして
、アブソリュート・トラック上の２０４８個の絶対位置
のうち５６６番目、すなわち両者のパターンがぴったり
一致する符号板と検出部の位置関係において、充電検出
器は最大の受光量を得て、その出力のピークを形成する
。従って、この出力のピークを検知することにより、符
号板の一周につき１回のＺ相信号を得ている。

［発明の効果］ 本発明の２相付きアブソリュート・エンコーダでは、ア
ブソリュート・トラックから独立させた原点マークを必
要とせず、Ｚ相信号の位相調整はアブソリュート・トラ
ックを介した、検出部上でのマスクの位置決めだけで良
い。従って、Ｚ相信号の位相調整が簡略化されるととも
に、その精度も高まる。これにより、１トラック型アブ
ソリュート・エンコーダが小型化、高分解能化されても
適正なＺ相信号が容易に得られる。

また、このように２相付号の発信を、−回転円絶対位置
検出とは別に行うことにより、前記−回転円絶対位置検
出に係る機構にトラブルを生じても、最低限Ｚ相信号だ
けは発信されるので、アブソリュート・エンコーダの最
低限度の信頼性と安全性が保証される。

また、このようなＺ相信号の発信機構を検出部に複数組
設け、それぞれ別の絶対位置でＺ相信号が発信されるよ
うにすれば、原点位置への自動復帰や相対移動のリミッ
ト検出等をこれらの２相付号で行わせることができる。

これにより、装置全体のセンサ数が低減されて、装置全
体構造が簡略化される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１実施例のアブソリュート・エンコーダの
構造を示す側面図である、 第２図は、第２実施例のアブソリュート・エンコーダの
アブソリュート・トラックとマスクを示す平面図である
。 第３図は、第２実施例のアブソリュート・エンコーダの
光電検出器の出力を示す線図である。 ３４４図は、Ｎ２実施例のアブソリュート・トラックの
構成を示す数列である。 第５図は、第２実施例のマスク・パターンの構成を示す
数列である。 第６図は、第３実施例のアブソリュート・エンコーダの
充電検出器の出力を示す線図である。 第７図は、第３実施例のアブソリュート・トラックの構
成を示す数列である。 第８図は、第２実施例のマスク・パターンの構成を示す
数列である。 ［主要部分の符号の説明］ Ａ・・・符号板　　　　　　Ｂ・・・検出部Ｍ・・・マ
スク　　　　　　Ｌ・・・光源Ｓ・・・光電検出器　　
　　Ｅ、Ｆ・・・出力器Ｈ・・・ピーク検出器　　　Ｐ
、Ｑ・・・光学素子Ｔ・・・アブソリュート・トラック Ｇ・・・出力器 Ｌ１〜Ｌ４・・・光源 Ｓ１〜Ｓ４・・・受光センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １トラック型アブソリュート・パターンを形成した符号
   板（Ａ）と、該符号板（Ａ）に対して相対移動可能な検
   出部（Ｂ）と、からなる光学式の１トラック型アブソリ
   ュート・エンコーダにおいて、前記パターンの一部と同
   一のパターンを有するマスクであって、前記アブソリュ
   ート・パターンの上または下に、符号板（Ａ）と接触し
   ないように配置されたマスクと、 該マスクを照明する光源と、 該マスクと前記アブソリュート・パターンとの透過光を
   受光する光電変換手段と、 を設けたことを特徴とするＺ相付きアブソリュート・エ
   ンコーダ。