JPH042916A - 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、■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〕

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■単に移動量又は
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。

エンコーダの主構成要件は、符号板（Ａ）とそれに対し
て相対移動可能な検出部（Ｂ）であり、場合により、両
者を相対的に平行移動させる機械的駆動機構が含まれる
。

アブソリュート・エンコーダ用符号板（Ａ）では、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つの微小領域（最小読取単位と
呼ばれる）を数字の０．１の２値符号で表すとき、０、
■の所定数列からなるアブソリュートパターンが形成さ
れている。

早期に開発され現在最も普及しているアブソリュート・
エンコーダは、多トラック型であり、アブソリュートパ
ターンは、並列に形成された複数のトラック上に形成さ
れている。グレーコードと呼ばれているパターンが最も
多く使用されている。

このグレーコードでは、絶対位置が１単位進むとき、０
から１へ又は１から０へと異なる単位に変化するトラッ
クは１つに限られているので、センサが単位と単位の境
界に位置した場合に、絶対位置を検出するとき、種類の
異なる２つの単位の境界に位置するセンサ（つまり、そ
の単位が０か１か読取り難い状況にあるセンサ）は１個
で済み、従って、結局のところ、どちらの単位を検出し
ても、位置の誤差は１単位で済む。このことを桁上がり
誤りが少ないと言う。

他方、検出部（Ｂ）には、０．１を区別して検出できる
センサが所定ビット数形成されている。

多トラック型では、トラック長手方向に対して直角な方
向に所定ビット数のセンサが配列されており、ｌトラッ
ク型では、トラック長手方向に所定ビット数のセンサが
配列されている。これらの所定ビット数のセンサ全体を
総称して、ここではセンサ部と呼ぶ。

２種の最小読取単位の長さλは、等しく、また、同種の
どの単位の長さも等しい。尚、インクリメンタル・トラ
ックのピッチｐは、０の領域の長さと１の領域の長さの
合計を言う。

符号板（Ａ）は、長尺の板状（直線に沿ってトラックが
あるリニヤエンコーダ）、円板状（円周に沿ってトラッ
クがあるロークリエンコーダ）、円筒状（円筒の外周面
に沿ってトラックがあるロータリエンコーダ）などがあ
る。

最近、■トラックだけで絶対位置が知れる１トラック型
アブソリュート・エンコーダが提案された（特開昭５７
’−１７５２１１号や実開昭６０−１５２９１６号や特
開平１−１５２３１４号参照）。

このｌトラック型のアブソリュート・エンコーダの符号
板（Ａ）は、０、■の数列からなるパターンが特別なパ
ターンを有している。例えば、インクリメンタル・エン
コーダでは、ｌトラック上に単に０、■が交互に並んで
おればよいが、特別なパターンでは特別な順列をしてい
る。

このような１トラック型アブソリュート・エンコーダ用
符号板（Ａ）に使用される特別なパターンは、「１トラ
ック型アブソリユート・パターン」と呼ばれる。

例えば、Ｏｌと符号を２個（全符号数２°個＝ｎ＝１次
−１ビット）並べた場合には、センサが０を検知すれば
、検出部（Ｂ）は、今、０のポジション（位置）にある
ことが知れ、■を検知すれば、検出部（Ｂ）は、今、■
のポジションにあることが知れ、結局、絶対位置が検出
される。

従って、０１が最低の「ｌトラック型アブソリュート・
パターン」である。

同様にｎ＝２次＝２ビット（全符号数２°−４個）の場
合には、００１１が［ｌトラック型アブソリュート・パ
ターン」の−例である。

このことを以下に説明する。リニヤエンコーダの場合に
は、ｎ＝２個のセンサのうちの左側のセンサが右端（後
尾）の位置に来たときに左側のセンサに信号が検出され
なくなることを防止するため、左端（先頭）から１個の
符号を付加する必要があるので、 のパターンを考える。ロータリーエンコーダの場合は、
付加する必要はない。

ｎ＝２次の場合には、ｎ＝２個の連続した符号をそれぞ
れ検知できるｎ’＝　２個のセンサをトラツル長手方向
に並べてなるセンサ部を備えた検出部（Ｂ）を用い、こ
れを左から１符号ずつ移動させて、 ｎ＝２個の符号を同時に読むと、００、Ｏｌ、１１．１
０と順に検出され、これらの４個の符号対はいずれも異
なるので、４カ所の何れのポジションに検出部（Ｂ）が
あるのか絶対位置が検出される。

従って、００１１は、「１トラック型アブソリユート・
パターン」の−例であることが理解されよう。

このようなｒｌ）ラック型アブソリュート・パターン」
の中には、全周期系列（全符号数が２”で示される）と
呼ばれる一部と、Ｍ系列と呼ばれる一部と、その他の一
部が含まれ、更に全周期系列の中には、Ｍ系列の前に「
０」を１個加えた拡張Ｍ系列と呼ばれる１群が含まれる
。

尚、仮に短くてもよければ、実際には、全周期系列の一
部を使用することもできる。

ところで、このようなｌトラック型アブソリュート・エ
ンコーダ（第２図参照）では、エンコーダの使用又は応
用光である組込側装置（例えば、ロボット、各種数値制
御加工機、産業機械）側への信号出力線が、最低でも所
定ビット数ｎだけ必要であり、実用的なエンコーダのビ
ット数ｎ１０以上を考えると、信号線の数は極めて多数
に上り、接続（結線）作業（一般にハンダ付け）が大変
なばかりか、エンコーダの容積が増大し、更にエンコー
ダの使用時に信号線が邪魔になることもある。

そこで、本発明者らは、先に第２図に示すように、アブ
ソリュート用センサ部（Ｂ１）の各センサの出力を順次
選択してシリアルに出力する並列−直列変換回路（Ｃ）
を設け、絶対位置情報をシリアルに出力するエンコーダ
を開発した。

このエンコーダによれば、絶対位置情報の出力線は最低
１本（第２図のＬｌ、）で済む。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第２図のエンコーダは、並列直列変換回
路（Ｃ）は、センサ部が形成されたセンサ基板（ＳＬ）
とは異なる信号処理回路用基板（Ｂ２）に形成されてい
る。

そのため、センサ基板（Ｓｌ）と信号処理回路用基板（
Ｂ２）とを連絡する信号出力線が、最低でも所定ビット
数０本が必要であり、実用的なエンコーダのビット数ｎ
、＝１０以上を考えると、信号線の数は極めて多数に上
り、接続（結線）作業（一般にハンダ付け）が大変なば
かりか、エンコーダのエンコーダの容積が増大し、小型
化が困難であると言う問題点があった。

本発明の目的は、かかる問題点の解決にある。

〔課題を解決するための手段〕

そのため、本発明は、並列−直列変換回路（Ｃ）をセン
サ基板（Ｓｌ）上に設けたものである。

〔作用〕

本発明では、アブソリュート用センサ部（Ｂ１）及び場
合により設けるインクリメンタル用センサ（Ｂ２）の全
センサから回路（Ｃ）への信号出力線を、ＩＣ製造技術
によりセンサ及び回路（Ｃ）と同時に形成できるので、
特別な接続（結線）作業が不要であり、そのためコスト
も上がらないで済み、エンコーダを小型化できる。

尚、■絶対位置を最小読取単位の中央部で読むことによ
り読み誤りをなくすための同期信号を作る目的で、又は
■方向判別の目的で、又は■移動量検出の目的で、又は
■１単位内で細分化した絶対位置を検出することにより
分解能を上げる目的で、アブソリュート・トラック（Ａ
Ｉ）に平行してインクリメンタル・トラック （Ａ２）を設けてもよい。

■移動量検出や０分解能を上げる目的で設けるインクリ
メンタル用トラック（Ａ２）は、１本に限らず、パター
ンを順次より細分化したトラックを複数本を設けてもよ
い。

そのため、必要なセンサは２本以上に増加させてもよい
し、新たな信号処理回路をセンサ基板（Ｓｌ）の上に同
時に又は違えて形成してもよいし、場合により、別の基
板（Ｂ３）上にそれらの新たな信号処理回路を形成し、
両基板を接続（結線）してもよい。この場合には、結線
の数は、それほど増えないであろう。

以下、第１図を引用して実施例（ｎ＝４次＝４ビットの
例）により本発明をより具体的に説明するが、本発明は
これに限られるものではない。

実施例（第１図）では、第２図と同じように、絶対位置
の分解能を高めるために、アブソリュート・トラック（
Ａ１）に平行なインクリメンタル・トラック（Ａ２）を
設け、それと同時に検出部（Ｂ）にインクリメンタル用
センサ（Ｂ２）を設けたが、この技術は既に公知である
（特開平２−３５３１４号の第１３図参照）。

この技術は、第２図に示すように、例えば、最小読取単
位の長さλに等しいピッチｐを有するインクリメンタル
用トラックを併設し、１つの単位内をインクリメンタル
・パターンの０、■で２つの領域に分け、分解能を２倍
に高めるものである。

また、第１図では、第２図と違って、インクリメンタル
用センサ（Ｂ２）の出力を、アブソリュート用センサ部
（Ｂ１）の出力とパラレルに並列−直列変換回路（Ｃ）
に入力させ、アブソリュート用センサ部（Ｂ１）のシリ
アル出力（絶対位置情報）に続いて、シリアルに出力さ
せているが、この点は本発明と関係がない。

〔実施例１〕 第１図は、本実施例にかかる光学式リニアエンコーダの
符号板（Ａ）の概路上面図に検出部（Ｂ）の一部を重ね
て示す概念図である。

符号板（Ａ）には、４ビツトの１トラック型アブソリユ
ート・パターンを有するアブソリュート・トラック（Ａ
Ｉ）、及びこれに平行なインクリメンタル・トラック（
Ａ２）が形成されている。

白い区画（最小読取単位）は、実際は透明部で符号０を
示し、斜線を引いた区画（最小読取単位及び領域）は、
実際は黒い遮光部で符号１を示す。

アブソリュート用センサ部（Ｂ１）は、ｎ＝４ビツトで
あるから、λの間隔で形成された４個のセンサ（８１１
〜Ｂ１４）があり、これらとλ離れてインクリメンタル
用センサ（Ｂ２）が１個あり、全部のセンサはセンサ基
板（Ｓｌ）上に形成されている。

この基板（Ｓｌ）上には、また、センサ部（Ｂ１）の各
センサの出力と前記インクリメンタル用センサ（Ｂ２）
の出力とを順次選択してシリアルに出力する並列−直列
変換回路（Ｃ）　　　　アナログスイッチと呼ばれる　
　　　　が形成されている。

当然に各センサと回路（Ｃ）を結ぶ結線も形成れており
、各センサ、回路（Ｃ）及び結線は、ＩＣ製造技術を応
用して基板（Ｓｌ）上に同時に形成したものである。

並列−直列変換回路（Ｃ）は、基板（Ｓｌ）外部から入
力するクロック信号により動作し、先ずセンサ部（旧）
でパラレルに検出した絶対位置情報をシリアルに変換し
てエンコーダから出力し、その後、インクリメンタル用
センサ（Ｂ２）で検出した１単位内の細分化位置情報（
つまり、前半位置か後半位置かの区別）を出力する。

〔実施例２〕 第３図は、本実施例にかかる光学式リニアエンコーダの
符号板（Ａ）の概路上面図に検出部（Ｂ）の一部を重ね
て示す概念図である。

符号板（Ａ）には、４ビツトの１トラック型アブソリユ
ート・パターンを有するアブソリュート・トラック（Ａ
１）、及びこれに平行なインクリメンタル・トラック（
Ａ２）が２本形成されている。

１本は、λと等しいピッチのインクリメンタル・トラッ
ク（Ａｌｌ）であり、もう１本は、１／２λと等しいピ
ッチのインクリメンタル・トラック（ＡＩ２）である。

２本のトラックの目的の１つは、分解能を向上させるた
めであり、これにより４倍に向上する。

一般にｍ本のインクリメンタル・トラックを設けると２
”倍に分解能が高まる。

そのため、検出部（Ｂ）には、トラック（Ａ２］）検出
用に２個のセンサ（Ｂ２１１）、（Ｂ２１２）、トラッ
ク（Ａ２２）用に２個のセンサ（Ｂ２２１）、（Ｂ２２
２）が設けである。センサ（Ｂ２１１）と（Ｂ２１２）
との距離（ピッチ）は、そのトラック（Ａ２１）のピッ
チｐの（１／４＋Ａ）に相当し、センサ（Ｂ２２１）と
（Ｂ２２２）との距離（ピッチ）も、そのトラック（Ａ
２２）のピッチｐの（１／４−Ｉ−４２）に相当する。

ｌは、整数である。

実施例１と同様に、全部のセンサ、並列−直列変換回路
（Ｃ）及び各センサと回路（Ｃ）を結ぶ結線は、同一セ
ンサ基板（Ｓｌ）上に同時に形成されている。

並列−直列変換回路（Ｃ）は、基板（Ｓｌ）外部から入
力するクロック信号により動作し、それにより、電源投
入時に、センサ部（旧）でパラレルに検出した絶対位置
情報をシリアルに変換してセンサ（Ｂｌｌ）　’−（Ｂ
１２）→（Ｂ１３）→（Ｂ１４）の順にエンコーダから
出力し、その後、インクリメンタル用センサ（Ｂ２１１
）→（Ｂ２１２）→（Ｂ２２１）→（Ｂ２２２）の順に
各センサの出力（１単位内の細分化絶対位置情報）を出
力する。

この後、仮に移動が開始されれば、このエンコーダから
のは、移動量が出力される。組込側装置では、電源投入
時の絶対位置情報とこの移動量を足して、移動中の絶対
位置を知る。この点、実施例１と異なる。

そのため、移動量は、インクリメンタル用センサ（Ｂ２
１１）、（Ｂ２１２）、（Ｂ２２１）、（Ｂ２２２）の
出力線から分岐した信号出力線を通して、矩形波信号（
パルス数）として組込側装置に出力される。この信号を
第４図に示す。このため、エンコーダのセンサ基板（Ｓ
ｌ）にはインクリメンタル信号用の４つの端子が増加し
ている。

このように、アブソリュート用のセンサ部（Ｂｌ）を、
電源投入時に絶対位置を検出する目的だけに用い、その
後の移動量は、インクリメンタル・トラック（Ａ２）と
インクリメンタル用センサ（Ｂ２）により検出するエン
コーダは既に公知である（特願平１−２７７１２２号参
照）。

〔発明の効果〕

本発明によれば、アブソリュート用センサ部（Ｂｌ）の
パラレル出力を並列−直列変換回路（Ｃ）でシリアル出
力に変換してエンコーダから出力する場合、この回路（
Ｃ）をセンサ基板（Ｓｌ）上に設けたので、センサと回
路（Ｃ）を結ぶ多数の結線を、ＩＣ製造技術により同時
に形成でき、そのため特別な接続（結線）作業が不要で
あり、従って、コストも安くて済み、また、エンコーダ
を小型化できる。

従って、製造し易く、製造段階における取付は間違いが
発生し難いため、信頼性の高いエンコーダが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例１にかかる光学式リニアエン
コーダの符号板（Ａ）の概略上面図に検出部（Ｂ）の一
部を重ねて示す概念図である。 第２図は、同じく先に提案された光学式リニアエンコー
ダの概念図である。 第３図は、同じく本発明の実施例２にかかる光学式リニ
アエンコーダの概念図である。 第４図は、実施例２のインクリメンタル用センサの出力
波形図である。 〔主要部分の符号の説明〕 Ａ　−−−−−符号板 ＡＩ−−−一一−−インクリメンタル・トラックＡｌｌ
、ＡＩ−−−−−−−〃 Ａ２−−−−−−−−アブソリュート・トラックＢｌｌ
　−Ｂ１４−−−−アブソリュート用センサＢ２．　Ｂ
２１１．　Ｂ２１２’−−インクリメンタル用センサＢ
２２１．Ｂ２２２−一−−−−−−ｕｃ−一一一−−−
−並列−直列変換回路ＳＬ　−−−−−−〜−センサ基
板 Ｓ２−−−−　信号処理回路基板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　１トラック型アブソリュート・パターンを有するアブ
   ソリュート・トラック（Ａ１）が形成された符号板（Ａ
   ）並びに所定ビット数のセンサからなるアブソリュート
   用センサ部（Ｂ１）が形成された検出部（Ｂ）からなる
   １トラック型アブソリュート・エンコーダにおいて、 前記センサ部（Ｂ１）の各センサの出力を順次選択して
   シリアルに出力する並列−直列変換回路（Ｃ）を、前記
   センサ部（Ｂ１）が形成されたセンサ基板上に設けた ことを特徴とするエンコーダ。