JPH0439019B2 - - Google Patents

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JPH0439019B2
JPH0439019B2 JP14977886A JP14977886A JPH0439019B2 JP H0439019 B2 JPH0439019 B2 JP H0439019B2 JP 14977886 A JP14977886 A JP 14977886A JP 14977886 A JP14977886 A JP 14977886A JP H0439019 B2 JPH0439019 B2 JP H0439019B2
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slits
slit
detection means
determined
determining
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コード板の円周方向に数の異なる2
組のスリツト列を設けるとともに、このスリツト
列の動きをフオトダイオードアレイなどの検出手
段により検出し、2つの出力信号の位相差とどち
らか一方の出力信号の位相とからアブソリユート
な回転角を求めるようにしたアブソリユートエン
コーダにおいて、高い検出精度を得るために最適
なスリツト数を決定するスリツト数決定方法に関
するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides two different numbers of cord plates in the circumferential direction of the code plate.
In addition to providing a pair of slit rows, the movement of the slit rows is detected by a detection means such as a photodiode array, and the absolute rotation angle is determined from the phase difference between the two output signals and the phase of one of the output signals. The present invention relates to a slit number determining method for determining the optimum number of slits in order to obtain high detection accuracy in an absolute encoder.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般に、エンコーダを設計する際、コード板に
設けるスリツトの数は、回転角の検出精度(分解
能)などを左右する大きなポイントとなる。例え
ば、インクリメンタル形のエンコーダにおいて
は、スリツト数が多いほど高い分解能が得られ、
検出精度が向上する。
Generally, when designing an encoder, the number of slits provided on the code plate is a major factor that affects the detection accuracy (resolution) of the rotation angle. For example, in an incremental encoder, the higher the number of slits, the higher the resolution.
Detection accuracy is improved.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、前記したようなアブソリユート
形のエンコーダにおいては、スリツトの数は目標
とする精度からばかりではなく、出力信号の位相
を読み取る精度をも考慮して決定しなければなら
ない。すなわち、スリツト数を多くすれば、最終
的な分解能は向上するが、2つの出力信号から形
成する位相差信号を高い精度で読み取ることが要
求され、信号処理が困難になつてしまう。
However, in the absolute type encoder as described above, the number of slits must be determined not only in consideration of the target accuracy but also in consideration of the accuracy in reading the phase of the output signal. That is, if the number of slits is increased, the final resolution will improve, but it will be necessary to read the phase difference signal formed from the two output signals with high precision, making signal processing difficult.

このため、従来はスリツト数を決定する明確な
方法は確立されておらず、試作を繰り返しながら
適当と思われるスリツト数を模索していた。
For this reason, conventionally, no clear method for determining the number of slits has been established, and the number of slits considered to be appropriate has been sought through repeated trial production.

本発明は、上記のような従来方法の欠点をなく
し、目標とする精度を得るにあたつて、位相検出
に許される誤差をより大きくすることのできる最
適のスリツト数を容易に決定するスリツト数決定
方法を提供することを目的としたものである。
The present invention eliminates the drawbacks of the conventional method as described above, and provides a method for easily determining the optimum number of slits that can increase the error allowed for phase detection in order to obtain the target accuracy. It is intended to provide a method for making decisions.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明のアブソリユートエンコーダのスリツト
数決定方法は、コード板の円周方向に数の異なる
2組のスリツト列を設けるとともにこのスリツト
列の動きをフオトダイオードアレイなどの検出手
段により検出し2つの出力信号の位相差からアブ
ソリユートな回転角を求めるようにしたアブソリ
ユートエンコーダにおいて、目標とする精度を±
1/Nとすれば、 n0=√/2 なる式より最適スリツト数n0を求め、この最適ス
リツト数n0に近い整数値にスリツト数を定めるよ
うにしたものである。
The method for determining the number of slits in an absolute encoder of the present invention is to provide two sets of slit rows with different numbers in the circumferential direction of a code plate, detect the movement of the slit rows with a detection means such as a photodiode array, In an absolute encoder that calculates the absolute rotation angle from the phase difference of the output signal, it is possible to achieve the target accuracy by ±
If 1/N, then the optimum number of slits n 0 is determined from the formula n 0 =√/2, and the number of slits is set to an integer value close to this optimum number of slits n 0 .

〔作用〕[Effect]

このように、最適のスリツト数を数式を用いて
表わすようにすると、目標とする精度に応じて容
易にスリツト数を決定することができる。また、
この式により求められるスリツト数は、検出手段
の許容誤差を最も緩和することのできるスリツト
数であるので、実現が容易である。
In this way, by expressing the optimum number of slits using a mathematical formula, the number of slits can be easily determined according to the target accuracy. Also,
The number of slits determined by this formula is the number of slits that can most alleviate the tolerance of the detection means, and is therefore easy to implement.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を用いて、本発明のアブソリユート
エンコーダのスリツト数決定方法を説明する。
Hereinafter, a method for determining the number of slits in an absolute encoder according to the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図は本発明のスリツト数決定方法を適用す
るアブソリユートエンコーダの一実施例を示す構
成図である。図において、1は回転軸、2は回転
軸1に固定されたコード板、21,22はコード板
2に設けられた2つのスリツト列、3はコード板
2に光を照射する光源、4はスリツト列21,22
を通過した光(スリツト像)を受光するフオトダ
イオードアレイである。ここで、スリツト列21
2にはそれぞれ1個n個および(n−1)個
のスリツトが設けられている。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an absolute encoder to which the method of determining the number of slits of the present invention is applied. In the figure, 1 is a rotating shaft, 2 is a code plate fixed to the rotating shaft 1, 2 1 and 2 2 are two slit rows provided on the code plate 2, 3 is a light source that irradiates light to the code plate 2, 4 is a slit row 2 1 , 2 2
This is a photodiode array that receives the light (slit image) that has passed through the slit. Here, slit row 2 1
, 2 2 are provided with 1, n and (n-1) slits, respectively.

第2図はスリツト列21,22およびフオトダイ
オードアレイ4部分の拡大図である。
FIG. 2 is an enlarged view of the slit rows 2 1 and 2 2 and the photodiode array 4 portion.

このように構成されたアブソリユートエンコー
ダにおいては、スリツトの位置に応じた光の明暗
は、フオトダイオードアレイ4を角周波数ωで電
気的に走査することによつて、それぞれ交流の位
相信号Va,Vbに変換される。また、このフオト
ダイオードアレイ4の出力信号Va,Vbの位相
は、コード板2がスリツトの1ピツチ分回転する
と、2πだけ変化する。したがつて、コード板2
が1回転すると、出力信号Va,Vbの位相φa,
φbは、それぞれ{2π×n}と{2π×(n−1)}
だけ変化する。そこで、2つの位相差(φa−φb)
から回転角度の絶対値θが分かる。以上の関係を
式で表わすと、 Va=sin(ωt+φa) (1) Vb=sin(ωt+φb) (2) また、φa=nθ、φb=(n−1)θであるので、
Va,Vbの位相差φabは、 φab=φa−φb=θ (3) となる。
In the absolute encoder configured in this way, the brightness and darkness of the light depending on the position of the slit is determined by electrically scanning the photodiode array 4 at an angular frequency ω, thereby changing the brightness and darkness of the light according to the position of the slit, respectively, using alternating current phase signals Va and A. Converted to Vb. Further, the phases of the output signals Va and Vb of the photodiode array 4 change by 2π when the code plate 2 rotates by one pitch of the slit. Therefore, code plate 2
When rotates once, the phases of output signals Va and Vb change φa,
φb are {2π×n} and {2π×(n-1)}, respectively.
only changes. Therefore, the two phase differences (φa − φb)
The absolute value θ of the rotation angle can be found from . Expressing the above relationship in formulas, Va=sin(ωt+φa) (1) Vb=sin(ωt+φb) (2) Also, since φa=nθ and φb=(n-1)θ,
The phase difference φab between Va and Vb is φab=φa−φb=θ (3).

第3図に出力信号Va,Vbを使用した回転角θ
の算出方法を示す。図に示されるように、コード
板2の1回転につき、出力信号Vaの位相φaは0
から2πの間をn回変化し、出力信号Va,Vbの位
相差φabは1回変化する。したがつて、位相差
φabにより出力信号Vaの区間iを求め、その区
間内を出力信号Va(φa)により内挿して測定す
れば、 θ=2πi/n+φa/n (4) となり、回転角θをφaと等しい精度で測定する
ことができる。
Figure 3 shows the rotation angle θ using the output signals Va and Vb.
The calculation method is shown below. As shown in the figure, the phase φa of the output signal Va is 0 per revolution of the code plate 2.
to 2π n times, and the phase difference φab between the output signals Va and Vb changes once. Therefore, if the interval i of the output signal Va is determined by the phase difference φab and the interval is interpolated and measured by the output signal Va (φa), θ=2πi/n+φa/n (4), and the rotation angle θ can be measured with an accuracy equal to φa.

さて、上記において、区間iを正しく求めるた
めには、φabの測定時に生じる誤差εabは次の条
件を満たさなければならない。
Now, in the above, in order to correctly determine the interval i, the error εab that occurs when measuring φab must satisfy the following condition.

εab=εa+εb=2εa<2π/2n (5) ∴εa<2π/4n (6) ここで、εaはφaの測定誤差(=εb)すなわち、
φabはφaとφbの位相差であるから、その誤差εab
はそれぞれの誤差の和となり、これがφaの半区
間を起えてはならない。
εab=εa+εb=2εa<2π/2n (5) ∴εa<2π/4n (6) Here, εa is the measurement error of φa (=εb), that is,
Since φab is the phase difference between φa and φb, the error εab
is the sum of each error, and this must not cause a half-interval of φa.

また、(4)式における測定値θの誤差はεa/n
であるので、目標精度±1/Nを達成するために
は、φaの誤差εaは次式を満足する必要がある。
Also, the error of the measured value θ in equation (4) is εa/n
Therefore, in order to achieve the target accuracy of ±1/N, the error εa of φa needs to satisfy the following equation.

εa/n<2π/N (7) ∴εa<2πn/N (8) このように、目標とする精度±1/Nが与えら
れた時、スリツト数nは検出手段の許容誤差εa
にも影響を与えるので、スリツト数nは検出手段
に求められる許容誤差εaが実現可能な値となる
ように定められなければならない。
εa/n<2π/N (7) ∴εa<2πn/N (8) In this way, when the target accuracy ±1/N is given, the number of slits n is determined by the tolerance εa of the detection means.
Therefore, the number n of slits must be determined so that the tolerance εa required for the detection means is a value that can be achieved.

第4図は前記(6)式および(8)式に示される許容誤
差εaの領域を表わしたもので、図中に斜線を施
した部分が両式をともに満足する領域である。図
から明らかなように、2つのグラフの交点(n0
εa0)が許容誤差εaを最も大きくする点であり、
この値n0にスリツト数を選ぶことが、装置の設計
上最も好ましい選択ということになる。
FIG. 4 shows the range of the allowable error εa shown in equations (6) and (8), and the shaded area in the figure is the region where both equations are satisfied. As is clear from the figure, the intersection of the two graphs (n 0 ,
εa 0 ) is the point that maximizes the tolerance εa,
Choosing the number of slits to this value n 0 is the most preferable choice in terms of device design.

したがつて、第4図より最適なスリツト数n0
求めると、 2πn0/N=2π/4・n0 ∴n0=√/2 (9) となる。なお、この式で求めたn0の値は一般に整
数ではないので、n0付近の整数値をスリツト数と
して採用する。また、この場合には、スリツト数
の変更に伴つて許容誤差εaの値は小さくなるが、
変更後の許容誤差εaが実現可能な値であれば問
題はない。
Therefore, the optimum number of slits n 0 is determined from FIG. 4 as follows: 2πn 0 /N=2π/4·n 0 ∴n 0 =√/2 (9). Note that since the value of n 0 determined by this formula is generally not an integer, an integer value around n 0 is adopted as the number of slits. Also, in this case, the value of tolerance εa decreases as the number of slits changes, but
There is no problem as long as the tolerance εa after the change is an achievable value.

ここで、実際の設計例を示す。例えば、目標精
度を±1/4000とした場合、(9)式よりn0は n0=31.622…… となる。したがつて、スリツト数nとして32を採
用しても良いが、この場合、コード板の作りやす
さを考えると、スリツト列のピツチが10°となる
n=36を採用する方が好ましい。また、この時に
検出手段に求められる許容誤差εaは±5°というこ
とになり、充分に実現可能な値である。
Here, an actual design example is shown. For example, when the target accuracy is ±1/4000, n 0 becomes n 0 =31.622... from equation (9). Therefore, 32 may be adopted as the number of slits n, but in this case, considering the ease of manufacturing the code board, it is preferable to adopt n=36 so that the pitch of the slit rows is 10°. Further, the tolerance εa required for the detection means at this time is ±5°, which is a fully achievable value.

このように、(9)式を用いてスリツト数n0を求め
るようにすると、スリツト数決定の目標が明確で
あり、目的とする分解能に応じて容易にスリツト
数を決定することができる。また、この式により
求められるスリツト数n0は、検出手段の許容誤差
εaを最も緩和することのできるスリツト数であ
るので、検出手段などの実現が容易となる。
In this way, when the number n 0 of slits is determined using equation (9), the goal of determining the number of slits is clear, and the number of slits can be easily determined according to the desired resolution. Furthermore, the number of slits n 0 determined by this equation is the number of slits that can most alleviate the tolerance εa of the detection means, so that the detection means can be easily realized.

なお、上記の説明においては、目的とする分解
能から検出手段の許容誤差を最大にすることので
きる最適のスリツト数を求める場合を例示した
が、検出手段におけるおおよその精度(許容誤
差)が予め与えられた場合には、これをもとにし
て、最高の分解能を得ることのできるスリツト数
を求めることもできる。
In addition, in the above explanation, the case where the optimal number of slits that can maximize the permissible error of the detection means is determined from the target resolution is illustrated, but if the approximate accuracy (tolerance) of the detection means is given in advance, Based on this, the number of slits that can obtain the highest resolution can be determined.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明のアブソリユート
エンコーダのスリツト数決定方法では、コード板
の円周方向に数の異なる2組のスリツト列を設け
るとともにこのスリツト列の動きをフオトダイオ
ードアレイなどの検出手段により検出し2つの出
力信号の位相差とどちらか一方の出力信号の位相
とからアブソリユートな回転角を求めるようにし
たアブソリユートエンコーダにおいて、目標とす
る精度を±1/Nとすれば、 n0=√/2 なる式より最適スリツト数n0を求め、この最適ス
リツト数n0に近い整数値にスリツト数を定めるよ
うにしているので、スリツト数決定の目標が明確
であり、目標とする精度を得るにあたつて、検出
手段に求められる許容誤差をより大きくすること
のできる最適のスリツト数を容易に決定するスリ
ツト数決定方法を提供することができる。
As explained above, in the method for determining the number of slits in an absolute encoder of the present invention, two sets of slit rows with different numbers are provided in the circumferential direction of the code plate, and the movement of the slit rows is detected by a photodiode array or the like. In an absolute encoder that detects the absolute rotation angle from the phase difference between two output signals and the phase of one of the output signals, if the target accuracy is ±1/N, then The optimal number of slits n 0 is determined from the formula n 0 = √/2, and the number of slits is set to an integer value close to this optimal number of slits n 0 , so the goal for determining the number of slits is clear and the goal can be easily met. It is possible to provide a method for determining the number of slits that easily determines the optimum number of slits that can increase the tolerance required for the detection means in obtaining the accuracy of the detection means.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図〜第3図は本発明のアブソリユートエン
コーダのスリツト数決定方法を適用するアブソリ
ユートエンコーダの一実施例を示す構成図および
その動作説明図、第4図は本発明のアブソリユー
トエンコーダのスリツト数決定方法の概念を示す
説明図である。 1……回転軸、2……コード板、21,22……
スリツト列、3……光源、4……フオトダイオー
ドアレイ(検出手段)。
1 to 3 are block diagrams showing an embodiment of an absolute encoder to which the method of determining the number of slits in an absolute encoder of the present invention is applied, and an explanatory diagram of its operation. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the concept of a method for determining the number of slits in a utility encoder. 1...Rotating shaft, 2...Code plate, 2 1 , 2 2 ...
Slit row, 3... light source, 4... photodiode array (detection means).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 コード板の円周方向に数の異なる2組のスリ
ツト列を設けるとともにこのスリツト列の動きを
フオトダイオードアレイなどの検出手段により検
出し2つの出力信号の位相差とどちらか一方の出
力信号の位相とからアブソリユートな回転角を求
めるようにしたアブソリユートエンコーダにおい
て、目標とする精度を±1/Nとすれば、 n0=√/2 なる式より最適スリツト数n0を求め、この最適
スリツト数n0に近い整数値にスリツト数を定める
ようにしてなるアブソリユートエンコーダのスリ
ツト数決定方法。
[Claims] 1. Two sets of slit rows with different numbers are provided in the circumferential direction of the code plate, and the movement of the slit rows is detected by a detection means such as a photodiode array, and the phase difference between the two output signals is detected. In an absolute encoder that calculates the absolute rotation angle from the phase of one output signal, if the target accuracy is ±1/N, then the optimal number of slits n can be calculated from the formula n 0 =√/2. A method for determining the number of slits in an absolute encoder, in which the optimum number of slits n is set to an integer value close to 0 .
JP14977886A 1986-06-27 1986-06-27 Method for determining slit number of absolute encoder Granted JPS636415A (en)

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JP14977886A JPS636415A (en) 1986-06-27 1986-06-27 Method for determining slit number of absolute encoder

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Publication Number Publication Date
JPS636415A JPS636415A (en) 1988-01-12
JPH0439019B2 true JPH0439019B2 (en) 1992-06-26

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JPS636415A (en) 1988-01-12

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