JPH0476563B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は変位位置あるいは回転角度などの絶対
位置にかかわる信号を出力するアブソリユートエ
ンコーダに関し、さらに詳しくはセンサアレイの
配列位置の改善に関する。

＜従来の技術＞ 第６図はアブソリユートエンコーダの原理を示
す概念説明図である。図において１はコード板
で、このコード板１の外周近傍に１と０の情報が
周期的に配列された第１の格子パターン２₁〜２_o
と第２の格子パターン３₁〜３_nが配列されてい
る。これら第１および第２の格子パターンの数は
いずれかのパターン数が他の格子パターンに対し
て±１個となる様に形成されている。

４はコード板の回転軸、５は光源、６は第１の
格子パターン２₁〜２_oに対応して設けられた第１
センサアレイ、７は第２の格子パターン３₁〜３_n
に対応して設けられた第２センサアレイで、例え
ばフオトダイオードをアレイ状に並べて構成され
ている。上記構成において、コード板１を回転さ
せ、駆動回路（図示せず）により第１および第２
のセンサアレイに駆動信号を与え、スキヤンする
ようにそれぞれを切替え、位相測定回路（図示せ
ず）により１ピツチ（遮蔽されている部分とスリ
ツトのある部分がそれぞれ１つ）分の波形をみる
と、第７図Ａに示すような段階状の出力になる。
曲線ＢはＡの波形を変調したものである。この波
形を第１センサアレイと第２センサアレイについ
て比較しその位相差を検出する。第８図はコード
板が１回転した場合における位相のずれの度合を
示すもので、それぞれの位置において位相差にず
れが生じており、この位相差を検出することによ
り絶対角を測定することができる。

この場合第１、第２の格子パターンの数は多い
ほど精度良く測定することができるが、位相差の
検出も高精度に検出する必要がある。

＜発明が解決しようとする問題点＞ ところで、この様な従来例において用いられる
センサアレイは第９図に示すように隣接する受光
素子１₁〜１_oとの間のそれぞれ間隔ｄを有してい
た。この間隙ｄは光に対して不感帯となるが、受
光素子を並べている関係上零にすることは不可能
で、余り近付け過ぎるとクロストークの原因とも
なる。例えばＦの範囲を光が照射する瞬間は不感
帯を含んでいるため出力が直線的とならない。そ
の結果、位相差の検出を高精度に測定することが
できず誤差の要因となる。

第１０図は格子パターン１ピツチにおける入力
角とセンサアレイの出力位相の関係を示すもの
で、理想的な出力Ｇに対して従来のセンサアレイ
Ｈの出力では不感帯に基づく誤差Ｊが生じている
ことが分る。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は上記従来技術の誤差を消滅させ、精度
よく変位の測定を行うことを目的とするもので、
その構成上の特徴は、１および０の情報が周期的
に配列された複数ＮおよびＮ±１個の２つの格子
パターンが形成されたコード板と、このコード板
と相対的に繰返し移動し前記２個の格子パターン
をそれぞれ検出するセンサアレイと、このセンサ
アレイからのそれぞれの交番信号を得る駆動回路
と、前記センサアレイから得られた交番信号の位
相角を測定する位相測定回路とを含むアブソリユ
ートエンコーダにおいて、前記センサアレイは隣
接するアレイ間の間隙が入力信号に対して零とな
るように配列すると共に前記センサはセンサ数が
有限であることによる誤差を打消す形状としたも
のである。

＜実施例＞ 第１図は本発明のアブソリユートエンコーダの
センサアレイの一実施例を示すものである。なお
図では省略するがセンサアレイ以外は従来例と同
様に構成されているものとする。

この実施例においては、センサアレイは格子パ
ターン（スリツトの明暗一対）に対し４個のセン
サ（例えば受光素子）２０〜２３を配置した例を
示し、斜線で示した部分は光が遮蔽されている部
分、斜線のない部分が光が照射されている部分で
ある。図において、受光素子は矩形形状とされ、
光が辺Ｋから辺Ｌに移動する間の面積の増加量は
直線的になるような形状とされる。また、例えば
受光素子２１と受光素子２２の境界ｄは零とさ
れ、光に対して切れ目が無い状態とされ、隣接す
る受光素子との間隔はクロストークの発生しない
充分な間隔Ｅを有するような構成とされる。

上記構成によれば第１０図で示す出力誤差Ｊを
ある程度少なくすることができる。

しかし、センサをこのように配列しても、セン
サ数が有限であることから、実際の位相のずれと
センサにより段階的に検出した出力とでは誤差が
発生する。

第２図は縦軸を誤差、横軸を移動角としてセン
サの数による誤差の度合を計算により求めたグラ
フである。図において、イはセンサの数が４個場
合、ロは６個、ハは８個、ニは10個、ホは12個、
ヘは14個のセンサを設けた場合を示している。図
によればセンサの数が多いほど誤差が減少してい
ることが分る。

第３図に示す実線Ｐは回転角に対する受光素子
の出力の状態を示したもので、光が受光素子の上
を通過すると受光素子の出力が直線的に増加して
いる状態を示している。このような場合センサの
数が有限だと前記誤差が発生する。従つて本発明
では光が受光素子の上を通過する場合、受光素子
の出力を点線Ｑで示すように所定の曲線になるよ
うに形成する。

則ち、本願では光分布を受光センサアレイをス
キヤンして時系列段階波形を得、その波形をフイ
ルタリングして正弦波をつくり、その位相から光
分布の変位を読んでいるので、光分布が第７図Ａ
に示すような矩形（正弦波でない）である場合に
は、単に隣接するセンサ同志の間隙を入力信号に
対して零となるように配列しただけでは次の様な
問題が生ずる。則ち、一つの受光素子内の変位を
考えると、段階波形はエツジにかかつている受光
素子だけの振幅変化でフイルタリングしてもリニ
アな位相変化は得られない（受光素子数を無限に
多くすると段階波形は線状になつてエツジの移動
が段階波形の位相に直結するため誤差が生じるこ
とはないが現実的ではない）。

そして、第２図に示す誤差の波形とその誤差を
零にする補償値は計算により求めることができる
ので、本発明ではその補償値を受光素子の変位と
垂直な方向に変形させるものである。

第４図は本発明の受光素子の形状を示すもの
で、素子の下辺を曲線状に加工したものである。
このような形状によれば素子の出力が前記誤差を
打す消すように作用するので素子の数を最小限に
して装置を構成することが可能となる。

なお、図では素子を略矩形状としその下辺を曲
線状としたが、目的は面積で誤差を補償する事で
あるので曲線は下辺に限ることなく上辺または上
下辺両方に変形を加えたものであつてもよい。

第５図は他の実施例を示すもので、この例にお
いては矩形状の受光素子が格子状にずらして配置
されており、受光素子は光に対して不感帯を有す
ることがない。このような配置は測定対象が直線
的に移動する場合に有用である。また、この例に
おいてもセンサの形状を第４図に示す曲線Ｑのよ
うな出力となるように形成することにより、セン
サの数を最小限としてしかも精度のよい装置とす
ることができる。

なお、上記の実施例においては、コード板に形
成する１，０の格子パターンの情報を遮蔽の有無
で行つたが、１，０の情報を静電容量や磁気を利
用するものであつてもよい。

＜発明の効果＞ 以上実施例とともに具体的に説明したように本
発明によれば、センサアレイの受光素子の配列を
不感帯が零になる様に配列するとともに、センサ
アレイの形状をセンサが有限であることに基因す
る誤差が零になるようにしたので、位相差を正確
に測定することができ、変位量の精密な測定が可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２
図はセンサの数による誤差の度合を示す図、第３
図は受光素子の出力と角度の関係を示す図、第４
図はセンサの数による誤差を減少させる形状の一
例を示す図、第５図は他の実施例を示す図、第６
図はアブソリユートエンコーダの原理を示す概念
説明図、第７図〜第８図はアブソリユートエンコ
ーダの出力の状態を示す説明図、第９図は従来の
センサアレイの配列状態を示す説明図、第１０図
は理想的なセンサアレイの出力と従来のセンサア
レイからの出力との誤差を示す説明図。 １……コード板、２₁〜２_o……第１の格子パタ
ーン、３₁〜３_n……第２の格子パターン、４……
コード板の回転軸、５……光源、６……第１セン
サアレイ、７……第２センサアレイ、２０〜２３
……受光素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １および０の情報が周期的に配列された複数
   ＮおよびＮ±１個の２つの格子パターンが形成さ
   れたコード板と、 このコード板と相対的に繰返し移動し前記２つ
   の格子パターンをそれぞれ検出するセンサアレイ
   と、 このセンサアレイからのそれぞれの交番信号を
   得る駆動回路と、 前記センサアレイから得られた交番信号の位相
   角を測定する位相測定回路とを含むアブソリユー
   トエンコーダにおいて、 前記センサアレイは隣接するセンサ同志の間隙
   が入力信号に対して零となるように配列すると共
   に前記センサはセンサ数が有限であることによる
   誤差を打消す形状としたことを特徴とするアブソ
   リユートエンコーダ。