JPH08201113A - アブソリュートエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンパクトでコストが安くしかも検出精度の
良いアブソリュートエンコーダを提供する。 【構成】 ｍ個の検出部１４の最小読取単位の幅λの領
域内に相対移動方向に沿って設けられた少なくとも３個
の検出素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃからなる検出素子群
からの出力信号の比較に基づいて、アブソリュートパタ
ーン１３の符号の境界位置を検出し、検出素子群のうち
境界位置と対向しない位置の検出素子からのアブソリュ
ート情報を出力するようにしたので、インクリメンタル
パターンを用いずにアブソリュートパターンからの信号
だけで安定したアブソリュート信号を得ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アブソリュートエン
コーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアブソリュートエンコーダにおい
ては、例えばアブソリュートパターンがｍ次の２進循環
乱数数列で構成される場合、符号板を通過した電磁波等
の信号伝達媒体をｍ個の検出部により検出してアブソリ
ュート情報であるアブソリュート信号を得ていた。この
ような従来のアブソリュートエンコーダにおいては、前
記アブソリュート信号の変化は前記ｍ個の検出部で同時
に発生するため、変化時に検出素子の時定数のばらつき
などにより、ｍ個中のある検出部では既に切り換わって
いるのに、他の検出部ではまだ切り換わっていないなど
の不安定な出力がなされることがあった。

【０００３】このような欠点を解消するための技術とし
て、例えば特開平２−１６８１１５号公報に開示された
技術が知られている。図７に示すように、符号板１に
は、ｍ次の２進循環乱数数列から作られ、最小読取単位
の幅がλのアブソリュートパターン２と、このアブソリ
ュートパターン２と平行なピッチλのインクリメンタル
パターン３とが設けられている。ピッチλの１／２の幅
の検出素子群からなるｍ個の検出部４が、アブソリュー
トパターン２及びインクリメンタルパターン３に対して
にそれぞれ対向配置されている。検出部４の出力信号を
図示しない信号処理部で信号処理し、アブソリュート信
号を得る。

【０００４】次に、前記特開平２−１６８１１５号公報
に開示されたアブソリュートエンコーダの動作について
説明する。

【０００５】アブソリュートパターン２の一個の最小読
取単位の幅λ内に設けられる、アブソリュートパターン
２に対応する検出素子群を、図７に示すように、それぞ
れＸ群とＹ群とすると、アブソリュートパターン２を通
過した信号伝達媒体を受信することにより検出部４の検
出素子群から出力される検出信号は、図８に示すよう
に、Ｘ群の検出素子、例えばＸ0 と、Ｙ群の検出素子、
例えばＹ0 とから出力される検出信号Ｘ0 及び検出信号
Ｙ0 の位相がλ／２だけずれたものとなる。この検出部
４のＸ群とＹ群の出力信号をインクリメンタルパターン
３に対応する検出部４からの出力信号であるインクリメ
ンタル信号Ａ、Ｂのうち、例えばＡ信号の立ち上がり及
び立ち下がりでＸ群の信号とＹ群の信号とを切り換えて
出力することによりアブソリュート信号ＡＢＳ0 を得
る。このようにしてＸ群及びＹ群の出力信号の立ち上が
り、立ち下がりの不安定領域を回避して安定状態のＸ群
及びＹ群の信号を出力することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のアブソリュート
エンコーダは上述のように構成されているので、符号板
１にアブソリュートパターン２の他にインクリメンタル
パターン３を形成しなければならず、符号板が大型化し
てしまうという問題があった。

【０００７】また、検出部４についても、アブソリュー
トパターン２に対応する検出部の他にインクリメンタル
パターン３に対応する検出部を設けなければならないの
で、大型化するとともに、コストアップの一因になると
いう問題があった。

【０００８】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は大型化とコストアップとを招かず
に、安定したアブソリュート情報を出力できるアブソリ
ュートエンコーダを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１記載の発明のアブソリュートエンコーダは、
ｍ次の２進循環乱数数列から作られ、最小読取単位の幅
がλのアブソリュートパターンを有する符号板と、前記
符号板のアブソリュートパターンと対向し、前記符号板
に対する相対移動を検出するｍ個の検出部を有する検出
手段とを備えているアブソリュートエンコーダにおい
て、前記ｍ個の検出部はそれぞれ前記最小読取単位の幅
λの領域内に前記相対移動する方向に少なくとも３個の
検出素子からなる検出素子群を有し、前記検出素子群か
らの出力信号の比較に基づいて、前記アブソリュートパ
ターンの符号の境界位置を検出し、前記検出素子群のう
ち前記境界位置と対向しない位置の検出素子からのアブ
ソリュート情報を出力する信号処理手段を設けた。

【００１０】請求項２記載の発明のアブソリュートエン
コーダは、信号処理手段は、前記検出部の検出素子群の
うち中央側に位置する第１の検出素子の出力信号と、そ
の左右いずれかの側に隣接する第２又は第３の検出素子
の出力信号とが一致しているとき、その一致した出力信
号を前記各検出部における出力とする。

【００１１】請求項３記載の発明のアブソリュートエン
コーダは、信号処理手段は、前記検出部の検出素子群の
うち中央側に位置する第１の検出素子の出力信号と、そ
の左右いずれかの側に隣接する第２及び第３の検出素子
の出力信号とが一致していないとき、前記第２又は第３
の検出素子の出力信号を前記各検出部における出力とす
る。

【００１２】請求項４記載の発明のアブソリュートエン
コーダは、前記信号処理手段は、前記ｍ個の検出部のう
ち少なくとも１つの検出部の検出素子群のうち中央側に
位置する第１の検出素子の出力信号が変化したとき、そ
の出力信号と一致する出力を出力する、前記第１の検出
素子の左右いずれかの側に隣接する第２及び第３の検出
素子の出力信号を前記各検出部における出力とする。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明のアブソリュートエンコー
ダでは、ｍ個の検出部の最小読取単位の幅λの領域内に
相対移動方向に沿って設けられた少なくとも３個の検出
素子からなる検出素子群からの出力信号の比較に基づい
て、アブソリュートパターンの符号の境界位置を検出
し、検出素子群のうち境界位置と対向しない位置の検出
素子からのアブソリュート情報を出力するようにしたの
で、インクリメンタルパターンを用いずにアブソリュー
トパターンからの信号だけで安定したアブソリュート信
号を得ることができる。

【００１４】請求項２記載の発明のアブソリュートエン
コーダでは、検出部の検出素子群のうち中央側に位置す
る第１の検出素子の出力信号と、その左右いずれかの側
に隣接する第２又は第３の検出素子の出力信号とが一致
しているとき、アブソリュートパターンの符号の境界位
置は第２又は第３の検出素子と対向しており、第１の検
出素子と一致するいずれか一方の検出素子の出力信号
は、ｍ個の検出部の全てで一致して安定しているのであ
るから、この一致した出力信号を各検出部における出力
とすることにより安定したアブソリュート信号が得られ
る。

【００１５】請求項３記載の発明のアブソリュートエン
コーダでは、検出部の検出素子群のうち中央側に位置す
る第１の検出素子の出力信号と、その左右いずれかの側
に隣接する第２及び第３の検出素子の出力信号とが一致
していないとき、アブソリュートパターンの符号の境界
位置は第１の検出素子と対向しているので、第２又は第
３の検出素子の出力信号を各検出部における出力とする
ことにより、安定したアブソリュート信号が得られる。

【００１６】請求項４記載の発明のアブソリュートエン
コーダでは、ｍ個の検出部のうち少なくとも１つの検出
部の検出素子群のうち中央側に位置する第１の検出素子
の出力信号が変化したとき、アブソリュートパターンの
符号の境界位置は第１の検出素子と第２の検出素子との
間又は第１の検出素子と第３の検出素子との間と対向し
ているので、第２及び第３の検出素子のうち変化時の第
１の検出素子の出力信号と一致する出力を出力する検出
素子、すなわち第２及び第３の検出素子のうちアブソリ
ュートパターンの符号の境界位置と対向していない位置
の検出素子の出力信号を各検出部における出力とするこ
とにより、安定したアブソリュート信号が得られる。

【００１７】

【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１８】図１はこの発明の一実施例の光学式アブソ
リュートエンコーダの符号板と検出装置を示す斜視図、
図２は１個の検出部を示す拡大斜視図、図３は検出部の
各検出素子から出力される信号の組み合わせを示す図、
図４は符号板と検出装置の全体的構成を示す斜視図、図
５は検出部の各検出素子から出力される検出信号の波形
を示す波形図、図６はこの実施例の光学式アブソリュー
トエンコーダの動作を示すフローチャートである。

【００１９】図４に示すように、符号板１１には、ｍ次
の２進循環乱数数列から作られ、最小読取単位の幅がλ
のアブソリュートパターン１３が設けられている。符号
板１１の一方の側には図示しない光源が、符号板１１の
他方の側には図１に示すように８個の（図４ではそのう
ちの３個だけが描かれている）検出部１４を有する検出
装置１２が、それぞれ配置されている。検出装置１２は
符号板１１に対する相対移動を検出する。

【００２０】検出部１４には、アブソリュートパターン
１３の最小読取単位の幅λと等しい領域内に、図２に示
すように、３個の光電素子である検出素子１４ａ、１４
ｂ、１４ｃが検出装置１２の相対移動方向に沿って配置
されている。なお、以下これらの各検出素子１４ａ、１
４ｂ、１４ｃから出力される出力信号を、図２、図４及
び図５に示すように、それぞれＸ、Ｓ、Ｙで表すことと
する。検出装置１２の検出部１４の出力端には、波形整
形回路、出力選択回路等からなる図示しない信号処理部
が接続され、各検出部１４の検出素子１４ａ、１４ｂ、
１４ｃからの出力信号Ｘ、Ｓ、Ｙが入力され、アブソリ
ュート情報として処理されて出力される。

【００２１】次に、この実施例のアブソリュートエンコ
ーダの動作について説明する。

【００２２】光源から符号板１１に照射された平行光束
はアブソリュートパターン１３を透過し、平行光束の一
部はアブソリュートパターン１３で遮光される。アブソ
リュートパターン１３を透過して検出装置１２に入射し
た光束は、検出装置１２のアブソリュートパターン１３
の透過部と対応する検出部１４の検出素子１４ａ、１４
ｂ、１４ｃで検出され、各検出素子の出力端から電気信
号として出力される。この検出素子１４ａ、１４ｂ、１
４ｃからの検出信号は、信号処理部に入力され、信号処
理部で二値信号波形に波形整形される。この波形整形さ
れた二値信号は、各検出素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃに
対応するＸ信号、Ｓ信号、Ｙ信号の組み合わせとして、
図３に示す６個のパターンに分類できる。なお、図３で
数値０は検出素子への入射光が存在するときの出力信
号、数値１は検出素子への入射光が存在しないときの出
力信号を表す。

【００２３】次に、この実施例の信号処理部の動作を図
５の波形図及び図６のフローチャートを参照しながら説
明する。

【００２４】電源が投入されて８個の検出部１４の検出
素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃから、二値信号に波形整形
されたときに図５に示す波形となる検出信号Ｘ0 、Ｓ0
、Ｙ0 、Ｘ1 、Ｓ1 、Ｙ1 、Ｘ2 、Ｓ2 、Ｙ2 （図５
では３個の検出部１４の検出信号だけを示す）が信号処
理部に入力されると、信号処理部はまず全ての検出素子
からの検出信号を読み取り（ステップＳ1 ）、全ての検
出部１４において検出信号Ｓ、Ｘ、Ｙが一致しているか
否かを判断し（ステップＳ2 ）、一致しているとき、す
なわちアブソリュートパターンの符号の境界位置が検出
素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃのどれにも対向していない
ときは、各検出信号が安定しているので、検出信号Ｘ又
はＹをアブソリュート信号として出力し（ステップＳ3
）、後述するステップ７に進む。

【００２５】全ての検出部１４において検出信号Ｓ、
Ｘ、Ｙが一致していないときは、全ての検出部１４にお
いて検出信号Ｓと検出信号Ｘ又はＹとが一致しているか
否かをチェックする（ステップＳ4 ）。この結果全ての
検出部１４の検出素子１４ｂからの検出信号Ｓと、検出
素子１４ａからの検出信号Ｘ又は検出素子１４ｃからの
検出信号Ｙとが一致していれば、検出信号Ｓと一致して
いる検出信号Ｘ又はＹをアブソリュート信号として出力
する（ステップＳ5 ）。

【００２６】このときアブソリュートパターンの符号の
境界位置は検出素子１４ａ又は検出素子１４ｃと対向し
ている。例えば境界位置が検出素子１４ａと対向してい
る場合、検出信号ＳとＸとが不一致で、検出信号ＳとＹ
とが一致している。したがって、この場合は検出信号Ｙ
がアブソリュート信号として出力される。

【００２７】一方、全ての検出部１４の検出信号Ｓと検
出信号Ｘ又はＹとが一致していないときには、信号処理
部は、検出信号Ｘ又はＹのうち予め定めた方をアブソリ
ュート信号として出力する（ステップＳ4 ）。このとき
アブソリュートパターンの符号の境界位置は検出素子１
４ｂと対向している。符号板１１が右回転のとき、検出
信号Ｓが切り換わる前に検出信号Ｘが切り換わるので、
安定状態にある検出信号Ｘがアブソリュート信号として
出力され、符号板１１が左回転のときは逆に検出信号Ｙ
がアブソリュート信号として出力される。

【００２８】次に、符号板１１が回転して全ての検出部
１４からの検出信号Ｓのうち少なくとも１個の検出信号
Ｓが変化すると（ステップＳ7 ）、その検出信号Ｓと一
致する出力を出力する検出素子１４ａの検出信号Ｘ又は
検出素子１４ｃの検出信号Ｙを、各検出部１４の出力と
する（ステップＳ8 ）。このときアブソリュートパター
ンの符号の境界位置は、検出素子１４ａと検出素子１４
ｂとの間、又は検出素子１４ｂと検出素子１４ｃとの間
と対向している。

【００２９】図５を参照すると、符号板１１が右回転の
ときには、検出信号Ｓ0 が変化したときには検出信号Ｘ
0 が検出信号Ｓ0 と同一レベルであるから、検出信号Ｘ
0 が選択され、他の検出部１４においても、検出信号Ｓ
1 、Ｓ2 が変化したとき検出信号Ｘ1 、Ｘ2 が検出信号
Ｓ1 、Ｓ2 と同一の信号レベルであるから検出信号Ｘ1
、Ｘ2 が選択され、それぞれアブソリュート信号ＡＢ
Ｓ0 、ＡＢＳ1 、ＡＢＳ2 として出力される。符号板１
１が左回転の時には、同様にして、検出信号Ｙが選択さ
れ、アブソリュート信号ＡＢＳ0 、ＡＢＳ1 、ＡＢＳ2
として出力される。

【００３０】この実施例のアブソリュートエンコーダに
よれば、第２及び第３の検出素子のうちアブソリュート
パターンの符号の境界位置と対向していない位置の検出
素子の出力信号を前記各検出部における出力とすること
によって、インクリメンタルパターンを用いずに安定し
たアブソリュート情報を得ることができるので、検出精
度を低下させることなく小型化とコスト低減とを実現す
ることができる。

【００３１】また、この実施例では、３個の検出素子１
４ａ、１４ｂ、１４ｃを用いた場合について述べたが、
検出素子の数は４以上でもよい。

【００３２】なお、この発明は光学式のアブソリュート
エンコーダに限定されず、磁気式又は静電式等の他の方
式によるアブソリュートエンコーダにも適用することが
できる。また、ロータリーエンコーダに限定されるもの
ではなく、リニアエンコーダ等の他の方式のエンコーダ
にも適用できる。更に、この発明によれば出力信号の不
安定さを除去できるので、グレイコードパターンを用い
ていたエンコーダに適用して、グレイコードを用いずに
バイナリーコードのパターンから直接に安定した高精度
のバイナリーコードの出力を得るようにすることもでき
る。

【００３３】なお、１個の検出部内に少なくとも３個の
検出素子群を設けることはコストアップを招くことには
ならない。検出素子群はＩＣ中に一体化して形成するこ
とができ、各検出部の面積は広くなる訳ではないしま
た、ＩＣの１個のウエハーから取れるチップの数は従来
と変わりがないからである。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
のアブソリュートエンコーダによれば、インクリメンタ
ルパターンを用いずにアブソリュートパターンからの信
号だけで安定したアブソリュート情報を得ることができ
るので、検出精度を低下させることなく小型化とコスト
低減とを実現することができる。

【００３５】また、請求項２、２又は３記載の発明のア
ブソリュートエンコーダによれば、第２及び第３の検出
素子のうちアブソリュートパターンの符号の境界位置と
対向していない位置の検出素子の出力信号を各検出部に
おける出力とすることにより、安定したアブソリュート
信号が得られるので、検出精度を低下させることなく小
型化とコスト低減とを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の一実施例の光学式アブソリュ
ートエンコーダの符号板と検出装置を示す斜視図であ
る。

【図２】図２は１個の検出部を示す拡大斜視図である。

【図３】図３は検出部の各検出素子から出力される信号
の組み合わせを示す図である。

【図４】図４は符号板と検出装置の全体的構成を示す斜
視図である。

【図５】図５は検出部の各検出素子から出力される検出
信号の波形を示す波形図である。

【図６】図６は図１の光学式アブソリュートエンコーダ
の動作を示すフローチャートである。

【図７】図７は従来の光学式アブソリュートエンコーダ
の符号板と検出部を示す斜視図である。

【図８】図８は図７の光学式アブソリュートエンコーダ
の検出信号の波形を示す波形図である。

【符号の説明】

１，１１ 符号板 ２，１３ アブソリュートパターン ４，１２ 検出装置 １４ 検出部 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ 検出素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 徹 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｍ次の２進循環乱数数列から作られ、最
   小読取単位の幅がλのアブソリュートパターンを有する
   符号板と、 前記符号板のアブソリュートパターンと対向し、前記符
   号板に対する相対移動を検出するｍ個の検出部を有する
   検出手段とを備えているアブソリュートエンコーダにお
   いて、 前記ｍ個の検出部はそれぞれ前記最小読取単位の幅λの
   領域内に前記相対移動する方向に少なくとも３個の検出
   素子からなる検出素子群を有し、 前記検出素子群からの出力信号の比較に基づいて、前記
   アブソリュートパターンの符号の境界位置を検出し、前
   記検出素子群のうち前記境界位置と対向しない位置の検
   出素子からのアブソリュート情報を出力する信号処理手
   段を設けたことを特徴とするアブソリュートエンコー
   ダ。
2. 【請求項２】 前記信号処理手段は、前記検出部の検出
   素子群のうち中央側に位置する第１の検出素子の出力信
   号と、その左右いずれかの側に隣接する第２又は第３の
   検出素子の出力信号とが一致しているとき、その一致し
   た出力信号を前記各検出部における出力とすることを特
   徴とする請求項１記載のアブソリュートエンコーダ。
3. 【請求項３】 前記信号処理手段は、前記検出部の検出
   素子群のうち中央側に位置する第１の検出素子の出力信
   号と、その左右いずれかの側に隣接する第２及び第３の
   検出素子の出力信号とが一致していないとき、前記第２
   又は第３の検出素子の出力信号を前記各検出部における
   出力とすることを特徴とする請求項１又は２記載のアブ
   ソリュートエンコーダ。
4. 【請求項４】 前記信号処理手段は、前記ｍ個の検出部
   のうち少なくとも１つの検出部の検出素子群のうち中央
   側に位置する第１の検出素子の出力信号が変化したと
   き、その出力信号と一致する出力を出力する、前記第１
   の検出素子の左右いずれかの側に隣接する第２及び第３
   の検出素子の出力信号を前記各検出部における出力とす
   ることを特徴とする請求項１、２又は３記載のアブソリ
   ュートエンコーダ。