JPH08304112A - バーニア形アブソリュートエンコーダ - Google Patents
バーニア形アブソリュートエンコーダInfo
- Publication number
- JPH08304112A JPH08304112A JP7110398A JP11039895A JPH08304112A JP H08304112 A JPH08304112 A JP H08304112A JP 7110398 A JP7110398 A JP 7110398A JP 11039895 A JP11039895 A JP 11039895A JP H08304112 A JPH08304112 A JP H08304112A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase angle
- phase
- difference
- circuit
- calculation circuit
- Prior art date
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- Pending
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】受光アレイチップのコード板の格子パターンに
対する面内でのねじれの制約を緩和できるバーニア形ア
ブソリュートエンコーダを実現する。 【構成】１，０の情報が互いに異なるピッチ数で周期的
にかつ等間隔で配列された４個の格子パターン１１〜１
４を有するコード板１と、このコード板と相対的に移動
可能に配置され４個の格子パターンをそれぞれ検出する
センサアレイ２１〜２４と、各センサアレイからそれぞ
れ交番信号を得る信号変換回路と、各センサアレイから
得られた交番信号の位相角を測定する位相角測定回路
と、互いに隣接する格子パターンの３つの位相角の差を
演算する位相角差演算回路と、この位相角差演算回路で
演算された互いに隣接する３つの位相角差の２つの差を
演算する位相角差の差演算回路と、この位相角差の差演
算回路の出力信号に基づいて所望の格子パターンの繰り
返し数を同定する同定手段とで構成される。
対する面内でのねじれの制約を緩和できるバーニア形ア
ブソリュートエンコーダを実現する。 【構成】１，０の情報が互いに異なるピッチ数で周期的
にかつ等間隔で配列された４個の格子パターン１１〜１
４を有するコード板１と、このコード板と相対的に移動
可能に配置され４個の格子パターンをそれぞれ検出する
センサアレイ２１〜２４と、各センサアレイからそれぞ
れ交番信号を得る信号変換回路と、各センサアレイから
得られた交番信号の位相角を測定する位相角測定回路
と、互いに隣接する格子パターンの３つの位相角の差を
演算する位相角差演算回路と、この位相角差演算回路で
演算された互いに隣接する３つの位相角差の２つの差を
演算する位相角差の差演算回路と、この位相角差の差演
算回路の出力信号に基づいて所望の格子パターンの繰り
返し数を同定する同定手段とで構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はバーニア形アブソリュー
トエンコーダに関し、詳しくは、組立て調整の簡素化に
関するものである。
トエンコーダに関し、詳しくは、組立て調整の簡素化に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】アブソリュートエンコーダの一種に、コ
ード板にスリットピッチの異なる格子パターンよりなる
メイントラックと少なくとも１個のサブトラックを設
け、これら各トラック間のスリットピッチの差に起因す
る検出信号の微妙なずれが１回循環する区間をアブソリ
ュート化するように構成されたバーニア形アブソリュー
トエンコーダがある。
ード板にスリットピッチの異なる格子パターンよりなる
メイントラックと少なくとも１個のサブトラックを設
け、これら各トラック間のスリットピッチの差に起因す
る検出信号の微妙なずれが１回循環する区間をアブソリ
ュート化するように構成されたバーニア形アブソリュー
トエンコーダがある。
【０００３】図３は従来のこのようなエンコーダの外観
の模式図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はその側面図
である。図において、コード板１には、光を通過させる
スリット部と光を遮断する遮光部とが交互に形成された
ピッチ数の異なる３つの帯状の格子パターン１１，１
２，１３が、コード板１の中心位置を中心とする３つの
同心円のそれぞれの円周に沿って配置されている。外側
の同心円の円周上の格子パターン１１のスリット数はＮ
（ただし、Ｎは自然数）に設定され、中間の同心円の円
周上の格子パターン１２のスリット数はＮ−Ｍ（ただ
し、Ｍは自然数）に設定され、内側の同心円の円周上の
格子パターン１３のスリット数はＮ−Ｍ−Ｌ（ただし、
Ｌは自然数）に設定されていて、これら自然数Ｎ，Ｍ，
Ｌの間には、 Ｎ＝ｋＭ，Ｍ＝Ｌ＋１ の関係が成立している。ここで、格子パターン１１はメ
イントラックとして機能し、格子パターン１２，１３は
バーニアトラックとして機能する。
の模式図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はその側面図
である。図において、コード板１には、光を通過させる
スリット部と光を遮断する遮光部とが交互に形成された
ピッチ数の異なる３つの帯状の格子パターン１１，１
２，１３が、コード板１の中心位置を中心とする３つの
同心円のそれぞれの円周に沿って配置されている。外側
の同心円の円周上の格子パターン１１のスリット数はＮ
（ただし、Ｎは自然数）に設定され、中間の同心円の円
周上の格子パターン１２のスリット数はＮ−Ｍ（ただ
し、Ｍは自然数）に設定され、内側の同心円の円周上の
格子パターン１３のスリット数はＮ−Ｍ−Ｌ（ただし、
Ｌは自然数）に設定されていて、これら自然数Ｎ，Ｍ，
Ｌの間には、 Ｎ＝ｋＭ，Ｍ＝Ｌ＋１ の関係が成立している。ここで、格子パターン１１はメ
イントラックとして機能し、格子パターン１２，１３は
バーニアトラックとして機能する。
【０００４】格子パターン１１の近傍には受光アレイ２
１が配置され、格子パターン１２の近傍には受光アレイ
２２が配置され、格子パターン１３の近傍には受光アレ
イ２３が配置されている。各受光アレイ２１〜２３には
いずれも複数個のフォトダイオードが配列されていて、
これらは通常１チップ化されている。受光アレイ２１は
光源４から照射されて格子パターン１１のスリット部を
通過する光線を受光し、受光アレイ２２は光源４から照
射されて格子パターン１２のスリット部を通過する光線
を受光し、受光アレイ２３は光源４から照射されて格子
パターン１３のスリット部を通過する光線を受光する。
ここで、コード板１は矢印ａの方向に回転移動するもの
であって、この回転に伴って各受光アレイ２１〜２３上
に照射される光パターンが変化する。
１が配置され、格子パターン１２の近傍には受光アレイ
２２が配置され、格子パターン１３の近傍には受光アレ
イ２３が配置されている。各受光アレイ２１〜２３には
いずれも複数個のフォトダイオードが配列されていて、
これらは通常１チップ化されている。受光アレイ２１は
光源４から照射されて格子パターン１１のスリット部を
通過する光線を受光し、受光アレイ２２は光源４から照
射されて格子パターン１２のスリット部を通過する光線
を受光し、受光アレイ２３は光源４から照射されて格子
パターン１３のスリット部を通過する光線を受光する。
ここで、コード板１は矢印ａの方向に回転移動するもの
であって、この回転に伴って各受光アレイ２１〜２３上
に照射される光パターンが変化する。
【０００５】図４は図３で用いる電気回路のブロック図
である。３１〜３３は各受光アレイ２１〜２３に対応し
て設けられたスイッチ回路であり、それぞれには各受光
アレイ２１〜２３を形成する複数個のフォトダイオード
に対応するように複数個のスイッチよりなるスイッチ列
が設けられている。受光アレイ２１の出力はスイッチ回
路３１の一方の入力端子に接続され、スイッチ回路３１
の他方の入力端子にはスイッチ駆動回路４１の出力端子
が接続され、スイッチ回路３１の出力端子は信号処理回
路５１の入力端子に接続されている。受光アレイ２２の
出力はスイッチ回路３２の一方の入力端子に接続され、
スイッチ回路３２の他方の入力端子にはスイッチ駆動回
路４２の出力端子が接続され、スイッチ回路３２の出力
端子は信号処理回路５２の入力端子に接続されている。
受光アレイ２３の出力はスイッチ回路３３の一方の入力
端子に接続され、スイッチ回路３３の他方の入力端子に
はスイッチ駆動回路４３の出力端子が接続され、スイッ
チ回路３３の出力端子は信号処理回路５３の入力端子に
接続されている。
である。３１〜３３は各受光アレイ２１〜２３に対応し
て設けられたスイッチ回路であり、それぞれには各受光
アレイ２１〜２３を形成する複数個のフォトダイオード
に対応するように複数個のスイッチよりなるスイッチ列
が設けられている。受光アレイ２１の出力はスイッチ回
路３１の一方の入力端子に接続され、スイッチ回路３１
の他方の入力端子にはスイッチ駆動回路４１の出力端子
が接続され、スイッチ回路３１の出力端子は信号処理回
路５１の入力端子に接続されている。受光アレイ２２の
出力はスイッチ回路３２の一方の入力端子に接続され、
スイッチ回路３２の他方の入力端子にはスイッチ駆動回
路４２の出力端子が接続され、スイッチ回路３２の出力
端子は信号処理回路５２の入力端子に接続されている。
受光アレイ２３の出力はスイッチ回路３３の一方の入力
端子に接続され、スイッチ回路３３の他方の入力端子に
はスイッチ駆動回路４３の出力端子が接続され、スイッ
チ回路３３の出力端子は信号処理回路５３の入力端子に
接続されている。
【０００６】信号処理回路５１の出力端子は位相測定回
路６の第１の入力端子に接続され、信号処理回路５２の
出力端子は位相測定回路６の第２の入力端子に接続さ
れ、信号処理回路５３の出力端子は位相測定回路６の第
３の入力端子に接続されている。タイミング回路４０の
第１の出力端子はスイッチ駆動回路４１の入力端子に接
続され、タイミング回路４０の第２の出力端子はスイッ
チ駆動回路４２の入力端子に接続され、タイミング回路
４０の第３の出力端子はスイッチ駆動回路４３の入力端
子に接続され、タイミング回路４０の第４の出力端子は
位相測定回路６の第４の入力端子に接続されている。位
相測定回路６の出力端子は演算回路７の入力端子に接続
され、演算回路７の出力端子は表示器８の入力端子に接
続されている。
路６の第１の入力端子に接続され、信号処理回路５２の
出力端子は位相測定回路６の第２の入力端子に接続さ
れ、信号処理回路５３の出力端子は位相測定回路６の第
３の入力端子に接続されている。タイミング回路４０の
第１の出力端子はスイッチ駆動回路４１の入力端子に接
続され、タイミング回路４０の第２の出力端子はスイッ
チ駆動回路４２の入力端子に接続され、タイミング回路
４０の第３の出力端子はスイッチ駆動回路４３の入力端
子に接続され、タイミング回路４０の第４の出力端子は
位相測定回路６の第４の入力端子に接続されている。位
相測定回路６の出力端子は演算回路７の入力端子に接続
され、演算回路７の出力端子は表示器８の入力端子に接
続されている。
【０００７】このように構成された装置の動作を図５の
波形図で説明する。各受光アレイ２１〜２３を形成する
フォトダイオード列は、移動するコード板１のスリット
で生成される光パターンに対応した電気信号を出力す
る。各スイッチ駆動回路４１〜４３は、タイミング回路
４０から加えられる一定周期のタイミング信号に従って
スイッチ回路３１〜３３のスイッチ列を形成するスイッ
チを順次開閉する。各受光アレイ２１〜２３から出力さ
れる電気信号は、スイッチ回路３１〜３３のスイッチ列
を介して信号処理回路５１〜５３に順次入力される。
波形図で説明する。各受光アレイ２１〜２３を形成する
フォトダイオード列は、移動するコード板１のスリット
で生成される光パターンに対応した電気信号を出力す
る。各スイッチ駆動回路４１〜４３は、タイミング回路
４０から加えられる一定周期のタイミング信号に従って
スイッチ回路３１〜３３のスイッチ列を形成するスイッ
チを順次開閉する。各受光アレイ２１〜２３から出力さ
れる電気信号は、スイッチ回路３１〜３３のスイッチ列
を介して信号処理回路５１〜５３に順次入力される。
【０００８】各信号処理回路５１〜５３はスイッチ回路
３１〜３３を介して入力される電気信号を増幅しフィル
タ処理することにより方形波に整形する。これにより、
スイッチ回路３１〜３３の走査周期に対応した繰り返し
を有する交番信号が生成される。タイミング回路４０か
ら出力される基準交番信号に対するこれら信号処理回路
５１〜５３から出力される交番信号の位相差は位相測定
回路６で測定される。この位相測定回路６からの信号入
力に基づいて演算回路７で絶対変位位置に関連した信号
が生成されて表示器８に出力され、演算結果が表示され
る。
３１〜３３を介して入力される電気信号を増幅しフィル
タ処理することにより方形波に整形する。これにより、
スイッチ回路３１〜３３の走査周期に対応した繰り返し
を有する交番信号が生成される。タイミング回路４０か
ら出力される基準交番信号に対するこれら信号処理回路
５１〜５３から出力される交番信号の位相差は位相測定
回路６で測定される。この位相測定回路６からの信号入
力に基づいて演算回路７で絶対変位位置に関連した信号
が生成されて表示器８に出力され、演算結果が表示され
る。
【０００９】次に、演算回路７の演算内容を説明する。
受光アレイ２１の出力に対応する信号処理回路５１から
出力される交番信号の基準交番信号に対する位相差をφ
1とし、受光アレイ２２の出力に対応する信号処理回路
５２から出力される交番信号の基準交番信号に対する位
相差をφ2とし、受光アレイ２３の出力に対応する信号
処理回路５３から出力される交番信号の基準交番信号に
対する位相差をφ3とすると、演算回路７は次の演算を
行う。
受光アレイ２１の出力に対応する信号処理回路５１から
出力される交番信号の基準交番信号に対する位相差をφ
1とし、受光アレイ２２の出力に対応する信号処理回路
５２から出力される交番信号の基準交番信号に対する位
相差をφ2とし、受光アレイ２３の出力に対応する信号
処理回路５３から出力される交番信号の基準交番信号に
対する位相差をφ3とすると、演算回路７は次の演算を
行う。
【００１０】φ12＝φ1−φ2 φ23＝φ2−φ3 φ123＝φ12−φ23 図５に示すように、コード板１の１回転に対して位相角
０から２πまでの変化すなわち周期が位相φ1ではＮ回
にわたって繰り返され、位相φ12ではＭ回にわたって繰
り返され、位相φ123では１回行われる。すなわち、コ
ード板１の回転角は位相φ123の位相角に相当する。
０から２πまでの変化すなわち周期が位相φ1ではＮ回
にわたって繰り返され、位相φ12ではＭ回にわたって繰
り返され、位相φ123では１回行われる。すなわち、コ
ード板１の回転角は位相φ123の位相角に相当する。
【００１１】まず、位相φ12のＭ回の繰り返しのうちか
ら、コード板１の回転角と等価な位相φ123にかかわる
位相角を含む繰り返しの１個が選択される。すなわち、
位相φ123の位相角がφcであったとき、位相φ12のＭ個
の繰り返しのうちから位相角φcで与えられる図３の位
相φ12のｈ番目の波形が同定される。さらにこの位相φ
12のｈ番目の波形内にはｋ個の位相φ1があるため、ｋ
個の位相φ1の波形のうちｊ番目の位相φ1が同定され
る。この結果、最もスリット数の多いメイントラックの
格子パターン１１についてＮ個のうちのｉ番目がｉ＝ｋ
×ｈ＋ｊにより求めることができ、格子パターンの移動
量ｄに当たるコード板１の回転角φを求めることができ
る。
ら、コード板１の回転角と等価な位相φ123にかかわる
位相角を含む繰り返しの１個が選択される。すなわち、
位相φ123の位相角がφcであったとき、位相φ12のＭ個
の繰り返しのうちから位相角φcで与えられる図３の位
相φ12のｈ番目の波形が同定される。さらにこの位相φ
12のｈ番目の波形内にはｋ個の位相φ1があるため、ｋ
個の位相φ1の波形のうちｊ番目の位相φ1が同定され
る。この結果、最もスリット数の多いメイントラックの
格子パターン１１についてＮ個のうちのｉ番目がｉ＝ｋ
×ｈ＋ｊにより求めることができ、格子パターンの移動
量ｄに当たるコード板１の回転角φを求めることができ
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところで、格子パター
ンの番号の同定を誤る原因となるのは、各トラックの位
相精度（直線性）と各トラック間での位相オフセットの
ずれ（初期位相ずれ）である。初期位相ずれは主に検出
器の面内での配置誤差で生じる。図３に示すような光学
式のエンコーダの場合、受光アレイは前述のように全ト
ラック分をまとめて１チップ上にモノリシックに作るの
で各トラック毎の調整は不要になるが、図６に示すよう
に受光アレイチップ４のコード板１のスリットに対する
面内でのねじれαがトラック間の初期位相ずれにつなが
る。通常の構成では、アブソリュート角度演算において
この初期位相ずれが位相差で残り、格子パターン番号同
定ミスの要因になる。具体的には、トラック間隔を1mm
として格子パターンピッチを0.2mmとすると、arctan(0.
2/1)=11.3°のねじれが初期位相360°に相当する。従っ
て、初期位相ずれを2°にするにはねじれを0.06°にす
る必要があるが、現実には極めて困難である。
ンの番号の同定を誤る原因となるのは、各トラックの位
相精度（直線性）と各トラック間での位相オフセットの
ずれ（初期位相ずれ）である。初期位相ずれは主に検出
器の面内での配置誤差で生じる。図３に示すような光学
式のエンコーダの場合、受光アレイは前述のように全ト
ラック分をまとめて１チップ上にモノリシックに作るの
で各トラック毎の調整は不要になるが、図６に示すよう
に受光アレイチップ４のコード板１のスリットに対する
面内でのねじれαがトラック間の初期位相ずれにつなが
る。通常の構成では、アブソリュート角度演算において
この初期位相ずれが位相差で残り、格子パターン番号同
定ミスの要因になる。具体的には、トラック間隔を1mm
として格子パターンピッチを0.2mmとすると、arctan(0.
2/1)=11.3°のねじれが初期位相360°に相当する。従っ
て、初期位相ずれを2°にするにはねじれを0.06°にす
る必要があるが、現実には極めて困難である。
【００１３】本発明はこのような従来の問題点を解決す
るものであって、その目的は、受光アレイチップのコー
ド板の格子パターンに対する面内でのねじれの制約を緩
和できるバーニア形アブソリュートエンコーダを実現す
ることにある。
るものであって、その目的は、受光アレイチップのコー
ド板の格子パターンに対する面内でのねじれの制約を緩
和できるバーニア形アブソリュートエンコーダを実現す
ることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明のバーニア形アブ
ソリュートエンコーダは、１，０の情報が互いに異なる
ピッチ数Ｎ，Ｎ−Ｍ−Ｓ−１，Ｎ−２Ｍ−２Ｓ−１，Ｎ
−２Ｍ−３Ｓ−１（Ｎ，Ｍ，Ｓは自然数でＮはＭの自然
数倍）で周期的にかつ等間隔で配列された４個の格子パ
ターンを有するコード板と、このコード板と相対的に移
動可能に配置され、４個の格子パターンをそれぞれ検出
するセンサアレイと、各センサアレイからそれぞれ交番
信号を得る信号変換回路と、各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角測定回路と、互い
に隣接する格子パターンの３つの位相角の差を演算する
位相角差演算回路と、この位相角差演算回路で演算され
た互いに隣接する３つの位相角差の２つの差を演算する
位相角差の差演算回路と、この位相角差の差演算回路の
出力信号に基づいて所望の格子パターンの繰り返し数を
同定する同定手段、とで構成されたことを特徴とする。
ソリュートエンコーダは、１，０の情報が互いに異なる
ピッチ数Ｎ，Ｎ−Ｍ−Ｓ−１，Ｎ−２Ｍ−２Ｓ−１，Ｎ
−２Ｍ−３Ｓ−１（Ｎ，Ｍ，Ｓは自然数でＮはＭの自然
数倍）で周期的にかつ等間隔で配列された４個の格子パ
ターンを有するコード板と、このコード板と相対的に移
動可能に配置され、４個の格子パターンをそれぞれ検出
するセンサアレイと、各センサアレイからそれぞれ交番
信号を得る信号変換回路と、各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角測定回路と、互い
に隣接する格子パターンの３つの位相角の差を演算する
位相角差演算回路と、この位相角差演算回路で演算され
た互いに隣接する３つの位相角差の２つの差を演算する
位相角差の差演算回路と、この位相角差の差演算回路の
出力信号に基づいて所望の格子パターンの繰り返し数を
同定する同定手段、とで構成されたことを特徴とする。
【００１５】
【作用】各サブトラックの初期位相は、トラック間隔が
等しくて各トラックのピッチもほぼ等しいので、メイン
トラックに対して離れるのに比例して増加する。ところ
が、隣接するトラック間で位相差をとると初期位相は等
しくなり、さらに位相差の差をとると初期位相は打ち消
されてメイントラックと等しくなる。
等しくて各トラックのピッチもほぼ等しいので、メイン
トラックに対して離れるのに比例して増加する。ところ
が、隣接するトラック間で位相差をとると初期位相は等
しくなり、さらに位相差の差をとると初期位相は打ち消
されてメイントラックと等しくなる。
【００１６】そこで、これら位相差の差に基づいて、１
回転１循環の位相差の差から１回転Ｍ循環の位相差の差
を同定し、さらにその同定結果に基づいて１回転でＮ循
環するメイントラックの位相（格子パターンの繰り返し
数）を同定する。これにより、ねじれに対する条件を緩
和でき、組立て調整を簡略化できる。
回転１循環の位相差の差から１回転Ｍ循環の位相差の差
を同定し、さらにその同定結果に基づいて１回転でＮ循
環するメイントラックの位相（格子パターンの繰り返し
数）を同定する。これにより、ねじれに対する条件を緩
和でき、組立て調整を簡略化できる。
【００１７】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明で用いるエンコーダの外観の模式図で
あり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はその側面図である。図
において、コード板１には、光を通過させるスリット部
と光を遮断する遮光部とが交互に周期的に形成されたピ
ッチ数の異なる４つの帯状の格子パターン１１，１２，
１３，１４が、コード板１の中心位置を中心とする半径
方向に等間隔な４つの同心円のそれぞれの円周に沿って
配置されている。外側の同心円の円周上の格子パターン
１１のスリット数はＮ（ただし、Ｎは自然数）に設定さ
れ、外側寄りの中間の同心円の円周上の格子パターン１
２のスリット数はＮ−Ｍ−Ｓ−１に設定され、内側寄り
の同心円の円周上の格子パターン１３のスリット数はＮ
−２Ｍ−２Ｓ−１に設定され、内側の同心円の円周上の
格子パターン１４のスリット数はＮ−２Ｍ−３Ｓ−１
（Ｎ，Ｍ，Ｓは自然数でＮはＭの自然数倍)に設定され
ている。ここで、格子パターン１１はメイントラックと
して機能し、格子パターン１２，１３，１４はバーニア
トラックとして機能する。
る。図１は本発明で用いるエンコーダの外観の模式図で
あり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はその側面図である。図
において、コード板１には、光を通過させるスリット部
と光を遮断する遮光部とが交互に周期的に形成されたピ
ッチ数の異なる４つの帯状の格子パターン１１，１２，
１３，１４が、コード板１の中心位置を中心とする半径
方向に等間隔な４つの同心円のそれぞれの円周に沿って
配置されている。外側の同心円の円周上の格子パターン
１１のスリット数はＮ（ただし、Ｎは自然数）に設定さ
れ、外側寄りの中間の同心円の円周上の格子パターン１
２のスリット数はＮ−Ｍ−Ｓ−１に設定され、内側寄り
の同心円の円周上の格子パターン１３のスリット数はＮ
−２Ｍ−２Ｓ−１に設定され、内側の同心円の円周上の
格子パターン１４のスリット数はＮ−２Ｍ−３Ｓ−１
（Ｎ，Ｍ，Ｓは自然数でＮはＭの自然数倍)に設定され
ている。ここで、格子パターン１１はメイントラックと
して機能し、格子パターン１２，１３，１４はバーニア
トラックとして機能する。
【００１８】格子パターン１１の近傍には受光アレイ２
１が配置され、格子パターン１２の近傍には受光アレイ
２２が配置され、格子パターン１３の近傍には受光アレ
イ２３が配置され、格子パターン１４の近傍には受光ア
レイ２４が配置されている。各受光アレイ２１〜２４に
はいずれも複数個のフォトダイオードが配列されてい
て、これらは１チップ化されている。受光アレイ２１は
光源４から照射されて格子パターン１１のスリット部を
通過する光線を受光し、受光アレイ２２は光源４から照
射されて格子パターン１２のスリット部を通過する光線
を受光し、受光アレイ２３は光源４から照射されて格子
パターン１３のスリット部を通過する光線を受光し、受
光アレイ２４は光源４から照射されて格子パターン１４
のスリット部を通過する光線を受光する。ここで、コー
ド板１は矢印ａの方向に回転移動するものであって、こ
の回転に伴って各受光アレイ２１〜２４上に照射される
光パターンが変化する。
１が配置され、格子パターン１２の近傍には受光アレイ
２２が配置され、格子パターン１３の近傍には受光アレ
イ２３が配置され、格子パターン１４の近傍には受光ア
レイ２４が配置されている。各受光アレイ２１〜２４に
はいずれも複数個のフォトダイオードが配列されてい
て、これらは１チップ化されている。受光アレイ２１は
光源４から照射されて格子パターン１１のスリット部を
通過する光線を受光し、受光アレイ２２は光源４から照
射されて格子パターン１２のスリット部を通過する光線
を受光し、受光アレイ２３は光源４から照射されて格子
パターン１３のスリット部を通過する光線を受光し、受
光アレイ２４は光源４から照射されて格子パターン１４
のスリット部を通過する光線を受光する。ここで、コー
ド板１は矢印ａの方向に回転移動するものであって、こ
の回転に伴って各受光アレイ２１〜２４上に照射される
光パターンが変化する。
【００１９】図２は図１で用いる電気回路のブロック図
である。図２では、各受光アレイ２１〜２４として、光
電変換素子とアンプをペアとするそれぞれ４個の光電変
換器Ａ1〜Ａ4，Ｂ1〜Ｂ4，Ｃ1〜Ｃ4，Ｄ1〜Ｄ4で構成さ
れたものを示している。これら光電変換器の各光電変換
素子は、それぞれコード板１の裏側に生じる正弦波状の
照度分布の１周期を４等分する位置に配列される。従っ
て、光電変換器の各光電変換素子の光電変換出力は９０
°ずつ位相が異なるものになる。
である。図２では、各受光アレイ２１〜２４として、光
電変換素子とアンプをペアとするそれぞれ４個の光電変
換器Ａ1〜Ａ4，Ｂ1〜Ｂ4，Ｃ1〜Ｃ4，Ｄ1〜Ｄ4で構成さ
れたものを示している。これら光電変換器の各光電変換
素子は、それぞれコード板１の裏側に生じる正弦波状の
照度分布の１周期を４等分する位置に配列される。従っ
て、光電変換器の各光電変換素子の光電変換出力は９０
°ずつ位相が異なるものになる。
【００２０】これら光電変換器の光電変換出力は互いに
１８０°位相が異なるもの同士がそれぞれ減算器３４
ａ，３４ｂ，…，３７ａ，３７ｂに加えられて差演算さ
れる。すなわち、減算器３４ａは光電変換器Ａ1とＡ3の
差演算を行い、減算器３４ｂは光電変換器Ａ2とＡ4の差
演算を行い、減算器３５ａは光電変換器Ｂ1とＢ3の差演
算を行い、減算器３５ｂは光電変換器Ｂ2とＢ4の差演算
を行い、減算器３６ａは光電変換器Ｃ1とＣ3の差演算を
行い、減算器３６ｂは光電変換器Ｃ2とＣ4の差演算を行
い、減算器３７ａは光電変換器Ｄ1とＤ3の差演算を行
い、減算器３７ｂは光電変換器Ｄ2とＤ4の差演算を行
う。
１８０°位相が異なるもの同士がそれぞれ減算器３４
ａ，３４ｂ，…，３７ａ，３７ｂに加えられて差演算さ
れる。すなわち、減算器３４ａは光電変換器Ａ1とＡ3の
差演算を行い、減算器３４ｂは光電変換器Ａ2とＡ4の差
演算を行い、減算器３５ａは光電変換器Ｂ1とＢ3の差演
算を行い、減算器３５ｂは光電変換器Ｂ2とＢ4の差演算
を行い、減算器３６ａは光電変換器Ｃ1とＣ3の差演算を
行い、減算器３６ｂは光電変換器Ｃ2とＣ4の差演算を行
い、減算器３７ａは光電変換器Ｄ1とＤ3の差演算を行
い、減算器３７ｂは光電変換器Ｄ2とＤ4の差演算を行
う。
【００２１】各減算器３４ａ，３４ｂ，…，３７ａ，３
７ｂの出力はそれぞれに対応するように設けられたＡ／
Ｄ変換器４４ａ，４４ｂ，…，４７ａ，４７ｂに入力さ
れてデジタル信号に変換される。そして、これらデジタ
ル値はそれぞれ対応する位相角演算回路６１〜６４に送
られ、そこで演算が施されて位相φA〜φDが求められ
る。
７ｂの出力はそれぞれに対応するように設けられたＡ／
Ｄ変換器４４ａ，４４ｂ，…，４７ａ，４７ｂに入力さ
れてデジタル信号に変換される。そして、これらデジタ
ル値はそれぞれ対応する位相角演算回路６１〜６４に送
られ、そこで演算が施されて位相φA〜φDが求められ
る。
【００２２】ここで、一例として受光アレイ２１の系統
について説明する。光電変換器Ａ1〜Ａ4の各出力は次式
となる。 Ａ1＝ａ(sinφA）＋ｂ＋ε1 (1) Ａ2＝ａ(cosφA）＋ｂ＋ε2 (2) Ａ3＝ａ(-sinφA）＋ｂ＋ε3 (3) Ａ4＝ａ(-cosφA）＋ｂ＋ε4 (4) φA：正弦波状照度分布波形の位相（コード板１の位置
に応じた変数） ａ：受光アレイ２１上での光パワーの振幅 ｂ：光バイアス分 ε１〜ε4 ：オフセット なお、光バイアス分ｂは、光源４から受光アレイ２１に
照射する光パワーの平均値である。オフセットε1 〜ε
4 は、光電変換素子のオフセット（暗電流）とアンプの
オフセットなどを含むものである。
について説明する。光電変換器Ａ1〜Ａ4の各出力は次式
となる。 Ａ1＝ａ(sinφA）＋ｂ＋ε1 (1) Ａ2＝ａ(cosφA）＋ｂ＋ε2 (2) Ａ3＝ａ(-sinφA）＋ｂ＋ε3 (3) Ａ4＝ａ(-cosφA）＋ｂ＋ε4 (4) φA：正弦波状照度分布波形の位相（コード板１の位置
に応じた変数） ａ：受光アレイ２１上での光パワーの振幅 ｂ：光バイアス分 ε１〜ε4 ：オフセット なお、光バイアス分ｂは、光源４から受光アレイ２１に
照射する光パワーの平均値である。オフセットε1 〜ε
4 は、光電変換素子のオフセット（暗電流）とアンプの
オフセットなどを含むものである。
【００２３】減算器３４ａは前述のように180 °位相が
異なる光電変換器Ａ1とＡ3の差分を演算するので、 Ａ1−Ａ3＝2a sinφA＋（ε1−ε3 ） (5) を出力する。減算器３４ｂは前述のように180 °位相が
異なる光電変換器Ａ2とＡ4の差分を演算するので、 Ａ2−Ａ4＝2a cosφA＋（ε2−ε4 ） (6) を出力する。
異なる光電変換器Ａ1とＡ3の差分を演算するので、 Ａ1−Ａ3＝2a sinφA＋（ε1−ε3 ） (5) を出力する。減算器３４ｂは前述のように180 °位相が
異なる光電変換器Ａ2とＡ4の差分を演算するので、 Ａ2−Ａ4＝2a cosφA＋（ε2−ε4 ） (6) を出力する。
【００２４】しかし、(5),(6) 式にはオフセットε1 〜
ε4 が含まれているので、何等の対策を施さずに(5),
(6) 式の出力に基づいて位相φAを算出すると高精度な
位相測定を行うことができない。そこで、次のような処
理によりオフセットの影響を除去する。まず位相角演算
回路６１には、上述した点灯時の測定データ、つまり
(5),(6)式に基づくデジタルデータ(Ａ1−Ａ3)と(Ａ2−
Ａ4)を内蔵するメモリへ格納しておく。
ε4 が含まれているので、何等の対策を施さずに(5),
(6) 式の出力に基づいて位相φAを算出すると高精度な
位相測定を行うことができない。そこで、次のような処
理によりオフセットの影響を除去する。まず位相角演算
回路６１には、上述した点灯時の測定データ、つまり
(5),(6)式に基づくデジタルデータ(Ａ1−Ａ3)と(Ａ2−
Ａ4)を内蔵するメモリへ格納しておく。
【００２５】次に、光源４を消灯すると、各光電変換器
Ａ1〜Ａ4から出力される信号Ａ1´〜Ａ4´ は、オフセ
ットのみとなる。 Ａ1´＝ε1 (7) Ａ2´＝ε2 (8) Ａ3´＝ε3 (9) Ａ4´＝ε4 (10) 従って、消灯時における減算器３４ａの出力は、 Ａ1´−Ａ3´＝ε1 −ε3 (11) となる。また、減算器３４ｂの出力は、 Ａ2´−Ａ4´＝ε2 −ε4 (12) となる。この(11),(12)式の測定データもＡ／Ｄ変換器
４４ａ，４４ｂでデジタル値に変換されて位相角演算回
路６１に加えられる。
Ａ1〜Ａ4から出力される信号Ａ1´〜Ａ4´ は、オフセ
ットのみとなる。 Ａ1´＝ε1 (7) Ａ2´＝ε2 (8) Ａ3´＝ε3 (9) Ａ4´＝ε4 (10) 従って、消灯時における減算器３４ａの出力は、 Ａ1´−Ａ3´＝ε1 −ε3 (11) となる。また、減算器３４ｂの出力は、 Ａ2´−Ａ4´＝ε2 −ε4 (12) となる。この(11),(12)式の測定データもＡ／Ｄ変換器
４４ａ，４４ｂでデジタル値に変換されて位相角演算回
路６１に加えられる。
【００２６】位相角演算回路６１は、点灯時と消灯時に
おける減算器４４ａの出力の差分を演算するとともに、
点灯時と消灯時における減算器４４ｂの出力の差分を演
算する。そして、内蔵するメモリに格納していた(5),
(6) 式で表される測定データを読出して次の演算をす
る。 (Ａ1−Ａ3)−(Ａ1´−Ａ3´) ＝2asinφA (13) (Ａ2−Ａ4)−(Ａ2´−Ａ4´) ＝2acosφA (14) つまり、位相角演算回路６１で(13),(14)式の演算を行
うことにより、オフセットε1 〜ε4 が除去された位相
φのみのデータを得ることができる。
おける減算器４４ａの出力の差分を演算するとともに、
点灯時と消灯時における減算器４４ｂの出力の差分を演
算する。そして、内蔵するメモリに格納していた(5),
(6) 式で表される測定データを読出して次の演算をす
る。 (Ａ1−Ａ3)−(Ａ1´−Ａ3´) ＝2asinφA (13) (Ａ2−Ａ4)−(Ａ2´−Ａ4´) ＝2acosφA (14) つまり、位相角演算回路６１で(13),(14)式の演算を行
うことにより、オフセットε1 〜ε4 が除去された位相
φのみのデータを得ることができる。
【００２７】また、振幅ａは、光源４（発光ダイオー
ド）の温度特性や経時変化、光電変換素子の温度特性等
で変動するため(13),(14)式から“ａ”を除去するのが
望ましい。そこで位相角演算回路６１で比演算を行うこ
とによりａを除去した(sinφA／cosφA）を用いて位相
φAを算出する。すなわち、位相角演算回路６１は、(1
5)式により、オフセットの影響がなく、かつ光源１と光
電変換素子の温度特性の影響がない正弦波状照度分布波
形の位相φAを演算することができる。
ド）の温度特性や経時変化、光電変換素子の温度特性等
で変動するため(13),(14)式から“ａ”を除去するのが
望ましい。そこで位相角演算回路６１で比演算を行うこ
とによりａを除去した(sinφA／cosφA）を用いて位相
φAを算出する。すなわち、位相角演算回路６１は、(1
5)式により、オフセットの影響がなく、かつ光源１と光
電変換素子の温度特性の影響がない正弦波状照度分布波
形の位相φAを演算することができる。
【００２８】 φA＝tan-1(sinφA／cosφA） (15) 以上受光アレイ２１の系統について説明したが、その他
の受光アレイ２２〜２４についても各位相角演算回路６
２〜６４で同様の演算処理を行えばよい。６５〜６７は
互いに隣接する格子パターン１１と１２，１２と１３，
１３と１４の３つの位相角の差をそれぞれ演算する位相
角差演算回路である。位相角差演算回路６５は位相角φ
AとφBの差φABを演算し、位相角差演算回路６６は位相
角φBとφCの差φBCを演算し、位相角差演算回路６７は
位相角φCとφDの差φCDを演算する。
の受光アレイ２２〜２４についても各位相角演算回路６
２〜６４で同様の演算処理を行えばよい。６５〜６７は
互いに隣接する格子パターン１１と１２，１２と１３，
１３と１４の３つの位相角の差をそれぞれ演算する位相
角差演算回路である。位相角差演算回路６５は位相角φ
AとφBの差φABを演算し、位相角差演算回路６６は位相
角φBとφCの差φBCを演算し、位相角差演算回路６７は
位相角φCとφDの差φCDを演算する。
【００２９】６８，６９は位相角差演算回路６５〜６７
で演算された互いに隣接する３つの位相角差の２つの差
を演算する位相角差の差演算回路である。差演算回路６
８は差φABと差φBCの差φABBCを演算し、差演算回路６
９は差φBCと差φCDの差φBC CDを演算する。７０は位相
角差の差演算回路６８，６９の演算結果に基づいて所望
の格子パターン（例えばメイントラック１１）の繰り返
し数を同定する同定回路である。
で演算された互いに隣接する３つの位相角差の２つの差
を演算する位相角差の差演算回路である。差演算回路６
８は差φABと差φBCの差φABBCを演算し、差演算回路６
９は差φBCと差φCDの差φBC CDを演算する。７０は位相
角差の差演算回路６８，６９の演算結果に基づいて所望
の格子パターン（例えばメイントラック１１）の繰り返
し数を同定する同定回路である。
【００３０】なお、図２の各部には動作タイミングを制
御するためのタイミング信号が加えられるが図示しな
い。このような構成の動作をまとめると以下のようにな
る。各サブトラックの初期位相は、トラック間隔が等し
くて各トラックのピッチもほぼ等しいので、メイントラ
ックに対して離れるのに比例して増加する。ところが、
隣接するトラック間で位相差をとると初期位相は等しく
なり、さらに位相差の差をとると初期位相は打ち消され
てメイントラックと等しくなる。そこで、これら位相差
の差に基づいて、上記のようなアブソリュート演算を行
う。すなわち、１回転１循環の位相差の差から１回転Ｍ
循環の位相差の差を同定し、さらにその同定結果に基づ
いて１回転でＮ循環するメイントラックの位相（格子パ
ターンの繰り返し数）を同定する。なお、同定対象はメ
イントラックに限るものではなく、サブトラックであっ
てもよい。
御するためのタイミング信号が加えられるが図示しな
い。このような構成の動作をまとめると以下のようにな
る。各サブトラックの初期位相は、トラック間隔が等し
くて各トラックのピッチもほぼ等しいので、メイントラ
ックに対して離れるのに比例して増加する。ところが、
隣接するトラック間で位相差をとると初期位相は等しく
なり、さらに位相差の差をとると初期位相は打ち消され
てメイントラックと等しくなる。そこで、これら位相差
の差に基づいて、上記のようなアブソリュート演算を行
う。すなわち、１回転１循環の位相差の差から１回転Ｍ
循環の位相差の差を同定し、さらにその同定結果に基づ
いて１回転でＮ循環するメイントラックの位相（格子パ
ターンの繰り返し数）を同定する。なお、同定対象はメ
イントラックに限るものではなく、サブトラックであっ
てもよい。
【００３１】 トラック ピッチ数 位相 初期位相 Ａ ＮA＝Ｎ φA ０(基準) Ｂ ＮB＝N-M-S-1 φB g Ｃ ＮC＝N-2M-2S-1 φC 2g Ｄ ＮD＝N-2M-3S-1 φD 3g 位相差演算 Ａ−Ｂ ＮAB＝M+S+1 φAB -g Ｂ−Ｃ ＮBC＝M+S φBC -g Ｃ−Ｄ ＮCD＝S φCD -g (A-B)-(B-C) ＮABBC＝1 φABBC 0 (B-C)-(C-D) ＮBCCD＝M φBCCD 0 このように構成することにより、コード板に対する検出
器の位置ずれに伴う初期位相ずれが格子パターンの繰り
返し数（ピッチ）の同定にあたって誤差になるのを大幅
に緩和でき、結果として組立て調整を簡略化できる。
器の位置ずれに伴う初期位相ずれが格子パターンの繰り
返し数（ピッチ）の同定にあたって誤差になるのを大幅
に緩和でき、結果として組立て調整を簡略化できる。
【００３２】なお、上記実施例では光学式のロータリー
エンコーダについて説明したが、リニアエンコーダにも
適用できる。また、本発明は光学式に限るものではな
く、磁気式や静電式にも有効である。また、上記実施例
では、位相角演算回路，位相角差演算回路，位相角差の
差演算回路および同定回路が個別に設けられているもの
として説明したが、これらの一部または全部をマイクロ
プロセッサで実現してもよい。
エンコーダについて説明したが、リニアエンコーダにも
適用できる。また、本発明は光学式に限るものではな
く、磁気式や静電式にも有効である。また、上記実施例
では、位相角演算回路，位相角差演算回路，位相角差の
差演算回路および同定回路が個別に設けられているもの
として説明したが、これらの一部または全部をマイクロ
プロセッサで実現してもよい。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
受光アレイチップのコード板の格子パターンに対する面
内でのねじれの制約を緩和できて組立て調整が容易に行
え、高分解能で高精度の測定が行えるバーニア形アブソ
リュートエンコーダを実現できる。
受光アレイチップのコード板の格子パターンに対する面
内でのねじれの制約を緩和できて組立て調整が容易に行
え、高分解能で高精度の測定が行えるバーニア形アブソ
リュートエンコーダを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の外観を示す模式図である。
【図２】本発明で用いる電気回路の一例を示すブロック
図である。
図である。
【図３】従来の装置の外観を示す模式図である。
【図４】従来の装置で用いる電気回路の一例を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図５】従来の装置の動作を説明する波形図である。
【図６】受光アレイとコード板の位置のずれの説明図で
ある。
ある。
１ コード板 １１〜１４ 格子パターン ２１〜２４ 受光アレイ（チップ） ３４ａ〜３７ｂ 減算器 ４４ａ〜４７ｂ Ａ／Ｄ変換器 ６１〜６４ 位相角演算回路 ６５〜６７ 位相角差演算回路 ６８，６９ 位相角差の差演算回路 ７０ 同定回路
Claims (1)
- 【請求項１】１，０の情報が互いに異なるピッチ数Ｎ，
Ｎ−Ｍ−Ｓ−１，Ｎ−２Ｍ−２Ｓ−１，Ｎ−２Ｍ−３Ｓ
−１（Ｎ，Ｍ，Ｓは自然数でＮはＭの自然数倍）で周期
的にかつ等間隔で配列された４個の格子パターンを有す
るコード板と、 このコード板と相対的に移動可能に配置され、４個の格
子パターンをそれぞれ検出するセンサアレイと、 各センサアレイからそれぞれ交番信号を得る信号変換回
路と、 各センサアレイから得られた交番信号の位相角を測定す
る位相角測定回路と、 互いに隣接する格子パターンの３つの位相角の差を演算
する位相角差演算回路と、 この位相角差演算回路で演算された互いに隣接する３つ
の位相角差の２つの差を演算する位相角差の差演算回路
と、 この位相角差の差演算回路の出力信号に基づいて所望の
格子パターンの繰り返し数を同定する同定手段、とで構
成されたことを特徴とするバーニア形アブソリュートエ
ンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7110398A JPH08304112A (ja) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | バーニア形アブソリュートエンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7110398A JPH08304112A (ja) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | バーニア形アブソリュートエンコーダ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08304112A true JPH08304112A (ja) | 1996-11-22 |
Family
ID=14534803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7110398A Pending JPH08304112A (ja) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | バーニア形アブソリュートエンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08304112A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6879405B2 (en) | 2002-11-18 | 2005-04-12 | Sony Precision Technology, Inc. | Displacement pickup |
| WO2009148066A1 (ja) * | 2008-06-05 | 2009-12-10 | 三菱電機株式会社 | 光学式エンコーダ |
| CN107091654A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-08-25 | 长春汇通光电技术有限公司 | 一种高容错游标码盘 |
| CN109211097A (zh) * | 2018-07-05 | 2019-01-15 | 重庆理工大学 | 一种基于交变电场的差极反射型绝对式时栅角位移传感器 |
-
1995
- 1995-05-09 JP JP7110398A patent/JPH08304112A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6879405B2 (en) | 2002-11-18 | 2005-04-12 | Sony Precision Technology, Inc. | Displacement pickup |
| WO2009148066A1 (ja) * | 2008-06-05 | 2009-12-10 | 三菱電機株式会社 | 光学式エンコーダ |
| US8415610B2 (en) | 2008-06-05 | 2013-04-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Optical encoder having a single signal track and an optical detecting part with sine and cosine signals |
| CN107091654A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-08-25 | 长春汇通光电技术有限公司 | 一种高容错游标码盘 |
| CN109211097A (zh) * | 2018-07-05 | 2019-01-15 | 重庆理工大学 | 一种基于交变电场的差极反射型绝对式时栅角位移传感器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20041102 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20060711 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080715 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20081110 |