JPH09501769A - 多相アナログ信号を用いたアプソリュート・エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 アプソリュート・デコーダは、少なくとも１つのトラックを有する測定スケール（１）と、このトラックに対する複数のアナログセンサ（４７，４８）とからなる。各センサの出力は、該トラックにより変調され、これにより該各センサと該測定スケールとの相対位置を表示するような、複数の周期的な非正弦波の多相アナログ信号を該各センサから発生する。各該多相信号は、デジタル形式（５０，５１）に変換され、条件付きで加算または減算（５８）され、該測定スケールに対する該各センサの位置に比例して線形に増加する出力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】 多相アナログ信号を用いたアプソリュート・エンコーダ 発明の分野 本発明は、一般にアプソリュート・エンコーダに関し、特に、多相アナログ出 力を線形化および補正するデジタル回路と組み合わせて用いる多相アナログ出力 を備えたアプソリュート・エンコーダに関する。 発明の背景 アプソリュート・エンコーダは、測定スケールに対する検地ヘッドの位置の出 力表示を示すものとして知られている。回転変位を検地するために、スケールは トラックごとに１つ以上のセンサを有する１つ以上のトラックを備えたディスク 形状をしている。線形変位を検地するために、スケールはトラックごとに１つ以 上のセンサを有する１つ以上の直線状に配置された平行トラックを含む細長い部 材である。トラックは、しばしば光に敏感な区分（セグメント）で形成され、こ の区分は光伝達性または光反射性であるが、トラックは代わりになるべきものと して、磁性、容量性、誘導性などの別の形態をとりうる。トラック数を増加させ ることによって、より高い分解能を達成できる。 発明の概要 本発明は、トラックごとに２つ以上のセンサを用いている。各センサからの出 力は、トラックにより変調され、各トラックから多相アナログ信号を発生する。 アナログからデジタルへのコンバータ（ ＡＤＣ）は、各アナログ信号をデジタル値に変換する。新規な方法が多相の周期 的なデジタル値を組み合わせてトラックごとに単一の線形出力とするために用い られる。他の新規な方法は、（１）アナログ信号におけるゼロドリフト、（２） アナログ信号の振幅（利得）変化、（３）完全な直線からの線形値の偏差を、補 正するために用いられる。これらの補正方法はオプショナルであり、任意の組み 合わせで用いられうる。本発明は測定スケールごとに１つ、または２つ以上のト ラックに適用され、また本発明は、各トラックからの信号を結合し、測定スケー ルの全範囲に亘りゼロから最大値まで線形に増加する単一出力を得る新規な方法 を含む。回転変位の測定時、開示された方法は、ギヤードスケール（ｇｅａｒｅ ｄ ｓｃａｌｅｓ）の出力を結合するのに用いられうる。 デジタル値の線形化と補正に用いられる方法は、ハードの配線回路によって図 示および説明している。しかしここで説明された方法は、任意の汎用マイクロプ ロセッサまたはデジタル信号処理集積回路を用いて便利に実施されうることは明 らかである。 本発明のいくつかの要点を示す。 Ａ．１回転ごとに１サイクルのクリップされた多相アナログ信号 １．ディスクの周辺を用いて１回転ごとに１サイクルを得る ２．ゼロドリフトを補正 ３．振幅変化を補正 ４．多相信号を単相の線形信号に変換 ５．本発明の要求に実用上近似している２相出力の例 ６．本発明の要求を満足する３相信号についての２つの例 Ｂ．非線形の補正 １．再現可能性 ２．補間 ３．簡略化された補正方法 Ｃ．エンコーダの分解能をＮ倍向上させるために、１サイクル／回転とＮサイク ル／回転を組み合わせたエンコーダ。 １．ディスクの周辺を用いて１サイクル／回転を得、Ｎスロットの円形列を用 いてＮサイクル／回転を得る。 ２．例えば、Ａ３２，Ｂ３２，Ａ１およびＢ１を結合して、１回転ごとに１回 繰り返す線形出力を得て、分解能を３２倍とする。 Ｄ．エンコーダの分解能をＮ倍向上させるために、Ｎサイクル／回転とＮ−１サ イクル／回転を組み合わせたエンコーダ。 １．Ｎスロットの円形列とＮ−１（またはＮ＋１）スロットの第２円形列を用 いて、Ｎサイクル／回転の絶対値を得る。 ２．例えば、Ａ５０，Ｂ５０，Ａ４９，およびＢ４９を結合して、１回転ごと に１回繰り返す線形出力を得て、５０スロットのトラックの分解能を５０倍とす る。 図面のリスト 図１．１回転ごとに１サイクルの２相アナログ信号を発生するディスクとスリ ット．（モデル１０）． 図２Ａ，２Ｂ，２Ｃ．モデル１０の機械的構成． 図３．モデル１０からの２相アナログ信号を示すグラフ． 図４．２相アナログ信号の傾き（ＤＹ／ＤＸ）の絶対値を示すグラフ． 図５．傾きの理想値と実際の値との比較を示すグラフ． 図６．図４の傾きの合計と理想的でない出力から得られた誤差を示すグラフ． 図７Ａ．図３の２相信号のデジタル化された値を結合して、単相線形出力を得 る方法を示すブロック図． 図７Ｂ．図７Ａにアナログ信号の振幅を補正する方法を追加した図． 図７Ｃ．図７Ｂにアナログ信号のゼロドリフトを補正する方法を追加した図． 図７Ｄ．アナログ乗算器を用いてアナログ信号の振幅を補正する別の方法を示 す図． 図８．１回転ごとに１サイクルの３相アナログ信号を発生するディスクとスリ ット． 図９．図８に示すディスクとスリットから得られた３相アナログ信号を示すグ ラフ． 図１０．図９からの信号の１相と信号の傾き（ＤＹ／ＤＸ）の絶対値を示すグ ラフ． 図１１．図９からの３相信号の傾きの絶対値を示すグラフ． 図１２．３相信号の振幅を補正する方法と、単相線形出力を得るために該信号 を結合する方法を示すブロック図． 図１３．別の３相アナログ信号の１相と該別の信号の傾きの絶対値を示すグラ フ． 図１４．他の３相信号の１サイクルを示すグラフ． 図１５．図１４からの３相信号の傾きの絶対値を示すグラフ． 図１６Ａ．補間を用いた線形出力を補正する方法を示す図． 図１６Ｂ．線形出力を補正するための簡略化した方法を示す図． 図１６Ｃ．線形出力を補正する他の簡略化した方法を示す図． 図１７．図１のディスクとスリットにスロットの円形列とこれに関連するスリ ットを追加した図． 図１８．図１７のディスクから得られたアナログ信号のデジタル化された値を 結合して、分解能を向上させた単相出力を得る方法を示すブロック図． 図１９．外側の列に４９のスロットを有し、内側の列に５０のスロットを有し 、スロットの各列から２相出力を得るのに必要なスリットを備えたディスク． 図２０．図１９のディスクから得られたアナログ信号のデジタル化された値を 結合して、単相出力を得る方法を示すブロック図． Ａ．１回転ごとに１サイクルを有するクリップされた多相アナログ信号を用いた エンコーダ １．ディスクの周辺を用いて、１回転ごとに１サイクルの２相アナログ信号を 得るエンコーダ。 図１は１回転の範囲に亘って回転位置を測定するために設計された測定スケー ルを示す。測定スケールは、ディスクの周辺により形成された単一トラックを備 えた不透明なディスク１である。ディスクの中心には穴があり、回転シャフトの 上へのディスクの取り付けに用いられる。この例で述べられるすべての角度と半 径は、この穴の中心から測定される。この例では、２相アナログ信号を発生する ２つの光学的センサを用いている。２つの発生源（ソース）−センサ対は、ディ スクの周辺において９０°の間隔を置いて配置されている。発生源（ソース）と センサ間の光路は、同一のスリットプレート対により制限されており、ディスク の各々の側にスリットプレートがあって、スリット４６と４７の領域に光路を制 限する。 ディスク１は、３４５°〜０°〜１５°の角度範囲に亘って一定の最大径を有 する。この半径は、１６５°〜１８０°〜１９５°の角度範囲に亘って最小にな る。１５°〜１６５°の角度範囲において、ディスクの周辺は螺旋状を形成し、 半径（Ｒ）が角度（０）に対して一定の割合で減少する。この例においては、Ｄ Ｒ／ＤＯは１度当り０．０００１２インチである。この結果、最大半径が最小半 径よりも０．１８インチ大きくなる。１９５°〜３４５°の間での ディスクの周辺も１度当り０．０００１２インチの割合で増加する半径を有する 螺旋状である。 図１において、ディスクは、スリット４８が完全に露出しており、スリット４ ７がディスクで半分隠れている角度位置において示されている。スリット４８の 出力を位相Ａとして、スリット４７からの出力を位相Ｂとして選択した。この位 置をディスクのゼロ基準位置として任意に選択した。また、この図ではディスク の反時計方向の回転を任意に選択し、信号の条件付け回路から増加する線形出力 を生成させる。換言すれば、該信号条件付け回路は、位相Ａからの出力が最大で 、位相Ｂからの出力が最大と最小との中間にあって減少しつつあるとき、ゼロお よび増加していく出力を生成するように設計されている。 スリット４７と４８の最大半径は、ディスクの最小半径に等しい。スリット４ ７と４８の最大半径は、ディスクの最大半径に等しい。ディスクの両面は、ディ スクとスリットの中心を通る線に平行になっている。スリット領域は、光源と光 センサの動作領域より小さくなければならない。この幅は、通常、スリットの最 大半径と最小半径の差に等しいか、その差よりも小さい。この例で、この幅は０ ．１８インチであり、スリットの最大半径と最小半径の差に等しい。 要約すると、図１はディスクの１回転に対応した１サイクルを有する２相アナ ログ出力を生成する回転型の光学式エンコーダを示している。 図２Ａ，２Ｂ，および２Ｃはディスク１の機械的構成と、２つのスリットプレ ート３１，３３と、発光ダイオード２４，２７（ソース）と，フォトトランジス タ３６，４３（センサ）とを示す。ディスクの中心の穴はディスクをシャフト２ ６の上に配置する。ディス クは、シャフトとディスクの両方に接合されている円筒形つめ（止め具）２２に よって所定の位置に固定されている。シャフトは軸受け内で回転し、この例では ソースボード２９とセンサボード３５に開けられた単なる穴である。シャフトの 軸位置は、シャフトに接合されているスラスト軸受け２５と４２によって決定さ れる。スプリットプレート３１と３３の穴は、ピン２３と２８の上に位置してお り、各該ピンはソースボードとセンサボードに開けられた穴に順にプレスばめさ れている。スプリットプレートの軸位置は、スペーサ３０，３２，３４，４４， ４５，および４６により決定される。 ソースはソースボードに開けられた穴によって設置されており、エッチングさ れたホイル状導体にはんだ付けされ、各該ホイル状導体はソースに電流を供給す るワイヤ３７，４１にはんだ付けされている。この例では、各ソースが、フィー ドスルー（貫通）接続４９により直列に接続され、同一の電流が両方のソースを 通って流れる。各センサは、センサボードに開けられた穴によって設置されてエ ッチングされたホイル状導体にはんだ付けされ、各該ホイル状導体はワイヤ３８ ，３９，および４０にはんだ付けされている。ワイヤ４０は正電圧電源に接続さ れており、通常、５Ｖ〜２５Ｖである。 ワイヤ３８と４０は、各センサ３６と４３からの出力電流を通す。 出力アナログ電流は、各センサに到達する光の量に比例している。 図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃに示される各ソース、各センサ、各スリットプレート 、およびディスクの幾何学的関係は、ディスクの照度がスリットの影の端でゼロ に低下し、照射領域の中心では最大値に上昇するように設計されている。その結 果、スリットの照射された領域の変化に応じてセンサ（ＤＹ）に到達する光量の 変化は、スリットの端の近くで小さくなり、スリットの中心の近くで最大になる 。パラグラフ５で、この結果がどのようにしてエンコーダ出力の直 線性の向上に利用されるかを検討する。 ２．ゼロドリフトに対する補償 アナログ信号のゼロドリフトを補正するために、先ず、アナログ信号をデジタ ル値に変換して、次に、各アナログ信号の最小デジタル値を格納する。各々の２ 相信号が入力の３０°の角度範囲に亘って最小値を保持するように測定スケール を設計した。これにより、位相Ａが最小値にあるのを特定する位相Ｂのデジタル 値の範囲を不揮発性のコンピュータ・メモリに格納できるようにする。この例で は、位相Ｂが全範囲の３７．５％〜６２．５％の間であると、位相Ａは最小また は最大になる。位相Ａがその範囲の１／２より大きい場合、位相Ａが最大値とし て格納され、位相Ａがその範囲の１／２より小さい場合、位相Ａが最小値として 格納される。同様に、位相Ｂが最小または最大であるとき、位相Ａは全範囲の３ ７．５％〜６２．５％の間になる。製造工程時に発生する変動を許容するために は、その範囲は、例えば、４０％〜６０％に低減される。 ゼロドリフトを補正するには、関連するアナログ信号についてのすべての相次 ぐデジタル値から格納された最小値を引く。 ３．振幅変化の補償 アナログ信号の振幅変化を補正するには、各アナログ信号の最大デジタル値を 格納するために同じ手順を用いる。各アナログ信号入力に対し、格納された最大 値は利得係数（ゲインファクター）の計算に用いられる。利得係数の数値は、格 納された最大値と最小値の差で除算された所望の最大値である。 各位相の補正されたデジタル出力は、正規化された値と呼ばれる。どの位相の 正規化された値もＡ／Ｄコンバータの出力の現在値とその位相の格納された最小 値の差によって乗算されたその位相の利得係数に等しい。 ４．多相信号から単相線形信号への変換 単相信号であって、その出力が測定スケールの機械的移動に比例して線形に増 大するような単相信号を形成するために組み合わせられうるような多相信号を形 成するための測定スケールも設計した。 線形出力の特徴は、増大（インクリメンタルな）入力ＤＸに対する増大（インク リメンタルな）出力ＤＹの比が一定であることである。多相信号の各位相に対す るＤＹ／ＤＸの比の絶対値の合計が一定である場合、単相線形出力の計算を単純 化できることを発見した。 線形単相出力を得るために正規化された多相信号を組み合わせるために用いら れる方法は、多相信号の最小値と最大値において、ＤＹ／ＤＸの比が入力Ｘの値 の一定の範囲に亘ってゼロでなければならないことも必要とされる。前のパラグ ラフに記載したように、この特徴は、ゼロドリフトの補正と信号の振幅変化の補 正に用いられた回路動作に対しても必要である。 これらの２つの要件を満たす多くの異なった多相アナログ信号を構成すること は可能である。 Ｉ．ＤＹ／ＤＸの値は、各多相信号に対し、Ｙの最大値と最小値において少な くとも１サイクルの１／２５の間ゼロでなければならないこと。 II 各位相に対しＤＹ／ＤＸの絶対値は、一緒に加えられたとき、定数に等し いこと。 ５．２相エンコーダの出力例 図３は要件Ｉを満たし、かつ要件IIをほぼ満たす１組の２相信号の例である。 ＤＹ／ＤＸの傾きは、各信号の最小値と最大値の両方において３０°の角度範囲 に亘ってゼロである（要件Ｉ）。位相Ａと位相Ｂの傾きＤＹ／ＤＸの絶対値が図 ４に示される。これらの曲線形状は、パラグラフ１で述べたディスクの不均一な 照射結果を反 映している。これらの傾きの合計は、正確には一定ではないが、第１に、誤差が 小さいことを示しており、第２に、結果を補正して誤差を除去する方法を示して いる。図５は位相Ａに対するＤＹ／ＤＸの理想値と実際の値とを示す。曲線はパ ラグラフ１に記載された光学式エンコーダから得られた傾きを示す。理想的な傾 きは、図５における第２曲線で示されるように、入力の３０°の角度範囲に亘り 、傾きの最大値において一定である。この例によって、理想的な波形からの小さ な偏差は、線形化された出力での許容可能な誤差を生ずるにすぎないことを立証 している。ここで開示されたことは、最終出力からの上記した誤差および他の誤 差を除去する方法も述べたことになる。 図６の上の曲線は図４からの各傾きの合計を示す。要件IIはこの合計が一定で なければならないことを述べている。この例で、この合計は一定値から約１０％ だけ変動している。下の曲線は、図３に示される各信号から得られた線形化され た出力において、結果として生じた誤差を示す。この誤差は、最大線形出力の１ ０００当り約＋または−１パート（０．１％）である。この誤差は典型的なエン コーダにおける他の誤差に比べて小さく、許容できる。この誤差とその他のエン コーダ誤差は、再現可能で、ここでの開示に記載された方法によって補正されう る。 図７Ａは２相エンコーダの正規化された値を結合し、その振幅が入力Ｘの機械 的変位に比例している出力ＫＬＩＮを得る方法を示すブロック図である。図７Ｂ はアナログ信号の振幅の補正に必要な各ブロックを追加した図７Ａの拡張図であ る。図７Ｃはアナログ信号のゼロドリフトの補正に必要な各ブロックを追加した 図７Ｂの拡張図である。図７Ｄはアナログ信号の振幅を補正する別の方法を示す ブロック図である。４Ｄに示される方法は、図１１Ｂに示されるデ ジタル乗算器の代わりにアナログ乗算器としてＡ／Ｄコンバータを用いている。 ある応用対象によっては、図７Ｄに示される方法は、処理速度を向上させ、およ び／または信号処理回路のコストを低減しうる。 ６．これらの要件を満足する３相信号の２つの例 図８は３相出力を生成するために変更された図１に類似したディスクを示す。 該ディスクは、３３０°〜０°〜３０°の角度範囲に亘って一定の最大半径を有 する。この半径は、１５０°〜１８０°〜２１０°の角度範囲に亘って最小であ る。３０°〜１５０°の角度範囲において、ディスクの周辺は螺旋状になってお り、その半径（Ｒ）は角度（Ｏ）に対して一定の割合で減少する。この例では、 ＤＲ／ＤＯは１度当り０．０００１５インチである。この結果、最大半径が最小 半径より０．０１８インチ大きくなる。２１０°〜３３０°の角度範囲でのディ スクの周辺は、１度当り０．０００１５インチの割合で半径が増加する螺旋状で ある。 図８において、ディスクはスリット９８が完全に露出されている角度位置で示 されている。スリット９７と９９は、ディスクによって１／４隠されている。パ ラグラフ１で述べられた不均一な照明のために、この位置において正規化された 出力は、最大値の約７／８である。スリット９８の出力を位相Ａとして、スリッ ト９７からの出力を位相Ｂとして、また、スリット９９からの出力を位相Ｃとし て選択した。この位置をディスクのゼロ基準位置として任意に選択した。また、 この図において、ディスクの反時計方向回転を任意に選択して、信号条件付け回 路から増加する線形出力を生成するようにした。言葉を換えれば、該信号条件付 け回路は、位相Ａからの出力が最大のときであって、かつ位相Ｂからの正規化さ れた出力が最大値の約７／８および減少しつつあるとき、ゼロおよび増加しつつ ある出力を生成するように設計されている。ゼロのとき、位相Ｃからの正規化さ れた出力は、位相Ｂに等しくなり、そして増加していく。 スリット９７，９８，および９９の最小半径は、ディスクの最小半径に等しく なる。スリット９７，９８，および９９の最大半径は、ディスクの最大半径に等 しくなる。ディスクの両面は、ディスクとスリットの中心を通る線に平行である 。スリット領域は、光源と光センサの動作領域より小さくなければならない。こ の幅は、通常、スリットの最大半径と最小半径の差に等しいか、それよりも小さ い。この例では、幅は０．０１２インチであり、スリットの最大半径と最小半径 の差より小さい。 要約すると、図８は回転型の光学式エンコーダのディスクとスリットのレイア ウトを示しており、これによって、ディスクの１回転に対応して１サイクルの３ 相アナログ信号を生成する。適切な３相信号の１例が図９に示される。この例で は、フルスケール入力（Ｘ）は３６０°である。正規化された出力（Ｙ）の最大 値は１０．０００であり、最小値はゼロである。最大値と最小値において、出力 は一定であり、ＤＹ／ＤＸは入力の６０°の角度範囲に亘ってゼロである。 図１０は傾きの絶対値と共に３相信号の１相を示す。エンコーダは、出力Ｙが 最大値の１／２のとき発生するゼロから最大の傾きまで線形に立ち上がる傾きＤ Ｙ／ＤＸを信号Ｙが有するように設計されている。傾きは、出力Ｙが最大値に達 したとき傾きが再びゼロに達するように線形に減少する。エンコーダは、図２Ａ ，２Ｂ，および２Ｃに示されるものに似ているが、図８に示されるような３つの ソース−センサ対とディスクを備え、図１０に示される形状に非常に近似した出 力を発生する。磁性、容量性、または誘導性トランス ジューサを用いて、類似した出力を生成することが可能である。 図１１は図９に示される３相信号の各々に対するＤＹ／ＤＸの絶対値を示す。 図１１を注意深く検討すると、入力Ｘの任意の値に対してＤＹ／ＤＸの３つの値 の合計が一定値で、この例では１０，０００であることが分かる。 図１２は３相エンコーダからの各信号を結合し、第１に、信号の振幅変化を補 正して、第２に、その振幅が入力の機械的変位に比例している線形単相出力を得 るために用いられる方法のブロック図である。 Ａ’，Ｂ’，およびＣ’の値は、各アナログ入力Ａ¹，Ｂ¹，およびＣ¹に対応 するデジタル値である。Ａｐ，Ｂｐ，およびＣｐの値は、Ａ’，Ｂ’，およびＣ ’の最大値である。Ａｍ，Ｂｍ，およびＣｍの値は、正規化された出力Ａ，Ｂ， およびＣの所望の最大値である。Ａｍ，Ｂｍ，およびＣｍの値はコンピュータ・ メモリに格納される。正規化されたＡの値は、Ａｍ／Ａｐの比にＡ’を掛けて得 られる。ＢとＣも同様な方法で計算される。ピーク値Ａｐは、ＡがＡｍ／２より も大きく、ＢとＣがほぼ等しい（すなわち、Ｂ−Ｃの差の絶対値がＫより小さい とき、ここで、Ｋはコンピュータ・メモリに格納された数であり、この例ではＫ として１０００が選択されている）ときＡ’の値を区分けすることにより得られ る。ＢｐおよびＣｐも同様の方法で格納される。 線形出力ＫＬＩＮは、図１２に掲載された規則を用いて、正規化された値Ａ， Ｂ，およびＣを加えるか、または引くことによって得られる。 図９，１０，および１１に示す各アナログ信号は、ＤＹ／ＤＸが図１１に示さ れるような三角波形状を有するような信号を発生するようにエンコーダが設計さ れているとき得られる。ここでの開示に 記載された光学式エンコーダがこの例に非常に近似した出力を生成するので、こ の例を選択した。他の多くの波形も適切である。その場合、全位相に亘って合計 されたＤＹ／ＤＸの絶対値が一定値に充分に近似することだけが必要（上述した ように）である。近似値の精度が高くなるほど、エンコーダの精度も向上する。 他の信号波形形状も類似の結果を生ずることを図示するため、ＤＹ／ＤＸが１ ２０°のセクターに亘って１−ｃｏｓｉｎｅ３Ｘの値を有し、隣接する６０°の セクターでゼロの値を有する、３相エンコーダからの各信号を図１３，１４，お よび１５に示した。図１４は１２０°の間隔を置いて、３相出力を形成するよう な３つの信号を示す。３相信号はまた６０°の間隔で形成されることもでき、こ れは反転位相Ａ、すなわち、反転されたＡ＝Ａｍ−Ａと等価である。 図１３は図１４の位相Ａについての傾きＤＹ／ＤＸに対する出力Ｙの関係を示 す。図示を目的として、ＤＹ／ＤＸは１０（１−ｃｏｓｉｎｅ３Ｘ）とされる。 図１５は３相すべてについてのＤＹ／ＤＸの絶対値を示す。これらを検討すれば 、この例においては、これらの３つの信号の合計はＸの任意の値に対し２０であ ることが分かる。 要するに、図９，１０，および１１は、ここでの開示に記載された光学式エン コーダにより高い近似が達成可能な１組の３相エンコーダ信号を示している。図 １３，１４，および１５は磁性、容量性、または誘導性トランスジューサを用い て、より容易に生成されうる他の１組の３相エンコーダ信号を示す。これらの２ つの例以外に、他の波形を選択して他の要件に適合させうる。 図１２に示される方法を用いて、いずれかの組の３相信号の正規化および線形 化がなされうる。 Ｂ．非線形性の補正 １．再現可能性 図６はエンコーダ出力ＫＬＩＮにおける誤差の１つの原因を示す。同様の誤差 が各部品の機械的不完全性またはエンコーダの構成から生じる。 通常、これらの誤差は動作環境の変化とは無関係で、エンコーダの有効期間（ ライフ）の間は一定である。この理由により、製造工程の一部としてエンコーダ に対する校正データを格納することが実用的である。エンコーダがマイクロプロ セッサを含む場合、該校正データは不揮発性メモリに直接ロードされる。そうで ない場合、該校正データは、個別に、例えば、エンコーダのユーザにより該ユー ザの信号処理装置にロードされるためのフロッピィ・ディスク内に格納される。 ２．補間 図１６Ａは出力ＫＬＩＮを補正する方法を示すブロック図である。この方法は 、コンピュータ・メモリに格納されるべき校正データの量を低減させるために補 間を用いる。この方法は、ＫＬＩＮを最上位数（ＫＬＡ）と最下位数（ＫＬＢ） に分離する。例えば、ＫＬＩＮが００００〜９９９９の範囲の場合、ＫＬＡは０ ０００〜９９００の範囲で取り得る１００個の可能な値を持つ。ＫＬＢはまた０ ０〜９９の範囲で取り得る１００個の可能な値を持つ。補正テーブルには、ＫＬ Ａｎの各々の値に対する補正項（ＯＦｎ）を格納する。計算速度を向上するには 、第２ルックアップ・テーブルを用いて、ＤＤＯＦ＝ＯＦｎ＋１−ＯＦｎの値を 格納する。またその代わりに、ＤＤＯＦは、常に、ＯＦｎルックアップ・テーブ ルの内容から起算されうる。 補正された出力（ＣＯＲ）は、次のように計算される。 ＣＯＲ＝ＫＬＮ−（ＯＦ＋（ＫＬＢ＊ＤＤＯＦ）） ３．簡略化された補正方法 図１６Ｂには第２ルックアップ・テーブル、乗算器、および加算器がない。こ の方法は、エンコーダの誤差が小さく、ＤＤＯＦが±１より大きくないとき用い られる。 図１６Ｃは低分解能エンコーダに用いられうる方法を示す。この方法は高速で あるが、より大きなルックアップ・テーブルを必要とし、２のファクターによっ て有効な分解能を低減させてしまう。図１６Ｃの例は、ＫＬＩＮ１を表すのに９ ビットを用い、ＣＯＲ１を表すのに８ビット出力を提供する。 Ｃ．１サイクル／回転とＮサイクル／回転を組み合わせて、エンコーダの分解 能をＮ倍増大させたエンコーダ。 １．ディスクの周辺を用いて１サイクル／回転を得、Ｎ個のスロットの円形列 を用いてＮサイクル／回転を得る。 図１７は図１に示される回転ディスクにディスクの最小半径内に３２のスロッ トからなる列により形成される第２トラックを組み合わせたエンコーダ・ディス クを示す。各スロットの端は、６４の等間隔な放射状の線により形成され、すな わち、その各端は５．６２５°の間隔で配置されている。これらのスロットは、 スリット１２５および１２６と整列するように配置された２つのソース−センサ 対間の光を変調し、ディスクの回転ごとに３２サイクルの２相アナログ信号を生 成する。スリットの最大半径は、スロットの最大半径より少し小さい。スリット の最小半径は、スロットの最小半径より少し大きい。スリットの端は放射状の線 であり、スリットの角度幅は、スロットの角度幅の５／６である。この例では、 スリットの角度幅は４．６８７５°である。 これらの寸法により、スロットの角度幅の１／６または０．９３ ７５°に等しい角度範囲に亘って、一定の最大値および最小値を有する周期的ア ナログ信号を発生する。この角度に３２を掛けた角度は３０°である。この結果 、図３に示される２相信号と同じ形状を有するが、１回転ごとに３２回繰り返さ れるアナログ信号となる。 位相Ａ３２はソース−センサ対がスリット１２５と整列されることにより発生 される。スリット１２５がスロットの１つの中心に位置している状態が示されて いる。ディスクのこの位置は、Ｘ３２出力に対するゼロ位置として任意に選択さ れている。この図において、正回転は反時計方向の回転である。パラグラフＡ１ と整合性を保つには、位相Ｂ３２を発生するスリット１２６の中心は、他のスロ ットのうちの１つの時計方向の端に整列するように配置しなければならない。最 高精度を達成するには、各ソースと各センサの物理的サイズに適合する最も近い スロットを選択することが好ましい。 スリット１２７と整列されたソース−センサ対は位相Ａ１を発生し、スリット １２８と整列されたソースーセンサ対は１回転信号ごとに１サイクルの位相Ｂ１ を発生する。スリット１２７と１２８は９０°の角度間隔を持っている。図１７ に示されるディスク位置において、位相Ａ１の出力は位相Ｂ１の出力にほぼ等し く、図３に参照すると、これらの値は、パラグラフ１に規定されたゼロ位置に対 して約１３５°の回転位置を有するディスクに対応する。 ２．例えば、Ａ３２，Ｂ３２，Ａ１，およびＢ１を組み合わせ、１回転当り１ 回繰り返す線形出力を得て、分解能を３２倍向上させる。 図１８は図７Ｂに示さる方法を用い、位相Ａ１と位相Ｂ１からＫＬＩＮ１を得 、位相Ａ３２と位相Ｂ３２からＫＬＩＮ３２を得る。補正されるべき誤差の大き さにより必要とされる図１６Ａ，または１６Ｂ，または１６Ｃに示される方法を 用いて、ＫＬＩＮ１を補正 してＣＯＲ１を得、ＫＬＩＮ３２を補正してＣＯＲ３２を得る。 ＣＯＲ１に３２を掛けて、その結果が最上位数３２ＣＯＲ１Ａ（０〜３１の値 の範囲を持つ）と最下位数３２ＣＯＲ１Ｂ（ＣＯＲ３２と同じ値の範囲を持つ） とに分離される。この例においては、ＣＯＲ１とＣＯＲ３２は０〜９９９９の値 の範囲を持つ。計算の便宣のために選択された値の範囲は、ＡＤＣの分解能と応 用対象の要求により制限される。通常、最大値は２のある累乗より１だけ小さく 、例えば、５１１，１０２３，または４０９５である。 ３２ＣＯＲ１ＢがＣＯＲ３２から引かれてＤＩＦを得る。ＤＩＦが負の場合、 ３２ＣＯＲ１Ａは１だけ増加する。結果が３２の場合、０を引く。この結果によ り、３２のうちのどのスロットが位相Ａ３２と位相Ｂ３２を発生したかを特定す る。この例では、この結果は、ディスクの位置を特定する６桁の１０進数ＮＸの うちの２桁の最上位１０進数である。 ＮＸの値はＫＬＩＮ３２の補正値であるＣＯＲ３２を用いて計算される。テー ブル１を用いた補正は、すべての３２のスロットが同じ場合にのみ完全である。 一般に、各スロットは同じではなく、精度のさらなる向上は、テーブルアドレス としてＮＸの最上位数を用いる第３ルックアップ・テーブルを用いて達成されう る。図１８の例は、ＮＸの３桁の最上位１０進数、０〜３１９の値を用いて、補 正項ＯＦとＤＤＯＦを設定する。補正された出力ＮはＮＸ−（ＯＦ＋ＤＤＯＦ＊ ＮＸＢ）に等しい。この例においては、ＮＸＢはＮＸの３桁の最上位１０進数で ある。 Ｄ．Ｎサイクル／回転とＮ−１サイクル／回転を組み合わせて、分解能をＮ倍 増大させたエンコーダ。 １．Ｎ個のスロットの円形トラックとＮ−１（またはＮ＋１）個のスロットの 第２円形トラックを用いてＮサイクル／回転の絶対値 を得る。 図１９はディスクの最小半径の内側に４９のスロットからなる列で形成される 第１トラックと、該４９のスロットからなる列の内側に５０のスロットからなる 列で形成される第２トラックを持つ円形周辺を有するエンコーダ・ディスクを示 す。スロットの外側の列の端は、９８本の等間隔な放射状の線により形成され、 スロットの内側の列の各端は、１００本の等間隔な線により形成され、すなわち 、内側の列の各端は３．６°の間隔で配置されている。スロットの内側の列は、 各スリットＡ５０とＢ５０とに整列されている２つのソース−センサ対間の光を 変調し、ディスクの１回転ごとに５０サイクルの２相アナログ信号を発生する。 スロットの外側の列は、各スリットＡ４９とＢ４９とに整列されている２つの追 加ソース−センサ対間の光を変調し、１回転ごとに４９サイクルの２相アナログ 信号を発生する。各スリットの最大半径は、関連するスロット列の最大半径より 少し小さい。各スリットの最小半径は、関連するスロット列の最小半径より少し 大きい。各スリットの端は放射状の線で、各スリットの角度幅は関連するスロッ トの角度幅の５／６である。この例では、スリットＡ５０とＢ５０の角度幅は３ ．０°である。 内側のトラックに対しては、これらの寸法により、スロットの角度幅の１／６ に等しい角度、換言すれば、０．６°に亘って一定である最大値と最小値を持つ 周期的なアナログ信号を発生する。この角度に５０を掛けると３０°である。こ の結果、図３に示される２相信号と同じ形状をしているが、１回転ごとに５０回 繰り返されるアナログ信号となる。 外側のトラックに対しては、角度寸法は５０／４９の比だけ増加される。その 結果、同じ形状の２相信号になるが、１回転ごとに４ ９回繰り返される信号となる。 位相Ａ５０はスリットＡ５０と整列されたソース−センサ対により発生される 。スリットＡ５０は各スロットの内側の列のうちの１つの中心に位置している状 態が示されている。ディスクのこの位置が、Ｘ５０出力に対するゼロ位置として 任意に選択されている。この図において、正回転は反時計方向である。パラグラ フＡ１と整合性を保つには、位相Ｂ５０を発生するスリットＢ５０の中心は、他 のスロットのうちの１つの時計方向の端と整列されなければならない。最高精度 を達成するには、各ソースと各センサの物理的サイズに適合する最も近いスロッ トを選択することが好ましい。 位相Ａ４９はスリットＡ４９と整列されたソース−センサ対により発生される 。スリットＡ４９はスロットの外側の列のうちの１つの中心に位置している状態 が示されている。ディスクのこの位置は、またＸ４９出力に対するゼロ位置であ り、位相Ｂ４９を発生するスリットＢ４９の中心は、外側のトラック内の他のス ロットのうちの１つの時計方向の端と整列されなければならない。スリットＢ４ ９と整列されたソース−センサ対は１回転信号ごとに４９サイクルの位相Ｂ４９ を発生する。 ２．例えば、Ａ５０，Ｂ５０，Ａ４９，およびＢ４９を組み合わせて、１回転 ごとに１回繰り返す線形出力を得て、５０個のスロットのトラックの分解能を５ ０倍向上させる。 図２０は図７Ｂに示される方法を用いて、位相Ａ４９と位相Ｂ４９からＫＬＩ Ｎ４９を得、位相Ａ５０と位相Ｂ５０からＫＬＩＮ５０を得る。補正されるべき 誤差の大きさにより必要な図１６Ａまたは１６Ｂに示される方法を用いて、ＫＬ ＩＮ４９を補正してＣＯＲ４９を得、ＫＬＩＮ５０を補正してＣＯＲ５０を得る 。 ＣＯＲ１を得るには、ＣＯＲ４９からＣＯＲ５０が引かれる。結 果が負の場合、ＣＯＲ１が常に正になるように定数（この例では１０，０００） が加えられる。 ＣＯＲ１に５０を掛けて、その結果が最上位数５０ＣＯＲ１Ａ（０〜４９の値 の範囲を持つ）と最下位数５０ＣＯＲ１Ｂ（ＣＯＲ５０と同じ値の範囲を持つ） とに分離されうる。この例では、ＣＯＲ４９とＣＯＲ５０は０〜９９９９の値の 範囲を持つ。値の範囲は計算の便宣のために選択され、ＡＤＣの分解能と応用対 象の要求とにより制限される。通常、最大値は２のある累乗より１だけ小さく、 例えば、５１１，１０２３，または４０９５である。 ＣＯＲ５０から５０ＣＯＲ１Ｂが引かれて、ＤＩＦを得る。ＤＩＦが負の場合 、５０ＣＯＲ１Ａは１だけ増加される。結果が５０の場合、０に置き換える。こ の結果は５０個のスロット（０−４９）のうちのどのスロットが位相Ａ５９と位 相Ｂ５０を発生したかを特定する。この例では、結果は、ディスクの位置を特定 する６桁の１０進数ＮＸのうちの２桁の最上位１０進数である。 ＮＸの値はＫＬＩＮ５０の補正値であるＣＯＲ５０の値を用いて計算される。 テーブル１を用いる補正は、５０個のスロットのすべてが同じである場合にのみ 完全である。一般に、各スロットは同じではなく、精度のさらなる向上はテーブ ルアドレスとしてＮＸの最上位数を用いる第３ルックアップ・テーブルを用いて 達成されうる。図１８の例はＮＸの３桁の最上位１０進数、０〜４９９の値を用 いて補正項ＯＦとＤＤＯＦを設定する。補正された出力Ｎは、ＮＸ−（ＯＦ＋Ｄ ＤＯＦ＊ＮＸＢ）に等しい。この例では、ＮＸＢはＮＸの３桁の最上位１０進数 である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｈ Ｕ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ， ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．１つ以上のトラックを有する測定スケールと、 トラックごとに複数設けられたアナログセンサであって、各センサは対応する トラックにより変調された出力を有し、これにより該各センサと該各測定スケー ルとの相対位置を表示するような、該各センサからの複数の周期的な非正弦波の 多相アナログ信号を発生するものと、 該アナログ信号に比例したデジタル値を生成するアナログ−デジタル変換手段 と、 該アナログ信号のデジタル値を条件付きで加算または減算する手段であって、 該測定スケールに対する該各センサの位置に比例して線形に増加する単一の出力 を得るものと、 からなるアプソリュート・エンコーダ。 ２．１つ以上のトラックからの各該アナログ信号は、そのサイクルの少なくと も１／２５の間一定である最大値と、そのサイクルの少なくとも１／２５の間一 定である最小値を有する請求項１に記載のエンコーダ。 ３．１つ以上のトラックからの各該アナログ信号は、そのサイクルの１／４に 等しい位相差とそのサイクルのほぼ１／１２の間一定である最小値と最大値を有 する２相信号である請求項１に記載のエンコーダ。 ４．１つ以上のトラックからの各該アナログ信号は、そのサイクルの１／６に 等しい位相差とそのサイクルのほぼ１／６の間一定である最小値と最大値を有す る請求項１に記載のエンコーダ。 ５．１つ以上のトラックからの各該アナログ信号は、そのサイクルの１／３に 等しい位相差とそのサイクルのほぼ１／６の間一定で ある最小値と最大値を有する３相信号である請求項１に記載のエンコーダ。 ６．１つ以上のトラックからの各該アナログ信号は、そのサイクルの１／８に 等しい位相差とそのサイクルのほぼ１／４の間一定である最小値と最大値を有す る４相信号である、請求項１に記載のエンコーダ。 ７．１つ以上のトラックを有する測定スケールと、 トラックごとに２つ以上設けられたアナログセンサであって、各センサは対応 するトラックにより変調された出力を有し、これにより該各センサと該測定スケ ールとの相対位置を表示するような、該各センサからの周期的なアナログ信号を 発生し、任意の１つのトラックからのすべてのアナログ信号の傾きの絶対値の合 計が、定数に近似しているものと、 該アナログ信号に比例したデジタル値を生成するアナログ−デジタル変換手段 と、 該アナログ信号のデジタル値を条件付きで加算また減算する手段であって、該 測定スケールに対する該各センサの位置に比例して線形に増加する単一の出力を 得るものと、 からなるアプソリュート・エンコーダ。 ８．１つ以上のトラックからの各該アナログ信号は、そのサイクルの少なくと も１／２５の間一定の最大値を有し、そのサイクルの少なくとも１／２５の間一 定の最小値を有する、請求項７に記載のエンコーダ。 ９．１つ以上のトラックからの各該アナログ信号は、そのサイクルの１／４に 等しい位相差とそのサイクルのほぼ１／１２の間一定である最小値と最大値を有 する２相信号である請求項７に記載のエンコーダ。 １０．１つ以上のトラックからの各該アナログ信号は、そのサイクルの１／６ に等しい位相差とそのサイクルのほぼ１／６の間一定である最小値と最大値を有 する３相信号である請求項７に記載のエンコーダ。 １１．１つ以上のトラックからの各該アナログ信号は、そのサイクルの１／３ に等しい位相差とそのサイクルのほぼ１／６の間一定である最小値と最大値を有 する請求項７に記載のエンコーダ。 １２．１つ以上のトラックからの各該アナログ信号は、そのサイクルの１／８ に等しい位相差とそのサイクルのほぼ１／４の間一定である最小値と最大値を有 する４相信号である請求項７に記載のエンコーダ。