JPS59148997A - 回転式位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はいわゆるアブソリュートロータリエンコーダ
と呼ばれる絶対番地形回転式位置検出装置に関する。

絶対番地形回転式位置検出装置は第１図に示すように、
入力軸５に取付けられた回転子（符号板）１に各座標位
置を符号化して明暗ノぐターンとして書き込み、この符
号板１および固定スリット板（検出精度を高めるための
もの）４を挾んで、発光ダイオード３とフォトダイオー
ド２を対向させることによシ、位置検出対象物の移動に
よる符号板１の回転に伴ってフォトダイオード２から各
座標位置に対応した位置情報が得られるようにしたもの
である。

符号板１に書き込まれる符号は、従来から単一距離符号
（ユニット・ディスタンス・コード）が使用されている
。これは隣り合う２組の符号間で、常に１つのビットの
みが異々るものである。このような符号を用いるのは、
２つ以上のビットが同時に変化するコーＰを用いると、
符号検出の際、１つのビットの反転を検出したが、他の
ビットがまだ反転していないという状態が必ず発生し、
誤ったコードが出力されるためである。

この単一距離符号のうち最もよく知られているものはグ
レイコードである。グレイコードは純２進符号と１対１
に対応しておシ、相互変換が容易なため、よく用いられ
ている。しかし、回転形の符号板１において、最初のコ
ーＰと最後のコードの関係を単一距離符号とするために
は、符号板１の分割数を２”（ｎけ整数）にしなければ
ならないという制約がある（２ｎとすれば、最初のコー
ドを「０００・−・０」とすると、２ｎ番目のコーＰは
「１００・・・０」となる）。したがって、従来から市
販されている回転形エンコーダでは、１０２４分割、２
０４８分割、４０９６分割等分割数が２のべき乗にガっ
ているものが多い。しかし、使用者にとっては、このよ
う々半端な分割数は望捷しいものではなく、１０００分
割、３６００分割というように、端数のないものが好ま
れる傾向がある。このような分割数のものを製作するた
めに用いられる方法として、従来は、 （１）同期信号を用いる方法 （２）特殊なコードを用いる方法 の２棹類があった。このうち（１）の方法は次のとおり
である。

第２図は１０００分割の符号板のうち、０番地のコード
と９９９番地のコードの境目を示している（斜脚の部分
が１ビを表わすものとする）。Ｏ番地から９９９番地ま
では隣シ合うコードはすべて１ビツトのみ異なるが、９
９９番地からＯ番地に戻る際には、この図に示すように
３個のビットが“１″→”０”に変化する。これらの変
化が完全に同時に起こるようにすることは事実上不可能
であるため、２°〜２９のビットの他に同期信号Ｚを用
いて、この信号Ｚが“１°になっているとき、他のビッ
トに無関係にＯ番地と等しいコードが出力されるように
している。この検出回路を示せば、第３図のようになる
。

第３図において、光源（発光ダイオード）３から発せら
れた光は符号板１および固定スリット板４を通って、光
電素子（フォトダイオード）２における符号板１のツク
ターンに対応した位置に照射され、アンプ６、アンド回
路７を介して、コード変換器８で１０進数に変換され、
出カッ々ツファ９を介して出力される。符号板１は同期
信号２専用のトラック１ｚを具え、このトラック１ｚを
通して得られる光を光電素子２ｚで受光して、アンゾロ
ｚで増幅し、インノ々−夕１０で反転して、アンド回路
７に加えるようにしている。したがって、同期信号Ｚが
得られたときは、他のビットに無関係に出力は０（すな
わちＯ番地の出力）となる。

したがって、各ビット信号２０〜２−が°１”→１０”
に変化する位置を、第２図にするように、真の境目Ｐｏ
　よ）わずかに右へずらして　ｐｏＩの位置にして、同
期信号Ｚとオーツ々−ラップさせれば、各ピット信号２
１Ｌ、２１１が“１”→“０“に変化する位置Ｐｏ′に
ばらつきがあっても、同期信号ｚ　痴立上る位置の右側
にある限り問題にならない。また、同期信号Ｚが立下る
位置では、すでに各ピット信号２°〜２９はすべて０に
立下っているので、同期信号２が位置Ｐｚで立下った後
も出力は引続き０のままである。

以上のようにして、読み取りのあいまいさをなくすこと
ができる。しかし、同期信号ｚ’６得るために余分なト
ラック１ｚと検出系を必要とする問題がある。つまり、
この例のように１０００分割であれば、最低限必要なピ
ット数は１０ビツトであるが、同期信号ｚを得るため実
質的に１１ビツト必要としている。したがって、符号板
の製作の困難さ、検出系の数という点では２０４８分割
の場合と同等になってしまう。

また、上記（２）の特殊なコーｒを用いる方法について
は、詳しい説明は省略するが、余分々ビットを必要とす
る点で、同期信号を用いる方法と同じ問題点がある。

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、同期信号
や特殊なコードを用いることなく、必要最小限のビット
数で任意の分割数が得られる位置検出装置を提供しよう
とするものである。

この発明によれば、ダレイコーＰ等の単一距離符号列で
は、隣シ合うもの以外にも単一距離符号の関係にある符
号が存在することに着目し、それらの符号で挾まれる区
間を適宜抜き出して、任意の符号数の単一距離符号列を
形成し、それを回転子（符号板）にノぐターン化するこ
とによシ、任意の分割数を得るようにしている。

すなわち、例えば１０進数でθ〜２４−１の２４個の数
字をダレイコーＰ化すると下記第１表に示すようになる
が、これを見ると、単一距離符号の関係にあるものは、
隣シ合うもの以外にも存在するととがわかる。

第　　　１　　　表 例えば、ｏ（ｏｏｏｏ）と単一距離符号の関係にあるも
のは、隣り合う１（０００１）、１５（１０００）以外
（で、３（００１０）、７　（０１００）がある。すな
わち、単一距離符号の関係とは１つのビットのみが異な
っている関係であるから、ｎビットで表わされるコード
であれば、各コードについてｎ個の単一距離符号の関係
にあるコードが存在する。第４図は、第１表の１６個の
グレイコーＰの中で互いに単一距離符号の関係があるも
のを線で結んで示したものである。

単一距離符号の関係にある２つのコーＰは、それらの間
に挾オれるコードを取シ除いても、全体のゴー２列は単
一距離符号列を維持する。例えば、第４図において、互
いに単一距離符号の関係にある２（００１１）と１３（
１０１１）とにより挾まれる１４，１５，０．１のコー
ドを取シ除いた３、４．・・・・・・、１２，１３，２
，３．川・・・のコーＰも単一距離符号列となる。した
がって、取シ除く位置を適宜選択することにより、任意
のコード数の単一距離符号列を作成することができる。

例えば、第４図の１６個のゴー２列から１０個のゴー２
列を作成するには、６個のコーＰを取シ除けばよいから
ｓ　　（１３，１４，１５，０，１，２）、（：１，２
，３，４，５，６３など連続した部分を取シ除くか、あ
るいは（１５，０，３，４，７゜８）％　（１，２，５
，６，９，１０：］など部分的に取シ除いていけばよい
。

以上は、単一距離符号の関係にあるものをいちいちピッ
クアップして、そのうち必要な数だけ選択して取り除く
という方法であるが、全体のコード数が多く、かつ、取
シ除く数も多い場合、選択するのが大変である。単一距
離符号の関係にあるものは、第４図からもわかるように
、ある規則性があるから、この規則性を見つければ、簡
単に選択を行なうことができる。

その規則性として１例えばダレイコードにおいては、コ
ード列の中心から対称位置にあるものどうしは単一距離
符号の関係があるということがいえる。例えば、第４図
の例でいえば、コード列の中心は７と８の間であるから
、これを中心対称位置にある６と９．４と１０．・・・
・・・の各グレイコ−Ｐはそれぞれ単一距離符号の関係
になっている。

従って、この性質を利用して、はじめのコード数（例え
ば１０２４）から設定しようとする分割数（例えば１０
００）を引いた余分な数（２４）だけ、コード列の中心
から２つずつ対にして除去すれば（コード列の中心から
前後に１２個ずつ取シ除＜）、分割数に対応した数のコ
ードからなる単一距離符号列が構成される。

以下、この方法について詳しく説明する。

いま、設定しようとする分割数をＮ（偶数）とするとき
、 ２ｎ＋ｌ　＞　Ｎ＞　２ｎ　　　　　　　　（１）なる
整数ｎを求める。また、Ｏから２”Ｌｌまでの純２進符
号列を求める。また、次の関係を満たすＸを求める。

２　　−Ｎ＝２Ｘ　　　　　　　（２）２ｎ＋ｌ、　Ｎ
はともに偶数であるから、Ｘは必ず整数である。

ここで、０から２ｎ＋１〜１までの２ｎ＋１個の純２進
符号列から ａ）２”　−１番Ｕから２”　−Ｘ番目”４でのＸ個ｈ
）　　２”番目から２’−Ｘ−１番目１でのＸ個をそれ
ぞれ取り除く。すると次のようなＮ個の符号列が得られ
る。

これらの符号をそれぞれグレイ符号に変換すると、Ｎ個
の単位距離符号列が得られる。

すなわち、分割数をＮとする場合に、上記第（１）式、
第（２）式を満たすｎ、Ｘを求め、これを第（３）式の
ｎ、Ｘに代入して、それをグレイコード化する。

このようにして得られた符号列が単位距離符号列となる
ことは、次のように証明される。

純２進符号の各桁を Ｂｎ　、　Ｂ　ｎ　−１、−−、８１、Ｂ６とし、これ
に対応するグレイ符号の各桁をＧｎ　、　Ｏｎ　−１、
＝・＝　、　Ｇｌ　　、　Ｇ。

のように表わす（Ｂｎ＝Ｂｏ、Ｇｎ−Ｇｏは１１″　ま
たは”θ″で表わされる）、。

Ｇ　ｎ　＝　Ｇ　ｏとＢｎ−ｎｏ　　との間には次のよ
うな論理式が成り立つことが知られている。

Ｏから２１＋　１　＋　１までの２ｎ＋１個の純２進符
号の各桁について、第（４）式の操作を施すと、得られ
るグレイツー１列は単位距離符号列と々るととは公知で
あるから（２のべき乗個のグレイコードであるから、最
後のものと最初のものも単位距離符号の関係になってい
る）、２”−Ｘ−１番目（除去する区間の１つ手前のも
の）のグレイコードと、２　ｎ　＋　Ｘ番目（除去する
区間の１つ後のもの）のグレイコーＰが単一距離符号の
関係にあること（すなわち１つのビットを除いて等しい
とと）を証明すればよい。

そこで、まず　２１番目と２ｎ　−１番目を純２進数で
表わせば、次のような形になる。

２°＝１０００・・・・・・・・・０（５）２°−１＝
０１１１・・・・・・・・・１（６）ｎｉｌビット ここで、前記第（１）式、第（２）式からＸは、０＜Ｘ
＜２” であるので、Ｘを純２進数で表わせば Ｘ＝Ｏｒ　　Ｘ　ｎ−ｌ　、　　Ｘｎ　−２＋　　＝・
＝・　ｒ　　Ｘ＋　　　＋　　Ｘｏ　　　　（７）、１
＋１ビツト となる。したがって、２”＋Ｘけ第（５）式にＸを加え
たものと々るから、第（５）式におけるＯの列のうち、
第（７）式のＸｎ−１−Ｘｏが１となっている桁を１に
したものとなる。神だ２”−Ｘ−１は第（６）式からＸ
を引いたものとなるから、第（６）式におけるｌの列の
うち、第（７）式のＸｎ−ｍ−Ｘｏが１となっている桁
をＯにしたものとなる。

以上のことから、純２進数において、２ｎ＋Ｘ番目と２
’−Ｘ−１番目は互いに各桁のＯと１を反転させたもの
と々っていることがわかる。

ここで、第（４）式において、紳、２進数Ｂ　ｎ　＝　
８６の１とＯを反転させてみると、対応するグレイコ−
ｙは、最上位ピッ）Ｇｎは反転し、残シのピッ）　Ｇｋ
（ｋ＝Ｏｔ　１　ｍ＝””ｅ　”　−ｔ　）は変化しな
い。

すなわち　２　ｎ　＋　Ｘ番目と２”−Ｘ−１番目は先
頭ピット以外はすべて等しいグレイコードとｈることか
わかる。

以上のととから、第（３）式をグレイコーＰに変換した
ものはＮ個の単位距離符号列となることが証明された。

なお、第（３）式の意味をわかシやすくいえば、０番か
ら２”１−１までの２１＋１個のグレイコード列におい
ては、コード列の中心（２”−１番２ｎ番の間）から対
称位置にあるものどうしが単一距離符号の関係にあるこ
とを利用して、グレイコード列の中心位置から、２’−
１番と２ｎ番　２ｎ−２番と２ｎ＋１番、２ｎ−３と２
ｎ＋２番、・・・・・・と２つ１組にして取シ除いてい
き、残った数が設定しようとする分割数Ｎに力るように
することにより、分割数Ｎの単一距離符号列を形成する
というものである。

ここで、上記の理論によシ得られたダレイコーＰ列を用
いて構成した符号板の１部分を第５図に示す。この場合
、第（１）式、第（２）式により、ｎ＝９、Ｘ＝１２と
なる。したがって ２ｎ−Ｘ−１＝４９９ ２”＋Ｘ＝５２４ であシ、それぞれを第（４）式を利用してグレイコーＰ
化すれば ４９９＝０１００００１０１０ ５２４＝１１００００１０１０ が得られる。したがって、４９９番目と５２４番目は最
上位ビット２１１のみが変化するので、単一距離符号の
関係が得られている。

第６図は、第５図の符号板を用いて１０００分割のロー
タリエンコーダを構成する場合の一例である。

第６図において、符号板１はガラスディスクに第５図の
ノぐターンを描いたものである。４は固定スリット板で
、検出精度を高める働きをする。符号板ｌと固定スリッ
ト板４を挾んで、光源（発光ダイオ−ｒ）３と光電素子
（フォトダイオ−）′）２が対向して配置され、光電素
子２の受光信号はアンゾロを介して、記憶素子１０に入
力される。

記憶素子１０は符号板ｌのノぞターンによって得られた
グレイコード出力をＢＯＤコードに変換するものである
。符号板１のそれぞれの位置における番地と出力の関係
は第２表のようになる。ここで、記憶素子１０を使用す
る理由は、一般のロジックＩＯで第２表のような変換を
行なう回路を構成すると、非常に複雑になシ、実用的で
ないからである。

記憶素子１０の出力は出力バッファ９を介して出力され
る。

以上の構成において、符号板ｌを取付けた軸５が回転す
ると、符号板１のパターンによって得られる出力はＯ〜
９９９の範囲で順次変化する。とのようにして１０００
分割の位置検出装置として用いることができる。

々、お、上記の実施例では、１０進数で０〜２　ｎ＋　
１−１のグレイコーＰ列において、その中心（２ｎ−１
と２ｎの間）から対称位置にあるものどうしを対にして
取シ除くようにしたが、グレイコーＰ列においては、こ
のほかに、２”’−１と２ｎ″″ｌとの間を中心にして
も、また、２ｎ′″”＋２”−１と２ｎ−１＋２１との
間を中心にしても対称位置にあるものどうしが単一距離
符号の関係にあるので、これから取シ除くようにしても
よい。

また、この発明はグレイコード以外の単一距離符号列を
用いるときにも適用することができ、それぞれの有する
規則性に応じてコーＰを取シ除いていけばよい。

また、この発明１ｄ光学式以外にも、磁性体と磁気セン
サを組合せた形式のもの、導体とブラシ等を組合せだ形
式のもの等あらゆる形式の回転式位置検出装置に適用す
ることができる。

以上説明したようにこの発明によれば、１０進数で１ず
つ変化して循環する単一距離符号列が、隣りあうもの以
外にも単一距離符号の関係にあるものが存在するととを
利用して、それらの符号に挾まれる区間を適宜取り除い
て任意の符号数の単一距離符号列を形成し、これを回転
式位置検出装置の回転子にパターン化するようにしたの
で、分割数が２のべき乗でない場合でも、同期信号を必
要とせず、最小限の♂ット数でパターンを製作すること
ができる。したがって、パターンの製作が容易に々シ、
検出系の数が減るので、小形化、コストダウンを図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は絶対番地形回転式位置検出装置の構成を示す斜
視図、第２図は同期信号Ｚを用いた符号板のノぞターン
の一部を示す図、第３図は第２図の符号板を用いる場合
の検出系の一例を示すブロック図、第４図はグレイコー
ドにおいて単位距離符号の関係にあるものどうしを線で
結んで示した図、第５図はこの発明を利用した符号板の
ノぐターンの一部を示す図、第６図はこの発明による検
出系統の一例を示すブロック図である。 １・・・回転子（符号板）％２”−光電素子（フォトダ
イオ−￥）、３・・・光源（発光ダイオ−）’）、４・
・・固定スリット板、５−人力軸、６・・・アンプ。 第２図 ］ 第５図 ３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １０進数で１ずつ変化して循環する単一距離符号列の中
   で隣り合うもの以外で互いに単一距離符号の関係にある
   符号で挾まれる区間を適宜抜き出して任意の符号数の単
   一距離符号列を形成し、これを回転子にノぞターン化し
   たことを特徴とする回転式位置検出装置。