JPS63122915A

JPS63122915A - アブソリユ−トエンコ−ダ

Info

Publication number: JPS63122915A
Application number: JP61269470A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nagai; 永井　賢
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1986-11-12
Publication date: 1988-05-26

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】（発明の技術分野）本発明は、長さ又は回転角を電気的信号に変換するエン
コーダであって、長さや角度に対応した絶対位置を出力
するいわゆるアブソリエートエンコーダに関するもので
ある。

（発明の背景）従来、第１の部材に対して相対的に移動する第２の部材
の絶対位置を測定するアブソリュートエンコーダとして
は、例えば、いずれか一方の部材にバイナリコードやグ
レイコードを形成し、他方の部材の検出器によって一方
の部材のコードを読み取るようにしたものがある。

しかし、読取の分解能を上げる為には多数のトラックを
必要とし、結果として形状が大きくなったり、コストが
上がる等の欠点があった。

（発明の目的）本発明は、小型かつ低価格なアブソリュートエンコーダ
を提供することを目的とする。

（発明の概要）本発明は第１の部材（２，１０ａ、１０ｂを保持する部
材）と、該部材に対して所定範囲内で移動する第２の部
材（１）と、該部材の前記移動範囲に対応する１ピッチ
以下の正弦信号を出力する第１の検出手段（１０ａ）と
、前記移動範囲内に対応する１ピッチ以下の余弦信号を
出力する第２の検出手段（１０ｂ）と、前記正弦信号と
前記余往信号との比を前記第１の部材に対する前記第２
の部材の絶対位置に対応させる対応手段（１１ａ、１１
ｂ、３．４．５）と、を有することを特徴とするアブソ
リュートエンコーダである。

（実施例）以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を説明する
。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例を示す図であ
って、第１図の（ａ）は回転円板の平面図、第１図（ｂ
）は電気回路図、である。

第１図Ｃａ’）に示したように、円板１は第１リング領
域１０、第２リング領域２０、第３リング領域３０を有
している。第１リング領域１０は、１８０度対向位置に
透過率θ％と透過率１００％の部分を有し、その間は正
弦的に透過率が変化している。第２リング領域２０は、
円周方向に明暗のパターンが等ピッチで、計４０ピッチ
形成され、第３リング領域３０は、第２リング領域２０
のパターンより小さなピッチの計１６００ピッチの明暗
のパターンが円周方向に配設されている。第１リング領
域１０と第２リング領域２０と第３リング領域３０のパ
ターンのピッチの関係については後述する。

第１図（ａ）に示した円板は、第１図（ｂ）に示した光
源２の射出光によって表面もしくは裏面から照明される
。具体的には、光源２の射出光を不図示のコリメータレ
ンズによって平行光束にして、円板１の各リング領域１
０．２０．３０を照明する。光源２に対して円板１とは
反対側には、円板１の各リング領域１０．２０．３０の
ためにそれぞれ２つづつの光電変換素子１０ａ、１０ｂ
、２０　ａ、　２０　ｂ、　３０　ａ、３０ｂが配設さ
れている。

光電変換素子１０ａ、１０ｂは、第１リング領域１０を
透過した光源２からの光を受光するもの近接して配設し
である。光電変換素子２０ａ、２０ｂは、不図示の第１
インデツクスを介して円板１の第２リング領域２０を透
過した光源２からの光を受光する。第１インデツクスは
、インクリメンタルエンコーダで周知であるように、各
光電変換素子２０ａ、２０ｂに対応させた明暗のパター
ンをそれぞれ有し、それぞれのパターンは第２リング領
域２０のパターンと同ピッチでかつ互いに□ピッチずら
せて設けられている。以上の光源２、不図示のコリメー
タレンズ、第２リング領域２０、不図示の第１インデツ
クス、光電変換素子２０ａ、２０ｂは周知のインクリメ
ンタルエンコーダに用いられているものと同機能を果す
。光電変換素子３０ａ、３０ｂは、不図示の第２インデ
ツクスを介して円板１の第３リング領域３０を透過した
光源２からの光を受光する。この第２インデツクスは、
各光電変換素子３０ａ、３０ｂに対応させた明暗のパタ
ーンをそれぞれ有し、それぞれのパターンは第２リング
領域３０のパターンと同ピッチでかつ互いに−ピッチず
らせて設けられている。

従って、光源２、不図示のコリメータレンズ、不図示の
第１インデツクス、第２インデツクス、光電変換素子１
０　ａ、　１０　ｂ、　２０　ａ、　２０　ｂ、３０ａ
、３０ｂに対して円板１が回転すると、光電変換素子１
０ａ、１０ｂからは同じ周期で位相が９０度異なる正弦
信号（一方を正弦信号とすれば、他方は余弦信号である
）が生じ、光電変換素子２０ａ、２０ｂからは、光電変
換素子１０ａ、１０ｂからの正弦信号より周期が小さく
、位相が互いに９０度異なる正弦信号（一方を正弦信号
とすれば、他方は余弦信号である）が生じ、光電変換素
子３０ａ、３０ｂからは、光電変換素子２０３．２０ｂ
からの正弦信号より周期が小さく、位相が互いに９０度
異なる正弦信号（一方を正弦信号とすれば、他方は余弦
信号である）が生ずる。

光電変換素子１０　ａ、　１０　ｂ、　２０　ａ、　２
０　ｂ。

３０　ａ、　３０　ｂからの信号はそれぞれ増幅器１１
ａ−、ｌｌｂ、２１ａ、２１ｂｓ　３１ａ、３１ｂにて
増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ３、波形整形手段４に
入力される。Ａ／Ｄコンバータ３は、入力された各信号
をデジタル信号に変換し、コンピュータ５に入力する。

波形整形手段４は入力された各信号をゼロクロス点にお
いて波形整形し、コンピュータ５に入力する。コンピュ
ータ５は後述のフローチャートに従って、Ａ／Ｄコンバ
ータ３からの信号及び波形整形手段４からの信号から、
円板１の回転位置を絶対位置に対応させて、表示器６に
表示せしめる。

以下、コンピュータ５のフローチャートを示す第２図を
参照しつつ第１図の動作を説明する。まずコンピュータ
５は、光電変換素子１０ａ、１０ｂの出力信号ｅｌＯ１
ｅｌＯ”　（信号ｅ１゜は正弦信号、信号ｅ１６°は余
弦信号である）に対応したＡ／Ｄコンバータ３の出力信
号であるデジタル信号ＥＩ０、Ｅ、。°の比Ｅ、。／Ｅ
ｌ。′を求める（ステップ２０）。比Ｅ　＋ｏ／　Ｅ　
ｔｏ’のアークタンジェント（ｔ　ａ　ｎ−’　（Ｅｇ
ｏ／　Ｅｇｏ’　）　）を演算すると、Ｅる位相各θ１
は円板１の所定基準位Ｒ（θ−０）からの絶対的な回転
角に対応している（ステップ２１）。いま、コンピュー
タ５は位相角θを９．０度毎に検出するように設定され
ているものとする。

すなわち、円板１の１回転で信号ｅ１６は１周期の変化
をするから、ステップ２０で信号ｅｇｏが１／４０の精
度にて内挿されていることになる。なお、第３図（１３
）に示したように、ｔ　ａｎ−’　（ＥＢ／Ｅｇｏ’　
）はＯ≦θ≦３６０において同じ値を２回とるが１．光
電変換素子１０ａ、１０ｂの出力信号ｅｔａ、８１０’
　　（第３図（ａ）、（ｂ））を波形整形手段４にて波
形整形した信号（第３図（ｃ）（ｄ））に基づいて、コ
ンピュータ５は、識別を行なう。すなわち、第３図（ｄ
）の信号に着目すれば、第３図（６）の第１領域Ｉと第
３領域■では第３図（ｄ）の信号は高レベル、第３図（
ｅ）の第２領域■では第３図（ｄ）の信号は低レベルで
ある。

また、コンピュータ５は、光電変換素子２０ａ、２０ｂ
の出力信号ｅ２゜、ｅ２゜°　（信号ｅ２゜は正弦信号
、信号ｅ８゜”は余弦信号である）に対応したＡ／Ｄコ
ンバータ３の出力信号であるデジタル信号Ｅｇｏ、Ｅ２
゜′の比Ｅ８゜／Ｅｔｏ”を求める。（ステップ２２）
。比Ｅ２゜／Ｅ、。′のアークタンジェント（ｔ　ａ　
ｎ−’　（Ｅｇｏ／　Ｅｇｏ’　）　）を演算するられ
る位相角θ２は、信号ｅ！。、ｅ８゜゛が円板１の１回
転で得られる４０周期のいずれかの円周内を内挿した角
度を示すことになる。そして、例えば１／４０の精度で
内挿することにすれば、０．２２５度の精度の読み取り
を行なえる。コンピュータ５は、上述の比Ｅｔａ／Ｅｚ
。”を位相角θ２に対応させる（ステップ２３）。

さらに、コンピュータ５は、光電変換素子３０ａ、３０
ｂの出力信号ｅｓｏ、ｅ３１１’　　（信号１３ｉ１１
１は正弦信号、信号ｅ、。゛は余弦信号である）に対応
したＡ／Ｄコンバータ３の出力信号であるデジタル信号
Ｅ、。、Ｅ、。”の比Ｅ、。／Ｅ３６”　を求める（ス
テップ２４）、この場合には、同上の教え方に従って、
ｅ、。、ｅ、。′が円板１の１回転で得られる１６００
周期のいずれかの周期内を内挿した角度を示すことにな
る。そして、例えば１／４０の精度で内挿することにす
れば、０．００５６度の精度の読み取りを行なえる。コ
ンピュータ５は、上述の比Ｅ３゜／　Ｅ　ｓ。”を位相
角θ３に対応させる（ステップ２５）。

ついでコンピュータ５は、ステップ２４．２６．２８で
求めたθ３、θ２、θ、を合成して円板１の位相角θを
求める（ステップ２６）。これは次のようにして行なわ
れる。すなわち、位相角θ。

は３６０度を９．０度の精度で読み取った値、位相角θ
２は９．０度の最小測定範囲をさらに０．２２５度の精
度で読み取った値、位相角θ、は０．２２５度の最小測
定範囲をさらに０．００５６度の精度で読み取った値で
あるから、あらかじめ、各位相角の間で対応をとってお
けば、位相角θ１を読む事によりその読取精度が第２リ
ング領域の１ピッチ乙分よりも良い事から、第８リング領域の４０ピッチのう
ち、何番目のパルスであるかが判別できる。

また、位相角θ２を読む事によりその読取り精度が第３
リング領域の１ピッチ分よりも良い事により第２リング
領域１ピッチ内の第３リング領域のパルスをアブソリュ
ート化出来る。そして、上述の実施例では細かい読取り
を行なうための細かいパターンはど円板の中心から離れ
た位置にあるので、精度の良いパターンを形成し易いも
のである。

以上の説明では、第１リング領域により円板１の一回転
を正弦波の１ピッチ（−周期）に対応させ、この−周期
を１／４０の読取精度で読み取り、第１リング領域によ
る最小読取範囲内（９度）をさらに第２リング領域によ
り１／４０の読取精度で読み取り、第２リング領域の最
小読取範囲内（０，２２５度）をさらに第３リング領域
により１／４０の読取精度で読み取っているが、第１リ
ング領域は円板１の１回転を正弦波（余弦波）１ピンチ
内に対応させてあれば、１回転内で取り得る値は１つで
あるから、１回転が正確に１ピンチに対応している必要
はない。また同様の理由によって、第２リング領域は、
第１リング領域の最小読取範囲が第２リング領域による
正弦波（余弦波）１ピッチ以下に対応していればよい。

さらにまた同様の理由によって、第３リング領域は、第
２１７ング領域の最小読取範囲内が第３リング領域によ
る正弦波（余弦波）の１ピッチ以下に対応していればよ
い。

また、以上の実施例では、円板１の１回転（３６０度範
囲）を測定範囲としたが、円板１の半回転（１８０度範
囲）を測定範囲としたり、その他、３６０度以内の任意
の角度を測定範囲とすることができる。

その際、その測定範囲が正弦波（余弦波）の１ピッチ（
１周期）以下に対応するように円板１のパターンを形成
すれば良い。

また、リング領域は最低、第１リング領域に相当するも
のがあれば良く、読取精度との関係で必要な数のリング
領域を選択すれば良い。

さらに、以上の説明は、回転方向の絶対位置を読み取る
装置の例であったが、直線方向の絶対位置を読み取る装
置でも同様に本発明を用いることができる。すなわち、
前者がアブソリュートエンコーダであり、後者がアブソ
リエートリニアエンコーダである。

（発明の効果）以上のように、本発明によれば、少ないトラック数にて
高精度のアブソリエートエンコーダが得られる。

トラック数が少ない事により小型の利点があるのみなら
ず、ＣＯＤ等の位置検出器が不要で単純なフォトディテ
クタだけで構成出来る為、低コストが期待出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例を示す図であ
って、第１図（ａ）は回転円板の平面図、第１図（ｂ）
は電気回路図、第２図は第１図（ｂ）で用いたコンピュ
ータのフローチャート、第３図は第１図（ｂ）による電
気回路の動作を説明するための波形図、である。（主要部分の符号の説明）１・・・円板、２・・・光源、１０ａ、１０ｂ、２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ・・
・光電変換素子、５・・・コンピュータ。

Claims

【特許請求の範囲】

第１の部材と、該部材に対して所定範囲内で移動する第
２の部材と、該部材の前記移動範囲に対応する１ピッチ
以下の正弦信号を出力する第１の検出手段と、前記移動
範囲に対応する１ピッチ以下の余弦信号を出力する第２
の検出手段と、前記正弦信号と前記余弦信号との比を前
記第１の部材に対する前記第２の部材の絶対位置に対応
させる対応手段と、を有することを特徴とするアブソリ
ュートエンコーダ。