JP4402922B2 - エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に記載の絶対位置を測定するエンコーダ及び請求項７に記載の絶対位置を測定する方法に関する。

アブソリュートエンコーダが、相対移動する２つの物体の位置を測定するために多くの分野で益々使用されている。アブソリュートエンコーダには、リニアタイプのインクリメンタル測定システムに比べて、正確な位置情報が供給エネルギーの中断後でも相対位置ごとに即座に出力され得るという利点がある。

この場合、絶対位置はコードによって実現される。このコードは、互いに平行に延在している多数のトラックの形態で、例えばグレイコードとして配置されている。

測定方向に沿って相前後して配置された複数のコード要素を有する１本だけのコードトラック中の位置情報の配列が、特に場所をとらない。この場合、これらのコード要素は、擬似乱数的な配置で相前後して配置されている。その結果、相前後する特定の数のコード要素がそれぞれ、絶対位置を一義的に定義する１つのビットパターンを構成する。走査ユニットが１つのコード要素だけシフトすると、１つの新しいビットパターンが構成され、絶対的に検出すべき全測定範囲にわたって一連の異なるビットパターンを任意に処理する。このようなシーケンシャルコードは、連結コード又は擬似乱数コードと呼ばれる。

多トラックと１トラックの絶対コード化の場合、一方では場所のとらない構造と他方では高分解能とを実現しなくてはならない。

連続した絶対コード化時に分解能を上げるためには、少なくとも１つのインクリメンタル目盛をさらに配置することが一般である。このインクリメンタル目盛の周期は、１つのコード要素の長さに、すなわち可能な最大ステップ幅つまりコードの分解能に合わせる必要がある。ドイツ連邦共和国特許出願公開第４１ ２３ ７２２号明細書中に記されているように、目盛周期又はインクリメンタル目盛をコードのステップ幅に正確に選ぶことが必要である。分解能をさらに上げるためには、第２のインクリメンタルトラックが必要である。この第２のインクリメンタルトラックの目盛周期は、第１のインクリメンタルトラックの目盛周期の何分の一である。したがって、絶対位置測定の分解能を上げるためには、すなわちコードのステップ幅を分割するためには、相前後して配置された多数のインクリメンタルトラックが必要である。

この配置には、場所のとらない構造が不可能であり、両インクリメンタルトラックの走査要素が測定方向に対して互いに間隔をあけて配置されているという欠点がある。その結果、このことは、この配置が走査ユニットの捻れ（モアレ変動）に対して反応されやすくする。捻れが走査ユニットとインクリメンタル目盛との間で発生した場合、両インクリメンタル目盛から導き出された走査信号の必要な同期がもはや保証されない。

この理由から、２つの異なる目盛周期を備えたインクリメンタル目盛を１つだけ絶対コードのすぐ横に配置することがヨーロッパ特許出願公開第１ １１１ ３４５号明細書中で提唱されている。検出装置は、粗い信号周期の第１インクリメンタル信号と細かい信号周期の第２インクリメンタル信号、すなわちドイツ連邦共和国特許出願公開第４１ ２３ ７２２号明細書による装置で同期のために必要であるインクリメンタル信号を生成するために仕様決定されている。この同期に対する前提条件は、粗い信号周期のインクリメンタル信号の補完である。したがって、粗い信号周期の補完可能なインクリメンタル信号をインクリメンタルトラックから導き出すため、このヨーロッパ特許出願公開第１ １１１ ３４５号明細書中では濾波のためのいろいろな手段が引用されている。このヨーロッパ特許出願公開第１ １１１ ３４５号明細書にしたがって２つの良好な補完可能なインクリメンタル信号を生成するこれらの手段は、比較的多大な経費を必要とする。

本発明の課題は、コンパクトに構成されていて、かつ可能な限り精確で高分解能な位置測定が簡単な方法で可能であるアブソリュートエンコーダを提供することにある。

本発明のさらなる課題は、可能な限り精確で高分解能な位置測定が可能になる絶対位置を測定する方法を提供することにある。

この課題は、請求項１，７の特徴によって解決される。

本発明の好適な構成は、従属請求項に記載されている。

以下に、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。

図１中には、本発明にしたがって構成されたエンコーダが長さを測定する装置として示されている。このエンコーダは、光学式走査原理にしたがって作動する。この光学式走査原理の場合、目盛１が、この目盛１に対して測定方向ｘ方向に相対移動可能に配置されている走査装置２によって走査される。

この原理構造は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第４１ ２３ ７２２号明細書中に記されているような通常のエンコーダに相当する。エンコーダ２は、光源３を有する。この光源３の光が、コリメータレンズ４を通過して多数のトラック５，６を照射する。この光は、トラック５，６によって位置に依存して変調される。その結果、位置に依存した光の分散が、これらのトラック５，６の後方で発生する。この位置に依存した光の分散は、走査装置２の検出ユニット７によって検出される。

トラック５は、この例ではシーケンシャルコードである。このシーケンシャルコードは、測定方向ｘに沿って相前後して配置された一連の同一長さのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３から構成される。１つのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の長さは、１つの絶対位置が一義的に測定可能であるステップ幅に相当する。

絶対位置測定を特に耐ノイズ性にするため、各コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が同様に測定方向ｘに沿って相前後して直に隣接して配置された同一長さの２つの部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂから構成されている。これらの部分領域は、互いに補完的に構成されている。この場合、補完は、これらの部分領域が逆の特性を呈することを意味する。すなわち、これらの部分領域は、光学式走査原理の場合は透過性と非透過性であるか、又は照射式走査の場合は反射性であるか若しくは非反射性である。このようなコードは、マンチェスターコードと呼ばれる。

検出ユニット７は、測定方向ｘに沿って配置された一連の検出素子Ｄ１〜１１を有する検出装置７．５から構成される（図２と図７中で詳細に示す）。少なくとも１つの検出素子Ｄ１〜Ｄ１１が、各相対位置でコード要素Ｃ１の各部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂに一義的に割り当てられている。その結果、コードトラック５に対する検出ユニット７の各相対位置で、１つの走査信号Ｓが各部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂから得られる。これらの走査信号Ｓは、評価ユニット１０に入力される。この評価ユニット１０は、デジタル値Ｂ＝０又はＢ＝１を各コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に割り当てる。マンチェスターコード５の場合、デジタル値Ｂは、部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂの順序に依存する。例えば、順序Ｃ１Ａ＝ｏｐａｋとＣ１Ｂ＝ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔは、デジタル値Ｂ１＝０を意味し、順序Ｃ２Ａ＝ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔとＣ２Ｂ＝ｏｐａｋは、デジタル値Ｂ２＝１を意味する。デジタル値Ｂの特別な耐ノイズ性は、コード要素Ｃ１の相前後する部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂの走査信号の差を作ることによって実現される。この差の形成は、後で詳しく説明する。

検出装置７．５は、相前後する多数のコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を同時に走査するために仕様決定されている。多数のデジタル値Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の列が、絶対位置を定義する１つのコード語ＣＷを生成する。検出ユニット７が目盛１に対して１つのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の幅又は長さだけシフトした場合、１つの新しいコード語ＣＷが生成される。そして、多数の異なるコード語ＣＷが、測定すべき絶対距離又は角度にわたって生成される。

分解能を上げるため、すなわち絶対位置測定のステップ幅をさらに分割するため、インクリメンタル目盛６がコードトラック５のすぐ横に並列に配置されている。目盛周期Ｐの長さは、１つのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の長さの一部である。

図２は、図１のエンコーダの一部を概略的に示す。検出装置７．５，７．６に対するトラック５，６の相互の割当てが、この図によって分かる。

検出素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄがそれぞれ、目盛周期の１／４ずつの相関距離で目盛周期Ｐに割り当てられていることによって、インクリメンタル目盛６が公知の方法で走査される。これらの検出素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、互いに 90 °だけ位相のずれている補間可能な４つのアナログ正弦信号Ａ１〜Ｄ８を生成する。８つの目盛周期Ｐ１〜Ｐ８が、コード要素Ｃ２に対して平行に配置されている。検出素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、各目盛周期Ｐ１〜Ｐ８内に存在する。全ての目盛周期Ｐ１〜Ｐ８の同位相の検出素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが加算される。その結果、０°信号ＰＡ，９０°信号ＰＢ，１８０°信号ＰＣ及び２７０°信号ＰＤが生成される。これらの４つの互いに９０°だけ位相のずれているアナログ走査信号ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤは、補間ユニット９内で公知の方法で分割される。これによって、もう１つの絶対位置情報Ｑが得られる。この絶対位置情報は、１つの目盛周期Ｐの長さを複数の小さい測定ステップに分割する。補間値Ｑが１つのコード要素Ｃ２の長さの一部しか一義的に絶対的に分析しない、すなわち測定範囲の一部しか一義的に絶対的に分析しないという問題がまだ存在する。したがって、位置値ＣＷとＱを１つの共通の絶対位置測定値に一義的に組み合わせるためには、また別の位置測定が必要である。

本発明は、周期Ｐ１〜Ｐ８のうちの１つの周期が１つのコード要素Ｃ２−すなわち、絶対位置測定のステップ幅−の長さにわたって移動することを観察するだけで十分であるという認識に基づく。これに対して、１つの基準マークＲが、目盛周期Ｐ１〜Ｐ８のうちの１つの目盛周期内に配置されている。検出装置７．６が、この基準マークＲの移動を１つのコード要素Ｃ２の長さにわたって検出する。

基準マークＲは、インクリメンタル目盛６の周期性の１つの局部的な中断部分（Ｕｎｔｅｒｂｒｅｃｈｕｎｇ）である。この中断部分は、この例では目盛周期Ｐ１内の透過する場所の黒い部分（Ｓｃｈｗａｅｒｚｕｎｇ）である。部分周期Ｐ１〜Ｐ８の列の上位に配置されたこの周期性は、この局部的な中断部分によって妨害されない。

コード要素Ｃ２の長さにわたる検出装置７．６内の基準マークＲの移動が、Ｐ１〜Ｐ８内の検出素子Ａ〜Ｄのアナログ走査信号を評価することによって検出される。コード要素Ｃ２の長さ内の最初の４分割グループＡ〜Ｄのこれらの走査信号は、Ａ１〜Ｄ１で示され、後続する２番目の４分割グループＡ〜Ｄの走査信号は、Ａ２〜Ｄ２で示され、８番目の４分割グループＡ〜Ｄの走査信号は、Ａ８〜Ｄ８で示される。

基準マークＲは、コード要素Ｃ２の長さ内の１つの場所だけで走査信号Ａ１〜Ｄ８の連続周期的な変化を乱す。そして、この乱れ（誤り）の場所が、図３中に示された評価ユニット２０内で確定される。乱れが検出素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのどの４分割グループ１〜８内に存在するかが検出される。すなわち、８つの検出領域１〜８のうちの１つの検出領域が一義的に確定される。したがって、ＣＷとＺとＱとの組み合わせが一義的な絶対位置を生成するように、この検出は分解能が中程度の絶対位置値Ｚを決定する。

１つの粗い絶対位置値が、本発明にしたがって構成されたエンコーダによって最初の１つのステップ幅で決定可能である。このステップ幅は、インクリメンタルトラック６を走査することによってさらに絶対的に分解される。中程度の絶対値Ｚが第２ステップ幅で算出され、細かい絶対値Ｑが第３ステップ幅で算出され、この第３ステップ幅が第２ステップ幅を同様に絶対的に細かく分解するように、走査信号Ａ１〜Ｄ８が評価ユニット８（図１）内で処理される。

位置値Ｚを決定する可能性を図３〜５に基づいてさらに説明する。基準マークＲは黒い部分であるので、グループ１〜８のうちの１つのグループの走査信号Ａ１〜Ｄ８の振幅が位置に依存して減衰する。この検出グループ１〜８を見つけ出すため、決定ユニット２０が設けられている。この決定ユニット２０は、第１構成要素２０．１を有する。８つのグループ１〜８の同位相の走査信号Ａ１〜Ａ８が、この決定ユニット２０に入力されている。構成要素２０．１は、最小振幅を有する走査信号をＡ１〜Ａ８から決定する。同様に、最小の走査信号が、その他の構成要素２０．２，２０．３，２０．４内でＢ１〜Ｂ８，Ｃ１〜Ｃ８及びＤ１〜Ｄ８から決定される。

この決定を位置ごとに１つの目盛周期Ｐ１中に高い信頼性で可能にするためには、以下の手段が特に好ましい。

基準マークＲが１つの目盛周期Ｐ１内で局部的にしか周期的に変化しないことが既知である。制御ユニット３０が設けられている。この制御ユニット３０は、グループ１〜８の同位相の走査信号が互いに、１つの目盛周期Ｐ１〜Ｐ８内で常に比較されることを保証する。これらの同位相の走査信号の場合、信号の乱れが、最大振幅減衰の形態で各状況で含まれている。この状況を説明するため、インクリメンタル目盛６に対する検出装置７．６の４つの異なる位置ＰＯＳ１〜ＰＯＳ４が、図４ａ〜４ｄ中に示されている。最初の位置ＰＯＳ１では、基準マークＲの検出素子Ａ，Ｂが向き合っている。その結果、同位相の走査信号Ａ１〜Ａ８及び同位相の走査信号Ｂ１〜Ｂ８内では、これらの走査信号のうちの１つの走査信号だけが、その他の７つの走査信号に比べて最も大きい振幅差を有する。したがって、構成要素２０．１が、位置Ｚを算出するために位置ＰＯＳ１で使用される。図５中には、どの検出素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ又は走査信号がどの位置ＰＯＳ１〜ＰＯＳ４で使用されるかが示されている。２つの検出素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ又は走査信号が各位置ＰＯＳ１〜ＰＯＳ４内で使用され得るので、この例では冗長な情報も生成可能である。１つの目盛周期Ｐ１〜Ｐ８内のこれらの位置ＰＯＳ１〜ＰＯＳ４は、補間値Ｑによって一義的に決定されている。

本発明の原理をより良好に説明するため、検出装置７．５，７．６は、図２中ではコード要素Ｃ２の長さにわたってだけ延在している。コード語ＣＷを構成するためには、多数のコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を同時に走査する必要がある。その結果、検出装置７．５は、実際には多数のコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３にわたって延在している。８つの検出グループ１〜８が測定方向ｘに沿って幾重にも繰り返して配置されているために、この空間は、インクリメンタル目盛６を走査するためにも有効に利用され得る。これらの多数の配置のグループ１〜８の同位相の走査信号が加算されることによって、生成された信号は、部分的な汚れに対して比較的鈍感である。基準マークＲは全ての走査範囲にわたって何回も走査され、それ故に基準マークＲの汚れが信号の減衰を招かないので、基準マークＲの走査も汚れに対して非常に鈍感である。

図６中には、この多重走査の原理が示されている。走査領域７内では、基準マークＲが４回走査される。この場合、同時に多数の基準マークＲを各位置で走査するため、走査領域７の長さは、基準マークＲの間隔の４倍に選択されている。図６中には、アナログ走査信号のうちの１つのアナログ走査信号Ａが示されている。

以下に、コード５の好適な配列と評価を詳しく説明する。

図７は、走査装置２に対するコード５の瞬間位置を示す。検出素子Ｄ１〜Ｄ１１は、コード５の１つの部分領域Ｃ１Ａ〜Ｃ３Ｂの半分の幅の間隔で相前後して配置されている。これによって、少なくとも１つの検出素子Ｄ１〜Ｄ１１が各位置で１つの部分領域Ｃ１Ａ〜Ｃ３Ｂに一義的に割り当てられていて、かつ２つの部分領域Ｃ１Ａ〜Ｃ３Ｂ間の通過点を走査しないことが保証される。示された位置では、部分領域Ｃ１Ａが検出素子Ｄ１によって走査され、部分領域Ｃ１Ｂが検出素子Ｄ３によって走査される。これらの検出素子Ｄ１，Ｄ３は、光の分布を検出し、光の強度に応じてこの光の強度に比例するアナログ走査信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂを生成する。これらの両部分領域Ｃ１Ａ及びＣ１Ｂは互いに補完的に構成されているので、走査信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂの強度も互いに逆である。すなわち信号レベルが互いに大きくかけ離れている。

コード要素Ｃ１の両走査信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂのうちのどちらの走査信号が大きいかが検査されるという方法で、この信号間隔が二進情報Ｂ１を生成するために利用される。この検査は、除算又は減算によって実施される。この例では、減算器が使用される。これに対して図７では、トリガー構成要素Ｔ１が比較器として使用される。このトリガー構成要素Ｔ１は、Ｓ１ＡがＳ１Ｂよりも小さいときはＢ１＝０を生成し、Ｓ１ＡがＳ１Ｂよりも大きいときはＢ１＝１を生成する。同様に、二進情報Ｂ２，Ｂ３が、コード要素Ｃ２，Ｃ３を走査し、トリガー構成要素Ｔ２，Ｔ３でそれぞれのコード要素Ｃ２，Ｃ３の部分領域Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂのアナログ走査信号Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂ；Ｓ３Ａ，Ｓ３Ｂを比較することによって得られる。

したがって、最初のデジタル値が、互いに補完的に構成された部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂの最初の順序に割り当てられ、２番目のデジタル値が、互いに補完的に構成された部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂの２番目の順序に割り当てられる。例えば、順序ｏｐａｋ→ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔは値０に割り当てられ、順序ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ→ｏｐａｋは値１に割り当てられる。

各コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の両部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ２Ａ，Ｃ３Ａ及びＣ１Ｂ，Ｃ２Ｂ，Ｃ３Ｂは互いに補完的であるので、走査信号ＳのＳ／Ｎ比は非常に大きい。光源３の光強度の変化が、両部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂの走査信号Ｓに均質に影響する。

コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の２つずつの部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂが補完的に構成されているために、これらの部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂの走査によるエンコーダの正確な動作時にアナログ走査信号Ｓをそれぞれ生成する必要がある。これらの走査信号Ｓの差が、プリセットされた値を超える。良好な誤り検査が、この差の値を考慮することによって可能である。プリセットされた値だけこの差の値を下回った場合は二進情報Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が信頼できないことをこの誤り検査の基礎にしている。この場合、誤り信号が、この二進情報Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３に対して生成される。

この誤り検査の原理を簡潔に説明する。コード要素Ｃ１のアナログ走査信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂが、誤り検査装置に入力される。この誤り検査装置は、減算（Ｓ１Ａ−Ｓ１Ｂ）によってＳ１ＡとＳ１Ｂを比較し、その差の値がプリセットされた比較値を越えているか又は越えていないかを検査する。差の値（Ｓ１Ａ−Ｓ１Ｂ）がプリセットされた比較値を超えていないときは、誤り信号が出力される。

検出素子Ｄ１，Ｄ２の例では、コード５が１つの部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂの長さだけ左側にシフトした場合、検出素子Ｄ１は部分領域Ｃ１Ｂを走査し、検出素子Ｄ３は部分領域Ｃ２Ａを走査する、すなわち２つのコード要素Ｃ１，Ｃ２の部分領域を走査することが図７中で容易に分かる。したがって、トリガー構成要素Ｔ１は、コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に割り当てられた二進情報Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を出力できない。以下に、正しい検出素子Ｄ１〜Ｄ１１、すなわち１つのコード要素Ｃ１２，Ｃ２，Ｃ３の部分領域をそれぞれ走査する検出素子Ｄ１〜Ｄ１１がコード語の生成のために使用されることを保証する手段を説明する。

これに対して好適な手段を図８，９ａ〜９ｄに基づいて説明する。既に説明したように、インクリメンタルトラック６が、コード５の横に平行に配置されている。右の部分領域Ｃ１Ｂ，Ｃ２Ｂ，Ｃ３Ｂと左の部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ２Ａ，Ｃ３Ａとが、位置値Ｚによって簡単に区別可能である。この位置値Ｚは、部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂの順番を一義的に規定し、かつ検出素子Ｄ１〜Ｄ１１を確定する制御信号として使用される。正しいコード語ＣＷが、これらの検出素子Ｄ１〜Ｄ１１から生成可能である。すなわち、制御信号Ｚは、どの走査信号Ｓが互いに比較され、コード語ＣＷ用のデジタル値Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３がどの走査信号Ｓから得られるかを規定する。

図９ａ〜９ｄ中には、検出装置７．５に対するコード５の４つの異なる位置が、この方法をさらに説明するために示されている。検出素子Ｄ１〜Ｄ１１が、測定方向ｘに沿って１つの部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂの半分の長さに相当する間隔をあけて配置されていて、かつ１つの部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂの長さに相当する間隔で向き合う２つの検出素子Ｄ１〜Ｄ１１がそれぞれ、差動的に接続されている。

図９ａ中には、最初の位置が示されている。制御ユニットＭが、位置情報Ｚに応じて検出素子Ｄ４，Ｄ６を選択する。コード要素Ｃ１のビットＢ１が、検出素子Ｄ４と検出素子Ｄ６との減算、すなわち（Ｄ４−Ｄ６）によって生成される。

図９ｂの２番目の位置Ｐ２の場合、制御ユニットＭが、検出素子Ｄ３，Ｄ５を選択する。図９ｃの３番目の位置の場合、検出素子Ｄ２，Ｄ４が、制御ユニットＭによって選択されて差を作る。図９ｄの４番目の位置の場合、検出素子Ｄ１，Ｄ３が、制御ユニットＭによって選択されて差を作る。

同様に、正しい検出素子が、コード語ＣＷのその他のビットＢ２，Ｂ３を生成するために検出される。図７中に示されているように、例えば検出素子Ｄ１，Ｄ３がビットＢ１の生成に選択された場合は、検出素子Ｄ５，Ｄ７がビットＢ２の生成に使用され、検出素子Ｄ９，Ｄ１１がビットＢ３の生成に使用される。この場合、図７中には、この瞬間位置で使用されるトリガー構成要素Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３だけが示されている。

正しい検出素子Ｄ１〜Ｄ１１つまり正しいアナログ走査信号Ｓを検出するもう１つの可能性は、１つの部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂの長さの間隔をあけて互いに隔てられている全ての検出素子Ｄ１〜Ｄ１１が、互いに比較される点にある。−図９ｄ中に示された瞬間位置の例に対しては−検出器の対Ｄ１，Ｄ３及びＤ５，Ｄ７が１つのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の間隔内に存在する。これらの検出器の対Ｄ１，Ｄ３及びＤ５，Ｄ７はそれぞれ、１つのコード要素Ｃ１，Ｃ２の部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂの差を走査する。別の検出器の対Ｄ３，Ｄ５は、相前後する２つのコード要素Ｃ１，Ｃ２の相前後する部分領域を走査し、同時に既に説明した誤り検査によって誤り信号Ｆを生成する。正しい検出素子Ｄ１〜Ｄ１１を検出するため、誤り信号が最も発生しない検出グループＤ１，Ｄ３；Ｄ５，Ｄ７が見つけ出される。詳しくは、以下の命令つまり以下の方法ステップが、この第２の可能な手段を実施するために必要である：
−検出素子Ｄ１〜Ｄ１１が、測定方向ｘに沿って１つの部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂの半分の長さに相当する間隔をあけて配置されている；
−検出素子Ｄ１〜Ｄ１１は、１つの部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂの長さに相当する間隔で向き合う第１グループ（図９ａ〜９ｄでは、偶数番号のＤ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ８，Ｄ１０）を構成する；
−検出素子Ｄ１〜Ｄ１１は、１つの部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂの長さに相当する間隔で向き合う第２グループ（図９ａ〜９ｄでは、奇数番号のＤ１，Ｄ３，Ｄ５，Ｄ７，Ｄ９）を構成する；
−第１グループの検出素子Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ８，Ｄ１０は、第２グループの検出素子Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５，Ｄ７，Ｄ９に対して１つの部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂの半分の長さだけずらして配置されている；
−１つのグループの直接的に相前後する検出素子はそれぞれ差動的に接続されている；
−１つのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の長さに相当する１つのパターン内の検出素子の対の比較結果が、コード語ＣＷを生成するために両グループによって使用される。このコード語の結果が、誤りＦを最も生成しない、すなわち結果（Ｄ１−Ｄ３）＝Ｂ１，（Ｄ５−Ｄ７）＝Ｂ２等を生成する。

各コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の両部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂは、光学的に走査可能に構成され得る。この場合、１つの部分領域は、走査光に対して透過的に又は反射的に構成されていて、その他の部分領域は、非透過的に又は非反射的に構成されている。

本発明は、光学式走査原理で特に有効に使用可能である。しかしながら本発明は、この走査原理に限定されず、磁気式走査原理、誘導式走査原理及び容量式走査原理でも使用可能である。

本発明のエンコーダは、直線移動又は回転移動の測定に使用され得る。この場合、測定対象は、工作機械や座標測定機械の台とキャリッジ又は電動機の回転子と固定子でもよい。

１本のコードトラックと１本のインクリメンタルトラックを有するエンコーダを概略的に示す。 図１のエンコーダのコードトラックとインクリメンタルトラックとに対する検出素子の配置を示す。 走査信号を評価する装置を示す。 第１位置でのインクリメンタルトラックの走査を示す。 第２位置でのインクリメンタルトラックの走査を示す。 第３位置でのインクリメンタルトラックの走査を示す。 第４位置でのインクリメンタルトラックの走査を示す。 インクリメンタルトラックの走査信号を評価するための割当表を示す。 コードトラックとこのコードトラックに割り当てられたインクリメンタル目盛の走査信号とを有する走査範囲を示す。 コードトラックの走査原理を示す。 コードトラックを走査するためにインクリメンタルトラックから制御信号を生成することを示す。 コードトラックを走査するための第１走査位置を示す。 コードトラックを走査するための第２走査位置を示す。 コードトラックを走査するための第３走査位置を示す。 コードトラックを走査するための第４走査位置を示す。

１ 目盛
２ 走査装置
３ 光源
４ コリメーターレンズ
５ トラック，絶対シーケンシャルコード
６ トラック，インクリメンタル目盛
７ 検出ユニット
８ 評価ユニット
９ 補間ユニット
１０ 評価ユニット
２０ 決定ユニット
３０ 制御ユニット

Claims (9)

1. 測定方向（Ｘ）に沿って相前後して配置された連続する複数のコード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）を有する１つの絶対シーケンシャルコード（５）を有し、この場合、各コード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）は、１つのデジタル値Ｂ＝０又はＢ＝１を示し、連続する複数のコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）が、１つのコード語（ＣＷ）をその都度生成し、このコード語（ＣＷ）は、１つのコード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）の長さに対応する測定ステップ内の１つの絶対位置を決定し、
   １つのコード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）の長さ内に、前記絶対シーケンシャルコード（５）に並んで平行に配置された１より大きい整数であるＮ目盛周期（Ｐ１−Ｐ８）の周期的な１つのインクリメンタル目盛（６）を有し、
   前記コード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）のうちの１つのコード要素の長さ内に配置され且つ前記インクリメンタル目盛（６）内に組み込まれた１つの基準マーク（Ｒ）を有し；
   前記インクリメンタル目盛（６）を走査し、周期的な多数の走査信号（Ａ１〜Ｄ８）を生成するため、前記コード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）のうちの１つのコード要素の長さに少なくともわたる複数の検出素子（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）から成る１つの検出装置（７．６）を有し、前記走査信号（Ａ１〜Ｄ８）のうちの少なくとも１つの走査信号が、前記基準マーク（Ｒ）によって局所的に変更されていて、
   走査信号（Ａ１〜Ｄ８）を受信し、これらの走査信号（Ａ１〜Ｄ８）から、前記基準マーク（Ｒ）によって変更された少なくとも１つの走査信号（Ａ１，Ｂ１）を検出し、当該検出された走査信号（Ａ１，Ｂ１）に応じて、前記コード要素の長さ内の基準マーク（Ｒ）の１つの絶対位置（Ｚ）を決定するため、１つの評価ユニット（８）を有し、この場合、
   前記検出素子（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の検出装置（７．６）が、前記コード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）の長さにわたってＮ個のグループ（１〜８）を構成し、前記検出素子（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の各グループ（１〜８）が、前記インクリメンタル目盛（６）の１つの目盛周期（Ｐ１〜Ｐ８）の長さにわたって延在し、
   互いに位相のずれている周期的な多数の走査信号（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１〜Ａ８，Ｂ８，Ｃ８，Ｄ８）を１つのグループ（１〜８）内で生成するため、前記インクリメンタル目盛（６）の１つの目盛周期（Ｐ１〜Ｐ８）の一部だけ互いに隔たった多数の検出素子（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が、各グループ（１〜８）内に配置されていて、この場合、全てのグループ（１〜８）の同位相の走査信号（Ａ１〜Ａ８；Ｂ１〜Ｂ８；Ｃ１〜Ｃ８；Ｄ１〜Ｄ８）がそれぞれ、１つの共通の加算信号（ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ）に加算されていて、前記加算信号（ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ）が、１つの目盛周期（Ｐ１〜Ｐ８）内の別の１つの絶対位置（Ｑ）を決定する補間ユニット（９）に入力されているエンコーダ。
2. 前記Ｎ個のグループの同位相の走査信号（Ａ１〜Ａ８；Ｂ１〜Ｂ８；Ｃ１〜Ｃ８；Ｄ１〜Ｄ８）が、前記評価ユニット（８）に入力され、この評価ユニット（８）は、同位相の走査信号（Ａ１〜Ａ８；Ｂ１〜Ｂ８；Ｃ１〜Ｃ８；Ｄ１〜Ｄ８）をそれぞれ互いに比較し、その比較結果から、前記基準マーク（Ｒ）によって変更されている前記グループ（１〜８）の１つの走査信号（Ａ１，Ｂ１）を決定し、この場合、このグループ（１〜８）は、前記コード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）の長さ内の前記基準マーク（Ｒ）の絶対位置（Ｚ）を決定する請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記基準マーク（Ｒ）は、前記インクリメンタル目盛（６）の１つの目盛周期（Ｐ１）内の１つの場所に対する周期性の乱れであり、この目盛周期（Ｐ１）内のこの乱れの場所に応じて決定された同位相の走査信号（Ａ１〜Ａ８；Ｂ１〜Ｂ８）が、前記Ｎ個のグループ（１〜８）の検出素子（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）によって互いに比較され、これらの検出素子（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、前記Ｎ個の目盛周期（Ｐ１〜Ｐ８）内の各目盛周期の場所を走査する請求項２に記載のエンコーダ。
4. 互いに比較される前記走査信号（Ａ１〜Ｄ８）が、前記絶対位置（Ｚ）を決定するために、前記補間ユニット（９）を用いて生成された前記別の絶対位置（Ｑ）によって決定されている請求項３に記載のエンコーダ。
5. 前記検出装置（７．６）の長さは、相前後する２つの基準マーク（Ｒ）の間隔の整数倍である請求項１に記載のエンコーダ。
6. 前記絶対シーケンシャルコード（５）は、マンチェスターコードである請求項１に記載のエンコーダ。
7. 測定方向（Ｘ）に沿って相前後して配置された連続する複数のコード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）から構成される１つの絶対シーケンシャルコード（５）を走査することによって、１つのコード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）の長さに対応する測定ステップ内の粗い１つの絶対位置測定値（ＣＷ）を決定し、この場合、各コード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）は、１つのデジタル値Ｂ＝０又はＢ＝１を示し、前記絶対位置測定値（ＣＷ）を連続する複数のコード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）の前記デジタル値Ｂ＝０又はＢ＝１から生成し、
   １つのコード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）の長さにわたって延在する１つの検出装置（７．６）を用いて、前記絶対シーケンシャルコード（５）に並んで平行に配置された１つのインクリメンタル目盛（６）の多数の目盛周期（Ｐ１〜Ｐ８）を走査し、この場合、１つの基準マーク（Ｒ）が、前記目盛周期（Ｐ１）のうちの１つの目盛周期（Ｐ１）内に組み込まれていて、周期的な多数の走査信号（Ａ１〜Ｄ８）を生成し、前記走査信号（Ａ１〜Ｄ８）のうちの少なくとも１つの走査信号が、前記基準マーク（Ｒ）によって局所的に変更されていて、
   これらの走査信号（Ａ１〜Ｄ８）から、前記基準マーク（Ｒ）によって変更された少なくとも１つの走査信号（Ａ１，Ｂ１）を検出し、
   当該検出された走査信号（Ａ１，Ｂ１）に応じて、前記コード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）の長さ内の基準マーク（Ｒ）の１つの絶対位置（Ｚ）を決定し、
   前記インクリメンタル目盛（６）の多数の目盛周期（Ｐ１〜Ｐ８）を走査することによって、前記コード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）の各目盛周期（Ｐ１〜Ｐ８）内の互いに位相のずれている多数の走査信号（Ａ１〜Ｄ８）を生成し、
   全ての目盛周期（Ｐ１〜Ｐ８）のそれぞれの同位相の走査信号（Ａ１〜Ａ８；Ｂ１〜Ｂ８；Ｃ１〜Ｃ８；Ｄ１〜Ｄ８）を１つの共通の加算信号（ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ）に加算し、
   前記加算信号（ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ）を、前記インクリメンタル目盛（６）の１つの目盛周期（Ｐ１〜Ｐ８）内の別の１つの絶対位置（Ｑ）を決定する１つの補間ユニット（９）に入力する、方法ステップによって位置を測定する方法。
8. 全ての目盛周期（Ｐ１〜Ｐ８）の同位相の走査信号（Ａ１〜Ａ８；Ｂ１〜Ｂ８；Ｃ１〜Ｃ８；Ｄ１〜Ｄ８）がそれぞれ互いに比較され、前記走査信号（Ａ１，Ｂ１）が、当該比較から決定され、この走査信号（Ａ１，Ｂ１）の振幅が、前記基準マーク（Ｒ）によって変更されている請求項７に記載の方法。
9. １つの目盛周期（Ｐ１〜Ｐ８）内の比較すべき走査信号（Ａ１〜Ａ８；Ｂ１〜Ｂ８）が、前記絶対位置（Ｚ）を生成するために１つの目盛周期（Ｐ１〜Ｐ８）内の前記別の絶対位置（Ｑ）によって決定される請求項８に記載の方法。

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