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JPH0157291B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0157291B2
JPH0157291B2 JP14102580A JP14102580A JPH0157291B2 JP H0157291 B2 JPH0157291 B2 JP H0157291B2 JP 14102580 A JP14102580 A JP 14102580A JP 14102580 A JP14102580 A JP 14102580A JP H0157291 B2 JPH0157291 B2 JP H0157291B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
information
pattern
block
line sensor
address information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP14102580A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5764893A (en
Inventor
Tsuneo Sasaki
Masayuki Kondo
Hiroshi Tamaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Optical Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Optical Co Ltd filed Critical Tokyo Optical Co Ltd
Priority to JP14102580A priority Critical patent/JPS5764893A/en
Publication of JPS5764893A publication Critical patent/JPS5764893A/en
Publication of JPH0157291B2 publication Critical patent/JPH0157291B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はエンコーダに係り、特に移動体の絶対
位置又は角度を高精度、高分解能でデジタル読み
とりするためのエンコーダに関する。 一般に長さ、角度等をデジタル式に高精度で読
みとるためのエンコーダにおいては、例えば目盛
を細分化すればよいが、目盛の細分化については
製造上の限界があるためこの限界以上の高精度、
高分解能を得るにはさらに最小目盛を内挿する必
要がある。 従来このための内挿法としては例えば光学式エ
ンコーダにおいては、例えば光学格子の情報を読
み出すためにコード板と2個の受光素子の出力が
1/4ピツチ異なる様に配列された2個のスリツト
を設け、これら2個のセンサから得られる90゜の
位相ずれ信号を処理することにより最小目盛内を
1/4に内挿する方法や、更に小さい目盛で内挿す
るために格子とセンサの相対位置に応じてセンサ
より出力される出力値により内挿を行う方法等が
知られている。 これらの方法等においてはさらに例えばスケー
ルとセンサとの間の相対移動を利用して測定する
インクリメンタル方式と、絶対位置情報を符号化
したエンコード板を用いるアブソリユート方式と
がある。インクリメンタル方式ではスケールの目
盛の基準位置がセンサの前面にあるときに計数値
が零となるように設定する所謂基準位置の原点合
わせを行う必要があるので不便であるとともにノ
イズに対しても弱いという欠点がある。 これに対しアブソリユート方式では例えばセン
サの光電変換出力として常にエンコード板の絶対
位置情報が出力されるが前記した如く目盛の細分
化に際しての製造上の限界から測定精度が制限を
受ける他、例えば光学式エンコーダでは明暗の2
値による2進コードでエンコードするので1/2N
分解能を得るのにコード板にNトラツクのコード
が必要となる。したがつてパターンが複雑になり
且つ光源と光電変換素子の対がそれに応じて複数
組必要となる等の欠点がある。 これらの欠点を除いたエンコーダとして例えば
特開昭55−82919号公報に記載されたエンコーダ
が知られている。第1図a,bにはこのエンコー
ダの概略の構成が示されている。即ち第1図aに
示すようにコード板2の1トラツク内をNブロツ
クに分割し、各ブロツク内に第1図bに示すよう
に内挿のためのパターン情報11とブロツクアド
レスを示すアドレス情報12(例えば2進コー
ド)を透過、不透過の光学格子で配列してなるコ
ード板2と、センサとして微小な光電変換素子が
コード板2と並行して直列的に等ピツチで配列さ
れ各素子の独立した光電変換出力が時系列の直列
信号として取り出せるような素子アレイ3(以下
ラインセンサと呼称する)とを用いてなるエンコ
ーダが知られている。 この従来のエンコーダを直線目盛に応用した場
合の読みとり方法については、本出願人の先の出
願特願昭53−155815(特開昭55−82919号)で図示
している。これは第2図に示すようにコード板2
と並行にラインセンサ3を設置し、光電1よりコ
リメータレンズ4を介してコード板2を照射す
る。コード板2を透過した光線はコード板2上の
特定のパターンに対応した光の強度をもち、結像
レンズ5にてラインセンサ3上に投影される。し
たがつてラインセンサ3の全長を適当に選べばラ
インセンサ3の時系列の直列出力信号にはコード
板2のブロツクの基準位置を示すブロツクマーカ
情報10A、ブロツクスタート位置情報10B、
内挿用のパターン情報11およびブロツクアドレ
ス情報12が時系列に出力される。ここでの内挿
法は例えば透過、不透過の光学格子を周期的に配
列してなるコード板2の格子数とラインセンサ3
のセンサ素子数との間に差をもたせることにより
副尺関係を発生させ、ラインセンサ3の出力の内
挿情報の奇数番目と偶数番目を結ぶ直線の交点の
位置を求めることで内挿を行なう所謂バーニア内
挿法である。測定に際してはラインセンサ3の任
意のビツトをインデツクスビツトとして予め定め
ておく。ラインセンサ3によりブロツクスタート
位置情報10Bが検出されることにより決定され
るラインセンサ3のスタートビツトからインデツ
クスビツトまでのパルス数が得られる。このパル
ス数によりコード板2の1ブロツクをラインセン
サ3の1ビツトに等しい間隔で分割したインデツ
クスビツトが示す値が得られる。これをビツト情
報とする。すなわち粗読となる。またバーニア情
報は奇数番目と偶数番目を分離後、奇数番目の出
力が偶数番目の出力より小さくなる点を求めるこ
とで2ビツト分の内挿値が得られ、これが微読と
なる。この様に粗読の最小分解能を微読による内
挿範囲より小さくとることにより桁合わせでき
る。さらに前記2ビツト分の内挿値とビツト情報
とを桁合わせし、これにさらに前記ブロツクのア
ドレス情報を総合して位置情報に変換すれば移動
体の絶対位置が求められる。 以上は従来のエンコーダを用いた1トラツクで
の絶対位置の読みとりの方法である。上述の読み
とり方法は1ブロツクの読みとりについて説明し
たが、通常は信頼性の向上、読み誤りの補正等の
ために複数ブロツクを読みとる必要がある。しか
しながら上記従来のエンコーダにおいては、多数
ブロツクを読みとる場合コード板の多数ブロツク
を照明するための照明光学系を大きくしなければ
ならなくなる。さらにまた各ブロツクが独立した
パターンの読みとりにおいては光軸より離れたブ
ロツク程倍率や収差等の影響による誤差が大きく
なり、そのため補正の範囲外になることもあり得
る。さらに例えばリニアエンコーダで長尺用のも
のになると各ブロツクのアドレス情報のビツト数
が増加し、そのため1ブロツク当りのブロツク長
が長くなり複数ブロツクの読みとりが困難となる
という欠点がある。 本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは多数ブロツクの読みとり
に大きな照明光学系や大きな読みとり範囲を必要
とすることなく光軸付近の複数のブロツクで複数
ブロツクの読みとりができ、且つ複数ブロツクの
読みとり範囲を自由に選ぶことができる、移動体
の絶対位置又は角度を高精度且つ高分解能でデジ
タル読みとりし得るエンコーダを提供するにあ
る。 本発明によれば、M系列の配列の如き所定のパ
ターン配列の一部を形成するアドレス情報バーニ
ア情報の如き内挿情報とを交互に複数個直列的に
配列してなるコード板と、そのコード板の情報を
読みとるラインセンサと、そのラインセンサの出
力信号を処理する処理回路とを具備し、前記複数
個のアドレス情報とパターン情報とにより各1個
のブロツクを構成し、且つその各ブロツクのアド
レスを各ブロツクを構成する前記複数個のアドレ
ス情報から得られるM系列の配列の如きパターン
配列により指定するようにしてなることを特徴と
するエンコーダが得られる。 以下添付図面を参照して本発明の一実施例につ
いて詳細に説明する。 第3図は本発明による一実施例のエンコーダの
コード板の説明用図である。第3図においてコー
ド板2はそれぞれM系列の如き所定のパターン配
列の一部を形成するアドレス情報20a〜20e
と複数個の情報からなるパターン情報21a〜2
1eとが交互に複数個直列的に配列され、且つ各
アドレス情報20a〜20eがその直列的な配列
方向においてM系列の如き前記所定のパターン配
列と同一配列となるように配列されて構成されて
いる。第3図においては説明の便宜上コード板2
の一部だけを示している。さらに第3図における
各アドレス情報20a〜20eは前記の所定のパ
ターン配列の一部を形成するように例えば“0”
又は“1”の格子パターン(以下これをキヤラク
タと呼称する)により構成されている。 本実施例においては例えば4個のアドレス情報
即ち20a〜20bと3個のパターン情報21a
〜21cにより1個のブロツク30が構成され
る。同様にして第3図において例えば右方に1個
のアドレス情報をずらしてアドレス情報20b〜
20eとパターン情報21b〜21dにより1個
のブロツク31が構成される。以下同様にして各
アドレス情報4個とパターン情報3個からなる多
数のブロツク32……ブロツクNがそれぞれ構成
される。これらの各ブロツクのアドレスは各ブロ
ツクを構成する複数個のアドレス情報から得られ
るパターン配列により指定される。例えば第3図
においてブロツク30のアドレスはブロツク30
を構成する4個のアドレス情報20a〜20dか
ら得られるパターン配列即ち4キヤラクタから得
られるパターン配列により指定されるようになさ
れている。この場合各ブロツクを構成するアドレ
ス情報及びパターン情報の個数は第3図において
はそれぞれ4個及び3個から構成される例が示さ
れているが、ブロツクを構成するこれらの情報の
数はコード板のパターニング時に任意の数に設定
することができる。従つて各ブロツクのアドレス
読みとりのキヤラクタの数も前記の4キヤラクタ
に限ることなく各ブロツクを構成するアドレス情
報の数に対応させて任意の数に設定することがで
きる。 次に、各ブロツクのアドレスを4キヤラクタか
ら得られるパターン配列により指定する場合の例
について説明する。例えば表1(a)のキヤラクタ配
列に示す如く所定のパターン配列としてM系列の
パターン配列を使用するものとし、且つこの場合
の各ブロツクのアドレスの指定は表1(b)のパター
ン読みとりに示す各読みとり値から各ブロツクの
アドレス値が指定されるものとする。
The present invention relates to an encoder, and particularly to an encoder for digitally reading the absolute position or angle of a moving body with high precision and high resolution. In general, in encoders that digitally read lengths, angles, etc. with high precision, it is sufficient to subdivide the scale, but there is a manufacturing limit to the subdivision of the scale, so high precision beyond this limit is required.
To obtain high resolution, it is necessary to further interpolate the minimum scale. Conventionally, as an interpolation method for this purpose, for example, in an optical encoder, two slits are arranged so that the outputs of a code plate and two light receiving elements differ by 1/4 pitch in order to read information from an optical grating. There is a method of interpolating within the minimum scale to 1/4 by processing the 90° phase shift signal obtained from these two sensors, and a method of interpolating within the minimum scale to 1/4, and a method of interpolating the grating and sensor relative to A method is known in which interpolation is performed using an output value output from a sensor depending on the position. These methods further include, for example, an incremental method that uses relative movement between a scale and a sensor for measurement, and an absolute method that uses an encode plate that encodes absolute position information. In the incremental method, it is inconvenient because it is necessary to align the origin of the so-called reference position so that the counted value becomes zero when the reference position of the scale graduation is in front of the sensor, and it is also vulnerable to noise. There are drawbacks. On the other hand, in the absolute method, for example, the absolute position information of the encoder plate is always output as the photoelectric conversion output of the sensor, but as mentioned above, the measurement accuracy is limited due to manufacturing limitations when subdividing the scale. The encoder has two bright and dark
Since it is encoded using a binary code based on values, N tracks of codes are required on the code board to obtain a resolution of 1/2 N. Therefore, there are disadvantages such as the pattern becomes complicated and a corresponding number of pairs of light sources and photoelectric conversion elements are required. As an encoder that eliminates these drawbacks, for example, an encoder described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-82919 is known. FIGS. 1a and 1b show the general structure of this encoder. That is, as shown in FIG. 1a, one track of the code plate 2 is divided into N blocks, and each block contains pattern information 11 for interpolation and address information indicating the block address as shown in FIG. 12 (for example, a binary code) arranged in a transparent and non-transparent optical grating, and minute photoelectric conversion elements as sensors are arranged in series at equal pitches in parallel with the code plate 2, and each element An encoder is known that uses an element array 3 (hereinafter referred to as a line sensor) from which independent photoelectric conversion outputs can be extracted as time-series serial signals. A reading method when this conventional encoder is applied to a linear scale is illustrated in Japanese Patent Application No. 53-155815 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 55-82919) previously filed by the present applicant. This is the code plate 2 as shown in Figure 2.
A line sensor 3 is installed in parallel with the line sensor 3, and the code plate 2 is irradiated with the photoelectric 1 through the collimator lens 4. The light beam transmitted through the code plate 2 has a light intensity corresponding to a specific pattern on the code plate 2, and is projected onto the line sensor 3 by the imaging lens 5. Therefore, if the total length of the line sensor 3 is appropriately selected, the time-series serial output signal of the line sensor 3 includes block marker information 10A indicating the reference position of the block on the code plate 2, block start position information 10B,
Interpolation pattern information 11 and block address information 12 are output in time series. The interpolation method here is, for example, based on the number of gratings of the code plate 2, which is made up of periodically arranged transparent and non-transparent optical gratings, and the line sensor 3.
A vernier relationship is generated by creating a difference between the number of sensor elements in This is the so-called Vernier interpolation method. During measurement, an arbitrary bit of the line sensor 3 is predetermined as an index bit. The number of pulses from the start bit to the index bit of the line sensor 3 determined by detecting the block start position information 10B by the line sensor 3 is obtained. With this number of pulses, a value indicated by an index bit obtained by dividing one block of the code plate 2 at intervals equal to one bit of the line sensor 3 is obtained. This is taken as bit information. In other words, it is a rough reading. In addition, after separating the vernier information into odd and even numbers, a 2-bit interpolated value is obtained by finding the point where the output of the odd number is smaller than the output of the even number, and this becomes a fine reading. In this way, digit alignment can be achieved by setting the minimum resolution of coarse reading to be smaller than the interpolation range of fine reading. Furthermore, the digits of the 2-bit interpolated value and the bit information are aligned, and the address information of the block is combined and converted into position information to obtain the absolute position of the moving object. The above is a method of reading an absolute position in one track using a conventional encoder. Although the above reading method has been described for reading one block, it is usually necessary to read a plurality of blocks in order to improve reliability, correct reading errors, etc. However, in the conventional encoder described above, when reading a large number of blocks, it is necessary to increase the size of the illumination optical system for illuminating the large number of blocks on the code plate. Furthermore, when reading a pattern in which each block is independent, the further the block is from the optical axis, the greater the error due to the influence of magnification, aberration, etc., and it may therefore be outside the range of correction. Furthermore, for example, when a linear encoder is used for long lengths, the number of bits of address information in each block increases, which increases the length of each block, making it difficult to read multiple blocks. The present invention was made in view of the above circumstances, and
The purpose of this is to be able to read multiple blocks with multiple blocks near the optical axis without requiring a large illumination optical system or a large reading range, and to freely select the reading range of multiple blocks. An object of the present invention is to provide an encoder that can digitally read the absolute position or angle of a moving object with high precision and high resolution. According to the present invention, there is provided a code plate in which a plurality of pieces of interpolation information such as address information and vernier information forming part of a predetermined pattern arrangement such as an M-sequence arrangement are arranged alternately in series; It is equipped with a line sensor that reads information on the board and a processing circuit that processes the output signal of the line sensor, and each block is configured by the plurality of address information and pattern information, and each block is An encoder characterized in that an address is specified by a pattern array such as an M-sequence array obtained from the plurality of pieces of address information forming each block is obtained. An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 3 is an explanatory diagram of a code plate of an encoder according to an embodiment of the present invention. In FIG. 3, the code plates 2 each contain address information 20a to 20e forming part of a predetermined pattern arrangement such as the M series.
and pattern information 21a-2 consisting of a plurality of pieces of information.
1e are alternately arranged in series, and each of the address information 20a to 20e is arranged in the same direction as the predetermined pattern arrangement such as the M sequence in the serial arrangement direction. There is. In FIG. 3, the code plate 2 is shown for convenience of explanation.
only a part of it is shown. Furthermore, each of the address information 20a to 20e in FIG.
Alternatively, it is composed of a grid pattern of "1" (hereinafter referred to as a character). In this embodiment, for example, four pieces of address information 20a to 20b and three pieces of pattern information 21a are used.
-21c constitute one block 30. Similarly, in FIG. 3, for example, one piece of address information is shifted to the right, and the address information 20b~
20e and pattern information 21b to 21d constitute one block 31. Thereafter, a large number of blocks 32, . . ., blocks N each consisting of four pieces of address information and three pieces of pattern information are constructed in the same manner. The address of each of these blocks is specified by a pattern arrangement obtained from a plurality of pieces of address information forming each block. For example, in FIG. 3, the address of block 30 is
It is designed to be specified by a pattern arrangement obtained from four pieces of address information 20a to 20d composing the address information, that is, a pattern arrangement obtained from four characters. In this case, the numbers of address information and pattern information constituting each block are shown as four and three pieces respectively in FIG. 3, but the number of these pieces of information constituting the block depends on the code board. can be set to any number when patterning. Therefore, the number of characters for reading the address of each block is not limited to the four characters described above, but can be set to any number corresponding to the number of address information constituting each block. Next, an example will be described in which the address of each block is specified by a pattern array obtained from four characters. For example, as shown in the character arrangement in Table 1(a), an M-series pattern arrangement is used as the predetermined pattern arrangement, and in this case, the address of each block is specified by each of the pattern readings shown in Table 1(b). It is assumed that the address value of each block is specified from the read value.

【表】 表1(b) パターン読取り
即ち各ブロツクを構成する各アドレス情報即ち
キヤラクタが表1(a)に示す如きM系列の所定パタ
ーン配列の一部即ち“0”又は“1”となるよう
に形成され、例えば第3図において最初のブロツ
ク30のアドレスを指定する20a〜20dの4
キヤラクタの読みとり値は0000で表1(a)より
(0)となり、次のブロツク31のアドレスを指
定する20b〜20dの4キヤラクタの読みとり
値は0001で(1)となる。従つて例えば表1(b)に示す
ような読みとり値に対するブロツクアドレス値の
変換表を作つておけばどのブロツクのアドレス情
報即ちどのキヤラクタから読み始めたとしてもそ
の読みとり値からそのブロツクのアドレスを確実
に知ることができる。さらに各ブロツクのアドレ
ス情報即ちキヤラクタが前記の如く配列されてい
るので例えば隣接するブロツクのアドレスを読み
とる場合には1キヤラクタ分だけずらして読みと
ればよいので、複数ブロツクの読みとりも小さな
読みとり範囲で済むこととなり、且つ前記の如く
キヤラクタの数は任意に設定できるので複数ブロ
ツクの読みとり範囲を自由に選ぶことができるこ
ととなる。 さらに第3図において各ブロツク30〜32の
パターン情報21a〜21eは例えば内挿のため
の情報のパターンであり、この区間にある格子パ
ターン数とこれに対応するラインセンサの素子数
とに差をもたせてなるバーニア内挿のパターンで
ある。前記の如く各ブロツクが4個のアドレス情
報と3個のパターン情報とにより構成されている
場合には例えばブロツク30においては21a〜
21cの3個のパターン情報にバーニア情報を各
1/3宛パターニングし、この3個のパターン情報
を合わせて内挿読みとりをするようにすれば各ブ
ロツク長も短かくなる。この場合にこの3個のパ
ターン情報の位相が連続するようにすると後述の
処理回路における処理が簡単となる。さらに前記
のブロツクアドレスを指定するために用いられる
各ブロツクの各アドレス情報即ち各キヤラクタを
ラインセンサ上で3ビツト分以上のビツトで構成
すると前記のバーニア情報と完全に区別できる効
果がある。しかし乍ら各キヤラクタを1ビツト分
で構成してもよく、この場合にはキヤラクタとバ
ーニア情報との間に両者を区別できるようなパタ
ーンを設けておけばよい。 以上のコード板2の構成を模式的に図示したも
のが第4図に示されている。第4図においてA4
〜A10はコード板2の各アドレス情報即ち各キヤ
ラクタであり、ラインセンサ3上で各3ビツト1
組で構成されている。B4〜B10は3個のパターン
情報を一組として形成される測長用のバーニア内
挿パターンである。これらのバーニア内挿パター
ンは格子数とこれを読みとるラインセンサ3の対
応する素子数との間に差をもたせてラインセンサ
3の1ピツチ単位以下の分解能の内挿を行なうよ
うになされている。 第4図においてコード板2を予めインデツクス
ビツト(IB)を設定したラインセンサ3により
A位置で検出したとするとこのA位置ではライン
センサ3はその読み出し開始ビツトRとインデツ
クスビツトIB間の2つのキヤラクタとインデツ
クスビツトIBから後の2つのキヤラクタA4〜A7
の各アドレス情報を時系列の直列信号として読み
とるためこの場合のアドレスのパターン読みとり
値は0101となり、前記表1(b)に示す変換表からブ
ロツクアドレス値は3として解読できることとな
る。同様にB位置で検出したとするとアドレスの
パターン読みとり値は1010となりブロツクアドレ
ス値は4となり、以下同様にC位置は0100でブロ
ツクアドレス値は5、D位置は1001で6、E位置
は0011で7と解読できるものである。 そして、各ブロツク内の粗読はインデツクスビ
ツトIBの前方で一番近いキヤラクタ例えばブロ
ツクC1ではA5キヤラクタのつぎの格子すなわち
パターン情報B5の一番前の格子B51に対応するセ
ンサの素子MからインデツクスビツトIBまでの
素子数を計数することにより読み取れ、さらに微
細な読み取りはパターン情報例えばB4、B5、B6
の格子数とこれを読み取るセンサの素子数とに差
をもたせてあるので、センサの1ピツチ単位以下
の内挿により行なわれる。以下センサがB〜Dの
位置に来たときも同様の原理で読み取りが出来
る。 以上は本発明による一実施例のエンコーダのコ
ード板に関する構成とその作用効果について説明
したが、以下このコード板を適用した本発明の一
実施例を第5図に基いて詳細に説明する。第5図
は本発明を工作機械等の移動テーブルの位置を検
出するリニアエンコーダに適用した一実施例を示
すものである。移動テーブル50の一部に前記の
光学的コード板2を固定し、これに平行にライン
センサ3を設置し、光源1よりコンデンサレンズ
4を経てコード板2を照射すると、コード板2を
透過した光線はコード板2上の特定のパターンに
対応した光の強度を有し、これがラインセンサ3
上に投影される。従つてラインセンサ3の全長を
適当に選べばラインセンサ3の1走査による時系
列の直列出力信号には、コード板2のアドレス情
報と内挿読みとり情報が時系列に出力される。こ
こでラインセンサ3の略中心のビツトをインデツ
クスビツトIBとして予め設定しておく。次にラ
インセンサ3の出力を以下に述べる処理回路によ
り処理する。例えばラインセンサ3の出力51を
増巾器52で適当なレベルまで増巾しキヤラクタ
検出器54でキヤラクタを検出する。検出器54
はキヤラクタを検出するとフリツプフロツプ5
7,58をセツトする。フリツプフロツプ57は
アナログスイツチ61をオンとし内挿情報を送出
する。同時にゲート62を開き2進カウンタ63
にクロツク発生回路53より発生されるラインセ
ンサ3の出力に同期したクロツクパルスを送り、
内挿情報が終ると同時にフリツプフロツプ57を
オフとする。この場合の内挿情報はバーニア内挿
でありラインセンサ3のバーニア情報をA/D変
換器70に送出する。同様にして第2番目、第3
番号というようにキヤラクタが検出されたあとの
バーニア情報が分割されて送られてデータレジス
タ71に書き込まれる。これをデータBとする。 またキヤラクタ検出でセツトされたフリツプフ
ロツプ58とインデツクスビツト検出器55でセ
ツトされたフリツプフロツプ59の出力をゲート
64に通すことにより、最初のキヤラクタ検出か
らインデツクス検出の間ゲート65を開き、同時
にラインセンサ3の出力に同期したクロツクを送
り続ける。従つて2進カウンタ66は最初に検出
されたキヤラクタよりインデツクスビツトまでの
パルス数即ちコード板2の読みとりブロツクをラ
インセンサ3の1ビツトに等しい間隔で分割して
得られる目盛上のインデツクスビツトが指示する
値が出力される。さらに変換回路66′で第4図
で説明した様なインデツクスビツトからその手前
のキヤラクタまでの値に変換される。この変換は
あらかじめ1ブロツクのパルス数を知つているの
で簡単に行なうことができる。これをデータAと
する。 さらにマルチバイブレータ56はキヤラクタの
センサ相当ビツト分だけオンとなるようにし、内
挿情報の区切りを示す2進カウンタ63によりセ
ツトされる。これによりアナログスイツチ60を
オンとし、キヤラクタの1つを比較器67に送
る。比較器67で適当なスレツシヨルドレベルで
信号を量子化する。内挿情報と同様に第2番目、
第3番目のキヤラクタが読み込まれ、直並列変換
器68で並列2進数の情報となる。さらにこれを
変換回路69により実際のブロツクアドレス情報
とする。これをデータCとする。 以上のラインセンサ3の1走査で生成されるデ
ータA,B,Cはマイクロプロセツサ72に入力
される。マイクロプロセツサ72においてはバー
ニア情報であるA/D変換されてなるデータBよ
り奇数番目の素子出力と偶数番目の素子出力を
夫々直線(又は曲線)近似し、両直線の交点で奇
数番目が偶数番目より小さくなる点を求める。こ
の交点より得られる微読値とデータAで得られる
粗読値との桁合せを行ない、これにさらにデータ
Cを総合して位置情報に変換してこれを表示器7
3に表示する。 以上は1ブロツクの読みとり時の説明である
が、前述の如くキヤラクタを1個宛ずらせて複数
ブロツクについて前述と同様に読みとりを行いそ
の平均値を前記表示器73に表示させることによ
り高精度且つ高分解能のデジタル読みとりを得る
ことができる。 さらに第5図の前記本発明の一実施例において
前記ラインセンサ3の出力を処理する処理回路で
例えばキヤラクタ検出及びインデツクスビツト検
出以後の処理をマイクロプロセツサ72で行うよ
うにすれば、コード板2の情報の読みとりがより
簡単に行えるものである。この場合における本発
明の他の実施例が第6図に示されている。第6図
図示の実施例においては処理回路の構成を除くと
第5図図示のものと同一であるから同一部分に同
一符号を付してその説明を省略する。第6図にお
いてラインセンサ3の出力51は増巾器80によ
り適当なレベルまで増巾され、サンプルホールド
81により1ビツト宛ホールドされ、A/D変換
器82を介して第1デジタルメモリ83に各出力
波高値がデジタル信号として記憶される。第1デ
ジタルメモリ83の内容はマイクロプロセツサ8
5からの指令で第2デジタルメモリ84に移さ
れ、同時に第1デジタルメモリ83はクリアされ
る。第2デジタルメモリ84に移された内容はマ
イクロプロセツサ85により信号処理され表示器
86に表示される。この時のマイクロプロセツサ
85の信号処理は例えば第7図のフローチヤート
に示す如き動作内容で行なわれるものである。 以上の実施例の説明においては桁合わせについ
て粗読をセンサ素子の1ピツチ単位までとし、微
読をセンサ素子の2ピツチ内を内挿するものを例
として説明したが、桁合わせは粗読の最少分解能
が微読の内挿範囲よりも小さくとれば達成できる
ので、例えば微読を1ピツチまでとし、粗読は例
えばラインセンサのある1つのセンサ素子の出力
をアナログ情報として取り出し、これを適当なス
レツシヨルド回路で量子化して粗読の最少分解能
を微読の内挿範囲より小さくとつて桁合わせをす
るようにしてもよいこと勿論である。 さらに前記本発明の実施例においてはブロツク
アドレス情報の配列を1キヤラクタ宛分離させた
場合の例について説明したが、本発明はこの例に
限定されることなく例えばブロツクアドレス情報
の配列を2キヤラクタ、3キヤラクタ等の任意の
キヤラクタ数に分離させても前記と同様の検出が
できるものであること明らかである。またこのア
ドレス情報の配列およびその変換についても前記
表1(a)、(b)に例示されたものに限定することな
く、他のM系列の配列およびその変換でもよく、
例えば4キヤラクタ宛分離の場合に表2に示すよ
うな配列とその変換でもよいこと言うまでもな
い。
[Table] Table 1(b) Pattern reading In other words, each address information constituting each block, that is, the character, is a part of the M-series predetermined pattern arrangement, ie, “0” or “1” as shown in Table 1(a). For example, in FIG.
The read value of the character is 0000, which is (0) from Table 1(a), and the read value of the four characters 20b to 20d, which specify the address of the next block 31, is 0001, which is (1). Therefore, if you create a conversion table of block address values for read values as shown in Table 1(b), you can be sure of the address information of any block, that is, no matter which character you start reading from, the address of that block from the read value. can be known. Furthermore, since the address information of each block, that is, the characters, are arranged as described above, for example, when reading the address of an adjacent block, it is only necessary to shift the address by one character, so reading multiple blocks can be done within a small reading range. Since the number of characters can be set arbitrarily as described above, the reading range of a plurality of blocks can be freely selected. Furthermore, in FIG. 3, the pattern information 21a to 21e of each block 30 to 32 is, for example, a pattern of information for interpolation, and the difference between the number of grid patterns in this section and the number of elements of the line sensor corresponding to this is determined. This is a Vernier interpolation pattern. When each block is composed of four pieces of address information and three pieces of pattern information as described above, for example, in block 30, 21a to 21a are
If the vernier information is patterned to 1/3 of each of the three pattern information 21c and interpolated reading is performed by combining the three pattern information, the length of each block can be shortened. In this case, if the phases of the three pattern information are made continuous, the processing in the processing circuit described later will be simplified. Furthermore, if each address information of each block, that is, each character used to designate the block address, is composed of three or more bits on the line sensor, there is an effect that it can be completely distinguished from the vernier information. However, each character may be composed of one bit, and in this case, a pattern may be provided between the character and the vernier information so that the two can be distinguished. A schematic diagram of the structure of the code plate 2 described above is shown in FIG. In Figure 4 A 4
~ A10 is each address information of the code board 2, that is, each character, and each 3 bits 1 on the line sensor 3
It is made up of groups. B 4 to B 10 are vernier interpolation patterns for length measurement formed as a set of three pieces of pattern information. These Vernier interpolation patterns are designed to provide a difference between the number of gratings and the corresponding number of elements of the line sensor 3 that reads them, so as to perform interpolation with a resolution of one pitch unit or less of the line sensor 3. In FIG. 4, if the code plate 2 is detected at position A by the line sensor 3 in which the index bit (IB) is set in advance, then at this position A, the line sensor 3 detects the 2nd bit between the reading start bit R and the index bit IB. 1 character and 2 characters after index bit IB A 4 to A 7
Since each address information is read as a time-series serial signal, the read address pattern value in this case is 0101, and the block address value can be decoded as 3 from the conversion table shown in Table 1(b). Similarly, if it is detected at position B, the address pattern read value is 1010 and the block address value is 4, and similarly, the C position is 0100 and the block address value is 5, the D position is 1001 and 6, and the E position is 0011. This can be interpreted as 7. Then, rough reading in each block is performed using the character closest to the front of the index bit IB, for example, in block C1 , the sensor corresponding to the grid next to A5 character, that is, the first grid B51 of pattern information B5 . It can be read by counting the number of elements from element M to index bit IB, and even finer reading can be done using pattern information such as B 4 , B 5 , B 6
Since there is a difference between the number of grids and the number of sensor elements that read them, interpolation is performed by one pitch unit or less of the sensor. Below, when the sensor comes to positions B to D, reading can be performed using the same principle. The configuration and effects of the code plate of an encoder according to an embodiment of the present invention have been described above, and below, an embodiment of the present invention to which this code plate is applied will be described in detail with reference to FIG. 5. FIG. 5 shows an embodiment in which the present invention is applied to a linear encoder for detecting the position of a moving table of a machine tool or the like. The optical code plate 2 is fixed to a part of the moving table 50, the line sensor 3 is installed parallel to it, and when the code plate 2 is irradiated from the light source 1 through the condenser lens 4, the light transmitted through the code plate 2 is The light beam has a light intensity that corresponds to a specific pattern on the code plate 2, and this light beam is transmitted to the line sensor 3.
projected on top. Therefore, if the total length of the line sensor 3 is appropriately selected, the address information and interpolated reading information of the code plate 2 are output in time series as a time series serial output signal from one scan of the line sensor 3. Here, the approximately center bit of the line sensor 3 is set in advance as the index bit IB. Next, the output of the line sensor 3 is processed by the processing circuit described below. For example, the output 51 of the line sensor 3 is amplified to an appropriate level by an amplifier 52, and a character is detected by a character detector 54. Detector 54
detects a character and flips the flip-flop 5.
Set 7,58. Flip-flop 57 turns on analog switch 61 and sends out interpolation information. At the same time, the gate 62 is opened and the binary counter 63 is opened.
A clock pulse synchronized with the output of the line sensor 3 generated by the clock generation circuit 53 is sent to
At the same time as the interpolation information ends, the flip-flop 57 is turned off. The interpolation information in this case is vernier interpolation, and the vernier information of the line sensor 3 is sent to the A/D converter 70. Similarly, the second and third
Vernier information after a character is detected, such as a number, is divided and sent and written into the data register 71. Let this be data B. Furthermore, by passing the outputs of the flip-flop 58 set by the character detection and the flip-flop 59 set by the index bit detector 55 to the gate 64, the gate 65 is opened from the first character detection to the index detection, and at the same time the line sensor 3 continues to send a clock synchronized with the output of Therefore, the binary counter 66 calculates the number of pulses from the first detected character to the index bit, that is, the index bit on the scale obtained by dividing the reading block of the code plate 2 at intervals equal to one bit of the line sensor 3. The value indicated by is output. Furthermore, the conversion circuit 66' converts the value from the index bit to the character before it as explained in FIG. This conversion can be easily performed since the number of pulses in one block is known in advance. Let this be data A. Further, the multivibrator 56 is turned on by the number of bits corresponding to the sensor of the character, and is set by the binary counter 63 indicating the delimitation of interpolation information. This turns on analog switch 60 and sends one of the characters to comparator 67. A comparator 67 quantizes the signal at an appropriate threshold level. The second as well as the interpolation information,
The third character is read and converted into parallel binary number information by a serial-to-parallel converter 68. Further, this is converted into actual block address information by a conversion circuit 69. Let this be data C. The data A, B, and C generated by one scan of the line sensor 3 are input to the microprocessor 72. The microprocessor 72 approximates the outputs of the odd-numbered elements and the outputs of the even-numbered elements as straight lines (or curves) from the A/D-converted data B, which is vernier information, and at the intersection of both straight lines, the odd-numbered element becomes an even number. Find the point smaller than the th. The fine reading value obtained from this intersection is digit-aligned with the rough reading value obtained from data A, and this is further combined with data C to convert it into position information, which is displayed on the display 7.
Display on 3. The above is an explanation of the reading of one block. However, as described above, by assigning one character to read multiple blocks in the same manner as described above, and displaying the average value on the display 73, high accuracy and high accuracy can be achieved. A digital reading of the resolution can be obtained. Furthermore, in the embodiment of the present invention shown in FIG. 5, if the processing circuit for processing the output of the line sensor 3 is configured such that the processing after character detection and index bit detection is performed by the microprocessor 72, the code board The information in step 2 can be read more easily. Another embodiment of the invention in this case is shown in FIG. The embodiment shown in FIG. 6 is the same as that shown in FIG. 5 except for the configuration of the processing circuit, so the same parts are given the same reference numerals and the explanation thereof will be omitted. In FIG. 6, the output 51 of the line sensor 3 is amplified to an appropriate level by an amplifier 80, held for each bit by a sample hold 81, and stored in a first digital memory 83 via an A/D converter 82. The output peak value is stored as a digital signal. The contents of the first digital memory 83 are stored in the microprocessor 8.
5, the data is transferred to the second digital memory 84, and at the same time, the first digital memory 83 is cleared. The contents transferred to the second digital memory 84 are subjected to signal processing by the microprocessor 85 and displayed on the display 86. The signal processing by the microprocessor 85 at this time is performed, for example, as shown in the flowchart of FIG. In the above description of the embodiment, the coarse reading is performed up to one pitch of the sensor element, and the fine reading is interpolated within two pitches of the sensor element. This can be achieved if the minimum resolution is smaller than the interpolation range of fine reading, so for example, fine reading is limited to 1 pitch, and rough reading is performed by extracting the output of one sensor element of a line sensor as analog information and using it as appropriate. Of course, digit alignment may be performed by quantizing with a threshold circuit such that the minimum resolution for coarse reading is smaller than the interpolation range for fine reading. Furthermore, in the embodiment of the present invention, an example was explained in which the arrangement of block address information is separated into one character, but the present invention is not limited to this example, and for example, the arrangement of block address information is separated into two characters, It is clear that the same detection as described above can be performed even if the number of characters is separated into any number of characters, such as three characters. Furthermore, the arrangement of this address information and its conversion are not limited to those exemplified in Tables 1(a) and (b), and may be other M-sequence arrangements and their conversion.
For example, in the case of separation for 4 characters, it goes without saying that the array and its conversion as shown in Table 2 may be used.

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 所定のパターン配列の一部を形成するアドレ
ス情報と複数個の情報からなるパターン情報とが
交互に複数個直列的に配列され、且つ前記各アド
レス情報がその直列的な配列方向において前記所
定のパターン配列となつているコード板と、 前記コード板の情報を読みとるために複数個の
センサ素子が前記コード板もしくはその像に並行
して直列的に配列されてなるラインセンサと、 前記コード板の情報を読みとることにより前記
ラインセンサより時系列的に出力される電気的信
号を処理して移動体の絶対位置又は角度を求める
ようになされてなる処理回路と、を具備し、前記
複数個のアドレス情報とパターン情報とにより各
1個のブロツクを構成し、且つその各ブロツクの
アドレスを各ブロツクを構成する前記複数個のア
ドレス情報から得られるパターン配列により指定
するようにしてなることを特徴とするエンコー
ダ。 2 前記特許請求の範囲第1項記載のものにおい
て、前記パターン情報の情報数と、これに対応す
る前記ラインセンサのセンサ素子数との間に差を
もたせることにより、前記センサ素子の1ピツチ
以下の分解能で内挿するようになされてなること
を特徴とする前記特許請求の範囲第1項記載のエ
ンコーダ。 3 前記特許請求の範囲第1項記載のものにおい
て、前記処理回路においては前記複数個のアドレ
ス情報から得られるパターン配列により指定され
たブロツクのアドレス情報と、基準位置情報より
求めた前記ラインセンサの1ピツチ単位までの読
みとり情報と、前記ラインセンサの1ピツチ単位
以内の内挿情報とから移動体の絶対位置又は角度
を求めるようになされてなることを特徴とする前
記特許請求の範囲第1項記載のエンコーダ。 4 前記特許請求の範囲第1項記載のものにおい
て、前記所定のパターン配列の一部を形成するア
ドレス情報は前記ラインセンサ上で3ビツト分以
上のビツトにて構成されてなることを特徴とする
前記特許請求の範囲第1項記載のエンコーダ。 5 前記特許請求の範囲第1項記載のものにおい
て、前記各ブロツクを構成する複数個のパターン
情報を合わせて前記センサ素子の1ビツチ以下の
分解能で内挿するようになされてなることを特徴
とする前記特許請求の範囲第1項記載のエンコー
ダ。 6 前記特許請求の範囲第1項記載のものにおい
て前記アドレス情報と前記パターン情報とはそれ
ぞれ光の透過率又は反射率に差をもたせた光学格
子から形成される光学的情報により構成されてな
ることを特徴とする前記特許請求の範囲第1項記
載のエンコーダ。 7 前記特許請求の範囲第1項記載のものにおい
て、前記コード板に配列される前記所定のパター
ン配列はM系列の配列により構成されてなること
を特徴とする前記特許請求の範囲第1項記載のエ
ンコーダ。 8 前記特許請求の範囲第1項記載のものにおい
て前記アドレス情報と前記パターン情報とはそれ
ぞれ磁気的又は電磁誘導的情報により構成され、
前記ラインセンサは感磁素子アレイによつて構成
されてなることを特徴とする前記特許請求の範囲
第1項記載のエンコーダ。
[Scope of Claims] 1 A plurality of address information forming part of a predetermined pattern array and pattern information consisting of a plurality of pieces of information are arranged alternately in series, and each of the address information A line sensor comprising a code plate arranged in the predetermined pattern in the arrangement direction, and a plurality of sensor elements arranged in series in parallel with the code plate or its image in order to read information on the code plate. and a processing circuit configured to read information on the code plate and process electrical signals outputted in time series from the line sensor to determine the absolute position or angle of the moving object. , the plurality of pieces of address information and pattern information form one block each, and the address of each block is specified by a pattern arrangement obtained from the plurality of pieces of address information forming each block. An encoder characterized by: 2. In the device described in claim 1, by creating a difference between the number of information of the pattern information and the corresponding number of sensor elements of the line sensor, the number of sensor elements of the sensor element is one pitch or less. 2. The encoder according to claim 1, wherein the encoder performs interpolation with a resolution of . 3. In the device described in claim 1, the processing circuit uses the address information of the block specified by the pattern arrangement obtained from the plurality of pieces of address information and the line sensor's information obtained from the reference position information. Claim 1, characterized in that the absolute position or angle of the moving body is determined from read information up to 1 pitch unit and interpolated information within 1 pitch unit of the line sensor. Encoder listed. 4. The device according to claim 1, characterized in that the address information forming part of the predetermined pattern array is composed of 3 or more bits on the line sensor. An encoder according to claim 1. 5. The device according to claim 1, characterized in that a plurality of pieces of pattern information constituting each block are interpolated together at a resolution of 1 bit or less of the sensor element. An encoder according to claim 1. 6. In the item described in claim 1, the address information and the pattern information are each constituted by optical information formed from optical gratings having different light transmittances or reflectances. An encoder according to claim 1, characterized in that: 7. The device according to claim 1, wherein the predetermined pattern arrangement arranged on the code plate is constituted by an M-sequence arrangement. encoder. 8. In the item described in claim 1, the address information and the pattern information are each constituted by magnetic or electromagnetic induction information,
2. The encoder according to claim 1, wherein the line sensor is constituted by a magnetically sensitive element array.
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