JPH0235308A - 位置検出方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は絶対位置を検出する位置検出方法に関するもの
である。

従来の技術 従来の絶対位置を検出するアブソリュート式エンコーダ
は、光源と、移動方向に沿う複数のトラックに２進符号
パターンを形成したコード板と、前記トラックに対応さ
せて配置した複数の光検出器とを備え、光検出器の出力
信号を検出してコド板の位置を求めるようにしたものが
一般的である。又、２進符号パターンには、２進数の位
置データが得られる純２進符号パターンと、各次数の２
進符号パターン間の微小な形成誤差によって位置データ
に著しい乱れを生じないように、各次数の２進符号パタ
ーンの境界位置が互いに異なるようにしたグレー２進符
号パターンとがある。

また、高分解能の位置検出を行うために、上記２進符号
パターンを用いた位置検出方式とインクリメンタル方式
の位置検出を組み合わせ、一定の検出幅で大まかな絶対
位置を２進符号パターンによって検出し、その検出幅内
の詳細な位置はその検出幅内に設定された基準位置から
インクリメンタル方式によって位置検出するようにした
アブソリュート式エンコーダも知られている。

発明が解決しようとする課題 ところで、２進符号パターンを用いた位置検出方式では
デジタル的に絶対位置を検出できるので振動やノイズの
影響を受げ難＜、確度の高い位置検出ができるが、高分
解能の位置検出を行うためには、それに対応して各次数
の２進符号パターン自体を極めて高い精度で形成する必
要があるとともに、各次数の２進符号パターン間の相対
位置も極めて高い精度で位置決めする必要がある。前記
純２進符号パターンの場合は各次数の２進符号パターン
の相対位置が完全に一致している必要があり、グレー２
進符号パターンでもすべての次数の２進符号パターンが
最下位の次数の２進符号パターンのビットの４分の１の
精度で一致している必要がある。従って、パターン及び
パターン間の形成精度を極めて高（する必要があり、２
１５〜２２０というような高分解能の位置検出を行うた
めには草大な費用がかかり、特殊な場合を除いては製作
技術面から実現不可能であり、またすべての次数につい
て信号の検出精度を高く保持するためには信号処理が複
雑になり、高価にかつ高速応答が困難になるという問題
があった。

また、２進符号パターンを用いた位置検出方式とインク
リメンタル方式を組み合わせたものにおいては、パター
ン及び光検出器の数は比較的少なくて済み、高分解能の
位置検出を安価に行うことができるが、２進符号パター
ンにより大体の位置を検出した後、その検出幅内に設定
されている基準位置を基準信号パターンを探して検出し
、その基準位置から検出すべき位置までの変位量をイン
クリメンタルに検出するという動作が必要になり、動作
が複雑であるため応答速度が遅くなるという問題がある
。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、高分解能でかつ確度
の高い絶対位置検出が可能でかつ各次数の２進符号パタ
ーン間の相対位置精度が比較的低くても検出エラーを生
じない位置検出方法を提供することを目的とする。

課題を解決するだめの手段 本発明は上記目的を達成するために、複数次数の２進符
号パターンの各々について９０’の位相差を有する一対
の検出信号を得、最上位の次数から最下位の次数に向か
って、それぞれの次数の一対の検出信号に基づいて誤差
を含めた状態で検出領域を順次限定して行き、検出すべ
き絶対位置の範囲を特定することを特徴とする。

上記一対の検出信号を得るのに、各次数の２進符号バク
ーンに対してそれぞれ互いに９０°位相をずらせて検出
器を配置することによって得ることもできるが、各次数
毎に２進符号パターンと９０°位相の異なった２進符号
バクーンを形成してもよい。

さらに、位置検出動作として、最上位の次数から下位の
次数に向かって順次領域を限定して行ってもよいが、検
出位置と検出信号との対応関係を設定したテーブルを形
成し、検出信号からテーブルに基づいて位置検出するこ
ともできる。

作　　　用 本発明によると、各次数の２進符号パターンに対して９
０°の位相差を有する一対の検出信号を用いることによ
って誤差を含めた状態で検出領域を限定しながら順次下
位の次数につなげて行くことができ、最上位の次数から
最下位の次数まで領域を順次限定して行くことによって
検出エラーを生ずることなしに所定の分解能で位置検出
することができる。

また、各次数の２進符号パターンに対して一対の検出信
号を得るのに、検出器を９０°位相をずらせて一対づつ
配置すると、パターンの数が少なくて済み、一方各次数
毎に９０°位相の異なった２進符号パターンを形成する
と、検出器の配置スペースを小さくでき、さらにパター
ンを走査すると単一の検出器で検出でき、検出器の特性
の差異による誤差を生しない。

又、各次数の検出信号群によって特定される検出位置を
テーブル化しておいて、検出信号に基づいて位置検出す
るようにすれば、高速応答性をもって位置検出できる。

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図に基づいて説
明する。

第２図において、１は光源としての半導体レーザ、２は
光を走査するポリゴンミラー　３は走査光を略平行にす
るレンズ、４は図示しない移動体にその移動方向に沿っ
て取付けられたコード板、５は固定のマスク、６は走査
光を集光するレンズ７は光検出器、８ば光走査の同期信
号を発生するための光検出素子である。

コード板４の幅方向中央部には、移動方向に並列するよ
うに多数の微細なスリット１１が規則的に形成され、マ
スク５にはスリット１１との間でモアレ縞を生ずるよう
に傾斜したスリット１２が形成されている。この実施例
では３条のモアレ縞を生じるように両端間でスリット１
１の３ピツチ分傾斜させて形成している。

コード板４には、スリット１１の上下両側部にそれぞれ
６条づつ２進符号パターンのトラック１３が形成されて
いる。上部の６条のトラック１３には、上位の３次のグ
レー２進符号パターンａ〜Ｃと、これらに対して９０°
位相の異なった２進符号パターンａ°〜Ｃ”が形成され
、下部の６条のトラック１３には、下位の３次のグレー
２進符号パターンｄ−ｆと、これらに対して９０’位相
の異なった２進符号パターンｄ°〜ｆ′が形成されてい
る。これら２進符号パターンａ−ｆ、ａ〜ｆ″による位
置検出幅はスリット１１の１ピツチに対応している。又
、上部の６条のトラック１３とスリット１１の間には、
トリガ発生バクーン１４が形成されている。

次に動作を説明すると、まず、半導体レーザ１より発し
た光は、ポリゴンミラー２及びレンズ３を介してコード
板４をその移動方向と略直交する方向に走査する。その
結果、２進符号パターンａ〜ｃ、、ａ　　−ｃ　　　）
リガ発生パターン１４、スリット１１及び２進符号パタ
ーンｄ−ｆ、ｄ”〜ｆ“が順次走査され、その透過光が
マスク５、集光レンズ６を介して光検出器７に入射する
。

そして、走査光の各走査毎に、光検出素子８から同期信
号が出力され、光検出器７からは、第３図に示すような
検出信号が出力される。この検出信号には、コード板４
の上部に形成された２進符号パターンａ−ｃ、ａ’　〜
Ｃ°を走査して得られる２進コードと、１−リガ発生パ
ターン１４によるトリガ信号と、コード板４とマスク５
のスリット１１．１２によって形成されるモアレ縞を走
査して得られるモアレ縞透過光量波形と、コード板４の
下部に形成された２進符号パターンｄ−ｆ、ｄ〜ｆ　を
走査して得られる２進コードが含まれている。

これら検出信号は図示しない位置検出回路に入力され、
同期信号に基づいて各信号が弁別され、位置検出が行わ
れる。２進コードは後述のように信号処理され、コード
板４の粗い位置が検出される。一方、モアレ縞透過光量
波形に基づいて、その検出信号が、トリガ信号が出てか
ら走査光がスリット１１の略中央部の所定位置に達する
までの時間Ｔ。を経過した後に所定のスレッシュポール
ＦＬ／ヘルを下方に向かってクロスするまでのＲ間Ｔを
計測し、次にＴ−Ｔ、を演算し、モアレ縞のサイクル幅
に対応する走査時間Ｔ。で割ることによって、第３図に
破線で示す基準位置に対する検出信号の位相差を検出し
、これにスリットピッチを掛けることによって各スリッ
トピッチ内の基準位置に対する微小位置を検出する。

次に、２進コードによる位置検出について、第１図を参
照しながら説明する。コード板４にお＆ｊる例えばＰの
位置を検出する場合、検出器７からの検出信号は２進符
号パターンａから２進符号パターンｆ°に向かってｒｌ
ｌｌｏｌｏｌｏｏｏｌｌＪという信号が得られる。ここ
で、２進符号パターンａによる信号は「１」であるから
、検出位置は、２進符号パターンａの形成誤差（例えば
両端位置の許容誤差を全長の±１／１６とする）を含め
ても領域Ａ内に位置していることを意味している。次に
、２進符号バクーンａ″による信号は「１」であるため
、検出位置は領域Ａ内で更に限定された領域Ａ′内に位
置している。以下、同様に２進符号パターンｂ、ｂ“・
・・・・・ｆ、ｉ’　による信号によって検出位置の存
在領域を誤差を含めた状態で限定して行くことによって
最終的に領域Ｆ内に検出位置が存在していることが判明
し、この領域Ｆ゛の大きさを分解能とした位置検出がで
きる。以上のアルゴリズムによる位置検出が位置検出回
路における信号処理によって行われる。

こうして得られた２進符号パターンによる粗い検出位置
と、上記モアレ縞による微小検出位置を組み合わせるこ
とによって広い範囲を高い分解能で位置検出できる。

上記実施例では、位置検出回路において、２進符号パタ
ーンａ　−ｆ”による検出信号により検出領域を順次限
定して行くという処理をラフｌ−的に行って行く例を示
したが、全ての検出信号と上記アルゴリズムによって得
られる検出位置との対応関係を予めテーブル化してこれ
をＲＯＭに格納しておき、検出信号に基づいてＲＯＭの
所定番地にアクセスすることによって位置検出できるよ
・うにすると、応答速度が速くなる。

また、」１記実施例では、単一の光検出器を配置して２
進符号パターンを走査する例を示したが、各２進符号パ
ターン毎に光検出器を配置しても良い。又、各次数の２
進符号パターン毎に９０°位相の異なった検出信号を得
るのに、９０°位相の異なった２進符号パターンを形成
した例を示したが、各次数の２進符号パターン毎に一対
の光検出器を設けるとともに、各対の光検出器を９０°
位相を異ならせて配置してもよい。

さらに、２進符号パターンによる位置検出乙こおいて、
一部は例えば各次数に単一のグレー２進符号パターンを
設けて通常の２進符号バクーンによる位置検出を行い、
一部でのみ本発明方法を適用するようにしても良い。又
、上記実施例では微小位置の検出はモアレ縞を用いた位
相分割方式を適用したが、すべて２進符号パターンによ
り位置検出するようにしてもよく、その場合一部又は全
てに本発明方法を通用できる。

発明の効果 本発明の位置検出方法によれば、以上の説明から明らか
なように、２進符号パターンを用いた位置検出であるの
で、振動やノイズの影響を受は難く、確度の高い位置検
出ができ、かつ各次数の２進符号パターンに対して９０
°の位相差を有する一対の検出信号を用いることによっ
て誤差を含めた状態で検出領域を限定しながら順次下位
の次数につなげて行くことができ、最上位の次数から最
下位の次数まで領域を順次限定して行くことによって１
．２進符号パターンの形成精度が低くても検出エラーを
生ずることなく、所定の分解能で位置検出することがで
き、又容易に分解能を高めることもできる。

また、各次数の２進符号パターンに対して一対の検出信
号を得るのに、検出器を９０°位相をずらせて一対づつ
配置すると、パターンの数が少なくて済み、−勇名次数
毎に９０°位相の異なった２進符号パターンを形成する
と、検出器の配置スペースを小さくでき、さらにパター
ンを走査すると単一の検出器で検出でき、検出器の特性
の差異による誤差を生じない。

さらに、各次数の検出信号群によって特定される検出位
置をテーブル化しておいて、検出信号に基づいて位置検
出するようにすれば、高速応答性をもって位置検出でき
るという大なる効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は本
発明方法のアルゴリズムの説明図、第２図は位置検出装
置の概略構成を示す斜視図、第３図は検出信号の波形図
である。 ４・・・・・・コード板、７・・・・・・光検出器、１
３・・・・・２進符号パターンのトラック、ａ　−ｆ・
・・・・・２進符号パターン、ａ゛〜ｆ″・・・・・・
９０°位相の異なった２進符号パターン。 代理に錫弁理士　粟野　重孝　ほか１名Ｏ）寸　”ｍ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数次数の２進符号パターンの各々について９０
   °の位相差を有する一対の検出信号を得、最上位の次数
   から最下位の次数に向かって、それぞれの次数の一対の
   検出信号に基づいて誤差を含めた状態で検出領域を順次
   限定して行き、検出すべき絶対位置の範囲を特定するこ
   とを特徴とする位置検出方法。
2. （２）各次数において、２進符号パターンと、これと９
   ０°位相の異なった２進符号パターンとから一対の検出
   信号を得ることを特徴とする請求項１記載の位置検出方
   法。
3. （３）各次数の２進符号パターンに対してそれぞれ互い
   に９０°位相をずらせて検出器を配置することによって
   一対の検出信号を得ることを特徴とする請求項１記載の
   位置検出方法。
4. （４）検出位置と検出信号との対応関係を設定したテー
   ブルを形成し、検出信号からテーブルに基づいて位置検
   出することを特徴とする請求項１記載の位置検出方法。