(57)【要約】  第１の部材のトラックに支持された機械感知可能な素子のパターン；第１の部材のトラックの連続的なインクリメンタルロケーションに置かれ、各素子がバイナリ値である「０」および「１」のうちの一方を表現する機械感知可能な素子；第１の部材のトラックに近接し、かつ、第１の部材の機械感知可能な素子と位置合わせ可能である、第２の部材の複数の離間したロケーションで第２の部材によって支持された複数「ｎ」台（但し、「ｎ」は「３」より大きい）のセンサ、を利用することによって第１の部材の位置を第２の部材に関して正確に示すエンコーダおよび方法。各センサは、位置合わせされた機械感知可能な素子のバイナリ値に対応する出力を生成するために位置合わせされた各機械感知可能な素子のバイナリ値を感知し、それによって、すべてのセンサの出力が第２の部材に関する第１の部材の位置を識別する「ｎ」ビットのバイナリコードを構成する。【選択図】  図２
2010528313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材の位置を第２の部材に関して正確に示すエンコーダであって、
前記第１の部材のトラックの連続的なインクリメンタルロケーションに置かれ、各素子がバイナリ値である「０」および「１」のうちの一方を表現する、前記第１の部材のトラックに支持された機械感知可能な素子のパターンと、
各センサが位置合わせされた機械感知可能な素子のバイナリ値に対応する出力を生成するために位置合わせされた各機械感知可能な素子のバイナリ値を感知し、それによって、すべてのセンサの出力が前記第２の部材に関する前記第１の部材の位置を識別する「ｎ」ビットのバイナリコードを構成するように、前記第１の部材の前記トラックに近接し、かつ、前記第１の部材の前記機械感知可能な素子と位置合わせ可能である、前記第２の部材の複数の離間したロケーションで前記第２の部材によって支持された複数「ｎ」台（但し、「ｎ」は「３」より大きい）のセンサと、
を備えるエンコーダ。
【請求項２】
前記第１の部材のトラックに支持された前記機械感知可能な素子のパターン、および前記第１の部材のトラックに関する前記第２の部材によって支持された前記センサの間隔は、前記第１の部材の各インクリメンタル移動が前記センサによって出力されたバイナリ数の前記ビットのうちの１ビットだけのバイナリ値を変化させるものである、請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記機械感知可能な素子は、２つの異なる光学特性の光学素子であり；前記センサは光学センサである、請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記光学素子の２つの異なる光学特性は、光透過性および光不透過性である、請求項３に記載のエンコーダ。
【請求項５】
「ｎ」は「４」と「１０」との間であり、前記トラック上の機械感知可能な素子の前記連続的なインクリメンタルロケーションは「２ｎ」個未満である、請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項６】
前記複数の機械感知可能な素子は、各々が１つのバイナリ値を表現する複数の連続的な感知可能な素子を含む複数のグループに分割され、他のバイナリ値を表現する複数の連続的な感知可能な素子によって分離される、請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項７】
前記第１の部材は回転式部材であり、
前記トラックは前記回転式部材上の単一の円形トラックであり、
前記複数「ｎ」台のセンサは前記第２の部材に支持された円形アレイの形態である、
請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項８】
前記第１の部材は直線的に移動可能な部材であり、
前記トラックは単一の直線状トラックであり、
前記複数「ｎ」台のセンサは前記第２の部材に支持された直線状アレイの形態である、
請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項９】
前記機械感知可能な素子のパターンは複数の区間に分割され、前記センサは前記区間のうちの１区間内で最初から延在する単一グループにおいて互いに等間隔にあけられる、請求項８に記載のエンコーダ。
【請求項１０】
第１の部材の位置を第２の部材に関して正確に示す光学式エンコーダであって、
前記第１の部材の単一のトラック上の連続的なインクリメンタルロケーションに置かれ、各々がバイナリ値である「０」および「１」のうちの一方を表現する、前記第１の部材の単一のトラックに支持された光学素子のパターンと、
各光学センサが位置合わせされた光学素子のバイナリ値に対応する出力を生成するために位置合わせされた各光学素子のバイナリ値を感知し、それによって、すべての光学センサの出力が前記第２の部材に関する前記第１の部材の位置を識別する「ｎ」ビットのバイナリコードを構成するように、前記第１の部材の前記トラックに近接し、かつ、前記第１の部材の前記光学素子と位置合わせ可能である、前記第２の部材の複数の離間したロケーションで前記第２の部材によって支持された複数「ｎ」台（但し、「ｎ」は「３」より大きい）の光学センサと
を備え、前記第１の部材の単一のトラックに支持された前記光学素子のパターン、および、前記第１の部材の単一のトラックに関して前記第２の部材によって支持された前記光学センサの間隔が、前記第１の部材の各インクリメンタル移動が前記光学センサによって出力されたバイナリコードの前記ビットのうちの１ビットだけのバイナリ値を変化させるようなものである、光学式エンコーダ。
【請求項１１】
前記光学素子の２つの異なる光学特性は、光透過性および光不透過性である、請求項１０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１２】
「ｎ」は「４」と「１０」との間であり、前記単一のトラック上の光学素子の前記連続的なインクリメンタルロケーションは「２ｎ」個未満である、請求項１１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１３】
前記複数の光学素子は、各々が１つのバイナリ値を表現する複数の連続的な光学素子を含む複数のグループに分割され、他のバイナリ値を表現する複数の連続的な光学素子によって分離される、請求項１０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１４】
前記第１の部材は回転式部材であり、
前記単一のトラックは前記回転式部材上の円形トラックであり、
前記複数「ｎ」台の光学センサは前記第２の部材に支持された円形アレイの形態である、
請求項１０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１５】
前記第１の部材は直線的に移動可能な部材であり、
前記単一のトラックは直線状トラックであり、
前記複数「ｎ」台の光学センサは前記第２の部材に支持された直線状アレイの形態である、
請求項１０に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１６】
前記光学素子のパターンは複数の区間に分割され、前記光学センサは前記区間のうちの１区間内で最初から延在する単一グループにおいて互いに等間隔にあけられる、請求項１５に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１７】
第１の部材の位置を第２の部材に関して正確に示す方法であって、
前記第１の部材のトラックの「ｐ」個の連続的なインクリメンタルロケーションに置かれ、各々がバイナリ値である「０」および「１」のうちの一方を表現する、前記第１の部材のトラックに支持された機械感知可能な素子のパターンを設けるステップと、
各センサが位置合わせされた機械感知可能な素子のバイナリ値に対応する出力を生成するため位置合わせされた各機械感知可能な素子のバイナリ値を感知し、それによって、すべてのセンサの出力が前記第２の部材に関する前記第１の部材の位置を識別する「ｎ」ビットのバイナリコードを構成するように、前記第１の部材の前記トラックに近接し、かつ、前記第１の部材の前記機械感知可能な素子と位置合わせ可能である、前記第２の部材の複数の離間したロケーションで前記第２の部材によって支持された複数「ｎ」台（但し、「ｎ」は「３」より大きい）のセンサを設けるステップと、
各センサが位置合わせされた機械感知可能な素子に基づいて各センサから１ビット信号を出力するステップと、
すべてのセンサからのビットをバイナリ数に結合するステップと、
前記バイナリ数を第２の部材に関する第１の部材の位置を示す情報に加工するステップと
を含む方法。
【請求項１８】
前記第１の部材のトラックに支持された前記機械感知可能な素子のパターン、および前記第１の部材のトラックに関する前記第２の部材によって支持された前記センサの間隔が、前記第１の部材の各インクリメンタル移動が前記センサによって出力されたバイナリ数の前記ビットのうちの１ビットだけのバイナリ値を変化させるようなものであり、コンピュータに以下のステップを実行するようにプログラミングする、請求項１７に記載の方法：
（ａ）インクリメンタルロケーションの個数ｐおよびセンサの台数ｎを読み出すステップと、
（ｂ）第１の部材の初期位置に対してセンサによって感知される機械感知可能な素子に対する一様に分布したインクリメンタルロケーションを設定するステップと、
（ｃ）各々のインクリメンタルロケーションの物理特性を表現する１個のブール値を各感知された素子にランダムに帰属させるランダムパターンを作成するステップと、
（ｄ）感知された素子のブール値に従って第１のコードを計算するステップと、
（ｅ）感知された素子を所定の方向に次のインクリメンタルロケーションへ変更するステップと、
（ｆ）第２のコードを計算するステップと、
（ｇ）コードのビット同士を比較するステップと、
（ｈ）コードが２ビット以上相違するならば、１ビットを除いてすべての異なるビットに対し、感知された素子に帰属させられたブール値を変更するステップと、
（ｉ）２個以上の異なるビットが少なくともｐ個の連続した時点に対する第１のコードと第２のコードとの間で見つけられなくなるまで、ステップ（ｄ）〜（ｈ）を繰り返すステップと、
（ｊ）０から２＾ｎまでのすべてのコードに値０を帰属させるステップと、
（ｋ）感知された素子に従って第１のコードを計算するステップと、
（ｌ）当該コードに帰属させられた値を１ずつインクリメントするステップと、
（ｍ）当該コードに帰属させられた値が１より大きいならば、新しいパターンを試行するためにステップ（ｃ）へ進むステップと、
（ｎ）ステップ（ｉ）からステップ（ｍ）をｐ回繰り返す（ステップ（ｍ）が存在しないならばループする）ステップと、
（ｏ）見つけられたパターンを出力するステップ。
【請求項１９】
前記第１の部材は回転可能な部材であり、
前記トラックは単一の円形トラックであり、
前記複数「ｎ」台のセンサは前記第２の部材に支持された円形アレイの形態である、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の部材は直線的に移動可能な部材であり、
前記トラックは単一の直線状トラックであり、
前記複数「ｎ」台のセンサは前記第２の部材に支持された直線状アレイの形態である、
請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は第１の部材の位置を第２の部材に関して正確に示すエンコーダおよび方法に関する。本発明は、特に光学式エンコーダのため有用であるので、以下ではこのような用途に関して記載されているが、本発明はブラシ・アンド・スリップリング式エンコーダおよび磁気式エンコーダのような非光学式エンコーダに関しても使用できることが理解されるであろう。
【背景技術】
【０００２】
一般的なタイプのエンコーダは、可動部材、たとえば、回転軸または直動部材に連結され、可動部材の位置に関する情報、すなわち、軸の回転角度または直動部材の直線位置を提供するために処理され得る電気信号を生成できる電気機械装置である。
【０００３】
エンコーダはインクリメンタル方式でもよく、アブソリュート方式でもよい。インクリメンタルエンコーダは、初期位置、すなわち、エンコーダが作動された時点での可動部材の位置に対する回転角に関する情報を提供する。アブソリュートエンコーダは、作動時点での初期位置によらずに絶対位置情報を提供する。
【０００４】
アブソリュート・ロータリー・エンコーダは、一回転アブソリュート・ロータリー・エンコーダと多回転アブソリュート・ロータリー・エンコーダとに分類可能である。一回転アブソリュート・ロータリー・エンコーダは一回転未満の軸角度情報を提供し、多回転アブソリュート・ロータリー・エンコーダは、エンコーダ製造時のような時間原点から始めて軸によって実行される回転数を含む軸角度情報を提供する。
【０００５】
同様に、第１のタイプのアブソリュート・リニア・エンコーダは所与の直線区間内の位置情報を提供する。この種のリニアエンコーダは、可動コイルに対するモータ磁極位置情報を提供するために、たとえば、リニアモータと共に使用され、モータコントローラによるブラシレス整流を可能にする。第２のタイプのアブソリュート・リニア・エンコーダは一定の絶対原点に対する位置情報を提供する。
【０００６】
典型的に、従来技術の一回転アブソリュート・ロータリー・エンコーダでは、様々な光学特性をもつセクションにより構成された円形トラックのパターンが回転軸に固定されたディスクに付けられる。このような光学特性は、セクションの透明性（光透過性または光不透過性）でもよい。従来技術のディスクの例が図１に示され、ディスク上の各円形トラックは光学センサが設けられ、各センサが所与の時点でセンサと向かい合うパターンのセクションの光学特性を表現する信号を出力するように光線によって走査される。
【０００７】
センサによって出力される信号は、バイナリの「０」または「１」信号（ビット）である。これらのビット信号は、ディスクの回転角度に依存するバイナリコードを作成するために合成され、コードはその後に所定のテーブルに従って位置情報に変換される。
【０００８】
典型的に、特殊なタイプのコード（グレイコード）を生じる特殊なパターンが使用される。当該技術において知られているように、グレイコードという用語は、コードの１ビットだけがエンコーダディスクの２個の連続的なインクリメントの間に変更されるコードを指す。このタイプのコードはインクリメント間の移行時に誤ったコードの生成を防止する。
【０００９】
上述のタイプの従来技術のエンコーダの不利点は、複数の同心トラックが可動部材の位置に関する情報を提供するために必要とされることである。各トラックは適度な精度のために最低限の面積を必要とするので、ディスクの全体のサイズが大きく望ましくない。たとえば、図１に示されたディスクパターンは８本の同心トラックを有し、最小直径をもつトラックは、寸法公差が非常に小さくなるように、最大直径をもつトラックと同じ角精度を持たなければならない。その結果、従来技術のエンコーダでは、最小可能エンコーダのディスクサイズは制限され、それによって製造コストが増加する。
【００１０】
トラックの最低限の本数を削減するためにいくつかの試みが行われた。欧州特許出願公開第０３３２２４４Ａ１号は、コーディングトラックと、いわゆる「クロック」トラックとの２本のトラックだけが使用される仕組みを示している。しかし、この特許は依然として２本のトラックを必要とし、作成されるコードはグレイコードではなく、すなわち、２個の隣接したインクリメントに対し、「クロック」トラックの２ビット以上が変更される位置がある。
【００１１】
ＮａｇａｓｅとＨｉｇａｓｈｉによる国際公開第９１／００９８４号公報は、１トラックのアブソリュート・コード・システムについて説明している。しかし、この特許は、台数「ｎ」台のセンサが「ｎ」個の連続したインクリメントに設置されることを必要とする。センサが互いに隣接して配置することができるように、センサはそのために非常に小型でなければならない。このことは、特別に設計された光電子チップの製造を必要とする。このようなチップは特定のエンコーダサイズ毎に設計されるべきであり、したがって、異なるサイズの数種類のエンコーダに使用できない。
【００１２】
別の公知の手法は、６個のインクリメントに対し６個のコードを供給する３台のセンサを含んでいる単一トラックを利用する。この手法はロータ極に関する位置情報を取り出すためにブラシレスサーボモータと共に広く用いられ、この場合、ホールセンサがロータの磁極を感知するために一般に使用される。しかし、この手法は３台のセンサの場合に限り適用可能であり、位置情報分解能は６個の値しか持たない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、上記の１つ以上の観点において利点があるエンコーダを提供することである。特に、本発明の目的は、第１の部材の位置を第２の部材に関して正確に示すために、単一トラックだけを必要とし、互いに間隔をあけられた関係にある４台以上のセンサを収容する能力があるエンコーダを提供することである。本発明のさらなる目的は、グレイコードに基づくバイナリ出力を生成し、可動部材の各インクリメンタル移動がセンサによって出力されたバイナリコード中のビットのうちの１個だけのバイナリ値を変化させるエンコーダを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様によれば、第１の部材の位置を第２の部材に関して正確に示すエンコーダであって、第１の部材のトラックの連続的なインクリメンタルロケーションに置かれ、各素子がバイナリ値である「０」および「１」のうちの一方を表現する、第１の部材のトラックに支持された機械感知可能な素子のパターンと、各センサが位置合わせされた機械感知可能な素子のバイナリ値に対応する出力を生成するために位置合わせされた各機械感知可能な素子のバイナリ値を感知し、それによって、すべてのセンサの出力が第２の部材に関する第１の部材の位置を識別する「ｎ」ビットのバイナリコードを構成するように、第１の部材のトラックに近接し、かつ、第１の部材の機械感知可能な素子と位置合わせ可能である、第２の部材の複数の離間したロケーションで第２の部材によって支持された複数「ｎ」台（但し、「ｎ」は「３」より大きい）のセンサと、を備えるエンコーダが提供される。
【００１５】
好ましくは、第１の部材のトラックに支持された機械感知可能な素子のパターン、および第１の部材のトラックに関する第２の部材によって支持されたセンサの間隔は、グレイコードを作成し、すなわち、これらは、第１の部材の各インクリメンタル移動がセンサによって出力されたバイナリ数のビットのうちの１ビットだけのバイナリ値を変化させるといったものである。
【００１６】
記載された好ましい実施形態におけるさらなる特徴によれば、「ｎ」は「４」と「１０」との間であり、トラック上の機械感知可能な素子の連続的なインクリメンタルロケーションは「２ｎ」個未満である。記載された好ましい一実施形態では、７台のセンサと、センサによって出力された７ビットバイナリコードによって示され得る可動部材の９８個のインクリメンタル位置とが存在する。
【００１７】
上述されているように、本発明は、光学式エンコーダに関して特に有用である。したがって、本発明の別の態様によれば、第１の部材の位置を第２の部材に関して正確に示す光学式エンコーダであって、第１の部材のトラック上の連続的なインクリメンタルロケーションに置かれ、各々がバイナリ値である「０」および「１」のうちの一方を表現する、第１の部材の単一のトラックに支持された光学素子のパターンと、各光学センサが位置合わせされた光学素子のバイナリ値に対応する出力を生成するために位置合わせされた各光学素子のバイナリ値を感知し、それによって、すべての光学センサの出力が第２の部材に関する第１の部材の位置を識別する「ｎ」ビットのバイナリコードを構成するように、第１の部材のトラックに近接し、かつ、第１の部材の光学素子と位置合わせ可能である、第２の部材の複数の離間したロケーションで第２の部材によって支持された複数「ｎ」台（但し、「ｎ」は「３」より大きい）の光学センサとを備え、第１の部材の単一のトラックに支持された光学素子のパターン、および、第１の部材の単一のトラックに関して第２の部材によって支持された光学センサの間隔が、第１の部材の各インクリメンタル移動が光学センサによって出力されたバイナリコードのビットのうちの１ビットだけのバイナリ値を変化させるようなパターンおよび間隔である、光学式エンコーダが提供される。
【００１８】
本発明のさらなる態様によれば、第１の部材の位置を第２の部材に関して正確に示す方法であって、第１の部材のトラックの連続的なインクリメンタルロケーションに置かれ、各々がバイナリ値である「０」および「１」のうちの一方を表現する、第１の部材のトラックに支持された機械感知可能な素子のパターンを設けるステップと、各センサが位置合わせされた機械感知可能な素子のバイナリ値に対応する出力を生成するため位置合わせされた各機械感知可能な素子のバイナリ値を感知し、それによって、すべてのセンサの出力が第２の部材に関する第１の部材の位置を識別する「ｎ」ビットのバイナリコードを構成するように、第１の部材のトラックに近接し、かつ、第１の部材の機械感知可能な素子と位置合わせ可能である、第２の部材の複数の離間したロケーションで第２の部材によって支持された複数「ｎ」台（但し、「ｎ」は「３」より大きい）のセンサを設けるステップと、各センサが位置合わせされた機械感知可能な素子に基づいて各センサから１ビット信号を出力するステップと、すべてのセンサからのビットをバイナリ数に結合するステップと、バイナリ数を第２の部材に関する第１の部材の位置を示す情報に加工するステップと、を備える方法が提供される。
【００１９】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の説明から明らかであるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明は、本明細書において、単に例として、添付の図面を参照して説明される。
【図１】図１は、先に簡単に述べたような、複数の同心トラックおよび複数のセンサを含む従来技術のロータリーエンコーダを示す図である。
【図２】図２は、本発明に従って構成された、単一の円形トラックおよび複数の角度間隔を設けられたセンサを含むロータリーエンコーダを示す図である。
【図３】図３は、本発明に従って構成された、単一のリニアトラックおよび複数の直線間隔を設けられたセンサを含むリニアエンコーダを示す図である。
【図４】図４は、本発明に従って機械感知可能な素子（たとえば、光学素子）のパターンを決定するコンピュータプログラムの一実施例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
前述の図面および以下の記載は、主に本発明の概念的側面および好ましい実施形態と現在考えられているものを含むその可能な実施形態の理解を容易にする目的のために与えられることが理解されなければならない。明解さおよび簡潔さのため、当業者が通常の技術および設計を使用して記載された発明を理解し実践できるために必要である以上の多くの詳細を与える試みはなされていない。さらに、記載された実施形態が例示だけを目的とすること、そして本発明がここに記載された以外の他の形態および用途で具体化されうることは理解されなければならない。
【００２２】
図１の従来技術のロータリーエンコーダ
図１に示された従来技術のエンコーダは、固定部材１０２に関して回転できるように回転軸（図示せず）に固定されるべきであり、固定部材１０２に関して回転軸の位置を正確に示すために光学センサ１０６によって感知されるべきである光学素子１０４の形をした機械感知可能な素子のパターンを支持するディスク１００を含む光学式ロータリーエンコーダである。光学素子１０４は複数の同心トラックに位置している。光学素子は、光透過（たとえば、透明）素子を表す白色区域、および、光不透過（たとえば、吸収または反射）素子を表す黒色区域として図示されている。図１に示されるように、光学素子１０４は８個の同心円形アレイ１０４ａ〜１０４ｈに配置されている。
【００２３】
全体的に１０６で表された光学センサのグループは、機械的接続部１０８によって概略的に示されているように固定部材１０２によって固定的に支持される。光学素子１０４の同心円１０４ａ〜１０４ｈのそれぞれと位置合わせされるように放射状直線に配置された８台のセンサ１０６ａ〜１０６ｈが存在する。各センサ１０６ａ〜１０６ｈは、このようにして、各光学素子の光学特性に応じたバイナリ信号を出力するためにどの時点においても各センサと位置合わせされた光学素子１０４ａ〜１０４ｈの光学特性を検出するように位置決めされる。たとえば、光透過素子は「１」によって表現され、光不透過素子は「０」によって表現されることがある。
【００２４】
どの時点においても８台のセンサ１０６ａ〜１０６ｈによって出力された８個のバイナリ信号の組み合わせは、このようにして、光学ディスク１００の各インクリメンタル位置に一意であるバイナリコードを生じる。図１に示された実施例では、光学素子１０４の８個の同心円が光学ディスク１００の２５６個のインクリメンタル位置を画定し、各インクリメンタル位置は、２個の隣接した光学素子の同じ基準点を通って延在する２本の放射状直線間のセクタ角１０９によって画定される。
【００２５】
図１のパターンの特有の特性は、コードが「グレイコード」であること、すなわち、２個の隣接セクタのコードが１ビットしか異ならないことである。このことは、パターンにある程度の不正確さが存在するとしても、隣接セクタ間での移行時にコードの読み出しを明確にすることを可能にする。エンコーダのためのこのグレイコードの使用は公知の手法である。
【００２６】
図１のパターンを使用するエンコーダの主要な不利点は、パターンが数本の同心トラックに分布していることである。各トラックは、所要の精度を実現するために最低限の幅および最低限の半径を有する。したがって、所望の精度を実現するため、ディスクは、最低限の半径と、トラック数で乗じた最低限の幅との合計より大きい半径を有し、比較的大型サイズのエンコーダになる。
【００２７】
本発明
概要
後述されるような新規エンコーダは、位置を正確に位置決めされるべき可動部材が、単一トラックの周りに間隔をあけられた複数の光学センサ、または、その他のタイプのセンサと協働可能である単一トラックの光学素子、または、その他の機械感知可能な要素をだけを含むようにすることを可能にする。新規構成は、このようにして、エンコーダのサイズの大幅な小型化と、エンコーダのサイズの小型化およびパターンの簡素化による生産コストの低減といったいくつかの重要な利点をもたらす。センサが互いに間隔をあけられ、したがって、標準的なサイズでも構わないため、エンコーダは標準的な光電子装置のセンサを利用できるので、生産コストはさらに実質的に低減される。さらなる重要な利点は、新規エンコーダが可動部材が多数の移動のインクリメントに分割されることを可能にするので、新規エンコーダが可動部材の位置の決定の際に遙かに高い精度を可能にすることである。
【００２８】
発明の２つの好ましい実施形態が実施例の目的のため後述される。図２に示された第１の実施形態はロータリーエンコーダの形式であり、図３に示された第２の実施形態はリニアエンコーダの形式である。両方の場合において、機械感知可能な素子は光学素子であり、センサは光学センサであるが、発明は、ブラシおよびスリップリングを使用するエンコーダと、電磁素子を使用するエンコーダなどのようなその他のタイプのエンコーダで実施可能であることが理解されるであろう。
【００２９】
図２の光学式エンコーダ
図２は、機械感知可能（光学）素子のパターンが、多数（この場合では９８個）のインクリメンタル位置またはセクタに分割された単一トラック回転式部材またはディスク２００で支持され、固定部材２０２によって支持された７台のセンサのグループと協働可能であり、光学素子の円形トラックの周りで間隔をあけられている、光学式ロータリーエンコーダを示している。
【００３０】
したがって、図２において分かるように、２０４で表された光学素子は、光学ディスク２００の周囲の周りの単一円形トラックに配置された複数の光透過素子２０４ａおよび複数の光不透過素子２０４ｂで構成される。全体的に２０６で表された光学センサは、光学要素２０４に近接して、２０６ａ〜２０６ｇに示されるように、円形アレイに配置された７台のセンサによって構成され、光学ディスク２００のインクリメンタル位置またはセクタ毎に、各センサ２０６ａ〜２０６ｇが１個ずつの光学素子によって表現されるバイナリ値を感知するため光学素子２０４のうちの１個と位置合わせされる。
【００３１】
したがって、光学ディスク２００のインクリメンタル位置またはセクタ毎に、７台のセンサ２０６ａ〜２０６ｇが、各センサが位置合わせされている光学素子の光学特性を表現するバイナリビット（０または１）を出力することが分かるであろう。したがって、光学ディスクのインクリメンタル位置（セクタ）毎に、７ビットのバイナリコードがその位置を示すためにセンサによって出力されるであろう。
【００３２】
図２においてさらに分かるように、７台のセンサ２０６ａ〜２０６ｇは互いに等間隔にされ、それによって、標準的な光学センサが使用されることを可能にする。図２に示された実施例では、光学ディスク２００は、各インクリメンタル位置が光学素子２０４（光透過素子２０４ａまたは光不透過素子２０４ｂのいずれか）によって占有された９８個のインクリメンタル位置（セクタ）２０８に分割され、７台のセンサ２０６ａ〜２０６ｇのうちの１台ずつが１４個のインクリメンタル位置（セクタ）の距離で互いに間隔をあけられる。
【００３３】
図２に示されたエンコーダ構成は、より小型の構成、回転式ディスクの位置のより正確な決定、および、より大型の市販センサの許された使用という利点だけでなく、グレイコードの形式のバイナリ出力を生成するというさらなる利点を提供する。上述されているように、グレイコードでは、２個の隣接したインクリメンタル位置（セクタ）は、回転式ディスクの各インクリメンタル移動がセンサによって出力された７ビットのバイナリコードのうちの１ビットだけの出力バイナリ値を変化させるように、１ビットだけが相違する。さらに上述されているように、グレイコードは、パターンにある程度の不正確さが存在するとしても、隣接したインクリメンタル位置間の移行時にコードの読み出しが明確にされることを可能にする。
【００３４】
図２に示された実施例は９８個のインクリメンタル位置および７台のセンサを示しているが、発明はより多数または少数のインクリメンタル位置と共に、および、より多数または少数のセンサと共に実施できることが理解されるであろう。インクリメンタル位置の個数（ｐ）は、センサの台数（ｎ）で乗された「２」より常に小さくすべきであり、すなわち、
ｐ＜２ｎ
である。
【００３５】
図１に示されているように、７本のトラックを使用するグレイコードに基づくパターンはより多数のセクタ（インクリメンタル位置）を提供することが可能であり、
ｐ＝２ｎ
である。しかし、このより多数個（ｐ）のセクタを提供するため、より大きい直径のパターンが既に指摘した通り必要とされるので、数本のトラックが使用されるべきである。これに対して、本発明のパターンによって提供されるより少数個（ｐ）のセクタは、１本のトラックしか必要とされないので、標準的なセンサの使用と、センサの機械的取り付けの精度要求の引き下げとを可能にするということによってかなり補われる。
【００３６】
本発明によるパターンを見つけるため、コンピュータプログラムが所要の条件、すなわち、
１）結果として得られるコードがグレイコードであること、および、
２）各セクタ（インクリメンタル位置）に対し１個のコードだけが存在すること
を実証するパターンを探索するために使用可能である。
【００３７】
このようなコンピュータプログラムの原理が図４のブロック図に示されるステップ、すなわち、
（ａ）セクタの個数ｐおよびセンサの台数ｎを読み出すステップと、
（ｂ）一様に分布したセクタを、エンコーダディスクの初期位置に対する特性がセンサによって感知されるセクタを表現する「感知されたセクタ」として設定するステップと、
（ｃ）セクタの物理特性を表現する１個のブール値を各セクタにランダムに帰属させるランダムパターンを作成するステップと、
（ｄ）感知されたセクタのブール値に従って第１のコードを計算するステップと、
（ｅ）感知されたセクタを所定の方向に次のセクタへ変更するステップと、
（ｆ）第２のコードを計算するステップと、
（ｇ）コードのビット同士を比較するステップと、
（ｈ）コードが２ビット以上相違するならば、１ビットを除いてすべての異なるビットに対し、感知されたセクタに帰属させられたブール値を変更するステップと、
（ｉ）２個以上の異なるビットが少なくともｐ個の連続した時点に対する第１のコードと第２のコードとの間で見つけられなくなるまで、ステップ（ｄ）〜（ｈ）を繰り返すステップと、
（ｊ）０から２＾ｎまでのすべてのコードに値０を帰属させるステップと、
（ｋ）感知されたセクタに従って第１のコードを計算するステップと、
（ｌ）当該コードに帰属させられた値を１ずつインクリメントするステップと、
（ｍ）当該コードに帰属させられた値が１より大きいならば、新しいパターンを試行するためにステップ（ｃ）へ進むステップと、
（ｎ）ステップ（ｉ）からステップ（ｍ）をｐ回繰り返す（ステップ（ｍ）が存在しないならばループする）ステップと、
（ｏ）見つけられたパターンを出力するステップと、
によって明らかにされ例示される。
【００３８】
ステップ（ａ）および（ｂ）は初期化ステップであり、ステップ（ｃ）〜（ｈ）はグレイコードを作成し、ステップ（ｊ）〜（ｍ）はセクタ（インクリメンタル位置）毎に１個の一意のコードに対するコードを設定し、残りのステップ（ｎ）および（ｏ）は見つけられたパターンの出力を生成する。
【００３９】
その他のプログラムおよび最適化が１つずつの特定の用途に従う新規エンコーダに適したパターンを見つけるため使用可能であることが理解されるであろう。
【００４０】
図３のリニアエンコーダ
図３は、この場合では同様に光学素子である複数の機械感知可能な素子が可動部材３００の単一リニアトラックに支持され、センサ、すなわち、光学センサが固定部材３０２のリニアアレイに固定される、リニアエンコーダで実施される発明を示している。
【００４１】
このようにして、図３に示されているように、可動部材３００の機械感知可能な素子３０４も同様に光透過素子および光不透過素子の光学素子であるが、直線状に配置されている。光学素子は、３０６ａ、３０６ｂおよび３０６ｃでそれぞれ表され、各区間が２０個のインクリメンタル位置（セクタ）３８で構成されている３個の類似した区間に分割される。
【００４２】
固定部材３０２は、同様に単一ラインに配置され、互いに等間隔をあけられた５台のセンサ３０８ａ〜３０８ｅを支持する。固定部材３０２に関して可動部材３００の初期位置において、５台のセンサ３０８ａ〜３０８ｅのアレイは、光学素子の１区間、すなわち、図３に示されているように中央区間３０６ｂの範囲内に位置している。
【００４３】
したがって、図３に示されたパターンは直線状であり、かつ、周期的であることが分かるであろう。区間３０６ａ〜３０６ｃの１つずつは、図２に示されたロータリーエンコーダの「展開」パターンであるとみなすことができる。
【００４４】
一様に分布したセンサの好ましい実施形態では、１区間未満の位置が考慮される。その場合、ｎ台のセンサに対する「一様に分布した」という用語は、センサｉによって感知された位置ｘ（ｉ）が、１からｎまでのすべてのｉに対し、
［（ｘ（ｉ＋１）−ｘ（ｉ））  モジュロ  Ｌ］＝±Ｌ／ｎ
の関係を検証することを意味し、式中、Ｌはパターンの１区間の長さである。
【００４５】
本発明は、２つの好ましい実施形態に関して説明されているが、これらの実施形態は実施例の目的のためだけに記載され、多様な変形がなされてもよいことが理解されるであろう。たとえば、一方の部材を可動にさせ、もう一方の部材を固定するのではなく、２つの部材が互いに関して移動できるようにすることが可能である。さらに、インクリメンタル位置の個数は、センサの台数が適切に増減されるのに合わせて、特定の用途のために要求どおりに増減できる。また、その他の機械感知可能な素子およびセンサが上述されているように使用されてもよい。その上、図３のリニアエンコード方式の実施形態では、より少数または多数の区間が使用でき、センサの台数は違ってもよく、センサの位置決めも異なってもよい。
【００４６】
本発明の多くの他の変形、変形および適用は明らかであるだろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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