Encoder and method for operating encoder

本発明は、請求項１に記載の互いにほとんど独立して生成された位置値を提供する絶対位置値を測定するためのエンコーダ及び請求項９に記載の当該エンコーダを稼働させるための対応する方法に関する。

エンコーダには、主にロータリーエンコーダつまり測角器及びリニアエンコーダがある。 ロータリーエンコーダは、電気機器用のエンコーダとして、特に電動機軸又は駆動軸の絶対角度位置を測定するために頻繁に使用される。 リニアエンコーダは、例えば工作機械における工具のステップの直線運動を検出するために使用される。 当該エンコーダの構造に関する詳細は、Ａｌｔｏｎｓ Ｅｒｎｓｔ著の専門書Ｄｉｇｉｔａｌｅ Ｌａｅｎｇｅｎ− ｕｎｄ Ｗｉｎｋｅｌｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ， Ｖｅｒｌａｇ Ｍｏｄｅｒｎｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅ （１９８９）に例示されている。

絶対位置値を生成するため、複数の目盛トラックが、コードキャリア上に設けられている。 これらの目盛トラックは、位置信号を生成するために測定方向に検出器配置によって走査される。 次いで、これらの位置信号は、絶対位置値にさらに処理される。

これらの目盛トラックでは、基本的に、インクリメンタル目盛トラックとアブソリュート目盛トラックとに区分される。 インクリメンタル目盛トラックは、測定方向に等間隔に前後して配置された複数の目盛要素から構成される。 相対位置変化が、これらの目盛要素を走査することから検出され得る。 これに対して、アブソリュートトラックでは、絶対位置値が、各時点に対して検出され得るように、複数の目盛要素が配置されている。 互いに平行に配置された複数のコードトラックを有する絶対目盛トラックが公知である。 すなわち、絶対位置が、平行にコード化されている。 さらに、絶対位置がチェーンコードとしてシリアルにコード化されている絶対目盛トラックが公知である。 原理的に、より高い分解能が、インクリメンタル目盛トラックによって構成される。 その一方で、アブソリュート目盛トラックには、エンコーダの始動の直後でも、絶対位置値を各時点に対して算出することができるという利点がある。

高分解能のアブソリュートエンコーダを構成するため、インクリメンタル目盛トラックが、アブソリュート目盛トラックに対して平行に設けられ得る。 したがって、絶対値が、アブソリュート目盛トラックによって生成され、高い分解能が、インクリメンタル目盛トラックを通じて達成される。 当該アブソリュート目盛トラックは、パラレル又はシリアルにコード化され得る。 しかし、アナログ走査信号が、走査時に生成されるように、このアブソリュート目盛トラックは形成されてもよい。 絶対位置が、このアナログ走査信号によって推測され得る。 例えば独国特許出願公開第１９７５１８５３号明細書には、例えば電磁誘導式ロータリーエンコーダのための構造が記載されている。 当該ロータリーエンコーダでは、内側の目盛トラックの走査が、１回転ごとに正弦波振動の１周期を正確に付与する。 この内側の目盛トラックの位相角が、外側のインクリメンタル目盛トラックと一緒に高分解能の絶対位置値を付与する。

また、２つ以上のインクリメンタル目盛トラックが互いに平行に設けられるアブソリュートエンコーダが形成され得る。 これらのインクリメンタル目盛トラックは、異なる目盛周期を有する。 絶対位置が、測定範囲（ロータリーエンコーダでは、軸の１回転）内に走査信号の位相角に基づいて一義的に検出され得るように、これらのインクリメンタル目盛トラックは寸法決めされている。 この技術の原理が、例えば独国特許出願公開第４１２５８６５号明細書に記載されている。

特に安全性に関する視点では、エンコーダによって算出され、後続の電子機器、例えば数値制御装置にさらに伝送される位置値又は角度値が信頼できることが重要である、すなわちエンコーダの技術的な故障時でも、使用可能な位置値又は角度値が、可能な限り依然として生成されることが重要である、又は、少なくとも当該故障が、エンコーダ内で既に確認され、数値制御装置に伝達されるか又は数値制御装置内でエンコーダによって受信された位置値若しくは角度値に基づいて確認可能であることが重要である。

これに関連して、対応する検出器と信号処理回路とを有する２つの同一の位置検出装置が設けられることによって、互いに独立した２つの測定値をエンコーダ内で生成することが公知である。 しかしながら、当該解決手段は、非常に経費がかかり、それ故に採用すべきでない。

本発明の課題は、簡単に構成されている、より信頼できるエンコーダを提供することにある。 さらに、本発明の課題は、当該より信頼できるエンコーダを稼働させるための方法を提供することにある。

本発明によれば、前者の課題は、請求項１に記載されているエンコーダによって解決される。

本発明によれば、前記エンコーダは、
・少なくとも１つの第１目盛トラックと、インクリメンタル目盛トラックである１つの第２目盛トラックとを有する１つのコードキャリアを有し、
・測定方向に前記第１目盛トラックと前記第２目盛トラックとを走査することによって第１位置信号を生成するための１つの第１検出器配置を有し、
・測定方向に前記第２目盛トラックを走査することによって第２位置信号を生成するための１つの第２検出器配置を有し、
・前記第１位置信号を第１絶対位置値に処理するための１つの第１位置処理装置を有し、且つ・前記第２位置信号を第２絶対位置値に処理するための１つの第２位置処理装置を有する。

この場合、前記第２位置処理装置は、前記第１位置処理装置から前記第２位置処理装置に供給されている補助絶対位置値によって初期化可能である。

本発明によれば、後者の課題は、請求項９に記載のエンコーダを稼働させるための方法によって解決される。
・少なくとも１つの第１目盛トラックと、インクリメンタル目盛トラックである１つの第２目盛トラックとを有する１つのコードキャリアを有し、
・測定方向に前記第１目盛トラックと前記第２目盛トラックとを走査することによって第１位置信号を生成するための１つの第１検出器配置を有し、
・測定方向に前記第２目盛トラックを走査することによって第２位置信号を生成するための１つの第２検出器配置を有し、
・前記第１位置信号を第１絶対位置値に処理するための１つの第１位置処理装置を有し、且つ・前記第２位置信号を第２絶対位置値に処理するための１つの第２位置処理装置を有するエンコーダを稼働させるための方法が提唱される。 当該方法では、前記第２位置処理装置が、初期化段階中に前記第１位置処理装置から前記第２位置処理装置に供給される補助絶対位置値によって初期化される。

以下で、本発明のエンコーダのさらなる詳細及び利点並びに当該エンコーダを稼働させるための方法を添付図面に基づいて説明する。

電磁誘導式ロータリーエンコーダのコード盤の平面図である。

電磁誘導式ロータリーエンコーダの走査回路基板の平面図である。

励磁巻線の励磁電流の信号波形図である。

検出器巻線の電磁誘導電圧の信号波形図である。

ロータリーエンコーダの断面図である。

本発明のエンコーダの第１の実施の形態の大まかな回路図である。

本発明のエンコーダの第２の実施の形態の大まかな回路図である。

本発明のエンコーダの第３の実施の形態の大まかな回路図である。

図１，２及び４には、電磁誘導による測定原理にしたがって稼働するロータリーエンコーダとしての本発明のエンコーダの基本構造が示されている。 当該ロータリーエンコーダの詳しい説明が、例えば本出願で明確に引用されている独国特許出願公開第１９７５１８５３号明細書に記されている。 しかし、当該明細書では、本発明は、この電磁誘導による測定原理に限定されていないことが明記されている。

図４によれば、ロータリーエンコーダが、回転子１及び固定子２を有する。 この実施の形態では、この回転子１は、軸１．１を有する。 この軸１．１は、例えば測定すべき電動機軸に固定式に取り付けられ得る。 この軸１．１の角度位置を検出するため、−図４に図示されなかった−目盛トラック１．２１，１．２２を有するコード盤１．２としてのコードキャリア１．２が、この軸１．１の端部に固定式に固定されている。

固定子２が、ハウジング２．１を有する。 リング状の走査回路基板２．２が、キャリア本体としてこのハウジング２．１に対して固定されている。 特に、コネクタ２．３が、走査回路基板２．２上に取り付けられている。 信号及び電力が、このコネクタ２．３を通じて伝送され得る。 回転子１と固定子２とが、つまり軸１．１とハウジング２．１とが、回転軸Ｒ周りに互いに相対回転可能である。

図１には、コード盤１．２が、正面図で示されている。 このコード盤１．２は、基板から成る。 当該図示された実施の形態では、この基板は、エポキシ樹脂から製造されていて、２つの目盛トラック１．２１，１．２２上に配置されている。 これらの目盛トラック１．２１，１．２２は、リング状に形成されていて、回転軸Ｒに対して同心円状に異なる直径を成してこの基板上に配置されている。 当該両目盛トラック１．２１，１．２２はそれぞれ、周期的な順序で交互に配置された、導電性の目盛領域１．２１１，１．２２１と非導電性の目盛領域１．２１２，１．２２２とから構成される。 図示されたこの例では、銅が、導電性の目盛領域１．２１１，１．２２１用の材料として被覆されてある。 これに対して、非導電性の目盛領域１．２１２，１．２２２内では、当該基板１．２が、被覆されていない。

図示されたこの実施の形態では、内側の目盛トラック１．２１が、導電性の材料、ここでは銅を有する半リング状の１つの第１目盛領域１．２１１と、半リング状の１つの第２目盛領域１．２１２とから構成される。 この第２目盛領域１．２１２には、導電性の材料が被覆されていない。

第１目盛トラック１．２１に半径方向に隣接して、第２目盛トラック１．２２が、基板上に配置されている。 この場合、この第２目盛トラック１．２２は、導電性の複数の目盛領域１．２２１とこれらの目盛領域１．２２１の間に配置された非導電性の目盛領域１．２２２とから構成される。 その結果、これらの相違する目盛領域１．２２１，１．２２２は、第１目盛トラック１．２１の目盛領域１．２１１，１．２１２と材料的に同様に形成されている。 図示されたこの実施の形態では、この第２目盛トラック１．２２は全体として、周期的に配置された、導電性の１６個の目盛領域１．２２１と、これに応じてこれらの目盛領域１．２２１の間に配置された非導電性の１６個の目盛領域１．２２２とを有する。

図５及び６に基づいて示されているように、固定子２又は走査回路基板２．２に対する回転子１又は軸１．１の絶対位置が、第１目盛トラック１．２１を走査することによって算出され得る。 この理由から、第１目盛トラック１．２１は、絶対目盛トラック１．２１である。 これに対して、第２目盛トラック１．２２を走査する場合、複数の周期を有する位置信号が、回転子１又は軸１．１の回転中に発生する。 それ故に、第２目盛トラック１．２２は、インクリメンタル目盛トラック１．２２である。 図２に示された、コード盤１．２を走査するために設けられている走査回路基板２．２が、特に第１検出器配置２．２２のためのキャリア本体として使用される。 この第１検出器配置２．２２は、異なる複数の受信器コイル２．２２から構成される。 これらの受信器コイル２．２２は、内側の受信器トラック内に受信器導電路２．２２１を有し、外側の受信器トラック内に別の受信器導電路２．２２２を有する。 この場合、それぞれの受信器トラックのこれらの受信器導電路２．２２１，２．２２２から成る一対の導電路が、互いにずれている。 その結果、この受信器導電路２．２２１とこの受信器導電路２．２２２とは、９０°だけ移相した信号を提供できる。

第１検出器配置２．２２に加えて、走査回路基板２．２は、第２検出器配置２．２３をさらに有する。 同様に、この第２検出器配置２．２３は、内側の受信器トラック内に受信器導電路２．２３１を有し、外側の受信器トラック内に別の受信器導電路２．２３２を有する。 この第２検出器配置２．２３の場合でも、それぞれの受信器トラックのこれらの受信器導電路２．２３１，２．２３２から成る一対の導電路が、互いにずれていて、この受信器導電路２．２３１とこの受信器導電路２．２３２とは、同様に９０°だけ移相した信号を提供する。

第１検出器配置２．２２の受信器導電路２．２２１，２．２２２と第２検出器配置２．２３の受信器導電路２．２３１，２．２３２と上下に重ねて配置できるようにするため、走査回路基板２．２が、公知の技術で多層に形成されている。 図面の表記を簡略化するため、付随する受信器導電路２．２３１，２．２３２を有する第２検出器配置２．２３は明瞭に図示されないで、この第２検出器配置２．２３の符号だけが、第１検出器配置２．２２又は受信器導電路２．２２１，２．２２の対応する符号の隣の括弧内に示されている。

さらに以下で記すように、受信器導電路２．２３１は、任意であり、本発明のロータリーエンコーダの、図６及び７に基づいて説明されている実施の形態だけに存在する。

励磁導電路２．２１が、走査回路基板２．２上の励磁巻線として検出器配置２．２２，２．２３の導電路に隣接して設けられている。 これらの励磁導電路２．２１は、内側の励磁トラック上と中央の励磁トラック上と外側の励磁トラック上とに敷設されている。 走査回路基板２．２自体が、中心孔を有し、且つ既に説明したように複数の層を成す回路基板として形成されている。

組み立てられた状態では、コード盤１．２と走査回路基板２．２とが対向している。 その結果、回転軸Ｒが、当該両構成要素の中心点を中心にして延在し、コード盤１．２と走査回路基板２．２との相対回転時に、走査回路基板２．２の、第１検出器配置２．２２の受信器導電路２．２２１，２．２２２と第２検出器配置２．２３の受信器導電路２．２３１，２．２３２とに、その都度の角度位置に依存する位置信号が、電磁誘導効果によって生成可能である。

したがって、受信器導電路２．２２１，２．２２２，２．２３１，２．２３２は、位置検出器２．２２１，２．２２２，２．２３１，２．２３２である。 既に説明したように、本発明は、物理的な走査原理に左右されない。 例えば、電磁誘導による走査原理の代わりに、光学による走査原理が適応される場合、当該位置検出器２．２２１，２．２２２，２．２３１，２．２３２は、光電素子として構成され得る。 磁気による走査原理の場合、磁気センサ（例えば、ホール素子又はＭＲセンサ）が使用され得る。 一般的に言うと、受信器導電路２．２２１は、第１検出器配置２．２２の第１位置検出器２．２２１であり、受信器導電路２．２２２は、第１検出器配置２．２２の第２位置検出器２．２２２である。 これと同様に、受信器導電路２．２３１は、第２検出器配置２．２３の第１位置検出器２．２３１であり、受信器導電路２．２３２は、第２検出器配置２．２３の第２位置検出器２．２３２である。

対応する信号を生成するための前提条件は、励磁導電路２．２が、交流電磁場を走査トラックの領域、つまり当該交流電磁場によって走査された目盛トラック１．２１及び１．２２の領域内に生成することである。 図示されたこの実施の形態では、励磁導電路２．２１が、平面平行に通電する複数の個別導電路として形成されている。 １つの導電路ユニットの複数の励磁導電路２．２１が一緒に、同じ励磁電流方向に通電する場合、ホース状又は円柱状に配向された電磁場が、それぞれの導電路ユニットの周りに発生する。 当該発生する電磁場の磁束線が、これらの導電路ユニットの周りに同心円状に延在する。 この場合、当該磁束線の方向は、知られているようにこれらの導電路ユニットの通電方向に依存する。 このため、共通の１つの走査トラックに直に隣接しているこれらの導電路ユニットの通電方向、つまりこれらの導線路ユニットの対応する配線方向を反対に選択する必要がある。 その結果、複数の磁束線が、複数の走査トラックのそれぞれの領域内で同一方向に配向されている。

交流電流が、ロータリーエンコーダの稼働中にこれらの励磁導電路２．２１に通電する。 同様に、この交流電流は、交流電磁場を発生させる。 この交流電磁場は、受信器導電路２．２２１，２．２２２，２．２３１，２．２３２に交流電圧を誘導させる。 この交流電圧の振幅が、走査回路基板２．２つまり検出器配置２．２２，２．２３に対するコード盤１．２の相対位置に依存する。 これに関連して、図３ａは、励磁導電路２．２１における励磁電流Ｉの、周期τによる信号変化を示す。 その一方で、図３ｂには、軸１．１又はこの軸１．１に固定接続されているコード盤１．２の一定の回転速度のときに、受信器導電路２．２２１，２．２２２，２．２３１，２．２３２に誘導された電圧Ｕの電圧変化が例示的に示されている。 明らかに見て取れるように、当該誘導された電圧Ｕは、振幅変調された信号である。 当該信号では、その包絡線の振幅が、受信器導電路２．２２１，２．２２２，２．２３１，２．２３２に対する目盛トラック１．２１，１．２２の位置に依存する。 このため、コード盤１の１回転当たりのこの包絡線の周期数が、走査された目盛トラック１．２１，１．２２の目盛周期数に依存する。

図５には、第１の実施の形態のブロック図が示されている。 本発明のエンコーダの機能を、この第１の実施の形態に基づいて電磁誘導式ロータリーエンコーダの例で説明する。 既に説明したように、例えば電磁誘導式ロータリーエンコーダの測定原理は、交流電磁場が励磁導電路２．２１に発生されることに基づく。 このことは、この実施の形態では発振装置２．４によって実行される。 この発振装置２．４は、励磁導電路２．２１と一緒に共振回路を構成する。 コード盤１．２の、第１目盛トラック１．２１と第２目盛トラック１．２２とは、図５では簡単に示されている。

走査から生じる位置信号が、当該ロータリーエンコーダの軸１．１の１回転当たりの周期を有するように、第１目盛トラック１．２１と受信器導電路２．２２１，２．２３１とが、これらの受信器導電路２．２２１，２．２３１を走査するために構成されていることが、この実施の形態に対して分かる。

第１検出器配置２．２２の受信器導電路２．２２１，２．２２２によって目盛トラック１．２１，１．２２を走査することから生じる第１位置信号Ｚ１＿１，Ｚ１６＿１から第１絶対位置値ＰＯＳ１を生成するため、第１位置処理装置３．１が設けられている。 この第１位置処理装置３．１は、粗位置評価装置３．１１、微細位置評価装置３．１２及び位置値生成装置３．１３を有する。

第１目盛トラック１．２１の走査から生じる、第１位置検出器２．２２１の位置信号Ｚ１＿１（位置に依存する振幅を有する誘導電圧）が、粗位置評価装置３．１１に供給されている。 当該信号は、９０°だけ移相している２つの信号である。 位置信号Ｚ１＿１の位置に依存する成分を含む、これらの信号の包絡線が、軸１．１の１回転ごとに１周期を正確に示す。 したがって、軸の絶対値が、当該位置信号Ｚ１＿１から推測され得る。 したがって、この実施の形態では、第１目盛トラック１．２１が、絶対目盛トラック１．２１である。 当該粗位置評価装置３．１１は、位置信号Ｚ１＿１を絶対粗位置値ＧＰＯＳに処理する。 その符号によって既に示されているように、この粗位置値ＧＰＯＳは、比較的低い分解能、例えば３２（２ ^５ ）ステップを有する。 この粗位置評価装置３．１１は、実際には非常に広い範囲に及ぶ電子回路である。 この粗位置評価装置３．１１は、粗位置値ＧＰＯＳを生成するために、例えば復調、Ａ／Ｄ変換、信号補正及び補間のような処理ステップを実行する機能ブロックを有する。

粗位置値ＧＰＯＳが、アナログ位置信号Ｚ１＿１を評価することによって算出されるこの例の代わりに、第１目盛トラック１．２１が、絶対目盛トラック１．２１としてパラレルに（例えば、グレーコードで）又はシリアルに（疑似ランダムコード、ＰＲＣで）デジタルコード化されてもよい（図示せず）。

第２目盛トラック１．２２の走査から生じる、第１検出器配置２．２２の第２位置検出器２．２２２の位置信号Ｚ１６＿１が、微細位置評価装置３．１２に供給されている。 当該信号は、同様に９０°だけ移相している２つの信号である。 しかしながら、このときは、位置信号Ｚ１６＿１の位置に依存する成分を含む、これらの信号の包絡線が、軸１．１の１回転ごとに複数の周期（上記の例では１６周期）を示す。 個々の周期が、互いに区別不可能であるので、相対位置だけが、これらの位置信号によって算出され得る。 当該微細位置評価装置３．１２は、位置信号Ｚ１６＿１を微細位置値ＦＰＯＳに処理する。 当該処理は、これらの位置信号Ｚ１６＿１を復調し、引き続き当該復調された信号を位置ステップ又は角度ステップに分割すること（補間法）によって実行される。

なお、その他の走査原理、例えば光学による走査原理又は磁気による光学原理の場合は、位置信号Ｚ１６＿１の復調は必要でない。 何故なら、この場合には、位置信号の振幅が、位置に直接に依存するからである。

微細位置値ＦＰＯＳは、粗位置値ＧＰＯＳより高い分解能、例えば１周期当たり１６３８４（２ ^１４ ）位置ステップ又は角度ステップを有する。 つまり、この微細位置値ＦＰＯＳの値範囲が、ただ１つの角度区間を有する。 この角度区間の角度範囲が、第２位置検出器２．２２２の位置信号の１周期に相当する。 すなわち、この微細位置値ＦＰＯＳの値が、第２目盛トラック１．２２の各目盛周期ごとに繰り返し発生する。

次いで、当該粗位置値ＧＰＯＳ及び微細位置値ＦＰＯＳは、位置値生成装置３．１３に供給される。 この位置値生成装置３．１３は、当該両値からより高い分解能を有する第１絶対位置値ＰＯＳ１を生成する。 低分解能の粗位置値ＧＰＯＳが、高分解能の微細位置値ＦＰＯＳに加算されることによって、当該第１絶対位置値ＰＯＳ１の生成は実行される。 このため、この微細位置値ＦＰＯＳは、絶対値を含む。 この方法は、当業者の間でコード結合（Ｃｏｄｅａｎｓｃｈｌｕｓｓ）の用語で知られている。 確実なコード結合を保証できるようにするため、粗位置値ＧＰＯＳの値範囲と微細位置値ＦＰＯＳの値範囲とを少なくとも１ビットだけ重ねることが必要である。 示されたこの例では、第２目盛トラック１．２２の１６個の目盛周期を区別できるように、粗位置値ＧＰＯＳが、４ビットの値範囲を有する必要がある。 したがって、５ビットが、確実なコード結合のために必要である。 実際には、より大きい重なり範囲が、優先して選択される。 このため、８ビット以上の良好な値範囲が、粗位置値に対して与えられる。

冗長な第２位置値ＰＯＳ２を生成するため、第２位置処理装置３．２が設けられている。 この第２位置処理装置３．２は、計数装置３．２１として構成されている粗位置検出装置３．２１と微細位置評価装置３．２２と位置値生成装置３．２３とを有する。

第１位置処理装置３．１と同様に、第２位置処理装置３．２内では、微細位置評価装置３．２２が、第２検出器配置２．２３の第２位置検出器２．２３２の位置信号Ｚ１６＿２を処理する。 当該位置信号Ｚ１６＿２は、第１検出器配置２．２２の第２位置検出器２．２２２の位置信号Ｚ１６＿１と同様に、第２目盛トラック１．２２の走査から発生し、微細位置値ＦＰＯＳを生成する。 この微細位置値ＦＰＯＳは、計数装置３．２１に供給されている。 この計数装置３．２１は、微細位置値ＦＰＯＳの変化を回転方向に応じて計数するように構成されている。 したがって、この計数装置３．２１の計数表示が、同様に粗位置値ＧＰＯＳを示す。 軸１．１の１回転に対する微細位置値ＦＰＯＳの値範囲が、この計数装置３．２１によって拡張可能である。 さらに、粗位置値ＧＰＯＳ及び微細位置値ＦＰＯＳが、位置値生成装置３．２３に供給されている。 確実なコード結合をこの位置値生成装置３．２３内で保証するため、この位置値生成装置３．２３内でも、微細位置値ＦＰＯＳの値範囲と粗位置値ＧＰＯＳの値範囲とを重ねることが有益である。 それ故に、この計数装置３．２１が、復調された微細位置信号Ｚ１６＿２の１周期ごとに、例えば４つの計数ステップを実行するように、この計数装置３．２１は有益に構成されている。 これに対して、復調された微細位置信号Ｚ１６＿２の信号変化が、４つの領域（４象限）に分割され、１つの領域からその次の領域への移行が、微細位置値ＦＰＯＳの変化時点として回転方向に応じて計数される。 当該計数は、４象限計数（Ｑｕａｄｒａｎｔｅｎｚａｅｈｌｅｒ）とも呼ばれる。

微細位置値ＦＰＯＳと粗位置値ＧＰＯＳとの双方が、インクリメンタル目盛トラック１．２２である第２目盛トラック１．２２を走査することから発生した直後は、これらの値のいずれの値もが、絶対値を有しない。 それ故に、それ故に、第１位置処理装置３．１によって生成された補助絶対位置値ＨＰＯＳによって、計数装置３．２１を初期化することが、本発明にしたがって提唱されている。 この実施の形態では、この補助絶対位置値ＨＰＯＳは、第１位置処理装置３．１の粗位置値ＧＰＯＳである。 この粗位置値ＧＰＯＳは、位置値生成装置３．１３のほかに計数装置３．２１にも供給される。 このため、例えばスイッチ素子３．３としての切替手段が設けられ得る。 粗位置値ＧＰＯＳが、当該切替手段を通じて計数装置３．２１に切り替え可能である。 当該初期化は、ロータリーエンコーダの電力供給の開始の直後の初期化段階中に有益に実行される。

第２位置処理装置３．２の位置値生成装置３．２３が、その微細位置値ＦＰＯＳと当該初期化後の絶対粗位置値ＧＰＯＳとから第２絶対位置値ＰＯＳ２を生成できる。

したがって、第２位置処理装置３．２の本発明の構成によって、第１位置処理装置３．１内に設けられていて、且つ上述したように非常に複雑な電子回路である粗位置評価装置３．１１が、節減され得、且つ簡単に構成できる計数装置３．２１で代替され得る。 それにもかかわらず、互いにほとんど関係なく生成される２つの絶対位置値ＰＯＳ１，ＰＯＳ２が、エンコーダ内で使用可能である。 当該両位置値ＰＯＳ１，ＰＯＳ２を比較することによって、エンコーダ内の故障が、非常に高い確率で確認され得る。

当該位置値ＰＯＳ１，ＰＯＳ２は、通信装置３．８に供給され、この通信装置３．８によって後続の電子機器（例えば、数値制御装置）に伝送可能である。 当該２つの位置値ＰＯＳ１，ＰＯＳ２の比較は、通信装置３．８内で既に実行され得る又は後続の電子機器内で実行され得る。

図６は、図５に示されたエンコーダの改良された実施の形態のブロック図である。 図５に対する実施の形態の説明で既に記載された機能ブロックには、図６では同じ符号が付記されている。

図５に基づいて説明されている実施の形態と違って、図６の第２検出器配置２．２３が、受信器導電路２．２３１をさらに有する。 この受信器導電路２．２３１は、第１位置検出器２．２３１を構成する。 この第１位置検出器２．２３１は、コード盤１．２の第１目盛トラック１．２１を走査する。 第２検出器配置２．２３の第１位置検出器２．２３１の位置信号Ｚ１＿２が、第１検出器配置２．２２の第１位置検出器２．２２１の位置信号Ｚ１＿１の代わりに第１位置処理装置３．１の第１粗位置評価装置３．１１に供給可能である。 このため、別の切替手段、例えばスイッチ素子３．４と、スイッチ素子３．５とが設けられ得る。 第２検出器配置２．２３の第１位置検出器２．２３１が、初期化段階中に当該スイッチ素子３．４によって第１粗位置評価装置３．１１に接続可能であり、且つ、第１検出器配置２．２２の第１位置検出器２．２２１が、初期化段階中に当該スイッチ素子３．５によって第１粗位置評価装置３．１１から分離可能である。

この実施の形態の特別な利点は、第１位置処理装置３．１内で、計数装置３．２１を初期化するために、すなわち第２位置値ＰＯＳ２に対する絶対値を補助絶対位置値ＨＰＯＳとして生成するために第２位置処理装置３．２に供給される粗位置値ＧＰＯＳを生成するため、当該初期化段階以外の通常稼働中にこの第１位置処理装置３．１内で粗位置値ＧＰＯＳを生成するためではない位置検出器が使用される点である。 これによって、例えば位置検出器２．２２１，２．２３１の故障が、ロータリーエンコーダの始動の直後に既に検出され得る。

この実施の形態は、電磁誘導による測定原理にしたがって稼働するエンコーダに対して特に適している。 何故なら、当該測定原理では、第１位置検出器２．２３１が、導電路だけによって構成されるからである。 受信器導電路２．２２１，２．２２２，２．２３１，２．２３２が配置されている走査回路基板２．２は、十分な数の層を既に有するので、第２検出器配置２．２３の第１位置検出器２．２３１は、実際には追加の支出及び材料経費なしに補充され得る。

図７は、本発明のエンコーダの別の実施の形態を示す。 この実施の形態も、図５及び６に基づいて説明した実施の形態のように、電磁誘導による走査原理に基づく。 上記の実施の形態で既に説明された機能ブロックには、図７では同じ符号が付記されている。 上述した実施の形態と同様に、この実施の形態も、電磁誘導による走査原理に限定されるのではなくて、当業者によって任意の走査原理、特に光学による走査原理、磁気による走査原理又は静電容量による走査原理に適用され得る。

冒頭で既に説明したように、異なる目盛周期を有する複数のインクリメンタル目盛トラックが設けられることによって、絶対位置値も取得され得る。 当該絶対位置値を取得する前提条件は、これらのインクリメンタル目盛トラックを走査することから発生する走査信号の位相角が、測定範囲（ロータリーエンコーダの場合は、軸１．１の１回転、リニアエンコーダの場合は、スケールの長さ）内の異なる位置ごとに、常に一義的で繰り返さない値の組み合わせを付与するように、目盛周期の数が選択される点である。 目盛周期を選択するための適切な値は、当業者が関連する文献から読み取ることができる。 これに関する原理は、例えば独国特許出願公開第４１２５８６５号明細書に記載されている。

この例では、位置信号Ｚ３＿１，Ｚ３＿２が、軸１．１の１回転ごとに３つの周期を付与するように、第１目盛トラック１．２１と、対応する検出器配置２．２２，２．２３の、この第１目盛トラック１．２１を走査するために設けられている第１位置検出器２．２２１，２．２３１とが仕様決定されている。 第２目盛トラック１．２２及び付随する第２検出器配置２．２２２，２．２３２の場合、上記の実施の形態で使用された１６個の周期が、１回転ごとに保持される。 両目盛トラック１．２１，１．２２のいずれの目盛トラックもが、絶対値を有さず、且つ、軸１．１の１回転ごとに複数の信号周期を有する位置信号が、これらの目盛トラック１．２１，１．２２を走査することから発生するので、これらの目盛トラック１．２１，１．２２は、インクリメンタル目盛トラック１．２１，１．２２とみなされ得る。

したがって、この実施の形態における第１位置処理装置４．１の場合、第１位置信号Ｚ３＿１が、第１検出器配置２．２２の第１位置検出器２．２２１によって供給されていて、第２位置信号Ｚ１６＿１が、第１検出器配置２．２２の第２位置検出器２．２２２によって供給される。 この第１検出器配置２．２２は、これらの信号を第１絶対位置値ＰＯＳ１に処理する。 これに対して、この第１位置処理装置４．１は、第１評価装置４．１１、第２評価装置４．１２及び位置値生成装置４．１３を有する。

これらの評価装置４．１１，４．１２は、これらの評価装置に供給された位置信号Ｚ３＿１，Ｚ３＿１６から、位相角Φ１，Φ２を算出するために構成されている。 目盛トラック１．２１，１．２２の選択された寸法によって、軸１．１の１回転ごとに、３×３６０°の値範囲が、第１位相角Φ１に対して発生し、１６×３６０°の値範囲が、第２位相角Φ２に対して発生する。 これらの位相角Φ１，Φ２は、軸１．１の１回転中に常に一義的な複数の値対を付与する。 その結果、１つの絶対位置値が、各値対に割り当てられ得る。 この割り当ては、例えば計算によって又は当該両位相角Φ１，Φ２が供給されている位置値生成装置４．１３内の表を用いて実行される。

この場合、第２位置処理装置４．２は、上記の実施の形態に説明されている第２位置処理装置に相当する。 この第２位置処理装置４．２でも、第２目盛トラック１．２２を走査することから発生する位置信号Ｚ１６＿２だけが、第２位置値ＰＯＳ２を生成するために使用され、絶対値が、補助位置値ＨＰＯＳで粗位置検出装置４．２１を初期化することによって生成される。 しかしながら、この場合には、上記の実施の形態とは違って、この粗位置検出装置４．２１は、計数装置ではなくて、補助絶対位置値ＨＰＯＳと第２絶対位置値ＰＯＳ２とが供給されている記憶装置４．２１である。 当該補助位置値ＨＰＯＳと第２絶対位置値ＰＯＳ２との双方が、記憶装置４．２１内に記憶可能であり、実際に記憶された値が、粗位置値ＧＰＯＳとして位置値生成装置４．２３に出力可能である。

この実施の形態では、第１位置処理装置４．１内で生成される第１絶対位置値ＰＯＳ１が、補助絶対位置値として第２位置処理装置４．２に供給される。 このため、切替手段が、スイッチ素子３．６として設けられ得る。

絶対値を生成するため、第１絶対位置値ＰＯＳ１が、初期化段階中に第２位置処理装置４．２の記憶装置４．２１内に記憶され、粗位置値ＧＰＯＳとして位置値生成装置４．２３に出力される。 この位置値生成装置４．２３は、この粗位置値ＧＰＯＳと、微細位置評価装置３．２２によって生成された微細位置値ＦＰＯＳとから第２絶対位置値ＰＯＳ２を生成する。 この第２絶対位置値ＰＯＳ２が出力された後に、この第２絶対位置値ＰＯＳ２は、クロック信号ＣＬＫによってプリセットされる時間間隔ごとに記憶装置４．２１内に記憶され、同様に粗位置値ＧＰＯＳとしてこの位置値生成装置４．２３に出力される。 微細位置値ＦＰＯＳの最大変化速度時でも、インクリメンタル目盛トラックの１つの目盛周期からその次の目盛周期への移行が確実に確認され得るように、当該クロック信号ＣＬＫの周波数が選択されている。

この実施の形態でも、第２絶対位置値ＰＯＳ２を生成できるようにするため、粗位置値ＧＰＯＳの値範囲と微細位置値ＦＰＯＳの値範囲とが、少なくとも１ビットだけ重なっている。 示されたこの例では、このことは、インクリメンタル目盛トラックの実際の信号周期を確認できるようにするためには既に４ビットが必要になるので、粗位置値ＧＰＯＳが５ビット以上のビット幅を有する必要があることを意味する。 しかしながら、実際には、第２絶対位置値ＰＯＳ２の全ての値範囲に及ぶより大きい重なり範囲が望ましい。 また、当該選択された重なり領域は、記憶装置４．２１の必要なビット幅と、第１絶対位置値ＰＯＳ１と第２絶対位置値ＰＯＳ２とからこの記憶装置４．２１に伝送される高位ビットの数とを決定する。

エンコーダの分解能を最適化するためには、多数の目盛周期を有するインクリメンタルトラックを走査することから発生する位置信号を使用して、第２位置処理装置４．２内で微細位置値ＦＰＯＳを生成することが有益である。 示されたこの例では、当該位置信号は、第２目盛トラック１．２２を走査することから発生する位置信号Ｚ１６＿２である。

この実施の形態でも、第２検出器配置２．２３の第１位置検出器２．２３１は、第２絶対位置値ＰＯＳ２を生成する信頼性をさらに向上させるための任意なものとみなされる。 しかしながら、記憶装置４．２１の補助位置値ＨＰＯＳとして供給される第１絶対位置値ＰＯＳ１が、第１検出配置２．２２の第１位置検出器２．２２１の位置信号Ｚ３＿１を使用して生成されるときでも、非常に信頼できる第２位置値ＰＯＳ２が生成され得る。

本発明は、少なくとも２つの目盛トラック１．２１，１．２２が配置されているコードキャリアを有するエンコーダに対して適している。 絶対位置値ＰＯＳ１，ＰＯＳ２が、これらの目盛トラックを走査することによって生成され得る。

好適な組み合わせは、図５及び６に基づいて記載されている実施の形態による、アブソリュート目盛トラック１．２１及びインクリメンタル目盛トラック１．２２である。 当該アブソリュート目盛トラック１．２１は、アナログ式に、デジタル・パラレル式に又はデジタル・シリアル式にコード化され得る。

好適な組み合わせは、図７に基づいて記載されている実施の形態による、２つのインクリメンタル目盛トラック１．２１，１．２２である。 これらのインクリメンタル目盛トラック１．２１，１．２２は、異なる目盛周期を有する。 これらのインクリメンタル目盛トラックの場合、位置信号から算出され得る位相角が、測定範囲内の各位置ごとに、一義的な値対を付与する。

１ 回転子１．１ 軸１．２ コード盤１．２１ 第１目盛トラック、アブソリュート目盛トラック１．２１１ 被覆領域１．２１２ 未被覆領域１．２２ 第２目盛トラック、インクリメンタル目盛トラック１．２２１ 被覆領域１．２２２ 未被覆領域２ 固定子２．１ フランジ２．２ 走査回路基板２．２１ 励磁巻線２．２２ 第１検出器配置２．２２１ 受信器導電路、第１位置検出器２．２２２ 受信器導電路、第２位置検出器２．２３ 第２検出器配置２．２３１ 受信器導電路、第１位置検出器２．２３２ 受信器導電路、第２位置検出器２．３ コネクタ２．４ 発振装置３．１ 第１位置処理装置３．１１ 粗位置評価装置３．１２ 微細位置評価装置３．１３ 位置値生成装置３．２ 第２位置処理装置３．２１ 粗位置検出装置、計数装置３．２２ 微細位置評価装置３．２３ 位置値生成装置３．３ 第１スイッチ素子３．４ 第２スイッチ素子３．５ 第３スイッチ素子３．６ 第４スイッチ素子３．８ 通信装置４．１ 第１位置処理装置４．１１ 第１評価装置４．１２ 第２評価装置４．１３ 位置値生成装置４．２１ 粗位置検出装置、記憶装置