JP2001004409A - エンコーダ及び回転情報検出方法 - Google Patents

エンコーダ及び回転情報検出方法

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JP2001004409A
JP2001004409A JP11180071A JP18007199A JP2001004409A JP 2001004409 A JP2001004409 A JP 2001004409A JP 11180071 A JP11180071 A JP 11180071A JP 18007199 A JP18007199 A JP 18007199A JP 2001004409 A JP2001004409 A JP 2001004409A
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Hironori Kato
裕紀 加藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転体の回転情報を求めるエンコーダにおい
て、低コスト化、小型化を図る。 【解決手段】 軸101を中心として回転する回転体1
04の円周方向に一定でない間隔で複数のスリット10
3を設け、フォトインタラプタ102からの出力電圧信
号の所定の立ち下がりエッジ間の時間とあらかじめ記憶
している時間との倍率を比較することで回転速度情報を
求め、その出力電圧信号のパターンをあらかじめ記憶し
ているパターンと比較することにより回転方向情報を求
める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転体の回転方向
や回転速度といった回転情報を得るためのエンコーダ及
び回転情報検出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図8は従来例のエンコーダの外観構成例
を示す図であり、図8(a)は正面図、図8(b)は側
面図である。図8において、604は軸601を中心と
して回転する円板状の回転体であり、その円周方向に幅
dのスリット603が等間隔に規則的な状態で設けられ
ている。そして、軸601に対して静止して配置された
(固定配置された)フォトインタラプタ602によりス
リット603を検出する構成となっている。
【0003】図9は図8のフォトインタラプタの回路構
成を示す回路図である。図9において、701及び70
2はフォトトランジスタであり、発光ダイオード703
からの光が到達するか否かでそれぞれ出力電圧変化させ
る。図8における回転体604が回転するとスリット6
03が移動するので発光ダイオード703からフォトト
ランジスタ701,702への光を遮光したりしなかっ
たりして出力電圧が変化する。
【0004】フォトトランジスタ701とフォトトラン
ジスタ702は、スリット603の幅dより近接してい
るので、別途不図示の解析手段を用いVout1,Vo
ut2のレベルを監視することによって回転体604が
図8(a)の左右どちらの方向にどの位の速度で回転し
ているかを知ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のエンコーダにおいては、フォトトランジス
タを複数使用するためにコストも高くなり、2つの信号
を処理しなくてはならないので配線スペースなどを多く
必要とするという問題点があった。
【0006】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、低コストかつ小型化を図っ
たエンコーダ及び回転情報検出方法を提供することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のエンコーダ及び
回転状態検出方法は次のように構成したものである。
【0008】(1)エンコーダにおいて、軸を中心とし
て回転しその回転方向に複数の回転検知部を有した円板
状の回転体と、この回転体の前記回転検知部を検出して
前記回転体の回転情報を求める解析手段からなり、前記
回転体の回転検知部は円周方向に不規則な状態で設け
た。
【0009】(2)上記(1)のエンコーダにおいて、
少なくとも四つの回転検知部を設けた。
【0010】(3)上記(1)または(2)のエンコー
ダにおいて、各回転検知部間の円周方向に対する間隔を
不規則に設けた。
【0011】(4)上記(1)ないし(3)何れかのエ
ンコーダにおいて、各回転検知部の円周方向に対する幅
を不規則に設けた。
【0012】(5)軸を中心として回転しその回転方向
に複数の回転検知部を有した円板状の回転体の前記回転
検知部を検出して前記回転体の回転情報を求める回転情
報検出方法において、前記回転体の回転検知部は円周方
向に不規則な状態に設けておき、前記回転検知部を検出
して前記回転体の回転情報を求めるようにした。
【0013】(6)上記(5)の回転情報検出方法にお
いて、少なくとも四つの回転検知部を設けておき、前記
回転検知部を検出して前記回転体の回転情報を求めるよ
うにした。
【0014】(7)上記(5)または(6)の回転情報
検出方法において、各回転検知部間の円周方向に対する
間隔を不規則に設けておき、前記回転検知部を検出して
回転体の回転情報を求めるようにした。
【0015】(8)上記(5)ないし(7)何れかの回
転情報検出方法において、各回転検知部の円周方向に対
する幅を不規則に設けておき、前記回転検知部を検出し
て回転体の回転情報を求めるようにした。
【0016】
【発明の実施の形態】(実施例1)図1は実施例1のエ
ンコーダの構成を示す外観図であり、図1(a)は正面
図、図1(b)は側面図である。図1において、104
は軸101を中心に左右方向、すなわち図1の矢印方向
及び矢印とは逆方向に回転する円板状の回転体である。
【0017】103は回転体104の円周方向に複数設
けられたスリット(回転検知部)であり、軸101を中
心として、スリット103aとスリット103bのなす
角度及びスリット103bとスリット103cのなす角
度はθ、スリット103cとスリット103dのなす角
度は2θ、スリット103dとスリット103eのなす
角度は4θとなっており、再びスリット間のなす角が
θ,θ,2θ,4θとなっている。このように各スリッ
トは一定でない間隔つまり、不規則な状態で配置されて
いる。ここではθ=π/8(ラジアン)となっている。
【0018】そして、軸101に対して静止して配設さ
れた(固定配置された)フォトインタラプタ102によ
り上記各スリット103を検出する構成となっている。
【0019】図2は図1のフォトインタラプタ102の
回路構成を示す回路図である。図2において、201は
フォトトランジスタであり、発光ダイオード202から
の光が到達するか否かでそれぞれ出力電圧Voutを変
化させる。図1における回転体104が回転すると各ス
リット103が移動するので発光ダイオード202から
フォトトランジスタ201への光を遮光したりしなかっ
たりして出力電圧Voutが変化する。
【0020】203は出力電圧Voutを解析して回転
体104の回転情報である回転速度情報と左右方向(図
1の矢印方向あるいは矢印とは逆方向)どちらの回転で
あるかの回転方向情報を出力する解析手段であり、パタ
ーン検知部204、倍率測定部205、パターン比較部
206、パターン記憶部207により構成されている。
【0021】図4は上記構成による出力電圧Voutの
信号波形を示す図である。回転体103が図1中の矢印
方向に角速度ωで回転しているとすると、出力電圧Vo
utは図4(a)のP1に示すようなパルスとなる。パ
ターン記憶部207にはあらかじめP1の時間Tref
で示す範囲のパターンが記憶されている。
【0022】次に、回転体103の回転の検知方法につ
いて説明する。今、回転体103が停止しているとする
とVoutの出力は変化することがないので図4(b)
のP2またはP3のパルスのように一定の値となる。パ
ターン検知部204はあらかじめ決められている一定の
時間Tstop以上同じ状態が続くと停止状態であると
判断し、パターン情報を出力しない。倍率測定部205
は、パターン検知部204からパターン情報が入力され
ていない場合には回転速度情報として0(すなわち停止
中)を出力する。
【0023】いま、出力電圧VoutがP4のようなパ
ルスであるとする。パターン検知部204は信号の立ち
下がりエッジの間隔をそれぞれ測定し、同じ間隔が2回
連続して現れるのを待つ。同じ間隔が現れたら、その3
つの立ち下がりエッジの中間の立ち下がりエッジをA、
その間隔をtaとする。そして、再び立ち下がりエッジ
間隔がtaとなるまでのパターンを記憶する。
【0024】図4では立ち下がりエッジBのタイミング
で立ち下がりエッジの間隔がtaとなる。パターン検知
部204はこの立ち下がりエッジAからBまでのパター
ンを倍率測定部205に出力する。倍率測定部205は
AからBまでの時間すなわち時間T1と時間Trefを
比較する。このとき、回転体104の回転角速度ω1は
以下の式で求められる。
【0025】ω1=ω×T1/Tref……(1) 倍率測定部205は求められた速度を回転速度情報とし
て出力する。さらに、パターンをTref/T1倍し、
パターン比較部206に出力する。出力されるパターン
は図4(d)のP5のようになる。パターン比較部20
6は倍率測定部205から入力されているパターンを時
間に対して反転させた図4(d)のパターンP6を生成
し、パターンP5とパターンP6のどちらがパターン記
憶部207に記憶されているパターンに近いかを判断す
る。
【0026】反転前のパターンの方が近い場合には回転
は図1中の矢印方向に回転していると判断し、反転後の
パターンの方が近い場合には図1中の矢印方向と逆の方
向に回転していると判断して回転方向情報を出力する。
もとのパターンがP4のようであった場合にはパターン
P5の方がパターン記憶部207に記憶されているパタ
ーンに近似しているので、図1中の矢印方向と同じ方向
に回転体104が回転していることになる。
【0027】図3は実施例1の回転情報検出処理動作を
示すフローチャートであり、図3を用いて上述した回転
情報検出処理動作について簡単に説明する。なお、本動
作は不図示のCPUの指示により不図示のROMにあら
かじめ格納されているプログラムに基づいて実行され
る。
【0028】まず、ステップS101において図2に示
す出力電圧Voutのパターンをパターン検知部204
により検知し、ステップS102において一定時間Ts
top以上同じ状態でなければステップS103に進み
倍率測定を行う。また、ステップS102において一定
時間Tstop以上同じ状態が続くと停止状態であると
判断し、ステップS107において回転速度情報として
0(すなわち停止中)を不図示の制御部に出力する。
【0029】次に、ステップS103において倍率測定
部205により所定区間(図4(c)の立ち下がりエッ
ジAからBまでの区間)における時間T1(図4
(c))と所定の時間Tref(図4(a))との倍率
を測定し、ステップS104においてその測定結果を回
転体104の回転速度情報として不図示の制御部に出力
する。
【0030】そして、ステップS105においてパター
ン比較部206によりパターン記憶部207に記憶され
ているパターンと比較し、ステップS106においてそ
の比較結果を回転体104の回転方向情報として不図示
の制御部に出力する。
【0031】(実施例2)次に、図5,6,7を用いて
実施例2を説明する。
【0032】図5は実施例2のエンコーダの構成を示す
外観図である。図5において、404は軸401を中心
に左右方向、すなわち図5の矢印方向及び矢印とは逆方
向に回転する円板状の回転体である。
【0033】回転体404には複数のスリット403が
回転体404の円周方向に不規則な状態で設けられてお
り、軸401を中心として、スリット403aの左縁と
スリット403bの左縁とのなす角が2θ、以下図5に
示すように軸401を中心としてスリットの左縁とスリ
ットの左縁とのなす角がθ,θ,2/3θ……(中略)
……θ/2とスリット403cまで続き、再び2θ,θ
……(中略)……θ/2と繰り返されてスリット403
aまで1周するようにスリットの幅、スリット間の間隔
を変えて構成され、これらのスリットをフォトインタラ
プタ402により検知する。ここではθ=π/8(ラジ
アン)となっている。
【0034】図6は図5のフォトインタラプタ402の
回路構成を示す回路ブロック図であり、図6に示すよう
にフォトインタラプタ402の回路構成は実施例1と同
様に発光ダイオード502とフォトトランジスタ501
により構成されている。フォトインタラプタ402の出
力である出力電圧Voutは解析手段503内の方向検
知部504に入力される。解析手段503はその内部に
方向検知部504、倍率測定部505を備えている回転
体503が図5中の矢印方向に角速度ωで回転している
とすると、回転体403が1周にかかる時間Tは式
(2)で表される。
【0035】T=2π/ω……(2) あらかじめ時間TrefとしてT/2を倍率測定部50
5に記憶しておく。
【0036】次に、回転の検知方法について説明する。
回転体403が停止している場合には実施例1と同様に
図4に示すP2またはP3のように一定の値が出力され
る。したがって、あらかじめ決められている時間Tre
f以上出力電圧Voutの状態に変化がない場合には回
転体403は停止していると判断して倍率測定部505
にパターン情報を出力しない。
【0037】倍率測定部505はパターン検知部504
から、パターン情報が入力されていない場合には回転速
度情報として0(すなわち停止中)を出力する。いま、
回転体404が回転を始め、パターン検知部504に図
7のP7のようなパターンのパルスが入力されたとす
る。パターン検知部504はパルスの立ち下がりから次
の立ち下がりまでの時間を測定し、それぞれta1,t
a2,……tan(nは自然数)とする。
【0038】方向検知部504はtam>3ta(m+
1)またはtam<ta(m+1)/2となるtamが
測定されるまで測定を続ける。tam>3ta(m+
1)というtamが測定された場合は図5中の矢印方向
の回転であると判断し、tam<ta(m+1)/2と
いうtmが測定された場合は図5中の矢印方向とは逆の
方向であると判断し、回転方向情報を出力する。
【0039】方向検知部504はtmからt(m+9)
までのパルスを倍率測定部505に出力する。倍率測定
部505はT2=tm+t(m+1)+t(m+2)+
……(中略)……t(m+9)(エッジCからエッジD
の間隔)を測定し、あらかじめ記憶しておいたTref
を用いて求める回転速度ω2を式(3)によって求め
る。
【0040】ω2=ω×T2/Tref……(3) 倍率測定部505は求められた角速度を回転速度情報と
して出力する。方向検知部504は再びtam>3ta
(m+1)またはtam<ta(m+1)/2となるt
mが測定されるのを待つ。上述した処理を繰り返すこと
によって回転方向情報と回転速度情報を連続的に得るこ
とができる。
【0041】このように上記実施例1,2では、回転体
に備えられる被検知部であるスリット(回転検知部)を
等間隔でないように配置したので、複数のフォトトラン
ジスタを用いることなく回転体の回転方向と回転速度を
得ることができ、低コスト化かつ小型化が可能となり、
特に一定のスピードをしばらくの間維持するような回転
運動の検知において有効である。
【0042】なお、スリットの幅のみを不規則な状態で
設け、上述した処理動作を行って回転情報を求めるよう
にしてもよい。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数のフォトトランジスタを用いることなく回転体の回
転方向と、回転速度を得ることができ、低コスト化かつ
小型化を図ることができるという効果がある。
【0044】また、一定のスピードをしばらくの間維持
するような回転運動の検知においては特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1の外観構成を示す図
【図2】 実施例1の回路構成を示す回路ブロック図
【図3】 実施例1の回転情報検出処理動作を示すフロ
ーチャート
【図4】 実施例1の出力電圧の信号波形を示す図
【図5】 実施例2の外観構成を示す図
【図6】 実施例2の回路構成を示す回路ブロック図
【図7】 実施例2の出力電圧の信号波形を示す図
【図8】 従来例の外観構成を示す図
【図9】 従来例の回路構成を示す回路図
【符号の説明】
101 軸 102 フォトインタラプタ 103 スリット(回転検知部) 104 回転体 201 フォトトランジスタ 202 発光ダイオード 203 解析手段 204 パターン検知部 205 倍率測定部 206 パターン比較部 207 パターン記憶部 504 方向検知部

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸を中心として回転しその回転方向に複
    数の回転検知部を有した円板状の回転体と、この回転体
    の前記回転検知部を検出して前記回転体の回転情報を求
    める解析手段からなり、前記回転体の回転検知部は円周
    方向に不規則な状態で設けたことを特徴とするエンコー
    ダ。
  2. 【請求項2】 少なくとも四つの回転検知部を設けたこ
    とを特徴とする請求項1記載のエンコーダ。
  3. 【請求項3】 各回転検知部間の円周方向に対する間隔
    を不規則に設けたことを特徴とする請求項1または2記
    載のエンコーダ。
  4. 【請求項4】 各回転検知部の円周方向に対する幅を不
    規則に設けたことを特徴とする請求項1ないし3何れか
    記載のエンコーダ。
  5. 【請求項5】 軸を中心として回転しその回転方向に複
    数の回転検知部を有した円板状の回転体の前記回転検知
    部を検出して前記回転体の回転情報を求める回転情報検
    出方法であって、前記回転体の回転検知部は円周方向に
    不規則な状態に設けておき、前記回転検知部を検出して
    前記回転体の回転情報を求めることを特徴とする回転情
    報検出方法。
  6. 【請求項6】 少なくとも四つの回転検知部を設けてお
    き、前記回転検知部を検出して前記回転体の回転情報を
    求めることを特徴とする請求項5記載の回転情報検出方
    法。
  7. 【請求項7】 各回転検知部間の円周方向に対する間隔
    を不規則に設けておき、前記回転検知部を検出して回転
    体の回転情報を求めることを特徴とする請求項5または
    6記載の回転情報検出方法。
  8. 【請求項8】 各回転検知部の円周方向に対する幅を不
    規則に設けておき、前記回転検知部を検出して回転体の
    回転情報を求めることを特徴とする請求項5ないし7何
    れか記載の回転情報検出方法。
JP11180071A 1999-06-25 1999-06-25 エンコーダ及び回転情報検出方法 Withdrawn JP2001004409A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006201254A (ja) * 2005-01-18 2006-08-03 Seiko Epson Corp 画像形成装置
US8419304B2 (en) * 2006-02-27 2013-04-16 Citizen Holdings Co., Ltd. Printer and DC motor speed control device
WO2016143039A1 (ja) * 2015-03-09 2016-09-15 富士機械製造株式会社 検出装置及び介助ロボット

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