JP2580712B2

JP2580712B2 - 複合型ロータリエンコーダ

Info

Publication number: JP2580712B2
Application number: JP63136093A
Authority: JP
Inventors: 英詞大矢; 康己川端
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-06-02
Filing date: 1988-06-02
Publication date: 1997-02-12
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JPH01305315A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、回転角度および回転回数の検出に使用され
るロータリエンコーダに関する。

［従来の技術］従来より、軸の回転角度をインクリメンタル型，アブ
ソリュート型あるいは特開昭60−100015等に記載される
インクリメンタル型とアブソリュート型とを組み合わせ
たロータリエンコーダを用いて検出し、軸の回転回数を
軸の回転をギア等によって減速し回転角度として各々独
立に検出している。

［発明が解決しようとする課題］そのため、検出された回転角度と回転回数とが一致し
ない場合がある。

すなわち、検出された回転角度が359度であるにも拘
らず、回転回数がインクリメントされたり、逆に回転角
度が１度となっているにも拘らず、未だ回転回数がイン
クリメントされない場合がある。

これは、ロータリエンコーダの分解能が高くなるほど
問題となる。

本発明は、回転角度を高分解能で検出すると共に、回
転回数を正しく検出するロータリエンコーダの提供を課
題とする。

［課題を解決するための手段］このような課題を解決する本発明の要旨は、軸に結合
された回転円板の回転角度をｎビットのディジタル信号
として検出する回転角度検出手段と、上記回転円板の1/2回転に１つの割合で発生するパル
ス信号を積算してｋビットの積算信号とする積算信号検
出手段と、を備えた複合型ロータリエンコーダであって、上記検出された回転角度の最上位ビットと上記積算信
号の最下位ビットとを比較し、回転角度の最上位ビットが“1"であるか、または、回
転角度の最上位ビットが“0"であり、かつ上記積算信号
の最下位ビットが“1"である場合には、上記積算信号の
上位ｋ−１ビットを回転回数として出力し、上記回転角度の最上位ビットが“0"であり、かつ上記
積算信号の最下位ビットが“0"であれば、上記積算信号
の上位ｋ−１ビットに“1"を加算した値を回転回数とし
て出力する回転回数出力手段を設けたことを特徴とする
複合型ロータリエンコーダにある。

［作用］回転角度検出手段で検出された回転角度の最上位ビッ
トは、回転角度が０度以上180度未満の時に“0"、180度
以上360度未満の時に“1"となる。

また、積算信号検出手段で検出された積算信号は、回
転円板の1/2回転毎に１ずつインクリメントされる。

そして、回転回数出力手段にて、回転角度の最上位ビ
ットと積算信号の最下位ビットとを比較することによ
り、積算信号の上位ｋ−１ビットを補正することによ
り、回転回数を出力する。

したがって、本発明の複合型ロータリエンコーダから
出力される回転回数は、回転角度とずれることが無い。

［実施例］以下、図面を用いて本発明の実施例である複合型ロー
タリエンコーダについて説明する。

本ロータリエンコーダは、回転角度を光学式で検出
し、回転回数を磁気式で検出する。

そして、回転角度は15ビットのディジタル信号（2¹⁵
＝32768分割）として検出するものであり、回転角度の
上位８ビットをアブソリュート符号パターンにより検出
し、下位７ビットをインクリメンタル符号パターンによ
って検出する。

また、回転回数は８ビットのディジタル信号（2⁸＝25
6,0〜255回転）として、検出するものである。

第３図は本実施例の複合型ロータリエンコーダ２の断
面を示す図である。

本エンコーダ２は、基体４、カバー６からなる筺体８
内に収納されている。

基体４からはロータ軸10が突出しており、このロータ
軸10は基体４に取り付けられたベアリング12によって支
軸されている。

このロータ軸10には回転円板14が取り付けられ、この
回転円板14はロータ軸10と共に回転するようになってい
る。

回転円板14には、後述するように、アブソリュート符
号パターン，インクリメンタル符号パターン，基準位置
パターンが形成されている。

回転円板14の背面（図中上側）には発光素子16が配置
され、この発光素子16は波形整形回路基板18に搭載され
ている。なお、波形整形回路基板18は筺体８に支持さ
れ、回転円板14に対して固定されて配置されたものであ
る。

また、波形整形回路基板18は回転円板14の外周部を股
がって回転円板14の表面にまで延在されて形成され、固
定スリット板20が固定されている。

この固定スリット板20は回転円板14の表面（図中下
側）において回転円板14と対向して配置され、後述する
ように、その面には複数のスリットが形成されている。

さらに固定スリット板20の回転円板14と対向する側と
反対側の面には各スリット毎に受光素子22が配置されて
いる。

そして、固定スリット板20の各スリットとそれに対応
する受光素子22とが組み合わされた検出部により、アブ
ソリュート信号，インクリメンタル信号が検出される。

受光素子22の出力は波形整形回路基板18に入力される
ようになっており、さらに波形整形回路基板18の出力は
リード線24を介して筺体８外へ取り出されるようになっ
ている。

また、回転円板14の背面には基準位置パターンを記録
した円環状の磁石26が設けられている。

そして、磁石26に対向する波形整形回路基板18には２
つの磁気検出素子28A,28Bが設けられている。

この磁気検出素子28A,28Bの出力も波形整形回路基板1
8に入力されるようになっており、この出力は上記の回
転角度信号と共に、リード線24を介して筺体８外へ取り
出される。

回転円板14は、第１図に示すように、外周部に等間隔
のスリットからなるインクリメンタル符号パターン30、
内周部に同心状に配列された８本の円環パターン32A〜3
2Hからなるアブソリュート符号パターン32、インクリメ
ンタル符号パターン30とアブソリュート符号パターン32
との間にタイミング符号パターン34、基準位置パターン
を記録した磁石26を有する。

基準位置パターンを除く、これらのパターンはいずれ
も予め定められた規則にしたがって形成されたスリット
列であり、これらスリット列は、例えば、回転円板14と
なる透明円板面に遮光性の蒸着膜を形成し、前記スリッ
ト形成領域に相当する前記蒸着膜を写真蝕刻技術によっ
て選択エッチングすること等によって形成される。

また、基準位置パターンは、ＮとＳとの２つの磁気パ
ターンとして回転円板14の裏面に設けられた円環状の磁
石26に記録されており、磁気検出素子28A,28Bは回転円
板14が１回転する間に２回あるＮとＳとの変化を基準位
置信号として検出する。なお、第１図中に一点鎖線で示
される磁気検出素子28A,28Bは波形整形回路基板18に設
けられている。

さらに、アブソリュート符号パターン32の円環パター
ン32Dと32Eとの間と、円環パターン32Hとタイミング符
号パターン34との間には、光量補正トラック36A,36Bが
設けられている。

アブソリュート符号パターン32は、前述のように同心
状に配列された８本の円環パターン32A〜32Hからなり、
これらは基準となる所定径から円周同方向へ例えばグレ
ー・コードからなる論理レベルを示す領域で構成されて
いる。

ここで、例として４ビットのグレー・コードを以下に
示す。

各円環パターン32A〜32Hは前述のように、論理レベル
はスリット列における明暗パターンで形成している。

一方、固定スリット板20は、第２図に示すように、イ
ンクリメンタル信号検出用スリット40A,40B、タイミン
グ信号検出用スリット42、アブソリュート信号検出用ス
リット44A〜44H、光量補正用スリット46A,46Bを有す
る。

インクリメンタル信号検出用スリット40A,40Bは、回
転円板14のインクリメンタル符号パターン30と協働して
出力の位相が90度づれたインクリメンタル信号Ａ相,B相
を発生する。

また、タイミング信号検出用スリット42は、回転円板
14のタイミング符号パターン34と協働してタイミング信
号を発生する。このタイミング信号は、急峻な立上が
り、立下がりを必要とするので、スリット42の円周方向
の幅は30μｍと非常に細く形成されている。そして、光
量を確保するために、５本のスリットから構成される。

一方、アブソリュート信号検出用スリット44A〜44H
は、回転円板14のアブソリュート符号パターン32A〜32H
と協働してアブソリュート信号Ａ〜Ｈを発生する。この
アブソリュート信号Ａ〜Ｈは後述のようにタイミングパ
ルスによるので、スリット44A〜44Hの幅は、240μｍと
広くでき、充分な光量を確保できる。

回転円板14と固定スリット板20とは、各信号用の円環
パターンとスリットとが対応するように、また磁石26と
磁気検出素子28A,28Bとが対向するように筺体８に取り
付けられる。

そして、回転円板14のスリットと固定スリット板20の
スリットとが、一致すると、発光素子16からの透過光が
受光素子22に検出される。

また、磁石26の磁気パターン変化が、磁気検出素子28
A,28Bに検出される。

第４図は回転円板14の回転にともなう受光素子22の各
出力信号である。これらの出力信号は第５図に示す回路
により回転角度を表す15ビットのディジタル信号とな
る。

すなわち、まずタイミング信号とゲートによって遅延
された該タイミング信号とを反一致回路（EX−OR）50に
入力して、タイミングパルスを得る。

そして、アブソリュート信号Ａ〜Ｈが入力されたＤ−
フリップフロップ回路52のクロック端子CKにこのタイミ
ングパルスが入力されると、回転角度信号の上位８ビッ
トb8〜b15が出力される。

一方、90度位相のずれたインクリメンタル信号のＡ
相,B相はアップダウン判別回路54で、回転円板14の回転
方向が正であるか、逆であるかを判別し、アップダウン
信号を出力する。このアップダウン信号は、正回転であ
れば“0"に、逆回転であれば“1"となる。

また、インクリメンタル信号のＡ相,B相はパルス４逓
倍回路に入力され、４逓倍されたパルス信号を出力す
る。

そして、アップダウン信号は、４ビットのアップダウ
ンカウンタ58,60のアップダウン端子D/およびプリセ
ット端子A1〜A4に入力され、パルス信号はアップダウン
カウンタ58のクロック端子CKに入力される。

したがって、前述のタイミングパルスがアップダウン
カウンタ58,60のロード端子Ｌに入力されると、回転円
板14が正回転のときはカウンタ58,60の各ビットに“0"
がセットされ、逆回転のときは各ビットに“１“がセッ
トされる。そして、パルス信号が１つ入力される毎に１
ずつインクリメントまたはデクリメントされていく。

その結果、カウンタ58の出力端子B1〜B4およびカウン
タ60の出力端子B1〜B3から、回転角度信号の下位７ビッ
トb1〜b7が出力される。

そして、アブソリュート信号から得られたb8〜b15と
インクリメンタル信号から得られたb1〜b7を加えること
によって、15ビットのディジタル信号b1〜b15が得られ
る。なお、本実施例では、カウンタ60の出力端子B4の出
力は使用していない。

すなわち、本実施例では、タイミングパルスが発生し
たときに、アブソリュート信号が取り込まれると共に、
インクリメンタル信号のカウントの初期化が行われる。

そのため、インクリメンタル信号を用いた回転角度の
検出も、高分解能であり、かつ高精度で行える。

また、回転回数は、２つの磁気検出素子28A,28Bに検
出された２つの基準位置信号ZA,ZBを上述の第５図に示
す回路で処理することにより検出される。

第６図は２つの基準位置信号ZA,ZB,この基準位置信号
ZA,ZBをカウントすることにより得られた９ビットのデ
ィジタル信号，上記回転角度信号の最上位ビット（MS
B）b15,検出された回転回数の関係を示す図である。

２つの磁気検出素子28A,28Bに検出された２つの基準
位置信号ZA,ZBは、アップダウン判別回路70で、回転円
板14の回転方向が正であるか、逆であるかを判別し、ア
ップダウン信号を出力する。このアップダウン信号は、
正回転であれば“0"に、逆回転であれば“1"となる。

また、２つの基準位置信号ZA,ZBはパルス整形回路72
に入力され、パルス信号を出力する。

そして、上記アップダウン信号は、９ビットのアップ
ダウンカウンタ74のアップダウン端子D/に入力され、
パルス信号はアップダウンカウンタ74のクロック端子CK
に入力される。

続いて、上記アップダウンカウンタ74で得られた９ビ
ットのカウント値の上位８ビットは加算器76に入力され
る。

一方、カウント値の最下位ビット（LSB）と、上記回
転角度の最上位ビット（MSB）b15の反転信号とを、アン
ドゲート78に入力し、結果を加算器76のCo端子に入力
し、カウント値の上位８ビットに加算して、８ビットの
回転回数r8〜r1を得る。

すなわち、第６図に示すように、回転角度の最上位ビ
ット（MSB）b15が“1"であれば上記カウント値の上位８
ビットが回転回数となる。

回転角度の最上位ビットb15が“0"であり、かつ上記
カウント値の最下位ビットが“0"であれば上記カウント
値の上位８ビットが回転回数となる。

回転角度の最上位ビットb15が“0"であり、かつ上記
カウント値の最下位ビットが“1"であれば上記カウント
値の上位８ビットに１を加えたものが回転回数となる。

本実施例では、以上のように回転回数を検出する際
に、まず基準位置信号ZA,ZBを９ビットのディジタル信
号とし、次いでこのディジタル信号の最下位ビットと上
記回転角度信号の最上位ビットとによって、このディジ
タル信号の上位８ビットを補正して回転回数としてい
る。

そのため、基準位置信号ZA,ZBによって得られるパル
スが回転角度信号の最上位ビットb15の変化しない位置
にあれば、正しい回転回数を検出できる。

したがって、磁気検出素子28A,28Bの取付精度、出力
変動の許容値を大きく採ることができ、組立調整時間を
短縮すると共に、信頼性を向上することができる。

本実施例の複合型ロータリエンコーダは、回転回数を
検出する際に回転角度の情報を使用しているため、回転
角度と回転回数との間にずれが生じることはない。

特に、本実施例では、回転角度の検出に信頼性の高い
光学式を用いているので、回転回数を高精度に検出でき
る。

また、回転角度でけでなく、回転回数を一つのロータ
リエンコーダ検出できるので、使用部品数を減らすこと
ができる。

さらに、従来のアブソリュート型ロータリエンコーダ
では、回転角度を15ビットのディジタル信号として出力
するために、少なくとも15本の円環パターンを必要とし
た。

しかし、本実施例では、アブソリュート符号パターン
とインクリメンタル符号パターンとを組み合わせること
によって、非常に少ない円環パターンで回転角度を高精
度の15ビットのディジタル信号として出力できる。

このように円環パターンの本数が少なくなったため
に、本実施例のロータリエンコーダは小型とすることが
できる。

また、円環パターンの本数が少ないために各円環パタ
ーンの直径方向の幅を広く採ることができ、各信号を安
定して検出できる。

なお、本実施例では、回転角度の検出を光学式で行っ
ているが、磁気式で行ってもよい。また、一部の符号パ
ターンを光学式とし、他を磁気式としてもよい。逆に、
回転回数信号の検出を光学式で行ってもよい。

さらに、本実施例のアブソリュート符号パターンは、
グレーコードに基づいたものであるが、必ずしもこれに
限定されることはなく他のコードに基づくものであって
もよい。

［発明の効果］本発明の複合型ロータリエンコーダは、回転回数を検
出する際に、回転角度の情報を用いて、積算信号を補正
している。

そのため、高分解能でありながら、回転角度と回転回
数とがずれることはない。

また、本発明の複合型ロータリエンコーダは、小型軽
量でありながら、回転回数の検出も同時に行え、回転回
数、回転角度の検出に必要な部品点数が少なく、また、
検出に必要なスペースが小さくて済む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である複合型ロータリエンコ
ーダの回転円板に形成される各符号パターンを説明する
平面図、第２図はその固定スリット板に形成されるスリ
ットの配列を説明する平面図、第３図はその全体構成を
示す断面図、第４図はその受光素子の出力信号の説明
図、第５図はその波形整形回路の説明図、第６図はその
回転回数検出の説明図である。 14……回転円板、16……発光素子、20……固定スリット
板、22……受光素子、26……磁石（基準位置パター
ン）、28A,28B……磁気検出素子、30……インクリメン
タル符号パターン、32A〜32H……アブソリュート符号パ
ターン、40A,40B……インクリメンタル信号検出用スリ
ット、44A〜44H……アブソリュート信号検出用スリッ
ト。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸に結合された回転円板の回転角度をｎビ
ットのディジタル信号として検出する回転角度検出手段
と、上記回転円板の1/2回転に１つの割合で発生するパルス
信号を積算してｋビットの積算信号とする積算信号検出
手段と、を備えた複合型ロータリエンコーダであって、上記検出された回転角度の最上位ビットと上記積算信号
の最下位ビットとを比較し、回転角度の最上位ビットが“1"であるか、または、回転
角度の最上位ビットが“0"であり、かつ上位積算信号の
最下位ビットが“1"である場合には、上記積算信号の上
位ｋ−１ビットを回転回数として出力し、上記回転角度の最上位ビットが“0"であり、かつ上記積
算信号の最下位ビットが“0"であれば、上記積算信号の
上位ｋ−１ビットに“1"を加算した値を回転回数として
出力する回転回数出力手段を設けたことを特徴とする複
合型ロータリエンコーダ。