JP3200172B2

JP3200172B2 - 移動方向検出方法

Info

Publication number: JP3200172B2
Application number: JP17556292A
Authority: JP
Inventors: 雄一松本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-07-02
Filing date: 1992-07-02
Publication date: 2001-08-20
Anticipated expiration: 2016-08-20
Also published as: JPH0618547A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動方向検出方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】モータの位置制御やマウスの移動量、方
向検出等に、ロータリーエンコーダ等が広く普及してい
る。

【０００３】ロータリーエンコーダは、図２３に示すよ
うに、回転軸１に、スリット３の入った円盤２を設け、
円盤２が回転する時に、スリット３の動きを検出できる
ように、センサとして、発光素子４と受光素子５を向か
い合わせに取りつけてある。さらに、位相のずれによ
り、回転の方向を検出するために、センサは２組設けて
ある。また、センサには前述の光センサのほかに、磁気
センサや機械的接点を使用したもの等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のロータ
リーエンコーダの回転方向検出方法では、位相の違う２
つの信号と２組のセンサが必要であり、マウスのように
２次元の動きをするものでは、Ｘ方向、Ｙ方向で合計４
組のセンサが必要となり、コストアップ、重量増加、機
構が複雑になってしまう、といった欠点を有していた。

【０００５】そこで、本発明は、上述の点に鑑みて、１
つのセンサで物体の移動方向を検知することの可能な移
動方向検出方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１の発明は、物体の移動に伴って、波
形の異なる複数の信号を予め定めた順序で発生させ、当
該発生された信号の発生順序を識別することにより前記
物体の移動方向を判別する移動方向検出方法において、
前記波形の異なる複数の信号として、第１のパルス幅を
有する第１の信号と前記第１のパルス幅よりも小さい第
２のパルス幅を有する第２の信号を定めておき、２つの
第１の信号が発生される間に複数の第２の信号を発生さ
せるとともに第１の方向に物体が移動する場合には、２
つの第１の信号の間で発生する第２の信号の発生数が増
加するように第２の信号を発生させ、第１の方向とは異
なる第２の方向に前記物体が移動する場合には、前記２
つの第１の信号の間で発生する第２の信号の発生数が減
少するように第２の信号を発生させ、さらに、連続的に
発生される第１の信号または第２の信号の信号発生間隔
を等間隔とすることを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は、物体の移動に伴って、
波形の異なる複数の信号を予め定めた順序で発生させ、
当該発生された信号の発生順序を識別することにより前
記物体の移動方向を判別する移動方向検出方法におい
て、前記物体は平板の上を移動し、該平板の上には所定
の方向に複数の第１の太さの線が描かれ、該複数の第１
の太さの線の中の互いに隣接する２つの第１の太さの線
の間ごとに前記第１の太さよりも細い複数の第２の太さ
の線が描かれており、前記複数の第２の太さの線の本数
は、前記所定方向とは直交する方向に沿って増加し、前
記移動体には前記第１の太さの線および前記第２の太さ
の線を検出すると、太さに応じたパルス信号を発生する
光電変換手段を具えており、前記光電変換手段により発
生したパルス信号のパルス幅および同じパルス幅のパル
ス信号の発生個数に基づいて、前記物体の移動方向およ
び移動量を検出することを特徴とする。

【０００８】

【作用】請求項１の発明では、１つのセンサで方向を検
出可能となるのみならず、第１の信号および第２の信号
を発生させるためのたとえば、スリット（図３）の全体
面積を小さくすることができるので、スリットを設ける
円盤（円盤６）は強度を要せず、廉価な部材を使用する
ことが可能となる。

【０００９】請求項２の発明では、１つのセンサで方向
を検出可能となるのみならず、平板に異なる線を描けば
よいので、スリットを照射する発行素子が不要となる。
また、同期信号を発生するためのスリットなども不要と
なる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１１】（実施例１）本発明をロータリーエンコー
ダに適用した第１の実施例を示し、以下に説明する。実
施例１のロータリーエンコーダは、図２３と同様の構成
部品を用いているが、センサは１組のみであり、円盤２
が、図１に図示する円盤６よりなる。円盤６が回転し、
ともに回転するスリット７〜９らを１組のセンサ４，５
が検知する。

【００１２】簡単のために、スリットは８個から構成さ
れているものとする。そして、スリットは、回転角度
と、センサで検知されるスリット数が比例するように、
１周３６０度を８等分した直線を中心に構成されてい
る。そして、スリット７は８個のスリットの中で１番小
さい幅を、スリット８はそれよりも大きい幅を有し、順
次大きい幅のスリットが連なり、スリット９が１番大き
な幅を持ち、本発明の特徴をなしている。

【００１３】図２は、円盤６が回転した時に、センサの
受光素子５の出力を整形した波形を示したものである。
パルス１０，１１，１２は、スリット７，８，９に対応
している。パルス１０は１番短いパルス幅で、パルス１
１はそれよりも大きいパルス幅、順次パルス幅は大きく
なり、１番大きい幅を持ったスリット９に対応するパル
ス１２の次は再び１番短い幅のパルス１０となる。さら
に、ここではパルス１０とパルス１２の幅の比が約３倍
になるようにスリットを設定してある。また、逆回転の
場合はこのパルス列となり、順次パルス幅が短くなるパ
ルス列となる。

【００１４】このパルス列を図示しない中央演算装置
（ＣＰＵ）に取り込み、回転の量、方向を判断、検出す
る。具体的には、従来と同様、ＣＰＵでパルス数、パル
ス幅を監視（検知）し、パルス数をエンコーダの回転量
またはエンコーダと接続する物体の移動量に換算し、パ
ルス幅が、増加していれば順方向に回転、減少していれ
ば逆方向に回転と判断する。また、必要であれば外部に
出力する。

【００１５】しかし、順方向に回転中、パルス１２か
ら、パルス１０への変化点では、順方向に回転中である
にもかかわらず、パルス幅は減少する。この関係を用い
て、これらパルスの発生順序を識別する。より具体的に
は、前述のように、パルス１２とパルス１０の幅の比は
約３倍あるので、パルス幅の比が２倍を越えて減少した
場合には順方向に回転中と、２倍を越えて増加した場合
には逆方向に回転中と判断することによって、なんら問
題は生じない。同図３において、１３はパルス列をＣＰ
Ｕに取り込むタイミングを示したものである。また、こ
こではスリットの数を８としたが、精度、分解能を向上
させるためには、サンプリングレートを上げる、もしく
はスリットの数を増加すれば良い、ということは明白で
ある。また、パルス１２とパルス１０の比が３倍、判断
基準の２倍という数値はいくつであっても、なんら本発
明の主旨を曲げるものではない。

【００１６】（実施例２）次に、本発明をロータリーエ
ンコーダに適用した第２の実施例を以下に説明する。実
施例２のロータリーエンコーダは、実施例１とほぼ同様
の構成であるが、円盤６のスリットの構成が違う。図３
に本実施例のロータリーエンコーダの円盤１４をスリッ
トの構成をともに示す。

【００１７】簡単のために、スリットは４組とする。こ
こで１組とは、幅の大きいスリット１つと、幅の小さい
スリット数個からなるスリットの組のことであり、本発
明の特徴をなすものである。各スリット組の幅の小さい
スリットの個数は、スリット組１５は２個、スリット組
１６は３個、スリット組１７は４個、スリット組１８は
５個であり、大小含めてスリットは合計１８個である。
そしてスリットは、回転角度とセンサで検知されるスリ
ット数が比例するように、１周３６０度を１８等分した
直線を中心に設けられている。

【００１８】図４は、円盤１４が回転した時に、センサ
の受光素子５の出力を整形した波形を示したものであ
る。パルス組１９，２０，２１，２２は、スリット組１
５，１６，１７，１８に対応している。大きい幅のパル
スではさまれた小さいパルスの個数は、パルス組１９で
は２個、パルス組２０では３個、パルス組２１では、４
個、パルス組２２では５個、と順次１ずつ増加する。ま
た、逆回転の場合はこのパルス列と逆となり、大きいパ
ルスではさまれた小さいパルスの個数は、順次１ずつ減
少するパルス列となる。

【００１９】このパルス列を図示しないＣＰＵに取り込
み、回転の量、方向を判断、検出する。具体的には、従
来の技術によってＣＰＵでパルス数、パルス幅を監視
し、パルス数によって回転の量を検知し、方向に関して
は、大きい幅のパルスではさまれた小さい幅のパルス数
をカウントし、大小含めたパルス数によって回転の量を
検知し、大きい幅のパルスではさまれた小さい幅のパル
ス数のカウント数が、増加していれば順方向に回転、減
少していれば逆方向に回転と判断、検出する。また、必
要であれば外部に出力する。

【００２０】しかし、順方向に回転中、パルス組２２か
ら、パルス組１９への変化点では、順方向に回転中であ
るにもかかわらず、大きい幅のパルスではさまれた小さ
い幅のパルスのカウント数は減少する。ここでは、この
変化点での、大きい幅のパルスではさまれた小さい幅の
パルスのカウント数の変化が、１ではないので、大きい
幅のパルスではさまれた小さい幅のパルスのカウント数
の変化が１ではない場合には、大きい幅ではさまれた小
さい幅のパルスのカウント数が減少した場合には、順方
向に回転中と、増加した場合には逆方向に回転中と判断
することによって、なんら問題は生じない。

【００２１】（実施例３）次に、本発明の第３の実施例
を説明する。図５は本発明を適用した、光学式マウスの
構造を示す。同マウスの内部には、発光素子４と、受光
素子５が、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ１組ずつ設けられ
センサ２３，２４を構成している。同マウスは平面上で
のみ操作させる。平面には平行線が格子上に描かれてお
り、センサ２３，２４は平面の反射率の変化による反射
光の変化で、この平行線の検出が可能である。また、平
行線は、図６に示すように、８種類の太さの違う線が順
次太くなる、あるいは細くなるように、それが周期的に
描かれていて、本発明の特徴をなす。また、それぞれの
線の中心間の距離が一定となるように描かれており、マ
ウスでこの線の数を検出すれば、線の数と移動量とが、
比例関係になるようになっている。

【００２２】図７は、マウスをＸ方向に移動させた時の
Ｘ方向のセンサの受光素子５の出力を整形した波形を示
したものである。このパルス列は、平面上の平行線と同
様な、８種類の幅の違うパルスが、順次幅が広くなるよ
うに周期的に生じる。マウスをＸの逆の方向に移動させ
た場合は、このパルス列は逆となり、順次幅が狭くなる
ように周期的に生じる。また、Ｙ方向についても同様で
あることは言うまでもない。

【００２３】このパルス列は、実施例１で示したパルス
列（図２）と等価であり、実施例１で説明したように、
ＣＰＵを用いた同様の処理を行い、マウスの移動量、方
向を検出する。

【００２４】（実施例４）次に、本発明の第４の実施例
を説明する。実施例４のマウス本体は、実施例３のマウ
ス本体と構造が同じである。また、マウスは平行線の描
かれた平面上でのみ操作されることも同じである。実施
例４のマウスが操作される平面上の平行線の様子を図８
に示す。同図に示すように、２種類の太さの線が、それ
ぞれの線の中心間の距離が一定となるように描かれてい
る。マウスでこの線の数を検出すれば、線の数と移動量
とが、比例関係になるようになっている。また、太い線
にはさまれた、細い線の数は、２本，３本，４本………
と１ずつ変化し、ある時に再び２本となっている。

【００２５】マウスをＸ方向に移動させた時のＸ方向の
センサの受光素子５の出力を整形した波形は、実施例
１，２，３の説明からも明らかなように、実施例２のそ
れぞれと等価となる。実施例２で説明したように、ＣＰ
Ｕを用いた同様の処理を行い、マウスの移動量、方向が
検出できる。

【００２６】（実施例５）本発明をロータリーエンコー
ダに適用した第５の実施例を以下に説明する。本実施例
のロータリーエンコーダは、実施例１とほぼ同様の構成
であるが、センサは１組のみであり、円盤２が、図９に
図示する円盤６の形状となる。受光素子５は受光光量に
比例した電圧を出力するものとし、スリット７が図９の
ような形をしているため、円盤６が回転した時の受光素
子５の出力電圧は図１０、逆に回転した時は図１１のよ
うに、高い電圧と低い電圧の２種類が出力される。

【００２７】図１２は受光素子５に接続される回転検出
回路である。同図において、１０８は電圧比較器であ
り、基準電圧は図１０，図１１に示すＶ_L で、高い電
圧、低い電圧のどちらの場合にも出力される。すなわち
スリットの有無を知らせる信号１１２となっている。１
０９は電圧比較器であり、基準電圧は図１０，図１１に
示すＶ_H で、高い電圧の場合のみ出力される。１１０は
ラッチであり、信号１１２の立ち上がりでラッチされ
る。図より明らかなように、ラッチ１１０の出力は図１
０の場合には出力され、図１１の場合には出力されな
い。ラッチ１１０の出力はさらに、信号１１２でゲート
され、回転の方向を示す信号１１２となる。

【００２８】最終的な信号１１２をカウントすること
で、回転量が検出可能で、信号１１２が出力されている
ときの信号１１３の状態で、回転の方向が検出可能とな
る。

【００２９】（実施例６）図１３に本発明を適用した第
６の実施例であるロータリーエンコーダを示し、以下に
説明する。同図において、１００は回転軸であり、１１
４は抵抗体１１５の張りつけてある円盤である。抵抗体
の拡大図を図１４に示す。１１６，１１７は、円盤１１
４が回転する時に、抵抗体の動きを検出するためのブラ
シである。また、ブラシ１１６は抵抗体１１５のイの部
分からロの部分に移動する瞬間に、イとロを短絡する程
度の接触面積を持っている。ブラシ１１６とブラシ１１
７の間の抵抗値は、ブラシ１１６が抵抗体１１５のイに
接触している時と、ロに接触している時で異なる。ブラ
シ１１６，１１７とともに図１５に示す回路に接続する
と、円盤１１４が回転した時のブラシ１１６の出力電圧
は図１８、逆に回転した時は図１９のように、高い電圧
と低い電圧の２種類が出力される。

【００３０】図１６，図１７の波形は実施例５と等価で
あり、実施例５に示した回転方向検出回路を接続するこ
とにより、回転量と回転方向を検出することができる。

【００３１】（実施例７）図１８に本発明を適用した第
７の実施例である光学式マウスを示し、以下に説明す
る。同マウスの内部には、発光素子４と受光素子５が、
Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ１組ずつ設けられ、センサ１
１８，１１９を構成している。また、受光素子５は受光
光量に比例した電圧を出力する。同マウスは平行線が格
子上に描かれた平面上で操作され、センサ１１８，１１
９は、平面の反射率の変化による反射光の変化で、この
平行線の検出が可能である。

【００３２】また、平行線は、図１９に示すように、片
側のみ、意図的に波状に描かれている。センサ１１８，
１１９が、平行線を波上側上で検知している時は、反射
光量が多いので高い電圧を出力する。反対に、直線側で
検知している時は、低い電圧を出力する。

【００３３】図２０，図２１は、マウスをＸ方向に移動
させた時のＸ方向のセンサ１１５の受光素子５の出力を
反転し、適当なレベルにした波形である。移動方向によ
り、波形はａまたはｂのようになる。図２０，図２１の
波形は実施例５，６と等価であり、実施例５，６に示し
た検出回路を接続することにより、マウスの移動量と回
転方向を検出することができる。

【００３４】（実施例８）第８の実施例として、実施例
７の光学式マウスの操作される平行線の他の例を示す。
実施例４の平行線は、図２２に示すように、黒と灰色の
２色で１本の線がかかれている。センサ１１８，１１９
は、平行線を灰色部で検知している時は、反射光量が多
いので高い電圧を出力する。反対に、黒部で検知してい
る時は、低い電圧を出力する。

【００３５】マウスを移動させた時のセンサの受光素子
の出力価であり、実施例５，６に示した検出回路を接続
することにより、マウスの移動量と回転方向を検出する
ことができる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明では、１つのセンサで方
向を検出可能となるのみならず、第１の信号および第２
の信号を発生させるためのたとえば、スリット（図３）
の全体面積を小さくすることができるので、スリットを
設ける円盤（円盤６）は強度を要せず、廉価な部材を使
用することが可能となる。請求項２の発明では、１つの
センサで方向を検出可能となるのみならず、平板に異な
る線を描けばよいので、スリットを照射する発行素子が
不要となる。また、同期信号を発生するためのスリット
なども不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の円盤形状を示す正面図である。

【図２】第１実施例の発生信号の波形を示す波形図であ
る。

【図３】第２実施例の円盤形状を示す正面図である。

【図４】第２実施例の発生信号の波形を示す波形図であ
る。

【図５】第３実施例の構造を示す内部断面図である。

【図６】第３実施例の操作内容を示す斜視図である。

【図７】第３実施例の発生信号の波形を示す波形図であ
る。

【図８】第４実施例の操作内容を示す斜視図である。

【図９】第４実施例の円盤形状を示す部分正面図であ
る。

【図１０】第５実施例の発生信号の波形を示す波形図で
ある。

【図１１】第５実施例の発生信号の波形を示す波形図で
ある。

【図１２】第５実施例の回路構成を示す回路図である。

【図１３】第６実施例の円盤構造を示す斜視図である。

【図１４】図１３の抵抗体の拡大図である。

【図１５】第６実施例の信号発生回路を示す回路図であ
る。

【図１６】第６実施例の発生信号の波形を示す波形図で
ある。

【図１７】第６実施例の発生信号の波形を示す波形図で
ある。

【図１８】第７実施例の構造を示す構造図である。

【図１９】第７実施例の操作内容を示す斜視図である。

【図２０】第７実施例の発生信号の波形を示す波形図で
ある。

【図２１】第７実施例の発生信号の波形を示す波形図で
ある。

【図２２】第８実施例の操作内容を示す斜視図である。

【図２３】従来例の円盤形状およびセンサ配置を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１回転軸２，６円盤３スリット４発光素子５受光素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 13/04 G01D 5/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体の移動に伴って、波形の異なる複数
の信号を予め定めた順序で発生させ、当該発生された信
号の発生順序を識別することにより前記物体の移動方向
を判別する移動方向検出方法において、前記波形の異なる複数の信号として、第１のパルス幅を
有する第１の信号と前記第１のパルス幅よりも小さい第
２のパルス幅を有する第２の信号を定めておき、２つの第１の信号が発生される間に複数の第２の信号を
発生させるとともに第１の方向に物体が移動する場合に
は、２つの第１の信号の間で発生する第２の信号の発生
数が増加するように第２の信号を発生させ、第１の方向とは異なる第２の方向に前記物体が移動する
場合には、前記２つの第１の信号の間で発生する第２の
信号の発生数が減少するように第２の信号を発生させ、さらに、連続的に発生される第１の信号または第２の信
号の信号発生間隔を等間隔とすることを特徴とする移動
方向検出方法。
【請求項２】物体の移動に伴って、波形の異なる複数
の信号を予め定めた順序で発生させ、当該発生された信
号の発生順序を識別することにより前記物体の移動方向
を判別する移動方向検出方法において、前記物体は平板の上を移動し、該平板の上には所定の方
向に描かれた第１の太さの線が互いに平行に複数配置さ
れ、該複数の第１の太さの線の中の互いに隣接する２つ
の第１の太さの線の間ごとに前記第１の太さよりも細い
複数の第２の太さの線が描かれており、前記複数の第２
の太さの線の本数は、前記所定方向とは直交する方向に
沿って増加し、前記移動体には前記第１の太さの線および前記第２の太
さの線を検出すると、太さに応じたパルス信号を発生す
る光電変換手段を具えており、前記光電変換手段により発生したパルス信号のパルス幅
および同じパルス幅のパルス信号の発生個数に基づい
て、前記物体の移動方向および移動量を検出することを
特徴とする移動方向検出方法。