JP3535764B2 - アブソリュートエンコーダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アブソリュートエ
ンコーダの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】角度を検出するためのセンサとして使用
されているアブソリュートエンコーダは、回転円板に角
度認識用マークを所定の角度間隔で形成し、この角度認
識用マークを読取ることによって前記回転円板の回転角
度を検出するように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記アブソリュートエ
ンコーダから出力される角度情報に基づいて機構要素の
角度を所定の角度に設定しようとした場合、設定された
角度に比較的大きな誤差が含まれることになる。なぜな
ら、上記アブソリュートエンコーダは、角度認識用マー
クが回転円板の周方向に沿って幅広に形成されるので、
その周方向幅に対応した誤差範囲を有するからである。
もちろん、上記角度認識用マークの配列角度間隔を密に
すれば上記誤差範囲が小さくなるが、これは該マークの
加工コストの増大や、読取り素子の配列ビット数の増加
に伴うコストの増大をもたらす。本発明の課題は、この
ような状況に鑑み、角度認識用マークの配列角度間隔を
密にすることなく、機構要素の角度を精度良く設定する
ことが可能なアブソリュートエンコーダを提供すること
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、回転円板
に角度認識用マークを所定の角度間隔で形成し、この角
度認識用マークを読取ることによって前記円板の回転角
度を検出するアブソリュートエンコーダであって、前記
回転円板の円周上に、前記角度認識用マークよりも前記
円板の周方向の幅を小さく設定した位置決め用マークを
前記所定の角度間隔で形成するとともに、該位置決め用
マークを読取るためのマーク読取り手段を前記円周に沿
って３個配設し、前記マーク読取り手段の配列間隔を、
前記位置決め用マークの配列間隔の整数倍の長さに所定
の許容角度検出誤差範囲分の長さを付加した大きさに設
定している。第２の発明は、第１の発明において、前記
許容角度検出誤差範囲分の長さを、前記位置決め用マー
クの前記円周方向の幅に設定している。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るアブソリュ
ートエンコーダの実施形態を示した平面図である。この
アブソリュートエンコーダＡＥは、角度認識用マークＭ
１〜Ｍ３および位置決め用マークＭ４を形成した遮光性
の回転円板１０と、上記マークＭ１〜Ｍ３およびＭ４を
読取るために設けた読取ブロック２０とを備えている。

【０００６】角度認識用マークＭ１，Ｍ２およびＭ３
は、それぞれ円板１０における等角度分割ラインＬ０〜
Ｌ６と同心円弧ラインＣ１〜Ｃ３の交点位置に設けら
れ、また位置決め用マークＭ４は、等角度分割ラインＬ
Ａ，Ｌ０〜Ｌ６，ＬＢと円弧ラインＣ４の交点位置に設
けられている。これらのマークＭ１〜Ｍ３は、円板１０
を貫通する方形状の孔からなり、該円板１０の周方向に
その長手軸線が沿っている。また、マークＭ４は円板１
０を貫通する細孔からなり、その径はマークＭ１〜Ｍ３
の長手方向長に比して格段に小さい。なお、マークＭ
１，Ｍ２およびＭ３には、それぞれ２０ ，２１ およ
び２２の重みを持たせてある。また、この実施形態にお
いては、等角度分割ラインＬＡ，Ｌ０〜Ｌ６およびＬＢ
による分割角度θを１０°に設定してある。

【０００７】図１のＡ−Ａ断面図である図２に示すよう
に、読取ブロック２０は、円板１０の径方向に配列する
投光素子２１，２２，２３および２４Ｃと、円板１０を
挟んで該投光素子２１，２２，２３および２４Ｃにそれ
ぞれ対向して配列する受光素子２１′，２２′，２３′
および２４Ｃ′とを備えている。なお、投光素子２１，
２２，２３および２４Ｃには、例えば発光ダイオードが
適用され、また、受光素子２１′，２２′，２３′およ
び２４Ｃ′には、例えばフォトトランジスタが適用され
る。

【０００８】投光素子２１，２２および２３は、それぞ
れ図１に示した円弧ラインＣ１，Ｃ２およびＣ３上に位
置している。したがって、上記マークＭ１，Ｍ２および
Ｍ３は、円板１０の回転に伴って素子２１，２１′間、
素子２２，２２′間および素子２３，２３′間をそれぞ
れ移動することになる。そして、例えば、素子２１，２
１′間にマークＭ１が介在した状態では、素子２１から
投射された光が該マークＭ１を介して素子２１′に入射
し、その結果、該素子２１′がオンする。

【０００９】一方、図１のＢ−Ｂ断面図である図８に示
すように、読取ブロック２０には、上記投光素子２４Ｃ
の左右に位置した投光素子２４Ｌ，２４Ｒと、円板１０
を挟んでこの投光素子２４Ｌ，２４Ｒと対向する受光素
子２４Ｌ′，２４Ｒ′とを備えている。投光素子２４
Ｌ，２４Ｃおよび２４Ｒは、それぞれ図１に示した円弧
ラインＣ４上に位置し、その配列間隔は、図８に示すよ
うに、前記位置決め用マークＭ４の配列間隔αに微少距
離Δα（この例では、マークＭ４の径の距離）を付加し
た大きさに設定されている。

【００１０】円弧ラインＣ４上のマークＭ４は、円板１
０の回転に伴って素子２４Ｌ，２４Ｌ′間、素子２４
Ｃ，２４Ｃ′間および素子２４Ｒ，２４Ｒ′間を移動す
ることになる。そして、例えば、図８に示すように、素
子２４Ｃ，２４Ｃ′間にマークＭ４が介在した状態にお
いては、素子２４Ｃから投射された光が該マークＭ４を
介して素子２４Ｃ′に入射し、その結果、該素子２４
Ｃ′がオンする。

【００１１】図３は、移動通信用の基地局に設置するア
レーアンテナ３０を示している。このアンテナ３０の各
放射素子３０ａ〜３０ｆは、これらに対して各別に設け
られた可変位相器３１ａ〜３１ｆと分配合成器３２とを
介して無線機３３に接続されている。アンテナ３０の放
射ビームのチルト角を変化させる場合には、可変位相器
３１ａ〜３１ｆによって分配合成器３２の各出力の位相
を変化させる。すなわち、例えば、可変位相器３１ａ，
３１ｂ，・・・３１ｆによって分配合成器３２の各出力
の位相をそれぞれ１０°，２０°，・・・６０°だけ変
化させれば、図示のように放射ビームのチルト角が変化
する。

【００１２】可変位相器３１ａ〜３１ｆは、それらを連
動させる共通の駆動軸３４を備えており、この駆動軸３
４の回転角を駆動装置３５で変化させることにより、そ
れぞれの位相変化量が同時に設定される。なお、可変位
相器３１ａ〜３１ｆの構成は従来公知であるので、ここ
では、それについての説明を省略する。上記駆動軸３４
の回転角を制御するためには、該回転角を検出する角度
センサを必要とする。上記アブソリュートエンコーダＡ
Ｅは、この角度センサとして適用することができ、この
場合、上記駆動軸３４が前記円板１０の駆動軸１０ａに
なる。

【００１３】コントローラ３６は、上記アブソリュート
エンコーダＡＥの出力に基づいて駆動装置３５を制御す
るものであり、図４に示す手順を実行して上記アンテナ
３０の放射ビームのチルト角を変化させる。この手順で
は、まず、図２に示した素子２１，２１′，２２，２
２′および２３，２３′によるマークＭ１，Ｍ２および
Ｍ３の読取り結果に基づいて、現在の駆動軸３４の回転
角を認識する（ステップ１００）。すなわち、図１は、
駆動軸３４が３０°回転した状態を示しているが、この
場合、受光素子２１′，２２′が共にオフし、受光素子
２３′がオンした状態になる。そこで、これらの素子の
出力状態から、現在の駆動軸３４の回転角３０°を認識
する。

【００１４】次に、駆動軸３４の目標回転角と現在角と
に基ずいて、該駆動軸３４の回転方向を決定するととも
に（ステップ１０１）、決定された回転方向が正転方向
であるか否かについて判断する（ステップ１０２）。い
ま、例えば、目標回転角が６０°であるとすると、現在
角が３０°であることから、ステップ１０１において駆
動軸３４の回転方向が正転方向（図１における反時計回
り方向）であると決定される。そして、この場合、ステ
ップ１０２の判断結果はＹＥＳになる。

【００１５】そこで、駆動装置３５のアクチュエータ
（例えば、直流モータ）を作動して、駆動軸３４を正転
方向に回転させる（ステップ１０３）。これに伴い、図
８に示す円板１０のマークＭ４は右方向に移動すること
になる。図１に示したマークＭ１〜Ｍ３の配列態様から
明らかなように、駆動軸３４が目標角６０°まで回転す
ると、受光素子２１′，２２′および２３′がすべてオ
ンすることになる。そこで、これらの受光素子の出力状
態に基づいて駆動軸３４が目標角６０°まで回転したか
否かを判断する（ステップ１０４）。そして、目標角６
０°までの回転が判断されると、駆動装置３５を減速し
て、それまでよりも低速で駆動軸３４を正転させる（ス
テップ１０５）。

【００１６】なお、上記受光素子２１′，２２′および
２３′が全てオンする時点は、図１に示すマークＭ１，
Ｍ２およびＭ３の一端部がそれぞれ投光素子２１，２２
および２３の光軸位置にさしかかった時点である。この
時点では、図６に示すように、投光素子２４Ｃの光軸が
この光軸に最も近いマークＭ４の右方側に位置し（この
ときのずれ量は、マークＭ１の半幅程度である）、した
がって、受光素子２４Ｃ′はオフした状態にある。

【００１７】上記低速での駆動軸３４の回転に伴って、
図７に示すように受光素子２４Ｌ′がオンし、ついで、
図８に示すように受光素子２４Ｃ′がオンすることにな
る。そこで、ステップ１０６および１０７で受光素子２
４Ｌ′および２４Ｃ′がオンしたか否かをそれぞれ判断
し、該受光素子２４Ｃ′のオン動作が判断された時点で
駆動装置３５のアクチュエータを停止させる（ステップ
１０８）。

【００１８】次に、受光素子２４Ｒ′がオンしたか否か
を判断する（ステップ１０９）。そして、この受光素子
２４Ｒ′がオンしないと判断された場合には、上記駆動
軸３４が距離±Δα／２（図８参照）に相当する角度誤
差範囲内で目標回転角６０°に精度良く位置決めされた
ことになる。

【００１９】一方、慣性等のために上記駆動軸３４がオ
ーバランした場合には、受光素子２４Ｃ′のオン後、受
光素子２４Ｒ′がオンすることになるので、ステップ１
０９の判断結果がＹＥＳになる。そこで、駆動装置３５
を作動して駆動軸３４を低速で逆転作動させるとともに
（ステップ１１０）、受光素子２４Ｃ′が再びオンした
か否かを判断し（ステップ１１１）、そのオンが判断さ
れると、駆動装置３５を停止させる（ステップ１１
２）。

【００２０】つぎに、受光素子２４Ｌ′がオンしたか否
か、つまり、駆動軸３４が逆の方向にオーバランしたか
否かを判断する（ステップ１１３）。そして、受光素子
２４Ｌ′がオンしないと判断された場合には、上記駆動
軸３４が上記±Δα／２に相当する角度誤差範囲内で目
標回転角に精度良く位置決めされたことになるので手順
を終了する。また、上記逆方向のオーバランが判断され
た場合には、 手順がステップ１０５にリターンされ、
以後、ステップ１０９もしくはステップ１１３の判断結
果がＮＯになるまでステップ１０５〜ステップ１１３の
手順がくり返し実行される。

【００２１】上記手順によれば、最終的に受光素子２４
Ｃ′がオンし、受光素子２４Ｌ′および２４Ｒ′が共に
オフした図８に示す状態になるように駆動軸３４の回転
角が制御されるので、該駆動軸３４が目標回転角に極め
て精度良く位置決めされることになる。そして、この駆
動軸３４の位置決めによって前記アンテナ３０のビーム
チルト角がその位置決め角度に対応した角に設定され
る。なお、ステップ１０２で、駆動軸３４が逆転方向に
回転されると判断された場合には、図５に示すように、
ステップ１０３′〜１１３′の手順が実行される。この
手順は、図４に示したステップ１０３〜１１３の手順に
準じた内容を有するので、ここでは、その説明を省略す
る。

【００２２】ところで、図８に示した距離Δαは、上記
アブソリュートエンコーダＡＥの位置決め角度誤差を規
定し、該距離Δαが小さい程、この角度誤差が小さくな
る。例えば、図９に示すように、上記距離Δαをマーク
Ｍ４の径の１／２もしくはそれよりも若干小さく設定す
れば、上記誤差範囲が極めて小さくなる。なお、この図
９の例では、受光素子２４Ｌ′、２４Ｃ′および２４
Ｒ′が全てオンするように駆動軸３４の角度が最終調整
されることになる。

【００２３】上記距離Δαは、駆動軸およびそれに連結
される負荷の慣性、位置決め精度の要求高さ等を勘案し
て適宜設定される。すなわち、例えば、慣性が大きい場
合には、前記オーバラン現象が繰り返されて回動軸３４
が目標角度に制定されるまでに時間を要する虞があるの
で、上記距離Δαを大き目に設定する。

【００２４】なお、図８および図９に示した例では、素
子２４Ｃ（２４Ｃ′）に対して素子２４Ｌ（２４Ｌ′）
および２４Ｒ（２４Ｒ′）を隣接して配設しているが、
これらの図に鎖線で示したように、素子２４Ｃ（２４
Ｃ′）に対して素子２４Ｌ（２４Ｌ′）および２４Ｒ
（２４Ｒ′）を離隔して配設しても良い。また、素子２
４Ｌ（２４Ｌ′）および２４Ｒ（２４Ｒ′）は、素子２
４Ｃ（２４Ｃ′）に対して必ずしも対称な位置に配設し
なくても良い。

【００２５】上記アブソリュートエンコーダＡＥは、図
３に示した移相器３１の駆動軸３４の回転角度制御に適
用しているため、その検出角度範囲が０ないし６０°に
限定されているが、もちろん、３６０°の角度検出に適
用できるように構成することも可能である。また、上記
アブソリュートエンコーダＡＥでは、マークＭ１ないし
Ｍ３およびマークＭ４を貫通穴によって形成している
が、これらのマークを遮光性材料で形成しても良い。そ
の場合、受光素子２１′〜２３′，２４Ｌ′，２４Ｃ′
および２４Ｒ′は、マークによって遮光されることにな
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、回転円板の円周上に、
角度認識用マークよりも該記円板の周方向の幅を小さく
設定した位置決め用マークを所定の角度間隔で形成する
とともに、該位置決め用マークを読取るためのマーク読
取り手段を前記円周に沿って３個配設し、この第２の読
取り手段の配列間隔を、位置決め用マークの配列間隔の
整数倍の長さに所定の許容角度検出誤差範囲分の長さを
付加した大きさに設定している。したがって、機構要素
の角度を所定の角度に設定する場合の角度確認手段とし
て適用すれば、第２の読取り手段による位置決め用マー
クの読取り結果に基づいて、該機構要素の角度を精度良
く設定することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアブソリュートエンコーダに用い
る回転円板の構成を例示した平面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】アレーアンテナのビームチルト角を制御する手
段を例示したブロック図。

【図４】図３に示すコントローラにおいて実行される制
御手順の一部分を例示したフローチャート。

【図５】上記制御手順の他部分を例示したフローチャー
ト。

【図６】位置決め用マークの読取り態様を示した断面
図。

【図７】位置決め用マークの他の読取り態様を示した断
面図。

【図８】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図９】位置決め用マークを読取る素子の配列間隔を変
化させた状態を示す断面図。

【符号の説明】

Ｍ１〜Ｍ３，Ｍ４ マーク １０ 回転円板 ２０ 読取ブロック ２１〜２３，２４Ｌ，２４Ｃ，２４Ｒ 投光素子 ２１′〜２３′，２４Ｌ′，２４Ｃ′，２４Ｒ′ 受光
素子 ３０ アレーアンテナ ３０ａ〜３０ｆ 放射素子 ３１ａ〜３１ｆ 移相器 ３４ 駆動軸 ３５ 駆動装置 ３６ コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−32958（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−1912（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/62

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転円板に角度認識用マークを所定の角
   度間隔で形成し、この角度認識用マークを読取ることに
   よって前記円板の回転角度を検出するアブソリュートエ
   ンコーダであって、 前記回転円板の円周上に、前記角度認識用マークよりも
   前記円板の周方向の幅を小さく設定した位置決め用マー
   クを前記所定の角度間隔で形成するとともに、該位置決
   め用マークを読取るためのマーク読取り手段を前記円周
   に沿って３個配設し、 前記読取り手段の配列間隔を、前記位置決め用マークの
   配列間隔の整数倍の長さに所定の許容角度検出誤差範囲
   分の長さを付加した大きさに設定したことを特徴とする
   アブソリュートエンコーダ。
2. 【請求項２】 前記許容角度検出誤差範囲分の長さが、
   前記位置決め用マークの前記円周方向の幅に設定されて
   いることを特徴とする請求項１に記載のアブソリュート
   エンコーダ。