JP3723716B2

JP3723716B2 - Rotary encoder

Info

Publication number: JP3723716B2
Application number: JP2000079298A
Authority: JP
Inventors: 潤一蔵谷
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: JP2001264111A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯電話の音量調節の操作等に用いられ、回転方向と回転角度とを検出する回転角検出装置に用いられるロータリーエンコーダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は従来の回転角検出装置の回路図である。図１２に示すように、ロータリーエンコーダー３１の第一のホトトランジスタ３５と第二のホトトランジスタ３７とはコントローラー３８に接続されている。コントローラー３８は、第一のホトトランジスタ３５と第二のホトトランジスタ３７との出力からロータリーエンコーダー３１の回転方向と回転角度を演算する。
【０００３】
図１３は従来の回転角検出装置に用いられているロータリーエンコーダー３１を示す斜視図である。図１３において従来のロータリーエンコーダー３１は複数のスリット３３が円周に沿って等間隔に形成された回転円盤３２と、回転円盤３２を挟むように対向して配設された第一の発光ダイオード３４及び第一のホトトランジスタ３５と、回転円盤３２を挟むように対向して配設された第二の発光ダイオード３６及び第二のホトトランジスタ３７とを備えている。
【０００４】
第一の発光ダイオード３４から出た光は回転円盤３２の回転に伴いスリット３３が光路を横切る間は、第一のホトトランジスタ３５に入射し、スリット３３が通り過ぎ次のスリット３３が光路を横切るまでの間は、遮断されて第一のホトトランジスタ３５に入射することはない。同様に第二の発光ダイオード３６から出た光は、第二のホトトランジスタ３７に入射する。従って、回転円盤３２を回転させると第一のホトトランジスタ３５から、回転円盤３２の回転角に比例した数のパルス信号、即ち、第一の発光ダイオード３４と第一のホトトランジスタ３５の間を通過したスリット３３の数に対応するパルス信号が出力される。同様に第二のホトトランジスタ３７からパルス信号が出力されるが、第一のホトトランジスタ３５に光が入射するタイミングと、第二のホトトランジスタ３７に光が入射するタイミングは若干ずれるように第一のホトトランジスタ３５と第二のホトトランジスタ３７とを取り付けてあるので、第一のホトトランジスタ３５と第二のホトトランジスタ３７とから出力されるパルス信号のタイミングがずれるようになっている。このパルス信号のタイミングのずれ方によって回転円盤３２の回転方向が分かる。
【０００５】
図１４に示すように、回転円盤３２が右回転すると、第一のホトトランジスタ３５から出力されるパルス信号Ａが第二のホトトランジスタ３７から出力されるパルス信号Ｂより先行する。また図１８に示すように、回転円盤３２が左回転すると、第一のホトトランジスタ３５の出力するパルス信号Ａが第二のホトトランジスタ３７の出力するパルス信号Ｂより遅れる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上の構成においては、ロータリーエンコーダー３１からコントローラー３８へ２つの入力ポートが必要となる。この為、コントローラー３８が複雑となり、コントローラー３８の小型化の妨げとなっていた。
【０００７】
そこで、本発明のロータリーエンコーダーはロータリーエンコーダーからコントローラーへの入力ポートを１つにして、コントローラーの小型化を容易にするロータリーエンコーダーを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
回転可能に保持された回転板と、少なくとも３つの摺動子を有する絶縁基台とを備え、
前記回転板の一方の面には、導電体からなり互いに同心円上に形成された第一と第二の環状パターンと、導電体からなり前記第一の環状パターンと前記第二の環状パターンとの間に設けられ、円周上に沿って間隔をおいて配設された複数の切換用パターンと、導電体からなり前記第一の環状パターンと前記切換用パターンとを接続する第一の接続パターンと、導電体からなり前記第二の環状パターンと前記切換用パターンとを接続する第二の接続パターンとを有し、前記第一及び第二の環状パターンと、前記複数の切換用パターンとの、少なくとも何れか一方が抵抗体で形成され、前記摺動子は、前記絶縁基台に取付けられ、第一の摺動子は、前記第一の環状パターンに摺接し、第二の摺動子は、前記切換用パターンに摺接し、第三の摺動子は、前記第二の環状パターンに摺接する。
【０００９】
前記各切換用パターンの一端に前記第一の接続パターンが接続され、前記各切換用パターンの他端に前記第二の接続パターンが接続される。
【００１０】
前記第一の環状パターンと、前記第二の環状パターンと、前記切換用パターンと、前記第一の接続パターンと、前記第二の接続パターンとが抵抗体で一体に形成されている。
【００１１】
前記３つの摺動子の接続部は、前記回転板の一つの半径上に併設して配置された。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の回転角検出装置の一実施形態を図１から図１１に基づいて説明する。図１は回転角検出装置のブロック図であり、図２はロータリーエンコーダーの分解斜視図であり、図３は、ロータリーエンコーダーの断面図であり、図４は回転部材の背面図であり、図５は、図４の５−５線における断面図であり、図６は、回転板の背面図であり、図７は絶縁基台の正面図であり、図８は、絶縁基台の背面図であり、図９は、取付板の正面図であり、図１０は、ロータリーエンコーダーの出力値を示すグラフであり、図１１は、演算処理部の動作を示すフローチャートである。
【００１３】
図１に示すように回転角検出装置はロータリーエンコーダー１とバイアス抵抗２ａ、２ｂと、コントローラー３とからなる。ロータリーエンコーダー１には、図示せぬ定電圧源から例えば５［Ｖ］（＋Ｂ）の電圧が印加され、ロータリーエンコーダー１からコントローラー３に回転角に応じた電圧が出力される。コントローラー３は、Ａ／Ｄ変換器４と、演算処理部（ＣＰＵ）５と、書き換え可能な第一の記憶装置（ＲＡＭ）６と不揮発性の第二の記憶装置（ＰＲＯＭ）７とを有している。
【００１４】
図２に示すように、ロータリーエンコーダー１は、ピン８と、回転部材９と、回転板１０と、絶縁基台１２と、取付板１４とからなっている。
【００１５】
図２，図３に示すように、軸部であるピン８は、後述する回転部材９の中心孔９ｂに嵌入される。
【００１６】
回転部材９は、図４、図５に示すように外周縁に凹凸部９ａを有する略円形の薄い合成樹脂からなり、その中央に形成された上下に貫通する中心孔９ｂを有している。また、裏面には後述する回転板１０を回転部材９に固定するための外側固定筒９ｃと内側固定筒９ｄとを備えている。外側固定筒９ｃの外周端面は交互の凹凸からなる波形のクリック溝９ｅを有している。
【００１７】
回転板１０は、図６（ａ）に示すように外周に切欠１０ａを有し、中央には中心孔１０ｂを有する略円形の樹脂からなる絶縁基板で構成され、表面にはカーボンを含む抵抗体のパターン１１が設けられている。パターン１１は、互いに同心円上に形成された第一と第二の環状パターン１１ａ、１１ｂと、第一の環状パターン１１ａと第二の環状パターン１１ｂとの間に設けられ、円周上に沿って間隔をおいて配設された複数の切換え用パターン１１ｃと、第一の環状パターン１１ａと切換え用パターン１１ｃの一端とを接続する第一の接続パターン１１ｄと、第二の環状パターン１１ｂと切換え用パターン１１ｃの他端とを接続する第二の接続パターン１１ｅとから構成される。第一の環状パターン１１ａと第二の環状パターン１１ｂと切換え用パターン１１ｃとは同心円となっている。各切換え用パターンの間は、抵抗体が塗布されていない分離部１１ｆによって基板面が露出し、絶縁物となっている。そして、この回転板１０は、回転部材９の外側固定筒９ｃと内側固定筒９ｄとの間に挿入される。回転部材９の外側固定筒９ｃは、回転板１０の切欠１０ａに合わせた形状となっているので、回転板１０は、回転部材９と共回りするようになっている。
【００１８】
絶縁基台１２は、樹脂からなり、略円形となっており、図２、図７、図８に示すように、円板状の板体１２ａと、板体１２ａの外周囲に隆起して形成されたリング上の壁部１２ｂを有し、板体１２ａには上下に貫通する四角形状の孔１２ｃと、中央に形成され上下に貫通する中心孔１２ｄが設けられ、板体１２ａと壁部１２ｂの間には、略台形の貫通孔１２ｅが形成されている。孔１２ｃ内には、摺動部１３が取り付けられる。そして、貫通孔１２ｅは、真ん中に板体１２ａ側に切欠形成された凹部１２ｆを有している。また、板体１２ａの下面において、貫通孔１２ｅの略中央から板体１２ａの中心に向かって形成された突起１２ｇが形成されている。そして、絶縁基台１２は、その中心孔１２ｄにピン８が挿通されることによって、回転部材９と回転板１０とを回転可能に保持する。
【００１９】
摺動部１３は金属製の薄板からなり、第一の摺動子１３ａと第二の摺動子１３ｂと第三の摺動子１３ｃとを有している。第一の摺動子１３ａは、第一の取付部１３ｄを介して第一の端子１３ｇと第二の端子１３ｈとに繋がって形成されている。また、第二の摺動子１３ｂは、第二の取付部１３ｅを介して第三の端子１３ｉに繋がって形成され、第三の摺動子１３ｃは、第三の取付部１３ｆを介して第四の端子１３ｊに繋がって形成されている。そして、各取付部１３ｄ〜１３ｆは絶縁基台１２の板体１２ａにインサート成形によって埋設されて取り付けられ、各端子１３ｇ〜１３ｊは絶縁基台１２の外側から突出する状態で固定されている。また、各摺動子１３ａ〜１３ｃは、僅かに折れ曲がっており、各摺動子１３ａ〜１３ｃが孔１２ｃから外方へ突出する。そして、ロータリーエンコーダー１が組み立てられると、各摺動子１３ａ〜１３ｃは回転板１０のパターン１１と対向し、第一の摺動子１３ａが第一の環状パターン１１ａに摺接し、第二の摺動子１３ｂが切換え用パターン１１ｃに摺接し、第三の摺動子１３ｃが第二の環状パターン１１ｂに摺接する。回転板１０が回転すると各摺動子１３ａ〜１３ｃは回転板１０上を相対的に摺動するようになっている。
【００２０】
取付板１４は、クリック感を出すためにロータリーエンコーダー１に取り付けられる。取付板１４は、図９に示すように、金属製の薄板からなり、小判型の平板状の基部１４ａと、基部１４ａの一端から垂直に折り曲げられ、中央部に矩形状の第一の孔１４ｂを設けて形成されたアーム部１４ｄを有すると共に、基部１４ａにはその略中央に形成された円形の孔１４ｅと、先端に形成された突出部１４ｆを有している。また、アーム部１４ｄの略中央には半円柱状の凸部１４ｇが形成されている。また、基部１４ａには、第一の孔１４ｂの中央から孔１４ｅに向かって、第一の孔に１４ｂ繋がる細長の第二の孔１４ｃが形成されている。
【００２１】
そして、取付板１４の孔１４ｅにピン８が挿通され、カシメ等の適宜手段によって取り付けられ、ロータリーエンコーダー１が構成される。この時、アーム部１４ｄは、板体１２ａの貫通孔１２ｅに挿通されていると共に、凸部１４ｇの下端部は貫通孔１２ｅに隣接する凹部１２ｆの底面に位置した状態になっている。また、第二の孔１４ｃは絶縁基台１２の板体１２ａの下面に設けられた突起１２ｇに係合された状態となっており、これによって取付板１４の位置決めがなされている。また、アーム部１４ｄに形成された凸部１４ｇは、回転部材９の外側固定筒９ｃの端面に形成されたクリック溝９ｅに弾接した状態となっている。そして、回転部材９を回転させると、クリック溝９ｅとアーム部１４ｄの凸部１４ｇが係合離脱を繰り返し、クリック感触を作動者に与えるようになっている。
【００２２】
次に、本発明の回転角検出装置の動作について説明する。第一の摺動子１３ａには、第一と第二の端子１３ｇ、１３ｈを介して、定電圧が印加されており、第二の摺動子１３ｂは第三の端子１３ｉを介してＡ／Ｄ変換器４に接続されており、第三の摺動子１３ｃは、第四の端子１３ｊを介して接地されている。第一の摺動子１３ａと第三の摺動子１３ｃとを結ぶパターン１１の最短の長さは変わらないが、第二の摺動子１３ｂと第一の摺動子１３ａとを接続するパターンの長さと、第二の摺動子１３ｂと第三の摺動子１３ｃとを接続するパターン１１の長さとが、回転板１０の回転によって変化するため、回転板１０を右回りに回したときは、ロータリーエンコーダー１の第三の端子１３ｉからＡ／Ｄ変換器４へ図１０（Ａ）のような鋸波状の電圧が出力される。また、回転板１０を左回りに回したときは、ロータリーエンコーダー１の第三の端子１３ｉからＡ／Ｄ変換器４へ図１０（Ｂ）のような鋸波状の電圧が出力される。尚、分離部１１ｆ上に第二の摺動子１３ｂが摺接した場合には、バイアス抵抗２ａにより、第三の端子１３ｉの電圧は０Ｖとなる。
【００２３】
Ａ／Ｄ変換器４ではロータリーエンコーダー１の出力する電圧をデジタルデータに変換して、演算処理部５へ出力する。演算処理部５では、図１１のフローチャートに示す手順で演算を行って、ロータリーエンコーダー１の回転方向を判定する。
【００２４】
次に演算処理部５の演算について図１０（Ａ）、（Ｂ）、図１１のフローチャートを参照して説明する。回転角検出装置の電源が入ると、Ｓ１に示すように、初期値として、第一のデータＹと第二のデータＺとに０が入力され、第一の記憶装置６に記憶される。第一のデータＹと第二のデータＺとは後述するように、任意の時刻におけるロータリーエンコーダー１が出力する電圧の大きさに対応する電圧階層をしめすデータと、任意の時刻から所定時間後におけるロータリーエンコーダー１が出力する電圧の大きさに対応する電圧階層をしめすのデータとが格納される。
【００２５】
次に、Ｓ２に示すようにＡ／Ｄ変換器４よりデジタルデータが演算処理部５に入力され、電圧データＸにその値を格納するので、電圧データＸには、ロータリーエンコーダー１が出力する電圧の大きさが格納されることになる。
【００２６】
そして、Ｓ３からＳ８に示す手順によって、演算処理部５は、電圧データＸの値を閾値ｔｈ１〜ｔｈ６の値と比較して、３つの電圧階層に分類する。ｔｈ１〜ｔｈ６の値は、例えば、ロータリーエンコーダー１に電圧が５Ｖ印加されている場合には下記のような値（Ｖ）に予め設定され、第二の記憶装置７に記憶されている。
ｔｈ１＝４．５ｔｈ２＝３．４ｔｈ３＝３．０ｔｈ４＝２．０ｔｈ５＝１．６ｔｈ６＝０．５
【００２７】
もし、ｔｈ１＞Ｘ＞ｔｈ２であれば、ロータリーエンコーダー１の出力が第一の電圧階層にあると分類し、第二のデータＺにＡを入力する。また、ｔｈ３＞Ｘ＞ｔｈ４であれば、第二の電圧階層にあると分類し、第二のデータＺにＢを入力する。ｔｈ５＞Ｘ＞ｔｈ６であれば第三の電圧階層にあると分類し第二のデータＺにＣを入力する。また、上記の条件に当てはまらない場合には、第二のデータＺの値を変更しない。第二のデータは第一の記憶装置６に格納される。
【００２８】
尚、第一の電圧階層と第二の電圧階層との間、及び第二の電圧階層と第電圧三の階層との間、及び第一の電圧階層より上側の領域と、第三の電圧階層より下側の領域とは、鋸歯状波電圧を分類しない領域となっており、電源電圧が多少変動しても、誤動作が起きないようになっている。つまり、回転角検出装置はソフトウェア的に不感帯を持っていることになる。尚、隣り合う電圧階層の間に不感帯を持てば良いので、第一の電圧階層の上側、或いは、第三の電圧階層の下側の一方は削除しても良い。
【００２９】
次に、演算処理部５は、Ｓ９に示すように第一のデータＹが０か否かを判断する。電源が入った直後の第一のデータＹの値は０なので、Ｓ１６に進み、第一のデータＹに第二のデータＺの値を入力し、第一の記憶装置６に記憶し、Ｓ１７に示すように、所定時間待機後に、Ｓ２に戻る。
【００３０】
ここでＳ１７における待機時間は、一つの階層内で必ず１度以上、計測できるように十分に短い時間に設定する。
【００３１】
Ｓ２に戻ってからは、再びＡ／Ｄ変換器４から入力されるデジタルデータを電圧データＸに格納する。そして、再び、Ｓ３からＳ８に示すように、演算処理部５は、電圧データＸの値を閾値ｔｈ１〜ｔｈ６の値と比較して、３つの電圧階層に分類し、第二のデータＺにＡ、Ｂ，Ｃの何れかの値を入力する。この時点で、回転角検出装置の電源を入れた瞬間のロータリーエンコーダー１の出力に対応した電圧階層は第一のデータＹに記憶されており、回転角検出装置の電源を入れた瞬間から所定時間後のロータリーエンコーダー１の出力に対応した電圧階層は、第二のデータＺに記憶されていることになる。また、第一のデータＹと第二のデータＺとは、第一の記憶装置６に記憶される。
【００３２】
もし、回転角検出装置の電源を入れた瞬間のロータリーエンコーダー１の出力が不感帯に該当していた場合には、Ｓ９からＳ１６に進み、前述の手順を繰り返す。もし、回転角検出装置の電源を入れた瞬間のロータリーエンコーダー１の出力が不感帯に該当していなければ、Ｓ１０に進む。
【００３３】
Ｓ１０では、第一のデータＹと第二のデータＺとが一致するかどうかを判断する。もし、第一のデータＹと第二のデータＺとが一致した場合には、回転板１０が回転しなかったと判断し、Ｓ１１に進み、回転方向データＡに０を入力する。もし、第一のデータＹと第二のデータＺとが一致しなかった場合には、Ｓ１２に進む。
【００３４】
Ｓ１２では、第一のデータＹと第二のデータＺとの組み合わせをあらかじめ第二の記憶装置７に記憶された回転方向テーブル（Ｓ１２中の表参照）と比較し、一致した場合には、回転板１０が右回りに回転したと判断しＳ１３に進み、回転方向データＡに１を入力する。もし、第一のデータＹと第二のデータＺとの組み合わせが回転方向対応表に記載されていない組み合わせであれば、回転板１０が左回りに回転したと判断しＳ１４に進み、回転方向データＡに−１を入力する。従って、回転板１０が右回りに回った場合には、回転方向データＡは１となり、左回りに回った場合には、回転方向データＡが−１となり、回転しなかった場合には回転方向データＡが０となる。
【００３５】
次にＳ１５に進み、回転方向データＡを図示せぬ携帯電話の本体等へ出力する。
【００３６】
その後、Ｓ１６にしめすように、第一のデータＹを第二のデータＺの値に書き換え、第一の記憶装置６に記憶し、Ｓ１７に示すように、所定時間待機後に、Ｓ２に戻る。
【００３７】
その後は、回転角検出装置の電源が切れるまで、上記の手順を繰り返すことによって、任意の時刻と任意の時刻から所定時間後とに対応する電圧階層のデータを比較することにより、回転板１０の回転方向を判定する。
【００３８】
図６（ｂ）は、本発明のロータリーエンコーダー１に用いられる回転板１０の変形例であり、第一の環状パターン１１ａと第二の環状パターン１１ｂとが銀箔で形成され、切換え用パターン１１ｃと、第一の接続パターン１１ｄと、第二の接続パターン１１ｅが抵抗体で形成されている。このような構成であっても、ロータリーエンコーダー１から鋸波が出力される。但し、全ての抵抗体に均一に電流が流れるので消費電力が多くなってしまうが上記第一の実施の形態ではそのようなことはない。
【００３９】
図６（ｃ）は、本発明のロータリーエンコーダー１に用いられる回転板１０の変形例であり、第一の環状パターン１１ａと第二の環状パターン１１ｂとが抵抗体で形成され、切換え用パターン１１ｃと、第一の接続パターン１１ｄと、第二の接続パターン１１ｅが抵抗銀箔で形成されている。このような構成であっても、ロータリーエンコーダー１から鋸波が出力される。
【００４０】
【発明の効果】
本発明のロータリーエンコーダーに於いては、回転板の一方の面には、導電体からなり互いに同心円上に形成された第一と第二の環状パターンと、導電体からなり第一の環状パターンと第二の環状パターンとの間に設けられ、円周上に沿って間隔をおいて配設された複数の切換用パターンとを有し、第一及び第二の環状パターンと、複数の切換用パターンとの、少なくとも何れか一方が抵抗体で形成され、摺動子は、絶縁基台に取付けられ、第一の摺動子は、第一の環状パターンに摺接し、第二の摺動子は、切換用パターンに摺接し、第三の摺動子は、第二の環状パターンに摺接されるので、ロータリーエンコーダーから鋸波が出力され、ロータリーエンコーダーとコントローラーとを１本の線で接続でき、コントローラーの端子の本数を少なくできる。
【００４１】
また、各切換用パターンの一端に第一の接続パターンが接続され、各切換用パターンの他端に第二の接続パターンが接続されるので各切換え用パターンの一端から他端まで有効に活用できる。
【００４２】
また、第一の環状パターンと、第二の環状パターンと、切換用パターンと、第一の接続パターンと、第二の接続パターンとが抵抗体で一体に形成されているので一工程で各パターンのを一体に形成できる。
【００４３】
また、３つの摺動子の接続部は、回転板の一つの半径上に並設して配置されたので、１箇所に摺動子がまとまり組立が簡略となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転角検出装置のブロック図である。
【図２】本発明の回転角検出装置に係るロータリーエンコーダーの分解斜視図である。
【図３】本発明の回転角検出装置に係るロータリーエンコーダーの断面図である。
【図４】本発明の回転角検出装置に係る回転部材の背面図である。
【図５】本発明の回転角検出装置に係る回転部材の断面図である。
【図６】本発明の回転角検出装置に係る回転板の背面図である。
【図７】本発明の回転角検出装置に係る絶縁基台の正面図である。
【図８】本発明の回転角検出装置に係る絶縁基台の背面図である。
【図９】本発明の回転角検出装置に係る取付板の正面図である。
【図１０】本発明の回転角検出装置に係るロータリーエンコーダーの出力値を示すグラフである。
【図１１】本発明の回転角検出装置に係る演算処理部の動作を示すフローチャートである。
【図１２】従来の回転角検出装置に係るブロック図である。
【図１３】従来の回転角検出装置に係るロータリーエンコーダーの斜視図である。
【図１４】従来の回転角検出装置に係るロータリーエンコーダーの出力値を示すグラフである。
【図１５】従来の回転角検出装置に係るロータリーエンコーダーの出力値を示すグラフである。
【符号の説明】
１ロータリーエンコーダー
２ａ、２ｂバイアス抵抗
３コントローラー
４Ａ／Ｄ変換器
５演算処理部
６第一の記憶装置
７第二の記憶装置
８ピン
９回転部材
９ａ凹凸部
９ｂ中心孔
９ｃ外側固定筒
９ｄ内側固定筒
９ｅクリック溝
１０回転板
１０ａ切欠
１０ｂ中心孔
１１パターン
１１ａ第一の環状パターン
１１ｂ第二の環状パターン
１１ｃ切換え用パターン
１１ｄ第一の接続パターン
１１ｅ第二の接続パターン
１１ｆ分離部
１２絶縁基台
１２ａ板体
１２ｂ壁部
１２ｃ孔
１２ｄ中心孔
１２ｅ貫通孔
１２ｆ凹部
１２ｇ突起
１３摺動部
１３ａ第一の摺動子
１３ｂ第二の摺動子
１３ｃ第三の摺動子
１３ｄ第一の取付部
１３ｅ第二の取付部
１３ｆ第三の取付部
１３ｇ第一の端子
１３ｈ第二の端子
１３ｉ第三の端子
１４取付板
１４ａ基部
１４ｂ第一の孔
１４ｃ第二の孔
１４ｄアーム部
１４ｅ孔
１４ｆ突出部
１４ｇ凸部
１３ｊ第四の端子
３１ロータリーエンコーダー
３２回転円盤
３３スリット
３４第一の発光ダイオード
３５第一のホトトランジスタ
３６第二の発光ダイオード
３７第二のホトトランジスタ
３８コントローラー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotary encoder used in a rotation angle detection device that detects a rotation direction and a rotation angle and is used for a volume control operation of a mobile phone.
[0002]
[Prior art]
FIG. 12 is a circuit diagram of a conventional rotation angle detection device. As shown in FIG. 12, the first phototransistor 35 and the second phototransistor 37 of the rotary encoder 31 are connected to a controller 38. The controller 38 calculates the rotation direction and rotation angle of the rotary encoder 31 from the outputs of the first phototransistor 35 and the second phototransistor 37.
[0003]
FIG. 13 is a perspective view showing a rotary encoder 31 used in a conventional rotation angle detection device. In FIG. 13, a conventional rotary encoder 31 includes a rotating disk 32 in which a plurality of slits 33 are formed at equal intervals along the circumference, and a first light-emitting diode 34 disposed so as to face the rotating disk 32. And a first phototransistor 35, and a second light-emitting diode 36 and a second phototransistor 37 which are arranged to face each other with the rotating disk 32 interposed therebetween.
[0004]
The light emitted from the first light-emitting diode 34 is incident on the first phototransistor 35 while the slit 33 crosses the optical path as the rotating disk 32 rotates, until the next slit 33 crosses the optical path. During this period, the light is blocked and does not enter the first phototransistor 35. Similarly, the light emitted from the second light emitting diode 36 enters the second phototransistor 37. Therefore, when the rotating disk 32 is rotated, the number of pulse signals proportional to the rotation angle of the rotating disk 32, that is, between the first light emitting diode 34 and the first phototransistor 35, passes from the first phototransistor 35. A pulse signal corresponding to the number of slits 33 is output. Similarly, a pulse signal is output from the second phototransistor 37. The timing at which light enters the first phototransistor 35 and the timing at which light enters the second phototransistor 37 are slightly different from each other. Since the first phototransistor 35 and the second phototransistor 37 are attached, the timings of the pulse signals output from the first phototransistor 35 and the second phototransistor 37 are shifted. The direction of rotation of the rotating disk 32 can be determined by how the timing of the pulse signal is shifted.
[0005]
As shown in FIG. 14, when the rotary disk 32 rotates to the right, the pulse signal A output from the first phototransistor 35 precedes the pulse signal B output from the second phototransistor 37. As shown in FIG. 18, when the rotating disk 32 rotates counterclockwise, the pulse signal A output from the first phototransistor 35 is delayed from the pulse signal B output from the second phototransistor 37.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above configuration, two input ports from the rotary encoder 31 to the controller 38 are required. This complicates the controller 38 and hinders miniaturization of the controller 38.
[0007]
Accordingly, an object of the rotary encoder of the present invention is to provide a rotary encoder that facilitates downsizing of the controller by providing a single input port from the rotary encoder to the controller.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A rotating plate held rotatably, and an insulating base having at least three sliders,
Wherein the one surface of the rotary plate, first and second annular pattern and, from said conductor Do Ri before and Symbol first annular pattern second annular pattern formed on a concentric circle with each other made of a conductive material It is provided between the, first connecting the plurality of switching patterns arranged at intervals along the circumference, before Ri Do a conductor SL and the first annular pattern and said switching pattern One connection pattern, and a second connection pattern made of a conductor and connecting the second annular pattern and the switching pattern, the first and second annular patterns, and the plurality of switching At least one of the first and second patterns is formed of a resistor, the slider is attached to the insulating base, the first slider is in sliding contact with the first annular pattern, and the second the slider is in sliding contact with the front Symbol switching pattern, a third wiper In sliding contact before Symbol second annular pattern.
[0009]
The first connection pattern is connected to one end of each switching pattern, and the second connection pattern is connected to the other end of each switching pattern.
[0010]
The first annular pattern, the second annular pattern, the switching pattern, the first connection pattern, and the second connection pattern are integrally formed of a resistor.
[0011]
The connecting portions of the three sliders are arranged side by side on one radius of the rotating plate.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the rotation angle detection device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a block diagram of a rotation angle detecting device, FIG. 2 is an exploded perspective view of a rotary encoder, FIG. 3 is a sectional view of the rotary encoder, FIG. 4 is a rear view of the rotating member, and FIG. 4 is a sectional view taken along line 5-5 in FIG. 4, FIG. 6 is a rear view of the rotating plate, FIG. 7 is a front view of the insulating base, and FIG. 8 is a rear view of the insulating base. FIG. 9 is a front view of the mounting plate, FIG. 10 is a graph showing the output value of the rotary encoder, and FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the arithmetic processing unit.
[0013]
As shown in FIG. 1, the rotation angle detection device includes a rotary encoder 1, bias resistors 2 a and 2 b, and a controller 3. For example, a voltage of 5 [V] (+ B) is applied to the rotary encoder 1 from a constant voltage source (not shown), and a voltage corresponding to the rotation angle is output from the rotary encoder 1 to the controller 3. The controller 3 includes an A / D converter 4, an arithmetic processing unit (CPU) 5, a rewritable first storage device (RAM) 6, and a nonvolatile second storage device (PROM) 7. ing.
[0014]
As shown in FIG. 2, the rotary encoder 1 includes a pin 8, a rotating member 9, a rotating plate 10, an insulating base 12, and a mounting plate 14.
[0015]
As shown in FIGS. 2 and 3, the pin 8 that is a shaft portion is fitted into a center hole 9 b of a rotating member 9 described later.
[0016]
As shown in FIGS. 4 and 5, the rotating member 9 is made of a substantially circular thin synthetic resin having an uneven portion 9 a on the outer peripheral edge, and has a center hole 9 b formed vertically in the center thereof. In addition, an outer fixed cylinder 9c and an inner fixed cylinder 9d for fixing a rotating plate 10 to be described later to the rotating member 9 are provided on the rear surface. The outer peripheral end surface of the outer fixed cylinder 9c has a corrugated click groove 9e composed of alternating irregularities.
[0017]
As shown in FIG. 6A, the rotating plate 10 is formed of an insulating substrate made of a substantially circular resin having a notch 10a on the outer periphery and a central hole 10b in the center, and a resistor containing carbon on the surface. Pattern 11 is provided. The pattern 11 is provided between the first and second annular patterns 11a and 11b formed concentrically with each other, and between the first annular pattern 11a and the second annular pattern 11b, and along the circumference. A plurality of switching patterns 11c arranged at intervals, a first connection pattern 11d connecting the first annular pattern 11a and one end of the switching pattern 11c, and a second annular pattern 11b and switching It comprises a second connection pattern 11e that connects the other end of the pattern 11c. The first annular pattern 11a, the second annular pattern 11b, and the switching pattern 11c are concentric circles. Between each switching pattern, the board | substrate surface is exposed by the isolation | separation part 11f to which the resistor is not apply | coated, and becomes an insulator. The rotating plate 10 is inserted between the outer fixed cylinder 9c and the inner fixed cylinder 9d of the rotating member 9. Since the outer fixed cylinder 9 c of the rotating member 9 has a shape that matches the notch 10 a of the rotating plate 10, the rotating plate 10 rotates together with the rotating member 9.
[0018]
The insulating base 12 is made of resin and has a substantially circular shape. As shown in FIGS. 2, 7, and 8, the insulating base 12 is formed to protrude from the disk-shaped plate 12 a and the outer periphery of the plate 12 a. The plate body 12a has a rectangular hole 12c penetrating vertically and a center hole 12d formed in the center and penetrating vertically, and the plate body 12a and the wall section 12b. Between them, a substantially trapezoidal through-hole 12e is formed. The sliding part 13 is attached in the hole 12c. And the through-hole 12e has the recessed part 12f notched and formed in the plate body 12a side in the middle. Further, a projection 12g is formed on the lower surface of the plate body 12a from the approximate center of the through hole 12e toward the center of the plate body 12a. The insulating base 12 holds the rotating member 9 and the rotating plate 10 rotatably by inserting the pin 8 through the center hole 12d.
[0019]
The sliding portion 13 is made of a thin metal plate and has a first slider 13a, a second slider 13b, and a third slider 13c. The first slider 13a is formed to be connected to the first terminal 13g and the second terminal 13h via the first attachment portion 13d. The second slider 13b is formed to be connected to the third terminal 13i via the second mounting portion 13e, and the third slider 13c is connected to the third terminal 13f via the third mounting portion 13f. It is connected to the four terminals 13j. And each attachment part 13d-13f is embed | buried and attached to the plate 12a of the insulation base 12 by insert molding, and each terminal 13g-13j is being fixed in the state which protrudes from the outer side of the insulation base 12. FIG. Moreover, each slider 13a-13c is bent slightly, and each slider 13a-13c protrudes outward from the hole 12c. When the rotary encoder 1 is assembled, the sliders 13a to 13c are opposed to the pattern 11 of the rotating plate 10, the first slider 13a is in sliding contact with the first annular pattern 11a, and the second slider is engaged. The moving element 13b is in sliding contact with the switching pattern 11c, and the third sliding element 13c is in sliding contact with the second annular pattern 11b. When the rotating plate 10 rotates, the sliders 13a to 13c slide relative to each other on the rotating plate 10.
[0020]
The attachment plate 14 is attached to the rotary encoder 1 to give a click feeling. As shown in FIG. 9, the mounting plate 14 is made of a thin metal plate, is a flat plate-shaped base portion 14 a, is bent vertically from one end of the base portion 14 a, and has a rectangular first hole 14 b at the center portion. The base portion 14a has a circular hole 14e formed at the approximate center thereof and a protruding portion 14f formed at the tip thereof. In addition, a semi-cylindrical convex portion 14g is formed substantially at the center of the arm portion 14d. Further, an elongated second hole 14c connected to the first hole 14b is formed in the base portion 14a from the center of the first hole 14b toward the hole 14e.
[0021]
Then, the pin 8 is inserted into the hole 14e of the mounting plate 14 and is mounted by an appropriate means such as caulking to constitute the rotary encoder 1. At this time, the arm portion 14d is inserted through the through hole 12e of the plate body 12a, and the lower end portion of the convex portion 14g is positioned on the bottom surface of the concave portion 12f adjacent to the through hole 12e. The second hole 14c is in a state of being engaged with a protrusion 12g provided on the lower surface of the plate 12a of the insulating base 12, whereby the mounting plate 14 is positioned. Further, the convex portion 14 g formed on the arm portion 14 d is in a state of elastic contact with the click groove 9 e formed on the end surface of the outer fixed cylinder 9 c of the rotating member 9. When the rotating member 9 is rotated, the click groove 9e and the convex portion 14g of the arm portion 14d are repeatedly engaged and disengaged to give a click feeling to the operator.
[0022]
Next, the operation of the rotation angle detection device of the present invention will be described. A constant voltage is applied to the first slider 13a via the first and second terminals 13g and 13h, and the second slider 13b is connected to the A / A via the third terminal 13i. The third slider 13c is connected to the D converter 4 and grounded via the fourth terminal 13j. The shortest length of the pattern 11 connecting the first slider 13a and the third slider 13c is not changed, but the pattern connecting the second slider 13b and the first slider 13a. And the length of the pattern 11 that connects the second slider 13b and the third slider 13c are changed by the rotation of the rotating plate 10, so that the rotating plate 10 is rotated clockwise. Is output from the third terminal 13 i of the rotary encoder 1 to the A / D converter 4 as a sawtooth voltage as shown in FIG. When the rotary plate 10 is rotated counterclockwise, a sawtooth voltage as shown in FIG. 10B is output from the third terminal 13 i of the rotary encoder 1 to the A / D converter 4. When the second slider 13b is in sliding contact with the separating portion 11f, the voltage of the third terminal 13i becomes 0V due to the bias resistor 2a.
[0023]
The A / D converter 4 converts the voltage output from the rotary encoder 1 into digital data and outputs the digital data to the arithmetic processing unit 5. The arithmetic processing unit 5 performs a calculation according to the procedure shown in the flowchart of FIG. 11 to determine the rotation direction of the rotary encoder 1.
[0024]
Next, the calculation of the calculation processing unit 5 will be described with reference to the flowcharts of FIGS. When the rotation angle detection device is turned on, 0 is input to the first data Y and the second data Z as initial values and stored in the first storage device 6 as shown in S1. As will be described later, the first data Y and the second data Z are data indicating a voltage hierarchy corresponding to the magnitude of the voltage output by the rotary encoder 1 at an arbitrary time, and a predetermined time after the arbitrary time. Data indicating the voltage hierarchy corresponding to the magnitude of the voltage output from the rotary encoder 1 is stored.
[0025]
Next, as shown in S2, digital data is input from the A / D converter 4 to the arithmetic processing unit 5, and the value is stored in the voltage data X. Therefore, the voltage data X is the voltage output by the rotary encoder 1. Will be stored.
[0026]
Then, according to the procedure shown in S3 to S8, the arithmetic processing unit 5 compares the value of the voltage data X with the values of the thresholds th1 to th6 and classifies them into three voltage hierarchies. The values of th1 to th6 are preset to the following values (V) when a voltage of 5 V is applied to the rotary encoder 1, for example, and stored in the second storage device 7.
th1 = 4.5 th2 = 3.4 th3 = 3.0 th4 = 2.0 th5 = 1.6 th6 = 0.5
[0027]
If th1>X> th2, the output of the rotary encoder 1 is classified as being in the first voltage hierarchy, and A is input to the second data Z. If th3>X> th4, it is classified as being in the second voltage hierarchy, and B is input to the second data Z. If th5>X> th6, it is classified as being in the third voltage hierarchy, and C is input to the second data Z. Further, if the above condition is not satisfied, the value of the second data Z is not changed. The second data is stored in the first storage device 6.
[0028]
The first voltage hierarchy and the second voltage hierarchy, the second voltage hierarchy and the third voltage hierarchy, the area above the first voltage hierarchy, and the third voltage hierarchy. The lower region is a region where the sawtooth voltage is not classified, and no malfunction occurs even if the power supply voltage fluctuates somewhat. That is, the rotation angle detection device has a dead zone in terms of software. Since it is only necessary to have a dead band between adjacent voltage hierarchies, one of the upper side of the first voltage hierarchy or the lower side of the third voltage hierarchy may be deleted.
[0029]
Next, the arithmetic processing unit 5 determines whether or not the first data Y is 0 as shown in S9. Since the value of the first data Y immediately after the power is turned on is 0, the process proceeds to S16, the value of the second data Z is input to the first data Y, stored in the first storage device 6, and the process proceeds to S17. As shown, after waiting for a predetermined time, the process returns to S2.
[0030]
Here, the standby time in S17 is set to a sufficiently short time so that it can be measured at least once in one layer.
[0031]
After returning to S2, the digital data input from the A / D converter 4 is stored in the voltage data X again. Then, again, as shown in S3 to S8, the arithmetic processing unit 5 compares the value of the voltage data X with the values of the thresholds th1 to th6, classifies them into three voltage hierarchies, and sets the second data Z as A , B, or C is input. At this time, the voltage hierarchy corresponding to the output of the rotary encoder 1 at the moment when the rotation angle detection device is turned on is stored in the first data Y, and a predetermined time from the moment when the rotation angle detection device is turned on. The voltage hierarchy corresponding to the output of the subsequent rotary encoder 1 is stored in the second data Z. The first data Y and the second data Z are stored in the first storage device 6.
[0032]
If the output of the rotary encoder 1 at the moment when the rotation angle detector is turned on corresponds to the dead zone, the process proceeds from S9 to S16 and the above-described procedure is repeated. If the output of the rotary encoder 1 at the moment when the rotation angle detector is turned on does not correspond to the dead zone, the process proceeds to S10.
[0033]
In S10, it is determined whether or not the first data Y and the second data Z match. If the first data Y and the second data Z coincide with each other, it is determined that the rotating plate 10 has not rotated, and the process proceeds to S11 where 0 is input to the rotation direction data A. If the first data Y and the second data Z do not match, the process proceeds to S12.
[0034]
In S12, the combination of the first data Y and the second data Z is compared with the rotation direction table (refer to the table in S12) stored in the second storage device 7 in advance. It is determined that the plate 10 has rotated clockwise, the process proceeds to S13, and 1 is input to the rotation direction data A. If the combination of the first data Y and the second data Z is not described in the rotation direction correspondence table, it is determined that the rotating plate 10 has rotated counterclockwise, and the process proceeds to S14, where the rotation direction data Enter -1 in A. Accordingly, when the rotating plate 10 rotates clockwise, the rotation direction data A becomes 1, when the rotation plate 10 rotates counterclockwise, the rotation direction data A becomes −1, and when the rotation plate 10 does not rotate, the rotation direction data A becomes 1. Data A becomes 0.
[0035]
In step S15, the rotation direction data A is output to a main body of a mobile phone (not shown).
[0036]
Thereafter, as shown in S16, the first data Y is rewritten to the value of the second data Z, stored in the first storage device 6, and after waiting for a predetermined time as shown in S17, the process returns to S2.
[0037]
Thereafter, the above procedure is repeated until the rotation angle detection device is turned off, and the data of the voltage hierarchy corresponding to the arbitrary time and the predetermined time after the arbitrary time is compared. Determine the direction of rotation.
[0038]
FIG. 6B is a modified example of the rotating plate 10 used in the rotary encoder 1 of the present invention. The first annular pattern 11a and the second annular pattern 11b are formed of silver foil, and the switching pattern 11c The first connection pattern 11d and the second connection pattern 11e are formed of resistors. Even with such a configuration, a sawtooth wave is output from the rotary encoder 1. However, since current flows uniformly through all the resistors, the power consumption increases, but this is not the case in the first embodiment.
[0039]
FIG. 6C is a modification of the rotary plate 10 used in the rotary encoder 1 of the present invention. The first annular pattern 11a and the second annular pattern 11b are formed of resistors, and the switching pattern 11c. The first connection pattern 11d and the second connection pattern 11e are formed of resistive silver foil. Even with such a configuration, a sawtooth wave is output from the rotary encoder 1.
[0040]
【The invention's effect】
It is In the rotary encoder of the present invention, on one surface of the rotating plate, the first formed concentrically with each other becomes a conductor and a second annular pattern, the first annular pattern Ri Do a conductor And a plurality of switching patterns provided between the first annular pattern and the second annular pattern and spaced apart along the circumference, and the first and second annular patterns and the plurality of switching patterns. At least one of the pattern for use is formed of a resistor, the slider is attached to the insulating base, the first slider is in sliding contact with the first annular pattern, and the second sliding The child is in sliding contact with the switching pattern, and the third slider is in sliding contact with the second annular pattern, so that a sawtooth wave is output from the rotary encoder, and the rotary encoder and controller are connected with a single line. Connection is possible and the number of controller terminals is reduced. Kudekiru.
[0041]
In addition, since the first connection pattern is connected to one end of each switching pattern and the second connection pattern is connected to the other end of each switching pattern, it can be effectively used from one end to the other end of each switching pattern. .
[0042]
In addition, since the first annular pattern, the second annular pattern, the switching pattern, the first connection pattern, and the second connection pattern are integrally formed of resistors, each pattern is formed in one step. Can be formed integrally.
[0043]
Further, since the connecting portions of the three sliders are arranged side by side on one radius of the rotating plate, the sliders are gathered at one place and assembly is simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a rotation angle detection device of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of a rotary encoder according to the rotation angle detection device of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a rotary encoder according to the rotation angle detection device of the present invention.
FIG. 4 is a rear view of a rotating member according to the rotation angle detecting device of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a rotating member according to the rotation angle detecting device of the present invention.
FIG. 6 is a rear view of a rotating plate according to the rotation angle detecting device of the present invention.
FIG. 7 is a front view of an insulating base according to the rotation angle detection device of the present invention.
FIG. 8 is a rear view of an insulating base according to the rotation angle detection device of the present invention.
FIG. 9 is a front view of a mounting plate according to the rotation angle detection device of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing an output value of a rotary encoder according to the rotation angle detection device of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart showing an operation of an arithmetic processing unit according to the rotation angle detection device of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram according to a conventional rotation angle detection device.
FIG. 13 is a perspective view of a rotary encoder according to a conventional rotation angle detection device.
FIG. 14 is a graph showing an output value of a rotary encoder according to a conventional rotation angle detection device.
FIG. 15 is a graph showing an output value of a rotary encoder according to a conventional rotation angle detection device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotary encoder 2a, 2b Bias resistance 3 Controller 4 A / D converter 5 Arithmetic processing part 6 1st memory | storage device 7 2nd memory | storage device 8 Pin 9 Rotating member 9a Irregularity part 9b Center hole 9c Outer fixed cylinder 9d Inner fixed Tube 9e Click groove 10 Rotating plate 10a Notch 10b Center hole 11 Pattern 11a First annular pattern 11b Second annular pattern 11c Switching pattern 11d First connection pattern 11e Second connection pattern 11f Separation part 12 Insulation base 12a Plate body 12b Wall portion 12c Hole 12d Center hole 12e Through hole 12f Recess 12g Projection 13 Sliding portion 13a First slider 13b Second slider 13c Third slider 13d First mounting portion 13e First Second mounting portion 13f Third mounting portion 13g First terminal 13h Second terminal 13i Third terminal 14 Mounting plate 14a Base portion 14b First hole 14c Second hole 14d Arm portion 14e Hole 14f Projection portion 14g Projection portion 13j Fourth terminal 31 Rotary encoder 32 Rotary disk 33 Slit 34 First light emitting diode 35 First phototransistor 36 Second Light-emitting diode 37 second phototransistor 38 controller

Claims

A rotating plate held rotatably, and an insulating base having at least three sliders,
Wherein the one surface of the rotary plate, first and second annular pattern and, from said conductor Do Ri before and Symbol first annular pattern second annular pattern formed on a concentric circle with each other made of a conductive material It is provided between the, first connecting the plurality of switching patterns arranged at intervals along the circumference, before Ri Do a conductor SL and the first annular pattern and said switching pattern A first connection pattern, a second connection pattern made of a conductor and connecting the second annular pattern and the switching pattern, the first and second annular patterns, and the plurality of switching At least one of the pattern for use is formed of a resistor,
The slider is mounted to the insulating base, the first slider is in sliding contact with said first annular pattern, the second slider, sliding contact before Symbol switching pattern, the third slider is a rotary encoder, characterized in that sliding contact with the front Stories second annular pattern.

The rotary encoder according to claim 1, wherein the first connection pattern is connected to one end of each switching pattern, and the second connection pattern is connected to the other end of each switching pattern.

The first annular pattern, the second annular pattern, the switching pattern, the first connection pattern, and the second connection pattern are integrally formed of a resistor. The rotary encoder according to claim 1 or 2.

The rotary encoder according to claim 1, wherein the connecting portions of the three sliders are arranged side by side on one radius of the rotating plate.