JPH01305316A

JPH01305316A - 複合型ロータリエンコーダ

Info

Publication number: JPH01305316A
Application number: JP13609488A
Authority: JP
Inventors: Yasumi Kawabata; 康己川端; Eiji Ooya; 英詞大矢
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-06-02
Filing date: 1988-06-02
Publication date: 1989-12-08
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: JP2629833B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、回転角度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、軸の回転角度を検出するために用いられるロ
ータリエンコーダとしては、インクリメンタル型および
アブソリュート型が一般的である。

インクリメンタル型ロータリエンコーダとは、軸に結合
された回転円板上に等間隔の２値化符号パターンを形成
し、回転円板の回転にともなってこの２値化符号パター
ンをパルス信号として検出し、該パルス信号を積算する
ことによって、軸の回転角度を検出するものである。

このインクリメンタル型ロータリエンコーダは、回転円
板上のパターン形成が比較的容易であり、また、検出さ
れたパルス信号を逓倍すること等でより高分解能とする
ことができる。

しかし、軸の回転速度が低い場合には、パルス間隔が長
くなり正確な制御ができなくなったり、電気ノイズ等に
より検出誤差がでやすいという欠点がある。

アブソリュート型エンコーダは、カウンタを用いること
なく、そのセンサから回転角度に相当する絶対位置を瞬
時に検出できるものとして知られている。

このアブソリュート型エンコーダの代表的な検出盤は、
回転円板の構成を採り、その表面において、同心状に符
号ビット数に応じた数の円環パターンが形成され、この
円環パターンによってバイナリ−符号化された被検出パ
ターンを構成したものである。

このようにすることによって、分割数は前記符号ビット
数をｎとすると２０とすることができ、たとえば、１０
個のセンサを用いれは°２”＝　１０２４分割のロータ
リエンコーダを得ることができる。

しかし、分解能をあげようとすると、さらに、多数のセ
ンサ、より微細な円環パターンを必要とするため、高価
なものとなってしまう。

また、回転円板を小さくすると、円環パターンの直径一
方向の幅が狭くなり、各円環パターンの情報を確実に検
出することが難しくなるので、小型化は難しい。

ざらに、両者を翻み合わせたものとして、回転円板上に
インクリメンタル用の符号パターンと、アブソリュート
用の符号パターンとの両者を設けたロータリエンコーダ
がある（特開昭６０−１０００１５等）。

しかし、このロータリエンコーダは、インクリメンタル
用の符号パターンを用いて軸の回転速度を検出し、アブ
ソリュート用のパターンを利用して軸の回転角度を検出
するものである。

そのため、インクリメンタル用のパターンから検出され
た信号と、アブソリュート用のパターンから検出された
信号とは、別々に処理されている。

したがって、軸の回転角度を高分解能で検出するために
は、アブソリュート用の円環パターンの本数を多くする
必要がある。また、各信号の検出誤差、パルスの取りこ
ぼし等が重なって、回転角度の検出結果がこれらの信号
の間で異なる場合もある。

［発明が解決しようとする課題］近年、技術の進歩に伴って、より小型で、かつ高分解能
、高精度を有するロータリエンコーダが要求されている
。

本発明はそのような条件を満たす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ロータリ
エンコーダにおいて、回転円板に回転角度信号のｍビッ
ト（ただし、１＜ｍ＜ｎ）であるアブソリュート信号と
なるアブソリュート符号パターンを設けると共に、固定
板に該アブソリュート信号を検出する検出部を備えたア
ブソリュート信号検出手段と、上記回転角度信号のＱビット（ただし、（２＝ｎ−ｍ）
を検出するために用いるインクリメンタル信号を出力す
るように、上記回転円板にインクリメンタル符号パター
ンを設けると共に、上記固定板にインクリメンタル信号
の検出部を備えたインクリメンタル信号検出手段と、を備えたことを特撮とする複合型ロータリエンコーダに
ある。

［作用］本発明では、例えば、アブソリュート信号検出手段は回
転角度信号の上位ｍビットを示すアブソリュート信号を
出力し、インクリメンタル信号検出手段は回転角度信号
の下位Ｑビットを検出するために用いるインクリメンタ
ル信号を出力する。

すなわち、アブソリュート信号で回転角度をおおまかに
検出し、さらに細かい回転角度についてインクリメンタ
ル信号で検出するよう構成されている。

したがって、回転円板に設けられるアブソリュート符号
パターンはｍビワ５分あれば良く、小型化できると共に
、高分解能、高精度のロータリエンコーダとすることが
できる。

また、充分直径方向に広い幅のアブソリュート符号パタ
ーンとすることができるので、アブソリコード信号の出
力が大きくなり、安定した出力が得られる。

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

零ロータリエンコーダは、回転角度を１５ビツトのディ
ジタル信号（２＋５＝３２７６８分割）として検出する
ものであり、回転角度の上位８ビツトをアブソリュート
符号パターンにより検出し、下位７ビツトをインクリメ
ンタル符号パターンによって検出する。

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からなる筐体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
号パターンとインクリメンタル符号パターンとが形成さ
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１日は筐体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１日は回転円板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・ントが形成されてい
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とが絹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１日に人力され
るようになっており、さらに波形整形回路基板１日の出
力はリード線２４を介して筐体８外へ取り出されるよう
になっている。

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３２
Ａ〜３２Ｈ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を
有する。

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・ント
列は、例えは、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工・ソチングする
こと等によって形成される。

また、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３
６Ａ、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〜３２１（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ビツトのグレー・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〜４４Ｈ５光量補正用スリツ）４
６Ａ、４６Ｂを有する。

インタリメンタル信号検出用スリ・ン）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３０Ｊ１ｍ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〜４４
Ｈは、回転円板１４のアブソリュート符号パターン３２
Ａ〜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、２４０ＪＬｍ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。

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ビツ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
れた該タイミングパルスを反一致回路（ＥＸ−ＯＲ）５
０に人力して、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が人力された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
ミングパルスが人力されると、回転角度信号の上位８ビ
ツト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遍
倍回路に人力され、４遜倍されたパルス信号を出力する
。

そして、ア・ンブダウン信号は、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／Ｕおよび
プリセット端子Ａ１〜Ａ４に人力され、パルス信号はア
ップダウンカウンタ５日のクロック端子ＣＫに人力され
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のロード端子りに人力されると、回転
円板１４が正回転のときはカウンタ５Ｂ、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つ人力される毎に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５日の出力端子８１〜Ｂ４およびカ
ウンタ６０の出力端子８１〜Ｂ３から回転角信号の下位
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ビツトのディジタル信号ｂ１〜ｂ
１５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ラン！・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。

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ビツ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絹み合わせることに
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ビツ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、各信号の検出を光学的に行ってい
るが、各符号パターンとして磁気記録パターンを用いる
と共に、各信号を磁気検出素子によって検出するよう構
成された磁気式としてもよい。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。

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、回転角度の上位
ｍビットをアブソリュート符号パターンによって検出し
、下ＤＱ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。

そのために、小型軽量でありながら、高分解能、高精度
で回転角度を検出できる。

【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！・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、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、４ＯＡ、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

【特許請求の範囲】軸の回転角度をｎビットのディジタル信号として検出す
るロータリエンコーダにおいて、回転円板に回転角度信号のｍビット（ただし、１＜ｍ＜
ｎ）であるアブソリュート信号となるアブソリュート符
号パターンを設けると共に、固定板に該アブソリュート
信号を検出する検出部を備えたアブソリュート信号検出
手段と、上記回転角度信号のｌビット（ただし、ｌ＝ｎ−ｍ）を
検出するために用いるインクリメンタル信号を出力する
ように、上記回転円板にインクリメンタル符号パターン
を設けると共に、上記固定板にインクリメンタル信号の
検出部を備えたインクリメンタル信号検出手段と、を備えたことを特徴とする複合型ロータリエンコーダ。