JPH0295209A - 多回転アブソリュートエンコーダ - Google Patents

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〕 本発明は、１回転以上の回転角を測定することのできる
多回転アブソリュートエンコーダに関するものである。

更に詳しくは、電源が遮断された状態においても動作し
、常にアブソリュートな測定出力を得ることができる多
回転アブソリュートエンコーダに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の多回転アブソリュートエンコーダには、
回転軸に減速ギヤを取り付け、減速後の回転角をアブソ
リュートエンコーダやポテンショメータ等で測定するよ
うにした装置が実用化されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような多回転アブソリュートエンコ
ーダにおいては、減速ギヤなどの機械的な回転伝達部分
を有するために、バックラッシュなどの影皆を受けて、
高精度の測定を行なうことができないとともに、構造が
複雑になり、信頼性が低下してしまう。

本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、電源
が遮断された状態においても動作し、しかも１回転以上
の回転角を高精度に測定することのできる多回転アブソ
リュートエンコーダを簡単な構成により実現することを
目的としたものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の多回転アブソリュートエンコーダは、１回転以
内の回転角を測定するアブソリュートエンコーダとこの
アブソリュートエンコーダの回転数を検出する回転数検
出器とを組み合わせ１回転以上の回転角を測定するよう
にした多回転アブソリュートエンコーダにおいて、前記
回転数検出器として、駆動磁界の回転に応じて磁気バブ
ルを順次転送する磁気バブル素子と、前記アブソリュト
エンコーダのコード板などと共に回転し前記磁気バブル
素子の駆動磁界を発生する永久磁石とを有し、前記磁気
バブル素子における転送パターン上の磁気バブルの位置
から前記アブソリュートエンコーダの回転数を検出する
ようにした回転数検出器を具備したものである。

また、本発明の多回転アブソリュートエンコーダは、磁
気バブル素子の転送パターン上に磁気バブルの有無によ
ってメモリホイールを形成し、より短い動作時間で磁気
バブルの位置（回転数）を検出することができるように
したものである。

さらに、本発明の多回転アブソリュートエンコータは、
アブソリュートエンコーダ部の構成を、磁気バブル素子
の駆動回路と共通の回路部分を有する構成とすることに
より、装置全体の構成をより簡単にすることができるよ
うにしたものである。

〔作　用〕

このように、アブソリュートエンコーダのコード板など
と共に回転する永久磁石により磁気バブルの転送を制御
するように構成すると、磁気バブル素子は回転磁界が与
えられれば、電源がオフの状態でも磁気バブルの転送が
行われるものであるので、電源が遮断された状態におい
ても動作し、常にアブソリュートな測定出力を得ること
のできる多回転アブソリュートエンコーダを実現するこ
とができる。

また、減速ギヤなどの機構部分を有しないので、構造が
簡単で、信頼性が高く、高精度の測定を行なうことがで
きる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の多回転アブソリュートエン
コーダを説明する。

第１図は本発明の多回転アブソリュートエンコーダの一
実施例を示す構成図である。図において、１００はその
回転角を測定される回転軸である。

２００は回転軸１００における１回転以内の回転角を高
精度に測定するアブソリュートエンコータであり、２０
１は回転軸１００に取り付けられたコード板、２３０は
光源、２４０はコード板２０１に設けられたスリット列
を通過した光を検出するフォトセンサである。コード板
２０１には、例えば、ピッチの異なる２つのスリット列
か設けられており、これらのスリット列の変位をそれぞ
れ位相信号に変換するとともに、この位相信号間の位相
差からコード板２０１のアブソリュートな回転角を測定
する。３００は回転軸１００（アブソリュートエンコー
ダ２００）の回転数を測定する回転数検出器であり、３
１０はその外周が円周方向に沿って交互に着磁され、回
転軸１００に環装される円筒形の永久磁石、３２０は磁
気バブル素子、３３０は永久磁石３１０により磁気バブ
ル素子３２０に加えられる磁界の強さを検出する磁界セ
ンサ、３４０は磁気バブル素子３２０および磁界センサ
３３０を支持し、永久磁石３１０の外周に配置する支持
基板である。

磁気バブル素子３２０は駆動磁界の回転に応じて磁気バ
ブルを順次転送するものであり、永久磁石３１０により
発生される磁界をその駆動磁界とするように、永久磁石
３１０の外周に配置されている。このため、回転軸１０
０と共に永久磁石３１０が回転すると、磁気バブル素子
３２０に回転磁界が印加され、磁気バブル素子３２０に
おいて磁気バブルの転送が行われる。したがって、図の
ように、永久磁石３１０の極数を４とした場合、回転軸
１００が１回転すると、駆動磁界は２回転することにな
り、磁気バブル素子３２０における磁気バブルは、その
転送パターン上を２ステツプだけ移動することになる。

このため、転送バタン上の磁気バブルの位置を検出すれ
ば、それまでの回転軸１００の回転数を知ることができ
る。

第２図は回転軸１００（永久磁石３１０）の回転に応じ
て磁気バブル素子３２０に印加される磁界の様子を示し
たものである。図中、φ１は永久磁石３１０の法線方向
の磁界成分、φ２はその外周に沿った接線方向の磁界成
分である。磁気バブル素子３２０に印加される磁界は、
これらの合成されたものであるが、回転軸１００の回転
に応じた真円に近い回転磁界となる。

ここで、磁気バブル素子３２０において、磁気バブル発
生用パターンにより転送パターン中に発生された磁気バ
ブルは、保持用の永久磁石でバイアス磁界を与えておけ
ば消滅せず、しかも駆動磁界が回転すれば転送が行われ
るので、電源が遮断された状態においても動作すること
ができ、回転数に応じた信号を得ることができる。した
がって、回転軸１００の１回転以内の回転角をアブソリ
ュトエンコーダ２００により測定するとともに、回転軸
１００（アブソリュートエンコーダ２００）の回転数を
この回転数検出器３００により検出すれば、測定の途中
で電源が遮断されたような場合においても、回転軸１０
０の回転数を検出しておくことができ、１回転以上の回
転角に対しても、常にアブソリュートな測定出力を得る
ことのできる多回転アブソリュートエンコーダを実現す
ることができる。

また、回転軸１００に環装された永久磁石３１０により
磁気バブル素子３２０の駆動磁界を発生し、その回転に
応じて磁気バブルを転送させているので、構成が簡単で
あり、高い信頼性を得ることができる。

第３図はアブソリュートエンコーダ２００の出力Ｓｅと
回転数検出器３００の出力Ｓｔとから回転軸１００の回
転角を求める手順を示す説明図である６図に示すように
、アブソリュートエンコーダ２００の出力Ｓｅはコード
板２０１が１回転する毎に０°に復帰する。また、回転
数検出器３００の出力Ｓｔは、永久磁石３１０が４極で
あり、分解能が１／２回転であるので、磁気バブルの転
送数から求めた検出出力をＮとすると、回転数出力Ｓｔ
はＳ　ｔ　＝Ｎ／２となる。なお、図中の斜線部分は検
出出力Ｎにおける誤差領域を示したものである。

そこで、アブソリュートエンコータ２００における出力
値の範囲をＥ１〜Ｅ４の４つに分割し、各出力範囲に対
して回転数検出器３００の検出出力Ｎが収るべき値を調
べてみると、次表の如く表わされる。

この表から明らかなように、アブソリュートエンコータ
２００の測定出力Ｓｅが出力範囲Ｅｌ。

Ｅ２に含まれるときには、検出出力Ｎは偶数、Ｅ３、Ｅ
４に含まれるときには奇数となっている。

しかしながら、実際に検出出力Ｎが変化する過程には、
図示したような誤差領域が存在しているので、例えは、
Ｅｌの出力範囲において、検出出力Ｎが奇数となること
もあり得る。

このため、検出出力Ｎが偶数であるか奇数であるかを判
別するとともに、そのときの出力範囲Ｅ１〜Ｅ４に応じ
て回転数出力Ｓｔを次表の如く補正すると、回転数検出
器３００の検出誤差に左右されず、正確な回転数を求め
ることができる。

また、第４図はアブソリュートエンコーダ２００と回転
数検出器３００どの位相をずらし、回転数検出器３００
において検出出力Ｎが更新されるタイミングを９０°進
ませたものである。このように構成した場合においても
、アブソリ、１−トエンコーダ２００の測定出力Ｓｅと
回転数検出器３００の検出出力Ｎとの関係は同様であり
、のように回転数出力Ｓｔを補正すれば、正確な回転数
出力Ｓｔを得ることができる。

第５図は磁気バブル素子３２０における転送パターンお
よび磁気バブルの位置検出回路の一実施例を示す構成図
である０図に示す転送パターンは、最大検出回転数が７
　（＞２２）の場合を例示したものである。Ｐは転送ル
ープ、Ｐｌは磁気バブル発生用パターン、Ｐ２１．Ｐ２
２は磁気バブル検出器で、Ｐ２２はここではダミー用と
して用いられている、３２１，３２２は磁気バブル検出
器Ｐ２１．Ｐ２２に定電流を供給する定電流源、３２３
は磁気バブル検出器Ｐ２１．Ｐ２２における出力の差を
求める差動増幅器である。

ここで、第６図は永久磁石と独立に磁気バブルの転送を
行なう磁気バブル転送手段を示すものである。図におい
て、３２４はＸ軸方向の磁界を発生する駆動コイル、３
２５はＹ軸方向の磁界を発生する駆動コイルであり、こ
れらの駆動コイル３２４．３２５に９０°位相の異なる
正弦波電流を供給することにより、第２の回転磁界を発
生して、転送ループＰ上の磁気バブルを任意の数および
方向に転送することができる。

さて、７個の転送素子より構成される転送ルグ１）上に
は、メモリホイールの定理により定まる４桁（２次）の
ビットパターン（０１１０）の間に０を挿入した７桁の
ビットパターン（００１０１００）が磁気バブルの有無
により形成されており、磁気バブル転送手段が磁気バブ
ルを（２×２−）４回転送したときに差動増幅器３２３
の出力から得られる時系列信号出力を利用して磁気バブ
ルの位置を検出している。検出後、磁気バブルは磁気バ
ブル転送手段により逆方向に４回転送されて元の位置に
戻される。

一般に、Ｓｎ型メモリホイールとは、Ｓ種の記号が３ｎ
個だけ輪のまわりに配置されていて、その続くｎ個の記
号に接するロータが１同転するとき、Ｓ種の記号からｎ
個とる順列がちょうど１回づつ出現するものをいう。第
７図は２３型メモリホイールの一例を示したものである
。２進のビットパターン（０，１）を図のように配置す
ると、ロータＲの回転に応じて得られる２進３桁のパタ
ーン信号は、ロータＲの位置（回転角）に応じて、８個
の異なるパターンをとることになり、このパターン信号
の状態からロータＲの位置を弁別できることがわかる。

第５図の装置では、検出時に磁気バブル転送手段が磁気
バブルを４回転送することによりロータＲを形成し、磁
石の駆動磁界による磁気バブルの転送がロータＲの回転
に対応している。しながうて、磁気バブル検出器Ｐ２１
から時系列的に得られる一連のパターン信号は、磁気バ
ブルの回転数に対応しており、このパターン信号から駆
動磁界（回転軸等）の回転数を検出することかできる。

第８図は駆動磁界の回転数と転送ループＰ上のビットパ
ターンの移動状態との関係を示したもので、例えば、図
中の下４桁の位置が磁気バブル検出器Ｐ２１により検出
されている。すなわち、第５図に示した磁気バブルの転
送状態（回転数５の状態）において、磁気バブル転送手
段により図で時計回りに４回転送すると磁気バブル検出
器Ｐ２１の出力信号列は“’０１０１”となり、磁気バ
ブル転送手段により逆方向に４回転送して元の位置に戻
る。また、駆動磁界がさらに１回転すると、パターン信
号は“１０１０　”へと変化し、回転数６の状態を示す
。

このように、転送ループＰ上に２２型のメモリホイール
に０を挿入したビットパターンを構成すると、磁気バブ
ル検出器Ｐ２１からは、駆動磁界の回転数に１対１に対
応した７個の異なるパターン信号を得ることができる。

磁気バブル検出器Ｐ２２は磁気バブル検出器Ｐ２１と隣
接した位置に配置されており、磁気的にもほぼ同じ状態
に置かれている。したがって、磁気バブル検出器Ｐ２１
の信号出力に重畳する同相ノイズはダミー用の磁気バブ
ル検出器Ｐ　２２のＩＩ力との間の差動演算により相殺
される。その結果Ｓ／Ｎ比の非常に優れた検出を行うこ
とができる。

この場合に２２型のメモリホイールに０を挿入してビッ
トパターンを構成したのは、１が連続するような状態を
無くすことにより、０が連続する場合と１が連続する場
合とが差動演算により混同されることを防ぐためである
。

なお、上記の実施例では最大検出回転数Ｎが７の場合を
例示したが、この値に限られるものではない。すなわち
一般に、転送パターン上にＮ個の転送素子で転送ループ
を構成し、前記転送ループ中にＮ＞２１≧Ｎ／２を満た
すｎ次のメモリホイールのパターンの間に０を挟んだも
のを磁気バブルの有無により書込み、前記磁気バブル転
送手段により２ｎ回の転送を行った時磁気バブル検出器
の出力に生じる信号列のパターンから磁気バブルの位置
を検出し、逆方向に２ｎ回の転送を行うことにより、最
大検出回転数Ｎの回転数検出器を４ｎ回の転送のみで実
現することができる。上記の実施例において、最大検出
回転数Ｎは８（＝４Ｘ２）、検出のための転送数は４と
なるが、転送素子数がより大きい値の場合にはこの効果
がより顕著に現れる。例えば転送素子数が１０００の場
合には、１０００＞２’≧１０００／２より、９×２Ｘ
２＝３６回の転送を行うだけでよい。

また上記の実施例では単一の転送ループを用いる場合を
示しているが、複数の転送ループを使用すれば、わずか
な転送素子を用いてさらに大きな回転数を検出すること
ができる。すなわち、転送パターンとして互いに共通の
約数を持たない（互いに素な）２つ以上の整数Ｎ１．Ｎ
２．・・・をそれぞれ転送素子数とする複数の転送ルー
プを形成し、各整数Ｎ＋　、Ｎ２　、・・・を最大検出
回転数とする検出ループを前記実施例と同様それぞれ２
つの磁気バブル検出器および差動増幅手段を用いて構成
する。各検出ループにおいて、 Ｎｉ　＞２１　＞Ｎｉ　／２　（タタＬ、　ｉ　＝　１
　、２．−）を満たすｎ４次のメモリホイールのパター
ンの間に０を挟んだものを磁気バブルの有無により書込
む＊　ｎｌ　＋　ｎ２　＋・・・の最大値がｎ７ｒＬの
とき前記磁気バブル転送手段により２ｎ７Ｈ回の転送を
行った際各転送ループの差動増幅器手段の出力に生じる
信号列パターンの組合せから前記回転軸等の回転数を検
出する。さらに逆方向に２ｎｍ回の転送を行うことによ
り、最大検出回転数 Ｎ＝　（ＮｉｘＮ２ｘ・・・）の回転数検出器を４ｎｍ
回の転送のみで実現することができる。

第９図は駆動コイル３２４，３２５に９０°位相の異な
る正弦波電流を供給するコイル駆動回路の一実施例を示
す構成図である６図において、３３１．３３２は磁気バ
ブル素子３２０と対称な位置に配置され、それぞれＸ軸
方向、Ｙ軸方向の磁界の強さを検出するホール素子、３
５１，３５２はそれぞれこのホール素子３３１．３３２
の出力信号をサンプル・ボールドするサンプル・ホール
ド回路、３５３は９０＠位相の異なる定電流Ｉ。

ｓｉｎωｔ、ｉｏ　ＣＯ８ωｔを発生する２相発振器、
３５４．３５５はこの定電Ｋ　Ｉ　ｏ　Ｓ　ｌ　ｎ　（
ａ）　ｔ　。

■。ｃｏｓωｔを所定の周期だけ出力するスイッチ、３
５６，３５７はこのスイッチ３５４，３５５により収り
出された定電流からサンプル・ボールド回Ｆ４３５１．
３５２の出力Ｉｔ、Ｉｒを減算する減算器、３５８，３
５９はこの減算器３５６゜３５７の出力に応じて、駆動
コイル３２４，３２５を駆動するコイルドライバである
。

第１０図はこのような構成のコイル駆動回路の動作を説
明するための波形図である。駆動コイル３２４．３２５
により磁気バブルの転送を行なう際には、サンプル・ホ
ールド信号Ｓ／Ｈが発生され、そのときの各ポール出力
がサンプル・ボールドされる。その後、スイッチ３５４
．３５５の働きにより、所定の周期の定電流１．ｓｉｎ
ωｔ。

Ｉａｃｏｓωｔが発生されると、サンプル・ホールドさ
れたホール出力（電流Ｉｔ、Ｉｒ）がこの定電流から減
算され、図のような電流が駆動コイル３２４，３２５に
供給される。この結果、駆動コイル３２４．３２５から
は、永久磁石３１０により発生される第１の回転磁界の
影響を受けず、大きさの一定な回転磁界（第２の回転磁
界）が得られる。

このように、ホール素子３３１，３３２を永久磁石３１
０に対して、磁気バブル素子３２０と対称な位置に配置
すると、永久磁石３１０により磁気バブル素子３２０に
加えられている磁界（第１の回転磁界）の強さを検出す
ることができ、これに比例した電流Ｉｔ、Ｉｒを駆動コ
イル３２４゜３２５の駆動電流に重畳することにより、
第１の回転磁界を打ち消し、オフセット分のない第２の
回転磁界を得ることができる。このため、磁気バブルの
有無を検出する磁気バブル検出器Ｐ２１゜Ｐ２２に加わ
る磁界は第２の回転磁界のみとなり、磁気バブル検出器
Ｐ２１．Ｐ２２を飽和させてしまうことがなく、磁気バ
ブルの有無を確実に検出することができる。

第１１図〜第１４図は本発明の多回転アブソリュートエ
ンコータにおいて、１回転以内の回転角をアブソリュー
トに測定するアブソリュートエンコータ２００の一実施
例を示す構成図である。

第１１図は、コード板２０１に設けられたスリット数の
異なる２つのスリット列のうちの一方のスリット列（例
えは、スリット数ｎ）を使用して、コード板２０１の回
転角を測定する回路部分を示す構成図である０図におい
て、ＳＴＩはコード板２０１に設けられたスリット数ｎ
のスリット列、２０２．２０３はそれぞれ４つの受光素
子Ａ１〜Ａ４．Ｂｌ〜Ｂ４を有する受光アレイ、２０４
゜２０５はコード板２０１を介してこれらの受光素子Ａ
１〜Ａ４．Ｂｌ〜Ｂ４と対向配置された光源、２０６は
光源２０４，２０５を駆動する光源ドライバである。ま
た、図中に示した波形は、コード板２０１を通過した光
の強度分布を正弦波に近似して示したものである。受光
素子Ａ１〜Ａ４，８１〜Ｂ４は、それぞれ光強度分布を
４等分した幅を有しており、受光アレイ２０２，２０３
は、第１２図に示すように、光強度の分布を基準として
、９０゛の整数倍にあたる位相差を持つように配置され
ている。また、光源２０４，２０５が出射する光の強度
は、光源ドライバ２０６により（ｓｉｎωｔ＋１）およ
び（ｃｏｓωｔ＋１）で振幅変調されている。すなわち
、光強度分布の１周期をｄとすれば、空間的にｍ−ｄ／
４の間隔をおいて配置されている９ｍは整数である。ま
た、光源２０４，２０５はコード板２０１に対してほぼ
軸対称の位置に配置されており、これに合わせて、受光
アレイ２０２は光源２０４がらの光を受光するように配
置され、受光アレイ２０３は光源２０５からの光を受光
するように配置されている。

なお、受光アレイ２０２，２０３間の位相関係は上記の
ように保たれている。

２０７〜２１０は加算器、２１１，２１２は減算器であ
り、受光素子Ａ１〜Ａ４　　Ｂ１〜Ｂ４の各出力から所
定の位相関係にある出力同志を加減算する加減算回路Ａ
ＳＩ、ＡＳ２を構成している。

２１３．２１４はこれらの加減算回路ＡＳＩ、ＡＳ２に
よる演算出力Ｇｌ、Ｇ２から変調周波数（ω）に応じた
周波数成分の信号を抽出するハイパスフィルタ、２１５
，２１６はコンパレータである。

このように配置された受光アレイ２０２，２０３では、
受光素子Ａ１〜Ａ４．８１〜Ｂ４の出力ｉｌｌ〜ｉ１４
．ｉ２１〜ｉ２４は、コード板２０１の回転角をθとす
れば、 １１　＝（ｓｉｎθ士１）（ｓｉｎωｔ　＋１）１２　
＝　ｃｏｓθ＋１）（ｓｉｎωｔ　＋　１）１３＝　　
−５ｉｎｏ十１）（ｓｉｎωｔ　十１）１４　＝（−Ｃ
Ｏ３θ十１）（ｓｉｎωｔ　＋１）２１　＝（−３ｉｎ
θ＋１）（ｃｏｓωｔ　＋　１）２２＝　　−ｃｏｓθ
＋１　）　（ｃｏｓωｔ＋１）２３　＝　ｓｉｎθ＋１
）（ｃｏｓωｔ　＋１）ｉ２４　＝（ｃｏｓθ＋１）（
ｃｏｓωｔ＋１）のようになっており、加減算回路ＡＳ
Ｉ、ＡＳ２（減算器２１１．２１２）から得られる出力
Ｇｌ。

Ｇ２は、 Ｇ　１　＝　２　ｃｏｓ（ωｔ　−θ）＋　２　ｓｒ”
７５ｉｎ（θ＋π／４）Ｇ　２　＝　２３ｉｎ（ωｔ＋
θ） ＋２Ｊ−２−ｓｉｎ（θ十π／４） のようになる、ここで、光源２０４．２０５の変調角周
波数ωは、コード板２０１の回転速度ｄθ／ｄｔに比べ
て高い値（ｄθ／ｄ　ｔ（ω）となるように選ばれてい
るので、ハイパスフィルタ２１３．２１４の出力からは
、 Ｍ　１　＝　２ｃｏｓ（ωｔ−θ） Ｍ　２　＝　２５ｉｎ（ωｔ＋θ） なる信号（位相信号）が得られる。

こめ式に示されるように、出力信号Ｍ１．Ｍ２には、コ
ード板２０１の回転角θに応じた位相情報が含まれてお
り、この位相変化分を測定すれば、コード板２０１の回
転角θを算出することができる。

２１７は光源ドライバ２０６から発生されるスタートパ
ルスＳＧを基準にして、コンパレータ出力Ｐｉ、Ｐ２の
位相遅れ量を測定（計数）するカウンタ、２１９．２２
０はカウンタ２１７．２１８の出力ＴＩ、’ｆ’２をラ
ッチするラッチ回路、２２１はカウンタ２１７，２］８
の出力’Ｉ”１．Ｔ２からコード板２０１の回転角θを
算出するシグナルプロセッサである。

すなわち、スタートパルスＳＧを Ｓ　Ｇ　＝　２　Ｃ０３（（、Ｊ　ｔ）として、スター
トパルスＳＧの立上りでカウントを開始し、コンパレー
タ出力ＰＬ、Ｐ２の立下がりでカウントを終了させると
、カウンタ２１７゜２１８の出力Ｔ　１　、　Ｔ　２は
それぞれ、Ｔ１−（π／２）十θ ’Ｉ’　２　＝π−θ となる、したがって、これをシグナルプロセッサ２２１
により減算すると、 Ｔ　１−　’Ｉ’　２　＝　２θ−（π／２）が得られ
、コード板２０１の回転角θを０≦θく２πの範囲で求
めることができる。このとき、２πはスリットの１ピツ
チに相当するものである。

このように、ハイパスフィルタ２１３．２１４の出力か
らは、コード板２０１の回転角θに応じて位相が差動的
に変化する２つの位相信号Ｍｌ。

Ｍ２を得ることができるので、この位相信号Ｍｌ。

Ｍ２を減算してコード板２０１の回転角θを求めるよう
にすれば、Ｓ／Ｎ比の良い信号（’Ｉ’ｌ−７２）を得
ることができる。

ここで、光源２０４，２０５における出射光の光量が変
化した場合には、この光量変化による誤差分を回転角変
化に換算してθｅで表わすと、位相信号Ｍｌ、Ｍ２は、 Ｍ　１　＝　２　Ｃ０３（（１）　ｔ　−（θ±θｅ）
）Ｍ２＝２３ｉｎ（ωｔ　＋　（θ−θｅ））となる、
したがって、この位相信号Ｍｌ、Ｍ２をカウンタ２１７
，２１８でカウントした後、シグナルプロセッサ２２１
により演算すると、ＴＩ−Ｔ２＝　（θ十θｅ）十（θ
−θｅ）（π／２） ＝２θ−（π／２） となり、光源２０４，２０５の光量変化は、演算の中で
打ち消される。また、受光素子Ａ１〜Ａ４゜ＢＩ〜Ｂ４
（受光アレイ２０２．２０３）の位置誤差は、回転角θ
には関係しない初期オフセットとして現れるので、シグ
ナルプロセッサ２２１により容易に補正することができ
る。

さらに、光源２０４，２０５および受光アレイ２０２．
２０３をコード板２０１に対してほぼ軸対称の位置に配
置しているので、コード板２０１の偏心の影響を打ち消
すことができる。

さて、このように、一方のスリット列ＳＴＩを使用して
、コード板２０１の回転角を正確に測定することができ
たが、スリット数の異なるもう一方のスリ・７１へ列Ｓ
Ｔ２を使用すれば、コード板２０１の回転角を０〜２π
（０〜３６０°）の範囲でアブソリュートに測定するこ
とができる。

第１３図はコード板２０１の回転角をアブソリュートに
測定するための構成を示す図である。図において、前記
第１１図と同様なものは同一符号を付して示す、コード
板２０１にはピッチ（スリット数）の異なる２つのスリ
ット列Ｓ’ｆ’ｌ、５Ｔ２（例えば、スリット数がｎお
よびｎ−１）が設けられている。また、第１のスリット
列Ｓ　’Ｉ’　１に対しては、その変位量を検出するよ
うに、受光アレイ２０２，２０３が配置されており、第
２のスリット列Ｓ　’Ｉ’　２に対しては、受光アレイ
２０２“２０３−が配置されている。なお、各受光アレ
イ２０２．２０３，２０２−．２０３−における受光素
子のピッチなどは、対応するスリット列に応じて決定さ
れている。

コード板２０１と受光アレイ２０２，２０３゜２０２−
．２０３−および光源２０４，２０５の配置状態を第１
４図に示す。図に示すように、スリット列ＳＴＩ、Ｓ’
ｒ’２は隣接して設けられているので、２つの測定系に
おいて光源２０４，２０５および光源ドライバ２０６を
共用することができる。

受光アレイ２０２，２０３または２０２−．２０３−の
出力を受け、スリット列ＳＴＩ、ＳＴ２の各変位量に応
じた位相信号１’ｌ、’ｒ’２またはＴ１−、’ｆ’２
−を発生する回路構成は、共に前記第１Ｉ図のものと同
様である。各位相信号Ｔ　１　、　’Ｉ”２、’ｒｌ−
、Ｔ２−はシグナルプロセッサ２２１に印加されている
。

このように、コード板２０１の回転角を２つのスリット
列ＳＴＩ、Ｓ’Ｔ’２を用いて同時に測定すると、得ら
れる位相信号の間にはバーニアの関係が成り立っている
ので、シグナルプロセッサ２２１の演算処理により、こ
れらの位相信号からコード板２０１のアブソリュートな
回転角を得ることかできる。また、このような構成のア
ブソリュトエンコーダ２００では、光源２０４．２０５
を位相の異なる正弦波（ｓｉｎωｔ、ＣＯ８ωｔ）で変
調することにより、スイッチング素子などを使用するこ
となく位相信号を得ることができるが、このとき変調に
使用する正弦波は、前記した第２の回転磁界を発生ずる
ために使用する正弦波と同一であるので、その発振回路
を共通に使用することかでき、構成をより簡単にするこ
とができる。

なお、上記の説明において、バーニアを構成する位相信
号は２つのスリット列によるものに限らず、３つ以上の
複数のスリット列によるものとしても同様のものが得ら
れる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の多回転アブソリュートエ
ンコーダでは、１回転以内の回転角を測定するアブソリ
ュートエンコーダとこのアブソリュートエンコーダの回
転数を検出する回転数検出器とを組み合わせ１回転以上
の回転角を測定するようにした多回転アブソリュートエ
ンコーダにおいて、前記回転数検出器として、駆動磁界
・の回転に応じて磁気バブルを順次転送する磁気バブル
素子と、前記アブソリュートエンコーダのコード板など
と共に回転し前記磁気バブル素子の駆動磁界を発生する
永久磁石とを有し、前記磁気バブル素子における転送パ
ターン上の磁気バブルの位置から前記アブソリュートエ
ンコーダの回転数を検出するようにした回転数検出器を
具備するようにしているので、電源がオフの状態でも磁
気バブルの転送が行なわれ、電源が遮断された状態にお
いても動作し、しかも１回転以上の回転角を高精度に測
定することのできる多回転アブソリュートエンコーダを
簡単な構成により実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多回転アブソリュートエンコーダの一
実施例を示す構成図、第２図〜第４図はその動作原理を
示す説明図、第５図〜第１０図は本発明の多回転アブソ
リュートエンコータに使用される回転数検出器部分の一
実施例を示す構成図およびその動作説明図、第１１図〜
第１４図は本発明の多回転アブソリュートエンコーダに
使用されるアブソリュートエンコーダ部分の一実施例を
示す構成図である。 １００・・・・・・回転軸、２００・・・・・・アブソ
リュートエンコータ、２０１・・・・・・コード板、２
３０・・・・・・光源、２４０・・・・・・フォトセン
サ、３００・・・・・・回転数検出器、３１０・・・・
・・永久磁石、３２０・・・・・・磁気バブル素子、３
３０・・・・・・磁界センサ、３４０・・・・・・支持
基板。 第　１　図 ３４θ 第２図 第３ 第４図 第７図 ビットパターン Φ−図示の状態 １’ｔ１　′ｔ２ン７鬼直

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）１回転以内の回転角を測定するアブソリュートエ
   ンコーダとこのアブソリュートエンコーダの回転数を検
   出する回転数検出器とを組み合わせ１回転以上の回転角
   を測定するようにした多回転アブソリュートエンコーダ
   において、前記回転数検出器として、駆動磁界の回転に
   応じて磁気バブルを順次転送する磁気バブル素子と、前
   記アブソリュートエンコーダのコード板などと共に回転
   し前記磁気バブル素子の駆動磁界を発生する永久磁石と
   を有し、前記磁気バブル素子における転送パターン上の
   磁気バブルの位置から前記アブソリュートエンコーダの
   回転数を検出するようにした回転数検出器を具備してな
   る多回転アブソリュートエンコーダ。
2. （２）前記回転数検出器は、磁気バブルの転送パターン
   としてＮ個の転送素子で転送ループを構成し、この転送
   ループ中の隣接する転送素子に対応して２つの磁気バブ
   ル検出器をそれぞれ配置するとともに、この２つの磁気
   バブル検出器の出力の差を演算する差動増幅器と永久磁
   石とは独立に前記転送ループ上の磁気バブルを転送させ
   る磁気バブル転送手段を具備し、前記転送ループ中に Ｎ＞２＾ｎ≧Ｎ／２を満たすｎ次のメモリホイールのパ
   ターンの間に０を挟んだものを磁気バブルの有無により
   書込み、前記磁気バブル転送手段により２ｎ回の転送を
   行った時前記差動増幅器の出力に生じる信号列のパター
   ンから前記磁気バブルの位置を検出するように構成して
   なる前記請求項１に記載の多回転アブソリュートエンコ
   ーダ。
3. （３）前記回転数検出器は、磁気バブルの転送パターン
   として互いに共通の約数を持たない２つ以上の整数Ｎ＿
   １、Ｎ＿２、・・・をそれぞれ転送素子数とする複数の
   転送ループを形成し、前記各転送ループ中の隣接する転
   送素子に対応して２つの磁気バブル検出器をそれぞれ配
   置するとともに、この２つの磁気バブル検出器の出力の
   差を演算する差動増幅器と永久磁石とは独立に前記各転
   送ループ上の磁気バブルを転送させる磁気バブル転送手
   段を具備し、前記各転送ループ中に Ｎ＿ｉ＞２＾ｎ≧Ｎ＿ｉ／２（ただし、ｉ＝１、２、・
   ・・）を満たすｎ＿ｉ次のメモリホイールのパターンの
   間に０を挟んだものを磁気バブルの有無により書込み、
   ｎ＿１、ｎ＿２、・・・の最大値がｎ＿ｍのとき前記磁
   気バブル転送手段により２ｎ＿ｍ回の転送を行った際前
   記各差動増幅器の出力に生じる信号列パターンの組合せ
   から前記回転軸等の回転数を検出するように構成してな
   る前記請求項１に記載の多回転アブソリュートエンコー
   ダ。
4. （４）前記アブソリュートエンコーダは、スリット数の
   異なる複数のスリット列を有するコード板の回転角を各
   スリットごとに測定して位相信号を発生するとともにこ
   の複数の位相信号における位相変化量の関係から前記コ
   ード板の回転角を算出するようにしたアブソリュートエ
   ンコーダであり、各スリット列に対してそれぞれその光
   強度が（ｓｉｎωｔ＋１）および（ｃｏｓωｔ＋１）で
   振幅変調され前記コード板の円周方向においてほぼ軸対
   称の位置に配置された第１および第２の光源と、この光
   源より出射された光を前記コード板を介して独立に受光
   するとともにそれぞれ光強度分布の１周期を４等分した
   幅を有する４つの受光素子よりなりその光強度の分布を
   基準として９０゜の整数倍にあたる位相差を持つように
   配置された第１および第２の受光アレイと、これら第１
   および第２の受光アレイを構成する各受光素子の出力か
   ら所定の位相関係にある出力同志を加減算する第１およ
   び第２の加減算回路と、この第１および第２の加減算回
   路の出力からそれぞれ前記第１および第２の光源の変調
   周波数に応じた周波数成分の位相信号を抽出する第１お
   よび第２のハイパスフィルタとを具備し、前記コード板
   の回転角に応じて位相が差動的に変化するそれぞれ２つ
   づつの位相信号を発生するようにしてなる前記請求項１
   に記載の多回転アブソリュートエンコーダ。