JPH0374328B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転軸の回転変位によつて生ずるア
ナログ量の絶対値を回転数をも含めて純２進数表
示するアブソリユート型のロータリ−エンコーダ
に関する。

従来のアブソリユート型ロータリ−エンコーダ
は、回転円板による軸回転角の符号化に当つて２
進数表示を採用することが多く、一般的な構造と
して透明部分と不透明部分（以下パターンとい
う）を円周上の複数トラツクにおいてそれぞれ等
間隔に並べたコード円板と、このコード円板に対
向する光源系と受光素子群とから成つている。

これらにより軸の回転角度を光電変換する際に
は各トラツクにおいてどうしてもさけられない検
出素子の配置誤差やパターンの相互位置誤差のた
めに、符号読取りの不確実性が生じ、ビツトの桁
上げ時に正規の仕様とは全く異つた位置の信号を
発生することがある。

これは、同時に２つ以上のトラツクのパターン
信号が変化するために生ずる誤差であり、一般に
はこれを防ぐために、同時に２つ以上のパターン
が変化しないグレイコードの２進数が採用されて
いる。

しかしながら、ビツトの境目及び桁上げは各ト
ラツクの検出精度に依存するため、総てのトラツ
クのパターンに厳しい位置精度及び受光素子の配
置精度が要求されることになり、高価な製造設備
と製作技術が不可欠となる。

しかも、グレイコード２進数表示は実用段階で
純２進数に変換されることが多く、このような方
式は経済的に無駄であり、純２進数による直接光
電変換方式の方が有利である。

本発明の第１の目的は、アブソリユート型ロー
タリ−エンコーダにおいて、上述した桁上げ時の
不確実性が生じないことと、回転位置の検出精度
が最下位ビツトの検出精度に一致することを特徴
とした純２進符号の光電変換方式を提供するにあ
る。一方、回転軸の絶対回転数を検出する方法に
は、１回転ごとに発生する基準信号を電子回路で
計数して表示するものと、歯車減速機構等を用い
て回転数を360度以内の回転変位に変換して２段
目のロータリ−エンコーダで検測するものとがあ
る。しかしながら、前者は停電時に回転位置が変
化した場合に絶対位置の保障ができない欠点があ
り、また、後者では減速機構に高い回転運動精度
が必要となる場合が多く、特に回転総数が大なる
ものを対象とする機種では減速機構が高価となる
ばかりでなく、２段目のロータリ−エンコーダの
パターン位置検出にも厳しい精度が要求されるこ
とになる。

本発明の第２の目的は、対象とする回転軸の回
転総数を減速歯車機構により２段目のロータリ−
エンコーダで回転角度として検出する機構におい
て、減速歯車機構にある程度の回転伝達誤差（例
えば歯車のバツクラツシユ）を許容しても回転総
数の表示を、第１段目のアブソリユート型ロータ
リ−エンコーダの最下位ビツトの検出精度に一致
させて行える特徴と持たせた多数回転式のアブソ
リユート型ロータリ−エンコーダを提供すること
にある。上記２つの目的を一挙に達成し得べき本
発明の基本構想を図によつて以下に詳述する。

第１図は、４ビツト純２進法による16進コード
を発生するためのパターンを示す。

Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚの４トラツク上のパターンによ
る透過光の出力信号の組合せにより、０〜15（10
進数）の信号を発生させ、回転位置の絶対値を検
出する例である。

このパターンの組合せによつて回転位置を検出
する場合、各トラツクにおいてどうしても避けら
れない検出素子の配置誤差や各パターンの相互位
置誤差のために第２図のようなΔt₁，Δt₂のよう
な信号のずれが生ずる。

このように、各トラツク間の信号のずれがある
とずれの生じた所で全く異つた位置の信号を送る
ことになる。

第２図の例において、Δt₁のずれがある位置で
は、10進数で２となるべきところを０、Δt₂のず
れがある位置では３となるべきものを７という信
号を発生させてしまう。

これは第１図にみるように同時に２つ以上のト
ラツクのパターンが変化するために生ずる誤差で
あり、一般にはこれを防ぐために第３図に示すグ
レイコードのパターンを採用することが多い。

このコードでは常に１箇所のパターンだけが変
化するようになつていて、第２図のような誤りを
発生させないようになつている。

ただし、前述したように、グレイコードでは総
てのトラツクのパターン検出に厳しい精度が要求
されること、及び回転角度の絶対値が最終的に純
２進数表示に変換される場合が多いなどの難点が
付随する。

本発明は、純２進符号パターンの回転円板を用
いた光電変換装置において、パターンの相対的な
配置誤差を許容するとともに、回転位置の検出精
度を最下位ビツトの検出精度と一致させて数字境
目のあいまいさのない純２進数表示を行えるよう
にするものであり、以下の原理に従つている。

第１図の16進コードの下位２ビツト、すなわ
ち、Ｙ，Ｚトラツクの検出パターンの相互関係に
おいて、まずＺトラツクの信号Szは正確なパタ
ーンに従つて、第４図のように等間隔の矩形波を
して正規に発生されているものとする。

最下位から２番目のＹトラツクで、第４図に示
すようなSy₁，Sy₂の２種類の信号を発生させる
ようにし、Sy₁，Sy₂の信号の幅と位置は、信号
Szに対して、 ０＜Δφi＜φ，ｉ＝１〜４ 〔１〕 の条件を満足するように設定する。

この条件は、後述する機械構造面で与えること
にし、２つの信号Sy₁，Sy₂からＹトラツクの正
規の信号Syを発生させる処理は、次のように電
子回路で行う。

まず、Szの信号を逆の論理に変換（０を１に、
１を０に変換すること）し、ｚを得る。

電子回路のANDゲートにより論理積・Sy₁
を発生させると、これはSzの０信号で１信号と
なる。この２つの信号から次のような論理和をと
り、Ｙトラツクの正規の信号Syを得る。

Sy＝・Sy₁＋Sz・Sy₂ 〔２〕 式〔１〕の条件が満足されている限り、式
〔２〕で得られるSyは、Szの信号を基準に発生さ
れるために、Szに対して正確なタイミングの信
号となり、機械構造上の誤差は全く含まれない。

Ｙトラツクのパターンに対して、前述した位相
差のある信号Sy₁，Sy₂を発生させるための２つ
のパターン位置検出素子１，２は、第５図のよう
に配置し、式〔１〕の条件が満足されるようにす
る。

第６図は、SzとSy₁，Sy₂の信号から式〔２〕
の操作を行い、Ｙトラツクの正規の信号Syを与
える電子回路の例を示す。

この電子回路は、テキサスインスツルメント社
のTTL−IC標準品7437(3)１個で構成することが
できるとともに、３つの入力信号に対する条件判
断のみを行うため、停電復帰の前後で出力信号
Syは不変である。

なお、Ｘトラツクの正規の信号を得る場合に
は、式〔２〕のＺ信号をＹ信号に、Ｙ信号をＸ信
号に置きかえればよく、この操作をそれよりも上
位のトラツクに拡張してゆけば、全トラツクの信
号がＺトラツクの信号を標準に発生されることに
なる。

以上のような構造において、Ｚトラツク（最下
位ビツト）のパターンさえ精確に作られ、検出さ
れれば、他のパターンの位置精度は大幅に緩和さ
れる。例えば、Ｚトラツクが円板一周で2^m（ｍは
整数）の交番符号を発生するものであれば、それ
よりも１つ上位のＹトラツクでのパターンの位置
精度とパターン位置検出素子の設置精度の総合精
度（Δφi，ｉ＝１〜４）はπ／2^m-1以内に入つて
いればよく、その上位のＸトラツクではπ／2^m-2
以内となる。このような精度の鈍感性を、複数の
アブソリユート型ロータリ−エンコーダを減速歯
車機構を用いて直列に接続した場合に適用する
と、減速歯車にある程度の回転伝達誤差を許容し
ても、多回転にわたる軸の絶対回転位置を表示す
ることができる。まず、第１段目のアブソリユー
ト型ロータリ−エンコーダはｍトラツクの純２進
符号を発生するものとする。

従つて、そのうちの最上位ビツトのトラツクの
出力信号は、第１図にみるように回転円板が１回
転する間に０→１→０と180度ごとに変化するこ
とになる。

この信号を第４図のSz信号に置きかえ、第２
段目のロータリーエンコーダ（前述したパターン
検出の原理に従うｎトラツクのアブソリユート型
ロータリーエンコーダ）の最下位ビツトをＹトラ
ツクとみなして第４図に示すようなSy₁，Sy₂信
号を導けば、式〔２〕の操作から、第１段目のロ
ータリーエンコーダの回転総数を、第１段目の最
下位ビツトのトラツクのパターン検出と同期させ
て計数・表示することができる。

ただし、減速歯車の減速比γは、Ｙトラツクの
信号数、すなわち第２段目のアブソリユート型ロ
ータリーエンコーダの最下位ビツトのトラツクが
発生する信号数2ⁿとγ＝１／2ⁿの関係にあること
が必要であり、その場合、減速歯車の出力軸、す
なわち第２段目のアブソリユート型ロータリーエ
ンコーダの回転軸に最大π／2ⁿまでの回転誤差が
許容されることになる。

ｎを小さくし、そのかわりに段数を増やす方法
をとることも可能であり、その場合の許容値は更
に大きくなり、最終機能を損うこともない。

本発明の具体的な実施例を第７図と第８図に示
す。第７図は、第１段目のアブソリユート型ロー
タリーエンコーダ４の回転円板５上に８トラツク
の純２進符号パターンを設け、パターン位置検出
素子を発光ダイオード６とフオトダイオード７で
形成し、発光ダイオード６と回転円板５との透過
光による該フオトダイオード７の出力波形を整形
した後式〔２〕の操作を行い、回転位置を2⁸純２
進符号出力するとともに、遊星歯車減速機構８に
より1/32に減速し、５トラツクの純２進符号パタ
ーンから成る第２段目のアブソリユート型ロータ
リーエンコーダ９で第１段目のアブソリユート型
ロータリーエンコーダ４の回転総数を合わせて純
２進数表示する機構である。

この場合、第２段目のアブソリユート型ロータ
リーエンコーダ９には、遊星歯車減速機構８の回
転伝達誤差まで含めて最大180/32度のパターン位
置検出誤差が許容されている。

なお、第７図にも示したように、13ビツトの純
２進数出力のうち、下位８ビツトが第１段目のア
ブソリユート型ロータリーエンコーダの回転角度
に対応するものであり、上位５ビツトが回転総数
を表示するものであるが、表示値は、第１段目と
第２段目のアブソリユート型ロータリーエンコー
ダ４，９を遊星歯車減速機構８に取りつける段階
で決定される機械的な絶対値となる。

第７図の実施例において、遊星歯車減速機構８
のかわりに平歯車の組合せを適用することも可能
であるが、高減速比を得る場合には不向きであ
る。これに対して、減速機構にウオーム歯車１０
を用いて、コンパクトで、しかも回転総数の比較
的大なる多回転式のアブソリユート型ロータリー
エンコーダを実現したのが第８図である。

本発明は、回転軸の回転変位によつて生ずるア
ナログ量の絶対値を表示するために、該回転軸に
複数トラツクを有する純２進符号パターンの回転
円板と、該回転円板の各トラツクにパターン幅以
内の位相差をもたせて配列した２つのパターン位
置検出素子とを設け、該２つのパターン位置検出
素子の出力信号とその下位ビツトのトラツクの２
つのパターン位置検出素子の出力信号とから、ビ
ツトの桁上げの不確実性をなくすとともに、回転
位置の検出精度が最下位ビツトの検出精度と一致
する純２進数を発生させるようにしたものであ
る。これにより、回転円板のパターン焼付精度と
パターン位置検出精度が大幅に緩和でき、アブソ
リユート型ロータリーエンコーダの製作が在来の
ものよりも容易に行えるとともに、回転角の表示
が極めて高精度化するなどの利点が派生する。

また、本発明で開発したパターン位置検出の精
度の鈍感性を拡張し、上記のアブソリユート型ロ
ータリーエンコーダを整数分の１の減速比をもつ
歯車減速機構により複数個連結して、前段のアブ
ソリユート型ローコリーエンコーダの最上位トラ
ツクの２つのパターン位置検出素子の出力信号と
後段のアブソリユート型ロータリーエンコーダの
最下位トラツクの２つのパターン位置検出素子を
出力信号とから、該２つのアブソリユート型ロー
タリーエンコーダの純２進符号出力を同期せしめ
るとともに、前段のアブソリユート型ロータリー
エンコーダの回転総数を後段のアブソリユート型
ロータリーエンコーダにより表示できるようにし
た。このため、歯車減速機構の回転伝達誤差をあ
る程度許容しても表示に数字境目のあいまいさが
現れず、しかも、総合精度が最下段のアブソリユ
ート型ロータリーエンコーダの最下位ビツトの検
出精度に一致する多数回転式のアブソリユート型
ロータリーエンコーダの製作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は４ビツト純２進法による16進コードを
発生するための回転円板上のパターン図、第２図
は純２進コードにおける数字境目の誤差の説明
図、第３図は10進数と２進数との対応図、第４図
は純２進コードにおける数字境目の誤差の防止説
明図、第５図はパターン位置検出素子の配置図、
第６図はSy信号生成のための電子回路図、第７
図は多数回転式のアブソリユート型ロータリーエ
ンコーダの縦断面図、第８図は多数回転式のアブ
ソリユート型ロータリーエンコーダの断面図であ
る。 １，２……パターン位置検出素子、３……
TTL−IC標準品7437、４……第１段目のアブソ
リユート型ロータリーエンコーダ、５……回転円
板、６……発光ダイオード、７……フオトダイオ
ード、８……遊星歯車減速機構、９……第２段目
のアブソリユート型ロータリーエンコーダ、１０
……ウオーム歯車減速機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 読み取りされる純２進符号の「０」、「１」変
   換パターンを表示する複数のトラツクを有する純
   ２進符号パターンの回転円板と、該回転円板の各
   トラツクにパターン幅以内の位相差をもたせて配
   設する２つのパターン位置検出素子を設け、検出
   ビツトのトラツクの該２つのパターン位置検出素
   子の各出力信号と該検出ビツトの下位ビツトの出
   力信号とを論理回路により演算処理して該検出ビ
   ツトの純２進数値を決定し、ビツトの桁上げに際
   しての誤差をなくし回転位置の検出精度が最下位
   ビツトを決定する最下位トラツクの読み取り検出
   精度と一致する純２進数を発生させるようにした
   アブソリユート型ロータリーエンコーダを構成
   し、該アブソリユート型ロータリーエンコーダを
   整数分の１の減速比をもつ歯車減速機構により複
   数個連結し、前段のアブソリユート型ロータリー
   エンコーダの最上位ビツトの出力信号と後段のア
   ブソリユート型ロータリーエンコーダの最下位ト
   ラツクの２つのパターン位置検出素子の出力信号
   とを前記同様にして演算処理して後段のアブソリ
   ユート型ロータリーエンコーダの最下位ビツトの
   純２進数値を決定せしめて連結するアブソリユー
   ト型ロータリーエンコーダの純２進符号出力を同
   期せしめて回転数並びに回転角を含めた回転位置
   を最下段のロータリーエンコーダの最下位トラツ
   クの読み取り検出精度に一致する純２進数で表示
   せしめるように構成したことを特徴とする多段回
   転式のアブソリユート型ロータリーエンコーダ。