JPH06147921A - アブソリュート型ロータリーエンコーダ - Google Patents

アブソリュート型ロータリーエンコーダ

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Publication number
JPH06147921A
JPH06147921A JP32121392A JP32121392A JPH06147921A JP H06147921 A JPH06147921 A JP H06147921A JP 32121392 A JP32121392 A JP 32121392A JP 32121392 A JP32121392 A JP 32121392A JP H06147921 A JPH06147921 A JP H06147921A
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JP
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circuit
signal
output
data
waveform shaping
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JP32121392A
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Inventor
Shinsuke Asami
真介 浅見
Shinichi Yamamoto
真一 山本
Hiroyuki Okuno
博行 奥野
Ikuo Takeda
郁夫 武田
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロータリーエンコーダの回転時の異常を検出
できるようにすること。 【構成】 グレイコード及びその最小分解能に対応した
等間隔のスリットを回転板2に形成する。そして回転方
向を回転方向検知回路によって検知し、方向が変われば
一定時間のマスク信号を生成する。又グレイコードのパ
ターンによってデータの変化を検知し、変化の中心のタ
イミングでデータを前データと比較し、1ビット以上の
変化があれば変化検出回路13によって異常を検出して
いる。そしてマスク信号が得られないときには異常信号
として外部に出力するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自己診断機能を有するア
ブソリュート型のロータリーエンコーダに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来アブソリュート型ロータリーエンコ
ーダでは、回転円板の同心円上に符号ビット長に応じた
数の円環パターンを形成し、この円環パターンによって
回転軸の回転角度を検出して回転角度をバイナリ符号と
して出力するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このようなアブソリュ
ート型ロータリーエンコーダは、投光素子の断線やノイ
ズによる誤動作等が生じてもこれを自己診断機能がな
く、誤動作を診断することができなかった。従ってその
まま誤動作を続けてしまう恐れがあるという欠点があっ
た。
【0004】本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたものであって、請求項1の発明はアブソリュ
ート型エンコーダのスリット板に形成されているスリッ
トがグレイコードであることを利用して、ロータリーエ
ンコーダの回転時の異常を検出することを技術的課題と
する。又本願の請求項2の発明は、ロータリーエンコー
ダが動作しているかどうかを判別し、異常を判別できる
ようにすることを技術的課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本願の請求項1の発明は
回転軸に連結され、複数の同心円に沿ってグレイコード
のパターン及びその最小分解能に対応した等間隔のスリ
ットが形成された回転板と、回転板に光を投光する投光
素子と、投光素子の光を回転板のスリットを介して受光
する複数の受光素子と、回転板の等間隔スリットを介し
て得られる受光素子の出力を整形し、回転方向に対応し
て位相の異なるEA,EB信号を生成する第1の波形整
形回路と、回転板のグレイコードのパターンを介して受
光素子の出力を整形し、得られるグレイコード信号を生
成する第2の波形整形回路と、第1の波形整形回路より
得られるEA,EB信号の位相に基づいてその回転方向
を判別する方向検知回路と、方向検知回路の出力により
グレイコードのデータ変化の中心のタイミング信号を出
力するタイミング生成回路と、タイミング生成回路より
タイミング信号が出力される毎に第2の波形整形回路の
グレイ信号の1ビット以上の変化を検出する異常検出手
段と、方向検知生成回路から得られる回転方向信号の変
化時にEA又はEB信号の1クロック分のマスク信号を
生成するマスク条件生成回路と、マスク条件生成回路よ
りマスク信号が得られないときに異常検出手段の異常信
号を出力するゲート回路と、を具備することを特徴とす
るものである。
【0006】本願の請求項2の発明は回転軸に連結さ
れ、複数の同心円に沿ってグレイコードのパターン及び
その最小分解能に対応した等間隔のスリットが形成され
た回転板と、回転板に光を投光する投光素子と、投光素
子の光を回転板のスリットを介して受光する複数の受光
素子と、回転板の等間隔スリットを介して得られる受光
素子の出力を整形し、回転方向に対応して位相の異なる
EA,EB信号を生成する第1の波形整形回路と、回転
板のグレイコードのパターンを介して得られる受光素子
の出力を整形し、グレイコード信号を生成する第2の波
形整形回路と、第1の波形整形回路より得られるEA,
EB信号の位相に基づいてそのデータの変化点を検出す
るデータ変化検知回路と、第2の波形整形回路より得ら
れるグレイ信号をEA,EB信号より十分高い周波数の
クロック信号に基づいて前データと比較するデータ比較
回路と、データ比較回路の並列出力の論理和をとるオア
回路と、データ変化検知回路の出力に基づいて1クロッ
ク分データ変化のマスク信号を生成するマスク条件生成
回路と、マスク信号が得られない間にオア回路の出力を
異常信号として出力するゲート回路と、を具備すること
を特徴とするものである。
【0007】
【作用】このような特徴を有する本願の請求項1の発明
によれば、グレイコードのパターンとその最小分解能に
対応した等間隔のスリットを回転板に形成しておき、等
間隔のスリットに基づいて回転方向信号を検出してい
る。そしてその変化によってグレイコードのデータの変
化の中心点のタイミング信号をタイミング生成回路によ
って生成し、この信号が得られる毎にグレイ信号のデー
タが1ビット以上変化することを異常検出手段で検出
し、これによって異常信号を出力している。又回転が逆
方向に変化したときにはマスク信号を出力し、異常信号
が誤って出力されることを防止するようにしている。
【0008】又本願の請求項2の発明によれば、同様の
回転板と波形整形回路とを用いて常にグレイコードのデ
ータの変化を検出し、データが正常に変化するタイミン
グをデータ変化検知回路によって検知し、このときには
マスクをしている。従ってマスク信号が生成されない期
間にデータが変化した場合には異常を検出できるように
している。
【0009】
【実施例】図1は本願の請求項1の発明を具体化した第
1実施例によるアブソリュート型ロータリーエンコーダ
の全体構成を示すブロック図である。本図においてこの
ロータリーエンコーダには回転軸1に回転板2が取付け
られている。回転板2は複数の同心円上に特定パターン
のスリットが形成される。このパターンとしては、回転
の分解能に応じたビット数で最小分解能間のハミング距
離が1である、グレイコードに対応したパターン、及び
この最小分解能の角度と一致させてインクリメンタル型
エンコーダと同一の一定の等間隔のスリットが形成され
ている。そして回転板2を挟んで複数の投光素子3と受
光素子4とが対向している。投光回路5はこの投光素子
3を点灯駆動するものである。受光素子4はスリットの
同心円数に応じて複数配置され、各出力が波形整形回路
6,7に与えられる。第1の波形整形回路6は通常のイ
ンクリメンタル型ロータリーエンコーダと同様にA相及
びB相の受光素子の出力を二値信号EA,EBに波形整
形するものであり、その出力は方向検知回路8に与えら
れる。又第2の波形整形回路7はアブソリュート型ロー
タリーエンコーダの各並列出力に対応した受光素子4の
出力を夫々波形整形するものであり、その出力(ここで
はnビットとする)はグレイ/バイナリ変換回路9とデ
ータ比較回路10に与えられる。方向検知回路8は信号
EA,EBより十分高い周波数のシステムクロックが同
時に与えられており、信号EA,EBの位相から回転方
向を判別するものである。そして回転方向が正方向では
Hレベル、逆方向ではLレベルの回転方向信号がマスク
条件生成回路11に与えられる。マスク条件生成回路1
1は回転方向信号の立上り及び立下り時に、信号EA又
はEBの1クロック幅だけマスク信号を出力するもので
ある。
【0010】又タイミング生成回路12は方向検知回路
8からの信号に基づいて正転時にはEB信号の立上り、
逆転のときにはその立下り時に一定パルス幅のタイミン
グ信号CKLを生成し、データ比較回路10に与えるも
のである。データ比較回路10は波形整形回路7の並列
出力を、タイミング生成回路12から与えられるタイミ
ングCKL毎にその直前のデータと比較し、変化がない
ビットはL、変化があるビットにのみHレベルの並列出
力を変化検出回路13に与える。変化検出回路13はこ
の変化が1ビット以上に変化しているかどうかを判別す
るものであって、1ビット以上変化したときのエラー
(ERR)出力をゲート回路14に与える。ゲート回路
14はマスク条件との論理積によって異常状態を判別す
るものであり、その出力はD型フリップフロップ15に
与えられる。D型フリップフロップ15はエラーリセッ
ト信号(ERRRST)が与えられるまで異常信号とし
て保持するための回路である。ここでデータ比較回路1
0及び変化検出回路13はタイミング信号CKLが出力
される毎に波形整形回路のグレイ信号の1ビット以上の
変化を検出する異常検出手段を構成している。
【0011】次に方向検知回路8,マスク条件生成回路
11とタイミング生成回路12の詳細な構成例について
図2を参照しつつ説明する。方向検知回路8は図2に示
すようにEA及びEBの信号をクロック信号に同期させ
るD型フリップフロップ20,21と、D型フリップフ
ロップ21の出力を更に1クロック分遅延させるD型フ
リップフロップ22を有している。そしてフリップフロ
ップ20,21,22の出力をa,b,b′とし、EO
R回路23によるbとb′の排他的論理和出力をcとす
る。そしてこれらの所定の論理積条件をアンド回路とオ
ア回路によって生成するゲート回路24を有しており、
この出力によってRSフリップフロップ25をセット及
びリセットするよう構成される。ここでセット条件は次
式で示される。 (a・b・c)+(aバー・bバー・cバー) 又リセット条件は次式で示される。 (a・bバー・c)+(aバー・b・cバー) これによって正転時にはH、反転時にはLレベルとなる
方向検知信号を得ている。
【0012】マスク条件生成回路11はこの検知信号を
信号cによって遅延させるD型フリップフロップ26,
27を有している。方向検知信号とD型フリップフロッ
プ27の出力はEOR回路28に与えられる。EOR回
路28はこれらの入力の排他的論理和をとるものであっ
て、反転直後に所定の間マスク信号を生成するものであ
る。又タイミング生成回路12は信号a,cの論理積を
とるアンド回路29とその出力が与えられるD型フリッ
プフロップ30を有しており、この出力を一定のクロッ
ク期間に遅延させてタイミング信号CKLを得ている。
【0013】図3はデータ比較回路10の詳細な構成を
示す回路図である。データ比較回路10はタイミング生
成回路12からのタイミング信号CKLによって各ビッ
ト夫々2クロック分シフトする2段のD型フリップフロ
ップ群31-1〜31-n及び32-1〜32-nを有してい
る。そして各ビットではD型フリップフロップ31-i,
32-i(i=1〜n)の出力が夫々EOR回路33-iに
与えられる。各EOR回路はこれらの排他的論理和をと
るものであって、データが変化するビットのみHレベル
となるnビットの並列信号を得ている。この並列出力は
変化検出回路13に与えられる。この変化検出回路13
は例えば図4に示す真理値表に基づいてこの並列ビット
の1ビット分のみの変化がある場合にはLレベル、その
他の変化ではHレベルのエラー信号(ERR)を出力す
るものである。変化検出回路13は例えばROMテーブ
ルのデータと比較してもよく、又各ビットの出力に基づ
いてワイヤードロジック回路によって図4に示す真理値
表を実現するように構成してもよい。
【0014】次に本実施例の動作について説明する。図
5,6は本実施例の各部の波形を示すタイムチャートで
ある。図5(a),(b)は夫々EA及びEB信号を示
しており、ロータリーエンコーダの回転軸1の回転に応
じ正転ではEA、逆転ではEBの位相が早い信号が図示
のように得られる。図7は図2の各部の波形を示すタイ
ムチャートであって、EA,EBがクロックに同期した
信号a,b及びbの出力を1クロック分遅延させた信号
b′によってその変化点毎の信号cを得ている。そして
これらの信号に基づいた論理回路によってRSフリップ
フロップ25をセット又はリセットさせて回転方向信号
を得ている。更にタイミング信号CKLは正方向の回転
ではEBの立上り後のクロック信号の1周期の幅、逆回
転ではEBの立下り後のクロック信号の1周期の幅の出
力となっている。又マスク信号は正回転から逆回転とな
った場合は図示のようにEBの1周期の幅、逆回転から
正回転となった場合はEAの1周期の幅となる。
【0015】そして正転時にはEBの立下り時点、逆転
時にはEBの立下り時点で図5(c)に示すようにアブ
ソリュートデータが変化する。今アブソリュートデータ
が「N」から順次正転方向に回転しており、「N+3」
の位置から逆転を開始したものとすれば図示のような信
号が得られる。そして回転方向信号はマスク条件生成回
路11に与えられ、正転時にはEBの立上り時に、逆転
時にはEBの立下り時に図5(e)に示すようなタイミ
ング信号CLKが得られる。この信号に基づいてデータ
比較回路10によってデータが比較される。ここでデー
タが図5に示すように「N」から1づつインクリメント
され、次いでディクリメントされた信号であれば、前デ
ータとの変化ビットは1となっている。従ってアブソリ
ュートデータの変化毎にいずれか1つのEOR回路33
-1〜33-nの出力のみが1となり、他は全て0の信号が
得られる。変化検出回路13ではnビットの並列出力の
うちいずれかのビットのみが1で他が全て0である場合
には、その出力は真理値表によって0となる。又逆転時
にはデータの変化の検出のタイミングでの変化が1ビッ
トでないためエラー信号が出力されるが、マスク信号に
よってゲート回路14の論理積条件は成立せず異常信号
は出力されない。
【0016】さて図6に示すように正回転中にアブソリ
ュートデータが「N」の次に「N+1」以外の数値とな
った場合には、1ビット以上の変化となるため変化点検
出回路13からERR信号が出力される。即ちアブソリ
ュートデータが「N」の次に正転が続いている場合には
「N+1」となるはずであるが、何らかの異常によって
他の数値「N+*」が得られたものとする。この場合に
は図6(f)に示すように異常信号が出力される。この
場合にはマスク信号がHレベルであるため、図6
(h),(i)に示すように外部に異常信号が出力され
ることとなり異常状態が識別できる。
【0017】このように本実施例ではグレイコードのス
リットが形成されたアブソリュート型エンコーダのいず
れかのビットが1づつ変化する場合のみを正常とし、他
の場合に異常信号を出力しているため、ロータリーエン
コーダの誤動作を確実に検出できることとなる。
【0018】次に本発明の第2実施例について説明す
る。図8は本発明の第2実施例によるアブソリュート型
ロータリーエンコーダの全体構成を示すブロック図であ
り、第1実施例と同一部分は同一符号を付して詳細な説
明を省略する。本実施例では第1の波形整形回路6の出
力はデータ変化検知回路41に与えられる。データ変化
検知回路41は信号EA,EBによってデータの変化点
を検出するものであり、その出力はマスク条件生成回路
42に与えられる。マスク条件生成回路42はデータ変
化検知後の1クロック分マスク信号を出力するものであ
って、その出力はゲート回路14に与えられる。又第2
の波形整形回路7の出力がデータ比較回路10に与えら
れる。データ比較回路10の構成は第1実施例と同様で
あるが動作は異なり、クロック信号CLOCKが与えら
れる毎にその直前のタイミングのデータとを比較するも
のである。データ比較回路10の並列出力は、nビット
入力のオア回路43に与えられる。オア回路43はデー
タ比較回路10の出力のうち少なくとも1つが1である
かどうかを判別するものである。そしてオア回路43は
この論理和信号をD型フリップフロップ44に与える。
D型フリップフロップ44はクロックとの同期をとるも
のであり、その出力をゲート回路14に与える。ゲート
回路14はマスク信号が与えられている間の論理積信号
の出力によってERR2信号をD型フリップフロップ1
5に与える。D型フリップフロップ15はこの信号を保
持し、リセット信号ERRRSTが加えられるまで外部
に異常信号を出力するものである。
【0019】図9はデータ変化検知回路41とマスク条
件生成回路42の構成を示すブロック図である。データ
変化検知回路41は前述した第1実施例による方向検知
回路8の主要部と共通しており、同一部分は同一符号を
付して詳細な説明を省略する。本実施例においても信号
EA,EBを夫々同期させるフリップフロップ20,2
1及びフリップフロップ21の出力を1クロック分遅延
させるフリップフロップ22とこれらの出力の排他的論
理和をとるEOR回路23を有している。又ゲート回路
24,RSフリップフロップ25を接続して方向を判別
している。さて本実施例のデータ変化検知回路41はa
バー及びcの論理積をとるアンド回路51を有してお
り、その出力が停止信号としてマスク条件生成回路42
に与えられる。マスク条件生成回路42内にはアンド回
路51の出力をクロック信号によって同期させる縦続接
続されたフリップフロップ52,53と、その入出力の
論理積をとるナンド回路54が設けられる。この論理積
信号はマスク信号としてフリップフロップ44を介して
ゲート回路14に与えられる。
【0020】次に本実施例の動作について説明する。図
10,11は本実施例の動作を示すタイムチャートであ
る。図10はデータ変化検知回路41,マスク条件生成
回路42の各部の波形を示しており、信号EA,EBを
これより十分早いクロック信号CLOCKによって同期
させてa,b,cの信号を生成している。そしてアンド
回路51によってcとaバーとの論理積によってデータ
の変化点毎の信号を得ている。この信号はマスク条件生
成回路42によって図10(k)のように1クロック分
のマスク信号として生成される。このときデータの変化
によってクロックに同期したエラー信号ERR1がオア
回路43を介してD型フリップフロップ44から得られ
ることとなるが、これをマスクすることによってこのと
きには異常を出力するようにしていない。
【0021】さて図11に示すようにアブソリュートデ
ータが「N」,「N+1」,「N+2」のように変化し
ているときにN+1の期間で他のデータ「N+*」に変
化した場合には、オア回路43からエラー信号が出力さ
れ、このときにはマスク信号が出力されないためゲート
回路14よりエラー信号ERR2が出力される。これに
よってD型フリップフロップ15よりリセットされるま
で異常信号が外部に出力されることとなる。従ってアブ
ソリュート型ロータリーエンコーダが回転の途中にデー
タが変化すべきでない時点で変化した場合や、停止して
いてそのアブソリュートデータが何らかの異常で変化し
た場合に同様にして検出することができる。
【0022】尚前述した第1実施例では回転時にグレイ
コードの変化を検出し、又第2実施例では停止時にその
出力の変化に基づいて異常を判別するようにしている
が、これらの異常の論理和によっていずれか一方の異常
状態が判別されたときに異常状態を識別するように構成
できることはいうまでもない。
【0023】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本願の請求項
1の発明によれば、アブソリュート型ロータリーエンコ
ーダの回転板に形成されたグレイコードに基づいて出力
が連続して1ビットづつ変化しない場合に、何らかの異
常があったものとして異常を検出するようにしている。
そのため異常があったときに誤った出力に基づいて制御
が行われることがなく、誤動作を直ちに認識することが
できる。
【0024】又本願の請求項2の発明では、ロータリー
エンコーダが停止しているときやデータが変化すべきで
ないタイミングで変化したときにも、そのデータの変化
に基づいて異常が検出される。従って外部からノイズ等
によって出力が変化した場合の異常を確実に識別するこ
とができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例によるアブソリュート型ロ
ータリーエンコーダの全体構成を示すブロック図であ
る。
【図2】本実施例の方向検知回路,マスク条件生成回路
及びタイミング生成回路の詳細な構成を示す回路図であ
る。
【図3】本実施例のデータ比較回路10の詳細な構成を
示す回路図である。
【図4】本実施例の変化検出回路13の動作を示す真理
値表である。
【図5】本実施例の動作を示すタイムチャート(その
1)である。
【図6】本実施例の動作を示すタイムチャート(その
2)である。
【図7】本実施例の方向検知回路8,マスク条件生成回
路11及びタイミング生成回路12の動作を示すタイム
チャートである。
【図8】本発明の第2実施例によるアブソリュート型ロ
ータリーエンコーダの全体構成を示すブロック図であ
る。
【図9】本実施例のデータ変化検知回路,マスク条件生
成回路の詳細な構成を示す回路図である。
【図10】本実施例のデータ変化検知回路,マスク条件
生成回路の動作を示すタイムチャートである。
【図11】本実施例の動作を示すタイムチャートであ
る。
【符号の説明】
1 回転軸 2 回転板 3 投光素子 4 受光素子 5 投光回路 6,7 波形整形回路 8 方向検知回路 9 グレイ/バイナリ変換回路 10 データ比較回路 11,42 マスク条件生成回路 12 タイミング生成回路 13 変化検出回路 14 ゲート回路 15,20〜22,26,27,30,31,32,5
1,52 D型フリップフロップ 41 データ変化検知回路 43 オア回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 郁夫 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転軸に連結され、複数の同心円に沿っ
    てグレイコードのパターン及びその最小分解能に対応し
    た等間隔のスリットが形成された回転板と、 前記回転板に光を投光する投光素子と、 前記投光素子の光を前記回転板のスリットを介して受光
    する複数の受光素子と、 前記回転板の等間隔スリットを介して得られる前記受光
    素子の出力を整形し、回転方向に対応して位相の異なる
    EA,EB信号を生成する第1の波形整形回路と、 前記回転板のグレイコードのパターンを介して得られる
    前記受光素子の出力を整形し、グレイコード信号を生成
    する第2の波形整形回路と、 前記第1の波形整形回路より得られるEA,EB信号の
    位相に基づいてその回転方向を判別する方向検知回路
    と、 前記方向検知回路の出力によりグレイコードのデータ変
    化の中心のタイミング信号を出力するタイミング生成回
    路と、 前記タイミング生成回路よりタイミング信号が出力され
    る毎に前記第2の波形整形回路のグレイ信号の1ビット
    以上の変化を検出する異常検出手段と、 前記方向検知生成回路から得られる回転方向信号の変化
    時に前記EA又はEB信号の1クロック分のマスク信号
    を生成するマスク条件生成回路と、 前記マスク条件生成回路よりマスク信号が得られないと
    きに前記異常検出手段の異常信号を出力するゲート回路
    と、を具備することを特徴とするアブソリュート型ロー
    タリーエンコーダ。
  2. 【請求項2】 回転軸に連結され、複数の同心円に沿っ
    てグレイコードのパターン及びその最小分解能に対応し
    た等間隔のスリットが形成された回転板と、 前記回転板に光を投光する投光素子と、 前記投光素子の光を前記回転板のスリットを介して受光
    する複数の受光素子と、 前記回転板の等間隔スリットを介して得られる前記受光
    素子の出力を整形し、回転方向に対応して位相の異なる
    EA,EB信号を生成する第1の波形整形回路と、 前記回転板のグレイコードのパターンを介して得られる
    前記受光素子の出力を整形し、グレイコード信号を生成
    する第2の波形整形回路と、 前記第1の波形整形回路より得られるEA,EB信号の
    位相に基づいてそのデータの変化点を検出するデータ変
    化検知回路と、 前記第2の波形整形回路より得られるグレイ信号を前記
    EA,EB信号より十分高い周波数のクロック信号に基
    づいて前データと比較するデータ比較回路と、 前記データ比較回路の並列出力の論理和をとるオア回路
    と、 前記データ変化検知回路の出力に基づいて1クロック分
    データ変化のマスク信号を生成するマスク条件生成回路
    と、 前記マスク信号が得られない間に前記オア回路の出力を
    異常信号として出力するゲート回路と、を具備すること
    を特徴とするアブソリュート型ロータリーエンコーダ。
JP32121392A 1992-11-04 1992-11-04 アブソリュート型ロータリーエンコーダ Pending JPH06147921A (ja)

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