JPS59164913A

JPS59164913A - ロ−タリ−エンコ−ダ

Info

Publication number: JPS59164913A
Application number: JP3912683A
Authority: JP
Inventors: Masato Suzuki; 正人鈴木
Original assignee: Sumtak Corp
Current assignee: Sumtak Corp
Priority date: 1983-03-11
Filing date: 1983-03-11
Publication date: 1984-09-18
Also published as: JPH0246088B2

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）本発明は組立工程（特に調整）の簡略化を図つたロータ
リーエンコーダに関する。

（従来技術）ロータリーエンコーダ（ここでは光式インクリメンタル
・ロータリーエンコーダをいう）は入力の回転軸を回す
ことによって回転角に応じたパルス列を出力するもので
、第１図に示す如きスリットもしくは明暗の設けられた
符号板１を有し、符号板に近接して設けられた固定の検
出素子により透過光量もしくは反射光量の変化を検出し
て回転に応Ｖた信号を得ている。また回転方向を判別す
るために２個の検出素子を符号板の異なる位置に夫々設
け、第２図に示すような電気角で９０°だけ位相のずれ
た２つの出力パルスＡ、Ｂを得ている。第３図は検出信
号から出力パルスを得るための回路構成を示したもので
、各チャンネルともに同じ回路構成をもち、検出素子に
より検出した正弦波的な信号を増幅回路で所定の振幅ま
で増幅し、比較回路でパルスに整形している。

第４図は従来に行われていた検出素子の配置を２通り示
したもので、（イ）は符号板１の半径方向に、（ロ）は
円周方向に検出素子ａ、ｂを夫々配置したものである。

また、電気角で９０°の位相差をもたせるため、実際に
は第５図（イ）、（ロ）の如くスリットの１周期に対し
１／４だけ相対的にずれた位置に２個の検出素子ａ、ｂ
が取り付けられている。なお、図は説明的に拡大して示
したものであり、実際にはスリットの分割数がｉ　ｏｏ
ｏ程度であるため、上記の１／４周期に相当するずれの
量は極めて小さな値であり、またスリットの１箇所から
の信号では弱いので実際には第６図の如きマスクＭを夫
々の検出素子に取り付け、隣りあった多くのスリットか
ら信号を得ている。

さて、上述した従来のロータリーエンコーダにおいては
２個の検出素子が異なる点に配置されることが必要であ
るため、符号板の取り付けが不完全で偏芯があると位相
誤差を生じる原因と唸る。

また、個々の検出素子の取り付は位置の位置ずれによっ
ても位相ずれを起こすこととなる。

第７図は符号板１に偏芯がある場合の位相誤差の発生の
原因を図式的に示したもので、（イ）は第４図（イ）に
対応して半径方向に検出素子ａ、ｂを配置した場合を、
（ロ）は第４図（ロ）に対応して円周方向に配置した場
合を夫々示す。図においてＯは符号板１の回転中心、０
′は符号板中心、εは偏芯量、Ｒ＋　、　Ｒ２、Ｒ，’
Ｐｅ＋、　ｇ）ｏ　、　’ｆ’ｄは図中の寸法および角
度（以下、角度単位は（ｒａｄ）とする）を示す。第７
図（イ）において、電気角で表わした位相誤差の最大値
’Ｐｐ＋は符号板１の分割数をＮとすると、幾何学的な
位相誤差角ｇ）ｅ工を用いて９）ｐ＋＝Ｎ・ψｅ！・・・・・・・・・・・・・・・
・・・（１）で与えられ、Ｃｐｅ＋は幾何学的な関係よ
りであるから、よってを得る。

一方、第７図（ロ）の配置においては、幾何学的な位相
誤差角ψｅ２は ’Ｐ　８２−９’　、、ｈ−ｇ）。・・・・・・・・・
・・・・・・・（４）で与えられ、電気角で表わすと位
相誤差の最大値ｇ）Ｒ２は ε・９０・Ｎ ’ＰＰ２＝　Ｎ　＊ｇ）ｅ２−□・・・・（５）となる
。なお、第７図（イ）、（ロ）は位相誤差が最大となる
位置関係について示したが、図中ＯＩＩに符号板中心が
移動した場合にも、上式で示した量で、かつ逆極性の位
相誤差を生じる。第８図は一方の出力信号Ａを基準にし
てオシロスコープ等で波形を観測した場合の波形を示し
ており、信号Ｂは位相が９０°となる点を中心に士’Ｐ
ｐ（位相誤差の最大値Ｃｐｐ＋　、　９’Ｐ２　）の巾
で変動するむらのある波形となってしまう。また、第９
図は検出素子相互間の設定位置がずれた場合（符号板の
偏芯はないものとする〉の波形を示し、この場合にはず
れに応じた位相ずれが一定して現れる。従って、偏芯と
位置ずれが共に存在する時には、上記の波形むらと位相
ずれが合成されて同時に現われることになる。

しかして、上記のような波形むら、位相ずれが生じると
検出信号の精度が低下し、極端な場合にはパルス間隔が
狭すぎて、後続の信号処理回路の応答速度が追いつかず
ミスカウントの恐れもある。

また、第１０図に示すように信号の状態変化点を利用し
て、分割公称値の４倍の分割でカウントを行う場合には
、パルス間隔がより狭くなるため、位相誤差の与える悪
影響は一冒大きい。

第１１図は波形むらのある場合に分割を４倍でカウント
する際の信号を示すが、パルス間隔が大巾に変動するた
め、一部槽端に狭い部分があるとロータリーエンコーダ
の出力を入力信号とする制御機器が応答できなくなる可
能性がある。

上記の点は主にロータリーエンコーダの組立時における
符号板の偏芯および検出素子の取り付は位置のずれによ
るものであるから、従来においてその解決は調整による
しかなく、調整に費す時間と労力は多大なものであった
。またロータリーエンコーダの製作に関する技術のない
者が組立てるキットエンコーダ等においては対処のしよ
うがなく、信号精度の低下をきたすことになっていた。

（発明の目的）本発明は上記の点に鑑み提案されたものであり、その目
的とするところは製造工程数の削減と高品質化にあり、
組立時における符号板の偏芯および検出素子の取付位置
のずれによっても位相誤差を生じることのない、精度の
高いロータリーエンコーダを提供することにある。

（発明の構成）第１２図は本発明の主要な構成を示したもので、４個の
検出素子ａ＋　＋ａ２　、ｂ、、ｂ２　を符号板１の半
径方向に適当な間隔をもって配置した点に特徴を有して
いる。第１３図は検出素子ａ、、ａ２　。

ｂ、、ｂ２を詳細に示したもので各素子は夫々検出素子
群の中心Ｓより図示の間隔ｌ１ａ１．Ａ’ａ２゜４ｂ＋
、／ｂ２（ｉｌｔ述の計算式によって与えられる）壬だけ上下位置に配置されている。なお、位相が９０’異
なる信号を得ると共に強い信号を得るために、実際には
検出素子に第１４図（イ）の如きマスクをかけ、これに
（ロ）の如く配置した検出素子を重ねて第１５図は検出
素子の信号から出力パルスＡ、　Ｂを得るための回路構
成を示しており、検出素子ａｉ　、ａ２から合成回路２
ＡによりＡ信号を合成し、検出素子ｂ１　、ｂ２から合
成回路２ＢによりＢ信号を合成している。すなわち、振
幅の等しい２つの交流信号を合成すると両者の平均の位
相をもった信号を得ることができるという性質を利用し
たものであり、検出素子ａ、、ａ２の信号を合成して得
た信号と、検出素子ｂｌ　、ｂ２より合成して得た信号
とが検出素子群のほぼ中心Ｓにおいて検出したものとみ
なせるように各寸法を定め、符号板の偏芯による位相誤
差をなくそうとするものである。別言すれば、偏芯によ
る位相誤差の最大値を示す前記（３）式における検出素
子の位置Ｒ＋　、Ｒ２をほぼ同じ値とし、（３）式の分
子をゼロとすることにより位相誤差を低減するものであ
る。なお信号の合成としては検出素子ａｌ、ａ２および
検出素子す、、ｂ２の夫々の組で信号の和をとることに
よって達成されるが、第１４図（イ）の各組における一
方のマスクを電気角で１８０″ずらして設け、２個号の
差をとる方法を採用すれば、検出信号に重畳された光学
的バイアス量を相殺して安定した信号を得ることができ
る。

位置、検出素子の配置を与える各寸法１　ａｌ　。

ｌ　ａｘ、　ｌｂ＋　、　ｌら２を幾何学的な考察によ
り導出する。

第１６図は偏芯して取り付けられた符号板１と検出素子
群との配置関係を示したもので、εは偏芯量、０は符号
板１の回転中心、０′は符号板中心、Ｒは回転中心Ｏと
検出素子群の中心Ｓとの間隔を示す。また、直線０’Ｐ
は点Ｓを通るスリットの同−位相線（以下、情報線とい
う）、αは情報線０′Ｐと直線Ｏ８とのなす角を示す。

先ず検出素子ｂ２を取り上げると、情報線０′Ｐからの
ずれ量εｂ２は εｂ２中２中ｂ２・α・・・・・・・・。・・・１旧・
・・（６）で与えられ、角度αは ε ８　　　　　　°°°゛°°°°゛°°（′）であるか
ら、これを（６）式に代入してεｂ２　＝ｌ　ｂ２・□
・・・・・・・・・・・・・・・・・・（８）となる。

一方、回転中心Ｏからずれ量εゎ２に対する角度をαｂ
２とすれば、となる。この式に（８）式を代入するととなり、この角
度が電気信号の１周期に占める電気角ψし２は符号板１
の分割数をＮとしてを得る。

同様な手順で他の検出素子ｂ１．ａ１．ａ２についても
電気角９’ｂｔ　、　ｇ）ａｌ　、ψ鵠を求めると、と
なる。

ここで目的としている゛位相誤差＝Ｏ”′を達成するた
めには、２組の検出素子対ａ１．ａ２とｂｌ＋ｂ２とで
夫々に得た合成信号が両者において点Ｓにおいて検出さ
れたとみなせるようにすれば良いわけであるから、９’ａ工＝’Ｊ’ａ２・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（１５）ｇ）ｂ＋−ψｂ２・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・（１６）なる関係を
満たせば良いことになる。

これによりｉａｌとｌａ２との関係を求めると、ａ２Ｒとなり、同様にｌｂｌとｌｂ２とでは、ｏ２Ｒなる関係式が得られる。

しかして、上式の関係を満たす位置に検出素子を夫々配
設し、夫々の組で信号の合成を行うことにより、符号板
の偏芯による位相誤差の発生を防止することができる。

また、検出素子群を点Ｓを中心に傾けた場合にもその影
響は互いに相殺され位相誤差を生じることはない。なお
、検出素子を２組設ける場合（２チヤンネル）について
説明したが、多チャンネルの場合でも同様の効果を奏す
ることはいうまでもない。更に、Ｒ→無限大とすること
によりリニアエンコーダへの適用も可能である。

次に第１７図は他の実施例を示したものであり、円周方
向に検出素子を並べるタイプのロータリーエンコーダに
適用したものである。この場合の配置条件は図中の角度
９１．９’２を用いて’Ｊ’１＝ｇ）２・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（１９）で与えられ、この際９
０°位相の異なる２つの信号を得るための検出点が点Ｓ
の極く近傍にあるとみなせるため、前記（５）式の９）
ｏがゼロとなり、位相誤差を極めて小さくすることがで
きる。

（発明の効果）以上のように本発明にあっては、符号板の回転に応じた
情報変化を少くとも２組の固定された検出素子で検出し
、検出信号間の位相の先後および周期数により回転方向
および回転角を検出するロータリーエンコーダにおいて
、前記検出素子は２個で１組を構成し、各組を構成する
検出素子の検出信号の合成値が、全ての組で符号板上の
ほぼ１点の合成中心において検出したとみなせる間隔配
置により各検出素子を配設したから、符号板の偏芯によ
る影響を受けず、ロータリーエンコーダの組立工程にお
ける調整が不要となるため大巾なコストダウンを達成で
きる効果を有する。また、特に汎用のキットエンコーダ
等においては検出素子。

回転符号板等を冶具を用いて固定するだけで目的の信号
が得られるため、精度の高いロータリーエンコーダを提
供できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は符号板の正面図、第２図は出力信号を示す波形
図、第３図は従来の回路構成を示すブロック図、第４図
（イ）、（ロ）は従来性われていた検出素子の配置構成
図、第５図（イ）、（ロ）は第４図（イ）、（ロ）の部
分的拡大図、第６図は実際に使用するときのマスクを示
す図、第７図（イ）、（ロ）は従来例における関係式導
出のための説明図、第８図乃至第１１図は動作説明のた
めの波形図、第１２図は本発明の実施例を示す構成図、
第１３図は第１２図の部分的拡大図、第１４図（イ）、
（ロ）は実際に使用するときのマスクと検出素子を示す
図、第１５図は電気回路の概略構成図、第１６図は関係
式導出のための説明図、第１７図は他の実施例を示す構
成図である。１・・・・符号板　　ａｌ　、ａｌ、ｂ、、ｂ２・・・
・検出素子Ｄ第６図（ロ）（ロ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）符号板の回転に応じた情報変化を少くとも２組の
固定された検出素子で検出し、検出信号間の位相の先後
および周期数により回転方向および回転角を検出するロ
ータリーエンコーダにおいて、前記検出素子は２個で１
組を構成し、各組を構成する検出素子の検出信号の合成
値が、全ての組で符号板上のほぼ１点の合成中心におい
て検出したとみなせる間隔配置により各検出素子を配設
したことを特徴とするロータリーエンコーダ。
（２）検出素子を符号板の半径方向に配置した特許請求
の範囲第１項記載のロータリーエンコーダ。
（３）検出素子を符号板の円周方向に配置した特許請求
の範囲第１項記載のロータリーエンコーダ。