JPS5949740B2

JPS5949740B2 - 回転フオトカプラ装置

Info

Publication number: JPS5949740B2
Application number: JP56193633A
Authority: JP
Inventors: 栄伸杉原; 慎一井上
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1981-12-03
Filing date: 1981-12-03
Publication date: 1984-12-04
Also published as: JPS5896434A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、回転フォトカプラ装置に関する。

回転フォトカプラ装置は、回転側から静止側へ光学的に
非接触で信号を伝達する装置である。第１図に回転フォ
トカプラ装置の構成例を示す。回転円板１は矢印の方向
に回転する回転体であり、この回転体１の円周近傍には
等間隔で発光ダイオード（又は半導体レーザ、一般的に
は発光素子）２が設置されている。発光ダイオード２の
信号源は発光ダイオード駆動回路３を通じて印加される
入力ＩＮである。入力数及び駆動回路３の数は、発光ダ
イオードの数だけ存在する。静止側の静止円板２Ａの円
周近傍には等間隔でフォトダイオード（ピンダイオード
など。一般的には受光素子）４が設置されている。この
フォトダイオード４は発光ダイオード２の放射光を受光
できる位置に設置されている。更に１個の発光ダイオー
ドに対しｌて２個のフォトダイオードが対向関係になつ
ている。増巾器５はフォトダイオード４の数だけ存在し
、対応するフォトダイオードの検出出力を増巾する機能
を持つ。波形弁別回路５Ａは各増巾器５の出力を受けて
論理弁別し、゛ｌ″又ｂ″の門出力を発生する。回転角
検出センサ６は回転円板２の回転角を検出すべく設置さ
れている。アングルエンコーdラ■H７は回転角検出セン
サ６の検出回転角を取込み２進数に変換する機能を持つ
。デコーダ回路８は、弁別回路５Ａの出力及びアンダブ
ルエンコーダ回路７の２進出力を取込み、入力ＩＮを再
生するデコーダである。第２図は静止円板２Ａの各フォ
トダイオード４と、回転円板２との関係を中心とする模
式図である。

回転円板２には、便宜上、等間隔（４５゜）に５８個の
発光ダイオード２が設置されているものとしている。回
転円板１は回転中心Ｏを中心として一定方向（矢印）に
回転する。入力源１は８個の発光ダイオード２に対して
所定のＰＣＭ化したデ一夕を内部の駆動回路を介して与
える。静止円板２Ａ側の各フオトダイオード４は、発光
ダイオード総数の２倍の個数、即ち１６個より成る。こ
の１６個のフオトダイオードは相隣り合う２個のフオト
ダイオード４０と４１とが対となつている。フオトダイ
オード４０と４１が発光ダイオード２に対応する。各フ
オトダイオード４０と４１の出力は増巾器５０，５１
．弁別回路６０，６１を介してデコーダに取込まれる。
第３図は、発光ダイオード２の放射光分布を極座標で示
した図である。

発光ダイオード２がフオトダイオード４０と４１の丁度
中間に移動してきた時、両者の出力信号が最小になり、
中間位置から少しでも片方へ寄つた時点ではフオトダイ
オード４０と４１との中のいずれか一方が大きくなる。
従つて、この中間位置を考慮してフオトダイオード４０
か４１かの出力をデコーダ８が選択的に取込むようにし
ている（図から明らかなように、増巾器、弁別回路を介
して）。また、発光ダイオード２とフオトダイオード４
０と４１の距離、フオトダイオード４０と４１との距離
も第３図で示すような光強度が発光ダイオード２からフ
オトダイオード４０及び４１へ向つて放射するように選
定される。アングルエンコーダ回路７は、２進化した検
出回転角を並列に出力する構成となつている。

デコーダ回路８の構成を第４図、第５図に示す。第４図
はデコーダ回路８の中の入力選択回路を示し、第５図は
デ゛コーダ回路８の中の出力選択回路である。第６図は
アングルエンコーダ回路７の２進並列出力から選択制御
信号を作成する論理回路である。第４図〜第５図のデコ
ーダ回路８は、発光ダイオード総数１６個、フオトダイ
オード総数３２個、アングルエンコーダ出力は５ビツト
構成としてい，る。第４図の入力選択回路は、４個の入
力選択回路部８００，８０１，８０２，８０３より成
る。

各選択回路部の内部構成は全く同じである（ＳＮ７４１
５７使用）。

３２ビツトの入力は８ビツト毎にｚ分けられ、１〜８ビ
ツト、９〜１６ビツト、１７〜２４ビツト、２５〜３２
ビツトはそれぞれ選択回路部８００，８０１，８０
２，８０３の入力に設定されている。

選択回路部８００を代表して内部構成・動作を説明する
。

選択回路部８００は４個の選択ゲート８００Ａ，８０
０Ｂ，８００Ｃ，８００Ｄより成る。ゲート８００Ａ
は３２個のフオトダイオードの中の２つのダイオード出
力Ｄ１，Ｄ２を取込み、いずれか１つを選択して出力す
る。ゲート８００Ｂ，８００Ｃ，８００Ｄはそれぞ
れＤ３，Ｄ４Ｄ５，Ｄ６：Ｄ７，Ｄ８の選択を行う
。各ゲート８００Ａ〜８００Ｄの２入力の中め二方の選
択はｊ制御信号Ｃ５によつて行われる。制御信号Ｃ５＝
ゝ『の時、出力Ｍ１＝Ｄ１，Ｍ２＝Ｄ３，Ｍ３＝Ｄ５，
Ｍ４＝Ｄ７となり、Ｃ５＝ゞ゛１″の時、出力Ｍ１＝Ｄ
２，Ｍ２＝Ｄ４，Ｍ３＝Ｄ６，Ｍ４＝Ｄ８となる。以上
の構成は他の選択回路部８０１，８０２，８０３でも
同じである。

制御信号Ｃ５は第６図に示すようにアングルエンコーダ
回路７の最下位ビツトであり、従つて、アングルエンコ
ードされた２進データが偶数表示の時Ｃ５＝″０″とな
り、ｊ奇数表示の時Ｃ５＝″ｒとなる。かかる入力選択
回路の１６ビツト並列出力Ｍ１〜Ｍ１６は第５図の出力
選択回路に入力する。第５図の出力選択回路は、１６個
の出力選択回路部８１００，８１０１，８］０２，・
・・，８１］５より成る。出力選択回路８１００は出力
選択ゲート８１００Ａ、出力ゲート８１００Ｂより成り
、他の出力選択回路８１０１，８１０２，・・・８１
１５も出力選択ゲート８１０１Ａ，８１０２Ａ，・・・
，８１１５Ａ，出カゲート８１０１Ｂ，８１０２Ｂ，・
・・，８１１５Ｂより成る。各出力選択ゲート８１００
Ａ〜８１１５ＡはＳＮ７４１５０を使用し、出力ゲート
８１００Ｂ〜８１１５ＢはＳＮ７４３７を使用している
。各出力選択ゲート８１００Ａ〜８１１５Ａには第６図
に示す論理回路の出力Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が入力し
、出力選択を行つている出力選択対象は１６個の入力で
ある。出力選択ゲート８］００Ａには、Ｍ１〜Ｍ１６が
入力している。

出力選択ゲート８１０１ＡにはＭ２〜Ｍ１６，Ｍ１が入
力している。以下同様に、１６個の入力が１ビツトずれ
た構成をとりながら各出力選択ゲートに入力している。
制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４はアングルエンコ
ーダ回路７の５ビツトの出力の上位４ビツトを示してい
る。下位１ビツトのＣ５は先の対となつているフオトダ
イオードの選択に使用したが、上位４ビツトはその選ば
゛れた１６個の出力Ｍ１〜Ｍ１６の中のいずれかの選択
を行う。この１６個の選択を、１ビツトＣ１，Ｃ２，Ｃ
３，Ｃ４から得るには４ビツトの総組合せのデコード結
果（１６通り）に従つてｂ行う。従つて各出力選択ゲー
トには、４ビツト信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，７Ｃ４を
デコードするデコーダが内部に設けられ、１６ビツト入
力の中から１ビツトを選択するようになつている。各出
力選択ゲートの出力は出力ゲート８１００Ｂ〜８１１５
１Ｂを通り、１６個の出力０１〜０１６となる。この出
力０１〜０１６は回転円板１の１６個の発光ダイオード
にそれぞれ対応したものとなり、フオトカプラとしての
情報の授受が可能となることがわかる。第６図は、アン
グルエンコーダ７の５ビツト出力Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ
４，Ｒ５の論理出力を発生する論理回路であり、この論
理回路は波形整形用出力ゲート８２０Ａ，８２０Ｂ，８
２０Ｃ，８２０Ｄ，８２０Ｅとより成り、出力Ｃ１，Ｃ
２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５を出力する。

出力Ｃ５は第４図の選択制御信号となり、Ｃ１，Ｃ２，
Ｃ３，Ｃ４は出力選択ゲート８１００Ａ〜８１１５Ａの
選択制御信号となる。この働きについては前述した。但
し、この第６図の回路を除去し、Ｒ１〜Ｒ５を直接に制
御信号として利用させてもよい。かかるフオトカブラ装
置は、発光ダイオードに最も近いフオトダイオードの選
択をアングルエンコーダ回路７の出力する回転角をもと
に行つているので、フオトダイオードの取付け位置とこ
の回転角が一致していなければならない。

一致していない場合には、アングルエンコーダ回路７の
回転角出力をもとにフオトダイオードを選択しても、そ
れが発光ダイオードに最も近いものではなくなる。この
場合、発光ダイオードの発光分布がフオトダイオードと
フオトダイオードの間隔より十分広くないと、選択され
たフオトダイオードは発光ダイオードの光を受光できず
、信号伝達が途切れてしまう欠点を持つ。本発明の目的
は、独立に回転体の回転角を検出する装置を設けず、信
号伝達の一部を利用して回転角を検出できるフオトカプ
ラ装置を提することにある。

本発明の要旨は、以下の通りである。

回転体から、静止側へ伝達する信号が何らかの信号でス
トローブされている場合には、ストローブとなる信号の
出力がない時には信号もすべて出力がなくなる。

このとき回転フオトカブラ装置の回転体の発光ダイオー
ドはすべて発光していない。そこで、回転角を検出する
ために信号伝達に用いない発光ダイオードを他の発光ダ
イオードと同じ円周上に１つ取り付けて、これを信号に
かかわらず常に発光させておく。こうしておけば、信号
伝達用発光ダイオードが発光していない間にこの発光ダ
イオードの位置を静止側で検出することで回転体の回転
角が得られる。信号伝達用発光ダイオードが１つも発光
していないかどうかは静止側のフオトダイオードの出力
が１つのみで゛あるか複数かを調べることで、フオトダ
イオードの出力が１つのみの時が信号用発光ダイオード
がすべて発光していない時と判定できる。以下図面によ
り本発明を詳述する。

第７図は本発明の回転フオトカブラ装置の実施例図であ
る。

回転板１にはその周辺に複数の発光ダイオード２，２
Ｂが設けられている。発光ダイオード２の数は１５個、
発光ダイオード２Ｂの数は１個である。従つて総計１６
個の発光ダイオードとなる。発光ダイオード２は駆動回
路３から送られてくる入力１Ｎを受信し、データに対応
した発光を行う。発光ダイオード２Ｂは回転板１の回転
角検出のために設けられており、常時点灯している。こ
の常時点灯は駆動回路３Ａによつて与えられるｎ″（Ｈ
ｉｇｈ）によつてなされる。静止円ノ板２Ａは、その周
辺に３２個のフオトダイオード４を持つている。このフ
オトダイオード４の隣り合う２個は、回転円板１の発光
ダイオード２の１個に対応する。駆動回路（増幅器）５
は各フオトダイオード４の出力を受け、弁別回路５Ａは
対応す７る゛駆動回路（増幅器）５の出力を受けて、点
灯時ｎ″、非点灯時゛０″となる論理信号に変換する。
シングルイベント回路１０は、３２個の弁別回路５Ａの
出力を取り込み、同時にｎ″となる出力が２個以上存在
するか否かの検出を行う。３２個０の出力の中で１個の
みが０１″の時には、発光ダイオード２Ｂのみが点灯し
ているものと判断し、そのタイミングをとらえ、回転角
検出用の制御出力を発生し、ゲート回路１１．ラツチ回
路１３に送出する。

ゲート回路１１は３２個の弁別回路５Ａの出力を上記シ
ングルイベント検出回路１０の回転角検出用の制御信号
が゛ｌ″の時にのみ取込む。この取込み信号は回転角検
出信号となる。アングルエンコーダ回路１２はゲート回
路１１からの回転角検出信号を取込み２進化（５ビツト
）の回転角を作成する。ラツチ回路１３は２進化出力を
シングルイベント検出回路１０の制御出力の夕イミング
でラツチする。デコーダ回路８は常時、弁別回路５の出
力を並列に取込み必要なデコードを行う。このデコード
は、ラツチ回路１３の５ビツト出力をもとに行なわれる
。以上の構成の動作を第８図イ、ロのタイムチヤ−トを
利用して説明する。

第８図イ、ロ共に同一タイムスケールで表示している。
増巾器３Ａの出力ｂは、第８図イに示すように動作区間
中（ｔｏ〜ｔｎ）であれば常時ｎ″となつており対応す
る発光ダイオード２Ｂは常時点灯になつている。残りの
１５個の増巾器３は入力１Ｎの内容に応じたゞ１″又は
ゞ０″の出力１ａ〜１５ａを発生する。第８図イでは、
出力１ａは時間ｔ１，ｔ２，ｔ３で゛ゞ１″、出力２ａ
は時間ｔ１で゛″１″、出力１５ａは時間ｔ２，ｔ３で
３１″となる事例を示している。３ａ〜１４ａもデータ
の内容に応じた″１″又″０″の形態をとる。

３２個の弁別回路５Ａの出力１Ｃ〜３２Ｃは１６個の発
光ダイオード２，２Ｂに応じた論理出力を発生する。

対応する発光ダイオードが非点灯であれば、弁別回路５
Ａの出力はゞ『である。また、発光ダイオード２Ｂの常
時点灯に対しては、各出力は、Ｔｏなる区間の″１″出
力を発生する。但し、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３近傍ないし
はその時間帯では、出力５Ｃ，６Ｃ，７Ｃ，８Ｃ，
９Ｃ，１０Ｃの如き出力となる。図で゛は１１Ｃ〜３２
Ｃの信号は省略している。かくしてシングルイベント検
出回路１０の制御出力ｄは第８図口の如くなる。

図で、″１″″の部分が発光ダイオード２Ｂの出力のみ
が点灯し、他発光ダイオード２は非点灯である事例を示
している。この出力ｄはゲート回路１１を開きその時の
弁別回路５Ａの出力がゲート回路１１を通リアングルエ
ンコーダ回路１２に入力する。更に弁別回路５Ａの出力
はいつもデコーダ回路８に入力し、デコーダされる。デ
コード結果は、出力１ｇ〜１６ｇとして出力される。一
方、アングルエンコーダ回路１２はゲート回路１１の出
力を取込み、回転角のエンコードを行う。

エンコードされた５ビツト出力１ｅ〜５ｅはラツチ回路
１３に取込まれる。これによりゲート回路１］が閉じて
いる時の回転角をこれが閉じる直前の回転角で補う。デ
コーダ回路８はラツチ回路の出力を取込み、入力１Ｎが
特定の出力へ常に現われるように動作する。回転角検出
と信号（データ）伝達について詳述する。

入力１Ｎが全くない時には、回転板１の発光ダイオード
２Ｂのみが点灯している。従つて、弁別回路５Ａの中で
゛どれか１つに出力が現われる。この状態はシングルイ
ベント回路１０で検出されて制御出力ｄとなり、且つゲ
ート回路１１を通つてアングルエンコーダ回路１２に伝
達される。アングルエンコーダ回路１２ではどの位置に
取付けてあるフオトダイオードが発光して出力を出して
いるかを検出してから回転板］の回転角を知ることがで
きる。一方、入力１Ｎが入ると、回転板１の発光ダイオ
ード２は、多数のものが点灯する。この状態では、回転
角の検出は行われず、ゲート回路１１は閉じる。このゲ
ート回路１１の閉じている間は、ラツチ回路１３に記憶
されたゲート回路１１の閉じる直前の回転角に基づいて
デコーダ回路８が作動する。この間に回転板１が大きく
回転し、実際の回転角が大きく変化すると、正常な信号
伝達ができなくなる。しかし、回転板］の速度があまり
速くない場合（数ｒｐｍ程度）には電気信号の変化をは
るかに速くすることにより、ゲート回路１１が閉じてい
る間を非常に短かくできる。それ故に、この間に回転体
の回転角は変化しないとみなせる。これにより、デコー
ダ８はいつも正常に動作し、１つの駆動回路に入力され
る信号を常にデコーダ８の出力に伝達させることができ
る。デコーダ回路８は、従来例で述べた第４図、第５図
、第６図と基本的に同じである。

異なる点は、第６図に示した論理回路の入力である、対
応する本発明の論理回路の実施例を第９図に示す。この
デコーダ回路８で゛は、ラツチ回路１３の５ビツト出力
ｆ１〜ｆ，を取込み出力ゲート８２０Ａ〜８２０Ｅに印
加し、出力Ｃ１〜Ｃ５を得ている。出力Ｃ１〜Ｃ５の中
で最下位ビツトＣ５は第４図に示す選択回路８００〜８
０３に入力して入力選択に供する点、出力Ｃ１〜Ｃ４は
第５図に示す出力ゲート回路８１００〜８１１５に入力
して１６個のＭ入力の選択を行う点は、従来と変る所は
ない。従つて、デコーダ回路８の動作説明は省略する。
尚、回転板の発光ダイオードと静止板の発光ダイオード
とは１対２の対応（対向）としているが、１対３等の２
以上の数の対応関係もありうる。第９図の回路を除去し
、ｆ１〜ｆ５を直接使用し制御信号として利用すること
も当然可能である。本発明によれば、回転角センサの代
りに、１個の発光ダイオードを常時点灯させた構成とし
たことによつて回転角センサと同様に回転角検出が可能
になつた。また、その後の処理も電子回路で可能なため
、製作費用を低くできた。また、各板では、発光ダイオ
ード、フオトダイオードが同じ円周上でそれぞれ正確に
等間隔に配列されていればよく、アングルエンコーダの
出力する回転角と実際のそれとのずれはなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフオトカプラ装置の構成図、第２図はフ
オトカプラ部を中心とする従来の構成例図、第３図は光
放射とフオトダイオードとの関係を示す図、第４図、第
５図、第６図はデコーダ回路の構成図、第７図は本発明
のフオトカプラ装置の実施例図、第８図イ，ロはタイム
チヤート、第９図は本発明のデコーダ回路の一部の実施
例図である。１・・・回転板、２Ａ・・・静止板、２・・・発光ダイ
オード、３，３Ａ，５・・・駆動回路、４・・・フオト
ダイオード、５Ａ・・・信号弁別回路、８・・・デコー
ダ回路、１０・・・マルチエベント検出回路、１１・・
・ゲート回路、１２・・・アングルエンコーダ回路、］
３・・・ラツチ回路。

Claims

【特許請求の範囲】１同心円上に複数の発光素子が設けられてなる回転板
と、該回転板上の発光素子に対向して受光素子が同心円
上に設けられてなる静止板と、上記回転板上の発光素子
の特定の１個に対し常時点灯信号を送り、残りの発光素
子のそれぞれに伝達情報である点灯か非点灯かを示す信
号を印加する駆動回路と、上記静止板上の受光素子から
の出力を並列に取出しそのレベルに応じて“１”か“０
”かの２値信号を出力する弁別回路と、該弁別回路の出
力を並列に取込み１個の“１”発生時のみを検出する検
出回路と、該検出回路により１個の“１”発生時の検出
信号によつてその時の“１”を示す弁別回路出力のみを
取込み回転板の回転角をエンコードするエンコーダ回路
と、該エンコーダ回路のエンコード出力を次のエンコー
ド出力が現われるまでラッチするラッチ回路と、上記弁
別回路の出力を並列に取込み上記ラッチ回路の出力の内
容に応じて複数の出力端を選択し、その出力端から対応
する弁別回路の出力を取出すデコード回路とより成る回
転フォトカブラ装置。２上記回転板上の発光素子と静止板上の受光素子との
比率を１対２とし、２個の受光素子は１個の発光素子に
対向して設けられてなる特許請求の範囲第１項記載の回
転フォトカブラ装置。