JPS63229324A - ロ−タリエンコ−ダの位相調整方式 - 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、回転軸の回転をインクリメンタルに検出する
パルスコーダ方式のロータリエンコーダに関する。

従来の技術 ロータリエンコーダには光学式と磁気式とがあるが、光
学式ロータリエンコーダを例にとって説明すると、第５
図は該光学式ロータリエンコーダの説明図で、円盤状の
符号板１はその中心に回転軸６が固着されており、該回
転軸６は継手７を介して回転位置を検出しようとする回
転体の軸に固着される。第５図においてはサーボモータ
９のモータ軸８に継手７により固着された例を示してい
る。２は発光源で、３は固定板、４は受光部、５は信号
処理回路であり、上記符号板１は第６図の一部拡大図が
示すように、その周辺部に金属蒸着等によって光の通過
を阻止する光遮断部１ｂと光を透過させる光透過部１ａ
が交互に同一ピッチで設けられている。また、固定板３
には第６図に示すように符号板１の光透過部１ａ、光遮
断部１ｂのピッチに合わせて４つの光透過部３Ａ、３Ｂ
。

３Ａ、３Ｂの組合せが通過光♀を増加するために符号板
１の周辺部に沿って複数設けられており、第６図にはそ
の１つの組合せのみを示している。

これら光透過部３Ａ、３Ｂ、３Ａ、３Ｂに対応して受光
索子（図示せず）が受光部４に設けられている。そして
、上記固定板３の光透過部３Ａと光透過部３Ｂは符号板
１の上記ピッチに合わせ９０度位相がずれて配設されて
おり、また、光透過部３Ａと光透過部３Ａ及び光透過部
３Ｂと光透過部３Ｂは１８０度位相がずれて配設されて
いる。

そこで、発光源２からの光は符号板１の光透過部１ａ、
固定板３の光透過部３Ａ、３Ｂ、３Ａ。

３Ｂを通り受光部４の各受光索子に受光され、各受光索
子からの電気信号の出力が出されるが、光透過部３Ａ、
３Ｂに対応する受光索子から出力される信号を例にとっ
て説明すると、サーボモータ９が駆動され、符号板１が
回転すると、各受光索子に受光される光の看は、符号板
１の光透過部１ａ、光遮断部１ｂの通過に応じ変化し、
第７図（ａ）に示すように正弦波的に変動する。なお、
固定板３の光透過部３Ａに対応する受光索子の出力をＡ
相、光透過部３Ｂに対応する受光索子の出力を８相と、
以下呼ぶことにする。このＡ相、Ｂ相の信号は符号板１
の光透過部ｌａ、光遮断部１ｂのピッチに対し、光透過
部３Ａ、３Ｂの位相が９０度ずれて配設されていること
により第７図（ａ）に示すように位相が９０度ずれてい
る。

この受光索子のＡ、Ａ、Ｂ、Ｂ相の出力を信号処理回路
５に入力し、信号処理回路５では、これらの信号をヒス
テリシス付コンパレータによって方形波のＡ相信号ＰＡ
、Ｂ相信号Ｐａを作り（第７図（ｂ）、（ｃ）参照）、
この方形波のＡ相。

Ｂ相信号ＰＡ、ＰＢの立上り、立下り（第７図（ｄ）参
照）により回転信号（正転、逆転信号）ＰＰを得るよう
にしている。

発明が解決しようとする問題点 上記方形波のＡ相、８相信号ＰＡ、ＰＢの立上り、立下
り信号により回転信号を得ようとすると、該立上り、立
下り信号が等間隔、すなわち９０度　′毎に発生しなけ
れば、正確な回転位置を検出することができない。その
ためには、２つの方形波Ａ相、Ｂ相信号ＰＡ、ＰＢが正
確に９０度位相がずれていなくてはならない。２つの方
形波Ａ相、Ｂ相信号が９０度位相がずれていることは、
回転を検出する検出手段の出力、すなわち光学式ロータ
リエンコーダであれば、２つの受光索子の出力が正確に
９０度位相がずれておく必要がある。しかし、固定板３
の光透過部３Ａ、３Ｂに対する光源２のずれにより、２
つの受光索子から９０度位相のずれたＡ相、Ｂ相信号を
得ることが難しく、この位相調整が非常に困難であった
。

例えば、第７図（ａ）に示すように、Ａ相に対し９０度
位相のずれた８相の正弦波を得る必要があるにもかかわ
らず、破線で示すようなり′信号を得たとき、出力され
る回転信号ＰＰは、等間隔で発生しなくなってしまい、
正確な位置の検出ができなくなってしまう。

また、磁気式ロータリエンコーダにおいては、磁束変化
を検出する検出手段を正確に９０度位相をずらして配設
せねばならず、この位置調整が困難であった。

そこで、本発明の目的は、２つの方形波の位相調整が容
易なロータリエンコーダの位相調整方式を提供すること
にある。

問題点を解決するための手段 本発明は、回転軸に取付けられる回転盤の周辺部に極性
が交互に異なる部材を所定ピッチに配設し、上記極性の
変化を検出する検出手段の出力により、９０度位相のず
れた２相方形波を作り出し、該２相方形波の立上り、立
下り信号により回転盤の回転を検出するロータリエンコ
ーダにおいて、上記ピッチに対し１２０度位相をずらし
て３個の上記検出手段を配設し、１つの上記検出手段の
出力から一方の方形波を作り出し、他の２つの検出手段
の出力をレベル調整して正弦波に変換し、その一方の正
弦波出力と、他方の正弦波出力を増幅器を介して出力さ
れる信号をコンパレータで比較し他方の方形波を作り出
し、上記増幅器の増幅度を調整することにより２相の方
形波を９０度位相がずれるように調整することができる
ようにした。

作　　用 上記３個の検出手段からは、第１図に示すように、略１
２０度位相のずれた３相信号Ｒ，Ｓ、Ｔが出力される。

このうち１つの信号、例えばＲ相の信号のゼロクス点（
Ｒ相の最大、＠小の中間点）より方形波Ａ相を作り出し
く第１図（ｂ）参照）、他の２つの信号Ｓ、Ｔのうち一
方（第１図においてはＳ相の信号）を増幅器を通し、該
増幅器の出力と他方の信ｎ（Ｔ相）をコンパレータで比
較し、その出力として方形波のＢ相出力を得る（第１図
（Ｃ）参照）。今、上記増幅器の増幅度を「１」とし、
Ｒ相の基準にとって考えると、Ｓ相はＫｓｉｎ（θ＋１
２０）、■相は１（ｓｉｎ（θ＋２４０）の正弦波とな
る。なお、Ｋは振幅、θはＲ相の回転角とする。加法定
理により、 Ｓ相−Ｋｓｉｎ（θ＋１２０） −１（（ｓｉｎ　θ　−１２０＋　　ｃｏｓ　θ　−５
ｉｎ１２０）＝Ｋ　＜−＜５／：ｇ−＝ｎｏ＋（１／２
）・ｃｏｓθ）・・・・・・（１） Ｔ相−１（ｓｉｎ（θ＋２４０） −Ｋ（ｓｉｎθ−ｃｏｓ２４０　　＋　　ＣＯ３θ−５
ｉｎ２４０）−−Ｋ（（、Ｊ”ｒ／２）−ｓｉｎθ十（
１／　２）　−ｃｏｓθ）・・・・・・（２） となり、コンパレータの出力の変化する点は、Ｓ相−Ｔ
相の点、すなわち上記第（１）式、第（２）式より （Ｋ／２）−ｃｏｓθ＝−（Ｋ／２）　ｃｏｓθ　・（
３）のときである。上記（３）式が成立するにはθ・９
０度または２７０度のときである。このことは、第１図
（ｂ）、（ｃ）に示すように、９０度位相のずれたＡ相
、Ｂ相の方形波を得ることができる。

そして、これらへ相、Ｂ相の方形波の立上り、立下り信
号により回転信号ＰＰを得る（第１図（ｄ）参照）。し
かし、これららＲ，Ｓ、Ｔ相の位相が正確に１２０度ず
れていない場合には、正確に等間隔（９０度毎）の正転
パルスが得られないが、そのときは第１図破線に示すよ
うに上記増幅器の増幅度を調整して、一方の相（第１図
においてはＳ相）の出力電圧レベルを調整する。

これにより、コンパレータが出力されるＢ相の方形波は
第１図（Ｃ）に破線で示すようにシフトすることとなる
。こうして、増幅器の増幅度を調整することによりＡ相
に対しＢ相が９０度位相がずれるように調整することで
等間隔の回転信号ＰＰを得ることができる。

実施例 本発明の一実施例を光学式ロータリエンコーダについて
説明すると、該光学式ロータリエンコーダの構成は、従
来と同様、第５図に示すような構成になっており、ただ
、固定板、受光部、信号処理部の構成が以下に述べるよ
うに相違する。

第２図は本発明の一実施例における光学式ロータリエン
コーダの固定板１０の拡大図であり、従来の光学式ロー
タリエンコーダの固定板と相違する点は、光透過部１０
Ｒ，ＩＯ３，１０Ｔが符号板に設けられた光透過部、光
遮断部のピッチ（１周期３６０度）に対し、１２０度位
相がずれて各々配設されている点であり、符号板は従来
のものと同一で第６図に示すような符号板１１であり、
光透過部１１ａ、光遮断部１１ｂ（第２図参照）が同一
の幅で交互に配設されている。そして、上記固定板１０
の光透過部１０Ｒ，１０３，１０Ｔは符号板１１の光透
過部１１ａの幅と同一幅で形成されている。また、固定
板１０には上記光透過部１０Ｒ，１０８，ＩＯＴと位相
が１８０度ずれて光透過部１０Ｒ１・１０８．ＩＯＴが
各々設けられている。

上記固定板１０の各光透過部１０Ｒ，１０８゜１０Ｔ、
１０Ｒ，ＩＯ８，１０Ｔに対応して各々受光索子が受光
部に設けられており、発光源からの光は符号板の光透過
部を通り、固定板１０の各光透過部１０Ｒ，１０８，１
０Ｔ、１０Ｒ，１０３，１０Ｔを通り、各受光索子に受
光されるようになっている。

第３図は、固定板１０と符号板１１との関係を説明する
ための説明図で、固定板１０．符号板１１を直線状に展
開した図であり、（ａ）は固定板１０の光透過部１０Ｒ
，１０８，ＩＯＴの位置関係を示し、（ｂ）〜（ｆ）は
符号板１１の受光部１１ａ、光遮断部１１ｂの関係を示
しており、該符号板１１の光透過部１１ａと光遮断部１
１ｂは同じ幅を有し、該光透過部１１ａと光遮断部１１
ｂの１組で構成される１ピツチを３６０度として、（ｂ
）〜（ｆ）は該１ビツヂの３６０度に対し、符号板１１
を６０度毎に回転させた状態を示している。

また、固定板１０の光透過部１０Ｒ，１０８゜１０Ｔは
符号板１１の光透過部１１ａ（光遮断部１１ｂ）と同じ
幅を有し、光透過部間は上記符号板１１の１ピツチに対
応して（３６０＋１２０）度の間隔があけられる。即ち
、位相的に１２０度の間隔があけられている。

なお、固定板１０の光透過部ＩＱＲ，１０８゜１０Ｔに
ついては、光透過部１０Ｒ，１０８゜１０Ｔに対し位相
的に１８０度ずれているものであり、説明を省略する。

そこで、発光源からの光は上記符号板１１の光透過部１
１ａ、固定板１０の各光透過部１０Ｒ１１０Ｓ、１０Ｔ
を通り、各受光索子に受光されるが、固定板１１の光透
過部１０Ｒに対応する受光索子をＲ相愛光素子、光透過
部１０Ｓに対応する受光索子をＳ相愛光素子、光透過部
１０Ｔに対応する受光索子をＴ相愛光素子と呼び、各Ｒ
相、Ｓ相、Ｔ相の受光索子の出力信号をＲ相信号、Ｓ相
信号、Ｔ相信号と呼ぶとする。

いま、符号板１１が第３図（ｂ）に示す状態にあるとす
ると、符号板１１の光′ａ所部１１ｂの位置が固定板１
０の光透過部１０Ｒの位置と一致しているから、Ｒ相愛
光素子が受光する槍は「０」である。また、Ｓ相愛光素
子には固定板１０．符号板１１の光透過部１０Ｓ、１１
ａが２／３だけ重なり合っているから、両光透過部１０
Ｓ、１１ａが完全に重なり合っている場合の受光量を「
１」とするとｒ２／３Ｊの受光量を受光している。また
同様に、Ｔ相の受光索子にもｒ２／３Ｊの受光量を受光
している。次に、符号板１１が１ピツチにおける６０度
回転すると、第３図（Ｃ）に示す状態となり、Ｒ相愛光
素子には「１／３」、Ｓ相愛光素子にはｒ１／３Ｊ、Ｔ
相愛光素子には「１」の受光■が坐る。さらに、６０度
回転すると、第２図（ｄ）に示すようにＲ相、Ｓ相、Ｔ
相の各受光索子にはｒ２／３Ｊ、ｒＯＪ、ｒ２／３Ｊの
受光量がある。さらに、６０度回転すると第２図（ｅ）
に示すように、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相愛光素子にはＭｌ、ｒ
１／３Ｊ、ｒｌ、／３Ｊの受光量がある。以下、同様に
符号板１１が回転するにつれて各受光索子は受光し、そ
の出力は第１図（ａ）に示すような正弦波となり、Ｒ相
信号、Ｓ相信号。

Ｔ相信号は固定板１０の光透過部１０Ｒ，１０８゜１０
Ｔが１２０度ずれていることから、１２０度の位相のず
れた信号となる。

この各相の受光索子の出力を信号処理回路に入力するこ
ととなるが、第４図は本実施例の信号処理回路における
方形波のＡ相、Ｓ相信号を得るまでの回路を示すもので
、Ａ相、Ｂ相の方形波信号を得た後、該Ａ相、Ｂ相の立
上り、立下り信号によって回転信号ＰＰを得る回路は従
来の回路と同じであり、省略している。

１２はオペアンプで構成されるコンパレータで、Ｒ相の
受光索子の出力とリファレンス電圧ＲＶ（＝Ｏ）と比較
し、第１図（ｂ）に示すような方形波Ａ相信号を得る。

また、Ｓ相の受光索子の出力は差動増幅器１３に入力さ
れ、リファレンス電圧ＲＶ２（−〇）との差を取出す。

なお、この出力は反転した出力が出される。そして、該
差動増幅器１３の出力を反転増幅器１４に入力する。そ
の結果、反転増幅器１４の出力は第１図（ａ）でＳ（ま
たはＳ′　）で示すような正弦波出力となる。

また、Ｔ相の受光索子の出力は差動増幅器１６に入力さ
れ、リファレンス電圧ＲＶ３　（＝Ｏ）との差を取出し
、第１図（ａ）に示すＴ相の正弦波出力を得る。上記反
転増幅器１４の出力と差動増幅器１６の出力をコンパレ
ータ１５に入力し、第１図（Ｃ）に示す方形波のＢ相信
号を得る。

こうして、得られたΔ相、Ｂ相の方形波が９０度位相が
ずれるように調整するには、反転増幅器１４の増幅度を
調整することによって行う。これは、反転増幅器１４に
設けられた可変抵抗ＶＲの値を調整することによって増
幅度を調整し、例えば増幅器１４の出力が第１図（ａ）
で実線Ｓで示すような正弦波であったとき、破線Ｓ′で
示すような正弦波に変えることにより、コンパレータ１
５の出力は第１図（Ｃ）に示すように実線から破。

線で示すような方形波に変わるから、可変抵抗ＶＲの値
を調整することにより、Ａ相の方形波に対し、９０度位
相のずれたＢ相の方形波を簡単に得ることができる。こ
うして、得られた正確に９０度位相の異なるΔ相、Ｂ相
の方形波より、従来のロータリエンコーダと同じような
処理を行い、第１図（ｄ）に示すような回転パルスＰＰ
＠得ることができる。

なお、第４図において、Ｒは抵抗、ＯＰ１〜ＯＰ３はオ
ペアンプである。

発明の効果 以上述べたように、本発明は、増幅器の増幅率を調整す
ることによって、２相の方形波の一方の方形波の切換ね
り位置を調整することができるか１う、回転板（符号板
）の回転を検出する検出手段の配設位置の微妙な調整を
行う必要がなく、単に増幅器の増幅率を調整することの
みで正確に９０度位相のずれた２相の方形波を得ること
ができる。

その結果、正確な位置検出パルスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動作原理を説明する説明図、第２図は
本発明の一実施例に用いる光学式ロータリエンコーダの
固定板の拡大図、第３図は同実施例にａ３ける光学式ロ
ータリエンコーダの符号板と固定板の関係を示す説明図
、第４図は同実施例における２相方形波を作り出す回路
図、第５図は光学式ロータリエンコーダの説明図、第６
図は従来の光学式ロータリエンコーダの符号板と固定板
の関係を示す説明図、第７図は従来の【」−タリエンコ
ーダの信号波形の説明図である。 １．１１・・・符号板、２・・・発光源、３．１０・・
・固定板、４・・・受光部、１ａ、１１ａ・・・光透過
部、１ｂ、１１ｂ・・・光鴻所部、３△、３Ｂ、３Δ。 ３Ｂ、ＩＯＲ，１０８，１０Ｔ・・・光透過部、１２．
１５・・・コンパレータ、１３．１６・・・差動増幅器
、１４・・・増幅器。 窮５図 第６図 （り＋＞↑νすＩｌｌ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転軸に取付けられる回転盤の周辺部に極性が交
   互に異なる部材を所定ピッチに配設し、上記極性の変化
   を検出する検出手段の出力により、９０度位相のずれた
   ２相方形波を作り出し、該２相方形波の立上り、立下り
   信号により回転盤の回転を検出するロータリエンコーダ
   において、上記ピッチに対し１２０度位相をずらして３
   個の上記検出手段を配設し、１つの上記検出手段の出力
   から一方の方形波を作り出し、他の２つの検出手段の出
   力をレベル調整して正弦波に変換し、その一方の正弦波
   出力と、他方の正弦波出力を増幅器を介して出力される
   信号をコンパレータで比較し他方の方形波を作り出し、
   上記増幅器の増幅度を調整することにより２相の方形波
   を９０度位相がずれるように調整するロータリエンコー
   ダの位相調整方式。
2. （２）上記回転盤は周辺部に光透過部と光遮断部が所定
   ピッチで配設された符号板で、上記検出手段は発光源か
   らの光を上記符号板及び固定板を介して受光し電気的信
   号に変換する受光素子からなる光学式ロータリエンコー
   ダにおいて、上記固定板には上記符号板のピッチに対し
   １２０度位相のずれた３つの光透過部を設け、該３つの
   光透過部を透過する光を各々受光する受光素子が設けら
   れ、各受光索子の出力信号により３相の電気的信号を得
   る特許請求の範囲第１項記載のロータリエンコーダの位
   相調整方式。
3. （３）上記回転盤には周辺部に極性が交互に異なるよう
   にマグネットを所定ピッチで配設され、上記検出手段は
   マグネットによる磁束変化を検出し電気信号に変える磁
   気検出手段からなる磁気式ロータリエンコーダにおいて
   、上記磁気検出手段は上記回転盤のマグネットのピッチ
   に対し１２０度位相をずらして３個配設して３相の電気
   的信号を得るようにした特許請求の範囲第１項記載のロ
   ータリエンコーダの位相調整方式。