JPH0259615A

JPH0259615A - 高分解能アブソリュート形エンコーダ

Info

Publication number: JPH0259615A
Application number: JP21050988A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Matsumoto; 光雄松本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1990-02-28

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は機械的回転角度を絶対値で検出する高分解能ア
ブソリュート形エンコーダに関する。

（従来の技術）ロータリエンコーダは出力形式によりアブソリュート形
とインクリメンタル形に分類され、更に検出手段により
光学式と磁気式に分類される。

従来の光学式アブソリュート形エンコーダは回転コード
円板上に複数トラックの記録面を有し、各回転角度に対
応した符号コードパターンのスリットをこの複数トラッ
ク上にリングラフィによるオートエツチング技術で記録
され、トラック毎にコードパターンを検出する光学ヘッ
ドが設けられ、これらの複数のヘッドによりトラックコ
ードパターンを並列に読み出す方式がとられている。

また従来の磁気式アブソリュート形エンコーダは回転コ
ード円板に磁化パターンを複数トラックに着磁し、複数
の磁気センサで並列に検出するものである。

一方、インクリメンタル形は上記アブツリーニート形エ
ンコーダの複数トラックを１トラツクのみ設けたもので
ある。

（発明が解決しようとする課題）上記アブソリュート形エンコーダに於いて、磁気式は静
止している回転コード円板の磁化パターンを検出する必
要があるため、誘導形磁気ヘッドは使えず、磁束応答形
磁気ヘッドを使わなければならない。磁束応答形ヘッド
としては磁気抵抗形。

ホール効果形があるが、これらは高分解能を得るため、
磁化パターンを微細化すると、信号レベルが小さくなり
、高分解能に関しては光学式の性能に及ばない。

光学式に於いてもより高分解能化を図るため、スリット
ピッチを小さくし、ピッチが光の波長に近づいて来ると
、光の回折現象の影響で信号のＳ／Ｎが低下し、検出不
可能となる。

アブソリュート形エンコーダの最も大きな問題点はコー
ド板上の複数トラックを並列に読み出すときトラック間
の読取りスキューのため読取り誤差を発生し、異常なコ
ードを誤まって出力する危険性があることである。この
ため交番２進コードを採用したり、或いは、読取りヘッ
ドが隣接コードの境界近くに来たとき、ヘッドをコード
の中央に移すような対策が必要であった。

このため、アブソリュートエンコーダの分解能を上げる
ことは困難であった。

また、従来のアブソリュートエンコーダは多数桁のデー
タを伝送する必要があった６一方、近年、マイクロコンピュータを位置制御装置に応
用するようになり位置検出器としてはディジタル形式で
出力するエンコーダが専ら、使用されるようになった。

また、制御技術上、速度検出器が必要なとき、この位置
検出エンコーダの一定時間毎の位置変化量を速度情報と
することが必要であるため、高分解能のエンコーダが望
まれる。

また停電しても機械の位置を正しく検出できるアブソリ
ュート形エンコーダがインクリメンタル形に比し大きな
利点を持つ６本発明は上記の事情に鑑み、コードパターンを極端に微
細化する必要がなく、またエンコーダよりの出力信号は
２系統でよく、その伝送周波数帯域もそれ程高くする必
要がなく、また故障診断が容易に可能な高信頼性超高分
解能のアブソリュート形エンコーダを提供することを目
的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するために１次のような手段か
ら構成されている。

エンコーダの固定ケースと、前記固定ケースの軸心を中
心に回転自在に保持され、機械的回転角度を検出するシ
ャフトと、前記固定ケースの軸心を中心に一定速度で回
転され、円周上に一定ピッチのインデクスパターンが等
間隔に記録され、且つその複数個のインデク大パターン
中の１ケを特定する零点パターンが記録された回転コー
ド円板と、前記シャフトの軸に固定され、前記回転コー
ド円板のインデクスパターン、零点パターンを読み出し
、これらを第１のインデクスバル入信号。

第１の零点パルス信号とする可動ヘッドと、前記固定ケ
ースに固定され前記回転コード円板のインデクスパター
ン、零点パターンを読み出し、これらを第２のインデク
スバルス信号、第２の零点パルス信号とする固定ヘッド
とより構成されるエンコーダ本体と、前記エンコーダ本
体の第１のインデクスパルス信号の周波数を逓倍し、こ
の逓倍周波数でインクリメントする第１のカウンタを有
し、該第１のカウンタのオーバーフローパルスを前記第
１のインデクスバル入信号に同期させるフェーズロック
ドループ（Ｐ　Ｌ　Ｌ）回路と、前記第１のカウンタの
オーバーフローパルスでインクリメントされ、且つ前記
第１の零点パルス信号でリセットされ、且つ前記回転コ
ード円板の１周のインデクスパターンの数に等しい容量
を持つ第２のカウンタと、サンプル指令で前記第１のカ
ウンタ、第２のカウンタの内容が記憶されるバッファレ
ジスタとから構成される可動ヘッドの位置検出回路と。

前記可動ヘッドの位置検出回路と同様な構成で、前記第
２のインデクスパルス信号と第２の零点パルス信号を入
力する固定ヘッドの位置検出回路とから構成される。

（作　用）上記構成に於いて、シャフト軸に固定された可動ヘッド
が回転コード円板上のインデクスパターンを読む毎に第
１のインデクスパルス信号を発生する。また、コード円
板が１回転する毎に零点パターンを読み出し、第１の零
点パルス信号を発生する。

可動ヘッドがインデクスパルスを発生する瞬間の回転コ
ード円板の零点に対する可動ヘッドの回転位置は前記零
点パルスより何個口のインデクス位置かを正確にアブソ
リュートで検出できる。このインデクスバルスが発生す
る瞬間だけでなく任意の時刻での可動ヘッドの回転位置
を検出するため、可動ヘッドの位置検出回路は繰り返え
し発生する。可動ヘッドからの第１のインデクスパルス
信号の周波数を逓倍し、この逓倍周波数でインクリメン
トする第１のカウンタを有し、該カウンタのオーバフロ
ーパルスが第１のインデクスパルス信号に同期するよう
なフェーズロックドループを作用させる。また第２のカ
ウンタは第１のカウンタがオーバフローする毎にインク
リメントし、前記第１の零点パルス信号によりリセット
する。

かくして、時々刻々変化する回転コード円板の零点に対
する可動ヘッドの回転位置を表わすディジタルデータの
中回転コード円板のインデクス間を内挿した位置データ
は第１のカウンタに、どのインデクスの位置にあるかを
示す位置データはアブソリュート値で第２のカウンタに
入っている。

この時々刻々変化する第１．第２のカウンタの内容はサ
ンプル指令により、可動ヘッドの位置検出回路内のバッ
ファレジスタに記憶され、サンプル指令発生時の回転コ
ード円板の零点に対する可動ヘッドの位置、すなわち、
シャフトの回転角度がバッファレジスタに記憶される。

一方、第２のインデクスバル入信号、第２の零点パルス
信号を入力する固定ヘッドの位置検出回路のバッファレ
ジスタにはサンプル指令発生時の回転コード円板の零点
に対する固定ヘッドの位置、すなわち、固定ケースの回
転角度がアブソリュートで記憶されている。

この可動ヘッド、固定ヘッドの位置検出回路内のバッフ
ァレジスタの記憶データの差をとれば、固定ケースに対
するシャフトの回転角度がアブソリュートで検出される
。

（実施例）く構　成〉以下図面を参照して１本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の分解能２６２１４４　Ｐ／Ｒ（パルス
／回転）の高分解能磁気式アブソリュート形エンコーダ
の断面図を示し、第２図は第１図に示したエンコーダの
主要部の斜視図である。

第１図に於いて、符号１は検出回転角度θを入力するシ
ャフトで、このシャト１はベアリング７を介して、固定
ケース６に保持され１回転軸を２−２として自由に回転
できる。

このシャフト１は第２のベアリング８を介して、リング
９を回転自在に保持し、このリング９は磁気ディスク５
と多極着磁フェライトマグネット１０を固定保持する。

またシャフト１は可動磁気ヘッド３を固定保持し、この
磁気ヘッド３は磁気ディスク５の磁気記録面に対面する
。シャフト１は回転トランス４の回転子側を固定保持す
る。前記可動磁気ヘッド３の検出コイル巻線出力をこの
回転トランス４の回転子側コイル巻線に接続する。そし
てこの回転トランス４の固定子側は固定ケース６により
保持されたプリント板１３上に固定される。

この回転トランス４の固定子側コイル巻線出力をプリン
ト板上のアンプ１５に入力する。またこのアンプの出力
は端子１７に接続しである。

また、固定ケース６はプリント板１２を保持し、このプ
リント板１２上にモータ・コイル１１を固定保持する。

このモータ・コイル１１は前記フェライトマグネットｌ
Ｏと相対向するように配置する。

また、固定ケース６は固定磁気ヘッド２を保持し、この
磁気ヘッド２は磁気ディスク５の磁気記録面に対面する
。そしてこの固定磁気ヘッド２の検出コイル巻線出力は
プリント板１３上のアンプ１４に入力する。そしてこの
アンプ１４の出力は端子１６に接続しである。

く作　用〉上記多極着磁フェライトマグネット１０とモータ・コイ
ル１１はブラシレスモータを構成し、固定子コイル１１
は回転子マグネット１０に回転力を与え、リング９．磁
気ディスク５を固定ケース６に対し３６００ｒｐｍの一
定回転数でシャフト１の回りを回転させる。尚上記ブラ
シレスモータはフロッピーディスク装置、ハードディス
ク装置に現在広く使用されている方式を用いて容易に実
施することができる。

今、シャフト１の最大許容回転数を８０Ｏｒｐｍ以下と
すれば、磁気ヘッド２，３と磁気ディスク記録面間に高
速の相対速度が得られこの間に空気層が発生し、エアベ
アリング作用で記録面とヘットは無接触で対向する。

次に第２図により本実施例の作用を説明する。

磁気ディスク５の磁気記録面上のトラック１８は固定磁
気ヘッド２に対向し、トラック１９は可動磁気ヘッド３
に対面していて、このトラックｔａ、　１９には各々１
周を正確に２０４８等分したピッチでＮ／Ｓの磁化が変
化するインデクスパターンが記録しである。

ここで、第１図のエンコーダの作用を説明するため第３
図のタイミング図を用いて説明する。尚。

第３図はシャフト１が一定回転角度θで停止している時
のタイミング図である。

今、磁気ディスク５が３６０Ｏｒｐｍで回転していると
き、ディスク５が１／２０４８回転する毎に固定磁気ヘ
ッド２からは第３図ａに示すインデクスパルス電圧を、
可動磁気ヘッド３からはＣに示すインデクスパルス電圧
を誘起する。このインデクスパルスａ、ａのパルス周波
数は２０４８　Ｘ　３６００／６０　＝１２２．８８Ｋ
Ｈｚである。磁気ディスク５のトラック１８゜１９に記
録されている１周２０４８個のインデクスパルス中の特
定の１個を特定できるようにするため、第３図す、ｄに
示す零点パルスをトラック１周中、１箇所だけ記録しで
ある。この零点パルスｂ、ｄはトラック１周中の特定の
１つのインデクスパルス発生後約１／８１９２　（１／
４インデクス）回転後に発生するように記録する。

さて、エンコーダのシャフト１の回転角度がθのとき、
固定磁気ヘッド２から発生する零点パルスｂと可動磁気
ヘッド３から発生する零点パルスｄどの時間位相差は第
３図に示すようにθとなる。

さて、磁気ディスク５に記録される１周２０４８個のイ
ンデクス磁化パターンの精度は本発明のエンコーダの精
度を決めるので、次のマスター磁気ディスク複写装置で
磁気ディスク５を製作する。

すなわち２６２，１４４個のクロックパルスがトラック
１周上に等ピッチで記録されている高精度のマスター磁
気ディスクと本実施例に用いる磁気ディスク５を３６０
Ｏｒｐｍで回転する複写装置のシャフトに同軸で固定し
、マスター磁気ディスクのクロックをマスター用磁気ヘ
ッドで読み取り、このクロックが１２８パルス出る毎に
インデクスパルスを複写専用の磁気ヘッドで磁気ディス
ク５に書込む。かくしてトラック１周当り２０４８個の
インデクスパルスが、高精度で書込まれる。また１周中
１個の零点パターンも同時に書込む。このようなマスタ
ー磁気ディスク複写装置で磁気ディスク５が、マスター
磁気ディスクの精度で複写され、短時間に大量の磁気デ
ィスク５を製作することができる。

今、第２図のトラック１８．１９の１周の長さを１５０
ｍとすると、この１周を２６２，１４４等分に分解する
ためには　１ピッチ＝１５０ｍ／　２６２，１４４＝０
．６ｍ程度の波長で記録面に記録しなければならないが
、これは現在の実用化されているフロッピディスク装置
、ハードディスク装置の記録波長が０．５−であるので
、十分達成できる。

固定磁気ヘッド２から出力信号ａ、ｂはアンプ１４に入
り、ここで電力増幅されて端子１６に出力され、図示し
ないケーブルを通って、次に説明する位置制御装置へ伝
送される。

一方、可動磁気ヘッド３からの出力信号ｃ、ｄは回転ト
ランス４を通ってアンプ１５に入り、ここで電力増幅さ
れて端子１７に出力され、同様に位置制御装置へ伝送さ
れる。

上記位置制御装置の内部には位置検出回路が設けられて
おり、信号ａ、ｂ、及び信号ｃ、ｄのパルス列を処理し
て、シャフト１の回転角度Ｏをアブソリュートのディジ
タル量に変換する。

第４図はこの位置検出回路の動作を説明するためのブロ
ック図である。

第４図に於いて、破線で示した２つのブロック２０、２
１は全く同一の回路構成をしていて、ブロック２０の入
力端子２２は前記エンコーダの出力端子１６に接続され
固定磁気ヘッド２からの信号ａ、ｂが入力される。そし
てそのブロック２０の出力ポート２４をマイクロコンピ
ュータ２８の入力に接続する。

またブロック２１の入力端子２３は前記エンコーダの出
力端子１７に接続され、可動磁気ヘッド３からの信号ｃ
、ｄが入力される。そして、そのブロック２１の出力ポ
ート２５をマイクロコンピュータ２８の入力に接続する
。またマイクロコンピュータ２８からのサンプル指令出
力はブロック２０．２１の各々入力端子２６．２７に接
続されている。

ブロック２０．２１の動作は全く同じであるので、ブロ
ック２１についてのみ、その動作を第３図のタイミング
図と共に説明する。

可動磁気ヘッド３からの出力信号ｃ、ｄは入力端子２３
を通って、ＭＭ　（モノステプルマルチ）２９、ＡＮＤ
回路３０．ＩＮＨ（インピット）回路３１に入力される
。このインデクスパルスがＭＭ２９をトリガーすると、
ＭＭ２９の出力は信号ｅに示すようにトリガー後約５０
％デユティの期間１（１１＃の状態となる。このＭＭ２
９の出力は零点パルスｄに対するウィンドウの役目をし
ていて、ＡＮＤ回路３０の出力からは信号ｆに示すよう
に零点パルスｄだけを抽出する。一方ＩＮＨ回路３１は
零点パルスｄだけを阻止し、インデクスパルスのみが、
その出力に現れる。該回路３１からの出力は位相比較器
３２の基準位相入力端子（Ｒ）に入る。この位相比較器
３２とその出力電圧で周波数が制御されるＶＣＯ３３と
このＶＣＯ３３の周波数を１／１２ｇに分周する２進７
桁の分周カウンタ３４はＰＬＬ　（フェーズロックドル
ープ）を構成し、分周カウンタ３４の内容が１２７から
０に変化するとき発生するＯＶＦ　（オーバーフロー）
パルスを位相比較器３２のフィードバック位相入力端子
（ＦＢ）に入れる。

このＰＬＬにより、インデクスパルスとｏｖＦパルスの
周波数は勿論、その位相差もＯにするようにＰＬＬによ
り、ＶＣＯ３３の出力周波数は第３図信号ｇに示すよう
に１２８　Ｘ　１２２．８８に七＝１５．７２８．６４
に＆　となり、　この周波数でインクリメントする分周
カウンタ３４の内容は第３図信号りに示すように変化し
、インデクスバルスが現れる時、ちょうどカウンタ３４
の内容が１２７より０に変化するように同期する。

尚、エンコーダのシャフト１の回転角度θが変化すると
き、インデクスバルスの位相も変るので、この変化に追
従してＶＣＯ３３の周波数を追従させることが必要であ
るが、このＰＬＬの位相比較サンプリング周波数が１２
２．８８ＫＩＩｚと非常に高く、通常のエンコーダのシ
ャフトｌの最大久方周波数が高々、１に七程度であるの
で、十分精度良く、ＰＬＬを追従させることができる。

このＰＬＬにより分周カウンタ３４の内容は信号りに示
すように１つのインデクスパルスの期間中Ｏから１２７
に変化し、インデクスパルス期間を１２８等分に内挿す
る。

分周カウンタ３４からの○ＶＦパルスは２進１１桁のカ
ウンタ３５のクロック入力に接続され、ＯＶＦパルスが
発生する毎にカウンタ３５の内容を第３図ｊに示すよう
にインクリメントする。そして、２０４８個目のＯＶＦ
パルスにより零クリアされ再びインクリメント動作を繰
り返す。

また、ＡＮＤ回路３０の出力が該カウンタ３５のリセッ
ト端子Ｒに接続されていて、零点パルスｄは該カウンタ
３５をリセットし、その内容を０にする。

この動作はイニシャライズおよびバックアップとして行
われる。

カウンタ３４，３５は下位桁と上位桁に対応し、その内
容を連結した２進１８桁のディジタル量は可動ヘッド３
と回転している磁気ディスク５の零点間の相対回転位置
を２”＝２６２，１４４の高分解能で時々刻々示してい
ることになる。

同様にして固定磁気ヘッド２と回転している磁気ディス
ク５の零点間の回転位置がブロック２０の回路で検出さ
れる。

さて、位置制御装置内のマイクロコンピュータ２８がエ
ンコーダの回転位置を読み込むとき、そのサンプル指令
出力よりサンプルパルスを発生し、端子２７を介して、
２進１８桁のバッファレジスタ３６のＬＤ（ロード）端
子を活性化し、カウンタ３４゜３５の内容をバッファレ
ジスタ３６に記憶する。かくしてサンプル指令時の磁気
ディスク５の零点に対する可動ヘッド３の回転角度θが
２１１の分解能でバッファレジスタ３６から出力されて
、出力ポート２５に転送される６前記サンプル指令出力からのパルスはブロック２０の端
子２６も同時に活性化し、該ブロック２０の出力ポート
２４からはサンプル指令時の磁気ディスク５の零点に対
する固定ヘッド２の位置が転送される。

マイクロコンピュータ２８は出力ポート２５と２４から
の各１８ビツトのデータを読み込み、前者のデータから
後者のデータを減算すると、その結果は固定ヘッド２に
対する可動ヘッド３の回転角θをアブソリュートで２１
０の分解能で割り出し検出することになる。これは固定
ケース６に対するシャフト１の検出すべき回転角θのア
ブソリュートデータである。

〈効　果〉本実施例に於いて、エンコーダのシャフトの最大許容回
転数を８０（ｌｒｐ−以下とすれば、磁気ディスク５と
可動磁気ヘッド３．固定磁気ヘッド２間には高速の相対
速度が生じ容易にエアベアリング空気層が得られ、この
間を無接触化でき、磁気記録面を傷つけない。また電源
ｏｆｆ時にエアベアリング空気層が得られないときの対
策として、磁気ヘッドの両側面エアベアリング面をヘッ
ド中央の磁化検出ギャップのエアベアリング面より高く
して、ヘッド中央が磁気記録トラックに接触しないよう
にして記録トラックを保護することができる。

実施例によれば、高精度の磁気ディスク５を短時間でマ
スター磁気ディスクから複写により製作可能である。こ
の複写に用いられるマスター磁気ディスク複写装置も簡
単な機構で容易に製作できる。従来のエンコーダで使用
された符号コード円板は光学的リングラフィ等の方法で
作られていたが、この製法で用いられる製造設備は非常
に高価。

大規模となり、従来このコード円板の製作に多大の費用
がかかっていた。

本実施例に於いて、磁気ディスク５の回転むら。

ワウ、フラッタ−はインデクスバルスの位相にジッタを
もたらし、ＰＬＬループの位相誤差を発生させる原因と
なるが、ＰＬＬループのサンプリング周波数が１２２．
８８ＫＨｚの高速のためループの応答速度も高くできる
。

一方、磁気ディスク５の慣性によりこのような高周波の
ワウ、フラッタ−をなくするようにすることは容易に可
能である。また第４図のブロック２０、ブロック２■の
両方のＰＬＬループはワウ、フラッタ−に対し完全に同
じ位相誤差特性を示すのでディスク回転むらの影響はキ
ャンセルされて位置検出の精度は低下することがない。

また、磁気ディスク５の回転数が変動してもＰＬＬがそ
れに追従するので、位置検出の精度は低下しない。

また、本実施例によれば回転磁気ディスク５と磁気ヘッ
ド２，３間には高速の相対速度が発生するので、誘導形
磁気ヘッドが使える利点がある。

（他の実施例）く構　成〉本発明の他の実施例として分解能２６２，１４４パルス
／Ｒの光学式アブソリュート型エンコーダを次に説明す
る。第５図は本発明の光学式エンコーダの断面図を示し
、第６図は第５図に示したエンコーダの主要部の斜視図
である。

第５図に於いて、符号３７は検出回転角度θを入力する
シャフトで、このシャフト３７はベアリング５６を介し
て、固定ケース３８に保持され、回転軸Ｚ−Ｚの回りを
回転する。

このシャフト３７は円板５８．５９．プリント板６０を
固定保持する。またシャフト３７は第２のベアリング５
７を介してリング６１を回転自在に保持し、このリング
６１はコード板３９を固定保持し、該コード板３９は磁
石４８と多極着磁フェライトマグネット４９を保持する
。

円板５８はＬＥＤ　（発光ダイオード）４３とホール素
子４７を保持し、円板５９はスリット板４１とＰＤ（ホ
トダイオード）４５を保持する。そして、ＬＥＤ４３か
らの光はコード板３９．スリット板４１を透過して、Ｐ
Ｄ４５に入射するように配置する。またホール素子４７
は磁石４８の磁束を検出するように配置する。

プリント板６０は電子回路５１と回転トランス５２の回
転子側を固定保持する０回転トランス５２は２個のチャ
ンネルを有し、その回転子側コイル端は２個とも電子回
路５１に配線する。

またＬＥＤ４３．ホール素子４７．　ＰＤ４５の各リー
ド端子は各々電子回路５１に接続する０円板５８．５９
、プリント板６０はシャフト３７と共に回転するのでこ
れらの上に塔載されたＬＥＤ４３．ホール素子４７゜ス
リット板４１．　ＰＤ４５．電子回路５１２回転トラン
ス５２の回転子の各部品もシャフトと共に回転する。

固定ケース３８に保持されたプリント板６２は回転トラ
ンス５２の固定子側と第２の電子回路５３を保持する。

この回転トランス５２の２個の固定子側コイル端は電子
回路５３に配線する。

固定ケース３８はＬ　Ｅ　Ｄ４２．ホール素子４６．ス
リット板４０．　ＰＤ４４．モータ・コイル５０を固定
保持する。そしてＬＥＤ４２からの光はコード板３９．
スリット板４０を透過して、ＰＤ４４に入射するように
配置する。またホール素子４６は磁石４８の磁束を検出
するように配置する。またモータ・コイル５０は。

コード板３９上のフェライトマグネット４９と相対向す
るように配置する。そしてＬ　Ｅ　Ｄ４２．ホール素子
４６．　ＰＤ４４の各リード端子は各々第２の電子回路
５３に配線する。該電子回路は出力端子５４．５５と電
源端子６３を持つ。

〈作　用〉第５図で多極着磁フェライトマグネット４９とモータ・
コイル５０はブラシレスモータを構成し、コード板３９
を固定ケース３８に対し、　３６００ｒｐ■の一定回転
数でシャフト３７の回りを回転させる。

第６図の斜視図に示すように、コード板３９は２０４８
個の等ピッチのスリットを有し、スリット板４０、４１
にはこれと等ピッチのスリットが切っである。コード板
３９が３６００ｒｐ＋ｓで回転すると、ＬＥＤ４２、４
３からＰＤ４４，４５に入射する光の量がコード板３９
とスリット板４０．４１の作用により変調を受け。

第７図に示す波形の信号ａ＋ＪがＰ　Ｄ４４．４５より
現れる。

第７図はシャフト３７が一定回転角度θで停止している
時のタイミング図で、ａはＰＤ４４からの出力信号、ｊ
はＰｄ４５の出力信号を示す、これらの出力信号はコー
ド板３９が１／２０４８回転する毎に同じ波形を繰返し
、その周波数は２０４８　Ｘ　３６００／６０　＝１２
２．８８に七である。

一方、第６図に示すように３６０Ｏｒｐｍで回転するコ
ード板３９上に磁石４８が取り付けであるので、該磁石
がホール素子４６．４７に接近する毎にホール素子４６
からはｄに示す波形が、ホール素子４７からはｍに示す
波形の信号が現れる。これらの出力はコード板３９が１
回転する毎に１回だけ現れる。

第８図は第５図に示した電子回路５１．５３の機能ブロ
ック図である。

電子回路５３の電源端子６３を通して、本実施例のエン
コーダの直流電源電圧が供給される。この直流電圧は端
子６４を介してＬＥＤ４２を発光させる。

またこの直流電源電圧はインバータ７２により交流電圧
に変換される。この交流電圧を回転トランス５２の第１
のチャンネルを介して電子回路５１内の整流器７３へ供
給する。該整流器７３は直流電圧に再変換し、電子回路
５１で必要な直流電源を作る。この直流電圧は端子６２
を介してＬＥＤ４３を発光させる。

次に第７図のタイミング図を援用して電子回路の動作を
説明する。

ＰＤ４４の出力は第８図の入力端子６６に入り、ＣＯＭ
Ｐ　（コンパレータ）７４により矩形波すに変換され次
にＭＭ　（モノステプルマルチ）７６でパルスＣに変換
される。

このパルスＣはＦＦ（フリップフロップ）７８のクロッ
ク入力とＯＲ回路８４に加えられる。一方ホール素子４
６の出力ｄは入力端子６８を介して前記ＦＦ７８のＤ端
子へ入力され、ＦＦ７８のＱ出力からｅに示す波形の信
号が現れる。該信号ｅの立上りでＭＭ８０がトリガーさ
れ、その出力は信号ｆに示すように変化する。該信号ｆ
の立下りでトリガーされるＭＭ８２の出力波形はｇで示
すパルスに変換される。ＯＲ回路８４はＱｔｇのパルス
が入力されｈに示すパルスを出力し、このパルスはアン
プ８６で電力増幅されてエンコーダ出力端子５４に出力
される。

ＰＤ４５の出力ｊは入力端子６７に入りＧＯＭＰ７５に
よりｋの短形波に変換され、ＭＭ７７でパルスΩに変換
される。このパルスαはＦＦ７９のクロック入力とＯＲ
回路８５に加えられる。一方、ホール素子４７の出力ｍ
は入力端子６９を経て、ＦＦ７９のＤ端子へ入力され、
該ＦＦ７９のＱ出力からｎに示す波形の信号が得られる
。該信号ｎの立上りでＭＭ８１がトリガされ、その出力
は信号ｐに示すように変化する。該信号ｐの立下りでト
リガーされるＭＭ８３の出力よりｑに示す波形の信号が
発生する。ＯＲ回路８５はα、ｑに示すパルスが入力さ
れｒに示すパルスを出力する。このパルスｒは回転トラ
ンス５２の第２のチャンネルを通って、電子回路５３の
アンプ８７の入力へ伝送され、該アンプで電力増幅した
後エンコーダ出力端子５５に出力される。

今、シャフト３７の回転角をθとすれば、ＦＦ７８の出
力信号ｅの立上りとＦＦ７９の出力信号ｎの立上りの時
間位相差は第７図に示すようにθとなる。

さて、第７図と第３図の両タイミング図を比較すると、
第７図りに示したパルス波形と第３図ａ。

ｂで示されたパルス波形とは同一の関係で、また第７図
ｒに示したパルス波形と第３図ｃ、ｄで示されたパルス
波形とは同一の関係である。

したがって、第１図の実施例で用いた第４図の位置検出
回路と全く同一のものが第５図の本実施例の光学式エン
コーダにも使用でき、本実施例のエンコーダの出力端子
５４．５５を各々第４図の入力端子２２．２３に接続す
れば第４図のマイクロコンピュータ２８シヤフト３７の
回転角θをアブソリュートで２１１１の分解能で割り出
し検出することができる。

く効　果〉本実施例に於いて、コード板３９のスリットの精度はエ
ンコーダの位置検出精度を決めるので、正確に作る必要
があるが、同一スリットを２０４８個等ピッチで焼付け
れば良ので、リソグラフィ等の方法で高精度に作り得る
。

またコード板３９は他の部品要求と無接触で回転するの
で高信頼となる。

またホール素子４６に要求される検出タイミング精度は
第７図ｄに示すようにホール素子４６の出力の立上り時
期が、ＭＭ７６のパルス出力信号Ｃの間で変動しても、
ＦＦ７８の出力信号ｅの立上り時期は変動しないので、
ホール素子４６の検出タイミング精度はコード板の１／
２０４８回転以下であれば良い。同様なことはホール素
子２７についても云える。

〔発明の効果〕

本発明によればエンコーダと位置側、御装置間の信号伝
送用のケーブルは２系統の信号が送れれば良い。これは
従来のアブソリュート形エンコーダで本発明の如く、２
　”　＝　２６２１．４４パルス／Ｒの分解能のもので
は１８本の信号線を必要としたものに比し、大幅にケー
ブルインタフェースが簡単化されることを意味する。

尚、現在広く使用されている零点付インクリメンタル形
エンコーダでもＡ相、Ｂ相、Ｚ相の三本の信号を送らな
ければならないがこれよりも有利である。

本発明の２系統の信号線を伝わる信号の周波数は１２２
．８８ＫＨｚであり、特に高周波数でもないので安価な
ケーブルで伝送できる。また信号はほぼ−定周波数で伝
送されるのでノイズ低減用フィルタ等により容易に耐ノ
イズ性を高めることができる。

また１本発明によれば、インデクスパルスはほぼ一定周
波数の１２２．８８ＫＨｚ、零点パルスはほぼ一定周波
数の６０七となるので、この周波数付近で２系統の信号
が入って来ないときエンコーダの故障と判断することが
できエンコーダの故障検出を容易に行うことが可能とな
る。

また、本発明の位置検出回路のＰＬＬにより、高周波ノ
イズはフィルトアウトし、滑めらかな検出、がなされる
。

また、本発明によれば、従来のアブソリュート形エンコ
ーダのように複数のトラックを設けたコード板の如く、
複雑なコード板は不要となり、複数トラックのスキュー
の問題はなくなる。

また、磁気ディスク、光学式コード円板にそれ程多くな
い２０４８個／Ｒのパターンを記録すれば、２　Ｌ９の
分解能が容易に得られ、従来の高分解能エンコーダの如
く、高分解能化のために光の回折現象が問題になる程ス
リットピッチを小さくする必要はなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の磁気式エンコーダを示す断
面図、第２図は第１図に示されたエンコーダの主要構成
要素の斜視図、第３図は本発明による実施例のタイミン
グ図、第４図は本発明による位置検出回路の一実施例を
示すブロック図、第５図は本発明の他の実施例の光学式
エンコーダを示す断面図、第６図は第５図に示したエン
コーダの主要構成要素の斜視図、第７図は第５図に示し
たエンコーダのタイミング図、第８図は第５図に示した
エンコーダ用の電子回路の機能ブロック図である。１・・・シャフト、　　　　　２・・・固定磁気ヘッド
３・・・可動磁気ヘッド、　４・・・回転トランス５・
・・磁気ディスク、　　６・・・固定ケース１０・・・
フェライトマグネット１１・・・モータ・コイル２８・・・マイクロコンピュータ２９・・・ＭＭ、　　　　　　　３０・・・ＡＮＤ回路
３１・・・ＩＮＨ回路、　　　３２・・・位相比較器３
３・・・ＶＣＯ３４，３５・・・カウンタ３６・・・バ
ッファレジスタ、３７・・・シャフト３８・・・固定ケ
ース、　　　３９・・・コード板４０、４１・・・スリ
ット板、　４２．４３・・・ＬＥＤ４４、４５・・・Ｐ
Ｄ、　　　　４６．４７・・・ホール素子４８・・・磁
石４９・・・フェライトマグネット５０・・・モータ・コイル、　５１．５３・・・電子回
路５２・・・回転トランス、　　７２・・・インバータ
７３・・・整流器、　　　　　７４．７５−ＧＯＭＰ７
６、７７、８０．８１．８２．８３・・・ＭＭ７８、７
９・・・ＦＦ、　　　　８４．８５・・・ＯＲ回路８６
、８７・・・アンプ代理人　弁理士　　則　近　憲　佑同　　　　　第子丸　　　健第１図第図第図 □時間第図第図時間

Claims

【特許請求の範囲】

（１）固定ケースと、固定ケースの軸を中心に回転自在
に保持され機械的回転角度を検出するシャフトと、前記
固定ケースの軸を中心に一定速度で回転され、円周上に
一定ピッチのインデクスパターンが等間隔に記録され、
且つその複数個のインデクスパターン中の１個を特定す
る零点パターンが記録された回転コード円板と、前記シ
ャフトの軸に固定され前記回転コード円板のインデクス
パターン、零点パターンを読み出す可動ヘッドと、前記
固定ケースに固定され、前記回転コード円板のインデク
スパターン、零点パターンを読み出す固定ヘッドを設け
たことを特徴とする高分解能アブソリュート形エンコー
ダ。
（２）前記可動ヘッド及び固定ヘッドで読み出されたイ
ンデクスパルスと零点パルスがそれぞれ入力され、イン
デクスパルスの周波数を逓倍し、この逓倍周波数でイン
クリメントする第１のカウンタを備え、該第１のカウン
タのオーバーフローパルスを前記インデクスパルスに同
期させるフェーズロックドループ（ＰＬＬ）回路と、前
記オーバーフローパルスでインクリメントされ、前記零
点パルスでリセットされ、かつ前記回転コード円板の１
周のインデクスパターンと等しいパルス数でオーバーフ
ローする第２のカウンタと、サンプル指令により前記第
１のカウンタと第２のカウンタの内容を記憶するバッフ
ァレジスタとから成る可動ヘッド検出回路および固定ヘ
ッド検出回路を設けサンプル指令時点における前記シャ
フトの回転角度を検出することを特徴とする高分解能ア
ブソリュート形エンコーダ。