JPH0399221A - 光ロータリーエンコーダ - 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、回転角に応じた角度信号と、０度を表す基準
位置信号に基づいてパルススケールの回転角を検出する
光ロータリーエンコーダに関する。

〔従来の技術〕

例えば、自動車エンジンのスパークプラグの点火時期を
調整したり、また点火時期を回転数に応じて変化させよ
うとする場合に、エンジンのクランク角を検出する手段
として光ロータリーエンコーダが使用されている。

この光ロータリーエンコーダは、第５図に示すように、
パルススケール１に、角度検出用のコードパターンＣ，
と、基準位置検出用のコードパターンＣ２が、同心的に
２列形成されて、同時に２１）１類のパルス信号が出力
されるように成されている。

したがって、従来は、２つの発光素子５ｌ及び５２から
、夫々２木の発光用光ファイバ５３及び５４を介して、
各コードパターンＣＩ及びＣ２に光を照射さ臂、これら
から出力される光パルス信号を、受光用光ファイバ５５
及び５６を介して別々の受光素子５７及び５８で光電変
換させることにより、角度信号ＳＩと基準位置信号Ｓ２
を検出していた。

そして、例えば６気筒エンジンの場合は、気筒判別を行
うために、パルススケール１が６０度回転するごとに基
準位置信号Ｓ２が出力されるようにコードパターンＣｚ
を形成し、当該基準位置信号Ｓ！のパルスが入力された
後の角度信号ＳＩのパルス数によって、点火のタイミン
グを調整するように成されている。

なお、パルススケール１の回転軸はエンジンのクランク
シャフトに連結され、熱や振動に弱い発光素子５ｌ及び
５２や受光素子５７及び５８などの電子部品を備えた制
′４Ｂ装置５９は、エンジンから離れた運転席のダッシ
ュボード内に配設され、エンジンの熱や振動の影響を直
接受けないように保護されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、発光素子５１及び５２，受光素子５７及
び５８を２つずつ設けると、これらに発光用光ファイバ
５３及び５４や受光用光ファイバ５５及び５６を接続す
る個々の光コネクタが太いので、制御装置５９を狭いダ
ッシュボード内に収納することが困難であるという問題
があった。

すなわち４光パルス信号は、ｒｌＪ　ｒＯＪ信号しか出
力されないため、従来、角度信号と基準位置信号の２種
類の情報を得るためには、パルススケール１に２列のコ
ードパターンを形成して２系列の光学系を設けなければ
ならず、そのため発光素子５１及び５２，受光素子５７
及び５８を２つずつ設けなければならず、接続部を小型
化することができないという問題があった。

また、素子数が多いと、これに付随して部品点数が多く
なり、組立に手間がかがるばかりでなく、コストが嵩む
という問題もあった。

そこで、本発明は、パルススケールに１列のコードパタ
ーンを設けるだけで、角度信号と基準位置信号の２種類
の情報を１つの光パルス信号から得ることができるよう
にして、部品点数の減少によるコストダウンを図り、さ
らに光ファイバと制御装置との接続部も小型化すること
を課題としている。

〔課題を解決するための手段〕

この課題を解決するために、本発明は、パルススケール
の回転によって、その回転角に応じた角度信号と、０度
を表す基準位置信号が光パルス信号として出力され、こ
れら角度信号と基準位置信号に基づいてパルススケール
の回転角を検出するように成された光ロータリーエンコ
ーダにおいて、前記パルススケールの円周方向に沿って
形成されたコードパターンの透光部又は光反射部のうち
、基準位置信号を出力する特定の透光部又は光反射部を
除くその他の透光部又は光反射部が透過光又は反射光を
減衰させるように形成されて、角度信号及び基準位置信
号となるピークレベルの高い光パルス信号と、角度信号
となるピークレベルの低い光パルス信号とが混在して出
力され、当該光パルス信号を光電変換して得られたパル
ス信号に基づいて、ピークレベルの高低にかかわらスハ
ルスの入力の有無により角度信号のｒｌＪ　　ｒＱｊを
判別する信号処理部と、高いピークレベルのパルスの入
力の有無によって基準位置信号のｒｌＪ　　ｒＯ」を判
別する信号処理部とを備えたことを特徴としている。

〔作用〕

本発明によれば、パルススケールの円周方向に沿って形
成されたコードパターンの透光部又は光反射部のうち、
基準位置信号を出力する特定の透光部又は光反射部を除
くその他の透光部又は光反射部が透過光又は反射光を減
衰させるように形成されているので、角度信号としてピ
ークレベルの低い光パルス信号が出力され、そのうち基
準位置信号と重複する部分がピークレベルの高い光パル
ス信号として、強弱の異なる光パルス信号が混在する形
式で出力される。

そして、これら２種類の情報が混在した光パルス信号を
光電変換した後、パルスの入力の有無により角度信号の
ｒｌ　　ｒＱＪが判別され、また高いピークレベルのパ
ルスの入力の有無により基準位置信号のｒｌＪ　　ｒｌ
を判別されて、角度信号と基準位置信号に分離される。

すなわち、１つの発光素子から出力された光を１つのコ
ードパターンに照射することにより、ピークレベルの高
い部分と低い部分とからなる２種類の情報を含んだ１系
統の光パルス信号を出力させ、１つの受光素子で検出し
た信号を角度信号と基準位置信号に分離することができ
る。

したがって、発光素子や受光素子を１つにすることがで
き、部品点数を減少させることにより組立の手間が減少
してコストダウンを図ることができると共に、発光用光
ファイバや受光用光ファイバと制御装置との接続部の小
型化を図ることができる。

Ｃ実施例〕 以下、本発明を、図面に示す具体的な実施例に基づいて
説明する。

第１図は本発明の構成を示すフローシ一ト、第２図はそ
の要部を示す拡大図、第３図（ａ）〜（Ｃｌはパルス信
号の出力波形を示すグラフである。

本例は、透過型の光ロータリーエンコーダに適用した場
合を示し、パルススケール１には、その円周方向に沿っ
て透光部となるスリット２．２を所定間隔で設けたコー
ドパターンＣ０が形戒されている。

そして、スリット２．２−・−は、６０度間隔で形成さ
れて基準位置信号Ｓ２を出力する特定のスリット２ａを
除くその他のスリット２に透過光を減衰させる減衰膜が
形成されている。

すなわち、コードパターンＣ０は、例えば、円形のガラ
ス板で或るパルススケール１の表面にクロムを蒸着させ
、スリット２の部分は蒸着されるクロムの膜厚をコント
ロールして減衰膜に形成され、前記特定のスリット２ａ
は、クロムが蒸着されず、ガラス地のまま露出されてい
る。

したがって、スリット２を透して角度信号Ｓ，となるピ
ークレベルの低い光パルス信号が出力されると共に、特
定のスリット２ａを透して角度信号Ｓ１及び基準位置信
号Ｓ２となるピークレベルの高い光パルス信号が一定の
周期で出力され、強弱の異なる信号が混在する一系統の
光パルス信号として出力される． 制御装置３には、一対の発光素子４及び受光素子５が配
設され、一端を発光素子４及び受光素子５に接続した発
光用光ファイバ６及び受光用光ファイバ７の他端側か、
前記コードパターンＣ０に対向して配設されている。

受光素子５は、角度信号Ｓ，のｒＯＪ　ｒｌＪを判別す
る信号処理部８と、基準位置信号Ｓ２の「ＯＪ　　ｒｌ
Ｊを判別する信号処理部９に接続されている。

そして、信号処理部８及び９に、基準電圧設定回路８ａ
及び９ａが、夫々接続されている。

角度信号Ｓ１の信号処理部８の基準電圧Ｖ，は、角度信
号Ｓｌのみが入力された場合の低いピークレベルＰ．よ
りもさらに低く設定され、当該基準電圧ｖｌより高いレ
ベルの信号がｒｌｌと判断される。

また、基準位置信号Ｓ２の信号処理部９の基準電圧■２
は、角度信号Ｓ，及び基準位置信号Ｓ２のピークが同時
に人力された場合のピークレベルＰ２より低く、角度信
号Ｓｌのみが入力された場合のピークレベルＰ，より高
く設定され、当該基準電圧ｖ２より高いレベルの信号が
ｒｌＪと判断される。

したがって、第３図（ａ）〜（Ｃ）に示すように、受光
素子５に角度信号Ｓ，及び基準位置信号Ｓ２が重畳され
て入力された光パルス信号（第３図（ａ｝）を光電変換
して、各信号処理部８及び９によって、角度信号Ｓ＋（
第３図（ｂ））と、基準位置信号Ｓ．（第３図（Ｃ））
とに分離することができる。

なお、１０は角度信号Ｓ，を基準位置信号Ｓ２と参照し
ながら、カウントして回転角度を算出する演算装置であ
る。

以上が、本発明の一例構戒であって次にその作用につい
て説明する。

まず、発光素子４から出力された光をコードパターンＣ
０に照射する発光用光ファイバ６と、コードパターンＣ
０から出力される光パルス信号を受光素子５に導く受光
用光ファイバ７を、コネクタによって制御装置３に一括
接続する。

これにより、発光素子４及び受光素子５に光ファイバ６
及び７を接続するコネクタを小型化することができるか
ら、制’４Ｂ　装置３を狭いダッシュボード内に余裕を
もって設置することができると共に、制御装置３と光フ
ァイバ６及び７の接続作業が極めて簡単になる。

そして、パルススケール１には、角度信号Ｓ，及び基準
位置信号Ｓ２を重畳した光パルス信号を出力させるコー
ドパターンＧｏが形成されているので、角度信号Ｓ，と
してピークレベルの低い光パルス信号が出力され、その
うち基準位置信号Ｓ２と重複する部分がピニクレベルの
高い光パルス信号として出力される。

そして、これら２種類の情報を含んだ光パルス信号を受
光素子５で光電変換して、得られたパルス信号が、角度
信号Ｓ，のｒｌＪ　ｒＯＪを判別する信号処理部８と、
基準位置信号Ｓ２の「１」　「０」を判別する信号処理
部９に入力される。

各信号処理部８及び９は、その基準電圧Ｖ，及びＶ２の
値が、重畳されたパルス信号のピークレベルＰ　Ｉ＋　
Ｐ　ｔの差に応じて設定されているので、その違いによ
り、角度信号Ｓ１と基準位置信号Ｓ２を分離して各信号
のｒＯＪ　　ｒｌＪを別々に判定し、演算装置１０に入
力する。

なお、演算装置１０では、基準位置信号「１」が２つ連
続して入力された場合には０度と判断し、連続していな
い場合には６０度ごとに出力される気筒判別信号と判断
すると共に、基準位置信号ｓ２を参照しながら角度信号
Ｓ，をカウントして回転角を検出する。

このように、角度信号Ｓ１と基準位置信号ｓ２をｌ系統
の信号から取り出すことができるので、発光素子４及び
受光素子５や、発光用光ファイバ６及び受光用光ファイ
バ７は１つずつで足り、部品点数を減少させてコストダ
ウンを図ることができると同時に、コネクタの小型化を
図ることができる。

また、第４図は他の実施例の要部を示す拡大図であって
、本例においては、基準位置信号ｓ２を出力する特定の
スリット２ａが、パルススケールの直径方向に長く形成
されると共に、他のスリット２が短く形成され、スリッ
ト２又は２ａを透過する光量を変化させることによりピ
ークレベルを変化させるように成されている。

このようにすれば、短いスリット２によって弱いピーク
レベルの光パルス信号が出力され、長いスリット２ａか
らは、強いピークレベルの基準位置信号を出力させるこ
とができる。

また、円周方向に余裕がある場合は、スリットの幅を変
えることによって、同様に、透過光量を変化させること
ができる。

なお、実施例においては、透過型の光ロータリーエンコ
ーダについて説明したが、本発明はこれに限らず、光反
射型の光ロータリーエンコーダに通用することもでき、
この場合は、パルススケール１の円周方向に沿って形成
する光反射部の表面を粗すことによって反射光強度を変
化させたり、光照射域と重なる光反射部の面積を変える
ことによって、反射光の強度を変えればよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、パルススケールに
形成された１つのコードパターンから、角度信号と基準
位置信号の２種類の情報を、光の強度の異なるｌ系統の
信号として出力するようにしているので、これに光を照
射する発光素子や、光パルス信号を検出する受光素子が
一対で済み、部品点数を減少してコストダウンを図るこ
とができると同時に、組立や光ファイバの接続が容易と
なり、さらに素子数が減少したので、光ファイバと制御
装置との接続部を小型化にすることができ、狭い場所に
も制？１）装置を設置することが極めて容易となるとい
う優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構戒を示すフローシ一ト、第２図は要
部を示す拡大図、第３図（ａｌ〜（Ｃ）はパルス信号の
出力波形を示すグラフ、第４図は他の実施例の要部を示
ｒ拡大図、第５図は、従来の光ロータリーエンコーダを
示すフローシ一トである。 符号の説明 １−・−バルススケール、 ２．２ａ−・スリット（透光部）、３・−・制御装置、
４・−・発光素子、５−・−・・受光素子、６・・・発
光用光ファイバ、７・・−・受光用光ファイバ、８−・
角度信号の信号処理部、 ９−・一基準位置信号の信号処理部、ＩＯ・・一演算装
置、Ｓ，−・・角度信号、ｓ２一基準位置信号、Ｃ０，
一・−コードパターン、 Ｖ．，Ｖ，−一一基準電圧、 Ｐ，一・低い方のピークレベル、 Ｐ２・・・高い方のピークレベル。 特許出噸人 株式会社オプテックディディ・ メルコ・ラボラトリー 第一電工株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕パルススケール（１）の回転によって、その回転
   角に応じた角度信号（Ｓ＿１）と、０度を表す基準位置
   信号（Ｓ＿２）が光パルス信号として出力され、これら
   角度信号（Ｓ＿１）と基準位置信号（Ｓ＿２）に基づい
   てパルススケール（１）の回転角を検出するように成さ
   れた光ロータリーエンコーダにおいて、前記パルススケ
   ール（１）の円周方向に沿って形成されたコードパター
   ン（Ｃ＿０）の透光部（２）又は光反射部のうち、基準
   位置信号（Ｓ＿２）を出力する特定の透光部（２ａ）又
   は光反射部を除くその他の透光部（２）又は光反射部が
   透過光又は反射光を減衰させるように形成されて、角度
   信号（Ｓ＿１）及び基準位置信号（Ｓ＿２）となるピー
   クレベルの高い光パルス信号と、角度信号（Ｓ＿１）と
   なるピークレベルの低い光パルス信号とが混在して出力
   され、当該光パルス信号を光電変換して得られたパルス
   信号に基づいて、ピークレベルの高低にかかわらずパル
   スの入力の有無により角度信号（Ｓ＿１）の「１」「０
   」を判別する信号処理部（８）と、高いピークレベルの
   パルスの入力の有無によって基準位置信号（Ｓ＿２）の
   「１」「０」を判別する信号処理部（９）とを備えたこ
   とを特徴とする光ロータリーエンコーダ。 〔２〕前記透光部（２）のうち、基準位置信号（Ｓ＿２
   ）を出力する特定の透光部（２ａ）を除くその他の透光
   部（２）に減衰膜が蒸着されている前記特許請求の範囲
   第１項に記載の光ロータリーエンコーダ。 〔３〕基準位置信号（Ｓ＿２）を出力する特定の透光部
   （２ａ）又は光反射部が、パルススケールの直径方向に
   長く形成され、その他の透光部（２）又は光反射部が短
   く形成されて、透過又は反射される光量を変化させるこ
   とによりピークレベルを変化させるように成された前記
   特許請求の範囲第１項に記載の光ロータリーエンコーダ
   。 〔４〕前記各信号処理部（８）、（９）が、光パルス信
   号を光電変換する受光素子（５）に接続され、当該受光
   素子（５）から入力されたパルス信号を、そのピークレ
   ベルよりも低く設定された基準電圧（Ｖ＿１）、（Ｖ＿
   ２）と比較することにより「１」「０」を判別するよう
   に成され、角度信号用の信号処理部（８）は、その基準
   電圧（Ｖ＿１）が低い方のピークレベル（Ｐ＿１）より
   もさらに低く設定され、基準位置信号用の信号処理部（
   ９）は、その基準電圧（Ｖ＿２）が高い方のピークレベ
   ル（Ｐ＿２）と低い方のピークレベル（Ｐ＿１）の中間
   に設定され、当該各信号処理部（８）、（９）によって
   、前記受光素子（５）に入力されたパルス信号が角度信
   号（Ｓ＿１）と基準位置信号（Ｓ＿２）とに分離される
   ように成されている前記特許請求の範囲第１項に記載の
   光ロータリーエンコーダ。