JPH06147918A - 多回転アブソリュート型ロータリーエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で光軸調整等を行う必要がなく、正確に
最小分解能の変化点と回転数の変化点を一致させること
ができる多回転アブソリュート型ロータリーエンコーダ
を提供すること。 【構成】 投光用発光ダイオードを６ｂ〜６ｄとし、Ｍ
ＳＢとＭＳＢ−１に対応した発光ダイオード６ａを電源
オフ時にパルス発生回路１７によってパルス点灯する。
そしてその２ビットの出力に基づいて回転方向と回転数
を検出し、カウンタにより回転数を記憶する。こうして
電源オフ時にも回転数を保持することによって多回転型
のアブソリュート型ロータリーエンコーダを構成してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は１回転及び多回転にわた
って絶対位置を検出することができる多回転アブソリュ
ート型のロータリーエンコーダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の多回転型のアブソリュート型ロー
タリーエンコーダとして以下に示すものがあった。図１
１は従来のロータリーエンコーダの一例を示す概略図で
あって、図示のように回転検出用の軸１０１に回転板１
０２が取付けられる。回転板１０２には後述するように
グレイコードのパターンが形成されており、投光部１０
３から平行な光がこの回転板１０２に照射される。そし
て複数の受光素子１０４に得られる並列出力によって回
転板１０２の回転位置を検出している。そしてこの軸１
０１と同軸にはギア１０５が取付けられ、又ギア１０
６，１０７，１０８によって減速機構が形成されてお
り、減速したギア１０８が回転板１０９と連結される。
回転板１０９も回転板１０２と同様にグレイコードのパ
ターンが形成されている。この減速機構は回転板１０２
の１回転につき回転板１０９の１ビット分の角度変化す
るように構成される。回転板１０９の側方には投光部１
１０及びその信号をスリットを介して受光する受光素子
１１１が設けられる。こうすれば軸１０１の回転角度が
受光素子１０４から、その回転数が受光素子１１１から
読取られることとなり、回転数と回転角度が検出でき
る。

【０００３】又図１２に示す他の形式のロータリーエン
コーダでは、軸１０１に回転板１０２が設けられ、その
回転角度を投光部１０３，受光素子１０４で読取ると共
に、回転軸１０１に同軸に磁気式で回転数を検出するた
めの磁気回転板１１２が取付けられている。そして磁気
回転板１１２の磁極の変化を磁気検出素子１１３によっ
て読取り、その値をカウンタ１１４で計数しておくこと
によって回転数を識別するようにしている。この場合に
はカウンタ１１４を電源停止時にもバックアップするた
めに、バックアップ電源１１５が必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図１１に
示すように減速機構を用いた多回転型のロータリーエン
コーダでは、アブソリュート型の検出部が複数必要とな
り、高価となるだけでなく装置が大型となる。又ギアが
摩耗するため寿命が短くなるという欠点があった。更に
原点位置で正確に回転数を変化させる必要があるため、
ギアを高精度に製作しなければならないという欠点もあ
った。

【０００５】一方磁気回転板を用いた多回転型のロータ
リーエンコーダでは、磁気抵抗素子の位置合わせを正確
に行う必要があるという欠点があった。又電源オフ時に
バックアップ電源で回転数をバックアップしている場合
にも、軸１０１が外部から手動で回転することがある。
従って磁気検出素子１１３やカウンタ１１４等を電源オ
フ時にも動作させておく必要があり、構成が複雑になる
という欠点があった。

【０００６】本発明はこのような従来の多回転アブソリ
ュート型ロータリーエンコーダの問題点に着目してなさ
れたものであって、複数の回転板や磁気回転板等を用い
ることなく、又電源のオフ時に外部から回転力が加えら
れた場合にも正確に回転数を検出できるようにすること
を技術的課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、回転軸に連結され、複数の同心円に沿って回転角度
に対応して異なったパターンのスリットが形成された回
転板と、回転板に光を投光する投光素子と、投光素子の
光を回転板のスリットを介して受光する複数の受光素子
と、複数の受光素子から得られる並列出力を所定の閾値
で弁別する複数の比較回路を含み、該比較回路の並列出
力に応じて回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手
段と、電源の投入時に所定のクロックを発生するクロッ
ク発生回路と、受光素子のうちＭＳＢ，ＭＳＢ−１の受
光信号に基づいて回転板の１回転を検出する回転検出手
段と、受光素子のうちＭＳＢ，ＭＳＢ−１の受光信号に
基づいて回転板の回転方向を検出する回転方向検出手段
と、回転方向検出手段の出力に応じてアップ方向及びダ
ウン方向のいずれかに回転検出手段の出力を計数するカ
ウンタと、投光素子を点灯させるためのパルスを発生す
るパルス発生回路と、電源の投入時には投光素子を連続
点灯し、電源オフ時には投光素子をパルス発生回路の出
力に基づいてパルス点灯する投光素子駆動手段と、パル
ス発生回路、回転検出手段、回転方向検出手段、投光素
子駆動手段及びカウンタに電源を供給する電池と、電源
の断続に応じてパルス発生回路の出力とクロック発生回
路とを選択し、回転検出手段及び回転方向検出手段に与
えるクロック選択手段と、を具備し、回転角度検出手段
により回転角度、カウンタにより回転数を検出すること
を特徴とするものである。

【０００８】本願の請求項７の発明は、回転軸に連結さ
れ、複数の同心円に沿って回転角度に対応して異なった
パターンのスリットが形成された回転板と、回転板に光
を投光する投光素子と、投光素子の光を回転板のスリッ
トを介して受光する複数の受光素子と、複数の受光素子
から得られる並列出力を所定の閾値で弁別する複数の比
較回路を含み、該比較回路の並列出力に応じて回転軸の
回転角度を検出する回転角度検出手段と、電源の投入時
に所定のクロックを発生するクロック発生回路と、受光
素子のうちＭＳＢ，ＭＳＢ−１の受光信号に基づいて回
転板の１回転を検出する回転検出手段と、受光素子のう
ちＭＳＢ，ＭＳＢ−１の受光信号に基づいて回転板の回
転方向を検出する回転方向検出手段と、回転方向検出手
段の出力に応じてアップ方向及びダウン方向に回転検出
手段の出力を計数するカウンタと、いずれかの受光素子
の受光信号の比較出力に基づいて回転速度を検出する回
転速度検出手段と、回転速度検出手段により検知された
回転速度に対応させた周波数のパルスを発生するＬＥＤ
ＣＫ生成手段と、電源の投入時には投光素子を連続点灯
し、電源オフ時には投光素子をＬＥＤＣＫ生成手段の出
力に基づいてパルス点灯する投光素子駆動手段と、回転
速度検出手段、ＬＥＤＣＫ生成手段、回転検出手段、回
転方向検出手段、投光素子駆動手段及びカウンタに電源
を供給する電池と、電源の断続に応じてＬＥＤＣＫ生成
手段の出力とクロック発生回路とを選択し、回転検出手
段及び回転方向検出手段に与えるクロック選択手段と、
を具備し、回転角度検出手段により回転角度、カウンタ
により回転数を検出することを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】このような特徴を有する本願の請求項１の発明
によれば、電源の投入状態ではクロック発生回路のクロ
ック信号が回転角度検出手段及び回転数検出手段と回転
方向検出手段に与えられる。この状態では投光素子は連
続点灯しており、回転板の回転に応じて回転角度信号が
得られる。又回転板の回転方向及び回転数に応じてアッ
プダウンカウンタがアップカウント又はダウンカウント
され、このカウンタの出力によって回転数、回転角度検
出手段から回転角度を検出することができる。一方電源
をオフとすればクロック発生回路は停止し、これに代え
て電池によってパルス発生回路が動作し投光素子がパル
ス点灯する。そして回転角度検出手段は不動作となる
が、回転数検出手段及び回転方向検出手段とカウンタに
は電池によって通電して動作させることにより、エンコ
ーダの回転数を検出するようにしている。

【００１０】又本願の請求項７の発明では、電源オフ時
にはいずれかの受光素子の受光信号の出力の変化に基づ
いて回転速度を検出している。そしてその回転速度に対
応させ回転速度が高くなれば周波数を高くし、回転速度
が低くなれば周波数を低くしたパルスを発生させてい
る。こうして得られたパルスに基づいて投光素子をパル
ス点灯している。

【００１１】

【実施例】図１（ａ）は本発明の一実施例による多回転
アブソリュート型ロータリーエンコーダの構成を示す断
面図であり、（ｂ）はその回転板を示す正面図である。
これらの図に示すようにロータリーエンコーダはケース
１内の軸受け２，３に回転軸４が回転自在に保持されて
いる。そして回転軸４には回転板５が固定される。回転
板５には図１（ｂ）に示すように複数の同心円に沿って
その角度に対応して異なった所定のパターンが形成され
る。このパターンとしては、回転の分解能に応じたビッ
ト数で最小分解能間のハミング距離が１であるグレイコ
ードに対応した図示のようなパターンが形成されてい
る。本図においてスリット５ａは最上位（ＭＳＢ）のス
リットであり、スリット５ｂはＭＳＢ−１のスリットと
する。こうして順次内周側につれてＭＳＢからＬＳＢま
での多数のスリットが形成されている。このスリットの
同心円の数を１２とすれば、１回転を２¹²の分解能で検
出できることとなる。

【００１２】そしてこのスリットに対応する位置に複数
の投光素子、例えば発光ダイオード６ａ〜６ｄが設けら
れる。そしてこの発光ダイオードに対応して固定スリッ
ト板７及び複数のフォトダイオード８ａ〜８ｌが設けら
れている。ここで発光ダイオード６ａ〜６ｄは夫々２乃
至４のフォトダイオードに対応する位置を照射するもの
である。

【００１３】図２〜図４は本実施例によるロータリーエ
ンコーダの回路構成を示す回路図である。図２において
このロータリーエンコーダに外部から供給される電源端
子＋Ｖには電圧検知回路１１が接続され、又その電圧を
安定化するための定電圧回路１２が設けられる。この定
電圧回路１２は出力側から電流が流入しないように逆流
防止用のダイオードが設けられている。

【００１４】そして定電圧回路１２の出力側には接地端
との間に、電源オフ時も一部の動作を継続するための内
蔵電池１３、例えばリチウム電池等が抵抗及びダイオー
ドを介して接続されている。又定電圧回路１２の出力側
にはリセット回路１４が接続される。さて電源入力端１
０にはトランジスタＱ１を介して３つの発光ダイオード
６ｂ〜６ｄが直列接続されて接地されている。電源入力
端１０の電圧はクロック発生回路１５にも与えられる。
クロック発生回路１５はこのロータリーエンコーダの各
部に一定の高い周波数、例えば４ＭHzのクロック周波数
の信号を供給する回路であって、例えば水晶発振器を用
いて構成される。

【００１５】さて定電圧回路１２の出力＋Ｖ_B にはトラ
ンジスタＱ２を介して発光ダイオード６ａが接続され
る。又電圧検知回路１１の出力はインバータ１６を介し
てトランジスタＱ１のベースに与えられる。トランジス
タＱ１は電圧検知回路１１から出力が得られるときにの
み電源入力端１０の電源によって３つの発光ダイオード
６ｂ〜６ｄを点灯させるものである。又内蔵電池１３の
出力端＋Ｖ_B は電源としてパルス発生回路１７及びゲー
ト回路１８〜２０や図３のコンパレータ２１ａ，２１ｂ
・・・にも接続されている。パルス発生回路１７のパル
ス周波数は電源をオフとしたときに手動でロータリーエ
ンコーダの回転軸４が回転する回転速度に応じて設定さ
れる。例えば電源オフのときにも回転軸４が最大限４rp
s 回転する可能性があるものとし、１回転につき４回の
パルス点灯を行うものとすれば、パルス発生回路１７は
２０HzのパルスＬＤＣを出力するものとする。この出力
はゲート回路１８〜２０を介してトランジスタＱ２のベ
ースに加えられる。又ゲート回路１８をノア回路とすれ
ば、電圧検知回路１１の出力はその他方の入力端に与え
られる。電圧検知回路１１の出力がＨレベルでは発光ダ
イオード６ａは連続して点灯される。そして図３に示す
ようにこの発光ダイオード６ａに対応して固定スリット
板７及び回転板５を介してフォトダイオード８ａ，８ｂ
が接続される。発光ダイオード６ｂ，６ｃ，６ｄに対応
して他のフォトダイオード８ｃ〜８ｌが接続されてい
る。フォトダイオード８ａ〜８ｌは夫々回転板５のスリ
ットを介して得られる光信号を受光するものであって、
その出力は比較回路２１ａ〜２１ｌに与えられる。比較
回路２１ａ〜２１ｌはこれらの出力を波形整形すること
によって受光信号の有無を出力するものであり、その出
力はコード変換回路２２に与えられる。コード変換回路
２２はＭＳＢ〜ＬＳＢまでの１２ビットのグレイコード
の信号をバイナリコードに変換し、回転軸４の回転角度
に対応した１２ビットの信号として出力するものであ
る。この構成については通常のアブソリュート型ロータ
リーエンコーダと同一である。ここで比較回路２１ａ〜
２１ｌとコード変換回路２２は受光素子の並列出力に基
づいて回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手段を
構成している。

【００１６】さて比較回路２１ａ，２１ｂより得られる
グレイコードのＭＳＢ及びＭＳＢ−１の出力は図４に示
すように夫々Ｄ型フリップフロップ２３ａ，２３ｂに与
えられる。又クロック発生回路１５の出力ＳＹＳＣＬＫ
とパルス発生回路１７の出力ＬＤＣはクロック選択回路
２４に与えられる。クロック選択回路２４は電圧検知回
路１１の出力ＬＤＣＭＯＤＥに基づいて、いずれかのク
ロックを選択するものである。選択した出力はインバー
タ２５を介してＤ型フリップフロップ２３ａ，２３ｂの
クロック入力端に与えられ、又インバータ２６を介して
Ｄ型フリップフロップ２７，３７のクロック入力端に与
えられる。Ｄ型フリップフロップ２３ａ，２３ｂは選択
されたクロックにＭＳＢ及びＭＳＢ−１の２ビット分を
同期させるものである。又Ｄ型フリップフロップ２７は
フリップフロップ２３ａの出力を１クロック分遅延させ
るものであり、その出力はＥＯＲ回路２８に与えられ
る。ＥＯＲ回路２８はＤ型フリップフロップ２３ａ，２
７の排他的論理和をとるものであって、その出力はアン
ド回路２９に与えられる。アンド回路２９はＤ型フリッ
プフロップ２３ｂのＱバー出力との論理積をとるもので
あり、その出力はアンド回路３０，３１に与えられる。
アンド回路３０はＤ型フリップフロップ２３ａのＱバー
出力との論理積によってＲＳフリップフロップ３２をセ
ットするものである。又アンド回路３１はアンド回路２
９の出力及びＤ型フリップフロップ２３ａのＱ出力の論
理積によってオア回路３３を介してＲＳフリップフロッ
プ３２をリセットするものである。又リセット回路１４
のリセット信号ＲＳＴは、インバータ３４，３５及びオ
ア回路３３を介してＲＳフリップフロップ３２をリセッ
トするように構成されている。ＲＳフリップフロップ３
２はＭＳＢ及びＭＳＢ−１の出力の順序に基づいて順方
向及び逆方向のいずれかを判別し、アップダウンカウン
タ３６にアップカウント又はダウンカウントの信号を与
えるものである。

【００１７】一方アンド回路２９の出力はＤ型フリップ
フロップ３７を介してカウンタ３６に与えられる。Ｄ型
フリップフロップ３７はクロックに同期させてカウンタ
３６の入力信号を与えるものである。このカウンタ３６
はＭＳＢとＭＳＢ−１の２ビットの出力に基づいて、Ｄ
型フリップフロップ３７の出力をアップカウント又はダ
ウンカウントすることにより回転数を保持するアップダ
ウンカウンタである。ここでＤ型フリップフロップ２３
ａ，２３ｂ，２７、ＥＯＲ回路２８、アンド回路２９は
ＭＳＢとＭＳＢ−１の出力に基づいて回転板５の１回転
を検出する回転検出手段３８を構成している。又Ｄ型フ
リップフロップ２３ａとアンド回路３０〜３３、ＲＳフ
リップフロップ３２はＭＳＢ，ＭＳＢ−１の受光信号に
基づいて回転板５の回転方向を検出する回転方向検出手
段３９を構成している。カウンタ３６は回転数を検出し
保持するものであり、図２に示す内蔵電池１３又は他の
内蔵電池によってその計数値が常に保持されるよう構成
されている。

【００１８】次に本実施例の動作について図５のタイム
チャートを参照しつつ説明する。図５（ａ）〜（ｍ）は
図４の各部の波形を示している。まず電源が投入された
状態では、電圧検知回路１１の出力はＨレベルであり、
トランジスタＱ１によって３つの発光ダイオード６ｂ〜
６ｄが連続して点灯する。又この出力によってノア回路
１８の出力が常にＬレベルとなるため、トランジスタＱ
２を介して発光ダイオード６ａが連続点灯する。そして
クロック発生回路１５によって高い一定の周波数でクロ
ック信号ＳＹＳＣＬＫが発生し、クロック選択回路２４
を介して各部にクロック信号として供給される。従って
ロータリーエンコーダの回転軸４が正方向に回転した場
合には、その回転に応じてフォトダイオード８ａ，８ｂ
・・・が断続した出力を出し、比較回路２０，２１・・
・によって回転角度に応じた信号が出力される。このグ
レイコードの信号は図３に示すコード変換回路２２によ
ってバイナリコードに変換され、回転軸４の回転角度信
号が得られる。

【００１９】さて比較回路２１ａ，２１ｂの出力が夫々
Ｄ型フリップフロップ２３ａ，２３ｂに加わり、図５
（ｅ），（ｆ）に示すようにクロック信号に同期した出
力が得られる。そしてＤ型フリップフロップ２３ａの出
力より１クロック分遅延した信号が図５（ｇ）に示すよ
うにＤ型フリップフロップ２７から得られ、これらの排
他的論理和により図５（ｈ）に示すようなパルスが得ら
れる。このパルスが得られる間のＤ型フリップフロップ
のＱバー出力がＨの間にはアンド回路２９より論理積信
号が出力され、Ｄ型フリップフロップ３７を介してカウ
ンタ３６により計数される。又この出力が得られている
ときの順序がアンド回路３０〜３３によって判別され
る。そして正回転ではＲＳフリップフロップ３２がセッ
トされるため、そのＱ出力によってカウンタ３６がアッ
プカウントする。こうすれば正転のときに１回転で図５
（ｃ），（ｄ）に示すようにＭＳＢ及びＭＳＢ−１が１
周期の変化をするため、その回転に応じた回転数を計数
することができる。

【００２０】さて時刻t₁に電源がオフとなれば、図５
（ａ）に示すように電圧検知回路１１の出力がＬレベル
となり、発光ダイオード６ｂ〜６ｄが消灯する。又クロ
ック発生回路１５のクロックも停止することとなる。こ
のときには内蔵している電池１３からの電源によってパ
ルス発生回路１７が動作し、低周波のパルスＬＤＣが出
力される。この出力によってゲート回路１８〜２０を介
してトランジスタＱ２が断続的に駆動されるため、発光
ダイオード６ａはパルス点灯することとなる。従って図
５（ｃ）に示すように比較回路２１ａ，２１ｂより断続
的に出力が得られる。この出力によってＤ型フリップフ
ロップ２３ａ，２３ｂが動作する。

【００２１】さて時刻t₂には外部からの回転力が低下
し、回転板５が停止したものとする。そうすればその回
転角度に応じてＭＳＢ又はＭＳＢ−１の出力が定まる
が、その出力は変化しない。次いで時刻t₃に回転板５が
逆方向に回転を開始したものとすると、電源のオフ状態
では同様にして発光ダイオード６ａがパルス点灯する。
ここで発光ダイオード６ａを連続点灯していた場合に
は、図５（ｃ）に示す破線で示すような出力が得られ
る。しかしパルス点灯のため点灯に対応した時点での信
号のみが得られることとなる。この信号をＤ型フリップ
フロップ２３ａ，２３ｂでクロック信号に同期させるこ
とによって、図５（ｅ），（ｆ）に示すような出力が得
られる。この場合にはＭＳＢ，ＭＳＢ−１の位相が正転
とは逆であるため、ＲＳフリップフロップ３２が常にリ
セットされることとなり、カウンタ３６にはダウンカウ
ント信号が与えられる。そしてアンド回路２９の出力毎
にＤ型フリップフロップ３７によってクロック信号に同
期した出力がカウンタ３６に加わり、カウンタの計数値
が１回転毎に低下する。従ってカウンタ３６により電源
がオフ時でも回転数を保持することができる。

【００２２】このように本実施例では投光用の発光ダイ
オードのうち上位にビットを照射する発光ダイオードを
電源オフ時にもパルス点灯し、これによって電源オフ時
の回転数を検出できるようにしている。従って減速機構
が不要となり、又磁気回転板等も不要となる。更に回転
板の１回転の変化点と回転の最小変化角度とが自動的に
一致することとなるため、従来の多回転アブソリュート
型ロータリーエンコーダのようにその原点位置で正確に
回転数を変化させるための調整作業等が不要となる。

【００２３】次に本発明の第２実施例について説明す
る。第１実施例では、電源電圧がオフとなれば直ちにＬ
ＤＣＭＯＤＥ信号によってパルス発生回路１７の出力に
より発光ダイオード６ａを低周波でパルス点灯するよう
にしている。しかし高速で回転するモータの軸に連結し
てこのロータリーエンコーダが取付けられている場合に
は、電源オフの直後も慣性によって一定時間比較的高い
回転数で回転を続ける場合がある。このような場合には
発光ダイオード６ａをすぐにパルス点灯するようにすれ
ば、回転速度が高ければ回転数を計数できないこととな
る。そこで第２実施例では、電源オフ後も一定時間の間
は発光ダイオード６ａを連続して点灯するようにしたも
のである。

【００２４】図６は第２実施例において、図２の電圧検
知回路の出力に基づいて動作モードを設定するためのモ
ード信号を生成する部分を示している。その他の構成は
第１実施例と同様であるので、詳細な説明を省略する。
図６において電圧検知回路１１の出力は遅延回路４０の
インバータ４１に与えられる。インバータ４１は電圧検
知回路１１の出力を反転するもので、その出力は抵抗Ｒ
１，Ｒ２を介してインバータ４２に与えられる。抵抗Ｒ
２とインバータ４２の共通接続点と接地端間にはコンデ
ンサＣ１が接続される。そして抵抗Ｒ２の両端には並列
にダイオードＤ１が接続されている。この遅延回路４０
は電圧検知回路１１の出力がＬレベルとなればコンデン
サＣ１に充電している電荷が徐々に放電し、例えば１秒
程度の遅延時間後にＬＤＣＭＯＤＥ信号を反転させるオ
フディレー型の遅延回路である。こうすれば遅延時間の
間は発光ダイオード６ａが連続して点灯することとな
り、電源オフ直後の慣性によるエンコーダの高速回転に
対応することができ、正確に回転数が計数できることと
なる。

【００２５】次に本発明の第３実施例について説明す
る。本実施例では比較回路２１ａ，２１ｂの電源をパル
ス発生回路１７の出力に応じて断続することによって比
較回路の電源オフ時の消費電流を低減するようにしたも
のである。その他の構成は第１実施例と同様である。本
実施例ではゲート回路１９の出力側に同期信号生成回路
４３を設けている。同期信号生成回路４３は図６に示す
ように縦続接続されたインバータ４４，４５を有してお
り、インバータ４４の出力側には、接地端との間にコン
デンサＣ２、電源との間に抵抗Ｒ３を接続している。そ
してインバータ４５の出力を図３に示す比較回路２１
ａ，２１ｂの電源ＶＣＯＭＰとして用いている。こうす
ればゲート回路１９の出力がＨレベルのとき、インバー
タ２０，トランジスタＱ２を介して発光ダイオード６ａ
が付勢されて点灯する。このとき同時にＶＣＯＭＰの出
力によって比較回路２１ａ，２１ｂに電源が供給されて
動作する。従って動作が必要なパルス点灯期間のみに比
較回路のＭＳＢとＭＳＢ−１の出力が図４に示す論理回
路部に与えられる。比較回路２１ａ，２１ｂの消費電流
は比較的大きいため、このような間欠動作をさせること
によって消費電流を大幅に低減することができ、内蔵電
池１３を長寿命化することができる。

【００２６】次に本発明の第４実施例について説明す
る。本実施例ではパルス発生回路１７のパルス周波数を
変化させるようにしたものである。パルス発生回路１７
以外の構成は前述した第１実施例と同一であるので、そ
の説明を省略する。図７は本実施例のパルス発生回路１
７Ａの構成を示す回路図である。このパルス発生回路で
は複数のインバータを縦続接続し、抵抗Ｒ４，コンデン
サＣ３によってフィードバックループを形成すると共
に、そのフィードバックループに可変抵抗器ＶＲ１を設
けて発生パルスの周期を変化させるようにしている。こ
うして得られた信号を単安定マルチバイブレータ４６に
与える。単安定マルチバイブレータ４６は発生する信号
のパルス幅を可変抵抗器ＶＲ２によって変化させるもの
である。こうして得られた出力をＬＤＣとして前述した
ように図２のノア回路１８に与え、又図４のクロック選
択回路２４に与えている。こうしてパルス発生回路１７
の周波数及びパルス幅を選択することができる。こうし
て電源オフ時に外部から回転軸が付勢されて回転する場
合に、その最高回転数に応じた周波数に設定しておくこ
とによって、必要最小限度の周波数に選択することがで
き、内蔵電池１３を長寿命化することができる。

【００２７】次に本発明の第５実施例について説明す
る。本実施例では電源オフ時に回転板４の回転速度に応
じてパルス発生回路のパルス周期を選択できるようにし
たものである。本実施例では図２に示すパルス発生回路
に代えて、図８に示すパルスの発生回路が用いられる。
その他の構成は第１実施例と同様であるので説明を省略
する。さて図８において、比較回路２１ａ及び２１ｂの
出力はＤ型フリップフロップ５１ａ，５１ｂにも与えら
れる。Ｄ型フリップフロップ５１ａ，５１ｂは夫々パル
ス出力ＬＤＣに基づいて動作することにより比較回路の
出力をパルス信号に同期させるためのものである。そし
てその出力は回転速度検出手段５２の変化点検出回路５
３に与えられる。変化点検出回路５３はこのＤ型フリッ
プフロップ５１ａ，５１ｂの出力の立上り又は立下りの
変化点を検出するものであり、検出信号を回転速度カウ
ンタ５４及びＬＥＤＣＫ生成手段５５の回転数判別回路
５６に与える。ＬＥＤＣＫ生成手段５５にはＬＥＤＣＫ
生成回路５７が設けられる。ＬＥＤＣＫ生成回路５７は
例えば周期が４倍毎に変化する６種類のパルス、例えば
４０Hz，１０Hz， 2.5Hz， 0.625Hz・・・のパルスを発
生する発生回路であって、その各出力はマルチプレクサ
（ＭＰＸ）５８に与えられる。マルチプレクサ５８はこ
のパルスを択一的に選択するものであって、選択した出
力を投光パルスＬＤＣとして第１実施例のゲート回路１
８〜２０を介してトランジスタＱ２に加えるものであ
る。又このパルス信号は同時にＤ型フリップフロップ５
１ａ，５１ｂや図４に示す論理回路に与えられている。

【００２８】さて回転速度カウンタ５４はこのマルチプ
レクサ５８で選択されたパルスを計数し、変化点検出回
路５３の検出信号に応じてリセットされるカウンタであ
って計数出力は回転数判別回路５６に与えられる。回転
数判別回路５６は変化点検出回路から変化点が検出され
る毎に回転速度カウンタ５４のリセット直前の値を判別
し、その計数値が例えば２以下であればアップカウント
出力、１６以上であればダウンカウント出力をアップダ
ウンカウンタ５９に与えるものである。アップダウンカ
ウンタ５９はこの信号に応じて動作するアップダウンカ
ウンタであって、その計数出力はマルチプレクサ５８に
与えられる。マルチプレクサ５８はカウンタ５９の計数
値が低下すればＬＥＤＣＫ生成回路５７のより高い周波
数を選択し、計数値が上昇すればより低い周波数のクロ
ックパルスを選択するようにしている。

【００２９】次に本実施例の動作について説明する。図
９は本実施例の動作を示すタイムチャートである。図９
（ａ）〜（ｈ）は図８の各部の波形又は計数値を示して
いる。まず電源オフ時には第１実施例と同様にクロック
発生回路１５のクロックが停止する。そして電源のオフ
時でも外部から回転軸４が回転駆動されている場合に
は、アブソリュート型エンコーダの比較回路２１ａ，２
１ｂから出力が得られ、これによってＤ型フリップフロ
ップ５１ａ，５１ｂの出力は図９（ａ），（ｂ）に示す
ものとなる。このときマルチプレクサ５８によって選択
されたパルスは図９（ｃ）に示すパルスとする。さてこ
のパルスは回転速度カウンタ５４によって図９（ｄ）に
示すように順次計数されることとなり、Ｄ型フリップフ
ロップ５１ａ，５１ｂの出力の変化毎に変化点検出回路
５３によって図９（ｅ）に示すように検出される。そし
てこの検出毎に回転速度カウンタ５４がリセットされる
こととなる。さて時刻t₂に回転速度カウンタ５４が１６
を計数したものとすれば、それ以後のＭＳＢの反転出力
によって回転数判別回路５６は図９（ｆ）に示すように
アップカウントの出力をカウンタ５９に与える。従って
カウンタ５９はアップカウントすることとなって、その
計数値は図９（ｈ）に示すようにＮからＮ＋１に増加す
る。このカウンタの計数値の増加に伴ってマルチプレク
サ５８よりＬＥＤＣＫ生成回路５７より低いパルスが選
択されることとなり、図９（ｃ）に示すように元のパル
スの４倍の周期をもつパルスが選択される。これは１／
２回転に１６のパルスを投光する場合には、投光数が多
すぎて内部電池が早期に消耗する恐れがあり、そのパル
ス数を少なくするためである。

【００３０】さて図９（ｃ）に示すように周期を長くし
た後も外部から回転が加えられ続けて回転軸が回転して
いるものとする。そして回転速度カウンタ５４がリセッ
ト直前の計数値が４又は３であれば、アップダウンカウ
ンタ５９には出力は伝えられず元の計数値を保持してい
る。そして回転軸４の回転数が高くなり図９（ａ），
（ｂ）に示すようにＭＳＢ又はＭＳＢ−１の反転周期が
短くなれば、変化点検出時には図示のように回転速度カ
ウンタ５４の計数値は２以下となる。この場合には時刻
t₃に示すようにＭＳＢ−１の変化点が変化点検出回路５
３によって検出され、そのとき回転数を判別しダウンカ
ウント出力が図９（ｇ）に示すように出力される。従っ
てアップダウンカウンタ５９は図９（ｈ）に示すように
計数値をダウンカウントし、計数値は元のＮとなる。こ
れによってパルス周期が時刻t₁〜t₂の間と同様に元の状
態に復帰する。このような動作を繰り返すことによっ
て、その時点での回転軸の回転速度に応じたパルスの周
波数を自動的に選択することができる。

【００３１】図１０はこの電源オフ時のエンコーダの回
転速度と選択されたパルスＬＤＣの周波数の関係及び消
費電流の関係を示している。図１０（ａ），（ｂ）より
明らかなようにエンコーダの外部からの回転速度が上昇
すれば、それに対応したパルスの周波数が選択されるこ
ととなる。そしてこのパルス周波数が低くてもロジック
回路等でほぼ一定の電流を消費するため、消費電流の変
化は図１０（ｃ）に示すものとなる。このように電源オ
フ時には回転軸４，回転板５の回転速度に対応させてパ
ルスの点灯周波数を定めることにより、消費電流を少な
くすることができる。

【００３２】尚本実施例は比較回路２１ａ，２１ｂの出
力に基づいて回転速度を検出するようにしているが、い
ずれか一方の出力のみによって検出するようにしてよ
い。又電源のオフ時に各比較回路に内蔵電池から電源を
供給しておくものとすれば、いずれかの比較回路の出力
を用いて回転速度を検出してもよい。

【００３３】尚この実施例においても電源のオフの直後
に電圧検知回路の出力を遅延させる遅延回路を設け、又
はＬＥＤＣＫ生成手段の出力に同期させて比較回路に電
源を供給するように構成することもできる。

【００３４】又前述した各実施例では４つの発光ダイオ
ード６ａ〜６ｄを用いて夫々２〜４の受光素子に光を照
射すると共に、ＭＳＢ，ＭＳＢ−１に対応した発光ダイ
オードのみを断続するようにしている。しかし連続点灯
用の第１の発光ダイオードとは別に、電源オフ時のみパ
ルス発生回路からのパルス信号ＬＤＣに応じて駆動され
る第２の発光ダイオードを独立して設け、この光をＭＳ
Ｂ，ＭＳＢ−１の受光素子８ａ，８ｂに照射するように
してもよい。又単一の発光ダイオードを設けシリンドリ
カルレンズ等を用いて各受光素子にスリットを介して光
を照射するように構成することも可能である。又前述し
た各実施例では電池をエンコーダ内に内蔵しているが、
これと同等に接続された電池を外部に設けておいてもよ
いことはいうまでもない。

【００３５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、電源をオン状態としたときにＭＳＢが変化する角度
で正確に回転数を切換えることができ、多回転アブソリ
ュート型ロータリーエンコーダの最小分解能の変化点に
対応して回転数を変化させることができる。従って従来
の多回転アブソリュート型エンコーダのように減速機構
や複数の回転板等を使用しないので、小型，低価格化す
ることができる。更に回転板と磁気回転板とを連結させ
るようにした従来の多回転アブソリュート型ロータリー
エンコーダに比べても、製造時に１ビット分の回転角度
の変化と１回転したときの回転数の変化点とを一致させ
る必要がないため、精密な位置合わせが不要となり、製
造を極めて容易に行うことができる。

【００３６】又本願の請求項４，１０の発明では、電源
をオフとした直後に慣性で回転軸が高速に回転しても遅
延回路によって発光ダイオードが連続点灯しているた
め、この間の回転数の変化を確実に検出することができ
る。更に請求項５，１１の発明では、電源オフ時に比較
回路を間欠動作させることによって消費電力を大幅に低
減することができる。又請求項６の発明では、電源オフ
時に外部より加えられる回転数の最大速度に対応したパ
ルス周波数を選択しておくことによって、不要な電池の
消耗を低減することが可能となる。

【００３７】更に本願の請求項７の発明では、電源オフ
時に外部より加えられる回転数を自動的に回転速度検出
手段によって検出し、それに基づいてパルスの周波数を
選択するようにしている。従って回転速度が高くなった
場合にもパルスの周波数を高くすることによって回転数
を確実に計数しておくことができる。又回転数が低くな
り又は停止した場合にはパルス周波数も低くできるた
め、消費電流を大幅に低減することができるという優れ
た効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例による多回転アブソ
リュート型ロータリーエンコーダの構成を示す断面図、
（ｂ）はその回転板を示す正面図である。

【図２】本発明の第１実施例によるロータリーエンコー
ダの主要回路部の構成を示すブロック図である。

【図３】本実施例の回転角度検出手段の構成を示すブロ
ック図である。

【図４】本実施例の回転数検出手段及び回転方向検出手
段の構成を示すブロック図である。

【図５】本発明の第１実施例の動作を示すタイムチャー
トである。

【図６】本発明の第２実施例及び第３実施例によるロー
タリーエンコーダの主要部の構成を示す回路図である。

【図７】本発明の第４実施例によるパルス発生回路の構
成を示す回路図である。

【図８】本発明の第５実施例による回転速度検出手段及
びＬＥＤＣＫ生成手段の構成を示すブロック図である。

【図９】本発明の第５実施例の動作を示すタイムチャー
トである。

【図１０】本発明の第５実施例による回転速度とパルス
周波数及び消費電流の関係を示すグラフである。

【図１１】従来の多回転アブソリュート型ロータリーエ
ンコーダの主要部を示す斜視図である。

【図１２】従来の他の多回転アブソリュート型ロータリ
ーエンコーダの主要部を示す図である。

【符号の説明】

１ ケース ４ 回転軸 ５ 回転板 ６ａ〜６ｄ 発光ダイオード ７ 固定スリット板 ８ａ〜８ｌ フォトダイオード １１ 電圧検知回路 １２ 定電圧回路 １３ 内蔵電池 １４ リセット回路 １５ クロック発生回路 １７，１７Ａ パルス発生回路 ２１ａ，２１ｂ・・・２１ｌ 比較回路 ２３ａ，２３ｂ，２７，３７ Ｄ型フリップフロップ ２４ クロック選択回路 ３２ ＲＳフリップフロップ ３６ カウンタ ３８ 回転検出手段 ３９ 回転方向検出手段 ４０ 遅延回路 ４３ 同期信号生成回路 ５２ 回転速度検出手段 ５３ 変化点検出回路 ５４ 回転速度カウンタ ５５ ＬＥＤＣＫ生成手段 ５６ 回転判別回路 ５７ ＬＥＤＣＫ生成回路 ５８ マルチプレクサ ５９ カウンタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 真一 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 浅見 真介 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に連結され、複数の同心円に沿っ
   て回転角度に対応して異なったパターンのスリットが形
   成された回転板と、 前記回転板に光を投光する投光素子と、 前記投光素子の光を前記回転板のスリットを介して受光
   する複数の受光素子と、 前記複数の受光素子から得られる並列出力を所定の閾値
   で弁別する複数の比較回路を含み、該比較回路の並列出
   力に応じて前記回転軸の回転角度を検出する回転角度検
   出手段と、 電源の投入時に所定のクロックを発生するクロック発生
   回路と、 前記受光素子のうちＭＳＢ，ＭＳＢ−１の受光信号に基
   づいて前記回転板の１回転を検出する回転検出手段と、 前記受光素子のうちＭＳＢ，ＭＳＢ−１の受光信号に基
   づいて前記回転板の回転方向を検出する回転方向検出手
   段と、 前記回転方向検出手段の出力に応じてアップ方向及びダ
   ウン方向のいずれかに前記回転検出手段の出力を計数す
   るカウンタと、 前記投光素子を点灯させるためのパルスを発生するパル
   ス発生回路と、 電源の投入時には前記投光素子を連続点灯し、電源オフ
   時には前記投光素子を前記パルス発生回路の出力に基づ
   いてパルス点灯する投光素子駆動手段と、 前記パルス発生回路、前記回転検出手段、前記回転方向
   検出手段、前記投光素子駆動手段及び前記カウンタに電
   源を供給する電池と、 電源の断続に応じて前記パルス発生回路の出力と前記ク
   ロック発生回路とを選択し、前記回転検出手段及び回転
   方向検出手段に与えるクロック選択手段と、を具備し、
   前記回転角度検出手段により回転角度、前記カウンタに
   より回転数を検出することを特徴とする多回転アブソリ
   ュート型ロータリーエンコーダ。
2. 【請求項２】 前記投光素子は複数の投光素子から構成
   されており、前記投光素子駆動手段は電源オフ時には前
   記受光素子のうちＭＳＢ，ＭＳＢ−１を検出する受光素
   子に光を照射する投光素子のみをパルス点灯するもので
   あることを特徴とする請求項１記載の多回転アブソリュ
   ート型ロータリーエンコーダ。
3. 【請求項３】 前記投光素子は、電源のオン時に連続点
   灯され、前記複数の受光素子に光を照射する第１の投光
   素子と、 電源オフ時にパルス点灯され、前記ＭＳＢ，ＭＳＢ−１
   の受光素子に光を照射する第２の投光素子と、を具備す
   るものであることを特徴とする請求項１記載の多回転ア
   ブソリュート型ロータリーエンコーダ。
4. 【請求項４】 電源電圧によりそのオンオフを検出する
   電圧検知回路と、 前記電圧検知回路の電源オフ信号を所定時間遅延させる
   オフディレー型の遅延回路と、を具備し、前記クロック
   選択手段は、前記遅延回路の出力に基づいて前記パルス
   発生回路の出力を選択するものであることを特徴とする
   請求項１〜３のいずれか１項記載の多回転アブソリュー
   ト型ロータリーエンコーダ。
5. 【請求項５】 前記パルス発生回路の出力と同期する同
   期信号を生成し、その出力により前記ＭＳＢ，ＭＳＢ−
   １の受光信号を生成する比較回路に電源を供給する同期
   信号生成回路を有することを特徴とする請求項１〜４の
   いずれか１項記載の多回転アブソリュート型ロータリー
   エンコーダ。
6. 【請求項６】 前記パルス発生回路はその周波数及びパ
   ルス幅を可変する可変手段を有するものであることを特
   徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の多回転アブ
   ソリュート型ロータリーエンコーダ。
7. 【請求項７】 回転軸に連結され、複数の同心円に沿っ
   て回転角度に対応して異なったパターンのスリットが形
   成された回転板と、 前記回転板に光を投光する投光素子と、 前記投光素子の光を前記回転板のスリットを介して受光
   する複数の受光素子と、 前記複数の受光素子から得られる並列出力を所定の閾値
   で弁別する複数の比較回路を含み、該比較回路の並列出
   力に応じて前記回転軸の回転角度を検出する回転角度検
   出手段と、 電源の投入時に所定のクロックを発生するクロック発生
   回路と、 前記受光素子のうちＭＳＢ，ＭＳＢ−１の受光信号に基
   づいて前記回転板の１回転を検出する回転検出手段と、 前記受光素子のうちＭＳＢ，ＭＳＢ−１の受光信号に基
   づいて前記回転板の回転方向を検出する回転方向検出手
   段と、 前記回転方向検出手段の出力に応じてアップ方向及びダ
   ウン方向に前記回転検出手段の出力を計数するカウンタ
   と、 前記いずれかの受光素子の受光信号の比較出力に基づい
   て回転速度を検出する回転速度検出手段と、 前記回転速度検出手段により検知された回転速度に対応
   させた周波数のパルスを発生するＬＥＤＣＫ生成手段
   と、 電源の投入時には前記投光素子を連続点灯し、電源オフ
   時には前記投光素子を前記ＬＥＤＣＫ生成手段の出力に
   基づいてパルス点灯する投光素子駆動手段と、 前記回転速度検出手段、前記ＬＥＤＣＫ生成手段、前記
   回転検出手段、前記回転方向検出手段、前記投光素子駆
   動手段及び前記カウンタに電源を供給する電池と、 電源の断続に応じて前記ＬＥＤＣＫ生成手段の出力と前
   記クロック発生回路とを選択し、前記回転検出手段及び
   回転方向検出手段に与えるクロック選択手段と、を具備
   し、前記回転角度検出手段により回転角度、前記カウン
   タにより回転数を検出することを特徴とする多回転アブ
   ソリュート型ロータリーエンコーダ。
8. 【請求項８】 前記投光素子は複数の投光素子から構成
   されており、前記投光素子駆動手段は電源オフ時には前
   記受光素子のうちＭＳＢ，ＭＳＢ−１を検出する受光素
   子に光を照射する投光素子のみをパルス点灯するもので
   あることを特徴とする請求項７記載の多回転アブソリュ
   ート型ロータリーエンコーダ。
9. 【請求項９】 前記投光素子は、電源のオン時に連続点
   灯され、前記複数の受光素子に光を照射する第１の投光
   素子と、 電源オフ時にパルス点灯され、前記ＭＳＢ，ＭＳＢ−１
   の受光素子に光を照射する第２の投光素子と、を具備す
   るものであることを特徴とする請求項７記載の多回転ア
   ブソリュート型ロータリーエンコーダ。
10. 【請求項10】 電源電圧によりそのオンオフを検出する
    電圧検知回路と、 前記電圧検知回路の電源オフ信号を所定時間遅延させる
    オフディレー型の遅延回路と、を具備し、前記クロック
    選択手段は、前記遅延回路の出力に基づいて前記ＬＥＤ
    ＣＫ生成手段の出力を選択するものであることを特徴と
    する請求項７〜９のいずれか１項記載の多回転アブソリ
    ュート型ロータリーエンコーダ。
11. 【請求項11】 前記ＬＥＤＣＫ生成手段の出力と同期す
    る同期信号を生成する同期信号生成回路を有し、該同期
    信号生成回路の出力により前記ＭＳＢ，ＭＳＢ−１の受
    光信号を生成する比較回路に電源を供給することを特徴
    とする請求項７〜10のいずれか１項記載の多回転アブソ
    リュート型ロータリーエンコーダ。