JPH0791906A - ロータリーエンコーダー - Google Patents
ロータリーエンコーダーInfo
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- JPH0791906A JPH0791906A JP25644293A JP25644293A JPH0791906A JP H0791906 A JPH0791906 A JP H0791906A JP 25644293 A JP25644293 A JP 25644293A JP 25644293 A JP25644293 A JP 25644293A JP H0791906 A JPH0791906 A JP H0791906A
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Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電気容量の変化を利用することにより信号を
アナログ的に変化させ、これにより物体の移動した角度
位置および変位量の測定を高精度且つ安価に提供するこ
とを目的とする。 【構成】 固定基板１に電源供給用電極６、検出用電極
パターンＳ1〜Ｓ6、ヘッド検出用電極Ｚ1〜Ｚ6が形成さ
れており、所定の大きさの扇形を有するヘッド８が固定
基板の面に対して所定距離を隔てて平行に回転移動す
る。電源供給用電極６から印加される電圧は、ヘッド８
が覆う一対のパターンのそれぞれの面積の割合に比例し
て電気容量が変化する。このため、出力される信号を演
算することによりヘッド８が位置する位置角度および変
位量を高精度に測定することができる。
アナログ的に変化させ、これにより物体の移動した角度
位置および変位量の測定を高精度且つ安価に提供するこ
とを目的とする。 【構成】 固定基板１に電源供給用電極６、検出用電極
パターンＳ1〜Ｓ6、ヘッド検出用電極Ｚ1〜Ｚ6が形成さ
れており、所定の大きさの扇形を有するヘッド８が固定
基板の面に対して所定距離を隔てて平行に回転移動す
る。電源供給用電極６から印加される電圧は、ヘッド８
が覆う一対のパターンのそれぞれの面積の割合に比例し
て電気容量が変化する。このため、出力される信号を演
算することによりヘッド８が位置する位置角度および変
位量を高精度に測定することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気容量の変化を利用
してアナログ的に位置および角度変化を測定するロータ
リーエンコーダーに関する。
してアナログ的に位置および角度変化を測定するロータ
リーエンコーダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】物体が移動した角度の位置および変化を
測定して検出する方式として光学式と磁気式がある。こ
れら方式の出力信号は、パルス形によって出力される。
測定して検出する方式として光学式と磁気式がある。こ
れら方式の出力信号は、パルス形によって出力される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光学式においてはエン
コーダーディスク上に精密な縞状パターンを形成しなけ
ればならない。また、磁気式においてはリーク電流によ
るノイズの発生により出力信号の分解能が低下してしま
う。さらに磁気式の装置電源を一旦切ることにより以前
のデータが消失してしまう、即ち再方式が困難であると
いう問題を有している。このような問題を解決するため
に製造が簡易ではなく低コスト化への障害となってい
る。
コーダーディスク上に精密な縞状パターンを形成しなけ
ればならない。また、磁気式においてはリーク電流によ
るノイズの発生により出力信号の分解能が低下してしま
う。さらに磁気式の装置電源を一旦切ることにより以前
のデータが消失してしまう、即ち再方式が困難であると
いう問題を有している。このような問題を解決するため
に製造が簡易ではなく低コスト化への障害となってい
る。
【０００４】本発明は、これら問題点に鑑みてなされた
もので、基本的に、電気容量を利用することにより信号
をアナログ的に変化させ、これにより測定値の分解能を
向上させ、再方式による角度位置の保持が可能なロータ
リーエンコーダーを提供する。またプリント基板上のパ
ターン形成などにより高精度なロータリーエンコーダー
を安価に提供することを課題とする。
もので、基本的に、電気容量を利用することにより信号
をアナログ的に変化させ、これにより測定値の分解能を
向上させ、再方式による角度位置の保持が可能なロータ
リーエンコーダーを提供する。またプリント基板上のパ
ターン形成などにより高精度なロータリーエンコーダー
を安価に提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明によるロータリーエンコーダーは、少なくと
も一方の面に測定パターンを有する固定基板と、前記固
定基板の測定パターンと所定の距離を隔てて平行に回転
移動する少なくとも１つの測定用ヘッドと、前記ヘッド
に電圧を印加する手段とを有し、前記固定基板は略扇状
に奇数分割された奇数個のゾーンを有し、各ゾーンは、
前記ヘッドの回転方向に従ってヘッドと対面する面積が
順次増加する第１のパターンとこれと反比して順次減少
する第２のパターンを並列して有しており、ヘッドの移
動に伴い変化するヘッドと第１のパターンとの間の電気
容量の変化並びにヘッドと第２のパターンとの間の電気
容量の変化を演算することによりヘッドの角度位置また
は変位量を測定することを特徴とする。
め、本発明によるロータリーエンコーダーは、少なくと
も一方の面に測定パターンを有する固定基板と、前記固
定基板の測定パターンと所定の距離を隔てて平行に回転
移動する少なくとも１つの測定用ヘッドと、前記ヘッド
に電圧を印加する手段とを有し、前記固定基板は略扇状
に奇数分割された奇数個のゾーンを有し、各ゾーンは、
前記ヘッドの回転方向に従ってヘッドと対面する面積が
順次増加する第１のパターンとこれと反比して順次減少
する第２のパターンを並列して有しており、ヘッドの移
動に伴い変化するヘッドと第１のパターンとの間の電気
容量の変化並びにヘッドと第２のパターンとの間の電気
容量の変化を演算することによりヘッドの角度位置また
は変位量を測定することを特徴とする。
【０００６】詳細には、前記固定基板の中心から半径方
向に向けて扇状に３等分し、半径Ｒ1＜半径Ｒ2となる円
をそれぞれ設定し、所定角度の幅を有する扇状の前記測
定用ヘッドが前記固定基板の中心を軸として、半径Ｒ1
上の内円の一端を出発点として前記ヘッドを特定方向に
回転させ、前記回転に従い半径Ｒ1の一端から半径Ｒ2の
外円の他端まで除々に変化させて分割される第１のパタ
ーンＳ1および第２のパターンＳ2を形成させ、前記各パ
ターンをそれぞれの３等分した固定基板の扇に対して形
成させ、前記ヘッドがΔθ変化する時のヘッドに覆われ
るパターンＳ1の面積Ａ1およびパターンＳ2の面積Ａ2と
の面積比（Ａ1−Ａ2）／（Ａ1＋Ａ2）がΔθに対する一
次関数になるように満足する前記パターンを区分する曲
線を形成し、前記各パターンを囲むように絶縁体を挟ん
でアース電極を、前記パターンＳ1およびＳ2にそれぞれ
検出用電極を、半径Ｒ1の内円に前記アース電極を挟ん
で電源供給用電極を配置させ、これら電極に対して前記
ヘッドが回転移動してＳ1およびＳ2の検出用電極からの
信号を演算することにより前記ヘッドの所在位置および
回転角を測定することを特徴とする。また、前記ヘッド
が前記固定基板の中心を回転軸として対象となる第１の
ヘッドおよび第２のヘッドを設け、各パターンの始点お
よび終点における信号が第１のヘッドにより検出不可能
な時に第２のヘッドにより検出させることを特徴とす
る。
向に向けて扇状に３等分し、半径Ｒ1＜半径Ｒ2となる円
をそれぞれ設定し、所定角度の幅を有する扇状の前記測
定用ヘッドが前記固定基板の中心を軸として、半径Ｒ1
上の内円の一端を出発点として前記ヘッドを特定方向に
回転させ、前記回転に従い半径Ｒ1の一端から半径Ｒ2の
外円の他端まで除々に変化させて分割される第１のパタ
ーンＳ1および第２のパターンＳ2を形成させ、前記各パ
ターンをそれぞれの３等分した固定基板の扇に対して形
成させ、前記ヘッドがΔθ変化する時のヘッドに覆われ
るパターンＳ1の面積Ａ1およびパターンＳ2の面積Ａ2と
の面積比（Ａ1−Ａ2）／（Ａ1＋Ａ2）がΔθに対する一
次関数になるように満足する前記パターンを区分する曲
線を形成し、前記各パターンを囲むように絶縁体を挟ん
でアース電極を、前記パターンＳ1およびＳ2にそれぞれ
検出用電極を、半径Ｒ1の内円に前記アース電極を挟ん
で電源供給用電極を配置させ、これら電極に対して前記
ヘッドが回転移動してＳ1およびＳ2の検出用電極からの
信号を演算することにより前記ヘッドの所在位置および
回転角を測定することを特徴とする。また、前記ヘッド
が前記固定基板の中心を回転軸として対象となる第１の
ヘッドおよび第２のヘッドを設け、各パターンの始点お
よび終点における信号が第１のヘッドにより検出不可能
な時に第２のヘッドにより検出させることを特徴とす
る。
【０００７】
【作用】このような手段によって、測定用電圧を電源供
給用電極と測定用ヘッド間の電気容量により与え、ヘッ
ドと第１および第２のパターンに対面するヘッドの回転
方向位置に従い、ヘッドが対向する第１および第２のパ
ターンの面積割合が変化する。この面積割合の変化は第
１および第２のパターンとヘッド間のそれぞれの電気容
量の変化として現れるため、これに基づき変化する第１
および第２のパターンからの信号出力を演算することに
よりヘッドの所在位置またはその変位量を測定する。
給用電極と測定用ヘッド間の電気容量により与え、ヘッ
ドと第１および第２のパターンに対面するヘッドの回転
方向位置に従い、ヘッドが対向する第１および第２のパ
ターンの面積割合が変化する。この面積割合の変化は第
１および第２のパターンとヘッド間のそれぞれの電気容
量の変化として現れるため、これに基づき変化する第１
および第２のパターンからの信号出力を演算することに
よりヘッドの所在位置またはその変位量を測定する。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面を参照と
して説明する。本発明によるロータリーエンコーダーは
基本的に、固定基板上に形成されるパターン（検出用電
極）と、ヘッド（移動電極）と、電源供給用電極とを含
む。検出用電極のパターン形成の原理を図１に示す。固
定基板１に半径Ｒ1の内円と半径Ｒ2の外円を設定する。
図示されるように固定基板１の面に対して所定距離を隔
てて平行に、所定角度の幅を有する扇状のヘッド２が固
定基板１の中心を軸に平行位置を保ったまま回転可能に
設けられている。このヘッド２を例えば０度の角度から
矢印Ａ方向に１２０度の角度まで回転させる。この時、
半径Ｒ1上の点を出発点Ｘ（０度）とし、半径Ｒ2上の点
を終点Ｙ（１２０度）としてパターンＳ1およびＳ2に分
割される軌跡（対象曲線）を設定する。
して説明する。本発明によるロータリーエンコーダーは
基本的に、固定基板上に形成されるパターン（検出用電
極）と、ヘッド（移動電極）と、電源供給用電極とを含
む。検出用電極のパターン形成の原理を図１に示す。固
定基板１に半径Ｒ1の内円と半径Ｒ2の外円を設定する。
図示されるように固定基板１の面に対して所定距離を隔
てて平行に、所定角度の幅を有する扇状のヘッド２が固
定基板１の中心を軸に平行位置を保ったまま回転可能に
設けられている。このヘッド２を例えば０度の角度から
矢印Ａ方向に１２０度の角度まで回転させる。この時、
半径Ｒ1上の点を出発点Ｘ（０度）とし、半径Ｒ2上の点
を終点Ｙ（１２０度）としてパターンＳ1およびＳ2に分
割される軌跡（対象曲線）を設定する。
【０００９】分割されたＳ1およびＳ2のパターン上の任
意の位置にヘッド２が位置する時、ヘッド２とパターン
Ｓ1上のヘッド２が覆う電極面積Ａ1の間の電気容量Ｃ
1、並びにヘッド２とパターンＳ2上のヘッド２が覆う電
極面積Ａ2との間の電気容量Ｃ2は、それぞれ次式によっ
て表される。 Ｃ1＝ε1Ａ1／ｄ1 ……（１） Ｃ2＝ε2Ａ2／ｄ2 ……（２） ε1、ε2は電極間の材料の誘電率、ｄ1、ｄ2は電極間の
距離である。こここで、電極間に空気が存在すること
（ε1＝ε2）、電極間距離は一定であること（ｄ1＝ｄ
2）、により電気容量Ｃ1およびＣ2は電極面積Ａ1および
Ａ2に比例する。つまり以下の式（３）、（４）により
表される。 Ｃ1＝εＡ1／ｄ ……（３） Ｃ2＝εＡ2／ｄ ……（４）
意の位置にヘッド２が位置する時、ヘッド２とパターン
Ｓ1上のヘッド２が覆う電極面積Ａ1の間の電気容量Ｃ
1、並びにヘッド２とパターンＳ2上のヘッド２が覆う電
極面積Ａ2との間の電気容量Ｃ2は、それぞれ次式によっ
て表される。 Ｃ1＝ε1Ａ1／ｄ1 ……（１） Ｃ2＝ε2Ａ2／ｄ2 ……（２） ε1、ε2は電極間の材料の誘電率、ｄ1、ｄ2は電極間の
距離である。こここで、電極間に空気が存在すること
（ε1＝ε2）、電極間距離は一定であること（ｄ1＝ｄ
2）、により電気容量Ｃ1およびＣ2は電極面積Ａ1および
Ａ2に比例する。つまり以下の式（３）、（４）により
表される。 Ｃ1＝εＡ1／ｄ ……（３） Ｃ2＝εＡ2／ｄ ……（４）
【００１０】ヘッド２が固定基板１に対して回転移動す
る時、Ａ1とＡ2の関係が一次元関数となるように、即
ち、出力される信号がリニアに変化するようにＸ（０
度）およびＹ（１２０度）との間の対象曲線を求める。 （Ａ1−Ａ2）／（Ａ1＋Ａ2）＝ｍθ＋ｎ ……（５） ここでθはヘッド２の回転角、ｍは回転角θの変化によ
る直線の傾斜、ｎは初期条件による任意の値である。図
２は、式（５）によって計算された一例を示し、（Ａ1
−Ａ2）／（Ａ1＋Ａ2）の変化に対してヘッドの回転角
θがリニアに変化してヘッドの位置および角度が特定で
きる。
る時、Ａ1とＡ2の関係が一次元関数となるように、即
ち、出力される信号がリニアに変化するようにＸ（０
度）およびＹ（１２０度）との間の対象曲線を求める。 （Ａ1−Ａ2）／（Ａ1＋Ａ2）＝ｍθ＋ｎ ……（５） ここでθはヘッド２の回転角、ｍは回転角θの変化によ
る直線の傾斜、ｎは初期条件による任意の値である。図
２は、式（５）によって計算された一例を示し、（Ａ1
−Ａ2）／（Ａ1＋Ａ2）の変化に対してヘッドの回転角
θがリニアに変化してヘッドの位置および角度が特定で
きる。
【００１１】ヘッド２が位置角度（θ）から角度Δθ変
化した時、Ａ1、Ａ2の面積は、Ｓ＝（１／２）ｒ2θの
関係により（Ｓは扇形の面積、ｒは扇形の半径、θは中
心角）それぞれ次のように計算できる。 Ａ1＝（１／２）Ｒ2（θ）・Δθ−（１／２）Ｒ12・Δθ ……（６） Ａ2＝（１／２）Ｒ22・Δθ−（１／２）Ｒ2（θ）・Δθ ……（７） ここでＲ1は固定基板１の内円の半径、Ｒ2はその外円の
半径、Ｒ（θ）はＸ、Ｙ間の対象曲線の半径である。
化した時、Ａ1、Ａ2の面積は、Ｓ＝（１／２）ｒ2θの
関係により（Ｓは扇形の面積、ｒは扇形の半径、θは中
心角）それぞれ次のように計算できる。 Ａ1＝（１／２）Ｒ2（θ）・Δθ−（１／２）Ｒ12・Δθ ……（６） Ａ2＝（１／２）Ｒ22・Δθ−（１／２）Ｒ2（θ）・Δθ ……（７） ここでＲ1は固定基板１の内円の半径、Ｒ2はその外円の
半径、Ｒ（θ）はＸ、Ｙ間の対象曲線の半径である。
【００１２】次に式（６）と（７）を式（５）に代入し
て、対象曲線の半径Ｒ（θ）を求める。 Ｒ（θ）＝±｛（１／２）（ｍθ＋ｎ）（Ｒ22−Ｒ12）＋ （１／２）（Ｒ12＋Ｒ22）｝1/2 ……（８） ここで初期条件である［θ＝０のときＲ（θ）＝Ｒ1］
を式（８）に代入する。 Ｒ1＝±｛（ｎ／２）（Ｒ22−Ｒ12）＋ （１／２）（Ｒ12＋Ｒ22）｝1/2 ｎ＝（Ｒ12−Ｒ22）／（Ｒ22−Ｒ12）＝−１ ……（９） さらにもう一つの初期条件である［θ＝２π／３のとき
Ｒ（θ）＝Ｒ2］を式（８）に代入する。 Ｒ2＝±｛（１／２）［（２／３）ｍπ＋ｎ］（Ｒ22−Ｒ12）＋ （１／２）（Ｒ12＋Ｒ22）｝1/2 ｍ＝（３／２π）（１−ｎ）＝３／π ……（１０） 式（９）、（１０）を式（８）に代入する。 Ｒ（θ）＝｛［（３／π）−１］［（Ｒ22−Ｒ12）／２］ ＋（Ｒ22＋Ｒ12）／２｝ ……（１１） 式（１１）を用いて、Ｒ（θ）の曲線を描くと図１のパ
ターンＳ1とパターンＳ2とに分割される曲線になり、ヘ
ッド２により覆われる電極面積Ａ1、Ａ2から出力される
個々の信号を式（Ａ1−Ａ2）／（Ａ1＋Ａ2）に従って演
算することにより、ヘッドの回転移動に対してリニアに
変化する出力値を形成できる。
て、対象曲線の半径Ｒ（θ）を求める。 Ｒ（θ）＝±｛（１／２）（ｍθ＋ｎ）（Ｒ22−Ｒ12）＋ （１／２）（Ｒ12＋Ｒ22）｝1/2 ……（８） ここで初期条件である［θ＝０のときＲ（θ）＝Ｒ1］
を式（８）に代入する。 Ｒ1＝±｛（ｎ／２）（Ｒ22−Ｒ12）＋ （１／２）（Ｒ12＋Ｒ22）｝1/2 ｎ＝（Ｒ12−Ｒ22）／（Ｒ22−Ｒ12）＝−１ ……（９） さらにもう一つの初期条件である［θ＝２π／３のとき
Ｒ（θ）＝Ｒ2］を式（８）に代入する。 Ｒ2＝±｛（１／２）［（２／３）ｍπ＋ｎ］（Ｒ22−Ｒ12）＋ （１／２）（Ｒ12＋Ｒ22）｝1/2 ｍ＝（３／２π）（１−ｎ）＝３／π ……（１０） 式（９）、（１０）を式（８）に代入する。 Ｒ（θ）＝｛［（３／π）−１］［（Ｒ22−Ｒ12）／２］ ＋（Ｒ22＋Ｒ12）／２｝ ……（１１） 式（１１）を用いて、Ｒ（θ）の曲線を描くと図１のパ
ターンＳ1とパターンＳ2とに分割される曲線になり、ヘ
ッド２により覆われる電極面積Ａ1、Ａ2から出力される
個々の信号を式（Ａ1−Ａ2）／（Ａ1＋Ａ2）に従って演
算することにより、ヘッドの回転移動に対してリニアに
変化する出力値を形成できる。
【００１３】図３は、上記した構成による特性を用いて
固定基板に１２０度毎で３分割した３６０度のエンコー
ダーを作製した一例を示すものである。固定基板１に
は、式（１１）により算出されたＲ（θ）の曲線を有す
る検出用電極のパターンが第１のゾーンにＳ1、Ｓ2、第
２のゾーンにＳ3、Ｓ4、第３のゾーンにＳ5、Ｓ6のパタ
ーンとして設けられている。パターンＳ1〜Ｓ6のそれぞ
れの周囲には、ほぼ同一の幅をもって絶縁されたベース
４が設けられ、Ｓ1〜Ｓ6のパターンを個々に電気的に絶
縁させている。また、パターン間、例えばパターンＳ
1、Ｓ2に関する電気容量の信号間にリーク電流を防止す
るためのアースパターン５がベース４を挟んで全てのパ
ターンを囲むように設けられている。また、前述のパタ
ーンＳ1、Ｓ3、Ｓ5の内円側には、図示のように等角度
間隔で６分割されたヘッド検出用電極Ｚ1〜Ｚ6を構成し
ている。ヘッド検出用電極Ｚ1〜Ｚ6は、後述する２つの
ヘッドの位置を判別するためのゾーン信号を検出する。
固定基板１の中心部には、円板状の電源供給用電極６が
設けられている。これらの電源供給用電極６、検出用電
極Ｚ1〜Ｚ2およびアース電極５は、金属箔等の薄厚の適
当な導電体よりなり、平面上に形成されている。これら
電極は、例えばプリント基板等の電気絶縁板上に蒸着、
エッチングあるいは接着等により形成することができ
る。
固定基板に１２０度毎で３分割した３６０度のエンコー
ダーを作製した一例を示すものである。固定基板１に
は、式（１１）により算出されたＲ（θ）の曲線を有す
る検出用電極のパターンが第１のゾーンにＳ1、Ｓ2、第
２のゾーンにＳ3、Ｓ4、第３のゾーンにＳ5、Ｓ6のパタ
ーンとして設けられている。パターンＳ1〜Ｓ6のそれぞ
れの周囲には、ほぼ同一の幅をもって絶縁されたベース
４が設けられ、Ｓ1〜Ｓ6のパターンを個々に電気的に絶
縁させている。また、パターン間、例えばパターンＳ
1、Ｓ2に関する電気容量の信号間にリーク電流を防止す
るためのアースパターン５がベース４を挟んで全てのパ
ターンを囲むように設けられている。また、前述のパタ
ーンＳ1、Ｓ3、Ｓ5の内円側には、図示のように等角度
間隔で６分割されたヘッド検出用電極Ｚ1〜Ｚ6を構成し
ている。ヘッド検出用電極Ｚ1〜Ｚ6は、後述する２つの
ヘッドの位置を判別するためのゾーン信号を検出する。
固定基板１の中心部には、円板状の電源供給用電極６が
設けられている。これらの電源供給用電極６、検出用電
極Ｚ1〜Ｚ2およびアース電極５は、金属箔等の薄厚の適
当な導電体よりなり、平面上に形成されている。これら
電極は、例えばプリント基板等の電気絶縁板上に蒸着、
エッチングあるいは接着等により形成することができ
る。
【００１４】図４は、図３で示した円形基板上の出力用
電極および検出用電極から一定の距離を隔てて平行に設
けられた回転移動するヘッド部７を示す。ヘッド部７
は、固定基板３のパターンと同様に導電体よりなり、固
定基板１と同心に設けられ、その中心から一定角度を有
する略扇状の第１のヘッド８および第２のヘッド９を有
する。ヘッド部７の中心部は、図３の固定基板１上の電
源供給用電極６と一致する大きさの電極１０を有してい
る。また、第２のヘッド９は、固定基盤３上の等角度間
隔で６分割されたヘッド検出用電極Ｚ1〜Ｚ6に対向する
面１２が電気的に絶縁されて第２のヘッド９に対する検
出用電極Ｚ1〜Ｚ6の作用を無効としており、専ら第１の
ヘッド８の位置信号のみを検出してヘッド８がいずれか
のゾーンに位置しているかを特定している。
電極および検出用電極から一定の距離を隔てて平行に設
けられた回転移動するヘッド部７を示す。ヘッド部７
は、固定基板３のパターンと同様に導電体よりなり、固
定基板１と同心に設けられ、その中心から一定角度を有
する略扇状の第１のヘッド８および第２のヘッド９を有
する。ヘッド部７の中心部は、図３の固定基板１上の電
源供給用電極６と一致する大きさの電極１０を有してい
る。また、第２のヘッド９は、固定基盤３上の等角度間
隔で６分割されたヘッド検出用電極Ｚ1〜Ｚ6に対向する
面１２が電気的に絶縁されて第２のヘッド９に対する検
出用電極Ｚ1〜Ｚ6の作用を無効としており、専ら第１の
ヘッド８の位置信号のみを検出してヘッド８がいずれか
のゾーンに位置しているかを特定している。
【００１５】図５は、図３のロータリーエンコーダ上の
電源供給用電極６と、ヘッド検出用電極Ｚ1〜Ｚ6および
アース電極５の各部分の信号を入力しあるいは取り出す
ための配線図であり、固定基板１の背面に配線されてい
る。
電源供給用電極６と、ヘッド検出用電極Ｚ1〜Ｚ6および
アース電極５の各部分の信号を入力しあるいは取り出す
ための配線図であり、固定基板１の背面に配線されてい
る。
【００１６】上記した構成により本発明のロータリーエ
ンコーダーの動作について図３に基づいて説明を行う。
固定基板１上の任意の位置、例えば、第１のヘッド８が
ゾーン１のパターンＳ1、Ｓ2上に位置しているとする。
ここで、電源供給用電極６とヘッド部７の電極との間に
は、エアー層による見かけ上のコンデンサーＣＡが形成
されている。また、同様にパターンＳ1、Ｓ2の第１のヘ
ッド８が覆う面積Ａ1、Ａ2に相当するコンデンサーＣ
Ｂ、ＣＣがそれぞれ形成される。次に電源供給用電極６
から電圧を印加すると直列接続されたコンデンサーＣ
Ａ、ＣＢに電圧がかかり、パターンＳ1からコンデンサ
ーＣＢの電気容量を示す信号が出力される。同様に直列
接続されたコンデンサーＣＡ、ＣＣに電圧がかかり、パ
ターンＳ2からコンデンサーＣＡの電気容量を示す信号
が出力される。次いでそれぞれのパターンＳ1、Ｓ2から
出力された信号を不図示の演算回路に入力してヘッドの
角度位置を特定することができる。しかしながら各パタ
ーンの周囲にベース４およびアース電極５を設けたため
に、形成している各ゾーン間の空白部分（デッドゾー
ン）では信号が伝達することができず、ある角度の範囲
に制限されてしまう。（実施例においては、角度が１０
度〜１１０度の範囲で測定が可能）そこで、第１のヘッ
ド８が前記したデッドゾーンに入った時に、後述するヘ
ッド検出用電極Ｚ1〜Ｚ2から送られる信号により第１の
ヘッドの反対側に位置する第２のヘッド９によりデッド
ゾーンに入ることなく信号を検出することができる。こ
のように第１および第２のヘッドを所定角度の設定によ
って切り替えることにより３６０度全域をカバーするロ
ータリーエンコーダーを提供することができる。
ンコーダーの動作について図３に基づいて説明を行う。
固定基板１上の任意の位置、例えば、第１のヘッド８が
ゾーン１のパターンＳ1、Ｓ2上に位置しているとする。
ここで、電源供給用電極６とヘッド部７の電極との間に
は、エアー層による見かけ上のコンデンサーＣＡが形成
されている。また、同様にパターンＳ1、Ｓ2の第１のヘ
ッド８が覆う面積Ａ1、Ａ2に相当するコンデンサーＣ
Ｂ、ＣＣがそれぞれ形成される。次に電源供給用電極６
から電圧を印加すると直列接続されたコンデンサーＣ
Ａ、ＣＢに電圧がかかり、パターンＳ1からコンデンサ
ーＣＢの電気容量を示す信号が出力される。同様に直列
接続されたコンデンサーＣＡ、ＣＣに電圧がかかり、パ
ターンＳ2からコンデンサーＣＡの電気容量を示す信号
が出力される。次いでそれぞれのパターンＳ1、Ｓ2から
出力された信号を不図示の演算回路に入力してヘッドの
角度位置を特定することができる。しかしながら各パタ
ーンの周囲にベース４およびアース電極５を設けたため
に、形成している各ゾーン間の空白部分（デッドゾー
ン）では信号が伝達することができず、ある角度の範囲
に制限されてしまう。（実施例においては、角度が１０
度〜１１０度の範囲で測定が可能）そこで、第１のヘッ
ド８が前記したデッドゾーンに入った時に、後述するヘ
ッド検出用電極Ｚ1〜Ｚ2から送られる信号により第１の
ヘッドの反対側に位置する第２のヘッド９によりデッド
ゾーンに入ることなく信号を検出することができる。こ
のように第１および第２のヘッドを所定角度の設定によ
って切り替えることにより３６０度全域をカバーするロ
ータリーエンコーダーを提供することができる。
【００１７】図６の上段には、本実施例のヘッドの角度
位置と出力される各ゾーンにおける信号、中段には、ヘ
ッド検出用電極の信号レベル、下段には、スイッチング
する信号レベルを示す。ここで、ゾーン１の中心部から
６０度（±３０度）の範囲であるＰ〜Ｑを第１のヘッド
８の中心１１を基準に反時計回りに回転移動させる。こ
の移動期間内にＳ1、Ｓ2のパターンからの信号を検出す
る。この信号は不図示の演算回路により算出され図の上
段のように位置角度がリニアになる。一方、ヘッドの移
動中にヘッド検出用電極Ｚ1からの信号が図の中段のよ
うに検出されている。ヘッドが回転するにつれて次のヘ
ッド検出用電極Ｚ2にかかり、ヘッド検出用電極Ｚ1の信
号量は次第に減少し、ヘッド検出用電極Ｚ2の信号量は
次第に増加する。この信号量においてヘッド検出用電極
Ｚ1からの信号量のほうがヘッド検出用電極Ｚ2の信号量
より少なくなると、第１のヘッド８の反対側に位置する
第２のヘッド９に切り替わる。この信号を制御するため
に図６の下段に制御パルスの信号を示す。次に第１のヘ
ッド８がＱ〜Ｔまで移動する間、第２のヘッド９によっ
てゾーン３のＳ5、Ｓ6のパターンからの信号を検出し、
上記したように不図示の演算回路によって算出される。
続いてヘッド検出用電極Ｚ３の信号が検出され、ヘッド
検出用電極Ｚ２の信号より大きくなった時点で第１のヘ
ッド８に切り替わり、ゾーン２のＴ〜Ｕの領域における
ヘッドの位置角度を測定する。上記した操作を繰り返す
ことにより、３６０度全域の信号を得ることができる。
位置と出力される各ゾーンにおける信号、中段には、ヘ
ッド検出用電極の信号レベル、下段には、スイッチング
する信号レベルを示す。ここで、ゾーン１の中心部から
６０度（±３０度）の範囲であるＰ〜Ｑを第１のヘッド
８の中心１１を基準に反時計回りに回転移動させる。こ
の移動期間内にＳ1、Ｓ2のパターンからの信号を検出す
る。この信号は不図示の演算回路により算出され図の上
段のように位置角度がリニアになる。一方、ヘッドの移
動中にヘッド検出用電極Ｚ1からの信号が図の中段のよ
うに検出されている。ヘッドが回転するにつれて次のヘ
ッド検出用電極Ｚ2にかかり、ヘッド検出用電極Ｚ1の信
号量は次第に減少し、ヘッド検出用電極Ｚ2の信号量は
次第に増加する。この信号量においてヘッド検出用電極
Ｚ1からの信号量のほうがヘッド検出用電極Ｚ2の信号量
より少なくなると、第１のヘッド８の反対側に位置する
第２のヘッド９に切り替わる。この信号を制御するため
に図６の下段に制御パルスの信号を示す。次に第１のヘ
ッド８がＱ〜Ｔまで移動する間、第２のヘッド９によっ
てゾーン３のＳ5、Ｓ6のパターンからの信号を検出し、
上記したように不図示の演算回路によって算出される。
続いてヘッド検出用電極Ｚ３の信号が検出され、ヘッド
検出用電極Ｚ２の信号より大きくなった時点で第１のヘ
ッド８に切り替わり、ゾーン２のＴ〜Ｕの領域における
ヘッドの位置角度を測定する。上記した操作を繰り返す
ことにより、３６０度全域の信号を得ることができる。
【００１８】第２のヘッド９には、ヘッド検出用電極に
対向する電極を設けていないため、ヘッド検出用電極か
らの信号が検出されるのが第１のヘッド８であることを
特定することができる。また、６分割されたヘッド検出
用電極Ｚ1〜Ｚ6の間（例えば、Ｚ1、Ｚ2）は、ヘッドの
回転中心から１度の角度に設けてあり、実際には各ゾー
ンに対して６０度の幅をカバーしていないが、制御パル
スをいずれのゾーンにおいても重ねて信号を切り替える
ことにより連続して信号を送ることができる。
対向する電極を設けていないため、ヘッド検出用電極か
らの信号が検出されるのが第１のヘッド８であることを
特定することができる。また、６分割されたヘッド検出
用電極Ｚ1〜Ｚ6の間（例えば、Ｚ1、Ｚ2）は、ヘッドの
回転中心から１度の角度に設けてあり、実際には各ゾー
ンに対して６０度の幅をカバーしていないが、制御パル
スをいずれのゾーンにおいても重ねて信号を切り替える
ことにより連続して信号を送ることができる。
【００１９】なお、実施例において、ゾーンを均等に３
分割し、２つのヘッドを１８０度の角度に配置した構成
であったが、ゾーンを均等に５分割して２つのヘッドに
より測定する構成、または、ゾーンを均等に２分割して
３つのヘッドを１２０度の角度に配置して測定する構成
にしても良い。さらに、所望の扇形のエンコーダーを作
製して所望の角度を測定することも可能である。
分割し、２つのヘッドを１８０度の角度に配置した構成
であったが、ゾーンを均等に５分割して２つのヘッドに
より測定する構成、または、ゾーンを均等に２分割して
３つのヘッドを１２０度の角度に配置して測定する構成
にしても良い。さらに、所望の扇形のエンコーダーを作
製して所望の角度を測定することも可能である。
【発明の効果】以上、本発明によれば、各ゾーンの中心
部における６０度の角度に相当する部分から検出用の信
号を取り出し、ヘッドがデッドゾーンにかかる前に別の
ヘッドに切り替えて信号を検出することにより連続して
３６０度の位置角度を測定することができる。また、コ
ンパクトで且つ製造が容易である高精度のスケールが提
供される。
部における６０度の角度に相当する部分から検出用の信
号を取り出し、ヘッドがデッドゾーンにかかる前に別の
ヘッドに切り替えて信号を検出することにより連続して
３６０度の位置角度を測定することができる。また、コ
ンパクトで且つ製造が容易である高精度のスケールが提
供される。
【図１】 本発明によるロータリーエンコーダーの基本
幾何図。
幾何図。
【図２】 図１の回転角対面積割合の変化を示す図。
【図３】 本発明によるロータリーエンコーダーの固定
パターン部の一例を示す図。
パターン部の一例を示す図。
【図４】 本発明によるロータリーエンコーダーのヘッ
ド部の一例を示す図。
ド部の一例を示す図。
【図５】 本発明によるロータリオーエンコーダーの固
定パターンの背面から取り出される各部信号の配線の一
例を示す図。
定パターンの背面から取り出される各部信号の配線の一
例を示す図。
【図６】 本発明によるロータリーエンコーダーによる
各ヘッドからの信号レベルおよび角度位置と出力信号を
示す図。
各ヘッドからの信号レベルおよび角度位置と出力信号を
示す図。
１ 固定基板 ２ ヘッド ４ ベース ５ アース電極 ６ 電源供給用電極 ７ ヘッド部 ８ 第１のヘッド ９ 第２のヘッド Ｓ1〜Ｓ2 パターン Ｚ1〜Ｚ6 ヘッド検出用電極
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくとも一方の面に測定パターンを有
する固定基板と、前記固定基板の測定パターンと所定の
距離を隔てて平行に回転移動する少なくとも１つの測定
用ヘッドと、前記ヘッドに電圧を印加する手段とを有
し、前記固定基板は略扇状に奇数分割された奇数個のゾ
ーンを有し、各ゾーンは、前記ヘッドの回転方向に従っ
てヘッドと対面する面積が順次増加する第１のパターン
とこれと反比して順次減少する第２のパターンを並列し
て有しており、ヘッドの移動に伴い変化するヘッドと第
１のパターンとの間の電気容量の変化並びにヘッドと第
２のパターンとの間の電気容量の変化を演算することに
よりヘッドの角度位置または変位量を測定することを特
徴とするロータリーエンコーダー。 - 【請求項２】 少なくとも一方の面に測定パターンを有
する固定基板と、前記固定基板の測定パターンと所定の
距離を隔てて平行に回転移動する少なくとも１つの測定
用ヘッドと、前記ヘッドに電圧を印加する手段とを有
し、前記固定基板の中心から半径方向に向けて扇状に３
等分し、半径Ｒ1＜半径Ｒ2となる円をそれぞれ設定し、
所定角度の幅を有する扇状の前記測定用ヘッドが前記固
定基板の中心を軸として、半径Ｒ1上の内円の一端を出
発点として前記ヘッドを特定方向に回転させ、前記回転
に従い半径Ｒ1の一端から半径Ｒ2の外円の他端まで除々
に変化させて分割される第１のパターンＳ1および第２
のパターンＳ2を形成させ、前記各パターンをそれぞれ
の３等分した固定基板の扇に対して形成させ、前記ヘッ
ドがΔθ変化する時のヘッドに覆われるパターンＳ1の
面積Ａ1およびパターンＳ2の面積Ａ2との面積比（Ａ1−
Ａ2）／（Ａ1＋Ａ2）がΔθに対する一次関数になるよ
うに満足する前記パターンを区分する曲線を形成し、前
記各パターンを囲むように絶縁体を挟んでアース電極
を、前記パターンＳ1およびＳ2にそれぞれ検出用電極
を、半径Ｒ1の内円に前記アース電極を挟んで電源供給
用電極を配置させ、これら電極に対して前記ヘッドが回
転移動してＳ1およびＳ2の検出用電極からの信号を演算
することにより前記ヘッドの所在位置および回転角を測
定することを特徴とするロータリーエンコーダー。 - 【請求項３】 前記ヘッドが前記固定基板の中心を回転
軸として対象となる第１のヘッドおよび第２のヘッドを
設け、各パターンの始点および終点における信号が第１
のヘッドにより検出不可能な時に第２のヘッドにより検
出させることを特徴とする請求項１または２記載のロー
タリーエンコーダー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25644293A JPH0791906A (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | ロータリーエンコーダー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25644293A JPH0791906A (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | ロータリーエンコーダー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0791906A true JPH0791906A (ja) | 1995-04-07 |
Family
ID=17292716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25644293A Pending JPH0791906A (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | ロータリーエンコーダー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0791906A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007225446A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 表示値読取装置 |
| CN111561899A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-21 | 维沃移动通信有限公司 | 一种折叠角度检测方法及电子设备 |
| JPWO2020262385A1 (ja) * | 2019-06-28 | 2020-12-30 |
-
1993
- 1993-09-20 JP JP25644293A patent/JPH0791906A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007225446A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 表示値読取装置 |
| JPWO2020262385A1 (ja) * | 2019-06-28 | 2020-12-30 | ||
| CN111561899A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-21 | 维沃移动通信有限公司 | 一种折叠角度检测方法及电子设备 |
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