JPH0791906A - Rotary encoder - Google Patents
Rotary encoderInfo
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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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- pattern
- fixed substrate
- radius
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotary encoder which measures changes in position and angle in an analog manner by utilizing changes in electric capacity.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art There are an optical type and a magnetic type as methods for measuring and detecting the position and change of the angle of movement of an object. The output signals of these methods are output in pulse form.
【０００３】[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。In the optical method, it is necessary to form a precise striped pattern on the encoder disk. Further, in the magnetic type, the resolution of the output signal is lowered due to the generation of noise due to the leak current. Further, there is a problem that the previous data is lost by once turning off the magnetic device power supply, that is, the re-method is difficult. In order to solve such a problem, manufacturing is not simple, which is an obstacle to cost reduction.
【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。The present invention has been made in view of these problems. Basically, a signal is changed in an analog manner by utilizing an electric capacity, thereby improving the resolution of a measured value, and by the re-method. A rotary encoder capable of holding an angular position is provided. Another object is to provide a highly accurate rotary encoder at low cost by forming a pattern on a printed circuit board.
【０００５】[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。In order to solve the above problems, a rotary encoder according to the present invention comprises a fixed substrate having a measurement pattern on at least one surface thereof and a measurement pattern of the fixed substrate which is parallel to the measurement pattern at a predetermined distance. Has at least one measuring head that rotates and moves to, and a means for applying a voltage to the head, and the fixed substrate has an odd number of zones divided into an odd number in a substantially fan shape.
A head having a first pattern in which the area facing the head sequentially increases in accordance with the direction of rotation of the head, and a second pattern in parallel to which the area gradually decreases, and which changes with the movement of the head. It is characterized in that the angular position or the displacement amount of the head is measured by calculating the change in the electric capacity between the first pattern and the change in the electric capacity between the head and the second pattern.
【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。Specifically, the fan-shaped measuring head having a width of a predetermined angle is divided into three fan-shaped parts from the center of the fixed substrate in the radial direction, and circles with radius R1 <radius R2 are set. With radius R1 about the center of the fixed substrate
The head is rotated in a specific direction from one end of the upper inner circle as a starting point, and the first pattern S1 is divided by gradually changing from one end of the radius R1 to the other end of the outer circle of the radius R2 in accordance with the rotation. A second pattern S2 is formed, and each pattern is formed on a fan of a fixed substrate that is divided into three equal parts, and the area A1 and the pattern S2 of the pattern S1 covered by the head when the head changes by Δθ An area ratio (A1−A2) / (A1 + A2) with respect to the area A2 is formed so as to be a linear function with respect to Δθ. A curve that divides the pattern is formed, and an insulator is sandwiched so as to surround each pattern, and the ground electrode is formed. The detection electrodes are arranged on the patterns S1 and S2, and the power supply electrodes are arranged on the inner circle having a radius R1 with the earth electrode interposed therebetween. And measuring the location and rotation angle of the head by calculating the signal from the detection electrodes beauty S2. In addition, the head is provided with a first head and a second head which are targets with the center of the fixed substrate as a rotation axis, and when the signals at the start point and the end point of each pattern cannot be detected by the first head, the second head is used. It is characterized by being detected by the head.
【０００７】[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。By such means, the measuring voltage is applied by the electric capacity between the power supply electrode and the measuring head, and the heads face each other in accordance with the rotational direction position of the head facing the first and second patterns. The area ratio of the first and second patterns to be changed changes. This change in the area ratio appears as a change in the electric capacitance between the first and second patterns and the head.
And the position of the head or its displacement amount is measured by calculating the signal output from the second pattern.
【０００８】[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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The rotary encoder according to the present invention basically includes a pattern (detection electrode) formed on a fixed substrate, a head (moving electrode), and a power supply electrode. The principle of pattern formation of the detection electrodes is shown in FIG. An inner circle having a radius R1 and an outer circle having a radius R2 are set on the fixed substrate 1.
As shown in the drawing, a fan-shaped head 2 having a width of a predetermined angle is provided in parallel with the surface of the fixed substrate 1 at a predetermined distance so as to be rotatable while maintaining a parallel position with the center of the fixed substrate 1 as an axis. Has been. The head 2 is rotated from an angle of 0 degree to an angle of 120 degrees in the direction of arrow A, for example. At this time,
A locus (target curve) divided into patterns S1 and S2 is set with a point on the radius R1 as a starting point X (0 degree) and a point on the radius R2 as an end point Y (120 degrees).
【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）When the head 2 is positioned at any position on the divided S1 and S2 patterns, the electric capacitance C between the head 2 and the electrode area A1 covered by the head 2 on the pattern S1.
1, and the electric capacitance C2 between the head 2 and the electrode area A2 covered by the head 2 on the pattern S2 is expressed by the following equations. C1 = ε1A1 / d1 (1) C2 = ε2A2 / d2 (2) ε1 and ε2 are the dielectric constants of the materials between the electrodes, and d1 and d2 are the distances between the electrodes. Here, air is present between the electrodes (ε1 = ε2), and the distance between the electrodes is constant (d1 = d).
2), the capacitances C1 and C2 are proportional to the electrode areas A1 and A2. That is, it is expressed by the following equations (3) and (4). 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。When the head 2 rotates and moves with respect to the fixed substrate 1, X (0) so that the relationship between A1 and A2 becomes a one-dimensional function, that is, the output signal changes linearly.
, And Y (120 degrees). (A1−A2) / (A1 + A2) = mθ + n (5) where θ is the rotation angle of the head 2, m is the inclination of the straight line due to the change of the rotation angle θ, and n is an arbitrary value depending on the initial condition. FIG. 2 shows an example calculated by the equation (5), (A1
The rotation angle θ of the head changes linearly with respect to the change of −A2) / (A1 + A2), and the position and angle of the head can be specified.
【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。When the head 2 changes by the angle Δθ from the position angle (θ), the areas of A1 and A2 are S = (1/2) r 2 θ (S is a fan-shaped area, r is a fan-shaped radius). , Θ are central angles), and can be calculated as follows. A1 = (1/2) R 2 ( θ) · Δθ- (1/2) R1 2 · Δθ ...... (6) A2 = (1/2) R2 2 · Δθ- (1/2) R 2 (θ ) · Δθ (7) where R1 is the radius of the inner circle of the fixed substrate 1, R2 is the radius of its outer circle, and R (θ) is the radius of the target curve between X and Y.
【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。Next, the equations (6) and (7) are substituted into the equation (5) to obtain the radius R (θ) of the target curve. R (θ) = ± {(1/2) (mθ + n) (R2 2 −R1 2 ) + (1/2) (R1 2 + R2 2 )} 1/2 (8) Here, the initial condition is [ When θ = 0, R (θ) = R1]
Is substituted into equation (8). R1 = ± {(n / 2) (R2 2 −R1 2 ) + (1/2) (R1 2 + R2 2 )} 1/2 n = (R1 2 −R2 2 ) / (R2 2 −R1 2 ) = -1 (9) Still another initial condition [R (θ) = R2 when θ = 2π / 3] is substituted into the equation (8). R2 = ± {(1/2) [(2/3) mπ + n] (R2 2 −R1 2 ) + (1/2) (R1 2 + R2 2 )} 1/2 m = (3 / 2π) (1- n) = 3 / π (10) Substituting equations (9) and (10) into equation (8). R (θ) = {[(3 / π) -1] [(R2 2 -R1 2 ) / 2] + (R2 2 + R1 2 ) / 2} (11) Using the equation (11), R When the curve of (θ) is drawn, it becomes a curve that is divided into the pattern S1 and the pattern S2 of FIG. 1, and the individual signals output from the electrode areas A1 and A2 covered by the head 2 are expressed by the formula (A1-A2) / By calculating according to (A1 + A2), an output value that changes linearly with the rotational movement of the head can be formed.
【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。FIG. 3 shows an example in which a 360-degree encoder is manufactured by dividing the fixed substrate into three parts at intervals of 120 degrees by using the above-mentioned characteristics. On the fixed substrate 1, the pattern of the detection electrodes having the curve of R (θ) calculated by the equation (11) is S1, S2 in the first zone, S3, S4, and the third zone in the second zone. Are provided as S5 and S6 patterns. An insulating base 4 having substantially the same width is provided around each of the patterns S1 to S6 to electrically insulate the patterns S1 to S6 individually. In addition, between patterns, for example, pattern S
A ground pattern 5 for preventing a leak current is provided between the signals of the electric capacitances 1 and S2 so as to surround all the patterns with the base 4 interposed therebetween. On the inner circle side of the above-mentioned patterns S1, S3, S5, head detection electrodes Z1 to Z6 are divided into six at equal angular intervals as shown in the figure. The head detection electrodes Z1 to Z6 detect zone signals for discriminating the positions of two heads, which will be described later.
At the center of the fixed substrate 1, a disc-shaped power supply electrode 6 is provided. The power supply electrode 6, the detection electrodes Z1 to Z2, and the ground electrode 5 are made of an appropriate thin conductor such as a metal foil and are formed on a plane. These electrodes are deposited on an electrically insulating plate such as a printed circuit board,
It can be formed by etching or adhesion.
【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。FIG. 4 shows a rotationally moving head portion 7 provided in parallel at a constant distance from the output electrode and the detection electrode on the circular substrate shown in FIG. Head part 7
Has a substantially fan-shaped first head 8 and a second head 9 which are made of a conductor like the pattern of the fixed substrate 3 and are provided concentrically with the fixed substrate 1 and have a constant angle from the center thereof. The central portion of the head portion 7 has an electrode 10 having a size matching the power supply electrode 6 on the fixed substrate 1 of FIG. Further, in the second head 9, the surface 12 facing the head detection electrodes Z1 to Z6 divided into 6 at equal angular intervals on the fixed base 3 is electrically insulated, and the detection electrode for the second head 9 is detected. The actions of Z1 to Z6 are invalidated, and only the position signal of the first head 8 is exclusively detected to specify in which zone the head 8 is located.
【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。FIG. 5 is a wiring diagram for inputting or extracting signals from the power supply electrode 6 on the rotary encoder of FIG. 3, the head detection electrodes Z1 to Z6, and the ground electrode 5, respectively. It is wired on the back surface of the substrate 1.
【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。The operation of the rotary encoder of the present invention having the above configuration will be described with reference to FIG.
It is assumed that the arbitrary position on the fixed substrate 1, for example, the first head 8 is located on the patterns S1 and S2 of the zone 1.
Here, an apparent capacitor CA formed by an air layer is formed between the power supply electrode 6 and the electrode of the head portion 7. Similarly, the capacitors C corresponding to the areas A1 and A2 covered by the first heads 8 of the patterns S1 and S2.
B and CC are formed respectively. Next, power supply electrode 6
When a voltage is applied from the capacitor C connected in series
A voltage is applied to A and CB, and a signal indicating the electric capacity of the capacitor CB is output from the pattern S1. Similarly, a voltage is applied to the capacitors CA and CC connected in series, and a signal indicating the electric capacity of the capacitor CA is output from the pattern S2. Then, the signals output from the respective patterns S1 and S2 can be input to an arithmetic circuit (not shown) to specify the angular position of the head. However, since the base 4 and the ground electrode 5 are provided around each pattern, a signal cannot be transmitted in the blank portion (dead zone) between the formed zones, and the range is limited to a certain angle. . (In the embodiment, the angle is 10
Therefore, when the first head 8 enters the dead zone described above, a signal sent from the head detecting electrodes Z1 to Z2, which will be described later, causes the first head 8 to move to the opposite side of the first head. The signal can be detected by the second head 9 located, without entering the dead zone. By thus switching the first and second heads by setting the predetermined angle, it is possible to provide a rotary encoder that covers the entire 360 degrees.
【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。The upper part of FIG. 6 shows the angular position of the head of this embodiment and the signals in each zone to be output, the middle part shows the signal level of the head detection electrode, and the lower part shows the switching signal level. Here, P to Q within a range of 60 degrees (± 30 degrees) from the central portion of the zone 1 are rotated counterclockwise with respect to the center 11 of the first head 8. The signals from the S1 and S2 patterns are detected during this movement period. This signal is calculated by an arithmetic circuit (not shown) and the position angle becomes linear as shown in the upper part of the figure. On the other hand, while the head is moving, the signal from the head detecting electrode Z1 is detected as shown in the middle part of the figure. As the head rotates, it is applied to the next head detection electrode Z2, the signal amount of the head detection electrode Z1 gradually decreases, and the signal amount of the head detection electrode Z2 gradually increases. When the signal amount from the head detecting electrode Z1 becomes smaller than the signal amount from the head detecting electrode Z2 in this signal amount, the second head 9 located on the opposite side of the first head 8 is switched. To control this signal, the control pulse signal is shown in the lower part of FIG. Next, while the first head 8 moves from Q to T, the second head 9 detects signals from the patterns S5 and S6 of the zone 3,
As described above, it is calculated by the arithmetic circuit (not shown).
Subsequently, the signal of the head detecting electrode Z3 is detected, and when it becomes larger than the signal of the head detecting electrode Z2, the head is switched to the first head 8 and the position angle of the head in the region T to U of the zone 2 is measured. . By repeating the above operation, it is possible to obtain signals in the entire 360 degrees.
【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。Since the second head 9 is not provided with an electrode facing the head detection electrode, it is necessary to specify that the signal from the head detection electrode is detected by the first head 8. You can Further, between the head detection electrodes Z1 to Z6 divided into six parts (for example, Z1 and Z2) are provided at an angle of 1 degree from the center of rotation of the head, and in fact, a width of 60 degrees for each zone. However, the signals can be continuously sent by overlapping the control pulse in any zone and switching the signals.
【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。In the embodiment, the zones are evenly divided into three.
It was divided and the two heads were arranged at an angle of 180 degrees. However, the zone is divided into five equal parts and the two heads are used for measurement, or the zone is divided into two equal parts and three heads are divided. You may make it the structure which arrange | positions at an angle of 120 degrees and measures. Furthermore, it is also possible to manufacture a desired fan-shaped encoder and measure a desired angle.
【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。As described above, according to the present invention, the signal for detection is taken out from the portion corresponding to the angle of 60 degrees in the central portion of each zone, and the signal is switched to another head before the head hits the dead zone. It is possible to continuously measure the position angle of 360 degrees by detecting. Also, a highly accurate scale that is compact and easy to manufacture is provided.
【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。FIG. 1 is a basic geometrical diagram of a rotary encoder according to the present invention.
【図２】 図１の回転角対面積割合の変化を示す図。FIG. 2 is a view showing a change in rotation angle versus area ratio in FIG.
【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。FIG. 3 is a diagram showing an example of a fixed pattern portion of a rotary encoder according to the present invention.
【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。FIG. 4 is a diagram showing an example of a head unit of a rotary encoder according to the present invention.
【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。FIG. 5 is a diagram showing an example of wiring of signals of respective parts taken out from the back surface of the fixed pattern of the rotary encoder according to the present invention.
【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。FIG. 6 is a diagram showing a signal level, an angular position and an output signal from each head by a rotary encoder according to the present invention.
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 1 Fixed Substrate 2 Head 4 Base 5 Ground Electrode 6 Power Supply Electrode 7 Head Part 8 First Head 9 Second Head S1-S2 Pattern Z1-Z6 Head Detection Electrode
Claims (3)
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。1. A fixed substrate having a measurement pattern on at least one surface, at least one measurement head that rotates in parallel with the measurement pattern of the fixed substrate at a predetermined distance, and a voltage is applied to the head. The fixed substrate has an odd number of zones divided into an approximately fan-shaped odd number, and each zone has a first pattern in which the area facing the head sequentially increases in accordance with the rotation direction of the head. Contrary to this, it has a second pattern that decreases in parallel in parallel, and changes in the electric capacitance between the head and the first pattern that changes with the movement of the head, as well as the head and the second pattern. A rotary encoder characterized in that the angular position or displacement of the head is measured by calculating the change in electric capacity between the two.
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。2. A fixed substrate having a measurement pattern on at least one surface, at least one measurement head that rotates in parallel with the measurement pattern of the fixed substrate at a predetermined distance, and a voltage is applied to the head. 3) in a fan shape from the center of the fixed substrate in the radial direction.
Divide into equal parts and set circles with radius R1 <radius R2,
The fan-shaped measuring head having a width of a predetermined angle rotates the head in a specific direction with one end of an inner circle on the radius R1 as a starting point with the center of the fixed substrate as an axis, and one end of the radius R1 according to the rotation. To the other end of the outer circle with radius R2, the first pattern S1 and the second pattern S1
Area S1 of the pattern S1 and the area A2 of the pattern S2 covered by the head when the head changes by Δθ. Area ratio with (A1−
A2) / (A1 + A2) is formed so as to be a linear function with respect to Δθ, and a curve that divides the pattern is formed, and an earth electrode is sandwiched between the patterns so as to surround each pattern, and an earth electrode is formed on each of the patterns S1 and S2. With respect to the detection electrodes, the power supply electrodes are arranged on the inner circle having a radius R1 with the earth electrode interposed therebetween, and the head is rotationally moved with respect to these electrodes to calculate signals from the detection electrodes S1 and S2. A rotary encoder characterized by measuring the position and the rotation angle of the head.
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。3. A first head and a second head are provided, wherein the head has a center of the fixed substrate as a rotation axis, and signals at the start and end points of each pattern are first.
3. The rotary encoder according to claim 1, wherein the second encoder detects when the second head cannot detect it.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25644293A JPH0791906A (en) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Rotary encoder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25644293A JPH0791906A (en) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Rotary encoder |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0791906A true JPH0791906A (en) | 1995-04-07 |
Family
ID=17292716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25644293A Pending JPH0791906A (en) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Rotary encoder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0791906A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007225446A (en) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Display value reading device |
| CN111561899A (en) * | 2020-04-29 | 2020-08-21 | 维沃移动通信有限公司 | Folding angle detection method and electronic equipment |
-
1993
- 1993-09-20 JP JP25644293A patent/JPH0791906A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007225446A (en) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Display value reading device |
| JP4592615B2 (en) * | 2006-02-23 | 2010-12-01 | 関西電力株式会社 | Display value reading device |
| CN111561899A (en) * | 2020-04-29 | 2020-08-21 | 维沃移动通信有限公司 | Folding angle detection method and electronic equipment |
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