JPS61111418A - 光学的シヤフトエンコ−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】 本発明は光学的シャフトエンコーダの分野に関するもの
であって、更に詳細には、従来可能であったものよりも
与えられた検知器の数に対して一層大きな角度分解能を
与える光学的シャフトエンコーダに関するものである６ 光学的シャフトエンコーダは回転シャフトの角度位置を
決定するのに使用することが公知である。

この様な光学的シャフトエンコーダは、シャフトと別の
構成部品との間の正確な角度関係に関する情報が必要と
される場合の種々のタイプの機械及び工作機械に使用さ
れている。

光学的シャフトエンコーダは１通常、ディスク又はドラ
ム等の形状の光学的シャッターを有しており、それはそ
の位置を決定すべきシャフトに固着されている。光学的
シャッターは、光射出器（例えば、発光ダイオード）と
光検知器（例えば、ホトダイオード又はホトランジスタ
）との間の光の透過を変調させる為に使用される。この
変調を透過性とすることが可能であり、その場合、光学
的シャッターはその表面上に形成したスロットパターン
を持っており、且つ光射出器及び光検知器は光学的シャ
ッターの両側に配設される。一方、この変調を反射性と
することも可能であり、その場合、光学的シャッターは
その表面上に反射性（例えば、白）及び吸収性（例えば
、黒）のパターンを持っており、光射出器及び光検知器
は光学的シャッターの同じ側に互いに隣接して配設され
る。

一般的に、光学的シャフトエンコーダの分解能は使用さ
れる光射出器及び光検知器の数に依存する。例えば、出
力が「１」　（オン）か又はｒＯＪ（オフ）の何れかで
ある１つの射出器と１つの検知器とを使用する場合には
、シャフトの回転の１／２の角度分解能が与えられる。

２つの射出器と２つの検知器を使用する場合、検知器の
出力は最大４つの異なった状態（例えば、００．　Ｏｆ
、　１０．又は１１）を持ち得るので、回転の１／４の
分解能を持つことが可能である。３個の射出器及び３個
の検知器は８個の異なった状態を持つことが可能であり
且つ回転の１／８の分解能を取り得る。４個の射出器と
４個の検知器は１６個の異なった状態を取り得るので１
回転の１／１６の分解能を持つことが可能である。以下
、同じことが言える。

光学的シャフトエンコーダは又、ガス、水又は電気メー
タ等に使用されるクロックダイヤル型レジスタ表示装置
を駆動するシャフトの位置を検知する為に使用すること
が提案されている。この様な表示装置は、通常、時計に
使用されるものと類似しており且つその上に数字０乃至
９を印字したダイアル面を有している。ポインタが各シ
ャフトに着脱自在に取り付けてあり、且つ各シャフトは
メータの測定機構に連結されている。シャフトとポイン
タは通常メータによってモニタされている請求可能な消
費物（例えば、ガス、水、電気）の量に比例する量だけ
回転される。

この様なメータに使用されるクロックダイヤル型レジス
タ表示装置は少なくとも回転の１７１０の角度分解能を
必要とするので、上述した如く構成された従来の光学的
シャフトエンコーダは、この様なダイアルの適切な読み
の為に必要な１回転の１／１０の分解能を得る為には４
個の光射出器と４個の光検知器（即ち、全体で２’＝１
６可能状態を作り出す）が必要である。

電力会社にとって、この様なメータの表示装置を手動的
に読むことは時間がかかり且つ誤差発生の原因なること
があるので゛、各ダイアルのポイン！　　　ヶ。、２、
ヵ１ｏ、ヵエヵ、あう、ヶオ、７あう。

然し乍ら、クロックダイヤル型レジスタに付加されるこ
とのある付属装置は簡単で、小型で、且つ廉価なもので
あることが必要である。

本発明は１以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消□し、改良した光学的シ
ャフトエンコーダを提供することを目的とする。本発明
は、シャフトの８個を越えた数の角度位置を分解するの
に従来必要とされた光射出器及び光検知器の数の半分の
ものを使用する光学的エンコーダに関するものである。

本発明の光学的シャフトエンコーダは、シャフトと共に
回転すべく装着された光学的シャッターであってその上
に少なくとも光透過区域と光反射区域とを担持するシャ
ッター、前記光学的シャッターの１側部に互いに隣接し
て配設した少なくとも１つの第１光射出器と第１光検知
器、前記光学的シャッターの第２側部に互いに隣接し且
つ前記第１光射出器と第１光検知器と対向して配設され
ている少なくとも１つの第２光射出器と第２光検知器を
有している。

光学的シャッターの光透過区域と光反射区域とを照明す
る為に第１及び第２光射出器を選択的に付勢させ且つこ
の様な照明に応答して光検知器の出力を検知する手段が
設けられている。光検知器の出力は第１及び第２光射出
器及び検知器と相対的な光学的シャッターの位置を表す
。

上記の構成において、光学的シャッター上に光透過区域
及び光反射区域のパターンを適宜選択することによって
、これらの光射出器を交互に付勢すると最大２’＝１６
の光検知器の出力の異なった組合せが得られる。このこ
とは、２個の光射出器と２個の光検知器を使用するだけ
でシャフト１回転の最大１７１６を検知することを可能
としている。これは、角度分解能の同一の量に対して、
光学的シャッター上に光反射区域又は光透過区域のみを
使用する従来の装置に於いて使用される光射出器及び光
検知器の数の半分である。

この光学的シャッターは、表面上に光反射区域と光透過
区域を形成したディスクとすることが可能である。一方
、光学的シャッターはシリンダの形態とすることも可能
であり、その場合にシリンダの軸をシャフトと一致させ
、光透過区域及び光反射区域は該シャッターの円筒表面
上に形成する。

好適実施例においては、光透過区域及び光反射区域は、
光学的シャッターがシャフト［−よって第１及び第２光
射出器及び光検知器を通過して回転される場合に第１及
び第２光検知器の出力が独得のパターンに状態を変化さ
せる様に光学的シャッター上に或るパターンで配列され
ている。例えば、光透過区域及び光反射区域を、第１及
び第２光検知器の出力がグレーコードに従って状態を変
化させる様に配列させることが可能である。

更に、本発明の光学的シャフトエンコーダは、好適には
、第１及び第２光検知器の出力を、第１及び第２光射出
器及び検知器と相対的な光学的シャッター及びシャフト
の所定の角度位置を表すこの様な出力の所定のパターン
と比較する手段を有している。更に、この比較手段に応
答して、その様に検知されたシャフト位置を表す信号を
発生する手段を設けることが可能である。

これらの比較手段、信号表示手段、及び光射出付勢手段
は、例えば、適宜プログラムしたマイクロプロセサ又は
その他の同様の制御回路とすることが可能である。

上述した構成において、光射出器及び光検知器の数は、
従来の装置の最大半分に迄減少されているが、尚同じ量
の角度分解能を与えている。更に、この様な構成は簡単
で製造上経済的であり、且つ、ガス、水、又は電気のメ
ータに使用されているクロックダイヤル型レジスタ装置
の様な現存するシャフト駆動装置に容易に適合させるこ
との可能な小型の機構を提供する。

以下、添付の図面を参考に１本発明の具体的実施の態様
に付いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の原理に基づいて構成した光学的エン
コーダを示しており、光学的シャッター１がシャフト３
と共に回転すべくそれに装着されている。第１図に示し
た如く、光学的シャッター１はシリンダ又はドラム形状
を取ることが可能である。光学的シャッター１は、その
円筒表面に沿って形成された光透過区域Ｓと光反射及び
吸収区域７ａ及び７ｂのパターンを有している。ここで
は、「反射」という用語は、０％（即ち、完全に吸収性
）から１００％（即ち、完全に反射性）の間で変化する
光に対する反射性を持っている区域のことを意味するこ
とを意図している。

更に、光学的シャッターと関連して、第１光射出器Ｅ１
と第１光検知器Ｄ１とが光学的シャッター１によって画
定される円筒内に互いに隣接して配設されており、又第
２光射出器Ｅ２と第２光検知器Ｄ２とが、光学的シャッ
ターによって画定される円筒の外側に位置され、第１光
射出器及び光検知器Ｅ１及びＤｌと対向し且つ互いに隣
接して配設されている。光射出器Ｅ１及びＥ２は、例え
ば、発光ダイオードとすることが可能であり、又光検知
器Ｄ１及びＤ２は、例えば、ホトダイオード又はホトト
ランジスタとすることが可能である。

第１図に示した如く、検知器Ｄ１と射出器Ｅ２の光軸は
互いに整列されている。同様に、光射出器Ｅ１と検知器
Ｄ２の光軸は互いに整列されてい　　　　□る。

第２ａ図及び第２ｂ図は、第１図の２−２線に沿って展
開させた場合の、光学的シャッター１を形成する円筒の
内側及び外側を夫夫水している。

これは、光学的シャッター１の内側表面と外側表面上に
形成した光透過区域５及び光反射と光吸収区域７ａ及び
７ｂの特定のパターンを示している。

第２ｃ図に示した如く、光射出器Ｅ１とＥ２を交互に付
勢させると、光検知器Ｄ１及びＤ２の出力は第１及び第
２光射出器及び光検知器に隣接して位置されている光透
過区域と光反射／吸収区域の特定のパターンに依存する
。例えば、第２ａ図及び第２ｂ図の最上区域（第２ｃ図
にｒａＪで示しである）に対応する位置において、第１
光射出器Ｅ１がターンオンされると、射出器Ｅ１からの
光は光反射区域７ａによって検知器Ｄ１へ反射されるの
で第１光検知器Ｄ１からの出力（ｒｌ」で定義される）
が得られる。然し乍ら、光学的シャッター１の固体部分
が光射出器Ｅ１からの光が検知器Ｄ２へ到達することを
阻止するので、検知器Ｄ２からは出力は発生されない（
「０」で定義される）。

同様に、光射出器Ｅ２が付勢されると、光は反射区域７
ａから反射されるので検知器Ｄ２から出力が得られるが
、検知器ＤＩからの出力は得られない。何故ならば、光
学的シャッターの固体部分が射出器Ｅ２からの光が検知
器Ｄ１に到達するのを防止するからである。

次の位置（第２ｃ図においてｒｂＪとして示しである）
において、光射出器Ｅ１が付勢されると、光が反射区域
７ａから反射されるので検知器Ｄ１で出力が得られる。

更に、射出器Ｅ１からの光は光透過区域５を通過して進
行して検知器Ｄ２によって検知される。光射出器Ｅ２が
付勢されると、光は区域７ａで反射されるので光検知器
Ｄ２のみが付勢される。光射出器Ｅ２と光検知器Ｄ１と
の間にある光学的シャッター１の固体部分が何れの光も
検知器Ｄ１に到達することを阻止する。

次の位置（第２ｃ図においてｒｃＪとして示しである）
において、光射出器Ｅ１が付勢されると、光は区域７ａ
で反射されるので、検知器Ｄ１で出゛力が得られる。又
、射出器Ｅ１からの光は光透過区域５を通過して進行し
、光射出器Ｅ２が付勢されると検知器Ｄ２によって検知
される。然し乍ら。

射出器Ｅ２と検知器Ｄ１との間に固体光吸収性区域７ｂ
が何れの光も検知器Ｄ１に到達することを阻止するか又
は検知器Ｄ２へ反射されることを阻止するので、検知器
Ｄ１もＤ２もいずれもが出力を発生することはない。光
学的シャッター１に沿ってのその他の位置（ｄ乃至ｊ）
に対する光検知器Ｄ１及びＤ２の出力も第２ｃ図に示し
である。

第２ｃ図に示したビットパターンは、光射出器及び光検
知器に関して光学的シャッター１の所定の角度位置に対
応しており、以下に詳細に説明する第５図示す如き電気
回路によって容易に検知し且つ相関させることが可能で
ある。

第２ａ図乃至第２Ｃ図においては１０個の異なった位置
をコード化して示しであるが（３６”の角度分解能に対
応して）、２つの光射出器及び２１　　　　　つの光検
知器と光学的シャッター上に配列させた光反射／吸収区
域時計回り光透過区域の適宜の組合せのみを使用するこ
とによって最大１６個の位置をコード化（２２，５°の
角度分解能に対応して）することが可能であることが理
解される。何故ならば、全体で４ビツトの情報（例えば
、射出器Ｅ１及びＥ２の交互の付勢に基づいて検知器Ｄ
１及びＤ２から２つの異なる出力が得られる）が得られ
るからである。これにより、光射出器Ｅ１及びＥ２の状
態（「オン」又は「オフ」）に関連して検知器Ｄ１及び
Ｄ２の出力が取ることの可能な独得の状態は全部で２’
＝１６である。

好適には、光学的シャッター１上に設けられている光透
過区域及び光反射／吸収区域の特定のパターンは、１つ
の位置から次の位置へ対をなす光射出器と光検知器と相
対的な光学的シャッターの移動は検知器Ｄ１及びＤ２の
出カバターンに単に１ビツトの変化を発生させるに過ぎ
ない（第２Ｃ図参照）。このタイプのコード化手法はグ
レーコーディングと呼ばれる。このタイプのコード化手
法では、各隣接する角度位置の間に単に１ビツトの変化
が起るだけであり、その他のビット変化（例えば、同時
的な２つのビットの変化）は真性なものではないと考え
ることが可能であるという利点がある。然し乍ら、その
他のタイプのコード化手法を、本発明の基本原理から逸
脱すること無しに、使用することが可能である。

本発明と対比して、従来の構成においては、光学的シャ
ッターは光反射区域と光吸収区域との何れかを持つか、
又は光透過区域と不透明区域のパターンを持つことによ
って形成されていた。第１の構成において、光射出器と
光検知器は光学的シャッターの同一側部に対をなして配
列されている。

第２の構成においては、各光射出器は光検知器と対向し
て配設され、光学的シャッターは両者間に設けられる。

何れの構成においても、１つの光射出器がただ１つの光
検知器と共に機能する。従って、１つの光射出器と１つ
の光検知器があると、光射出器がオンであるか又はオフ
であるかに従って、光検知器に対して２つの可能な出力
があるに過ぎない。このことは、１８０°の角度分解能
のみ（１回転の１／２）を与えるに過ぎない。２対の光
射出器及び光検知器は最大８つの位置（４５゜の角度分
解能）迄分解することを可能とする。最大１６位置（例
えば、　２２．５’の角度分解能）の分解能を与える為
には、これらの従来の構成を使用した場合には、全部で
４個の光射出器及び４個の光検知器が必要となる。従っ
て、本発明の構成は、８個の位置（４５°の角度分解能
）よりも大きな分解能を必要とする場合に半分の数の光
射出器及び光検知器とすることを可能とする。

第３図は別の実施例の光学的エンコーダを示しており、
半の場合、光学的シャッターはシャフト１３に装着した
ディスク１１の形態を取っており、該ディスクはその上
に形成された光透過区域１５と光反射及び吸収区域１７
ａ及び１７ｂのパターンを持っている。光射出器Ｅ１及
び光検知器Ｄ１はディスク１１の１側部に互いに隣接し
て配設されており、一方光射出器Ｅ２と光検知器Ｄ２は
ディスク１１の反対側に互いに隣接して配設されており
、射出器Ｅ１の光軸は検知器Ｄ２の光軸と整合されてお
り且つ射出器Ｅ２の光軸は検知器Ｄ１の光軸と整合され
ている。

第４ａ図は、ディスク１１の正面上の光透過区域と光反
射／吸収区域のパターンを示している（第３図にも示さ
れている）、第４ｂ図はディスク１１の反対側上に設け
られたパターンを図示している。第１図及び第２ａ図乃
至第２ｃ図に示した構成における如く、光射出器Ｅ１及
びＥ２は交互に付勢され、且つ検知器Ｄ１及びＤ２の出
力は、光射出器及び光検知器の対と相対的なディスク１
１の特定の角度位置に従って状態を変化させる。

第４ａ図及び第４ｂ図に示した特定のパターンは。

第２ａ図及び第２ｂ図に示したパターンと類似しており
、即ち検知器Ｄ１及びＤ２の出力は、光射出器を交互に
付勢させる一方、コードディスク１１が光検知器を通過
して回転される場合に、グレーコードパターンに従う。

第５図は、光射出器Ｅ１及びＥ２を付勢し且つ光検知器
Ｄ１及びＤ２の出力を検知する為に使用することの可能
な１つのタイプの回路を示している。該回路は、マイク
ロプロセサ１００とそれに接続されているランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）　１１０を有している。マイクロ
プロセサ１００は少なくとも一対の出力１２０及び１３
０を有しており、これらの出力は夫夫光射出器Ｅ１及び
Ｄ２に接続されている。マイクロプロセサ１００は更に
光検知器Ｄ１及びＤ２の出力に夫夫接続された一対の入
力１４０及び１５０を有している。

理解される如く、マイクロプロセサ１００は単に本発明
を実施するのに使用することの可能な制御回路の１つの
タイプを例示するに過ぎない。マイクロプロセサ乃至は
制御回路は単に光射出器Ｅ１及びＥ２からの信号を受は
取り且つ光射出器Ｅ１及びＥ２への制御信号を出力する
為の適宜の入力／出力ポート又は接続部を持つことを必
要とするに過ぎない。マイクロプロセサ乃至は制御回路
は又少なくとも４ビツトワードを処理することが可能な
ものとすべきである。第５図に図示していないものとし
ては、電源、接地接続、クロック及び入力／出力バッフ
ァ回路があるが、これらは全　　　　　”で公知であり
ここでの詳細な説明は不要である。

マイクロプロセサ１００は、ＲＡＭｌｌ０にストアされ
ている命令を介する等して、適宜にプログラムされてお
り、夫夫配線１２０及び１３０に沿って供給される信号
を介して光射出器Ｅ１及びＥ２を交互に付勢させ、且つ
夫夫配線１４０及び１５０に沿って光検知器Ｄ１及びＤ
２からの出力信号の有無を受信して検知する。ＲＡＭｌ
ｌ０は。

光射出器及び光検知器に関する光学的シャッターの所定
の位置に対応する配線１２０，１３０．１４ｏ、１５０
の全ての可能な状態（即ち、光射出器Ｅ１及びＥ２と光
検知器Ｄ１及びＤ２の状態）に対応して予めプログラム
したパターンを有している。例えば、第２ｃ図に示した
様なパターンがＲＡＭｌｌ０内にストアさせることが可
能である。

マイクロプロセサ１００は配線１２０，１３０゜１４０
．１５０に沿っての種々の出力及び入力を比較して、こ
れらの所定のパターンのどれが存在するかを決定する０
次いで、マイクロプロセサ１００は、該シャフト及び光
学的シャッターの特定の角度位置を表しているこれらの
所定のパターンの何れが検知されたのかを表す値を持っ
た出力信号を１６０において発生する。この出力信号は
、二進、二進化十進、ＡＳＣＩＩ又はその他の従来のタ
イプのものとすることが可能である。出力信号は表示し
ても良く、又その他の適宜の演算装置によって使用する
為に伝送することも可能である６例えば、光学的エンコ
ーダがメータ表示レジスタ（例えば、第６図に図示）内
のダイアルポインタの位置を検知する為のものである場
合、マイクロプロセサ１００の出力１６０を使用してダ
イアルの読みを電気的にコード化し、その後ユーティリ
ティーによってそれを読み取らせたり、又は本メータか
ら離隔した箇所にある適宜のメータ読取又は記録装置へ
伝送させることが可能である。

プログラム用マイクロプロセサ１００の特定の詳細は、
勿論、使用される特定のマイクロプロセサに依存し、こ
の様なマイクロプロセサの動作に精通している当業者の
知得しているところである。

更に、プログラム命令及びシャフト位置を表すパターン
はＲＡＭｌｌ０内に存在するものとして説明したが、こ
れらの命令及びパターンは、リードオンリーメモリ（Ｒ
ＯＭ）の如き永久的なメモリに埋込乃至は「焼き込み」
しておくことが可能である。更に、幾つかのマイクロプ
ロセ設計はその回路内に或る量のＲＡＭ及び／又はＲＯ
Ｍを有しており、従ってこの様なマイクロプロセサを使
用する場合には、ＲＡＭｌｌ０の如き別体のメモリ貯蔵
装置を排除することが可能である。

理解されるところであるが、マイクロプロセサ１００は
一対以上の光検知器から入力を受は且つ一対以上の光射
出器を付勢させる様に構成することが可能である。従っ
て、単一のマイクロプロセサによって複数個の光学的エ
ンコーダを動作させることが可能である。各光学的エン
コーダの位置の現在の読みを不揮発性メモリ内にストア
することが可能であり、従ってマイクロプロセサ又は制
御回路の中断はこの現在の読みを失なわさせることは無
い６光学的エンコーダ及び関連する回路は！　　　　　
適宜の接続部を介して電気的分布回路から電力を受は取
ることが可能であり（エンコーダが電気メータに使用さ
れる場合等）、又ガスや水用のメータにおける場合の如
く、それ自身の電源を持っていないメータ装置において
使用される場合にはそれは電池や遠隔にある電源によっ
て電力が供給されるものとすることが可能である。

本発明の重要な特徴は、光学的シャッターはそれと関連
するシャフトの位置、又は該シャフトによって担持され
ているポインタに関して何等特定の関係を持って装着さ
せることは必要ではないということであり、一方これは
ダイアル型レジスタ表示装置において使用される場合が
ある（例えば。

第６図参照）。更に詳細には、光学的シャッターが或る
任意の位置でそれと関連するシャフトに装着されており
、且つそれと関連する光射出器及び光検知器を使用して
該光射出器及び検知器に近接している特定のコードマー
キング（光透過区域と光反射／吸収区域のパターン）を
検出する。次いでこのパターンはマイクロプロセサ１０
０によって認識され且つ、ゼロの如き、任意の値が割り
当てられ、それに対してその他の全ての光学的シャッタ
ー及びそれに関連するシャフトの角度位置がインデック
スされる。例えば、第１図の光学的シャッターは、第２
ａ図乃至第２ｃ図に示した位置ｒｅＪに対応するコード
マーキングが光射出器及び光検知器に隣接させてそれに
関連するシャフトに任意に装着させることが可能である
。この位置（「１０１０」）に対する光検知器出力のパ
ターンは次いでゼロの値又はその他のインデックス値に
割り当てられる。次いで、位置ｒｆＪに関連するコード
マーキングは「１」の値が割り当てられ、位置ｒｇＪに
は「２」の値が割り当てらる等し、位置ｒｄＪには「９
」の値が割り当てられる。

勿論、どれかその他の位置が初期化手順の期間中に光射
出器及び光検知器に近接して初期的に位置していた場合
には、その位置にゼロ乃至はインデックス位置が割り当
てられる。初期化の後に、第２ｃ図に示したパターン及
び任意に付けた値は好適には不揮発性メモリ（Ｒ，ＡＭ
ＩＩＯ又はその他のタイプの不揮発性貯蔵手段）内にス
トアする。

従って、光学的シャッターの初期化した位置は。

マイクロプロセサ１００又はその他の制御回路が電源か
らの電力を遮断されても、維持されることとなる。

上述した初期値化手法は、ガス、水、電気等の消費を表
示するのに使用される様なダイアル型のレジスタディス
プレイのシャフトに関連する複数個の光学的エンコーダ
を初期値化させる場合に特に有用である。この様な構成
を第６図に示しである。

メータ表示レジスタ２００は、フェースプレート２０２
を有しており、その上には一連のダイアル型表示位置２
０４ａ乃至ｅが形成されている。

円形上の表示位置２０４ａ乃至ｅの各々はその周辺部に
数字Ｏ乃至９が印字されている。

これらのダイアル位置と関連して、ダイアルシャフト２
０６ａ乃至ｅが設けられており、それらにダイアルポイ
ンタ２０８ａ乃至ｅが着脱自在に取り付けられている。

ダイアルポインタ２０８ａ乃至ｅはスロットを有してお
り、それはシャフトがフェースプレート２０２から外に
延出した点で夫夫のシャフト２０６ａ乃至ｅに係合して
おり且つ関連するシャフトにポインタのスロットを設け
た端部を縮めることによってダイアルシャフトに固定さ
せている。

メータ表示レジスタ２００は更にバックプレート２１０
と該シャフトを回転させる為に駆動する為にダイアルシ
ャフト２０６ａ乃至ｅと関連する時計動作状機構２１２
（第７図に省略的に示しである）を有している。駆動シ
ャフト２１３（第７図参照）は、第６図に２１４で大略
示した適宜の測定機構によって測定されるガス、水、又
は電気等の費用を請求可能な消費物の量に比例して周知
の態様で時計動作機構２１２を駆動する為に使用される
。

この様な表示レジスタは通常、各表示位置２０４ａ乃至
ｅが測定機構２１４によって測定されている量の累積的
値の１０の量を構成する様に形成されている。従って、
位置２０６ｅには１の位を１　　　　　　表示５・位置
２０４ｄ′″ＥＩ　０（７１位２表示す６様′。

割り当てることが可能である。

シャフト２０６ａ乃至ｅに関連して、第１図及び第２ａ
図乃至第２ｃ図に関して上述した如くに構成した光学的
シャッター２１４ａ乃至ｅが設けられている。光学的シ
ャッター２１４８乃至ｅは糊付けその他の方法によって
夫夫のシャフト２０６ａ乃至ｅに固定的に取り付けであ
る。上述した如く、光学的シャッター２１４ａ乃至ｅは
、実際のシャフト位置又はそれに関連したダイアルポイ
ンタとは無関係に、夫夫のシャフト２０６ａ乃至ｅに関
して任意の位置に固定することが可能である。

プリン］・回路基板２１６が複数個の螺子２１８及びス
ペーサ２２０によってバックプレート２１０の後部に装
着されている。プリント回路基板２１６は、第５図に示
した如き制御回路と、夫夫、光学的シャッター２１４ａ
乃至ｅに関連した複数個の光射出器／光検知器パッケー
ジ２２２ａ乃至ｅを担持している。一体的に組み立てる
と、光学的シャッターのパターン化した円筒表面は、光
射出器／光検知器パッケージ２２２ａ乃至ｅを有する光
射出器及び光検知器ユニットの間に位置される（第７図
参照）。

プリント回路基板２１６には更に光シールド２２４が装
着されており、該シールドは光射出器／光検知器パッケ
ージ２２２ａ乃至ｅ及び光学的シャッター２１４ａ乃至
ｅの周辺を取り囲んでいる。

光シールド２２４は迷光が光学的シャッター上のコード
マーキングの読みと干渉することを防止する。

前に説明した初期化方法を使用することにより、光学的
シャッターが夫夫のシャフトに装着される場合は光学的
シャッターは何等特定の位置に整合される必要は無い。

それらは単に任意の位置に装着することが可能であり、
ダイアルポインタ２０８ａ乃至ｅをゼロに設定し、且つ
各光学的シャッターの特定の位置を検知し且つダイアル
ポインタの初期設定に対応して「Ｏ」の値を割り当てる
。

上述した構成及び技術を更に利用して、メータ表示レジ
スタ又は計量機構の不正変更を検知することが可能であ
る。メータ表示を不正変更する公知の技術の１つは、メ
ータカバーを取り外し、且つシャフト位置を不変とした
ままで表示ダイアルポインタを新たな位置に動かすこと
である。これは、通常、実際に消費された量よりも少な
く費用請求がされる様に行われる。本発明では、光学的
エンコーダの出力を関連する機械的表示レジスタによっ
て比例的に表示される量を単に比較することによってこ
の様な不正変更を容易に検知することが可能である。光
学的エンコーダ２１４ａ乃至ｅは永久的に関連するシャ
フト２０６ａ乃至ｅに取り付けられているので、光学的
エンコーダに関するどのような物理的な不正変更も通常
明らがである。更に、光学的エンコーダが１つの位置か
ら次の位置へ増分的に移動しなかったことを検知する様
にマイクロプロセサ１００又はその他の制御回路をプロ
グラムすることが可能である。従って、光学的シャッタ
ーが物理的にその現在の位置から１つの位置を越えて回
転されている場合には、この様な不正変更はマイクロプ
ロセサ又は制御回路によって容易に検知可能であり、そ
れはこの様な不正変更を表す信号を発生するか又はスト
アすることが可能である。

或る電気メータの場合、メータをそのソケットから取り
外し且つそれをひっくり返して取り付けてメータを反対
方向に動かし、それによって消費した電気の量の表示を
減少させることが可能である。そして或る時間量の後、
不正変更を行う者はメータを正しい位置に戻して取り付
ける。然し乍ら、このタイプの不正変更も、本発明によ
れば、光学的シャッターの回転方向が予定されているも
のではない場合に不正変更を表すアラーム信号を発生す
る様にマイクロプロセサ又は制御回路を適宜プログラム
することによって検知することが可能である。このこと
は、メータレジスタで表示されている量を表す現在の値
を或る前の時間に行った測定値と比較することによって
容易に行うことが可能である。その差が予定されている
ものではない場合（例えば、現在の値が前の値よりも小
さ！　　　　　　い）には、不正変更を表すアラーム信
号が発生される。

この不正変更を表す信号を使用して警告ランプを点灯さ
せるか又は可聴アラームを鳴動させることが可能である
。一方、この信号をマイクロプロセサ又は制御回路にス
トアさせ且つ利用装置からの権限を与えられた者の命令
によってのみ表示乃至は伝送が行われる様にすることが
可能である。

以上、本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
では無く、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種
々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理に基づいて構成された光学的シャ
フトエンコーダの第１実施例の斜視図、第２ａ図及び第
２ｂ図は光透過区域及び光反射区域のパターンを示した
第１図の光学的シャッターの内側と外側の夫夫の各平面
図、第２ｃ図は第２ａ図及び第２ｂ図によって示される
コーディング手法を例示したチャート図、第３図は本発
明の原理に従って構成された光学的シャフトエンコーダ
の別の実施例の斜視図、第４ａ図及び第４ｂ図は光透過
区域と光反射区域のパターンを示した第３図の光学的シ
ャッターの正面と背面の各平面図、第５図は第１図及び
第３図に示した光学的エンコーダに関連して使用される
回路図、第６図は第１図に示した如き複数個の光学的エ
ンコーダを使用するクロックダイヤルレジスタ表示装置
の分解斜視図、第７図は第６図中の７−７線に沿って取
ったレジスタ表示装置の断面図、である。 （符合の説明） １：光学的シャッター ３：シャフト ５：光透過区域 ７ａ、７ｂ：光反射／吸収区域 Ｅ：光射出器 Ｄ：光検知器 図面の汀１ぶ（内容に変更なし） 手続補正書Ｃｊ５却 昭和６０年１２月ｔｏ日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示　　　昭和６０年　特　許　願　第２０
０６９９号２、発明の名称　　　光学的シャフトエンコ
ーダ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 １．４１？：、埋入

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学的エンコーダにおいて、少なくとも光透過区域
   と光反射区域とをその上に担持する回転可能の光学的シ
   ャッター、前記光学的シャッターの１側部に互いに隣接
   して配設した少なくとも１個の第１光射出器及び第１光
   検知器、前記光学的シャッターの第２側部に互いに隣接
   し且つ前記第１光射出器及び第１光検知器と対向して配
   設した少なくとも１個の第２光射出器及び第２光検知器
   、前記光学的シャッターの前記光透過区域及び光反射区
   域を照明する為に前記第１及び第２光射出器を選択的に
   付勢させると共にこの様な照明に応答する前記第１及び
   第２光検知器の出力を検知する手段、を有しており、前
   記第１及び第２光検知器の出力は前記第１及び第２光射
   出器及び光検知器と相対的な前記光学的シャッターの位
   置を表すことを特徴とする光学的エンコーダ。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記光学的シャッ
   ターはディスクであることを特徴とする光学的エンコー
   ダ。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記光学的シャッ
   ターがシリンダであることを特徴とする光学的エンコー
   ダ。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記第１及び第２
   光射出器を選択的に付勢する手段は前記第１及び第２光
   射出器を交互に付勢することを特徴とする光学的エンコ
   ーダ。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記第１及び第２
   光検知器の出力を検知する手段は、前記第１及び第２光
   検知器の出力を、前記第１及び第２光射出器及び光検知
   器と相対的な前記光学的シャッターの所定の位置を表す
   そのような出力の所定のパターンと比較する手段を有し
   ていることを特徴とする光学的エンコーダ。 ６、特許請求の範囲第５項において、前記比較手段に応
   答してそのように検知された前記シャッター位置を表す
   信号を発生する手段を有していることを特徴とする光学
   的エンコーダ。 ７、特許請求の範囲第１項において、前記光透過区域及
   び光反射区域は、前記光学的シャッターが前記第１及び
   第２光射出器及び光検知器を通過して回転されると前記
   第１及び第２光検知器の出力が独得のパターンで状態を
   変化させる様に前記光学的シャッター上において或るパ
   ターンに配設されていることを特徴とする光学的エンコ
   ーダ。 ８、特許請求の範囲第７項において、前記光透過区域及
   び光反射区域の前記パターンは、前記第１及び第２光検
   知器の出力がグレーコードに従って状態を変化させる様
   に配設されていることを特徴とする光学的エンコーダ。 ９、特許請求の範囲第１項において、前記光学的エンコ
   ーダは一体的回転する様にシャフトに装着されているこ
   とを特徴とする光学的エンコーダ。 １０、シャフトと共に回転すべく装着した光学的シャッ
   ターであってその上に少なくとも光透過区域と光反射区
   域とを担持する光学的シャッター、前記光学的シャッタ
   ーの１側部に互いに隣接して配設した少なくとも１個の
   第１光射出器及び第１光検知器、前記光学的シャッター
   の第２側部に互いに隣接し且つ前記第１光射出器及び第
   １光検知器と対向して配設した少なくとも１個の第２光
   射出器及び第２光検知器、前記光学的シャッターの前記
   光透過区域及び光反射区域を照明する為に前記第１及び
   第２光射出器を交互に付勢する手段、この様な照明に応
   答して前記第１及び第２光検知器の出力を検知し且つこ
   れらの出力を前記第１及び第２光射出器及び光検知器と
   相対的な前記光学的シャッターの所定の位置を表すこの
   様な出力の所定のパターンと比較する手段、前記比較手
   段に応答してそのように検知されたパターンを表す信号
   を発生する手段、を有する光学的エンコーダ。 １１、特許請求の範囲第１０項において、前記光学的シ
   ャッターがディスクであることを特徴とする光学的エン
   コーダ。 １２、特許請求の範囲第１０項において、前記光学的シ
   ャッターがシリンダであることを特徴とする光学的エン
   コーダ。 １３、特許請求の範囲第１０項において、前記光透過区
   域及び光反射区域は、前記光学的シャッターが前記シャ
   フトによって前記第１及び第２光射出器及び光検知器を
   通過して回転されるときに前記第１及び第２光検知器の
   出力が独得のパターンで状態を変化させる様に前記光学
   的シャッター上に或るパターンで配列されていることを
   特徴とする光学的エンコーダ。 １４、特許請求の範囲第１３項において、前記光透過区
   域及び光反射区域のパターンは、前記第１及び第２光検
   知器の出力がグレーコードに従って状態を変化させる様
   に配列されていることを特徴とする光学的エンコーダ。 １５、シャフト、前記シャフトと共に回転すべく装着さ
   れた光学的シャッター、前記光学的シャッター上に形成
   されたコードマーキングの所定のパターンを照明すると
   共に検知する為に前記光学的シャッターと関連する光射
   出手段及び光検知手段、前記検知した所定のパターンか
   ら前記光射出手段及び光検知手段と相対的に前記光学的
   シャッター及びシャフトの角度位置を決定する為に前記
   光射出手段及び光検知手段の状態に応答する電気回路手
   段を有するタイプの光学的シャフトエンコーダにおいて
   、任意のシャフト及び光学的シャッター位置と相対的に
   所定のパターンを初期化する方法であって、 （ａ）前記シャフト及び光学的シャッターの特定の角度
   位置に関連する光学的シャッター上に形成した各異なっ
   た組のコードマーキングに対応する所定の電気信号パタ
   ーンを前記電気回路手段と関連する電気的メモリ手段内
   にストアし、 （ｂ）前記光射出手段及び光検知手段と相対的な任意の
   角度位置に前記シャフト及び光学的シャッターを設定し
   、 （ｃ）前記シャフト及び光学的シャッターの前記任意の
   角度位置に関連する特定の組のコードマーキングを検知
   し、 （ｄ）前記検知した任意の角度位置に所定の位置の値を
   又残りの角度位置に増分的に異なった位置の値を割り当
   てる、 上記各工程を有することを特徴とする方法。 １６、特許請求の範囲第１５項において、前記工程（ｂ
   ）は不揮発性メモリ内に所定の電気信号パターンをスト
   アすることを特徴とする方法。 １７、特許請求の範囲第１５項において、前記工程（ｄ
   ）において前記検知された任意の角度位置にゼロの値が
   割り当てられることを特徴とする方法。 １８、特許請求の範囲第１５項において、複数個のシャ
   フト及び光学的シャッターが設けられており、前記電気
   回路手段はこの様な各シャフト及び光学的シャッターに
   関連する光射出手段及び光検知手段に応答し且つ或る任
   意の角度位置と相対的に各シャフト及び光学的シャッタ
   ーを初期化すべく配設されていることを特徴とする方法
   。 １９、ガス、水又は電気等の消費物の消費を測定し且つ
   表示するタイプのメータであり前記消費物を測定する手
   段と測定された消費物の量を表示する機械的レジスタ表
   示手段とを有するメータにおいて、前記測定手段の不正
   変更を検知する手段が、前記表示手段の各レジスタ表示
   位置に関連する駆動シャフトに装着された光学的シャッ
   ター、前記光学的シャッター上に形成した所定のコード
   マーキングパターンを照明すると共に検知する為に各光
   学的シャッターと関連する光射出手段及び光検知手段、
   前記検知した所定のパターンから各光学的シャッターの
   角度位置をそれと関連する光射出手段及び光検知手段と
   相対的に決定する為に前記光射出手段及び光検知手段の
   状態に応答する電気回路手段、を有しており、前記電気
   回路手段は更に各光学的シャッターの角度位置の変化の
   方向を決定する手段、前記変化の方向が所定の方向でな
   い場合に前記測定手段の不正変更を表す信号を発生する
   手段を具備していることを特徴とするメータ。 ２０、特許請求の範囲第１９項において、前記表示手段
   は、前記測定手段に接続した駆動シャフトと各レジスタ
   表示位置に関連する駆動シャフトに取り付けたダイアル
   ポインタを具備する少なくとも１つのクロックダイヤル
   表示を持ったクロックダイヤル型レジスタを有すること
   を特徴とするメータ。 ２１、特許請求の範囲第１９項において、前記電気回路
   手段は、各光学的シャッターの現在の検知した角度位置
   を表す信号をストアし且つ前に検知した位置と相対的な
   各光学的シャッターの角度位置の変化の方向を決定する
   手段を有することを特徴とするメータ。 ２２、特許請求の範囲第２１項において、前記信号をス
   トアする手段は電気的メモリ手段であることを特徴とす
   るメータ。 ２３、特許請求の範囲第２２項において、前記メモリ手
   段は不揮発性メモリであることを特徴とするメータ。 ２４、特許請求の範囲第１９項において、前記電気回路
   手段は、前記光学的シャッターの現在の角度位置を表す
   信号の値を前記光学的シャッターの前の角度位置を表す
   信号の前にストアした値と比較し且つ前記比較した値が
   互いに所定の関係を持っている場合に不正変更を表す信
   号を発生する手段を有していることを特徴とするメータ
   。 ２５、特許請求の範囲第２４項において、前記不正変更
   を表す信号は、現在の角度位置を表す信号の値が前にス
   トアした位置を表す信号の値よりも小さい場合に発生さ
   れることを特徴とするメータ。 ２６、ガス、水又は電気の様な消費物の消費を測定し且
   つ表示するタイプのメータであって前記消費物を測定す
   る手段、測定された消費物の量を可視的に表示する機械
   的レジスタ表示手段で１つ以上の表示位置を具備する表
   示手段、前記測定手段に結合されており且つ各表示位置
   に関連するシャフト、各シャフトの角度位置を決定し且
   つこの様な角度位置を表す値を持った信号を発生する為
   に各シャフトと関連する光学的エンコーダ手段とを有す
   るメータにおいて、前記表示手段の不正変更を検知する
   方法が、 （ａ）前記表示手段の各表示位置に可視的に表示された
   値を表す現在の位置を読み取り、 （ｂ）前記光学的エンコーダ手段によって発生される角
   度位置を表す信号の値を前記工程（ａ）で読み取った表
   示された値と比較し、 その際に工程（ｂ）において比較された値の間に差異が
   ある場合に前記表示手段の不正変更が示されることを特
   徴とする方法。 ２７、ガス、水又は電気の様な消費物の消費を測定し且
   つ表示するタイプのメータであって前記消費物を測定す
   る手段、測定された消費物の量を可視的に表示する機械
   的レジスタ表示手段で１つ以上の表示位置を具備する表
   示手段、前記測定手段に結合されており且つ各表示位置
   に関連するシャフト、各シャフトの角度位置を決定し且
   つこの様な角度位置を表す値を持った信号を発生する為
   に各シャフトと関連する光学的エンコーダ手段とを有す
   るメータにおいて、前記測定手段の不正変更を検知する
   方法が、 （ａ）前記表示手段の各シャフトの角度位置を表す信号
   の値を前記光学的エンコーダ手段に関連する電気的スト
   ア手段内にストアし、 （ｂ）その後各シャフトの現在の位置を検知すると共に
   それを表す値を持った信号を発生し、（ｃ）ストアした
   信号の値を現在の位置を表す信号の値と比較し、 （ｄ）前記ストアした信号の値と現在の位置を表す信号
   の値とが互いに所定の関係を持っている場合に前記測定
   手段の不正変更を表す信号を発生する、 上記各工程を有することを特徴とする方法。