JPS63237616A - 光学式多回転絶対値エンコ−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】 〔産業上の利用分野〕 位置決め制御が行われる各′ＷＩ機械及び装置に取付け
られ、モータ軸の回転角に対応した絶対番号位置を検出
する光学式多回転絶対値エンコーダに関する。また絶対
値エンコーダは、特に精度が要求され、Ｎｉ数の多い自
動検針を目的とした電気、ガス、水道等の流量メータに
応用が可能である。

〔発明の概要〕

入力軸と、入力軸の回転を減速する減速機と、該減速機
の出力軸と、前記入力軸及び出力軸に各々絶対値コード
円板を設け、前記入力軸及び出力軸側絶対値コード円板
と空隙を介して、発光素子と受光素子を対向配置させ、
かつ該受光素子をエリア型イメージセンサで構成するこ
とにより、光学式多回転絶対値エンコーダの分解能を向
上させる。

〔従来の技術〕

第５図は、従来の多回転絶対値エンコーダを説明するた
めの図である。該多回転絶対値エンコーダは、入力軸１
と、該入力軸１の回転を減速する減速ｉａ７と、該減速
４Ｉ１７の出力軸２と、前記入力軸１及び出力軸２に各
々設けられ、絶対値コード５．６を有する絶対値コード
円板３．４と、前記絶対値コード５．６と空隙を介して
対向配置された検出器５日、５９とによって構成される
。

前記絶対値コード５．６は、例えば第１表に示すグレー
コードが用いられる。

第１表グレーコード グレーコードは、１カウントにつき、どれか１桁が変化
することで、位置読取りの間違いが少ないのが特徴とな
っている。第６図は該グレーコードを絶対値コードとす
る展開図で、検出器５８．５９の関係をも示している。

前記検出器５８．５９は、前記絶対値コード５．６の白
黒模様に光を反射させて、検出する発光素子と受光素子
からなる。前記発光素子は、通常ＬＥＤ（発光ダイオー
ド）が、また前記受光素子はフォトダイオードまたはフ
メートトランジスタが用いられる。第５図及び第６図の
場合、前記絶対値コード５．６が４列なので、Ｉ前記発
光素子及び受光素子は、４組で１個の検出器５８．５９
を構成する。該検出器５８．５９は反４・１光を用いる
例で説明したが、透過光を用いても可能なことは言うま
でもない。

このように、前記絶対値エンコーダは、検出器５８．５
９の出力コードが、前記絶対値コード円＋ｙｉ、３．４
の絶対値コード５．６に対応した絶対番地であり、いつ
も絶対位置が検出可能で、前記絶対値エンコーダが機械
に組込まれると、入力回転角に対応したコードが出力さ
れる。従って一度機械にセットされると、ｍＩＪｊｉと
前記絶対値エンコーダの出力コードの関係は不変で、起
動時の原点（ｆｆ　１合わせは不要となる。

次に、前記絶対値エン」−ダが多回転絶対値エンコーダ
と言われる理由は、減速機７ををするがらである。該減
速機７の減速比が例えば１／１０だとすると、前記入力
軸ｌの絶対値コード円板３が１回転すると、前記出力軸
２の絶対値コード円板４が１／１０回転する。従って、
前記人力軸１の絶対値コード円板３が１０回転して、前
記出力軸２の絶対値コード円板４が１回転する。即ち、
前記多回転絶対値エンコーダは、前記減速ａ７の前記減
速比の逆数分だけ、前記入力軸１の絶対値コード円板３
が多回転可能となる。

時計が、多回転絶対値エンコーダのよい例と考えられる
。長針（と文字板）が前記入力軸ｌ側の絶対値コード円
板３であり、短針（と文字板）が前記減速［７の出力軸
２側の絶対値コード円板４七考えられる。前記長針と短
針は減速比１／１２の減速機７を介して接続される。前
記長針が１回転すると前記短針が１／１２回転し、前記
長針が１２回転すると前記短針が１回転する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来の方法では、前記減速機７の出力軸２例
の絶対値コード同機４の絶対（−１−ドロの切り変わり
近（を読み取る時、例えば、第６図で、前記検出器５９
は図示では絶対値コード〔；の１０進数の７の中心に位
置しているが、前記絶対値コード円板４が増分方向に回
転し、絶対値、１−ドロが１０進数の８に近づくと、本
来７と読まなければならない時に、８と読んでしまう１
つ隣の絶対値コードを読み取る誤りが発生し易い。

前述の時計の例で説明すると、例えば１時５５分の時を
考えて見ると、長針は５５分だから１１を指している。

一方、短針は１と２の間、２に近い１を指していなけれ
ばならない。ところが、減速機にバックランシュがあっ
たり、針の取付は精度が悪かったりすると、時計は１時
５５分にもかかわらず１、短針は２を指してしまうこと
が起こり得る。

時計は人間が眼で見て判断するので、短針が２、長針が
１１を指していても、１時５５分と判断するが、機械が
純電気的に判断すると、短針が２、長針が１１を指して
いれば、２時５５分と判断し、前述の前記絶対値コード
６の切り換わり近くを読み取る時、１つ隣の絶対値コー
ドを読み取る工９りが発生したことになる。

このような読み取りの誤りの発生を防止するために、従
来は、前記入力軸１例の絶対値コード円板３が１回転し
た時、前記減速機７の出力軸２の鞄対値コード円を反４
の回転角を、前記地対値コード６の最小分割したコード
ピッチにせず、最小分割したコードピッチの整数倍にし
ていた。前述の時計の例の場合、最小分割したコードピ
ッチの５（古が、長針が１回転した時の短針の回転角に
なっている。

つ１えば、φ３０ｍｍの絶対値コード円板で最小分割数
が１０００の場合、最小分割したコードピッチは約１０
０μｍとなるが、このある前記整数倍、例えば５コード
を前記読み取り誤差のために使用すると、１０００を５
で除した２００が前記減速機７の出力軸２の絶対値円板
４が１回転する間の前記入力軸１例の絶対値コード円板
３の回転数となるＪ即ち、仮に減速機７の出力軸２の絶
対値コード円板４の絶対値コード５の最小分割数で読み
取り誤りがなく読み取れれば、最小分割数の本例では１
０００回転まで対応出来たものが、このような読み取り
誤りが発生するため、従来の技術では、その１１５、即
ち２００回転までしか対応できない欠点があった。もっ
と多回転数に対応しようとすると、前記絶対値コード円
板４の直径を大きくする必要があった。

本発明は、斯る点に鑑みてなされたもので、絶対値コー
ド円板の直径を大きくすることなく、最小分割した絶対
値コードの読み取りの分解能を向上し、読み取りの誤り
の発生を防止した光学式多回転絶対値エンコーダを従供
することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上述の目的を達成するために、減速機の出力
軸側の絶対値コードを読み取る検出器として、発光素子
と、受光素子としてエリア型イメージセンサを用いるこ
とを特徴としている。

〔作用］ 本発明は、前記減速機の出力軸側の絶対値コード円板の
絶対値コードを読み取るエリア型イメージセンサのコー
ド読み取り位置を、入力軸側の絶対値コード円板の検出
器の出力により移動させ、前記減速器の出力軸側の絶対
値コードの円板の絶対値コードの中央で前記絶対値コー
ドを読み取らせるようにすることにより、最小分割した
絶対値コード円板でも、誤って１つ隣の絶対値コードを
読み取る心配をなくす。

（実施例） 以下、第１図ないし第４図を参照しながら本発明の詳細
な説明する。なお、従来例と対応する部分には同一符号
を付しその説明は省略する。

第１図は、本発明の光学式多回転絶対値エンコーダの一
実施例を説明するための部分断面図である。本発明の光
学式多回転絶対値エンコーダは、入力軸１と、該入力軸
１の回転を減速する減速機７と、該減速機７の出力軸２
と、前記入力軸１及び出力軸２に設けられ、絶対値コー
ド５．６を有する絶対値コード円板３．４と、前記絶対
値コード５．６と空隙を介して対向配置された発光素子
８及び受光素子９とによって構成される。

前記出力軸２は、例えばボールベアリング１３を介して
前記入力軸ｌに回転自在に支承される。前記入力軸１の
回転は、例えば該入力軸ｌに設けられた外歯歯車ｌＯよ
り遊星歯車１２を介して、前記出力軸２に設けられた外
歯歯車１１により、前記出力軸２に回転が伝達される。

また、前記絶対値コー第５．６は、例えば前述の第１表
に示すグレーコードが用いられる。

前記絶対値コード円板３．４は、光を透過する透明な円
板で構成され、前記絶対値コード円板３．４上に設けら
れた前記絶対値コード５．６の縞模様により、発光素子
８から発光された光が、前記絶対値コード５．６で遮断
または透過され、前記受光素子９より、前記絶対値コー
ド５．６に対応した電気信号が出力される。本発明の特
徴は、前記受光素子９にエリア型イメージセンサを用い
ることにある、エリア型イメージセンサは各種あるが、
近年ＣＣＤ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖ
ｉｃｅ　）と称する固体描像素子がよく用いられる。

第１図の前記受光素子としてのエリア型イメージセンサ
９の視野シよ、前記入力軸ｌの絶対値コード円板３の絶
対値コード５と前記減速１９７の出力油２の絶対値コー
ド円板４の絶対値コード６の両仔を視野′＆Ｑ囲に収め
ているが、前者１！ｐち前記入力ｆｄｌ　Ｉの絶対値コ
ード円４７ｚ　３の絶対値コード５の受光素子９°は、
従来技術と同じフォトダイオードまたｉよフォトトラン
ジスタが用いても問題ない。

少な（とも後者、即ち前記減速機７の出力軸２の絶対値
コード円（反・１の絶対値コード６の受光素子９を、エ
リア型イメージセンサとするのが本発明の特１にである
。

′：ＰＩ２図は、本発明の前記減速機７の出力軸２の市
対値コード円板４の絶対値コード６の展開図と、前記受
光素子としてのエリア型イメージセンサ９の視野２０を
示している。なお、第２図に示す１０進数とそれに対応
する２進数のグレーコードは、下位４トランクのみを表
示している。前記エリア型イメージセンサ９の視野は、
縦方向（■軸）シこは全トラックを含むと共に、横方向
（Ｈ軸）には通常のエリア型イメージセンサでは、＠稟
ピンチが１０／／ｍ、計約１００ｉ！素のラインを有す
る。前述した−３０１の絶対値コード円板で；よ、最小
分割数が１０００の場合の最小分割コードピッチは約１
００μｍなので、！！最最小分割コードビン円内１０画
素のラインが入ることになる。

次に、第２図及び第３図を使って本発明の光学式多回転
絶対値エンコーグの読み取りラインへシュついて説明す
る。第３１ｊＪは上述の読み取りライン八を説明するた
めの記号説明図である。

今、 θａ−人力軸絶対値回転数 ｎ、−人力軸回転数の！！敗部 θ、−人力軸絶対、値回転数の小数部 ０≦θ直く１ ｒ−小数で表した減速比 例えば、１／１０の減速比は０．１　　と表す、　　　
。

０＜ｒ＜１ ０゜−ル迎四出力柚絶対値回転敢 ０≦θ。くｌ ＦＪ　＝　ｆｉ大計数可能な入力軸回転数とすると、定
義より人力軸回転数の整数部と人力ｔｌｉｌ絶よ・ｊ　
１Ｍ回転数の小数部の和は、入力軸絶対値回転数となる
ので、 θｉ　　”’ｎｌ　　’−θ、・・・　−・−・　（１
）入力軸絶対値回転数にｆＪｉ辻比を掛けると減速機出
力軸ｉす対価回転数となるので、 θ。＝「θ、　　−−−−−（２） へ辻比の逆数が最大計数可能な入力軸回転数となるので
、 Ｎ　＝　１　／　ｒ　−−−・−・−・・−・−・・−
（３）と表現できる。

次に、第２図に戻り、同図において、まず横軸に固定座
標として、θ。の読み取りライン位ｚＡを設定する。θ
。の続み取り開始位置は、どこからでもよいが、θ、＝
Ｏとなる位＝に、前記絶対値ツー１′円１）２４を固定
する。前記エリア型１メージセンサ９の視野２０の＄ｉ
！囲内で、Ｈ４，ｂ側の読ろ取りラインを順次読み込み
、ある絶対値コー１′６の切り換わり点を読み取りライ
ン位１Ａ＝０とする。

第２図の場合、θ、−７．０の所がＡ−０となっている
。前記絶対値コード６の増分方向に更に統の取り、次の
０１１記絶対値コード６の切り換わり小をＡ＝１、さら
にそれ以降の前記絶対値コード６の切り喚わり点を各々
２．３　・・　とする、逆に、成分方向の前記絶対値コ
ード６の切り換わり点を各々−１、−２、−３・−とす
る。

次に、θ、−〇から前記絶対値コード円板、１を徐々に
増分方向に回転させると、Ａ＝Ｉであった１１記絶対値
コード５の切り換わり点は、負の方向シュ移動し、その
移動酢はθ、が１回転すると、八−〇の位置にくる。θ
１　＝０から前記絶対値コード円板４を任意のθ、だけ
同様に増分ノ」向に回Ｔｉさせると、Ａ＝１にあった前
記絶対値コード６の切り変わり点は、Ａ＝１−θ、の位
置にくる。

０ｒ＝０の時、Ａ＝０．５の読み取りラインを読めば、
前記絶対値コード６の切り変わり点と切り変わり点の中
心を読むことになる。前述の切り変わり点と同様に、θ
、＝０から前記絶対値コード円板４を任意のθ、だけ、
増分方向に回転させると、Ａ＝０．５にあった前記絶対
値コード６の切り変わり点と切り変わり点の中心はＡ−
０，５−〇。

の位置にくる。

即ちθ。の読み取りライン位置 Ａ−０，５−θ、−・・・−・・・−・−・・・−−一
−・・−−−−−−一（４）の所へ来る。

前記絶対値コード６の切り換わり点の中心を読むと言う
ことは、（１／ｒ）θ、の誤差が±０．５許されるとい
うことになる。

第４図は、本発明のθ。の読み取りライン位置Ａの変化
を具体的に説明するための図で、第２図の１０進数７付
近を横拡大したものである。θ、はどこから開始しても
よいが、説明を容易にするためにθｉ−７．０即ちｅｔ
−０から開始する。（４）式より、θ＋−０の時Ａ−０
，５となり、第４図（Ａ）に示すようにθ。の読み取り
ラインＡは、１つの絶対値コードが１０画素に分割され
た１０！！数７の中心に来る０次に、前記第３図の入力
軸１の絶対値コード円板３が絶対値コード５の増分方向
に半回転、即ちθｉ　　＝０．５回転すると、（４）式
よりＡ＝Ｏとなる。ところが、前記減速機７の出力軸２
の絶対値コード円板４は１コードピンチの半ピッチ同じ
くコードの増分方向に回転している。

従って、第４図（Ｂ）に示すように、θ。の読み取りラ
インへの移動と前記減速＠１の出力軸２の絶対値コード
円板４との両者の移動により、前記読み取りラインＡは
１０進数７の中心のままである。

次に、前記第３図の入力軸１の絶対値コード円Ｆｉ３の
絶対値コード５の増分方向に略１回転弱、即ちθ、−０
，９９・・・−・−・・・・・・回転すると、（４）式
よりＡ　−−０，４４・・・・−・−・・・・・−とな
る。

ところが、前記減速機７の出力軸２の絶対値コード円Ｆ
ｉ４はｌコードピッチの略１ピッチ弱同しくコードの増
分方向に回転している。従って、第４図（Ｃ）に示すよ
うに、θ。の読み取りラインＡの移動と前記減速機７の
出力軸２の絶対値コード円板４との両者の移動により、
前記読み取りラインＡは依然１０ｉ！！数７の中心のま
まである。

Ｒ後に、０．＝１になると、これは定義により桁上げが
行われた事になり、θｉ　＝８．０　、θ、−〇と表現
される。（４）式より、Ａ−０，５となり、第４図（Ｄ
）に示すように、θ。の読み取りラインＡは、桁上げが
１つ行われた１０進数８の中心に一瞬に飛び移る。

即ち、本発明は、前記減速機７の出力軸２の絶対値コー
ド円板４の絶対値コード６の読み取りをエリア型イメー
ジセンサ９で行うことが特徴である。そして、前記入力
軸１の絶対値コード円板３の絶対値コード５の小数表示
θ、に応じて、前記減速！！１７の出力軸２の絶対値コ
ード円板４の最小分割の絶対値コード６の読み取りライ
ンＡを前記エリア型イメージセンサ９の画素子内で移動
し、桁上げが行われるまでは、いつも前記最小分割の絶
対値コード６の中心で読み取れるようにしている０桁上
げが行われると、次の桁上げされた絶対値コード６の中
心で読み取りが行われる。

なお、第１図に示した本発明の一実施例は、第１の前記
減速ａ７の１段のみの減速段を有する場合を示している
が、図示を省略するが、前記減速機７の出力軸２を第２
の入力軸として第２の減速機と、該第２の減速機の出力
軸に第３の絶対値コード円板を設けて、多段の光学式多
回転絶対値エンコーダが構成できることは言うまでもな
い。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明の光学式多回転絶対値エンコーダは
、前記減速′４ｍ７の出力軸２の絶対値コード円板４の
絶対値コード６の読み取りをエリア型イメージセンサ９
で行うことにより、前記絶対値コード６の読み取りの分
解能を向上させ、前記絶対値コード６が最小分割のコー
ドピッチでも、１つ隣の絶対値コードを読んでしまう誤
りの発生を防止する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学式多回転絶対値エンコ−ダの構成
を説明するための部分断面図である。第２図は本発明の
絶対値コード展開図とエリア型イメージセンサの視野を
示した図である。第３図は本発明の読み取りラインＡを
説明するための記号説明図であり、第４図は本発明のθ
。の読み取りライン位置への変化を説明するための図で
ある。 第５図は従来の多回転絶対値上／コーダを説明するため
の図であり、第６図は従来の絶対値コード展開図と検出
器の関係を説明する図である。 １　・−・−−−−一　人力軸 ２−・−＝＝・−−−一出力軸 ３．４−−−絶食・Ｈ直二コード円）反５．６−・　絶
対値コード ７　・−・−・−減速機 ８−・−−−一　発光素子 ９−・−・−・−受光素子（エリア型イメージセンサ）
４　　　　　　　　　　　　　　　　　１０　クト歯四
シ車５５色対厘コード　　　／ｌ　　　ウ ６　　　　＝　　　　　　　１２遊星歯車Ｚ　シβ＼ｙ
仁オ磐ｔ ８１と光１ヒチ 第１図 一−シθＱ 本夕和目のに色女キイ直コーＩ′湿ｄ場図とエリア型イ
メージセンサの視！予と示しｒ（図 躬２図 ３ぞ８文１イ直コー１”Ｐ：ｌ汲　　２出力軸ネ４翅月
の読声耳Ｚｌ）ラインＡＥｔ地明するｒてめの名ひＩす
Ｎ図第３図 −＋ｅ。 （Ａ）ｅｉ、＝Ｏの８作のＡの４に！ −〉θ０ （Ｂ）θε＝０．５の時（、′いの（ユ１不開明のθ。 の真先Ｊ＋耳ｇリライン位ＩＡの梨地と説明図−〉９Ｑ −→・θ０ 一一÷Ａ 本延哨のθ。の読ン取、リラインイｆｉ、、：ＩＡの・
舊：イ乙の説明図第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶対値コード円板と、減速機付絶対値コード円板を１個
   または複数個備えた光学式多回転絶対値エンコーダにお
   いて、前記減速機付絶対値コード円板と空隙を介して対
   向配置される受光素子をエリア型イメージセンサで構成
   することを特徴とする光学式多回転絶対値エンコーダ。