(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸とともに回転する回転板と、
上記回転板に設けられた光透過遮蔽部を通過した光にもとづき、それぞれ上記軸の１回転につき１パルスの信号で、ほぼ９０度位相がずれている第１、第２パルス信号を出力し、これらの２つのパルス信号により上記軸の１回転内の回転位置を４つの領域に分けて特定可能にするパルス信号作成手段と、
クロックパルスを発生するクロック発生手段と、
上記第２パルス信号が所定の論理レベルにあるときに上記第１パルス信号の論理レベルに変化があると上記クロックパルスにもとづきカウントし上記軸の回転の回数の現在値を保持する回転量カウント手段と、を備え、
上記クロック発生手段は、上記２つのパルス信号のうちの何れかがその論理レベルを変えると上記クロックパルスの周波数を高い周波数に切換えることを特徴とする絶対値エンコーダ装置。
【請求項２】
４つの領域のそれぞれの領域の初めにリセット状態になるとともにクロックパルスをカウントするクロック数カウント手段を有し、上記クロック数カウント手段のカウント値が予め設定された値を越えると、クロック発生手段は上記クロックパルスの周波数を低い周波数に切換えることを特徴とする請求項１記載の絶対値エンコーダ装置。
【請求項３】
パルス信号発生手段は、第１、第２パルス信号の他に、所定数のパルス信号を出力し、
クロック発生手段は、上記第１、第２パルス信号および上記所定数のパルス信号のうちの何れかがその論理レベルを変えるとクロックパルスの周波数を高い周波数に切換え、
上記所定数のパルス信号の立ち上がりまたは立ち下がりのうちのいずれかは、上記第２パルス信号が所定の論理レベルにあるとともに上記第１パルス信号の論理レベルが変化する位置より９０度以下の所定の角度だけ位相が進んでいる位置にあり、いずれかは、上記第２パルス信号が所定の論理レベルにあるとともに上記第１パルス信号の論理レベルが変化する位置より９０度以下の所定の角度だけ位相が遅れている位置にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絶対値エンコーダ装置。
【請求項４】
軸とともに回転する回転板と、
上記回転板に設けられた光透過遮蔽部を通過した光にもとづき、それぞれ上記軸の１回転につき１パルスの信号で、ほぼ４５度位相がずれている第１、第２、第３、第４パルス信号を出力し、これらの４つのパルス信号により上記軸の１回転内の回転位置を８つの領域に分けて特定可能にするパルス信号作成手段と、
クロックパルスを発生するクロック発生手段と、
前回の上記クロックパルスが上記８つの領域の何れで発生したかにより、上記第２、第３、第４パルス信号の何れかを選択する選択手段と、
上記選択手段により選択されたパルス信号が所定の論理レベルにあるときに、上記第１パルス信号の論理レベルに変化があると今回の上記クロックパルスにもとづきカウントし上記軸の回転の回数の現在値を保持する回転量カウント手段と、
を備えた絶対値エンコーダ装置。
【請求項５】
クロックパルスを発生するクロック発生手段は、４つのパルス信号のうちの何れかがその論理レベルを変えると上記クロックパルスの周波数を高い周波数に切換えることを特徴とする請求項３記載の絶対値エンコーダ装置。
【請求項６】
８つの領域のそれぞれの領域の初めにリセット状態になるとともにクロックパルスをカウントするクロック数カウント手段を有し、上記クロック数カウント手段のカウント値が予め設定された値を越えると、クロック発生手段は上記クロックパルスの周波数を低い周波数に切換えることを特徴とする請求項５記載の絶対値エンコーダ装置。
【請求項７】
パルス信号作成手段は、４つのコンパレータを有し、光透過遮蔽部を通過した光にもとづき、軸の１回転により、それぞれ、電圧が正弦波状、余弦波状に１周期分変化する信号を発生し、これらの信号にもとづき、上記４つのコンパレータを用いて、第１、第２、第３、第４パルス信号の４つのパルス信号を作成することを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の絶対値エンコーダ装置。
【請求項８】
回転板には、４つの光透過遮蔽部が設けられ、上記４つの光透過遮蔽部からのそれぞれの透過光量は、ほぼ４５度づつ位相がずれ、上記軸の１回転につき１パルスのパルス状に変化し、パルス信号作成手段はそれぞれの上記透過光量にもとづき第１、第２、第３、第４パルス信号の４つのパルス信号を出力することを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の絶対値エンコーダ装置。
【請求項９】
パルス信号作成手段は、４つのパルス信号の外に、第１パルス信号より４５度以下の所定の角度の位相差で位相が進んでいる第５パルス信号と、上記第１パルス信号より４５度以下の所定の角度の位相差で位相が遅れている第６パルス信号と、をさらに出力し、合計６つのパルス信号を出力することを特徴とする請求項４記載の絶対値エンコーダ装置。
【請求項１０】
クロックパルスを発生するクロック発生手段は、６つのパルス信号のうちの何れかがその論理レベルを変えると上記クロックパルスの周波数を高い周波数に切換えることを特徴とする請求項９記載の絶対値エンコーダ装置。
【請求項１１】
８つの領域のそれぞれの領域の初めにリセット状態になるとともにクロックパルスをカウントするクロック数カウント手段を有し、上記クロックパルスの数が予め設定された値を越えると、クロック発生手段は上記クロックパルスの周波数を低い周波数に切換えることを特徴とする請求項１０記載の絶対値エンコーダ装置。
【請求項１２】
パルス信号作成手段は、６つのコンパレータを有し、光透過遮蔽部を通過した光にもとづき、軸の１回転により、それぞれ、電圧が正弦波状、余弦波状に１周期分変化する信号を発生し、これらの信号にもとづき、上記６つのコンパレータを用いて、第１、第２、第３、第４、第５、第６パルス信号の６つのパルス信号を作成することを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の絶対値エンコーダ装置。
【請求項１３】
回転板には、それぞれの透過光量が、ほぼ４５度づつ位相がずれ、軸の１回転につき１パルスのパルス状に変化する第１、第２、第３、第４光透過遮蔽部と、上記第１光透過遮蔽部からの透過光量に比べて透過光量が４５度以下の所定の位相差で位相が進んでいる第５光透過遮蔽部と、上記第１光透過遮蔽部からの透過光量に比べて透過光量が４５度以下の所定の位相差で位相が遅れている第６光透過遮蔽部と、が設けられ、これらの６つの光透過遮蔽部からの透過光量により第１、第２、第３、第４、第５、第６パルス信号の６つのパルス信号が作成されることを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の絶対値エンコーダ装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、複数回転量の検出（何回転したかの検出）ができる絶対値エンコーダ装置、特に、停電中などにおいても電池により動作する絶対値エンコーダ装置に関するものである。
背景技術
この種の絶対値エンコーダ装置においては、回転軸とともに回転する回転板を有しており、この回転板には、デジタルコードパターン、または、アナログスリットパターン等の光透過遮断部が設けられている。発光素子から発せられた光は、この光透過遮断部を透過した後、受光素子により受光されるように構成されており、この受光素子の出力として、それぞれ、軸の１回転につき１パルスの電気的な信号である２つのパルス信号（第１パルス信号、例えば、Ａ相のパルス信号、および、第２パルス信号、例えば、Ｂ相のパルス信号）が得られる。これらの２つのパルス信号間の位相差は９０度ある。
図８は、従来の絶対値エンコーダ装置のブロック図である。図において、６６は内部回路のクロックを発生するクロック発生手段、例えば、クロック作成部である。このクロック作成部６６は内部に切替部６６ａを有している。この切替部６６ａは、主電源から電力が供給されている（通常、商用交流電源を変圧、整流した電力が供給されている）が、主電源外から電力が供給されている（通常、電池から供給されている）かにより、クロック作成部６６から出力するクロックの周波数を高い周波数または低い周波数に切換える。
６０はクロックパルスが“Ｈ”レベルにあるときにＬＥＤを点燈させるＬＥＤ点燈部、６１０は、パルス信号作成手段、例えば、ＡＢ相作成部である。
ＬＥＤ点燈部６０によりＬＥＤが点澄されることにより、このＬＥＤからの光がエンコーダの円板のスリット部に照射される。エンコーダの円板のスリットを通過した光はＡＢ相作成部６１０に入力され、第１パルス信号、例えば、Ａ相のパルス信号、および、第２パルス信号、例えば、Ｂ相のパルス信号が作成される。
６３は軸の回転の回数の現在値を保持する回転量カウント手段、例えば、多回転カウント部である。多回転カウント部６３は、今回のクロックパルスによりＡ相のパルス信号の変化が検出されたとき、Ｂ相のパルス信号のレベルがＨであればカウントを行う。
多回転カウント部６３は、Ｂ相のパルス信号がＨレベルのときに、Ａ相のパルス信号の立ち上がりが検出されるとカウントアップされ、立ち下がりが検出されるとカウントダウンされる。これらのカウントは内部のクロック発生器からのクロックパルスが与えられた時に行われる。
モータに主電源から電力が供給されていない停電中などの場合においても、外力が与えられて軸が回転したり、ブレーキが外れているために軸が自然に回転を開始することがある。このような場合にも対応できるように、主電源から電力が供給されていない場合にも絶対値エンコーダ装置の内部回路を電池で動作させるようにしている。
従来装置においては、電池から電力が供給されている場合には、電池の消耗を抑えるため、上述のように、内部回路を動作させるクロックパルスの周期を長く（クロックパルスの周波数を低く）し、主電源から電力が供給されている場合には、クロックパルスの周期を短く（クロックパルスの周波数を高く）するように切換えていた。
クロックパルスの周波数が低い周波数に切換えられている場合において、図７のクロック波形（２）のように、クロック周波数が比較的高ければ、Ａ相のパルス信号がＨｉｇｈレベル（以後、“Ｈ”レベルと呼ぶ）に変化した後、Ｂ相のパルス信号が“Ｈ”レベルにあるうちに次のクロックパルスが与えらるので、多回転カウント部６３は正常にカウントを行うことができるが、クロック波形（１）のように、クロックパルスの周波数が比較的低いと、Ａ相のパルス信号が“Ｈ”レベルに変化しても、Ｂ相のパルス信号が“Ｈ”レベルにあるうちにクロックパルスが与えられないので、多回転カウント部６３は正常にカウントを行うことができない。
多回転カウント部６３が正常にカウントできる回転速度と、クロック周波数と、の間には、次式の関係がある。
クロック周波数（Ｈｚ）＝回転速度（回転／ｓｅｃ）×４
従来装置においては、電池から電力が供給されている場合に、上述の式で示される回転速度よりも高速に軸が回転すると多回転カウント部６３が正常にカウントされず複数回転量の誤検出が生じ、予めクロックパルスの周波数を高い周波数に設定しておくと電池の消耗が早くなるという問題点があった。
本発明は、電池から電力が供給されている場合において消費電力が小さく、複数回転量の誤検出が防止され、コストの大幅な上昇なしに作成できる絶対値エンコーダ装置を得ることを目的とする。
発明の開示
この発明に係る絶対値エンコーダ装置は、軸とともに回転する回転板と、回転板に設けられた光透過遮蔽部を通過した光にもとづき、それぞれ軸の１回転につき１パルスの信号で、ほぼ９０度位相がずれている第１、第２パルス信号を出力し、これらの２つのパルス信号により軸の１回転内の回転位置を４つの領域に分けて特定可能にするパルス信号作成手段と、クロックパルスを発生するクロック発生手段と、第２パルス信号が所定の論理レベルにあるときに第１パルス信号の論理レベルに変化があるとクロックパルスにもとづきカウントし軸の回転の回数の現在値を保持する回転量カウント手段と、を備え、クロック発生手段は、２つのパルス信号のうちの何れかがその論理レベルを変えるとクロックパルスの周波数を高い周波数に切換えるようにしたので、電池から電力が供給される場合において、コストの大幅な上昇なしに複数回転量の誤検出が防止できるとともに電池の消耗を低減できる効果がある。
また、４つの領域のそれぞれの領域の初めにリセット状態になるとともにクロックパルスをカウントするクロック数カウント手段を有し、クロック数カウント手段のカウント値が予め設定された値を越えると、クロック発生手段はクロックパルスの周波数を低い周波数に切換えるようにしたので、電池から電力が供給される場合において、軸が停止または極めて低速で回転するようになるとクロックパルスの周波数が低くなり、電池の消耗をさらに低減できる効果がある。
また、パルス信号発生手段は、第１、第２パルス信号の他に、所定数のパルス信号を出力し、クロック発生手段は、第１、第２パルス信号および所定数のパルス信号のうちの何れかがその論理レベルを変えるとクロックパルスの周波数を高い周波数に切換え、所定数のパルス信号の立ち上がりまたは立ち下がりのうちのいずれかは、第２パルス信号が所定の論理レベルにあるとともに第１パルス信号の論理レベルが変化する位置より９０度以下の所定の角度だけ位相が進んでいる位置にあり、いずれかは、第２パルス信号が所定の論理レベルにあるとともに第１パルス信号の論理レベルが変化する位置より９０度以下の所定の角度だけ位相が遅れている位置にあるようにしたので、電池から電力が供給される場合において、コストの大幅な上昇なしに複数回転量の誤検出がより一層防止できるとともに電池の消耗を低減できる効果がある。
また、軸とともに回転する回転板と、回転板に設けられた光透過遮蔽部を通過した光にもとづき、それぞれ軸の１回転につき１パルスの信号で、ほぼ４５度位相がずれている第１、第２、第３、第４パルス信号を出力し、これらの４つのパルス信号により軸の１回転内の回転位置を８つの領域に分けて特定可能にするパルス信号作成手段と、クロックパルスを発生するクロック発生手段と、前回のクロックパルスが８つの領域の何れで発生したかにより、第２、第３、第４パルス信号の何れかを選択する選択手段と、選択手段により選択されたパルス信号が所定の論理レベルにあるときに、第１パルス信号の論理レベルに変化があると今回のクロックパルスにもとづきカウントし軸の回転の回数の現在値を保持する回転量カウント手段と、を備えるようにしたので、電池から電力が供給される場合において、コストの大幅な上昇なしに、比較的大きな角加速度で軸が回転し始めたときにおける複数回転量の誤検出が防止できるとともに電池の消耗を低減できる効果がある。
また、クロックパルスを発生するクロック発生手段は、４つのパルス信号のうちの何れかがその論理レベルを変えるとクロックパルスの周波数を高い周波数に切換えるようにしたので、電池から電力が供給される場合において、コストの大幅な上昇なしに、大きな角加速度で軸が回転し始めたときにおける複数回転量の誤検出およびその後の回転時における複数回転量の誤検出が防止できるとともに、電池の消耗を低減できる効果がある。
また、８つの領域のそれぞれの領域の初めにリセット状態になるとともにクロックパルスをカウントするクロック数カウント手段を有し、クロック数カウント手段のカウント値が予め設定された値を越えると、クロック発生手段はクロックパルスの周波数を低い周波数に切換えるようにしたので、電池から電力が供給される場合において、軸が停止または極めて低速で回転するようになるとクロックパルスの周波数が低くなり、電池の消耗をさらに低減できる効果がある。
また、パルス信号作成手段は、４つのコンパレータを有し、光透過遮蔽部を通過した光にもとづき、軸の１回転により、それぞれ、電圧が正弦波状、余弦波状に１周期分変化する信号を発生し、これらの信号にもとづき、４つのコンパレータを用いて、第１、第２、第３、第４パルス信号の４つのパルス信号を作成するようにしたので、発光部および受光部における部品点数が少なく装置を安価に構成できるとともに信頼性の低下を防止できる効果がある。
また、回転板には、４つの光透過遮蔽部が設けられ、４つの光透過遮蔽部からのそれぞれの透過光量は、ほぼ４５度づつ位相がずれ、軸の１回転につき１パルスのパルス状に変化し、パルス信号作成手段はそれぞれの透過光量にもとづき第１、第２、第３、第４パルス信号の４つのパルス信号を出力するようにしたので、構成が単純になり故障原因の究明等が容易にできる効果がある。
また、パルス信号作成手段は、４つのパルス信号の外に、第１パルス信号より４５度以下の所定の角度の位相差で位相が進んでいる第５パルス信号と、第１パルス信号より４５度以下の所定の角度の位相差で位相が遅れている第６パルス信号と、をさらに出力し、合計６つのパルス信号を出力するようにしたので、電池から電力が供給される場合において、コストの大幅な上昇なしに、比較的より大きな角加速度で軸が回転し始めたときにおける複数回転量の誤検出が防止できるとともに電池の消耗を低減できる効果がある。
また、クロックパルスを発生するクロック発生手段は、６つのパルス信号のうちの何れかがその論理レベルを変えるとクロックパルスの周波数を高い周波数に切換えるようにしたので、電池から電力が供給される場合において、コストの大幅な上昇なしに、一層大きな角加速度で軸が回転し始めたときにおける複数回転量の誤検出およびその後の回転時における複数回転量の誤検出が防止できるとともに、電池の消耗を低減できる効果がある。
また、８つの領域のそれぞれの領域の初めにリセット状態になるとともにクロックパルスをカウントするクロック数カウント手段を有し、クロックパルスの数が予め設定された値を越えると、クロック発生手段はクロックパルスの周波数を低い周波数に切換えるようにしたので、電池から電力が供給される場合において、軸が停止または極めて低速で回転するようになるとクロックパルスの周波数が低くなり、電池の消耗をさらに低減できる効果がある。
また、パルス信号作成手段は、６つのコンパレータを有し、光透過遮蔽部を通過した光にもとづき、軸の１回転により、それぞれ、電圧が正弦波状、余弦波状に１周期分変化する信号を発生し、これらの信号にもとづき、６つのコンパレータを用いて、第１、第２、第３、第４、第５、第６パルス信号の６つのパルス信号を作成するようにしたので、発光部および受光部におけるの部品点数が少なく装置を安価に構成できるとともに信頼性の低下を防止できる効果がある。
また、回転板には、それぞれの透過光量が、ほぼ４５度づつ位相がずれ、軸の１回転につき１パルスのパルス状に変化する第１、第２、第３、第４光透過遮蔽部と、第１光透過遮蔽部からの透過光量に比べて透過光量が４５度以下の所定の位相差で位相が進んでいる第５光透過遮蔽部と、第１光透過遮蔽部からの透過光量に比べて透過光量が４５度以下の所定の位相差で位相が遅れている第６光透過遮蔽部と、が設けられ、これらの６つの光透過遮蔽部からの透過光量により第１、第２、第３、第４、第５、第６パルス信号の６つのパルス信号が作成されるようにしたので、発光部および受光部におけるの部品点数が少なく装置を安価に構成できるとともに信頼性の低下を防止できる効果がある。
発明を実施するための最良の形態
発明の実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１が適用された絶対値エンコーダ装置のブロック図である。図において、ＡＢ相作成部６１０により作成されたＡ相のパルス信号、および、Ｂ相のパルス信号の２つのパルス信号はＡＢ相状態検出部６４０に入力され、現在の軸の回転位置がこれらの２つのパルス信号により特定可能な４つの領域のうちのいずれの領域にあるかを検出するとともに、２つのパルス信号のいずれかに変化があったか否か（領域の変化の有無）が検出される。
６５はクロック数カウント手段、例えば、クロック信号カウント部である。クロック信号カウント部６５は領域の変化があった時にリセットされ、同一領域内におけるクロックパルスの数をカウントする。このカウント結果はクロック周波数切替判定部６７０に入力され、クロックパルスの周波数を低い周波数に切換えるか否かが、クロック信号カウント部６５のカウント値が所定値よりも大きいか否かにより判定される。切換えると判定された場合は、低い周波数に切換える切替信号がクロック周波数切替判定部６７０からクロック信号作成部６６に入力される。
ＡＢ相状態検出部６４０により領域の変化が検出されると、この検出信号がクロック周波数切替判定部６７０に入力され、クロック周波数を高い周波数に切替える切替信号がクロック周波数切替判定部６７０からクロック信号作成部６６に入力される。
多回転カウント部６３は、今回のクロックパルスによりＡ相のパルス信号の変化が検出されたとき、Ｂ相のパルス信号のレベルがＨであればカウントを行う。
Ｂ相のパルス信号が“Ｈ”レベルの状態において、Ａ相のパルス信号が“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに変化した場合は、正転したものとして多回転カウント部６３はカウントアップし、Ａ相のパルス信号が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに変化した場合は、逆転したものとして多回転カウント部６３はカウントダウンする。Ｂ相のパルス信号が“Ｌ”レベルの状態においては、Ａ相のパルス信号が変化しても多回転カウント部６３はカウントを行わない。
上述のように、この発明の実施の形態１においては、電池から電力が供給されている場合に、今回のクロックが与えられた時における領域が、前回のクロックパルスが与えられた時における領域と異なると、クロックパルスの周波数は高い周波数に切換えられる。
電池から電力が供給されている場合において、低角加速度で回転し始めた始動時には、クロックパルスの周波数が低い周波数であっても、クロックパルスの１周期中に、Ａ相のパルス信号の論理レベルとＢ相のパルス信号の論理レベルとが同時に変化することはなく、Ａ相のパルス信号の論理レベル、および、Ｂ相のパルス信号の論理レベルが共に変化しないか、Ａ相のパルス信号の論理レベル、および、Ｂ相のパルス信号の論理レベルの何れか一方のみが変化する。従って、従来装置の場合と同様に、Ｂ相のパルス信号がＨレベルの状態にあるときにＡ相のパルス信号の論理レベルが変化すると多回転カウント部６３がカウントを行うようにすればよい。このときは、Ａ相のパルス信号の論理レベルの変化により領域も変化するので、クロックパルスの周波数が低い周波数であれば、高い周波数に切換えられ、以後、高速に回転しても多回転カウント部６３は正常にカウントされる。
回転速度が遅くなり、同一領域内におけるクロックパルスの数が予め設定されている設定値Ｎとなった時点でクロックパルスの周波数は再び低い周波数に切換えられる。
クロックパルスの周波数が低い周波数（周期がＴＬ）になっている時においては、正常にカウント可能な回転速度をＮＬ（ｒｐｍ）とすると、同一領域内（１／４回転内）でのクロックパルスの数Ｓ（回）は、
Ｓ＝（６０／ＮＬ）×（１／４）×（１／ＴＬ）
となる。
クロックパルスの周波数を低い周波数に切換える切替判定値は、領域の幅やクロック周波数のばらつき等を考慮して、このＳ（回）より大きめな値に設定される。
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、電池から電力が供給されている場合における消費電力を小さくすることができるとともに、始動時における角加速度が小ければ、始動後に高速に回転するようになっても多回転カウント部６３は正常にカウントを行うことができる。
このように、２つの信号（Ａ相のパルス信号、および、Ｂ相のパルス信号）のみを用いて多回転カウント部６３のカウントを行う場合は、軸が正転方向に回転しているとすれば、図３の動作タイミング図において、領域▲５▼に至る以前における最後のクロックが与えられた後、次のクロックが領域▲７▼またはそれ以降の領域において与えられると、多回転カウント部６３は正常にカウントすることができず、複数回転量の検出が正常に行われなくなる。
始動時に一定の加速度αで正転方向に加速される場合においては、停止していた位置が領域▲２▼と領域▲３▼との境界に近接した領域▲３▼内の位置であり、始動後、領域▲５▼に至る以前の位置における最後のクロックが与えられた時刻（始動時刻から、この時刻までの経過時間をＴａとする）において領域▲５▼の直前に位置し、その次のクロックが与えられた時刻（始動時刻から、この時刻までの経過時間をＴｂとする）において領域▲６▼の直後に位置している場合、すなわち、
（１／２）・α・Ｔａ２＝１／４  （回転）
（１／２）・α・Ｔｂ２＝１／２  （回転）
のときに、最も小さいαで多回転カウント部６３が誤カウントすると言える。
Ｔｂ＝Ｔａ＋ＴＬの関係があるので、これらの３つの式から、
α＝｛１−（１／√２）｝２／ＴＬ２  （回転／ｓｅｃ２）
が得られ、このαが許容角加速度である。
以上の説明においては、２つのパルス信号を用い、１／４回転毎に領域が変わるようにしているが、１／２回転、または、１回転毎に変わるようにし、切替判定値を対応した値に設定するようにしてもよい。
また、ｎを３以上の整数として、ｎ個のパルス信号を用い、１／２ｎ回転毎に領域が変わるようにしてもよい。
発明の実施の形態２．
この実施の形態２による絶対値エンコーダ装置においては、Ａ相のパルス信号、および、Ｂ相のパルス信号に加えて、第３パルス信号、例えば、Ｃ相のパルス信号と、第４パルス信号、例えば、Ｄ相のパルス信号と、が用いられる。
図２は、この発明の実施の形態２が適用された絶対値エンコーダ装置のブロック図である。図において、６１はＡＢＣＤ相作成部である。
ＬＥＤ点燈部６０によりＬＥＤが点燈されることにより、このＬＥＤからの光がエンコーダの円板のスリット部に照射される。エンコーダの円板のスリットを通過した光はＡＢＣＤ相作成部６１に入力され、Ａ相のパルス信号、Ｂ相のパルス信号、Ｃ相のパルス信号、および、Ｄ相のパルス信号が作成される。これらの４つのパルス信号により軸の１回転内の回転位置を８つの領域に分けて特定することが可能になる。
６４はＡＢＣＤ相状態検出部である。これらの４つのパルス信号はＡＢＣＤ相状態検出部６４に入力される。ＡＢＣＤ相状態検出部６４は現在の軸の回転位置がいずれの領域にあるかを検出するとともに、４つのパルス信号のいずれかに変化があったか否か（領域の変化の有無）を検出する。
６５はクロック信号カウント部である。クロック信号カウント部６５は領域の変化があった時にリセットされ、同一領域内におけるクロックパルスの数をカウントする。このカウント結果はクロック周波数切替判定部６７に入力され、クロックパルスの周波数を低い周波数に切換えるか否かがクロック信号カウント部６５のカウント値により判定される。カウント値が設定値Ｎより大きい場合は、クロック周波数切替判定部６７から低い周波数に切換える切替信号がクロック信号作成部６６に入力される。
ＡＢＣＤ相状態検出部６４により領域の変化が検出されると、この検出信号がクロック周波数切替判定部６７に入力され、クロック周波数切替判定部６７からクロック周波数を高い周波数に切替える切替信号がクロック信号作成部６６に入力される。
ＡＢＣＤ相状態検出部６４は、前回および今回のクロック時におけるＡ相のパルス信号、Ｂ相のパルス信号、Ｃ相のパルス信号、および、Ｄ相のパルス信号の状態を検出し、その結果をＡＢＣＤ相選択部６２に出力する。ＡＢＣＤ相選択部６２は、後述するように、前回のクロックパルスが与えられた時にいずれの領域にあったかにより、表１に基づきＡ相以外のいずれかの相のパルス信号を選択し、選択された相のパルス信号とＡ相のパルス信号とを多回転カウント部６３に出力する。多回転カウント部６３は、今回のクロックパルスが与えられたとき、Ａ相のパルス信号の論理レベルが変化したことが検出され、この選択された相のパルス信号のレベルがＨであればカウントを行う。
ＡＢＣＤ相選択部６２およびＡＢＣＤ相状態検出部６４より選択手段が構成される。
次に、図３により詳細に説明する。図３において、Ａ相のパルス信号、Ｂ相のパルス相信号、Ｃ相のパルス信号、および、Ｄ相のパルス信号は、それぞれ、エンコーダの回転周期と同じ周期のパルス信号であり、１周期当たり１パルスのパルス信号である。正回転時においては、それぞれ、Ａ相のパルス信号に対して、Ｂ相のパルス信号は約９０度、Ｃ相のパルス信号は約４５度、Ｄ相のパルス信号は約１３５度、進んでいる。
クロックパルスの周波数が低い周波数になっている時に、Ｂ相、Ｃ相、および、Ｄ相のうちのいずれか選択された相のパルス信号が“Ｈ”レベルの状態において、Ａ相のパルス信号が“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに変化した場合は、正転したものとして多回転カウント部６３はカウントアップし、Ａ相のパルス信号が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに変化した場合は、逆転したものとして多回転カウント部６３はカウントダウンする。
選択された信号が“Ｌ”レベルの状態においては、Ａ相のパルス信号が変化しても多回転カウント部６３はカウントしない。
Ｂ相、Ｃ相、および、Ｄ相のうちの何れの相のパルス信号を選択するかは、前回のクロックパルスが、図３の領域▲１▼〜領域▲８▼のうちの何れの領域で与えられたかと、今回のクロックパルスが何れの領域で与えられたかと、にもとづき表１により決められる。
また、前回のクロックパルスが与えられた時の領域と今回のクロックパルスが与えられた時の領域とが異なる場合には、軸が回転したものとしてクロック周波数は高い周波数に切換えられる。
次に、電池から電力が供給されている場合において、停止状態から大きな角加速度で加速される場合について詳細に説明する。
この場合においては、始動後、前回のクロック時までは４つのパルス信号ともに変化がなく、今回のクロック時においては、Ａ相のパルス信号およびＢ相のパルス信号ともにその状態が変化していることがある。この発明の実施の形態２においては、このような場合においても、以下に説明するように角加速度が所定の範囲内であれば多回転カウント部６３が正常にカウントできる。
この発明の実施の形態２においては、正転時および逆転時ともに、下記の表１に従い、前回クロック時における領域が何れであったかにより、今回のクロック時における多回転カウント部６３のカウント条件を変更するようにしている。
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多回転カウント部６３は、この表１に示されるように、この表の最下欄の相のパルス信号がＨレベルにある時に、Ａ相のパルス信号の立ち上がりが検出されるとカウントアップされ、立ち下がりが検出されるとカウントダウンされる。
この実施の形態２によれば、正転時において、前のクロックパルスが領域▲４▼で与えられるとともに、領域▲５▼、領域▲６▼、および、領域▲７▼のいずれかで次のクロックパルスが与えられれば、多回転カウント部６３のカウントはＡ相のパルス信号とＣ相のパルス信号とにより行なうので、多回転カウント部６３は正常にカウントを行うことができる。一方、前のクロックが領域▲４▼で与えられるとともに、領域▲５▼、領域▲６▼、および、領域▲７▼付近において高速になっていて、領域▲５▼、領域▲６▼、および、領域▲７▼を通過する間に次のクロックパルスが与えられなかった場合には、領域▲５▼、領域▲６▼、および、領域▲７▼を通過したことが検出されず、多回転カウント部６３は正常にカウントできなくなる。
図４は、小さい加速度で正転方向に始動され、クロックパルスの１周期の間に、領域が▲４▼から領域▲５▼に変化した場合を示すタイミング図である。この場合は、２つのパルス信号を用いた場合と同様に、多回転カウント部６３は正常にカウントを行い、クロックパルスの周波数は高い周波数に切換えられる。
図５は、４つのパルス信号を用い、表１によりカウントを行う場合において、大きな加速度で正転方向に始動され、クロックパルスの１周期の間に、領域が▲４▼から▲７▼に変化した場合を示すタイミング図である。
図において、今回のクロックが与えられた時刻ｔ１においては、前回のクロックパルスが与えられた時刻ｔ０に比べて、論理レベルがＡ相のパルス信号およびＢ相のパルス信号が共に変化している。表１によれば、この場合における多回転カウント部６３のカウントは、Ｃ相のパルス信号の論理レベルの状態とＡ相のパルス信号の論理レベルの変化とに基づき行われることになる。領域▲７▼において今回のクロックパルスが与えられた時刻ｔ１においては、前回のクロックパルスが与えられた時刻ｔ０に比べて、Ａ相のパルス信号の論理レベルは変化しているがＣ相のパルス信号の論理レベルは変化していないので、今回のクロックパルスが与えられた時刻ｔ１で多回転カウント部６３は正常にカウントされる。
一方、領域は変化しているので今回のクロックパルスが与えられた時刻ｔ１以降は、クロックパルスの周波数は高い周波数（周期はＴＨ）に切換えられる。
次に、回転速度が低下し、図５の領域▲８▼でのクロックパルスの数が設定値のＮを越えた時刻ｔ２において、低速回転状態になったものと判定し、クロックパルスの周波数は低い周波数（周期はＴＬ）に切換えられ、次回の角加速度の変化時に備える。
クロックパルスの周波数が低い周波数（周期がＴＬ）になっている時において、正常にカウント可能な回転速度をＮＬ（ｒｐｍ）とすると、同一領域内（１／８回転内）でのクロックパルスの数Ｓ（回）は、
Ｓ＝（６０／ＮＬ）×（１／８）×（１／ＴＬ）
となる。
クロックパルスの周波数を低い周波数に切換える切替判定値は、領域の幅やクロックパルスの周波数のばらつき等を考慮して、このＳ（回）より大きめな値に設定される。
以上の構成により、停電時における消費電力が抑制され、しかも、停止状態から回転状態の急に変化した場合にも多回転カウント部６３は正常にカウントされ、回転量の検出を正常に行うことができる。
始動時において一定の加速度で正転方向に加速されるとすれば、図３の動作タイミング図において、停止していた位置が領域▲３▼と領域▲４▼との境界に近接した領域▲４▼内の位置であり、始動後、領域▲５▼に至る以前の位置における最後のクロックが与えられた時刻（始動時刻から、この時刻までの経過時間をＴａとする）において領域▲５▼の直前に位置し、その次のクロックが与えられた時刻（始動時刻から、この時刻までの経過時間をＴｂとする）において領域▲７▼の直後に位置している（領域▲７▼と領域▲８▼との境界に近接した領域▲８▼内に位置している）場合、すなわち、
（１／２）・α・Ｔａ２＝１／８  （回転）
（１／２）・α・Ｔｂ２＝１／２  （回転）
のときにに、最も小さいαで多回転カウント部６３が誤カウントすると言える。
Ｔｂ＝Ｔａ＋ＴＬの関係があるので、これらの３つの式から、
α＝｛１−（１／２）｝２／ＴＬ２  （回転／ｓｅｃ２）
が得られ、このαが始動時における加速度が一定の場合における許容角加速度である。
従って、４つのパルス信号のみを用いた場合は、２つのパルス信号のみを用いた場合に比べて、許容角加速度を約２．９倍に向上させることができる。
次に、この発明の実施の形態２によるＡ相、Ｂ相、Ｃ相、および、Ｄ相のパルス信号の作成方法について説明する。
エンコーダは、軸とともに回転する回転板、例えば、コード円板を有し、発光手段（図示せず）からの光がコード円板に照射されている。このコード円板には、軸の１回転により光透過部の面積が正弦波状に１周期分変化する正弦波パターンが蒸着により設けられており、軸の回転に伴い受光素子から正弦波状に変化する電気信号（Ａ相のパルス信号）が得られる。さらに、この正弦波パターンに対して位相が９０度ずれた余弦波パターンを同一コード円板上に設けるか、または、９０度ずれた位置に別の受光素子を設けるかにより、軸の回転にともない受光素子から余弦波状に変化する電気信号（Ｂ相のパルス信号）が得られる。
光透過遮蔽部は、正弦波パターンから構成されるか、または、正弦波パターンおよび余弦波パターンから構成される
図６は、ＡＢＣＤ相信号作成部６１の回路図である。軸の回転によりコード円板が回転すると、受光素子５１１には正弦波状に変化する光が照射され、この光は、受光素子５１１、オペアンプ５２１、および、抵抗器５０１から構成される回路により電圧信号に変換される。また、受光素子５１２には余弦波状に変化する光が照射され、この光は、受光素子５１２、オペアンプ５２２、および、抵抗器５０２から構成される回路により電圧信号に変換される。
図６において、コンパレータ５３が正弦波信号と基準電圧５７とを比較してＡ相のパルス信号を作成し、コンパレータ５４が余弦波信号と基準電圧５７とを比較してＢ相のパルス信号を作成し、コンパレータ５５が正弦波信号および余弦波信号の平均電圧と基準電圧５７とを比較してＣ相のパルス信号を作成し、コンパレータ５６が正弦波信号と余弦波信号とを比較してＤ相のパルス信号を作成する。
なお、Ｄ相のパルス信号は、正弦波信号を基準電圧により反転することにより得られる正弦波信号の反転信号と余弦波信号との平均電圧と、基準電圧と、をコンパレータ５６が比較することにより作成するようにしてもよい。
図６に示すように、コンパレータ５３〜コンパレータ５６にヒステリシス特性を持たせることにより、領域の境界付近における各相のパルス信号の安定化を図ることができる。特に、領域の境界付近で停止した場合にも安定したパルス信号が得られ、誤検出を防止することができる。コンパレータ５３の抵抗値をＲ１およびＲ２とし、電源電圧をＶｃｃとすると、Ａ相信号のヒステリシス幅は、Ｒ１×Ｖｃｃ／（Ｒ１＋Ｒ２）となる。
Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、および、Ｄ相のパルス信号は、コード円板上にそれぞれの相のパルス信号に対応した４つのデジタルスリットパターンを設け、それぞれのパターンからの光信号にもとづき作成するようにしてもよい。この場合もパルス整形回路にヒステリシス特性をもたせることにより安定したパルス信号が得られる。
また、軸の回転方向にそれぞれずれて配設された４つの受光素子を用いて作成するようにしてもよい。この場合は、コード円板上のパターン数は少くてすむ。発明の実施の形態３．
以上の説明においては、４つのパルス信号を用いて複数回転量を検出するようにしているが、この発明の実施の形態３においては、図３に示される、第５パルス信号、例えば、Ｅ相のパルス信号と、第６パルス信号、例えば、Ｆ相のパルス信号とを、さらに用い、合計６つのパルス信号にもとづき複数回転量を検出するようにしている。
Ｅ相のパルス信号は、Ａ相のパルス信号より位相が４５度以下の所定角度、例えば、約２２．５度進んでおり、Ｆ相のパルス信号は、Ａ相のパルス信号より位相が４５度以下の所定角度、例えば、約２２．５度遅れている。
このように構成することにより、許容角加速度をさらに大きくすることができる。すなわち、この発明の実施の形態１および実施の形態２の場合と同様に算出すると、位相差を２２．５度とした場合の許容最大角加速度は、Ａ相のパルス信号およびＢ相のパルス信号のみを用いた場合に比べて、約７．５倍になることが分かる。
この場合も、複数回転量の検出が行なわれるのは、前述のように、表１にもとづき、Ａ相のパルス信号の立ち上がり、または、立ち下がりが検出された時である。
Ｅ相のパルス信号は、例えば、正弦波信号および余弦波信号の平均信号と、基準電圧とにもとづきコンパレータを用いて作成することができる。Ｆ相のパルス信号は、基準電圧に対する正弦波信号の反転信号および余弦波信号の平均信号と、余弦波信号とにもとづきコンパレータを用いて作成することができる。
Ｅ相信号およびＦ相信号の作成は、コード円板上にそれぞれ専用のデジタルパターンを設ける方法でも可能であり、軸の回転方向に互いに所定距離はなれた所定の２個所に受光素子を追加配設する方法でも可能である。
この発明の実施の形態３においては、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相、および、Ｆ相のパルス信号を用いたが、Ｃ相、および、Ｄ相のパルス信号を用いずに、従って、表１も用いずに、Ａ相、Ｂ相、Ｅ相、および、Ｆ相のパルス信号を用いるようにしてもよい。この場合においては、Ａ相、および、Ｂ相のパルス信号により、この発明の実施の形態１のように４つの領域に分け、Ａ相、Ｂ相、Ｅ相、および、Ｆ相のパルス信号のうちのいずれかがその論理レベルを変えると、クロックパルスの周波数を高い周波数に切換えるようにすることにより、この発明の実施の形態１の場合に比べて許容角加速度を大きくすることができる。
また、Ｅ相、および、Ｆ相のパルス信号を用いずに、立ち上がりまたは立ち下がりのうちのいずれか一方は、Ｂ相のパルス信号が所定の論理レベルにあるとともにＡ相のパルス信号の論理レベルが変化する位置より９０度以下の所定の角度だけ位相が進んでいる位置にあり、他方は、このＢ相のパルス信号が所定の論理レベルにあるとともにＡ相のパルス信号の論理レベルが変化する位置より９０度以下の所定の角度だけ位相が遅れている位置にあるパルス信号を用いるようにしてもよい。この場合も、このパルス信号、Ａ相のパルス信号、および、Ｂ相のパルス信号のうちのいずれかがその論理レベルを変えると、クロックパルスの周波数を高い周波数に切換えるようにするとともに、この発明の実施の形態１の場合と同様に、Ａ相、および、Ｂ相のパルス信号により４つの領域に分けるようにすることにより、この発明の実施の形態１の場合に比べて許容角加速度を大きくすることができる。
上述のこの発明の実施の形態１、２、３においては、電力が主電源および電池のいずれかから切換えて供給される絶対値エンコーダ装置について説明したが、これに限らず、常に電池で動作する絶対値エンコーダ装置であってもよい。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明にかかる絶対値エンコーダ装置は、停電中などの主電源から電源が供給されていない時に軸が回転しても複数回転量の検出（何回転したかの検出）を正常に行う必要がある位置決め装置等などにおいて用いられるのに適している。また、軸が電力によらずに回転する装置において複数回転量の検出（何回転したかの検出）を行う必要がある場合に用いられるのにも適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の実施の形態１による絶対値エンコーダ装置のブロック構成図である。
第２図は、この発明の実施の形態２による絶対値エンコーダ装置のブロック構成図である。
第３図は、この発明の実施の形態１乃至この発明の実施の形態３において、絶対値エンコーダ装置の動作を説明するためのタイミング図である。
第４図は、この発明の実施の形態２による絶対値エンコーダ装置において、始動時における角加速度が小さい時に、複数回転量が正常に検出される様子を説明するためのタイミング図である。
第５図は、この発明の実施の形態２による絶対値エンコーダ装置において、始動時における角加速度が大きいときにも、複数回転量が正常に検出される様子を説明するためのタイミング図である。
第６図は、この発明の実施の形態２による絶対値エンコーダ装置において、Ａ相信号、Ｂ相信号、Ｃ相信号、および、Ｄ相信号の４つのパルス信号を作成するＡＢＣＤ相作成部のブロック図である。
第７図は、従来の絶対値エンコーダ装置のブロック構成図である。
第８図は、従来の絶対値エンコーダ装置において、複数回転量の検出動作を示すタイミング図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003858593.tif 000008
【図７】
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【図８】
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