JP2011226987A - エンコーダ - Google Patents
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Abstract
【課題】符号板の高速移動時においても位置検出の信頼性の低下を低減できるエンコーダを提供する。
【解決手段】エンコーダ(100)は、位置情報を示すパターンを有する符号板(10)と、位置情報を示すパターンを検出する検出部(20)と、位置情報に基づいて、第1の処理が行われる第1経路と、位置情報に基づいて、第2の処理が行われる第2経路と、第1の処理の第1処理結果と第2の処理の第2処理結果とに基づいて第3の処理をする処理部(39又は41)と、第1経路から処理部への第1処理結果の出力タイミングと第2経路から処理部への第2処理結果の出力タイミングとを同期させるように、第1経路と第2経路とにおける出力タイミングの遅延時間を調整する遅延時間調整部(60)とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】エンコーダ(100)は、位置情報を示すパターンを有する符号板(10)と、位置情報を示すパターンを検出する検出部(20)と、位置情報に基づいて、第1の処理が行われる第1経路と、位置情報に基づいて、第2の処理が行われる第2経路と、第1の処理の第1処理結果と第2の処理の第2処理結果とに基づいて第3の処理をする処理部(39又は41)と、第1経路から処理部への第1処理結果の出力タイミングと第2経路から処理部への第2処理結果の出力タイミングとを同期させるように、第1経路と第2経路とにおける出力タイミングの遅延時間を調整する遅延時間調整部(60)とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、エンコーダに関する。
エンコーダは、例えば、アブソリュートパターンとインクリメンタルパターンを備えた円板状の符号板と、アブソリュートパターンに対向してアブソリュートパターンの最小読み取りピッチの1/2の位相差を持つ2組のアブソリュート検出素子群とを備える。例えば、このようなエンコーダは、インクリメンタルパターンに基づく信号により2組のアブソリュート検出素子群が検出した出力のいずれかを選択することによってアブソリュート信号が変化するタイミングである不安定部を避けて正確な位置情報を得ている。
また、このようなエンコーダは、電源投入時に符号板に対向するアブソリュート検出素子群のすべての信号を制御回路により順番に読み出し、得られた符号列から絶対位置を割り出して、カウンタの初期値とする。それ以後は、インクリメンタル信号によりカウンタを変化させて位置情報として使用する。また、最新の位置でアブソリュート検出素子群から得られるはずの符号をインクリメンタル信号に基づいてパターン発生部が発生する。アブソリュート検出素子群の一箇所から実際に得られる符号とパターン発生部から得られる符号を比較することにより、インクリメンタルパターンの異常やインクリメンタル検出部の異常または誤検出を判定することができる(特許文献1を参照)。
また、このようなエンコーダは、電源投入時に符号板に対向するアブソリュート検出素子群のすべての信号を制御回路により順番に読み出し、得られた符号列から絶対位置を割り出して、カウンタの初期値とする。それ以後は、インクリメンタル信号によりカウンタを変化させて位置情報として使用する。また、最新の位置でアブソリュート検出素子群から得られるはずの符号をインクリメンタル信号に基づいてパターン発生部が発生する。アブソリュート検出素子群の一箇所から実際に得られる符号とパターン発生部から得られる符号を比較することにより、インクリメンタルパターンの異常やインクリメンタル検出部の異常または誤検出を判定することができる(特許文献1を参照)。
しかしながら、従来のエンコーダにおいて、例えば、2系統の信号に基づいて異常又は誤検出の判定を行う場合、2つのパス(信号経路)が生じる。また、アブソリュート検出素子群が検出した信号が微小なため電気的処理(増幅、二値化、ノイズ除去など)において信号遅延が生じる場合がある。符号板の回転速度が速くなると絶対番地が変化する間隔が短くなるため、この信号遅延が無視できなくなる。符号板の回転速度が速くなると、信号遅延によって、検出されたアブソリュート信号が診断部に到達する前に、符号板が次の絶対番地に進んでインクリメンタル信号が変化する場合がある。この場合、インクリメンタル信号に基づいてパターン発生部から得られる符号が変化して、診断部がアブソリュート検出素子群の一箇所から実際に得られる符号と一致しないと判定する誤判定が発生する。このため、こうしたエンコーダでは、回転速度を上げることに限界がある。
このように、上記のようなエンコーダでは、信号遅延による誤検出又は誤判定が発生する可能性があるため、符号板が高速に移動する場合に位置検出の信頼性が低下する場合がある。
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、符号板の高速移動時においても位置検出の信頼性の低下を提言できるエンコーダを提供することにある。
上記問題を解決するために、本発明は、位置情報を示すパターンを有する符号板と、前記パターンを検出する検出部と、前記位置情報に基づいて、第1の処理が行われる第1経路と、前記位置情報に基づいて、第2の処理が行われる第2経路と、前記第1の処理の第1処理結果と前記第2の処理の第2処理結果とに基づいて第3の処理をする処理部と、前記第1経路から前記処理部への前記第1処理結果の出力タイミングと前記第2経路から前記処理部への前記第2処理結果の出力タイミングとを同期させるように、前記第1経路と前記第2経路とにおける前記出力タイミングの遅延時間を調整する遅延時間調整部とを備えるエンコーダである。
本発明によれば、エンコーダは、符号板の高速移動時においても位置検出の信頼性の低下を低減できる。
以下、本発明の一実施形態によるエンコーダについて、図面を参照して説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本実施形態によるエンコーダを示すブロック図である。
図1において、エンコーダ100は、符号板10、検出部20、アンプ(31、34)、二値化部(32、35)、フィルタ(33、36)、A/D(アナログ−デジタル)変換部37、内挿処理部38、合成処理部39、位置情報出力部40、判定処理部41、エラー出力部42、起動時制御部43、絶対番地処理部50、及び遅延時間調整部60を備える。なお、この図において、エンコーダ100に電源を投入した直後である起動時における信号の流れを破線で示す。また、起動時以降の通常動作時における信号の流れを実線で示す。
符号板10は、円板状の形状に、例えば外周側から順番に、相対位置として位置情報を示すインクリメンタルパターン11と、絶対位置として位置情報を示すアブソリュートパターン12とを備える。なお、本実施形態では、符号板10が回転するロータリータイプのエンコーダについて説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本実施形態によるエンコーダを示すブロック図である。
図1において、エンコーダ100は、符号板10、検出部20、アンプ(31、34)、二値化部(32、35)、フィルタ(33、36)、A/D(アナログ−デジタル)変換部37、内挿処理部38、合成処理部39、位置情報出力部40、判定処理部41、エラー出力部42、起動時制御部43、絶対番地処理部50、及び遅延時間調整部60を備える。なお、この図において、エンコーダ100に電源を投入した直後である起動時における信号の流れを破線で示す。また、起動時以降の通常動作時における信号の流れを実線で示す。
符号板10は、円板状の形状に、例えば外周側から順番に、相対位置として位置情報を示すインクリメンタルパターン11と、絶対位置として位置情報を示すアブソリュートパターン12とを備える。なお、本実施形態では、符号板10が回転するロータリータイプのエンコーダについて説明する。
検出部20は、符号板10に対向して配置され、インクリメンタルパターン11とアブソリュートパターン12とを検出する。検出部20は、インクリメンタル検出素子21、アブソリュート検出素子22、及びスイッチ部23を備える。
インクリメンタル検出素子21は、符号板10に設けられたインクリメンタルパターン11に対向して配置される。インクリメンタル検出素子21は、インクリメンタルパターン11を検出し、検出したインクリメンタルパターン11に対応する位相が90度ずれたA相信号とB相信号とをアンプ31に出力する。
インクリメンタル検出素子21は、符号板10に設けられたインクリメンタルパターン11に対向して配置される。インクリメンタル検出素子21は、インクリメンタルパターン11を検出し、検出したインクリメンタルパターン11に対応する位相が90度ずれたA相信号とB相信号とをアンプ31に出力する。
アブソリュート検出素子22は、符号板10に設けられたアブソリュートパターン12に対向して配置され、アブソリュートパターン12を検出する。アブソリュート検出素子22は、アブソリュートパターン12に対応した最小読み取りピッチの1/2の位相差を持つ不図示の2組の検出素子群を備え、検出した各信号をスイッチ部23に出力する。
スイッチ部23は、アブソリュート検出素子22とアンプ34との間に配置され、複数のスイッチとスイッチ制御部24とを備える。スイッチ部23は、フィルタ33から供給される切り替え信号と、スイッチ制御部24から供給される制御信号によりスイッチを切り替える。これにより、スイッチ部23は、アブソリュート検出素子22がそれぞれ出力する信号から1つを切り替えてアンプ34に出力する。
例えば、起動時において、スイッチ制御部24は、起動時制御部43から制御信号が供給され、アブソリュート検出素子22の出力を順番に1信号ずつ切り替えてスイッチ部23から出力させる。また、通常動作時において、スイッチ制御部24は、アブソリュート検出素子22がそれぞれ出力する信号のうち1つをスイッチ部23からアンプ34に出力させる。ここでは、例えば、スイッチ制御部24は、左から3番目の信号を出力するものとする。なお、このスイッチ制御部24の出力信号は、アブソリュートパターン12に基づいて検出された絶対位置情報(第1の絶対位置情報)を復号した信号である。
スイッチ部23は、アブソリュート検出素子22とアンプ34との間に配置され、複数のスイッチとスイッチ制御部24とを備える。スイッチ部23は、フィルタ33から供給される切り替え信号と、スイッチ制御部24から供給される制御信号によりスイッチを切り替える。これにより、スイッチ部23は、アブソリュート検出素子22がそれぞれ出力する信号から1つを切り替えてアンプ34に出力する。
例えば、起動時において、スイッチ制御部24は、起動時制御部43から制御信号が供給され、アブソリュート検出素子22の出力を順番に1信号ずつ切り替えてスイッチ部23から出力させる。また、通常動作時において、スイッチ制御部24は、アブソリュート検出素子22がそれぞれ出力する信号のうち1つをスイッチ部23からアンプ34に出力させる。ここでは、例えば、スイッチ制御部24は、左から3番目の信号を出力するものとする。なお、このスイッチ制御部24の出力信号は、アブソリュートパターン12に基づいて検出された絶対位置情報(第1の絶対位置情報)を復号した信号である。
アンプ(31、34)は、検出部20が検出した微小レベルの信号を増幅する。アンプ31は、検出部20がインクリメンタルパターン11に基づき検出したA相信号とB相信号との二相正弦波信号を増幅して二値化部32及びA/D変換部37に出力する。また、アンプ34は、スイッチ部23が切り替えて出力する信号を増幅して二値化部35に出力する。アンプ34によって増幅される信号は、検出部20がアブソリュートパターン12に基づき検出した複数の信号から1つが選択された信号である。
二値化部32は、アンプ31が増幅した信号をH(ハイ)状態又はL(ロウ)状態によって示される二値信号に変換する二値化処理を行う。二値化部35は、アンプ34が増幅した信号をH状態又はL状態によって示される二値信号に変換する二値化処理を行う。二値化部32は、アンプ31から供給されるA相信号とB相信号との二相正弦波信号を二値化処理する。また、二値化部32は、生成されたA相とB相との二相矩形波信号である二相信号(DA信号、DB信号)をフィルタ33に出力する。二値化部35は、アンプ34から供給される信号を二値化処理し、生成されたアブソリュート信号をフィルタ36に出力する。
二値化部32は、アンプ31が増幅した信号をH(ハイ)状態又はL(ロウ)状態によって示される二値信号に変換する二値化処理を行う。二値化部35は、アンプ34が増幅した信号をH状態又はL状態によって示される二値信号に変換する二値化処理を行う。二値化部32は、アンプ31から供給されるA相信号とB相信号との二相正弦波信号を二値化処理する。また、二値化部32は、生成されたA相とB相との二相矩形波信号である二相信号(DA信号、DB信号)をフィルタ33に出力する。二値化部35は、アンプ34から供給される信号を二値化処理し、生成されたアブソリュート信号をフィルタ36に出力する。
フィルタ33は、二値化部32から供給される二値化処理された二相信号(DA信号、DB信号)のノイズ除去を行う。また、フィルタ33は、ノイズが除去された二相信号(DA信号、DB信号)を遅延時間調整部60に出力する。また、フィルタ33は、アブソリュート検出素子22の2組の検出素子群を切り替えるための切り替え信号として、ノイズが除去された二相信号のDA信号をスイッチ部23に出力する。
また、フィルタ36は、二値化部35から供給される信号であるアブソリュート信号(ABS信号)のノイズ除去を行い、ノイズが除去されたアブソリュート信号(ABS信号)を判定処理部41に出力する。また、フィルタ36は、起動時において、絶対番地処理部50にノイズが除去されたアブソリュート信号(ABS信号)を出力する。アブソリュート信号(ABS信号)は、アブソリュートパターン12に基づいて検出された絶対位置情報(第1の絶対位置情報)から生成された信号である。
また、フィルタ36は、二値化部35から供給される信号であるアブソリュート信号(ABS信号)のノイズ除去を行い、ノイズが除去されたアブソリュート信号(ABS信号)を判定処理部41に出力する。また、フィルタ36は、起動時において、絶対番地処理部50にノイズが除去されたアブソリュート信号(ABS信号)を出力する。アブソリュート信号(ABS信号)は、アブソリュートパターン12に基づいて検出された絶対位置情報(第1の絶対位置情報)から生成された信号である。
A/D変換部37は、アンプ31と内挿処理部38との間に配置される。A/D変換部37は、アンプ31から供給されるA相信号とB相信号とをそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換し、変換したA相信号とB相信号とを内挿処理部38に出力する。
内挿処理部38は、A/D変換部37からデジタル化されたA相信号とB相信号とが供給される。内挿処理部38は、供給されたA相信号とB相信号とを内挿処理して、高分解能な相対位置情報である内挿値θを算出する。また、内挿処理部38は、算出した内挿値θを合成処理部39に出力する。内挿処理の原理は、例えば、位相の異なるA相信号とB相信号とを用い、内挿値θ=tan−1(A/B)(A/Bは、A相信号とB相信号との信号振幅の比)を算出する。この算出した内挿値θを、カウンタ52がカウントした絶対番地情報に加えることにより、インクリメンタルパターン11の最小識別幅より細かい精度の位置を算出することができる。
内挿処理部38は、A/D変換部37からデジタル化されたA相信号とB相信号とが供給される。内挿処理部38は、供給されたA相信号とB相信号とを内挿処理して、高分解能な相対位置情報である内挿値θを算出する。また、内挿処理部38は、算出した内挿値θを合成処理部39に出力する。内挿処理の原理は、例えば、位相の異なるA相信号とB相信号とを用い、内挿値θ=tan−1(A/B)(A/Bは、A相信号とB相信号との信号振幅の比)を算出する。この算出した内挿値θを、カウンタ52がカウントした絶対番地情報に加えることにより、インクリメンタルパターン11の最小識別幅より細かい精度の位置を算出することができる。
絶対番地処理部50は、遅延時間調整部60を介してフィルタ33から供給される二相信号(DA信号、DB信号)に基づいて、絶対番地情報と、判定処理部41で使用する比較用信号及びトリガ信号とを生成する。絶対番地処理部50は、回転方向判定部51、カウンタ52、パターン発生部53及び絶対位置デコード部54を備える。
回転方向判定部51は、遅延時間調整部60を介してフィルタ33から供給される二相信号(DA信号、DB信号)を用いて、インクリメンタル検出素子21に対する符号板10の回転方向(正方向か逆方向か)を判定し、カウント値(増減値)を検出する。また、回転方向判定部51は、回転方向情報とカウント値とをカウンタ52とパターン発生部53とに出力する。なお、回転方向判定部51は、回転方向の判定をA相信号とB相信号との位相関係から判定する。また、この回転方向情報とカウント値とは、符号板10の回転に応じて、回転方向やカウント値が変化し、現在位置情報の変化を示す情報である。そのため、回転方向情報とカウント値とは、相対位置情報である。また、回転方向判定部51は、二相信号(DA信号、DB信号)に基づいて比較用信号が隣の絶対番地の値に切り替わったことを示すトリガ信号を生成する。回転方向判定部51は、生成したトリガ信号を判定処理部41に出力する。
回転方向判定部51は、遅延時間調整部60を介してフィルタ33から供給される二相信号(DA信号、DB信号)を用いて、インクリメンタル検出素子21に対する符号板10の回転方向(正方向か逆方向か)を判定し、カウント値(増減値)を検出する。また、回転方向判定部51は、回転方向情報とカウント値とをカウンタ52とパターン発生部53とに出力する。なお、回転方向判定部51は、回転方向の判定をA相信号とB相信号との位相関係から判定する。また、この回転方向情報とカウント値とは、符号板10の回転に応じて、回転方向やカウント値が変化し、現在位置情報の変化を示す情報である。そのため、回転方向情報とカウント値とは、相対位置情報である。また、回転方向判定部51は、二相信号(DA信号、DB信号)に基づいて比較用信号が隣の絶対番地の値に切り替わったことを示すトリガ信号を生成する。回転方向判定部51は、生成したトリガ信号を判定処理部41に出力する。
カウンタ52は、起動時において、絶対位置デコード部54から現在位置情報が供給される。カウンタ52は、供給された現在位置情報の値がセットされる。また、カウンタ52は、起動時以降の動作である通常動作時に、回転方向判定部51から回転方向情報とカウント値とが供給される。カウンタ52は、供給される回転方向情報とカウント値に基づいて供給されるクロックに応じてカウンタ値を増減させ、現在位置情報を生成する。なお、カウンタ52が生成する現在位置情報は、符号板10の絶対位置を示すため絶対番地情報でもある。また、カウンタ52は、生成した絶対番地情報(現在位置情報)を合成処理部39に出力する。
パターン発生部53は、例えば、シフトレジスタ等の回路により構成されている。また、パターン発生部53は、起動時において、起動時制御部43から制御信号が供給される。また、パターン発生部53は、起動時において、フィルタ36から順次、スイッチ部23を切り替えた論理信号(例えば6ビット分)が供給される。パターン発生部53は、供給された論理信号を、制御信号に基づいてシフトレジスタに順次セットしてパターン情報を生成する。
また、パターン発生部53は、通常動作時において、回転方向判定部51から回転方向情報とカウント値とが供給される。パターン発生部53は、供給された回転方向情報とカウント値とに基づいた論理信号を、シフトレジスタにセットしてパターン情報を更新する。更に、パターン発生部53は、生成したパターン情報を絶対位置デコード部54に出力する、また、更新されたパターン情報の一部を比較用信号として遅延時間調整部60に出力する。ここで、パターン発生部53は、例えば、更新されたパターン情報の左から3ビット目の情報を比較用信号として出力する。なお、パターン情報は、回転方向情報とカウント値とに基づいて更新される。また、回転方向情報とカウント値とは、二相信号(DA信号、DB信号)に基づいて生成された信号である。このため、パターン情報は、二相信号(DA信号、DB信号)に基づいて検出された絶対位置情報(第2の絶対位置情報)である。また、比較用信号は、絶対位置情報(第2の絶対位置情報)を復号した信号である。すなわち、比較用信号は、絶対位置情報(第2の絶対位置情報)から生成された信号である。
また、パターン発生部53は、通常動作時において、回転方向判定部51から回転方向情報とカウント値とが供給される。パターン発生部53は、供給された回転方向情報とカウント値とに基づいた論理信号を、シフトレジスタにセットしてパターン情報を更新する。更に、パターン発生部53は、生成したパターン情報を絶対位置デコード部54に出力する、また、更新されたパターン情報の一部を比較用信号として遅延時間調整部60に出力する。ここで、パターン発生部53は、例えば、更新されたパターン情報の左から3ビット目の情報を比較用信号として出力する。なお、パターン情報は、回転方向情報とカウント値とに基づいて更新される。また、回転方向情報とカウント値とは、二相信号(DA信号、DB信号)に基づいて生成された信号である。このため、パターン情報は、二相信号(DA信号、DB信号)に基づいて検出された絶対位置情報(第2の絶対位置情報)である。また、比較用信号は、絶対位置情報(第2の絶対位置情報)を復号した信号である。すなわち、比較用信号は、絶対位置情報(第2の絶対位置情報)から生成された信号である。
絶対位置デコード部54は、起動時において、起動時制御部43から制御信号が供給され、パターン発生部53からパターン情報が供給される。絶対位置デコード部54は、起動時において、供給されたパターン情報に基づいて絶対位置情報を算出し、算出した絶対位置情報を制御信号に基づいてカウンタ52に出力する。
合成処理部39は、絶対番地処理部50のカウンタ52から絶対番地情報が供給され、更に内挿処理部38から相対位置情報である内挿値θが供給される。また、合成処理部39は、供給された絶対番地情報と相対位置情報(内挿値θ)とを用いて、符号板10の現在位置情報を合成し、合成した位置情報を位置情報出力部40に出力する。
位置情報出力部40は、合成処理部39から位置情報が供給され、供給された位置情報に基づいて位置情報を含む情報を、エンコーダ100に接続されている装置に出力する。
位置情報出力部40は、合成処理部39から位置情報が供給され、供給された位置情報に基づいて位置情報を含む情報を、エンコーダ100に接続されている装置に出力する。
判定処理部41は、フィルタ36から供給されるアブソリュート信号(ABS信号)の論理状態と、遅延時間調整部60を介して絶対番地処理部50のパターン発生部53から供給される比較用信号の論理状態とが一致しているか否かを判定する。また、判定処理部41は、比較用信号が隣の絶対番地の値に切り替わったことを示すトリガ信号が回転方向判定部51から供給される。判定処理部41は、上記2つの論理状態が一致していると判定した場合に、エンコーダ100が正常に動作している(誤検出していない)と判定する。また、判定処理部41は、上記2つの論理状態が一致していないと判定した場合に、誤検出していると判定し、異常検出信号をエラー出力部42に出力する。
エラー出力部42は、判定処理部41から供給された異常検出信号に応じたエラー信号を、エンコーダ100に接続されている装置に出力する。
エラー出力部42は、判定処理部41から供給された異常検出信号に応じたエラー信号を、エンコーダ100に接続されている装置に出力する。
起動時制御部43は、検出部20のスイッチ制御部24と、絶対番地処理部50のパターン発生部53及び絶対位置デコード部54とに、現在位置情報の初期値となる絶対位置情報を生成するための制御信号を供給する。起動時制御部43は、エンコーダ100に電源を投入した直後である起動時における制御処理を行う(イニシャライズ処理)。
遅延時間調整部60は、フィルタ33と絶対番地処理部50との間、及び絶対番地処理部50と判定処理部41との間に配置され、絶対番地情報の出力タイミングの遅延時間及び比較用信号の出力タイミングの遅延時間を調整する。また、遅延時間調整部60は、遅延部61、62を備える。ここで出力タイミングの遅延時間について、一例として、A/D変換部37と内挿処理部38との処理を第1の処理とした場合を説明する。この場合、第1の処理結果(内挿値θ)の出力タイミングの遅延時間は、第1の処理の前段の処理結果(アンプ31の二相正弦波信号)の出力時刻から、第1の処理の処理時間を含み、内挿値θが次段の処理部(合成処理部39)に到達する時刻までの期間とする。
遅延部61(第1の遅延部)は、フィルタ33から供給される二相信号(DA信号、DB信号)の出力タイミングを遅延させて、絶対番地処理部50の回転方向判定部51に出力する。これにより、遅延部61は、アンプ31の出力時刻から絶対番地処理部50のカウンタ52の出力である絶対番地情報が合成処理部39に到達する時刻までの期間を調整する。
また、遅延部62(第2の遅延部)は、絶対番地処理部50のパターン発生部53から供給される比較用信号の出力タイミングを遅延させて、判定処理部41に出力する。これにより、遅延部(61、62)は、フィルタ33の出力時刻から絶対番地処理部50のパターン発生部62の出力である比較用信号が判定処理部41に到達する時刻までの期間を調整する。
遅延部61(第1の遅延部)は、フィルタ33から供給される二相信号(DA信号、DB信号)の出力タイミングを遅延させて、絶対番地処理部50の回転方向判定部51に出力する。これにより、遅延部61は、アンプ31の出力時刻から絶対番地処理部50のカウンタ52の出力である絶対番地情報が合成処理部39に到達する時刻までの期間を調整する。
また、遅延部62(第2の遅延部)は、絶対番地処理部50のパターン発生部53から供給される比較用信号の出力タイミングを遅延させて、判定処理部41に出力する。これにより、遅延部(61、62)は、フィルタ33の出力時刻から絶対番地処理部50のパターン発生部62の出力である比較用信号が判定処理部41に到達する時刻までの期間を調整する。
図2は、本実施形態における遅延部の一例を示すブロック図である。
遅延部(61、62)は、シフトレジスタ部611、セレクタ部612、及び記憶部613を備える。
シフトレジスタ部611は、入力信号INと不図示のクロック信号源からのクロック信号CLKとが供給され、入力信号INをクロック信号CLKによりシフトさせる。シフトレジスタ部611は、クロック信号CLKによってシフトされた回数により入力信号INの遅延時間(遅延量)を決定される。また、シフトレジスタ部611のシフト回数は、必要とする遅延時間(遅延量)に合わせて決定される。例えば、クロック信号CLKが5MHz(メガヘルツ)、シフトレジスタ部611の段数を10段とした場合、最大の遅延時間(遅延量)は、2μs(マイクロ秒)となる。
なお、入力信号INは、1ビット幅の信号に限らず、複数ビット幅の信号でも良い。ここで、遅延部61において、入力信号INは、二相信号(DA信号、DB信号)であり、遅延部62において、入力信号INは、比較用信号である。
遅延部(61、62)は、シフトレジスタ部611、セレクタ部612、及び記憶部613を備える。
シフトレジスタ部611は、入力信号INと不図示のクロック信号源からのクロック信号CLKとが供給され、入力信号INをクロック信号CLKによりシフトさせる。シフトレジスタ部611は、クロック信号CLKによってシフトされた回数により入力信号INの遅延時間(遅延量)を決定される。また、シフトレジスタ部611のシフト回数は、必要とする遅延時間(遅延量)に合わせて決定される。例えば、クロック信号CLKが5MHz(メガヘルツ)、シフトレジスタ部611の段数を10段とした場合、最大の遅延時間(遅延量)は、2μs(マイクロ秒)となる。
なお、入力信号INは、1ビット幅の信号に限らず、複数ビット幅の信号でも良い。ここで、遅延部61において、入力信号INは、二相信号(DA信号、DB信号)であり、遅延部62において、入力信号INは、比較用信号である。
セレクタ部612は、シリアルイン・パラレルアウトするシフトレジスタ部611の各段から出力されるシフト信号が供給され、その内の1信号を選択して出力信号OUTとして出力する。また、セレクタ部612は、記憶部613に記憶された情報に基づいて各シフト信号の内の1信号を選択する。
記憶部613は、書き換え可能な不揮発性メモリなどを含み、遅延時間(遅延量)の設定情報を記憶する。遅延時間(遅延量)の設定情報は、構成によって定められた遅延時間によって予め定められた値が、不図示の制御部により記憶部613に記憶される。
記憶部613は、書き換え可能な不揮発性メモリなどを含み、遅延時間(遅延量)の設定情報を記憶する。遅延時間(遅延量)の設定情報は、構成によって定められた遅延時間によって予め定められた値が、不図示の制御部により記憶部613に記憶される。
次に、本実施形態のエンコーダ100の動作を説明する。
まず、図1を用いて、エンコーダ100に電源を投入した直後である起動時における動作を説明する。
エンコーダ100に電源が投入されると、起動時制御部43が、起動時の初期化処理を行う。起動時制御部43は、検出部20のスイッチ制御部24に初期化処理を行わせて、アブソリュート検出素子22の出力を順次切り替えさせる。これにより、スイッチ部23は、アブソリュート検出素子22の出力を1信号ずつ出力する。例えば、アブソリュートパターン12が6ビットで構成された絶対位置情報を表す場合、起動時制御部43は、6ビットの情報をスイッチ部23に切り替えさせて1ビットずつ出力させる。出力された信号は、アンプ34において信号増幅され、二値化部35において二値化される。また、二値化部35において二値化された論理信号は、フィルタ36においてノイズ除去されて、絶対番地処理部50のパターン発生部53に供給される。
まず、図1を用いて、エンコーダ100に電源を投入した直後である起動時における動作を説明する。
エンコーダ100に電源が投入されると、起動時制御部43が、起動時の初期化処理を行う。起動時制御部43は、検出部20のスイッチ制御部24に初期化処理を行わせて、アブソリュート検出素子22の出力を順次切り替えさせる。これにより、スイッチ部23は、アブソリュート検出素子22の出力を1信号ずつ出力する。例えば、アブソリュートパターン12が6ビットで構成された絶対位置情報を表す場合、起動時制御部43は、6ビットの情報をスイッチ部23に切り替えさせて1ビットずつ出力させる。出力された信号は、アンプ34において信号増幅され、二値化部35において二値化される。また、二値化部35において二値化された論理信号は、フィルタ36においてノイズ除去されて、絶対番地処理部50のパターン発生部53に供給される。
起動時制御部43は、パターン発生部53に初期化処理を行わせて、パターン発生部53のシフトレジスタに論理信号を順次セットさせる。パターン発生部53は、シフトレジスタにセットされた値をパターン情報として絶対位置デコード部54に出力する。また、起動時制御部43は、絶対位置デコード部54に制御信号を出力し、絶対位置デコード部54にパターン発生部53から供給されたパターン情報に基づき絶対位置情報をデコードさせる。
絶対位置デコード部54は、カウンタ52に絶対位置情報を出力し、カウンタ52にセットさせる。カウンタ52にセットされた絶対位置情報が、初期状態における絶対番地情報となる。エンコーダ100は、以上で初期化処理を終え、インクルメンタルパターン11とアブソリュートパターン12とに基づいて位置情報を検出する通常動作を行う。
絶対位置デコード部54は、カウンタ52に絶対位置情報を出力し、カウンタ52にセットさせる。カウンタ52にセットされた絶対位置情報が、初期状態における絶対番地情報となる。エンコーダ100は、以上で初期化処理を終え、インクルメンタルパターン11とアブソリュートパターン12とに基づいて位置情報を検出する通常動作を行う。
次に、エンコーダ100の通常動作時における動作を説明する。
通常動作時において、エンコーダ100は、符号板10のインクリメンタルパターン11とアブソリュートパターン12とに基づいて位置情報を検出して、検出した位置情報を出力する。
通常動作時において、エンコーダ100は、符号板10のインクリメンタルパターン11とアブソリュートパターン12とに基づいて位置情報を検出して、検出した位置情報を出力する。
まず、インクリメンタル検出素子21が、インクリメンタルパターン11を検出し、検出したインクリメンタルパターン11に対応するA相信号とB相信号とをアンプ31に出力する。アンプ31は、検出部20がインクリメンタルパターン11に基づき検出したA相信号とB相信号とを増幅して二値化部32及びA/D変換部37に出力する。A/D変換部37は、アンプ31から供給されるA相信号とB相信号を、それぞれアナログ信号からデジタル信号に変換し、変換したA相信号とB相信号を内挿処理部38に出力する。内挿処理部38は、A/D変換部37からデジタル化されたA相信号とB相信号とが供給され、供給されたA相信号とB相信号を内挿処理して、高分解能な相対位置情報である内挿値θを算出する。内挿処理部38は、算出した相対位置情報(内挿値θ)を合成処理部39に出力する。
また、一方で、二値化部32は、アンプ31から供給されるA相信号とB相信号とを二値化処理し、生成されたA相とB相との二相信号(DA信号、DB信号)をフィルタ33に出力する。フィルタ33は、二値化部32から供給される二値化処理された二相信号(DA信号、DB信号)のノイズ除去を行い、ノイズ除去された二相信号(DA信号、DB信号)を遅延時間調整部60に出力する。遅延時間調整部60の遅延部61は、フィルタ33から供給される二相信号(DA信号、DB信号)の出力タイミングを遅延させて、絶対番地処理部50の回転方向判定部51に出力する。回転方向判定部51は、二相信号(DA信号、DB信号)に基づき検出した回転方向情報とカウント値とをカウンタ52に出力する。カウンタ52は、供給された回転方向情報とカウント値とに応じてカウンタ値を増減させ、現在位置情報である絶対番地情報を生成する。なお、カウンタ52の初期値は、起動時にセットされたアブソリュートパターン12に基づいて検出された絶対位置情報である。カウンタ52は、生成した絶対番地情報を合成処理部39に出力する。
ここで、内挿処理部38が出力する相対位置情報(内挿値θ)の359度から0度に移る際の出力タイミングと、カウンタ52が出力する絶対番地情報の出力タイミングとを同期させるように、遅延時間調整部60の遅延部61は、出力タイミングの遅延時間を調整する。合成処理部39は、供給された絶対番地情報と相対位置情報(内挿値θ)とを用いて、符号板10の現在位置情報を合成し、合成した位置情報を位置情報出力部40に出力する。ここで、絶対番地情報と相対位置情報(内挿値θ)との出力タイミングにずれがある場合、絶対番地情報と相対位置情報(内挿値θ)とに位相差が生じることにより、異なる符合同士を合成してしまう。このため、合成した位置情報が、例えば、2.8、3.9、3.0、3.1、・・・のように不連続な変化を示す場合がある。しかし、遅延部61が、2つの出力タイミングを同期させるため、位置情報の不連続な変化が発生することを防止できる。
位置情報出力部40は、合成処理部39から位置情報が供給され、供給された位置情報に基づいて位置情報を含む情報を、エンコーダ100に接続されている装置に出力する。
位置情報出力部40は、合成処理部39から位置情報が供給され、供給された位置情報に基づいて位置情報を含む情報を、エンコーダ100に接続されている装置に出力する。
また、通常動作時において、エンコーダ100は、符号板10のインクリメンタルパターン11とアブソリュートパターン12とに基づいて検出した位置情報に基づいて、誤検出しているか否かを判定し、エラー信号をエンコーダ100に接続されている装置に出力する(異常検出処理)。
まず、アブソリュート検出素子22が、アブソリュートパターン12に基づいて検出した各信号をスイッチ部23に出力する。スイッチ部23は、フィルタ33から供給される切り替え信号と、スイッチ制御部24から供給される制御信号によりスイッチを切り替える。これにより、スイッチ部23は、アブソリュート検出素子22の出力の内の1信号をアンプ34に出力する。ここでは、例えば、左から3番目の信号を出力する例を説明する。アンプ34は、スイッチ部23から供給される信号を増幅して二値化部35に出力する。二値化部35は、アンプ34から供給される信号を二値化処理し、生成されたアブソリュート信号(ABS信号)をフィルタ36に出力する。フィルタ36は、二値化部35から供給される信号であるアブソリュート信号(ABS信号)のノイズ除去を行い、ノイズ除去されたアブソリュート信号(ABS信号)を判定処理部41に出力する。
まず、アブソリュート検出素子22が、アブソリュートパターン12に基づいて検出した各信号をスイッチ部23に出力する。スイッチ部23は、フィルタ33から供給される切り替え信号と、スイッチ制御部24から供給される制御信号によりスイッチを切り替える。これにより、スイッチ部23は、アブソリュート検出素子22の出力の内の1信号をアンプ34に出力する。ここでは、例えば、左から3番目の信号を出力する例を説明する。アンプ34は、スイッチ部23から供給される信号を増幅して二値化部35に出力する。二値化部35は、アンプ34から供給される信号を二値化処理し、生成されたアブソリュート信号(ABS信号)をフィルタ36に出力する。フィルタ36は、二値化部35から供給される信号であるアブソリュート信号(ABS信号)のノイズ除去を行い、ノイズ除去されたアブソリュート信号(ABS信号)を判定処理部41に出力する。
また、一方で、回転方向判定部51は、検出した回転方向情報とカウント値とをカウンタ52とパターン発生部53とに出力する。この回転方向情報とカウント値とは、符号板10の回転に応じて、回転方向やカウント値が変化し、現在位置情報の変化を示す情報である。そのため、回転方向情報とカウント値とは、相対位置情報である。また、回転方向判定部51は、比較用信号が隣の絶対番地の値に切り替わったことを示すトリガ信号を、二相信号(DA信号、DB信号)に基づいて生成する。回転方向判定部51は、生成したトリガ信号を判定処理部41に出力する。パターン発生部53は、供給された回転方向情報とカウント値とに基づいて、シフトレジスタにセットしたパターンを更新する。また、パターン発生部53は、更新したパターン情報の一部を比較用信号として、遅延時間調整部60に出力する。ここで、パターン発生部53は、例えば、更新したパターン情報の左から3ビット目の情報を比較用信号として出力する。遅延時間調整部60の遅延部62は、パターン発生部53から供給される比較用信号の出力タイミングを遅延させて、判定処理部41に出力する。
ここで、フィルタ36が出力するアブソリュート信号(ABS信号)の出力タイミングと、パターン発生部53が出力する比較用信号の出力タイミングとを同期させるように、遅延時間調整部60の遅延部(61、62)は、出力タイミングの遅延時間を調整する。判定処理部41は、アブソリュート信号(ABS信号)の論理状態と比較用信号の論理状態とが一致しているか否かを判定する。また、判定処理部41は、回転方向判定部51から供給されるトリガ信号を用いて絶対番地情報が変化したタイミングを検出する。判定処理部41は、上記2つの論理状態が一致していると判定した場合に、正常に動作している(誤検出していない)と判定する。また、判定処理部41は、上記2つの論理状態が一致していないと判定した場合に、誤検出していると判定し、異常検出信号をエラー出力部42に出力する。エラー出力部42は、供給された異常検出信号に応じたエラー信号を、エンコーダ100に接続されている装置に出力する。
図3は、同実施形態における処理時間の一例を示す図である。
図3において、図1と同じ構成には同一の符号を付す。
まず、エンコーダ100が、合成処理部39において位置情報を合成する処理を行う場合について説明する。例えば、この場合において、アンプ31の処理からA/D変換部37を経由して内挿処理部38が相対位置情報(内挿値θ)を出力する処理を第1の処理とし、この経路を第1経路とする。また、アンプ31の処理から二値化部32、フィルタ33を経由して絶対番地処理部50が絶対番地情報を出力する処理を第2の処理とし、この経路を第2経路とする。また、合成処理部39が位置情報を合成する処理を第3の処理とする。
図3において、第1経路の処理時間は、A/D変換部37の処理時間と内挿処理部38の処理時間とを合わせた時間である。一方、第2経路の処理時間は、二値化部32の処理時間とフィルタ33の処理時間と絶対番地処理部50の処理時間とを合わせた時間に遅延部61の遅延量(以下、遅延量[1]という)を加えた時間となる。この遅延量[1]は、第1経路から合成処理部39への第1処理結果の出力タイミングと第2経路から合成処理部39への第2処理結果の出力タイミングとを同期させるように、決定される。
図3において、図1と同じ構成には同一の符号を付す。
まず、エンコーダ100が、合成処理部39において位置情報を合成する処理を行う場合について説明する。例えば、この場合において、アンプ31の処理からA/D変換部37を経由して内挿処理部38が相対位置情報(内挿値θ)を出力する処理を第1の処理とし、この経路を第1経路とする。また、アンプ31の処理から二値化部32、フィルタ33を経由して絶対番地処理部50が絶対番地情報を出力する処理を第2の処理とし、この経路を第2経路とする。また、合成処理部39が位置情報を合成する処理を第3の処理とする。
図3において、第1経路の処理時間は、A/D変換部37の処理時間と内挿処理部38の処理時間とを合わせた時間である。一方、第2経路の処理時間は、二値化部32の処理時間とフィルタ33の処理時間と絶対番地処理部50の処理時間とを合わせた時間に遅延部61の遅延量(以下、遅延量[1]という)を加えた時間となる。この遅延量[1]は、第1経路から合成処理部39への第1処理結果の出力タイミングと第2経路から合成処理部39への第2処理結果の出力タイミングとを同期させるように、決定される。
遅延部61は、図2に示されるように、記憶部613に記憶させた設定に基づいてセレクタ部612が切り替えられる。これにより、遅延部61は、クロック信号CLKによるシフト回数を選択して遅延量[1]を変更できる。
ここで、図3に戻り、遅延量[1]を決める一例を説明する。例えば、インクリメンタル周波数が最大250kHz(キロヘルツ)であるとする。この場合において、まず、遅延部61の記憶部613の設定を変更し、遅延量[1]を0μsとする。また、相対位置情報(内挿値θ)と絶対番地情報とを直接モニターできるものとする。
この状態において、第1経路の処理時間であるA/D変換部37の処理時間と内挿処理部38の処理時間とを合わせた時間を測定した結果は、例えば2.3μsである。また、第2経路の処理時間である二値化部32の処理時間とフィルタ33の処理時間と絶対番地処理部50の処理時間とを合わせた時間が、例えば0.7μsである。この場合は、絶対番地情報の変化が、相対位置情報(内挿値θ)のゼロクロス(359度から0度に変化する)のタイミングより1.6μs進んでいることがわかる。従って、遅延量[1]は、1.6μsに設定する。
なお、例えば、本実施形態におけるエンコーダ100は、インクリメンタル周波数を最大250kHzとしており、このインクリメンタル周波数の±1/4周期以上のずれ(遅延)が生じると、合成処理部39において処理が難しくなる場合がある。従って、上記の遅延量[1]は、周波数250kHzの1/4周期は1μsであるため、一例として、0.6μs以上2.6μs以下が望ましい。
この状態において、第1経路の処理時間であるA/D変換部37の処理時間と内挿処理部38の処理時間とを合わせた時間を測定した結果は、例えば2.3μsである。また、第2経路の処理時間である二値化部32の処理時間とフィルタ33の処理時間と絶対番地処理部50の処理時間とを合わせた時間が、例えば0.7μsである。この場合は、絶対番地情報の変化が、相対位置情報(内挿値θ)のゼロクロス(359度から0度に変化する)のタイミングより1.6μs進んでいることがわかる。従って、遅延量[1]は、1.6μsに設定する。
なお、例えば、本実施形態におけるエンコーダ100は、インクリメンタル周波数を最大250kHzとしており、このインクリメンタル周波数の±1/4周期以上のずれ(遅延)が生じると、合成処理部39において処理が難しくなる場合がある。従って、上記の遅延量[1]は、周波数250kHzの1/4周期は1μsであるため、一例として、0.6μs以上2.6μs以下が望ましい。
次に、エンコーダ100が、判定処理部41においてエンコーダ100が誤検出しているか否かを判定する処理(異常検出処理)を行う場合について説明する。例えば、この場合において、スイッチ部23からアンプ34、二値化部35を経由してフィルタ36がノイズ除去されたアブソリュート信号(ABS信号)を出力する処理を第1の処理とし、この経路を第1経路とする。また、フィルタ33から絶対番地処理部50が比較用信号を出力する処理を第2の処理とし、この経路を第2経路とする。また、判定処理部41が誤検出しているか否かを判定する処理を第3の処理とする。
第1経路の処理時間は、スイッチ部23の切り替え信号を供給されてからの処理時間、アンプ34の処理時間、二値化部35の処理時間及びフィルタ36の処理時間を合わせた時間である。一方、第2経路の処理時間は、絶対番地処理部50の処理時間に遅延部61の遅延量[1]と遅延部62の遅延量(以下、遅延量[2]という)を加えた時間となる。この遅延量[1]と遅延量[2]とは、第1経路から判定処理部41への第1処理結果の出力タイミングと第2経路から判定処理部41への第2処理結果の出力タイミングとを同期させるように、決定される。
第1経路の処理時間は、スイッチ部23の切り替え信号を供給されてからの処理時間、アンプ34の処理時間、二値化部35の処理時間及びフィルタ36の処理時間を合わせた時間である。一方、第2経路の処理時間は、絶対番地処理部50の処理時間に遅延部61の遅延量[1]と遅延部62の遅延量(以下、遅延量[2]という)を加えた時間となる。この遅延量[1]と遅延量[2]とは、第1経路から判定処理部41への第1処理結果の出力タイミングと第2経路から判定処理部41への第2処理結果の出力タイミングとを同期させるように、決定される。
遅延部62は、図2が示すように、記憶部613に記憶させた設定に基づいてセレクタ部612が切り替えられる。これにより、遅延部62は、クロック信号CLKによるシフト回数を選択して遅延量[2]を変更できる。
ここで、遅延量[2]を決める一例を説明する。例えば、インクリメンタル周波数が最大250kHzであるとする。この場合において、まず、遅延部62の記憶部613の設定を変更し、遅延量[2]を0μsとする。また、アブソリュート信号(ABS信号)と比較用信号とを直接モニターできるものとする。なお、遅延量[1]は、上記において設定した1.6μsとする。
この状態において、第1経路の処理時間であるスイッチ部23の切り替え信号を供給されてからの処理時間、アンプ34の処理時間、二値化部35の処理時間及びフィルタ36の処理時間を合わせた時間を測定した結果は、例えば2.1μsから5.1μsまでの範囲である。また、第2経路の処理時間である絶対番地処理部50の処理時間が、例えば0.1μsである。更に第2経路の処理時間に遅延量[1]を加えた時間が、1.7μsである。この場合は、比較用信号の変化に対して、アブソリュート信号(ABS信号)の変化が0.4μsから3.4μsまで遅れていることがわかる。ここで、例えば、本実施形態におけるエンコーダ100において、インクリメンタル周波数の1/2周期以下のずれ(遅延)を処理可能とすると、インクリメンタル周波数の最大周波数250kHzの1/2周期以上遅れないように遅延量[2]を決定する。周波数250kHzの1/2周期は、2μsである。このため、遅延量[2]は、1.4μsに設定する。
この状態において、第1経路の処理時間であるスイッチ部23の切り替え信号を供給されてからの処理時間、アンプ34の処理時間、二値化部35の処理時間及びフィルタ36の処理時間を合わせた時間を測定した結果は、例えば2.1μsから5.1μsまでの範囲である。また、第2経路の処理時間である絶対番地処理部50の処理時間が、例えば0.1μsである。更に第2経路の処理時間に遅延量[1]を加えた時間が、1.7μsである。この場合は、比較用信号の変化に対して、アブソリュート信号(ABS信号)の変化が0.4μsから3.4μsまで遅れていることがわかる。ここで、例えば、本実施形態におけるエンコーダ100において、インクリメンタル周波数の1/2周期以下のずれ(遅延)を処理可能とすると、インクリメンタル周波数の最大周波数250kHzの1/2周期以上遅れないように遅延量[2]を決定する。周波数250kHzの1/2周期は、2μsである。このため、遅延量[2]は、1.4μsに設定する。
なお、図2において、クロック信号CLKが5MHz(メガヘルツ)である場合、遅延量[1]の1.6μsでは、不図示の制御部が、8回シフトした信号を出力する設定を記憶部613に予め記憶する。また、遅延量[2]の1.4μsでは、不図示の制御部が、7回シフトした信号を出力する設定を記憶部613に予め記憶する。
図4は、同実施形態における同期シーケンスを示すタイムチャートである。
図4において、上段の波形から順に説明する。
(a)は、インクリメンタル検出素子21がインクリメンタルパターン11を検出したA相信号(A+、A−)を示す。ここで、信号A−は、破線により示され、信号A+の反転信号である。(b)は、信号A+を二値化部32、フィルタ33によって、二値化処理とノイズ除去とが行われた信号DA(遅延前)を示す。また、(c)は、内挿処理部38の出力である内挿値θを示し、内挿値θが0度から359度に進み、再び0度に変化するゼロクロスタイミングを示す。
(d)は、遅延部61により遅延量[1]だけ遅延した後の信号DAを示す。また、(e)は、遅延後の信号DAに基づいて生成された絶対番地情報を示す。ここで、遅延量[1]により、内挿値θのゼロクロスタイミングと絶対番地情報の切り替わりタイミングが同期していることを示す。
図4において、上段の波形から順に説明する。
(a)は、インクリメンタル検出素子21がインクリメンタルパターン11を検出したA相信号(A+、A−)を示す。ここで、信号A−は、破線により示され、信号A+の反転信号である。(b)は、信号A+を二値化部32、フィルタ33によって、二値化処理とノイズ除去とが行われた信号DA(遅延前)を示す。また、(c)は、内挿処理部38の出力である内挿値θを示し、内挿値θが0度から359度に進み、再び0度に変化するゼロクロスタイミングを示す。
(d)は、遅延部61により遅延量[1]だけ遅延した後の信号DAを示す。また、(e)は、遅延後の信号DAに基づいて生成された絶対番地情報を示す。ここで、遅延量[1]により、内挿値θのゼロクロスタイミングと絶対番地情報の切り替わりタイミングが同期していることを示す。
また、(f)は、遅延後の信号DAに基づいて生成されたパターン発生部53の出力を示す。また、(g)は、遅延前の信号DAであるスイッチ部23の切り替え信号を示す。
また、(h)、(j)は、アブソリュート信号(ABS信号)を示す。ここで、破線は、二値化部35における二値化前の信号であり、フィルタ36によって除去できなかったノイズが含まれている。(i)は、パターン発生部53の出力を遅延部61により遅延量[2]だけ遅延した後の比較用信号に、絶対番地情報を重ねた波形を示す。この比較用信号とアブソリュート信号(ABS信号)が比較され、2つの論理状態が一致する期間を一致期間Pとし、不一致となる期間を不一致期間Fとして示す。
また、(k)は、比較用信号を遅延部61により遅延させなかった場合の波形を示す。この波形において、(i)の比較用信号を遅延させた波形に比べて、不一致期間Fが広く、一致期間Pが狭いことがわかる。つまり、遅延量[1]と遅延量[2]とにより、比較用信号の出力タイミングとアブソリュート信号(ABS信号)の出力タイミングとが同期される。これにより、一致期間Pを広く確保できる。
また、(h)、(j)は、アブソリュート信号(ABS信号)を示す。ここで、破線は、二値化部35における二値化前の信号であり、フィルタ36によって除去できなかったノイズが含まれている。(i)は、パターン発生部53の出力を遅延部61により遅延量[2]だけ遅延した後の比較用信号に、絶対番地情報を重ねた波形を示す。この比較用信号とアブソリュート信号(ABS信号)が比較され、2つの論理状態が一致する期間を一致期間Pとし、不一致となる期間を不一致期間Fとして示す。
また、(k)は、比較用信号を遅延部61により遅延させなかった場合の波形を示す。この波形において、(i)の比較用信号を遅延させた波形に比べて、不一致期間Fが広く、一致期間Pが狭いことがわかる。つまり、遅延量[1]と遅延量[2]とにより、比較用信号の出力タイミングとアブソリュート信号(ABS信号)の出力タイミングとが同期される。これにより、一致期間Pを広く確保できる。
以上のように、遅延時間調整部60の遅延部61が、内挿処理部38が出力する相対位置情報(内挿値θ)の359度から0度に移る際の出力タイミング(ゼロクロスタイミング)と、カウンタ52が出力する絶対番地情報の出力タイミングとを同期させるように、出力タイミングの遅延時間を調整する。このため、合成処理部39が合成する位置情報の不連続な変化が発生することを防止できる。これにより、エンコーダ100は、信号遅延による誤検出を防止できる。
また、遅延時間調整部60の遅延部61、62が、フィルタ36が出力するアブソリュート信号(ABS信号)の出力タイミングと、パターン発生部53が出力する比較用信号の出力タイミングとを同期させるように、出力タイミングの遅延時間を調整する。このため、判定処理部41は、誤判定を防止できる。これにより、エンコーダ100は、信号遅延による誤判定を防止できる。
このように、エンコーダ100は、信号遅延による誤検出又は誤判定を防止できるため、符号板10に設けられたパターンが狭ピッチ又は高速に移動する場合に対応できる。また、本実施形態におけるエンコーダ100は、符号板の高速移動時においても位置検出の信頼性の低下を低減できる。
また、遅延時間調整部60の遅延部61、62が、フィルタ36が出力するアブソリュート信号(ABS信号)の出力タイミングと、パターン発生部53が出力する比較用信号の出力タイミングとを同期させるように、出力タイミングの遅延時間を調整する。このため、判定処理部41は、誤判定を防止できる。これにより、エンコーダ100は、信号遅延による誤判定を防止できる。
このように、エンコーダ100は、信号遅延による誤検出又は誤判定を防止できるため、符号板10に設けられたパターンが狭ピッチ又は高速に移動する場合に対応できる。また、本実施形態におけるエンコーダ100は、符号板の高速移動時においても位置検出の信頼性の低下を低減できる。
<第2の実施形態>
図5は、本実施形態によるエンコーダを示すブロック図である。
図5において、エンコーダ100aは、符号板10、検出部20、アンプ(31、34)、二値化部(32、35)、フィルタ(33、36)、A/D変換部37、内挿処理部38、合成処理部39、位置情報出力部40、判定処理部41、エラー出力部42、起動時制御部43、絶対番地処理部50、及び遅延時間調整部60aを備える。なお、この図において、エンコーダ100aに電源を投入した直後である起動時における信号の流れを破線で示す。また、起動時以降の通常動作時における信号の流れを実線で示す。
また、この図において、図1と同じ構成には同一の符号を付す。
図5は、本実施形態によるエンコーダを示すブロック図である。
図5において、エンコーダ100aは、符号板10、検出部20、アンプ(31、34)、二値化部(32、35)、フィルタ(33、36)、A/D変換部37、内挿処理部38、合成処理部39、位置情報出力部40、判定処理部41、エラー出力部42、起動時制御部43、絶対番地処理部50、及び遅延時間調整部60aを備える。なお、この図において、エンコーダ100aに電源を投入した直後である起動時における信号の流れを破線で示す。また、起動時以降の通常動作時における信号の流れを実線で示す。
また、この図において、図1と同じ構成には同一の符号を付す。
遅延時間調整部60aは、フィルタ33と絶対番地処理部50との間、及び絶対番地処理部50と判定処理部41との間に配置される。また、遅延時間調整部60aは、絶対番地情報の出力タイミングの遅延時間、比較用信号の出力タイミングの遅延時間、及びトリガ信号の出力タイミングの遅延時間を調整する。また、遅延時間調整部60aは、遅延部(61、62、63)を備える。
例えば、遅延部61(第1の遅延部)は、フィルタ33から供給される二相信号(DA信号、DB信号)の出力タイミングを遅延させて、絶対番地処理部50の回転方向判定部51に出力する。また、遅延部62(第2の遅延部)は、絶対番地処理部50のパターン発生部53から供給される比較用信号の出力タイミングを遅延させて、判定処理部41に出力する。また、遅延部63(第3の遅延部)は、絶対番地処理部50の回転方向判定部51から供給されるトリガ信号の出力タイミングを遅延させて、判定処理部41に出力する。これにより、遅延部(61、63)は、フィルタ33の出力時刻から絶対番地処理部50の回転方向判定部51の出力であるトリガ信号が判定処理部41に到達する時刻までの期間を調整する。
また、遅延部63は、図2の示す遅延部と同様の構成とする。この場合、遅延部63において、入力信号INは、トリガ信号である。
例えば、遅延部61(第1の遅延部)は、フィルタ33から供給される二相信号(DA信号、DB信号)の出力タイミングを遅延させて、絶対番地処理部50の回転方向判定部51に出力する。また、遅延部62(第2の遅延部)は、絶対番地処理部50のパターン発生部53から供給される比較用信号の出力タイミングを遅延させて、判定処理部41に出力する。また、遅延部63(第3の遅延部)は、絶対番地処理部50の回転方向判定部51から供給されるトリガ信号の出力タイミングを遅延させて、判定処理部41に出力する。これにより、遅延部(61、63)は、フィルタ33の出力時刻から絶対番地処理部50の回転方向判定部51の出力であるトリガ信号が判定処理部41に到達する時刻までの期間を調整する。
また、遅延部63は、図2の示す遅延部と同様の構成とする。この場合、遅延部63において、入力信号INは、トリガ信号である。
次に、本実施形態のエンコーダ100aの動作を説明する。
エンコーダ100aの動作は、遅延部63に関するエンコーダ100aが異常検出する処理を除き、基本的に第1の実施形態のエンコーダ100の動作と同様である。ここでは、エンコーダ100aが誤検出しているか否かを判定する異常検出処理の動作を説明する。
例えば、この場合において、スイッチ部23の処理からアンプ34、二値化部35を経由してフィルタ36がノイズ除去されたアブソリュート信号(ABS信号)を出力する処理を第1の処理とし、この経路を第1経路とする。また、フィルタ33の処理から絶対番地処理部50が比較用信号を出力する処理を第2の処理とし、この経路を第2経路とする。また、判定処理部41が誤検出しているか否かを判定する異常検出処理を第3の処理とする。また、フィルタ33の二相信号(DA信号、DB信号)から絶対番地処理部50の回転方向判定部51がトリガ信号を出力する経路を第3経路とする。
エンコーダ100aの動作は、遅延部63に関するエンコーダ100aが異常検出する処理を除き、基本的に第1の実施形態のエンコーダ100の動作と同様である。ここでは、エンコーダ100aが誤検出しているか否かを判定する異常検出処理の動作を説明する。
例えば、この場合において、スイッチ部23の処理からアンプ34、二値化部35を経由してフィルタ36がノイズ除去されたアブソリュート信号(ABS信号)を出力する処理を第1の処理とし、この経路を第1経路とする。また、フィルタ33の処理から絶対番地処理部50が比較用信号を出力する処理を第2の処理とし、この経路を第2経路とする。また、判定処理部41が誤検出しているか否かを判定する異常検出処理を第3の処理とする。また、フィルタ33の二相信号(DA信号、DB信号)から絶対番地処理部50の回転方向判定部51がトリガ信号を出力する経路を第3経路とする。
第1経路の処理時間は、スイッチ部23の切り替え信号を供給されてからの処理時間、アンプ34の処理時間、二値化部35の処理時間及びフィルタ36の処理時間を合わせた時間である。一方、第2経路の処理時間は、絶対番地処理部50の処理時間に遅延部61の遅延量[1]と遅延部62の遅延量[2]とを加えた時間となる。この遅延量[1]と遅延量[2]とは、第1経路から判定処理部41への第1処理結果の出力タイミングと第2経路から判定処理部41への第2処理結果の出力タイミングとを同期させるように、決定される。
また、遅延部63は、遅延部63の遅延量(以下、遅延量[3]という)により、第1処理結果(アブソリュート信号)と第2処理結果(比較用信号)とのいずれか一方が確定する期間と、回転方向判定部51が出力するトリガ信号の出力期間とが同期するように、第3経路の遅延時間を調整する。
また、遅延部63は、遅延部63の遅延量(以下、遅延量[3]という)により、第1処理結果(アブソリュート信号)と第2処理結果(比較用信号)とのいずれか一方が確定する期間と、回転方向判定部51が出力するトリガ信号の出力期間とが同期するように、第3経路の遅延時間を調整する。
遅延部63は、図2が示すように、記憶部613に記憶させた設定に基づいてセレクタ部612が切り替えられる。これにより、遅延部63は、クロック信号CLKによるシフト回数を選択して遅延量[3]を変更できる。
判定処理部41は、トリガ信号により絶対番地情報が変化したタイミングを検出する。また、判定処理部41は、トリガ信号に基づいて誤検出しているか否かを判定する処理を行い、誤検出していると判定した場合に異常検出信号をエラー出力部42に出力する。エラー出力部42は、供給された異常検出信号に応じたエラー信号を、エンコーダ100aに接続されている装置に出力する。
図6は、同実施形態における同期シーケンスを示すタイムチャートである。
図6において、(l)は、回転方向判定部51が出力するトリガ信号を示す。また、(m)は、遅延部63により遅延量[3]だけ遅延した後のトリガ信号を示す。また、(h)、(i)は、アブソリュート信号(ABS信号)と、遅延後の比較用信号を示す。なお、比較用信号は、絶対番地情報を重ねている。この場合、トリガ信号が、遅延量[3]により、アブソリュート信号(ABS信号)及び遅延後の比較用信号と同期され、一致期間Pが広く確保できる。
図6において、(l)は、回転方向判定部51が出力するトリガ信号を示す。また、(m)は、遅延部63により遅延量[3]だけ遅延した後のトリガ信号を示す。また、(h)、(i)は、アブソリュート信号(ABS信号)と、遅延後の比較用信号を示す。なお、比較用信号は、絶対番地情報を重ねている。この場合、トリガ信号が、遅延量[3]により、アブソリュート信号(ABS信号)及び遅延後の比較用信号と同期され、一致期間Pが広く確保できる。
以上のように、遅延時間調整部60aの遅延部(61、62、63)により、エンコーダ100aは、信号遅延による誤検出又は誤判定を第1の実施形態と同様に防止(又は低減)できる。
また、遅延時間調整部60aの遅延部63が、第1処理結果(アブソリュート信号)と第2処理結果(比較用信号)とのいずれか一方が確定する期間と、回転方向判定部51が出力するトリガ信号の出力期間とが同期するように、第3経路の遅延時間を調整する。このため、判定処理部41は、判定期間を広く取ることができ、誤判定を防止できる。これにより、エンコーダ100aは、信号遅延による誤判定を防止できる。
このように、エンコーダ100aは、信号遅延による誤検出又は誤判定を防止できるため、符号板10に設けられたパターンが狭ピッチ又は高速に移動する場合に対応できる。また、本実施形態におけるエンコーダ100aは、符号板の高速移動時においても位置検出の信頼性の低下を低減できる。
また、遅延時間調整部60aの遅延部63が、第1処理結果(アブソリュート信号)と第2処理結果(比較用信号)とのいずれか一方が確定する期間と、回転方向判定部51が出力するトリガ信号の出力期間とが同期するように、第3経路の遅延時間を調整する。このため、判定処理部41は、判定期間を広く取ることができ、誤判定を防止できる。これにより、エンコーダ100aは、信号遅延による誤判定を防止できる。
このように、エンコーダ100aは、信号遅延による誤検出又は誤判定を防止できるため、符号板10に設けられたパターンが狭ピッチ又は高速に移動する場合に対応できる。また、本実施形態におけるエンコーダ100aは、符号板の高速移動時においても位置検出の信頼性の低下を低減できる。
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。上記の各実施形態において、ロータリータイプのエンコーダに適用した形態を説明したが、リニアタイプのエンコーダに適用しても良い。
上記の各実施形態において、判定処理部41は、アブソリュートパターン12に基づいて検出された信号の内の1ビットのアブソリュート信号を比較用信号と比較する形態を説明したが、これに限定されるものではない。判定処理部41は、ビット数分並列に取り出して常時判定する形態でも良い。また、アブソリュート信号の不安定部を避けるための切り替え信号を使用しない形態でも良く、インクリメンタルパターン11に基づいて検出された信号によりカウント動作を行い、アブソリュートパターン12に基づいて検出された信号により異常検出を行う形態であれば、他の形態でも良い。
また、上記の各実施形態において、検出部20が検出した信号をアンプ31、二値化部32、フィルタ33(又はアンプ34、二値化部35、フィルタ36)の順に処理して二値化する形態を説明したが、他の形態でも良く、種々の構成に応用可能である。例えば、アンプ、A/D変換部、二値化部、フィルタの順に処理する形態でも良い。
また、上記の各実施形態において、検出部20が検出した信号をアンプ31、二値化部32、フィルタ33(又はアンプ34、二値化部35、フィルタ36)の順に処理して二値化する形態を説明したが、他の形態でも良く、種々の構成に応用可能である。例えば、アンプ、A/D変換部、二値化部、フィルタの順に処理する形態でも良い。
また、上記の各実施形態において、遅延時間調整部(60、60a)の遅延部(61、62、63)は、記憶部613を含む形態を説明したが、遅延時間調整部(60、60a)において1つの記憶部を備える形態でも良い。また、記憶部613は、レジスタなどで構成した記憶部を備え、起動時に不揮発性メモリが記憶する遅延時間の設定情報をレジスタに記憶させる形態でも良い。また、記憶部613は、不揮発性メモリを含まない形態でも良い。また、遅延時間調整部(60、60a)は、遅延時間を設定変更できる形態でも良い。また、遅延時間の設定情報は、不図示の制御部により、記憶部613に記憶する形態を説明したが、マスクROM(Read Only Memory)などに予め定められた遅延時間の設定情報が記憶される形態でも良い。
また、上記の各実施形態において、遅延時間調整部(60、60a)の遅延部(61、62、63)は、シフトレジスタを含む形態を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、抵抗とコンデンサを用いたRC(アールシー)積分回路を含む形態でも良い。
また、上記の各実施形態において、遅延時間調整部(60、60a)の遅延部(61、62、63)は、シフトレジスタを含む形態を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、抵抗とコンデンサを用いたRC(アールシー)積分回路を含む形態でも良い。
また、上記の各実施形態において、遅延時間調整部(60、60a)は、第1経路と第2経路とのいずれか一方に設けられる形態でも良いし、両方の経路に設けられる形態でも良い。また、遅延時間調整部(60、60a)の挿入位置は、図1及び図5の位置に限定されるものではなく、第1経路又は第2経路の途中であれば、他の位置に挿入される形態でも良い。
また、上記の各実施形態において、遅延時間調整部(60、60a)は、二相信号を遅延する遅延部61(第1の遅延部)と比較用信号を遅延する遅延部62(第2の遅延部)の両方を備える形態を説明したが、いずれか一方を備える形態でも良い。
また、上記の各実施形態において、遅延時間調整部(60、60a)は、二相信号を遅延する遅延部61(第1の遅延部)と比較用信号を遅延する遅延部62(第2の遅延部)の両方を備える形態を説明したが、いずれか一方を備える形態でも良い。
また、上記の各実施形態において、合成処理部39が位置情報を合成する場合に、インクリメンタルパターン11を検出した二相信号に基づいて相対位置情報(内挿値θ)を出力する処理を行う第1経路と、同じく二相信号に基づいて絶対番地情報を出力する処理を行う第2経路とする。この場合に、遅延時間調整部(60、60a)は、第2経路の出力信号(絶対番地情報)を遅延させる遅延部61(第4の遅延部)を備える形態を説明したが、第1経路の処理時間と第2経路の処理時間とのいずれか短い方の経路の出力信号を遅延させるような遅延部を備える形態でも良いし、両方の経路に遅延部を備えて出力タイミングの遅延時間を調整する形態でも良い。
また、上記の各実施形態において、比較用信号の切り替えを示すトリガ信号の遅延時間を調整する形態を説明したが、判定処理部41に用いる他の制御信号に適用する形態でも良い。例えば、絶対番地の中央を通過したことを示す制御信号に適用しても良い。
なお、実施形態の図1及び図5の各部の機能は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などの半導体装置を用いて実現しても良い。
また、各実施形態において、符号板のアブソリュートパターンを狭ピッチにした場合、符号板10から検出されるパルス数が多くなる。例えば、パルス数が多くなると、同じ回転数でも絶対番地が変化する間隔が短くなる。例えば、上記の信号遅延が5μs(マイクロ秒)であり、符号板のパルス数が512である場合は、毎分2万4千回転(約200kHz(キロヘルツ))において1番地分ずれが発生して、誤判定が生じる。これに対して、符号板のパルス数が1024である場合は、半分の毎分1万2千回転(約200kHz)おいて1番地分ずれが発生して、誤判定が生じる場合がある。しかしながら、本実施形態におけるエンコーダにおいては、遅延時間調整部(60、60a)を備えるために、その誤判定が低減される。したがって、本実施形態におけるエンコーダは、符号板の高速移動時においても位置検出の信頼性の低下を低減できる。
なお、実施形態の図1及び図5の各部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、CD−ROM等の可搬媒体、USB(Universal Serial Bus)I/F(インタフェース)を介して接続されるUSBメモリ、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、CD−ROM等の可搬媒体、USB(Universal Serial Bus)I/F(インタフェース)を介して接続されるUSBメモリ、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
10 符号板
20 検出部
38 内挿処理部
39 合成処理部
41 判定処理部
60 遅延時間調整部
100 エンコーダ
20 検出部
38 内挿処理部
39 合成処理部
41 判定処理部
60 遅延時間調整部
100 エンコーダ
Claims (9)
- 位置情報を示すパターンを有する符号板と、
前記パターンを検出する検出部と、
前記位置情報に基づいて、第1の処理が行われる第1経路と、
前記位置情報に基づいて、第2の処理が行われる第2経路と、
前記第1の処理の第1処理結果と前記第2の処理の第2処理結果とに基づいて第3の処理をする処理部と、
前記第1経路から前記処理部への前記第1処理結果の出力タイミングと前記第2経路から前記処理部への前記第2処理結果の出力タイミングとを同期させるように、前記第1経路と前記第2経路とにおける前記出力タイミングの遅延時間を調整する遅延時間調整部と
を備えることを特徴とするエンコーダ。 - 前記遅延時間調整部は、前記第1経路と前記第2経路との少なくともいずれか一方に設けられることを特徴とする請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記符号板のパターンは、前記位置情報を絶対位置として示すアブソリュートパターンと、前記位置情報を相対位置として示すインクリメンタルパターンとを備え、
前記第1の処理は、前記アブソリュートパターンと前記インクリメンタルパターンとのいずれかに基づいた処理であり、
前記第2の処理は、前記アブソリュートパターンと前記インクリメンタルパターンとのいずれかであって、前記第1の処理とは異なる前記パターンに基づいた処理であり、
前記第3の処理は、前記検出部によって検出された前記位置情報の良否判定を行う判定処理である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエンコーダ。 - 前記第1の処理は、前記アブソリュートパターンに基づいて検出された第1の絶対位置情報から生成したアブソリュート信号を出力する処理を含み、
前記第2の処理は、前記インクリメンタルパターンに基づいて検出された二相信号を生成し、該二相信号に基づいて第2の絶対位置情報を検出し、前記第2の絶対位置情報から生成した比較用信号を出力する処理を含み、
前記判定処理は、前記アブソリュート信号と前記比較用信号とに基づき、前記第2の絶対位置情報の良否を判定する処理である
ことを特徴とする請求項3に記載のエンコーダ。 - 前記遅延時間調整部は、少なくとも前記二相信号を遅延する第1の遅延部と、前記比較用信号を遅延する第2の遅延部とのいずれか一方を備える
ことを特徴とする請求項4に記載のエンコーダ。 - 前記二相信号に基づき、前記比較用信号の切り替えを示すトリガ信号を出力する第3経路を備え、
前記遅延時間調整部は、少なくとも前記第1処理結果と前記第2処理結果とのいずれか一方が確定する期間と、前記トリガ信号の出力期間とが同期するように、前記第3経路の遅延時間を調整する第3の遅延部を備える
ことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のエンコーダ。 - 前記符号板のパターンは、前記位置情報を相対位置として示すインクリメンタルパターンを備え、
前記第1の処理は、前記インクリメンタルパターンに基づいて内挿補間して、前記符号板の相対位置情報を生成する内挿処理を含み、
前記第2の処理は、前記インクリメンタルパターンに基づいて、前記符号板の絶対番地情報を生成する処理を含み、
前記第3の処理は、前記絶対番地情報と前記相対位置情報とを合成する合成処理であり、
前記遅延時間調整部は、前記第1経路の処理時間と前記第2経路の処理時間とのいずれか短い方の経路の出力信号を遅延させる第4の遅延部を備える
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエンコーダ。 - 前記遅延時間調整部は、シフトレジスタを含むことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載のエンコーダ。
- 前記遅延時間調整部は、前記遅延時間を記憶部に設定可能であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載のエンコーダ。
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