JP3322036B2 - ロータリーエンコーダ - Google Patents
ロータリーエンコーダInfo
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- JP3322036B2 JP3322036B2 JP26413694A JP26413694A JP3322036B2 JP 3322036 B2 JP3322036 B2 JP 3322036B2 JP 26413694 A JP26413694 A JP 26413694A JP 26413694 A JP26413694 A JP 26413694A JP 3322036 B2 JP3322036 B2 JP 3322036B2
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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)
- Optical Transform (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械あるいは産業
機械等の位置制御および速度制御に用いるＡＣサーボモ
ータに用いて最適なロータリーエンコーダに関する。
機械等の位置制御および速度制御に用いるＡＣサーボモ
ータに用いて最適なロータリーエンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】直線運動が要求される工作機械あるいは
産業機械等（以下、機械と言う）の多くは、その駆動力
を、サーボモータに依っており、その機械に要求される
最大速度と必要な分解能を、サーボモータの回転数と、
ボールスクリューのピッチ、および、サーボモータに内
蔵されるロータリーエンコーダの一回転当たりのＡ／Ｂ
相信号パルス数（以下、Ａ／Ｂ相パルス数と言う）の組
み合わせにより実現しており、一般には、その機械に要
求される最大速度と、モータの最大回転数によって、ま
ず、ボールスクリューのピッチを決定し、要求される直
線分解能に応じて、サーボ増幅器に内蔵するロータリー
エンコーダの一回転当たりのＡ／Ｂ相信号のパルス数を
決めていた。
産業機械等（以下、機械と言う）の多くは、その駆動力
を、サーボモータに依っており、その機械に要求される
最大速度と必要な分解能を、サーボモータの回転数と、
ボールスクリューのピッチ、および、サーボモータに内
蔵されるロータリーエンコーダの一回転当たりのＡ／Ｂ
相信号パルス数（以下、Ａ／Ｂ相パルス数と言う）の組
み合わせにより実現しており、一般には、その機械に要
求される最大速度と、モータの最大回転数によって、ま
ず、ボールスクリューのピッチを決定し、要求される直
線分解能に応じて、サーボ増幅器に内蔵するロータリー
エンコーダの一回転当たりのＡ／Ｂ相信号のパルス数を
決めていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】例えば、機械に要求さ
れる最大速度が１２ｍ／ｍｉｎであり、利用可能な（馬
力、トルク等から）サーボモータの回転数が３０００ｒ
ｐｍとすると、少なくとも４ｍｍピッチのボールスクリ
ューを用い、更に、直線分解能として１μｍを得るため
には、４０００パルス／回転のエンコーダを使用する必
要があった。
れる最大速度が１２ｍ／ｍｉｎであり、利用可能な（馬
力、トルク等から）サーボモータの回転数が３０００ｒ
ｐｍとすると、少なくとも４ｍｍピッチのボールスクリ
ューを用い、更に、直線分解能として１μｍを得るため
には、４０００パルス／回転のエンコーダを使用する必
要があった。
【０００４】他方、サーボモータをドライブ（駆動）す
る増幅器（以下、サーボアンプと言う）には、ロータリ
ーエンコーダからのパルスを積算して現在位置を求める
為の積算回路が内蔵されており、少ない部品点数で多く
のパルスを計数するため、２進型の積算回路で構成され
ることがあり、サーボアンプの都合から、２進数に対応
するピッチのボールスクリューと２進系列のロータリー
エンコーダ、上記の例では、４．０９６ｍｍのボールス
クリューと、４０９６パルスのロータリーエンコーダが
要求されることがあった。
る増幅器（以下、サーボアンプと言う）には、ロータリ
ーエンコーダからのパルスを積算して現在位置を求める
為の積算回路が内蔵されており、少ない部品点数で多く
のパルスを計数するため、２進型の積算回路で構成され
ることがあり、サーボアンプの都合から、２進数に対応
するピッチのボールスクリューと２進系列のロータリー
エンコーダ、上記の例では、４．０９６ｍｍのボールス
クリューと、４０９６パルスのロータリーエンコーダが
要求されることがあった。
【０００５】この為、機械に要求される最大速度、モー
タの回転数、利用できるボールスクリューのピッチ、必
要な分解能等、市場ニーズに対応するためには、１０進
系列および２進系列の非常に多くのバリエーションを準
備する必要があり、下記のようにして対応していた。 （１）ロータリーエンコーダのＡ／Ｂ相パルス数に応じ
て、再生波長が等しく波数が異なる複数のスケール媒体
（以下、ドラムと言う）と、１個の記録ヘッドで対応す
る。 （２）必要な波数に応じて再生波長を変えた１個のドラ
ムと、その波長に応じた複数の記録ヘッドで対応する。 （３）更には、上記（１）と（２）を組み合わせること
により、ドラム径と記録ヘッドのバリエーションを最適
化する。 上記のような対応の仕方では、部品点数と、管理工数の
拡大は避けられず、結果としてコストが上昇し、納期が
長くなる等の問題を抱えていた。
タの回転数、利用できるボールスクリューのピッチ、必
要な分解能等、市場ニーズに対応するためには、１０進
系列および２進系列の非常に多くのバリエーションを準
備する必要があり、下記のようにして対応していた。 （１）ロータリーエンコーダのＡ／Ｂ相パルス数に応じ
て、再生波長が等しく波数が異なる複数のスケール媒体
（以下、ドラムと言う）と、１個の記録ヘッドで対応す
る。 （２）必要な波数に応じて再生波長を変えた１個のドラ
ムと、その波長に応じた複数の記録ヘッドで対応する。 （３）更には、上記（１）と（２）を組み合わせること
により、ドラム径と記録ヘッドのバリエーションを最適
化する。 上記のような対応の仕方では、部品点数と、管理工数の
拡大は避けられず、結果としてコストが上昇し、納期が
長くなる等の問題を抱えていた。
【０００６】又、最近は、メインテナンス性に優れたＡ
Ｃサーボモータが主力となり、サーボモータの回転位置
とサーボモータ駆動用の３相信号を同期させる為の、３
相同期信号を持つロータリーエンコーダが要求されるこ
とが多くなってきた。
Ｃサーボモータが主力となり、サーボモータの回転位置
とサーボモータ駆動用の３相信号を同期させる為の、３
相同期信号を持つロータリーエンコーダが要求されるこ
とが多くなってきた。
【０００７】この様な要求に対しては、Ａ／Ｂ相信号
と、３相同期信号用のトラックを別体に設け、それらに
対する検出回路を組み合わせて実現していたが、一回転
当たりの３相同期信号パルス数（以下、同期信号パルス
数と言う）も、モータの極数に応じて種々のバリエーシ
ョンが要求されることがあり、前記Ａ／Ｂ相パルス数の
バリエーションとの組み合わせによって益々製品のバリ
エーションが増大し、更なる部品点数と管理工数の増大
に伴うコストアップを招いている。
と、３相同期信号用のトラックを別体に設け、それらに
対する検出回路を組み合わせて実現していたが、一回転
当たりの３相同期信号パルス数（以下、同期信号パルス
数と言う）も、モータの極数に応じて種々のバリエーシ
ョンが要求されることがあり、前記Ａ／Ｂ相パルス数の
バリエーションとの組み合わせによって益々製品のバリ
エーションが増大し、更なる部品点数と管理工数の増大
に伴うコストアップを招いている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の不都合
を解決するためになされたものであり、ドラムとヘッド
との相対移動量を、位相変調信号の位相の変化として取
り出し、位相の変化量を検出することによって移動量を
検出する位相検出型の変位検出装置を基本原理とし、
（１）２進系列と、１０進系列の何れのＡ／Ｂ相パルス
出力にも対応でき、（２）回転位置に対応した正確な３
相同期信号と、（３）上記、３相同期信号に同期した原
点パルスを生成できる、ロータリーエンコーダを提供す
る。
を解決するためになされたものであり、ドラムとヘッド
との相対移動量を、位相変調信号の位相の変化として取
り出し、位相の変化量を検出することによって移動量を
検出する位相検出型の変位検出装置を基本原理とし、
（１）２進系列と、１０進系列の何れのＡ／Ｂ相パルス
出力にも対応でき、（２）回転位置に対応した正確な３
相同期信号と、（３）上記、３相同期信号に同期した原
点パルスを生成できる、ロータリーエンコーダを提供す
る。
【０００９】本発明の変位検出装置の一構成例として下
記のような構成をとることができる。すなわち、本発明
のロータリーエンコーダは、一回転当たりの再生波数の
差が３＊Ｍ（但し、Ｍは０でない整数）の関係を有する
第１および第２のトラックを備え、第１のトラックには
１０進数に対応したパルス数を、第２のトラックには２
進数に対応したパルス数を記録し、上記第１及び第２の
トラックの再生波数の差３＊Ｍに対応したパルス（以
下、ビート信号パルスと言う）を用いて、３相同期信号
の生成タイミングを決定し、第３のトラックに記録され
た、上記３＊Ｍに対応して分割されたゾーンの記録パタ
ーンの復調信号を用いて前記３相信号の論理状態を決定
するように構成する。
記のような構成をとることができる。すなわち、本発明
のロータリーエンコーダは、一回転当たりの再生波数の
差が３＊Ｍ（但し、Ｍは０でない整数）の関係を有する
第１および第２のトラックを備え、第１のトラックには
１０進数に対応したパルス数を、第２のトラックには２
進数に対応したパルス数を記録し、上記第１及び第２の
トラックの再生波数の差３＊Ｍに対応したパルス（以
下、ビート信号パルスと言う）を用いて、３相同期信号
の生成タイミングを決定し、第３のトラックに記録され
た、上記３＊Ｍに対応して分割されたゾーンの記録パタ
ーンの復調信号を用いて前記３相信号の論理状態を決定
するように構成する。
【００１０】又、本発明のロータリーエンコーダは、上
記第１および第２のトラックからの位相変調信号を乗算
し、その低域成分によって、上記第１と第２のトラック
のパルス数の差に対応したビート信号を得るように構成
するのが好ましい。又、本発明のロータリーエンコーダ
は、上記第１および第２のトラックからの位相変調信号
を波形整形し、該信号をディジタル的に位相比較するこ
とによって上記第１と第２のトラックのパルス数の差に
対応したビート信号を得るように構成するのが好まし
い。更に、本発明のロータリーエンコーダにおいて、前
記第３のトラックの記録パターンを、第１または第２の
トラックと再生波長が等しいか再生波数が等しく、且
つ、ゾーン毎に位相の異なる信号として記録して位相変
調の形で取り出し、前記第１または第２のトラックから
得られる位相変調信号と比較することにより、上記ゾー
ンを特定する復調信号となすように構成するのが好まし
い。更に、前記第３のトラックの記録パターンが各々３
つのゾーンを含む４つのブロックから成ること、前記第
３のトラックの記録パターンがモータ一回転につき唯一
回だけ現れるパターンを含む、前記第１及び第２のトラ
ックの信号を位相変調信号の形で検出し、この信号を切
り替えることにより１０進系列および２進系列のパルス
出力に対応できるように構成することが好ましい。
記第１および第２のトラックからの位相変調信号を乗算
し、その低域成分によって、上記第１と第２のトラック
のパルス数の差に対応したビート信号を得るように構成
するのが好ましい。又、本発明のロータリーエンコーダ
は、上記第１および第２のトラックからの位相変調信号
を波形整形し、該信号をディジタル的に位相比較するこ
とによって上記第１と第２のトラックのパルス数の差に
対応したビート信号を得るように構成するのが好まし
い。更に、本発明のロータリーエンコーダにおいて、前
記第３のトラックの記録パターンを、第１または第２の
トラックと再生波長が等しいか再生波数が等しく、且
つ、ゾーン毎に位相の異なる信号として記録して位相変
調の形で取り出し、前記第１または第２のトラックから
得られる位相変調信号と比較することにより、上記ゾー
ンを特定する復調信号となすように構成するのが好まし
い。更に、前記第３のトラックの記録パターンが各々３
つのゾーンを含む４つのブロックから成ること、前記第
３のトラックの記録パターンがモータ一回転につき唯一
回だけ現れるパターンを含む、前記第１及び第２のトラ
ックの信号を位相変調信号の形で検出し、この信号を切
り替えることにより１０進系列および２進系列のパルス
出力に対応できるように構成することが好ましい。
【００１１】
【作用】本発明のロータリーエンコーダは、上述の構成
を備えることにより、次のような作用上の利点がある。 （１）１個のロータリーエンコーダが１０進および２進
の２系列のＡ／Ｂ相信号用の記録トラックを有し、且
つ、内挿回路の分割数を容易に可変できる為、１個のロ
ータリーエンコーダで１０進および２進系列を問わず非
常に広いＡ／Ｂ相信号パルス出力バリエーションに対応
できる。従って、部品点数と製造管理工数を削減でき、
コスト低減と納期短縮を図ることができる。 （２）ＡＣサーボモータ駆動用の３相信号を生成する為
の３相同期信号を、上記２系列の記録トラックから得て
いる為、上記２系列の記録トラックの記録精度によって
決まる精度で、無調整で３相同期信号のパルス幅及び相
対的位置関係が決定される。この為、製造段階でのバラ
ツキ要素が少なく、かつ管理工数も低減でき、低コスト
化が図れる。 （３）３相同期信号の発生位置が電気的に調整可能な
為、モータとの結合時における複雑な調整機構が不要と
なり、簡単かつ正確な位相合わせが可能となり、品質と
コストの改善が図れる。 （４）上記、３相同期信号のパルス数は、第３の記録ト
ラックの記録パターンもしくは該トラックの記録パター
ンを復調する回路によって容易に変更可能であり、前記
３相同期信号のパルス数バリエーションの拡大にも容易
に対応できる。
を備えることにより、次のような作用上の利点がある。 （１）１個のロータリーエンコーダが１０進および２進
の２系列のＡ／Ｂ相信号用の記録トラックを有し、且
つ、内挿回路の分割数を容易に可変できる為、１個のロ
ータリーエンコーダで１０進および２進系列を問わず非
常に広いＡ／Ｂ相信号パルス出力バリエーションに対応
できる。従って、部品点数と製造管理工数を削減でき、
コスト低減と納期短縮を図ることができる。 （２）ＡＣサーボモータ駆動用の３相信号を生成する為
の３相同期信号を、上記２系列の記録トラックから得て
いる為、上記２系列の記録トラックの記録精度によって
決まる精度で、無調整で３相同期信号のパルス幅及び相
対的位置関係が決定される。この為、製造段階でのバラ
ツキ要素が少なく、かつ管理工数も低減でき、低コスト
化が図れる。 （３）３相同期信号の発生位置が電気的に調整可能な
為、モータとの結合時における複雑な調整機構が不要と
なり、簡単かつ正確な位相合わせが可能となり、品質と
コストの改善が図れる。 （４）上記、３相同期信号のパルス数は、第３の記録ト
ラックの記録パターンもしくは該トラックの記録パター
ンを復調する回路によって容易に変更可能であり、前記
３相同期信号のパルス数バリエーションの拡大にも容易
に対応できる。
【００１２】
【実施例】図面を参照して、本発明を、磁気式のロータ
リーエンコーダに適用した場合について説明する。ここ
で、エンコーダの再生パルス数を次のように仮定する。 ａ、同期信号パルス‥‥‥４パルス／回転 ｂ、原点信号パルス‥‥‥１パルス／回転 ｃ、１０進系列Ａ／Ｂ相パルス数‥‥‥２，０００パル
ス／回転 ｄ、２進系列Ａ／Ｂ相パルス数‥‥‥‥２，０４８パル
ス／回転
リーエンコーダに適用した場合について説明する。ここ
で、エンコーダの再生パルス数を次のように仮定する。 ａ、同期信号パルス‥‥‥４パルス／回転 ｂ、原点信号パルス‥‥‥１パルス／回転 ｃ、１０進系列Ａ／Ｂ相パルス数‥‥‥２，０００パル
ス／回転 ｄ、２進系列Ａ／Ｂ相パルス数‥‥‥‥２，０４８パル
ス／回転
【００１３】但し、磁気式ロータリーエンコーダの検出
ヘッドとして磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲセンサと言
う）を用いたときは、その構成方法によっては記録波長
の１／２倍、即ち、記録波長の２倍の波数が得られるこ
とがあるが、ここでは、再生信号の波長を実効波長と定
義し、以下の説明においては、この再生波長を用いて説
明することとし、これに対応する一回転当りの記録波数
については特に言及しないこととする。
ヘッドとして磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲセンサと言
う）を用いたときは、その構成方法によっては記録波長
の１／２倍、即ち、記録波長の２倍の波数が得られるこ
とがあるが、ここでは、再生信号の波長を実効波長と定
義し、以下の説明においては、この再生波長を用いて説
明することとし、これに対応する一回転当りの記録波数
については特に言及しないこととする。
【００１４】図１０は、本発明にかかる、磁気ドラム１
と、その磁気ドラム１の上に形成されたスケール２及び
スケール２上の各記録トラックの信号を検出する磁気ヘ
ッド３の関係を示したものである。磁気スケール２上に
は、図１１に拡大して示すとおり、３つのトラックが形
成されており、第１のトラック２１には実効波長λ１の
磁気目盛りが５００パルス、第２のトラック２２には実
効波長λ２の磁気目盛りが５１２パルス分記録されてい
る。また、第３のトラック２３には、記録波長がλ１ま
たはλ２で、回転位置によって位相の異なる磁気目盛り
が記録されているが、この部分については後述する。
と、その磁気ドラム１の上に形成されたスケール２及び
スケール２上の各記録トラックの信号を検出する磁気ヘ
ッド３の関係を示したものである。磁気スケール２上に
は、図１１に拡大して示すとおり、３つのトラックが形
成されており、第１のトラック２１には実効波長λ１の
磁気目盛りが５００パルス、第２のトラック２２には実
効波長λ２の磁気目盛りが５１２パルス分記録されてい
る。また、第３のトラック２３には、記録波長がλ１ま
たはλ２で、回転位置によって位相の異なる磁気目盛り
が記録されているが、この部分については後述する。
【００１５】図１は、本発明にかかるロータリーエンコ
ーダの全体の構成を示したもので、スケール２及び磁気
ヘッド３、検出回路部分４Ａ，４Ｂから構成されてい
る。磁気ヘッド３は、前記磁気スケールの各トラックに
対応して、第１トラック検出ヘッド３１、第２トラック
検出ヘッド３２、及び第３トラック検出ヘッド３３から
構成されており、例えばＭＲセンサ等が用いられる。こ
こで、各ヘッドは一つの素子で成るように表わされてい
るが実際には複数の素子で構成される。
ーダの全体の構成を示したもので、スケール２及び磁気
ヘッド３、検出回路部分４Ａ，４Ｂから構成されてい
る。磁気ヘッド３は、前記磁気スケールの各トラックに
対応して、第１トラック検出ヘッド３１、第２トラック
検出ヘッド３２、及び第３トラック検出ヘッド３３から
構成されており、例えばＭＲセンサ等が用いられる。こ
こで、各ヘッドは一つの素子で成るように表わされてい
るが実際には複数の素子で構成される。
【００１６】次に、上記回路部について説明すると、こ
の部分は、Ａ／Ｂ相パルス生成部４Ａと、３相同期信号
及び原点信号生成部４Ｂで構成されている。そこでま
ず、Ａ／Ｂ相パルス生成部４Ａについて説明する。同図
に示す位相検出回路１（４１）と位相検出回路２（４
４）は、入力信号が波長λ１の信号か、波長λ２の信号
かの違いを除いては、回路構成は全く同一のものであ
り、それらの詳細は図２に示してあり、後ほど説明す
る。
の部分は、Ａ／Ｂ相パルス生成部４Ａと、３相同期信号
及び原点信号生成部４Ｂで構成されている。そこでま
ず、Ａ／Ｂ相パルス生成部４Ａについて説明する。同図
に示す位相検出回路１（４１）と位相検出回路２（４
４）は、入力信号が波長λ１の信号か、波長λ２の信号
かの違いを除いては、回路構成は全く同一のものであ
り、それらの詳細は図２に示してあり、後ほど説明す
る。
【００１７】位相検出回路４１からの信号Ｓ１と、位相
検出回路４４からの信号Ｓ２は、切替回路４２の入力に
供給され、そこで、どちらか一方が内挿回路４３に通過
される。内挿回路４３は、位相検出型の内挿回路で、例
えば、特公昭５０−７２２６号に説明されているような
内挿回路が用いられる。
検出回路４４からの信号Ｓ２は、切替回路４２の入力に
供給され、そこで、どちらか一方が内挿回路４３に通過
される。内挿回路４３は、位相検出型の内挿回路で、例
えば、特公昭５０−７２２６号に説明されているような
内挿回路が用いられる。
【００１８】ここで、図２を参照して、上記位相検出回
路の説明をする。ここで説明する位相検出回路は、図１
において、位相検出回路１，２，３で示した回路を詳細
に示したものであり、これらの検出回路は同一の構造を
有しているので、まとめて説明する。
路の説明をする。ここで説明する位相検出回路は、図１
において、位相検出回路１，２，３で示した回路を詳細
に示したものであり、これらの検出回路は同一の構造を
有しているので、まとめて説明する。
【００１９】図１における検出ヘッド３１は、図２にお
いては３１ａ，３１ｂの二つのヘッドで構成されてい
る。これら二つの磁気ヘッドには励磁用の信号が印加さ
れ、この信号をキャリア信号として、それを変調する形
で検出が行われる。同図において、磁気ヘッド３１ａ，
３１ｂの励磁信号として、周波数ｆの矩形波、ＥＸ信号
がローパスフィルタ４１ｆを通して正弦波に変換された
後、励磁アンプ４１ｇを通して磁気ヘッド３１ａ及び３
１ｂに印加されている。
いては３１ａ，３１ｂの二つのヘッドで構成されてい
る。これら二つの磁気ヘッドには励磁用の信号が印加さ
れ、この信号をキャリア信号として、それを変調する形
で検出が行われる。同図において、磁気ヘッド３１ａ，
３１ｂの励磁信号として、周波数ｆの矩形波、ＥＸ信号
がローパスフィルタ４１ｆを通して正弦波に変換された
後、励磁アンプ４１ｇを通して磁気ヘッド３１ａ及び３
１ｂに印加されている。
【００２０】磁気ヘッド３１ａ，３１ｂは、スケールの
再生波長λ１に対して、電気的に９０度だけ離れた位置
関係をもって配置されているので、ＣＨ１前置アンプ４
１ａ及びＣＨ２前置アンプ４１ｂからは、次式で表され
る信号が得られる。 ＣＨ１前置アンプの出力‥‥ｓｉｎωｔ＊ｃｏｓ（２πｘ／λ１）‥‥（１） ＣＨ２前置アンプの出力‥‥ｓｉｎωｔ＊ｓｉｎ（２πｘ／λ１）‥‥（２） 但し、ω＝２πｆ，ｘは波長λ１内の移動量（円周上の
移動量）である。
再生波長λ１に対して、電気的に９０度だけ離れた位置
関係をもって配置されているので、ＣＨ１前置アンプ４
１ａ及びＣＨ２前置アンプ４１ｂからは、次式で表され
る信号が得られる。 ＣＨ１前置アンプの出力‥‥ｓｉｎωｔ＊ｃｏｓ（２πｘ／λ１）‥‥（１） ＣＨ２前置アンプの出力‥‥ｓｉｎωｔ＊ｓｉｎ（２πｘ／λ１）‥‥（２） 但し、ω＝２πｆ，ｘは波長λ１内の移動量（円周上の
移動量）である。
【００２１】ＣＨ２の出力は、９０度移相器４１ｃでキ
ャリアの移相が９０度変えられた後、加算アンプ４１ｄ
に供給される為、加算アンプ４１ｄの出力には、 ｓｉｎ｛ωｔ＋（２πｘ／λ１）｝‥‥（３） が出力される。
ャリアの移相が９０度変えられた後、加算アンプ４１ｄ
に供給される為、加算アンプ４１ｄの出力には、 ｓｉｎ｛ωｔ＋（２πｘ／λ１）｝‥‥（３） が出力される。
【００２２】この信号は、波形整形回路４１ｅに供給さ
れ、そこで矩形波に変換され、信号Ｓ（但し、Ｓは信号
Ｓ１または信号Ｓ２）として出力される。信号Ｓ１およ
びＳ２は、位相検出型のシステムであるから、その位相
のみに着目すれば、 Ｓ１＝ｓｉｎ｛ωｔ＋（２πｘ／λ１）｝‥‥（４） Ｓ２＝ｓｉｎ｛ωｔ＋（２πｘ／λ２）｝‥‥（５） の様に表すことができる。即ち、位相変調信号Ｓ１及び
Ｓ２は、λ１及びλ２の移動毎に、位相が２π（３６０
゜）変化する位相変調信号である。
れ、そこで矩形波に変換され、信号Ｓ（但し、Ｓは信号
Ｓ１または信号Ｓ２）として出力される。信号Ｓ１およ
びＳ２は、位相検出型のシステムであるから、その位相
のみに着目すれば、 Ｓ１＝ｓｉｎ｛ωｔ＋（２πｘ／λ１）｝‥‥（４） Ｓ２＝ｓｉｎ｛ωｔ＋（２πｘ／λ２）｝‥‥（５） の様に表すことができる。即ち、位相変調信号Ｓ１及び
Ｓ２は、λ１及びλ２の移動毎に、位相が２π（３６０
゜）変化する位相変調信号である。
【００２３】再び図１の回路の説明に戻ると、切替回路
４２は、内挿回路４３に入力する位相変調信号を切り替
える回路で、今、この切替回路の制御信号がＰＳＥＬ＝
“Ｈ”で内挿回路４３に位相検出回路４１からの位相変
調信号Ｓ１が入力されているものとすると、内挿回路４
３は、位相変調信号Ｓ１のキャリア周波数ｆのＮ倍のク
ロック周波数Ｎ＊ｆで波長λ１を１／Ｎ、ここでは１／
１６に内挿し、λ１の移動毎に１５個の加減算パルスを
発生する。
４２は、内挿回路４３に入力する位相変調信号を切り替
える回路で、今、この切替回路の制御信号がＰＳＥＬ＝
“Ｈ”で内挿回路４３に位相検出回路４１からの位相変
調信号Ｓ１が入力されているものとすると、内挿回路４
３は、位相変調信号Ｓ１のキャリア周波数ｆのＮ倍のク
ロック周波数Ｎ＊ｆで波長λ１を１／Ｎ、ここでは１／
１６に内挿し、λ１の移動毎に１５個の加減算パルスを
発生する。
【００２４】上述のとおり、トラック１には、一回転当
たりλ１の波長が５００個分記録されているので、内挿
回路４３からは、一回転当たり５００＊１６個の加減算
パルスが発生する。この加減算パルス（Ｕｐ，Ｄｎ）を
図３に示すように、パルス加算回路４３ｃを通して一系
列のパルス列（Ｕｐ＋Ｄｎ）に変換するとともに、計数
方向切替回路４３ｂで計数方向に応じて論理レベルの変
わる信号（Ｕ／Ｄ）に変換し、前記一系列パルス列（Ｕ
ｐ＋Ｄｎ）を振り分け、前記フリップフロップ４３ｅ及
び４３ｆを交互にトグルし、１／４に逓減された９０度
位相差の信号を出力する。即ち、内挿回路からは、２，
０００パルスのＡ／Ｂ相信号を出力することができる。
たりλ１の波長が５００個分記録されているので、内挿
回路４３からは、一回転当たり５００＊１６個の加減算
パルスが発生する。この加減算パルス（Ｕｐ，Ｄｎ）を
図３に示すように、パルス加算回路４３ｃを通して一系
列のパルス列（Ｕｐ＋Ｄｎ）に変換するとともに、計数
方向切替回路４３ｂで計数方向に応じて論理レベルの変
わる信号（Ｕ／Ｄ）に変換し、前記一系列パルス列（Ｕ
ｐ＋Ｄｎ）を振り分け、前記フリップフロップ４３ｅ及
び４３ｆを交互にトグルし、１／４に逓減された９０度
位相差の信号を出力する。即ち、内挿回路からは、２，
０００パルスのＡ／Ｂ相信号を出力することができる。
【００２５】ここで再び図１の回路説明にもどると、切
替回路４２に与えられる制御信号をユーザが切り替え
て、ＰＳＥＬ＝“Ｌ”にすると、位相検出回路２からの
信号が内挿回路４３に供給されるので、内挿回路の出力
には５１２＊４＝２，０４８パルスが得られる。更に、
内挿回路４３の内挿数を変えることにより、１０進系列
および２進系列の任意のＡ／Ｂ相パルス数を持つロータ
リーエンコーダが実現できることは容易に理解できるで
あろう。
替回路４２に与えられる制御信号をユーザが切り替え
て、ＰＳＥＬ＝“Ｌ”にすると、位相検出回路２からの
信号が内挿回路４３に供給されるので、内挿回路の出力
には５１２＊４＝２，０４８パルスが得られる。更に、
内挿回路４３の内挿数を変えることにより、１０進系列
および２進系列の任意のＡ／Ｂ相パルス数を持つロータ
リーエンコーダが実現できることは容易に理解できるで
あろう。
【００２６】次に、３相同期信号および原点信号生成部
４Ｂの動作について説明する。位相比較回路４６として
は、例えば、図９に示すような回路が用いられ、一回転
当たり、５００＊２πの位相変化を生ずる位相変調信号
Ｓ１がＤ−Ｆ／ＦのＣＫ入力端子に入力される。従っ
て、図７に示すように、Ｄ−Ｆ／ＦのＱ出力端子から
は、一回転当たり１２個の同期パルスＰＣが得られ、こ
の信号を（図１の）パルス化回路４７に入力し、前記同
期パルスＰＣの立ち上がり及び立ち下がりで、クロック
パルスＣＫに同期した微分パルスＰＧ及びＮＧ（図７）
を発生する。
４Ｂの動作について説明する。位相比較回路４６として
は、例えば、図９に示すような回路が用いられ、一回転
当たり、５００＊２πの位相変化を生ずる位相変調信号
Ｓ１がＤ−Ｆ／ＦのＣＫ入力端子に入力される。従っ
て、図７に示すように、Ｄ−Ｆ／ＦのＱ出力端子から
は、一回転当たり１２個の同期パルスＰＣが得られ、こ
の信号を（図１の）パルス化回路４７に入力し、前記同
期パルスＰＣの立ち上がり及び立ち下がりで、クロック
パルスＣＫに同期した微分パルスＰＧ及びＮＧ（図７）
を発生する。
【００２７】上記、微分パルスＰＧ及びＮＧは、Ｓ１と
Ｓ２の相対的な位相、即ち、第１の記録トラック２１と
第２の記録トラック２２の記録時における位相関係によ
って、一回転内での出力位置が自動的に決定される。
Ｓ２の相対的な位相、即ち、第１の記録トラック２１と
第２の記録トラック２２の記録時における位相関係によ
って、一回転内での出力位置が自動的に決定される。
【００２８】従って、図９に示す如くＳ１もしくはＳ２
のいずれかの位相を可変位相回路に通した後、位相比較
することにより、電気的に、前記微分パルスＰＧおよび
ＮＧの発生位置を可変でき、記録時におけるバラツキ等
を補正することができる。
のいずれかの位相を可変位相回路に通した後、位相比較
することにより、電気的に、前記微分パルスＰＧおよび
ＮＧの発生位置を可変でき、記録時におけるバラツキ等
を補正することができる。
【００２９】位相検出回路３（４５）は、前記位相検出
回路１（４１）や位相検出回路２（４４）と全く同じも
のであるが、図８に示すように、スケールの第３のトラ
ック１３には、一回転を１２のゾーンに分割して、トラ
ック１１と同一の波長λ１を持ち、且つ、位相が９０度
ずつ異なる４種類のパターン（Ｐ０〜Ｐ３）が記録さ
れ、そのうち一つのゾーンは一回転で唯一のパターンＰ
０を持っている。従って、位相変調信号Ｓ１，Ｓ３の一
周期毎に、Ｓ１とＳ２の位相を比較することによって、
上記記録パターン（Ｐ０〜Ｐ３）、即ち、Ｓ１とＳ３と
の位相差に応じて磁気ヘッドの位置するゾーンを検出で
きる。
回路１（４１）や位相検出回路２（４４）と全く同じも
のであるが、図８に示すように、スケールの第３のトラ
ック１３には、一回転を１２のゾーンに分割して、トラ
ック１１と同一の波長λ１を持ち、且つ、位相が９０度
ずつ異なる４種類のパターン（Ｐ０〜Ｐ３）が記録さ
れ、そのうち一つのゾーンは一回転で唯一のパターンＰ
０を持っている。従って、位相変調信号Ｓ１，Ｓ３の一
周期毎に、Ｓ１とＳ２の位相を比較することによって、
上記記録パターン（Ｐ０〜Ｐ３）、即ち、Ｓ１とＳ３と
の位相差に応じて磁気ヘッドの位置するゾーンを検出で
きる。
【００３０】図４は、上記に示す位相差等を検出するＰ
ＳＫ復調回路（４８）の構成例を、図５はその動作タイ
ミングを示したものである。図４の左端に供給される信
号Ｓ１およびＳ３は図１の位相検出回路４１および４５
から供給される信号であり、それぞれ同期微分回路５１
および５２に入力する。これらの同期微分回路は図５に
示すとおり、信号Ｓ１およびＳ３の立ち上がり部分を微
分した信号ＳＰ１及びＳＰ３を作る。
ＳＫ復調回路（４８）の構成例を、図５はその動作タイ
ミングを示したものである。図４の左端に供給される信
号Ｓ１およびＳ３は図１の位相検出回路４１および４５
から供給される信号であり、それぞれ同期微分回路５１
および５２に入力する。これらの同期微分回路は図５に
示すとおり、信号Ｓ１およびＳ３の立ち上がり部分を微
分した信号ＳＰ１及びＳＰ３を作る。
【００３１】信号ＳＰ１とＳＰ３は位相比較回路５３に
供給され、そこで比較され図５にＰＤで示す信号を出力
する。この信号ＰＤはゲート２を開いてクロックＣＫ／
２を４進カウンタ５４に供給する。このクロック信号は
図５にＣＰとして示してある。４進カウンタ５４の出力
はラッチ回路５５にラッチされ、出力ＤＭ１およびＤＭ
２を出力する。
供給され、そこで比較され図５にＰＤで示す信号を出力
する。この信号ＰＤはゲート２を開いてクロックＣＫ／
２を４進カウンタ５４に供給する。このクロック信号は
図５にＣＰとして示してある。４進カウンタ５４の出力
はラッチ回路５５にラッチされ、出力ＤＭ１およびＤＭ
２を出力する。
【００３２】他方、同期微分回路５１の出力がゲート１
に印加されクロックＣＫ／２の反転信号を４進カウンタ
５４に供給する。この信号は図４、図５においてＣＬと
して示されており、カウンタ５４をクリアする働きをす
る。換言すると、カウンタ５４は信号ＣＬが到来する毎
にクリアされ、信号ＣＰが供給されると、それを加算計
数する。
に印加されクロックＣＫ／２の反転信号を４進カウンタ
５４に供給する。この信号は図４、図５においてＣＬと
して示されており、カウンタ５４をクリアする働きをす
る。換言すると、カウンタ５４は信号ＣＬが到来する毎
にクリアされ、信号ＣＰが供給されると、それを加算計
数する。
【００３３】ＰＳＫ復調回路の出力ＤＭ１及びＤＭ２
は、図６に示す同期信号発生回路に供給される。同図の
回路において、信号ＤＭ１およびＤＭ２はデコード回路
６１に供給され、図７に示すように、これらの信号が共
に“Ｌ”の時記録パターンＰ０となり、共に“Ｈ”の
時、記録パターンＰ２，“Ｌ”と“Ｈ”の時記録パター
ンＰ３，“Ｈ”と“Ｌ”の時記録パターンＰ１となり、
これらのパターン信号がそれぞれＪＫフリップフロップ
６２，６３，６４に印加され、これらのフリップフロッ
プのＣＫ端子に印加されるクロック信号ＰＧによってタ
ーンオンして、それぞれの出力Ｑに信号Ｕ，Ｖ，Ｗを出
力する。
は、図６に示す同期信号発生回路に供給される。同図の
回路において、信号ＤＭ１およびＤＭ２はデコード回路
６１に供給され、図７に示すように、これらの信号が共
に“Ｌ”の時記録パターンＰ０となり、共に“Ｈ”の
時、記録パターンＰ２，“Ｌ”と“Ｈ”の時記録パター
ンＰ３，“Ｈ”と“Ｌ”の時記録パターンＰ１となり、
これらのパターン信号がそれぞれＪＫフリップフロップ
６２，６３，６４に印加され、これらのフリップフロッ
プのＣＫ端子に印加されるクロック信号ＰＧによってタ
ーンオンして、それぞれの出力Ｑに信号Ｕ，Ｖ，Ｗを出
力する。
【００３４】各信号は、リセットパルス発生回路６５に
も供給され、該リセットパルス発生回路に前記信号ＮＧ
が印加された時、その出力によってフリップフロップ回
路がリセットされ、その出力Ｕ，Ｖ，Ｗがターンオフさ
れる。ここで、ＰＳＫ復調回路４８で復調された２ビッ
トのコード信号ＤＭ１およびＤＭ２信号のうち、一回転
に唯一のパターンＰ０からの出力に対するＤＭ１＝
“Ｌ”，ＤＭ２＝“Ｌ”と信号ＰＧとによって作られる
信号は一回転に一パルスのみ発生し、原点信号Ｚとして
利用できる。
も供給され、該リセットパルス発生回路に前記信号ＮＧ
が印加された時、その出力によってフリップフロップ回
路がリセットされ、その出力Ｕ，Ｖ，Ｗがターンオフさ
れる。ここで、ＰＳＫ復調回路４８で復調された２ビッ
トのコード信号ＤＭ１およびＤＭ２信号のうち、一回転
に唯一のパターンＰ０からの出力に対するＤＭ１＝
“Ｌ”，ＤＭ２＝“Ｌ”と信号ＰＧとによって作られる
信号は一回転に一パルスのみ発生し、原点信号Ｚとして
利用できる。
【００３５】上述のようにして、上記コード信号ＤＭ１
およびＤＭ２は、微分パルス信号ＰＧおよびＮＧと共
に、同期信号発生回路４９に入力され、三相同期信号
Ｕ，Ｖ，Ｗを生成する。図７の動作タイミングチャート
に示されているように、Ｕ信号はゾーンＰ０およびＰ１
のＰＧ信号に、ＶおよびＷ信号は各々ゾーンＰ２および
Ｐ３のＰＧ信号に同期してセットされ、Ｕ信号は自身が
セットし、且つ、Ｖ信号がセットした後、ＮＧ信号に同
期して、Ｖ信号およびＷ信号も自身がセットした後、Ｗ
信号およびＵ信号がセットした後でＮＧ信号に同期して
リセットされる。
およびＤＭ２は、微分パルス信号ＰＧおよびＮＧと共
に、同期信号発生回路４９に入力され、三相同期信号
Ｕ，Ｖ，Ｗを生成する。図７の動作タイミングチャート
に示されているように、Ｕ信号はゾーンＰ０およびＰ１
のＰＧ信号に、ＶおよびＷ信号は各々ゾーンＰ２および
Ｐ３のＰＧ信号に同期してセットされ、Ｕ信号は自身が
セットし、且つ、Ｖ信号がセットした後、ＮＧ信号に同
期して、Ｖ信号およびＷ信号も自身がセットした後、Ｗ
信号およびＵ信号がセットした後でＮＧ信号に同期して
リセットされる。
【００３６】信号ＰＧおよび信号ＮＧは一回転につき１
２パルス発生するので記録パターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３の
３つのパターンが４回繰り返されるから、Ｕ，Ｖ，Ｗ信
号は一回転に４パルス発生する。各々１２０°ずつ位相
がずれた信号となり、サーボモータ駆動用の３相同期信
号として使用できる。また、前述のとおり、微分パルス
ＰＧおよびＮＧは、電気的にその発生位置を可変できる
ため、ロータリーエンコーダをモータに組み込んだとき
の相互の位置関係を調整するための機構を必要とせず、
正確に且つ容易に相互の位置関係を調整することができ
る。
２パルス発生するので記録パターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３の
３つのパターンが４回繰り返されるから、Ｕ，Ｖ，Ｗ信
号は一回転に４パルス発生する。各々１２０°ずつ位相
がずれた信号となり、サーボモータ駆動用の３相同期信
号として使用できる。また、前述のとおり、微分パルス
ＰＧおよびＮＧは、電気的にその発生位置を可変できる
ため、ロータリーエンコーダをモータに組み込んだとき
の相互の位置関係を調整するための機構を必要とせず、
正確に且つ容易に相互の位置関係を調整することができ
る。
【００３７】ここで、ゾーンの分割に対する記録パター
ンを変えることにより、或いは、ＰＳＫ復調回路の検出
分解能を変えることにより、任意の同期パルス数を持つ
３相同期信号を生成できることは説明を持たないであろ
う。
ンを変えることにより、或いは、ＰＳＫ復調回路の検出
分解能を変えることにより、任意の同期パルス数を持つ
３相同期信号を生成できることは説明を持たないであろ
う。
【００３８】
【発明の効果】本願発明によれば、１個のロータリーエ
ンコーダで１０進、２進系列を問わず非常に広いバリエ
ーションを有するＡ／Ｂ相信号パルス出力を得ることが
できる。従って、部品点数と製造管理工数を削減でき、
コスト低減と納期短縮を図ることができる。また、３相
同期信号のパルス幅及び相対位置関係が無調整で決定で
きるので、製造段階でのバラツキが少なく、且つ管理工
数も低減でき、低コスト化が図れる。３相同期信号のパ
ルス数を容易に変更できるので、３相同期信号のパルス
数バリエーションの拡大にも容易に対応できる。
ンコーダで１０進、２進系列を問わず非常に広いバリエ
ーションを有するＡ／Ｂ相信号パルス出力を得ることが
できる。従って、部品点数と製造管理工数を削減でき、
コスト低減と納期短縮を図ることができる。また、３相
同期信号のパルス幅及び相対位置関係が無調整で決定で
きるので、製造段階でのバラツキが少なく、且つ管理工
数も低減でき、低コスト化が図れる。３相同期信号のパ
ルス数を容易に変更できるので、３相同期信号のパルス
数バリエーションの拡大にも容易に対応できる。
【図１】本発明のロータリーエンコーダのシステム構成
の一例のブロック図である。
の一例のブロック図である。
【図２】図１の位相検出回路の詳細を示すブロック図で
ある。
ある。
【図３】図１の内挿回路の詳細を示すブロック図であ
る。
る。
【図４】図１のＰＳＫ復調回路の詳細を示すブロック図
である。
である。
【図５】図４のＰＳＫ復調回路の動作を示す波形図であ
る。
る。
【図６】図１の同期信号発生回路の詳細を示すブロック
図である。
図である。
【図７】図６の回路の動作を説明するための波形図であ
る。
る。
【図８】スケール上のトラック３に記録された記録パタ
ーンの一例を示す波形図である。
ーンの一例を示す波形図である。
【図９】図１の位相比較回路の詳細を示すブロック図で
ある。
ある。
【図１０】本発明のドラムの構造の一例を示す模式図で
ある。
ある。
【図１１】図１０のドラムに記録されたトラックの拡大
図である。
図である。
２ 磁気スケール ３ 検出ヘッド ４Ａ Ａ／Ｂ相パルス生成部 ４１，４４ 位相検出回路 ４２ 切替回路 ４３ 内挿回路 ４Ｂ ３相同期信号及び原点信号生成部 ４５ 位相検出回路 ４６ 位相比較回路 ４７ パルス化回路 ４８ ＰＳＫ復調回路 ４９ 同期信号発生回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｐ 6/16 Ｈ０２Ｐ 6/02 ３５１Ｎ
Claims (7)
- 【請求項１】 一回転当たりの再生波数の差が３＊Ｍ
（但し、Ｍは０でない整数）の関係を有する第１および
第２のトラックを備え、 第１のトラックには１０進数に対応したパルス数を、第
２のトラックには２進数に対応したパルス数を記録し、 上記第１及び第２のトラックの再生波数の差３＊Ｍに対
応したパルス（以下、ビート信号パルスと言う）を用い
て、３相同期信号の生成タイミングを決定し、 第３のトラックに記録された、上記３＊Ｍに対応して分
割されたゾーンの記録パターンの復調信号を用いて前記
３相信号の論理状態を決定するように構成したことを特
徴とするロータリーエンコーダ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のロータリーエンコーダ
において、上記第１および第２のトラックからの位相変
調信号を乗算し、その低域成分によって、上記第１と第
２のトラックのパルス数の差に対応したビート信号を得
るように構成したことを特徴とするロータリーエンコー
ダ。 - 【請求項３】 請求項１に記載のロータリーエンコーダ
において、上記第１および第２のトラックからの位相変
調信号を波形整形し、該信号をディジタル的に位相比較
することによって上記第１と第２のトラックのパルス数
の差に対応したビート信号を得るように構成したことを
特徴とするロータリーエンコーダ。 - 【請求項４】 請求項１に記載のロータリーエンコーダ
において、前記第３のトラックの記録パターンを、第１
または第２のトラックと再生波長が等しいか再生波数が
等しく、且つ、ゾーン毎に位相の異なる信号として記録
して位相変調の形で取り出し、前記第１または第２のト
ラックから得られる位相変調信号と比較することによ
り、上記ゾーンを特定する復調信号となすように構成し
たことを特徴とするロータリーエンコーダ。 - 【請求項５】 請求項４に記載のロータリーエンコーダ
において、前記第３のトラックの記録パターンが各々３
つのゾーンを含む４つのブロックから成ることを特徴と
するロータリーエンコーダ。 - 【請求項６】 請求項４に記載のロータリーエンコーダ
において、前記第３のトラックの記録パターンがモータ
ー回転につき唯一回だけ現れるパターンを含むことを特
徴とするロータリーエンコーダ。 - 【請求項７】 請求項１に記載のロータリーエンコーダ
において、前記第１及び第２のトラックの信号を位相変
調信号の形で検出し、この信号を切り替えることにより
１０進系列および２進系列のパルス出力に対応できるよ
うに構成したことを特徴とするロータリーエンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26413694A JP3322036B2 (ja) | 1994-10-27 | 1994-10-27 | ロータリーエンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26413694A JP3322036B2 (ja) | 1994-10-27 | 1994-10-27 | ロータリーエンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08122096A JPH08122096A (ja) | 1996-05-17 |
| JP3322036B2 true JP3322036B2 (ja) | 2002-09-09 |
Family
ID=17398964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26413694A Expired - Fee Related JP3322036B2 (ja) | 1994-10-27 | 1994-10-27 | ロータリーエンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3322036B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4737858B2 (ja) * | 2001-03-27 | 2011-08-03 | 東芝エレベータ株式会社 | 永久磁石電動機の制御装置 |
| CN100359290C (zh) * | 2004-09-08 | 2008-01-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种提高光电编码器测角精度的方法 |
| JP5024315B2 (ja) * | 2009-03-19 | 2012-09-12 | トヨタ自動車株式会社 | 操舵トルク検出信号送信装置および操舵トルク検出信号受信装置 |
-
1994
- 1994-10-27 JP JP26413694A patent/JP3322036B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08122096A (ja) | 1996-05-17 |
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