(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンコーダの回転体１回転で１周期となるような２値乱数信号（以下、Ｍ系列信号という）を出力するＭ系列信号出力手段と、エンコーダの回転体１回転で任意の分解能の数だけ出力され、かつ、デューティが５０％のＡパルス信号およびこのＡパルス信号に対し１周期の１／４だけずれたＢパルス信号を出力するパルス信号出力手段と、前記Ｍ系列信号を位置データに変換する変換手段と、前記Ａパルス信号およびＢパルス信号を計数する計数手段とを備え、電源投入時に前記変換手段を用いて初期位置検出を行ない、その後、この初期位置検出値に前記計数手段からの出力を加算することにより、位置検出を常時可能にしたエンコーダにおいて、
１回転で１パルスだけ同じ位置で発生するＺパルス信号を出力するＺパルス信号出力手段と、このＺパルス信号から位置を検出する位置検出手段とを設け、
エンコーダの回転体が停止時を含む低速で回転中の場合は、前記Ｍ系列信号を用いて初期位置検出を行ない、エンコーダの回転体が高速で回転中の場合は、前記Ｚパルス信号を用いて初期位置検出を行なうことを特徴とするエンコーダの初期位置検出装置。
【請求項２】
前記エンコーダの回転体が低速か高速かは、或るサンプリング期間における、前記計数手段からの出力値（カウンタ値）の今回値から前回値を引いた差分値の絶対値を、所定値と比較することにより判断することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダの初期位置検出装置。
【請求項３】
前記計数手段からの出力値（カウンタ値）の変化量と、前記変換手段からの出力の変化量とが等しいとき、この変換手段からの出力を正しいものと判断することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダの初期位置検出装置。
【請求項４】
前記Ｚパルスを前回検出してから今回検出するまでの間に、前記計数手段からの出力値がエンコーダの回転体１回転分相当のＡ，Ｂパルス数と等しいとき、Ｚパルスを用いて位置を検出する位置検出手段からの出力を正しいものと判断することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダの初期位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、サーボモータ等に使用して好適なエンコーダの初期位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｎビット（Ｎｂｉｔ）のエンコーダの従来例を図４に示す。同図において、１はスリット板、２はＬＥＤ（発光ダイオード）、３は受光素子群、４は抵抗、５はＩ／Ｖ（電流／電圧）変換回路、６はコンパレータ、８はＭ系列符号から位置信号に変換する変換テーブル８０，カウンタ８１，ラッチ８２および加算器８４等からなるディジタル処理部である。
【０００３】
スリット板１は、１回転で１周期となるような２値乱数信号であるＭ系列信号に基づいて遮光，透過を繰り返すパターンと、等間隔で１回転に２のＮ乗（２N ）回だけ遮光，透過を繰り返すＡ，Ｂパルスパターンを持つ。ＬＥＤ２より発光された光は、スリット板１を経て受光素子群３にて受光される。受光素子群３は、スリット板１のＭ系列のパターンを通った光を受光し電流に変換するＮ個のＭ系列受光素子３１と、スリット板１のＡ，Ｂパルスパターンを通した光を受光するＡパルス受光素子と、Ａパルスの周期から１／４周期ずれた周期の出力を得るＢパルス受光素子（以下、これらをまとめてＡ，Ｂパルス受光素子３２ともいう）と、Ｍ系列受光素子３１にて変換された電流を増幅するＮ個のトランジスタ３４等から構成される。
【０００４】
Ｎ個のトランジスタ３４より出力された電流は、Ｎ個の抵抗４によって電圧に変換され、Ａ，Ｂパルス受光素子３２より出力された電流は、Ｉ／Ｖ変換回路５によって電圧に変換される。電圧に変換された信号は、コンパレータ６によりＡ，Ｂパルス信号の振幅（Ｐ−Ｐ）の中心電圧Ｅと比較され、パルスに波形整形される。これら電圧に変換されたＮ本（Ｎｂｉｔ）のＭ系列信号およびＡ，Ｂパルスは、ディジタル処理部８に入力され、それぞれ以下のように処理される。
【０００５】
変換テーブル８０は例えば図５に示すように、ＮｂｉｔのＭ系列信号をＮｂｉｔの位置データに変換するＮ×Ｎの大きさのテーブルである。また、Ａ，Ｂパルスのカウンタ８１は、図６に示すような位相が９０度ずれたＡパルス，Ｂパルスを１てい倍（逓倍）して、アップ／ダウンカウントするようなカウンタである。
【０００６】
ディジタル処理部８での処理は次のように行なわれる。
まず、電源投入直後に、Ｍ系列／位置変換テーブル８０によりＭ系列／位置変換を行なう。これが終了すると、Ｍ系列／位置変換終了フラグがセットされ、ラッチ８２ではテーブル８０の出力が初期位置検出値として保持されるとともに、Ａ，Ｂパルスのカウンタ８１がクリア（ｃｌｒ）される。加算器８４により、テーブル出力のラッチ出力（Ｍ系列位置検出値ともいう）と、Ａ，Ｂパルスのカウンタ値が加算され、この加算結果がエンコーダの位置検出値となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成において、限られた径のスリット板１において高分解能を得ようとする（Ｎを大きくする）場合、ＬＥＤ２の限られた照射面積内に、スリット板のパターンに対応する形状の受光素子群３を配置しなければならないため、受光素子１個あたりの面積が小さくなる。特に、Ｍ系列受光素子はその出力信号の個数も多いため、Ａ，Ｂパルス受光素子に比べて面積を小さくせざるを得ないことが多く、出力する信号も微小となる。したがって、トランジスタ３４などを用いて増幅することが必要となる。このように、トランジスタを用いて増幅する場合、トランジスタはベース・エミッタ間に容量を持っており、電流／電圧変換の抵抗４との間で、出力信号に遅延が生じる。
【０００８】
そのため、エンコーダの回転体が高速で回転するような場合、遅延の影響でＭ系列信号が遅れてしまい、誤った検出をしてしまうおそれがある。そのため、従来はＭ系列位置検出を行なう電源投入時は、エンコーダの回転体が或る回転数以下であるといった使用上の制限を設けていることが多い。
したがって、この発明の課題はエンコーダの回転体の回転数による制限を受けることなく、正確な位置検出を可能とすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決を図るべく、請求項１の発明では、エンコーダの回転体１回転で１周期となるような２値乱数信号（以下、Ｍ系列信号という）を出力するＭ系列信号出力手段と、エンコーダの回転体１回転で任意の分解能の数だけ出力され、かつ、デューティが５０％のＡパルス信号およびこのＡパルス信号に対し１周期の１／４だけずれたＢパルス信号を出力するパルス信号出力手段と、前記Ｍ系列信号を位置データに変換する変換手段と、前記Ａパルス信号およびＢパルス信号を計数する計数手段とを備え、電源投入時に前記変換手段を用いて初期位置検出を行ない、その後、この初期位置検出値に前記計数手段からの出力を加算することにより、位置検出を常時可能にしたエンコーダにおいて、
１回転で１パルスだけ同じ位置で発生するＺパルス信号を出力するＺパルス信号出力手段と、このＺパルス信号から位置を検出する位置検出手段とを設け、
エンコーダの回転体が停止時を含む低速で回転中の場合は、前記Ｍ系列信号を用いて初期位置検出を行ない、エンコーダの回転体が高速で回転中の場合は、前記Ｚパルス信号を用いて初期位置検出を行なうことを特徴する。
【００１０】
上記請求項１の発明においては、前記エンコーダの回転体が低速か高速かは、或るサンプリング期間における、前記計数手段からの出力値（カウンタ値）の今回値から前回値を引いた差分値の絶対値を、所定値と比較することにより判断することができ（請求項２の発明）、または、前記計数手段からの出力値（カウンタ値）の変化量と、前記変換手段からの出力の変化量とが等しいとき、この変換手段からの出力を正しいものと判断することができ（請求項３の発明）、もしくは、前記Ｚパルスを前回検出してから今回検出するまでの間に、前記計数手段からの出力値がエンコーダの回転体１回転分相当のＡ，Ｂパルス数と等しいとき、Ｚパルスを用いて位置を検出する位置検出手段からの出力を正しいものと判断することができる。
【００１１】
すなわち、請求項１の発明においては、電源投入時等のスリット板などのエンコーダの回転体が低速で回転している状態ではＭ系列信号を用いて位置検出をし、高速に回転している状態ではＺパルスを用いて位置検出をすることにより、低速でも高速でも初期位置検出が可能となる。さらに、Ｍ系列を用いた位置検出は、Ｎ本のＭ系列信号を瞬時に読み取るため位置検出時間が短いのに対し、Ｚパルスを用いた位置検出は、最悪、エンコーダの回転体が１回転するまでの時間を要する。しかし、この発明では、低速においてはＭ系列を用いた位置検出を行ない、高速においてはＺパルスを用いた位置検出を行なうので、Ｚパルス位置検出を行なう場合でも、回転体が１回転することにかかる時間が短く、初期位置検出に要する時間が短くて済む。
【００１２】
請求項２の発明においては、初期位置検出において、Ａ，Ｂパルスカウント値の、あるサンプリング期間の変化量が大きい／小さいをもって高速／低速の判断を行なうため、新規に高速／低速の判断手段を設けることなく実現できる。
請求項３の発明においては、あるサンプリング期間でのＭ系列位置検出値の変化量と、Ａ，Ｂパルスカウント値の変化量が一致することで、Ｍ系列位置検出値を正しいとして採用している。異なった受光素子からの信号で、かつ異なる検出手段で得られた結果を比較するため、一方の検出手段がノイズでだめになったとしても、もう一方の検出手段が正常である場合があるので、エンコーダが初期位置検出を誤る可能性を非常に小さくすることができる。また、もし上記の比較が一致しないときは、この動作をリトライするとした場合、初期位置検出値がなかなか確立しないことは、一方の検出手段が正常でないことを意味し、このことからエンコーダの故障を検出できる。
【００１３】
請求項４の発明においては、電源投入直後にＺパルスを検出してから次にＺパルスを検出するまでの間に、Ａ，Ｂパルスカウント値が１回転分のパルス数だけ変化することをもって、Ｚパルス位置検出値を初期位置検出値として採用する。これは、異なった受光素子からの信号で、かつ異なる検出手段で得られた結果を比較するため、一方の検出手段がノイズ等でだめになったとしても、もう一方の検出手段が正常である場合があるので、エンコーダが初期位置検出を誤る可能性を非常に小さくすることができる。また、請求項３の発明と同じく、もし上記比較が一致しないときにリトライするとした場合、初期位置検出値がなかなか確立しないことは、一方の検出手段が正常でないことを意味し、このことからエンコーダの故障を検出できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
スリット板１には、１回転で１周期となるようなＮビットのＭ系列信号パターン、等間隔で遮光・透過を繰り返すＡ，Ｂパルス信号パターン、および１回転に同じ位置で１回だけ光を透過するＺパルス信号パターンが形成されているものとする。ＬＥＤ２より発光された光はスリット板１を通して、受光素子群３にて電流に変換される。したがって、受光素子群３はＮ個の受光素子列３１と、Ａパルス受光素子とＡパルス受光素子の出力信号から１／４周期位相のずれた波形を出力するように配置されたＢパルス受光素子を含むＡ，Ｂパルス受光素子３２と、Ｚパルス受光素子３３と、Ｍ系列受光素子３１から出力された電流を増幅するＮ個のトランジスタ３４等より成っている。
【００１５】
Ｎ個のトランジスタ３４から出力された電流は、それぞれＮ個の抵抗４によって電流から電圧に変換される。また、Ｚパルス受光素子３３から出力された電流は、Ｉ／Ｖ変換回路５Ａにより電圧に変換される。電圧に変換されたＺパルス信号は、コンパレータ６Ａで、出力（Ｚパルスのパルス幅）がＡ，Ｂパルスのパルス幅程度になるような比較電圧Ｅ１と比較され、図６に示すようなＺパルス信号に波形整形される。同様に、Ａ，Ｂパルス受光素子３２から出力された電流は、Ｉ／Ｖ変換回路５により電圧に変換される。電圧に変換されたＡ，Ｂパルス信号は電圧Ｅとコンパレータ６で比較され、図６に示すようなＡ，Ｂパルス信号に波形整形される。
【００１６】
Ｎ本のＭ系列信号，Ａ，Ｂパルス信号およびＺパルス信号は、それぞれディジタル処理部８に入力されて以下のように処理され、位置検出値に加工される。
Ｍ系列／位置変換テーブル８０は図４と同じく、Ｎ本のＭ系列信号の入力に対して、Ｎｂｉｔの位置データに変換するＮ行×Ｎ列の大きさのテーブルである。８１も図４と同じく、図６に示すようなＡ，Ｂパルスを１てい倍して、アップ／ダウンカウントするようなカウンタであり、電源投入時には“０”がプリセットされている。
【００１７】
ここで、電源が投入されると、まず最初にスリット板１が停止または低速で回転中か高速で回転中かが、低速／高速判断回路８３により判断される。そして、低速の場合、判断回路８３は“１”を出力してスイッチ（ＳＷ）８６によりテーブル８０出力を選択し、高速の場合は判断回路８３は“０”を出力し、スイッチ（ＳＷ）８６により“０”、すなわちＺパルスによる位置検出値（０）を選択する。次に、８６により選択されたデータは、ラッチ８２により論理回路８５から出力される初期位置検出終了信号の立ち上がりタイミングで、初期位置検出値としてラッチされる。初期位置検出終了信号は論理回路８５により電源オン時にクリアされ、低速でかつＭ系列／位置検出変換終了の場合と、高速でかつＺパルスを検出した場合にセットされる。初期位置検出終了信号がセットされたのち、ラッチ８２によってラッチされた初期位置検出値と、初期位置検出終了信号の立ち上がりエッジでクリアされたカウンタ８１の出力は加算器８４によって加算され、常に位置検出が行なわれることになる。
【００１８】
図２はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図である。図１と異なるのは低速／高速判断回路８３の部分だけなので、これについてのみ説明し他については説明を省略する。
低速／高速判断回路８３は図示のように、カウンタ８１の出力の前回値を保持するバッファ８３２，前回値から今回値を減算する減算器８３１，減算結果の絶対値を演算する絶対値演算器８３３およびコンパレータ８３４等より構成する。なお、コンパレータ８３５の入力Ａは、低速か高速かの判断しきい値を示す。
【００１９】
すなわち、カウンタ８１の出力は減算器８３１により、バッファ８３２の値から減算され、絶対値演算器８３３によって絶対値がとられる。この絶対値は、サンプリング間のＡ，Ｂパルス変化量である。この変化量はコンパレータ８３４において、低速か高速かの判断しきい値Ａと比較される。こうして、低速／高速判断回路８３は低速ならば“１”を、高速ならば“０”を出力する。ここに、低速か高速かを判断するためのしきい値Ａは、Ｍ系列信号の応答から決まる定数である。
【００２０】
図３はこの発明の第３の実施の形態を示す構成図で、図２に示すものに対してＭ系列位置検出値チェック回路８７と、Ｚパルス位置検出値チェック回路８８とを付加して構成される。
まず、Ｍ系列位置検出値チェック回路８７は、Ｍ系列位置検出値の前回値を保持するバッファ８７１，Ｍ系列位置検出値の前回値から今回値を減算する減算器８７２，カウンタ８１の出力の前回値を保持するバッファ８７４，カウンタ８１の出力の前回値から今回値を減算する減算器８７５，減算器８７２の出力から減算器８７５の出力減算する減算器８７３，およびこの減算器８７３の出力が“０”かそれ以外かを判断する判断回路８７６等より構成される。
【００２１】
Ｍ系列位置検出値チェック回路８７の動作について説明する。
テーブル８０の出力であるＭ系列位置検出値は、減算器８７２により前回値を保持するバッファ８７１の出力から減算される。この減算結果はサンプリング間のＭ系列位置検出値の変化量である。一方、Ａ，Ｂパルスカウンタ８１の出力は、減算器８７５により前回値を保持するバッファ８７４の出力から減算される。この減算結果はサンプリング間のＡ，Ｂパルス数である。サンプリング間のＭ系列位置検出値の変化量から、サンプリング間のＡ，Ｂパルス数が、減算器８７３により減算される。この減算結果が“０”、すなわちサンプリング間のＡ，Ｂパルス数とＭ系列位置検出値の変化量が一致することを判断回路８７６は判断し、一致したならば“１”、一致しないならば“０”を出力する。この出力が“１”ならば、Ｍ系列位置検出値のチェックはＯＫであり、低速の場合は論理回路８５により、初期位置検出終了フラグがセットされる。もし、上記出力が“０”ならば、低速の場合であっても初期位置検出終了フラグはクリアされたままとなるので、Ｍ系列位置検出値のチェック動作を次のサンプリングでリトライする。
【００２２】
一方、Ｚパルス位置検出値チェック回路８８は、今回のＺパルス検出のタイミングでカウンタ８１の出力をラッチするラッチ８８１，前回のＺパルス検出のタイミングでカウンタ８１の出力をラッチするラッチ８８２，その前回値から今回値を減算する減算器８８３，および減算結果が２のＮ乗（２N ）かどうかを判断する判断回路８８４等より構成される。その動作は以下のとおりである。
電源投入後、最初にＺパルスを検出したときのカウンタ８１の出力値をラッチ８８２にラッチし、次にＺパルスを検出したときのカウンタ８１の出力値をラッチ８８１でラッチし、その差分を減算器８８３により求める。判断回路８８４は、その差分がスリット板１の１回転分のＡ，Ｂパルス数に相当する２N であるかどうかを判断し、その結果が“１”ならばＺパルス位置検出のチェックはＯＫであり、高速の場合は論理回路８５により、初期位置検出終了フラグがセットされる。もし、上記出力が“０”ならば、高速であっても初期位置検出終了フラグはセットされずに、Ｚパルス位置検出値のチェック動作をリトライする。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、電源投入時の初期位置検出を、低速でＭ系列信号を用いて行ない、高速でＺパルスを用いることにより、停止時から高速まで、初期位置検出が可能となる。
請求項２の発明によれば、新規に回転数を検出する手段を設けることなく、従来からあるＡ，Ｂパルスカウント値を用いて、低速／高速の判断が可能となる。請求項３の発明によれば、或るサンプリング期間でのＭ系列位置検出値とＡ，Ｂパルスカウント値の変化量が一致することでＭ系列位置検出値を正しいと判断し、初期位置検出値として採用することにより、Ｍ系列位置検出の耐ノイズ性を高めることができる。
請求項４の発明によれば、電源投入直後にＺパルスを検出してから、次にＺパルスを検出するまでの間に、Ａ，Ｂパルスカウント値が１回転分のパルス数だけ変化することで、Ｚパルス位置検出値を正しいと判断し、初期位置検出値として採用することにより、Ｚパルス位置検出の耐ノイズ性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
【図３】この発明の第３の実施の形態を示す構成図である。
【図４】従来例を示す構成図である。
【図５】Ｍ系列信号を位置データに変換するテーブル例の説明図である。
【図６】図１〜４の動作説明図である。
【符号の説明】
１…スリット板、２…ＬＥＤ（発光ダイオード）、３…受光素子群、３１，３２，３３…受光素子、３４…トランジスタ、４…抵抗、５，５Ａ…電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換回路、６，６Ａ，８３４…コンパレータ、８…ディジタル処理部、８１…カウンタ、８２，８８１，８８２…ラッチ、８３…低速／高速判断回路、８４…加算器、８５…論理０００８６…スイッチ、８７…、Ｍ系列位置検出値チェック回路、８８…Ｚパルス位置検出値チェック回路、８３１，８７２，８７５，８８３…減算器、８３２，８７１，８７４…バッファ、８３３…絶対値演算器、８７６，８８４…判断回路。
【図１】
0003680983.tif 000002
【図２】
0003680983.tif 000003
【図３】
0003680983.tif 000004
【図４】
0003680983.tif 000005
【図５】
0003680983.tif 000006
【図６】
0003680983.tif 000007