JPH05223594A - エンコーダを用いた移動情報検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、チャタリングやバウンズによる誤判
定を確実に防止でき、測定対象物体の移動方向および移
動距離を正確に検出することのできる移動情報検出装置
を提供することを目的とする。 【構成】本発明は、エンコーダ出力をサンプリングする
手段と、そのサンプリングデータが所定サンプル回数以
上ハイレベル状態を持続していない場合にはその間のサ
ンプリングデータをローレベルに修正する波形成形手段
と、波形成形された位相の異なる複数のパルス信号の位
相変化を検出するパルスエッジ検出手段と、各パルス信
号が同時に変化したときカウントを停止させる手段と、
複数のパルス信号が同時に変化したとき次にいずれかの
パルス信号が変化しても測定対象物体の移動方向は不変
であると判断する方向判定手段とを具備したものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンコーダ出力信号に
基づいて測定対象物体の移動距離および移動方向を検出
する移動情報検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、測定対象物体の移動に応じて
エンコーダからＡ相、Ｂ相の２つのパルス信号を発生
し、この両パルス信号の位相差から移動方向を判別する
と共に、パルス信号のパルス数をカウントすることによ
って移動量を検出する装置がある。

【０００３】エンコーダには、機械式、光学式、磁気式
等があり、光学式および磁気式は機械式に比べて大型で
消費電力が大きくかつ高価格であることから、小形、安
価、低消費電力が求められる場合には機械式のものが用
いられる。

【０００４】ところで、機械式エンコーダは機械的なス
イッチ機構によって速度に応じた周期のパルス信号を発
生させているため、出力信号に多くのノイズが含まれ
る。そのため、従来のエンコーダは、図９に示すよう
に、エンコーダ１から出力されたパルス信号を抵抗及び
コンデンサからなるローパスフィルタを通してノイズを
除去してから位相差の検出やパルス数のカウントを行っ
ていた。

【０００５】図１０は機械式エンコーダの原理図を示し
ている。同図に示すように、互いに位相の異なる矩形波
状の可動部にＡ相及びＢ相用の接触子がそれぞれ設けら
れている。測定対象物体の移動に連動して可動部を移動
させることによって、接触子と可動部とがオン−オフを
繰返してＡ相及びＢ相の各接触子からパルス信号が出力
される。両パルス信号のパルス数は、可動部での矩形波
の１周期に相当することからパルス数をカウントするこ
とによって移動距離が分かる。また、測定対象物体が同
一方向に移動しているときは、両パルス信号の位相関係
は変わらないので、位相変化があった時点で移動方向が
反転したことを判別することができる。このように機械
式エンコーダは、接触子と可動部との機械的な接点によ
ってパルス信号を発生するものであることから、切換わ
る際にチャタリングが生じたり、オン状態で接触子が瞬
間的に離れてオフ状態となってしまうバウンズが生じる
可能性が高い。

【０００６】上述した原因によって発生するチャタリン
グやバウンズが実際のパルス信号の周波数よりも非常に
小さい場合には図９に示すローパスフィルターによって
除去することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一方、小形化、低価格
化を狙った場合には、機械式エンコーダは簡単な構造と
なるため、このような簡単な構造のエンコーダを速く動
かした時などはノイズの周波数とパルス信号の周波数と
が近くなる。このようなノイズを除去するためにはロー
パスフィルターの時定数を大きくしなければならない。

【０００８】ところが、時定数の大きなローパスフィル
ターを用いると、プルアップ抵抗の影響による立上が
り，立下がりの時定数の差によって、図１１に示すよう
に両パルス信号の位相が一部で逆転してしまったり、ま
た図１２に示すようにパルス信号自体が埋れてしまい、
その結果、正確な移動方向および移動量を検出すること
ができなくなる。

【０００９】また、バウンズという現象は、一方の接触
子が接触して摺動している際に瞬間的に離れてしまうも
のであるが、図１３に示すように特に他方の接触子の切
換え時にその振動から同時に大きく離れてしまう可能性
が高く、その時点での方向判定を行うことができなくな
ると共に、バウンズからの復帰時には位相関係が逆転し
てしまうため、実際の移動方向とは反対方向の誤判定を
行ってしまうという問題がある。

【００１０】本発明は以上のような実情に鑑みてなされ
たもので、チャタリングやバウンズによる誤判定を確実
に防止でき、測定対象物体の移動方向および移動距離を
正確に検出することのできる移動情報検出装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、測定対象物体の移動に応じてエンコーダか
ら出力されるパルス信号を取込み、該パルス信号のパル
ス数をカウントして前記測定対象物体の移動距離を検出
する移動情報検出装置において、前記パルス信号をその
周期よりも短い周期でサンプリングする手段と、前記サ
ンプリング手段によるサンプリングによって得られたサ
ンプリングデータが、所定サンプル回数以上にわたって
ハイレベル状態を持続していない場合には、該サンプリ
ングデータをローレベルに修正する波形成形手段とを具
備した構成とした。

【００１２】また、本発明は上記目的を達成するため
に、測定対象物体の移動に応じてエンコーダから出力さ
れる互いに位相が異なる複数のパルス信号を取込み、こ
れらパルス信号のパルス数および位相変化に基づいて前
記測定対象物体の移動距離および移動方向を検出する移
動情報検出装置において、前記各パルス信号の変化をそ
れぞれ検出するパルスエッジ検出手段と、前記パルスエ
ッジ検出手段によって前記各パルス信号が同時に変化し
たことを検出した場合には、前記パルス信号のカウント
を停止させる手段とを具備した構成とし、

【００１３】さらに、前記パルスエッジ検出手段によっ
て前記複数のパルス信号が同時に変化したことを検出し
た場合には、次にいずれかのパルス信号が変化しても前
記測定対象物体の移動方向は不変であると判断する方向
判定手段を具備した構成とした。

【００１４】

【作用】本発明によれば、エンコーダから出力されたパ
ルス信号が、サンプリング手段によってその周期よりも
短い周期でサンプリングされる。波形成形手段では、そ
のサンプリングデータが所定サンプル回数以上にわたっ
てハイレベル状態を持続しない場合には、その間にある
ハイレベルのサンプリングデータがローレベルに修正さ
れる。所定サンプル回数以上にわたってハイレベル状態
を持続しない場合にはチャタリングである可能性が高い
ため、そのサンプリングデータをローレベルに修正する
ことにより、チャタリングによるノイズが除去されたパ
ルス信号が得られる。

【００１５】また、本発明によれば、エンコーダから出
力される各パルス信号の変化が、パルスエッジ検出手段
によってそれぞれ検出され、この検出の結果、各パルス
信号が同時に変化したときには、パルス信号のカウント
が停止される。パルス信号が同時に変化したときには方
向判定が不能になるため、この様な場合にカウントを停
止することによって誤った方向へのカウントが防止され
る。

【００１６】さらに、本発明によれば、複数のパルス信
号が同時に変化したときには、次にいずれかのパルス信
号が変化しても測定対象物体の移動方向は不変であると
判断される。複数のパルス信号が同時または極めて短い
時間内に変化するのは、一方が切換わった時の振動によ
って他方がバウンズして変化したときなので、次にパル
ス信号が変化した時点はバウンズから復帰した時点とな
る。従って、バウンズから復帰した時点で信号が変化す
ることによって逆方向にカウントされてしまうといった
不都合が防止され、さらにカウントされなかった分が補
われる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。
図１には一実施例に係る移動情報検出装置の機能ブロッ
ク図を示す。

【００１８】この装置は、エンコーダ１から出力される
互いに位相の異なるＡ相およびＢ相のパルス信号ａ，ｂ
が、それぞれ対応するローパスフィルター２ａ，２ｂに
入力し、各ローパスフィルター２ａ，２ｂの出力が、パ
ルス信号ａ，ｂのパルス幅よりも十分に短い周期でサン
プリング回路３ａ，３ｂによってサンプリングされる。
サンプリング回路３ａ，３ｂでサンプリングして得られ
たサンプリング信号は、それぞれ対応する波形成形回路
４ａ，４ｂに入力される。

【００１９】波形成形回路４ａ，４ｂは、入力信号を後
述する信号処理によってチャタリング等のノイズを除去
したパルス信号に波形成形する。この波形成形回路４
ａ，４ｂの出力信号は、エッジパルス出力回路５，方向
判定回路６，同時変化検出回路７にそれぞれ入力され
る。

【００２０】エッジパルス出力回路５は、入力信号の立
上がりおよび立下がりを検出して、その検出結果をカウ
ントパルス信号としてパルス遮断回路８を介してカウン
ト回路９へ出力する。方向判定回路６は、両入力信号の
位相情報から測定対象物体の移動方向または回転方向を
判定して、その方向判定信号を判定反転回路１０を介し
てカウント回路９へ出力する。

【００２１】同時変化検出回路７は、両入力信号が同時
に或いは極めて短時間の内に変化したときには、同時変
化検出信号をパルス遮断回路８および同時変化検出保持
回路１１へ出力する。パルス遮断回路８は、その同時変
化検出回路７からの同時変化検出信号を受けてカウント
パルスがカウント回路９へ入力するのを遮断する。

【００２２】判定反転回路１０は、同時変化検出保持回
路１１が同時変化検出回路７からの同時変化検出信号を
保持することによって、次のエッジで方向反転した方向
判定回路６からの方向判定信号をさらに反転させた方向
判定信号をカウント回路ヘ出力する。

【００２３】カウント回路９は、エッジパルス出力回路
５からパルス遮断回路８を介して入力するカウントパル
ス信号のパルス数をカウントし、方向判定回路６から判
定反転回路１０を介して入力する方向判定信号に応じて
カウント値をアップダウンさせたカウント値を出力す
る。本実施例の具体的な回路構成を図２〜図４に示す。

【００２４】ローパスフィルター２ａは、抵抗ｒ１，ｒ
２およびコンデンサＣ１からなり、エンコーダ出力信号
ａ，ｂの位相関係に影響を与えない程度の時定数に設定
されている。

【００２５】このローパスフィルター２ａの出力はサン
プリング回路３ａとなるフリップフロップ２１のＤ端子
に入力される。サンプリング回路３ａは、システムクロ
ックＣＬＫ１をフリップフロップ２０で２分周したクロ
ックＣＬＫ２で動作する。すなわち、エンコーダ出力信
号はシステムクロックＣＬＫ１の１／２のサンプリング
クロックでサンプリングされる。

【００２６】波形成形回路４ａは、その入力段に設けら
れたフリップフロップ２２のＤ端子にサンプリング回路
３ａ出力が入力される。このフリップフロップ２２のＱ
出力はＡＮＤ回路２３、２４にそれぞれ入力される。な
お、一方のＡＮＤ回路２３の入力端子には、さらにサン
プリング回路３ａ出力が入力される。この２つのＡＮＤ
回路２３、２４出力はＯＲ回路２５の両入力端子に入力
され、このＯＲ回路出力が出力段に設けられたフリップ
フロップ２６のＤ端子に入力される。フリップフロップ
２６のＱ出力はエッジパルス出力回路５に入力されると
共に、他方のＡＮＤ回路２４の入力端子に入力される。
なお、波形成形回路４ａの各フリップフロップ２２，２
６も、サンプリング回路３ａと同じクロックＣＬＫ２で
動作する。

【００２７】また、エンコーダ１の位相Ｂ側に対応する
ローパスフィルター２ｂ，サンプリング回路３ｂ，波形
成形回路４ｂも、上述した位相Ａ側の構成と同じ構成と
なっている。

【００２８】エッジパルス出力回路５は、各相毎にフリ
ップフロップ２７，２８および排他的論理和回路２９，
３０がそれぞれ設けられている。フリップフロップ２
７，２８および排他的論理和回路２９，３０には、波形
成形回路４ａ，４ｂの出力Ｓ１，Ｓ２が入力される。排
他的論理和回路２９，３０の他方の入力端子には、それ
ぞれ対応するフリップフロップ２７，２８のＱ出力が入
力されている。

【００２９】方向判定回路６は、６つのフリップフロッ
プ３１〜３６と、ＯＲ回路３７と、インバータ３８とか
らなる。フリップフロップ３１，３２の各Ｄ端子には、
エッジパルス出力回路５のフリップフロップ２７，２８
の各Ｑ出力Ｓ５，Ｓ６が入力する。フリップフロップ３
３〜３６は方向判定用に使われ、そのＤ端子およびクロ
ック端子には、フリップフロップ３１，３２のＱ出力
（非反転）および反転出力が、図示の如く組合わされて
入力されている。

【００３０】一方、ＯＲ回路３７には、エッジパルス出
力回路５の各排他的論理和回路２９，３０の出力Ｓ３，
Ｓ４が入力される。このＯＲ回路３７の出力Ｓ７はイン
バータ３８を介して上記フリップフロップ３３〜３６の
各クリア端子に入力される。これらフリップフロップ３
３〜３６のＱ出力は、ＯＲ回路３９に入力され、このＯ
Ｒ回路出力Ｓ９は判定反転回路１０へ出力される。

【００３１】同時変化検出回路７は、方向反転回路６と
共用するＯＲ回路３７と、パルス遮断回路８と共用する
排他的論理和回路４１と、ＯＲ回路３７および排他的論
理和回路４１の出力が入力される排他的論理和回路４２
と、この排他的論理和回路４２の出力が入力されるフリ
ップフロップ４３とから構成されている。なお、排他的
論理和回路４１は、ＯＲ回路３７と同様に信号Ｓ３，Ｓ
４が入力される。

【００３２】パルス遮断回路８は、エッジパルス出力回
路５からの信号Ｓ３，Ｓ４が入力する排他的論理和回路
４１と、この排他的論理和回路４１の出力Ｓ１０がＤ端
子に入力し、反転出力をカウントパルスＳ１３として出
力するフリップフロップ４４とからなる。フリップフロ
ップ４４の反転出力Ｓ１３がカウントパルスとしてカウ
ント回路９へ出力される。

【００３３】同時変化検出保持回路１１は、フリップフ
ロップ４５からなる。このフリップフロップ４５は、Ｄ
端子に定電圧が印加され、クロック端子にパルス遮断回
路８のフリップフロップ４４の反転出力Ｓ１３が入力さ
れ、さらにクリア端子にフリップフロップ４３の反転出
力Ｓ１２が入力される。

【００３４】判定反転回路１０は、排他的論理和回路４
６からなり、フリップフロップ４５の反転出力Ｓ１４お
よび方向判定回路６のＯＲ回路３９の出力Ｓ９を入力信
号とする。この排他的論理和回路４６の出力Ｓ１５は方
向判定信号としてカウント回路９へ出力される。以上の
ように構成された本実施例では以下のような動作を示
す。

【００３５】先ず、波形成形回路４ａ，４ｂにおけるチ
ャタリング等のノイズ除去動作について図５を参照して
説明する。なお、各波形成形回路４ａ，４ｂにおけるノ
イズ除去動作は共に同じ動作となるので、ここではＡ相
側の波形成形回路４ａについて説明する。

【００３６】エンコーダ１から出力され、サンプリング
回路３ａでシステムクロックＣＬＫ１の１／２のサンプ
リングクロックでサンプリングされたデータＣは、フリ
ップフロップ２２，２６によって２クロック間保持さ
れ、サンプリングデータｃとこれよりも１クロック前の
サンプリングデータｄが一方のＡＮＤ回路２３で比較さ
れ、サンプリングデータｄとそれよりも１クロック前の
サンプリングデータｅとが他方のＡＮＤ回路２４で比較
される。そして、サンプリングデータｄがハイレベルで
その前後のデータｃ，ｅがローレベルの時は、ＡＮＤ回
路２３，２４が共に不成立となってフリップフロップ２
６に、サンプリングデータｄをローレベルに修正したデ
ータが入力され、この修正されたデータＳ１が次のクロ
ックでエッジパルス出力回路５へ出力される。

【００３７】従って、波形成形回路４ａでは、２サンプ
ル以上ハイレベル状態が続かない場合にはチャタリング
と見なして、そのデータに関する出力信号ｅはローレベ
ルに修正される。このような処理によってチャタリング
ノイズが除去される。波形成形回路４よりも後段の動作
について図６および図７に示すタイムチャートを参照し
て説明する。

【００３８】パルスエッジ出力回路５では、波形成形さ
れたデータＳ１，Ｓ２が、フリップフロップ２７，２８
にそれぞれ入力され、このフリップフロップ２７，２８
がシステムクロックＣＬＫ１の立下がりで動作して、そ
れぞれ半クロック分だけ遅延した信号Ｓ５，Ｓ６を出力
する。

【００３９】一方、排他的論理和回路２９，３０では、
波形成形された信号Ｓ１，Ｓ２と、それらよりも半クロ
ック分だけ遅延した信号Ｓ５，Ｓ６がそれぞれ入力され
る。そして、信号Ｓ１，Ｓ２が変化する時点で、半クロ
ック分のパルス信号Ｓ３，Ｓ４を出力する。このように
して、波形成形された信号Ｓ１，Ｓ２が変化する時点で
半クロック分のパルス信号Ｓ３，Ｓ４が出力される。

【００４０】方向判定回路６では、先ずＯＲ回路３７に
よってパルス信号Ｓ３，Ｓ４が合成され、その合成信号
Ｓ７によって方向判定用のフリップフロップ３３〜３６
がリセットされる。その後、フリップフロップ３１，３
２で遅延されたＡ相，Ｂ相のエッジ部分を示すパルス信
号Ｓ３，Ｓ４が、フリップフロップ３３〜３６に入力し
て、その方向判定結果が方向判定信号Ｓ９として出力さ
れる。

【００４１】一方、Ａ相，Ｂ相の各信号Ｓ１，Ｓ２のエ
ッジ部分を示すパルス信号Ｓ３，Ｓ４は、パルス遮断回
路８の排他的論理和回路４１に入力されている。排他的
論理和回路４１は、パルス信号Ｓ３，Ｓ４が同時に変化
したときには、出力Ｓ１０がローレベルとなる。そし
て、排他的論理和回路４１およびＯＲ回路３７の両出力
信号Ｓ１０，Ｓ７が排他的論理和回路４２に入力され
て、ＯＲ回路３７からパルスＳ７が出力され、排他的論
理和回路４１からパルスＳ１０が出力されないとき、即
ちＡ相，Ｂ相の各信号Ｓ１，Ｓ２が同時に変化したとき
にのみ、同時変化検出信号Ｓ１１が出力される。

【００４２】フリップフロップ４３は、排他的論理和回
路４２からのグリッチノイズを除去するために挿入した
ものであり、ネガティブな同時変化検出信号Ｓ１２を出
力する。

【００４３】この同時変化検出信号Ｓ１２は、同時変化
検出保持回路１１のフリップフロップ４５のクリア端子
に入力され、パルス遮断回路８のパルス信号Ｓ１０がフ
リップフロップ４４を介して、その反転出力Ｓ１３がカ
ウント回路９へ出力されるまで保持される。そして、同
時変化検出保持回路１１が同時変化検出パルスＳ１２を
保持している間は、フリップフロップ４５の反転出力Ｓ
１４はハイレベルと成っているため、判定反転回路１０
の排他的論理和回路４６によって、方向判定回路６の判
定出力Ｓ９は反転されて信号Ｓ１５がカウント回路９へ
入力する。

【００４４】この様なカウントパルスＳ１３および方向
判定信号Ｓ１５が入力するカウント回路９では、図８に
示すように、エンコーダ信号が同時に変化した場合に
は、カウントパルスＳ１３の入力が遮断されるためにカ
ウントは行われず、バウンズが復帰した時点で同方向に
カウントを開始する。

【００４５】この様に本実施例によれば、波形成形回路
４ａ，４ｂでサンプリングデータが一定のサンプル回数
以上にわたってハイレベル状態を維持しない場合に、そ
のサンプリングデータはチャタリングノイズであるとし
て、そのサンプリングデータをローレベルに修正するよ
うにしたので、時定数の大きいローパスフィルターを使
わなくてもチャタリングをデジタル的に除去することが
でき、位相が逆転して移動方向の判定結果を誤ったり、
信号が埋もれて移動距離や移動方向の検出が不可能にな
るといった不都合を確実に防止できる。

【００４６】また、Ａ相、Ｂ相のエンコーダ信号ａ，ｂ
が同時に変化した場合には、パルス遮断回路８によって
カウントパルスＳ１３の出力を停止し、かつエンコーダ
信号ａ，ｂが同時に変化した後の最初のパルス変化で
は、そのパルス変化で移動方向が反転したものと判断し
ないように方向判定結果を反転させるようにしたので、
方向判定不能時に誤った方向へのカウントを防止でき、
バウンズからの復帰時に誤った方向にカウントしてしま
うのを防止でき、方向判定不能のためにカウントできな
かった分を補うことができる。

【００４７】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、チ
ャタリングやバウンズによる誤判定を確実に防止でき、
測定対象物体の移動方向および移動距離を正確に検出す
ることのできる移動情報検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る移動情報検出装置の機
能ブロック図。

【図２】一実施例に係る移動情報検出装置の前段の回路
構成図。

【図３】一実施例に係る移動情報検出装置の中段の回路
構成図。

【図４】一実施例に係る移動情報検出装置の後段の回路
構成図。

【図５】チャタリングノイズ除去動作を示す波形成形回
路部分のタイムチャートを示す図。

【図６】一実施例に係る移動情報検出装置の方向反転処
理に係わる部分のタイムチャートの一部を示す図。

【図７】一実施例に係る移動情報検出装置の最終段での
方向反転処理に係わるタイムチャートを示す図。

【図８】一実施例に係る移動情報検出装置の方向反転処
理に伴うカウント結果を説明するための図。

【図９】従来の機械式エンコーダとその信号処理回路と
を示す図。

【図１０】機械式エンコーダの動作原理を説明するため
の図。

【図１１】時定数の低いローパスフィルターを用いチャ
タリングノイズの影響を受けた波形図。

【図１２】時定数の高いローパスフィルターを用いた場
合のエンコーダの出力信号の波形図。

【図１３】切換え時のバウンズによる位相変化を示す
図。

【符号の説明】

１…エンコーダ、２…ローパスフィルタ、３…サンプリ
ング回路、４…波形成形回路、５…エッジパルス出力回
路、６…方向判定回路、７…同時変化検出回路、８…パ
ルス遮断回路、９…カウント回路、１０…判定反転回
路、１１…同時変化検出保持回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象物体の移動に応じてエンコーダ
   から出力されるパルス信号を取込み、該パルス信号のパ
   ルス数をカウントして前記測定対象物体の移動距離を検
   出する移動情報検出装置において、 前記パルス信号をその周期よりも短い周期でサンプリン
   グする手段と、 前記サンプリング手段によるサンプリングによって得ら
   れたサンプリングデータが、所定サンプル回数以上にわ
   たってハイレベル状態を持続していない場合には、該サ
   ンプリングデータをローレベルに修正する波形成形手段
   と、を具備したことを特徴とする移動情報検出装置。
2. 【請求項２】 測定対象物体の移動に応じてエンコーダ
   から出力される互いに位相が異なる複数のパルス信号を
   取込み、これらパルス信号のパルス数および位相変化に
   基づいて前記測定対象物体の移動距離および移動方向を
   検出する移動情報検出装置において、 前記各パルス信号の変化をそれぞれ検出するパルスエッ
   ジ検出手段と、 前記パルスエッジ検出手段によって前記各パルス信号が
   同時に変化したことが検出されたとき前記パルス信号の
   カウントを停止させる手段と、を具備したことを特徴と
   する移動情報検出装置。
3. 【請求項３】 前記パルスエッジ検出手段によって前記
   複数のパルス信号が同時に変化したことが検出されたと
   き、次にいずれかのパルス信号が変化しても前記測定対
   象物体の移動方向は不変であると判断する方向判定手段
   を具備したことを特徴とする請求項２記載の移動情報検
   出装置。