JPS62238415A - ロ−タリエンコ−ダ出力位相補正回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ロータリエンコーダ出力位相補正回路に関し
、特にコード板の偏心によるエンコーダ出力パルスの位
相変動の補正に好適な回路に関するものである。

〔従来の技術〕

例えば、ラインプリンタ等の同期信号発生部として使用
されるロータリエンコーダは、機構的には回転軸をエン
コードするもので、ラインプリンタでは、プラスチック
の円板に９〜ｌＯ個のウィンドセグメントを持ち、これ
によりコードを発生させる。これらのウィンドセグメン
トでは、活字のコードを発生させる６〜７個のセグメン
トと、チェックのためのパリティセグメント、シフ１−
コードセグメント等から構成される。

このような構造のロータリエンコーダにおいては、出力
パルスに位相エラーが生じることがあり、このエラーの
最大の原因は、エンコーダ回転軸とコード板の軸心ぶれ
等に起因する偏心であると言われている。そして、この
偏心は、エンコーダ出力矩形波のパルス位相エラーとし
て現われ、精密な角度（回転）検出の妨げとなる。一般
には、この偏心による位相エラーは、１回転を１周期と
する疑似正弦波となる。このようなパルス位相エラーを
補正する場合、光ディテクタを１個だけ備えた一般のエ
ンコーダでは非常に困難である。

従来は、光ディテクタを複数個使用して補正する方法が
提案されている（例えば、特開昭６０−１４６１１３号
公報記載の「光電式ロータリエンコーダの波形整形回路
」参照）。上記のように、光ディテクタを２個使用した
場合の偏心補正方法を簡単に説明する。この方法では、
２個の光ディテクタを、回転軸の軸心を中心に１８０°
対向させて配置する。各々の光ディテクタの偏心による
出力パルスの位相変動は、丁度、逆位相の正弦波的な変
動となる。従って、これら２つの出力信号を加算すれば
、偏心によるエンコーダの出力エラーは差し引きゼロと
なり、正確な角度検出が行える。２個以上の多数の光デ
ィテクタを用いた場合でも、原理は同じであって、一般
に光ディテクタの数が増えるほど、精密な補正が可能で
ある（上記公報を参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記複数個の光ディテクタを用いる方法は、原理的にも
簡単で、かつ理解し易く、実現も可能であるが、次のよ
うな問題がある。すなわち、（ａ）余剰空間の少ないエ
ンコーダの内部に、多数の光ディテクタを組み込むこと
は困難である。また、小さな空間に光ディテクタを組み
込むことができても、光デイテクタ間の位相合せ等の調
整が煩雑、複雑となる。（ｈ）エンコーダの価格が高く
なる。

（ｃ）小型化が不可能となる。

本発明の目的は、これらの従来の間層を改著し。

従来の製品に手を加えることなく、簡単な回路を付加す
るのみで、高精度に回転角度を検出でき、かつ小型、安
価に実現できるロータリエンコーダ出力位相補正回路を
提供することにある。

ｃ問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成するため、本発明のロータリエンコーダ
出力位相補正回路は、ロータリエンコーダの位置変動誤
差の補正データを記憶する手段と、該補正データを基に
して、該ロータリエンコーダの出力パルス列を位相変調
する手段とを有することに特徴がある。

〔作　　用〕

本発明においては、予め測定した位相誤差データ、また
は位相変動が正弦波的な波形である場合には、この正弦
波データを記憶しておき、このデータに基づいてエンコ
ーダ出力パルス列に対して、位相変調を加えることによ
り、位相変動誤差を補正する。すなわち、第１図におけ
るカウンタ２により、エンコーダｌの出力パルスを受け
てパルスの数をカウントし、その数に１対１に対応した
ＲＯＭアドレスを指定する。ＲＯＭ３には、補正データ
（例えば、正弦波データ）が書き込まれており、カウン
タ２により指定されたアドレスのデータを出力する。Ｄ
／Ａ変換器４は、ＲＯＭ３より読み出されたディジタル
データを、アナログ値に変換して出力する。一方、上記
カウンタ２．ＲＯＭ３゜およびＤ／Ａ変換器４とは別系
統の積分器５により、エンコーダ１の出力パルスを積分
して出力する。加算器６は、上記Ｄ／Ａ変換器４の出力
と上記積分器５の出力とを加算して、合成波形を作成す
る。比較器７は、予め適切なレベルが設定されており、
加算器６の出力合成波が設定レベルに達した時点を立ち
上りとし、再び設定レベルを下回る時点までの長さを持
つ矩形パルスを出力する。

この結果、エンコーダ１の出力パルス列は、上記補正デ
ータにより位相変調される。この一連の動作により、比
較器の出力（Ｑ線出力）は位相補正されたパルス列とな
るので、そのパルスの立ち上りをとってエンコーダ位置
検出を行うことにより、高精度な角度検出が可能となる
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例を示すロータリエンコ
ーダ出力位相補正回路の構成図であり、第４図は本発明
の動作を示すタイムチャートである。

本実施例による位相補正回路は、第１図に示すように、
カウンタ２、位置補正データＲＯＭ　（Ｒｅａｄ　　０
ｎｌｙ　　Ｍｅ＋＋＋ｏｒｙ）３、Ｄ／Ａ変換器４、積
分器５、加算器６、比較器７、およびアンプ１１゜１２
、抵抗類より構成される。これらのうち、第１図の上段
は、予め記憶された補正データ（例えば、正弦波データ
）を読み出して、アナログ値に変換する機能を有する系
統であり、下段は上記アナログ値に応じて位相変調を行
う機能を有する系統である。これらの系統は、それぞれ
ロータリエンコーダｌの出力パルス列信号およびゼロ信
号を入力信号として動作する。

第４図（ａ）は、エンコーダ１の出力パルス列の波形図
である。このエンコーダ出力は、回転軸のずれ、回転速
度の遅れ等により、周期は常に一定ではなく、乱れが生
じる。第１図に示すように。

このエンコーダ出力はクロック（ＣＬＯＣＫ）としてカ
ウンタ２．および積分器５の各入力端子にそれぞれ入力
する。積分器５では、入力信号を反転ゲート１３により
反転させ、リセット信号として、リセット端子に入力さ
せている。ここで、積分器５は、入力パルスの立上りで
動作し、１パルス単位で積分を行うものとする。

また、カウンタ２のリセット信号は、エンコーダ１の回
転軸が１回転するごとに出力されるゼロ信号Ｚ　ｅｒｏ
を用いるものとする。

偏心による出力変動の補正は、カウンタ２がリセットさ
れた時点より開始される。カウンタ２はアップカウンタ
であり、エンコーダ１の出力パルス数をカウントし、そ
の数に対応するＲＯＭ３のアドレスを指定する。ＲＯＭ
３には、カウンタ２のカラン１−数をアドレスとして、
ロータリエンコーダ１の偏心による出力パルスの位相変
動の補正データが、予め書き込まれている。すなわち、
予めロータリエンコーダ１の出力パルス列の位相変動を
測定しておく。この変動量は、エンコーダごとに異なる
が１位相変動が偏心による場合には一般に擬似正弦波と
なる。従って、以下の説明では、位相変動が、第４図（
ｂ）に示すような正弦波であると仮定する。この場合に
は、補正データとして、位相変動と逆位相のデータをＲ
ＯＭ３に記憶させる。第４図（ｄ）は、上記逆位相の補
正データである。第１図のＲＯＭ３のアドレス数は、エ
ンコーダ１の回転軸が１回転する際に出力されるパルス
の数と等しい。先ず、エンコーダ１からゼロ信号がカウ
ンタ２に出力され、これによりカウンタ２はゼロにリセ
ットされ、ＲＯＭ３のアドレスを初めから順に指定し、
ＲＯＭ３に初期位相より記憶しである補正データを順次
呼び出して、補正が開始される。ＲＯＭ３から読み出さ
れた補正データ（ディジタル値）は次段のＤ／Ａ変換器
４に入力される。このＤ／Ａ変換器４は、エンコーダ１
の出力パルスごとに、ＲＯＭ３から出力される補正デー
タをＤ／Ａ変換して出力する。Ｄ／Ａ変換器４の後段に
は、Ｄ／Ａ変換器４の出力安定用の非反転増幅器１１と
、出力調整用の可変抵抗器が接続されており、Ｄ／Ａ変
換器４の出力はこれらにより適当に調整された後、加算
器６に出力される。

一方、積分器５は、エンコーダ１の出力クロックパルス
を積分して、第４図（ｃ）に示すような鋸歯状波のパル
スを出力する。この積分器５は、反転ゲー１−１３によ
り、１パルスが入力するごとにリセットされるようにな
っている。積分器５の後には、積分器５の出力調整用の
反転増幅器１２が接続され、この増幅器１２で出力を調
整して加算器６に出力する。加算器６は、Ｄ／Ａ変換器
４の出力と積分器５の出力を加算し、第４図（ｅ）の実
線で示すような合成波（鋸歯状波と逆位相正弦波とを加
算した波形）を形成して出力する。この場合、加算器６
の出力は、可変抵抗により調整可能である。比較器７は
、第４図（ｅ）の破線Ｅで示す基準電圧レベルと加算器
６の出力とを比較し、基準レベルＥより鋸歯状波が大き
い部分のみの矩形波を発生する。この矩形波は、基準レ
ベルＥと鋸歯状波の傾斜が交差した点で立上り、鋸歯状
波の立下りで立下るもので、第４図（ｆ）に示すように
。

発生された各パルスが基準レベルＥを上回った時点から
レベルＥを下回る時点まで、レベルＪ＃　１１ｐを保持
する。ここで、比較される基＊電圧レベルＥは、全ての
鋸歯状波パルスの斜辺にかかる範囲内で設定される。鋸
歯状波の斜辺は一定の角度を持つため、補正データが正
方向に大きいときはパルス幅が広くなって、位相が進み
、逆に補正データが負方向に大きいときにはパルス幅が
狭くなって。

位相変調が行われる。

第４図（ｆ）に示すように、各パルスの立上りから次の
パルスの立上りまでの時間（つまり、パルス周期）は全
て一定のτとなり、位相変動による誤差は補正される。

このように、エンコーダｌの出力パルス列は。

補正データにより位相変調される。そして１位相の遅れ
のあるエンコーダ１の出力は位相が進められ、逆に位相
進みがある出力に対しては、位相が運らさ九る。ただし
、本実施例では、各パルスが入力パルスに対して、一定
量のオフセット分としての位相遅れが生じることを考慮
する必要がある。

第２図は、第１図の変形例を示す図である。第２図の補
正回路では、第１図の構成に、カウンタ２のリセット用
カウンタ８とスイッチ９を付加している。先ず、スイッ
チ９により、偏心による出力変動の補正を開始する位相
、つまりゼロ信号からのパルス数を設定する。リセット
用カウンタ８は、ダウンカウンタであって、エンコーダ
１より出力されたゼロ信号Ｚ　ｅｒｏによりカウントを
開始し、スイッチ９に設定されたパルス数をカウントし
た時点で、カウンタ２にリセット信号を出力して、補正
を開始させる。例えば、いまＲＯＭ３にカウント１０以
降の補正データが格納されているとすると２スイツチ９
に１０を設定しておくことにより、リセットカウンタ８
には１０がセットされる。そして、エンコーダ１からゼ
ロ信号が出力されると、リセットカウンタ８が起動され
て、１０．９，８．　　・・・とダウンカウントしてい
き、Ｏになった時点でカウンタ２にリセット信号を出力
する。ここで初めて、カウンタ２による。　ＲＯＭ３の
アドレス指定が始まり、補正が開始される。

これによって、第１図の実施例のように、ＲＯＭ３内の
データを初期位相から記憶する必要がなくなる。また１
本実施例では、位相変動が正弦波的に変動すると考えら
れる場合に、位相変動データを測定する必要がない。こ
の場合には、振幅と位相を調整する回路があれば十分で
あって、位相調整するために本実施例は有効である。

リセット用カウンタ８およびスイッチ９以外の構成は、
第１図の実施例と同じであるため、説明を省略する。

第３図は、第１図のさらに別の変形例を示すブロック図
である。第３図においては、第２図の構成に、さらに分
周器１０を付加したものである。

第３図の実施例は、第１図の構成にも適用できる。

この分周器１０は、エンコーダ１の出力パルス列を適当
な数に分周するものである。すなわち、一般に、エンコ
ーダの回転軸１回転における出力パルス数は非常に多く
、その全てのパルスに対応させてＲＯＭ３に補正データ
を用意することは、カウンタ２およびＲＯＭ３の容量を
増加させ、実用的ではない。例えば、エンコーダの１口
伝で５０００パルスが出力されるが、補正データはこれ
らのパルスの数分の１ないし数１０分の１だけ記憶して
おけば、その他のデータは補間により類推できる。すな
わち、ある程度のデータ数があれば、補正用のデータを
作成することは可能である。そこで１回転軸１回転当り
の出力パルス数が多いものについては、分周器１０を用
いてパルス数を適当な数に減少させ、カウンタ２および
ＲＯＭ３の容量を増加させないようにする。ただし、積
分器５に入力するパルスは、エンコーダ出力パルスと補
正パルスの数を等しくするため、分周してはならない。

なお、第３図の回路で、その他の構成については、第１
図と同じであるため、説明を省略する。

また、これまでの説明では、エンコーダ出力パルス列の
立上り位置の位相補正のみについて述べた。一般に、エ
ンコーダの出力にはＡ相、Ｂ相があり、各相のパルス列
の立上り、立下りを使用することがある。本実施例では
、立上りの他に、パルス列の立下り位置の位相補正につ
いても、同一の回路を別系統用意することにより、可能
である。

さらに、Ａ相、Ｂ相に対して別個の位相補正回路を用意
することにより、一般用途の高精度な回転位置検出を行
うことができる。

また、第４図の説明では、位相変調方法として、変調信
号に三角波を重ねる方法を示したが７本発明はこの方法
に限定されることはなく、同一の効果が得られる位相変
調方法であればどのようなものを使用してもよい。また
、エンコーダの回転数を大幅に変化させる場合にも、積
分定数または比較レベル、あるいはＤ／Ａ出力等を調整
することにより、七分に対処することができる。

さらに、これまでの説明では、位相補正データとして、
正弦波的なものを記憶させる場合を述べたが、本発明は
これに限定されることはない。すなわち、予め位相変動
データを測定することができ、位相補正データを知るこ
とができる場合には、そのデータをＲＯＭに格納するこ
とができる。このように１本発明においては、任意の位
相補正データで位相変調することにより、所期の目的を
達成できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、高精度なロータ
リエンコーダを実現できるとともに、通常のロータリエ
ンコーダを用い、かつそのエンコーダに手を加えずに、
エンコーダ出力に付加回路を接続することにより実現で
きる。従って、エンコーダ自体の大きさは変らず、小型
化が可能である。また、位相誤差を位相変調の電気的な
方法により補正するため、機械的あるいは光学的な調整
に比べて簡単、かつ安価に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すロータリエンコーダ出
力位相補正回路の構成図、第２図、第３図は第１図の変
形例を示す位相補正回路の構成図、第４図は本発明の回
路動作のタイミングチャートである。 にロータリエンコーダ、２：カウンタ、３：ＲＯＭ、４
　：　Ｄ／Ａ変換器、５：積分器、６：加算器、７：比
較器、８：リセットカウンタ、９：スイッチ、１０：分
周器、１１，１２：増幅器。 Ｅ：基準電圧レベル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円板を回転させて、光ディテクタにより検出した回
   転角度を示すパルス列を出力するロータリエンコーダに
   おいて、該ロータリエンコーダの位置変動誤差の補正デ
   ータを記憶する手段と、該記憶手段から出力された補正
   データに基づいて、該ロータリエンコーダの出力パルス
   列を位相変調する手段とを有することを特徴とするロー
   タリエンコーダ出力位相補正回路。 ２、上記位相変調手段は、上記ロータリエンコーダの出
   力パルス列を積分した値と上記記憶手段の補正データを
   Ｄ／Ａ変換した値とを加算し、該加算値と予め定められ
   た基準値とを比較して、加算値が基準値を上回る時点か
   ら下回る時点までを出力幅とする矩形波を出力すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のロータリエン
   コーダ出力位相補正回路。 ３、上記補正データ記憶手段には、補正データの先頭ア
   ドレスを設定しておき、ロータリエンコーダからのゼロ
   出力により０から上記先頭アドレスまでを減算した後、
   アドレスカウンタを起動させることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載のロータリエンコーダ
   出力位相補正回路。 ４、上記補正データ記憶手段は、ロータリエンコーダの
   出力パルス数を分周した値をアドレスとして、補正デー
   タ値を記憶し、読出すことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項、第２項または第３項記載のロータリエンコーダ
   出力位相補正回路。