エンコーダ
【課題】受光素子が発生する信号のうちエンコーダ信号に寄与しない直流成分が比較的大きいエンコーダにおいても、低電圧で利用したい場合や、所望の変位検出精度を実現したい場合の両者に対応することができるようにすること。
【解決手段】所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケール１とエンコーダヘッド２との相対変移を検出するエンコーダにおいて、上記エンコーダヘッド２は、上記エンコーダの出力が１相以上の周期性を有するエンコーダ信号であるときに、上記エンコーダ信号の振幅中心に設定する基準電圧を発生する基準電圧発生回路２４と、上記基準電圧発生回路２４で発生した基準電圧を変更する基準電圧可変手段２５と、を備える。
【解決手段】所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケール１とエンコーダヘッド２との相対変移を検出するエンコーダにおいて、上記エンコーダヘッド２は、上記エンコーダの出力が１相以上の周期性を有するエンコーダ信号であるときに、上記エンコーダ信号の振幅中心に設定する基準電圧を発生する基準電圧発生回路２４と、上記基準電圧発生回路２４で発生した基準電圧を変更する基準電圧可変手段２５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケールとエンコーダヘッドとの相対変移を検出するエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダは、位相の異なる複数の周期信号を発生するようにしたものである。これらの出力は、サイクルを計数するための処理回路に供給して、進行方向、位置、変位、変位速度などを測定することができる。
【０００３】
図６は、例えば特許文献１に開示されているような従来のエンコーダの構成を示す図である。光源１０１には、その印加電流を決める抵抗１０２が直列に接続されている。上記光源１０１からの光は、上記光源１０１に対して相対的に移動する、周期的な光学パターンを有するスケール１０３に照射され、該スケール１０３からの反射光、回折光、散乱光、透過光などの強度変化によって、上記スケール１０３の移動量を検出するための受光素子１０４Ａ，１０４Ｂに入射する。上記受光素子１０４Ａと１０４Ｂとは、互いに位相が１８０度異なる配置となっている。
【０００４】
上記受光素子１０４Ａ，１０４Ｂが発生する光電流は、それぞれ抵抗１０５Ａと演算増幅器１０６Ａ、及び抵抗１０５Ｂと演算増幅器１０６Ｂからなる電流／電圧変換回路に入力され、それぞれ電圧信号ＶＰＡ，ＶＰＡＢに変換される。上記電圧信号ＶＰＡ，ＶＰＡＢには、スケール１０３からの強度変化の成分である交流成分以外に、一定の強度の光成分である直流成分と、上記電圧信号ＶＰＡ，ＶＰＡＢの両者に等しく乗っているノイズとが含まれる。それらを除去するために、減算手段１０７において、ＶＲＥＦ−（ＶＰＡＢ−ＶＰＡ）なる演算が行われる。ここで、ＶＲＥＦは基準電圧である。以上によって強度変化のみを信号成分とする周期信号ＶＡが得られる。ここで、上記基準電圧ＶＲＥＦは、抵抗１０８と１０９で電源電圧ＶＣＣを分圧することで発生され、演算増幅器１０６Ａ，１０６Ｂや減算手段１０７に供給されて、周期信号の基準としている。
【０００５】
なお、エンコーダは、図６に示すような信号処理を行い、位相の異なる複数の周期信号を得て、エンコーダ信号としている。
【０００６】
またエンコーダは、上記に得た例えば位相差が９０度の２相の周期信号からさらに位相を数十から数千に分割してさらに細かい変位を検出することもできる。
【特許文献１】特開平６−２６８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで従来は、上記交流成分と、上記直流成分とをそれぞれの上記受光素子１０４Ａと１０４Ｂとに対応した電流／電圧変換回路に供給して電圧信号に変換し、その後、位相が１８０度異なる上記電流／電圧変換回路にて変換された電圧信号同士を上記減算手段１０７にて引き算することにより、略等しく含まれる上記直流成分を無くしていた。また、エンコーダのノイズの少ない所定の電圧変化量を有するエンコーダ信号を得るためには、上記電流／電圧変換回路において十分大きな電圧信号として、上記減算手段１０７での増幅はなるべく行わないことが望ましくなる。
【０００８】
ところで、小型化、低価格化、電源電圧の低電圧化を図るために、光透過性樹脂の中に光源と受光素子と光源ドライバ、信号処理回路などを搭載したＩＣ（受光素子を同一ＩＣに混載しても良い）などを実装することが考えられる。しかしながら、そのような構成とした場合、上記スケール１０３からの反射光、回折光、散乱光などに伴う交流成分と直流成分以外に、樹脂の中で反射、散乱されてスケール１０３と受光素子１０４Ａ，１０４Ｂとの相対変位による強度変化がない上記直流成分が従来より大きな割合として発生する。このようなエンコーダの場合、従来の構成では、エンコーダ信号に寄与しない上記直流成分が大きくなるため、電流／電圧変換回路などの信号変換時において、受光素子１０４Ａ，１０４Ｂが発生した交流成分の電流信号を十分振幅の大きな電圧信号として後段へ伝えることができなかったり、電流／電圧変換回路の出力レンジを振り切り、エンコーダ信号が歪んだり、後段に信号が伝わらないなどの問題が発生する。この問題は、特に電源電圧ＶＣＣが小さいときに顕著である。また、このようなエンコーダ信号は、エンコーダ信号を逓倍して高分解能な変位検出を行おうとしても、エンコーダ信号の振幅から位相角を求めて逓倍を行うにもかかわらず振幅が小さかったりＳＮ比が悪いなどから、高精度に出来ないという問題にもなる。
【０００９】
低電圧化した場合の問題は、反射型のエンコーダに限らず、透過型のエンコーダについても同様である。
【００１０】
本発明は、この点に注目し、受光素子が発生する信号のうちエンコーダ信号に寄与しない直流成分が比較的大きいエンコーダにおいても、低電圧で利用したい場合や、所望の変位検出精度を実現したい場合の両者に対応することが可能な構成のエンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のエンコーダの一態様は、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケールとエンコーダヘッドとの相対変移を検出するエンコーダにおいて、
上記エンコーダヘッドは、
上記エンコーダの出力が１相以上の周期性を有するエンコーダ信号であるときに、上記エンコーダ信号の振幅中心に設定する基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
上記基準電圧発生回路で発生した基準電圧を変更する可変手段と、
を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケールと、エンコーダヘッドとの相対変位によりエンコーダヘッドが出力する周期的なエンコーダ信号において、エンコーダ信号の中心電圧である基準電圧を変更できる構成となっているため、低電圧で利用したい場合と、所望の変位検出精度を実現したい場合とで、それぞれの場合に適した基準電圧を設定できるので、両者に対応したエンコーダを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。
【００１５】
即ち、該エンコーダは、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケール１と、エンコーダヘッド２とからなり、上記エンコーダスケール１と上記エンコーダヘッド２とは、相対変位する。
【００１６】
上記エンコーダヘッド２は、光源２１（可干渉光源を含む）を搭載している。この光源２１が出射した光は、上記エンコーダスケール１を照射して反射，回折，散乱が起こり、上記エンコーダヘッド２に再度入射する。この再度入射した光は、上記エンコーダスケール１と上記エンコーダヘッド２との相対変位に伴って光量が変化し、この変化する光の信号を受光素子２２で検出する。上記受光素子２２が検出した信号は、信号処理回路２３へ供給され、該信号処理回路２３にてエンコーダ信号に変換されて、上記エンコーダヘッド２の出力信号となる。なお、上記信号処理回路２３は、図６に示した従来のエンコーダについて説明したとおり、上記受光素子２２で発生した電流信号を電流／電圧変換回路で電圧信号に変換し、変位に依存しない信号成分を除去する。また、後述する第４実施形態で説明するように、所定のゲインを掛ける回路などを含んでも良い。
【００１７】
上記エンコーダヘッド２（信号処理回路２３）が出力する信号は、図２に示すような略正弦波状の信号である。図２で示している略正弦波状の信号は、位相差が９０度の２相のエンコーダ信号を表している。これらのエンコーダ信号振幅の中心の電圧は、基準電圧に等しい。この基準電圧は、図１の上記エンコーダヘッド２内で発生することもでき、基準電圧発生回路２４で発生させる。そして、該基準電圧発生回路２４で発生した基準電圧を信号処理回路２３に供給し、上記エンコーダヘッド２の出力信号であるエンコーダ信号の基準電圧として利用したり、信号処理の基準電圧として利用したりする。また、上記光源２１の駆動回路（図示せず）も、この基準電圧を利用して駆動しても良い。
【００１８】
そして、上記基準電圧発生回路２４で発生する基準電圧は、基準電圧可変手段２５により、所定の電圧から異なる電圧に変化させることができる構成となっている。
【００１９】
上記構成によれば、上記エンコーダスケール１と上記エンコーダヘッド２との相対変位により上記受光素子２２が出力した信号を電流／電圧変換回路にて電圧信号に変換する際、変位に依存しない信号成分や、変位に伴う信号成分の大きさや、電源電圧による電流／電圧変換回路が歪みなく処理することのできる入出力レンジの余裕に応じて、基準電圧可変手段２５において変化させることにより、用途によって上記エンコーダヘッド２が適切なエンコーダ信号を出力することが可能となる。
【００２０】
例えば、周期信号であるエンコーダ信号の１／４周期の分解能を得ることができれば良いが、電源電圧は極力下げたいという場合には、電流／電圧変換回路の基準電位を電流／電圧変換回路のレンジを最大限にとることができる値に設定し、エンコーダ信号の基準電圧を電源電圧の略１／２程度に設定する。このような設定とすると、低い電源電圧においてもノイズに対して最大限に大きな信号を得ることができる。また、電源電圧は定めないが、分解能をエンコーダ信号１周期の数千分の一に分割したり、分割した信号の間隔をより等しくしてリニアリティを向上させたい場合には、電源電圧を適度な大きさに設定し、電流／電圧変換回路、及びエンコーダ信号の基準電圧ともに電源電圧の略１／２程度に設定するか、エンコーダ信号の基準については受信する側の回路の中心電位付近に合わせると良い。
【００２１】
なお、電源電圧の略１／２の電圧は、電源電圧とＧＮＤとの間に抵抗値の等しい直列抵抗を設置し、中間から得る方法も考えることができるが、この場合、電源のノイズやリップル、及び変動の影響がエンコーダ信号に影響を与える可能性があり、好ましくない。
【００２２】
以上のような本発明の第１実施形態によれば、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケール１と、エンコーダヘッド２との相対変位によりエンコーダヘッド２が出力する周期的なエンコーダ信号において、エンコーダ信号の中心電圧である基準電圧を可変できる構成となっているため、エンコーダヘッド２を動作させる電源電圧の少なくとも２電位以上の場合にエンコーダの性能を区別することができるようになる。したがって、電源電圧が小さな値から利用したいエンコーダヘッドであっても、電源電圧が高い場合にはエンコーダ信号のＳＮ比が良く、歪みの少ない略正弦波状のエンコーダ信号、つまり、高い位相分割が可能であり、且つ、位相間隔がより等しいリニアリティの高い信号を出力するエンコーダヘッドとしても利用することが可能となる。
【００２３】
即ち、本実施形態によれば、１つのエンコーダヘッド２で、複数のそれも用途が異なる場面、つまり、電源電圧が低く分解能の低い用途から、分解能が求められる用途まで幅広く利用することができるエンコーダを提供することを可能としている。
【００２４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００２５】
図３は、本第２実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。なお、図１と同じ構成物については、同じ参照符号を付すことで、その説明を省略する。
【００２６】
即ち、本実施形態に係るエンコーダは、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケール１と相対変位するエンコーダヘッド３を備え、該エンコーダヘッド３は、光源２１、受光素子２２、信号処理回路２３、基準電圧発生回路２４、選択手段３１、及びバンドギャップリファレンス回路３２を備えている。
【００２７】
本実施形態においては、上記基準電圧発生回路２４は、複数の基準電圧（基準電圧１、…、基準電圧ｎ）を発生し、上記選択手段３１は、これらの中から各使用状態に応じてひとつを選択して上記信号処理回路２３に供給する。なお、上記選択手段３１は、当該エンコーダヘッド３の外部よりの指示により、選択設定される。
【００２８】
また、上記バンドギャップリファレンス回路３２は、電源電圧や、温度変化に対する電圧変化を極力抑え、一定の電圧を発生する回路である。上記基準電圧発生回路２４は、このように、使用する際の温度や、リップルやノイズの載った電源電圧によらず、略一定の電圧を発生することが可能なバンドギャップリファレンス回路３２が出力する電圧を利用する構成としている。
【００２９】
以上のような本実施形態によれば、予め想定しておいた各利用状況における基準電圧を準備しておくことができ、また、各利用状況に応じて指示する設定を選択することができるようになるため、一構成のエンコーダをエンコーダの利用者の目的に応じて使い分けることができるようになる。
【００３０】
なお、上記複数の基準電圧（基準電圧１、…、基準電圧ｎ）は、選択手段３１でひとつを選択してエンコーダ信号の基準電圧として選択することができるようにしているが、他の信号処理回路で必要な電流／電圧変換回路の基準電圧や、光源２１の駆動回路（図示せず）の基準電圧など、複数個所に必要な基準電圧を利用状況ごとに異なる基準電圧の組み合わせで選択することができるようにしても良い。
【００３１】
また、図３では、基準電圧発生回路２４を一つで記載しているが、複数としても良いことは勿論である。
【００３２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００３３】
図４は、本第３実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。なお、図１及び図３と同じ構成物については、同じ参照符号を付すことで、その説明を省略する。
【００３４】
即ち、本実施形態に係るエンコーダは、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケール１と相対変位するエンコーダヘッド４を備え、該エンコーダヘッド４は、光源２１、受光素子２２、信号処理回路２３、選択手段３１、バンドギャップリファレンス回路３２、第１基準電圧発生回路４１１、第２基準電圧発生回路４１２、スイッチ４２１，４２２、回路動作停止／動作手段４３、及び記憶手段４４を備えている。
【００３５】
本実施形態においては、基準電圧を発生する回路として第１基準電圧発生回路４１１と第２基準電圧発生回路４１２とがあり、これらが発生する基準電圧を信号処理回路２３へ供給する際に、選択手段３１がどちらかを選択する。上記第１基準電圧発生回路４１１，第２基準電圧発生回路４１２と信号処理回路２３との間には、スイッチ４２１，４２２が配置され、該スイッチ４２１，４２２は、上記選択手段３１の選択に応じて相補的にＯＮ／ＯＦＦが切り換えられる。
【００３６】
また、回路動作停止／動作手段４３は、上記第１基準電圧発生回路４１１及び第２基準電圧発生回路４１２のうちの使用しない回路について、回路動作に必要な電力を遮断するものであり、これにより、消費電流を削減させることが可能となっている。この回路動作停止／動作手段４３は、上記選択手段３１から指示を受けて制御を行っている。
【００３７】
さらに、上記選択手段３１で選択した設定は、記憶手段４４に記憶しておき、この記憶手段４４の設定により、上記スイッチ４２１，４２２や回路動作停止／動作手段４３を動作させる。この記憶手段４４としては、電気的なメモリによる記憶方法のほか、複数の端子間をワイヤーボンドで接続する方法、バンプで接続する方法や、銀ペーストで接続する方法など、導電性のある接続部材で物理的に接続する記憶方法などでも効果に変わりは無い。
【００３８】
なお、上記選択手段３１は、当該エンコーダヘッド４の外部よりの指示により、選択設定される。
【００３９】
以上のような本実施形態によれば、予め想定しておいた各利用状況における基準電圧を準備しておくことができ、また、各利用状況に応じて指示する設定を選択することができるようになるため、一構成のエンコーダをエンコーダの利用者の目的に応じて使い分けることができるようになる。
【００４０】
また、使用していないときの回路を停止しておくので、エンコーダの消費電力も低く抑えることができる。さらに、選択手段３１の選択設定内容を記憶する記憶手段４４を有しているので、当該エンコーダの利用方法が決まった段階で、予め選択設定をしておくことができる。従って、該エンコーダの使用者が各設定をしなくても利用できる。
【００４１】
なお、図４では、基準電圧発生回路を２系統、スイッチを２系統の場合で説明したが、数に制限は無く、任意の系統を配置しても効果に変わりは無い。
【００４２】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
【００４３】
図５は、本第４実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。なお、図１、図３及び図４と同じ構成物については、同じ参照符号を付すことで、その説明を省略する。
【００４４】
即ち、本実施形態に係るエンコーダは、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケール１と相対変位するエンコーダヘッド５を備え、該エンコーダヘッド５は、光源２１、受光素子２２、信号処理回路２３、選択手段３１、バンドギャップリファレンス回路３２、第１基準電圧発生回路４１１、第２基準電圧発生回路４１２、スイッチ４２１，４２２、回路動作停止／動作手段４３、及び電源電圧判定手段５１を備えている。また、上記信号処理回路２３は、当該信号処理回路２３内のエンコーダ信号に所定のゲインを与えるゲイン切替手段５２を有している。
【００４５】
ここで、上記電源電圧判定手段５１は、該エンコーダヘッド５に印加される電源電圧の電圧を少なくとも２段階以上で判別する構成となっており、例えば３Ｖと５Ｖとを識別する手段である。
【００４６】
また、上記ゲイン切替手段５２は、選択手段３１によって設定されるエンコーダ信号の基準電圧に応じて、出力するエンコーダ信号の振幅を変える構成となっている。
【００４７】
以上のような本実施形態によれば、エンコーダ利用者が必要な電源電圧を供給するだけで、予め設定してある少なくとも２種類以上の設定で利用することが可能となる。例えば、３Ｖを印加した場合には、分解能やリニアリティを多少犠牲にしてもよい場合の設定としてあり、選択手段３１によって例えば１．５Ｖ程度の基準電圧を発生する第１基準電圧発生回路４１１が選択され、ゲイン切替手段５２は、同じく選択手段３１によってエンコーダヘッド５が出力するエンコーダ信号振幅が１ＶＰＰ程度になる小さなゲインを選択されるようにすることができる。また、例えば、電源電圧に５Ｖを印加した場合には、分解能やリニアリティを求めてよい場合の設定として、選択手段３１によって例えば２．５Ｖ程度の基準電圧を発生する第２基準電圧発生回路４１２が選択され、ゲイン切替手段５２は、同じく選択手段３１によってエンコーダヘッド５が出力するエンコーダ信号振幅が３ＶＰＰ程度になる所定のゲインを選択されるようにすることができる。
【００４８】
以上、第１乃至第４実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００４９】
例えば、各実施形態中の構成物が一部なかったり、他の実施形態中に記載してきた構成物を持ち込んでも、基本的な効果が同じであることは明白である。
【００５０】
また、上記エンコーダヘッド２乃至５の構成は、当該エンコーダヘッド中で共に構成することができる構成物を半導体基板上に構成することにより、非常に小型のエンコーダヘッドを安価に、また多用途用に実現することが可能となる。
【００５１】
なお、各実施形態は、反射型のエンコーダについて記載してきたが、透過型のエンコーダについても、本発明は同様に適用可能である。
【００５２】
（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
【００５３】
（１） 所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケールとエンコーダヘッドとの相対変移を検出するエンコーダにおいて、
上記エンコーダヘッドは、
上記エンコーダの出力が１相以上の周期性を有するエンコーダ信号であるときに、上記エンコーダ信号の振幅中心に設定する基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
上記基準電圧発生回路で発生した基準電圧を変更する可変手段と、
を具備することを特徴とするエンコーダ。
【００５４】
（対応する実施形態）
この（１）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第１乃至第４実施形態が対応する。それらの実施形態において、エンコーダスケール１が上記エンコーダスケールに、エンコーダヘッド２乃至５が上記エンコーダヘッドに、基準電圧発生回路２４、第１，第２基準電圧発生回路４１１，４１２が上記基準電圧発生回路に、基準電圧可変手段２５、選択手段３１、選択手段３１，スイッチ４２１，４２２，記憶手段４４、選択手段３１，スイッチ４２１，４２２，電源電圧判定手段５１が上記可変手段に、それぞれ対応する。
【００５５】
（作用効果）
この（１）に記載のエンコーダによれば、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケールと、エンコーダヘッドとの相対変位によりエンコーダヘッドが出力する周期的なエンコーダ信号において、エンコーダ信号の中心電圧である基準電圧を可変できる構成となっているため、エンコーダヘッドを動作させる電源電圧の少なくとも２電位以上の場合にエンコーダの性能を区別することができるようになる。したがって、電源電圧が小さな値から利用したいエンコーダヘッドであっても、電源電圧が高い場合にはエンコーダ信号のＳＮ比が良く、歪みの少ない略正弦波状のエンコーダ信号、つまり、高い位相分割が可能であり、且つ、位相間隔がより等しいリニアリティの高い信号を出力するエンコーダヘッドとしても利用することが可能となる。
【００５６】
（２） 上記基準電圧発生回路は、複数の基準電圧を発生し、
上記可変手段は、上記複数の電圧のなかから１つを選択する選択手段を有することを特徴とする（１）に記載のエンコーダ。
【００５７】
（対応する実施形態）
この（２）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第２乃至第４実施形態が対応する。それらの実施形態において、選択手段３１が上記選択手段に対応する。
【００５８】
（作用効果）
この（２）に記載のエンコーダによれば、予め想定しておいた各利用状況における基準電圧を準備しておくことができ、また、各利用状況に応じて指示する設定を選択することができるようになるため、一構成のエンコーダをエンコーダの利用者の目的に応じて使い分けることができるようになる。
【００５９】
（３） 上記基準電圧発生回路は、バンドギャップリファレンス回路で発生した一定の電圧を基にして上記複数の基準電圧を発生することを特徴とする（２）に記載のエンコーダ。
【００６０】
（対応する実施形態）
この（３）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第２乃至第４実施形態が対応する。それらの実施形態において、バンドギャップリファレンス回路３２が上記バンドギャップリファレンス回路に対応する。
【００６１】
（作用効果）
この（３）に記載のエンコーダによれば、使用する際の温度や、リップルやノイズの載った電源電圧によらず、略一定の電圧を利用できるので、一定の基準電圧を発生することができる。
【００６２】
（４） 上記可変手段は、上記選択手段の選択に応じて、上記複数の基準電圧から１つを切り替え出力するスイッチを更に有することを特徴とする（２）又は（３）に記載のエンコーダ。
【００６３】
（対応する実施形態）
この（４）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第３及び第４実施形態が対応する。それらの実施形態において、スイッチ４２１，４２２が上記スイッチに対応する。
【００６４】
（作用効果）
この（４）に記載のエンコーダによれば、スイッチを用いることで、確実な切り替えが行える。
【００６５】
（５） 上記可変手段は、電源電圧の値を判定する判定手段を更に有し、
上記選択手段は、上記判定手段によって判定された上記電源電圧の値によって上記複数の電圧のなかから１つを選択することを特徴とする（２）乃至（４）の何れかに記載のエンコーダ。
【００６６】
（対応する実施形態）
この（５）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第４実施形態が対応する。その実施形態において、電源電圧判定手段５１が上記判定手段に対応する。
【００６７】
（作用効果）
この（５）に記載のエンコーダによれば、エンコーダ利用者が必要な電源電圧を供給するだけで、予め設定してある少なくとも２種類以上の設定で利用することが可能となる。
【００６８】
（６） 上記可変手段は、上記スイッチの設定を記憶しておく記憶部を更に有し、
上記選択手段は、上記記憶部に記憶された上記スイッチの設定に従って上記スイッチを切り替えることを特徴とする（４）に記載のエンコーダ。
【００６９】
（対応する実施形態）
この（６）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第３実施形態が対応する。その実施形態において、記憶手段４４が上記記憶部に対応する。
【００７０】
（作用効果）
この（６）に記載のエンコーダによれば、当該エンコーダの利用方法が決まった段階で、予め選択設定をしておくことができるので、該エンコーダの使用者が各設定をしなくても利用できる。
【００７１】
（７） 上記記憶部は、上記スイッチの設定を電気的に記憶するメモリ手段であることを特徴とする（６）に記載のエンコーダ。
【００７２】
（対応する実施形態）
この（７）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第３実施形態が対応する。
【００７３】
（作用効果）
この（７）に記載のエンコーダによれば、選択設定内容を書き替えることが可能となる。
【００７４】
（８） 上記記憶部は、上記スイッチの設定を物理的な回路接続によって記憶する導電性接続手段であることを特徴とする（６）に記載のエンコーダ。
【００７５】
（対応する実施形態）
この（８）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第３実施形態が対応する。
【００７６】
（作用効果）
この（８）に記載のエンコーダによれば、確実に選択設定内容を記憶できる。
【００７７】
（９） 上記エンコーダヘッドは、上記基準電圧の変更に伴って、上記１相以上の周期性を有するエンコーダ信号振幅の大きさを変更させる手段を更に具備することを特徴とする（１）乃至（８）の何れかに記載のエンコーダ。
【００７８】
（対応する実施形態）
この（９）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第４実施形態が対応する。その実施形態において、ゲイン切替手段５２が上記エンコーダ信号振幅の大きさを変更させる手段に対応する。
【００７９】
（作用効果）
この（９）に記載のエンコーダによれば、基準電圧に応じて最適なエンコーダ信号振幅が得られる。
【００８０】
（１０） 上記基準電圧発生回路は、上記複数の基準電圧を発生するための複数の電圧発生回路を有し、
上記エンコーダヘッドは、上記複数の電圧発生回路のうち、上記選択手段で選択していない基準電圧を発生する電圧発生回路の動作を停止させる回路動作停止／動作手段を更に具備することを特徴とする（２）乃至（８）の何れかに記載のエンコーダ。
【００８１】
（対応する実施形態）
この（１０）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第３及び第４実施形態が対応する。それらの実施形態において、第１，第２基準電圧発生回路４１１，４１２に、回路動作停止／動作手段４３が上記回路動作停止／動作手段に、それぞれ対応する。
【００８２】
（作用効果）
この（１０）に記載のエンコーダによれば、使用していないときの回路を停止しておくので、エンコーダの消費電力を低く抑えることができる。
【００８３】
（１１） 上記エンコーダヘッドは、半導体回路として構成されることを特徴とする（１）乃至（１０）の何れかに記載のエンコーダ。
【００８４】
（対応する実施形態）
この（１１）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第１乃至第４実施形態が対応する。
【００８５】
（作用効果）
この（１１）に記載のエンコーダによれば、非常に小型のエンコーダヘッドを安価に、また多用途用に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。
【図２】図２は、エンコーダ信号を説明するための波形図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第４実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。
【図６】図６は、従来のエンコーダの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１…エンコーダスケール、 ２〜５…エンコーダヘッド、 ２１…光源、 ２２…受光素子、 ２３…信号処理回路、 ２４…基準電圧発生回路、 ２５…基準電圧可変手段、 ３１…選択手段、 ３２…バンドギャップリファレンス回路、 ４３…回路動作停止／動作手段、 ４４…記憶手段、 ５１…電源電圧判定手段、 ５２…ゲイン切替手段、 ４１１…第１基準電圧発生回路、 ４１２…第２基準電圧発生回路、 ４２１，４２２…スイッチ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケールとエンコーダヘッドとの相対変移を検出するエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダは、位相の異なる複数の周期信号を発生するようにしたものである。これらの出力は、サイクルを計数するための処理回路に供給して、進行方向、位置、変位、変位速度などを測定することができる。
【０００３】
図６は、例えば特許文献１に開示されているような従来のエンコーダの構成を示す図である。光源１０１には、その印加電流を決める抵抗１０２が直列に接続されている。上記光源１０１からの光は、上記光源１０１に対して相対的に移動する、周期的な光学パターンを有するスケール１０３に照射され、該スケール１０３からの反射光、回折光、散乱光、透過光などの強度変化によって、上記スケール１０３の移動量を検出するための受光素子１０４Ａ，１０４Ｂに入射する。上記受光素子１０４Ａと１０４Ｂとは、互いに位相が１８０度異なる配置となっている。
【０００４】
上記受光素子１０４Ａ，１０４Ｂが発生する光電流は、それぞれ抵抗１０５Ａと演算増幅器１０６Ａ、及び抵抗１０５Ｂと演算増幅器１０６Ｂからなる電流／電圧変換回路に入力され、それぞれ電圧信号ＶＰＡ，ＶＰＡＢに変換される。上記電圧信号ＶＰＡ，ＶＰＡＢには、スケール１０３からの強度変化の成分である交流成分以外に、一定の強度の光成分である直流成分と、上記電圧信号ＶＰＡ，ＶＰＡＢの両者に等しく乗っているノイズとが含まれる。それらを除去するために、減算手段１０７において、ＶＲＥＦ−（ＶＰＡＢ−ＶＰＡ）なる演算が行われる。ここで、ＶＲＥＦは基準電圧である。以上によって強度変化のみを信号成分とする周期信号ＶＡが得られる。ここで、上記基準電圧ＶＲＥＦは、抵抗１０８と１０９で電源電圧ＶＣＣを分圧することで発生され、演算増幅器１０６Ａ，１０６Ｂや減算手段１０７に供給されて、周期信号の基準としている。
【０００５】
なお、エンコーダは、図６に示すような信号処理を行い、位相の異なる複数の周期信号を得て、エンコーダ信号としている。
【０００６】
またエンコーダは、上記に得た例えば位相差が９０度の２相の周期信号からさらに位相を数十から数千に分割してさらに細かい変位を検出することもできる。
【特許文献１】特開平６−２６８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで従来は、上記交流成分と、上記直流成分とをそれぞれの上記受光素子１０４Ａと１０４Ｂとに対応した電流／電圧変換回路に供給して電圧信号に変換し、その後、位相が１８０度異なる上記電流／電圧変換回路にて変換された電圧信号同士を上記減算手段１０７にて引き算することにより、略等しく含まれる上記直流成分を無くしていた。また、エンコーダのノイズの少ない所定の電圧変化量を有するエンコーダ信号を得るためには、上記電流／電圧変換回路において十分大きな電圧信号として、上記減算手段１０７での増幅はなるべく行わないことが望ましくなる。
【０００８】
ところで、小型化、低価格化、電源電圧の低電圧化を図るために、光透過性樹脂の中に光源と受光素子と光源ドライバ、信号処理回路などを搭載したＩＣ（受光素子を同一ＩＣに混載しても良い）などを実装することが考えられる。しかしながら、そのような構成とした場合、上記スケール１０３からの反射光、回折光、散乱光などに伴う交流成分と直流成分以外に、樹脂の中で反射、散乱されてスケール１０３と受光素子１０４Ａ，１０４Ｂとの相対変位による強度変化がない上記直流成分が従来より大きな割合として発生する。このようなエンコーダの場合、従来の構成では、エンコーダ信号に寄与しない上記直流成分が大きくなるため、電流／電圧変換回路などの信号変換時において、受光素子１０４Ａ，１０４Ｂが発生した交流成分の電流信号を十分振幅の大きな電圧信号として後段へ伝えることができなかったり、電流／電圧変換回路の出力レンジを振り切り、エンコーダ信号が歪んだり、後段に信号が伝わらないなどの問題が発生する。この問題は、特に電源電圧ＶＣＣが小さいときに顕著である。また、このようなエンコーダ信号は、エンコーダ信号を逓倍して高分解能な変位検出を行おうとしても、エンコーダ信号の振幅から位相角を求めて逓倍を行うにもかかわらず振幅が小さかったりＳＮ比が悪いなどから、高精度に出来ないという問題にもなる。
【０００９】
低電圧化した場合の問題は、反射型のエンコーダに限らず、透過型のエンコーダについても同様である。
【００１０】
本発明は、この点に注目し、受光素子が発生する信号のうちエンコーダ信号に寄与しない直流成分が比較的大きいエンコーダにおいても、低電圧で利用したい場合や、所望の変位検出精度を実現したい場合の両者に対応することが可能な構成のエンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のエンコーダの一態様は、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケールとエンコーダヘッドとの相対変移を検出するエンコーダにおいて、
上記エンコーダヘッドは、
上記エンコーダの出力が１相以上の周期性を有するエンコーダ信号であるときに、上記エンコーダ信号の振幅中心に設定する基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
上記基準電圧発生回路で発生した基準電圧を変更する可変手段と、
を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケールと、エンコーダヘッドとの相対変位によりエンコーダヘッドが出力する周期的なエンコーダ信号において、エンコーダ信号の中心電圧である基準電圧を変更できる構成となっているため、低電圧で利用したい場合と、所望の変位検出精度を実現したい場合とで、それぞれの場合に適した基準電圧を設定できるので、両者に対応したエンコーダを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。
【００１５】
即ち、該エンコーダは、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケール１と、エンコーダヘッド２とからなり、上記エンコーダスケール１と上記エンコーダヘッド２とは、相対変位する。
【００１６】
上記エンコーダヘッド２は、光源２１（可干渉光源を含む）を搭載している。この光源２１が出射した光は、上記エンコーダスケール１を照射して反射，回折，散乱が起こり、上記エンコーダヘッド２に再度入射する。この再度入射した光は、上記エンコーダスケール１と上記エンコーダヘッド２との相対変位に伴って光量が変化し、この変化する光の信号を受光素子２２で検出する。上記受光素子２２が検出した信号は、信号処理回路２３へ供給され、該信号処理回路２３にてエンコーダ信号に変換されて、上記エンコーダヘッド２の出力信号となる。なお、上記信号処理回路２３は、図６に示した従来のエンコーダについて説明したとおり、上記受光素子２２で発生した電流信号を電流／電圧変換回路で電圧信号に変換し、変位に依存しない信号成分を除去する。また、後述する第４実施形態で説明するように、所定のゲインを掛ける回路などを含んでも良い。
【００１７】
上記エンコーダヘッド２（信号処理回路２３）が出力する信号は、図２に示すような略正弦波状の信号である。図２で示している略正弦波状の信号は、位相差が９０度の２相のエンコーダ信号を表している。これらのエンコーダ信号振幅の中心の電圧は、基準電圧に等しい。この基準電圧は、図１の上記エンコーダヘッド２内で発生することもでき、基準電圧発生回路２４で発生させる。そして、該基準電圧発生回路２４で発生した基準電圧を信号処理回路２３に供給し、上記エンコーダヘッド２の出力信号であるエンコーダ信号の基準電圧として利用したり、信号処理の基準電圧として利用したりする。また、上記光源２１の駆動回路（図示せず）も、この基準電圧を利用して駆動しても良い。
【００１８】
そして、上記基準電圧発生回路２４で発生する基準電圧は、基準電圧可変手段２５により、所定の電圧から異なる電圧に変化させることができる構成となっている。
【００１９】
上記構成によれば、上記エンコーダスケール１と上記エンコーダヘッド２との相対変位により上記受光素子２２が出力した信号を電流／電圧変換回路にて電圧信号に変換する際、変位に依存しない信号成分や、変位に伴う信号成分の大きさや、電源電圧による電流／電圧変換回路が歪みなく処理することのできる入出力レンジの余裕に応じて、基準電圧可変手段２５において変化させることにより、用途によって上記エンコーダヘッド２が適切なエンコーダ信号を出力することが可能となる。
【００２０】
例えば、周期信号であるエンコーダ信号の１／４周期の分解能を得ることができれば良いが、電源電圧は極力下げたいという場合には、電流／電圧変換回路の基準電位を電流／電圧変換回路のレンジを最大限にとることができる値に設定し、エンコーダ信号の基準電圧を電源電圧の略１／２程度に設定する。このような設定とすると、低い電源電圧においてもノイズに対して最大限に大きな信号を得ることができる。また、電源電圧は定めないが、分解能をエンコーダ信号１周期の数千分の一に分割したり、分割した信号の間隔をより等しくしてリニアリティを向上させたい場合には、電源電圧を適度な大きさに設定し、電流／電圧変換回路、及びエンコーダ信号の基準電圧ともに電源電圧の略１／２程度に設定するか、エンコーダ信号の基準については受信する側の回路の中心電位付近に合わせると良い。
【００２１】
なお、電源電圧の略１／２の電圧は、電源電圧とＧＮＤとの間に抵抗値の等しい直列抵抗を設置し、中間から得る方法も考えることができるが、この場合、電源のノイズやリップル、及び変動の影響がエンコーダ信号に影響を与える可能性があり、好ましくない。
【００２２】
以上のような本発明の第１実施形態によれば、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケール１と、エンコーダヘッド２との相対変位によりエンコーダヘッド２が出力する周期的なエンコーダ信号において、エンコーダ信号の中心電圧である基準電圧を可変できる構成となっているため、エンコーダヘッド２を動作させる電源電圧の少なくとも２電位以上の場合にエンコーダの性能を区別することができるようになる。したがって、電源電圧が小さな値から利用したいエンコーダヘッドであっても、電源電圧が高い場合にはエンコーダ信号のＳＮ比が良く、歪みの少ない略正弦波状のエンコーダ信号、つまり、高い位相分割が可能であり、且つ、位相間隔がより等しいリニアリティの高い信号を出力するエンコーダヘッドとしても利用することが可能となる。
【００２３】
即ち、本実施形態によれば、１つのエンコーダヘッド２で、複数のそれも用途が異なる場面、つまり、電源電圧が低く分解能の低い用途から、分解能が求められる用途まで幅広く利用することができるエンコーダを提供することを可能としている。
【００２４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００２５】
図３は、本第２実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。なお、図１と同じ構成物については、同じ参照符号を付すことで、その説明を省略する。
【００２６】
即ち、本実施形態に係るエンコーダは、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケール１と相対変位するエンコーダヘッド３を備え、該エンコーダヘッド３は、光源２１、受光素子２２、信号処理回路２３、基準電圧発生回路２４、選択手段３１、及びバンドギャップリファレンス回路３２を備えている。
【００２７】
本実施形態においては、上記基準電圧発生回路２４は、複数の基準電圧（基準電圧１、…、基準電圧ｎ）を発生し、上記選択手段３１は、これらの中から各使用状態に応じてひとつを選択して上記信号処理回路２３に供給する。なお、上記選択手段３１は、当該エンコーダヘッド３の外部よりの指示により、選択設定される。
【００２８】
また、上記バンドギャップリファレンス回路３２は、電源電圧や、温度変化に対する電圧変化を極力抑え、一定の電圧を発生する回路である。上記基準電圧発生回路２４は、このように、使用する際の温度や、リップルやノイズの載った電源電圧によらず、略一定の電圧を発生することが可能なバンドギャップリファレンス回路３２が出力する電圧を利用する構成としている。
【００２９】
以上のような本実施形態によれば、予め想定しておいた各利用状況における基準電圧を準備しておくことができ、また、各利用状況に応じて指示する設定を選択することができるようになるため、一構成のエンコーダをエンコーダの利用者の目的に応じて使い分けることができるようになる。
【００３０】
なお、上記複数の基準電圧（基準電圧１、…、基準電圧ｎ）は、選択手段３１でひとつを選択してエンコーダ信号の基準電圧として選択することができるようにしているが、他の信号処理回路で必要な電流／電圧変換回路の基準電圧や、光源２１の駆動回路（図示せず）の基準電圧など、複数個所に必要な基準電圧を利用状況ごとに異なる基準電圧の組み合わせで選択することができるようにしても良い。
【００３１】
また、図３では、基準電圧発生回路２４を一つで記載しているが、複数としても良いことは勿論である。
【００３２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００３３】
図４は、本第３実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。なお、図１及び図３と同じ構成物については、同じ参照符号を付すことで、その説明を省略する。
【００３４】
即ち、本実施形態に係るエンコーダは、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケール１と相対変位するエンコーダヘッド４を備え、該エンコーダヘッド４は、光源２１、受光素子２２、信号処理回路２３、選択手段３１、バンドギャップリファレンス回路３２、第１基準電圧発生回路４１１、第２基準電圧発生回路４１２、スイッチ４２１，４２２、回路動作停止／動作手段４３、及び記憶手段４４を備えている。
【００３５】
本実施形態においては、基準電圧を発生する回路として第１基準電圧発生回路４１１と第２基準電圧発生回路４１２とがあり、これらが発生する基準電圧を信号処理回路２３へ供給する際に、選択手段３１がどちらかを選択する。上記第１基準電圧発生回路４１１，第２基準電圧発生回路４１２と信号処理回路２３との間には、スイッチ４２１，４２２が配置され、該スイッチ４２１，４２２は、上記選択手段３１の選択に応じて相補的にＯＮ／ＯＦＦが切り換えられる。
【００３６】
また、回路動作停止／動作手段４３は、上記第１基準電圧発生回路４１１及び第２基準電圧発生回路４１２のうちの使用しない回路について、回路動作に必要な電力を遮断するものであり、これにより、消費電流を削減させることが可能となっている。この回路動作停止／動作手段４３は、上記選択手段３１から指示を受けて制御を行っている。
【００３７】
さらに、上記選択手段３１で選択した設定は、記憶手段４４に記憶しておき、この記憶手段４４の設定により、上記スイッチ４２１，４２２や回路動作停止／動作手段４３を動作させる。この記憶手段４４としては、電気的なメモリによる記憶方法のほか、複数の端子間をワイヤーボンドで接続する方法、バンプで接続する方法や、銀ペーストで接続する方法など、導電性のある接続部材で物理的に接続する記憶方法などでも効果に変わりは無い。
【００３８】
なお、上記選択手段３１は、当該エンコーダヘッド４の外部よりの指示により、選択設定される。
【００３９】
以上のような本実施形態によれば、予め想定しておいた各利用状況における基準電圧を準備しておくことができ、また、各利用状況に応じて指示する設定を選択することができるようになるため、一構成のエンコーダをエンコーダの利用者の目的に応じて使い分けることができるようになる。
【００４０】
また、使用していないときの回路を停止しておくので、エンコーダの消費電力も低く抑えることができる。さらに、選択手段３１の選択設定内容を記憶する記憶手段４４を有しているので、当該エンコーダの利用方法が決まった段階で、予め選択設定をしておくことができる。従って、該エンコーダの使用者が各設定をしなくても利用できる。
【００４１】
なお、図４では、基準電圧発生回路を２系統、スイッチを２系統の場合で説明したが、数に制限は無く、任意の系統を配置しても効果に変わりは無い。
【００４２】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
【００４３】
図５は、本第４実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。なお、図１、図３及び図４と同じ構成物については、同じ参照符号を付すことで、その説明を省略する。
【００４４】
即ち、本実施形態に係るエンコーダは、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケール１と相対変位するエンコーダヘッド５を備え、該エンコーダヘッド５は、光源２１、受光素子２２、信号処理回路２３、選択手段３１、バンドギャップリファレンス回路３２、第１基準電圧発生回路４１１、第２基準電圧発生回路４１２、スイッチ４２１，４２２、回路動作停止／動作手段４３、及び電源電圧判定手段５１を備えている。また、上記信号処理回路２３は、当該信号処理回路２３内のエンコーダ信号に所定のゲインを与えるゲイン切替手段５２を有している。
【００４５】
ここで、上記電源電圧判定手段５１は、該エンコーダヘッド５に印加される電源電圧の電圧を少なくとも２段階以上で判別する構成となっており、例えば３Ｖと５Ｖとを識別する手段である。
【００４６】
また、上記ゲイン切替手段５２は、選択手段３１によって設定されるエンコーダ信号の基準電圧に応じて、出力するエンコーダ信号の振幅を変える構成となっている。
【００４７】
以上のような本実施形態によれば、エンコーダ利用者が必要な電源電圧を供給するだけで、予め設定してある少なくとも２種類以上の設定で利用することが可能となる。例えば、３Ｖを印加した場合には、分解能やリニアリティを多少犠牲にしてもよい場合の設定としてあり、選択手段３１によって例えば１．５Ｖ程度の基準電圧を発生する第１基準電圧発生回路４１１が選択され、ゲイン切替手段５２は、同じく選択手段３１によってエンコーダヘッド５が出力するエンコーダ信号振幅が１ＶＰＰ程度になる小さなゲインを選択されるようにすることができる。また、例えば、電源電圧に５Ｖを印加した場合には、分解能やリニアリティを求めてよい場合の設定として、選択手段３１によって例えば２．５Ｖ程度の基準電圧を発生する第２基準電圧発生回路４１２が選択され、ゲイン切替手段５２は、同じく選択手段３１によってエンコーダヘッド５が出力するエンコーダ信号振幅が３ＶＰＰ程度になる所定のゲインを選択されるようにすることができる。
【００４８】
以上、第１乃至第４実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００４９】
例えば、各実施形態中の構成物が一部なかったり、他の実施形態中に記載してきた構成物を持ち込んでも、基本的な効果が同じであることは明白である。
【００５０】
また、上記エンコーダヘッド２乃至５の構成は、当該エンコーダヘッド中で共に構成することができる構成物を半導体基板上に構成することにより、非常に小型のエンコーダヘッドを安価に、また多用途用に実現することが可能となる。
【００５１】
なお、各実施形態は、反射型のエンコーダについて記載してきたが、透過型のエンコーダについても、本発明は同様に適用可能である。
【００５２】
（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
【００５３】
（１） 所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケールとエンコーダヘッドとの相対変移を検出するエンコーダにおいて、
上記エンコーダヘッドは、
上記エンコーダの出力が１相以上の周期性を有するエンコーダ信号であるときに、上記エンコーダ信号の振幅中心に設定する基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
上記基準電圧発生回路で発生した基準電圧を変更する可変手段と、
を具備することを特徴とするエンコーダ。
【００５４】
（対応する実施形態）
この（１）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第１乃至第４実施形態が対応する。それらの実施形態において、エンコーダスケール１が上記エンコーダスケールに、エンコーダヘッド２乃至５が上記エンコーダヘッドに、基準電圧発生回路２４、第１，第２基準電圧発生回路４１１，４１２が上記基準電圧発生回路に、基準電圧可変手段２５、選択手段３１、選択手段３１，スイッチ４２１，４２２，記憶手段４４、選択手段３１，スイッチ４２１，４２２，電源電圧判定手段５１が上記可変手段に、それぞれ対応する。
【００５５】
（作用効果）
この（１）に記載のエンコーダによれば、所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケールと、エンコーダヘッドとの相対変位によりエンコーダヘッドが出力する周期的なエンコーダ信号において、エンコーダ信号の中心電圧である基準電圧を可変できる構成となっているため、エンコーダヘッドを動作させる電源電圧の少なくとも２電位以上の場合にエンコーダの性能を区別することができるようになる。したがって、電源電圧が小さな値から利用したいエンコーダヘッドであっても、電源電圧が高い場合にはエンコーダ信号のＳＮ比が良く、歪みの少ない略正弦波状のエンコーダ信号、つまり、高い位相分割が可能であり、且つ、位相間隔がより等しいリニアリティの高い信号を出力するエンコーダヘッドとしても利用することが可能となる。
【００５６】
（２） 上記基準電圧発生回路は、複数の基準電圧を発生し、
上記可変手段は、上記複数の電圧のなかから１つを選択する選択手段を有することを特徴とする（１）に記載のエンコーダ。
【００５７】
（対応する実施形態）
この（２）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第２乃至第４実施形態が対応する。それらの実施形態において、選択手段３１が上記選択手段に対応する。
【００５８】
（作用効果）
この（２）に記載のエンコーダによれば、予め想定しておいた各利用状況における基準電圧を準備しておくことができ、また、各利用状況に応じて指示する設定を選択することができるようになるため、一構成のエンコーダをエンコーダの利用者の目的に応じて使い分けることができるようになる。
【００５９】
（３） 上記基準電圧発生回路は、バンドギャップリファレンス回路で発生した一定の電圧を基にして上記複数の基準電圧を発生することを特徴とする（２）に記載のエンコーダ。
【００６０】
（対応する実施形態）
この（３）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第２乃至第４実施形態が対応する。それらの実施形態において、バンドギャップリファレンス回路３２が上記バンドギャップリファレンス回路に対応する。
【００６１】
（作用効果）
この（３）に記載のエンコーダによれば、使用する際の温度や、リップルやノイズの載った電源電圧によらず、略一定の電圧を利用できるので、一定の基準電圧を発生することができる。
【００６２】
（４） 上記可変手段は、上記選択手段の選択に応じて、上記複数の基準電圧から１つを切り替え出力するスイッチを更に有することを特徴とする（２）又は（３）に記載のエンコーダ。
【００６３】
（対応する実施形態）
この（４）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第３及び第４実施形態が対応する。それらの実施形態において、スイッチ４２１，４２２が上記スイッチに対応する。
【００６４】
（作用効果）
この（４）に記載のエンコーダによれば、スイッチを用いることで、確実な切り替えが行える。
【００６５】
（５） 上記可変手段は、電源電圧の値を判定する判定手段を更に有し、
上記選択手段は、上記判定手段によって判定された上記電源電圧の値によって上記複数の電圧のなかから１つを選択することを特徴とする（２）乃至（４）の何れかに記載のエンコーダ。
【００６６】
（対応する実施形態）
この（５）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第４実施形態が対応する。その実施形態において、電源電圧判定手段５１が上記判定手段に対応する。
【００６７】
（作用効果）
この（５）に記載のエンコーダによれば、エンコーダ利用者が必要な電源電圧を供給するだけで、予め設定してある少なくとも２種類以上の設定で利用することが可能となる。
【００６８】
（６） 上記可変手段は、上記スイッチの設定を記憶しておく記憶部を更に有し、
上記選択手段は、上記記憶部に記憶された上記スイッチの設定に従って上記スイッチを切り替えることを特徴とする（４）に記載のエンコーダ。
【００６９】
（対応する実施形態）
この（６）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第３実施形態が対応する。その実施形態において、記憶手段４４が上記記憶部に対応する。
【００７０】
（作用効果）
この（６）に記載のエンコーダによれば、当該エンコーダの利用方法が決まった段階で、予め選択設定をしておくことができるので、該エンコーダの使用者が各設定をしなくても利用できる。
【００７１】
（７） 上記記憶部は、上記スイッチの設定を電気的に記憶するメモリ手段であることを特徴とする（６）に記載のエンコーダ。
【００７２】
（対応する実施形態）
この（７）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第３実施形態が対応する。
【００７３】
（作用効果）
この（７）に記載のエンコーダによれば、選択設定内容を書き替えることが可能となる。
【００７４】
（８） 上記記憶部は、上記スイッチの設定を物理的な回路接続によって記憶する導電性接続手段であることを特徴とする（６）に記載のエンコーダ。
【００７５】
（対応する実施形態）
この（８）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第３実施形態が対応する。
【００７６】
（作用効果）
この（８）に記載のエンコーダによれば、確実に選択設定内容を記憶できる。
【００７７】
（９） 上記エンコーダヘッドは、上記基準電圧の変更に伴って、上記１相以上の周期性を有するエンコーダ信号振幅の大きさを変更させる手段を更に具備することを特徴とする（１）乃至（８）の何れかに記載のエンコーダ。
【００７８】
（対応する実施形態）
この（９）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第４実施形態が対応する。その実施形態において、ゲイン切替手段５２が上記エンコーダ信号振幅の大きさを変更させる手段に対応する。
【００７９】
（作用効果）
この（９）に記載のエンコーダによれば、基準電圧に応じて最適なエンコーダ信号振幅が得られる。
【００８０】
（１０） 上記基準電圧発生回路は、上記複数の基準電圧を発生するための複数の電圧発生回路を有し、
上記エンコーダヘッドは、上記複数の電圧発生回路のうち、上記選択手段で選択していない基準電圧を発生する電圧発生回路の動作を停止させる回路動作停止／動作手段を更に具備することを特徴とする（２）乃至（８）の何れかに記載のエンコーダ。
【００８１】
（対応する実施形態）
この（１０）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第３及び第４実施形態が対応する。それらの実施形態において、第１，第２基準電圧発生回路４１１，４１２に、回路動作停止／動作手段４３が上記回路動作停止／動作手段に、それぞれ対応する。
【００８２】
（作用効果）
この（１０）に記載のエンコーダによれば、使用していないときの回路を停止しておくので、エンコーダの消費電力を低く抑えることができる。
【００８３】
（１１） 上記エンコーダヘッドは、半導体回路として構成されることを特徴とする（１）乃至（１０）の何れかに記載のエンコーダ。
【００８４】
（対応する実施形態）
この（１１）に記載のエンコーダに関する実施形態は、第１乃至第４実施形態が対応する。
【００８５】
（作用効果）
この（１１）に記載のエンコーダによれば、非常に小型のエンコーダヘッドを安価に、また多用途用に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。
【図２】図２は、エンコーダ信号を説明するための波形図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第４実施形態に係るエンコーダの構成を示す図である。
【図６】図６は、従来のエンコーダの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１…エンコーダスケール、 ２〜５…エンコーダヘッド、 ２１…光源、 ２２…受光素子、 ２３…信号処理回路、 ２４…基準電圧発生回路、 ２５…基準電圧可変手段、 ３１…選択手段、 ３２…バンドギャップリファレンス回路、 ４３…回路動作停止／動作手段、 ４４…記憶手段、 ５１…電源電圧判定手段、 ５２…ゲイン切替手段、 ４１１…第１基準電圧発生回路、 ４１２…第２基準電圧発生回路、 ４２１，４２２…スイッチ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケールとエンコーダヘッドとの相対変移を検出するエンコーダにおいて、
前記エンコーダヘッドは、
前記エンコーダの出力が１相以上の周期性を有するエンコーダ信号であるときに、前記エンコーダ信号の振幅中心に設定する基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
前記基準電圧発生回路で発生した基準電圧を変更する可変手段と、
を具備することを特徴とするエンコーダ。
【請求項２】
前記基準電圧発生回路は、複数の基準電圧を発生し、
前記可変手段は、前記複数の電圧のなかから１つを選択する選択手段を有することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記基準電圧発生回路は、バンドギャップリファレンス回路で発生した一定の電圧を基にして前記複数の基準電圧を発生することを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記可変手段は、前記選択手段の選択に応じて、前記複数の基準電圧から１つを切り替え出力するスイッチを更に有することを特徴とする請求項２又は３に記載のエンコーダ。
【請求項５】
前記可変手段は、電源電圧の値を判定する判定手段を更に有し、
前記選択手段は、前記判定手段によって判定された前記電源電圧の値によって前記複数の電圧のなかから１つを選択することを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載のエンコーダ。
【請求項６】
前記可変手段は、前記スイッチの設定を記憶しておく記憶部を更に有し、
前記選択手段は、前記記憶部に記憶された前記スイッチの設定に従って前記スイッチを切り替えることを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ。
【請求項７】
前記記憶部は、前記スイッチの設定を電気的に記憶するメモリ手段であることを特徴とする請求項６に記載のエンコーダ。
【請求項８】
前記記憶部は、前記スイッチの設定を物理的な回路接続によって記憶する導電性接続手段であることを特徴とする請求項６に記載のエンコーダ。
【請求項９】
前記エンコーダヘッドは、前記基準電圧の変更に伴って、前記１相以上の周期性を有するエンコーダ信号振幅の大きさを変更させる手段を更に具備することを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載のエンコーダ。
【請求項１０】
前記基準電圧発生回路は、前記複数の基準電圧を発生するための複数の電圧発生回路を有し、
前記エンコーダヘッドは、前記複数の電圧発生回路のうち、前記選択手段で選択していない基準電圧を発生する電圧発生回路の動作を停止させる回路動作停止／動作手段を更に具備することを特徴とする請求項２乃至８の何れかに記載のエンコーダ。
【請求項１１】
前記エンコーダヘッドは、半導体回路として構成されることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載のエンコーダ。
【請求項１】
所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケールとエンコーダヘッドとの相対変移を検出するエンコーダにおいて、
前記エンコーダヘッドは、
前記エンコーダの出力が１相以上の周期性を有するエンコーダ信号であるときに、前記エンコーダ信号の振幅中心に設定する基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
前記基準電圧発生回路で発生した基準電圧を変更する可変手段と、
を具備することを特徴とするエンコーダ。
【請求項２】
前記基準電圧発生回路は、複数の基準電圧を発生し、
前記可変手段は、前記複数の電圧のなかから１つを選択する選択手段を有することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記基準電圧発生回路は、バンドギャップリファレンス回路で発生した一定の電圧を基にして前記複数の基準電圧を発生することを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記可変手段は、前記選択手段の選択に応じて、前記複数の基準電圧から１つを切り替え出力するスイッチを更に有することを特徴とする請求項２又は３に記載のエンコーダ。
【請求項５】
前記可変手段は、電源電圧の値を判定する判定手段を更に有し、
前記選択手段は、前記判定手段によって判定された前記電源電圧の値によって前記複数の電圧のなかから１つを選択することを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載のエンコーダ。
【請求項６】
前記可変手段は、前記スイッチの設定を記憶しておく記憶部を更に有し、
前記選択手段は、前記記憶部に記憶された前記スイッチの設定に従って前記スイッチを切り替えることを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ。
【請求項７】
前記記憶部は、前記スイッチの設定を電気的に記憶するメモリ手段であることを特徴とする請求項６に記載のエンコーダ。
【請求項８】
前記記憶部は、前記スイッチの設定を物理的な回路接続によって記憶する導電性接続手段であることを特徴とする請求項６に記載のエンコーダ。
【請求項９】
前記エンコーダヘッドは、前記基準電圧の変更に伴って、前記１相以上の周期性を有するエンコーダ信号振幅の大きさを変更させる手段を更に具備することを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載のエンコーダ。
【請求項１０】
前記基準電圧発生回路は、前記複数の基準電圧を発生するための複数の電圧発生回路を有し、
前記エンコーダヘッドは、前記複数の電圧発生回路のうち、前記選択手段で選択していない基準電圧を発生する電圧発生回路の動作を停止させる回路動作停止／動作手段を更に具備することを特徴とする請求項２乃至８の何れかに記載のエンコーダ。
【請求項１１】
前記エンコーダヘッドは、半導体回路として構成されることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載のエンコーダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−９７８７３（Ｐ２００９−９７８７３Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６６７６９（Ｐ２００７−２６６７６９）
【出願日】平成１９年１０月１２日（２００７．１０．１２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１２日（２００７．１０．１２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]