JP2005128002A - エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】１種のセンサヘッドで多様な機能及び性能の装置に対応できるエンコーダを提供すること。
【解決手段】所定周期のパターンが形成されたスケール１の変位に応じてセンサ３によって複数のアナログ信号が検出される。このアナログ信号は、信号処理部４において信号処理がなされた後、センサヘッド２から出力される。このときの出力信号が位置情報出力装置７の信号入力仕様に合うように、センサヘッド２内に設けられた設定切替部５によって設定切替が行われる。更に、センサ３、信号処理部４、及び設定切替部５は集積回路となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検出体の位置等を検出するエンコーダに関する。

直線移動体の移動位置や回転移動体の回転位置などを検出する、光学式エンコーダ、磁気式エンコーダ、及び静電式エンコーダ等のエンコーダには種々のものが提案されている。例えば、特許文献１において提案されているエンコーダは、センサによって検出された信号をデジタル化する信号処理回路を着脱式にすることにより、エンコーダの仕様変更が容易に行えるようにするものである。図２０（ａ）及び図２０（ｂ）にその構成図を示す。

図２０（ａ）は、センサヘッド１０１内部に信号処理回路１０３を装着した場合である。この場合には、センサ信号検出増幅回路１０２から被検出体の移動に応じた２相のアナログ信号（図２０（ａ）では１つのみ示している）が信号処理回路１０３に出力される。ここで、これら２相のアナログ信号は、一般にはそれぞれ位相が９０度ずれた周期信号である。

信号処理回路１０３は、入力された２相のアナログ信号をデジタル化（２値化）する回路である。更に、この信号処理回路１０３は、入力されたアナログ信号に対して内挿分割処理を施す内挿分割回路を有しており、この内挿分割回路によってアナログ信号の１周期内の内挿位置を求めることができる。例えば、上記２相のアナログ信号を、それぞれ一般的にエンコーダ信号で用いられているＡ相アナログ信号（Vsinθ）及びＢ相アナログ信号（Vcosθ）とし、これらの信号をデジタル変換した値をVa及びVbとすると、
Va／Vb＝Vsinθ／Vcosθ＝tanθ
θ＝tan^-1（Va／Vb）
の式から１周期内の内挿位置を求めることができる。このようにして信号のデジタル化が行われた後、センサヘッド１０１からデジタル信号が制御装置１０４に出力される。

一方、図２０（ｂ）は、信号処理回路１０３が制御装置１０４内部に設けられている場合である。この場合には、センサヘッド１０１内に信号処理回路１０３を装着しない。即ち、この場合には、センサヘッド１０１からアナログ信号が制御装置１０４に出力された後、制御装置１０４内部の信号処理回路１０３においてデジタル化される。
特開平１０−２５３３９２号公報

特許文献１において提案されているエンコーダでは、制御装置１０４の信号入力仕様に合わせて複数の信号処理回路を予め準備しておく必要がある。即ち、予め準備されていない仕様に対応するためには、その仕様に対応できる信号処理回路を新たに製造する必要がある。

また、例えばスケールの周期パターンが２０μmの場合には、そのときのエンコーダの用途や制御回路１０５の仕様等に応じて、例えば分解能５μm程度の低分解能デジタル信号出力、分解能１μm程度の高分解能デジタル信号出力、及びデジタル変換を行わないＡＢ相アナログ信号などの種々の出力モードの信号が用途に応じて必要となる。このような種々の出力モードの信号は、１種のセンサヘッドによって生成出力できることが好ましい。しかしながら、特許文献１のエンコーダでは、図２０（ａ）の場合と図２０（ｂ）の場合とで、それぞれアナログ信号又は特定の規格で特定の分解能のデジタル信号の何れか一方の信号しか出力できない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、１種のセンサヘッドで多様な機能及び性能の装置に対応できるエンコーダを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様によるエンコーダは、センサヘッドと、所定周期のパターンが形成されたスケールとから構成され、上記スケールと上記センサヘッドとの相対的な変位に応じた複数のアナログ信号に基づいて出力信号を生成して上記センサヘッドから出力するエンコーダにおいて、上記センサヘッドは、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号を信号処理する信号処理部と、上記出力信号もしくは信号処理に関する設定切替を行う設定切替部とを有し、上記信号処理部と上記設定切替部とが集積回路で構成されている。

この第１の態様は、後で説明する第１及び第３の実施形態に対応する。この第１の態様によれば、センサヘッドの中に信号出力の際の信号処理モードや信号出力モードといった信号に関する設定を切り替えるための設定切替部を構成したので、１種のセンサヘッドで多様な機能、性能に対応できる。これにより、センサヘッドの量産による低コスト化が可能である。更にユーザにとっては、同じセンサヘッドで信号入力仕様が違う多くの位置情報出力装置あるいは制御装置に対応可能となるので、それらの仕様が変更されてもセンサヘッドを新たに準備する必要もなく、またセンサヘッド等の交換のための費用も掛からない。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第２の態様によるエンコーダは、第１の態様において、上記設定切替部は、上記設定切替を行う薄膜導電配線パターンを有しており、上記設定切替部による上記設定切替は、上記薄膜導電配線パターンの接続構成を切り替えることである。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第３の態様によるエンコーダは、第２の態様において、上記薄膜導電配線パターンの接続構成は、上記薄膜導電配線パターンの少なくとも一部を切断することによって得られる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第４の態様によるエンコーダは、第３の態様において、上記薄膜導電配線パターンの切断は、レーザにより行う。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第５の態様によるエンコーダは、第３の態様において、上記薄膜導電配線パターンの一部には所定の電圧を印加する若しくは所定の電流を通電することにより切断されるヒューズが設けられており、上記薄膜導電配線パターンの切断は、上記ヒューズを切断することにより行う。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第６の態様によるエンコーダは、第１の態様において、上記設定切替部は、上記設定切替を行うメモリを有しており、上記設定切替部による上記設定切替は、上記メモリに記録させる設定情報を変更することである。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第７の態様によるエンコーダは、第６の態様において、上記メモリは、不揮発性メモリを含む。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第８の態様によるエンコーダは、第１の態様において、上記設定切替部には、上記設定切替を行う少なくとも１つの設定切替電極が電気的に接続されており、上記設定切替部による上記設定切替は、上記設定切替電極と上記センサヘッドのパッケージに形成された所定電位を有する電極との電気的接続状態を切り替えることである。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第９の態様によるエンコーダは、第１の態様において、上記設定切替部には、上記設定切替を行う少なくとも１つの設定切替電極が電気的に接続されており、上記設定切替部による上記設定切替は、上記設定切替電極に与える電位を切り替える若しくは上記設定切替電極に接続するインピーダンスを切り替えることである。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第１０の態様によるエンコーダは、第１の態様において、上記設定切替部には、上記設定切替を行う複数の設定切替電極が電気的に接続され、かつこの複数の設定切替電極には、複数のスイッチが電気的に接続されており、上記設定切替部による上記設定切替は、上記複数の設定切替電極と電気的に接続された上記複数のスイッチの状態の組み合わせを切り替えることである。

ここで、第２から第７の態様は後で説明する第３の実施形態に対応し、第８の態様は後で説明する第４の実施形態に対応し、第９の態様は後で説明する第５の実施形態に対応し、第１０の態様は後で説明する第６の実施形態に対応する。これら第２から第１０の態様によれば、種々の方式で設定切替部を構成することができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第１１の態様によるエンコーダは、第１の態様において、上記センサヘッドは、上記設定切替部によって切替可能な少なくとも３つの設定を有する。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第１２の態様によるエンコーダは、第１１の態様において、上記センサヘッドが有する設定は、少なくとも３種類以上の出力信号の中から少なくとも１つを選択的に上記センサヘッドから出力させる設定である。

これら第１１及び第１２の態様は、後で説明する第２の実施形態に対応する。これら第１１及び第１２の態様によれば、３種類以上の出力信号の中から少なくとも１つを選択的にセンサヘッドから出力させることができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第１３の態様によるエンコーダは、第１の態様において、上記信号処理部は、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号をアナログ信号の状態で処理するアナログ信号処理回路と、上記複数のアナログ信号からデジタル信号を生成するデジタル信号処理回路とを有し、上記設定切替部による上記設定切替は、上記センサヘッドから出力する信号を、上記アナログ信号処理回路からの出力信号と上記デジタル信号処理回路からの出力信号の少なくとも何れか一方に切り替えることである。

この第１３の態様は、後で説明する第２の実施形態に対応する。この第１３の態様によれば、センサヘッドから出力する信号をアナログ信号とデジタル信号との間で切り替えることができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第１４の態様によるエンコーダは、第１の態様において、上記信号処理部は、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号を内挿分割処理する内挿分割回路を有し、上記設定切替部による上記信号に関する設定切替は、上記内挿分割処理の際の分割数を切り替えることである。

この第１４の態様は、後で説明する第２の実施形態に対応する。この第１４の態様によれば、デジタル化の際に行う内挿分割処理の分割数を設定切替することができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第１５の態様によるエンコーダは、第１の態様において、上記信号処理部は、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号から複数の出力フォーマットに対応したデジタル信号を生成するデジタル信号処理回路を有し、上記設定切替部による上記設定切替は、上記センサヘッドから出力する信号を、前記複数の出力フォーマットの少なくとも何れか１つに切り替えることである。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第１６の態様によるエンコーダは、上記出力フォーマットが、２相パラレル出力、多ビット出力、シリアル出力、及びＵＳＢインターフェイス対応出力の少なくとも２つである。

これら第１５、１６の態様は、後で説明する第２の実施形態に対応する。これらの第１５、１６の態様によれば、センサヘッドから出力する信号を複数の出力フォーマットの間で切り替えることができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第１７の態様によるエンコーダは、第１の態様において、上記信号処理部は、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号の振幅の増幅率を設定する増幅率調整回路を有し、上記設定切替部による上記設定切替は、上記振幅の増幅率の設定を切り替えることである。

この第１７の態様は、後で説明する第２の実施形態に対応する。この第１７の態様によれば、設定切替部によってセンサヘッドの出荷検査モード時と通常モード時とで振幅を容易に変更することが可能である。例えば、センサヘッドの検査時には、ＡＢ相アナログ振幅規格よりも規格幅を狭くした検査モードで検査を行うこともできる。これにより、通常モード時のＡＢ相振幅異常によるトラブルを防止できる。更には、スケールとセンサヘッドをセッテイングする際のセッティングモード信号を生成させることも可能である。この場合には、このセッティングモード信号を確認しながらセッテイングを行うようにすることで、通常使用時のＡＢ相アナログ信号の振幅異常によるトラブルを抑制することができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第１８の態様によるエンコーダは、第１の態様において、上記信号処理部は、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号の各々の振幅中心電位と基準電位との間のオフセットを設定するオフセット調整回路を有し、上記設定切替部による上記設定切替は、上記オフセットの設定を切り替えることであることを特徴とする。

この第１８の態様は、後で説明する第２の実施形態に対応する。この第１８の態様によれば、センサヘッドの中にオフセットを設定する設定切替部を有するので、オフセットを極力小さくでき、内挿分割回路における内挿精度を向上できる。これにより、精度のよいセンサヘッドを得ることができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第１９の態様によるエンコーダは、第１の態様において、上記設定切替部による上記設定切替は、上記センサヘッドから信号を出力させる際のアナログ信号処理またはデジタル信号処理回路の応答速度帯域の設定を切り替えることである。

この第１９の態様は、後で説明する第２の実施形態に対応する。この第１９の態様によれば、エンコーダに接続される位置情報出力装置の応答速度帯域の入力仕様に合わせた応答速度帯域をもつ出力信号をセンサヘッドから出力できるので、位置情報出力装置の位置情報の狂いを防げることができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第２０の態様によるエンコーダは、第１の態様において、上記信号処理部は、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号から複数のデジタル信号を生成するデジタル信号処理回路を有し、上記設定切替部による上記設定切替は、上記複数のデジタル信号を生成する際のしきい値電圧に与えるヒステリシスの幅の設定を切り替えることである。

この第２０の態様は、後で説明する第２の実施形態に対応する。この第２０の態様によれば、センサヘッドの中にヒステリシスの幅を設定する設定切替部を有するので、デジタル信号化の際のチャタリング現象をなくし、位置情報出力装置での位置情報の狂いを防ぐことができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第２１の態様によるエンコーダは、第１の態様において、上記スケールは、基準位置検出用のパターンを更に有し、上記センサヘッドは、上記基準位置検出用のパターンから基準位置を検出して、この検出した基準位置に対応するアナログ信号を出力する基準位置検出部と、この基準位置検出部から出力されたアナログ信号をデジタル化する基準位置信号デジタル化回路とを有し、上記設定切替部は、上記センサヘッドから出力する基準位置信号を、アナログ信号及びデジタル信号の少なくとも何れか一方に切り替えることを更に行う。

この第２１の態様は、後で説明する第２の実施形態に対応する。この第２１の態様によれば、センサヘッドから出力される基準位置信号をアナログ信号とデジタル信号との間で切り替えることができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第２２の態様によるエンコーダは、第１の態様において、上記信号処理部と上記設定切替部とが１つの集積回路で構成されている。

この第２２の態様は、後で説明する第３の実施形態に対応する。この第２２の態様によれば、信号処理部と設定切替部とを１つの集積回路によって構成し、小型のエンコーダヘッドを得ることができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第２３の態様によるエンコーダは、上記センサヘッド内に光源及び光検出センサを有する光学式エンコーダであり、上記設定切替部は、上記光源の光出力の設定切替を行う。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第２４の態様によるエンコーダは上記設定切替部を、上記光源のドライブ電流を一定に保つ定電流モードと、上記光検出センサに入力する光強度が常に一定あるいは上記アナログ信号の振幅を常に一定に保つオートパワーコントロールモードの設定切替を行う。

これら第２３、第２４の態様によれば、光源の光出力の設定切替部を持たせたことにより、ヘッドから出力するアナログ信号レベルが小さい時は、適切な信号レベルに引き上げたり、逆にアナログ信号レベルが大きすぎて、例えば回路電位が飽和しそうな時には、光出力を引き下げたりすることが可能である。したがって、光源の寿命の観点から言えば光出力は小さく設定しておくことが良いが、例えば高分解能でアナログ信号の高分割化が必要なケースでは光出力を大きく設定してアナログ信号レベルを大きくするなど、用途に応じた光出力に設定できる。また、オートパワーコントロールモードにより、光検出センサに入る光強度を常に一定あるいはアナログ信号の振幅を常に一定に保つことが可能であり、エンコーダ信号を安定化させることで高精度の光学式エンコーダを得ることができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第２５の態様によるエンコーダは、センサヘッドと、所定周期のパターンが形成されたスケールとから構成され、上記スケールと上記センサヘッドとの相対的な変位に応じた複数のアナログ信号に基づいて出力信号を生成して上記センサヘッドから出力するエンコーダにおいて、上記センサヘッドは、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号を信号処理する信号処理回路と、上記複数のアナログ信号からデジタル信号を生成するデジタル信号処理回路とを有し、上記信号処理回路が集積回路で構成され、上記アナログ信号処理回路からの出力信号の出力端子と上記デジタル信号処理回路からの出力信号の出力端子をそれぞれ独立に有し、上記アナログ信号処理回路からの出力信号の出力端子と上記デジタル信号処理回路からの出力信号の出力端子の少なくとも何れか一方と外部配線とが導電ワイヤで繋がれている。

この第２５の態様は、後で説明する第３の実施形態に対応する。この第２５の態様によれば、デジタル信号とを同時にセンサヘッドから出力させたり、センサヘッドから出力する信号をアナログ信号とデジタル信号との間で切り替えたりすることができる。

本発明によれば、１種のセンサヘッドで多様な機能及び性能の装置に対応できるエンコーダを提供することができる。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るエンコーダの構成図である。即ち、この第１の実施形態のエンコーダは、スケール１とセンサヘッド２とから構成されている。また、図１には、センサヘッド２の出力から被検出体の位置情報を検出する位置情報出力装置７及びこの位置情報出力装置７の出力に基づいて被検出体６の位置制御を行う制御装置８も併せて図示している。

スケール１は、移動する被検出体６に配置されるものであり、所定周期の物理的、電気的、若しくは光学的パターンが形成されている。センサヘッド２は、被検出体６の移動による周期的パターンの動きを検出して、この検出結果を信号処理して位置情報出力装置７に出力する。ここで、センサヘッド２は、センサ３と、信号処理部４と、設定切替部５とから構成されている。ここで、信号処理部４と設定切替部５とは、集積回路（以下、ＩＣと称する）で構成されている。

センサ３は、スケール１と対向するように配置されており、スケール１の周期的パターンの動きを検出して、この検出した動き（スケール１の変位）に対応する周期的アナログ信号を生成して信号処理部４に出力する。ここで、センサ３の検出方式としては、光学式、磁気式あるいは静電容量式などの方式があり、スケール１の周期的パターンもセンサ３の検出方式に対応して光学的、磁気的、若しくは電気的パターンを有する。

信号処理部４は、センサ３から入力された周期的アナログ信号を処理する。ここで、信号処理部４において、カウンタなどで構成される位置情報出力装置７の入力信号仕様に対応した種々のアナログ信号若しくは種々のデジタル信号を生成出力するために、設定切替部５によって信号処理部４の設定切替が行われる。即ち、設定切替部５は、センサヘッド２から出力される信号の設定切替を行うために設けられている。この設定切替部５によって種々の信号処理モードでアナログ信号若しくは種々のデジタル信号を生成でき、また、種々の信号出力モードでセンサヘッド２から信号を出力することができる。

ここで、信号処理部４内部に、内挿分割回路を設けておくようにしてもよい。即ち、信号処理部４においてデジタル信号を生成する際に、内挿分割回路による分割数を設定切替可能とすれば、分解能が異なるデジタル信号を位置情報出力装置７に出力することが可能である。

位置情報出力装置７は、センサヘッド２から入力された信号より被検出体６の位置情報を検出し、この位置情報を制御装置８に出力する。制御装置８は、この入力された位置情報に基づいて被検出体６の動きを制御する。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、１種のセンサヘッドを用いて多様な信号を生成出力することが可能である。これにより、信号入力仕様が異なる多くの位置情報出力装置７あるいは制御装置８についても１種のセンサヘッドで対応可能である。また、例えば被検出体６の制御精度をより高くするような場合でも、センサヘッド２内部の設定切替部５の設定切替を行うだけで良い。このため、１種のセンサヘッドで対応できるので安価に仕様変更が可能である。

ここで、この第１の実施形態の各構成は、当然、各種の変形及び変更が可能である。例えば、図１においては被検出体６が直線運動をするものとして図示しているが、これに限るものではなく、回転運動をするものでもよい。この場合には、スケール１を円周状に所定周期の物理的、電気的若しくは光学的パターンを形成したものとして構成することで、被検出体６の回転位置を検出する。また、図１のエンコーダを用いて被検出体６の速度を検出することも可能である。この場合には、例えば位置情報出力装置７によって検出される位置情報の時間変化を検出するようにすればよい。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、図１のセンサヘッド２内部の詳細な構成を示したブロック図である。ここで、被検出体６に配置するスケール１と、位置情報出力装置７及び制御装置８の構成は、第１の実施形態で説明したものと同様なので、ここでは図示を省略する。

ここで、図２のアナログ信号処理回路４１、オフセット調整回路４２、増幅率調整回路４３、デジタル信号処理回路４４、内挿分割回路４５、シリアル化回路４６、及び基準位置信号デジタル化回路４７は、図１の信号処理部４に含まれるものである。また、オフセット設定切替部５１、振幅増幅率設定切替部５２、ヒステリシス設定切替部５３、分割数設定切替部５４、信号出力応答速度帯域設定切替部５５、信号出力設定切替部５６、及び基準位置アナログ／デジタル設定切替部５７は、図１の設定切替部５に含まれるものである。

次に、センサ３から出力される信号の流れに従って図２の構成及び作用について説明する。即ち、センサ３からは、被検出体６の移動に応じて、ほぼ９０度位相がずれた、所謂ＡＢ相アナログ信号と呼ばれる２相アナログ信号が出力される。

ここで、図３に示すように、センサ３から出力されるＡＢ相アナログ信号には、信号に直流成分が重畳することにより、信号の振幅中心電位が基準電位からずれる、所謂オフセットが発生することがある。このため、センサ３から出力されたＡＢ相アナログ信号は、まずアナログ信号処理回路４１内部のオフセット調整回路４２に入力されてオフセットの調整がなされる。ここで、第２の実施形態においては、オフセット調整回路４２内部にオフセット設定切替部５１が設けられており、このオフセット設定切替部５１によってＡＢ相アナログ信号のオフセットの大きさを設定切替できるようになっている。ここでオフセット量の調整方法の１例としては、予め数種のオフセット調整量の異なる電位発生回路をオフセット調整回路４２に形成しておき、オフセット設定切替部５１において、配線パターンの切替もしくはロジック回路で、所望のオフセット量に切り替える方式がある。

このようにアナログ信号のオフセットを極力小さくすることで、この後の内挿分割回路４５における内挿精度を向上でき、精度のよいセンサヘッドを得ることができる。

ここで、オフセット設定切替部５１における「設定切替」とは、常に切替可能な場合だけでなく、製品の製造時に設定がなされたら２度と変更できなくなるような場合も含むものである。このことは、後で説明する他の設定切替部についても同様である。

このようにしてオフセット調整がなされたＡＢ相アナログ信号は、種々のデジタル信号を生成するためのデジタル信号処理回路４４の系及び種々のアナログ信号を生成するための増幅率調整回路４３に出力される。

まず、デジタル信号処理回路４４の系から説明する。デジタル信号処理回路４４は、入力されたＡＢ相アナログ信号をデジタル化するための回路である。このデジタル信号処理回路４４内部では、入力されたアナログ信号が、例えば内挿分割回路４５において所定分割数でデジタル信号化される。なお、内挿分割回路４５におけるデジタル信号化には、複数のアナログ信号をただ単に２値化してデジタル信号化する場合も含む。ここで、第２の実施形態においては、内挿分割回路４５内部に分割数設定切替部５４が設けられており、デジタル化の際の分割数を設定切替できるようになっている。例えば、１周期で２０μmの移動量に相当するアナログ信号を、２分割、即ちただ単に２値化すれば１パルスが１０μmの移動量に相当するデジタル信号が得られ、１０分割すれば１パルスが２μmの移動量に相当するデジタル信号が得られる。ここでの内挿分割方式としては、例えば抵抗を用いた抵抗分割方式、ＲＯＭテーブルを用いた位相追尾方式、あるいはＡ相、Ｂ相アナログ信号のリサージュ図の回転角度を計算で求める方式などがある。抵抗分割方式では抵抗分割数の切り替えを配線パターンの切り替えもしくはロジック回路で行うことができる。また、ＲＯＭテーブルを用いた位相追尾方式ではＲＯＭテーブルの切り替えを配線パターンの切り替えもしくはロジック回路で行うことができ、計算で求める方式では、計算係数の切替を配線パターンの切り替えもしくはロジック回路で行うことができる。また、ただ単の２値化についてはコンパレータを用いる方式がある。

更に、内挿分割回路４５内部には、デジタル化の際に、アナログ信号に含まれているノイズに対する耐性の大きさを設定するためのヒステリシス設定切替部５３が設けられている。このヒステリシス設定切替部５３のヒステリシスとは、アナログ信号を２値化する際に一般的に用いられるしきい値電圧に与えるヒステリシスのことを意味する。次に、このヒステリシスについて、更に詳しく説明する。

図４（ａ）はアナログ信号にノイズがない状態でコンパレータによって２値化を行った場合の波形の変化を示す図である。この場合には、アナログ信号にノイズがないので、しきい値電圧にヒステリシスを持たせなくとも問題なく２値化処理がなされる。一方、図４（ｂ）はアナログ信号にノイズが乗っている状態で、かつしきい値電圧にヒステリシスを持たせずに２値化を行った場合の波形の変化を示す図である。この場合には、ノイズ成分の信号が誤って２値化されてしまう、所謂チャタリングという現象が生じてしまう。この場合には、位置情報出力装置７においてパルスの誤カウントが生じ、この結果、位置情報出力装置７において検出される位置情報に狂いが生じてしまう。また、制御装置８の制御の仕方によっては被検出体６が往復動作を繰り返す所謂ビビリ現象を生じてしまう。

この問題を解決する為に、図４（ｃ）に示すしきい値電圧１及びしきい値電圧２のように２値化の際のしきい値電圧にヒステリシスを持たせる。このようにすれば、チャタリング現象を防止することが可能である。ここで、ヒステリシスを大きくするほど、デジタル化した時のパルス幅にばらつきが生まれるために、エンコーダの位置検出精度が悪くなる。このため、入力されたアナログ信号に乗っているノイズの大きさ及び要求検出精度に応じてヒステリシスの大きさを設定することが望ましい。そこで、第２の実施形態では、ヒステリシスの大きさをヒステリシス設定切替部５３によって切り替えるようにしている。ここでヒステリシスの大きさの調整方法の１例としては、ヒステリシス調整用オペアンプ回路に数種の異なる帰還抵抗を予め数種形成しておき、配線パターンの切り替えもしくはロジック回路で、所望のヒステリシスの大きさに切り替える方式がある。

このように内挿分割回路４５において内挿分割されてデジタル化された信号（以下、ＡＢ相デジタル信号と称する）は、信号出力応答速度帯域設定切替部５５及びシリアル化回路４６に出力される。

シリアル化回路４６の１例として図５に示したようにＡＢ相デジタル信号を合わせて１つのデジタル信号（以下、このデジタル信号を単相デジタル信号と称する）を生成する処理を行う。ここで、ＡＢ相デジタル信号においては、それぞれのデジタル信号間の位相差によって被検出体６の移動方向を検出する。即ち、単にＡＢ相デジタル信号を合わせて単相デジタル信号を生成しただけでは、２つの信号の位相差、即ち移動方向の情報が分からなくなってしまう。このため、シリアル化回路４６は、例えば図６に示すように、位相が異なるＡ相デジタル信号とＢ相デジタル信号の位相関係から移動方向判別信号を生成して、この移動方向判別信号と単相デジタル信号とをセットの信号として出力する処理も行う。このようにしてシリアル化回路４６において処理されたセット信号は、信号出力応答速度帯域設定切替部５５に出力される。

なお、デジタル信号処理回路４４に、上記ＡＢ相デジタル信号化、単相デジタル信号化のほかに多ビット信号化あるいはＵＳＢ（Universal Serial Bus）インターフェイス対応信号化などの複数の出力フォーマットに対応したデジタル信号を生成する回路を形成しておき、それらの出力フォーマットから少なくとも１つを選択する切替部を設けてもよい。

次に、増幅率調整回路４３について説明する。この増幅率調整回路４３は、入力されたＡＢ相アナログ信号の振幅を調整する回路である。即ち、増幅率調整回路４３には振幅増幅率設定切替部５２が設けられており、この振幅増幅率設定切替部５２の設定に応じてＡＢ相アナログ信号の振幅が設定切替される。ここで振幅増幅率の調整方法の１例としては、ヒステリシスの調整方法と同様に、振幅増幅オペアンプ回路に数種の異なる帰還抵抗を予め数種形成しておき、配線パターンの切り替えもしくはロジック回路で、所望の増幅率に切り替える方式がある。この振幅の設定切替の例としては、例えば、ユーザの所望の振幅に設定可能な通常モードとセンサヘッドの出荷検査時の振幅に設定可能な検査モードとの間の切り替えなどがある。このようにして、振幅が設定されたＡＢ相アナログ信号は、信号出力応答速度帯域設定切替部５５に出力される。

信号出力応答速度帯域設定切替部５５は、センサヘッド２から出力される信号の受け側としての装置（図１では位置情報出力装置７）の処理回路仕様に応じて、出力信号の応答速度帯域を設定する。例えば、位置情報出力装置７内のカウンタの信号応答速度よりも速い速度で信号がセンサヘッド２から出力されてしまうと、カウンタが追従しきれなくなってしまい、結果、位置情報出力装置７において検出される位置情報に狂いが生じてしまう。そこで、第２の実施形態においては、信号出力応答速度帯域設定切替部５５によって、センサヘッド２から出力される信号の出力応答速度帯域を位置情報出力装置７の仕様に合わせて切り替えることで、位置情報の狂いを防止する。ここで応答速度帯域の調整方法の１例としては、予めクロック周波数の異なる出力同期用のクロック回路を数種形成しておき、配線パターンの切り替えもしくはロジック回路で、所望の応答速度帯域に切り替える方式がある。

なお、信号出力応答速度帯域設定切替部５５をアナログ信号処理回路４１あるいはデジタル信号処理回路４４の内部に設け、アナログ信号あるいはデジタル信号が処理される際に応答速度帯域を切り替えてもよい。

信号出力応答速度帯域設定切替部５５において出力応答速度帯域の設定切替がなされた信号は、信号出力設定切替部５６に出力される。この信号出力設定切替部５６では、入力されたＡＢ相アナログ信号、ＡＢ相デジタル信号、及び単相デジタル信号と移動方向判別信号とのセット信号の少なくとも１組の信号を選択して、その選択した信号を位置情報出力装置７に出力する。このとき、２組以上の信号を同時に出力するようにしても良い。これにより、例えばデジタル信号で位置を検出しアナログ信号で停止サーボをかけることなどが可能となり、デジタル信号制御に由来するビビリ現象がない停止制御が可能となる。

また、センサ３は、スケール１の基準位置を検出する機能を備えている。即ち、センサ３から出力された基準位置アナログ信号は、基準位置信号デジタル化回路４７においてデジタル化される。第２の実施形態では、センサヘッド２から出力する基準位置信号をアナログ信号とデジタル信号との間で切替可能である。この切り替えは、基準位置アナログ／デジタル設定切替部５７の設定に従って行われる。ここで基準位置アナログ信号のデジタル信号化は、ＡＢ相アナログ信号の２値化と同様に、コンパレータを用いる手法がある。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、１種のセンサヘッドで種々のＡＢ相アナログ信号、種々のＡＢ相デジタル信号、種々の単相デジタル信号、及びアナログ又はデジタルの基準位置信号といった多様な信号出力モードで信号を出力することが可能である。これにより、信号入力仕様が異なる多くの位置情報出力装置７あるいは制御装置８についても１種のセンサヘッドで対応可能である。また、例えば被検出体６の制御精度をより高くするような場合でも、センサヘッド２内部の各種設定切替部の設定切替を行うだけで良い。このため、１種のセンサヘッドで対応できるので安価に仕様変更が可能である。

また、オフセット設定切替部５１によりオフセットを極力小さくすることができ、これによって内挿分割回路４５における内挿精度が向上するので、より精度のよいセンサヘッドを得ることができる。

更に、振幅増幅率設定切替部５２により、センサヘッドの出荷検査モード時と通常モード時とで振幅が容易に変更可能である。これにより、ＡＢ相アナログ振幅規格よりも規格幅を狭くした検査モードで検査を行うようにすれば、通常モード時のＡＢ相振幅異常によるトラブルを防止できる。

ここで、この第２の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。例えば、センサヘッド２内に、上記した各種設定切替部のすべてを設けておく必要はない。即ち、図２の構成から幾つかの構成が省略されていても、所望のセンサ性能を満たすものであればよい。また例えば信号出力設定切替部５６をセンサ３から出力されるＡＢ相アナログ信号の直後に配置したり、信号出力応答速度帯域設定切替部５５を、アナログ信号の処理系の後に配置せず、デジタル信号の処理系の後にのみ配置するようにしたりしても良い。即ち、これらのような回路の配置は、必要とする設定切替部の種類や数に応じて行うようにすることが望ましい。

また、振幅増幅率設定切替部５２において設定できる振幅として、スケール１とセンサヘッド２をセッテイングする際に用いるセッティングモード用の振幅を含めておくようにしてもよい。即ち、このセッティングモード用の信号を確認しながらセッテイングを行うことで、通常モード時のＡＢ相振幅異常によるトラブルを抑制することができる。

更には、センサヘッドに基準位置信号とＡＢ相アナログ信号とを同期させて基準位置を精度よく検出する機能を持たせると共に、このときの同期位置を設定する切替機能を持たせるようにしてもよい。

またアナログ信号は９０度位相がずれたＡＢ相信号に限らず、所定の位相差をもつ複数のアナログ信号でもよい。また、それに対応してデジタル信号も多相の信号（以後多相デジタル信号と称する）でもよい。

また、第２の実施形態のエンコーダを光学式としてもよい。この場合のセンサヘッドの構成を図７に示す。この場合には、センサ３には光検出センサを用い、またスケール１には所定周期の光学的パターンが形成されたものを用いる。ここで、この図７においては、ＡＢ相アナログ信号の振幅仕様に応じて、光源の光出力設定切替部５８により光源９の光出力を切り替える機能をもたせている。これによりセンサヘッドから出力するアナログ信号レベルが小さい時は、適切な信号レベルに引き上げたり、逆にアナログ信号レベルが大きすぎて、例えば回路電位が飽和しそうな時には、光出力を引き下げたりすることが可能である。したがって、光源の寿命の観点から言えば光出力は小さく設定しておくことが良いが、例えば高分解能でアナログ信号の高分割化が必要なケースでは光出力を大きく設定してアナログ信号レベルを大きくするなど、用途に応じた光出力に設定できる。また、オートパワーコントロールモードにより、光検出センサに入る光強度を常に一定あるいはアナログ信号の振幅を常に一定に保つことが可能となり、エンコーダ信号を安定化させることで高精度の光学式エンコーダを得ることができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図８は、センサヘッド内部のセンサ３と、信号処理部４及び設定切替部５を実際にＩＣ化したときの様子を示す概略図である。即ち、図８においては、信号処理部４及び設定切替部５を集積部１３として図示している。また、この集積部１３には引出し電極１２が電気的に接続されている。ここで、図８には、引出し電極１２の例として、電圧入力用電極（Ｖ）と、グランド用電極（ＧＮＤ）と、ＡＢ相アナログ信号、ＡＢ相デジタル信号、及び単相デジタル信号の少なくとも１組の信号の出力用電極と、基準位置信号出力用電極とを図示している。

ここで、スケール１や位置情報出力装置７などの構成は第１の実施形態と同様であり、また、センサ３から各種設定切替部への信号の流れについては第２の実施形態と同様なのでここでは説明を省略する。

即ち、設定切替部５は、集積部１３内部の電子回路中に構成されている。この設定切替部５における設定切替は、例えば電子回路の薄膜導電配線パターンの接続構成を設定切替することで行う。この接続構成は、ＩＣの製造工程等において薄膜導電配線パターンを形成する際に、フォトリソグラフィー用のマスクパターンの構成を設定することで行う。あるいは、レーザなどを用いて薄膜導電配線パターンを切断することで行っても良い。

このようにして設定切替部５の設定切替を行うようにすれば、ＩＣ１１内部の素子にすべて同じものを用いても薄膜導電配線パターンの接続構成を切り替えることで設定切替部５の設定切替が可能である。ここで、レーザなどによる薄膜導電配線パターンの切断加工は、ＩＣ製造時あるいはセンサヘッド製造時の最終段階に行えばよい。なお、薄膜導電配線パターンの切断方式は、レーザに限らず、例えば配線パターンの一部にヒューズを形成してこのヒューズを電気的に切断しても良い。また、他の物理的方式、熱的方式、光学的方式等を用いても良いことは言うまでもない。

以上説明したように、第３の実施形態によれば、ＩＣ１１内部の素子にすべて同じものを用いても薄膜導電配線パターンの接続構成を切り替えるだけで、種々のＡＢ相アナログ信号、種々のＡＢデジタル信号、種々の単相デジタル信号、アナログ又はデジタルの基準位置信号等の多様な信号出力モードに対応可能なセンサヘッドを提供することができる。これにより、センサヘッドを大量生産でき、低コスト化に繋がる。また、信号処理部や設定切替部をＩＣ化することでセンサヘッドを小型化することができる。

ここで、第３の実施形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。例えば、ＩＣ１１内に上記した設定切替部のすべてを備えておく必要はなく、また、ＩＣ内部の各種設定切替部の配置も変更可能である。即ち、図２の構成から幾つかの構成が省略されたり配置が異なったりしていても、所望のセンサ性能を満たすセンサヘッドが実現できればよい。

更に、アナログ信号は、９０度位相がずれたＡＢ相信号に限らず、所定の位相差をもつ複数のアナログ信号でもよく、それに対応してデジタル信号も多相信号でもよい。

また、各種設定切替部の構成としては薄膜導電配線パターンで形成するものに限るものではない。例えば、ＩＣ内部にＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリを設けておき、この不揮発性メモリに設定切替部５の設定情報を記録させるような態様も考えられる。この場合には、不揮発性メモリに記録させる設定情報を変更することで各種設定切替部の設定切替を行うことができる。ここで、設定切替部５の設定情報を記録する記録媒体は、不揮発性メモリに限定されるものではない。

また、センサ３と集積部１３とを別体で構成してもよいし、信号処理部４の一部を集積部１３と別体としてもよい。

更には、ＡＢ相アナログ信号、ＡＢ相デジタル信号、単相デジタル信号、アナログ又はデジタルの基準位置信号といった各種出力信号をそれぞれ独立した引出し電極１２から出力できるようにし、所望の信号を同時に出力させることが可能なようにしてもよい。これにより、例えばＡＢ相アナログ信号とＡＢ相デジタル信号とを同時にセンサヘッドから出力させることもできる。

また、図９に示したようにＡＢ相アナログ信号、ＡＢ相デジタル信号、単相デジタル信号、アナログ又はデジタルの基準位置信号といった各種出力信号をそれぞれ独立した引出し電極１２から出力できるようにしておき、信号出力設定切替部５６で、各種出力信号のオン、オフ切替をできるようにしておいてもよい。これにより、例えば、Ｓ／Ｎが高いアナログ信号を得たい時には、デジタル信号をオフに設定し、アナログ信号のみを出力端子から出力させることで、デジタルノイズが乗らないＳ／Ｎが高いアナログ信号を得ることができる。

更に、図１０に示したようにＡＢ相アナログ信号、ＡＢ相デジタル信号、単相デジタル信号、アナログ又はデジタルの基準位置信号といった各種出力信号をそれぞれ独立した引出し電極１２から出力できるようにしておき、引出し電極１２と外部配線１６ａとの接続を選択的に導電ワイヤで繋ぐようにしてもよい。ここで外部配線１６ａとは、センサのパッケージに形成した配線電極、フレキシブルプリント基板に形成した配線電極及びケーブル配線などである。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１１は、第４の実施形態のセンサヘッド内部のＩＣの概略図であり、図１３は、図１１のＩＣ１１の内部構成を示す図である。ここで、図１１においては、図８の引出し電極１２に加えて、上記信号出力設定切替部５６に対応する電極である信号出力設定切替電極１４及び上記基準位置アナログ／デジタル設定切替部５７に対応する電極である基準位置アナログ／デジタル設定切替電極１５が設けられている。

即ち、第４の実施形態においては、引出し電極１２に各種設定切替電極を設け、この電極に与える電位若しくは設定切替電極に接続するインピーダンスを切り替えることで設定切替を行う。このような設定切替の例として、図１２（ａ）に信号出力設定切替電極１４の電位とその電位に対応した出力信号モードの関係を、図１２（ｂ）に基準位置アナログ／デジタル設定切替電極１５の電位とその電位に対応した出力信号モードの関係を示す。

即ち、第４の実施形態では、図１２（ａ）に示すように、信号出力設定切替電極１４に与える電位をlow、middle、highの３段階に切替可能である。即ち、第４の実施形態では、信号出力設定切替電極１４の電位が、例えばhigh電位の時にＡＢ相アナログ信号が出力される。また、信号出力設定切替電極１４の電位が、middle電位の時にＡＢ相デジタル信号が出力され、low電位の時に単相デジタル信号と移動方向判別信号とのセット信号が出力される。

ここで、信号出力設定切替電極１４と電気的に接続されている信号出力設定切替部５６は、信号出力設定切替電極１４の電位がスイッチとなってＡＢ相アナログ信号、ＡＢ相デジタル信号あるいは単相デジタル信号と移動方向判別信号とのセット信号の何れかを選択する、例えば半導体アナログスイッチ回路で構成されている。

なお、信号出力設定切替電極１４に電位を与える代わりにインピーダンスを接続し、そのインピーダンスをスイッチとすることも可能である。

一方、図１２（ｂ）に示すように、基準位置アナログ／デジタル設定切替電極１５の電位はlow、highの２段階に切替可能である。即ち、基準位置アナログ／デジタル設定切替電極１５の電位が、high電位の時に基準位置アナログ信号が出力され、low電位の時に基準位置デジタル信号が出力される。

ここで、基準位置アナログ／デジタル設定切替電極１５と電気的に接続されている基準位置アナログ／デジタル設定切替部５７は、基準位置アナログ／デジタル設定切替電極１５の電位がスイッチとなって基準位置アナログ信号あるいは基準位置デジタル信号の何れかを選択する、例えば半導体アナログスイッチ回路で構成されている。

なお、基準位置アナログ／デジタル設定切替電極１５には電位を与える代わりに、インピーダンスを接続し、そのインピーダンス値をスイッチとすることも可能である。

ここで、スケール１や位置情報出力装置７などの構成は第１の実施形態と同じであり、またセンサ３から各種設定切替部への信号の流れについては第２の実施形態と同じなのでここでは説明を省略する。

なお、ここでは、信号出力設定切替部５６と基準位置アナログ／デジタル設定切替部５７とにおける設定切替について説明したが、分割数設定切替部などの他の設定切替部についても同様の設定切替電極を設けておき、この電極の電位を切り替えることで各種設定切替を行うことが可能なことは言うまでもない。

以上説明したように、第４の実施形態によれば、１種のＩＣ１１で、種々のＡＢ相アナログ信号、種々のＡＢ相デジタル信号、種々の単相デジタル信号、アナログ又はデジタルの基準位置信号といった多様な信号出力モードが可能であるので、同じセンサヘッドで信号入力仕様が違う多くの位置情報出力装置７あるいは制御装置８に対応可能である。また、ＩＣ１１は、大量生産による低コスト化が容易でかつ小型化可能なので、低コスト及び小型のセンサヘッドが得られる。

ここで、第４の実施形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。例えば、第３の実施形態で説明したように、ＩＣ１１内に上記した各種設定切替部のすべてを設ける必要はなく、また、ＩＣ内部の各種設定切替部の配置も変更可能である。即ち、図２の構成から幾つかの構成が省略されたり配置が異なったりしていても、所望のセンサ性能を満たすセンサヘッドが実現できればよい。

更に、アナログ信号は、９０度位相がずれたＡＢ相信号に限らず、所定の位相差をもつ複数のアナログ信号でもよく、それに対応してデジタル信号も多相信号でもよい。

また、各種設定切替部の構成についても薄膜電気パターンを用いた構成や不揮発性メモリを用いた構成等、種々の構成が考えられる。

更に、１つの設定切替電極に対して複数の電位を設定しておき、例えば、分割数設定切替部５４の機能と、振幅増幅率設定切替部５２の機能と、信号出力設定切替部５６の機能とを混合させて、ＡＢ相アナログ信号の通常モードと検査モードの切り替えと、ＡＢ相デジタル信号の分割数の切り替えと、信号出力モードの切り替えとを１つの設定切替電極を用いて行うことも可能である。

［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。ここで、スケール１や位置情報出力装置７などの構成は第１の実施形態と同じであり、また、センサ３から各種設定切替部への信号の流れについては第２の実施形態と同じなのでここでは説明を省略する。

第５の実施形態は、センサヘッド２のパッケージに取り付けられた電極（以下、パッケージ電極と称する）を利用して設定切替部の設定を切り替える。即ち、第５の実施形態では、図１４に示すように、ＩＣ１１の引出し電極１２と所定の電位が与えられたパッケージ電極１６との間の電気的接続の有無により各種設定切替部の設定切替を行う。ここで、図１４には、信号出力設定切替電極１４、基準位置アナログ／デジタル設定切替電極１５とパッケージ電極１６とをワイヤ１７によって電気的に接続した例を示している。

ここで、図１５（ａ）にパッケージ電極１６の電位とその電位に対応した出力信号モードとの関係を示し、図１５（ｂ）にパッケージ電極１６の電位とその電位に対応した基準位置信号の出力信号モードとの関係を示す。即ち、図１５（ａ）に示したように、信号出力設定切替電極１４とパッケージ電極１６とを電気的ワイヤ接続しない場合にはＡＢ相アナログ信号が出力され、信号出力設定切替電極１４とグランド（ＧＮＤ）電位のパッケージ電極１６とを電気的ワイヤ接続した場合にはＡＢ相デジタル信号が出力される。更に、信号出力設定切替電極１４と所定電位（Ｖ）電位のパッケージ電極１６とを電気的ワイヤ接続した場合には単相デジタル信号と移動方向判別信号とのセット信号が出力される。

また、図１５（ｂ）に示したように、基準位置アナログ／デジタル設定切替電極１５とパッケージ電極１６とを電気的ワイヤ接続しない場合には基準位置アナログ信号が出力され、基準位置アナログ／デジタル設定切替電極１５とＧＮＤ電位のパッケージ電極１６とを電気的ワイヤ接続した場合には基準位置デジタル信号が出力される。

ここで、信号出力設定切替電極１４、及び基準位置アナログ／デジタル設定切替電極１５は、第４の実施形態と同様にそれぞれ信号出力設定切替部５６、及び基準位置アナログ／デジタル設定切替部５７と電気的に接続されており、信号出力設定切替部５６、及び基準位置アナログ／デジタル設定切替部５７は第４の実施形態と同様に、例えば半導体アナログスイッチ回路で構成しておけばよい。ただし、設定切替電極に電気的ワイヤが接続されない場合には、電位が特定されないので、例えばＶとＧＮＤの中間電位が信号出力設定切替部５６及び基準位置アナログ／デジタル設定切替部５７に入力する回路を形成しておけばよい。

ここで、図１４には図示していないが、分割数設定切替部５４などの他の設定切替部についても同様にしてＩＣ１１に設定切替電極を設け、この電極とパッケージ電極１６とを電気的ワイヤ接続することにより設定切替を行うことができることは言うまでもない。

以上説明したように、第５の実施形態によれば、１種のＩＣ１１で、種々のＡＢ相アナログ信号、種々のＡＢ相デジタル信号、種々の単相デジタル信号、アナログ又はデジタルの基準位置信号といった多様な信号出力モードが可能なので、大量生産による低コスト化に繋がる。また、ＩＣで構成できるのでセンサヘッドを小型化することができる。

ここで、第５の実施形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。例えば、第５の実施形態は、第３の実施形態と同様な各種の変形、変更が可能である。また、ＩＣ１１の設定切替電極とパッケージ電極１６との電気的接続は、ワイヤに限らず銀ペーストなどによる導電性接着剤等を用いて行ってもよい。

更に、複数の電位を与えることが可能なパッケージ電極１６を設けるようにすれば、ＩＣ１１に設けた１つの設定切替電極を用いて複数の設定切替部の設定切替を行うことも可能である。

［第６の実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。ここで、スケール１や位置情報出力装置７などの構成は第１の実施形態と同じであり、またセンサ３から各種設定切替部への信号の流れについては第２の実施形態と同じなのでここでは説明を省略する。

第６の実施形態では、図１６に示すように、ＩＣ１１の引出し電極１２とセンサヘッド２のパッケージ電極１６に設けたスイッチ電極とをワイヤ１７を介して電気的に接続し、スイッチをＯＮ／ＯＦＦすることで設定切替を行う。

ここで、図１６においては、２つの設定切替電極１８及び１９のそれぞれの設定切替電極とスイッチ電極ＳＷ１及びＳＷ２を電気的にワイヤ接続する例を示している。また、図１７に示すように、設定切替電極１８及び１９は、切替回路５９を介して各種設定切替部と電気的に接続されている。この切替回路５９は、設定切替電極１８及び１９の電位状態に応じて各種設定切替部の設定切替を行う。

ここで、図１８に各スイッチ電極のＯＮ／ＯＦＦの組合せによる設定切替部の設定切替の例を示す。なお、この図１８においては、設定切替電極１８及び１９のＯＮ／ＯＦＦによって振幅増幅率設定切替部５２、分割数設定切替部５４及び信号出力設定切替部５６の設定切替を行う例であり、スイッチ電極ＳＷのＯＮをＶ電位とし、ＯＦＦをＧＮＤ電位とする。スイッチ電極ＳＷが２個であれば合計で４種の設定切替が可能である。

ここで例えばＳＷ１、ＳＷ２がＯＦＦで共にＧＮＤ電位状態の時には、切替回路５９から振幅増幅率設定切替部５２に検査モードのＡＢ相アナログ信号を選択するスイッチ電位を切替回路５９に構成し、また信号出力設定切替部５６にはＡＢ相アナログ信号を選択するスイッチ電位を送るロジック回路を切替回路５９に構成しておけば、センサヘッドからは検査モードのＡＢ相アナログ信号が出力される。またＳＷ１がＯＮでＶ電位状態、ＳＷ２がＯＦＦのＧＮＤ電位状態の時には、切替回路５９から分割数設定切替部５４にはただ単にＡＢ相アナログ信号を２値化しただけの低分解能モードのＡＢ相デジタル信号を選択するスイッチ電位を送るロジック回路を切替回路５９に構成し、また信号出力設定切替部５６にはＡＢ相デジタル信号を選択するスイッチ電位を送るロジック回路を切替回路５９に構成しておけば、センサヘッドからは低分解能モードのＡＢ相デジタル信号が出力される。同様にＳＷ１、ＳＷ２がＯＮで共にＶ電位状態の時には、センサヘッドから通常モードのＡＢ相アナログ信号を出力させるロジック回路を、ＳＷ１がＯＦＦでＧＮＤ電位状態、ＳＷ２がＯＮのＶ電位状態の時にはセンサヘッドから高分解能モードのＡＢ相デジタル信号を出力させるロジック回路を、切替回路５９に構成しておけばよい。

ここで、振幅増幅率設定切替部５２、信号出力設定切替部５６及び分割数設定切替部５４には例えば半導体アナログスイッチを形成しておけばよい。また、スイッチ電極ＳＷが３個であれば８種の設定切替が可能である。

以上説明したように、第６の実施形態によれば、１種のセンサヘッドで種々のＡＢ相アナログ信号、種々のＡＢ相デジタル信号、種々の単相デジタル信号、及びアナログ又はデジタルの基準位置信号といった多様な信号出力モードでセンサヘッドから信号を出力させることが可能なので、信号入力仕様が異なる多くの位置情報出力装置７あるいは制御装置８についても１種のセンサヘッドで対応可能である。また、ＩＣ１１は、大量生産による低コスト化が容易でかつ小型化が可能なので、低コストかつ小型のセンサヘッドが得られる。

また、オフセット設定切替部５１によりオフセットを極力小さくすることができ、内挿分割回路４５における内挿精度が向上するので、より精度のよいセンサヘッドを得ることができる。

更に、振幅増幅率設定切替部５２によりセンサヘッドの出荷検査モード時と通常モード時とで振幅が容易に変更可能である。これにより、ＡＢ相アナログ振幅規格よりも規格幅を狭くした検査モードで検査を行うようにすれば、通常モード時のＡＢ相振幅異常によるトラブルを防止できる。

ここで、第６の実施形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。例えば、第６の実施形態は、第３の実施形態と同様な各種の変形、変更が可能である。また、ＩＣ１１の設定切替電極１８及び１９とスイッチ電極ＳＷ１及びＳＷ２との電気的接続は、ワイヤに限らず銀ペーストなどによる導電性接着剤などを用いて行ってもよい。

［第７の実施形態］
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。図１９は、図７に示す光源９、光源駆動回路１０、センサ３、各種信号処理回路、及び各種設定切替部（光源の光出力設定切替部５８を含む）を集積化したＩＣ２０と、このＩＣ２０のパッケージ２１とを含むセンサヘッドの概略を示している。

ここで、スケール１や位置情報出力装置７などの構成は第１の実施形態と同じであり、またセンサ３からの信号の流れについては第２の実施形態と同じなのでここでは説明を省略する。

即ち、この第７の実施形態のエンコーダは、センサヘッド内に光源９を有する光学式エンコーダである。したがって、センサ３は光検出センサであり、スケール１には所定周期の光学的パターンが形成されている。ここで、第７の実施形態では、ＡＢ相アナログ信号の振幅仕様に応じて光源９の光出力を切り替えることが可能である。例えば、ＡＢ相アナログ信号の振幅が小さくても良いのであれば、光源９の光出力を低く押さえることで光源９の寿命を長くすることができる。なお、ここでの光源９は、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）などの発光素子も含む。即ち、第７の実施形態で用いる光源９は、センサ３上にスケール１の周期的光学パターンに対応した像を形成することができるものであれば何でもよい。

ここで、パッケージ電極１６と引出し電極との接続や設定切替電極の電位の切替方式等は、上記した第５又は第６の実施形態に順ずるものである。

以上説明したように、第７の実施形態によれば、第３から第６の実施形態と同様な効果が得られることに加えて、光源の光出力設定切替部５８を持たせたことにより光源の長寿命化という効果が得られる。

ここで、第７の実施形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。例えば、この第７の実施形態においては、第３から第６の実施形態と同様な各種の変形、変更が可能である。更に、第７の実施形態では、光源の光出力設定切替部５８における出力切替を自動化し、光検出センサに入力する光強度が常に一定あるいはアナログ信号の振幅を常に一定に保つオートパワーコントロールとすることにより、光検出センサに入る光強度を常に一定あるいはアナログ信号の振幅を常に一定に保つことが可能であり、エンコーダ信号を安定化させることで高精度の光学式エンコーダを得ることができる。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記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。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係るエンコーダの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るエンコーダにおけるセンサヘッドの内部構成を示すブロック図である。 オフセット設定切替部の動作について説明するための図である。 ヒステリシス設定切替部の動作について説明するための図である。 シリアル化回路の動作について説明するための図である。 移動方向判別信号の生成手法について説明するための図である。 第２の実施形態のセンサヘッドを光学式センサヘッドで構成した場合のブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るエンコーダにおけるセンサヘッド内部の概略図である。 センサヘッド内部のＩＣのそれぞれの引出し電極から信号を独立して出力させるセンサヘッド内部のＩＣの概略図の例を示す図である。 センサヘッド内部のＩＣのそれぞれの引出し電極から信号を独立して出力させるセンサヘッド内部のＩＣの概略図の別の例を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係るエンコーダの外観図である。 第４の実施形態における設定切替の例を示す図である。 第４の実施形態に係るエンコーダにおけるセンサヘッドの内部構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係るエンコーダにおけるセンサヘッド内部のＩＣの概略図である。 第５の実施形態における設定切替の例を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係るエンコーダにおけるセンサヘッド内部のＩＣの概略図である。 第６の実施形態に係るエンコーダにおけるセンサヘッドの内部構成を示すブロック図である。 第６の実施形態における設定切替の例を示す図である。 本発明の第７の実施形態に係るエンコーダにおけるセンサヘッドの概略図である。 従来例の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…スケール、２…センサヘッド、３…センサ、４…信号処理部、５…設定切替部、７…位置情報出力装置、８…制御装置、９…光源、１０…光源駆動回路、１１，２０…ＩＣ、１２…引出し電極、１３…集積部、１４…信号出力設定切替電極、１５…基準位置アナログ／デジタル設定切替電極、１６…パッケージ電極、１６ａ…外部配線、１７…ワイヤ、１８，１９…設定切替電極、４１…アナログ信号処理回路、４２…オフセット調整回路、４３…増幅率調整回路、４４…デジタル信号処理回路、４５…内挿分割回路、４６…シリアル化回路、４７…基準位置信号デジタル化回路、５１…オフセット設定切替部、５２…振幅増幅率設定切替部、５３…ヒステリシス設定切替部、５４…分割数設定切替部、５５…信号出力応答速度帯域設定切替部、５６…信号出力設定切替部、５７…基準位置アナログ／デジタル設定切替部、５８…光源の光出力設定切替部、５９…切替回路

Claims (25)

1. センサヘッドと、所定周期のパターンが形成されたスケールとから構成され、上記スケールと上記センサヘッドとの相対的な変位に応じた複数のアナログ信号に基づいて出力信号を生成して上記センサヘッドから出力するエンコーダにおいて、
   上記センサヘッドは、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号を信号処理する信号処理部と、上記出力信号もしくは信号処理に関する１つ以上の設定切替を行う設定切替部とを有し、
   上記信号処理部と上記設定切替部とが集積回路で構成されていることを特徴とするエンコーダ。
2. 上記設定切替部は、上記設定切替を行う薄膜導電配線パターンを有しており、
   上記設定切替部による上記設定切替は、上記薄膜導電配線パターンの接続構成を切り替えることであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
3. 上記薄膜導電配線パターンの接続構成は、上記薄膜導電配線パターンの少なくとも一部を切断することによって得られることを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ。
4. 上記薄膜導電配線パターンの切断は、レーザにより行うことを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ。
5. 上記薄膜導電配線パターンの一部には所定の電圧を印加する若しくは所定の電流を通電することにより切断されるヒューズが設けられており、
   上記薄膜導電配線パターンの切断は、上記ヒューズを切断することにより行うことを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ。
6. 上記設定切替部は、上記設定切替を行うメモリを有しており、
   上記設定切替部による上記設定切替は、上記メモリに記録させる設定情報を変更することであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
7. 上記メモリは、不揮発性メモリを含むことを特徴とする請求項６に記載のエンコーダ。
8. 上記設定切替部には、上記設定切替を行う少なくとも１つの設定切替電極が電気的に接続されており、
   上記設定切替部による上記設定切替は、上記設定切替電極と上記センサヘッドのパッケージに形成された所定電位を有する電極との電気的接続状態を切り替えることであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
9. 上記設定切替部には、上記設定切替を行う少なくとも１つの設定切替電極が電気的に接続されており、
   上記設定切替部による上記設定切替は、上記設定切替電極に与える電位を切り替える若しくは上記設定切替電極に接続するインピーダンスを切り替えることであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
10. 上記設定切替部には、上記設定切替を行う複数の設定切替電極が電気的に接続され、かつこの複数の設定切替電極には、複数のスイッチが電気的に接続されており、
    上記設定切替部による上記設定切替は、上記複数の設定切替電極と電気的に接続された上記複数のスイッチの状態の組み合わせを切り替えることであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
11. 上記センサヘッドは、上記設定切替部によって切替可能な少なくとも３つの設定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。
12. 上記センサヘッドが有する設定は、少なくとも３種類以上の出力信号の中から少なくとも１つを選択的に上記センサヘッドから出力させる設定であることを特徴とする請求項１１に記載のエンコーダ。
13. 上記信号処理部は、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号をアナログ信号の状態で処理するアナログ信号処理回路と、
    上記複数のアナログ信号からデジタル信号を生成するデジタル信号処理回路とを有し、
    上記設定切替部による上記設定切替は、上記センサヘッドから出力する信号を、上記アナログ信号処理回路からの出力信号と上記デジタル信号処理回路からの出力信号の両方あるいは何れか一方に切り替えることであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
14. 上記信号処理部は、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号を内挿分割処理する内挿分割回路を有し、
    上記設定切替部による上記設定切替は、上記内挿分割処理の際の分割数を切り替えることであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
15. 上記信号処理部は、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号から複数の出力フォーマットに対応したデジタル信号を生成するデジタル信号処理回路を有し、
    上記設定切替部による上記設定切替は、上記センサヘッドから出力する信号を、上記複数の出力フォーマットの少なくとも何れか１つに切り替えることであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
16. 上記出力フォーマットは、２相パラレル出力、多ビット出力、シリアル出力、及びＵＳＢインターフェイス対応出力の少なくとも２つであることを特徴とする請求項１５に記載のエンコーダ。
17. 上記信号処理部は、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号の振幅の増幅率を設定する増幅率調整回路を有し、
    上記設定切替部による上記設定切替は、上記振幅の増幅率の設定を切り替えることであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
18. 上記信号処理部は、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号の各々の振幅中心電位と基準電位との間のオフセットを設定するオフセット調整回路を有し、
    上記設定切替部による上記設定切替は、上記オフセットの設定を切り替えることであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
19. 上記信号処理部は、アナログ信号処理回路とデジタル信号処理回路とを有し、
    上記設定切替部による上記設定切替は、上記センサヘッドから信号を出力させる際の上記アナログ信号処理回路または上記デジタル処理回路の応答速度帯域の設定を切り替えることであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
20. 上記信号処理部は、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号から複数のデジタル信号を生成するデジタル信号処理回路を有し、
    上記設定切替部による上記設定切替は、上記複数のデジタル信号を生成する際のしきい値電圧に与えるヒステリシスの幅の設定を切り替えることであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
21. 上記スケールは、基準位置検出用のパターンを更に有し、
    上記センサヘッドは、上記基準位置検出用のパターンから基準位置を検出して、この検出した基準位置に対応するアナログ信号を出力する基準位置検出部と、この基準位置検出部から出力されたアナログ信号をデジタル化する基準位置信号デジタル化回路とを有し、
    上記設定切替部は、上記センサヘッドから出力する基準位置信号を、アナログ信号及びデジタル信号の両方または何れか一方に切り替えることを更に行うことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
22. 上記信号処理部と上記設定切替部とが１つの集積回路で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
23. 当該エンコーダは、上記センサヘッド内に光源及び光検出センサを有する光学式エンコーダであり、
    上記設定切替部は、上記光源の光出力の設定切替を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
24. 上記設定切替部は、上記光源のドライブ電流を一定に保つ定電流モードと、上記光検出センサに入力する光強度が常に一定あるいは上記複数のアナログ信号の振幅を常に一定に保つオートパワーコントロールモードの設定切替を行うことを特徴とする請求項２３に記載の光学式エンコーダ。
25. センサヘッドと、所定周期のパターンが形成されたスケールとから構成され、上記スケールと上記センサヘッドとの相対的な変位に応じた複数のアナログ信号に基づいて出力信号を生成して上記センサヘッドから出力するエンコーダにおいて、
    上記センサヘッドは、上記相対的な変位に応じた複数のアナログ信号を信号処理するアナログ信号処理回路と、上記複数のアナログ信号からデジタル信号を生成するデジタル信号処理回路とを有し、
    上記アナログ信号処理回路と上記デジタル信号処理回路とが集積回路で構成され、該集積回路は、上記アナログ信号処理回路からの出力信号の出力端子と上記デジタル信号処理回路からの出力信号の出力端子とをそれぞれ独立に有し、上記アナログ信号処理回路からの出力信号の出力端子と上記デジタル信号処理回路からの出力信号の出力端子の少なくとも何れか一方と外部配線とが導電ワイヤで繋がれていることを特徴とするエンコーダ。

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