JP5865329B2 - Encoder - Google Patents
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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。 The present invention relates to an encoder that detects the position and the like of an object to be detected.
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。 Various encoders such as an optical encoder, a magnetic encoder, and an electrostatic encoder that detect a moving position of a linear moving body, a rotating position of a rotating moving body, and the like have been proposed. For example, the encoder proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2004-228561 makes it possible to easily change the specifications of an encoder by providing a detachable signal processing circuit that digitizes a signal detected by a sensor. FIG. 20 (a) and FIG. 20 (b) are configuration diagrams.
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。
FIG. 20A shows a case where the
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。
The
Va / Vb = Vsinθ / Vcosθ = tanθ
θ = tan -1 (Va / Vb)
The interpolation position within one period can be obtained from After the signal is digitized in this way, a digital signal is output from the
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。
On the other hand, FIG. 20B shows a case where the
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。
In the encoder proposed in Patent Document 1, it is necessary to prepare a plurality of signal processing circuits in advance according to the signal input specifications of the
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。
For example, when the scale periodic pattern is 20 μm, a low-resolution digital signal output with a resolution of about 5 μm, a high-resolution digital signal with a resolution of about 1 μm, depending on the application of the encoder and the specifications of the
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an encoder capable of supporting various functions and performance devices with one type of sensor head.
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出力するセンサと、上記複数のアナログ信号に基づき所定の信号処理を行う信号処理部と、上記出力信号又は信号処理に関する設定切替を、上記出力信号の出力先の信号仕様又は処理仕様に対応して予め設けられた複数の電極又は配線を介した接続構成の切替によって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は、1つの集積回路で、かつ、上記センサと一体的に構成されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an encoder according to a first aspect of the present invention includes a sensor head and a scale on which a pattern of a predetermined period is formed, and the relative displacement between the scale and the sensor head. In the encoder that generates an output signal based on a plurality of analog signals according to the output and outputs from the sensor head, the sensor head includes a sensor that outputs the plurality of analog signals according to the relative displacement, and the plurality of the plurality of analog signals. a signal processing unit that performs predetermined signal processing on the basis of the analog signal, the setting switch related to the output signal or the signal processing, provided in advance corresponding to the output destination signal specifications or processing specifications of the output signal possess a setting switching portion that performs by the switching of the connection configuration through a plurality of electrodes or wiring, the above signal processing unit and the setting switching portion, in a single integrated circuit, One, characterized in that it is made integrally configured with the sensor.
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the encoder which can respond | correspond to the apparatus of various functions and performance with one type of sensor head can be provided.
[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。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram of an encoder according to the first embodiment of the present invention. That is, the encoder according to the first embodiment includes a scale 1 and a
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。
The scale 1 is disposed on the moving detection object 6 and has a physical, electrical, or optical pattern having a predetermined period. The
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。
The
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。
The signal processing unit 4 processes the periodic analog signal input from the
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。 Here, an interpolation division circuit may be provided inside the signal processing unit 4. That is, when the digital signal is generated in the signal processing unit 4, if the number of divisions by the interpolation division circuit can be set and switched, digital signals having different resolutions can be output to the position information output device 7.
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。
The position information output device 7 detects the position information of the detected object 6 from the signal input from the
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。
As described above, according to the first embodiment, it is possible to generate and output various signals using one type of sensor head. As a result, a large number of position information output devices 7 or control devices 8 having different signal input specifications can be handled with one type of sensor head. For example, even when the control accuracy of the detection target 6 is further increased, it is only necessary to perform setting switching of the setting switching unit 5 in the
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。 Here, as a matter of course, various modifications and changes can be made to each configuration of the first embodiment. For example, in FIG. 1, the detection target 6 is illustrated as performing a linear motion, but is not limited thereto, and may be a rotational motion. In this case, the rotational position of the detected object 6 is detected by configuring the scale 1 as a circumferentially formed physical, electrical, or optical pattern having a predetermined period. It is also possible to detect the speed of the detected object 6 using the encoder of FIG. In this case, for example, a time change of the position information detected by the position information output device 7 may be detected.
[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。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration inside the
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。
Here, the analog
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。
Next, the configuration and operation of FIG. 2 will be described according to the flow of signals output from the
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。
Here, as shown in FIG. 3, the AB phase analog signal output from the
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。
Thus, by minimizing the offset of the analog signal, the interpolation accuracy in the
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。 Here, “setting switching” in the offset setting switching unit 51 includes not only a case where switching is always possible, but also a case where the setting cannot be changed again once the setting is made at the time of manufacturing the product. The same applies to other setting switching units described later.
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。
The AB phase analog signal that has been offset-adjusted in this way is output to the system of the digital
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。
First, the digital
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。
Furthermore, a hysteresis setting switching unit 53 for setting the resistance against noise included in the analog signal at the time of digitization is provided in the
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。 FIG. 4A is a diagram showing a change in waveform when binarization is performed by the comparator in a state where there is no noise in the analog signal. In this case, since there is no noise in the analog signal, the binarization process is performed without any problem even if the threshold voltage has no hysteresis. On the other hand, FIG. 4B is a diagram showing a change in waveform when binarization is performed without adding hysteresis to the threshold voltage in a state where noise is on the analog signal. In this case, a so-called chattering phenomenon occurs in which the noise component signal is erroneously binarized. In this case, erroneous counting of pulses occurs in the position information output device 7, and as a result, the position information detected by the position information output device 7 is distorted. In addition, depending on how the control device 8 is controlled, a so-called chatter phenomenon occurs in which the detected object 6 repeats reciprocation.
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。
In order to solve this problem, hysteresis is given to the threshold voltage at the time of binarization like the threshold voltage 1 and the
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。
The signal (hereinafter referred to as an AB phase digital signal) that has been interpolated and digitized by the interpolating / dividing
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。
As an example of the
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。
In addition to the above AB phase digital signal and single phase digital signal, the digital
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。
Next, the amplification factor adjustment circuit 43 will be described. The amplification factor adjustment circuit 43 is a circuit for adjusting the amplitude of the input AB phase analog signal. That is, the amplification factor adjustment circuit 43 is provided with an amplitude amplification factor setting switching unit 52, and the amplitude of the AB phase analog signal is set and switched according to the setting of the amplitude amplification factor setting switching unit 52. Here, as an example of the method for adjusting the amplitude amplification factor, like the method for adjusting the hysteresis, several types of different feedback resistors are formed in advance in the amplitude amplification operational amplifier circuit, and switching of the wiring pattern or logic circuit is performed. There is a method of switching to a desired amplification factor. Examples of the amplitude setting switching include switching between a normal mode that can be set to a user's desired amplitude and an inspection mode that can be set to the amplitude at the time of shipping inspection of the sensor head. In this way, the AB phase analog signal in which the amplitude is set is output to the signal output response speed band
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。
The signal output response speed band
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。
The signal output response speed band
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。
The signal whose output response speed band setting has been switched by the signal output response speed band
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。
The
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。
As described above, according to the second embodiment, various types of AB phase analog signals, various types of AB phase digital signals, various types of single phase digital signals, and analog or digital reference position signals can be obtained with one type of sensor head. It is possible to output signals in various signal output modes. As a result, a large number of position information output devices 7 or control devices 8 having different signal input specifications can be handled with one type of sensor head. Further, for example, even when the control accuracy of the detection target 6 is further increased, it is only necessary to perform setting switching of various setting switching units inside the
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。
Further, the offset can be reduced as much as possible by the offset setting switching unit 51. This improves the interpolation accuracy in the
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。 Furthermore, the amplitude can be easily changed by the amplitude amplification factor setting switching unit 52 between the shipping inspection mode and the normal mode of the sensor head. As a result, if the inspection is performed in the inspection mode in which the standard width is narrower than the AB phase analog amplitude standard, trouble due to AB phase amplitude abnormality in the normal mode can be prevented.
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。
Here, as a matter of course, the various configurations of the second embodiment can be variously modified and changed. For example, it is not necessary to provide all of the various setting switching units described above in the
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。
Further, as an amplitude that can be set in the amplitude amplification factor setting switching unit 52, an amplitude for a setting mode used when setting the scale 1 and the
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。 Further, the sensor head may have a function of detecting the reference position with accuracy by synchronizing the reference position signal and the AB phase analog signal, and may have a switching function for setting the synchronization position at this time. .
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。 The analog signal is not limited to an AB phase signal that is 90 degrees out of phase, and may be a plurality of analog signals having a predetermined phase difference. Correspondingly, the digital signal may be a multiphase signal (hereinafter referred to as a multiphase digital signal).
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。
Further, the encoder of the second embodiment may be an optical type. The configuration of the sensor head in this case is shown in FIG. In this case, a light detection sensor is used as the
[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。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a schematic diagram showing a state in which the
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。
Here, the configuration of the scale 1 and the position information output device 7 is the same as that of the first embodiment, and the signal flow from the
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。
That is, the setting switching unit 5 is configured in an electronic circuit inside the
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。
If the setting switching of the setting switching unit 5 is performed in this manner, the setting switching of the setting switching unit 5 can be performed by switching the connection configuration of the thin-film conductive wiring pattern even if all the elements inside the
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。
As described above, according to the third embodiment, various AB phase analog signals and various AB digital signals can be obtained only by switching the connection configuration of the thin film conductive wiring pattern even if all the elements in the
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。
Here, as a matter of course, each configuration of the third embodiment can be variously modified and changed. For example, it is not necessary to provide all of the setting switching units described above in the
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。 Furthermore, the analog signal is not limited to an AB phase signal that is 90 degrees out of phase, and may be a plurality of analog signals having a predetermined phase difference, and may be a digital signal or a multiphase signal correspondingly.
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。 Further, the configuration of the various setting switching units is not limited to that formed by a thin film conductive wiring pattern. For example, a mode in which a non-volatile memory such as EPROM or EEPROM is provided in the IC and the setting information of the setting switching unit 5 is recorded in the non-volatile memory is also conceivable. In this case, the setting switching of various setting switching units can be performed by changing the setting information recorded in the nonvolatile memory. Here, the recording medium for recording the setting information of the setting switching unit 5 is not limited to the nonvolatile memory.
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。
Further, the
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。
Further, various output signals such as an AB phase analog signal, an AB phase digital signal, a single phase digital signal, an analog or digital reference position signal can be output from the
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。
Further, as shown in FIG. 9, various output signals such as an AB phase analog signal, an AB phase digital signal, a single phase digital signal, an analog or digital reference position signal can be output from the
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。
Further, as shown in FIG. 10, various output signals such as an AB phase analog signal, an AB phase digital signal, a single phase digital signal, an analog or digital reference position signal can be output from the
[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。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a schematic diagram of an IC inside the sensor head of the fourth embodiment, and FIG. 13 is a diagram showing an internal configuration of the
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。
That is, in the fourth embodiment, various setting switching electrodes are provided on the
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。 That is, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 12A, the potential applied to the signal output setting switching electrode 14 can be switched in three stages of low, middle, and high. That is, in the fourth embodiment, an AB phase analog signal is output when the potential of the signal output setting switching electrode 14 is, for example, a high potential. Further, an AB phase digital signal is output when the potential of the signal output setting switching electrode 14 is a middle potential, and a set signal of a single phase digital signal and a moving direction determination signal is output when the potential is a low potential.
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。
Here, the signal output
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。 It is also possible to connect an impedance instead of applying a potential to the signal output setting switching electrode 14 and use the impedance as a switch.
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。
On the other hand, as shown in FIG. 12B, the potential of the reference position analog / digital
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。
Here, the reference position analog / digital
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。
Instead of applying a potential to the reference position analog / digital
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。
Here, the configurations of the scale 1 and the position information output device 7 are the same as those of the first embodiment, and the signal flow from the
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。
Here, the setting switching in the signal output
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。
As described above, according to the fourth embodiment, with one type of
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。
Here, naturally, various modifications and changes can be made to each configuration of the fourth embodiment. For example, as described in the third embodiment, it is not necessary to provide all the various setting switching units in the
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。 Furthermore, the analog signal is not limited to an AB phase signal that is 90 degrees out of phase, and may be a plurality of analog signals having a predetermined phase difference, and may be a digital signal or a multiphase signal correspondingly.
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。 Various configurations such as a configuration using a thin film electric pattern and a configuration using a nonvolatile memory can be considered for the configuration of the various setting switching units.
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。
Further, a plurality of potentials are set for one setting switching electrode. For example, the function of the division number setting switching unit 54, the function of the amplitude gain setting switching unit 52, and the function of the signal output
[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。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. Here, the configurations of the scale 1 and the position information output device 7 are the same as those of the first embodiment, and the signal flow from the
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。
In the fifth embodiment, the setting of the setting switching unit is switched using an electrode (hereinafter referred to as a package electrode) attached to the package of the
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。
FIG. 15A shows the relationship between the potential of the
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。
Also, as shown in FIG. 15B, when the reference position analog / digital
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。
Here, the signal output setting switching electrode 14 and the reference position analog / digital
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。
Here, although not shown in FIG. 14, other setting switching units such as the division number setting switching unit 54 are similarly provided with setting switching electrodes on the
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。
As described above, according to the fifth embodiment, with one type of
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。
Here, as for the structure of 5th Embodiment, various deformation | transformation and a change are naturally possible. For example, the fifth embodiment can be variously modified and changed similarly to the third embodiment. Further, the electrical connection between the setting switching electrode of the
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。
Furthermore, if the
[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。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. Here, the configurations of the scale 1 and the position information output device 7 are the same as those of the first embodiment, and the signal flow from the
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。
In the sixth embodiment, as shown in FIG. 16, the
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。
Here, FIG. 16 shows an example in which the setting switching electrodes of the two
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。
Here, FIG. 18 shows an example of setting switching of the setting switching unit by the combination of ON / OFF of each switch electrode. 18 is an example in which setting switching of the amplitude gain setting switching unit 52, the division number setting switching unit 54, and the signal output
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。
Here, for example, when SW1 and SW2 are both OFF and in the GND potential state, the switching
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。
Here, for example, a semiconductor analog switch may be formed in the amplitude amplification factor setting switching unit 52, the signal output
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。
As described above, according to the sixth embodiment, various types of AB phase analog signals, various types of AB phase digital signals, various types of single phase digital signals, and analog or digital reference position signals can be obtained with one type of sensor head. Since the signal can be output from the sensor head in various signal output modes such as those described above, a large number of position information output devices 7 or control devices 8 having different signal input specifications can be handled by one type of sensor head. Further, since the
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。
Further, the offset can be reduced as much as possible by the offset setting switching unit 51, and the interpolation accuracy in the
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。 Furthermore, the amplitude can be easily changed by the amplitude amplification factor setting switching unit 52 between the shipping inspection mode and the normal mode of the sensor head. As a result, if the inspection is performed in the inspection mode in which the standard width is narrower than the AB phase analog amplitude standard, trouble due to AB phase amplitude abnormality in the normal mode can be prevented.
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。
Here, naturally, various modifications and changes can be made to each configuration of the sixth embodiment. For example, the sixth embodiment can be variously modified and changed similarly to the third embodiment. Further, the electrical connection between the
[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。
[Seventh Embodiment]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. 19 shows an
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。
Here, the configurations of the scale 1 and the position information output device 7 are the same as those of the first embodiment, and the signal flow from the
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。
That is, the encoder of the seventh embodiment is an optical encoder having the
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。
Here, the connection between the
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。
As described above, according to the seventh embodiment, in addition to obtaining the same effects as those of the third to sixth embodiments, the light output
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。
Here, as a matter of course, each configuration of the seventh embodiment can be variously modified and changed. For example, in the seventh embodiment, various modifications and changes similar to those in the third to sixth embodiments are possible. Further, in the seventh embodiment, output switching in the light output
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。 Although the present invention has been described based on the above embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are naturally possible within the scope of the gist of the present invention.
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。 Further, the above-described embodiments include various stages of the invention, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention Can be extracted as an invention.
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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Scale, 2 ... Sensor head, 3 ... Sensor, 4 ... Signal processing part, 5 ... Setting switching part, 7 ... Position information output device, 8 ... Control apparatus, 9 ... Light source, 10 ... Light source drive circuit, 11, 20 ... IC, 12 ... Lead electrode, 13 ... Integration unit, 14 ... Signal output setting switching electrode, 15 ... Reference position analog / digital setting switching electrode, 16 ... Package electrode, 16a ... External wiring, 17 ... Wire, 18, 19 ... Setting switching electrode, 41 ... analog signal processing circuit, 42 ... offset adjustment circuit, 43 ... gain adjustment circuit, 44 ... digital signal processing circuit, 45 ... interpolation division circuit, 46 ... serialization circuit, 47 ... digital reference position signal 51 ... offset setting switching unit, 52 ... amplitude gain setting switching unit, 53 ... hysteresis setting switching unit, 54 ... divided number setting switching unit, 55 ... signal output response speed band setting Replacement part, 56 ... signal output setting switching unit, 57 ... reference position analog / digital setup switching unit, 58 ... optical output setting switching portion of the light source, 59 ... switching circuit
Claims (11)
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出力するセンサと、
上記複数のアナログ信号に基づき所定の信号処理を行う信号処理部と、
上記出力信号又は信号処理に関する設定切替を、上記出力信号の出力先の信号仕様又は処理仕様に対応して予め設けられた複数の電極又は配線を介した接続構成の切替によって行う設定切替部と、
を有し、
上記信号処理部と上記設定切替部とは、1つの集積回路で、かつ、上記センサと一体的に構成されることを特徴とするエンコーダ。 A sensor head and a scale on which a pattern of a predetermined cycle is formed. An output signal is generated based on a plurality of analog signals according to relative displacement between the scale and the sensor head, and the sensor head In the output encoder,
The sensor head is
A sensor that outputs a plurality of analog signals according to the relative displacement;
A signal processing unit that performs predetermined signal processing based on the plurality of analog signals;
A setting switching unit that performs setting switching related to the output signal or signal processing by switching a connection configuration via a plurality of electrodes or wires provided in advance corresponding to the signal specification or processing specification of the output destination of the output signal;
Have
The encoder characterized in that the signal processing unit and the setting switching unit are configured as one integrated circuit and integrated with the sensor.
上記設定切替部は、上記複数のスイッチ電極のうちの1つのスイッチ電極の切り替わりにより、複数の種類の上記設定切替をまとめて行うことを特徴とする請求項1に記載のエンコーダ。 The plurality of electrodes include a plurality of switch electrodes for setting switching,
2. The encoder according to claim 1, wherein the setting switching unit collectively performs the plurality of types of setting switching by switching one of the plurality of switch electrodes.
上記センサから出力された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、
上記アナログ信号処理回路と並列に接続され、上記センサから出力された上記複数のアナログ信号を信号処理して複数の異なる出力フォーマットの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、
上記設定切替部は、上記アナログ信号処理回路で信号処理されたアナログ信号と上記デジタル信号処理回路で信号処理された複数の異なる出力フォーマットのデジタル信号の内から出力させる信号を選択する上記設定切替と、信号処理される上記複数のアナログ信号の調整を行う上記設定切替と、上記デジタル信号の出力フォーマットを切り替える上記設定切替とを上記1つのスイッチ電極の切り替えによってまとめて行うことを特徴とする請求項2に記載のエンコーダ。 The signal processor is
An analog signal processing circuit that processes a plurality of analog signals corresponding to the relative displacement output from the sensor;
A digital signal processing circuit that is connected in parallel with the analog signal processing circuit and that processes the plurality of analog signals output from the sensor to generate digital signals of a plurality of different output formats;
The setting switching unit is configured to select a signal to be output from among an analog signal signal-processed by the analog signal processing circuit and a plurality of digital signals of different output formats signal-processed by the digital signal processing circuit; The setting switching for adjusting the plurality of analog signals to be processed and the setting switching for switching the output format of the digital signal are collectively performed by switching the one switch electrode. The encoder according to 2.
上記デジタル信号処理回路は、上記複数のアナログ信号から上記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ヒステリシス設定切替部と、上記複数のアナログ信号から上記デジタル信号を生成する際の内挿分割処理の際の分割数を切り替える分割数設定切替部とを、上記設定切替部として有し、
上記センサヘッドは、上記アナログ信号処理回路から出力された複数のアナログ信号及び上記デジタル信号処理回路から出力されたデジタル信号の応答速度帯域の設定を切り替える信号出力応答速度帯域設定切替部を上記設定切替部として有し、
上記1つのスイッチ電極の切り替えによって上記オフセット設定切替部と、上記振幅増幅率設定切替部と、上記ヒステリシス設定切替部と、上記分割数設定切替部と、上記信号出力応答速度帯域設定切替部の内の少なくとも2つ以上の切り替えをまとめて行うことを特徴とする請求項3に記載のエンコーダ。 The analog signal processing circuit includes an offset setting switching unit that switches setting of offsets of the plurality of analog signals, and an amplitude amplification factor setting switching unit that switches amplification factors of the amplitudes of the plurality of analog signals as the setting switching unit. Have
The digital signal processing circuit includes a hysteresis setting switching unit that switches a setting of a width of a hysteresis applied to a threshold voltage when the digital signal is generated from the plurality of analog signals, and the digital signal from the plurality of analog signals. A division number setting switching unit that switches the number of divisions during the interpolation division process when generating, as the setting switching unit,
The sensor head includes a signal output response speed band setting switching unit that switches setting of response speed bands of a plurality of analog signals output from the analog signal processing circuit and digital signals output from the digital signal processing circuit. Have as part
By switching the one switch electrode, the offset setting switching unit, the amplitude amplification factor setting switching unit, the hysteresis setting switching unit, the division number setting switching unit, and the signal output response speed band setting switching unit are included. The encoder according to claim 3, wherein at least two or more of the switching are collectively performed.
上記光源の光出力の設定切替を行う光出力設定切替部を、上記設定切替部として有する光源駆動回路と、
を更に具備し、
上記信号処理部は、上記センサから出力された上記複数のアナログ信号を信号処理して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、
上記デジタル信号処理回路は、上記複数のアナログ信号から上記デジタル信号を生成する際の内挿分割処理の際の分割数を切り替える分割数設定切替部を、上記設定切替部として有し、
上記デジタル信号処理回路から低分解能のデジタル信号を出力させるときには、上記分割数設定切替部における上記分割数が低く設定されるとともに、上記光出力設定切替部における光出力が小さく設定され、上記デジタル信号処理回路から高分解能のデジタル信号を出力させるときには、上記分割数設定切替部における上記分割数が高く設定されるとともに、上記光出力設定切替部における光出力が大きく設定されることを特徴とする請求項2に記載のエンコーダ。 A light source;
A light source driving circuit having a light output setting switching unit for switching setting of light output of the light source as the setting switching unit;
Further comprising
The signal processing unit includes a digital signal processing circuit that generates a plurality of digital signals by performing signal processing on the plurality of analog signals output from the sensor,
The digital signal processing circuit has, as the setting switching unit, a division number setting switching unit that switches a division number in the interpolation division process when generating the digital signal from the plurality of analog signals.
When outputting a low-resolution digital signal from the digital signal processing circuit, the division number in the division number setting switching unit is set low, and the light output in the light output setting switching unit is set small. When a high-resolution digital signal is output from a processing circuit, the division number in the division number setting switching unit is set high, and the light output in the light output setting switching unit is set large. Item 3. The encoder according to item 2.
上記設定切替部は、上記アナログ信号の調整のため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。 One of the analog signal and the digital signal of at least one multiplication number can be output as an output signal by switching,
The encoder according to claim 1, wherein the setting switching unit performs setting switching for adjusting the analog signal.
上記光出力設定切替部により上記アナログ信号の振幅が切り替えられることを特徴とする請求項1に記載のエンコーダ。 A light source and a light source driving circuit having a light output setting switching unit that performs setting switching of light output of the light source as the setting switching unit are disposed in the same IC package as the encoder,
The encoder according to claim 1, wherein the amplitude of the analog signal is switched by the light output setting switching unit.
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