JP6300756B2 - エンコーダ用信号処理回路 - Google Patents

Description

本発明は、複数のエンコーダヘッドからの信号を処理するエンコーダ用信号処理回路に関する。

エンコーダは、互いに位相の異なる少なくとも２相のアナログ周期信号（エンコーダ信号）を移動体の変位に応じて発生するように構成されたものである。一般に、エンコーダは、固定体に取り付けられたスケールと、スケールと対向するようにして配置された移動体に設けられてスケールとの相対位置の変化に伴ったエンコーダ信号を出力するエンコーダヘッドと、を有している。このような構成のエンコーダは、エンコーダヘッドから出力されるエンコーダ信号をエンコーダ用信号処理回路において処理することにより、移動体の進行方向、位置、変位、速度等を測定することができる。

近年、複数のエンコーダヘッドからのエンコーダ信号を単一のエンコーダ用信号処理回路で処理するようにしたエンコーダ用信号処理回路が、例えば特許文献１において提案されている。

特開平７−１３９９６７号公報

ここで、特許文献１において提案されたエンコーダ用信号処理回路では、それぞれのエンコーダヘッドからのエンコーダ信号の時間的同一性を保証するために、複数のエンコーダヘッドからのエンコーダ信号をエンコーダ用信号処理回路に順次入力するようにして、それぞれのエンコーダヘッドからのエンコーダ信号を同一のサンプルホールド間に全て取得するようにしている。この場合、エンコーダヘッドの数が増加すると、その分、全てのエンコーダ信号に対する処理が終了するまでの時間も増加してしまう。したがって、特許文献１の構成において複数のエンコーダ信号を短時間で処理するには、エンコーダヘッドの数の増加に応じて、エンコーダ用信号処理回路として使用するＩＣ等をより高速処理が可能なものとする必要がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、複数のエンコーダヘッドからそれぞれ出力されるエンコーダ信号を効率良く単一の処理回路で処理可能としたエンコーダ用信号処理回路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、本発明の一態様のエンコーダ用信号処理回路は、対応したスケールとの相対変位量に応じたエンコーダ信号をそれぞれ出力する複数のエンコーダヘッドからのそれぞれの前記エンコーダ信号を処理する単一のエンコーダ用信号処理回路であって、前記複数のエンコーダヘッドの何れかからのエンコーダ信号の読み出し開始後に、前記複数のエンコーダヘッドから出力されるエンコーダ信号の読み出し順を決定可能で、かつ、前記複数のエンコーダヘッドから出力されるエンコーダ信号から、前記複数のエンコーダヘッドのそれぞれと対応する前記スケールとの相対速度を算出し、該算出した相対速度に応じた分解能を決定可能な処理決定部と、前記処理決定部からの出力に従い、前記エンコーダ信号から変位情報を生成する処理部とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、複数のエンコーダヘッドからそれぞれ出力されるエンコーダ信号を効率良く単一の処理回路で処理可能としたエンコーダ用信号処理回路を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るエンコーダ用信号処理回路を含むエンコーダシステムの構成を示す図である。 １つのエンコーダヘッドの内部の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるエンコーダシステムの動作の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るエンコーダ用信号処理回路を含むエンコーダシステムの構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態におけるエンコーダシステムの動作の流れを示すフローチャートである。 最遅読み出し可能時刻の算出手法について説明するための図である。 エンコーダヘッドの内部に最大許容変位量保持部を設けるようにした場合の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係るエンコーダ用信号処理回路を含むエンコーダシステムの構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の第２の変形例に係るエンコーダ用信号処理回路について説明するための図である。 本発明の第３の実施形態に係るエンコーダ用信号処理回路を含むエンコーダシステムの構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態におけるエンコーダシステムの動作の流れを示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態におけるエンコーダ信号の処理の例を示すフローチャートである。 相対速度の変化に応じて優先して処理するエンコーダ信号の切り替えを行う場合の変形例を示すフローチャートである。 相対速度の変化に応じて優先して処理するエンコーダ信号の切り替えを行う場合の別の変形例を示すフローチャートである。 エンコーダ信号の処理の優先順位に従ってエンコーダ信号の処理順及び処理回数を決定する場合の変形例について説明するための図である。 エンコーダヘッドの組み合わせの設定や信号処理内容の設定を使用者が設定できるようにした場合の変形例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るエンコーダ用信号処理回路を含むエンコーダシステムの構成を示す図である。本実施形態におけるエンコーダシステムは、スケールとエンコーダヘッドとの組を複数有し、それぞれのエンコーダヘッドから出力されるエンコーダ信号を単一のエンコーダ用信号処理回路を用いて処理するようになされている。

図１に示すエンコーダシステムは、複数（図１の例では３つ）の固定体１ａ、１ｂ、１ｃを有している。固定体１ａにはスケール１０１ａが取り付けられている。同様に、固定体１ｂにはスケール１０１ｂが、固定体１ｃにはスケール１０１ｃがそれぞれ取り付けられている。スケール１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃには、それぞれ、所定の周期で配列された変位検出パターンが形成されている。

また、図１に示すエンコーダシステムは、固定体１ａ、１ｂ、１ｃのそれぞれと対向するように配置された複数の移動体２ａ、２ｂ、２ｃを有している。移動体２ａ、２ｂ、２ｃは、対応する固定体に対して相対変位自在に構成されている。

駆動部３ａは移動体２ａに取り付けられている。同様に、駆動部３ｂは移動体２ｂに、駆動部３ｃは移動体２ｃにそれぞれ取り付けられている。駆動部３ａ、３ｂ、３ｃは、それぞれ、モータ等の駆動機構を有して構成され、駆動制御部３００からの駆動信号に従って、移動体２ａ、２ｂ、２ｃを所定の変位方向に変位させる。

エンコーダヘッド１０２ａは移動体２ａに取り付けられている。同様に、エンコーダヘッド１０２ｂは移動体２ｂに、エンコーダヘッド１０２ｃは移動体２ｃにそれぞれ取り付けられている。エンコーダヘッド１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、それぞれ、移動体２ａ、２ｂ、２ｃの変位に伴って変位し、対応するスケールとの相対変位に応じたエンコーダ信号をエンコーダ用信号処理回路２００に出力する。

ここで、図１の例ではスケール１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを固定体１ａ、１ｂ、１ｃに取り付け、エンコーダヘッド１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを移動体２ａ、２ｂ、２ｃに取り付けているが、逆にスケール１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを移動体２ａ、２ｂ、２ｃに取り付け、エンコーダヘッド１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを固定体１ａ、１ｂ、１ｃに取り付けるようにしても良い。また、移動体２ａ、２ｂ、２ｃの変位方向は異なっていても良いし、同一であっても良い。

図２は、エンコーダヘッド１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのうちの１つのエンコーダヘッド１０２の内部の構成を示す図である。ここで、図２は、反射型の光学式エンコーダのエンコーダヘッドの例を示している。図２に示すエンコーダヘッド１０２は、光源１０２１と、検出部１０２２とを有している。光源１０２１は、干渉性を有する光線を、光源１０２１と対向するように設けられたスケール１０１に照射する。検出部１０２２は、位相が９０度ずつ異なる４相のアナログ周期信号（エンコーダ信号）を発生する４相分のフォトダイオードを有している。このような構成の検出部１０２２は、光源１０２１から出射された光線によってスケール１０１から投影されたパターンを４相分のフォトダイオードのそれぞれで受光し、それぞれのフォトダイオードで受光されたパターンの光量に比例したエンコーダ信号を発生する。

図１に戻って説明を続ける。エンコーダ用信号処理回路２００は、処理部２０１と、処理決定部２０２とを有している。エンコーダヘッド１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、エンコーダ用信号処理回路２００に配線を共有して接続されている。このような構成において、エンコーダヘッド１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃから処理部２０１へは、適宜エンコーダ信号が入力されるように構成されている。

処理部２０１は、読み出し部２０１１と、信号生成部２０１２とを有している。
読み出し部２０１１は、処理決定部２０２の読み出し組み合わせ選択部２０２１からのヘッド選択信号に従った組み合わせのエンコーダヘッドからエンコーダ信号を読み出して信号生成部２０１２に出力する。信号生成部２０１２は、読み出し部２０１１から入力されたエンコーダ信号を処理してスケールとエンコーダヘッドとの相対変位を算出し、算出した相対変位を変位情報として駆動制御部３００に出力する。なお、相対変位の算出方式としては、抵抗分割方式、タンジェント方式、ＲＯＭ参照方式等の各種の方式が知られている。本実施形態においては、相対変位の算出方式は特に限定されるものではなく、どの方式を用いても構わない。

処理決定部２０２は、読み出し組み合わせ選択部２０２１を有している。読み出し組み合わせ選択部２０２１は、駆動制御部３００からの移動体情報に従ってヘッド選択信号を生成して読み出し部２０１１に入力する。本実施形態では、エンコーダシステムの動作時において、エンコーダシステムの使用者（以下、単に使用者と言う）等が、そのとき使用する移動体の組み合わせを選択、決定できる。この際、不使用の移動体が存在する場合には、その移動体に対応したエンコーダヘッドからはエンコーダ信号を読み出す必要がないため、その旨をヘッド選択信号として読み出し部２０１１に入力する。これを受けて読み出し部２０１１は、不使用の移動体に対応したエンコーダヘッドからのエンコーダ信号を読み出さないようにする。

駆動制御部３００は、エンコーダ用信号処理回路２００の信号生成部２０１２から入力されてくる変位情報に従って駆動部３ａ、３ｂ、３ｃの動作を制御する。即ち、駆動制御部３００は、移動体２ａ、２ｂ、２ｃの相対変位に伴ってエンコーダ用信号処理回路２００から入力されてくる変位情報（又は変位情報の時間変化として算出される速度情報等）が目標値となるように、対応する駆動部に供給する駆動信号の大きさや極性を変化させる。駆動信号の大きさを変化させることにより、対応する駆動部によって駆動される移動体の変位速度の大きさが変化する。一方、駆動信号の極性を変化させることにより、対応する駆動部によって駆動される移動体の変位速度の向きが変化する。

以下、本実施形態におけるエンコーダシステムの動作について説明する。図３は、第１の実施形態におけるエンコーダシステムの動作の流れを示すフローチャートである。

図３においてエンコーダシステムを動作させるのに先立って、使用する移動体の選択が行われる。移動体の選択は、使用者が手動で行うようにしても良いし、駆動制御部３００が自動で行うようにしても良い。例えば、手動選択の場合、使用者は、図示しない操作部を操作して、使用する移動体の組み合わせを指定する。移動体の選択がなされると、選択された移動体の組み合わせ情報（移動体情報）が駆動制御部３００に入力される。これを受けて駆動制御部３００は、移動体情報によって特定された移動体に対応した駆動部に駆動信号を供給して駆動部の動作を開始させる。また、この際、駆動制御部３００は、対応したエンコーダヘッドの電源もオンさせる（ステップＳ１０１）。

駆動部及びエンコーダヘッドの動作が開始された後、読み出し部２０１１は、読み出し組み合わせ選択部２０２１からのヘッド選択信号に従った組み合わせのエンコーダヘッドのうちの何れかのエンコーダヘッドからエンコーダ信号を読み出す。そして、読み出し部２０１１は、読み出した信号をデジタル信号に変換して信号生成部２０１２に出力する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２におけるエンコーダ信号の読み出し順は、例えば、エンコーダヘッド１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの順とするが、これに限るものではない。また、それぞれのエンコーダヘッドからのエンコーダ信号を同時に読み出すようにしても良い。この場合には、それぞれ読み出したエンコーダ信号を読み出し部２０１１において保持しておく。

エンコーダ信号の入力を受けて、信号生成部２０１２は、入力されたエンコーダ信号を処理して変位情報の算出を開始する（ステップＳ１０３）。変位情報の算出に際し、信号生成部２０１２は、位相が９０度ずつ異なる４相のエンコーダ信号のうち、位相が１８０度ずつ異なる信号同士の差を演算して検出部１０２２で検出されたエンコーダ信号におけるオフセット成分やノイズ成分を除去する。このような差演算の後、信号生成部２０１２は、差演算により得られた位相が９０度異なる２相のエンコーダ信号を用いて変位情報を算出する。なお、変位情報の求め方としては、上述した、抵抗分割方式、タンジェント方式、ＲＯＭ参照方式等の各種の方式を用いることが可能である。例えば、ＲＯＭ参照方式では、２相のエンコーダ信号の振幅（ＡＤ変換値）によって特定されるそれぞれのエンコーダ信号の位相位置（角度情報）の時間変化、即ちあるエンコーダヘッドからのエンコーダ信号に基づく角度情報とそのエンコーダヘッドと同一のエンコーダヘッドから前回取得されたエンコーダ信号に基づく角度情報との差分として相対変位が算出される。なお、前回の角度情報は位相差情報が算出される度にエンコーダヘッド毎に更新されるものである。例えば、エンコーダヘッド１０２ａに関する位相差情報が求められた場合には、エンコーダヘッド１０２ａに係る前回の角度情報のみが更新され、その他のエンコーダヘッド１０２ｂ、１０２ｃに係る前回の角度情報については更新されない。

信号処理の開始後、駆動制御部３００は、信号処理が終了したか否か、即ち信号生成部２０１２から変位情報が入力されてきたか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４において信号処理が終了するまで、駆動制御部３００は、ステップＳ１０４の判定を行いつつ待機する。ステップＳ１０４の判定において、信号処理が終了した場合に、駆動制御部３００は、使用する移動体の組み合わせの変更がなされていたか否かを判定する（ステップＳ１０５）。例えば、信号処理中に使用者によって新たな移動体の組み合わせの指定がなされていた場合には、使用する移動体の組み合わせの変更がなされていたと判定する。ステップＳ１０５の判定において、使用する移動体の組み合わせの変更がなされていない場合に、駆動制御部３００は、信号生成部２０１２から入力されてきた変位情報に基づいて、対応する移動体の変位量が目標値になるように駆動部に供給する駆動信号の大きさ又は極性を制御する。その後、処理がステップＳ１０２に戻る。この場合に、読み出し部２０１１は、次のエンコーダ信号を読み出して信号生成部２０１２に出力する。また、ステップＳ１０５の判定において、使用する移動体の組み合わせの変更がなされていた場合に、駆動制御部３００は、信号生成部２０１２から入力されてきた変位情報に基づいて、対応する移動体の変位量が目標値になるように駆動部に供給する駆動信号の大きさ又は極性を制御する。その後、処理がステップＳ１０１に戻る。この場合に、駆動制御部３００は、駆動部の組み合わせを再度選択する。

以上説明したように、第１の実施形態においては、選択された移動体に対応したエンコーダヘッドのみからエンコーダ信号を読み出すようにしている。これにより、複数のエンコーダヘッドからのエンコーダ信号を単一のエンコーダ用信号処理回路２００にて処理する場合において、エンコーダの動作中の状況に応じて、全てのエンコーダヘッドからエンコーダ信号を読み出す場合よりも信号生成部２０１２における処理の負担を軽くすることが可能である。また、処理の必要なエンコーダ信号の数を減らすことができるため、個々のエンコーダヘッドからのエンコーダ信号の読み出し間隔を短くすることも可能である。これにより、短い変位毎に検出できるため、より高精度の変位検出が可能となる。

また、エンコーダシステムを構成するエンコーダの数を追加したり削除したりする場合であってもエンコーダ用信号処理回路２００の構成を殆ど変える必要がない。このため、種々のエンコーダシステムに適用可能な汎用性の高いエンコーダ用信号処理回路を提供することが可能である。

ここで、図１においては、反射型の光学式エンコーダへの本実施形態の適用例を説明したが、透過型の光学式エンコーダに本実施形態の技術を適用するようにしても良いし、磁気式、容量式等の光学式以外の方式に本実施形態の技術を適用するようにしても良い。さらに、図１に示すスケールはリニアスケールの例を示しており、図１に示すエンコーダシステムはリニアスケールを用いて長さの変位検出を行うものである。これに対し、スケールを円形スケールとして角度の変化を検出するようにしても良い。

また、第１の実施形態ではエンコーダ信号を位相差が９０度ずつ異なる４相の信号であるとしているが、エンコーダ信号は、必ずしも９０度位相差が異なっている必要はなく、任意の位相差の信号を任意の数だけ出力させて良い。

さらに、第１の実施形態では、読み出し部２０１１においてエンコーダ信号をデジタル信号に変換するようにしているが、エンコーダヘッド内でエンコーダ信号をデジタル信号に変換するようにしても良い。この場合、エンコーダ信号をデジタル信号としてエンコーダヘッドから出力させることができるので、エンコーダ用信号処理回路２００までの通信経路でエンコーダ信号がノイズの影響を受けにくくなる。したがって、変位情報の誤検出の可能性をより低減させることができる。

また、第１の実施形態においては、選択された移動体に対応したエンコーダヘッドのみからエンコーダ信号を読み出すようにしているが、全てのヘッドを動作させ、エンコーダ信号を読み出すようにしても良い。

［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４は、本発明の第２の実施形態に係るエンコーダ用信号処理回路を含むエンコーダシステムの構成を示す図である。

本実施形態におけるエンコーダシステムは、第１の実施形態と同様に、スケールとエンコーダヘッドとの組を複数有し、それぞれのエンコーダヘッドから出力されるエンコーダ信号を単一のエンコーダ用信号処理回路を用いて処理するようになされている。本実施形態においては、エンコーダ信号は周期信号である。また、本実施形態においては、特に、エンコーダ用信号処理回路２００内の構成が第１の実施形態と異なっている。また、本実施形態におけるエンコーダシステムは、警告部４００を有している点も異なっている。

以下、第１の実施形態と異なる部分のみ説明する。本実施形態におけるエンコーダ用信号処理回路２００は、第１の実施形態と同様に、処理部２０１と、処理決定部２０２とを有している。

処理決定部２０２は、図４に示すように、最大許容変位量保持部２０２２と、最遅読み出し可能時刻算出部２０２３と、最遅読み出し可能時刻比較部２０２４とを有している。なお、図４では、読み出し組み合わせ選択部２０２１を省略した例を示しているが、読み出し組み合わせ選択部２０２１を設けるようにしても良い。

ここで、本実施例のエンコーダ信号は周期信号であるため、連続する読み出し時刻の間で、エンコーダ信号が一定周期を越える場合、変位情報の誤検出が起きてしまう。最大許容変位量保持部２０２２は、エンコーダヘッド毎の最大許容変位量を保持しているメモリである。最大許容変位量とは、エンコーダヘッド毎のエンコーダ信号の、連続する読み出し時刻の間において、エンコーダヘッドによる相対変位検出を維持可能な（エンコーダ信号の読み飛ばしによる変位情報の誤検出が起きない）相対変位量の限界量である。例えば、最大許容変位量は、エンコーダヘッドがエンコーダ信号を保持しておくためのメモリを有している場合には大きくなる。また、最大許容変位量は、スケールに形成された変位検出パターンの周期が大きい場合にも大きくなる。このように、最大許容変位量は、各種の条件によって変動するものであって、使用するエンコーダヘッド及びスケールが異なると最大許容変位量が異なる場合がある。このため、最大許容変位量保持部２０２２に、エンコーダヘッド毎の最大許容変位量を保持させておく。

最遅読み出し可能時刻算出部２０２３は、最大許容変位量保持部２０２２に保持されているエンコーダヘッド毎の最大許容変位量を用いてエンコーダヘッド毎の最遅読み出し可能時刻を算出し、算出した最遅読み出し可能時刻を最遅読み出し可能時刻比較部２０２４と警告信号制御部２０１３とに出力する。ここで、最遅読み出し可能時刻とは、あるエンコーダヘッドに対応した相対変位量が最大許容変位量に達する時刻である。相対変位量が最大許容変位量に達した場合には、その時点で出力されるエンコーダ信号については正しい位相位置（角度情報）を算出できなくなり、その結果、変位情報にも誤りが発生してしまう。

最遅読み出し可能時刻比較部２０２４は、遅読み出し可能時刻算出部２０２３によって算出されたエンコーダヘッド毎の最遅読み出し可能時刻を比較してエンコーダヘッド１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃからの次回のエンコーダ信号の読み出し順を選択、決定する。

本実施形態における処理部２０１は、図４に示すように、読み出し部２０１１と、信号生成部２０１２と、警告信号制御部２０１３とを有している。
読み出し部２０１１は、処理決定部２０２の最遅読み出し可能時刻比較部２０２４からのヘッド選択信号に従った順序でエンコーダ信号を読み出して信号生成部２０１２に出力する。また、本実施形態における読み出し部２０１１は、時刻を計時する機能を有し、エンコーダ信号の読み出しを行う毎に、読み出しを行った時刻を最遅読み出し可能時刻算出部２０２３と警告信号制御部２０１３とに出力する。

信号生成部２０１２は、読み出し部２０１１から入力されたエンコーダ信号を処理してスケール１０１とエンコーダヘッド１０２との相対変位を算出し、算出した相対変位を変位情報として駆動制御部３００に出力する。相対変位の算出方式は、第１の実施形態と同様である。また、本実施形態における信号生成部２０１２は、変位情報を最遅読み出し可能時刻算出部２０２３にも出力する。

警告信号制御部２０１３は、読み出し部２０２１からのエンコーダ信号の読み出し時刻と最遅読み出し可能時刻算出部２０２３からの受けた最遅読み出し可能時刻とを比較する。読み出し時刻が最遅読み出し可能時刻を過ぎている場合、相対変位量が最大許容変位量を超えていると考えられる。この場合には、変位情報の算出結果に誤りが発生している可能性が高いため、警告信号制御部２０２４は、警告信号を警告部４００に出力する。

警告部４００は、警告信号制御部２０１３からの警告信号を受けて、使用者にスケールとエンコーダヘッドとの相対変位量が最大許容変位量を超えた可能性がある旨を警告する。警告部４００による警告の手法は特に限定されるものではない。例えば警告部４００をモニタや警告ランプ等で構成した場合には表示による警告を行うことができる。また、警告部４００をブザー等で構成した場合には音声による警告を行うことができる。

以下、本実施形態におけるエンコーダシステムの動作について説明する。図５は、第２の実施形態におけるエンコーダシステムの動作の流れを示すフローチャートである。

図５において、駆動制御部３００は、駆動部３ａ、３ｂ、３ｃのそれぞれに駆動信号を供給して駆動部の動作を開始させる。また、この際、駆動制御部３００は、エンコーダヘッドの電源もオンさせる（ステップＳ２０１）。駆動部及びエンコーダヘッドの動作が開始された後、読み出し部２０１１は、最遅読み出し可能時刻比較部２０２４からのヘッド選択信号に従った順序でエンコーダヘッドのうちの何れかのエンコーダヘッド１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの何れかからエンコーダ信号を読み出して信号生成部２０１２に出力する（ステップＳ２０２）。

なお、初回は、最遅読み出し可能時刻比較部２０２４によって読み出し順が決定されていないため、エンコーダ信号の読み出し順を固定順とする。また、上述したように、エンコーダ信号の読み出しに伴って読み出し部２０１１は、エンコーダ信号の読み出し時刻を最遅読み出し可能時刻算出部２０２３と警告信号制御部２０１３とに出力する。最遅読み出し可能時刻算出部２０２３に入力された読み出し時刻は、最遅読み出し可能時刻算出部２０２３に逐次保持される。

信号生成部２０１２は、最遅読み出し可能時刻算出部２０２３において最遅読み出し可能時刻が算出されているか否かを判定している（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３の判定において、エンコーダ動作開始後の初回のように最遅読み出し可能時刻が算出されていない場合には、処理がステップＳ２０６に進む。また、ステップＳ２０３の判定において、最遅読み出し可能時刻が算出されている場合に、警告信号制御部２０１３は、読み出し部２０１１から入力された読み出し時刻と最遅読み出し可能時刻算出部２０２３で算出された最遅読み出し可能時刻とを比較し、読み出し時刻が最遅読み出し可能時刻を超えているか否かを判定する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４の判定において、読み出し時刻が最遅読み出し可能時刻を超えている場合には、対応するエンコーダヘッドからのエンコーダ信号に基づいて算出された変位情報に誤りが発生していると考えられる。したがって、警告信号制御部２０１３は、警告部４００に警告信号を入力して警告部４００による警告を行う（ステップＳ２０５）。その後、駆動制御部３００は、駆動部３ａ、３ｂ、３ｃへの駆動信号の供給を停止させる。これにより、図５の処理が終了する。なお、図５の例では、読み出し時刻が最遅読み出し可能時刻を超えている場合に駆動部３ａ、３ｂ、３ｃのその後の動作を停止させるようにしている。これに対し、警告のみを行うようにして駆動部３ａ、３ｂ、３ｃの動作を停止させないようにしても良い。

また、ステップＳ２０４の判定において、読み出し時刻が最遅読み出し可能時刻を超えていないと警告信号制御部２０１３が判定した場合に、信号生成部２０１２は、入力されたエンコーダ信号を処理して変位情報の算出を開始する（ステップＳ２０６）。変位情報の算出手法については上述の第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。信号処理の開始後、信号生成部２０１２は、信号処理が終了したか否かを判定する（ステップＳ２０７）。ステップＳ２０７において信号処理が終了するまで、信号生成部２０１２は、ステップＳ２０７の判定を行いつつ待機する。ステップＳ２０７の判定において、信号処理が終了した場合に、最遅読み出し可能時刻算出部２０２３は、エンコーダヘッド毎の最遅読み出し可能時刻を算出する（ステップＳ２０８）。そして、最遅読み出し可能時刻比較部２０２４は、エンコーダヘッド毎の最遅読み出し可能時刻を比較することにより、エンコーダ信号の読み出し順を決定する（ステップＳ２０９）。

ここで、最遅読み出し可能時刻の算出手法及びエンコーダ信号の読み出し順の決定手法について図６を参照して説明する。最遅読み出し可能時刻の算出に際し、最遅読み出し可能時刻算出部２０２３は、最大許容変位量保持部２０２２から、エンコーダヘッド毎の最大許容変位量を読み出し、この読み出した最大許容変位量と、読み出し部２０１１から入力された読み出し時刻と、信号生成部２０１２にから入力された変位情報とを用いて最遅読み出し可能時刻を算出する。まず、前回のエンコーダ信号の読み出し時刻をｔ１、前回算出された相対変位をｐ１、今回のエンコーダ信号の読み出し時刻をｔ２、今回算出された相対変位をｐ２から、以下の（式１）に従って相対速度ｖ（図６に示す線分の傾きに相当する）を算出する。
ｖ＝（ｐ２−ｐ１）/（ｔ２−ｔ１） （式１）
この時、ｔ１からｔ２の経過時間であるｔ２−ｔ１がわかれば、読み出し時刻ｔ１とｔ２がそれぞれわからなくてもかまわない。また、時刻とは電気的なクロックの回数などでもかまわない。

ここで、ｐ２から最大許容変位量を加算した変位量をｐ３とする。このとき、例えばスケールとエンコーダヘッドとの相対速度が変わらないと仮定して変位量がｐ３に達するまでの時刻ｔ３を求めると、ｔ３は以下の（式２）で表される。
ｔ３＝ｔ２＋（ｐ３−ｐ２）/ｖ （式２）
さらに、読み出し部２０１１がエンコーダヘッドからエンコーダ信号を読み出すのにｔＲの時間がかかるとすると、最遅読み出し可能時刻ｔ４は、以下の（式３）で表される。
ｔ４＝ｔ３−ｔＲ （式３）
（式２）、（式３）によって表される最遅読み出し可能時刻ｔ４までにエンコーダ信号の読み出しを開始するようにすれば、エンコーダヘッドから出力されるエンコーダ信号の読み飛ばしが発生せずに正しく角度情報を正しく求めることができるため、変位情報に誤りは発生しない。したがって、最遅読み出し可能時刻が早い順にエンコーダヘッドからエンコーダ信号を読み出すようにすれば、変位情報に誤りが発生してしまう可能性を低減できる。このような考えに基づいて、最遅読み出し可能時刻比較部２０２４は、エンコーダヘッド毎に算出された最遅読み出し可能時刻を比較して、最遅読み出し可能時刻が早い順にエンコーダ信号の読み出し順を決定する。

上記の最遅読み出し可能時刻の算出手法では、スケールとエンコーダヘッドとの相対速度が変わらないと仮定してｔ３を求める例を示したが、その他に、駆動部の駆動速度の限界値ｖｍから、
ｔ３＝ｔ２＋（ｐ３−ｐ２）/ｖｍ
としてｔ３を求める等、その他の方法を用いても良い。

最遅読み出し可能時刻の算出後、最遅読み出し可能時刻比較部２０２４は、エンコーダ信号の読み出し順を変更するべく、読み出し部２０１１にヘッド選択信号を出力する（ステップＳ２０９）。その後、処理がステップＳ２０２に戻る。この場合に、読み出し部２０１１は、次のエンコーダ信号を読み出して信号生成部２０１２に出力する。

以上説明したように、第２の実施形態においては、エンコーダ信号の読み出し開始後に、エンコーダヘッド毎の最遅読み出し可能時刻を算出し、この最遅読み出し可能時刻に従ってエンコーダ信号の読み出し順を決定している。これにより、算出される変位情報に誤りが発生する可能性を、エンコーダの動作中の状況に応じて低減できる。また、最遅読み出し可能時刻をエンコーダ信号の読み出しにかかる時間ｔＲも含めて求めるようにしているので、正確な最遅読み出し可能時刻を算出することができる。さらに、信号生成部２０１２における信号処理中にエンコーダ信号の読み出し順を決定可能としたことにより、状況に応じた最適な処理が可能となる。

ここで、図５のステップＳ２０４においては、全てのエンコーダヘッドを対象としてエンコーダ信号の読み出し順を決定するようにしている。これに対し、次にエンコーダ信号を読み出すエンコーダヘッドのみを決定するようにしても良い。この場合には、最遅読み出し可能時刻が最も早いエンコーダヘッドを次にエンコーダ信号を読み出すエンコーダヘッドとする。

また、上述した図４の例では最大許容変位量保持部２０２２をエンコーダ用信号処理回路２００内に設けるようにしている。上述したように、最大許容変位量は、使用するエンコーダヘッドによって異なる可能性があるため、図７に示すように、エンコーダヘッド１０２の内部に最大許容変位量保持部１０２３を設けるようにしても良い。このようにすればエンコーダ用信号処理回路２００の構成を簡素化することが可能となる。

次に、第２の実施形態の変形例について説明する。図８は、本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係るエンコーダ用信号処理回路を含むエンコーダシステムの構成を示す図である。この第２の実施形態の第１の変形例は、処理決定部２０２が最遅変位情報取得時刻保持部２０２５をさらに有している点が第２の実施形態と異なっている。

最遅変位情報取得時刻保持部２０２５は、最遅変位情報取得時刻をエンコーダヘッド毎に保持するためのメモリである。ここで、最遅変位情報取得時刻とは、駆動制御部３００が駆動部３ａ、３ｂ、３ｃをそれぞれ制御するために許容できる最も遅い変位情報の取得時刻である。即ち、エンコーダ信号の読み出し間隔（即ち変位情報の算出間隔）が最遅変位情報取得時刻を超えてしまうと、それに対応する移動体の制御に支障をきたすおそれが生じる。

本変形例におけるエンコーダシステムの動作は図５で説明したものに準じている。ただし、図５のステップＳ２０４において、最遅読み出し可能時刻比較部２０２４は、エンコーダヘッド毎の最遅読み出し可能時刻と、エンコーダヘッド毎の最遅変位情報取得時刻を比較し、この中で時刻が早い順にエンコーダ信号の読み出し順を決定する。勿論、最も時刻が早いもののみを判定するようにしても良い。

以上説明した第２の実施形態の第１の変形例においては、最遅読み出し可能時刻に加えて最遅変位情報取得時刻を考慮してエンコーダ信号の読み出し順を決定している。これにより、変位情報の誤りが出る可能性を低減できるのに加えて、駆動制御部３００の制御に支障をきたす可能性も低減できる。

ここで、図８の例では最大変位情報取得時刻保持部２０２５をエンコーダ用信号処理回路２００内に設けるようにしているが、例えば駆動制御部３００に設ける等、エンコーダ用信号処理回路２００以外に設けるようにしても良い。

次に、図９を参照して第２の実施形態の第２の変形例について説明する。なお、エンコーダシステムの構成について、図４に示したものが適用可能である。上述した第２の実施形態では、エンコーダ信号の読み出し順を決定している。これに対し、本変形例は、読み出し順に加えて読み出し間隔を変更するようにしたものである。それぞれの移動体の速度が変わらないとすると、最初に最遅読み出し可能時刻が最も早いと判定されたエンコーダヘッドは、その後も最遅読み出し可能時刻が最も早いと判定される可能性が高い。これを考慮して本変形例においては、最遅読み出し可能時刻が早いエンコーダヘッドからのエンコーダ信号の読み出し間隔を短くし、最遅読み出し可能時刻が遅いエンコーダヘッドからのエンコーダ信号の読み出し間隔を長くする。

例えば、図９（ａ）は、エンコーダヘッド１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに対応した最遅読み出し可能時刻が同じ場合で、エンコーダヘッド１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの順でエンコーダ信号を読み出す場合のタイミングチャートである。この場合には、エンコーダヘッド１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのそれぞれのエンコーダ信号の読み出し間隔を等しくする。一方、図９（ｂ）は、エンコーダヘッド１０２ａの最遅読み出し可能時刻が最も早い場合のタイミングチャートである。この場合には、エンコーダヘッド１０２ａのエンコーダ信号の読み出し間隔を、エンコーダヘッド１０２ｂ、１０２ｃのそれぞれのエンコーダ信号の読み出し間隔に比べて短くする。

以上説明した第２の実施形態の第２の変形例においては、最遅読み出し可能時刻に応じてエンコーダ信号の読み出し間隔を変更している。これにより、最遅読み出し可能時刻を１回だけ算出して読み出し間隔を決定するだけで、その後は、移動体の速度が読み出し間隔を決定した時点の速度より早くならない限りにおいては、変位情報の誤りが発生する可能性を低減できる。

［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１０は、本発明の第３の実施形態に係るエンコーダ用信号処理回路を含むエンコーダシステムの構成を示す図である。上述の第１及び第２の実施形態は、エンコーダヘッドからのエンコーダ信号の読み出しに関する処理の内容を変更するものである。これに対し、第３の実施形態は、読み出し部２０１１で読み出されたエンコーダ信号に対する処理の内容を変更するものである。このため、第３の実施形態においては、図１０に示すように、処理内容選択部２０２６が設けられている。なお、図１０において第１の実施形態で示した読み出し組み合わせ選択部２０２１や第２の実施形態で示した最大許容変位量保持部２０２２、最遅読み出し可能時刻算出部２０２３、最遅読み出し可能時刻比較部２０２４を設けるようにしても良い。

以下、第１の実施形態と異なる部分のみ説明する。本実施形態における読み出し部２０１１は、予め定められた順序に従ってエンコーダヘッドからエンコーダ信号を読み出して信号生成部２０１２と処理内容選択部２０２６とに出力する。処理内容選択部２０２６は、読み出し部２０１１からのエンコーダ信号に従って処理選択信号を生成して信号生成部２０１２に入力する。処理内容選択部２０２６の詳細については後述する。

以下、本実施形態におけるエンコーダシステムの動作について説明する。図１１は、第３の実施形態におけるエンコーダシステムの動作の流れを示すフローチャートである。

図１１において、駆動制御部３００は、駆動部３ａ、３ｂ、３ｃのそれぞれに駆動信号を供給して駆動部の動作を開始させる。また、この際、駆動制御部３００は、エンコーダヘッドの電源もオンさせる（ステップＳ３０１）。駆動部及びエンコーダヘッドの動作が開始された後、読み出し部２０１１は、所定の順序でエンコーダヘッド１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのうちの何れかのエンコーダヘッドからエンコーダ信号を読み出してデジタル信号に変換し、デジタル信号に変換したエンコーダ信号を信号生成部２０１２と処理内容選択部２０２６とに出力する（ステップＳ３０２）。ステップＳ３０２におけるエンコーダ信号の読み出し順は、例えば、エンコーダヘッド１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの順とする。なお、それぞれのエンコーダヘッドからのエンコーダ信号を同時に読み出すようにしても良い。この場合には、それぞれ読み出したエンコーダ信号を読み出し部２０１１において保持しておく。

エンコーダ信号の入力を受けて、信号生成部２０１２は、入力されたエンコーダ信号を処理して変位情報の算出を開始する（ステップＳ３０３）。この際、信号生成部２０１２は、処理内容選択部２０２６からの処理選択信号に応じた処理を行う。ステップＳ３０３の後、処理がステップＳ３０２に移行する。

図１２は、第３の実施形態におけるエンコーダ信号の処理の例を示すフローチャートである。図１２は、読み出し部２０１１で読み出されたエンコーダ信号の値の変化が発生しているものを優先して信号処理する例である。図１２において、処理内容選択部２０２６は、読み出し部２０１１から入力されてきたエンコーダ信号を一旦保持する。エンコーダ信号を保持した後、処理内容選択部２０２６は、今回保持したエンコーダ信号の値（実際には振幅に対応したＡＤ変換値）が、そのエンコーダ信号を読み出したエンコーダヘッドと同一のエンコーダヘッドから前回読み出して保持しておいたエンコーダ信号の値に対して所定以上変化しているか否かを判定する（ステップＳ４０１）。ステップＳ４０１の判定において、今回のエンコーダ信号の値が前回のエンコーダ信号の値に対して所定以上変化している場合にはそのエンコーダ信号に対する信号処理を継続する。この場合に、処理内容選択部２０２６は、読み出し部２０１１において今回保持されたエンコーダ信号に対する信号処理（変位情報の算出）を行うように指示するための処理選択信号を信号生成部２０１２に入力する（ステップＳ４０２）。

信号処理の開始後、駆動制御部３００は、信号処理が終了したか否か、即ち信号生成部２０１２から変位情報が入力されてきたか否かを判定する（ステップＳ４０３）。ステップＳ４０３の判定において信号処理が終了するまで、駆動制御部３００は、ステップＳ４０３の判定を行いつつ待機する。また、ステップＳ４０１の判定において今回のエンコーダ信号の値が前回のエンコーダ信号の値に対して所定以上変化していない場合、又はステップＳ４０３の判定において信号処理が終了した場合には、図１２の処理を抜けて図１１の処理に戻る。

以上説明したように、本実施形態によれば、値が変化したエンコーダ信号を優先的に処理するようにしているので、エンコーダの動作中の状況に応じて、複数のエンコーダヘッドからのエンコーダ信号を効率良く処理することが可能となる。

ここで、図１２の例では、複数のエンコーダヘッドからのエンコーダ信号のうちで振幅の変化のあるエンコーダ信号を優先して処理するようにしている。これに対し、それぞれのエンコーダヘッドから読み出したエンコーダ信号の前回からの振幅の変動幅、即ち相対速度の変化に応じて優先して処理するエンコーダ信号の切り替えを行うようにしても良い。

また、エンコーダ信号の値が所定以上変化していない場合でも、各種信号処理を随時行うようにしても良い。

本実施形態においては、複数のエンコーダヘッドそれぞれの持つ特性を、内外部から把握することで、検出精度を変更することが可能である。図１３は、相対速度の変化に応じて優先して処理するエンコーダ信号の処理を行う場合の変形例を示すフローチャートである。図１３の処理は、図１２の処理に代えて行われる。図１３において、処理内容選択部２０２６は、読み出し部２０１１から入力されてきたエンコーダ信号を一旦保持する。エンコーダ信号を保持した後、処理内容選択部２０２６は、エンコーダ信号の振幅（ＡＤ変換値）の時間変化を移動体（エンコーダヘッド）の相対速度として算出する（ステップＳ５０１）。続いて、処理内容選択部２０２６は、算出した相対速度が所定速度よりも高速であるか否かを判定する（ステップＳ５０２）。ステップＳ５０２の判定において、例えば、相対速度が所定速度よりも高速である場合に、高精度（高分解能処理）が必要とされなければ、処理内容選択部２０２６は、その所定速度よりも高速な移動体（エンコーダヘッド）に対応したエンコーダ信号に対して低精度（低分解能処理）の信号処理を行うように信号生成部２０１２に処理選択信号を入力する（ステップＳ５０３）。ここでの低精度の信号処理とは、例えば相対変位が高速であると判定されたエンコーダヘッドからのエンコーダ信号の信号処理の回数を、他のエンコーダヘッドからのエンコーダ信号の信号処理の回数に比して減少させることを言うものとする。一方、ステップＳ５０２の判定において、相対速度が所定速度よりも高速でない場合に、高精度が必要とされれば、処理内容選択部２０２６は、エンコーダ信号に対して高精度の信号処理を行うように信号生成部２０１２に処理選択信号を入力する（ステップＳ５０４）。ここでの高精度の信号処理とは、例えば相対変位が低速であると判定されたエンコーダヘッドからのエンコーダ信号の信号処理の回数を、他のエンコーダヘッドからのエンコーダ信号の信号処理の回数に比して増加させることを言うものとする。なお、ここでは相対速度に応じた処理の精度（分解能）選択が行われていれば良く、上述は一つの例であり、精度固定の場合などは、変更しなくても良い。

信号処理の開始後、駆動制御部３００は、信号処理が終了したか否か、即ち信号生成部２０１２から変位情報が入力されてきたか否かを判定する（ステップＳ５０５）。ステップＳ５０５の判定において信号処理が終了するまで、駆動制御部３００は、ステップＳ５０５の判定を行いつつ待機する。ステップＳ５０５の判定において信号処理が終了した場合には、図１３の処理を抜けて図１１の処理に戻る。

図１４は、相対速度の変化に応じて信号処理を行う場合の別の変形例の動作を示すフローチャートである。図１４の処理は図１１の処理に代えて行われる。図１４において、駆動制御部３００は、駆動部３ａ、３ｂ、３ｃのそれぞれに駆動信号を供給して駆動部の動作を開始させる。また、この際、駆動制御部３００は、エンコーダヘッドの電源もオンさせる（ステップＳ６０１）。

駆動部及びエンコーダヘッドの動作が開始された後、読み出し部２０１１は、所定の順序でエンコーダヘッド１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのうちの何れかのエンコーダヘッドからエンコーダ信号を読み出してデジタル信号に変換し、デジタル信号に変換したエンコーダ信号を信号生成部２０１２と処理内容選択部２０２６とに出力する（ステップＳ６０２）。処理内容選択部２０２６は、読み出し部２０１１から入力されたエンコーダ信号を一旦保持する。エンコーダ信号を保持した後、処理内容選択部２０２６は、移動体（エンコーダヘッド）の相対速度を算出する（ステップＳ６０３）。続いて、処理内容選択部２０２６は、算出した相対速度を他のエンコーダヘッドからのエンコーダ信号に基づいて算出された相対速度と比較することにより信号処理順を決定する（ステップＳ６０４）。この処理においては、相対速度の大きい順に信号処理を行うように順位付けをする。信号処理順の決定後、処理内容選択部２０２６は、信号処理順に従って信号処理を行うように信号生成部２０１２に処理選択信号を入力する。この入力された信号処理順に従って、信号生成部２０１２はエンコーダ信号に対する信号処理（変位情報の算出）を行う（ステップＳ６０５）。

上述した変形例で示したようにして相対変位の大きいエンコーダヘッドからのエンコーダ信号を優先的に処理するようにすることで、単一のエンコーダ信号用信号処理回路２０による信号処理の効率を向上させつつ、変位情報の精度の向上を図ることが可能である。

ここで、エンコーダ信号の処理の優先順位が予め設定されている場合にはその優先順位に従ってエンコーダ信号の処理順及び処理回数を決定するようにしても良い。図１５は、そのような変形例を示す図である。図１５の例は、２つのエンコーダ信号Ａ、Ｂを同時処理する場合であってエンコーダ信号Ａのほうがエンコーダ信号Ｂよりも優先順位が高い場合の例を示している。図１５の例において、優先順位とエンコーダ信号の処理回数とが対応付けられており、それぞれのエンコーダ信号の信号処理を優先順位に対応付けられた処理回数ずつ行う。例えば、図１５の例は、エンコーダ信号Ａとエンコーダ信号Ｂの処理回数の比が２：１となっている例を示している。

ここで、優先順位が予め決定されている場合において、あるエンコーダ信号の処理中にそのエンコーダ信号よりも優先順位の高いエンコーダ信号の入力があった場合には、現在のエンコーダ信号の処理を一旦中断して優先度の高いエンコーダ信号に対する処理を行うようにすることが望ましい。この場合には、当該優先度の高いエンコーダ信号に対する処理が終了した後で、処理を中断していたエンコーダ信号の処理を再開する。

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。例えば、上述した第１〜第３の実施形態で示したエンコーダヘッドの組み合わせの設定や信号処理内容の設定を使用者が手動で設定できるようにしても良い。この場合の変形例を図１６に示す。図１６においては、処理決定信号入力部５００が設けられている。この処理決定信号入力部５００を操作することにより、使用者は、処理決定部２０２に対してエンコーダヘッドの組み合わせの設定の内容や信号処理内容の設定の内容を指示可能である。

また、例えば処理決定部２０２に、使用するエンコーダヘッドの情報や信号処理の優先順位の情報等を保持しておく処理内容情報保持部を設けるようにすれば、エンコーダ用信号処理回路２００の電源投入直後の初期設定時にエンコーダヘッドの組み合わせの設定や信号処理内容の設定等を行うことも可能となる。

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、上述したような課題を解決でき、上述したような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。

１ａ，１ｂ，１ｃ…固定部、２ａ，２ｂ，２ｃ…移動部、３ａ，３ｂ，３ｃ…駆動部、
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ…スケール、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ…エンコーダヘッド、２００…エンコーダ用信号処理回路、２０１…処理部、２０２…処理決定部、２０１１…読み出し部、２０１２…信号生成部、２０１３…警告信号制御部、２０２１…読み出し組み合わせ選択部、２０２２…最大許容変位量保持部、２０２３…最遅読み出し可能時刻算出部、２０２４…最遅読み出し可能時刻比較部、２０２５…最遅変位情報取得時刻保持部、２０２６…処理内容選択部、３００…駆動制御部、４００…警告部、５００…処理決定信号入力部

Claims (1)

1. 対応したスケールとの相対変位量に応じたエンコーダ信号をそれぞれ出力する複数のエンコーダヘッドからのそれぞれの前記エンコーダ信号を処理する単一のエンコーダ用信号処理回路であって、
   前記複数のエンコーダヘッドの何れかからのエンコーダ信号の読み出し開始後に、前記複数のエンコーダヘッドから出力されるエンコーダ信号の読み出し順を決定可能で、かつ、前記複数のエンコーダヘッドから出力されるエンコーダ信号から、前記複数のエンコーダヘッドのそれぞれと対応する前記スケールとの相対速度を算出し、該算出した相対速度に応じた分解能を決定可能な処理決定部と、
   前記処理決定部からの出力に従い、前記エンコーダ信号から変位情報を生成する処理部と、
   を具備することを特徴とするエンコーダ用信号処理回路。