(57)【要約】【課題】  エンコーダ内に装備される電子回路基板の小型化の要請に対応して出力信号のレベル調整ができるようにする。【解決手段】  信号調整装置１００が、デジタル信号からなる制御信号を送信することでエンコーダ３０を制御可能なコントローラ５０およびＬＡＮケーブルを介してコントローラ５０と通信可能な遠隔地におけるパーソナルコンピュータ７０を有して構成され、このコントローラ５０が、エンコーダ３０と通信回線で接続されるトランシーバ５１と、パーソナルコンピュータ５２に設けられトランシーバ５１で受信したエンコーダ信号が所定の規格を満たして出力されているか否かを判定する信号判定回路５２ａと、エンコーダ信号を所定の規格に調整させるための調整信号をエンコーダ３０に出力する調整指令信号出力回路５２ｂとを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンコーダと通信回線で接続される通信手段と、
前記通信手段で受信したエンコーダ信号が所定の規格を満たしているか否かを判定する信号判定手段と、
前記信号判定手段により前記エンコーダ信号が前記所定の規格を満たしていないと判定された場合に、前記エンコーダ信号を前記所定の規格に調整させるための調整信号を前記エンコーダに出力する調整信号出力手段とを有することを特徴とするエンコーダ信号調整装置。
【請求項２】
前記規格とは、前記エンコーダの信号のオフセットまたは振幅または位相の少なくとも１つの規格であることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ信号調整装置。
【請求項３】
被検物の移動位置に応じたエンコーダ信号を出力するエンコーダと、
請求項１または請求項２に記載のエンコーダ信号調整装置とを有することを特徴とするエンコーダシステム。
【請求項４】
前記エンコーダは、前記調整信号に基づいて前記エンコーダ信号が前記所定の規格を満たすように調整する信号調整手段を有することを特徴とする請求項３に記載のエンコーダシステム。
【請求項５】
前記信号調整手段で前記エンコーダ信号を調整した結果を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のエンコーダシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダ信号調整装置およびエンコーダシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータによって被駆動体を駆動する駆動装置は、従来から様々な分野の電子機器や産業用ロボット等に広く用いられており、例えばカメラにおいても、サーボモータによって駆動される撮影レンズを合焦位置に移動・停止させる自動焦点調節装置に適用されている。このような、カメラのレンズ駆動装置には、制御に必要なレンズの移動量や移動速度等を検出するための位置センサとしてロータリエンコーダが良く使われている。
【０００３】
このように、位置センサとして使用されているロータリエンコーダは、モータ等のアクチュエータの回転軸に固定されてその回転量を検出する装置で、光学式および磁気式によるものがあり、このうち光学式のロータリエンコーダは、例えば特許文献１にも記載されているように、微小なスリットが等間隔に形成されてモータに固定される回転ディスクを使用するものである。回転ディスクを挟んで一方には光源としての発光素子（ＬＥＤ）が、他方には発光素子と対向するように受光素子（フォトダイオード）が配置されており、発光素子から発光された光は受光素子によって受光され、発光素子からの光量に応じたアナログ信号が出力されるようになっている。このように構成された光学式のロータリエンコーダでは、モータの回転とともに回転ディスクが回転すると、発光素子から回転ディスクのスリットを通って受光素子へ達する光が周期的に遮断され、この光の変化を受光素子により検出することによって変位を検知することができるようになっている。このとき受光素子からは例えば９０度の位相差を持つ２つの擬似正弦波が出力され、増幅回路により増幅された後、２つの擬似正弦波はＡ／Ｄ変換回路内のコンパレータによって高電圧状態（ハイレベル）と低電圧状態（ローレベル）の２つの状態をとる矩形波（パルス信号）に変換されて出力される。このパルス信号は計測機器などの計数回路に入力され、モータの位置情報が算出されるようになっている。
【特許文献１】特開２０００−２３４９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した光学式のロータリエンコーダでは、発光素子の発光量や受光素子からの出力信号に誤差があり、個々のロータリエンコーダによる回転位置の測定のばらつきをなくすために、ロータリエンコーダの被駆動体への組付時に装置毎にロータリエンコーダからの出力信号のＤＣオフセットや振幅の調整を行う必要がある。
【０００５】
従来におけるこのようなロータリエンコーダの出力信号のレベル調整は、作業者がエンコーダ毎に当該出力信号を出力するチェックピンなどからの波形をオシロスコープ等のモニタを見ながら、エンコーダ内の増幅回路におけるゲインを回路基板上の可変抵抗の抵抗値を変化させることにより行われていた。
【０００６】
しかしながら、近年ロータリエンコーダ等の位置センサの小型化の要請にともなってロータリエンコーダ内に装備される電子回路基板も小型化されているが、電子回路基板上に上記のようなチェックピンや出力信号のレベル調整を行うための可変抵抗等を実装するとその分電子回路基板が大型化してしまう。
【０００７】
以上のような課題に鑑みて、本発明では、エンコーダの電子回路基板を小型化できるエンコーダ信号調整装置およびエンコーダシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために本発明に係るエンコーダ信号調整装置は、エンコーダと通信回線で接続される通信手段と、通信手段で受信したエンコーダ信号が所定の規格（例えば、振幅が所定の範囲内、オフセット電圧が所定以下であるといったこと）を満たしているか否かを判定する信号判定手段と、信号判定手段によりエンコーダ信号が所定の規格を満たしていないと判定された場合に、エンコーダ信号を所定の規格に調整させるための調整信号をエンコーダに出力する調整信号出力手段とを有する。
【０００９】
また、上記構成のエンコーダ信号調整装置において、規格とは、エンコーダの信号のオフセットまたは振幅または位相の少なくとも１つの規格であるのが好ましい。
【００１０】
さらに、前記課題を解決するために本発明に係るエンコーダシステムは、被検物の移動位置に応じたエンコーダ信号を出力するエンコーダと、請求項１または請求項２に記載のエンコーダ信号調整装置とを有する。
【００１１】
また、上記構成のエンコーダシステムにおいて、エンコーダは、調整信号に基づいてエンコーダ信号が所定の規格を満たすように調整する信号調整手段を有するのが好ましい。
【００１２】
さらに、上記構成のエンコーダシステムにおいて、信号調整手段でエンコーダ信号を調整した結果を記憶する記憶手段を有するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に関するエンコーダ信号調整装置およびエンコーダシステムによれば、エンコーダの電子回路基板を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図１乃至図４を参照して説明する。なお、本実施例においては、信号調整されるアナログ信号を出力するエンコーダとして、上述したような光学式のロータリエンコーダを例に、これを用いて説明する。
【００１５】
図１に本発明に係る信号調整装置１００が適用されるエンコーダ３０とエンコーダ３０との間でトランシーバ７，５１を介して通信可能に接続されたコントローラ５０等とのシステム構成を示している。この信号調整装置１００は、パーソナルコンピュータ５２等からなるコントローラ５０とＬＡＮケーブルを介してコントローラ５０と通信可能な遠隔地におけるパーソナルコンピュータ７０（以下、「ＰＣ７０」という）とに大別される。
【００１６】
エンコーダ３０は、モータの変位（回転位置）を検出するための擬似正弦波信号を生成し、当該擬似正弦波信号を用いてモータの変位を位置データとして検出する。変位検出値はデジタル信号に変換されてコントローラ５０へ送信され、コントローラ５０は、デジタル信号からなる制御信号をエンコーダ３０に送信することによって変位検出値に応じたモータの駆動制御を行い、擬似正弦波信号の異常が検出された場合には所定の措置をとる。
【００１７】
エンコーダ３０は、ＬＥＤなどの発光素子２、回転ディスク１、シリコンフォトダイオードなどの受光素子３、差動アンプ４，４からなる増幅回路から構成される測定部１０と、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路、Application
Specific Integrated Circuit）によって構成されたデータ処理部５と、モータの位置データを書換可能な不揮発性のメモリからなる記録部６と、さらには送受信手段としてのトランシーバ７とを有して構成される。
【００１８】
回転ディスク１にはその周方向に複数のスリット（パターン）が所定の間隔で形成されており、回転ディスク１の中心は、変位を計測する対象である図示しないモータの回転軸に固定されている。発光素子２および受光素子３は、両者間に設けられる回転ディスク１を挟んで対向するようにそれぞれ配設される。発光素子２から射出した光は、図示しない照明光学系によって回転ディスク１に照射され、回転ディスク１のスリットを透過した光が受光素子３で検出される。受光素子３は、受光した光の強さに応じて検出信号を出力する。
【００１９】
図２に示すように、回転ディスク１に形成されたパターンは、アブソリュートパターンからなるアブソリュートトラック１ａと、インクリメンタルパターンからなるインクリメンタルトラック１ｂとを有している。図２において、白色部分が発光素子２からの光を透過するスリットからなる光透過部、そして、黒色部分が光を遮る遮光部となっている。
【００２０】
受光素子３のうちアブソリュート検出素子群３ａは、アブソリュートトラックのアブソリュートパターンを読み取るためアブソリュートトラック１ａに沿って配置されるものである（図２の３ａ−１〜３ａ−６）。
【００２１】
また、受光素子３のうちインクリメンタル検出素子群３ｂは、Ａ相とＢ相信号を検出するものである。図２に示すように、このインクリメンタル検出素子群３ｂは、インクリメンタルトラック１ｂの符号を検出するもので、インクリメンタルトラック１ｂに沿って配置されたＡ相検出用の検出素子３ｂ−１とＢ相検出用の検出素子３ｂ−２とからなる。これらＡ相検出用の検出素子３ｂ−１とＢ相検出用の検出素子３ｂ−２とは互いにインクリメンタルパターンの最小読み取り単位の３／２の間隔、すなわち３Ｌ／４ずらして配置されている。
【００２２】
そして、アブソリュートパターンおよびインクリメンタルパターンが形成された回転ディスク１の回転により、インクリメンタル検出素子群３ｂからのインクリメンタル信号に基づいて、アブソリュート検出素子群１ａが読み取るべきアブソリュート信号に対応した受光信号が受光素子３から発生するようになっている。
【００２３】
検出素子３ｂ−１から出力される信号と検出素子３ｂ−２から出力される信号とが各々増幅された後、増幅回路の差動アンプ４において差動増幅されることで擬似正弦波信号のＡ相信号とＢ相信号とが生成される。
【００２４】
図３は、増幅回路から出力されるＡ相信号およびＢ相信号の波形を示す図である。図３において、横軸は擬似正弦波信号の位相角θであり、縦軸は受光素子３ｂ−１，３ｂ−２の受光レベル（アナログ信号の出力レベル）である。位相角θは、モータの回転位置（すなわち、モータにより駆動されるアクチュエータ等の変位）に対応する。ここで、Ａ相信号をｓｉｎθで表すと、Ｂ相信号はｃｏｓθで表され、Ｂ相信号はＡ相信号に対して位相が９０度遅れた信号であり、この位相差は、隣接する検出素子３ｂ−１および検出素子３ｂ−２の間隔に対応する。
【００２５】
増幅回路の差動アンプ４，４において生成されたＡ相およびＢ相信号は、各々データ処理部５内に入力される。データ処理部５は、擬似正弦波信号その他のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ５ａ，５ａを有しており、データ処理部５内に入力されたＡ相およびＢ相信号は、Ａ／Ｄコンバータ５ａ，５ａにより各々デジタル信号に変換される。
【００２６】
Ａ／Ｄコンバータ５ａ，５ａによりデジタル信号に変換されたモータの位置データは、ＲＳ−４８５と称される通信規格に準じ、半二重双方向通信が可能な専用のライントランシーバ７によるシリアル通信によりエンコーダ３０からコントローラ５０に向けて送信される。
【００２７】
エンコーダ３０からコントローラ５０に向けて送信されるデータは、Ａ相、Ｂ相信号ばかりではなく、エンコーダが所定の性能を発揮するために調整が必要な信号、例えばアブソリュートパターンからの信号や磁気エンコーダの場合には磁気センサからの信号などもＡ相、Ｂ相信号と同様にコントローラ５０に向けて送信される。
【００２８】
調整が必要な信号は、ライントランシーバ７によるシリアル通信によりコントローラ５０に出力されるため、エンコーダ３０の電子回路基板上にこれらの信号をモニタするためのチェックピンなどを配置する必要はない。従ってその分電子回路基板を小型化することができる。
【００２９】
一方、コントローラ５０は、エンコーダ３０に装備されているのと同様、ＲＳ−４８５規格の半二重双方向通信が可能なライントランシーバ５１と、ＰＣＩバスコネクタを介して専用基板が内蔵されたパーソナルコンピュータ５２（以下、「ＰＣ５２」という）とを有して構成される。
【００３０】
ＰＣ５２は、デジタル信号に変換されてコントローラ５０に入力された受光信号（擬似正弦波信号）が所定の規格（例えば、振幅が所定の範囲内、オフセット電圧が所定以下であるといったこと）を満たした状態で出力されているか否かを判定する信号判定回路５２ａと、当該信号判定回路５２ａにより受光信号が所定の規格を満たしていない状態で出力されているものと判定された場合に、受光信号を所定の規格に調整させるための調整指令信号をエンコーダ３０に向けて出力する調整指令信号出力回路５２ｂを有している。
【００３１】
コントローラ５０からエンコーダ３０に向けて出力された調整指令信号により、エンコーダ３０の電子回路基板上に設けられた電子ボリュームなどが調整され、エンコーダ３０の信号が所定の規格内になるように調整される。従って従来のエンコーダにようにエンコーダ３０の電子回路基板上に可変抵抗器などを設ける必要がなく、その分電子回路基板を小型化することができる。また、デジタル信号に変換された受光信号はモニタ５３に映し出されるようになっており、作業者はモニタ５３を見ることによって受光信号の状態を認識することができる。
【００３２】
ここで、以上のように構成された信号調整装置１００を用いて、エンコーダ３０から出力されるアナログ信号の調整について、図４に示すフローチャートを追加参照しながら説明する。
【００３３】
エンコーダ３０が取り付けられたモータを所定の低回転速度で回転させ、受光素子３からアナログ信号が出力された状態で、まずコントローラ５０のＰＣ５２からトランシーバ５１を介した半二重シリアル通信によりエンコーダ３０に向けてアナログ信号調整用のデータ（デジタル信号に変換された受光信号）を要求するデータ要求信号が送信され、これがエンコーダ３０に入力される（ステップＳ１）。この信号は、エンコーダ３０側に予め設定された特殊コマンドであり、エンコーダ３０のデータ処理部５がコントローラ５０からのデータ要求信号を受信すると、上記特殊コマンドが有効であると認証する（ステップＳ２）。特殊コマンドが認証されると、エンコーダ３０のトランシーバ７およびコントローラ５０のトランシーバ５１間において、信号調整用モニタプロトコルにより双方向の通信が開始される（ステップＳ３）。
【００３４】
アナログ信号の調整時には、信号調整用モニタプロトコルにより双方向の通信が行われ、当該信号調整用モニタプロトコルを用いた送受信が行われている場合には、ＰＣ５２の調整指令信号出力回路５２ｂからの調整指令信号のみがコントローラ５０からの制御信号としてエンコーダ３０に向けて出力される。このため、アナログ信号が調整されている最中にエンコーダ３０による位置検出に基づいてモータ等が駆動制御されてモータ等が誤動作するのを防止することが可能である。
【００３５】
信号調整用モニタプロトコルにより双方向の通信が開始後、上記データ要求信号に応じて、増幅回路の差動アンプ４から出力されている２種類のアナログ信号（擬似正弦波信号）、すなわち、Ａ相信号およびＢ相信号が時間的な差異がないようにデータ処理部５のシステムクロックによりほぼ同時にデータ処理部５に取込保持される（ステップＳ４）。
【００３６】
データ処理部５に取り込まれたアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ５ａ，５ａにより各々デジタルデータとして変換され、このデジタルデータはトランシーバ７を介して半二重シリアル通信によりコントローラ５０に向けて送信される（ステップＳ５）。
【００３７】
コントローラ５０はトランシーバ７を介してエンコーダ３０からの上記デジタルデータを受信すると、シリアル／パラレル変換を行い、内蔵の専用基板を介してＰＣ５２本体に送られる（ステップＳ６）。このときＰＣ５２のモニタ５３上には、エンコーダ３０からの波形（受光素子３からの出力信号）が、あたかもオシロスコープの画面上に映し出されるように描画される。また、ＰＣ５２にＬＡＮ接続された遠隔地のＰＣ７０に向けてデジタルデータを送信することもできる。
【００３８】
このため、エンコーダ３０から出力されるアナログ信号のＤＣオフセットレベル、その振幅の大小、複数信号間の位相関係を、エンコーダ３０から離れた場所においてモニタし、遠隔制御によるアナログ信号の調整を行うことが可能である。
【００３９】
ＰＣ５２はエンコーダ３０からのデジタルデータを受信すると、信号判定回路５２ａが
デジタルデータの良否判定のためのプログラムを実行し、アナログ信号（Ａ相信号およびＢ相信号）が所定の規格を満たしているか否かをデジタルデータに基づいて判定する（ステップＳ７）。
【００４０】
ここで、アナログ信号が満たすべき上記所定の規格とは、例えば、Ａ相信号とＢ相信号との位相差が９０度を基準としてプラスマイナス１０度以下であることや、Ａ相およびＢ相のＤＣオフセットレベルがいずれもプラスマイナス０．３ボルト以下であることや、あるいは、Ａ相およびＢ相の振幅がいずれも２．０ボルトから３．０ボルトの範囲内である、といったことである。なお、上記所定の規格の値はあくまでも一例であって、エンコーダ３０から出力されるアナログ信号が、上記のような数値の範囲内に必ずしもある必要はなない。
【００４１】
そして、信号判定回路５２ａにより差動アンプ４，４から出力されるアナログ信号が所定の規格を満たしていないものと判定された場合には、差動アンプ４，４から出力されるアナログ信号を上記のような所定の規格内に収めるような指令、例えば、アナログ信号のＤＣオフセットレベルを上下させる指令、差動アンプ４，４のゲインを大きくさせる、もしくは小さくさせる指令といったアナログ調整指令信号が、調整指令信号出力回路５２ｂからトランシーバ５１を介してエンコーダ３０に向けて出力する（ステップＳ８）。
【００４２】
コントローラ５０からのアナログ調整指令信号は、トランシーバ７を介してエンコーダ３０のデータ処理部５に入力される。データ処理部５においては、Ｄ／Ａコンバータ５ｂ，５ｂによりアナログ調整指令信号のデジタル／アナログ変換がなされ（ステップＳ９）、変換されたＤ／Ａコンバータ５ｂ，５ｂからのアナログ調整指令信号は差動アンプ４，４に向けて伝送され、差動アンプ４，４から出力されるアナログ信号が所定の規格内に収まるようなオフセット調整やゲイン調整が行われる（ステップＳ１１）。
【００４３】
また、上記のようにして、調整指令信号出力回路５２ｂからエンコーダ３０に向けて出力するアナログ調整指令信号が出力されると、アナログ信号の調整後の振幅値等のデータが、自動的にＰＣ５２に保存され、また、エンコーダ３０内の不揮発性メモリ６にも記憶される（ステップＳ１０）。このため、エンコーダ３０自身が信号調整の様態を記憶保持することが可能となっている。
【００４４】
このように、本発明においては、本来電子回路基板上のチェックピンなどでモニタしていた信号を、元々ＡＳＩＣ内にあるＡ／Ｄコンバータに入力してＡ／Ｄ変換し、変換したデジタル信号をエンコーダの通信ライン（ＲＳ−４８５）を用いてコントローラに出力している。また、コントローラからこの通信ラインを用いてエンコーダの信号を調整するための指令をエンコーダに出力し、エンコーダの信号を調節する。これにより、エンコーダの電子回路基板上にチェックピンなどを配置しなくても、あたかも信号をオシロスコープで観測して調整するのと同様に信号を調整することが可能である。
【００４５】
従って、エンコーダを調整するための信号などを出力するチェックピン、モニタ用のパッドや、エンコーダの信号を調整する可変抵抗などを電子回路基板上に配置する必要がないため、エンコーダの電子回路基板を小型化することができる。電子回路基板の小型化にともない、エンコーダ全体を小型化することも可能になる。
【００４６】
また、エンコーダ等の位置センサから出力される出力信号の調整が、上位コントローラとの通信により自動的に行われるため、作業者により煩雑な信号調整を行う工程を必要とせず、信号調整における人為的なミスを排除することができる。また、エンコーダの経年変化により信号調整が必要となった場合には、エンコーダの不揮発性メモリ内に記憶されている信号調整の様態を参照することができる。
【００４７】
なお、これまで本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明の範囲は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施例では、アナログ信号を調整する信号調整手段としてＤ／Ａコンバータ５ｂ，５ｂを例に説明したが、Ｄ／Ａコンバータ５ｂ，５ｂに代わりに、差動アンプ４，４のゲイン調整等が可能な電子ボリュームを用いて信号調整手段を構成してもよい。
【００４８】
また、上記の実施例においては、モータ等のアクチュエータの回転量を検出可能であるロータリエンコーダから出力されるアナログ信号の信号調整を一例として説明したが、出力信号の信号調整を光学式のリニアエンコーダに適用してもよい。また、上記の実施例では光学式のエンコーダについて説明したが、磁気式のエンコーダに適用しても構わない。
【００４９】
さらに、信号調整の対象となるセンサは、上記のようにエンコーダに限られるものではなく、レーザマイクロメータ等の測長センサ、超音波変位センサ、近接センサ等、測定対象物の変位等に応じてアナログ信号を出力するセンサに対して本発明に係る信号調整装置を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る信号調整装置およびエンコーダシステムを示すブロック図である。
【図２】本発明に係るエンコーダに設けられた回転ディスクを示す図である。
【図３】上記エンコーダに設けられた受光素子からの出力信号に基づいて生成される擬似正弦波の波形を示す図である。
【図４】上記信号調整装置を用いて行われるアナログ信号調整を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１  回転ディスク    ２  発光素子    ３  受光素子
４  差動アンプ    ５  データ処理部    ５ａ  Ａ／Ｄコンバータ
５ｂ  Ｄ／Ａコンバータ（信号調整手段）    ６  不揮発性メモリ（記憶手段）
７  トランシーバ    １０  測定部    ３０  エンコーダ
５０  コントローラ    ５１  トランシーバ（通信手段）
５２  パーソナルコンピュータ    ５２ａ  信号判定回路（信号判定手段）
５２ｂ  調整指令信号出力回路（調整信号出力手段）    ５３  モニタ
７０  遠隔地のパーソナルコンピュータ    １００  信号調整装置（エンコーダ信号調整装置）
【図１】
2006284419.tif 000003
【図２】
2006284419.tif 000004
【図３】
2006284419.tif 000005
【図４】
2006284419.tif 000006