(57)【要約】  【解決手段】  エンコーダシステムは、一群のプログラム可能な検出器と、一群のプログラム可能なチャネルと、前記プログラム可能な検出器と前記プログラム可能なチャネルとの間に結合されたプログラム可能な接続ネットワークとを含む。前記プログラム可能な検出器の各々は、光学的入力または磁気的入力に応答して電流を生成するように動作可能である。前記プログラム可能なチャネルの各々は、電流入力に応答して出力を生成するように動作可能である。前記プログラム可能なチャネルからの前記出力は、運動物体のアブソリュート位置を決定するためのコード語の少なくとも一部を形成する。前記プログラム可能な接続ネットワークは、前記プログラム可能な検出器の少なくとも一部からの電流を前記プログラム可能なチャネルの各々にルーティングするように動作可能である。  【選択図】      図１Ａ
2021510421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンコーダシステムであって、
一群のプログラム可能な検出器であって、前記プログラム可能な検出器の各々は、光学的入力または磁気的入力に応答して電流を生成するように動作可能である、前記一群のプログラム可能な検出器と、
一群のプログラム可能なチャネルであって、前記プログラム可能なチャネルの各々は、電流入力に応答して出力を生成するように動作可能であり、前記プログラム可能なチャネルからの前記出力は運動物体のアブソリュート位置を決定するためのコード語の少なくとも一部を形成するものである、一群のプログラム可能なチャネルと、
前記プログラム可能な検出器と前記プログラム可能なチャネルとの間に結合され、前記プログラム可能な検出器の少なくとも一部からの電流を前記プログラム可能なチャネルの各々へルーティングするように動作可能なプログラム可能な接続ネットワークと
を有するエンコーダシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のエンコーダシステムにおいて、前記プログラム可能なチャネルの各々は、プログラム可能な閾値レベルを有する比較器を含むものである、エンコーダシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のエンコーダシステムにおいて、前記プログラム可能なチャネルの各々は、前記比較器と前記プログラム可能な接続ネットワークとの間に結合されたトランスインピーダンス増幅器を含むものであり、前記トランスインピーダンス増幅器は前記プログラム可能な検出器からの電流を受け取るものである、エンコーダシステム。
【請求項４】
請求項２に記載のエンコーダシステムにおいて、前記比較器はプログラム可能なヒステリシスを有するものである、エンコーダシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のエンコーダシステムにおいて、前記プログラム可能な検出器の各々は、オフ、部分的にオン、および完全にオンを含む状態のうちの１つに設定されるように動作可能である、エンコーダシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のエンコーダシステムにおいて、前記一群のプログラム可能な検出器は、行および列を有する配列で配置されているエンコーダシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のエンコーダシステムにおいて、同列にある前記プログラム可能な検出器は同一のプログラム可能なチャネルにルーティングされるものである、エンコーダシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のエンコーダシステムにおいて、列内の前記プログラム可能な検出器の少なくとも１つはオフになるようにプログラムされるものであり、当該列内のプログラム可能な検出器の他の１つはオンになるようにプログラムされるものである、エンコーダシステム。
【請求項９】
請求項１に記載のエンコーダシステムにおいて、さらに、出力が前記運動物体の相対位置を決定するように動作可能であるインクリメンタル符号化チャネルを有するものであり、前記プログラム可能な接続ネットワークは、前記一群のプログラム可能な検出器のいくつかからの電流を前記インクリメンタル符号化チャネルにルーティングするように動作可能である、エンコーダシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のエンコーダシステムにおいて、前記インクリメンタル符号化チャネルに電流を供給する前記プログラム可能な検出器は、前記プログラム可能なチャネルに電流を供給する前記プログラム可能な検出器とは別体である、エンコーダシステム。
【請求項１１】
請求項１に記載のエンコーダシステムにおいて、さらに、１若しくはそれ以上のメモリから１若しくはそれ以上の構成ファイルを読み取り、当該１若しくはそれ以上のを用いて、前記プログラム可能な検出器、前記プログラム可能なチャネル、および前記プログラム可能な接続ネットワークをプログラムするように動作可能なコントローラを有するものである、エンコーダシステム。
【請求項１２】
エンコーダシステムであって、
電磁波を送信するように動作可能な送信機と、
前記電磁波をパターンで変調して変調された電磁波を生じるように動作可能なコード板と、
前記変調された電磁波を受信し、前記コード板のアブソリュート位置を検出するように動作可能な受信機であって、
前記受信機は、
プログラム可能な検出器であって、当該プログラム可能な検出器の各々は、そこに入射する変調された電磁波に応答して電流を生成するように動作可能である、前記プログラム可能な検出器と、
プログラム可能なチャネルであって、当該プログラム可能なチャネルの各々は電流入力に応答して出力を生成するように動作可能であり、前記プログラム可能なチャネルからの前記出力は、前記コード板のアブソリュート位置を決定するためのコード語の少なくとも一部を形成するものである、前記プログラム可能なチャネルと、
前記プログラム可能な検出器と前記プログラム可能なチャネルとの間に結合され、前記プログラム可能な検出器の少なくとも一部からの電流を前記プログラム可能なチャネルの各々にルーティングするように動作可能なプログラム可能な接続ネットワークと
を含むものであり、
前記受信機は、１若しくはそれ以上の構成ファイルを受信し、当該１若しくはそれ以上の構成ファイルを用いて、前記プログラム可能な検出器、前記プログラム可能なチャネル、および前記プログラム可能な接続ネットワークをプログラムするように動作可能である、
前記受信機と
を有するエンコーダシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のエンコーダシステムにおいて、前記プログラム可能なチャネルの各々は、プログラム可能な閾値電圧レベルを有する比較器を含むものである、エンコーダシステム。
【請求項１４】
請求項１２に記載のエンコーダシステムにおいて、前記プログラム可能な検出器は複数の列に配置されているものであり、同列にある前記プログラム可能な検出器は前記プログラム可能な接続ネットワークを介して同一のプログラム可能なチャネルにルーティングされるものである、エンコーダシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のエンコーダシステムにおいて、前記プログラム可能な接続ネットワークは、１列の前記プログラム可能な検出器を複数の前記プログラム可能なチャネルにルーティングするように動作可能である、エンコーダシステム。
【請求項１６】
請求項１２に記載のエンコーダシステムにおいて、前記受信機はさらに、前記コード板の運動を検出するように動作可能である、エンコーダシステム。
【請求項１７】
エンコーダシステムであって、
光検出器のアレイであって、各光検出器はオンおよびオフを含む状態の１つにプログラムされるように動作可能であり、オン状態の光検出器はそこに入射する光に応答して電流を生成するように動作可能である、前記光検出器のアレイと、
一群のチャネルであって、各チャネルは、電流入力に応答して出力を生成するように動作可能であり、前記チャネルからの前記出力は、運動物体のアブソリュート位置を決定するためのコード語の少なくとも一部を形成するものであり、各チャネルはプログラム可能な閾値を有する電圧比較器を含むものである、前記一群のチャネルと、
前記光検出器と前記チャネルとの間に結合され、前記光検出器からの電流を前記チャネルにルーティングするように動作可能であるプログラム可能な接続ネットワークであって、前記プログラム可能な接続ネットワークは、１列の前記光検出器を複数のチャネルにルーティングし、複数列の前記光検出器を１つのチャネルにルーティングするように動作可能である、前記プログラム可能な接続ネットワークと
を有するエンコーダシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のエンコーダシステムにおいて、前記チャネルの各々はさらに、前記電圧比較器と前記プログラム可能な接続ネットワークとの間に結合されたトランスインピーダンス増幅器を含むものである、エンコーダシステム。
【請求項１９】
請求項１７に記載のエンコーダシステムにおいて、前記一群のチャネルのうちの２つのチャネルは、異なる個数の前記光検出器から電流を受け取るようにプログラムされるものである、エンコーダシステム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のエンコーダシステムにおいて、前記一群のチャネルのうちの２つのチャネルにおける比較器は異なる閾値でプログラムされるものであるエンコーダシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１８年５月１５日に出願された米国特許出願第１５／９８０２５５号および２０１８年１月９日に出願された米国仮特許出願第６２／６１５２４３号の利益および優先権を主張するものであり、参照によりその全体の開示が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
光学エンコーダ等のエンコーダシステムは一般的に、物体の位置情報および／または運動情報を検出し、それをアナログ信号またはデジタル信号に変換する電気機械デバイスを含む。例えば、前記物体としてはその上にパターンを有するコード板がある。コード板が回転またはスライドすると、コード板を透過または反射した光はコード板の位置情報および／または運動情報を運ぶ。光はその後、光検出器で受光され、その情報が回路によって検出および処理される。光検出器と処理回路は典型的には特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの１つのデバイスに統合されている。
【０００３】
光学エンコーダの製造業者は伝統的に、様々な形状、サイズ、および／または構成を有する異なるコード板に対して異なるＡＳＩＣを必要とする。例えば、前記コード板としてはコードホイールまたはコードストリップがあり得る。異なるコードホイールでは、半径や回転あたりのパルス数が異なる場合がある。異なるコードストリップでは、単位長さあたりのパルス数が異なる場合がある。さらに、コード板は透過性または反射性を有し得る。またコード板上のスリットは異なる形状およびサイズを有し得る。異なるコード板を用いて少量から中程度の量の様々なエンコーダを製作するには、製造業者は、少量から中程度の量の様々なＡＳＩＣのポートフォリオを購入し保持する必要がある。これにより、同じＡＳＩＣを複数の異なるコード板に用いる場合よりも、コストが高くなり、サプライチェーンがより複雑になる。
【０００４】
したがって、エンコーダシステムの改良が望まれている。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
本開示の態様は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を読むことで最も良く理解される。業界の標準的な慣行に従い、種々の特徴が縮尺どおりに描かれていないことに留意されたい。実際、様々な特徴の寸法は説明の明確性のため適宜拡大または縮小されていることがある。
【図１Ａ】図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃは、いくつかの実施形態による、回転コード板（すなわち、コードホイール）を備えた例示的な透過型光学エンコーダを示す。
【図１Ｂ】図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃは、いくつかの実施形態による、回転コード板（すなわち、コードホイール）を備えた例示的な透過型光学エンコーダを示す。
【図１Ｃ】図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃは、いくつかの実施形態による、回転コード板（すなわち、コードホイール）を備えた例示的な透過型光学エンコーダを示す。
【図２】図２は、いくつかの実施形態による、線形コード板（すなわち、コードストリップ）を有する例示的な反射型光学エンコーダの図である。
【図３】図３は、本開示のいくつかの実施形態による、エンコーダシステムの一部分の概略図を示す。
【図４】図４は、いくつかの実施形態による、コード板のアブソリュートトラックが重ね合わされた例示的なプログラム可能な光検出器アレイを示す。
【図５】図５は、いくつかの実施形態による、プログラム可能な検出器およびプログラム可能な接続ネットワークを備えたエンコーダシステムの一部分の概略図を示す。
【図６】図６は、いくつかの実施形態による、プログラム可能な接続ネットワークの一部の例示的な実装を示す。
【図７Ａ】図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃは、いくつかの実施形態による例示的な光学エンコーダ集積回路（ＩＣ）のブロック図を示す。
【図７Ｂ】図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃは、いくつかの実施形態による例示的な光学エンコーダ集積回路（ＩＣ）のブロック図を示す。
【図７Ｃ】図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃは、いくつかの実施形態による例示的な光学エンコーダ集積回路（ＩＣ）のブロック図を示す。
【図８】図８は、いくつかの実施形態による、アブソリュート・トラック・ピクセル・アレイとともに直交トラック・ピクセル・アレイを実装する例を示す。
【図９】図９は、一実施形態による、プログラム可能な検出器アレイの電流をトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）を用いてアナログ出力に変換する例示的な補間抵抗ラダーの回路図を示す。
【図１０】図１０は、一実施形態による、例示的な光学エンコーダ集積回路（ＩＣ）のブロック図を示す。
【図１１】図１１は、いくつかの実施形態による、検出器からチャネルへのマッピングを決定する例示的な方法のフローチャートを示す。
【図１２】図１２は、いくつかの実施形態による、プログラム可能な検出器アレイを備えた光学式アブソリュートエンコーダを動作させる例示的な方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下の開示は、提供される主題の異なる特徴を実施する、複数の異なる実施形態または例を提供する。本開示を簡略化するため、構成要素および配置の特定の例が以下に記載される。当然、これらは単なる例に過ぎず、限定することを意図するものではない。本開示に関係する当業者であれば通常想到し得るような、記載のデバイス、システム、方法に対する任意の変更および更なる修正、ならびに本開示の原理の任意の更なる適用が全て想定される。例えば、一実施形態に関して説明される特徴、構成要素、および／または工程は、本開示の他の実施形態に関して説明される特徴、構成要素、および／または工程と組み合わせることで、そのような組み合わせが明示的に示されていなくても、デバイス、システム、方法の更なる他の実施形態を形成し得る。さらに、簡潔性のために、いくつかの実施例では、同じまたは同様の部分を指すのに同じ参照番号が図面全体を通して用いられる。
【０００７】
本開示は、概して、エンコーダシステムおよびその方法に関し、より具体的には、プログラム可能な光検出器アレイと、プログラム可能なチャネルと、前記光検出器アレイと前記チャネルとの間のプログラム可能な接続ネットワークとを有する光学エンコーダに関する。一実施形態において、前記プログラム可能な光検出器アレイ、プログラム可能なチャネル、およびプログラム可能な接続ネットワークは、ＡＳＩＣなどの１つのデバイスに統合されている。ＡＳＩＣは、アブソリュートエンコーダとインクリメンタルエンコーダを実装するために、コード板の位置（および任意選択的に運動）を検出し符号化（ｅｎｃｏｄｅ）する異なる複数のコード板と連携するようにプログラムすることができる。アブソリュートエンコーダがコード板の絶対位置を検出し符号化可能であるのに対し、インクリメンタルエンコーダは、エンコーダシステムの電源投入時の位置に対するコード板の位置を検出し符号化可能である。エンコーダは、アブソリュートエンコーダとインクリメンタルエンコーダの両方の機能を有し得る。コード板は、任意の適切な構成のコードホイールおよびコードストリップ、ならびにその他の種類の符号化装置を含む。本開示の様々な実施形態は、種々の構成のエンコーダシステムに単一のＡＳＩＣ設計を用いることを可能にするものであり、このため、製造業者は、コストをより低く、サプライチェーンをより単純化することができる。簡潔性のために、光検出器による光学的検出が本開示に示されている。しかしながら、本開示の原理は、光学的検出に限定されるものではなく、磁気検出器を用いた磁束変化の検出など、その他の種類の電磁気的または磁気的検出に適用することができる。
【０００８】
図１Ａは、本開示に従って構築されたエンコーダシステム１００の実施形態を示す。エンコーダシステム１００は、光源１０２と、コード板１０４と、検出器デバイス（またはエンコーダデバイス）１１０とを含む。
【０００９】
一実施形態において、光源１０２は発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。他の実施形態では、光源１０２は、コヒーレント光を生成する半導体レーザを含む。本実施形態において、光源１０２によって生成される光の波長またはスペクトルは、コード板１０４および様々な光検出器を含む検出器デバイス１１０と互換性をもって機能する。光源１０２は、（例えば、透過型光学エンコーダにおいて）１若しくはそれ以上のコリメート光学系、または（例えば、反射型光学エンコーダにおいて）１若しくはそれ以上の焦点光学系をさらに含み得る。
【００１０】
図示の実施形態において、コード板１０４は、その中心軸１０３周りを回転するものであり、コードホイールともいう。コード板１０４は、トラック１０６、１０８など、その上にパターンを伴う１若しくはそれ以上のトラックを含む。この実施形態において、トラックはコード板１０４上の環状領域である。トラック上のパターンに応じて、トラックは直交トラックまたはアブソリュートトラックという。例えば、交互に実質的に等しいサイズの透過パターンと不透明パターンを備えたトラックは、コード板１０４の運動（速度および／または方向）を符号化するのに用いることができ、ゆえに、直交トラックということがある。対照的に、様々なサイズの透過パターンおよび不透明パターンを有するトラックは、コード板１０４のアブソリュート位置（ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）を符号化するのに用いることができ、ゆえに、アブソリュートトラックということがある。トラック１０６またはトラック１０８のどちらかはアブソリュートトラックであってもよい。一実施形態において、トラック１０８はアブソリュートトラックであり、トラック１０６は直交トラックである。いくつかの実施形態において、コード板１０４は複数のアブソリュートトラック１０８を含んでもよい。
【００１１】
例示的なコードホイール１０４が図１Ｂに示されており、内側トラックとして直交トラック１０６が、外側トラックとしてアブソリュートトラック１０８が示されている。図１Ｂを参照すると、この実施形態においてコードホイール１０４は透過型コードホイールである。各トラック１０６、１０８は、それぞれ、白い領域および暗い領域によって示される透過パターン（または透過領域）１０７および不透明パターン１０９を含む。トラック１０６は、交互に配置され、実質的に等しいサイズであるパターン１０７およびパターン１０９を含む（例えば、それらの角度幅は±５％以内である）。トラック１０８は様々なサイズのパターン１０７およびパターン１０９を含む。本実施形態において、トラック１０８は、（角度幅に関して）Ｎ個のセクションに等しく分割されるように設計されており、Ｎ個のセクションの各々は、一連の透過領域および不透明領域の形成において固有のパターンを有する。Ｎ個のセクションは、物理的に互いに重なっていてもよい。これらの固有のパターンは、コード板１０４の固有の位置を識別するために検出器デバイス１１０によって検出され符号化される。例えば、アブソリュートトラック１０８は２０４８個の固有のパターン（Ｎ＝２０４８）を提供してもよく、検出器デバイス１１０は、これら２０４８個の固有のパターンを識別し、それらを、バイナリ符号化、グレイ符号化、またはその他の好適な符号化方法を用いて１２ビットのコード語（ｃｏｄｅ  ｗｏｒｄ）に符号化することができる。検出器デバイス１１０の設計は、アブソリュートトラック１０８の設計に適合している。例えば、パターン１０７がパイ形である場合、検出器デバイス１１０内の光活性領域はパイ形になるように構成されていてよい。また、検出器デバイス１１０の光活性領域の高さは、パターン１０７の高さに一致するように構成されていてよい。固有のパターンを提供するためのパターン１０７およびパターン１０９の設計には多くの方法があり、このため同数（例：２０４８個）の固有のパターンであっても、アブソリュートトラック１０８は異なるように設計し得る。従来では、異なるアブソリュートトラックに適合させるために異なる検出器デバイスを必要とし、エンコーダ製造業者のコストを増大させていた。
【００１２】
本実施形態では、検出器デバイス１１０は、プログラム可能な光検出器アレイと、プログラム可能なチャネルと、プログラム可能な接続ネットワークとを含むように設計されている。プログラム可能な各チャネルはコード語に１ビットを提供し得る。プログラム可能な光検出器アレイの各光検出器は、選択的にオン、オフ、または部分的にオンにすることができる。接続ネットワークは、プログラム可能な光検出器アレイの一部を選択して特定のチャネルにマッピングするようにプログラムすることができる。そのようなプログラマブル性により、検出器デバイス１１０を、異なるアブソリュートトラック１０８を有する様々なコード板１０４と連携させることができ、それにより、コストを削減し、エンコーダ製造業者の在庫を簡素化する。様々な実施形態において、検出器デバイス１１０は、利用することができるプログラム可能なチャネル数までの任意の数のコードビットをサポートすることができる。検出器デバイス１１０の設計は本開示の後の部分でさらに説明する。
【００１３】
図１Ｃに示すように、コード板１０４の１つのパラメータは１回転あたりのパルス数（ＰＰＲ）であり、これはその直交トラック１０６の角度ピッチ「θ」によって定義することができる。ここで、ＰＰＲ＝３６０°／θである。コード板１０４が回転すると、トラック１０６を通過する光が正弦波などの特定の波形で変調されるものであり、それを検出デバイス１１０で検出することで回転の速度および／または方向を決定することができる。様々な実施形態において、コード板１０４は、直交トラック１０６およびアブソリュートトラック１０８のいずれかまたは両方を有することができる。さらに、パターン１０７およびパターン１０９は、矩形、正方形、パイ形、鋸歯形状、曲線形状、またはその他の好適な形状など、様々な形状であってよい。
【００１４】
図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃに示す実施形態において、コード板１０４は、光源１０２と検出器デバイス１１０との間を角度移動する透過型コードホイールである。他の実施形態では、コード板１０４は反射コード板であってもよい。そのような実施形態では、領域１０７は透過性ではなく反射性であり、領域１０９は光を吸収する。さらに、光源１０２および検出器デバイス１１０は、コード板１０４の同じ側に配置することができる。光源１０２および検出器デバイス１１０は２つのデバイス（例えば、２つのダイ）上で１つのデバイスに統合し得るが、それは、物理的に一緒に組み立てられてもよいし、あるいは、２つの個別のデバイス上で組み立てられてもよい。
【００１５】
更なる他の実施形態では、コード板１０４はコードホイールではなくコードストリップである。コードストリップは、回転する代わりに直線的に移動するものであり、透過型または反射型のいずれかであってよい。図２は、反射型コードストリップ１０４を有するエンコーダシステム１００の実施形態を示す。コードストリップ１０４上のトラック１０６およびトラック１０８は様々な反射領域および吸収領域を有する。光源１０２および検出器デバイス１１０はコード板１０４の同じ側にある。トラック１０６およびトラック１０８から反射された光は検出器デバイス１１０によって取得され、その検出器デバイス１１０はコード板１０４の位置および／または運動を検出し符号化する。
【００１６】
図３は、本開示に従って構築された検出器デバイス１１０の実施形態を示す。図３を参照すると、検出器デバイス１１０は、プログラム可能な検出器アレイ１２０と、プログラム可能な接続ネットワーク１３０と、チャネル１４０−１、１４０−２、および１０４−Ｐを含む複数のチャネル１４０とを含む。ここで、Ｐは１より大きい整数である。検出器アレイ１２０は複数の検出器（例えば、光検出器）１２２を含み、それらの検出器は、それぞれ電流を運ぶＮ個の出力１２８を生成するように配置されている。電流は検出器１２２に入射する光の変化に応じて変化する。接続ネットワーク１３０は出力１２８をチャネル１４０にマッピングするようにプログラムすることができる。例えば、１つの出力１２８を１若しくはそれ以上のチャネル１４０に供給することができ、また、１つのチャネル１４０は１若しくはそれ以上の出力１２８を受け取ることができる。様々な実施形態において、ＮはＰ以上の整数である。接続ネットワーク１３０は、（各々、検出器デバイス１１０内のノードである）Ｐ個の出力１３８を提供するものであり、それらもまた、電流を運ぶ。各チャネル１４０は、ノード１３８からの電流をアナログ電圧信号またはデジタル（例えば、バイナリ）信号１４８に変換するように動作可能である。一実施形態において、各チャネル１４０はエンコーダシステム１００によって生成されるコード語で１ビットを提供する。図示の実施形態において、エンコーダデバイス１１０は、Ｐビット、ｂｉ（ｉ＝１...Ｐ）を生成する。少なくともいくつかのチャネル１４０はプログラム可能である。プログラム可能な閾値、プログラム可能なヒステリシスなど、チャネルのいくつかの構成要素がプログラム可能な場合、チャネルはプログラム可能である。検出器アレイ１２０、接続ネットワーク１３０、およびチャネル１４０は、複数の個別のデバイスを用いて、または１つの統合デバイス（例えば、ＡＳＩＣ）を用いて実装され得る。検出器デバイス１１０の様々な構成要素について、以下でさらに説明する。
【００１７】
プログラム可能な検出器アレイ１２０は複数の検出器１２２を含む。本実施形態において、各検出器１２２は光検出器である。例えば、検出器１２２は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、または光子を電子に変換可能なその他の好適な光活性デバイスを含み得る。簡潔性のために、アレイ１２０内の光検出器１２２は、フォトピクセルまたはピクセルともいう。また、検出器アレイ１２０はピクセルアレイともいう。本実施形態において、検出器１２２は、規則的な行および列（例えば、図３に示すように８行１２列）に配置されている。すなわち、検出器アレイ１２０は規則的な配列を有する。代替の実施形態では、検出器１２２は、全体的に台形の形状（例えば、底部よりも上部にある検出器の数が多い）、まばらな配列、または不規則な形状に配置されていてもよい。例えば、コードホイールの典型的なスリットはパイ形であるので、検出器１２２は検出器デバイス１１０上のダイ領域を節約するために同様にパイ形に配置することができる。これらの実施形態では、検出器１２２の集合は、集合の全体的な形状が正方形でも矩形でもない場合でも、依然として便宜上、検出器アレイ１２０という。さらに、いくつかの実施形態において、検出器１２２はコード板による変調により生じる磁束変化を検出する磁気検出器であってもよい。
【００１８】
一実施形態において、各検出器１２２は選択的にオンまたはオフにすることができる。例えば、検出器アレイ１２０は種々のコード板１０４にとって十分な大きさで設計することができる。所与のコード板１０４について、全ての検出器１２２が符号化に必要とされるわけではない。したがって、検出器１２２のいくつかは、コード板１０４のスリットの形状およびサイズを考慮してＮ個の出力１２８でより良い品質の信号を生成するため、または全体的な電力消費を低減するためにオフにされてもよい。他の実施形態では、各検出器１２２は、選択的にオン、オフ、または部分的にオンにすることができる。検出器１２２を部分的にオン（部分的な強度）に設定することにより、検出器からの電流出力に重み付けをすること、例えば、半分または４分の１ピクセルを使用すること、またはゼロ（すなわち、ピクセルがオフ）にすることが可能になる。この強度調整は、検出器１２２のマッピングを向上させることで、コード板１０４のスリットの形状およびサイズ（例えば、パイ形のパターン１０７）に適合させることができる。一実施形態において、各検出器１２２は、他の検出器とは独立してプログラムすることができ、それは検出器アレイ１２０に最大のプログラマブル性を提供する。他の実施形態では、いくつかの隣接する検出器１２２をグループ化して一緒にプログラムすることができる。例えば、検出器１２２の列または部分列がグループ化され一緒にプログラムされてもよい。これにより、プログラム情報を格納するメモリの量が削減される。更なる一実施形態では、或る一群の検出器１２２（例えば、検出器１２２の或る列または部分列）からの電流出力は、１つの出力１２８として一緒に合わされてもよい。
【００１９】
また、いくつかの実施形態において、検出器１２２の形状は検出器アレイ１２０内で不均一にされていてもよい。検出器１２２のサイズおよび／または形状が異なることにより、システム全体のノイズを低減することができる。例えば、矩形および格子型のピクセルは、スリット（例えば、パイ形または鋸歯形のスリット）によく適合する理想的な形状の検出器と比較して、少量のノイズを生成することがある。検出器の形状を丸み、楕円形、または角を丸くするように調整すると、全体的なノイズが減少され得る。
【００２０】
図４は、いくつかの実施形態による、４ビットアブソリュートエンコーダを可能にする検出器１２２のマッピング（またはグループ化）の一例を示す。この実施例における検出器１２２の数、検出器アレイ１２０の行数および列数、およびビット数（またはチャネル１４０の数）は、単なる例示であり、本開示の範囲を限定するものではないことに留意されたい。図４を参照すると、検出器アレイ１２０は８行１２列の検出器１２２を含む。図４はさらに、検出器アレイ１２０に重ねられたアブソリュートトラック１０８（図１Ａおよび図１Ｂ）の透過パターン１０７を示す。不透明パターン１０９はパターン１０７の間にあることに留意されたい。この実施例におけるパターン１０７およびパターン１０９の配列は、アブソリュートトラック１０８によって提供される１６個の固有の配列の１つである。例示的なマッピングによれば、列「１」、「９」、「１０」、および「１２」の検出器は、全てオフになり（このエンコーダの実装に使用されない）、列「２」および「３」の検出器はビットｂ１（チャネル１）にマッピングされ、列「４」および「５」の検出器はビットｂ２（チャネル２）にマッピングされ、列「６」、「７」、および「８」の検出器はビットｂ３（チャネル３）にマッピングされ、列「１１」の検出器はビットｂ４（チャネル４）にマッピングされる。さらに、いくつかの列では、いくつかの検出器がオンに、いくつかの検出器がオフになっていてもよく、またいくつかの検出器は部分的にオンになっていてもよい。例えば、一実施形態において、列「５」の上部の４つの検出器１２２をオフにしてもよい。同ビットにマッピングされる全ての検出器では、それらの出力電流が合算され、対応するチャネル１４０の回路により処理される。例えば、列「２」および「３」の（オフになっているものを除く）全ての検出器はチャネル「１」に電流を供給する。上記の所与のマッピングでは、エンコーダはパターン１０７およびパターン１０９のこの特定の配列に対して、ｂ［４：１］＝"１１０１"の４ビットバイナリコードを生成し得る。同一の検出器対チャネルのマッピングで、パターン１０７およびパターン１０９が有するその他の１５個の固有の配列に対しても固有のコードを生成しなければならないことに留意されたい。いくつかの実施形態において、検出器アレイ１２０は複数のアブソリュートエンコードをサポートするため、（例えば、移動方向を示すため、または位置符号化の解像度を増加させるため）複数のアブソリュートトラック１０８にマッピングすることができる。例えば、１つのアブソリュートトラック１０８は、スリット幅の半分だけ他のものからオフセットされていてもよい。
【００２１】
図１Ａ〜図１Ｄに関して上述したように、パターン１０７およびパターン１０９の形状およびサイズはコード板ごとに大きく異なっていてもよい。異なるコード板用に異なる検出器アレイ設計を有する代わりに、本開示は、同じ検出器アレイ１２０を用い、それを、異なるコード板１０４に対して、具体的には異なるアブソリュートトラック１０８に対して異なるようにマッピングする。マッピングは、特定のソフトウェアを用いて決定するか、またはコード板１０４の幾何学的形状に従って数学的に決定し、その後、不揮発性メモリなどのメモリモジュールに格納される。検出器デバイス１１０は、電源投入時または動作中に、メモリモジュールからその他の情報とともにマッピング情報を読み取ることができる。これにより、異なるコード板用の検出器デバイス１１０の異なる設計数が大幅に減少し、それにより、その生産量が増大し、検出器デバイス１１０に関連するコストが低下する。
【００２２】
図３を参照すると、プログラム可能な接続ネットワーク１３０が検出器アレイ１２０とチャネル１４０との間に結合されている。一実施形態において、接続ネットワーク１３０は検出器１２２のいずれかがチャネル１４０のいずれかに接続することを可能にする。他の実施形態では、接続ネットワーク１３０は、いくつかの検出器１２２がチャネル１４０の全てではないがいくつかに接続することを可能にする。
【００２３】
図５は、２つの検出器ブロック１２２−１および１２２−２を４つのノード１３８−１、１３８−２、１３８−３および１３８−４に対応する４つのチャネルに接続（またはルーティング）するプログラム可能な接続ネットワーク１３０の実施形態を示す。各検出器ブロック１２２−１および１２２−２は、１つの検出器１２２、または例えば検出器アレイ１２０内の或る１列の検出器１２２若しくは複数列の検出器１２２などの一群の検出器１２２を含み得る。２つの検出器ブロック１２２−１および１２２−２は、共通端子と各ノード１２８−１および１２８−２との間に結合される。一実施形態において、共通端子は、検出器アレイ１２０内の複数の検出器または全ての検出器に接続される。ブロック１２２−１および１２２−２内の各検出器は、制御線１６０を用いて、オン、オフ、または部分的にオンにすることができる。オンまたは部分的にオンにされた各検出器１２２のため、共通端子と各ノード１２８−１または１２８−２との間には検出器１２２の光活性領域に入射する光強度に比例した電流が流れる。
【００２４】
プログラム可能な接続ネットワーク１３０は、検出器ブロック１２２−１を４つのチャネルのいずれか１つに接続する接続ブロック１３０−１と、検出器ブロック１２２−２を当該４つのチャネルのいずれか１つに接続する接続ブロック１３０−２とを含む。各接続ブロック１３０ー１および１３０ー２は、マルチプレクサ、スイッチ、トランジスタ、またはその他の好適な回路を用いて実装され得る。図６は、４つのスイッチ１３２−１、１３２−２、１３２−３、および１３２−４を用いて実装された例示的な接続ブロック１３０−１を示す。各スイッチは制御線１６０により開閉するようにプログラムすることができる。特定のスイッチが閉じられると、検出器ブロック１２２ー１の出力は対応するチャネルに接続（またはルーティング）される。例えば、スイッチ１３２−２が閉じている場合、検出器接続１２２−１の出力は、ノード１３８−２に（その後、図３のチャネル１４０−２に）ルーティングされる。一実施形態において、両方の検出器ブロック１２２−１および１２２−２を同じノード１２８−ｉ（ｉ＝１、２、３、または４）に接続してもよく、それらの電流は合算される。制御線１６０は、バス線、メモリバス内のワード線、またはその他の好適な構造であってよい。検出器デバイス１１０は、制御線１６０、検出器１２２、および接続ネットワーク１３０と連携して機能するその他の回路および接続（図示せず）を含んでもよい。例えば、検出器デバイス１１０は、１若しくはそれ以上のメモリモジュールから構成ファイルを読み取り、制御線１６０を用いて構成情報を様々なプログラム可能な構成要素に供給するコントローラを含んでもよい。前記コントローラは、検出器アレイ１２０と統合されたマイクロコントローラまたは独立型のマイクロコントローラを含み得る。
【００２５】
図７Ａは、本開示の実施形態による、プログラム可能なチャネル１４０のブロック図を示す。図７Ａを参照すると、チャネル１４０は、ノード１３８から電流入力を受け取り、それを電圧信号１３９に変換するトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１４２を含む。ＴＩＡ１４２は、シングルエンドＴＩＡまたは差動ＴＩＡとすることができ、現在の入力に適したサイズを有する。一実施形態において、ＴＩＡ１４２は、高品質のアナログ出力を生成するために高度な線形性を有する。他の実施形態では、広いダイナミックレンジの入力に対応するために、ＴＩＡ１４２は対数的である。トランスインピーダンスは、アンプ自体の内部ノイズと下流の諸比較器のオフセットによって生じる角度位置エラーを低減するのに十分な大きさであるが、フルスケールの入力電流で良好な線形性を維持するのに十分な小ささとすべきである。（各チャネル１４０内の）各ＴＩＡ１４２はオフセット補償のためにその入力に調整可能な電流シンク添加物を有していてもよい。特定の場合において電流シンク値は制御線１６０を用いて制御することができる。調整可能な電流シンクは制御ビットを格納するためのラッチを含むことができる。
【００２６】
チャネル１４０はさらに、更なる利得のための利得段増幅器１４４を含み得る。利得段増幅器１４４は、電圧信号１３９に更なる信号増幅または信号調整を提供し、電圧信号１４１を生成する。一実施形態において、利得段増幅器１４４は任意選択的なものであり、オフにしてもよいし、チャネル１４０に含まれていなくてもよい。さらにそのような実施形態では、電圧信号１３９は比較器１４６に直接供給される。利得段増幅器１４４がある場合、当該利得段増幅器１４４は制御線１６０を用いてプログラムすることができる。
【００２７】
比較器１４６は、入力電圧信号（１４１または１３９）をプログラム可能な閾値電圧レベルと比較し、出力１４８（例えば、バイナリデジタル出力）を生成して、入力電圧が閾値より高いか低いかを示す。いくつかの実施形態において、比較器１４６は、例えば、バイナリ符号化ではなくマルチレベル符号化を行うために、複数のプログラム可能な閾値電圧レベルを有することができる。さらに、比較器１４６は、より良好なノイズ耐性のために、プログラム可能なヒステリシス設定（例えば、低から高への遷移および高から低への遷移のための異なる交差点）を有していてもよい。比較器１４６の構成（例えば、閾値およびヒステリシスの設定）は、検出器アレイ１２０の構成および検出器からチャネルへのマッピングと連動して機能する。例えば、所与のコード板および所与のアブソリュートトラックのために、１若しくはそれ以上の列の検出器１２２はチャネル１４０に電流を供給することができる。図４に示す例のように、「ｂ４」チャネルが１列の検出器１２２から電流を受け取る一方、「ｂ３」チャネルは３列の検出器１２２から電流を受け取る。したがって、これら２つのチャネルの比較器はビットｂ４およびｂ３を適切に符号化するため異なる閾値レベルおよび／または異なるヒステリシスでプログラムされている。例えば、「ｂ４」チャネルの比較器１４６は、「ｂ３」チャネルの比較器１４６よりも低い閾値電圧レベルにプログラムされている。比較器１４６は制御線１６０を用いてプログラムすることができる。
【００２８】
図７Ｂは、本開示の他の実施形態による、プログラム可能なチャネル１４０のブロック図を示す。図７Ｂを参照すると、チャネル１４０は、ＴＩＡ１４２と、任意選択的な利得段増幅器１４４と、（「比較器−１」とラベル付けされている）比較器１４６とを含む。ＴＩＡ１４２、利得段増幅器１４４、および比較器−１  １４６の機能は、図７Ａに関連して説明してきた。チャネル１４０はさらに、補間器１４５と（「比較器−２」と表示されている）その他の比較器１４７とを含む。一実施形態において、補間器１４５および比較器１４７は、インクリメンタルエンコーダ用のコード１５０を生成するように動作可能である。例えば、検出器アレイ１２０は、図８に示すように、アブソリュートトラック１０８と直交トラック１０６との両方を同時にサポートするように分割されていてもよい。図８を参照すると、検出器アレイ１２０の（ブロック１２０−１とラベル付けされている）いくつかの列は、コード板１０４の位置を符号化するためアブソリュートトラックにマッピングされ、検出器アレイ１２０の（ブロック１２０−２とラベル付けされている）いくつかの列は、コード板１０４の運動を符号化するため直交トラックにマッピングされる。様々な実施形態において、検出器アレイ１２０内の他の検出器ブロック（またはブロック１２０−１の一部）は、インデックス追跡または整流符号化のために用いることができる。アブソリュート符号化（ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｅｎｃｏｄｉｎｇ）のための検出器１２２のマッピングについては上記で説明してきた。インクリメンタル符号化（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ  ｅｎｃｏｄｉｎｇ）のための検出器のマッピングについては、以下で簡単に説明する。
【００２９】
一実施形態において、直交トラック１０６は交互に透過パターン１０７および不透明パターン１０９を有する（図１Ｂおよび図１Ｃを参照）。コード板１０４が回転すると、直交トラック１０６を通過する光は、直交位相（例えば、０°（Ａ＋）、９０°（Ｂ＋）、１８０°（Ａ−）、および２７０°（Ｂ−））を有する正弦波のような波形に変調される。これらの直交位相は、ブロック１２０−２の検出器により検出され、インククリメンタルコードに符号化される。一実施形態において、ブロック１２０−２の各検出器１２２は上記複数の直交位相のいずれか１つに割り当てることができる。割り当ては、ブロック１２０−２上に直交トラック１０６の一部を重ね合わせることにより、例えば、図４のアブソリュートトラック１０８を直交トラック１０６に置き換えることにより、決定することができる。割り当ては、直交トラック１０６の半径およびＰＰＲ、ならびに検出器ブロック１２０−２の形状、検出器の数、検出器の間隔などを考慮に入れる。割り当ては、不揮発性メモリなどのメモリモジュールに格納され、エンコーダシステム１００によってアクセス可能になっている。
【００３０】
図９は、インクリメンタル符号化を行うためにＴＩＡ１４２と連携して機能する、抵抗ラダーアーキテクチャを備えた例示的な補間器１４５の回路図を示す。これは単なる例に過ぎない。その他の適切な実装、例えば、その他の好適な数の補間抵抗器（≧２）および／またはその他の好適な回路トポロジーが用いられてもよい。図示の実施形態において、補間器１４５はフィルタされたＴＩＡ出力波形から０°〜９０°の間で５．６２５°（＝９０°／１６）の等しいステップで位相シフトされたアナログ波形を生成する。（例えば、図７Ｂの比較器１４７を用いて）適切な補間波形を離散的に比較することにより、この例示的な実施形態では、最大でＴＩＡ出力の周波数１６個分の矩形波を生成することができる。例示的な一実装形態において、エンコーダデバイス１１０は、４つの同一の抵抗ラダーを含み、各抵抗ラダーは、４つの直交位相Ａ＋、Ａ−、Ｂ＋、およびＢ−のうちの２つの直交位相のフィルタされたＴＩＡ出力間にある。例えば、１つ目はＢ＋のフィルタされたＴＩＡ出力とＡ−のフィルタされたＴＩＡ出力との間に、２つ目はＡ−のフィルタされたＴＩＡ出力とＢ−のフィルタされたＴＩＡ出力との間に、３つ目はＢ−のフィルタされたＴＩＡ出力とＡ＋のフィルタされたＴＩＡ出力との間に、４つ目はＡ＋のフィルタされたＴＩＡ出力とＢ＋のフィルタされたＴＩＡ出力との間にある。他の様々な実施形態が、任意の数の工程を提供するために適切に縮尺され得る。
【００３１】
図７Ｃは、本開示の更なる他の実施形態による、プログラム可能なチャネル１４０のブロック図を示す。図７Ｃを参照すると、チャネル１４０は、ＴＩＡ１４２と、任意選択的な利得段増幅器１４４と、補間器１４５と、比較器１４９とを含む。比較器１４９は、制御線１６０から供給される構成に応じて、比較器１４６の機能または比較器１４７の機能を実行することができる。すなわち、比較器１４９はアブソリュートエンコーダおよびインクリメンタルエンコーダで共有することができる。したがって、出力１５２はアブソリュートコードまたはインクリメンタルコードであってよい。比較器１４９は、インクリメンタル符号化に用いられる場合、補間器１４５から入力を受け取る。その他の場合では、それは、利得段増幅器１４４から、またはＴＩＡ１４２から入力を受け取る。このアーキテクチャはチャネル１４０の設計を簡素化する。
【００３２】
図１０は、例示的なエンコーダデバイス１１０のブロック図を示す。エンコーダデバイス１１０のいくつかの構成要素は、プログラム可能な検出器アレイ１２０、プログラム可能な接続ネットワーク１３０、トランスインピーダンス増幅器１４２、補間器１４５、および比較器１４６、１４７、１４９を含め、上記で説明してきた。任意選択的に、エンコーダデバイス１１０は、ピクセルの非理想的なマッピングによりコード板スリットにもたらされる高調波を除去するフィルタ１４３を含んでもよい。フィルタ１４３は、存在する場合、ＴＩＡ１４２と補間器１４５との間に結合される。また、フィルタ１４３はコード板１０４の異なる動作速度に適合するように構成可能であってよい。エンコーダデバイス１１０はさらに出力ドライバおよび電源を含む。出力ドライバは、デジタル出力またはアナログ出力のいずれか、またはデジタル出力とアナログ出力の両方をサポートすることができる。
【００３３】
また、エンコーダデバイス１１０は、電圧／温度にわたって定電流で駆動することで、またはフィードバックにより一定の光パワー密度を提供することで、付随の光源１０２（例えば、ＬＥＤ）に電流制御を提供することができる。このフィードバックを監視するために、エンコーダデバイス１１０または個別の検出器を用いることができる。例えば、検出器アレイ１２０内の１若しくはそれ以上の行または列の検出器１２２は、フィードバック機構として機能することができる。エンコーダデバイス１１０はさらに、動作時に検出器（ピクセル）をディザ処理する（不図示の）構成要素を含んでもよい。通常、検出器は起動時に静的構成に設定される。検出器を１つのチャネルから他のチャネルに、またはオフにシフトする機能があることにより、特に低速回転での性能が向上する。さらに、検出器のディザ処理とＬＥＤ電流駆動制御の組み合わせにより、コード板１０４の位置または運動の小さな変化の検出を向上させることができる。
【００３４】
プログラム可能な検出器アレイ１２０、プログラム可能な接続ネットワーク１３０、およびプログラム可能なチャネル１４０に関連する構成は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または不揮発性メモリ（ＮＶＭ）のいずれかからアクセスすることができる。ＲＡＭの場合、ホストマイクロコントローラは、Ｉ２Ｃ、シリアル周辺インターフェース（ＳＰＩ）バス、パラレルメモリバス、またはその他の適切なメモリインターフェースを用いて、エンコーダデバイス１１０の各メモリビット（またはレジスタビット）を設定することができる。代替的に、エンコーダデバイス１１０は、外部ＮＶＭまたは内部ＮＶＭから読み取り、それに応じてメモリビットを設定するためのロジック（図１０のメモリコントローラ１６２）を含んでもよい。内部ＮＶＭは、プログラム可能であり、すなわち、フラッシュメモリ若しくは任意の再プログラム可能なメモリ、１回限りのプログラム可能なメモリ（例えば、ｅーｆｕｓｅなど）、または読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）であってよい。
【００３５】
図１１は、検出器アレイ１２０、接続ネットワーク１３０、およびチャネル１４０をプログラミングするための構成を決定する例示的な方法３００のフローチャートを示す。物理的に別個のコンピュータシステム（例えば、ＰＣ）および／またはその他のマイクロコントローラユニットは、コンピュータ可読媒体からコードを読み取り、そのコードを実行して本明細書に記載の機能を提供することにより、方法３００の動作を実行することができる。例示的な実施形態において、方法３００は、エンコーダデバイス１００のマイクロコントローラユニットによらず、またはエンコーダの動作中にではなく、製造操作中に独立型のコンピュータシステム（例えば、ＰＣ）によって実行される。方法３００は、コード板１０４の幾何学的特性を収集する動作３０２と、検出器アレイ１２０の幾何学的特性を収集する動作３０４と、（例えば、領域、行、または列に基づく）検出器１２２のグループ化と、検出器からチャネルへのマッピングと、チャネル１４０の様々な構成要素の設定とを含むエンコーダデバイス１１０の構成を決定する動作３０６と、前記構成をメモリモジュールに格納する動作３０８とを含む。上記動作３０２、３０４、３０６、および３０８については、以下でさらに説明する。
【００３６】
動作３０２では、メモリに格納されているコード板１０４の設定からコード板のジオメトリ特性が収集される。コード板のジオメトリ特性には、ディスク半径、ＰＰＲまたは長さあたりのパルス、回転速度／スライド速度、パターン１０７およびパターン１０９の幾何学的形状、アブソリュートトラック１０８のパターン１０７およびパターン１０９の配列などが含まれ得る。
【００３７】
動作３０４では、検出器アレイ特性がメモリに格納されている検出器アレイ１２０の設定から収集される。検出器アレイの特性には、アレイの寸法（行数、列数など）、検出器の間隔、検出器の形状、および検出器のサイズが含まれ得る。一実施形態において、検出器アレイの特性はＸ／Ｙ方向の位置ずれ情報を含んでもよい。
【００３８】
動作３０６では、方法３００は構成を決定する。例えば、動作３０６は、検出器１２２（例えば、図４）のブロックの上にアブソリュートトラック１０８のパターン１０７および１０９を重ね合わせ、どの検出器をオン、オフ、または部分的にオンにすべきかを決定することができ、さらに、どの検出器をどのチャネルに割り当てるかを決定することができる。動作３０６は、例えば、（数学的にまたはシミュレーションにより）検出器がパターン１０７および１０９の幾何学形状にどの程度一致するか、または（シミュレーションにより）エンコードエラー確率がどのくらい低いかに基づいて、特定のマッピングのフィッティングスコアを計算することができる。動作３０６は、検出器１２２のブロックに重ね合わされたアブソリュートトラック１０８の異なるセグメントでこのプロセスを繰り返し、最高のフィッティングスコアを有するマッピング、またはユーザーが選択可能な閾値よりも良いマッピングを選択することができる。また、動作３０６は、比較器１４６における閾値およびヒステリシスを含む、チャネル１４０内の様々な構成要素の設定を決定することができる。検出デバイス１１０がアブソリュートエンコードおよびインクリメンタルエンコードの両方をサポートする実施形態では、動作３０６は両方についての前記構成を決定することができる。
【００３９】
動作３０８では、方法３００は、前記構成をメモリモジュールに、例えばエンコーダデバイス１１０内のメモリモジュール、またはエンコーダデバイス１１０外のメモリモジュールに格納する。
【００４０】
図１２は、エンコーダシステム１００、具体的には、プログラム可能な検出器アレイと、プログラム可能な接続ネットワークと、プログラム可能なチャネルとを伴うエンコーダデバイス１１０を動作させる例示的な方法５００のフローチャートを示す。マイクロコントローラまたはその他のプロセッサが、コンピュータ可読媒体からコードを読み取り、そのコードを実行して本明細書に記載の機能を提供することによって、方法５００の動作を実行することができる。
【００４１】
動作５０２では、エンコーダデバイス１１０は、電源投入後にメモリモジュールから構成を取り出す。この構成には、検出器１２２の状態の割り当て（オン、オフ、部分的にオン）、検出器１２２のトラック割り当て（直交トラックまたはアブソリュートトラック）、検出器１２２のチャネル割り当て、比較器１４６の閾値レベル、およびエンコーダデバイス１１０のその他の様々な設定が含まれる。一実施形態において、エンコーダデバイス１１０は、外部不揮発性メモリを読み取って前記構成を読み込む（例えば、図１０のメモリ制御１６２を用いて）内部状態機械を実行することができる。
【００４２】
動作５０４では、検出器アレイ１２０の各検出器１２２が、前記構成で定義された状態にプログラムされ、適切なチャネル（直角チャネルまたはアブソリュートチャネル）に割り当てられる。接続ネットワーク１３０は、検出器からチャネルへのマッピングを用いて適切にプログラムされる。チャネル１４０は、適切な閾値レベル、ヒステリシス、またはその他の設定でプログラムされる。プログラミングは検出器デバイス１１０のレジスタビットを用いて実装され得る。
【００４３】
動作５０６では、検出器デバイス１１０は、コード板１０４によって変調された光に応答して検出器アレイ１２０上の異なる割り当て領域から電流を収集することにより光学的検出を実行するものであり、当該コード版１０４は、回転式または線形であってよく、また透過型または反射型であってよい。動作５０８では、検出器デバイス１１０は、（アブソリュートトラック１０８を用いて）コード板１０４のアブソリュート位置を符号化するため、及び任意選択的で（直交トラック１０６を用いて）コード板１０４の運動を符号化するため、デジタルまたはアナログ出力を生成する。
【００４４】
限定を意図するものではないが、本開示の１若しくはそれ以上の実施形態は、プログラム可能な検出器アレイを用いることで光学エンコーダに多くの利点を提供する。従来の多くの光学エンコーダの設計では、特定のコード板を適合させるのに固定パターンのフェーズドアレイを用いており、したがって同一の検出器設計を他のコード板へ用いることができない。対照的に、本開示の様々な実施形態における検出器デバイスは、様々なコード板で機能するようにプログラムすることができるものであり、設計の柔軟性を大きく高め、検出器デバイスに関連するコストを下げる。検出器デバイスは、ホストマイクロコントローラによって、内蔵回路付きの内部不揮発性メモリを用いて検出器デバイス自体によって、または前記構成が工場で設定されたマスクＲＯＭを用いてプログラムすることができる。さらに、いくつかの実施形態では、システム内の構成を変更可能にすることもできる。エンコーダの製造業者は、フィールドに或るパッチを適用し、製品が当該フィールドにインストールされた後に前記構成を更新してもよい。さらに、フェーズドアレイパターンが視認可能でないため、その設計が競業者により模倣されにくくなる。
【００４５】
さらに、プログラム可能な検出器アレイは、顧客が、同じ検出器デバイスを用いて異なる性能レベルの製品ポートフォリオを開発することを可能にし得る。したがって、エンコーダの製造業者は、共通のハードウェアセットを用いて様々な性能／価格を提供し、それらの製品を異なる方法で販売することができる。
【００４６】
例示的な一態様において、本開示はエンコーダシステムを対象とする。エンコーダシステムは、一群のプログラム可能な検出器を含み、前記プログラム可能な検出器の各々は、光学的入力または磁気的入力に応答して電流を生成するように動作可能である。エンコーダシステムはさらに、一群のプログラム可能なチャネルを含み、前記プログラム可能なチャネルの各々は電流入力に応答して出力を生成するように動作可能であり、前記プログラム可能なチャネルからの前記出力は、運動物体のアブソリュート位置を決定するためのコード語の少なくとも一部を形成する。エンコーダシステムはさらに、前記プログラム可能な検出器と前記プログラム可能なチャネルとの間に結合され、前記プログラム可能な検出器の少なくとも一部からの電流を前記プログラム可能なチャネルの各々にルーティングするように動作可能なプログラム可能な接続ネットワークを含む。
【００４７】
前記エンコーダシステムの実施形態において、前記プログラム可能なチャネルの各々は、プログラム可能な閾値レベルを有する比較器を含む。更なる実施形態において、前記プログラム可能なチャネルの各々は、前記比較器と前記プログラム可能な接続ネットワークとの間に結合されたトランスインピーダンス増幅器を含み、前記トランスインピーダンス増幅器は前記プログラム可能な検出器から電流を受け取るものである。更なる他の実施形態において、前記比較器はまた、プログラム可能なヒステリシスを有するものである。
【００４８】
前記エンコーダシステムの実施形態において、前記プログラム可能な検出器の各々は、オフ、部分的にオン、および完全にオンを含む状態のうちの１つに設定されるように動作可能である。他の実施形態において、前記プログラム可能な検出器は、行および列を有する配列で配置されている。更なる実施形態において、同列にある前記プログラム可能な検出器は同一のプログラム可能なチャネルにルーティングされるものである。更なる他の実施形態において、列内の前記プログラム可能な検出器の少なくとも１つはオフになるようにプログラムされる一方、当該列内の前記プログラム可能な検出器の他の１つはオンになるようにプログラムされるものである。
【００４９】
他の実施形態において、前記エンコーダシステムはさらに、出力が運動物体の相対位置を決定するように動作可能なインクリメンタル符号化チャネルを含むものであり、前記プログラム可能な接続ネットワークは、前記一群のプログラム可能な検出器のいくつかからの電流を前記インクリメンタル符号化チャネルにルーティングするように動作可能である。更なる実施形態において、前記インクリメンタル符号化チャネルに電流を供給する前記プログラム可能な検出器は、前記プログラム可能なチャネルに電流を供給する前記プログラム可能な検出器とは別体である。
【００５０】
更なる他の実施形態において、前記エンコーダシステムはさらに、１若しくはそれ以上のメモリから１若しくはそれ以上の構成ファイルを読み取り、当該１若しくはそれ以上の構成ファイルを用いて、前記プログラム可能な検出器、前記プログラム可能なチャネル、および前記プログラム可能な接続ネットワークをプログラムするように動作可能なコントローラを含むものである。
【００５１】
他の例示的な態様において、本開示はエンコーダシステムを対象とする。前記エンコーダシステムは、電磁波を送信するよう動作可能な送信機と、前記電磁波をパターンで変調して変調された電磁波を生じるように動作可能なコード板と、前記変調された電磁波を受信し、前記コード板の少なくともアブソリュート位置を検出するように動作可能な受信機とを含む。前記受信機はプログラム可能な検出器を含むものであり、前記プログラム可能な検出器の各々は、そこに入射する前記変調された電磁波に応答して電流を生成するように動作可能である。前記受信機はさらに、前記プログラム可能なチャネルを含むものであり、前記プログラム可能なチャネルの各々は電流入力に応答して出力を生成するように動作可能であり、前記プログラム可能なチャネルからの前記出力は、コード語の少なくとも一部を形成して前記コード板の前記アブソリュート位置を決定するものである。前記受信機はさらに、前記プログラム可能な検出器と前記プログラム可能なチャネルとの間に結合され、前記プログラム可能な検出器の少なくとも一部からの電流を前記プログラム可能なチャネルの各々にルーティングするように動作可能であるプログラム可能な接続ネットワークを含むものである。前記受信機は、１若しくはそれ以上の構成ファイルを受信し、当該１若しくはそれ以上の構成ファイルを用いて、前記プログラム可能な検出器、前記プログラム可能なチャネル、および前記プログラム可能な接続ネットワークをプログラムするように動作可能である。
【００５２】
前記エンコーダシステムの一実施形態において、前記プログラム可能なチャネルの各々はプログラム可能な閾値電圧レベルを有する比較器を含むものである。前記エンコーダシステムの実施形態において、前記プログラム可能な検出器は複数の列に配置され、同列にある前記プログラム可能な検出器は、前記プログラム可能な接続ネットワークを介して同一のプログラム可能なチャネルにルーティングされるものである。更なる一実施形態において、前記プログラム可能な接続ネットワークは、前記プログラム可能な検出器の１つの列を前記プログラム可能なチャネルの複数のものにルーティングするように動作可能である。前記エンコーダシステムの更なる他の一実施形態において、前記受信機はさらに前記コード板の運動を検出するように動作可能である。
【００５３】
更なる他の例示的な態様では、本開示はエンコーダシステムを対象とする。前記エンコーダシステムは光検出器のアレイを含む。各光検出器は、オンとオフとを含む状態の１つにプログラムされるように動作可能であり、オン状態の光検出器は、そこに入射する光に応答して電流を生成するように動作可能である。前記エンコーダシステムはさらに、一群のチャネルを含む。各チャネルは、電流入力に応答して出力を生成するように動作可能であり、前記チャネルからの出力は運動物体のアブソリュート位置を決定するためのコード語の少なくとも一部を形成する。各チャネルはプログラム可能な閾値を有する電圧比較器を含む。前記エンコーダシステムはさらに、前記光検出器と前記チャネルとの間に結合され、前記光検出器からの電流を前記チャネルにルーティングするように動作可能であるプログラム可能な接続ネットワークを含む。前記プログラム可能な接続ネットワークは、１列の前記光検出器を複数のチャネルにルーティングし、複数列の前記光検出器を１つのチャネルにルーティングするように動作可能である。
【００５４】
前記エンコーダシステムの一実施形態において、各チャネルはさらに、前記電圧比較器と前記プログラム可能な接続ネットワークとの間に結合されたトランスインピーダンス増幅器を含むものである。前記エンコーダシステムの一実施形態において、前記チャネルのうちの２つは、異なる個数の前記光検出器から電流を受け取るようにプログラムされるものである。更なる一実施形態において、前記チャネルのうちの２つにおける比較器は、異なる閾値でプログラムされるものである。
【００５５】
更なる他の例示的な一態様において、本開示は方法を対象とする。この方法は、検出器からチャネルへのマッピングを含む構成をメモリモジュールから取得する工程と、プログラム可能な検出器のアレイと、プログラム可能な接続ネットワークと、プログラム可能なチャネルとを有する検出器デバイスを前記構成を用いてプログラミングする工程と、前記検出器デバイスとアブソリュートトラックを有するコード板とを用いて光学的検出を行う工程と、前記コード板のアブソリュート位置に対応するコードを生成する工程とを含む。一実施形態において、前記光学的検出を実行する工程は、光源を提供する工程と、前記光源からの光を前記アブソリュートトラックに投影する工程と、前記検出器デバイスを用いて、前記アブソリュートトラックを透過または反射した光を受光する工程とを含む。一実施形態において、前記方法はさらに、コード板の幾何学的形状を収集する工程と、プログラム可能な検出器のアレイの特性を収集する工程と、前記コード板の幾何学的形状に基づいてプログラム可能な検出器のアレイの構成を決定する工程であって、前記構成は検出器からチャネルへのマッピングを含むものである、決定する工程と、前記構成をメモリモジュールに格納する工程とを含む。いくつかの実施形態において、前記構成を決定する工程はさらに、前記検出器デバイスの前記プログラム可能なチャネルにおけるプログラム可能な比較器の閾値を決定する工程を含む。
【００５６】
前述の記載は、当業者が本開示の態様をより良く理解することができるように、いくつかの実施形態の特徴を略述している。当業者であれば、同じ目的を実行するため、及び／又は、本明細書において導入された実施形態の同じ利点を達成するために、他のプロセス及び構造を設計又は変更する基礎として、本開示を容易に用いることができることが理解されよう。当業者であれば、また、そのような均等の構築が本開示の趣旨及び範囲から逸脱しないこと、並びに、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく本発明において種々の変更、置換、及び修正を行うことができることが理解されよう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年8月5日(2020.8.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
したがって、エンコーダシステムの改良が望まれている。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１）  米国特許出願公開第２００６／０２４３８９５号明細書
（特許文献２）  米国特許出願公開第２０１２／０１０４２３６号明細書
（特許文献３）  米国特許第６，８１６，０９１号明細書
（特許文献４）  米国特許第６，３５５，９２７号明細書
（特許文献５）  米国特許出願公開第２００８／０１１１０６１号明細書
（特許文献６）  米国特許出願公開第２００８／０２０３２８３号明細書
（特許文献７）  米国特許第５，３３２，８９５号明細書
（特許文献８）  米国特許出願公開第２０１３／０１８１１２２号明細書
（特許文献９）  米国特許第６，５０１，９０５号明細書
（特許文献１０）  米国特許第６，９２８，３８６号明細書
（特許文献１１）  米国特許第７，６１９，２１０号明細書
（特許文献１２）  米国特許第８，１６９，２０１号明細書
（特許文献１３）  米国特許出願公開第２００７／０００３２２５号明細書
（特許文献１４）  米国特許出願公開第２０１２／０１５５５３２号明細書
（特許文献１５）  欧州特許出願公開第１３０８７００号明細書
（非特許文献）
（非特許文献１）  ＰＣＴ，Ｎｏｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅａｒｃｈ  Ｒｅｐｏｒｔ  ａｎｄ  ｔｈｅ  Ｗｒｉｔｔｅｎ  Ｏｐｉｎｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅａｒｃｈｉｎｇ  Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ，ｏｒ  ｔｈｅ  Ｄｅｃｌａｒａｔｉｏｎ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０６０７０５，ｄａｔｅｄ  ２／１２／２０１８，１５  ｐａｇｅｓ．
（非特許文献２）  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ  ＳＥＡＲＣＨ  ＲＥＰＯＲＴ  ＡＮＤ  ＷＲＩＴＴＥＮ  ＯＰＩＮＩＯＮ  ｄａｔｅｄ  Ｍａｒｃｈ  ８，２０１９  ｆｏｒ  ＰＣＴ  Ｐａｔｅｎｔ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．ＰＣＴ／ＵＳ１９／１２７３１
【国際調査報告】
2021510421.tif 000019