(57)【要約】一連の特徴部を含むスケールと、スケールの特徴部を読み取り位置信号を供給する読み取りヘッドとを含む位置測定エンコーダなど測定デバイスを動作させる方法であって、読み取りヘッドは、複数の異なる動作モードで動作可能である。方法は、読み取りヘッドなど測定デバイスが、測定デバイスの（たとえば、読み取りヘッドの）動作モードを示す少なくとも１つの動作モード信号を、少なくとも１つの信号チャネル上で、外部デバイスに出力するステップを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の特徴部を含むスケールと、前記スケールの特徴部を読み取り位置信号を供給する読み取りヘッドとを含む位置測定エンコーダを動作させる方法であって、前記読み取りヘッドは、複数の異なる動作モードで動作可能であり、
前記読み取りヘッドが、前記読み取りヘッドの動作モードを示す少なくとも１つの動作モード信号を、少なくとも１つの信号チャネル上で、外部デバイスに出力するステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
動作モードは、前記読み取りヘッドがルーチンを実施することを含み、前記動作モードの動作モード信号は、前記ルーチンの進行を示すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ルーチンは、複数の段階を含み、前記動作モード信号は、前記動作モードの段階を示すことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記動作モード信号は、前記ルーチンが完了したかどうかを示すことを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の異なる動作モードは、セットアップ動作モード、たとえば、キャリブレーション動作モードを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
その動作モードを変化させることを前記読み取りヘッドに指示するステップを含み、それは、前記動作モード信号が前記読み取りヘッドによって前記外部デバイスに出力される同じ信号ライン上で、前記読み取りヘッドに信号を送るステップを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記動作モード信号は、所定の電圧レベルを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記動作モード信号は、ルーチンの進行に依存する所定の電圧レベルを含むことを特徴とする請求項２または７に記載の方法。
【請求項９】
前記動作モード信号は、信号パルスを含み、前記信号パルスは、前記ルーチンの前記進行により異なっていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記位置測定エンコーダは、インクリメンタル位置測定エンコーダであり、前記スケールは、一連の周期的特徴部を含み、前記読み取りヘッドは、前記一連の周期的特徴部を読み取るように構成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記スケールは、少なくとも１つの基準マークを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
キャリブレーション動作モードは、ａ）前記読み取りヘッドのインクリメンタル信号、および、ｂ）前記読み取りヘッドの基準マーク信号のうちの少なくとも１つをキャリブレートすることを含むことを特徴とする請求項５または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの信号チャネルは、信号ラインを含み、前記信号ラインは、非動作モード情報を伝えるためにも使用されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記位置測定エンコーダは、光学的な位置測定エンコーダであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
エンコーダ装置のための読み取りヘッドであって、一連の特徴部を含むスケールを読み取り位置情報信号を供給するように構成されており、複数の動作モードで動作可能であり、読み取りヘッドの動作モードを示す少なくとも１つの信号チャネルを介して、少なくとも１つの動作モード信号を出力するように構成されていることを特徴とする読み取りヘッド。
【請求項１６】
読み取りヘッドおよびスケールを含む位置測定エンコーダをキャリブレートする方法であって、前記読み取りヘッドがキャリブレーションルーチンを実行するステップを含み、前記読み取りヘッドは、前記キャリブレーションルーチンの進行を示す少なくとも１つの信号を、信号ライン上で、外部デバイスに提供することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置測定エンコーダに関し、位置測定エンコーダは、スケールとスケールを読み取るための読み取りヘッドとを含み、それらの相対的な位置および／または移動を決定する。
【背景技術】
【０００２】
理解されるように、位置測定エンコーダは、典型的に、特徴部を含むスケールと、特徴部を読み取るための読み取りヘッドとを含み、読み取りヘッドおよびスケールの相対的な位置および／または移動を決定することができるようになっている。スケールおよび読み取りヘッドは、互いに対して移動可能である。スケールは、リニアスケール、ロータリースケール、およびディスクスケールを含む、多くの異なる形態がある。
【０００３】
インクリメンタルエンコーダは周知のものであり、インクリメンタルエンコーダでは、スケールが、読み取りヘッドが読み取り、相対運動を決定および測定することを可能にする一連のインクリメンタル特徴部を含む。理解されるように、インクリメンタル特徴部の簡単なイメージング、および、それらが読み取りヘッドを通るときに特徴部を数えることを含む、さまざまな技法が、インクリメンタル特徴部を読み取るために使用され得る。
【０００４】
多くのインクリメンタルエンコーダは、光を回折させるように配置された格子の組み合わせの使用に依存し、検出器において、読み取りヘッドおよびスケールが互いに対して移動するときに変化する光学的なパターンを作り出す。インクリメンタルエンコーダの例は、ＴＯＮｉＣ（商標）およびＳｉＧＮＵＭ（商標）のブランド名の下で入手可能な、Ｒｅｎｉｓｈａｗ  ｐｉｃによって製造されたものを含む。ＴＯＮｉＣ（商標）およびＳｉＧＮＵＭ（商標）エンコーダにおいて、読み取りヘッドの中の光源からの光は、スケールと相互作用し、回折次数を作り出し、そして、回折次数は、読み取りヘッドの中の回折格子と相互作用し、読み取りヘッドの中の光検出器アレイにおいて、干渉縞パターンを作り出し、干渉縞パターンは、スケールおよび読み取りヘッドの相対移動により移動する。そのような干渉縞は検出され得、相対移動を示す信号を提供するために使用され得る。多くの場合、直交信号、すなわち、互いに対して位相がずれている第１の信号および第２の信号（たとえば、９０度位相がずれている、たとえば、サイン信号およびコサイン信号）が、読み取りヘッドによって出力され、相対移動の方向および測定値を示す。
【０００５】
多くの場合、（たとえば、同じスケール基板の上のまたはそれの隣のいずれかの、一連のインクリメンタル特徴部の中または隣に埋め込まれている）１または複数の基準マークが設けられているため、相対的な位置を、基準マークによって画定される公知の基準位置に対して決定できる。別々になった基準光検出器が、読み取りヘッドの中に設けられ、基準マークを検出することが可能である。光学的なエンコーダ（たとえば、赤外線から紫外線の範囲にある光が使用されるエンコーダ）において、基準マークが、たとえば、基準光検出器において受信される光の量の増加または減少を提供することが可能である。インクリメンタルエンコーダの例が、特許文献１に開示されている。
【０００６】
アブソリュートエンコーダは周知のものであり、アブソリュートエンコーダでは、スケールが、読み取りヘッドが読み取ることができる一連の特徴部を含み、スケールの長さに沿って固有の位置を決定する。アブソリュートエンコーダの例が、特許文献２に開示されている。
【０００７】
インストレーションのときに読み取りヘッドをキャリブレートすることは周知である。このキャリブレーションルーチンは、１または複数の段階を必要とし、また、読み取りヘッドが実行する１または複数のプロセス／ルーチンを必要とする可能性がある。たとえば、インクリメンタルエンコーダのケースでは、１つの段階が、インクリメンタル信号を最適化することが可能であり、別の段階が、基準マークセッティングを最適化することが可能である。読み取りヘッドはキャリブレーションルーチンを通して部分的にストールする（stall）可能性があり、それは、チェックされないままにされた場合には、使用中に読み取りヘッドを誤動作させ、それによって、エンコーダがその上で使用されている繊細で高価な機器に、潜在的に損傷を受けさせる可能性があることが判明している。読み取りヘッドの上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を介してユーザに信号を送ることなど、現在使用されているフィードバック技法は、特定の環境において不十分であることが判明している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７６５９９９２号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１０／１３９９６４号パンフレット
【特許文献３】米国特許第４９５９５４２号明細書
【特許文献４】米国特許第５８６１９５３号明細書
【特許文献５】米国特許第７６２４５１３号明細書
【特許文献６】米国特許第７２８９０４２号明細書
【特許文献７】米国特許第５２４１１７３号明細書
【特許文献８】国際公開第２０１３／１３２２０７号パンフレット
【発明の概要】
【０００９】
本出願は、改善された測定デバイス（たとえば、読み取りヘッドなど）を開示しており、この測定デバイスは、外部デバイスとの通信のための改善された技法を伴い、読み取りヘッドが不確定なモードで動作する機会を低減させる。これにより、測定デバイスがそれとともに使用されている機械に、費用のかかるおよび／または回復できない損傷を受けさせることを低減させる。たとえば、本出願は、測定デバイス（たとえば、スケールと、スケールを読み取るための読み取りヘッド、または、たとえば、タッチトリガプローブもしくはアナログ／スキャニングプローブなど測定プローブとを含む位置測定エンコーダ）を動作させる方法を開示しており、測定デバイスを、複数の異なる動作モードにより動作でき、測定デバイスは、測定デバイスの動作モードを示すため、フィードバック信号をプロセッサに提供することが可能である。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、一連の特徴部を含むスケールと、スケールの特徴部を読み取り位置信号を供給する読み取りヘッドとを含む位置測定エンコーダを動作させる方法であって、読み取りヘッドは、複数の異なる動作モードで動作可能であり、読み取りヘッドが、読み取りヘッドの動作モードを示す少なくとも１つの動作モード信号を、少なくとも１つの信号チャネル上で、外部デバイスに出力するステップを含む方法が提供される。
【００１１】
少なくとも１つの動作モード信号を読み取りヘッドの外部にあるデバイスに出力することは、読み取りヘッド自身が見えずにその状況を決定することができないときでも、少なくとも１つの動作モード信号に応答して適当な措置がとられることを可能にする。たとえば、外部デバイスは、少なくとも１つのユーザ検出可能な出力を含むことが可能であり、それは、少なくとも１つの動作モード信号に基づいて動作し、たとえば、それが少なくとも１つの動作モード信号をユーザに中継することができる。次いで、ユーザは、読み取りヘッドが正しい／所望の動作モードになっていることを確認することが可能である。これは、位置測定エンコーダ、および／または位置測定エンコーダがその上に装着されている任意の装置、の正しくない動作につながり得る、正しくない／不十分な位置信号を回避することを助けることが可能である。必要に応じて、その外部デバイス、または別の外部デバイスは、動作モード信号に基づいて、どのように進行するかを決定することが可能である。たとえば、外部デバイスは、位置測定エンコーダがその上に装着されている装置のためのコントローラデバイスを含むことが可能である。コントローラは、少なくとも１つの動作モード信号に基づいてそれがどのように装置を制御するかを変更することが可能である。たとえば、それは、少なくとも１つの動作モード信号に基づいて、装置の動作を停止させることが可能である。
【００１２】
外部デバイスは、たとえば、ユーザが出力デバイスの状態に基づいて読み取りヘッドの動作モードを感知し決定することが可能である出力デバイスを含むことができる。出力デバイスは、視覚的出力デバイスを含むことが可能である。視覚的出力デバイスは、発光デバイスであることが可能である。任意選択で、視覚的出力デバイスは、ディスプレイ、たとえば、グラフィカルディスプレイ、たとえば、グラフィカルユーザインターフェースを含むことが可能である。
【００１３】
出力デバイスは、少なくとも１つの動作モード信号によって直接的に制御され得る。たとえば、少なくとも１つの動作モード信号は、発光デバイス（たとえば、発光ダイオード）の動作を直接的に制御することが可能である。必要に応じて、外部デバイスは、少なくとも１つの動作モード信号を処理し、そのような処理のそのような結果に基づいて、出力デバイスを制御する。たとえば、外部デバイスは、少なくとも１つの動作モード信号を解釈し、受信された少なくとも１つの動作モード信号を示す信号（たとえば、メッセージ）をユーザに出力する（たとえば、グラフィカルディスプレイの上に表示する）ことが可能である。
【００１４】
信号チャネルは、ワイヤレスおよび／または有線の信号チャネルを含むことが可能である。したがって、有線の実施形態のケースでは、信号チャネルは、信号ラインを含むといえる。
【００１５】
理解されるように、少なくとも１つの動作モード信号は、読み取りヘッドの位置信号とは異なっていることが可能である。すなわち、少なくとも１つの動作モード信号は、読み取りヘッドの位置信号の品質とは対照的に、読み取りヘッドの動作モードを示す。したがって、理解されるように、少なくとも１つの動作モード信号を、位置信号と独立して決定できる。むしろ、少なくとも１つの動作モード信号は、読み取りヘッドの動作モードに基づいている。
【００１６】
読み取りヘッドは、２つ以上の異なる動作モードを含むことが可能である。理解されるように、異なるタイプの動作モードとすることが可能である。必要に応じて、読み取りヘッドは、複数の主要な相互に排他的な動作モードを有することが可能である。
【００１７】
たとえば、読み取りヘッドは、測定動作モードと、相互に排他的なプログラミング動作モードとを含むことが可能である（すなわち、読み取りヘッドは、それがこれらの２つの異なる動作モードのうちの１つだけになり得るように構成され得る）。必要に応じて、読み取りヘッドは、相互に排他的でない、すなわち、同時に動作することができる、複数の異なる動作モードを含むことが可能である。必要に応じて、これらは、サブ動作モードを含むことが可能である。たとえば、読み取りヘッドは、測定動作モードを含むことが可能であり、さらには、それは、ＡＧＣがアクティブである自動利得制御（ＡＧＣ）動作モードなど、任意選択の同時（または、「サブ」）動作モードを有することが可能である。必要に応じて、他の動作モード（たとえば、任意のプログラミング、セットアップ、インストレーション、キャリブレーション動作モード）が、同時に動作することが可能である（たとえば、「サブ」動作モードであることが可能である）。
【００１８】
（上記の文脈において、たとえば、主要な相互に排他的な動作モード、または、同時（または、サブ）動作モードであることが可能である）動作モードは、読み取りヘッドがルーチンを実施することを含むことが可能である。動作モード信号は、ルーチンの進行を示すことが可能である。ルーチンは、複数の（たとえば、はっきりと異なる／識別可能な）段階を含むことが可能である。動作モード信号は、動作のルーチンの段階のモードを示すことが可能である。すなわち、動作モード信号は、たとえば、ルーチンが現在どのような段階にあるかを示すことが可能である。したがって、動作モード信号は、ルーチンの進行に応じて異なることが可能であり、たとえば、動作のルーチンの段階のモードに応じて異なることが可能である。動作モード信号は、ルーチンが完了したかどうかを示すことが可能である。
【００１９】
複数の異なる動作モードは、セットアップ動作モードを含むことが可能である。セットアップ動作モードは、読み取りヘッドのセットアップの間に使用される動作モードであることが可能である。たとえば、セットアップ動作モードは、読み取りヘッドのインストレーションおよび／またはキャリブレーションの間に使用され得る。したがって、動作モードは、インストレーション動作モードおよび／またはキャリブレーション動作モードを含むことが可能である。
【００２０】
方法は、その動作モードを変化させることを読み取りヘッドに指示するステップを含むことが可能である。これは、読み取りヘッドに信号を送るステップを含むことが可能である。信号を、外部デバイス、たとえば、少なくとも１つの動作モード信号が送られる同じ外部デバイスによって、送信することができる。信号を、動作モード信号が読み取りヘッドによって外部デバイスに出力される同じ信号チャネルを介して、たとえば、同じ信号ライン上で送信することができる。
【００２１】
動作モード信号は、たとえば、所定の振幅、タイプ、周波数、パターンなど、少なくとも１つの所定の性質の信号を含むことが可能である。動作モード信号は、所定の電圧レベルを含むことが可能である。動作モード信号は、動作モードのルーチンの進行に応じて変化する少なくとも１つの所定の性質（たとえば、振幅、タイプ、周波数、パターン）の信号を含むことが可能である。たとえば、動作モード信号は、ルーチンの進行に依存する所定の電圧レベルを含むことが可能である。必要に応じて、動作モード信号は、（たとえば、一連の）信号パルスを含むことが可能である。必要に応じて、パルスは、ルーチンの進行に依存して異なっている。たとえば、パルスは、振幅、数、周波数、パターンなどにおいて異なっていることが可能である。
【００２２】
セットアップ動作モードは、キャリブレーション動作モードを含むことが可能である。キャリブレーションルーチンは、読み取りヘッドの性能を解析すること、および、それに基づいて読み取りヘッドの動作を調節することを含むことが可能である。たとえば、キャリブレーションルーチンは、読み取りヘッドの（たとえば、インクリメンタル、基準マーク、および／またはアブソリュート）スケール信号を解析すること、および、それに基づいて読み取りヘッドの動作を調節／再構築することを含むことが可能である。調節／再構築することは、スケールを照明するために読み取りヘッドによって放出される光の強度を変更すること、スケール特徴部を読み取るために信号を処理する際に使用されるパラメータ、変数、または閾値などを調節することなどを含む、複数の異なる可能性を含むことが可能である。
【００２３】
位置測定エンコーダは、アブソリュート位置測定エンコーダを含むことが可能である。たとえば、スケールは、スケールの長さに沿って固有に識別可能な位置を画定する一連の特徴部を含むことが可能である。位置測定エンコーダは、インクリメンタル位置測定エンコーダを含むことが可能である。したがって、スケールは、一連の周期的特徴部を含むことが可能であり、読み取りヘッドは、一連の周期的特徴部を読み取るように構成されている。スケールは、少なくとも１つの基準マークを含むことが可能である。キャリブレーション動作モードは、ａ）読み取りヘッドのインクリメンタル信号、および、ｂ）読み取りヘッドの基準マーク信号のうちの少なくとも１つをキャリブレートする読み取りヘッドを含むことが可能である。
【００２４】
同じ信号チャネル（たとえば、同じ信号ライン）が、非動作モード信号（たとえば、非動作モード情報）を伝えるために使用され得る。また、たとえば、信号チャネル（たとえば、同じ信号ライン）は、位置信号を伝えるためにも使用され得る。したがって、少なくとも１つの動作モード信号は、任意の非動作モード信号／情報の上に重ね合わせられ、それによって多重化され、または、任意の非動作モード信号／情報に割り込み、任意の非動作モード信号／情報に取って代わることが可能である。
【００２５】
理解されるように、読み取りヘッドは、スケールを読み取るためのセンサを含むことになる。センサのタイプおよび形態は、位置測定エンコーダのタイプに応じて変化することになる。位置測定エンコーダは、光学的な位置測定エンコーダを含むことが可能である。したがって、読み取りヘッドは、少なくとも１つの感光検出器、たとえば、光検出器を含むことが可能である。理解されるように、読み取りヘッドによって使用される光は、赤外線範囲から紫外線範囲の電磁スペクトル、および、赤外線範囲から紫外線範囲を含む電磁スペクトルのどこかにあることが可能であり、したがって、このケースでは、光は、可視光だけを意味するのではない。読み取りヘッドは、スケールを照明するための光源を含むことが可能である。読み取りヘッドの光源からの光が、読み取りヘッドの中の回折格子と相互作用してさらなる回折次数を作り出す前に、最初にスケールと相互作用し、回折次数の第１のセットを作り出すように、位置測定エンコーダは構成され得、さらなる回折次数は、読み取りヘッドの中のセンサにおいて、（スケールおよび読み取りヘッドの相対移動とともに変化する）干渉縞を生成することを妨害する。読み取りヘッドは、スケールのインクリメンタル特徴部および基準マーク特徴部を読み取るために、同じセンサを使用することが可能であり、または、個々のセンサを含むことが可能である。
【００２６】
必要に応じて、位置測定エンコーダは、磁気的、誘導性、または容量性の位置エンコーダであり、そのケースでは、適切なセンサは、スケール上の磁気的、誘導性、または容量性の特徴部を読み取るための読み取りヘッドの中に存在することになる。理解されるように、光学的な、磁気的、誘導性、または容量性の技術のいずれかの混合を利用するハイブリッド位置測定エンコーダが利用可能である。
【００２７】
本発明の第２の態様によれば、エンコーダ装置のための読み取りヘッドが提供され、読み取りヘッドは、一連の特徴部を含むスケールを読み取り、位置情報信号を供給するように構成されている。読み取りヘッドは、複数の動作モードで動作可能であり得、読み取りヘッドの動作モードを示す少なくとも１つの信号チャネルを介して、少なくとも１つの動作モード信号を出力するように構成され得る。
【００２８】
したがって、本出願は、読み取りヘッドおよびスケールを含む位置測定エンコーダをキャリブレートする方法であって、読み取りヘッドがキャリブレーションルーチンを実行するステップを含み、読み取りヘッドは、キャリブレーションルーチンの進行を示す少なくとも１つの信号を、信号ライン上で、外部デバイスに提供する方法を説明する。
【００２９】
ここで、本発明の実施形態は、単なる例として以下の図面を参照して、説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるエンコーダ装置の概略等角図である。
【図２】インターフェースユニットを介してインストレーション／診断ユニットまたはコントローラに接続されている、図１に示されている読み取りヘッドの概略図である。
【図３】図１および図２の読み取りヘッドならびにＣＡＬライン配置の概略図である。
【図４】キャリブレーションルーチンを開始させるための、先行技術エンコーダ装置の中のＣＡＬライン上の信号レベルを図示する図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による、キャリブレーションルーチンを開始させるための、および、フィードバックを提供するための、本発明によるエンコーダ装置の中のＣＡＬライン上の信号レベルを図示する図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による、キャリブレーションルーチンを開始させるための、および、フィードバックを提供するための、本発明によるエンコーダ装置の中のＣＡＬライン上の信号レベルを図示する図である。
【図７】本発明の第３の実施形態による、読み取りヘッドの動作モードの状況に関するフィードバックを提供するための、本発明によるエンコーダ装置の中のＶｘライン上の信号レベルを図示する図である。
【図８】本発明の第４の実施形態による、読み取りヘッドの動作モードの状況に関するフィードバックを提供するための、本発明によるエンコーダ装置の中のＶｘライン上の信号レベルを図示する図である。
【図９】読み取りヘッドをインストレーションするためのフローチャートを図示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１を参照すると、読み取りヘッド４およびスケール６を含むエンコーダ装置２が示されている。複数のワイヤを含むケーブル１０が、（より詳細に下記に説明されているように）電力を読み取りヘッド４に供給するために、また、読み取りヘッドとの通信を容易にするために、設けられている。説明されている実施形態では、スケール６は、インクリメンタルスケールであり、一連のインクリメンタル周期的マーク８を含む第１のトラックと、基準マーク９を含む第２のトラックとを含む。理解されるように、基準マークは、スケールに沿って、基準（任意選択で、固有の）位置を識別するために使用され得る。基準マークは、許容される機械の運動の境界を描くことが可能である（たとえば、それは、一般にリミットマークと称されるものであることが可能である）。示されている実施形態では、基準マークは、境界を描いておらず、むしろ、それは、スケールに沿って、途中までの基準位置を識別する。理解されるように、すべてのインクリメンタルスケールが基準マークを含むわけではない。そのうえ、必要に応じて、基準マークを、たとえば、特許文献１に開示されているように、一連のインクリメンタル周期マーク８と同じトラックの中に設けることができる。理解されるように、スケールの特徴部が、図解を支援するために概略的に示されている。理解されるように、スケール特徴部は、図面に図示されているサイズとは対照的に、単に数ミクロン程度の小さい幅の広さであることが可能である（たとえば、単に数十ミクロンの幅、または、さらにそれよりも小さい幅）。
【００３２】
説明されている実施形態では、エンコーダ装置は、光学的なエンコーダ装置２である。読み取りヘッドは、ＬＥＤ（図示せず）を含み、ＬＥＤは、スケールを照明するように構成されている。周期的スケールマーク８を含むトラック上に落ちる、ＬＥＤからの光が、回折され、それによって、回折次数を生成する。これらの次数は、読み取りヘッド４に向けて反射して戻され、次いで、読み取りヘッド回折格子（図示せず）と相互作用し、回折次数を発生させ、それは、次いで、読み取りヘッドの中の検出器の上に合成場（この場合では、干渉縞）を形成するように相互作用する。位置信号は、この場合では、直交信号（すなわち、互いに位相がずれている第１および第２の信号（たとえば、９０度位相がずれている、たとえば、サイン信号およびコサイン信号））の形態であり、位置信号は、読み取りヘッド４によって出力され、相対移動の測定値を示す。この場合では、位置信号（すなわち直交信号）は、相対移動の方向および大きさを示す。この配置は、周知であり、たとえば、特許文献３および特許文献４に開示されている。理解されるように、他の（たとえば、光学的な）配置も可能であり、位置測定エンコーダの分野で周知である。
【００３３】
光が読み取りヘッド４に向けて反射して戻されるポイントにおいて、読み取りヘッド４が基準マーク９の上にあるときは別として、基準マーク９を含むトラック上に落ちる光は、実質的に吸収または散乱される。読み取りヘッド４は、基準マーク９によって反射される光を検出するためのセンサを含む。この配置は、周知であり、たとえば、特許文献１、特許文献５、および特許文献６に開示されている。理解されるように、他の光学的な配置も可能であり、位置測定エンコーダの分野で周知である。
【００３４】
示されているように、読み取りヘッド４は、読み取りヘッド４の外側から見ることができる第１の光インジケータ５および第２の光インジケータ７を有している。これらは、より詳細に下記に説明される。
【００３５】
図２に概略的に図示されているように、読み取りヘッド４は、読み取りヘッド４の動作の際に使用される電子機器１４（および、理解されるように、必要に応じて、ソフトウェア）を含む。たとえば、電子機器１４は、スケールに光を当てるための読み取りヘッドのＬＥＤの動作を制御することが可能であり、読み取りヘッドによって検出される信号を中継し、処理し、および／または、解析することが可能である（たとえば、インクリメンタルから、ケーブル１０の上へ、インターフェース１３へ信号を中継し、信号を調整／処理し、ならびに／または、そのような中継することの前に、および／もしくは、第１の光インジケータ５および／もしくは第２の光インジケータ７をどのように制御するかを決定するために、信号を解析する）。また、電子機器１４は、読み取りヘッドが特定の動作モードで動作するかどうかを制御することが可能であり、特定の動作モードは、たとえば、測定モード（および、たとえば、自動利得制御（ＡＧＣ）モードが可能にされるかどうかなど、その中のサブモード）、プログラミングモード、たとえばインストレーションモードを含み得るセットアップモード、および／またはキャリブレーションモードである。
【００３６】
図２に概略的に図示されているように、ケーブル１０は、複数のライン（たとえば、１２本のラインであり、読み取りヘッド４とインターフェースユニット１３との間に延在する実線によって図示されている）を含む。これらのラインは、たとえば、以下を含むことが可能である。
【００３７】
【表１】
2016540202.tif 000003
【００３８】
理解されるように、信号ラインの数およびタイプは、エンコーダごとに変化することが可能である。しかし、一般的に、いくつかのタイプの電力ラインおよび信号ラインが存在することになる。
【００３９】
開示されている実施形態では、ケーブル１０が、インターフェースユニット１３に接続されており、そして、インターフェースユニット１３は、公知の配置で、ケーブル１０ａを介してコントローラ１２（たとえば、読み取りヘッド４およびスケール６がその上に装着されている機械のためのコントローラ）に接続されている。適正にインストレーションされ、セットアップされ、およびキャリブレートされると、読み取りヘッド４およびスケール６が互いに対して移動するときに、インクリメンタル位置情報信号、基準マーク位置情報信号、およびリミット位置情報信号が、読み取りヘッドからコントローラ１２へ、インターフェース１３およびケーブル１０、１０ａを介して送信される。コントローラ１２は、信号を使用し、読み取りヘッド４およびスケール６がその上に装着されている機械の制御を支援することが可能である（たとえば、コントローラ１２は、フィードバック制御ループの中で信号を使用することが可能である）。
【００４０】
図９は、読み取りヘッドをインストレーションする１つの例示的な方法１００を図示す。方法は、読み取りヘッド４およびスケール６を機械に装着することによって、ステップ１０２において開始する。次いで、ステップ１０４において、読み取りヘッド４が、インターフェースユニット１３に接続され、インターフェースユニットが、インストレーション／診断ユニット１１に接続される。（必要に応じて、インストレーション／セットアップの間に、インターフェースユニット１３が、機械コントローラ１２の代わりに、インストレーション／診断ユニット１１に接続され得、したがって、それらは、図２において同じボックスによって概略的に図示されている。特定の実施形態では、それらは、共通のプロセッサデバイスによって提供され得、したがって、同じケーブル接続を共有することが可能である。すなわち、セットアップの間に、インターフェース１３は、コントローラ１２に接続され得る。代替的に、別々になったプロセッサデバイスとして提供される場合には、インストレーションの後に、ケーブル１０ａは、インストレーション／診断ユニット１１から切り離され、次いで、機械コントローラ１２に接続され得る。）
【００４１】
次いで、読み取りヘッド４は、ステップ１０６において電源を入れられる。この段階において、読み取りヘッド４は、操作可能であり、インクリメンタル位置信号をインターフェースユニット１３に出力することになり、インターフェースユニット１３は、第２のケーブル１０ａの上で、（それが何に接続されているかに応じて）インストレーション／診断ユニット１１またはコントローラ１２へ、信号を中継することになる。しかし、この段階において、設置者は、読み取りヘッドの物理的なセットアップを微調整し、その性能を最適化し、使用の間に信頼性の高い性能を確保することを望む可能性がある。したがって、周知のように、セットアップステップ１０８は、読み取りヘッド４がスケールに対して最適に位置決めされているかを設置者がチェックすることを必要とする可能性があり、また、設置者が読み取りヘッド４およびスケール６を相対運動の境界と境界との間で互いに対して移動させることを含む。そのような運動の間に、読み取りヘッドの電子機器１４は、（たとえば、特許文献７に説明されているような）インクリメンタル信号強度を解析し、第１の光インジケータ５によって放出された色を制御する。信号強度が良好である場合には（たとえば、一貫して所定の閾値を上回っている場合には）、放出される色は緑色であり、強度信号が悪い場合には（たとえば、一貫して所定の閾値を下回っている場合には）、放出される色は赤色であり、それがどこか中間にある場合には（たとえば、所定の閾値の上および下に変動する場合には）、放出される色はオレンジ色である。したがって、読み取りヘッド４およびスケール６が互いに対して移動させられるときに、設置者は、第１の光インジケータ５の色を観察し、第１の光インジケータ５が赤色またはオレンジ色の光を放出する場合には、設置者は、相対運動の境界と境界との間の長さ全体に沿って良好な／緑色の信号になるまで、読み取りヘッド４およびスケール６の相対的な物理的なセットアップを微調整する。また、すでに知られているように、読み取りヘッド４は、（たとえば、セットアップ信号／Ｖｘラインの下へ）インターフェース１３およびインストレーション／診断ユニット１１に信号を出力することが可能であり、それは、インクリメンタル信号の品質を表している。たとえば、信号は、インクリメンタル信号の品質に応じて変化し、信号は、セットアップ信号／Ｖｘラインの下へ送信され得る。代替的に、インストレーション／診断ユニット１１は、インクリメンタル出力／Ｖ１＋、Ｖ１−、Ｖ２＋、Ｖ２−ラインから下って来るインクリメンタル信号の品質を監視することが可能である。周知のように、この信号品質情報は、読み取りヘッド４の通常動作／使用の間に、セットアップ信号／Ｖｘラインの下へ、コントローラ１２に送信され得る。理解されるように、読み取りヘッドがその通常の読み取り／測定モードになっている間に、このセットアップステップ１０８を実施でき、または、必要に応じて、読み取りヘッドは、このセットアップの間に、通常の読み取り／測定モードとは異なって機能するインストレーションモードになっていることが可能である。
【００４２】
読み取りヘッド４およびスケール６の物理的な配置が満足のいくようにセットアップされると、設置者は、キャリブレーション動作モードに入るように読み取りヘッド４に指示することが可能である。これは、設置者が所定の量の時間にわたり（たとえば、０．５秒から３秒の間）インターフェース１３の上のスイッチ１７を押すことによって行われ得、それは、読み取りヘッド４とインターフェース１３との間のケーブル１０の上のキャリブレーション／ＣＡＬラインをグランドに短絡させ、したがって、ロジックレベル低（たとえば、０Ｖ）まで降下させる（図４、図５、および図６によって図示されているように）。読み取りヘッド４は、そのような降下を聴取することが可能であり、それが検出されるときには、読み取りヘッド４をキャリブレーションモードに入らせることが可能である。キャリブレーションモードでは、読み取りヘッド４は、キャリブレーションルーチンを実施する。以前から周知のように、これは、読み取りヘッド４がスケール６に沿って移動させられることを要求することを含むことが可能であり、インクリメンタル信号が、解析され、（たとえば、自動的に）電子的に最適化され得るようになっている（たとえば、読み取りヘッド４が、信号強度が弱すぎることを決定した場合には、それは、スケールを照明するために使用されるＬＥＤの輝度を増加させることが可能である；たとえば、信号オフセットを調節する）。そのうえ、たとえば、基準マーク信号（存在する場合には）は、基準マークを検出するために使用される任意の閾値を調節するために、解析および使用され得る。いずれの場合でも、キャリブレーションルーチンの一部としてどのようなタスクが実施されるかにかかわらず、以前から知られているように、第２の光インジケータ７は、さまざまに照明され、たとえば、第２の光インジケータ７を変調させることによって、キャリブレーションルーチンの進行および完了を示すことが可能である。しかし、図４によって図示されているように、キャリブレーションモードの状況を表す信号は、信号ラインの下へ出力されない。
【００４３】
図５を参照すると、本発明の第１の実施形態が図示されており、読み取りヘッド４がキャリブレーション動作モードに入ると、読み取りヘッド４は、ＣＡＬラインをローに（たとえば、０Ｖまで）引き下げ、それがそのキャリブレーションルーチンを終了するまで、それをそこで維持するように構成されている。インストレーション／診断ユニット１１は、ＣＡＬラインがローまたはハイ（たとえば、Ｖｄｄ（たとえば、５Ｖ））のいずれであるかをチェックために、ＣＡＬラインを聴取するように構成されている。ＣＡＬラインがローである場合には、インストレーション／診断ユニット１１は、読み取りヘッド４がキャリブレーションルーチンを終了していないことを知る。インストレーション／診断ユニット１１は、（たとえば、適当なメッセージをスクリーンの上に表示することによって、）設置者にこの信号を送ることが可能である。ＣＡＬラインがハイである場合には、インストレーション／診断ユニット１１は、読み取りヘッド４がキャリブレーションルーチンを終了したことを知る。インストレーション／診断ユニット１１は、（たとえば、適当なメッセージをスクリーンの上に表示することによって、）設置者にこの信号を送ることが可能である。キャリブレーションルーチンが完了し、読み取りヘッドがもはやキャリブレーションモードになっていないときには、ＣＡＬラインが自動的にハイに戻され、読み取りヘッド４は、再びＣＡＬラインを聴取し始める。
【００４４】
図６を参照すると、本発明の第２の実施形態が図示されており、読み取りヘッド４がキャリブレーション動作モードに入ると、読み取りヘッド４は、ローとハイとの間でＣＡＬラインのパルスを発するように構成されており、送信されているパルスの数は、キャリブレーションルーチンがどのような段階にあるかに依存している。この実施形態では、キャリブレーションルーチンは、２つの段階を有している（たとえば、第１の段階は、インクリメンタル信号をキャリブレートすることを含むことが可能であり、第２の段階は、基準マーク信号をキャリブレートすることを含むことが可能である）。読み取りヘッドがキャリブレーションルーチンの第１の段階を実施している間に、単一のパルスが、定期的な間隔でＣＡＬラインの下へ送信される。読み取りヘッドが、第１の段階を完了し、キャリブレーションルーチンの第２の段階を実施していると、ダブルパルスが、定期的な間隔でＣＡＬラインの下へ送信される。キャリブレーションルーチンがすべての段階を完了し、読み取りヘッドがもはやキャリブレーションモードになっていないときには、ＣＡＬラインがハイに戻され、読み取りヘッド４は、再びＣＡＬラインを聴取し始める。したがって、インストレーション／診断ユニット１１は、キャリブレーションルーチンがどのような段階にあるかを決定するためにＣＡＬラインに聴取し、それが検出するパルスの数に基づいて、設置者にこの信号を送ることが可能である。キャリブレーションルーチンがストールまたは失敗する場合には、設置者は、これを識別することが可能であり、上記に開示されている第２の実施形態の場合では、設置者は、キャリブレーションルーチンがどのような段階でストールされたかを識別し、適当な措置をとることが可能である。
【００４５】
図７および図８は、異なる信号ライン、とりわけ、セットアップ信号／Ｖｘラインが、読み取りヘッドのキャリブレーションモードの状況の信号を送るために使用されていることを図示す。図７に図示されているように、（上記に説明されているように、０．５秒から３秒の間にわたりスイッチ１７を押すことによって、）ＣＡＬ開始信号がＣＡＬライン上で読み取りヘッド４によって受信される前に、Ｖｘラインは、インクリメンタル信号品質情報をインストレーション／診断ユニット１１に送信するために使用される。しかし、読み取りヘッド４がキャリブレーション動作モードに入るように指示されると、読み取りヘッド４は、Ｖｘラインを０Ｖまで下げ、キャリブレーションルーチンが完了するまで、Ｖｘラインを０Ｖで保持する。図８では、読み取りヘッド４は、Ｖｘライン上の電圧レベルを操作し、キャリブレーションルーチンがどの段階にあるかを示し、それによって、キャリブレーションルーチンの進行の信号を送ることが可能である。図５および図６の実施形態と同様に、インストレーション／診断ユニット１１は、Ｖｘラインに聴取し、信号を解析し、読み取りヘッドのキャリブレーション動作モードの状況を決定し、設置者に状況の信号を送るように構成され得る。キャリブレーションルーチンがストールまたは失敗する場合には、設置者は、これを識別することが可能であり、上記に開示されている第４の実施形態の場合では、設置者は、キャリブレーションルーチンがどのような段階でストールされたかを識別し、適当な措置をとることが可能である。
【００４６】
理解されるように、たとえば、パルストレインの異なる周波数またはマーク−スペース比を利用することによって、動作モード状況情報を送信する他の方式が存在している。
【００４７】
キャリブレーションルーチンが成功して完了されると、設置者は、次いで、インターフェースユニット１３をコントローラ１２に接続することが可能である。
【００４８】
上記に開示されている実施形態では、読み取りヘッド４は、信号ライン上で、インストレーション／診断ユニットに、読み取りヘッドのキャリブレーション動作モードの状況を示す状況信号を出力するように構成されている。また、理解されるように、本発明は、異なるタイプの読み取りヘッドの動作モードの状況を示すために有用である。たとえば、以前から知られているように、読み取りヘッドは、読み取りヘッドの自動利得制御（ＡＧＣ）モードが関与しているかどうかを示すためのさらなる光源を含むことが可能である。本発明によれば、ＡＧＣモードの状況のフィードバック（たとえば、それが関与しているかどうか）が、たとえば、特定のパルス／周波数／マーク−スペース比を用いてＣＡＬラインのパルスを発することによって、既存の信号ラインを介して中継され得る。
【００４９】
上記に開示されている実施形態では、エンコーダ装置２は、インクリメンタルエンコーダ装置である。しかし、理解されるように、本発明は、アブソリュートエンコーダ装置（たとえば、特許文献２に説明されているタイプのもの）など、他のタイプのエンコーダ装置にも等しく適用可能で有用であり、それは、また、たとえば、測定モード、プログラミングモード、ならびに／または、インストレーションおよび／もしくはキャリブレーションモードなどセットアップモードなどの、さまざまな異なる動作モードを含むことが可能である。
【００５０】
開示されている実施形態では、エンコーダ装置は、光学的なエンコーダ装置である。しかし、理解されるように、本発明は、磁気的（たとえば、特許文献８に説明されているようなもの）、誘導性、および容量性の位置測定エンコーダを含む、他のタイプのエンコーダに等しく適用可能で有用である。そのうえ、上記に説明されている実施形態では、インクリメンタル特徴部および基準マークの両方が、光学的な特徴部であり、光学的に検出される。しかし、理解されるように、これは、必ずしもその通りである必要はなく、たとえば、インクリメンタル特徴部が光学的なインクリメンタル特徴部であるときでも、基準マークは、磁気的な基準マークであることが可能である。
【００５１】
上記に開示されている実施形態では、読み取りヘッドのキャリブレーション動作モードの状況を示す状況信号が、信号ライン上で出力され、信号ラインは、また、非動作モード情報を外部プロセッサデバイスに伝えるためにも使用される。たとえば、動作モードの状況を報告することだけでなく、ＣＡＬラインは、キャリブレーションモードを開始させるためにも使用され、Ｖｘラインが、インクリメンタル信号強度を報告するために使用される。しかし、理解されるように、これは、必ずしもその通りである必要はなく、たとえば、読み取りヘッドのキャリブレーション動作モードの状況を示す状況信号が、それ自身の専用のライン上に出力され得る。
【００５２】
上記に開示されている実施形態では、読み取りヘッドのキャリブレーション動作モードの状況を示す状況信号が、プロセッサデバイス（たとえば、インストレーション／診断ユニット１１）に供給され、プロセッサデバイスが、状況信号を処理／解析し、設置者／ユーザに出力を提供する。しかし、理解されるように、これは、必ずしもその通りである必要はない。たとえば、状況信号が出力されるラインは、読み取りヘッドの外部にある光源（たとえば、ＬＥＤ）に直接的に接続され得、状況信号は、読み取りヘッドの動作モードの状況を決定するように誰かが解析することができるように、光源の動作を制御するために（たとえば、光源を変調させる、その色を変化させる、それを付けたり消したりするなどのために）使用される。
【００５３】
理解されるように、上記に説明されているもの以外の構成および配置も可能である。たとえば、インターフェースユニット１３は、読み取りヘッド４の一部として提供され得、その場合では、動作モード信号は、インストレーション／診断ユニット１１および／またはコントローラ１２に直接的に渡され得る。必要に応じて、読み取りヘッド４および／またはインターフェースユニット１３は、たとえば、別々になった信号ラインを介して、インストレーション／診断ユニット１１および別々になったコントローラ１２に同時に接続され得る。
【図１】
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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７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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