JP2014211456A - 位置エンコーダ装置および操作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位置情報を規定する特徴部を有するスケールと、スケールを読み取る読取りヘッドとを備える位置エンコーダ装置において、スケールの実際の読取り値よりも迅速に得ることができ、且つスケールの汚れの影響を受けにくい推定位置情報を提供する操作方法を実現する。【解決手段】位置エンコーダ装置の操作方法は、過去に判定された少なくとも１つの絶対位置から推定した粗い位置と、前記スケールの現在の読取り値から計算した精密位置情報とから、推定位置情報を計算するステップを含む。【選択図】図４

Description

本発明は、位置エンコーダ装置に関し、特に、２つの物体間の相対位置を測定するためのデバイスに関する。本発明はまた、かかる位置エンコーダ装置の操作方法に関する。

位置エンコーダは、２つの物体の相対位置を測定するための装置である。一般的に、物体の一方にスケールが、他方にスケールリーダが取り付けられるか、または形成される。スケールは、測定長さを、すなわちスケールの測定が容易になる自由度を規定する、規則的に間隔を空けた特徴部（feature）（特にインクリメンタルスケールの場合）を有することができる。通常は直交する２つの測定長さを規定するマーキングを有する、二次元位置エンコーダも知られている。

スケールは、２つの物体間の直線的移動を測定するための直線状スケールであってもよい。あるいは、スケールは、２つの物体間の角度移動を測定するための回転式スケールであってもよい。既知の光学的な実施形態では、スケールリーダはスケール上に光を投射し、その光は次に、スケールの構成に応じて反射または透過される。反射または透過した光はスケールリーダに当たり、次に、スケールおよびスケールリーダが測定次元で互いに相対移動するにつれて、２つの物体の相対変位を示す増分計数値（incremental count）を生成する。特に、当業者には理解されるように、スケールリーダは、スケールに対するスケールリーダの位置を指定する位相読取り値をスケール周期の細区分（subdivision）として生成し、この位相データは、相対変位の経過を記録するカウンタに連続的に供給される。当然のことながら、スケール周期の解釈は異なるエンコーダシステム間で変動する可能性があるが、一般的に理解されるように、位相情報を判定するのに使用される、隣接した共通の特徴部の中心間の距離であり得る。例えば、増分システムでは、反射型の光エンコーダにおける２つの反射性ラインまたは２つの非反射性ラインの中心間の距離であり得る。計数値は、スケールのどちらの端部からも参照することができ、またはスケールに埋め込まれた、もしくはスケールに隣接したトラック上のマーカーによって特定される、スケールに沿った予め定められた位置から参照することができる。

予め定められた位置から計数する必要なしに、スケールに対する読取りヘッドの絶対位置の判定を可能にする、絶対位置エンコーダも知られている。かかるエンコーダは、一般的に、スケールの測定長さに沿ってスケール上に形成された固有位置データを有するスケールを備える。データは、例えば、擬似乱数シーケンスまたは離散的なコードワードの形態であり得る。スケールリーダがスケールの上を通過しながらこのデータを読み取ることによって、その絶対位置をスケール読み取り器が判定することができる。

エンコーダスケールは、位相を連続的に測定し計数する代わりに、スケールの離散的なスナップショットを取り、処理することによって読み取ることができる。スナップショットは、１つの瞬間に１つの読取り値を取り込むことができ、またはより小さな読取り値を迅速に連続して取ることによって確立することができる。スケールのスナップショット読取りによって、多数の利点を提供することができる。例えば、スケールに対するスケール読み取り器の最大動作速度は、連続的に位相を測定し計数するシステムの固有の周期限界によって限定されないので、より高くすることができる。さらに、スナップショットを取る光学系では、平均消費電力を増加させることなく、または光源の寿命を限定することなく光強度を連続的システムに対して増加させることができる短い時間だけ、光源をオンにすればよい。この光強度の増加は、センサがより多数の光子を捕捉できることを意味し、結果としてシステムの雑音レベルを低減させ、それによって位置雑音（position noise）をより少なくすることができる。

スケールのスナップショット読取り値の捕捉および処理は、少なくとも粗い位置を判定することを含む。これは、１または複数のスケール周期の分解能に対するスケールおよび読取りヘッドの相対位置の基準であり得る。また、例えば精密（fine）位置を判定することを含む、複数の段階を含むことができる。これは、粗い位置よりも精密な分解能に対するスケールおよび読取りヘッドの相対位置の基準であり得る。例えば、１スケール周期よりも精密な分解能に対するスケールおよび読取りヘッドの相対位置の基準であり得る。これは、例えば、位相抽出によって行うことができる。プロセスはまた、スケール周期、すなわち基本周期を、またはスケールの特徴部のスケール周期を測定することを含むことができる。これらのステップはすべて失敗の可能性があり、実際の位置から著しく異なる位置がもたらされる場合がある。また、スケール上の汚れなどの他の外的要因が位置読取り値に悪影響を及ぼす可能性がある。スケールリーダが位置フィードバックに使用される一般的な制御用途では、約１６ｋＨｚの速度で位置データが必要とされる場合がある。これは、２４時間周期ごとに約１．４×１０⁹個の読取り値に相当する。このシナリオでは、誤り率が非常に低くても、不正確な読取り値が起こり得ることが分かる。機械コントローラの場合、単一の不正確な読取り値がスケールリーダから得られた場合に、機械を停止させるなどの予防措置を取るのが一般的である。

国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２００２／００１６２９号（国際公開第２００２／０８４２２３号公報）

本発明は、信頼性が改善された位置情報を提供する位置エンコーダを提供する。

特に、本発明は、位置情報を規定する特徴部を有するスケールと、スケールを読み取る読取りヘッドとを備えるエンコーダ装置の操作方法であって、スケールの少なくとも１つの過去の読取り値から推定（extrapolated）位置情報を計算するステップを含む方法を提供する。この場合、推定位置情報を後で使用することができる。特に、スケールの実際の読取り値の代わりに、またはそれに加えて、推定位置情報を使用することができる。

本発明の第１の態様によれば、位置情報を規定する特徴部を有するスケールと、スケールを読み取る読取りヘッドとを備えるエンコーダ装置の操作方法であって、後で使用するためにスケールの少なくとも１つの過去の読取り値から推定位置情報を計算するステップを、適切な順序で含む方法を提供する。推定位置を、スケールの読取り値から計算した位置と比較して、それらの間のあらゆる不一致を判定することができる。続いて、不一致の有無に拘らず、推定位置情報を（例えば、位置情報を必要とする下流のプロセスによって）使用することができる。不一致の記録を維持することができる。

本発明の利点は、スケールのいかなる偽の読取り値も、エンコーダ装置による不正確な位置情報の出力を引き起こさない点である。推定は、スケールの読取り値よりも不正確な位置読取り値を提供する可能性が低く、推定が失敗した場合、推定位置は全体として正確な位置からゆっくりとしか逸脱しないことが見出されている。したがって、何らかの不一致があった場合、推定位置情報は正確であって読取り値が間違っていたものと仮定される。しかしながら、不一致の記録が作られ、それを後で使用することができ、例えば不一致の適切な記録および／または監視を行うことができる。

任意に、読取りヘッドは、スケールの離散的なスナップショットを取得することによってスケールを読み取るように構成することができる。これは、例えば、位相を連続的に測定し計数する代わりであり得る。したがって、スケールの読取り値は、読取りヘッドがスケールの離散的なスナップショットを取ることによって取得することができる。スナップショットは、１つの瞬間に取ることができ、またはスケールの連続区画のより小さな読取り値を迅速に連続して取ることによって確立することができる。

スケールの特徴部は、増分的な位置情報のみを規定することができる。この場合、スケールの特徴部は、複数の規則的に間隔を置いた特徴部を含むことができる。任意に、少なくとも１つの基準位置を規定するため、少なくとも１つの基準マークを一連の増分的特徴部に隣接して設けるか、またはその中に埋め込むことができる。

好ましくは、スケールの特徴部は一連の固有の絶対位置を規定する。一連の固有の絶対位置は、複数のトラック、例えば複数の隣接したトラックにおける特徴部によって規定することができる。任意に、一連の固有の絶対位置は、単一のトラックのみに含まれる特徴部によって規定することができる。例えば、絶対位置情報は、スケールの測定長さに沿って取った特徴部の組み合わせから判定することができる。

精密位置情報は、一連の固有の絶対位置を規定する特徴部として、同じトラックに含まれる特徴部から判定することができる。特に、精密位置情報は、一連の固有の絶対位置を規定する特徴部から判定することができる。したがって、位置データの粗い位置部分および精密位置部分は、共通の一連の位置特徴部から判定することができる。かかるスケールは、単一トラックスケールと呼ぶことができる。任意に、スケールは、一連の固有の絶対位置を規定する特徴部を有する少なくとも第１のトラックと、増分情報のみを規定する少なくとも第２のトラックとを備えることができる。この場合、粗い位置部分は少なくとも１つの第１のトラックから判定することができ、あらゆる精密位置情報は少なくとも１つの第２のトラックから判定することができる。

上述したように、スケール周期が何であるかはシステムごとに異なる可能性がある。それでもなお、当然のことながら、一般的にスケール周期は、精密な、例えば位相の位置情報を判定するのに使用される特徴部の中心間の距離となる。特徴部の間隔は規則的であるので、上述したような隣接した共通の特徴部の中心間の距離を判定することによって、インクリメンタルスケール上のスケール周期を判定することができる。一般に、スケール周期は、通常、２つの最も近接した共通の特徴部の中心間の距離（例えば、反射光学エンコーダ装置の場合、最も近接した２つの反射ラインの中心間の距離、または最も近接した２つの非反射ラインの中心間の距離）を判定することによって見出すことができる。これは、絶対スケール、特に、例えばいくつかの特徴部を見落とすような他の周期的なインクリメンタルスケールに変更することによって絶対位置情報が埋め込まれた絶対スケールにおいて真であり得る。

本方法はさらに、推定位置計算の失敗を示す不一致の記録を監視することを含むことができる。推定位置計算の失敗は、不正確な推定位置が計算されることに結び付く場合がある。そのような監視は、不一致の数を監視することを含むことができる。そのような監視は、過度の不一致に対する監視を含むことができる。例えば、過度の不一致は過度な数の不一致を含む場合がある。例えば、これは、少なくとも２つの不一致、より好ましくは少なくとも３つの不一致、特に好ましくは少なくとも４つの不一致に対する監視を含むことができる。過度の不一致は、予め定められた制限時間内の複数の不一致を含む場合がある。過度の不一致は複数の連続する不一致を含む場合がある。任意に、過度の不一致は、予め定められた距離にわたる複数の不一致を含む場合がある。

推定位置計算の失敗を示す不一致の記録を監視することは、不一致の大きさを監視することを含むことができる。これが有用なのは、推定失敗に対する不一致の大きさが、スケール読取り値の失敗とは異なる傾向にあるためである。例えば、過度の加速によって推定が失敗した場合、位置の不一致は少数のスケール周期のみとなる傾向にある。したがって、不一致の大きさが予め定められた閾値よりも小さい場合、推定の失敗を判定することができる。この閾値は、多数のスケール周期に対応する値であり得る。閾値は、１０スケール周期、より好ましくは５スケール周期、特に好ましくはわずかに１スケール周期であることができる。

さらに、過度の加速によって推定が失敗した場合、位置の不一致は少数のスケール周期のみとなる傾向にあり、後に続くスケール読取り値ごとに一定して増加する傾向となる。したがって、推定位置計算の失敗を示す不一致の記録を監視することは、複数のスケール読取り値にわたって不一致の大きさが増加するかをチェックすることを含むことができる。

スケール読取りの失敗は、より大きな不一致を与えることになる傾向にあり、そのサイズは、位置情報がスケール上でどのようにエンコードされるかに応じて変わる（スケールの「コード体系（coding scheme）」）。特に、絶対位置情報が離散的なコードワードの形態でエンコードされる絶対値エンコーダに関して、スケール読取りの失敗は、コードワードのサイズの倍数を有する誤りにつながることがある。例えば、離散的な１６ビットのコードワード（スケール周期当たり１ビット）が使用される場合、スケールの読取り値におけるあらゆる誤りは１６スケール周期の倍数であり得る。したがって、推定位置計算の失敗を示す不一致の記録を監視することは、不一致がコードワードサイズの倍数に等しい多数のスケール周期であるかをチェックすることを含むことができる。

さらに、適当なスケール読取り値の誤りが特定の大きさの誤りを与えるように、コード体系を設計することができる。例えば、離散的なコードワードを使用するとき、類似のコードワードをスケール上で遠く離して配置し、相違するコードワードを互いに隣接させて配置することができる。例えば、類似のコードワードを少なくとも２つのコードワード分、より好ましくは３つのコードワード分、特に好ましくは少なくとも５つのコードワード分だけ互いに離して配置することができる。「類似のコードワード」であると見なされるものは、コード体系に応じて、特に使用されるコードワードの長さに応じて変わり得る。特定の例では、類似のコードワードは、互いに異なるビットの数が３つ以下であるコードワードであり得る。したがって、コードワードの３ビットが不正確に読み取られた場合（例えば、スケール上に汚れがあることによって）、読取り値による位置は大きな距離分（例えば、少なくともコードワード長全体の２倍以上だけ）不正確なものとなる。読取りヘッドとスケールとの間の相対加速度が予め定められた最大相対加速度を超過しないものとすると、かかる不一致は推定の失敗によるものである傾向は低く、したがって不一致が読取りの誤りによるものであると仮定することができる。

したがって、そのような状況では、不一致が予め定められた大きさよりも小さければ、推定位置計算の失敗をやはり判定することができる。他の例では、類似のコードワードは、互いに異なるビットが２ビット以下の、例えば互いに異なるビットが１ビット以下のコードワードであり得る。

スケールの少なくとも１つの過去の読取り値から推定位置情報を計算することは、過去の読取り値および過去の読取り以降に経過した時間から現在位置を計算することを含むことができる。これは、スケールおよび読取りヘッドの相対速度に関する知識を使用することを伴う場合がある。相対速度情報は外部デバイスによって提供することができる。相対速度は、少なくとも２つの過去の読取り値から判定することができる。少なくとも１つの過去の読取り値は、少なくとも部分的に推定された読取り値、またはスケールの読取り値であることができる。

比較は、粗い推定位置をスケールから読み取った粗い位置情報と比較することを含むことができる。特に、比較は、粗い絶対推定位置をスケールから読み取った粗い位置情報と比較することを含むことができる。

推定位置情報の計算は、ｉ）少なくとも１つの過去に判定された絶対位置から推定した粗い位置と、ｉｉ）スケールの現在の読取り値から計算した精密位置情報とを使用することを含むことができる。当然のことながら、精密位置情報は、粗い位置情報よりもより精密な程度の分解能を有することになる。特に、推定位置情報の計算は、ｉ）少なくとも１つの過去に判定された絶対位置から推定した絶対位置と、ｉｉ）スケールの現在の読取り値から計算した精密位置情報とを使用することを含むことができる。

さらに、これは、推定位置（例えば、推定絶対位置）を精密位置情報と組み合わせることを含むことができる。特に、これは、少なくとも１つの過去に判定された絶対位置から推定した粗い位置（例えば、粗い絶対位置）を、スケールの現在の読取り値、またはスナップショットから計算した精密位置情報と組み合わせることを含むことができる。

精密位置は位相読取り値であり得る。上述したように、位相読取り値は、スケール周期の細区分として、読取り器がスケールに対してどこにあるかを指定することができる。特に、精密位置は、読取りヘッドのセンサによって検出される、センサ上の予め定められたポイントに対する特徴部の位置を含むことができる。これは、読取りヘッドのセンサによる信号出力と予め定められた基準信号との間の位相ずれを見ることによって判定することができる。

当然のことながら、スケールが絶対値スケール（すなわち、スケールの特徴部が一連の固有の絶対位置を規定する）または少なくとも１つの基準マークを有するインクリメンタルスケールのどちらであっても、粗い絶対位置を計算することができる。当然のことながら、少なくとも１つの基準マークを有するインクリメンタルスケールでは、基準マークからの距離の計数値を保つことによって、絶対位置を判定することができる。したがって、ｉ）少なくとも１つの過去に判定された絶対位置から推定した粗い絶対位置と、ｉｉ）スケールの現在の読取り値から計算した精密位置情報とを使用して、推定位置情報を計算するステップは、絶対値スケールのみに限定されない。

方法はさらに、位置推定の失敗を示す不一致が起こった場合にエラールーチンを実行することを含むことができる。エラールーチンの実行は、誤差信号を出すことを含むことができる。エラールーチンは、推定位置情報を計算するのに使用される変数をリセットすることを含むことができる。例えば、それは少なくとも１つの過去の読取り値を再計算することを含むことができる。それは、スケールと読取りヘッドとの間の相対速度を再計算することを含むことができる。

ｉ）少なくとも１つの過去に判定された絶対位置から推定した粗い絶対位置と、ｉｉ）スケールの現在のスナップショットから計算した精密位置情報とを使用するステップは、粗い推定位置をスケールから読み取った粗い位置情報と比較することを含むことができる。したがって、位置を粗い位置部分（すなわち、スケールの特徴部のうち最も近接した周期（period）全体に対する位置）と精密位置部分（すなわち、スケールの特徴部の周期よりも精密な分解能を有する位置の部分）とに分解することができる実施形態では、方法は、位置情報の粗い位置部分のみを比較することを含むことができる。

推定位置の使用は、推定位置を外部デバイスに送信する、つまり供給することを含むことができる。推定位置の使用は、後で使用するために推定位置を格納することを含むことができる。特に、後に続く推定計算に使用するために格納することができる。推定位置は、座標位置決め機械などの機械の少なくとも一部の位置を判定するのに使用することができ、さらに、機械の制御、例えばリアルタイム制御に使用することができる。

当然のことながら、計算した推定位置をすべて、スケールの読取り値と比較する必要はない。同様に、スケールの読取り値をすべて推定位置と比較する必要はない。しかし、好ましくは、推定位置と実際の位置読取り値との比較は定期的に、特に頻繁な間隔で生じる。当然のことながら、これは、本発明が使用されるシステムの特定の要件に応じて変わる可能性がある。間隔は規則的または不規則であり得る。比較は、外部装置の要求によってのみ生じることができ、したがって連続した比較の間の間隔はエンコーダ装置の制御外にある可能性がある。好ましくは、間隔は規則的である。好ましくは、間隔はエンコーダ装置によって、特に読取りヘッドによって指示される。好ましくは、少なくとも１つおきの推定位置が、スケールの読取り値から計算した位置と比較される。より好ましくは、各推定位置がスケールの読取り値から計算した位置と比較されて、それらの間のあらゆる不一致を判定する。それでもなお、本発明の方法は、スケールの実際の読取り値の代わりに推定位置が使用される（例えば、位置情報を得るための読取りヘッド、または読取りヘッドの出力を処理する他のデバイスが、推定位置情報を提供する）実施形態において、および、（例えば、逸脱の大きさベースおよび／または逸脱の頻度ベースであり得る予め定められた閾値によって）長時間にわたって推定位置情報が実際の相対位置から逸脱しすぎていないことをチェックするため、推定位置の少なくともいくつか（かつ好ましくはその頻繁なサンプル）がスケールの実際の読取り値と比較される実施形態において、使用できることが分かる。特に、連続した推定位置が計算／使用される実施形態において、また、推定位置のいくつかのみがスケールの読取り値から計算した位置と比較される実施形態において使用することができる。

位置エンコーダ装置は、磁気的または誘導型の位置エンコーダ装置であることができる。位置エンコーダ装置は容量型位置エンコーダ装置であることができる。任意に、位置エンコーダ装置は光学位置エンコーダ装置である。この場合、位置エンコーダ装置は、読取りヘッドがスケールを透過した光を検出する透過性のものであることができる。任意に、位置エンコーダ装置は、読取りヘッドがスケールから反射した光を検出する反射性のものであることができる。読取りヘッドはスケールを照明する光源を備えることができる。

当然のことながら、特徴部をスケール上に形成することができる多くの適切なやり方がある。例えば、特徴部は、特定の電磁放射（ＥＭＲ）性、例えば特定の光学特性を有するマーキングによって、例えばスケールの部分における特定の光透過率または反射率によって規定することができる。したがって、特徴部は、例えば、反射または透過の最大値を有するスケールの部分によって形成することができる。任意に、特徴部は、例えば、反射率または透過率の最大値を有するスケールの部分によって規定することができる。磁気エンコーダの場合、特徴部は、特定の磁性を有するマーキングによって、または例えば強磁性材料が存在するか否かによって規定することができる。容量型スケールの場合、特徴部は、特定の容量特性を有するマーキングによって規定することができる。

特徴部は、読取りヘッドが読み取ることができる、ライン、ドット、または他の構成の形態をとることができる。一次元スケールの場合の好ましい構成は、測定次元に垂直な次元でトラックの全幅にわたって延在するラインを含むことができる。

当然のことながら、読取りヘッドは、一連の位置特徴部を感知するための少なくとも１つの検出器を備えることになる。読取りヘッドは少なくとも１つのＥＭＲ感受性の検出器を備えることができる。少なくとも１つのＥＭＲ感受性のある検出器は、ＥＭＲ感受性のある光学検出器であることができる。当然のことながら、これには、赤外線から紫外線までの範囲で電磁放射（ＥＭＲ）を感知するのに適した検出器を挙げることができる。例えば、検出器は視認可能なＥＭＲ感受性のある検出器であることができる。読取りヘッドは複数の検出器素子を備えることができる。例えば、読取りヘッドは検出器素子のアレイを備えることができる。アレイは一次元または二次元であることができる。

読取りヘッドは、スケールを照明するための少なくとも１つのＥＭＲ源を備えることができる。少なくとも１つのＥＭＲ源は光源であることができる。当然のことながら、これには、赤外線から紫外線までの範囲で電磁放射（ＥＭＲ）を放射するのに適した供給源を挙げることができる。例えば、供給源は可視ＥＭＲ源であることができる。例えば、供給源は発光ダイオード（ＬＥＤ）であることができる。

当然のことながら、本発明の方法のステップのうち少なくともいくつかは、読取りヘッドとは別個のデバイス、例えばプロセッサデバイスによって実行することができる。好ましくは、読取りヘッドは、スケールの少なくとも１つの過去の読取り値から推定位置情報を計算するように構成される。好ましくは、読取りヘッドはまた、推定位置をスケールの読取り値から計算した位置と比較して、それらの間のあらゆる不一致を判定するように構成される。好ましくは、読取りヘッドはさらに、不一致がある場合に推定位置を使用するように構成される。さらに、好ましくは、読取りヘッドはあらゆる不一致の記録を維持するように構成される。

本発明の第２の態様によれば、上述の方法を実行するように構成された、位置情報を規定する特徴部を有するスケールを読み取るための読取りヘッドが提供される。

本発明の第３の態様によれば、位置情報を規定する特徴部を有するスケールと、スケールを読み取るための読取りヘッドとを備えるエンコーダ装置が提供され、その装置は、スケールの少なくとも１つの過去の読取り値から、後で使用するための推定位置情報を計算し、推定位置をスケールの読取り値から計算した位置と比較して、それらの間のあらゆる不一致を判定し、不一致がある場合に推定位置を使用し、あらゆる不一致の記録を維持するように構成される。

当然のことながら、装置は、読取りヘッドとは別個のプロセッサデバイスを備えることができる。その場合、プロセッサデバイスは、スケールの少なくとも１つの過去の読取り値から推定位置情報を計算するステップと、推定位置をスケールの読取り値から計算した位置と比較して、それらの間のあらゆる不一致を判定するステップと、不一致がある場合に推定位置を使用するステップと、あらゆる不一致の記録を維持するステップとのいずれかを実行するように構成することができる。好ましくは、読取りヘッドは、スケールの少なくとも１つの過去の読取り値から推定位置情報を計算するように構成される。好ましくは、また、推定位置をスケールの読取り値から計算した位置と比較して、それらの間のあらゆる不一致を判定するように構成される。好ましくは、読取りヘッドはさらに、不一致がある場合に推定位置を使用するように構成される。さらに、好ましくは、読取りヘッドはあらゆる不一致の記録を維持するように構成される。

本発明の実施形態を、単なる例として添付図面を参照して以下に記載する。

本発明による計測デバイスの模式的斜視図である。 第１の実施形態による読取りヘッドの様々な光学部品および電子部品の模式的ブロック図である。 第２の実施形態による読取りヘッドの様々な光学部品および電子部品の模式的ブロック図である。 図１に示される読取りヘッドの高次動作を示すフローチャートである。 位置変数および速度変数を初期化する方法を示すフローチャートである。 スケールのスケールマーキングの基本周期を判定する方法を示すフローチャートである。 スケールのスケールマーキングに対する読取りヘッドの位相ずれを判定する方法を示すフローチャートである。 推定位置を補正する方法を示すフローチャートである。 スケールに対する読取りヘッドの粗い絶対位置を判定する方法を示すフローチャートである。 図９ａおよび図９ｂは、第１の位置に関して図１に示されるスケールのスケールマーキングの基本周期の判定を示すグラフである。 図１０ａおよび図１０ｂは、第２の位置に関して図１に示されるスケールのスケールマーキングの基本周期の判定を示すグラフである。 図１１ａは図１に示されるスケールの模式的平面図、図１１ｂは図１および図２に示される読取りヘッドのセンサからの出力の模式図、および、図１１ｃはスケールの画像から抽出されたコードワードの模式図である。

図１を参照すると、読取りヘッド４、スケール６、およびコントローラ７を備えるエンコーダ装置２が示されている。読取りヘッド４およびスケール６は、互いに対して移動可能な第１および第２の物体（図示せず）に設置される。相対移動の速度は変動する可能性があるが、記載する実施形態では、読取りヘッド４およびスケール６は既知の最大相対加速度を有する。

記載する実施形態では、スケール６は直線状スケールである。しかし、スケール６は、回転式スケールなどの非線形のスケールであってもよいことが理解されるであろう。さらに、スケール６は一次元のみでの測定を可能にする。しかし、必ずしもそうでなくてもよく、例えば、スケールは二次元での測定を可能にする場合もあることが理解されるであろう。

記載する実施形態では、スケール６は絶対値スケールであり、その長さに沿って固有の位置データをエンコードするように配置された一連の反射性ライン８および非反射性ライン１０を備える。当然のことながら、データは、例えば、擬似乱数的シーケンスまたは離散的なコードワードの形態であることができる。

ラインの幅は必要とされる位置分解能に応じて変わり、一般的には１μｍから１００μｍの範囲、より一般的には５μｍから５０μｍの範囲である。記載する実施形態では、ラインの幅は１５μｍ程度である。反射性ライン８および非反射性ライン１０は、一般に、予め定められた周期で交互に配置される。しかし、スケール６における絶対位置データをエンコードするために、選択された非反射性ライン１０はスケール６から欠けている。例えば、非反射性ラインが存在することを用いて「１」ビットを表すことができ、非反射性ラインが存在しないことを用いて「０」ビットを表すことができる。

図２ａに示されるように、読取りヘッド４は、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）１２、光学素子１８、相補型金属酸化膜半導体（「ＣＭＯＳ」）イメージセンサ２０、およびウィンドウ２２を備える。読取りヘッドはまた、イメージセンサからの画像データをデジタル化するため、アナログ／デジタル変換器を含んでもよい。任意に、アナログ／デジタル変換は、イメージセンサまたはＣＰＵ内で実行することができる。ＬＥＤ１２から放射された光は、ウィンドウ２２を通過してスケール６に当たる。スケール６は、光を反射させてウィンドウ２２を通して戻し、その光はレンズ１８を通過し、そのレンズが次いで、反射光を使用してイメージセンサ２０上にスケールを投影する。したがって、イメージセンサ２０は、スケール６の一部の画像を検出する。イメージセンサ２０は、スケール上の反射性ライン８および非反射性ライン１０の長さに平行にその長さが延在する２５６個の細長いピクセル（elongate pixel）の単一の列を含む。図示される実施形態は反射型のものであるが、当然のことながら、本発明は透過型のエンコーダ装置（光がスケールから反射されるのではなくスケールを透過する）で使用することができる。

読取りヘッド４はまた、ＣＰＵ２４、電気的に消去可能なプログラマブル読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）またはフラッシュメモリの形態のメモリ素子３２、およびインターフェース３８を備える。

ＬＥＤ１２はＣＰＵ２４に接続されるので、ＬＥＤ１２はＣＰＵ２４の要求に応じて動作することができる。ＣＰＵ２４がイメージセンサ２０を通って低下する光の強度の画像を受け取ることができるように、イメージセンサ２０はＣＰＵ２４に接続される。また、イメージセンサ２０はＣＰＵ２４に直接接続されるので、イメージセンサ２０はそこを通って低下する強度のスナップショットを取るように、ＣＰＵ２４の要求に応じて動作することができる。ＣＰＵ２４はメモリ３２に接続されるので、メモリはその処理に使用するデータを格納し検索することができる。インターフェース３８はＣＰＵ２４に接続されるので、ＣＰＵ２４は、ライン４０を介してコントローラ７（図１に図示）などの外部デバイスからの要求を受け取り、そこに対して結果を出力することができる。ライン４０は、読取りヘッド４に電力供給する電力線も含む。

図２ｂに示される読取りヘッドは図２ａに示されるものとほぼ同じであり、同様の部品は同様の参照番号を共有している。しかし、図２ｂに示される実施形態の光学配置はわずかに異なる。この実施形態では、読取りヘッド４は、コリメータレンズ１３、反射面１７とビーム分割面１９とを有するビームスプリッタアセンブリ１５、および結像レンズ２１を備える。コリメータレンズ１３は、ＬＥＤ１２から放射された光をコリメートしてビーム２３とし、それが次に、スプリッタアセンブリの反射面１７によってビーム分割面１９に向かって反射される。ビーム分割面１９は、ウィンドウ２２を介してスケール６に向かってビーム２３を反射させ、次にスケールが光を反射してウィンドウ２２を通してビーム分割面１９に向かって戻し、それによって反射光がビーム分割面を真っ直ぐ通過することができる。次に、反射光は結像レンズ２１を通過し、結像レンズがスケール６の画像をＣＭＯＳイメージセンサ２０上に形成する。

図１１ａと、図１１ｂと、図１１ｃとを参照すると、それぞれ、読取りヘッド４のイメージセンサ２０が見るような基本周期、すなわちスケール周期「ｐ」を有する反射性ライン８および非反射性ライン１０を示す、スケール６の一区画の例図を示す模式図と、その区画を撮像するセンサの出力５０と、撮像された区画内に含まれるコードワード全体の二進値とが示されている。図１１ａに示されるように、絶対位置データをエンコードする離散的なコードワードを規定するため、非反射性ライン１０の一部は省略されている。例えば、破線の四角１１に含まれるラインは１つの固有の１６ビットのコードワードを規定する。「１」ビットは非反射性ライン１０が存在することによって規定され、「０」ビットは非反射性ライン８が存在しないことによって規定される。図１１ｂは、イメージセンサ２０によって取得された画像全体にわたる強度のばらつきを示す図である。ＣＰＵ２４は、出力を解析し、反射性ラインが見えることが予期される地点に強度閾値Ａ_tを適用することができる。ＣＰＵ２４は、強度が閾値Ａ_t未満である地点を「１」として、強度が閾値Ａ_tよりも高い地点を「０」として解釈する。図１１ｃは、ＣＰＵ２４がこのアルゴリズムを図１１ｂに示される出力に適用することによって抽出されたコードワードを示す。

当然のことながら、欠けている反射性ライン８、ならびにまたはその代わりに欠けている非反射性ライン１０によって、絶対位置データをスケール６にエンコードすることができる。さらに、反射性ライン８または非反射性ライン１０を追加したり除去したりすることなく、絶対位置データをスケール６に埋め込むことができる。例えば、絶対位置データをスケール６に埋め込むため、ラインの幅、それらの間の距離、またはそれらの色を変えることができる。さらに、スケールがスケールの測定長さに沿って得られる特徴部の固有の組み合わせによって絶対位置を規定するのではなく、スケールは、スケールの幅に沿って得られる特徴部の固有の組み合わせによって絶対位置を規定する特徴部を有することができる。例えば、スケールは、スケール全体にわたって、例えばスケールの測定長さにほぼ垂直に延在する長さの複数の「バーコード」を備えることができる。任意に、スケールは複数のトラックを備えることができ、それらトラックのうち少なくとも１つ、任意に少なくとも２つ、また場合によってはすべてが、複数の規則的に間隔を置いた特徴部を備えることができ（すなわち、トラックは、本質的に、異なる基本頻度の増分的なスケールの特徴部を備えることができる）、その際、トラックのスケール周期は互いに異なるので、スケールの幅全体にわたる特徴部の組み合わせは、スケールの測定長さに沿った任意の１つのポイントにおいて固有である。

さらに当然のことながら、本発明はインクリメンタルスケールとともに使用することもできる。この場合、所望によって、基準マークをインクリメンタルスケールのトラックに隣接して設けるか、あるいは埋め込むことができる。

さらにまた、スケールは、絶対位置情報を規定する特徴部を備える絶対値トラックと、規則的に間隔を置いた特徴部を備えるインクリメンタルトラックとを備えることができる。この場合、位相情報は、後述する実施形態のように絶対値トラックからではなく、インクリメンタルトラックから判定することができる。

一連のマーキング群を使用して、スケール長さに沿って一連の固有の二値コードワードをエンコードして、固有の位置情報、すなわち絶対位置情報を規定し、その一方で、一連のマーキングから位相情報を抽出することを可能にして、精密位置情報（例えば、スケールマーキングの周期よりも精密な分解能を有する位置情報）を判定できるのに十分な情報を依然として有することができる。したがって、かかるシステムでは、粗い絶対位置（画像から抽出されるコードワードから判定される）ならびに精密位置（ほぼ周期的なマーキングの位相ずれを見ることによって判定される）から、位置情報を作ることができる。そのようないわゆるハイブリッドのインクリメンタルおよび絶対値スケールのさらなる詳細は、特許文献１に記載されており、その内容をこの参照により本明細書に組み込む。

次に、装置２の操作方法１００を、図３を参照して記載する。本方法は、読取りヘッド４の電源を入れると開始される。第１のステップ１０２は、読取りヘッド４とスケール６の相対位置および速度を判定することを伴う。概して、これは、既知の時間差でスケールの２つの読取り値を取得し、その時間差内で動く距離に基づいて速度を計算することを伴う。このステップ１０２のプロセスを、図４との関連において次により詳細に記載する。

読取りヘッド４とスケール６の位置および速度を初期化する方法は、ステップ２０２で、読取りヘッド４がスケール６のスナップショットを取得し、スナップショットを取得した時間を記録することによって開始される。これは、ＣＰＵ２４がＬＥＤ１２に信号を送り、それによってＬＥＤ１２に一時的に光を放射させることによって達成される。ＣＰＵ２４はまた、イメージセンサ２０にそこを通って低下する光のパターンの強度を感知させ、それと同時に記録させる。図１１ａは、イメージセンサ２０に当たる光のパターンの一例を示す模式図である。この実施形態では、光のパターンは、ＬＥＤ１２が放射していた瞬間におけるスケール６の画像である。図から分かるように、画像は、スケール上の非反射性ライン１０および反射性ライン８に相当する複数の暗いライン１０および明るいライン８を含む。当然のことながら、イメージセンサ２０によって取得されるスケール６の実際の画像は、図１１ａの模式図に示されるものほど鮮明ではない傾向にある。

イメージセンサ２０の出力は、そこに当たる画像の信号の代表例である。図１１ｂは、イメージセンサ２０によって出力される信号５０の一例を示す。

ステップ２０３で、ＣＰＵ２４は、イメージセンサ４２によって出力される信号５０の基本周期を、したがって、結像されるようなスケールマーキングの基本周期を見つけるが、その方法は、図５を参照して以下により詳細に記載する。

ステップ２０４で、スケールマーキングとイメージセンサ２０の中心線との間の相対位相ずれが判定されるが、そのプロセスは、図６を参照して以下により詳細に記載する。概して、相対位相ずれは、イメージセンサ２０によって出力される信号５０によって記述される波と、イメージセンサ２０によって出力される信号５０によって記述される波と同じ基本周期を有する基準正弦波５２（イメージセンサ２０の出力に対する中心にあるゼロポイントを正弦波５２が負から正へと横切るポイント５４など、イメージセンサに対する予め定められた位置を有する基準正弦波）との間の位相を計算することによって判定することができる。より詳細に後述するように、位相ずれの計算は、出力信号５０を基準余弦波（図示せず）ならびに正弦波５２と比較することを伴う場合がある。

位相ずれが判定されると、ステップ２０６で読取りヘッド４およびスケール６の粗い絶対相対位置が判定されるが、そのプロセスは、図８を参照して以下により詳細に記載する。次に、ステップ２０８で、より詳細に後述するように、粗い絶対位置を計算した位相ずれと組み合わせることによって、読取りヘッド４およびスケール６の精密絶対相対位置が判定される。

ステップ２１０で、２つの連続する有効な読取り値が取得されているかが判定される。取得されていない場合、２つの連続する有効な読取り値が取得されるまで、ステップ２０２から２０８を繰り返す。画像データの誤り検出および補正を容易にするため、冗長情報をスケールコードに含むことは一般的である。読取り値が有効であるか否かの判定は、画像中のスケールコードをデコードするときに、誤り率（すなわち、実行しなければならない誤り訂正の量）を測定することを含むことができる。任意に、読取り値が有効であるか否かの判定は、画像の強度、または画像の基本周期の振幅（その計算については後述する）を評価することを含むことができる。

２つの連続する有効な読取り値が取得されると、次に、ステップ２１２で、２つの最も直近の連続する有効な読取り値の間の距離と、それらが取られた時間間隔とに基づいて速度が計算される。次に、判定された速度および一番最近の位置読取り値が、より詳細に後述するように、今後の基準として格納される。

次に図５を参照すると、イメージセンサ２０によって結像されるスケールの基本周期を判定するためのプロセス３００は、ステップ３０２で、スケールの画像を複数の区画に分割することによって始まる。このプロセスを説明する助けとするため、イメージセンサ２０によって検出される画像の強度を表す一例の波１４２を示す図９ａを参照する。明瞭化のため、画像は、反射性ラインおよび非反射性ラインを交互に有し、ラインの欠けがないスケールの一部のものである。さらに、実際には、装置は、スケールの基本周期の判定において、スケール上の汚れ、および／またはラインの欠け／追加の影響を低減するため、セグメント当たりのライン数が図示されるよりも多くなる傾向となるように構成される。さらにまた、波はアナログ波として示されるが、記載する実施形態では、波はデジタルサンプルデータによって表される。

画像を表す波１４２は、イメージセンサ２０の中心線（中心線は、スケール６上の反射性ライン８および非反射性ライン１０の長さに平行に延在する）の両側に３つずつ、６つの均等なサイズの区画に分割されている。ステップ３０４で、波１４２の区画のうち１つと、予め定められた周期を有する（かつ、その正の勾配の中間点がイメージセンサの中心にあるように、イメージセンサに対する予め定められた位置を有する）基準正弦波１４４の対応する区画との間の位相が判定される。

各区画の位相は、図６に示されるプロセス４００を使用して計算することができる。このプロセス４００は、ステップ４０２で、波１４２の区画のうち１つと、基準正弦波１４４の対応する区画とのドット積（dot product）を計算して、「仮想」成分（ＩＭ）を取得することを伴う。ステップ４０４で、次に、波１４２の同じ区画と基準余弦波１４６の対応する区画とのドット積を計算して、「実」成分（ＲＥ）を取得する。ステップ４０６で、仮想成分の逆正接（inverse TAN）を実成分で割ったものを計算して、角度位相ずれに正比例する値（θ）を取得する。次に、ステップ４０８で、ステップ４０６で判定した値から角度位相ずれを計算する。このプロセスは、波１４２の区画それぞれに対して繰り返される。

図９ａに示される例で分かるように、区画１の画像を表す波１４２は基準正弦波１４４とわずかしか位相ずれしていない。画像を表す波１４２と基準波１４４との間の位相は、区画それぞれについて徐々に増加して、最終的に区画６では、波１４２は基準正弦波１４４に対してほぼ３６０°、つまり２πラジアンの位相ずれとなる。ステップ３０６で、次に、図９ｂに示されるように領域ごとの位相ずれをグラフ上にプロットし、地点すべてにわたる最良適合ラインの勾配を計算する。最良適合ラインの勾配は、基準正弦波１４４の周期と画像を表す波１４２との間の差に正比例する。したがって、ステップ３０８で、その差に基づいて波１４２の基本周期を、すなわちスケールマーキングの基本周期を判定することができる。当然のことながら、波１４２の周期が基準正弦波１４４および余弦波１４６の周期と同じであれば、最良適合ラインの勾配はゼロとなる。

図９に関して上述した例では、スケールのスナップショットは、一例の波１４２の第１の区画が基準正弦波１４４に対してわずかだけ位相ずれするようにして取られた。したがって、基準波と基準正弦波１４４との間の位相差は区画ごとに徐々に増加した。しかし、図１０ａに示されるように、スケールのスナップショットは、波１４３の第１の区画が基準正弦波１４５に対して実質的に位相ずれする地点で取られることがある。したがって、ある地点では、隣接した区画間の位相ずれにジャンプがある傾向となる。この例では、位相ずれのジャンプは、区画４と区画５との間に生じる（区画４における２πに近い位相ずれから、区画５におけるゼロに近い位相ずれへ）。この場合、各区画に対する位相ずれ値の最良適合ラインは、基準正弦波１４５の周期と画像を表す波１４３との間の差に正比例する勾配ではなくなる。したがって、図５に示される方法のステップ３０６は、隣接した区画の間にπを超過する位相ずれのジャンプがあればそれを除去することを含む。これは、図１０ｂに示されるように、隣接した区画間での位相の変化が常にπ未満となるように、２πの整数倍を計算した区画の位相ずれに加算するか、または減算することによって実現される。ジャンプが除去されると、最良適合ラインが判定され、図１０を参照して上述したのと同じやり方で基本周期が取得される。

ステップ３１０で、前のステップ３０８で判定された基本周期に対応するルックアップテーブルが選択される。選択されたルックアップテーブルは、判定された基本周期と同じ周期を有する正弦波および余弦波を表す値を含み、位相ずれを測定するのに使用される（すなわち、ステップ１０８および２０４）。ルックアップテーブルは、例えば読取りヘッドの起動時に前もって生成されてもよく、またはメモリ３２に予め格納することができる。

図６に示されるような、位相ずれを見つけるためのプロセス４００は、イメージセンサによって出力されるアナログ信号５０の、イメージセンサの中心線に対する位相ずれを測定するのにも使用される（すなわち、図５のステップ２０４）。しかし、この場合、ドット積は、イメージセンサによって出力されるアナログ信号５０をデジタル化したもの全体について、図４のステップ２０３で判定した周期を有する基準正弦波５２（ステップ４０２）および余弦波（図示せず）（ステップ４０４）に対して計算される。次に、ステップ４０６で、仮想成分の逆正接を実成分で割ったものを計算して角度位相ずれ（θ）を取得し、それを次に、組み合わされた絶対位置の判定に使用されるオフセット距離へと変換する（すなわち、図４のステップ２０８）。

図３に戻ると、プロセス１００は続いて、ステップ１０４で、スケールのさらなるスナップショットが取得されるポイントとそれが取られた時間が記録される。ステップ１０４は、コントローラ７からの位置要求を受け取ると実行される。しかし、予め定められた最大時間制限内でコントローラ７から位置要求を受け取っていない場合、読取りヘッド４はステップ１０４を始めることができる。これにより、相対速度が規則的に更新されることが確保され、したがって、コントローラが位置情報を最終的に要求すると、正確な推定位置を判定することができる。

ステップ１０６で、結像されるようなスケールマーキングの基本周期が判定される。これは、図５に関して既に上述したプロセス３００を使用して行われる。次に、ステップ１０８で、図６に関して既に上述したプロセス４００を使用して、結像されるようなスケールマーキングの位相ずれが測定される。やはり、イメージセンサによって出力されるアナログ信号５０をデジタル化したもの全体について、ドット積が計算される。

ステップ１１０で、推定位置が計算される。過去の位置が判定されているので、これは相対速度に経過時間を乗じることによって行われる。これにより、過去の位置が判定されてから移動した距離が得られる。この位置を過去の位置に加えることによって推定位置が得られる。しかし、この計算は速度が一定のままであったものと仮定している。何らかの加速があれば、推定位置の小さな誤りが生じる。

したがって、ステップ１１２で、推定位置が補正されて、あらゆるそのような誤りが除去されるが（その大きさが１つのスケール周期の半分未満であるという条件で）、そのプロセスは、図７に関して以下により詳細に記載する。誤りが常にスケール周期の２分の１未満であるという要件は、スケール６に対する読取りヘッド４の加速に対する上限となる。読取りヘッドが１００μｓごとにスナップショットを取る、３０μｍ周期のスケールを有する一般的なシステムの場合、この限界は約１５００ｍ／ｓ²（１５０ｇ）であり、これはあらゆる計測用途に対して要求されるものよりもはるかに高い。

ステップ１０４でコントローラ７が位置情報を要求するのに応答してスナップショットが要求された場合、ステップ１１４で、確定した推定位置がコントローラ７に送信される。

本方法は続けて、ステップ１１６で、現在の確定した推定位置および過去の既知の位置と、それらの位置が計算されたスナップショットが取られた時間それぞれとを基にして、現在の速度が更新され計算される。

ステップ１１８で、実際の粗い位置がステップ１０４で取得されたスナップショットから読み取られるが、そのプロセス６００は、図８に関して以下により詳細に記載する。

ステップ１２０で、ステップ１１８でスナップショットから読み取られた粗い位置が、ステップ１１４で判定された確定した推定位置の粗い部分と比較される。これは、最初に、ステップ１０８で測定された位相を確定した推定位置から除去して、確定した推定位置の粗い部分を得ることを伴う。読み取られた粗い位置が推定位置の粗い部分と異なる場合、誤りが生じており、読み取られた位置および／または推定位置のいずれかが不正確である。本発明に従って動作するエンコーダ装置は、推定した粗い位置が読み取られた粗い位置よりも不正確である傾向は低いものと仮定し、そのため、即座に警告を発行するか、または補正処置を行うのではなく、ステップ１２２で誤りカウンタが歩進される。ステップ１２６で、読み取られた粗い位置と推定した粗い位置との間に十分な数の連続する差があったときのみ（例えば、誤り計数が予め定められた閾値レベルに等しいとき）、本発明によるエンコーダ装置は操作を行う。この場合、補正動作を行うまでに少なくとも４つの連続する差が許容される。この場合、補正動作は、ステップ１０２までプロセスを戻し、そこで速度および位置を再度初期化することを含む。当然ながら、例えばコントローラ７に対して誤差信号および／または警告信号を発行することを含む他の動作を行うことができ、次にコントローラがそれに応答して動作を行うことができる。例えば、コントローラ７は、かかる誤りを受け取ったことに応答して、読取りヘッド４およびスケール６が設置された機械（または機械の一部）を停止してもよい。

読み取られた粗い位置および推定した粗い位置が同じである場合、ステップ１２４で誤り計数がゼロにセットされる。

上述したように、他の方法を使用して、推定位置と実際の読取り値との間の不一致を扱うことができる。特に、不一致が推定位置またはスケールの読取り値の誤りに起因するものであるか（すなわち、例えば、誤りを信号で伝え、かつ／または補正動作を行うか否か）の判定は、不一致の大きさに基づくことができる。特に、上述したように、使用されるコード体系に応じて、小さな不一致は推定プロセスの失敗に起因するものであるが、大きな不一致はスケールの読取り値の失敗に起因するものであると仮定することが可能であり得る。

次に、推定位置を確定するためのプロセス５００を、図７を参照して記載する。方法は、ステップ５０２で始まり、この時点で、位相情報が（ステップ１１０で判定した）元の推定位置から除去される。実際には、これは、元の推定位置の切り捨てを行って、最も近接した粗い絶対位置全体（すなわち、最も近接したスケール期間全体）とすることによって実現することができる。ステップ５０４で、ステップ１０８で測定された位相ずれが切り捨てた推定位置に加えられ、「新しい推定位置」が得られる。読取りヘッド４およびスケール６が設置される部分の加速に対する制約により、新しい推定位置は元の推定位置の１／２周期以内でなければならないことが知られている。したがって、ステップ５０６で、これがその場合に該当するか否かを証明するチェックが行われる。これは、新しい推定位置を元の推定位置から減算することを伴う。これらの間の差が−１／２周期未満の場合、ステップ５０８で、１つの周期が新しい推定位置から減算される。それらの間の差が１／２周期よりも大きい場合、ステップ５１０で、１つの周期が新しい推定位置に加算される。それらの間の差が−１／２周期と１／２周期の間である場合、新しい推定位置は変更されない。最後に、ステップ５１２で、確定した推定位置が修正された（または変更のない）推定位置として設定される。

次に、粗い絶対位置を読み取るためのプロセス６００を、図８を参照して記載する。プロセスは、ステップ６０２で始まり、そこで、ＣＰＵ２４がスケールの画像から、すなわちイメージセンサ２０から出力される信号５０からビットストリームを読み取る。スケールマーキングの基本周期、およびイメージセンサ２０の中心線に対する位相ずれは、ステップ１０６および１０８で既に判定されている。したがって、ＣＰＵ２４は、信号５０のどの地点において振幅がスケール６の反射性ライン８または非反射性ライン１０を表すかが分かっている。図１１ａから図１１ｃに示されるように、これらの地点それぞれにおいて、ＣＰＵ２４は、信号５０の低い振幅（例えば、閾値Ａ_tを下回る振幅）を「１」ビットとして、高い振幅（例えば、閾値Ａｔを上回る振幅）を「０」ビットとして解釈する。

スケール６の絶対値データのビットは、コードワード（例えば、コードワード１１）へとグループ化される。各コードワードはスケール６に沿った固有の絶対位置を規定する。当然のことながら、各コードワードの開始をマークする役割を果たす、各コードワードの始まりにある開始記号を使用することができる。例えば、この実施形態では、開始ワードはビットシーケンス「１１０１」を含むことができる。開始記号が使用される場合、開始記号として選択されたシーケンスはコードワードのいずれかの中に現れてはならず、そうでなければコードワードの一部を開始記号として誤認する可能性があるため、開始記号の選択は制約される。さらに、コードワードが開始記号の始まりで終わるか、またはその逆であると、コードワードの位置が数ビット分間違って解釈されることがあり得るので、そのようにしてはならない。

イメージセンサのウィンドウは、スナップショットが取られる時間における読取りヘッド４およびスケール６の相対位置にかかわらず、少なくとも１つのコードワードが完全に見えるのに十分な幅である。

ステップ６０４で、開始記号が位置決めされ、ステップ６０６で、開始記号に続くビットが読み取られる。コードワードに対応するスケールに沿った位置が判定される。これは、コードワードをデコードするのに使用される、メモリ３２に格納されたルックアップテーブルを使用することによって行われてもよい。したがって、ステップ６０８で、画像から読み取られたコードワードがルックアップテーブルに格納されたコードワードと比較される。ルックアップテーブル内の照合位置によって、スケールの基準面に対するコードワードの粗い絶対位置が得られる。次に、スケールの基準面に対する読取りヘッドの粗い絶対位置が、ステップ６０４で見出された読取りヘッドに対する開始記号の位置を、ステップ６０８で見出されたコードワードの粗い位置から減算することによって計算される。当然ながら、誤ったビットの存在を克服するため、特許文献１に開示されている技術などの、誤り検出および補正の技術を用いることができる。さらに、スケール６に対する読取りヘッド４の粗い絶対位置をエンコードし判定する、他の技術を使用することができる。例えば、スケール６の反射性ライン８および非反射性ライン１０は擬似乱数の絶対値コードをエンコードすることができ、その際、予め定められた数のビットのすべての組み合わせは、読取りヘッド４とスケール６との間の絶対相対位置を一意に特定する。

したがって、少なくとも部分的に推定された位置情報を出力するが、適切なチェックを実行して推定位置がスケールから得た全読取り値と一致することを確保する、エンコーダの操作方法が記載される。不一致がある場合、エンコーダは推定位置を依然として出力するが、不一致の記録をとる。位置読取り値が不正確だった場合（ランダムな雑音によって、または例えばヘッドがスケール上の汚れの欠片の上を通ることによって起こり得る）、次のチェックにおいて、推定位置および測定位置が一致し、エンコーダは正常に動作し続ける。他方で、位置読取り値が正確であり、推定位置が不正確であった場合、後に続くすべてのチェックについて、推定位置が正確な読取り値からゆっくり逸脱し続ける。少ない回数のチェックの後、読取りヘッドはこの状況を特定し、出力位置が著しく間違う前に適切な処置を行うことができる。

上述の方法は、スケールの全読取り値を用いて各推定位置をチェックする。それでもなお、必ずしもその様な場合でなくてもよく、例えば、推定位置のいくつかのみをチェックしてもよいことが理解されるであろう。例えば、そのようなチェックは頻繁な間隔で実行されてもよく、その間隔は時間に基づくか、または例えば計算される位置の数に基づいてもよい（例えば、少なくとも１０個目ごと、少なくとも５個目ごと、もしくは少なくとも１個おきに推定位置がチェックされてもよい）。さらに、そのようなチェックが実施される規則性は適応性のあるものとすることができ、例えば判定された過去の不一致の数および／または程度など、様々な理由で変化することができる。

Claims (16)

1. 位置情報を規定する特徴部を有するスケールと、前記スケールを読み取る読取りヘッドとを備える位置エンコーダ装置の操作方法であって、
   ｉ）過去に判定された少なくとも１つの絶対位置から推定した粗い位置と、ｉｉ）前記スケールの現在の読取り値から計算した精密位置情報とから、推定位置情報を計算するステップを含むことを特徴とする方法。
2. さらに、
   推定位置を前記スケールの読取り値から計算した位置と比較して、それらの間のあらゆる不一致を判定するステップと、
   不一致があるか否かにかかわらず前記推定位置情報を使用するステップと、
   あらゆる不一致の記録を維持するステップと、
   を適切な順序で含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 推定位置計算の失敗を示す不一致の記録を監視するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 監視するステップが、不一致の数を監視することを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 監視するステップが、不一致の大きさを監視することを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. 前記推定位置の失敗を示す不一致がある場合にエラールーチンを実行するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の方法。
7. エラールーチンを実行するステップが、エラー信号を発行することを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 比較するステップが、粗い推定位置を前記スケールから読み取った粗い位置情報と比較することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
9. 前記スケールが、一連の固有の絶対位置を規定する特徴部を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記精密の位置情報が、前記一連の固有の絶対位置を規定する前記特徴部から判定されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記推定位置を外部デバイスに送るステップを含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 後で推定計算に使用するために前記推定位置を格納するステップを含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 各推定位置を前記スケールの読取り値から計算した位置と比較して、それらの間のあらゆる不一致を判定することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されたことを特徴とする、位置情報を規定する特徴部を有するスケールを読み取る読取りヘッド。
15. 位置情報を規定する特徴部を有するスケールと、前記スケールを読み取る読取りヘッドとを備える位置エンコーダ装置であって、
    ｉ）過去に判定された少なくとも１つの絶対位置から推定した粗い位置と、ｉｉ）前記スケールの現在の読取り値から計算した精密位置情報とを使用して、前記スケールの少なくとも１つの過去の読取り値から推定位置情報を計算するように構成されていることを特徴とする装置。
16. さらに、
    推定位置を前記スケールの読取り値から計算した位置と比較して、それらの間のあらゆる不一致を判定し、
    不一致があるか否かにかかわらず前記推定位置を使用し、
    あらゆる不一致の記録を維持する
    ように構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。

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