JP2016161431A - 位置検出装置およびこれを用いた装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学スケールが温度の変化によって伸縮した場合でも、正確な位置検出を行う。
【解決手段】位置検出装置は、可動部材１０２の移動に伴って光学スケール１０１と相対移動する際に複数の周期パターンからの光を受光して複数の第１の検出信号を生成する光学式の第１の位置検出手段１０３と、可動部材の移動に伴って変化する第２の検出信号を生成する非光学式の第２の位置検出手段１０８と、複数の第１の検出信号を用いて第１の位置信号を生成するとともに、第２の検出信号を用いて第１の位置信号とは分解能が異なる第２の位置信号を生成し、第１の位置信号と第２の位置信号とを結合する演算を行って可動部材の絶対位置を示す絶対位置信号を生成する演算手段１０６とを有する。補正手段１５０は、第１の位置信号と第２の位置信号との比率に応じた補正利得を演算し、絶対位置信号を補正利得を用いて補正した補正絶対位置信号を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可動部材の絶対位置を検出する位置検出装置に関し、特に光学スケールを用いた位置検出装置に関する。

光学式の位置検出装置（以下、光学式エンコーダという）は、可動部材と固定部材のうち一方に取り付けられた受光センサと、他方に取り付けられた光学スケールとにより構成される。光学スケールには光を反射または透過する周期パターンが設けられ、可動部材が移動する際に周期パターンからの光を受光センサにより検出することで、周期パターンの周期に応じた周期で変化する検出信号が得られる。

このような光学式エンコーダとして、光学スケールに互いに位相が異なる２つ（１組）の周期パターンを設け、該２つの周期パターンからの光を受光センサにより検出することで互いに位相が異なる２つの周期信号（１組の２相信号）を得るものがある。そして、これら２相信号を用いた演算を行うことで、可動部材と固定部材の相対位置を検出することができる。

さらに、光学式エンコーダには、特許文献１に開示されているように、光学スケールに互いに周期が異なる長周期と短周期の２つの周期パターンの組を、それら長周期と短周期をわずかずつ異ならせて複数組設けたものがある。この光学式エンコーダでは、複数組の周期パターンからの光を受光センサにより検出することで複数組の２相信号を得て、該複数組の２相信号に対する演算を行うことにより互いに周期が異なる複数の位置信号（長周期の上位信号と短周期の下位信号）を生成する。そして、これら複数の位置信号を結合することで可動部材の絶対位置を検出することができる。

特開２０１３−２３４８６１号公報

しかしながら、上記のような光学式エンコーダには、光学スケールが温度の変化によって伸縮することで、可動部材と光学スケールとの相対位置がずれでしまい、正確な可動部材の位置検出ができなくなる、つまりは位置の誤検出が発生するという問題がある。特に特許文献１にて開示された光学式エンコーダでは、上位信号と下位信号とを結合するために上位信号を逓倍処理するため、光学スケールの伸縮による上位信号の変動の影響が大きい。

本発明は、光学スケールが温度の変化によって伸縮した場合でも、正確な位置検出を行えるようにした位置検出装置を提供する。

本発明の一側面としての位置検出装置は、互いに周期が異なる複数の周期パターンが形成された光学スケールとともに用いられ、可動部材の移動に伴って光学スケールと相対移動する際に複数の周期パターンからの光を受光して該複数の周期パターンの周期に応じた周期でそれぞれ変化する複数の第１の検出信号を生成する光学式の第１の位置検出手段と、可動部材の移動に伴って変化する第２の検出信号を生成する非光学式の第２の位置検出手段と、複数の第１の検出信号を用いて第１の位置信号を生成するとともに、第２の検出信号を用いて第１の位置信号とは分解能が異なる第２の位置信号を生成し、第１の位置信号と第２の位置信号とを結合する演算を行って可動部材の絶対位置を示す絶対位置信号を生成する演算手段と、第１の位置信号と第２の位置信号との比率に応じた補正利得を演算し、絶対位置信号を補正利得を用いて補正した補正絶対位置信号を生成する補正手段とを有することを特徴とする。

なお、上記位置検出装置と、該位置検出装置により絶対位置が検出される可動部材とを有する装置も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明では、光学スケールの伸縮による影響を受ける第１の位置信号とその影響を受けない第２の位置信号との比率に応じた補正利得を用いて絶対位置信号を補正する。このため、本発明によれば、光学スケールが温度の変化によって伸縮した場合でも、正確な位置検出を行える位置検出装置を実現することができる。そして、この位置検出装置を用いて可動部材の絶対位置を検出することで、温度変化にかかわらず可動部材の高精度な位置制御や絶対位置の情報を用いた良好な処理等を行うことが可能な各種装置を提供することができる。

本発明の実施例１であるエンコーダの構成を示すブロック図。 実施例１におけるスケールトラックおよびトラックパターンの検出方法を説明する図。 従来の絶対位置演算処理を示すフローチャート。 バーニア演算を説明する図。 従来の絶対位置演算処理における上位、中位、下位および最下位信号を示す図。 従来の絶対位置演算処理における上位信号および中位信号の結合処理を説明する図。 従来の絶対位置演算処理における信号の結合処理に関する課題を説明する図。 実施例１の絶対位置演算処理における上位、中位、下位および最下位信号を示す図。 実施例１におけるポテンショメータの正規化処理を示すフローチャート。 実施例１における絶対位置演算処理を示すフローチャート。 実施例１におけるポテンショメータの回路を示す図。 実施例１におけるスケールの温度変化による伸縮を示す図。 実施例１におけるスケールの伸縮による検出位置の変化を示す図。 実施例１における温度補正処理を示すフローチャート。 実施例１における異なる温度環境下でのポテンショメータからの位置信号と絶対位置演算部からの絶対位置信号とを示す図。 本発明の実施例２である撮像装置の構成を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である位置検出装置としてのエンコーダの構成を示している。１０１は光学スケール（以下、単にスケールという）であり、固定部材１０４に対して移動可能な可動部材１０２に取り付けられている。スケール１０１には、図２（ａ）にも示す第１のスケールトラック１０１−１と第２のスケールトラック１０１−２とが設けられている。

１０３は光学式の第１の位置検出手段としての光学センサユニット（以下、単に光学センサという）であり、固定部材１０４に取り付けられている。光学センサ１０３には、ＬＥＤを光源とする発光部１０３−１と、第１の受光部１０３−２および第２の受光部１０３−３とが設けられている。第１および第２の受光部１０３−２，１０３−３にはそれぞれ、複数の受光素子がスケール１０１（可動部材１０２）の移動方向、すなわちスケール１０１と光学センサ１０３の相対移動方向である位置検出方向に配列されている。

本実施例ではスケール１０１が可動部材１０２に取り付けられ、光学センサ１０３が固定部材１０４に取り付けられている場合について説明するが、スケール１０１が固定部材１０４に取り付けられ、光学センサ１０３が可動部材１０２に取り付けられていてもよい。すなわち、可動部材１０２が固定部材１０４に対して移動することで、スケール１０１と光学センサ１０３とが相対移動すればよい。

光学センサ１０３は、スケール１０１に対向するように配置されている。光学センサ１０３の発光部１０３−１から発せられた発散光束としての光は、スケール１０１上の第１のスケールトラック１０１−１および第２のスケールトラック１０１−２に照射される。第１のスケールトラック１０１−１に設けられた複数の周期パターン（図２（ａ）に示す２つの周期パターン２０１−１，２０１−２）で反射した光は、第１の受光部１０３−２に向かう。これにより、第１のスケールトラック１０１−１の２つの周期パターン２０１−１，２０１−２の光学像（以下、パターン像という）が第１の受光部１０３−２上に形成される。

また、第２のスケールトラック１０１−２に設けられた複数の周期パターン（図２（ａ）に示す２つの周期パターン２０２−１，２０２−２）で反射した光は、第２の受光部１０３−３に向かう。これにより、第２のスケールトラック１０１−２の２つの周期パターン２０２−１，２０２−２の光学像（パターン像）が第２の受光部１０３−３上に形成される。各周期パターンは、光を反射する反射部と光を反射しない非反射部とが位置検出方向に交互に配置されて構成されている。

第１の受光部１０３−２は、受光した２つパターン像を光電変換し（すなわち、周期パターン２０１−１，２０１−２を読み取り）、該２つのパターン像に対応する２つの検出信号を出力する。同様に、第２の受光部１０３−３は、受光した２つパターン像を光電変換し（すなわち、周期パターン２０２−１，２０２−２を読み取り）、該２つのパターン像に対応する２つの検出信号を出力する。可動部材１０２とともにスケール１０１が光学センサ１０３に対して移動すると、各検出信号はこれに対応する周期パターンの周期に応じた周期で変化する信号（以下、周期信号という）となる。

第１の受光部１０３−２から出力された各周期信号はＡＤ変換部１０５−１でデジタル信号に変換されて絶対位置演算部１０６に入力される。第２の受光部１０３−３から出力された各周期信号はＡＤ変換部１０５−２でデジタル信号に変換されて絶対位置演算部１０６に入力される。

演算手段としての絶対位置演算部１０６は、ＡＤ変換部１０５−１，１０５−２から入力された信号を用いて、可動部材１０２の絶対位置を演算する。

ピッチ切り替え信号出力部１０７は、第１および第２の受光部１０３−２，１０３−３のそれぞれに設けられた複数の受光素子における受光ピッチ（検出ピッチ）を切り替えるためのピッチ切り替え信号を光学センサ１０３に出力する。光学センサ１０３は、ピッチ切り替え信号に応じて、受光ピッチを短周期の周期パターン２０１−１，２０２−１のピッチに対応した第１の受光ピッチと長周期の周期パターン２０１−２，２０２−２のピッチに対応した第２の受光ピッチとに切り替える。これにより、第１および第２の受光部１０３−２，１０３−３のそれぞれが２つずつの周期パターンを読み取ることができる。

図２（ａ）に示す第１および第２のスケールトラック１０１−１，１０１−２の周期パターン２０１−１，２０１−２，２０２−１，２０２−２についてさらに詳しく説明する。なお、図２（ａ）は各スケールトラックの周期パターンを簡略化して示したものである。実際の各スケールトラックには、スケール１０１における位置検出方向に直交する方向（以下、スケール幅方向という）において、図２（ａ）に示した２つの周期パターンよりも多くの数の周期パターンが形成されている。

第１のスケールトラック１０１−１に設けられた２つの周期パターン２０１−１，２０１−２は、互いに異なる周期Ｐ１，Ｐ２を有する。周期Ｐ１は周期Ｐ２より長い。以下の説明では、周期パターン２０１−１を長周期パターンともいい、周期パターン２０１−２を短周期パターンともいう。実際のスケールでは、長周期パターン２０１−１と短周期パターン２０１−２とがスケール幅方向に交互に配置されている。

一方、第２のスケールトラック１０１−２に設けられた２つの周期パターン２０２−１，２０２−２は、互いに異なる周期Ｐ１′，Ｐ２′を有する。周期Ｐ１′は周期Ｐ２′より長い。以下の説明では、周期パターン２０２−１を長周期パターンともいい、周期パターン２０２−２を短周期パターンともいう。実際のスケールでは、長周期パターン２０２−１と短周期パターン２０２−２とがスケール幅方向に交互に配置されている。

長周期パターン２０１−１の周期Ｐ１と長周期パターン２０２−１の周期Ｐ１′とは互いにわずかに異なっており（Ｐ１＜Ｐ１′）、短周期パターン２０１−２の周期Ｐ２と短周期パターン２０２−２の周期Ｐ２′も互いにわずかに異なっている（Ｐ２＜Ｐ２′）。

図２（ｂ）には、長周期パターン２０１−１，２０２−１または短周期パターン２０１−２，２０２−２を読み取った光学センサ１０３の第１および第２の受光部１０３−２，１０３−３から出力される２つの周期信号を示している。縦軸は各受光部からの周期信号の値（１０ｂｉｔのＡＤ変換値）を示し、横軸は光学センサ１０３に対するスケール１０１（可動部材１０２）の位置を示す。可動部材１０２の移動に伴って第１および第２の受光部１０３−２，１０３−３から互いに位相が異なる２相の周期信号（以下、まとめて２相信号ともいう）２０３，２０４が出力される。これら２相信号２０３，２０４は互いに位相が９０°異なるサイン波とコサイン波に相当する。

図２（ｃ）には、サイン波およびコサイン波としての２相信号２０３，２０４を逆正接変換により０から２πにて変化する信号に変換した結果を示している。縦軸は０から２πの角度（ラジアン）であり、横軸は光学センサ１０３に対するスケール１０１の位置を示す。

ここまでの構成は、従来の光学式エンコーダの構成と同じである。ここでは、従来の光学式エンコーダにおける絶対位置の演算処理とそれにより生ずる課題について説明する。

図３のフローチャートには、従来の光学式エンコーダにおいて絶対位置演算部１０６が行う絶対位置演算処理を示している。ここでは例として、スケール１０１の位置検出方向での長さ（スケール長）を４０ｍｍとする。また、スケール１０１上の周期パターン２０１−１，２０１−２，２０２−１，２０２−２のパターン数（反射部の数）をそれぞれ７５，３００，７４，２９０とする。また、以下の説明では、周期パターン２０１−１，２０１−２，２０２−１，２０２−２に対応する周期信号をそれぞれ、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ１′，Ｐ２′と称する。

ステップＳ３０１においてピッチ切り替え信号出力部１０７がＰ２，Ｐ２′に対応する受光ピッチを選択していることを検出した絶対位置演算部１０６は、ステップＳ３０２に進む。そして、ステップＳ３０２において、ＡＤ変換部１０５−１，１０５−２でサンプリングされた信号をＰ２，Ｐ２′として検出する。

次に、ステップＳ３０３では、絶対位置演算部１０６は、Ｐ２，Ｐ２′の逆正接変換処理を行って信号θ２，θ２′を生成する。サイン波とコサイン波としてのＰ２，Ｐ２′をそれぞれ、
［Ｐ２］ｓｉｎθ／［Ｐ２］ｃｏｓθ
［Ｐ２′］ｓｉｎθ／［Ｐ２′］
として表すと、Ｐ２，Ｐ２′の逆正接変換は以下の式（１），（２）で求められる。
θ２＝ＡＴＡＮ２（［Ｐ２］ｓｉｎθ，［Ｐ２］ｃｏｓθ） （１）
θ２′＝ＡＴＡＮ２（［Ｐ２′］ｓｉｎθ，［Ｐ２′］ｃｏｓθ） （２）
この逆正接変換処理の後、絶対位置演算部１０６は、ステップＳ３０４にてピッチ切り替え信号出力部１０７にＰ１，Ｐ１′に対応する受光ピッチの選択命令を出力する。その後、ステップＳ３０１に戻る。

ステップＳ３０１においてピッチ切り替え信号出力部１０７がＰ１，Ｐ１′に対応する受光ピッチを選択していることを検出した絶対位置演算部１０６は、ステップＳ３０５に進む。そして、ステップＳ３０５において、ＡＤ変換部１０５−１，１０５−２でサンプリングされた信号をＰ１，Ｐ１′として検出する。

次に、ステップＳ３０６では、絶対位置演算部１０６は、Ｐ１，Ｐ１′の逆正接変換処理を行って信号θ１，θ１′を生成する。サイン波とコサイン波としてのＰ１，Ｐ１′をそれぞれ、
［Ｐ１］ｓｉｎθ／［Ｐ２］ｃｏｓθ
［Ｐ１′］ｓｉｎθ／［Ｐ１′］
として表すと、Ｐ１，Ｐ１′の逆正接変換は以下の式（３），（４）で求められる。
θ１＝ＡＴＡＮ２（［Ｐ１］ｓｉｎθ，［Ｐ１］ｃｏｓθ） （３）
θ１′＝ＡＴＡＮ２（［Ｐ１′］ｓｉｎθ，［Ｐ１′］ｃｏｓθ） （４）
この逆正接変換処理の後、絶対位置演算部１０６は、ステップＳ３０７にてピッチ切り替え信号出力部１０７にＰ２，Ｐ２′に対応する受光ピッチの選択命令を出力する。その後、ステップＳ３０８に進む。

ステップＳ３０８では、絶対位置演算部１０６は、信号θ１，θ１′に対するバーニア演算処理（以下、単にバーニア演算という）を行って絶対位置を求めるために用いる上位信号を生成する。また、絶対位置演算部１０６は、信号θ２，θ２′に対するバーニア演算を行って絶対位置を求めるために用いる中位信号を生成する。この後、ステップＳ３０９に進む。

図４には、信号θ１，θ１′に対するバーニア演算を示している。４０１，４０２は信号θ１，θ１′を示す。信号θ１，θ１′に対するバーニア演算によって生成される上位信号としてのバーニア信号をθ１−１′とすると、θ１−１′は以下の式（５）より算出される。
θ１−１′＝ＩＮＴ（θ１−θ１′） （５）
図４中の４０３はバーニア信号θ１−１′を示している。

同様に、信号θ２，θ２′に対するバーニア演算によって生成される中位信号としてのバーニア信号をθ２−２′とすると、θ２−２′は以下の式（６）より算出される。
θ２−２′＝ＩＮＴ（θ２−θ２′） （６）
バーニア信号の０〜２πにおける折り返しの位置は、バーニア演算の対象となった２つの信号の折り返しが一致する位相（つまりは２つの信号に対応する周期パターンのパターン数の最小公倍数）となる。このため、０〜２πにおいてθ１−１′の折り返しは１回、θ２−２′の折り返しは１０回となる。
θ１−１′の折り返しの位置は、Ｐ１とＰ１′に対応する周期パターン２０１−１，２０２−１における下記の位置となる。
（Ｐ１：Ｐ１′）＝（７５，７４）
θ２−２′の折り返しの位置は、Ｐ２とＰ２′に対応する周期パターン２０１−２，２０２−２における下記の位置となる。
（Ｐ２：Ｐ２′）＝（３０，２９），（６０，５８），（９０，８７），
（１２０，１１６），（１５０，１４５），（１８０，１７４），（２１０，２０３），（２４０，２３２），（２７０，２６１），（３００，２９０）
以上説明したステップＳ３０１からステップＳ３０８の処理によって、絶対位置を算出するための上位信号θ１−１′と、中位信号θ２−２′と、下位信号としての信号θ１と、最下位信号としての信号θ２の４種類の信号が算出される。中位信号θ２−２′、下位信号θ１および最下位信号θ２が第１の位置信号に相当する。

図５には、演算処理によって得られる絶対位置を示している。図５において、（ａ）はバーニア信号θ１−１′に相当する上位信号を示している。この上位信号はスケール１０１上で１回の折り返しのみ有する。（ｂ）はバーニア信号θ２−２′に相当する中位信号を示している。この中位信号は、スケール１０１上で１０回の折り返しを有する。中位信号では、上位信号のレベルから何番目の折り返し信号かを求めることができる。つまり、１０回の折り返しのうち１つの折り返しを特定可能である。（ｃ）は信号θ１に相当する下位信号を示している。この下位信号は、スケール１０１上で７５回の折り返しを有する。下位信号では、中位信号のレベルから何番目の折り返し信号かを求めることができる。（ｄ）は信号θ２に相当する最下位信号を示している。この最下位信号は、スケール１０１上で３００回の折り返しを有する。最下位信号では、下位信号のレベルから何番目の折り返し信号かを検出することができる。したがって、これら上位、中位、下位および最下位信号を結合することで、絶対位置を得ることができる。

次に上位、中位、下位および最下位信号の結合処理について説明する。まず結合処理の例として、上位信号と中位信号の結合処理を図６を用いて説明する。

図６において、（ａ）は上位信号θ１−１′を、（ｂ）は中位信号θ２−２′をそれぞれ示している。まず、上位信号と中位信号を結合するためにゾーン信号を生成する。ゾーン信号とは、中位信号が何番目の折り返し信号かを特定するために生成される信号である。上述したように、上位信号はスケール１０１上で１回の折り返しを有し、中位信号はスケール１０１上で１０回の折り返しを有するので、上位信号を１０倍（逓倍）すると（ｃ）に示すように中位信号の傾きと一致する傾きを有する信号が得られる。

上位信号を１０倍して得られた信号と中位信号との差分をとることで、（ｄ）に示すゾーン信号が得られる。ただし、ゾーン信号はノイズを含む信号であるため、ゾーン信号を離散化処理することでノイズを除去する。（ｅ）は離散化処理されたゾーン信号を示している。

最後に、離散化されたゾーン信号に対して中位信号を足し合わせると、（ｆ）に示すようにこれらが結合された信号（以下、結合信号という）を得ることができる。結合信号は、中位信号と同じ分解能と上位信号と同じスケールレンジとを併せ持つ信号である。

ステップＳ３０９では、絶対位置演算部１０６は、図６を用いて説明した結合処理と同様の結合処理により、最下位信号と下位信号とを結合する。次に、ステップＳ３１０において、同様に下位信号と中位信号を結合する。続いて、ステップＳ３１１において、図６に示した結合処理により中位信号と上位信号を結合する。こうして、最終的に最下位信号、下位信号、中位信号および上位信号が結合されて１つの絶対位置信号が生成される。

以下、ステップＳ３０９〜ステップＳ３１１での結合処理を数式を用いて説明する。
［下位信号と最下位信号の結合処理（ステップＳ３０９）］
最下位信号がスケール１０１上で３００回の折り返しを有し、下位信号がスケール１０１上で７５回の折り返しを有するので、下位信号を４（＝３００／７５）倍すると最下位信号と傾きが一致する。絶対位置演算部１０６は、以下の式（７）に示すように、下位信号θ１を４倍することで得られた信号と最下位信号θ２との差分をとることでゾーン信号Ｚｏｎｅ（θ１）を得る。
Ｚｏｎｅ（θ１）＝（θ１）×４−（θ２） （７）
さらに、以下の式（８）によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。
ＺｏｎｅＮ（θ１）＝ＩＮＴ（（Ｚｏｎｅ（θ１）＋１８０）／３６０） （８）
次に、離散化されたゾーン信号ＺｏｎｅＮ（θ１）と最下位信号θ２を以下の式（９）のように足し合わせることで、下位信号と最下位信号とを結合した下位結合信号Ａｂｓ−θ１を算出する。
Ａｂｓ−θ１＝ＺｏｎｅＮ（θ１）＋θ２ （９）
［中位信号と下位信号の結合処理（ステップＳ３１０）］
下位信号がスケール１０１上で７５回の折り返しを有し、中位信号がスケール１０１上で１０回の折り返しを有するので、中位信号を７．５（＝７５／１０）倍すると下位信号との傾きが一致する。絶対位置演算部１０６は、以下の式（１０）に示すように、中位信号θ２−２′を７．５倍することで得られた信号と下位信号θ１との差分をとってゾーン信号Ｚｏｎｅ（θ２−２′）を得る。
Ｚｏｎｅ（θ２−２′）＝（θ２−２′）×７．５−（θ１） （１０）
さらに、以下の式（１１）によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。

ＺｏｎｅＮ（θ２−２′）＝ＩＮＴ（（Ｚｏｎｅ（θ２−２′）＋１８０）／３６０）
（１１）
次に、離散化されたゾーン信号ＺｏｎｅＮ（θ２−２′）と下位結合信号ａｂｓ−θ１を以下の式（１２）のように足し合わせることで、中位信号と下位信号とを結合した中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）を算出する。
Ａｂｓ−（θ２−２′）＝ＺｏｎｅＮ（θ２−２′）＋（ａｂｓ−θ１） （１２）
ここで、下位結合信号ａｂｓ−θ１は下位信号と最下位信号とが結合された信号であるので、中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）は中位信号、下位信号および最下位信号が結合された信号に相当する。
「上位信号と中位信号の結合処理（ステップＳ３１１）」
上位信号がスケール１０１上で１回の折り返しを有し、中位信号がスケール１０１上で１０回の折り返しを有するので、上位信号を１０（＝１０／１）倍すると中位信号と傾きが一致する。絶対位置演算部１０６は、以下の式（１３）に示すように、上位信号θ１−１′を１０倍することで得られた信号と中位信号θ２−θ２′との差分をとってゾーン信号を得る。
Ｚｏｎｅ（θ１−１′）＝（θ１−１′）×１０−（θ２−θ２′） （１３）
さらに、以下の式（１４）によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。
ＺｏｎｅＮ（θ１−１′）＝ＩＮＴ（（Ｚｏｎｅ（θ１−１′）＋１８０）／３６０）
（１４）
次に、離散化されたゾーン信号ＺｏｎｅＮ（θ１−１′）と中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）を以下の式（１５）のように足し合わせることで、上位信号と中位信号とを結合した上位結合信号Ａｂｓ−（θ１−１′）を算出する。
Ａｂｓ−（θ１−１′）＝ＺｏｎｅＮ（θ１−１′）＋（Ａｂｓ−（θ２−２′））
（１５）
ここで、中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）は中位信号、下位信号および最下位信号を結合した信号であるので、上位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）は上位信号、中位信号、下位信号および最下位信号が全て結合された信号に相当する。したがって、上位結合信号Ａｂｓ−（θ１−１′）は、最下位信号と同じ分解能と上位信号と同じスケールレンジとを併せ持った信号となる。

以上説明したステップＳ３００からステップＳ３１１の処理によって、絶対位置を示す信号である絶対位置信号Ａｂｓ−（θ１−１′）が生成される。

次に、上述した従来の絶対位置演算処理により生ずる課題について説明する。上述したように構成される光学式エンコーダでは、スケール１０１上の複数の周期パターンを光学センサ１０３で読み取ることで生成された互いに周期（折り返し数）が異なる上位、中位、下位および最下位信号を結合することで、高い精度で絶対位置を得る。しかし、スケール１０１に付いた汚れ（傷を含む）や塵埃の影響を受けやすいことが問題である。特に、ゾーン信号の分割数が多くなる上位信号と中位信号を結合する場合にその影響が顕著に表れる。その原因について説明する。

図７には、結合される上位信号と中位信号を示している。これらの結合処理については図６を用いて説明した通りである。図７において、（ａ）は上位信号θ１−１′を、（ｂ）は中位信号θ２−２′を示している。ステップＳ３１１の説明で述べたように、上位信号を１０倍すると（ｃ）に示すように中位信号の傾きと一致した傾きを有する信号が得られ、この上位信号を１０倍した信号と中位信号との差分をとることで（ｄ）に示すゾーン信号が得られる。

ただし、（ａ）に示す上位信号がスケール１０１に付いた汚れや塵埃に起因するノイズを含むと、この上位信号を１０倍することで、（ｃ）に示すようにノイズ７０１までも増幅される。ステップＳ３０９，Ｓ３１０で説明した下位信号と最下位信号の結合および中位信号と下位信号の結合に際してのゾーン信号生成時における下位信号および中位信号に対する倍率は、前者が４倍で、後者が７．５倍である。これらに比べて、上位信号と中位信号の結合においては上位信号を１０倍するため、ノイズの増幅が顕著である。

増幅されたノイズ７０１を含む（ｃ）に示す信号から（ｄ）に示すゾーン信号を生成すると、ゾーン信号にもノイズ７０２が残り、このゾーン信号を離散化処理すると、（ｅ）に示すようにゾーンを誤らせるような信号成分７０３が生じる。この結果、正しい絶対位置を演算することができなくなる。

発明者の実験によれば、スケール１０１に５０μｍ以上の大きさ汚れや塵埃が付くことによって上位信号のノイズレベルが±１３０°程度にまで達し、十分な位置検出精度が得られなくなる。一方、中位信号および下位信号においては、スケール１０１に５０μｍ以上の大きさ汚れや塵埃が付いた場合でも、ノイズレベルは±９０°以下に収まっており、位置検出精度には大きな影響はない。

以下、本実施例に特有の構成について、再び図１を用いて説明する。１０８は非光学式の第２の位置検出手段としてのポテンショメータ（可変抵抗器）であり、固定部材１０４と一体に形成された又は一体的に接続された固定部材１０９に取り付けられている。１０８−１はポテンショメータ１０８のスケール部（抵抗器）であり、１０８−２は接点ブラシを介してスケール部１０８−１に接触しながらスライド可能なスライダ部である。スライダ部１０８−２は可動部材１０２と一体に形成された又は一体的に接続された可動部材１１０に取り付けられており、これにより可動部材１１０（可動部材１０２）の移動に伴ってスケール部１０８−１に対してスライドする。

なお、本実施例では、スケール部１０８−１を固定部材１０９に取り付け、スライダ部１０８−２を可動部材１１０に取り付けているが、スライダ部１０８−２を固定部材１０９に取り付けてもよい。

図１１はポテンショメータ１０８の回路を示している。スケール部１０８−１を構成する抵抗器１１００の両端子はそれぞれ、電源（Ｖｃｃ）１１０１とグランド（ＧＮＤ）１１０２とに接続されている。可動部材１１０に取り付けられたスライダ部１０８−２の接点ブラシは、可動部材１１０の移動に伴って抵抗器１１００に対して接触しながらスライドする。

ポテンショメータ１０８の電気抵抗値はスケール部１０８−１（抵抗器１１００）に対するスライダ部１０８−２の接触位置、つまりは可動部材１１０の位置に応じて変化する。ポテンショメータ１０８は、その電気抵抗値に応じて電源電圧Ｖｃｃを分圧した電圧信号を分圧端子１１０３から出力するので、該電圧信号は可動部材１１０の位置を示す信号となる。

図１に示すように、ポテンショメータ１０８からの信号はＡＤ変換部１１１によってデジタル変換されて絶対位置演算部１０６に入力される。本実施例では、絶対位置演算部１０６は、ポテンショメータ１０８から得られた信号（ＡＤ変換部１１１からの信号）を、先に説明した光学式エンコーダにて得られた上位信号θ１−１′に代わる上位信号（第２の位置信号）として絶対位置の演算に用いる。

なお、本実施例では、上位信号をポテンショメータ１０８により生成する場合について説明するが、他の位置信号（中位信号等）をポテンショメータ１０８により生成してもよい。絶対位置の演算に用いる位置信号のうちゾーン信号を生成する際にスケール１０１に付いた汚れや塵埃の影響を受ける位置信号をポテンショメータにより生成すればよい。

ポテンショメータは、一般に６４分割程度の分解能しか有さず、精度的にはあまり高くないが、抵抗器であるので、汚れや塵埃の影響をほとんど受けない。しかも、抵抗分圧で電圧変換された信号を出力するので、温度や湿度による抵抗変化の影響が少ない。

ここで、ポテンショメータ１０８からの出力信号を上位信号として用いることの妥当性に関して検証する。先に述べたように、上位信号と中位信号を結合するのに必要な精度は±１８０°である。中位信号は０から３６０°を単位として１０回の折り返しを有する信号であるので、スケール全長（可動部材１０２の全移動範囲）を３６０°×１０＝３６００°の累積角度で表すことができる。ポテンショメータ１０８はこのスケール全長をおよそ６４分割以上の分解能で分割可能であるので、１つのゾーン当たりで３６００°／６４≒５６°となり、要求される±１８０°以内の精度を十分に満たすことができる。つまり、ポテンショメータ１０８からの出力信号として上位信号は、中位信号における複数（１０回）の折り返しのうち１つを特定可能な分解能を有する信号である。

図８には、ポテンショメータ１０８の出力信号である上位信号と、光学センサ１０３からの出力信号により生成された中位信号、下位信号および最下位信号との関係を示している。（ａ）は上位信号であり、図５の（ａ）に示した上位信号θ１-１′に代えて用いられる。（ｂ）に示す中位信号、（ｃ）に示す下位信号および（ｄ）に示す最下位信号は図５の（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示したものと同じである。

上位信号はポテンショメータ１０８の出力信号をＡＤ変換部１１１でデジタル変換した信号であり、１０ｂｉｔ長のデータとして０〜１０２４の出力レンジを有する。これに対して、光学センサ１０３からの出力信号により生成された中位信号、下位信号および最下位信号は、０〜３６０°の角度信号であるので、上位信号とは出力レンジの単位が異なる。したがって、上位信号の出力レンジの単位を中位信号、下位信号および最下位信号の出力レンジの単位（０〜３６０°）に合わせる出力レンジの正規化が必要である。

さらに、ポテンショメータ１０８と光学センサ１０３とは互いに独立した位置検出器であり、ポテンショメータ１０８のスケール部１０８−１のスケール長と光学センサ１０３に対して用いられるスケール１０１のスケール長とが異なる。前述したように、上位信号と中位信号とを結合するためには、上位信号の傾きと中位信号の傾きとを一致させてゾーン信号を生成する必要がある。そして、傾きを一致させるためには、上位信号のスケールレンジを中位信号のスケールレンジに合わせるスケールレンジの正規化が必要となる。

ポテンショメータ１０８から得られた上位信号の出力レンジおよびスケールレンジの正規化の処理は、絶対位置の演算に先立って行っておく必要がある。ここでは、図９のフローチャートを用いて、絶対位置演算部１０６が行うポテンショメータ１０８から得られた上位信号の出力レンジおよびスケールレンジの正規化処理について説明する。絶対位置演算部１０６は、コンピュータプログラムに従って本処理を実行する。

ステップＳ９０１では、絶対位置演算部１０６は、ピッチ切り替え信号出力部１０７を通じて光学センサ１０３の第１および第２の受光部１０３−２，１０３−３からそれぞれ信号Ｐ２，Ｐ２′を出力させる。

次に、ステップＳ９０２では、可動部材１０２をその一方の移動端（ａ）まで移動させる。この可動部材１０２の移動は、本実施例のエンコーダが搭載された装置においてアクチュエータの駆動または人のマニュアル操作によって行われる。後のステップＳ９０５でも同じである。

次に、ステップＳ９０３にて可動部材１０２が移動端（ａ）に到達したことを検出した絶対位置演算部１０６は、ステップＳ９０４にて、移動端（ａ）でのポテンショメータ１０８の出力（ＡＤ変換部１１１によるデジタル変換後の出力）ＡＤ（ａ）を記憶する。

次に、ステップＳ９０５では、可動部材１０２を移動端（ａ）とは反対側の移動端（ｂ）に移動させる。絶対位置演算部１０６は、可動部材１０２の移動中にステップＳ９０６で信号Ｐ２，Ｐ２′をサンプリングする。そして、ステップＳ９０７でこれら信号Ｐ２，Ｐ２′の逆正接変換を行い、ステップＳ９０８で中位信号θ２−２′を得るためのバーニア演算を行いながら、ステップＳ９０９で中位信号θ２−２′により得られる累積角度を計数する。絶対位置演算部１０６は、これらステップＳ９０６〜Ｓ９０９の処理をステップＳ９１０にて可動部材１１０の移動端（ｂ）への到達を検出するまで繰り返す。

ステップＳ９１０で移動端（ｂ）への到達を検出した絶対位置演算部１０６は、ステップＳ９１１に進み、移動端（ｂ）でのポテンショメータ１０８の出力ＡＤ（ｂ）を記憶する。

次に、ステップＳ９１２では、絶対位置演算部１０６は、記憶したポテンショメータ１０８の出力ＡＤ（ａ），ＡＤ（ｂ）を用いてポテンショメータ１０８の出力レンジの正規化を行うための補正係数Ｗを算出する。補正係数Ｗは、以下の式（１６）により算出できる。
Ｗ＝１０２４／（ＡＤ（ｂ）−ＡＤ（ａ）） （１６）
次に、ステップＳ９１１では、絶対位置演算部１０６は、中位信号θ２−２′により得られた累積角度を用いて、ポテンショメータ１０８のスケールレンジを正規化するための補正係数Ｈを求める。補正係数Ｈは、以下の式（１７）により算出できる。
Ｈ＝累積角度／３６０ （１７）
このようにして、ポテンショメータ１０８の出力レンジおよびスケールレンジの正規化処理が完了する。

次に、ポテンショメータ１０８からの出力信号を上位信号として用いた場合に絶対位置演算部１０６が行う絶対位置の演算処理について図１０のフローチャートを用いて説明する。絶対位置演算部１０６は、コンピュータプログラムに従って本処理を実行する。

ステップＳ３０１からステップＳ３０６までの処理は、図３に示したステップＳ３０１からステップＳ３０６で説明した処理と同じである。すなわち、絶対位置演算部１０６は、信号Ｐ１，Ｐ１′，Ｐ２，Ｐ２′をサンプリングして逆正接変換したθ１，θ１′，θ２，θ２′を生成する。

ステップＳ３０６の後、ステップＳ１００８では、絶対位置演算部１０６は、ＡＤ変換部１１１を通じてポテンショメータ１０８からの信号ＡＤ（ｘ）をサンプリングする。そして、ステップＳ１００９において、サンプリングした信号ＡＤ（ｘ）の出力レンジの正規化を行う。出力レンジの正規化は、図９のフローチャートで説明した正規化処理で得られたポテンショメータ１０８からの出力ＡＤ（ａ）と補正係数Ｗとを用いて以下の式（１８），（１９）により行われる。

ＡＤ（ｘ）′＝ＡＤ（ｘ）−ＡＤ（ａ） （１８）
ＡＤ（ｘ）″＝Ｗ×ＡＤ（ｘ）′ （１９）
ＡＤ（ｘ）″がポテンショメータ１０８の正規化された出力レンジにおける出力である。

次に、ステップＳ１００９において、絶対位置演算部１０６は、ポテンショメータ１０８のスケールレンジの正規化を行う。スケールレンジの正規化は、図９のフローチャートで説明した正規化処理で得られた補正係数Ｈを用いて以下の式（２０）により行われる。

Ｐｏｔ＝Ｈ×ＡＤ（ｘ）″ （２０）
Ｐｏｔがポテンショメータ１０８の正規化されたスケールレンジ（および正規化された出力レンジ）における出力である。

以上のステップＳ１００８からステップＳ１０１０までの処理がポテンショメータ１０８から正規化された上位信号Ｐｏｔを生成するための処理である。

次に、ステップＳ１０１１では、絶対位置演算部１０６は、上述した式（６）を用いて、中位信号を生成するためのバーニア演算を行う。

次に、ステップＳ１０１２〜ステップＳ１０１４では、絶対位置演算部１０６は、上位信号、中位信号、下位信号および最下位信号の結合処理を行う。ステップＳ１０１２の処理は、下位信号と最下位信号との結合処理であり、図９中のステップＳ３０９と同じである。また、ステップＳ１０１３の処理は、中位信号と下位信号との結合処理であり、図９中のステップＳ３１０と同じである。

ステップＳ１０１４の処理は、ポテンショメータ１０８からの正規化された上位信号と光学センサ１０３からの中位信号との結合処理であり、以下、これについて説明する。
［上位信号と中位信号との結合処理（ステップＳ１０１４）］
正規化された上位信号はスケール１０１上で１回の折り返しを有する信号に相当し、中位信号はスケール１０１上で１０回の折り返しを有するので、上位信号を１０（＝１０／１）倍すると下位信号と傾きが一致する。絶対位置演算部１０６は、以下の式（２１）に示すように、上位信号Ｐｏｔを１０倍した信号と中位信号θ２−θ２′との差分をとってゾーン信号を得る。
Ｚｏｎｅ（Ｐｏｔ）＝（Ｐｏｔ）×１０−（θ２−θ２′） （２１）
さらに、以下の式（２２）によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。
ＺｏｎｅＮ（Ｐｏｔ）＝ＩＮＴ（（Ｚｏｎｅ（Ｐｏｔ）＋１８０）／３６０） （２２）
次に、絶対位置演算部１０６は、離散化されたゾーン信号ＺｏｎｅＮ（Ｐｏｔ）とステップＳ１０１３で生成された中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）を以下の式（２３）のように足し合わせる。これにより、上位信号と中位信号とを結合した上位結合信号Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）を算出する。
Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）＝ＺｏｎｅＮ（Ｐｏｔ）＋（Ａｂｓ−（θ２−２′）） （２３）
ここで、中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）は中位信号、下位信号および最下位信号を結合した信号であるので、上位結合信号Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）は上位信号、中位信号、下位信号および最下位信号の全てが結合された信号に相当する。したがって、上位結像信号Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）は、最下位信号と同じ分解能と上位信号と同じスケールレンジとを併せ持った信号となる。このようにして、可動部材１０２（１１０）の絶対位置を示す信号である絶対位置信号Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）が生成される。

本実施例によれば、光学スケールに付いた汚れや塵埃の影響を最も受けやすい上位信号を汚れや塵埃の影響をほとんど受けないポテンショメータ１０８からの出力信号により上位信号を生成し、他の中位信号等を光学センサ１０３からの信号により生成する。これにより、汚れや塵埃の影響を受けにくい信頼性の高いエンコーダを実現することができる。
（温度補正処理）
次に、温度環境の変化に伴ってスケール１０１が伸縮することによる位置の誤検出の発生とその補正について説明する。

図１１に示したポテンショメータ１０８は、温度変化によって抵抗器１１００の全抵抗値は変化するが、分圧端子１１０３からの出力電圧は分圧比に応じた電圧であり、温度によってほとんど変化しない。

図１２には、温度変化によるスケール１０１の伸縮を示している。スケール１０１は、その固定端（第１の位置）で可動部材１０２に固定されている。スケール１０１の固定端とは反対側の端（伸縮端）は、スケール１０１の伸縮を許容するために可動部材１０２に固定されておらず、可動部材１０２に対して板ばね等の付勢力で押さえられている。図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、低温、常温および高温環境下でのスケール１０１の固定端から伸縮端までの長さ（スケール長）を示している。スケール長は、常温時（ｂ）に比べて低温時（ａ）は短くなり、高温時（ｃ）は長くなる。すなわち、伸縮端が、常温時に比べて低温時は固定端１２０２に近づき、高温時は遠ざかる。このスケール１０１の伸縮により、図１３に示すように、光学センサ１０３からの出力信号を用いて絶対位置演算部１０６により生成された絶対位置信号により示される可動部材１０２の絶対位置が変化する。

なお、本実施例ではスケール１０１をその一端（固定端）で可動部材１０２に固定しているが、スケール１０１の可動部材１０２への固定位置は位置検出方向での中間位置（第１の位置）でもよい。

図１３において、横軸は可動部材１０２の位置Ｘであり、縦軸は絶対位置演算部１０６で得られる絶対位置信号により示される絶対位置（以下、演算絶対位置ともいう）Ｙである。グラフ１３０１，１３０２，１３０３はそれぞれ、図１２に示した（ａ）低温、（ｂ）常温および（ｃ）高温でのスケール長における可動部材１０２の位置Ｘと演算絶対位置Ｙとの関係を表している。

可動部材１０２の位置Ｘ０に対する演算絶対位置Ｙは、低温、常温および高温環境下でそれぞれＹ０″，Ｙ０，Ｙ０′（Ｙ０″＞Ｙ０＞Ｙ０′）となる。つまり、可動部材１０２の位置が同じであっても、演算絶対位置Ｙは常温時に比べて低温時と高温時とで反対側にずれる。このように、温度環境によって演算絶対位置の変化（誤差）、すなわち位置の誤検出が発生する。

以下では、このような温度環境の変化に伴う演算絶対位置の誤差を補正する処理（温度補正処理）について説明する。

図１において、１５０は温度補正部（補正手段）であり、絶対位置演算部１０６に内蔵されている。温度補正部１５０は、絶対位置演算部１０６で得られた演算絶対位置（絶対位置信号）に対する温度補正処理を行う。なお、温度補正部１５０を、絶対位置演算部１０６とは別に設けてもよい。また、１６０は温度センサ（温度検出手段）であり、エンコーダの周辺の環境温度を検出し、該環境温度に対応する電気信号を出力する。

温度補正部１５０が行う温度補正処理について図１４のフローチャートを用いて説明する。この処理は、温度補正部１５０がコンピュータプログラムに従って実行する。ここでは、本実施例のエンコーダを、後述する実施例２に示すような撮像装置の可動レンズの位置検出に用いる場合を想定して説明する。この可動レンズと一体に又は連動して可動部材１０２（１１０）が移動するものとする。

ステップＳ１４０１において、温度補正部１５０は、ポテンショメータ１０８からの位置信号（第２の位置信号）Ｐｏｔの値Ｑ１を取り込む。位置信号Ｐｏｔは、前述した正規化された上位信号に相当する信号である。

次に、ステップＳ１４０２において、温度補正部１５０は、絶対位置演算部１０６で生成された演算絶対位置を示す信号、すなわち絶対位置信号Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）の値Ｑ２を取り込む。

次に、ステップＳ１４０３において、温度補正部１５０は、温度センサ１６０からの出力（検出温度）Ｔｈｅｒｍを取得する。

次に、ステップＳ１４０４において、温度補正部１５０は、現在の処理が、撮像装置の電源の投入（Ｐｏｗｅｒ Ｏｎ）後、最初（１回目）の処理か否かを判定する。電源投入後の最初の処理である場合はステップＳ１４１４に進み、そうでない場合はステップＳ１４０５に進む。

ステップＳ１４１４において、温度補正部１５０は、温度補正ゲイン（補正利得）αを演算する。ここで、温度補正ゲインαの演算方法について、図１５を用いて説明する。図１５は、ある温度Ｔにおける可動部材１０２（１１０）の実際の位置（以下、実位置という）とポテンショメータ１０８からの位置信号の値Ｑ１と絶対位置演算部１０６で得られる絶対位置信号の値Ｑ２との関係を示す。

図１５の縦軸（Ｙ軸）はＱ１，Ｑ２を示し、横軸（Ｘ軸）は可動部材１０２（１１０）の実位置を示している。グラフ１５０１は、Ｑ１と可動部材１０２（１１０）の実位置Ｘとの関係を示している。この関係は直線的であり、前述したように温度による変化がほとんどないため、Ｑ１＝Ｙとすると、概ね以下の式（２４）の関係が成り立つ。

Ｙ＝Ｘ （２４）
図中のグラフ１５０２は、Ｑ２と可動部材１０２の実位置Ｘとの関係を示している。この関係は直線的ではあるが、温度によって直線の傾き（比例定数）が変化する。このグラフ（直線）１５０２における温度Ｔにおける傾きをαとし、Ｑ２＝Ｙとするとき、概ね以下の式（２５）の関係が成り立つ。

Ｙ＝αＸ （２５）
ここで、可動部材１０２のある位置Ｘ０での比例定数αについて説明する。可動部材１０２の位置Ｘ０では、式（２４）および式（２５）より、ポテンショメータ１０８からの位置信号の値Ｑ１および絶対位置演算部１０６で得られる絶対位置信号の値Ｑ２はそれぞれ、Ｘ０およびαＸ０となる。この関係から、ある温度でのＱ１，Ｑ２には、以下の式（２６）の関係が成り立つ。

Ｑ１／Ｑ２＝α （２６）
αはＱ１とＱ２の比率である。

このことから、絶対位置演算部１０６で得られる絶対位置信号の値Ｑ２をα倍すれば、ポテンショメータ１０８からの位置信号の値Ｑ１が得られることが分かる。ポテンショメータ１０８からの位置信号の値Ｑ１は式（２４）に示すように可動部材１０２の実位置そのものであるので、絶対位置演算部１０６で得られる絶対位置信号の値Ｑ２をα倍すれば、可動部材１０２の実位置に変換することができる。

式（２６）の右辺はＸの項を含まないため、可動部材１０２がどの位置にあっても式（２６）の関係が成り立つ。つまり、可動部材１０２の位置にかかわらず、絶対位置演算部１０６で得られる絶対位置信号の値Ｑ２をα倍することで、温度Ｔにおける可動部材１０２の実位置αＱ２を得ることができる。このαが温度補正ゲインである。

ステップＳ１４１４にて式（２６）により温度補正ゲインαを演算した温度補正部１５０は、ステップＳ１４１５において、温度補正ゲインαを更新したときのポテンショメータ１０８からの位置信号の値Ｑ１のバックアップ値としてＱ１ｂｋを保存する。

次に、ステップＳ１４１６において、温度補正部１５０は、温度センサ１６０からの出力Ｔｈｅｒｍをバックアップ値Ｔｈｅｒｍｂｋとして保存する。

次に、ステップＳ１４１７において、温度補正部１５０は、タイマカウンタＴｉｍｅｒの値をクリアする。

ステップＳ１４０４にて現在の処理がＰｏｗｅｒ Ｏｎ後の２回目以降の処理であると判定した温度補正部１５０は、ステップＳ１４０５において、ステップＳ１４０２で取り込んだ絶対位置演算部１０６で得られた絶対値信号の値Ｑ２に対する温度補正を行う。温度補正は、以下の式（２７）により行う。

温度補正後の絶対位置信号（補正絶対位置信号）の値＝αＱ２ （２７）
温度補正ゲインαの演算方法は、前述したステップＳ１４１４での処理と同じである。

次にステップＳ１４０６において、温度補正部１５０は、以下の式（２８）を計算する。すなわち、ステップＳ１４０１にて得られたポテンショメータ１０８からの位置信号の値Ｑ１とステップＳ１４０５で求めた温度補正後の絶対位置信号の値αＱ２との差分の絶対値である位置差分Ｄｉｆｆを求める。
Ｄｉｆｆ＝｜Ｑ１−αＱ２｜ （２８）
次に、ステップＳ１４０７において、温度補正部１５０は、タイマカウンタＴｉｍｅｒをカウントアップする。タイマカウンタＴｉｍｅｒの撮像装置の電源投入時の初期値は０である。

続くステップＳ１４０８〜Ｓ１４１１では、温度補正部１５０は、温度補正ゲインαを更新するか否かを判定する。まず、ステップＳ１４０８において、温度補正部１５０は、ステップＳ１４０６で求めた位置差分Ｄｉｆｆが所定値ｄ＿ＴＨより大きいか否かを判定する。この判定でポテンショメータ１０８から得られた位置信号の値Ｑ１と温度補正後の絶対位置信号の値αＱ２との差分Ｄｉｆｆが所定値ｄ＿ＴＨより大きいと判定された場合は補正結果が適切ではないため、ステップＳ１４１４に戻って温度補正ゲインαを再度演算する。一方、位置差分Ｄｉｆｆが所定値ｄ＿ＴＨより小さいと判定された場合には、温度補正部１５０は、ステップＳ１４０９に進む。

ステップＳ１４０９において、温度補正部１５０は、タイマカウンタＴｉｍｅｒが所定時間ｔ＿ＴＨに達したか否かを判定する。所定時間ｔ＿ＴＨに達したと判定した場合はステップＳ１４１４に進み、温度補正ゲインαを再設定する。そうでない場合はステップＳ１４１０に進む。すなわち、温度補正部１５０は、所定時間ｔ＿ＴＨごとに温度補正ゲインαを演算する。

ステップＳ１４１０では、温度補正部１５０は、温度補正ゲインαを更新したときのポテンショメータ１０８からの位置信号のバックアップ値Ｑ１ｂｋ（ステップＳ１４１５で保存）と今回取得したポテンショメータ１０８の位置信号の値Ｑ１との大小関係を調べる。ここでの処理は、スケール１０１の固定端からＱ１とＱ１ｂｋのうちどちらが遠い位置にある（Ｑ１＞Ｑ１ｂｋ）かを確認する処理である。Ｑ１がＱ１ｂｋより固定端から遠い位置にあるときにはステップＳ１４１４に進み、逆にＱ１がＱ１ｂｋより固定端に近い位置にあるときにはステップＳ１４１１に進む。

ステップＳ１４１１では、温度補正部１５０は、ステップＳ１４０３で取得した温度センサ１６０からの検出温度Ｔｈｅｒｍと前回の検出温度のバックアップ値Ｔｈｅｒｍｂｋとの差の絶対値が所定温度ｔｈ＿ＴＨより高いか否かを判定する。該差の絶対値が所定温度ｔｈ＿ＴＨより高い場合はステップＳ１４１４に進み、そうでない場合はステップＳ１４１２に進む。すなわち、温度補正部１５０は、温度センサ１６０による検出温度の変化量が所定変化量（ｔｈ＿ＴＨ）より大きい場合に温度補正ゲインαを演算する。

ステップＳ１４０８，Ｓ１４０９，Ｓ１４１０およびＳ１４１１からステップＳ１４１４に進んだ温度補正部１５０は、ステップＳ１４０５において絶対位置演算部１０６で得た絶対位置信号の値Ｑ２を用いて式（２６）により温度補正ゲインαを演算して更新する。

続くステップＳ１４１２では、温度補正部１５０は、可動部材１０２の絶対位置Ｚｐｏｓを、以下の式（２９）のように絶対位置演算部１０６で得られた絶対位置信号の値Ｑ２を温度補正ゲインαを用いて補正した、
Ｚｐｏｓ＝αＰ２ （２９）
として算出する。こうして、絶対位置演算部１０６で得られる絶対位置信号の温度補正部１５０による温度補正処理が終了する。

次に、ステップＳ１４１３において、温度補正部１５０は、撮像装置に搭載されたカメラマイクロコンピュータに、ステップＳ１４１２で算出した温度補正後の可動部材１０２の位置Ｚｐｏｓを出力する。カメラマイクロコンピュータは、この位置Ｚｐｏｓを用いて各種レンズ制御を行う。レンズ制御には、可動レンズが変倍レンズである場合のフォーカスレンズのズームトラッキング制御や、可動レンズがフォーカスレンズである場合のオートフォーカスでの該フォーカスレンズの位置の制御等を含む。

なお、上記実施例では、絶対位置を演算するために上位信号、中位信号、下位信号および最下位信号の４種類の信号を用いる場合について説明したが、本発明の他の実施例は、１種類の信号を用いる場合や５種類以上の信号を用いる場合も含む。

また、上記実施例では、第２のセンサとしてポテンショメータを用いる場合について説明したが、本発明の他の実施例は、第２のセンサとして、磁気式センサや静電容量式センサ等、光学式センサ以外の各種センサを用いる場合も含む。

図１６には、上述した実施例１で説明したエンコーダを搭載した装置の一例として、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置（光学機器）を示している。この撮像装置では、エンコーダをレンズ鏡筒内での可動レンズの絶対位置を検出するために用いている。

図１６において、３０１は実施例１で説明した光学スケール１０１であり、３０２は実施例１で説明したポテンショメータ１０８のスライダ部１０８−２である。また、３０３は実施例１で説明した光学センサ１０３とポテンショメータ１０８のスケール部１０８−１を含むブロックを示す。３４０は実施例１で説明したＡＤ変換部１０５−１，１０５−２，１１１、ピッチ切り替え信号出力部１０７および絶対位置演算部１０６を含むブロックを示す。これらにより、実施例１のエンコーダが構成される。

光学スケール３０１とスライダ部３０２は、レンズ鏡筒内において光軸回りで回転する円筒形状のカム環３５０の内周面に取り付けられている。カム環３５０は、不図示のアクチュエータによって回転駆動される。

レンズ鏡筒内には、撮影光学系３５１が収容されている。撮影光学系３５１は、カム環３５０が回転することで、該カム環３５０に形成されたカムによって光軸方向に移動可能な可動レンズ（例えば、変倍レンズやフォーカスレンズ）３５２を含む。

３５５は撮像装置のシステム全体を制御するカメラマイクロコンピュータとしてのＣＰＵである。３５６は撮影光学系３５１により形成された被写体像を光電変換するイメージセンサ（撮像素子）であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子により構成されている。

可動レンズ３５２を移動させるためにカム環３５０が回転すると、エンコーダによりカム環３５０の絶対回転位置（つまりは可動レンズ３５２の光軸方向での絶対位置）が検出され、その情報がＣＰＵ３５５に出力される。

ＣＰＵ３５５は、その絶対回転位置の情報に基づいてカム環３５０を回転させるアクチュエータを駆動し、可動レンズ３５２を目標とする位置に移動させる。

実施例１で説明したエンコーダは、上述した撮像装置に限らず、プリンタ（光学機器）における印字ヘッドや給紙ローラの位置検出、複写機（光学機器）の感光ドラムの回転位置検出をはじめ、ロボットアームの位置検出等、様々な装置に適用することができる。そして、これらの装置において実施例１のエンコーダにより可動部材の絶対位置を検出することで、可動部材の高精度な位置制御や絶対位置の情報を用いた良好な処理等を行うことが可能である。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１０１ 光学スケール
１０２，１１０ 可動部材
１０３ 光学センサ
１０６ 絶対位置演算部
１０８ ポテンショメータ
１５０ 温度補正部

次に、ステップＳ９１２では、絶対位置演算部１０６は、記憶したポテンショメータ１０８の出力ＡＤ（ａ），ＡＤ（ｂ）を用いてポテンショメータ１０８の出力レンジの正規化を行うための補正係数Ｗを算出する。補正係数Ｗは、以下の式（１６）により算出できる。
Ｗ＝１０２４／（ＡＤ（ｂ）−ＡＤ（ａ）） （１６）
次に、ステップＳ９１３では、絶対位置演算部１０６は、中位信号θ２−２′により得られた累積角度を用いて、ポテンショメータ１０８のスケールレンジを正規化するための補正係数Ｈを求める。補正係数Ｈは、以下の式（１７）により算出できる。
Ｈ＝累積角度／３６０ （１７）
このようにして、ポテンショメータ１０８の出力レンジおよびスケールレンジの正規化処理が完了する。

次に、ステップＳ１０１０において、絶対位置演算部１０６は、ポテンショメータ１０８のスケールレンジの正規化を行う。スケールレンジの正規化は、図９のフローチャートで説明した正規化処理で得られた補正係数Ｈを用いて以下の式（２０）により行われる。

ステップＳ１０１４の処理は、ポテンショメータ１０８からの正規化された上位信号と光学センサ１０３からの中位信号との結合処理であり、以下、これについて説明する。
［上位信号と中位信号との結合処理（ステップＳ１０１４）］
正規化された上位信号はスケール１０１上で１回の折り返しを有する信号を１０倍した信号に相当し、下位信号と傾きが一致する。絶対位置演算部１０６は、以下の式（２１）に示すように、上位信号Ｐｏｔと中位信号θ２−θ２′との差分をとってゾーン信号を得る。
Ｚｏｎｅ（Ｐｏｔ）＝（Ｐｏｔ）−（θ２−θ２′） （２１）
さらに、以下の式（２２）によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。
ＺｏｎｅＮ（Ｐｏｔ）＝ＩＮＴ（（Ｚｏｎｅ（Ｐｏｔ）＋１８０）／３６０） （２２）
次に、絶対位置演算部１０６は、離散化されたゾーン信号ＺｏｎｅＮ（Ｐｏｔ）とステップＳ１０１３で生成された中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）を以下の式（２３）のように足し合わせる。これにより、上位信号と中位信号とを結合した上位結合信号Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）を算出する。
Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）＝ＺｏｎｅＮ（Ｐｏｔ）＋（Ａｂｓ−（θ２−２′）） （２３）
ここで、中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）は中位信号、下位信号および最下位信号を結合した信号であるので、上位結合信号Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）は上位信号、中位信号、下位信号および最下位信号の全てが結合された信号に相当する。したがって、上位結像信号Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）は、最下位信号と同じ分解能と上位信号と同じスケールレンジとを併せ持った信号となる。このようにして、可動部材１０２（１１０）の絶対位置を示す信号である絶対位置信号Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）が生成される。

Claims (13)

1. 互いに周期が異なる複数の周期パターンが形成された光学スケールとともに用いられ、可動部材の移動に伴って前記光学スケールと相対移動する際に前記複数の周期パターンからの光を受光して該複数の周期パターンの周期に応じた周期でそれぞれ変化する複数の第１の検出信号を生成する光学式の第１の位置検出手段と、
   前記可動部材の移動に伴って変化する第２の検出信号を生成する非光学式の第２の位置検出手段と、
   前記複数の第１の検出信号を用いて第１の位置信号を生成するとともに、前記第２の検出信号を用いて前記第１の位置信号とは分解能が異なる第２の位置信号を生成し、前記第１の位置信号と前記第２の位置信号とを結合する演算を行って前記可動部材の絶対位置を示す絶対位置信号を生成する演算手段と、
   前記第１の位置信号と前記第２の位置信号との比率に応じた補正利得を演算し、前記絶対位置信号を前記補正利得を用いて補正した補正絶対位置信号を生成する補正手段とを有することを特徴とする位置検出装置。
2. 前記光学スケールは、該光学スケールと前記第１の位置検出手段との相対移動方向における第１の位置において、該光学スケールが取り付けられる部材に対して固定されており、
   前記補正手段は、前記相対移動方向における前記第１の位置とは異なる第２の位置で得られる前記第１の位置信号と前記第２の位置信号との比率に応じた前記補正利得を演算することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記補正手段は、前記第１の位置信号と前記補正絶対位置信号と差が所定値より大きい場合に再度、前記補正利得を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
4. 前記補正手段は、所定時間ごとに前記補正利得を演算することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の位置検出装置。
5. 温度を検出する温度検出手段を有し、
   前記補正手段は、前記温度検出手段による検出温度の変化量が所定変化量より大きい場合に前記補正利得を演算することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
6. 前記第２の位置信号は、前記第１の位置信号よりも分解能が低いことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の位置検出装置。
7. 前記第１の位置信号は、複数の折り返しを有する信号であり、
   前記第２の位置信号は、前記第１の位置信号における前記複数の折り返しのうち１つを特定可能な分解能を有する信号であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の位置検出装置。
8. 前記第２の位置検出手段は、前記可動部材の移動に伴って電気抵抗値が変化する可変抵抗器であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の位置検出装置。
9. 前記演算手段は、前記第２の位置信号の出力レンジおよびスケールレンジをそれぞれ前記第１の位置信号の出力レンジおよびスケールレンジに対して正規化する処理を行ってから、前記第１の位置信号と前記第２の位置信号とを結合する演算を行う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位置検出装置。
10. 前記複数の第１の検出信号は、互いに位相が９０°異なる２相の信号であり、
    前記第１の位置信号は前記２相の信号を逆正接変換して０から３６０°の角度に変換した出力レンジを有しており、
    前記演算手段は、前記第２の位置信号の出力レンジを、前記第１の位置信号の０から３６０°の角度に対応するように正規化することを特徴とする請求項９に記載の位置検出装置。
11. 前記演算手段は、前記第２の位置信号のスケールレンジを、前記可動部材がその全移動範囲を移動したときの前記第１の位置信号における累積角度で正規化することを特徴とする請求項９または１０に記載の位置検出装置。
12. 請求項１記載の位置検出装置であって、
    前記第１の位置信号は、互いに異なる周期Ｐ１，Ｐ１′で変化する２つの信号の逆正接変換により得られた信号θ１，θ１′と、それぞれ前記周期Ｐ１，Ｐ１′より短い周期であって互いに異なる周期Ｐ２，Ｐ２′で変化する２つの信号の逆正接変換により得られた信号θ２，θ２′とを含み、
    前記演算手段は、
    前記信号θ２，θ２′に対してバーニア演算を行って中位信号を生成し、
    前記信号θ１から下位信号を生成し、
    前記信号θ２から最下位信号を生成し、
    上位信号としての前記第２の位置信号と前記中位信号と前記下位信号と前記最下位信号とを結合する演算を行って前記絶対位置を示す信号を生成する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位置検出装置。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の位置検出装置と、
    該位置検出装置により絶対位置が検出される可動部材とを有することを特徴とする装置。