JP2017058138A - 絶対位置検出型光電式エンコーダ - Google Patents
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Abstract
【課題】高分解能を維持しつつ、汚れに対するロバスト性を向上できる絶対位置検出型の光電式エンコーダを提供する。【解決手段】スケールには、擬似ランダム符号系列に従った２準位符号パターンが測長方向に沿って設けられている。２準位符号パターンの一つの符号を、符号"１"または符号"０"とし、一つの符号を表わす２ビットの一つのビットを、ＬまたはＨとする。符号"１"は、ＬとＨとの組み合わせであるＡパターンで表わされ、符号"０"は、ＬとＬとの組み合わせであるＢパターンと、ＨとＨとの組み合わせであるＣパターンと、で表わされ、さらに、符号"０"が連続する場合には、ＢパターンとＣパターンとが交互に使用されている。【選択図】図５
Description
本発明は位置検出装置に関し、具体的には、絶対位置検出型（アブソリュート型）の光電式エンコーダに関する。
ＡＢＳ（ａｂｓｏｌｕｔｅ）スケールを用いた絶対位置検出型の光電式エンコーダが知られている（特許文献１）。ＡＢＳスケールのＡＢＳスケールパターンとして、擬似ランダム符号系列の一種であるＭ系列符号を使用したものが知られている。
図１から図３を参照して従来のアブソリュート型光電式エンコーダを説明する。まず図に示すように、アブソリュート型光電式エンコーダ１００はＡＢＳスケール２００と、ＡＢＳスケール２００に沿って測長方向に相対的に移動可能に設けられた検出ヘッド部３００と、を備える。
図２はＡＢＳスケールに設けられるＡＢＳスケールパターンの一例である。ＡＢＳスケールパターンとしては疑似ランダム符号系列の一種であるＭ系列符号を用いている。Ｍ系列符号パターン内の連続するＮコの符号を取り出したとき、Ｍ系列符号パターンの一周期内において、このＮコの符号パターンと同一のものは一か所にしか出現しない。
図２の例においては、"１"と"０"とをランダムに配置したＡＢＳスケールパターンにおいて、"１"，"０"の符号をそれぞれ２ビットで表現している。
符号"１"は透過部と反射部との組み合わせである。一方、符号"０"は２ビットとも透過部である。
ここで、後の説明のため、透過部を「暗部」（または"Ｌ"）とし、反射部を「明部」（または"Ｈ"）とする。
符号"１"は透過部と反射部との組み合わせである。一方、符号"０"は２ビットとも透過部である。
ここで、後の説明のため、透過部を「暗部」（または"Ｌ"）とし、反射部を「明部」（または"Ｈ"）とする。
検出ヘッド部３００は、光源３１０と、レンズ３２０と、受光部３３０と、信号処理部４００と、を備えている。
光源３１０は、ＡＢＳスケール２００に向けて光を発射する。光は、ＡＢＳスケール２００の反射部では反射し、透過部では透過し、反射光がレンズ３２０を介して受光部３３０の受光面に入射する。
受光部３３０の受光面にはＡＢＳスケールパターンに応じた明暗のイメージパターンができる。
光源３１０は、ＡＢＳスケール２００に向けて光を発射する。光は、ＡＢＳスケール２００の反射部では反射し、透過部では透過し、反射光がレンズ３２０を介して受光部３３０の受光面に入射する。
受光部３３０の受光面にはＡＢＳスケールパターンに応じた明暗のイメージパターンができる。
図３に受光部３３０の受光面を示す。
受光部３３０の受光面にはフォトダイオードアレイ３４０が設けられている。フォトダイオードアレイ３４０は、ＡＢＳスケールパターンのピッチを検出できるピッチでフォトダイオード３４１が配列されてなるものである。フォトダイオードアレイ３４０を構成する各フォトダイオード３４１にはスイッチ３４２が設けられており、スイッチ３４２を介して信号処理部４００に接続されている。スイッチ３４２を順次ＯＮにすることにより、各フォトダイオード３４１からの受光信号を掃引する。
受光部３３０の受光面にはフォトダイオードアレイ３４０が設けられている。フォトダイオードアレイ３４０は、ＡＢＳスケールパターンのピッチを検出できるピッチでフォトダイオード３４１が配列されてなるものである。フォトダイオードアレイ３４０を構成する各フォトダイオード３４１にはスイッチ３４２が設けられており、スイッチ３４２を介して信号処理部４００に接続されている。スイッチ３４２を順次ＯＮにすることにより、各フォトダイオード３４１からの受光信号を掃引する。
信号処理部４００は、イメージ取得部４１０と相関演算部４２０とを有する。相関演算部４２０には、予めＡＢＳスケールパターンの設計値が参照パターンとして記憶されている。相関演算部４２０は、受光部３３０で取得した信号パターンと前記参照パターンとの相関演算を行い、相関のピークから位置を求める。このようにしてＡＢＳスケールパターン上の絶対位置が取得される。
ＡＢＳ光電式エンコーダを使用しているうちにＡＢＳスケール２００と検出ヘッド部３００との間にホコリ等が侵入したりしてＡＢＳスケールパターンに汚れが付着するおそれがある。ＡＢＳスケールパターンに汚れが付着すると受光部３３０で取得する信号パターンも汚れの影響を受けて変化する。このように汚れて変化した信号パターンに基づいて相関演算を行うと、正しくない位置で相関のピークが現れ、位置検出を誤ってしまう可能性が高くなってくる。
例えば、図４に一例を示す。
図４（Ａ）の下段を見ていただくと、スケールパターンに汚れが付いているが、この部分はもともと非反射部であるから、結果的には信号パターンに変化はない。しかし、図４（Ｂ）のように、もともと反射部であるところに汚れがつくと、信号パターンに変化が生じてしまって誤検出に繋がるおそれがある。
図４（Ａ）の下段を見ていただくと、スケールパターンに汚れが付いているが、この部分はもともと非反射部であるから、結果的には信号パターンに変化はない。しかし、図４（Ｂ）のように、もともと反射部であるところに汚れがつくと、信号パターンに変化が生じてしまって誤検出に繋がるおそれがある。
そこで、汚れによる位置の誤検出を回避するための方策がいくつか提案されてきた。
ひとつは、相関演算に用いる符号の数を十分に多くすることである。しかし、相関演算に用いる符号の数を多くすれば、それだけ演算量が増えるという問題がある。また、相関演算に用いる符号の数をどんなに多くしたとしても、絶対に間違いが無いとはいえない。
ひとつは、相関演算に用いる符号の数を十分に多くすることである。しかし、相関演算に用いる符号の数を多くすれば、それだけ演算量が増えるという問題がある。また、相関演算に用いる符号の数をどんなに多くしたとしても、絶対に間違いが無いとはいえない。
その他の例として、特許文献１においては、ＡＢＳスケールパターンを一定ピッチで分割したり、一部のパターンを測長方向にずらしたりするなどの方法が提案されている。しかしながら、このような方式を採用すると、必然的にＡＢＳスケールの位置分解能が粗くなるのは当然である。
そこで本発明の目的は、高分解能を維持しつつ、汚れに対するロバスト性を向上できる絶対位置検出型の光電式エンコーダを提供することにある。
本発明のスケールは、
絶対位置検出型の光電式エンコーダに使用されるスケールであって、
前記スケールには、疑似ランダム符号系列に従った２準位符号パターンが測長方向に沿って設けられており、
前記符号パターンの一つの符号は２ビットの組み合わせで構成されているとともに、２準位符号を表現するのに３種類以上のビット組合せパターンが使用されている
ことを特徴とする。
絶対位置検出型の光電式エンコーダに使用されるスケールであって、
前記スケールには、疑似ランダム符号系列に従った２準位符号パターンが測長方向に沿って設けられており、
前記符号パターンの一つの符号は２ビットの組み合わせで構成されているとともに、２準位符号を表現するのに３種類以上のビット組合せパターンが使用されている
ことを特徴とする。
本発明では、
前記２準位符号パターンの一つの符号を、符号"１"または符号"０"とし、
一つの符号を表わす２ビットの一つのビットを、ＬまたはＨとするとき、
Ｌの配置が連続する上限値があり、かつ、Ｈの配置が連続する上限値がある
ことが好ましい。
前記２準位符号パターンの一つの符号を、符号"１"または符号"０"とし、
一つの符号を表わす２ビットの一つのビットを、ＬまたはＨとするとき、
Ｌの配置が連続する上限値があり、かつ、Ｈの配置が連続する上限値がある
ことが好ましい。
本発明では、
前記符号"０"を表現するビットの組合せパターンが２種類以上あり、
前記符号"０"が連続する場合には、隣の組合せパターンとは異なる種類の組合せパターンが使用される
ことが好ましい。
前記符号"０"を表現するビットの組合せパターンが２種類以上あり、
前記符号"０"が連続する場合には、隣の組合せパターンとは異なる種類の組合せパターンが使用される
ことが好ましい。
本発明では、
前記符号"１"は、ＬとＨとの組み合わせであるＡパターンで表わされ、
符号"０"は、ＬとＬとの組み合わせであるＢパターンと、ＨとＨとの組み合わせであるＣパターンと、で表わされ、
符号"０"が連続する場合には、前記Ｂパターンと前記Ｃパターンとが交互に使用されている
ことが好ましい。
前記符号"１"は、ＬとＨとの組み合わせであるＡパターンで表わされ、
符号"０"は、ＬとＬとの組み合わせであるＢパターンと、ＨとＨとの組み合わせであるＣパターンと、で表わされ、
符号"０"が連続する場合には、前記Ｂパターンと前記Ｃパターンとが交互に使用されている
ことが好ましい。
本発明では、
前記２準位符号パターンの一つの符号を、符号"１"または符号"０"とし、
一つの符号を表わす２ビットの一つのビットを、ＬまたはＨまたはＭとするとき、
前記符号"１"は、ＬとＨとの組み合わせであるＡパターンで表わされ、
前記符号"０"は、ＬとＬとの組み合わせであるＢパターンと、ＨとＨとの組み合わせであるＣパターンと、２ビットともＭとするＤパターンと、のうちから選択される２つ以上のパターンで表現され、
前記符号"０"が連続する場合には、隣の組合せパターンとは異なる種類の組合せパターンが使用される
ことが好ましい。
前記２準位符号パターンの一つの符号を、符号"１"または符号"０"とし、
一つの符号を表わす２ビットの一つのビットを、ＬまたはＨまたはＭとするとき、
前記符号"１"は、ＬとＨとの組み合わせであるＡパターンで表わされ、
前記符号"０"は、ＬとＬとの組み合わせであるＢパターンと、ＨとＨとの組み合わせであるＣパターンと、２ビットともＭとするＤパターンと、のうちから選択される２つ以上のパターンで表現され、
前記符号"０"が連続する場合には、隣の組合せパターンとは異なる種類の組合せパターンが使用される
ことが好ましい。
本発明では、
符号"１"と符号"０"とを交換するように読み替えてもよい。
符号"１"と符号"０"とを交換するように読み替えてもよい。
本発明の光電式エンコーダは、前記スケールと、
前記スケールに沿って相対的に移動可能に設けられ、前記スケール上の前記擬似ランダム符号系列に基づいて前記スケール上の絶対位置を検出する検出部と、を備える
ことを特徴とする。
前記スケールに沿って相対的に移動可能に設けられ、前記スケール上の前記擬似ランダム符号系列に基づいて前記スケール上の絶対位置を検出する検出部と、を備える
ことを特徴とする。
本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
図５〜図８を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
本発明の基本的な構成は図１〜図３で説明したものと同じである。
本発明の特徴はＡＢＳスケールパターンの設け方にある。具体的にいうと、本発明の特徴は、ＡＢＳスケールパターンにおいて"１"および"０"の符号をＡＢＳスケールパターン上で表現する際の表現の仕方に特徴がある。
（第１実施形態）
図５〜図８を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
本発明の基本的な構成は図１〜図３で説明したものと同じである。
本発明の特徴はＡＢＳスケールパターンの設け方にある。具体的にいうと、本発明の特徴は、ＡＢＳスケールパターンにおいて"１"および"０"の符号をＡＢＳスケールパターン上で表現する際の表現の仕方に特徴がある。
図５を参照されたい。
図５中の（Ａ）は従来技術の表現方法でＡＢＳスケールパターンを作成したものである。
図５中の（Ｂ）は、本発明の方式で作成したＡＢＳスケールパターンの例である。
図５（Ａ）の従来技術において、前述の通り"１"および"０"はそれぞれ２ビットで表現されており"１"は暗部（Ｌ）と明部（Ｈ）の組合せであり、"０"は２ビットとも暗部である。
図５中の（Ａ）は従来技術の表現方法でＡＢＳスケールパターンを作成したものである。
図５中の（Ｂ）は、本発明の方式で作成したＡＢＳスケールパターンの例である。
図５（Ａ）の従来技術において、前述の通り"１"および"０"はそれぞれ２ビットで表現されており"１"は暗部（Ｌ）と明部（Ｈ）の組合せであり、"０"は２ビットとも暗部である。
図５（Ｂ）の本発明によるＡＢＳスケールパターンにおいて、"１"は従来技術と同じく暗部と明部との組み合わせである。この（暗、明）の組み合わせをＡパターンと称することにする。
さて、符号"０"の表現の仕方が従来技術と異なる。
図６に示すように、符号"０"を表現するパターンとして１つだけでなく２種類用意する。２ビットとも暗部とするＢパターンと、２ビットとも明部とするＣパターンと、が符号"０"を表すとする。（暗、暗）がＢパターンで、（明、明）がＣパターンである。
このように同じ符号"０"を表現するのに異なる２つのパターンを用いる。
さて、符号"０"の表現の仕方が従来技術と異なる。
図６に示すように、符号"０"を表現するパターンとして１つだけでなく２種類用意する。２ビットとも暗部とするＢパターンと、２ビットとも明部とするＣパターンと、が符号"０"を表すとする。（暗、暗）がＢパターンで、（明、明）がＣパターンである。
このように同じ符号"０"を表現するのに異なる２つのパターンを用いる。
図７は、"０"を表現するのにＢパターンとＣパターンとのどちらを配置するのかを決定する設計ルールを説明するための図である。
符号"０"を表現するにあたっては、直前（ここでは左側）にある"０"をみて、ＢパターンとＣパターンとが交互に現れるようにする。
図７中の例でいうと、一番左にある"０"はどちらでもよいのであるが、ここではＣパターンにしたとする。
この"０"の右隣りは"１"であるからＡパターンをおく。
符号"０"を表現するにあたっては、直前（ここでは左側）にある"０"をみて、ＢパターンとＣパターンとが交互に現れるようにする。
図７中の例でいうと、一番左にある"０"はどちらでもよいのであるが、ここではＣパターンにしたとする。
この"０"の右隣りは"１"であるからＡパターンをおく。
この"１"の右隣りの"０"について考える。
この"０"の左側をみると直前の"０"はＣパターンであった。したがって今回の"０"についてはＢパターンを採用している。さらにその右隣の"０"を表現するにあたっては先ほどのＢパターンと異なるＣパターンとする。
この"０"の左側をみると直前の"０"はＣパターンであった。したがって今回の"０"についてはＢパターンを採用している。さらにその右隣の"０"を表現するにあたっては先ほどのＢパターンと異なるＣパターンとする。
このように符号"０"を表現するにあたって、左側にある直前の"０"とは異なるパターンを採用していくとすれば、暗部も明部も最大でも３つしか連続しないはずである。
逆に考えれば、受光部３３０で検出した信号のパターンにおいて、明部または暗部が連続して４つ以上続いていれば、それは設計ルールから外れているのであり、何らかの汚れの影響と判断できる。
逆に考えれば、受光部３３０で検出した信号のパターンにおいて、明部または暗部が連続して４つ以上続いていれば、それは設計ルールから外れているのであり、何らかの汚れの影響と判断できる。
図８（Ａ）をご覧頂くと、これは符号"０"のところに汚れがついている。仮に、符号"０"を総て非反射部としていると、０なのか汚れなのかは信号パターンからは判別できない。この場合は従来技術のままでも結果としては信号パターンに変化がないのであるが、これは偶然に過ぎない。
この点、本実施形態のＡＢＳスケールにおいては、暗部が４つ以上連続することはないはずである。したがって、暗部が４つ以上連続するところは汚れと判断できる。
この点、本実施形態のＡＢＳスケールにおいては、暗部が４つ以上連続することはないはずである。したがって、暗部が４つ以上連続するところは汚れと判断できる。
また、図８（Ｂ）をご覧頂きたい。
これは符号"１"のところに汚れがついている。これでは、明らかに信号パターンに変化が生じてしまう。
この場合も当然、暗部が４つ以上連続するところは汚れと判定し、相関演算には用いないようにできる。
これは符号"１"のところに汚れがついている。これでは、明らかに信号パターンに変化が生じてしまう。
この場合も当然、暗部が４つ以上連続するところは汚れと判定し、相関演算には用いないようにできる。
すなわち、本来"１"であるところを誤って"０"として相関演算に使用することはなくなる。そうすれば、相関演算において、誤った位置で相関のピークが出現するような事態は起こらなくなる。したがって、位置検出で誤った位置と認識することはなくなる。
なお、ここでは汚れが非反射部になると仮定したが、汚れが光を反射する場合でも本実施形態は同じ効果が得られる。つまり、本実施形態の設計ルールに従えば明部が４つ以上連続することはないのであり、明部が４つ以上連続していれば、それは汚れの影響であると判定できる。
このように本実施形態のＡＢＳスケールを用いれば、汚れに起因する不正確なデータを相関演算に使用しないこととできる。したがって、位置検出の正確度（信頼度）が向上する。
また、本実施形態のように、"０"を表現するＢパターンとＣパターンとが交互に使用されるようにすれば、明部と暗部との出現頻度がほぼ等しくなる。このようにすると、受光強度から量子化する際のしきい値を設定しやすくなり、信号処理部４００の負荷軽減あるいは信号処理部４００の簡素化を図ることができる。
また、本実施形態のように、"０"を表現するＢパターンとＣパターンとが交互に使用されるようにすれば、明部と暗部との出現頻度がほぼ等しくなる。このようにすると、受光強度から量子化する際のしきい値を設定しやすくなり、信号処理部４００の負荷軽減あるいは信号処理部４００の簡素化を図ることができる。
（変形例１）
次に変形例１を説明する。
図９は変形例１を説明するための図である。
先ほどの実施形態においては、"０"を表現するＢパターンとＣパターンとが必ず交互に出現するようにした。
ここで、変形例１として、暗部および明部がそれぞれ４つ以上連続しないならば、ＢパターンとＣパターンとを選択する際の自由度を高めてもよい。
次に変形例１を説明する。
図９は変形例１を説明するための図である。
先ほどの実施形態においては、"０"を表現するＢパターンとＣパターンとが必ず交互に出現するようにした。
ここで、変形例１として、暗部および明部がそれぞれ４つ以上連続しないならば、ＢパターンとＣパターンとを選択する際の自由度を高めてもよい。
例えば、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、"０"が単独で孤立している場合、すなわち、両側が"１"であれば、"０"を表現するのにＢパターンとＣパターンとのどちらを使用してもよい。いずれにしても明部または暗部が４つ以上連続することはない。
ただし、図９（Ｃ）に示すように、"０"が２以上連続する場合にはＢパターンとＣパターンとは交互でなければならない。
少なくともこの設計ルールを守ってさえいれば明部または暗部が４以上連続することはない。
ただし、図９（Ｃ）に示すように、"０"が２以上連続する場合にはＢパターンとＣパターンとは交互でなければならない。
少なくともこの設計ルールを守ってさえいれば明部または暗部が４以上連続することはない。
（変形例２）
さらに変形例２を説明する。
本発明のポイントの一つは"１"と"０"の２種類の符号を表現するのに３種類のパターンを用いる点にある。
したがって例えば図１０（Ａ）のようにしてもよい。
図１０（Ａ）においては、"０"を表現するのに２ビットとも暗部のもの（Ｂパターン）と、２ビットともハーフトーンのものとにする。２ビットともハーフトーンとするパターンをＤパターンとする。
つまり"０"を表現するのにＢパターンとＤパターンを交互に使用する。
さらに変形例２を説明する。
本発明のポイントの一つは"１"と"０"の２種類の符号を表現するのに３種類のパターンを用いる点にある。
したがって例えば図１０（Ａ）のようにしてもよい。
図１０（Ａ）においては、"０"を表現するのに２ビットとも暗部のもの（Ｂパターン）と、２ビットともハーフトーンのものとにする。２ビットともハーフトーンとするパターンをＤパターンとする。
つまり"０"を表現するのにＢパターンとＤパターンを交互に使用する。
明部を"Ｈ"、暗部を"Ｌ"と表現するのに対し、ハーフトーン（中間部）を"Ｍ"とする。
あるいは図１０（Ｂ）のようにしてもよい。
すなわち、２ビットともハーフトーンというのは反射率約５０％の膜で実現しなくても上半分を暗部、下半分を明部にしてもよいわけである。
すなわち、２ビットともハーフトーンというのは反射率約５０％の膜で実現しなくても上半分を暗部、下半分を明部にしてもよいわけである。
図１０（Ａ）や（Ｂ）のパターンをさらに図１０（Ｃ）や（Ｄ）のように変形してもよい。
"１"を表現するのに暗部と明部ではなくて明部と暗部との順にしてもよい。
これをＡ′パターンとする。
また"０"を表現するのにＢパターンに代えてＣパターンを使用するようにしてもよい。
"１"を表現するのに暗部と明部ではなくて明部と暗部との順にしてもよい。
これをＡ′パターンとする。
また"０"を表現するのにＢパターンに代えてＣパターンを使用するようにしてもよい。
なお、ここまでの説明において、符号"１"と符号"０"とを入れ換えてもよいことはもちろんのことである。
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態として、汚れ判定を利用した信号処理動作を説明する。
図１１は第２実施形態としての信号処理部５００の機能ブロック図である。
信号処理部５００は、イメージ取得部５１０と、量子化部５２０と、汚れ判定部５３０と、マスキング部５４０と、符号化部５５０と、相関演算部５６０と、中央制御部５７０と、を備える。
なお、信号処理部５００は、主として、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭで構成されるものであり、演算プログラムをロードすることで前記各機能部をして動作するものである。
各機能部の動作については図１２のフローチャートを参照しながら説明していく。
次に本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態として、汚れ判定を利用した信号処理動作を説明する。
図１１は第２実施形態としての信号処理部５００の機能ブロック図である。
信号処理部５００は、イメージ取得部５１０と、量子化部５２０と、汚れ判定部５３０と、マスキング部５４０と、符号化部５５０と、相関演算部５６０と、中央制御部５７０と、を備える。
なお、信号処理部５００は、主として、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭで構成されるものであり、演算プログラムをロードすることで前記各機能部をして動作するものである。
各機能部の動作については図１２のフローチャートを参照しながら説明していく。
図１２は、信号処理部５００の動作手順を説明するためのフローチャートである。
まず、イメージ取得部５１０は、受光部３３０のフォトダイオードアレイ３４０からの信号を順次掃引してＡＢＳスケール２００の検出イメージを取得する（ＳＴ１１０）。そして、取得した検出イメージを順次量子化していく（ＳＴ１２０）。ここでは、受光強度に対して適切なしきい値が設定されているとする。このしきい値との対比により、暗部と明部とを区別して２値化する。ここでは後の説明のため、暗部を"Ｌ"とし明部を"Ｈ"とする。
まず、イメージ取得部５１０は、受光部３３０のフォトダイオードアレイ３４０からの信号を順次掃引してＡＢＳスケール２００の検出イメージを取得する（ＳＴ１１０）。そして、取得した検出イメージを順次量子化していく（ＳＴ１２０）。ここでは、受光強度に対して適切なしきい値が設定されているとする。このしきい値との対比により、暗部と明部とを区別して２値化する。ここでは後の説明のため、暗部を"Ｌ"とし明部を"Ｈ"とする。
すると、図１４の２段目にあるように量子化される。
ここで、図１４中の例では、ＡＢＳスケール２００の一部に汚れが付いてしまっている。フォトダイオード３４１での受光強度がしきい値より低ければ、もちろんその量子化値は"Ｌ"である。これは従来技術と同じである。
ここで、図１４中の例では、ＡＢＳスケール２００の一部に汚れが付いてしまっている。フォトダイオード３４１での受光強度がしきい値より低ければ、もちろんその量子化値は"Ｌ"である。これは従来技術と同じである。
量子化（ＳＴ１２０）に続いて、汚れ判定部５３０による汚れ判定（ＳＴ１３０）を行う。
汚れ判定処理（ＳＴ１３０）を図１３のフローチャートを参照しながら説明する。図１３は、汚れ判定処理（ＳＴ１３０）の手順を説明するためのフローチャートである。
汚れ判定処理（ＳＴ１３０）にあたって、まずビットを数えるためのパラメータｎを初期化する。
後の処理の都合上ｎ＝４に初期化する。
なお、ここでは、図１４において左端から順に１、２、３・・・と付番することにする。
汚れ判定処理（ＳＴ１３０）を図１３のフローチャートを参照しながら説明する。図１３は、汚れ判定処理（ＳＴ１３０）の手順を説明するためのフローチャートである。
汚れ判定処理（ＳＴ１３０）にあたって、まずビットを数えるためのパラメータｎを初期化する。
後の処理の都合上ｎ＝４に初期化する。
なお、ここでは、図１４において左端から順に１、２、３・・・と付番することにする。
汚れ判定部はｎビット目の量子化値を取得する（ＳＴ１３２）。今、ｎ＝４であるとする。４ビット目の量子化値は"Ｌ"である。
次にｎ−３、ｎ−２、ｎ−１ビット目の量子化値を取得する（ＳＴ１３３）。つまり連続する４ビットの量子化値を取得する。今、ｎ＝４なので、１ビット目、２ビット目、３ビット目の量子化値を取得する（ＳＴ１３３）。
次にｎ−３、ｎ−２、ｎ−１ビット目の量子化値を取得する（ＳＴ１３３）。つまり連続する４ビットの量子化値を取得する。今、ｎ＝４なので、１ビット目、２ビット目、３ビット目の量子化値を取得する（ＳＴ１３３）。
そして、連続する４つのビットの量子化値が同じか否かを判定する。
ＡＢＳスケールパターンの設計ルール上、同じ量子化値が連続するのは３つまでであり、４つ以上同じ量子値（ＬまたはＨ）が連続することはないはずである。そこで、判定対象としているｎビット目に対して直前の３ビットの量子化値を対照する。
ＡＢＳスケールパターンの設計ルール上、同じ量子化値が連続するのは３つまでであり、４つ以上同じ量子値（ＬまたはＨ）が連続することはないはずである。そこで、判定対象としているｎビット目に対して直前の３ビットの量子化値を対照する。
全部が同じでなければ（ＳＴ１３４：ＮＯ）、少なくとも設計ルール上はあり得るパターンであるから信頼できると考え、マスキングしないこととする（ＳＴ１３５）。
一方、全部同じ（全部Ｈまたは全部Ｌ）であれば（ＳＴ１３４：ＹＥＳ）、ｎビット目の量子化値は設計ルールから外れているので信頼できず、汚れの影響であると判断する。
この場合、ｎビット目の量子化値は使わないようにマスキングしてしまう（ＳＴ１３６）。
一方、全部同じ（全部Ｈまたは全部Ｌ）であれば（ＳＴ１３４：ＹＥＳ）、ｎビット目の量子化値は設計ルールから外れているので信頼できず、汚れの影響であると判断する。
この場合、ｎビット目の量子化値は使わないようにマスキングしてしまう（ＳＴ１３６）。
パラメータｎが取得イメージの全ビット数に達するまでＳＴ１３２〜ＳＴ１３８を繰り返し、取得イメージの全ビット数に達したら汚れ判定は終了である（ＳＴ１３７：ＹＥＳ）。
図１４の３段目は、マスキングのＯＮ／ＯＦＦを図示したものである。
図１４の３段目は、マスキングのＯＮ／ＯＦＦを図示したものである。
汚れ判定（ＳＴ１３０）が終了したら、続いて符号化部５５０による符号化を行う（ＳＴ１５０）。符号化にあたっては、マスキングされていないビットの量子化値を用いる。
２ビットで１つの符号を表す。
（Ｌ、Ｈ）の組は符号"１"に変換される。
（Ｌ、Ｌ）および（Ｈ、Ｈ）の組は符号"０"に変換される。
図１４の４段目は、符号化した結果の例示である。
２ビットで１つの符号を表す。
（Ｌ、Ｈ）の組は符号"１"に変換される。
（Ｌ、Ｌ）および（Ｈ、Ｈ）の組は符号"０"に変換される。
図１４の４段目は、符号化した結果の例示である。
マスキング（ＳＴ１３６）により量子化値が不明になっているところがある。当然、マスキングされたビットに関係にするところは符号が不明である。図１４中では、不明を"？"で表現した。
このようにして符号化されたデータを用いて参照パターンとの相関演算を行う（ＳＴ１６０）。相関演算で最も高い相関を示す位置が現在の絶対位置として求められる。（ＳＴ１７０）
本第２実施形態の処理を行うことで、汚れによって不確かになっている符号を判別することができる。そして、不確かな符号については相関演算には使用しないようにできる。これにより、位置検出の正確度（信頼度）が向上する。
（第３実施形態）
図１５〜図１７のフローチャートを参照して第３実施形態を説明する。
第２実施形態において汚れ判定を説明した。
汚れ判定（ＳＴ１３０）によって、信頼できる量子化値と信頼できない量子化値とを峻別できるわけであるから、信頼できる量子化値が所定数得られたところで量子化処理も汚れ判定処理も終了してしまってもいいわけである。
重複した説明をなるべく避けるため第２実施形態と共通した処理ステップには同じステップ番号を付した。
簡単に順番に説明していく。
図１５〜図１７のフローチャートを参照して第３実施形態を説明する。
第２実施形態において汚れ判定を説明した。
汚れ判定（ＳＴ１３０）によって、信頼できる量子化値と信頼できない量子化値とを峻別できるわけであるから、信頼できる量子化値が所定数得られたところで量子化処理も汚れ判定処理も終了してしまってもいいわけである。
重複した説明をなるべく避けるため第２実施形態と共通した処理ステップには同じステップ番号を付した。
簡単に順番に説明していく。
ＳＴ１１０において、受光部３３０から検出イメージを取得する。続いて、量子化部５２０で量子化を行うが、本実施形態では一度に全部量子化しないで必要な分だけ順次量子化する。
汚れ判定（ＳＴ１３０Ａ）に必要なので、最初は４ビット目まで量子化する（ＳＴ１１１〜ＳＴ１２３）。そして、４ビット目まで量子化したら（ＳＴ１２２）、この４ビット目に対して汚れ判定を実行する（ＳＴ１３０Ａ）。
汚れ判定（ＳＴ１３０Ａ）に必要なので、最初は４ビット目まで量子化する（ＳＴ１１１〜ＳＴ１２３）。そして、４ビット目まで量子化したら（ＳＴ１２２）、この４ビット目に対して汚れ判定を実行する（ＳＴ１３０Ａ）。
汚れ判定の動作は、第２実施形態と同様であるが、図１６に改めて示すように、対象となるビット（ｎビット目）について汚れ判定したら一旦終了である。
図１５に戻って、汚れ判定（ＳＴ１３０Ａ）に続き、終了条件を満たすか否か判定する（ＳＴ１４０）。
終了条件判定（ＳＴ１４０）を図１７のフローチャートに示す。
終了条件として、マスキングがＯＦＦになっているビット数が所定数（ここでは４０）以上になっているかを判定する（ＳＴ１４１）。
この所定数（ここでは４０）は、相関演算に必要なビット数である。この数値を演算可能数と称することにする。
なお、汚れ判定（ＳＴ１３０Ａ）の誤り率を加味し、理論上の最低数に少し余裕をもたせて前記所定数（演算可能数）を設定しておくことが好ましい。例えば、理論上の最低数が２０だとして、ここでは演算可能数としてその倍の４０にしている。
終了条件判定（ＳＴ１４０）を図１７のフローチャートに示す。
終了条件として、マスキングがＯＦＦになっているビット数が所定数（ここでは４０）以上になっているかを判定する（ＳＴ１４１）。
この所定数（ここでは４０）は、相関演算に必要なビット数である。この数値を演算可能数と称することにする。
なお、汚れ判定（ＳＴ１３０Ａ）の誤り率を加味し、理論上の最低数に少し余裕をもたせて前記所定数（演算可能数）を設定しておくことが好ましい。例えば、理論上の最低数が２０だとして、ここでは演算可能数としてその倍の４０にしている。
本発明を用いない場合、理論上の最低数に対して約４倍の冗長性を持たせるのが一般的である。本発明としては、演算可能数を、理論上の最低数に対して１倍から３倍の範囲で設定してもよい。好ましくは、演算可能数を、理論上の最低数に対して１．５倍から２．５倍、より好ましくは、１．５倍から２倍とする。もちろん、汚れ判定の精度が極めて高ければ、演算可能数を、理論上の最低数に対して１．１倍〜１．３倍の範囲で設定することもできる。
相関演算に必要な分のデータが揃ってしまえば（ＳＴ１４１：ＹＥＳ）、量子化（および汚れ判定）を終了し（ＳＴ１４０：ＹＥＳ）、符号化（ＳＴ１５０）に移行する。
一方、マスキングＯＦＦのビット数が所定数に達していない場合には（ＳＴ１４１：ＮＯ）、パラメータｎがビット数の上限に達したか確認する（ＳＴ１４２）。
一方、マスキングＯＦＦのビット数が所定数に達していない場合には（ＳＴ１４１：ＮＯ）、パラメータｎがビット数の上限に達したか確認する（ＳＴ１４２）。
ビット数が上限に達していればもちろん終了する（ＳＴ１４２：ＹＥＳ）。
相関演算に必要なデータが得られずに（ＳＴ１４１：ＮＯ）、ビット数の上限に達していると（ＳＴ１４２：ＹＥＳ）、これはスケールが汚れすぎて、もはや信頼できる相関演算は不可能である。したがって、スケール汚れの警告をユーザに報知しておく（ＳＴ１４３）。
相関演算に必要なデータが得られずに（ＳＴ１４１：ＮＯ）、ビット数の上限に達していると（ＳＴ１４２：ＹＥＳ）、これはスケールが汚れすぎて、もはや信頼できる相関演算は不可能である。したがって、スケール汚れの警告をユーザに報知しておく（ＳＴ１４３）。
パラメータｎがビット数の上限に達していなければ（ＳＴ１４２：ＮＯ）、もちろん、引き続き量子化（ＳＴ１２１）および汚れ判定（ＳＴ１３０Ａ）を継続する（ＳＴ１４０：ＮＯ、ＳＴ１４５）。
このあとの符号化（ＳＴ１５０）以降の相関演算（ＳＴ１６０）は第２実施形態に倣えばよいので説明は割愛する。
このあとの符号化（ＳＴ１５０）以降の相関演算（ＳＴ１６０）は第２実施形態に倣えばよいので説明は割愛する。
本第３実施形態によれば、相関演算に必要な分だけ確度が高い量子化値が得られたところで量子化および符号化の処理を終了してしまう。したがって、演算処理の高速化、信号処理部の負担軽減を図ることができる。
もちろん、相関演算に用いる符号の数も少なくなるのであるから、演算処理の高速化や信号処理の負担軽減の効果は絶大である。
もちろん、相関演算に用いる符号の数も少なくなるのであるから、演算処理の高速化や信号処理の負担軽減の効果は絶大である。
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記実施形態では、ＡＢＳスケールが反射型である場合を例示したが、ＡＢＳスケールを透過型としてもよいことはもちろんである。
上記実施形態では、ＡＢＳスケールが反射型である場合を例示したが、ＡＢＳスケールを透過型としてもよいことはもちろんである。
量子化値の確度が高ければマスキングをオフし（ＳＴ１３５）、量子化値が不確かであればマスキングをオン（ＳＴ１３６）にするとしたが、これは一例である。確度が高いというフラグを用いてもよいし、不確かであるというフラグを用いてもよく、同等な効果が得られれば手段は問わない。
上記実施形態では直線型のスケールおよびエンコーダを例示したが、本発明はロータリーエンコーダにも適用できることはもちろんである。
１００…アブソリュート型光電式エンコーダ、
２００…スケール、
３００…検出ヘッド部、３１０…光源、３２０…レンズ、３３０…受光部、３４０…フォトダイオードアレイ、３４１…フォトダイオード、３４２…スイッチ、
４００…信号処理部、４１０…イメージ取得部、４２０…相関演算部、
５００…信号処理部、５１０…イメージ取得部、５２０…量子化部、５３０…判定部、５４０…マスキング部、５５０…符号化部、５６０…相関演算部、５７０…中央制御部。
２００…スケール、
３００…検出ヘッド部、３１０…光源、３２０…レンズ、３３０…受光部、３４０…フォトダイオードアレイ、３４１…フォトダイオード、３４２…スイッチ、
４００…信号処理部、４１０…イメージ取得部、４２０…相関演算部、
５００…信号処理部、５１０…イメージ取得部、５２０…量子化部、５３０…判定部、５４０…マスキング部、５５０…符号化部、５６０…相関演算部、５７０…中央制御部。
Claims (7)
- 絶対位置検出型の光電式エンコーダに使用されるスケールであって、
前記スケールには、疑似ランダム符号系列に従った２準位符号パターンが測長方向に沿って設けられており、
前記符号パターンの一つの符号は２ビットの組み合わせで構成されているとともに、２準位符号を表現するのに３種類以上のビット組合せパターンが使用されている
ことを特徴とするスケール。 - 請求項１に記載のスケールにおいて、
前記２準位符号パターンの一つの符号を、符号"１"または符号"０"とし、
一つの符号を表わす２ビットの一つのビットを、ＬまたはＨとするとき、
Ｌの配置が連続する上限値があり、かつ、Ｈの配置が連続する上限値がある
ことを特徴とするスケール。 - 請求項２に記載のスケールにおいて、
前記符号"０"を表現するビットの組合せパターンが２種類以上あり、
前記符号"０"が連続する場合には、隣の組合せパターンとは異なる種類の組合せパターンが使用される
ことを特徴とするスケール。 - 請求項２または請求項３に記載のスケールにおいて、
前記符号"１"は、ＬとＨとの組み合わせであるＡパターンで表わされ、
符号"０"は、ＬとＬとの組み合わせであるＢパターンと、ＨとＨとの組み合わせであるＣパターンと、で表わされ、
符号"０"が連続する場合には、前記Ｂパターンと前記Ｃパターンとが交互に使用されている
ことを特徴とするスケール。 - 請求項１に記載のスケールにおいて、
前記２準位符号パターンの一つの符号を、符号"１"または符号"０"とし、
一つの符号を表わす２ビットの一つのビットを、ＬまたはＨまたはＭとするとき、
前記符号"１"は、ＬとＨとの組み合わせであるＡパターンで表わされ、
前記符号"０"は、ＬとＬとの組み合わせであるＢパターンと、ＨとＨとの組み合わせであるＣパターンと、２ビットともＭとするＤパターンと、のうちから選択される２つ以上のパターンで表現され、
前記符号"０"が連続する場合には、隣の組合せパターンとは異なる種類の組合せパターンが使用される
ことを特徴とするスケール。 - 請求項３から請求項５のいずれかに記載のスケールにおいて、
符号"１"と符号"０"とを交換するように読み替えたようにした
ことを特徴とするスケール。 - 請求項１から請求項６のいずれかに記載のスケールと、
前記スケールに沿って相対的に移動可能に設けられ、前記スケール上の前記擬似ランダム符号系列に基づいて前記スケール上の絶対位置を検出する検出部と、を備える
ことを特徴とする光電式エンコーダ。
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|---|---|---|---|
| JP2015180631A JP6634249B2 (ja) | 2015-09-14 | 2015-09-14 | 絶対位置検出型光電式エンコーダ |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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