JP2018200321A - 位置検出装置、レンズ装置、撮像装置、および指令装置 - Google Patents

Abstract

【課題】相対位置の更新値を正確に得ること。【解決手段】第１要素に対する第２要素の位置の検出を行う装置は、複数のパターン列および該位置に基づいて変化する複数の変位信号を、切替えをして順次出力するセンサと、複数の変位信号に基づいて複数の相対位置信号を得、該複数の相対位置信号に基づいて該位置としての第１位置を得、該第１位置に対する相対位置を複数の相対位置信号のうちの第１相対位置信号に基づいて得る処理部とを有する。処理部は、該相対位置を得た後に、複数の相対位置信号のうちの第２相対位置信号の値としての第１の値および第２の値と、第１相対位置信号の値としての第３の値とをこの順に得、第２の値と、第３の値とに基づいて、該位置としての第２位置を得、該相対位置と、第１の値および第２の値とに基づいて、該相対位置の更新値を得、該第２位置と該更新値とに基づいて、第１要素に対する第２要素の位置を得る処理を行う。【選択図】 図１

Description

本発明は、可動要素の位置を検出する位置検出装置に関し、特に複数の信号から可動要素の位置を検出する位置検出装置、及びそれを有するレンズ装置、撮像装置、指令装置に関するものである。

従来、物体の移動距離を測定するための装置として、相対移動距離を測定するインクリメンタルエンコーダの他、絶対位置の測長を可能としたアブソリュートエンコーダが知られている。

特許文献１には、複数の周期信号の検出状態を切り替えて信号を取得し、絶対位置を算出する構成のバーニア式アブソリュートエンコーダについて開示されている。絶対位置を算出した後、算出された絶対位置を基準として、ある１つの周期信号のみを用いて相対位置を算出する。

また特許文献２には、符号形式のアブソリュートエンコーダであって、絶対位置生成部により算出した絶対位置と、ある絶対位置基準からインクリメンタル信号に基づいて相対的に算出した相対位置とを比較し異常を検知するエンコーダが開示されている。

特開２０１３−８８１９１号公報 特開２０１０−２４９７２０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたアブソリュートエンコーダの構成において、特許文献２のような異常検知を行うためには次のような課題がある。
バーニア方式のアブソリュートエンコーダでは、ある１つの周期信号のみを用いて相対位置が算出されるのに対し、絶対位置は複数の周期信号を用いて演算される。しかし、特許文献１では複数の周期信号を取得する場合は、検出する信号を切り替える必要がある構成であるため、信号を切替えている間は相対位置算出のための周期信号を取得することができない。すなわち、絶対位置算出のために複数の周期信号を取得している間は相対位置算出処理を停止させる必要があり、相対位置算出手段は停止している間の位置の変化を検知することができなかった。すなわち、絶対位置の算出と相対位置の算出を併用することができなかった。

本発明は、第１要素に対する第２要素の位置の検出を行う位置検出装置であって、前記第１要素及び前記第２要素のうち一方に備えられた、互いに異なる複数の周期をそれぞれ有する複数のパターン列を含み、前記複数のパターン列および前記位置に基づいて変化する、前記複数のパターン列にそれぞれ対応する複数の変位信号を、切替えをして順次出力するセンサと、前記センサにより順次出力された前記複数の変位信号に基づいて、前記複数のパターン列にそれぞれ対応する複数の相対位置信号を得、該複数の相対位置信号に基づいて前記位置としての第１位置を得、前記第１位置に対する相対位置を前記複数の相対位置信号のうちの第１相対位置信号に基づいて得る処理部と、を有し、前記処理部は、前記相対位置を得た後に、前記複数の相対位置信号のうちの前記第１相対位置信号とは異なる第２相対位置信号の値としての第１の値および第２の値と、前記第１相対位置信号の値としての第３の値とを、この順に得、前記第２の値と、前記第３の値とに基づいて、前記第１要素に対する前記第２要素の位置としての第２位置を得、前記相対位置と、前記第１の値および前記第２の値とに基づいて、前記相対位置の更新値を得、前記第２位置と前記更新値とに基づいて、前記第１要素に対する前記第２要素の位置を得る処理を行う、ことを特徴とする。
また、本発明は、第１要素に対する第２要素の位置の検出を行う位置検出装置であって、前記第１要素及び前記第２要素のうち一方に備えられた、互いに異なる複数の周期をそれぞれ有する複数のパターン列を含み、前記複数のパターン列および前記位置に基づいて変化する、前記複数のパターン列にそれぞれ対応する複数の変位信号を、切替えをして順次出力するセンサと、カウンタと、前記センサにより順次出力された前記複数の変位信号に基づいて、前記複数のパターン列にそれぞれ対応する複数の相対位置信号を得、該複数の相対位置信号に基づいて前記位置としての第１位置を得、前記第１位置に対する相対位置を前記複数の相対位置信号のうちの第１相対位置信号に基づいて得る処理部と、を有し、前記処理部は、前記複数の変位信号のうち前記第１相対位置信号を得るための変位信号に基づく計数を前記カウンタに行わせ、該計数と前記第１相対位置信号とに基づいて前記相対位置を得、前記処理部は、前記相対位置を得た後に、前記カウンタの行う計数の停止を行い、前記複数の相対位置信号のうちの前記第１相対位置信号とは異なる第２相対位置信号の値としての第１の値および第２の値と、前記第１相対位置信号の値としての第３の値とを、この順に得、前記第２の値と、前記第３の値とに基づいて、前記第１要素に対する前記第２要素の位置としての第２位置を得、前記停止における前記カウンタの計数値と前記第１の値および前記第２の値とに基づいて更新された前記カウンタの計数値と、前記第３の値とに基づいて前記相対位置の更新値を得、前記カウンタの行う計数を開始し、前記第２位置と前記更新値とに基づいて、前記第１要素に対する前記第２要素の位置を得る処理を行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、相対位置の更新値を正確に得るのに有利な位置検出装置を提供することができる。

第１実施形態の構成ブロック図 ＡＢＳセンサーの断面図 第１実施形態のスケール部の平面図 受光部の平面図 第１実施例における処理の全体を示すフローチャート図 初期位置取得のための信号取得のフローチャート図 初期位置取得のための絶対位置導出のフローチャート図 第１及び第２の相対位置信号及びバーニア信号のグラフ 同期演算における波形の変化を示すグラフ 相対位置導出の初期化動作のフローチャート図 相対位置導出のフローチャート図 異常検出動作のフローチャート図 異常検出動作における信号取得のフローチャート図 移動量補正のフローチャート図 移動量補正の詳細のフローチャート図 移動量補正の動作を示すグラフと信号取得位置 第２実施形態の構成ブロック図 相対位置導出の初期化動作のフローチャート図 入力信号と位相計数カウンタのカウンタ値との関係を示すグラフ 相対位置導出のフローチャート図 異常検出動作における信号取得のフローチャート図 移動量補正のフローチャート図 移動量補正の詳細のフローチャート図 様々なスケール部を示す図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

以下、図１〜図１６を用いて、本発明の位置検出手段の第１の実施例を説明する。
図１は、本発明の位置検出手段の実施例１の構成ブロック図である。図１において、ＡＢＳ算出部１０１は、ＡＢＳセンサー１０３から出力される信号を元に、固定要素に対しての可動要素の（所定の基準位置に対する）変位量である絶対位置Ｐａｂｓを導出する演算部である。スケール切替え部（切替え手段）１０２は、ＡＢＳセンサー１０３から順次出力される２種類のトラックパターンに基づいて発生する２種類の信号出力を切替えるスケール切替え部である。ＡＢＳセンサー（信号検出手段）１０３は、固定要素に対しての可動要素の絶対位置を導出するための信号を出力する絶対位置センサーである。ＡＢＳセンサー１０３の内部構成及び出力信号については後述する。ＡＤ変換部１０４は、ＡＢＳセンサー１０３から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部である。ＩＮＣ算出部１０５はある基準位置からの変位量をもとに相対位置Ｐｉｎｃを導出する演算部である。

移動量算出部１０６は、ＡＢＳ算出部１０１が取得した２種類の信号を取得する間に、可動要素が移動した移動量を導出し、補正する移動量算出部である。移動量補正処理の詳細な説明は後述する。

異常判定部１０７は、ＡＢＳ算出部１０１での演算結果であるＰａｂｓと、ＩＮＣ算出部１０５での演算結果であるＰｉｎｃに基づいて、位置検出手段に異常があるかを判断する判定部である。
ＡＢＳ算出部１０１、ＩＮＣ算出部１０５、移動量算出部１０６、及び異常判定部１０７は、例えば一つのＣＰＵ内に構成される。

次にＡＢＳセンサー１０３の内部構成及び出力信号について説明する。
図２はＡＢＳセンサー１０３の断面図である。図２において、可動要素２１は、固定要素２２に対し、紙面に垂直方向となるＸ軸方向に移動する可動部である。光源２０１は発光部であり、例えばＬＥＤである。スケール部２０２は全長でスリット数の異なる等間隔の２つのトラックパターン２０３ａ、２０３ｂを有するスケール部である。受光部２０４ａ、２０４ｂはそれぞれ、光源２０１より出射しトラックパターン２０３ａ、２０３ｂにより反射された光を受光するための受光部であり、例えばフォトダイオードアレイで構成される。信号処理回路２０５は、受光部２０４ａ、２０４ｂで受光した信号を処理し、スケール切替え部１０２の切替え信号に応じて、トラックパターン２０３ａ、２０３ｂの何れかの信号を出力する信号処理回路である。

なお、本実施例においては、可動要素２１にスケール部２０２を備え、固定要素２２に光源２０１及び受光部２０４ａ、２０４ｂを備える構成を例示した。しかし、これに限定されることはなく、固定要素及び可動要素の内の一方にスケール部２０２を、他方に光源２０１及び受光部２０４ａ、２０４ｂを備える構成とすればよい。後述する実施例においても同様である。

図３は、本実施形態におけるスケール部２０２の平面図である。図３では反射型のスリットパターン（反射パターン列）を一例として示している。スケール部２０２は、第一トラックパターン２０３ａと第二トラックパターン２０３ｂの２つのトラックパターンを備えて構成されている。トラックパターン２０３ａ、２０３ｂの反射部（黒塗り部）に光源２０１からの光が当たると、受光部２０４ａ、２０４ｂにそれぞれ反射するような構成となっている。第一トラックパターン２０３ａの反射部はＰ１間隔で等間隔に形成されている。また第二トラックパターン２０３ｂの反射部はＰ２間隔で等間隔に形成されている。本実施例では、Ｐ１は、スケールの全長Ｌｍａｘに対して反射部が４０個、つまり全長Ｌｍａｘに対して４０周期となるように構成されている。また、Ｐ２は、スケールの全長Ｌｍａｘに対して反射部が３９個、つまり全長Ｌｍａｘに対して３９周期となるように構成されている。

図４は、受光部２０４ａの平面図である。受光部２０４ｂも受光部２０４ａと同様の構成となっている。受光部２０４ａには水平方向に１６個のフォトダイオード４０１〜４１６が等間隔に配置されている。フォトダイオード４０１、４０５、４０９、４１３は電気的に接続されており、この組をａ相とする。また、フォトダイオード４０２、４０６、４１０、４１４の組をｂ相とする。以下同様にフォトダイオード４０３、４０７、４１１、４１５の組をｃ相、フォトダイオード４０４、４０８、４１２、４１６の組をｄ相とする。本実施例では、受光部２０４ａ内の４個のフォトダイオードの間隔（例えばフォトダイオード４０１から４０４の間隔）が第一トラックパターン２０３ａの反射部の間隔Ｐ１の２倍であることを前提に説明する。ここで、光源２０１から第一トラックパターン２０３ａの反射部の距離の２倍は、光源２０１から受光部２０４ａの距離となるため、受光部２０４ａで受光する反射光の幅は、反射部の２倍の幅となる。従って受光部２０４ａ内の４個のフォトダイオードの間隔は、第一トラックパターン２０３ａのパターンの１周期分に相当する。

第一トラックパターン２０３ａで反射された光源２０１からの光を、受光部２０４ａで受光すると、ａ相、ｂ相、ｃ相、ｄ相の各フォトダイオード群は、受光した光量に応じた光電流を出力する。ここで、スケール部２０２のＸ軸方向への移動とともに、ａ相、ｂ相、ｃ相、ｄ相の各フォトダイオード群は、ａ相を基準にｂ相は９０°、ｃ相は１８０°、ｄ相は２７０°の位相関係で変動する電流（周期信号）が出力される。信号処理回路２０５は出力電流を電流電圧変換器で電圧に変換する。次に信号処理回路２０５は、差動増幅器によりそれぞれａ相とｃ相の差動成分、及びｂ相とｄ相の差動成分を求める。次に信号処理回路２０５は、ａ相とｃ相の差動成分、及びｂ相とｄ相の差動成分から、互いに９０°位相のずれた第一トラックパターン２０３ａ のＡ相変位信号である第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡ、Ｂ相変位信号である第一のＢ相変位信号Ｓ１ｒＢを生成する。受光部２０４ｂも同様の方法で第二トラックパターン２０３ｂ のＡ相、Ｂ相変位信号である第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡ、Ｂ相変位信号である第二のＢ相変位信号Ｓ２ｒＢを生成する。

ここで、信号処理回路２０５は、スケール切替え部１０２からの切替え信号に応じて、第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡ及び第一のＢ相変位信号Ｓ１ｒＢ又は第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡ及び第二のＢ相変位信号Ｓ２ｒＢの何れかを出力する。このように、スケール切替え部１０２からの切替え信号によって、信号処理回路２０５から信号を切替えて出力することにより、信号処理回路２０５の処理負荷を減少させ、高速処理化、省電力、小型化することができる。

以上により、ＡＢＳセンサー１０３は、スケール切替え部１０２からの切替え信号に応じて、第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡ及び第一のＢ相変位信号Ｓ１ｒＢ、又は第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡ及び第二のＢ相変位信号Ｓ２ｒＢの何れかが出力される。

次に本実施例の動作について、図５〜１５を用いて説明する。図５は、本実施例の動作フローである。

Ｓ５０１は、処理の開始であり、Ｓ５０２へ進む。処理の開始は、たとえば機器の電源の投入などである。
Ｓ５０２では、初期位置取得のための絶対位置取得処理を行い、Ｓ５０３へ進む。初期位置取得のための絶対位置取得処理についての詳細は後述する。
Ｓ５０３では、相対位置取得のための初期化処理を行い、Ｓ５０４へ進む。相対位置取得のための初期化処理についての詳細は後述する。
Ｓ５０４では、異常検出を実施するかを判断し、実施しない場合はＳ５０５へ、実施する場合はＳ５０６へ進む。異常検出を実施するかは、たとえば不図示のスイッチにより通知されても良いし、一定時間ごとに定期的に実施しても良い。

Ｓ５０５では、相対位置取得処理により検出位置を更新し、Ｓ５０４へと戻る。
Ｓ５０６では、異常検出処理を行い、Ｓ５０７へと進む。異常検出処理については後述する。
Ｓ５０７では、異常が検出されたか判断し、異常が検出されなかった場合はＳ５０４へ、異常が検出された場合はＳ５０８へ進む。
Ｓ５０８では、異常を通知し、Ｓ５０９へと進む。異常の通知は、たとえば不図示のＬＥＤ等にて行う。
Ｓ５０９は処理の終了である。

続いて、図６、７を用いて、本実施例の動作フローのうち、初期位置取得のための絶対位置算出処理について説明する。

Ｓ６０１は、処理の開始であり、Ｓ６０２へ進む。
Ｓ６０２において、ＡＢＳ算出部１０１は、スケール切替え部１０２に、第二のスケールへと切替える第二の切替え信号を出力し、Ｓ６０３へ進む。第二の切替え信号により、スケール切替え部１０２は、ＡＢＳセンサー１０３に第二のトラックパターンの信号出力指示を行い、ＡＢＳセンサー１０３は、第二のトラックパターンの信号Ｓ２ｒＡ、Ｓ２ｒＢを出力する。第二のトラックパターンの信号Ｓ２ｒＡ、Ｓ２ｒＢは、ＡＤ変換部１０４でデジタル信号に変換され、ＡＢＳ算出部１０１に出力される。

Ｓ６０３では、ＡＤ変換部１０４から出力されたＳ６０３の実行タイミングＴ１における第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡの信号レベルであるＶ１ｓ２ｒＡ、及びＢ相変位信号Ｓ２ｒＢの信号レベルであるＶ１ｓ２ｒＢを取得し、Ｓ６０４へと進む。

Ｓ６０４において、ＡＢＳ算出部１０１は、スケール切替え部１０２に、第一のスケールへと切替える第一の切替え信号を出力し、Ｓ６０５へ進む。第一の切替え信号により、スケール切替え部１０２は、ＡＢＳセンサー１０３に第一のトラックパターンの信号出力指示を行い、ＡＢＳセンサー１０３は、第一のトラックパターンの信号Ｓ１ｒＡ、Ｓ１ｒＢを出力する。第一のトラックパターンの信号Ｓ１ｒＡ、Ｓ１ｒＢは、ＡＤ変換部１０４でデジタル信号に変換され、ＡＢＳ算出部１０１に出力される。

Ｓ６０５では、ＡＤ変換部１０４から出力されたＳ６０５の実行タイミングＴ２における第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡの信号レベルであるＶ２ｓ１ｒＡ、及びＢ相変位信号Ｓ１ｒＢの信号レベルであるＶ２ｓ１ｒＢを取得し、Ｓ６０６へと進む。

Ｓ６０６では、Ｓ６０３、Ｓ６０５によって取得した各トラックパターンの信号を元に絶対位置Ｐａｂｓを導出し、Ｓ６０７へ進む。絶対位置導出方法については後述する。
Ｓ６０７は処理の終了である。
以上により、可動要素の初期位置が決定する。

なお、時間Ｔ１およびＴ２の時間間隔を信号取得遅延時間Ｔｓとする。信号取得遅延時間Ｔｓは、スケール切替え部１０２によりスケールを切替えた後に、出力される信号が十分安定する時間が設定される。

次に絶対位置の導出方法について説明する。絶対位置の導出は、ＡＢＳ算出部１０１で算出される。図７に絶対位置の導出のフローを示す。

Ｓ７０１で処理を開始し、Ｓ７０２に進む。
Ｓ７０２では、図６のＳ６０５で取得したＴ２における第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡの信号レベルであるＶ２ｓ１ｒＡ、及びＢ相変位信号Ｓ１ｒＢの信号レベルであるＶ２ｓ１ｒＢを補正する。

ここで、第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡ及び第一のＢ相変位信号Ｓ１ｒＢは、お互いに信号オフセットや信号振幅が異なっている場合がある。このような信号をそのまま使用して絶対位置を導出すると、導出された絶対位置Ｐａｂｓの誤差要因となるため、信号の補正が必要となる。

本実施例では、先に説明した通り、受光部２０４ａ内の４個のフォトダイオードの間隔（例えばフォトダイオード４０１から４０４の間隔）が第一トラックパターン２０３ａの反射部の間隔Ｐ１の２倍である。従って、第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡ及び第一のＢ相変位信号Ｓ１ｒＢはそれぞれ以下の式（１）、式（２）のように表される。
S1rA：a1×COSθ＋s1 …(1)
S1rB：a2×SINθ＋s2 …(2)

ここでａ１、ｓ１はそれぞれ第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡの振幅とオフセット、ａ２、ｓ２はそれぞれ第一のＢ相変位信号Ｓ１ｒＢの振幅とオフセット、θは信号の位相である。第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡの最大値は、ｓ１＋ａ１、最小値はｓ１−ａ１、信号振幅はａ１、平均値はｓ１である。同様に、Ｂ相変位信号Ｓ１ｒＢの最大値は、ｓ２＋ａ２、最小値はｓ２−ａ２、信号振幅はａ２、平均値はｓ２である。これらの値を用いて、式（１）、式（２）で表される第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡ及び第一のＢ相変位信号Ｓ１ｒＢを補正すると、補正後の第一のＡ相変位信号Ｓ１ｃＡ及び第一のＢ相変位信号Ｓ１ｃＢがそれぞれ以下の式（３）、式（４）のように表される。
S1cA：{(a1×COSθ＋s1)−s1}×a2＝a1×a2×COSθ …(3)
S1cB：{(a2×SINθ＋s2)−s2}×a1＝a1×a2×SINθ …(4)

この結果、第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡ及び第一のＢ相変位信号Ｓ１ｒＢのオフセットが除去され、信号振幅が同一となった第一のＡ相変位信号Ｓ１ｃＡ及び第一のＢ相変位信号Ｓ１ｃＢが得られる。

以上により、Ｓ７０２で第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡ及び第一のＢ相変位信号Ｓ１ｒＢを補正すると、Ｓ７０３に進む。
Ｓ７０３では、補正後の第一のＡ相変位信号Ｓ１ｃＡ及び第一のＢ相変位信号Ｓ１ｃＢを用いて、図８の（ａ）に示すような、振幅Ｖｍａｘでスケール全長に対して４０周期となる第一の相対位置信号Ｉｎｃ１を導出し、Ｓ７０４に進む。なお、図８の横軸はスケールの全長Ｌｍａｘに対しての位置を示し、縦軸はその時の信号レベルを示す。

まず、補正後の第一のＡ相変位信号Ｓ１ｃＡ及び第一のＢ相変位信号Ｓ１ｃＢを用いて、アークタンジェント演算を行い、図８の（ａ´）に示すようなＡｔａｎ１信号を導出する。ここで第一トラックパターン２０３ａは、スケールの全長Ｌｍａｘに対して４０周期となるパターンである。従って、Ａｔａｎ１信号は、スケール全長に対して８０周期となる。

次にＡｔａｎ１から振幅Ｖｍａｘとなるスケール全長に対して４０周期となる第一の相対位置信号Ｉｎｃ１を導出する。具体的には、Ａｔａｎ１の振幅がＶｍａｘ／２になるように、Ａｔａｎ１信号にゲインをかけ、Ｓ１ｒＢの位相が０°の時の信号レベルを０とし、位相が１８０°から３６０°の時にＶｍａｘ／２を加算することで、第一の相対位置信号Ｉｎｃ１を導出する。従って、第一の相対位置信号Ｉｎｃ１は、図８の（ａ）に示すような、スケールの全長Ｌｍａｘに対して４０周期ののこぎり波となる。

以上、Ｓ７０２、Ｓ７０３にて、Ｔ２における第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡの信号レベルＶ２ｓ１ｒＡ、及びＢ相変位信号Ｓ１ｒＢの信号レベルＶ２ｓ１ｒＢから、Ｔ２における第一の相対位置信号Ｉｎｃ１の信号レベルＶ２ｉｎｃ１を導出し、Ｓ７０４に進む。

Ｓ７０４では、図６のＳ６０３で取得したＴ１における第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡの信号レベルであるＶ１ｓ２ｒＡ、及びＢ相変位信号Ｓ２ｒＢの信号レベルであるＶ１ｓ２ｒＢを補正する。

ここで、受光部２０４ｂは受光部２０４ａと同じ構成となっているため、受光部２０４ｂ内の４個のフォトダイオードの間隔（例えばフォトダイオード４０１から４０４の間隔）が第一トラックパターン２０３ａの反射部の間隔Ｐ１の２倍である。ここで第一トラックパターン２０３ａの反射部の間隔Ｐ１と第二トラックパターン２０３ｂの反射部の間隔Ｐ２は異なる間隔である。従って、受光部２０４ｂ 内の４個のフォトダイオードの間隔（例えばフォトダイオード４０１から４０４の間隔）が第二トラックパターン２０３ｂの反射部の間隔Ｐ２の２倍とはならない。このため、第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡと第二のＢ相変位信号Ｓ２ｒＢは、９０°からずれた位相関係となる。

従って、第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡと第二のＢ相変位信号Ｓ２ｒＢは、それぞれ、以下の式（５）、式（６）のように表わされる。
S2rA：b1×COSθ＋t1 …(5)
S2rB：b2×SIN(θ＋α)＋t2 …(6)

ここでｂ１、ｔ１はそれぞれ第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡの振幅とオフセット、ｂ２、ｔ２はそれぞれ第二のＢ相変位信号Ｓ２ｒＢの振幅とオフセット、θは信号の位相、αは位相のずれ量である。Ｓ６０２の処理と同様に第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡ及び第二のＢ相変位信号Ｓ２ｒＢを補正すると補正後の第二のＡ相変位信号Ｓ２ｃＡ´及び第二のＢ相変位信号Ｓ２ｃＢ´がそれぞれ以下の式（７）、式（８）のように表される。
S2cA´：{(b1×COSθ＋t1)−t1}×b2＝b1×b2×COSθ …(7)
S2cB´：{(b2×SIN(θ＋α)＋t2)−t2}×b1＝b1×b2×SIN(θ＋α) …(8)

この結果、第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡ及び第二のＢ相変位信号Ｓ２ｒＢのオフセットｔ１、ｔ２が除去され、信号振幅が同一となった第二のＡ相変位信号Ｓ２ｃＡ´及び第二のＢ相変位信号Ｓ２ｃＢ´が得られる。

次に式（７）、式（８）を用いて、第二のＡ相変位信号Ｓ２ｃＡ´及び第二のＢ相変位信号Ｓ２ｃＢ´の位相差を９０°とする処理について説明する。
式（７）、式（８）の差は及び和は、それぞれ以下の式（９）、式（１０）のように表される。
b1×b2×(SIN(θ＋α)−COSθ)
＝b1×b2×2×SIN{(α−90)/2}×COS{θ＋(α＋90)/2} …(9)
b1×b2×(SIN(θ＋α)＋COSθ)
＝b1×b2×2×COS{(α−90)/2}×SIN{θ＋(α＋90)/2} …(10)
以上により式（９）、式（１０）の位相差は９０°となる。

ここで式（９）、式（１０）の振幅は異なっているため、次に振幅の補正を行い、信号振幅が同一となった第二のＡ相変位信号Ｓ２ｃＡ及び第二のＢ相変位信号Ｓ２ｃＢを導出する。式（９）に式（１０）の振幅の一部であるＣＯＳ｛（α−９０）／２｝を乗じ、式（１０）に式（９）の振幅の一部であるＳＩＮ｛（α−９０）／２｝を乗ずると、以下の式（１１）、式（１２）が得られる。
第二のA相変位信号S2cA：
b1×b2×2×SIN{(α−90)/2}×COS{(α−90)/2}×COS{θ＋(α＋90)/2} …(11)
第二のB相変位信号S2cB：
b1×b2×2×SIN{(α−90)/2}×COS{(α−90)/2}×SIN{θ＋(α＋90)/2} …(12)

この結果、第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡ及び第二のＢ相変位信号Ｓ２ｒＢのオフセットが除去され、信号振幅が同一となり、さらに位相差が９０°となった第二のＡ相変位信号Ｓ２ｃＡ及び第二のＢ相変位信号Ｓ２ｃＢが得られる。

以上により、Ｓ７０４で第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡ及び第二のＢ相変位信号Ｓ２ｒＢを補正すると、Ｓ７０５に進む。
Ｓ７０５では、補正後の第二のＡ相変位信号Ｓ２ｃＡ及び第二のＢ相変位信号Ｓ２ｃＢを用いてＳ７０３と同様の演算を行い、第二の相対位置信号Ｉｎｃ２を導出する。ここで第二トラックパターン２０３ｂは、スケールの全長Ｌｍａｘに対して３９周期となるパターンである。従って、第二の相対位置信号Ｉｎｃ２は、図８の（ｂ）に示すような、スケールの全長Ｌｍａｘに対して３９周期ののこぎり波となる。ここで図８の横軸はスケールの全長Ｌｍａｘに対しての位置を示し、縦軸はその時の信号レベルを示す。

以上、Ｓ７０４、Ｓ７０５にて、Ｔ１における第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡの信号レベルＶ１ｓ２ｒＡ、及びＢ相変位信号Ｓ２ｒＢの信号レベルＶ１ｓ２ｒＢから、Ｔ１における第二の相対位置信号Ｉｎｃ２の信号レベルＶ１ｉｎｃ２を導出し、Ｓ７０６に進む。

なお、説明の関係上、時間Ｔ２における第一の相対位置信号の導出を先に行い、その後時間Ｔ１における第二の相対位置信号の導出を行ったが、勿論その順序に限ることはなく、時間Ｔ１における第二の相対位置信号の導出を先に行っても良い。

Ｓ７０６では、Ｔ２における第一の相対位置信号Ｉｎｃ１の信号レベルであるＶ２ｉｎｃ１と、Ｔ１における第二の相対位置信号Ｉｎｃ２の信号レベルであるＶ１ｉｎｃ２から、図８の（ｃ）に示すような、バーニア信号Ｐｖ１を導出する。バーニア信号Ｐｖ１は、Ｉｎｃ１とＩｎｃ２の差分を計算し、差分が負の値の時にはＶｍａｘを加算する計算を行うことにより得られる。

ここで、第一の相対位置信号Ｉｎｃ１と第二の相対位置信号Ｉｎｃ２との全長Ｌｍａｘに対して周期の差は１であるため、バーニア信号Ｐｖ１は全長Ｌｍａｘに対して１周期ののこぎり波となる。
以上、Ｓ７０６でバーニア信号Ｐｖ１を導出すると、Ｓ７０７に進む。
Ｓ７０７では絶対位置Ｐａｂｓを導出する。

ここでＳ１ｒＡ、Ｓ１ｒＢ、Ｓ２ｒＡ、Ｓ２ｒＢには外乱等によりノイズ成分が存在するため、これらから導出されたＩｎｃ１、Ｉｎｃ２及びＰｖ１にもノイズ成分が存在する。このノイズ成分を補正するため、バーニア信号Ｐｖ１と第一の相対位置信号Ｉｎｃ１との同期演算を行う。

図９は同期演算により波形がどのように変化しているのかを示している。
図９において横軸はスケールの全長Ｌｍａｘに対しての位置を示し、縦軸はその時の信号レベルを示す。また、信号レベルの最大値をＶｍａｘで示す。また、Ｎ１はスケール開始点から何周期目の領域であることを示し、全長Ｌｍａｘ内での周期の数（最大のＮ１）をＮ１ｍａｘと定義する。本実施例では、第一トラックパターン２０３ａは、スケールの全長Ｌｍａｘに対して４０周期となるため、Ｎ１ｍａｘは４０であり、Ｎ１は１から４０までの自然数となる。

図９の（ａ）はＩｎｃ１、Ｐｖ１、Ｉｎｃ１／Ｎ１ｍａｘの波形を示している。Ｐｖ１と、Ｐｖ１と傾きが同じとなるＩｎｃ１／Ｎ１ｍａｘとの差を取ると、図９の（ｂ）に示す誤差成分Ｅを持つ階段上の波形が生成される。図９の（ｂ）に示す波形の信号Ｖｂ´は、以下の式（１３）のように表わされる。ここで階段上の波形の一段の信号レベルはＶｍａｘ／Ｎ１ｍａｘとなる。
Vb’＝Pv1−(Inc1/N1max) …(13)

次に図９の（ｂ）に示す波形の誤差成分Ｅを四捨五入により除去すると、図９の（ｃ）に示す波形となる。図９の（ｃ）に示す波形の信号Ｖｂは、以下の式（１４）のように表わされる。
Vb＝Round[Vb’×(N1max/Vmax)] ×(Vmax/N1max) …(14)
ここでRound［ ］は、小数第１位を四捨五入する関数である。
また、誤差成分Ｅは、式（１５）で表わすことができる。
E＝[Pv1−(Inc1/n1max)]−Vb …(15)

図９の（ｃ）に示す波形にＩｎｃ１／Ｎ１ｍａｘの波形を加算することで、図９の（ｄ）に示す、誤差成分Ｅが除去された絶対位置を示す信号Ｖａｂｓが生成される。
この同期演算は、以下の式（１６）に表わす演算により実施される。
Vabs＝Vb＋(Inc1/N1max) …(16)

以上のように同期演算を行うことで、上位信号であるバーニア信号Ｐｖ１と下位信号である第一の相対位置信号Ｉｎｃ１を用いて合成した信号が絶対位置を示す信号Ｖａｂｓとして導出される。
絶対位置の信号Ｖａｂｓから、絶対位置Ｐａｂｓは式（１７）で表わされる。
Pabs＝Vabs×(Lmax/Vmax) …(17)

以上、Ｓ７０７により、バーニア信号Ｐｖ１と、Ｔ２における第一の相対位置信号Ｉｎｃ１の信号レベルであるＶ２ｉｎｃ１より、Ｔ２における絶対位置Ｐａｂｓを導出するとＳ７０８に進み処理を終了する。
以上により絶対位置Ｐａｂｓを導出することができる。

次に、図１０を用いて、本実施例の動作フローのうち、相対位置の導出の初期化処理について説明する。

Ｓ１００１は処理の開始であり、Ｓ１００２へと進む。
Ｓ１００２では、直前に導出した絶対位置Ｐａｂｓを取得し、相対位置Ｐｉｎｃの初期値として、Ｓ１００３へと進む。
Ｓ１００３は処理の終了である。
この処理により、相対位置の導出における基準位置が決定される。

続いて、図１１を用いて、本実施例の動作フローのうち、相対位置の導出処理について説明する。

Ｓ１１０１は処理の開始であり、Ｓ１１０２へ進む。
Ｓ１１０２では、第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡ、及びＢ相変位信号Ｓ１ｒＢを取得し、Ｓ１１０３へと進む。なお、Ｓ１１０２の処理の詳細は図６のＳ６０５と同等である。
Ｓ１１０３では、第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡ、及びＢ相変位信号Ｓ１ｒＢの補正を行い、Ｓ１１０４へと進む。なお、Ｓ１１０３の処理の詳細は図７のＳ７０２と同等である。
Ｓ１１０４では、補正後の第一のＡ相変位信号Ｓ１ｃＡ及び第一のＢ相変位信号Ｓ１ｃＢを用いて、第一の相対位置信号Ｉｎｃ１を導出し、Ｓ１１０５に進む。なお、Ｓ１１０４の処理の詳細は図７のＳ７０３と同等である。
Ｓ１１０５では、Ｓ１１０４で導出した第一の相対位置信号Ｉｎｃ１をもとに相対位置Ｐｉｎｃを更新し、Ｓ１１０６へと進む。

具体的には、まず次の式（１８）を用いて、前回の位置ＰｉｎｃＡから、前回の相対位置信号Ｉｎｃ１Ａを導出する。
Inc1A＝(PincA×(Vmax/Lmax)×N1max)mod(N1max) …(18)
なお、演算子ｍｏｄは剰余演算を示す。
但し、この演算を省くために、前回の位置ＰｉｎｃＡを導出した時のＩｎｃ１もＩｎｃ１ＡとしてＰｉｎｃＡとともに記憶しておいても良い。

続いて相対位置信号Ｉｎｃ１ＡとＳ１１０４で導出した相対位置信号Ｉｎｃ１であるＩｎｃ１Ｂとの差分である、相対位置変位信号ΔＩｎｃ１を導出する。
ΔInc1＝Inc1B−Inc1A (−Vmax/2≦Inc1B−Inc1A≦Vmax/2の場合)
ΔInc1＝Inc1B−Inc1A＋Vmax (Inc1B−Inc1A＜−Vmax/2の場合)
ΔInc1＝Inc1B−Inc1A−Vmax (Inc1B−Inc1A＞Vmax/2の場合) …(19)

最後に、次の式（２０）を用いて、Ｐｉｎｃを更新する。
Pinc＝PincA＋((ΔInc1/N1max)×(Lmax/Vmax)) …(20)
そして、Ｓ１１０６は処理の終了である。

なお、この相対位置検出処理において、前回の相対位置とのサンプリング間隔ΔＴｉｎｃ１の間に位置が大きく移動してしまうと、変化量が正しく検出できず、位置ズレが発生してしまう。

相対位置演算のサンプリング間隔ΔＴｉｎｃ１で移動することが可能な、位置ズレが発生しない最大の変化量ΔＰｉｎｃ１Ｍａｘは、以下の式（２１）にて得ることができる。
ΔPinc1Max＝(Lmax/N1max)／2 …(21)
よって、位置がΔＰｉｎｃ１Ｍａｘ以上移動することのないサンプリング間隔ΔＴｉｎｃ１にて相対位置を導出する必要がある。

図１２〜図１５を用いて、本実施例の動作フローのうち、異常検出処理について説明する。
Ｓ１２０１は処理の開始であり、Ｓ１２０２へと進む。
Ｓ１２０２では、異常検出処理で使用する各種タイミングでの変位信号をそれぞれ取得し、Ｓ１２０３へと進む。信号取得処理についての詳細は後述する。
Ｓ１２０３では、絶対位置の導出を行い、Ｓ１２０４へと進む。絶対位置の導出については後述する。

Ｓ１２０４は相対位置取得処理及び絶対位置取得処理中（絶対位置を導出した時間内）の移動量を補正する補正処理を行い、Ｓ１２０５へと進む。相対位置取得処理及び絶対位置取得処理中の移動量を補正する補正処理については後述する。
Ｓ１２０５では、Ｓ１２０３で導出した絶対位置と、Ｓ１２０４で導出した相対位置を比較し、一致していたらＳ１２０６へ、一致していなかったらＳ１２０７へ進む。
Ｓ１２０６では異常なしと判断し、Ｓ１２０８へ進む。
Ｓ１２０７では異常ありと判断し、Ｓ１２０８へ進む。
Ｓ１２０８は処理の終了である。

続いて、Ｓ１２０２にて実施する信号取得処理についての説明を、図１３を用いて行う。
Ｓ１３０１は処理の開始であり、Ｓ１３０２へと進む。
Ｓ１３０２は、Ｓ６０５と同様の処理である。すなわち、ＡＤ変換部１０４から出力されたＳ１３０２の実行タイミングＴ１１における第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡの信号レベルであるＶ１１ｓ１ｒＡ、及びＢ相変位信号Ｓ１ｒＢの信号レベルであるＶ１１ｓ１ｒＢを取得し、Ｓ１３０３へと進む。

Ｓ１３０３、Ｓ１３０４はＳ６０２、Ｓ６０３と同様の処理である。すなわち、Ｓ１３０４の実行タイミングＴ１２における第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡの信号レベルであるＶ１２ｓ２ｒＡ、及びＢ相変位信号Ｓ２ｒＢの信号レベルであるＶ１２ｓ２ｒＢを取得し、 Ｓ１３０５へと進む。

Ｓ１３０５はＳ６０３と同様の処理である。すなわち、Ｓ１３０５の実行タイミングＴ１３における第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡの信号レベルであるＶ１３ｓ２ｒＡ、及びＢ相変位信号Ｓ２ｒＢの信号レベルであるＶ１３ｓ２ｒＢを取得し、Ｓ１３０６へと進む。

Ｓ１３０６、Ｓ１３０７はＳ６０４、Ｓ６０５と同様の処理である。すなわち、Ｓ１３０７の実行タイミングＴ１４における第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡの信号レベルであるＶ１４ｓ１ｒＡ、及びＢ相変位信号Ｓ１ｒＢの信号レベルであるＶ１４ｓ１ｒＢを取得し、Ｓ１３０８へと進む。
Ｓ１３０８は処理の終了である。

なお、時間Ｔ１１とＴ１２、およびＴ１３とＴ１４の時間間隔は信号取得遅延時間Ｔｓであり、同一間隔である。また、Ｔ１２とＴ１３の時間間隔ΔＴｉｎｃ２については後述する。

次に、Ｓ１２０３における絶対位置の導出処理について説明する。
絶対位置の導出処理では、図１３のＳ１３０７で取得したＶ１４ｓ１ｒＡ、Ｖ１４ｓ１ｒＢ、及び図１３のＳ１３０５で取得したＶ１３ｓ２ｒＡ、Ｖ１３ｓ２ｒＢを用いて、図７で示した処理フローと同様に絶対位置Ｐａｂｓを導出する。

続いて、Ｓ１２０３における相対位置取得処理及び絶対位置取得処理中の移動量を補正する補正処理についての説明を、図１４を用いて行う。絶対位置取得処理中の移動量（変位量）の補正は、絶対位置の導出の処理中（時間内）に、相対位置（所定の絶対位置からの変位量）を検出するための周期信号を検出し続けることができない時間内の移動分（変位分）の補正である。

Ｓ１４０１は処理の開始であり、Ｓ１４０２へ進む。
Ｓ１４０２では、図１３のＳ１３０２で取得したＶ１１ｓ１ｒＡ、及びＶ１１ｓ１ｒＢから相対位置Ｐｉｎｃを更新し、Ｓ１４０３へ進む。相対位置Ｐｉｎｃの更新処理については、Ｓ１１０３、Ｓ１１０４及びＳ１１０５と同様であるため、説明を省略する。

Ｓ１４０３では、図１３のＳ１３０４で取得したＶ１２ｓ２ｒＡ、Ｖ１２ｓ２ｒＢ、及びＳ１３０５で取得したＶ１３ｓ２ｒＡ、Ｖ１３ｓ２ｒＢを用いて、時間Ｔ１１から時間Ｔ１４までの間の移動量ΔＰを導出、相対位置Ｐｉｎｃの更新を行い、Ｓ１４０４へ進む。移動量ΔＰの導出、及び相対位置Ｐｉｎｃの更新処理については後述する。

Ｓ１４０４では、Ｓ１４０３で更新した相対位置Ｐｉｎｃと、Ｓ１３０７で取得したＶ１４ｓ１ｒＡ、及びＶ１４ｓ１ｒＢから相対位置Ｐｉｎｃを更新し、Ｓ１４０５へ進む。相対位置Ｐｉｎｃの更新処理については、Ｓ１４０２と同様であるため、説明を省略する。
Ｓ１４０５は処理の終了である。

なお、以後の説明では、Ｓ１４０２で更新する前の相対位置、Ｓ１４０２で更新した相対位置、Ｓ１４０３で更新した相対位置、Ｓ１４０４で更新した相対位置をそれぞれＰｉｎｃ１１、Ｐｉｎｃ１２、Ｐｉｎｃ１３、Ｐｉｎｃ１４とする。

続いて、本発明の特徴である、移動量ΔＰの導出、及び相対位置Ｐｉｎｃを更新する処理、すなわち相対位置Ｐｉｎｃ１２から相対位置Ｐｉｎｃ１３を導出する処理について説明する。

Ｓ１５０１は処理の開始であり、Ｓ１５０２へ進む。
Ｓ１５０２では、図１３のＳ１３０４で取得したＶ１２ｓ２ｒＡ、Ｖ１２ｓ２ｒＢに対して補正を行い、Ｓ１５０３へと進む。なお、Ｓ１５０２の処理の詳細は図７のＳ７０４と同等である。

Ｓ１５０３では、Ｓ１５０２で補正された信号を用いて、第二の相対位置信号Ｖ１２Ｉｎｃ２を導出し、Ｓ１５０４へと進む。なお、Ｓ１５０３の処理の詳細は図７のＳ７０５と同等である。

Ｓ１５０４、Ｓ１５０５では、Ｓ１５０２、Ｓ１５０３と同様に、図１３のＳ１３０５で取得したＶ１３ｓ２ｒＡ、Ｖ１３ｓ２ｒＢから、第二の相対位置信号Ｖ１３Ｉｎｃ２を導出し、Ｓ１５０６へ進む。

Ｓ１５０６では、Ｖ１２Ｉｎｃ２、Ｖ１３Ｉｎｃ２を用いて、時間Ｔ１１から時間Ｔ１４までの間の移動量ΔＰを導出し、Ｓ１５０７へと進む。

具体的には、まず以下の式（２２）により、Ｖ１２Ｉｎｃ２、Ｖ１３Ｉｎｃ２から、時間Ｔ１２から時間Ｔ１３の時間間隔である時間間隔ΔＴｉｎｃ２での変化量ΔＩｎｃ２を導出する。
ΔInc2＝V13Inc2−V12Inc2 (−Vmax/2≦V13Inc2−V12Inc2≦Vmax/2の場合)
ΔInc2＝V13Inc2−V12Inc2＋Vmax (V13Inc2−V12Inc2＜−Vmax/2の場合)
ΔInc2＝V13Inc2−V12Inc2−Vmax (V13Inc2−V12Inc2＞Vmax/2の場合) …(22)

なお、変化量ΔＩｎｃ２導出処理において、時間間隔ΔＴｉｎｃ２の間に位置が大きく移動してしまうと、変化量が正しく検出できず、位置ズレが発生してしまう。
時間間隔ΔＴｉｎｃ２で移動することが可能な、位置ズレが発生しない最大の変化量ΔＰｉｎｃ２Ｍａｘは、以下の式（２３）にて得ることができる。
ΔPinc2Max＝(Lmax/N2max)／2 …(23)
よって、位置がΔＰｉｎｃ２Ｍａｘ以上移動することのない時間間隔ΔＴｉｎｃ２にて図１３のＳ１３０４、Ｓ１３０５の処理を行う必要がある。

時間Ｔ１１から時間Ｔ１４までの変化量ΔＩｎｃ２´は、時間間隔ΔＴｉｎｃ２、信号取得遅延時間Ｔｓを用いて、以下の式（２４）により導出できる。
ΔInc2´＝(ΔInc2/ΔTinc2)×(2×Ts＋ΔTinc2) …(24)

そして、以下の式（２５）により、位置としての移動量ΔＰを導出する。
ΔP＝((ΔInc2´/N2max)×(Lmax/Vmax)) …(25)
以上により、移動量ΔＰが導出される。

Ｓ１５０７では、移動量ΔＰを用いて相対位置Ｐｉｎｃ１２から相対位置Ｐｉｎｃ１３を導出し、Ｓ１５０８へと進む。
具体的には、次の式（２６）により導出する。
Pinc13＝Pinc12＋ΔP …(26)
Ｓ１５０８は処理の終了である。

以上説明した処理により、絶対位置の導出のためにＩｎｃ１を取得できない時間Ｔ１１から時間Ｔ１４までの時間間隔の移動量を、Ｉｎｃ１とは異なるＩｎｃ２から導出することができる。また、その移動量をもとに相対位置を補正し、正しく相対位置を導出することができる。

以下、絶対位置の導出のためにＩｎｃ１を取得できない時間間隔での移動量を導出し、Ｐｉｎｃを補正することの効果について説明する。

本実施例の構成において本発明を適用しない場合、相対位置を導出している状態から絶対位置を導出しようとした場合、最低限次のように出力信号を切り替える必要がある。すなわち、図１６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、時間Ｔ０で第一の変位信号を出力している状態から第二の変位信号を出力するよう切り替え、時間Ｔ１で第二の変位信号を取得する。その後、再度第一の変位信号を出力するよう切り替え、時間Ｔ２で第一の変位信号を取得する。この際、相対位置の導出処理を停止させる時間は最短でも信号取得遅延時間Ｔｓの２倍となる。

相対位置の導出処理を停止させる時間２×Ｔｓの間に、相対位置演算のサンプリング間に移動が許容される位置の変化量ΔＰｉｎｃ１Ｍａｘ以上移動してしまうと、得られる相対位置のズレが発生する。その結果、たとえば絶対位置と相対位置との比較による異常検出処理を正常に行うことができない。

一方、本実施例にて説明を行った処理においては、図１６の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、式（２２）の通り相対位置の導出処理を停止させる時間は、２×Ｔｓ＋ΔＴｉｎｃ２となる。しかし、相対位置の導出処理を停止させる期間の移動量ΔＰを、時間間隔ΔＴｉｎｃ２にて信号取得し導出しているため、この時間間隔ΔＴｉｎｃ２での移動量がΔＰｉｎｃ２Ｍａｘ以内であれば相対位置の導出を正常に行うことができる。その結果、たとえば絶対位置と相対位置との比較による異常検出処理を正常に行うことができる。

また、本実施例では、相対位置の導出処理を停止させる期間の移動量ΔＰを、停止期間内に取得したΔＩｎｃ２のみを利用して導出している。

しかし、相対位置の導出処理を停止させる直前や直後にＩｎｃ１を２度取得し、ΔＩｎｃ１を導出したのち移動量ΔＰを演算しても同様の効果を得ることができる。但し、相対位置の導出処理を停止させる期間の移動量を、Ｉｎｃ２を用いて導出する方が、実際に相対位置の導出処理を停止させている最中の時間を導出することが可能である。

また、移動量の補正を実施したのち、移動量補正を実施した相対位置Ｐｉｎｃ１３をもとに相対位置の導出を行い、相対位置Ｐｉｎｃ１４を更新するため、移動量補正を実施した相対位置Ｐｉｎｃ１３はある程度の誤差を持つことが許容される。具体的には、相対位置Ｐｉｎｃ１３は実際の位置から±ΔＰｉｎｃ１Ｍａｘの範囲内にまで補正できれば、その後の相対位置導出にてＰｉｎｃ１４を実際の位置に更新することができる。

ここで、式（２１）及び式（２３）より、以下の式（２７）が成り立つ。
ΔPinc2Max＝(N1max/N2max)×ΔPinc1Max …(27)

本実施例ではＮ１ｍａｘは４０、Ｎ２ｍａｘは３９であるため、移動量ΔＰの導出時に位置ズレが発生しない変化量はΔＰｉｎｃ１ＭａｘよりΔＰｉｎｃ２Ｍａｘのほうが大きい値となる。そのため、Ｉｎｃ２を用いて移動量を導出した方が移動量の導出に有利となる。すなわち、Ｉｎｃ２を用いて移動量を導出した場合の方が、より位置ズレが発生しにくい相対位置検出を実現することができる。

さらに精度を上げるために、相対位置の導出処理を停止させる直前のΔＩｎｃ１、最中のΔＩｎｃ２、及び直後のΔＩｎｃ１からそれぞれ移動量を導出し、平均化処理を行って、補正に利用する移動量ΔＰを導出しても良い。

以下、図１７〜図２３を用いて、本発明の第２の実施例を説明する。
図１７は実施例２の構成ブロック図である。図１７において、実施例１と同様の構成を持つものは説明を省略する。

本実施例の位置検出装置は、信号の位相変化をカウントする位相計数カウンタ１７０８を備え、以後、詳述するように、相対位置の導出において位相計数カウンタ１７０８の計数値を用いることを特徴とする。位相計数カウンタ１７０８は、ＡＢＳセンサー１０３からのアナログ信号を、コンパレータ等を用いてデジタル信号に変換し、カウントするカウンタである。位相計数カウンタについての詳細は後述する。

ＩＮＣ算出部１７０５は、ＡＤ変換部１０４からの信号と位相計数カウンタ１７０８のカウンタ値から相対位置Ｐｉｎｃを導出する演算部である。
ＡＢＳ算出部１０１、ＩＮＣ算出部１７０５、移動量算出部１０６、異常判定部１０７、及び位相計数カウンタ１７０８は、例えば一つのＣＰＵ内に構成される。

次に、第二の実施例における動作フローを説明する。
まず、処理全体の動作フローについては実施例１の図５と同等のため説明を省略する。
また、初期位置取得のための絶対位置取得処理についても実施例１の図６及び図７と同等のため説明を省略する。

続いて、相対位置取得のための初期化処理について、図１８を用いて説明する。
Ｓ１８０１は処理の開始であり、Ｓ１８０２へと進む。
Ｓ１８０２は実施例１における図１０のＳ１００２と同様の処理を行い、Ｓ１８０３へと進む。
Ｓ１８０３は、位相計数カウンタ１７０８を初期化し、Ｓ１８０４へと進む。
Ｓ１８０４は処理の終了である。

位相計数カウンタ１７０８の初期化について説明する。
図１９は、ＡＢＳセンサー１０３からの第一のトラックパターンのアナログ信号、コンパレータ等により変換されたデジタル信号、そして位相計数カウンタのカウンタ値Ｃｎｔを示した図である。また同時に、第一の相対位置信号Ｉｎｃ１、位置Ｐとの対応も図示している。

カウンタ値Ｃｎｔの初期化は、位置Ｐが０の時カウンタ値Ｃｎｔが０となるように合わせる。カウンタ値は、第一のトラックパターンのアナログ信号一周期のうちに４カウント有するので、具体的には、次の式（２８）により実現される。
Cnt＝Pabs×N1max×4/Lmax の整数部分 …(28)

すなわち、位置Ｐが０の時カウンタ値Ｃｎｔが０となり、位置Ｐがスケールの全長Ｌｍａｘのときカウンタ値ＣｎｔがＮ１ｍａｘ×４−１となる。
これにより、初期位置として正しくカウンタ値を設定することができる。
その後位相計数カウンタを開始する。なお、位相計数カウンタの機能は例えばＣＰＵに内蔵されている機能であり、詳細については説明を省略する。

次に相対位置取得処理についての説明を、図２０を用いて行う。
Ｓ２００１は処理の開始であり、Ｓ２００２へと進む。
Ｓ２００２では、位相計数カウンタのカウンタ値Ｃｎｔを取得し、Ｓ２００３へと進む。
Ｓ２００３、Ｓ２００４、Ｓ２００５はそれぞれＳ６０５、Ｓ７０２、Ｓ７０３と同等の処理を行い、Ｓ２００６へと進む。
Ｓ２００６では、Ｓ２００２で取得したカウンタ値Ｃｎｔと、Ｓ２００５導出した第一の相対位置信号Ｉｎｃ１をもとに相対位置Ｐｉｎｃを導出し、Ｓ２００７へと進む。

具体的には、まずカウンタ値Ｃｎｔと第一の相対位置信号Ｉｎｃ１との位相ずれを、次の式（２９）を用いて補正する。
Cnt＝Cnt (Cnt mod 4−(Inc1/Vmax×4 の整数部分)＝0)
＝Cnt−1 (Cnt mod 4−(Inc1/Vmax×4 の整数部分)＝1 or −3)
＝Cnt＋1 (Cnt mod 4−(Inc1/Vmax×4 の整数部分)＝3 or −1)
＝Cnt (Cnt mod 4−(Inc1/Vmax×4 の整数部分)＝2 or −2) …(29)

この式に示すように、カウンタ値Ｃｎｔと第一の相対位置信号Ｉｎｃ１との位相ずれが±１相当以内であれば補正が可能であるが、±２だけずれると補正をすることができない。しかし、カウンタ値Ｃｎｔと第一の相対位置信号Ｉｎｃ１をほぼ同時に取得することで、位相ズレを少なくとも±１以内に収めることが可能である。

そののち、Ｐｉｎｃは次に示す式（３０）にて導出される。
Pinc＝((Cnt/4 の整数部分)×Vmax＋Inc1)／N1max×(Lmax/Vmax) …(30)
Ｓ２００７は処理の終了である。

続いて、異常検出処理について説明する。
異常検出処理の全体の流れは図１２と同じである。
図１２に示す信号取得処理について、図２１を用いて説明する。

Ｓ２１０１は処理の開始であり、Ｓ２１０２へと進む。
Ｓ２１０２では、位相計数カウンタを停止させ、Ｓ２１０３へと進む。これは、第１のスケールへと切り替える際の信号の変位がカウントされることを防ぐために必要な処理となる。なお、Ｓ２１０２により位相計数カウンタを停止した実行タイミングをＴ１１とする。

Ｓ２１０３、Ｓ２１０４はＳ６０２、Ｓ６０３と同様の処理である。すなわち、Ｓ２１０４の実行タイミングＴ１２における第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡの信号レベルであるＶ１２ｓ２ｒＡ、及びＢ相変位信号Ｓ２ｒＢの信号レベルであるＶ１２ｓ２ｒＢを取得し、 Ｓ２１０５へと進む。

Ｓ２１０５はＳ６０３と同様の処理であり、Ｓ２１０５の実行タイミングＴ１３における第二のＡ相変位信号Ｓ２ｒＡの信号レベルであるＶ１３ｓ２ｒＡ、及びＢ相変位信号Ｓ２ｒＢの信号レベルであるＶ１３ｓ２ｒＢを取得し、Ｓ２１０６へと進む。

Ｓ２１０６、Ｓ２１０７はＳ６０４、Ｓ６０５と同様の処理である。すなわち、Ｓ２１０７の実行タイミングＴ１４における第一のＡ相変位信号Ｓ１ｒＡの信号レベルであるＶ１４ｓ１ｒＡ、及びＢ相変位信号Ｓ１ｒＢの信号レベルであるＶ１４ｓ１ｒＢを取得し、Ｓ２１０８へと進む。

Ｓ２１０８では、位相計数カウンタを開始させ、Ｓ２１０９へと進む。
Ｓ２１０９は処理の終了である。

なお、時間Ｔ１１とＴ１２、およびＴ１３とＴ１４の時間間隔は信号取得遅延時間Ｔｓであり、同一間隔となる。また、Ｔ１２とＴ１３の時間間隔ΔＴｉｎｃ２については実施例１と同様のため説明を省略する。

図１２に示す絶対位置算出処理については、図２１のＳ２１０７で取得したＶ１４ｓ１ｒＡ、Ｖ１４ｓ１ｒＢ、及び図１３のＳ２１０５で取得したＶ１３ｓ２ｒＡ、Ｖ１３ｓ２ｒＢを用いて、図７で示した処理フローと同様に絶対位置Ｐａｂｓを導出する。

図１２に示す相対位置取得処理及び絶対位置取得処理中の移動量を補正する補正処理についての説明を、図２２および図２３を用いて行う。

Ｓ２２０１は処理の開始であり、Ｓ２２０２へと進む。
Ｓ２２０２では、図２１のＳ２１０４で取得したＶ１２ｓ２ｒＡ、Ｖ１２ｓ２ｒＢ、及びＳ２１０５で取得したＶ１３ｓ２ｒＡ、Ｖ１３ｓ２ｒＢを用いて、時間Ｔ１１から時間Ｔ１４までの間の移動量ΔＰを導出、カウンタ値Ｃｎｔの更新を行い、Ｓ２２０３へ進む。カウンタ値Ｃｎｔの更新処理については後述する。なお、移動量ΔＰの導出については実施例１と同様のため説明を省略する。

Ｓ２２０３では、Ｓ２２０２で更新したカウンタ値Ｃｎｔと、Ｓ２１０７で取得したＶ１４ｓ１ｒＡ、及びＶ１４ｓ１ｒＢから相対位置Ｐｉｎｃを導出し、Ｓ２２０４へ進む。相対位置Ｐｉｎｃの導出処理については、Ｓ２００４、Ｓ２００５及びＳ２００６と同様であるため、説明を省略する。
Ｓ２２０４は処理の終了である。

続いて、本発明の特徴である、カウンタ値Ｃｎｔの更新処理について、図２３を用いて説明する。
Ｓ２３０１は処理の開始であり、Ｓ２３０２へと進む。
Ｓ２３０２〜Ｓ２３０６は実施例１の図１５、Ｓ１５０２〜Ｓ１５０６の処理と同等であり、Ｓ２３０７へと進む。
Ｓ２３０７では、移動量ΔＰを用いてカウンタ値Ｃｎｔを更新し、Ｓ２３０８へと進む。

具体的には、次の式（３１）により更新する。
Cnt＝Cnt＋(ΔP×N1max×4/Lmax の整数部分) …(31)
なお、この処理の後Ｓ２２０３にて相対位置Ｐｉｎｃを生成するときに、式（２９）に示したカウンタ値Ｃｎｔと第一の相対位置信号Ｉｎｃ１との位相ずれの補正処理が行われる。そのため、式（３１）で更新するＣｎｔは実際の位置におけるカウンタ値から±１の範囲に収まれば良く、ΔＰの導出も高精度に行う必要はない。
Ｓ２３０８は処理の終了である。

以上説明した処理により、絶対位置の導出のために位相計数カウンタを停止させる必要がある時間Ｔ１１から時間Ｔ１４までの時間間隔の移動量を導出することができる。また、その移動量から位相計数カウンタを更新し、相対位置の導出を精度良く行うことができる。

以上、説明したとおり、相対位置の導出を停止する際に、停止させている時間の移動量を導出し、相対位置の導出時に補正することで、相対位置の導出を停止した際でも正しく相対位置を導出することが可能となる。

なお、本実施例ではピッチの異なる２つのトラックパターンによるエンコーダを用いた構成で説明を行ったが、これに限るものではない。

例えば、図２４（ａ）、（ｂ）に示すように、一方が周期信号、他方が可動要素の位置に対し単調増加又は単調減少する信号である場合でも、同様の効果を得ることができる。
また、図２４（ｃ）示すように、３つ、又はそれ以上の複数のエンコーダを用いた構成のものでも適用できる。

例えば、密、中、粗の三種類の信号が出力される構成の位置検出手段において、中、粗、中、密の順で信号を取得し、粗、中、密の信号で絶対位置を取得するとともに、二度取得した中信号にて移動量を導出することができる。勿論、粗、中、粗、密の順で信号を取得し、粗、中、密で絶対位置を取得するとともに、二度取得した粗信号にて移動量を導出しても良い。この場合、ＡＢＳセンサーに出力させる密、中、粗の信号のうちの所望の１つの信号を指定する指令を出力するよう、（ＡＢＳ算出部、ＩＮＣ算出部、移動量算出部、及び異常判定部等を含む）ＣＰＵが、スケール切替え部（切替え手段）を制御する。

また、密と粗の信号を２回ずつ取得し、粗信号で補正量を概算し、密信号で精度を高めるような構成によっても本発明の作用効果を得ることができる。

さらに、例示した実施例においては、異なるタイミングで二度取得したある周期信号に基づいて補正量を導出したが、異なるタイミングで複数回取得したある周期信号に基づいて補正量を導出してもよい。また、異なるタイミングで複数回取得した複数の周期信号に基づいて補正量を導出してもよい。例えば、上記の粗、中、密の信号で絶対位置を取得するエンコーダにおいて、異なるタイミングで複数回取得した粗信号、中信号（１以上の信号）に基づいて補正量を導出し、高精度化するような処理をしてもよい。

さらには、図２４（ｄ）示すように、複数の周期信号と単調増加又は単調減少する信号を組み合わせた構成である場合でも、同様の効果を得ることができる。

また、エンコーダとして光学式のエンコーダを使用する実施例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、磁気式又は静電容量式のエンコーダを使用してもよい。

さらには、絶対的な位置を導出する位置検出装置について例に挙げて説明したが、全域に対して複数の周期をもつ位置検出装置でも同様の効果を得ることができる。

上記の実施例で例示した本発明の位置検出装置を、可動光学部材を備えるレンズ装置に適用することによって、小型で精度良く絶対位置と相対位置とを検出可能とした、レンズ装置を実現することができる。

また、本発明の位置検出装置を含む、可動光学部材を備える上記レンズ装置と、該レンズ装置からの光を受光する撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像装置を構成することによって、小型で精度良く絶対位置と相対位置とを検出可能とした、撮像装置を実現することができる。

さらに、可動光学部材を有するレンズ装置を駆動操作するためのレンズ指令装置が、本発明の位置検出装置を備えるように構成することによって、小型で精度良く絶対位置と相対位置とを検出可能とした、レンズ指令装置を実現することができる。

１０１ ＡＢＳ算出部（位置導出手段）
１０２ スケール切替え部（切替え手段）
１０３ ＡＢＳセンサー（信号取得手段）
１０５、１７０５ ＩＮＣ算出部（位置導出手段）
１０６ 移動量算出部（位置導出手段）

Claims (14)

1. 第１要素に対する第２要素の位置の検出を行う位置検出装置であって、
   前記第１要素及び前記第２要素のうち一方に備えられた、互いに異なる複数の周期をそれぞれ有する複数のパターン列を含み、前記複数のパターン列および前記位置に基づいて変化する、前記複数のパターン列にそれぞれ対応する複数の変位信号を、切替えをして順次出力するセンサと、
   前記センサにより順次出力された前記複数の変位信号に基づいて、前記複数のパターン列にそれぞれ対応する複数の相対位置信号を得、該複数の相対位置信号に基づいて前記位置としての第１位置を得、前記第１位置に対する相対位置を前記複数の相対位置信号のうちの第１相対位置信号に基づいて得る処理部と、
   を有し、
   前記処理部は、前記相対位置を得た後に、前記複数の相対位置信号のうちの前記第１相対位置信号とは異なる第２相対位置信号の値としての第１の値および第２の値と、前記第１相対位置信号の値としての第３の値とを、この順に得、前記第２の値と、前記第３の値とに基づいて、前記第１要素に対する前記第２要素の位置としての第２位置を得、前記相対位置と、前記第１の値および前記第２の値とに基づいて、前記相対位置の更新値を得、前記第２位置と前記更新値とに基づいて、前記第１要素に対する前記第２要素の位置を得る処理を行う、
   ことを特徴とする位置検出装置。
2. 第１要素に対する第２要素の位置の検出を行う位置検出装置であって、
   前記第１要素及び前記第２要素のうち一方に備えられた、互いに異なる複数の周期をそれぞれ有する複数のパターン列を含み、前記複数のパターン列および前記位置に基づいて変化する、前記複数のパターン列にそれぞれ対応する複数の変位信号を、切替えをして順次出力するセンサと、
   カウンタと、
   前記センサにより順次出力された前記複数の変位信号に基づいて、前記複数のパターン列にそれぞれ対応する複数の相対位置信号を得、該複数の相対位置信号に基づいて前記位置としての第１位置を得、前記第１位置に対する相対位置を前記複数の相対位置信号のうちの第１相対位置信号に基づいて得る処理部と、
   を有し、
   前記処理部は、前記複数の変位信号のうち前記第１相対位置信号を得るための変位信号に基づく計数を前記カウンタに行わせ、該計数と前記第１相対位置信号とに基づいて前記相対位置を得、
   前記処理部は、前記相対位置を得た後に、前記カウンタの行う計数の停止を行い、前記複数の相対位置信号のうちの前記第１相対位置信号とは異なる第２相対位置信号の値としての第１の値および第２の値と、前記第１相対位置信号の値としての第３の値とを、この順に得、前記第２の値と、前記第３の値とに基づいて、前記第１要素に対する前記第２要素の位置としての第２位置を得、前記停止における前記カウンタの計数値と前記第１の値および前記第２の値とに基づいて更新された前記カウンタの計数値と、前記第３の値とに基づいて前記相対位置の更新値を得、前記カウンタの行う計数を開始し、前記第２位置と前記更新値とに基づいて、前記第１要素に対する前記第２要素の位置を得る処理を行う、
   ことを特徴とする位置検出装置。
3. 前記第１相対位置信号の、前記位置に基づく変化の周期は、前記第２相対位置信号の、前記位置に基づく変化の周期より短いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
4. 前記第１相対位置信号の、前記位置に基づく変化の周期は、前記複数の相対位置信号それぞれの、前記位置に基づく変化の周期の中で最も短いことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載の位置検出装置。
5. 前記第２相対位置信号の、前記位置に基づく変化の周期は、前記複数の相対位置信号それぞれの、前記位置に基づく変化の周期の中で最も長いことを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の位置検出装置。
6. 前記センサは、前記第１要素及び前記第２要素のうち他方に備えられた、前記複数のパターン列で反射された光を受光する受光部を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載の位置検出装置。
7. 前記第２相対位置信号を得るための、前記複数の変位信号のうちの変位信号は、前記位置に応じて単調増加又は単調減少する信号を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１項に記載の位置検出装置。
8. 前記センサが前記複数の変位信号を、前記切替えをして順次出力するように、切替え信号を出力する切替え部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項に記載の位置検出装置。
9. 前記処理部は、前記第１の値および前記第２の値に基づく、前記相対位置に対する変位量に基づいて、前記更新値を得ることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
10. 前記処理部は、前記第２位置と前記更新値とに基づいて、異常を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項９のうちいずれか１項に記載の位置検出装置。
11. 前記処理部は、前記異常を検出するのに、前記第２位置と前記更新値とを比較することを特徴とする請求項１０に記載の位置検出装置。
12. 可動の光学部材と、該光学部材の位置を検出する請求項１ないし請求項１１のうちいずれか１項に記載の位置検出装置と、を備えることを特徴とするレンズ装置。
13. 請求項１２に記載のレンズ装置と、該レンズ装置からの光を受光する撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。
14. 可動の光学部材を有するレンズ装置の該光学部材を駆動操作するための指令装置であって、請求項１ないし請求項１１のうちいずれか１項に記載の位置検出装置を備えることを特徴とする指令装置。

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