JP6308739B2 - 位置検出装置及びそれを有するレンズ装置、画像読取装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、位置検出装置に関し、特に、レンズ装置のズームレンズ、フォーカスレンズ、アイリス等の可動光学部材の位置検出装置、画像読取装置や画像形成装置等の走査光学装置内の可動光学部材の位置検出装置、及びそれを有するレンズ装置、画像読取装置、及び、画像形成装置に関する。

現在、ロボット制御やカメラのレンズ制御などには非常に高い精度の制御性が求められており、これを実現するために高精度かつ小型の位置検出装置が必要とされている。

特許文献１では、複数の異なる空間変調周期のパターンと、移動検出方向に並べられた検出素子アレイを用いて、複数の変調信号のそれぞれの位相を取得し、位置を算出する位置検出装置が提案されている。この位置検出装置を用いることにより、高精度な位置検出可能となる。

特開２０１２−２２０４５８号公報

上述の特許文献に開示された従来技術では、検出素子アレイからの出力信号を空間フィルタの原理を使うことにより、複数の異なる変調信号から特定の変調信号に分離している。しかし、空間フィルタでは完全に分離することは不可能であり、所望の変調信号を得ようとする場合に他の変調信号成分が残ることにより信号波形が歪んでしまい、結果として位置検出精度が低下してしまっていた。

そこで、本発明は、高精度に位置検出ができる位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る位置検出装置は、第１周期で配列された第１パターンと、前記第１周期より長い第２周期で配列された第２パターンとを有するスケールと、前記スケールとは相対 移動し、前記第１パターンおよび前記第２パターンに基づく検出信号をそれぞれが出力す る複数の検出素子を有する検出素子アレイと、前記検出素子アレイから出力された検出信号に基づいて、前記第１パターンに基づく互いに位相の異なる複数の第１信号と、前記第 ２パターンに基づく互いに位相の異なる複数の第２信号とを生成する生成部と、前記複数の第１信号および前記複数の第２信号に基づいて、前記スケールおよび前記検出素子アレ イのうち一方の他方に対する参照位置を得、該参照位置と前記複数の第１信号とに基づいて、前記一方の前記他方に対する位置を得る演算部と、を有する位置検出装置であって、前記演算部は、前記一方の前記他方に対する位置を前記参照位置と前記複数の第１信号とに基づいて仮に得る第１処理と、前記第１処理により仮に得られた位置に基づいて、前記 複数の第２信号から得られる位相を推定し、推定された該位相により得られた補正量に基 づいて前記一方の前記他方に対する位置を得る第２処理とを行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、高精度に位置検出ができる位置検出装置を提供することができる。

本発明の位置検出装置の実施例１および２の構成ブロック図 実施例１及び２のセンサ１０４の断面図 実施例１及び２のスケール２０２の平面図 第１トラックパターン検出時の受光部２０４のａ〜ｄ相の配置図 第２トラックパターン検出時の受光部２０４のａ〜ｄ相の配置図 実施例１及び２のＣＰＵ１０１における全体処理のフローチャート 実施例１及び２の位置検出処理１のフローチャート 実施例１の位置検出処理２のフローチャート 補正前及び補正後の第１トラックＡ相信号Ｓ１ａの一例を示す図 補正前及び補正後の位相α１の一例を示す図 実施例２の位置検出処理２のフローチャート 本発明の位置検出装置の実施例３の構成ブロック図 実施例３のセンサ１０４の断面図 実施例３のスケール２０２の平面図 実施例３のＣＰＵ１０１における全体処理のフローチャート

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１０を用いて、本発明の位置検出装置の第１の実施例を説明する。

図１は、本発明の位置検出装置の実施例１の構成ブロック図である。図１において、ＣＰＵ（位置演算手段）１０１は、センサ１０４から出力される信号を元に、後述する処理により固定要素（第１の部材）に対する可動要素（第２の部材）の所定の基準位置に対する変位量（以下、位置Ｘと呼ぶ）を算出する演算部である。ＥＥＰＲＯＭ１０２は、後述する補正処理に必要なパラメータを記憶するための記憶部である。スケール切替え部１０３は、センサ１０４から順次出力される２種類のトラックパターンにより発生する２種類の信号出力を切替えて出力させるためのスケール切替え部である。センサ１０４は、固定要素に対する可動要素の位置Ｘを算出するための信号を出力する位置センサである。センサ１０４の内部構成及び出力信号については後述する。ＡＤ変換器１０５は、センサ１０４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変換器である。カウンタ１０６は、センサ１０４の出力信号の周期数をカウントするカウンタであり、ＣＰＵ１０１によってリセット指示された位置から後述する第１トラックパターン２０３ａの何番目の周期かを示すカウンタ値を出力する。

次にセンサ１０４の内部構成及び出力信号について説明する。図２はセンサ１０４の内部構成を示す断面図であり、可動要素２１の固定要素２２に対する可動方向をＸ方向、可動要素２１と固定要素２２が配置される方向をＺ方向、Ｘ方向とＺ方向に垂直な方向をＹ方向とするとき、（Ａ）はＹＺ断面図、（Ｂ）はＸＺ断面図である。図２（Ａ）において、可動要素２１は、紙面に垂直方向となるＸ軸方向に可動する可動部である。固定要素２２は、可動要素２１の位置の基準となる要素である。光源２０１は発光部であり、例えばＬＥＤである。スケール部２０２は可動方向の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（第１トラックパターン２０３ａ、第２トラックパターン２０３ｂ）を有するスケール部である。受光部２０４は、第１トラックパターン２０３ａ、第２トラックパターン２０３ｂで反射した光源２０１からの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。光源２０１と受光部２０４は、スケール部２０２と対向する平行な同一平面上に互いに対して不動に構成されている。信号処理回路（信号生成手段）２０５は、受光部２０４で受光した信号を処理し、スケール切替え部１０３の切替え信号に応じて、トラックパターン２０３ａ、２０３ｂの何れかに対応する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が固定され、固定要素２２に光源２０１及び受光部２０４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２０４を備える構成としてもよい。

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１トラックパターン２０３ａと第２トラックパターン２０３ｂの２つのトラックパターン（パターン列）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）は光源２０１からの光を反射し、受光部２０４は反射光を受光するように構成されている。第１トラックパターン２０３ａの反射部は間隔（第１の変調周期）Ｐ１で、第２トラックパターン２０３ｂの反射部は間隔（第２の変調周期）Ｐ２で移動方向（Ｘ方向）に等間隔に形成されている。本実施例では、Ｐ１は１００μｍ、Ｐ２は２０１μｍ、スケールの全長Ｌｍａｘは２０１００μｍとする。そのため、第１トラックパターン２０３ａの反射部は全長Ｌｍａｘに対して２０１個、第２トラックパターン２０３ｂの反射部は１００個となるように構成されることになる。なお、本実施例で用いる第１トラックパターンと第２トラックパターンは、いずれも位置Ｘの基準位置となる片側の端位置から反射部が開始されている（位相が０になっている）ものとする。

図４は、受光部２０４の平面図である。受光部２０４にはＸ軸方向（可動要素の移動方向）に１６個のフォトダイオード４０１〜４１６が等間隔に配列されている（検出素子アレイ、受光素子アレイを構成している）。フォトダイオード４個分の幅（センサ幅）Ｐ３はＰ１の２倍となる２００μｍになるようにする。ただし、本実施例では製造誤差等によりセンサ幅Ｐ３は２００μｍから±１μｍ程度に誤差を生じるものとする。光源２０１から受光部２０４までの距離は、光源２０１からトラックパターン２０３ａ、２０３ｂの反射部の距離の２倍であるため、光源から出射し受光部２０４で受光する反射部で反射された光の幅、長さは、反射部の幅、長さの２倍となる。従って、受光部２０４内のセンサ幅Ｐ３（２００μｍ）は、第１トラックパターン２０３ａの１周期分（１００μｍ）に相当する。

スケール切替え部１０３により、第１トラックパターン２０３ａが選択された場合、信号処理回路２０５は、図４に示すように４０１、４０５、４０９、４１３のフォトダイオードをａ相とし、これらフォトダイオードで検出した信号を加算してａ相信号とする。同様に、フォトダイオード４０２、４０６、４１０、４１４からｂ相信号、フォトダイオード４０３、４０７、４１１、４１５からｃ相信号、フォトダイオード４０４、４０８、４１２、４１６からｄ相信号を生成する。さらに、信号処理回路２０５は差動増幅器によりそれぞれａ相とｃ相の差動成分を電圧に変換したＡ相信号Ｓ１ａ、及びｂ相とｄ相の差動成分を電圧に変換したＢ相信号Ｓ１ｂを生成し、これら２つの信号（Ａ相信号とＢ相信号）をＡＤ変換器１０５に出力する。

一方、スケール切替え部１０３により、第２トラックパターン２０３ｂが選択された場合、図５に示すように４０１、４０２、４０９、４１０のフォトダイオードａ相とし、これらフォトダイオードで検出した信号を加算してａ相信号とする。同様に、フォトダイオード４０３、４０４、４１１、４１２からｂ相信号、フォトダイオード４０５、４０６、４１３、４１４からｃ相信号、フォトダイオード４０７、４０８、４１５、４１６からｄ相信号を生成する。そして、信号処理回路２０５は差動増幅器によりそれぞれａ相とｃ相の差動成分を電圧に変換したＡ相信号Ｓ２ａ、及びｂ相とｄ相の差動成分を電圧に変換したＢ相信号Ｓ２ｂを生成し、これら２つの信号（Ａ相信号とＢ相信号）をＡＤ変換器１０５に出力する。

上記のように信号を生成することで、空間フィルタの原理により、第１トラックＡ相信号Ｓ１ａ、第１トラックＢ相信号Ｓ１ｂ（第１の変調周期の複数の信号）は互いに位相がπ／２ずれた状態で、かつ、第１トラックパターン２０３ａの周期Ｐ１に応じた信号となる。同様に、第２トラックＡ相信号Ｓ２ａ、第２トラックＢ相信号Ｓ２ｂは互いに位相がπ／２ずれた状態で、かつ、第２トラックパターン２０３ｂの周期Ｐ２に応じた信号となる。ただし、本発明では、第２トラックパターン２０３ｂの周期（２０１μｍ）がセンサ幅（フォトダイオード４個分の幅）Ｐ３（２００μｍ）と整合しないことに加え、センサ幅Ｐ３は±１μｍ程度の誤差を含むことを許容しているため、空間フィルタの分離特性が若干悪化する。そのため、第１トラックＡ相、Ｂ相信号Ｓ１ａ、Ｓ１ｂに周期Ｐ２の信号が残存し、第２トラックＡ相、Ｂ相信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂに周期Ｐ１の信号が残存する。

続いて、ＣＰＵ１０１の処理について説明する。図６はＣＰＵ１０１で行う全体の位置検出処理を示したフローチャートである。処理は大きく２つに分けられ、電源投入直後は後述する位置検出処理１を実行し、以後は後述する位置検出処理２を連続して実行する。

位置検出処理１について説明する。図７は位置検出処理１を示したフローチャートである。はじめにＳ２０１で、スケール切替え部１０３に指令を出し、第２トラックＡ相、Ｂ相信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂが検出されるようにし、Ｓ２０２で切り替えた信号が安定するまでの時間待つ。待ち時間は不図示の信号入力回路のフィルタ構成により決まる固定値であり、本実施例では２０μｓとする。次に、Ｓ２０３でＡＤ変換器１０５から第２トラックＡ相、Ｂ相信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂを取得する。Ｓ２０４〜Ｓ２０６ではＳ２０１〜Ｓ２０３と同様に、第１トラックＡ相、Ｂ相信号Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを取得する。Ｓ２０７ではカウンタ１０６のカウンタ値Ｃを０にリセットする。

Ｓ２０８では、Ｓ２０３で取得した第２トラックＡ相、Ｂ相信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂを用いて、第２トラックの位相（第２位相情報）α２を算出する。位相α２の算出方法は、ａｒｃｔａｎ演算を用いた一般的な算出方法であり、ここでは省略する。

続いて、Ｓ２０９で以下の式（１）、式（２）を用いて、第１トラックのＡ相、Ｂ相信号Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを補正する。
Ｓ１Ａ ＝ Ｓ１ａ − ηａ１２ × ｃｏｓ（α２＋γａ１２） ・・・（１）
Ｓ１Ｂ ＝ Ｓ１ｂ − ηｂ１２ × ｃｏｓ（α２＋γｂ１２） ・・・（２）
Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂはそれぞれ補正後の第１トラックのＡ相、Ｂ相信号、ηａ１２、ηｂ１２はそれぞれ第１トラックのＡ相、Ｂ相補正振幅、γａ１２、γｂ１２はそれぞれ第１トラックのＡ相、Ｂ相補正位相である。ここで行う補正は、上述した空間フィルタの原理により分離しきれなかった第２トラックの信号を第１トラックのＡ相、Ｂ相信号から除去するための補正である。ηａ１２、ηｂ１２、γａ１２、γｂ１２はこの空間フィルタの分離特性から求められるパラメータであり、本実施例ではあらかじめ測定、及び、算出しておき、ＥＥＰＲＯＭ１０２に記憶しておく。測定、算出方法は、複数の位置でＳ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂを測定し、フーリエ変換により周波数分離し、応答特性を算出することでηａ１２、ηｂ１２、γａ１２、γｂ１２を算出する。

なお、本実施例では、ηａ１２、ηｂ１２、γａ１２、γｂ１２を測定、算出することで求めたが、空間フィルタの分離特性が確定している場合には、理論的にηａ１２、ηｂ１２、γａ１２、γｂ１２を求め、固定値として記憶しても良い。

Ｓ２１０では、補正後の第１トラックのＡ相、Ｂ相信号Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂを用いて、Ｓ２０８と同様にａｒｃｔａｎ演算を用いた一般的な算出方法で、第１トラックの位相α１を算出する。

Ｓ２１１では、Ｓ２０９と同様に、以下の式（３）、式（４）を用いて、第２トラックのＡ相、Ｂ相信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂを補正する。
Ｓ２Ａ ＝ Ｓ２ａ − ηａ２１ × ｃｏｓ（α１＋γａ２１） ・・・（３）
Ｓ２Ｂ ＝ Ｓ２ｂ − ηｂ２１ × ｃｏｓ（α１＋γｂ２１） ・・・（４）
Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂはそれぞれ補正後の第２トラックのＡ相、Ｂ相信号、ηａ２１、ηｂ２１はそれぞれ第２トラックのＡ相、Ｂ相補正振幅、γａ２１、γｂ２１はそれぞれ第２トラックのＡ相、Ｂ相補正位相である。ここで行う補正は、上述した空間フィルタの原理により分離しきれなかった第１トラックの信号を第２トラックのＡ相、Ｂ相信号から除去するための補正である。

Ｓ２１２では、補正後の第２トラックのＡ相、Ｂ相信号Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂを用いて、Ｓ２０８と同様の方法で、再び第２トラックの位相α２を算出、更新する。Ｓ２１３では、Ｓ２１０で算出した位相α１と、Ｓ２１２で算出した位相α２を用いて、位置Ｘを算出する。本実施例では、第１トラックの間隔Ｐ１を１００μｍ、第２トラックの間隔Ｐ２を２０１μｍとしているため、全長Ｌｍａｘ２０１００μｍ内では、位相α１と位相α２が特定の組み合わせになる位置は１つしか存在しない。そのため、位相α１と位相α２に基づいて、一般的なバーニア演算を行うことで位置Ｘを算出することができる。一般的には、第１トラックの間隔（周期）Ｐ１と第２トラックの間隔（周期）Ｐ２の最小公倍数（又は、最小公倍数以下）の長さを全長Ｌｍａｘとする組み合わせであれば、バーニア演算を行うことで位置Ｘを算出することができる。バーニア演算の詳細に関しては、一般的な演算方法のため省略する。なお、位置Ｘは基準位置からの長さをμｍ単位で示した値とする。

Ｓ２１４では、オフセットカウントＣｏを算出する。オフセットカウントＣｏはＳ２１３で算出した位置Ｘが基準位置から第１トラックパターンの周期の何番目であるかを示す値であり、位置Ｘを１００μｍで割った商とする。

次に、位置検出処理２について説明する。図８は位置検出処理２を示したフローチャートである。はじめにＳ３０１で処理数Ｎを０にリセットする。Ｓ３０２ではＡＤ変換器１０５から第１トラックのＡ相、Ｂ相信号Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを取得する。位置検出処理２は、電源投入直後に実行される位置検出処理１の後に繰り返して実行される処理であり、位置検出処理１の終了時にはスケール切替え部１０３は第１トラックパターンに切り替えられており、以後説明するように位置検出処理２内ではトラックパターンを切替えないため、トラック切替処理を行うことなく、Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを取得できる。

続いて、Ｓ３０３でカウンタ１０６からカウンタ値Ｃを取得する。Ｓ３０４では、Ｓ３０２で取得したＳ１ａ、Ｓ１ｂを用いて、Ｓ２１０と同様に、位相α１を算出する。Ｓ３０５では、取得したカウンタ値Ｃと算出した位相α１を用いて、以下の式（５）でカウンタリセット位置に対する相対位置Ｘｒを算出する。
Ｘｒ ＝ １００×Ｃ ＋ １００×α１／２π ・・・（５）

Ｓ３０６では、この相対位置Ｘｒと、Ｓ２１４で記憶したオフセットカウントＣｏを用いて計算された参照位置（１００×Ｃｏ）とから、以下の式（６）で仮位置Ｘｔを算出する。
Ｘｔ ＝ Ｘｒ ＋ １００×Ｃｏ ・・・（６）
ここで求めた仮位置Ｘｔは、Ｓ２１３で求めた時点での位置Ｘが存在する第１のトラックパターンの周期内の基準位置側端を参照位置（１００×Ｃｏ）として、そこからの相対移動量である相対位置Ｘｒを加算した位置であるため、実際の位置Ｘに近い値となっている。ただし、まだ補正していない第１トラックのＡ相、Ｂ相信号Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを使用して算出した値であるため、若干ずれてしまっている。

次にＳ３０７で、仮位置Ｘｔから位相α２を演算する。ここでは第２トラックのＡ相、Ｂ相信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂを用いずに、位相α２を以下の式（７）を用いて演算する。
α２ ＝ ２π×ｍｏｄ（Ｘｔ、２０１）／２０１ ・・・（７）
ここで、関数ｍｏｄ（ｘ、ｙ）はｘをｙで割った余りを示しており、仮位置Ｘｔを第２トラックパターン間隔Ｐ２（２０１μｍ）で割った余りと、Ｐ２との比をとり、２πをかけることで位相α２を算出している。本実施例では、位置Ｘが０の位置を基準位置として、かつ、基準位置で位相α２が０になるように第２トラックパターンを設定しているため、位相α２は式（７）のように算出できる。ただし、位置Ｘが０の時、位相α２が０以外のΔαでも良く、その場合には以下の式（８）を用いて算出する。
α２_２ ＝ ｍｏｄ（α２＋Δα、２π） ・・・（８）

Ｓ３０８、Ｓ３０９はＳ２０９、Ｓ２１０と同様の処理であり、第１トラックのＡ相、Ｂ相信号Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを補正し、位相α１を算出する。また、Ｓ３１０、Ｓ３１１はＳ３０５、Ｓ３０６と同様に、Ｓ３０９で算出した位相α１を用いて、再び相対位置Ｘｒ、仮位置Ｘｔを算出する。

Ｓ３１２では処理数Ｎをインクリメントし、Ｓ３１３で処理数Ｎが最大処理数Ｎｍａｘ未満かどうかを判断し、最大処理数Ｎｍａｘ未満の場合には、Ｓ３０７〜Ｓ３１２の処理を繰り返す。ここで用いる最大処理数Ｎｍａｘはあらかじめ設定される固定値であり、ＥＥＰＲＯＭ１０２に記憶しておく。上述したようにＳ３０６で算出した仮位置Ｘｔは実際の位置から若干ずれているため、この仮位置Ｘｔを使用した補正では、仮位置Ｘｔのズレに相当する量だけ補正精度が悪くなっている。そこで、最大処理数Ｎｍａｘを大きな値にし、Ｓ３０７〜Ｓ３１２の処理を繰り返し、仮位置Ｘｔを再演算することにより、仮位置Ｘｔの精度が高くすることができる。

Ｓ３１３で処理数Ｎが最大処理数Ｎｍａｘ以上の場合には、Ｓ３１４で位置Ｘを位置Ｘｔにする。

本実施例の効果について説明する。図９は、ＡＤ変換器１０５から取得した補正前の第１トラックＡ相信号Ｓ１ａ、及び、補正後の第１トラックＡ相信号Ｓ１Ａと移動量の関係を示した図である。図１０は、Ｓ１ａとＳ１ｂから算出した位相α１、及び、Ｓ１ＡとＳ１Ｂから算出した位相α１を示した図である。

補正前の第１トラックＡ相信号Ｓ１ａは、空間フィルタで第２トラック信号成分を完全に除去することが原理的に不可能であるため、波形が歪んで正弦波でなくなってしまっている。補正前の第１トラックＢ相信号Ｓ１ｂも同様に歪んでおり、この補正前の第１トラックＡ相、Ｂ相信号Ｓ１ａとＳ１ｂを使って位相α１を算出すると、図１０に示すように、位相α１は大きな誤差を生じてしまう。カウンタ値Ｃと位相α１を使って位置Ｘを算出する場合には、位相α１の誤差が直接的に位置Ｘの誤差となってしまうため、位置の検出精度が低くなってしまう。

一方で、本実施例のように、原理的に及びセンサの誤差のため空間フィルタでは完全に取り除けなかった不必要な信号成分を除去する補正処理を行うことによって、上記のような位相の誤差は大きく低減することができ、位置の検出精度を高くすることができる。

また、位置検出処理２では、Ｓ３０７に示すように、第２トラックのＡ相、Ｂ相信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂを用いずに、位相α２を算出している。位相α２は位置検出処理１のように第２トラックのＡ相、Ｂ相信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂを取得して算出することもできるが、この場合トラック切替え処理、待ち処理、第２トラックのＡ相、Ｂ相信号ＡＤ変換処理が必要になり、処理時間が長くなってしまう。また、本実施例のようにカウンタをハードウェア構成すると、トラック切替えによりうまくカウントできずに意図しないカウンタ値が出力されてしまう可能性がある。本実施例のように位相α２を算出することによって、短時間で位置Ｘが算出でき、また、カウンタをハードウェアで構成した場合でも不具合は生じなくなる。

さらに、本実施例ではＳ３０７〜Ｓ３１２の処理を複数回繰り返し実行できるような処理になっているため、補正精度を高くすることができるようになっている。

なお、本実施例では、直線移動を検出するエンコーダとして説明してきたが、空間フィルタの原理を使って複数のトラック信号を分離する構成であれば、回転駆動を検出するエンコーダでも同様の効果が得られる。

また、本実施例では、固定要素に固定された反射率の異なるパターン列からの反射光を受光することにより、パターン列に基づく反射光の光量（エネルギー強度）を光学式エンコーダで検出する位置検出装置を例示したが、本発明は、この構成に限定されることはない。たとえば、磁気式エンコーダ、静電容量式エンコーダ等を使用した位置検出装置でも同様の効果が得られる。磁気式エンコーダの場合、スケール部２０２に磁性体を用い、磁性の極性分布を本実施例のスケール部２０２の反射膜と同様の形状で形成する。このスケールに近接してアレイ状に並べた磁界検出素子を配して、スケール部に基づく磁界（エネルギー強度）を検出する。静電容量式の場合は、本実施例のスケール反射膜と同様の形状に導電性の電極パターンを形成し、別のアレイ状の電極パターンを近接対向させてスケール部の電極パターンに基づく静電容量（エネルギー強度）を検出するようにすればよい。

以下、図１１を用いて、本発明の位置検出装置の第２の実施例を説明する。

実施例２は、実施例１に対し位置検出処理２の処理内容が異なるのみで、その他の構成、処理は同じため、位置検出処理２以外の説明は省略する。
実施例２における位置検出処理２について説明する。図１１は実施例２における位置検出処理２を示したフローチャートである。

Ｓ３０２〜Ｓ３０７は実施例１と同様であり、位相α１、仮位置Ｘｔ、位相α２を順に算出する。次に、Ｓ３２１に進み、位相α１と位相α２を用いて、位置補正量ΔＸを算出する。位置補正量ΔＸとは、原理的に及びセンサの誤差のため空間フィルタでは完全に取り除けなかった不必要な信号成分を含んだ信号から算出した位置である仮位置Ｘｔを直接補正するための補正量である。位置補正量ΔＸは、以下の式（９）を用いて算出する。
ΔＸ ＝ ｆ（α１、α２） ・・・（９）

関数ｆ（ｘ、ｙ）はηａ１２、ηｂ１２、γａ１２、γｂ１２に基づいて決定される関数であり、厳密に関数ｆ（ｘ、ｙ）を決定しようとすると非常に煩雑な式になり、演算時間が長くなってしまう。そのため、本実施例では関数ｆ（ｘ、ｙ）の演算を、入力パラメータを位相α１と位相α２とした２次元のテーブルデータを使用した演算とし、テーブルデータはＥＥＰＲＯＭ１０２にあらかじめ記憶しておく。テーブルデータはηａ１２、ηｂ１２、γａ１２、γｂ１２から理論的に求めても良いし、実際に測定しても良い。測定する場合には、測定時にのみ図８に示す実施例１の位置検出処理２を用いて、Ｓ３０６で算出した仮位置Ｘｔと、Ｎｍａｘを大きくて算出した位置Ｘの差をとることでテーブルデータを得ることができる。

なお、本実施例ではＳ３２１を２次元のテーブルデータを用いた演算としたが、これに限定されることはなく、近似式を用いた演算でも良い。

最後に、Ｓ３２２では、Ｓ３０６で算出した仮位置Ｘｔに、Ｓ３２１で算出した位置補正値ΔＸを加算することで、位置Ｘを算出する。

上記のような処理を行うことで、実施例１と同様の効果が得られるとともに、実施例１で行っていたＳ３０８〜Ｓ３１１で行っていた処理を行う必要がなくなる。特に、Ｓ３０８、Ｓ３０９は乗算、除算、ｃｏｓ演算、ａｒｃｔａｎ演算等の処理時間が長くなる処理が含まれており、本実施例では効果的に処理時間が短縮できる。また、Ｓ３２１で使用したテーブルデータを作成する際に、入力である位相α１、α２がずれた値で入力されることを前提としておくことで、実施例１のように補正処理を複数回繰り返さなくても精度の高い位置が算出できる。

図１２は、本発明の位置検出装置の実施例３の構成ブロック図である。実施例１との差異は、スケール切換え部１０３がなくなったこと、及び、センサ１０４から後述する受光部２０７出力信号をＣＰＵ１０１に入力できる構成になったことである。

次にセンサ１０４の内部構成及び出力信号について説明する。図１３は、本実施例におけるセンサ１０４の内部構成を示した図であり、２０１〜２０５の構成要素に関しては実施例１と同様のため説明を省略する。なお、本実施例において、信号処理回路２０５は常に第１トラックＡ相、Ｂ相信号Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを生成する。

パターン２０６は所定の位置を特定するための位置特定用のパターンであり、受光部２０７はパターン２０６で反射した光源２０１の光を受光するための受光部である。受光部２０７は受光部２０４とＸ軸方向の同位置に配置し、出力信号ＳｏはＨレベル、または、Ｌレベルの２値とし、ＣＰＵ１０１で直接入力できるものとする。

パターン２０６は図１４に示すように特定の一か所から片側のみ反射部を持つパターンであり、本実施例では反射部の境が基準位置から１００×Ｐ１〜１０１×Ｐ１の間になるようにする。受光部２０７の出力信号Ｓｏが変化した場合には、受光部２０４、及び、受光部２０７がスケール部２０２の基準位置から１００×Ｐ１〜１０１×Ｐ１の位置にいることを検出することができる。

続いて、ＣＰＵ１０１の処理について説明する。図１５は本実施例におけるＣＰＵ１０１で行う全体の位置検出処理を示したフローチャートである。Ｓ１１１とＳ１１２で受光部２０７からの出力信号Ｓｏが変化しているかを監視し、変化するまで監視し続ける。出力信号Ｓｏが変化した場合、Ｓ１１３に進み、カウンタ１０６のカウンタ値をリセットし、Ｓ１１４に進み、オフセットカウントＣｏを１００に設定する。Ｓ１０２に進み、実施例１の位置検出処理２、または、実施例２の位置検出処理２を繰り返し実施する。

本実施例においては、光源２０１、パターン２０６、受光部２０７、信号処理回路２０５、ＣＰＵ１０１で、位置特定手段（位置決定手段）を構成する。これに対して、実施例１、２においては、第１トラックパターン２０３ａ、第２トラックパターン２０３ｂ、受光部２０４、信号処理回路２０５、ＣＰＵ１０１、スケール切替え部１０３で位置特定手段（位置決定手段）を構成していた。上記のように、実施例１や実施例２で構成されていたスケール切換え部１０３がなくても、光源２０１、パターン２０６、受光部２０７のような所定の位置を特定するための手段を用いることにより基準位置からの位置が特定できれば、本発明を適用することができる。

なお、本実施例では、受光部２０７に受光させる光の光源を、受光部２０４に受光させる光の光源と同一のものとしたが、別途光源を設けても良い。

また、本実施例では光を使った方法で原点検出を行ったが、これに限定されることはなく、磁気や静電容量を用いた方法でも良く、また、基準位置からの位置が決まっている機構的な端位置に衝突させて所定の位置の検出を行うようにしても良い。

本発明の位置検出装置は、レンズ装置のズームレンズ、フォーカスレンズ、アイリス等の可動光学部材の位置検出手段として、または、画像形成装置（プリンタ）や画像読取装置（スキャナー）等の走査光学装置に備えられる可動光学部材の位置検出手段として使用することにより、高精度の位置検出により、安定性した光学特性、高精度の制御性を実現することができる。

１０１ ＣＰＵ（位置演算手段）
１０４ センサ（検出素子アレイ）
２０２ スケール
２０３ａ 第１のトラックパターン（第１の変調周期のパターン列）
２０３ｂ 第２のトラックパターン（第２の変調周期のパターン列）
２０４ 受光部（検出素子アレイ）
２０５ 信号処理回路（信号生成手段）
４０１〜４１６ フォトダイオード（検出素子アレイ）

Claims (10)

1. 第１周期で配列された第１パターンと、前記第１周期より長い第２周期で配列された第 ２パターンとを有するスケールと、
   前記スケールとは相対移動し、前記第１パターンおよび前記第２パターンに基づく検出 信号をそれぞれが出力する複数の検出素子を有する検出素子アレイと、
   前記検出素子アレイから出力された検出信号に基づいて、前記第１パターンに基づく互いに位相の異なる複数の第１信号と、前記第２パターンに基づく互いに位相の異なる複数の第２信号とを生成する生成部と、
   前記複数の第１信号および前記複数の第２信号に基づいて、前記スケールおよび前記検 出素子アレイのうち一方の他方に対する参照位置を得、該参照位置と前記複数の第１信号とに基づいて、前記一方の前記他方に対する位置を得る演算部と、
   を有する位置検出装置であって、
   前記演算部は、前記一方の前記他方に対する位置を前記参照位置と前記複数の第１信号 とに基づいて仮に得る第１処理と、前記第１処理により仮に得られた位置に基づいて、前 記複数の第２信号から得られる位相を推定し、推定された該位相により得られた補正量に 基づいて前記一方の前記他方に対する位置を得る第２処理とを行う、
   ことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記演算部は、前記第２処理において、前記位相に基づいて前記複数の第２信号を推定 し、推定された該複数の第２信号により前記複数の第１信号をそれぞれ補正して得られた 複数の信号に基づいて前記一方の前記他方に対する位置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。
3. 前記演算部は、前記第２処理を繰り返して前記一方の前記他方に対する位置を得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. 前記演算部は、前記第２処理において、推定された前記位相と、前記複数の第１信号に より得られた位相とに基づいて、前記補正量を得、得られた該補正量により、前記第１処 理により仮に得られた前記一方の前記他方に対する位置を補正することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
5. 前記第１パターンおよび前記第２パターンは、それぞれ前記第１周期で配列された第１スリットパターンおよび前記第２周期で配列された第２スリットパターンであり、
   前記検出素子アレイは、前記第１スリットパターンおよび前記第２スリットパターンで反射した光を受光する受光素子アレイである、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
6. 前記演算部は、前記第１処理により仮に得られた前記一方の前記他方に対する位置を前 記第２周期で割って得られた余りに基づいて前記位相を推定することを特徴とする請求項 １に記載の位置検出装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の位置検出装置と、可動光学部材とを有し、前記位置検出装置により前記可動光学部材の位置を検出することを特徴とするレンズ装置。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の位置検出装置と、可動光学部材とを有し、前記 位置検出装置により前記可動光学部材の位置を検出することを特徴とする走査光学装置。
9. 請求項８に記載の走査光学装置を含むことを特徴とする画像読取装置。
10. 請求項８に記載の走査光学装置を含むことを特徴とする画像形成装置。

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