JP6744066B2 - 光電式エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は位置検出装置に関し、具体的には、光電式エンコーダに関する。

精密測長器または精密位置検出器として光電式エンコーダが広く利用されている。
光電式エンコーダは、スケールと、スケール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と、を備える。
スケールには明暗のパターンが設けられる。スケール２０を図１に例示した。図１に例示するように、ガラス基板２１の上に所定パターンのクロム膜２２が配置されることでスケールパターンが構成される。

光電式エンコーダには反射型と透過型とがある。
反射型光電式エンコーダでは、光源と受光部とがスケールに対して同じ側にあり、受光部はスケールからの反射光の明暗パターンを受光する。透過型光電式エンコーダでは、スケールを間にして光源と受光部とが反対側にあり、受光部はスケールからの透過光の明暗パターンを受光することになる。
反射型と透過型とでは構成要素の配置が異なるのであるから製品の外形として大きさや形状に違いが表れる。光電式エンコーダの用途あるいは設置スペースに応じ、反射型と透過型とは適宜選択される。

特許５５５３６６９号

反射型光電式エンコーダと透過型光電式エンコーダとでは、検出原理は基本的には共通している。すなわち、受光した光の明暗パターンに基づいてスケール上での相対あるいは絶対位置を算出するものである。したがって、部品配置だけを変えれば主要構成部品の多くを透過型にも反射型にも共用できそうに思える。しかしながら、これまで透過型と反射型とで主要構成部品を共通化することができなかった。
例を挙げながらこの理由を簡単に説明する。

図１のスケール２０を反射型光電式エンコーダ１００のスケール２０として使用するとする（図２参照）。
このスケール２０はいわゆるＡＢＳ（アブソリュート式）検出用スケールであって、符号"１"と符号"０"とをランダムに配置したスケールパターンを有している。符号"１"のところにクロム膜２２があり、符号"０"のところはクロム膜が無くガラス部２１になっている。この場合、スケール２０に光を照射すると、クロム膜２２で光が反射し、ガラス部２１は光が透過する。
したがって、スケール２０からの反射光を受光部で受光すると、クロム膜２２のところが明部、ガラス部２１のところが暗部、となる明暗のイメージパターンが得られる（図２Ｂ参照）。
図２Ｂは、受光部の受光面にできる明暗のイメージパターンを例示したものである。これを適切な閾値で二値化し（図２Ｃ）、さらに、"１"と"０"の符号列に変換する（図２Ｄ）。演算部による演算処理（例えばパターンマッチング演算など）により、符号列からスケール上の位置を算出することができる。

ここで、図３のように、スケール２０のガラス部２１の一部に汚れ３０が付いたり、あるいは、傷付いたりしたとする。
ここでは、クロム膜２２の方がガラス部２１よりも相対的に安定で防汚作用もあると想定している。もちろん、明部と暗部とでどちらが欠損し易いかはスケールの材質等によってケースバイケースであろうが、この点については本明細書の最後で触れる。

図３のようにスケール２０のガラス部２１の一部に汚れ３０が付いたとしても、ガラス部２１はもともと暗部であるから、図３Ｂに示すように明暗のイメージパターンにはほとんど影響しない。

さて、図１のスケール２０を透過型光電式エンコーダのスケールとして使用したとする（図４参照）。この場合、スケール２０に光を照射すると、クロム膜２２が非透過部となり、ガラス部２１が光透過部となる。
したがって、スケール２０からの透過光を受光部で受光すると、クロム膜２２のところが暗部、ガラス部２１のところが明部、となる明暗のイメージパターンが得られる（図４Ｂ参照）。
つまり、反射型の場合と対比すると、透過型の場合の明暗イメージは明暗が反転しているということになる。仮に、反射型光電式エンコーダと透過型光電式エンコーダとでスケール２０と電装回路（演算部）とを共通化したいとなると、途中に反転処理を入れればよいと考えられる。

すなわち、図４Ｂの受光イメージパターンを反転して図４Ｃとする。すると、その後の二値化（図４Ｄ）、符号化（図４Ｅ）および演算処理は反射型光電式エンコーダと全く同じとなる。

さて、図５のように、スケール２０のガラス部２１の一部に汚れ３０が付いたり、あるいは、傷付いたりしたとする。すると、透過光の一部が欠損したイメージパターンになる（図５Ｂ参照）。
これを前述のように反転処理（図５Ｃ）、二値化（図５Ｄ）および符号化（図５Ｅ）したとする。このとき、汚れ３０の部分については反射型とのときにはなかった符号の誤りが含まれていることになる。符号の誤りがあるとその分だけ演算処理（例えばパターンマッチング演算など）に影響し、反射型よりも透過型の方が汚れに弱いということになってしまう。

実製品にすることを考えた場合、反射型でも透過型でも同等の性能を発揮することが要求されるのであり、反射型よりも透過型の方が相対的に汚れに弱いという事態は好ましくない。
したがって、反射型と透過型とで電装回路（演算部）を共通化するために透過型の場合に反転処理を入れるのは好ましくない。
もし電装回路（演算部）を共通化したければ、スケールのパターン自体を例えば図６のように反転させる必要がある。このように考えると、反射型光電式エンコーダと透過型光電式エンコーダとでスケールと電装回路（演算部）と同時に共通化することはできない。
そのため、管理する部品点数が多くなり、ひいては、光電式エンコーダのコストに大きく影響していた。

本発明の目的は、反射型光電式エンコーダと透過型光電式エンコーダとでスケールと電装回路（演算部）とを共通化し、部品点数の削減およびコストダウンを図ることにある。

本発明の光電式エンコーダは、
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たスケールと、
前記スケールに沿って相対的に移動可能に設けられ、前記スケール上の擬似ランダム符号系列に基づいてスケール上の絶対位置を検出する検出ヘッド部と、を備えた光電式エンコーダであって、
前記２準位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おり、
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、
前記スケールには、前記Ｌに相当する位置に光反射部および光透過部のいずれか一方が配置され、前記Ｈに相当する位置に光反射部および光透過部のいずれか他方が配置され、
前記検出ヘッド部は、
前記スケールに光を照射する光源と、
前記スケールからの反射光または透過光によって形成される明暗の検出イメージを取得するイメージ取得部と、
前記検出イメージを反転処理する反転処理部と、
前記検出イメージのビットデータに対して疑似ランダム符号系列に基づく相関演算を実行して相関のピークから前記スケール上の絶対位置を求める相関演算部と、を有する
ことを特徴とする光電式エンコーダ。

本発明では、
前記相関演算部が前記スケールの反射光による検出イメージを規準として前記相関演算を実行するように設計されており、かつ、前記イメージ取得部が前記スケールの透過光にて形成される検出イメージを取得する場合、前記反転処理部はＯＮに設定され、
前記相関演算部が前記スケールの透過光による検出イメージを規準として前記相関演算を実行するように設計されており、かつ、前記イメージ取得部が前記スケールの反射光にて形成される検出イメージを取得する場合、前記反転処理部はＯＮに設定され、
前記相関演算部が前記スケールの反射光による検出イメージを規準として前記相関演算を実行するように設計されており、かつ、前記イメージ取得部が前記スケールの反射光にて形成される検出イメージを取得する場合、前記反転処理部はＯＦＦに設定され、
前記相関演算部が前記スケールの透過光による検出イメージを規準として前記相関演算を実行するように設計されており、かつ、前記イメージ取得部が前記スケールの透過光にて形成される検出イメージを取得する場合、前記反転処理部はＯＦＦに設定される
ことを特徴とする光電式エンコーダ。

本発明では、
前記反転処理部には、反転処理のオンオフ設定を切り替え操作する設定切替スイッチが設けられている
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。

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。

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。

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。

本発明の光電式エンコーダの位置検出方法では、
前記検出ヘッド部は、
前記スケールの検出イメージを取得し、
前記検出イメージ中から前記Ｌが前記上限値を超えて連続している箇所については不確かとして除外し、
前記検出イメージ中から前記Ｈが前記上限値を超えて連続している箇所については不確かとして除外し、
前記検出イメージのなかで除外されなかったビットデータを用いて前記擬似ランダム符号系列に基づく相関演算を実行する
ことを特徴とする。

本発明では、
前記検出イメージのなかで除外されなかったビットデータの数が所定の演算可能数に達したとき、前記検出イメージの量子化を終了して、
前記相関演算を実行する
ことが好ましい。

本発明では、
前記演算可能数は、相関演算に必要な理論上の最低数に対し、その１．１倍から３倍の範囲内で設定される
ことが好ましい。

本発明では、
前記検出イメージのなかで除外されなかったビットデータの数が所定の演算可能数に達しない場合、スケールの汚れをユーザに報知する
ことが好ましい。

ガラス基板の上に所定パターンのクロム膜を配置したスケールを例示する図である。 スケールを反射型光電式エンコーダのスケールとして使用した場合の信号処理を例示する模式図である。 スケールの一部に汚れが付いた状態を例示した図である。 スケールを透過型光電式エンコーダのスケールとして使用した場合の信号処理を例示する模式図である。 汚れが付着したスケールを透過型光電式エンコーダのスケールとして使用した場合の信号処理を例示する模式図である。 反射型光電式エンコーダと透過型光電式エンコーダとで電装回路を共通化するにあたって使用される透過型光電式エンコーダのスケールを例示した図である。 反射型光電式エンコーダの構成図である。 受光部の受光面を示す図である。 本発明の方式で作成したＡＢＳスケールパターンの一例を示す図である。 符号を表現するビットパターンを例示した図である。 "０"を表現するＢパターンとＣパターンとの配置ルールを説明するための図である。 汚れ判定を説明するための模式図である。 透過型光電式エンコーダの構成を例示する図である。 汚れ判定を説明するための模式図である。 変形例を説明するための図である。 変形例を説明するための図である。 信号処理部の機能ブロック図である。 信号処理部の動作手順を説明するためのフローチャートである。 汚れ判定処理の手順を説明するためのフローチャートである。 量子化、マスキング、符号化の一例を示す図である。 第３実施形態を説明するためのフローチャートである。 第３実施形態を説明するためのフローチャートである。 第３実施形態を説明するためのフローチャートである。

透過型光電式エンコーダと反射型光電式エンコーダとで主要部品を共通化できなかった理由の１つは、汚れに対するロバスト性が高くなかったからである。
原理的に汚れに対して極めて高いロバスト性を有するスケールパターンおよび位置検出演算アルゴリズムがあれば、透過型光電式エンコーダに適用しても反射型光電式エンコーダに適用しても全く同等の性能を発揮できると考えられる。
本発明者らは鋭意研究の結果、原理的に汚れに対して極めて高いロバスト性を有するスケールパターンおよび位置検出演算アルゴリズムを開発した。その結果、これまでなしえなかった透過型光電式エンコーダと反射型光電式エンコーダとの部品共通化を達成することができた。
以下、具体的に説明していく。

（第１実施形態）
図７に示すように、アブソリュート型の光電式エンコーダ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。
ここでは、反射型の場合を例示している。

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、設定切替スイッチ４１１と、を備えている。
光源３１０は、ＡＢＳスケール２００に向けて光を照射する。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。

図８に受光部３３０の受光面を示す。
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。
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。イメージ取得部４１０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。

ここで、本実施形態では、イメージ取得部４１０に反転処理部４１２が付設されている。
この反転処理部４１２は、必要に応じて検出イメージの正負（あるいはＨ／Ｌ）を反転処理する。
いま説明している例ではＡＢＳスケール２００を反射型スケールとして使用しており、このとき、反転処理部４１２はオフに設定され、使用されないこととする。同じＡＢＳスケール２００を透過型光電式エンコーダの透過型スケールとして使用する場合、反転処理部４１２をオンに設定する。
この場合、反転処理部４１２は、イメージ取得部４１０で取得された検出イメージを反転させる。設定切替スイッチ４１１が反転処理部４１２に繋がっており、組み立て途中あるいは出荷前に設定切替スイッチ４１１で反転処理部４１２のオンオフ設定を変更できるようになっている。

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。
ＡＢＳスケールパターンとしては、例えば、疑似ランダム符号系列の一種であるＭ系列符号を用いたパターンがある。Ｍ系列符号パターンの生成多項式がＮ段のシフトレジスタで構成されているときにおいて、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。したがって、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のピークからＡＢＳスケールパターン上の絶対位置が取得できる。

ＡＢＳスケール２００について説明する。
具体的には、ＡＢＳスケールパターンについて説明する。
図９は、ＡＢＳスケールパターンの例である。ＡＢＳスケールパターンにおいて、"１"および"０"はそれぞれ２ビットで表現されている。
すなわち、１ビットの幅をｄとすると、Ｍ系列符号パターンの符号幅は２×ｄとなる。
ただし、"１"と"０"という２つの符号を表現するのに図１０に例示する３つのビット組合せパターンを使用する。

符号"１"は、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。

なお、ここでは反射型光電式エンコーダを想定して、光透過部を「暗部」（または"Ｌ"）と表現し、光反射部を「明部」（または"Ｈ"）と表現することにする。もちろん同じスケールを透過型光電式エンコーダに使用すれば、この関係は逆になる。

さて、符号"０"の表現を説明する。
図１０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。

次に、図１１の例示を参照しながら、"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かを決定する設計ルールを説明する。
端的に言うと、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１１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ビット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ビット以上続いていれば、それは上限値を超えて、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１２の例示を参照しながら汚れ判定について説明する。
図１２（Ａ）をご覧頂くと、これは符号"０"のところに汚れ３０がついている。
仮に、符号"０"を総て「暗部」（非反射部）としていると、"０"なのか汚れ３０なのかは信号パターンからは判別できない。この例では仮に符号"０"を暗部だけで表現するような既存技術のままでも結果としては信号パターンに変化はないのであるが、そ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、上限値を超えて暗部が４ビット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ビット以上連続するところは汚れと判断できる。

イメージ取得部４１０で取得した検出イメージ（図１２Ｂ）を二値化すると図１２Ｃのように明（Ｈ）／暗（Ｌ）のビット列が得られる。
ここで、明（Ｈ）が、あるいは、暗（Ｌ）が４ビット以上連続するところは設計ルールから外れているのであるから、正しい信号ではなく、例えば汚れ３０であると判定できる。そして、暗（Ｌ）が４ビット以上連続するところは汚れ３０と判定し、相関演算に用いないようにする。
これにより、正しく取得できている信号のみで相関演算を行い、誤った相関演算で誤った相関ピークが出現しないようにできる。このように相関演算に汚れが影響しないようにするので、汚れに対するロバスト性が画期的に向上する。

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ビット以上連続することはないのであり、明部が４ビット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にできる。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ＡＢＳスケール２００であれば、反射型に使用しても透過型に使用しても汚れに対するロバスト性がほぼ同等に保たれる。
図１３は、透過型光電式エンコーダ１００Ｔの構成を例示する図である。光源３１０がＡＢＳスケール２００の反対型に移動した点を除けば、反射型光電式エンコーダ１００（図７、図８）と共通の部品を使用する。
なお、信号処理部４００の構成も反射型光電式エンコーダ１００（図８）のときと全く同じなのであるが、透過型光電式エンコーダ１００Ｔとして使用する場合には設定切替スイッチ４１１によって反転処理部４１２をオンに設定しておく。

図１４（Ａ）をご覧頂くと、これは図１２Ａと同じく、符号"０"のところに汚れ３０がついている。
ＡＢＳスケール２００に光を照射し、ＡＢＳスケール２００からの透過光を受光部３３０で受光する。すると、クロム膜２１１が非透過部となり、ガラス部２１０が光透過部となり、図１４Ｂの明暗パターンが得られる。
これは、汚れ３０の部分を除いて、反射型のとき（図１２Ｂ）と明暗が反転している。そこで、相関演算を共通にすべく反転処理部４１２で反転する（図１２Ｃ）。これを二値化したとき、図１４Ｄに示すように、汚れ３０に相当する部分が誤って明（Ｈ）になってしまっている。

ここで、明（Ｈ）が、あるいは、暗（Ｌ）が４ビット以上連続するところは設計ルールから外れているのであるから、正しい信号ではなく、例えば汚れ３０であると判定できる。すなわち、明（Ｈ）が４ビット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。
相関演算には正しく取得できている信号のみを用いるようにし、誤った相関演算で誤った相関ピークが出現しないようにする。これにより、汚れに対するロバスト性が向上する。

そして、図１２Ｄと図１４Ｅとを対比して頂ければわかるように、このＡＢＳスケール２００を反射型光電式エンコーダ１００のスケールとして使用しても透過型光電式エンコーダ１００Ｔのスケールとして使用しても、全く同じように汚れの影響を排除できている。
このことから、本実施形態のＡＢＳスケール２００であれば反射型として使用しても透過型として使用してもロバスト性を同等に高いレベルで維持できる。信号処理部４００に"反転処理部４１２"を組み込んでおき、透過型として使用する場合には製品出荷段階で反転処理部４１２をオンに設定すればよいわけである。

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配置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（二値化）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、このＡＢＳスケール２００を透過型として使用した場合と反射型として使用した場合とで受光部３３０の受光光量はほぼ同じであり、このことからも信号処理部４００の共通化に適すると言える。

（変形例１）
変形例１を説明する。
図１５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ビット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１５（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ビット以上連続することはない。ただし、図１５（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ビット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１６（Ａ）のようにしてもよい。
図１６（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。
また、他の図では暗部を示すのにハッチングを用いたが、図１６では暗部を黒のベタ塗りで表現することにする。これはハーフトーンとの違いを分かりやすくするためである。

あるいは図１６（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（透過率）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１６（Ａ）や（Ｂ）のパターンをさらに図１６（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。

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１７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。

さらに、イメージ取得部５１０には反転処理部４１２が付設されている。
反転処理部４１２は、第１実施形態で説明したように、透過型光電式エンコーダとして使用される場合にオンに設定される。
本第２実施形態としては反射型光電式エンコーダの場合を想定し、反転処理部４１２はオフになっていることとする。
ただし、反転処理の有無は汚れ判定のアルゴリズムとは直接関係なく、反転処理があってもなくても本第２実施形態のアルゴリズムは全く同じように適用できる。
したがって、本第２実施形態を組み込んだ信号処理部５００は反射型光電式エンコーダでも透過型光電式エンコーダでも共通に適用できる。

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として動作するものである。

各機能部の動作を図１８のフローチャートを参照しながら説明していく。

図１８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。

すると、図２０の２段目にあるように量子化される。ここで、図２０中の例では、ＡＢＳスケール２００の一部に汚れ３０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。

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１９のフローチャートを参照しながら説明する。
図１９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２０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）。

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ビットが上限値であり、４ビット以上同じ量子値（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比する。

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）。

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２０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２０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するところは符号が不明である。図２０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。
これは、ＡＢＳスケールを反射型として用いる場合も透過型として用いる場合も全く同じであり、したがって、反射型光電式エンコーダと透過型光電式エンコーダとで部品を共通化することができる。

（第３実施形態）
続いて、図２１〜図２３のフローチャートを参照して本発明の第３実施形態を説明する。
前述の第２実施形態においては、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ことを説明した。
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、図２１〜図２３のフローチャートにおいて第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。以下、処理ステップを順に説明していく。

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）。

汚れ判定の動作は、第２実施形態と同様であるが、図２２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２１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２３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ｋ）以上になっているかを判定する（ＳＴ１４１）。
この所定数（ここではｋ）は、相関演算に必要な符号へ変換するため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。
ここで、Ｍ系列符号パターンの生成多項式がＮ段のシフトレジスタで構成されているときにおいて、絶対位置を得るために最低限必要な符号は連続したＮコである。
したがって、最低限必要な演算可能数は連続した２×Ｎビットである。
しかしながら、汚れによるマスキングがランダムに挿入されて連続したビット数が得られない可能性が高い。
そこで、マスキングによって不連続になったビットの合計が２×Ｎビットになればよい。
ただし、汚れ判定（ＳＴ１３０Ａ）の誤り率を加味し、前記演算可能数は、理論上の最低限必要な値に対して少し余裕をもたせて設定しておくことが好ましい。

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）。

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）。

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。

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。

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。
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。

上記実施形態では、反射型光電式エンコーダとするときには反転処理部をオフに設定し、透過型光電式エンコーダとするときには反転処理部をオンに設定するとしたが、もちろんこれは相関演算部の設定と関係している。
反射型エンコーダをスタンダード（標準）として相関演算部を作り込めば上記設定になるわけであるが、透過型エンコーダをスタンダード（標準）とすれば、反転処理部の設定は逆になる。
すなわち、透過型エンコーダをスタンダード（標準）とすると、反射型光電式エンコーダとするときには反転処理部をオンに設定し、透過型光電式エンコーダとするときには反転処理部をオフに設定することになる。

上記実施形態では、ガラス基板にクロム膜の反射部を設けることで反射型にも透過型にも共用できるスケールとしたが、スケールの材質が限定されないのはもちろんである。
例えば、透明樹脂で作った長手状のスケール基板に反射部を配置してもよい。反射部の材質も限定されず、各種金属、無機、有機材料を適宜選択すればよい。
すると、光透過部と光反射部とでどちらの防汚性が高いか低いかは一概に言えなくなるが、本発明の趣旨からいってどちらでもよいのである。
反射部が一部欠損しようと透過部が一部欠損しようと、本発明を適用すれば、欠損したパターンに起因する誤検出信号を相関演算から排除することできる。

１００…反射型光電式エンコーダ、１００Ｔ…透過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、４１１…設定切替スイッチ、４１２…反転処理部、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 (5)

1. 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たスケールと、
   前記スケールに沿って相対的に移動可能に設けられ、前記スケール上の擬似ランダム符号系列に基づいてスケール上の絶対位置を検出する検出ヘッド部と、を備えた光電式エンコーダであって、
   前記２準位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おり、
   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、
   前記スケールには、前記Ｌに相当する位置に光反射部および光透過部のいずれか一方が配置され、前記Ｈに相当する位置に光反射部および光透過部のいずれか他方が配置され、
   前記検出ヘッド部は、
   前記スケールに光を照射する光源と、
   前記スケールからの反射光または透過光によって形成される明暗の検出イメージを取得するイメージ取得部と、
   前記検出イメージを反転処理する反転処理部と、
   前記検出イメージのビットデータに対して疑似ランダム符号系列に基づく相関演算を実行して相関のピークから前記スケール上の絶対位置を求める相関演算部と、を有し、
   前記相関演算部が前記スケールの反射光による検出イメージを規準として前記相関演算を実行するように設計されており、かつ、前記イメージ取得部が前記スケールの透過光にて形成される検出イメージを取得する場合、前記反転処理部はＯＮに設定され、
   前記相関演算部が前記スケールの透過光による検出イメージを規準として前記相関演算を実行するように設計されており、かつ、前記イメージ取得部が前記スケールの反射光にて形成される検出イメージを取得する場合、前記反転処理部はＯＮに設定され、
   前記相関演算部が前記スケールの反射光による検出イメージを規準として前記相関演算を実行するように設計されており、かつ、前記イメージ取得部が前記スケールの反射光にて形成される検出イメージを取得する場合、前記反転処理部はＯＦＦに設定され、
   前記相関演算部が前記スケールの透過光による検出イメージを規準として前記相関演算を実行するように設計されており、かつ、前記イメージ取得部が前記スケールの透過光にて形成される検出イメージを取得する場合、前記反転処理部はＯＦＦに設定される
   ことを特徴とする光電式エンコーダ。
2. 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たスケールと、
   前記スケールに沿って相対的に移動可能に設けられ、前記スケール上の擬似ランダム符号系列に基づいてスケール上の絶対位置を検出する検出ヘッド部と、を備えた光電式エンコーダであって、
   前記２準位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おり、
   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、
   前記スケールには、前記Ｌに相当する位置に光反射部および光透過部のいずれか一方が配置され、前記Ｈに相当する位置に光反射部および光透過部のいずれか他方が配置され、
   前記検出ヘッド部は、
   前記スケールに光を照射する光源と、
   前記スケールからの反射光または透過光によって形成される明暗の検出イメージを取得するイメージ取得部と、
   前記検出イメージを反転処理する反転処理部と、
   前記検出イメージのビットデータに対して疑似ランダム符号系列に基づく相関演算を実行して相関のピークから前記スケール上の絶対位置を求める相関演算部と、を有し、
   さらに、
   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
   ことを特徴とする光電式エンコーダ。
3. 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たスケールと、
   前記スケールに沿って相対的に移動可能に設けられ、前記スケール上の擬似ランダム符号系列に基づいてスケール上の絶対位置を検出する検出ヘッド部と、を備えた光電式エンコーダであって、
   前記２準位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おり、
   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、
   前記スケールには、前記Ｌに相当する位置に光反射部および光透過部のいずれか一方が配置され、前記Ｈに相当する位置に光反射部および光透過部のいずれか他方が配置され、
   前記検出ヘッド部は、
   前記スケールに光を照射する光源と、
   前記スケールからの反射光または透過光によって形成される明暗の検出イメージを取得するイメージ取得部と、
   前記検出イメージを反転処理する反転処理部と、
   前記検出イメージのビットデータに対して疑似ランダム符号系列に基づく相関演算を実行して相関のピークから前記スケール上の絶対位置を求める相関演算部と、を有し、
   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
   ことを特徴とする光電式エンコーダ。
4. 請求項３に記載の光電式エンコーダにおいて、
   符号"１"と符号"０"とを交換するように読み替えるようにした
   ことを特徴とする光電式エンコーダ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の光電式エンコーダにおいて、
   前記反転処理部には、反転処理のオンオフ設定を切り替え操作する設定切替スイッチが設けられている
   ことを特徴とする光電式エンコーダ。