(57)【要約】      （修正有）【課題】検出精度が高く組み立てが容易なエンコーダーを提供すること、コントラストが良好で高い検出精度を実現可能なエンコーダーを製造可能なエンコーダーの製造方法を提供すること、ならびに、前記エンコーダーを備えるプリンターおよびロボットを提供すること。【解決手段】マーク集合体２１が第１方向に並んでおり、第１方向に移動するスケール部と、マーク集合体２１の一部を撮像する撮像素子と、テンプレートマッチングを行い、スケール部の位置を求める処理部と、を有し、複数のマーク集合体２１は、第２方向において、マーク集合体２１の長さは、撮像領域の長さよりも長く、複数のマーク集合体２１のうち１つを第１集合体２１１とし残りを第２集合体２１２としたとき、第１集合体２１１は、テンプレートになる個別パターンＵＰを含み、第２集合体２１２は、個別パターンＵＰと同一のパターンを含まないことを特徴とするエンコーダー。【選択図】図８
2020051940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマークが集合しているマーク集合体を複数有し、前記マーク集合体が第１方向に並んでおり、前記第１方向に移動するスケール部と、
前記マーク集合体の一部を撮像して撮像した結果を出力する撮像素子と、
前記撮像した結果に対してテンプレートマッチングを行い、前記第１方向における前記スケール部の位置を求める処理を行う処理部と、
を有し、
前記第１方向とは垂直な方向である第２方向において、前記マーク集合体の長さは、前記撮像素子が撮像する領域の長さよりも長く、
複数の前記マーク集合体のうち、１つを第１集合体とし、残りを第２集合体としたとき、前記第１集合体は、前記テンプレートマッチングのテンプレートになる個別パターンを含み、前記第２集合体は、前記個別パターンと同一のパターンを含まないことを特徴とするエンコーダー。
【請求項２】
前記第１集合体は、前記個別パターンとして同一のパターンを複数有する請求項１に記載のエンコーダー。
【請求項３】
前記マーク集合体は、前記第１方向に沿って前記複数のマークが並んで構成される列状パターンを複数有し、
前記複数の列状パターンは、前記第２方向に並んでいる請求項１または２に記載のエンコーダー。
【請求項４】
前記列状パターンは、前記第２方向において周期的に配置されている請求項３に記載のエンコーダー。
【請求項５】
前記複数の列状パターンは、同一の前記マークにより構成されており、
前記第２方向に並んだ前記複数の列状パターンおいて、前記第２方向に並んだ前記マーク同士のずれ量をＳＦ［μｍ］とし、前記撮像素子の画素ピッチをｐ［μｍ］とし、前記撮像素子の撮像倍率をｍとしたとき、ＳＦ≧２ｐ／ｍの関係を満たす請求項３または４に記載のエンコーダー。
【請求項６】
前記マークの外径をｄ［μｍ］とし、前記撮像素子の画素ピッチをｐ［μｍ］とし、前記撮像素子の撮像倍率をｍとしたとき、ｄ≧４ｐ／ｍの関係を満たす請求項１ないし５のいずれか１項に記載のエンコーダー。
【請求項７】
前記マーク同士の最小の間隔をｓ［μｍ］とし、前記撮像素子の画素ピッチをｐ［μｍ］とし、前記撮像素子の撮像倍率をｍとしたとき、ｓ≧２ｐ／ｍの関係を満たす請求項１ないし６のいずれか１項に記載のエンコーダー。
【請求項８】
前記スケール部が配置され、前記マーク集合体を前記第１方向に移動させる回動部を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエンコーダー。
【請求項９】
複数のマークを有するスケール部と、前記マークを撮像して撮像した結果を出力する撮像素子と、前記撮像した結果に基づき前記スケール部の位置を求める処理を行う処理部と、を有するエンコーダーの製造方法であって、
表裏の関係を満たす第１面および第２面を有する基板と、前記第１面に設けられている第１層と、前記第１層の前記基板とは反対側に設けられ前記第１層とは明度が異なる第２層と、を有するマーク形成用部材を用意する工程と、
レーザーを照射して、前記第２層の一部を選択的に除去することにより、前記マークを形成する工程と、
を含むことを特徴とするエンコーダーの製造方法。
【請求項１０】
複数のマークが集合しているマーク集合体を複数有し、前記マーク集合体が第１方向に並んでおり、前記第１方向に移動するスケール部と、
前記マーク集合体の一部を撮像して撮像した結果を出力する撮像素子と、
前記撮像した結果に対してテンプレートマッチングを行い、前記第１方向における前記スケール部の位置を求める処理を行う処理部と、
を有し、
前記第１方向とは垂直な方向である第２方向において、前記マーク集合体の長さは、前記撮像素子が撮像する領域の長さよりも長く、
複数の前記マーク集合体のうち、１つを第１集合体とし、残りを第２集合体としたとき、前記第１集合体は、前記テンプレートマッチングのテンプレートになる個別パターンを含み、前記第２集合体は、前記個別パターンと同一のパターンを含まないことを特徴とするロボット。
【請求項１１】
複数のマークが集合しているマーク集合体を複数有し、前記マーク集合体が第１方向に並んでおり、前記第１方向に移動するスケール部と、
前記マーク集合体の一部を撮像して撮像した結果を出力する撮像素子と、
前記撮像した結果に対してテンプレートマッチングを行い、前記第１方向における前記スケール部の位置を求める処理を行う処理部と、
を有し、
前記第１方向とは垂直な方向である第２方向において、前記マーク集合体の長さは、前記撮像素子が撮像する領域の長さよりも長く、
複数の前記マーク集合体のうち、１つを第１集合体とし、残りを第２集合体としたとき、前記第１集合体は、前記テンプレートマッチングのテンプレートになる個別パターンを含み、前記第２集合体は、前記個別パターンと同一のパターンを含まないことを特徴とするプリンター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダー、エンコーダーの製造方法、ロボットおよびプリンターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダーの一種として光学式のロータリーエンコーダーが一般に知られている（例えば特許文献１参照）。ロータリーエンコーダーは、例えば、回動可能な関節部を有するロボットアームを備えるロボットにおいて、関節部の回転角度、回転位置、回転数、回転速度等の回転状態を検出する。その検出結果は、例えば、関節部の駆動制御に用いられる。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のエンコーダーは、グレイ符号等の数値パターンおよびストライプ状のパターンが形成されているコード板を撮像素子で読み取り、読み取った数値パターンおよびストライプ状のパターンから位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１８７１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のエンコーダーにおいて、撮像素子とコード板との相対位置がずれると、撮像素子の撮像領域からパターンがはみ出てしまうので、高い検出精度を実現することが難しいという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の適用例に係るエンコーダーは、複数のマークが集合しているマーク集合体を複数有し、前記マーク集合体が第１方向に並んでおり、前記第１方向に移動するスケール部と、
前記マーク集合体の一部を撮像して撮像した結果を出力する撮像素子と、
前記撮像した結果に対してテンプレートマッチングを行い、前記第１方向における前記スケール部の位置を求める処理を行う処理部と、
を有し、
前記第１方向とは垂直な方向である第２方向において、前記マーク集合体の長さは、前記撮像素子が撮像する領域の長さよりも長く、
複数の前記マーク集合体のうち、１つを第１集合体とし、残りを第２集合体としたとき、前記第１集合体は、前記テンプレートマッチングのテンプレートになる個別パターンを含み、前記第２集合体は、前記個別パターンと同一のパターンを含まない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係るロボットの一例である水平多関節ロボットを示す側面図である。
【図２】第１実施形態に係るエンコーダーを示す断面図である。
【図３】エンコーダーを示すブロック図である。
【図４】エンコーダーが備えるスケール部を説明するための図である。
【図５】図４に示すスケール部のＥ部拡大図である。
【図６】図５に示すスケール部のＦ部拡大図である。
【図７】図６に示すスケール部について説明するための模式図である。
【図８】図６に示すスケール部について説明するための模式図である。
【図９】図５に示すスケール部と撮像素子の撮像領域との関係を示す図である。
【図１０】図２に示すエンコーダーが備える撮像素子の撮像画像を説明するための図である。
【図１１】図１０に示す撮像画像内に設定される探索領域でのテンプレートマッチングを説明するための図である。
【図１２】テンプレートマッチングの際に相関値が最大または最小となる状態から１画素分ずれた状態を示す図である。
【図１３】テンプレートマッチングの際に相関値が最大または最小となる状態を示す図である。
【図１４】テンプレートマッチングの際に相関値が最大または最小となる状態から図１２に示す状態とは反対側に１画素分ずれた状態を示す図である。
【図１５】第２実施形態に係るエンコーダーが備えるスケール部について説明するための模式図である。
【図１６】第３実施形態に係るエンコーダーが備えるスケール部について説明するための模式図である。
【図１７】第３実施形態に係るエンコーダーが備えるスケール部の変形例について説明するための模式図である。
【図１８】実施形態に係るエンコーダーの製造方法を示す工程図である。
【図１９】図２のエンコーダーのスケール部を示す部分拡大図である。
【図２０】図１８に示すエンコーダーの製造方法を説明するための図である。
【図２１】図１８に示すエンコーダーの製造方法を説明するための図である。
【図２２】図１８に示すエンコーダーの製造方法を説明するための図である。
【図２３】実施形態に係るロボットの一例である垂直多関節ロボットを示す斜視図である。
【図２４】プリンターの実施形態の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明のエンコーダー、エンコーダーの製造方法、ロボットおよびプリンターを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
１．水平多関節ロボット
図１は、実施形態に係るロボットの一例である水平多関節ロボットを示す側面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１中の基台側を「基端」、その反対側（エンドエフェクター側）を「先端側」と言う。また、図１の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする。
【００１０】
図１に示すロボット１００は、いわゆる水平多関節ロボット（スカラロボット）であり、例えば、精密機器等を製造する製造工程等で用いられ、精密機器や部品等の把持や搬送等を行うことができる。
【００１１】
図１に示すように、ロボット１００は、基台１１０と、第１アーム１２０と、第２アーム１３０と、作業ヘッド１４０と、エンドエフェクター１５０と、配線引き回し部１６０と、を有している。以下、ロボット１００の各部を順次簡単に説明する。
【００１２】
基台１１０は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台１１０の上端部には、第１アーム１２０が連結されている。第１アーム１２０は、基台１１０に対して鉛直方向に沿う第１軸Ｊ１まわりに回動可能となっている。
【００１３】
基台１１０内には、第１アーム１２０を回動させる駆動力を発生させる第１モーターであるモーター１１１と、モーター１１１の駆動力を減速する第１減速機である減速機１１２とが設置されている。減速機１１２の入力軸は、モーター１１１の回動軸に連結され、減速機１１２の出力軸は、第１アーム１２０に連結されている。そのため、モーター１１１が駆動し、その駆動力が減速機１１２を介して第１アーム１２０に伝達されると、第１アーム１２０が基台１１０に対して第１軸Ｊ１まわりに水平面内で回動する。
【００１４】
また、基台１１０および第１アーム１２０には、減速機１１２の出力軸の回動角度を検出することで、基台１１０に対する第１アーム１２０の回動状態を検出する第１エンコーダーであるエンコーダー１が設けられている。ここで、エンコーダー１および減速機１１２は、エンコーダーユニット１０を構成している。
【００１５】
第１アーム１２０の先端部には、第２アーム１３０が連結している。第２アーム１３０は、第１アーム１２０に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｊ２まわりに回動可能となっている。図示しないが、第２アーム１３０内には、第２アーム１３０を回動させる駆動力を発生させる第２モーターと、第２モーターの駆動力を減速する第２減速機とが設置されている。そして、第２モーターの駆動力が第２減速機を介して第１アーム１２０に伝達されることにより、第２アーム１３０が第１アーム１２０に対して第２軸Ｊ２まわりに水平面内で回動する。また、図示しないが、第２モーターには、第１アーム１２０に対する第２アーム１３０の回動状態を検出する第２エンコーダーが設けられている。
【００１６】
第２アーム１３０の先端部には、作業ヘッド１４０が配置されている。作業ヘッド１４０は、第２アーム１３０の先端部に同軸的に配置された、図示しないスプラインナットおよびボールネジナットに挿通されたスプラインシャフト１４１を有している。スプラインシャフト１４１は、第２アーム１３０に対して、その軸まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。
【００１７】
第２アーム１３０内には、図示しないが、回転モーターおよび昇降モーターが配置されている。回転モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナットに伝達され、スプラインナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が鉛直方向に沿う第３軸Ｊ３まわりに正逆回転する。また、図示しないが、回転モーターには、第２アーム１３０に対するスプラインシャフト１４１の回動状態を検出する第３エンコーダーが設けられている。
【００１８】
一方、昇降モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナットに伝達され、ボールネジナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が上下に移動する。昇降モーターには、第２アーム１３０に対するスプラインシャフト１４１の移動量を検出する第４エンコーダーが設けられている。
【００１９】
スプラインシャフト１４１の先端部（下端部）には、エンドエフェクター１５０が連結されている。エンドエフェクター１５０としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの等が挙げられる。
【００２０】
第２アーム１３０内に配置された各電子部品、例えば、第２モーター、回転モーター、昇降モーター、第１〜第４エンコーダー等に接続される複数の配線は、第２アーム１３０と基台１１０とを連結する管状の配線引き回し部１６０内を通って基台１１０内まで引き回されている。さらに、かかる複数の配線は、基台１１０内でまとめられることによって、モーター１１１およびエンコーダー１に接続される配線とともに、基台１１０の外部に設置され、ロボット１００を統括制御する図示しない制御装置まで引き回される。
【００２１】
以上、ロボット１００の構成について簡単に説明した。このロボット１００は、前述したように、第１部材である基台１１０と、基台１１０に対して回動する第２部材である第１アーム１２０と、エンコーダー１と、を備え、エンコーダー１が基台１１０に対する第１アーム１２０の回動角度を検出する。このようなロボット１００によれば、後述するように第１アーム１２０の回動角度を高精度に検出し、その検出結果に基づいて、第１アーム１２０の駆動制御を高精度に行うことができる。
【００２２】
２．エンコーダー
＜第１実施形態＞
以下、エンコーダー１について詳述する。なお、以下では、エンコーダー１をロボット１００に組み込む場合を例に説明する。
【００２３】
図２は、第１実施形態に係るエンコーダーを示す断面図である。図３は、エンコーダーを示すブロック図である。図４は、エンコーダーが備えるスケール部を説明するための図である。図５は、図４に示すスケール部のＥ部拡大図である。図６は、図５に示すスケール部のＦ部拡大図である。図７および図８は、それぞれ図６に示すスケール部について説明するための模式図である。図９は、図５に示すスケール部と撮像素子の撮像領域との関係を示す図である。
【００２４】
図２に示すように、前述したロボット１００の基台１１０は、モーター１１１と減速機１１２を支持する支持部材１１４を有し、モーター１１１および減速機１１２を収納している。このような基台１１０には、第１アーム１２０が第１軸Ｊ１まわりに回動可能に設けられている。
【００２５】
第１アーム１２０は、水平方向に沿って延びているアーム本体部１２１と、アーム本体部１２１から下方に向けて突出している軸部１２２と、を有し、これらが互いに接続されている。そして、軸部１２２は、軸受１１５を介して基台１１０に第１軸Ｊ１まわりに回動可能に支持されているとともに、減速機１１２の出力軸に接続されている。また、減速機１１２の入力軸は、モーター１１１の回動軸１１１１に接続されている。減速機１１２としては、特に限定されないが、例えば、波動減速機、遊星歯車減速機、サイクロ減速機、ＲＶ減速機等が挙げられる。
【００２６】
ここで、基台１１０は、基台１１０の自重や基台１１０が支える他の質量による荷重が加わる構造体である。同様に、第１アーム１２０も、第１アーム１２０の自重や第１アーム１２０が支える他の質量による荷重が加わる構造体である。このような基台１１０および第１アーム１２０の構成材料としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、金属材料が挙げられる。
【００２７】
本実施形態では、基台１１０および第１アーム１２０の外表面は、ロボット１００の外表面の一部を構成している。なお、基台１１０および第１アーム１２０の外表面上には、カバー、衝撃吸収材等の外装部材が装着されていてもよい。
【００２８】
このような相対的に回動する基台１１０および第１アーム１２０には、これらの回動状態を検出するエンコーダー１が設けられている。
【００２９】
エンコーダー１は、第１アーム１２０に設けられているスケール部２と、基台１１０に設けられ、スケール部２を検出する検出部３と、検出部３に電気的に接続された回路部４と、を有する。ここで、回路部４は、処理部５と、記憶部６と、を有する。
【００３０】
図２に示すように、スケール部２は、アーム本体部１２１の基台１１０と対向する部分、すなわち、アーム本体部１２１の下面であって軸部１２２を囲む部分に設けられている。このスケール部２は、図４に示すように、第１軸Ｊ１とは異なる位置で第１軸Ｊ１まわりに沿って配置されている明暗のマークで構成されたパターンとして、後述するマーク集合体２１を有している。本実施形態では、スケール部２が、第１アーム１２０の表面に設けられている。これにより、スケール部２を設けるための部材を基台１１０および第１アーム１２０とは別に設ける必要がない。そのため、部品点数を少なくすることができる。なお、スケール部２は、第１アーム１２０の表面に直に設けられている場合に限定されず、例えば、第１アーム１２０の表面に貼着されたシート状の部材に設けられていてもよいし、第１アーム１２０とともに回動するように設けられた板状の部材に設けられていてもよい。すなわち、スケール部２が設けられる部材は、第１アーム１２０とともに基台１１０に対して第１軸Ｊ１まわりに回動する部材であればよい。よって、エンコーダー１においてスケール部２が設けられる部材は回動部と言うことができる。また、前述の第２部材は第１アーム１２０であるので、回動部は第１アーム１２０である。また、図２とは逆に、スケール部２を基台１１０側に配置し、検出部３を第１アーム１２０側に配置することもできる。
【００３１】
図４ないし図７に示すように、スケール部２は、複数のドット２０（マーク）が集合してなるマーク集合体２１を複数有している。また、複数のマーク集合体２１は、スケール部２の第１軸Ｊ１を中心とする円周に沿って、すなわち第１軸Ｊ１を中心とする円の周方向に沿って並んでいる。したがって、複数のマーク集合体２１は、環状に並んでいる。これにより、スケール部２を第１軸Ｊ１まわりに回動させたとき、スケール部２は周方向に移動することとなる。なお、本明細書では、例えば図５に示すように、スケール部２のうち、第１軸Ｊ１を中心とする円の半径が延びる方向を「半径方向ＤＲ（第２方向）」といい、半径方向に直交する方向を「周方向ＤＣ（第１方向）」という。
【００３２】
マーク集合体２１は、図５に示すように、それぞれ、周方向ＤＣにおける長さに比べて半径方向ＤＲにおける長さが長い形状をなしている。このマーク集合体２１は、図６に拡大して示すように、複数のドット２０が集合することにより、明暗を伴ったパターン（模様）で構成されている。
【００３３】
このように複数のドット２０が集合してなるパターンは、後述する検出部３で撮像された後、テンプレートマッチングによって一意に検出することが可能である。テンプレートマッチングは、後に詳述するが、パターンを撮像した撮像画像（撮像画像）と基準画像（テンプレート）との比較を行い、ドット２０の位置を求めることによって撮像画像内に基準画像と一致した領域が存在するか否かを識別する技術である。これにより、複数のマーク集合体２１の中から、検出対象のパターンを特定する。
【００３４】
したがって、マーク集合体２１は、それぞれ、テンプレートマッチングにおいて基準画像になり得る固有の特定パターン２２を有している。「基準画像になり得る特定パターン２２」とは、その特定パターン２２が、テンプレートマッチングにおいて複数のマーク集合体２１の中から１つを識別するのに必要な識別子として十分な情報量を有しているパターンであることをいう。この特定パターン２２がマーク集合体２１ごとに異なっていれば、複数のマーク集合体２１の中から１つを一意に特定することが可能になる。これにより、スケール部２の回動状態を推定することが可能になる。
【００３５】
ここで、説明の便宜のため、図５に示す複数のマーク集合体２１のうちの１つを「第１集合体２１１」とする。また、複数のマーク集合体２１のうち、第１集合体２１１以外の残りをそれぞれ「第２集合体２１２」とする。したがって、図８に示すように、第１集合体２１１も第２集合体２１２も、それぞれ、テンプレートマッチングにおいて基準画像になり得る特定パターン２２を有している。なお、説明の便宜のため、図８に示すように、第１集合体２１１が有する固有の特定パターン２２を特に「個別パターンＵＰ」とする。
【００３６】
一方、第２集合体２１２も、それぞれ、複数のドット２０が集合してなるパターンを含んでいる。そして、第２集合体２１２も、それぞれ、基準画像になり得る固有の特定パターン２２を有している。しかしながら、第２集合体２１２が有するこれらの特定パターン２２は、前述した第１集合体２１１が含む個別パターンＵＰとは一致しない。つまり、個別パターンＵＰは、複数のマーク集合体２１のうち、第１集合体２１１のみに含まれ、残りの全て、すなわち第２集合体２１２には含まれていない。
【００３７】
したがって、テンプレートマッチングにより個別パターンＵＰを識別することにより、複数のマーク集合体２１の中から第１集合体２１１を一意に特定することができる。その結果、スケール部２における第１集合体２１１の位置を一意に特定することができ、スケール部２の回動状態を求めることが可能になる。
なお、マーク集合体２１および特定パターン２２については、後に詳述する。
【００３８】
図２に示す検出部３は、基台１１０内に設けられている撮像素子３１と、基台１１０が有する開口に設けられている光学系３２と、を有し、撮像素子３１が光学系３２を介してスケール部２の周方向での一部、すなわち図９に示す撮像領域ＲＩを撮像する。なお、必要に応じて、撮像素子３１の撮像領域ＲＩを照明する光源を設けてもよい。
【００３９】
撮像素子３１としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等が挙げられる。このような撮像素子３１は、撮影された画像を画素ごとの電気信号に変換して出力する。撮像素子３１は、二次元撮像素子（エリアイメージセンサー）、あるいは一次元撮像素子（ラインイメージセンサー）のどちらでも適用可能である。一次元撮像素子は、画素の並びがアームの旋回円に接する方向に配置することが望ましい。二次元撮像素子を用いた場合は、情報量の多い二次元画像を取得でき、後述のテンプレートマッチングによるドット２０の検出精度を高めやすい。その結果、第１アーム１２０の回動状態を高精度に検出することができる。一次元撮像素子を用いた場合は、画像取得周期いわゆるフレームレートが高いため、検出頻度を高めることが可能になり、高速動作時に有利である。
【００４０】
光学系３２は、スケール部２と撮像素子３１との間に配置されている結像光学系である。この光学系３２は、少なくとも物体側（スケール部２側）がテレセントリックであることが好ましい。これにより、スケール部２と撮像素子３１との間の距離が変動しても、撮像素子３１への結像倍率の変化を低減することができ、その結果、エンコーダー１の検出精度の低下を低減することができる。特に、光学系３２が両側テレセントリックである場合、光学系３２が有するレンズと撮像素子３１との間の距離が変動しても、撮像素子３１への結像倍率の変化を低減することができる。そのため、光学系３２の組み立てが容易になるという利点がある。
【００４１】
ここで、図９に示すように、撮像素子３１の撮像領域ＲＩは、第１アーム１２０の下面において、スケール部２の周方向での一部に重なるように設定されている。これにより、撮像素子３１は、撮像領域ＲＩ内にあるドット２０を撮像することができる。したがって、撮像領域ＲＩに位置するドット２０を読み取ることにより、第１アーム１２０の回動状態を知ることができる。
【００４２】
なお、エンコーダー１は、必要に応じて複数の検出部３を備えていてもよい。複数の検出部３を備えることにより、ドット２０の検出精度や検出速度の向上を図ることができる。
【００４３】
図２および図３に示す回路部４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理部５（プロセッサー）と、ＲＯＭ（Read only memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶部６（メモリー）と、を有する。ここで、記憶部６には、処理部５で読み取り可能な指示が記憶されており、処理部５は、記憶部６から指示を適宜読み取って実行することで、各種機能を実現する。このような回路部４は、例えば、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）またはＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等を用いて構成することができる。このようにＡＳＩＣまたはＦＰＧＡを用いて回路部４をハードウエア化することで、回路部４の高処理速度化、小型化および低コスト化を図ることできる。なお、回路部４の少なくとも一部は、前述したロボット１００の制御装置に組み込まれていてもよい。
【００４４】
処理部５は、検出部３の検出結果に基づいて、基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動状態を推定する。この回動状態としては、例えば、回動角度、回動速度、回動方向等が挙げられる。
【００４５】
特に、処理部５は、撮像素子３１の撮像画像の画像データに対して基準画像の画像データを用いてテンプレートマッチングすることでドット２０の集合体、すなわち図７に示すような「個別パターンＵＰ」を画像認識し、その認識結果を用いて、基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動状態を推定する。
【００４６】
ここで、処理部５は、撮像素子３１の撮像画像内での個別パターンＵＰの画像の位置に基づいて、基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動角度をより細かく推定することができるように構成されている。以下、基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動角度を単に「第１アーム１２０の回動角度」ともいう。また、処理部５は、個別パターンＵＰが検出される時間間隔に基づいて回動速度を求めたり、検出される個別パターンＵＰの種類の順序に基づいて回動方向を推定したりすることも可能に構成されている。そして、処理部５は、前述した推定結果に応じた信号、すなわち、基台１１０および第１アーム１２０の回動状態に応じた信号を出力する。この信号は、例えば、図示しない制御装置に入力され、ロボット１００の動作の制御に用いられる。
【００４７】
また、処理部５は、撮像素子３１の撮像画像の一部を切り取って基準画像を生成する機能をも有する。この基準画像の生成は、基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動状態を推定するのに先立って、あるいは、必要に応じて適時、基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動角度ごとに行われる。そして、生成した基準画像は、基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動角度ごとに対応して記憶部６に記憶される。そして、処理部５は、記憶部６に記憶されている基準画像を用いて、テンプレートマッチングを行う。なお、テンプレートマッチングおよびそれを用いた回動状態の推定については、後に詳述する。
【００４８】
記憶部６には、処理部５で読み取り可能な指示（プログラム）の他、処理部５で読み取り可能な各種情報（データ）が記憶されている。具体的には、記憶部６には、基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動状態ごとに、前述した基準画像の画像データが、それに対応する撮像画像内での座標、すなわち後述する基準画素の座標に関する情報、および、第１アーム１２０の回動角度に関する情報、つまり角度情報とともに記憶されている。このような記憶部６は、不揮発性メモリー、揮発性メモリーのいずれであってもよいが、電力を供給しなくても情報を記憶した状態を保持することができ、省電力化を図ることができるという観点から、不揮発性メモリーであることが好ましい。
【００４９】
（マーク集合体）
図６および図７に示すマーク集合体２１は、周方向ＤＣに並ぶ４つのドット２０（複数のマーク）で構成された列状パターン２００を有している。本実施形態では、ドット２０が暗色を呈し、ドット２０の背景が暗色よりも相対的に明るい明色を呈している。すなわち、マーク集合体２１は、周方向ＤＣに沿って明暗が変化してなる列状パターン２００を複数有している。また、マーク集合体２１では、これらの列状パターン２００が、半径方向ＤＲに並んでいる。
【００５０】
なお、図６および図７では、半径方向ＤＲで隣り合う列状パターン２００同士は、接触しているか、あるいはわずかに離間している。一方、周方向ＤＣで隣り合うドット２０同士は、十分に離間している。その結果、図６および図７に示すマーク集合体２１では、半径方向ＤＲに延びる線状のパターンが、互いに離間しつつ周方向ＤＣに並んだようなパターンとして見えている。なお、このようなパターンは、一例であり、図示したものに限定されない。
【００５１】
図６および図７に示すマーク集合体２１は、特に、周方向ＤＣに高速で移動するスケール部２について、その回動状態の検出精度を高めやすい。すなわち、上述したような列状パターン２００では、周方向ＤＣにおいてドット２０同士が十分に離間しているため、周方向ＤＣにおいて十分なコントラストが確保されている。このため、周方向ＤＣに高速で回動するスケール部２においても、テンプレートマッチングにおける識別率を高めやすく、検出精度の向上を図ることができる。
【００５２】
また、複数のマーク集合体２１は、前述したように、周方向ＤＣに沿って並んでいる。このとき、マーク集合体２１同士は、図５に示すように、周方向ＤＣにおいて互いに離れて配置されている。「互いに離れて配置されている」とは、周方向ＤＣにおけるマーク集合体２１同士の間隔が、周方向ＤＣにおける１つのマーク集合体２１の長さよりも長い状態を指す。このように配置されていることにより、テンプレートマッチングの際に、隣り合うマーク集合体２１を誤って１つのマーク集合体２１として誤判定する確率を十分に下げることができる。これにより、スケール部２の回動状態の検出精度、すなわちエンコーダー１の検出精度をより高めることができる。
【００５３】
また、図９に示す撮像領域ＲＩは撮像素子３１によって撮像される領域である。この撮像領域ＲＩは、周方向ＤＣに長軸を持つ略長方形に設定されている。そして、マーク集合体２１の半径方向ＤＲにおける長さは、図９に示すように、撮像領域ＲＩの半径方向ＤＲにおける長さよりも長くなるように設定されている。
【００５４】
これにより、マーク集合体２１では、半径方向ＤＲに複数の特定パターン２２を分布させることができる。また、１つの特定パターン２２は、図９に示す撮像領域ＲＩに収まるサイズに設定されており、かつ、マーク集合体２１は、撮像領域ＲＩからはみ出すように、半径方向ＤＲに沿って並ぶ複数の特定パターン２２を含むものとなる。その結果、マーク集合体２１の半径方向ＤＲに対する撮像領域ＲＩの位置が図９に示す位置からずれたとしても、別の特定パターン２２（個別パターンＵＰ）を撮像領域ＲＩ中に捉えることが可能になる。
【００５５】
換言すれば、半径方向ＤＲに十分な長さを有し、かつ、半径方向ＤＲに複数の特定パターン２２が配置されてなるマーク集合体２１は、撮像領域ＲＩからマーク集合体２１がはみ出ることを前提にしているため、スケール部２に対する撮像領域ＲＩの位置ずれを許容する。このため、例えば基台１１０に第１アーム１２０を組み付ける際、スケール部２に対する撮像素子３１の組み付け位置の要求精度を下げることができる。その結果、組み立てが容易なエンコーダー１を実現することができる。
【００５６】
以上のように、エンコーダー１は、複数のドット２０（マーク）が集合しているマーク集合体２１を複数有し、マーク集合体２１が周方向ＤＣ（第１方向）に並んでおり、周方向ＤＣに移動するスケール部２と、マーク集合体２１の一部を撮像して撮像画像（撮像した結果）を出力する撮像素子３１と、撮像画像に対してテンプレートマッチングを行い、周方向ＤＣにおけるスケール部２の位置を求める処理を行う処理部５と、を有する。そして、このエンコーダー１では、周方向ＤＣと垂直な方向である半径方向ＤＲ（第２方向）において、マーク集合体２１の長さは、撮像素子３１が撮像する領域（撮像領域ＲＩ）の長さよりも長く設定されている。また、複数のマーク集合体２１のうち、１つを第１集合体２１１とし、残りを第２集合体２１２としたとき、第１集合体２１１は、テンプレートマッチングの基準画像になる個別パターンＵＰを含み、第２集合体２１２は、個別パターンＵＰと同一のパターンを含まない。
【００５７】
このようなエンコーダー１は、撮像素子３１とスケール部２との相対位置がずれても、撮像領域ＲＩには個別パターンＵＰが含まれることになるので、高い検出精度を維持することができる。また、例えば基台１１０に第１アーム１２０を組み付ける際、スケール部２に対する撮像素子３１の位置ずれを許容し得るため、組み立てが容易である。さらに、マーク集合体２１同士が周方向ＤＣで互いに離れているため、パターンを誤検出することが少なくなり、個別パターンＵＰの検出精度が高いものとなる。マーク集合体２１同士が周方向ＤＣで互いに離れている距離は、マーク集合体２１の幅以上であることが望ましい。
【００５８】
次に、個別パターンＵＰについて詳述する。
図７に示す個別パターンＵＰは、半径方向ＤＲにおいて並ぶ複数の列状パターン２００のうち、半径方向ＤＲにおいて隣り合う４つの列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄで構成されたパターンである。
【００５９】
これらの４つの列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄは、それぞれ、周方向ＤＣに並ぶ４つのドット２０で構成されている。具体的には、図７に示す列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄに含まれるドット２０は、それぞれ、等間隔に設定された４つの基準位置ＳＴＰ、または、各基準位置ＳＴＰから図７の右側（周方向ＤＣの一端側）に向かってずらしたシフト位置ＳＦＰ、のいずれかに配置されている。
【００６０】
より具体的には、図７に示す第１集合体２１１では、図７の左側から右側に向かって、基準位置ＳＴＰ１、シフト位置ＳＦＰ１、基準位置ＳＴＰ２、シフト位置ＳＦＰ２、基準位置ＳＴＰ３、シフト位置ＳＦＰ３、基準位置ＳＴＰ４、および、シフト位置ＳＦＰ４が、この順で並ぶように設定されている。そして、４つのドット２０のうち、１つは、基準位置ＳＴＰ１とシフト位置ＳＦＰ１のいずれかに配置され、１つは、基準位置ＳＴＰ２とシフト位置ＳＦＰ２のいずれかに配置され、１つは、基準位置ＳＴＰ３とシフト位置ＳＦＰ３のいずれかに配置され、１つは、基準位置ＳＴＰ４とシフト位置ＳＦＰ４のいずれかに配置されている。
【００６１】
図７の例では、１つの列状パターン２００Ａに含まれる４つのドット２０を、図７の左側から順にドット２０１Ａ、２０２Ａ、２０３Ａ、２０４Ａとする。この列状パターン２００Ａでは、ドット２０１Ａが基準位置ＳＴＰ１に配置され、ドット２０２Ａが基準位置ＳＴＰ２に配置され、ドット２０３Ａが基準位置ＳＴＰ３に配置され、ドット２０４Ａがシフト位置ＳＦＰ４に配置されている。このような列状パターン２００Ａは、４ビットの識別子として扱うことができる。これにより、列状パターン２００Ａを他の列状パターン２００と識別することが可能になる。なお、図７では、説明の便宜上、列状パターン２００Ａに「Ａ」という記号を付している。
【００６２】
また、図７の半径方向ＤＲにおいて列状パターン２００Ａに隣り合う列状パターン２００を列状パターン２００Ｂとする。そして、図７に示す列状パターン２００Ｂに含まれる４つのドット２０を、図７の左側から順にドット２０１Ｂ、２０２Ｂ、２０３Ｂ、２０４Ｂとする。この列状パターン２００Ｂでは、ドット２０１Ｂが基準位置ＳＴＰ１に配置され、ドット２０２Ｂがシフト位置ＳＦＰ２に配置され、ドット２０３Ｂがシフト位置ＳＦＰ３に配置され、ドット２０４Ｂが基準位置ＳＴＰ４に配置されている。このような列状パターン２００Ｂは、４ビットの識別子として扱うことができる。これにより、列状パターン２００Ｂを他の列状パターン２００と識別することが可能になる。なお、図７では、説明の便宜上、列状パターン２００Ｂに「Ｂ」という記号を付している。
【００６３】
また、図７の半径方向ＤＲにおいて列状パターン２００Ｂに隣り合う列状パターン２００を列状パターン２００Ｃとする。そして、図７に示す列状パターン２００Ｃに含まれる４つのドット２０を、図７の左側から順にドット２０１Ｃ、２０２Ｃ、２０３Ｃ、２０４Ｃとする。この列状パターン２００Ｃでは、ドット２０１Ｃがシフト位置ＳＦＰ１に配置され、ドット２０２Ｃがシフト位置ＳＦＰ２に配置され、ドット２０３Ｃがシフト位置ＳＦＰ３に配置され、ドット２０４Ｃが基準位置ＳＴＰ４に配置されている。このような列状パターン２００Ｃは、４ビットの識別子として扱うことができる。これにより、列状パターン２００Ｃを他の列状パターン２００と識別することが可能になる。なお、図７では、説明の便宜上、列状パターン２００Ｃに「Ｃ」という記号を付している。
【００６４】
また、図７の半径方向ＤＲにおいて列状パターン２００Ｃに隣り合う列状パターン２００を列状パターン２００Ｄとする。そして、図７に示す列状パターン２００Ｄに含まれる４つのドット２０を、図７の左側から順にドット２０１Ｄ、２０２Ｄ、２０３Ｄ、２０４Ｄとする。この列状パターン２００Ｄでは、ドット２０１Ｄが基準位置ＳＴＰ１に配置され、ドット２０２Ｄが基準位置ＳＴＰ２に配置され、ドット２０３Ｄが基準位置ＳＴＰ３に配置され、ドット２０４Ｄが基準位置ＳＴＰ４に配置されている。このような列状パターン２００Ｄは、４ビットの識別子として扱うことができる。これにより、列状パターン２００Ｄを他の列状パターン２００と識別することが可能になる。なお、図７では、説明の便宜上、列状パターン２００Ｄに「Ｄ」という記号を付している。
【００６５】
以上のようにして、本実施形態では、図７に示す複数の列状パターン２００を、列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄの４種類のパターンに分けることができる。図７では、説明の便宜上、「ＡＢＣＤ」という記号を付している。
【００６６】
ここで、図７に示す第１集合体２１１では、半径方向ＤＲにおいて「ＡＢＣＤ」という記号の配列が複数回繰り返されるように、列状パターン２００を並べている。すなわち、第１集合体２１１に含まれる複数の列状パターン２００は、明暗の変化が互いに異なる「Ａ」（第１パターン）、「Ｂ」（第２パターン）、「Ｃ」および「Ｄ」で構成された「ＡＢＣＤ」の配列を含んでおり、かつ、「ＡＢＣＤ」の配列は、半径方向ＤＲにおいて周期的に配置されている。すなわち、列状パターン２００が半径方向ＤＲにおいて周期的に配置されている。その結果、第１集合体２１１は、個別パターンＵＰとして、互いに同一である「ＡＢＣＤ」の配列を複数有している。
【００６７】
このように「ＡＢＣＤ」の配列が半径方向ＤＲにおいて周期的に配置されていることにより、スケール部２に対する撮像領域ＲＩの位置ずれを許容することができる。すなわち、スケール部２には、半径方向ＤＲに沿って「ＡＢＣＤ」の配列が複数存在しているため、スケール部２に対する撮像領域ＲＩの位置がずれたとしても、撮像領域ＲＩはいずれかの「ＡＢＣＤ」の配列を捉えることができる。このため、位置ずれがあった場合でも第１集合体２１１を一意に特定することができる。したがって、位置ずれがある程度許容される分、組み立てが容易なエンコーダー１を実現することができる。
【００６８】
一方、図７に示すように、半径方向ＤＲにおいて「ＡＢＣＤ」の配列が複数回繰り返されている場合、「ＡＢＣＤ」の配列のみを個別パターンＵＰに設定するのではなく、「ＢＣＤＡ」、「ＣＤＡＢ」または「ＤＡＢＣ」のように、先頭の記号をずらした配列についても、「ＡＢＣＤ」の配列と等価であるとみなすようにしてもよい。なお、個別パターンＵＰをこのように設定した場合でも、第２集合体２１２は、この個別パターンＵＰと等価のパターン、すなわち「ＡＢＣＤ」、「ＢＣＤＡ」、「ＣＤＡＢ」および「ＤＡＢＣ」の全てを含んでいない。
【００６９】
このようにすれば、図９に示す撮像領域ＲＩが「ＡＢＣＤ」、「ＢＣＤＡ」、「ＣＤＡＢ」および「ＤＡＢＣ」のうちのいずれかを識別したことをもって、個別パターンＵＰを捉えたとみなすことができる。このため、テンプレートマッチングのアルゴリズムをより簡略化することができ、処理部５や記憶部６の簡素化およびテンプレートマッチングの高速化を図ることができる。
【００７０】
なお、本実施形態に係る列状パターン２００の場合、前述したように４ビットの識別子として扱うことができる。そして、個別パターンＵＰは、その列状パターン２００を４つ有していることから、識別子として十分な情報量を有している。すなわち、本実施形態に係る列状パターン２００は、「ＡＢＣＤ」以外の記号、例えばＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ・・・を付与可能な種類を取り得る。このため、多数のマーク集合体２１を配置した場合でも、各マーク集合体２１に含まれる特定パターン２２を、マーク集合体２１同士で互いに異ならせることができる。
【００７１】
また、図７に示す第１集合体２１１では、半径方向ＤＲにおいて「ＡＢＣＤ」という記号の配列が複数回繰り返されるように列状パターン２００が並べられているが、第１集合体２１１はこれに限定されない。例えば、第１集合体２１１が互いに異なる複数の個別パターンを含んでいる場合、互いに同一の個別パターンＵＰ、つまり「ＡＢＣＤ」という記号の配列を複数含んでいることを要しない。
【００７２】
図８は、第１集合体２１１と、それに隣り合う２つの第２集合体２１２とで、特定パターン２２の例を比較した図である。この例では、説明の便宜上、図８において第１集合体２１１の左側に隣り合う第２集合体２１２に含まれる特定パターン２２に「ＥＦＧＨ」という記号を付している。また、同様に、図８において第１集合体２１１の右側に隣り合う第２集合体２１２に含まれる特定パターン２２に「ＤＢＧＥ」という記号を付している。
【００７３】
このようにして、図８では、各マーク集合体２１に対し、固有な特定パターン２２が配置されている。その結果、多数のマーク集合体２１の中から、第１集合体２１１を一意に特定することが可能になる。
【００７４】
なお、特定パターン２２が有する列状パターン２００の数をさらに増やすことにより、特定パターン２２の識別子としての情報量を増やすことができる。これにより、スケール部２に配置することができるマーク集合体２１の数、すなわち、図４に示すマーク集合体２１の数を増やすことができる。その結果、エンコーダー１の分解能を高めることができる。
【００７５】
また、図７に示す個別パターンＵＰでは、１６個のドット２０の配置によってビットを表現している。そして、本実施形態では、このドット２０の個数が他の特定パターン２２でも同数になっている。このため、各特定パターン２２では、撮像画像において暗部と明部の面積比率を一定の範囲に収めることができる。これにより、テンプレートマッチングのアルゴリズムをより簡略化することができ、処理部５や記憶部６の簡素化およびテンプレートマッチングの高速化を図ることができる。
【００７６】
さらには、このような特定パターン２２によれば、撮像画像におけるドット２０と背景との境界線の長さを、特定パターン２２同士の間で一定の範囲に収めることができる。これにより、特定パターン２２間で、テンプレートマッチングにおけるドット２０の検出精度のバラつきを抑えることができる。その結果、エンコーダー１の検出精度が大きく変化してしまうのを防止することができる。
【００７７】
なお、以上のような第１集合体２１１と第２集合体２１２との関係は、スケール部２が有する各マーク集合体２１のいずれが第１集合体２１１になった場合でも成り立つものである。したがって、記憶部６には、互いにパターンが異なった、少なくともマーク集合体２１の数に等しい数の固有の個別パターンＵＰが記憶されており、テンプレートマッチングによって第１集合体２１１の位置を一意に特定することができる。このようにしてスケール部２の回動状態を検出することができる。
【００７８】
また、本実施形態では、図７に示す４つの列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄの全体が、個別パターンＵＰに含まれている。すなわち、図７に示す個別パターンＵＰの左上隅では、基準位置ＳＴＰ１にドット２０が配置されており、そのドット２０の上端および左端と個別パターンＵＰの上端および左端とが重なっている。また、図７に示す個別パターンＵＰの右下隅において、シフト位置ＳＦＰ４にドット２０が配置されたことを想定したとすると、そのドット２０の下端および右端と個別パターンＵＰの下端および右端とが重なっているのが好ましい。このような条件を満たすように個別パターンＵＰを設定することにより、個別パターンＵＰを撮像するのに必要な画素数を抑えつつ、併せて、個別パターンＵＰに識別子としての十分な情報量を持たせることができる。また、画素数が抑えられることによってテンプレートマッチングに関する演算時間を短縮することができる。そのため、第１アーム１２０の第１軸Ｊ１まわりの角速度が速い場合においても、高精度な検出を応答性よく行うことができる。
【００７９】
なお、図７に示す列状パターン２００は、周方向ＤＣにおける基準位置ＳＴＰ、および、基準位置ＳＴＰから図７の右側（周方向ＤＣの一端側）に向かってずらしたシフト位置ＳＦＰのうち、一方に配置された明部と、他方に配置された暗部と、を一組とする明暗マークセットＭＳが、周方向ＤＣに並べられたパターンともいえる。すなわち、列状パターン２００は、明部と暗部とが周方向ＤＣに並んだ明暗マークセットを複数有している。この明暗マークセットＭＳは、１ビットの識別子となる。また、４つの列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄを構成するドット２０（マーク）は全て円形であり外径も等しい。つまり、同一のドット２０によって複数の列状パターン２００がそれぞれ構成されている。
【００８０】
この場合、基準位置ＳＴＰからシフト位置ＳＦＰまでのシフト量をＳＦ［μｍ］とし、撮像素子３１の画素ピッチをｐ［μｍ］とし、撮像素子３１の撮像倍率をｍとしたとき、スケール部２は、ＳＦ≧２ｐ／ｍの関係を満たすことが好ましく、具体的にはＳＦ≧１０μｍであるのが好ましい。すなわち、シフト量ＳＦとは、半径方向ＤＲに並んだ複数の明暗マークセットにおいて、互いの明部同士のずれ量または暗部同士のずれ量と言うことができる。言い換えれば、半径方向ＤＲに並んだ複数の列状パターンにおいて、半径方向ＤＲに並んだドット２０同士のずれ量がシフト量ＳＦである。例えば、ドット２０１Ａ、２０１Ｂおよび２０１Ｄに対するドット２０１Ｃのずれ量であり、またドット２０２Ａ、２０２Ｄに対するドット２０２Ｂ、２０２Ｃのずれ量もシフト量ＳＦである。
【００８１】
このような関係を満たすスケール部２では、画素ピッチｐをスケール部２に投影したと仮定したとき、その投影された画素ピッチに比べてシフト量ＳＦを十分に長く確保することができる。このため、テンプレートマッチングにおいて、例えばドット２０が基準位置ＳＴＰに配置されているにもかかわらずシフト位置ＳＦＰに配置されている、と誤判定する確率を低下させることができる。このため、列状パターン２００は、識別子としての識別率が高いものとなり、エンコーダー１の検出精度を向上させることができる。
【００８２】
また、ドット２０の外径をｄ［μｍ］とし、撮像素子３１の画素ピッチをｐ［μｍ］とし、撮像素子３１の撮影倍率をｍとしたとき、スケール部２は、ｄ≧４ｐ／ｍの関係を満たすことが好ましく、具体的にはｄ≧２０μｍであるのが好ましい。
【００８３】
このような関係を満たすスケール部２では、スケール部２の撮像画像においてドット２０のコントラストを高めることができる。このため、テンプレートマッチングにおける識別率および応答性をより高めることができ、エンコーダー１の検出精度の向上を図ることができる。
【００８４】
また、ドット２０同士の最小の間隔をｓ［μｍ］とし、撮像素子３１の画素ピッチをｐ［μｍ］とし、撮像素子３１の撮影倍率をｍとしたとき、スケール部２は、ｓ≧２ｐ／ｍの関係を満たすことが好ましく、具体的にはｓ≧１０μｍであるのが好ましい。
【００８５】
このような関係を満たすスケール部２では、画素ピッチｐをスケール部２に投影したと仮定したとき、その投影された画素ピッチに比べてドット２０同士の最小の間隔ｓを十分に長く確保することができる。このため、撮像画像においてドット２０と背景との境界線がより明瞭になり、テンプレートマッチングにおけるドット２０の識別率をより高めることができる。
【００８６】
なお、ドット２０同士の最小の間隔ｓは、周方向ＤＣにおけるドット２０同士の間隔の最小値のことをいう。
【００８７】
また、マーク集合体２１におけるドット２０（マーク）の外径の平均値をａとしたとき、ドット２０の外径ｄは、０．８ａ以上１．２ａ以下であるのが好ましく、０．９ａ以上１．１ａ以下であるのがより好ましい。このようなドット２０は、その外径ｄが平均値ａに近い値になっていることから、外径ｄがほぼ一定であるとみなすことができる。したがって、ドット２０は、その作成にあたって位置や外径、形状等を安定させやすいものとなる。このため、テンプレートマッチングにおける識別率および応答性をより高めることができ、エンコーダー１の検出精度の向上を図ることができる。
【００８８】
なお、ドット２０の外径ｄとは、スケール部２の撮像画像におけるドット２０の円相当径のことをいう。また、ドット２０の外径ｄの平均値ａとは、１００個以上のドット２０の外径ｄについての平均値である。
【００８９】
また、前述したように、エンコーダー１は、スケール部２が配置され、かつ、第１軸Ｊ１（回動軸）まわりに回動することにより、マーク集合体２１を周方向ＤＣ（第１方向）に移動させる回動部である第１アーム１２０を有している。これにより、マーク集合体２１は、周方向ＤＣに回動することとなり、エンコーダー１は、スケール部２の回動状態を検出することが可能になる。したがって、エンコーダー１は、ロータリーエンコーダーとして機能する。
【００９０】
なお、列状パターン２００に含まれるドット２０の数は、列状パターン２００同士で互いに異なっていてもよいが、互いに同じであることが好ましい。これにより、撮像画像におけるドット２０と背景との境界線の長さが、列状パターン２００同士で互いに近い長さとなる。このため、テンプレートマッチングにおけるドット２０の識別率が安定し、エンコーダー１の検出精度の向上を図ることができる。
【００９１】
また、図７に示す列状パターン２００および個別パターンＵＰにおけるドット２０の数、配置等は、一例であり、これに限定されるものではない。
【００９２】
また、ドット２０の色度や明度は、特に限定されず、いかなる色度や明度であってもよいが、スケール部２のドット２０以外の部分、すなわちドット２０の背景の色度や明度と異なることが好ましく、具体的にはドット２０を黒色または暗色にし、背景を白色または明色にする、またはその反対の組み合わせにすることがより好ましい。これにより、撮像素子３１の撮像画像のコントラストを高めることができ、その結果、検出精度を向上させることができる。
【００９３】
また、ドット２０の形状は、各図では円形としているが、これに限定されず、例えば、楕円形、円環、三角形、四角形、星形、異形状等であってもよく、数字、文字、記号、符号、しるし、標章、図案等であってもよい。さらに、互いに形状の異なるドット２０が混在していてもよい。その場合、形状の違いでビットを表現することも可能である。
【００９４】
また、本実施形態では、ドット２０のビットが２値、すなわちドット２０の配置が基準位置ＳＴＰまたはシフト位置ＳＦＰのいずれかであるが、ドット２０のビットは３値やそれ以上の多値であってもよい。その場合、ドット２０の配置ではなく、色度や明度を変えることにより、ドット２０のビットの多値化を図るようにしてもよい。
【００９５】
例えば、ドット２０に複数の色相を用い、ドット２０同士で色相を異ならせるようにしてもよい。その場合、スケール部２を照らす照明光の波長を経時的に変化させ、複数の色相のうちの照明光の波長に応じた特定の色相のみが撮像されるようにしてもよい。これにより、色相の違いでもビットを表現することが可能になる。また、撮像素子３１としてカラー画像を撮像可能な素子を用いた場合には、白色または単色の照明光を用いたとしても、ドット２０同士の色相の違いを判別することが可能になる。
【００９６】
さらに、スケール部２のドット２０は、撮像素子３１によって撮像可能なドット２０であれば、いかなる方法で形成されたものであってもよい。ドット２０の形成方法としては、例えば、染料や顔料等のインクを用いた印刷法、マスター型を転写する転写法、フォトリソグラフィーとエッチングとを組み合わせた方法等が挙げられる。
【００９７】
（テンプレートマッチングおよびそれを用いた回動状態の推定）
以下、処理部５におけるテンプレートマッチングおよびそれを用いた回動状態の推定について詳述する。なお、以下では、回動状態として回動角度を推定する場合を代表的に説明する。
【００９８】
−基準画像の取得−
エンコーダー１では、テンプレートマッチングを用いて基台１１０に対する第１アーム１２０の回動状態を推定するのに先立って、当該テンプレートマッチングに用いる基準画像を取得する。この基準画像の取得は、最初のテンプレートマッチングの前に１回行うだけでよいが、その後必要に応じて適時行ってもよい。その場合、テンプレートマッチングに用いる基準画像を、新たに取得した基準画像に更新することができる。
【００９９】
基準画像を取得する際には、第１アーム１２０を基台１１０に対して第１軸Ｊ１まわりに適宜回動させ、撮像素子３１で複数の特定パターン２２を特定パターン２２ごとに撮像する。そして、得られた各撮像画像をトリミングすることにより、特定パターン２２ごとの基準画像を生成する。生成された基準画像は、その画素座標情報および角度情報とともにこれらに対応付けられて記憶部６に記憶される。以下、図１０に基づいて、この点を詳述する。
【０１００】
図１０は、図２に示すエンコーダーが備える撮像素子の撮像画像を説明するための図である。
【０１０１】
第１アーム１２０が基台１１０に対して第１軸Ｊ１まわりに回動すると、例えば、図１０に示すように、撮像素子３１の撮像画像Ｇ内に映っている特定パターン２２の画像である特定パターン画像２２Ａは、撮像画像Ｇ内を円弧Ｃ１、Ｃ２に沿って移動する。ここで、円弧Ｃ１は、基台１１０に対する第１アーム１２０の回動に伴って特定パターン画像２２Ａの図１０中下端が描く軌跡であり、円弧Ｃ２は、基台１１０に対する第１アーム１２０の回動に伴って特定パターン画像２２Ａの図１０中上端が描く軌跡である。また、図１０は、図９に示す撮像領域ＲＩ内に、互いに異なるマーク集合体２１に属する３つの特定パターン２２が含まれている場合を図示している。そして、これに対応するように、図１０に示す撮像画像Ｇには、特定パターン画像２２Ａの他に、特定パターン画像２２Ａに対して周方向での一方側に位置する特定パターン画像２２Ｂと、他方側に位置する特定パターン画像２２Ｘとが含まれている。
【０１０２】
ここで、撮像素子３１が撮像することにより得られる撮像画像Ｇは、撮像領域ＲＩに対応した形状であって、Ｘ軸方向に沿って延びている２つの辺とＹ軸方向に沿って延びている２つの辺とを有する矩形をなしている。また、撮像画像ＧのＸ軸方向に沿って延びている２つの辺は、円弧Ｃ１、Ｃ２にできるだけ沿うように配置されている。また、撮像画像Ｇは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に行列状に並んでいる複数の画素を有する。ここで、画素の位置は、Ｘ軸方向での画素の位置を示す「Ｘ」、および、Ｙ軸方向での画素の位置を示す「Ｙ」で表される画素座標系（Ｘ，Ｙ）で表される。また、撮像画像Ｇの外周部を除いた中央領域を有効視野領域ＲＵとし、有効視野領域ＲＵの図中左上端の画素が画像座標系（Ｘ，Ｙ）の原点画素（０，０）に設定されている。
【０１０３】
例えば、特定パターン画像２２Ａに対応する基準画像ＴＡを生成する場合、第１アーム１２０を基台１１０に対して適宜回動させ、特定パターン画像２２Ａを有効視野領域ＲＵ内の所定位置、すなわち図１０ではＸ軸方向での有効視野領域ＲＵの中央に設定された中心線ＬＹ上に位置させる。ここで、特定パターン画像２２Ａが当該所定位置に位置するときの、基台１１０に対する第１アーム１２０の回動角度θＡ０は、測定等により事前に取得されている。
【０１０４】
このような図１０に示す撮像画像Ｇを、特定パターン画像２２Ａを包含する必要最小限の範囲となるような矩形の画素範囲でトリミングすることにより、基準画像ＴＡ、すなわち特定パターン２２を検出するためのテンプレートを得る。得られた基準画像ＴＡは、記憶部６に記憶される。このとき、基準画像ＴＡは、前述した回動角度θＡ０に関する角度情報、および、基準画像ＴＡの画素範囲における基準画素、すなわち図１０の基準画像ＴＡの左上端の画素の画素座標である基準画素座標（ＸＡ０，ＹＡ０）に関する画素情報とともに、これらに対応付けられて記憶される。これにより、基準画像ＴＡ、角度情報および画素座標情報は、テンプレートマッチングに用いる１つのテンプレートセットとなる。ここで、エンコーダー１がアブソリュート型である場合、このテンプレートセットにおける角度情報は絶対角度である。また、エンコーダー１がインクリメント型である場合、このテンプレートセットにおける角度情報は相対角度である。
【０１０５】
なお、基準画像ＴＡの画素数は、テンプレートマッチングに関する演算時間を左右する。このため、テンプレートとして十分な情報量を有することを前提に、画素数はできるだけ少ない方が好ましい。一例として、１００〜１０００画素程度であるのが好ましい。これにより、例えばＡＳＩＣまたはＦＰＧＡを用いて回路部４をハードウエア化することがより容易になり、エンコーダー１の検出時間の短縮を図ることができる。
【０１０６】
また、有効視野領域ＲＵの半径方向ＤＲにおける長さは、特定パターン２２の半径方向ＤＲにおける長さの１倍以上２倍未満であるのが好ましい。これにより、有効視野領域ＲＵは、半径方向ＤＲに並ぶ複数の特定パターン２２のうち、いずれか１つを確実に捉えることができる。その上で、有効視野領域ＲＵにおいて、２つ以上の特定パターン２２を同時に捉えるおそれがなくなる。その結果、スケール部２に対する撮像素子３１の位置合わせを厳密に行わなくても、１つのマーク集合体２１において１つの特定パターン２２のみを同定することができる。これにより、エンコーダー１の検出精度のさらなる向上を図ることができる。
【０１０７】
−テンプレートマッチングを用いた回動状態の推定−
次に、図１１ないし図１４に基づいて、前述したように生成した基準画像ＴＡを用いたテンプレートマッチングについて説明する。
【０１０８】
図１１は、図１０に示す撮像画像内に設定される探索領域でのテンプレートマッチングを説明するための図である。図１２は、テンプレートマッチングの際に相関値が最大または最小となる状態から１画素分ずれた状態を示す図である。図１３は、テンプレートマッチングの際に相関値が最大または最小となる状態を示す図である。図１４は、テンプレートマッチングの際に相関値が最大または最小となる状態から図１２に示す状態とは反対側に１画素分ずれた状態を示す図である。
【０１０９】
図１１に示すように、有効視野領域ＲＵ内に特定パターン画像２２Ａが存在しているとき、基準画像ＴＡを用いて有効視野領域ＲＵの画像に対してテンプレートマッチングを行う。本実施形態では、有効視野領域ＲＵ全域を探索領域ＲＳとし、探索領域ＲＳに基準画像ＴＡを重ね、探索領域ＲＳに対して基準画像ＴＡを一画素ずつずらしながら、探索領域ＲＳと基準画像ＴＡとの重なり部分の相関値を算出する。ここで、基準画像ＴＡは、その基準画素の画素座標を開始座標ＰＳ（原点画素Ｐ０）から終了画素ＰＥまで１画素ずつ移動し、探索領域ＲＳ全域の画素について、探索領域ＲＳと基準画像ＴＡとの重なり部分の相関値が基準画像ＴＡの基準画素の画素座標ごとに算出される。そして、算出された相関値は、撮像画像データと基準画像データとの相関値データとして、基準画像ＴＡの基準画素の画素座標に対応付けされて記憶部６に記憶される。
【０１１０】
次に、記憶部６に記憶されている画素座標ごとの複数の相関値のうち、最大値となる相関値を選択し、その選択された相関値となる基準画像ＴＡの画素座標（ＸＡ１，ＹＡ１）を特定パターン画像２２Ａの画素座標として決定する。このようにして、撮像画像Ｇ内での特定パターン画像２２Ａの位置を検出することができる。
【０１１１】
ここで、特定パターン画像２２Ａの画素座標を求める際、サブピクセル推定法を用いることが好ましい。相関値が最大となる近傍では、図１２ないし図１４に示すように、特定パターン画像２２Ａに対して基準画像ＴＡが重なる。図１３に示す状態は、図１２、１４に示す状態（図１３に示す状態から１画素ずれた状態）よりも相関値が大きく、相関値が最も大きくなる。しかし、図１３に示す状態のように、特定パターン画像２２Ａに対して基準画像ＴＡが完全に一致せずにずれて重なる場合、図１３に示す状態を特定パターン画像２２Ａの画素位置と判断すると、そのずれが誤差となる。このずれは、最大で１画素あたりの視野サイズＢＸとなる。すなわち、サブピクセル推定法を用いない場合、１画素あたりの視野サイズＢＸが最小の分解能（精度）となる。これに対し、サブピクセル推定法を用いると、１画素あたりの視野サイズＢＸごとの相関値を放物線や等角直線等でフィッティングし、これらの相関値間（画素ピッチ間）を補完（近似）することができる。そのため、より高精度に特定パターン画像２２Ａの画素座標を求めることができる。なお、前述した説明では、相関値が最大となる画素座標が特定パターン画像２２Ａの画素位置となる場合を例に説明したが、相関値が最小となる画素座標が特定パターン画像２２Ａの画素位置となるようにテンプレートマッチングを行うことも可能である。
【０１１２】
このように、処理部５は、撮像画像Ｇの一部の領域である有効視野領域ＲＵに探索領域ＲＳを設定し、探索領域ＲＳ内でテンプレートマッチングを行う。これにより、テンプレートマッチングに用いる探索領域ＲＳの画素数を少なくし、テンプレートマッチングに関する演算時間を短縮することができる。そのため、第１アーム１２０の第１軸Ｊ１まわりの角速度が速い場合においても、高精度な検出を応答性よく行うことができる。また、探索領域ＲＳの画素数を少なくすることで、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡを用いて回路部４をハードウエア化することがより容易になる。さらに、撮像素子３１と特定パターン２２との間に配置されている光学系３２の収差によって、撮像画像Ｇの外周部分の歪やボケが大きくなっても、そのような歪やボケの少ない領域を探索領域ＲＳとして用いることで、検出精度の低下を低減することができる。なお、撮像画像Ｇ全域を用いて基準画像ＴＡの生成およびテンプレートマッチングを行ってもよいが、この場合、必要に応じて、収差を考慮した補正を行うことが好ましい。
【０１１３】
なお、本実施形態では、撮像領域ＲＩと第１軸Ｊ１との間の距離が十分に長いため、撮像画像Ｇ内において、円弧Ｃ１、Ｃ２は、それぞれ、ほぼ直線に近似することができる。したがって、撮像画像Ｇ内において、特定パターン画像２２Ａの移動方向は、Ｘ軸方向に一致していると考えることができる。
【０１１４】
そうすると、図１１に示す特定パターン画像２２Ａは、基準画素座標（ＸＡ０，ＹＡ０）にある基準画像ＴＡに対してＸ軸方向に画素数（ＸＡ１−ＸＡ０）分ずれた位置にあることとなる。したがって、撮像領域ＲＩの中心と第１軸Ｊ１との間の距離をｒとし、撮像素子３１の１画素に対応する撮像領域ＲＩ上の領域のＸ軸方向での幅（撮像素子３１の１画素あたりの視野サイズ）をＷとしたとき、基台１１０に対する第１アーム１２０の回動角度θは、下記式（１）を用いて求めることができる。
【０１１５】
【数１】
2020051940.tif 000003
【０１１６】
この式（１）において、（ＸＡ１−ＸＡ０）×Ｗは、基準画像ＴＡの基準画素座標（ＸＡ０，ＹＡ０）に対応する実位置と、前述した相関値が最大値となる基準画像ＴＡの画素座標（ＸＡ１，ＹＡ１）に対応する実位置との間の距離に相当する。また、２ｒπは、基台１１０に対して第１アーム１２０が３６０°回転したときの特定パターン２２の軌跡の長さ（円周の長さ）に相当する。なお、θＡ０は、前述したように、特定パターン画像２２Ａが所定位置に位置するときの、基台１１０に対する第１アーム１２０の回動角度である。また、回動角度θは、第１アーム１２０が基台１１０に対して基準状態（０°）から回動した角度である。
【０１１７】
以上のようなテンプレートマッチングおよびそれを用いた回動角度θの算出を、随時、他の特定パターン２２についても同様に行う。回路部４には、あらかじめ任意の回動角度θにおいて、有効視野領域ＲＵ内に少なくとも１つの特定パターン２２が欠けなく映り、かつ、テンプレートマッチング可能なように各特定パターン２２に対応した基準画像が登録されている。これにより、テンプレートマッチングが不可能な角度範囲が生じることを防止することができる。
【０１１８】
前述した図１０では、任意の回動角度θにおいて、有効視野領域ＲＵ内に１つの特定パターン２２が欠けなく映るように、特定パターン２２および有効視野領域ＲＵが構成されているが、任意の回動角度θにおいて、有効視野領域ＲＵ内に複数のマーク集合体２１の各特定パターン２２が欠けなく映るように、マーク集合体２１および有効視野領域ＲＵが構成されていることが好ましい。すなわち、図１０に示す有効視野領域ＲＵは、複数のマーク集合体２１を同時に捉え得る程度の長さを有している。この場合、有効視野領域ＲＵ内に映っている複数の特定パターン２２に対して同時にテンプレートマッチングが可能となるように、互いに隣り合う２つ以上の特定パターン２２に対応する２つ以上の基準画像を用いてテンプレートマッチングを行うようにしてもよい。これにより、エンコーダー１の検出時間の短縮を図ることができる
【０１１９】
また、撮像素子３１は、前述したように、複数のマーク集合体２１のうちの２つ以上を１枚の画像として撮像し得る視野を有することが好ましい。これにより、撮像画像Ｇに映っている少なくとも２つの特定パターン２２のうちの一方の特定パターン２２が汚れ等により正確に読み取られない状態になっていたとしても、他方の特定パターン２２を読み取って検出を行うことができる。そのため、高精度な検出精度を担保しやすいという利点がある。このように、処理部５は、探索領域ＲＳに対して複数の基準画像を同時に用いてテンプレートマッチングを行うことが好ましい。これにより、検出精度を高めることができる。
【０１２０】
＜第２実施形態＞
図１５は、第２実施形態に係るエンコーダーが備えるスケール部について説明するための模式図である。
【０１２１】
以下、第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１５において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１２２】
本実施形態に係るスケール部２Ａは、特定パターン２２が異なる以外、第１実施形態に係るスケール部２と同様である。具体的には、第１実施形態に係るスケール部２では、ドット２０の配置によってビットを表現しているのに対し、本実施形態に係るスケール部２Ａでは、ドット２０同士の間隙の長さによってビットを表現している点が相違している。
【０１２３】
図１５に示す個別パターンＵＰは、前述した図７に示す個別パターンＵＰと同様、半径方向ＤＲにおいて並ぶ複数の列状パターン２００のうち、半径方向ＤＲにおいて隣り合う４つの列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄで構成されたパターンである。
【０１２４】
図１５に示すこれら４つの列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄは、それぞれ、周方向ＤＣに並ぶ５つのドット２０で構成されている。具体的には、図１５に示す列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄは、それに含まれるドット２０同士の間隙の長さが１単位長さまたは２単位長さのいずれかになるように、ドット２０が配置されている。４つの列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄは、ドット２０同士の間隙を４つ含んでいるため、４ビットの識別子として扱うことができる。
【０１２５】
より具体的には、図１５に示す第１集合体２１１において、図１５の左側から右側に向かって、ドット２０同士の間隙の長さが１単位長さまたは２単位長さになるように、ドット２０が並んでいる。なお、２単位長さは１単位長さの２倍であり、図１５に示す破線の四角における左右方向の長さが「１単位長さ」を表している。
【０１２６】
また、５つのドット２０を含むことにより、本実施形態に係る列状パターン２００は、第１実施形態に係る列状パターン２００に比べて、ドット２０と背景との境界線をより長く含むものとなる。このため、サブピクセル推定法を用いて特定パターン画像２２Ａの画素座標を求める際、その特定精度を高めることができる。
【０１２７】
ここで、図１５に示す列状パターン２００Ａに含まれる５つのドット２０を、図１５の左側から順にドット２０１Ａ、２０２Ａ、２０３Ａ、２０４Ａ、２０５Ａとする。この列状パターン２００Ａでは、ドット２０１Ａとドット２０２Ａとの間隙２１５Ａの長さ、ドット２０２Ａとドット２０３Ａとの間隙２２５Ａの長さ、ドット２０３Ａとドット２０４Ａとの間隙２３５Ａの長さ、および、ドット２０４Ａとドット２０５Ａとの間隙２４５Ａの長さが、いずれも１単位長さである。これにより、列状パターン２００Ａを他の列状パターン２００と識別することが可能になる。なお、図１５では、説明の便宜上、列状パターン２００Ａに「Ａ」という記号を付している。
【０１２８】
また、図１５の半径方向ＤＲにおいて列状パターン２００Ａに隣り合う列状パターン２００を列状パターン２００Ｂとする。そして、図１５に示す列状パターン２００Ｂに含まれる５つのドット２０を、図１５の左側から順にドット２０１Ｂ、２０２Ｂ、２０３Ｂ、２０４Ｂ、２０５Ｂとする。この列状パターン２００Ｂでは、ドット２０１Ｂとドット２０２Ｂとの間隙２１５Ｂの長さが、２単位長さである。一方、ドット２０２Ｂとドット２０３Ｂとの間隙２２５Ｂの長さ、ドット２０３Ｂとドット２０４Ｂとの間隙２３５Ｂの長さ、および、ドット２０４Ｂとドット２０５Ｂとの間隙２４５Ｂの長さは、いずれも１単位長さである。これにより、列状パターン２００Ｂを他の列状パターン２００と識別することが可能になる。なお、図１５では、説明の便宜上、列状パターン２００Ｂに「Ｂ」という記号を付している。
【０１２９】
また、図１５の半径方向ＤＲにおいて列状パターン２００Ｂに隣り合う列状パターン２００を列状パターン２００Ｃとする。そして、図１５に示す列状パターン２００Ｃに含まれる５つのドット２０を、図１５の左側から順にドット２０１Ｃ、２０２Ｃ、２０３Ｃ、２０４Ｃ、２０５Ｃとする。この列状パターン２００Ｃでは、ドット２０１Ｃとドット２０２Ｃとの間隙２１５Ｃの長さ、および、ドット２０２Ｃとドット２０３Ｃとの間隙２２５Ｃの長さが、いずれも２単位長さである。一方、ドット２０３Ｃとドット２０４Ｃとの間隙２３５Ｃの長さ、および、ドット２０４Ｃとドット２０５Ｃとの間隙２４５Ｃの長さは、いずれも１単位長さである。これにより、列状パターン２００Ｃを他の列状パターン２００と識別することが可能になる。なお、図１５では、説明の便宜上、列状パターン２００Ｃに「Ｃ」という記号を付している。
【０１３０】
また、図１５の半径方向ＤＲにおいて列状パターン２００Ｃに隣り合う列状パターン２００を列状パターン２００Ｄとする。そして、図１５に示す列状パターン２００Ｄに含まれる５つのドット２０を、図１５の左側から順にドット２０１Ｄ、２０２Ｄ、２０３Ｄ、２０４Ｄ、２０５Ｄとする。この列状パターン２００Ｄでは、ドット２０１Ｄとドット２０２Ｄとの間隙２１５Ｄの長さ、および、ドット２０２Ｄとドット２０３Ｄとの間隙２２５Ｄの長さが、いずれも１単位長さである。一方、ドット２０３Ｄとドット２０４Ｄとの間隙２３５Ｄの長さ、および、ドット２０４Ｄとドット２０５Ｄとの間隙２４５Ｄの長さは、いずれも２単位長さである。これにより、列状パターン２００Ｄを他の列状パターン２００と識別することが可能になる。なお、図１５では、説明の便宜上、列状パターン２００Ｄに「Ｄ」という記号を付している。
【０１３１】
以上のようにして、本実施形態では、図１５に示す複数の列状パターン２００を、列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄの４種類のパターンに分けることができる。図１５では、説明の便宜上、「ＡＢＣＤ」という記号を付している。
【０１３２】
なお、前述した第１実施形態では、図７に示す４つの列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄの全体が、テンプレートマッチングにおいて基準画像になり得る特定パターン２２に含まれているが、特定パターン２２はこれに限定されない。すなわち、本実施形態では、図１５に示す４つの列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄの一部が、特定パターン２２からはみ出している。具体的には、ドット２０５Ｃの一部およびドット２０５Ｄの全部が特定パターン２２からはみ出している。このような場合であっても、本実施形態では、ドット２０同士の間隙の長さを識別子としているため、少なくとも４つの間隙が特定パターン２２に含まれていれば、識別子として機能する。
【０１３３】
なお、ドット２０同士の間隙の長さとして前述した「１単位長さ」をｓ１［μｍ］とし、撮像素子３１の画素ピッチをｐ［μｍ］とし、撮像素子３１の撮影倍率をｍとしたとき、スケール部２Ａは、ｓ１≧２ｐ／ｍの関係を満たすことが好ましく、具体的にはｓ１≧１０μｍであるのが好ましい。
【０１３４】
このような関係を満たすスケール部２Ａでは、画素ピッチｐをスケール部２Ａに投影したと仮定したとき、その投影された画素ピッチに比べてドット２０同士の間隔の１単位長さを十分に長く確保することができる。このため、撮像画像においてドット２０と背景との境界線がより明瞭になり、テンプレートマッチングにおけるドット２０の識別率をより高めることができる。
【０１３５】
また、ドット２０同士の間隙の長さとして前述した「２単位長さ」をｓ２［μｍ］とし、撮像素子３１の画素ピッチをｐ［μｍ］とし、撮像素子３１の撮影倍率をｍとしたとき、スケール部２Ａは、ｓ２≧４ｐ／ｍの関係を満たすことが好ましく、具体的にはｓ２≧２０μｍであるのが好ましい。
【０１３６】
このような関係を満たすスケール部２Ａでは、画素ピッチｐをスケール部２Ａに投影したと仮定したとき、その投影された画素ピッチに比べてドット２０同士の間隙の２単位長さを十分に長く確保することができる。このため、撮像画像において１単位長さと２単位長さとの区別がより明瞭になり、列状パターン２００は、識別子としての識別率が高いものとなり、エンコーダー１の検出精度を向上させることができる。
【０１３７】
以上のように、本実施形態に係るスケール部２Ａは、ドット２０同士の間隙の長さによってビットを表現したものであるが、このような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１３８】
＜第３実施形態＞
図１６は、第３実施形態に係るエンコーダーが備えるスケール部について説明するための模式図である。
【０１３９】
以下、第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１６において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１４０】
本実施形態に係るスケール部２Ｂは、特定パターン２２が異なる以外、第１実施形態に係るスケール部２と同様である。具体的には、第１実施形態に係るスケール部２では、ドット２０の配置によってビットを表現しているのに対し、本実施形態に係るスケール部２Ｂでは、ドット２０の周方向ＤＣにおける長さによってビットを表現している点が相違している。
【０１４１】
図１６に示す個別パターンＵＰは、前述した図７に示す個別パターンＵＰと同様、半径方向ＤＲにおいて並ぶ複数の列状パターン２００のうち、半径方向ＤＲにおいて隣り合う４つの列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄで構成されたパターンである。
【０１４２】
図１６に示すこれら４つの列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄは、それぞれ、周方向ＤＣに並ぶ４つのドット２０で構成されている。具体的には、図１６に示す列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄは、それに含まれるドット２０の周方向ＤＣにおける長さが、１単位長さまたは２単位長さのいずれかになるように、ドット２０が形成されている。一方、ドット２０の半径方向ＤＲにおける長さは、互いにほぼ等しくなっている。その結果、図１６には、ほぼ真円をなすドット２０と、楕円をなすドット２０とが混在している。なお、２単位長さは１単位長さの２倍である。４つの列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄは、ドット２０を４つ含んでいるため、４ビットの識別子として扱うことができる。
【０１４３】
ここで、図１６に示す列状パターン２００Ａに含まれる４つのドット２０を、図１６の左側から順にドット２０１Ａ、２０２Ａ、２０３Ａ、２０４Ａとする。この列状パターン２００Ａでは、ドット２０１Ａの長さ、ドット２０２Ａの長さ、ドット２０３Ａの長さ、および、ドット２０４Ａの長さが、いずれも２単位長さである。これにより、列状パターン２００Ａを他の列状パターン２００と識別することが可能になる。なお、図１６では、説明の便宜上、列状パターン２００Ａに「Ａ」という記号を付している。
【０１４４】
また、図１６の半径方向ＤＲにおいて列状パターン２００Ａに隣り合う列状パターン２００を列状パターン２００Ｂとする。そして、図１６に示す列状パターン２００Ｂに含まれる４つのドット２０を、図１６の左側から順にドット２０１Ｂ、２０２Ｂ、２０３Ｂ、２０４Ｂとする。この列状パターン２００Ｂでは、ドット２０１Ｂの長さおよびドット２０３Ｂの長さが、いずれも１単位長さである。一方、ドット２０２Ｂの長さおよびドット２０４Ｂの長さが、いずれも２単位長さである。これにより、列状パターン２００Ｂを他の列状パターン２００と識別することが可能になる。なお、図１６では、説明の便宜上、列状パターン２００Ｂに「Ｂ」という記号を付している。
【０１４５】
また、図１６の半径方向ＤＲにおいて列状パターン２００Ｂに隣り合う列状パターン２００を列状パターン２００Ｃとする。そして、図１６に示す列状パターン２００Ｃに含まれる４つのドット２０を、図１６の左側から順にドット２０１Ｃ、２０２Ｃ、２０３Ｃ、２０４Ｃとする。この列状パターン２００Ｃでは、ドット２０１Ｃの長さが、２単位長さである。一方、ドット２０２Ｃの長さ、ドット２０３Ｃの長さ、および、ドット２０４Ｃの長さが、いずれも１単位長さである。これにより、列状パターン２００Ｃを他の列状パターン２００と識別することが可能になる。なお、図１６では、説明の便宜上、列状パターン２００Ｃに「Ｃ」という記号を付している。
【０１４６】
また、図１６の半径方向ＤＲにおいて列状パターン２００Ｃに隣り合う列状パターン２００を列状パターン２００Ｄとする。そして、図１６に示す列状パターン２００Ｄに含まれる４つのドット２０を、図１６の左側から順にドット２０１Ｄ、２０２Ｄ、２０３Ｄ、２０４Ｄとする。この列状パターン２００Ｄでは、ドット２０１Ｄの長さ、ドット２０２Ｄの長さ、ドット２０３Ｄの長さ、および、ドット２０４Ｄの長さが、いずれも１単位長さである。これにより、列状パターン２００Ｄを他の列状パターン２００と識別することが可能になる。なお、図１６では、説明の便宜上、列状パターン２００Ｄに「Ｄ」という記号を付している。
【０１４７】
以上のようにして、本実施形態では、図１６に示す複数の列状パターン２００を、列状パターン２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄの４種類のパターンに分けることができる。図１６では、説明の便宜上、「ＡＢＣＤ」という記号を付している。
【０１４８】
なお、ドット２０の長さとして前述した「１単位長さ」をＬ１［μｍ］とし、撮像素子３１の画素ピッチをｐ［μｍ］とし、撮像素子３１の撮像倍率をｍとしたとき、スケール部２Ｂは、Ｌ１≧４ｐ／ｍの関係を満たすことが好ましく、具体的にはＬ１≧２０μｍであるのが好ましい。
【０１４９】
このような関係を満たすスケール部２Ｂでは、スケール部２の撮像画像においてドット２０のコントラストを高めることができる。このため、テンプレートマッチングにおける識別率および応答性をより高めることができ、エンコーダー１の検出精度の向上を図ることができる。
【０１５０】
また、ドット２０の長さとして前述した「２単位長さ」をＬ２［μｍ］とし、撮像素子３１の画素ピッチをｐ［μｍ］とし、撮像素子３１の撮像倍率をｍとしたとき、スケール部２Ｂは、Ｌ２≧Ｌ１＋（２ｐ／ｍ）の関係を満たすことが好ましく、具体的にはＬ２≧３０μｍであるのが好ましい。
【０１５１】
このような関係を満たすスケール部２Ｂでは、画素ピッチｐをスケール部２Ｂに投影したと仮定したとき、その投影された画素ピッチに比べてドット２０の２単位長さを十分に長く確保することができる。このため、撮像画像において１単位長さと２単位長さとの区別がより明瞭になり、列状パターン２００は、識別子としての識別率が高いものとなり、エンコーダー１の検出精度を向上させることができる。
【０１５２】
以上のように、本実施形態に係るスケール部２Ｂは、ドット２０の周方向ＤＣにおける長さによってビットを表現したものであるが、このような第３実施形態においても、第１、第２実施形態と同様の効果が得られる。
【０１５３】
＜変形例＞
図１７は、第３実施形態に係るエンコーダーが備えるスケール部の変形例について説明するための模式図である。
【０１５４】
以下、第３実施形態の変形例について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１７において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１５５】
本変形例に係るスケール部２Ｃは、特定パターン２２が異なる以外、第３実施形態に係るスケール部２Ｂと同様である。具体的には、第３実施形態に係るスケール部２Ｂでは、ドット２０の周方向ＤＣにおける長さによってビットを表現しているが、周方向ＤＣにおけるドット２０の位置は、図１６に示すように、基準位置ＳＴＰに揃っている。このため、ドット２０同士の間隙の長さは、ドット２０の周方向ＤＣにおける長さに応じてそれぞれ変化している。
【０１５６】
一方、本変形例に係るスケール部２Ｃでは、ドット２０の周方向における長さによってビットを表現している点では、第３実施形態と同様であるが、ドット２０同士の間隙の長さは、１単位長さで一定になっている。すなわち、列状パターン２００の間でドット２０の配置が揃っているか否かが、第３実施形態と本変形例との相違点である。
このようなスケール部２Ｃも、４ビットの識別子として扱うことができる。
【０１５７】
また、本変形例に係る列状パターン２００は、第３実施形態に係る列状パターン２００に比べて、ドット２０と背景との境界線をより長く含むものとなる。すなわち、本変形例では、列状パターン２００の間でドット２０の数が異なる場合もある。例えば、図１７の場合、ドット２０の数が４個である列状パターン２００と、５個である列状パターン２００とが、混在している。このため、ドット２０の数が多くなる場合があるという点で、図１６と相違している。このようにドット２０の数を多くすることができれば、例えばサブピクセル推定法を用いて特定パターン画像の画素座標を求める際、その特定精度を高めることができる。
以上のような変形例においても、第１〜第３実施形態と同様の効果が得られる。
【０１５８】
３．エンコーダーの製造方法
次に、実施形態に係るエンコーダーの製造方法について説明する。
【０１５９】
図１８は、実施形態に係るエンコーダーの製造方法を示す工程図である。図１９は、図２のエンコーダーのスケール部を示す部分拡大図である。図２０ないし図２２は、それぞれ図１８に示すエンコーダーの製造方法を説明するための図である。
【０１６０】
エンコーダーの製造方法は、図１８ないし図２２に示すように、マーク形成用部材２０１を用意する準備工程Ｓ０１と、レーザーＬを照射してドット２０（マーク）を形成し、スケール部２を得るレーザー加工工程Ｓ０２と、スケール部２に対し、検出部３等を組み付ける組立工程Ｓ０３と、を有する。
【０１６１】
また、図１９に示すスケール部２は、互いに表裏の関係を満たす上面２０２ａ（第１面）および下面２０２ｂ（第２面）を有する基板２０２と、上面２０２ａに設けられている第１層２０３と、第１層２０３の基板２０２とは反対側に設けられた第２層２０４と、を有する。そして、第２層２０４には、その一部を貫通する凹部２０５が形成されており、この凹部２０５が前述したドット２０（マーク）となる。
【０１６２】
以下、図１８に示す各工程について順次説明する。なお、後述する製造方法は、前述したスケール部２を製造する方法の一例であり、スケール部２は他の製造方法で製造されたものであってもよい。
【０１６３】
［１］準備工程Ｓ０１
まず、マーク形成用部材２０１を用意する。図２０に示すマーク形成用部材２０１は、前述したように、基板２０２と、上面２０２ａに設けられている第１層２０３および第２層２０４と、を有する。したがって、マーク形成用部材２０１は、基板２０２、第１層２０３および第２層２０４がこの順で積層されてなる積層体である。
【０１６４】
基板２０２の構成材料は、特に限定されないが、例えばガラス材料、炭素材料、シリコン材料、金属材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられる。このうち、機械的強度等を考慮すると、アルミニウム等の金属材料が好ましく用いられる。
【０１６５】
また、第１層２０３の構成材料および第２層２０４の構成材料は、それぞれ特に限定されないが、例えば、ガラス材料、樹脂材料、炭素材料等が挙げられる。このうち、レーザーＬの照射により、気化し得る材料が好ましく用いられる。
【０１６６】
ここで、第１層２０３および第２層２０４は、互いに明度が異なっている。明度とは、色の明るさを表す属性であるが、その定量化にあたっては光の反射率で代替してもよい。すなわち、第１層２０３および第２層２０４は、互いに光の反射率が異なっていればよい。なお、光の反射率は、例えば相対拡散反射測定装置等により測定可能である。また、相対拡散反射測定装置で測定した光の反射率は、第１層２０３と第２層２０４との間で１０％以上異なっているのが好ましく、３０％以上異なっているのがより好ましい。これにより、明度に十分な差を確保することができ、撮像画像におけるドット２０のコントラストをより高めることができる。
【０１６７】
したがって、第１層２０３および第２層２０４が呈する色は、それぞれ上記明度の差に応じて決めることができ、限定されるものではないが、例えば第１層２０３を白色、第２層２０４を黒色に設定したり、反対に第１層２０３を黒色、第２層２０４を白色に設定したりすればよい。
【０１６８】
なお、第１層２０３の明度と第２層２０４の明度との大小関係は、特に限定されず、第２層２０４の明度が第１層２０３の明度より高くても、低くてもよい。ただし、レーザーＬの吸収率を考慮すると、第２層２０４の明度が第１層２０３の明度より低いことが好ましい。これにより、第２層２０４におけるレーザーＬの吸収率が高くなるため、短時間で精度の高い加工が可能になる。このため、輪郭形状が精度よく制御された加工痕を短時間で形成することができる。
【０１６９】
また、第１層２０３の厚さおよび第２層２０４の厚さは、それぞれ特に限定されないが、１０μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましい。なお、第２層２０４の厚さについては、第１層２０３が透けて見えないように、双方の明度差に応じて適宜設定される。また、第１層２０３の厚さについては、第２層２０４をレーザー加工した余勢で第１層２０３が多少加工されてしまうことを考慮して、第２層２０４よりも厚くするようにしてもよい。
【０１７０】
［２］レーザー加工工程Ｓ０２
次に、図２１に示すように、マーク形成用部材２０１の第２層２０４に向けてレーザーＬを照射する。レーザーＬが照射されると、照射領域の第２層２０４は、気化して除去される。その結果、図２２に示すように、照射領域の第１層２０３が露出するように凹部２０５が形成される。例えば、第２層２０４の厚さ方向からの平面視において、レーザーＬの照射領域が円形である場合、それに応じて、凹部２０５の平面視形状の円形になる。したがって、この凹部２０５は、第２層２０４が呈する色を背景色として、第１層２０３が呈する色のドット２０となる。このとき、第１層２０３と第２層２０４とで明度が異なっていることにより、撮像画像においてドット２０のコントラストを十分に確保することができる。ドット２０とその背景とで、構成材料が互いに異なることも、撮像画像におけるドット２０のコントラストを高めることに寄与する。その結果、テンプレートマッチングにおけるドット２０の識別率を高めることができ、エンコーダー１の検出精度の向上を図ることができる。
【０１７１】
また、レーザー加工によって凹部２０５を形成することにより、凹部２０５の輪郭が鈍りにくくなる。つまり、レーザー加工によれば、ドット２０の輪郭形状を精度よく制御することが可能である。これにより、形状精度や位置精度の高いドット２０を効率よく形成することができる。かかるドット２０は、テンプレートマッチングにおける識別率が高いため、エンコーダー１の検出精度の向上に寄与する。
【０１７２】
なお、レーザーＬとしては、例えばＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、Ｙｂレーザー、半導体レーザーのような各種固体レーザー、ＣＯ２レーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、ＵＶレーザーのような各種気体レーザー等が挙げられる。このうち、光量の均等性や加工に適した波長であるといった観点から、ＡｒＦエキシマーレーザー、ＫｒＦエキシマーレーザー等の各種ＵＶレーザーが好ましく用いられる。
【０１７３】
［３］組立工程Ｓ０３
次に、得られたスケール部２に対し、撮像素子３１を含む検出部３および処理部５を含む回路部４を組み立てる。これにより、スケール部２と、スケール部２を検出する検出部３と、回路部４と、を有する図２のエンコーダー１が得られる。
【０１７４】
エンコーダー１は、前述したように、スケール部２に対する撮像素子３１の位置ずれを許容し得るものであるため、容易に組み立て可能である。
【０１７５】
以上のように、実施形態に係るエンコーダー１の製造方法は、複数のドット２０（マーク）を有するスケール部２と、ドット２０を撮像して撮像した結果を出力する撮像素子３１と、撮像した結果に基づきスケール部２の位置を求める処理を行う処理部５と、を有するエンコーダー１の製造に適用される。そして、その製造方法は、表裏の関係を満たす上面２０２ａ（第１面）および下面２０２ｂ（第２面）を有する基板２０２と、上面２０２ａに設けられている第１層２０３と、第１層２０３の基板２０２とは反対側に設けられ第１層２０３とは明度が異なる第２層２０４と、を有するマーク形成用部材２０１を用意する工程（準備工程Ｓ０１）と、レーザーＬを照射して、第２層２０４の一部を選択的に除去することにより、ドット２０（マーク）を形成し、スケール部２を得る工程（レーザー加工工程Ｓ０２）と、スケール部２に対し、撮像素子３１および処理部５を組み付ける工程（組立工程Ｓ０３）と、を有する。
【０１７６】
このような製造方法によれば、撮像画像におけるドット２０のコントラストが良好で、かつ、ドット２０の形状や位置の精度も高めることができる。また、高い検出精度を損なうことなく、エンコーダー１の容易な組み立てが可能である。したがって、かかる製造方法によれば、テンプレートマッチングにおける識別率が高いドット２０を備えた検出精度の高いエンコーダー１を効率よく製造することができる。
【０１７７】
４．垂直多関節ロボット
図２３は、実施形態に係るロボットの一例である垂直多関節ロボットを示す斜視図である。なお、以下では、ロボット１００Ｃの基台２１０側を「基端側」、エンドエフェクター側を「先端側」という。
【０１７８】
以下、実施形態に係る垂直多関節ロボットについて説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図２３において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１７９】
図２３に示すロボット１００Ｃは、垂直多関節の６軸ロボットである。このロボット１００Ｃは、基台２１０と、ロボットアーム２０９と、を有し、ロボットアーム２０９が、第１アーム２２０、第２アーム２３０、第３アーム２４０、第４アーム２５０、第５アーム２６０および第６アーム２７０と、を備え、これらのアームが基端側から先端側に向かってこの順に連結されている。第６アーム２７０の先端部には、図示しないが、例えば、精密機器、部品等を把持するハンド等のエンドエフェクターを着脱可能に取り付けられる。また、図示しないが、ロボット１００Ｃは、ロボット１００Ｃの各部の作動を制御するパーソナルコンピューター（ＰＣ）等のロボット制御装置（制御部）を備えている。
【０１８０】
ここで、基台２１０は、例えば、床、壁または天井等に対して固定されている。第１アーム２２０は、基台２１０に対して第１回動軸Ｏ１まわりに回動可能となっている。第２アーム２３０は、第１アーム２２０に対して第１回動軸Ｏ１に直交している第２回動軸Ｏ２まわりに回動可能となっている。第３アーム２４０は、第２アーム２３０に対して第２回動軸Ｏ２に平行な第３回動軸Ｏ３まわりに回動可能となっている。第４アーム２５０は、第３アーム２４０に対して第３回動軸Ｏ３と直交している第４回動軸Ｏ４まわりに回動可能となっている。第５アーム２６０は、第４アーム２５０に対して第４回動軸Ｏ４と直交している第５回動軸Ｏ５まわりに回動可能となっている。第６アーム２７０は、第５アーム２６０に対して第５回動軸Ｏ５と直交している第６回動軸Ｏ６まわりに回動可能となっている。なお、第１回動軸Ｏ１〜第６回動軸Ｏ６について、「直交」とは、２つの軸のなす角度が９０°から±５°の範囲内でずれている場合も含み、また、「平行」とは、２つの軸の一方が他方に対して±５°の範囲内で傾斜している場合も含む。
【０１８１】
また、基台２１０に対して第１アーム２２０を回動させる駆動源には、図示しないモーターおよびエンコーダーユニット１０が設けられている。このエンコーダーユニット１０が有するエンコーダー１の検出結果は、例えば、図示しないロボット制御装置に入力され、基台２１０に対して第１アーム２２０を回動させる駆動源の駆動制御に用いられる。また、図示しないが、他の関節部にもモーターおよびエンコーダーユニットが設けられており、このエンコーダーユニットとして、エンコーダーユニット１０を用いることができる。
【０１８２】
以上のように、ロボット１００Ｃは、第１部材である基台２１０と、基台２１０に対して回動する第２部材である第１アーム２２０と、エンコーダー１と、を備え、エンコーダー１が基台２１０に対する第１アーム２２０の回動角度を検出する。このようなロボット１００Ｃによれば、第１アーム２２０の回動角度を高精度に検出し、その検出結果に基づいて、第１アーム２２０の駆動制御を高精度に行うことができる。
【０１８３】
すなわち、ロボット１００Ｃは、複数のドット２０（マーク）が集合しているマーク集合体２１を複数有し、マーク集合体２１が周方向ＤＣ（第１方向）に並んでおり、周方向ＤＣに移動するスケール部２と、マーク集合体２１の一部を撮像して撮像画像（撮像した結果）を出力する撮像素子３１と、撮像画像に対してテンプレートマッチングを行い、周方向ＤＣにおけるスケール部２の位置を求める処理を行う処理部５と、を有する。そして、このロボット１００Ｃでは、周方向ＤＣと垂直な方向である半径方向ＤＲ（第２方向）において、マーク集合体２１の長さは、撮像素子３１が撮像する領域ＲＩの長さよりも長く設定されている。また、複数のマーク集合体２１のうち、１つを第１集合体２１１とし、残りを第２集合体２１２としたとき、第１集合体２１１は、テンプレートマッチングの基準画像になる個別パターンＵＰを含み、第２集合体２１２は、個別パターンＵＰと同一のパターンを含まない。
【０１８４】
このようなロボット１００Ｃでは、スケール部２の位置を高い精度で検出することができるため、その検出結果に基づいて、第１アーム２２０の駆動制御を高精度に行うことができる。
【０１８５】
以上では、エンコーダー１が基台２１０に対する第１アーム２２０の回動状態を検出する場合を説明したが、エンコーダー１を他のアームの回動状態を検出するように他の関節部に設置することも可能である。この場合、関節部に対して一方側のアームを第１部材、他方側のアームを第２部材として捉えればよい。
【０１８６】
５．プリンター
図２４は、プリンターの実施形態の概略構成を示す図である。
【０１８７】
図２４に示すプリンター１０００は、ドラム状のプラテンを備えたラベル印刷装置である。このプリンター１０００では、その両端が繰出軸１１２０および巻取軸１１４０に記録媒体としてのロール状に巻き付けられた紙系やフィルム系等の１枚のシートＳ（ウェブ）が、繰出軸１１２０と巻取軸１１４０の間に張架されており、シートＳはこうして張架された搬送経路Ｓｃに沿って、繰出軸１１２０から巻取軸１１４０へと搬送される。そして、プリンター１０００は、この搬送経路Ｓｃに沿って搬送されるシートＳに対して機能液を吐出してシートＳ上に画像を記録（形成）するように構成されている。
【０１８８】
プリンター１０００は、概略的な構成として、繰出軸１１２０からシートＳを繰り出す繰出部１１０２と、繰出部１１０２から繰り出されたシートＳに画像を記録するプロセス部１１０３と、プロセス部１１０３で画像の記録されたシートＳを切り抜くレーザースキャナー装置１００７と、シートＳを巻取軸１１４０に巻き取る巻取部１１０４とを含み構成されている。
【０１８９】
繰出部１１０２は、シートＳの端を巻き付けた繰出軸１１２０と、繰出軸１１２０から引き出されたシートＳを巻き掛ける従動ローラー１１２１と、を有する。
【０１９０】
プロセス部１１０３は、繰出部１１０２から繰り出されたシートＳを支持部としてのプラテンドラム１１３０で支持しつつ、プラテンドラム１１３０の外周面に沿って配置されたヘッドユニット１１１５に配置された記録ヘッド１１５１等により適宜処理を行わせ、シートＳに画像を記録するものである。
【０１９１】
プラテンドラム１１３０は、図示しない支持機構によりドラム軸１１３０ｓを中心にして回転自在に支持された円筒形状のドラムであり、繰出部１１０２から巻取部１１０４へと搬送されるシートＳを裏面（記録面とは反対側の面）側から巻き掛けられる。このプラテンドラム１１３０は、シートＳとの間の摩擦力を受けてシートＳの搬送方向Ｄｓに従動回転しつつ、周方向での範囲Ｒａにわたって、シートＳを裏面側から支持するものである。ここで、プロセス部１１０３では、プラテンドラム１１３０への巻き掛け部の両側でシートＳを折り返す従動ローラー１１３３、１１３４が設けられている。また、繰出軸１１２０と従動ローラー１１３３との間には、従動ローラー１１２１、１１３１およびセンサーＳｅが設けられ、巻取軸１１４０と従動ローラー１１３４との間には、従動ローラー１１３２、１１４１が設けられている。
【０１９２】
プロセス部１１０３は、ヘッドユニット１１１５を備え、ヘッドユニット１１１５には、イエロー、シアン、マゼンタおよびブラックに対応する４個の記録ヘッド１１５１が設けられている。各記録ヘッド１１５１は、プラテンドラム１１３０に巻き掛けられたシートＳの表面に対して若干のクリアランス（プラテンギャップ）を空けて対向しており、対応する色の機能液をノズルからインクジェット方式で吐出する。そして、搬送方向Ｄｓへ搬送されるシートＳに対して各記録ヘッド１１５１が機能液を吐出することにより、シートＳの表面にカラー画像が形成される。
【０１９３】
ここで、機能液として、紫外線または光を照射することで硬化するＵＶ（ultraviolet）インクまたは光硬化性インクを用いる。そのため、プロセス部１１０３のヘッドユニット１１１５には、ＵＶインクを仮硬化させてシートＳに定着させるために、複数の記録ヘッド１１５１の各間に第１ＵＶ光源１１６１（光照射部）が設けられている。また、複数の記録ヘッド１１５１（ヘッドユニット１１１５）に対して搬送方向Ｄｓの下流側には、本硬化用の硬化部としての第２ＵＶ光源１１６２が設けられている。
【０１９４】
レーザースキャナー装置１００７は、画像の記録されたシートＳを部分的に切り抜く、もしくは分断するように設けられている。レーザースキャナー装置１００７のレーザー発振器１４０１によって発振されたレーザー光は、前述した第１実施形態または第２実施形態のエンコーダー１を含む駆動装置１４０２、１４０６、１４０８によって位置または回転位置（角度）を制御された第１レンズ１４０３および第１ミラー１４０７や第２ミラー１４０９などを経由し、被加工物であるシートＳに照射される。このように、シートＳに照射されるレーザー光ＬＡは、各駆動装置１４０２、１４０６、１４０８によって照射位置が制御され、シートＳ上の所望の位置に照射することができる。シートＳは、レーザー光ＬＡの照射された部分が溶断され、部分的に切り抜かれるか、もしくは分断される。
【０１９５】
以上のようなプリンター１０００は、エンコーダー１を備える。このようなプリンター１０００によれば、エンコーダー１の検出精度が高いため、エンコーダー１の検出結果を用いて、プリンター１０００の高精度な動作制御を行うことができる。
【０１９６】
すなわち、プリンター１０００は、複数のドット２０（マーク）が集合しているマーク集合体２１を複数有し、マーク集合体２１が周方向ＤＣ（第１方向）に並んでおり、周方向ＤＣに移動するスケール部２と、マーク集合体２１の一部を撮像して撮像画像（撮像した結果）を出力する撮像素子３１と、撮像画像に対してテンプレートマッチングを行い、周方向ＤＣにおけるスケール部２の位置を求める処理を行う処理部５と、を有する。そして、このプリンター１０００では、周方向ＤＣと垂直な方向である半径方向ＤＲ（第２方向）において、マーク集合体２１の長さは、撮像素子３１が撮像する領域ＲＩの長さよりも長く設定されている。また、複数のマーク集合体２１のうち、１つを第１集合体２１１とし、残りを第２集合体２１２としたとき、第１集合体２１１は、テンプレートマッチングの基準画像になる個別パターンＵＰを含み、第２集合体２１２は、個別パターンＵＰと同一のパターンを含まない。
【０１９７】
このようなプリンター１０００では、スケール部２の位置を高い精度で検出することができるため、その検出結果に基づいて、プリンター１０００の高精度な動作制御を行うことができる。
【０１９８】
以上、本発明のエンコーダー、エンコーダーの製造方法、ロボットおよびプリンターを図示の好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した２つ以上の実施形態の構成を組み合わせてもよい。
【０１９９】
また、本発明のエンコーダーは、アブソリュート型およびインクリメンタル型のいずれの形式にも適用可能である。
【０２００】
また、前記実施形態では、いずれもロータリーエンコーダーについて説明したが、本発明のエンコーダーは、リニアエンコーダーにも適用可能である。リニアエンコーダーは、撮像素子に対して直線状に移動するスケール部と、そのスケール部を撮像する撮像素子と、スケール部の移動方向における位置を求める処理部と、を有する。そして、スケール部に設けられた複数のマーク集合体は、スケール部の移動方向（第１方向）に並んでいる。一方、移動方向と垂直な方向である直交方向（第２方向）においては、マーク集合体の長さが、撮像素子が撮像する領域の長さよりも長く設定されている。加えて、複数のマーク集合体のうち、１つを第１集合体とし、残りを第２集合体としたとき、第１集合体は、テンプレートマッチングの基準画像になる個別パターンを含み、第２集合体は、個別パターンと同一のパターンを含まない。
【０２０１】
このようなリニアエンコーダーにおいても、スケール部に対する撮像素子の位置ずれを許容し得るため、組み立てが容易であるとともに、検出精度を高められるという効果を享受することができる。
【０２０２】
また、前述したように、エンコーダー１は、スケール部２が配置され、かつ、第１軸Ｊ１（回動軸）まわりに回動することにより、マーク集合体２１を周方向ＤＣ（第１方向）に移動させる回動部である第１アーム１２０を有している。これにより、マーク集合体２１は、周方向ＤＣに回動することとなり、エンコーダー１は、スケール部２の回動状態を検出することが可能になる。したがって、エンコーダー１は、ロータリーエンコーダーとして機能する。
【０２０３】
また、前述した実施形態では、ロボットの基台を「基部（第１部材）」、第１アームを「回動部（第２部材）」とした場合を例に説明したが、これに限定されず、相対的に回動する任意の２つの部材の一方を「基部」、他方を「回動部」とすることができる。すなわち、エンコーダーの設置箇所は、基台と第１アームとの関節部に限定されず、相対的に回動する任意の２つのアームの関節部であってもよい。また、エンコーダーの設置箇所は、ロボットが有する関節部に限定されない。
【０２０４】
また、前述した実施形態では、ロボットアームの数は、１つであったが、ロボットアームの数は、これに限定されず、例えば、２つ以上でもよい。すなわち、本発明のロボットは、例えば、双腕ロボット等の複数腕ロボットであってもよい。
【０２０５】
また、前述した実施形態では、ロボットアームが有するアームの数は、２つまたは６つであったが、アームの数は、これに限定されず、１つでもよいし、３つ以上５つ以下または７つ以上でもよい。
【０２０６】
また、前述した実施形態では、本発明のロボットの設置箇所は、床面に限定されず、例えば、天井面や側壁面等でもよいし、ＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle）等の移動体でもよい。また、本発明のロボットは、建物等の構造物に固定設置されるものに限定されず、例えば、脚部を有する脚式歩行（走行）ロボットであってもよい。
【０２０７】
また、本発明のエンコーダーは、前述したプリンターに限定されず、回転部を有する産業用プリンター、民生用プリンター等の各種プリンターに用いることができる。また、本発明のエンコーダーをプリンターに用いる場合、エンコーダーの設置箇所は、前述したものに限定されず、例えば、紙送り機構、インクジェットプリンターのインクヘッドを搭載したキャリッジの移動機構等に用いてもよい。
【符号の説明】
【０２０８】
１…エンコーダー、２…スケール部、２Ａ…スケール部、２Ｂ…スケール部、２Ｃ…スケール部、３…検出部、４…回路部、５…処理部、６…記憶部、１０…エンコーダーユニット、２０…ドット、２１…マーク集合体、２２…特定パターン、２２Ａ…特定パターン画像、２２Ｂ…特定パターン画像、２２Ｘ…特定パターン画像、３１…撮像素子、３２…光学系、１００…ロボット、１００Ｃ…ロボット、１１０…基台、１１１…モーター、１１２…減速機、１１４…支持部材、１１５…軸受、１２０…第１アーム、１２１…アーム本体部、１２２…軸部、１３０…第２アーム、１４０…作業ヘッド、１４１…スプラインシャフト、１５０…エンドエフェクター、１６０…配線引き回し部、２００…列状パターン、２００Ａ…列状パターン、２００Ｂ…列状パターン、２００Ｃ…列状パターン、２００Ｄ…列状パターン、２０１…マーク形成用部材、２０１Ａ…ドット、２０１Ｂ…ドット、２０１Ｃ…ドット、２０１Ｄ…ドット、２０２…基板、２０２Ａ…ドット、２０２Ｂ…ドット、２０２Ｃ…ドット、２０２Ｄ…ドット、２０２ａ…上面、２０２ｂ…下面、２０３…第１層、２０３Ａ…ドット、２０３Ｂ…ドット、２０３Ｃ…ドット、２０３Ｄ…ドット、２０４…第２層、２０４Ａ…ドット、２０４Ｂ…ドット、２０４Ｃ…ドット、２０４Ｄ…ドット、２０５…凹部、２０５Ａ…ドット、２０５Ｂ…ドット、２０５Ｃ…ドット、２０５Ｄ…ドット、２０９…ロボットアーム、２１０…基台、２１１…第１集合体、２１２…第２集合体、２１５Ａ…間隙、２１５Ｂ…間隙、２１５Ｃ…間隙、２１５Ｄ…間隙、２２０…第１アーム、２２５Ａ…間隙、２２５Ｂ…間隙、２２５Ｃ…間隙、２２５Ｄ…間隙、２３０…第２アーム、２３５Ａ…間隙、２３５Ｂ…間隙、２３５Ｃ…間隙、２３５Ｄ…間隙、２４０…第３アーム、２４５Ａ…間隙、２４５Ｂ…間隙、２４５Ｃ…間隙、２４５Ｄ…間隙、２５０…第４アーム、２６０…第５アーム、２７０…第６アーム、１０００…プリンター、１００７…レーザースキャナー装置、１１０２…繰出部、１１０３…プロセス部、１１０４…巻取部、１１１１…回動軸、１１１５…ヘッドユニット、１１２０…繰出軸、１１２１…従動ローラー、１１３０…プラテンドラム、１１３０ｓ  ドラム軸、１１３１…従動ローラー、１１３２…従動ローラー、１１３３…従動ローラー、１１３４…従動ローラー、１１４０…巻取軸、１１４１…従動ローラー、１１５１…記録ヘッド、１１６１…第１ＵＶ光源、１１６２…第２ＵＶ光源、１４０１…レーザー発振器、１４０２…駆動装置、１４０３…第１レンズ、１４０６…駆動装置、１４０７…第１ミラー、１４０８…駆動装置、１４０９…第２ミラー、ＢＸ…視野サイズ、Ｃ１…円弧、Ｃ２…円弧、ＤＣ…周方向、ＤＲ…半径方向、Ｄｓ…搬送方向、Ｇ…撮像画像、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…第３軸、Ｌ…レーザー、ＬＡ…レーザー光、ＬＹ…中心線、ＭＳ…明暗マークセット、Ｏ１…第１回動軸、Ｏ２…第２回動軸、Ｏ３…第３回動軸、Ｏ４…第４回動軸、Ｏ５…第５回動軸、Ｏ６…第６回動軸、Ｐ０…原点画素、ＰＥ…終了画素、ＰＳ…開始座標、ＲＩ…撮像領域、ＲＳ…探索領域、ＲＵ…有効視野領域、Ｒａ…範囲、Ｓ…シート、Ｓ０１���準備工程、Ｓ０２…レーザー加工工程、Ｓ０３…組立工程、ＳＦＰ…シフト位置、ＳＦＰ１…シフト位置、ＳＦＰ２…シフト位置、ＳＦＰ３…シフト位置、ＳＦＰ４…シフト位置、ＳＴＰ…基準位置、ＳＴＰ１…基準位置、ＳＴＰ２…基準位置、ＳＴＰ３…基準位置、ＳＴＰ４…基準位置、Ｓｃ…搬送経路、Ｓｅ…センサー、ＴＡ…基準画像、ＵＰ…個別パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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