(57)【要約】  スケール（１０）に対して移動可能な読み取りヘッド（１２）を備えるスケール読み取り装置が述べられる。読み取りヘッド（１２）は、読み取りヘッド（１２）がスケール（１０）に対して移動するにつれて、一連の基準マークパルス（５６）がそこから生成される増分チャネルを備える。読み取りヘッド（１２）がスケール上の所定の（絶対）位置マーク（２２）を通過するときに、基準マークゲート制御パルス（５８）を生成する基準マークチャネルもまた、設けられる。アライメント検出手段は、使用中に、基準マークゲート制御パルス（５８）と基準マークパルス（５６）の位相アライメントを監視する。アライメント検出手段は、基準マークパルス（５６）の位相に対する前記基準マークゲート制御パルス（５８）の前縁および後縁（６８）の位相を監視するように構成される。装置は、位置エンコーダなどで使用されてもよい。
2009516187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケールに対して移動可能な読み取りヘッドであって、読み取りヘッドが前記スケールに対して移動するにつれて、一連の基準マークパルスがそこから生成される増分チャネルと、前記読み取りヘッドが前記スケール上の所定の（絶対）位置マークを通過するときに、基準マークゲート制御パルスを生成するように構成された基準マークチャネルと、使用中に、前記基準マークゲート制御パルスと前記基準マークパルスの位相アライメントを監視するアライメント検出手段とを備える読み取りヘッドを備えるスケール読み取り装置であって、前記アライメント検出手段は、前記基準マークパルスの位相に対する前記基準マークゲート制御パルスの前縁および後縁の位相を監視するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記アライメント検出手段は、前記前縁および前記後縁の一方または両方が、第１位相範囲内に入る場合、第１アライメント警告信号を生成するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アライメント検出手段は、前記前縁および前記後縁の一方または両方が、第１位相範囲の外になるが、第２位相範囲内に入る場合、第２アライメント警告信号を生成するように構成され、前記第２位相範囲は前記第１位相範囲より広いことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記アライメント検出手段は、前記基準マークパルスの両方の縁が、前記第２位相範囲の外になる場合、チャネル位置合致信号を生成するように構成されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記アライメント検出手段は、前記前縁および前記後縁の一方または両方が、前記第２位相範囲の外になるが、少なくとも１つの付加的な位相範囲内に入る場合、少なくとも１つの付加的なアライメント警告信号を生成するように構成され、前記少なくとも１つの付加的な位相範囲は、前記第２位相範囲より広いことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記アライメント検出手段は、前記基準マークパルスの両方の縁が、前記少なくとも１つの付加的な位相範囲の外になる場合、チャネル位置合致信号を生成するように構成されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記読み取りヘッドは、前記基準マークゲート制御パルスを使用して、前記基準マークパルスをゲート制御することによって、出力基準マーク信号を生成するように構成されることを特徴とする前記請求項１ないし６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記増分チャネルは、さらに、一連の増分チャネルパルスを出力するように構成されることを特徴とする前記請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記アライメント検出手段は、視覚指示器を備えることを特徴とする前記請求項１ないし８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記視覚指示器は、２色発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記アライメント検出手段は、適切に構成されたロジックを備えることを特徴とする前記請求項１ないし１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
スケールに対して移動可能な読み取りヘッドと、前記読み取りヘッドが前記スケールに対して移動するにつれて、一連の基準マークパルスがそこから生成される増分チャネルと、前記読み取りヘッドが前記スケール上の所定の（絶対）位置マークを通過するときに、基準マークゲート制御パルスを生成するように構成される基準マークチャネルと、使用中に、前記基準マークゲート制御パルスと前記基準マークパルスとのアライメントを監視するアライメント検出手段とを備えるスケール読み取り装置であって、前記アライメント検出手段は、前記基準マークゲート制御パルスが単一基準マークパルスを囲むかどうかを監視するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項１３】
スケール読み取り装置内で、増分チャネルと基準マークチャネルとのアライメントを決定する方法において、（ｉ）前記読み取りヘッドが前記スケールに対して移動するにつれて、前記増分チャネルから一連の基準マークパルスを生成するステップと、（ｉｉ）前記読み取りヘッドが前記スケール上の所定の（絶対）位置マークを通過するときに、前記基準マークチャネルから基準マークゲート制御パルスを生成するステップとを含む方法であって、（ｉｉｉ）前記増分チャネルから生成される前記基準マークパルスの位相に対して、前記基準マークチャネルによって生成される基準マークゲート制御パルスの前縁および後縁の位相を監視するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
図１から１２を参照して明細書内で実質的に記述された装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増分チャネルおよび基準マークチャネルを有するスケールおよび読み取りヘッド装置に関する。より詳細には、本発明は、使用中に、増分チャネルと基準マークチャネルのアライメントの低下を指示する手段を有するスケールおよび読み取りヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの部材の相対変位を測定する、知られている形態の光学スケール読み取り装置は、一方の部材上にスケールを、他方の部材上に読み取りヘッドを備える。スケールは、周期的な繰り返しパターンを画定する明線と暗線などの一連のスケールマークを備える。読み取りヘッドは、スケールを照明する手段、および、スケールと読み取りヘッドの相対変位の尺度が、そこから決定されることができる結果得られる光パターンに応答するセンサを有する。周期的パターンでマークを有するスケールは、増分スケールとして知られ、読み取りヘッドのセンサは、通常、一対の直交位相信号を生成するように構成される。こうした装置の例は、特許文献１および２に記載される。
【０００３】
スケールが、１つまたは複数の基準マークを設けられることも知られており、基準マークは、読み取りヘッドによって検出されると、読み取りヘッドの絶対位置を決定することを可能にする基準マーク信号を提供する。基準マーク信号が役立つようになるために、増分スケールに対するその位置がわかっていなければならない。換言すれば、基準マークチャネルによって生成される基準マーク信号は、対応する増分信号に適切に位置合わせされなければならない。基準マーク信号と増分信号のアライメントが最初に得られることを確保するために、種々の較正技法が存在するが、こうしたアライメントは、経時的にまたは使用によって低下する可能性がある。こうした低下は、たとえば、電子コンポーネントのドリフトまたは読み取りヘッドアライメントの変化によって起こる場合がある。
【０００４】
基準マーク信号の中間点の位相を、対応する増分信号の位相と比較することによって、使用中に、基準マーク信号と増分信号のアライメントを監視することが知られている。基準マーク信号の中間点の位相が、所定の範囲の外になる場合、警告信号が生成され、警告信号は、警告ＬＥＤを点灯することによってユーザに伝達される。こうした技法は、ほとんどの場合、適しているが、増分チャネルと基準マークチャネルとの間のミスアライメントを常に検出するわけではなく、装置の誤動作をもたらす可能性がある。
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第５１４０８１号明細書
【特許文献２】欧州特許第５４３５１３号明細書
【特許文献３】欧州特許第１３６０４６１号明細書
【特許文献４】英国特許出願第０５２２６５１．９号明細書
【特許文献５】欧州特許第１０９９９３６号明細書
【特許文献６】欧州特許第１１０６９７２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そのため、改良されたスケールおよび読み取りヘッド装置を提供することが本発明の目的である。改良された読み取りヘッド動作方法を提供することが本発明のさらなる目的である。増分チャネルと基準マークチャネルとの間のアライメントの低下の改善された指示を提供するスケール読み取り装置ならびに対応する方法を提供することが本発明のなおさらなる目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、スケール読み取り装置は、スケールに対して移動可能な読み取りヘッドであって、読み取りヘッドがスケールに対して移動するにつれて、一連の基準マークパルスがそこから生成される増分チャネルを備える、読み取りヘッドと、読み取りヘッドがスケール上の所定の（絶対）位置マークを通過するときに、基準マークゲート制御パルスを生成するように構成された基準マークチャネルと、使用中に、基準マークゲート制御パルスと基準マークパルスの位相アライメントを監視するアライメント検出手段とを備えており、アライメント検出手段は、基準マークパルスの位相に対する前記基準マークゲート制御パルスの前縁および後縁の位相を監視するように構成されることを特徴とする。
【０００８】
そのため、本発明のスケール読み取り装置は、増分チャネルと基準マークチャネルのアライメントが、関連する基準マークパルスの位置または位相に対する、基準マークゲート制御パルスの前縁および後縁の相対位置または位相を使用して決定されることを可能にする。こうしたパルス縁監視技法の使用は、基準マークパルスの中間点の位相が、増分チャネルの位相と比較される従来技術の装置に比べて、チャネルアライメントの信頼性の高い指示を提供する。このことが以下でより詳細に述べられる。そのため、本発明の装置は、以前に可能であったのに比べて、任意のチャネルアライメント低下についての信頼性の高い尺度をユーザに与える。
【０００９】
有利には、アライメント検出手段は、前記前縁および前記後縁の一方または両方が、第１位相範囲内に入る場合、第１アライメント警告信号を生成するように構成される。第１位相範囲は、各基準マークパルスによって包含される位相範囲をカバーするか、または、その範囲をわずかに超えて延びてもよい。たとえば、基準マークパルスは、０°から９０°の位相範囲内で起こる場合がある。こうした場合、適した位相範囲は、０°未満（たとえば、−４５°）から９０°超（たとえば、１３５°）まで延びるであろう。そのため、基準マークゲート制御パルスの縁がその範囲に入る場合、装置誤動作が、その範囲にわたって起こる可能性があるか、または、不可避である位相範囲をカバーするように、第１位相範囲が選択されてもよい。
【００１０】
好都合には、アライメント検出手段はまた、前記前縁および前記後縁の一方または両方が、第１位相範囲の外になるが、第２位相範囲内に入る場合、第２アライメント警告信号を生成するように構成され、前記第２位相範囲は前記第１位相範囲より広い。そのため、第２位相範囲は、第１位相範囲より広く、チャネルアライメントが低下しているが、装置の誤動作を引き起こすのに十分にはまだ低下していないという早期指示を提供することを意図される。これは、ユーザが、警告なしで、即座の較正を実施する必要に直面するのではなく、装置再較正を予定することを可能にする。第２範囲は、たとえば、２７０°から１８０°まで延びてもよい。第２アライメント警告信号は、その後、基準マークゲート制御パルスの縁が、第２位相範囲内に入るが、第１位相範囲の外にあるときに（すなわち、縁が、１３５°から１８０°、または、２７０°から３１５°の位相を有する場合）、生成されることになる。
【００１１】
２つ（すなわち、第１および第２）の位相範囲を設けることが、本明細書で詳細に述べられるが、任意の数の入れ子式位相範囲を設けることができることが留意されるべきである。換言すれば、１つまたは複数の付加的なアライメント警告信号（たとえば、第３、第４、第５などのアライメント警告信号）が、好都合に、設けられてもよく、それぞれの後続の位相範囲は、以前の位相範囲より広い。こうして、より細かい段階に分けた一連の警告信号が実施されてもよい。たとえば、１（位置合わせされない）から１０（うまく位置合わせされた）のアライメント品質指示が設けられてもよい。
【００１２】
好ましくは、アライメント検出手段は、基準マークゲート制御パルスの両方の縁が、最も広い（たとえば、前記第２または付加的な）位相範囲の外になる場合、チャネル位置合致信号を生成するように構成される。換言すれば、アライメント検出手段は、増分チャネルが、増分チャネルに適切に位置合わせされることを指示する信号を生成してもよい、すなわち、基準マークゲート制御パルスの前縁および後縁が、第２（および第１）位相範囲の外になることを指示する信号を提供する。これは、チャネルアライメントが許容可能であるという肯定的な確認を提供する。
【００１３】
有利には、読み取りヘッドはまた、（通常、アナログの）基準マークゲート制御パルスを使用して、一連の（通常、デジタルの）基準マークパルスをゲート制御することによって、出力基準マーク信号を生成するように構成される。こうして、読み取りヘッドが、絶対位置マーカの上を通過するときはいつでも、単一デジタルパルスを含むデジタル出力基準マーク信号が提供される。出力基準マーク信号を使用して、増分チャネルカウントがリセットされてもよい。
【００１４】
アライメント検出手段は、好ましくは、２色発光ダイオード（ＬＥＤ）などの視覚指示器を備える。ＬＥＤを設けることは、チャネルアライメント状態が、装置のユーザに容易に伝達されることを可能にする。たとえば、ＬＥＤは、基準マークチャネルが、増分チャネルとうまく位置合わせされていると思われる場合、「緑色」に点灯するか、基準マークゲート制御パルスの少なくとも一方の縁が、第２位相範囲内に入る程度（較正がまもなく必要とされることを指示する）まで、アライアメントが低下した場合、「橙色」に点灯するか、基準マークゲート制御パルスの少なくとも一方の縁が、第１位相範囲内に入るように（即座の較正が必要とされることを指示する）、アライメントが減少した場合、「赤色」に点灯するように構成されてもよい。
【００１５】
ＬＥＤは、好ましくは、読み取りヘッドが基準マークの上を通過するときはいつでも、適切な色に点灯するように構成される。こうしたＬＥＤはまた、読み取りヘッドが基準マークパルスの近辺から離れて増分スケールに沿って通過するときに、差情報（たとえば、増分チャネル信号の強度に関連する情報）を提供するように構成されてもよい。増分チャネルの動作を監視する、適した技法は、特許文献１に記載される。こうして、読み取りヘッドがスケールに沿ってまた基準マークの上を通過するときの、単一ＬＥＤの観察は、装置が適切に動作しているかどうか、あるいは、較正が、即座にまたは近い将来、必要とされるかどうかをユーザが確認することを可能にする。こうしたＬＥＤは、必要に応じて、読み取りヘッドまたはインタフェース上に位置してもよい。
【００１６】
ＬＥＤベース指示は、スケール読み取り装置のアライメント状態をユーザに伝達する単純な方法を提供するが、必要とされる場合、より定量的なアライメント尺度が設けられてもよい。たとえば、チャネルアライメント品質値（たとえば、１から１０の範囲の数）が生成されることができる。あるいは、基準マークゲート制御パルス縁の位相が、（たとえば、コンピュータインタフェースを介して）表示されることができる。
【００１７】
装置は、当業者に明らかになることになる多数の方法でアライメント検出手段を実施するように構成されてもよい。たとえば、アライメント検出手段は、有利には、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）またはプログラム可能ロジックデバイス（ＰＬＤ）などの適切に構成されたロジックを備えてもよい。ロジックは、読み取りヘッド内、または、読み取りヘッドから遠隔の別個のインタフェース内に位置してもよい。あるいは、適したプロセッサ（たとえば、パーソナルコンピュータまたは波形解析器）を使用して、信号処理機能を実施してもよい。
【００１８】
以下でより詳細に述べるように、スケールは、一連の増分マークおよび１つまたは複数の基準マークを備えてもよい。これらは、別個のスケールトラック上に、または、特許文献３に記載されるタイプの組合せ式（埋め込み式）スケールとして設けられてもよい。１つだけの基準マークが必要であるが、スケールは、複数のユーザ選択可能なまたは距離符号化された基準マークを備えてもよい。たとえば、ロータリエンコーダデバイス上に搭載された装置の場合、４つのユーザ選択可能な基準マークが、９０°間隔で設けられてもよい。
【００１９】
有利には、読み取りヘッド装置は、少なくとも１つの光学センサを備える。こうした装置では、読み取りヘッドは、増分スケールに沿って通過するにつれて、位相信号および直交位相信号（正弦および余弦信号）を生成する光学増分センサを備えてもよい。その後、デジタル化または補間プロセスを使用して、直交位相信号を一連の基準マークパルスに変換することができる。装置は、通常、正弦波のサイクル毎に、１つの基準マークパルスが設けられるように構成される。さらに、直交位相信号を使用して、増分チャネルパルス（すなわち、増分位置情報を提供するために、計数されるパルス）が生成され、複数の増分チャネルパルスが、正弦波のサイクル毎に、提供されてもよい。こうしたシステムでは、全ての信号の位相は、通常、正弦波の位相を基準にして測定される。
【００２０】
本発明のスケールおよび読み取りヘッド装置は、光学機構に限定されないことに留意することが重要であり、本発明は、たとえば、磁気式、静電容量式、または誘導式スケール読み取りシステムなどの他のタイプの装置に同様に適用可能である。さらに、使用される基準マークの種類は、増分マークの種類と異なってもよく、たとえば、光学増分マークは、磁石基準マークなどと組合せて使用されてもよい。
【００２１】
本発明のさらなる態様によれば、スケール読み取り装置が提供され、スケール読み取り装置は、読み取りヘッドであって、読み取りヘッドが関連スケールに対して移動するにつれて、一連の基準マークパルスがそこから生成される増分チャネルと、読み取りヘッドが関連スケール上の所定の（絶対）位置マークを通過するときに、基準マークゲート制御パルスを生成するように構成された基準マークチャネルと、関連スケールに対する読み取りヘッドの移動中に、基準マークゲート制御パルスと基準マークパルスのアライメントを監視するアライメント検出手段とを備える読み取りヘッドを備えており、アライメント検出手段は、基準マークパルスの位相に対する前記基準マークゲート制御パルスの前縁および後縁の位相を監視するように構成されることを特徴とする。
【００２２】
本発明のさらなる態様によれば、スケール読み取り装置は、スケールに対して移動可能な読み取りヘッドと、読み取りヘッドがスケールに対して移動するにつれて、一連の基準マークパルスがそこから生成される増分チャネルと、読み取りヘッドがスケール上の所定の（絶対）位置マークを通過するときに、基準マークゲート制御パルスを生成するように構成される基準マークチャネルと、使用中に、基準マークゲート制御パルスと基準マークパルスのアライメントを監視するアライメント検出手段とを備えており、アライメント検出手段は、基準マークゲート制御パルスが単一基準マークパルスを囲むかどうかを監視するように構成されることを特徴とする。換言すれば、アライメント検出手段は、基準マークゲート制御パルスの前縁および後縁が、基準マークパルスによって占められる位相範囲内に進入しないことを確実にするように構成される。
【００２３】
本発明のさらなる態様によれば、スケール読み取り装置内で、増分チャネルと基準マークチャネルのアライメントを決定する方法において、（ｉ）読み取りヘッドがスケールに対して移動するにつれて、増分チャネルから一連の基準マークパルスを生成するステップと、（ｉｉ）読み取りヘッドがスケール上の所定の（絶対）位置マークを通過するときに、基準マークチャネルから基準マークゲート制御パルスを生成するステップとを含む方法であって、（ｉｉｉ）増分チャネルによって生成される基準マークパルスの位相に対して、基準マークチャネルによって生成される基準マークゲート制御パルスの前縁および後縁の位相を監視する（たとえば、測定する）ステップをさらに含むことを特徴とする。
【００２４】
上述した方法を実施するために、コンピュータ、マイクロプロセッサ、またはマイクロコントローラがプログラムされてもよく、または、コンピュータプログラムが提供されてもよい。あるいは、上述の方法が実施されることを可能にするために、（ＦＰＧＡまたはＰＬＤなどの）適切なロジックが構成されてもよい。特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）が使用されてもよい。
【００２５】
本発明は、ここで、添付図面を参照して、例としてだけ述べられるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１を参照すると、スケール読み取り装置が示される。装置は、スケール１０、および、互いに対して移動可能な読み取りヘッド１２を備える。
【００２７】
スケール１０は、いわゆる、振幅スケールを形成する、その長さに沿って繰り返される一連の明線１６および暗線１８を有する第１スケールトラック１４を備える。線の幅は、必要とされる位置分解能に依存し、通常、２〜１００μｍのオーダである。読み取りヘッド１２の増分光学センサ２４は、第１スケールトラック１４の線が読み取りヘッドを通過するときに、線を検出し、読み取りヘッドがスケールに沿って移動するにつれて、直交位相の２つの正弦波出力信号（すなわち、正弦信号および余弦信号）を生成する。こうした直交位相信号を設けることは、読み取りヘッドの移動量と移動方向の両方が決定されることを可能にする。このタイプの増分スケール読み取り装置は、知られており、他のところでより詳細に述べられる（たとえば、特許文献１および２を参照されたい）。振幅スケールが、本明細書で述べられるが、あるいは、位相スケールが、提供されることができる。
【００２８】
スケール１０はまた、第２スケールトラック２０を含む。第２スケールトラック２０は、絶対位置または基準マーク指示器の役目を果たすスケールマーキング２２を含み、示されるスケールマーキング２２は、通常、第１スケールトラック１４のスケールマーキングに比べて、一桁広い。読み取りヘッド１２は、読み取りヘッドが基準マークを通過するときに、基準マークゲート制御信号またはパルスを供給する基準マーク検出器２６を備え、それにより、スケールに対する読み取りヘッドの絶対位置が決定されることが可能になる。単一基準マーク２２だけが、図１に示されるが、第２スケールトラック２０は、所望である場合、その長さに沿って、多数のユーザ選択可能な、または、距離符号化された基準マークを備えることができる。さらに、図示する平行トラック機構（すなわち、第２スケールトラック２０に対して分離した第１スケールトラック１４）は、特許文献３に記載されるタイプの組合せ式または埋め込み式トラック機構によって置換えられることができる。
【００２９】
読み取りヘッドはまた、その正確な動作を監視する回路要素を備えてもよい。発光ダイオード（ＬＥＤ）２７が、読み取りヘッドおよび／または任意の関連インタフェース上に設けられて、装置の再較正が必要とされるという指示がユーザに提供される。たとえば、読み取りヘッドは、特許文献１に記載されるように、増分光学センサ２４の直交信号を監視するように構成されてもよい。以下でより詳細に概説されるように、読み取りヘッドが基準マーク上を通過するときの、ＬＥＤ２７の点灯を使用して、基準チャネルと増分チャネルとの間のアライメントの品質が指示されてもよい。
【００３０】
ここで図２および３を参照すると、図１の装置内での基準マーク信号の発生のより詳細な説明が与えられる。
【００３１】
図２は、スケールマーキング２２などの基準マークを検出するのに適した光学機構を示す。スケール１０を照明するために、光源２８が読み取りヘッド１２上に設けられる。スケール１０によって反射された光は、レンズ３０または他の適した光学部品によってスプリット検出器２６上に収束される。基準マークは、明るい背景の上に暗いマークを含んでもよく、基準マーク検出器２６は、読み取りヘッドが基準マーク上を移動するときの、光強度の減少を検出することになる。あるいは、基準マークは、暗い背景の上に明るいマークを含んでもよく、その場合、逆が真である。
【００３２】
図３は、読み取りヘッドのスプリット検出器２６および関連する電気出力を示す。読み取りヘッドが、スケールに対して、したがって、基準マークに対して矢印Ａで示す方向に移動すると、光は、最初、スプリット検出器の一方の半分Ｋに、次に、他の半分Ｊに当たる。そのため、スプリット検出器２６の２つの半分Ｋ、Ｊの出力３２、３４は互いにオフセットする。２つの出力の差は、差信号３８を形成すると考えられ、基準マークゲート制御信号（以下でより詳細に述べられる）は、差信号３８を交差点３９の近くの２つの電圧閾値Ｖ１およびＶ２と比較することによって導出される。これらの電圧閾値は、固定され、そのため、アナログ基準マークゲート制御信号は、差信号３８の電圧が、ゼロ交差点３９の近辺でＶ１とＶ２との間にあるときに、出力される。
【００３３】
スプリット検出器が先に述べられたが、多数の代替の基準マーク検出器が使用されることができることを当業者は理解するであろう。たとえば、基準マークは、あるいは、より正確な位置尺度が得られることを可能にするために、自己相関器パターンを含むことができる。反射式ではなく透過式スケールおよび読み取りヘッド機構が使用されることができることも留意されるべきである。
【００３４】
先の図１および３を参照して述べたタイプのスケール読み取り装置は、増分移動と絶対位置の両方に関する信号を生成する。換言すれば、装置は、読み取りヘッドとスケールの相対移動に関する（すなわち、光学センサ２４によって生成される直交信号からの）情報を提供する増分チャネル、ならびに、基準マークを使用した（すなわち、基準マーク検出器２６によって生成される基準マークゲート制御信号を使用した）絶対位置情報を提供する基準マークチャネルを有する。
【００３５】
図４を参照すると、図１から３を参照して述べたタイプのスケール読み取り装置によって生成される典型的な信号が示される。
【００３６】
図４ａは、読み取りヘッド１２がスケール１０に沿って移動するときの、増分光学センサ２４によって出力される直交位相（正弦および余弦）信号５０および５２を示す。以降で、図４の種々の信号は、正弦波信号５０の位相を基準にして述べられることになることが留意されるべきである。
【００３７】
信号５０および５２の解析によって、波形５０が、所望の位相を持つ、または、所定の位相範囲内に入るときはいつでも、基準マーク信号が生成されることが可能になる。図４ｂは、正弦波信号５０の位相が４５°になるときを示す指示点５４を示す。これは、正弦波信号の振幅が正で、かつ、余弦信号の振幅に一致するときを監視することによって、容易に検出されることができる。典型的なデバイスでは、補間技法を使用して、直交位相信号５０および５２から、一連のデジタル基準マークパルスが生成される。４５°を中心とする９０°幅基準マークパルス５６の列が、図４ｃに示される。デジタル基準マークパルス５６は、通常、基準マーク位置測定値を決定するだけのために生成されることが留意されるべきである。そのため、パルス５６は、読み取りヘッド位置の必要とされる増分測定値を提供するために計数される増分チャネルパルス（図示せず）と全く異なる。９０°幅基準マークパルスが、この例で述べられるが、基準マークパルスは、任意の適した幅であってよい（たとえば、基準マークパルスは、必要とされるデバイス分解能に応じて、９０°より大きくてもよく、または、９０°より小さくてもよい）ことが留意されるべきである。
【００３８】
上述したように、装置の増分チャネルは、基準マークチャネルによって達成される。図４ｄに示すように、基準マークチャネルは、読み取りヘッドが第２スケールの基準マークの上を通過するときに、基準マークゲート制御パルス５８（アナログゲート制御パルスとも呼ぶ）を生成するように構成される。基準マークゲート制御パルス５８を使用して、読み取りヘッドが、スケール上の一定の領域内にあることが示される。基準マークゲート制御パルス５８は、それ自体では、正確な位置情報を与えないことが留意されるべきである。基準マークゲート制御パルス５８を使用して、増分チャネルの特定の基準マークパルス５６が、その上にあることが期待される範囲が特定される。これは、スケール上の固定された絶対位置に関連する特定の基準マークパルス（たとえば、パルス５６’）が特定されることを可能にする。
【００３９】
基準マークゲート制御パルス５８は、通常、３６０°幅であるが、基準マークゲート制御パルス５８に関連するハッチング領域５９によって示すように、より狭くてもよく、または、より広くてもよい。唯一の要件は、基準マークゲート制御パルス５８は、基準マークパルス５６のうちの１つ、そして、ただ１つにまたがり、それにより、こうしたパルスが一意に特定されることを可能にすることである。
【００４０】
図４ｅは、基準マークゲート制御パルス（すなわち、図４ｄのパルス５８）を使用して基準マークパルス（すなわち、図４ｃのパルス５６）をゲート制御することによって生成される結果得られる（デジタル）絶対基準マークパルス５７を示す。そのため、結果得られる（デジタル）絶対基準マークパルス５７は、読み取りヘッドが基準マークの上を通過するときはいつでも、制御装置に絶対位置情報を提供する。
【００４１】
基準マークゲート制御パルス５８と増分チャネルによって生成される基準マークパルス５６の位相を最初に位置合わせする（すなわち、較正する）ための多数の技法が知られている。知られている１つの較正方法は、増分チャネルと基準マークチャネルが、互いに関して位置合わせされるように読み取りヘッドを幾何学的に調整することである。増分チャネルに関して基準マーク信号の位相を合わせる別の方法では、スプリット検出器によって生成される差信号（すなわち、図３の差信号３９）は、電子的に調整される。こうした方法では、差信号は、電圧閾値Ｖ１およびＶ２を基準にして上がりまた下がり（または、電圧閾値が調整され）、それにより、基準マークパルスを基準にした基準マークゲート制御パルスの前縁および後縁の位置を再規定する（または、「位相合わせする（ｐｈａｓｉｎｇ）」）。本発明者等の同時係属中の特許文献４（代理人参照番号６６２）はまた、基準マークと増分チャネルの初期位相合わせを提供するための、さらなる改良された較正方法を述べる。
【００４２】
ここで図５を参照すると、十分に位置合わせされたスケールおよび読み取りヘッド装置について、増分チャネルと基準マークチャネルとの間の位相関係を示すために、リサージュ図が示される。特に、図５は、リサージュ図６０を形成するために、互いに対してプロットされた（余弦は水平にプロットされ、正弦は垂直にプロットされた）増分正弦／余弦信号対（たとえば、図４の信号５０および５２）を示す。この例では、正弦信号と余弦信号の振幅が同じであると考えられ、かつ、信号間の位相差が正確に９０°であるため、リサージュ図６０は、完全円である。実際のデバイスでは、リサージュ図は、直交位相信号の特性に依存することになり、完全円の形態をとる可能性が少ないことを当業者は認識するであろう。
【００４３】
第１重ね合わせ帯状部６２は、基準マークゲート制御パルスを表す。この例では、基準マークゲート制御パルスは、約３００°幅であり、約２６０°（−１００°に等しい）において前縁を、２００°において後縁を有する。第２重ね合わせ帯状部６４は、４５°を中心とする９０°幅の基準マークパルスを表す（すなわち、図４を参照して述べたパルス５６に似ている）。この例では、基準マークゲート制御パルスは、単一基準マークパルスだけを囲み、そのため、基準マークチャネルは、増分チャネルと十分に位置合わせされている。
【００４４】
上述したように、基準マークパルスの位相に対して基準マークゲート制御パルスの中間点の位相を決定することによって、使用中に、基準マークチャネルと増分チャネルのアライメントを監視することが知られている。本例に対する従来技術の技法の適用は、（矢印６３で示す）４５°の基準マークパルス中間点および（矢印６５で示す）４５°の基準マークゲート制御パルス中間点を与える。そのため、こうした技法は、増分チャネルと基準マークチャネルの良好なアライメントを（正確に）示すことになることが見てわかる。
【００４５】
増分チャネルと基準マークチャネルのアライメントの解析結果は、読み取りヘッドまたはインタフェース上に位置するＬＥＤ指示器によってユーザに伝達されてもよいことが留意されるべきである。たとえば、２色ＬＥＤは、アライメントが良好であるときに緑色を点け、チャネルがもはや位置合わせされていないときに赤色を点け、アライメント品質が低下したときに黄色を点ける（すなわち、赤色光と緑色光の両方を出すことによって）ことができる。図１に示すタイプの装置では、ＬＥＤ２７は、読み取りヘッドが基準マークの上を通過するときに適切な色に点灯してもよく、それにより、基準マークチャネルが、増分チャネルと位置合わせされたと考えられるかどうかを指示する。
【００４６】
図６を参照すると、ミスアライメント状態になった装置について、増分チャネルと基準マークチャネルとの間の位相関係を示すさらなるリサージュ図が示される。基準マークゲート制御パルス（重ね合わせ帯状部６６によって示す）は、約２００°の幅を有し、９０°付近に中心がある。帯状部６６の第１縁６８（すなわち、基準マークゲート制御パルスの前縁）は、約３５０°に位置し、関連する基準マークパルスを表す第２重ね合わせ帯状部６４の近くにあるのが見てわかる。
【００４７】
この例では、基準マークゲート制御パルスは、関連する基準マークパルス（第２重ね合わせ帯状部６４で示す）と十分に位置合わせされていない。そのため、装置が、所望の基準マークパルスを正確に特定することに失敗する益々多くの可能性が存在する。さらに、増分チャネルと基準マークチャネルのアライメントがさらにわずかに減少しただけで、基準マークゲート制御パルスの第１縁６８が、基準マークパルスの０°から９０°の領域内に進入するようになる。
【００４８】
従来技術の中間点監視技法は、（矢印６３で示す）４５°の基準マークパルス中間点および（矢印７０で示す）９０°より少し大きい基準マークゲート制御パルス中間点を決定することになる。こうした解析に続いて、従来技術の技法は、装置の誤動作を引き起こす可能性があるミスアライメントが起こったことを（正確に）示すであろう。
【００４９】
従来技術の中間点検出技法は、上述した例のアライメント／ミスアライメントを正確に決定するが、当該技法は、ミスアライメントを特定することに失敗するか、または、重大性はより低いが、多数の重要な事例においてミスアライメントの存在を誤って指示することがわかってきた。たとえば、パルスがハッチング領域７２によって示す２８０°から２６０°まで延びるように、図６に示す基準マークゲート制御パルスの幅が実際には増加した場合、中間点は、依然として９０°よりわずかに大きいことになり、装置が依然として適切に動作していても、ミスアライメント警告を（誤って）トリガーすることになる。換言すれば、基準マークゲート制御パルスの中間点にかなりの（たとえば、４５°の）変動が存在する可能性があるが、これは、必ずしも誤動作をもたらすわけではないことが本発明者等によって理解されてきた。逆に、基準マークゲート制御パルスの中間点は、ほんのわずかに変動する場合があり、したがって、基準マークチャネルと増分チャネルのミスアライメントを引き起こすのに十分に（たとえば、９０°未満に）、基準マークゲート制御パルスの幅が減少するにもかかわらず、従来技術の位相中間点アライメント基準を満たす。
【００５０】
基準マークゲート制御パルスの中間点ではなく、縁の位相を監視することを含む改良されたミスアライメント検出方法が、ここで述べられるであろう。これは、誤動作を引き起こす可能性がある、増分チャネルと基準マークチャネルとの間のミスアライメントが起こったかどうかを評価するより頑健でかつ信頼性のあるスキームを提供することがわかった。
【００５１】
改良された方法は、基準マークゲート制御パルスの両方の縁の位相を測定すること、および、こうした縁が、「赤」位相範囲に入るか、「橙」位相範囲に入るか、「緑」位相範囲に入るかを判定することを含む。図７は、赤ゾーン８０、橙ゾーン８２、および緑ゾーン８４に分割されるリサージュ図を使用する技法を示す。この例では、基準マークパルスは、重ね合わせ帯状部６４によって示すように、９０°幅であり、４５°に中心を持つ。図７に示す種々のゾーンの角度範囲は、表１に概説される。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
図７を参照して述べたゾーンは、具体的な例に過ぎないことを思い起こすことが重要である。ゾーンの数および／またはこうしたゾーンによって包含される角度範囲は、必要に応じて選択されてもよく、また、基準マークパルスの特性および特定の装置に依存することになることを当業者は理解するであろう。基準マークパルスはまた、４５°以外の角度に中心を持ってもよく、それにより、相応して、ゾーンの種々の角度範囲がシフトする。
【００５４】
基準マークゲート制御パルスの縁が、どの色ゾーンに入るかを決定して、結果が、以下の表２に示すように組み合わされて、ＬＥＤ色点灯の色を決定する全体のアライメント状態が決定される。
【００５５】
【表２】
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【００５６】
ここで図８から１１を参照すると、上記方法の動作の４つの例が示されるであろう。
【００５７】
図８は、共に、「緑」ゾーン８４に入る前縁および後縁を有する基準マークゲート制御パルス（すなわち、帯状部９０）を示す。基準マークチャネルと増分チャネルは、十分に位置合わせされており（すなわち、基準マークゲート制御パルスは、対応する基準マークパルスを囲み）、読み取りヘッド指示器ＬＥＤは緑色に点灯する。
【００５８】
図９は、共に、「橙」ゾーン８２に入る前縁および後縁を有する基準マークゲート制御パルス（すなわち、帯状部９６）を示す。基準マークチャネルと増分チャネルは、多少ミスアライメント状態になっており（すなわち、基準マークゲート制御パルスの縁が、対応する基準マークパルスの縁に近づいており）、したがって、指示器ＬＥＤの橙に点灯することによって、ある程度のミスアライメントが起こったという警告が提供される。
【００５９】
図１０は、「橙」ゾーン８２に入る前縁、および、「緑」ゾーン８４に入る後縁を有する基準マークゲート制御パルス（すなわち、帯状部１００）を示す。基準マークチャネルと増分チャネルは、多少ミスアライメント状態になっており（すなわち、基準マークゲート制御パルスの縁が、対応する基準マークパルスの縁に近づいており）、指示器ＬＥＤの橙に点灯することによって、ある程度のミスアライメントが起こったという警告をトリガーする。
【００６０】
図１１は、赤ゾーン８２に入る前縁、および、「緑」ゾーン８４に入る後縁を有する基準マークゲート制御パルス（すなわち、重ね合わせ帯状部１０４）を示す。基準マークチャネルと増分チャネルは、誤動作が起こる可能性がある程度まで、ミスアライメント状態にある。装置がミスアライメント状態にあり、即座の再較正を必要とするという警告が、指示器ＬＥＤの赤に点灯することによって提供される。上述した従来技術の中間点検出技法は、基準マークゲート制御パルスの中間点が０°から９０°の範囲に入るため、この事例では誤った「緑」点灯を与えることになることが留意されるべきである。
【００６１】
図１２ａ〜１２ｉを参照すると、本発明の方法を使用するデバイス動作の更なる例が示される。図１２ａ〜１２ｉは、１３５°から３１５°まで延びる緑ゾーン１００、９０°から１３５°および３１５°から０°まで延びる橙ゾーン１０２、ならびに、０°から９０°まで延びる赤ゾーン１０４を備えるリサージュ図を示す。
【００６２】
図１２ａでは、基準マークゲート制御パルス１０６は、緑ゾーンに入る前縁および後縁を有する。そのため、指示器ＬＥＤは、良好なアライメントを指示するために、緑色に点灯される。
【００６３】
図１２ｂおよび１２ｃは、橙ゾーンに入る１つの縁を有する基準マークゲート制御パルス１０８および１１０を示し、一方、図１２ｄは、橙ゾーンに入る両方の縁を有する基準マークゲート制御パルス１１２を示す。これらの例では、ＬＥＤは、橙色に点灯されて、アライメントが低下したこと、および、基準マークチャネルと増分チャネルの再位置合わせが、近い将来、必要とされることが指示される。
【００６４】
図１２ｅ〜１２ｉは、赤ゾーンに少なくとも１つの縁を有する基準マークゲート制御パルス１１４、１１６、１１８、１２０、および１２２を示す。これらの例では、ＬＥＤは、アライメントが失われたこと、および、誤動作が起こる可能性があることを指示するために、赤に点灯する。
【００６５】
先に説明で述べた装置は、光学式であるが、スケールおよび読み取りヘッドシステムは、種々の方法で実施されることができることを当業者は認識するであろう。たとえば、技法は、磁気ベース、誘導ベース、および静電容量ベースのスケールおよび読み取りヘッドデバイスに同様に適用可能である。
【００６６】
本明細書で述べるスケールおよび読み取りヘッド装置は、種々のデバイス上での併進および／または回転を測定するのに使用されてもよい。たとえば、装置は、線形併進を測定するのに使用される装置またはロータリエンコーダデバイスに適用されることができる。本明細書で述べる方法は、同様に、特許文献５および６に記載されるタイプの２次元エンコーダシステムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】読み取りヘッドおよびスケールの平面図である。
【図２】図１に示す読み取りヘッドの基準マーク検出器部分の図である。
【図３】図２に示す基準マーク検出器のスプリット検出器および基準マーク検出中に生成された典型的な信号を示す図である。
【図４】図１に示す装置の読み取りヘッドがスケールに沿って通過するときに生成される種々の信号を示す図である。
【図５】十分に位置合わせされたデバイスについての、基準マークゲート制御パルスを上に重ね合わされた、増分チャネルの直交位相信号のリサージュ図である。
【図６】基準マークチャネルと増分チャネルとの間のアライメントの低下を示すリサージュ図である。
【図７】リサージュ図の複数ゾーンへの分割を示す図である。
【図８】十分に位置合わせされたデバイスについての基準マークゲート制御パルスが上に重ね合わされた図７のリサージュ図である。
【図９】アライメントが低いデバイスについての基準マークゲート制御パルスが上に重ね合わされた図７のリサージュ図である。
【図１０】アライメントが低いデバイスについての基準マークゲート制御パルスが上に重ね合わされた図７のリサージュ図である。
【図１１】ミスアライメント状態のデバイスについての基準マークゲート制御パルスが上に重ね合わされた図７のリサージュ図である。
【図１２ａ】本発明のさらなるデバイスについてのリサージュ図である。
【図１２ｂ】本発明のさらなるデバイスについてのリサージュ図である。
【図１２ｃ】本発明のさらなるデバイスについてのリサージュ図である。
【図１２ｄ】本発明のさらなるデバイスについてのリサージュ図である。
【図１２ｅ】本発明のさらなるデバイスについてのリサージュ図である。
【図１２ｆ】本発明のさらなるデバイスについてのリサージュ図である。
【図１２ｇ】本発明のさらなるデバイスについてのリサージュ図である。
【図１２ｈ】本発明のさらなるデバイスについてのリサージュ図である。
【図１２ｉ】本発明のさらなるデバイスについてのリサージュ図である。
【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１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１２ｄ】
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【図１２ｅ】
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【図１２ｆ】
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【図１２ｇ】
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【図１２ｈ】
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【図１２ｉ】
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【国際調査報告】
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