(57)【要約】スケールに対して移動可能な読み取りヘッドを含み、読み取りヘッドがスケール上の基準マークを通過するときに、基準マーク信号を生成するだけでなく位置信号を生成するように構成されたエンコーダ装置であって、位置信号と基準マーク信号の所与の関係の維持を少なくとも達成しようとするために、基準マーク信号を生成するためのプロセスが状況における変化に応答して自動的に適応するように、構成されたエンコーダ装置。
2019517004.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を含み、前記読み取りヘッドが前記スケール上の基準マークを通過するときに、基準マーク信号を生成するだけでなく位置信号を生成するように構成されたエンコーダ装置であって、前記位置信号と前記基準マーク信号の所与の関係の維持を少なくとも達成しようとするために、前記基準マーク信号を生成するためのプロセスが状況における変化に応答して自動的に適応するように、構成されたエンコーダ装置。
【請求項２】
前記位置信号と前記基準マーク信号の前記所与の関係は、前記エンコーダ装置の較正の間に判定される関係である請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項３】
前記位置信号と前記基準マーク信号の前記関係は、前記位置信号と前記基準マーク信号の位置的関係を含む請求項１または２に記載のエンコーダ装置。
【請求項４】
前記基準マーク信号を生成するための前記プロセスが、前記読み取りヘッドに配置された少なくとも１つの基準マークセンサの出力から取得された信号を解析して、前記読み取りヘッドが前記基準マークを通過するときに前記基準マークを感知するように、構成された請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項５】
前記基準マーク信号を生成するための前記プロセスが、前記少なくとも１つの基準マークセンサの前記出力から取得された前記信号の処理において少なくとも１つの変数を使用し、前記変数が状況における前記変化に応答して適応されるように、構成された請求項４に記載のエンコーダ装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの変数は、前記少なくとも１つの基準マークセンサの前記出力から取得された前記信号がそれと比較されて基準マークの通過を判定する閾値、および／または、前記少なくとも１つのセンサの前記出力から取得された前記信号に適用されるオフセットを含む請求項５に記載のエンコーダ装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの基準マークセンサの前記出力から取得された前記信号がそれと比較されて基準マークの前記通過を判定する複数の閾値を含むエンコーダ装置であって、状況における変化に応答してそれぞれの閾値を個々に適応させるように構成された請求項６に記載のエンコーダ装置。
【請求項８】
前記プロセスを適応させることは、前記少なくとも１つの基準マークセンサの前記出力から取得された前記信号を除いた１つまたは複数の要因を、状況における前記変化に基づいて適応させることを含む請求項４乃至７のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項９】
前記位置信号に対して予め決められた位相でそれぞれ生じる予め決められた基準マークパルスの列を発生させ、前記読み取りヘッドが前記基準マークを通過するときに、前記基準マークパルスをゲートするために使用されるゲーティング基準パルスを発生させるように構成されたエンコーダ装置であって、同じ予め決められた基準マークパルスをゲートし続けるために、前記ゲーティング基準パルスを生成するためのプロセスが状況における変化に応答して自動的に適応するように構成されるように、構成された請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項１０】
前記ゲーティング基準パルスを発生させるためのプロセスを状況における変化に応答して適応させることは、前記ゲーティング基準パルスの境界を前記位置信号に対して予め決められた位置に向けて寸動させることを含む請求項９に記載のエンコーダ装置。
【請求項１１】
前記基準マークを発生させるためのプロセスを、過去のパフォーマンスに基づいて適応させるように構成された請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項１２】
前記基準マーク信号を生成するための前記プロセスを、現在の動作条件に基づいて自動的に適応させるように構成された請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項１３】
前記スケールは、特徴の周期的な列を含むインクリメンタルスケールトラックを含み、前記位置信号は、インクリメンタル信号を含む請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項１４】
前記インクリメンタル信号は、少なくとも１つの正弦波的に変動する信号を含む請求項１３に記載のエンコーダ装置。
【請求項１５】
読み取りヘッドがスケール上の基準マークを通過するときに、基準マーク信号を提供するだけでなく位置信号を提供するように構成された読み取りヘッドであって、前記位置信号と前記基準マーク信号の所与の関係の維持を少なくとも達成しようとするために、前記基準マーク信号を提供するためのプロセスが状況における変化に応答して自動的に適応するように、構成された読み取りヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダ装置に関し、とりわけ、１つまたは複数の基準マークを含むエンコーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの部材の相対変位を測定するためのエンコーダ装置の知られている形は、一方の部材上のスケールと、もう一方の部材上の読み取りヘッドとを含む。スケールは、パターンを定義するスケールマークの列、たとえば、明線および暗線の列を含む。読み取りヘッドは、位置信号がそこから発生され、スケールと読み取りヘッドの相対変位の測定がそこから判定され得る結果として得られるパターンに、応答するセンサを有する。周期的なパターンでそのマークを有するスケールは、インクリメンタルスケールとして知られており、読み取りヘッドのセンサは、通常、直交位相信号のペアを生成するように配置される。そのようなエンコーダ装置は、光学式、磁気式、静電容量、または誘導式であってよい。そのような光学式装置の例が、特許文献１および特許文献２に記載されている。それはまた、一般に絶対スケールとして知られる、一意に識別可能な位置の列を定義するマークを有するスケールを提供することが知られている。
【０００３】
また、スケールには１つまたは複数の基準マークが設けられることも知られており、これは、読み取りヘッドによって検出されるときに、読み取りヘッドの予め決められた基準位置を判定可能とする基準マーク信号を提供する。基準マーク信号が有用であるためには、他のスケール特徴に対するその位置が知られていなければならず、かつ再現可能でなければならない。言い換えれば、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、対応する位置（たとえば、インクリメンタルおよび／または絶対）信号と適正に位置合わせされなければならず、位置信号とのその関係（たとえば、その位置）は、基準マークが依拠されている動作の間、経時的に変化してはならない。基準マーク信号と位置信号の位置合わせが初期に取得されるのを保証するためのさまざまな較正技法が存在する（たとえば、特許文献３などに記載されている）。しかしながら、そのような位置合わせは、経時的に、または使用と共に劣化することがある。そのような劣化は、たとえば、電子コンポーネントのドリフト、読み取りヘッド位置合わせにおける変化、環境的な変化（たとえば、温度、周囲照明）その他のために生じることがある。
【０００４】
特定の信号振幅を維持するために、エンコーダに自動利得制御（ＡＧＣ）を設けることが知られている。たとえば、光学式インクリメンタルエンコーダにおいては、インクリメンタル信号の特定の振幅を維持するために、読み取りヘッドの光源の輝度を制御することが知られている。たとえば、ＡＧＣプロセスがインクリメンタル信号の振幅が減少することを識別した場合、光源の輝度を増加させてこれを補償することが知られている。インクリメンタルトラックおよび基準マークトラックのための共通の光源が存在する場合、ＡＧＣプロセスが、インクリメンタル信号および基準マーク信号に影響を与えることがある。ＡＧＣはまた、他のエンコーダタイプ、たとえば、磁気式エンコーダにおいても使用される。たとえば、特許文献４は、温度補償について、磁気式エンコーダのためのＡＧＣの形を開示している。特許文献４はまた、基準信号を形成する信号について温度補償されるリミッタ回路を使用することを開示している。
【０００５】
特許文献５は、基準マークゲーティングパルスと基準マークパルスの位相位置合わせの劣化についてモニタし、大幅な劣化が検出された場合に警告信号を発生させるやり方を記載している。そのような警告信号が受信されると、マシンをシャットダウンする、および／または基準マークを再較正するなどの適切なアクションが、オペレータによって取られてよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】国際公開第２００７／０５２０５２号パンフレット
【特許文献４】ＤＥ２９６１４９７４
【特許文献５】国際公開第２００７／０５７６４５号パンフレット
【特許文献６】国際公開第２００５／１２４２８２号パンフレット
【特許文献７】米国特許第７６２４５１３号明細書
【特許文献８】米国特許第７２８９０４２号明細書
【特許文献９】米国特許第７１４１７８０号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、改善されたエンコーダ装置に関する。とりわけ、本発明は、インクリメンタル信号と基準マーク信号の所与の／特定の（たとえば、所望の）関係を積極的に維持するように構成されたエンコーダ装置に関する。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、スケールに対して移動可能な読み取りヘッドを含み、読み取りヘッドがスケール上の基準マークを通過するときに、基準マーク信号を生成するだけでなく位置信号を生成するように構成されたエンコーダ装置であって、位置信号と基準マーク信号の所与の／特定の（たとえば予め設定された）関係の維持を少なくとも達成しようとするために、基準マーク信号を生成するためのプロセスが状況における変化に応答して自動的に適応するように、構成されたエンコーダ装置が提供される。
【０００９】
本発明によるエンコーダ装置は、位置信号と基準マーク信号の所与の／特定の関係を持続しようとするために、自動的にアクションを取ることができる。これは、より回復力のあるエンコーダ装置を提供することができる。たとえば、それは、位置信号と基準マーク信号の関係にそうでなければ作用することになる状況における変化にもかかわらず、基準マーク信号の再現性を改善する、および／または保証するのを助けることができる。これは、エンコーダ装置を再較正することが可能ではない、または再較正することが望ましいときに、特に有用であり得る。
【００１０】
任意には、位置信号は、スケールおよび読み取りヘッドの実際の／絶対位置を、指し示すことができる／判定するために使用されることができる。任意には、位置信号は、スケールと読み取りヘッドの相対位置における変化を、指し示すことができる／判定するために使用されることができる。それに応じて、位置信号は、スケールと読み取りヘッドの相対移動を指し示すことができる。
【００１１】
理解されるように、状況におけるさまざまな変化が、（本発明がなければ）位置信号と基準マーク信号の関係に潜在的に作用することがある。
【００１２】
状況における変化は、位置信号と基準マーク信号の関係に作用する（たとえば、作用することが知られている）何かにおいて検出される、および／または知られている変化であり得る。それに応じて、状況における変化は、位置信号と基準マーク信号の関係において変化を引き起こす何かであることがある。たとえば、エンコーダ装置がスケールを照らすための光源を含む実施形態において、状況における変化は、光源の輝度における変化であることがある。他の例は、周囲照明における変化、（エンコーダ装置の内側または外側の）温度における変化を包含する。
【００１３】
それに応じて、状況におけるそのような変化は、エンコーダ装置の外側、および任意には、エンコーダ装置の読み取りヘッドの外側であることがある。たとえば、変化は、周囲照明および／または周囲温度における変化であることがある。周囲変化は、エンコーダ装置によって、たとえば、読み取りヘッドによって（たとえば、読み取りヘッド内／読み取りヘッド上に）設けられたセンサによって判定されてよい。任意には、状況における変化は、エンコーダ装置の内側、および任意には、エンコーダ装置の読み取りヘッドの内側であることがある。たとえば、エンコーダ装置がスケールを照らすための光源を含む実施形態において、変化は、スケールを照らすために使用される光源の輝度における変化であることがある。センサ（たとえば、フォトダイオード）は、そのような変化を検出するために設けられてよい。任意には、そのような変化は、エンコーダ装置の動作を制御するために使用される、たとえば、光源を制御するために使用される要因（たとえば信号、変数、その他）をモニタすることによって判定されてもよい。
【００１４】
任意には、状況における変化は、位置信号と基準マーク信号の関係、および／またはそれらを発生させるために使用される信号の関係において検出される変化であることがある。それに応じて、状況における変化は、何か他のものにおける変化の影響／結果であることがある。たとえば、予め決められた基準マークパルスをゲートするためにゲーティングパルスが使用される（以下でより詳細に解説される）実施形態において、状況における変化は、ゲーティングパルスにおける変化（たとえば、その立ち上がりエッジおよび／または立ち下がりエッジなどのその境界の位置における変化）であることがある。
【００１５】
位置信号と基準マーク信号の所与の／特定の関係は、たとえば、較正／セットアッププロセスを介して、予め設定された／予め決められた関係であることがある。たとえば、エンコーダ装置は、エンコーダのセンサの出力、たとえば、位置信号に対して予め決められた位置での信号の値（以下で説明されるＤＩＦＦ信号など）に基づいて、変数（たとえば、以下でより詳細に解説されるような閾値）がその間に設定されるモードを含むことができる。たとえば、位置信号と基準マーク信号の予め設定された／予め決められた関係は、位置信号と基準マーク信号の関係がその中で選択されるプロセス／モードを介して確立される関係であることがある。たとえば、複数の予め決められた／考えられる関係のうちの１つは、たとえば、エンコーダの検出器の出力を解析することで選択されてよい。
【００１６】
それに応じて、エンコーダ装置はエンコーダ装置の較正／セットアップの間に判定された位置信号と基準マーク信号の関係の維持を達成しようとするように構成されてよい。
【００１７】
位置信号と基準マーク信号の関係は、位置信号および／または基準マーク信号の振幅を含むことがある。位置信号と基準マーク信号の関係は、位置信号と基準マーク信号の位置関係を含むことがある。言い換えれば、位置信号と基準マーク信号の関係は、基準マーク信号がそこで（たとえば、位置信号に対して）生成される位置を含むことがある。言い換えれば、基準マーク信号を生成するためのプロセスは、基準マークがそこで生成される所与の位置（たとえば、位置信号と基準マーク信号の所与の相対位置）の維持を少なくとも達成しようとするために、状況における変化に応答して自動的に適応することができる。基準マークの位置は、基準マーク信号の中央の位置を含むことがある。基準マークの位置は、基準マーク信号のエッジ／終端のうちの１つまたは両方の位置を含むことがある。位置信号と基準マーク信号の関係は、位置信号と基準マーク信号の間の位相を含むことがある。
【００１８】
所与の／特定の関係は、単一の位置／位相値である必要はない。むしろ、たとえば、所与の／特定の関係は、位置信号に対して基準マーク信号をその中で維持することが所望される、位置／位相値の所望の範囲／帯域を含むことができる。
【００１９】
基準マーク信号を生成するためのプロセスは、スケールからの信号の処理において少なくとも１つの変数を使用して、基準マークの通過を判定することができる。少なくとも１つの変数は、前記変化する状況に応答して自動的に適応されてよい。
【００２０】
読み取りヘッドは、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を感知するように配置された／構成された少なくとも１つの基準マークセンサを含むことができる。これは、他のスケール／位置特徴、たとえば、インクリメンタル／絶対スケール特徴を感知するために配置されたセンサと同じセンサであっても、異なるセンサであってもよい。
【００２１】
基準マーク信号は、少なくとも１つの基準マークセンサの直接出力であってもよい。任意には、プロセスを適応させることが、オフセットおよび／または利得を直接出力に適用すること／適応させることを含むことができる。
【００２２】
エンコーダ装置は、基準マーク信号を生成するためのプロセスが、（たとえば、基準マーク信号を生成するために）少なくとも１つの基準マークセンサの出力から（直接または間接的に）引き出された／取得された信号を解析する／処理するように、構成されてよい。基準マーク信号を生成するためのプロセスは、少なくとも１つの基準マークセンサの出力から引き出された／取得された信号の処理において少なくとも１つの変数を使用することができる。任意には、変数は、状況における前記変化に応答して適応される。
【００２３】
少なくとも１つの変数は、少なくとも１つの基準マークセンサの出力から引き出された／取得された信号がそれと比較されて基準マークの通過を判定する閾値を含むことができる。代替的に／追加的に、少なくとも１つの変数は、少なくとも１つの基準マークセンサの出力から引き出された／取得された信号に適用されるオフセットおよび／または利得を含むことができる。
【００２４】
任意には、少なくとも１つの基準マークセンサの出力から引き出された／取得された信号の処理において使用される複数の閾値変数が存在する。任意には、複数の変数は、状況における変化に応答して適応される。任意には、複数の変数は、要求に応じて、独立して／個々に適応される。
【００２５】
任意には、少なくとも１つの基準マークセンサの出力から引き出された／取得された信号がそれと比較されて基準マークの通過を判定する複数の閾値（たとえば、第１および第２の閾値、たとえば、上限および下限閾値）が存在する。エンコーダ装置は、状況における変化に応答してそれぞれの閾値を独立して／個々に適応させるように構成されてよい。
【００２６】
プロセスを適応させることは、出力から引き出された／取得された信号以外の要因を、状況における前記変化に基づいて適応させることを含むことができる。言い換えれば、プロセスを適応させることは、出力から引き出された／取得された信号を除いた／信号を別にした要因を、状況における前記変化に基づいて適応させることを含むことができる。それに応じて、任意には、プロセスを適応させることは、少なくとも１つの基準マークセンサの出力から取得された／引き出された信号にオフセットを適用することを含まない。任意には、プロセスを適応させることは、少なくとも１つの基準マークセンサの出力から取得された／引き出された信号がそれと比較される閾値のみを適応させることを含む。
【００２７】
少なくとも１つの基準マークセンサの出力から引き出された／取得された信号は、少なくとも１つの基準マークセンサの複数の出力の組合せから引き出された信号を含むことができる。たとえば、少なくとも１つの基準マークセンサの出力から引き出された／取得された信号は、少なくとも１つの基準マークセンサの出力から引き出された／取得された少なくとも２つの出力の間の差から引き出された信号を含むことができる。少なくとも２つの出力それ自体は、少なくとも１つの基準マークセンサからの直接出力であってもよい。少なくとも２つの出力それ自体は、少なくとも１つの基準マークセンサからの間接出力であってもよい。たとえば、少なくとも２つの出力は、少なくとも１つの基準マークセンサからのさらなる２つの直接出力を加えることによって、それぞれ引き出されてもよい。
【００２８】
それに応じて、少なくとも１つの基準マークセンサは、少なくとも１つの出力、任意には少なくとも２つの出力、任意には少なくとも３つの出力、たとえば、少なくとも４つの出力を提供するように構成されてもよい。任意には、複数の基準マークセンサ、たとえば、少なくとも１つの出力を提供するようにそれぞれ構成された基準マークセンサのアレイが提供される。上で解説されたように、複数の出力が存在するとき、それらは、読み取りヘッドが基準マークを通過するときを判定するために使用される／解析される／処理される信号を提供するように組み合わされてもよい。
【００２９】
エンコーダ装置は、位置信号に対して予め決められた位置／位相でそれぞれ生じる予め決められた／潜在的な基準マークパルスの列を発生させるように構成されてよい。エンコーダ装置は、読み取りヘッドが基準マークを通過するときにゲーティング基準パルスを発生させるように構成されてよい。これは、予め決められた／潜在的な基準マークパルスをゲートするために使用され得る。言い換えれば、ゲーティング基準パルスは、前記予め決められた／潜在的な基準マークパルスの列のうちのどれが基準マーク信号の基礎として使用されるべきかを識別するために使用されてよい。エンコーダ装置は、同じ予め決められた／潜在的な基準マークパルスをゲートし続けるために、ゲーティング基準パルスを生成するためのプロセスが状況における変化に応答して自動的に適応するように、構成されてよい。エンコーダ装置は、較正／セットアッププロセスの間に識別された／選択されたパルスと同じ予め決められた／潜在的な基準マークパルス、たとえば、予め設定された／予め選択された、予め決められた／潜在的な基準マークパルスをゲートし続けるために、ゲーティング基準パルスを生成するためのプロセスが状況における変化に応答して自動的に適応するように、構成されてよい。
【００３０】
エンコーダ装置は、ゲーティング基準パルスの境界（たとえば、リーディングエッジおよびトレーリングエッジ）を、位置信号に対して予め決められた位置に向けて押す（たとえば、寸動させる）ように、ゲーティング基準パルスを発生させるためのプロセスを、状況における変化に応答して適応させるように構成されてよい。換言すれば、ゲーティング基準パルスを発生させるためのプロセスは、ゲーティング基準パルスの境界が、前の基準マーク検出に基づいて今後の基準マーク検出のために微調節されるように、調整される。
【００３１】
エンコーダ装置は、基準マークを発生させるためのプロセスを、過去のパフォーマンスに基づいて、たとえば、少なくとも１つの以前の基準マークの検出／通過に基づいて（言い換えれば、少なくとも１つの以前の基準マーク事象に基づいて）適応させるように構成されてよい。たとえば、エンコーダ装置は、基準マークを発生させるためのプロセスを、少なくとも１つの以前の基準マークの（たとえば、少なくとも１つの以前の基準マーク事象の）検出／通過で経験された状況に基づいて適応させるように構成されてよい。たとえば、エンコーダ装置は、基準マークを発生させるためのプロセスを、位置（たとえば、インクリメンタル）信号の位相に対する少なくとも１つの以前の基準マークゲーティングパルスの境界（たとえば、リーディングエッジおよびトレーリングエッジ）の位置に基づいて適応させるように構成されてよい。
【００３２】
任意には、エンコーダ装置は、基準マークを発生させるためのプロセスを、少なくとも２つの以前の基準マーク事象に基づいて、たとえば、少なくとも２つの以前の基準マーク事象で経験された状況に基づいて適応させるように構成されてもよい。これは、調整を平均化する／フィルタにかけるのに役立つことができ、それは、雑音、干渉、スプリアス結果、その他の影響を回避するのに役立つことができる。
【００３３】
エンコーダ装置は、基準マーク信号を生成するためのプロセスを、現在の動作条件／状況に基づいて自動的に適応させるように構成されてよい。そのような適応は、リアルタイムに、たとえば、現在の動作条件／状況に即座に応答して行われてよい。たとえば、以下でより詳細に解説されるように、基準マークを生成するためのプロセスは、エンコーダ装置の別の側面を制御するために使用される電流信号に基づいて適応させる（たとえば、少なくとも１つの基準マークセンサの出力の処理において使用される閾値を適応させる）ように構成されてよい。たとえば、読み取りヘッドがスケールを照らすための光源を含む実施形態において、基準マークを生成するためのプロセスは、読み取りヘッドにおける光源の制御において使用される（たとえば、その輝度の制御において使用される）１つまたは複数の要因（たとえば、信号）に基づいて適応するように構成されてよい。
【００３４】
位置信号は、絶対位置信号を含むことができる。位置信号は、スケールおよび読み取りヘッドの特定の位置を表す値であってもよい。値は、絶対値であっても、または相対値であってもよい。位置信号は、インクリメンタル信号を含むことができる。インクリメンタル信号は、スケールと読み取りヘッドの相対移動に正弦波的に変動する少なくとも１つの信号を含むことができる。エンコーダ装置は、位置信号、たとえば、インクリメンタル信号のペアを生成するように構成されてよい。エンコーダ装置は、直交信号を生成するように構成されてもよい。
【００３５】
エンコーダ装置は、スケールを検出するように構成された少なくとも１つの位置センサ（これは、少なくとも１つの基準マークセンサと異なっても、または同じであってもよい）を含むことができ、そこから位置信号が発生される。読み取りヘッドは、少なくとも１つの回折格子を含むことができる。少なくとも１つの位置センサは、回折光によって発生された結果として得られるフィールドを検出するように構成されてよい。結果として得られるフィールドは、干渉縞を含むことがある。結果として得られるフィールドは、１つまたは複数の変調スポットを含むことがある。少なくとも１つの位置センサは、電子格子を含むことができる。言い換えれば、少なくとも１つの位置センサは、たとえば、互いにかみ合った／交錯したフォトセンシティブなセンサの２つ以上の組を含んでよいフォトセンサアレイを含むことができる。それぞれの組は、検出器において干渉縞の異なる位相を検出することができる。
【００３６】
スケールは、位置特徴の列を含む少なくとも第１のトラックを含むことができる。基準マークは、前記少なくとも第１のトラック内に全体的に、または部分的に埋め込まれていてもよい。基準マークは、少なくとも第１のトラックに隣接して位置決めされることがある。第１のトラックは、一意に識別可能な位置を定義する特徴の列を含む絶対スケールトラックを含むことができる。任意には、第１のトラックは、特徴の周期的な列を含むインクリメンタルスケールトラックを含む。
【００３７】
基準マークは、１つだけの特徴を含んでも、または複数の特徴を含んでもよい。基準マークが複数の特徴を含むケースでは、それらはスケールの長さにわたって、および／または長さに沿って並べられることがある。任意には、１つの基準マークが、位置特徴の列を含む第１のトラックのいずれかの側の特徴によって定義されてもよい。
【００３８】
エンコーダ装置は、光学式、磁気式、誘導式、または容量式のエンコーダを含むことができる。理解されるように、エンコーダ装置は、それが位置信号および／または基準マーク信号の生成について光学的、磁気的、誘導性、および／または容量性の特性の組合せに依拠するという点においてハイブリッドエンコーダであってもよい。たとえば、位置信号は、光学的な特性に基づくことができ（たとえば、第１のトラック、たとえばインクリメンタルトラックが光学的な位置特徴を含むことができる）、一方で、基準マークが、磁気的な特性に基づくことができる（たとえば、基準マークが磁気的な基準マークであってよい）。エンコーダ装置が光学式エンコーダ装置を含む実施形態において、エンコーダ装置は、たとえば、読み取りヘッドは、スケールを照らすための光源を含むことができる。理解されるように、好適な光源は、電磁スペクトルの赤外線から紫外線範囲におけるどこにでも光を発する光源を包含することができる。
【００３９】
基準マークが光学的な基準マークである実施形態において、それは少なくとも１つの基準マークセンサに届く光の強度の増加を施すように構成されてよい（たとえば、それは「明るい」基準マークであってよい）。任意には、基準マークは、少なくとも１つの基準マークセンサに届く光の強度を削減するように構成されてもよい（たとえば、それは「暗い」基準マークであってよい）。
【００４０】
理解されるように、基準マークを生成するためのプロセスは、エンコーダ装置によって提供される、たとえば、読み取りヘッドによって少なくとも部分的に提供されるプロセッサ手段／１つまたは複数のプロセッサ上で実行され得る。プロセスは、たとえば、ハードワイヤードエレクトロニクス、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、一般のプロセッサ上で実行されるソフトウェア、またはそれらの組合せによって実施されてよい。任意には、読み取りヘッドが基準マークを生成する。任意には、基準マークを生成するためのプロセスは、完全に読み取りヘッドにおいて実施される。それに応じて、任意には、基準マークを生成するためのプロセスは、読み取りヘッドにおいて提供されるプロセッサ手段／１つまたは複数のプロセッサによって実施される。
【００４１】
読み取りヘッドは、上で言及されたコンポーネント（たとえば、少なくとも１つのセンサ、ならびに任意には、１つまたは複数の光源、ならびに任意には、レンズおよび／または回折格子などの他の光学コンポーネント、ならびに任意には、１つもしくは複数のプロセッサまたは他のエレクトロニクス）を収容するハウジングを含むことができる。ハウジングは、読み取りヘッドがマシンの部分に取り付けられるのを可能にするための１つまたは複数の取り付け特徴（たとえば、穴）を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明によるエンコーダ装置の概略図である。
【図２】図１のエンコーダ装置の光学的配置の概略図である。
【図３】基準マーク検出器からのＤＩＦＦ信号およびＳＵＭ信号の発生を概略的に示す図である。
【図４】ＳＵＭ信号およびＤＩＦＦ信号からのアナログ／ゲーティング基準パルスの発生を概略的に示す図である。
【図５】予め決められた基準パルスの列をゲートするためにゲーティング基準パルスを使用するプロセスを概略的に示す図である。
【図６】アナログ／ゲーティング基準パルスを発生させるために使用される閾値の較正を概略的に示す図である。
【図７】ＤＩＦＦ信号ゼロ交差事象がその上に重畳されたインクリメンタルチャネルの直交位相信号のリサージュ表示を表す図である。
【図８】ＤＩＦＦ信号オフセットがゼロ交差事象の位置に与える影響を概略的に示す図である。
【図９】インクリメンタルチャネルとうまく位置合わせされたアナログ／ゲーティング基準パルスがその上に重畳されたインクリメンタルチャネルの直交位相信号のリサージュ表示を表す図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、重畳されたアナログ／ゲーティング基準パルスとインクリメンタル信号の間の劣化された位置合わせを示すリサージュ表示を表す図である。
【図１１】基準マーク信号を発生させるためのプロセスを、前の基準マーク事象に基づいて自動的に適応させるための例示的な方法を示す図である。
【図１２】八分円に分割されたインクリメンタルチャネルの直交位相信号のリサージュ表示を示す図である。
【図１３】例示的なエンコーダ装置のインクリメンタルチャネルの周波数応答を示す図である。
【図１４】光源を増強することがＤＩＦＦ信号に与える影響を示す図である。
【図１５】光源を増強することがアナログ／ゲーティング基準パルスに与える影響を示す図である。
【図１６】光源を増強することがＤＩＦＦ信号に与える影響を補償するために、その閾値がどのように調整され得るかを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
次に本発明の実施形態が、図面を参照して、例のみとして説明される。
【００４４】
図１を参照すると、本発明によるエンコーダ装置２が示されている。エンコーダ装置は、読み取りヘッド４と、スケール６とを含む。示されてはいないが、通常、実際には、読み取りヘッド４はマシンの一部分に固定され、スケール６はマシンの別の部分に固定されることになり、それらは互いに対して移動可能である。読み取りヘッド４は、それ自体とスケール６との相対位置を測定するのに使用され、したがって、マシンの２つの移動可能な部分の相対位置の測定を施すために使用されてよい。通常、読み取りヘッド４は、ワイヤード（図示された）および／またはワイヤレスの通信チャネルを介して、コントローラ８などのプロセッサと通信する。読み取りヘッド４は、（以下でより詳細に説明される）その検出器からの信号を、コントローラ８に報告することができ、コントローラ８が次いでそれらを処理して位置情報を判定する、および／または、読み取りヘッド４それ自体がその検出器からの信号を処理して、位置情報をコントローラ８に送ることができる。
【００４５】
スケール６は、インクリメンタルトラック１０を定義する複数のスケールマーキングと、基準トラック１２とを含む。
【００４６】
インクリメンタルトラック１０は、周期的なスケールマーク１４の列を含み、それが、読み取りヘッドに向けて反射され返す光を制御し、事実上回折格子を形成する。インクリメンタルトラック１０は、一般に振幅スケールまたは位相スケールと呼ばれるものであってよい。理解されるように、それが振幅スケールである場合、特徴は、読み取りヘッドのインクリメンタル検出器に向けて反射され返す光の振幅を（たとえば、光を選択的に吸収する、散乱させる、および／または反射させることによって）制御するように構成される。理解されるように、それが位相スケールである場合、特徴は、読み取りヘッドのインクリメンタル検出器に向けて反射され返す光の位相を（たとえば、光の位相を遅らせることによって）制御するように構成される。本実施形態において、インクリメンタルトラック１０は振幅スケールであるが、以下でより詳細に解説されるように、いずれのケースにおいても、光は、周期的なスケールマーク１４と相互作用して、回折次数を発生させる。
【００４７】
基準トラック１２は、基準マーク１６によって定義される基準位置を含む。先に解説されたように、基準位置は、スケール６に対してそれがどこにあるのかを読み取りヘッド４が正確に判定することができるのを可能にするために有用であり得る。
【００４８】
それに応じて、インクリメンタル位置は、基準位置からカウントされてよい。さらに、そのような基準位置は、読み取りヘッド４がその間で進むことを許可される、スケール６の限界または終端を定義するためにそれらが使用され得るという点において、「限界位置」ともまた呼ばれるものであってよい。示される実施形態において、基準マーク１６は、基準トラック１２の残部と比べてより光反射性であるエリアを含む。言い換えれば、基準マークは、一般に明るい基準マークと呼ばれるものである。しかしながら、理解されるように、基準マークは、それが基準トラック１２の残部と比べて反射性が少ない暗い基準マークであってもよい。さらに、示される実施形態において、基準マーク１６は、インクリメンタルトラック１０に隣接したそれ自体のトラック内にある。しかしながら、理解されるように、他の配置も可能である。たとえば、基準マーク１６は、特許文献６に説明されるように、インクリメンタルスケールトラック１０内に埋め込まれていてもよい。
【００４９】
図２は、読み取りヘッド４の光学コンポーネントを概略的に示す。この実施形態において、エンコーダ装置は、それが、使用時にスケール６の第１の側に位置付けられる電磁放射（ＥＭＲ）源１８、たとえば赤外光源１８を含み、スケール６の同じ側に少なくとも１つの検出器を含むという点において、光学反射型エンコーダである。一般に、光源１８からの赤外光は、スケール６によって検出器に向けて反射され返すように構成される。理解されるように、エンコーダ装置は、検出器がスケールのもう一方の側に置かれ、スケールを通して光が透過されるという点では、透過型エンコーダであってもよい。
【００５０】
示されるように、光源は、拡散性であり、光源の照光フットプリントは、インクリメンタルトラック１０と基準トラック１２の両方に当たる。説明される実施形態において、光源は、赤外線範囲においてＥＭＲを発し、しかしながら、理解されるように、これは必ずしもこのケースである必要はなく、他の範囲において、たとえば、赤外線から紫外線におけるどこにでもＥＭＲを発することができる。理解されるように、源のために好適な波長を選ぶことは、ＥＭＲ波長で機能する好適な格子および検出器の利用可能性を包含する、多くの要因に依存することができる。やはり示されるように、読み取りヘッド４は、回折格子２０（一般にはインデックス格子ともまた呼ばれる）と、インクリメンタルフォト検出器２２と、基準フォト検出器２４とを含む。
【００５１】
源１８からの赤外光は、読み取りヘッド４からスケール６に向けて発せられ、ここで、光源のフットプリントの部分が基準トラック１２と相互作用し、光源のフットプリントの部分がインクリメンタルトラック１０と相互作用する。現在説明されている実施形態において、基準位置は、基準フォト検出器２４に届くことができる源からの光の強度を増加させる、基準マークトラック１２における特徴１６によって定義される。これは、たとえば、読み取りヘッドが基準位置を通過するときに、基準トラック１２の残部よりも多い赤外光を基準フォト検出器に向けて反射し返す特徴１６によって実現され得る。図１および図２に示された位置において、読み取りヘッド４は基準位置と位置合わせされ、そうして赤外光は、基準フォト検出器２４の上に反射され返すものとして示される。
【００５２】
インクリメンタルトラック１０に関して、源１８からの赤外光は、回折パターンを定義する周期的なスケールマーク１４に当たる。したがって、赤外光は、複数の次数に回折し、次いで読み取りヘッドにおいて回折格子２０上に当たる。本実施形態において、回折格子２０は、位相格子である。光は次いで、回折格子２０によってさらに次数に回折され、次いでインクリメンタルフォト検出器２２で干渉して、結果として得られるフィールド、このケースでは干渉縞を形成する。
【００５３】
インクリメンタル検出器２２は、結果として得られるフィールド（たとえば、干渉縞）を検出して、読み取りヘッド４によってコントローラ８などの外部デバイスへと出力される信号を生成する。とりわけ、読み取りヘッド４とスケール６の相対移動は、結果として得られるフィールドにおける変化（たとえば、検出器２２に対する干渉縞の移動、またはインクリメンタル検出器２２での変調スポットの強度における変化）を引き起こし、その出力は、変位のインクリメンタル測定を可能にするインクリメンタルアップ／ダウンカウントを提供するために処理されてよい。
【００５４】
インクリメンタル検出器２２は、たとえば、複数のフォトダイオードを含むことができる。とりわけ、理解されるように、かつよく知られているように、干渉縞がインクリメンタル検出器２２で生成される実施形態において、インクリメンタル検出器２２は、電子格子、言い換えれば、フォトセンサアレイの形であってよく、これは、たとえば、互いにかみ合った／交錯したフォトセンシティブなセンサの２つ以上の組を含むことができ、それぞれの組は、インクリメンタル検出器２２で干渉縞の異なる位相を検出する。本分野でよく知られているように、インクリメンタル検出器は、信号、たとえば、直交（たとえば、ＳＩＮＥおよびＣＯＳＩＮＥ）信号のペアを提供するように構成されてよい。
【００５５】
図３および図４は基準位置がどのように検出されるかを示す。読み取りヘッドが基準位置を通過するとき、光源１８からの光が基準トラック１２における特徴１６によって反射され、基準フォト検出器２４によって受信される光の量にスパイクを引き起こす。図３に示されるように、説明される実施形態において、基準フォト検出器２４は実際には「スプリット検出器」であり、これは本実施形態では、測定方向で互いに対してオフセットされる４つの検出器チャネル（図３で、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍでラベル付けされている）を含む。これらの４つの別々の検出チャネルのそれぞれは、そこに当たる光の強度を測定し、測定された強度に比例した出力を提供する。検出チャネル（Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ）は測定方向にオフセットされているので、検出チャネルのうちの１つによって報告される強度におけるスパイクは互いに遅れを取る。それらの出力が組み合わされ、２つのさらなる信号を生成する。
【００５６】
ＤＩＦＦ＝（Ｌ＋Ｍ）−（Ｊ＋Ｋ）
ＳＵＭ＝（Ｋ＋Ｌ）−（Ｊ＋Ｍ）
ＳＵＭ信号は、エンコーダが基準位置に極接近しているときの指示として使用される。ＤＩＦＦ信号は、基準マークの境界を設定するように処理され得る信号を生成する。とりわけ、図４に示されるように、（破線として示された）ＳＵＭ信号は、単一の比較器閾値Ｖgate（これは、たとえば較正の間にＳＵＭ信号のピークの半分として設定されてもよい）と比較される。（実線として示された）ＤＩＦＦ信号は、比較器閾値ＶupperおよびＶlowerのペアと比較される。この実施形態において、ＤＩＦＦ信号がＶupperとＶlowerの間にあり、かつＳＵＭ信号もまたＶgateよりも大きいときにはいつでも、アナログ／ゲーティング基準マークパルス５８が出力される。所望であれば（かつ図５に関連して以下でより詳細に解説されるように）、このアナログ基準マークパルス５８は、読み取りヘッド内であれ、インターフェースまたはエンドユーザの機器内であれ、いずれかの後続の補間回路内で生成される、解像度単位の、デジタル「潜在的な」基準マークのストリームを「ゲートする」ために、その後使用されてよい。複数の検出チャネルの出力間の差を取得することによって基準位置を検出することについてのさらなる詳細は、特許文献７および特許文献８に記載されている。
【００５７】
図５を参照して、潜在的な／予め決められた基準マークパルスの列のうちの１つを選択するために、アナログ／ゲーティングパルス５８がどのように使用され得るかの例示的な実施形態が次に解説される。図５（ａ）は、読み取りヘッド４がスケール６に沿って移動するとき、インクリメンタル検出器２２によって出力される直交（サインおよびコサイン）信号５０および５２を示す。以下で、図５のさまざまな信号は、サイン信号５０の位相に対して説明されることに留意されるべきである。
【００５８】
直交信号５０および５２の解析は、サイン信号５０が所望の位相を有する、または予め決められた位相範囲内に入るときにはいつでも、基準マーク信号が発生されることを可能にする。図５（ｂ）は、サイン信号５０の位相が４５°であるときを指し示す指示点５４を示し、これは、サイン信号５０の振幅が正で、かつコサイン信号５２の振幅と一致するときをモニタすることによって、容易に検出され得る。直交信号５０および５２から予め決められた基準マークパルスの列を発生させるために、補間技法が使用されてよく、４５°を中心とした、そのような９０°幅の予め決められた基準マークパルス５６の連なりが図５（ｃ）に示されている。予め決められた基準マークパルス５６は、通常、基準マーク位置測定値を判定するためにもっぱら発生され、したがって、パルス５６は、読み取りヘッド位置の要求されたインクリメンタル測定値を提供するためにカウントされるインクリメンタルチャネルパルス（図示せず）とは別個であってよいことが留意されるべきである。本例では９０°幅の予め決められた基準マークパルス５６が説明されているが、予め決められた基準マークパルス５６は、任意の好適な幅であってよい（たとえば、それらは要求されるデバイス解像度に応じて、９０°よりも大きくても、９０°よりも小さくてもよい）ことが留意されるべきである。
【００５９】
上で言及されたように、装置のインクリメンタルチャネルは、基準マークチャネルによって随伴される。図５（ｄ）に示されるように、かつ図４に関連した上の説明に沿って、基準マークチャネルは、読み取りヘッドが第２のスケールの基準マークを通過するときに、基準マークゲーティングパルス５８（アナログゲーティングパルスともまた称される）を生成するために配置される。アナログ／ゲーティング基準パルス５８は、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を指し示すために使用される。一定の場面では、アナログ／ゲーティング基準パルス５８が出力され、位置情報がそこから判定される最終的な基準マーク信号として使用されることがある。しかしながら、本実施形態においては、アナログ／ゲーティング基準パルス５８は、位置情報がそこから判定される最終的な基準マーク信号としては使用されない。むしろ、それは、インクリメンタルチャネルの固有の予め決められた基準マークパルス５６が予期される範囲を識別するために使用される。これは、スケール上で固定された基準位置に関連付けられた、固有の予め決められた基準マークパルス（たとえば、パルス５６’）が識別されることを可能にする。
【００６０】
示された実施形態のケースにおいて、アナログ／ゲーティング基準パルス５８は３６０°幅であるが、それは、より狭くても、より広くてもよい。唯一の要件は、アナログ／ゲーティング基準パルス５８が、基準マークパルス５６のうちの１つ、ただ１つのみにかかり、それによって、そのようなパルスが一意に識別されるのを可能にすることである。
【００６１】
図５（ｅ）は、基準マークゲーティングパルス（すなわち、図５（ｄ）のパルス５８）を使用して、基準マークパルス（すなわち、図５（ｃ）のパルス５６）をゲートすることによって生成される、結果として得られる（デジタル）絶対基準マーク信号５７を示す。結果として得られる（デジタル）基準マーク信号５７はこうして、読み取りヘッド４が基準マーク１６を通過するときにはいつでも、基準位置情報を制御装置に提供する。
【００６２】
次に図６を参照すると、エンコーダ装置が、閾値ＶupperおよびＶlowerを選択するように（したがって、それはアナログ／ゲーティング基準パルス５８の境界の位置を選択する）、較正され得る１つのやり方が解説される。図６は、インクリメンタルチャネルからの出力と、基準検出器２４のチャネル（Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ）から計算されたＤＩＦＦ信号とを示す。インクリメンタルチャネルからの出力は、サインおよびコサインインクリメンタル信号５０、５２を含む。線形として扱われてよい、ＤＩＦＦ信号の中心部のみが示されている。
【００６３】
この例において、３６０°長であって、インクリメンタルチャネルのＳＩＮＥ信号５０の４５°を中心としたアナログ／ゲーティング基準パルス５８を有することが望ましい。４５°を中心とした３６０°パルスは、−１３５°で開始し、２２５°まで延びる。
【００６４】
較正方法において、読み取りヘッド４は、基準マーク１６を収容するスケール６のセクション上で通過され、インクリメンタル検出器２２および基準検出器２４からの出力がモニタされる。
【００６５】
第１のステップにおいて、インクリメンタルサイン／コサイン信号がモニタされる。インクリメンタルサイン／コサイン信号が２２５°であるとき（これはサイン＝コサインであり、両方の値が負であるときに生じる）、差信号からの対応する出力がメモリに記憶される。これは、インクリメンタル信号が２２５°である度に繰り返される。（インクリメンタルチャネルにおいて２２５°に対応する）差信号が記憶されるごとに、以前に記憶された信号は上書きされる。差信号においてゼロ交差が検出されるときには、２２５°に対応する以前の電圧信号は上書きされず、２２５°に対応する後続の信号が記憶される。これらの２つの値は、メモリに記憶され、その後ＶupperおよびＶlower閾値として使用される。これは、４５°を中心とした３６０°幅のパルスを生成し、差信号のゼロ交差点にかかる。こうして、図６において、値ＶbおよびＶcは、ＶupperおよびＶlower閾値として使用される。
【００６６】
実際には、変化（たとえば、ジオメトリ、迷光、温度、速度、汚染物のうちの少なくとも１つ）が、アナログ／ゲーティング基準パルス５８の境界の移動を引き起こすことがある。たとえば、変化は、ＤＩＦＦ信号のゼロ交差部の傾斜の変更を引き起こすことがある（これは、アナログ／ゲーティング基準パルス５８の長さに作用することになる）、および／または、変化は、閾値に対するＤＩＦＦ信号のオフセット（たとえば、ＤＣ値）の変化を引き起こすことがある（これは、アナログ／ゲーティング基準パルス５８の位置に作用することになる）。
【００６７】
外部制御システムに出力され、外部制御システムによって使用される実際の基準マークとして、アナログ／ゲーティング基準パルス５８をもっぱら使用するシステムにおいて、そのような変化は、インクリメンタル信号に対するその関係（たとえば、位置／位相関係）に作用するので、位置および／またはサイズにおけるいかなる変化も望ましくないことがある。予め決められた基準マークパルス５６’を識別するためのゲーティング信号としてアナログ／ゲーティング基準パルス５８を使用して、結果として得られる（デジタル）基準マーク信号５７を提供するシステムは、そのような変化に対してさほどセンシティブではないことがあるが、そのような変化はなお望ましくはなく、エンコーダ装置のパフォーマンスに不利なインパクトを与えることがある。とりわけ、アナログ／ゲーティング信号５８のサイズおよび／または位置における変化は、予め決められた基準マークパルス５６が（たとえば、予め決められた基準マークパルス５６の間に入るアナログ／ゲーティング基準パルス５８によって）すっかり見落とされるのを引き起こすことがある、または、誤った基準マークパルス５６が選択されることがある。たとえば、図５を参照すると、シフトされたアナログ／ゲーティング信号５９によって示されるようにアナログ／ゲーティング基準パルスがシフトされた場合、次の予め決められた基準マークパルス５６”が、アナログ／ゲーティング信号５９によって選択されることとなり、結果として得られる（デジタル）基準マーク信号５７’が出力されることをもたらし、基準マーク信号５７’は、元々の結果として得られる（デジタル）基準マーク信号５７に対して１つの完全なスケール周期分だけシフトされている。
【００６８】
そのような問題は、長い時間期間の間、放置されている、および／もしくは較正されていないシステム、２つ以上の基準マーク（たとえば、距離コード化された基準マーク）を有するシステムに、ならびに／または、スケール／リングの長さ／円周にわたる電気的もしくは機械的なばらつきによって引き起こされた、インクリメンタル信号もしくは基準マーク信号いずれかの利得もしくはオフセットにおけるばらつきが、位置誤差を引き起こすことがある場合に、とりわけ関係がある（しかし、それらに限定はされない）。
【００６９】
本発明の一実施形態によれば、この問題は、ゼロ交差事象が生じる角度／位置をモニタすることによって、かつ必要であれば、ゼロ交差事象が生じた点を、定義された位置に向けて、たとえば、サイン信号およびコサイン信号のリサージュに対して定義されたセクタまたは位置に向けて移動させる（フェーズする）ために、ＤＩＦＦ信号のオフセットを調整することによって、解決され得る。そのような定義された位置は、それ以前のセットアップ／較正段階の間に定義されてよい。たとえば、それは、ＤＩＦＦ信号のゼロ交差事象が較正の間に生じた点を表す、メモリに記憶された点（位置／位相）であることがある。理解されるように、これは、したがって、リサージュを囲むいかなる点であってもよい。たとえば、図７を参照すると、インクリメンタルチャネルと基準マークチャネルの関係を示すためのリサージュ図形が示されている。とりわけ、互いに対してプロットされてリサージュ６０を形成する、インクリメンタルチャネルのサイン信号５０およびコサイン信号５２が示されている。図７において、点６４は、（たとえば、図５に示されるように）較正の間に識別されたＤＩＦＦ信号のゼロ交差事象を示し、このケースでは、およそ１０℃で生じる。しかしながら、経時的に、ゼロ交差事象は、たとえば、光源１８の輝度などの状況における変化のために、異なる位置で生じることがある。たとえば、図７のゼロ交差事象６６、６８によって示されるように、ゼロ交差事象は、異なる位置で生じることがある。これは、状況における変化のために、ＤＩＦＦ信号がその較正された状態から離れていくためであることがある。ゼロ交差事象が生じた点（角度／位置）をモニタすることによって、かつ必要であれば、ＤＩＦＦ信号のオフセットをそれに応じて調整することによって、ゼロ交差事象が生じた点が、定義された点に向けて、たとえば較正の間に設定されたメモリに記憶された位置に向けて、移動し戻されてよい。これは、（たとえば、基準マーク／ゼロ交差事象ごとに定義された量だけ）インクリメンタル式に、または合計角度誤差を補償するのに必要な要求される補正オフセットを計算することによっていっぺんに行われてよい。
【００７０】
たとえば、図７に関して、ゼロ交差事象での点が（たとえば、ゼロ交差事象６６でのように）アークａ、ｂ内の位相角で生じた場合、ＤＩＦＦ信号は、（調整がインクリメンタルの場合）ゼロ交差事象が生じた点を時計回りに向かって移動させるのに必要な方向にオフセットされても、または（一気に行う調整では）セグメントｂ、ｃ内でオフセットされてもよい。
【００７１】
同様に、ゼロ交差事象での点が（たとえば、ゼロ交差事象６８でのように）アークａ、ｃ内の位相角で生じた場合、ＤＩＦＦ信号は、（調整がインクリメンタルの場合）ゼロ交差事象が生じた点を反時計回りに向かって移動させるのに必要な方向にオフセットされても、または（一気に行う調整では）セグメントｂ、ｃ内でオフセットされてもよい。セットアップに応じて、およびゼロ交差事象が生じた点がインクリメンタル信号に対して特定の関係でいかにしっかりと維持されることになるのかに応じて、アークｂ、ｃは、単一の点を包含する３６０°よりも小さい任意の幅（たとえば、図６の例では１０°）であってよく、任意の角度（たとえば、図６の例では１０°）を中心としてよい。
【００７２】
理解されるように、リサージュを囲むアークａ、ｂ、ｂ、ｃ、およびａ、ｃの位置は、ゼロ交差事象が生じることが予期される、定義された位置に依存することになる。
【００７３】
図８は、その較正された位置から（たとえば、周囲光における変化などの状況における変化のために）オフセットされようとするために、ゼロ交差事象７０がその初期（たとえば、較正された）位置から（図６の実施形態から続くこのケースでは、１０°）ずらされることを引き起こしているＤＩＦＦ信号を示す。たとえば、示されるように、サイン信号５０に対するその位置は、初期の１０°角よりもむしろ１００°のようである。しかしながら、上で説明された方法に沿って、この問題は、ＤＩＦＦ信号をオフセットするエンコーダ装置によって対処されてよく、その結果、後続の基準マーク事象でＤＩＦＦ信号のゼロ交差事象７０’（点鎖線で示される）は、その初期位置（このケースでは、１０°）に近づくように戻されるはずである。任意には、ＤＩＦＦ信号オフセットは、一気に行う調整を施すために、最新の基準マーク事象／ゼロ交差位置にもっぱら基づいて計算されてもよく、またはＤＩＦＦ信号オフセットは、いくつかの以前の基準マーク／ゼロ交差事象に基づいて（たとえば、いくつかの以前の基準マーク事象についての平均ゼロ交差位置に基づいて）もよい。
【００７４】
任意には、アナログ／ゲーティング基準マークパルスの位置だけでなく、幅も操作するために、利得シフトがＤＩＦＦ信号に適用されてもよい。
【００７５】
上で説明された実施形態において、ＤＩＦＦ信号は、ゼロ交差を、ゼロ交差が較正段階の間に生じた値であるものと判定された初期値へと動かすように、オフセットされる。理解されるように、これは必ずしもこのケースである必要はない。たとえば、ＤＩＦＦ信号は、それを、製造業者、インストーラ、またはエンドユーザによって選ばれた値（および任意には、恣意的な値であってもよい）に向けて動かすために、オフセットされてもよい。たとえば、それは、ゼロ交差を０°へと動かすために、要求に応じてＤＩＦＦ信号をオフセットするために選ばれてもよい。
【００７６】
任意には、ＶupperおよびＶlower閾値が、最新の基準マーク事象について、−１３５°および２２５°位置でのＤＩＦＦ信号値に基づいて、追加的に更新されてもよい。それらは、最新の基準マーク事象にもっぱら基づいて更新されてもよいし、またはいくつかの以前の基準マーク事象に基づいて（たとえば、いくつかの以前の基準マーク事象について、−１３５°および２２５°位置でＤＩＦＦ信号値の平均を取ることによって）更新されてもよい。
【００７７】
任意には、ゼロ交差をその初期位置に保つようにＤＩＦＦ信号をオフセットするのではなく、アナログ／ゲーティング基準パルス５８を予め決められた基準パルス５６’の中心に保つように、ＤＩＦＦ信号がオフセットされてもよい。
【００７８】
上で説明された実施形態において、基準マークを生成するためのプロセスは、インクリメンタル信号と基準マーク信号の予め設定された関係を維持するために（このケースでは、同じ基準マークパルス５６’がゲートされることを保証するために）、ＤＩＦＦ信号を操作する（たとえば、オフセットする）ことを介して適応される。しかしながら、ＤＩＦＦ信号を除いた／ＤＩＦＦ信号を別にした要因を適応させることを伴う、基準マークを生成するためのプロセスを適応させる他のやり方が存在する。言い換えれば、下で解説されるように、ＤＩＦＦ信号を操作する（たとえば、オフセットする）ことを伴わない、基準マークを生成するためのプロセスを適応させる他のやり方が存在する。
【００７９】
本発明の代替的実施形態が図９を参照して説明される。図７と同様に、互いにプロットされてリサージュ６０を形成する、インクリメンタルチャネルのサイン信号５０およびコサイン信号５２が示されている。しかしながら、図９では、アナログ／ゲーティング基準パルス（図４および図５における５８）を表す重畳帯域６２が示されている。この例において、アナログ／ゲーティング基準パルスは、ほぼ３６０°幅に近く、その立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジ（リーディングエッジおよびトレーリングエッジともまた呼ばれる）を−１３５°および２２５°あたりに有する。しかしながら、上で解説されたように、状況における変化が、アナログ／ゲーティング基準パルスの立ち上がりエッジおよび／または立ち下がりエッジのシフトを引き起こすことがあり、それは望ましくないことがある。立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジがモニタされ、予め定義された位置（たとえば、このケースでは２２５°）からのそれらの偏差が留意されれば、補正が計算され、比較器閾値に適用され得る。これらの値は、基準マークの後続の通過での使用のために記憶されてよい。
【００８０】
たとえば、リサージュは、いくつかのセクションに、たとえば、四分円または八分円に概念的に分割されることがあり、プロセスが、セグメントのうちのどれがアナログ／ゲーティング基準パルスの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを収容するのかを判定するために使用されてもよい。エッジがどこに入るのかを知ることによって、閾値ＶupperおよびＶlowerについての新しい値が計算され得る。たとえば、図１０（ａ）および１０（ｂ）を参照すると、アナログ／ゲーティング基準パルスの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジは、重畳帯域６２（これはアナログ／ゲーティング基準パルスを表す）の終端がリサージュのどの四分円内に入るのかを判定することによってモニタされてよく、四分円３内に入るように、重畳帯域６２の終端が（インクリメンタル／平均化する調整で）徐々に、または（一気に行う調整で）瞬時に補正されるように、閾値ＶupperおよびＶlowerを調整することができる。重畳帯域６２の終端が四分円４内に入ることがわかっている図１０（ａ）の例を取ると、後続の基準マーク事象で終端が四分円３により近づくか、または四分円３内に入るように、ＶupperまたはＶlower閾値が、上げられる、または下げされてよい。同じアプローチは、重畳帯域６２の１つの終端が四分円２内に入ることがわかっている図１０（ｂ）の例に適用される。
【００８１】
理解されるように、Ｖupper閾値が調整されるのか、それともＶlower閾値が調整されるのか、および閾値は上げられるのか、それとも下げられるのかは、所望される四分円（この例では、四分円３）の外側にあるのが、立ち上がりエッジなのか、立ち下がりエッジなのかに依存し、かつ基準マークが通過された時間のスケールと読み取りヘッドの相対移動の方向に依存することになる。閾値をどのように調整するかを判定するための１つの特定の例示的なプロセスが、図１１に詳述されている。示されるように、プロセスは、立ち上がりエッジおよび立ち上がりエッジがどの四分円に入るのかを判定することを伴う。それらが四分円３に入る場合、すべて良好であり、なんのアクションも取られる必要がない。それらのうちのいずれかが四分円１に入る場合、このケースでは誤差信号が発生される。それらのうちのいずれかが四分円２または４に入る場合、問題となるのが、立ち上がりエッジなのか、立ち下がりエッジなのかに依存して、かつ「前方か？」の決定（たとえば、読み取りヘッドは前方に移動しているか？）によって判定される読み取りヘッドとスケールの相対運動の方向に依存して、Ｖupper閾値またはＶlower閾値を、インクリメントするか、デクリメントするかのいずれかのアクションが取られる。
【００８２】
図１１の例示的なプロセスにおいて、閾値はインクリメントされるか、またはデクリメントされる。それに応じて、閾値は本質的に、予め決められた設定量だけ四分円３に向けて徐々に移動される、または「寸動される」。設定量は絶対であってもよいし、または、たとえばエッジが四分円３からどのくらい離れているかに応じて相対的であってもよい。そのように（一気に行う補正とは対照的に）寸動させることは、補正を平均化する役割を果たし、それは、雑音、干渉、スプリアス結果、その他の影響を回避するのに役立つ。
【００８３】
図１１のプロセスは、リサージュが概念的に四分円に分割されていることに依拠している。しかしながら、理解されるように、他の構成も可能である。たとえば、リサージュは、四分円の代わりに八分円に分割されてもよい。このケースの場合、任意には、プロセスは、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジが２２５°へとターゲットにされるように（たとえば、エッジが八分円５に入る場合、エッジが八分円６に向かう寸動に従って閾値を調整する、およびその逆）、構成されてもよい。
【００８４】
理解されるように、そのようなプロセスは、リサージュが均等なサイズのセクションに分割されることを要求しない。また、たとえば、セクションを要求しない同様のプロセスが使用されてもよい。たとえば、プロセスは、エッジの絶対位置（たとえば、リサージュの周りのその角度位置）を見て、次いでそれが所望の角度（たとえば、２２５°）に向かって押されるように、適切な閾値を補正するために使用されてもよい。
【００８５】
本発明の別の実施形態に従って、発明者は、インクリメンタルトラックおよび基準マークトラックに共通の光源を含む（または、インクリメンタルトラックを照らすために使用される源からの光がまた、基準マークトラック上に漏れる）エンコーダシステムにおいて、光源の出力に行われる（たとえば、インクリメンタル信号の振幅を維持するための）調整が、基準マーク検出プロセスに不利に作用し得ることを見出した。たとえば、インクリメンタル信号の振幅は、速度、ジオメトリ、汚染物、および／または環境条件に対してセンシティブであり得る。信号振幅を維持するためには、光源の輝度を調整することによる振幅における誤差を削減するように、自動利得制御（ＡＧＣ）サーボシステムが使用されてよい。光源輝度は、光源がどれくらい増強されるか、または削減されるかを制御するために使用されてよい制御信号を介して制御され得る。
【００８６】
たとえば、図１３は、０から１２ｍ／ｓの間の速度で使用するために構成された例示的なエンコーダ装置のインクリメンタルチャネルの周波数応答を示す。見られ得るように、インクリメンタルチャネルの周波数応答は、完全に均一ではなく、むしろわずかに増加し、たとえばこのケースにおいて６ｍ／ｓ（３００ｋＨｚ）でピークに達すると、それはその最大速度の１２ｍ／ｓ（６００ｋＨｚ）に近づくので、信号において下落する。この例の場合、ＡＧＣシステムが信号振幅を維持していると仮定すると、光源の輝度は、６ｍ／ｓでおよそ１２％（１ｄＢ）だけ下げられ、最大速度でおよそ６６％だけ（４．４ｄＢ）上げられてよい。しかしながら、この例において、基準マークチャネルの周波数応答は、この速度にわたって実質的に均一である。したがって、これが問題を引き起こすことがある。とりわけ、この例においては、光源がインクリメンタルチャネルと基準マークチャネルの両方に共通であるため、光源輝度が変動されるとき、基準マーク検出器のチャネル（たとえば、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ）によって出力された信号の振幅は、同じ比だけ変化することになる。たとえば、輝度における６６％の増強は、基準マーク検出器のチャネル（たとえば、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ）によって出力された信号の振幅における６６％の増加につながることになる。図１４に示されるように、基準マーク検出器のチャネル（たとえば、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ）からの出力におけるそのような変化は、ＤＩＦＦ信号に作用することになる。とりわけ、示されるように、ＤＩＦＦ信号のゼロ交差部の傾斜が作用される（このケースでは、増加される）ことになる。図１５に示されるように、これは、アナログ／ゲーティング基準パルス５８の境界の移動をもたらす。このケースにおいて、傾斜における変化は、より小さなアナログ／ゲーティング基準パルス５８’をもたらしている。とりわけ、このケースにおいて、元々のアナログ／ゲーティング基準パルス５８は、２０μｍ（ミクロン）幅であったが、その一方で６６％の輝度増強によるアナログ／ゲーティング基準パルス５８’は、およそ１２μｍ（ミクロン）の削減された幅を有する。この例において、閾値ＶupperおよびＶlowerは、０Ｖから等距離であるが、実際には、それらは非対称であることがあり、それが、アナログ／ゲーティング基準パルスの位相および幅においてシフトを引き起こすことになる。
【００８７】
本発明の一実施形態に従って、エンコーダ装置は、光源への制御信号により変化する適応性のある閾値を有するように構成される。この例において、ＶupperおよびＶlower閾値は、光源輝度に対する需要における変化に等しいスケーリング要因によって修正される。たとえば、図１６の例を参照すると、較正は（０Ｖに対して）非対称の閾値をもたらしており、それらは公称上、−１３５°の開始位置および２２５°の終了位置を有するアナログ／ゲーティング基準パルスを提供する。とりわけ、較正は、以下をもたらした。
【００８８】
Ｖupper＝＋０．０９Ｖｄｃ
Ｖlower＝−０．０３Ｖｄｃ
輝度が６６％から１６６％に上げられた場合、処理されたアナログ／ゲーティング基準パルスの立ち上がりエッジは、およそ６μｍ（ミクロン）、立ち下がりエッジは、およそ２μｍ（ミクロン）ディフェーズすることになる。本発明のこの実施形態に従って、閾値は、以下のように調整される。
【００８９】
調整されたＶupper＝＋０．０９×１６６％Ｖｄｃ＝＋０．１４９Ｖｄｃ
調整されたＶlower＝−０．０３×１６６％Ｖｄｃ＝−０．０５０Ｖｄｃ
図１６に示されるように、そのような調整は、ＤＩＦＦ信号における変化を正しく補償し、とりわけ、ＤＩＦＦ信号における変化にもかかわらず、アナログ／ゲーティング基準パルスの幅および位置が変化しないままであることをもたらす。
【００９０】
それに応じて、光源輝度の需要における変化を補償するために、以下の一般式が使用されてよい。
【００９１】
Ｖupper＝ＶupperCAL×現在の光源需要／較正された光源需要
Ｖlower＝ＶlowerCAL×現在の光源需要／較正された光源需要
ＶupperCAL＝前の較正プロセスを介して較正されたＶupper閾値
ＶlowerCAL＝前の較正プロセスを介して較正されたＶlower閾値
ＤＩＦＦ信号が処理されるやり方を調整することに加えてまたは代替として、ＳＵＭ信号が処理されるやり方が自動的に調整されてよい。たとえば、論理はスケール周期間の境界を簡単に検出することができる。アナログ／ゲート基準パルスが高い間に交差されたスケール境界の数をカウントすることは、スケール周期の単位でアナログ／ゲート基準パルスの幅を与える。閾値レベルＶgateへの調整が次いで、所望のアナログ／ゲート基準パルス幅を少なくとも維持しようとするために行われてよい。調整は、（たとえば、基準マーク事象ごとに定義された量だけ）インクリメンタル式に、または合計誤差を補償するために必要な要求される補正オフセットを計算することによっていっぺんに行われてよい。
【００９２】
理解されるように、基準マークの存在を検出するための他の技法が使用されてもよい。たとえば、基準マーク検出器はただ１つのセンサを含むことがあり、その出力は、それがいつ基準マークを通過したかを判定するために閾値処理される。そのようなケースにおいて、ＤＩＦＦ信号は存在しないことがある。それに応じて、閾値および／またはセンサの出力は、（たとえば、ＳＵＭ信号に関して上で説明されたように）本発明に沿って、状況における変化に応答して調整されてよい。また、理解されるように、本発明は、（たとえば、特許文献９および特許文献８に記載されるような）相関器／シャッター効果タイプの基準マークなどの他のタイプの基準マークと共に使用されてもよい。また、本発明は、非光学的な基準マーク、たとえば、磁気的、誘導性、または容量性の基準マークに等しく適用可能である。理解されるように、そのような非光学的な基準マークは、光学的または非光学的なインクリメンタル特徴と組み合わせて使用されてもよい。
【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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【国際調査報告】
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