(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の位置フィーチャー（ｆｅａｔｕｒｅ）を備えるスケールと、
前記スケールとリードヘッド間の相対速度に応じて、ｉ）リードヘッドのフィーチャー取り込み期間、及びｉｉ）前記スナップ写真取り込みプロセスの間に少なくとも１つの電磁放射（ＥＭＲ）源により電磁放射（ＥＭＲ）が放射される期間の少なくとも１つを変更するように自動的に適応できるスナップ写真取込みプロセスを介して前記一連の位置フィーチャーを読み取るように構成されたリードヘッドと
を備えることを特徴とするポジションエンコーダ装置。
【請求項２】
前記スナップ写真取込みプロセスは、見積もられたまたは実際に計測された相対速度に基づいて自動的に適応できることを特徴とする請求項１に記載のポジションエンコーダ装置。
【請求項３】
実際に測定される相対速度は、前記リードヘッドによって得られる読取りデータに基づくことを特徴とする請求項２に記載のポジションエンコーダ装置。
【請求項４】
前記リードヘッドは、前記スケールと前記リードヘッド間の相対速度を決定するように構成されることを特徴とする請求項３に記載のポジションエンコーダ装置。
【請求項５】
前記リードヘッドは、少なくとも１つの電磁放射（ＥＭＲ）高感度検出器を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のポジションエンコーダ装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つのＥＭＲ高感度検出器は、光ＥＭＲ高感度検出器であることを特徴とする請求項５に記載のポジションエンコーダ装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つのＥＭＲ源は光源であることを特徴とする請求項１に記載のポジションエンコーダ装置。
【請求項８】
スナップ写真取込みプロセスは、前記少なくとも１つのＥＭＲ源のうちの少なくとも１つによって放射されたＥＭＲの強度を変更するように適応できることを特徴とする請求項１または７に記載のポジションエンコーダ装置。
【請求項９】
前記スナップ写真取込みプロセスは、前記スケールと前記リードヘッド間の相対速度に応じて前記リードヘッドのフィーチャー検出感度を変更するように適応できることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のポジションエンコーダ装置。
【請求項１０】
前記一連の位置フィーチャーは絶対位置情報を規定することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のポジションエンコーダ装置。
【請求項１１】
リードヘッドそれ自体とスケール間の相対位置を決定するために前記スケール上の一連の位置フィーチャーを読み取るためのポジションエンコーダのリードヘッドであって、前記スケールと前記リードヘッド間の相対速度に応じて、ｉ）リードヘッドのフィーチャー取り込み期間、及びｉｉ）前記スナップ写真取り込みプロセスの間に少なくとも１つの電磁波放射（ＥＭＲ）源により電磁放射（ＥＭＲ）が放射される期間の少なくとも１つを変更するように自動的に適応できるスナップ写真取込みプロセスを介して前記スケール上の位置フィーチャーを読み取るように構成されていることを特徴とするリードヘッド。
【請求項１２】
ポジションエンコーダのリードヘッドを操作する方法であって、
前記リードヘッドがスナップ写真取込みプロセスを介してスケール上の一連の位置フィーチャーを読み取るステップと、
前記スケールと前記リードヘッド間の相対速度に応じて、ｉ）リードヘッドのフィーチャー取り込み期間、及びｉｉ）前記スナップ写真取り込みプロセスの間に少なくとも１つの電磁波放射（ＥＭＲ）源により電磁放射（ＥＭＲ）が放射される期間の少なくとも１つを変更することにより前記スナップ写真取込みプロセスを自動的に適応させるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記リードヘッドによって撮影された読取りデータに基づいて前記スケールと前記リードヘッド間の相対速度を決定するステップと、
前記決定された相対速度に基づいて前記スナップ写真取込みプロセスを適応させるステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記スケールとリードヘッドとの間の相対速度に応じて前記リードヘッドのフィーチャー検出感度を変更するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのＥＭＲ源のうちの少なくとも１つにより放射されたＥＭＲの明度を変更することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポジションエンコーダ装置（位置エンコーダ装置）、およびポジションエンコーダを動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの移動可能な物体間の相対位置を測定するためのポジションエンコーダは周知である。典型的には、ある物体上に一連の目盛線（ｓｃａｌｅ  ｍａｒｋｉｎｇｓ）が設けられ、それらの目盛線を読み取るためのリードヘッド（読み取りヘッド）が別の物体上に設けられている。目盛線は、物体と一体に形成することも、物体に固定することができるスケール（定規）上に設けることもできる。
【０００３】
ポジションエンコーダ（位置符号化素子）は、一般にインクリメンタル（相対値）ポジションエンコーダまたはアブソリュート（絶対値）ポジションエンコーダのいずれかであるとして分類される。インクリメンタルポジションエンコーダにおいて、スケールは複数の周期的な目盛線を有し、その目盛線はインクリメンタルなアップ／ダウンカウントを提供するように、リードヘッドによって検出されことができる。例えば、そのようなスケールは特許文献１に記載されている。基準点を規定するように、周期的な目盛線の隣りに、またはその中に組み込んで基準マーク（位置合わせマーク）を設けることができる。例えば、そのようなスケールは特許文献２に開示されている。アブソリュートポジションエンコーダは、一般に、リードヘッドが一意の一連のマーク、たとえばコードを検出し、それらのコードを絶対位置に変換することによって、相対変位を測定する。そのようなスケールは特許文献３に開示されている。
【０００４】
いくつかのタイプのエンコーダ装置では、スケール上の目盛線を読み取るためにリードヘッドがスケールのスナップ写真（スナップショット：ｓｎａｐｓｈｏｔ）の画像を得るようにリードヘッドを動作させることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０２０７１２１号明細書
【特許文献２】国際公開第２００５／１２４２８２号
【特許文献３】ＰＣＴ／ＧＢ２００２／００１６２９号（国際公開第２００２／０８４２２３号）
【特許文献４】国際公開第２００４０９４９５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、スケール上の目盛線を読み取るためにリードヘッドがスケールのスナップ写真画像を得るタイプのポジションエンコーダ装置に対する改良を提供する。
【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、一連の位置フィーチャー（ｆｅａｔｕｒｅ：特徴となるもの、際立つもの）を備えるスケールと、スケールとリードヘッド間の相対速度を補償するように適応可能なスナップ写真取込みプロセスを介して一連の位置フィーチャーを読み取るように構成されたリードヘッドとを備えるポジションエンコーダ装置が提供される。
【０００８】
本発明によるポジションエンコーダ装置は、したがって、スケールとリードヘッドの相対速度に応じてスケールの位置フィーチャーのスナップ写真を取り込むプロセスを適応させることができる。本発明の１つの特有の利点は、得られるスナップ写真の品質を最大限にするようにスナップ写真取込みプロセスを適応させることができることである。たとえば、低速のスナップ写真取込みプロセスは、スナップ写真がぼやける（ｂｌｕｒ）、または歪のリスク（恐れ）なしに強い信号を取り込むように、適応されることができ、一方、高い相対速度のスナップ写真取込みプロセスは、スナップ写真のぼやけまたは歪みを避けるように適応されることができるが、このプロセスは信号の強度を低下させる。信号強度の低下は、有益な信号対雑音比が乏しいことを意味し得るし、位置抽出が信頼性に乏しく、および／または正確性に乏しいとなり得ることを意味し得る。高速では、精度はしばしば、それほど重要なものでないので、信号強度の低下は、許容される可能性がある。
【０００９】
したがって、所与の相対速度について最良品質のスナップ写真を得るように、スナップ写真取込みプロセスを適応させることができる。これは、これにより位置情報がスナップ写真から得えられる効率を高めることができるだけでなく、得られる位置情報の精度を最大にすることができる。
【００１０】
スナップ写真取込みプロセスは、手動で調整可能であるとすることができる。たとえば、ユーザは、予想される、または既知の相対速度に応じて、使用前に、または使用中にスナップ写真取込みプロセスを設定することができる。たとえば、リードヘッドは、プロセスを設定するのにユーザにより使用されることができるハードウェアセレクタまたはソフトウェアセレクタを有することもできる。スナップ写真取込みプロセスは、スケールとリードヘッド間の相対速度に応じて自動的に適応できることが好ましい。したがって、スナップ写真取込みプロセスは、ユーザの介在なしに適応させることができることが好ましい。
【００１１】
スナップ写真取込みプロセスは、推定相対速度に基づいて自動的に調整されることができる。たとえば、スナップ写真取込みプロセスは、リードヘッドとスケールが取り付けられているそれぞれの本体間の相対移動を制御している機械コントローラによって提供される推定相対速度に基づいて自動的に調整されることができる。これは、たとえば、機械コントローラによって要求される速度に基づくものとすることができる。
【００１２】
スナップ写真取込みプロセスに対する調整は、実際に測定される相対速度に基づいて自動的に決定することができる。たとえば、速度計などを、相対速度を測定するのに使用することができる。任意選択で、実際に測定される相対速度は、リードヘッドによって得られる読取りデータに基づくものとすることができる。
【００１３】
スナップ写真取込みプロセスに対する調整は、リードヘッドの外付けのユニットによって決定することができる。たとえば、ポジションエンコーダ装置は、リードヘッドと通信するプロセッサデバイスをさらに備えることができる。プロセッサデバイスは、スナップ写真取込みプロセスを決定することができ、それに応じて動作するようにリードヘッドに指令することができる。
【００１４】
スナップ写真取込みプロセスに対する調整は、リードヘッドによって決定されることが好ましい。具体的には、好ましくは、リードヘッドは、スケールとリードヘッド間の相対速度を決定するように構成される。より好ましくは、リードヘッドは、リードヘッドによって得られる少なくとも１つのスナップ写真に基づいてスケールとリードヘッド間の相対速度を決定するように構成される。
【００１５】
当然のことながら、リードヘッドは、一連の位置フィーチャーを検知するために少なくとも１つの検出器を備えることになる。リードヘッドは、少なくとも１つの電磁放射（ＥＭＲ）高感度検出器を備えることができる。その少なくとも１つのＥＭＲ高感度検出器は、光ＥＭＲ高感度検出器であるとすることができる。当然のことながら、これは、赤外から紫外の範囲内で電磁放射（ＥＭＲ）を検知するのに適した検出器を含むことができる。たとえば、この検出器は、可視ＥＭＲ高感度検出器とすることができる。リードヘッドは、複数の検出器素子を備えることができる。たとえば、リードヘッドは、検出器素子のアレイを備えることができる。このアレイは、１次元または２次元とすることができる。
【００１６】
リードヘッドは、スケールを照明するために少なくとも１つのＥＭＲ源を備えることができる。この少なくとも１つのＥＭＲ源は、光源とすることができる。当然のことながら、これは、赤外から紫外の範囲内で電磁放射（ＥＭＲ）を発するのに適したソースを含むことができる。たとえば、このソースは、可視ＥＭＲ源とすることができる。たとえば、このソースは、発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。
【００１７】
スナップ写真取込みプロセスは、少なくとも１つのＥＭＲ源のうちの少なくとも１つによって放射されたＥＭＲの強度を変更するように適応できるとすることができる。たとえば、スナップ写真取込みプロセスは、少なくとも１つのＥＭＲ源のうちの少なくとも１つによって放射された光ＥＭＲの強度を変更するように適応できるとすることができる。
【００１８】
好ましくは、スナップ写真取込みプロセスは、スナップ写真取込みプロセス中に少なくとも１つのＥＭＲ源のうちの少なくとも１つによってＥＭＲが発せられる持続時間を変更するように適応できる。好ましくは、リードヘッドは、ＥＭＲが発せられる最大持続時間を、相対速度に基づいて制限するように構成される。
【００１９】
スナップ写真取込みプロセスに対する調整は、相対速度の大きさ以外の要素を考慮することができる。たとえば、スナップ写真取込みプロセスはまた、以前のスナップ写真の品質、および／またはリードヘッドの温度に基づいて適応できるとすることができる。たとえば、リードヘッドがかなり高温である場合には、発熱を最小限に抑えるようにスナップ写真取込みプロセスを適応させることができる。たとえば、光源が点滅する事例では、発熱を最小限に抑えるように閃光の長さを制限することができる。
【００２０】
スナップ写真取込みプロセスは、スケールとリードヘッド間の相対速度に応じてリードヘッドのフィーチャー検出感度を変更するように適応できるとすることができる。たとえば、リードヘッドが少なくとも１つの光ＥＭＲ高感度検出器を備える場合には、スナップ写真取込みプロセスは、イメージセンサの利得を変更するように適応できるとすることができる。スナップ写真取込みプロセスは、スケールとリードヘッド間の相対速度に応じてリードヘッドのフィーチャー取込み持続時間を変更するように適応できるとすることができる。任意選択で、リードヘッドのフィーチャー取込み持続時間は、相対速度にかかわらず一定とすることができる。
【００２１】
一連の位置フィーチャーは、インクリメンタル情報を規定することができる。一連の位置フィーチャーは、絶対位置情報を規定することができる。一連の位置フィーチャーを、単一のトラックに含めることができる。任意選択で、一連の位置フィーチャーを、複数のトラックにわたって分散させることができる。スケールは、インクリメンタル情報を規定する第１の一連の位置フィーチャーと、絶対位置情報を規定する第２の一連の位置フィーチャーとを備えることができる。
【００２２】
ポジションエンコーダ装置は、磁気ポジションエンコーダ装置または誘導ポジションエンコーダ装置とすることができる。ポジションエンコーダ装置は容量ポジションエンコーダ装置とすることができる。これらの場合には、たとえばスケールフィーチャーがサンプリングされる時間の長さを変更することによって、スナップ写真取込みプロセスを調整することができる。
【００２３】
任意選択で、ポジションエンコーダ装置は光学ポジションエンコーダ装置であり、この事例では、ポジションエンコーダ装置はリードヘッドがスケールを通して透過された光を検出する透過式とすることができる。任意選択で、ポジションエンコーダ装置は、リードヘッドがスケールから反射した光を検出する反射式とすることができる。リードヘッドはスケールを照射する光源を含むことができる。
【００２４】
当然のことながら、フィーチャーをスケール上で画定することができる多数の好適な方法がある。たとえば、特定の電磁放射（ＥＭＲ）特性、たとえば特定の光学特性を有するマーキングによって、たとえばスケールの一部分の特定の光の透過率または反射率によって、フィーチャーを画定することができる。したがって、たとえば、最小の反射率値または透過率値を有するスケールの一部分によって、フィーチャーを画定することができる。任意選択で、たとえば、最大の反射率値または透過率値を有するスケールの一部分によって、フィーチャーを画定することができる。磁気エンコーダの場合には、特定の磁気特性を有するマーキングによって、または、たとえば強磁性物質の有無によって、フィーチャーを画定することができる。容量式スケールの場合には、特定の容量特性を有するマーキングによって、フィーチャーを画定することができる。
【００２５】
フィーチャーは、ライン（線）、ドット（点）、またはリードヘッドによって読み取ることができる他の構造の形態をとることができる。１次元スケール用の好ましい構造は、測定の次元に対して垂直な次元でトラック（進路）の幅全体にわたって延びるラインを含むことができる。
【００２６】
本発明の第２の態様によれば、リードヘッドそれ自体とスケール間の相対位置を決定するためにスケール上の一連の位置フィーチャーを読み取るためのポジションエンコーダのリードヘッドであって、スケールとリードヘッド間の相対速度を補償するように適応できるスナップ写真取込みプロセスを介してスケール上の位置フィーチャーを読み取るように構成されたリードヘッドが提供される。
【００２７】
本発明の第３の態様によれば、ポジションエンコーダリードヘッドを動作させる方法であって、リードヘッドがスナップ写真取込みプロセスを介してスケール上の一連の位置フィーチャーを読み取るステップと、スケールとリードヘッド間の相対速度を補償するようにスナップ写真取込みプロセスを適応させるステップとを含む方法が提供される。
【００２８】
この方法は、リードヘッドによって読取られたデータに基づいてスケールとリードヘッド間の相対速度を決定するステップと、決定されたその相対速度に基づいてスナップ写真取込みプロセスを適応させるステップとをさらに含むことができる。スナップ写真取込みプロセスを適応させるステップは、スケールとリードヘッド間の相対速度に応じてリードヘッドのフィーチャー取込み持続時間を変更するステップを含むことができる。
【００２９】
リードヘッドは少なくとも１つのＥＭＲ源を備え、スナップ写真取込みプロセスを適応させるステップは、スナップ写真取込みプロセス中に少なくとも１つのＥＭＲ源のうちの少なくとも１つによってＥＭＲが発せられる持続時間を変更するステップを含む。
【００３０】
次に、本発明の実施形態について、例示としてのみ、以下の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】リングスケール（環状スケール）およびリードヘッドを備える、本発明によるエンコーダ装置の概略側面図である。
【図２】図１の本発明によるエンコーダ装置の概略等角図である。
【図３ａ】第１の実施形態によるリードヘッドの様々な光学構成部品および電子構成部品の概略ブロック図である。
【図３ｂ】第２の実施形態によるリードヘッドの様々な光学構成部品および電子構成部品の概略ブロック図である。
【図４】図１〜図３に示されているリードヘッドの全体の概略を示す流れ図である。
【図５】閃光パルス持続時間を調整するプロセスを示す流れ図である。
【図６】図６ａは、図１および図２に示されているスケールの概略平面図である。図６ｂは、図１、図２、図３に示されているリードヘッドのセンサからの出力の概略図である。図６ｃは、スケールの画像から抽出されたコードワード（コード語、符号語）の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１、図２、図３ａ、図３ｂを参照すると、リードヘッド４、スケール６、およびコントローラ７を備えるエンコーダ装置２が示されている。リードヘッド４とスケール６は、それぞれ第１の物体と第２の物体（図示せず）に取り付けられる。スケール６は、リードヘッドに対して、（図１に示されているように紙面に対して垂直に延びる）軸Ａ周りで回転可能である。ここで説明する実施形態では、スケール６は回転スケールである。しかし、当然のことながら、スケール６は、リニアスケールのような非回転スケールとすることができる。さらに、スケール６は、一次元だけで測定を可能にする。しかし、当然のことながら、必ずしもそうである必要はなく、たとえばスケールは、２次元で測定を可能にすることができる。
【００３３】
ここで説明する実施形態では、スケール６はアブソリュートスケール（絶対目盛り）であり、その長さに沿って一意の位置データを符号化するように配列された一連の反射ライン８および無反射ライン１０を備える。当然のことながら、このデータは、たとえば擬似ランダム系列または離散コードワード（不連続コードワード）の形態とすることができる。
【００３４】
ラインの幅は、必要とされる位置分解能に依存し、典型的には、１μｍから１００μｍの範囲、より典型的には５μｍから５０μｍの範囲である。ここで説明する実施形態では、ラインの幅は、１５μｍ程度である。反射ライン８および無反射ライン１０は、一般に、所定の周期で交互するように配列される。しかし、スケール６において絶対位置データを符号化するように、選択された無反射ライン１０がスケール６からいなくなっている。たとえば、無反射ラインがあることを利用して、「１」ビットを表すことができ、無反射ラインがないことを利用して、「０」ビットを表すことができる。
【００３５】
図６ａ、図６ｂ、図６ｃを参照すると、それぞれスケール６の部分の平面図を概略的に示したものが示されており、それらは、反射ライン８および無反射ライン１０と、その部分を撮像するセンサの出力５０と、撮像された部分に含まれるコードワード全体のバイナリ値とを示している。図６ａに示されているように、無反射ライン１０のいくつかが、絶対位置データを符号化する離散的なコードワードを規定するように除去されている。たとえば、破線の囲み枠１１内に含まれるラインは、１つの一意の１６ビットコードワードを規定している。「１」ビットは、無反射ライン１０があることによって規定され、「０」ビットは、無反射ライン１０がないことによって規定される。図６ｂは、ＣＭＯＳセンサ２０によって得られた画像全域での強度変動の図である。ＣＰＵ２４は、その出力を解析して、反射ラインに出会うと予想する点で強度閾値Ａｂを適用することができる。ＣＰＵ２４は、強度が閾値Ａｂ未満である点を「１」と解釈し、強度が閾値Ａｂより大きい点を「０」と解釈する。図６ｃは、このアルゴリズムを図６ｂに示されている出力に適用しているＣＰＵ２４によって抽出されたコードワードを示す。
【００３６】
マーキングの一連のグループを使用して、スケールの長さに沿って一連の一意のバイナリコードワードを符号化し、一意の位置情報、すなわち絶対位置情報を規定することができる。そのようないわゆるハイブリッドインクリメンタル・アブソリュートスケールのさらなる詳細が、特許文献３に記載されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００３７】
当然のことながら、絶対位置データは、無反射ライン１０がないことと共に、またはその代わりに、反射ライン８がないことによってスケール６において符号化されることができる。さらに、絶対位置データは、反射ライン８または無反射ライン１０を追加する、または除去することなしに、スケール６内に組み込むことができる。たとえば、絶対位置データをスケール６に組み込むために、ラインの幅、ライン間の距離またはラインの色を変えることができる。また、やはり当然のことながら、本発明をインクリメンタルスケール（増分スケール）と共に使用することもできる。この場合、必要に応じて、基準マークをインクリメンタルスケールのトラックに隣接して設けることも、インクリメンタルスケールトラック内に組み込むこともできる。
【００３８】
図３ａに示されているように、リードヘッド４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１２、光学素子１８、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサ２０、および窓２２を備える。ＬＥＤ１２から放射された光は、窓２２を通過し、スケール６に当たる。スケール６は、その光を反射して窓２２を通して戻し、その反射光はレンズ１８を通過し、レンズ１８はその反射光を使用して、ＣＭＯＳイメージセンサ２０上にスケールの画像を順次映す。その結果、ＣＭＯＳイメージセンサ２０は、スケール６の一部の像を検出する。ＣＭＯＳイメージセンサ２０は、スケール上の反射ライン８および無反射ライン１０の長さに対して並行に伸びる長さの１列２５６個の細長いピクセル（画素）を備える。図示されている実施形態は反射型のものであるが、当然のことながら、本発明は、（光がスケールから反射されるのではなくスケールを透過する）透過型のエンコーダ装置を使用することができる。
【００３９】
また、リードヘッド４は、ＣＰＵ２４と、電気的消去・プログラム可能型読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）の形態のメモリデバイス３２と、インターフェース３８とを備える。
【００４０】
ＣＰＵ２４の要求に応じてＬＥＤ１２が動作できるように、ＬＥＤ１２はＣＰＵ２４に接続される。ＣＭＯＳイメージセンサ２０の全域に照射される光強度の画像をＣＰＵ２４が受信できるように、ＣＭＯＳイメージセンサ２０はＣＰＵ２４に接続される。ＣＭＯＳイメージセンサ２０は、また、ＣＰＵ２４の要求に応じてＣＭＯＳイメージセンサ２０が操作され、ＣＭＯＳイメージセンサ２０の全域に照射されている光の強度のスナップ写真を撮影することができるように、ＣＰＵ２４に直結される。ＣＰＵ２４が処理する際に使用するためのデータを記憶させ、読み出すことができるように、ＣＰＵ２４はメモリ３２に接続する。たとえば、この実施形態では、メモリ３２は、複数のルックアップテーブルを含む。下記でより詳細に述べるように、これらのルックアップテーブルの１つが、リードヘッド４とスケール６の相対位置を決定する際に使用されることになる。インターフェース３８は、ＣＰＵ２４が配線（ライン）４０を介して（図１に示されている）コントローラ７など外部デバイスから要求を受信し、結果を外部デバイスに出力することができるように、ＣＰＵ２４に接続される。また、配線４０は、リードヘッド４が給電を受ける電力線を含む。
【００４１】
図３ｂに示されているリードヘッドは、図３ａに示されているものと実質的に同じであり、同様の部分（部品）は同様の参照符号を共用している。しかし、図３ｂに図示されている実施形態の光学配置はわずかに異なる。この実施形態では、リードヘッド４は、コリメーティング（平行）レンズ１３と、反射面１７およびビームスプリッティング（ビーム分割）面１９を有するビームスプリッタアセンブリ１５と、結像レンズ２１とを備える。コリメーティングレンズ１３は、ＬＥＤ１２から放射された光をビーム２３に平行にし、次いでそのビーム２３は、ビームスプリッタアセンブリの反射面１７によって反射されてビームスプリッティング面１９に向かう。ビームスプリッティング面１９は、窓２２を通してビーム２３をスケール６に向かって反射し、次いでスケール６は、その光を反射して、窓２２を通してビームスプリッティング面１９に向かって返し、ビームスプリッティング面１９は、その反射光を真っ直ぐに通過させる。次に、その反射光は結像レンズ２１を通過し、結像レンズ２１は、ＣＭＯＳイメージセンサ２０上にスケール６の像を形成する。
【００４２】
次に、装置２の操作方法１００について、図４および図５を参照して説明する。この方法は、リードヘッド４の電源が投入されたとき開始される。下記でより詳細に述べるように、適切な閃光パルス持続時間を選択するために、少なくともリードヘッドとスケール間の相対速度（すなわち、速度）のおおよその大きさが既知である必要がある。その速度は、リードヘッドから、たとえば第２のリードヘッド（図示せず）から、あるいは異なる機器（図示せず）から、たとえば、可動部分（１つまたは複数）の速度を測定する速度計から、および／またはスケールとリードヘッド間の相対移動を駆動している機械コントローラから、外部から受信することができる。
【００４３】
ここで説明する実施形態では、リードヘッド４それ自体が相対速度を計算し、リードヘッド４は、スケールとリードヘッドが一定時間間隔内で移動した相対距離を算出するために、スケールの少なくとも２枚のスナップ写真を得て処理することによって、その相対速度の計算を行う。したがって、リードヘッド４は、まず第一に、相対位置を決定するために使用することができるスケール６のスナップ写真を得ることができるように、閃光パルスの持続時間を設定する必要がある。その相対速度は、最初は既知ではないので、リードヘッド４は、閃光パルス持続時間を所定の最小時間に設定する。この所定の最小時間は、スケール６を撮像して位置情報を得るのに必要とされる最低限の情報をもたらすと考えられる最短の閃光パルス持続時間とすることができる。当然のことながら、この所定の最小時間は、与えられたスケールとリードヘッドの各組合せについて異なるものとすることができる。この所定のより低いタイムリミット（制限時間）は、リードヘッド４のメモリ３２に設定することも、配線４０を介してコントローラ７から受け取ることもできる。この実施形態では、この持続時間は、５０ナノ秒である。当然のことながら、他の実施形態においては、閃光パルス持続時間は、最初に所定の最小時間よりも十分に大きな値に設定して、得られた画像が読取り可能なものでない場合、それに応じて減少させることができる。
【００４４】
次いで、ステップ１０４では、リードヘッドは、既知の時間間隔でスケール６の２枚のスナップ写真を取り込む（すなわち、これらスナップ写真は２つの異なる時間に撮影される）。各スナップ写真を取り込むことは、ＣＰＵ２４が、閃光パルス持続時間で発光するようにＬＥＤ１２を制御し、同時にＣＭＯＳイメージセンサ２０の全域に照射される光のパターンの強度を感知し、記録するようにＣＭＯＳイメージセンサ２０を制御することも含む。
【００４５】
ステップ１０６では、リードヘッド４とスケール６の相対速度が計算される。これは、（各画像からコードワード（符号語）を抽出し、メモリ３２に記憶されているルックアップテーブル内のそのコードワードに対応する位置を検索することによって）各スナップ写真におけるリードヘッド４とスケール６の相対位置を計算し、各スナップ写真間の位置の変化を決定し、この位置の変化をスナップ写真間の時間で割ることによって行うことができる。当然のことながら、ここで説明する実施形態では、計算された相対速度は相対角速度になるが、リニアスケールの場合においては、計算された相対速度は相対線速度になる。
【００４６】
ステップ１０８では、閃光パルス持続時間が、計算された相対速度に応じて調整されるが、このプロセスについては、図５を参照して以下でより詳細に述べる。一般に、相対速度が大きくなるほど閃光パルス持続時間が短くなり、逆の場合も同じである。
【００４７】
ステップ１１０では、リードヘッド４が、スケール６の別のスナップ写真を得る。前述と同様に、これは、ＣＰＵ２４が、前のステップ１０８で計算された閃光パルス持続時間間で発光するようにＬＥＤ１２を制御し、また同時にＣＭＯＳイメージセンサ２０の全域に照射される光のパターンの強度を感知し、記録するようにＣＭＯＳイメージセンサ２０を制御することを含む。ステップ１１０は、コントローラ７から位置要求を受け取ったときに実施される。しかし、所定の最大タイムリミット内に位置要求がコントローラ７から受け取られなかった場合には、リードヘッド４は、ステップ１１０を開始する。このことは、相対速度が継続的に更新され、その結果、コントローラがいずれ位置情報を要求したときに、スケールの良好な画像を得ることができることを、確実にする。
【００４８】
次いで、ステップ１１２では、ＣＰＵ２４は、リードヘッド４とスケール６間の絶対相対位置を計算するためにスケール６の画像を使用する。これは、画像からコードワードを抽出するために、ＣＰＵ２４が、ＣＭＯＳイメージセンサから受け取られた画像を解析することを含む。次いで、ＣＰＵ２４によって、メモリ３２に記憶されているルックアップテーブルを使用して、このコードワードに対応する絶対相対位置が決定される。ステップ１１０がコントローラ７からの位置要求に応答して開始された場合には、絶対相対位置がコントローラ７に送られる。
【００４９】
目盛線とＣＭＯＳイメージセンサ２０間の相対位相オフセットを決定することによって、スケールとリードヘッド間の相対位置を微調整することができる。図６（ｂ）に示されているように、相対位相オフセットは、ＣＭＯＳイメージセンサ２０によって出力される信号５０と、ＣＭＯＳイメージセンサ２０によって出力される信号５０と同じ基本周期を有する参照正弦（ＳＩＮＥ）波および参照余弦（ＣＯＳＩＮＥ）波と、の間の位相を計算することによって決定することができる。見やすくするために、参照正弦波５２だけが図６（ｂ）に示されている。これらの参照波は、ＣＭＯＳイメージセンサに対して所定の位置を有する。たとえば、参照正弦波５２に関して、この正弦波が正から負にかけてゼロ点と交差する点５４は、ＣＭＯＳイメージセンサ２０の中央にある。この図の例でわかるように、正弦波５２とＣＭＯＳイメージセンサによって出力される信号５０とは、約９０°の位相がずれている。位相を抽出するための方法は、知られており、例えば、特許文献４に記載されている。
【００５０】
当然のことながら、位相抽出の精度、したがって絶対相対位置を決定することができる精度は、ＣＭＯＳイメージセンサによって得られる信号５０の信号対雑音比によって影響を受ける。その結果、より多くのスケール信号が得られる低速では、信号対雑音比は高速の場合より好ましいものであり、したがってより正確な位置情報は低速で得ることができる。
【００５１】
次いで、フローの制御はステップ１０６に戻り、この時点で、２つの最新の位置読取りデータに基づいて、相対速度が更新される。このループは、リードヘッドの電源が切られるまで継続する。
【００５２】
次に、閃光パルス持続時間を調整するプロセスについて、図５および図６を参照してより詳細に述べる。このプロセスは、スケール６の直前の画像から画像強度を決定することを含むステップ２００で開始される。図６ｂに戻ると、ステップ２００は、ＣＭＯＳセンサ２０によって出力される４つの最も高い強度値を識別し、それらの平均をとることによって行うことができる。４つの最も高い強度値は、図６ｂでは「×」によって識別されており、それらの平均は、線分Ａaによって示されている。
【００５３】
次いで、ステップ２０２では、平均強度Ａaを目標強度値（線分Ａtによって図示）と比較して、それら間の差を決定する。目標強度値は、所与のスケールとリードヘッドの組合せにとって最適な平均強度である。この強度は、低すぎても、高すぎてもいけない。というのは、それによりフィーチャーを識別するのが困難になり、したがって画像からコードワードを抽出するのが困難になるからである。平均強度は、スケールの反射率（これはスケールがどれだけ汚れているかによって影響を受ける可能性がある）、ＬＥＤ１２の明るさ、ＬＥＤ１２がオンである持続時間、およびＣＭＯＳイメージセンサの感度／利得を含めた、いくつかの要因によって影響を受ける可能性がある。
【００５４】
ステップ２０４では、ＣＰＵ２４が、次の画像で目標強度値を達成するために、推定の閃光長さである暫定（ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ）閃光パルス持続時間を計算する。この値は、リードヘッド４とスケール６の相対速度を考慮にいれる必要もあるために、暫定値にすぎない。たとえば、ステップ２０４で、目標強度を達成するためにＬＥＤ１２を５００ナノ秒間オンにする必要があると決定されても、リードヘッド４とスケール６の相対速度が５０ｍ／ｓである場合がある。もし、ＬＥＤ１２がこの時間の長さだけオンにされた場合には、高速のために画像が非常にぼやけることとなり、コードワードを抽出することができなくなったことであろう。したがって、それに応じて閃光パルス持続時間を、たとえば１００ナノ秒に短縮する必要がある。
【００５５】
ＣＰＵ２４は、スナップ写真取込み中にリードヘッド４とスケール６間の一定の移動量に対処することができる。すなわち、ＣＰＵ２４は、一定のぼやけ量に対処することができる。それに応じて、各リードヘッドは、リードヘッドのメモリ３２に記憶することができる、またはコントローラ７によって提供されることができる「ぼやけ閾値（ｂｌｕｒ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）」を有する。ぼやけ閾値は、リードヘッドが対処することができる、スナップ写真期間中にリードヘッド４とスケール６間で移動した最大距離である。ＣＰＵ２４が対処することができるぼやけの程度、したがってぼやけ閾値は、スケール周期およびフィーチャーの大きさを含めて、いくつかの要因に依存する。ここで説明する実施形態の場合、ぼやけ閾値は、典型的には５μｍから１０μｍの範囲内となる。
【００５６】
ステップ２０６では、ぼやけた画像を得るおそれなしに許容される最大閃光持続時間を得るために、ぼやけ閾値を、リードヘッド４とスケール６の相対速度の最近の計算値で割る。ステップ２０８では、暫定閃光持続時間が最大閃光持続時間と比較される。暫定閃光持続時間が最大閃光持続時間よりも大きい場合には、ステップ２１０で、（ぼやけを防止するために）実際の閃光パルス持続時間が最大閃光持続時間に設定される。そうでない場合には、ステップ２１２で、実際の閃光パルス持続時間が、計算された暫定閃光持続時間と等しくなるように設定される。
【００５７】
ここで説明する実施形態では、リードヘッド４とスケール６の相対速度を補償するように、閃光パルス持続時間が調整されている。必要に応じて、それに応じてセンサの露光時間をも調整することができる。そうでない場合には、センサの露光時間は、最大閃光パルス持続時間以上の持続時間で固定することができる。閃光パルス持続時間を調整する代わりに、またはそれに加えて、スナップ写真取込みプロセスの他のパラメータを変更することも可能であろう。たとえば、ＣＭＯＳセンサ２０が様々な感度設定を有する場合には、それに応じてＣＭＯＳセンサ２０の感度を調整することができる。たとえば、相対速度が増大するにつれて、感度を増大させることができる。また、速度が増大するにつれて、ＣＭＯＳセンサ２０に照射される光の強度をＣＭＯＳセンサ２０が記録する時間の長さを短縮することができる。
【００５８】
当然のことながら、スケールのパターンは、色々な光学特性を有するフィーチャー以外の機構によって形成することができる。たとえば、周知のように、様々な磁気特性、容量特性、または誘導特性を有するフィーチャーを使用して、位置情報をスケール上に符号化することができる。これらの場合、適切な磁気センサ配置、容量センサ配置、または誘導センサ配置が、レンズ１８およびＣＭＯＳイメージセンサ２０の代わりにリードヘッド４内に設けられることになる。さらに、これらの場合、閃光パルス持続時間を調整するのではなく、他の要因を調整することで、相対速度を補償することができる。たとえば、磁気センサ配置、容量センサ配置、または誘導センサ配置の検知持続時間および／または感度を調整することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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