(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに周期が異なる複数の周期パターンが形成された光学スケールとともに用いられ、可動部材の移動に伴って前記光学スケールと相対移動する際に前記複数の周期パターンからの光を受光して該複数の周期パターンの周期に応じた周期でそれぞれ変化する複数の第１の検出信号を生成する光学式の第１の位置検出手段と、
前記可動部材の移動に伴って変化する第２の検出信号を生成する非光学式の第２の位置検出手段と、
前記複数の第１の検出信号を用いて複数の折り返しを有する第１の位置信号を生成するとともに、前記第２の検出信号を用いて前記第１の位置信号とは分解能が異なり、前記第１の位置信号における前記複数の折り返しのうち１つを特定可能な分解能を有する第２の位置信号を生成し、前記第１の位置信号と前記第２の位置信号とに基づいて前記可動部材の絶対位置を示す絶対位置信号を生成する演算手段と、
前記第１の位置信号に含まれるノイズ成分が所定量より小さい場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記絶対位置信号を選択し、前記ノイズ成分が前記所定量より大きい場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記第２の位置信号を選択する選択手段とを有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記第１および第２の位置信号を用いて前記第１の位置信号における前記複数の折り返しのうち１つを特定するためのゾーン信号を生成し、
前記選択手段は、前記ゾーン信号が所定範囲内にある場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記絶対位置信号を選択し、前記ゾーン信号が前記所定範囲を超える場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記第２の位置信号を選択することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記演算手段は、前記ゾーン信号を離散化処理し、
前記選択手段は、前記離散化処理前の前記ゾーン信号が前記所定範囲内にある場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記絶対位置信号を選択し、前記離散化処理前の前記ゾーン信号が前記所定範囲を超える場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記第２の位置信号を選択することを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
互いに周期が異なる複数の周期パターンが形成された光学スケールとともに用いられ、可動部材の移動に伴って前記光学スケールと相対移動する際に前記複数の周期パターンからの光を受光して該複数の周期パターンの周期に応じた周期でそれぞれ変化する複数の第１の検出信号を生成する光学式の第１の位置検出手段と、
前記可動部材の移動に伴って変化する第２の検出信号を生成する非光学式の第２の位置検出手段と、
前記複数の第１の検出信号を用いて第１の位置信号を生成するとともに、前記第２の検出信号を用いて前記第１の位置信号とは分解能が異なる第２の位置信号を生成し、前記第１の位置信号と前記第２の位置信号とに基づいて前記可動部材の絶対位置を示す絶対位置信号を生成する演算手段と、
前記第１の位置信号に含まれるノイズ成分が所定量より小さい場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記絶対位置信号を選択し、前記ノイズ成分が前記所定量より大きい場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記第２の位置信号を選択する選択手段とを有し、
前記演算手段は、前記第２の位置信号の出力レンジおよびスケールレンジをそれぞれ前記第１の位置信号の出力レンジおよびスケールレンジに対して正規化する処理を行ってから、前記第１の位置信号と前記第２の位置信号とを結合する演算を行うことで前記絶対位置を示す信号を生成することを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】
前記複数の第１の検出信号は、互いに位相が９０°異なる２相の信号であり、
前記第１の位置信号は前記２相の信号を逆正接変換して０から３６０°の角度に変換した出力レンジを有しており、
前記演算手段は、前記第２の位置信号の出力レンジを、前記第１の位置信号の０から３６０°の角度に対応するように正規化することを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記演算手段は、前記第２の位置信号のスケールレンジを、前記可動部材がその全移動範囲を移動したときの前記第１の位置信号における累積角度で正規化することを特徴とする請求項４または５に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記第１の位置信号は、複数の折り返しを有する信号であり、
前記第２の位置信号は、前記第１の位置信号における前記複数の折り返しのうち１つを特定可能な分解能を有する信号であることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記選択手段は、前記第２の位置信号を前記可動部材の位置を示す信号として選択した後、前記第２の位置信号の所定変化量以上の変化が生じた場合または前記可動部材が停止してから前記第２の位置信号の変動が所定変動量以下となった場合に、前記可動部材の位置を示す信号の選択を再度行うことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記第２の位置信号は、前記第１の位置信号よりも分解能が低いことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
前記第２の位置検出手段は、前記可動部材の移動に伴って電気抵抗値が変化する可変抵抗器であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の位置検出装置と、
該位置検出装置により絶対位置が検出される可動部材とを有することを特徴とする装置。
【請求項１２】
互いに周期が異なる複数の周期パターンが形成された光学スケールとともに用いられ、可動部材の移動に伴って前記光学スケールと相対移動する際に前記複数の周期パターンからの光を受光して該複数の周期パターンの周期に応じた周期でそれぞれ変化する複数の第１の検出信号を生成する光学式の第１の位置検出手段からの前記第1の検出信号と、
前記可動部材の移動に伴って変化する第２の検出信号を生成する非光学式の第２の位置検出手段からの前記第2の検出信号と、に基づいて前記可動部材の絶対位置を示す信号を生成する位置検出方法であって、
前記複数の第１の検出信号を用いて複数の折り返しを有する第１の位置信号を生成する工程と、
前記第２の検出信号を用いて前記第１の位置信号とは分解能が異なり、前記第１の位置信号における前記複数の折り返しのうち１つを特定可能な分解能を有する第２の位置信号を生成する工程と、
前記第１の位置信号と前記第２の位置信号とに基づいて前記可動部材の絶対位置を示す絶対位置信号を生成する工程と、
前記第１の位置信号に含まれるノイズ成分が所定量より小さい場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記絶対位置信号を選択し、前記ノイズ成分が前記所定量より大きい場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記第２の位置信号を選択する工程と、を有することを特徴とする位置検出装置方法。
【請求項１３】
互いに周期が異なる複数の周期パターンが形成された光学スケールとともに用いられ、可動部材の移動に伴って前記光学スケールと相対移動する際に前記複数の周期パターンからの光を受光して該複数の周期パターンの周期に応じた周期でそれぞれ変化する複数の第１の検出信号を生成する光学式の第１の位置検出手段からの前記第1の検出信号と、
前記可動部材の移動に伴って変化する第２の検出信号を生成する非光学式の第２の位置検出手段からの前記第２の検出信号と、に基づいて前記可動部材の絶対位置を示す信号を生成する位置検出方法であって、
前記複数の第１の検出信号を用いて第１の位置信号を生成する工程と、
前記第２の検出信号を用いて前記第１の位置信号とは分解能が異なる第２の位置信号を生成する工程と、
前記第２の位置信号の出力レンジおよびスケールレンジをそれぞれ前記第１の位置信号の出力レンジおよびスケールレンジに対して正規化する正規化処理を行う工程と、
前記正規化処理が行われた前記第２の位置信号と前記第１の位置信号とを結合する演算を行うことで前記絶対位置を示す絶対位置信号を生成する工程と、
前記第１の位置信号に含まれるノイズ成分が所定量より小さい場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記絶対位置信号を選択し、前記ノイズ成分が前記所定量より大きい場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記第２の位置信号を選択する工程と、を有することを特徴とする位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動部材の絶対位置を検出する位置検出装置および位置検出方法に関し、特に光学スケールを用いた位置検出装置および位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式の位置検出装置（以下、光学式エンコーダという）は、可動部材と固定部材のうち一方に取り付けられた受光センサと、他方に取り付けられた光学スケールとにより構成される。光学スケールには光を反射または透過する周期パターンが設けられ、可動部材が移動する際に周期パターンからの光を受光センサにより検出することで、周期パターンの周期に応じた周期で変化する検出信号が得られる。
【０００３】
このような光学式エンコーダとして、光学スケールに互いに位相が異なる２つ（１組）の周期パターンを設け、該２つの周期パターンからの光を受光センサにより検出することで互いに位相が異なる２つの周期信号（１組の２相信号）を得るものがある。そして、これら２相信号を用いた演算を行うことで、可動部材と固定部材の相対位置を検出することができる。
【０００４】
さらに、光学式エンコーダには、特許文献１に開示されているように、光学スケールに互いに周期が異なる長周期と短周期の２つの周期パターンの組を、それら長周期と短周期をわずかずつ異ならせて複数組設けたものがある。この光学式エンコーダでは、複数組の周期パターンからの光を受光センサにより検出することで複数組の２相信号を得て、該複数組の２相信号に対する演算を行うことにより互いに周期が異なる複数の位置信号（長周期の上位信号と短周期の下位信号）を生成する。そして、これら複数の位置信号を結合することで可動部材の絶対位置を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２３４８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような光学式エンコーダには、光学スケールに汚れ（傷を含む）や塵埃が付いた場合に検出信号にノイズが発生し、正確な位置検出ができなくなる、つまりは位置の誤検出が発生するという問題がある。特に特許文献１にて開示された光学式エンコーダでは、上位信号と下位信号とを結合するために上位信号を逓倍処理する際にノイズまで増幅されるため、光学スケール上の汚れや塵埃の影響が大きい。
【０００７】
本発明は、光学スケールに汚れや塵埃が付いた場合の位置の誤検出を回避することができるようにした位置検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての位置検出装置は、互いに周期が異なる複数の周期パターンが形成された光学スケールとともに用いられ、可動部材の移動に伴って光学スケールと相対移動する際に複数の周期パターンからの光を受光して該複数の周期パターンの周期に応じた周期でそれぞれ変化する複数の第１の検出信号を生成する光学式の第１の位置検出手段と、可動部材の移動に伴って変化する第２の検出信号を生成する非光学式の第２の位置検出手段と、複数の第１の検出信号を用いて複数の折り返しを有する第１の位置信号を生成するとともに、第２の検出信号を用いて第１の位置信号とは分解能が異なり、前記第１の位置信号における前記複数の折り返しのうち１つを特定可能な分解能を有する第２の位置信号を生成し、第１の位置信号と第２の位置信号とに基づいて可動部材の絶対位置を示す絶対位置信号を生成する演算手段と、第１の位置信号に含まれるノイズ成分が所定量より小さい場合は可動部材の位置を示す信号として絶対位置信号を選択し、ノイズ成分が所定量より大きい場合は可動部材の位置を示す信号として第２の位置信号を選択する選択手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
なお、上記位置検出装置と、該位置検出装置により絶対位置が検出される可動部材とを有する装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、光学スケールに付いた汚れや塵埃の影響により第１の位置信号のノイズ成分が所定量より大きい場合には、絶対位置信号に代えて第２の位置信号を可動部材の位置を示す信号として選択する。これにより、光学スケールに付いた汚れや塵埃の影響による可動部材の位置の誤検出を回避することができる。そして、この位置検出装置を用いて可動部材の絶対位置を検出することで、光学スケールに汚れや塵埃が付いても可動部材の良好な位置制御や絶対位置の情報を用いた良好な処理等を行うことが可能な各種装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１であるエンコーダの構成を示すブロック図。
【図２】実施例１におけるスケールトラックおよびトラックパターンの検出方法を説明する図。
【図３】従来の絶対位置演算処理を示すフローチャート。
【図４】バーニア演算を説明する図。
【図５】従来の絶対位置演算処理における上位、中位、下位および最下位信号を示す図。
【図６】従来の絶対位置演算処理における上位信号および中位信号の結合処理を説明する図。
【図７】従来の絶対位置演算処理における信号の結合処理に関する課題を説明する図。
【図８】実施例１の絶対位置演算処理における上位、中位、下位および最下位信号を示す図。
【図９】実施例１におけるポテンショメータの正規化処理を示すフローチャート。
【図１０】実施例１における絶対位置演算処理を示すフローチャート。
【図１１】実施例１におけるポテンショメータの回路を示す図。
【図１２】実施例１における異物判定処理および位置誤回避処理を示すフローチャート。
【図１３】本発明の実施例２である撮像装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１には、本発明の実施例１である位置検出装置としてのエンコーダの構成を示している。１０１は光学スケール（以下、単にスケールという）であり、固定部材１０４に対して移動可能な可動部材１０２に取り付けられている。スケール１０１には、図２（ａ）にも示す第１のスケールトラック１０１−１と第２のスケールトラック１０１−２とが設けられている。
【００１４】
１０３は光学式の第１の位置検出手段としての光学センサユニット（以下、単に光学センサという）であり、固定部材１０４に取り付けられている。光学センサ１０３には、ＬＥＤを光源とする発光部１０３−１と、第１の受光部１０３−２および第２の受光部１０３−３とが設けられている。第１および第２の受光部１０３−２，１０３−３にはそれぞれ、複数の受光素子がスケール１０１（可動部材１０２）の移動方向、すなわちスケール１０１と光学センサ１０３の相対移動方向である位置検出方向に配列されている。
【００１５】
本実施例ではスケール１０１が可動部材１０２に取り付けられ、光学センサ１０３が固定部材１０４に取り付けられている場合について説明するが、スケール１０１が固定部材１０４に取り付けられ、光学センサ１０３が可動部材１０２に取り付けられていてもよい。すなわち、可動部材１０２が固定部材１０４に対して移動することで、スケール１０１と光学センサ１０３とが相対移動すればよい。
【００１６】
光学センサ１０３は、スケール１０１に対向するように配置されている。光学センサ１０３の発光部１０３−１から発せられた発散光束としての光は、スケール１０１上の第１のスケールトラック１０１−１および第２のスケールトラック１０１−２に照射される。第１のスケールトラック１０１−１に設けられた複数の周期パターン（図２（ａ）に示す２つの周期パターン２０１−１，２０１−２）で反射した光は、第１の受光部１０３−２に向かう。これにより、第１のスケールトラック１０１−１の２つの周期パターン２０１−１，２０１−２の光学像（以下、パターン像という）が第１の受光部１０３−２上に形成される。
【００１７】
また、第２のスケールトラック１０１−２に設けられた複数の周期パターン（図２（ａ）に示す２つの周期パターン２０２−１，２０２−２）で反射した光は、第２の受光部１０３−３に向かう。これにより、第２のスケールトラック１０１−２の２つの周期パターン２０２−１，２０２−２の光学像（パターン像）が第２の受光部１０３−３上に形成される。各周期パターンは、光を反射する反射部と光を反射しない非反射部とが位置検出方向に交互に配置されて構成されている。
【００１８】
第１の受光部１０３−２は、受光した２つパターン像を光電変換し（すなわち、周期パターン２０１−１，２０１−２を読み取り）、該２つのパターン像に対応する２つの検出信号を出力する。同様に、第２の受光部１０３−３は、受光した２つパターン像を光電変換し（すなわち、周期パターン２０２−１，２０２−２を読み取り）、該２つのパターン像に対応する２つの検出信号を出力する。可動部材１０２とともにスケール１０１が光学センサ１０３に対して移動すると、各検出信号はこれに対応する周期パターンの周期に応じた周期で変化する信号（以下、周期信号という）となる。
【００１９】
第１の受光部１０３−２から出力された各周期信号はＡＤ変換部１０５−１でデジタル信号に変換されて絶対位置演算部１０６に入力される。第２の受光部１０３−３から出力された各周期信号はＡＤ変換部１０５−２でデジタル信号に変換されて絶対位置演算部１０６に入力される。
【００２０】
演算手段としての絶対位置演算部１０６は、ＡＤ変換部１０５−１，１０５−２から入力された信号を用いて、可動部材１０２の絶対位置を演算する。
【００２１】
ピッチ切り替え信号出力部１０７は、第１および第２の受光部１０３−２，１０３−３のそれぞれに設けられた複数の受光素子における受光ピッチ（検出ピッチ）を切り替えるためのピッチ切り替え信号を光学センサ１０３に出力する。光学センサ１０３は、ピッチ切り替え信号に応じて、受光ピッチを長周期の周期パターン２０１−１，２０２−１のピッチに対応した第１の受光ピッチと短周期の周期パターン２０１−２，２０２−２のピッチに対応した第２の受光ピッチとに切り替える。これにより、第１および第２の受光部１０３−２，１０３−３のそれぞれが２つずつの周期パターンを読み取ることができる。
【００２２】
図２（ａ）に示す第１および第２のスケールトラック１０１−１，１０１−２の周期パターン２０１−１，２０１−２，２０２−１，２０２−２についてさらに詳しく説明する。なお、図２（ａ）は各スケールトラックの周期パターンを簡略化して示したものである。実際の各スケールトラックには、スケール１０１における位置検出方向に直交する方向（以下、スケール幅方向という）において、図２（ａ）に示した２つの周期パターンよりも多くの数の周期パターンが形成されている。
【００２３】
第１のスケールトラック１０１−１に設けられた２つの周期パターン２０１−１，２０１−２は、互いに異なる周期Ｐ１，Ｐ２を有する。周期Ｐ１は周期Ｐ２より長い。以下の説明では、周期パターン２０１−１を長周期パターンともいい、周期パターン２０１−２を短周期パターンともいう。実際のスケールでは、長周期パターン２０１−１と短周期パターン２０１−２とがスケール幅方向に交互に配置されている。
【００２４】
一方、第２のスケールトラック１０１−２に設けられた２つの周期パターン２０２−１，２０２−２は、互いに異なる周期Ｐ１′，Ｐ２′を有する。周期Ｐ１′は周期Ｐ２′より長い。以下の説明では、周期パターン２０２−１を長周期パターンともいい、周期パターン２０２−２を短周期パターンともいう。実際のスケールでは、長周期パターン２０２−１と短周期パターン２０２−２とがスケール幅方向に交互に配置されている。
【００２５】
長周期パターン２０１−１の周期Ｐ１と長周期パターン２０２−１の周期Ｐ１′とは互いにわずかに異なっており（Ｐ１＜Ｐ１′）、短周期パターン２０１−２の周期Ｐ２と短周期パターン２０２−２の周期Ｐ２′も互いにわずかに異なっている（Ｐ２＜Ｐ２′）。
【００２６】
図２（ｂ）には、長周期パターン２０１−１，２０２−１または短周期パターン２０１−２，２０２−２を読み取った光学センサ１０３の第１および第２の受光部１０３−２，１０３−３から出力される２つの周期信号を示している。縦軸は各受光部からの周期信号の値（１０ｂｉｔのＡＤ変換値）を示し、横軸は光学センサ１０３に対するスケール１０１（可動部材１０２）の位置を示す。可動部材１０２の移動に伴って第１および第２の受光部１０３−２，１０３−３から互いに位相が異なる２相の周期信号（以下、まとめて２相信号ともいう）２０３，２０４が出力される。これら２相信号２０３，２０４は互いに位相が９０°異なるサイン波とコサイン波に相当する。
【００２７】
図２（ｃ）には、サイン波およびコサイン波としての２相信号２０３，２０４を逆正接変換により０から２πにて変化する信号２０５に変換した結果を示している。縦軸は０から２πの角度（ラジアン）であり、横軸は光学センサ１０３に対するスケール１０１の位置を示す。
【００２８】
ここまでの構成は、従来の光学式エンコーダの構成と同じである。ここでは、従来の光学式エンコーダにおける絶対位置の演算処理とそれにより生ずる課題について説明する。
【００２９】
図３のフローチャートには、従来の光学式エンコーダにおいて絶対位置演算部１０６が行う絶対位置演算処理を示している。ここでは例として、スケール１０１の位置検出方向での長さ（スケール長）を４０ｍｍとする。また、スケール１０１上の周期パターン２０１−１，２０１−２，２０２−１，２０２−２のパターン数（反射部の数）をそれぞれ７５，３００，７４，２９０とする。また、以下の説明では、周期パターン２０１−１，２０１−２，２０２−１，２０２−２に対応する周期信号をそれぞれ、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ１′，Ｐ２′と称する。
【００３０】
ステップＳ３０１においてピッチ切り替え信号出力部１０７がＰ２，Ｐ２′に対応する受光ピッチを選択していることを検出した絶対位置演算部１０６は、ステップＳ３０２に進む。そして、ステップＳ３０２において、ＡＤ変換部１０５−１，１０５−２でサンプリングされた信号をＰ２，Ｐ２′として検出する。
【００３１】
次に、ステップＳ３０３では、絶対位置演算部１０６は、Ｐ２，Ｐ２′の逆正接変換処理を行って信号θ２，θ２′を生成する。サイン波とコサイン波としてのＰ２，Ｐ２′をそれぞれ、
［Ｐ２］ｓｉｎθ／［Ｐ２］ｃｏｓθ
［Ｐ２′］ｓｉｎθ／［Ｐ２′］
として表すと、Ｐ２，Ｐ２′の逆正接変換は以下の式（１），（２）で求められる。
θ２＝ＡＴＡＮ２（［Ｐ２］ｓｉｎθ，［Ｐ２］ｃｏｓθ）  （１）
θ２′＝ＡＴＡＮ２（［Ｐ２′］ｓｉｎθ，［Ｐ２′］ｃｏｓθ）  （２）
この逆正接変換処理の後、絶対位置演算部１０６は、ステップＳ３０４にてピッチ切り替え信号出力部１０７にＰ１，Ｐ１′に対応する受光ピッチの選択命令を出力する。その後、ステップＳ３０１に戻る。
【００３２】
ステップＳ３０１においてピッチ切り替え信号出力部１０７がＰ１，Ｐ１′に対応する受光ピッチを選択していることを検出した絶対位置演算部１０６は、ステップＳ３０５に進む。そして、ステップＳ３０５において、ＡＤ変換部１０５−１，１０５−２でサンプリングされた信号をＰ１，Ｐ１′として検出する。
【００３３】
次に、ステップＳ３０６では、絶対位置演算部１０６は、Ｐ１，Ｐ１′の逆正接変換処理を行って信号θ１，θ１′を生成する。サイン波とコサイン波としてのＰ１，Ｐ１′をそれぞれ、
［Ｐ１］ｓｉｎθ／［Ｐ２］ｃｏｓθ
［Ｐ１′］ｓｉｎθ／［Ｐ１′］
として表すと、Ｐ１，Ｐ１′の逆正接変換は以下の式（３），（４）で求められる。
θ１＝ＡＴＡＮ２（［Ｐ１］ｓｉｎθ，［Ｐ１］ｃｏｓθ）  （３）
θ１′＝ＡＴＡＮ２（［Ｐ１′］ｓｉｎθ，［Ｐ１′］ｃｏｓθ）  （４）
この逆正接変換処理の後、絶対位置演算部１０６は、ステップＳ３０７にてピッチ切り替え信号出力部１０７にＰ２，Ｐ２′に対応する受光ピッチの選択命令を出力する。その後、ステップＳ３０８に進む。
【００３４】
ステップＳ３０８では、絶対位置演算部１０６は、信号θ１，θ１′に対するバーニア演算処理（以下、単にバーニア演算という）を行って絶対位置を求めるために用いる上位信号を生成する。また、絶対位置演算部１０６は、信号θ２，θ２′に対するバーニア演算を行って絶対位置を求めるために用いる中位信号を生成する。この後、ステップＳ３０９に進む。
【００３５】
図４には、信号θ１，θ１′に対するバーニア演算を示している。４０１，４０２は信号θ１，θ１′を示す。信号θ１，θ１′に対するバーニア演算によって生成される上位信号としてのバーニア信号をθ１−１′とすると、θ１−１′は以下の式（５）より算出される。
θ１−１′＝ＩＮＴ（θ１−θ１′）  （５）
図４中の４０３はバーニア信号θ１−１′を示している。
【００３６】
同様に、信号θ２，θ２′に対するバーニア演算によって生成される中位信号としてのバーニア信号をθ２−２′とすると、θ２−２′は以下の式（６）より算出される。
θ２−２′＝ＩＮＴ（θ２−θ２′）  （６）
バーニア信号の０〜２πにおける折り返しの位置は、バーニア演算の対象となった２つの信号の折り返しが一致する位相（つまりは２つの信号に対応する周期パターンのパターン数の最小公倍数）となる。このため、０〜２πにおいてθ１−１′の折り返しは１回、θ２−２′の折り返しは１０回となる。
θ１−１′の折り返しの位置は、Ｐ１とＰ１′に対応する周期パターン２０１−１，２０２−１における下記の位置となる。
（Ｐ１：Ｐ１′）＝（７５，７４）
θ２−２′の折り返しの位置は、Ｐ２とＰ２′に対応する周期パターン２０１−２，２０２−２における下記の位置となる。
（Ｐ２：Ｐ２′）＝（３０，２９），（６０，５８），（９０，８７），
（１２０，１１６），（１５０，１４５），（１８０，１７４），（２１０，２０３），（２４０，２３２），（２７０，２６１），（３００，２９０）
以上説明したステップＳ３０１からステップＳ３０８の処理によって、絶対位置を算出するための上位信号θ１−１′と、中位信号θ２−２′と、下位信号としての信号θ１と、最下位信号としての信号θ２の４種類の信号が算出される。中位信号θ２−２′、下位信号θ１および最下位信号θ２が第１の位置信号に相当する。
【００３７】
図５には、演算処理によって得られる絶対位置を示している。図５において、（ａ）はバーニア信号θ１−１′に相当する上位信号を示している。この上位信号はスケール１０１上で１回の折り返しのみ有する。（ｂ）はバーニア信号θ２−２′に相当する中位信号を示している。この中位信号は、スケール１０１上で１０回の折り返しを有する。中位信号では、上位信号のレベルから何番目の折り返し信号かを求めることができる。つまり、１０回の折り返しのうち１つの折り返しを特定可能である。（ｃ）は信号θ１に相当する下位信号を示している。この下位信号は、スケール１０１上で７５回の折り返しを有する。下位信号では、中位信号のレベルから何番目の折り返し信号かを求めることができる。（ｄ）は信号θ２に相当する最下位信号を示している。この最下位信号は、スケール１０１上で３００回の折り返しを有する。最下位信号では、下位信号のレベルから何番目の折り返し信号かを検出することができる。したがって、これら上位、中位、下位および最下位信号を結合することで、絶対位置を得ることができる。
【００３８】
次に上位、中位、下位および最下位信号の結合処理について説明する。まず結合処理の例として、上位信号と中位信号の結合処理を図６を用いて説明する。
【００３９】
図６において、（ａ）は上位信号θ１−１′を、（ｂ）は中位信号θ２−２′をそれぞれ示している。まず、上位信号と中位信号を結合するためにゾーン信号を生成する。ゾーン信号とは、中位信号が何番目の折り返し信号かを特定するために生成される信号である。上述したように、上位信号はスケール１０１上で１回の折り返しを有し、中位信号はスケール１０１上で１０回の折り返しを有するので、上位信号を１０倍（逓倍）すると（ｃ）に示すように中位信号の傾きと一致する傾きを有する信号が得られる。
【００４０】
上位信号を１０倍して得られた信号と中位信号との差分をとることで、（ｄ）に示すゾーン信号が得られる。ただし、ゾーン信号はノイズを含む信号であるため、ゾーン信号を離散化処理することでノイズを除去する。（ｅ）は離散化処理されたゾーン信号を示している。
【００４１】
最後に、離散化されたゾーン信号に対して中位信号を足し合わせると、（ｆ）に示すようにこれらが結合された信号（以下、結合信号という）を得ることができる。結合信号は、中位信号と同じ分解能と上位信号と同じスケールレンジとを併せ持つ信号である。
【００４２】
ステップＳ３０９では、絶対位置演算部１０６は、図６を用いて説明した結合処理と同様の結合処理により、最下位信号と下位信号とを結合する。次に、ステップＳ３１０において、同様に下位信号と中位信号を結合する。続いて、ステップＳ３１１において、図６に示した結合処理により中位信号と上位信号を結合する。こうして、最終的に最下位信号、下位信号、中位信号および上位信号が結合されて１つの絶対位置信号が生成される。
【００４３】
以下、ステップＳ３０９〜ステップＳ３１１での結合処理を数式を用いて説明する。
［下位信号と最下位信号の結合処理（ステップＳ３０９）］
最下位信号がスケール１０１上で３００回の折り返しを有し、下位信号がスケール１０１上で７５回の折り返しを有するので、下位信号を４（＝３００／７５）倍すると最下位信号と傾きが一致する。絶対位置演算部１０６は、以下の式（７）に示すように、下位信号θ１を４倍することで得られた信号と最下位信号θ２との差分をとることでゾーン信号Ｚｏｎｅ（θ１）を得る。
Ｚｏｎｅ（θ１）＝（θ１）×４−（θ２）  （７）
さらに、以下の式（８）によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。
ＺｏｎｅＮ（θ１）＝ＩＮＴ（（Ｚｏｎｅ（θ１）＋１８０）／３６０）    （８）
次に、離散化されたゾーン信号ＺｏｎｅＮ（θ１）と最下位信号θ２を以下の式（９）のように足し合わせることで、下位信号と最下位信号とを結合した下位結合信号Ａｂｓ−θ１を算出する。
Ａｂｓ−θ１＝ＺｏｎｅＮ（θ１）＋θ２    （９）
［中位信号と下位信号の結合処理（ステップＳ３１０）］
下位信号がスケール１０１上で７５回の折り返しを有し、中位信号がスケール１０１上で１０回の折り返しを有するので、中位信号を７．５（＝７５／１０）倍すると下位信号との傾きが一致する。絶対位置演算部１０６は、以下の式（１０）に示すように、中位信号θ２−２′を７．５倍することで得られた信号と下位信号θ１との差分をとってゾーン信号Ｚｏｎｅ（θ２−２′）を得る。
Ｚｏｎｅ（θ２−２′）＝（θ２−２′）×７．５−（θ１）・・・（１０）
さらに、以下の式（１１）によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。
【００４４】
ＺｏｎｅＮ（θ２−２′）＝ＩＮＴ（（Ｚｏｎｅ（θ２−２′）＋１８０）／３６０）      （１１）
次に、離散化されたゾーン信号ＺｏｎｅＮ（θ２−２′）と下位結合信号ａｂｓ−θ１を以下の式（１２）のように足し合わせることで、中位信号と下位信号とを結合した中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）を算出する。
Ａｂｓ−（θ２−２′）＝ＺｏｎｅＮ（θ２−２′）＋（ａｂｓ−θ１）      （１２）
ここで、下位結合信号ａｂｓ−θ１は下位信号と最下位信号とが結合された信号であるので、中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）は中位信号、下位信号および最下位信号が結合された信号に相当する。
「上位信号と中位信号の結合処理（ステップＳ３１１）」
上位信号がスケール１０１上で１回の折り返しを有し、中位信号がスケール１０１上で１０回の折り返しを有するので、上位信号を１０（＝１０／１）倍すると中位信号と傾きが一致する。絶対位置演算部１０６は、以下の式（１３）に示すように、上位信号θ１−１′を１０倍することで得られた信号と中位信号θ２−θ２′との差分をとってゾーン信号を得る。
Ｚｏｎｅ（θ１−１′）＝（θ１−１′）×１０−（θ２−θ２′）      （１３）
さらに、以下の式（１４）によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。
ＺｏｎｅＮ（θ１−１′）＝ＩＮＴ（（Ｚｏｎｅ（θ１−１′）＋１８０）／３６０）      （１４）
次に、離散化されたゾーン信号ＺｏｎｅＮ（θ１−１′）と中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）を以下の式（１５）のように足し合わせることで、上位信号と中位信号とを結合した上位結合信号Ａｂｓ−（θ１−１′）を算出する。
Ａｂｓ−（θ１−１′）＝ＺｏｎｅＮ（θ１−１′）＋（Ａｂｓ−（θ２−２′））      （１５）
ここで、中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）は中位信号、下位信号および最下位信号を結合した信号であるので、上位結合信号Ａｂｓ−（θ１−１′）は上位信号、中位信号、下位信号および最下位信号が全て結合された信号に相当する。したがって、上位結合信号Ａｂｓ−（θ１−１′）は、最下位信号と同じ分解能と上位信号と同じスケールレンジとを併せ持った信号となる。
【００４５】
以上説明したステップＳ３００からステップＳ３１１の処理によって、絶対位置を示す信号である絶対位置信号Ａｂｓ−（θ１−１′）が生成される。
【００４６】
次に、上述した従来の絶対位置演算処理により生ずる課題について説明する。上述したように構成される光学式エンコーダでは、スケール１０１上の複数の周期パターンを光学センサ１０３で読み取ることで生成された互いに周期（折り返し数）が異なる上位、中位、下位および最下位信号を結合することで、高い精度で絶対位置を得る。しかし、スケール１０１に付いた汚れ（傷を含む）や塵埃の影響を受けやすいことが問題である。特に、ゾーン信号の分割数が多くなる上位信号と中位信号を結合する場合にその影響が顕著に表れる。その原因について説明する。
【００４７】
図７には、結合される上位信号と中位信号を示している。これらの結合処理については図６を用いて説明した通りである。図７において、（ａ）は上位信号θ１−１′を、（ｂ）は中位信号θ２−２′を示している。ステップＳ３１１の説明で述べたように、上位信号を１０倍すると（ｃ）に示すように中位信号の傾きと一致した傾きを有する信号が得られ、この上位信号を１０倍した信号と中位信号との差分をとることで（ｄ）に示すゾーン信号が得られる。
【００４８】
ただし、（ａ）に示す上位信号がスケール１０１に付いた汚れや塵埃に起因するノイズを含むと、この上位信号を１０倍することで、（ｃ）に示すようにノイズ７０１までも増幅される。ステップＳ３０９，Ｓ３１０で説明した下位信号と最下位信号の結合および中位信号と下位信号の結合に際してのゾーン信号生成時における下位信号および中位信号に対する倍率は、前者が４倍で、後者が７．５倍である。これらに比べて、上位信号と中位信号の結合においては上位信号を１０倍するため、ノイズの増幅が顕著である。
【００４９】
増幅されたノイズ７０１を含む（ｃ）に示す信号から（ｄ）に示すゾーン信号を生成すると、ゾーン信号にもノイズ７０２が残り、このゾーン信号を離散化処理すると、（ｅ）に示すようにゾーンを誤らせるような信号成分７０３が生じる。この結果、正しい絶対位置を演算することができなくなる。
【００５０】
発明者の実験によれば、スケール１０１に５０μｍ以上の大きさ汚れや塵埃が付くことによって上位信号のノイズレベルが±１３０°程度にまで達し、十分な位置検出精度が得られなくなる。一方、中位信号および下位信号においては、スケール１０１に５０μｍ以上の大きさ汚れや塵埃が付いた場合でも、ノイズレベルは±９０°以下に収まっており、位置検出精度には大きな影響はない。
【００５１】
以下、本実施例に特有の構成について、再び図１を用いて説明する。１０８は非光学式の第２の位置検出手段としてのポテンショメータ（可変抵抗器）であり、固定部材１０４と一体に形成された又は一体的に接続された固定部材１０９に取り付けられている。１０８−１はポテンショメータ１０８のスケール部（抵抗器）であり、１０８−２は接点ブラシを介してスケール部１０８−１に接触しながらスライド可能なスライダ部である。スライダ部１０８−２は可動部材１０２と一体に形成された又は一体的に接続された可動部材１１０に取り付けられており、これにより可動部材１１０（可動部材１０２）の移動に伴ってスケール部１０８−１に対してスライドする。
【００５２】
なお、本実施例では、スケール部１０８−１を固定部材１０９に取り付け、スライダ部１０８−２を可動部材１１０に取り付けているが、スライダ部１０８−２を固定部材１０９に取り付けてもよい。
【００５３】
図１１はポテンショメータ１０８の回路を示している。スケール部１０８−１を構成する抵抗器１１００の両端子はそれぞれ、電源（Ｖｃｃ）１１０１とグランド（ＧＮＤ）１１０２とに接続されている。可動部材１１０に取り付けられたスライダ部１０８−２の接点ブラシは、可動部材１１０の移動に伴って抵抗器１１００に対して接触しながらスライドする。
【００５４】
ポテンショメータ１０８の電気抵抗値はスケール部１０８−１（抵抗器１１００）に対するスライダ部１０８−２の接触位置、つまりは可動部材１１０の位置に応じて変化する。ポテンショメータ１０８は、その電気抵抗値に応じて電源電圧Ｖｃｃを分圧した電圧信号を分圧端子１１０３から出力するので、該電圧信号は可動部材１１０の位置を示す信号となる。
【００５５】
図１に示すように、ポテンショメータ１０８からの信号はＡＤ変換部１１１によってデジタル変換されて絶対位置演算部１０６に入力される。本実施例では、絶対位置演算部１０６は、ポテンショメータ１０８から得られた信号（ＡＤ変換部１１１からの信号）を、先に説明した光学式エンコーダにて得られた上位信号θ１−１′に代わる上位信号（第２の位置信号）として絶対位置の演算に用いる。
【００５６】
なお、本実施例では、上位信号をポテンショメータ１０８により生成する場合について説明するが、他の位置信号（中位信号等）をポテンショメータ１０８により生成してもよい。絶対位置の演算に用いる位置信号のうちゾーン信号を生成する際にスケール１０１に付いた汚れや塵埃の影響を受ける位置信号をポテンショメータにより生成すればよい。
【００５７】
ポテンショメータは、一般に６４分割程度の分解能しか有さず、精度的にはあまり高くないが、抵抗器であるので、汚れや塵埃の影響をほとんど受けない。しかも、抵抗分圧で電圧変換された信号を出力するので、温度や湿度による抵抗変化の影響が少ない。
【００５８】
ここで、ポテンショメータ１０８からの出力信号を上位信号として用いることの妥当性に関して検証する。先に述べたように、上位信号と中位信号を結合するのに必要な精度は±１８０°である。中位信号は０から３６０°を単位として１０回の折り返しを有する信号であるので、スケール全長（可動部材１０２の全移動範囲）を３６０°×１０＝３６００°の累積角度で表すことができる。ポテンショメータ１０８はこのスケール全長をおよそ６４分割以上の分解能で分割可能であるので、１つのゾーン当たりで３６００°／６４≒５６°となり、要求される±１８０°以内の精度を十分に満たすことができる。つまり、ポテンショメータ１０８からの出力信号として上位信号は、中位信号における複数（１０回）の折り返しのうち１つを特定可能な分解能を有する信号である。
【００５９】
図８には、ポテンショメータ１０８の出力信号である上位信号と、光学センサ１０３からの出力信号により生成された中位信号、下位信号および最下位信号との関係を示している。（ａ）は上位信号であり、図５の（ａ）に示した上位信号θ１-１′に代えて用いられる。（ｂ）に示す中位信号、（ｃ）に示す下位信号および（ｄ）に示す最下位信号は図５の（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示したものと同じである。
【００６０】
上位信号はポテンショメータ１０８の出力信号をＡＤ変換部１１１でデジタル変換した信号であり、１０ｂｉｔ長のデータとして０〜１０２４の出力レンジを有する。これに対して、光学センサ１０３からの出力信号により生成された中位信号、下位信号および最下位信号は、０〜３６０°の角度信号であるので、上位信号とは出力レンジの単位が異なる。したがって、上位信号の出力レンジの単位を中位信号、下位信号および最下位信号の出力レンジの単位（０〜３６０°）に合わせる出力レンジの正規化が必要である。
【００６１】
さらに、ポテンショメータ１０８と光学センサ１０３とは互いに独立した位置検出器であり、ポテンショメータ１０８のスケール部１０８−１のスケール長と光学センサ１０３に対して用いられるスケール１０１のスケール長とが異なる。前述したように、上位信号と中位信号とを結合するためには、上位信号の傾きと中位信号の傾きとを一致させてゾーン信号を生成する必要がある。そして、傾きを一致させるためには、上位信号のスケールレンジを中位信号のスケールレンジに合わせるスケールレンジの正規化が必要となる。
【００６２】
ポテンショメータ１０８から得られた上位信号の出力レンジおよびスケールレンジの正規化の処理は、絶対位置の演算に先立って行っておく必要がある。ここでは、図９のフローチャートを用いて、絶対位置演算部１０６が行うポテンショメータ１０８から得られた上位信号の出力レンジおよびスケールレンジの正規化処理について説明する。絶対位置演算部１０６は、コンピュータプログラムに従って本処理を実行する。
ステップＳ９０１では、絶対位置演算部１０６は、ピッチ切り替え信号出力部１０７を通じて光学センサ１０３の第１および第２の受光部１０３−２，１０３−３からそれぞれ信号Ｐ２，Ｐ２′を出力させる。
【００６３】
次に、ステップＳ９０２では、可動部材１０２をその一方の移動端（ａ）まで移動させる。この可動部材１０２の移動は、本実施例のエンコーダが搭載された装置においてアクチュエータの駆動または人のマニュアル操作によって行われる。後のステップＳ９０５でも同じである。
【００６４】
次に、ステップＳ９０３にて可動部材１０２が移動端（ａ）に到達したことを検出した絶対位置演算部１０６は、ステップＳ９０４にて、移動端（ａ）でのポテンショメータ１０８の出力（ＡＤ変換部１１１によるデジタル変換後の出力）ＡＤ（ａ）を記憶する。
【００６５】
次に、ステップＳ９０５では、可動部材１０２を移動端（ａ）とは反対側の移動端（ｂ）に移動させる。絶対位置演算部１０６は、可動部材１０２の移動中にステップＳ９０６で信号Ｐ２，Ｐ２′をサンプリングする。そして、ステップＳ９０７でこれら信号Ｐ２，Ｐ２′の逆正接変換を行い、ステップＳ９０８で中位信号θ２−２′を得るためのバーニア演算を行いながら、ステップＳ９０９で中位信号θ２−２′により得られる累積角度を計数する。絶対位置演算部１０６は、これらステップＳ９０６〜Ｓ９０９の処理をステップＳ９１０にて可動部材１１０の移動端（ｂ）への到達を検出するまで繰り返す。
【００６６】
ステップＳ９１０で移動端（ｂ）への到達を検出した絶対位置演算部１０６は、ステップＳ９１１に進み、移動端（ｂ）でのポテンショメータ１０８の出力ＡＤ（ｂ）を記憶する。
【００６７】
次に、ステップＳ９１２では、絶対位置演算部１０６は、記憶したポテンショメータ１０８の出力ＡＤ（ａ），ＡＤ（ｂ）を用いてポテンショメータ１０８の出力レンジの正規化を行うための補正係数Ｗを算出する。補正係数Ｗは、以下の式（１６）により算出できる。
Ｗ＝１０２４／（ＡＤ（ｂ）−ＡＤ（ａ））    （１６）
次に、ステップＳ９１３では、絶対位置演算部１０６は、中位信号θ２−２′により得られた累積角度を用いて、ポテンショメータ１０８のスケールレンジを正規化するための補正係数Ｈを求める。補正係数Ｈは、以下の式（１７）により算出できる。
Ｈ＝累積角度／３６０    （１７）
このようにして、ポテンショメータ１０８の出力レンジおよびスケールレンジの正規化処理が完了する。
【００６８】
次に、ポテンショメータ１０８からの出力信号を上位信号として用いた場合に絶対位置演算部１０６が行う絶対位置の演算処理について図１０のフローチャートを用いて説明する。絶対位置演算部１０６は、コンピュータプログラムに従って本処理を実行する。
【００６９】
ステップＳ３０１からステップＳ３０６までの処理は、図３に示したステップＳ３０１からステップＳ３０６で説明した処理と同じである。すなわち、絶対位置演算部１０６は、信号Ｐ１，Ｐ１′，Ｐ２，Ｐ２′をサンプリングして逆正接変換したθ１，θ１′，θ２，θ２′を生成する。
【００７０】
ステップＳ３０６の後、ステップＳ１００８では、絶対位置演算部１０６は、ＡＤ変換部１１１を通じてポテンショメータ１０８からの信号ＡＤ（ｘ）をサンプリングする。そして、ステップＳ１００９において、サンプリングした信号ＡＤ（ｘ）の出力レンジの正規化を行う。出力レンジの正規化は、図９のフローチャートで説明した正規化処理で得られたポテンショメータ１０８からの出力ＡＤ（ａ）と補正係数Ｗとを用いて以下の式（１８），（１９）により行われる。
【００７１】
ＡＤ（ｘ）′＝ＡＤ（ｘ）−ＡＤ（ａ）  （１８）
ＡＤ（ｘ）″＝Ｗ×ＡＤ（ｘ）′        （１９）
ＡＤ（ｘ）″がポテンショメータ１０８の正規化された出力レンジにおける出力である。
次に、ステップＳ１０１０において、絶対位置演算部１０６は、ポテンショメータ１０８のスケールレンジの正規化を行う。スケールレンジの正規化は、図９のフローチャートで説明した正規化処理で得られた補正係数Ｈを用いて以下の式（２０）により行われる。
【００７２】
Ｐｏｔ＝Ｈ×ＡＤ（ｘ）″     （２０）
Ｐｏｔがポテンショメータ１０８の正規化されたスケールレンジ（および正規化された出力レンジ）における出力である。
【００７３】
以上のステップＳ１００８からステップＳ１０１０までの処理がポテンショメータ１０８から正規化された上位信号Ｐｏｔを生成するための処理である。
【００７４】
次に、ステップＳ１０１１では、絶対位置演算部１０６は、上述した式（６）を用いて、中位信号を生成するためのバーニア演算を行う。
【００７５】
次に、ステップＳ１０１２〜ステップＳ１０１４では、絶対位置演算部１０６は、上位信号、中位信号、下位信号および最下位信号の結合処理を行う。ステップＳ１０１２の処理は、下位信号と最下位信号との結合処理であり、図９中のステップＳ３０９と同じである。また、ステップＳ１０１３の処理は、中位信号と下位信号との結合処理であり、図９中のステップＳ３１０と同じである。
【００７６】
ステップＳ１０１４の処理は、ポテンショメータ１０８からの正規化された上位信号と光学センサ１０３からの中位信号との結合処理であり、以下、これについて説明する。
［上位信号と中位信号との結合処理（ステップＳ１０１４）］
正規化された上位信号はスケール１０１上で１回の折り返しを有する信号を１０倍した信号に相当し、下位信号と傾きが一致する。絶対位置演算部１０６は、以下の式（２１）に示すように、上位信号Ｐｏｔと中位信号θ２−θ２′との差分をとってゾーン信号を得る。
Ｚｏｎｅ（Ｐｏｔ）＝（Ｐｏｔ）−（θ２−θ２′）    （２１）
さらに、以下の式（２２）によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。
ＺｏｎｅＮ（Ｐｏｔ）＝ＩＮＴ（（Ｚｏｎｅ（Ｐｏｔ）＋１８０）／３６０）  （２２）
次に、絶対位置演算部１０６は、離散化されたゾーン信号ＺｏｎｅＮ（Ｐｏｔ）とステップＳ１０１３で生成された中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）を以下の式（２３）のように足し合わせる。これにより、上位信号と中位信号とを結合した上位結合信号Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）を算出する。
Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）＝ＺｏｎｅＮ（Ｐｏｔ）＋（Ａｂｓ−（θ２−２′））  （２３）
ここで、中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）は中位信号、下位信号および最下位信号を結合した信号であるので、上位結合信号Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）は上位信号、中位信号、下位信号および最下位信号の全てが結合された信号に相当する。したがって、上位結像信号Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）は、最下位信号と同じ分解能と上位信号と同じスケールレンジとを併せ持った信号となる。このようにして、可動部材１０２（１１０）の絶対位置を示す信号である絶対位置信号Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）が生成される。
【００７７】
本実施例によれば、光学スケールに付いた汚れや塵埃の影響を最も受けやすい上位信号を汚れや塵埃の影響をほとんど受けないポテンショメータ１０８からの出力信号により上位信号を生成し、他の中位信号等を光学センサ１０３からの信号により生成する。これにより、汚れや塵埃の影響を受けにくい信頼性の高いエンコーダを実現することができる。
（スケール１０１上の異物判定処理と位置誤検出回避処理）
上述した構成および処理により、上位信号に対する汚れや塵埃の影響は回避することができる。しかし、光学センサ１０３からの出力信号から生成される中位信号、下位信号および最下位信号についてはスケール１０１に付いた汚れや塵埃（以下、これらをまとめて異物という）の影響を回避することができない。以下では、スケール１０１上の異物の存在を判定するための構成と処理（異物判定処理）と、異物に起因する位置の誤検出を回避する処理（位置誤検出回避処理）について説明する。
【００７８】
図１において、１２０は選択部（選択手段）であり、絶対位置演算部１０６に内蔵されている。選択部１２０は、異物判定処理を行い、その結果に応じて絶対位置演算部１０６により生成された絶対位置信号を出力するかポテンショメータ１０８（ＡＤ変換部１１１）からの出力信号である位置信号を出力するかを選択する。なお、選択部１２０を、絶対位置演算部１０６とは別に設けてもよい。ただし、この場合には、選択部１２０においてポテンショメータ１０８からの位置信号を光学センサ１０３の出力レンジおよびスケールレンジに対して正規化する処理を行う必要がある。
【００７９】
選択部１２０が行う異物判定処理を図１２のフローチャートに示す。この処理は、選択部１２０がコンピュータプログラムに従って実行する。ここでは、本実施例のエンコーダを、後述する実施例２に示すような撮像装置の可動レンズの位置検出に用いる場合を想定して説明する。この可動レンズと一体に又は連動して可動部材１０２（１１０）が移動するものとする。
【００８０】
前述したように、本実施例の絶対位置演算部１０６は、上位信号、中位信号、下位信号および最下位信号の結合処理を行うためにゾーン信号（中間信号）を生成し、該ゾーン信号を離散化処理して結合処理を行う。この離散化処理を正しく行うためには、ゾーン信号のレベルが±１８０°以下となることが必要であり、スケール１０１に異物が付くとこのレベルが劣化する（大きくなる）。
【００８１】
そこで、本実施例では、選択部１２０は、離散化処理前のゾーン信号のレベルを検出することで、スケール１０１に異物が付いているか否かの判定（異物判定処理）を行う。具体的には、図１０のステップＳ１０１４で算出されたＺｏｎｅ（Ｐｏｔ）、ステップＳ１０１３で算出されたＺｏｎｅ（θ２−２′）およびステップＳ１０１２で算出されたＺｏｎｅ（θ１）がいずれも正しく離散化処理できるレベル以下であるか否かを判定する。ここで、前述したように、正しく離散化処理できるレベルは±１８０°以下である。しかし、スケール１０１における異物の影響が概ね±１３０°以下であることと、環境変化やノイズの影響に対するマージンとを考慮して、本実施例では判定の閾値範囲（所定範囲）を±１００°以下とする。ただし、この閾値範囲は例であり、異物の影響の度合いに応じて適宜設定できる。
【００８２】
また、ゾーン信号が閾値範囲内（所定範囲内）にあるということは、該ゾーン信号の生成に用いられる中位信号、下位信号および最下位信号に含まれるノイズ成分がゾーン信号を閾値範囲を超えさせるレベル（所定量より大きいレベル）ではないことを意味する。したがって、ゾーン信号が閾値範囲内か否かを判定することは、中位信号、下位信号および最下位信号に含まれるノイズ成分が所定量より小さい（以下）か大きいかを判定することと等価である。
【００８３】
図１２において、まず撮像装置の電源が投入（オン）されると、ステップＳ１２００では、選択部１２０は、ポテンショメータ１０８からの位置信号（第２の位置信号）Ｐｏｔの値Ｑ１を取り込む。位置信号Ｐｏｔは、前述した正規化された上位信号に相当する信号である。
【００８４】
次に、ステップＳ１２０１では、選択部１２０は、絶対位置演算部１０６にて生成された絶対位置信号Ａｂｓ−（Ｐｏｔ）の値Ｑ２を取り込む。
【００８５】
次に、選択部１２０は、ステップＳ１２０２、Ｓ１２０３およびＳ１２０４でそれぞれ、ゾーン信号であるＺｏｎｅ（Ｐｏｔ）、Ｚｏｎｅ（θ２−２′）およびＺｏｎｅ（θ１）が閾値範囲である±１００°の閾値範囲内にあるか否かを判定する。全てのゾーン信号が±１００°の範囲内であればステップＳ１２０５に進む。
【００８６】
ステップＳ１２０５では、選択部１２０は、ステップＳ１２０２で絶対位置演算部１０６から取り込んだ絶対位置信号の値Ｑ２を絶対位置Ｐｏｓに設定する。また、選択部１２０は、絶対位置演算部１０６から最下位信号θ２も取り込む。そして、ステップＳ１２０６に進む。
【００８７】
ステップＳ１２０６では、選択部１２０は、絶対位置Ｐｏｓを最下位信号θ２の変化およびその方向（プラス／マイナス）に応じてインクリメントまたはデクリメントすることで、出力する絶対位置Ｐｏｓを更新する。
【００８８】
次のステップＳ１２０７では、選択部１２０は、撮像装置に搭載されたカメラマイクロコンピュータに絶対位置Ｐｏｓを出力する。カメラマイクロコンピュータは、絶対位置Ｐｏｓを用いて各種レンズ制御を行う。レンズ制御には、可動レンズが変倍レンズである場合のフォーカスレンズのズームトラッキング制御や、可動レンズがフォーカスレンズである場合のオートフォーカスでの該フォーカスレンズの位置の制御等を含む。
【００８９】
ステップＳ１２０８では、選択部１２０は、撮像装置の電源がオフされたか否かを判定し、電源がオフされていない場合はステップＳ１２０６およびステップＳ１２０７の処理を繰り返し、電源がオフされた場合は本処理を終了する。
【００９０】
一方、ステップＳ１２０２、Ｓ１２０３およびＳ１２０４においてＺｏｎｅ（Ｐｏｔ）、Ｚｏｎｅ（θ２−２′）およびＺｏｎｅ（θ１）のいずれかが±１００°の閾値範囲から外れていると判定した選択部１２０は、ステップＳ１２０９に進む。
【００９１】
ステップＳ１２０９では、選択部１２０は、位置誤検出回避処理として、ステップＳ１２０１にて取り込んだポテンショメータ１０８からの位置信号の値Ｑ１を可動部材１０２の絶対位置Ｐｏｓとして出力する。
【００９２】
次のステップＳ１２１０では、選択部１２０は、上述したカメラマイクロコンピュータに絶対位置Ｐｏｓを出力する。カメラマイクロコンピュータは、ステップＳ１２０７にて説明したように各種レンズ制御を行う。
【００９３】
そして、ステップＳ１２１１では、選択部１２０は、撮像装置の電源がオフされたか否かを判定し、電源がオフされていない場合はステップＳ１２１２に進む。電源がオフされた場合は本処理を終了する。
【００９４】
ステップＳ１２１２では、選択部１２０は、異物判定処理を再度行うか否かを判定する。異物判定処理を再度行う場合は、可動レンズまたは可動部材１０２（１１０）が移動してポテンショメータ１０８からの位置信号の値Ｑ１の所定変化量以上の変化が生じた場合である。また、この他に異物判定処理を再度行う場合は、可動レンズが停止してからポテンショメータ１０８からの位置信号の値Ｑ１の変動が所定変動量以下となることで位置信号が安定したとみなせる場合である。選択部１２０は、本ステップを繰り返すごとにＱ１を取得し、前回取得したＱ１と今回取得したＱ１との差からＱ１の変化または変動を判定する。また、位置信号の値Ｑ１の変動が所定変動量以下となってから所定時間が経過することを条件として異物判定処理を再度行うと判定してもよい。
【００９５】
なお、上記実施例では、絶対位置を演算するために上位信号、中位信号、下位信号および最下位信号の４種類の信号を用いる場合について説明したが、本発明の他の実施例は、１種類の信号を用いる場合や５種類以上の信号を用いる場合も含む。
【００９６】
また、上記実施例では、第２のセンサとしてポテンショメータを用いる場合について説明したが、本発明の他の実施例は、第２のセンサとして、磁気式センサや静電容量式センサ等、光学式センサ以外の各種センサを用いる場合も含む。
【実施例２】
【００９７】
図１３には、上述した実施例１で説明したエンコーダを搭載した装置の一例として、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置（光学機器）を示している。この撮像装置では、エンコーダをレンズ鏡筒内での可動レンズの絶対位置を検出するために用いている。
【００９８】
図１３において、３０１は実施例１で説明した光学スケール１０１であり、３０２は実施例１で説明したポテンショメータ１０８のスライダ部１０８−２である。また、３０３は実施例１で説明した光学センサ１０３とポテンショメータ１０８のスケール部１０８−１を含むブロックを示す。３４０は実施例１で説明したＡＤ変換部１０５−１，１０５−２，１１１、ピッチ切り替え信号出力部１０７および絶対位置演算部１０６を含むブロックを示す。これらにより、実施例１のエンコーダが構成される。
【００９９】
光学スケール３０１とスライダ部３０２は、レンズ鏡筒内において光軸回りで回転する円筒形状のカム環３５０の内周面に取り付けられている。カム環３５０は、不図示のアクチュエータによって回転駆動される。
【０１００】
レンズ鏡筒内には、撮影光学系３５１が収容されている。撮影光学系３５１は、カム環３５０が回転することで、該カム環３５０に形成されたカムによって光軸方向に移動可能な可動レンズ（例えば、変倍レンズやフォーカスレンズ）３５２を含む。
【０１０１】
３５５は撮像装置のシステム全体を制御するカメラマイクロコンピュータとしてのＣＰＵである。３５６は撮影光学系３５１により形成された被写体像を光電変換するイメージセンサ（撮像素子）であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子により構成されている。
【０１０２】
可動レンズ３５２を移動させるためにカム環３５０が回転すると、エンコーダによりカム環３５０の絶対回転位置（つまりは可動レンズ３５２の光軸方向での絶対位置）が検出され、その情報がＣＰＵ３５５に出力される。
【０１０３】
ＣＰＵ３５５は、その絶対回転位置の情報に基づいてカム環３５０を回転させるアクチュエータを駆動し、可動レンズ３５２を目標とする位置に移動させる。
【０１０４】
実施例１で説明したエンコーダは、上述した撮像装置に限らず、プリンタ（光学機器）における印字ヘッドや給紙ローラの位置検出、複写機（光学機器）の感光ドラムの回転位置検出をはじめ、ロボットアームの位置検出等、様々な装置に適用することができる。そして、これらの装置において実施例１のエンコーダにより可動部材の絶対位置を検出することで、可動部材の高精度な位置制御や絶対位置の情報を用いた良好な処理等を行うことが可能である。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【０１０５】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０１  光学スケール
１０２，１１０  可動部材
１０３  光学センサ
１０６  絶対位置演算部
１０８  ポテンショメータ
１２０  選択部
【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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