(57)【要約】【課題】比較的小さい読取ヘッドサイズおよび／または比較的狭いスケール幅を有する光学式絶対位置エンコーダを提供する。【解決手段】光学式絶対位置エンコーダ１００は、スケール１１０を含み、スケール１１０は、測定軸方向１１２に沿って伸びる統合スケールトラック３００を含む。統合スケールトラック３００’は、複数の非周期部分３３０と交互に配置された複数の周期部分３１０を含む。各周期部分３１０は、周期的に配置された複数のスケール要素を含む。各非周期部分３３０は、絶対測定値を示す符号要素を含む。符号要素は、スケール要素の長さより測定軸方向１１２に沿って狭い長さを有する。読取ヘッド１２６に対する周期要素のオフセットは、絶対値を求めるために、絶対測定値と結合される。【選択図】　　　図３
2004053604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの要素間の相対位置を測定するのに使用可能な絶対位置検出装置であって、
読取ヘッドおよびスケールを含み、前記スケールは測定軸に沿って延びる統合スケールトラックを含み、
前記統合スケールトラックは、
前記測定軸に沿って前記統合スケールトラック内に置かれた複数の周期部分であって、前記測定軸に沿って連続した周期スケール要素を備えた複数の周期部分と、
前記統合スケールトラック内に置かれた複数の非周期部分であって、前記統合スケールトラックの測定軸方向に沿って前記周期部分と交互に配置され、それぞれが前記測定軸に沿ってローカル基準の測定値を特定するのに使用される符号語を定義する複数の符号要素を備える、複数の非周期部分とを含み、
前記複数の周期部分と前記複数の非周期部分とは、前記測定軸に沿った前記検出窓の位置に関わらず、前記統合スケールトラックの測定軸方向に沿って、前記読取ヘッドの検出窓が前記ローカル基準の測定値を特定するのに使用される符号語を定義するのに十分ないくつかの符号要素および周期スケール要素を含むように構成されていることを特徴とする絶対位置検出装置。
【請求項２】
前記符号要素の少なくともいくつかの前記測定軸に沿った長さは、前記測定軸に沿った周期スケール要素の長さより狭いことを特徴とする請求項１記載の絶対位置検出装置。
【請求項３】
前記符号要素のそれぞれの前記測定軸に沿った長さは、前記測定軸に沿った前記周期スケール要素の長さの１／２より狭いことを特徴とする請求項２記載の絶対位置検出装置。
【請求項４】
前記符号要素のそれぞれの前記測定軸に沿った長さは、前記測定軸に沿った前記周期スケール要素の長さの１／３より狭いことを特徴とする請求項２記載の絶対位置検出装置。
【請求項５】
前記複数の非周期部分のそれぞれの所定部分が、前記複数の非周期部分のそれぞれに対して同一のパターンを備えることを特徴とする請求項１記載の絶対位置検出装置。
【請求項６】
前記読取ヘッドは、前記測定軸方向に対応する方向に沿った少なくとも１つの行上で伸びる複数の画像素子を備え、前記読取ヘッドの前記検出窓の広がりは、前記読取ヘッドが前記スケールに対して操作可能に位置決めされているときに、前記複数の画像素子によって受け取られた前記スケールの映し出された画像の広がりに対応することを特徴とする請求項１記載の絶対位置検出装置。
【請求項７】
前記測定軸に直交する方向における前記読取ヘッドの前記検出窓の幅は、前記周期部分および前記非周期部分のそれぞれの測定軸に直交する幅未満であることを特徴とする請求項６記載の絶対位置検出装置。
【請求項８】
前記統合スケールトラックは、少なくとも拡散的に反射する面を備えることを特徴とする請求項１記載の絶対位置検出装置。
【請求項９】
前記スケールは、透明の基板を備え、前記統合スケールトラックは、前記読取ヘッドから最も遠い前記基板の表面に設けられ、
前記少なくとも拡散的に反射する面は、前記統合スケールトラックにまたは渡って設けられている少なくとも１つの拡散裏層の少なくとも一部を備えることを特徴とする請求項８記載の絶対位置検出装置。
【請求項１０】
ａ）前記スケール要素および前記符号要素の少なくともいくつかと、ｂ）前記スケール要素と前記符号要素との間の空間との少なくとも１つが、拡散表面を規定することを特徴とする請求項１記載の絶対位置検出装置。
【請求項１１】
前記スケールは、透明の基板を備え、前記統合スケールトラックは、前記読取ヘッドから最も遠い前記基板の表面に設けられ、
前記拡散面は、前記読取ヘッドから最も遠い前記基板の表面にまたは渡って設けられている部分であることを特徴とする請求項１０記載の絶対位置検出装置。
【請求項１２】
２つの要素間の相対位置を測定するための絶対位置検出装置であって、
読取ヘッドおよび絶対スケールを含み、前記絶対スケールは測定軸に沿って延びる統合スケールトラックを含み、
前記統合スケールトラックは、
前記スケールに沿ってそれぞれの測定値を特定するのに使用可能な複数の符号群であって、それぞれが前記統合スケールに沿って置かれた複数の個々の符号要素を有し、各符号要素が前記測定軸に直交する方向に前記統合スケールトラックの全てに実質的に横切って延びる、複数の符号群と、
少なくとも３つの符号群に渡る距離で前記測定軸に沿って連続して周期的である根本的な増加ピッチに対応するように配置され、前記測定軸に直交する方向に前記統合スケールトラックの全てに実質的に横切って延びる複数の増加スケール要素とを含み、
前記複数の増加スケール要素は、前記統合スケールトラックに沿って前記符号群間に交互に配置され、
前記個々の符号要素の少なくともいくつかは、前記測定軸に沿った方向における前記増加ピッチの幅より前記測定軸に沿った方向に狭い幅を有することを特徴とする絶対位置検出装置。
【請求項１３】
前記交互に配置された増加スケール要素は、前記符号群間のスケール部分にほとんど複数配置され、
前記測定軸に沿った前記符号群間の前記スケール部分の長さは、前記測定軸に沿った符号群の長さより大きいことを特徴とする請求項１２記載の絶対位置検出装置。
【請求項１４】
前記符号群間の前記スケール部分の少なくとも１つは、前記根本的な増加ピッチに従ってそれぞれのスケール部分の１つの中に位置することができる最大数の完全な増加スケール要素を含むことを特徴とする請求項１３記載の絶対位置検出装置。
【請求項１５】
前記読取ヘッドは、前記スケールの画像を検出するのに使用可能な光源および検出アレイを備え、
前記複数の個別符号要素と前記複数の増加スケール要素は、前記読取ヘッドが前記スケールに対して操作可能に位置決めされるとき、前記スケールの検出された画像が、前記統合スケールトラックに沿った前記読取ヘッドの位置に関わらず、
ローカル基準点として使用可能な特徴と、
前記ローカル基準点の測定値を求めるための十分な数の符号要素と
を含むように前記統合スケールトラックに沿って配置されていることを特徴とする請求項１２記載の絶対位置検出装置。
【請求項１６】
前記検出された画像は、前記ローカル基準点に対する読取ヘッドのオフセットの測定値を求めるのに使用可能であることを特徴とする請求項１５記載の絶対位置検出装置。
【請求項１７】
各符号群は、所定パターンを含み、前記所定パターンは、前記複数の符号群のそれぞれに対して同一であることを特徴とする請求項１２記載の絶対位置検出装置。
【請求項１８】
前記スケールに沿った複数の連続符号群は、前記スケールに沿った複数の連続多ビット数を備えることを特徴とする請求項１２記載の絶対位置検出装置。
【請求項１９】
各連続多ビット数は、ルックアップテーブルを参照することなく、ローカル基準点の測定値を求めるのに直接使用可能であることを特徴とする請求項１８記載の絶対位置検出装置。
【請求項２０】
さらに、信号処理ユニットを備え、操作可能に位置決めされている読取ヘッドがスケールの画像を検出したときに、前記信号処理ユニットは、前記検出された画像に含まれる１つ以上の符号グループに基づいてローカル基準の測定値を求めるのに使用可能であることを特徴とする請求項１２記載の絶対位置検出装置。
【請求項２１】
前記信号処理ユニットは、さらに、前記検出された画像に含まれる複数の増加要素に少なくとも一部基づいて、前記ローカル基準に対する読取ヘッドのオフセットの測定値を求めるのに使用されることを特徴とする請求項２０記載の絶対位置検出装置。
【請求項２２】
前記信号処理ユニットは、さらに、前記ローカル基準点の測定値と前記ローカル基準点に対する読取ヘッドのオフセットの測定値とを結合し、位置測定値を求めることを特徴とする請求項２１記載の絶対位置検出装置。
【請求項２３】
前記統合スケールトラックは、少なくとも１つの拡散的に反射する面を備えることを特徴とする請求項１２記載の絶対位置検出装置。
【請求項２４】
前記絶対スケールは、透明の基板を備え、前記統合スケールトラックは、前記読取ヘッドから最も遠い前記基板の表面に設けられ、
前記少なくとも拡散的に反射する面は、前記統合スケールトラックにまたは渡って設けられている少なくとも１つの拡散裏層の少なくとも一部を備えることを特徴とする請求項２３記載の絶対位置検出装置。
【請求項２５】
ａ）前記スケール要素および前記符号要素の少なくともいくつかと、ｂ）前記スケール要素と前記符号要素との間の空間との少なくとも１つが、拡散表面を規定することを特徴とする請求項１２記載の絶対位置検出装置。
【請求項２６】
前記スケールは、透明の基板を備え、前記統合スケールトラックは、前記読取ヘッドから最も遠い前記基板の表面に設けられ、
前記拡散面は、前記読取ヘッドから最も遠い前記基板の表面にまたは渡って設けられている部分であることを特徴とする請求項２５記載の絶対位置検出装置。
【請求項２７】
絶対スケールに沿った検出アレイの高分解能位置を求めるための測定方法であって、
絶対スケールが測定軸に沿って延びる統合スケールトラックを含み、
前記統合スケールトラックは、
前記スケールに沿ってそれぞれの測定値を特定するのに使用可能な複数の符号群であって、それぞれが前記統合スケールに沿って置かれた複数の個々の符号要素を有し、各符号要素が前記測定軸に直交する方向に前記統合スケールトラックを横切る広がりを有し、該広がりが前記測定軸に沿った方向における前記符号要素の広がりより実質的に大きい、複数の符号群と、
基本的な増加ピッチに対応するように配置された複数の増加スケール要素であって、それぞれが前記統合スケールトラックに沿って前記符号群間に交互に配置され、前記測定軸に直交する方向に前記統合スケールトラックの全てに実質的に横切って延びる広がりを有し、該広がりが前記測定軸に沿った方向における広がりより大きい、複数の増加スケール要素とを含む、測定方法であって、
前記検出アレイを用いて、現在の位置に対応する前記統合スケールトラックの一部の画像を検出する工程と、
前記検出された画像に含まれる少なくとも１つの符号群に基づいてローカル基準の測定値を求める工程と、
前記検出された画像に含まれる複数の増加スケール要素に少なくとも一部基づいてローカル基準に対する検出アレイのオフセットの測定値を求める工程と、
前記ローカル基準点の測定値と前記ローカル基準点に対する読取ヘッドのオフセットの測定値とを組み合わせ、前記絶対スケールに沿った前記検出アレイの高分解能位置を求める工程と
を備えることを特徴とする測定方法。
【請求項２８】
各符号群は、所定部分を含み、
少なくとも１つの符号群に基づいてローカル基準の測定値を求める工程は、
少なくとも１つの前記少なくとも１つの符号群に含まれる前記所定部分の位置を求める工程と、
前記求められた前記所定部分の位置に基づいて前記検出された画像における符号要素の位置を求める工程と、
前記符号要素の位置に対応する前記検出された画像を処理し、前記検出された画像に出現する符号要素の符号要素値を求める工程と、
前記求められた符号要素値に基づいてローカル基準の測定値を求める工程とを備えることを特徴とする請求項２７記載の測定方法。
【請求項２９】
前記検出アレイは、前記測定軸方向に対応する方向に沿った少なくとも１つの行上を延びる複数の検出素子を備え、前記検出素子は、検出素子ピッチに従って間隔があけられ、
前記ローカル基準に対する検出アレイのオフセットの測定値を求める工程は、前記検出された画像において、前記検出された画像における基本的な増加ピッチの１／４に対応する距離より細かい分解能で前記検出アレイに対するローカル基準特性のオフセットを評価する工程と、
前記検出アレイに対するローカル基準特性のオフセットの推定値と前記検出アレイに対する前記複数の増加スケール要素のオフセットの推定値とに少なくとも一部基づいて、前記ローカル基準に対する前記検出アレイのオフセットの測定値を求める工程とを備えることを特徴とする請求項２７記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶対位置検出装置および測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絶対位置エンコーダがスケール構造を使用し、このスケール構造は、スケールに沿って与えられた開始点に対するいかなる基準も必要とせずに、スケールに相対する読取ヘッドの位置が決定されることを許容する。スケールに沿った多重情報トラックを使用する様々な絶対位置エンコーダが知られている。
【０００３】
多くの従来の容量型および誘導型絶対位置エンコーダにおいて、スケール構造は、組み合わせにおいて、限定的な距離内のスケールに相対する読取ヘッド位置を一意に特定する異なる周期的空間波長を有する２以上のトラックを含む。米国特許５，８８６，５１９は、そのような誘導型絶対位置エンコーダの１つの実施例を開示する。
【０００４】
米国特許５，８８６，５１９は、また、周期的空間配置の検知素子を含むトラックと、擬似ランダム列で配置された一連の検知素子を含む個々の分離符号トラックとを含む実施例を開示する。特に、読取ヘッド検知素子の境界内に位置するこの符号トラックの検知素子の一部に関して、検知素子は、第１分解能でスケールに相対する読取ヘッドの位置を一意に特定する一意の二値、三値またはさらに高い値の符号語を形成し、一方、周期空間配置を有するトラックは、さらに高い分解能に対してスケールに相対する読取ヘッドの位置を特定する。
【０００５】
同様に、多くの従来の光学式位置エンコーダは、スケールに沿った多重情報トラックを使用し、ここで、スケールに沿った各位置に対して、符号トラックまたは符号トラックの組合せが、スケールに沿ったその位置を一意に特定する固有値を決定する。しばしば、１つ以上の符号トラックだけによって提供される分解能より小さい分解能で読取ヘッドに相対する周期トラックの位置を決定する複数の方法が、また使用される。米国特許３，８８２，４８２、５，９６５，８７９および５，２７９，０４４は、そのような多重符号トラック光学式エンコーダを開示する。
【０００６】
米国特許４，６３１，５１９は、米国特許５，２７９，０４４と同様に、前述した符号トラック機能および周期トラック機能を、単一の複合トラックに統合する光学式絶対位置エンコーダの実施例を開示する。このような実施例において、符号要素は、トラックに沿って非周期的に配置されているが、それにもかかわらず、個々の符号要素は、連続する周期格子に置かれて直線状に並ぶように位置決めされる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した光学式エンコーダ構成は、いくつかの不利な点を有する。すなわち、多重トラックの不利な点は、非常に大きなサイズの読取ヘッド、非常に広いスケールおよび少ない「情報密度」を必要とする。逆に、多重トラック構成が狭くされるならば、静的および／または動的取付けミスアライメントに対する感度および／またはより複雑な読取ヘッド検知または信号処理の必要性が生じる。また、前の複合トラック光学式エンコーダ構成には、多くの不利な点がある。これらの不利な点は、高分解能が要求されるならばスケール長が制限され、長いスケール長が要求されるならば分解能が比較的低くなり、そして、比較的複雑な読取ヘッド検知または信号処理が、周期的に配置されている要素のトラックを使用して達成可能なスピード、精度、および分解能に匹敵するスピード、精度、および分解能を実現する必要性がある。さらに、正確で高分解能絶対測定を提供するために、スケールに沿ってあらゆる所で一意であるが、それにもかかわらず基本的な連続した周期的な格子に正確に並べなければならない符号要素列を有するスケールを製作するのは、比較的高価である。これらの不利な点の１つ以上を避けることができる光学式絶対位置エンコーダが、役に立つであろう。
【０００８】
本発明の第１の目的は、比較的小さい読取ヘッドサイズおよび／または比較的狭いスケール幅を有する光学式絶対位置エンコーダを提供することにある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、非周期符号部分と周期部分の両方を含む統合スケールトラックの画像から、光学式絶対位置エンコーダのスケールに相対する光学式絶対位置エンコーダの読取ヘッドの絶対位置を求めるための測定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を傾決するための手段】
本発明は、上記第１の目的を達成するため、２つの要素間の相対位置を測定するのに使用可能な絶対位置検出装置であって、読取ヘッドおよびスケールを含み、前記スケールは測定軸に沿って延びる統合スケールトラックを含み、前記統合スケールトラックは、前記測定軸に沿って前記統合スケールトラック内に置かれた複数の周期部分であって、前記測定軸に沿って連続した周期スケール要素を備えた複数の周期部分と、前記統合スケールトラック内に置かれた複数の非周期部分であって、前記統合スケールトラックの測定軸方向に沿って前記周期部分と交互に配置され、それぞれが前記測定軸に沿ってローカル基準の測定値を特定するのに使用される符号語を定義する複数の符号要素を備える、複数の非周期部分とを含み、前記複数の周期部分と前記複数の非周期部分とは、前記測定軸に沿った前記検出窓の位置に関わらず、前記統合スケールトラックの測定軸方向に沿って、前記読取ヘッドの検出窓が前記ローカル基準の測定値を特定するのに使用される符号語を定義するのに十分ないくつかの符号要素および周期スケール要素を含むように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、上記第１の目的を達成するため、２つの要素間の相対位置を測定するための絶対位置検出装置であって、読取ヘッドおよび絶対スケールを含み、前記絶対スケールは測定軸に沿って延びる統合スケールトラックを含み、前記統合スケールトラックは、前記スケールに沿ってそれぞれの測定値を特定するのに使用可能な複数の符号群であって、それぞれが前記統合スケールに沿って置かれた複数の個々の符号要素を有し、各符号要素が前記測定軸に直交する方向に前記統合スケールトラックの全てに実質的に横切って延びる、複数の符号群と、少なくとも３つの符号群に渡る距離で前記測定軸に沿って連続して周期的である根本的な増加ピッチに対応するように配置され、前記測定軸に直交する方向に前記統合スケールトラックの全てに実質的に横切って延びる複数の増加スケール要素とを含み、前記複数の増加スケール要素は、前記統合スケールトラックに沿って前記符号群間に交互に配置され、前記個々の符号要素の少なくともいくつかは、前記測定軸に沿った方向における前記増加ピッチの幅より前記測定軸に沿った方向に狭い幅を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明は、上記第２の目的を達成するため、絶対スケールに沿った検出アレイの高分解能位置を求めるための測定方法であって、絶対スケールが測定軸に沿って延びる統合スケールトラックを含み、前記統合スケールトラックは、前記スケールに沿ってそれぞれの測定値を特定するのに使用可能な複数の符号群であって、それぞれが前記統合スケールに沿って置かれた複数の個々の符号要素を有し、各符号要素が前記測定軸に直交する方向に前記統合スケールトラックを横切る広がりを有し、該広がりが前記測定軸に沿った方向における前記符号要素の広がりより実質的に大きい、複数の符号群と、基本的な増加ピッチに対応するように配置された複数の増加スケール要素であって、それぞれが前記統合スケールトラックに沿って前記符号群間に交互に配置され、前記測定軸に直交する方向に前記統合スケールトラックの全てに実質的に横切って延びる広がりを有し、該広がりが前記測定軸に沿った方向における広がりより大きい、複数の増加スケール要素とを含む、測定方法であって、前記検出アレイを用いて、現在の位置に対応する前記統合スケールトラックの一部の画像を検出する工程と、前記検出された画像に含まれる少なくとも１つの符号群に基づいてローカル基準の測定値を求める工程と、前記検出された画像に含まれる複数の増加スケール要素に少なくとも一部基づいてローカル基準に対する検出アレイのオフセットの測定値を求める工程と、前記ローカル基準点の測定値と前記ローカル基準点に対する読取ヘッドのオフセットの測定値とを組み合わせ、前記絶対スケールに沿った前記検出アレイの高分解能位置を求める工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明によるスケールの様々な実施の形態において、スケールは、測定軸に沿って伸びる統合スケールトラックを含む。この統合スケールトラックは測定軸に沿って設置された１つ以上の周期部分を含み、各周期部分は複数の周期要素を有する。統合スケールトラックは、また、非周期符号部分を含み、非周期符号部分は、周期部分間に設置される。各非周期符号部分は、符号要素の一意の組またはグループであり、よって、スケールに沿って特定位置を特定する。様々な実施の形態において、各非周期符号部分は、測定軸に沿って伸びる所定部分を含む。所定部分は、所定特性を有する単一要素または空間、または要素の所定パターンである。様々な他の実施の形態において、測定軸に沿って伸びる所定部分は、非周期符号部分の一端または両端に近接するスケール上に設けられる。どの場合でも、この所定部分は、スケールの符号部分から生じる読取ヘッド信号がスケールの他の部分から生じる読取ヘッド信号から即座に区別されるのを許容する。
【００１４】
本発明による様々な他の実施の形態において、非周期符号部分は測定軸に沿った周期要素の連続を遮るが、周期スケール要素は、連続し、周期部分間で空間的に同期する基本的な増加ピッチに一致するようにスケールに沿って設置される。
本発明による様々な他の実施の形態において、非周期符号部分の個々の符号要素の少なくともいくつかは、周期スケール要素より測定軸に沿った方向において狭い。本発明による様々な他の実施の形態において、符号要素の１組は、１組の隣接符号要素から、読取ヘッドの検出アレイの寸法と読取ヘッドによって撮像されるスケールに適用される倍率に基づいて求められた限界値以下離されてもよい。
【００１５】
様々な実施の形態において、事実上、符号要素のそれぞれの組が、局所的なデータ特徴の位置か測定値を示し、粗い分解能絶対位置の値を提供する。局所的なデータ特徴は、複数の周期スケール要素と関連する。本発明による様々な他の実施の形態において、読取ヘッドの検出アレイは、さらに、周期スケール要素の周期より細かいより高い分解能に対して、検出アレイに相対する局所的なデータ特徴の位置を求める。本発明による様々な他の実施の形態において、読取ヘッドの検出アレイは、さらに、検出アレイおよび／または読取ヘッドに相対する周期スケール要素の少なくともいくつかの位置を求め、最も高い分解能絶対位置測定値を提供する。本発明による様々な他の実施の形態において、検出アレイピッチは選択され、アレイによって撮像される各符号要素に対する複数の検出素子がある。
【００１６】
本発明による絶対スケールの様々な実施の形態において、符号要素の組は、スケールに沿って連続した符号語を形成する。本発明による様々な他の実施の形態において、連続した符号語は、直接、対応する位置をスケールに沿って示す。本発明による様々な他の実施の形態において、連続した符号語は、復号ルックアップテーブルを用いて、絶対位置測定値に変換される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は絶対位置測定を生成するための、統合スケール付きの使用可能な光学式絶対位置エンコーダ１００のブロック図である。図１に示される光学式絶対位置エンコーダ１００は、読取ヘッド１２６、信号生成処理回路２００およびスケール１１０を含む。スケール１１０は、統合スケールトラック３００を含む。図１において、読取ヘッド１２６の部品、およびスケール１１０と統合スケールトラック３００とのそれらの関係は、以下でさらに説明されるように、一般に、例示的な物理的構成に対応するレイアウトで図式的に示される。
【００１９】
特に、スケール１１０は、読み取りヘッド１２６の照明／受光端部に近接して位置決めされ、スケール１１０が光源１３０によって読取ヘッド１２６の上記端部から放射された光により照明されたとき、放射光がスケール１１０上の統合スケールトラック３００によって選択的に反射されて、読み取りヘッド１２６の上記端部に位置決めされている画像受光素子に向けて戻される。スケール１１０は、一般的に、読取ヘッド１２６内に収容された光源１３０と光学系から安定した距離で位置決めされている。スケール１１０は、図１に示すように、測定軸方向１１２のような、相対運動の軸に沿って読取ヘッド１２６に対して相対移動する。上記相対移動は、一般に、例えば、読取ヘッド１２６とスケール１１０間の適切な相対位置を維持するために、フレームに装着された通常の案内路または軸受（図示せず）などによって拘束される。読取ヘッド１２６は、読取ヘッド１２６の装着を助成し、装着フレームおよび／またはスケール１１０の相対運動軸１１２の予想された軸に関して読み取りヘッド１２６の内部部品を調整する調整機能（図示せず）を含むようにしてもよい。
【００２０】
スケール１１０は、光源１３０によって供給された光の波長で照明されたときに比較的に高コントラスト画像を提供する。様々な実施の形態において、スケール１１０は、一連の非反射性スケール要素が形成されている拡散反射性面を有する一般的に反射性部材である。スケール１１０の比較的高い反射性は、公知のまたは後に開発される材料および／または構造によって得ることができる。例えば、スケール１１０は、適切な拡散反射性面構造を有することができ、金属またはガラス、若しくはマイラー（Ｍｙｌａｒ；登録商標）のようなポリマーなどの、反射性材料から構成することができる。非反射性スケール要素は、スケール１１０の表面をコーティングすること、スケール１１０を形成するのに使用される材料の反射性を減少させるようにスケール１１０の表面を区別して処理すること、スケール１１０の表面上に非反射性材料を選択的に蒸着させることなどによって、形成することができる。
【００２１】
様々な他の実施の形態において、スケール１１０は、非反射性材料から構成されるが、スケール要素は、適切な拡散反射表面構造を有する反射性材料から構成される。この場合、スケール１１０は、コーティングするかそうでなければ、スケール１１０の表面を処理するか、または、スケールに沿って適切な場所における反射性を選択的に減少させ、そして／または増加させる公知のおよび／または後に開発される処理を用いることによって、それが形成される素材に基づいて非反射性にすることができる。様々な実施の形態において、スケール１１０は、多少の反射性表面部分を有する。しかしながら、そのようなスケールに関して、画像コントラストおよび／または強度は、絶対測定システムの信頼性および測定精度を減少させるアライメント変化および／または表面汚れに対してより感度を示す。また、様々な他の実施の形態において、スケール１１０および／またはスケール１１０上に形成された表面要素は、光検出器１６０によって検出されたスケール１１０の画像におけるスケール要素とスケールの残り部分の間のコントラストを強調する色を含む。
【００２２】
図１に示すように、読取ヘッド１２６の画像受光素子は、レンズ１４０の光軸１４４が一般にスケール１１０の照明される領域に対して協調されるように、読取ヘッド１２６の照明／受光端に位置決めされているレンズ１４０を含む。図１に示す実施の形態において、読取ヘッド１２６は、さらに、レンズ１４０の焦点距離に一致する距離によって光軸１４４に沿ってレンズ１４０から離されたピンホール開口プレート１５０と、光軸１４４に沿って開口プレート１５０から離された光検出器１６０とを含む。そのようなテレセントリック配置は、光検出器１６０上の統合スケールトラック３００の画像の倍率を、レンズ１４０から統合スケールトラック３００までの撮影距離ｇとほぼ独立させる。
【００２３】
様々な実施の形態において、撮影距離ｇが、例えば精密な軸受などによって、十分満足に制御されると、開口プレート１５０は、削除してもよい。光検出器１６０は、カメラ、電子またはデジタルカメラ、ＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳ光検知要素などの、独立して個々の光検知要素のアレイに組み込まれる周知のまたは後に開発されたタイプの光検知材料または装置とすることができる。
【００２４】
スケール１１０と、レンズ１４０、開口プレート１５０および光検出器１６０を含む読取ヘッド１２６との間隔および位置決めの例を、さらに、以下に説明する。光源１３０、レンズ１４０、開口プレート１５０および光検出器１６０の読取ヘッド１２６のハウジング内への装着は、部品が正確で安定した方式で装着される小型光学系製造および／または工業カメラの製造の従来の方法に従って行われてもよい。
【００２５】
読取ヘッド１２６がスケール１１０に対して近接して位置決めされたとき、光検出器１６０によって捕らえられた各画像は、統合スケールトラック３００の一部を含むであろう。
【００２６】
光検出器１６０は、公知の間隔で少なくとも１つの軸に沿って離された画像素子１６２のアレイ１６６を有する。上記公知の間隔は、光検出器１６０上に映し出された２つの類似画像、または光検出器１６０上に映し出された画像と得られた画像に一般に対応する合成画像間の変位またはオフセットを測定するための基準を提供する。従って、上記公知の間隔は、また、細かいまたは上記公知の間隔より細かい分解能で、統合スケールトラック３００の画像の変位を測定するための基準を提供する。
【００２７】
さらに、読取ヘッド１２６は、少なくとも信号生成処理回路２００の一部を含む。図１に示すように、光源１３０を制御および／または駆動するために、信号生成処理回路２００からの信号線１３２が光源１３０に接続される。信号線１６４が光検出器１６０と信号生成処理回路２００を接続する。特に、アレイ１６６の各画像素子１６２は、個々にアドレス指定され、信号線１６４を介して信号生成処理回路２００へ、画像素子１６２上の光強度を表す値を出力することができる。信号生成処理回路２００の付加部分が読取ヘッド１２６から離れた位置に置かれ、読取ヘッド１２６の機能は、遠隔的に操作され、表示することができる。
信号生成処理回路２００は、図９を参照してさらに以下に詳細に説明する。
【００２８】
図１に示すように、光線１３４が光源１３０によって放射され、スケール１１０によって担持された統合スケールトラック３００に導かれ、統合スケールトラック３００の一部を照明する。その結果、統合スケールトラック３００の照明された部分は、統合スケールトラック３００の照明された部分に生じる統合スケールトラック３００のパターンに依存しながら、光軸１４４の周りに、選択的に、光１３６を反射する。
【００２９】
光線１３４の照明角度が傾斜しているとき、入射した光線１３４と光軸１４４との間の角度は、スケール１１０上の反射性面が読取ヘッド１２６によって検出されたフィールドから離れた反射性面上に入射した光を反射するようにしてもよい。その場合、様々な実施の形態において、照明を受ける比較的拡散する面部分を提供するために、検出された画像における比較的高い強度を意図的に提供するスケール１１０の部分が比較的拡散するようにすれば、役立つ。様々な実施の形態において、拡散面部分は、それらの表面仕上げまたは材料特性により比較的拡散するようにしてもよいし、拡散コーティングまたは表面構造などの適用によって比較的拡散するようにしてもよい。これらの拡散面部分は、それらの拡散性質により、傾斜して受けた光の少なくともいくつかを光軸１４４に向け直す。この場合、拡散面部分は、比較的拡散しないものより、明るくそして／または高い画像コントラストを提供するであろう。
【００３０】
１つの実施の形態において、拡散面部分がスケール要素である。いくつかのそのような実施の形態において、スケール要素の周りの領域は鏡面的に反射する。
他の実施の形態において、拡散部分は、比較的暗いおよび／または鏡面反射スケール要素の周りの領域に位置する。
【００３１】
図２は、入射光線１３４と光軸１４４との間の角度が比較的鏡面スケール表面が比較的鏡面表面に入射した光をすなわち読取ヘッド１２６で検出されたフィールドから離れた反射光１３６を反射するようなものであるときに使用可能なスケール１１０の一部の一実施の形態の側面図である。図２において、垂直方向におけるスケール要素１１６と空間１１９のサイズは、図の目的のために大いに誇張されている。様々な実施の形態において、スケール要素１１６は、材料の比較的薄い層によって、スケール１１０の表面上に形成されている。
【００３２】
図２に示すように、スケール要素１１６は、スケール１１０を形成するのに使用される基板１１４の第１表面１１５上に形成されているが、スケール１１０は、スケール１１０の基板１１４の第２表面１１７が光線１３４の源に近接するように配置されている。この場合、基板１１４は、光線１３４の少なくとも１つの波長を透過する。拡散裏層１１８が、スケール要素１１６間の空間１１９に拡散反射面を提供するように、第１表面１１５上に渡りまたは近接して形成または設けられている。この拡散裏層またはコーティング１１８は、光線１３４の入射光のいくつかを光軸１４４に沿った光１３６として導く。
【００３３】
１つの実施の形態において、拡散裏層１１８は、拡散的に反射するコーティングタイプの裏層１１８Ａであり、それは、スケール要素１１６間の空間１１９における表面を覆う噴霧されたコーティングである。他の実施の形態において、拡散裏層１１８は、拡散的に反射する基板タイプの裏層１１８Ｂであり、それは可能な限り近くに表面１１５に隣接しており、スケール要素１１６間の空間１１９で光線１３４を反射する。様々な実施の形態において、基板タイプの裏層１１８Ｂは、スケール１１０を支持する装着部材の表面として設けられている。
【００３４】
図２に示すスケール１１０の実施の形態は、いくつかの利点を提供する。本実施の形態において、スケール１１０は、スケール１１０の拡散部分の実施可能な広がりおよび位置がスケール要素１１６の端で効果的に規定されるという点で、製作が容易である。従って、スケール１１０の拡散部分は、これらの拡散部分の広がりおよび位置を制御するための特別な処理を必要としない。さらに、図２に示すスケール１１０の方向性に関して、表面１１７上の汚れは、スケールの検出された画像において、焦点がはずれたものになる傾向があるであろう。さらに、表面１１５は、基板１１４および／または拡散裏層１１８によって、そして／または表面１１５に接する外部装着要素によって可能な限り、損傷から保護される。しかしながら、前述したように、一般に、スケール構成または方向が、光源１３０によって供給される光の波長で照明されるときに本発明による比較的高コントラストのスケール画像を提供するのに向いているとされている。
【００３５】
そして、レンズ１４０に到達した、統合スケールトラック３００の照明された部分からの反射光１４２は、光検出器１６０上に映し出される。様々な実施の形態において、レンズ１４０は、約３ｍｍの直径と約４．５ｍｍの焦点距離を有する両凸レンズとすることができる。前述したように、様々な実施の形態において、光１４２は、ピンホール開口プレート１５０におけるピンホール開口１５２を通過する。レンズ１４０は、レンズ１４０の焦点距離に等しい距離で、ピンホール開口プレート１５０から離されており、撮影距離ｇとほぼ独立して光検出器１６０上の統合スケールトラック３００の画像の倍率を作る。
【００３６】
特に、ピンホール開口プレート１５０が使用されるとき、ピンホール１５２を通過した光１５４は、光軸１４４に沿った距離ｄで光検出器１６０のアレイ１６６の画像素子１６２の表面上に映し出される。よって、このようなテレセントリック構成に対して、統合スケールトラック３００の画像特徴の倍率は、主に焦点距離ｆと距離ｄの間の関係に依存し、ほぼｄ／ｆに等しい。
【００３７】
より一般には、開口が比較的大きいまたはピンホール開口プレート１５０が削除されている構成に対して、倍率は被写体距離ｇによって変わる。この場合、画像素子１６２のアレイ１６６上の統合スケールトラック３００の照明された部分から反射された光の検知された部分内の画像特徴のおおよその倍率は、
【００３８】
【数１】
2004053604.tif 000003
【００３９】
ここで、ｇは撮影距離、
ｆはレンズ１４０の焦点距離、
ｄはレンズ１４０の焦点距離を超えた、アレイ１６６の表面までの距離である。
【００４０】
様々な実施の形態において、光学式位置トランスデューサ１００のこれらのパラメータの代表値は、ｇ≒４．５ｍｍ、ｆ＝４．５ｍｍ、ｄ＝２３．８５ｍｍを含む。その結果、おおよその対応する倍率Ｍは、７．３である。また、ピンホール開口１５２のサイズの選択において、統合スケールトラック３００の画像のフィールドの深さ、すなわち、撮影距離ｇが読取ヘッドギャップミスアライメントなどによって変わるときの画像のぼけの量と、アレイ１６６上の画像強度との間のトレードオフがある。１つの実施の形態において、ピンホール開口１５２は、０．８ｍｍの直径を有する。様々な他の実施の形態において、ピンホール開口１５２は、０．５と２．０ｍｍの間の直径を有する。倍率を正確に計算することが難しい場合、有効倍率は、また、与えられた位置エンコーダ設計と規定された操作パラメータに対して、実験的に求めることができる。
【００４１】
高分解能を達成するために、映し出されたスケールの画像において、増加スケール要素として参照される、周期部分の周期スケール要素の平均サイズは、光検出器１６０の画像素子１６２の画素ピッチより有効に大きい、すなわち、周期スケール要素のサイズ読取ヘッドによって提供された映し出された画像倍率は、画素ピッチより有効に大きい。さらに、読取ヘッド１２６の様々な実施の形態において、スケールの映し出された画像において、周期部分の周期スケール要素の平均サイズは、およそ、画像素子１６２の画素ピッチの２倍から１０倍である。
【００４２】
画像を獲得するために、信号生成処理回路２００は、駆動信号を信号線１３２に出力し、光線１３４を放射するように光源１３０を駆動する。光線１３４は、統合スケールトラック３００の一部を照明し、その一部は光検出器１６０の画像素子１６２のアレイ１６６上に撮像される。そして、信号生成処理回路２００は、信号線１６４を介して複数の信号部分を入力し、ここで、各信号部分は、個々の画像素子１６２の１つ以上によって検出された画像値に対応する。
【００４３】
統合スケールトラック３００に相対する読取ヘッドの現在の変位を求めるために、信号生成処理回路２００によって光検出器１６０から受信された現在の画像に対する信号部分は、メモリに入力され、保存される。現在の画像は、読取ヘッドとスケール間の絶対位置を求めるように解析される。様々な実施の形態において、現在の画像の、測定軸方向１１２に対応する方向に伸びる画像素子１６２の１つの行、または多くても小数の行が、解析のために選択される。以下により詳細に述べるように、選択された１つ以上の行は、現在の画像に出現する符号部分を見つけるために、解析される。この符号部分は、見つけられた符号部分によって規定される第１分解能絶対位置を求めるために、復号される。見つけられた符号部分または符号部分に関連する所定部分の位置は、現在の画像フレームに対して、すなわち、画像素子１６２のアレイ１６６に対して求められる。
【００４４】
この求められた現在の画像フレームに対する位置は、スケールトラック３００に対する読取ヘッド１２６の絶対位置を、復号された符号部分によって示された第１分解能から、第２分解能まで精緻化する。様々な実施の形態において、この第２分解能は、画素分解能で、アレイ１６６における画像素子１６２の画素間隔またはピッチに対応する。最高達成可能第２分解能は、真の画素分解能、すなわち、読取ヘッド１２６によって提供された倍率とアレイ１６６の１ないし２画素ピッチ増加のみに対応する分解能での絶対位置測定値の不確実性を減少させる分解能に対応する。しかしながら、より一般的には、第２分解能は、統合スケールトラック３００の周期部分の長さｐの特定の周期内で、読取ヘッド１２６に対するスケールの位置を示すであろう。統合スケールトラック３００の周期部分の特徴的周期ｐは、また、増加ピッチと呼ばれ、長さにおいて、周期的に置かれた増加スケール要素の１つと隣接する空間とに等しい。
【００４５】
そして、現在の画像の少なくとも一部は、第３分解能でスケールに対する読取ヘッドの絶対位置を求めるために、いくつかのオフセット位置のそれぞれについて参照画像と、画素毎に比較される。様々な実施の形態において、第３分解能は、アレイ１６０上の画像のサブ画素分解能位置測定に対応する。その一連の比較は、米国特許出願０９／７３１，６７１に詳細に開示されているように、少なくとも１つの相関曲線ピークを生成する。
【００４６】
すなわち、参照画像と現在の画像は、相関関数を生成するために、処理される。１つの実施の形態において、現在の画像は、デジタル的に、２つの画像パターンを前回に見つけられた特定周期の近傍で、最も近くに並べさせるオフセットを含むオフセットまたは空間転移位置の範囲に渡り、参照画像に対して移動される。相関関数は、パターンアライメントの程度を示し、よって、２つの画像がデジタル的に移動されるときにこれらの画像を整列させるのに必要なオフセットの量を示す。そして、このオフセットは、スケール１１０に対する読取ヘッド１２６の絶対位置を、第２分解能から、読取ヘッド１２６が提供する倍率によって分割されるアレイ１６６の１画素ピッチ増加未満に極めて対応する第３分解能まで精緻化するのに用いられる。
【００４７】
様々な実施の形態において、参照画像は、統合スケールトラック３００の周期部分の合成画像である。様々な他の実施の形態において、参照画像は、読取ヘッド１２６を用いて統合スケールトラック３００から捕らえられた代表画像である。
【００４８】
いくつかの異なる、参照画像と現在の画像を比較するための技術がある。例えば、第１例の技術において、現在の画像のフレームの全体長さは、単一の相関値を生成するために、画素毎に、選択された１つ以上の行を参照画像の全体フレームの幅と比較するときに用いられる。この場合、他の現在の参照および変位された画像の領域と重ならない参照および現在の画像の領域にあるそれらの画素が、初期比較値を有する画素と比較されたり、初期比較値が割り当てられたりする。
他の実施の形態においては、部分画像が比較される。いずれの場合も、相関ピークを示す一連の相関値は、各比較が行われた後に参照画像に対する１つ以上の画素で現在の画像を移動させることによって、生成される。
【００４９】
図３は、本発明による統合スケールトラック３００の第１実施の形態３００’の配置図である。図３に示すように、統合スケールトラック３００’は、複数の周期部分３１０、および複数の非周期部分３３０を含む。複数の周期部分３１０、および複数の非周期部分３３０は、分けられたり、図３に示すように、幅３５０を有し、測定軸方向１１２に沿って伸びる単一のスケールトラック３００に組み込まれたりする。すなわち、複数の周期部分３１０および複数の非周期部分３３０は、それぞれ、トラック幅３５０で測定軸方向を横切って完全に伸びる。様々な実施の形態において、部分３１０および３３０は、スケール１１０の全長に沿って繰り返し列状態で配置されている。随意に、非周期部分３３０のいくつかの実施の形態は、所定の特性３２０を含む。
【００５０】
周期部分３１０および非周期部分３３０の両方をトラック幅３５０に組み込むことによって、光検出器１６６の画像素子１６２など、トラック幅３５０内に単一のスケール統合スケールトラック３００に渡って位置決めされた検知要素は、測定軸方向１１２に沿った読取ヘッド１２６に相対するスケール１１０の様々な位置で周期部分３１０および／または非周期部分３３０に含まれる情報を検出するのに使用可能である。逆に、測定軸方向１１２に対して横断する方向における統合スケールトラック３００と読取ヘッド１２６の配置は、重要ではなく、以下にさらに述べるように、簡単なセットアップを提供し、測定操作をより堅牢でそして／またはよりすばやく実行可能にすることを許容する。さらに、スケール１１０と読取ヘッド１２６の全体幅を減少させることができる。
【００５１】
図３に示すように、光検出器１６６によって単一画像として捕らえられ得る統合スケールトラック３００の一部に対応する検出窓３４０が、スケール１１０に沿ってかつスケール１１０上の統合スケールトラック３００の幅３５０の少なくともいくつかを横切って伸びる。本発明による統合スケールトラック３００の構成によって、統合スケールトラック３００内の測定軸方向１１２に対して横切る検出窓３４０の幅は、検出窓３４０の測定軸方向１１２に沿って伸びる各行の画像素子１６２が実質的に同じ情報を含むから、重要ではない。しかしながら、検出窓３４０の幅が増加し統合スケールトラック３００’の幅３５０に近づくとき、測定システムのＳ／Ｎ比は、一般に良くなる。
【００５２】
様々な実施の形態において、光検出器１６０のサイズおよび読取ヘッド１２６の光学素子１４０〜１５２によって提供される倍率は、測定軸１１２に沿った部分３１０および３３０の広がりと協働して、検出窓３４０が測定軸方向１１２に沿って十分に広がり、完全な非周期部分３３０がスケール１１０に沿った読取ヘッド１２６の部分に関係なく、検出窓３４０に現れることを保証されているようなものである。検出窓３４０が少なくともこの長さであれば、完全な非周期部分３３０を復号することは、読取ヘッド１２６のいくつかの位置が結果として検出窓３４０に出現する２つの不完全な非周期部分３３０になることに対して、非常に簡単化される。
【００５３】
代わりに、図３に概略的に示すように、様々な実施の形態において、検出窓３４０は測定軸方向１１２に沿って十分に伸び、完全な非周期部分３３０を読取ヘッド１２６とスケール１１０の相対位置に関係なく、完全な非周期部分３３０に対応する情報が連続した非周期部分３３０の２つの分離されたセグメントから「再構成」することができるものとして使用される。この条件を満たすために、検出窓３４０は、一般に、１つの非周期部分３３０の端から隣接する非周期部分３３０の対応する端までの距離に等しいかまたは幾分大きい量で、測定軸方向に沿って伸びる。このような距離は、一般に、完全な非周期部分３３０と完全な周期部分３１０を含む。読取ヘッド１２６のいくつかの位置で、そのような検出窓３４０は、また、一般に、周期部分３１０に通常含まれるスケール要素の数以下である少なくともいくつかの周期部分３１０の完全なスケール要素で境界が示されている１つの完全な中央に位置決められた非周期部分３３０を含む。
【００５４】
いかなる場合でも、そのような検出窓３４０に対して、連続した非周期部分３３０のパターンは、意図された再構成技術に鑑みて、選択しなければならない。
例えば、そのパターンは、連続したバイナリ符号として、または公知の擬似ランダム「チェーン」符号技術などに従って、選択されてもよい。関連する再構成操作は、非周期部分３３０における所定の特徴３２０を含む実施の形態において、簡素化し、そして／またはより堅牢にまたは速くされるかもしれない。
【００５５】
図３に示す統合スケールトラック３００’の第１実施の形態において、所定の部分３２０は、各非周期部分３３０の一方の側に位置決めされている。しかしながら、様々な実施の形態において、所定の部分３２０は、各非周期部分３３０の両側に位置決めされている。この場合、非周期部分３３０の一端の所定の部分３２０は、非周期部分３３０の他端の所定の部分３２０と区別してもよい。様々な他の実施の形態において、所定の部分３２０は、非周期部分３３０の中央にさらに向けて位置決めされている。
【００５６】
所定の部分３２０は、周期部分３１０および／または非周期部分３３０の他のパターン特徴から確実にかつ容易に区別されるような特徴または特徴の組合せとしてもよい。例えば、そのような特徴は、限定はされないが、測定軸方向１１２に沿った一意の長さを有する明るいまたは暗いバー、測定軸方向１１２に沿った明るいそして／または暗いバーの一意のパターン、および／または光検出器１６０の画像素子１６２によって検出可能な唯一の色または強度を有する１つ以上のバーを含む。様々な実施の形態において、所定の部分３２０の全ては、同一のものである。
【００５７】
使用される信号処理アルゴリズムに応じて、所定の部分３２０は、削除してもよい。しかしながら、そのような所定の部分３２０を使用することは、検出窓３４０内の非周期部分３３０を迅速かつ確実に特定し、見つけるために使用される信号処理アルゴリズムを簡素化するかもしれない。
【００５８】
所定の部分３２０が含まれているか否かに関係なく、各非周期部分３３０は、識別可能そして／または一意の符号要素のパターンを含む。この識別可能そして／または一意の符号要素のパターンは、検出窓３４０に出現する特定の非周期部分３３０が確実に求められることを可能にする。スケール１１０に沿った各特定の非周期部分３３０の位置が予め決められているかまたは計算することができるから、非周期部分３３０の符号要素の特定の識別そして／または一意のパターンを求めることによって、どの非周期部分３３０が検出窓３４０に出現するかを特定することが、検出窓３４０の絶対位置、その結果スケール１１０に相対する読取ヘッド１２６の絶対位置を、非周期的な部分３３０の間の間隔と同様の第１分解能で粗く決定することを可能にする。
【００５９】
すなわち、与えられた基点に相対するスケール１１０上の与えられた非周期部分３３０の位置は高度の正確さおよび精度で知られる一方、検出窓３４０に相対する非周期部分３３０および周期部分３１０の位置は、検出窓３４０に出現する非周期部分３３０の符号値を簡単に求める操作に基づいて知られる必要はない。
特に、部分３１０および３３０は、検出窓３４０内のいずれかに位置決めされるであろう。
【００６０】
上記したように、特定の非周期部分３３０に対応する測定値は、識別可能そして／または一意のパターンによって予め決定し、または識別可能そして／または一意のパターンから計算することができる。すなわち、様々な実施の形態において、識別可能そして／または一意のパターンは、その識別可能そして／または一意のパターンを含む非周期部分３３０に対応するスケール１１０上の名目上の位置の測定値を保存するルックアップテーブル内に保存される。この場合、様々な実施の形態において、識別可能そして／または一意のパターンは、所望の順序または連続して発生することができ、ここでは、隣接する非周期部分３３０の識別可能そして／または一意のパターン間の関係は、示される必要はない。この場合、識別可能そして／または一意のパターンは、例えば、隣接する非周期部分の識別可能そして／または一意のパターン間の違いを増すように、所望の方法により非周期部分３３０間で分散することができる。
【００６１】
様々な他の実施の形態において、識別可能そして／または一意のパターンは、それらを含む非周期部分３３０の位置に、ある方法で、客観的に対応することができる。そして、この対応は、スケール１１０に沿った非周期部分３３０の絶対位置を、そしてその結果、検出窓３４０の絶対位置、そして読取ヘッド１２６の絶対位置を直接求めまたは計算するのに使用することができる。様々な実施の形態において、非周期部分３３０は、規則的なピッチまたは間隔で、スケール１１０に沿って配置される。特定の非周期部分３３０の識別可能そして／または一意のパターンは、一意のパターンまたは符号語として２値またはより高い数値を規定する。また、スケール１１０に沿って連続する非周期部分３３０によって示される数値は、連続するものである。
【００６２】
従って、例えば、第１連続非周期部分３３０は、数値「１」を規定する識別可能そして／または一意のパターンを有するであろう。そして、数値は、各連続した一連の非周期部分３３０に対して、１ずつ増加することができる。様々な実施の形態において、特定の数値がスケール１１０上の非周期部分３３０のピッチまたは間隔によって増すときに、数値が１から始まり、１ずつ増加すると、基点からの非周期部分３３０の絶対位置が知られる。
【００６３】
連続した数または符号語が使用されるとき、検出窓３４０の左部分において撮像された数値または符号語の後縁セグメントおよび検出窓３４０の右部分において撮像された非周期部分３３０の数値または符号語の先導セグメントから、完全な符号を再構成することは、特に、速くて容易である。従って、統合スケールトラック３００’に相対する検出窓３４０のスパンが要求されて、少なくとも１つの完全な連続した非周期部分３３０ができる限りスケール画像に含まれることを保証するサイズより小さい最小使用可能なサイズであるとき、連続した数値または符号語は、特に有用である。もちろん、より複雑で不規則な構成、方式および方法を、識別可能そして／または一意のパターンとそれらの識別可能そして／または一意のパターンを含む非周期部分３３０の位置を関係付けるのに使用することができる。
【００６４】
それぞれの特定の非周期部分３３０は測定軸方向に沿って広がる領域に渡って分散されるけれども、それぞれの特定の非周期部分３３０は、それにも関わらず、スケール１１０に沿った特定のポイントに関連する測定値に一意に対応しまたは特定する。特定の非周期部分３３０によって示される測定値に対応するスケールに沿ったそれぞれの特定のポイントに対して、その特定のポイントはローカル基準として参照することができる。
【００６５】
一般に、ローカル基準は、検出窓３４０に対して位置決め可能であるスケール１１０上の１つ以上の特別に認識可能な明るいそして／または暗いバーの端、中央、他の局地化された特性としてもよい。本発明によれば、ローカル基準は、統合スケールトラック３００に特に付加しなければならない個々の特徴または特性とする必要はない。むしろ、統合スケールトラック３００の画像に関連する信号処理は、ローカル基準として、統合スケールトラック３００の特別に認識可能な局所化された特徴または特性を暗に選択し、使用してもよい。
【００６６】
１つの実施の形態において、ローカル基準は、そのローカル基準に関連する測定値を示す非周期部分３３０に直接に隣接する周期部分３１０のバーの特性として都合よく選択される。さらなる実施の形態において、ローカル基準は、そのローカル基準に関連する測定値を示す非周期部分３３０に関連する所定の部分３２０の特性として都合よく選択される。そのような実施の形態は、検出窓３４０内のローカル基準を素早く確実に特定し、見つけることが要求される信号処理アルゴリズムを簡単化するかもしれない。
【００６７】
検出窓３４０に出現する非周期部分３３０が第１分解能絶対位置を求めるために解析される前、その最中、またはその後に、ローカル基準は、検出窓３４０に対して見つけることができる。例えば、ローカル基準を特定しそして／また見つけることは、様々な画像素子１６２に関連する画像強度値に適用される、公知の端探索または中央探索技術などに基づいてもよい。いかなる場合でも、検出窓３４０に対するローカル基準の位置は、絶対位置測定の分解能を前述した第１分解能より細かい第２分解能に精緻化するのに用いられる。
【００６８】
本発明による統合スケールトラック３００を使用することによって、測定軸方向１１２に一般に対応する方向に伸びる画像素子１６２の１つの行、または多くとも数行は、第２分解能でローカル基準の位置を求めるために、解析される必要がある。従って、本発明による統合スケールトラックを使用するシステムは、測定軸方向１１２に対して横切る読取ヘッド１２６およびスケール１１０の静的または動的ミスアライメントに関して非常に堅牢さを保つ一方、速い信号処理を達成することができる。
【００６９】
一般に、第２分解能位置測定値における不確実性が周期部分３１０の増加ピッチの１つのそのような増分値内にあることを保証するために、第２分解能位置測定が周期部分３１０の増加ピッチの約１／２より細かい分解能で信頼できて、堅牢で正確であることが必要でかつ十分である。このような場合、たとえ周期部分３１０に含まれる１つの周期が一般に次の周期と区別することができなくても、検出窓３４０における周期部分３１０の解析に基づいたさらなる分解能精緻化を含む位置測定は、明白である。
【００７０】
光検出器１６０上に映し出されたスケール画像に関して、一般に、ローカル基準位置の不確実性が光検出器１６０上の周期部分３１０の増加ピッチの１つの増分値内にあることを保証するために、ローカル基準位置が光検出器１６０上の周期部分３１０の増加ピッチの約１／２より細かい分解能で求められることが必要でかつ十分である。様々な実施の形態において、増加ピッチおよびレンズ１４０により提供された倍率は、光検出器１６０上の周期部分３１０のスケールバーの映し出された画像のピッチが少なくとも画像素子１６２の画素ピッチの３倍であるように選択される。よって、ローカル基準の位置は、ほぼ画像素子１６２の１画素ピッチと変わりない分解能で検出窓３４０に対して求められる必要がある。
【００７１】
様々な他の実施の形態において、堅牢で簡単なデータ探索技術は、例えば１画素ピッチ以上の分解能での端探索など、画素強度値変化に基づいて選択される。そして、予期された簡単なデータ探索技術を使用して、画素ピッチに関する達成可能なローカル基準探索分解能が、該当する予期されたスケール特徴および実際のミスアライメント、汚れなどに関して、実験によって求められるか確認される。最終的には、周期部分３１０に用いられる増加ピッチは、様々な実際の実験環境下で達成可能なローカル基準探索分解能が光検出器１６０上の周期部分３１０のスケールバーの映し出された画像のピッチのほぼ３／８倍以下であるように選択される。このような構成は堅牢で、さらに簡素で速い信号処理を可能にする。
【００７２】
周期部分３１０は、検出窓３４０に対する絶対位置スケールの測定、その結果読取ヘッド１２６に対する第３分解能での測定を精緻化するのに使用することができる。第３分解能は、少なくとも数倍細かい精度を有し、そして、増加ピッチにより数倍細かくてもよい。第３分解能は、サブ画素分解能で検出窓３４０に対する映し出されたスケール画像を見つけ出すことに対応可能にする。
【００７３】
図２を参照して前述したように、スケール１１０は、一般に、スケール要素１１６およびスケール要素を分離する空間１１９を含む。周期部分３１０は、様々な実施の形態において、潜在的な増加ピッチに従って配置されたスケール要素１１６および空間１１９のパターンを有する。１つの増加ピッチは、１つのスケール要素および１つの空間１１９の測定軸に沿った寸法に対応する。様々な実施の形態において、空間１１９および要素１１６は、測定軸方向１１２に沿って等しい寸法を有するが、それらは等しい必要がない。
【００７４】
様々な実施の形態において、周期部分３１０は、潜在的な増加ピッチに従う周期部分３１０に含まれることができるスケール要素１１６および空間１１９の最大可能数を含む。しかしながら、様々な他の実施の形態において、この最大可能数以下のスケール要素１１６が周期部分３１０に含まれる。さらに他の実施の形態において、「通常」のスケール要素１１６の数と基本的なピッチに対するそのようなスケール要素１１６の配置の精度が検出窓３４０に対する周期部分３１０の映し出されたスケール画像をサブ画素分解能で求めることを可能にするに十分であれば、奇数サイズまたは配置ずれのスケール要素でも周期部分３１０に含まれることができる。
【００７５】
例えば、１つの実施の形態において、以下にさらに詳細に述べるように、周期部分３１０に含まれる「通常」のスケール要素１１６の数は、比較的良好な相関を示すピークまたは谷の振幅を有する相関曲線を求めるのに十分である。画像において画像行が測定軸方向に沿って伸びる様々な実施の形態において、周期部分３１０に相当する現在画像の少なくとも１部のいくつかのまたは全ての行を、少なくとも同様の周期部分を含む参照画像と画素毎に比較し、そして、現在および参照画像のそれぞれの比較値を生成するために、それぞれを相対的に１画素移動することによって、相関曲線を生成することができる。
【００７６】
第２分解能が１画素ピッチの分解能に対応する様々な実施の形態において、相関曲線は、サブ画素分解能を得るためのみに生成される。米国特許出願０９／７３１，６７１は、相関曲線のピークまたは谷の画素またはサブ画素の位置を、高精度で求めるための各種方法を開示する。これらの技術または公知のまたは後に開発される他の適当な技術のいずれも、画素および／またはサブ画素分解能で検出窓３４０に対する映し出されたスケール画像のオフセット位置を画素および／またはサブ画素分解能で求めるのに使用することができる。従って、読取ヘッド１２６に対するスケール１１０の位置は、第３分解能で、かつ増加ピッチより少なくとも２，３倍（または数倍）細かい精度で求められる。
【００７７】
符号化スケールトラックが、本発明による統合スケールトラックの形態３００’の周期部分３１０のような予測可能な周期部分を含むとき、そのような周期部分を使用可能な高分解能または第３分解能位置測定技術は、擬似ランダムスケールトラックなどのような他のタイプの符号化スケールトラックに関連する技術および結果に対して特に簡単で、速くて正確である。例えば、高分解能位置測定用の相関技術に基づいたソフトウェアまたはハードウェアを使用する実施の形態において、参照画像またはハードウェア検出構成は、単一の固定された周期的構成とすることができる。全ての周期部分が実質的に同様で、予測可能であるから、ハードウェア検出構成の改良、または参照画像を現在の画像に更新または合致させることなどは必要でない。さらに、実質的にまたは完全に周期的画像または画像部分の位置の検出に基づいたソフトウェアまたはハードウェアの精度は、読取ヘッドミスアライメントなどに起因する画像ぼけをほとんど検出しない傾向がある。
【００７８】
図４は、図３に示す統合スケールトラック３００’に相当する統合絶対スケールトラック４００の一実施の形態を示す図である。図４に示すように、統合スケールトラック４００は、周期部分４１０と、測定軸方向１１２に沿って代わりに配置された非周期部分４３０とを有する。図４に示す実施の形態において、非周期部分４３０は、所定のパターン部分４２０を含む。読取ヘッド１２６は、測定軸方向１１２に沿って統合スケールトラック４００に相対して移動する。周期部分４１０は、測定軸方向１１２に沿って同じ広がりをそれぞれ有し、空間４１４によって互いに分離されているスケール要素４１２を含む。各空間はそれぞれ測定軸方向１１２に沿って同じ広がりを有する。様々な実施の形態において、スケール要素４１２および空間４１４の広がりは、要求はされないが、同じである。
【００７９】
様々な実施の形態において、統合スケールトラック４００の非周期部分４３０は、符号ゾーン４５０によって図４に示されている複数の符号ゾーンを含む。符号要素４３２は、上述したように、各符号ゾーンに存在したり不在であったりし、各非周期部分４３０における符号要素の識別可能でそして／または一意のパターンを提供する。様々な実施の形態において、測定軸方向１１２に沿った符号ゾーン４５０の各符号ゾーンの広がりは、スケール要素４１２の広がり以下である。よって、対応する個々の符号要素４３２は、それらが干渉し、測定軸に沿った識別不可な境界または端を示す符号例においてさえ、スケール要素４１２より測定軸方向１１２に沿って狭い。様々な実施の形態において、符号ゾーン４５０の各符号ゾーンの広がりは、便宜上同じにされる。しかしながら、様々な他の実施の形態において、様々な符号ゾーン４５０の広がりは、変えてもよい。この場合、この変化は、対応する信号処理アルゴリズムに適用される。
【００８０】
非周期部分４３０は、１つの周期部分４１０分離れて間隔があけられている。
各非周期部分４３０は、ローカル基準４３６に関連する測定値を示す。前述したように、ローカル基準４３６は、必ずしも、統合スケールトラック４００の別々の特徴または特性ではない。むしろ、統合スケールトラック４００に関連する信号処理は、ローカル基準４３６として、統合スケールトラック４００の明確に認識可能な局所化可能特徴か特性を暗黙的に選択する。図４に示す実施の形態において、ローカル基準４３６は、非周期部分４３０の第１符号要素４３２の左に直接隣接する周期部分４１０のスケール要素４１２の右端として便宜上選択される。しかしながら、この選択は上述したようにいくらか任意のものであることを認識すべきであろう。代わりに、ローカル基準４３６は、非周期部分４３０における特定可能な特性とすることができる。図４に示す実施の形態において、各ローカル基準４３６は、距離ｄ０で、隣接するローカル基準４３６と間隔をあけられている。様々な実施の形態において、距離ｄ０は、常時１つの非周期部分４３０が検出窓４４０内にあるように選択される。
【００８１】
様々な実施の形態において、符号要素４３２は、反射する要素であり、そして、符号ゾーン４５０は、符号要素４３２を欠くときには、反射がないものである。特に、反射する符号要素４３２を有する符号ゾーン４５０がバイナリコード１として復号されると、符号ゾーン４５０の空白部分は、バイナリコード０として復号される。従って、符号ゾーン４５０における符号要素４３２のパターンは、ローカル基準４３６の測定値を、その結果、第１分解能で検出窓４４０および読取ヘッド１２６の位置を特定するように復号されることが可能であるバイナリ数または符号語を形成する。
【００８２】
図４に示すように、例示する所定部分４２０は、非周期部分４３０の左にある第１の２つの符号ゾーン４５０を使用し、そして、測定軸方向１１２に沿った特定の所定部分４２０の位置に関係なく、特定される。これらの所定部分４２０の機能は、主に、検出窓４４０における非周期部分４３０を探す信号処理が簡単で、速く堅牢になることを可能にする。例えば、所定部分４２０の左にある空白符号ゾーン４５０は、常に、その左にある周期部分４１２と、所定部分４２０の右にある符号ゾーン４５０における符合要素４３２とによって囲まれている。
【００８３】
その結果、検出窓４４０における１行の画素データを解析し、左から右へ移動させることによって、この空白の符号ゾーン４５０は、より複雑な探索または解析を必要とせずに、その左に対する周期部分４１０の周期スケール要素４１２および空間４１４のそれぞれより小さい幅を有する第１空間として容易に認識される。よって、右に所定のパターン部分４２０に続く特定数の符合ゾーン４５０がローカル基準４３６の測定値に対応する一意の符号を含むことが、設計によってさらに知られている。前述したように、様々な他の実施の形態において、所定部分は、図４に示されるパターンに対して代わりのパターンとして使用され、各種の代替信号処理方法を補完するために、非周期部分の右側または両側に位置決めされている。
【００８４】
図４に示す実施の形態において、一意の符号が、ライン４５２によって示されている間隔内の１７個の符号ゾーンに対応するバイナリビット値に定義される。非周期部分４３０の右側における符号ゾーン４２４は、単に、その右に、周期スケール要素４１２の端を明確に規定するための空間を提供する空白の符号ゾーン４５０である。しかしながら、様々な他の実施の形態において、符号ゾーン４２４は、コード要素４３２を含むようにしてもよいし、その結果、統合スケールトラック４００の可能絶対位置測定範囲を順に増す一意の符号の可能数を拡張するために付加バイナリビット値を提供するようにしてもよい。
【００８５】
統合スケールトラック４００の１つの実施の形態において、スケール要素４１２および空間４１４は、それぞれ、２０μｍの測定軸に沿った広がりを有し、４０μｍの増加ピッチを定義する。符号ゾーンは、５μｍの広がりを有し、そしてｄ０は３２０μｍであり、上記増加ピッチの８倍である。検出窓４４０は、測定軸方向１１２に対応する方向に約３５２画素を有する光検出器１６０に対応し、その結果、スケール１１０上の５μｍの領域が光検出器１６０上の約４．４画素に対応する画像を映し出す。よって、間隔４５２上に配置されている１７−ビット符号は、統合スケールトラック４００の１／３未満を占有する一方、約４２ｍの絶対範囲を可能にする。よって、統合スケールトラック４００の領域の２／３は、周期部分４１０に使用され、上述したように、高分解能位置測定の速度および精度を増す。発明者は、比較可能なスケールパラメータおよび小型の読み取りヘッドを用いて信頼可能なサブミクロン測定を達成した。よって、本発明の原理による小型で実用的な絶対位置測定装置は、高分解能可能と絶対測定範囲の注目すべき組合せを提供する。
【００８６】
さらに、空間的に連続する１７ビット符号が連続する２進数であるとき、それらは、ローカル基準の測定値を直接示すようにしてもよい。これは、擬似ランダム符号などの必要性と、関連するメモリ回路、ルックアップテーブルおよび関連する信号処理とを排除する。よって、発明者は、特に多数の符号を必要とする長い測定範囲に対して、そして特に信号処理がＤＳＰの数値処理能力を含むときに、連続２進数を含む統合スケールトラックに関連する信号処理システムが擬似ランダム符号などを含むものより一般に非常に速くて経済的であることを見つけた。
【００８７】
図４に示す構成に関し、そのような実施の形態において、比較的大きなスケール要素４１２と空間４１４は、汚れ、欠陥、およびスケール１１０と読取ヘッド１２６間のギャップにおける静的および動的変化にも関わらず、堅牢に目で見え、関連高分解能位置測定の堅牢さおよび精度を向上させる。逆に、比較的細かい符号ゾーン４５０およびコード要素４３２は、汚れ、欠陥、およびスケール１１０と読取ヘッド１２６間のギャップにおける静的および動的変化にも関わらず、十分に目で見えるが、スケール長／領域の小さい部分における多数のビットを提供することによって長い絶対範囲を許可するに十分細かく、その結果、よりスケール長／領域を、高分解能位置測定を向上させる周期部分４１０における情報に捧げることができる。もちろん、符号ゾーン４５０は、例えば符号ゾーン４５０のサイズがスケール要素４１２および空間４１４のサイズに近づくように、比較的粗くすることができる。しかしながら、そのような場合、非周期部分４３０は比較的長くなり、読取ヘッド１２６の対応長さは、与えられた読取ヘッドサイズ内で読み取り可能な減少された数の符号ビットに対して、比較的増しそして／または最大絶対範囲は比較的減少する。
【００８８】
全てのスケール要素４１２および符号要素４３２が統合スケールトラック４００の全幅３５０に伸びるとき、測定軸１１２に対して横切る読取ヘッド１２６のアライメントは、重要でない。その結果、検出窓４４０を横切る広い中央ゾーンに対応する画素の行のいずれも、ローカル基準３６０を見つけるために必要な情報を含むこと、および関連する一意の符号を見つけて復号することを保証することができる。この特徴は、特定の探索操作、または別な方法で潜在的ミスアライメントを補正するために必要な他の２軸操作を排除することができる堅牢で速い信号処理を可能にする。
【００８９】
周期部分４１０のみが所望の全体スケール精度に比例した正確な位置決めおよび製作を要求されるので、本発明による統合スケールトラックを含むスケールを製作することが特に容易で経済的である。例えば、従来の高精度増加スケールにしばしば用いられる露光方法を使用することによって、各スケール要素４１２は、公知で高精度な連続したステップと反復露光手順を用いることで定義することができる。代わりに、そのような手順で製作された比較的長いマスクは使用することができる。いずれの場合でも、非周期部分４３０内のステップは、露光を受けない、またはこの初期製作段階中に処理されない。
【００９０】
そして、本発明による非周期部分４３０が特に正確な位置決めおよび製作を必要としないから、非周期部分４３０の一意のパターンは、プログラマブル高速スキャンレーザ露光システムなどを用いて後に露光される。よって、最も正確な操作は、簡素化され、そしてより経済的で正確にされ、一方、一意の符号化操作の精度は、それらをより柔軟で速くて経済的にするために、緩和される。
【００９１】
操作において、スケール４００の画像は、図４に示す検出窓４４０に対応しながら捕らえられる。そして、この画像は、検出窓４４０に現れる所定部分４２０を特定するために解析される。スケールトラック４００の構成が先験的に知られているので、いったん所定部分４２０が見つけられると、符号部分は、見つけられた所定部分４２０の右に近接して生じることが知られている。間隔４５２に対応する符号ゾーン４５０における符号要素４３２および空間に対応する、捕らえられた画像の明るくそして暗い部分のパターンと広がりは、これらのパターンと広がりによって定義される符号語を抽出するために求められる。
【００９２】
そして、抽出された符号語は、ルックアップテーブルのアドレスエントリとして使用されるか、ローカル基準４３６の測定値、そしてその結果、ローカル基準４３６および／または非周期部分４３０の間隔にほぼ対応する第１分解能でスケール１１０に対する検出窓４４０と読取ヘッド１２６の位置を求めるための式の変数として使用される。様々な実施の形態において、非周期部分４３０近傍の検出窓４４０に出現する周期部分４１０の与えられた特徴は、ローカル基準４３６となる。
【００９３】
絶対位置測定分解能をさらに精緻化するために、検出窓４４０の左端４４２または右端４４４に対するローカル基準４３６を見つけることは、便利で十分である。図４に示すように、検出窓４４０の左端４４２が左のローカル基準４３６に対する基準ポイントとして使用されるとき、オフセット距離ｄ１に対応する画素の数は、１または数画素内で容易に求められ、この画素距離は、光検出器１６０の周知の幾何学的特性と読取ヘッド１２６の倍率に基づいて実際のオフセット距離ｄ１に変換されてもよい。
【００９４】
オフセット距離ｄ１がローカル基準４３６の測定値に付加されるとき、スケール１１０に対する読取ヘッド１２６の絶対位置は第２分解能で知られ、第２分解能は、周期部分４１０の増加ピッチの１／２より細かく、読取ヘッド１２６の倍率によって分けられる画素ピッチの１また数倍にほぼ対応する。一般に、オフセット距離ｄ１は、関連信号処理と関係がある右端４４４または左端４４２のいずれかに基づいて定義することができる。
【００９５】
上述した比較的低分解能位置測定は、現時点では、検出窓４４０に利用可能な比較的わずかな位置情報を使用している。読取ヘッド１２６とスケール１１０の間の絶対位置測定をさらに改善するために、検出窓４４０におけるさらなる情報を使用することが望ましく、その結果、局所的製作誤り、欠陥、汚れなどの効果が平均化され、より良好なＳ／Ｎ比、より正確な位置測定を提供する。特に、検出窓４４０に現れる周期部分４１０から生じるいくつかのまたは全ての情報および／または信号に基づいて位置測定をすることが望ましい。実際、目標は、前述したオフセット距離ｄ１の評価値を精緻化することである。
【００９６】
様々な実施の形態において、図５に示すような相関関数が、検出窓４４０に対応する捕らえられた画像を周期部分４１０の周期要素４１２および空間４１４に合致するように選択された参照画像と比較することによって、生成される。参照画像は、スケール１１０から得られた実際の画像または合成画像とすることができる。参照画像に対する唯一の要求は、参照画像が、十分な相関関数を生成することを可能にする十分なサイズの周期部分４１０の構成に対応する周期部分を有することである。例えば、様々な実施の形態において、参照画像は、スケール１１０の全ての検出された画像において連続して生じることが保証された唯一の連続周期スケール要素４１２の数を含むように、スケール１１０の完全な検出された画像より測定軸方向に沿って短くてもよい。
【００９７】
様々な他の実施の形態において、合成画像が使用されるならば、合成画像は、周期部分４１０のスケール要素４１２と空間４１４の構成のみを含むようにしてもよいが、その構成は合成画像の全長に渡る。代わりに、合成画像は、周期部分４１０、所定部分４２０および代表する非周期部分４３０を含むことができる。同様に、スケール１１０自身から得られた参照画像は、一般に、周期部分４１０、所定部分４２０および非周期部分４３０の１つを含むであろう。しかしながら、参照画像のこれらのタイプのいずれもが、相関操作の間に削除またはスキップされた非周期部分（複数の非周期部分）の位置に対応する画像の適切な部分を有することができる。実際の参照画像に関して、非周期部分４３０の位置は、例えば、上述した様々な符号ゾーン探索方法の１つに基づいて求めることができる。
【００９８】
読取ヘッド１２６がスケール１１０に対してヨーミスアライメントがある状態で装着されると、スケール１１０からの実際の画像は、理想的に配置されたスケール１１０の参照画像に対して回転されるであろう。しかしながら、一般に、ミスアライメントによるそのような限定された画像回転は、スケール１１０に沿った読取ヘッド１２６の位置に関わらず、一致するであろう。よって、そのような画像の回転は、それぞれの位置でほぼ同じであり、様々な実施の形態において、無視することができる誤差を生成する。様々な他の実施の形態において、実際の画像と理想的な配置された参照画像の間の回転ミスアライメントの量が、較正手順中に、公知のまたは後に開発される回転相関手法などを用いることによって、求められる。そして、参照または実際の画像は、相関操作の精度および位置測定の精度を増強するために、通常の操作中に生じる信号処理前またはその間に、計算上回転されて整列される。さらに他の実施の形態において、参照画像は、一致した回転ミスアライメントを含む実際の画像から導き出される。この場合、参照画像は、本質的に、連続した実際の画像と回転的に整列される。
【００９９】
図５は、参照画像が周期部分４１０のスケール要素４１２および空間４１４の構成に付加された代表する非周期部分４３０を含むときに得られる相関曲線４９０を示す。その結果、参照画像と検出窓４４０に対応する捕らえられた画像間のオフセットが参照画像の非周期部分４３０を捕らえられた画像の非周期部分４３０と整列させるとき、相関曲線４９０のピークまたは谷はそれらの最大振幅に到達する。これに対し、参照画像と捕らえられた画像間のオフセットが、一方の画像の周期部分４１０が他の画像の非周期部分４３０と整列するようなものであるとき、相関関数のピークまたは谷の振幅は最小値となる。しかしながら、相関関数における隣り合うピーク間または隣り合う谷間の全体的な周期ｐは、周期部分４１０の増加ピッチに対応し、非周期部分の出現に関わらず、相関曲線４９０の全体に渡って、目に見えた状態のままである。
【０１００】
上述した操作によれば、オフセット距離ｄ１の初期評価は、増加ピッチの増分の１／２未満で確かに正確である。従って、絶対位置測定を改善するために、使用される相関のタイプに依存する、１つ以上の高い振幅の谷またはピークのオフセット位置を、ローカル基準４３６がその参照位置に一致する画像に関して、その予測されたオフセット位置に対して、求めることが必要なのみである。
【０１０１】
相関曲線を生成するために、一般に、より速い信号処理に関して、捕らえられた画像の単一の行のみ、または数行のみが最初に解析される。様々な実施の形態において、これは、相関曲線解析の第１部分の間で続行され、この第１部分では、位置評価を改善するのに用いられるべき少なくとも１つのピークまたは谷の適当な位置を見つけるために、画像の単一の行のみまたは選択された数行のみを用いることによって、加工されていない相関曲線が生成される。一般に、これは、いくつかの実施の形態において相関曲線のピークまたは谷となる、比較的良好な相関を示す振幅を有するピークまたは谷とすることができる。
【０１０２】
そのような適当なピークまたは谷がいったん特定されると、相関処理の第２部分において、相関曲線が、その選択されたピークまたは谷の周りの近傍における画素オフセット値のそれぞれのために生成される。これは、より時間が掛かる参照および捕らえられた画像の全ての行に対する全画素毎の解析が実行されることを許すが、特定されたピークまたは谷の位置を改善するのに用いられる特定されたピークまたは谷の近傍におけるそれらのオフセット位置のみが実際のオフセット位置を求めることを許す。相関処理のこの高精度第２部分の間に使用されるがその行の数は、所望の精度に依存する。最も高い精度に関して、検出窓４４０に含まれる全ての行は使用される。
【０１０３】
この高精度相関曲線がピークまたは谷の近傍においていったん生成されると、米国特許出願０９／７３１，６７１において特定された様々な方法のいずれかが使用され、サブ画素分解能でピークまたは谷の画素オフセット値を特定する。ローカル基準がその基準位置に一致する画像に対する実際のピークまたは谷のオフセット値とその予測オフセット値の間の差分は、評価されたオフセット距離ｄ１の分解能と精度、および結果として生じる絶対位置測定を改善するために使用される。
【０１０４】
例えば、一般に、先に評価されたオフセット距離ｄ１は、増加ピッチの１／２未満の付加量を加算または減算した増加ピッチの整数倍に等しい部分に分解されてもよい。先に評価されたオフセット距離ｄ１を改善するために、付加量は、切り捨てられ、ローカル基準がその基準位置に一致する画像に対する実際のピークまたは谷のオフセット値とその予測オフセット値の間の差分と置き換えられる。
【０１０５】
様々な他の実施の形態において、相関処理の第２部分は省かれる。この場合、正確でないまたは完全でない相関曲線は、米国特許出願０９／７３１，６７１に概説されているように、可能な最高の分解能でピークまたは谷の画素オフセット値を特定するのに使用することができ、そして、多数の有用なアプリケーションに対してまだ十分である。
【０１０６】
図６は、本発明による読取ヘッドとスケールの間の高分解能絶対位置測定値を求めるための方法の一実施の形態を概要する。ステップＳ１００で開始し、方法の操作はステップＳ２００に続き、スケールの一部の画像が取得される。もちろん、スケールの一部の画像は、１つ以上の周期部分と、完全な非周期部分に含まれる情報を求めるために効果的に結合可能である２つの非周期部分の１つ以上の非周期部分またはセグメントとのそれぞれの画像を含む必要がある。そして、ステップＳ３００において、ステップＳ２００において取得されたスケールの一部の画像に現れる非周期部分は、非周期部分として特定される。次いで、ステップＳ４００において、読取ヘッドとスケールの間の第１分解能絶対位置は、取得された画像に出現する特定された非周期部分に含まれる情報に基づいて求められる。そして、操作はステップＳ５００に続く。
【０１０７】
ステップＳ５００において、読取ヘッドとスケールの間の第２分解能相対位置が、取得された画像に出現する特定された非周期部分に関連するローカル基準の位置に基づいて求められる。様々な実施の形態において、ローカル基準は、特定された非周期部分に近接する取得された画像の周期部分内に現れまたは生じるかもしれない。これに対し、様々な他の実施の形態において、ローカル基準は、特定された非周期部分内に現れる。
【０１０８】
次に、ステップＳ６００において、取得された画像が、相関曲線を生成するために、参照画像と比較される。様々な実施の形態において、参照画像は、一般的な方法で取得された画像に対応する合成画像である。例えば、合成画像中に出現する非周期部分は、合成非周期部分と実際の非周期部分のそれぞれとの間の差分が可能な限り減少されるように、変化しないようにするもしくはスケール上に出現した非周期部分の全てをほぼ代表することができる。様々な他の実施の形態において、一般参照画像は、周期部分に対応する特徴のみを含むことができる。相関曲線が十分な精度で生成されることを可能にする合成画像のための構成を、使用することができる。様々な他の実施の形態において、スケールから得られた実際の画像が、参照画像として使用される。そして、ステップＳ７００において、読取ヘッドとスケールの間の第３分解能相対位置が、生成された相関曲線に基づいて求められる。そして、操作はステップＳ８００に続く。
【０１０９】
ステップＳ８００において、読取ヘッドとスケールの間の第１、第２および第３分解能相対位置が、取得された画像に対応する、読取ヘッドとスケールの間の相対位置の高分解能絶対測定値を生成するように結合される。そして、ステップＳ９００において、結合された測定値に基づいて求められるスケールに対する読取ヘッドの出力位置が出力される。そして、操作はステップＳ１０００に続き、方法の操作が終了する。
【０１１０】
図７は、ステップＳ３００の取得された画像に出現する非周期部分を特定するための方法の一実施の形態をより詳細に示すフローチャートである。図７に示すように、方法の操作がステップＳ３００で開始され、そしてステップＳ３１０に続き、取得された画像の測定軸方向に沿って広がり１つ以上の行が解析のために選択される。もちろん、選択された行の組は、取得された画像の行の全てとすることができる。そして、ステップＳ３２０において、選択された１つ以上の行が、スケール上に形成されたスケールトラックの容易に特定可能な所定部分の構成に対応することが知られている比較的明るくそして暗い画素の列を特定するために解析される。次に、ステップＳ３３０において、特定された所定部分に対する非周期部分の符号情報の先験的な知識と共に、取得された画像の１つ以上の選択された行の組における所定部分の特定された位置に基づいて、スケールと読取ヘッドの間の相対位置を求めるのに使用される非周期部分に対応する画素が特定される。
【０１１１】
図８は、ステップＳ４００の特定された非周期部分に基づいて第１分解能でスケールに対する読取ヘッドの絶対位置を求めるための方法の一実施の形態をより詳細に示すフローチャートである。図８に示すように、方法の操作がステップＳ４００で開始され、そしてステップＳ４１０に続き、取得された画像のいくつかの行が選択される。ステップＳ４１０において、選択された行の数は、ステップＳ３１０において選択され使用される行の組と同じにすることができる。代わりに、様々な他の実施の形態において、ステップＳ４１０は、ステップＳ３１０が既に実行されていれば、ステップＳ３００で使用された１つ以上の選択された行の同じ組がステップＳ４００で使用されるように、省くことができる。
【０１１２】
そして、ステップＳ４２０において、１つ以上の選択された行における非周期部分の画素の特定された位置に基づいて、画素の選択された１つ以上の行に現れる非周期部分の符号要素の列が解析される。一般に、これは、選択された１つ以上の行内に生じる比較的明るいそして暗い画素の列を解析することを意味する。次に、ステップＳ４３０において、解析された符号要素に対応する画素の列は、測定値を求めるのに使用することができる符号語を求めるために解析される。様々な実施の形態において、符号化されたスケール表示は、暗い画素がバイナリ値の一方に対応し、明るい画素がバイナリ値の他方に対応するバイナリ符号語を定義する。もちろん、３値または多値系などの非バイナリ符号化系を使用することができる。そして、操作はステップＳ４４０に続く。
【０１１３】
ステップＳ４４０において、符号語は、取得された画像におけるスケールの部分および／または位置、そしてその結果読取ヘッドに対するスケールの位置を、第１分解能で示す第１分解能距離測定値に変換される。様々な実施の形態において、符号語は、その符号語をルックアップテーブルに対する入力アドレスとして使用して、第１分解能距離測定値に変換される。符号語によって示されるアドレスに基づいたルックアップテーブルの出力は、対応する第１分解能距離測定値を示す。これに対し、様々な他の実施の形態において、符号語は、スケール上の基点とスケールに対する読取ヘッドの現在の位置の間の第１分解能周期ｄ０の数を定義する。よって、第１分解能周期ｄ０は、第１分解能距離測定値を取得するための符号語または数の値が乗じられる。様々な他の実施の形態において、符号語は、第１分解能周期ｄ０自身である数を定義する。そして、操作はステップＳ４５０に続き、方法の操作はステップＳ５００に戻る。
【０１１４】
ステップＳ５００に関して、第２分解能相対位置は、関連する信号処理操作において絶対的であるローカル基準の基準位置に対する、取得された画像におけるローカル基準の位置を求めることによって、求めることができる。ローカル基準の前述したタイプのいずれを使用してもよい。
【０１１５】
ローカル基準を定義するのに使用される特徴または特性がいかなるものであるかに関わらず、ローカル基準の基準位置が取得された画像の端であるとき、取得された画像の端までのローカル基準の距離は、ローカル基準を定義する特徴と取得された画像の端の間の画素の数を計数することによって、求められる。しかしながら、ローカル基準特徴の画素位置における少数の画素の順序における、そしてその結果、ローカル基準特徴と取得された画像の端との間の距離ｄ１における、予測されるいくつかの不確実性がある。
【０１１６】
図９は、図１に示す信号生成処理回路２００の一実施の形態をより詳細に示すブロック図である。図９に示すように、信号生成処理回路２００は、コントローラ２０５、光源ドライバ２２０、光検出器インタフェース２２５、メモリ２３０、部分探索回路２４０、復号回路２５０、距離決定回路２６０、比較回路２７０、比較結果累積器２７５、補間回路２８０、表示器ドライバ２０１およびオプション入力インタフェース２０３を含む。
【０１１７】
コントローラ２０５は、信号線２０６によって光源ドライバ２２０に、信号線２０７によって光検出器インタフェース２２５に、信号線２０８によってメモリに接続される。同様に、コントローラ２０５は、信号線２０９〜２１５によって部分探索回路２４０、復号回路２５０、距離決定回路２６０、比較回路２７０、比較結果累積器２７５、補間回路２８０および位置累積器２９０のそれぞれに接続される。最後に、コントローラ２０５は、信号線２１６によって表示器ドライバ２０１に、設けられているならば、信号線２１７によって入力インタフェース２０３に接続される。メモリ２３０は、現在画像部分２３２、参照画像部分２３４および相関部分２３６を含む。
【０１１８】
操作において、コントローラ２０５は、信号線２０６を経て光源ドライバ２２０に制御信号を出力する。応答において、光源ドライバ２２０は信号線１３２を経て光源１３０に駆動信号を出力する。次いで、コントローラ２０５は、光検出器インタフェース２２５およびメモリ２３０に信号線２０７および２０８を経て制御信号を出力し、各画像素子１６２に対応する光検出器１６０から信号線１６４を経て受信された信号部分を現在画像部分２３２に格納する。特に、個々の画像素子１６２からの画像値は、アレイ１６６における個々の画像素子１６２の位置に対応する二次元配列で現在画像部分２３２に格納される。
【０１１９】
取得されたすなわち現在の画像が現在画像部分２３２に格納された後、現在の画像は、信号線２３８を経て部分探索回路２４０へ出力される。そして、コントローラ２０５から信号線２０９を経て出力された制御信号に基づいて、部分探索回路２４０は、現在画像部分２３２に格納されている取得された画像の１つ以上の行を解析し、所定部分３２０および／または非周期部分３３０を見つける。そして、コントローラ２０５から信号線２１０を経た制御信号に基づいて、復号回路２５０は、メモリ２３０の現在画像部分２３２から、部分探索回路２４０によって見つけられ、取得された画像内に現れる非周期部分を入力する。
【０１２０】
そして、復号回路２５０は、上述した各種技術の１つを使用し、取得された画像の見つけられた部分における明るくそして暗い画素のパターンを符号語に変換し、符号語を第１分解能距離測定値に変換する。復号回路２５０は、第１分解能位置測定値を、信号線２５２を経て位置累積器２９０に出力する。
【０１２１】
次に、部分探索回路２４０によって見つけられた所定部分または非周期部分に基づいて、コントローラ２０５は、制御信号を、信号線２２１を経て距離決定回路２６０に出力する。応答において、距離決定回路２６０は、取得された画像の端の１つとメモリ２３０の現在画像部分２３２からローカル基準の位置を求めるために必要である取得された画像の部分など、少なくともローカル基準用参照画像を含む取得された画像の全てまたは一部を入力する。そして、距離決定回路２６０は、取得された画像の入力部分を解析し、ローカル基準に対する基準位置までのローカル基準の距離に基づいて、スケールに対する読取ヘッドの相対位置に対する第２分解能距離測定値を求める。距離決定回路２６０は、この第２分解能距離測定値を、信号線２６２を経て位置累積器２９０に出力する。
【０１２２】
そして、コントローラ２０５は、信号を信号線２１２で比較回路２７０に出力する。応答において、比較回路２７０は、信号線２３８を経て現在画像部分２３２に格納されている現在の画像の選択された、特定の画素に対する画像値を入力し、現在のオフセットに基づいて、参照画像部分２３４から信号線２３８を経て対応する画素に対する画像値を入力する。そして、比較回路２７０は、相関アルゴリズムを適用し、比較結果を求める。公知または後に開発されたいずれの適切な相関技術も、比較回路２７０によって使用することができ、現在のオフセットに基づいて、現在画像部分２３２に格納されている現在画像を参照画像部分２３４に格納されている参照画像と画素毎に比較される。比較回路２７０は、現在の相関オフセットのために、比較結果を信号線２７２で比較結果累積器２７５に出力する。
【０１２３】
いったん、比較回路２７０が、現在画像部分２３２からそれぞれの画像素子１６２に対する画像値を抽出し、比較し、それらを参照画像部分２３４に格納された対応する画像値と比較し、そして相関技術を適用し、比較結果を比較結果累積器２６０に出力すると、比較結果累積器２７５に格納された値は、図５に例示されるような、現在のオフセットに対応する、所定単位での相関値を規定する。そして、コントローラ２０５は、信号線２１２を経て比較結果累積器２７５に、信号線２０８を経てメモリ２３０に、信号を出力する。その結果、比較結果累積器２７５に格納されている相関アルゴリズムの結果は出力され、メモリ２３０の相関部分２３６に、現在のオフセットに対応する位置で格納される。
【０１２４】
そして、コントローラ２０５は、信号線２１２に信号を出力し、比較結果累積器２７５をクリアする。いったん、コントローラ２０５の制御下で、現在画像部分２３２に格納されている現在の画像と参照画像部分２３４に格納されている参照画像との間の所望のオフセットの全てに対する比較の全てが比較回路２７０によって実行され、その結果が比較結果累積器２７５によって累積され、相関部分２３６に格納されると、コントローラ２０５は、信号線２１４を経て補間回路２８０に制御信号を出力する。
【０１２５】
そして、メモリ２３０の相関部分２３６に格納されている相関曲線は、コントローラ２０５の制御下で、補間回路２８０に出力される。すなわち、補間回路２８０は、信号線２３８を経て相関部分２３６に格納されている相関結果を入力し、相関関数のピークまたは谷に一致する相関値を特定し、サブ画素分解能でピークオフセット値または画像変位値を求めるために相関関数のピーク／谷の近傍の選択された相関関数値点を使用して補間する。そして、補間回路２８０は、コントローラ２０５から信号線２１４を経た信号の制御下で、求められたサブ画素第３分解能測定値を信号線２８２で位置累積器２９０に出力する。
【０１２６】
補間回路２８０は、最初に、読取ヘッドとスケールの間の絶対位置の第３分解能距離測定値を特定するのに使用される相関関数の選択されたピークまたは谷を特定する。初期相関関数が補間回路２８０によって使用される様々な実施の形態において、補間回路２８０は、米国特許出願０９／７３１，６７１に開示されている技術の１つのような公知または後に開発された技術を使用し、サブ画素分解能で相関関数の選択されたピークの実際の位置を見つける。このサブ画素分解能距離は、補間回路２８０によって、信号線２８２を経て位置累積器２９０に出力される。
【０１２７】
これに対し、様々な他の実施の形態において、いったん補間回路２８０が選択されたピークまたは谷を特定すると、比較回路２７０および比較結果累積器２７５は、相関関数２８０によって選択された、選択された相関曲線のピークまたは谷の周囲の接した領域のみを除いて、全体の取得されたおよび参照画像に対して完全画素毎比較を実行し、高精度相関曲線を生成する。この付加相関曲線は、また、相関部分２３６に格納される。そして、コントローラ２０５の制御下で、補間回路２８０は、この第２相関曲線を入力し、公知または後に開発される補間技術を用いて上記相関曲線の値を補間し、第３分解能で、選択されたピークまたは谷の実際のピークまたは谷オフセットを特定する。再び、この第３分解能距離測定値は、信号線２８２を経て位置累積器２９０に出力される。
【０１２８】
位置累積器２９０は、復号回路２５０、距離決定回路２６０、および補間回路２８０のそれぞれによって出力された距離測定値を結合し、スケールに対する読取ヘッドの位置を示す高分解能絶対位置測定値を生成する。位置累積器２９０は、この絶対位置測定値を、信号線２９２を経てコントローラ２０５へ出力する。そして、コントローラ２０５は、求められた絶対位置測定値を、信号線２１６を経て表示ドライバ２０１に出力する。そして、表示ドライバ２０１は、信号線２０２を経て制御信号を出力することによって、ディスプレイ（図示せず）を駆動し、求められた絶対位置測定値に出力する。
【０１２９】
応答において、コントローラ２０５は、備えられていれば、表示ドライバ２０１に信号線２１７を経て、更新された変位値を出力する。そして、表示ドライバ２０１は、信号線２０２を経て表示装置１０７へ、現在の変位値を表示するように駆動信号を出力する。
【０１３０】
１つ以上の信号線２０４が、設けられていれば、オペレータまたは協働システムとコントローラ２０５との間のインタフェースを許容する。設けられていれば、入力インタフェース２０３は、入力信号またはコマンドをバッファリングまたは変換し、適当な信号をコントローラ２０５に転送する。
【０１３１】
先は、周期部分３１０のそれぞれが測定軸方向１１２に沿って広がる特性を有し、かつ非周期部分３３０のそれぞれが測定軸方向１１２に沿って広がる特性を有するスケール１１０を強調して述べている。しかしながら、様々な他の実施の形態において、上記広がりは、１つ以上の非周期部分３３０および／または１つ以上の非周期部分３３０内で変化するようにしてもよい。それにもかかわらず、そのような場合、ローカル基準がスケールに沿って周期的に生じる必要がなくても、各非周期部分３３０の符号要素はそれでもローカル基準の測定値を示す必要がある。
【０１３２】
様々な用途において、本発明による統合スケールトラックと他のタイプのスケールトラックを用いた関連位置検出方法とそれらの関連位置検出方法を組み合わせることは、有利である。例えば、数ミクロンまたはそれ以下のオーダの非常に細かいピッチを有する増加スケールを使用する増加測定システムは、ナノメータオーダの分解能および精度を生むことが知られている。また、本発明による統合スケールトラックおよびシステムがそのような細かいピッチ増加システムと適当に組み合わされるとき、統合スケールトラックおよびシステムは、細かいピッチ増加システムの１つの特定周期内の正確な絶対測定を提供することができる。
【０１３３】
よって、２つのシステムの結果が組み合わされ、組み込まれた細かいピッチ増加システムの分解能および精度を有する、組み合わされた絶対測定システムを生産するようにしてもよい。そのような細かいピッチ増加スケールトラックと組み合わされたスケールトラックシステムにおいて、本発明により提供される、高速信号処理特性、ミスアライメントに対する堅牢さ、分解能対範囲利点、および幅の利点が非常に有用である。
【０１３４】
本発明の様々な実施の形態は図示されて述べられる一方、多様の代替の符号および検出スキームは、非周期部分に使用され、多様の代替のハードウェアおよびソフトウェアスキームは、読取ヘッドに対する周期部分の位置を検出し、本発明の原理に従って第３分解能測定値を提供することに適用可能である。従って、これらおよび他の様々な変更は、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、ここで図示されて述べられた本発明の様々な実施の形態に対して行うことができる。
【０１３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、比較的小さい読取ヘッドサイズおよび／または比較的狭いスケール幅を有する光学式絶対位置エンコーダを提供することができる。
【０１３６】
また、非周期符号部分と周期部分の両方を含む統合スケールトラックの画像から、光学式絶対位置エンコーダのスケールに相対する光学式絶対位置エンコーダの読取ヘッドの絶対位置を求めるための測定方法を提供することができる。
【０１３７】
また、本発明は、さらに、周期と符号構成の両方を統合する統合スケールトラックを使用することによって、読取ヘッドのサイズおよび／またはスケールの幅を減少させる光学式絶対位置エンコーダを提供する。
【０１３８】
また、本発明は、別々に、測定軸に対して横断方向におけるスケールの静的および動的なミスアライメントに対して比較的感度が低い光学式絶対位置エンコーダを提供する。
【０１３９】
また、本発明は、別々に、長いスケール長および高分解能の両方を有する光学式絶対位置エンコーダを提供する。
【０１４０】
また、本発明は、さらに、長いスケール長を許容する符号部分および読取ヘッドとスケール間の相対位置の高分解能測定を許容する周期部分を含む統合スケールトラックを使用することによって、長いスケール長および高分解能を得る光学式絶対位置エンコーダを提供する。
【０１４１】
また、本発明は、別々に、符号部分および周期部分の両方を含む統合スケールトラックを有する光学式絶対位置エンコーダ用スケールを提供する。
【０１４２】
また、本発明は、さらに、符号部分と周期部分がスケールの長さに沿って交互に生じる統合スケールトラックを有するスケールを提供する。
【０１４３】
また、本発明は、さらに、スケールの長さに沿って交互に生じるコード部分と周期部分が互いに近接する統合スケールトラックを有するスケールを提供する。
【０１４４】
また、本発明は、さらに、スケールの画像内に出現する符号部分を位置決めし、スケールの画像内に出現する符号に基づいて第１分解能相対位置を求めることによって、スケールに相対する読取ヘッドの絶対位置を求めるための方法を提供する。
【０１４５】
また、本発明は、さらに、スケールの画像内に出現する所定部分を位置決めし、スケールの画像内の所定部分の位置に基づいて第２分解能相対位置を求めることによって、スケールに相対する読取ヘッドの絶対位置を求めるための方法を提供する。
【０１４６】
また、本発明は、また、画像内に出現する周期部分と周期基準構造との間のオフセット距離を求め、オフセット距離に基づいて第３分解能相対位置を求めることによって、スケールに相対する読取ヘッドの絶対位置を求めるための方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光学式位置トランスデューサのブロック図である。
【図２】本発明に係る拡散的反射スケールの一実施の形態の側面図である。
【図３】本発明に係る統合絶対スケールの第１実施の形態を示す図である。
【図４】図３に示す統合絶対スケールの１つの特定された実施の形態を示す図である。
【図５】周期的な現在の画像と参照画像に対する相関曲線結果を示す図である。
【図６】図４に示す統合絶対スケールに対する読取ヘッドの絶対位置を求めるための方法の一実施の形態を概要するフローチャートである。
【図７】本発明に係る、取得された画像に出現する非周期部分を特定しそして／または見つけるための方法の一実施の形態をより詳細に示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る、単一トラック絶対スケールの符号部分に基づいて第１分解能で統合絶対スケールに対する読取ヘッドの絶対位置を求めるための方法の一実施の形態をより詳細に示すフローチャートである。
【図９】
本発明による統合絶対スケールから絶対位置測定値を取得するのに使用される図１の信号生成処理回路の一実施の形態をより詳細に示すブロック図である。
【符号の説明】
１００　光学式絶対位置エンコーダ
１１０　スケール
１２６　読取ヘッド
１３０　光源
１６０　光検出器
１６６　アレイ
２００　信号生成処理回路
２０５　コントローラ
２３０　メモリ
３００，３００’，４００　統合スケールトラック
３１０，４１０　周期部分
３２０，４２０　所定部分
３３０，４３０　非周期部分
３４０，４４０　検出窓
【図１】
2004053604.tif 000004
【図２】
2004053604.tif 000005
【図３】
2004053604.tif 000006
【図４】
2004053604.tif 000007
【図５】
2004053604.tif 000008
【図６】
2004053604.tif 000009
【図７】
2004053604.tif 000010
【図８】
2004053604.tif 000011
【図９】
2004053604.tif 000012