(57)【要約】  アブソリュートエンコーダ（１）は、光学パターン（１０）が設けられ、可動とされたたスケール（２）と、光学パターンへ進行させる光を射出する発光体と、光学パターンからの光を検出して、検出された光の強度を表す信号を出力するセンサ（４）と、センサからの信号を基に、スケールの位置を求める演算部（１３）とを備える。光学パターンでは、スケールがとり得る位置ごとに割り当てられた固有のデータから符号化されたデータが、第１の領域（１１）と、センサにて第１の領域とは異なる光強度で検出可能とされた第２の領域（１２）との配列に置き換えられている。発光体の幅は、第１の領域が連続して配列されている部分の幅と、第２の領域が連続して配列されている部分の幅とのいずれよりも小さい。
2018163424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学パターンが設けられ、可動とされたスケールと、
前記光学パターンへ進行させる光を射出する発光体と、
前記光学パターンからの光を検出して、検出された光の強度を表す信号を出力するセンサと、
前記センサからの前記信号を基に、前記スケールの位置を求める演算部と
を備え、
前記光学パターンでは、前記スケールがとり得る位置ごとに割り当てられた固有のデータから符号化されたデータが、第１の領域と、前記センサにて前記第１の領域とは異なる光強度で検出可能とされた第２の領域との配列に置き換えられており、
前記発光体の幅が、前記第１の領域が連続して配列されている部分の幅と、前記第２の領域が連続して配列されている部分の幅とのいずれよりも小さいことを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
【請求項２】
前記第１の領域が連続して配列されている部分の最大幅と、前記第２の領域が連続して配列されている部分の最大幅とが、前記第１の領域と前記第２の領域との配列の単位幅の２倍であることを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項３】
前記符号化されたデータは、マンチェスター符号のビット列であることを特徴とする請求項１または２に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項４】
前記符号化されたデータは、前記固有のデータから擬似ランダム符号への符号化により得られたビット列に、さらに前記マンチェスター符号への符号化を施すことにより得られたビット列であることを特徴とする請求項３に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項５】
前記スケールは、回転可能とされ、
前記演算部は、前記スケールの位置である回転角度を求めることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項６】
前記センサでの光の強度の検出結果を基に、前記発光体の光量を調整する光量調整部を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項７】
前記光量調整部は、前記センサからの前記信号における強度の最大値と、標準の信号における強度の最大値との比率を基に、前記発光体の光量を調整することを特徴とする請求項６に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項８】
前記光量調整部は、前記センサからの前記信号における強度の平均値と、標準の信号における強度の平均値との比率を基に、前記発光体の光量を調整することを特徴とする請求項６に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項９】
前記光量調整部は、前記センサの領域ごとにおける前記信号の最大値の平均値と、標準の信号における前記センサの領域ごとの強度の最大値の平均値との比率を基に、前記発光体の光量を調整することを特徴とする請求項６に記載のアブソリュートエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の位置を測定するアブソリュートエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリーエンコーダは、測定対象物とともに回転させたスケールの回転角度を検出することにより、測定対象物の回転角度を測定する。光学式ロータリーエンコーダは、スケールに設けられた光学パターンからの反射光あるいは透過光をセンサにて検出して、センサからの信号に基づく演算処理によりスケールの回転角度を求める。光学パターンには、第１の領域と、センサにて第１の領域とは異なる光強度で検出可能とされた第２の領域とが配列されている。【０００３】
ロータリーエンコーダの種類には、インクリメンタルエンコーダとアブソリュートエンコーダとが知られている。インクリメンタルエンコーダは、第１の領域と第２の領域とが一定のピッチで配列された光学パターンであるインクリメンタルパターンを備える。インクリメンタルエンコーダは、センサからのパルス信号の数を積算してスケールの回転角度を求める。アブソリュートエンコーダは、センサで検出された光の強度のパターンから、スケールの絶対位置である回転角度のデータを取得する。アブソリュートエンコーダのスケールに備えられた光学パターンであるアブソリュートパターンでは、符号化されたデータであるビット列が、第１の領域と第２の領域との配列に置き換えられている。アブソリュートパターンでは、第１の領域と第２の領域とが不規則に配列されている。【０００４】
特許文献１には、インクリメンタルエンコーダであるメインスリット板と、メインスリット板に対向させたインデックススリット板とを備えるロータリーエンコーダが開示されている。メインスリット板とインデックススリット板とには、光を透過させるスリットが一定の間隔で設けられている。ロータリーエンコーダは、スリットでの回折作用によるタルボット効果を利用することで、高精度かつ高い分解能での測定が可能となる。【０００５】
また、特許文献２には、互いに位相差を含む信号を取得して、取得された信号を加算して得られた光源調整信号を用いて光源のフィードバック制御を行うことが開示されている。互いに位相差を含む信号は、インクリメンタルパターンからの光を検出することにより取得される。ロータリーエンコーダは、光源の高精度なフィードバック制御により、高精度かつ高い分解能での測定が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２５７５９３号公報
【特許文献２】特開２０１６−６１６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述するように、アブソリュートパターンでは、第１の領域と第２の領域とが不規則なピッチで配列される。特許文献１の技術では一定の間隔のスリットを備えることがタルボット効果の条件となることから、アブソリュートエンコーダに特許文献１の技術を適用しても、高精度および高い分解能での測定は困難である。また、アブソリュートパターンでは、第１の領域と第２の領域とが不規則なピッチで配列されていることから、光が入射している部分によって、センサで検出される光の強度が変化することとなる。インクリメンタルパターンを持たないアブソリュートエンコーダに特許文献２の技術を適用した場合、アブソリュートパターンからの光を利用して得られる光源調整信号のレベルは、光が入射している部分によって変化することとなる。この場合、光源の調整が不安定となることで、高精度および高い分解能での測定が困難となる。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高精度かつ高い分解能で測定対象物の位置を測定可能とするアブソリュートエンコーダを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のアブソリュートエンコーダは、光学パターンが設けられ、可動とされたスケールと、光学パターンへ進行させる光を射出する発光体と、光学パターンからの光を検出して、検出された光の強度を表す信号を出力するセンサと、センサからの信号を基に、スケールの位置を求める演算部とを備える。光学パターンでは、スケールがとり得る位置ごとに割り当てられた固有のデータから符号化されたデータが、第１の領域と、センサにて第１の領域とは異なる光強度で検出可能とされた第２の領域との配列に置き換えられている。発光体の幅は、第１の領域が連続して配列されている部分の幅と、第２の領域が連続して配列されている部分の幅とのいずれよりも小さい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかるアブソリュートエンコーダは、高精度かつ高い分解能で測定対象物の位置を測定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるアブソリュートエンコーダの概略構成を示す図
【図２】図１に示す角度演算部のブロック図
【図３】図２に示す角度演算部へ入力される信号の強度分布の例を示す図
【図４】図２に示す強度分布補正部で補正された信号の強度分布の例を示す図
【図５】図４の枠VII内の部分についてのエッジ検出について説明する図
【図６】図４に示す信号からビット列への変換について説明する図
【図７】図２に示す位相ずれ算出部における位相ずれ量の算出について説明する図
【図８】図１に示す光源制御部による光量調整について説明する図
【図９】実施の形態１における光源制御部の光量調整の手順を示すフローチャート
【図１０】図１に示すアブソリュートエンコーダにおいて、発光体からの光が光学パターンを経てイメージセンサへ到達するまでの様子を示した第１の模式図
【図１１】図１に示すアブソリュートエンコーダにおいて、発光体からの光が光学パターンを経てイメージセンサへ到達するまでの様子を示した第２の模式図
【図１２】図１に示す光学パターンへ置き換えられるデータについて説明する図
【図１３】図１に示す制御部の機能を実行するアブソリュートエンコーダのハードウェア構成の例を示す図
【図１４】実施の形態２にかかるアブソリュートエンコーダの光源制御部による光量調整について説明する図
【図１５】実施の形態２における光源制御部の光量調整の手順を示すフローチャート
【図１６】実施の形態３にかかるアブソリュートエンコーダの光源制御部による光量調整について説明する図
【図１７】実施の形態３における光源制御部の光量調整の手順を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態にかかるアブソリュートエンコーダを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるアブソリュートエンコーダ１の概略構成を示す図である。アブソリュートエンコーダ１は、光学パターン１０が設けられたスケール２と、光学パターン１０へ進行させる光を射出する発光体を含む発光素子３とを備える。また、アブソリュートエンコーダ１は、光学パターン１０からの光を検出し、検出された光の強度のパターンを表す信号を出力するセンサであるイメージセンサ４を備える。
【００１４】
アブソリュートエンコーダ１は、回転可能とされたスケール２を含むロータリーエンコーダである。スケール２は、円形の平板である。スケール２と、測定対象物であるモータのシャフト６とは、シャフト６の軸心ＡＸの位置をスケール２の中心点Ｏに一致させて、互いに連結されている。スケール２は、シャフト６の回転とともに回転する。図１では、シャフト６を回転させるモータ本体の図示を省略している。
【００１５】
光学パターン１０は、スケール２の表面に形成されている。光学パターン１０は、第１の領域１１と、イメージセンサ４にて第１の領域１１とは異なる光強度で検出可能とされた第２の領域１２との配列である。第１の領域１１と第２の領域１２とは、スケール２のうち外縁より内側の領域を環状に囲んで、一列に配列されている。第１の領域１１は、発光素子３からの光を反射する。第２の領域１２の反射率は、第１の領域１１の反射率より低い。第２の領域１２は、発光素子３からの光を吸収あるいは散乱させることで、第１の領域１１より低い反射率とされている。
【００１６】
光学パターン１０を反射した光を検出する構成の場合、スケール２のうち光学パターン１０が形成されている部分は、発光素子３およびイメージセンサ４に対向する位置に配置される。１つの例では、スケール２には、金属材料の平板が使用される。金属材料の１つの例は、アルミニウムである。金属材料は、アルミニウム以外の反射性の金属材料、あるいは金属材料以外の反射性材料でも良い。光学パターン１０は、スケール２の表面に形成された光吸収膜へのパターン加工により形成される。光吸収膜の１つの例は、金属材料の表面を酸化させることにより形成された酸化膜である。スケール２の表面のうち、パターン加工において光吸収膜を残存させた領域が第２の領域１２となる。光吸収膜を残存させた領域同士の間の領域であって金属材料を露出させた領域が、第１の領域１１となる。第２の領域１２には、光吸収膜に代えて、光を散乱させる部材が設けられても良い。
【００１７】
光源である発光素子３は、スケール２の上に配置されている。発光素子３の１つの例は、点光源ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）である。発光素子３は、光を射出する発光体であるＬＥＤチップを備える。発光素子３から射出された光は、光学パターン１０に斜めに入射する。ＬＥＤは、ＬＤ（Laser  Diode）に比較して、熱に強くかつ寿命が長い。アブソリュートエンコーダ１は、光源にＬＥＤが用いられることで、ＬＤが用いられる場合に比較して、高温環境での安定した測定ができ、かつ光源の寿命を長くすることができる。
【００１８】
イメージセンサ４は、発光素子３から光学パターン１０で反射した光の進行方向前方に配置されている。イメージセンサ４は、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）イメージセンサあるいはＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）イメージセンサである。イメージセンサ４は、光電変換素子である複数のフォトダイオードを備える。複数のフォトダイオードは、一次元方向へ配列されている。フォトダイオードは、光を受けたことにより信号電荷を生成する。イメージセンサ４は、各フォトダイオードからのアナログ信号を、アナログデジタル変換器においてデジタル信号へ変換する。イメージセンサ４は、各フォトダイオードで検出された光の強度のパターンを表すデジタル信号を出力する。なお、図１では、光電変換素子とアナログデジタル変換器との図示を省略している。
【００１９】
実施の形態１では、発光素子３と光学パターン１０との間、および光学パターン１０とイメージセンサ４との間には、光を平行化、収束あるいは発散させるレンズ系は設けられていない。発光素子３と光学パターン１０との間、あるいは光学パターン１０とイメージセンサ４との間には、光を平行化、収束あるいは発散させるレンズ系が設けられても良い。
【００２０】
アブソリュートエンコーダ１は、アブソリュートエンコーダ１の全体を制御する機能部である制御部５を備える。図１には、制御部５の機能構成を示している。制御部５は、イメージセンサ４での光強度の検知結果を基に、スケール２の回転角度を求める機能部である角度演算部１３を備える。演算部である角度演算部１３は、イメージセンサ４からの信号を基に、スケール２の位置である回転角度を求める。アブソリュートエンコーダ１は、角度演算部１３で求められた回転角度を示す絶対位置データを出力する。また、制御部５は、発光素子３の駆動を制御する機能部である光源制御部１４と、ルックアップテーブル（Look  Up  Table，ＬＵＴ）１６を保持する機能部である記憶部１５と、イメージセンサ４の駆動を制御する機能部であるセンサ制御部１７とを備える。光源制御部１４の機能は、発光素子３の光量を調整する光量調整部の機能を含む。
【００２１】
ＬＵＴ１６は、スケール２の回転角度を示す絶対位置データと、符号化されたデータであるビット列とを対応付けて保持する。絶対位置データの１つの例は、弧度法あるいは度数法により回転角度を表した数値である。絶対位置データは、スケール２の回転角度ごとに割り当てられた固有のデータであれば良く、単位角度おきに割り当てられたアドレスであっても良い。
【００２２】
図１に示すアブソリュートエンコーダ１は、光学パターン１０で反射した光を検出して、スケール２の回転角度を求める。アブソリュートエンコーダ１は、光学パターン１０で反射した光を検出する構成に代えて、光学パターン１０を透過した光を検出する構成を備えていても良い。
【００２３】
光学パターン１０を透過した光を検出する構成の場合、スケール２のうち光学パターン１０が形成されている部分は、発光素子３とイメージセンサ４との間の光路中に配置される。スケール２は、ガラス板あるいは樹脂板である。スケール２の材料は、光を透過させる他の材料でも良い。光学パターン１０は、スケール２上に蒸着された金属膜のパターン加工により形成される。金属膜の材料の１つの例は、クロムである。金属膜が除去された領域が、第１の領域１１となる。第１の領域１１の間の、金属膜が残された領域が、第２の領域１２となる。金属膜の材料は、クロム以外の光吸収性の材料でも良い。スケール２は、第１の領域１１を開口とした板部材であっても良い。
【００２４】
アブソリュートエンコーダ１では、スケール２の絶対位置である回転角度ごとに、固有の絶対位置データが割り当てられている。アブソリュートパターンである光学パターン１０では、符号化された絶対位置データが第１の領域１１と第２の領域１２との配列に置き換えられている。アブソリュートエンコーダ１は、符号化された絶対位置データを、イメージセンサ４で検出される像に含まれる第１の領域１１と第２の領域１２とのパターンから抽出する。光学パターン１０において、第１の領域１１と第２の領域１２とは、不規則なピッチで配列されている。アブソリュートエンコーダ１は、第１の領域１１と第２の領域１２とのパターンから抽出されたデータのデコードにより、イメージセンサ４での光の検出時におけるスケール２の回転角度を示す絶対位置データを求める。
【００２５】
実施の形態１において、第１の領域１１と第２の領域１２との配列で表される符号化されたデータは、絶対位置データから擬似ランダム符号への符号化により得られたデータに、さらにマンチェスター符号への符号化を施すことにより得られたデータである。擬似ランダム符号の１つの例は、Ｍ系列符号である。マンチェスター符号への符号化により得られたデータであるビット列のうち、ビット「１」は、第１の領域１１へ置き換えられている。ビット列のうち、ビット「０」は、第２の領域１２へ置き換えられている。
【００２６】
イメージセンサ４では、第１の領域１１は、第２の領域１２に比べて光強度が高い明部となって検出される。第２の領域１２は、第１の領域１１に比べて光強度が低い暗部となって検出される。第２の領域１２の反射率が第１の領域１１の反射率より低いことで、第２の領域１２は、イメージセンサ４にて第１の領域１１とは異なる光強度で検出される。イメージセンサ４の画素である各フォトダイオードは、イメージセンサ４に投影される像の光強度を、単位領域ごとに分担して検出する。以下の説明にて、イメージセンサ４において画素が配列されている方向に平行な軸をＸ軸と称する。スケール２の回転により、イメージセンサ４に投影される光学パターン１０の像は、イメージセンサ４にてＸ軸方向へ移動する。
【００２７】
次に、角度演算部１３の構成について説明する。図２は、図１に示す角度演算部１３のブロック図である。角度演算部１３には、イメージセンサ４からの信号３６が入力される。角度演算部１３は、信号３６の強度分布を補正する機能部である強度分布補正部３１と、信号レベルの高と低との切り換わりであるエッジを検出する機能部であるエッジ検出部３２とを備える。また、角度演算部１３は、検出されたエッジを基に絶対位置データの粗データを算出する機能部である粗データ算出部３３を備える。粗データ算出部３３は、図１に示すＬＵＴ１６から回転角度のデータ３８を読み出す。さらに、角度演算部１３は、イメージセンサ４で検出される光の強度分布のパターンの位相ずれ量を算出する機能部である位相ずれ算出部３４と、絶対位置情報を算出する機能部である絶対位置算出部３５とを備える。
【００２８】
図３は、図２に示す角度演算部１３へ入力される信号３６の強度分布の例を示す図である。信号３６は、イメージセンサ４の画素ごとにおいて検出された光の強度を表す。図３に示す縦軸は、信号３６の強度Ｉを表す。横軸は、イメージセンサ４におけるＸ軸方向の位置を表す。以下の説明では、Ｘ軸方向における位置を表す値を「Ｘ値」と称することがある。
【００２９】
信号３６の強度Ｉの分布には、複数のピークが現れる。各ピークは、第１の領域１１からの光の強度を表している。また、ピーク同士の間のボトムは、第２の領域１２からの光の強度を表している。信号３６のピークのレベルとボトムのレベルとには、さまざまな要因の影響によりばらつきが生じている。かかる要因には、発光素子３から射出された光の強度分布の影響と、イメージセンサ４の画素ごとの感度のばらつきの影響とが含まれ得る。
【００３０】
図４は、図２に示す強度分布補正部３１で補正された信号３７の強度分布の例を示す図である。強度分布補正部３１は、図３に示す信号３６の補正により、信号３６のピーク同士のレベルを均一にするとともに、ボトム同士のレベルを均一にする。補正後の信号３７のピークのレベルは一定とされ、ボトムのレベルも一定とされている。これにより、強度分布補正部３１は、ピークであるＨレベルとボトムであるＬレベルとに強度Ｉが変化する信号３７を得る。強度分布補正部３１は、エッジ検出部３２と、図１に示す光源制御部１４とへ信号３７を出力する。強度分布補正部３１における補正の手法は、信号３６のレベルを補正可能であれば良く、任意であるものとする。
【００３１】
エッジ検出部３２は、強度Ｉがあらかじめ設定された閾値レベル３９であるときのＸ値を求める。エッジ検出部３２は、閾値レベル３９を基準にして、明部と暗部との境界であるエッジを検出する。閾値レベル３９に対応するＸ値は、イメージセンサ４上におけるエッジの位置を表している。
【００３２】
図５は、図４の枠VII内の部分についてのエッジ検出について説明する図である。エッジ検出部３２は、閾値レベル３９より低い強度Ｉと閾値レベル３９より高い強度ＩとであるＩ（ｉ−１）およびＩ（ｉ）に対応する２つの画素の位置を表すＸ値であるＸ（ｉ−１）およびＸ（ｉ）を検出する。Ｘ（ｉ−１）の画素とＸ（ｉ）の画素とは、Ｘ軸方向において互いに隣り合う２つの画素とする。Ｉ（ｉ−１）とＩ（ｉ）との一方が閾値レベル３９より低く、かつ他方が閾値レベル３９より高ければ良く、エッジ検出部３２での検出においてＩ（ｉ−１）とＩ（ｉ）との大小は無関係とする。
【００３３】
エッジ検出部３２は、２つのＸ値であるＸ（ｉ−１）とＸ（ｉ）とを用いたサブピクセル処理により、閾値レベル３９に対応するＸ値であるエッジ位置４２を求める。サブピクセル処理の１つの例は、Ｘ（ｉ−１）およびＸ（ｉ）である２点の線形補間である。エッジ検出部３２は、３点以上の線形補間、あるいは線形補間以外の手法によりエッジ位置４２を求めても良い。エッジ検出部３２は、信号３７における各エッジのエッジ位置４２を求める。
【００３４】
粗データ算出部３３は、エッジ検出部３２で検出されたＩ（ｉ−１）およびＩ（ｉ）を比較して、エッジが立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとのいずれであるかを判別する。立ち上がりエッジは、Ｘ値の増加により強度ＩがＬレベルからＨレベルへ上がるエッジとする。立ち下がりエッジは、Ｘ値の増加により強度ＩがＨレベルからＬレベルへ下がるエッジとする。Ｉ（ｉ）がＩ（ｉ−１）より大きく、Ｉ（ｉ−１）＜Ｉ（ｉ）が成り立つ場合、粗データ算出部３３は、エッジが立ち上がりエッジであると判別する。Ｉ（ｉ）がＩ（ｉ−１）より小さく、Ｉ（ｉ−１）＞Ｉ（ｉ）が成り立つ場合、粗データ算出部３３は、エッジが立ち下がりエッジであると判別する。
【００３５】
次に、粗データ算出部３３は、エッジの判別結果を基に、信号３７からビット列への変換を行う。図６は、図４に示す信号３７からビット列４１への変換について説明する図である。粗データ算出部３３は、信号３７における立ち上がりエッジをビット「１」へ、立ち下がりエッジをビット「０」へ置き換える。また、粗データ算出部３３は、エッジ同士の間隔を計算して、各間隔があらかじめ設定された基本周期４４の何倍に相当するかを求める。
【００３６】
粗データ算出部３３は、基本周期４４と同じ間隔で立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとが隣り合っている部分を、「１」、「０」のビット列に置き換える。また、粗データ算出部３３は、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとが基本周期４４の２倍に相当する間隔で隣り合っている部分を、「１」、「１」、「０」のビット列に置き換える。粗データ算出部３３は、立ち下がりエッジと立ち上がりエッジとが基本周期４４の２倍に相当する間隔で隣り合っている部分を、「０」、「０」、「１」のビット列に置き換える。これにより、粗データ算出部３３は、イメージセンサ４に投影された光学パターン１０からビット列４１への変換を行う。
【００３７】
粗データ算出部３３は、ＬＵＴ１６を参照して、得られたビット列４１に対応する回転角度のデータ３８をＬＵＴ１６から読み出す。これにより、粗データ算出部３３は、絶対位置算出部３５での補正前の回転角度のデータである粗データを算出する。粗データ算出部３３は、ビット列４１に付加された冗長ビットを用いて、ビット列４１の誤り訂正を行っても良い。アブソリュートエンコーダ１は、光学パターン１０のうちビット列４１に対応する部分の像を得るための視野よりイメージセンサ４の視野を広げることにより、ビット列４１に付随する冗長ビットを得ることとしても良い。
【００３８】
図７は、図２に示す位相ずれ算出部３４における位相ずれ量４３の算出について説明する図である。粗データ算出部３３で得られた粗データは、複数の画素のうち、Ｘ軸方向における中心Ｘｃにある画素を基準とする回転角度を示している。位相ずれ算出部３４は、エッジ検出部３２で検出されたエッジの中から、中心Ｘｃに最も近い１つのエッジ位置４２を検索して、かかるエッジ位置４２と中心Ｘｃとの間の位相ずれ量４３を算出する。位相ずれ算出部３４は、１つのエッジ位置４２を基に位相ずれ量４３を算出するほか、２つ以上のエッジ位置４２を基に位相ずれ量４３を算出しても良い。なお、位相ずれ算出部３４は、エッジ検出の結果をエッジ検出部３２から得る以外に、粗データ算出部３３から得ても良い。この場合、粗データ算出部３３は、エッジ検出部３２から得たエッジ検出の結果を位相ずれ算出部３４へ出力する。位相ずれ算出部３４における位相ずれ量４３の算出は、粗データ算出部３３における粗データの算出と同時であっても良く、粗データの算出の後であっても良い。
【００３９】
絶対位置算出部３５は、粗データ算出部３３で算出された粗データに位相ずれ算出部３４で算出された位相ずれ量４３を足し合せることにより、スケール２の絶対位置を示す回転角度を算出する。絶対位置算出部３５は、算出された回転角度を示す絶対位置データ４０を出力する。
【００４０】
次に、光源制御部１４による光量調整の動作について説明する。測定場所の環境条件の変化により、発光素子３から射出される光量が変化することがある。環境条件の変化の１つの例は、温度の上昇である。測定場所の温度が上昇することで、発光素子３の光量が減少することがある。この場合、光学パターン１０からイメージセンサ４へ入射する光の強度が減少することで、図３に示す信号３６の全体の振幅が縮小する。信号３６の振幅の縮小により、図４に示す信号３７の振幅も縮小することで、角度演算部１３における回転角度の演算の精度と分解能とが低下することがあり得る。光源制御部１４は、環境の変化に関わらず発光素子３の光量が一定となるように、イメージセンサ４での光の強度の検出結果を基に、発光素子３の光量を調整する。
【００４１】
図８は、図１に示す光源制御部１４による光量調整について説明する図である。図８の左側には、標準の温度であるときの信号３７の強度分布の例を示している。図８の右側には、温度が標準の温度より上昇した場合における強度分布補正部３１からの信号５１の強度分布の例を示している。信号５１の振幅は、信号３７の振幅に比べて縮小している。実施の形態１の光源制御部１４は、信号３７の強度Ｉの最大値５２と、信号５１の強度Ｉの最大値５３との比率を算出して、比率を用いて発光素子３の駆動電流値を調整する。
【００４２】
図９は、実施の形態１における光源制御部１４の光量調整の手順を示すフローチャートである。光源制御部１４は、強度分布補正部３１での補正を経た信号５１を、強度分布補正部３１から取得する。ステップＳ１において、光源制御部１４は、取得された信号５１における強度Ｉの最大値５３を検出する。
【００４３】
ステップＳ２において、光源制御部１４は、ステップＳ１で検出された最大値５３と、標準時の信号３７における強度Ｉの最大値５２との比率を算出する。ステップＳ３において、光源制御部１４は、ステップＳ２において算出された比率を基に、発光素子３の駆動電流値を調整する。光源制御部１４は、駆動電流値に比率を乗算することで、発光素子３の光量が標準時と同じ光量となるように駆動電流値を調整する。
【００４４】
アブソリュートエンコーダ１は、光源制御部１４の光量調整により、測定場所の環境条件が変化しても高精度かつ高い分解能でスケール２の回転角度を求めることができる。なお、光源制御部１４は、強度分布補正部３１での補正前の信号を取得して、かかる信号における強度Ｉの最大値を基に光量を調整しても良い。また、光源制御部１４は、測定場所の温度が低下した場合には、温度が上昇した場合とは逆に、発光素子３の光量が減少するように駆動電流値を調整し得る。
【００４５】
光源制御部１４は、測定場所の温度以外の環境条件、あるいは環境条件以外の条件の変化があった場合にも、発光素子３の光量を調整しても良い。環境条件以外の条件の１つの例は、スケール２とイメージセンサ４との位置関係である。スケール２とイメージセンサ４との位置関係は、スケール２あるいはイメージセンサ４が振動を受けることにより変化し得る。スケール２とイメージセンサ４との間の距離の変化により、スケール２とイメージセンサ４との位置関係が変化した場合、イメージセンサ４で検出される光の強度が減少することがある。この場合、発光素子３の光量を増加させる調整を光源制御部１４が行うことで、アブソリュートエンコーダ１は、高精度かつ高い分解能でスケール２の回転角度を求めることができる。
【００４６】
次に、発光体の幅と、第１の領域１１および第２の領域１２の幅の設定について説明する。実施の形態１において、発光体は、発光素子３のＬＥＤチップである。ＬＥＤチップは、光が射出する側に設けられた開口部を備える。実施の形態１において、発光体の幅は、開口部の幅とする。１つの例では、開口部は、半導体材料の上に設けられた金属材料をパターニングすることで形成される。なお、開口部には、光透過性材料が設けられていても良い。光透過性材料の１つの例は、透明電極材料である。開口部に光透過性材料が設けられている場合も、開口部の幅が発光体の幅となるものとする。なお、以下に述べる図１０および図１１では、開口部の図示を省略している。
【００４７】
図１０は、図１に示すアブソリュートエンコーダ１において、発光体２０からの光が光学パターン１０を経てイメージセンサ４へ到達するまでの様子を示した第１の模式図である。なお、図１０では、第１の領域１１での反射により折り返される光線を、第１の領域１１を透過する光線に置き換えて示している。図１０と、以下に述べる図１１とについては、第１の領域１１が発光体２０からの光を透過させるものとして説明する。なお、図１０および図１１についての説明は、第１の領域１１における光の折り返しを含めることにより、第１の領域１１で光を反射させる場合にも適用可能であるものとする。
【００４８】
また、図１０および図１１において、イメージセンサ４を示す直線は、イメージセンサ４の受光面の位置を表している。かかる直線の上に示した曲線は、イメージセンサ４で検出された光の強度分布を示している。
【００４９】
図１０に示す距離２３は、発光体２０から射出された光の主光線２５の方向における発光体２０と光学パターン１０との間の距離とする。距離２４は、主光線２５の方向における光学パターン１０とイメージセンサ４の受光面との間の距離とする。距離２３と距離２４とは、同じである。なお、実施の形態１において、点光源とは、発光体２０と光学パターン１０との間の距離２３に比べて点とみなし得るサイズの発光体２０を備えることを指すものとする。
【００５０】
イメージセンサ４の複数の画素は、Ｘ軸方向へ配列されている。主光線２５は、Ｘ軸に垂直である。ここでは、Ｘ軸方向のうち矢印の方向をプラスＸ方向、矢印と逆の方向をマイナスＸ方向とする。第１の領域１１の幅、第２の領域１２の幅および発光体２０の幅とは、いずれもＸ軸方向の幅を指すものとする。１つの第１の領域１１の幅と、１つの第２の領域１２の幅とは、光学パターン１０の単位幅である。光学パターン１０の単位幅は、第１の領域１１と第２の領域１２との配列の単位となる幅である。
【００５１】
図１０に示す例では、発光体２０の幅２６は、光学パターン１０の単位幅と同じであるものとする。また、図１０には、光学パターン１０のうち、いずれも単位幅の第１の領域１１と第２の領域１２とが交互に配列されている部分を示している。２つの第１の領域１１ａ，１１ｂは、１つの第２の領域１２を挟んで互いに隣り合う第１の領域１１である。光線２１は、発光体２０のうちマイナスＸ方向の端から射出され、第１の領域１１ａのうちプラスＸ方向の端へ入射した光線である。光線２２は、発光体２０のうちプラスＸ方向の端から射出され、第１の領域１１ｂのうちマイナスＸ方向の端へ入射した光線である。
【００５２】
光線２１と光線２２とは、互いに平行となる。光線２１と光線２２とは互いに交わらないため、イメージセンサ４は、第１の領域１１ａからの光と第１の領域１１ｂからの光とを互いに分離して検出することができる。これにより、イメージセンサ４は、光学パターン１０の単位幅と同じ幅２６の発光体２０を用いることで、第１の領域１１および第２の領域１２を高い分解能で検出することが可能である。
【００５３】
図１１は、図１に示すアブソリュートエンコーダ１において、発光体２０からの光が光学パターン１０を経てイメージセンサ４へ到達するまでの様子を示した第２の模式図である。図１１には、光学パターン１０のうち、連続して配列された２つの第１の領域１１を含む部分を示している。図１１に示す例では、発光体２０の幅２６は、光学パターン１０の単位幅の２倍に相当する。
【００５４】
領域１１ｃは、単位幅の２つの第１の領域１１が連続して配列されている領域である。領域１１ｃの幅は、発光体２０の幅２６と同じである。第１の領域１１ｄは、１つの第２の領域１２を間に挟んで領域１１ｃと隣り合う第１の領域１１である。
【００５５】
光線２７は、発光体２０のうちマイナスＸ方向の端から射出され、領域１１ｃのうちプラスＸ方向の端へ入射した光線である。光線２８は、発光体２０のうちプラスＸ方向の端から射出され、第１の領域１１ｄのうちマイナスＸ方向の端へ入射した光線である。光線２７と光線２８とは、互いに平行ではなく、イメージセンサ４の受光面において互いに交わる。イメージセンサ４は、領域１１ｃの光と第１の領域１１ｄの光とを互いに分離して検出することができる。これにより、イメージセンサ４は、ビット幅の２倍に相当する幅２６の発光体２０を用いて、第１の領域１１および第２の領域１２を高い分解能で検出することが可能である。
【００５６】
仮に、図１１に示す状態より発光体２０の幅２６が領域１１ｃの幅より拡大されたとする。この場合、光線２７と光線２８とは、イメージセンサ４の受光面の手前において互いに交わる。この場合、イメージセンサ４では、領域１１ｃからの光と第１の領域１１ｄからの光とが互いに分離されずに検出されることとなる。この場合、イメージセンサ４は、第１の領域１１および第２の領域１２を高い分解能で検出することが困難となる。
【００５７】
実施の形態１では、発光体２０の幅２６が、光学パターン１０のうち第１の領域１１が連続して配列されている部分の最大幅以下とされている。また、発光体２０の幅２６が、光学パターン１０のうち第２の領域１２が連続して配列されている部分の最大幅以下とされている。これにより、イメージセンサ４は、各第１の領域１１からの光と、第１の領域１１が連続して配置されている各部分からの光とを分離して検出することができるため、光学パターン１０を高い分解能で検出することができる。アブソリュートエンコーダ１は、高精度かつ高い分解能でスケール２の回転角度を求めることができる。
【００５８】
次に、光学パターン１０に置き換えられるデータの符号化について説明する。図１２は、図１に示す光学パターン１０へ置き換えられるデータについて説明する図である。ビット列５５は、絶対位置データから擬似ランダム符号への符号化により得られたビット列とする。ビット列５６は、擬似ランダム符号であるビット列５５からマンチェスター符号への符号化により得られたビット列とする。
【００５９】
アブソリュートエンコーダ１による測定の精度と分解能とを向上可能とするために、絶対位置データが割り当てられる位置の数を増加させた場合、擬似ランダム符号のビット数も増加することとなる。ビット列５５のビット数が増加するほど、ビット列５５の中においてビット「０」が連続する部分とビット「１」が連続する部分との頻度が増加することとなる。１つの例において、スケール２の回転角度により、ビット「１」を表す複数の第１の領域１１が連続して配置されている部分の幅と、１つの第１の領域１１が単独で配置されている部分の幅とが大きく異なることがあり得る。この場合、光の回折作用により、複数の第１の領域１１の部分と１つの第１の領域１１の部分とでは、イメージセンサ４で検出される光の強度に差が生じることがある。イメージセンサ４で検出される光の強度がスケール２の回転角度によってばらつくこととなるため、角度演算部１３における回転角度の演算の精度と分解能とが低下することがあり得る。
【００６０】
マンチェスター符号への符号化により、符号化前のデータにおけるビット「０」の信号は、ＬレベルからＨレベルへ遷移する信号へ置き換えられる。また、符号化前のデータにおけるビット「１」の信号は、ＨレベルからＬレベルへ遷移する信号へ置き換える。これにより、擬似ランダム符号であるビット列５５のビット「０」は、マンチェスター符号であるビット列５６においてビット「０１」に置き換えられる。擬似ランダム符号であるビット列５５のビット「１」は、マンチェスター符号であるビット列５６においてビット「１０」に置き換えられている。
【００６１】
図１２に示す例では、ビット列５５において３つのビット「１」が連続している部分は、ビット列５６においていずれもビット「１０」に置き換えられることにより解消されている。このように、マンチェスター符号への符号化により、連続する３つ以上のビット「０」と、連続する３つ以上のビット「１」とが解消される。また、ビット列５５のビット「０」とビット「１」とが連続する部分が、ビット列５６ではビット「０１１０」に置き換えられることで、ビット列５６には２つのビット「１」が連続する部分が生じている。ビット列５５のビット「１」とビット「０」とが連続する部分が、ビット列５６ではビット「１００１」に置き換えられることで、ビット列５６には２つのビット「０」が連続する部分が生じている。このように、マンチェスター符号への符号化により、連続するビット「０」の最大数と、連続するビット「１」の最大数とを、いずれも２つとすることが可能となる。
【００６２】
光学パターン１０の第１の領域１１と第２の領域１２とは、ビット列５６にしたがって配列される。光学パターン１０のうち第１の領域１１が連続して配列されている部分の最大幅と、第２の領域１２が連続して配列されている部分の最大幅とは、光学パターン１０の単位幅の２倍となる。かかる最大幅が単位幅の２倍に抑えられることで、アブソリュートエンコーダ１は、高精度かつ高い分解能でスケール２の回転角度を求めることができる。
【００６３】
ここで、インクリメンタルエンコーダとの比較におけるアブソリュートエンコーダ１の利点について説明する。インクリメンタルエンコーダの場合、検出されたパルス信号の数を積算してスケール２の回転角度を求める。原点を基準とする回転角度を検出するために、測定のたびに原点復帰の動作が行われる。原点復帰とは、スケール２の回転角度を原点に戻すことをいう。アブソリュートエンコーダ１では、絶対位置を検出可能であることから、原点復帰の動作が不要である。このため、アブソリュートエンコーダ１には、測定が開始されるまでの時間を短縮できるという利点がある。
【００６４】
図１に示す制御部５の機能の全部あるいは任意の一部は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）あるいはマイクロコンピュータ上で実行しても良い。制御部５の機能の全部あるいは任意の一部は、ＣＰＵあるいはマイクロコンピュータにて解析および実行されるプログラム上で実行しても良い。または、制御部５の機能の全部あるいは任意の一部は、ワイヤードロジックによるハードウェア上で実行しても良い。
【００６５】
図１３は、図１に示す制御部５の機能を実行するアブソリュートエンコーダ１のハードウェア構成の例を示す図である。アブソリュートエンコーダ１は、通信インタフェースである通信部８１と、各種処理を実行するＣＰＵ８２と、図１に示す発光素子３およびイメージセンサ４との間の入出力インタフェースである入出力部８３とを備える。また、アブソリュートエンコーダ１は、プログラム格納領域およびデータ格納領域を含むＲＡＭ（Random  Access  Memory）８４と、不揮発性メモリであるＲＯＭ（Read  Only  Memory）８５とを備える。バス８６は、通信部８１と、ＣＰＵ８２と、入出力部８３と、ＲＡＭ８４と、ＲＯＭ８５を接続する。
【００６６】
通信部８１は、角度演算部１３での演算結果である回転角度のデータを外部へ送信する。ＲＯＭ８５には、各種処理のためのプログラムが格納されている。プログラムは、ＲＯＭ８５以外に、ドライブでの読み取りが可能な記録媒体に記録されたものでも良い。記録媒体は、可搬型記録媒体であるＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスクあるいはＵＳＢメモリ、半導体メモリであるフラッシュメモリのいずれであっても良い。図１３には、ドライブおよび記録媒体の図示を省略している。
【００６７】
プログラムは、ＲＡＭ８４にロードされる。ＣＰＵ８２は、ＲＡＭ８４内のプログラム格納領域にてプログラムを展開して各種処理を実行する。ＲＡＭ８４内のデータ格納領域は、各種処理の実行における作業領域とされる。角度演算部１３、光源制御部１４およびセンサ制御部１７の機能は、ＣＰＵ８２を使用して実現される。図１に示すＬＵＴ１６は、ＲＡＭ８４に格納される。記憶部１５の機能は、ＲＡＭ８４を使用して実現される。
【００６８】
実施の形態１によると、アブソリュートエンコーダ１は、第１の領域１１が連続して配列されている部分の幅と、第２の領域１２が連続して配列されている部分の幅とのいずれよりも発光体２０の幅を小さくすることで、第１の領域１１および第２の領域１２を高い分解能で検出することができる。また、マンチェスター符号のビット列へ符号化されたデータが第１の領域１１と第２の領域１２へ置き換えられていることで、第１の領域１１が連続して配列されている部分の最大幅と、第２の領域１２が連続して配列されている部分の最大幅とが、光学パターン１０の単位幅の２倍に抑えられる。アブソリュートエンコーダ１は、高精度かつ高い分解能でスケール２の回転角度を求めることができる。さらに、アブソリュートエンコーダ１は、光量調整部である光源制御部１４による発光素子３の光量の調整により、高精度かつ高い分解能でスケール２の回転角度を求めることができる。以上により、アブソリュートエンコーダ１は、高精度かつ高い分解能で測定対象物の回転角度を測定できるという効果を奏する。
【００６９】
実施の形態２．
図１４は、実施の形態２にかかるアブソリュートエンコーダ１の光源制御部１４による光量調整について説明する図である。実施の形態２において、光量調整部である光源制御部１４は、図８に示す最大値５２，５３に代えて、平均値６３，６４を使用して光量調整を行う。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７０】
図１４の左側には、標準の温度であるときの信号３７の強度分布の例を示している。図１４の右側には、温度が標準の温度より上昇した場合における強度分布補正部３１からの信号６１の強度分布の例を示している。信号６１の振幅は、信号３７の振幅に比べて縮小している。また、信号６１のＨレベルより高いレベルのノイズ６２が、信号６１に生じている。実施の形態２の光源制御部１４は、信号３７の強度Ｉの平均値６３と、信号６１の強度Ｉの平均値６４との比率を算出して、比率を用いて発光素子３の駆動電流値を調整する。
【００７１】
光学パターン１０の第１の領域１１と第２の領域１２とは、図１２に示すマンチェスター符号であるビット列５６にしたがって配列されている。イメージセンサ４で検出される像において、ビット「１」に対応する第１の領域１１の数と、ビット「０」に対応する第２の領域１２の数とは、互いに同じであるか１つ程度の違いとなる。このため、標準時の信号３７から算出される平均値６３は、回転角度に関わらず一定とみなせる。よって、光源制御部１４は、平均値６３と平均値６４との比率を基に、発光素子３の光量を一定とする調整を行うことができる。
【００７２】
図１５は、実施の形態２における光源制御部１４の光量調整の手順を示すフローチャートである。光源制御部１４は、強度分布補正部３１での補正を経た信号６１を、強度分布補正部３１から取得する。ステップＳ１１において、光源制御部１４は、取得された信号６１における強度Ｉの平均値６４を検出する。
【００７３】
ステップＳ１２において、光源制御部１４は、ステップＳ１１で検出された平均値６４と、標準時の信号３７における強度Ｉの平均値６３との比率を算出する。ステップＳ１３において、光源制御部１４は、ステップＳ１２において算出された比率を基に、発光素子３の駆動電流値を調整する。光源制御部１４は、駆動電流値に比率を乗算することで、発光素子３の光量が標準時と同じ光量となるように駆動電流値を調整する。光源制御部１４は、平均値６３，６４を使用して光量調整を行うことで、光量調整におけるノイズ６２の影響を低減可能とする。
【００７４】
アブソリュートエンコーダ１は、光源制御部１４の光量調整により、測定場所の環境条件が変化しても高精度かつ高い分解能でスケール２の回転角度を求めることができる。なお、光源制御部１４は、実施の形態１と同様に、強度分布補正部３１での補正前の信号３６における強度Ｉの平均値を基に光量を調整しても良い。また、光源制御部１４は、測定場所の温度以外の環境条件、あるいは環境条件以外の条件の変化があった場合にも、発光素子３の光量を調整しても良い。
【００７５】
実施の形態２によると、アブソリュートエンコーダ１は、光量調整部である光源制御部１４により、平均値６３，６４を使用して発光素子３の光量を調整する。アブソリュートエンコーダ１は、高精度かつ高い分解能でスケール２の回転角度を求めることができる。以上により、アブソリュートエンコーダ１は、高精度かつ高い分解能で測定対象物の回転角度を測定できるという効果を奏する。
【００７６】
実施の形態３．
図１６は、実施の形態３にかかるアブソリュートエンコーダ１の光源制御部１４による光量調整について説明する図である。実施の形態３において、光量調整部である光源制御部１４は、図１４に示す平均値６３，６４に代えて、最大値７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃの平均値と最大値７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃの平均値とを使用して光量調整を行う。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７７】
図１６の左側には、標準の温度であるときの信号３７の強度分布の例を示している。図１６の右側には、温度が標準の温度より上昇した場合における強度分布補正部３１からの信号７１の強度分布の例を示している。信号７１の振幅は、信号３７の振幅に比べて縮小している。また、信号７１には、ピークが欠落している部分７３が生じている。かかるピークの欠落が生じる要因の１つの例は、光学パターン１０とイメージセンサ４との間の光路に侵入した異物によって光が遮られることである。
【００７８】
実施の形態３の光源制御部１４は、Ｘ軸方向において３つの領域７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃにイメージセンサ４を分けて、各領域７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃにおける信号７１の最大値７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃを算出する。また、光源制御部１４は、各領域７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃにおける信号３７の最大値７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃを算出する。光源制御部１４は、信号３７の最大値７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃの平均値と、信号７１の最大値７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃの平均値との比率を算出して、比率を用いて発光素子３の駆動電流値を調整する。
【００７９】
図１７は、実施の形態３における光源制御部１４の光量調整の手順を示すフローチャートである。光源制御部１４は、強度分布補正部３１での補正を経た信号７１を、強度分布補正部３１から取得する。ステップＳ２１において、光源制御部１４は、取得された信号７１から、領域７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃごとにおける強度Ｉの最大値７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃを検出する。ステップＳ２２において、光源制御部１４は、ステップＳ２１で検出された最大値７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃの平均値を算出する。
【００８０】
ステップＳ２３において、光源制御部１４は、ステップＳ２２において算出された平均値と、標準時の信号３７における最大値７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃの平均値との比率を算出する。ステップＳ２４において、光源制御部１４は、ステップＳ２３において算出された比率を基に、発光素子３の駆動電流値を調整する。光源制御部１４は、駆動電流値に比率を乗算することで、発光素子３の光量が標準時と同じ光量となるように駆動電流値を調整する。光源制御部１４は、領域７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃごとにおける最大値７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃの平均値と最大値７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃの平均値とを使用して光量調整を行うことで、イメージセンサ４全体の強度Ｉの平均値を使用する場合と比較して、光量調整における欠落の部分７３の影響を低減可能とする。
【００８１】
光源制御部１４は、イメージセンサ４を３つの領域７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃに分けて最大値７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃを検出するものに限られない。領域の数は２つであっても良く、４つ以上であっても良い。
【００８２】
アブソリュートエンコーダ１は、光源制御部１４の光量調整により、測定場所の環境条件が変化しても高精度かつ高い分解能でスケール２の回転角度を求めることができる。なお、光源制御部１４は、実施の形態１および２と同様に、強度分布補正部３１での補正前の信号における強度Ｉの平均値を基に光量を調整しても良い。また、光源制御部１４は、測定場所の温度以外の環境条件、あるいは環境条件以外の条件の変化があった場合にも、発光素子３の光量を調整しても良い。
【００８３】
実施の形態３によると、アブソリュートエンコーダ１は、光量調整部である光源制御部１４により、領域７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃごとにおける最大値７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃの平均値と最大値７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃの平均値とを使用して発光素子３の光量を調整する。アブソリュートエンコーダ１は、高精度かつ高い分解能でスケール２の回転角度を求めることができる。以上により、アブソリュートエンコーダ１は、高精度かつ高い分解能で測定対象物の回転角度を測定できるという効果を奏する。
【００８４】
実施の形態１から３のアブソリュートエンコーダ１は、ロータリーエンコーダに代えて、リニアエンコーダであっても良い。リニアエンコーダであるアブソリュートエンコーダ１は、直線方向へ動作する測定対象物の位置を測定する。この場合、アブソリュートエンコーダ１では、直線方向におけるスケール２の絶対位置ごとに、固有の絶対位置データが割り当てられている。アブソリュートエンコーダ１は、イメージセンサ４における光学パターン１０の検知結果へのデコードにより、直線方向におけるスケール２の位置を求める。リニアエンコーダであるアブソリュートエンコーダ１は、高精度かつ高い分解能で測定対象物の位置を測定することができる。
【００８５】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１  アブソリュートエンコーダ、２  スケール、３  発光素子、４  イメージセンサ、５  制御部、６  シャフト、１０  光学パターン、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｄ  第１の領域、１１ｃ，７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ  領域、１２  第２の領域、１３  角度演算部、１４  光源制御部、１５  記憶部、１６  ＬＵＴ、１７  センサ制御部、２０  発光体、２１，２２，２７，２８  光線、２３，２４  距離、２５  主光線、２６  幅、３１  強度分布補正部、３２  エッジ検出部、３３  粗データ算出部、３４  位相ずれ算出部、３５  絶対位置算出部、３６，３７，５１，６１，７１  信号、３８  回転角度のデータ、３９  閾値レベル、４０  絶対位置データ、４２  エッジ位置、４３  位相ずれ量、４４  基本周期、５２，５３，７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ，７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ  最大値、６２  ノイズ、６３，６４  平均値、５５，５６  ビット列、８１  通信部、８２  ＣＰＵ、８３  入出力部、８４  ＲＡＭ、８５  ＲＯＭ、８６  バス。
【図１】
2018163424.tif 000003
【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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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年2月14日(2018.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学パターンが設けられ、可動とされたスケールと、
前記光学パターンへ進行させる光を射出する発光体と、
前記光学パターンからの光を検出して、検出された光の強度を表す信号を出力するセンサと、
前記センサからの前記信号を基に、前記スケールの位置を求める演算部と
を備え、
前記光学パターンでは、前記スケールがとり得る位置ごとに割り当てられた固有のデータから符号化されたデータが、前記光学パターンの単位幅と同じ幅の第１の領域と、前記センサにて前記第１の領域とは異なる光強度で検出可能とされ、前記光学パターンの単位幅と同じ幅の第２の領域との配列に置き換えられており、
前記発光体の幅が、前記第１の領域が連続して配列されている部分の幅と、前記第２の領域が連続して配列されている部分の幅とのいずれよりも小さいことを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
【請求項２】
前記第１の領域が連続して配列されている部分の最大幅と、前記第２の領域が連続して配列されている部分の最大幅とが、前記第１の領域と前記第２の領域との配列の単位幅の２倍であることを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項３】
前記符号化されたデータは、マンチェスター符号のビット列であることを特徴とする請求項１または２に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項４】
前記符号化されたデータは、前記固有のデータから擬似ランダム符号への符号化により得られたビット列に、さらに前記マンチェスター符号への符号化を施すことにより得られたビット列であることを特徴とする請求項３に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項５】
前記スケールは、回転可能とされ、
前記演算部は、前記スケールの位置である回転角度を求めることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項６】
前記センサでの光の強度の検出結果を基に、前記発光体の光量を調整する光量調整部を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項７】
前記光量調整部は、前記センサからの前記信号における強度の最大値と、標準の信号における強度の最大値との比率を基に、前記発光体の光量を調整することを特徴とする請求項６に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項８】
前記光量調整部は、前記センサからの前記信号における強度の平均値と、標準の信号における強度の平均値との比率を基に、前記発光体の光量を調整することを特徴とする請求項６に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項９】
前記光量調整部は、前記センサの領域ごとにおける前記信号の最大値の平均値と、標準の信号における前記センサの領域ごとの強度の最大値の平均値との比率を基に、前記発光体の光量を調整することを特徴とする請求項６に記載のアブソリュートエンコーダ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のアブソリュートエンコーダは、光学パターンが設けられ、可動とされたスケールと、光学パターンへ進行させる光を射出する発光体と、光学パターンからの光を検出して、検出された光の強度を表す信号を出力するセンサと、センサからの信号を基に、スケールの位置を求める演算部とを備える。光学パターンでは、スケールがとり得る位置ごとに割り当てられた固有のデータから符号化されたデータが、光学パターンの単位幅と同じ幅の第１の領域と、センサにて第１の領域とは異なる光強度で検出可能とされ、光学パターンの単位幅と同じ幅の第２の領域との配列に置き換えられている。発光体の幅は、第１の領域が連続して配列されている部分の幅と、第２の領域が連続して配列されている部分の幅とのいずれよりも小さい。
【国際調査報告】
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