JP2011226986A - エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】エンコーダに搭載されるイメージセンサのフレームレートを向上させること。
【解決手段】移動可能に設けられ、第１の符号と第２の符号とを含むパターンを有し、光源から射出される光が入射するスケール（１５）と、スケールが移動する行方向に隣接する少なくとも２以上の光電変換素子からなる光電変換素子群を複数有する光電変換素素子部（１７）とを備え、複数の光電変換素子群は、行方向に沿って配置され、光電変換部は、スケールを介した光に基づく複数の光電変換素子群からそれぞれ出力される出力信号を選択的に用いてパターン信号を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置検出を行うエンコーダに関する。

例えば、パターンが形成されたスケールと、このスケールに向けて光を射出する光源と、スケールを介して入射される光を受光するイメージセンサとを備え、このイメージセンサから出力される信号に基づき、このイメージセンサに対して相対的に移動可能に設けられるスケールの移動量を検出するエンコーダがある（例えば、特許文献１参照）。このイメージセンサとして、例えばＣ−ＭＯＳ( Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ − ＭＯＳ )イメージセンサ等、高解像度の汎用イメージセンサを利用することで、スケールのパターンに応じた専用のセンサを製造する場合に比べてコストダウンが期待できる。

特開平４−２３６３２５号公報

しかしながら、このような高解像度の汎用イメージセンサをエンコーダのセンサに利用した場合、読み取る画素数が多いため、１回の画像取得に時間がかかり、フレームレートが低下する問題がある。なお、例えば、フレームレートとは、スケールからの光に基づき、イメージセンサが出力信号を更新する単位時間あたりの回数をいう。
これにより、エンコーダのイメージセンサによる読み取りが、スケールの高速移動に対応できなくなり、スケールの移動量の検出精度が低下する可能性がある。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、エンコーダに搭載されるイメージセンサのフレームレートの向上を図ることができるエンコーダを提供することである。

上記問題を解決するために、本発明におけるエンコーダの一態様は、移動可能に設けられ、第１の符号と第２の符号とを含むパターンを有し、光源から射出される光が入射するスケールと、前記スケールが移動する行方向に隣接する少なくとも２以上の光電変換素子からなる光電変換素子群を複数有する光電変換素子部と、を備え、前記複数の光電変換素子群は、前記行方向に沿って配置され、前記光電変換部は、前記スケールを介した前記光に基づく前記複数の光電変換素子群からそれぞれ出力される出力信号を選択的に用いてパターン信号を生成することを特徴とする。

本発明によれば、エンコーダに搭載されるイメージセンサのフレームレートを向上させることができる。

本発明の第１の実施形態のエンコーダの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態におけるスケールの説明図である。 本発明の第１の実施形態におけるスケールのパターンの説明図である。 本発明の第１の実施形態における光電変換素子群の説明図である。 インクリメンタルトラックのパターンの検出の説明図である。 アブソリュートトラックのパターンの検出の説明図である。 本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサの読み出し範囲の説明図である。 本発明の第１の実施形態における光電変換素子群の読み出し方法の一例について説明するための図である。 本発明の第１の実施形態における光電変換素子群の読み出しを決定するテーブルの一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態のエンコーダの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態のエンコーダに用いられるスケールに示されるパターンの説明図である。 本発明の第２の実施形態における符号パターンの説明図である。 本発明の第２の実施形態における位置検出の説明図である。 本発明の第２の実施形態のエンコーダの位置検出処理の説明図である。 本発明に係るイメージセンサの駆動についての説明図である。

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。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るエンコーダの構成を示すブロック図であり、図２は、このエンコーダが備えるスケールの一例を説明するための図である。なお、本実施形態に係るエンコーダとしては、スケールを回転させるロータリーエンコーダを例に以下説明するが、本発明はこれに限られず、スケールを線形上に移動させるリニアエンコーダであってもよい。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係るエンコーダは、スケール１５と、発光素子（光源）１６と、イメージセンサ（光電変換部）１７と、センサ駆動部１８と、光源制御部１９と、光源駆動部２０と、増幅部２１と、演算処理部（算出部）２２とを備えている。

回転モータ１１は、筐体１０の本体内部に設けられ、この筐体１０の上端面１０ａのほぼ中央から突出している回転軸２３を回転させる。この回転モータ１１の回転軸２３には、円板状のスケール１５が取り付けられており、回転中心軸Ｃ１を中心に回転する。
発光素子１６およびイメージセンサ１７は、スケール１５を挟むように対向して、一体的に設けられている。

スケール１５は、発光素子１６およびイメージセンサ１７に対して相対的に移動可能に設けられる。このスケール１５は、図２に示すように、中心軸Ｃ２とする同心円状に形成されているインクリメンタルトラック３１およびアブソリュートトラック３２を備える。このアブソリュートトラック３２は、インクリメンタルトラック３１よりも中心軸Ｃ２に近い側に、一定間隔Ｍ１をあけて設けられている。
インクリメンタルトラック３１およびアブソリュートトラック３２は、回転モータ１１の回転角を示す情報（以下、位置情報という）を取得するためのパターンとして、それぞれ、インクリメンタルパターンＰ１とアブソリュートパターンＰ２とを備える。また、この位置情報は、回転モータ１１によって回転される回転軸２３の回転角、あるいは、回転軸２３の回転に伴って回転するスケール１５の回転角を示す情報を含むものである。

なお、本実施形態に係るエンコーダは、透過タイプのエンコーダであり、これらインクリメンタルパターンＰ１およびアブソリュートパターンＰ２は、発光素子１６と対向して配置されており、発光素子１６が射出した光をイメージセンサ１７の光電変換面上に照射する位置に配置されている。なお、本実施形態に係るエンコーダは、透過タイプに限られず、反射タイプであってもよい。この場合、これらインクリメンタルパターンＰ１およびアブソリュートパターンＰ２は、発光素子１６が射出する光を反射してイメージセンサ１７の光電変換面に照射する位置に、回転（移動）可能に設けられている。

次に、このインクリメンタルパターンＰ１およびアブソリュートパターンＰ２について、図３を参照して、具体的に説明する。図３は、スケール１５に形成されているインクリメンタルパターンＰ１およびアブソリュートパターンＰ２の一例を示す図である。
図３に示すように、インクリメンタルパターンＰ１は、例えば、論理状態を示す最小識別幅Ｂ１のスリットが等間隔に形成されている。
このインクリメンタルパターンＰ１は、例えば、論理状態を示す最小識別幅Ｂ１のスリットが等間隔に形成されることで、光を透過する透過領域（白抜きで示す）と、光を遮断する遮断領域（黒で示す）とが同一の長さで等間隔に交互に繰り返すパターンとなっている。ここでは、光を遮断する遮断領域（遮光領域）を第１の符号（論理「０」）、光を透過する透過領域を第２の符号（論理「１」）とする。

アブソリュートパターンＰ２は、インクリメンタルパターンＰ１の最小識別幅Ｂ１よりも広い最小識別幅Ｂ２で、光を遮断する遮断領域である第１の符号（論理「０」）と、光を透過する透過領域である第２の符号（論理「１」）と含む。このアブソリュートパターンＰ２は、イメージセンサ１７とスケール１５との位置関係を絶対位置として示す位置情報が符号化したパターンとなっている。その符号化には、例えばＭ系列符号が適用できる。例えば９次のＭ系列符号を用いた場合では、論理「０」と論理「１」の２値の符号の（９＋１）個の連続する組み合わせにより、最大５１２箇所の絶対位置を識別することが可能となる。なお、ここでは、各インクリメンタルパターンＰ１およびアブソリュートパターンＰ２は、光の透過と遮断のパターンとして形成しているが、反射パターンで形成しても良い。

次に、図１に戻って、本実施形態におけるエンコーダの制御について説明する。
移動指示入力部１２には、回転軸２３を回転させる移動指示信号が入力され、モータ制御部１３に出力する。このモータ制御部１３は、この移動指示信号に基づいて、指示された移動量で回転軸２３を回転させるためのモータ駆動信号を生成し、モータ駆動部１４に出力する。このモータ駆動部１４は、入力されるモータ駆動信号に基づき、回転モータ１１を駆動させ、回転軸２３を回転させる。

発光素子１６は、スケール１５に形成されているインクリメンタルトラック３１のインクリメンタルパターンＰ１およびアブソリュートトラック３２のアブソリュートパターンＰ２に対して光を照射する光源であり、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。光源制御部１９から出力される発光制御信号が光源駆動部２０に入力され、この光源駆動部２０が駆動されることにより、発光素子１６が発光し、光がスケール１５に照射される。

イメージセンサ１７には、画素を形成する複数の光電変換素子が、行方向と列方向とに二次元配列されている。このイメージセンサ１７は、その受光面がスケール１５のトラック（インクリメンタルトラック３１およびアブソリュートトラック３２）の一部と対向して配置される。また、イメージセンサ１７の各光電変換素子（画素）は、その行方向がスケール１５に設けられたトラックの移動方向に沿って設けられている。また、リニアエンコーダの場合、その行方向がトラックと平行に設けられている。さらに、イメージセンサ１７の行方向に複数配列されている光電変換素子を１ライン分の光電変換素子群という。イメージセンサ１７の各光電変換素子は、受光量に応じて光電変換を行い、受光量に応じた電圧のアナログ信号（光電変換信号）を増幅部２１に出力する。

また、イメージセンサ１７は、センサ駆動部１８からの駆動信号に基づき、光電変換素子からの光電変換信号を、増幅部２１を介して演算処理部２２に出力する。このセンサ駆動部１８は、演算処理部２２によって制御されて、演算処理部２２によって指示された光電変換素子に対して駆動信号を出力する。つまり、イメージセンサ１７は、演算処理部２２によって画素の読み出し位置が制御される。
また、イメージセンサ１７の同一ライン上に配列されている複数の光電変換素子に対して同一タイミングで駆動信号が入力された場合、これら駆動信号が入力された光電変換素子によって得られた光電変換信号が１つの光電変換信号に集約されて出力される。

なお、詳細については後述するが、例えば、イニシャライズ処理において全画素読み出しが設定されている場合、演算処理部２２は、イメージセンサ１７の全ての光電変換素子から出力信号を得るようにセンサ駆動部１８を駆動する。これにより、演算処理部２２は、イメージセンサ１７の全ての光電変換素子から出力される光電変換信号に基づき、読み出し範囲に対応する光電変換素子を選択して決定する。
この読み出し範囲は、図４に示す例においては、太枠で示される光電変換素子群Ｇａ１、Ｇａ２、・・・の集合であって、インクリメンタルパターンＰ１に対応する複数の光電変換素子群Ｇａ１〜Ｇａｎを含む読み出し範囲をフレームＦ１と、アブソリュートパターンＰ２に対応する複数の光電変換素子群Ｇｂ１〜Ｇｂｎを含む読み出し範囲をフレームＦ２とする。

このインクリメンタルパターンＰ１に対応する光電変換素子群Ｇａ１〜Ｇａｎ（フレームＦ１）およびアブソリュートパターンＰ２に対応する光電変換素子群Ｇｂ１〜Ｇｂｎ（フレームＦ２）は、スケール１５が回転して、スケール１５を介して得られる光が入射する領域（図４における射影部分）のうち、それぞれの中央部分に決定される。
この光電変換素子群Ｇａ１〜Ｇａｎおよび光電変換素子群Ｇｂ１〜Ｇｂｎは、イメージセンサ１７の受光量や受ける光の強度、あるいはノイズ等に基づき決定される。これらは、演算処理部２２によって予め決められた閾値と比較されることで、閾値以上である図４に示す射影部分の中央部分が光電変換素子群Ｇａ１〜Ｇａｎおよび光電変換素子群Ｇｂ１〜Ｇｂｎとして選択される。
この演算処理部２２は、この読み出し範囲のうち、各光電変換素子群Ｇａ１〜Ｇａｎ、Ｇｂ１〜Ｇｂｎのそれぞれから得た光電変換信号に基づき、各光電変換素子群Ｇａ１〜Ｇａｎ、Ｇｂ１〜Ｇｂｎのそれぞれに対応するパターン信号を得る。

なお、演算処理部２２は、この読み出し範囲を決定する際に、予め読み出す方法として、全画素読み出しモード、あるいは、飛ばし読みモードのうちいずれか一方を選択することが設定されている。
この全画素読み出しモードは、読み出し範囲として、各光電変換素子群Ｇａ１〜Ｇａｎ、Ｇｂ１〜Ｇｂｎにそれぞれ含まれる全ての光電変換素子から得られる光電変換信号に基づき、各光電変換素子群Ｇａ１〜Ｇａｎ、Ｇｂ１〜Ｇｂｎに対応するパターン信号を得る方法である。また、飛ばし読みモードは、読み出し範囲として、各光電変換素子群Ｇａ１〜Ｇａｎ、Ｇｂ１〜Ｇｂｎにそれぞれ含まれる全ての光電変換素子の数よりも少ない数の光電変換素子から得られる光電変換信号に基づき、各光電変換素子群Ｇａ１〜Ｇａｎ、Ｇｂ１〜Ｇｂｎに対応するパターン信号を得る方法である。

図１に戻って、センサ駆動部１８は、演算処理部２２からの指示により、イメージセンサ１７を駆動させる駆動信号をイメージセンサ１７に供給する。このセンサ駆動部１８は、イメージセンサ１７の受光面の中で、インクリメンタルパターンＰ１およびアブソリュートパターンＰ２の検出に必要な部分だけが読み出されるように、イメージセンサ１７における読み出し範囲に対応する光電変換素子に対して、駆動信号を出力する。
なお、イメージセンサ１７の読み出し範囲の設定については、後に説明する。

イメージセンサ１７から出力される光電変換信号は、増幅部２１で増幅され、演算処理部２２に入力される。
増幅部２１は、入力される光電変換信号に基づき、イメージセンサ１７における光電変換素子によって検出された受光量に応じた信号を増幅する。この増幅部２１は、イメージセンサ１７から出力された光電変換信号の信号レベルに応じて、適切な信号レベルとなるように増幅率が調整される。

演算処理部２２は、イメージセンサ１７からの光電変換信号に基づき、インクリメンタルパターンＰ１に対応するパターン信号と、アブソリュートパターンＰ２に対応するパターン信号とをそれぞれ検出して、回転モータ１１の回転軸２３の回転角を検出する演算処理を行う。

この演算処理部２２は、入出力部４１と、メモリ４２と、センサ制御部４３と、信号検出部４４と、二値化処理部４５と、絶対位置復号部４６と、周波数変換処理部４７と、内挿処理部４８と、合成処理部４９とを備える。

入出力部４１は、外部から供給される設定情報に応じて、エンコーダの動作を定める初期値、閾値などの設定情報を入力し、この入力に応じた指示信号を出力する。この入出力部４１は、外部から設定状態などを参照する指示が供給されると、該当する情報を外部の記憶部から読み出し、センサ制御部４３に出力する。

メモリ４２は、各部の初期値や制御データを記憶する。本発明の第１の実施形態において、このメモリ４２は、イメージセンサ１７における読み出し範囲を記憶する。
このイメージセンサ１７における読み出し範囲は、例えば、イメージセンサ１７に配列される画素毎に、Ｘ（行方向）およびＹ（列方向）のアドレスを識別子として管理されている。このメモリ４２には、例えば、読み出し範囲に対応する光電変換素子のアドレス（素子群識別子）が光電変換素子群に応じて記憶されている。なお、メモリ４２としては、不揮発性メモリが用いられる。

センサ制御部４３は、入出力部４１から入力された指示信号に基づきイメージセンサ１７から出力させる情報を指示する制御信号をセンサ駆動部１８に供給する。一例として、センサ制御部４３は、イメージセンサ１７の読み出し範囲に対応する光電変換素子から光電変換信号を出力させることを指示する駆動信号をセンサ駆動部１８に供給する。

信号検出部４４は、イメージセンサ１７から出力される光電変換信号が、増幅部２１を介して入力される。この信号検出部４４は、この光電変換信号に対して信号変換処理を行う。この信号変換処理として、例えば、フィルタリング処理、アナログデジタル変換処理などがある。
また、信号検出部４４は、イメージセンサ１７から出力される光電変換信号に基づき、受光量や光の強度、ノイズ等を基準として、読み出し範囲を選択し、この読み出し範囲をメモリ４２に記憶させる。この信号検出部４４は、この読み出し範囲を、エンコーダの出荷時に予め選択するものであってもよく、エンコーダの電源を入れるたびに、その都度、選択するものであってもよい。

二値化処理部４５は、信号検出部４４によって検出された信号に基づいて、その信号を二値化することで、第１の符号と第２の符号との判定を行う。

絶対位置復号部４６は、二値化処理部４５による判定結果として抽出された符号を順に連ねた符号列に基づいて、絶対位置参照符号（アブソリュートパターンＰ２）として検出し、その絶対位置参照符号を復号する。この復号により、絶対位置復号部４６は、イメージセンサ１７に対応するスケール１５の位置（絶対番地）を絶対位置として検出する。

周波数変換処理部４７は、信号検出部４４によって検出された信号を周波数領域に変換し、互いに９０度位相の異なるＡ相信号成分とＢ相信号成分とを求め、内挿処理部４８に出力する。

内挿処理部４８は、周波数変換処理部４７によって検出されたＡ相信号成分およびＢ相信号成分に基づいて、絶対位置復号部４６によって検出される絶対位置を示す位置情報を補間する内挿値を算定する。

合成処理部４９は、絶対位置復号部４６によって復号された絶対位置と、内挿処理部４８によって算定された内挿値に基づいて合成処理を行い、内挿補間された位置情報を算出する。

上述のように構成される演算処理部２２は、イメージセンサ１７の出力信号から、インクリメンタルパターンＰ１およびアブソリュートパターンＰ２のパターン信号を検出する。演算処理部２２は、該パターン信号を用いて、回転モータ１１の回転軸２３の回転角を検出する演算処理を行う。演算処理部２２での演算処理について以下に説明する。

先ず、インクリメンタルパターンＰ１の検出について説明する。図５は、インクリメンタルパターンＰ１の検出の説明図である。図３に示したように、インクリメンタルトラック３１には、透過領域と遮断領域とが等間隔に交互に繰り返すインクリメンタルパターンＰ１が形成されている。発光素子１６からの光をスケール１５のインクリメンタルトラック３１に投射し、この透過光をイメージセンサ１７の受光面で受光すると、イメージセンサ１７の受光面には、インクリメンタルパターンＰ１に対応して、図５（Ａ）に示すような縞模様のインクリメンタルパターン像光ＩＭ１が投影される。

スケール１５を透過する光は、透過領域の中央部にあたる位置ほど透過する光量が多く、イメージセンサ１７によって検出される光量が高く検出される。また、一部の光は遮断領域に回りこみ徐々に減衰して、イメージセンサ１７によって検出される光量が徐々に減少する。よって、このインクリメンタルパターン像光ＩＭ１がイメージセンサ１７の受光面で受光されると、イメージセンサ１７からは、図５（Ｂ）に示すように変化する信号がインクリメンタルパターンＰ１の検出信号として出力される。このインクリメンタルパターンＰ１の検出信号は、信号検出部４４で画素毎にディジタル化され、周波数変換処理部４７に送られる。

インクリメンタルパターンＰ１を検出する場合には、図５（Ｃ）に示すように、少なくとも、インクリメンタルパターンＰ１の最小識別幅Ｂ１当たり２画素となるような画素間隔で、イメージセンサ１７の光電変換信号を取得する。このインクリメンタルパターンＰ１の最小識別幅Ｂ１当たり２画素となる画素間隔でイメージセンサ１７の光電変換信号を取得すれば、透過領域と遮断領域とからなる１周期（３６０度）当たり４サンプルの画素を取得できる。これにより、９０度毎の画素の情報を取得でき、Ａ相の信号（ｃｏｓ成分の信号）とＢ相の信号（ｓｉｎ成分の信号）とが生成できる。

周波数変換処理部４７は、イメージセンサ１７からの時間領域の光電変換信号を、フーリエ級数展開により、周波数領域の信号に変換し、Ａ相信号成分とＢ相信号成分とを求める。なお、フーリエ級数展開を行うと、基本波と、その高調波とが生じるが、ここでは、基本波のｃｏｓ成分（Ａ相信号成分）とｓｉｎ成分（Ｂ相信号成分）のみを用いる。そして、周波数変換処理部４７は、このＡ相信号成分とＢ相信号成分とを、内挿処理部４８に出力する。内挿処理部４８は、算出した高分解能な相対位置情報を合成処理部４９に出力する。内挿の原理は、例えば、位相の異なるＡ相信号とＢ相信号とを用い、内挿値θを式（１）として算出する。

θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ） ・・・（１）

但し、Ａ／Ｂは、Ａ相信号とＢ相信号との信号振幅の比である。

次に、アブソリュートトラック３２のアブソリュートパターンＰ２による位置の検出について説明する。図６は、アブソリュートトラック３２のアブソリュートパターンＰ２の検出の説明図である。

上述の図４に示したように、アブソリュートパターンＰ２は、光を透過する透過領域と遮断する遮断領域とによって、イメージセンサ１７とスケール１５との相対位置関係を絶対位置として示す位置情報が符号化して示されている。その符号化は、例えばＭ系列符号が適用できる。このＭ系列をデコードすれば、回転角の絶対値を識別することが可能である。

スケール１５のアブソリュートトラック３２に、発光素子１６からの光を投射し、この透過光をイメージセンサ１７の受光面で受光すると、イメージセンサ１７の受光面には、アブソリュートパターンＰ２として、図６（Ａ）に示すような縞模様のアブソリュートパターン像光ＩＭ２が投影される。そして、イメージセンサ１７からは、図６（Ｂ）に示すように変化する信号がアブソリュートパターンＰ２の検出信号として出力される。このアブソリュートパターンＰ２を検出する場合、イメージセンサ１７の検出信号は、信号検出部４４から、二値化処理部４５に送られる。この二値化処理部４５は、イメージセンサの光電変換出力を、「０」と「１」に二値化する。すなわち、二値化処理部４５は、イメージセンサ１７からの光電変換信号と閾値ＴＨとを比較し、各画素毎に、イメージセンサ１７からの光電変換信号が閾値ＴＨより大きいか否かに基づき、イメージセンサ１７の光電変換出力を、図６（Ｃ）に示すように、「０」と「１」とに二値化して、第１の符号と第２の符号との判定を行う。

絶対位置復号部４６は、二値化処理部４５の出力を入力し、「０」と「１」の２値の符号の組み合わせから、絶対位置を検出する。このように、イメージセンサ１７からの各画素の光電変換信号を「０」又は「１」に二値化して、「０」と「１」の２値の符号の組み合わせから、絶対位置を検出することができる。

合成処理部４９は、内挿処理において検出された内挿位相情報が基本ピッチを１周期とした位相情報を示すことから、該内挿位相情報を絶対角度を補正する補正値（内挿値）に変換する。そして、合成処理部４９は、絶対位置復号部４６によって検出された絶対位置と、内挿処理部２８での結果に基づいた補正値を加算して、合成された合成位置情報を取得する。

合成処理の演算式は、式（２）として示される。

（合成位置情報）＝（絶対位置情報）＋（内挿位相情報／３６０） ・・・（２）

例えば、内挿処理で求められたθの値が２５°であるとすると、合成処理部４９は、この内挿位相情報を、基本ピッチを１周期（３６０°）によって規格化することにより、絶対位置情報を補間する内挿値を導くことができる。そして、合成処理部４９は、その内挿値を絶対位置情報に加算して、位置情報を合成する。以上に示したような処理を行うことにより、内挿処理された位置情報として検出することが可能となる。

次に、本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサ１７の読み出し範囲の設定、および、当該読み出し範囲に基づく読み出し方法について説明する。

イメージセンサ１７の読み出し範囲を設定するために、本発明の第１の実施形態においては、例えば工場出荷時に、イメージセンサ１７の読み出し範囲の設定処理が行われる。図７は、本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサ１７の読み出し範囲の設定の説明図である。

イメージセンサ１７の読み出し範囲の設定処理では、先ず、イメージセンサ１７を全画素読み出しに設定し、発光素子１６から光をスケール１５に照射し、イメージセンサ１７でその光を検出する。

図７（Ａ）に示すように、スケール１５には、インクリメンタルパターンＰ１およびアブソリュートパターンＰ２が形成されている。したがって、スケール１５を介した透過光をイメージセンサ１７で受光すると、イメージセンサ１７の受光面には、図７（Ｂ）に示すような縞模様のインクリメンタルパターン像ＩＭ１およびアブソリュートパターン像ＩＭ２が投影される。

イメージセンサ１７において検出された光電変換信号に基づき、信号処理部４４が、イメージセンサ１７の光電変換信号の信号レベルと所定の閾値とを比較することで、イメージセンサ１７上でのインクリメンタルパターン像ＩＭ１およびアブソリュートパターン像ＩＭ２のイメージセンサ１７上における位置を判定する。

つまり、図７（Ｂ）に示すようなインクリメンタルパターン像ＩＭ１およびアブソリュートパターン像ＩＭ２がイメージセンサ１７で形成された場合、イメージセンサ１７の光電変換信号の信号レベルは、インクリメンタルパターンＰ１およびアブソリュートパターンＰ２の遮断領域に対応する部分で小さくなり、透過領域に対応する部分で大きくなる。よって、イメージセンサ１７からの光電変換信号の信号レベルと所定の閾値とを比較することで、信号検出部４４は、この光電変換信号の信号レベルが閾値よりも高くなる光電変換素子を、イメージセンサ１７の受光面においてインクリメンタルパターンＰ１に対応するインクリメンタルパターン光ＩＭ１が存在する位置であると判断する。また、信号検出部４４は、この光電変換信号の信号レベルが閾値よりも高くなる光電変換素子のうち、インクリメンタルパターン像光ＩＭ１よりもスケール１５の中心軸Ｃ２に近い部分を、アブソリュートパターンＰ２に対応するアブソリュートパターン像光ＩＭ２が存在する位置と判断する。なお、図７（Ｂ）において、波線で囲んで示すのが画素である。図７（Ｂ）では、説明を簡略化するため、左上側の部分のみ細かい画素で示しているが、勿論、画素は、イメージセンサ１７の受光面全てに均一に配置されている。

また、信号検出部４４は、少なくともインクリメンタルパターン像ＩＭ１およびアブソリュートパターン像ＩＭ２が含まれる一部分を、それぞれ、フレームＦ１およびＦ２として選択して設定する。そして、信号検出部４４は、このフレームＦ１およびフレームＦ２のそれぞれに含まれる光電変換素子群に対応する光電変換素子の識別子（画素識別子）を、メモリ４２に記憶しておく。

つまり、図７（Ｂ）では、太線５１で囲んで示す部分は、インクリメンタルパターンＰ１に対応するフレームＦ１を示す。また、図７（Ｂ）では、太線で囲んで示す部分５２は、アブソリュートパターンＰ２に対応するフレームＦ２を示す。信号検出部４４は、フレームＦ１およびＦ２の範囲を示すＸ（行方向）Ｙ（列方向）アドレスをメモリ４２に記憶する。

また、信号検出部４は、このフレームＦ１およびフレームＦ２の中で、複数の画素からなる光電変換素子群を選択して設定する。図７（Ｂ）では、インクリメンタルパターンＰ１に対応するインクリメンタルパターン像ＩＭ１に対応するフレームＦ１として、光電変換素子群Ｇａ１、Ｇａ２、・・・が設定される。また、アブソリュートパターンＰ２に対応するアブソリュートパターン像ＩＭ２に対応するフレームＦ２として、光電変換素子群Ｇｂ１、Ｇｂ２、・・・が設定される。

ここで、全画素読み出しモードにおける光電変換素子群と、飛ばし読みモードにおける光電変換素子群の一例について、図８、９を参照して説明する。図８（Ａ）は、全画素読み出しモードにおける光電変換素子群に含まれる光電変換素子を示す図である。図８（Ｂ）は、飛ばし読み出しモードにおける光電変換素子群に含まれる光電変換素子を示す図である。図９は、メモリ４２に記憶されているテーブルであって、全画素読み出しモードに応じて光電変換素子群に対応する光電変換素子の識別子（画素識別子）と、飛ばし読みモードに応じて光電変換素子群に対応する光電変換素子の識別子（画素識別子）とを記憶する。

ここで、光電変換素子群Ｇａ１、Ｇａ２、Ｇａ３、・・・と、光電変換素子群Ｇｂ１、Ｇｂ２、Ｇｂ３、・・・とを、それぞれまとめて、光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、・・・、として、以下説明する。
この光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、・・・は、それぞれ、例えば４つの画素から構成される範囲からなる。すなわち、光電変換素子群Ｇ１は、行方向に並ぶ画素Ｐｘ１および画素Ｐｘ２と、画素Ｐｘ１および画素Ｐｘ２の列方向に配列され互いに行方向に並べて配列される画素Ｐｘ３および画素Ｐｘ４との４画素を含む範囲からなる。光電変換素子群Ｇ２は、行方向に並ぶ画素Ｐｘ５および画素Ｐｘ６と、画素Ｐｘ５および画素Ｐｘ６の列方向に配列され互いに行方向に並べて配列される画素Ｐｘ７および画素Ｐｘ８との４画素からなる。以下、同様に、各光電変換素子群Ｇ３、Ｇ４、・・・は、それぞれ、行方向に並ぶ２つの画素と、この２つの画素の列方向に隣接し、互いに行方向に並べて配列される２つの画素との４画素からなる。

全画素読み出しモードにおいては、図８（Ａ）に示すように、各光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、・・・に含まれる全ての光電変換素子を、光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、・・・に対応する光電変換素子とする。つまり、演算処理部２２は、光電変換素子群Ｇ１に対応するパターン信号を、画素Ｐｘ１〜Ｐｘ４に対応する光電変換素子から出力される光電変換信号に基づき得る。また、演算処理部２２は、光電変換素子群Ｇ２に対応するパターン信号を、画素Ｐｘ５〜Ｐｘ８に対応する光電変換素子から出力される光電変換信号に基づき得る。

飛ばし読みモードにおいて、各光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、・・・に対応する画素として、例えば、その光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、・・・の特定の行方向に並ぶ２つの画素を選択する。すなわち、図８（Ｂ）に示すように、光電変換素子群Ｇ１では、飛ばし読み出しを行う際に使用する画素として、行方向に並ぶ２つの画素Ｐｘ１と画素Ｐｘ２を選択する。光電変換素子群Ｇ２では、飛ばし読み出しを行う際に使用する画素として、行方向に並ぶ２つの画素Ｐｘ５と画素Ｐｘ６を選択する。つまり、演算処理部２２は、光電変換素子群Ｇ１に対応するパターン信号を、画素Ｐｘ１、Ｐｘ２に対応する光電変換素子から出力される光電変換信号に基づいて得る。また、演算処理部２２は、光電変換素子群Ｇ２に対応するパターン信号を、画素Ｐｘ５、Ｐｘ６に対応する光電変換素子から出力される光電変換信号に基づいて得る。
なお、飛ばし読みモードは、図８（Ｂ）に示すように、全画素読み出しモードに比べて列方向に光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・の画素数を間引いたものに限られず、例えば、行方向に画素を選択的に間引いたものであってもよい。
例えば、光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・が、列方向に３以上の画素を含む場合、この列方向の画素を選択的に間引いて、少なくとも２つの画素からパターン信号のもとである光電変換信号を出力するものであってもよい。
また、光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・を選択的に間引いて、偶数の光電変換素子群Ｇ２、Ｇ４・・・からは光電変換信号を出力せずに、奇数の光電変換素子群Ｇ１、Ｇ３・・・からパターン信号のもととなる光電変換信号を出力するものであってもよい。

このように、全画素読み出しモードおよび飛ばし読みモードのそれぞれにおいて、各光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、・・・に対応する画素数は同一である。
また、飛ばし読みモードは、全画素読み出しモードに比べて、読み出す光電変換素子が、１行分（１ライン分）だけ少ないため、フレームレートの向上を優先させる場合に有益な方法である。
また、全画素読み出しモードは、飛ばし読みモードに比べて、読み出す光電変換素子が１行分だけ多いため、耐ノイズ性の向上を優先させる場合に有益な方法である。
なお、この耐ノイズ性を向上させる場合、この全画素読み出しモードや飛ばし読みモードにおいて、各フレームＦ１およびＦ２に含まれる光電変換素子からの光電変換信号に加えて、それぞれの光電変換素子に対して列方向に配置された少なくとも１つの光電変換素子からの光電変換信号を得る。そして、これら光電変換信号の信号レベルの平均値を、光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、・・・に対応する列毎に算出して、パターン信号を生成するようにしてもよい。これにより、図４に示したように、射影部分の中央部分（フレームＦ１、Ｆ２）だけでなく、スケール１７からの光を受ける光電変換素子からの光電変換信号も含めてパターン信号を生成することができるため、耐ノイズ性を向上させることができる。

図９は、各モードで使用される各光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、・・・の画素の情報を示すものである。図９に示すように、光電変換素子群Ｇ１に対しては、全画素読み出しモードにおいて画素Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｘ３、Ｐｘ４が対応づけられており、飛ばし読みモードにおいて画素Ｐｘ１、Ｐｘ２が対応付けられている。また、光電変換素子群Ｇ２に対しては、全画素読み出しモードにおいて画素Ｐｘ５、Ｐｘ６、Ｐｘ７、Ｐｘ８が対応付けられており、飛ばし読みモードにおいて画素Ｐｘ５、Ｐｘ６が対応付けられている。

以上の処理により、信号検出部４４は、図１におけるメモリ４２に、図９に示すように、パターン信号を得る光電変換素子群と、この光電変換素子群に含まれる画素とを対応づけるテーブルを得る。各光電変換素子群に含まれる光電変換素子から得られる光電変換信号に基づき、１つのパターン信号が得られる。

なお、上述のようなイメージセンサ１７の読み出し範囲の設定、および、この読み出し範囲に含まれる画素の選択処理は、工場出荷時に行う他、本発明の第１の実施形態のエンコーダを動作させるときのイニシャライズ処理で行うようにしても良い。

図１において、回転モータ１１の回転軸２３の回転角を検出する際に、センサ制御部４３は、メモリ４２に参照して、イメージセンサ１７の読み出し範囲を設定する。したがって、イメージセンサ１７の読み出し範囲をメモリ４２に記憶されている情報に基づいて設定すると、イメージセンサ１７の読み出し範囲は、図７（Ｂ）におけるフレームＦ１およびフレームＦ２の位置となる。このフレームＦ１は、インクリメンタルパターンＰ１に対応するインクリメンタルパターン像ＩＭ１を含むように設定されている。このフレームＦ２は、アブソリュートパターンＰ２に対応するアブソリュートパターン像ＩＭ２を含むように設定されている。
したがって、イメージセンサ１７の読み出し範囲をメモリ４２に記憶されている情報に基づいて設定すれば、イメージセンサ１７の受光面の全画素を読み出す場合に比べて、読み出し画素数が減少し、インクリメンタルパターンＰ１のインクリメンタルパターン像ＩＭ１およびアブソリュートパターンＰ２のアブソリュートパターン像ＩＭ２を確実に検出できる。

また、回転モータ１１の回転軸２３の回転角を検出する際、飛ばし読みモードに設定されている場合、センサ制御部４３は、メモリ４２に記憶されている情報に基づいて、各光電変換素子群から画素を選択してパターン信号となる光電変換信号の読み出しを制御する。このメモリ４２には、図９に示したように、各光電変換素子群毎に、使用する画素が決められている。また、飛ばし読みモードに設定されている場合、センサ制御部４３は、このメモリ４２に記憶されている情報に基づいて、各光電変換素子から画素を選択してパターン信号となる光電変換信号の読み出しを制御する。

つまり、全画素読み出しモードが設定され、光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、・・・に対応する光電変換素子が図８（Ａ）に示すように設定されている場合、センサ制御部４３は、各光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、・・・に含まれる全ての画素に対して、各パターン信号となる光電変換信号を出力するタイミングをずらして、光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、・・・ごとに駆動信号を出力する。これにより、光電変換素子群Ｇ１における画素Ｐｘ１〜Ｐｘ４からの光電変換信号が出力され、演算処理部２２は、画素Ｐｘ１〜Ｐｘ４からの光電変換信号に基づき、光電変換素子群Ｇ１に対応するパターン信号を生成する。また、光電変換素子群Ｇ２における画素Ｐｘ５〜Ｐｘ８からの光電変換信号が出力され、演算処理部２２は、画素Ｐｘ５〜Ｐｘ８からの光電変換信号に基づき、光電変換素子群Ｇ２に対応するパターン信号を生成する。

また、飛ばし読みモードが設定され、各光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、・・・に対応する光電変換素子が図８（ｂ）に示すように設定されている場合、センサ制御部４３は、各光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、・・・に含まれる全ての画素数よりも少ない画素に対して、各パターン信号となる光電変換信号を出力するタイミングをずらして、光電変換素子群Ｇ１、Ｇ２、・・・ごとに駆動信号を出力する。これにより、光電変換素子群Ｇ１における画素Ｐｘ１およびＰｘ２からの光電変換信号が出力され、演算処理部２２は、画素Ｐｘ１およびＰｘ２からの光電変換信号に基づき、光電変換素子群Ｇ１に対応するパターン信号を生成する。また、光電変換素子群Ｇ２における画素Ｐｘ５およびＰｘ６からの光電変換信号が出力され、演算処理部２２は、画素Ｐｘ５およびＰｘ６からの光電変換信号に基づき、光電変換素子群Ｇ２に対応するパターン信号を生成する。

このように、飛ばし読みモードに設定すると、イメージセンサ１７の読み出し画素数が減少する。これにより、イメージセンサ１７として画素数が多いものを使用した場合でも、位置情報を更新するフレームレートが低下することがなくなり、高速回転に対応できる。

なお、図５で説明したように、インクリメンタルパターンＰ１の検出処理では、インクリメンタルパターンＰ１の最小識別幅Ｂ１当たり２画素となる画素間隔で、イメージセンサ１７の光電変換信号を取得し、フーリエ級数展開によりＡ相信号成分とＢ相信号成分とを求め、Ａ相信号とＢ相信号とから、位相を算出して、内挿データを得るようにしている。したがって、インクリメンタルパターンＰ１の検出処理では、インクリメンタルパターンＰ１の最小識別幅Ｂ１当たり２画素分だけ、イメージセンサ１７の画素間隔を確保する必要がある。

これに対して、アブソリュートパターンＰ２の検出処理では、図６で説明したように、イメージセンサ１７からのアブソリュートパターンＰ２の光電変換信号を「０」又は「１」に二値化して、「０」と「１」の２値の符号の組み合わせから、絶対位置を検出するようにしている。したがって、アブソリュートパターンＰ２の検出処理では、アブソリュートパターンＰ２の最小識別幅Ｂ２当たり１画素サンプリングできるように、イメージセンサ１７の画素間隔を設定する。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態のエンコーダでは、イメージセンサ１７として、所定の読み出し範囲を設定可能なものが用いられる。そして、メモリ４２には、スケール１５のインクリメンタルパターンＰ１およびアブソリュートパターンＰ２に対応する像光を取得できる範囲が読み出し範囲として記憶される。このため、イメージセンサ１７の受光面の全画素を読み出す場合に比べて、読み出し画素数が減少する。また、本発明の第１の実施形態のエンコーダでは、イメージセンサ１７として、飛ばし読み出し可能なものが用いられる。このため、全画素読み出しに比べて、読み出し画素数が減少する。これらにより、フレームレートを改善し、高速回転に対応できる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第２の実施形態のエンコーダの構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態のエンコーダは、図１０に示すように、スケール２１５、発光素子２１６、イメージセンサ２１７、センサ駆動部２１８、光源制御部２１９、光源駆動部２２０、増幅部２２１、演算処理部２２２を備えている。この構成は、基本的には、前述の第１の実施形態と同様である。

図１１は、本発明の第２の実施形態によるエンコーダに用いられるスケール２１５に示されるパターンを示す図である。スケール２１５には、図１１に示すように、アブソリュートトラック２３１が備えられる。アブソリュートトラック２３１に含まれるパターンは、イメージセンサ２１７とスケール２１５との位置関係を絶対位置として示す位置情報を符号化して示される。その符号化は、例えばＭ系列符号が適用できる。

図１２は、スケール２１５の同じトラックに設けられるパターンとして示される符号「０」と符号「１」の形状を示す。図１２（Ａ）は、符号「０」と符号「１」を並べて示す図である。それぞれの符号は、異なる状態として読み出される第１状態と第２状態との組み合わせによって形成され、例えば、検出される光量の違いを基準とする閾値に基づいて判定することにより、「明部」と「暗部」とに判別して検出できる。この図に示される符号「０」（第１の符号）は、基本ピッチＴの期間に白で示される透過領域Ｒ_０２ａを１つ設けて示される。この符号「０」を透過する光の強度は、基本ピッチＴを１周期と同じ周期の波形として示されるパターン（第１のパターン）として検出される。この波形の波長λ１は、基本ピッチＴと一致する。

また、符号「１」（第２の符号）は、基本ピッチＴの期間に白で示される透過領域Ｒ_１２ａを２つ設けて示される。すなわち、基本ピッチＴの半分の期間にそれぞれ白で示される透過領域Ｒ_０２ａを１つ設けた場合と同じである。この符号「１」を透過する光の強度は、基本ピッチＴの１周期の間に２周期の波形として示されるパターン（第２のパターン）として検出される。この波形の波長λ２は、基本ピッチＴの半分の周期と一致する。なお、基本ピッチＴおよび波形は、「周期」を単位として示すほかに、検出された符号の回数、パターンとして設けられた符号の長さなどで表現してもよい。この図に示される符号「０」と符号「１」の透過領域Ｒ_０２ａとＲ_１２ａは、基本ピッチＴに対して５０％の比率（デューティー比５０％）とした。これにより、透過光の明暗を示す波形の明るい部分と暗い部分の対称性を確保することができる。

つまり、第１パターンは、基本間隔の期間を３つの領域に分割し、順に遮断領域Ｒ_０１ａ（第１の領域）、透過領域Ｒ_０２ａ（第２の領域）および遮断領域Ｒ_０３ａ（第３の領域）とする。第１パターンの遮断領域Ｒ_０１ａ（第１の領域）と遮断領域Ｒ_０３ａ（第３の領域）とには、照射された光を遮断する遮断状態（第１状態）を生成する領域として割り当てられ、第１パターンの透過領域Ｒ_０２ａ（第２の領域）には、照射された光を透過する透過状態（第２状態）を生成する領域として割り当てられる。第１パターンでは、基本ピッチＴ（基本間隔）に対して透過領域Ｒ_０２ａのデューティー比が５０％である。なお、この第１の状態と第２の状態は、「明部」として検出される状態と、「暗部」として検出される状態のいずれかの状態とすることができる。つまり、透過光の明暗を反転させることも可能である。

或いは、図１２（Ａ）のように透過領域の割合を増やし、第１パターンについて、透過領域を透過領域Ｒ_０２ｂのように、連続するパターン方向の長さを長くすることもできる。また、第１パターンと第２パターンの双方の透過領域の長さを、連続するパターン方向に長くしてもよい。そして、第１パターンと第２パターンとは、同一のデューティー比となるようにその長さをそれぞれ設定してもよい。なお、図１２（Ａ）に示した第１パターンと第２パターンは、第１パターンの中心位置と第２パターンの中心位置同士の中間位置は、第１の符号又は第２の符号を示す区間に対してそれぞれ同じ位置とする。
また、図１２（Ｂ）は、アブソリュートトラック２３１に対応するアブソリュートパターンＰ３の射影がイメージセンサ２１７の表面に投影されている状態を示す。

図１３は、本発明の第２の実施形態における位置検出方法を説明するものである。この図には、符号「０」と符号「１」とが並べて示されたスケール２１５と、そのスケール２１５の位置に応じた光量の変化を示す波形が示される。波形Ｓ１が符号「０」に応じた光量の変化を示し、波形Ｓ２が符号「１」に光量の変化を示す。ここで、基準となる位置にスケール２１５が配置され、符号「０」が連なった場合の光量は、波形Ｓ１０として検出されると仮定する。また、符号「１」が連なった場合の光量は、波形Ｓ２０として検出されると仮定する。波形Ｓ１０と波形Ｓ２０の波長は、それぞれ波長λ１と波長λ２で示される。

このスケール２１５は、基準となる位置から、基本ピッチＴの２０％だけ、図の右方向に移動した状態を示している。すなわち、符号「０」によって示される波形Ｓ１は、波形Ｓ１０に対して、基本ピッチＴの２０％（０．２λ１）分の位相が右にずれている状態にある。波形Ｓ１０を基準としたときの位相差θ１は、７２°になる。

また、符号「１」によって示される波形Ｓ２は、波形Ｓ２０に対して、基本ピッチＴの２０％（０．４λ２）分の位相が右にずれている状態にある。波形Ｓ２０を基準としたときの位相差θ２は、１４４°になる。このように、基準とする波形の周期が異なるため位相差が異なるが、２つの波形は、周期が２対１の関係にあり、その位相差は、１対２の関係を有して検出される。

次に、本発明の第２の実施形態のエンコーダにおける位置検出処理について、図１４を参照しながら説明する。

図１４において、ｘ軸は、スケール２１５に設けられたパターンの移動方向に定義される。すなわち、図１４に示されるｘ軸の基本単位は、イメージセンサ２１７を構成する画素の間隔とする。各画素の受光量に応じて生成される信号ｆ(ｘ)の大きさは、検出位置ｘの関数として示される。スケール２１５に設けられたパターンによる透過量が多く、イメージセンサ２１７における受光量が多い場合には、信号ｆ（ｘ）は、大きな値を示す。この信号ｆ（ｘ）は、スケール２１５に設けられたパターンの基本ピッチに応じて変化する。

イメージセンサ２１７の各画素によって検出される光量は、検出されたスケール２１５の位置に基づき、値が変化する信号ｆ（ｘ）として検出される。信号ｆ（ｘ）は、画素に対応して定められることから、画素の位置に応じて検出される検出位置ｘが定まる。検出位置ｘは、画素間隔に対応する離散的な値であり、検出位置ｘｉ（ｉは自然数）として示される。したがって、検出位置を検出位置ｘｉとしたことにより、検出される信号も、離散的な値の信号ｆ（ｘｉ）として示される。

位置検出を行う場合、最初に、符号判定部２４５は、イメージセンサ２１７によって検出された信号ｆ（ｘｉ）から、基本ピッチＴ単位に割り当てられた符号を判定する符号判定を行う。

符号判定部２４５は、判定された符号境界にしたがって、基本ピッチＴ単位に割り当てられた符号をそれぞれ判定する。また、絶対位置復号部２４６は、判定された符号を連ねて、その符号列を所定の次数のＭ系列符号則にしたがってデコード（復号化）することにより、検出された符号列が示す絶対位置情報を生成する。

周波数変換処理部２４７は、検出された信号ｆ（ｘｉ）について、フーリエ級数展開する。フーリエ級数展開の演算式を、式（３）として示す。

式（３）において、ωが角速度を示し、基本ピッチ（最小識別間隔）を１波長としたときの角速度を示す。ω／２πに当たる周波数が、スケール２１５に設けられたパターンが示す基本周波数ｆ０となる。また、直流成分の大きさを示すａ０と、ｃｏｓ成分の係数を示すａ１、ａ２、・・・と、ｓｉｎ成分の係数を示すｂ１、ｂ２、・・・は、フーリエ級数展開の各項の係数であり、ａ０が直流成分の大きさを示し、（ａ１とｂ１）が基本周波数ｆ０における成分の大きさを示し、（ａ２とｂ２）が基本周波数ｆ０の倍の周波数における成分の大きさを示す。このフーリエ級数展開によって示される基本周波数の倍の周波数の成分は、符号「１」によって示される成分に応じて変化する。また、基本周波数は、符号「０」によって示される成分と、符号「１」によって示される成分とによって含まれる成分とに応じて変化する。

周波数変換処理部２４７によって行われるフーリエ級数展開の結果に基づいて、基本周波数と基本周波数の２倍の周波数の係数を配列（ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２）として示す。

内挿処理部２２４は、イメージセンサ２２３によって生成された信号（画像）からフーリエ級数展開を用い符号「０」によって示される波形の位相θ１と、符号「１」によって示される波形の位相θ２とをそれぞれ求める。位相θ１と位相θ２は、フーリエ級数展開処理で導かれた係数の配列（ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２）として示される値に基づいて導かれる。

例えば、信号ｆ（ｘｉ）として示されるパターンの位相は、式（４）として示す演算式によって導かれる。

θ１＝ｔａｎ^−１（ａ１／ｂ１）
θ２＝ｔａｎ^−１（ａ２／ｂ２） ・・・（４）

式（４）において、θ１が、基本周波数成分として検出された信号から導かれた位相であり、θ２が、基本周波数成分の倍の周波数として検出された信号から導かれた位相である。

位相θ１と位相θ２は、基本周波数成分と基本周波数成分の倍の周波数の成分とによってそれぞれ示される位相である。位相θ１の値は、位相θ２の値に対して約１／２の値を示す。内挿処理部２２４は、例えば、位相θ１と位相θ２から、位相θ１を内挿処理の代表値（内挿移相情報）として選択する。

合成処理部２４９は、内挿処理において検出された位相情報は、基本ピッチＴを１周期とした位相情報を示すことから、絶対角度を補正する補正値に変換する。そして、合成処理部２４９は、先に検出された絶対位置情報に、内挿処理結果に基づいた補正値を加算して、合成された合成位置情報を取得する。

この実施形態においても、イメージセンサ２２３を飛ばし読み出しさせることで、更新レートが速くなり、高速に位置検出が行える。飛ばし数は、少なくとも、符号パターンの最小識別幅当たり２画素サンプリングできる画素ピッチとなる範囲に設定すれば良い。

＜変形例、応用例＞
上述のように、本発明の第１および第２実施の形態では、イメージセンサ１７、２１７としては、飛ばし読み出し可能なものを用い、イメージセンサ１７、２１７の読み出し画素数を減少させている。これにより、位置情報更新レートが上がり、高速回転に対応できるようになる。

上述のように、本発明の第１および第２実施の形態では、全画素読み出しモードおよび飛ばし読み実オードを行うものを例に説明した。しかし、本発明はこれに限らず、インクリメンタルパターンＰ１とアブソリュートパターンＰ２、Ｐ３のピッチ幅（異なる論理状態「０」「１」が繰り返し連続する方向の長さ）に応じてイメージセンサ１７、２１７の光電変換面上に映し出されるパターン像のピッチ幅と、イメージセンサ１７、２１７の各画素のピッチ幅（行方向の長さ）との関係に応じて選択される。
例えば、アブソリュートパターンＰ２のいずれか１つの論理状態（「０」あるいは「１」）を示すアブソリュートパターン像のピッチ幅と、インクリメンタルパターンＰ１の２つの論理状態（「０」および「１」）を示すインクリメンタルパターン像のピッチ幅は、少なくとも２つのイメージセンサ上の画素のピッチ幅であることが好ましい。
なお、ピッチ幅は、異なる論理状態「０」「１」が繰り返し連続する方向の長さである。このピッチ幅の方向は、スケール１５、２１５の移動方向や、イメージセンサ１７、２１７の行方向と概ね平行であることが好ましい。

図１５は、行方向に隣接する画素を画素混合する例を模式的に示している。この例では、行方向に並ぶ画素５１と画素５２とが画素混合され、１画素として出力される。このような画素混合により、イメージセンサから出力される信号の画素数（光電変換素子数）は、イメージセンサの受光部に配列されている全体の画素数（全体光電変換素子数）より、少なくなる。画素混合は、このような列方向に並ぶ画素の混合だけでなく、隣接する行方向の画素を混合するものや、隣接する列方向および行方向の画素を混合するものが考えられる。画素混合で読み出す場合も、飛ばし読み出しと同様に、読み出し画素数が減少し、位置情報更新レートが向上できる。また、画素混合での読み出しは、飛ばし読み出しに比べて、ノイズの影響を受けにくく、精度の向上が期待できる。

また、本発明の第１および第２実施の形態では、イメージセンサ１７、２１７の飛ばし読み出しにより、イメージセンサ１７、２１７から出力させる信号の画素数（光電変換素子数）を、イメージセンサ１７，２１７の受光部に配列されている全体の画素数（全体光電変換素子数）より少なくなるようにしているが、イメージセンサ１７、２１７内で、飛ばし読み出しや画素混合を行わず、イメージセンサ１７，２１７の各画素をそのままの数で読み出し、その出力信号から、外部の信号処理で画素数を減らすようにしても良い。すなわち、イメージセンサ１７、２１７の外部に平均化回路又は中間値フィルタを設け、イメージセンサ１７、２１７の出力信号を外部の平均化回路又は中間値フィルタに供給し、飛ばし読み出しや画素混合と同様の画素数配列が得られるように、信号処理を行うようにしても良い。外部の信号処理で画素数を減らすように構成した場合には、イメージセンサ１７、２１７から読み出される画素数は減少しないので、位置情報更新レートの向上は期待できないが、複数の画素からの信号を平均化することで、ノイズ成分がキャンセルされ、精度の向上が図れる。

また、上述のように、イメージセンサ１７、２１７で、飛ばし読み出しで画素数を減らすようにすると、位置情報更新レートが向上し、イメージセンサ１７、２１７の出力信号から信号処理で画素数を減らすようにすると、ノイズ成分が除去できる。そこで、位置情報更新レートを優先するか、耐ノイズ性を優先するかをユーザが選択できるようにしても良い。すなわち、位置情報更新レート優先に設定されると、イメージセンサ１７、２１７で、飛ばし読み出しが行われる。耐ノイズ優先モードに設定されると、イメージセンサ１７、２１７の画素がそのまま読み出され、平均化回路又は中間値フィルタにより、信号処理で画素数が減少される。この場合、飛ばし読み出しで減少される画素数や画素の位置と、平均化回路又は中間値フィルタにより信号処理で減少される画素数や画素の位置とを同じにしておくと、その後の処理は、全く同様に行える。

また、上述の説明は、回転軸の回転角を検出するロータリーエンコーダの構成であるが、本発明は、直線上の位置を検出するリニアエンコーダにも、同様に用いることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

１１，２１１：回転モータ
１７，２１７：イメージセンサ
１８，２１８：センサ駆動部
２２，２２２：演算処理部
３１：インクリメンタルトラック
３２：アブソリュートトラック
４１，２４１：入出力部
４２，２４２：メモリ
４３，２４３：センサ制御部
４４，２４４：信号検出部
４５：二値化処理部
４６，２４６：絶対位置復号部
４７，２４７：周波数変換処理部
４８，２４８：内挿処理部
４９，２４９：合成処理部

Claims (11)

1. 移動可能に設けられ、第１の符号と第２の符号とを含むパターンを有し、光源から射出される光が入射するスケールと、
   前記スケールが移動する行方向に隣接する少なくとも２以上の光電変換素子からなる光電変換素子群を複数有する光電変換素子部と、を備え、
   前記複数の光電変換素子群は、前記行方向に沿って配置され、
   前記光電変換部は、前記スケールを介した光に基づく前記複数の光電変換素子群からそれぞれ出力される出力信号を選択的に用いてパターン信号を生成する、
   ことを特徴とするエンコーダ。
2. 前記光電変換部は、前記光電変換素子群に含まれる前記光電変換素子の全体数よりも少ない数の前記光電変換素子から出力される信号に基づき、前記パターン信号を生成すること
   を特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記光電変換部は、前記光電変換素子群に含まれる全ての前記光電変換素子から出力される信号に基づき、前記パターン信号を生成すること
   を特徴とする請求項１あるいは２に記載のエンコーダ。
4. 前記複数の光電変換素子群は、それぞれ、同じ数の前記光電変換素子からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のエンコーダ。
5. 前記パターン信号に基づき前記スケールの移動量を算出する算出部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンコーダ。
6. 前記パターン信号の生成に用いる前記光電変換素子群に付けられた素子群識別子を記憶する記憶部を備え、
   前記光電変換部は、前記記憶部に記憶された前記素子群識別子に対応する前記光電変換素子群から出力される前記出力信号に基づき、前記パターン信号を生成すること
   を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のエンコーダ。
7. 前記光電変換素子群は、前記第１の符号および前記第２の符号を介した光が入射する領域のうち、前記第１の符号に対応する少なくとも１つの前記光電変換素子、あるいは前記第２の符号に対応する少なくとも１つの前記光電変換素子のうちいずれか１つを含むこと
   を特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のエンコーダ。
8. 前記光電変換群は、前記行方向と直交する列方向に配置される複数の前記光電変換素子を含み、当該複数の光電変換素子からそれぞれ出力される出力を平均して前記出力信号を得ること
   を特徴とする請求項７に記載のエンコーダ。
9. 前記スケールは、第１の方向に交互に連続して配置される前記第１の符号および前記第２の符号を含み、前記第１の符号における第１の方向の長さと前記第２の符号における前記第１の方向の長さが異なる部分を有すること
   を特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のエンコーダ。
10. 前記スケールは、第１の方向に交互に連続して配置される前記第１の符号および前記第２の符号を含み、前記第１の符号における第１の方向の長さと前記第２の符号における前記第１の方向の長さが同一である部分を含むこと
    を特徴とする請求項１から８のいずれか１一項に記載のエンコーダ。
11. 前記スケールは、異なるパターンを少なくとも２以上含み、
    前記光電変換素子は、単一の素子によって、前記異なるパターンのそれぞれに応じたパターン信号に生成される前記出力信号を出力すること
    を特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のエンコーダ。

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