光学式エンコーダおよび位置測定方法
【課題】ある種のスケールの欠陥または汚染により異常信号が生じたとしても、正確な測定動作を行うことができる改良された光学式エンコーダおよび位置測定方法を提供すること。
【解決手段】 照明部と、測定軸方向に沿って延出する第１スケールトラックパターンを有する第１スケールトラックを少なくとも有し、前記照明部からの光を受光するとともに、前記第１スケールトラックパターンに対応する第１周期的空間変調光パターンを第１光路に沿って出力するように配置されるスケール要素と、第１検出部と有効信号選択部とを有する信号処理装置とを備える。
【解決手段】 照明部と、測定軸方向に沿って延出する第１スケールトラックパターンを有する第１スケールトラックを少なくとも有し、前記照明部からの光を受光するとともに、前記第１スケールトラックパターンに対応する第１周期的空間変調光パターンを第１光路に沿って出力するように配置されるスケール要素と、第１検出部と有効信号選択部とを有する信号処理装置とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置または変位を高精度に測定する光学式エンコーダおよび位置測定方法に関し、より詳細には、スケールの汚染または欠陥により発生する誤差の影響を受けにくい光学式エンコーダおよび位置測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式の位置エンコーダは、スケールに形成されたパターンを読取ヘッドで検出することにより、スケールに対する読取ヘッドの変位あるいは位置を決定している。
従来、位置エンコーダは、周期的なパターンを有する少なくとも１つのスケールトラックを備えたスケールを用いており、スケールトラックに沿った読取ヘッドの変位または位置に応じてスケールトラックから生じる信号は周期的なものとなる。アブソリュート型の位置エンコーダでは、複数のスケールトラックを用い、アブソリュートスケールに沿った各位置において一意の信号の組合せを得る。
【０００３】
様々な用途において、スケールトラック上に製造上の欠陥または塵埃や油といった汚染がある場合、読取ヘッドによって検出されるパターンが乱され、その結果得られた位置または変位測定に誤差をもたらす恐れがある。
一般的には、欠陥または汚染による誤差の大きさは、欠陥または汚染の大きさ、スケール上の周期的パターンの波長、読取ヘッド素子領域の大きさ、およびこれらの大きさどうしの関係といった要素によって決定される。
【０００４】
このような位置エンコーダにおける異常信号に対応するため、様々な方法が知られている。このような方法のほとんどは、エンコーダ信号を無効にすること、「誤差信号」を発して使用者に警告すること、または光源の強度を調整して弱くなった信号を増幅すること等に基づく。
しかしながら、このような方法は、ある種のスケールの欠陥または汚染によって異常信号が生じたとしても、正確な測定動作を継続できない。したがって、このような方法では実用性に限りがある。スケールの汚染または欠陥による測定精度への影響を軽減する公知の方法が特許文献１に開示される。
【０００５】
特許文献１には、２つ以上の受光素子が同じ位相の周期信号を出力し、これらの信号が信号安定度判定手段にそれぞれ入力される方法が開示されている。信号安定度判定手段は、「正常」と判定された信号のみを出力し、これらの「正常」信号は位置測定の基準として利用される。一方「異常」とされた信号は、位置測定の演算から除外される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−０６５８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した特許文献１に開示される「正常」および「異常」な信号を判定する方法には、特許文献１に開示された光学式エンコーダの実用性を制限するいくつかの不利な点があった。
【０００８】
本発明の目的は、ある種のスケールの欠陥または汚染により異常信号が生じたとしても、正確な測定動作を行うことができる改良された光学式エンコーダおよび位置測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ある種のスケールの欠陥または汚染により異常信号が生じたとしても正確な測定動作を可能にする、改良された光学式エンコーダの構造および信号処理方法に関する。
前述した特許文献１は、既定の「理想」信号特性に基づき信号異常が判定されることを教示する。しかしながら、予測不可能な様々な動作状態の下では、このような理想基準は過度に限定的、もしくは、単に不適当になる可能性がある。また、特許文献１は、時間をかけて信号をサンプリングしなくては決定されえない多数の信号特性を用いることも教示する。このような信号特性に基づいて、高速な「リアルタイム」測定動作を可能にすることは、困難もしくは不可能である。
これに対し、本発明のシステムおよび方法は、「理想」信号特性といった前提を必要としておらず、１つの信号サンプルに基づいて高速なリアルタイム測定動作を行うのに好適である。
【００１０】
本発明は、スケールトラックの欠陥および汚染の影響を低減しつつ、測定軸方向に沿ったスケール要素と検出手段間の相対位置を決定するために用いられる光学式エンコーダに関する。
本発明の光学式エンコーダは、照明部と、測定軸方向に沿って延出する第１スケールトラックパターンを有する第１スケールトラックを少なくとも有し、前記照明部からの光を受光するとともに、前記第１スケールトラックパターンに対応する第１周期的空間変調光パターンを第１光路に沿って出力するように配置されるスケール要素と、第１検出部および有効信号選択部を有する信号処理装置と、を備える。
前記第１検出部は、第１周期的空間変調光パターンを前記第１光路に沿って受光するとともに、この受光した第１周期的空間変調光パターンを空間的にフィルタリングして前記相対位置に応じた信号を出力する。前記第１検出部は、少なくとも３つのサブ部からなる第１セットを備え、この少なくとも３つのサブ部は、前記第１スケールトラックに汚染または欠陥がない場合、設計上同じ信号特性値を持つ少なくとも３つのサブ部信号サブセットを有する第１信号セットを作り出す。
【００１１】
前記信号処理装置は、前記第１信号セットを前記有効信号選択部に入力し、前記第１信号セットを分析し、この第１信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号測定値（比較信号特性値）に最も類似しない信号測定値（対応信号特性値）を持つ特異サブ部信号サブセットを認識し、有効な信号セットに基づき第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行う。
この際、有効な信号セットは、前記第１信号セットのうち複数の前記類似サブ部信号サブセットは含むが、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まないものとする。
【００１２】
本発明において、前記信号処理装置は、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の少なくとも1つに基づき規定される許容相違範囲外にあるとき、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットの信号特性値と著しく異なると判定することができる。
本発明において、前記許容相違範囲は前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲と一致するように規定されてもよい。
【００１３】
本発明において、前記信号処理装置は、前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲より大きくなるように前記許容相違範囲を規定し、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記許容相違範囲外ではないとき、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットの信号特性値と著しく異ならないと判定し、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値と著しく異ならない場合、複数の前記類似サブ部信号サブセットおよび前記特異サブ部信号サブセットに基づき前記第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行ってもよい。
【００１４】
本発明において、前記許容相違範囲の下限値は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、および（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、のいずれかより小さい第１規定相違量であってもよい。
本発明において、前記第１規定相違量は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、（ｄ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する２つの信号特性値の差、および（ｅ）前記類似サブ部信号サブセットの信号特性値に関連する分布の尺度、のいずれかに比例してもよい。
本発明において、類似サブ部信号サブセットに関連する分布の尺度としては標準偏差を用いることができる。
【００１５】
本発明において、前記許容相違範囲の上限値は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、および（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、のいずれかより大きい第２規定相違量であってもよい。
本発明において、前記第２規定相違量は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、（ｄ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する２つの信号特性値の差、および（ｅ）前記類似サブ部信号サブセットの信号特性値に関連する分布の尺度、のいずれかに比例してもよい。
【００１６】
本発明において、前記第１セットの少なくとも３つのサブ部はそれぞれ第１の類似検出手段要素のセットを有し、前記測定軸方向に沿って前記第１空間変調光パターンの空間的周期の整数倍だけ離間して配置されることが望ましい。
少なくとも３つのサブ部からなる第１セットおよび／または第１の類似検出手段要素のセットは、各実施形態によって異なって構成されてもよい。
本発明において、前記類似検出手段要素のセットは、単一の検出手段要素、同じ空間的位相を持つ隣接しない検出手段要素のセット、複数の空間的位相を持つ隣接しない検出手段要素のセット、および複数の空間的位相を持つ隣接する検出手段要素のセットのうちいずれかを備えてもよい。
【００１７】
本発明において、前記複数の空間的位相を持つ隣接する検出手段要素のセットは、前記第１空間変調光パターンの空間的周期の整数倍で均等に離間されてもよい。
本発明において、前記有効信号選択部は、少なくとも１つの信号結合手段を備え、前記類似検出手段要素のセットは、前記複数の空間的位相を持つ隣接する検出手段要素のセットを備え、各サブ部信号サブセットはこのサブ部信号サブセットに対応する前記信号特性値を規定する結合された信号を出力する信号結合手段に入力されることが好ましい。
【００１８】
本発明において、前記信号結合手段は、複数の入力信号の和、複数の入力信号の差、入力信号の結合に基づく商、あるいは、より一般的には、入力信号の結合から導出されうる所望の信号で規定される信号を出力してもよい。
あるいは、前記少なくとも３つのサブ部からなる第１セットの前記類似検出手段要素のセットは、第１空間的位相を持つ単一の検出手段要素と、各々が前記第１空間的位相を持つ隣接しない検出手段要素のセットのいずれかを有してもよい。
前記検出部は、さらに、それぞれ少なくとも３つのサブ部からなる第２セットおよび第３セット（前記第１セットに類似した各々少なくとも３つのサブ部からなる）を少なくとも備え、これらの第２セットおよび第３セットに含まれる第２サブ部および第３サブ部は、前記第１信号セットと同様に、第２空間的位相および第３空間的位相のみを持つ第２信号セットおよび第３信号セットをそれぞれ作り出してもよい。
【００１９】
前記信号処理装置は、前記第２信号セットを前記有効信号選択部に入力し、かつ、前記第３信号セットを前記有効信号選択部に入力し、前記第２信号セットを分析して、この第２信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値に最も類似しない信号特性値を持つ特異サブ部信号サブセットを認識し、前記第３信号セットを分析して、この第３信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値に最も類似しない信号特性値を持つ特異サブ部信号サブセットを認識し、有効な信号セットに基づき第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行い、この有効な信号セットは、前記第１信号セットの複数の類似サブ部信号サブセットと、前記第２信号セットの複数の類似サブ部信号サブセットと、前記第３信号セットの複数の類似サブ部信号サブセットとを含み、前記第１信号セットの特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記第１信号セットの他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まず、前記第２信号セットの特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記第２信号セットの他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まず、前記第３信号セットの特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記第３信号セットの他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まないように構成されてもよい。
【００２０】
このような本発明においては、検出素子のサブ部がスケールトラックパターンの１波長より大きな波長に相当する光を受光した場合、汚染または欠陥の大きさがスケールトラックパターンの波長に類似あるいはそれより大きいとしても、正確なリアルタイム測定を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の光学式エンコーダの実施形態を示す分解図。
【図２】図１の光学式エンコーダにおける検出手段および周期的空間変調光パターン構造の様々な幾何学的関係を示す図。
【図３】本発明に基づく信号処理装置の第１実施形態を示す図。
【図４】本発明に基づく信号処理装置の第２実施形態を示す図。
【図５】本発明の実施形態における信号検出処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に基づく一実施形態である光学式エンコーダ１００の検出構造および信号処理システムおよび方法を概略的に示す分解図である。
図1に示されるように、光学式エンコーダ１００は、スケール要素１１０と、電力/信号接続部１９２によって信号生成/処理部１９０に接続される信号処理装置１２０と、照明系または照明部１６０とを備え、この照明系または照明部１６０は、可視または不可視の光波長を出射する光源１３０と、レンズ１４０と、オプションの光源格子１５０とを備える。
【００２３】
光源１３０は、電力/信号接続部(図示されず)によって信号生成/処理部１９０に接続されてもよい。図１の実施形態において、スケール要素１１０は、絶対スケールパターン１１５（以下、単にスケールパターン１１５ということがある）を有し、このパターンは３つのスケールトラックパターン、すなわちインクリメンタルトラックパターンＴＩＮＣ、第１の絶対トラックパターンＴＡＢＳ１および第２の絶対トラックパターンＴＡＢＳ２を有する（以下、単にトラックパターンＴＩＮＣ，ＴＡＢＳ１，ＴＡＢＳ２ということがある）。
トラックパターンＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２は、各々の構造によって決定される絶対測定範囲上の絶対位置を決定する際に用いられる信号(例えば信号の組合せ)を規定することから、絶対スケールトラックパターンと呼ばれる。図１はまた、本明細書で用いられる定義に従い、直交するＸ、ＹおよびＺ方向を示す。ＸおよびＹ方向は絶対スケールパターン１１５の平面に平行であるとともに、Ｘ方向は意図される測定軸方向ＭＡ（例えば、インクリメンタルトラックパターンＴＩＮＣに含まれてもよい長尺格子パターン要素に直交）に平行である。Ｚ方向は絶対スケールパターン１１５の平面に垂直である。
【００２４】
信号処理装置１２０は、３つのスケールトラックパターンＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１、およびＴＡＢＳ２からの光を受光するように配置された３つの検出トラックまたは検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２を有する検出部１２５を備える。
信号処理装置１２０は、分析部１２６(例えば、信号調整、増幅および／または結合回路、および／または比較回路等)を備えてもよい。一実施形態において、信号処理装置１２０は単一のＣＭＯＳ型ＩＣとして構成されてもよい。以下でさらに詳細に記載されるように、本明細書で開示される検出構造および信号処理システム並びに方法は、３つのスケールトラックパターンＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２の光を受光する３つの検出トラックまたは検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２のいずれかまたは全部を用いる構造であってもよい。
【００２５】
動作中に光源１３０から発される光１３４は、３つのスケールトラックパターンを照らすのに十分なビーム領域にわたり、レンズ１４０によって部分的または全体的に視準されてもよい。図１は、光１３４の３つの代表光路１３４Ａ、１３４Ｂおよび１３４Ｃを概略的に示す。代表光路１３４Ａは、トラックパターンＴＩＮＣを照らす光を有する中央の光路の例である。
トラックパターンＴＩＮＣは照らされると、トラックパターンＴＩＮＣに対応した周期的空間変調光パターン（いくつかの実施形態では、例えば回折次数からの干渉縞光）を、代表光路１１６Ａに沿って信号処理装置１２０の検出部ＤＥＴＩＮＣに出力する。
【００２６】
代表光路１３４Ｂおよび１３４Ｃは、それぞれトラックパターンＴＡＢＳ２およびＴＡＢＳ１を照らす光を有する光路の例である。トラックパターンＴＡＢＳ２およびＴＡＢＳ１は照らされると、周期的空間変調光パターン（例えば、各トラックパターンに対応するパターン化された光）を、代表光路１１６Ｂおよび代表光路１１６Ｃに沿って信号処理装置１２０の検出部ＤＥＴＡＢＳ２およびＤＥＴＡＢＳ１にそれぞれ出力する。各種実施形態において、光学式エンコーダ１００は、トラックパターンＴＡＢＳ２およびＴＡＢＳ１がそれぞれ検出部ＤＥＴＡＢＳ２およびＤＥＴＡＢＳ１に投影される陰影画像（例えば、不鮮明なもしくは不鮮明でない陰影画像）を作り出すように構成されてもよい。なお、空間変調光パターンは全てスケール要素１１０と並行して動く。
【００２７】
各検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２において、個々の受光領域は受光する空間変調光パターンを空間的にフィルタリングし、所望の位置通知信号（例えば、信号補間につながる空間的な位相関係を有する直角位相信号または他の周期信号）を規定するように構成される。加えて、スケールトラックの欠陥または汚染の影響を低減するために、１つ以上の検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２は図３および／または４を参照して以下に説明される原理に従って構成されてもよく、これら検出部の信号は本明細書に開示される原理に従って処理されてもよい。いくつかの実施形態では、個々の受光領域よりむしろ、個々の孔を有する空間フィルタマスクにより比較的大きい受光素子をマスクして、図示される各受光素子領域に類似する受光領域を規定して、公知の技術に従って同様の全体的な信号効果をもたらしてもよい。
【００２８】
中分解能の実施形態（例えば、約４０ミクロン以上といった微細なトラック波長を有する）では、光学式エンコーダ１００はトラックパターンＴＩＮＣが検出トラックＤＥＴＩＮＣ上に投影される陰影画像を作り出すように構成されてもよい。比較的高い分解能の実施形態では、トラックパターンＴＩＮＣは一般的に回折光を生み出すように構成される。
いくつかの実施形態、例えば、およそ８ミクロン以下といった微細なトラック波長を有する実施形態において、光学式エンコーダ１００は、回折次数（例えば、＋／１次）が検出部ＤＥＴＩＮＣに達する干渉縞を作り出すように公知の方法に従って構成されてもよい。このような実施形態において、光源格子１５０は一般に省略される。
例えば、およそ８−４０ミクロンといった微細なトラック波長を有する他の実施形態において、光学式エンコーダ１００は、いくつかの回折次数が相互に作用し、自己結像（例えば、タルボットイメージまたはフレネルイメージ）を検出トラックＤＥＴＩＮＣの面に作り出すように公知の方法に従って構成されてもよい。
【００２９】
自己結像構造において、光源１３０はＬＥＤで構成されてもよい。光源の各寸法が十分に小さい実施形態では、光源格子１５０は省略あるいは任意であってもよい。しかしながら、拡張光源を用いる場合、最も所望される自己結像を得るために光源格子１５０が必要とされてもよい。このような場合、代表光路１３４Ａ周りの光は光源格子１５０の格子構造を通過して、格子開口において部分的に干渉性な照明光源の列を規定する。この照明光源は、トラックパターンＴＩＮＣのピッチつまり波長におおよそ合致するピッチで配置され、公知の自己結像照明原理に従ってトラックパターンＴＩＮＣを照らす。
図１は光源格子１５０の実施形態を示す。この光源格子１５０によれば、代表光路１３４Ｂおよび１３４Ｃは光源格子１５０の透明基板を通過することが可能であり、検出部ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２の信号の質に影響を及ぼす光路の強度および視準の度合いが光源格子１５０の格子構造によって妨害されない。他の実施形態において、代表光路１３４Ｂおよび１３４Ｃが同様に光源格子１５０の格子構造を通過してもよいが、最適な構成ではない。
【００３０】
様々な用途において、信号処理装置１２０および照明部１６０は、互いに相対的に固定された関係で、例えば、読取ヘッドまたはゲージ筐体（図示されず）に搭載されており、公知の技術に基づき、ベアリングシステムによってスケール要素１１０に対して測定軸に沿って案内される。様々な用途ではスケールは可動台またはゲージスピンドル等に取り付けられてもよい。図１に示される構成は透過可能な構成である。
スケールパターン１１５は、光遮断部と、透過によって空間変調光パターンを検出トラックに出力する光透過部（例えば、公知の薄膜パターン法等を用いて透明基板上に形成）とを備える。なお、同様の構成要素が反射の実施形態に設けられてもよく、そのような実施形態では、公知の技術に従って、必要に応じて、照明部１６０および信号処理装置１２０はスケール要素１１０に対して同じ側に設けられ、かつ、角度を有する照明および反射が可能となるように配置される。光学式エンコーダ１００のその他の構成については、米国特許第７，６０８，８１３号に開示される実施形態を参照して設計することができる。
【００３１】
なお、本実施形態における図１のＹ軸方向に沿ったスケールおよび検出トラックの配列および構成は、絶対型光学式エンコーダを規定するものの例であるが、これは例示に過ぎず本発明を限定するものではない。例えば、他の実施形態では、トラックパターンＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２は互いに隣接して設けられ、それらの片側に微細なトラックパターンＴＩＮＣが配置されてもよい。あるいは、インクリメンタル型の光学式エンコーダを規定するために、１つ以上のスケールおよび検出トラックが省略され、残りのスケールおよび検出トラックはこれまで通り特定の用途において有用性を有する位置通知信号を規定してもよい。
【００３２】
図２は、図１の光学式エンコーダ１００で作り出されうる周期的空間変調光パターン構造および検出手段の様々な幾何学的関係およびアライメントのダイアグラム２００である。
特に、図２は、検出部１２５’（例えば、図１に図示される検出部１２５）に存在しうる周期的空間変調光パターン２１５’（例えば、図１に示される絶対スケールパターン１１５によって光路１１６Ａ〜１１６Ｃに沿って作り出されるパターン）のセグメントの例を示す。
つまり、周期的空間変調光パターン２１５’は、中位のトラックパターンＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２にそれぞれ対応する第１および第２周期光パターンと、トラックパターンＴＩＮＣに対応する第３周期光パターンとを有する。トラックパターンＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２に対応する空間変調光パターンは設計上アラインメントされ、それぞれ対応する検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２上の中央に位置づけられる（例えば、図１を参照して説明される全体的な光学式エンコーダに基づく）。例えば、検出部ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２の検出手段要素ＤＥ−ＡＢＳ１およびＤＥ−ＡＢＳ２を表す外形（図２参照）は、形式的な操作アライメントに対応する位置に図示される。
【００３３】
図２に示されるように、周期的空間変調光パターンはそれぞれ特有の空間的周期すなわち空間的波長ＳＰＩＮＣ、ＳＰ１およびＳＰ２を有する。
具体的に、トラックパターンＴＡＢＳ２および検出部ＤＥＴＡＢＳ２にアライメントおよび対応する空間変調光パターンは空間的周期ＳＰ２を有する。同様に、トラックパターンＴＡＢＳ１および検出部ＤＥＴＡＢＳ１にアライメントおよび対応する空間変調光パターンは空間的周期ＳＰ１を有し、トラックパターンＴＩＮＣおよび検出部ＤＥＴＩＮＣにアライメントおよび対応する空間変調光パターンはＳＰＩＮＣを有する。
なお、図１に示される実施形態を参照してすでに概説したように、これらの空間変調光パターンが視準された照明から生じる場合、各パターンの空間的周期は対応のスケールトラックパターンの空間的波長と同じであってもよい。しかしながら、他の実施形態では、発散照明、収束照明、または拡大鏡系の使用（図示されず）等により、空間変調光パターンの空間的周期が対応のスケールトラックパターンと異なってもよい。
【００３４】
いずれの場合でも、図２に示されるように、各検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２は、同様に接続された検出手段要素群（例えば、Ｇ１、Ｇ１’またはＧ１”）が、各検出部によって検出される空間変調光パターンと同じ空間的周期ＳＰＩＮＣ、ＳＰ１およびＳＰ２で反復する構成を有してもよい。
具体的に、図２は、各検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２が、反復する群をなす４つの検出手段要素が対応の空間的周期ＳＰＩＮＣ、ＳＰ１およびＳＰ２にわたり均等に分配される構造を有することを示す。この検出手段要素の構成は、検出手段要素を接続し、公知の矩形型の信号（例えば、以下図３および／または図４で図示）を規定することが可能な公知の矩形型の検出手段要素のレイアウトを含む。
つまり、各空間的周期において、１群の４つの隣接する検出手段要素は均等に離間され、受信した空間変調光パターンの４つの空間的位相（すなわち０、９０、１８０および２７０度）を検出する空間フィルタリングを可能にする。
【００３５】
本実施形態において、このような４つの隣接する検出手段要素の群が複数（例えば３つ）設けられてもよい。各トラックパターンＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２のパターン化信号変更要素は、空間変調光パターンの領域が検出窓領域ＤＥ−ＡＢＳ１および／またはＤＥ−ＡＢＳ２（それぞれ検出部ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２の個々の検出要素に対応）上で統合されると、統合された領域（設計上統合された光信号と同じ）は正弦波関数として変化する。こうして、各空間変調光パターンが対応の検出部上を動くとき、位置の関数としての各検出手段要素によって正弦波状に変化する矩形信号が規定されてもよい。
公知の技術に従って、矩形信号が位置通知信号として処理され、局所波長内の各トラックの空間的位相位置を決定してもよい。こうして決定された空間的位相位置は、インクリメンタル位置通知信号および／または絶対位置通知信号を決定するために公知の技術に従って処理されてもよい。いずれかの実施形態では、トラックパターンＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２の全体幅が約３．０ミリメータ以下でもよい。空間的周期ＳＰ２は約７２０ミクロンでもよく、空間的周期ＳＰ１は約７００ミクロンでもよく、空間的周期ＳＰＩＮＣは約２０ミクロンでもよい。
【００３６】
当然のことながら、本実施形態で概説された構成および寸法は例示的なものに過ぎず、本発明を限定するものではない。例えば、いくつかの実施形態では、３つの位相検出構造（矩形検出構造と対照的）が用いられてもよく、この構造では、３つの検出手段要素の反復する群が対応する空間的周期ＳＰＩＮＣ、ＳＰ１およびＳＰ２にわたって均等に分配される。
さらに、上記で概説され、また、以下でさらに詳細に記載されるように、本発明の検出構造および信号処理システム並びに信号処理方法は、３つのスケールトラックパターンＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２からの光を受光する３つの検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２のいくつかまたは全部を用いるように構成されてもよい。あるいは、インクリメンタル型の光学式エンコーダを規定するために、１つ以上のスケールトラックおよび検出部が省略され、残りのスケールトラックおよび検出部はこれまで通り特定の用途において有用性を有する位置通知信号を規定してもよい。
【００３７】
図３は、信号処理装置３２０の第１実施形態の図であり、本発明のいくつかの実施形態に係る特定の設計原理を示す。
図３に示されるように、信号処理装置３２０は、検出部３２５と、分析部３２６とを備える。検出部３２５の構造は図２を参照しすでに概説した構成と同様であり、４つの検出手段要素（サブ部）の反復する群は対応の空間的周期ＳＰにわたって均等に分配される。特に、検出部３２５はサブ部ＤＡ１、ＤＢ１、ＤＡ１’およびＤＢ１’からなる第１群と、サブ部ＤＡ２、ＤＢ２、ＤＡ２’およびＤＢ２’からなる第２群と、サブ部ＤＡ３、ＤＢ３、ＤＡ３’およびＤＢ３’からなる第３群とを備える。
【００３８】
なお、サブ部ＤＡ１、ＤＡ２およびＤＡ３はそれぞれ同じ空間的位相の信号を規定し、サブ部ＤＢ１、ＤＢ２およびＤＢ３はそれぞれ同じ空間的位相の信号を規定し、サブ部ＤＡ１’、ＤＡ２’およびＤＡ３’はそれぞれ同じ空間的位相の信号を規定し、サブ部ＤＢ１’、ＤＢ２’およびＤＢ３’はそれぞれ同じ空間的位相の信号を規定する。検出部３２５は、図２を参照しすでに概説したように、光路に沿って周期的空間変調光パターンを受信し、受信した第１の周期的空間変調光パターンを空間的にフィルタリングして出力信号Ａ１、Ｂ１、Ａ１’、Ｂ１’、Ａ２、Ｂ２、Ａ２’、Ｂ２’、Ａ３、Ｂ３、Ａ３’およびＢ３’を出力する。検出部３２５および分析部３２６は、例えば前述の検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２の何れかあるいはそれぞれに用いられうる１つの包括的な実施形態を規定する。
【００３９】
図３に示される実施形態において、各サブ部は分析部３２６に接続され、４つのサブ部セット（セットＡ、セットＢ、セットＡ’およびセットＢ’）を規定する。各セットは検出部３２５の３つのサブ部から構成される。トラックパターンに汚染または欠陥がない場合、各セットにおいて、３つのサブ部が協働で、設計上同じ信号特性値を持つ３つのサブ部信号サブセット（この場合、各サブセットは１つの信号で構成される）からなる信号セットを作り出す。
例えば、第１サブ部セットＡは３つのサブ部ＤＡ１、ＤＡ２およびＤＡ３からなり、各サブ部は設計上同じ振幅および空間的位相を有する信号を規定する。各３つのサブ部は、類似サブ部信号サブセットを出力する類似サブ部セットを構成すると言ってもよい。
【００４０】
本実施形態では、各類似サブ部セットは単一のサブ部（例えば、ＤＡ１、ＤＡ２またはＤＡ３）からなり、かつ、各類似サブ部セットは検出された空間変調光パターンの空間的周期ＳＰ（この場合、単一の空間的周期）の整数倍で測定軸方向に沿って隔てて配置される。このような構成によれば、各サブ部セットにおいて、３つのサブ部はそれぞれ、対応のスケールトラックパターンに汚染または欠陥がない場合、設計上同じ信号特性を有するサブ部信号サブセット（例えば、各サブ部からの各信号）を作り出す。
【００４１】
それぞれが類似サブ部セットを構成する３つのサブ部のうち、第２セットＢはサブ部ＤＢ１、ＤＢ２およびＤＢ３を備え、それぞれが類似サブ部セットを構成するサブ部からなる第３セットＡ’はサブ部ＤＡ１’、ＤＡ２’およびＤＡ３’を備え、それぞれが類似サブ部セットを構成するサブ部からなる第４セットＡ”はサブ部ＤＢ１’、ＤＢ２’およびＤＢ３’を備える。
本実施形態では、３つのサブ部からなる第２セット、第３セットおよび第４セットは、それぞれ３つのサブ部からなる第１セットに類似するものであり、同様に理解可能である。本実施形態では、各サブ部セットにおいて、３つのサブ部はそれぞれ、対応のスケールトラックパターンに汚染または欠陥がない場合、信号特性値が設計上同じサブ部信号サブセットを作り出す（例えば、各サブ部信号サブセットは、設計上同じ空間的位相を有する各検出手段からの信号で構成される）。
【００４２】
分析部３２６は、有効信号選択部３１０Ａ，３１０Ｂ、３１０Ａ’および３１０Ｂ’を備える。
有効信号選択部３１０Ａは、セットＡのサブ部によって規定される３つのサブ部信号サブセット（本実施形態では各サブセットは個々のサブ部信号）を入力する。同様に、有効信号選択部３１０Ｂは、セットＢのサブ部によって規定される３つのサブ部信号サブセットを入力する。有効信号選択部３１０Ａ’は、セットＡ’のサブ部によって規定される３つのサブ部信号サブセットを入力し、有効信号選択部３１０Ｂ’は、セットＢ’のサブ部によって規定される３つのサブ部信号サブセットを入力する。
【００４３】
分析部３２６は、有効信号選択部３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ａ’および３１０Ｂ’によって有効と判断されたサブ部信号サブセットを入力する位置判定部３３０を備える。
有効信号選択部３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ａ’および３１０Ｂ’は、それぞれ有効信号選択手段３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ａ’および３１２Ｂ’（図３に概略的に図示）を制御する有効信号処理部３１５Ａ、３１５Ｂ、３１５Ａ’および３１５Ｂ’を備える。
なお、いくつかの実施形態では、有効信号処理部およびそれらの有効信号選択手段は統合されて有効信号選択部内で区別不能とされてもよい。有効信号選択部内の有効な信号セット（例えば、サブ部信号サブセットと非常に類似）を認識する際に適した回路および／またはルーチンは公知の方法に従って構成されてもよく、本明細書で開示される各種原理に基づき有効信号（例えば、サブ部信号サブセットと十分に類似）を規定する信号処理方式は発明の範囲内である。
【００４４】
分析部３２６は、動作中、サブ部の第１セットＡからのサブ部信号サブセット（本実施形態では、例えば各サブセットは個々のサブ部信号）の第１セットを有効信号選択部３１０Ａに入力し、サブ部の第２セットからのサブ部信号サブセットの第２セットＢを有効信号選択部３１０Ｂに入力し、サブ部の第３セットＡ’からのサブ部信号サブセットの第３セットを有効信号選択部３１０Ａ’に入力し、サブ部の第４セットＢ’からのサブ部信号サブセットの第４セットを有効信号選択部３１０Ｂ’に入力する。
【００４５】
有効信号処理部３１５Ａ、３１５Ｂ、３１５Ａ’および３１５Ｂ’は、各第１から第４信号セットにおいて互いに類似する複数の類似サブ部信号サブセットと、各セットにおいて他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値（比較信号特性値）に最も類似しない信号特性値（対応信号特性値）を有する特異サブ部信号サブセットとを認識する。
例えば、一つの実施形態では、各有効信号処理部は公知の方法に従って、特異サブ部信号サブセット（例えば他の信号と比べて最も異なる信号）同様、類似サブ部信号サブセット（例えば最も類似する信号）を認識可能にする信号を出力してもよい差分回路および／またはコンパレータ回路を備えてもよい。
【００４６】
各有効信号処理部３１５Ａ、３１５Ｂ、３１５Ａ’および３１５Ｂ’は、以下に説明される原理に従って有効信号のセットを認識する。
特に、何れかのサブ部信号サブセットに対応する信号特性値が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく相違する場合、この何れかのサブ部信号サブセットが特異サブ部信号サブセットとなり、各有効信号処理部は、関連する３つのサブ部信号サブセットのうち複数の類似サブ部信号サブセットは含むが特異サブ部信号サブセットは含まない有効信号のセットを認識する。
したがって、図３に示される実施形態では、各有効信号処理部３１５Ａ、３１５Ｂ、３１５Ａ’および３１５Ｂ’は、少なくとも複数の類似サブ部信号サブセット（いくつかの実施形態では類似する信号全て）を位置判定部３３０に出力する（例えば、有効信号選択手段３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ａ’および３１２Ｂ’としてのスイッチ等を介して）。
こうして、サブセット位置通知信号は少なくとも複数の類似サブ部信号サブセットに基づくが、各セットの最も類似しないサブ部信号の信号特性値が当該セットにおける他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる場合、有効信号処理部は位置判定部３３０への出力におけるサブ部信号サブセットを含まない（例えば、特異サブ部信号サブセットから隔離または接続を断つ有効信号選択手段またはスイッチの開放によって）。したがって、位置通知信号は、当該信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく相違する特異サブ部信号サブセットに基づかない。
【００４７】
図３に示される実施形態では、スケールトラック上の汚染はサブ部ＤＢ２、ＤＡ２’およびＤＢ２’に隣接している。この結果、信号Ｂ２、Ａ２’およびＢ２’はこの汚染によって変化するため（破線で示されるように）、これらの信号の信号特性値は有効信号選択部によって入力された信号セットから得られるより類似する他の信号に関連する比較信号特性値と著しく異なる。
例えば、図３に示されるように、信号Ｂ１およびＢ３はＢ２に対してよりも互いに類似しているが、これは信号Ｂ２のみが汚染のあるスケールトラックの位置に対応しており、そのため信号Ｂ１およびＢ３とは著しく相違する信号特性値を有しているからである。したがって、有効信号処理部３１５Ｂは信号Ｂ１およびＢ３を類似する信号として、信号Ｂ２を最も類似しない信号として認識することができる。
【００４８】
この実施形態では、有効信号処理部３１５Ｂはこうして信号Ｂ２を類似する信号と著しく異なると認識し、概略的に図示されるように有効信号選択手段３１２Ｂ内の信号Ｂ２に対応する開スイッチによって信号Ｂ２を位置判定部３３０へ出力される信号から除外する。有効信号処理部３１５Ａ’および３１５Ｂ’は、同様に、それぞれのセットのうち信号Ａ２’およびＢ２’を類似する信号と著しく異なると認識し、概略的に図示されるように有効信号選択手段３１２Ａ’および３１２Ｂ’内のＡ２’およびＢ２’に対応する開スイッチによって信号Ａ２’およびＢ２’を位置判定部３３０に出力される信号から除外する（特異サブ部信号扱い）。
本実施形態では、Ａ信号に影響する汚染がないことから、有効信号処理部３１５Ａは、どの「Ａ」信号も類似する「Ａ」信号と著しく異なるとは認識しない。したがって、この特定の実施形態では、概略的に図示されるように有効信号選択手段３１２Ａ内のスイッチが全て閉じられることによって全てのＡ信号が位置判定部３３０に出力される信号に含まれる。しかしながら、この特定の操作は例示的なものに過ぎず限定ではないことを理解されたい。著しく異なる最も類似しない信号特性値を判断する様々な他の実施形態が以下詳細に述べられる。
【００４９】
一実施形態では、有効信号処理部３１５Ａ、３１５Ｂ、３１５Ａ’および３１５Ｂ’および／または位置判定部３３０は、互いに相対的に適切な振幅を有する矩形信号Ａ、Ｂ、Ａ’およびＢ’を規定するために、例えば以下の式（１）〜（４）に従って平均信号値を規定してもよい。
【００５０】
【数１】
（１）
【００５１】
【数２】
（２）
【００５２】
【数３】
（３）
【００５３】
【数４】
（４）
【００５４】
あるいは、動作スピードまたは簡素化の点で有利となりうる実施形態において、信号処理装置は、有効信号選択部３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ａ’，３１０Ｂ’のうちの１つから発される信号の１つ（例えば、本実施形態では信号Ｂ２、Ａ２’およびＢ２’の１つ以上）が出力から除外されるとき、著しく異なると分析されていないとしても類似信号を他の有効信号選択部３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ａ’，３１０Ｂ’それぞれの出力から自動的に除外し（例えば、信号Ａ２を除外してもよい）、各有効信号選択部３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ａ’，３１０Ｂ’からの出力が同じ数の有効信号に基づくようにして、互いに適切な信号振幅を有するようにしてもよい。
一実施形態では、公知の方法に従って、位置判定部３３０は矩形信号Ａ、Ｂ、Ａ’、Ｂ’を入力し、スケールと検出手段の間の測定軸方向ＭＡに沿った相対位置に応じた位置信号ｘを出力する。一実施形態では、矩形信号Ａ、Ｂ、Ａ’、Ｂ’に基づき、空間的位相jが次の式により決定される。
【００５５】
【数５】
（５）
空間的波長内の位置ｘは次の式により決定される。
【００５６】
【数６】
（６）
【００５７】
式（６）中、Ｌはスケールパターンに関連する波長であり、位相fは式（５）に基づくこの波長に対応する空間的位相である。累積された変位を決定するために、インクリメンタル型エンコーダでは累積された波長が相対動作の間カウントされてもよい。
【００５８】
いくつかの実施形態では、信号処理装置は、特異サブ部信号サブセットの信号特性値が、類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の少なくとも１つに基づき規定される許容相違範囲外にあるとき、特異サブ部信号サブセットの信号特性値が類似サブ部信号サブセットの比較信号特性値と著しく異なると判定してもよい。いくつかの実施形態において、類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲と一致するように許容相違範囲が規定されてもよい。
このような実施形態では、特異サブ部信号サブセットの信号特性値は当該セットにおいて他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なると常に判断され、この特異サブ部信号サブセットは常にその後の処理から除外される。したがって、位置通知信号は特異サブ部信号サブセットに決して基づかない。他の実施形態では、類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲より大きくなるように許容相違範囲が規定されてもよい。
【００５９】
このような実施形態では、特異サブ部信号サブセットは、許容相違範囲内にあるとしても、類似する各サブ部信号サブセットより高いあるいは低い信号特性値を有してもよい。例えば、各種実施形態において、許容相違範囲の下限値は類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、および類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値のいずれかより小さい第１規定相違量であってもよい。
第１規定相違量は、類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、類似サブ部信号サブセットに関連する２つの信号特性値の差、および類似サブ部信号サブセットに関連する分布の尺度のいずれかに比例してもよい（例えば、いずれかのパーセンテージであってもよい）。
例えば、図３に示すように、第１規定相違量は、信号Ｂ１およびＢ２の低い方の信号特性値、信号Ｂ１およびＢ２の平均信号特性値、信号Ｂ１およびＢ２の高い方の信号特性値、信号Ｂ１およびＢ２の差、または信号Ｂ１およびＢ２の分布の尺度に比例してもよい。類似する信号（例えばＢ１およびＢ２）に関連する分布の尺度が標準偏差であってもよい。
【００６０】
各種実施形態において、許容相違範囲の上限値は類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均および類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値のいずれかより大きい第２規定相違量であってもよい。
第２規定相違量は、類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、類似サブ部信号サブセットに関連する２つの信号特性値の差、および類似サブ部信号サブセットに関連する分布の尺度のいずれかに比例してもよい。
例えば、図３に示すように、第２規定相違量は、信号Ｂ１およびＢ２の低い方の信号特性値、信号Ｂ１およびＢ２の平均信号特性値、信号Ｂ１およびＢ２の高い方の信号特性値、信号Ｂ１およびＢ２の差、または信号Ｂ１およびＢ２の分布の尺度に比例してもよい。
【００６１】
図３に示される類似サブ部のセットは、１つのサブ部からなるが、検出部が長い場合、各サブ部セットの３つのサブ部もまた長くてもよい。したがって、他の点は図３に類似するいくつかの実施形態において、各類似サブ部セットは他から空間変調光パターンの空間的周期ＳＰの整数倍だけ離間して配置されてもよい。各類似サブ部セットは同じ空間的周期を有する複数の隣接しないサブ部を備えてもよい。
【００６２】
図４は、本発明の第２実施形態の信号処理装置４２０を示す図であり、本発明のいくつかの実施形態に係る特定の設計原理を示す。
図４において、信号処理装置４２０は、検出部４２５と分析部４２６とを備える。
検出部４２５は、図２を参照して上記で概説されたものと類似の構成を有し、４つのサブ部の反復される群は対応する空間的周期ＳＰにわたって均等に分配される。特に、検出部４２５はサブ部ＤＡ１、ＤＢ１、ＤＡ１’およびＤＢ１’からなる第１群と、サブ部ＤＡ２、ＤＢ２、ＤＡ２’およびＤＢ２’からなる第２群と、サブ部ＤＡ３、ＤＢ３、ＤＡ３’およびＤＢ３’からなる第３群とを備える。
【００６３】
なお、各サブ部ＤＡ１、ＤＡ２およびＤＡ３は同じ空間的位相を持つ信号を規定し、各サブ部ＤＢ１、ＤＢ２およびＤＢ３は同じ空間的位相を持つ信号を規定し、以下も同様である。検出部４２５は、図２を参照し上記で概説したように、光路に沿って周期的空間変調光パターンを受信し、受信した周期的空間変調光パターンを空間的にフィルタリングして出力信号Ａ１、Ｂ１、Ａ１’、Ｂ１’、Ａ２、Ｂ２、Ａ２’、Ｂ２’、Ａ３、Ｂ３、Ａ３’およびＢ３’を出力する。検出部４２５および分析部４２６は、例えば、前述の検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２の何れかあるいはそれぞれに用いられうる１つの包括的な実施形態を規定する。
【００６４】
図４に示される実施形態において、サブ部は分析部４２６に接続され、検出部４２５の３つのサブ部（サブ部１、サブ部２およびサブ部３）を含む１つのサブ部セットを規定する。同時に、この３つのサブ部は信号セットを作り出し、この信号セットは、トラックパターンに汚染あるいは欠陥がない場合に設計上同じ信号特性を有する３つのサブ部信号サブセット（この場合、各サブセットはＡ、Ｂ、Ａ’およびＢ’と指定された異なる空間的位相を有する４つの信号からなる）を備える。
例えば、全ての「Ａ」信号は設計上サブセットが同じであり、全ての「Ｂ」信号は設計上サブセットが同じであり、以下も同様である。３つのサブ部はそれぞれ、類似サブ部のセットを備えると言ってもよい。本実施形態において、類似サブ部のセットはそれぞれ、空間的周期ＳＰにわたり均等に離間する４つの隣接するサブ部からなる。
【００６５】
類似サブ部のセットはそれぞれ、検出された空間変調光パターンにおける空間的周期ＳＰ（この場合、単一の空間的周期）の整数倍で、測定軸方向に沿って互いに離間して配置される。このような構成によれば、各サブ部のセット内における３つのサブ部はそれぞれ、対応のスケールトラックパターンに汚染または欠陥がない場合、設計上同じ位置通知信号特性を有する信号を作り出す。図示される実施形態において、サブ部１はサブ部ＤＡ１、ＤＢ１、ＤＡ１’およびＤＢ１’を備え、サブ部２はサブ部ＤＡ２、ＤＢ２、ＤＡ２’およびＤＢ２’を備え、サブ部３はサブ部ＤＡ３、ＤＢ３、ＤＡ３’およびＤＢ３’を備える。
【００６６】
分析部４２６は、有効信号選択部４１０を備え、この有効信号選択部４１０は、有効信号処理部４１５と、この有効信号処理部４１５によって制御される有効信号選択手段４１２（図４においてスイッチとして概略的に表示）と、有効信号選択部４１０からの信号を入力する位置判定部４３０（上記で概説され、以下でさらに詳細に記載される）とを備える。
図４に示される特定の実施形態において、有効信号選択部４１０はまた、各サブ部１、サブ部２およびサブ部３によって規定される３つのサブ部信号サブセット（本実施形態において各サブセットは異なる空間的位相を持つ４つの隣接するサブ部信号を有する）を入力する信号結合部４０５−１、４０５−２および４０５−３を備える。
信号結合部４０５−１、４０５−２および４０５−３は、それぞれの入力信号の結合から導出される比較信号を出力してもよく、また、これらの比較導出信号の信号特性における類似性が、上記の原理により、かつ、下記でさらに詳細に記載されるように、位置判定部４３０によって使用される信号を出力する有効信号処理部４１５によって分析されてもよい。
【００６７】
各種実施形態において、信号結合部４０５−１、４０５−２および４０５−３は、複数の入力信号の和、複数の入力信号の差、入力信号の結合に基づく商、あるいは、より一般的には、入力信号の結合から導出されうる所望の信号である１つの信号（または１つ以上の信号）を出力してもよい。いくつかの実施形態において、信号結合部４０５−１、４０５−２および４０５−３は、空間的位相または位置信号（例えば、式５または６による）を出力してもよい。しかしながら、信号結合部４０５−１、４０５−２および４０５−３は各種実施形態において任意でもよく、その場合、有効信号処理部４１５は、各サブ部１、サブ部２およびサブ部３からの３つのサブ部信号サブセットを入力し、位置判定部４３０によって使用される有効信号のセットが出力されるように、上記の原理により、かつ、下記でさらに詳細に記載されるように、その３つのサブ部信号サブセットを分析してもよい。
【００６８】
有効信号選択部４１０および位置判定部４３０は、動作中、図３を参照して上記で概説された有効信号選択部３１０および位置判定部３３０と略同様の機能を果たすと理解されるべきである。
特に、各種実施形態において、有効信号処理部４１５は、３つのサブ部信号サブセットからなるセットのうち複数の類似サブ部信号サブセットを、例えば、これらのサブセットの対応の類似する信号特性値に基づき認識し、他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値に対して最も類似しない対応信号特性値を有する特異サブ部信号サブセットを認識する。例えば、一実施形態において、公知の方法に従って、有効信号処理部４１５は、類似サブ部信号サブセットに対応する類似する信号特性を認識可能にするとともに、特異サブ部信号サブセットに対応する最も類似しない信号特性を認識可能にする信号を出力可能な差分回路および／またはコンパレータ回路を備えてもよい。
【００６９】
有効信号処理部４１５は、さらに、上記で概説した原理に従って、下記でさらに説明されるように、有効信号のセットを認識する。なお、分析される特定の信号特性に関係なく（例えば、特定の信号特性がサブ部信号サブセット自体の信号特性であっても信号結合回路によってサブ部信号サブセットから導出された結合信号の信号特性であっても関係なく）、上記によれば、有効信号処理部４１５によって分析される各信号特性により、特定のサブ部信号サブセットを突き止めることが可能である。
したがって、有効信号処理部４１５は、図３を参照して上記で概説されたものと類似の機能を果たすとともに、３つのサブ部信号サブセットからなるセットのうち複数の類似サブ部信号サブセットは含むが、特異サブ部信号サブセットに対応する信号特性が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性と著しく異なる場合、特異サブ部信号サブセットは含まない有効信号のセットを認識すると言ってもよい。特異サブ部信号サブセットの信号特性値が類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なるか否かを判定するための各種実施形態は、例えば、図３を参照して上記で説明されている。
【００７０】
図４に示される実施形態において、有効信号処理部４１５は、位置通知信号が少なくとも複数の類似サブ部信号サブセットに基づくように、有効信号選択手段４１２であるスイッチを制御して位置判定部４３０への有効信号のセットに基づく信号を出力する。特異サブ部信号サブセットの信号特性値が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる場合、位置通知信号が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる信号特性値を持つ特異サブ部信号サブセットに基づかないように、有効信号処理部４１５は位置判定部４３０に出力される信号に特異サブ部信号サブセットに対応する信号を含まない。
【００７１】
有効信号選択部４１０によって出力されて位置判定部４３０で利用される信号が、このような有効信号のセットに基づく（例えば、導出される）場合、各種実施形態において、位置判定部４３０に出力される信号は、位置判定部４３０が適切な位置通知信号を決定する際に利用可能な都合のよい形態を取ることができる。
例えば、各種実施形態において、位置判定部４３０に出力された信号は、有効信号のセット、有効信号のセットのうち適当なセットの和または差、有効信号のセットのうち適当なセットの結合に基づく商、あるいは、有効信号のセットのうち適当なセットに基づく空間的位相または位置信号と同一であってもよい。したがって、図４に示される位置出力信号Ｓ１、Ｓ２およびＳ３はそれぞれ、１つの結合信号、または、所望の出力信号セット（例えば、Ｓ１はＡ１、Ｂ１、Ａ１’、Ｂ１’を含んでもよい）を示す。
【００７２】
なお、いくつかの実施形態において、有効信号選択手段４１２および有効信号処理部４１５（並びに、もしあれば信号結合部４０５−１、４０５−２、４０５−３）は、有効信号選択部４１０内で結合され互いに判別不可であってもよい。有効な信号のセット（例えば、十分に類似サブ部信号サブセット）を認識するために適した回路および／またはルーチンは、公知の方法に従って構成されてもよい。本明細書において開示される様々な原理に従って、有効信号（例えば、十分に類似サブ部信号サブセット）を規定する任意の信号処理方式は、発明の範囲内である。
図４に示される実施形態では、スケールトラック上の汚染はサブ部ＤＢ２、ＤＡ２’およびＤＢ２’に隣接している。その結果、信号Ｂ２、Ａ２’およびＢ２’は汚染により変化し（点線で図示）、そのため、対応のサブ部２の信号サブセットは、他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる信号特性値を有することになる。
【００７３】
例えば、図４に示されるように、サブ部２の信号サブセットだけがスケールトラックの汚染がある部分に対応しているため、サブ部１の信号サブセットおよびサブ部３の信号サブセットは、サブ部２の信号サブセットに対してより、互いに類似している。このため、サブ部２の信号サブセットは、サブ部１および３の信号サブセットに対応するものと著しく異なる信号特性値を有する。したがって、有効信号処理部４１５は、サブ部１および３のサブセットを類似していると認識し、サブ部２の信号サブセットは最も類似しないと認識することができる。
本実施形態において、有効信号処理部４１５はこうして、類似サブ部信号サブセットに対しサブ部２の信号サブセットが著しく異なることを認識し、概略的に図示されるように、有効信号選択手段４１２の信号Ｓ２に対応する開スイッチによって位置判定部４３０へ出力する信号からサブ部２の信号サブセットを除外する。
【００７４】
なお、本開示に基づき当業者によって理解されるように、図３または図４に図示されない検出部のサブ部セットに対して、他の構成が本明細書に開示される原理に従って用いられてもよい。
例えば、より一般的には、類似サブ部のセットは、単一のサブ部、同じ空間的位相を持つ隣接しないサブ部のセット（図３に開示）、複数の空間的位相を有する隣接しないサブ部のセット、または、複数の空間的位相を有する隣接するサブ部のセット（図４に図示）を備えてもよい。
【００７５】
なお、先行技術である特許文献１は、所定の理想範囲から逸脱する１つの信号特性値を持つ信号が異常と判断されることを教示する。したがって、不正確な測定を防ぐために、検出手段サブ部からの信号のほんの微々たる部分またはわずかな部分を妨害する汚染または欠陥を異常と判断する可能性がある。しかしながら、様々な予測できない動作状態（例えば、弱くなった照明）の下では、低い信号が必ずしも不正確な信号というわけではなく、したがって、特許文献１の方法は、場合によっては、エンコーダの動作を不必要に停止させる恐れがある。
さらに、特許文献１において教示される信頼度が最も高い信号特性は、時間をかけて（例えば、多数の位置で）信号データをサンプリングし、こういったデータから信号特性を導出することを必要とする。したがって、位置独立の実信号特性が導出され、任意の位置に有効な方法で得られなければならない所定の信号特性限度と比較されうる。
【００７６】
これに対し、本発明に基づく光学式エンコーダのシステムおよび信号処理方法（例えば、図３および図４を参照し記載される実施形態）は、複数の実信号の信号特性を互いに（所定の理想の信号特性範囲とではなく）比較することに依拠し、これにより、著しく正確性を低下させることなしに、全ての信号に同様に作用する多種多様な予測できない動作状態（例えば、低い照明レベル、変化する環境条件または構成部品の老化）の下で、確実に動作を継続することが可能とする。
さらに、空間的位相および信号処理が類似していると仮定した場合、複数の同時にサンプリングされた実信号は位置と関係なく設計上同じになるはずである。つまり、汚染やスケールの欠陥による異常信号は、信号サンプル１つで得られる単純な信号特性（例えば、信号の大きさ）によって、位置に関わらず確実に明らかにすることができる。
したがって、各種実施形態において、本発明のシステムおよび方法は、単純な信号特性および１つの信号サンプルに基づき、異常信号を拒絶し、正確なリアルタイム測定を可能にすることができる。さらに、本発明のシステムおよび方法は、検出手段のサブ部が、スケールトラックパターンの１波長より大きな波長に相当する光を受光した場合、スケールトラックパターンの波長に類似、あるいは、それより大きい汚染または欠陥の大きさを許容しつつ、効果的に機能することができる。
【００７７】
図５は、本明細書に開示される各種実施形態に係る光学式エンコーダ１００等の光学式エンコーダ装置の操作方法を示すフローチャートを示す。図５に示すフローチャートは、スケールトラックの欠陥および汚染の影響を低減しつつ、測定軸方向に沿ったスケール要素と検出手段の相対位置を決定する処理ルーチンとして各種実施形態において実施可能な本発明の位置測定方法を示す。
図５において、ブロック５０５では、光が照明部から出力される。
ブロック５１０では、測定軸方向に沿って延出する第１スケールトラックパターンを有する第１スケールトラックを少なくとも有するスケール要素によって照明部からの光が受光され、この第１スケールトラックパターンに対応する第１周期的空間変調光パターンが第１光路に沿って出力される。
【００７８】
ブロック５１５では、第１周期的空間変調光パターンが第１光路に沿って第１検出部および分析部を備える信号処理装置で受信され、この受信された第１周期的空間変調光パターンは、第１検出部によって空間的にフィルタリングされ、位置通知信号の第１セットが第１検出部によって出力される。第１検出部は、少なくとも３つのサブ部からなる第１セットを備え、この少なくとも３つのサブ部は、少なくとも３つのサブ部信号サブセットを有する第１信号セットを作り出し、この少なくとも３つのサブ部信号サブセットは、第１スケールトラックに汚染または欠陥がない場合、設計上同じ信号特性値を持つ（例えば、図３または４を参照し前述したように）。
ブロック５２０では、第１信号セットが分析部に入力される。
ブロック５２５では、第１信号セットが分析され、特異サブ部信号サブセットが認識される。この特異サブ部信号サブセットは、第１信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値に最も類似しない対応信号特性値を持つ。
ブロック５２５以降、処理はブロックＡに続く（すなわち図５のブロック５３０に続く）。
【００７９】
図５のフローチャートの後半は、スケールトラックの欠陥および汚染の影響を低減しつつ、光学式エンコーダを操作するための２つの代替的な実施形態を包括するものとして解釈されうる。
判定ブロック５３０では、現行の実施形態が、位置通知信号を決定する際に用いられる有効信号のセットから特異サブ部信号サブセットを常に（無条件に）除外する場合、動作はブロック５４０に進む。
ブロック５４０では、第１信号セットのうち複数の類似サブ部信号サブセットは含むが特異サブ部信号サブセットは含まない有効信号のセットに基づき、第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作が行われ、ルーチンが終了する。
判定ブロック５３５では、特異サブ部信号サブセットの信号特性値が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なると判定された場合、処理はブロック５４０に進む。
【００８０】
同ブロック５４０では、第１信号セットのうち複数の類似サブ部信号サブセットは含むが特異サブ部信号サブセットは含まない有効信号のセットに基づき、第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作が行われる。もし、判定ブロック５３５において、特異サブ部信号サブセットの信号特性値が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異ならないことが判明した場合、処理はブロック５５０に進む。
同ブロック５５０では、第１信号セットの複数の類似サブ部信号サブセットおよび特異サブ部信号サブセット（この場合、同信号は類似サブ部信号サブセットと著しく異ならない）を含む有効信号のセットに基づき、第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作が行われる。特異サブ部信号サブセットの信号特性値が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なるか否かを判定する各種実施形態は、例えば、図３を参照して前述されている。ブロック５４０またはブロック５５０の動作の後ルーチンは終了する。
【００８１】
なお、上記記載から理解されるように、位置通知信号を決定する際に用いられる有効信号のセットから特異サブ部信号サブセットを常に（無条件に）除外する実施形態において、この事はすでに公知であると思われるが、対応のルーチンは、ブロック５３０，ブロック５３５および／またはブロック５５０に関連する動作を実際含む（すなわち行う）必要はない。同様に、位置通知信号を決定する際に用いられる有効信号のセットから特異サブ部信号サブセットを常に除外するわけではない実施形態において（例えば、特異サブ部信号サブセットが他の有効なサブ部信号サブセットに十分に類似する場合）、この事はすでに公知であると思われるが、対応のルーチンはブロック５３０に関連する動作を実際含む（すなわち行う）必要はない。
【００８２】
本発明の好適な実施形態は図示および記載されているものの、図示および記載された特徴の構成や一連の動作における数多くの変形例は、本開示に基づき当業者に自明であるものと思われる。したがって、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更が可能であると理解される。
【符号の説明】
【００８３】
１，２，３…サブ部
１００…光学式エンコーダ
１１０…スケール要素
１１５…絶対スケールパターン
１１６Ａ，１１６Ｂ，１１６Ｃ…代表光路
１２０…信号処理装置
１２５…検出部
１２６…分析部
１３０…光源
１３４…光
１３４Ａ，１３４Ｂ，１３４Ｃ…代表光路
１４０…レンズ
１５０…光源格子
１６０…照明部
１９０…処理部
１９２…信号接続部
２００…ダイアグラム
２１５…周期的空間変調光パターン
３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ａ’，３１０Ｂ’，４１０…有効信号選択部
３１２Ａ，３１２Ｂ，３１２Ａ’，３１２Ｂ’，４１２…有効信号選択手段
３１５Ａ，３１５Ｂ，３１５Ａ’，３１５Ｂ’，４１５…有効信号処理部
３２０，４２０…信号処理装置
３２５，４２５…検出部
３２６，４２６…分析部
３３０，４３０…位置判定部
４０５−１，４０５−２，４０５−３…信号結合部
ＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２…スケールトラックパターン
ＤＡ１、ＤＢ１、ＤＡ１’，ＤＢ１’…第１群のサブ部
ＤＡ２、ＤＢ２、ＤＡ２’，ＤＢ２’…第２群のサブ部
ＤＡ３、ＤＢ３、ＤＡ３’，ＤＢ３’…第３群のサブ部
ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２…検出部
Ａ１、Ｂ１、Ａ１’、Ｂ１’、Ａ２、Ｂ２、Ａ２’、Ｂ２’、Ａ３、Ｂ３、Ａ３’，Ｂ３’…出力信号
ＳＰＩＮＣ、ＳＰ１，ＳＰ２…空間的周期
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置または変位を高精度に測定する光学式エンコーダおよび位置測定方法に関し、より詳細には、スケールの汚染または欠陥により発生する誤差の影響を受けにくい光学式エンコーダおよび位置測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式の位置エンコーダは、スケールに形成されたパターンを読取ヘッドで検出することにより、スケールに対する読取ヘッドの変位あるいは位置を決定している。
従来、位置エンコーダは、周期的なパターンを有する少なくとも１つのスケールトラックを備えたスケールを用いており、スケールトラックに沿った読取ヘッドの変位または位置に応じてスケールトラックから生じる信号は周期的なものとなる。アブソリュート型の位置エンコーダでは、複数のスケールトラックを用い、アブソリュートスケールに沿った各位置において一意の信号の組合せを得る。
【０００３】
様々な用途において、スケールトラック上に製造上の欠陥または塵埃や油といった汚染がある場合、読取ヘッドによって検出されるパターンが乱され、その結果得られた位置または変位測定に誤差をもたらす恐れがある。
一般的には、欠陥または汚染による誤差の大きさは、欠陥または汚染の大きさ、スケール上の周期的パターンの波長、読取ヘッド素子領域の大きさ、およびこれらの大きさどうしの関係といった要素によって決定される。
【０００４】
このような位置エンコーダにおける異常信号に対応するため、様々な方法が知られている。このような方法のほとんどは、エンコーダ信号を無効にすること、「誤差信号」を発して使用者に警告すること、または光源の強度を調整して弱くなった信号を増幅すること等に基づく。
しかしながら、このような方法は、ある種のスケールの欠陥または汚染によって異常信号が生じたとしても、正確な測定動作を継続できない。したがって、このような方法では実用性に限りがある。スケールの汚染または欠陥による測定精度への影響を軽減する公知の方法が特許文献１に開示される。
【０００５】
特許文献１には、２つ以上の受光素子が同じ位相の周期信号を出力し、これらの信号が信号安定度判定手段にそれぞれ入力される方法が開示されている。信号安定度判定手段は、「正常」と判定された信号のみを出力し、これらの「正常」信号は位置測定の基準として利用される。一方「異常」とされた信号は、位置測定の演算から除外される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−０６５８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した特許文献１に開示される「正常」および「異常」な信号を判定する方法には、特許文献１に開示された光学式エンコーダの実用性を制限するいくつかの不利な点があった。
【０００８】
本発明の目的は、ある種のスケールの欠陥または汚染により異常信号が生じたとしても、正確な測定動作を行うことができる改良された光学式エンコーダおよび位置測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ある種のスケールの欠陥または汚染により異常信号が生じたとしても正確な測定動作を可能にする、改良された光学式エンコーダの構造および信号処理方法に関する。
前述した特許文献１は、既定の「理想」信号特性に基づき信号異常が判定されることを教示する。しかしながら、予測不可能な様々な動作状態の下では、このような理想基準は過度に限定的、もしくは、単に不適当になる可能性がある。また、特許文献１は、時間をかけて信号をサンプリングしなくては決定されえない多数の信号特性を用いることも教示する。このような信号特性に基づいて、高速な「リアルタイム」測定動作を可能にすることは、困難もしくは不可能である。
これに対し、本発明のシステムおよび方法は、「理想」信号特性といった前提を必要としておらず、１つの信号サンプルに基づいて高速なリアルタイム測定動作を行うのに好適である。
【００１０】
本発明は、スケールトラックの欠陥および汚染の影響を低減しつつ、測定軸方向に沿ったスケール要素と検出手段間の相対位置を決定するために用いられる光学式エンコーダに関する。
本発明の光学式エンコーダは、照明部と、測定軸方向に沿って延出する第１スケールトラックパターンを有する第１スケールトラックを少なくとも有し、前記照明部からの光を受光するとともに、前記第１スケールトラックパターンに対応する第１周期的空間変調光パターンを第１光路に沿って出力するように配置されるスケール要素と、第１検出部および有効信号選択部を有する信号処理装置と、を備える。
前記第１検出部は、第１周期的空間変調光パターンを前記第１光路に沿って受光するとともに、この受光した第１周期的空間変調光パターンを空間的にフィルタリングして前記相対位置に応じた信号を出力する。前記第１検出部は、少なくとも３つのサブ部からなる第１セットを備え、この少なくとも３つのサブ部は、前記第１スケールトラックに汚染または欠陥がない場合、設計上同じ信号特性値を持つ少なくとも３つのサブ部信号サブセットを有する第１信号セットを作り出す。
【００１１】
前記信号処理装置は、前記第１信号セットを前記有効信号選択部に入力し、前記第１信号セットを分析し、この第１信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号測定値（比較信号特性値）に最も類似しない信号測定値（対応信号特性値）を持つ特異サブ部信号サブセットを認識し、有効な信号セットに基づき第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行う。
この際、有効な信号セットは、前記第１信号セットのうち複数の前記類似サブ部信号サブセットは含むが、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まないものとする。
【００１２】
本発明において、前記信号処理装置は、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の少なくとも1つに基づき規定される許容相違範囲外にあるとき、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットの信号特性値と著しく異なると判定することができる。
本発明において、前記許容相違範囲は前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲と一致するように規定されてもよい。
【００１３】
本発明において、前記信号処理装置は、前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲より大きくなるように前記許容相違範囲を規定し、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記許容相違範囲外ではないとき、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットの信号特性値と著しく異ならないと判定し、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値と著しく異ならない場合、複数の前記類似サブ部信号サブセットおよび前記特異サブ部信号サブセットに基づき前記第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行ってもよい。
【００１４】
本発明において、前記許容相違範囲の下限値は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、および（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、のいずれかより小さい第１規定相違量であってもよい。
本発明において、前記第１規定相違量は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、（ｄ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する２つの信号特性値の差、および（ｅ）前記類似サブ部信号サブセットの信号特性値に関連する分布の尺度、のいずれかに比例してもよい。
本発明において、類似サブ部信号サブセットに関連する分布の尺度としては標準偏差を用いることができる。
【００１５】
本発明において、前記許容相違範囲の上限値は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、および（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、のいずれかより大きい第２規定相違量であってもよい。
本発明において、前記第２規定相違量は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、（ｄ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する２つの信号特性値の差、および（ｅ）前記類似サブ部信号サブセットの信号特性値に関連する分布の尺度、のいずれかに比例してもよい。
【００１６】
本発明において、前記第１セットの少なくとも３つのサブ部はそれぞれ第１の類似検出手段要素のセットを有し、前記測定軸方向に沿って前記第１空間変調光パターンの空間的周期の整数倍だけ離間して配置されることが望ましい。
少なくとも３つのサブ部からなる第１セットおよび／または第１の類似検出手段要素のセットは、各実施形態によって異なって構成されてもよい。
本発明において、前記類似検出手段要素のセットは、単一の検出手段要素、同じ空間的位相を持つ隣接しない検出手段要素のセット、複数の空間的位相を持つ隣接しない検出手段要素のセット、および複数の空間的位相を持つ隣接する検出手段要素のセットのうちいずれかを備えてもよい。
【００１７】
本発明において、前記複数の空間的位相を持つ隣接する検出手段要素のセットは、前記第１空間変調光パターンの空間的周期の整数倍で均等に離間されてもよい。
本発明において、前記有効信号選択部は、少なくとも１つの信号結合手段を備え、前記類似検出手段要素のセットは、前記複数の空間的位相を持つ隣接する検出手段要素のセットを備え、各サブ部信号サブセットはこのサブ部信号サブセットに対応する前記信号特性値を規定する結合された信号を出力する信号結合手段に入力されることが好ましい。
【００１８】
本発明において、前記信号結合手段は、複数の入力信号の和、複数の入力信号の差、入力信号の結合に基づく商、あるいは、より一般的には、入力信号の結合から導出されうる所望の信号で規定される信号を出力してもよい。
あるいは、前記少なくとも３つのサブ部からなる第１セットの前記類似検出手段要素のセットは、第１空間的位相を持つ単一の検出手段要素と、各々が前記第１空間的位相を持つ隣接しない検出手段要素のセットのいずれかを有してもよい。
前記検出部は、さらに、それぞれ少なくとも３つのサブ部からなる第２セットおよび第３セット（前記第１セットに類似した各々少なくとも３つのサブ部からなる）を少なくとも備え、これらの第２セットおよび第３セットに含まれる第２サブ部および第３サブ部は、前記第１信号セットと同様に、第２空間的位相および第３空間的位相のみを持つ第２信号セットおよび第３信号セットをそれぞれ作り出してもよい。
【００１９】
前記信号処理装置は、前記第２信号セットを前記有効信号選択部に入力し、かつ、前記第３信号セットを前記有効信号選択部に入力し、前記第２信号セットを分析して、この第２信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値に最も類似しない信号特性値を持つ特異サブ部信号サブセットを認識し、前記第３信号セットを分析して、この第３信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値に最も類似しない信号特性値を持つ特異サブ部信号サブセットを認識し、有効な信号セットに基づき第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行い、この有効な信号セットは、前記第１信号セットの複数の類似サブ部信号サブセットと、前記第２信号セットの複数の類似サブ部信号サブセットと、前記第３信号セットの複数の類似サブ部信号サブセットとを含み、前記第１信号セットの特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記第１信号セットの他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まず、前記第２信号セットの特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記第２信号セットの他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まず、前記第３信号セットの特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記第３信号セットの他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まないように構成されてもよい。
【００２０】
このような本発明においては、検出素子のサブ部がスケールトラックパターンの１波長より大きな波長に相当する光を受光した場合、汚染または欠陥の大きさがスケールトラックパターンの波長に類似あるいはそれより大きいとしても、正確なリアルタイム測定を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の光学式エンコーダの実施形態を示す分解図。
【図２】図１の光学式エンコーダにおける検出手段および周期的空間変調光パターン構造の様々な幾何学的関係を示す図。
【図３】本発明に基づく信号処理装置の第１実施形態を示す図。
【図４】本発明に基づく信号処理装置の第２実施形態を示す図。
【図５】本発明の実施形態における信号検出処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に基づく一実施形態である光学式エンコーダ１００の検出構造および信号処理システムおよび方法を概略的に示す分解図である。
図1に示されるように、光学式エンコーダ１００は、スケール要素１１０と、電力/信号接続部１９２によって信号生成/処理部１９０に接続される信号処理装置１２０と、照明系または照明部１６０とを備え、この照明系または照明部１６０は、可視または不可視の光波長を出射する光源１３０と、レンズ１４０と、オプションの光源格子１５０とを備える。
【００２３】
光源１３０は、電力/信号接続部(図示されず)によって信号生成/処理部１９０に接続されてもよい。図１の実施形態において、スケール要素１１０は、絶対スケールパターン１１５（以下、単にスケールパターン１１５ということがある）を有し、このパターンは３つのスケールトラックパターン、すなわちインクリメンタルトラックパターンＴＩＮＣ、第１の絶対トラックパターンＴＡＢＳ１および第２の絶対トラックパターンＴＡＢＳ２を有する（以下、単にトラックパターンＴＩＮＣ，ＴＡＢＳ１，ＴＡＢＳ２ということがある）。
トラックパターンＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２は、各々の構造によって決定される絶対測定範囲上の絶対位置を決定する際に用いられる信号(例えば信号の組合せ)を規定することから、絶対スケールトラックパターンと呼ばれる。図１はまた、本明細書で用いられる定義に従い、直交するＸ、ＹおよびＺ方向を示す。ＸおよびＹ方向は絶対スケールパターン１１５の平面に平行であるとともに、Ｘ方向は意図される測定軸方向ＭＡ（例えば、インクリメンタルトラックパターンＴＩＮＣに含まれてもよい長尺格子パターン要素に直交）に平行である。Ｚ方向は絶対スケールパターン１１５の平面に垂直である。
【００２４】
信号処理装置１２０は、３つのスケールトラックパターンＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１、およびＴＡＢＳ２からの光を受光するように配置された３つの検出トラックまたは検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２を有する検出部１２５を備える。
信号処理装置１２０は、分析部１２６(例えば、信号調整、増幅および／または結合回路、および／または比較回路等)を備えてもよい。一実施形態において、信号処理装置１２０は単一のＣＭＯＳ型ＩＣとして構成されてもよい。以下でさらに詳細に記載されるように、本明細書で開示される検出構造および信号処理システム並びに方法は、３つのスケールトラックパターンＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２の光を受光する３つの検出トラックまたは検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２のいずれかまたは全部を用いる構造であってもよい。
【００２５】
動作中に光源１３０から発される光１３４は、３つのスケールトラックパターンを照らすのに十分なビーム領域にわたり、レンズ１４０によって部分的または全体的に視準されてもよい。図１は、光１３４の３つの代表光路１３４Ａ、１３４Ｂおよび１３４Ｃを概略的に示す。代表光路１３４Ａは、トラックパターンＴＩＮＣを照らす光を有する中央の光路の例である。
トラックパターンＴＩＮＣは照らされると、トラックパターンＴＩＮＣに対応した周期的空間変調光パターン（いくつかの実施形態では、例えば回折次数からの干渉縞光）を、代表光路１１６Ａに沿って信号処理装置１２０の検出部ＤＥＴＩＮＣに出力する。
【００２６】
代表光路１３４Ｂおよび１３４Ｃは、それぞれトラックパターンＴＡＢＳ２およびＴＡＢＳ１を照らす光を有する光路の例である。トラックパターンＴＡＢＳ２およびＴＡＢＳ１は照らされると、周期的空間変調光パターン（例えば、各トラックパターンに対応するパターン化された光）を、代表光路１１６Ｂおよび代表光路１１６Ｃに沿って信号処理装置１２０の検出部ＤＥＴＡＢＳ２およびＤＥＴＡＢＳ１にそれぞれ出力する。各種実施形態において、光学式エンコーダ１００は、トラックパターンＴＡＢＳ２およびＴＡＢＳ１がそれぞれ検出部ＤＥＴＡＢＳ２およびＤＥＴＡＢＳ１に投影される陰影画像（例えば、不鮮明なもしくは不鮮明でない陰影画像）を作り出すように構成されてもよい。なお、空間変調光パターンは全てスケール要素１１０と並行して動く。
【００２７】
各検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２において、個々の受光領域は受光する空間変調光パターンを空間的にフィルタリングし、所望の位置通知信号（例えば、信号補間につながる空間的な位相関係を有する直角位相信号または他の周期信号）を規定するように構成される。加えて、スケールトラックの欠陥または汚染の影響を低減するために、１つ以上の検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２は図３および／または４を参照して以下に説明される原理に従って構成されてもよく、これら検出部の信号は本明細書に開示される原理に従って処理されてもよい。いくつかの実施形態では、個々の受光領域よりむしろ、個々の孔を有する空間フィルタマスクにより比較的大きい受光素子をマスクして、図示される各受光素子領域に類似する受光領域を規定して、公知の技術に従って同様の全体的な信号効果をもたらしてもよい。
【００２８】
中分解能の実施形態（例えば、約４０ミクロン以上といった微細なトラック波長を有する）では、光学式エンコーダ１００はトラックパターンＴＩＮＣが検出トラックＤＥＴＩＮＣ上に投影される陰影画像を作り出すように構成されてもよい。比較的高い分解能の実施形態では、トラックパターンＴＩＮＣは一般的に回折光を生み出すように構成される。
いくつかの実施形態、例えば、およそ８ミクロン以下といった微細なトラック波長を有する実施形態において、光学式エンコーダ１００は、回折次数（例えば、＋／１次）が検出部ＤＥＴＩＮＣに達する干渉縞を作り出すように公知の方法に従って構成されてもよい。このような実施形態において、光源格子１５０は一般に省略される。
例えば、およそ８−４０ミクロンといった微細なトラック波長を有する他の実施形態において、光学式エンコーダ１００は、いくつかの回折次数が相互に作用し、自己結像（例えば、タルボットイメージまたはフレネルイメージ）を検出トラックＤＥＴＩＮＣの面に作り出すように公知の方法に従って構成されてもよい。
【００２９】
自己結像構造において、光源１３０はＬＥＤで構成されてもよい。光源の各寸法が十分に小さい実施形態では、光源格子１５０は省略あるいは任意であってもよい。しかしながら、拡張光源を用いる場合、最も所望される自己結像を得るために光源格子１５０が必要とされてもよい。このような場合、代表光路１３４Ａ周りの光は光源格子１５０の格子構造を通過して、格子開口において部分的に干渉性な照明光源の列を規定する。この照明光源は、トラックパターンＴＩＮＣのピッチつまり波長におおよそ合致するピッチで配置され、公知の自己結像照明原理に従ってトラックパターンＴＩＮＣを照らす。
図１は光源格子１５０の実施形態を示す。この光源格子１５０によれば、代表光路１３４Ｂおよび１３４Ｃは光源格子１５０の透明基板を通過することが可能であり、検出部ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２の信号の質に影響を及ぼす光路の強度および視準の度合いが光源格子１５０の格子構造によって妨害されない。他の実施形態において、代表光路１３４Ｂおよび１３４Ｃが同様に光源格子１５０の格子構造を通過してもよいが、最適な構成ではない。
【００３０】
様々な用途において、信号処理装置１２０および照明部１６０は、互いに相対的に固定された関係で、例えば、読取ヘッドまたはゲージ筐体（図示されず）に搭載されており、公知の技術に基づき、ベアリングシステムによってスケール要素１１０に対して測定軸に沿って案内される。様々な用途ではスケールは可動台またはゲージスピンドル等に取り付けられてもよい。図１に示される構成は透過可能な構成である。
スケールパターン１１５は、光遮断部と、透過によって空間変調光パターンを検出トラックに出力する光透過部（例えば、公知の薄膜パターン法等を用いて透明基板上に形成）とを備える。なお、同様の構成要素が反射の実施形態に設けられてもよく、そのような実施形態では、公知の技術に従って、必要に応じて、照明部１６０および信号処理装置１２０はスケール要素１１０に対して同じ側に設けられ、かつ、角度を有する照明および反射が可能となるように配置される。光学式エンコーダ１００のその他の構成については、米国特許第７，６０８，８１３号に開示される実施形態を参照して設計することができる。
【００３１】
なお、本実施形態における図１のＹ軸方向に沿ったスケールおよび検出トラックの配列および構成は、絶対型光学式エンコーダを規定するものの例であるが、これは例示に過ぎず本発明を限定するものではない。例えば、他の実施形態では、トラックパターンＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２は互いに隣接して設けられ、それらの片側に微細なトラックパターンＴＩＮＣが配置されてもよい。あるいは、インクリメンタル型の光学式エンコーダを規定するために、１つ以上のスケールおよび検出トラックが省略され、残りのスケールおよび検出トラックはこれまで通り特定の用途において有用性を有する位置通知信号を規定してもよい。
【００３２】
図２は、図１の光学式エンコーダ１００で作り出されうる周期的空間変調光パターン構造および検出手段の様々な幾何学的関係およびアライメントのダイアグラム２００である。
特に、図２は、検出部１２５’（例えば、図１に図示される検出部１２５）に存在しうる周期的空間変調光パターン２１５’（例えば、図１に示される絶対スケールパターン１１５によって光路１１６Ａ〜１１６Ｃに沿って作り出されるパターン）のセグメントの例を示す。
つまり、周期的空間変調光パターン２１５’は、中位のトラックパターンＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２にそれぞれ対応する第１および第２周期光パターンと、トラックパターンＴＩＮＣに対応する第３周期光パターンとを有する。トラックパターンＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２に対応する空間変調光パターンは設計上アラインメントされ、それぞれ対応する検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２上の中央に位置づけられる（例えば、図１を参照して説明される全体的な光学式エンコーダに基づく）。例えば、検出部ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２の検出手段要素ＤＥ−ＡＢＳ１およびＤＥ−ＡＢＳ２を表す外形（図２参照）は、形式的な操作アライメントに対応する位置に図示される。
【００３３】
図２に示されるように、周期的空間変調光パターンはそれぞれ特有の空間的周期すなわち空間的波長ＳＰＩＮＣ、ＳＰ１およびＳＰ２を有する。
具体的に、トラックパターンＴＡＢＳ２および検出部ＤＥＴＡＢＳ２にアライメントおよび対応する空間変調光パターンは空間的周期ＳＰ２を有する。同様に、トラックパターンＴＡＢＳ１および検出部ＤＥＴＡＢＳ１にアライメントおよび対応する空間変調光パターンは空間的周期ＳＰ１を有し、トラックパターンＴＩＮＣおよび検出部ＤＥＴＩＮＣにアライメントおよび対応する空間変調光パターンはＳＰＩＮＣを有する。
なお、図１に示される実施形態を参照してすでに概説したように、これらの空間変調光パターンが視準された照明から生じる場合、各パターンの空間的周期は対応のスケールトラックパターンの空間的波長と同じであってもよい。しかしながら、他の実施形態では、発散照明、収束照明、または拡大鏡系の使用（図示されず）等により、空間変調光パターンの空間的周期が対応のスケールトラックパターンと異なってもよい。
【００３４】
いずれの場合でも、図２に示されるように、各検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２は、同様に接続された検出手段要素群（例えば、Ｇ１、Ｇ１’またはＧ１”）が、各検出部によって検出される空間変調光パターンと同じ空間的周期ＳＰＩＮＣ、ＳＰ１およびＳＰ２で反復する構成を有してもよい。
具体的に、図２は、各検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２が、反復する群をなす４つの検出手段要素が対応の空間的周期ＳＰＩＮＣ、ＳＰ１およびＳＰ２にわたり均等に分配される構造を有することを示す。この検出手段要素の構成は、検出手段要素を接続し、公知の矩形型の信号（例えば、以下図３および／または図４で図示）を規定することが可能な公知の矩形型の検出手段要素のレイアウトを含む。
つまり、各空間的周期において、１群の４つの隣接する検出手段要素は均等に離間され、受信した空間変調光パターンの４つの空間的位相（すなわち０、９０、１８０および２７０度）を検出する空間フィルタリングを可能にする。
【００３５】
本実施形態において、このような４つの隣接する検出手段要素の群が複数（例えば３つ）設けられてもよい。各トラックパターンＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２のパターン化信号変更要素は、空間変調光パターンの領域が検出窓領域ＤＥ−ＡＢＳ１および／またはＤＥ−ＡＢＳ２（それぞれ検出部ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２の個々の検出要素に対応）上で統合されると、統合された領域（設計上統合された光信号と同じ）は正弦波関数として変化する。こうして、各空間変調光パターンが対応の検出部上を動くとき、位置の関数としての各検出手段要素によって正弦波状に変化する矩形信号が規定されてもよい。
公知の技術に従って、矩形信号が位置通知信号として処理され、局所波長内の各トラックの空間的位相位置を決定してもよい。こうして決定された空間的位相位置は、インクリメンタル位置通知信号および／または絶対位置通知信号を決定するために公知の技術に従って処理されてもよい。いずれかの実施形態では、トラックパターンＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２の全体幅が約３．０ミリメータ以下でもよい。空間的周期ＳＰ２は約７２０ミクロンでもよく、空間的周期ＳＰ１は約７００ミクロンでもよく、空間的周期ＳＰＩＮＣは約２０ミクロンでもよい。
【００３６】
当然のことながら、本実施形態で概説された構成および寸法は例示的なものに過ぎず、本発明を限定するものではない。例えば、いくつかの実施形態では、３つの位相検出構造（矩形検出構造と対照的）が用いられてもよく、この構造では、３つの検出手段要素の反復する群が対応する空間的周期ＳＰＩＮＣ、ＳＰ１およびＳＰ２にわたって均等に分配される。
さらに、上記で概説され、また、以下でさらに詳細に記載されるように、本発明の検出構造および信号処理システム並びに信号処理方法は、３つのスケールトラックパターンＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２からの光を受光する３つの検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２のいくつかまたは全部を用いるように構成されてもよい。あるいは、インクリメンタル型の光学式エンコーダを規定するために、１つ以上のスケールトラックおよび検出部が省略され、残りのスケールトラックおよび検出部はこれまで通り特定の用途において有用性を有する位置通知信号を規定してもよい。
【００３７】
図３は、信号処理装置３２０の第１実施形態の図であり、本発明のいくつかの実施形態に係る特定の設計原理を示す。
図３に示されるように、信号処理装置３２０は、検出部３２５と、分析部３２６とを備える。検出部３２５の構造は図２を参照しすでに概説した構成と同様であり、４つの検出手段要素（サブ部）の反復する群は対応の空間的周期ＳＰにわたって均等に分配される。特に、検出部３２５はサブ部ＤＡ１、ＤＢ１、ＤＡ１’およびＤＢ１’からなる第１群と、サブ部ＤＡ２、ＤＢ２、ＤＡ２’およびＤＢ２’からなる第２群と、サブ部ＤＡ３、ＤＢ３、ＤＡ３’およびＤＢ３’からなる第３群とを備える。
【００３８】
なお、サブ部ＤＡ１、ＤＡ２およびＤＡ３はそれぞれ同じ空間的位相の信号を規定し、サブ部ＤＢ１、ＤＢ２およびＤＢ３はそれぞれ同じ空間的位相の信号を規定し、サブ部ＤＡ１’、ＤＡ２’およびＤＡ３’はそれぞれ同じ空間的位相の信号を規定し、サブ部ＤＢ１’、ＤＢ２’およびＤＢ３’はそれぞれ同じ空間的位相の信号を規定する。検出部３２５は、図２を参照しすでに概説したように、光路に沿って周期的空間変調光パターンを受信し、受信した第１の周期的空間変調光パターンを空間的にフィルタリングして出力信号Ａ１、Ｂ１、Ａ１’、Ｂ１’、Ａ２、Ｂ２、Ａ２’、Ｂ２’、Ａ３、Ｂ３、Ａ３’およびＢ３’を出力する。検出部３２５および分析部３２６は、例えば前述の検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２の何れかあるいはそれぞれに用いられうる１つの包括的な実施形態を規定する。
【００３９】
図３に示される実施形態において、各サブ部は分析部３２６に接続され、４つのサブ部セット（セットＡ、セットＢ、セットＡ’およびセットＢ’）を規定する。各セットは検出部３２５の３つのサブ部から構成される。トラックパターンに汚染または欠陥がない場合、各セットにおいて、３つのサブ部が協働で、設計上同じ信号特性値を持つ３つのサブ部信号サブセット（この場合、各サブセットは１つの信号で構成される）からなる信号セットを作り出す。
例えば、第１サブ部セットＡは３つのサブ部ＤＡ１、ＤＡ２およびＤＡ３からなり、各サブ部は設計上同じ振幅および空間的位相を有する信号を規定する。各３つのサブ部は、類似サブ部信号サブセットを出力する類似サブ部セットを構成すると言ってもよい。
【００４０】
本実施形態では、各類似サブ部セットは単一のサブ部（例えば、ＤＡ１、ＤＡ２またはＤＡ３）からなり、かつ、各類似サブ部セットは検出された空間変調光パターンの空間的周期ＳＰ（この場合、単一の空間的周期）の整数倍で測定軸方向に沿って隔てて配置される。このような構成によれば、各サブ部セットにおいて、３つのサブ部はそれぞれ、対応のスケールトラックパターンに汚染または欠陥がない場合、設計上同じ信号特性を有するサブ部信号サブセット（例えば、各サブ部からの各信号）を作り出す。
【００４１】
それぞれが類似サブ部セットを構成する３つのサブ部のうち、第２セットＢはサブ部ＤＢ１、ＤＢ２およびＤＢ３を備え、それぞれが類似サブ部セットを構成するサブ部からなる第３セットＡ’はサブ部ＤＡ１’、ＤＡ２’およびＤＡ３’を備え、それぞれが類似サブ部セットを構成するサブ部からなる第４セットＡ”はサブ部ＤＢ１’、ＤＢ２’およびＤＢ３’を備える。
本実施形態では、３つのサブ部からなる第２セット、第３セットおよび第４セットは、それぞれ３つのサブ部からなる第１セットに類似するものであり、同様に理解可能である。本実施形態では、各サブ部セットにおいて、３つのサブ部はそれぞれ、対応のスケールトラックパターンに汚染または欠陥がない場合、信号特性値が設計上同じサブ部信号サブセットを作り出す（例えば、各サブ部信号サブセットは、設計上同じ空間的位相を有する各検出手段からの信号で構成される）。
【００４２】
分析部３２６は、有効信号選択部３１０Ａ，３１０Ｂ、３１０Ａ’および３１０Ｂ’を備える。
有効信号選択部３１０Ａは、セットＡのサブ部によって規定される３つのサブ部信号サブセット（本実施形態では各サブセットは個々のサブ部信号）を入力する。同様に、有効信号選択部３１０Ｂは、セットＢのサブ部によって規定される３つのサブ部信号サブセットを入力する。有効信号選択部３１０Ａ’は、セットＡ’のサブ部によって規定される３つのサブ部信号サブセットを入力し、有効信号選択部３１０Ｂ’は、セットＢ’のサブ部によって規定される３つのサブ部信号サブセットを入力する。
【００４３】
分析部３２６は、有効信号選択部３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ａ’および３１０Ｂ’によって有効と判断されたサブ部信号サブセットを入力する位置判定部３３０を備える。
有効信号選択部３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ａ’および３１０Ｂ’は、それぞれ有効信号選択手段３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ａ’および３１２Ｂ’（図３に概略的に図示）を制御する有効信号処理部３１５Ａ、３１５Ｂ、３１５Ａ’および３１５Ｂ’を備える。
なお、いくつかの実施形態では、有効信号処理部およびそれらの有効信号選択手段は統合されて有効信号選択部内で区別不能とされてもよい。有効信号選択部内の有効な信号セット（例えば、サブ部信号サブセットと非常に類似）を認識する際に適した回路および／またはルーチンは公知の方法に従って構成されてもよく、本明細書で開示される各種原理に基づき有効信号（例えば、サブ部信号サブセットと十分に類似）を規定する信号処理方式は発明の範囲内である。
【００４４】
分析部３２６は、動作中、サブ部の第１セットＡからのサブ部信号サブセット（本実施形態では、例えば各サブセットは個々のサブ部信号）の第１セットを有効信号選択部３１０Ａに入力し、サブ部の第２セットからのサブ部信号サブセットの第２セットＢを有効信号選択部３１０Ｂに入力し、サブ部の第３セットＡ’からのサブ部信号サブセットの第３セットを有効信号選択部３１０Ａ’に入力し、サブ部の第４セットＢ’からのサブ部信号サブセットの第４セットを有効信号選択部３１０Ｂ’に入力する。
【００４５】
有効信号処理部３１５Ａ、３１５Ｂ、３１５Ａ’および３１５Ｂ’は、各第１から第４信号セットにおいて互いに類似する複数の類似サブ部信号サブセットと、各セットにおいて他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値（比較信号特性値）に最も類似しない信号特性値（対応信号特性値）を有する特異サブ部信号サブセットとを認識する。
例えば、一つの実施形態では、各有効信号処理部は公知の方法に従って、特異サブ部信号サブセット（例えば他の信号と比べて最も異なる信号）同様、類似サブ部信号サブセット（例えば最も類似する信号）を認識可能にする信号を出力してもよい差分回路および／またはコンパレータ回路を備えてもよい。
【００４６】
各有効信号処理部３１５Ａ、３１５Ｂ、３１５Ａ’および３１５Ｂ’は、以下に説明される原理に従って有効信号のセットを認識する。
特に、何れかのサブ部信号サブセットに対応する信号特性値が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく相違する場合、この何れかのサブ部信号サブセットが特異サブ部信号サブセットとなり、各有効信号処理部は、関連する３つのサブ部信号サブセットのうち複数の類似サブ部信号サブセットは含むが特異サブ部信号サブセットは含まない有効信号のセットを認識する。
したがって、図３に示される実施形態では、各有効信号処理部３１５Ａ、３１５Ｂ、３１５Ａ’および３１５Ｂ’は、少なくとも複数の類似サブ部信号サブセット（いくつかの実施形態では類似する信号全て）を位置判定部３３０に出力する（例えば、有効信号選択手段３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ａ’および３１２Ｂ’としてのスイッチ等を介して）。
こうして、サブセット位置通知信号は少なくとも複数の類似サブ部信号サブセットに基づくが、各セットの最も類似しないサブ部信号の信号特性値が当該セットにおける他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる場合、有効信号処理部は位置判定部３３０への出力におけるサブ部信号サブセットを含まない（例えば、特異サブ部信号サブセットから隔離または接続を断つ有効信号選択手段またはスイッチの開放によって）。したがって、位置通知信号は、当該信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく相違する特異サブ部信号サブセットに基づかない。
【００４７】
図３に示される実施形態では、スケールトラック上の汚染はサブ部ＤＢ２、ＤＡ２’およびＤＢ２’に隣接している。この結果、信号Ｂ２、Ａ２’およびＢ２’はこの汚染によって変化するため（破線で示されるように）、これらの信号の信号特性値は有効信号選択部によって入力された信号セットから得られるより類似する他の信号に関連する比較信号特性値と著しく異なる。
例えば、図３に示されるように、信号Ｂ１およびＢ３はＢ２に対してよりも互いに類似しているが、これは信号Ｂ２のみが汚染のあるスケールトラックの位置に対応しており、そのため信号Ｂ１およびＢ３とは著しく相違する信号特性値を有しているからである。したがって、有効信号処理部３１５Ｂは信号Ｂ１およびＢ３を類似する信号として、信号Ｂ２を最も類似しない信号として認識することができる。
【００４８】
この実施形態では、有効信号処理部３１５Ｂはこうして信号Ｂ２を類似する信号と著しく異なると認識し、概略的に図示されるように有効信号選択手段３１２Ｂ内の信号Ｂ２に対応する開スイッチによって信号Ｂ２を位置判定部３３０へ出力される信号から除外する。有効信号処理部３１５Ａ’および３１５Ｂ’は、同様に、それぞれのセットのうち信号Ａ２’およびＢ２’を類似する信号と著しく異なると認識し、概略的に図示されるように有効信号選択手段３１２Ａ’および３１２Ｂ’内のＡ２’およびＢ２’に対応する開スイッチによって信号Ａ２’およびＢ２’を位置判定部３３０に出力される信号から除外する（特異サブ部信号扱い）。
本実施形態では、Ａ信号に影響する汚染がないことから、有効信号処理部３１５Ａは、どの「Ａ」信号も類似する「Ａ」信号と著しく異なるとは認識しない。したがって、この特定の実施形態では、概略的に図示されるように有効信号選択手段３１２Ａ内のスイッチが全て閉じられることによって全てのＡ信号が位置判定部３３０に出力される信号に含まれる。しかしながら、この特定の操作は例示的なものに過ぎず限定ではないことを理解されたい。著しく異なる最も類似しない信号特性値を判断する様々な他の実施形態が以下詳細に述べられる。
【００４９】
一実施形態では、有効信号処理部３１５Ａ、３１５Ｂ、３１５Ａ’および３１５Ｂ’および／または位置判定部３３０は、互いに相対的に適切な振幅を有する矩形信号Ａ、Ｂ、Ａ’およびＢ’を規定するために、例えば以下の式（１）〜（４）に従って平均信号値を規定してもよい。
【００５０】
【数１】
（１）
【００５１】
【数２】
（２）
【００５２】
【数３】
（３）
【００５３】
【数４】
（４）
【００５４】
あるいは、動作スピードまたは簡素化の点で有利となりうる実施形態において、信号処理装置は、有効信号選択部３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ａ’，３１０Ｂ’のうちの１つから発される信号の１つ（例えば、本実施形態では信号Ｂ２、Ａ２’およびＢ２’の１つ以上）が出力から除外されるとき、著しく異なると分析されていないとしても類似信号を他の有効信号選択部３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ａ’，３１０Ｂ’それぞれの出力から自動的に除外し（例えば、信号Ａ２を除外してもよい）、各有効信号選択部３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ａ’，３１０Ｂ’からの出力が同じ数の有効信号に基づくようにして、互いに適切な信号振幅を有するようにしてもよい。
一実施形態では、公知の方法に従って、位置判定部３３０は矩形信号Ａ、Ｂ、Ａ’、Ｂ’を入力し、スケールと検出手段の間の測定軸方向ＭＡに沿った相対位置に応じた位置信号ｘを出力する。一実施形態では、矩形信号Ａ、Ｂ、Ａ’、Ｂ’に基づき、空間的位相jが次の式により決定される。
【００５５】
【数５】
（５）
空間的波長内の位置ｘは次の式により決定される。
【００５６】
【数６】
（６）
【００５７】
式（６）中、Ｌはスケールパターンに関連する波長であり、位相fは式（５）に基づくこの波長に対応する空間的位相である。累積された変位を決定するために、インクリメンタル型エンコーダでは累積された波長が相対動作の間カウントされてもよい。
【００５８】
いくつかの実施形態では、信号処理装置は、特異サブ部信号サブセットの信号特性値が、類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の少なくとも１つに基づき規定される許容相違範囲外にあるとき、特異サブ部信号サブセットの信号特性値が類似サブ部信号サブセットの比較信号特性値と著しく異なると判定してもよい。いくつかの実施形態において、類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲と一致するように許容相違範囲が規定されてもよい。
このような実施形態では、特異サブ部信号サブセットの信号特性値は当該セットにおいて他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なると常に判断され、この特異サブ部信号サブセットは常にその後の処理から除外される。したがって、位置通知信号は特異サブ部信号サブセットに決して基づかない。他の実施形態では、類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲より大きくなるように許容相違範囲が規定されてもよい。
【００５９】
このような実施形態では、特異サブ部信号サブセットは、許容相違範囲内にあるとしても、類似する各サブ部信号サブセットより高いあるいは低い信号特性値を有してもよい。例えば、各種実施形態において、許容相違範囲の下限値は類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、および類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値のいずれかより小さい第１規定相違量であってもよい。
第１規定相違量は、類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、類似サブ部信号サブセットに関連する２つの信号特性値の差、および類似サブ部信号サブセットに関連する分布の尺度のいずれかに比例してもよい（例えば、いずれかのパーセンテージであってもよい）。
例えば、図３に示すように、第１規定相違量は、信号Ｂ１およびＢ２の低い方の信号特性値、信号Ｂ１およびＢ２の平均信号特性値、信号Ｂ１およびＢ２の高い方の信号特性値、信号Ｂ１およびＢ２の差、または信号Ｂ１およびＢ２の分布の尺度に比例してもよい。類似する信号（例えばＢ１およびＢ２）に関連する分布の尺度が標準偏差であってもよい。
【００６０】
各種実施形態において、許容相違範囲の上限値は類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均および類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値のいずれかより大きい第２規定相違量であってもよい。
第２規定相違量は、類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、類似サブ部信号サブセットに関連する２つの信号特性値の差、および類似サブ部信号サブセットに関連する分布の尺度のいずれかに比例してもよい。
例えば、図３に示すように、第２規定相違量は、信号Ｂ１およびＢ２の低い方の信号特性値、信号Ｂ１およびＢ２の平均信号特性値、信号Ｂ１およびＢ２の高い方の信号特性値、信号Ｂ１およびＢ２の差、または信号Ｂ１およびＢ２の分布の尺度に比例してもよい。
【００６１】
図３に示される類似サブ部のセットは、１つのサブ部からなるが、検出部が長い場合、各サブ部セットの３つのサブ部もまた長くてもよい。したがって、他の点は図３に類似するいくつかの実施形態において、各類似サブ部セットは他から空間変調光パターンの空間的周期ＳＰの整数倍だけ離間して配置されてもよい。各類似サブ部セットは同じ空間的周期を有する複数の隣接しないサブ部を備えてもよい。
【００６２】
図４は、本発明の第２実施形態の信号処理装置４２０を示す図であり、本発明のいくつかの実施形態に係る特定の設計原理を示す。
図４において、信号処理装置４２０は、検出部４２５と分析部４２６とを備える。
検出部４２５は、図２を参照して上記で概説されたものと類似の構成を有し、４つのサブ部の反復される群は対応する空間的周期ＳＰにわたって均等に分配される。特に、検出部４２５はサブ部ＤＡ１、ＤＢ１、ＤＡ１’およびＤＢ１’からなる第１群と、サブ部ＤＡ２、ＤＢ２、ＤＡ２’およびＤＢ２’からなる第２群と、サブ部ＤＡ３、ＤＢ３、ＤＡ３’およびＤＢ３’からなる第３群とを備える。
【００６３】
なお、各サブ部ＤＡ１、ＤＡ２およびＤＡ３は同じ空間的位相を持つ信号を規定し、各サブ部ＤＢ１、ＤＢ２およびＤＢ３は同じ空間的位相を持つ信号を規定し、以下も同様である。検出部４２５は、図２を参照し上記で概説したように、光路に沿って周期的空間変調光パターンを受信し、受信した周期的空間変調光パターンを空間的にフィルタリングして出力信号Ａ１、Ｂ１、Ａ１’、Ｂ１’、Ａ２、Ｂ２、Ａ２’、Ｂ２’、Ａ３、Ｂ３、Ａ３’およびＢ３’を出力する。検出部４２５および分析部４２６は、例えば、前述の検出部ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２の何れかあるいはそれぞれに用いられうる１つの包括的な実施形態を規定する。
【００６４】
図４に示される実施形態において、サブ部は分析部４２６に接続され、検出部４２５の３つのサブ部（サブ部１、サブ部２およびサブ部３）を含む１つのサブ部セットを規定する。同時に、この３つのサブ部は信号セットを作り出し、この信号セットは、トラックパターンに汚染あるいは欠陥がない場合に設計上同じ信号特性を有する３つのサブ部信号サブセット（この場合、各サブセットはＡ、Ｂ、Ａ’およびＢ’と指定された異なる空間的位相を有する４つの信号からなる）を備える。
例えば、全ての「Ａ」信号は設計上サブセットが同じであり、全ての「Ｂ」信号は設計上サブセットが同じであり、以下も同様である。３つのサブ部はそれぞれ、類似サブ部のセットを備えると言ってもよい。本実施形態において、類似サブ部のセットはそれぞれ、空間的周期ＳＰにわたり均等に離間する４つの隣接するサブ部からなる。
【００６５】
類似サブ部のセットはそれぞれ、検出された空間変調光パターンにおける空間的周期ＳＰ（この場合、単一の空間的周期）の整数倍で、測定軸方向に沿って互いに離間して配置される。このような構成によれば、各サブ部のセット内における３つのサブ部はそれぞれ、対応のスケールトラックパターンに汚染または欠陥がない場合、設計上同じ位置通知信号特性を有する信号を作り出す。図示される実施形態において、サブ部１はサブ部ＤＡ１、ＤＢ１、ＤＡ１’およびＤＢ１’を備え、サブ部２はサブ部ＤＡ２、ＤＢ２、ＤＡ２’およびＤＢ２’を備え、サブ部３はサブ部ＤＡ３、ＤＢ３、ＤＡ３’およびＤＢ３’を備える。
【００６６】
分析部４２６は、有効信号選択部４１０を備え、この有効信号選択部４１０は、有効信号処理部４１５と、この有効信号処理部４１５によって制御される有効信号選択手段４１２（図４においてスイッチとして概略的に表示）と、有効信号選択部４１０からの信号を入力する位置判定部４３０（上記で概説され、以下でさらに詳細に記載される）とを備える。
図４に示される特定の実施形態において、有効信号選択部４１０はまた、各サブ部１、サブ部２およびサブ部３によって規定される３つのサブ部信号サブセット（本実施形態において各サブセットは異なる空間的位相を持つ４つの隣接するサブ部信号を有する）を入力する信号結合部４０５−１、４０５−２および４０５−３を備える。
信号結合部４０５−１、４０５−２および４０５−３は、それぞれの入力信号の結合から導出される比較信号を出力してもよく、また、これらの比較導出信号の信号特性における類似性が、上記の原理により、かつ、下記でさらに詳細に記載されるように、位置判定部４３０によって使用される信号を出力する有効信号処理部４１５によって分析されてもよい。
【００６７】
各種実施形態において、信号結合部４０５−１、４０５−２および４０５−３は、複数の入力信号の和、複数の入力信号の差、入力信号の結合に基づく商、あるいは、より一般的には、入力信号の結合から導出されうる所望の信号である１つの信号（または１つ以上の信号）を出力してもよい。いくつかの実施形態において、信号結合部４０５−１、４０５−２および４０５−３は、空間的位相または位置信号（例えば、式５または６による）を出力してもよい。しかしながら、信号結合部４０５−１、４０５−２および４０５−３は各種実施形態において任意でもよく、その場合、有効信号処理部４１５は、各サブ部１、サブ部２およびサブ部３からの３つのサブ部信号サブセットを入力し、位置判定部４３０によって使用される有効信号のセットが出力されるように、上記の原理により、かつ、下記でさらに詳細に記載されるように、その３つのサブ部信号サブセットを分析してもよい。
【００６８】
有効信号選択部４１０および位置判定部４３０は、動作中、図３を参照して上記で概説された有効信号選択部３１０および位置判定部３３０と略同様の機能を果たすと理解されるべきである。
特に、各種実施形態において、有効信号処理部４１５は、３つのサブ部信号サブセットからなるセットのうち複数の類似サブ部信号サブセットを、例えば、これらのサブセットの対応の類似する信号特性値に基づき認識し、他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値に対して最も類似しない対応信号特性値を有する特異サブ部信号サブセットを認識する。例えば、一実施形態において、公知の方法に従って、有効信号処理部４１５は、類似サブ部信号サブセットに対応する類似する信号特性を認識可能にするとともに、特異サブ部信号サブセットに対応する最も類似しない信号特性を認識可能にする信号を出力可能な差分回路および／またはコンパレータ回路を備えてもよい。
【００６９】
有効信号処理部４１５は、さらに、上記で概説した原理に従って、下記でさらに説明されるように、有効信号のセットを認識する。なお、分析される特定の信号特性に関係なく（例えば、特定の信号特性がサブ部信号サブセット自体の信号特性であっても信号結合回路によってサブ部信号サブセットから導出された結合信号の信号特性であっても関係なく）、上記によれば、有効信号処理部４１５によって分析される各信号特性により、特定のサブ部信号サブセットを突き止めることが可能である。
したがって、有効信号処理部４１５は、図３を参照して上記で概説されたものと類似の機能を果たすとともに、３つのサブ部信号サブセットからなるセットのうち複数の類似サブ部信号サブセットは含むが、特異サブ部信号サブセットに対応する信号特性が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性と著しく異なる場合、特異サブ部信号サブセットは含まない有効信号のセットを認識すると言ってもよい。特異サブ部信号サブセットの信号特性値が類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なるか否かを判定するための各種実施形態は、例えば、図３を参照して上記で説明されている。
【００７０】
図４に示される実施形態において、有効信号処理部４１５は、位置通知信号が少なくとも複数の類似サブ部信号サブセットに基づくように、有効信号選択手段４１２であるスイッチを制御して位置判定部４３０への有効信号のセットに基づく信号を出力する。特異サブ部信号サブセットの信号特性値が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる場合、位置通知信号が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる信号特性値を持つ特異サブ部信号サブセットに基づかないように、有効信号処理部４１５は位置判定部４３０に出力される信号に特異サブ部信号サブセットに対応する信号を含まない。
【００７１】
有効信号選択部４１０によって出力されて位置判定部４３０で利用される信号が、このような有効信号のセットに基づく（例えば、導出される）場合、各種実施形態において、位置判定部４３０に出力される信号は、位置判定部４３０が適切な位置通知信号を決定する際に利用可能な都合のよい形態を取ることができる。
例えば、各種実施形態において、位置判定部４３０に出力された信号は、有効信号のセット、有効信号のセットのうち適当なセットの和または差、有効信号のセットのうち適当なセットの結合に基づく商、あるいは、有効信号のセットのうち適当なセットに基づく空間的位相または位置信号と同一であってもよい。したがって、図４に示される位置出力信号Ｓ１、Ｓ２およびＳ３はそれぞれ、１つの結合信号、または、所望の出力信号セット（例えば、Ｓ１はＡ１、Ｂ１、Ａ１’、Ｂ１’を含んでもよい）を示す。
【００７２】
なお、いくつかの実施形態において、有効信号選択手段４１２および有効信号処理部４１５（並びに、もしあれば信号結合部４０５−１、４０５−２、４０５−３）は、有効信号選択部４１０内で結合され互いに判別不可であってもよい。有効な信号のセット（例えば、十分に類似サブ部信号サブセット）を認識するために適した回路および／またはルーチンは、公知の方法に従って構成されてもよい。本明細書において開示される様々な原理に従って、有効信号（例えば、十分に類似サブ部信号サブセット）を規定する任意の信号処理方式は、発明の範囲内である。
図４に示される実施形態では、スケールトラック上の汚染はサブ部ＤＢ２、ＤＡ２’およびＤＢ２’に隣接している。その結果、信号Ｂ２、Ａ２’およびＢ２’は汚染により変化し（点線で図示）、そのため、対応のサブ部２の信号サブセットは、他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる信号特性値を有することになる。
【００７３】
例えば、図４に示されるように、サブ部２の信号サブセットだけがスケールトラックの汚染がある部分に対応しているため、サブ部１の信号サブセットおよびサブ部３の信号サブセットは、サブ部２の信号サブセットに対してより、互いに類似している。このため、サブ部２の信号サブセットは、サブ部１および３の信号サブセットに対応するものと著しく異なる信号特性値を有する。したがって、有効信号処理部４１５は、サブ部１および３のサブセットを類似していると認識し、サブ部２の信号サブセットは最も類似しないと認識することができる。
本実施形態において、有効信号処理部４１５はこうして、類似サブ部信号サブセットに対しサブ部２の信号サブセットが著しく異なることを認識し、概略的に図示されるように、有効信号選択手段４１２の信号Ｓ２に対応する開スイッチによって位置判定部４３０へ出力する信号からサブ部２の信号サブセットを除外する。
【００７４】
なお、本開示に基づき当業者によって理解されるように、図３または図４に図示されない検出部のサブ部セットに対して、他の構成が本明細書に開示される原理に従って用いられてもよい。
例えば、より一般的には、類似サブ部のセットは、単一のサブ部、同じ空間的位相を持つ隣接しないサブ部のセット（図３に開示）、複数の空間的位相を有する隣接しないサブ部のセット、または、複数の空間的位相を有する隣接するサブ部のセット（図４に図示）を備えてもよい。
【００７５】
なお、先行技術である特許文献１は、所定の理想範囲から逸脱する１つの信号特性値を持つ信号が異常と判断されることを教示する。したがって、不正確な測定を防ぐために、検出手段サブ部からの信号のほんの微々たる部分またはわずかな部分を妨害する汚染または欠陥を異常と判断する可能性がある。しかしながら、様々な予測できない動作状態（例えば、弱くなった照明）の下では、低い信号が必ずしも不正確な信号というわけではなく、したがって、特許文献１の方法は、場合によっては、エンコーダの動作を不必要に停止させる恐れがある。
さらに、特許文献１において教示される信頼度が最も高い信号特性は、時間をかけて（例えば、多数の位置で）信号データをサンプリングし、こういったデータから信号特性を導出することを必要とする。したがって、位置独立の実信号特性が導出され、任意の位置に有効な方法で得られなければならない所定の信号特性限度と比較されうる。
【００７６】
これに対し、本発明に基づく光学式エンコーダのシステムおよび信号処理方法（例えば、図３および図４を参照し記載される実施形態）は、複数の実信号の信号特性を互いに（所定の理想の信号特性範囲とではなく）比較することに依拠し、これにより、著しく正確性を低下させることなしに、全ての信号に同様に作用する多種多様な予測できない動作状態（例えば、低い照明レベル、変化する環境条件または構成部品の老化）の下で、確実に動作を継続することが可能とする。
さらに、空間的位相および信号処理が類似していると仮定した場合、複数の同時にサンプリングされた実信号は位置と関係なく設計上同じになるはずである。つまり、汚染やスケールの欠陥による異常信号は、信号サンプル１つで得られる単純な信号特性（例えば、信号の大きさ）によって、位置に関わらず確実に明らかにすることができる。
したがって、各種実施形態において、本発明のシステムおよび方法は、単純な信号特性および１つの信号サンプルに基づき、異常信号を拒絶し、正確なリアルタイム測定を可能にすることができる。さらに、本発明のシステムおよび方法は、検出手段のサブ部が、スケールトラックパターンの１波長より大きな波長に相当する光を受光した場合、スケールトラックパターンの波長に類似、あるいは、それより大きい汚染または欠陥の大きさを許容しつつ、効果的に機能することができる。
【００７７】
図５は、本明細書に開示される各種実施形態に係る光学式エンコーダ１００等の光学式エンコーダ装置の操作方法を示すフローチャートを示す。図５に示すフローチャートは、スケールトラックの欠陥および汚染の影響を低減しつつ、測定軸方向に沿ったスケール要素と検出手段の相対位置を決定する処理ルーチンとして各種実施形態において実施可能な本発明の位置測定方法を示す。
図５において、ブロック５０５では、光が照明部から出力される。
ブロック５１０では、測定軸方向に沿って延出する第１スケールトラックパターンを有する第１スケールトラックを少なくとも有するスケール要素によって照明部からの光が受光され、この第１スケールトラックパターンに対応する第１周期的空間変調光パターンが第１光路に沿って出力される。
【００７８】
ブロック５１５では、第１周期的空間変調光パターンが第１光路に沿って第１検出部および分析部を備える信号処理装置で受信され、この受信された第１周期的空間変調光パターンは、第１検出部によって空間的にフィルタリングされ、位置通知信号の第１セットが第１検出部によって出力される。第１検出部は、少なくとも３つのサブ部からなる第１セットを備え、この少なくとも３つのサブ部は、少なくとも３つのサブ部信号サブセットを有する第１信号セットを作り出し、この少なくとも３つのサブ部信号サブセットは、第１スケールトラックに汚染または欠陥がない場合、設計上同じ信号特性値を持つ（例えば、図３または４を参照し前述したように）。
ブロック５２０では、第１信号セットが分析部に入力される。
ブロック５２５では、第１信号セットが分析され、特異サブ部信号サブセットが認識される。この特異サブ部信号サブセットは、第１信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値に最も類似しない対応信号特性値を持つ。
ブロック５２５以降、処理はブロックＡに続く（すなわち図５のブロック５３０に続く）。
【００７９】
図５のフローチャートの後半は、スケールトラックの欠陥および汚染の影響を低減しつつ、光学式エンコーダを操作するための２つの代替的な実施形態を包括するものとして解釈されうる。
判定ブロック５３０では、現行の実施形態が、位置通知信号を決定する際に用いられる有効信号のセットから特異サブ部信号サブセットを常に（無条件に）除外する場合、動作はブロック５４０に進む。
ブロック５４０では、第１信号セットのうち複数の類似サブ部信号サブセットは含むが特異サブ部信号サブセットは含まない有効信号のセットに基づき、第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作が行われ、ルーチンが終了する。
判定ブロック５３５では、特異サブ部信号サブセットの信号特性値が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なると判定された場合、処理はブロック５４０に進む。
【００８０】
同ブロック５４０では、第１信号セットのうち複数の類似サブ部信号サブセットは含むが特異サブ部信号サブセットは含まない有効信号のセットに基づき、第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作が行われる。もし、判定ブロック５３５において、特異サブ部信号サブセットの信号特性値が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異ならないことが判明した場合、処理はブロック５５０に進む。
同ブロック５５０では、第１信号セットの複数の類似サブ部信号サブセットおよび特異サブ部信号サブセット（この場合、同信号は類似サブ部信号サブセットと著しく異ならない）を含む有効信号のセットに基づき、第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作が行われる。特異サブ部信号サブセットの信号特性値が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なるか否かを判定する各種実施形態は、例えば、図３を参照して前述されている。ブロック５４０またはブロック５５０の動作の後ルーチンは終了する。
【００８１】
なお、上記記載から理解されるように、位置通知信号を決定する際に用いられる有効信号のセットから特異サブ部信号サブセットを常に（無条件に）除外する実施形態において、この事はすでに公知であると思われるが、対応のルーチンは、ブロック５３０，ブロック５３５および／またはブロック５５０に関連する動作を実際含む（すなわち行う）必要はない。同様に、位置通知信号を決定する際に用いられる有効信号のセットから特異サブ部信号サブセットを常に除外するわけではない実施形態において（例えば、特異サブ部信号サブセットが他の有効なサブ部信号サブセットに十分に類似する場合）、この事はすでに公知であると思われるが、対応のルーチンはブロック５３０に関連する動作を実際含む（すなわち行う）必要はない。
【００８２】
本発明の好適な実施形態は図示および記載されているものの、図示および記載された特徴の構成や一連の動作における数多くの変形例は、本開示に基づき当業者に自明であるものと思われる。したがって、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更が可能であると理解される。
【符号の説明】
【００８３】
１，２，３…サブ部
１００…光学式エンコーダ
１１０…スケール要素
１１５…絶対スケールパターン
１１６Ａ，１１６Ｂ，１１６Ｃ…代表光路
１２０…信号処理装置
１２５…検出部
１２６…分析部
１３０…光源
１３４…光
１３４Ａ，１３４Ｂ，１３４Ｃ…代表光路
１４０…レンズ
１５０…光源格子
１６０…照明部
１９０…処理部
１９２…信号接続部
２００…ダイアグラム
２１５…周期的空間変調光パターン
３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ａ’，３１０Ｂ’，４１０…有効信号選択部
３１２Ａ，３１２Ｂ，３１２Ａ’，３１２Ｂ’，４１２…有効信号選択手段
３１５Ａ，３１５Ｂ，３１５Ａ’，３１５Ｂ’，４１５…有効信号処理部
３２０，４２０…信号処理装置
３２５，４２５…検出部
３２６，４２６…分析部
３３０，４３０…位置判定部
４０５−１，４０５−２，４０５−３…信号結合部
ＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２…スケールトラックパターン
ＤＡ１、ＤＢ１、ＤＡ１’，ＤＢ１’…第１群のサブ部
ＤＡ２、ＤＢ２、ＤＡ２’，ＤＢ２’…第２群のサブ部
ＤＡ３、ＤＢ３、ＤＡ３’，ＤＢ３’…第３群のサブ部
ＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２…検出部
Ａ１、Ｂ１、Ａ１’、Ｂ１’、Ａ２、Ｂ２、Ａ２’、Ｂ２’、Ａ３、Ｂ３、Ａ３’，Ｂ３’…出力信号
ＳＰＩＮＣ、ＳＰ１，ＳＰ２…空間的周期
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケールトラックの欠陥および汚染の影響を低減しつつ、測定軸方向に沿ったスケール要素と検出手段要素間の相対位置を決定する際に用いられる光学式エンコーダであって、
照明部と、
測定軸方向に沿って延出する第１スケールトラックパターンを有する第１スケールトラックを少なくとも有し、前記照明部からの光を受光するとともに前記第１スケールトラックパターンに対応する第１周期的空間変調光パターンを第１光路に沿って出力するように配置されるスケール要素と、
第１検出部および有効信号選択部を有し、第１周期的空間変調光パターンを前記第１光路に沿って受光するとともに、この受光した第１周期的空間変調光パターンを空間的にフィルタリングして前記相対位置に応じた信号を出力する信号処理装置と、を備え、
前記第１検出部は、少なくとも３つのサブ部からなる第１セットを備え、この少なくとも３つのサブ部は、前記第１スケールトラックに汚染または欠陥がない場合、設計上同じ信号特性値を持つ少なくとも３つのサブ部信号サブセットを有する第１信号セットを作り出し、
前記信号処理装置は、前記第１信号セットを前記有効信号選択部に入力し、前記第１信号セットを分析し、この第１信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値に対して最も類似しない信号特性値を持つ特異サブ部信号サブセットを認識し、有効な信号セットに基づき第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行い、
この有効な信号セットは、前記第１信号セットのうち複数の前記類似サブ部信号サブセットは含むが、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まない、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記信号処理装置は、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の少なくとも1つに基づき規定される許容相違範囲外にあるとき、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットの比較信号特性値と著しく異なることを判定する、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、前記許容相違範囲は前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲と一致するように規定される、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記信号処理装置は、
前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲より大きくなるように前記許容相違範囲を規定し、
前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記許容相違範囲外ではないとき、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットの比較信号特性値と著しく異ならないことを判定し、
前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異ならない場合、複数の前記類似サブ部信号サブセットおよび前記特異サブ部信号サブセットに基づき前記第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行う、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項５】
請求項４に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記許容相違範囲の下限値は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、および（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、のいずれかより小さい第１規定相違量である、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項６】
請求項５に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記第１規定相違量は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、（ｄ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する２つの信号特性値の差、および（ｅ）前記類似サブ部信号サブセットの信号特性値に関連する分布の尺度、のいずれかに比例する、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項７】
請求項４に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記許容相違範囲の上限値は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、および（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、のいずれかより大きい第２規定相違量である、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項８】
請求項７に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記第２規定相違量は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、（ｄ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する２つの信号特性値の差、および（ｅ）前記類似サブ部信号サブセットの信号特性値に関連する分布の尺度、のいずれかに比例する、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項９】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記第１セットの少なくとも３つのサブ部はそれぞれ第１の類似サブ部のセットを有し、前記測定軸方向に沿って前記第１空間変調光パターンの空間的周期の整数倍だけ離間して配置される、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記類似サブ部のセットは、単一のサブ部、同じ空間的位相を持つ隣接しないサブ部のセット、複数の空間的位相を持つ隣接しないサブ部のセット、および複数の空間的位相を持つ隣接するサブ部のセットのうちいずれかを備える、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記複数の空間的位相を持つ隣接するサブ部のセットは、前記第１空間変調光パターンの空間的周期の整数倍にわたり均等に離間される、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記有効信号選択部は、少なくとも１つの信号結合手段を備え、
前記類似サブ部のセットは、前記複数の空間的位相を持つ隣接するサブ部のセットを備え、
各サブ部信号サブセットはこのサブ部信号サブセットに対応する前記信号特性値を規定する結合された信号を出力する信号結合手段に入力される、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１３】
請求項１０に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記少なくとも３つのサブ部からなる第１セットの前記類似サブ部のセットは、第１空間的位相を持つ単一のサブ部と、各々が前記第１空間的位相を持つ隣接しないサブ部のセットと、のいずれかを有し、
前記検出部は、各々少なくとも３つのサブ部からなる第２セットおよび第３セットをさらに備え、
前記少なくとも３つのサブ部からなる第２セットは、前記第１スケールトラックに汚染または欠陥がないとき、設計上同じ信号特性値を持つ少なくとも３つのサブ部信号サブセットを有する第２信号セットを作り出し、
前記少なくとも３つのサブ部からなる第３セットは、前記第１スケールトラックに汚染または欠陥がないとき、設計上同じ位置通知信号特性値を持つ少なくとも３つのサブ部信号サブセットを有する第３信号セットを作り出し、
前記第２セットの少なくとも３つのサブ部は、それぞれ第２の類似サブ部のセットを有し、前記測定軸方向に沿って前記第１空間変調光パターンの空間的周期の整数倍だけ離間して配置され、
前記第３セットの少なくとも３つのサブ部はそれぞれ第３の類似サブ部のセットを有し、前記測定軸方向に沿って前記第１空間変調光パターンの空間的周期の整数倍だけ離間して配置され、
前記第２の類似サブ部のセットは、第２空間的位相を持つ単一の検出手段と、各々が前記第２空間的位相を持つ隣接しないサブ部のセットとのいずれかを有し、
前記第３の類似サブ部のセットは、第３空間的位相を持つ単一のサブ部と、各々が前記第３空間的位相を持つ隣接しないサブ部のセットとのいずれかを有し、
前記信号処理装置は、
前記第２信号セットを前記有効信号選択部に入力し、かつ、前記第３信号セットを前記有効信号選択部に入力し、
前記第２信号セットを分析して、この第２信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値に最も類似しない信号特性値を持つ特異サブ部信号サブセットを認識し、
前記第３信号セットを分析して、この第３信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値に最も類似しない信号特性値を持つ特異サブ部信号サブセットを認識し、
有効な信号セットに基づき第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行い、
この有効な信号セットは、
前記第１信号セットにおける複数の類似サブ部信号サブセットと、前記第２信号セットにおける複数の類似サブ部信号サブセットと、前記第３信号セットにおける複数の類似サブ部信号サブセットとを含み、
前記第１信号セットにおける特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記第１信号セットにおける他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まず、
前記第２信号セットにおける特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記第２信号セットにおける他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まず、
前記第３信号セットにおける特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記第３信号セットにおける他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まない、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１４】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
当該光学式エンコーダは絶対型光学式エンコーダであり、
前記スケール要素は、微細な波長を持つ微細なスケールトラックと、この微細な波長より長い波長を持つ少なくとも１つの絶対スケールトラックと、を有し、
前記第１スケールトラックは、前記少なくとも１つの絶対スケールトラックのうちの１つである、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１５】
スケールトラックの欠陥および汚染の影響を低減しつつ、測定軸方向に沿ったスケール要素と検出手段間の相対位置を決定する位置測定方法であって、
照明部から光を出力する工程と、
測定軸方向に沿って延出する第１スケールトラックパターンを有する第１スケールトラックを少なくとも有するスケール要素で前記照明部からの光を受光し、前記第１スケールトラックパターンに対応する第１周期的空間変調光パターンを第１光路に沿って出力する工程と、
第１検出部と有効信号選択部とを有する信号処理装置で、前記第１周期的空間変調光パターンを前記第１光路に沿って受光し、この受光した第１周期的空間変調光パターンを空間的にフィルタリングして前記相対位置に応じた信号を出力する工程であって、前記第１検出部は少なくとも３つのサブ部からなる第１セットを備え、この少なくとも３つのサブ部は、前記第１スケールトラックに汚染または欠陥がない場合、設計上同じ信号特性値を持つ少なくとも３つのサブ部信号サブセットを有する第１信号セットを作り出す工程と、
前記第１信号セットを前記信号処理装置で処理する工程と、を備え、
前記第１信号セットを前記信号処理装置で処理する工程は、
前記第１信号セットを前記有効信号選択部に入力する工程と、
前記第１信号セットを分析して、この第１信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値に最も類似しない信号特性値を持つ特異サブ部信号サブセットを認識する工程と、
有効な信号セットに基づき第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行う工程と、を備え、
この有効な信号セットは、前記第１信号セットのうち複数の前記類似サブ部信号サブセットを含むが、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まない、ことを特徴とする位置測定方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の位置測定方法において、
前記信号処理装置で前記第１信号セットを処理する工程は、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の少なくとも1つに基づき規定される許容相違範囲外にあるとき、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットの比較信号特性値と著しく異なることを判定する工程、を備えることを特徴とする位置測定方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の位置測定方法において、
前記許容相違範囲は、前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲と一致するように規定される、ことを特徴とする位置測定方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の位置測定方法において、
前記信号処理装置で前記第１信号セットを処理する工程は、
前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲より大きくなるように前記許容相違範囲を規定する工程と、
前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記許容相違範囲外ではないとき、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットの比較信号特性値と著しく異ならないことを判定する工程と、
有効な信号セットに基づき第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行う工程と、を備え、
この有効な信号セットは、
前記第１信号セットのうち複数の前記類似サブ部信号サブセットを含み、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異ならない場合、この特異サブ部信号サブセットを含む、ことを特徴とする位置測定方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の位置測定方法において、
前記許容相違範囲を規定する工程は、前記許容相違範囲の下限値を規定する工程を備え、
この下限値は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、および（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、のいずれかより小さい第１規定相違量である、ことを特徴とする位置測定方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の位置測定方法において、
前記第１規定相違量は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、（ｄ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する２つの信号特性値の差、および（ｅ）前記類似サブ部信号サブセットの信号特性値に関連する分布の尺度、のいずれかに比例する、ことを特徴とする位置測定方法。
【請求項１】
スケールトラックの欠陥および汚染の影響を低減しつつ、測定軸方向に沿ったスケール要素と検出手段要素間の相対位置を決定する際に用いられる光学式エンコーダであって、
照明部と、
測定軸方向に沿って延出する第１スケールトラックパターンを有する第１スケールトラックを少なくとも有し、前記照明部からの光を受光するとともに前記第１スケールトラックパターンに対応する第１周期的空間変調光パターンを第１光路に沿って出力するように配置されるスケール要素と、
第１検出部および有効信号選択部を有し、第１周期的空間変調光パターンを前記第１光路に沿って受光するとともに、この受光した第１周期的空間変調光パターンを空間的にフィルタリングして前記相対位置に応じた信号を出力する信号処理装置と、を備え、
前記第１検出部は、少なくとも３つのサブ部からなる第１セットを備え、この少なくとも３つのサブ部は、前記第１スケールトラックに汚染または欠陥がない場合、設計上同じ信号特性値を持つ少なくとも３つのサブ部信号サブセットを有する第１信号セットを作り出し、
前記信号処理装置は、前記第１信号セットを前記有効信号選択部に入力し、前記第１信号セットを分析し、この第１信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値に対して最も類似しない信号特性値を持つ特異サブ部信号サブセットを認識し、有効な信号セットに基づき第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行い、
この有効な信号セットは、前記第１信号セットのうち複数の前記類似サブ部信号サブセットは含むが、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まない、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記信号処理装置は、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の少なくとも1つに基づき規定される許容相違範囲外にあるとき、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットの比較信号特性値と著しく異なることを判定する、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、前記許容相違範囲は前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲と一致するように規定される、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記信号処理装置は、
前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲より大きくなるように前記許容相違範囲を規定し、
前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記許容相違範囲外ではないとき、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットの比較信号特性値と著しく異ならないことを判定し、
前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異ならない場合、複数の前記類似サブ部信号サブセットおよび前記特異サブ部信号サブセットに基づき前記第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行う、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項５】
請求項４に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記許容相違範囲の下限値は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、および（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、のいずれかより小さい第１規定相違量である、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項６】
請求項５に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記第１規定相違量は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、（ｄ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する２つの信号特性値の差、および（ｅ）前記類似サブ部信号サブセットの信号特性値に関連する分布の尺度、のいずれかに比例する、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項７】
請求項４に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記許容相違範囲の上限値は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、および（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、のいずれかより大きい第２規定相違量である、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項８】
請求項７に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記第２規定相違量は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、（ｄ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する２つの信号特性値の差、および（ｅ）前記類似サブ部信号サブセットの信号特性値に関連する分布の尺度、のいずれかに比例する、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項９】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記第１セットの少なくとも３つのサブ部はそれぞれ第１の類似サブ部のセットを有し、前記測定軸方向に沿って前記第１空間変調光パターンの空間的周期の整数倍だけ離間して配置される、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記類似サブ部のセットは、単一のサブ部、同じ空間的位相を持つ隣接しないサブ部のセット、複数の空間的位相を持つ隣接しないサブ部のセット、および複数の空間的位相を持つ隣接するサブ部のセットのうちいずれかを備える、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記複数の空間的位相を持つ隣接するサブ部のセットは、前記第１空間変調光パターンの空間的周期の整数倍にわたり均等に離間される、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記有効信号選択部は、少なくとも１つの信号結合手段を備え、
前記類似サブ部のセットは、前記複数の空間的位相を持つ隣接するサブ部のセットを備え、
各サブ部信号サブセットはこのサブ部信号サブセットに対応する前記信号特性値を規定する結合された信号を出力する信号結合手段に入力される、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１３】
請求項１０に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記少なくとも３つのサブ部からなる第１セットの前記類似サブ部のセットは、第１空間的位相を持つ単一のサブ部と、各々が前記第１空間的位相を持つ隣接しないサブ部のセットと、のいずれかを有し、
前記検出部は、各々少なくとも３つのサブ部からなる第２セットおよび第３セットをさらに備え、
前記少なくとも３つのサブ部からなる第２セットは、前記第１スケールトラックに汚染または欠陥がないとき、設計上同じ信号特性値を持つ少なくとも３つのサブ部信号サブセットを有する第２信号セットを作り出し、
前記少なくとも３つのサブ部からなる第３セットは、前記第１スケールトラックに汚染または欠陥がないとき、設計上同じ位置通知信号特性値を持つ少なくとも３つのサブ部信号サブセットを有する第３信号セットを作り出し、
前記第２セットの少なくとも３つのサブ部は、それぞれ第２の類似サブ部のセットを有し、前記測定軸方向に沿って前記第１空間変調光パターンの空間的周期の整数倍だけ離間して配置され、
前記第３セットの少なくとも３つのサブ部はそれぞれ第３の類似サブ部のセットを有し、前記測定軸方向に沿って前記第１空間変調光パターンの空間的周期の整数倍だけ離間して配置され、
前記第２の類似サブ部のセットは、第２空間的位相を持つ単一の検出手段と、各々が前記第２空間的位相を持つ隣接しないサブ部のセットとのいずれかを有し、
前記第３の類似サブ部のセットは、第３空間的位相を持つ単一のサブ部と、各々が前記第３空間的位相を持つ隣接しないサブ部のセットとのいずれかを有し、
前記信号処理装置は、
前記第２信号セットを前記有効信号選択部に入力し、かつ、前記第３信号セットを前記有効信号選択部に入力し、
前記第２信号セットを分析して、この第２信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値に最も類似しない信号特性値を持つ特異サブ部信号サブセットを認識し、
前記第３信号セットを分析して、この第３信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値に最も類似しない信号特性値を持つ特異サブ部信号サブセットを認識し、
有効な信号セットに基づき第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行い、
この有効な信号セットは、
前記第１信号セットにおける複数の類似サブ部信号サブセットと、前記第２信号セットにおける複数の類似サブ部信号サブセットと、前記第３信号セットにおける複数の類似サブ部信号サブセットとを含み、
前記第１信号セットにおける特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記第１信号セットにおける他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まず、
前記第２信号セットにおける特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記第２信号セットにおける他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まず、
前記第３信号セットにおける特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記第３信号セットにおける他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まない、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１４】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
当該光学式エンコーダは絶対型光学式エンコーダであり、
前記スケール要素は、微細な波長を持つ微細なスケールトラックと、この微細な波長より長い波長を持つ少なくとも１つの絶対スケールトラックと、を有し、
前記第１スケールトラックは、前記少なくとも１つの絶対スケールトラックのうちの１つである、ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１５】
スケールトラックの欠陥および汚染の影響を低減しつつ、測定軸方向に沿ったスケール要素と検出手段間の相対位置を決定する位置測定方法であって、
照明部から光を出力する工程と、
測定軸方向に沿って延出する第１スケールトラックパターンを有する第１スケールトラックを少なくとも有するスケール要素で前記照明部からの光を受光し、前記第１スケールトラックパターンに対応する第１周期的空間変調光パターンを第１光路に沿って出力する工程と、
第１検出部と有効信号選択部とを有する信号処理装置で、前記第１周期的空間変調光パターンを前記第１光路に沿って受光し、この受光した第１周期的空間変調光パターンを空間的にフィルタリングして前記相対位置に応じた信号を出力する工程であって、前記第１検出部は少なくとも３つのサブ部からなる第１セットを備え、この少なくとも３つのサブ部は、前記第１スケールトラックに汚染または欠陥がない場合、設計上同じ信号特性値を持つ少なくとも３つのサブ部信号サブセットを有する第１信号セットを作り出す工程と、
前記第１信号セットを前記信号処理装置で処理する工程と、を備え、
前記第１信号セットを前記信号処理装置で処理する工程は、
前記第１信号セットを前記有効信号選択部に入力する工程と、
前記第１信号セットを分析して、この第１信号セットのうち他の類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値に最も類似しない信号特性値を持つ特異サブ部信号サブセットを認識する工程と、
有効な信号セットに基づき第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行う工程と、を備え、
この有効な信号セットは、前記第１信号セットのうち複数の前記類似サブ部信号サブセットを含むが、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異なる場合、この特異サブ部信号サブセットを含まない、ことを特徴とする位置測定方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の位置測定方法において、
前記信号処理装置で前記第１信号セットを処理する工程は、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の少なくとも1つに基づき規定される許容相違範囲外にあるとき、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットの比較信号特性値と著しく異なることを判定する工程、を備えることを特徴とする位置測定方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の位置測定方法において、
前記許容相違範囲は、前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲と一致するように規定される、ことを特徴とする位置測定方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の位置測定方法において、
前記信号処理装置で前記第１信号セットを処理する工程は、
前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の範囲より大きくなるように前記許容相違範囲を規定する工程と、
前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記許容相違範囲外ではないとき、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記類似サブ部信号サブセットの比較信号特性値と著しく異ならないことを判定する工程と、
有効な信号セットに基づき第１スケールトラック位置通知信号を判定する動作を行う工程と、を備え、
この有効な信号セットは、
前記第１信号セットのうち複数の前記類似サブ部信号サブセットを含み、前記特異サブ部信号サブセットの信号特性値が前記他の類似サブ部信号サブセットに関連する比較信号特性値と著しく異ならない場合、この特異サブ部信号サブセットを含む、ことを特徴とする位置測定方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の位置測定方法において、
前記許容相違範囲を規定する工程は、前記許容相違範囲の下限値を規定する工程を備え、
この下限値は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、および（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、のいずれかより小さい第１規定相違量である、ことを特徴とする位置測定方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の位置測定方法において、
前記第１規定相違量は、（ａ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最小値、（ｂ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する少なくとも２つの信号特性値の平均、（ｃ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する信号特性値の最大値、（ｄ）前記類似サブ部信号サブセットに関連する２つの信号特性値の差、および（ｅ）前記類似サブ部信号サブセットの信号特性値に関連する分布の尺度、のいずれかに比例する、ことを特徴とする位置測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２３７４２９（Ｐ２０１１−２３７４２９Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１００６９４（Ｐ２０１１−１００６９４）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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