JPH09236452A - リニアスケール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で高精度に原点位置を得ることが
できるリニアスケールを提供する。 【解決手段】 原点の存在する領域を示すマーク５の画
像があるかどうかチェックし、斜線の画像に対して所定
の領域を設定して重心を計算し、その値があらかじめ設
定されている重心Ａを越えるのを検出し、その重心Ａを
越える前後の重心の値をレジスタ（メモリ）に保持す
る。Ａを越える直前の重心の値をｇn-1 、そのときのク
ロックをｎ−１、Ａを越えた直後の重心の値をｇn 、そ
のときのクロックをｎとし、重心Ａとともに横軸にクロ
ック、縦軸に重心をとると選択図のようになる。この図
から分かるように、重心Ａの値の前後の重心の位置から
直線近似でＡに対応するクロックの位置ａを求める。こ
のａをクロック上の原点とし、Ａを位置の原点とする。
それゆえ、このときの走査速度はｎ−ａの時間でｇn −
Ａの距離移動したことから決定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、リニアスケー
ル、特に、光学的リニアスケールに関する。

【０００２】

【従来の技術】光学的リニアスケールとして、例えばオ
ーム社から出版された「サーボセンサの基礎と応用」
（大島康次郎、秋山勇治共著）〔昭和６３年２月２０日
発行〕が知られている。この刊行物に記載された技術を
図１２ないし図１４を参照して説明する。

【０００３】ここではリニアスケール１００の一例とし
てポジションスケールを例に挙げている。例に挙げられ
たリニアスケール１００は、図１２に示すように全く等
しいピッチの明暗の格子をもった２枚１組のメインスケ
ール１０１とインデックススケール１０２とからなるガ
ラススケール１０３と、そのスケール１０３を照明する
ＬＥＤからなる光源１０４と、光源１０４から出射され
た光をスケール１０２側に導くミラー１０６及びコリメ
ータレンズ１０７と、スケール１０３を透過した光を検
知するフォトダイオード１０５から構成される、通常は
インデックスケール１０２が固定され、メインスケール
１０１が移動するが、その移動につれてフォトダイオー
ド１０５の出力が変化する。

【０００４】図１３（ａ）に示すように２枚のガラスの
透過部が一致したとき、出力は最大となり、透過部とク
ロム烝着された不透明部が重なったときには、出力は理
想状態では０となる。したがって、その出力波形は理想
的には図１３（ｂ）に示したような光量変化となるが、
実際には明暗の格子ピッチが８μｍと小さいため、光の
回折の影響やクロム烝着面での反射の影響がり、図１３
（ｃ）に示すような出力波形のように近似正弦波の形で
出力される。この出力波形の山の間隔がスケールのピッ
チに相当するので、山の数を数えることにより移動量を
知ることができる。これがポジションスケールの基本原
理であるが、実際には図１２のフォトダイオードＡ，
Ｂ，／Ａ，／Ｂ１０５（なお、「／」は反転を示す。）
の４個を用いて各種の処理が行われている。

【０００５】Ａ，Ｂ，／Ａ，／Ｂのおのおのに対応する
インデックススケール１０２の格子は、０°、９０°、
１８０°、２７０°の位相関係になっている。これをＡ
と／Ａ、Ｂと／Ｂを組み合わせて差動方式で検出し、ス
ケール１０２の汚れや光量変化に対して強くなるように
設定し、信頼性を高めている。このようにして得られた
信号をおのおの改めてＡ、Ｂとし、さらに電気的に反転
された信号をそれぞれ／Ａ、／Ｂとする。そして、これ
らの信号を用いてさらに細かい寸法まで読み取るための
処理が実行されている。

【０００６】スケール１０２の移動方向は図１４に示す
ようにＡ信号とＢ信号のどちらの信号の位相が進んでい
るかを知ることで判定できる。スケール１０２のピッチ
よりも細かく読む手法としてはＡ信号だけ用いると基準
レベルを下からよぎるときと上からよぎるときの両方を
とらえて４μｍ単位で読める。さらにＢ信号を用いると
２μｍまで読める。これ以上細かく読むためにはＡ、Ｂ
の信号を用いて４５°位相差の信号、Ｂと／Ａの信号か
ら１３５°位相差の信号を作る必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
なリニアスケールでは、光源（ＬＥＤ）の発する光をコ
リメートレンズで平行光線にしてメインスケールとイン
デックススケールの重なりを通過してくる光を受光素子
で検出するようにしているので、微細かつ高精度のメイ
ンスケール、インデックススケール、および精密なコリ
メータレンズが必要となり、その結果、コストも高くな
る。また、この種のリニアスケールでは、原点マークを
設け、その原点を基準に位置信号を出力するような機能
を設定したものがあり、このような機能を備えたもので
は、安価で高分解能のリニアスケールが望まれていた。

【０００８】この発明は、このような背景に鑑みてなさ
れたもので、その第１の目的は、簡単な構成で高精度に
原点位置を得ることができるリニアスケールを提供する
ことにある。

【０００９】第２の目的は、原点位置の変更が容易に行
え、しかも、原点位置の精度が高いリニアスケールを提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の手段は、複数の直線をスケールの長手方向に
対して傾けて平行に形成した線のパターンをあらかじめ
設定された一定の間隔で領域を移動させながら読み取
り、領域が設定されるたびにその領域における前記直線
の位置を演算して読み取り誤差、読み取り速度および読
み取り位置の少なくとも１つを検出するためのリニアス
ケールにおいて、前記線のパターンの形成領域外に特定
の直線の存在する位置を示すマークと、このマークを読
み取って得られた画像データと、前記特定の直線の重心
の位置のデータとから原点位置を決定する手段とを備え
ていることを特徴とする。

【００１１】第２の手段は、同様の前提のリニアスケー
ルにおいて、前記パターンを構成する直線の１つを指定
するアドレスを保持する手段と、前記アドレスによって
指定された直線の重心の位置のデータから原点位置を決
定する手段とを備えていること特徴とする。

【００１２】第３の手段は、第１または第２の手段にお
いて、前記原点位置を決定する手段は、前記マークが存
在する条件下、または前記アドレスにより指定された直
線の重心を計算しているときに、前記ラインセンサの移
動方向と直交する方向の重心の値と、前記設定された領
域の重心が、当該重心の値を越える前後の重心の値を補
間して前記設定された領域の重心の位置を決定すること
を特徴とする。

【００１３】第４の手段は、第２または第３の手段にお
いて、前記直線のアドレスの指定を受け取る手段と、受
け取ったアドレスを不揮発性メモリに保持する手段とを
備えていることを特徴とする。

【００１４】第５の手段は、第４の手段において、前記
直線のアドレスのデフォルトは、直線の繰り返しで構成
されたパターンの両端部にある直線のいずれか一方であ
ることを特徴とする。

【００１５】第６の手段は、第１ないし第５の手段にお
いて、原点の位置を示す直線の重心の位置の指定を受け
取る手段と、受け取った重心の位置を不揮発性メモリに
保持する手段とをさらに備えてることを特徴とする。

【００１６】さらに具体的には、前記第１の手段は複数
の直線をスケールの長手方向に対して傾けて平行に形成
した線とこの線の形成領域外に設けられ、特定の直線の
存在する位置を示すマークを含むパターンと、このパタ
ーンと対向し、前記スケールの長手方向に直交する方向
に伸びたラインセンサと、前記パターンの画像をあらか
じめ設定された一定の間隔で読み取る手段と、前記読み
取った画像データの前記直線とその周辺の地肌部に対応
する連続した領域を設定する手段と、前記領域を画素の
整数個分ずつ順次移動させて設定し直す手段と、前記直
線の位置があらかじめ設定した位置にきたとき、前記連
続した領域を所定画素分ラインセンサの長さ方向に移動
させて隣接して配置されている前記直線の画像を含む領
域に再設定する手段と、領域が設定されるごとにその領
域における前記直線の位置を演算する手段と、領域の移
動前後における前記直線の移動量を演算する手段と、前
記直線の位置の移動方向から前記ラインセンサの前記パ
ターンに対する移動方向を決定する手段と、前記マーク
の画像データと直線の位置のデータとから原点位置を決
定する手段と、前記移動量と移動方向から前記ラインセ
ンサの前記原点位置に対する相対的な位置または速度に
変換する手段とを備えていることを特徴とする。

【００１７】また、第２の手段は、複数の直線をスケー
ルの長手方向に対して傾けて平行に形成したパターン
と、このパターンと対向し、前記スケールの長手方向に
直交する方向に伸びたラインセンサと、前記パターンの
画像をあらかじめ設定された一定の間隔で読み取る手段
と、前記読み取った画像データの前記直線とその周辺の
地肌部に対応する連続した領域を設定する手段と、前記
領域を画素の整数個分ずつ順次移動させて設定し直す手
段と、前記直線の位置があらかじめ設定した位置にきた
とき、前記連続した領域を所定画素分ラインセンサの長
さ方向に移動させて隣接して配置されている前記直線の
画像を含む領域に再設定する手段と、領域が設定される
ごとにその領域における前記直線の位置を演算する手段
と、領域の移動前後における前記直線の位置の移動量を
演算する手段と、前記直線の位置の移動方向から前記ラ
インセンサの前記パターンに対する移動方向を決定する
手段と、前記パターンを構成する直線の１つを指定する
アドレスを保持する手段と、前記アドレスにより指定さ
れた直線の重心の位置のデータから原点位置を決定する
手段と、前記移動量と移動方向から前記ラインセンサの
前記原点位置に対する相対的な位置または速度に変換す
る手段とを備えていることを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。

【００１９】１．リニアスケールの構成 図１に透明なガラス２上に不透明な斜線３の繰り返しで
斜線パターン４が形成された本発明の前提となるスケー
ル１を示す。斜線３の繰り返しは、後述の『３．測定原
理』で説明するように、後述のラインセンサの長さ方向
で見たときに重なりを持つようにして所定のサイズのウ
インドウが斜線３間をジャンプしても連続した位置また
は速度を測定できるようにしている。斜線３の傾きは任
意のもので測定可能であるが、測定上の計算を簡略化す
るためには、４５°または１３５°が都合がよい。斜線
の幅はラインセンサの読み取ったビットマップデータに
所定の運動を設定して、ウインドウ内の斜線３の重心を
求めるので、ラインセンサの画素の一辺のサイズの数倍
から数十倍程度が望ましい。このように比較的大きなパ
ターンを読むことで微細な位置の変化を読み取るので、
装置を構成するレンズの分解能をあまり高くする必要も
なく、パターンのエッジのスムーズさに対する要求も重
心を計算する過程で影響が小さくなるので高くない。

【００２０】さらに、原点を基準に位置信号を出力する
ために原点マーク５が併せて形成されている。原点マー
ク５も斜線３と同様に読み取ったデータの重心の位置を
原点とするので、原点の精度を上げるために微細なマー
クを設けて、その微細なマークを読み取るために高分解
能のレンズ、受光素子を設ける必要がない。原点マーク
５は図１に示すように、ラインセンサが斜線３を読み取
らない位置に設けてある。このため原点用の特別のセン
サを設ける必要がなく、斜線３を読み取るためのライン
センサをそのまま原点の位置を求めるためのセンサとし
ても使えるようにしている。

【００２１】図２は、リニアセンサを断面して示す説明
図である。図のスケール１は図１のスケール１の短辺を
手前にした断面に相当し、このスケール１を挟んで光源
６、レンズ７、ラインセンサと制御基板とが一体になっ
たユニット８がスケール１の長手方向に移動できるよう
にしてある。通常はスケール１を固定し、位置または速
度を得たい対象物をユニット８と結合して一体化し、測
定を行う。この例では、スケール１の画像をラインセン
サで読み取るのでスケール１と光源６との間に拡散板９
を設け、光量の均一化を図っている。なお、拡散板９を
設ける代わりに斜線３のパターンを拡散板９に形成する
こともできる。また、拡散板９を移動するユニット８側
に設けることもできる。ラインセンサは図２の上下方向
に延びており、レンズ７によってセンサに結像する斜線
３のパターンの画像を読み取る。ラインセンサおよびユ
ニット８では、レンズのコサイン４乗則によるレンズの
周辺光量の低下、センサの位置による照明光量のばらつ
き、ラインセンサの受光素子間の感度のばらつきなどを
補正するためシェーディング補正を行う。シェーディン
グ補正ではラインセンサがスケール１の斜線３のない部
分を読んでいるときのデータをメモリに保存し、そのと
きのデータが一様になるように各画素の感度を補正す
る。このデータは所定のモードで読み取って不揮発性の
メモリに保持し、補正を行う際に常に使用される。

【００２２】２．信号処理部のシステム構成 図３は信号処理部のシステム構成を示すブロック図であ
る。光電変換装置は、ラインＣＣＤ２０で、ＣＣＤの受
光部に結像された原稿の画像と、測定用パターン４の画
像が電気信号に変換される。電気信号に変換された画像
はＡ／Ｄ変換器２１で、デジタルの多値の画像データに
変換される。変換されたデータは照明の不均一さ、レン
ズ周辺光量の低下、光電変換装置の画素間の感度の違い
などを補正するシェーディング補正をシェーディング補
正部２２で行う。シェーディング補正には、光電変換装
置が読み取った基準濃度板のデータが使用される。シェ
ーディング補正された画像データはメモリ２３を介して
位置誤差演算回路２４に入力され、後述の『４．位置誤
差測定処理』で説明するような処理により、副走査方向
の読み取りラインごとにライン間の位置誤差を測定し、
測定結果を位置誤差演算部に出力する。位置誤差演算部
２４は画像データ（ビデオ信号）とともに位置誤差信号
を受け取り、補正に必要な所定ライン数の画像データ
と、それらの隣接するライン間の誤差信号を順次メモリ
２３に保持させ、当該メモリ２３のデータを使用し、補
正を行う対象のラインの前後の画像データと誤差データ
により、本来あるべき位置の画像データを読み取った画
像の値を基にした補間法によってライン上の画素ごとの
値を計算し、補正したラインの画像データをライン毎に
ビデオ信号として出力する。処理が済んでデータが不要
になったメモリ２３は次のデータを保持し、順次処理を
繰り返すことによって原稿の全面の画像を処理して出力
する。それぞれの機能ブロックは制御部２５によってタ
イミングの制御、動作条件の設定などがなされ、相互に
関連して動作する。なお、図中、２６は後述の外部イン
タフェースである。

【００２３】なお、この実施形態では、ＣＣＤ２０を使
用しているが、この他にフォトダイオードアレイなどを
使用することができる。ＣＣＤ２０を使用することのメ
リットは価格が安いことである。高速性やＳ／Ｎの点で
はフォトダイオードアレイの方が好ましい。

【００２４】３．測定原理 図４は、測定原理を典型的な場合を前提にして説明する
ための図である。図の主走査と書いた矢印３１は線順次
で画像を読み取る装置が同時に読み取る１ラインの画像
の画素の並びと、この並列のデータを直線のデータに変
換したときの時間軸上の順序を示す。図の副走査と書い
た矢印３２は主走査の１列が読み取る範囲を順次移動さ
せながら読み取って行く方向を示している。移動する手
段としては、原稿の画像を光電変換素子に投影するミラ
ー、照明ランプなどを機械的に移動させるもの、原稿を
移動させるもの、光電変換素子とその結像光学系を一体
にして移動させるものなどがある。ここではこの主走査
方向と副走査方向に平行な線で囲まれたそれぞれの４角
形を画素ということにする。画素によって構成される平
面は、原稿の画像を電気信号に変換されたデータが原稿
の画像の写像がそのまま並んでいるというイメージでと
らえることができ、ビットマップということもある。読
み取り装置からリアルタイムで出力されるときには、主
走査、副走査の方向が時間的な順序を示すが、出力され
たデータをメモリに取り込んだ状態では、それぞれの画
素を任意にアクセスすることも可能であり、主走査、副
走査、時間の順序にとらわれない扱いも可能になる。

【００２５】図４は主走査と副走査の画素サイズが等し
い場合で、副走査方向の走査速度が変動するときと、一
定速度で４５°の斜線を読み取るときに光電変換装置に
投影されるが、像を全く劣化のないかたちでビットマッ
プに対応させて示したものである。すなわち、ａは副走
査方向の読み取りのタイミングを制御するクロックに対
応する所定の一定速度で走査したときで、ビットマップ
にも４５°の像ができる。ｂは速度が変動するときの像
で、速度に応じて傾きが異なってくる。つまり、Ａ−Ｂ
は副走査方向の走査速度が０のときで、副走査方向の読
み取りのタイミングを制御するクロックにより副走査方
向のビットマップのアドレスが進んでも原稿を読み取っ
ている位置が変わらないため、副走査方向に平行な線に
なってしまう。Ｂ−Ｃは副走査方向の走査速度が所定の
速度の１／２のときで、ビットマップのアドレスが進ん
でも、その半分しか進まない位置の画像を読んでいるこ
とになり、画像の副走査方向の線との角度はｔａｎθ＝
０．５から、約２６．５７°である。Ｃ−Ｄは所定の速
度で走査しているときで、傾きは４５°である。同様に
Ｄ−以降は走査速度が１．５倍の場合で、その角度は約
５６．３１°である。つまり、走査速度によって像の傾
きが異なること、言い換えれば斜線３の主走査方向への
移動量が、副走査方向の移動速度に対応することを測定
原理として副走査方向の移動速度のムラ、ミラー、レン
ズ、光電変換装置の振動などに起因するビットマップ画
像の画素の位置誤差を計測するものである。

【００２６】以上、正方形の画素を持ち、４５°の線を
使用した場合で説明したが、画素が正方形でなく、例え
ば、主走査の分解能４００ｄｐｉ、副走査の分解能６０
０ｄｐｉといった読み取り装置の画像データに適用する
こともでき、４５°以外の斜線３を用いても同様に、斜
線３の画像の主走査方向への移動量が副走査方向の読み
取り方向の速度に依存するという関係は成立するので、
画素の位置誤差を計測することができる。

【００２７】４．位置誤差測定処理 図５は図４と同様のビットマップに斜線の画像データａ
があるときの位置誤差の測定を行うときの処理を説明す
るためのものである。Ｗ1 は画像データの位置を求める
ための演算を行う１１×３のウインドウである。ウイン
ドウ内のデータの位置を求めるため、主走査方向におけ
る重心を演算する。この演算では、順次ウインドウの位
置をＷ2,Ｗ3 ・・・と移動させながら重心を求める。重
心の主走査方向の位置は４５°の線の場合、画素の位置
がなんらかの誤差要因で移動することがなければ、ウイ
ンドウを図のように移動させた場合、主走査方向に１画
素分ずつ移動するはずである。画素の移動量が１画素分
と異なる場合は、何らかの原因で画素の位置が変動した
ことになり、位置誤差を求められる。位置誤差の主要な
要因が副走査方向の走査速度のムラによることが分かっ
ている場合には、位置誤差のデータか速度ムラにデータ
を変換することは容易である。

【００２８】重心を求めるのに周辺の画素のデータを含
む多数の画素データを使っているので、ＣＣＤ固有のノ
イズを始めとしてさまざまなノイズが画像データに含ま
れるが、重心を求める過程でノイズの影響が軽減され、
Ｓ／Ｎの高い測定が可能になっている。通常、ウインド
ウの画素の数が多いほどＳ／Ｎは高くなる。

【００２９】ウインドウの形状は主走査方向の重心を求
めることから、主走査側に大きいことが望ましい。副走
査方向は１としても測定可能である。

【００３０】図６は斜線の数が複数あって複数の斜線を
使用して位置誤差を測定する場合のウインドウの移動と
それに伴う処理を説明するものである。図５の例と同様
にウインドウを順次移動させ、あらかじめ設定したおい
たＷn に達したとき、その次のウインドウとしてＷn+1
に移動させる。移動する前後の斜線のパターンａ1 とａ
2 の間隔は測定用チャートを作成する段階で決めてお
き、その間隔の値を主走査方向の重心の移動を計算する
ときに補正する。Ｗn+1 、Ｗn+2 、Ｗn+3 ・・・と移動
させる。パターン間の間隔を画素サイズの整数倍に設定
しておくと、ウインドウをジャンプさせたときの補正が
簡単であり、測定に先立って測定装置にこの補正量を入
力するときにも便利である。

【００３１】この例ではウインドウを１画素ずつ移動さ
せているが、画素の位置誤差を起こす原因となる振動な
どの周波数帯域が低い場合は、ウインドウを２画素以上
ずつ移動させても良い。このようにすることによって測
定に要する時間短くすることができる。

【００３２】また、複数の斜線を使って位置誤差を測定
するようにすれば、読み取り装置の読み取り範囲が縦長
であっても副走査方向の全域にわたっての測定が可能に
なる。さらに、主走査方向の狭い幅のなかだけで測定す
るようにすれば、主走査方向における中央部とか、手前
とか、奥側とかに分けて位置誤差を測定することも可能
になる。

【００３３】これらの図からも明らかなように、本願で
は高い分解能で位置誤差を測定する場合でも、それに応
じて斜線のパターンを細くする必要は全くなく、システ
ムのＭＴＦの制約の影響を受けない幅の広いパターンを
使うことができるという特徴がある。幅の広いパターン
を使えば、それに応じてウインドウも大きくなり、結果
として測定の精度を上げることができる。なお、処理速
度、リアルタイム処理を行う場合は、バッファのサイ
ズ、回路規模の経済性などとのバランスでパターンの幅
を設定すればよい。

【００３４】５．ウインドウのデータと重心の計算 図７はウインドウのデータと、斜線のパターンの関係を
示すものである。ウインドウの各画素には斜線のパター
ンを読み取って得られる画像データの値が記入されてい
る。画像データの値は８ビットのデジタルデータで、１
０進法で表すと０〜２５５の値を取ることができる。図
の値は画像のデータを１０進法で表記した値である。

【００３５】主走査方向の重心を計算するには、各列ご
とにデータの和を求める。これを右側からｈ0,ｈ1,・・
・ｈ10とすると、それぞれ１４、３７、１５０、３４
５、５６２、５９０、４２７、２０２、５０、１８、１
３である。各画素の主走査方向の中心の座標を右から順
に０〜１０とし、重心の主走査方向の位置をｍとスル
ト、ｍの周りのモーメントは０となるので、 ｈ0 （ｍ−０）＋ｈ1 （ｍ−１）＋・・・ｈ10（ｍ−１
０）＝０ が成り立ち、数値を入れて計算すると、 ｍ＝４．６６７ が得られる。

【００３６】重心を求めるのは、補間などの前処理を必
要とせず、演算の簡素化、高速化に有用である。画像の
位置を求めるのは、各列ごとのデータの和の並びから、
補間により所定の分解能のデータ列を得て、そのデータ
からピーク値の存在する位置を求める方法を使うことも
できる。

【００３７】６．斜線の幅について 重心を計算するに当たり、斜線の幅はデータをきちんと
読み取れるものであれば問題ないが、画素が正方形で、
斜線の角度が４５°であり、画像の走査速度を所定の目
標速度からのわずかなズレをより高精度で測定する場
合、斜線の主走査方向の幅を画素の整数倍にしておく
と、ウインドウを斜め方向に移動しても、斜線と画素の
関係は斜線の両側で同じになり、画像データの誤差要因
もバランスし、画像の位置を計算する精度を高めること
ができる。

【００３８】７．主走査方向の斜線の画像の移動量と副
走査方向の画素の位置誤差の関係 この実施形態では、副走査方向の画素の位置誤差を測定
するために、斜線を読み取った画像の主走査方向へ画像
の位置の移動を見ている。正方形の画素で４５°の斜線
を使って測定する場合には、これまでの説明で明らかな
ように、主走査方向の移動量のウインドウ間における偏
差がそのまま、副走査方向の位置誤差になる。画素が正
方形でない場合、斜線の角度が４５°でない場合には、
換算をして副走査方向の位置誤差を得る必要がある。

【００３９】８．移動方向の判定 斜線を使用しているので、ラインセンサとスケールの相
対的な移動方向によって斜線パターンの画像の重心の位
置の移動方向が異なる。例えば図１に示したスケールに
対してラインセンサが右に移動すれば斜線重心は上方に
動く。左に移動すれば斜線重心は下に移動する。これは
前後のウインドウの重心を移動するときに符号をみれば
容易に判別することができる。この符号は斜線の傾きが
９０°を越えるか否かで異なるが、設計上、いずれかに
決めれば、符号と移動方向の関係は一義的に決定され
る。したがって、前述の従来例のように方向を判別する
ための特別の受光素子などは不要である。

【００４０】９．原点のマークと重心 図８は、この発明の実施形態に係るリニアスケールのパ
ターンを示す斜視図である。この実施形態では、原点の
ある領域を示すマーク５を斜線３の脇に設けている。原
点そのものは、斜線３を読み取ったデータに対して所定
の領域を設定して重心を求めたときの重心の値として図
に示すようにＡを与える。Ａは単なる値であり、位置を
示す実体ではない。重心の値がＡである位置は、繰り返
される斜線３のそれぞれに存在するが、その中のどれを
原点位置とするかを指定するのが斜線３の形成領域外に
設けた原点のある位置を示すマーク５である。このマー
ク５は原点であることを示すための条件を与えるもので
あり、条件を検出することができればよいので、マーク
５の精度が悪くてもかまわない。また、読み取ったデー
タに対して重心を計算するなどの処理も不要である。マ
ーク５の位置を変更することにより原点の位置も容易に
変更できる。例えば、まず斜線３の繰り返しだけのパタ
ーンを作り、所望の原点位置に応じてマーク５を後から
書き込んだり、張り付けたりすることもマーク５には位
置の精度を要求されないので可能である。

【００４１】図９は与えられた重心Ａの位置を決定する
処理手順を示すフローチャートである。この処理では、
まず、原点の存在する領域を示すマーク５の画像がある
かどうかチェックし（ステップ９０１）、存在すれば原
点の位置を決定する処理を行う。リニアスケールの速度
あるいは位置を得るために斜線の画像に対して所定の領
域を設定して重心を計算する前述の処理で得られた重心
の値を調べ、その値があらかじめ設定されている重心Ａ
を越えるのを検出し（ステップ９０２）、その重心Ａを
越える前後の重心の値をレジスタ（メモリ）に保持す
る。Ａを越える直前の重心の値をｇn-1 、そのときのク
ロックをｎ−１、Ａを越えた直後の重心の値をｇn 、そ
のときのクロックをｎとし、重心Ａとともに横軸にクロ
ック、縦軸に重心をとったのが図１０である。

【００４２】この図１０から分かるように、重心Ａの値
の前後の重心の位置から直線近似でＡに対応するクロッ
クの位置ａを求める。このａをクロック上の原点とし、
Ａを位置の原点とする。それゆえ、このときの走査速度
はｎ−ａの時間でｇn −Ａの距離移動したことから決定
することができる。したがって、原点を求めるための専
用のセンサや処理系を設けることなく、高精度に原点の
位置を得ることができる。

【００４３】１０．斜線のアドレスと重心 上記『９．原点のマークと重心』の項においては、原点
のある位置もしくは範囲を示すマーク５を設け、そのマ
ーク５のあることを条件として原点の位置を決定した
が、この例では、マーク５の代わりにパターンを構成す
る斜線３のそれぞれにアドレスを設けたものである。

【００４４】すなわち、図１１に示すように各斜線３に
０からｎの番号を設定し、その番号を指定することによ
って、その番号で指定された斜線３の重心を計算してい
るときの重心Ａの前後の重心の値から、前項９と同様の
方法で重心の位置を決定する。領域を設定して重心を計
算するときに、次に斜線に移るために領域をジャンプさ
せるので、そのジャンプの回数をカウントすることによ
って番号で指定された斜線３を検出する。このようにす
ることによって前述のマーク５を設けることなく、論理
的な数値を設定することによって原点の位置を変更する
ことが可能となる。

【００４５】その際、リニアスケールにインタフェース
２６を設け（図３、２点鎖線）、そのインタフェース２
６を介して外部から斜線３の番号を設定することができ
るようにすれば、非常に容易に原点位置の変更が可能に
なる。また、その設定を不揮発性メモリに保持するよう
にすれば、電源を切っても指定された設定はそのまま維
持されるので、使用する上で非常に便利である。

【００４６】なお、インタフェースを介してアドレスを
指定することにより原点を設定できるようにしたとき
に、原点を設定しない場合には、通常のリニアセンサの
使用では端部を原点にすることが多いので、デフォルト
を一番端の斜線とする。この実施形態では、一番端に当
たる斜線に「０」というアドレスを割り当てているの
で、特定のデータを書き込まないときに０になるように
することによって「０」をデフォルトの斜線として原点
位置を決定することができる。

【００４７】また、この実施形態では、斜線のアドレス
を示す番号の他に重心を与える値Ａも前記インタフェー
ス２６を介して設定できるようにすることも可能であ
る。このようにインタフェース２６を介して設定された
重心の値は、斜線のアドレスと同様に不揮発性のメモリ
に保持するようにする。斜線のアドレスだけの設定で
は、斜線の繰り返し程度の精度でしか原点位置を変更す
ることができないが、このように斜線のアドレスと重心
の値Ａの両方を設定できるようにすると、任意の位置に
原点を設定することが可能になる。なお、重心の値や斜
線のアドレスは、ここでは、不揮発性のメモリに保持す
るようにしているが、装置に設けたスイッチなどよって
上記値やアドレスを設定し、スイッチの状態としてデー
タを保持するようにすることもできる。

【００４８】

【発明の効果】これまでの説明で明らかなように、以上
のように構成された本発明によれば、次のような効果を
奏する。

【００４９】すなわち、請求項１記載の発明によれば、
斜線の重心を順次計算して位置情報を得るリニアスケー
ルの機能をそのまま使用し、あらかじめ原点位置を与え
る重心の位置を設定しておいて、計算した重心との関係
から原点位置を求めるので、簡単な構成で高精度に原点
位置を得ることができる。

【００５０】請求項２記載の発明によれば、パターンを
構成する直線のアドレスを指定することによって特定の
１つを選択できるようにして、選択した直線のあらかじ
め決められている重心の位置を使用するので、原点の位
置精度を劣化させることなく原点の位置を変更すること
が可能となる。

【００５１】請求項３記載の発明によれば、あらかじめ
与えられた重心の位置と、その重心の前後の重心を持つ
パターンを読み取ったデータから補間して原点位置を決
定するので、高精度で原点位置を決定することができ
る。

【００５２】請求項４記載の発明によれば、斜線の繰り
返しのパターンのうちのどの斜線の重心の位置を原点と
するかを指定して、その指定した結果を不揮発性のメモ
リに保持するので、簡単に原点位置を変更することがで
きるとともに、その指定した原点位置が不用意に失われ
ることはない。

【００５３】請求項５記載の発明によれば、リニアスケ
ールの通常の使用では、リニアスケールの端部を原点位
置に設定して使用することが多いので、デフォルトの原
点位置を端部にすることによって、原点位置の指定をし
なくともそのまま使用することができる。

【００５４】請求項６記載の発明によれば、原点位置を
表す重心の位置を指定可能とし、その指定した結果を不
揮発性メモリに保持するので、原点位置を簡単に高い分
解能で変更することができるとともに、指定した原点位
置が不用意に失われることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の前提となるスケールの斜視図である。

【図２】本発明の実施形態に係るリニアスケールの概略
構成図である。

【図３】本発明の実施形態に係る画像読取装置の信号処
理部のシステム構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の実施形態に係るラインセンサの測定原
理を示す説明図である。

【図５】本発明の実施形態に係る位置誤差測定処理の測
定原理を示す説明図である。

【図６】斜線の数が複数あり、複数の斜線を使用して位
置誤差を測定する場合のウインドウの移動とその移動に
伴う処理を示す説明図である。

【図７】ウインドウのデータと重心の計算の原理を説明
するための説明図である。

【図８】本発明の実施形態に係るリニアスケールの原点
マークと斜線パターンの状態を示す斜視図である。

【図９】図８のパターンを使用して重心位置を検出する
処理手順を示すフローチャートである。

【図１０】図９の処理手順の検出原理を示す説明図であ
る。

【図１１】斜線に番号を振り付けた他の実施形態に係る
リニアスケールのパターンを示す斜視図である。

【図１２】従来例に係るリニアスケールの構成を示す概
略構成図である。

【図１３】従来例に係るリニアスケールのエンコーダの
測定原理を示す説明図である。

【図１４】従来例に係るリニアスケールの移動方向の判
別原理を示す図である。

【符号の説明】

１ スケール ２ ガラス ３ 斜線 ４ 斜線パターン ５ 原点マーク ６ 光源 ７ レンズ ８ ユニット ９ 拡散板 ２０ ＣＣＤ ２１ Ａ／Ｄ変換器 ２２ シェーディング補正部 ２３ メモリ ２４ 位置誤差演算回路 ２５ 制御部 ２６ 外部インタフェース

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の直線をスケールの長手方向に対し
   て傾けて平行に形成した線のパターンをあらかじめ設定
   された一定の間隔で領域を移動させながら読み取り、領
   域が設定されるたびにその領域における前記直線の位置
   を演算して読み取り誤差、読み取り速度および読み取り
   位置の少なくとも１つを検出するためのリニアスケール
   において、 前記線のパターンの形成領域外に特定の直線の存在する
   位置を示すマークと、 このマークを読み取って得られた画像データおよび前記
   特定の直線の重心の位置のデータから原点位置を決定す
   る手段と、を備えていることを特徴とするリニアスケー
   ル。
2. 【請求項２】 複数の直線をスケールの長手方向に対し
   て傾けて平行に形成した線のパターンをあらかじめ設定
   された一定の間隔で領域を移動させながら読み取り、領
   域が設定されるたびにその領域における前記直線の位置
   を演算して読み取り誤差、読み取り速度および読み取り
   位置の少なくとも１つを検出するためのリニアスケール
   において、 前記パターンを構成する直線の１つを指定するアドレス
   を保持する手段と、 前記アドレスによって指定された直線の重心の位置のデ
   ータから原点位置を決定する手段と、を備えていること
   特徴とするリニアスケール。
3. 【請求項３】 前記原点位置を決定する手段は、前記マ
   ークが存在する条件下、または前記アドレスにより指定
   された直線の重心を計算しているときに、前記ラインセ
   ンサの移動方向と直交する方向の重心の値と、前記設定
   された領域の重心が、当該重心の値を越える前後の重心
   の値を補間して前記設定された領域の重心の位置を決定
   することを特徴とする請求項１または２記載のニリアス
   ケール。
4. 【請求項４】 前記直線のアドレスの指定を受け取る手
   段と、受け取ったアドレスを不揮発性メモリに保持する
   手段とを備えていることを特徴とする請求項２または３
   に記載のリニリアスケール。
5. 【請求項５】 前記直線のアドレスのデフォルトは、直
   線の繰り返しで構成されたパターンの両端部にある直線
   のいずれか一方に設定されていることを特徴とする請求
   項４記載のリニアスケール。
6. 【請求項６】 原点の位置を示す直線の重心の位置の指
   定を受け取る手段と、受け取った重心の位置を不揮発性
   メモリに保持する手段とをさらに備えてることを特徴と
   する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のリニアス
   ケール。