JPH067062B2 - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JPH067062B2 JPH067062B2 JP62069937A JP6993787A JPH067062B2 JP H067062 B2 JPH067062 B2 JP H067062B2 JP 62069937 A JP62069937 A JP 62069937A JP 6993787 A JP6993787 A JP 6993787A JP H067062 B2 JPH067062 B2 JP H067062B2
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- light
- tracks
- track
- diffracted
- light flux
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/14—Conversion in steps with each step involving the same or a different conversion means and delivering more than one bit
- H03M1/143—Conversion in steps with each step involving the same or a different conversion means and delivering more than one bit in pattern-reading type converters, e.g. having both absolute and incremental tracks on one disc or strip
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
- H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
- H03M1/28—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding
- H03M1/285—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding of the unit Hamming distance type, e.g. Gray code
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は被測定物体の回転や移動等に伴なう変位を測定
する位置検出装置に関し、特に被測定物体に連結された
符号板に設けたトラック部に入射させた光束の反射又は
透過光の有無により電気的なデータを得、これより該被
測定物体の絶対的な位置を求めることのできる位置検出
装置に関するものである。
する位置検出装置に関し、特に被測定物体に連結された
符号板に設けたトラック部に入射させた光束の反射又は
透過光の有無により電気的なデータを得、これより該被
測定物体の絶対的な位置を求めることのできる位置検出
装置に関するものである。
(従来の技術) 従来より被測定物体の回転、移動、位置等の検出や回転
機構の回転量、回転速度等の検出を行う測定装置として
光電的なエンコーダが多く利用されている。
機構の回転量、回転速度等の検出を行う測定装置として
光電的なエンコーダが多く利用されている。
第5図は従来の被測定物体の変位状態の絶対量を測定す
る為の所謂アブソリュート型のエンコーダの一例を示す
概略図である。同図において41は回転軸40を中心に
回転する回転円板であり、該回転円板41上には、任意
の角度位置に応じて2値化したデータを発生させるべく
同心円状に複数のトラックが設けられている。そして各
トラックには光学的に2値化されたデータ、例えば透過
領域と不透過領域より成る複数のスリット42が規則的
に設けられており、回転円板41の半径方向に特定のデ
ータ列が形成されている。43は固定スリット列であり
各トラック上に設けたスリットから選択的に光束を通過
させる為に複数の開口を有している。44は複数の投光
素子を有する投光手段、45は複数の受光素子を有する
受光手段であり、両手段は回転円板41及び固定スリッ
ト列43を挟んで各投光素子と各受光素子が各々該固定
スリット列43の各開口に各々対応するように配置され
ている。
る為の所謂アブソリュート型のエンコーダの一例を示す
概略図である。同図において41は回転軸40を中心に
回転する回転円板であり、該回転円板41上には、任意
の角度位置に応じて2値化したデータを発生させるべく
同心円状に複数のトラックが設けられている。そして各
トラックには光学的に2値化されたデータ、例えば透過
領域と不透過領域より成る複数のスリット42が規則的
に設けられており、回転円板41の半径方向に特定のデ
ータ列が形成されている。43は固定スリット列であり
各トラック上に設けたスリットから選択的に光束を通過
させる為に複数の開口を有している。44は複数の投光
素子を有する投光手段、45は複数の受光素子を有する
受光手段であり、両手段は回転円板41及び固定スリッ
ト列43を挟んで各投光素子と各受光素子が各々該固定
スリット列43の各開口に各々対応するように配置され
ている。
同図に示す構成において受光手段45には投光手段44
の各投光素子から放射される光束がスリット42及び固
定スリット43を通過して入射してくる。このとき各受
光素子の出力信号の組合せから回転円板41の絶対回転
位置を求めている。このような装置における回転円板4
1の回転位置の検出分解能は回転円板41のスリットの
配列ピッチ及びトラック数に依存してくる。
の各投光素子から放射される光束がスリット42及び固
定スリット43を通過して入射してくる。このとき各受
光素子の出力信号の組合せから回転円板41の絶対回転
位置を求めている。このような装置における回転円板4
1の回転位置の検出分解能は回転円板41のスリットの
配列ピッチ及びトラック数に依存してくる。
即ち検出分解能を高めるには回転円板41上に配するト
ラック数を増加させて組合せ要素を増やす必要がある。
ラック数を増加させて組合せ要素を増やす必要がある。
しかしながらトラック数を増加させると回転円板41の
直径が大きくなり装置全体が大型化し、又信号出力系統
の数も増加してきて信号処理が複雑化してくる問題があ
る。
直径が大きくなり装置全体が大型化し、又信号出力系統
の数も増加してきて信号処理が複雑化してくる問題があ
る。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は被検物体上に設けるトラック数を増加させるこ
となく、反転周期の短いトラックから得られるデータを
補間することにより、装置全体の大型化を防止し、被検
出物体の回転や移動等に伴なう変位の絶対量を高分解能
で検出することのできる位置検出装置の提供を目的とす
る。
となく、反転周期の短いトラックから得られるデータを
補間することにより、装置全体の大型化を防止し、被検
出物体の回転や移動等に伴なう変位の絶対量を高分解能
で検出することのできる位置検出装置の提供を目的とす
る。
(問題点を解決するための手段) 変位方向に延びる複数個のトラックに互いに異なる周期
の格子を形成するよう各トラック毎にパターンを配列し
て各トラックのパターンの組合わせにより変位方向の位
置情報が記録してある被検体の位置を、各トラックのパ
ターンを光学的に読み取ることにより検出する位置検出
装置において、光源からの光を回折せしめて夫々が複数
の回折光より成る第1光束群と第2光束群とを形成する
光回折手段を有し、該第1光束群の複数の回折光の各々
を前記複数個のトラックの対応するトラックに照射する
と共に、該第2光束群の複数の回折光を前記複数個のト
ラックの内の所定トラックに変位方向に沿って照射する
照射手段と、前記複数個のトラックに照射した前記第1
光束群の複数の回折光を個別に検出する第1検出手段
と、前記所定のトラックに照射した前記第2光束群の複
数の回折光を個別に検出する第2検出手段とを有し、前
記第1検出手段を介して得られる各トラックのパターン
の組み合わせが示す位置情報と前記第2検出手段を介し
て得られる前記所定トラックのパターンの位置情報とを
用いて前記被検体の位置を検出することである。
の格子を形成するよう各トラック毎にパターンを配列し
て各トラックのパターンの組合わせにより変位方向の位
置情報が記録してある被検体の位置を、各トラックのパ
ターンを光学的に読み取ることにより検出する位置検出
装置において、光源からの光を回折せしめて夫々が複数
の回折光より成る第1光束群と第2光束群とを形成する
光回折手段を有し、該第1光束群の複数の回折光の各々
を前記複数個のトラックの対応するトラックに照射する
と共に、該第2光束群の複数の回折光を前記複数個のト
ラックの内の所定トラックに変位方向に沿って照射する
照射手段と、前記複数個のトラックに照射した前記第1
光束群の複数の回折光を個別に検出する第1検出手段
と、前記所定のトラックに照射した前記第2光束群の複
数の回折光を個別に検出する第2検出手段とを有し、前
記第1検出手段を介して得られる各トラックのパターン
の組み合わせが示す位置情報と前記第2検出手段を介し
て得られる前記所定トラックのパターンの位置情報とを
用いて前記被検体の位置を検出することである。
上記任意のトラックとしては複数のトラックの内の反転
周期の短いビット信号列を有するトラックが好ましく、
このトラックのデータの反転位置に関する情報を上記第
2検出手段で読み取り、上記第1検出手段から得られる
データと組合わせて被検物体の絶対位置を得ている。
周期の短いビット信号列を有するトラックが好ましく、
このトラックのデータの反転位置に関する情報を上記第
2検出手段で読み取り、上記第1検出手段から得られる
データと組合わせて被検物体の絶対位置を得ている。
(実施例) 第1図は本発明をロータリーエンコーダーに適用したと
きの一実施例の概略図である。同図において1は被測定
物としての回転円板、2は回転円板1上に設けた複数の
トラック2a〜2iより成る符号板、6はレーザーダイ
オード等の光源、7はコリメータレンズ、8は直交回折
格子板、9はレンズ、10は半透明ミラー、11,12
は各々第1検出手段と第2検出手段であり、これらは複
数の受光素子より成る受光素子列より成っている。13
は回転円板1の回転方向を示している。
きの一実施例の概略図である。同図において1は被測定
物としての回転円板、2は回転円板1上に設けた複数の
トラック2a〜2iより成る符号板、6はレーザーダイ
オード等の光源、7はコリメータレンズ、8は直交回折
格子板、9はレンズ、10は半透明ミラー、11,12
は各々第1検出手段と第2検出手段であり、これらは複
数の受光素子より成る受光素子列より成っている。13
は回転円板1の回転方向を示している。
光源1より射出した光束はコリメーターレンズ7により
平行光束となり直交回折格子板(光回析手段)8に入射
する。このとき直交回折格子板8のx軸方向とy軸方向
の格子ピッチによって決定される角度で各々複数の回折
光が発生する。これら複数の回折光はレンズ9により互
いに平行光束とされ回転円板1上の複合板2の各々のト
ラック2a〜2iに集光される。
平行光束となり直交回折格子板(光回析手段)8に入射
する。このとき直交回折格子板8のx軸方向とy軸方向
の格子ピッチによって決定される角度で各々複数の回折
光が発生する。これら複数の回折光はレンズ9により互
いに平行光束とされ回転円板1上の複合板2の各々のト
ラック2a〜2iに集光される。
光源6、コリメーターレンズ7、直交回折格子板8、そ
してレンズ9等は照射手段の一要素を構成している。
してレンズ9等は照射手段の一要素を構成している。
第2図(A),(B)は第1図ほ符号板2に照射されるビーム
の説明図である。本実施例では符号板2は9つのトラッ
ク2a〜2iより成り、又各トラックは複数の透過領域
と不透過領域のスリットより構成されている。又、各ト
ラックはグレイ2進コードを構成している。
の説明図である。本実施例では符号板2は9つのトラッ
ク2a〜2iより成り、又各トラックは複数の透過領域
と不透過領域のスリットより構成されている。又、各ト
ラックはグレイ2進コードを構成している。
本実施例では直交回折格子板8によりx軸方向とy軸方
向に回折された回折光のうち、零次回折光に相当する中
心の光束が最も反転周期の短いトラック2aに入射する
ように構成している。
向に回折された回折光のうち、零次回折光に相当する中
心の光束が最も反転周期の短いトラック2aに入射する
ように構成している。
各トラックのスリットのうち透過部に入射した回折光は
透過し、そのうち回転円板1の変位方向と直交する径方
向のx軸方向に回折した複数の回折光の一群は、第2図
(A)に示す様に半透過ミラー10で反射し受光素子列
11の各々の受光素子に入射する。
透過し、そのうち回転円板1の変位方向と直交する径方
向のx軸方向に回折した複数の回折光の一群は、第2図
(A)に示す様に半透過ミラー10で反射し受光素子列
11の各々の受光素子に入射する。
又、回転円板1の変位方向と同方向の円周方向のy軸方
向に回折した複数の回折光のトラック2a上に相当する
一群は、第2図(B)に示す様に半透明ミラー10を透
過し、受光素子列12の各々の受光素子に入射する。受
光素子列11から得られる信号は被測定物である回転円
板1における各トラックの被検位置におけるデータの組
合わせであり、所謂アブソリュートエンコーダとしての
2値化符号であり、これより絶対位置を求めている。今
ここでトラック数をNとするとグレイ2進コードを用い
た複合板の場合、分解能は2Nとなる。
向に回折した複数の回折光のトラック2a上に相当する
一群は、第2図(B)に示す様に半透明ミラー10を透
過し、受光素子列12の各々の受光素子に入射する。受
光素子列11から得られる信号は被測定物である回転円
板1における各トラックの被検位置におけるデータの組
合わせであり、所謂アブソリュートエンコーダとしての
2値化符号であり、これより絶対位置を求めている。今
ここでトラック数をNとするとグレイ2進コードを用い
た複合板の場合、分解能は2Nとなる。
一方受光素子列12から得られる信号はトラック2a上
の回転円板1の被検位置前後のデータをその順序に従っ
て出力したものである。
の回転円板1の被検位置前後のデータをその順序に従っ
て出力したものである。
第3図はこのときの受光素子列12の各受光素子2a1
〜2anから得られる出力信号の説明図である。同図よ
りある時間における各受光素子からの出力信号の関係よ
り2値化データが反転する箇所、及びその方向を検出し
て特定のトラックのデータ内の被検出位置のデータ反転
位置までのずれ量及び方向を算出してデータ内即ち非反
転領域内における内挿された更に細かい絶対位置(角
度)を求めることができる。受光素子列12の各出力信
号は時間的に並列に若しくは時系列的に単に出力しても
良いが、後段の処理回路で2値化データの反転位置及び
方向を示す2値化符号に変換した後に出力しても良い。
〜2anから得られる出力信号の説明図である。同図よ
りある時間における各受光素子からの出力信号の関係よ
り2値化データが反転する箇所、及びその方向を検出し
て特定のトラックのデータ内の被検出位置のデータ反転
位置までのずれ量及び方向を算出してデータ内即ち非反
転領域内における内挿された更に細かい絶対位置(角
度)を求めることができる。受光素子列12の各出力信
号は時間的に並列に若しくは時系列的に単に出力しても
良いが、後段の処理回路で2値化データの反転位置及び
方向を示す2値化符号に変換した後に出力しても良い。
この他データの反転位置までのずれ量及び方向に応じて
階段状に複数の電位が発生させてアナログ量として伝送
出力するようにしても良い。
階段状に複数の電位が発生させてアナログ量として伝送
出力するようにしても良い。
又、2値化データが反転する箇所が変化する毎にパルス
を発生させてそれらをカウントすることにより境界位置
までのずれ量を求めても良い。
を発生させてそれらをカウントすることにより境界位置
までのずれ量を求めても良い。
本実施例では回転円板1上の間口列を配して透過光のON
/OFFを各受光素子で検出しているが、反射部と非反射部
の配列を有する回転円板を利用して反射光のON/OFFを検
出しても良い。
/OFFを各受光素子で検出しているが、反射部と非反射部
の配列を有する回転円板を利用して反射光のON/OFFを検
出しても良い。
トラック2aに入射させるビームの間隔を微細化して高
分解能化を図る場合には例えば受光素子列12の代わり
に微細なピッチを有するCCD(固体撮像素子)等を用
いて時系列に出力するようにしても良い。
分解能化を図る場合には例えば受光素子列12の代わり
に微細なピッチを有するCCD(固体撮像素子)等を用
いて時系列に出力するようにしても良い。
受光素子列12にCCDを用いて1トラック上の1デー
タ内に入射させるビーム数を増加させれば補間の高分解
能化ができる。
タ内に入射させるビーム数を増加させれば補間の高分解
能化ができる。
ところでアブソリュート型のエンコーダの位置検出は迅
速、正確に行なわれるのが望ましいがトラック数の多い
高分解能なタイプのエンコーダの回転円板を高速回転さ
せると出力信号の周波数が高くなり信号処理系が大規模
になりやすい。しかしながら本発明のようにトラック数
を減らして反転周期を比較的長くすれば高速回転させて
も出力信号の周波数の増大を防ぐことができ信号処理系
が構成しやすくなる。そして受光素子列12からの出力
信号により更に細かな絶対位置微調整が行なえるから結
局同じ分解能を得るのに小型な回転円板、応答周波数の
低い受光素子信号処理系で足りることになり、全体の小
型化、電気系の簡単化のメリットが生じる。
速、正確に行なわれるのが望ましいがトラック数の多い
高分解能なタイプのエンコーダの回転円板を高速回転さ
せると出力信号の周波数が高くなり信号処理系が大規模
になりやすい。しかしながら本発明のようにトラック数
を減らして反転周期を比較的長くすれば高速回転させて
も出力信号の周波数の増大を防ぐことができ信号処理系
が構成しやすくなる。そして受光素子列12からの出力
信号により更に細かな絶対位置微調整が行なえるから結
局同じ分解能を得るのに小型な回転円板、応答周波数の
低い受光素子信号処理系で足りることになり、全体の小
型化、電気系の簡単化のメリットが生じる。
更にCCDを用いれば補間を細かく行なえるので、特に
高分解能タイプのエンコーダのトラック数を著しく減少
させれば伝送線の数が減るのでエンコーダ出力配線を簡
素化することが容易となる等の特長がある。
高分解能タイプのエンコーダのトラック数を著しく減少
させれば伝送線の数が減るのでエンコーダ出力配線を簡
素化することが容易となる等の特長がある。
補間を細かく行なうにはトラック上に入射させるビーム
の間隔を縮めた方がよいが、受光素子列12の各要素は
あまり小さくできない。そこで受光素子列12に入射す
るビーム間の間隔を拡げる為に、第4図(A)の如く受
光素子列12前に拡大光学系9′を配置するが、回転円
板入射光束の向き、及び回転円板と受光素子列の位置関
係により、拡大投影される配置にする。
の間隔を縮めた方がよいが、受光素子列12の各要素は
あまり小さくできない。そこで受光素子列12に入射す
るビーム間の間隔を拡げる為に、第4図(A)の如く受
光素子列12前に拡大光学系9′を配置するが、回転円
板入射光束の向き、及び回転円板と受光素子列の位置関
係により、拡大投影される配置にする。
又、直交回折格子の代わりに2枚の互いに直交する回折
格子板を用いても良い。この場合、第4図(C)のごと
くx方向の回折格子板8xを符号板1に近接して配置す
ればトラック移動方向の情報を受光素子12に拡大投影
される。尚第4図(B)は同図(C)と直交する平面上
の断面図である。
格子板を用いても良い。この場合、第4図(C)のごと
くx方向の回折格子板8xを符号板1に近接して配置す
ればトラック移動方向の情報を受光素子12に拡大投影
される。尚第4図(B)は同図(C)と直交する平面上
の断面図である。
本実施例ではロータリーエンコーダについて示したがリ
ニアエンコーダについても全く同様に本発明を適用する
ことができる。
ニアエンコーダについても全く同様に本発明を適用する
ことができる。
(発明の効果) 本発明によれば従来のエンコーダに主として反転周期の
短いトラックの被検出位置前後のデータ反転位置に関す
るデータを読み取ることのできる光学系を付加すること
により、アブソリュート信号の一周期を補間することが
出来、従来と同様のトラック数で高分解能な小型のアブ
ソリュート型の位置検出装置を達成することができる。
短いトラックの被検出位置前後のデータ反転位置に関す
るデータを読み取ることのできる光学系を付加すること
により、アブソリュート信号の一周期を補間することが
出来、従来と同様のトラック数で高分解能な小型のアブ
ソリュート型の位置検出装置を達成することができる。
又、アブソリュート信号のビート数を抑えることができ
高速変位時の応答周波数を追いつきの問題もなくなり信
号処理系統、及び信号線路の数の簡素化を図ったエンコ
ーダを達成することができる。
高速変位時の応答周波数を追いつきの問題もなくなり信
号処理系統、及び信号線路の数の簡素化を図ったエンコ
ーダを達成することができる。
第1図は本発明をロータリーエンコーダに適用したとき
の一実施例の概略図、第2図(A),(B)は第1図の一部分
の説明図、第3図は第1図の検出手段から得られる信号
の説明図、第4図(A),(B),(C)は本発明の他の一実施
例の一部分の説明図、第5図は従来のロータリーエンコ
ーダの概略図である。 図中1は回転円板、2は符号部、6は光源、7はコリメ
ーターレンズ、8,8x,8yは回折格子板、9はレン
ズ、10は半透過ミラー、11は第1検出手段、12は
第2検出手段である。
の一実施例の概略図、第2図(A),(B)は第1図の一部分
の説明図、第3図は第1図の検出手段から得られる信号
の説明図、第4図(A),(B),(C)は本発明の他の一実施
例の一部分の説明図、第5図は従来のロータリーエンコ
ーダの概略図である。 図中1は回転円板、2は符号部、6は光源、7はコリメ
ーターレンズ、8,8x,8yは回折格子板、9はレン
ズ、10は半透過ミラー、11は第1検出手段、12は
第2検出手段である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 哲 神奈川県川崎市高津区下野毛770番地 キ ヤノン株式会社玉川事業所内 (56)参考文献 特開 昭60−67821(JP,A)
Claims (1)
- 【請求項1】変位方向に延びる複数個のトラックに互い
に異なる周期の格子を形成するよう各トラック毎にパタ
ーンを配列して各トラックのパターンの組合わせにより
変位方向の位置情報が記録してある被検体の位置を、各
トラックのパターンを光学的に読み取ることにより検出
する位置検出装置において、光源からの光を回折せしめ
て夫々が複数の回折光より成る第1光束群と第2光束群
とを形成する光回折手段を有し、該第1光束群の複数の
回折光の各々を前記複数個のトラックの対応するトラッ
クに照射すると共に、該第2光束群の複数の回折光を前
記複数個のトラックの内の所定トラックに変位方向に沿
って照射する照射手段と、前記複数個のトラックに照射
した前記第1光束群の複数の回折光を個別に検出する第
1検出手段と、前記所定のトラックに照射した前記第2
光束群の複数の回折光を個別に検出する第2検出手段と
を有し、前記第1検出手段を介して得られる各トラック
のパターンの組み合わせが示す位置情報と前記第2検出
手段を介して得られる前記所定トラックのパターンの位
置情報とを用いて前記被検体の位置を検出することを特
徴とする位置検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62069937A JPH067062B2 (ja) | 1987-03-24 | 1987-03-24 | 位置検出装置 |
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