JPS6232403B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6232403B2 JPS6232403B2 JP57033307A JP3330782A JPS6232403B2 JP S6232403 B2 JPS6232403 B2 JP S6232403B2 JP 57033307 A JP57033307 A JP 57033307A JP 3330782 A JP3330782 A JP 3330782A JP S6232403 B2 JPS6232403 B2 JP S6232403B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image sensor
- pattern
- scale plate
- light
- optical position
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、パターンの列を有する目盛板と、多
数個の受光素子から成るイメージセンサを利用
し、これらの相対的な位置又は移動量を検出する
光学的位置検出装置に関するものである。
数個の受光素子から成るイメージセンサを利用
し、これらの相対的な位置又は移動量を検出する
光学的位置検出装置に関するものである。
従来から移動距離により長さ等の測定を行なう
装置は多数知られているが、簡便にしかも精度良
くなし得るものは極めて少ない。例えば磁気を利
用した磁気式リニアスケールも実用化されている
が、使用場合によつては利用することができない
場合がある。
装置は多数知られているが、簡便にしかも精度良
くなし得るものは極めて少ない。例えば磁気を利
用した磁気式リニアスケールも実用化されている
が、使用場合によつては利用することができない
場合がある。
本発明の目的は、例えばCCD（Charge
Couple Device電荷結合素子）等の受光素子を利
用して、位置や移動量を光学的に簡便に精度良く
検出し得る光学的位置検出装置を提供することに
あり、その要旨は、多数個の受光素子が配列され
た光電式のイメージセンサと、任意の形状を有し
光学的に識別し得るパターンが、列状にかつイメ
ージセンサの有効長以下の任意の間隔で配列され
た目盛板と、前記目盛板のパターンをイメージセ
ンサに投影するための光源と、前記目盛板のパタ
ーンの形状と間隔の組合せに対応するイメージセ
ンサからの信号を受けて、予め記憶してあるパタ
ーンの形状及び（又は）間隔を基にイメージセン
サの位置を算出する演算回路とから構成され、目
盛板のパターン列方向とイメージセンサの受光素
子の配列方向とが相対的に平行移動可能とし、イ
メージセンサの目盛板に対する相対的な位置又は
移動量を検出することを特徴とするものである。
Couple Device電荷結合素子）等の受光素子を利
用して、位置や移動量を光学的に簡便に精度良く
検出し得る光学的位置検出装置を提供することに
あり、その要旨は、多数個の受光素子が配列され
た光電式のイメージセンサと、任意の形状を有し
光学的に識別し得るパターンが、列状にかつイメ
ージセンサの有効長以下の任意の間隔で配列され
た目盛板と、前記目盛板のパターンをイメージセ
ンサに投影するための光源と、前記目盛板のパタ
ーンの形状と間隔の組合せに対応するイメージセ
ンサからの信号を受けて、予め記憶してあるパタ
ーンの形状及び（又は）間隔を基にイメージセン
サの位置を算出する演算回路とから構成され、目
盛板のパターン列方向とイメージセンサの受光素
子の配列方向とが相対的に平行移動可能とし、イ
メージセンサの目盛板に対する相対的な位置又は
移動量を検出することを特徴とするものである。
以下に本発明を図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。
説明する。
ここで本発明の目盛板にいう任意の形状のパタ
ーンとは、各パターンの高さ、巾などの寸法より
成る形状が全て等しい場合、または２種以上の異
なる形状より成る場合を含み、任意の間隔とは、
パターンとパターンとの間隔が全て等しい場合、
または２種以上の異なる距離より成る場合を含む
ものとする。
ーンとは、各パターンの高さ、巾などの寸法より
成る形状が全て等しい場合、または２種以上の異
なる形状より成る場合を含み、任意の間隔とは、
パターンとパターンとの間隔が全て等しい場合、
または２種以上の異なる距離より成る場合を含む
ものとする。
第１図及び第２図は本発明で使用するCCDか
ら成るイメージセンサ１を示し、第１図の場合は
巾ｗ（μｍ）、縦w′（μｍ）の同じ大きさのｎ個
の受光素子２が一次元的に多数個配列されてお
り、第２図では同様な受光素子２が二次元的に横
にｎ個、縦にn′個配列されている。これらの受光
素子２は個々に独立した光感知素子であり、イメ
ージセンサ１の有効な長さは、第１図のイメージ
センサ１では横方向にLO＝ｎ・ｗであり、第２
図のイメージセンサ１では横方向にLO＝ｎ・
ｗ、縦方向にLO′＝n′・w′である。
ら成るイメージセンサ１を示し、第１図の場合は
巾ｗ（μｍ）、縦w′（μｍ）の同じ大きさのｎ個
の受光素子２が一次元的に多数個配列されてお
り、第２図では同様な受光素子２が二次元的に横
にｎ個、縦にn′個配列されている。これらの受光
素子２は個々に独立した光感知素子であり、イメ
ージセンサ１の有効な長さは、第１図のイメージ
センサ１では横方向にLO＝ｎ・ｗであり、第２
図のイメージセンサ１では横方向にLO＝ｎ・
ｗ、縦方向にLO′＝n′・w′である。
第３図はイメージセンサ１と組合せて使用する
目盛板３を示しており、この目盛板３には、受光
素子２の大きさよりも広い任意の巾Wiのパター
ン４ｉが、各パターン４の中心と中心とが任意の
間隔Li（μｍ）で配列されている。これらのパタ
ーン４ｉは、第３図の実施例においてはその高さ
同志が異なつているものとする。この目盛板３を
光透過型として使用する場合には、パターン４は
光を透過するスリツトであることを要するが、光
反射型として用いる場合には、パターン４は他の
部分と光反射率が異なるようにしておけばよい。
目盛板３を示しており、この目盛板３には、受光
素子２の大きさよりも広い任意の巾Wiのパター
ン４ｉが、各パターン４の中心と中心とが任意の
間隔Li（μｍ）で配列されている。これらのパタ
ーン４ｉは、第３図の実施例においてはその高さ
同志が異なつているものとする。この目盛板３を
光透過型として使用する場合には、パターン４は
光を透過するスリツトであることを要するが、光
反射型として用いる場合には、パターン４は他の
部分と光反射率が異なるようにしておけばよい。
これらのイメージセンサ１と目盛板３とは、例
えば第４図に示すように配置されて光透過型とし
て、または第５図に示すように配置されて光反射
型として測定に使用される。何れの場合において
も、イメージセンサ１と光源５とは、接続部材６
により一体的に固定され、目盛板３上のパターン
４ｉの列方向に対して平行にかつ相対的に移動し
得るようになつている。なお、パターン４の配列
方向に長い光源５を使用すれば、光源５はイメー
ジセンサ１と共に移動しなくともよい。
えば第４図に示すように配置されて光透過型とし
て、または第５図に示すように配置されて光反射
型として測定に使用される。何れの場合において
も、イメージセンサ１と光源５とは、接続部材６
により一体的に固定され、目盛板３上のパターン
４ｉの列方向に対して平行にかつ相対的に移動し
得るようになつている。なお、パターン４の配列
方向に長い光源５を使用すれば、光源５はイメー
ジセンサ１と共に移動しなくともよい。
第４図の光透過型の光学系においては、光源５
から照射された照明光ｌは、第６図のブロツク図
に示すようにパターン４を有する目盛板３を透過
して、イメージセンサ１に目盛板３のパターン４
を投影することになる。そしてこのイメージセン
サ１の各受光素子２から個々に出力される出力信
号は、演算回路１０に入力するようになつてい
る。演算回路１０は、例えば波形成形をするため
の信号前処理回路１１と、その出力を得てイメー
ジセンサ１の位置を計算する位置計算回路１２
と、必要に応じてイメージセンサ１の移動量等を
示す指示計１３とにより構成されている。更に、
位置計算回路１２には、その出力信号を基に、例
えば位置制御を行うための信号を発する制御回路
１４が接続されている。なお、第５図に示す光反
射型の光学系の場合でも信号処理は基本的に同じ
である。
から照射された照明光ｌは、第６図のブロツク図
に示すようにパターン４を有する目盛板３を透過
して、イメージセンサ１に目盛板３のパターン４
を投影することになる。そしてこのイメージセン
サ１の各受光素子２から個々に出力される出力信
号は、演算回路１０に入力するようになつてい
る。演算回路１０は、例えば波形成形をするため
の信号前処理回路１１と、その出力を得てイメー
ジセンサ１の位置を計算する位置計算回路１２
と、必要に応じてイメージセンサ１の移動量等を
示す指示計１３とにより構成されている。更に、
位置計算回路１２には、その出力信号を基に、例
えば位置制御を行うための信号を発する制御回路
１４が接続されている。なお、第５図に示す光反
射型の光学系の場合でも信号処理は基本的に同じ
である。
本発明では、パターン４の形状と間隔を選択す
ることにより、幾つかの場合の位置又は移動量の
検出を実現することができる。
ることにより、幾つかの場合の位置又は移動量の
検出を実現することができる。
例えば目盛板３のパターンの間隔Liを全て等し
く、パターンの巾Wiが任意の大きさを有する場
合には、各パターン４ｉの位置と巾Wi（ｉ＝
１、２、３、……）は予め位置計算回路１２に記
憶してあるものとし、先ずイメージセンサ１の移
動前に位置計算回路１２により、イメージセンサ
１の出力信号を基に、或るパターン４ａを選択し
てその巾Waの中心位置を計算する。このときイ
メージセンサ１上のｐ番目の受光素子２ｐが、パ
ターン４ａの中心となるように基準点を定める。
次にこのイメージセンサ１が移動し、パターン４
をｍ個通過したとき、パターン４ａの中心がイメ
ージセンサ１のｑ番目の受光素子２ｑにあるとす
れば、イメージセンサ１が移動した距離Ｄは、 Ｄ＝ｍ・ｗ＋（ｐ−ｑ）・Wa ……(1) となり、この(1)式を位置計算回路１２で計算すれ
ばよい。なお、この移動は逆方向であつても同様
の計算により求めることができる。そしてイメー
ジセンサ１により、同時に必ず隣り合う２つのパ
ターン４が完全に感知できるように、パターン間
隔Liを定めておけば、目盛板３上のどの位置にイ
メージセンサ１が存在しても、イメージセンサ１
の位置の計算が可能である。
く、パターンの巾Wiが任意の大きさを有する場
合には、各パターン４ｉの位置と巾Wi（ｉ＝
１、２、３、……）は予め位置計算回路１２に記
憶してあるものとし、先ずイメージセンサ１の移
動前に位置計算回路１２により、イメージセンサ
１の出力信号を基に、或るパターン４ａを選択し
てその巾Waの中心位置を計算する。このときイ
メージセンサ１上のｐ番目の受光素子２ｐが、パ
ターン４ａの中心となるように基準点を定める。
次にこのイメージセンサ１が移動し、パターン４
をｍ個通過したとき、パターン４ａの中心がイメ
ージセンサ１のｑ番目の受光素子２ｑにあるとす
れば、イメージセンサ１が移動した距離Ｄは、 Ｄ＝ｍ・ｗ＋（ｐ−ｑ）・Wa ……(1) となり、この(1)式を位置計算回路１２で計算すれ
ばよい。なお、この移動は逆方向であつても同様
の計算により求めることができる。そしてイメー
ジセンサ１により、同時に必ず隣り合う２つのパ
ターン４が完全に感知できるように、パターン間
隔Liを定めておけば、目盛板３上のどの位置にイ
メージセンサ１が存在しても、イメージセンサ１
の位置の計算が可能である。
また、目盛板３が第７図に示すようにパターン
４の巾Wi、パターン間隔Liが全て異なる場合に
も、先の場合と同様の考え方をもつてすれば、イ
メージセンサ１の移動距離Ｄは、 として求めることができる。但しこの場合、パタ
ーン４の位置及び巾Wi、パターン間隔Li（ｉ＝
１、２、……）の値は、先の場合と同様に予め位
置計算回路１２の中に記憶させておく必要があ
る。
４の巾Wi、パターン間隔Liが全て異なる場合に
も、先の場合と同様の考え方をもつてすれば、イ
メージセンサ１の移動距離Ｄは、 として求めることができる。但しこの場合、パタ
ーン４の位置及び巾Wi、パターン間隔Li（ｉ＝
１、２、……）の値は、先の場合と同様に予め位
置計算回路１２の中に記憶させておく必要があ
る。
イメージセンサ１の長さLOや、パターン間隔
Li、巾Wiの関係から生ずる分解能の制限から、
前述の手段では目盛板３の長さが不足する場合が
ある。第８図に示す応用例は、このような場合に
対処するための目盛板３であり、全体を幾つかの
ブロツクBkに分け、異なるブロツクＢでは、異
なるパターン巾Ｗを用いるようにされている。ま
た、同一のブロツクBk内におけるパターン間隔
Lkは互いに異なり、各ブロツクBk間での対応す
る位置のパターン間隔Lkは等しくなつている。
このとき位置計算回路１２に、パターン４ｋの位
置及び巾WkとブロツクBkとの間係、パターン間
隔Lkを記憶させておけば、イメージセンサ１の
位置を求めることができる。
Li、巾Wiの関係から生ずる分解能の制限から、
前述の手段では目盛板３の長さが不足する場合が
ある。第８図に示す応用例は、このような場合に
対処するための目盛板３であり、全体を幾つかの
ブロツクBkに分け、異なるブロツクＢでは、異
なるパターン巾Ｗを用いるようにされている。ま
た、同一のブロツクBk内におけるパターン間隔
Lkは互いに異なり、各ブロツクBk間での対応す
る位置のパターン間隔Lkは等しくなつている。
このとき位置計算回路１２に、パターン４ｋの位
置及び巾WkとブロツクBkとの間係、パターン間
隔Lkを記憶させておけば、イメージセンサ１の
位置を求めることができる。
第９図は、例えば先に説明した場合の応用例で
あり、目盛板３を幾つかのブロツクBkに分割
し、それぞれのブロツクBk内でのパターン間隔
Lkは一定とし、異なるブロツクＢでは異なるパ
ターン間隔Ｌを用いている。これらの関係は、前
述の場合と同様に位置計算回路１２に記憶させれ
ばよく、長い目盛板３を用いることと等価にする
ことができる。
あり、目盛板３を幾つかのブロツクBkに分割
し、それぞれのブロツクBk内でのパターン間隔
Lkは一定とし、異なるブロツクＢでは異なるパ
ターン間隔Ｌを用いている。これらの関係は、前
述の場合と同様に位置計算回路１２に記憶させれ
ばよく、長い目盛板３を用いることと等価にする
ことができる。
本発明に用いられるパターンの間隔Ｌと巾Ｗの
組合せの例を幾つか説明したが、パターン４の巾
Ｗ、間隔Ｌが目盛板３上で位置が一義的に定まつ
ている場合には、イメージセンサ１の位置は基準
点を予め定めなくとも検出可能であり、当然にイ
メージセンサ１の移動距離を求めることができ
る。なお、パターン４の形状は巾Ｗだけでなく高
さも変化させ、例えば第２図に示した二次元的な
イメージセンサ１を用いれば、更に多くの間隔と
形状の組合せが可能となる。また、この二次元の
イメージセンサ１については、横方向だけでなく
縦方向にもパターンを配列した目盛板を用いるこ
とにより、イメージセンサ１の二次元方向の相対
的位置又は移動量を求めることができる。
組合せの例を幾つか説明したが、パターン４の巾
Ｗ、間隔Ｌが目盛板３上で位置が一義的に定まつ
ている場合には、イメージセンサ１の位置は基準
点を予め定めなくとも検出可能であり、当然にイ
メージセンサ１の移動距離を求めることができ
る。なお、パターン４の形状は巾Ｗだけでなく高
さも変化させ、例えば第２図に示した二次元的な
イメージセンサ１を用いれば、更に多くの間隔と
形状の組合せが可能となる。また、この二次元の
イメージセンサ１については、横方向だけでなく
縦方向にもパターンを配列した目盛板を用いるこ
とにより、イメージセンサ１の二次元方向の相対
的位置又は移動量を求めることができる。
以上説明したように本発明に係る光学的位置検
出装置は、簡便な演算処理による相対的位置と移
動量を求めることが可能であり、測定分解能を受
光素子の大きさとすることができ、測定精度も高
く、産業上有為なものである。
出装置は、簡便な演算処理による相対的位置と移
動量を求めることが可能であり、測定分解能を受
光素子の大きさとすることができ、測定精度も高
く、産業上有為なものである。
第１図は受光素子を一次元的に配列したイメー
ジセンサの平面図、第２図は受光素子を二次元的
に配列したイメージセンサの平面図、第３図は目
盛板の正面図、第４図は光源、目盛板及びイメー
ジセンサを光透過型に配置した光学系の構成図、
第５図は光源、目盛板及びイメージセンサを光反
射型に配置した光学系の構成図、第６図は信号の
伝達系を示すブロツク図、第７図、第８図、第９
図は目盛板の他の実施例の正面図である。 符号１はイメージセンサ、２は受光素子、３は
目盛板、４はパターン、５は光源、１０は演算回
路、１１は信号前処理回路、１２は位置計算回
路、１３は指示計、Wiはパターンの巾の寸法、
Liはパターン間隔である。
ジセンサの平面図、第２図は受光素子を二次元的
に配列したイメージセンサの平面図、第３図は目
盛板の正面図、第４図は光源、目盛板及びイメー
ジセンサを光透過型に配置した光学系の構成図、
第５図は光源、目盛板及びイメージセンサを光反
射型に配置した光学系の構成図、第６図は信号の
伝達系を示すブロツク図、第７図、第８図、第９
図は目盛板の他の実施例の正面図である。 符号１はイメージセンサ、２は受光素子、３は
目盛板、４はパターン、５は光源、１０は演算回
路、１１は信号前処理回路、１２は位置計算回
路、１３は指示計、Wiはパターンの巾の寸法、
Liはパターン間隔である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 多数個の受光素子が配列された光電式のイメ
ージセンサと、任意の形状を有し光学的に識別し
得るパターンが、列状にかつイメージセンサの有
効長以下の任意の間隔で配列された目盛板と、前
記目盛板のパターンをイメージセンサに投影する
ための光源と、前記目盛板のパターンの形状と間
隔の組合せに対応するイメージセンサからの信号
を受けて、予め記憶してあるパターンの形状及び
（又は）間隔を基にイメージセンサの位置を算出
する演算回路とから構成され、目盛板のパターン
列方向とイメージセンサの受光素子の配列方向と
が相対的に平行移動可能とし、イメージセンサの
目盛板に対する相対的な位置又は移動量を検出す
ることを特徴とする光学的位置検出装置。 ２ 目盛板のパターンを複数個のブロツクに分割
し、各ブロツク間で対応するパターンの形状又は
間隔の何れかが異なるようにした特許請求の範囲
第１項記載の光学的位置検出装置。 ３ 目盛板のパターンを光透過的にイメージセン
サに投影する特許請求の範囲第１項記載の光学的
位置検出装置。 ４ 目盛板のパターンを光反射的にイメージセン
サに投影する特許請求の範囲第１項記載の光学的
位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3330782A JPS58150804A (ja) | 1982-03-03 | 1982-03-03 | 光学的位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3330782A JPS58150804A (ja) | 1982-03-03 | 1982-03-03 | 光学的位置検出装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1582587A Division JPS6333603A (ja) | 1987-01-24 | 1987-01-24 | 光学的位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58150804A JPS58150804A (ja) | 1983-09-07 |
| JPS6232403B2 true JPS6232403B2 (ja) | 1987-07-14 |
Family
ID=12382894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3330782A Granted JPS58150804A (ja) | 1982-03-03 | 1982-03-03 | 光学的位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58150804A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS633220A (ja) * | 1986-06-23 | 1988-01-08 | Keihin Densokuki Kk | 光学式リニアスケ−ル |
| JPS6333603A (ja) * | 1987-01-24 | 1988-02-13 | Keihin Densokuki Kk | 光学的位置検出装置 |
| US5258931A (en) * | 1988-07-08 | 1993-11-02 | Parker-Hannifin Corporation | Precision electronic absolute and relative position sensing device and method of using same |
| JP4885630B2 (ja) * | 2006-07-05 | 2012-02-29 | 株式会社ミツトヨ | 二次元エンコーダ、及び、そのスケール |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5185737A (ja) * | 1974-12-27 | 1976-07-27 | Yokogawa Electric Works Ltd | Henihenkanki |
-
1982
- 1982-03-03 JP JP3330782A patent/JPS58150804A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58150804A (ja) | 1983-09-07 |
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