JPS633220A - 光学式リニアスケ−ル - Google Patents
光学式リニアスケ−ルInfo
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- JPS633220A JPS633220A JP14646986A JP14646986A JPS633220A JP S633220 A JPS633220 A JP S633220A JP 14646986 A JP14646986 A JP 14646986A JP 14646986 A JP14646986 A JP 14646986A JP S633220 A JPS633220 A JP S633220A
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- JP
- Japan
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- optical sensor
- scale plate
- slits
- sensor
- light
- Prior art date
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- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 56
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 238000003491 array Methods 0.000 abstract description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 238000009958 sewing Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野〕
本発明は、移動する物体の位置又は移動量をモアレ縞を
利用して高精度に検出する光学式リニアスケールに関す
るものである。
利用して高精度に検出する光学式リニアスケールに関す
るものである。
［従来の技術］
従来から、移動距離により物体の長さ等の測定を行う装
置は数多く知られているが、簡便にしかも精度良く測定
をなし得るものは極めて少ない。
置は数多く知られているが、簡便にしかも精度良く測定
を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、磁界や電界が強い場所などにおいては利
用することができない場合がある。
されているが、磁界や電界が強い場所などにおいては利
用することができない場合がある。
本出願人は既に特開昭５８−１５０８０４号公報におい
て、パターンタ１を有する目盛板と多数個の受光素子か
ら成る光学的位置検出装置を提案した。しかし、この位
置検出装置の検出旋は受光素子の最小単位で定まり、こ
の最小単位以上の精度を得ることができない。
て、パターンタ１を有する目盛板と多数個の受光素子か
ら成る光学的位置検出装置を提案した。しかし、この位
置検出装置の検出旋は受光素子の最小単位で定まり、こ
の最小単位以上の精度を得ることができない。
［発明の目的コ
本発明の目的は、上述の位置検出装置にょる先願の性能
を更に向上させ、モアレ縞を利用して物体の位置や移動
量を高精度に検出し得る光学式リニアスケールを提供す
ることにある。
を更に向上させ、モアレ縞を利用して物体の位置や移動
量を高精度に検出し得る光学式リニアスケールを提供す
ることにある。
［発明の概要］
上述の目的を達成するための本発明の要旨は、多数個の
受光素子を２列に配置した光センサと、該光センサに対
向して相対的に移動可能とし、前記光センサの受光素子
の配列と同方向に配列した光を透過する多数個のスリッ
トを有する目盛板と、該目盛板を介して前記光センサに
透過光を与える照明手段と、前記光センサ及び前記目盛
板の表面にそれぞれ設け、相対的に傾いた平行線を有す
る縞パターンとを有し、前記光センサの出力信号を用い
て前記光センサ上に投影される前記スリットの位置及び
前記２つの縞パターンによるモアレ縞を利用して、前記
光センサに対する前記目盛板の相対的位置又は移動量を
求めることを特徴とした光学式リニアスケールである。
受光素子を２列に配置した光センサと、該光センサに対
向して相対的に移動可能とし、前記光センサの受光素子
の配列と同方向に配列した光を透過する多数個のスリッ
トを有する目盛板と、該目盛板を介して前記光センサに
透過光を与える照明手段と、前記光センサ及び前記目盛
板の表面にそれぞれ設け、相対的に傾いた平行線を有す
る縞パターンとを有し、前記光センサの出力信号を用い
て前記光センサ上に投影される前記スリットの位置及び
前記２つの縞パターンによるモアレ縞を利用して、前記
光センサに対する前記目盛板の相対的位置又は移動量を
求めることを特徴とした光学式リニアスケールである。
し発明の実施例］
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
。
。
第１図（ａ） 、 （ｂ）は本発明で使用するＣＯＤか
ら成る光センサ１を示し、（ａ）の場合は１画要の大き
さが幅ｗ （ｐｍ）、縦ｗ’ （ルｍ）の同じ大きさ
のｎ個の受光素子２が２列に平行に配置１されており、
これらの２つのセンサ列１ａ、１ｂの間隔はＷとされて
いる。（ｂ）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、Ｗだけ隔てた２つのセンサ列
１ａ、１ｂを使用する。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、光センサ１の有効長は何れも
横方向にｎ争Ｗである。
ら成る光センサ１を示し、（ａ）の場合は１画要の大き
さが幅ｗ （ｐｍ）、縦ｗ’ （ルｍ）の同じ大きさ
のｎ個の受光素子２が２列に平行に配置１されており、
これらの２つのセンサ列１ａ、１ｂの間隔はＷとされて
いる。（ｂ）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、Ｗだけ隔てた２つのセンサ列
１ａ、１ｂを使用する。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、光センサ１の有効長は何れも
横方向にｎ争Ｗである。
第２図は光センサ１と組合わせて使用する目盛板３な示
しており、不透明材料から成る目盛板３には受光素子２
の大きさよりも広い任意の幅Ｗｉを有し高さが等しいス
リット４が、各スリット４の中心と中心とが任意の間隔
Ｌｉ（ｐｍ）で配列されている。ここで、目盛板３にい
う任意の幅Ｗｉのスリット４とは、各スリット４の幅冒
１が全て等しい場合、又は２種以上の異なる形状より成
る場合を含み、任意の間隔Ｌｉとはスリット４とスリッ
ト４との間隔が全て等しい場合、又は２種以上の異なる
距離より成る場合を含むものとする。
しており、不透明材料から成る目盛板３には受光素子２
の大きさよりも広い任意の幅Ｗｉを有し高さが等しいス
リット４が、各スリット４の中心と中心とが任意の間隔
Ｌｉ（ｐｍ）で配列されている。ここで、目盛板３にい
う任意の幅Ｗｉのスリット４とは、各スリット４の幅冒
１が全て等しい場合、又は２種以上の異なる形状より成
る場合を含み、任意の間隔Ｌｉとはスリット４とスリッ
ト４との間隔が全て等しい場合、又は２種以上の異なる
距離より成る場合を含むものとする。
更に、第３図は光センサ１の表面に貼る縞パターン５を
示し、透明シール上に間隔ａ、傾きθの平行線が描かれ
ている。また、第４図の縞パターン６は目盛板３上に貼
るものであって、間隔がａで傾きのない平行線が描かれ
ている。なお、縞パターン５と縞パターン６とを入れ換
えて、縞パターン５を目盛板３上に、縞パターン６を光
センサ１上に貼るようにしても支障はない。
示し、透明シール上に間隔ａ、傾きθの平行線が描かれ
ている。また、第４図の縞パターン６は目盛板３上に貼
るものであって、間隔がａで傾きのない平行線が描かれ
ている。なお、縞パターン５と縞パターン６とを入れ換
えて、縞パターン５を目盛板３上に、縞パターン６を光
センサ１上に貼るようにしても支障はない。
これらの光センサｌ、目盛板３、縞パターン５．６は、
例えば第５図に示すように配置されて光透過方式で使用
される。ここで、光センサ１と光源７とは一体的に固定
され、目盛板３上のスリット４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っている。なお、スリ
ット４の配列方向に長い光源７を使用すれば、光源７は
光センサ１と共に移動しなくともよい。
例えば第５図に示すように配置されて光透過方式で使用
される。ここで、光センサ１と光源７とは一体的に固定
され、目盛板３上のスリット４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っている。なお、スリ
ット４の配列方向に長い光源７を使用すれば、光源７は
光センサ１と共に移動しなくともよい。
説明の都合上、いま縞パターン５．６の存在を無視すれ
ば、光源７から照射された照明光は目盛板３のスリット
４を透過して、光センサ１にスリット４を投影すること
になる。そして、この光センサ１の各受光素子２から個
々に出力される出力信号は、第６図に示すように演算回
路１０に入力するようになっている。演算回路１０は例
えば波形整形をするための信号前処理回路１１と、その
出力を得て光センサｌの位置を計算する位ご計算回路１
２と、必要に応じて光センサ１の移動量等を表示する表
示装置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機械系の位置制御
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。
ば、光源７から照射された照明光は目盛板３のスリット
４を透過して、光センサ１にスリット４を投影すること
になる。そして、この光センサ１の各受光素子２から個
々に出力される出力信号は、第６図に示すように演算回
路１０に入力するようになっている。演算回路１０は例
えば波形整形をするための信号前処理回路１１と、その
出力を得て光センサｌの位置を計算する位ご計算回路１
２と、必要に応じて光センサ１の移動量等を表示する表
示装置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機械系の位置制御
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。
この場合に、スリット４の形状と間隔を適宜に選択する
ことにより位置又は移動量の検出を行うことができる０
例えば、目盛板３のスリット間隔Ｌｉを全て等しく、ス
リット４の幅Ｗｉが任意の大きさを有する場合には、各
スリット４１の位置と幅Ｗｉ（ｉ＝１．２，３、・・・
）は予め位置計算回路１２に記ｔｆｉ Ｌであるものと
し、先ず光センサ１の移動前に位ご計算回路１２により
、光センサ１の出力信号を基に、成るスリッ）４ａを選
択してその幅Ｗａの中心位置を計算する。このとき、光
センサ１上のｐ番目の受光素子２ｐが、スリット４ａの
中心となるように基準点を定める０次に、この光センサ
１が移動し、スリー２ト４をｍ個通過したとき、スリッ
ト４ａの中心が光センサ１のｑ番目の受光素子２ｑにあ
るとすれば、光センサ１が移動した距＠Ｄは、 Ｄ＝ｍ＊ ｗ＋ （ｐ−ｑ） ＊Ｉｄｔ１ ｍ ｍ
（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っても同様
の計算により求めることができる。そして、光センサ１
により同時に必ず隣り合う２つのスリット４が完全に感
知できるように、スリット間隔Ｌｉを定めておけば、目
盛板３上のどの位置に光センサ１が存在しても、光セン
サ１の位置の計算が可能である。
ことにより位置又は移動量の検出を行うことができる０
例えば、目盛板３のスリット間隔Ｌｉを全て等しく、ス
リット４の幅Ｗｉが任意の大きさを有する場合には、各
スリット４１の位置と幅Ｗｉ（ｉ＝１．２，３、・・・
）は予め位置計算回路１２に記ｔｆｉ Ｌであるものと
し、先ず光センサ１の移動前に位ご計算回路１２により
、光センサ１の出力信号を基に、成るスリッ）４ａを選
択してその幅Ｗａの中心位置を計算する。このとき、光
センサ１上のｐ番目の受光素子２ｐが、スリット４ａの
中心となるように基準点を定める０次に、この光センサ
１が移動し、スリー２ト４をｍ個通過したとき、スリッ
ト４ａの中心が光センサ１のｑ番目の受光素子２ｑにあ
るとすれば、光センサ１が移動した距＠Ｄは、 Ｄ＝ｍ＊ ｗ＋ （ｐ−ｑ） ＊Ｉｄｔ１ ｍ ｍ
（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っても同様
の計算により求めることができる。そして、光センサ１
により同時に必ず隣り合う２つのスリット４が完全に感
知できるように、スリット間隔Ｌｉを定めておけば、目
盛板３上のどの位置に光センサ１が存在しても、光セン
サ１の位置の計算が可能である。
また、目盛板３のスリット４１の幅Ｗｉ、スリット間隔
Ｌｉが全て異なる場合にも、先の場合と同様の考え方を
もってすれば、光センサ１の移動距離りは、 として求めることができる。ただし、この場合にスリッ
ト４１の位ｎ及び幅Ｗｉ、スリット間隔Ｌｉ（ｉ＝１．
２、・・φ・）の値は、先の場合と同様に予め位置計算
回路１２に記憶させておく必要がある。なお、この光セ
ンサ１と目盛板３による測定はセンサ列１ａ又は１ｂを
使用すれば足りる。
Ｌｉが全て異なる場合にも、先の場合と同様の考え方を
もってすれば、光センサ１の移動距離りは、 として求めることができる。ただし、この場合にスリッ
ト４１の位ｎ及び幅Ｗｉ、スリット間隔Ｌｉ（ｉ＝１．
２、・・φ・）の値は、先の場合と同様に予め位置計算
回路１２に記憶させておく必要がある。なお、この光セ
ンサ１と目盛板３による測定はセンサ列１ａ又は１ｂを
使用すれば足りる。
しかし、このように光センサ１と目盛板３だけを使用す
るのでは、受光素子２の１画素よりも小さな変位を検出
することは不可能である。これを補間するため、本実施
例では縞パターン５．６を用いてモアレ縞を形成し、こ
れを読み取るようにしている。第７図に示すように２つ
のセンサ列１ａ、１ｂの間隔Ｗは、明暗の周期を、（ａ
／２） ／（ｓｉｎ（θ／２））として、Ｗ ＝
（（２Ｎ ＋ １ ）／４） 争 ａ ／（ｓ
ｒｎｃ θ ／２））（ただしＮ＝Ｏ１１，２、・・番
） となるように設定する。２つのセンサ列１ａ、１ｂがス
リット４を通して得る光量の平均値をＬｌ、Ｌ２とする
と、Ｌｌ、Ｌ２は半周期分の間隔（１／２） ・ｃｏ
ｔ（θ／２）で、第８図に示す位置になる。ここで、目
盛板３をＸ動かすと、モアレ縞の暗部は縦方向に（ｘ
／２） ・ｃｏｔ（θ／２）だけ動く９例えば、θ；３
＠とすれば１９・Ｘ動くことになる。
るのでは、受光素子２の１画素よりも小さな変位を検出
することは不可能である。これを補間するため、本実施
例では縞パターン５．６を用いてモアレ縞を形成し、こ
れを読み取るようにしている。第７図に示すように２つ
のセンサ列１ａ、１ｂの間隔Ｗは、明暗の周期を、（ａ
／２） ／（ｓｉｎ（θ／２））として、Ｗ ＝
（（２Ｎ ＋ １ ）／４） 争 ａ ／（ｓ
ｒｎｃ θ ／２））（ただしＮ＝Ｏ１１，２、・・番
） となるように設定する。２つのセンサ列１ａ、１ｂがス
リット４を通して得る光量の平均値をＬｌ、Ｌ２とする
と、Ｌｌ、Ｌ２は半周期分の間隔（１／２） ・ｃｏ
ｔ（θ／２）で、第８図に示す位置になる。ここで、目
盛板３をＸ動かすと、モアレ縞の暗部は縦方向に（ｘ
／２） ・ｃｏｔ（θ／２）だけ動く９例えば、θ；３
＠とすれば１９・Ｘ動くことになる。
スリット４による絶対座標の測定値をＸ、モアレ縞によ
って補間する値をｆ（ｘ）とすると、結果として出力す
る値Ｘは、Ｘ ＝ ｘ ＋ ｆ（ｘ）である、第８図に
示すセンサ列１ａ、ｌｂで得られる光量とｆ（ｘ）の関
係を位置計算回路１２内に記憶しておけば、Ｘを求める
ことができる。
って補間する値をｆ（ｘ）とすると、結果として出力す
る値Ｘは、Ｘ ＝ ｘ ＋ ｆ（ｘ）である、第８図に
示すセンサ列１ａ、ｌｂで得られる光量とｆ（ｘ）の関
係を位置計算回路１２内に記憶しておけば、Ｘを求める
ことができる。
いま、目盛板３の長さ方向に光センサ１っまリセンサ列
１ａ、１ｂが動くとき、明暗周期の１／２だけモアレ縞
が動くように値を定めてみる。ここに、１ビクセルが１
４ＩＬｍの２つのセンサ列１ａ、１ｂの間隔Ｗを２０
ｍ ｍとすると、２０＝（１／４） ・１４・ｃｏｔ
（θ／２）／１０３ｔａｎ（θ／２）＝１．７５／１０
４ であり、θを０．００５°に定めればよいことが判る。
１ａ、１ｂが動くとき、明暗周期の１／２だけモアレ縞
が動くように値を定めてみる。ここに、１ビクセルが１
４ＩＬｍの２つのセンサ列１ａ、１ｂの間隔Ｗを２０
ｍ ｍとすると、２０＝（１／４） ・１４・ｃｏｔ
（θ／２）／１０３ｔａｎ（θ／２）＝１．７５／１０
４ であり、θを０．００５°に定めればよいことが判る。
［発明の効果コ
以上説明したように本発明に係る光学式リニアスケール
は、光学センサと目盛板とを設けて相対的位こと移′ｉ
ｈ量を受光素子の１ｎＡ位の大きさの程度で求め、更に
受光素子の測定分解走よりも微細な移動量をモアレ縞を
用いて補間するようにしたので、極めて精密な測定が可
能となる。
は、光学センサと目盛板とを設けて相対的位こと移′ｉ
ｈ量を受光素子の１ｎＡ位の大きさの程度で求め、更に
受光素子の測定分解走よりも微細な移動量をモアレ縞を
用いて補間するようにしたので、極めて精密な測定が可
能となる。
図面は本発明に係る光学式リニアスケールの実施例を示
し、第１図（ａ）は受光素子を一次元的に配列した光セ
ンサの平面図、（ｂ）は受光素子を二次元的に配置１し
た光センサの平面図、第２図は目盛板の正面図、第３図
、第４図は縞パターンの正面図、第５図は光源、目盛板
、光センサ、縞パターンの配置図、第６図は信号の伝ぶ
系のブロック回路構成図、第７図はモアレ縞の説明図、
第８図は得られる受光量と移動量の関係図である。 符号１は光センサ、１ａ、１ｂはセンサ列、２は受光素
子、３は目盛板、４はスリット、５．６は縫パターン、
７は光源、１０は演算回路、１１は信号前処理回路、１
２は位二計算回路、１３は指示計である。 特許出願人 京浜電測器株式会社同 小田
原豪太部 第１図 （ｂ） 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図
し、第１図（ａ）は受光素子を一次元的に配列した光セ
ンサの平面図、（ｂ）は受光素子を二次元的に配置１し
た光センサの平面図、第２図は目盛板の正面図、第３図
、第４図は縞パターンの正面図、第５図は光源、目盛板
、光センサ、縞パターンの配置図、第６図は信号の伝ぶ
系のブロック回路構成図、第７図はモアレ縞の説明図、
第８図は得られる受光量と移動量の関係図である。 符号１は光センサ、１ａ、１ｂはセンサ列、２は受光素
子、３は目盛板、４はスリット、５．６は縫パターン、
７は光源、１０は演算回路、１１は信号前処理回路、１
２は位二計算回路、１３は指示計である。 特許出願人 京浜電測器株式会社同 小田
原豪太部 第１図 （ｂ） 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図
Claims (1)
- １、多数個の受光素子を２列に配置した光センサと、該
光センサに対向して相対的に移動可能とし、前記光セン
サの受光素子の配列と同方向に配列した光を透過する多
数個のスリットを有する目盛板と、該目盛板を介して前
記光センサに透過光を与える照明手段と、前記光センサ
及び前記目盛板の表面にそれぞれ設け、相対的に傾いた
平行線を有する縞パターンとを有し、前記光センサの出
力信号を用いて前記光センサ上に投影される前記スリッ
トの位置及び前記２つの縞パターンによるモアレ縞を利
用して、前記光センサに対する前記目盛板の相対的位置
又は移動量を求めることを特徴とした光学式リニアスケ
ール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14646986A JPS633220A (ja) | 1986-06-23 | 1986-06-23 | 光学式リニアスケ−ル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14646986A JPS633220A (ja) | 1986-06-23 | 1986-06-23 | 光学式リニアスケ−ル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS633220A true JPS633220A (ja) | 1988-01-08 |
Family
ID=15408341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14646986A Pending JPS633220A (ja) | 1986-06-23 | 1986-06-23 | 光学式リニアスケ−ル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS633220A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4866944A (en) * | 1988-01-29 | 1989-09-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Air conditioner system with function for protecting electric circuit in outdoor unit |
| US8136365B2 (en) | 2007-07-02 | 2012-03-20 | Hoshizaki Denki Kabushiki Kaisha | Cooling apparatus having a variable speed compressor with speed limited on the basis of a sensed performance parameter |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5195863A (ja) * | 1975-01-10 | 1976-08-23 | ||
| JPS58150804A (ja) * | 1982-03-03 | 1983-09-07 | Keihin Densokuki Kk | 光学的位置検出装置 |
-
1986
- 1986-06-23 JP JP14646986A patent/JPS633220A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5195863A (ja) * | 1975-01-10 | 1976-08-23 | ||
| JPS58150804A (ja) * | 1982-03-03 | 1983-09-07 | Keihin Densokuki Kk | 光学的位置検出装置 |
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| US8136365B2 (en) | 2007-07-02 | 2012-03-20 | Hoshizaki Denki Kabushiki Kaisha | Cooling apparatus having a variable speed compressor with speed limited on the basis of a sensed performance parameter |
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