JP2003322507A - Absolute position detection method - Google Patents

Absolute position detection method

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JP2003322507A
JP2003322507A JP2002128695A JP2002128695A JP2003322507A JP 2003322507 A JP2003322507 A JP 2003322507A JP 2002128695 A JP2002128695 A JP 2002128695A JP 2002128695 A JP2002128695 A JP 2002128695A JP 2003322507 A JP2003322507 A JP 2003322507A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for detecting unmovedly the present absolute position without returning mechanically a sensor element to the origin and counting from the edge. <P>SOLUTION: In order to specify either of X2 and X3, when, for example, P2 is lit and an output R is acquired, P2 is put out and W2 and W3 are lit alternately, and the magnitudes of outputs T2 and T3 corresponding respectively are compared. T2 becomes the maximum at a singular point overlapping a light shielding part between P1 and P2, and all the other P values become on the zero level. When Wi can be specified, the position of A-A' is necessarily positioned on the center of the light shielding part of pixels P, and thereby the distance is calculated by adding a 1/4 wavelength. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶やそのほかの
電気光学効果を利用して、検出器を無可動で現在の絶対
位置を検出する方法に関する。本発明は、例えば数値制
御工作、機械、半導体基板の搬送装置、3次元描画装
置、内視鏡手術用装置、μマシン製造装置、多関節ロボ
ット、遺伝子治療薬製造装置、位置制御非接触形状計測
装置、光ディスク検査装置、DNA検査・解析装置など
の駆動系アクチュエータの位置制御などに用いることが
できる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for detecting a current absolute position of a detector without using a liquid crystal or other electro-optical effect. The present invention is, for example, a numerical control machine, a machine, a semiconductor substrate transfer device, a three-dimensional drawing device, an endoscopic surgery device, a μ machine manufacturing device, an articulated robot, a gene therapy drug manufacturing device, position control non-contact shape measurement. It can be used for position control of drive system actuators such as devices, optical disk inspection devices, DNA inspection / analysis devices, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、絶対的な位置を検出する装置とし
ては、例えば、一定の周期で位置に関する情報が記録さ
れているスケールと、このスケールに相対移動してスケ
ール上に記録されている位置情報を読み取るセンサ素子
を有するものが知られている。現在のセンサ素子は、光
学式と磁気方式が殆どであって、前者はLEDやLDを
用いて光の透過・反射特性変化を検出する方式であり、
後者は磁性体からの磁気をコイル等で検出する方式であ
る。また、両者とも、高分解能を実現するために、従来
より、多素子検出器の配置によって、センサ信号に位相
ずれを生じさせて、論理素子によって逓倍化したり、あ
るいは検出アナログ信号を量子化する方式が用いられて
いる。ナノオーダでの位置検出では、この逓倍化の方法
が重要であって、ソフト上の処理による誤差の原因は、
その出力の質に依存しているといってもよい。現在、最
も検出分解能が高いといわれている方式は、光学逓倍方
式であり、ピックアップからのアナログ信号の量子化に
よって分解能を高めている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an apparatus for detecting an absolute position, for example, a scale on which information about a position is recorded at a constant cycle and a position recorded on the scale by moving relative to the scale. A device having a sensor element for reading information is known. Most of the current sensor elements are of optical type and magnetic type, and the former is a method of detecting changes in transmission / reflection characteristics of light using LEDs and LDs.
The latter is a method of detecting the magnetism from a magnetic body with a coil or the like. In order to realize high resolution, both of them have conventionally been a method of causing a phase shift in a sensor signal by arranging a multi-element detector and multiplying by a logic element or quantizing a detection analog signal. Is used. This method of multiplication is important for position detection on the nano-order, and the cause of error due to software processing is
It can be said that it depends on the quality of the output. At present, the method that is said to have the highest detection resolution is an optical multiplication method, and the resolution is increased by quantizing the analog signal from the pickup.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、光学式位置検
出には、一般的に回折光の外乱影響があり、スケールの
位置情報のパターンニングが細かくなればなるほど、透
過ないし反射による回折光の干渉によって、精度に悪影
響する点は避けられない。また、分解能を高めるための
逓倍化において、多素子配置の精度が要求される点、ピ
ックアップからの位置対信号出力特性がリニアではな
く、また、再現性に乏しいため、量子化する場合に、ソ
フト上の負担が非常に大きい点が課題として残されてい
る。
However, the optical position detection is generally affected by the disturbance of the diffracted light, and the finer the patterning of the positional information of the scale, the more the interference of the diffracted light due to transmission or reflection. However, it is inevitable that the accuracy will be adversely affected. Also, in multiplication to increase resolution, the accuracy of multi-element arrangement is required, the position-to-signal output characteristic from the pickup is not linear, and reproducibility is poor. The point that the above burden is very large remains as an issue.

【0004】材料面においては、位置検出器の要素であ
るスケールの品質、特に、熱や環境温度に対する配慮が
求められている。例えば、ナノスケールの製法におい
て、マイクロマシニング技術や蒸着技術を用いると、小
型精密スケールの製作が可能ではあるが、充分な厚さを
付与し難いため、微妙な残存応力や熱応力によって簡単
に変形してしまうことや、高速で駆動する際に動的変形
を来たすこと等により、充分な信頼性を得ることができ
ない。そのため、従来の光学検出では、高分解能と高信
頼性に限界があり、新しいスケール材料が求められてい
た。磁気方式の場合は磁束密度の経時変化があり、検出
感度は光学式には及ばない。
In terms of materials, it is required to consider the quality of the scale, which is an element of the position detector, especially heat and environmental temperature. For example, in the nanoscale manufacturing method, it is possible to manufacture a small precision scale by using micromachining technology or vapor deposition technology, but it is difficult to give a sufficient thickness, so it is easily deformed by subtle residual stress or thermal stress. As a result, sufficient reliability cannot be obtained due to dynamic deformation when driving at high speed. Therefore, conventional optical detection has a limit in high resolution and high reliability, and a new scale material has been required. In the case of the magnetic method, the magnetic flux density changes with time, and the detection sensitivity does not reach that of the optical method.

【0005】また、一定周期で位置情報が記録されてい
るスケールを用いる場合、1周期内の位置を測定するこ
とは可能であるが、複数の周期にわたる位置の検出(移
動量の検出)に関しては、検出される信号の繰り返し回
数を積算する必要がある。この複数周期にわたる位置の
検出は、信号の繰り返し回数の積算エラー等が発生し易
く、信頼性があまり高くない。しかも、2次元(XY
軸)のスケールを作製する場合、アブソリュート1軸を
2つ合わせると、2次元は可能であるが、累積誤差が生
まれるため、アライメント等の調整が非常に時間がかか
り、歩留まりが悪かった。
Further, when a scale in which position information is recorded in a fixed cycle is used, it is possible to measure the position within one cycle, but with respect to detection of position over a plurality of cycles (detection of movement amount) It is necessary to integrate the number of times the detected signal is repeated. The detection of the position over a plurality of cycles is not very high in reliability because an error in the number of signal repetitions or the like is likely to occur. Moreover, two-dimensional (XY
When making a scale of (axis), if two absolute one axes are combined, two-dimensional is possible, but since cumulative error occurs, adjustment such as alignment takes a very long time and yield is poor.

【0006】更に、従来は、センサ素子の停止状態で
は、現在位置を知ることはできなかった。センサ素子を
動かすことによって、スケール上に作製されたコード化
された座標を読み込むことができるので、それによって
現在位置を検出していた。しかし、メカ部を動かすとい
うことは、暴走の可能性があるので、安全性を確保する
ために、原点、CWおよびCWW限界、原点近傍等に設
置された複数のセンサと制限回路を設ける必要があっ
た。また、現在地を知るための動きは、本来、必要でな
いことから、作業タクトタイムが必要以上に長くなるた
め、複雑な工程ほど、無可動で現在地を知る方法が求め
られている。
Further, conventionally, it was not possible to know the current position when the sensor element is stopped. By moving the sensor element, it is possible to read the coded coordinates created on the scale, so that the current position is detected. However, moving the mechanical part may cause a runaway, so in order to ensure safety, it is necessary to provide a plurality of sensors and limit circuits installed near the origin, CW and CWW limits, and the origin. there were. In addition, since the movement for knowing the current position is not originally necessary, the work takt time becomes longer than necessary. Therefore, the more complicated the process, the more immovable the method for knowing the current position is required.

【0007】そこで、本発明は、センサ素子を機械的に
原点にもどして、端からカウントしていく方法を解消
し、無可動で現在の絶対位置を検出する新たな方法を提
供することを目的とする。また、従来方法ではなし得な
かった2次元平面上でのアブソリュート検出を可能にす
る方法を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to eliminate the method of mechanically returning the sensor element to the origin and counting from the end, and to provide a new method of detecting the current absolute position without movement. And Another object of the present invention is to provide a method that enables absolute detection on a two-dimensional plane, which cannot be achieved by conventional methods.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであって、本発明によれば、
液晶などの電気光学効果を利用することによって:簡易
に現在位置を知ることができる。即ち、例えば、面光源
の上に配置した液晶マトリクスの電気光学シャッタ効果
を利用すると、液晶のシャッタピクセル(ピクセル)の
開閉により、任意の位置を点灯させることが可能であ
る。液晶のピクセルのある位置の頭上に設置された光セ
ンサを原点復帰などの機械駆動なしに、液晶ピクセルを
順番に開閉させて走査していく。光センサを設置した位
置のピクセルが開くと、そのときに光センサの出力は増
大する。それによって光センサの位置を知ることができ
る。これはXY方向、即ち、2次元走査であっても同様
である。これによって駆動系と接続された光センサある
いは液晶マトリクスを機械的に原点にもどさずとも、絶
対位置を知ることが可能となる。
The present invention has been made to solve the above problems, and according to the present invention,
By using the electro-optical effect of liquid crystal, etc .: It is possible to know the current position easily. That is, for example, by utilizing the electro-optical shutter effect of the liquid crystal matrix arranged on the surface light source, it is possible to turn on and off any position by opening and closing the shutter pixel (pixel) of the liquid crystal. The optical sensor installed above the position of the liquid crystal pixel is scanned by opening and closing the liquid crystal pixel in order without mechanical drive such as returning to the origin. When the pixel at the position where the photo sensor is installed opens, the output of the photo sensor increases at that time. Thereby, the position of the optical sensor can be known. This is the same in the XY directions, that is, in the two-dimensional scanning. This makes it possible to know the absolute position without mechanically returning the optical sensor or liquid crystal matrix connected to the drive system to the origin.

【0009】即ち、本発明によれば、n列(n≧1)に
m個(m≧2)の透過部分のピクセルを有するスケール
に光学手段を配置し、n列の任意の1列のm個について
順次ピクセルを開閉して、m個のピクセルのなかの光学
手段が配置している番地を推定し、この推定した番地に
対応する次の列の隣接するピクセルを開閉して、隣接す
るピクセルからの出力値を比較し、かくして、上記光学
手段の絶対位置を検出することを特徴とする絶対位置検
出方法が提供される。
That is, according to the present invention, the optical means is arranged on a scale having m (m ≧ 2) pixels of the transmission part in n columns (n ≧ 1), and m of any one column of n columns is arranged. Pixels are sequentially opened and closed for each pixel to estimate the address where the optical means is arranged among the m pixels, and the adjacent pixel in the next column corresponding to the estimated address is opened and closed to determine the adjacent pixel. There is provided an absolute position detection method characterized by comparing the output values from the above and thus detecting the absolute position of the optical means.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明で使用するスケールは、少
なくとも1次元にm個(m≧2)のピクセルを配置し、
このピクセルの幅が10〜100μmであり、且つピッ
チが10〜100μmからなる。ピクセルを配置する次
元(列)は特に限定されないが、多次元(n列)に配置
する場合は、パターンは千鳥状が好ましいが、これに限
定されない。2次元(n=2)の場合は、1次元のパタ
ーンより1/2波長分ずらすのが好ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The scale used in the present invention has m (m ≧ 2) pixels arranged in at least one dimension.
The pixels have a width of 10 to 100 μm and a pitch of 10 to 100 μm. The dimension (column) in which the pixels are arranged is not particularly limited, but when arranged in multiple dimensions (n columns), the pattern is preferably a staggered pattern, but is not limited to this. In the case of two-dimensional (n = 2), it is preferable to shift by 1/2 wavelength as compared with the one-dimensional pattern.

【0011】また、ピクセルの幅は、5〜500μm、
好ましくは、20〜100μmである。ピクセルの幅が
5μm以下では、回折格子と同じようにフラウンフォフ
ァー則によって回折光の干渉の影響が無視できなくな
り、これが外乱光となって、精密な位置が特定できない
からである。他方、ピクセルの幅が500μmより広い
と、位置対出力の直線性の特性が歪んでくるからであ
る。更に、ピッチは、5〜500μm、好ましくは、2
0〜100μmである。これは、前述のピクセル幅と同
じ理由による。
The width of the pixel is 5 to 500 μm,
It is preferably 20 to 100 μm. This is because when the width of the pixel is 5 μm or less, the influence of the interference of the diffracted light cannot be ignored due to the Fraunhofer law as in the diffraction grating, and this becomes disturbance light, and a precise position cannot be specified. On the other hand, if the width of the pixel is wider than 500 μm, the linearity characteristic of position vs. output is distorted. Further, the pitch is 5 to 500 μm, preferably 2
It is 0 to 100 μm. This is for the same reason as the pixel width described above.

【0012】また、具体的には、本発明のスケールは、
一対の透明基板を対向させ、その間に液晶を封入して構
成する。上記透明基板の片側に透明電極膜を5〜500
μmの幅で、且つ5〜500μmのピッチで蒸着すると
ともに、対向する透明基板には同様の透明電極膜を片側
と対をなす形で蒸着し、且つ遮光膜を透明電極膜の周囲
に短絡させて形成する。幅、ピッチを上記数値に限定し
たのは、前述と同じである。
More specifically, the scale of the present invention is
A pair of transparent substrates are opposed to each other, and liquid crystal is sealed between them. A transparent electrode film is formed on one side of the transparent substrate in an amount of 5 to 500.
With a width of μm and a pitch of 5 to 500 μm, a similar transparent electrode film is vapor-deposited on the opposing transparent substrate in a pair with one side, and the light shielding film is short-circuited around the transparent electrode film. To form. The width and pitch are limited to the above-mentioned numerical values, as described above.

【0013】ここで、透明基板は、例えば、ガラス基
板、ポリアクリル基板などを挙げることができるが、こ
れらに限定されない。また、透明電極膜は、例えば、I
TO(InSnO3)膜を用いることが好ましいが、こ
れに限定されない。透明電極膜は、CVD法などにより
蒸着される。
Here, examples of the transparent substrate include, but are not limited to, a glass substrate and a polyacrylic substrate. The transparent electrode film is, for example, I
It is preferable to use a TO (InSnO 3 ) film, but not limited to this. The transparent electrode film is deposited by the CVD method or the like.

【0014】更に、液晶は、例えば、複屈折型液晶素
子、透過散乱型液晶素子、TN(ツイステッドネマチッ
ク)液晶、STN(スーパーTN)液晶、強誘電性液晶
素子、反強誘電性液晶、高分子分散型液晶のいずれかで
構成することができるが、これらに限定されない。対向
する基板間の距離(セルギャップ)は、1〜100μ
m、好ましくは、5〜20μmである。
Further, the liquid crystal is, for example, a birefringent liquid crystal element, a transmission / scattering liquid crystal element, a TN (twisted nematic) liquid crystal, an STN (super TN) liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal element, an antiferroelectric liquid crystal, a polymer. It may be composed of any of dispersed liquid crystals, but is not limited thereto. The distance (cell gap) between the facing substrates is 1 to 100 μm.
m, preferably 5 to 20 μm.

【0015】また、遮光膜としては、例えば、アルミ蒸
着膜を用いることができるが、光の回り込みを防止でき
れば、その素材は限定されない。例えば、遮光膜の製作
方法として、アルミ蒸着方法以外にクローム蒸着、ある
いは金ペーストをスクリーン印刷して、焼成し、膜とし
た後、乾式・湿式のエッチング方法により形成すること
が可能である。窓部にあたるITO膜についても、蒸
着、スクリーン印刷等が可能である。遮光膜を形成する
側の透明基板は、後述する光学手段の受光器側が望まし
い。
As the light-shielding film, for example, an aluminum vapor-deposited film can be used, but the material thereof is not limited as long as it can prevent the light from wrapping around. For example, as a method of manufacturing the light-shielding film, in addition to the aluminum vapor deposition method, it is possible to form it by a dry / wet etching method after forming a film by chrome vapor deposition or screen printing a gold paste and baking it. Vapor deposition, screen printing, etc. are also possible for the ITO film that corresponds to the window. The transparent substrate on the side where the light-shielding film is formed is preferably on the light-receiving side of the optical means described later.

【0016】透明電極への印加電圧は、スケールのセル
ギャップが5〜20μmの場合、周波DC〜1kHz、
好ましくは、DC〜300Hzであり、3〜50V、好
ましくは、3〜15Vの矩形波を印加することが好まし
い。かかる範囲内で駆動電圧を変化させることにより、
信号波形の高さ及び/又は幅を調節することが可能とな
る。これは、液晶の駆動電圧の調節により、液晶屈折率
分布や視野角やチルト角や透過率の調節が可能となるか
らである。液晶の駆動電圧は、ピクセル各々について独
立に変化させても、複数ピクセルをセットとして一括し
て変化させても、いずれでもよい。
The applied voltage to the transparent electrode is a frequency DC to 1 kHz when the cell gap of the scale is 5 to 20 μm,
It is preferable to apply a rectangular wave of DC to 300 Hz and 3 to 50 V, preferably 3 to 15 V. By changing the drive voltage within this range,
It is possible to adjust the height and / or width of the signal waveform. This is because the liquid crystal refractive index distribution, the viewing angle, the tilt angle, and the transmittance can be adjusted by adjusting the driving voltage of the liquid crystal. The drive voltage of the liquid crystal may be changed independently for each pixel, or may be changed collectively for a plurality of pixels as a set.

【0017】液晶のピクセルの変化は、光学手段により
読み取る。光学手段としては、スケールに光を照射する
投光器と、スケールからの透過、散乱光を検出する受光
器とからなる。投光器としては、例えば、発光ダイオー
ド、レーザー、ランプ、EL(エレクトロルミネッセン
ス)などを挙げることができるが、これらに限定されな
い。使用する波長域は、紫外〜赤外領域、好ましくは、
300〜1500nmの波長域のものを使用することが
できる。また、投光器は、点光源でも、スケール全面を
バックライト照射させるものでも、いずれでもよい。
The changes in the liquid crystal pixels are read by optical means. The optical means includes a light projector that irradiates the scale with light, and a light receiver that detects the transmitted and scattered light from the scale. Examples of the light projector include, but are not limited to, a light emitting diode, a laser, a lamp, and an EL (electroluminescence). The wavelength range used is in the ultraviolet to infrared range, preferably
A wavelength range of 300 to 1500 nm can be used. The light projector may be either a point light source or a backlight for illuminating the entire surface of the scale.

【0018】受光器は、撮像素子(CCD、C−MO
S、ビジョンチップ)、フォトダイオード、フォトマ
ル、固体受光センサ、焦電センサ、サーモバイルなどの
各種赤外線センサを用いることができる。
The light receiver is an image pickup device (CCD, C-MO).
S, vision chip), a photodiode, a photomultiplier, a solid-state light receiving sensor, a pyroelectric sensor, a thermo-mobile, and various other infrared sensors.

【0019】また、投光器と受光器は、ホトカプラ、ホ
トインタラプタのように一体化したものも該当する。更
に、投光器と受光器は、複数連のフォトインタラプタ、
PSD(posision sensing device)のように複数設置
されてもよい。また、投光器が1つの点又は面光源で、
受光器のみ複数連の場合、その逆の場合も含まれる。
Further, the light transmitter and the light receiver also correspond to those integrated such as a photo coupler and a photo interrupter. Furthermore, the projector and the receiver are multiple photointerrupters,
A plurality of devices may be installed like a PSD (posision sensing device). Also, the projector is a single point or surface light source,
The case where only a plurality of light receivers are connected and the opposite case are also included.

【0020】更に、投光器と液晶表示パネルの間あるい
は液晶表示パネルと受光器の間に、光の回りこみ防止の
ためにスリットを設けてもよい。スリット幅は、液晶画
素の大きさに応じて異なるが,例えば、スケールの場合
は、50〜500μmである。また、本発明のスケール
は液晶に限定されず、PZTのような圧電素子、マイク
ロマシニングにより製作されたシャッターアレーも利用
できる。
Further, a slit may be provided between the light projector and the liquid crystal display panel or between the liquid crystal display panel and the light receiver to prevent light from wrapping around. The slit width varies depending on the size of the liquid crystal pixel, but is 50 to 500 μm in the case of a scale, for example. Further, the scale of the present invention is not limited to liquid crystal, and a piezoelectric element such as PZT or a shutter array manufactured by micromachining can be used.

【0021】以下に更に具体的に本発明を説明する。先
ず、1次元での精密な絶対位置を知る方法について述
べ、その場合における問題点とその解決方法について説
明する。特に、液晶等の電気光学シャッタと点光源を用
いれば、ピクセル中での中間調を利用することによっ
て、精密な位置を割り出すことができる。例えば、ピク
セルと同等の幅をもつ光源とその光を検査するセンサが
対となったものを電気光学シャッタマトリクスをサンド
イッチさせる形で配置させると、中間調を利用すること
によって、ピクセル中の更に精密な位置を任意にピクセ
ルを分割することによって検出することが可能になる。
即ち、マトリクス中のピクセルを更に高精度に分割する
ことができる。その場合、ピクセルは、光を遮蔽するだ
けのところとピクセルを同じ幅で交互に配置することが
必要である。しかし、電気光学走査を用いて無可動でセ
ンサ−光源ペアの位置を検出する場合、ピクセル内の2
箇所において同一レベルの出力が違う位置で出力された
2値化することから、どちらに位置するのか特定できな
い。そこで、千鳥上にもう一列のピクセル列を設けれ
ば、2値化の問題は解決する。
The present invention will be described in more detail below. First, a method of knowing a precise one-dimensional absolute position will be described, and problems in that case and a solution thereof will be described. In particular, by using an electro-optical shutter such as a liquid crystal and a point light source, it is possible to determine a precise position by utilizing the halftone in the pixel. For example, by arranging a pair of a light source having a width equal to that of a pixel and a sensor for inspecting the light in a sandwich of an electro-optical shutter matrix, it is possible to obtain a higher precision in a pixel by using a halftone. It is possible to detect various positions by arbitrarily dividing the pixels.
That is, the pixels in the matrix can be divided with higher accuracy. In that case, the pixels need to be staggered with the same width and only where they block light. However, if the position of the sensor-light source pair is detected immovably using electro-optical scanning, the position
Since the same level output is output at different positions and binarized, it is not possible to specify which position the output is located. Therefore, by providing another pixel row on the staggered pattern, the problem of binarization can be solved.

【0022】図1は、スケールピクセルアレーと光源−
センサペアの位置関係を示す。図1中、(a)はスケー
ルピクセルアレー1の第1列目の断面図、(b)はピク
セルアレー1の透過部分(P1、・・・P4)に対応す
る図、(c)はセンサ地点を表す。また、図中、Lは光
源、Sはセンサ、2は信号増幅器である。スケールピク
セルアレー1は、詳細断面は省略してあるが、一対のガ
ラス基板を対向させ、スペーサによって間隔(例えば、
5μm)を保持し、液晶を封入して構成する。また、ガ
ラス基板にはITO膜を蒸着して液晶駆動電極を形成し
ており、液晶駆動電極は制御回路で制御された電圧が印
加される。ガラス基板の片側には、ITO膜による30
μm角の光透過窓を形成するパターンが、例えば、30
μm(透過部分P1、・・・P4)ピッチで形成されて
おり、対抗するガラス基板には同様のITO膜の30μ
m角パターンが片側と対となす形で製作されているとと
もに、遮光目的のクローム蒸着膜がITO膜の周囲に短
絡させて形成してある(遮光部分)。
FIG. 1 shows a scale pixel array and a light source.
The positional relationship of a sensor pair is shown. In FIG. 1, (a) is a cross-sectional view of the first column of the scale pixel array 1, (b) is a view corresponding to a transmissive part (P1, ... P4) of the pixel array 1, and (c) is a sensor point. Represents In the figure, L is a light source, S is a sensor, and 2 is a signal amplifier. The scale pixel array 1 has a detailed cross-section omitted, but a pair of glass substrates are made to face each other and are spaced by a spacer (for example,
5 μm) and liquid crystal is sealed. Further, an ITO film is vapor-deposited on the glass substrate to form a liquid crystal drive electrode, and a voltage controlled by a control circuit is applied to the liquid crystal drive electrode. On one side of the glass substrate, an ITO film 30
The pattern for forming the light transmitting window of μm square is, for example, 30
It is formed with a pitch of μm (transmissive portions P1, ... P4), and a similar ITO film of 30μ is formed on the opposing glass substrate.
The m-square pattern is formed so as to form a pair with one side, and a chrome vapor-deposited film for light shielding is formed by short-circuiting around the ITO film (light shielding portion).

【0023】光源L−センサSペアのセンターA−A’
が任意の位置Xにきたときのセンサ信号出力をRとす
る。信号出力Rは、センサの受光部分の大きさQ分だけ
光量を受けるとすると、Q分だけA−A’が移動累積し
た信号量に対応することになるので、センサ位置と信号
出力Vの関係は地点X0からXeまで移動したときの出
力変化のトレースは図2のようになる。
Center of the light source L-sensor S pair AA '
Let R be the sensor signal output when X reaches an arbitrary position X. Assuming that the signal output R receives a light amount corresponding to the size Q of the light receiving portion of the sensor, it corresponds to the signal amount in which AA ′ has moved and accumulated by the Q amount. Therefore, the relationship between the sensor position and the signal output V Shows the trace of output change when moving from the point X0 to Xe.

【0024】そこで、A−A’の任意の位置Xを光源L
−センサSペアを機械的に操作させずに位置を知る方法
として、ピクセルの点灯をX0地点側から順番にピクセ
ルP1から順番に点灯させていくと、光源L−センサS
ペアが停止したところにかかわるP2が点灯したとき
に、Rの出力が得られることになる(図3)。このこと
は、順次点灯させていく段階でピクセルの番地をストア
していけば、Rの出力から逆に停止位置Piを割り出せ
ることになる。Rの出力量からピクセル内の精密な位置
を割り出すことも可能になる。
Therefore, the arbitrary position X of AA 'is set to the light source L.
-As a method of knowing the position without mechanically operating the sensor S pair, when the lighting of the pixels is sequentially turned on from the point P0 to the pixel P1, the light source L-sensor S
When P2 involved in the place where the pair is stopped lights up, the output of R is obtained (FIG. 3). This means that the stop position Pi can be determined from the output of R by storing the address of the pixel at the stage of lighting sequentially. It is also possible to determine a precise position within a pixel from the output amount of R.

【0025】しかし、任意のピクセルPiを割り出すこ
とができるが、Rからはセンサの位置がXiかXi+1
かの特定ができないことと(図4(a)や図4(b)の
場合)、Rが0レベルの場合(即ち、光源−センサペア
が遮光部分に隠れた状態)ではピクセルの特定すらでき
ない。
However, an arbitrary pixel Pi can be determined, but from R, the position of the sensor is Xi or Xi + 1.
If it cannot be specified (in the case of FIG. 4A and FIG. 4B), and if R is at 0 level (that is, the light source-sensor pair is hidden by the light-shielded portion), even the pixel cannot be specified.

【0026】図5のように、第1列目によるXiかXi
+1かを特定したり、どのピクセルの左側の遮光部に光
源−センサペアが隠れているかを特定するため、第2列
目のピクセルアレーを設けることによって解決する。図
5(a)は2列のピクセルの配置例で、Wのピクセルの
幅はPと同様に光源センサペアの有感幅Qと同じであ
る。即ち、例えば、図5(b)のようにP2を点灯させ
たときに、出力Rがあった場合のX2かX3かの特定を
するためには、P2を消灯して、W2とW3とを交互に
点灯して、それぞれに対応する出力T2とT3の大きさ
を比較することで可能である(図5(c))。
As shown in FIG. 5, Xi or Xi according to the first column
The problem is solved by providing a pixel array in the second column in order to specify +1 or to which pixel the light-shielding portion on the left side hides the light source-sensor pair. FIG. 5A shows an arrangement example of pixels in two columns, and the width of the pixel of W is the same as the width of the sensitive width Q of the light source sensor pair like P. That is, for example, in order to identify X2 or X3 when there is an output R when P2 is turned on as shown in FIG. 5B, P2 is turned off and W2 and W3 are switched on. This is possible by alternately turning on the lights and comparing the magnitudes of the outputs T2 and T3 corresponding to each (FIG. 5 (c)).

【0027】R≠0の場合、光源−センサペアのセンタ
ーがP2右欠けの任意の位置において、必ず図5(c)
のようにT(2)>T(3)の関係が成り立つからであ
る。右欠けとは光源−センサのセンターA−A’が三角
の左側にあるということである。因みに三角の頂点はピ
クセルPによるRからは2値化しない特異点であるの
で、R出力より一意的に求めることができる。R=0の
場合では、W1から順番に点灯させていけば、どの遮光
部分に位置するかがわかる。即ち、P1とP2の間の遮
光部に重なっている特異点では、T2が最大となり、他
のT値はすべてゼロレベルになる。Wiが特定できた場
合は、必然的にA−A’の位置はピクセルPの遮光部の
中央に位置するので、1/4波長を加えると距離が算出
される。
When R ≠ 0, the center of the light source-sensor pair is always P2 at the right missing portion, and the position shown in FIG.
This is because the relationship of T (2)> T (3) is established as follows. Right chipping means that the center AA 'of the light source-sensor is on the left side of the triangle. Incidentally, since the triangular vertex is a singular point that is not binarized from R by the pixel P, it can be uniquely obtained from the R output. In the case of R = 0, it is possible to know in which light-shielding portion the light-shielding portion is located if the lights are sequentially turned on from W1. That is, at a singular point overlapping the light shielding portion between P1 and P2, T2 becomes maximum and all other T values become zero level. When Wi can be specified, the position of AA ′ is inevitably located at the center of the light-shielding portion of the pixel P, so that the distance is calculated by adding ¼ wavelength.

【0028】また、光源−センサペアの最も簡単な構成
は、図5のように第1列目と2列目の両方を検知可能な
ように単素子ペアのみを設置すればよい。ツインペアに
してやれば、前述の第1列目の消灯→第2列目の点灯と
いうアルゴリズムを省略できる。
The simplest structure of the light source-sensor pair is to install only a single element pair so that both the first and second rows can be detected as shown in FIG. If a twin pair is used, the above-mentioned algorithm of turning off the first column → turning on the second column can be omitted.

【0029】上記により2値化の問題は解消するので、
中間調に相当するセンサアナログ出力強度よりピクセル
中の微細な現在位置を割り出すことが可能となる。千鳥
パターン形成する2列目のピクセル列の望ましい配置
は、1/4波長位相ずらして配置しなければならない。
Since the problem of binarization is solved by the above,
It becomes possible to determine the fine current position in the pixel from the sensor analog output intensity corresponding to the halftone. The desirable arrangement of the second pixel row forming the zigzag pattern must be shifted by 1/4 wavelength.

【0030】ピクセル開閉の走査方法のフローシートを
図6に示す。1列のピクセルの開閉を走査する。フォト
センサの出力がある閾値を超えたところのピクセル位置
i番目を検出して、その出力に相当する2値化する値が
算出され、その2候補の距離を選ぶ。この閾値レベル
は、前述したゼロレベルと同じ意味をさす。例えば、S
N比=1としたときの出力レベルであり、最小検出分解
能ということである。次に、2列目をi番目とi+1番
目の両方を交互に開閉して、大小によって三角波の頂点
のどちら側かの判定が可能となる。すなわち、Wi>W
i+1 ならば、i番目の位置となり、Wi<Wi+1 なら
ば、i+1番目の位置となり、距離は図6に示すように
して求めることができる。
FIG. 6 shows a flow sheet of a scanning method for opening and closing pixels. Scan the opening and closing of a row of pixels. The i-th pixel position where the output of the photo sensor exceeds a certain threshold is detected, a binarization value corresponding to the output is calculated, and the distance between the two candidates is selected. This threshold level has the same meaning as the zero level described above. For example, S
This is the output level when N ratio = 1, and is the minimum detection resolution. Next, the i-th column and the i + 1-th column are alternately opened and closed in the second column, and it is possible to determine which side of the apex of the triangular wave is depending on the magnitude. That is, W i > W
If i + 1 , it becomes the i-th position, and if W i <W i + 1 , it becomes the i + 1-th position, and the distance can be obtained as shown in FIG.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、センサ素子を機械的に
原点にもどして、端からカウントせずに、無可動で現在
の絶対位置を検出することができる。
According to the present invention, the current absolute position can be detected without movement without mechanically returning the sensor element to the origin and counting from the end.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】スケールピクセルアレーと光源−センサペアの
位置関係を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a positional relationship between a scale pixel array and a light source-sensor pair.

【図2】センサの出力変化を表す図である。FIG. 2 is a diagram showing a change in output of a sensor.

【図3】光源−センサペアが停止したところにかかわる
P2が点灯したときの出力図である。
FIG. 3 is an output diagram when P2 involved in a place where the light source-sensor pair is stopped is lit.

【図4】センサの位置が特定できないことを示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing that the position of a sensor cannot be specified.

【図5】2列目のピクセルアレーを設けた図である。FIG. 5 is a diagram in which a pixel array in the second column is provided.

【図6】ピクセル開閉の走査方法のフローシート図であ
る。
FIG. 6 is a flow sheet diagram of a pixel opening / closing scanning method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…スケールピクセルアレー 2…信号増幅器 L…光源 S…センサ 1 ... Scale pixel array 2 ... Signal amplifier L ... light source S ... sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 潤也 奈良県奈良市百楽園2−10−9−2 Fターム(参考) 2F065 AA02 AA07 AA14 BB02 BB18 DD03 DD06 FF02 FF23 GG02 GG04 GG07 GG12 GG18 HH03 HH15 JJ01 JJ03 JJ05 JJ09 JJ17 JJ18 JJ26 LL30 LL36 LL53 MM12 MM22 MM28 PP12 PP22 QQ25 2F103 BA37 CA02 CA06 DA07 DA09 EA02 EA15 EA19 EA20 EB02 EB06 EB07 EB08 EB12 EB14 EB15 EB16 EB28 EB33 2H079 BA01 CA12 CA22 DA08 EA13 GA04 GA05 KA18 KA19 2H088 EA22 EA33 GA10 HA02 HA28 JA05 JA13 JA17 JA20 KA02 MA20    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Junya Kobayashi             2-10-9-2 Hyakurakuen, Nara City, Nara Prefecture F term (reference) 2F065 AA02 AA07 AA14 BB02 BB18                       DD03 DD06 FF02 FF23 GG02                       GG04 GG07 GG12 GG18 HH03                       HH15 JJ01 JJ03 JJ05 JJ09                       JJ17 JJ18 JJ26 LL30 LL36                       LL53 MM12 MM22 MM28 PP12                       PP22 QQ25                 2F103 BA37 CA02 CA06 DA07 DA09                       EA02 EA15 EA19 EA20 EB02                       EB06 EB07 EB08 EB12 EB14                       EB15 EB16 EB28 EB33                 2H079 BA01 CA12 CA22 DA08 EA13                       GA04 GA05 KA18 KA19                 2H088 EA22 EA33 GA10 HA02 HA28                       JA05 JA13 JA17 JA20 KA02                       MA20

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】n列(n≧1)にm個(m≧2)の透過部
分のピクセルを有するスケールに光学手段を配置し、n
列の任意の1列のm個について順次ピクセルを開閉し
て、m個のピクセルのなかの光学手段が配置している番
地を推定し、この推定した番地に対応する次の列の隣接
するピクセルを開閉して、隣接するピクセルからの出力
値を比較し、かくして、上記光学手段の位置を検出する
ことを特徴とする絶対位置検出方法。
1. An optical means is arranged on a scale having m (m ≧ 2) pixels of a transmission part in n columns (n ≧ 1),
Sequentially opening and closing pixels for m in any one of the columns to estimate the address of the m pixels where the optical means is located, and the adjacent pixel in the next column corresponding to this estimated address. Is opened and closed to compare output values from adjacent pixels, and thus detect the position of the optical means.
【請求項2】n列の各々のピクセルが隣接する列のピク
セルと重ならないように配置されている請求項1記載の
絶対位置検出方法。
2. The absolute position detecting method according to claim 1, wherein each pixel in n columns is arranged so as not to overlap with a pixel in an adjacent column.
【請求項3】スケールが液晶からなり、光学手段が投光
器と受光器とからなる請求項1又は2記載の絶対位置検
出方法。
3. The absolute position detecting method according to claim 1, wherein the scale is made of liquid crystal, and the optical means is made of a light projector and a light receiver.
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