JP2006234697A - Position detector - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a signal processing circuit for position control of a measured object. <P>SOLUTION: This position detector 1 comprises an absolute position detection sensor 2 for outputting a fact that the measured object 10 moves to a predetermined position as variation in output signal level, a relative position detecting sensor 3 for outputting a moving amount of the measured object 10 with the number of pulses of the output signal, and a signal processing section 4 for generating one output signal from the absolute position detection signal which is an output signal of an absolute position detection sensor 2 and a relative position detection signal which is an output signal of the relative position detecting sensor 3. The position detector 1 detects a relative distance from the predetermined position of the measured object 10 by measuring the number of pulses of a compound position detecting signal with reference to the position where the compound position detection signal varies to a value higher or lower than a predetermined level. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、被測定物の位置を検出する位置検出センサから出力される位置検出信号を信号処理し、該信号処理後の位置検出信号に基づいて被測定物の位置を測定する位置検出装置に関する。   The present invention relates to a position detection device that performs signal processing on a position detection signal output from a position detection sensor that detects the position of an object to be measured, and measures the position of the object to be measured based on the position detection signal after the signal processing. .

センサやスイッチの検出信号を信号処理する信号処理回路としては、様々なものが提案されている(特許文献1〜8参照)。   Various signal processing circuits that process detection signals from sensors and switches have been proposed (see Patent Documents 1 to 8).

このうち特許文献1に記載されている技術は、複数のアナログスイッチを制御し、このアナログスイッチの制御に応じた分圧値(検出信号の一種)を、後段のA/D(アナログ−デジタル)変換器を介してマイクロコンピュータに入力し、分圧値を設定値と比較して、その比較結果から上記複数のアナログスイッチのオンとオフの状態を判定するものである。
特許文献2に記載されている技術は、複数のスイッチを制御し、このスイッチの制御による電圧値(検出信号の一種)をマイクロコンピュータ内のA/D変換器に入力するものであり、とくに複数のスイッチの多重操作を精度よく検出するための1つの電圧値を生成する手法に関する。
特許文献3に記載されている技術は、マイクロコンピュータの端子の兼用化に関し、A/D変換すべき信号(検出信号として使用可能な信号)と、割込信号とを共通の端子から取り込めるようにスイッチで切り換えるものである。
A/D特許文献4に記載されている技術は、デジタルオシロスコープの信号処理回路に関し、その入力端子に印加された信号(検出信号の一種)を、A/D変換回路に入力する前に、その交流成分と直流成分に分けて増幅することにより、信号経路の直流特性と広帯域特性とを両立させるものである。
Among them, the technique described in Patent Document 1 controls a plurality of analog switches, and a divided voltage value (a type of detection signal) according to the control of the analog switches is used as a subsequent A / D (analog-digital). The voltage is input to the microcomputer via the converter, the divided voltage value is compared with a set value, and the on / off states of the plurality of analog switches are determined from the comparison result.
The technique described in Patent Document 2 controls a plurality of switches and inputs a voltage value (a kind of detection signal) by the control of the switches to an A / D converter in the microcomputer. The present invention relates to a method for generating one voltage value for accurately detecting multiple operations of the switches.
The technology described in Patent Document 3 relates to the sharing of a microcomputer terminal so that a signal to be A / D converted (a signal that can be used as a detection signal) and an interrupt signal can be captured from a common terminal. It is to be switched with a switch.
The technique described in A / D Patent Document 4 relates to a signal processing circuit of a digital oscilloscope, and before inputting a signal (a type of detection signal) applied to its input terminal to the A / D conversion circuit, By amplifying the signal by dividing it into an alternating current component and a direct current component, both the direct current characteristics and the broadband characteristics of the signal path are achieved.

これら特許文献1〜4に記載されている技術は、基本的には1つの検出信号(又は、1つの検出信号に基づく信号)を信号処理するものであり、それによって信号伝送ライン数を削減する他、後段の処理回路の入力端子数を減らし、あるいは、信号処理の精度や特性を向上させるものである。   These techniques described in Patent Documents 1 to 4 basically process one detection signal (or a signal based on one detection signal), thereby reducing the number of signal transmission lines. In addition, the number of input terminals of the subsequent processing circuit is reduced, or the accuracy and characteristics of signal processing are improved.

一方、特許文献5および7に記載されている技術においては2つの検出信号に対し信号処理を行う。
特許文献5に記載されている技術は、2つの検出信号の和信号と差信号の比に比例した信号を得るに際し、後段のA/D変換器の分解能が低くて済むように、2つの検出信号の一方と和信号によって所望の結果が得られるようにしたものである。
特許文献6に記載されている技術は、デジタイザなどの座標入力装置に関し、2つの検出信号、すなわちX座標信号とY座標信号を切替接続回路により切り替えて差動増幅し、X座標信号とY座標信号を順次A/D変換するものである。
On the other hand, in the techniques described in Patent Documents 5 and 7, signal processing is performed on two detection signals.
In the technique described in Patent Document 5, two signals are detected so that the resolution of the A / D converter at the subsequent stage may be low when obtaining a signal proportional to the ratio of the sum signal and the difference signal of the two detection signals. A desired result can be obtained by one of the signals and the sum signal.
The technique described in Patent Document 6 relates to a coordinate input device such as a digitizer, and switches between two detection signals, that is, an X coordinate signal and a Y coordinate signal by a switching connection circuit to differentially amplify the X coordinate signal and the Y coordinate. The signal is A / D converted sequentially.

ところで、2つの検出信号を用いて被測定物の位置制御を行うものとして、カメラ等におけるレンズの位置制御が知られている。
レンズの位置制御部においては、通常、アクチュエータの動作、たとえばDCモータ等の回転に応じて相対位置を検出し相対位置検出信号を出力する相対位置センサ、および、レンズの機械的な絶対位置を検出し絶対位置検出信号を出力する絶対位置検出センサを備える。そして、絶対位置検出センサの出力変化を基準に、相対位置検出センサの出力変動をカウントしてレンズを目的の位置まで移動させ、停止させることによりレンズ位置を制御する。
By the way, position control of a lens in a camera or the like is known as performing position control of an object to be measured using two detection signals.
In the lens position control unit, a relative position sensor that detects a relative position and outputs a relative position detection signal according to an actuator operation, for example, rotation of a DC motor, and a mechanical absolute position of the lens are usually detected. And an absolute position detection sensor for outputting an absolute position detection signal. Then, based on the output change of the absolute position detection sensor, the output position of the relative position detection sensor is counted, the lens is moved to the target position, and the lens position is controlled by stopping.

レンズの位置制御などの用途では、とくに小型化および低コストが要求される。
上記のようにDCモータ等のアクチュエータの動きに連動した相対位置検出センサとして、一般的に、回転式エンコーダ、あるいは、モアレ干渉縞を利用した光学スケールなどを使用すると、その構造が簡素で安価である。とくに回転式エンコーダは、その回転検出デバイスとして、フォトインタラプタ等のアナログデバイスを使用すると、その構造が簡単で安価である。
また、絶対位置検出センサとしては、機械式スイッチ、非接触の光学センサ、たとえばフォトインタラプタ又はフォトリフレクタを用いると、その構造が簡単で安価である。
In applications such as lens position control, particularly miniaturization and low cost are required.
As described above, when a rotary encoder or an optical scale using moire interference fringes is used as a relative position detection sensor linked to the movement of an actuator such as a DC motor, the structure is simple and inexpensive. is there. In particular, when a rotary encoder uses an analog device such as a photo interrupter as its rotation detection device, its structure is simple and inexpensive.
As the absolute position detection sensor, if a mechanical switch or a non-contact optical sensor such as a photo interrupter or a photo reflector is used, its structure is simple and inexpensive.

これらレンズ位置制御部を簡単で安価とするために採用される相対位置検出センサおよび絶対位置検出センサは、通常、その出力がアナログ信号である。したがって、これらのセンサ出力に基づいて中央演算ユニット(CPU)等でレンズ位置を測定し制御するためには、そのセンサ出力を増幅し、アナログ信号を量子化するためのA/D変換器(又は、その機能)が必要となる。この用途では高い量子化精度は不要であることから、通常、CPU内のA/D変換機能を利用して相対位置検出信号と絶対位置検出信号をそれぞれA/D変換し、A/D変換後の信号を基に、アクチュエータとなるモータ等のフィードバック制御を行う。
特開平08−201889号公報 特開平09−270685号公報 特開平06−036056号公報 特開平06−197019号公報 特開平03−263619号公報 特開平02−260023号公報
The relative position detection sensor and the absolute position detection sensor employed to make the lens position control unit simple and inexpensive usually output an analog signal. Therefore, in order to measure and control the lens position by a central processing unit (CPU) or the like based on these sensor outputs, an A / D converter (or an amplifier for amplifying the sensor output and quantizing the analog signal) (or , Its function) is required. Since high quantization accuracy is not necessary in this application, the A / D conversion function in the CPU is usually used to A / D convert the relative position detection signal and the absolute position detection signal, respectively, and after A / D conversion. Based on this signal, feedback control of a motor or the like serving as an actuator is performed.
JP 08-201889 A JP 09-270685 A Japanese Patent Laid-Open No. 06-036056 Japanese Patent Laid-Open No. 06-197019 Japanese Patent Laid-Open No. 03-263619 Japanese Patent Laid-Open No. 02-260023

上記のように2つの位置検出センサをCPUにてA/D変換する場合、2つの信号伝送ラインを要する他、CPU内でA/D変換ポートを2つ確保する必要がある。また、2つのセンサ出力を同時にA/D変換する必要があるためCPUの負荷が重く、駆動源(アクチュエータ)の制御に対して位置検出に遅れが発生する。   When the two position detection sensors are A / D converted by the CPU as described above, two signal transmission lines are required, and two A / D conversion ports need to be secured in the CPU. Further, since it is necessary to A / D convert two sensor outputs at the same time, the load on the CPU is heavy, and the position detection is delayed with respect to the control of the drive source (actuator).

また、CPUのA/D変換ポートを利用して上記の信号を処理する、たとえばカメラの場合、安価のCPUにおいてA/D変換チャンネルは、4チャンネル程度しかないものがある。カメラの場合、システム上CPUで必要とされるA/D変換ポートは、レンズ位置制御用のほかに、環境温度検出用、バッテリ温度検出用、バッテリ電圧検出用などがある。これらを想定するとA/D変換ポート数が4つではとても十分とは言えず、できる限りレンズ制御等で使用するA/Dポート数を減らす必要がある。また、A/D変換ポート数を増やすと、それだけカメラのシステムコストが増大し好ましくない。   Further, for example, in the case of a camera that processes the above signals using the A / D conversion port of the CPU, some A / D conversion channels are only about 4 channels in an inexpensive CPU. In the case of a camera, A / D conversion ports required by the CPU on the system include not only lens position control but also environmental temperature detection, battery temperature detection, and battery voltage detection. Assuming these, the number of A / D conversion ports is not sufficient, and it is necessary to reduce the number of A / D ports used for lens control as much as possible. Further, increasing the number of A / D conversion ports is not preferable because the system cost of the camera increases accordingly.

なお、このようなレンズ等の位置検出制御の用途に対しては、以下の理由により、前述した2つの検出信号に対する信号処理技術(特許文献5および6)を適用することができない。
特許文献5は2つの検出信号の差信号と和信号の比に比例した信号を得ることから、たとえば光ディスクのサーボ制御に特化したものである。また、特許文献6は、座標入力装置に関するものであり、とくに2つの検出信号(X座標信号とY座標信号)が片方ずつ差動増幅されて順次A/D変換される。これと同じような方法をレンズ等の位置制御に適用すると、その制御レスポンスを悪くすることから、この方法はカメラなどの用途に使えない。
It should be noted that the signal processing technology (Patent Documents 5 and 6) for the two detection signals described above cannot be applied to the use of such position detection control of a lens or the like for the following reason.
Since Patent Document 5 obtains a signal proportional to the ratio of the difference signal between two detection signals and the sum signal, it specializes in servo control of an optical disk, for example. Patent Document 6 relates to a coordinate input device, and in particular, two detection signals (X coordinate signal and Y coordinate signal) are differentially amplified one by one and sequentially A / D converted. If a method similar to this is applied to the position control of a lens or the like, the control response is deteriorated, so this method cannot be used for a camera or the like.

本発明が解決しようとする課題は、被測定物の位置制御のため信号処理回路の改良にある。   The problem to be solved by the present invention is to improve a signal processing circuit for controlling the position of an object to be measured.

本発明に係る位置検出装置は、被測定物が所定位置に移動したことを出力信号のレベルの変化として出力する絶対位置検出センサと、被測定物の移動量を出力信号のパルス数で出力する相対位置検出センサと、前記絶対位置検出センサの出力信号である絶対位置検出信号と、前記相対位置検出センサの出力信号である相対位置検出信号とから一の出力信号を複合位置検出信号として生成する信号処理部と、を有し、前記複合位置検出信号が所定レベル以上又は以下に変化した位置を基点に該複合位置検出信号のパルス数を計測することにより、前記被測定物の前記所定位置からの相対距離を検出する。
本発明に係る他の位置検出装置は、被測定物が所定位置に移動したことを出力信号のレベルの変化として出力する絶対位置検出センサと、被測定物の移動量を出力信号のパルス数で出力する相対位置検出センサと、前記絶対位置検出センサの出力信号である絶対位置検出信号と、前記相対位置検出センサの出力信号である相対位置検出信号とから一の出力信号を複合位置検出信号として生成する信号処理部と、を有し、前記複合位置検出信号のピークレベル、ボトムレベル又は前記ピークレベル及びボトムレベルにより特定される所定のレベルの変化を検出した位置を基点に該複合位置検出信号のパルス数を計測することにより、前記被測定物の前記所定位置からの相対距離を検出する。
The position detection device according to the present invention outputs an absolute position detection sensor that outputs a change in the level of an output signal that the object to be measured has moved to a predetermined position, and outputs the amount of movement of the object to be measured by the number of pulses of the output signal. One output signal is generated as a composite position detection signal from the relative position detection sensor, the absolute position detection signal that is an output signal of the absolute position detection sensor, and the relative position detection signal that is an output signal of the relative position detection sensor. A signal processing unit, and by measuring the number of pulses of the composite position detection signal based on a position where the composite position detection signal has changed to a predetermined level or higher or below, The relative distance of is detected.
Another position detection apparatus according to the present invention includes an absolute position detection sensor that outputs a change in the level of an output signal that the object to be measured has moved to a predetermined position, and a movement amount of the object to be measured by the number of pulses of the output signal. One output signal from the output relative position detection sensor, the absolute position detection signal that is the output signal of the absolute position detection sensor, and the relative position detection signal that is the output signal of the relative position detection sensor is used as a composite position detection signal. A signal processing unit that generates the composite position detection signal based on a peak level, a bottom level of the composite position detection signal, or a position at which a change in a predetermined level specified by the peak level and the bottom level is detected. The relative distance from the predetermined position of the object to be measured is detected by measuring the number of pulses.

好ましくは、前記信号処理部は、前記相対位置検出信号と前記絶対位置検出信号とを差動増幅処理することにより前記一の信号である前記複合位置検出信号を生成する。
あるいは、好ましくは、前記信号処理部は、前記相対位置検出信号を搬送波として、前記絶対位置検出信号により該搬送波の振幅変調を行うことにより前記一の信号である前記複合位置検出信号を生成する。
好ましくは、前記複合位置検出信号のダイナミックレンジをX(V)、前記絶対位置検出信号の振幅範囲をA(V)、前記相対位置検出信号の振幅範囲をB(V)、前記相対位置検出信号のノイズレベルをWn(V)とした場合に、下記(1)及び(2)を満たす。
(1)X>A+B
(2)A>B+Wn
Preferably, the signal processing unit generates the composite position detection signal which is the one signal by performing differential amplification processing on the relative position detection signal and the absolute position detection signal.
Alternatively, preferably, the signal processing unit generates the composite position detection signal which is the one signal by performing amplitude modulation of the carrier wave with the absolute position detection signal using the relative position detection signal as a carrier wave.
Preferably, the dynamic range of the composite position detection signal is X (V), the amplitude range of the absolute position detection signal is A (V), the amplitude range of the relative position detection signal is B (V), and the relative position detection signal is When the noise level is Wn (V), the following (1) and (2) are satisfied.
(1) X> A + B
(2) A> B + Wn

本発明に係る信号処理装置において、被測定物の位置制御のため信号処理回路を改良することができた。   In the signal processing apparatus according to the present invention, the signal processing circuit can be improved for controlling the position of the object to be measured.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に、本発明の実施の形態における位置検出のための位置検出装置の一構成例を示す。
図1に示すように、位置検出装置1は、被測定物10の位置を測定するために2つの位置検出センサ、すなわち被測定物の絶対位置を検出し絶対位置検出信号Saを出力する絶対位置検出センサ2と、非測定物の相対位置を検出し相対位置検出信号Srを出力する相対位置検出センサ3とを有する。ここで「絶対位置」とは相対位置の基準あるいは起点を示す位置をいい、絶対位置からの相対位置の変化量で被測定物の位置が確定する。
FIG. 1 shows a configuration example of a position detection device for position detection according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the position detection device 1 detects two positions detection sensors, that is, an absolute position for detecting an absolute position of the object to be measured and outputs an absolute position detection signal Sa in order to measure the position of the object 10 to be measured. It has a detection sensor 2 and a relative position detection sensor 3 that detects a relative position of a non-measurement object and outputs a relative position detection signal Sr. Here, the “absolute position” means a position indicating the reference or starting point of the relative position, and the position of the object to be measured is determined by the amount of change in the relative position from the absolute position.

位置検出装置1は、絶対位置検出信号Saと相対位置検出信号Srとから一の信号(以下、複合位置検出信号という)Sdを出力する信号処理回路4と、位置検出信号から被測定物の位置を測定する位置検出部としての中央演算ユニット(CPU)5とを有する。CPU5はA/D変換の機能(便宜上、図1においてA/D変換部5Aにより表示)を有し、A/D変換部5Aに上記複合位置検出信号Sdが入力され、ここで複合位置検出信号Sdがデジタル信号に変換され、不図示のCPU内機能により位置検出のためのデジタル信号処理が実行される。   The position detection apparatus 1 includes a signal processing circuit 4 that outputs one signal (hereinafter referred to as a composite position detection signal) Sd from the absolute position detection signal Sa and the relative position detection signal Sr, and the position of the object to be measured from the position detection signal. And a central processing unit (CPU) 5 as a position detection unit for measuring. The CPU 5 has an A / D conversion function (for convenience, displayed by the A / D conversion unit 5A in FIG. 1), and the composite position detection signal Sd is input to the A / D conversion unit 5A. Sd is converted into a digital signal, and digital signal processing for position detection is executed by a function in the CPU (not shown).

図2(A)に絶対位置検出信号Saの波形を、図2(B)に相対位置検出信号Srの波形を示す。これらの図においては横軸が時間t、縦軸が各検出信号のレベルLを表している。
絶対位置検出信号Saは、図1に示す被測定物10がある向きに移動することに伴って、図2(A)に示すように、たとえばL(Low)レベルからH(High)レベルに推移する信号である。なお、これとは逆に、絶対位置検出信号SaをHレベルからLレベルに推移する信号としてもよい。このような絶対位置検出信号Saを出力する図1に示す絶対位置検出センサ2としては、機械式センサ、たとえば、センサの切片が被測定物10に接触する状態から非接触の状態、あるいは、逆に非接触の状態から接触する状態で出力レベルが変化するスイッチを用いてもよい。ただし、機械式センサは負荷を発生させ、その駆動系への影響があり、負荷の大きさが経時変化し、さらに機械的トレランスにより検出位置が変動することから、絶対位置検出センサ2としては光学センサが望ましい。光学センサとして、フォトインタラプタあるいはフォトリフレクタを用いることができる。
FIG. 2A shows the waveform of the absolute position detection signal Sa, and FIG. 2B shows the waveform of the relative position detection signal Sr. In these figures, the horizontal axis represents time t and the vertical axis represents the level L of each detection signal.
The absolute position detection signal Sa changes from, for example, the L (Low) level to the H (High) level as shown in FIG. 2 (A) as the DUT 10 shown in FIG. 1 moves in a certain direction. Signal. On the contrary, the absolute position detection signal Sa may be a signal that changes from the H level to the L level. As the absolute position detection sensor 2 shown in FIG. 1 that outputs such an absolute position detection signal Sa, a mechanical sensor, for example, a state in which the sensor section is in contact with the object to be measured 10 or a non-contact state, or vice versa. Alternatively, a switch whose output level changes in a contact state from a non-contact state may be used. However, since the mechanical sensor generates a load and affects the drive system, the magnitude of the load changes with time, and the detection position fluctuates due to mechanical tolerance. Therefore, the absolute position detection sensor 2 is optical. A sensor is desirable. A photo interrupter or a photo reflector can be used as the optical sensor.

これに対し、相対位置検出信号Srは、図2(B)に示すように、ノイズの大小により多少振幅変動するが、基本的には一定の振幅を有する周期的な信号が望ましい。このような相対位置検出信号Sr(アナログ波形)を出力する図1に示す相対位置検出センサ3は、たとえばモアレ干渉縞を利用した光学スケールあるいは磁気スケールでもよいが、構造が簡素で安価な回転式のアナログエンコーダが望ましい。なお、アナログエンコーダや上記フォトインタラプタについては後述する。   On the other hand, as shown in FIG. 2B, the relative position detection signal Sr varies somewhat in amplitude depending on the magnitude of noise, but basically a periodic signal having a constant amplitude is desirable. The relative position detection sensor 3 shown in FIG. 1 that outputs such a relative position detection signal Sr (analog waveform) may be, for example, an optical scale or a magnetic scale using moire interference fringes. An analog encoder is desirable. The analog encoder and the photo interrupter will be described later.

つぎに、より具体的な構成および動作を説明する。   Next, a more specific configuration and operation will be described.

図3に、振幅変調により絶対位置検出信号Saと相対位置検出信号Srとを重畳する信号処理回路4を示す。
図3に示す信号処理回路4は、具体的な回路構成は省略するが、AMラジオで使用される振幅変調による方法により2つのアナログ信号の振幅変調し、増幅する機能(図3においては「Mod.&Amp.」と表記)を備える。振幅変調され増幅後の信号は、複合位置検出信号SdとしてCPU5のDA変換ポートAD1に入力される。
FIG. 3 shows a signal processing circuit 4 that superimposes the absolute position detection signal Sa and the relative position detection signal Sr by amplitude modulation.
The signal processing circuit 4 shown in FIG. 3 has a function of amplifying and amplifying two analog signals by the amplitude modulation method used in the AM radio (“Mod” in FIG. . & Amp. ”). The amplitude-modulated and amplified signal is input to the DA conversion port AD1 of the CPU 5 as the composite position detection signal Sd.

図4(C)に、図3に示す構成で振幅変調と増幅により生成された複合位置検出信号Sdの波形を示す。また、図4(A)に絶対位置検出信号Saの波形を、図4(B)に相対位置検出信号Srの波形を示す。これらの図の縦軸および横軸は、前述した図2と同じであり、信号レベルLおよび時間tは3つの図で同じスケールである。   FIG. 4C shows a waveform of the composite position detection signal Sd generated by amplitude modulation and amplification with the configuration shown in FIG. 4A shows the waveform of the absolute position detection signal Sa, and FIG. 4B shows the waveform of the relative position detection signal Sr. The vertical and horizontal axes in these figures are the same as those in FIG. 2 described above, and the signal level L and time t are the same scale in the three figures.

図4(C)を図4(A)および図4(B)と比較すれば明らかなように、複合位置検出信号Sdは、相対位置検出センサの出力波形(相対位置検出信号Sr:図4(B))を搬送波とし、絶対位置検出センサの出力(絶対位置検出信号Sa:図4(A))を信号波形(信号のpeak-to-peak値)として振幅変調を行ったものである。この複合位置検出信号Sdにおいて、絶対位置検出センサの出力は振幅として現れ、相対位置検出センサの出力の繰り返し周期は、複合位置検出信号Sdにおいてもそのまま維持されている。その結果、1つのアナログ量で2つのアナログ信号の情報を表すことができる。   As apparent from comparing FIG. 4C with FIG. 4A and FIG. 4B, the composite position detection signal Sd is an output waveform of the relative position detection sensor (relative position detection signal Sr: FIG. B)) is used as a carrier wave, and amplitude modulation is performed using the output of the absolute position detection sensor (absolute position detection signal Sa: FIG. 4A) as a signal waveform (peak-to-peak value of the signal). In the composite position detection signal Sd, the output of the absolute position detection sensor appears as an amplitude, and the repetition cycle of the output of the relative position detection sensor is maintained as it is in the composite position detection signal Sd. As a result, information of two analog signals can be represented by one analog quantity.

図5に、差動増幅により相対位置検出信号の直流レベルを変化させて複合位置検出信号Sdを生成する信号処理回路4の他の構成例を示す。
図5に示す信号処理回路4は、一方の差動入力(たとえば「+」入力)に絶対位置検出信号Saを入力し、他方の差動入力(たとえば「−」入力)に相対位置検出信号Srを入力し、これらの差を所定のゲインで増幅する差動増幅器(D.Amp)4Aと、相対位置検出信号Srを所定のゲインで増幅し、差動増幅器4Aに出力する増幅器(Amp.)4Bとを有する。差動増幅器4Aの出力から複合位置検出信号Sdが出力され、CPU5のDA変換ポートAD1に入力される。
FIG. 5 shows another configuration example of the signal processing circuit 4 that generates the composite position detection signal Sd by changing the DC level of the relative position detection signal by differential amplification.
The signal processing circuit 4 shown in FIG. 5 inputs the absolute position detection signal Sa to one differential input (for example, “+” input) and the relative position detection signal Sr to the other differential input (for example, “−” input). , And a differential amplifier (D.Amp) 4A that amplifies the difference with a predetermined gain, and an amplifier (Amp.) That amplifies the relative position detection signal Sr with a predetermined gain and outputs the amplified signal to the differential amplifier 4A. 4B. The composite position detection signal Sd is output from the output of the differential amplifier 4A and input to the DA conversion port AD1 of the CPU 5.

図6(C)に、図5に示す構成で差動増幅により生成された複合位置検出信号Sdの波形を示す。また、図6(A)に絶対位置検出信号Saの波形を、図6(B)に相対位置検出信号Srの波形を示す。これらの図の縦軸および横軸は、前述した図2と同じであり、信号レベルLおよび時間tは3つの図で同じスケールとする。ただし、作図の都合上、図5に示す差動増幅器4Aのゲイン、増幅器4Bのゲインはそれぞれ「1」として図6(C)の複合位置検出信号Sdを表している。   FIG. 6C shows a waveform of the composite position detection signal Sd generated by differential amplification with the configuration shown in FIG. FIG. 6A shows the waveform of the absolute position detection signal Sa, and FIG. 6B shows the waveform of the relative position detection signal Sr. The vertical and horizontal axes in these figures are the same as in FIG. 2 described above, and the signal level L and time t are the same scale in the three figures. However, for the sake of drawing, the gain of the differential amplifier 4A and the gain of the amplifier 4B shown in FIG. 5 are set to “1” to represent the composite position detection signal Sd of FIG.

図6(C)に示すように、振幅変調に代えて、相対位置検出センサの出力に対し絶対位置検出センサの出力分を直流シフトさせても、図4(C)の場合と同様に1つのアナログ量で2つのアナログ信号の情報を表すことができる。   As shown in FIG. 6 (C), instead of amplitude modulation, even if the output of the absolute position detection sensor is DC-shifted with respect to the output of the relative position detection sensor, one output is obtained as in FIG. 4 (C). Information of two analog signals can be expressed by analog quantities.

ここで図5に示す差動増幅器4Aのゲイン、増幅器4Bのゲインは、以下ように決めることができる。このゲインの決め方は、図3に示す信号処理回路4内で振幅変調前の信号を増幅する場合にも適用できる。
相対位置検出信号Srは、たとえば回転式のアナログエンコーダの場合、回転体のスリットを通過し、スリット間の回転体部分により遮断される光を受光部で検出することにより得られる。回転体のスリットは周回方向に所定の周期で正確に形成されているが、軸ぶれや回転体の変形により多少なりとも位置検出信号Srの振幅が変動する。このような微小変動と信号経路の重畳ノイズとにより、相対位置検出信号Srのノイズレベルは、図4(C)(又は図6(C))の絶対位置検出前の波形Sd1に示すように、ある幅Wnで変動する。
このノイズレベルの最大変化点から更に外側、すなわち、レベルとしてより小さい側(又はより大きい側)に一定のマージンWd以上離れた位置に絶対位置の検出レベルを設ける必要がある。また、この検出レベルは、図4(A)(又は図6(A))にLdで示すように、絶対位置検出信号のHレベルから十分なマージンだけ離れたレベル変化途中に設定する必要がある。
この検出レベルの波形Sd1およびSd2に対する各マージンが、必要な値Wdより小さいと、図4(C)(又は図6(C))に示す絶対位置検出前の波形Sd1のノイズレベル、あるいは、絶対位置検出後の波形Sd2のノイズレベルに検出レベルが重なり、ノイズにより誤って絶対位置が検出されるおそれがある。このような誤動作を防止するために適切に検出レベルを設定する必要があるが、この設定可能な範囲は、絶対位置検出信号Saと相対位置検出信号Srとの相対的なゲイン調整で拡大することができる。
図3に示す構成においては、ノイズレベルを相対的に抑圧する目的で差動増幅器4Aのゲインを1より大きな値に設定することが望ましい。これに対し、増幅器4Bのゲインは、上記誤動作防止のための範囲拡大の観点から、1以上又は1未満の適切な値に設定することが望ましい。なお、同じ効果を得るために、図3とは逆に、絶対位置検出信号Saを増幅してもよいし、絶対位置検出信号Saと相対位置検出信号Srの双方を異なるゲインで増幅してもよい。
Here, the gain of the differential amplifier 4A and the gain of the amplifier 4B shown in FIG. 5 can be determined as follows. This method of determining the gain can also be applied when a signal before amplitude modulation is amplified in the signal processing circuit 4 shown in FIG.
For example, in the case of a rotary analog encoder, the relative position detection signal Sr is obtained by detecting light that passes through the slits of the rotating body and is blocked by the rotating body portion between the slits by the light receiving unit. The slits of the rotator are accurately formed at a predetermined cycle in the circumferential direction, but the amplitude of the position detection signal Sr varies somewhat due to shaft shake or deformation of the rotator. Due to such minute fluctuations and superimposed noise in the signal path, the noise level of the relative position detection signal Sr is as shown in the waveform Sd1 before the absolute position detection in FIG. 4 (C) (or FIG. 6 (C)). It fluctuates with a certain width Wn.
It is necessary to provide the absolute level detection level at a position further away from the maximum change point of the noise level, that is, on a smaller side (or a larger side) as a level at a position separated by a certain margin Wd or more. Further, this detection level needs to be set in the middle of a level change that is separated from the H level of the absolute position detection signal by a sufficient margin, as indicated by Ld in FIG. 4 (A) (or FIG. 6 (A)). .
If each margin for the waveforms Sd1 and Sd2 of this detection level is smaller than the required value Wd, the noise level of the waveform Sd1 before absolute position detection shown in FIG. 4C (or FIG. 6C), or the absolute The detection level may overlap the noise level of the waveform Sd2 after position detection, and the absolute position may be erroneously detected due to noise. Although it is necessary to set the detection level appropriately in order to prevent such a malfunction, the settable range is expanded by adjusting the relative gain between the absolute position detection signal Sa and the relative position detection signal Sr. Can do.
In the configuration shown in FIG. 3, it is desirable to set the gain of the differential amplifier 4A to a value larger than 1 for the purpose of relatively suppressing the noise level. On the other hand, the gain of the amplifier 4B is desirably set to an appropriate value of 1 or more or less than 1 from the viewpoint of expanding the range for preventing the malfunction. In order to obtain the same effect, contrary to FIG. 3, the absolute position detection signal Sa may be amplified, or both the absolute position detection signal Sa and the relative position detection signal Sr may be amplified with different gains. Good.

本実施の形態では、複合位置検出信号Sdが所定レベル以上又は以下に変化した位置を基点に該複合位置検出信号Sdのパルス数を計測する方法と、複合位置検出信号Sdのピークレベル、ボトムレベル又は当該ピークレベル及びボトムレベルにより特定される所定のレベルの変化を検出した位置を基点に該複合位置検出信号Sdのパルス数を計測する方法とがある。 In the present embodiment, a method of measuring the number of pulses of the composite position detection signal Sd based on the position where the composite position detection signal Sd has changed to a predetermined level or higher or below, and the peak level and bottom level of the composite position detection signal Sd. Alternatively, there is a method of measuring the number of pulses of the composite position detection signal Sd based on a position where a change in a predetermined level specified by the peak level and the bottom level is detected.

何れの方法においても、複合位置検出信号SdのダイナミックレンジをX(V)、絶対位置検出信号Saの振幅範囲をA(V)、相対位置検出信号Srの振幅範囲をB(V)、相対位置検出信号SrのノイズレベルをWn(V)とした場合に、下記(1)及び(2)を満たすことが望ましい。
(1)X>A+B
(2)A>B+Wn
In any method, the dynamic range of the composite position detection signal Sd is X (V), the amplitude range of the absolute position detection signal Sa is A (V), the amplitude range of the relative position detection signal Sr is B (V), and the relative position When the noise level of the detection signal Sr is Wn (V), it is desirable to satisfy the following (1) and (2).
(1) X> A + B
(2) A> B + Wn

これは、確実な絶対位置の検出を行うための条件例を規定するものである。これにより、図12(C)に示すように、ノイズレベルを考慮しながら波形Sd1とDs2が重ならないレベルでの絶対位置検出が可能である。または、ボトムレベルでシフトしても確実に絶対位置に到達したことを検出することができる。   This prescribes an example of a condition for performing reliable absolute position detection. Thereby, as shown in FIG. 12C, it is possible to detect the absolute position at a level where the waveforms Sd1 and Ds2 do not overlap while considering the noise level. Alternatively, it is possible to reliably detect that the absolute position has been reached even when shifting at the bottom level.

このようにして生成された検出信号Sdは、図3又は図5に示すCPU5内でA/D変換され、CPU内の比較などを実行する演算機能、レジスタなどのデータ保持機能を活用して、そのレベル変化極点(以下、正極ピークおよび負極ピークを含め単に「ピーク」という)の検出が実行される。   The detection signal Sd generated in this way is A / D converted in the CPU 5 shown in FIG. 3 or FIG. 5, and uses an arithmetic function for performing comparison in the CPU and a data holding function such as a register, Detection of the level change extreme point (hereinafter simply referred to as “peak” including the positive electrode peak and the negative electrode peak) is performed.

図7に、ピーク検出方法を模式的に示す。なお、実際のピーク検出はデジタルデータに対して行われるが、図7では波形のレベル変化を便宜上、アナログ量で示す。
一般的に、振幅変調された信号は復調処理回路で復調してから処理を行なう必要がある。これに対し、本例では振幅変調後の信号(複合位置検出信号Sd)が元の相対位置検出信号Srの周期をそのまま維持していることから、絶対位置検出後に、複合位置検出信号Sdのパルス数を、たとえばピーク数によりカウントすれば、復調処理を行わなくても、図3又は図5に示すCPU5によって、被測定物10(図1)の位置検出が可能である。
FIG. 7 schematically shows a peak detection method. Although actual peak detection is performed on digital data, in FIG. 7, the waveform level change is shown as an analog amount for convenience.
In general, an amplitude-modulated signal needs to be demodulated by a demodulation processing circuit before being processed. On the other hand, in this example, the amplitude-modulated signal (composite position detection signal Sd) maintains the period of the original relative position detection signal Sr as it is, so that the pulse of the composite position detection signal Sd is detected after the absolute position is detected. If the number is counted by, for example, the number of peaks, the position of the DUT 10 (FIG. 1) can be detected by the CPU 5 shown in FIG. 3 or 5 without performing demodulation processing.

図7に示すように、位置検出信Sdのピーク値が常に監視され、ピーク検出が実行される。正極ピークは、ピークレベルからノイズキャンセルレベルより大きく信号レベルが低下したことにより検出され、負極ピークは、ピークレベルからノイズキャンセルレベルより大きく信号レベルが上昇したことにより検出される。
図7においては、ピーク検出ごとにCPU内のカウンタ値が、…, n-1, n, n+1, n+2, …とインクリメントされる。本例では、その途中でカウンタ値がnとなった後に、信号レベルがハイ側の絶対値検出レベルLdhに達し、これにより絶対位置が検出される。絶対位置が検出されるとカウンタ値がリセットされるか、あるいは、別のカウンタ値がピーク検出数をカウントし始め、この絶対位置を起点に新たに計測が開始されたピーク検出数により被測定物10の位置測定が開始される。
これにより、たとえば所望の位置に対応するカウンタ値に達すると被測定物10の移動を停止するなどの制御を行うことができる。
As shown in FIG. 7, the peak value of the position detection signal Sd is constantly monitored, and peak detection is performed. The positive peak is detected when the signal level decreases from the peak level to a value greater than the noise cancellation level, and the negative peak is detected when the signal level increases from the peak level to a level higher than the noise cancellation level.
In FIG. 7, the counter value in the CPU is incremented with..., N−1, n, n + 1, n + 2,. In this example, after the counter value reaches n in the middle, the signal level reaches the absolute value detection level Ldh on the high side, whereby the absolute position is detected. When the absolute position is detected, the counter value is reset, or another counter value starts counting the number of peak detections, and the object to be measured is based on the number of peak detections newly started from this absolute position. Ten position measurements are started.
Thereby, for example, when the counter value corresponding to the desired position is reached, it is possible to perform control such as stopping the movement of the DUT 10.

以上の位置検出方法では、振幅変動幅が絶対位置検出センサの出力に対応し、相対位置検出センサの出力において波形の周期は変動しない。このため、上記のように相対位置検出センサの出力をピーク検出数で検出すると、振幅変動は相対位置検出に影響を与えない。したがって、信号処理部3の構成が簡素であるにもかかわらず、検出精度が高い位置検出、及び、そのための信号処理が可能である。
また、図8に示すように各検出信号SaとSrをそれぞれ信号増幅(Amp.)した後にCPU内の別のA/D変換ポートAD1とAD2に入力する比較例と比べると、上記本実施の形態の位置検出方法では使用するA/D変換ポートが1つであり、その分、安価なCPUが採用できる。
In the position detection method described above, the amplitude fluctuation range corresponds to the output of the absolute position detection sensor, and the period of the waveform does not change in the output of the relative position detection sensor. For this reason, when the output of the relative position detection sensor is detected by the number of detected peaks as described above, the amplitude fluctuation does not affect the relative position detection. Therefore, although the configuration of the signal processing unit 3 is simple, position detection with high detection accuracy and signal processing therefor are possible.
Further, as shown in FIG. 8, the detection signal Sa and Sr are respectively amplified (Amp.) And then compared to a comparative example in which the signals are input to other A / D conversion ports AD1 and AD2 in the CPU. In the position detection method of the embodiment, only one A / D conversion port is used, and an inexpensive CPU can be used accordingly.

つぎに、以上の位置検出方法を適用してレンズ位置の制御を行う実施例を説明する。   Next, an embodiment in which the lens position is controlled by applying the above position detection method will be described.

カメラのレンズは、レンズ鏡筒の先端側から撮像素子側に向かって、光軸に沿って順に配列され種々の役割をもったレンズ群で構成される。たとえば、あるレンズ構成によれば、レンズ鏡筒の先端側に配置され焦点合わせのための1群レンズ、変倍を行うための2群レンズ、変倍動作後に焦点を撮像面上で正しく結ばせるための3群レンズ、そして、撮像面に結像させるための4群レンズを備える。この何れのレンズ群を可動とし、何れを固定とするかは様々であるが、一般には、2群レンズと4群レンズを可動とし他を固定するもの、2群レンズと3群レンズを可動とし他を固定するもの、これに加えて1群レンズを可動とするもの、3群レンズを省略し2群レンズと4群レンズのリア(撮像素子側)の一部を可動とするものなどがある。   The lens of the camera is composed of lens groups that are arranged in order along the optical axis from the front end side of the lens barrel toward the image sensor side and have various roles. For example, according to a certain lens configuration, a first group lens for focusing, a second group lens for performing zooming, which is arranged on the front end side of the lens barrel, can correctly focus on the imaging surface after zooming operation. And a fourth group lens for forming an image on the imaging surface. Which lens group is movable and which is fixed varies, but generally, the second group lens and the fourth group lens are movable and the others are fixed, and the second group lens and the third group lens are movable. There are things that fix others, in addition to this, those that make the first group lens movable, those that omit the third group lens, and that make the rear part of the second group lens and the fourth group lens (image sensor side) movable .

本実施例では、この可動レンズ群を被測定物(移動ユニット)として一軸移動を行う。
図9に、移動ユニットを移動させる駆動系および位置検出のための構成を図示する。
レンズ群を収容した移動ユニット11は、内面が雌ネジ加工されたネジ穴を有し、そのネジ穴に駆動軸12が通されている。駆動軸12は、その外周に雄ネジが加工され、それが移動ユニットのネジ孔の雌ネジと螺合し、駆動軸12の回転にともなって移動ユニット11が図9に示す矢印方向に移動するようになっている。とくに図示しないが、移動ユニット11はレンズの鏡筒(不図示)にも受けられたガイド機構によってスムーズにスライドが可能になっている。
In this embodiment, the movable lens group is uniaxially moved using the object to be measured (moving unit).
FIG. 9 illustrates a drive system for moving the moving unit and a configuration for position detection.
The moving unit 11 that accommodates the lens group has a screw hole whose inner surface is machined, and the drive shaft 12 is passed through the screw hole. The drive shaft 12 has a male screw formed on the outer periphery thereof, which is screwed with the female screw of the screw hole of the moving unit, and the moving unit 11 moves in the direction of the arrow shown in FIG. 9 as the drive shaft 12 rotates. It is like that. Although not particularly shown, the moving unit 11 can be smoothly slid by a guide mechanism that is also received by a lens barrel (not shown).

駆動軸12の一端部に駆動軸プーリ12Aが固定され、駆動軸プーリ12Aは、モータ(M)13の軸に固定されたモータ側プーリ13Aと、ベルト又はギアにより連結されている。モータ13の回転駆動力は、モータ側プーリ13A、駆動軸プーリ12Aによって伝達され駆動軸12を軸回転させる。モータ13は、図1に示すCPU等による制御下で、モータドライバ14により駆動される。   A drive shaft pulley 12A is fixed to one end of the drive shaft 12, and the drive shaft pulley 12A is connected to a motor-side pulley 13A fixed to the shaft of the motor (M) 13 by a belt or a gear. The rotational driving force of the motor 13 is transmitted by the motor side pulley 13A and the driving shaft pulley 12A to rotate the driving shaft 12. The motor 13 is driven by a motor driver 14 under the control of the CPU or the like shown in FIG.

駆動軸12の他端部に、周回方向に切り欠き部(又はスリット穴)を備えるアナログエンコーダの回転盤15が固定されている。駆動軸12の軸回転にともなって、この回転盤15も軸回転し、その切り欠き部(又はスリット穴)が周期的にフォトインタラプタ16の光を通過させ、周期的に、その光路が回転盤によって遮られることによってフォトインタラプタ16の出力から周期的な相対位置検出信号Srが得られる。なお、この回転盤15は、駆動軸プーリ12A又はモータ側プーリ13Aに切り欠き部やスリット穴を設けることにより代用でき、その場合、フォトインタラプタ16は、駆動軸プーリ12A又はモータ側プーリ13Aに近接配置される。   An analog encoder turntable 15 having a notch (or slit hole) in the circumferential direction is fixed to the other end of the drive shaft 12. As the drive shaft 12 rotates, the turntable 15 also rotates, its notch (or slit hole) periodically passes the light from the photointerrupter 16, and its optical path periodically changes. The periodic relative position detection signal Sr is obtained from the output of the photo interrupter 16. The rotating plate 15 can be substituted by providing a notch or a slit hole in the drive shaft pulley 12A or the motor side pulley 13A. In this case, the photo interrupter 16 is close to the drive shaft pulley 12A or the motor side pulley 13A. Be placed.

図10に、フォトインタラプタ16の等価回路を示す。
電圧供給線とGNDレベル間に抵抗R1を介して発光ダイオードDiが接続され、位置検出時に発光ダイオードに電力が供給されると、発光ダイオードDiが発光する。その光はフォトディテクタ(トランジスタT)で受光される。フォトディテクタは電圧供給線とGND線との間に負荷抵抗RLを介して接続され、受光により光電変換された電荷が電位勾配に応じて流れると、フォトディテクタと負荷抵抗RLとの接続中点の電位が変動する。この電位変動は、フォトディテクタと発光ダイオードとの間の空間を上記回転盤15(図9)が移動し、その回転に応じて光が通過し遮蔽されるたびに、その通過と遮断を1周期として繰り返され、その結果、図11(A)に示す周期的な相対位置検出信号Srが、当該フォトインタラプタ16から出力される。
FIG. 10 shows an equivalent circuit of the photo interrupter 16.
The light emitting diode Di is connected between the voltage supply line and the GND level via the resistor R1. When power is supplied to the light emitting diode during position detection, the light emitting diode Di emits light. The light is received by a photodetector (transistor T). The photodetector is connected between the voltage supply line and the GND line via a load resistor RL. When the charge photoelectrically converted by light reception flows according to the potential gradient, the potential at the midpoint of connection between the photodetector and the load resistor RL is fluctuate. This potential fluctuation occurs when the rotating disk 15 (FIG. 9) moves through the space between the photodetector and the light emitting diode, and the light is passed and blocked according to the rotation. As a result, the periodic relative position detection signal Sr shown in FIG. 11A is output from the photo interrupter 16.

一方、図9に示す移動ユニット11には、その移動方向に長い遮蔽尺11Aが設けられている。遮蔽尺11Aに対し、図10と同様な等価回路の他のフォトインタラプタ17が近接配置されている。このため、フォトインタラプタ17からは、遮蔽尺11Aにより発光ダイオードからの光が遮られている間はLレベルを維持し、遮られなくなるとHレベルに推移することにより、図11(B)に示す波形となる絶対位置検出信号Saが出力される。   On the other hand, the moving unit 11 shown in FIG. 9 is provided with a shielding scale 11A that is long in the moving direction. Another photo interrupter 17 of an equivalent circuit similar to that shown in FIG. For this reason, the photo interrupter 17 maintains the L level while the light from the light emitting diode is blocked by the shielding scale 11A, and transitions to the H level when the light is not blocked, as shown in FIG. An absolute position detection signal Sa having a waveform is output.

この絶対位置検出信号Saおよび上記相対位置検出信号Srは、図1に示す信号処理回路4に出力され、ここで図3又は図5に示す構成によって1つの複合位置検出信号Sdが生成される。
その後、CPU5に入力された複合位置検出信号Sdは、そこでA/D変換される。なお、A/D変換にもノイズ、あるいは機械的な振動が発生し、ある程度変動が予想されるため、これらによる誤判定をしないように、変化判定値を設け、ノイズキャンセル機能を持たせる処理を行うことが望ましい。
A/D変換後に、前述したように信号のピークレベル変化に応じて絶対位置が検出され、それ以後のピーク検出数のカウントによって図9に示す移動ユニット11の位置検出が開始される。制御目標値は、手動による操作、あるいは、オートフォーカス時の測距結果によって予めCPU5に入力され、その内部で記憶されている。移動ユニット11が制御目標値に達すると、あるいは、その直前になると、CPU5はモータドライバ14に停止指示を発し、その結果、モータ13が停止してレンズ位置制御が終了する。
The absolute position detection signal Sa and the relative position detection signal Sr are output to the signal processing circuit 4 shown in FIG. 1, and one composite position detection signal Sd is generated by the configuration shown in FIG. 3 or FIG.
Thereafter, the composite position detection signal Sd input to the CPU 5 is A / D converted there. In addition, noise or mechanical vibration also occurs in A / D conversion, and fluctuations are expected to some extent. Therefore, a process for providing a change determination value and providing a noise canceling function is provided so as not to make an erroneous determination due to these. It is desirable to do.
After the A / D conversion, the absolute position is detected according to the change in the peak level of the signal as described above, and the position detection of the mobile unit 11 shown in FIG. 9 is started by counting the number of detected peaks thereafter. The control target value is input to the CPU 5 in advance by manual operation or a distance measurement result at the time of autofocus, and is stored therein. When the moving unit 11 reaches or just before the control target value, the CPU 5 issues a stop instruction to the motor driver 14, and as a result, the motor 13 stops and the lens position control ends.

この実施例では、たとえば図10に等価回路を示す簡単なアクチュエータ16により絶対位置検出および相対位置検出ができ、レンズ位置制御部の構成がシンプルで安価に製造できるという利点がある。また、前述したように、構成が簡素である割には検出精度が高いレンズ位置検出が可能であり、また、使用するCPU5のA/D変換ポートが1つであり、その分、安価なCPUが採用できるという利益が得られる。   In this embodiment, for example, absolute position detection and relative position detection can be performed by a simple actuator 16 whose equivalent circuit is shown in FIG. 10, and there is an advantage that the configuration of the lens position control unit is simple and can be manufactured at low cost. In addition, as described above, the lens position can be detected with high detection accuracy even though the configuration is simple, and there is only one A / D conversion port of the CPU 5 to be used. Can be employed.

本実施の形態によれば、前述した信号処理部の構成が簡素であるにもかかわらず、検出精度が高い位置検出、及び、そのための信号処理が可能であること、AD変換ポートの削減が可能であることに加え、以下の利点が得られる。
複合位置検出信号が所定レベル以上又は以下に変化した位置により絶対位置を検出する場合、とくに複合位置検出信号のピークレベル、ボトムレベル又は当該ピークレベル及びボトムレベルにより特定される所定のレベルの変化を検出する場合においては、この特定される所定のレベルとして複合位置検出信号の中点のレベルで絶対位置の検出が可能である。
上記2つの方法では、さらに前述した(1)および(2)の条件を同時に満足すると、繰り返し波形の影響やノイズの影響がない安定したレベルでの位置検出が可能である。また、ボトムレベルでシフトしても確実に絶対位置に到達したことを検出することができる。このため、さらに検出精度が高い位置検出、そのための信号処理が可能である。
According to the present embodiment, despite the simple configuration of the signal processing unit described above, position detection with high detection accuracy and signal processing therefor can be performed, and the number of AD conversion ports can be reduced. In addition, the following advantages can be obtained.
When detecting the absolute position based on the position where the composite position detection signal has changed to a level above or below a predetermined level, the peak level of the composite position detection signal, the bottom level, or the change in the predetermined level specified by the peak level and the bottom level are detected. In the case of detection, the absolute position can be detected at the midpoint level of the composite position detection signal as the specified predetermined level.
In the above two methods, if the above conditions (1) and (2) are satisfied at the same time, position detection can be performed at a stable level without the influence of repeated waveforms and noise. Further, even when shifting at the bottom level, it can be reliably detected that the absolute position has been reached. For this reason, position detection with higher detection accuracy and signal processing therefor are possible.

本発明は、被測定物の位置を検出する位置検出センサから出力される位置検出信号を信号処理し、該信号処理後の位置検出信号に基づいて被測定物の位置を測定する用途に広く適用できる。   The present invention is widely applied to applications in which a position detection signal output from a position detection sensor that detects the position of an object to be measured is processed, and the position of the object to be measured is measured based on the position detection signal after the signal processing. it can.

本発明の実施の形態における位置検出のための信号処理装置の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of 1 structure of the signal processing apparatus for the position detection in embodiment of this invention. (A)は絶対位置検出信号の波形図、(B)は相対位置検出信号の波形図である。(A) is a waveform diagram of an absolute position detection signal, and (B) is a waveform diagram of a relative position detection signal. 振幅変調により絶対位置検出信号と相対位置検出信号とを重畳する信号処理部を備えるブロック図である。It is a block diagram provided with the signal processing part which superimposes an absolute position detection signal and a relative position detection signal by amplitude modulation. (A)は絶対位置検出信号の波形図、(B)は相対位置検出信号の波形図、(C)は、図3に示す構成で振幅変調と増幅により生成された位置検出信号の波形図である。(A) is a waveform diagram of an absolute position detection signal, (B) is a waveform diagram of a relative position detection signal, and (C) is a waveform diagram of a position detection signal generated by amplitude modulation and amplification in the configuration shown in FIG. is there. 差動増幅により相対位置検出信号の直流レベルを変化させて位置検出信号を生成する信号処理回路4の他の構成例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the other structural example of the signal processing circuit 4 which produces | generates a position detection signal by changing the direct current | flow level of a relative position detection signal by differential amplification. (A)は絶対位置検出信号の波形図、(B)は相対位置検出信号の波形図、(C)は、図5に示す構成で差動増幅により生成された位置検出信号の波形図である。(A) is a waveform diagram of an absolute position detection signal, (B) is a waveform diagram of a relative position detection signal, and (C) is a waveform diagram of a position detection signal generated by differential amplification in the configuration shown in FIG. . ピーク検出方法を模式的に示す図である。It is a figure which shows the peak detection method typically. 各検出信号をそれぞれ増幅した後にCPU内の別のA/D変換ポートに入力する比較例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the comparative example input into another A / D conversion port in CPU, after amplifying each detection signal, respectively. 実施例において、移動ユニットを移動させる駆動系および位置検出のための構成を示す図である。In an Example, it is a figure which shows the structure for the drive system which moves a movement unit, and a position detection. 実施例で用いたフォトインタラプタの等価回路図である。It is the equivalent circuit schematic of the photo interrupter used in the Example. (A)はフォトインタラプタから出力される相対位置検出信号の波形図、(B)は絶対位置検出信号の波形図である。(A) is a waveform diagram of a relative position detection signal output from a photo interrupter, and (B) is a waveform diagram of an absolute position detection signal. (A)は絶対位置検出信号の波形図、(B)は相対位置検出信号の波形図、(C)は差動増幅により生成された位置検出信号の他の波形図である。(A) is a waveform diagram of an absolute position detection signal, (B) is a waveform diagram of a relative position detection signal, and (C) is another waveform diagram of a position detection signal generated by differential amplification.

符号の説明Explanation of symbols

1…信号処理回路、2…絶対位置検出センサ、3…相対位置検出センサ、4…信号処理部、4A…差動増幅器、4B…増幅器、5…CPU、5A…A/D変換部、10…被測定物、11…移動ユニット、11A…遮蔽尺、12…駆動軸、12A…駆動軸プーリ、13…モータ、13A…モータ側プーリ、14…モータドライバ、15…回転盤、16,17…フォトインタラプタ、Sa…絶対位置検出信号、Sr…相対位置検出信号、Sd…複合位置検出信号、Lp,Lph…検出レベル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Signal processing circuit, 2 ... Absolute position detection sensor, 3 ... Relative position detection sensor, 4 ... Signal processing part, 4A ... Differential amplifier, 4B ... Amplifier, 5 ... CPU, 5A ... A / D conversion part, 10 ... Object to be measured, 11 ... moving unit, 11A ... shielding scale, 12 ... drive shaft, 12A ... drive shaft pulley, 13 ... motor, 13A ... motor side pulley, 14 ... motor driver, 15 ... turntable, 16, 17 ... photo Interruptor, Sa ... Absolute position detection signal, Sr ... Relative position detection signal, Sd ... Compound position detection signal, Lp, Lph ... Detection level

Claims (6)

被測定物が所定位置に移動したことを出力信号のレベルの変化として出力する絶対位置検出センサと、
被測定物の移動量を出力信号のパルス数で出力する相対位置検出センサと、
前記絶対位置検出センサの出力信号である絶対位置検出信号と、前記相対位置検出センサの出力信号である相対位置検出信号とから一の出力信号を複合位置検出信号として生成する信号処理部と、を有し、
前記複合位置検出信号が所定レベル以上又は以下に変化した位置を基点に該複合位置検出信号のパルス数を計測することにより、前記被測定物の前記所定位置からの相対距離を検出する
位置検出装置。
An absolute position detection sensor that outputs as a change in the level of the output signal that the device under test has moved to a predetermined position;
A relative position detection sensor that outputs the amount of movement of the object to be measured by the number of pulses of the output signal;
A signal processing unit that generates one output signal as a composite position detection signal from an absolute position detection signal that is an output signal of the absolute position detection sensor and a relative position detection signal that is an output signal of the relative position detection sensor; Have
A position detection device that detects a relative distance from the predetermined position of the object to be measured by measuring the number of pulses of the composite position detection signal based on a position where the composite position detection signal has changed to a level equal to or higher than a predetermined level. .
被測定物が所定位置に移動したことを出力信号のレベルの変化として出力する絶対位置検出センサと、
被測定物の移動量を出力信号のパルス数で出力する相対位置検出センサと、
前記絶対位置検出センサの出力信号である絶対位置検出信号と、前記相対位置検出センサの出力信号である相対位置検出信号とから一の出力信号を複合位置検出信号として生成する信号処理部と、を有し、
前記複合位置検出信号のピークレベル、ボトムレベル又は前記ピークレベル及びボトムレベルにより特定される所定のレベルの変化を検出した位置を基点に該複合位置検出信号のパルス数を計測することにより、前記被測定物の前記所定位置からの相対距離を検出する
位置検出装置。
An absolute position detection sensor that outputs as a change in the level of the output signal that the device under test has moved to a predetermined position;
A relative position detection sensor that outputs the amount of movement of the object to be measured by the number of pulses of the output signal;
A signal processing unit that generates one output signal as a composite position detection signal from an absolute position detection signal that is an output signal of the absolute position detection sensor and a relative position detection signal that is an output signal of the relative position detection sensor; Have
By measuring the number of pulses of the composite position detection signal based on the position at which the peak level, the bottom level of the composite position detection signal or a change in a predetermined level specified by the peak level and the bottom level is detected, as a base point. A position detection device that detects a relative distance of the measurement object from the predetermined position.
前記複合位置検出信号はアナログ信号であり、
前記複合位置検出信号をA/D変換するA/D変換部を有し、
前記A/D変換部により変換されたデジタル信号に基づいて、前記被測定物の前記所定位置からの相対距離を検出する
請求項1又は2に記載の位置検出装置。
The composite position detection signal is an analog signal,
An A / D converter for A / D converting the composite position detection signal;
The position detection device according to claim 1, wherein a relative distance of the object to be measured from the predetermined position is detected based on the digital signal converted by the A / D conversion unit.
前記信号処理部は、前記相対位置検出信号と前記絶対位置検出信号とを差動増幅処理することにより前記一の信号である前記複合位置検出信号を生成する
請求項1〜3に記載の位置検出装置。
The position detection according to claim 1, wherein the signal processing unit generates the composite position detection signal that is the one signal by performing differential amplification processing on the relative position detection signal and the absolute position detection signal. apparatus.
前記信号処理部は、前記相対位置検出信号を搬送波として、前記絶対位置検出信号により該搬送波の振幅変調を行うことにより前記一の信号である前記複合位置検出信号を生成する
請求項1〜3に記載の位置検出装置。
The signal processing unit generates the composite position detection signal, which is the one signal, by using the relative position detection signal as a carrier wave and performing amplitude modulation of the carrier wave by the absolute position detection signal. The position detection device described.
前記複合位置検出信号のダイナミックレンジをX(V)、
前記絶対位置検出信号の振幅範囲をA(V)、
前記相対位置検出信号の振幅範囲をB(V)、
前記相対位置検出信号のノイズレベルをWn(V)とした場合に、
下記(1)及び(2)を満たす、
(1)X>A+B
(2)A>B+Wn
請求項1〜5に記載の位置検出装置。
The dynamic range of the composite position detection signal is X (V),
The amplitude range of the absolute position detection signal is A (V),
The amplitude range of the relative position detection signal is B (V),
When the noise level of the relative position detection signal is Wn (V),
The following (1) and (2) are satisfied.
(1) X> A + B
(2) A> B + Wn
The position detection device according to claim 1.
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