JP2006524335A - スケールまたはディスクの取り付け誤差の影響を受けにくい絶対光学エンコーダ用の方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (27)
- 絶対位置の符号化装置であって、
その上部に形成された第1符号トラックおよび第2符号トラックを具備するスケール要素(100)と、
前記第1および第2符号トラックを照射する光源(110、111)と、
前記第1および第2符号トラックの一部の画像を同時に生成するために、前記符号トラックを照射した光を受光するべく構成されたエリア・アレイセンサ(115、116)であって、複数の行を具備するピクセルマトリックス上に画像を生成する機能を有するエリア・アレイセンサ(115、116)と、
前記第1符号トラックを有する前記ピクセルマトリックス内の行に対応する第1検出器ライン(410)を読み取る手段と、
前記第2符号トラックを有する前記ピクセルマトリックス内の行に対応する第2検出器ライン(420)を読み取る手段と、
前記スケール要素が不正確に取り付けられた結果として生じる前記第1および第2符号トラックの変動を補償する補償手段と、
前記スケール要素から生成された前記第1および第2符号トラックの画像に基づいて、絶対位置を数値的に算出する処理手段とを備えることを特徴とする符号化装置。 - 前記スケール要素は、ロータリー形エンコーダにおいて使用されるのに適した光学ディスクであり、前記第1符号トラックは、インクリメンタル・トラックを表しており、前記第2符号トラックは、絶対トラックを表している請求項1記載の符号化装置。
- 前記光源は、LED、レーザーダイオードまたは白熱光源等の発光体である請求項1記載の符号化装置。
- 前記エリア・アレイセンサは、CCDまたはCMOSフォトダイオードの技術によって構築されている請求項1記載の符号化装置。
- 前記光源および前記エリア・アレイセンサは、前記スケール要素の第1面上に隣接して配置され、第2面上には、ミラーが配置されており、この結果として、放射された光は、前記ミラーにより反射され、前記スケール要素を介して前記第1および第2符号トラックを照射し、前記センサにより受光される請求項1記載の符号化装置。
- 前記処理手段は、さらに、前記第1および第2符号トラックの前記画像の位相強度分布、空間周波数および位相角度を数値的に算出するFPGA(Field Programmable Gate Array)ロジック回路を有する請求項1記載の符号化装置。
- 少なくとも2つのエリア・アレイセンサが180度だけ離隔して配置されており、この結果として、前記第1および第2符合トラックをそれぞれ表すインクリメンタル・トラックおよび絶対符号トラックが2つの異なる場所において読み取られることにより、2つの異なる角度位置が生成され、前記絶対位置は、前記角度位置の平均値に基づいて算出される請求項1記載の符号化装置。
- 前記インクリメンタル・トラックは、前記ディスクの外周部の近傍で各々が均等に離隔し放射状に分布した複数のマークから構成されており、前記絶対トラックは、前記インクリメンタル・トラックの内側に放射状に分布した広いラインと狭いラインを含む一連の符号化されたラインを形成するためのマークから構成されており、この結果として、前記広いラインは、前記トラックを均等なサイズのセクションに分割し、それぞれのセクション内に、前記絶対位置に関する情報を保持する2つの狭いデータラインが存在している請求項2記載の符号化装置。
- 前記補償手段は、前記符号トラックの望ましくない空間的な動きを引き起こす前記スケール要素の不正確な取り付けに起因して、パターン周期が変化した場合に、前記インクリメンタル・トラックの画像の前記検出器ラインを動的に変更する手段を有しており、前記検出器ラインは、同一のパターン周期を有する画像を常に含むようにシフトされる請求項1記載の符号化装置。
- 前記補償手段は、変動するトラックの空間周波数に整合するべく、フーリエ位相アルゴリズム内において使用されるパターン周期の数値を変更する手段を有する請求項1記載の符号化装置。
- 4つのエリア・アレイセンサが90度だけ離隔して配置されており、この結果として、前記インクリメンタル・トラックおよび絶対符号トラックが4つの異なる場所において読み取られる請求項1記載の符号化装置。
- 垂直面内および水平面内における角度位置を計測する光学エンコーダを含むと共に、ターゲットを自動追跡するサーボメカニズムと協働して地形測量および地図作成のために使用されるトータルステーション・セオドライト装置(700)であって、
前記光学エンコーダは、
その上部にインクリメンタル符号トラックおよび絶対符号トラックを具備する光学ディスク(800、810)と、
前記インクリメンタル符号トラックおよび絶対符号トラックを照射する発光体の光源(110、111)と、
前記光学ディスクから前記インクリメンタル符号トラックおよび絶対符号トラックの一部の画像を同時に生成するために、前記インクリメンタル符号トラックおよび絶対符号トラックを照射した光を受光するべく構成されたエリア・アレイセンサ(115、116)であって、複数の行を具備するピクセルマトリックス上に画像を生成する機能を有するエリア・アレイセンサ(115、116)と、
前記インクリメンタル符号トラックを有する前記ピクセルマトリックス内の行に対応する第1検出器ライン(410)を読み取る手段と、
前記絶対符号トラックを有する前記ピクセルマトリックス内の行に対応する第2検出器ライン(420)を読み取る手段と、
前記光学ディスクの不正確な取り付けの結果として生じる前記インクリメンタル符号トラックおよび絶対符号トラックのシフトを補償する補償手段と、
前記光学ディスクから生成された前記インクリメンタル符号トラックおよび絶対符号トラックの画像に基づいて、絶対位置を算出する処理手段と、
地形データを算出し、前記ターゲットに関する情報を追跡する手段とを備えることを特徴とするトータルステーション・セオドライト装置。 - 前記光学ディスクは、不透明なディスクであって、透明な符号トラックマークを有するか、または、透明なディスクであって、不透明な符号トラックマークを有している請求項12記載のトータルステーション・セオドライト装置。
- 前記発光体は、LED、レーザーダイオードまたは白熱光源であり、前記エリア・アレイセンサは、ILT(Interline Transfer) CCDのエリア・アレイセンサである請求項12記載のトータルステーション・セオドライト装置。
- 前記処理手段は、前記インクリメンタル符号トラックおよび絶対符号トラックの前記画像の位相強度分布、空間周波数および位相角度を数値的に算出するFPGA(Field Programmable Gate Array)ロジック回路をさらに有する請求項12記載のトータルステーション・セオドライト装置。
- 少なくとも2つのエリア・アレイセンサが180度だけ離隔して配置されており、この結果として、前記インクリメンタル符号トラックおよび絶対符号トラックが2つの異なる場所において読み取られることにより、2つの異なる角度位置が生成され、前記絶対位置は、前記角度位置の平均値に基づいて算出される請求項12記載のトータルステーション・セオドライト装置。
- 前記インクリメンタル符号トラックは、前記ディスクの外周部の近傍で各々が均等に離隔し放射状に分布した複数のマークから構成されており、前記絶対符号トラックは、前記インクリメンタル符号トラックの内側に放射状に分布した広いラインと狭いラインを含む一連の符号化されたラインを形成するためのマークから構成されており、この結果として、前記広いラインは、前記トラックを均等なサイズのセクションに分割し、それぞれのセクション内には、前記絶対位置に関する情報を保持する2つの狭いデータラインが存在している請求項12記載のトータルステーション・セオドライト装置。
- 前記処理手段は、自動追跡サーボメカニズムを動作させるプロセッサとコントローラにより実行される請求項12記載のトータルステーション・セオドライト装置。
- 前記補償手段は、前記ディスクの空間的な動きに起因してパターン周期が変化した場合に、前記インクリメンタル符号トラックの前記画像の前記検出器ラインを動的に変更する手段を有しており、前記検出器ラインは、同一のパターン周期を有する画像を常に含むようにシフトされる請求項12記載のトータルステーション・セオドライト装置。
- 前記補償手段は、変動するトラックの空間周波数に整合するべく、フーリエ位相アルゴリズム内において使用されるパターン周期の数値を変更する手段を有する請求項12記載のトータルステーション・セオドライト装置。
- 光学エンコーダ装置によって絶対位置を算出する方法であって、
スケール要素(100)上に形成されたインクリメンタル符号トラックおよび絶対符号トラックを光源(110、111)により照射する段階と、
前記インクリメンタル符号トラックおよび絶対符号トラックのセグメントの画像をCCDまたはCMOSのエリア・アレイセンサ(115、116)上に生成する段階であって、前記セグメントは、複数の行を具備するピクセルマトリックス上に画像が生成される段階と、
前記インクリメンタル符号トラックを有する前記マトリックス内の行に対応する第1検出器ライン(410)を読み取る段階と、
前記絶対符号トラックを有する前記マトリックス内の行に対応する第2検出器ライン(420)を読み取る段階と、
前記スケール要素の不正確な取り付けの結果として生じる前記インクリメンタル符号トラックおよび絶対符号トラックの変動を補償する段階と、
前記インクリメンタル符号トラックおよび絶対符号トラックの前記画像の光分布に基づいて、絶対位置を数値的に算出する段階とを有することを特徴とする方法。 - 少なくとも2つのエリア・アレイセンサが180度だけ離隔して配置されており、この結果として、前記インクリメンタ符号トラックおよび絶対符号トラックが2つの異なる場所において読み取られることにより、2つの異なる角度位置が生成され、前記絶対位置は、前記角度位置の平均値に基づいて算出される請求項21記載の方法。
- 前記光源および前記エリア・アレイセンサは、前記スケール要素の一方の面上に隣接して配置され、他方の面上には、ミラーが配置されており、放射された光は、前記ミラーにより反射され、前記スケール要素を介して前記インクリメンタ符号トラックおよび絶対符号トラックを照射し、前記センサにより受光される請求項21記載の方法。
- 前記補償する段階は、前記ディスクの空間的な動きに起因してパターン周期が変化した場合に、前記インクリメンタル符号トラックの前記画像の前記検出器ラインを動的に変更し、前記検出器ラインは、同一のパターン周期を有する画像を常に含むようにシフトされる請求項21記載の方法。
- 前記補償する段階は、変動するトラックの空間周波数に整合するべく、フーリエ位相アルゴリズム内において使用されるパターン周期の数値を変更する段階を有する請求項21記載の方法。
- 少なくとも1つのFPGA(Field Programmable Gate Array)が、前期絶対位置を数値的に算出する段階の少なくとも一部を実行する請求項21記載の方法。
- 4つのエリア・アレイセンサが90度だけ離隔して配置されており、この結果として、前記インクリメンタル符号トラックおよび絶対符号トラックが4つの異なる場所において読み取られる請求項21記載の方法。
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