JP2016161425A5 - - Google Patents
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Description
本発明の一側面としての位置検出装置は、互いに周期が異なる複数の周期パターンが形成された光学スケールとともに用いられ、可動部材の移動に伴って光学スケールと相対移動する際に複数の周期パターンからの光を受光して該複数の周期パターンの周期に応じた周期でそれぞれ変化する複数の第1の検出信号を生成する光学式の第1の位置検出手段と、可動部材の移動に伴って変化する第2の検出信号を生成する非光学式の第2の位置検出手段と、複数の第1の検出信号を用いて第1の位置信号を生成するとともに、第2の検出信号を用いて第1の位置信号とは分解能が異なる第2の位置信号を生成し、第1の位置信号と第2の位置信号とに基づいて可動部材の絶対位置を示す絶対位置信号を生成する演算手段と、第1の位置信号に含まれるノイズ成分が所定量より小さい場合は可動部材の位置を示す信号として絶対位置信号を選択し、ノイズ成分が所定量より大きい場合は可動部材の位置を示す信号として第2の位置信号を選択する選択手段とを有することを特徴とする。
ピッチ切り替え信号出力部107は、第1および第2の受光部103−2,103−3のそれぞれに設けられた複数の受光素子における受光ピッチ(検出ピッチ)を切り替えるためのピッチ切り替え信号を光学センサ103に出力する。光学センサ103は、ピッチ切り替え信号に応じて、受光ピッチを長周期の周期パターン201−1,202−1のピッチに対応した第1の受光ピッチと短周期の周期パターン201−2,202−2のピッチに対応した第2の受光ピッチとに切り替える。これにより、第1および第2の受光部103−2,103−3のそれぞれが2つずつの周期パターンを読み取ることができる。
図2(c)には、サイン波およびコサイン波としての2相信号203,204を逆正接変換により0から2πにて変化する信号205に変換した結果を示している。縦軸は0から2πの角度(ラジアン)であり、横軸は光学センサ103に対するスケール101の位置を示す。
ZoneN(θ2−2′)=INT((Zone(θ2−2′)+180)/360) (11)
次に、離散化されたゾーン信号ZoneN(θ2−2′)と下位結合信号abs−θ1を以下の式(12)のように足し合わせることで、中位信号と下位信号とを結合した中位結合信号Abs−(θ2−2′)を算出する。
Abs−(θ2−2′)=ZoneN(θ2−2′)+(abs−θ1) (12)
ここで、下位結合信号abs−θ1は下位信号と最下位信号とが結合された信号であるので、中位結合信号Abs−(θ2−2′)は中位信号、下位信号および最下位信号が結合された信号に相当する。
「上位信号と中位信号の結合処理(ステップS311)」
上位信号がスケール101上で1回の折り返しを有し、中位信号がスケール101上で10回の折り返しを有するので、上位信号を10(=10/1)倍すると中位信号と傾きが一致する。絶対位置演算部106は、以下の式(13)に示すように、上位信号θ1−1′を10倍することで得られた信号と中位信号θ2−θ2′との差分をとってゾーン信号を得る。
Zone(θ1−1′)=(θ1−1′)×10−(θ2−θ2′) (13)
さらに、以下の式(14)によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。
ZoneN(θ1−1′)=INT((Zone(θ1−1′)+180)/360) (14)
次に、離散化されたゾーン信号ZoneN(θ1−1′)と中位結合信号Abs−(θ2−2′)を以下の式(15)のように足し合わせることで、上位信号と中位信号とを結合した上位結合信号Abs−(θ1−1′)を算出する。
Abs−(θ1−1′)=ZoneN(θ1−1′)+(Abs−(θ2−2′)) (15)
ここで、中位結合信号Abs−(θ2−2′)は中位信号、下位信号および最下位信号を結合した信号であるので、上位結合信号Abs−(θ1−1′)は上位信号、中位信号、下位信号および最下位信号が全て結合された信号に相当する。したがって、上位結合信号Abs−(θ1−1′)は、最下位信号と同じ分解能と上位信号と同じスケールレンジとを併せ持った信号となる。
次に、離散化されたゾーン信号ZoneN(θ2−2′)と下位結合信号abs−θ1を以下の式(12)のように足し合わせることで、中位信号と下位信号とを結合した中位結合信号Abs−(θ2−2′)を算出する。
Abs−(θ2−2′)=ZoneN(θ2−2′)+(abs−θ1) (12)
ここで、下位結合信号abs−θ1は下位信号と最下位信号とが結合された信号であるので、中位結合信号Abs−(θ2−2′)は中位信号、下位信号および最下位信号が結合された信号に相当する。
「上位信号と中位信号の結合処理(ステップS311)」
上位信号がスケール101上で1回の折り返しを有し、中位信号がスケール101上で10回の折り返しを有するので、上位信号を10(=10/1)倍すると中位信号と傾きが一致する。絶対位置演算部106は、以下の式(13)に示すように、上位信号θ1−1′を10倍することで得られた信号と中位信号θ2−θ2′との差分をとってゾーン信号を得る。
Zone(θ1−1′)=(θ1−1′)×10−(θ2−θ2′) (13)
さらに、以下の式(14)によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。
ZoneN(θ1−1′)=INT((Zone(θ1−1′)+180)/360) (14)
次に、離散化されたゾーン信号ZoneN(θ1−1′)と中位結合信号Abs−(θ2−2′)を以下の式(15)のように足し合わせることで、上位信号と中位信号とを結合した上位結合信号Abs−(θ1−1′)を算出する。
Abs−(θ1−1′)=ZoneN(θ1−1′)+(Abs−(θ2−2′)) (15)
ここで、中位結合信号Abs−(θ2−2′)は中位信号、下位信号および最下位信号を結合した信号であるので、上位結合信号Abs−(θ1−1′)は上位信号、中位信号、下位信号および最下位信号が全て結合された信号に相当する。したがって、上位結合信号Abs−(θ1−1′)は、最下位信号と同じ分解能と上位信号と同じスケールレンジとを併せ持った信号となる。
Claims (12)
- 互いに周期が異なる複数の周期パターンが形成された光学スケールとともに用いられ、可動部材の移動に伴って前記光学スケールと相対移動する際に前記複数の周期パターンからの光を受光して該複数の周期パターンの周期に応じた周期でそれぞれ変化する複数の第1の検出信号を生成する光学式の第1の位置検出手段と、
前記可動部材の移動に伴って変化する第2の検出信号を生成する非光学式の第2の位置検出手段と、
前記複数の第1の検出信号を用いて第1の位置信号を生成するとともに、前記第2の検出信号を用いて前記第1の位置信号とは分解能が異なる第2の位置信号を生成し、前記第1の位置信号と前記第2の位置信号とに基づいて前記可動部材の絶対位置を示す絶対位置信号を生成する演算手段と、
前記第1の位置信号に含まれるノイズ成分が所定量より小さい場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記絶対位置信号を選択し、前記ノイズ成分が前記所定量より大きい場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記第2の位置信号を選択する選択手段とを有することを特徴とする位置検出装置。 - 前記第1の位置信号は、複数の折り返しを有する信号であり、
前記演算手段は、前記第1および第2の位置信号を用いて前記第1の位置信号における前記複数の折り返しのうち1つを特定するためのゾーン信号を生成し、
前記選択手段は、前記ゾーン信号が所定範囲内にある場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記絶対位置信号を選択し、前記ゾーン信号が前記所定範囲を超える場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記第2の位置信号を選択することを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。 - 前記演算手段は、前記ゾーン信号を離散化処理し、
前記選択手段は、前記離散化処理前の前記ゾーン信号が前記所定範囲内にある場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記絶対位置信号を選択し、前記離散化処理前の前記ゾーン信号が前記所定範囲を超える場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記第2の位置信号を選択することを特徴とする請求項2に記載の位置検出装置。 - 前記選択手段は、前記第2の位置信号を前記可動部材の位置を示す信号として選択した後、前記第2の位置信号の所定変化量以上の変化が生じた場合または前記可動部材が停止してから前記第2の位置信号の変動が所定変動量以下となった場合に、前記可動部材の位置を示す信号の選択を再度行うことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の位置検出装置。
- 前記第2の位置信号は、前記第1の位置信号よりも分解能が低いことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の位置検出装置。
- 前記第1の位置信号は、複数の折り返しを有する信号であり、
前記第2の位置信号は、前記第1の位置信号における前記複数の折り返しのうち1つを特定可能な分解能を有する信号であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の位置検出装置。 - 前記第2の位置検出手段は、前記可動部材の移動に伴って電気抵抗値が変化する可変抵抗器であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の位置検出装置。
- 前記演算手段は、前記第2の位置信号の出力レンジおよびスケールレンジをそれぞれ前記第1の位置信号の出力レンジおよびスケールレンジに対して正規化する処理を行ってから、前記第1の位置信号と前記第2の位置信号とを結合する演算を行うことで前記絶対位置を示す信号を生成することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の位置検出装置。
- 前記複数の第1の検出信号は、互いに位相が90°異なる2相の信号であり、
前記第1の位置信号は前記2相の信号を逆正接変換して0から360°の角度に変換した出力レンジを有しており、
前記演算手段は、前記第2の位置信号の出力レンジを、前記第1の位置信号の0から360°の角度に対応するように正規化することを特徴とする請求項8に記載の位置検出装置。 - 前記演算手段は、前記第2の位置信号のスケールレンジを、前記可動部材がその全移動範囲を移動したときの前記第1の位置信号における累積角度で正規化することを特徴とする請求項8または9に記載の位置検出装置。
- 前記第1の位置信号は、互いに異なる周期P1,P1′で変化する2つの信号の逆正接変換により得られた信号θ1,θ1′と、それぞれ前記周期P1,P1′より短い周期であって互いに異なる周期P2,P2′で変化する2つの信号の逆正接変換により得られた信号θ2,θ2′とを含み、
前記演算手段は、
前記信号θ2,θ2′に対してバーニア演算を行って中位信号を生成し、
前記信号θ1から下位信号を生成し、
前記信号θ2から最下位信号を生成し、
上位信号としての前記第2の位置信号と前記中位信号と前記下位信号と前記最下位信号とを結合する演算を行って前記絶対位置を示す信号を生成することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の位置検出装置。 - 請求項1から10のいずれか一項に記載の位置検出装置と、
該位置検出装置により絶対位置が検出される可動部材とを有することを特徴とする装置。
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---|---|---|---|
JP2015040938A JP6544945B2 (ja) | 2015-03-03 | 2015-03-03 | 位置検出装置、これを用いた装置及び位置検出方法 |
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CN201610122228.7A CN105937917A (zh) | 2015-03-03 | 2016-03-03 | 位置检测设备、包括位置检测设备的设备和位置检测方法 |
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JP2015040938A JP6544945B2 (ja) | 2015-03-03 | 2015-03-03 | 位置検出装置、これを用いた装置及び位置検出方法 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2015040938A Active JP6544945B2 (ja) | 2015-03-03 | 2015-03-03 | 位置検出装置、これを用いた装置及び位置検出方法 |
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US4991125A (en) * | 1989-04-19 | 1991-02-05 | Mitutoyo Corporation | Displacement detector |
JPH0754260B2 (ja) * | 1991-03-07 | 1995-06-07 | 株式会社ミツトヨ | アブソリュートエンコーダ |
JPH10318791A (ja) * | 1997-05-14 | 1998-12-04 | Sony Precision Technol Inc | スケール装置 |
JP2004037275A (ja) * | 2002-07-03 | 2004-02-05 | Okuma Corp | 光学式エンコーダ |
JP2005345375A (ja) * | 2004-06-04 | 2005-12-15 | Mitsutoyo Corp | 電磁誘導式absエンコーダ |
US8493572B2 (en) * | 2010-05-05 | 2013-07-23 | Mitutoyo Corporation | Optical encoder having contamination and defect resistant signal processing |
JP2012013654A (ja) * | 2010-07-05 | 2012-01-19 | Canon Inc | アブソリュートエンコーダ及び撮像装置 |
JP2013156120A (ja) * | 2012-01-30 | 2013-08-15 | Canon Inc | 位置検出装置およびレンズ鏡筒 |
JP6032936B2 (ja) * | 2012-05-07 | 2016-11-30 | キヤノン株式会社 | バーニア方式位置検出エンコーダ用スケール、バーニア方式位置検出エンコーダおよびこれを備えた装置 |
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2015
- 2015-03-03 JP JP2015040938A patent/JP6544945B2/ja active Active
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