JP3308579B2 - 絶対位置測定装置 - Google Patents

絶対位置測定装置

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JP3308579B2 JP05072792A JP5072792A JP3308579B2 JP 3308579 B2 JP3308579 B2 JP 3308579B2 JP 05072792 A JP05072792 A JP 05072792A JP 5072792 A JP5072792 A JP 5072792A JP 3308579 B2 JP3308579 B2 JP 3308579B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、可動素子の絶対位置を
測定する装置であって、複数のトラックを有する目盛素
子と、該トラックの数と同数の検出素子を具えるピック
アップ装置とを具え、前記検出素子は複数のセンサを具
え、前記トラックは増分トラックと絶対トラックとを具
え、これらトラックは一連のストライプ状部分として形
成され、各ストライプ状部分は目盛素子上の位置に依存
すると共に前記センサで検出可能な特性を有し、更に絶
対トラックと関連する検出素子のセンサからの信号と増
分トラックと関連する検出素子のセンサからの信号との
組合せから可動素子の絶対位置を決定する信号処理装置
を具えた位置測定装置に関するものである。本発明はこ
のような測定装置に好適な目盛素子にも関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】この種の測定装置は欧州特許出願 EPO24
6404A2から既知である。この欧州出願には、一方では増
分目盛が設けされ、他方では基準マークの目盛が設けら
れ、基準マークの目盛に絶対位置を割当てた測定定規の
形態の目盛素子を用いて２つの物体の相対位置を決定す
る測定装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この装置はピックアッ
プ装置を少なくとも次の絶対基準マークまで移動させる
ことなしに絶対位置を測定することはできない欠点を有
する。増分トラックの検出はピッチ内の絶対測定値を発
生するが、測定定規上の絶対値の測定分解能は基準マー
クの符号化及びこれらマーク間に達成し得る最小距離に
より制限される。本発明の目的は絶対測定値をピックア
ップ装置の移動の必要なしに測定し得る高い分解能を有
する絶対位置測定装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明の測定装置にいては、前記絶対トラックの検出可能特
性を前記ストライプ状部分間に擬ランダムに分布させ、
増分トラックの各ピッチに対する信号の組合せが前記ピ
ッチに対し特定の値を有するようにしたことを特徴とす
る。このようにすると、増分トラックの各ピッチが唯一
の符号に符号化される。従って、絶対測定値をピッチ内
の絶対測定値と当該ピッチの唯一符号との組合せにより
発生させることができる。
【０００５】本発明測定装置の特定の実施例では、絶対
トラックのストライプ状部分の中心線が互いに同一の間
隔に位置するものとする。このようにすると測定定規の
製造が著しく簡単になる。本発明測定装置の他の実施例
では、前記検出可能特性を二価特性とする。二価特性に
するとトラック及び検出素子の実現が簡単になる。
【０００６】本発明測定装置の更に他の実施例では、光
源を具え、該光源の光ビームを前記トラックの数に対応
する数の光偏向素子に入射させ、これら光偏向素子をそ
れぞれのトラックを照明するようにそれぞれのトラック
の区域に配置する。この構成は光学検出のために全ての
トラックを照明するのに単一の光源の使用で十分である
利点を有する。
【０００７】本発明測定装置の更に他の実施例では、絶
対トラックと関連する検出素子は光感知センサのアレー
を具えるものとする。このようなセンサのアレーの使用
は二価特性の多数の組合せに適応し得る。擬ランダム分
布の使用可能な組合せの数を決定するのは本質的にセン
サの数である。
【０００８】本発明測定装置の更に他の実施例では、目
盛素子上の増分トラックと絶対トラックとを合成して複
合トラックにする。このようにすると目盛素子の製造が
簡単になると共に１つのピックアップ装置の使用で十分
となる。
【０００９】
【実施例】図面につき本発明を説明する。図１に示す本
発明の絶対位置測定装置１は目盛素子３と、２つの検出
素子４，６を具えるピックアップ装置５と、信号処理装
置７とを具える。各検出素子４，６は複数個のセンサ８
を具え、これらセンサはピックアップ装置４，６ごとに
相違させることができる。測定中、目盛素子３とピック
アップ装置５は矢印12で示す方向に相対的に移動する。
２つの検出素子４及び６は図平面の上方及び下方にそれ
ぞれ位置する。
【００１０】図２は目盛素子３の一実施例を示す。目盛
素子３はストライプ状部分11から成る増分トラック９を
具える。連続する２つのストライプ状部分11の幅により
ピッチ17が決まる。ここでも目盛素子３の移動方向を矢
印12で示してある。
【００１１】目盛素子３の上に絶対トラック13も設け
る。このトラック13もストライプ状部分15から成る。増
分トラックに対し慣例の如く、ストライプ状部分11の中
心線10は増分トラック９上に互に等しい間隔に位置す
る。図示の例では絶対トラック13上にストライプ状部分
15も等間隔に位置する。両トラック９，13ともストライ
プ状部分11, 15は長手方向及び目盛素子３の移動方向12
と直交する方向に延在する。ストライプ状部分11, 15は
移動方向12に対し異なる角度で延在させることもでき
る。
【００１２】ストライプ状部分11, 15間には目盛素子３
上の位置に依存すると共に検出素子４，６のセンサ８で
検出可能な特性を分布させる。トラック９，13及び測定
装置全体の構成を簡単にするには、この検出可能特性は
本実施例のように二価特性とするのが好適である。従っ
て、例えば反射性又は非反射性、透明性又は不透明性、
磁化状態、導電性又は非導電性のような特性が特にこの
目的のために好適である。色に関する二価特性は黒及び
白とすることができる。他の可能な例としてはカラー像
内のグレー値に対応する所定の特性を大きく又は小さく
存在させことができる。更に、検出可能特性は多数の異
なる色から成る多価特性とすることもできる。
【００１３】増分トラック９上ではストライプ状部分11
間の検出可能特性の分布は、各ストライプ状部分11がそ
のすぐ隣りのストライプ状部分の特性と異なる特性を有
するようにする。絶対トラック13上ではストライプ状部
分15間に、検出可能特性の存在／不存在を擬ランダムに
分布させる。擬ランダムに分布とは、ピックアップ装置
５が増分トラック９の１ピッチ17に亘り移動すると、各
ピッチごとに特定のコードを常に発生する分布を意味す
る。このピッチごとの特定コードの発生と、増分トラッ
ク９の走査により得られるピッチ内の絶対値測定との組
み合わせにより位置の絶対測定値が得られる。本実施例
では、絶対トラック13のストライプ状部分15は増分トラ
ック９のストライプ状部分11と同一の幅を有する。しか
し、これは不可欠の要件ではない。増分トラック９の１
ピッチに亘る移動が唯一のコードを発生しなければなら
ない要件は、絶対トラック13のストライプ状部分15の幅
が増分トラック９のストライプ状部分11の幅の２倍のと
きでも満足させることができる。
【００１４】二価特性が光学特性、例えば透明性又は反
射性に関するものである場合には、目盛素子３上のトラ
ック９，13を照明するようにする。この場合の第１の可
能な例では各トラック９，13を別々の光源19で照明す
る。第２の可能な例では各トラック９，13の区域に光偏
向素子21（図１）を設け、単一の光源19からの光をこれ
ら素子21により各トラック９，13に導いて照明する。光
偏向素子21は、例えばプリズムとすることができる。光
源19は、例えば発光ダイオードとすることができる。光
源19及び偏向素子21はピックアップ装置５に剛固に連結
し、従って、これら素子はそれぞれの検出素子４及び６
の区域の、図平面の下方及び上方に位置する。
【００１５】光がプリズム21を経てトラック９，13に入
射した後これらトラック９，13がピックアップ装置５の
一部を形成する検出素子４，６により検出される。検出
可能特性が光透過性に関するものであるときは、目盛素
子３を照明光学系19, 21とピックアップ装置５との間に
位置させる。反射性の場合には、照明光学系19, 21とピ
ックアップ装置５を目盛素子３の同一側に位置させる。
【００１６】増分トラック９の検出素子４は、例えば米
国特許第3973119 号明細書に記載されているような線状
ダイオードの列から成るマルチフォトセルとすることが
できる。絶対トラック13の検出素子も、例えば線状ダイ
オードの列又は光感知センサのアレー (例えばテキサス
インスッルメント社のタイプナンバ TC103) とするこ
とができる。
【００１７】本実施例ではセンサアレーは22個のセンサ
を具えるものとする。この数により、擬ランダム分布を
発生させるために二価特性のストライプ状部分15の系列
において実現し得る組合せの数が決まる。このような擬
ランダム分布は、例えば「 SIAM Review , Vol. 24, N
o.2」1982年４月、のハロルド フレドリクセンの論文
“A Survey of full length non-inear shiftregister
cycle algorism ”から既知の組合せ数列により発生さ
せることができる。このような組合せ数列の長さは、
【数１】 で与えられる。ここで、Ｍ(k,n) は各々ｋ個の値を示し
得るｎ個の数の集合の実現し得る全組合せを含む連続数
列である。この数列の長さはｎが大きくなるにつれて増
大する。検出可能特性が２価特性であり且つ検出素子６
が22個のセンサを具える場合にはｋ＝２及びｎ＝22であ
る。
【００１８】この数列の擬ランダム分布を用いる一つの
方法を一数値例に基づいて説明する。例えば、12.8ｍの
長さを有する測定定規に 0.2mm(＝ピッチ17) ごとに唯
一のコードを設ける必要がある場合には、64,000個の異
なるコードを存在させる必要がある。しかし、22個のセ
ンサ及び二価特性を用いると前記数列はこれより多数の
組合せを含む。必要に応じ、この数列から 64,000 個の
連続した数を選択することができ、22個の数の集合に所
定の条件を課すことができる。この条件としては、例え
ば絶対トラック13の活性ストライプ状部分の数に関し下
限値を課すことができ、擬ランダム分布の検出誤りを検
出及び訂正可能にするのも望ましい。
【００１９】このような数列の構成をｎ＝４の一例につ
き説明する。上記の式から原理的に16の組合せが可能で
ある。０又は１を最高２回連続させてもよいという要件
により次の数列： が発生する。他の実現可能な数列は である。これは１集合当りの数の選択が数列の長さに影
響することを証明している。
【００２０】増分トラック９と関連する検出素子からの
信号と絶対トラック13と関連する検出素子６からの信号
とを信号処理装置７において既知の方法で組み合わせて
絶対測定値を形成し、これを並列又は直列出力信号に変
換する。検出素子４，６及び信号処理装置７（の一部）
を共通のプリント回路板（図示せず）上に一緒に取付け
ることができる。
【００２１】上述した目盛素子は２つの別個のトラッ
ク、即ち増分トラック９と絶対トラック13とから成る。
増分トラック９をピックアップ装置５により多数のピッ
チ17に亘って同時に検出している。これはパターン内の
小さな不規則変化を平均化により除去するために行なっ
ている。しかし、このことは、このようなピックアップ
装置５は絶対トラックを検出することもできることを意
味する。この結果、増分トラック９と絶対トラック13と
を合成して単一の複合トラック23を構成することもでき
る。この場合には、複合トラック内に存在する増分情報
を認識し得るように十分な数のピッチ、例えば75％のピ
ッチを存在させる必要がある。図３は複合トラック23の
一列を示す。この場合には２つの検出素子４，６を必要
に応じ単一の検出素子と置き換えることができる。しか
し、機能上では２つのトラックが連続して存在している
ものとみなせる。以上、本発明を直線移動の測定につい
て説明したが、本発明は角度測定にも適用し得ること明
らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による絶対位置測定装置の一実施例の側
面図である。
【図２】本発明による増分トラック及び絶対トラックが
設けられた目盛素子の一実施例を示す平面図である。
【図３】本発明による複合トラックが設けられた目盛素
子の一実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 絶対位置測定装置 ３ 目盛素子 ４，６ 検出素子 ５ ピックアップ装置 ７ 信号処理装置 ９ 増分トラック 13 絶対トラック 11, 13, 15 ストライプ状部分 17 ピッチ 19 光源 21 光偏光素子 23 複合トラック
フロントページの続き (73)特許権者 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔ ｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (56)参考文献 特開 昭62−291507（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−75416（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭59−501725（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/62 G01B 7/00 - 7/34 G01B 11/00 - 11/30 G01P 1/00 - 3/80

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 可動素子の絶対位置を測定する装置であ
    って、複数のトラックを有する目盛素子と、該トラック
    の数と同数の検出素子を具えるピックアップ装置とを具
    え、前記検出素子は複数のセンサを具え、前記トラック
    は増分トラックと絶対トラックとを具え、これらトラッ
    クは一連のストライプ状部分として形成され、各ストラ
    イプ状部分は目盛素子上の位置に依存すると共に前記セ
    ンサで検出可能な特性を有し、更に絶対トラックと関連
    する検出素子のセンサからの信号と増分トラックと関連
    する検出素子のセンサからの信号との組合せから可動素
    子の絶対位置を決定する信号処理装置を具えた位置測定
    装置において、前記絶対トラックの検出可能特性を前記
    ストライプ状部分間に擬ランダムに分布させ、増分トラ
    ックの各ピッチに対する信号の組合せが前記ピッチに対
    し特定の値を有するようにしたことを特徴とする絶対位
    置測定装置。
  2. 【請求項２】 絶対トラックのストライプ状部分の中心
    線が互いに同一の間隔に位置することを特徴とする請求
    項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 検出可能特性は二価特性であることを特
    徴とする請求項１又は２記載の装置。
  4. 【請求項４】 光源を具え、該光源の光ビームを前記ト
    ラックの数に対応する数の光偏向素子に入射させ、これ
    ら光偏向素子をそれぞれのトラックを照明するようにそ
    れぞれのトラックの区域に配置したことを特徴とする請
    求項１〜３の何れかに記載の装置。
  5. 【請求項５】 絶対トラックと関連する検出素子は光感
    知センサのアレーを具えるものであることを特徴とする
    請求項１〜４の何れかに記載の装置。
  6. 【請求項６】 目盛素子上の増分トラックと絶対トラッ
    クとを合成して複合トラックにしたことを特徴とする請
    求項１〜５の何れかに記載の装置。
  7. 【請求項７】 請求項１、２又は６の何れかに記載の測
    定装置に用いるのに好適な目盛素子。
JP05072792A 1991-03-12 1992-03-09 絶対位置測定装置 Expired - Lifetime JP3308579B2 (ja)

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EP91200530 1991-03-12
NL912005303 1991-03-12
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EP (1) EP0503716B1 (ja)
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