JP4521260B2 - Absolute position detector - Google Patents

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本発明は、絶対位置検出装置に係り、特に、直線上の絶対位置を検出することができる絶対位置検出装置に関する。   The present invention relates to an absolute position detection device, and more particularly to an absolute position detection device capable of detecting an absolute position on a straight line.

従来、直線上の絶対位置を検出する絶対位置検出装置として、例えば、アブソリュート型リニアエンコーダが知られている。このアブソリュート型リニアエンコーダは、図8に示すように、所定の語長の位置情報を表すアブソリュートコード(ABSコード)1205がX方向に記録されたシリアルアブソリュートスケール1200と、スケール1200と相対向して配置されて、スケール1200上のアブソリュートコード1205における金属蒸着膜部分1205aあるいは非蒸着部分1205bを透過した透過光を検出するABSコード検出器101と、ABSコード検出器101の検出による透過光をその明暗に応じて2値情報に変換する変換回路104と、変換回路104の出力による2値情報を格納するシフトレジスタ103と、シフトレジスタ103に記憶された2値情報を基に演算処理するコンピュータ(図示せず)とを備え、スライダー(図示せず)がスケール1200に対して相対的に静止しているときに、ABSコード検出器101は検出ヘッド100とともにX方向に沿って所定の語長に相当する距離だけ変位して2値情報を検出し、ABSコード検出器101の検出による2値情報を変換回路104を介して順次シフトレジスタ103に格納し、シフトレジスタ103に格納された2値情報(位置情報)を基に、ABSコード検出器101の変位量をスライダーの移動の初期位置から減算して、スライダーの初期位置を検出するようにしたものが提案されている(特許文献1参照)。   Conventionally, for example, an absolute linear encoder is known as an absolute position detection device that detects an absolute position on a straight line. As shown in FIG. 8, this absolute type linear encoder has a serial absolute scale 1200 on which an absolute code (ABS code) 1205 representing position information of a predetermined word length is recorded in the X direction, and a scale 1200 facing each other. The ABS code detector 101 that detects the transmitted light that is transmitted through the metal vapor deposition film portion 1205a or the non-vapor deposition portion 1205b of the absolute code 1205 on the scale 1200, and the transmitted light detected by the ABS code detector 101 is bright and dark. Conversion circuit 104 for converting to binary information in response to this, a shift register 103 for storing binary information from the output of the conversion circuit 104, and a computer for processing based on the binary information stored in the shift register 103 (FIG. And a slider (not shown) ) Is stationary relative to the scale 1200, the ABS code detector 101 is displaced by a distance corresponding to a predetermined word length along the X direction together with the detection head 100 to detect binary information. The binary information detected by the ABS code detector 101 is sequentially stored in the shift register 103 via the conversion circuit 104, and the ABS code detector 101 is based on the binary information (position information) stored in the shift register 103. Has been proposed in which the initial position of the slider is detected by subtracting the displacement amount from the initial position of the slider movement (see Patent Document 1).

特開2002−168655号公報(第4頁〜第5頁、図1〜図4)JP 2002-168655 A (pages 4 to 5, FIGS. 1 to 4)

従来技術においては、直線上の絶対位置を求めるに際して、シフトレジスタ103に格納された2値情報の配列を位置情報を表すシリアルアブソリュート信号に変換し、変換されたシリアルアブソリュート信号に基づいてコンピュータが初期位置を求めるための演算を行ったり、スケール1200にABSコード1205を記録したりしなければならない。このため、従来技術の構成を移動体の直線上における絶対位置、例えば、測量機のオートフォーカス機構に用いられる合焦レンズの直線上の絶対位置を求めるものに適用しても、直線上の絶対位置を高速に求めたり、位置情報の分解能を高めたりするには十分ではない。   In the prior art, when obtaining the absolute position on the straight line, the binary information array stored in the shift register 103 is converted into a serial absolute signal representing the position information, and the computer is initialized based on the converted serial absolute signal. An operation for obtaining the position must be performed, or the ABS code 1205 must be recorded on the scale 1200. Therefore, even if the configuration of the prior art is applied to the absolute position on the straight line of the moving body, for example, the absolute position on the straight line of the focusing lens used in the autofocus mechanism of the surveying instrument, It is not sufficient for obtaining the position at high speed or increasing the resolution of the position information.

本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、直線上の絶対位置を高分解能で、かつ高速に求めることにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to obtain an absolute position on a straight line with high resolution and at high speed.

前記目的を達成するため、複数の光電変換素子が直線状に等間隔に配列され、前記各光電変換素子に対応して発生するシフトクロックに応答して前記各光電変換素子の光電変換に伴う信号電荷に応じた電気信号を順次出力するリニアイメージセンサと、前記リニアイメージセンサと相対向して配置され、かつ前記複数の光電変換素子の配列方向に沿って相対移動可能に配置されて前記リニアイメージセンサのいずれかの光電変換素子に向けて光を照射する光源と、前記光源と前記リニアイメージセンサとの間に配置されたコリメータレンズと、該コリメータレンズと前記リニアイメージセンサとの間に配置されて、前記光源から発生する光を複数の光に分岐させて出射する光分岐手段と、前記複数の光電変換素子の出力を前記リニアイメージセンサ上の1番目の光電変換素子から配列順序に従って順番に取り込んで判定レベルと比較する比較器と、前記比較器の比較結果を監視して、前記いずれかの光電変換素子の出力が前記判定レベルを超えたことを検出する立上りエッジ検出手段と、前記比較器の比較結果を監視して、前記いずれかの光電変換素子の出力が前記判定レベル以下になったことを検出する立下りエッジ検出手段と、前記シフトクロックに応答してシフトクロック数を計数するとともに、この計数値を前記立上りエッジ検出手段から検出出力が発生する毎に記憶する第1の記憶手段と、前記シフトクロックに応答してシフトクロック数を計数するとともに、この計数値を前記立下りエッジ検出手段から検出出力が発生する毎に記憶する第2の記憶手段と、前記第1の記憶手段に記憶された複数の計数値と前記第2の記憶手段に記憶された複数の計数値とを基に前記リニアイメージセンサ上における前記光の照射位置を前記1番目の光電変換素子を基準として検出する位置検出手段とを備えて構成した。 In order to achieve the object, a plurality of photoelectric conversion elements are linearly arranged at equal intervals, and a signal accompanying photoelectric conversion of each photoelectric conversion element in response to a shift clock generated corresponding to each photoelectric conversion element A linear image sensor that sequentially outputs electrical signals according to electric charge; and the linear image sensor disposed opposite to the linear image sensor and arranged to be relatively movable along an arrangement direction of the plurality of photoelectric conversion elements. A light source that emits light toward one of the photoelectric conversion elements of the sensor, a collimator lens disposed between the light source and the linear image sensor, and disposed between the collimator lens and the linear image sensor. A light branching means for branching the light generated from the light source into a plurality of lights, and outputting the outputs of the plurality of photoelectric conversion elements to the linear image A comparator that sequentially captures the first photoelectric conversion elements on the sensor in accordance with the arrangement order and compares them with the determination level, and monitors the comparison result of the comparator, and the output of any one of the photoelectric conversion elements is the determination level. Rising edge detecting means for detecting that the output exceeds one of the above, and a falling edge detecting means for monitoring the comparison result of the comparator and detecting that the output of any one of the photoelectric conversion elements is below the determination level And a first storage means for counting the number of shift clocks in response to the shift clock and storing the count value every time a detection output is generated from the rising edge detection means, and in response to the shift clock. A second storage means for counting the number of shift clocks and storing the count value every time a detection output is generated from the falling edge detection means; Based on the plurality of count values stored in the storage means and the plurality of count values stored in the second storage means, the irradiation position of the light on the linear image sensor is referred to the first photoelectric conversion element. And a position detecting means for detecting as described above.

(作用)複数の光電変換素子が直線状に等間隔に配列されたリニアイメージセンサに向けて光源から光を照射したときに、シフトクロックに同期して各光電変換素子の出力をリニアイメージセンサ上の1番目の光電変換素子から配列順序に従って順番に取り込んで判定レベルと比較するとともに、シフトクロック数を計数し、シフトクロック数の計数値を立上りエッジ検出手段から検出出力が発生する毎に記憶するとともに、立下りエッジ検出出力から検出出力が発生する毎に記憶し、記憶された各計数値を基にリニアイメージセンサ上における光の照射位置を1番目の光電変換素子を基準とした直線上の絶対位置として検出するようにしたため、簡単な演算によってリニアイメージセンサ上における光の照射位置を直線上の絶対位置として高速に求めることができるとともに、検出値に異常が生じたときには、光源とリニアイメージセンサとの間にゴミなどが存在していると判断することができる。また、光の照射位置の分解能は、光電変換素子の数に比例して高くなるので、光電変換素子の数を多くすることで、光の照射位置に関する分解能を高めることができる。   (Operation) When light is emitted from a light source toward a linear image sensor in which a plurality of photoelectric conversion elements are linearly arranged at equal intervals, the output of each photoelectric conversion element is synchronized with a shift clock on the linear image sensor. Are taken in order from the first photoelectric conversion element according to the arrangement order and compared with the determination level, the number of shift clocks is counted, and the count value of the number of shift clocks is stored each time a detection output is generated from the rising edge detection means. At the same time, each time a detection output is generated from the falling edge detection output, it is stored, and the irradiation position of light on the linear image sensor based on each stored count value is on a straight line with the first photoelectric conversion element as a reference. Since it is detected as an absolute position, the light irradiation position on the linear image sensor is made an absolute position on a straight line by simple calculation. It is possible to determine the speed, when the abnormality in the detection value occurs, dust between the light source and the linear image sensor can be determined to be present. Moreover, since the resolution of the light irradiation position increases in proportion to the number of photoelectric conversion elements, the resolution related to the light irradiation position can be increased by increasing the number of photoelectric conversion elements.

そして、図1(c)に示すように、光分岐手段としてスリットが2個の場合、光電変換素子の出力が最初に判定レベルを越えたときのシフトクロック数をC1とし、光電変換素子の出力が最初に判定レベルを超えた後、判定レベル以下になったときのシフトクロック数をC2とし、光電変換素子の出力が2番目に判定レベルを越えたときのシフトクロック数をC3とし、光電変換素子の出力が2番目に判定レベルを超えた後、判定レベル以下になったときのシフトクロック数をC4とし、各光電変換素子の素子間隔をPとすると、リニアイメージセンサ上の1番目の光電変換素子を基準とした第1の立上りエッジ位置(光電変換素子の出力が最初に判定レベルを越えたときの基準位置からの距離)L1は、L1=C1×Pとして求められ、リニアイメージセンサ上の1番目の光電変換素子を基準とした第1の立下りエッジ位置(光電変換素子の出力が最初に判定レベルを超え、そのあと判定レベル以下になったときの基準位置からの距離)L2は、L2=C2×Pとして求められ、リニアイメージセンサ上の1番目の光電変換素子を基準とした第2の立上りエッジ位置(光電変換素子の出力が2番目に判定レベルを越えたときの基準位置からの距離)L3は、L3=C3×Pとして求められ、リニアイメージセンサ上の1番目の光電変換素子を基準とした第2の立下りエッジ位置(光電変換素子の出力が2番目に判定レベルを超え、そのあと判定レベル以下になったときの基準位置からの距離)L4は、L4=C4×Pとして求められ、リニアイメージセンサ上に照射された光の中心位置Psnは、Psn=(L1+L2+L3+L4)/4として求められる。 As shown in FIG. 1C, when there are two slits as the light branching means, the number of shift clocks when the output of the photoelectric conversion element first exceeds the determination level is C1, and the output of the photoelectric conversion element After the first exceeds the judgment level, the number of shift clocks when the level falls below the judgment level is C2, and the number of shift clocks when the output of the photoelectric conversion element second exceeds the judgment level is C3. When the number of shift clocks when the output of the element exceeds the determination level for the second time and then becomes equal to or less than the determination level is C4, and the element interval of each photoelectric conversion element is P, the first photoelectric on the linear image sensor. The first rising edge position with respect to the conversion element (the distance from the reference position when the output of the photoelectric conversion element first exceeds the determination level) L1 is obtained as L1 = C1 × P. The first falling edge position with respect to the first photoelectric conversion element on the image sensor (from the reference position when the output of the photoelectric conversion element first exceeds the determination level and then falls below the determination level) The distance (L2) is obtained as L2 = C2 × P, and the second rising edge position with the first photoelectric conversion element on the linear image sensor as a reference (the output of the photoelectric conversion element has exceeded the determination level second) (Distance from the reference position) L3 is obtained as L3 = C3 × P, and the second falling edge position (the output of the photoelectric conversion element is 2 based on the first photoelectric conversion element on the linear image sensor) The distance from the reference position (L4) when L4 exceeds the determination level and then falls below the determination level) is determined as L4 = C4 × P, and the center position of the light irradiated on the linear image sensor The device Psn is obtained as Psn = (L1 + L2 + L3 + L4) / 4.

以上の説明から明らかなように、請求項1に係る発明によれば、簡単な演算で光の照射位置を直線上の絶対位置として高速に求めることができるとともに、光電変換素子の数に応じて分解能を高めることができる。特に、各光電変換素子の出力と判定レベルとの比較をより正確に行なうことができ、絶対位置検出精度を高めることができる。さらに、検出値に異常が生じたときには、光源とリニアイメージセンサとの間にゴミなどが存在していると判断することができる。 As is apparent from the above description , according to the invention of claim 1, the light irradiation position can be obtained at high speed as an absolute position on a straight line with a simple calculation, and according to the number of photoelectric conversion elements. The resolution can be increased. In particular, the output of each photoelectric conversion element and the determination level can be compared more accurately, and the absolute position detection accuracy can be increased. Furthermore, when an abnormality occurs in the detection value, it can be determined that dust or the like exists between the light source and the linear image sensor.

次に、本発明の実施形態を、実施例に基づいて説明する。図1(a)は本発明の一実施例を示す絶対位置検出装置の概略構成図、図1(b)は、1個のスリットを有するスリット板を光源とリニアイメージセンサとの間に配置したときの側面図、図1(c)は、2個のスリットを有するスリット板を光源とリニアイメージセンサとの間に配置したときの側面図、図2は図1に示す絶対位置検出装置のブロック構成図、図3は図2に示す絶対位置検出装置の動作を説明するための波形図である。   Next, embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1A is a schematic configuration diagram of an absolute position detection device showing an embodiment of the present invention, and FIG. 1B shows a slit plate having one slit disposed between a light source and a linear image sensor. 1C is a side view when a slit plate having two slits is arranged between the light source and the linear image sensor, and FIG. 2 is a block diagram of the absolute position detection device shown in FIG. FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of the absolute position detecting device shown in FIG.

これらの図において、絶対位置検出装置は、例えば、アブソリュート型リニアエンコーダとして、長方形形状に形成されたベース10を備えており、ベース10にはリニアイメージセンサ(ラインセンサ)12が固定されている。リニアイメージセンサ12は、CCD(Charge Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などの半導体素子を備えて構成されており、これら半導体素子のうち複数個の光電変換素子S1〜Snが、例えば、5、000〜10、000個直線状に等間隔(例えば、7μmピッチ)で配列されている。   In these drawings, the absolute position detection device includes a base 10 formed in a rectangular shape as, for example, an absolute linear encoder, and a linear image sensor (line sensor) 12 is fixed to the base 10. The linear image sensor 12 includes a semiconductor element such as a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS), and a plurality of photoelectric conversion elements S1 to Sn among these semiconductor elements include, for example, 5,000 to 10,000 are linearly arranged at equal intervals (for example, 7 μm pitch).

一方、リニアイメージセンサ12に相対向して移動体14が配置されており、移動体14の前面(リニアイメージセンサ12と相対向する面)のほぼ中央部には光源16が固定されている。移動体14はベース10と平行になって配置され、モータやリンク機構(図示せず)などの駆動手段により、各光電変換素子(Si)の配列方向に沿って直線状に往復動可能に配置されている。そして光源16からコリメータレンズ17を介してリニアイメージセンサ12に光が照射されるようになっている。   On the other hand, a moving body 14 is disposed opposite to the linear image sensor 12, and a light source 16 is fixed at a substantially central portion of the front surface of the moving body 14 (surface facing the linear image sensor 12). The moving body 14 is arranged in parallel with the base 10 and can be reciprocated linearly along the arrangement direction of the photoelectric conversion elements (Si) by driving means such as a motor or a link mechanism (not shown). Has been. Light is irradiated from the light source 16 to the linear image sensor 12 through the collimator lens 17.

光源16からの光がコリメータレンズ17を介してリニアイメージセンサ12のいずれかの光電変換素子(Si)に照射されたときに、光の照射位置を直線上の絶対位置として検出するに際して、クロックドライバ18からリニアイメージセンサ12とCPU(マイクロプロセッサ)20に対して、1フレーム毎、例えば、1ms毎にシフトパルスSPが出力されるとともに、クロックドライバ18からリニアイメージセンサ12に対して、1フレームの間、各光電変換素子に対応してシフトクロックSCが一定の間隔で順次出力されるようになっている。シフトパルスSPは、CPU20に対して、データの読み始めまたは読み終わりを規定するタイミング信号として用いられ、シフトパルスSPが発生した後、シフトクロックSCが順次リニアイメージセンサ12に入力されると、リニアイメージセンサ12からは、シフトクロックSCの立上りまたは立下りに応答して、各光電変換素子の光電変換に伴う信号電荷に応じた電気信号が1番目の光電変換素子S1から配列順序にしたがって順次増幅器22に出力されるようになっている。増幅器22はリニアイメージセンサ12の出力による電気信号を順次増幅し、増幅した信号を比較器24に出力するようになっている。比較器24は、増幅器22の出力による電気信号を順次取り込んで判定レベル(エッジ判定レベル電圧)26と比較し、各比較結果を立上りエッジ検出回路28と立下りエッジ検出回路30に出力するようになっている。   When light from the light source 16 is irradiated to any one of the photoelectric conversion elements (Si) of the linear image sensor 12 via the collimator lens 17, a clock driver is used to detect the light irradiation position as an absolute position on a straight line. A shift pulse SP is output from the linear image sensor 12 to the linear image sensor 12 and the CPU (microprocessor) 20 every frame, for example, every 1 ms. In the meantime, the shift clock SC is sequentially output at regular intervals corresponding to each photoelectric conversion element. The shift pulse SP is used as a timing signal that prescribes the start or end of reading of data to the CPU 20, and after the shift pulse SP is generated, when the shift clock SC is sequentially input to the linear image sensor 12, From the image sensor 12, in response to the rise or fall of the shift clock SC, an electric signal corresponding to the signal charge accompanying the photoelectric conversion of each photoelectric conversion element is sequentially amplified from the first photoelectric conversion element S1 according to the arrangement order. 22 is output. The amplifier 22 sequentially amplifies the electric signal output from the linear image sensor 12 and outputs the amplified signal to the comparator 24. The comparator 24 sequentially takes in an electric signal from the output of the amplifier 22 and compares it with a determination level (edge determination level voltage) 26, and outputs each comparison result to the rising edge detection circuit 28 and the falling edge detection circuit 30. It has become.

立上りエッジ検出回路28は、比較器24の比較結果を監視して、増幅器22の出力が判定レベル26を超えたときに、いずれかの光電変換素子の出力が判定レベル26を超えたとして、立上りエッジ検出出力をカウンタ値ラッチ回路32に出力する立上りエッジ検出手段として構成されている。一方、立下りエッジ検出回路30は、比較器24の比較結果を監視して、増幅器22の出力が判定レベル26以下になったときに、いずれかの光電変換素子の出力が判定レベル26以下になったとして、立下りエッジ検出出力をカウンタ値ラッチ回路34に出力する立下りエッジ検出手段として構成されている。   The rising edge detection circuit 28 monitors the comparison result of the comparator 24. When the output of the amplifier 22 exceeds the determination level 26, the rising edge detection circuit 28 determines that the output of any one of the photoelectric conversion elements has exceeded the determination level 26. The rising edge detection means is configured to output an edge detection output to the counter value latch circuit 32. On the other hand, the falling edge detection circuit 30 monitors the comparison result of the comparator 24, and when the output of the amplifier 22 falls below the judgment level 26, the output of any one of the photoelectric conversion elements falls below the judgment level 26. The falling edge detection means for outputting the falling edge detection output to the counter value latch circuit 34 is configured.

カウンタ値ラッチ回路32は、シフトクロックSCの立上りおよび立下りに応答してシフトクロックSCを計数し、この計数値(カウンタ値)を立上りエッジ検出回路28からの立上りエッジ検出出力に応答して記憶し、記憶した計数値を加算回路36に出力する第1の記録手段として構成されている。このカウンタ値ラッチ回路32は、例えば、図3に示すように、立上りエッジ検出回路28からタイミングt1で立上りエッジ検出出力が発生したときには、タイミングt1における計数値(シフトクロック数)C1をラッチし、ラッチした計数値(シフトクロック数)C1を加算回路36に出力するようになっている。カウンタ値ラッチ回路34はシフトクロックSCの立上りおよび立下りに応答してシフトクロックSCを計数して、この計数値(カウンタ値)を立下りエッジ検出回路30からの立下りエッジ検出出力に応答してラッチし、ラッチした計数値を加算回路36に出力する第2の記録手段として構成されている。このカウンタ値ラッチ回路34は、例えば、図3に示すように、タイミングt2で立下りエッジ検出回路30から立下りエッジ検出出力が発生したときに、タイミングt2における計数値(シフトクロック数)C2をラッチし、このラッチした計数値(シフトクロック数)C2を加算回路36に出力するようになっている。   The counter value latch circuit 32 counts the shift clock SC in response to the rise and fall of the shift clock SC, and stores this count value (counter value) in response to the rising edge detection output from the rising edge detection circuit 28. The stored count value is output to the adder circuit 36 as first recording means. For example, as shown in FIG. 3, the counter value latch circuit 32 latches the count value (number of shift clocks) C1 at the timing t1 when the rising edge detection output is generated from the rising edge detection circuit 28 at the timing t1, The latched count value (number of shift clocks) C1 is output to the adder circuit 36. The counter value latch circuit 34 counts the shift clock SC in response to the rise and fall of the shift clock SC, and responds to the count value (counter value) in response to the falling edge detection output from the falling edge detection circuit 30. And a second recording means for outputting the latched count value to the adding circuit 36. For example, as shown in FIG. 3, the counter value latch circuit 34 obtains the count value (the number of shift clocks) C2 at the timing t2 when the falling edge detection output is generated from the falling edge detection circuit 30 at the timing t2. The latched count value (the number of shift clocks) C2 is output to the adder circuit 36.

加算回路36は、カウンタ値ラッチ回路34でラッチされた計数値(シフトクロック数)C1とカウンタ値ラッチ回路34でラッチされた計数値(シフトクロック数)C2とを加算し、加算値をビットシフト回路38に出力するようになっている。ビットシフト回路38においては、加算値を2で割るための演算を行い、この演算値によるデータを、リニアイメージセンサ12上における光の照射位置に関するデータ、すなわち、光スポットの中心位置Psnに関するデータとしてCPU20に出力するようになっている。CPU20においては、ビットシフト回路38からのデータを基に、リニアイメージセンサ12上における光の照射位置を直線上の絶対位置として演算するようになっている。   The addition circuit 36 adds the count value (shift clock number) C1 latched by the counter value latch circuit 34 and the count value (shift clock number) C2 latched by the counter value latch circuit 34, and bit-shifts the addition value. The signal is output to the circuit 38. In the bit shift circuit 38, an operation for dividing the added value by 2 is performed, and data based on the calculated value is used as data relating to the light irradiation position on the linear image sensor 12, that is, data relating to the center position Psn of the light spot. The data is output to the CPU 20. In the CPU 20, the light irradiation position on the linear image sensor 12 is calculated as an absolute position on a straight line based on data from the bit shift circuit 38.

具体的には、シフトクロックSCは、一番目の光電変換素子S1からn番目の光電変換素子Snに対応して順番に出力され、カウンタ値ラッチ回路32、34にラッチされたシフトクロック数C1、C2はそれぞれ1番目の光電変換素子S1を基準とした素子数に相当する。このため、CPU20は、増幅器22の出力が判定レベル26を超えたとき、すなわち、光スポット光量分布特性が立上るときのシフトクロック数をC1とし、増幅器22の出力が判定レベル26以下になったとき、すなわち、光スポット光量分布特性が立下がるときのシフトクロック数をC2とし、光電変換素子の素子間隔の寸法をPとし、リニアイメージセンサ12上の1番目の光電変換素子S1からの立上りエッジ位置(基準位置からの距離)L1を、L1=C1×Pとして演算し、リニアイメージセンサ12上の1番目の光電変換素子S1からの立下りエッジ位置(基準位置からの距離)L2を、L2=C2×Pとして演算し、リニアイメージセンサ12上の光の照射位置、すなわち、光スポットの中心位置Psnを、Psn=(L1+L2)/2として演算するようになっている。   Specifically, the shift clock SC is sequentially output corresponding to the first photoelectric conversion element S1 to the nth photoelectric conversion element Sn, and the number of shift clocks C1 latched in the counter value latch circuits 32 and 34, C2 corresponds to the number of elements based on the first photoelectric conversion element S1. Therefore, the CPU 20 sets the number of shift clocks C1 when the output of the amplifier 22 exceeds the determination level 26, that is, when the light spot light quantity distribution characteristic rises, and the output of the amplifier 22 becomes the determination level 26 or less. In other words, the number of shift clocks when the light spot light quantity distribution characteristic falls is C2, the dimension of the element spacing of the photoelectric conversion elements is P, and the rising edge from the first photoelectric conversion element S1 on the linear image sensor 12 The position (distance from the reference position) L1 is calculated as L1 = C1 × P, and the falling edge position (distance from the reference position) L2 from the first photoelectric conversion element S1 on the linear image sensor 12 is calculated as L2. = C2 × P, and the light irradiation position on the linear image sensor 12, that is, the center position Psn of the light spot is expressed as Psn = (L1 + L2) / 2 is calculated.

この場合、加算回路36、ビットシフト回路38、CPU20はシフトクロック数C1、C2を基にリニアイメージセンサ12上における光の照射位置である光スポットの中心位置Psnを1番目の光電変換素子S1を基準として検出する位置検出手段として構成されている。また、立上りエッジ検出回路28、立下りエッジ検出回路30、カウンタ値ラッチ回路32、34は、比較器24の比較結果を各光電変換素子に関連付けて監視し、複数の光電変換素子S1〜Snのうちその出力が最初に判定レベル26越えた光電変換素子と、その出力が判定レベル26を超えた後最初に判定レベル26以下になった光電変換素子を特定する光電変換素子特定手段を構成することになる。   In this case, the adder circuit 36, the bit shift circuit 38, and the CPU 20 change the center position Psn of the light spot, which is the light irradiation position on the linear image sensor 12, based on the shift clock numbers C1 and C2 to the first photoelectric conversion element S1. It is configured as position detecting means for detecting as a reference. Further, the rising edge detection circuit 28, the falling edge detection circuit 30, and the counter value latch circuits 32 and 34 monitor the comparison result of the comparator 24 in association with each photoelectric conversion element, and the plurality of photoelectric conversion elements S1 to Sn are monitored. Among them, the photoelectric conversion element specifying means for specifying the photoelectric conversion element whose output first exceeds the determination level 26 and the photoelectric conversion element whose output first falls below the determination level 26 after exceeding the determination level 26 is configured. become.

本実施例においては、リニアイメージセンサ12として、複数の光電変換素子が数ミクロメートルの間隔で配置されたものを用いて、各光電変換素子に向けて光源16からの光をコリメータレンズ17を介して照射し、リニアイメージセンサ12から輝度に応じた電気信号を出力し、電気信号のレベルが判定レベル26を超えるか否かを判定し、この判定結果を基に光スポットの立上りエッジ位置と立下りエッジ位置を算出し、この算出結果から光スポットの中心位置を算出するようにしたため、簡単な演算によって光スポットの中心位置をリニアイメージセンサ12上の絶対位置として求めることができ、高速化および高分解能化に寄与することができる。   In the present embodiment, a linear image sensor 12 having a plurality of photoelectric conversion elements arranged at intervals of several micrometers is used, and light from the light source 16 is directed to each photoelectric conversion element via a collimator lens 17. The linear image sensor 12 outputs an electrical signal corresponding to the brightness, determines whether the level of the electrical signal exceeds the determination level 26, and based on the determination result, the rising edge position and the rising edge position of the light spot. Since the down edge position is calculated and the center position of the light spot is calculated from the calculation result, the center position of the light spot can be obtained as an absolute position on the linear image sensor 12 by a simple calculation. This can contribute to higher resolution.

以上の説明では、光源16として単に光スポットを形成するものについて述べたが、光スポットの光量分布のエッジを鋭くする工夫として、コリメータレンズ17とリニアイメージセンサ12との間に、例えば、コリメータレンズ17の前面に、光源16から発生する光の光束を制限して出射するピンホールやスリットを1または2つ以上設けることができる。例えば、図1(b)に示すように、スリットSL1を有するスリット板19を設けると、リニアイメージセンサ12から出力される電気信号のレベルが輝度の変化に対して急峻な特性を示すため、エッジの判定をより正確に行うことができ、直線上の絶対位置として精度の高いものを求めることができる。 In the above description , the light source 16 that merely forms a light spot has been described. As a device for sharpening the edge of the light amount distribution of the light spot, for example, a collimator lens between the collimator lens 17 and the linear image sensor 12 is used. in front of 17, the Lupi Nhoru or slits be emitted by limiting a light flux of light generated from the light source 16 may be provided one or more than one. For example, as shown in FIG. 1 (b), to indicate when Ru slits plate 19 having a slit SL1, the level of the electric signal output from the linear image sensor 12 is a steep characteristic with respect to changes in luminance, Edge determination can be performed more accurately, and an accurate position on a straight line can be obtained.

本実施例においては、コリメータレンズ17とリニアイメージセンサ12との間に、光源16からの光を複数の光に分岐させて出射する光分岐手段として、例えば、図1(c)に示すように、光源16からの光をコリメータレンズ17を介して取り込んで、光電変換素子の配列方向に沿って2つの光に分岐させるスリット板21を配置し、リニアイメージセンサ12上に2つの光スポットを形成する構成を採用するIn this embodiment, as a light branching means for splitting the light from the light source 16 into a plurality of lights between the collimator lens 17 and the linear image sensor 12, for example, as shown in FIG. The slit plate 21 that takes in the light from the light source 16 through the collimator lens 17 and splits it into two lights along the arrangement direction of the photoelectric conversion elements is arranged to form two light spots on the linear image sensor 12. Adopt the configuration to do .

この場合、2つの光がリニアイメージセンサ12上に照射されることに伴って、リニアイメージセンサ12からはスリット板21のスリットSL1、SL2の間隔に対応して2つのパルス(第1のパルスと第2のパルス)が出力されるため、各パルスの立上りおよび立下りに応答してシフトクロック数をラッチするカウンタ値ラッチ回路として、それぞれ第1のパルスの立上りエッジおよび立下りエッジに応答してシフトクロック数をラッチするラッチ回路を設けるとともに、第2のパルスの立上りエッジおよび立下りエッジに応答してシフトクロック数をラッチするラッチ回路を設け、第1のパルスから得られた光スポットの中心位置と第2のパルスから得られた光スポットの中心位置とから両者の平均値を求めることで、全体の光スポットの中心位置を求めることができる。   In this case, as the two light beams are irradiated onto the linear image sensor 12, the linear image sensor 12 outputs two pulses (first pulse and first pulse) corresponding to the interval between the slits SL1 and SL2 of the slit plate 21. As a counter value latch circuit that latches the number of shift clocks in response to the rise and fall of each pulse, the second pulse is output in response to the rising and falling edges of the first pulse, respectively. A latch circuit that latches the number of shift clocks is provided, and a latch circuit that latches the number of shift clocks in response to the rising edge and falling edge of the second pulse is provided, and the center of the light spot obtained from the first pulse By calculating an average value of both from the position and the center position of the light spot obtained from the second pulse, the entire light spot is obtained. It is possible to obtain the center position of the.

具体的には、CPU20は、増幅器22の出力(第1のパルス)が最初に判定レベル26を超えたとき(光スポット光量分布特性が最初に立上るとき)のシフトクロック数をC1とし、その後、増幅器22の出力が判定レベル26以下になったとき(光スポット光量分布特性が立下がるとき)のシフトクロック数をC2とし、次に、増幅器22の出力(第2のパルス)が2番目に判定レベル26を超えたとき(光スポット光量分布特性が2番目に立上るとき)のシフトクロック数をC3とし、その後、増幅器22の出力が判定レベル26以下になったとき(光スポット光量分布特性が2番目に立下がるとき)のシフトクロック数をC4とし、光電変換素子の素子間隔の寸法をPとし、リニアイメージセンサ12上の1番目の光電変換素子S1からの第1の立上りエッジ位置(基準位置からの距離)L1を、L1=C1×Pとして演算し、リニアイメージセンサ12上の1番目の光電変換素子S1からの第1の立下りエッジ位置(基準位置からの距離)L2を、L2=C2×Pとして演算し、リニアイメージセンサ12上の1番目の光電変換素子S1からの第2の立上りエッジ位置(基準位置からの距離)L3を、L3=C3×Pとして演算し、リニアイメージセンサ12上の1番目の光電変換素子S1からの第2の立下りエッジ位置(基準位置からの距離)L4を、L4=C4×Pとして演算し、リニアイメージセンサ12上の光の照射位置、すなわち、全体としての光スポットの中心位置Psnを、Psn={(L1+L2)/2+(L3+L4)/2}/2=(L1+L2+L3+L4)/4として演算するようになっている。   Specifically, the CPU 20 sets the number of shift clocks C1 when the output (first pulse) of the amplifier 22 first exceeds the determination level 26 (when the light spot light quantity distribution characteristic first rises), and thereafter When the output of the amplifier 22 falls below the determination level 26 (when the light spot light quantity distribution characteristic falls), the shift clock number is C2, and then the output (second pulse) of the amplifier 22 is the second. When the judgment level 26 is exceeded (when the light spot light quantity distribution characteristic rises second), the number of shift clocks is C3, and then when the output of the amplifier 22 falls below the judgment level 26 (light spot light quantity distribution characteristic). The number of shift clocks at the time of the second falling) is C4, the dimension of the element spacing of the photoelectric conversion elements is P, and the first photoelectric conversion element S1 on the linear image sensor 12 The first rising edge position (distance from the reference position) L1 is calculated as L1 = C1 × P, and the first falling edge position from the first photoelectric conversion element S1 on the linear image sensor 12 ( (Distance from the reference position) L2 is calculated as L2 = C2 × P, and the second rising edge position (distance from the reference position) L3 from the first photoelectric conversion element S1 on the linear image sensor 12 is calculated as L3 = C3 × P, the second falling edge position (distance from the reference position) L4 from the first photoelectric conversion element S1 on the linear image sensor 12 is calculated as L4 = C4 × P, and linear The light irradiation position on the image sensor 12, that is, the center position Psn of the light spot as a whole, is expressed as Psn = {(L1 + L2) / 2 + (L3 + L4) / 2} / 2 = (L1 + L2 + L3 + L ) / 4 is adapted to calculate a.

この場合、2つのパルスによって、光スポットの中心位置を求めているため、単一のパルスから光スポットの中心位置を求めるときよりも、より精度の高い絶対位置を求めることができる。また、検出値に異常が生じたとき、例えば、一方のパルスによる光スポットの中心位置が求められないときには、光源16とリニアイメージセンサ12との間にゴミなどが存在しているという、エラーの検出を行なうこともできる。   In this case, since the center position of the light spot is obtained by two pulses, the absolute position can be obtained with higher accuracy than when the center position of the light spot is obtained from a single pulse. Further, when an abnormality occurs in the detected value, for example, when the center position of the light spot by one pulse cannot be obtained, an error that dust or the like exists between the light source 16 and the linear image sensor 12 is caused. Detection can also be performed.

また、本実施例においては、カウンタ値ラッチ回路32、34、加算回路36、ビットシフト回路38をハードウエアで構成したものについて述べたが、これらを外部クロックのカウンタ機能を有するマイクロコンピュータで構成することもできる。   In this embodiment, the counter value latch circuits 32 and 34, the adder circuit 36, and the bit shift circuit 38 are configured by hardware. However, these are configured by a microcomputer having a counter function of an external clock. You can also.

また、本実施例においては、光源16を移動させるものについて述べたが、光源16を固定し、リニアイメージセンサ12を光電変換素子の配列方向に沿って往復動させる構成を採用することもできる。すなわち、光源16とリニアイメージセンサ12を相対移動させることで、光スポットの中心位置をリニアイメージセンサ12上の絶対位置として求めることができる。   In this embodiment, the light source 16 is moved. However, a configuration in which the light source 16 is fixed and the linear image sensor 12 is reciprocated along the arrangement direction of the photoelectric conversion elements may be employed. That is, the center position of the light spot can be obtained as the absolute position on the linear image sensor 12 by relatively moving the light source 16 and the linear image sensor 12.

次に、本発明に係る絶対位置検出装置を測量機、例えば、電子レベルのオートフォーカス機構に適用したときの実施例について説明する。図4は、電子レベルのオートフォーカス機構の縦断面図、図5は、電子レベルのブロック構成図である。   Next, an embodiment when the absolute position detection apparatus according to the present invention is applied to a surveying instrument, for example, an electronic level autofocus mechanism will be described. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the electronic level autofocus mechanism, and FIG. 5 is a block diagram of the electronic level.

これらの図において、電子レベル50は、絶対位置検出装置が搭載された測量機として、望遠鏡52を備えており、円筒状に形成された望遠鏡鏡筒54内には対物レンズ56、合焦レンズ58、自動補正機構60、ビームスプリッタ62、焦点板64、接眼レンズ66、オートフォーカス検出用受光センサ68が収納されており、対物レンズ56、合焦レンズ58、自動補正機構60、ビームスプリッタ62、焦点板64は光軸Lに沿って直線状に配置されている。対物レンズ56に入射した光は合焦レンズ58、自動補正機構60を介してビームスプリッタ62に入射し、入射した光が焦点板64と受光センサ68に分岐されるようになっている。焦点板64上には望遠鏡52で視準した対象物の像が結像するようになっており、対象物の像を接眼レンズ66を介して確認できるようになっている。すなわち、合焦レンズ58が合焦する位置に配置されているときには、合焦したときの対象物の画像が焦点板64に結像するようになっている。そして、焦点板64と共役の位置に受光センサ68が配置されており、対象物に関する画像が受光センサ68によって検出され、検出された画像を基に測距などが行なわれるようになっている。   In these drawings, an electronic level 50 includes a telescope 52 as a surveying instrument equipped with an absolute position detection device. An objective lens 56 and a focusing lens 58 are provided in a cylindrical telescope barrel 54. , An automatic correction mechanism 60, a beam splitter 62, a focusing screen 64, an eyepiece lens 66, and an autofocus detection light receiving sensor 68 are housed. The plate 64 is arranged linearly along the optical axis L. The light incident on the objective lens 56 enters the beam splitter 62 via the focusing lens 58 and the automatic correction mechanism 60, and the incident light is branched to the focusing screen 64 and the light receiving sensor 68. An image of the object collimated by the telescope 52 is formed on the focusing screen 64, and the image of the object can be confirmed through the eyepiece 66. That is, when the focusing lens 58 is disposed at a position where the focusing lens 58 is in focus, an image of the object when focused is formed on the focusing screen 64. A light receiving sensor 68 is arranged at a position conjugate with the focusing screen 64, and an image related to the object is detected by the light receiving sensor 68, and distance measurement is performed based on the detected image.

合焦レンズ58は光軸Lに沿って所定の範囲に亘って往復動自在に配置されており、この合焦レンズ58は合焦レンズ枠70に固定されている。合焦レンズ枠70には、合焦レンズ駆動伝達機構としてのラック72が固定されており、このラック72にはピニオン(図示せず)が連結されている。ピニオンはシャフト74を介して手動合焦操作つまみ76に連結されており、シャフト74は軸受78に回転自在に軸支されている。シャフト74の周囲にはクラッチ機構80が設けられており、このクラッチ機構80は減速ギア機構82を介して駆動モータ84に連結されている。減速ギア機構82は望遠鏡枠54に固定されており、駆動モータ84の回転駆動による駆動力が減速ギア機構82、クラッチ機構80を介してシャフト74に伝達されるようになっている。すなわち、シャフト74とクラッチ機構80とは摩擦力によって接触するようになっており、駆動モータ84が正転また逆転駆動されると、駆動モータ84の回転駆動に伴う駆動力に従ってシャフト74が正転または逆転し、シャフト74の回転運動がピニオン79を介してラック72に伝達されると、ラック72が光軸Lに沿って直線運動するようになっている。このため、駆動モータ84を回転駆動することによって、合焦レンズ58を光軸Lに沿って移動させることができる。なお、手動合焦操作つまみ76を回転操作したときに、この操作力がシャフト74とクラッチ機構80との間に作用する摩擦力よりも大きいときには、手動合焦操作つまみ76の回転操作によって合焦レンズ58を光軸Lに沿って移動させることができる。また、駆動モータ84の回転数は、例えば、インクリメンタルエンコーダで構成された回転数検出器86によって検出されるようになっている。   The focusing lens 58 is disposed so as to reciprocate along a predetermined range along the optical axis L. The focusing lens 58 is fixed to the focusing lens frame 70. A rack 72 as a focusing lens drive transmission mechanism is fixed to the focusing lens frame 70, and a pinion (not shown) is connected to the rack 72. The pinion is connected to a manual focusing operation knob 76 via a shaft 74, and the shaft 74 is rotatably supported by a bearing 78. A clutch mechanism 80 is provided around the shaft 74, and the clutch mechanism 80 is connected to a drive motor 84 via a reduction gear mechanism 82. The reduction gear mechanism 82 is fixed to the telescope frame 54, and the driving force generated by the rotational drive of the drive motor 84 is transmitted to the shaft 74 via the reduction gear mechanism 82 and the clutch mechanism 80. That is, the shaft 74 and the clutch mechanism 80 are brought into contact with each other by a frictional force. When the drive motor 84 is driven to rotate forward or reversely, the shaft 74 rotates forward according to the driving force accompanying the rotational drive of the drive motor 84. Alternatively, when the rotation of the shaft 74 is reversed and the rotational motion of the shaft 74 is transmitted to the rack 72 via the pinion 79, the rack 72 moves linearly along the optical axis L. For this reason, the focusing lens 58 can be moved along the optical axis L by rotationally driving the drive motor 84. When the manual focusing operation knob 76 is rotated and this operating force is larger than the frictional force acting between the shaft 74 and the clutch mechanism 80, the manual focusing operation knob 76 is rotated to perform focusing. The lens 58 can be moved along the optical axis L. Further, the rotational speed of the drive motor 84 is detected by a rotational speed detector 86 constituted by, for example, an incremental encoder.

一方、合焦レンズ58と望遠鏡鏡筒54との相対的な位置関係を絶対量として検出するために、望遠鏡鏡筒54には合焦レンズ58の移動量に相当する長さの長穴88が形成されており、長穴88内には合焦レンズ枠70に連結されたロッド90が挿入されている。ロッド90の軸方向端部はケース92に固定されており、ケース92内には、光源16が固定されている。光源16としては、例えば、発光ダイオードが用いられている。ケース92の前面にはスリット94が形成されており、光源16から出射された光はスリット94を介してリニアイメージセンサ12上に照射されるようになっている。すなわち、光源16は、移動体としての合焦レンズ58に連結され、合焦レンズ58の移動に伴って光軸Lに沿って往復移動するようになっている。そして、リニアイメージセンサ12上には合焦レンズ58の位置に伴って光が順次照射されるようになっている。リニアイメージセンサ12はケース96に固定されており、ケース96は、長穴88の周囲を囲むように配置されて望遠鏡鏡筒54に固定されている。この場合、リニアイメージセンサ12上の光電変換素子の有効な長さは、光源16の移動範囲、すなわち、合焦レンズ58の合焦範囲をカバーできる長さに設定されている。   On the other hand, in order to detect the relative positional relationship between the focusing lens 58 and the telescope barrel 54 as an absolute amount, the telescope barrel 54 has a long hole 88 having a length corresponding to the amount of movement of the focusing lens 58. The rod 90 connected to the focusing lens frame 70 is inserted into the elongated hole 88. The axial end of the rod 90 is fixed to the case 92, and the light source 16 is fixed in the case 92. For example, a light emitting diode is used as the light source 16. A slit 94 is formed on the front surface of the case 92, and light emitted from the light source 16 is irradiated onto the linear image sensor 12 through the slit 94. That is, the light source 16 is connected to a focusing lens 58 as a moving body, and reciprocates along the optical axis L as the focusing lens 58 moves. The linear image sensor 12 is sequentially irradiated with light according to the position of the focusing lens 58. The linear image sensor 12 is fixed to a case 96, and the case 96 is disposed so as to surround the periphery of the elongated hole 88 and is fixed to the telescope barrel 54. In this case, the effective length of the photoelectric conversion element on the linear image sensor 12 is set to a length that can cover the moving range of the light source 16, that is, the focusing range of the focusing lens 58.

望遠鏡鏡筒54に連結された駆動モータ84は駆動モータ制御回路98を介してCPU20に接続され、回転数検出器86はCPU20に接続され、望遠鏡鏡筒54内の受光センサ68はドライブ回路100に接続されているとともに、増幅器102、A/Dコンバータ104を介してCPU20に接続されている。CPU20には、光源ドライブ回路106を介して光源16が接続されているとともに、メモリとしてRAM108、ROM110が接続されている。また、CPU20には、表示装置112が接続されているとともに、オートフォーカス開始/停止に関する指示を入力するための入力キー114が接続されている。   A drive motor 84 coupled to the telescope barrel 54 is connected to the CPU 20 via a drive motor control circuit 98, a rotation speed detector 86 is connected to the CPU 20, and a light receiving sensor 68 in the telescope barrel 54 is connected to the drive circuit 100. It is connected to the CPU 20 via the amplifier 102 and the A / D converter 104. A light source 16 is connected to the CPU 20 via a light source drive circuit 106, and a RAM 108 and a ROM 110 are connected as memories. Further, a display device 112 is connected to the CPU 20 and an input key 114 for inputting an instruction related to autofocus start / stop is connected.

CPU20は、受光センサ68の受光による画像データを基に、対象物を視準したときの測距演算を行い、演算結果を表示装置112の画面上に表示させるとともに、回転数検出器86に検出出力に基づいて駆動モータ制御回路98を介して駆動モータ84の駆動量と駆動速度を制御し、また、光源ドライブ回路106を介して光源16の駆動を制御するようになっている。さらに、CPU20は、クロックドライバ18から発生するシフトパルスSPに応答してビットシフト回路38からのデータを1フレーム毎に演算し、合焦レンズ58の光軸L上における現在位置を算出するようになっている。なお、受光センサ68の受光による画像データや各種計算変数に関すデータはRAM108に格納され、オートフォーカス制御に必要な各種定数やプログラムなどはROM110に格納されている。   The CPU 20 performs a distance measurement calculation when the object is collimated based on the image data received by the light receiving sensor 68, displays the calculation result on the screen of the display device 112, and detects the rotation number detector 86. Based on the output, the drive amount and drive speed of the drive motor 84 are controlled via the drive motor control circuit 98, and the drive of the light source 16 is controlled via the light source drive circuit 106. Further, the CPU 20 calculates the data from the bit shift circuit 38 for each frame in response to the shift pulse SP generated from the clock driver 18 and calculates the current position of the focusing lens 58 on the optical axis L. It has become. Note that image data and data related to various calculation variables received by the light receiving sensor 68 are stored in the RAM 108, and various constants and programs necessary for autofocus control are stored in the ROM 110.

次に、電子レベルのオートフォーカス動作を図6のフローチャートに従って説明する。まず、概略電子レベルを測定対象物のバーコード標尺に望遠鏡52を向ける。入力キー114の操作によりオートフォーカス動作の開始が指示されると、CPU20による演算処理が開始されるとともに、クロックドライバ18からシフトパルスSPとシフトクロックSCが出力され、光源16からリニアイメージセンサ12に向けて光が照射される。これにより、CPU20は、ビットシフト回路38からのデータを基に合焦レンズ58の現在位置を取得する(ステップS1)。次に、CPU20において、合焦レンズ58の現在位置と所定の設定条件を基に合焦レンズ58の移動方向と駆動モータ84の速度が設定され(ステップS2)、この設定に従って駆動モータ84の駆動が開始される(ステップS3)。駆動モータ84が正転または逆転駆動されると、この回転駆動に伴って合焦レンズ58が光軸Lに沿って移動する。このとき合焦レンズ58の位置に応じた画像データが受光センサ68によって取得され(ステップS4)、取得された画像データを基に対象物に対する測量が行なわれる(ステップS5)。例えば、対象物として、白地の表面に黒色のマークが複数個上下方向に等ピッチで印刷されている標尺を視準したときには、複数のマークで形成される標尺上のパターンのピッチから標尺までの距離をスタジア測量方法により求める。この後、測距の結果から測距が完了したか否かを判定し(ステップS6)、測距が完了していないとき、すなわち、測距結果から合焦レンズ58が合焦位置にないと判定したときには、合焦レンズ58の現在位置を取得し(ステップS7)、合焦レンズ58の現在位置からサーチ範囲を終了したか否かの判定を行なう(ステップS8)。すなわち、合焦レンズ58の現在位置を求め、合焦レンズ58をさらに移動させる必要があるか否かの判定を行なう。サーチ範囲を終了していないときには、合焦レンズ58の現在位置を求め、合焦レンズ58の移動方向と駆動モータ84の速度を設定し(ステップS9)、この設定にしたがって駆動モータ84を駆動して(ステップS10)、ステップS4の処理に戻り、引き続き次の画像データを取得するための処理に移行する。   Next, the electronic level autofocus operation will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the telescope 52 is directed to the bar code measure of the measurement object with the approximate electronic level. When the start of the autofocus operation is instructed by the operation of the input key 114, the arithmetic processing by the CPU 20 is started, the shift pulse SP and the shift clock SC are output from the clock driver 18, and the light source 16 supplies the linear image sensor 12. Light is emitted toward the camera. Thereby, the CPU 20 acquires the current position of the focusing lens 58 based on the data from the bit shift circuit 38 (step S1). Next, in the CPU 20, the moving direction of the focusing lens 58 and the speed of the drive motor 84 are set based on the current position of the focusing lens 58 and predetermined setting conditions (step S2), and the drive motor 84 is driven according to this setting. Is started (step S3). When the drive motor 84 is driven forward or backward, the focusing lens 58 moves along the optical axis L along with this rotational drive. At this time, image data corresponding to the position of the focusing lens 58 is acquired by the light receiving sensor 68 (step S4), and surveying of the object is performed based on the acquired image data (step S5). For example, when collimating as a target a standard with a plurality of black marks printed on the surface of a white background at an equal pitch in the vertical direction, the pitch from the pitch of the pattern on the standard formed by the plurality of marks to the standard The distance is determined by the stadia survey method. Thereafter, it is determined whether or not the distance measurement is completed from the distance measurement result (step S6). When the distance measurement is not completed, that is, from the distance measurement result, the focusing lens 58 is not at the focus position. When the determination is made, the current position of the focusing lens 58 is acquired (step S7), and it is determined whether or not the search range has ended from the current position of the focusing lens 58 (step S8). That is, the current position of the focusing lens 58 is obtained, and it is determined whether or not the focusing lens 58 needs to be further moved. When the search range has not ended, the current position of the focusing lens 58 is obtained, the moving direction of the focusing lens 58 and the speed of the drive motor 84 are set (step S9), and the drive motor 84 is driven according to this setting. (Step S10), the process returns to Step S4, and the process proceeds to the process for acquiring the next image data.

一方、ステップS8でサーチ範囲を終了したと判定したときには、合焦レンズ58が移動範囲内を全て動いたとして、合焦レンズ58の駆動を停止するために、駆動モータ84の駆動を停止する(ステップS11)。このとき、合焦レンズ58は合焦位置にない、すなわち、合焦未完了として、このルーチンでの処理を終了する。   On the other hand, when it is determined in step S8 that the search range has ended, the drive of the drive motor 84 is stopped in order to stop the drive of the focus lens 58, assuming that the focus lens 58 has moved all within the movement range ( Step S11). At this time, the in-focus lens 58 is not in the in-focus position, that is, the in-focus state is not completed, and the processing in this routine is terminated.

また、ステップS6において、測距完了と判定したときには、合焦レンズ58の駆動(移動)を停止するために、駆動モータ84の駆動を停止し(ステップS13)、測距結果から合焦状態となる合焦レンズ58の合焦点レンズ位置を計算し(ステップS14)、計算された位置に合焦レンズ58を位置決めするための処理を行ない(ステップS15)、合焦動作を完了する(ステップS16)。すなわち、望遠鏡52の光学系から決定される合焦点レンズ位置と対象物までの距離との関係を示す計算式が設定されているので、測距が完了したら、測距値を前記計算式に代入することで、測距値から合焦レンズ58の合焦点レンズ位置を算出することができる。そして、算出された合焦点レンズ位置と合焦レンズ58の現在位置との差が0になるように、駆動モータ84を回転駆動することで、合焦レンズ58を合焦位置に位置決めすることができる。   If it is determined in step S6 that the distance measurement is completed, the drive motor 84 is stopped to stop driving (moving) the focusing lens 58 (step S13). The in-focus lens position of the in-focus lens 58 is calculated (step S14), a process for positioning the in-focus lens 58 at the calculated position is performed (step S15), and the focusing operation is completed (step S16). . That is, since a calculation formula showing the relationship between the focusing lens position determined from the optical system of the telescope 52 and the distance to the object is set, when the distance measurement is completed, the distance measurement value is substituted into the calculation formula. By doing so, the focal lens position of the focusing lens 58 can be calculated from the distance measurement value. The focus lens 58 can be positioned at the focus position by rotating the drive motor 84 so that the difference between the calculated focus lens position and the current position of the focus lens 58 becomes zero. it can.

具体的には、合焦レンズ58を合焦点レンズ位置に位置決めするに際しては、図7に示すように、合焦レンズ58の現在位置を取得し(ステップS21)、合焦レンズ58の現在位置と合焦点レンズ位置との差を計算し(ステップS22)、この差が0か否かの判定を行い(ステップS23)、差が0でないときには、差を0にするために、差を駆動モータ84の回転量(駆動量)に変換し(ステップS24)、変換された回転量に従って駆動モータ84を駆動し(ステップS25)、ステップS21の処理に戻る。これらの処理を繰り返すことで、合焦レンズ58を合焦点レンズ位置に位置決めすることができる。   Specifically, when positioning the focusing lens 58 at the focusing lens position, as shown in FIG. 7, the current position of the focusing lens 58 is acquired (step S21), and the current position of the focusing lens 58 is obtained. The difference from the in-focus lens position is calculated (step S22), and it is determined whether or not this difference is 0 (step S23). If the difference is not 0, the difference is set to 0 to drive the difference to the drive motor 84. (Step S24), the drive motor 84 is driven according to the converted rotation amount (step S25), and the process returns to step S21. By repeating these processes, the focusing lens 58 can be positioned at the focusing lens position.

この際、減速ギア機構82やクラッチ機構80には機械的なクリアランスが存在するため、指定の回転量に従って駆動モータ84を駆動しても、駆動モータ84の回転量と合焦レンズ58が実際に移動したときの移動量とが必ずしも一致しない現象が発生することもあるが、合焦レンズ58の絶対位置は常に瞬時に、すなわち、1フレーム毎に検出することが可能であるため、合焦レンズ58に対する位置決め処理を迅速にかつ確実に行なうことが可能になる。   At this time, since the reduction gear mechanism 82 and the clutch mechanism 80 have a mechanical clearance, even if the drive motor 84 is driven according to the specified rotation amount, the rotation amount of the drive motor 84 and the focusing lens 58 are actually Although there may occur a phenomenon in which the amount of movement when moving is not always the same, the absolute position of the focusing lens 58 can always be detected instantaneously, that is, for each frame. Positioning processing for 58 can be performed quickly and reliably.

本実施例においては、合焦レンズ58の光軸Lにおける絶対位置を迅速に求めて、合焦レンズ58を合焦点レンズ位置に位置決めすることができ、合焦レンズ58に対するオートフォーカス動作を迅速にかつ正確に行うことができる。   In the present embodiment, the absolute position of the focusing lens 58 on the optical axis L can be quickly obtained, and the focusing lens 58 can be positioned at the focusing lens position, so that the autofocus operation for the focusing lens 58 can be performed quickly. And can be done accurately.

(a)は、本発明の一実施例を示す絶対位置検出装置の概略構成図、(b)は、1個のスリットを有するスリット板を光源とリニアイメージセンサとの間に配置したときの側面図、(c)は、2個のスリットを有するスリット板を光源とリニアイメージセンサとの間に配置したときの側面図である。(A) is a schematic block diagram of the absolute position detection apparatus which shows one Example of this invention, (b) is a side surface when the slit board which has one slit is arrange | positioned between a light source and a linear image sensor. FIG. 3C is a side view when a slit plate having two slits is disposed between the light source and the linear image sensor. 本発明の一実施例を示す絶対位置検出装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the absolute position detection apparatus which shows one Example of this invention. 図2に示す絶対位置検出装置の動作を説明すための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating operation | movement of the absolute position detection apparatus shown in FIG. 電子レベルのオートフォーカス機構と望遠鏡の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of an electronic level autofocus mechanism and a telescope. 電子レベルのブロック構成図である。It is a block block diagram of an electronic level. 電子レベルのオートフォーカス動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the autofocus operation | movement of an electronic level. 合焦レンズの位置決め制御を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating positioning control of a focusing lens. 従来のアブソリュート型リニアエンコーダのブロック構成図である。It is a block block diagram of the conventional absolute linear encoder.

符号の説明Explanation of symbols

12 リニアイメージセンサ
14 移動体
16 光源
17 コリメータレンズ
18 クロックドライバ
20 CPU
21 スリット板
22 比較器
28 立上りエッジ検出回路
30 立下りエッジ検出回路
32、34 カウンタ値ラッチ回路
36 加算回路
38 ビットシフト回路
52 望遠鏡
56 対物レンズ
58 合焦レンズ
62 ビームスプリッタ
64 焦点鏡
66 接眼レンズ
68 受光センサ
80 クラッチ機構
82 減速ギア機構
84 駆動モータ
12 linear image sensor 14 moving body 16 light source 17 collimator lens 18 clock driver 20 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Slit plate 22 Comparator 28 Rising edge detection circuit 30 Falling edge detection circuit 32, 34 Counter value latch circuit 36 Addition circuit 38 Bit shift circuit 52 Telescope 56 Objective lens 58 Focusing lens 62 Beam splitter 64 Focusing mirror 66 Eyepiece lens 68 Light receiving sensor 80 Clutch mechanism 82 Reduction gear mechanism 84 Drive motor

Claims (1)

複数の光電変換素子が直線状に等間隔に配列され、前記各光電変換素子に対応して発生するシフトクロック(SC)に応答して前記各光電変換素子の光電変換に伴う信号電荷に応じた電気信号を順次出力するリニアイメージセンサ(12)と、前記リニアイメージセンサと相対向して配置され、かつ前記複数の光電変換素子の配列方向に沿って相対移動可能に配置されて前記リニアイメージセンサのいずれかの光電変換素子に向けて光を照射する光源と、前記光源と前記リニアイメージセンサとの間に配置されたコリメータレンズと、該コリメータレンズと前記リニアイメージセンサとの間に配置されて前記光源から発生する光を複数の光に分岐させて出射する光分岐手段と、前記複数の光電変換素子の出力を前記リニアイメージセンサ上の1番目の光電変換素子から配列順序に従って順番に取り込んで判定レベルと比較する比較器と、前記比較器の比較結果を監視して、前記いずれかの光電変換素子の出力が前記判定レベルを超えたことを検出する立上りエッジ検出手段と、前記比較器の比較結果を監視して、前記いずれかの光電変換素子の出力が前記判定レベル以下になったことを検出する立下りエッジ検出手段と、前記シフトクロックに応答してシフトクロック数を計数するとともに、この計数値を前記立上りエッジ検出手段から検出出力が発生する毎に記憶する第1の記憶手段と、前記シフトクロックに応答してシフトクロック数を計数するとともに、この計数値を前記立下りエッジ検出手段から検出出力が発生する毎に記憶する第2の記憶手段と、前記第1の記憶手段に記憶された複数の計数値と前記第2の記憶手段に記憶された複数の計数値とを基に前記リニアイメージセンサ上における前記光の照射位置を前記1番目の光電変換素子を基準として検出する位置検出手段とを備えてなる絶対位置検出装置。A plurality of photoelectric conversion elements are linearly arranged at equal intervals, and in response to a signal charge accompanying photoelectric conversion of each photoelectric conversion element in response to a shift clock (SC) generated corresponding to each photoelectric conversion element A linear image sensor (12) for sequentially outputting electrical signals; and the linear image sensor arranged opposite to the linear image sensor and arranged to be relatively movable along an arrangement direction of the plurality of photoelectric conversion elements. A light source that emits light toward any one of the photoelectric conversion elements, a collimator lens disposed between the light source and the linear image sensor, and disposed between the collimator lens and the linear image sensor. A light branching means for branching light emitted from the light source into a plurality of lights, and outputs of the plurality of photoelectric conversion elements on the linear image sensor A comparator that sequentially captures from the second photoelectric conversion element according to the arrangement order and compares it with the determination level, and the comparison result of the comparator is monitored, and the output of any one of the photoelectric conversion elements exceeds the determination level A rising edge detection means for detecting the comparison result of the comparator, a falling edge detection means for detecting that the output of any one of the photoelectric conversion elements is equal to or lower than the determination level, and the shift A first storage means for counting the number of shift clocks in response to the clock and storing the count value every time a detection output is generated from the rising edge detection means; and a shift clock number in response to the shift clock. The second storage means for counting and storing the count value every time a detection output is generated from the falling edge detection means, and the first storage means Based on the plurality of stored count values and the plurality of count values stored in the second storage means, the irradiation position of the light on the linear image sensor is detected using the first photoelectric conversion element as a reference. An absolute position detection device comprising position detection means.
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