JP4876233B2 - 位置検出器および被検出体 - Google Patents
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Description
本発明は位置検出器および被検出体に係り、特に、回転物体の絶対角度や、ＸＹ平面上の絶対位置等を検出可能とし、組み立ての容易化、装置の小型化およびコスト削減を可能とする、新規なる位置検出器および被検出体に関する。
回転物の絶対的な角度を得るために、従来は、アブソリュート型エンコーダのように、コード化されたパターンを高度な分解能を持つセンサにて検出する方式が用いられてきた。
図１２（ａ）〜（ｃ）は、かかる従来の絶対角度検出方法例を示す説明図である。このうち、（ａ）はエンコーダ要部の側面図、（ｂ）はアブソリュート型エンコーダのディスクの平面図、（ｃ）は（ｂ）図中のＡ部分の拡大図である。これらに図示するように、アブソリュート型エンコーダ６０では、絶対位置検出用ディスク６１上には、二進ｎビットのコードがスリットに切られて角度ごとにコード化されたパターン６２が形成されており、さらに、原点検出のための１回転検出用パターン６９が設けられている。特に、角度ごとにコード化されたパターンの形成は、相当に高度な製造技術をもって行われている。
さて、回転数や回転角度等の検出に関する先行技術としては、次のようなものも存在する。すなわち、ＮＭＲ装置において性質の異なる光を照射する複数の光源を用いて回転数検出を行う方法（後掲特許文献１）、軸外周上の単色の色彩度を変化させることにより軸方向上の変位を知る方法（特許文献２）などである。
上述したように従来の絶対角度検出方法においては、角度ごとにコード化されたパターンの形成に相当高度な製造技術を要するため、回転体のサイズはある程度以上の大きさを有することが必要となる。また、構成されるセンサや光源の位置等に検出の特性が影響されるため、これらの位置調整には精度の高さが要求され、製造には相当の困難を伴うものである。したがって、検出装置の小型化やコスト削減は難しかった。しかも、ＸＹ平面上における位置検出は不可能だった。
かかる技術的な限界は、上述の各特許文献に示された提案においても、基本的に解決されていない。
本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点を除き、回転物体の絶対角度や、ＸＹ平面上の絶対位置等を、より簡易な構成、より容易な方法によって検出可能とし、装置の組み立て容易化、小型化、コスト削減を可能にする、位置検出器および被検出体を提供することである。
本願発明者は上記課題について検討した結果、回転体等の被検物体を、位置により連続的に変化する波長の電磁波を反射等することが可能な構成とするにより、上記課題の解決が可能であることを見出し、本発明に至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される、もしくは少なくとも開示される発明は、以下のとおりである。
（１） 位置信号発生のためのパターンが形成された被検出体と、光照射により該被検出体上で発生する電磁波を受けることによって、該パターンに基づく位置信号を検出するためのセンサとからなる位置検出器であって、該パターンは、該被検出体上の位置によって連続的に異なる波長の電磁波を該センサ側に送出し得るよう、可視的にもしくは不可視的にグラデーション状に形成されていることを特徴とする、位置検出器。
（２） 前記パターンは、
（２−Ｉ）前記センサの一部を成す、もしくは該センサとは独立して設けられた発光素子からの光を受けて、前記被検出体の位置によって異なる波長の電磁波を、該センサの一部を成す受光素子に対して反射するもの、
（２−II）前記センサの一部を成す、もしくは該センサとは独立して設けられた発光素子からの光を受けて、前記被検出体の位置によって異なる波長の電磁波を、該センサの一部を成す受光素子に対して透過するもの、または、
（２−III）前記センサの一部を成す、もしくは該センサとは独立して設けられた発光素子からの光を受けて、蛍光励起等により前記被検出体の位置によって異なる波長の電磁波を発生し、該センサの一部を成す受光素子に対して照射するもの、
のいずれかであることを特徴とする、（１）に記載の位置検出器。
（３） 前記センサは、前記被検出体からの電磁波を各波長に分離するための、スペクトル分光器もしくは原色フィルタ等の波長分離部を有し、これにより分離され得られた波長に基づき位置検出がなされることを特徴とする、（１）または（２）に記載の位置検出器。
（４） 前記被検出体は、回転方向上の位置検出がなされるべく円板状の形態を有し、その回転方向上に、前記センサ側に送出されるべき異なる波長の電磁波を発生させるパターンが形成されており、かかる構成により該被検出体の回転位置を検出できることを特徴とする、（１）ないし（３）のいずれかに記載の位置検出器。
（５） 前記被検出体は、座標平面上の位置検出がなされるべく平行四辺形の形態を有し、その象限内に、前記センサ側に送出されるべき異なる波長の電磁波を発生させるパターンが形成されており、かかる構成により該被検出体の座標位置を検出できることを特徴とする、（１）ないし（３）のいずれかに記載の位置検出器。
（６） 前記被検出体は、球面上の位置検出がなされるべく球形の形態を有し、その球面上に、前記センサ側に送出されるべき異なる波長の電磁波を発生させるパターンが形成されており、かかる構成により該被検出体の球面上位位置を検出できることを特徴とする、（１）ないし（３）のいずれかに記載の位置検出器。
（２） 前記パターンは、
（２−Ｉ）前記センサの一部を成す、もしくは該センサとは独立して設けられた発光素子からの光を受けて、前記被検出体の位置によって異なる波長の電磁波を、該センサの一部を成す受光素子に対して反射するもの、
（２−II）前記センサの一部を成す、もしくは該センサとは独立して設けられた発光素子からの光を受けて、前記被検出体の位置によって異なる波長の電磁波を、該センサの一部を成す受光素子に対して透過するもの、または、
（２−III）前記センサの一部を成す、もしくは該センサとは独立して設けられた発光素子からの光を受けて、蛍光励起等により前記被検出体の位置によって異なる波長の電磁波を発生し、該センサの一部を成す受光素子に対して照射するもの、
のいずれかであることを特徴とする、（１）に記載の位置検出器。
（３） 前記センサは、前記被検出体からの電磁波を各波長に分離するための、スペクトル分光器もしくは原色フィルタ等の波長分離部を有し、これにより分離され得られた波長に基づき位置検出がなされることを特徴とする、（１）または（２）に記載の位置検出器。
（４） 前記被検出体は、回転方向上の位置検出がなされるべく円板状の形態を有し、その回転方向上に、前記センサ側に送出されるべき異なる波長の電磁波を発生させるパターンが形成されており、かかる構成により該被検出体の回転位置を検出できることを特徴とする、（１）ないし（３）のいずれかに記載の位置検出器。
（５） 前記被検出体は、座標平面上の位置検出がなされるべく平行四辺形の形態を有し、その象限内に、前記センサ側に送出されるべき異なる波長の電磁波を発生させるパターンが形成されており、かかる構成により該被検出体の座標位置を検出できることを特徴とする、（１）ないし（３）のいずれかに記載の位置検出器。
（６） 前記被検出体は、球面上の位置検出がなされるべく球形の形態を有し、その球面上に、前記センサ側に送出されるべき異なる波長の電磁波を発生させるパターンが形成されており、かかる構成により該被検出体の球面上位位置を検出できることを特徴とする、（１）ないし（３）のいずれかに記載の位置検出器。
（７） 前記被検出体には、前記パターンの一部により、または別途設けられたパターンにより、位置検出用の原点が設けられ、それにより絶対位置の検出が可能であることを特徴とする、（４）ないし（６）のいずれかに記載の位置検出器。
（８） 前記パターンは、位置により連続的に変化する色または色彩により形成されていることを特徴とする、（４）ないし（７）のいずれかに記載の位置検出器。
（９） 前記パターンは、被検出位置上の異なる位置に設けられた複数の基礎色と、隣接する二の該基礎色間に連続的に配された、両者の混色比率に基づく各色とからなることを特徴とする、（８）に記載の位置検出器。
（１０） 前記基礎色は、色光の三原色または色料の三原色である場合を含む、二色以上の原色であることを特徴とする、（９）に記載の位置検出器。
（１１） 光照射により電磁波を発生させる位置信号発生用パターンが形成された被検出体であって、該パターンは、該被検出体上の位置によって連続的に異なる波長の電磁波を発生し得るよう、可視的にもしくは不可視的にグラデーション状に形成されていることを特徴とする、被検出体。
（１２） 前記パターンは位置により連続的に変化する色または色彩によりグラデーション状に形成されており、回転方向上の位置検出がなされるべく円板状の形態をなしていることを特徴とする、（１１）に記載の被検出体。
（１３） 前記パターンは位置により連続的に変化する色または色彩によりグラデーション状に形成されており、座標平面上の位置検出がなされるべく平行四辺形の形態をなしていることを特徴とする、（１１）に記載の被検出体。
（１４） 前記パターンは位置により連続的に変化する色または色彩によりグラデーション状に形成されており、球面上の位置検出がなされるべく球形の形態をなしていることを特徴とする、（１１）に記載の被検出体。
（１５） 前記パターンは位置により連続的に変化する色または色彩によりグラデーション状に形成されており、一定方向上の位置検出がなされるべく帯状体の形態をなしていることを特徴とする、（１１）に記載の被検出体。
（１６） 前記パターンは位置により連続的に変化する色または色彩によりグラデーション状に形成されており、回転方向上の位置検出がなされるべく円筒形の形態をなしていることを特徴とする、（１１）に記載の被検出体。
（８） 前記パターンは、位置により連続的に変化する色または色彩により形成されていることを特徴とする、（４）ないし（７）のいずれかに記載の位置検出器。
（９） 前記パターンは、被検出位置上の異なる位置に設けられた複数の基礎色と、隣接する二の該基礎色間に連続的に配された、両者の混色比率に基づく各色とからなることを特徴とする、（８）に記載の位置検出器。
（１０） 前記基礎色は、色光の三原色または色料の三原色である場合を含む、二色以上の原色であることを特徴とする、（９）に記載の位置検出器。
（１１） 光照射により電磁波を発生させる位置信号発生用パターンが形成された被検出体であって、該パターンは、該被検出体上の位置によって連続的に異なる波長の電磁波を発生し得るよう、可視的にもしくは不可視的にグラデーション状に形成されていることを特徴とする、被検出体。
（１２） 前記パターンは位置により連続的に変化する色または色彩によりグラデーション状に形成されており、回転方向上の位置検出がなされるべく円板状の形態をなしていることを特徴とする、（１１）に記載の被検出体。
（１３） 前記パターンは位置により連続的に変化する色または色彩によりグラデーション状に形成されており、座標平面上の位置検出がなされるべく平行四辺形の形態をなしていることを特徴とする、（１１）に記載の被検出体。
（１４） 前記パターンは位置により連続的に変化する色または色彩によりグラデーション状に形成されており、球面上の位置検出がなされるべく球形の形態をなしていることを特徴とする、（１１）に記載の被検出体。
（１５） 前記パターンは位置により連続的に変化する色または色彩によりグラデーション状に形成されており、一定方向上の位置検出がなされるべく帯状体の形態をなしていることを特徴とする、（１１）に記載の被検出体。
（１６） 前記パターンは位置により連続的に変化する色または色彩によりグラデーション状に形成されており、回転方向上の位置検出がなされるべく円筒形の形態をなしていることを特徴とする、（１１）に記載の被検出体。
また、本願にて特許請求される発明は、とりわけ以下のとおりである。
＜１＞ 位置信号発生のためのパターンが形成された被検出体と、光照射により該被検出体上で発生する電磁波を受けることによって、該パターンに基づく位置信号を検出するためのセンサとからなる位置検出器であって、
該被検出体は、球面上の位置検出がなされるべく球形の形態を有し、
その球面上に形成された該パターンは連続的に変化する色によりグラデーション状に形成されており、
また該パターンは、被検出位置上の異なる位置に設けられた複数の基礎色と、隣接する二の該基礎色間に連続的に配された両者の混色比率に基づく各色とからなり、
かつ基礎色は、色光の三原色である場合を含む二色以上の原色であり、
該パターンは、該被検出体の緯線方向もしくは経線方向のいずれかの一方向には色相が連続的に変化、他の方向には彩度もしくは明度が連続的に変化するように形成されており、
かかる構成により該被検出体の球面上位置を検出でき、
かつ該センサは、該被検出体からの電磁波を各波長に分離するための波長分離部としてスペクトル分光器もしくは原色フィルタを有し、これにより分離され得られた波長に基づき位置検出がなされることを特徴とする、位置検出器。
＜２＞ 前記パターンは、
（Ｉ）前記センサの一部を成す、もしくは該センサとは独立して設けられた発光素子からの光を受けて、前記被検出体の位置によって異なる波長の電磁波を、該センサの一部を成す受光素子に対して反射するもの、
（II）前記センサの一部を成す、もしくは該センサとは独立して設けられた発光素子からの光を受けて、前記被検出体の位置によって異なる波長の電磁波を、該センサの一部を成す受光素子に対して透過するもの、または、
（III）前記センサの一部を成す、もしくは該センサとは独立して設けられた発光素子からの光を受けて、蛍光励起により前記被検出体の位置によって異なる波長の電磁波を発生し、該センサの一部を成す受光素子に対して照射するもの、
のいずれかであることを特徴とする、＜１＞に記載の位置検出器。
＜３＞ 前記被検出体には、前記パターンの一部により、または別途設けられたパターンにより、位置検出用の原点が設けられ、それにより絶対位置の検出が可能であることを特徴とする、＜１＞または＜２＞に記載の位置検出器。
＜４＞ 球面上の位置検出用の位置検出器に用いるための球形の被検出体であって、該被検出体上には光照射により電磁波を発生させる位置信号発生用パターンが形成されており、該パターンは連続的に変化する色によりグラデーション状に形成されており、また該パターンは、被検出位置上の異なる位置に設けられた複数の基礎色と、隣接する二の該基礎色間に連続的に配された両者の混色比率に基づく各色とからなり、かつ基礎色は、色光の三原色である場合を含む二色以上の原色であり、該パターンは、該被検出体の緯線方向もしくは経線方向のいずれかの一方向には色相が連続的に変化、他の方向には彩度もしくは明度が連続的に変化するように形成されていることを特徴とする、被検出体。
＜１＞ 位置信号発生のためのパターンが形成された被検出体と、光照射により該被検出体上で発生する電磁波を受けることによって、該パターンに基づく位置信号を検出するためのセンサとからなる位置検出器であって、
該被検出体は、球面上の位置検出がなされるべく球形の形態を有し、
その球面上に形成された該パターンは連続的に変化する色によりグラデーション状に形成されており、
また該パターンは、被検出位置上の異なる位置に設けられた複数の基礎色と、隣接する二の該基礎色間に連続的に配された両者の混色比率に基づく各色とからなり、
かつ基礎色は、色光の三原色である場合を含む二色以上の原色であり、
該パターンは、該被検出体の緯線方向もしくは経線方向のいずれかの一方向には色相が連続的に変化、他の方向には彩度もしくは明度が連続的に変化するように形成されており、
かかる構成により該被検出体の球面上位置を検出でき、
かつ該センサは、該被検出体からの電磁波を各波長に分離するための波長分離部としてスペクトル分光器もしくは原色フィルタを有し、これにより分離され得られた波長に基づき位置検出がなされることを特徴とする、位置検出器。
＜２＞ 前記パターンは、
（Ｉ）前記センサの一部を成す、もしくは該センサとは独立して設けられた発光素子からの光を受けて、前記被検出体の位置によって異なる波長の電磁波を、該センサの一部を成す受光素子に対して反射するもの、
（II）前記センサの一部を成す、もしくは該センサとは独立して設けられた発光素子からの光を受けて、前記被検出体の位置によって異なる波長の電磁波を、該センサの一部を成す受光素子に対して透過するもの、または、
（III）前記センサの一部を成す、もしくは該センサとは独立して設けられた発光素子からの光を受けて、蛍光励起により前記被検出体の位置によって異なる波長の電磁波を発生し、該センサの一部を成す受光素子に対して照射するもの、
のいずれかであることを特徴とする、＜１＞に記載の位置検出器。
＜３＞ 前記被検出体には、前記パターンの一部により、または別途設けられたパターンにより、位置検出用の原点が設けられ、それにより絶対位置の検出が可能であることを特徴とする、＜１＞または＜２＞に記載の位置検出器。
＜４＞ 球面上の位置検出用の位置検出器に用いるための球形の被検出体であって、該被検出体上には光照射により電磁波を発生させる位置信号発生用パターンが形成されており、該パターンは連続的に変化する色によりグラデーション状に形成されており、また該パターンは、被検出位置上の異なる位置に設けられた複数の基礎色と、隣接する二の該基礎色間に連続的に配された両者の混色比率に基づく各色とからなり、かつ基礎色は、色光の三原色である場合を含む二色以上の原色であり、該パターンは、該被検出体の緯線方向もしくは経線方向のいずれかの一方向には色相が連続的に変化、他の方向には彩度もしくは明度が連続的に変化するように形成されていることを特徴とする、被検出体。
本発明の位置検出器および被検出体は上述のように構成されるため、これによれば、回転物体の絶対角度や、ＸＹ平面上の絶対位置等を、より簡易な構成、より容易な方法によって検出することができる。そして、装置の組み立て容易化、小型化、コスト削減を可能とすることができる。
以下、本発明を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明の位置検出器の基本的な構成を示す説明図である。図は、説明しやすくするために概念的に構成されている。以下の図においても、そのような場合がある。
図において本発明位置検出器１０は、位置信号発生のためのパターン２が形成された被検出体１と、光照射により該被検出体１上で発生する電磁波を受けることによって、該パターン２に基づく位置信号を検出するためのセンサ３とからなり、該パターン２は、該被検出体１上の位置によって連続的に異なる波長の電磁波を該センサ３側に送出し得るよう、可視的にもしくは不可視的にグラデーション状に形成されていることを、主たる構成とする（上記（１）の発明）。
図１は、本発明の位置検出器の基本的な構成を示す説明図である。図は、説明しやすくするために概念的に構成されている。以下の図においても、そのような場合がある。
図において本発明位置検出器１０は、位置信号発生のためのパターン２が形成された被検出体１と、光照射により該被検出体１上で発生する電磁波を受けることによって、該パターン２に基づく位置信号を検出するためのセンサ３とからなり、該パターン２は、該被検出体１上の位置によって連続的に異なる波長の電磁波を該センサ３側に送出し得るよう、可視的にもしくは不可視的にグラデーション状に形成されていることを、主たる構成とする（上記（１）の発明）。
図において本位置検出器１０には、前記センサ３の一部を成して、もしくは該センサ３とは独立して発光素子４Ａが設けられるとともに、該センサ３にはその一部として受光素子５が設けられる（上記（２）の（２−Ｉ）の発明）。ここで前記パターン２は、該発光素子４Ａからの光を受けて、前記被検出体１の位置によって異なる波長の電磁波を、該センサ３の一部を成す受光素子５に対して反射するように構成される。
かかる構成により本発明位置検出器１０では、該発光素子４Ａから発せられた光が該パターン２において反射され、その際、該パターン２の可視的もしくは不可視的グラデーション状構成により、該被検出体１上の位置によって連続的に異なる波長の電磁波が該センサ３側に送出され、検出される。
すなわち、検出される該異なる波長の電磁波は、該被検出体１の位置情報を有するものであるため、該センサ３における該被検出体の位置検出が可能となる。該被検出体１の特定位置を予め電磁波の波長により特定しその情報を保存しておくことによって、該被検出体１の絶対位置の検出は容易に可能となる。
図では、該被検出体１は回転体で示されているが、本発明はこれに限定されず、後述するようにＸＹ平面上の位置検出にも用いることができる。要するに、回転方向位置（角度）であれ、ＸＹ平面上位置であれ、位置検出対象となる面または部位を、可視的もしくは不可視的グラデーション状のパターンに構成することによって、該パターンへの光照射作用による位置依存性の電磁波生成をなさしめ、該電磁波の検出により位置情報を得る方式であれば、すべて本発明の範囲内である。したがって、位置検出対象となる面または部位は平面に限らず、たとえば球面などの曲面であっても、本発明の位置検出の方式を用いることができる。
ここで、該パターン２が、該被検出体１上の位置によって連続的に異なる波長の電磁波を送出し得る、とは、該パターン２が、外部光源（４Ａ等）からの照射を受けて反射光や透過光を生じること、あるいはまた蛍光励起された蛍光等を発することをいう。その際に、その位置に特有の色（可視光）もしくは不可視光が生じるように、該被検出体１上のパターン２は形成されている。
また、可視的もしくは不可視的グラデーション状とは、該パターン２が、かかる照射によって位置特有の波長を有する電磁波が生じ、その電磁波は該被検出体１上の位置に伴い、連続的変化のパターンとなっていることを指す。
図において本位置検出器１０は、前記センサ３の一部を成して、もしくは該センサ３とは独立して発光素子４Ｂが設けられるとともに、該センサ３にはその一部として受光素子５が設けられる構成とすることもできる（上記（２）の（２−II）の発明）。ここで前記パターン２は、該発光素子４Ｂからの光を受けて、前記被検出体１の位置によって異なる波長の電磁波を、該センサ３の一部を成す受光素子５に対して透過するように構成される。
かかる構成により本発明位置検出器１０では、該発光素子４Ｂから発せられた光が該パターン２において透過され、その際、該パターン２の可視的もしくは不可視的グラデーション状構成により、該被検出体１上の位置によって連続的に異なる波長の電磁波が該センサ３側に送出され、検出される。
図において本位置検出器１０は、前記センサ３の一部を成して、もしくは該センサ３とは独立して発光素子４Ａまたは４Ｂが設けられるとともに、該センサ３にはその一部として受光素子５が設けられ、前記パターン２は、該発光素子４Ａまたは４Ｂからの光を受けて、蛍光励起等により前記被検出体１の位置によって異なる波長の電磁波を発生し、該センサ３の一部を成す受光素子５に対して照射するように構成することもできる（上記（２）の（２−III）の発明）。
かかる構成によれば、本発明位置検出器１０では、該発光素子４Ａまたは４Ｂから発せられた光によって該パターン２において蛍光発光し、その際、該パターン２の可視的もしくは不可視的グラデーション状構成により、該被検出体１上の位置によって連続的に異なる波長の電磁波が該センサ３側に送出され、検出される。
前記センサ３は、前記被検出体１からの電磁波を各波長に分離するための波長分離部を有し、これにより分離され得られた波長に基づき位置検出がなされるように構成でき（上記（３）の発明）、該波長分離部としては、スペクトル分光器か、または原色フィルタを用いることができる（上記（３）の発明）。
図２は、回転位置検出のための本発明位置検出器についての説明図であり、このうち、
図２（ａ）はその側面図である。また、
図２（ｂ）はその平面図である。また、
図２（ｃ）は被検出体の回転位置とそれに伴う電磁波発生状況の例を示すグラフである。
図２（ａ）はその側面図である。また、
図２（ｂ）はその平面図である。また、
図２（ｃ）は被検出体の回転位置とそれに伴う電磁波発生状況の例を示すグラフである。
これらの図において、本位置検出器３０は、被検出体３１が回転方向上の位置検出されるべく円板状の形態を有し、その回転方向上に、前記センサ３３側に送出されるべき異なる波長の電磁波を発生させるパターン３２が形成されていることを、主たる構成とする（上記（４）の発明）。ここで、発光素子、受光素子の配設関係は限定されず、また、該パターン３２から該センサ３３の受光素子への電磁波送出は、図示された反射の方式の他、透過、蛍光のいずれの方式も用いることができる。以下の例でも同様である。
かかる構成により本位置検出器３０では、発光素子からの光を受けたパターン３２において、その被検出体３１の回転位置に応じて設けられている特有のパターンに基づいて電磁波が発生し、これが該センサ３３へと送出され、該被検出体３１の回転位置検出がなされる。本発明の回転位置検出のための位置検出器は、たとえばエンコーダ等において利用することができる。
該センサ３３における検出では、原色フィルタもしくは分光プリズムのような波長分離部により、該被検出体３１から送出された電磁波が各波長ごとに分光されて検出され、もってその電磁波が特定され、電磁波により特定される回転位置の情報を得ることができる。
かかる方式によるため、該被検出体３１に対する該センサ３３の配設位置決定には、従来ほどの精度は不要となりラフな設置が可能であるため、装置の小型化、製造容易化、コスト低減が可能である。
該センサにおける、かかる波長分光・検出処理の方法は、本図で説明した回転位置検出の場合のみならず、本発明全体において用いられるものである。
図３は、ＸＹ平面上の位置検出のための、本発明位置検出器の側面構成を示す説明図である。図において本位置検出器２０は、前記被検出体１１が座標平面上の位置検出がなされるべく平行四辺形の形態を有し、その座標象限内に、前記センサ１３側に送出されるべき異なる波長の電磁波を発生させるパターン１２が形成されている構成をとる（上記（５）の発明）。平行四辺形の形態には、長方形、正方形、ひしがたも含まれることはいうまでもない。発光素子は、反射型の１４Ａ、透過型の１４Ｂ、あるいはまた蛍光励起型のものを、適宜用いることができる。
かかる構成により本位置検出器２０では、発光素子からの光を受けたパターン１２において、その被検出体１１のＸＹ方向位置（＋Ｘ、＋Ｙ、−Ｘ、−Ｙ）に応じて設けられている特有のパターンに基づいて電磁波が発生し、これが該センサ１３へと送出され、該被検出体１１の座標位置が検出される。本発明のＸＹ平面上位置検出のための位置検出器は、たとえばＸＹテーブル等において利用できる。
図４は、球面上の位置検出のための本発明位置検出器に係る、球面上のパターン構成方法例を示す説明図であり、また、
図５は、別の例による球面上位置検出のための被検出体上パターン構成例を示す説明図である。（ａ）、（ｂ）〜（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ、上面方向、側面３方向、下面方向から観察した例である。これらの図において前記被検出体２０１は、球面上の位置検出がなされるべく球形の形態を有し、その球面上に、前記センサ側に送出されるべき異なる波長の電磁波を発生させるパターン２０２が形成されており、かかる構成により該被検出体２０１の球面上位置を検出できるよう、構成することができる（上記（６）の発明）。
図５は、別の例による球面上位置検出のための被検出体上パターン構成例を示す説明図である。（ａ）、（ｂ）〜（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ、上面方向、側面３方向、下面方向から観察した例である。これらの図において前記被検出体２０１は、球面上の位置検出がなされるべく球形の形態を有し、その球面上に、前記センサ側に送出されるべき異なる波長の電磁波を発生させるパターン２０２が形成されており、かかる構成により該被検出体２０１の球面上位置を検出できるよう、構成することができる（上記（６）の発明）。
図４に例示するように、たとえば球面上において色相、彩度もしくは強度またはその双方を、赤道（緯線）や経線方向に連続的に変化させるパターンを合成させて球面上のパターン２０２を形成することができる。この場合、緯線方向３６０°に色光の三原色等に基づく色相のパターン、経線方向１８０°に明暗・彩度のパターンを配することとした合成パターン等も用いることができる。
かかる構成により本位置検出器では、発光素子からの光を受けたパターン２０２において、その被検出体２０１の球面上位置に応じて設けられている特有のパターン２０２に基づいて電磁波が発生し、これが前記センサ（図示せず）へと送出され、該被検出体２０１の球面上位置が検出される。本発明の球面上位置検出のための位置検出器は、たとえばロボット分野における関節運動の制御等において利用することができる。
以上説明した本発明の位置検出器では、前記被検出体に、前記パターンの一部により、または別途設けられたパターンにより、位置検出用の原点を設けることができる（上記（７）の発明）。それにより、絶対位置の検出が容易となる。
図２（ｂ）の回転位置検出用の位置検出器に例示されるように、本発明の位置検出器３０は、前記パターン３２を、位置により連続的に変化する色により形成することができる（上記（８）の発明）。また、パターン３２は、位置により連続的に変化する色彩により形成することができる（上記（８）の発明）。本図に限定されず、これが、上述したようなＸＹ平面上位置、球面上の位置、また後述するような一定方向上の座標位置、円筒の外周上の回転位置、その他の位置検出にも適用できることはいうまでもない。
図２（ｂ）において、前記パターン３２は、被検出位置上の異なる位置３２０１、３２０２、３２０３に設けられた複数の基礎色と、隣接する二の該基礎色間に連続的に配された、両者の混色比率に基づく各色とから構成できる（上記（９）の発明）。本図に限定されず、これが、上述したようなＸＹ平面上位置、球面上の位置、また後述するような一定方向上の座標位置、円筒の外周上の回転位置、その他の位置検出にも適用できることはいうまでもない。
つまり、位置により連続的に変化する色としては、色相としては単一色で、その純色とグレーとの間の連続的な混色により生じる変化、すなわち彩度の連続的に相違する色群を用いることができる。また、色相としては単一色で、その純色と白色、純色と黒色との間の連続的な混色により生じる変化、すなわち明度の連続的に相違する色群を用いることができる。また、二の異なる色相の混色、三以上の色相の混色によるパターンも用いることができる。
図２（ｃ）のグラフは、図２（ｂ）の各ピーク３２０１、３２０２、３２０３が、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）である場合の、回転位置（角度）と色濃度の関係を示すグラフである。回転位置は、各色の混色により生じる色により特定されるため、絶対位置検出が可能である。
以上説明した本発明位置検出器において、前記基礎色を二色以上の原色とすること、さらには色光の三原色である赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）、または色料の三原色であるシアン（Ｃ）・イエロー（Ｙ）・マジェンタ（Ｍ）を用いることができる（上記（１０）の発明）。
以上述べた位置検出器に係る各被検出体もまた、本願において特許請求される発明である（上記（１１）の発明）。その具体的な構成例について、以下説明する。
図６は、回転位置検出用の位置検出器の被検出体構成例を示す図である。図示するように本被検出体４１は、前記パターン４２が位置により連続的に変化する色または色彩によりグラデーション状に形成されており、回転方向上の位置検出がなされるべく円板状の形態をなす構成とすることができる（上記（１２）の発明）。つまり、本発明の被検出体４１は、回転方向上に、連続して変化する異なる色を設けることができ、各色を検出することによって、各色により特定される位置情報が得られる。たとえば、１２０°ごとなどに分割された円周上位置に、色光や色料の三原色等の基礎色を配置して、それらの間のグラデーションのパターンを形成することができる。
図２、６で説明した例に示すように、本発明を回転検出器に応用した場合、１２０°ごとに分割された円周上位置に三原色のピークを配置し、これらの間で三色の混合比をリニアに変化させて配色するパターン４２を形成する。そして、発光素子からの照射を受けて生じる反射光等を、原色フィルタもしくは分光プリズム等によって波長ごとに分光し、各色の濃度を測定・検出することにより、受光された色を検出することができ、もって回転位置の絶対位置検出を得ることができる。
図７は、回転位置検出用の位置検出器の別の被検出体構成例を示す図である。図示するように本被検出体４１１は、円板上に二種のパターン４１２、４２２を同心円状に設けることもできる。図示するようにその一方は図６のようなパターンとし（４１２）、内側にはこれとは異なるパターン４２２、たとえば同じ角度位置においてはパターン４１２とは異なる色からなるパターン、あるいはこれに加えて、グラデーション状ではなく隣接する色同士が明度・彩度・色相の少なくともいずれかにおいて非連続でもあるパターンとすることができる。かかる構成により、複数種類の角度位置検出が可能となる。
図８は、ＸＹ座標平面位置検出用の位置検出器の被検出体構成例を示す図であり、図３に示したＸＹ平面上位置の位置検出器のパターン例を示す平面図である。図示するように本被検出体２１は、前記パターン２２が位置により連続的に変化する色または色彩によりグラデーション状に形成されており、座標平面上の位置検出がなされるべく平行四辺形の形態をなしている構成とすることができる（上記（１３）の発明）。図示するように、角の位置や辺の中点など、該パターン２２の適宜の位置にピーク２２０１、２２０２、２２０３を設定し、グラデーションのパターンを形成することができる。
図９−Ａ、９−Ｂ、９−Ｃはそれぞれ、ＸＹ座標平面位置検出用の位置検出器の別の被検出体構成例を示す図である。これらに図示するように本被検出体２５１−Ａ、２５１−Ｂ、２５１−Ｃは、基礎色を三色としてこれをＸＹ平面上の適宜の位置に配置したパターン（２５２−Ａ、２５２−Ｂ）とすることができる。この場合たとえば、各色を四つの角のうち三の角にそれぞれ配置したり、あるいは全周を三等分などして、その周上位置に配置するなどのことは、適宜行える。
あるいはまた、色相を左右方向に、彩度もしくは強度またはその双方を上下方向に配置したパターン（２５２−Ｃ）とすることもできる。この場合たとえば、三色のうちの一色を左右方向両端部に配置し、他の二色は昼間部に適宜間隔で配置するなどのことは、適宜行える。
図４、５を用いて説明したように、本被検出体は、前記パターンが位置により連続的に変化する色または色彩によりグラデーション状に形成されており、球面上の位置検出がなされるべく球形の形態をなしているものとすることができる（上記（１４）の発明）。
図１０は、一定方向上の座標位置検出用の位置検出器の別の被検出体構成例を示す図である。図示するように本被検出体２６１−Ａ等は、前記パターン２６２−Ａ等が位置により連続的に変化する色または色彩によりグラデーション状に形成されており、一定方向上の位置検出がなされるべく帯状体の形態をなしている構成とすることができる（上記（１５）の発明）。
ここで、被検出体２６１−Ａ、２６１−Ｂ、２６１−Ｃのように、基礎色を三色としてこれを帯状体上の適宜の位置に配置したパターン（２６２−Ａ、２６２−Ｂ、２６２−Ｃ）とすることができる。あるいはまた、基礎色を二色としたパターン（２６２−Ｄ、２６２−Ｅ）とすることもできる。基礎色の配置方法としては、三色用いる場合はたとえば、該帯状体の両端部に同一の基礎色、内部に他の二色を適宜配置するなどのことは、適宜行える。また二色用いる場合について、両端部にそれぞれの基礎色を配置するなどのことも同様である。
図１１は、回転位置検出用の位置検出器の被検出体構成例を示す図である。図示するように本被検出体２７１は、前記パターン２７２が位置により連続的に変化する色または色彩によりグラデーション状に形成されており、回転方向上の位置検出がなされるべく円筒形の形態をなしている構成とすることができる（上記（１６）の発明）。図では２のパターンが形成されているが、もちろん単一でもよい。また、色の配置方法は、たとえば先に述べた円板状の被検出体同様に構成することができる。本被検出体２７１は、たとえばモータ軸上にこれを設け、モータ回転位置の検出に用いることができる。
本発明の位置検出器および被検出体は上述のように構成されるため、これによれば、回転物体の絶対角度や、ＸＹ平面上の絶対位置等を、より簡易な構成、より容易な方法によって検出することができる。そして、装置の組み立て容易化、小型化、コスト削減を可能とすることができる。したがって、ＦＡ、ＯＡ分野を始めとして産業上利用価値が高い発明である。
１、１１、２１、３１、４１、２０１、２７１、４１１…被検出体
２５１−Ａ、２５１−Ｂ、２５１−Ｃ、２６１−Ａ、２６１−Ｂ、２６１−Ｃ、２６１−Ｄ、２６１−Ｅ…被検出体
２、１２、２２、３２、４２、２０２、２７２、４１２、４２２…位置信号発生のためのパターン
２５２−Ａ、２５２−Ｂ、２５２−Ｃ、２６２−Ａ、２６２−Ｂ、２６２−Ｃ、２６２−Ｄ、２６２−Ｅ…位置信号発生のためのパターン
３、１３、３３…センサ
４Ａ、１４Ａ…発光素子
４Ｂ、１４Ｂ…発光素子
５、１５…受光素子
６、３６…回転軸
１０、２０、３０…位置検出器
２２０１、２２０２、２２０３…基礎色のピーク位置
３２０１、３２０２、３２０３…基礎色のピーク位置
６０…アブソリュート型エンコーダ
６１…絶対位置検出用ディスク
６２…コード化されたパターン
６３…センサ
６４…光源
６６…回転軸
６９…１回転検出用パターン
２５１−Ａ、２５１−Ｂ、２５１−Ｃ、２６１−Ａ、２６１−Ｂ、２６１−Ｃ、２６１−Ｄ、２６１−Ｅ…被検出体
２、１２、２２、３２、４２、２０２、２７２、４１２、４２２…位置信号発生のためのパターン
２５２−Ａ、２５２−Ｂ、２５２−Ｃ、２６２−Ａ、２６２−Ｂ、２６２−Ｃ、２６２−Ｄ、２６２−Ｅ…位置信号発生のためのパターン
３、１３、３３…センサ
４Ａ、１４Ａ…発光素子
４Ｂ、１４Ｂ…発光素子
５、１５…受光素子
６、３６…回転軸
１０、２０、３０…位置検出器
２２０１、２２０２、２２０３…基礎色のピーク位置
３２０１、３２０２、３２０３…基礎色のピーク位置
６０…アブソリュート型エンコーダ
６１…絶対位置検出用ディスク
６２…コード化されたパターン
６３…センサ
６４…光源
６６…回転軸
６９…１回転検出用パターン
Claims (4)
- 位置信号発生のためのパターンが形成された被検出体と、光照射により該被検出体上で発生する電磁波を受けることによって、該パターンに基づく位置信号を検出するためのセンサとからなる位置検出器であって、
該被検出体は、球面上の位置検出がなされるべく球形の形態を有し、
その球面上に形成された該パターンは連続的に変化する色によりグラデーション状に形成されており、
また該パターンは、被検出位置上の異なる位置に設けられた複数の基礎色と、隣接する二の該基礎色間に連続的に配された両者の混色比率に基づく各色とからなり、
かつ基礎色は、色光の三原色である場合を含む二色以上の原色であり、
該パターンは、該被検出体の緯線方向もしくは経線方向のいずれかの一方向には色相が連続的に変化、他の方向には彩度もしくは明度が連続的に変化するように形成されており、
かかる構成により該被検出体の球面上位置を検出でき、
かつ該センサは、該被検出体からの電磁波を各波長に分離するための波長分離部としてスペクトル分光器もしくは原色フィルタを有し、これにより分離され得られた波長に基づき位置検出がなされることを特徴とする、位置検出器。 - 前記パターンは、
（Ｉ）前記センサの一部を成す、もしくは該センサとは独立して設けられた発光素子からの光を受けて、前記被検出体の位置によって異なる波長の電磁波を、該センサの一部を成す受光素子に対して反射するもの、
（II）前記センサの一部を成す、もしくは該センサとは独立して設けられた発光素子からの光を受けて、前記被検出体の位置によって異なる波長の電磁波を、該センサの一部を成す受光素子に対して透過するもの、または、
（III）前記センサの一部を成す、もしくは該センサとは独立して設けられた発光素子からの光を受けて、蛍光励起により前記被検出体の位置によって異なる波長の電磁波を発生し、該センサの一部を成す受光素子に対して照射するもの、
のいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載の位置検出器。 - 前記被検出体には、前記パターンの一部により、または別途設けられたパターンにより、位置検出用の原点が設けられ、それにより絶対位置の検出が可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載の位置検出器。
- 球面上の位置検出用の位置検出器に用いるための球形の被検出体であって、該被検出体上には光照射により電磁波を発生させる位置信号発生用パターンが形成されており、該パターンは連続的に変化する色によりグラデーション状に形成されており、また該パターンは、被検出位置上の異なる位置に設けられた複数の基礎色と、隣接する二の該基礎色間に連続的に配された両者の混色比率に基づく各色とからなり、かつ基礎色は、色光の三原色である場合を含む二色以上の原色であり、該パターンは、該被検出体の緯線方向もしくは経線方向のいずれかの一方向には色相が連続的に変化、他の方向には彩度もしくは明度が連続的に変化するように形成されていることを特徴とする、被検出体。
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