JPH01113616A - Position detector - Google Patents

Position detector

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Publication number
JPH01113616A
JPH01113616A JP27068387A JP27068387A JPH01113616A JP H01113616 A JPH01113616 A JP H01113616A JP 27068387 A JP27068387 A JP 27068387A JP 27068387 A JP27068387 A JP 27068387A JP H01113616 A JPH01113616 A JP H01113616A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
slit
photodetector
outputs
slit plate
Prior art date
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Pending
Application number
JP27068387A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiji Kubo
圭司 久保
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH01113616A publication Critical patent/JPH01113616A/en
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Abstract

PURPOSE:To detect the position of a code plate based on the change in the read-out phase of a detector and the phase of an operated output, by providing a light source, one slit plate, detector which are arranged at a specified pitch, a detected signal dividing switch, a sampling circuit, a filter and an operating circuit. CONSTITUTION:Laser light from a laser 21 is made parallel through a lens 22 and projected on a slit plate 23. The transmitted light is detected with detectors 24. A binary coded pattern 26 is detected, the codes are converted and a coarse absolute position is measured. A pitch dp=(k/m)ds of the detectors 24, which are arranged in the moving direction of the slit plates, are selected with respect to a pitch ds of the slits [(m) is a number of the phase signals of 2 or more, 1<k<=1.25 or 0.75<=k<1]. With respect to (n) satisfying the expression [(n) is an integer], mXn pieces are arranged. The outputs of (m) number are sequentially divided and made to pass through a sampling circuit, a filter and an operating circuit. The precise position is detected based on the output phases of the operating circuit with respect to the sequentially read-out phases of the detectors 24. In this constitution, the various causes of the errors in detected positions can be removed. Thus, the detection of the minute position can be performed highly accurately.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、位置決め装置や測定器における位置検出装置
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a position detection device in a positioning device or a measuring instrument.

従来の技術 近年、光学スケール式位置検出装置は、従来の周期的ス
リット等を透過した光の強度信号を振巾方向に分割する
ことによシ、高分解能化する方式から検出器を複数配置
し、これを走査し位相信号を得、位相検出することによ
シ高分解能化されつつある。また近年、制御のデジタル
化と複数化によシ、位置検出装置としてアブソリュート
エンコーダの必要性が高まっている。
Conventional technology In recent years, optical scale type position detection devices have adopted a method of increasing resolution by arranging multiple detectors by dividing the intensity signal of light transmitted through a conventional periodic slit etc. in the amplitude direction. By scanning this to obtain a phase signal and detecting the phase, high resolution is being achieved. Furthermore, in recent years, with the digitalization and multiplication of control, the need for absolute encoders as position detection devices has increased.

以下図面を参照しながら、上述した従来の位置検出装置
の一例について説明する。
An example of the above-mentioned conventional position detection device will be described below with reference to the drawings.

第7図は従来の位置検出装置の構成を示すものである。FIG. 7 shows the configuration of a conventional position detection device.

第7図において、1はコード板、2はマスク、3は光源
、4は受光器、6は増幅器、6はバンドパスフィルタ、
7はスリット、8,9゜10.11は光検出素子、12
はレンズ、swl。
In FIG. 7, 1 is a code plate, 2 is a mask, 3 is a light source, 4 is a light receiver, 6 is an amplifier, 6 is a bandpass filter,
7 is a slit, 8,9゜10.11 is a photodetecting element, 12
is lens, swl.

SW2.SW3.SW4は光検出素子、8,9,10゜
11からの信号を一定のタイミングで順次数シ出すスイ
ッチである。マスク2上のスリットピッチd はコード
板1のスリット7のピッチdIiに対しs、/4dsと
なるよう配置されている。
SW2. SW3. SW4 is a switch that sequentially outputs several signals from photodetecting elements 8, 9, and 10°11 at a fixed timing. The slit pitch d on the mask 2 is arranged to be s, /4ds with respect to the pitch dIi of the slits 7 on the code plate 1.

以上のように構成された位置検出器について、以下その
動作について説明する。
The operation of the position detector configured as above will be explained below.

光源3よシ出た光が、レンズ12によシ平行光束化され
、スリット7と、マスク2を通ったのち、光検出素子8
,9,10.11により検出され、スイッチsw1.s
w2.sw3.sw4を介して一定タイミングでスイッ
チングされて取シ出され、その信号を増幅し、バンドパ
スフィルり6により出力信号の基本波成分を抽出し、得
られる正弦波信号の位相を上記スイッチングの位相と比
較することによシ位置を検出する。
The light emitted from the light source 3 is collimated by the lens 12, passes through the slit 7 and the mask 2, and then passes through the photodetector element 8.
, 9, 10.11, and the switches sw1. s
w2. sw3. The signal is switched and extracted at a constant timing via SW4, the signal is amplified, the fundamental wave component of the output signal is extracted by bandpass filter 6, and the phase of the obtained sine wave signal is the phase of the above switching. The position is detected by comparison.

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、光源の光出力の変
化、光源の光強度の分布の不均一、光検出器のドリフト
、スリットと光検出器間の位置の変動による透過光量分
布の変化及び外乱光によって光検出器の検出信号に直流
レベルの変動、低周波ノイズ、及び波形のひずみを生ず
ることによシ、位相検出信号にひずみの乗ることは避け
られず、検出位置の非直線誤差の原因となるという問題
点を有していた。
Problems to be Solved by the Invention However, with the above configuration, problems occur due to changes in the light output of the light source, uneven distribution of light intensity of the light source, drift of the photodetector, and fluctuations in the position between the slit and the photodetector. Changes in the transmitted light amount distribution and disturbance light cause fluctuations in the DC level, low frequency noise, and waveform distortion in the detection signal of the photodetector, which inevitably causes distortion in the phase detection signal. This has the problem of causing non-linear positional errors.

本発明は上記問題点に濫み、非直線誤差が小さく、位置
検出分解能が高い、小型で構成の簡単な位置検出装置を
提供する。ものである。
The present invention overcomes the above-mentioned problems and provides a small and simple position detection device with small non-linear errors and high position detection resolution. It is something.

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の第1発明の位置検
出装置は、光源と、周期的スリットを有する1枚のスリ
ット板と、前記スリット板の移動に伴う光量変化を検出
する前記スリット板の略移動方向に周期的に複数個配置
された光検出器とを備え、前記スリットのピッチdsと
前記光検出器の前記スリットの移動方向に対する配置ピ
ッチを数で得られる位相信号の信号数、kは1くに≦1
.25 。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the position detection device of the first aspect of the present invention includes a light source, one slit plate having periodic slits, and a position detecting device according to the movement of the slit plate. a plurality of photodetectors arranged periodically in substantially the moving direction of the slit plate for detecting changes in light amount; The number of phase signals obtained, k, is 1≦1
.. 25.

または0.76≦にく1 を満たす関係にある定数であ
る。)の関係を満たし、かつ を満たす整数をnとした場合、前記光検出器はm x 
n個以上設けられ、さらに前記光検出器を順次読み出し
、m個の出力に順次振シ分けるスイッチと、前記スイッ
チよシの出力データを保持するm個のサンプルホールド
と、前記サンプルホールドからの出力をフィルタリング
するm個のフィルタと、前記m個のフィルタの出力を演
算し出力する演算回路と、前記光検出器を順次読み出す
位相に対する前記演算回路からの出力信号の位相との位
相変化に基づいて前記コード板の位置を検出する位相検
出器とを備えたものである。
Or it is a constant that satisfies 0.76≦1. ), and if n is an integer that satisfies and satisfies the relationship, the photodetector is m x
n or more switches are provided, further reading out the photodetector sequentially and sequentially distributing it to m outputs, m sample holds for holding output data of the switches, and outputs from the sample holds. m filters for filtering, an arithmetic circuit for calculating and outputting the outputs of the m filters, and a phase change between the phase of the output signal from the arithmetic circuit and the phase for sequentially reading out the photodetector. and a phase detector for detecting the position of the code plate.

又、本発明の第2発明の位置検出装置は、さらに前記光
検出器によシ前記スリット板上の粗い位置検出パターン
を併せて読み取シ、前記スリット板上の粗い位置を検出
する読取器を備えたものである。
Further, the position detection device according to the second aspect of the present invention further includes a reader for simultaneously reading a rough position detection pattern on the slit plate by the photodetector and detecting the rough position on the slit plate. It is prepared.

作  用 本発明は、上記構成を有するので、光源からの光をスリ
ット板に照射し、このスリット板によるに 光量の変化を上記dp=、ds なる条件で設置された
複数個の光検出器で検出するとともにこの光検出器をス
イッチングすることによシ光検出器にて複数の位相の異
なる位相信号が得られ、この位相信号を演算器によシ演
算を行ない、この演算器からの出力信号と前記光検出器
をスイッチングする位相とを比較し、位相検出によシ位
置検出する構成によシ、光源の光出力の変化、光源の光
強度の分布の不均一さ、光検出器のドリフト、スリット
光検出器間の位置の変動による透過光量分布の変化、外
乱光のドリフトによシ生ずる光検出器の検出信号の直流
レベルの変動、低周波ノイズ及び波形の歪からの検出位
置の非直線誤差の原因を除くことができ、高精度の微小
位置検出を行うことが可能となる。
Operation Since the present invention has the above configuration, the light from the light source is irradiated onto the slit plate, and the change in the amount of light due to the slit plate is detected by a plurality of photodetectors installed under the above conditions dp=,ds. By switching this photodetector at the same time as detection, a plurality of phase signals with different phases are obtained by the photodetector, and these phase signals are subjected to calculations by a calculation unit, and an output signal from this calculation unit is obtained. and the switching phase of the photodetector, and detect changes in the light output of the light source, non-uniformity of the light intensity distribution of the light source, and drift of the photodetector depending on the phase detection and position detection configurations. , changes in the amount of transmitted light distribution due to changes in the position between the slit photodetectors, changes in the DC level of the detection signal of the photodetector caused by the drift of ambient light, and irregularities in the detection position due to low frequency noise and waveform distortion. The causes of linear errors can be eliminated, and highly accurate minute position detection can be performed.

また前記スリット板に粗い位置を検出するパターンを同
時に形成し、これを微小位置検出と同時に読取ることに
よって、分解能の高いアブソリュートエンコーダを実現
できることとなる。
Moreover, by simultaneously forming a pattern for coarse position detection on the slit plate and reading this at the same time as fine position detection, an absolute encoder with high resolution can be realized.

実施例 以下、本発明の一実施例の位置検出装置について、図面
を参照しながら説明する。第1図は本発明の第一の実施
例における位置検出装置の全体構成を示すものである。
Embodiment Hereinafter, a position detection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the overall configuration of a position detection device in a first embodiment of the present invention.

第1図において21は半導体レーザー、22は前記半導
体レーザーからの光を平行光束化するレンズ、23はス
リット板、24は周期的に配置された複数個の光検出器
で水平方向のピンチをdpとし、25は微小位置を検出
する周期的スリットでスリットピッチをd3としてあシ
、26は粗い絶対位置を検出するための2進化符号パタ
ーンである。
In FIG. 1, 21 is a semiconductor laser, 22 is a lens that converts the light from the semiconductor laser into a parallel beam, 23 is a slit plate, and 24 is a plurality of periodically arranged photodetectors that detect horizontal pinch points. 25 is a periodic slit for detecting minute positions with a slit pitch of d3, and 26 is a binary code pattern for detecting coarse absolute positions.

以上のように構成された位置検出器について、以下第1
図、第2歯、第3図、第4図、XS図及び第6図を用い
てその動作を説明する。
Regarding the position detector configured as above, the first
The operation will be explained using FIG. 2, the second tooth, FIG. 3, FIG.

まず第1図は全体構成を示すものであって、半導体レー
ザー21よシ発した光はレンズ22により平行光束化さ
れスリット板23に照射され透過した光が、光検出器2
4により検出される。ここで、粗い位置検出の2進化符
号パターン26を光検出器24にて併せて読み出すこと
ができる。
First, FIG. 1 shows the overall configuration, in which the light emitted by the semiconductor laser 21 is collimated by the lens 22, and the light that is irradiated onto the slit plate 23 and transmitted is transmitted to the photodetector 2.
Detected by 4. Here, the binary code pattern 26 for coarse position detection can also be read out by the photodetector 24.

2進化符号パターンに照射され、パターンの有無により
光が透過、遮断されこれにより生ずるパターンを光検出
器により検出し、コード変換を行なうことによシ粗い絶
対位置を測定する。
The light is irradiated onto the binary code pattern, and depending on the presence or absence of the pattern, light is transmitted or blocked, the resulting pattern is detected by a photodetector, and the rough absolute position is measured by performing code conversion.

まだ、第2図aはスリット板26の説明図で、スリット
ピッチdsは20μmである。同すは光検出器24の説
明図で、ピッチdpは12.5μmである。同dseは
検出信号の説明図、同Cはスリット26を透過する光信
号の強度分布例である。
Still, FIG. 2a is an explanatory diagram of the slit plate 26, and the slit pitch ds is 20 μm. The same figure is an explanatory diagram of the photodetector 24, and the pitch dp is 12.5 μm. dse is an explanatory diagram of the detection signal, and C is an example of the intensity distribution of the optical signal transmitted through the slit 26.

ここで、光検出器魚1での検出光量は(イ)の部分、同
志3の部分の検出光量は(ハ)の部分、・・・・・・で
、これらの信号は1つ飛ばしにサンプルホールドにより
順次サンプルホールドされ前記サンプルホールドの出力
はフィルタによりフィルタリングされその信号を人相の
信号dとする。又、光検出器應2での検出光量は(ロ)
の部分、同&4の部分の検出光量はこの部分、・・・・
・・で、同様にこれらの信号は1つ飛ばしにサンプルホ
ールドにより順次サンプルホールドされ前記サンプルホ
ールドの出力はフィルタによシフィルタリングされその
信号をB相の信号eとする。実際の信号には光強度のば
らつきがあシ、第5図でA相はsla、B相は31bの
様になる。つまシ、光検出器の出力信号を、1つ飛ばし
に4個読み出すことによシ位相信号を得、AI、3,5
.7・・・・・・の光検出器よυ得られる位相信号31
aと、Fx 2 、4 、6 、8・・・・・・の光検
出器よシ得られる位相信号31bとは位相が18oO異
なっておシ、これらの信号を演算器を用いて減算を行な
うごとによシ図6に示す位相信号32aを得ることがで
きる。そして、この位相信号と光検出器のスイッチング
位相とを比較することによシ微小位置検出を行なう。
Here, the amount of light detected by photodetector fish 1 is part (a), the amount of light detected by photodetector 3 is part (c), etc., and these signals are sampled one by one. Samples and holds are sequentially carried out by a hold, and the output of the sample and hold is filtered by a filter, and the resulting signal is used as a physiognomy signal d. Also, the amount of light detected by photodetector 2 is (b)
The detected light amount of the part and the part of &4 is this part...
. . . Similarly, these signals are sequentially sampled and held by a sample hold, skipping one signal at a time, and the output of the sample hold is filtered by a filter, and the resulting signal is used as the B-phase signal e. Actual signals have variations in light intensity, and in FIG. 5, the A phase is sla and the B phase is 31b. The phase signal is obtained by reading out four output signals of the photodetector, one at a time, and AI, 3, 5.
.. Phase signal 31 obtained by the photodetector of 7...
a and the phase signal 31b obtained from the photodetectors of Fx 2, 4, 6, 8... are different in phase by 18oO, and these signals are subtracted using an arithmetic unit. In each case, a phase signal 32a shown in FIG. 6 can be obtained. Then, minute position detection is performed by comparing this phase signal with the switching phase of the photodetector.

ここでmを位相数として2以上の整数とする。Here, m is the phase number and is an integer of 2 or more.

kは、位相信号1周期の分割数を4以上とすると1くに
≦1.26又は0.76≦k(1を満たす定数に であシ、dp=−dsの関係がある。kは各位相を1周
期以上検出するための光検出器の数nと次の関係があり
、k)1の場合、n−1<()≦n。
When the number of divisions of one period of the phase signal is 4 or more, k must be a constant that satisfies 1≦1.26 or 0.76≦k (1, and there is a relationship of dp=-ds.k is for each phase. There is the following relationship with the number n of photodetectors for detecting for one period or more, and in the case of k)1, n-1<()≦n.

k(1の場合、n−1((−)≦nを満す整数で1−に ある。dp= 12.5μm、 ds = 20 μm
  の場合、m=2 、 k=1.25 、 n=4 
、各位相を1周期以上検出するための光検出器の必要最
低数はmXn = 8となる。
k (If 1, n-1 is an integer satisfying (-)≦n and is at 1-. dp = 12.5 μm, ds = 20 μm
In the case of m=2, k=1.25, n=4
, the minimum number of photodetectors required to detect each phase for one period or more is mXn = 8.

以上のように本実施例によれば、粗い位置検出を行なう
2進化符号と、微小位置決めを行なうスリットピッチ、
ds=20μmのスリット板と、ピッチdp=12.5
μmの光検出器と演算を行なう演算器を設けることによ
り、スリット形状に特別の工夫を行なうことなく、18
00位相の異なる2つの信号、入相、B相の信号を得る
ことができ、前記演算器(減算器)により演算を行ない
出力を位相検出によシ検出することによシ、非直線誤差
が小さく、位置検出分解能の高い、小型で構成の簡単な
位相検出器を構成することができる。
As described above, according to this embodiment, a binary code for coarse position detection, a slit pitch for fine positioning,
Slit plate with ds=20 μm and pitch dp=12.5
By providing a μm photodetector and a calculation unit, the slit shape can be easily
It is possible to obtain two signals with different phases, input phase and B phase signals, and by performing calculations with the arithmetic unit (subtractor) and detecting the output by phase detection, non-linear errors can be eliminated. It is possible to construct a small and simple phase detector with high position detection resolution.

また、第3図は本発明の第2の実施例のスリット板、光
検出器の構成の説明図で、同aはスリット板26の説明
図でスリットピッチdsは40μmである、同すは光検
出器24の説明図でピッチdsは12.5μm、及び同
dt e+ ’ + qは検出信号の説明図、同Cはス
リット25を透過する光信号の強度分布例である。ここ
で光検出器AIでの光量は透過信号Cの(イ)の部分、
同A5での光量は(ホ)の部分、・・・・・・でこれら
の信号は3つ飛ばしにサンプルホールドによシ順次サン
プルホールドされ前記サンプルホールドの出力はフィル
タKiフィルタリングされ、その信号を入相の信号dと
する、以下同様に、711L2,6,10.14の信号
をB相、悪3,7,11.15の信号をC相、!4,8
゜12.16の信号をC相とする。これら人相、B相、
C相、C相の信号は、この順に位相が900づつ異なっ
ており、これらの少なくとも2信号間で、減算を含む演
算を行なうととにより位相信号を得、光検出器のスイッ
チング位相とを比較することによシ微小位置決めを行な
う。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the configuration of a slit plate and a photodetector according to a second embodiment of the present invention. In the explanatory diagram of the detector 24, the pitch ds is 12.5 μm, dte+' + q is an explanatory diagram of the detection signal, and C is an example of the intensity distribution of the optical signal transmitted through the slit 25. Here, the amount of light at photodetector AI is the part (a) of transmitted signal C,
The amount of light at A5 is shown in part (E), and these signals are sequentially sampled and held by a sample hold, skipping three signals, and the output of the sample hold is filtered by a filter Ki, and the signal is In the same way, the signals of 711L2, 6, 10.14 are taken as phase B, the signals of bad 3, 7, 11.15 are taken as phase C, and so on. 4,8
The signal at ゜12.16 is assumed to be the C phase. These physiognomy, B phase,
The phases of the C-phase and C-phase signals differ by 900 in this order, and by performing calculations including subtraction between at least two of these signals, a phase signal is obtained and compared with the switching phase of the photodetector. By doing this, minute positioning is performed.

ここでmを位相数として2以上の整数とする。Here, m is the phase number and is an integer of 2 or more.

kは、位相信号1周期の分割数を4以上とすると1くに
≦1.25又は0.75≦k (1を満たす定数に であシ、dp==dsの関係がある。kは各位相を1周
期以上検出するための光検出器の数nと次る。dp=1
2.5μm、d 5=40μmの場合、m=4゜k=1
.25 、 n=4 、各位相を1周期以上検出するだ
めの光検出器の必要最低数はmxn=16となる。
When the number of divisions of one period of the phase signal is 4 or more, k is 1≦1.25 or 0.75≦k (must be a constant that satisfies 1, and there is a relationship dp==ds.k is for each phase The number of photodetectors for detecting one period or more is n.dp=1
2.5μm, d5=40μm, m=4゜k=1
.. 25, n=4, and the minimum number of photodetectors required to detect each phase for one period or more is mxn=16.

以上のように本実施例によれば、粗い位置検出を行なう
2進化符号と、微小位置決めを行なうスリットピッチd
s=4oμm のスリット板と、ピッチdp=12.5
μmの光検出器と演算を行なう演算器を設けることによ
シ、スリット形状に特別の工夫を行なうことなく、90
oづつ位相の異なる4つの信号、A相、B相、C相、C
相を得ることができ、これは第1の実施例に比べると位
相数を多くすることができ、前記演算器(少なくとも1
個の減算器を含む)によシ演算を行ない出力を位相検出
により検出することによシ、非直線誤差が小さく、位置
検出分解能の高い、小型で構成の簡単な位置検出器を構
成することができる。
As described above, according to this embodiment, the binary code for coarse position detection and the slit pitch d for fine positioning are used.
Slit plate with s=4oμm and pitch dp=12.5
By providing a μm photodetector and a calculation unit, the slit shape can be easily
Four signals with different phases by o, A phase, B phase, C phase, C
The number of phases can be increased compared to the first embodiment, and the number of phases can be increased compared to the first embodiment.
By performing an arithmetic operation (including multiple subtracters) and detecting the output by phase detection, a small and simple position detector with small non-linear errors and high position detection resolution can be constructed. Can be done.

また、第4図は本発明の第3の実施例のスリット板、光
検出器の構成の説明図で、同aはスリット板25の説明
図でスリットピッチdsは100μmである、同すは光
検出器24の説明図でピッチdpは46μmである、及
び同dseは検出信号の説明図、同Cはスリット26を
透過する光信号の強度分布例である。ここで光検出器点
1での光量は透過信号Cの(イ)の部分、同A3での光
量は(ホ)の部分、・・・・・・でこれらの信号は1つ
飛ばしにサンプルホールドによシ順次サンプルホールド
され前記サンプルホールドの出力はフィlレタによシフ
ィルタリングされ、その信号をA相の信号dとする、以
下同様に、&2,4,6,8.・・・・・・18 、2
0の信号をB相の信号eとする。人相、B相よシ得られ
る信号は位相が1800異なっておシ、これらの信号を
演算器を用いて減算を行なうことによシ位相信号を得、
光検出器のスイッチング位相とを比較することによυ微
小位置決めを行なう。
Further, FIG. 4 is an explanatory diagram of the configuration of a slit plate and a photodetector according to a third embodiment of the present invention. In the explanatory diagram of the detector 24, the pitch dp is 46 μm, the same dse is an explanatory diagram of the detection signal, and the same C is an example of the intensity distribution of the optical signal transmitted through the slit 26. Here, the light intensity at photodetector point 1 is the part (a) of the transmitted signal C, the light intensity at photodetector point A3 is the part (e), etc., and these signals are sampled and held one by one. The output of the sample and hold is filtered by a filter, and the resulting signal is taken as the A-phase signal d. Similarly, &2, 4, 6, 8, and so on. ...18,2
Let the signal of 0 be the B-phase signal e. The signals obtained for the human phase and B phase differ in phase by 1800 degrees, and by subtracting these signals using a calculator, a phase signal is obtained.
Fine positioning is performed by comparing the switching phase of the photodetector.

ここでmを位相数として2以上の整数とする。Here, m is the phase number and is an integer of 2 or more.

kは、位相信号1周期の分割数を4以上とすると1くに
≦1.25又は0.75≦にく1を満たす定数に であシ、dp=−ds  の関係がある。kは各位相を
1周期以上検出するための光検出器の数nと次ある。d
p=45μm、d 8=100t1mの場合、m=2゜
k=0.9 、 n=10 、各位相を1周期以上検出
するための光検出器の必要最低数はm x n = 2
0  となる。
When the number of divisions of one period of the phase signal is 4 or more, k must be a constant that satisfies 1≦1.25 or 0.75≦1, and has the relationship dp=-ds. k is the number n of photodetectors for detecting each phase for one period or more. d
When p=45μm, d8=100t1m, m=2゜k=0.9, n=10, the minimum number of photodetectors required to detect each phase for more than one period is m x n = 2
It becomes 0.

以上のように本実施例によれば、粗い位置検出を行なう
2進化符号と、微小位置決めを行なうスリットピッチ、
ds=100μmのスリット板と、ピッチdp=45μ
mの光検出器と演算を行なう演算器を設けることによシ
、スリット形状に特別の工夫を行なうことなく、180
0位相の異なる2つの信号、入相、B相を得ることがで
き、これは第一の実施例に比〜詠、1位相当シの光検出
器数を多くすることができ、前記演算器(減算器)によ
シ演算を行ない出力を位相検出によシ検出することによ
り、非直線誤差が小さく、位置検出分解能の高い、小型
で構成の簡単な位置検出器を構成することができる。
As described above, according to this embodiment, a binary code for coarse position detection, a slit pitch for fine positioning,
Slit plate with ds=100μm and pitch dp=45μ
By providing a photodetector of 180 m and a computing unit for calculation, 180
Two signals with different 0 phases, input phase and B phase, can be obtained, and this is compared to the first embodiment, and the number of photodetectors corresponding to the 1st position can be increased. By performing an arithmetic operation using a subtracter and detecting the output by phase detection, a small and simple position detector with small non-linear errors and high position detection resolution can be constructed.

また、上記実施例では光検出器24は光検出器単独で用
いたが、光検出器の前面に規則的スリットを有するマス
クを付加してもよい。
Further, in the above embodiment, the photodetector 24 is used alone, but a mask having regular slits may be added to the front surface of the photodetector.

また、実施例では光検出器24のピッチdpは、のピッ
チdpを特別に上式を満たすように製作し。
In addition, in the embodiment, the pitch dp of the photodetector 24 is specially manufactured so that the pitch dp satisfies the above formula.

スケール板の移動方向に平行に配置してもよい。It may be arranged parallel to the moving direction of the scale plate.

さらに、本発明は上記実施例のような、リニアエンコー
ダに限らず、コード板が回転ディスクからなるロータリ
ーエンコーダにも同様に適用可能である。
Furthermore, the present invention is not limited to the linear encoder as in the above embodiment, but is equally applicable to a rotary encoder in which the code plate is a rotating disk.

発明の効果 以上のように本発明の第1発明によれば、光源と、周期
的スリットを有する1枚のスリット板と、前記スリット
板の移動に伴う光量変化を検出する前記スリット板の略
移動方向にdp=(k/m)dB(ds=スリットピッ
チ、dp=光検出器の配置ピッチ、1(k(1,2s又
は0.75(k(1。
Effects of the Invention As described above, according to the first aspect of the present invention, there is provided a light source, a slit plate having periodic slits, and a substantial movement of the slit plate for detecting a change in the amount of light due to the movement of the slit plate. dp = (k/m) dB (ds = slit pitch, dp = photodetector arrangement pitch, 1(k(1,2s) or 0.75(k(1.

mは2以上の整数)なる条件で周期的に配置された光検
出器と、前記光検出器を順次読み出し、m個の出力に順
次振り分けるスイッチと、前記スイッチよシの出力デー
タを保持するm個のサンプルホールドと、前記サンプル
ホールドからの出力をフィルタリングするm個のフィル
タと、前記m個のフィルタの出力を演算し出力する演算
回路と、前記光検出器を順次読み出す位相に対する前記
演算回路からの出力信号の位相との位相変化に基づいて
前記コード板の位置を検出する位相検出器とを備えてい
るので、複数の位相の異なる位相信号が光検出器をスイ
ッチングすることにより得られ、これら位相信号を演算
器(減算器)によシ演算を行ない、演算器からの出力信
号と前記光検出器をスイッチングする位相とを用い、位
相検出によ多位置検出することができ、光源の光出力の
変化、光源の光強度の分布の不均一さ、光検出器のドリ
フト、スリット光検出器間の位置の変動による透過光量
分布の変化、外乱光により生ずる光検出器の検出信号の
直流レベルの変動、低周波ノイズ笈び波形の歪からの検
出位置の非直線誤差の原因を除くことができ、高精度の
微小位置検出を行うことが可能となる。
(m is an integer of 2 or more), a switch that sequentially reads out the photodetector and sequentially distributes it to m outputs, and m that holds the output data of the switch and the other. m sample holds, m filters for filtering the outputs from the sample holds, an arithmetic circuit for calculating and outputting the outputs of the m filters, and an arithmetic circuit for sequentially reading out the photodetector. and a phase detector that detects the position of the code plate based on the phase change with respect to the phase of the output signal of the output signal. The phase signal is calculated by a calculator (subtracter), and the output signal from the calculator and the phase for switching the photodetector are used to detect multiple positions by phase detection. DC level of the detection signal of the photodetector caused by changes in output, non-uniform distribution of light intensity of the light source, drift of the photodetector, changes in the amount of transmitted light distribution due to variations in the position between the slit photodetectors, and disturbance light. It is possible to eliminate the causes of non-linear errors in the detected position due to fluctuations in the waveform, low frequency noise, and distortion of the waveform, making it possible to perform highly accurate minute position detection.

又、本発明の第2発明によれば、前記光検出器によシ前
記スリット板上の粗い位置検出パターンを併せて読み取
り、前記スリット板上の粗い位置を検出する読取器を備
えていることによシ、分解能の高いアブソリュートエン
コーダを実現することができる。′
Further, according to the second aspect of the present invention, there is provided a reader that also reads a rough position detection pattern on the slit plate by the photodetector to detect the rough position on the slit plate. Therefore, it is possible to realize an absolute encoder with high resolution. ′

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例における位置検出器の全体構成
図、第2図は本発明の第1の実施例における第1図のス
リット板25、光検出器24、スリットを透過する光の
強度分布および検出信号の説明図、第3図は本発明の第
2の実施例におけるスリット板25、光検出器24、ス
リットを透過する光信号の強度分布および検出信号の説
明図、第4図は本発明の第3の実施例におけるスリット
板26、光検出器24、スリットを透過する光信号強度
分布および検出信号の説明図、第6図はm成因である。 21・・・・・・半導体v−4,22・旧・・レンズ、
23・・・・・・スリット板、24・・・・・・光検出
器、26・・・・・・スリット、26・・・・・・2進
化符号、31a・・・・・・位相信号A、31b・・・
・・・位相信号B、32a・・・・・・位相信号(A−
B)、32b・・・・・・位相信号(B−A)。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名り3
−一一スリット五更 科−丸夜と巻 第2図 第3図 第4図 !!            法 派      0
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a position detector according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram of the slit plate 25, photodetector 24, and light transmitted through the slit shown in FIG. 1 in the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is an explanatory diagram of the intensity distribution and detection signal, and FIG. 4 is an explanatory diagram of the intensity distribution and detection signal of the optical signal transmitted through the slit plate 25, the photodetector 24, and the slit in the second embodiment of the present invention. 6 is an explanatory diagram of the slit plate 26, the photodetector 24, the intensity distribution of the optical signal transmitted through the slit, and the detection signal in the third embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows the m factor. 21... Semiconductor v-4, 22 Old... Lens,
23...Slit plate, 24...Photodetector, 26...Slit, 26...Binary code, 31a...Phase signal A, 31b...
... Phase signal B, 32a ... Phase signal (A-
B), 32b... phase signal (B-A). Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person3
-Eleven Slit Gosarashina-Maruya and Volume 2, 3, and 4! ! Law school 0

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)光源と、周期的スリットを有する1枚のスリット
板と、前記スリット板の移動に伴う光量変化を検出する
前記スリット板の略移動方向に周期的に複数個配置され
た光検出器とを備え、前記スリットのピッチd_sと前
記光検出器の前記スリットの移動方向に対する配置ピッ
チをd_pは、d_p=(k/m)d_s(ここで、m
は2以上の整数で得られる位相信号の信号数、kは1<
k≦1.25、または0.76≦k<1を満たす関係に
ある定数である。)の関係を満たし、かつ k>1の場合n−1<(1/k−1)≦n、k<1の場
合n−1<(1/1−k)≦n を満たす整数をnとした場合、前記光検出器はm×n個
以上設けられ、さらに前記光検出器を順次読み出し、m
個の出力に順次振り分けるスイッチと、前記スイッチよ
りの出力データを保持するm個のサンプルホールドと、
前記サンプルホールドからの出力をフィルタリングする
m個のフィルタと、前記m個のフィルタの出力を演算し
出力する演算回路と、前記光検出器を順次読み出す位相
に対する前記演算回路からの出力信号の位相との位相変
化に基づいて前記コード板の位置を検出する位相検出器
とを備えた位置検出装置。
(1) A light source, a slit plate having periodic slits, and a plurality of photodetectors periodically arranged approximately in the direction of movement of the slit plate for detecting changes in light intensity as the slit plate moves. and d_p is the pitch d_s of the slit and the arrangement pitch of the photodetector in the moving direction of the slit, d_p=(k/m)d_s (where m
is the number of phase signals obtained as an integer greater than or equal to 2, and k is 1<
It is a constant that satisfies k≦1.25 or 0.76≦k<1. ), and when k>1, n-1<(1/k-1)≦n, and when k<1, n-1<(1/1-k)≦n, let n be an integer. In this case, m×n or more of the photodetectors are provided, and the photodetectors are sequentially read out and m
a switch for sequentially distributing the data to the outputs; and m sample holds for holding the output data from the switches;
m filters that filter outputs from the sample and hold; an arithmetic circuit that calculates and outputs the outputs of the m filters; and a phase of an output signal from the arithmetic circuit with respect to a phase that sequentially reads out the photodetector. a phase detector that detects the position of the code plate based on a phase change of the code plate.
(2)光源と、周期的スリットを有する1枚のスリット
板と、前記スリット板の移動に伴う光量変化を検出する
前記スリット板の略移動方向に周期的に複数個配置され
た光検出器とを備え、前記スリットのピッチd_sと前
記光検出器の前記スリットの移動方向に対する配置ピッ
チをd_pは、d_p=(k/m)d_s(ここで、m
は2以上の整数で得られる位相信号の信号数、kは1<
k≦1.25、または0.75≦k<1を満たす関係に
ある定数である。)の関係を満たし、かつ k>1の場合n−1<(1/k−1)≦n、k<1の場
合n−1<(1/1−k)≦n を満たす整数をnとした場合、前記光検出器はm×n個
以上設けられ、さらに前記光検出器を順次読み出し、m
個の出力に順次振り分けるスイッチと、前記スイッチよ
りの出力データを保持するm個のサンプルホールドと、
前記サンプルホールドからの出力をフィルタリングする
m個のフィルタと、前記m個のフィルタの出力を演算し
出力する演算回路と、前記光検出器を順次読み出す位相
に対する前記演算回路からの出力信号の位相との位相変
化に基づいて前記コード板の位置を検出する位相検出器
と、前記光検出器により前記スリット板上の粗い位置検
出パターンを併せて読み取り、前記スリット板上の粗い
位置を検出する読取器とを備えた位置検出装置。
(2) a light source, a slit plate having periodic slits, and a plurality of photodetectors periodically arranged approximately in the direction of movement of the slit plate for detecting changes in light amount as the slit plate moves; and d_p is the pitch d_s of the slit and the arrangement pitch of the photodetector in the moving direction of the slit, d_p=(k/m)d_s (where m
is the number of phase signals obtained as an integer greater than or equal to 2, and k is 1<
It is a constant that satisfies k≦1.25 or 0.75≦k<1. ), and when k>1, n-1<(1/k-1)≦n, and when k<1, n-1<(1/1-k)≦n, let n be an integer. In this case, m×n or more of the photodetectors are provided, and the photodetectors are sequentially read out and m
a switch for sequentially distributing the data to the outputs; and m sample holds for holding the output data from the switches;
m filters that filter outputs from the sample and hold; an arithmetic circuit that calculates and outputs the outputs of the m filters; and a phase of an output signal from the arithmetic circuit with respect to a phase that sequentially reads out the photodetector. a phase detector that detects the position of the code plate based on a phase change of the code plate; and a reader that simultaneously reads a rough position detection pattern on the slit plate using the photodetector to detect the rough position on the slit plate. A position detection device equipped with.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008537713A (en) * 2005-04-12 2008-09-25 コングスベルイ オートモーティヴ アクティーゼルスカブ Vehicle frame and wheel axle coupling device
JP2015090303A (en) * 2013-11-05 2015-05-11 株式会社安川電機 Encoder, motor with encoder, and servo system
US9417101B2 (en) 2011-02-28 2016-08-16 Canon Kabushiki Kaisha Optical encoder with a scale that has fine and coarse pitch patterns
KR20170118612A (en) * 2016-04-15 2017-10-25 신-테 쳉 Scanning light-guiding encoder by forward focusing

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