JPH01172706A - 位置検出装置 - Google Patents

位置検出装置

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JPH01172706A
JPH01172706A JP62332046A JP33204687A JPH01172706A JP H01172706 A JPH01172706 A JP H01172706A JP 62332046 A JP62332046 A JP 62332046A JP 33204687 A JP33204687 A JP 33204687A JP H01172706 A JPH01172706 A JP H01172706A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は位置検出装置に関し、特に高精度に絶対位置を
検出するアブソリュート式エンフーダとして利用できる
位置検出装置に関するものである。
従来の技術 近年、例えば光学スケール式位置検出装置においては、
周期的スリッシの透過光を光検出器により検出し、その
検出信号を振幅方向に分割することにより高分解能化す
る従来の方式がら、光検出器を互いに位相を異ならせて
複数配置し、これを走査することによって位相信号を検
出し、位相検出によって高分解能化する方式が注目され
ている。
また、制御のデノタル化と複雑化によって位置検出装置
として絶対位置を検出するアブソリュートエンコーダの
必要性が高まっている。
ここで、特開昭６１−１８９４１５号公報には、２進化
符号パターンを用いた絶対位置検出部と、その最小検出
幅内の位置を位相分割によって検出する高分解能検出部
とを有する絶対位置検出装置が知られている。
また、本出願人は先に、特願昭６２−１９８５０２号に
おいて、２進化符号パターンと規則的に配列されたスリ
ットとを有するコード板と、前記コード板と相対移動可
能でかつコード板のスリットとの間でモアレ縞を形成す
るように規則的にスリットを形成されたマスクと、コー
ド板に光を走査する光走査装置と、コード板及びマスク
を透過した光を検出する光検出器とを備え、２進化符号
パターンを透過した光を検出することによって粗い絶対
位置を検出し、モアレ縞からの透過光量から検出したモ
アレ縞の位相に基づいて、スリットピッチ内の微小位置
を検出するようにした位置検出装置を提案した。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、特開昭０１−１８９４１５号公報のもの
においては、広範囲にわたって高精度で絶対位置を検出
できるが、上位の位置検出部における検出位置の境界と
高分解能検出部における検出範囲の境界とが、位置検出
精度以上の精度で一致させていないと、これらの境界部
で検出データにエラーを生ずるという問題がある。
一方、本出願人が先に提案した位置検出装置においては
、特開昭６１−１８９４５号公報のものに比べ、位相信
号において光走査によってひずみのない連続的な検出信
号が得られるため、より一層の高分解能化が可能である
が、２進化符号パターンによる絶対位置の最小検出幅の
境界とスリ７　　　トによる検出ＩＸ囲の境界とが一致
していないと、検出エラーを生ずるという問題が依然残
されている。
本発明は上記従来の問題、ヴに鑑み、粗い絶対位置を検
出する検出手段の最小検出幅の境界と微小な位置を検出
する検出手段の検出範囲の境界とが一致しなくても検出
エラーを生じずに精度良く絶対位置を検出でさる位置検
出装置の提供を目的とする。
問題点を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、所定の最小検出幅で
絶対位置を検出する第１の位置検出手段と、この第１の
位置検出手段による最小検出幅を検出範囲としてその範
囲内の位置を検出する第２の位置検出手段と、前記第１
の位置検出手段における最小検出幅毎に交互に出力が反
転する２値付号を出力する２値信号出力手段と、前記２
値付号に対して９０″位相の異なった２値付号を出力す
る９０°位相信号出力手段と、前記第２の位置検出手段
と２値信号出力手段と９０°位相信号出力手段からの信
号によって第１の位置検出手段による検出値を補正する
補正手段とを備えたことを特徴とする。
作用 本発明は上記構成を有するので、第１の位置検出手段に
より粗い絶対位置を検出し、ｒ：ｌＳ２の位置検出手段
にてその中での微小な位置を検出することによって絶対
位置を高粘度で検出でき、さらに１１の位置検出手段の
最小検出幅の境界と第２の位置検出手段の検出範囲の境
界が一致しない場合、境界部の位置検出時に第１の位置
検出手段による検出値がｆｊＳｌの位置検出手段の略最
小検出幅分ずれて検出されてしまう虞れがあるが、その
ときには、ｆ５２の位置検出手段による検出位置からい
ずれの側の境界部を検出しているがということを知りか
つそのときの２値信号出力手段と９０°位相信号出力手
段からの信号の組み合わせに基づいてｔ５１の位置検出
手段による検出値の当否をチエツクすることができ、必
要時に第１の検出手段による検出値を補正することがで
きる。
実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図を参照しなが
ら説明する。
ｆｊｆＪ３図において、１は光源としての半導体装置ザ
ー、２は光を走査するポリゴンミラー、３は走査光を略
平行にするレンズ、４は図示しない移動体にその移動方
向に沿って取付けられたコード板、５は固定のマスク、
６は走査光を集光するレンズ、７は光検出器、８は光走
査の同期信号を発生するための光検出素子である。前記
コード板４にはその移動方向に並列するように多数の微
細なスリット１１が規則的に形成され、前記マスク５に
は前記スリット１１との間でモアレ縞を生ずるように傾
斜したスリット第２が形成されている。この実施例では
３条のモアレ縞を生ずるように両端間でスリット１１の
３ピツチ分傾斜させて形成しでいる。１３ａ〜１３ｆは
、コード板４の粗い位置を検出するためにコード板４の
上部と下部に３条づつ形成された２進化符号パターンで
あり、その最小検出幅が前記スリット１１の１ピツチに
一致している。また、上ａ最下段の２進化符号パターン
１３ｃとスリット１１の間には、トリが発生パターン１
４が形成されている。さらに、下部最下段に位置する最
下位ビットの２進化符号パターン１３ｆの下には、この
２進化符号パターン１３ｆと９０°位相の異なった９０
°位相パターン１５が形成されている。前記走査光は、
これら２進化符号パターン１３ａ〜１３Ｆ、）す〃発生
パターン１４、前記スリット１１及び９０°位相パター
ン１５を走査する。
次に、前記光検出器７から出力される検出信号を用いて
スリット１１の１ピツチ内における微小位置を検出する
信号処理回路を第４図により説明する。
前記光検出器７からの検出信号及び光検出素子８からの
同期信号が制御回路２０に入力されている。一方、発振
器２１から出力されたパルス信号は、ｆ５１のデート２
２とｊ＠２のデート２３を介してそれぞれＰｌ′ＩＪ１
のカウンタ２４と第２のカウンタ２５に入力されている
。第１のデート２２は、制御回路２０から出力されるト
リが信号によって開き、トリが信号の発生から位相検出
の基準位置に対応する基準時間Ｔ０　（ＰＩＩＪＳ図参
照）が経過した後、検出信号が所定のスレッシュホール
ドレベルとクロスした時点で出力される信号によって閉
じるように構成されている。又、第２のデート２３は、
制御回路２０から前記検出信号の１位相サイクルの幅の
始端と終端で出力される信号によって開閉するように構
成されている。第１と第２のカウンタ２４．２５の出力
信号は、演算器２６に入力され、後述の演算を行うこと
によって、検出信号の位相に対応する演算結果を出力す
るように構成されている。また、第１、第２のカウンタ
２４．２５は出力後制御回路２０のリセット信号によっ
てリセットされ、また演算器２６は制御回路２０からの
コントロール信号にてカウンタからの出力信号を取り込
んで演算する。
次に、以上の構成の位置検出装置の動作を説明する。
まず、半導体レーザー１より発した光は、ポリゴンミラ
ー２及びレンズ３を介してコード板４をその移動方向と
略直交する方向に走査する。走査光の各走査毎に、光検
出素子８から同期信号が出力されて制御回路２０に入力
され、光検出器７ｈ・ら検出信号が出力されて制御回路
２０に入力される。その検出信号には、第５図に示すよ
うに、コード板４の上部に形成された３条の２進化符号
パターン１３ａ〜１３ｃを走査して得られる２進化コー
ドと、トリが発生パターン１４によるトリが信号と、コ
ード板４とマスク５のスリット１１．第２によって形成
されるモアレ縞を走査して得られるモアし縞透過光量波
形と、フード板４の下部に形成された２進化符号パター
ン１３ｄ〜１３ｆを走査して得られる２進化コードと、
９０°位相パターン１５による９０°位相信号が含まれ
ている。　制御回路２０に入力された検出信号は、同期
信号に基づいて各信号が弁別され、２進化コードは図示
しない信号処理回路に送られ、この２進化コードを識別
することによって、コード板４の粗い絶対位置が検出さ
れる。
前記ｆｊｆＪ１のデート２２は、検出信号中のトリが信
号に基づいて制御回路２０から出力されるトリ〃信号に
よって開き、トリ〃信号が出てから走査光がス’ｊ　ノ
）　１１の略中夫部に達するまでのＴ。
時間が経過した後に検出信号が所定のスレッシュホール
ドレベルを下方に向かってクロスした時に出力される信
号によって閉じるため、第１のカウンタ２４はトリ〃信
号の発生から検出信号が上記スレッシュホールドレベル
をクロスするまでの時間Ｔに対応するカウント数Ａをカ
ウントする。なお、前記Ｔ。時間は、スリットピッチ内
の微小位置検出の基準点を与えるものであり、第５図に
破線で示すように、検出信号がこの基準点とクロスした
ときのコード板４の位置がスリットピッチ内の位置検出
の基準位置となる。また、前記Ｔ０時間における想定カ
ウント数をＣとする。
又、第２のカウンタ２５は検出信号の１位相サイクル幅
を走査する時間Ｔｃに対応するカウント数Ｂをカウント
する。
これら第１及び第２のカウンタ２４．２５の出力信号は
演算器２６に入力され、上記カウント数Ａ％Ｂ、Ｃを用
いて（Ａ−Ｃ）／Ｂが演算され、その演算結果が出力さ
れる。この演算の意味は、トリが信号発生から検出信号
のクロス時点までの時間Ｔを計測し、この検出時間Ｔと
トリ〃信号発生から基準、αまでの時間Ｔ０の差Ｔ−Ｔ
、をとって、モアレ縞のサイクル幅に対応する走査時間
Ｔｃで割ることによって、第５図に破線で示す基準位置
における検出信号との位相差を検出しており、この演算
結果にスリットピッチを掛けることによって、各スリッ
トピッチ内における規準位置に対する微小位置を検出す
ることができる。
こうして、前記２進化コードによる所定の検出幅でステ
ップ状に検出した粗い絶対位置と、モアレ縞を用いた位
相分割により検出した前記検出幅内の微小検出位置とを
組合わせることによって高精度で絶対位置を検出できる
のである。
ここで、例えば２進化コードによる絶対位置の最小検出
幅が１０μｍで、モアレ縞の位相分割によってこの最小
検出幅内の位置を中央位置を０点として計測するものと
した場合、最下位ビットの２進化符号パターン１３ｆに
より得られる信号の境界と、モアレ縞による検出範囲の
境界が常に一定の位置関係を保持している場合に１芋、
第２図に示すように、両者を一致させることによって２
進化コードによる検出値とモアレ縞の位相分割による検
出値とを加算することによって高精度で絶対位置を検出
できる。
しかし、実際に最下位ビットの２進化符号パターン１３
ｆにより得られる信号の境界と、モアレ縞による検出範
囲の境界が一定の位置関係を保持することは困難であり
、その場合、第１図に示すように、例えばＡ点の位置検
出では、＋５．５μｍとして位置検出しなければならな
いものが、そのままでは２進化コードでは０μｍ１モア
レ計測値は−４，５μ論となるので、計測値は−４，５
μｍとなってしまう。
そこで、モアレ計測値と９０°位相信号の関係から２進
化コードの最下位ビットを見てみると、Ａ点のようｌこ
モアレ計測値が一側の境界に近（かつ９０°位相信号が
１の場合に、最下位ビット信号が０のときには１ビット
加え、Ｂ点のようにモアレ計測値が＋側の境界に近くか
つ９０°位相信号が１の場合に、最下位ビット信号が１
のときには１ビット減じ、Ｃ１αのようにモアレ計測値
が＋側の境界に近くかつ９０°位相信号がＯの場合に、
最下位ビット信号が０のときには１ビット減じ、Ｄ、α
のようにモアレ計測値が一側の境界に近くかつ９０°位
相信号が０の場合に、最下位ビット信号が１のときには
１ビット加えなければならないことが判る。上記Ａ点の
場合は、最下位ビットを１ビット加えて２進化コード計
測値を１０μｍとすることよって、１０−４．５＝５．
５μ鶴となる。このように、２進化コード計測値を補正
することによって正しい絶対位置を検出することができ
る。
以上による補正のアルゴリズムを次設に示す。
表 ユニで、Ｄはスリット１１の１ピツチ長を示し、検出さ
れた位置データに対して必要に応じて加減する。以上の
信号処理は、前記演算器２６からの出力信号と、２進化
コードから演算された粗い絶対位置を表す信号と、９０
’位相信号が入力された図示しない信号処理回路にて行
なわれ、処理結果が絶対位置信号として出力される。
尚、上記実施例では２進化符号パターンで粗い位置検出
を行い、モアレ縞による位相分割にて微小位置検出を行
うものを例示したが、本発明はこのような組合せに限定
されるものではなく、磁気による位置検出やバーニアに
よる微小位置検出方式等を適宜に組合せてもよい。
また、上記実施例では光源に半導体レーザを用いたが、
ＬＥＤ等を用いてもよい。また、走査装置としてポリゴ
ンミラーの代わりに〃ルバノミラー等を用いてもよい。
さらに、本発明は上記実施例の如くリニアエンコーグに
限らず、コード板が回転ディスクから成るロータリーエ
ンコーグにも同様に適用できる。
発明の効果 本発明の位置検出装置によれば、以上のように第１の位
置検出手段により粗い絶対位置を検出し、第２の位置検
出手段にてその中での微小な位置を検出することによっ
て絶対位置を高精度で検出でき、さらに第１の位置検出
手段の最小検出幅の境界と第２の位置検出手段の検出範
囲の境界が一致しない場合でも、第２の位置検出手段に
よる検出位置からいずれの側の境界部を検出しているか
ということを知り、かつそのときの２値付号出力手段と
９０°位相信号出力手段からの信号の組み合わせに基づ
いて第１の位置検出手段による検出値の当否をチエツク
することができ、必要時に第１の検出手段による検出値
を補正することができ、検出エラーを生じずに精度良く
絶対位置を検出できる。
【図面の簡単な説明】
第１図〜ｔｌ＆５図は本発明の一実施例を示し、第１図
及び第２図は２進化コード計測値とモアレ縞による位相
分割計測値の接続関係の説明図、第３図は位置検出装置
の全体概略構成を示す斜視図、第４図は信号処理回路の
ブロック図、第５図は動作説明の波形図である。 ４・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・コード
板５・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・マス
ク１１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ス
リット第２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・スリット１３ａ〜１３ｆ・・・・・・２進化符号パタ
ーン１５・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
９０°位相パターン。 代理人ａＵ弁理士　中尾敏男　はか１名第１図 第２図 第３図 第４図 ル ン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）所定の最小検出幅で絶対位置を検出する第１の位
    置検出手段と、この第１の位置検出手段による最小検出
    幅を検出範囲としてその範囲内の位置を検出する第２の
    位置検出手段と、前記第１の位置検出手段における最小
    検出幅毎に交互に出力が反転する２値信号を出力する２
    値信号出力手段と、前記２値信号に対して９０°位相の
    異なった２値信号を出力する９０°位相信号出力手段と
    、前記第２の位置検出手段と２値信号出力手段と９０°
    位相信号出力手段からの信号によって第１の位置検出手
    段による検出値を補正する補正手段とを備えたことを特
    徴とする位置検出装置。
  2. （２）第１の位置検出手段は２進化符号パターンを用い
    た位置検出手段から成り、２値信号出力手段は前記２進
    化符号パターンの最下位パターンから得られる信号を出
    力するように構成されている特許請求の範囲第１項記載
    の位置検出装置。
  3. （３）９０°位相信号出力手段は２進化符号パターンの
    最下位パターンに対して９０°位相を異ならせて形成し
    た９０°位相パターンから得た信号を出力するように構
    成されている特許請求の範囲第２項記載の位置検出装置
    。
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