JPH03223622A - 移動体の位置検出装置 - Google Patents

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】 （発明の詳細な説明） 本発明は、投光手段と、該手段から所定距離を隔てて配
置される受光手段とを備えた移動体の位置検出装置の改
良に関するものである。

（発明の背景） 従来より、投光素子と受光素子とを有した静止検出器で
移動体上の明暗のパターンを読み取ることによって該移
動体の移動量を検出するものとしては、所謂フォトリフ
レクタ及びフォトインタラプタといわれるものが知られ
ており、小型化し得るのでレンズ鏡筒の様な小さな空間
にも組み込むことができる。これらは何れも移動体上の
所定ピッチを有するパターンの移動による明信号と暗信
号の繰り返しによってその移動量を検出するものであり
、該移動体の絶対位置は検出できない。

一方、移動体の絶対位置の検出装置としては、例えばＰ
　Ｓ　Ｄ　（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　
Ｄｅｖｉｃｅ）等の位置検出センサを用いてスリットの
移動を測定するものが公知である。第８図はこの種の装
置の一例を示す概略図で、図中１１は例えば１ＲＥＤ　
（赤外発光ダイオード）等の投光素子、１２はＰＳＤ、
１３はスリット１３ａを有する移動体を表している。

これは、投光素子１１からの光がＰＳＤ　１２上にスリ
ット１３ａが投影され、移動体３が図中矢印方向に移動
するのに伴いＰＳＤ１２の電極Ａ及びＢからの出力比が
変化することによって、移動体１３の絶対位置を検出す
るものである。

しかしながら、上述従来例では、例えばカメラのレンズ
鏡筒等の移動量の大きな移動体の絶対位置を検出する為
には、位置検出センサであるＰＳＤ１２は少なくとも上
記移動体１３の移動量に相当する長さが必要となり、そ
の結果該装置が大型化してしまうという問題があった。

更に、長いＰＳＤを使用した場合は、位置検出精度が低
くなるという問題点も有していた。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述した問題点を解決し、小型で簡素
な構造であり、且つ高精度の位置検出を行うことのでき
る移動体の位置検出装置を提供することである。

（発明の特徴） 上記目的を達成するために、本発明は、移動方向に所定
の間隔をもって形成された複数のスリットをそれぞれ持
ち、移動体と一体的に投光手段と受光手段の間を移動す
る、投受光間方向に所定の距離を隔てて配置される第１
．第２のスリット手段と、投光手段を発光させ、該投光
光の前記第１及び第２のスリット手段の位置に応じて異
なる各々のスリットを通過した光束の投影像を受光する
受光手段の出力に基づいて移動体の位置検出を行う位置
検出手段とを備え、以て、前記第１及び第２のスリット
手段の位置、つまりは移動体の位置に応じて異なる受光
手段上に投影される投影像に基づいて前記移動体の位置
を求めるようにしたことを特徴とする。

（発明の実施例） 以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例を示すものであり、図中
１ａ、ｌｂは幅を持った発光源の光を平行光に近い指向
性を与えるレンズを介して投光する投光素子、２は位置
検出センサであるところのＰＳＤである。３はスリット
３８〜３ｄ等を有する第１のスリット板、４はスリット
４ａ、４ｂ等を有する第２のスリット板であり、これら
は図示せぬ移動体に固着されてほぼステップ的に移動さ
れる。ステップ４ａはスリット３ａと３ｂの中間対応位
置、又はスリット４ｂはスリット３Ｃと３ｄの中間対応
位置になる様に一定ピッチに配され、スリット３ａと３
ｂの幅はスリット３Ｃと３ｄの幅等と順次異なるように
形成されているものとする。

第１図（ａ）の状態では、投光素子１ａ及び１ｂからの
光束がそれぞれスリット３ａ、３ｂを通過し、スリット
４ａを２方向から照明し、ＰＳＤ２上に間隔ｄだけ離れ
たスリット像を投影している。第１のスリット板３及び
第２のスリット板４は一体で矢印方向へ移動するが、微
小な移動の際にはこの間隔ｄは変らず、この際は投光素
子１ａ１ｂのどちらかからの光束によるスリット像の位
置を読み取ることによって前記スリット板３及び４の位
置を検出する。

一方、スリット板３及び４が大きくステップ的に移動し
、第１図（ｂ）のような状態になった場合には、第１の
スリット板３上のスリット３ｃ及び３ｄの間隔が３ａ及
び３ｂの間隔よりも狭い為、第２のスリット板４上のス
リット４ｂを照明する光束の角度が小さく、従ってＰＳ
Ｄ２上のスリット像の間隔ｄ′は前出の間隔ｄより小さ
くなり、この間隔ｄ′を検知すれば、上記第１図（ａ）
とは違う位置にスリット板３．４が来ていることが判か
る。また、微小な停止誤差に関しては、投光素子１ａ、
ｌｂのどちらかからの光束によるスリット像の位置を検
出すればよいことは前述した第１図（ａ）における場合
と同じである。

前述のスリット板３．４が大きく移動した際の間隔ｄ、
ｄ’を得るには、投光素子１ａ及びｌｂを時分割で発光
させ、その度毎にＰＳＤ２からの出力を検出すればよい
、そして、この間隔ｄ。

ｄ′に基づいて移動体の絶対位置を算出することが可能
となる。また、スリット板３．４の微小移動の際には、
投光素子１ａ又は１ｂのどちらかを発光させ、ＰＳＤ２
からの出力に基づいて移動体の絶対位置を算出すること
ができる。

これを実現するための回路ブロックを第２図に示す。

第２図において、２！、２２は投光素子１ａ。

１ｂを駆動するためのドライバ、２３は前記投光素子１
ａ、ｌｂを駆動するタイミング信号や後述の減算器の動
作タイミング信号を発生すると共に、入力される信号よ
り絶対位置情報を求めるマイクロコンピュータ、２４は
前記投光素子１ａ。

１ｂの発光に伴うＰＳＤ２の出力からスポット位置Ｓａ
、Ｓｂを演算するスポット位置演算回路、２５．２６は
スポット位置演算回路２４からのスポット位置Ｓａ、Ｓ
ｂを前述の投光素子１ａ、１ｂを駆動するタイミング信
号に同期してホールドするサンプルホールド回路、２７
はマイクロコンピュータ２３よりのタイミング信号に基
づいて動作し、１ｓａ−３ｂｌなる演算を行って間隔ｄ
を算出する減算器である。

該第２図及び第３図のフローチャートを用いて、動作に
ついて更に詳述する。

まず、ステップ１０１にて投光素子１ａを発光させ、ス
テップ１０２にてその投光によるスリット像をＰＳＤ２
による受光する。そして、ステラ７”１０３において、
ＰＳＤ２の出力からスポット位置演算回路２４にて得ら
れるスポット位置Ｓａをサンプルホールド回路２６にて
ホールドする。

次に、ステップ１０４にて投光素子１ｂを発光させ、ス
テップ１０５にてその投光によるスリット像をＰＳＤ２
による受光する。そして、ステップ１０６において、Ｐ
ＳＤ２の出力からスポット位置演算回路２４にて得られ
るスポット位置ｓｂをサンプルホールド回路２５にてホ
ールドする。

次に、ステップ１０７にて減算器２７により５ａ−Ｓｂ
ｌなる演算を行って間隔ｄを算出する。次のステップ１
０８では、ステップ１０１からステップ１０７までの動
作が１回目であるかどうかを判断し、１回目であればス
テップ１０１へ戻って同様の動作を繰り返す。一方、２
回目であった場合にはステップ１０９へ進み、ここで前
回（１回目）の動作で得られた間隔ｄと今回（２回目）
の動作で得られた間隔ｄに基づいてスリット３．４の移
動が大であるか微小であるかを判断する。その結果、ス
リット３．４の移動が大であった場合にはステップ１１
０へ進み、今回の時分割発光動作にて得られた間隔ｄに
基づいて移動体の絶対位置情報を算出し、ステップ１０
１へと戻る。また、スリット３，４の移動が微小である
と判断した場合にはステップ１１１へ進み、投光素子１
ａを発光させる。次のステップ１１２ではその投光によ
るスリット像をＰＳＤ２による受光し、ステップ１１３
にてＰＳＤ２の出力からスポット位置演算回路２４にて
得られるスポット位置Ｓａをサンプルホールド回路２６
にてホールドする。そして、ステップ１１４にて前記サ
ンプルホールド回路２６にてホールドされたスポット位
置Ｓａに基づいて移動体の絶対位置情報を算出し、ステ
ップ１０１へと戻る。

尚、第１図（ａ）　（ｂ）共第１のスリット板３上のス
リット３ａと３ｂ、３ｃと３ｄは対になっていて、第２
のスリット板４上のスリット４ａ、４ｂを複数の方向か
ら照明しているが、これに限るものではなく、例えば第
４図に示すような状態もスリット板３．４の延長線にあ
り得る。

第４図において、３ｅは第１のスリット板３上のスリッ
ト、４Ｃはそれに対応する第２のスリット板４上のスリ
ットを表し、その他の符号は第１図と同じ物を示してい
る。

この場合は、前述のスリット像間隔ｄに相当するものは
なく、要するに（ｎｏとして検知される（減算器２７に
より）と考えればよい。また、この場合、第２のスリッ
ト板４はＰＳＤ２から若干能れた所に配置されるのが良
い。離れすぎるとスノット像がボケ、また近付きすぎる
と複数の方向から照明した際のスリット像の分離が小さ
くなりすぎるからである。

前記第１のスリット板３と第２のスリット板４の間の光
は折り曲げても構わず、例えば第５図に示す第２の実施
例の様に光路折曲部材を用いてもよい。

第５図中、５は光路な折り曲げる為の光路折曲部材であ
るところのプリズム、５ａは該プリズム５の入射面、５
ｂは同射出面であり、その他の符号は第１図と同じもの
を示している。

この第５図は、スリットの長辺方向の断面図に相当する
もので、紙面と直交方向に投光素子１（１ａ、　　１　
ｂ）が並んでいる。このように光路を折り曲げることで
スリット板３及び４を一体にすることができ、一体で移
動させることが簡単になるメリットがある。

また、第６図は本発明の第３の実施例を示す図であり、
図中、５′は２回反射プリズム、３′と４′は第１のス
リット板及び第２のスリット板が一体となって外見上１
枚の板状となったものである。

このように２回反射の系とすることにより、投光素子】
とＰＳＤ２とを同一基板上に実装することが可能となり
、スペース上好ましい。

また、投光素子１は上述のように２つである必要はなく
、３つあるいは多数であっても構わない。第７図は投光
素子数が３つである場合の本発明の第４の実施例を示す
ものであり、図中、ｌａ′〜ｌｃ’は投光素子、３８〜
３０′は第１のスリット板３上のスリット、４ａ’は第
２のスリット板４上のスリットである。

このように構成しても、投光素子１ａ　　〜ｌｃ”を時
分割で発光し、スリット３８〜３０′を通して３方向か
らスリット４ａ′を照明し、ＰＳＤ２上に３本のスリッ
ト像を投影して、その間隔の関係から絶対位置を検出す
れば前述の実施例と同様の効果がある。

尚、何れの実施例も投光素子１に球面レンズ状のドーム
がついているが、これは光束を有効に利用するためであ
る。また、位置検出センサはＰＳＤに限らず、例えばＣ
ＯＤの様なラインセンサでも構わず、この場合、信号処
理は多少複雑になるが、時分割投光は不要となる。

本実施例によれば、移動体に伴って移動する第１、第２
のスリット板の移動位置に応じて異なるＰＳＤ２上にお
ける投光素子１ａ、ｌｂそれぞれのスポット位置間隔に
基づいて移動体の位置を検出するようにしているため、
ＰＳＤ２を短縮化でき、従来装置に比べ、小型な構成で
、移動量の大きい移動体の位置を高精度に検出可能とな
る。

（発明と実施例の対応） 本実施例において、投光素子１が本発明の投光手段に、
Ｐ　Ｓ　、Ｄ　２が受光手段に、第１．２のスリット板
３．３′、４．４’が第１．第２のスリット手段に、マ
イクロコンピュータ２３から減算器２７までが位置検出
手段に、それぞれ相当する。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、移動方向に所定
の間隔をもって形成された複数のスリットをそれぞれ持
ち、移動体と一体的に投光手段と受光手段の間を移動す
る、投受光間方向に所定の距離を隔てて配置される第１
．第２のスリット手段と、投光手段を発光させ、該投光
光の前記第１及び第２のスリット手段の位置に応じて異
なる各々のスリットを通過した光束の投影像を受光する
受光手段の出力に基づいて移動体の位置検出を行う位置
検出手段とを備え、以て、前記第１及び第２のスリット
手段の位置、つまりは移動体の位置に応じて異なる受光
手段上に投影される投影像に基づいて前記移動体の位置
を求めるようにしたから、装置の小型化、高精度化を達
成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における要部構成図、第２図
は同じく回路構成を示すブロック図、第３図はその動作
を示すフローチャート、第４図は本発明の第２の実施例
における要部構成図、第５図は本発明の第３の実施例に
おける要部構成図、第６図は本発明の第４の実施例にお
ける要部構成図、第７図は本発明の第５の実施例におけ
る要部構成図、第８図は従来装置の概略構成を示す斜視
図である。 １・・・・・・投光素子、２・・・・・・ＰＳＤ、３，
４・・・・・・第１、第２のスリット板、２３・・・・
・・マイクロコンピュータ、２４・・・・・・スポット
位置演算回路、２５．２６・・・・・・サンプルホール
ド回路、２７・・・・・・減算器。 第１図 （ａ） １コ一一 第４図 嶋５図 第６図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光を投射する投光手段と、該投光手段から所定距
   離を隔てて配置される受光手段と、移動方向に所定の間
   隔をもって形成された複数のスリットをそれぞれ持ち、
   移動体と一体的に前記投光手段と受光手段の間を移動す
   る、投受光間方向に所定の距離を隔てて配置される第１
   、第２のスリット手段と、前記投光手段を発光させ、該
   投光光の前記第１及び第２のスリット手段の位置に応じ
   て異なる各々のスリットを通過した光束の投影像を受光
   する前記受光手段の出力に基づいて移動体の位置検出を
   行う位置検出手段とを備えた移動体の位置検出装置。
2. （２）光を投光する複数の投光手段と、該投光手段から
   所定距離を隔てて配置される単一の受光手段と、前記投
   光手段の並び方向に所定の間隔をもって形成された複数
   のスリットをそれぞれ持ち、移動体と一体的に前記投光
   手段と受光手段の間を移動する、投受光間方向に所定の
   距離を隔てて配置される第１、第２のスリット手段と、
   前記複数の投光手段を時分割で発光させ、該投光光の前
   記第１及び第２のスリット手段の位置に応じて異なる各
   々のスリットを通過して前記受光手段上に投影される各
   々のスポット位置の間隔を読み取り、この間隔に基づい
   て移動体の位置検出を行う位置検出手段とを備えた移動
   体の位置検出装置。
3. （３）位置検出手段に、受光手段上に時分割的に投影さ
   れるいずれか一方のスポット位置情報から移動体の微小
   移動時の位置検出を行う微小移動位置検出手段を具備し
   たことを特徴とする請求項２記載の移動体の位置検出装
   置。