JPH0335111A - 絶対位置検出装置 - 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】 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コーダとして利用できる
絶対位置検出装置に関するものである。

従来の技術 近年、制御のデジ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。

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。

第３図は従来の位置検出装置の構成を示すものである。

第３図において、１０１は光源、１０２は光源の光を平
行光束化するコリメートレンズ、１０３は図示しない移
動体に取り付けられたスケール、１０４は固定されたマ
スク、１０５は固定された受光素子アレイである。第４
図（ａ）には前記スケール１０３に形成したパターンの
詳細を示す、スケール１０３上には２進化コードである
グレーコードパターンＣ０−Ｃ５が刻まれている。

第４図（ｂ）には前記マスク上に形成したパターンＭＯ
〜Ｍ５の詳細を、第４図（Ｃ）には前記受光素子アレイ
１０５から得られる信号波形５ｏ−８５をそれぞれ示す
。

以上のように構成された位置検出装置について、以下そ
の動作について説明する。

光源１０１から出た光はコリメートレンズ１０２により
平行光束化されスケール１０３に照射される。スケール
１０３はスケール移動方向に示される移動方向に移動す
る。スケール１０３、マスク１０４を透過した前記光源
１０１からの光は受光素子アレイ１０５上で検出され、
前記光源１０１からのスケール１０３の位置の変化に伴
う透過光信号強度の変化を前記受光素子アレイ１０５で
電気信号に変換され、図示しない信号処理回路により各
受光素子に対応した１、０の値にデジタル化された後、
信号処理され位置信号を得る。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、高精度な位置を検
出する際にグレーコードの最上位ビットから最下位ビッ
トの領域まで、最下位ビットの検出精度で全てのビット
を検出する必要があるが、スケール、マスクのスリット
ピッチが小さくなるにつれ透過光量の変化が位置の変化
に伴い三角波状となることにより検出レベルの微妙な変
化により特定のビットの１．０の境界部でデータを読み
誤る可能性がある。例えば第４図（ｅ）に示す、４Ｂの
位置では受光素子アレイのデジタル化された出力が５５
＝Ｏ，５４＝Ｏ，５３＝１．５２＝Ｏ。

５１＝Ｏ，５Ｏ＝１となる。一方、４Ａの位置で３４の
ビットが、本来１と読みとらなければならないところを
位置による光量変化の割合が緩やかであるためにＯとノ
イズ等により誤って読みとることにより、受光素子アレ
イのデジタル化された出力が５５＝０，５４＝Ｏ，５３
＝１，５２＝０．５１＝Ｏ，５Ｏ＝１となり、これは４
Ｂの位置で出力されたパターンと一致し、受光素子アレ
イのｌビットの１．０の読み取り誤差が本来あるべき位
置に対して位置の最小検出単位の４ビツト分の誤差を含
むものとして出力される。このようにグレーコードの各
ビットの１，０の境界近辺で存在する、受光素子アレイ
の１ビツトの１．０の読み取り誤差により実際の位置と
検出器より出力される位置の値が大きく異なる可能性が
あり、これらの検出位置に大きなエラーを生ずるという
問題点がある。またグレーコードを用いる場合には絶対
位置を検出するためのコード数が多くなり装置自体が大
型化するという問題点がある。

本発明は上記問題点に鑑み、上記の小さな検出誤差が大
きな検出誤差を引き起こすという検出器・ラーを生じず
に精度良く、かつ小型に絶対位置を検出できる絶対位置
検出装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために請求項１記戦の位置検出装
置は、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
幅の２倍を検出範囲としてその範囲内の絶対位置を検出
する第２の位置検出手段とを有し、前記第１の位置検出
手段による検出位置の境界と前記第２の位置検出手段に
よる検出位置の境界が前記第２の位置検出手段の検出範
囲の４分の１ピッチ分だけずらして配置し、さらに第１
の位置検出手段と第２の位置検出手段とにより得られた
位置情報により検出値を補正する補正手段を備えたこと
を特徴とする。

なお、前記第１の位置検出手段を変位方向に対して斜め
方向にのびるスリットパターンにより構成し、第２の位
置検出手段を変位方向に対して斜め方向にのびるスリッ
トパターンにより構成することができる。

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
の最小検出ピッチをＰｌ、第２の位置検出手段の最小検
出ピッチをＰ２とした場合に、上位の位置の真値からの
検出誤差が士（Ｐ、／２−Ｐ、）以下という粗い検出誤
差でも容易に正しい絶対位置を検出する事が可能となる
。

実施例 以下本発明の位置検出方法について、図面を参照しなが
ら説明する。

第１図は本発明の一実施例における絶対位置検出装置の
全体構成を示すものである。第１図において、１は光源
、２は光源からの光を略平行にするコリメートレンズ、
３は図示しない移動体に取り付けられたスケール、４は
固定されたマスク、５は固定されたイメージセンサ、６
は所定の最小検出幅で絶対位置を検出する第１の位置検
出のためのスリット、７は前記第１の位置検出手段によ
る最小検出幅の２倍を検出範囲としてその範囲内の絶対
位置を検出する第２の位置検出のためのスリットであり
、前記第１の位置検出のためのスリット６による検出位
置の境界と前記第２の位置検出のためのスリット７によ
る検出位置の境界が前記第２の位置検出手段の検出範囲
の４分の１ピッチ分だけずらして配置されている。８は
スケールの測定しようとしていない方向への移動による
上下方向の変位による測定誤差を補正する際の基準とな
る基準スリットである。

以上のように構成された位置検出装置について、以下第
１図を用いてその動作を説明する。光源１より出た光は
コリメートレンズ２により平行光束化され、スケール３
に照射される。スケール３はスケール移動方向として示
した矢印方向に移動する。スケール３のすぐ後ろにはマ
スク４が後置され、スケール３．マスク４を透過した前
記光源１からの光はイメージセンサ５で検出され、前記
光源１からのスケール３の位置の変化に伴う透過光のス
ケール１の移動方向とは略垂直方向の位置を前記イメー
ジセンサ５で読み取り電気信号に変換し、図示しない信
号処理回路により信号処理を行うことにより絶対位置を
検出する。

以下、第２図を用いて以上に述べた位置検出方法の詳細
を述べる。スリット６と基準スリット８の距離間隔をイ
メージセンサ５により検出し、演算を行いデジタル化す
る事によりスリット６の検出領域ｄｌの領域を８分割し
最小検出ピッチＰ、＝ｄ、／８をデジタル化の最小単位
として位置を−４から３までの整数の範囲で検出し、こ
の検出値をｉとし領域内での検出位置をｓ”ｄｌ／８と
する。同様に、スリット７と基準スリット８の距離間隔
をイメージセンサ５により検出し演算を行いデジタル化
する事によりスリット７の検出領域ｄ２の領域を８分割
し最小検出ピッチＰ、＝ｄ２／８をデジタル化の最小単
位として位置を−４から３までの整数の範囲で検出しこ
の検出幅をｊとし領域内での検出位置をｊ＊ｄ、／８と
する。ここで、ｄ２＝ｄ、／８＊２となるように配置さ
れている。また、スリット６の端とスリット７の端はｄ
２／４だけ離れて配置されている。

ここでｉが偶数の場合、位置Ｘは Ｘ＝　ｉ　＊ｄ、／８＋ｊ　＊ｄ２／８　　　　　　　
（１）となる。

ｉが奇数かつｊが０以上の場合、位置ＸはＸ＝　ｉ　＊
ｄ、／８＋ｊ　＊ｄ２／８−ｄ２／２　　■となる。

ｉが奇数かつｊがＯ未満の場合、位１ｆＸはＸ＝ｉ＊ｄ
、／８＋ｊ＊ｄ、／８＋ｄ、／２　　（３）となる。

例えば、第２図においてＡの位置で、第１の位置検出手
段が本来１＝−３，ｊ＝−３と出力し、この場合に適用
する式は前記式、（３）の場合に相当し、この式を用い
ることにより位置ＸはＸ＝−３３ｋｄ、／８＋　（−３
）＊ｄ２／８＋ｄ２／２ ＝　　ｔ−３＊４／８＋　（−３）／８＋４／８１＊ｄ
。

＝−１１／８＊ｄ２ と出力しなければならないところを、１＝−２と出力し
た場合、この場合に適用する式は前記式（１）の場合に
相当しこの式を用いることにより、位置Ｘは ５＝−２＊ｄ、／８＋　（−３）＊ｄ２／８＝　１−２
＊４／８＋　（−３）／８１　＊ｄ２＝−１１／８＊ｄ
２ となり、上位のビットの値を１ビット読み違えた場合で
も上位の位置の前記第１の位置検出手段による検出位置
の境界からの検出誤差が士（Ｐ１／２−　Ｐ２）以下で
あれば、正しい位置を得ることができる。

以上のように本実施例によれば、上位のビットの値をｌ
ビット読み違えた場合でも正確な読み取りを行うことが
できるので、絶対位置の検出において位置の読み取りの
誤差がなく、またスケールも簡単な構成で絶対位置の検
出を行うことができる。

本発明は上記実施例に示す外、種々の態様に構成するこ
とができる。

なお、実施例において、スリット６、スリット７の内挿
数を８としているがこれ以外の数を用いても差し支えな
い。

また、実施例において、位置検出のスリットの本数を２
本として説明したがスリットの本数を２本以上にしても
よい。

また、実施例において、所定の最小検出幅で絶対位置を
検出する手段として移動方向とは斜めに傾いたスリット
を用いたが、モアレ縞等を用いて構成してもよい。

また、実施例において、所定の最小検出幅で絶対位置を
検出する手段として光学的な手法により位置を検出して
いるが、磁気式１機械式等の他の方式を併用して構成し
てもよい。

発明の効果 以上のように本発明は、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の２倍を検出範囲としてその範囲内
の位置を検出する第２の位置検出手段とを有し、前記第
１の位置検出手段による検出位置の境界と前記第２の位
置検出手段による検出位置の境界が前記第２の位置検出
手段の検出範囲の４分の１ピッチ分だけずらして配置し
、さらに第１の位置検出手段と第２の位置検出手段とに
より得られた位置情報により検出値を演算処理する信号
処理回路を備えているので、上位の最小検出ピッチをＰ
ｌ、下位の最小検出ピッチをＰ２とした場合に上位の位
置の前記第１の位置検出手段による検出位置の境界から
の検出誤差が±（Ｐ　／２−Ｐ、）以下という粗い検出
誤差でも置 容易に正しい位置を検出する事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における位置検出装置の構成
を示す斜視図、第２図は本発明の一実施例における位置
検出方法の動作原理を示す説明図、第３図は従来の位置
検出装置の構成を示す斜視図、第４図（ａ）〜（Ｃ）は
従来の位置検出装置におけるスリットパターン、マスク
パターン及び信号波形を示す説明図である。 ｌ・・・・・・光源、２・・・・・・コリメートレンズ
、３・・・・・・スケール、４・・・・・・マスク、５
・・・・・・イメージセンサ、６・・・・・・第１の位
置検出のためのスリット、７・・・・・・第２の位置検
出のためのスリット、８・・・・・・基準スリット。

Claims (2)

【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
   幅の２倍を検出範囲としてその範囲内の絶対位置を検出
   する第２の位置検出手段とを有し、前記第１の位置検出
   手段による検出位置の境界と前記第２の位置検出手段に
   よる検出位置の境界が前記第２の位置検出手段の検出範
   囲の４分の１ピッチ分だけずらして配置し、さらに第１
   の位置検出手段と第２の位置検出手段とにより得られた
   位置情報により検出値を補正する補正手段を備えたこと
   を特徴とする絶対位置検出装置。
2. （２）第１の位置検出手段がスケールの変位方向に対し
   て斜め方向にのびるスリットパターンにより構成され、
   第２の位置検出手段がスケール変位方向と斜め方向にの
   びるスリットパターンにより構成され、前記第１，第２
   の位置検出の位置計測の際の基準となる信号パターンを
   備えている請求項１記載の絶対位置検出装置。