JPH0342611B2 - - Google Patents

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JPH0342611B2
JPH0342611B2 JP58198744A JP19874483A JPH0342611B2 JP H0342611 B2 JPH0342611 B2 JP H0342611B2 JP 58198744 A JP58198744 A JP 58198744A JP 19874483 A JP19874483 A JP 19874483A JP H0342611 B2 JPH0342611 B2 JP H0342611B2
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36Forming the light into pulses

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は光電的に位置を測定するポジシヨンエ
ンコーダに関し、特に絶対的な位置検出の行なえ
るアブソリユート式ポジシヨンエンコーダに関す
る。
(発明の背景) ポジシヨンエンコーダにはアブソリユート式の
ものとインクリメンタル式のものがある。アブソ
リユート式のものは、絶対位置に対応せしめた数
ビツトのコード化したパターンを読み取ることに
より、絶対位置を測定するように成したものであ
り、高分解能のものが得られないという欠点があ
つた。一方、インクリメンタル式のものは、等間
隔に付した目盛を計数することにより基準位置か
らの移動量を測定するもので、高分解能のものが
得られるが、絶対位置を測定することができなか
つた。
そこで、インクリメンタル目盛とアブソリユー
ト目盛(コード化パターン)を併設する等により
両者の欠点を補うことも考えられるが、構成が複
雑になつてしまうという欠点がある。
(発明の目的) 本発明の目的は、簡単な構成で、インクリメン
タル式のものに劣らない程度の高分解能のアブソ
リユート式ポジシヨンエンコーダを提供すること
にある。
(発明の概要) 本発明は、一定のピツチ(p)で繰り返される
と共に、繰り返し方向の長さが所定量(a)ずつ順次
変化する目盛を有する目盛盤を設けることによ
り、上記目盛の長さによつて絶対番地を、また長
さを読み取る検出器の基準位置と長さを読み取ら
れる目盛の位置とによつて上記一定のピツチ
(p)より細かい読み取りを行なうアブソリユー
ト式ポジシヨンエンコーダである。
(実施例) 以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を
説明する。
第1図は本発明を長さ測定用のポジシヨンエン
コーダに応用した一実施例の概略構成図であり、
第2図は第1図で用いられる目盛盤上の目盛パタ
ーンの説明図、第3図は第1図で用いられるイメ
ージセンサの出力をサンプルホールドした波形図
である。
光源1からの光は目盛盤2を透過照明する、目
盛盤2の表面には、第2図に示したように、一定
のピツチpで繰り返されると共に繰り返し方向の
長さが所定量aずつ順次変化する目盛(透明部…
斜線部分)が形成されている。なお、第2図の白
抜部分は不透明部である。目盛盤2を挾んで光源
1の反対側には投影レンズ3が配設されている。
投影レンズ3に関して目盛盤2上の目盛面と共役
な位置には一次元のイメージセンサ4が置かれて
いる。一次元のイメージセンサ4は所定のピツチ
で受光部が配設されており、駆動装置5からの駆
動信号により受光部が順次駆動される周知のもの
である。この際、一次元イメージセンサ4の受光
部の配列方向は、目盛盤2の目盛の配列方向とほ
ぼ平行になつている。そして、投影レンズ3は目
盛盤2の目盛のピツチがイメージセンサ4の受光
部のピツチより十分大きくなるように目盛の像を
イメージセンサ4上に、第1図に示すとおり拡大
投影している。処理装置6はイメージセンサ4の
出力信号を入力し、任意の目盛像の長さと、イメ
ージセンサ4上に定めた基準位置から前述の任意
の目盛像の中心までの長さとから、イメージセン
サ4に対する目盛盤2の絶対位置に対応する信号
を出力する。
すなわち、上述の如き構成において、目盛盤2
が目盛の繰り返し方向(矢印A)に移動し、停止
した時にイメージセンサ4の出力信号をサンプル
ホールドした波形(イメージセンサとしてサンプ
ルホールドした波形を出力するものを言う場合も
ある)が第3図aの如くであつたとすれば、この
段階波形を適当なカツトオフ周波数を有するロー
パスフイルタを通して、第3図bの如くなだらか
な波形に変換した後、所定の基準電圧Vrefによつ
て第3図cの如き矩形波に波形整形することがで
きる。第3図cの波形によれば、イメージセンサ
4のスタートパルスが時刻t0で生じてから初めの
矩形波qの中心位置までの時間T1を知ることは
容易である。また、矩形波qの幅Δt1を知ること
も容易である。一方、イメージセンサ4の駆動パ
ルスの周波数と受光部のピツチとから上記T1
Δt1を長さに変換することができ、しかも、投影
レンズ3の倍率も既知であるから、矩形波qの対
応する目盛の幅w1が計算によつて求まることに
なる。ここで、第2図に示したように、となり合
う目盛の幅は常にaだけ異なつており、同一の幅
を有する目盛は1つしかないので、幅w1を求め
ることにより目盛の絶対番地を知ることができ
る。さらに、スタートパルスが時刻t0で生じてか
ら目盛の幅w1の中心までの時間T1から求めた長
さd1によつて、目盛の1ピツチp以下の精度が読
み取り可能である。すなわち、目盛の1ピツチp
は一定であるから、長さd1はd1/pピツチを示し
ていることになる。それ故、ある位置においてイ
メージセンサ4上に生じている一番目の目盛の幅
w0と長さd0とを覚えておき、目盛盤2の移動後
(第3図a)におけるイメージセンサ4上に生じ
ている一番目の目盛の幅w1と長さd1とを測定す
れば、ある位置と移動後の位置との長さ(目盛盤
2の移動量)が (w1−w0/a)×p+(d1−d0) …式(1) にて求まることになる。
表示回路7は処理回路6からの信号によつて目
盛盤2のある位置からの移動量を表示する。
次に、第4図を用いて駆動装置5、処理装置6
の一例を詳述する。駆動装置5は、クロツクパル
ス発生器50と、クロツクパルス発生器50のパ
ルスを入力し、スタートパルスと駆動パルスを一
次元イメージセンサ4に入力せしめるカウンタ等
から成る駆動回路51を有する。一方、処理装置
6は、一次元イメージセンサ4の出力信号を増幅
するプリアンプ60と、プリアンプ60の出力信
号を駆動回路51の駆動パルスによつてサンプル
ホールドするサンプルホールド回路61と、サン
プルホールド回路61から出力される階段状波形
をなだらかな波形に成すローパスフイルタ62
と、ローパスフイルタ62の出力信号が基準電圧
Vrefより小さいときは低レベルを、逆のときは高
レベルを出力する比較回路63と、クロツクパル
ス発生器50のパルスを入力する第1端子と、ク
ロツクパルス発生器50のパルスを周波数が半分
になるように分周し出力する分周回路64の出力
パルスを入力する第2端子とを有し、比較回路6
3の出力が抵レベルのときは第1端子を、高レベ
ルのときは第2端子を出力端子に接続するスイツ
チ回路65と、スイツチ回路65の出力端子が一
方の端子に接続されるアンド回路66と、駆動回
路51のスタートパルスによりセツトされ、比較
回路63の出力信号が高レベルから低レベルへ切
り替わるときにリセツトされ、出力端子がアンド
回路66の他方の端子に接続されるフリツプフロ
ツプ回路67と、アンド回路66の出力信号が入
力されるカウンタ回路68と、比較回路63の出
力信号の立ち上りで第1パルスを、立ち下りで第
2パルスを出力する記憶指令パルス発生器69
と、記憶指令パルス発生器69の第1パルスによ
つてカウンタ回路68の計数値を記憶する第1記
憶回路70と、記憶指令パルス発生器69の第2
パルスによつてカウンタ回路68の計数値を記憶
する第2記憶回路71と、第1記憶回路70と第
2記憶回路71の記憶値から前述の式(1)によつて
長さを計算する演算回路72と、から構成されて
いる。
従つて、駆動回路51から時刻t0でスタートパ
ルスが生じると、イメージセンサ4の受光部は順
次駆動パルスによつて駆動され、サンプルホール
ド回路62からは第3図aの如き階段状の信号が
出力される。ローパスフイルタ62の出力信号は
第3図bの如くなだらかな信号となり、さらに比
較回路63によつて第3図cの如き矩形波に波形
整形される。スイツチ回路65は時刻t0から矩形
波が立ち上るまではパルス発生器50のパルスを
出力し、一方フリツプフロツプ67はスタートパ
ルスによりセツトされているから、スイツチ回路
65の出力パルスは時刻t0から時刻t2までカウン
タ回路68にて計数される。時刻t2において記憶
指令パルス発生器69から生ずる第1パルスによ
つて、第1記憶回路70は上述の計数値を記憶す
る。比較回路63の出力信号が高レベルである時
刻t2からt3までは、スイツチ回路65は分周回路
64の出力パルスを出力するように切り換えら
れ、このパルスはカウンタ回路68にて計数され
る。比較回路63の出力信号が立ち下る時刻t3
おいて、フリツプフロツプ67はリセツトされ、
アンド回路66がカウンタ回路68へのパルスの
入力を阻止すると共に、記憶指令パルス発生器6
9の第2パルスによつて、第2記憶回路71がカ
ウンタ回路68の計数値を記憶する。従つて、第
1記憶回路70には時刻t0から時刻t2までに計数
されるパルス発生器50のパルス数N1が、また、
第2記憶回路71には、時刻t0から時刻t1までに
計数されるパルス発生器50のパルス数N2
夫々記憶されていることになる。従つて、パルス
数N2が時間t1、すなわち長さd1に、また、パルス
数(N2−N1)×2が時間Δt1、すなわち幅w1に対
応しているから、演算回路72はこれらの測定値
から一次元イメージセンサ4に対する目盛盤2の
絶対位置を計算することができる。好ましくは、
記憶回路を付加し、上述の値を基準値として付加
した記憶回路に記憶せしめ、目盛盤2をイメージ
センサ4に対して移動せしめ、同上に測定した値
と上記基準値との減算を行なう機能を付加すれ
ば、移動量を知ることができる。
なお、上述の例においては最初の目盛像にて測
定を行なうが、一次元イメージセンサ2上には2
つ以上の目盛像が生じていた場合、いずれの目盛
像によつて測定を行なつても測定される移動量は
同じである。すなわち、第3図aに示したよう
に、一番目の目盛像と二番目の目盛像の間隔はピ
ツチpで一定であるから、第3図aにおいて、 d2=d1+p ……式(2) の関係があり、他方 w2=w1−a ……式(3) であるから、前述の式(1)に式(2)と式(3)から求めた
d1とw1とを代入すれば、 (w1−w0/a)×p+(d1−d0) =(w2−w0/a)×p+(d2−d0) となり、結果は同じになるのでいずれの目盛像に
よつても測定が行なえることがわかる。
以上の実施例は、長さ測定用のポジシヨンエン
コーダについて主として述べたのであるが、角度
測定用のポジシヨンエンコーダにも同様に利用す
ることができる。その場合、目盛は等角度ピツチ
(本明細書ではこの場合も含めてピツチと略称す
る)で円周方向に繰り返されると共に、円周方向
の長さが所定量ずつ順次変化する目盛を形成すれ
ば良い。
また、時間T1の測定開始時刻はあらかじめ定
まつていさえすればスタートパルスの生ずる時刻
t0に限られないことは明らかである。
さらに、上述の実施例では目盛像の繰り返し方
向がイメージセンサの受光部の配列方向にほぼ一
致する如き例を説明したが、特に長さ測定の場合
には、積極的に一致関係を崩し、目盛像の繰り返
し方向がイメージセンサの受光部の配列方向に交
差する如く投影すれば、分解能を上げることがで
きる。
(発明の効果) 以上の様に、本発明によれば、一つの目盛パタ
ーンと一つのイメージセンサを用いるだけで目盛
の絶対番地を判別し、かつ目盛の一ピツチ以下の
変位量まで精度良く求めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による装置の構造
図、第2図は第1図の実施例に用いられる目盛の
拡大図、第3図は第1図の実施例に用いられる処
理装置を説明するためのタイミングチヤート、第
4図は第1図の実施例に用いられる処理装置の詳
細を説明するためのブロツク図、である。 主要部分の符号の説明、2…目盛盤、3……投
影レンズ、4……一次元イメージセンサ、6……
処理装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 一定のピツチで繰り返されると共に繰り返し
    方向の長さが所定量ずつ順次変化する目盛を有す
    る目盛盤と、所定のピツチで受光部が配設された
    一次元イメージセンサと、前記目盛のピツチが前
    記所定のピツチより十分大きくなるように前記目
    盛の像を前記イメージセンサ上に拡大投影する光
    学系と、前記イメージセンサの出力信号をローパ
    スフイルタによつてなだらかな信号波形に変換
    し、該なだらかな信号波形に基づいて前記イメー
    ジセンサ上での任意の目盛像の長さと、前記イメ
    ージセンサ上に定めた基準位置から前記任意の目
    盛像の中心までの長さとから前記イメージセンサ
    に対する目盛盤の絶対位置に対応する信号を出力
    する処理手段と、を有することを特徴とするポジ
    シヨンエンコーダ。
JP19874483A 1983-10-24 1983-10-24 アブソリユ−ト式ポジシヨンエンコ−ダ Granted JPS6089713A (ja)

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JPS6089713A JPS6089713A (ja) 1985-05-20
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CA1338291C (en) * 1988-07-08 1996-04-30 William L. Hassler, Jr. Precision electronic absolute and relative position sensing device and method of using same
JPH0267218U (ja) * 1988-11-09 1990-05-22
JPH0372314U (ja) * 1989-11-16 1991-07-22
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