JPS5853704A - 位置検出装置 - Google Patents

位置検出装置

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JPS5853704A
JPS5853704A JP56151401A JP15140181A JPS5853704A JP S5853704 A JPS5853704 A JP S5853704A JP 56151401 A JP56151401 A JP 56151401A JP 15140181 A JP15140181 A JP 15140181A JP S5853704 A JPS5853704 A JP S5853704A
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JP
Japan
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signal
image sensor
image
pattern
quantized
Prior art date
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JP56151401A
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English (en)
Inventor
Yasushi Oki
裕史 大木
Kenji Fujii
賢治 藤井
Hidehiro Ogawa
英洋 小川
Akio Takahama
高浜 昭夫
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Nippon Kogaku KK
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Publication date
Application filed by Nikon Corp, Nippon Kogaku KK filed Critical Nikon Corp
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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】 本発f!は、明暗を有するパターンをイメージセンサ上
に投影し、前記イメージセンサ上での―暗の前記パター
ンの位置を検出する装置に関する。
ll!来*留の説明 この種の装置では、従来、イメージセンサの出力信号か
らパターンの位置を検出していたが、イメージセンサの
出力信号は、各エレメントによって量子化された信号で
ある。従って、検出位置を高精度K1m定した一場金に
は各エレメントの長さを狭める必要がある。
しかしなか6.各エレメントの憂さを狭めることも物理
的K11l界があって、最終的Kit台エレメントの長
さで分解能が決定されてしまうと−う欠点があった。
発明の口約 本発明・言これらの欠点を解決し、イメージセンサ−の
各エレメントの長さによる制限を受けることの壜い高分
解aな位置検出装置を提供することを目的とする。
夷總儒の説明 館111J:第2閣に本発明の第1の実施例を示す。第
1図において、紙INK−直な方向へスリットを形成さ
れたスリット板lは図示なき装置本体に2本のワイヤ2
01,202によって点PK−いて吊らされている。ス
リット板1は、装置本体に固定されている光1[3と集
光レンズ4によって裏面から照明され、スリットの投影
像は投影レンズ5によってイメージセンサ6上に形成さ
れる。イメージセンサ6は第3図に示す如くスリットの
投影像17と角度θを為すように図示なき装置本体に固
定されている。スリットの投影像18は図示なき装置本
体が紙・面内で傾くと装置本体に対しA方向へ移動し、
それに伴いイメージセンサ6と投影像17との交鎖位置
18は1方向へ移動する。スリットの投影像18の真方
向の変位に対する交差位置18のB方向へ°の変変位量
を投影レンズ50倍率に応じて拡大し、更に角度etc
応じて拡大し、それによって位2置検出の精度を向上さ
せている。
゛第2図に示したように、イメージセンサ9は周知の如
く発、振器7からのスタートパルスによって駆動され、
スタートパルスが印加された時点t・から引続いて印加
されるクロックパルスにより各エレメントが順次駆動さ
れる。イメージセンサ6は、各エレメントに入射する光
量に応じた信号をパルス列としてサンプル・アンド・ホ
ールド回路60に出力し、サンプル・アンド・ホールド
回路60はパルスを引き伸し、第4図実線19・22で
示した如く量子化された階段状の信号を出力することK
なる。サンプル・アンド回路60の出力はプリアンプ8
で増幅されてローパスフィルタ9に入力される。ローパ
スフィルタ9はサンプル・アンド・ホールド回路60の
量子化された出力信号を第4図一点鎖線20.23で示
したアナログ信号に変換するように設計されている。ロ
ーパスフィルタ9のカットオフ周波数は、クロックパル
スの周波数以下にて実験により定められる。電圧比較器
10はあらかじめ適轟なスレッシ1ルド電圧(第4閣(
→の21)を有しており、ローパスフィルタ9の出力が
、スレッショルド電圧を越えたとき(時点1+ )パル
スP、をカウンタ13に、スレッショルド電圧より下が
ったとき(時点b)パルスP8をカウンタ14にそれぞ
れ与える如く構成されている。制御ゲート12は、発振
器7のスタートパルスによって位置測定用の発振器11
からのクロックパルスな力9ンタ13.14にそれぞれ
入力する如、く作動する。
従って、カウンタ13の計数値は、時点toから時点t
、までの時間に相当し、カウンタ14の計数値は、時点
toから時点t1までの時間に相当する。カウンタ13
.14のそれぞれの出力は平均化回路15に入力されて
平均化される。すなわち平均化回路15の出力信号は、
カウンタ13とカウンタ14で各々カウントされた時間
の平均値である。この平均値は。
時点toから第4図で示した1点鎖線20のピーク位置
に対応する時点1.まての時間に対応する。平均化回路
15の出力信号は表示器16に入力される。時点toか
ら時点−1までの時間は、第3図で対応をとれば、イメ
ージセンサ6の一端から、交差位置18の中心までの距
離に対応し、これは図示なき装置本体の傾きにも対応す
る。従って、表示916k、図示なき装置本体の紙面内
での傾きを表示することができる。
既に菖215!llを脱明するために部分的に利用した
が、第4図を詳述すれば、第4図はローパスフィルタ9
0入力波形19.22と出力波形20.23と電圧比較
器10のスレッショルド電年21の関係図である。第4
図に示した如く、イメージセンサ6はエレメントによっ
て構成されており、イメージセンサ6とスリット投影像
17との交差位置18は図示の如き形をなして−るため
、イメージセンサ6のサンプル・アンド・木−ルド回路
60を介した出力波形は量子化された第41119.2
2の如く階段状の波形になる。第4図−)では、電圧比
較III O)言ローパスフィルタ9の出力波形20を
入力し、出力波形2oのピーク以下に定めた適当なスレ
ッショルド電圧21との交点(時点tl及びts)Kて
パルスを発生し。
時点1.で庄じたパルスP、をカウンタ13K。
時点t、にて生じたパルスP、をカウンタ14に入力す
る。カウンタ13、カウンタ14の作動は前述の如くで
ある。第4R伽)は交差位置19の位置が(a)と異な
るので、パルスP、。
P、をカウンタ13・14に人力する時間も異なる。
第4図6)では、図示の如く入力波形19が対称な波形
であるため、入力波形192スレツシヨルド電圧21と
の交点(時点t1′及びt1′)より得られるピーク位
置は、出力波形202スレッショルド電圧より得られた
ピーク位置と等しい。ピークを示すエレメントは。
投影像17が第4wA(a)Icおける位置からエレメ
ントの長さのに以上ずれなければ変化しない。すなわち
、第4wI(b)の如く、投影像17が第471(a)
よりエレメントの長さ%だけ移動して−るのにも係らず
ピークを示すエレメントが同じである場合、波形22と
スレッショルド電圧21との交点より得られるピーク位
置は第411 (a)と同じになる。換言すれば一人力
波彫19,22の如くイメージセンサ6の出力信号とス
レッショルド電圧から得られるピーク◆言、各エレメン
トの境と各エレメントの中心にのみ位置し、投影像エフ
の位置検出上支障をきたす。それに対して、第411(
b)の出力波形22の如くローパスフィルタ9の出力信
号のピークは投影像17の位置に連続的に対応する。よ
って、ローパスフィルタ9を用いることで分解能がエレ
メントの長さに依存しなくなる。
このような構造であるから、上述の装置を欄量機沢内蔵
すれば、極めて高精度に装置本体の絶対水平面からの傾
きを表示することができ、また、このようkして得られ
た傾き量を自動的に演算処暑の段階で補正量として用い
ることが可能となる。
以上の実施flにおいてはスリット像の位置を求める例
であったが、第5図に示した如くエツジ像の位置を求め
る場合にも同様に行なうことができる。第S@において
明暗の境界線24は、第1の実總例と同じ原理からイメ
ージセンサ6と角度0をなす如く設定されている。なお
、柵線部分は暗部である。
j151N−!、jl!6WJの*におけるローパスフ
ィルタ9の入力波形25と出力波形26とスレッショル
ド電圧27との関係図である。第6図の波形の処!1回
路には第2図におけるカウンタ14、平均化回路15を
必要としない。
第2図と同様、に時点toから順次印加されるクロック
パルスにより各エレメントを順次駆動する。jl!21
1において、出力波形28と出力波形28の最大出力よ
り低く設定されたスレッショルド電圧27とが交わる時
点t!が、エツジの端間の位置に対応し、カウンタ13
が時点toから11までパルスをカウントし、表示器1
7はカウントされたパルス数に基づいてエツジの端面が
対応する位置又は角度等を表示する。
なお第711に示した如く本発明の第1の夾膳1’lK
おけるローパスフィルタ9の出力波形には、イメージセ
ンサ6の各エレメントの感度ムラやゴミ等によって、波
形28の如く歪が生じる。図が示す如く、スレッショル
ド電圧29を用いて得られた波形28のピーク値(ts
 + t@ )/2は、4t/2なる誤差を含むことK
なる。ここで新たに、スレッショルド電圧29とは異な
るスレッショルド電圧31を用いてピーク値を求め、ス
レッショルド電圧29より求めたピーク値との平均をと
ると(を龜+to+t、。+111 ) / 4となり
、ピーク値の平均に含まれる誤差はΔt/4と表る。以
上の如く、ローパスフィルタ9のサンプル場アンド・ホ
ールド回路を介した出力波形に歪が生じている際にも、
スレッショルド電圧を置数用いてピーク値の平均をとれ
ば、歪によって生じる誤差を減少させることができる。
以上のような実繍例において、ローパスフィルタのカッ
トオフ周波数の大きさは、まずクロックパルス周波数よ
り小さく定め、最適な信号を得るため実験の結果によっ
てより小さくなる。更に、前述の条件と直諸成分をカッ
トする条件を備えたバンドパスフィルタk。
サンプル・アンド・ホールド回路の出力信号を通せばよ
り安定した信号を得られる。
効果の説明 以上のように本発94によれば、極めて簡単な装置でイ
メージセンサの各エレメントの長さに制限を受けること
のない高感度な位置検出が可能である。I!に、本発明
の装置を変位検出装置に用いると、投影されたパターン
の位置の変位前と変位後を′それぞれ検出することで高
精度な萱位検出が可能という効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図及び第3gは本発明第1の実線ガを示す
図、第4図会言本発明第11)l[6例を説−するため
の図、第5図はスリット曹の代わりに光学エツジを用い
た図、第1IIは第5図の如き巻金に得られる第4図と
同様の図、鮪ysoけイメージセンサの′各エレメント
ーの感度ムラやゴミ等による誤差の軽減を説明する図で
ある。 〔主要部分の符号の説明〕 サンプル・ホールド回路    ・・・60フイルタ 
           ・・・ 9出願人: 日本光学
工業株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 イメージセンサの出力信号をサンプル・アンド・ホール
    ド回路により量子化された信考KW換し、イメージセン
    サ上に投影された明暗のパターンの位置を検出する位置
    検出装置に於て。 前記イメージセンサのクロックパルス周液数以上の周波
    数成分を少なくとも阻止することにより、前記量子化さ
    れた信号をアナログ信号に変換する如く設計されたフィ
    ルタを設け、該フィルタの出力信号に基づいて前句パタ
    ーンの位置を検出することを特徴とする位置検出装置。
JP56151401A 1981-09-26 1981-09-26 位置検出装置 Pending JPS5853704A (ja)

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JP56151401A JPS5853704A (ja) 1981-09-26 1981-09-26 位置検出装置
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DE19823235492 DE3235492A1 (de) 1981-09-26 1982-09-24 Lagedetektorvorrichtung

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