JPS5990013A - 位置検出装置 - Google Patents

位置検出装置

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JPS5990013A
JPS5990013A JP58136902A JP13690283A JPS5990013A JP S5990013 A JPS5990013 A JP S5990013A JP 58136902 A JP58136902 A JP 58136902A JP 13690283 A JP13690283 A JP 13690283A JP S5990013 A JPS5990013 A JP S5990013A
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    • G01D5/34—Mechanical 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
    • G01D5/36—Forming the light into pulses
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
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    • H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

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】 技術分野 本発明は位置検出装置に関する。当該位置検出装置は他
の物体に対する或る物体の回転を検出する角度検出装置
及び直線運動を検出する直線検出装置の両者に用いるこ
とができる。
従来技術 回転するシャフトの角度位置を検出し得る種々の装置が
存在している。これらの装置のうち最も有力な装置の１
つに光学式シャフトポジションエンコーダがあり、該エ
ンコーダはシャフトに取付けられたディスクを有してお
り、該ディスクは証印又は指標（ｉｎｄｉｃｉａ）トラ
ックにより形成された二進スケール（目盛り尺）を移動
させ、上記ディスクの半径方向に沿って設けられた電気
光学式検出装置により上記ディスクから角度位置を読出
すものである。このような技術により入手し得る精度は
上記二進スケールの正確さと詳細に弁別しようとする検
出装置の能力に依存しており、一般に６５，５３６（２
１６）分割の完全に１つの区分が純粋に二進装置により
通常の寸法内として実現しくする最高の精度を表すもの
として認容されている。さらにアナログトラックを付加
することにより１つの分解能について約２２０までの副
区分を得ることができ、上記アナログトラックにおいて
光学的な透過が正弦又は余弦状の角度回転として変化し
、またこれらが精巧な二進分割間を補間するのに用いら
れる。これらの精度の制限に対する性能が単に高い分子
解のトラックを用いるにより得ることかでき、該高分解
能トラックはデイスクの非常に狭い幅の半径に沿って検
出するリーディングヘッドを有するガラスディスク上に
写真撮映で形成されており、上記ディスクの非常に狭い
幅はリーディングヘッドとディスクの間に非常に小さい
間隙として維持されており、またディスク上のトラック
の偏心については非常に厳格な制限がある。
この形式の角度エンコーダはそれらの非常に本来的な精
緻な計器として存在している。負担に耐え得る衝撃負荷
は代表的にはガラスディスクの脆弱さから期待されるも
のより小さい、その理由としては余り意味のないディス
クのたわみがデテクタを保持しているリーディングヘッ
ドを打つようにそれを可能にするからである。これらの
問題に対する実現可能な解は金属ディスク上に配設され
た反射性パターンに見出され得るが、そのようなエンコ
ーダの性能は形成され得る反射性パターンの精巧さと精
密さにより制限される。
コーススケール区分間を補間するために試みられている
他の方法はディスク上のスケールトラックに明又は暗バ
ーが交互に設けられたパターンを付加するものであり、
該パターン部が検出要素の１つの列を有するデテクタ上
を映写され（ｉｍａｇｅｄ）、それによりインクリメン
ト形エンコーダの設計において知られている組合せにお
ける光学的格子の使用により展開されたものと類似のモ
アレフリンジ方式の形態が発生される。しかしながら格
子線を計数することに対向する如き補間のためモアレフ
リンジ技法を用いるそのような試みは数多くの困難さを
惹起させており、該困難さとしてはバーパターン像にお
けるバーにより形成された証印のピッチとその上に落ち
る検出要素のピッチとの間に維持されるべき小さな差異
が本質的に伴っていることがある。有効な程度の補間を
実現するために光学倍率を極度に正確に制御することが
要求され、さらに補間装置とエンコーダスケール読取装
置との間における正確な機械的関係を維持させる必要が
ある。さらに、パー・パターン像ピッチと検出要素ピッ
チ間の必要とされる小さい差異が、例えば精確な二進副
分割（ｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎ）より解析することが不
便な因子によりさらに分割されるということ至る。この
形式の副分割を用いた試みの他の問題としては、副分割
する前のスケールの読みが代表的にはスケールパターン
における個々の縁の遷移を検出することに依存するとい
うことがある。多くの場合汚れ又は髪の小斑点がスケー
ル読みに誤差を誘発させるからさらに補間を行うことに
おける効果が殆んどない。
そのような位置センサの例が西独公開公報第３，１５０
，３４９号に開示されており、該公報においてバーマー
キングの光学像が光感応要素の直線（一次元）アレイに
より形成されたデテクタ上にある証印トラックを有する
スケールとして映写される。そのような装置を充分に作
動させるためデテクタ上のマーキングを映写する光学系
統は倍率誤差又は画像の半径方向変位が生じない又はデ
テクタから生ずる誤差がないように極度に正確に作動さ
せねばならない。
発明の目的 本発明は少くとも従来技術の問題点のいくつかを克服又
は改善し得る位置センサを提供することを目的とする。
本発明は二次元の感応要素アレイを有するデテクタの使
用を提案する。そのようなアレイの使用はとりわけ、証
印トラックの移動が感応要素の線と正確に一致がとられ
ない場合であってもスケールの証印トラックをデテクタ
が検出することを可能にする。
好適にはスケールは少くとも２つのトラックを有し、該
トラックの一方の証印のピッチは感応要素のピッチの１
〜２倍（好適にはｎ／ｎ−１（但しｎは２以上の整数）
の間にあり、上記トラックの他のピッチは感応要素のピ
ッチ（好適にはｎ／ｎ＋１）より小さい。これらの２つ
のトラックを検出する感応要素の出力は位相差を有して
展開される２つの信号を発生させ、該位相差からスケー
ルとデテクタの相対位置が導出される。
スケールは、他の径路位置検出を提供する他のトラック
を有することができる。感応要素のピッチの整数倍であ
るピッチを有する証印の一列のトラックは従来知られて
いる位置センサにおける如く提供され得り、又は、径路
位置情報を提供し得る感応要素のピッチの擬似不規則倍
率のピッチをコンピュータにより発生させたトラック、
感応要素のピッチより小さい分解能を提供する他のトラ
ックが提供される。
上記スケールは例えば金属又はガラス製のディスク上の
バーマーキングの光学像を反射又は透過することにより
形成され得する。二進スケールを用いる在来のエンコー
ダとは異なり極度に微細について精巧にすることが回避
でき、又は代替的に物理的に非常に小さい寸法のスケー
ルを用いることができる。
若し独立に運動する２つのスケールが共通のデテクタに
ついて作用すると、２つのスケールの相対位置がデテク
タに対する各スケールの位置を得ることによりデテクタ
の位置に関係なく決定でき、そして一方から他方を減ず
る。
規則的な間隔にあるスケール及びデテクタの相対位置を
検出する本発明に基く位置センサを用いると、得られた
データは将来の位置を予測するのに用いることができる
。
実施例 本発明の実施例が添付図面に関連づけた例示により下記
に記述されるが、 第１図は本発明の適用として適切な形式の代表的なソリ
ッドステート形エリアアレイデテクタを表わす図であり
、 第２図は代表的な二進コード角度位置目盛を図解してあ
り、 第３図はバーパターンがデテクタ上のピクセルのピッチ
より大きい間隙及び小さい間隙を有するデテクタ上を映
写された場合デテクタから得られる出力信号を図解して
おり、 第４図は本発明に基いて設計されたエリアアレイデテク
タの位置目盛の像を表わしており、第５図は本発明に基
く一実施例としての角度位置エンコーダの断面図であり
、 第６図は角度目盛の変形形態を表わす図であって全体の
目盛がデテクタ上に映写されるように意図されているも
の、 第７図は第６図に図示の目盛に関連づけて使用するよう
に意図された円形形式デテクタの設計を図解しており、 第８図は本発明に基く他の実施例としての角度位置エン
コーダの断面図を表わしており、第９図はエリアアレイ
デテクタについて本発明に従って設計された１対の縮少
された像目盛を概略的に示す図である。
第１図を参照すると、第１図はソリッドステート形テレ
ビジョンカメラに用いられている在来形式のＣＣ０（チ
ャージカップルドデバイス）又はＣＩＤ（チャージイン
ジェクションデバイス）を概略的に図解したものである
。代表的には上記ＣＣＤ又はＣＩＤはシリコンダイ２（
通常は、「チップ」）により形成されたデテクタから成
り、上記チップはその前面に長方形アレイ４を有し、該
長方形プレイは電気的に判定され（ｉｎｔｅｒｒｏｇａ
ｔｅ）得る複数の検出部位６から成る。このような検出
部位６は貫例的にビクセルとして参照づけられている。
この装置は在来の集積回路技術に基いて構成され、検出
区域を被覆する光学窓を有する通常の集積回路パッケー
ジ内に装着されている。ここで述べる本発明の実施例に
おいて用いられ得る代表的な装置は２５６列と各列が２
５６位厘の正方形アレイ４内に設けられた合計６５５３
６個のピクセル６を有している。
明らかなように、第２図に図解の証印の二進スケール部
がリーストシグニフィカントビット（ＬＳＢ）トラック
１０の１つの区分８がデテクタ上の１つの列に沿った適
切な数のピクセルで間隔づけられているようにエリアア
レイデテクタ上を映写される場合、及び上記ＬＳＢトラ
ック１０のエッジ遷移部が最も近傍のピクセルに対して
デテクタ上に固定され場合にはデテクタ上のピクセルを
上記ＬＳＢ区分８内に補間するように用いることができ
る。しかしながらこの方法では、精度良く維持されねば
ならない不便な高い光学倍率が要求されるという実際的
な問題に遭遇している。さらに副分割の程度が犠牲にさ
れ、ＬＳＢトラック１０の有意義な数の区分８がデテク
タの或る列上を映写されたにも拘らず、在来の光学式エ
ンコーダのようにそのような設計は読取誤差を与えると
いう問題点を生ずる可能性があり、上記読取誤差は１片
の汚れた又は欠陥のあるピクセルと目盛区分の縁と一致
することによる。
これらの問題点の両者は本発明の補間装置によって克服
されるのであって、該補間方式はバーパターンによって
形成された証印が該証印のピッチがほゞ、完全にではな
く、ピクセルのピッチに等しいように離散的なピクセル
アレイで映写される場合に発生されるモアレフリンジを
使用する。
動作原理が第３図に図解されている。上部は７対の線が
１６ピクセルを覆うように比例した明暗バー（証印）の
パターン１２を示す。個々のピクセルから得られる出力
信号がすぐ上のヒストグラム形態として図示され、この
ことから偶数で番号づけられたピクセルが三角状の上下
波形１４に対応しており、奇数で番号づけられたピクセ
ルが反対の位相状態で対応する波形１６を表わしている
ことが判る。両者の波形は１６ピクセル反覆間隔を持っ
ている。バーパターン画像がデテクタを横切って移動さ
れると、出力信号の波形が反対方向に移動する、すなわ
ち、バーパターン１２の１対の線を正確に通しだ運動し
］出力波形１４及び１６の位相の１６ピクセルの１つの
運動に対応している。不幸なことにセンサ上の１対の線
２２／７下ピクセルの距離に対応しているので、この手
段では簡単な因子によってバーパターン１２を副分割す
ることが困難なことが明瞭である。
この困難さに対する解が２つの相異なるモアレフリンジ
パターンの使用により得られる。第３図の下半分を参照
すると、１６ピクセルと等価な９対の線（１ｐ）を有す
るバーパターン画像１８が僅かに出力振幅が小さいが上
述したバーパターンにより発生された出力波形に非常に
似ている出力波形２０及び２２を生起させるということ
が判る。
しかしながらこの場合出力波形２０及び２２はバーパタ
ーンの１対の線移動（１７／９ピクセル）についての１
つの反覆距離（１６ピクセル）を覆っているバーパター
ンと同じ方向に動く。再び隔離を考慮するとバーパター
ン画像１８の簡単な副区分が可能でない。
ここで相異なるピッチを有する２つのバーパターン１２
及び１８がデテクタの異なる部分上を映写され同時に移
動する場合出力波形１４、１６及び２０，２２の相対的
な振舞を考えると、バーパターン１２について、７ｌｐ
＝１６ピクセル、従って１ｌｐ＝２２／７ピクセル、 パーパターン１８について、９ｌｐ＝１６ピクセル、従
って１ｌｐ＝１７／９ピクセル。
そこでバーパターン、像１２及び１８がデテクタ上のｎ
ピクセルの所定の距離を通して移動する場合、但しモア
レパターン波形２０及び２２は反対方向に移動している
、上記波形間の位相差はＸピクセル毎変化し得るが、こ
こで、 Ｘ＝１６（ｎ÷２２／７）＋１６（ｎ÷１７／９）＝１
６（ｎ・７／１６）＋１６（ｎ・９／１６）＝（７＋９
）ｎ 従って、Ｘ＝１６ｎ。
各モアレパターン波形の移動はそれを発生する像の運動
に関して不便さをそれぞれ有しているが、上記波形間の
位相差は便利な倍率で変化する。このことはアナログ回
路よりもディジタルによって波形の移動を解析すること
を可能にする。実際には個々の三角波形１４，１６，２
０，２２が交互のピクセルから導出されるから、当該方
式は計算が一べつして推察し得る１／１６より１／８ピ
クセルへの直接補間を提供し得る。
一般の場合、それぞれ下記に対応する２つのバーパター
ンを有している場合、 （ｎ−１）ライン対＝２ｎピクセル、及び、（ｎ＋１）
ライン対＝２ｎピクセル、 補間は１／ｎピクセルとなる。
２つのバーパターンを用いる。場合における相当重要な
実際的な利点としては、光学的倍率の変化が２つのパタ
ーンによって発生されるモアレフリンジの波長の対向的
な変化を生じさせるということがある。その結果として
は、当該方式によって約±３．５％の倍率の変化が許容
され得るようになるが、単に１つのバーパターン１８を
用いた単一モアレパターン補間方式は±０．７％の倍率
変化以上は許容されないということである。より高度の
補間が要求される場合差異がさらに顕著になり、単一モ
アレパターンは、実際の計器において複雑が最も歓迎さ
れていない、自動倍率制御なしでは実質的に利用できな
い。
モアレパターン波形の位相の決定は、最良の相関が得ら
れるまで系統的に基準の位相を変化させる、基準波形と
相関をとることにより遂行される。
詳細な処理技法は広く変化させることができ、そして従
来技術の処理技法に似ているものであり得る。最も簡単
な実施例においては、各波形は１ビット二進形態の近傍
のピクセルの比較により低減され、カウンタにより発生
された基準方形波と比較され、この実施例の状況におい
てはモアレパターン波形の両者をアナログ形式で記憶す
ることが実際的であり、２つの波形の相互に最良の相関
を生じさせる位相偏移を直接的に確立できる。
さらに精巧にすることはディジタル形式の各ピクセルに
対応するモアレ波形の値を記憶することである。そこで
単一波形における全ての信号を用いるように偶数番号の
ピクセル信号とほゞ１８０°の位相差を有する奇数番号
のピクセル信号とを組合せることが実際的である。また
全体的に、ピクセル間隔の小部分（ｆｒａｃｔｉｏｎ）
により置き換えられた基準波形の効果を与えるため離散
的なピクセル位置について記憶された値の間の中間の信
号値を計算することが実際的である。このように２つの
モアレ波形間の位相差はピクセルの小部分内に確立され
得り、究極的な精度は原理的にノイズ比率の考慮の信号
により決定される。
代表的にはピクセルの１／１２８（２−７）又は１／２
５６（２−８）であり得る直接補間を行う装置によりＬ
ＳＢがかなり実質的な単位であり得ることか明瞭である
。そこで１つの反覆する擬似の不規則二進パターンを包
含するため１サイクルを表わす方形波の代わりに各サイ
クルについてＬＳＢトラックが実際的になる。そのよう
なパターンは代表的にはデテクタの全幅を実質的に占有
し、デテクタ上の位置はＲＯＭ（リードオンリーメモリ
）にディジタル的に記憶された基準パターンとデテクタ
からの信号の相関により最も近くのピクセルに対して決
定されるようになる。パターン縁及びピクセルの両者に
おける高度の冗長性を用いることにより実質的な除去（
ｉｍｍｕｎｉｔｙ）が目盛及びデテクタの両者に関する
欠陥及び汚れに対して得られる。さらに実際のエンコー
ダにおいて、簡単な二進トラック数がＬＳＢパターンの
特定の反覆が任意に与えられた瞬間におけるセンサ上に
あることを指示するように要求され得る。またＬＳＢパ
ターン正確な位置が決定されているので、ＭＳＢトラッ
ク上の遷移の期待された位置が知られるようになり、こ
れらの位置が汚染により不明瞭にされ得るにも拘らず、
デテクタ上の映写されたＭＳＢトラック領域に適用され
た簡単な「選択」技法が得られるべき正しいＭＳＢ読み
を可能にし得る。
例示として第４図は簡単なエンコーダの設計に適用され
た本発明の図示を図解する。仮定としての非常に簡単な
デテクタ２４を推定し、該デテクタは１６×１６ピクセ
ルアレイを有し、従って第２図に図解したと同じ補間性
能を示すものとする。
簡単にするため図面はリニアエンコーダを表わすように
描写されているが、円形スケールに対しても等しく適用
し得ることは明らかであり、該円形スケールの曲率はピ
クセル列が特定的なトラックの範囲内に残っていないデ
テクタの寸法に対してそれ程大きくない。デデクタ上の
像として図示されているスケールは３経路の二進トラッ
ク２６，２８，３０から成り、該トラックは例えば点３
４と３６の間が１６ピクセル毎反覆するパターンから或
るＬＳＢトラック３２のおゝよその位置を同定するのに
用いられる。ＬＳＢトラック３２の両側に便宜的に設け
られしているが必要ではない他の２つのトラック３８，
４０は補助要素補間システムのために要求されたバーパ
ターンであり第３図のバーーパターン１４，１８に対応
している。
ＬＳＢトラック３２内の反覆パターン３４−３６の目的
は、記憶された基準波形とＬＳＢトラック３２により発
生されたデテクタ２４からの信号との、既知の方法によ
る、相関により上記パターン３４−３６のデテクタ２４
上の位置を決定することを可能にすることにある。この
場合ＬＳＢトラック３２上の単一の縁遷移は限界的では
なく、最も近いピクセルに対する位置決定の精度はスケ
ール又はデテクタの両者の汚れ又は欠陥によっては実質
的に影響されない。第３図に関連づけて説明した補間ト
ラック３８，４０が、若しＬＳＢトラック３２の位置が
最も近いピクセルに対して明らかに同定できめ場合に完
全に価値がなくなる、１／８ピクセルの補間を実現可能
にする。
図解の配列により得られ得る分解能は下記の如くなる。
３ＭＳＢトラック（２６，２８，３０）　３ビット分解
能１ＬＳＢトラック（３２）　　　　　　　４ビット２
補間トラック（４０）　　　　　　　　３ビット１０ビ
ット（１０２４部）の分解能が単に６トラック及び９６
アクティブピクセルを有する設計から得られ、さらに精
度が任意の個々のスケール分割の精密さには依存せず、
装置の性能が各アクティブ列における４又は５ピクセル
までの欠陥によっては影響されないことが判る。
第４図に示した読取図を用いたエンコーダの実施態様が
第５図に図解され、第５図においてエンコーダ４２の主
要部が１対のボールジャーナルベアリング４６により支
持された回転ハブアセンブリ４４を保持している。通常
べアリングを配置するのに用いられる突当部は図解を明
瞭にするため省略している。ハブアセンブリ４４はシャ
フト４８により駆動され、該シャフトの角度位置が可撓
性カップリング５０を通して決定されるようになってお
り、角度位置読みの精度に影響を及ぼす応力は伝達され
ない。ハブアセンブリ４４に装着されたものが金属ディ
スク５２であり、その近くの５４として示された位置に
おけるリムは角度位置に関スルバーマーキングのパター
ンを形成する。バーマーキング５４の拡大像がレンズ５
８及びスプリッタブロック６０によりデテクタアレイ５
６上に形成される。レンズ６４及びブロック６０と関連
づけられているガリウムヒ素ダイオード６２により照明
が行なわわる。計器はハブアセンブリ４４の近傍の位置
６８においてダストシール（図示せず）を有するカバー
６６により完全に被覆される。
この実施態様はバーマーキング５４の反射像として用い
られる。
簡単のため第５図は慣用的にリーディングヘッドと呼ば
れている１つの光学系統とデテクタを単に示しているに
すぎないが、直径の両端における２つのリーディングヘ
ッドが科学計器の分野で良く知られた方法により使用さ
れ、ディスクのスケールの偏心から生ずる誤差を低減す
ることが認められる。またリーディングヘッドの他の倍
率配列が特定的な適用保証を可能にするはずである。
本発明の特徴は、デテクタ列における数多くのピクセル
、小さい比率の１つのピクセルに対しスケール像の位置
が決定できることである。従って、列におけるピクセル
が充分な場合システムの分解能はＭＳＢトラックを分与
するのに充分となり、１つのＬＳＢトラック及び２つの
バーパターン補間トラックがもはや用いられないという
ことが続けて言える。この特性を示す配置は角度エンコ
ーダに対する明らかな適用を有し、該角度エンコーダに
おいてＬＳＢトラックは単一の円形パターンから構成さ
れ得る。そのようなパターンは擬似乱数としてよくコン
ピュータで発生され、よって基準との充分な相間が唯一
の位置においてのみ生ずることを確実化することが検査
され得る。第６図はこの形式のスケールについての可能
な設計を図解しており、第６図においてＬＳＢトラック
６８が１０２４区分から成り、該区分の各個が上記擬似
不規則順序にもとづく明又は暗のいずれかである。外側
のトラック７０は明と＋暗が交互になっている１０２６
区分から成り、内側のトラック７２は交互に明と暗の１
０２２区分から成る。２つのバーパターントラック７０
，７２は第３図のバーパターン１４，１８の機能に対応
している。簡単のため各トラックの一部のみが図示され
ている。
第６図のスケールは像がその上に投映され得る第７図に
概略的に図示した形式の特別のデテクタに関連づけて作
動し得る。デテクタ７４は、方形アレイの代わりに３種
の救心状リング７６を有し該リングの各個が１０２４ピ
クセルがら成っている。この場合も各リングについて一
部分のピクセルのみが図示されている。ピクセルに最も
近いＬＳＢパターン６８の簡単な認定が完全な円を１０
２４（２１０）個に分割するのに貢献し、このことに続
けてセンサ７４上の内側及び外側円のピクセル７６と関
連する２つのバーパターン７０，７２がさらに１／５１
２（２−９）ピクセルに再分割することを可能にする。
単に３トラック及び３リングのピクセルを有するにすぎ
ないスケールを用いているこのような明らかに簡単な方
式が円を５０万（２１９）以上に分割できることが明ら
かである。
さらに光学系統の倍率が単に３つのトラック６８，７０
，７２の像がそれらの３つのそれぞれのピクセルリング
７６を覆うということが限界的に提供されないというこ
とが明らかである。当該装置の他の利益としては、小さ
い摂動に関して回転軸に対するスケール又はデテクタに
対する回転軸の偏心の効果が相関処理により本来的に解
消されることがある。
実際には第６図に図解の形式の円形スケールが在来のエ
リアアレイデテクタ上を映写されぬのは何故かというこ
とには理由がない。ピクセルがスケールに対し半径方向
及び法線方向に整列されているセンサ上の４つの領域が
存在するにすぎないのだが、多くの用途に十分であるよ
うに分解度を得ることができる。
第６図及び第７図にそれぞれ示した実際的な計器のスケ
ール及びデテクタについての可能な実施態様が第８図に
図解されている。シャフト７８は一端において半透明の
オパールディスタ８０を保持し、該ディスク上にバーマ
ーキングパターン８２が形成されている。バーマーキン
グ８２の像はレンズ８６によりデテクタ８４上に形成さ
れる。バーマーキング８２はメタライズドプラスチック
光ガイド９０と関連しているガリウムヒ素レーザー８８
により摂面から照明される。従ってこの実施態様におい
てはスケールはバーマーキングの透過性像である。少く
とも信号処理エレクトロニクスの一部（詳細図示せず）
が計器９４の本体内に包含された回路基板９２上に保持
されている。パワー及び信号接続がコネクタ９６を通し
て行なわれている。
本発明の他の可能な適用はエリアアレイデテクタを用い
る半導体式カメラの視界内の装置又はデータポイントの
位置を正確に位置決めすることである。可能な配列が第
９図に概略的に図解されており、第９図は垂直及び水平
座標軸として表わされているエリアアレイデテクタ（特
定的には図示せず）上の画素の一部９８を表わしている
。各々がデテクタにおいて１６ピクセルの長さで向い合
っている２つのスケール１００がデテクタ上を映写され
そして名スケールがＬＳＢパターン１０２及び２つの補
間バーパターン１０４を有している。
第３図に関連づけて述べたように図示のパターンからの
信号を適切に処理することは垂直及び水平方向の両者に
ついて２つのスケール１００の位置を１／８画素まで精
密に決定することができるようになる。このようにデテ
クタは単に３００×４００ピクセルを有するように推定
されているが、２つのスケールの位置が２３００×３０
００単位の分解能以上に対応する範囲にわたって決定さ
れ得る。
さらに重複しないように提供された一時における視界に
おいて１つのスケール又は１対のスケール以上が存在し
得ることか明らかである。
電気光学式デテクタ及びレンズ系統により形成さｈる像
を参照して上述したが、本発明の範囲内において他の実
施態様及び構成が存在する。例えばスケールはメタリッ
クパターンとして形成することができ、電気的に選沢可
能で電気光学式デテクタのピクセルに対応しているメタ
リックパッドのプレイの近傍に接近させて配置すること
がができる。２組の電極間のキャパシタンスはデテクタ
上の照明に正確に類推させることができ、またスケール
位置を決定するため同様の方法を用いることができる。
代替としてスケールは複数の気体の（又は液体の）検出
要素として気体（又は液体）源とデテクタの直列体とす
ることができる。この場合検出要素は気体論理回路によ
って解析され得る。
【図面の簡単な説明】
本発明の実施例が添付図面に関連づけた例示により下記
に記述されるが、 第１図は本発明の適用として適切な形式の代表的なソリ
ッドステート形エリアアレイデテクタを表わす図、 第２図は代表的な二進コード角度位置目盛を図解する図
、 第３図はバーパターンがデテクタ上のピクセルのピッチ
より大きい間隙及び小さい間隙を有するデテクタ上を映
写された場合デテクタから得られる出力信号を図解する
図、 第４図は本発明に基いて設計されたエリアアレイデテク
タの位置スケールの像を表わす図第５図は本発明に基く
実施例としての角度位置エンコーダの断面図、 第６図は角度スケールの変形形態を表わす図であって全
体のスケールがデテクタ上に映写されるように意図され
ているもの、 第７図は第６図に図示のスケールに関連づけて使用する
ように意図された円形形式デテクタの設計を図解する図
、 第８図は本発明に基く他の実施例としての角度位置エン
コーダの断面図、 第９図はエリアアレイデテクタについて本発明に従って
設計された１対の縮少された像スケールを概略的に示す
図、である。 （符号の説明） ２・・・シリコンチップ、４・・・アレイ、６・・・ピ
クセル、８・・・区分、１０・・・ＬＳＢトラック、１
２・・・バーパターン、１４，１６・・・波形、１８・
・・バーパターン像。 特許出願人 アドリアン　アンンニー　セシル　マーチ特許出願代理
人 弁理士　青　木　　　朗 弁理士　西　舘　和　之 弁理士　松　下　　　操 弁理士　山　口　昭　之 弁理士　西　山　雅　也 手続補ｉＥ書Ｃ方式） 昭和５８年１２月２２０ 特許庁長官　オ′、杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年　特許願　第１３６９０２号２、発明の名称 ６ン置検出装はｊ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 各二締 氏　名　　７）リプン　プンソニー　セシル　マーチ４
、代理人 （外　４　名） ５、　　ｈｌｉ正命全命令６’　Ｂ　４ＸＪ１１＋１和
５８　年Ｉ　Ｊ　、ｆｌ　２９１’ｌ　（’ｌｈ送日）
６、　補正の効験 （Ｊ）　　８ｆｉＭ！ （２１図面 ７、補正の内容 （Ｉｔ　　明ＩｙＩＩＩ　１１’　ＣＤ浄＊　（Ｖ３容
ＶＣ５１ＬＩＦ　２１．）（２）図面の浄宵（内容に変
更なし） ８ｅ恣イ寸ＩＩ類の目録

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、２次元配列に展開している複数個の感知要素を有す
    る検出器であって該検出器における相隣接する感知要素
    が第１のピッチを形成するもの、少くとも１つの指標ト
    ラックを有する少くとも１つの目盛り尺であって、該検
    出器に相対的に移動可能であり、該少くとも１つの指標
    トラックの少くとも部分における相隣接する指標は第２
    のピッチを形成し、該第２ピッチは該第１のピッチの２
    倍より小であるが該第１のピッチとは不等であり、該少
    くとも１つの指標トラックの少くとも部分における該指
    標は該２次元配列の少くとも部分における感知要素に対
    して作用し、該２次元配列の該少くとも部分における感
    知要素の各個は該感知要素と該少くとも１つの指標トラ
    ックの該少くとも部分における該指標における対応する
    ものとの間の重複を検出するように適合させられ、該重
    複に応じて出力信号を発生ずるようになっているもの、
    および、 該２次元配列の該少くとも部分において該感知要素の出
    力信号を処理し、それより該検出器に対する該少くとも
    １つの目盛り尺の位置を決定する手段、 を具備する位置検出装置。 ２、少くとも第１の指標トラックおよび第２の指標トラ
    ックを有する位置検出装置であって、該第１の指標トラ
    ックの少くとも部分における指標は第３のピッチを有し
    、該第２の指標トラックの少くとも部分における指標は
    第４のピッチを有し、該第３のピッチは該第１のピッチ
    の２倍より小であるが該第１のピッチより大であり、該
    第４のピッチは該第１のピッチより小であり、該第１の
    指標トラックの該少くとも部分における該指標は該２次
    元配列の第１の部分における感知要素に対して作用し、
    該第２の指標トラックの該少くとも部分における核指標
    は該２次元配列の第２の部分における感知要素に対して
    作用し、該２次元配列の該第１の部分における該感知要
    素は第１の信号包絡線を形成する出力信号を発生し、該
    ２次元配列の該第２の部分における該感知要素は該第１
    の信号包絡線とは位相差をもつ第２の信号包絡線を形成
    する出力信号を発生し、該感知要素の該出力信号を処理
    する手段は該位相差にもとづき該検出器と該目盛り尺の
    相対的位置を決定するようになっている、特許請求の範
    囲第１項記載の位置検出装置。 ３、ｎを２より大なる整数とするとき、該第３のピッチ
    は、該第１のピッチのｎ／ｎ−１倍であり、該第４のピ
    ッチは該第１のピッチのｎ／ｎ＋１倍である、特許請求
    の範囲第２項記載の位置検出装置。 ４、該感知要素の該出力信号を処理する該手段は、該２
    次元配列の該第２の部分の該感知要素の該出力信号間の
    挿間を行い、該第１の信号包絡線のいずれかの側の最も
    近い感知要素へと移相させるように第３の信号包絡線を
    発生さ姓、該第１の信号包絡線を該第３の信号包絡線と
    比較し、それにより該第１および第２の信号包絡線間の
    位相差を該第１ピッチの分数として決定するよう適合さ
    せられている、特許請求の範囲第２項記載の位置検出装
    置。 ５、さらに他の指標トラックを有し、該さらに他の指標
    トラックの該指標は第５のピッチを有し、該第５のピッ
    チは該第１のピッチの任意の倍数である、特許請求の範
    囲第１項記載の位置検出装置。 ６、第１の物体および第２の物体を有し、該第１の物体
    は１つのパターンの標識を有し、該目盛り尺は該標識の
    パターンの光学像であり、該検出器は該第２の物体に対
    して固定され、それにより、該目盛り尺と該検出器の相
    対的位置から該第１および第２の物体の相対的位置が決
    定される、特許請求の範囲第１項記載の位置検出装置。 ７、該光学像が透過像である、特許請求の範囲第６項記
    載の位置検出装置。 ８、該光学像が反射像である、特許請求の範囲第６項記
    載の位置検出装置。 ９、該少くとも１つの指標トラックは指標の円であり、
    該２次元配列は該感知要素の同心環を有する、特許請求
    の範囲第１項記載の位置検出装置。 １０、少くとも２つの目盛り尺を有し、該少くとも２つ
    の目盛り尺の各個は該検出器に対して独立的に可動であ
    り、それにより該検出器の位置とは無関係に該少くとも
    ２つの目盛り尺の相対的位置が決定されるようになって
    いる、特許請求の範囲第１項記載の位置検出装置。
JP58136902A 1982-07-28 1983-07-28 位置検出装置 Granted JPS5990013A (ja)

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