JPS61111417A

JPS61111417A - 位置検出方法および装置

Info

Publication number: JPS61111417A
Application number: JP60200692A
Authority: JP
Inventors: アドリアン　アントニー　セシル　マーチ
Original assignee: ADORIAN MAAC RES Ltd
Current assignee: ADORIAN MAAC RES Ltd
Priority date: 1984-09-12
Filing date: 1985-09-12
Publication date: 1986-05-29
Anticipated expiration: 2011-10-23
Also published as: IN166172B; US4779211A; EP0184286A2; EP0184286B1; CA1262270A; GB8423086D0; JP2546823B2; EP0184286A3; DE3584877D1

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（位置センサ〕に関する。この
位置センサは、一方の本体の他方の本体に対する回転を
検出するための角度センサ、および線形移動を検出する
ためのリニアセンナのいずれにも適用できる。

〔従来技術、および発明が解決しようとする問題点〕本
出願人による欧州特許出顯第ＥＰ−Ａ−０１００２４３
号において、本出願人は、スケール上の２値およびパー
パターンからなるトラックが、２次元配列の検出素子か
らなる検出器上に動作するような位置センサを開示した
。各検出素子は、検出素子自体と、トラックのマーク（
マークがパーパターンの場合、その／４’ターンの各パ
ーは、明暗によってマークを形成する〕との重複を検出
する。検出器の検出素子が発生する信号は、コンピュー
タで処理され、検出器に対するトラックの位置、つまり
スケールの位置に関する精密なデータが作り出される。

スケールは、一方の本体上に配置したマークのパターン
の光学画像であることが望ましい。検出器は、他方の本
体に取り付けられ、二つの本体の相対位置が決定される
。

検出素子からの信号のコンピータ処理は、アナログ／デ
ジタル変換を必要とするので、時間がかかるという不都
合があり、センナの寸法を著しく大きくもする。本発明
は、このような問題点を解決し、あるいは少なくとも改
善しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この問題を解決するために、本発明の一つの態様におい
ては、少なくとも不均一な（好適には擬似ランダム〕ト
ラックによって動作する検出素子に重み値（ｗｅｉｇｈ
ｔｉｎｇ　ｖａｌｕｅ　）を割当て、検出素子からの信
号が、該検出素子について、重複（オーパーラ、デ）お
よび重み値の両方に依存するようにする。重み値は、ス
ケールと検出器との位置が、信号の総和が一意特性を有
するような箇所にあるように選択する。これによって基
準位置が与えられ、この基準位置から信号の総和の変化
によって、他の位置が決定される。このように、スケー
ルと検出器との位置を容易に決定することができる。

電荷結合シフトレジスタ上の信号電荷は、追加の電極に
よって、非破壊的に検出されることが知られている。こ
の追加の電極は、タッグとして知られておシ、総和器に
接続することができる。このような電極のそれぞれを２
つの部分に分割し、それぞれ差動増幅器の正入力と負入
力とに接続する場合、重み値は、そのタッグについて、
電極の１　　　”５ｕａａｃ＊ｇｔ、−ｃｉ−ａｇ−・
１１・１７７“ルタを形成することができ、この選択フ
ィルタは、特定の位置に到達すると、特定の電荷・ぐタ
ーンを認識することができる。電荷結合電気光学検出器
は、その効果において、受光シフトレジスタであるので
、検出素子にタッグを追加することが可能であり、検出
器自体の内部で、ある程度の信号処理を行うことが可能
となる。

従って、検出素子は、この検出素子上の電荷（マークの
重複により発生される）を検出するための電荷検出電極
を含むことが望ましい。

これは、スケールに、好適な光学画像を使用する場合に
特に有用である。しかし、本発明は、他の方法でスケー
ルおよびトラックを発生させる場合にも適用できること
はいうまでもない。

擬似ランダムトラックのみを有するスケールに本発明を
使用する場合、本発明は、スケールと検出器との位置の
迅速な検出を可能にする。この場合の精度は、検出素子
の幅に等しく、検出は簡単なカウンタ回路と検出回路と
で行える。さらに精度が必要であれば、欧州特許出願第
ＥＰ−Ａ−０１００２４３号の知識を利用することがで
きる。

これは、検出要素のピッチの２倍よシ小さく、しかもそ
のピッチに等しくないピッチを有する１本以上のトラッ
クを用いる（２本のトラックが望ましく、１本のトラッ
クは検出素子のピッチよシわずかに大きいピッチのマー
クを有し、他の１本のトラックは検出素子のピッチより
わずかに小さいピッチのマークを有することが望ましい
）。これによシ、測定するスケールと検出器との位置は
、検出素子のピッチの小数部となる。また、本発明は、
タップ付電荷結合シフトレジスタと論理回路とを使用し
、迅速に簡潔にこの測定を行える。

本発明は、スケールと検出器との絶対位置を検出するた
めのセンサにも適用でき、回転あたりまたは単位移動距
離あたりの増分の定義数に応じて、出力信号を変化させ
る必要のある増分符号器にも適用可能である。欧州特許
出願第ＥＰ−Ａ−〇１００２４３号に示すタイプのセン
サで、増分符号器におけるこの必要条件を満足させ得る
のは、センサが、１増分にかかる最短時間について、十
分な頻度で質問信号を受けることができ、かつ本発明を
使用して実行し得る処理速度が、実用的な増分速度の実
行を可能にする場合に限られる。

本発明の他の態様では、位置の補間をピクセルピッチの
小数部にし得る。複数の直列素子を有するレジスタを使
用し、検出器の検出素子からの信号は、これらの信号の
受信速度の倍数の速度で、前記レジスタを通してステ、
プされる。信号を受信するレジスタの各素子は、重み値
によって、この信号を変更する。レジスタ素子の出力は
、例えばそれらの総和を発生することによって分析され
、検出器に対するスケールの位置を高精度で決定するこ
とができる。

さらに、このようなレジスタの使用方法は、位置検出以
外の処理にも応用できる。アナログプロセッサとして、
このプロセッサに送られる信号間の関係を決定するため
に使用することもでき、特に、式のアナログ解法に適用
可能である。

〔実施例〕

添付図面を参照し、例を挙げて、本発明を説明する。

ディスクは、その中心を回転中心として回転するように
軸に取り付けられる。こめディスクは、ガラス製である
ことが望ましいが、他の材料を使用しても良い。ディス
クの表面は、マークの・母ターンを有する。この・母タ
ーンをもとに、光学装置が、第１図に示すような画像２
を発生する。画像は、トラック４，６．８を有する。第
１図に示すような画像２を発生するディスクは、第２図
に示すようなセンサ１０と共に使用される。センサ１０
は、３本のリング１２．１４．１６を有するシリコン型
板（シリコン型板ｆ）からなる。本例において、リング
１２．１４．１６のそれぞれは、２５６個の検出素子（
ピクセル）からなる。動作において、ディスクの画像２
は縮小されているので、センサ１０の寸法はディスクよ
りも極めて小さい。光学装置の目的は、スケール２のト
ラック４．６．８のそれぞれが、ビクセルリング１２゜
１　　　　□４１．６゜ヤゎイｉＫ１．５４、ようゆオ
ることである。

センサ１０内の各ピクセルは、電荷結合装置技術にお−
て公知の方法によりて、ピクセル上の電荷を検出するた
めの電極を内蔵する。説明の便宜を計るため、このよう
な電荷検出電極の動作を第３図に概略的に示す。第３図
は、電荷結合シフトレジスタチャネル１８と、電極２０
．２２とを示す。電極２０．２２は、従来の２相電荷伝
送電極からなる。電極２４，２６．２８は、３個の一連
のビクセル上の電荷検出電極であり、それぞれ位［３２
，３４，３６で分離されており、それぞれが適切な比率
で差動増幅器３０の正入力と負入力とに接続されている
。各電極の重み値は、分離位置に依存する。このため、
電極２４は、−１の重みを有する。この理由は、はぼ全
動作領域が、増幅器の負入力に接続されているからであ
る。電極２６の重みは、２領域が等しいので、Ｏである
。

電極２８の重みは、＋１である。簡単にするために整数
値を使用したが、実際には、電極のほとんどが整数でな
い重み値を有する。

第２図のセンナ１０の場合は、各ピクセルリング内の電
荷検出電極（、りｙｆ）は、別個の差動増幅器（図示せ
ず）に接続されており、センナ１０からは三つの出力が
出され、各出力は対応するピクセルリングからの信号の
総和を示す。動作において、トラック４，６．８（第１
図〕は、十分な輝度と期間とでピクセルリング１２．１
４．１６（第２図）に写像され、ビクセル上に適切な大
きさの電荷を発生させる。この電荷・臂ターンは、円形
の周囲に２５６回ステップされるので、タップを設けた
ピクセルリングのそれぞれからの出力は、リング内の各
ピクセルと、そのタッグ重みとの間の相互関係を示す。

４　この性質を有するセンサの実際設計においては、当
業者には良く知られて−るいくっかの特徴が付与される
。例えば、ピクセルがタッグ付シフトレジスタとしても
機能する場合、センサはストロブ照明とともに使用する
ことが望ましい。この理由は、一般に連続照明は、電荷
パターンを全くぼやけさせてしまうからである。また、
処理サイクルが完了し、センサが再び照明される前に、
ピクセルの電荷を除去する必要がある。これは、各ピク
セルに隣接して、シリコン中に電位の井戸を作υ出すた
めの適当な電極を内蔵させることによって実行できる。

他の実際上の配慮として、ピクセルリングを横切るよう
な導線の必要性がある。このような導線は、部分的に透
明に作ることはできるが、これらが横切るピクセルの感
度を落してしまう。センサの性能は、円形周囲のすべて
の電荷の集積効果によるので、ピクセルの幾つかの感度
が落ちても、性能には重大な影響はない。タッグ付シフ
トレジスタとして機能するピクセルの代シに、ピクセル
からの信号を受信するための別個のタッグ付シフトレジ
スタを設けることもできる。例えば、タップ付シフトレ
ジスタの形状を、ピクセルリングを取り囲むようにし、
各ピクセルがシフトレジスタリング内に一意の対応する
素子を有するようにすることができる。

内側ピクセルリング１２に関する重み値は、対応する内
側スケール４上の擬似ランダム非繰返し２値パターンに
対応するように配置される。この結果、タップ重みとビ
クセル電荷との間に高い相関関係が作シ出される位置が
でき、この位置において、ピクセルリングから一意の高
出力が得られる。重み値は、−意の低い値を与えるよう
に配置することもできる。または実際には、一つの場所
につ−て一意であるような、他のあらゆる値や・やター
ンとすることもできる。この相関関係を検出する前に実
行したピクセルシフトの数を計数すれば、ピクセルリン
グ１２に対するスケール４の角度位置が、その最も近い
ピクセル位置に決定される。欧州特許出願ＥＰ−Ａ−１
００２４３号に説明されているように、ピクセル位置の
小数部への補間は、スケール６．８の動作によって得ら
れる。

スケール６．８は、それぞれ１２６組および１３０組の
パー（マーク）を有し、これらパーは、リング１４．１
６のそれぞれの２５６個のピクセルと共に作用して、モ
ワレ縞に似た電荷−４声−ンを発生する。

！　　　　　　　リング１４．１６に関する重み値は、
これらリング上のモワＶ電荷／母ターンの位置について
、可能な最良の決定を下すように求められる。第４図は
、満足できると認められた配置を示す。ここにおいて、
重み値のノ々ターンは、理想的モワレ波形の２周期に等
しい。リング１４．１６のそれぞれからの、実際的な電
荷ｔ４ターンとしての結果出力は、円形周囲をシフトさ
れるが、これを第５図に示す。ピクセルリング上の電荷
ツクターンの位置を決定するために、出力波形の位相は
、リング周囲をステップする信号に比例して決定されな
ければならな一〇第５図から、ピーク相関関係の位置、
つまり信号包絡線の頂上は、位相を決定する助けになら
ないことが明らかであろう。この理由は、これら位置に
おいて、位置による信号の変化の率は、最小だからであ
る。最も正確な位相測定は、交点から得られる。交点に
おいて、位置による信号の変化の率は最大である。この
理由は、図示の例において、リング周囲に２周期のモワ
レ・ぐターンがあり、図示の４つの交点のうち、２つは
奇数のシフトにおける増加出力信号を示し、２つは奇数
のシフトにおける減少出力を示す。信号の正確な位相の
決定にあたり、これらを区別することは不可欠である。

ピクセルリング１２についてそうであるように、リング
１４．１６に関する重み値も、タッグ付シフトレノスタ
として機能するピクセルを使用して、または別個のピク
セルとレジスタリングとによって、発生することができ
る。

ピクセルのシフトは、それらの本質的な整数によるもの
であるが、各位置における出力信号は、アナログ関数な
ので、交点の位置を決定することが可能である。このた
め、信号包絡線の位相をピクセル寸法の小数部まで決定
できる。この補間処理において実行可能な精度は、実施
要因の数によって制限されるが、電気的ノイズとピクセ
ル感度の変動とが最も重要と思われる。実用上、ピクセ
ルシフトの１／８に再分割することは、妥当であろうＯ第６図は、ピクセル寸法の小数部において発生する、交
点の代表的な例を示す。この例において、点Ａ　、　Ｂ
　、　Ｃ、ＤＫおける出力信号値は、それぞれピクセル
のシフト数（ｎ−１）＝（ｎ）。

（ｎ＋１　）　＝　（ｎ＋２　）において発生するので
、それぞれ５ｎ−１，Ｓｎ、Ｓｎ＋４．Ｓｎ＋２　であ
る。

交点の有効位置は、直線ＡＣとＢＤとの交点とみなすこ
とができる。計算上の便宜のために、交点は、（Ｘ）を
整数とし、ピクセルのシフト数（ｎ　＋　ｘ／８　）で
表される位置としたが、実際には、小数部は０と１との
間のすべての値をとることができる。

第６図の構成に基本座標幾何を適用し、次の式％式％ピクセル寸法の最も近い１／８に交点を位置させるため
に、Ｏと７との範囲にある（Ｘ）のどの整数値が、最も
近似に前記の式を満足させるかを確立する必要がある。

これを行う一つの方法は、別のタッグ付電荷結合シフト
レゾスタを通して、連続的に信号を移動させることであ
る。この方法において、重み値は、式における係数の、
別の可能な値を示す。交点の小数部位置は、１組の重み
から別の組の重みへの４個の信号値の移動において、タ
ップ付シフトレジスタの出力の符号が変わる際に見いだ
される。この機能を行うためのタッグ付シフトレジスタ
の設計原理は、第７図に示す。基本的な考え方は、前記
したような本発明の別の態様であるが、タッグ付シフト
レジスタは、その素子を通して、信号（例えば、第３図
に示す配置の電荷検出素子から得られる信号）を連続的
に転送し、この転送速度は、信号受信速度の整数倍の速
度であるということである。倍数は、（、ｎ　）を整数
とし、２ｎ＋１であることが望ましい。レジスタ内の信
号は、次に重み値によって変更され、その結果が分析さ
れる。

第７図に示す配置において、（ｎ）は３に設定される。

信号は、素子６０においてレジスタに入る。この信号は
、電荷がセンナ上のピクセルリング周囲をステツブされ
る速度の９倍の速度で伝達！　　　　　　される。この
ため、補間を行うタッグ付シフトレジスタ内の信号は、
常に９素子分だけ離れている。

このため、第６図に示す４個の信号値を仮定すると、５
ｎ−１が最初に補間レジスタに入シ、これにＳ、Ｓ、Ｓ
　　　が連続し、Ｓ　　が素子ｎ　　　　　ｎ＋１　　
　　　ｒｌ−ｈ２　　　　　　　　　　　　ｎ４Ｐ２６
０において補間レジスタに入る瞬間には、他の３個の信
号は、３個の斜線を引いた素子６２上にある。記号（ｎ
＋２）、（ｎ＋１　）、（ｎ）−（ｎ−１）は、交点に
ついての式中の係数が、レジスタの異なる領域内におい
て、どのように重み値によって表されるかを示す。各領
域において、個々の素子を識別する数字は、重み値が対
応する（Ｘ）の値を表す。信号が素子内に移動したとき
、つまり（Ｘ）の値が１だけ増分されたときに、レジス
タからの出力の符号が逆転するような素子の組によって
、交点に対応する（Ｘ−）の値が表されるように、ＣＸ
）の値を取ることができるので、（Ｘ）の受入れ可能な
値に先立つ開始位置がなければならない。４個の信号値
についての開始位置は１図において、斜線を引いた素子
６０．６２によって表される。これらは、−１の（ス〕
の値に対応する。信号がこれらの位置に移動したときの
レジスタ出力の符号変化は、すべて無視される。

新しい各信号値がレジスタに入ったときに、これが起き
ることは明らかである。前記機能を行うための補間プロ
セッサレジスタ用の重み値の値の一組を、下記表に示す
。

表明らかなように、第７図のタッグ付シフトレジスタは、
式を解くためのアナログプロセッサとして動作しておシ
、入力信号が位置関連である場合以外の状況に使用でき
る。

４以上の信号値を処理して交点の位置を決定できること
は当然である。この方法により、実用において、精度を
より高めることができる。°８個の信号値を処理しよう
とする場合、重み値が二つの連立方程式の係数に対応す
るような長いプロセッサレジスタが必要となり、１２個
の信号値を処理しようとすれば三つの連立方程式が必要
となる等である。実用において、１６個の信号値を越え
ると実用上有用でないと思われ、１２個の値が良い結果
をもたらすと思われる。多数の信号値を処理することに
おける一層の複雑さとして、これら信号値が２本の直線
に正確に一致せず、重み値に対応する修正をしなければ
ならないということがある。

第８図のプロ、り図は、第２図に示すセンナのピクセル
リング１４または１６のどちらか一方に関連するタッグ
付シフトレジスタ補間プロセッサの動作を示す。センサ
１０からの出力は、サンデル・ホールド回路３８を経由
して、タッグ付シフトレゾスタ４０の入力に転送される
。クロック駆動回路４２は、シフトレジスタ４０内の電
荷転送を制御する。分周器回路４４は、主クロツク周波
数のＩＡにおいて波形を発生し、センナ１０周囲の電荷
転送を制御し、サンプル・ホールド回路３８を動作させ
る。カウンタ４６，４８は、センサ１０およびシフトレ
ジスタ４０で行われた転送回数をそれぞれ登録する。符
号変化検出器５０は、シフトレジスタ４０の出力符号が
変わる時に、出力を発生し、ｆ−ト５４，５６を開いて
、カウンタ４６，４８内の計数を出力し・ゾスタ５８に
転送する。新しい信号がシフトレ・ゾスタ４０に入る毎
に、サンプル・ホールド回路３８からの出力は、ｆ−）
５２によって、符号出力の見せかけの変化を抑止される
。符号信号の変化が、出力レジスタ１　　　　　　５８
−（転送されるべき新し一計数を行わせる毎に、カウン
タ４６の最下位ビットからの信号は、奇数または偶数い
ずれの数のピクセルシフトが行われたかを示す。符号変
化検出器５０からの別の信号は、シフトレジスタ４０の
出力の符号を搬送する。

これらは−緒になって、第５図に示す波形における二つ
のタイプの交点の、どちらが検出されたかを決定する。

この情報は、従来の方法で、Ｏ〜２５６ビクセルの範囲
内の４個の交点位置を結合するために使用され、これを
Ｏ〜１２８ピクセルの範囲内の単一量の電荷・ぐターン
位相にする。

第８図に示す処理構成をセンサ（第２図）のピクセルリ
ング１４に適用する場合、構成の大部分は、他方のピク
セルリング１６用に二重に作る必要があシ、駆動クロッ
ク４２と分周器４４のみが両方に共通であることが明ら
かである。欧州特許出願筒ＥＰ−Ａ−１００２４３号に
説明の原理に基づく符号器の動作において、ピクセルリ
ング１４および１６上の・臂ターン間の位相差が要求さ
れ、これは、２つのリングのそれぞれの・母ターンの位
相を減算することによって直接得られる。本例において
、２５６ビクセルのリング上には、それぞれ２周期のモ
ワレパターンがあり、位相差は±６４ピクセルの範囲内
に都合よく表すことができる。スケール４（第１図）の
画像における境界が、リング１２（第２図）におけるピ
クセル群の中央に来る場合、ピクセルリング１２からほ
ぼ同一出力を作シ出すような２回のピクセルシフトがあ
シ、ピクセルリング１４．１６上のパターン間の位相差
の符号は、リング１２からの２つの可能なピクセルシフ
ト計数のうち、どちらを使用すべきかを決定する念めに
使われる。

前記説明は、信号処理に必要となる電荷検出タッピング
を、検出素子（ピクセル）によって実現するような配置
に関連して行ったが、これらの機能を分離することも可
能である。しかし、この場合、処理を行うタッグ付シフ
トレノスタの素子数は、処理される信号を発生するセン
ナの素子数の２倍である必要がある。この理由は、セン
サ出力はプロセッサに転送され、センサ内のピクセル数
に等しい数だけ、処理中にシフトされるからである。第
９図は、第２図に示すセンサの１本のピクセルリングと
同等の、センナおよび独立したプロセッサの簡略ブロッ
ク図である。この例において、センサ６０は、２５６個
のピクセルの線形配列、または円形内に電気的切れ目を
有し、個々のピクセル上の信号が連続的に送り出される
ようにした円形配列である。タッグ付プロセッサ６２は
、５１２個の素子を含み、第４図の２回繰り返しの範囲
の重み値、つまり重み値変動につき４個の完全周期を有
する。センナ６０からの２５６個のピクセル信号がプロ
セッサ６２に転送されてしまうと、プロセッサに沿った
２５６のシフトの効果は、第２図のセンサ１０の一つの
ピクセルリング上の電荷・ぐターンを全周にわたってシ
フトすることと正確に同一である。センサ６０上の２周
期のモワレパターンを有して、プロセッサ６２からの出
力は、第５図に示すものと類似である。プロセッサ６２
からの出力信号は、サンプル・ホールド回路６４を経由
し、第８図のサンプル・ホールド回路３８とプロセッサ
４０とに対応する補間プロセッサ６６に転送される。

センサからグロセッサレノスタへ信号を転送するための
別の方法は、第１０図に示す。第１０図において、セン
サ６８からの信号は、第９図の配置のように順次転送さ
れるのではなく、１組の転送ｆ−ドア０を通してタッグ
付プロセッサ７２の最初の部分に平行シフトされる。第
１０図の平行転送の重要な利点は、センサ６８からの転
送電荷のタイミングが、ある場合に、センサの露出時間
を制御するために使用できることであり、このため、ス
トロ？照明でなく、連続照明が使用できるようになる。

プロセッサへのセンサ信号の平行転送は、後続の処理技
術に影響を与えず、プロセッサ７２には、サンプル・ホ
ールド回路６４と補間プロセッサ６６とが、第９図のプ
ロセッサ６２と第８図のセンサ１０と全く同一の方法で
、後に続くＯ第９図および第１０図のセンサーおよびプロセッサの配
置の応用として、第１１図に概略、を示すｌ　　　　　
Ｘ−Ｙ測定装置がある。マスタースケール７４は、等間
隔の直線からなる直交格子・９ターン７５を有する。こ
の直交格子パターンは、干渉計が発生する回折ノ４ター
ンを撮影することによって、都合よく作り出すことがで
きる。第１１図では、小面積にわたってのみ格子／々タ
ーンが延びているが、その範囲は、必要測定範囲に十分
なものであることが求められる。スケール７４の格子ノ
々ターン７５は、レンズ７６．７８のそれぞれによって
、２本の線形センサ８０，８２上に写像される。線形セ
ンサ８０，８２の電荷伝送方向（軸〕は、それぞれスケ
ール７４上の二つの直線方向に平行である。

代表的に、レンズ７６．７８と、センサー８０゜８２と
は、堅固な機械的取付は台（図示せず）に取り付けられ
る。この取付は台は、スケール７４の平面に平行な平面
内において、２次元的に自由移動する。または、レンズ
とセンサとを固定し、スケール７４がそれらに対して移
動するようにもできる。レンズ７６．７８は、格子パタ
ーン７５の画像がセンサ８０，８２上にモワレ・ぐター
ンを発生するように配置される。例えば、格子上の１２
６組の線が、センサ８０．８２の２５６個のピクセルに
対応する。センナは、軸に垂直な方向におけるピクセル
寸法が、軸に沿ったピクセルの幅よシも実質的に大きい
ことが望ましく、これによって、センサは、軸に沿った
スケール画像の移動に感度を示し、軸に垂直な画像の移
動に感度を示さない。センナは、センサの軸が、スケー
ル７４上の線方向にわずかに平行でないように、取り付
けることもできる。

第１１図の配置は、明らかなように、２次元測定装置か
らなり、スケール７４上の格子線７５間の正確な補間な
行うと同時に、各測定において、比較的多数の線を用い
て、個々のラインエラーを平均する。動作におりて、ラ
イン計数の必須部分は、センサ８０．８２の処理済出力
から得ることができ、または別個の従来の計数手段（図
示せず）によって得ることもできる。この装置をさらに
変更できることは前記説明から明らかであυ、例えば、
センサは、単一レンズの画像平面に位置させることがで
きる。念だしこれは、センナのいずれか一方、または両
方がレンズの軸から離れて動作するので、光学設計を複
雑にする。または、両センサは、同一のシリコンチップ
上に形成することもできる。これは、軸外し寸法を無視
し得るものとする。両センサが交差するように配置する
こともできるが、設計上、困難な問題がある。

第１１図に示すタイプの装置の動作を例を上げて示すた
めに、センナが２５６個のピクセルな有するとすれば、
それぞれの上に２周期のモワレパターンがある。ピクセ
ルシフトの１／８までモワレ・ぐターンの位相を決定す
る能力のある補間プロセッサが使用され、格子７５上の
各組のラインは、１０２４の部分に再分割され得る。こ
のタイプの補間装置の最適動作を維持するために、セン
サ上の２５６個のピクセルに対応するスケール画像中の
ライン組の数は、正確に制御される必要がある。

これを実現するための一つの方法は、レンズ位置を自動
的に変化させ、プロセ、すからの信号出力を最高レベル
に維持させ、モワレパターンの波長が、プロセッサのタ
ップによって定義されるものに対応したことを示すよう
にすることである。センサ上のピクセル間隔に比例させ
て画像内のライン間隔を制御するための別の方法は、光
軸の周囲にセンサをわずかに回転させることである。

前記した技術を単独でまたは組み合せて、本発明に基づ
き、多くの別の実施例が可能であることは明白である。

また、本発明に関連して説明した技術は、一般に、欧州
特許出願第ＫＰ−Ａ−１００２４３号（日本国特許出願
第５９−９００１３号）に説明されてｐる実施例にも、
適切なものである０

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明への使用が適当であるタイプの角度符
号器スケールを示す図、第２図は、第１図に示すスケールとともに使用するため
の円形配列センサーを示す図、第３図は、円形配列セン
ナの検出素子の１リングの一部を示す概略図でちゃ、総
和器に接続した電荷検出素子を示す図、１　　　　　　　第４図は・円形配列″′す０検出素子
０す７′周囲における一連の重み値を示す図であって、
この円形配列センナが第１図の２本の外側リングに示さ
れるタイプの放射状パーツ臂ターン画像とともに使用さ
れるもの、第５図は、第４図に基づく検出素子のリングからの代表
的な出力信号を示す図であって、リング周囲における理
想的なモワレ電荷パターンのシフトの結果を示すもの、第６図は、第５図の交点付近の一部を示す拡大図、第７図は、検出素子ピッチの１７８に位置を再分割する
ための、４つの一連の出力信号値を使用するシフトレジ
スタの全体配置を示す図、第８図は、位置を再分割する
ための、タッグ付シフトレジスタとともに使用されるセ
ンサの全体配置を示す概略図。第９図は、タッグ無し光センナからの信号を処理するた
めの、タ、ｆ付シフトレジスタ使用配置を示す図、第１０図は、タッグ付シフトレノスタ使用配置の変形を
示す図であって、光センサーが、タッグ付シフトレジス
タに結合された構成を示すもの。第１１図は、本発明の原理を具体化した、２次元測定装
置を示す図である。２・・・画像、４，６．８・・・画像のトラック、１０
・・・センサ、１２，１４，１６・・・シリコンチップ
のリング、１８・・・電荷結合シフトレジスタチャネル
、２０．２２・・・電荷伝送電極、２４，２６．２８・
・・電荷検出電極、３０・・・差動増幅器、３２，３４
゜３６・・・電荷検出電極の分離位置。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）位置検出装置であって、複数の検出素子を有する
検出器；マークからなる少なくとも１本の不均一パターンのトラ
ックを有するスケールにおいて、該スケールは、前記検
出器に対して移動可能であり、前記少なくとも１本のト
ラックの前記マークは、前記検出器の少なくとも一部の
検出素子上に作用し、前記検出素子のそれぞれは、各検
出素子と前記マークの少なくとも一つの対応するマーク
との重複を検出するために使用されるような当該スケー
ル；および、前記検出器と前記スケールとの相対位置を検出するため
に前記検出素子から得られる信号を分析する手段；を具
備し、前記分析手段は、前記検出素子から得られる前記信号の
総和を発生する手段を含み、前記分析手段が前記検出素
子から得る前記信号は、対応する検出素子についての前
記重複と前記検出素子に関連する重み値とに依存し、前
記重み値は、前記総和が一意特性を有するような位置が
前記スケールと前記検出器との相対位置であるような値
であり、前記分析手段は、前記総和が一意特性を有する
ような前記相対位置からの、前記スケールの前記検出器
に対する変位を決定する手段も含む、位置検出装置。
（２）特許請求の範囲第（１）項に記載の装置であって
、各検出素子には電荷検出電極が連結され、前記電荷検
出電極のそれぞれは、前記検出素子と前記少なくとも一
つの対応するマークとの前記重複に関係する変位電流を
発生するために使用される、装置。
（３）特許請求の範囲第（２）項に記載の装置であって
、前記電荷検出電極のそれぞれは二つの部分に分割され
、前記電荷検出電極のそれぞれの分割位置は、前記検出
素子用の前記重み値を決定する、装置。
（４）特許請求の範囲第（１）項に記載の装置であって
、前記検出素子のそれぞれは、前記検出素子用の前記重
み値を決定するための手段を有する、装置。
（５）特許請求の範囲第（１）項に記載の装置であって
、前記検出素子のそれぞれは、前記検出素子と前記少な
くとも一つのマークとの前記重複に関係した出力を発生
し、当該位置センサーは、さらに、前記検出素子のそれ
ぞれについての対応する重み値によって、前記検出素子
の前記出力を変更し、かつ前記分析手段に対して前記信
号を発生する手段を有する、装置。
（６）特許請求の範囲第（５）項に記載の装置であって
、前記信号は、前記検出素子から前記変更／発生手段に
平行に伝送される、装置。
（７）特許請求の範囲第（１）項に記載の位置センサー
であって、第１の本体と第２の本体とを有し、前記第１
の本体上にはマークのパターンが有り、前記スケールは
前記マークのパターンの光学画像であり、前記検出器は
前記第２の本体に関して固定されており、前記スケール
と前記検出器との相対位置から、前記第１の本体と前記
第２の本体との相対位置を決定する、装置。
（８）特許請求の範囲第（１）項に記載の装置であって
、前記検出素子の少なくともいくつかは、該検出素子間
に第１の所定ピッチを有し、前記スケールはマークから
なる第２のトラックを有し、前記第２のトラック内の隣
接するマークは第２のピッチを有し、前記第２のピッチ
は、前記第１のピッチの２倍より小さいが前記第１のピ
ッチに等しくない、装置。
（９）特許請求の範囲第（１）項に記載の装置であって
、前記分析手段は、前記検出素子から第１の所定速度で信号を順次受信する
手段；複数の直列素子を有するレジスタ；前記第１の所定速度の倍数である第２の所定速度で前記
レジスタに前記出力信号を供給する手段において、前記
レジスタは、前記直列の素子を通して前記第２の所定速
度で前記信号を順次送信するような当該供給手段；前記レジスタの前記素子のそれぞれに別の重み値を割り
当てる手段において、前記信号の一つを受信する前記素
子のいずれもが、対応する別の重み値で、前記出力信号
を変更して対応する出力を発生するような当該割当手段
；および、前記素子の前記出力を分析する手段；を有する、装置。
（１０）特許請求の範囲第（９）項に記載の装置であっ
て、前記第２の所定速度は、（ｎ）を整数として、前記
第１の所定速度の２＾ｎ＋１倍である、装置。
（１１）特許請求の範囲第（９）項に記載の位置センサ
ーにおいて、さらに、前記レジスタの前記素子の前記出
力の総和を発生する手段と、前記総和の符号が変化した
ときを検出する手段とを有するような当該位置センサー
。
（１２）特許請求の範囲第（１）項に記載の位置センサ
ーにおいて、前記検出素子は前記検出素子の配列を形成
し、前記配列は２次元に延びるような当該位置センサー
。
（１３）位置検出装置であって、該装置が：アナログプ
ロセッサであって、第１の所定速度で複数の信号を受信
する入力において、前記複数の信号間には所定の関係が
あるような当該入力、複数の直列素子を有するレジスタ
、前記レジスタに第２の所定速度で前記複数の信号を供
給する手段において、前記第２の所定速度は前記第１の
所定速度の倍数であり、前記レジスタは前記直列素子を
通して前記第２の所定速度で前記信号を順次送信するよ
うに使用されるような当該供給手段、前記レジスタの前
記素子のそれぞれに重み値を割り当てる手段において、
前記複数の信号の一つを受信する前記素子のいずれもが
、対応する重み値で、前記信号を変更して対応する出力
を発生するような当該割当手段、および前記素子の前記
出力を分析して前記所定の関係を決定する手段を具備す
るもの；複数の検出素子を有する検出器；マークからなる少なくとも一つのトラックを有するスケ
ールであって、前記検出器に対して移動可能であり、マ
ークからなる前記少なくとも一つのトラックの前記マー
クは、前記検出器の少なくとも一部の検出素子上に作用
し、前記検出素子のそれぞれは、前記検出素子と前記マ
ークの少なくとも一つのマークとの重複を検出し、前記
重複に関する出力信号を発生するもの；を具備し、前記
検出素子からの前記出力信号は、前記アナログプロセッ
サの前記入力に、前記第１の所定速度で供給され、前記
複数の信号として受信され、前記複数の信号間の前記所
定の関係は、前記検出器と前記スケールとの相対位置に
よって決定され、前記素子の前記出力を分析する前記手
段は、前記所定の関係の前記決定から、前記検出器と前
記スケールとの前記相対位置を決定するために使用され
る、位置検出装置。
（１４）アナログプロセッサであって、第１の所定速度
で複数の信号を受信する入力において、前記複数の信号
間には所定の関係があるような当該入力と；複数の直列素子を有するレジスタと；前記レジスタに第２の所定速度で前記複数の信号を供給
する手段において、前記第２の所定速度は前記第１の所
定速度の倍数であり、前記レジスタは前記直列素子を通
して前記第２の所定速度で前記信号を順次送信するよう
に使用されるような当該供給手段と；前記レジスタの前記素子のそれぞれに重み値を割り当て
る手段において、前記複数の信号の一つを受信する前記
素子のいずれもが、対応する重み値で、前記信号を変更
して対応する出力を発生するような当該割当手段と；前記素子の前記出力を分析して前記所定の関係を決定す
る手段；とからなる、アナログプロセッサ。
（１５）特許請求の範囲第（１４）項に記載のアナログ
プロセッサにおいて、前記第２の所定速度は、（ｎ）を
整数として、前記第１の所定速度の２＾ｎ＋１倍である
ような当該アナログプロセッサ。
（１６）特許請求の範囲第（１４）項に記載のアナログ
プロセッサにおいて、前記素子の前記出力を分析する前
記手段は、前記素子の前記出力の総和を発生する手段と
、前記総和の符号が変化したときを検出する手段とを含
むような当該アナログプロセッサ。