JPS61265506A

JPS61265506A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPS61265506A
Application number: JP10754385A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Inui; 乾　泰夫
Original assignee: Matsushita Graphic Communication Systems Inc
Current assignee: Panasonic System Solutions Japan Co Ltd
Priority date: 1985-05-20
Filing date: 1985-05-20
Publication date: 1986-11-25

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、ファクシミリ、プリンタ等における記録紙そ
の他の移動体（以下、被測定物という。）の位置ｅ＝出
する位置検出装置に関する。

従来の技術従来のこの種の位置検出装置としては、例えば第７図、
第９図及び第１１図に示す如き装置が既知である。以下
順次各装置の概要を説明する。

第７図に示す装置は、移動可能な被測定物１０１と、こ
の被測定物１０１の表面上に記されたマーク１０２を受
光素子１０６上に結像するためのレンズ１０３と、受光
素子１０６の出力を増幅・演算する演算回路１０７と、
この演算回路１０７の出力を受光素子１０６の出力情報
として表示する表示部１０８とから概ね構成されている
。尚、１０４は視野規制手段（絞り）、１０６は受光素
子１０６上に結像されたマーク像（投影像″ｒｃある０
このマーク像１０５の受光素子１０６ｉ占める専有面積
は、前記被測定物１０１の移動量に応じて変化する。従
って、その受光素子１０６の出力もそれに応じて変化す
る。この受光素子１０６の出力変化から被測定物１０１
の位置を検出するようになっている。

第８図は、前記表示部１０８に表示された受光素子１０
６の出力情報の一例を示す説明図であるＱ第８図から明
らかなように、第７図の装置では、マーク像１０５の検
出された位置ａとマーク像１０５ん：受光素子１０６の
受光部全体を覆ったときの位＃ｂとの間で当該位置の検
出測定が行われる。この測定範囲は、受光素子１０６の
大きさにもよるが、最犬数十賜以下であるのが実状であ
る。

尤も、マーク１０２をレンズ１０３によって縮小し、こ
れを受光素子１０６上に結像させて測定することで、そ
の測定範囲を拡大することもできるが、この場合には、
測定精度が低下するという新たな間稙が生じる。

また、第９図に示す従来の位置検出装置は、被測定物１
１２に取付けらｎたスリット板１１１と、このスリット
板１１１に光を照射するランプ１０９及びレンズ１１０
と、スリット板１１１を通過した光を検出するし／ズ１
１３及び受光素子１０８と、この受光素子１０６の出力
を増幅・演算する演算回路１０７と、この演算回路１Ｑ
了の出力を受光素子１０６の出力情報として表示する表
示部１０８とから概略構成されている。

第９図の装置では、スリット板１１１のスリット間壁面
が光路を遮ることで受光素子１０６の出力が変化し、こ
の変化する回数を演算回路１０７を介してカウントする
ことで、被測定物１１２の位置を検出するようになって
いる。

第１０図は、表示部１０８に表示された受光素子１０６
の出力情報の一例を示すもので、同図中、１１６はパル
ス波形である。この波形１１６がカウントされる。つま
りこの装置では、スリット板１１１のスリットの精度が
波形１１６のカウント数に影響を及ぼすため、高密度、
高精度のスリットを有するスリット板１１１を用いて位
置検出を行っている。

また、第１１図に示す従来の位置検出装置は、被測定物
１１４に取付けられたポテンショメータ１１５と、この
ポテンショメータ１１５の出力を増幅、演算する演算回
路１０７と、この演算回路１０７の出力を表示する表示
部１０８とから概ね構成さｎ、被測定物１１４の移動量
に応じて変化するボテンシ町メータ１１５の抵抗値を測
定することで、被測定物１１４の位置を検出するように
なっている。

表示部１０８に表示されるポテンショメータ１１５の出
力情報の一例を示せば第１２図の通りである。

第１１図に示す装置では、その位置検出精度は、ポテン
ショメータ１１５の抵抗体の精度に左右され、通常その
精度は抵抗値に対する割合で与えられるため、測定距離
が長くなれば長くなる程、測定誤差の絶対蚤もまた大き
くなることが知られている。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、上述した従来の各種装置には次点のような問題１がある。すなわち、第７図に示した位置検出装置では、受光素子１０６の大
きさによって測定範囲が左右され、その測定範囲は通常
数十語以下であることから、連続して測定できる範囲が
極めて狭いという問題点があった。

また、第９図の装置では、高密度、高精度の高価なスリ
ット板１１１を使用していることから、装置全体のコス
トが高いという問題点があった。

また、第１１図の装置には、ポテンショメータ１１５の
抵抗体精度と位置検出精度とが密に関係し、測定誤差も
その関係に大きく左右される事情にあって、被測定物１
１４の微細な変位を精度良く測定することはできないと
いう問題点があった。

本発明は上述したような問題点に鑑みなされたもので、
位置検出の測定範囲が広く、かつ材料。

形状等に限定されない各種の被測定物を対象に、検出誤
差のない高精度の位置検出ができる安価な位置検出装置
を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段前記の目的を達成するために、本発明の位置検出装置は
、被測定物に設けたマークを検出するたこの手段及び前
記検出部の両出力情報に基づいて前記マークの移動量を
演算処理し被測定物の位置検出情報を取出す手段と全備
えたことを特徴とする０作　　　用検出部を構成する複数の検出素子によって被測宝物上に
設けたマークの移動量が精緻に検出されるので、被測定
物の高精度な位置検出が可能となる。

また、検出部を構成する複数の検出素子として、例えば
ＣＣＤ等の多数の受光素子がワンチップ化された安価な
素子を用いれば、装置全体をコ／バクトにまとめ得て低
廉化に寄与し得る。

また、例えばマークとマークとの間のピッチを適当に選
定して検出部にマークが常に複数個同時に投影されるよ
うにしておけば、測定範囲を無限に広くすることもでき
る。

更には、検出部の検出誤差を補正する手段によって、被
測定物又はこの被測定物上のマーク位置の走査方向に対
するずれ等が補正されるので、一段と当該位置検出の精
度が向上する。

実施例第１図は、本発明に係る位置検出装置の一実施ＴｈＪｔ
−示す概略的構成図である。同図において、１は矢印２
方向に移動する被測定物、２，２ａは被測定物１の表面
上に設けたマー４で、このマーク２．２ａは、適当に表
記されたものに限らず、例えば従来既知の発光素子であ
ってもよい。３はレンズ、５は複数の検出素子５ａを配
設して成る検出部で、この検出部５を構成する複数の検
出素子６ａとしては、例えばＣＣＤ　（Ｃｈａｒｇｅ　
Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）等の多数の受光素子、
あるいはこれらの受光素子全ワンチップ化した安価な素
子、その他のものをレンズ３を介して結像される。４は
そのマーク像（投影像）である。

６は検出部５からの出力情報を増幅する増幅回路、７は
この増幅回路６の出力を表示する表示部である。

８は演算回路、９は演算回路８の出力情報を入力とする
処理回路であり、１０は被測定物１又はマーク２，２ａ
位置の走置方向に対するずれを測定し、その補正情報全
前記演算回路８へ出力する距離測定手段である。

この距離測定手段１Ｑからの補正情報と前記検出部５か
らの出力情報とが前記演算回路８に入力され、この演算
回路８において、検出部５の検出誤差の補正が行われる
。この補正手段の詳細については後述する。尚、検出誤
差とは、被測定物１又ハマーク２，２ａが、レンズ３の
光軸に対して傾いた状態で、あるいは走査方向位置より
ずれた状態で移動した場合、当該マークを投影する際の
レンズ３０倍率が変化し、投影像４の移動量とマーク２
の移動量との間に誤差を生じることとなり、この誤差を
含んだ検出部５の出力情報を云う。

前記演算回路８からの検出誤差の補正された出力情報は
、次段の処理回路９に入力され、この処理回路９から被
測定物１の位置検出情報（信号）として出力される。な
お、検出誤差の補正は出力情報全処理回路９で処理し位
置検出情報（誤差を含む）として出力した後に行うこと
も可能であり、同等の効果を得る。

第２図は第１図の表示部７に表示された検出部６の出力
情報の一例を示す説明図で、同図中、Ａはマーク位置を
示すパルス波形である。この波形Ａは被測定物１の移動
と同期移動するマーク２の移動に伴って矢印α方向に移
動する。従って、この波形Ａ（マーク像）が検出部５の
検出素子５ａ上を何個分移動したかを演算回路８におい
て演算することで、被測定物１の移動量（位置）が測定
・検出される。

こメに、位置検出の測定精度は、レンズ３０倍率をｍ、
検出素子５ａのピッチｋｐとすれば、９７ｍで求めるこ
とができる。検出素子５ａとして、公知の画像読み取り
デバイス用ＣＣＤ１用いた場合、このＣＣＤのピッチｐ
は一般に１０数μｍであることから、極めて高精度の位
置検出情報が可能となる。また、ＣＯＤ等のワンチップ
化された素子を検出素子５ａとして使用することで、装
置全体をコ／バクト化でき、価格の低廉化を図ることが
できる。

また、第１図において、レンズ３の倍率ｍ及び又はマー
ク２，２ａ間のピッチＰｍ４適当に選定して、複数個の
マーク２，２ａの投影像４が検出部５の検出素子５ａ上
に同時に投影されるようにすれば、マーク２，２ａの移
動量を連続して測定することができる。つまり測定範囲
の拡大を図ることができる。これについて以下、説明す
る。

第３図は測定範囲の拡大を図った場合における表示部７
に表示された検出部５の出力情報の一例を示す説明図で
ある。説明を簡単にするために、この例では、２個のマ
ーク２，２ａが検出部６に投影される場合を示している
０先ス、演算回路８においてマーク２の位置を示すパルス
波形Ａの移動量を数え当該マーク２の移動量（位置）を
演算する。波形Ａは矢印α方向に移動し、これが検出素
子５ａから外れることとなるが、この波形Ａが外れる前
に、マーク２ａの位置を示すパルス波形Ｂの移動量を数
え当該マーク２ａの移動量（位置）を演算すべく演算回
路８の処理操作を切換える。次いで、この波形Ｂが検出
素子６ａから外れる前に、次の新たなマークによる波形
で当該新たなマークの移動量（位置）を演算すべく切換
える。以下これを繰返すことで、測作範囲を無限に拡大
することができる。

尚、この場合において　、演算回路８の出力（前記各波
形で検出した移動量）は次段の処理回路って加算され、
累積の移動量として処理され、これにより被測定物１の
位置検出が連続的に行われることになる。

また、上述したところから明らかなように、前記マーク
のピッチＰｍ、太さは位置検出の測定精度に影響を与え
ないため、形状、材質の異なる各種の被測定物を対象に
、簡単なマーキングを施すだけで、高精度の位置検出を
連続的に行うことができる。

尚、第１図では、マーク２，２ａを結像させるために、
レンズ３を用いているが、必ずしもこれに限定されるも
のではない。マーク２，２ａを検出部５の検出素子６ａ
上に投影することのできる、例えば光ファイバ等でもよ
い。場合によっては、マーク２と検出部６との間の距離
を著しく近づけることで、レンズ３を省くこともできる
。尤もレンズ３を省いた場合には、上述した検出部６の
検出誤差は殆んど無視することができる。

ところで、第１図における検出部６の検出誤差（被測定
物の伸び、縮み等に起因する）の補正は次のようにして
行われる。第４図はその補正原理を説明するための説明
図である。

ンズ３の中心までの距離１ｂ、レンズ３の中心から被測
定物上のマーク（図示せず）の正規位置（走査方向位置
）までの距離をａ、マークの正規位置よりずれた距離を
８としたとき、マークの移動量りに対して、マークが正
規位置に位置していた時の投影像の移動量を２１、マー
クが距離Ｓだけずれた位置に位置していた時の投影像の
移動量を２２とすると、２＝−Ｌａ ”””ａ＋ｓＬの関係が成立つ。

第１図に示す演算回路８では、マークが正規位置にある
場合には、検出した投影像の移動量２１に−を乗するこ
とで、マークの移動量りを求めている。また、マークが
正規位置から距離８だけずれた位置にある場合には、そ
の位置において検出された投影像の移動量２２に百ヲ乗
することで、マークの移動量Ｌ′１　を求めている。

このマークの移動量Ｌ／、には、次式から明らかなように、正規のマーク移動量りに対して誤
差が含まｎている。

そこで、距離測定手段１０で、マーク２又は被測定物１
の位置ずれ距離ｓｆ測測定、これに基づが演算回路８に
おいて演算処理さｎ、前記誤差□が取除かｎる。

ａ十Ｂつまり、補正後のマーク移動量をＬ　／／　とすると、
Ｌ”＝　Ｌ’　　ｘ　−＝　ｆｌ　　・−×□１　　ａ
　　　２　ｂ　　ａ＝Ｌとなり、第１図の実施例では、マーク２又は被測定物１
の位置ずれが生じても、この位置ずれに影響されること
なく、正規のマーク移動量りを測定でき、高精度の被測
定物１の位置検出が可能となる０尚、第１図では、レンズ３の光軸に対する被測定物１の
傾き（ずれ）を検出して補正を行う方法について説明し
たが、これに代え、レンズ３の光軸に対する検出部６の
傾きを検出して同様の方法により補正を行うこともでき
る。

第１図の実施例では、直線運動によって移動する被測定
物１（直線状の被測定物）を対象としている。

次に、円運動によって移動する被測定物（円筒状の被測
定物）を対象とした装置について、以下説明する。

第５図は、その装置の代表例を示す概略的構成図である
。第５図において、１１は回転する円筒状の被測定物、
１２は円筒状被測定物１１の表面に設けたマーク、１３
はレンズ、１４はレンズ１３を介して結像されたマーク
１２の投影像、１５は複数の検出素子を配設して成る検
出部、１８は演算回路、１９は処理回路である。

前記検出部１６でマーク１２を検出し、この検出情報が
演算回路１８及び処理回路１９で演算・処理されて、円
筒状の被測定物１１の位置検出が行わ扛ること、第１図
の場合と同様である。

たソ異なるところは、円筒状の被測定物１１が回転運動
を行うことに伴い生ずる、前記検出部１６での検出誤差
の補正手段に相異がある。以下この補正手段について説
明する。

第６図はその補正手段の原理を説明するための説明図で
ある。同図において、１１は同筒状被測定物、１３はレ
ンズ、１５は検出部である。こ＼で、この検出部１５の
検出素子１５ａの表面からレンズ１３の中心までの距離
をｂルンズ１３の中心からレンズの光軸と交わる被測定
物１１の表面上の交点までの距離をａとし、マーク１２
の移動量をり、被測定物１１の半径をｒ１被測定物１１
の回転角をθ、マーク１２の光軸となす角を■、マーク
１２の走査方向の移動量をＭとすると、次式の関係が成
立つ。

Ｌ　＝　ｒθ　　　　　　　　　　　　・・・・・・（
１）上記（１）　、　（２）式から次式が求まる。

一方、マーク１２乃至は被測定物１１の走査方向に対す
るずれをＳとすると、マーク１２の走査方向の移動量Ｍ
は、レンズ１３によって検出部１５なる。

路１８に供給され、この演算回路１８において、次のよ
うな演算がなされ、前記ずれｇ’（ｚ生じた場合におけ
るマーク１２の移動量Ｌ′２全２ヲ求こととなる。つま
り、を得る。

この（４）式から明らかなように、前記ずれＳがない場
合におけるマーク１２の移動量りとずれＳがある場合に
おけるマーク１２の移動量Ｌ′２との間には、上記のよ
うな検出誤差が生じている。

そこで、この検出誤差を補正すべく更に次のようは演算
が行われる。すなわち、第６図から次式が定まり、５＝ｒ（１−ｃｏｓ■）　　　　　　　　−−−−（５
）この（６）式と前記（４）式とから、・・・・・（６）を得る。

この（６）式に基づく演算処理によって、回転運動時に
生じる前記検出誤差が取除かれる。

斯様にして補正された誤差のない検出情報が演算回路１
８より処理回路１９に供給され、この処理回路１９より
正確な円筒状被測定物１１の位置検出情報（信号）が出
力される。

尚、円運動によって移動する円板状の被測定物を対象と
した装置においても、第５図及び第６図で説明したと同
様な検出誤差を生じるが、この場合には次のような方法
によってその誤差を補正することができる。

すなわち、円板状被測定物乃至は円板状被測定物上のマ
ークが走査方向に対してずれている場合のマークの移動
量をＬ１２とし、ずれがない場合のマークの移動量をＬ
とすれば、第６図で説明したと同様にして、を求めることができる。

この（７）式に基づいて演算処理がなされ、誤差のない
円板状被測定物の位置検出情報（信号）を得ることがで
きる。

尚、この場合の検出誤差は、回転運動に起因して生じる
ものであることから、前記の（６）式、け）式は実用上
差し支えのない程度に近似化することができ、この近似
化された数式に基づく演算処理によって円筒状及び円板
状の両者の被測定物の位置検出の兼用が可能となる。

発明の効果以上詳述したように、本発明によれば、複数の検出素子
を配設して成る検出部で、被測定物上のマークを読取り
、当該被測定物の位置を検出し、かつ、その際の位置検
出誤差を補正するようにしたものであるから、検出誤差
のない高精度の位置検出ができる。従って、カラープリ
ンタやカラーファクシミリ等のように、何色もの画情報
を重畳記録する装置に適用すれば、その効果大なるもの
がある。

また、検出部の検出素子に、安価なワンチップ化された
検出素子を用いることができるので、装置全体全コンパ
クトにまとめ得て、安価な装置を提供することができる
。

更には、直線状、円筒状あるいは円板状など各種の被測
定物を対象に、かつ広範囲に互り高精度の位置検出がで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る位置検出装置の一実施例を示す概
略的構成図、第２図は第１図の表示部に表示された検出
部の出力情報の一例を示す説明図、第３図は同じく第１
図の表示部に表示された検出部の出力情報の他の例を示
す説明図、第４図は第１図の装置における検査誤差の補
正原理を説明するための説明図、第５図は本発明の他の
実施例を示す概略的構成図、第６図は第５図の装置にお
ける検出誤差の補正原理を説明するための説明図、第７
図は従来の位置検出装置の一例を示す概略的構成図、第
８図は第７図の表示部に表示された受光素子の出力情報
を示す説明図、第９図は従来の位置検出装置の別の例を
示す概略的構成図、第１０図は第９図の表示部に表示さ
れた出力情報を示す説明図、第１１図は従来の位置検出
装置の更に別の例を示す概略的構成図、第１２図は第１
１図の表示部に表示された出力情報を示す説明図である
。１．１１・・・・・・被測定物、２，２ａ、１２・・・
・・・マー−１，３，１３・・・・・レンズ、４．１４
・・・・マーク像（投影像）、５，１５・・・・・・検
出部、５　ａ　、１５ａ・・・・−・検出素子、６・・
・・・・増幅回路、７・・・・・・表示部、８．１８・
・・・・演算回路、９，１９・・・・・処理回路、１０
・・・・・・距離測定手段、Ａ、Ｂ・・・・・・マーク
位置を示すパルス波形。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
　１　　図　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
イーー抜摺恢摺２，２山−−−マーク５−　硬出ｔ）８−　膚Ｖ１声ｑ−一一処１回外ｆＯ−−一距Ｍ剛定り股第２図第３図寸味％　　ｃｑ　　？　　’）区　刊Ｐ？　　　　　　　　　　　　区ロ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　１脈　　　　　　　　
　　　　　　味区　　銖０％）耘

Claims

【特許請求の範囲】

移動可能な被測定物に設けたマークを検出するための複
数の検出素子で配設して成る検出部と、この検出部の検
出誤差を補正するための補正情報を出力する手段と、こ
の手段及び前記検出部の両出力情報に基づいて前記マー
クの移動量を演算処理し被測定物の位置検出情報を取出
す手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置。