JPS6333603A - 光学的位置検出装置 - Google Patents

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】 本発明は、パターンの列を有する目盛板と、多数個の受
光素子から成るイメージセンサを利用し、これらの相対
的な位置又は移動量を検出する光学的位置検出装置に関
するものである。

従来から移動距離により長さ等の測定を行う装置は多数
知られているが、簡便にしかも精度良くなし得るものは
極めて少ない０例えば、磁気を利用した磁気式リニアス
ケールも実用化されているが、使用個所によっては利用
することができない場合がある。

本発明の目的は、例えばＣＣＤ　（ＣｈａｒｇｅＣｏｕ
ｐｌｅｄ　ｌ１ｅｖｉｃｅ　：電荷結合素子）等の受光
素子を利用して、位置や移動量を光学的に簡便にしかも
精度良く検出することができ、測定範囲の大きい光学的
位置検出装置を提供することにあり、その要旨は、多数
個の受光素子を配列した光電式のイメージセンサと、長
さ方向に複数個の測定ブロックに分割し、各測定ブロッ
クは光学的に識別することができる不等幅から成るパタ
ーンを配列し、同一測定ブロック内では前記パターンの
間隔は一定とし、異なる測定ブロック間では前記パター
ンの間隔が異なるようにした目盛板と、該目盛板のパタ
ーンを前記イメージセンサに投影するための光源と、前
記目盛板のパターンの幅寸法とパターンの間隔の組合わ
せに対応するイメージセンサからの信号を受けて、予め
記憶してある前記パターンの幅寸法及び間隔を基に前記
イメージセンサの位置を算出する演算回路とを有し、前
記目盛板のパターン列方向と前記イメージセンサの受光
素子の配列方向とを相対的に平行移動可能とし、前記イ
メージセンサの前記目盛板に対する相対的な位置又は移
動量を検出することを特徴とする光学的位置検出装置で
ある。

以下に本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明で使用するＣＯＤから成るイメージセン
サ１を示し、輻ｗ　（ｇｍ）、縦Ｗ′（ｐｍ）の同じ大
きさのｎ個の受光素子２が一次元的に多数個配列されて
いる。これらの受光素子２は個々に独立した光感知素子
であり、イメージセンサｌの有効長は、ＬＯ＝　ｎ　ｅ
　Ｗである。

第２図はこのイメージセンサ１と組合わせて使用する目
盛板３を示している。この目盛板３は全体を長さ方向に
複数個の測定ブロックＢｌ、Ｂ２．・・・、Ｂｋ−１、
Ｂｋ　、　Ｂｋ、１　、・・・に分割され、各測定ブロ
ック内には１個の受光素子２の大きさよりも広く互いに
異なる幅Ｗｉを有する多数個のパターン４が設けられて
いる。そして、同一の測定ブロック内におけるパターン
間隔りは互いに等しく、各ブロック間におけるパターン
間隔は互いに異なっている。そしてイメージセンサ１に
より、同時に必ず隣り合う２つのパターン４が完全に感
知できるようにパターン間隔りを定めておけば、目盛板
３上のどの位置にイメージセンサ１が存在しても、イメ
ージセンサ１の位置の計算が可能となる。

この目盛板３を光透過型として使用する場合には、パタ
ーン４は光を透過するスリットであることを要するが、
光反射型として用いる場合には、パターン４は他の部分
と光反射率が異なるようにしておけばよい。

これらのイメージセンサ１と目盛板３とは、例えば第３
図に示すように配置されて光透過型として、又は第４図
に示すように配置されて光反射型として測定に使用され
る。何れの場合においても、イメージセンサ１と光源５
とは接続部材６により一体的に固定され、目盛板３上の
パターン４の列方向に対して平行にかつ相対的に移動し
得るようになっている。なお、パターン４の配列方向に
長い光源５を使用すれば、光源５はイメージセンサ１と
共に移動しなくともよい。

第３図の光透過型の光学系においては、光源５から照射
された照明光ｌは、第５図のブロック回路構成図に示す
ようにパターン４を有する目盛板３を透過して、イメー
ジセンサ１に目盛板３のパターン４を投影することにな
る。そして、このイメージセンサ１の各受光素子２から
個々に出力される出力信号は、演算回路ｌＯに入力する
ようになっている。演算回路１０は例えば波形成形をす
るための信号前処理回路１１と、その出力を得てイメー
ジセンサ１の位置を計算する位置計算回路１２と、必要
に応じてイメージセンサｌの移動量等を示す指示計１３
とにより構成されている。更に、位置計算回路１２には
、その出力信号を基に、例えば位置制御を行うための信
号を発する制御回路１４が接続されている。なお、第４
図に示す光反射型の光学系の場合でも信号処理は基本的
に同じである。

位ご計算回路１２に各測定ブロックごとのパターン４の
位置及び幅Ｗと、測定ブロックごとのパターン間隔りを
記憶しておけば、イメージセンサ１の位置を求めること
ができる。先ず、イメージセンサ１の移動前に位置計算
回路１２により、イメージセンサ１の出力信号を基に成
るパターン４を選択して、その幅Ｗ及びパターン４同志
の間隔りから、イメージセンサ１で検知したパターン４
がどの測定ブロックにおけるどのパターンであるかを認
識することができる０次に、このイメージセンサ１が移
動し、得られたパターン４の幅Ｗとパターン４同志の間
隔りから先と同様にどの測定ブロックのどのパターンで
あるかが認識できるので、位置計算回路１２により計算
すればその移動量を求めることができる。

以上説明したように本発明に係る光学的位置検出装置は
、簡便な演算処理による相対的位置と移動量を求めるこ
とが可能であり、測定分解能を受光素子の大きさとする
ことができ、測定精度も高く、複数個の測定ブロックを
有する目盛板を用いることにより、測定範囲を大きくす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る光学的位置検出装置の実施例を示し
、第１図はイメージセンサの平面図、第２図は目盛板の
正面図、第３図は光透過型に配置した光学系の構成図、
第４図は光反射型に配置した光学系の構成図、第５図は
信号の伝達系のブロック回路構成図である。 符号１はイメージセンサ、２は受光素子、３は目盛板、
４はパターン、５は光源、１０は演算回路、１１は信号
前処理回路、１２は位置計算回路、１３は指示計である
。 特許出願人　　　　京浜電測器株式会社同　　　　小田
原豪太部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多数個の受光素子を配列した光電式のイメージセン
   サと、長さ方向に複数個の測定ブロックに分割し、各測
   定ブロックは光学的に識別することができる不等幅から
   成るパターンを配列し、同一測定ブロック内では前記パ
   ターンの間隔は一定とし、異なる測定ブロック間では前
   記パターンの間隔が異なるようにした目盛板と、該目盛
   板のパターンを前記イメージセンサに投影するための光
   源と、前記目盛板のパターンの幅寸法とパターンの間隔
   の組合わせに対応するイメージセンサからの信号を受け
   て、予め記憶してある前記パターンの幅寸法及び間隔を
   基に前記イメージセンサの位置を算出する演算回路とを
   有し、前記目盛板のパターン列方向と前記イメージセン
   サの受光素子の配列方向とを相対的に平行移動可能とし
   、前記イメージセンサの前記目盛板に対する相対的な位
   置又は移動量を検出することを特徴とする光学的位置検
   出装置。 ２、前記目盛板のパターンを光透過的に前記イメージセ
   ンサに投影するようにした特許請求の範囲第１項記載の
   光学的位置検出装置。 ３、前記目盛板のパターンを光反射的に前記イメージセ
   ンサに投影するようにした特許請求の範囲第１項記載の
   光学的位置検出装置。