JPH06213683A - リニアモーターその他の光学繊維エンコーダー - Google Patents
リニアモーターその他の光学繊維エンコーダーInfo
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- JPH06213683A JPH06213683A JP4131465A JP13146592A JPH06213683A JP H06213683 A JPH06213683 A JP H06213683A JP 4131465 A JP4131465 A JP 4131465A JP 13146592 A JP13146592 A JP 13146592A JP H06213683 A JPH06213683 A JP H06213683A
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- optical fiber
- slit
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- fiber bundle
- slits
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—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
- G01D5/26—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
- G01D5/32—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
- 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
- G01D5/347—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 using displacement encoding scales
- G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
- G01D5/34715—Scale reading or illumination devices
- G01D5/34723—Scale reading or illumination devices involving light-guides
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Manipulator (AREA)
- Linear Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 光学繊維技術を用いて極めて精度の高い正確
な位置と方向との情報を提供する新規なエンコーダーシ
ステムを提供する。 【構成】 エンコーダー20は、強磁性素材のフラット
なシートからなるステータ(固定子)12を備え、この
シートの上面には、表面エッチングにより形成されたX
方向または水平方向に延びている互いに平行で間隔をお
いた複数の溝14とY方向または垂直方向に延びている
互いに平行で間隔をおいた複数の溝16とが設けられ、
これらの溝によって規則正しいXYグリッドの配列の複
数の歯18が形成されている。これらの溝には、適当な
非磁正素材が充填され、上面は、研磨されて平滑な仕上
げ面になっており得られる位置と方向の情報の検知特性
ならびに正確性を大幅に向上するものであり、ステータ
の特殊な仕上げ処理を必要としない。
な位置と方向との情報を提供する新規なエンコーダーシ
ステムを提供する。 【構成】 エンコーダー20は、強磁性素材のフラット
なシートからなるステータ(固定子)12を備え、この
シートの上面には、表面エッチングにより形成されたX
方向または水平方向に延びている互いに平行で間隔をお
いた複数の溝14とY方向または垂直方向に延びている
互いに平行で間隔をおいた複数の溝16とが設けられ、
これらの溝によって規則正しいXYグリッドの配列の複
数の歯18が形成されている。これらの溝には、適当な
非磁正素材が充填され、上面は、研磨されて平滑な仕上
げ面になっており得られる位置と方向の情報の検知特性
ならびに正確性を大幅に向上するものであり、ステータ
の特殊な仕上げ処理を必要としない。
Description
【0001】
【産業上の利用分野)この発明は、エンコ
ーダーに関し、特に、リニアモーターシステムなどに適
用されるに適した位置と方向を検知する光学繊維エンコ
ーダーに関するものである。 【0002】
ーダーに関し、特に、リニアモーターシステムなどに適
用されるに適した位置と方向を検知する光学繊維エンコ
ーダーに関するものである。 【0002】
【従来の技術】エンコーダーは、一般に位置情報を提供
するために用いられている。例えば米国特許明細書第
4,823,062号(1989年4月18日特許、本
出願人所有の特許)には、コンベンショナルな光源と光
感知素子を用いて位置と方向とを検知するシステムが開
示されている。
するために用いられている。例えば米国特許明細書第
4,823,062号(1989年4月18日特許、本
出願人所有の特許)には、コンベンショナルな光源と光
感知素子を用いて位置と方向とを検知するシステムが開
示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記した従来の技術
は、信頼性に劣り、構造的にも大形化してしまって、極
めて非能率であり、実用に適していない欠点があり、こ
れを解決するのが本発明の解決課題である。
は、信頼性に劣り、構造的にも大形化してしまって、極
めて非能率であり、実用に適していない欠点があり、こ
れを解決するのが本発明の解決課題である。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明は、低価格であ
って、コンパクトであり、信頼性に富み、極めて高い精
度の位置と方向の情報を得ることができるエンコーダー
を提供するものである。
って、コンパクトであり、信頼性に富み、極めて高い精
度の位置と方向の情報を得ることができるエンコーダー
を提供するものである。
【0005】エンコーダーは、発光ダイオード(LE
D)のような光源からの光線を光学繊維で受光し、この
光学繊維を介して該光線をXY方向(二次元方向)に移
動するリニアモーターシステムのエッチングされたステ
ーターとして機能するプラテンの表面の狭い領域へ照射
する第1の光学繊維束と、前記プラテン表面へ照射され
た光線が該表面で反射され、この反射された光線を受光
してフォトトランジスタへ送る第2の光学繊維束とから
なるエンコーダーチャンネルを備えており、フォトトラ
ンジスタで受けた反射光線は、光学信号から電気信号へ
変換され、この電気信号は、XYモーターのステーター
ポールに関連するエンコーダーの位置を示すものとして
処理される。光線を送るチャンネルと光線を受けるチャ
ンネルとを組み合わせ、さらに、プラテンに配置された
ステーターポールのピッチと相関関係のある間隔をおい
て配置されたスリットとを組み合わせ、前記プラテンに
対するエンコーダーの位置と方向とが計算され、XYリ
ニアモーターテクノロジーを使用する移動システムに対
する位置のフィードバックを与える。前記したシステム
のエンコーダー3個をXYモーターに使用することで、
モーターの方向、位置、回転、速度ならびに加速度が簡
単に計算され、モーターのクローズドループコントロー
ルが行える。光学繊維束を構成する光学繊維は、前記各
スリットの全長にそい分布されると共に各エンコーダー
チャンネルにおいては、交互に配置される。このように
して、前記光学繊維束の光学繊維は、同じ領域を効果的
に占めることになり、エンコーダーの構成を簡略化でき
ると同時に極めて精度の高い位置、方向並びに加速度情
報を提供できる。第1と第2の光学繊維束の繊維の本数
は、特定されるものではないが、前記プラテンに十分な
照光を行える光線を送ることができる作用と、該プラテ
ンの適当な長さ部分からの反射光線を十分にフィードバ
ックできる作用とができる本数のものであればよい。
D)のような光源からの光線を光学繊維で受光し、この
光学繊維を介して該光線をXY方向(二次元方向)に移
動するリニアモーターシステムのエッチングされたステ
ーターとして機能するプラテンの表面の狭い領域へ照射
する第1の光学繊維束と、前記プラテン表面へ照射され
た光線が該表面で反射され、この反射された光線を受光
してフォトトランジスタへ送る第2の光学繊維束とから
なるエンコーダーチャンネルを備えており、フォトトラ
ンジスタで受けた反射光線は、光学信号から電気信号へ
変換され、この電気信号は、XYモーターのステーター
ポールに関連するエンコーダーの位置を示すものとして
処理される。光線を送るチャンネルと光線を受けるチャ
ンネルとを組み合わせ、さらに、プラテンに配置された
ステーターポールのピッチと相関関係のある間隔をおい
て配置されたスリットとを組み合わせ、前記プラテンに
対するエンコーダーの位置と方向とが計算され、XYリ
ニアモーターテクノロジーを使用する移動システムに対
する位置のフィードバックを与える。前記したシステム
のエンコーダー3個をXYモーターに使用することで、
モーターの方向、位置、回転、速度ならびに加速度が簡
単に計算され、モーターのクローズドループコントロー
ルが行える。光学繊維束を構成する光学繊維は、前記各
スリットの全長にそい分布されると共に各エンコーダー
チャンネルにおいては、交互に配置される。このように
して、前記光学繊維束の光学繊維は、同じ領域を効果的
に占めることになり、エンコーダーの構成を簡略化でき
ると同時に極めて精度の高い位置、方向並びに加速度情
報を提供できる。第1と第2の光学繊維束の繊維の本数
は、特定されるものではないが、前記プラテンに十分な
照光を行える光線を送ることができる作用と、該プラテ
ンの適当な長さ部分からの反射光線を十分にフィードバ
ックできる作用とができる本数のものであればよい。
【0006】前記したエンコーダーの構成で、ステータ
ー表面に特別な処理を施さなくても,正確な情報が得ら
れるものであり、照光された領域の長さと厚さは、不規
則さの影響をなくし、前記エンコーダーシステムの精度
を向上する。
ー表面に特別な処理を施さなくても,正確な情報が得ら
れるものであり、照光された領域の長さと厚さは、不規
則さの影響をなくし、前記エンコーダーシステムの精度
を向上する。
【0007】
【発明の目的】この発明の目的は、光学繊維技術を用い
て極めて精度の高い正確な位置と方向との情報を提供す
る新規なエンコーダーシステムを提供することにある。
て極めて精度の高い正確な位置と方向との情報を提供す
る新規なエンコーダーシステムを提供することにある。
【0008】また、この発明の他の目的は、第1と第2
の光学繊維束によって、光線を極めて狭い領域に照射
し、該領域にわたり反射された光線を適当な光感知素子
へフィードバックさせる光学繊維技術を用いて極めて精
度の高い正確な位置と方向との情報を提供する新規なエ
ンコーダーシステムを提供することにある。
の光学繊維束によって、光線を極めて狭い領域に照射
し、該領域にわたり反射された光線を適当な光感知素子
へフィードバックさせる光学繊維技術を用いて極めて精
度の高い正確な位置と方向との情報を提供する新規なエ
ンコーダーシステムを提供することにある。
【0009】さらに、この発明の他の目的は、狭い細長
いスリットに端部を位置させた少なくとも二つの光学繊
維束を用い、一方の光学繊維束によって検知光線を位置
と方向を検知する表面に照射し、そして該表面で反射さ
れた光線を他方の光学繊維束により光感知素子へ戻す新
規な新規なエンコーダーシステムを提供することにあ
る。
いスリットに端部を位置させた少なくとも二つの光学繊
維束を用い、一方の光学繊維束によって検知光線を位置
と方向を検知する表面に照射し、そして該表面で反射さ
れた光線を他方の光学繊維束により光感知素子へ戻す新
規な新規なエンコーダーシステムを提供することにあ
る。
【0010】さらに、この発明の他の目的は、狭い細長
いスリットの全長にわたり、端部を位置させた少なくと
も二つの光学繊維束を用い、一方の光学繊維束によって
検知光線を位置と方向を検知する表面に照射し、そして
該表面で反射された光線を他方の光学繊維束により光感
知素子へ戻す新規な新規なエンコーダーシステムを提供
することにある。
いスリットの全長にわたり、端部を位置させた少なくと
も二つの光学繊維束を用い、一方の光学繊維束によって
検知光線を位置と方向を検知する表面に照射し、そして
該表面で反射された光線を他方の光学繊維束により光感
知素子へ戻す新規な新規なエンコーダーシステムを提供
することにある。
【0011】さらに、この発明の他の目的は、狭い細長
いスリットの全長にわたり、端部を交互に位置させた少
なくとも二つの光学繊維束を用い、一方の光学繊維束に
よって検知光線を位置と方向を検知する表面に照射し、
そして該表面で反射された光線を他方の光学繊維束によ
り光感知素子へ戻す新規な新規なエンコーダーシステム
を提供することにある。
いスリットの全長にわたり、端部を交互に位置させた少
なくとも二つの光学繊維束を用い、一方の光学繊維束に
よって検知光線を位置と方向を検知する表面に照射し、
そして該表面で反射された光線を他方の光学繊維束によ
り光感知素子へ戻す新規な新規なエンコーダーシステム
を提供することにある。
【0012】
【実施例】図1は、この発明のエンコーダーを利用する
システム10の一例を示すもので、適当な強磁性素材の
フラットなシートからなるステータ(固定子)12を備
え、このシートの上面には、表面エッチングにより形成
されたX方向または水平方向に延びている互いに平行で
間隔をおいた複数の溝14とY方向または垂直方向に延
びている互いに平行で間隔をおいた複数の溝16とが設
けられ、これらの溝14,16によって規則正しいXY
グリッドの配列の複数の歯18が形成されている。これ
らの溝には、適当な非磁性素材が充填され、前記上面
は、研磨されて平滑な仕上げ面になっている。しかしな
がら、溝14,16に充填される素材の反射係数は、金
属歯18の上面の反射係数よりも低い。なお、溝14,
16の幅は、説明の便宜上、拡大して示してある。
システム10の一例を示すもので、適当な強磁性素材の
フラットなシートからなるステータ(固定子)12を備
え、このシートの上面には、表面エッチングにより形成
されたX方向または水平方向に延びている互いに平行で
間隔をおいた複数の溝14とY方向または垂直方向に延
びている互いに平行で間隔をおいた複数の溝16とが設
けられ、これらの溝14,16によって規則正しいXY
グリッドの配列の複数の歯18が形成されている。これ
らの溝には、適当な非磁性素材が充填され、前記上面
は、研磨されて平滑な仕上げ面になっている。しかしな
がら、溝14,16に充填される素材の反射係数は、金
属歯18の上面の反射係数よりも低い。なお、溝14,
16の幅は、説明の便宜上、拡大して示してある。
【0013】前記したようなステータ(固定子)の代表
例は、本出願人が特許権を所有する米国特許第4,89
0,241号(1989年12月26日特許)の特許明
細書に詳しく記載されている。この米国特許の特許明細
書に開示されているシステムは、ロボット方式のシステ
ムであって、一つまたは複数のロボットが、この発明の
出願の明細書に添付された図面の図1に符号12で示さ
れいるタイプのステーター(固定子)にそって、適当な
ステッピングパルスと適当な方向つけシグナルの作用に
よって移動し、互いに垂直に、または、”X”および”
Y”方向へ動き、部品、部材をピックアップしてワーク
ピースの上に置き、該ロボットに取り付けるべきツール
アームを選択し、該ツールアームを前記ワークピース上
方において移動し、特定の作業を行うものであり、前記
ロボットには、二次元のリニアモーター手段が設けられ
ている。
例は、本出願人が特許権を所有する米国特許第4,89
0,241号(1989年12月26日特許)の特許明
細書に詳しく記載されている。この米国特許の特許明細
書に開示されているシステムは、ロボット方式のシステ
ムであって、一つまたは複数のロボットが、この発明の
出願の明細書に添付された図面の図1に符号12で示さ
れいるタイプのステーター(固定子)にそって、適当な
ステッピングパルスと適当な方向つけシグナルの作用に
よって移動し、互いに垂直に、または、”X”および”
Y”方向へ動き、部品、部材をピックアップしてワーク
ピースの上に置き、該ロボットに取り付けるべきツール
アームを選択し、該ツールアームを前記ワークピース上
方において移動し、特定の作業を行うものであり、前記
ロボットには、二次元のリニアモーター手段が設けられ
ている。
【0014】このようなロボットシステムにおいては、
部品、ツールアームまたは同様な部材をワークピースの
上方における、操作プログラムにより選択された正しい
位置に位置付けるためのフィードバック目的のための位
置情報を提供することが極めて重要なことになってい
る。
部品、ツールアームまたは同様な部材をワークピースの
上方における、操作プログラムにより選択された正しい
位置に位置付けるためのフィードバック目的のための位
置情報を提供することが極めて重要なことになってい
る。
【0015】現在まで、コンベンショナルなシステムに
おいては、光源と光感応の受光素子とを用い、色彩のコ
ントラストを有する仕上げを備えた溝と歯の構成を有す
るステーターと、前記コントラストを検知する適当なセ
ンサーとフィルターとを用いている。
おいては、光源と光感応の受光素子とを用い、色彩のコ
ントラストを有する仕上げを備えた溝と歯の構成を有す
るステーターと、前記コントラストを検知する適当なセ
ンサーとフィルターとを用いている。
【0016】この発明のエンコーダー20は、得られる
位置と方向の情報の検知特性ならびに正確性を大幅に向
上するものであり、ステーター12の特殊な仕上げ処理
を必要としない利点を有している。
位置と方向の情報の検知特性ならびに正確性を大幅に向
上するものであり、ステーター12の特殊な仕上げ処理
を必要としない利点を有している。
【0017】前記した米国特許第4,890,241号
の特許明細書に記載されているように、XYリニアモー
ターを有するロボットは、例えば、この明細書における
図面の図1に記載されているステーター(固定子)12
のように、ステーター(固定子)の面の上を移動する。
エンコーダー20は、ロボットに装着され、光線を前記
ステーターの面に投射し、該ステーター面からの反射光
線を適当なセンサーへ投射する。ハウジング22に設け
た開口部22b,22cによって、該ハウジングをロボ
ットの装着面などの適当な装着体に装着できるようにな
っており、該ハウジングは、例えば、ネジなどの適当な
螺糸付きファスナーによって適当な装着体に装着可能に
なっている。エンコーダー20は、ステーターの表面に
極めて接近した状態で位置するもので、図2に示すよう
に、ハウジング22を備え、このハウジングの一方の面
22aには、互いに間隔をおいた一対の平行のスリット
24,26が設けられている。この発明の好適な一実施
例においては、前記スリットの長さは、2.54cm
(1.0インチ)のオーダーであり、スリットの幅(均
一なもの)は、0.0254(0.010インチ)であ
る。スリット24,26の間の中心線から中心線への距
離は、歯18の長さよりも大か小である。この発明の好
適な一実施例においては、歯18は、角形形状で長さ
(そして幅)寸法が0.1016cm(0.040イン
チ)である。したがって、スリット24,26の間の中
心線間のスペースSは、つぎのような数値となる。即
ち、0.508cm+0.1016cmの倍数(0.2
0インチ+0.040インチの倍数)となり、S=±
0.508+n(0.1016):n=0,1,2,・
・・・・,N[インチ表現すれば、S=±0.020+
n(0.040):n=0,1,2,・・・・・,
N]。概論すれば、スリット24,26の間のスペース
は、プラテンのピッチPにより決定され、これは、0.
0254から0.2286cm(0.01から0.09
インチ)の範囲で変わり、S=±0.0508cm
(0.020インチ)+nPである。
の特許明細書に記載されているように、XYリニアモー
ターを有するロボットは、例えば、この明細書における
図面の図1に記載されているステーター(固定子)12
のように、ステーター(固定子)の面の上を移動する。
エンコーダー20は、ロボットに装着され、光線を前記
ステーターの面に投射し、該ステーター面からの反射光
線を適当なセンサーへ投射する。ハウジング22に設け
た開口部22b,22cによって、該ハウジングをロボ
ットの装着面などの適当な装着体に装着できるようにな
っており、該ハウジングは、例えば、ネジなどの適当な
螺糸付きファスナーによって適当な装着体に装着可能に
なっている。エンコーダー20は、ステーターの表面に
極めて接近した状態で位置するもので、図2に示すよう
に、ハウジング22を備え、このハウジングの一方の面
22aには、互いに間隔をおいた一対の平行のスリット
24,26が設けられている。この発明の好適な一実施
例においては、前記スリットの長さは、2.54cm
(1.0インチ)のオーダーであり、スリットの幅(均
一なもの)は、0.0254(0.010インチ)であ
る。スリット24,26の間の中心線から中心線への距
離は、歯18の長さよりも大か小である。この発明の好
適な一実施例においては、歯18は、角形形状で長さ
(そして幅)寸法が0.1016cm(0.040イン
チ)である。したがって、スリット24,26の間の中
心線間のスペースSは、つぎのような数値となる。即
ち、0.508cm+0.1016cmの倍数(0.2
0インチ+0.040インチの倍数)となり、S=±
0.508+n(0.1016):n=0,1,2,・
・・・・,N[インチ表現すれば、S=±0.020+
n(0.040):n=0,1,2,・・・・・,
N]。概論すれば、スリット24,26の間のスペース
は、プラテンのピッチPにより決定され、これは、0.
0254から0.2286cm(0.01から0.09
インチ)の範囲で変わり、S=±0.0508cm
(0.020インチ)+nPである。
【0018】光学繊維束28が適当な鞘でシールさてお
り、該束の一端がハウジング22に接続し、他端が二手
に分かれ、第1の束30,32に分かれ、これらの束が
さらに束30a,30b,32a,32bに分かれる。
これら個々の、例えば、束30aは、複数本の光学繊維
からなる。束30bは、束30aと本数が同じの光学繊
維の第2のグループから作られる。各束の光学繊維は、
コンベンショナルなものであって、光線を繊維の第1の
端部から第2の端部へ繊維内を通過させる機能をもつも
のである。この発明の好適な一実施例においては、光学
繊維の直径は、30ミクロンのオーダーのものであり、
各束の光学繊維の本数は、すべて等しい本数である必要
はない。光学繊維の束30b,32bの繊維の本数は、
プラテン12による照光が十分なものになるものであれ
ばよい。光学繊維の束30a,32aの繊維の本数は、
繊維がスリットの長さに全長にわたるように分布される
に十分なものでなければならない。したがって、光学繊
維の束30,30b,32a,32bにおける光学繊維
の内、利用されないものも含まれる。
り、該束の一端がハウジング22に接続し、他端が二手
に分かれ、第1の束30,32に分かれ、これらの束が
さらに束30a,30b,32a,32bに分かれる。
これら個々の、例えば、束30aは、複数本の光学繊維
からなる。束30bは、束30aと本数が同じの光学繊
維の第2のグループから作られる。各束の光学繊維は、
コンベンショナルなものであって、光線を繊維の第1の
端部から第2の端部へ繊維内を通過させる機能をもつも
のである。この発明の好適な一実施例においては、光学
繊維の直径は、30ミクロンのオーダーのものであり、
各束の光学繊維の本数は、すべて等しい本数である必要
はない。光学繊維の束30b,32bの繊維の本数は、
プラテン12による照光が十分なものになるものであれ
ばよい。光学繊維の束30a,32aの繊維の本数は、
繊維がスリットの長さに全長にわたるように分布される
に十分なものでなければならない。したがって、光学繊
維の束30,30b,32a,32bにおける光学繊維
の内、利用されないものも含まれる。
【0019】光学繊維束30a,30bの光学繊維のす
べては、端部がハウジング22内に入り、スリット24
の全長にわたり分布されている。光学繊維束30a,3
0bを構成する繊維は、スリット24にそって分布さ
れ、その結果、光学繊維束30a,30bが交互または
同様に配置され、前記繊維は、ランダム状になり、光学
繊維の束30a,30bは、スリット24の全長にわた
り配置され、最大の実用効果が得られるように、交互に
配置されている。
べては、端部がハウジング22内に入り、スリット24
の全長にわたり分布されている。光学繊維束30a,3
0bを構成する繊維は、スリット24にそって分布さ
れ、その結果、光学繊維束30a,30bが交互または
同様に配置され、前記繊維は、ランダム状になり、光学
繊維の束30a,30bは、スリット24の全長にわた
り配置され、最大の実用効果が得られるように、交互に
配置されている。
【0020】同様に、光学繊維の束32a,32bのそ
れぞれは、一緒にされてスリット26の全長にわたり、
スリット24に配置された光学繊維の束30a,30b
に関して前記したと同様な形態でランダム状になってい
る。
れぞれは、一緒にされてスリット26の全長にわたり、
スリット24に配置された光学繊維の束30a,30b
に関して前記したと同様な形態でランダム状になってい
る。
【0021】前記したような光学繊維とスリットの構
成、配置、寸法等から理解できるように、スリットの全
幅と全長にわたり、前記光学繊維の多数の本数の繊維が
分布されているものである。そして、各スリット24,
26の長さ寸法そのものは、さほど厳格なものではない
にせよ、各スリットの長さは、連続した歯のいくつかの
ものにそって測定した直線距離に少なくとも等しいもの
であることが好ましい。実際問題としては、スリットの
長さが長くなれば、エンコーダーの精度が高まるもので
あり、これは、ステーター表面への入射光線とステータ
ー表面からの反射光線とがスリットの長さが長くなれ
ば、それだけ平均化され、円滑なものとなるからであっ
て、ステーター表面における不規則な状態による反射光
線の乱れを直すことができる。
成、配置、寸法等から理解できるように、スリットの全
幅と全長にわたり、前記光学繊維の多数の本数の繊維が
分布されているものである。そして、各スリット24,
26の長さ寸法そのものは、さほど厳格なものではない
にせよ、各スリットの長さは、連続した歯のいくつかの
ものにそって測定した直線距離に少なくとも等しいもの
であることが好ましい。実際問題としては、スリットの
長さが長くなれば、エンコーダーの精度が高まるもので
あり、これは、ステーター表面への入射光線とステータ
ー表面からの反射光線とがスリットの長さが長くなれ
ば、それだけ平均化され、円滑なものとなるからであっ
て、ステーター表面における不規則な状態による反射光
線の乱れを直すことができる。
【0022】光学繊維束32b,30bを構成する光学
繊維の各自由端部に近接して光源となるLEDイルミネ
ーター34,36が配設されている。そして、フォトト
ランジスタ38,40のような光検知素子が図示のよう
に光学繊維束32a,30aの自由端部に近接して配設
されている。
繊維の各自由端部に近接して光源となるLEDイルミネ
ーター34,36が配設されている。そして、フォトト
ランジスタ38,40のような光検知素子が図示のよう
に光学繊維束32a,30aの自由端部に近接して配設
されている。
【0023】前記したLEDイルミネーター34,36
からの光線は、それぞれ光学繊維束32b,30bを介
してステーター12へ送られ、狭い”スリット形状”の
光線がステーター12のエッチングされた面へ照射され
る。正合されたエンコーダーにより、スリット24,2
6は、”Y”溝16と平行に正合され、”X”方向の動
きを検知する。
からの光線は、それぞれ光学繊維束32b,30bを介
してステーター12へ送られ、狭い”スリット形状”の
光線がステーター12のエッチングされた面へ照射され
る。正合されたエンコーダーにより、スリット24,2
6は、”Y”溝16と平行に正合され、”X”方向の動
きを検知する。
【0024】エッチングされたステーター12の表面に
照射される”スリット形状”の光線は、前記ステーター
表面で反射され、反射光線は、適当な光学繊維束を介し
てスリット26,24のための光検知素子38,40へ
入光する(前記したスリット形状の光線は、スリットの
全長にわたり検知する)。検知した光線の照度は、入射
光線を反射する前記表面部分の反射特性の関数であり、
前記表面が溝、歯、または、それらの境界線の変化領域
であるなどの条件により、前記検知光線の照度が変化す
る。方向に関する情報は、コンベンショナルな”クアド
ラティユア(求積法)(位相の900 移動)”テクニッ
クの手段で決定されるもので、アンギュラーシャフト
(角度軸)エンコーダーに類似するように、スリット2
4により検知された溝14または溝16によるパルスが
スリット26により検知された溝14または溝16によ
るパルスの前または後ろに発生し(即ち、スリット24
により検知されて発生したパルスがスリット26による
パルスの前または後に発生する)、これが動きの方向を
決定し、発生パルスの周波数がエンコーダーの速度を決
定し、したがって、ステーター12に対するロボットの
速度を決定し、パルスのカウントが距離、したがって位
置を決定する。”クアドラティユア(求積法)(位相の
900 移動)”テクニックは、ハードウエアまたはソフ
トウエアにより得ることができる。
照射される”スリット形状”の光線は、前記ステーター
表面で反射され、反射光線は、適当な光学繊維束を介し
てスリット26,24のための光検知素子38,40へ
入光する(前記したスリット形状の光線は、スリットの
全長にわたり検知する)。検知した光線の照度は、入射
光線を反射する前記表面部分の反射特性の関数であり、
前記表面が溝、歯、または、それらの境界線の変化領域
であるなどの条件により、前記検知光線の照度が変化す
る。方向に関する情報は、コンベンショナルな”クアド
ラティユア(求積法)(位相の900 移動)”テクニッ
クの手段で決定されるもので、アンギュラーシャフト
(角度軸)エンコーダーに類似するように、スリット2
4により検知された溝14または溝16によるパルスが
スリット26により検知された溝14または溝16によ
るパルスの前または後ろに発生し(即ち、スリット24
により検知されて発生したパルスがスリット26による
パルスの前または後に発生する)、これが動きの方向を
決定し、発生パルスの周波数がエンコーダーの速度を決
定し、したがって、ステーター12に対するロボットの
速度を決定し、パルスのカウントが距離、したがって位
置を決定する。”クアドラティユア(求積法)(位相の
900 移動)”テクニックは、ハードウエアまたはソフ
トウエアにより得ることができる。
【0025】図4,図5は、他の実施例を示すもので、
光学繊維束30a,30b,32a,32bの各々は、
終端部がきつく結束され、直径2ミリメーターのオーダ
ーの束に束ねられている。そして、各光学繊維束の各繊
維の直径は、30ミクロンのオーダーであり、各束は、
例えば、モノコイルチューブ30a−1,32b−1の
ようなチューブで被覆されている。前記束には、直径が
0.635cm(0.25インチ)のオーダーであるブ
ッシング33,35が取り付けてある。前記光学繊維束
30a,30b,32a,32bは、一本化されてモノ
コイルチューブ37により被覆されている。このように
一本化された光学繊維束が個々の光学繊維束30a,3
0b,32a,32bに分岐する分岐点には、ブッシン
グ39が取り付けてある。一本化された光学繊維束がハ
ウジング22に入る部分に、ブッシング39’が取り付
けてある。ハウジング22は、開口部22b,22cを
介してロボットに取り付けられる。
光学繊維束30a,30b,32a,32bの各々は、
終端部がきつく結束され、直径2ミリメーターのオーダ
ーの束に束ねられている。そして、各光学繊維束の各繊
維の直径は、30ミクロンのオーダーであり、各束は、
例えば、モノコイルチューブ30a−1,32b−1の
ようなチューブで被覆されている。前記束には、直径が
0.635cm(0.25インチ)のオーダーであるブ
ッシング33,35が取り付けてある。前記光学繊維束
30a,30b,32a,32bは、一本化されてモノ
コイルチューブ37により被覆されている。このように
一本化された光学繊維束が個々の光学繊維束30a,3
0b,32a,32bに分岐する分岐点には、ブッシン
グ39が取り付けてある。一本化された光学繊維束がハ
ウジング22に入る部分に、ブッシング39’が取り付
けてある。ハウジング22は、開口部22b,22cを
介してロボットに取り付けられる。
【0026】ハウジング22の側面22aには、スリッ
ト24,26が設けてあり、これらの中心線間の距離
は、0.0508cm(0.020インチ)のオーダー
であり、それぞれのスリットの長さは、2.54cm
(1インチ)で、幅は、0.0254cm(0.010
インチ)である。ハウジング22の長さは、3.175
cm(1.25インチ)で、幅は、0.9398cm
(0.37インチ)となっている。スリット24,26
の互いの間隔は、0.0254cm(0.010イン
チ)である。
ト24,26が設けてあり、これらの中心線間の距離
は、0.0508cm(0.020インチ)のオーダー
であり、それぞれのスリットの長さは、2.54cm
(1インチ)で、幅は、0.0254cm(0.010
インチ)である。ハウジング22の長さは、3.175
cm(1.25インチ)で、幅は、0.9398cm
(0.37インチ)となっている。スリット24,26
の互いの間隔は、0.0254cm(0.010イン
チ)である。
【0027】図6は、別の実施例であり、光学繊維束の
ずべてが一本に束ねられた束37は、スリット24,2
6を有する側面22aに平行な方向でハウジング22に
入る長軸部分を有している。
ずべてが一本に束ねられた束37は、スリット24,2
6を有する側面22aに平行な方向でハウジング22に
入る長軸部分を有している。
【0028】図8,図9は、他の実施例を示すもので、
個々の光学繊維束30a−32bは、それぞれ適当なP
VC(塩化ビニル)チューブ43,45,47,49で
被覆され、スリット24,26を有するハウジング22
の側面22aに対し垂直方向に延びる長軸を有してい
る。
個々の光学繊維束30a−32bは、それぞれ適当なP
VC(塩化ビニル)チューブ43,45,47,49で
被覆され、スリット24,26を有するハウジング22
の側面22aに対し垂直方向に延びる長軸を有してい
る。
【0029】図6,図7に示される実施例においては、
ハウジング22内にフォトデテクタ、フォトトランジス
タならびにすべての光学繊維が内蔵されていてもよく、
リード線51がハウジング22から引き出されていて、
例えば、図2に示されているような光検知フォトトラン
ジスタ36,40のような素子で検知される電気的信号
に基づいて、位置、方向および速度、そして必要に応じ
加速度を決定する回路との電気的接続が行われる。
ハウジング22内にフォトデテクタ、フォトトランジス
タならびにすべての光学繊維が内蔵されていてもよく、
リード線51がハウジング22から引き出されていて、
例えば、図2に示されているような光検知フォトトラン
ジスタ36,40のような素子で検知される電気的信号
に基づいて、位置、方向および速度、そして必要に応じ
加速度を決定する回路との電気的接続が行われる。
【0030】図10は、3個のエンコーダーを用いた例
を示すものであって、これらのエンコーダーは、図2−
図9に示したようなものであり、該エンコーダー20,
20’,20”は、ロボットRの面に、例えば、エンコ
ーダー20,20’を垂直と水平方向それぞれに取付
け、これらエンコーダーで”X””Y”方向の動きと方
向とを検知し、垂直方向に取り付けたエンコーダー2
0”で他の検知器に関する回転を検知するようにするこ
ともできる。
を示すものであって、これらのエンコーダーは、図2−
図9に示したようなものであり、該エンコーダー20,
20’,20”は、ロボットRの面に、例えば、エンコ
ーダー20,20’を垂直と水平方向それぞれに取付
け、これらエンコーダーで”X””Y”方向の動きと方
向とを検知し、垂直方向に取り付けたエンコーダー2
0”で他の検知器に関する回転を検知するようにするこ
ともできる。
【0031】前記したように、この発明については、二
方向(二次元)リニアモーターシステムにおける利用に
関して説明したが、この発明の検知システムは、表面に
間隔をおいて配列されたスリット、溝または同様なもの
のような検知できるパターンや基準をもつ表面にそって
動き、エンコーダーが前記表面に対し可動の部材に取り
付けてある可動体の動きと位置とを検知する検知システ
ムにも適用できる。位置情報のみを得たい場合には、エ
ンコーダーに設けるスリットは、一本でよく、二本の光
学繊維束を使用して該スリットを介しての光線の入射と
該スリットを介しての反射光線の受光を行えばよい。そ
して単一のエンコーダー20に一対の間隔をあけた平行
なスリットを設けることで、距離を測定し、速度を検知
し、一方向のみの移動方向を検知する。
方向(二次元)リニアモーターシステムにおける利用に
関して説明したが、この発明の検知システムは、表面に
間隔をおいて配列されたスリット、溝または同様なもの
のような検知できるパターンや基準をもつ表面にそって
動き、エンコーダーが前記表面に対し可動の部材に取り
付けてある可動体の動きと位置とを検知する検知システ
ムにも適用できる。位置情報のみを得たい場合には、エ
ンコーダーに設けるスリットは、一本でよく、二本の光
学繊維束を使用して該スリットを介しての光線の入射と
該スリットを介しての反射光線の受光を行えばよい。そ
して単一のエンコーダー20に一対の間隔をあけた平行
なスリットを設けることで、距離を測定し、速度を検知
し、一方向のみの移動方向を検知する。
【0032】この発明においては、光学繊維束30b,
32bへ単一の光源(LED)から入射光線を発光させ
てもよく、また、複数の光学繊維束の入射光線のインプ
ット端部を一つに束ね、1個の光源(LED)で照射し
てもよいなどの変形例も本発明の技術的範囲に含まれる
ものであり、本発明の特許請求の範囲に含まれる変形
は、種々のものがある。
32bへ単一の光源(LED)から入射光線を発光させ
てもよく、また、複数の光学繊維束の入射光線のインプ
ット端部を一つに束ね、1個の光源(LED)で照射し
てもよいなどの変形例も本発明の技術的範囲に含まれる
ものであり、本発明の特許請求の範囲に含まれる変形
は、種々のものがある。
【0033】
【発明の効果】この発明によれば、光学繊維技術を用い
て極めて精度の高い正確な位置と方向との情報を提供す
る新規なエンコーダーシステムを得ることができる。
て極めて精度の高い正確な位置と方向との情報を提供す
る新規なエンコーダーシステムを得ることができる。
【図1】 位置検出に用いる本発明の一実施例を示す斜
視図である。
視図である。
【図2】 本発明の一実施例におけるエンコーダーの構
成を示す説明図である。
成を示す説明図である。
【図3】 前記エンコーダーの正面構成を示す説明図で
ある。
ある。
【図4】 本発明の他の実施例におけるエンコーダーの
構成を示す説明図である。
構成を示す説明図である。
【図5】 図4のエンコーダーの正面構成を示す説明図
である。
である。
【図6】 本発明の他の実施例におけるエンコーダーの
構成を示す説明図である。
構成を示す説明図である。
【図7】 図6のエンコーダーの正面構成を示す説明図
である。
である。
【図8】 本発明の他の実施例におけるエンコーダーの
構成を示す説明図である。
構成を示す説明図である。
【図9】 図8のエンコーダーの正面構成を示す説明図
である。
である。
【図10】3個のエンコーダーを用いた例を示す平面図
である。
である。
12 ステータ(固定子) 14,16 溝 18 歯 20 エンコーダー 22 ハウジング 22a ハウジングの側面(正面) 22b,22c 開口部 24,26 スリット 30a,30b,32a,32b 光学繊維束 30a−1,32b−1 チューブ 33,35,39,39’ ブッシング 34,36 LED 38,40 フォトトランジスタ 43,45,47,49 チューブ
Claims (30)
- 【請求項1】 入射した光線を反射する光線反射特性が
部分によって少なくとも二通りに異なるパターンを表面
に有する表面にそって動く移動特性を検知するためのエ
ンコーダー手段であり、このエンコーダー手段は、下記
の構成からなることを特徴とするもの:一端から他端へ
光線を移送する束状に束ねられた多数本のフレキシブル
な長い光学繊維と;前記光学繊維束を受け、該光学繊維
束を密接な状態で維持する開口部ならびに細くて長いス
リットとを備えたハウジングと;自由端部が前記スリッ
トに達している前記束状の光学繊維と;所定の長さをも
つ前記スリットと;前記束状の光学繊維の自由端部が前
記スリットの間隙を完全に満たしている前記光学繊維
と;前記光学繊維束が二手に分かれた一方の光学繊維束
と他方の光学繊維束の内の一方の光学繊維束であって、
前記スリットと関連して第1の光線を移送する一方の光
学繊維束と;前記光学繊維束が二手に分かれた第1の光
学繊維束と第2の光学繊維束の内の他方の光学繊維束で
あって、前記スリットと関連して第2の光線を移送する
他方の光学繊維束と;前記第1の光線を移送する第1の
光学繊維束の端部であって、前記スリットの全長にわた
り分布されている前記第1の光学繊維束の端部と;前記
第2の光線を移送する第2の光学繊維束の端部であっ
て、前記スリットの全長にわたり分布されている前記第
2の光学繊維束の端部と;前記第1の光学繊維束の自由
端部に光線を入射し、この自由端部と前記スリットを介
して前記入射光線を前記表面に照射するための光線を入
射する光源手段と;および、 前記第2の光学繊維束の自由端部に近接して位置し、前
記第2の光学繊維束を介して送られてくる前記表面から
の反射光線を受光する検知手段。 - 【請求項2】 前記第1と第2の光学繊維束を構成する
光学繊維が前記スリットに配置され、この配置は、前記
光学繊維が実質的に交互に配置されるように分布されて
いる請求項1のエンコーダー手段。 - 【請求項3】 前記光学繊維は、実質的にすべて同径の
繊維である請求項1のエンコーダー手段。 - 【請求項4】 前記光学繊維の直径が30ミクロンのオ
ーダーである請求項3のエンコーダー手段。 - 【請求項5】 前記スリットの幅寸法が0.0254c
m(0.010インチ)のオーダーである請求項1のエ
ンコーダー手段。 - 【請求項6】 前記スリットの長さが前記エンコーダー
手段でスキャンニングされる表面におけるパターンのピ
ッチよりも大きい請求項1のエンコーダー手段。 - 【請求項7】 前記スリットの長さ寸法が約2.54c
m(約1.0インチ)である請求項6のエンコーダー手
段。 - 【請求項8】 下記構成を有する請求項1のエンコーダ
ー手段:前記表面のパターンが互いに直交し、所定の均
一な間隔を隔てて配列された格子状ラインのパターン
と;前記スリットの長さが前記所定の均一な間隔よりも
大きいものであること。 - 【請求項9】 前記均一な間隔が0.01016cm
(0.004インチ)のオーダーである請求項8のエン
コーダー手段。 - 【請求項10】 前記格子ラインが規則正しく行と列に
配列された歯を形成し、該歯は2.54cm(1イン
チ)当り25の個数になっている請求項8のエンコーダ
ー手段。 - 【請求項11】 前記スリットの長さが前記歯の長さよ
りも極めて長い請求項10のエンコーダー手段。 - 【請求項12】 前記スリットの長さが2.54cm
(1インチ)のオーダーである請求項11のエンコーダ
ー手段。 - 【請求項13】 前記スリットの間の間隔Sが次式で表
される請求項9のエンコーダー手段: S=±0.0508cm+n(Pcm) [±0.020インチ+n(Pインチ)] 上式において、n=0,1,2,・・・・N Pは、格子ラインのピッチを示す - 【請求項14】 下記の構成を有するエンコーダー手
段:一つの側面に一対のスリットが形成され、該スリッ
トが間隔をおいた平行な態様で配列された長細い構造の
ものであるハウジングと;第1と第2のグループにグル
ープ分けされている複数本の長い光搬送の光学繊維と;
前記スリットの一つに配置されている前記第1と第2の
グループの光学繊維の第1端部が前記スリット内で束ね
られた状態で位置し、第1と第2の光学繊維束を構成し
ている前記第1と第2のグループの光学繊維の第1と第
2のそれぞれの第1の端部と;前記光学繊維束のそれぞ
れの第1端部と対向する端部側で第1と第2の分岐束に
分かれているものと;前記各光学繊維束の光学繊維が関
連するスリットの長さにわたり配置されている前記光学
繊維と;前記スリットに近接する表面に光線を投射する
ために、前記第1の光学繊維束の光学繊維に光線を導入
する手段と;前記表面から反射され、前記第2の光学繊
維束により搬送される光線を電気信号に変換する手段。 - 【請求項15】 前記検知手段が移動する表面に互いに
垂直で格子状のパターンを構成する第1と第2の平行な
溝が行列形態で設けられており、前記スリットの間の間
隔が隣り合う平行な溝の間のスペースよりも小さいもの
である請求項14のエンコーダー手段。 - 【請求項16】 隣り合う平行な溝の間のスペースの寸
法は、0.0254cmから0.2286cm(0.0
10から0.090インチ)である請求項14のエンコ
ーダー手段。 - 【請求項17】 前記スリットの間のスペースの寸法
は、0.0254cm(0.010インチ)である請求
項16のエンコーダー手段。 - 【請求項18】 前記スリットの中心線間の間隔は、 S=±0.0508cm+n(Pcm) [±0.020インチ+n(Pインチ)] 上式において、n=0,1,2,・・・・N Pは、格子ラインのピッチを示す である請求項16のエンコーダー手段。
- 【請求項19】 前記第1と第2の光学繊維束の光学繊
維は、交互に分散配置される請求項14のエンコーダー
手段。 - 【請求項20】 前記光学繊維束には、被覆が施されて
いる請求項14のエンコーダー手段。 - 【請求項21】 前記スリットは、前記歯のいくつかよ
りも実質的に長い長さをもつ請求項14のエンコーダー
手段。 - 【請求項22】 前記光学繊維、前記投射光線の光源お
よび光線を電気信号に変換する前記手段が前記ハウジン
グにすべて内蔵されている請求項14のエンコーダー手
段。 - 【請求項23】 前記ハウジングは、中空であって、実
質的に平行六面体の形状を有しており、前記スリット
は、前記ハウジングの一つの面に配置されていて、前記
光学繊維束が前記ハウジングの前記スリットを設けた面
と対向する面から前記ハウジングに導入されている請求
項14のエンコーダー手段。 - 【請求項24】 前記ハウジングは、中空であって、実
質的に平行六面体の形状を有しており、前記スリット
は、前記ハウジングの一つの面に配置されていて、前記
光学繊維束が前記ハウジングの前記スリットを設けた面
と平行に対向する面から前記ハウジングに導入されてい
る請求項14のエンコーダー手段。 - 【請求項25】 前記ハウジングは、中空であって、実
質的に平行六面体の形状を有しており、前記スリット
は、前記ハウジングの一つの面に配置されていて、前記
光学繊維束が前記ハウジングの前記スリットを設けた面
と近接し、垂直な面から前記ハウジングに導入されてい
る請求項14のエンコーダー手段。 - 【請求項26】 固定の対象物に対し相互に垂直方向へ
動く物体の動きを検知する、第1と第2のエンコーダー
手段を含む手段であって、各エンコーダーは、下記の構
成を有するもの:一つの側面に一対のスリットが形成さ
れ、該スリットが間隔をおいた平行な態様で配列された
長細い構造のものであるハウジングと;第1と第2のグ
ループにグループ分けされている複数本の長い光搬送の
光学繊維と;前記スリットの一つに配置されている前記
第1と第2のグループの光学繊維の第1端部が前記スリ
ット内で束ねられた状態で位置し、第1と第2の光学繊
維束を構成している前記第1と第2のグループの光学繊
維の第1と第2のそれぞれの第1の端部と;前記光学繊
維束のそれぞれの第1端部と対向する端部側で第1と第
2の分岐束に分かれているものと;前記各光学繊維束の
光学繊維が関連するスリットの長さにわたり配置されて
いる前記光学繊維と;前記スリットに近接する表面に光
線を投射するために、前記第1の光学繊維束の光学繊維
に光線を導入する手段と;前記表面から反射され、前記
第2の光学繊維束により搬送される光線を電気信号に変
換する手段。 - 【請求項27】 固定の対象物に対し相互に垂直方向へ
動く物体の動きを検知する、第1,第2と第3のエンコ
ーダー手段を含む手段であって、各エンコーダーは、下
記の構成を有するもの:一つの側面に一対のスリットが
形成され、該スリットが間隔をおいた平行な態様で配列
された長細い構造のものであるハウジングと;第1と第
2のグループにグループ分けされている複数本の長い光
搬送の光学繊維と;前記スリットの一つに配置されてい
る前記第1と第2のグループの光学繊維の第1端部が前
記スリット内で束ねられた状態で位置し、第1と第2の
光学繊維束を構成している前記第1と第2のグループの
光学繊維の第1と第2のそれぞれの第1の端部と;前記
光学繊維束のそれぞれの第1端部と対向する端部側で第
1と第2の分岐束に分かれているものと;前記各光学繊
維束の光学繊維が関連するスリットの長さにわたり配置
されている前記光学繊維と;前記スリットに近接する表
面に光線を投射するために、前記第1の光学繊維束の光
学繊維に光線を導入する手段と;前記表面から反射さ
れ、前記第2の光学繊維束により搬送される光線を電気
信号に変換する手段と;前記第1と第2のエンコーダー
手段におけるスリットが前記物体に互いに平行となるよ
うに配置されている前記スリット;前記第1と第2のエ
ンコーダー手段におけるスリットに対し垂直なスリット
が前記第3のエンコーダー手段が前記物体に配置されて
いる前記第3のエンコーダー手段のスリット。 - 【請求項28】 前記第1の光学繊維束の光学繊維へ光
線を投射する手段が単一の光源である請求項28のエン
コーダー手段。 - 【請求項29】 前記光源が発光ダイオード(LED)
である請求項28のエンコーダー手段。 - 【請求項30】 前記第1の光学繊維束の分岐した束へ
光線を入射する手段が単一の光源であって、該束が束ね
られて前記光源から光線を受ける請求項14のエンコー
ダー手段。
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