JPS58150804A - Optical position detector - Google Patents
Optical position detectorInfo
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- JPS58150804A JPS58150804A JP3330782A JP3330782A JPS58150804A JP S58150804 A JPS58150804 A JP S58150804A JP 3330782 A JP3330782 A JP 3330782A JP 3330782 A JP3330782 A JP 3330782A JP S58150804 A JPS58150804 A JP S58150804A
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Abstract
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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides an optical position detection device that detects the relative position or amount of movement of a scale plate having a row of patterns and an image sensor consisting of a large number of light receiving elements. It is related to.
従来から移動距離により長さ等の測定を行なう装置は多
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例えば磁気な利用した磁気式リニアス
ケールも実用化されているが、使用場合によっては利用
することができない場合がある。Many devices have been known that measure length and other things based on distance traveled, but there are very few that can do this simply and with high precision.For example, magnetic linear scales that use magnetism have been put into practical use, but Depending on the use case, it may not be possible to use it.
本発明の目的は、例えばCCD (Charge Co
upleDevice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精度良く検出し
得る光学的位置検出装置を提供することにあり、その要
旨は、多数個の受光素子が配列された光電式のイメージ
センサと、任意の形状を有し光学的に識別し得るパター
ンが、列状にかつイメージセンサの有効長以下の任意の
間隔で配列された目盛板と、前記目盛板のパターンをイ
メージセンサに投影するための光源と、前記目盛板のパ
ターンの形状と間隔の組合せに対応するイメージセンサ
からの信号を受けて、予め記憶しであるパターンの形状
及び(又は)間隔を基にイメージセンサの位置を算出す
る演算回路とから構成され、目盛板のパターン列方向と
イメージセンサの受光素子の配列方向とが相対的に平行
移動可能とし、イメージセンサの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ものであ
る。The object of the present invention is to use, for example, a CCD (Charge Co.
The object of the present invention is to provide an optical position detection device that can optically easily and accurately detect the position and amount of movement by using a photodetector such as a charge-coupled device (upleDevice). a photoelectric image sensor in which a photoelectric image sensor is arranged; a scale plate in which optically distinguishable patterns having arbitrary shapes are arranged in rows at arbitrary intervals less than or equal to the effective length of the image sensor; A light source for projecting the pattern on the plate onto an image sensor and a signal from the image sensor corresponding to the combination of the shape and spacing of the pattern on the scale plate, and the shape and/or spacing of the pattern that is stored in advance. It is composed of an arithmetic circuit that calculates the position of the image sensor based on It is characterized by detecting a position or amount of movement.
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
。The present invention will be explained in detail below based on illustrated embodiments.
ここで本発明の目盛板にいう任意の形状のパターンとは
、各パターンの高さ、巾などの寸法より成る形状が全て
等しい場合、または2種以上の異なる形状より成る場合
を含み、任意の間隔とは、パターンとパターンとの間隔
が全て等しい場合、または2種以上の異なる距離より成
る場合を舎むものとする。Here, the pattern of any shape referred to in the scale plate of the present invention includes cases where the shapes of each pattern are all the same in terms of dimensions such as height and width, or cases where the patterns are made of two or more different shapes, The term "interval" refers to the case where the distances between patterns are all equal, or the distances are two or more different distances.
881図及び第2図は本発明で使用するCCDから成る
イメージセンサ1を示し、第1図の場合は巾W(給m)
、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おり、第2図では同様な
受光素子2が二次元的に横にn個、縦にn′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の有効な長さは、第1図の
イメージセンサlでは横方向にLO=n・Wであり、第
2図のイメージセンサ1では横方向にLO= n・W、
縦方向にLO′=n′ ・W′である。881 and 2 show an image sensor 1 composed of a CCD used in the present invention, and in the case of FIG. 1, the width W (width m)
, n light receiving elements 2 of the same size with vertical w' (pm)
A large number of light receiving elements 2 are arranged one-dimensionally, and in FIG. 2, similar light-receiving elements 2 are arranged two-dimensionally by n pieces horizontally and n' pieces vertically. These light-receiving elements 2 are individually independent light-sensing elements, and the effective length of the image sensor l is LO=n·W in the lateral direction for the image sensor l in FIG. 1, and the image sensor l in FIG. In sensor 1, LO=n・W in the lateral direction,
In the vertical direction, LO'=n'·W'.
第3図はイメージセンサ1と組合せて使用する目盛板3
を示しており、この目盛板3には、受光素子2の大きさ
よりも広い任意の巾−1のパターン41が、各パターン
4の中心と中心とが任意の間隔Li(pm)で配列され
ている。これらのパターン41は、第3図の実施例にお
いてはその高さ同志が異なっているものとする。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。Figure 3 shows a scale plate 3 used in combination with the image sensor 1.
On this scale plate 3, patterns 41 having an arbitrary width -1 wider than the size of the light receiving element 2 are arranged with an arbitrary interval Li (pm) between the centers of each pattern 4. There is. In the embodiment shown in FIG. 3, these patterns 41 are assumed to have different heights. When using this scale plate 3 as a light transmission type, the pattern 4
The pattern 4 needs to be a slit that transmits light, but when used as a light reflection type, the pattern 4 may have a light reflectance different from that of other parts.
これらのイメージセンサ1と目盛板3とは、例えば第4
図に示すように配置されて光透過型として、または第5
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l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41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lと共に移動しなくともよい。These image sensor 1 and scale plate 3 are, for example, the fourth
It can be placed as shown in the figure and used as a light transmission type
It is arranged as shown in the figure and used for measurement as a light reflection type. In either case, the image sensor l and the light source 5 are integrally fixed by a connecting member 6, and the scale plate 3
It can move parallel to and relative to the column direction of the upper pattern 41. Note that if the light source 5 is long in the direction in which the patterns 4 are arranged, the light source 5 does not have to move together with the image sensor l.
第4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ρは、第6図のブロック図に示すようにパ
ターン4を有する目盛板3を透過して、イメージセンサ
l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10に入力するようになっ
ている。演算回路lO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5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。In the light transmission type optical system shown in FIG. 4, the illumination light ρ irradiated from the light source 5 is transmitted through the scale plate 3 having a pattern 4 as shown in the block diagram of FIG. The pattern 4 of the scale plate 3 will be projected. Output signals output from each light receiving element 2 of this image sensor 1 are input to an arithmetic circuit 10. The arithmetic circuit 1O includes, for example, a signal preprocessing circuit 11 for shaping a waveform, a position calculation circuit 12 for calculating the position of the image sensor 1 based on the output thereof, and a calculation circuit 12 for calculating the movement amount of the image sensor 1 as necessary. The indicator 13 shown in FIG. Furthermore, a control circuit 14 is connected to the position calculation circuit 12, which generates a signal for performing position control, for example, based on the output signal thereof. Note that signal processing is basically the same even in the case of the light reflection type optical system shown in FIG.
本発明では、パターン4の形状と間隔を選択することに
より、幾つかの場合の位置又は移動量の検出を実現する
ことができる。In the present invention, by selecting the shape and spacing of the pattern 4, detection of the position or amount of movement can be realized in some cases.
例えば目盛板3のパターンの間隔Liを全て等しく、パ
ターンの巾Wiが任意の大きさを有する場合には、各パ
ターン4iの位置と巾%1li(i=1.2゜3、・・
・)は予め位置計算回路12に記憶しであるものとし、
先ずイメージセンサlの移動前に位置計算回路12によ
り、イメージセンサlの出力信号を基に、成るパターン
4aを選択してその巾Waの中心位置を計算する。この
ときイメージセンサl上の2番目の受光素子2pが、パ
ターン4aの中心となるように基準点を定める。次にこ
のイメージセンサ1が移動し、パターン4をm個通過し
たとき、パターン4aの中心がイメージセンサlのq番
目の受光素子2qにあるとすれば、イメージセンサlが
移動した距離りは、
D=m* w+ (p−q) ・%lla a a
(1)となり、この(1)式を位置計算回路12で計
算すればよい、なお、この移動は逆方向であっても同様
の計算により求めることができる。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Li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−が存在し
ても、イメージセンサー−の位置の計算が可能である。For example, if the intervals Li of the patterns on the scale plate 3 are all equal and the width Wi of the patterns is arbitrary, the position and width %1li of each pattern 4i (i=1.2°3, . . .
) is stored in the position calculation circuit 12 in advance,
First, before moving the image sensor l, the position calculation circuit 12 selects the pattern 4a based on the output signal of the image sensor l and calculates the center position of its width Wa. At this time, a reference point is determined so that the second light receiving element 2p on the image sensor l becomes the center of the pattern 4a. Next, when this image sensor 1 moves and passes m patterns 4, if the center of the pattern 4a is at the q-th light receiving element 2q of the image sensor l, then the distance that the image sensor l has moved is: D=m* w+ (p-q) ・%lla a a
(1), and this equation (1) can be calculated by the position calculation circuit 12. Note that this movement can be obtained by a similar calculation even in the opposite direction. If the pattern interval Li is determined so that the image sensor 1 can completely sense two adjacent patterns 4 at the same time, no matter where the image sensor is located on the scale plate 3, the image sensor It is possible to calculate the position of -.
また、目盛板3が第7図に示すようにパターン4の巾W
i、パターン間隔L1が全て異なる場合に!
も、先の場合と同様の考えれってすれば、イメージセン
サ−の移動距離りは、
i=1
として求めることができる。但しこの場合、パターン4
の位置及び巾Wi、パターン間隔Li(Lxl、2、・
・・拳)の値は、先の場合と同様に予め位置計算回路1
2の中に記憶させておく必要がある。In addition, the scale plate 3 has a width W of the pattern 4 as shown in FIG.
i, when the pattern intervals L1 are all different! Also, if we consider the same idea as in the previous case, the moving distance of the image sensor can be found as i=1. However, in this case, pattern 4
position and width Wi, pattern interval Li (Lxl, 2, ・
The value of the fist) is determined in advance by the position calculation circuit 1 as in the previous case.
It is necessary to store it in 2.
イメージセンサ−の長さLOや、パターン間隔Li、巾
Wiの関係から生ずる分解能の制限から、前述の手段で
は目盛板3の長さが不足する場合がある。第8図に示す
応用例は、このような場合に対処するための目盛板3で
あり、全体を幾つかのブロックBkに分け、異なるブロ
ックBでは、異なるパターン巾Wを用いるようにされて
いる。また、同一のブロックBk内におけるパターン間
隔Lkは互いに異なり、各ブロックBk間での対応する
位置のパターン間隔Lkは等しくなっている。このとき
位置計算回路12に、パターン4にの位置及び巾Wkと
ブロックBkとの関係、パターン間隔Lkを記憶させて
おけば、イメージセンサlの位置を求めることができる
。Due to resolution limitations caused by the relationship between the length LO of the image sensor, the pattern interval Li, and the width Wi, the length of the scale plate 3 may be insufficient in the above-mentioned means. The application example shown in FIG. 8 is a scale plate 3 to deal with such a case, and the entire scale is divided into several blocks Bk, and different block B uses different pattern widths W. . Further, the pattern intervals Lk within the same block Bk are different from each other, and the pattern intervals Lk at corresponding positions between each block Bk are equal. At this time, if the position of the pattern 4, the relationship between the width Wk and the block Bk, and the pattern interval Lk are stored in the position calculation circuit 12, the position of the image sensor l can be determined.
第9図は、例えば先に説明した場合の応用例であり、目
盛板3を幾つかのブロックBkに分割し、それぞれのブ
ロックBk内でのパターン間隔Lkは一定とし、異なる
ブロックBでは異なるパターン間隔りを用いている。こ
れらの関係は、前述の場合と同様に位置計算回路12に
記憶させればよく、長い目盛板3を用いることと等価に
することができる。FIG. 9 is an application example of the case described above, in which the scale plate 3 is divided into several blocks Bk, the pattern interval Lk within each block Bk is constant, and different blocks B have different patterns. It uses intervals. These relationships can be stored in the position calculation circuit 12 as in the case described above, and can be equivalent to using a long scale plate 3.
本発明に用いられるパターンの間隔りと巾Wの組合せの
碗を幾つか説明したが、パターン4の巾W、間隔りが目
盛板3上で位置が一義的に定まっている場合には、イメ
ージセンサ1の位置は基準点を予め定めなくとも検出可
能であり、当然にイメージセンサ1の移動距離を求める
ことができる。なお、パターン4の形状は巾Wだけでな
く高さも変化させ、例えば第2図に示した二次元的なイ
メージセンサlを用いれば、更に多くの間隔と形状の組
合せが可能となる。また、この二次元のイメージセンサ
1については、横方向だけでなく縦方向にもパターンを
配列した目盛板を用いること″により、イメージセンサ
lの二次元方向の相対的位置又は移動量を求めることが
できる。Although several bowls with combinations of pattern spacing and width W used in the present invention have been described, if the width W of the pattern 4 and the spacing are uniquely determined on the scale plate 3, the image The position of the sensor 1 can be detected without predetermining a reference point, and naturally the moving distance of the image sensor 1 can be determined. Note that the shape of the pattern 4 can be varied not only in width W but also in height. For example, if a two-dimensional image sensor l shown in FIG. 2 is used, even more combinations of spacing and shape are possible. Furthermore, regarding this two-dimensional image sensor 1, the relative position or amount of movement of the image sensor l in the two-dimensional direction can be determined by using a scale plate with patterns arranged not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. Can be done.
、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、産業上有為なもので
ある。As explained above, the optical position detection device according to the present invention is capable of determining the relative position and amount of movement through simple arithmetic processing, and the measurement resolution can be set to the size of the light receiving element. It has high measurement accuracy and is useful in industry.
第1図は受光素子を一次元的に配列したイメージセンサ
の平面図、第2図は受光素子を二次元的に配列したイメ
ージセンサの平面図、第3図は目盛板の正面図、第4図
は光源、目盛板及びイメージセンサを光透過型に配置し
た光学系の構成図。
第5図は光源、目盛板及びイメージセンサを光反射型に
配置した光学系の構成図、第6図は信号の伝達系を示す
ブロック図、第7図、第8図、第9図は目盛板の他の実
施例の正面図である。
符号l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、lO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、Wi
はパターンの巾の寸法、Liはパターン間隔である。
特許出願人 京浜電測器株式会社
簡1a1
第2ri!J
I3E
第61!1Fig. 1 is a plan view of an image sensor in which light-receiving elements are arranged one-dimensionally, Fig. 2 is a plan view of an image sensor in which light-receiving elements are arranged two-dimensionally, Fig. 3 is a front view of the scale plate, and Fig. 4 The figure is a configuration diagram of an optical system in which a light source, a scale plate, and an image sensor are arranged in a light-transmissive manner. Figure 5 is a configuration diagram of an optical system in which a light source, a scale plate, and an image sensor are arranged in a light-reflecting manner. Figure 6 is a block diagram showing a signal transmission system. Figures 7, 8, and 9 are scales. FIG. 7 is a front view of another embodiment of the plate. Symbol l is an image sensor, 2 is a light receiving element, 3 is a scale plate,
4 is a pattern, 5 is a light source, IO is an arithmetic circuit, 11 is a signal preprocessing circuit, 12 is a position calculation circuit, 13 is an indicator, Wi
is the width dimension of the pattern, and Li is the pattern interval. Patent applicant: Keihin Densokki Co., Ltd. Simple 1a1 2nd ri! J I3E No. 61!1
Claims (1)
ンサと、任意の形状を有し光学的に識別し得るパターン
が、列状にかつイメージセンサの有効長以下の任意の間
隔で配列された目盛板と、前記目盛板のパターンをイメ
ージセンサに投影するための光源と、前記目盛板のパタ
ーンの形状と間隔の組合せに対応するイメージセンサか
らの信号を受けて、予め記憶しであるパターンの形状及
び(又は)間隔を基にイメージセンサの位置を算出する
演算回路とから構成され、目盛板のパターン列方向とイ
メージセンサの受光素子の配列方向とが相対的に平行移
動可能とし、イメージセンサの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、 目盛板のパターンを複数個のブロックに分割し、
各ブロック間で対応するパターンの形状又は間隔の何れ
かが異な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、 目盛板のパターンを光透過的にイメージセンサに
投影する特許請求の範囲第1項記載の光学的位置検出装
置。 4、 目盛板のパターンを光反射的にイメージセンサに
投影する特許請求の範囲第1項記載の光学的位置検出装
置。[Claims] 1. A photoelectric image sensor in which a large number of light-receiving elements are arranged, and an optically distinguishable pattern having an arbitrary shape arranged in a row and having a length shorter than the effective length of the image sensor. Receiving a signal from an image sensor corresponding to a combination of scale plates arranged at arbitrary intervals, a light source for projecting the pattern of the scale plate onto an image sensor, and the shape and spacing of the pattern of the scale plate, It is composed of an arithmetic circuit that calculates the position of the image sensor based on the shape and/or interval of the pattern that is stored in advance, and the pattern row direction of the scale plate and the arrangement direction of the light-receiving elements of the image sensor are relative to each other. An optical position detection device that is capable of parallel movement and detects the relative position or amount of movement of an image sensor with respect to a scale plate. 2. Divide the scale plate pattern into multiple blocks,
2. The optical position detecting device according to claim 1, wherein either the shapes or the intervals of the corresponding patterns are different between the blocks. 3. The optical position detection device according to claim 1, wherein the pattern of the scale plate is projected onto the image sensor in a transparent manner. 4. The optical position detection device according to claim 1, which projects the pattern of the scale plate onto the image sensor in a light reflective manner.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3330782A JPS58150804A (en) | 1982-03-03 | 1982-03-03 | Optical position detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3330782A JPS58150804A (en) | 1982-03-03 | 1982-03-03 | Optical position detector |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1582587A Division JPS6333603A (en) | 1987-01-24 | 1987-01-24 | Optical position detector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58150804A true JPS58150804A (en) | 1983-09-07 |
JPS6232403B2 JPS6232403B2 (en) | 1987-07-14 |
Family
ID=12382894
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3330782A Granted JPS58150804A (en) | 1982-03-03 | 1982-03-03 | Optical position detector |
Country Status (1)
Country | Link |
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JPS6232403B2 (en) | 1987-07-14 |
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