JPH0634872A - サンプリング系位置検出装置 - Google Patents
サンプリング系位置検出装置Info
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- JPH0634872A JPH0634872A JP4208619A JP20861992A JPH0634872A JP H0634872 A JPH0634872 A JP H0634872A JP 4208619 A JP4208619 A JP 4208619A JP 20861992 A JP20861992 A JP 20861992A JP H0634872 A JPH0634872 A JP H0634872A
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 21
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
- G05B19/21—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 測定対象物の移動速度や加速度に制限がな
い、改善された性能を有する位置検出装置を得る。 【構成】 移動する測定対象物１１に関連して繰り返し
周期波形を発生する繰り返し周期波形発生手段１２と、
その繰り返し周期波形発生手段の出力波形をサンプリン
グ（１３１）し、ディジタル化（１３２）して取り込
み、測定対象物の位置を検出するのためにデータ処理す
る処理手段１３とからなるサンプリング系位置検出装置
において、処理手段が前回の検出データを用いて今回の
位置を推定（１３４）し、その推定位置を基準にして今
回の位置を決定するように構成される。今回の位置を決
定するに当って、具体的には、複数の繰り返し周期波形
により形成される相を用いて（１３３）、前回の相デー
タから今回の相を推定（１３４）し、入力された今回の
相データとの間の変化量を求め（１３５）、その変化量
と前回の位置との和により今回の位置を決定する（１３
６）。
い、改善された性能を有する位置検出装置を得る。 【構成】 移動する測定対象物１１に関連して繰り返し
周期波形を発生する繰り返し周期波形発生手段１２と、
その繰り返し周期波形発生手段の出力波形をサンプリン
グ（１３１）し、ディジタル化（１３２）して取り込
み、測定対象物の位置を検出するのためにデータ処理す
る処理手段１３とからなるサンプリング系位置検出装置
において、処理手段が前回の検出データを用いて今回の
位置を推定（１３４）し、その推定位置を基準にして今
回の位置を決定するように構成される。今回の位置を決
定するに当って、具体的には、複数の繰り返し周期波形
により形成される相を用いて（１３３）、前回の相デー
タから今回の相を推定（１３４）し、入力された今回の
相データとの間の変化量を求め（１３５）、その変化量
と前回の位置との和により今回の位置を決定する（１３
６）。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、サンプリング系位置検
出装置、具体的には、リニアエンコーダを用い、繰り返
し周期波形をサンプリングにより取り込み、それをデー
タ処理して位置を検出するサンプリング系位置検出装置
に関する。
出装置、具体的には、リニアエンコーダを用い、繰り返
し周期波形をサンプリングにより取り込み、それをデー
タ処理して位置を検出するサンプリング系位置検出装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ビデオカメラ用光学系駆動シス
テム等のように対象物の高精度な位置決めが必要である
駆動機構においては、最近、減速機構を介さずに対象物
を直接駆動するダイレクトドライブモータが広く使われ
てきている。この場合、減速機構を介さないために、位
置決め用の位置検出装置には高分解能が要求されてお
り、これを実現するものとして、リニアエンコーダ等に
より対象物の移動に伴って周期波形を出力し、その周期
波形をサンプリング後ディジタル演算処理して位置検出
する方式が一般に用いられている。
テム等のように対象物の高精度な位置決めが必要である
駆動機構においては、最近、減速機構を介さずに対象物
を直接駆動するダイレクトドライブモータが広く使われ
てきている。この場合、減速機構を介さないために、位
置決め用の位置検出装置には高分解能が要求されてお
り、これを実現するものとして、リニアエンコーダ等に
より対象物の移動に伴って周期波形を出力し、その周期
波形をサンプリング後ディジタル演算処理して位置検出
する方式が一般に用いられている。
【０００３】図１は、そのような従来のリニアエンコー
ダを用いたサンプリング系位置検出装置の一例のハード
ウェア構成を示している。この位置検出装置のセンサ部
は光学式リニアエンコーダ２を有しており、測定対象物
１が矢印で示した方向に移動すると、一定距離すなわち
周期λごとにＶ０を中心とし、振幅Ａで振れるサインお
よびコサイン波を発生させる。図２は、光学式リニアエ
ンコーダ２の一例の概略的構成を示す説明図である。測
定対象物１とともに移動する可動スリット２ー２には周
期λの間隔でスリットが配列されて設けられており、１
／４λの間隔で設けられた２つの固定スリット２ー３に
対向して設けられた２つの光検出器２ー４により可動ス
リット２ー２を透過するＬＥＤ等の半導体レーザ２ー１
からのレーザ光を受光する。これにより、２つの光検出
器２ー４から周期λのサインおよびコサイン波が検出さ
れるように構成されている。
ダを用いたサンプリング系位置検出装置の一例のハード
ウェア構成を示している。この位置検出装置のセンサ部
は光学式リニアエンコーダ２を有しており、測定対象物
１が矢印で示した方向に移動すると、一定距離すなわち
周期λごとにＶ０を中心とし、振幅Ａで振れるサインお
よびコサイン波を発生させる。図２は、光学式リニアエ
ンコーダ２の一例の概略的構成を示す説明図である。測
定対象物１とともに移動する可動スリット２ー２には周
期λの間隔でスリットが配列されて設けられており、１
／４λの間隔で設けられた２つの固定スリット２ー３に
対向して設けられた２つの光検出器２ー４により可動ス
リット２ー２を透過するＬＥＤ等の半導体レーザ２ー１
からのレーザ光を受光する。これにより、２つの光検出
器２ー４から周期λのサインおよびコサイン波が検出さ
れるように構成されている。
【０００４】このようなセンサ部から出力されたＡｓｉ
ｎθ、Ａｃｏｓθ波は、それぞれサンプル・ホールド回
路３、３、アナログセレクタ４を通って、Ａ／Ｄ変換器
５によりディジタルデータに変換され、ＣＰＵ６に入力
される。サンプリングのタイミング等は、外付けのタイ
マー回路７の信号を基準にして、ＣＰＵ６がコントロー
ルしている。図３は、このセンサ部の出力を示してお
り、図示したように、測定対象物の移動に伴い、距離λ
ごとに１周期となるサイン波、コサイン波が出力され
る。
ｎθ、Ａｃｏｓθ波は、それぞれサンプル・ホールド回
路３、３、アナログセレクタ４を通って、Ａ／Ｄ変換器
５によりディジタルデータに変換され、ＣＰＵ６に入力
される。サンプリングのタイミング等は、外付けのタイ
マー回路７の信号を基準にして、ＣＰＵ６がコントロー
ルしている。図３は、このセンサ部の出力を示してお
り、図示したように、測定対象物の移動に伴い、距離λ
ごとに１周期となるサイン波、コサイン波が出力され
る。
【０００５】図４は、この出力を利用して測定対象物の
位置を検出する位置検出アルゴリズムを説明するための
フローチャートである。まず、検出出力Ａｓｉｎθ、Ａ
ｃｏｓθ、Ｖ０は、サンプル・ホールド回路３、３によ
りサンプリングされ（ステップ）、アナログセレクタ
４によりシリアルデータに変換されて、Ａ／Ｄ変換器５
によりＡ／Ｄ変換後、ディジタルデータとしてＣＰＵ６
に取り込まれる（ステップ）。
位置を検出する位置検出アルゴリズムを説明するための
フローチャートである。まず、検出出力Ａｓｉｎθ、Ａ
ｃｏｓθ、Ｖ０は、サンプル・ホールド回路３、３によ
りサンプリングされ（ステップ）、アナログセレクタ
４によりシリアルデータに変換されて、Ａ／Ｄ変換器５
によりＡ／Ｄ変換後、ディジタルデータとしてＣＰＵ６
に取り込まれる（ステップ）。
【０００６】取り込まれたディジタルデータＡｓｉｎ
θ、Ａｃｏｓθ、Ｖ０を用いて、＊Ａｓｉｎθ、＊Ａｃ
ｏｓθを次式により計算する（ステップ）。 ＊Ａｓｉｎθ＝Ｖ０−（Ａｓｉｎθ−Ｖ０）＝２Ｖ０−Ａｓｉｎθ ・・・式１ ＊Ａｃｏｓθ＝Ｖ０−（Ａｃｏｓθ−Ｖ０）＝２Ｖ０−Ａｃｏｓθ ・・・式２ この＊Ａｓｉｎθ、＊Ａｃｏｓθは、Ｖ０を中心にし
て、Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθをそれぞれ反転させた波形
であり、これらの波形は図５に示すような関係となる。
θ、Ａｃｏｓθ、Ｖ０を用いて、＊Ａｓｉｎθ、＊Ａｃ
ｏｓθを次式により計算する（ステップ）。 ＊Ａｓｉｎθ＝Ｖ０−（Ａｓｉｎθ−Ｖ０）＝２Ｖ０−Ａｓｉｎθ ・・・式１ ＊Ａｃｏｓθ＝Ｖ０−（Ａｃｏｓθ−Ｖ０）＝２Ｖ０−Ａｃｏｓθ ・・・式２ この＊Ａｓｉｎθ、＊Ａｃｏｓθは、Ｖ０を中心にし
て、Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθをそれぞれ反転させた波形
であり、これらの波形は図５に示すような関係となる。
【０００７】次に、Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ、＊Ａｓｉ
ｎθ、＊Ａｃｏｓθの各々の大小関係を比較し、図６に
示したこれら４波により形成される８相のいずれに位置
するかを求める。すなわち、これら４波の各相における
大小関係は、図７の表に示された関係にあり、この表を
用いて今回の相Ｓ（ｎ）を求める。このＳ（ｎ）と前回
の相Ｓ（ｎ−１）の値により、図８の表に示す変化量の
関係を用いて、サンプリング間に移動した距離±ΔＬ
（±は方向を示す）、すなわち、今回の移動方向と移動
量を求める（ステップ）。例えば、λ＝４００μｍの
ときには１相が５０μｍとなり、移動量が−２相であれ
ば、測定対象物がサンプリング間に−方向に１００μｍ
移動したことを意味する。
ｎθ、＊Ａｃｏｓθの各々の大小関係を比較し、図６に
示したこれら４波により形成される８相のいずれに位置
するかを求める。すなわち、これら４波の各相における
大小関係は、図７の表に示された関係にあり、この表を
用いて今回の相Ｓ（ｎ）を求める。このＳ（ｎ）と前回
の相Ｓ（ｎ−１）の値により、図８の表に示す変化量の
関係を用いて、サンプリング間に移動した距離±ΔＬ
（±は方向を示す）、すなわち、今回の移動方向と移動
量を求める（ステップ）。例えば、λ＝４００μｍの
ときには１相が５０μｍとなり、移動量が−２相であれ
ば、測定対象物がサンプリング間に−方向に１００μｍ
移動したことを意味する。
【０００８】こうして得たサンプリング間の移動量±Δ
Ｌと前回の位置ＰＯＳ（ｎ−１）を加えることにより、
今回の位置ＰＯＳ（ｎ）が求められる（ステップ）。 ＰＯＳ（ｎ）＝ＰＯＳ（ｎ−１）±ΔＬ ・・・式３ 最後に、次式により、位置ＰＯＳと相Ｓをそれぞれ１サ
ンプリング遅延させる（ステップ）。 ＰＯＳ（ｎ−１）＝ＰＯＳ（ｎ）、Ｓ（ｎ−１）＝Ｓ
（ｎ） 以上が位置検出のアルゴリズムであり、このフローを繰
り返して測定対象物１の位置を検出することができる。
Ｌと前回の位置ＰＯＳ（ｎ−１）を加えることにより、
今回の位置ＰＯＳ（ｎ）が求められる（ステップ）。 ＰＯＳ（ｎ）＝ＰＯＳ（ｎ−１）±ΔＬ ・・・式３ 最後に、次式により、位置ＰＯＳと相Ｓをそれぞれ１サ
ンプリング遅延させる（ステップ）。 ＰＯＳ（ｎ−１）＝ＰＯＳ（ｎ）、Ｓ（ｎ−１）＝Ｓ
（ｎ） 以上が位置検出のアルゴリズムであり、このフローを繰
り返して測定対象物１の位置を検出することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の位置
検出アルゴリズムによれば、図８の表に示されているよ
うに、１サンプリング間に測定対象物がλ／２移動した
時には、移動方向が不明になり、サンプリング間の変化
量すなわち移動距離が不定となる。また、１サンプリン
グ間に測定対象物がλ／２以上移動した時には、移動距
離および方向を間違えることになる。これを避けるた
め、従来は測定対象物の１サンプリング間での最高移動
距離、換言すれば、最高速度を１サンプリング間にλ／
２未満となるように制限することが必要であるという性
能面での制限があり、また、この制限を緩和するため
は、ＣＰＵの能力を上げ、サンプリング周期を短くし、
しかも、そのために外付けのハードウェアカウンタを設
けなければならず、コストアップを招くという問題があ
った。本発明は、以上ような従来技術における問題点を
解消し、測定対象物の移動速度や加速度に制限がない、
改善された性能を有する位置検出装置を得ることを目的
とする。
検出アルゴリズムによれば、図８の表に示されているよ
うに、１サンプリング間に測定対象物がλ／２移動した
時には、移動方向が不明になり、サンプリング間の変化
量すなわち移動距離が不定となる。また、１サンプリン
グ間に測定対象物がλ／２以上移動した時には、移動距
離および方向を間違えることになる。これを避けるた
め、従来は測定対象物の１サンプリング間での最高移動
距離、換言すれば、最高速度を１サンプリング間にλ／
２未満となるように制限することが必要であるという性
能面での制限があり、また、この制限を緩和するため
は、ＣＰＵの能力を上げ、サンプリング周期を短くし、
しかも、そのために外付けのハードウェアカウンタを設
けなければならず、コストアップを招くという問題があ
った。本発明は、以上ような従来技術における問題点を
解消し、測定対象物の移動速度や加速度に制限がない、
改善された性能を有する位置検出装置を得ることを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、移動す
る測定対象物に関連して繰り返し周期波形を発生する繰
り返し周期波形発生手段と、その繰り返し周期波形発生
手段の出力波形をサンプリングし、ディジタル化して取
り込み、測定対象物の位置を検出するのためにデータ処
理する処理手段とからなるサンプリング系位置検出装置
において、処理手段が前回の検出データを用いて今回の
位置を推定し、その推定位置を基準にして今回の位置を
決定するように構成される。
る測定対象物に関連して繰り返し周期波形を発生する繰
り返し周期波形発生手段と、その繰り返し周期波形発生
手段の出力波形をサンプリングし、ディジタル化して取
り込み、測定対象物の位置を検出するのためにデータ処
理する処理手段とからなるサンプリング系位置検出装置
において、処理手段が前回の検出データを用いて今回の
位置を推定し、その推定位置を基準にして今回の位置を
決定するように構成される。
【００１１】図１３は、本発明によるサンプリング系位
置検出装置の概念的な構成を示すブロック図であり、サ
ンプリング系位置検出装置１０は測定対象物１１に関連
して繰り返し周期波形を発生する繰り返し周期波形発生
手段１２と、その繰り返し周期波形発生手段１２の出力
波形をサンプリングし、ディジタル化して取り込み、測
定対象物の位置を検出するのためにデータ処理する処理
手段１３とから構成されている。
置検出装置の概念的な構成を示すブロック図であり、サ
ンプリング系位置検出装置１０は測定対象物１１に関連
して繰り返し周期波形を発生する繰り返し周期波形発生
手段１２と、その繰り返し周期波形発生手段１２の出力
波形をサンプリングし、ディジタル化して取り込み、測
定対象物の位置を検出するのためにデータ処理する処理
手段１３とから構成されている。
【００１２】処理手段１３においては、まず、サンプリ
ング機能１３１およびＡ／Ｄ変換機能１３２により、繰
り返し周期波形発生手段１２から出力される繰り返し周
期波形をディジタルデータ化して取り込む。位置推定機
能１３４は、サンプリングごとに、検出された前回のデ
ータを用いて今回の測定対象物１１の位置を推定し、そ
の推定位置データと取り込まれたデータとにより変化量
判定機能１３５がサンプリング間における推定位置と取
り込まれた実際の位置とのずれを算出し、測定対象物１
１の移動態様に関する変化量として判定する。位置決定
機能１３６は、位置推定機能１３４による推定位置と判
定された変化量との和により今回の位置を決定し、位置
検出出力として出力する。
ング機能１３１およびＡ／Ｄ変換機能１３２により、繰
り返し周期波形発生手段１２から出力される繰り返し周
期波形をディジタルデータ化して取り込む。位置推定機
能１３４は、サンプリングごとに、検出された前回のデ
ータを用いて今回の測定対象物１１の位置を推定し、そ
の推定位置データと取り込まれたデータとにより変化量
判定機能１３５がサンプリング間における推定位置と取
り込まれた実際の位置とのずれを算出し、測定対象物１
１の移動態様に関する変化量として判定する。位置決定
機能１３６は、位置推定機能１３４による推定位置と判
定された変化量との和により今回の位置を決定し、位置
検出出力として出力する。
【００１３】具体的には、繰り返し周期波形発生手段１
２は、例えばリニアエンコーダを用いており、同一周期
の複数の繰り返し周期波形が発生される。この場合、処
理手段１３が取り込むデータとしては、相判定機能１３
３において、これらの複数の繰り返し周期波形を組合せ
ることにより各周期を複数に分割する相のうちのいずれ
にあるかが判定されて相データとして取り込まれる。そ
して、位置推定機能１３４は、今回の推定位置に対応す
る相を推定し、その推定相と相判定機能１３３により判
定された相データとによって、変化量判定機能１３５が
変化量を判定するように構成される。
２は、例えばリニアエンコーダを用いており、同一周期
の複数の繰り返し周期波形が発生される。この場合、処
理手段１３が取り込むデータとしては、相判定機能１３
３において、これらの複数の繰り返し周期波形を組合せ
ることにより各周期を複数に分割する相のうちのいずれ
にあるかが判定されて相データとして取り込まれる。そ
して、位置推定機能１３４は、今回の推定位置に対応す
る相を推定し、その推定相と相判定機能１３３により判
定された相データとによって、変化量判定機能１３５が
変化量を判定するように構成される。
【００１４】このような本発明によるサンプリング系位
置検出装置は、測定対象物がダイレクトドライブモータ
により駆動される高精度な位置決め機構に対して適用す
ることができ、また、ズームレンズ機構を備えたビデオ
カメラ用光学系駆動システムにおけるフォーカスレンズ
の位置決めのために用いることができる。また、
置検出装置は、測定対象物がダイレクトドライブモータ
により駆動される高精度な位置決め機構に対して適用す
ることができ、また、ズームレンズ機構を備えたビデオ
カメラ用光学系駆動システムにおけるフォーカスレンズ
の位置決めのために用いることができる。また、
【００１５】
【作用】このような構成によれば、推定位置を基準とし
て今回の位置を求めることができ、しかも、位置の推定
のために位置の１次差分値（速度情報）、更には、２次
（加速度情報）あるいはそれ以上の高次の差分値を加味
することができるので、１サンプリング間における測定
対象物の移動距離あるいは速度変化に対する制限をなく
すことができる。
て今回の位置を求めることができ、しかも、位置の推定
のために位置の１次差分値（速度情報）、更には、２次
（加速度情報）あるいはそれ以上の高次の差分値を加味
することができるので、１サンプリング間における測定
対象物の移動距離あるいは速度変化に対する制限をなく
すことができる。
【００１６】
【実施例】以下に、本発明によるサンプリング系位置検
出装置の実施例の構成を測定対象物の移動態様に応じて
説明する。まず、測定対象物が等速度運動をしている場
合を考える。このような等速度運動をしている物体の位
置ＰＯＳをサンプリング系で示すと、式４となり、ま
た、速度ＶＥＬは位置の差分により表すことができ、式
５となる。 ＰＯＳ（ｎ）＝ＰＯＳ（ｎ−１）＋ＶＥＬ（ｎ−１） ・・・式４ ＶＥＬ（ｎ）＝ＰＯＳ（ｎ）−ＰＯＳ（ｎ−１） ・・・式５ ここで、ＶＥＬ（ｎ）およびＶＥＬ（ｎ−１）はそれぞ
れ今回および前回の速度を表している。すなわち、測定
対象物が等速度運動をしている場合、今回の位置は前回
の位置と速度の和により示すことができる。
出装置の実施例の構成を測定対象物の移動態様に応じて
説明する。まず、測定対象物が等速度運動をしている場
合を考える。このような等速度運動をしている物体の位
置ＰＯＳをサンプリング系で示すと、式４となり、ま
た、速度ＶＥＬは位置の差分により表すことができ、式
５となる。 ＰＯＳ（ｎ）＝ＰＯＳ（ｎ−１）＋ＶＥＬ（ｎ−１） ・・・式４ ＶＥＬ（ｎ）＝ＰＯＳ（ｎ）−ＰＯＳ（ｎ−１） ・・・式５ ここで、ＶＥＬ（ｎ）およびＶＥＬ（ｎ−１）はそれぞ
れ今回および前回の速度を表している。すなわち、測定
対象物が等速度運動をしている場合、今回の位置は前回
の位置と速度の和により示すことができる。
【００１７】本発明によるサンプリング系位置検出装置
の第一の実施例においては、この関係を用いて、すなわ
ち、測定対象物が等速度運動をしている場合の関係を用
いて、前回の位置と速度より今回の位置を推定し、その
推定位置のλ／２以内のところに今回の位置があると仮
定して位置検出を行う。図１に示したハードウェア構成
を用いて、これを実現する場合の位置検出のフローチャ
ートを図９に示す。まず、従来と同様に、センサ部の出
力をサンプリングしてＡ／Ｄ変換した後ＣＰＵ６に取り
込み、Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθから＊Ａｓｉｎθ、＊Ａ
ｃｏｓθを求める（ステップＡ〜Ａ）。
の第一の実施例においては、この関係を用いて、すなわ
ち、測定対象物が等速度運動をしている場合の関係を用
いて、前回の位置と速度より今回の位置を推定し、その
推定位置のλ／２以内のところに今回の位置があると仮
定して位置検出を行う。図１に示したハードウェア構成
を用いて、これを実現する場合の位置検出のフローチャ
ートを図９に示す。まず、従来と同様に、センサ部の出
力をサンプリングしてＡ／Ｄ変換した後ＣＰＵ６に取り
込み、Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθから＊Ａｓｉｎθ、＊Ａ
ｃｏｓθを求める（ステップＡ〜Ａ）。
【００１８】次に、前回の位置ＰＯＳ（ｎ−１）、前回
の速度ＶＥＬ（ｎ−１）、前回の相Ｓ（ｎ−１）より今
回の位置の推定値＠ＰＯＳ（ｎ）およびその位置に対応
する今回の相＠Ｓ（ｎ）を求める（ステップＡ）。す
なわち、今回の位置の推定値は、前回の位置と前回の速
度の和により得られる。 ＠ＰＯＳ（ｎ）＝ＰＯＳ（ｎ−１）＋ＶＥＬ（ｎ−１） ・・・式６ また、今回の位置の推定値に対応する今回の相の推定値
は、前回の相と前回の速度から次式により得る。 ＠Ｓ（ｎ）＝ｒｅｍ［｛Ｓ（ｎ−１）＋＃ＶＥＬ（ｎ−
１）｝／８］ 但し、＃ＶＥＬ（ｎ−１）は相換算のサンプリング当り
の速度（相／サンプリング）、また、ｒｅｍ［ ］は
［ ］内の割り算の商と余りのうちの余りを得る関数と
する。例えば、Ｓ（ｎ−１）＝３、＃ＶＥＬ（ｎ−１）
＝９相／サンプリングとすると、割り算の結果は商１、
余り４となるので、この関数より得られる結果は４とな
る。
の速度ＶＥＬ（ｎ−１）、前回の相Ｓ（ｎ−１）より今
回の位置の推定値＠ＰＯＳ（ｎ）およびその位置に対応
する今回の相＠Ｓ（ｎ）を求める（ステップＡ）。す
なわち、今回の位置の推定値は、前回の位置と前回の速
度の和により得られる。 ＠ＰＯＳ（ｎ）＝ＰＯＳ（ｎ−１）＋ＶＥＬ（ｎ−１） ・・・式６ また、今回の位置の推定値に対応する今回の相の推定値
は、前回の相と前回の速度から次式により得る。 ＠Ｓ（ｎ）＝ｒｅｍ［｛Ｓ（ｎ−１）＋＃ＶＥＬ（ｎ−
１）｝／８］ 但し、＃ＶＥＬ（ｎ−１）は相換算のサンプリング当り
の速度（相／サンプリング）、また、ｒｅｍ［ ］は
［ ］内の割り算の商と余りのうちの余りを得る関数と
する。例えば、Ｓ（ｎ−１）＝３、＃ＶＥＬ（ｎ−１）
＝９相／サンプリングとすると、割り算の結果は商１、
余り４となるので、この関数より得られる結果は４とな
る。
【００１９】続いて、Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ、＊Ａｓ
ｉｎθ、＊Ａｃｏｓθの大小関係と図７の表の組合せか
ら、今回の相Ｓ（ｎ）を求める。そして、図８の表にお
けるＳ（ｎ−１）を＠Ｓ（ｎ）に置き換え、今回の相の
推定値と実際の相との差すなわち変化量±ΔＶを求める
（ステップＡ）。この変化量±ΔＶは、サンプリング
間における速度の変化量、すなわち加速度、を表してお
り、このサンプリング間の速度の変化量がλ／２以内で
あれば、今回の位置ＰＯＳ（ｎ）は、推定位置＠ＰＯＳ
（ｎ）と変化量±ΔＶとの和であり、式６を参照すれ
ば、次式により表すことができる。 ＰＯＳ（ｎ）＝ＰＯＳ（ｎ−１）＋ＶＥＬ（ｎ−１）±ΔＶ ・・・式７ そこで、この式７により、今回の位置を計算して求める
（ステップＡ）。最後に、式５により、今回の速度Ｖ
ＥＬ（ｎ）を求め、これをＶＥＬ（ｎ−１）とし、同時
に、ＰＯＳ（ｎ−１）＝ＰＯＳ（ｎ）、Ｓ（ｎ−１）＝
Ｓ（ｎ）により１サンプル遅延させて次のステップに進
む（ステップＡ）。
ｉｎθ、＊Ａｃｏｓθの大小関係と図７の表の組合せか
ら、今回の相Ｓ（ｎ）を求める。そして、図８の表にお
けるＳ（ｎ−１）を＠Ｓ（ｎ）に置き換え、今回の相の
推定値と実際の相との差すなわち変化量±ΔＶを求める
（ステップＡ）。この変化量±ΔＶは、サンプリング
間における速度の変化量、すなわち加速度、を表してお
り、このサンプリング間の速度の変化量がλ／２以内で
あれば、今回の位置ＰＯＳ（ｎ）は、推定位置＠ＰＯＳ
（ｎ）と変化量±ΔＶとの和であり、式６を参照すれ
ば、次式により表すことができる。 ＰＯＳ（ｎ）＝ＰＯＳ（ｎ−１）＋ＶＥＬ（ｎ−１）±ΔＶ ・・・式７ そこで、この式７により、今回の位置を計算して求める
（ステップＡ）。最後に、式５により、今回の速度Ｖ
ＥＬ（ｎ）を求め、これをＶＥＬ（ｎ−１）とし、同時
に、ＰＯＳ（ｎ−１）＝ＰＯＳ（ｎ）、Ｓ（ｎ−１）＝
Ｓ（ｎ）により１サンプル遅延させて次のステップに進
む（ステップＡ）。
【００２０】この第一の実施例においては、前回の速
度、前回の位置から今回の位置を推定し、その位置のλ
／２以内に今回の位置があるとして位置検出を行ってお
り、従来の位置検出における問題点であるサンプリング
間における移動量の制限すなわち最高速度の制限がなく
なり、大幅な性能向上が実現される。但し、この場合
は、サンプリング間における速度の変化量すなわち加速
度がλ／２未満という制限は存在することとなる。
度、前回の位置から今回の位置を推定し、その位置のλ
／２以内に今回の位置があるとして位置検出を行ってお
り、従来の位置検出における問題点であるサンプリング
間における移動量の制限すなわち最高速度の制限がなく
なり、大幅な性能向上が実現される。但し、この場合
は、サンプリング間における速度の変化量すなわち加速
度がλ／２未満という制限は存在することとなる。
【００２１】例えば、サンプリング周期Ｔ＝１ｍＳ、λ
＝４００μｍのリニアエンコーダの場合、従来の位置検
出においては（λ／２）／１ｍＳ＝２００μｍ／１ｍＳ
＝０．２ｍ／Ｓという最高速度の制限があるが、本実施
例においては最高速度に制限はなく、速度の変化量すな
わち加速度に（λ／２）／（１ｍＳ）2 ＝２００ｍ／Ｓ
2 （約２０Ｇ、Ｇ：重力加速度）の制限があることとな
る。従来は測定対象物に約１０Ｇの力（加速度）が加わ
ると２ｍＳ後にはオーバースピードとなっていたが、本
発明によれば、２０Ｇ以上の力（加速度）が加わらない
限り、正常な位置検出を行うことができる。
＝４００μｍのリニアエンコーダの場合、従来の位置検
出においては（λ／２）／１ｍＳ＝２００μｍ／１ｍＳ
＝０．２ｍ／Ｓという最高速度の制限があるが、本実施
例においては最高速度に制限はなく、速度の変化量すな
わち加速度に（λ／２）／（１ｍＳ）2 ＝２００ｍ／Ｓ
2 （約２０Ｇ、Ｇ：重力加速度）の制限があることとな
る。従来は測定対象物に約１０Ｇの力（加速度）が加わ
ると２ｍＳ後にはオーバースピードとなっていたが、本
発明によれば、２０Ｇ以上の力（加速度）が加わらない
限り、正常な位置検出を行うことができる。
【００２２】上述した第一実施例においては、従来装置
における位置検出性能の大幅な改善を実現することがで
きるものの、移動する測定対象物の加速度に制限が存在
する。そこで、本発明の第２の実施例においては、今回
の位置及び相を推定するために、前回の位置および速度
に加えて前回の位置の差分の２次（加速度）あるいはそ
れ以上の高次の項まで用いることにより、そのような加
速度の制限をなくし、更に性能の改善を図ることができ
る。
における位置検出性能の大幅な改善を実現することがで
きるものの、移動する測定対象物の加速度に制限が存在
する。そこで、本発明の第２の実施例においては、今回
の位置及び相を推定するために、前回の位置および速度
に加えて前回の位置の差分の２次（加速度）あるいはそ
れ以上の高次の項まで用いることにより、そのような加
速度の制限をなくし、更に性能の改善を図ることができ
る。
【００２３】いま、測定対象物が等加速度運動する場合
を考える。このような等加速度運動する物体の位置をサ
ンプリング系により示せば式８となり、また、加速度Ａ
ＣＣは速度の差分により表すことができ、式９となる。 ＰＯＳ（ｎ）＝ＰＯＳ（ｎ−１）＋ＶＥＬ（ｎ−１）＋ＡＣＣ（ｎ−１） ・・・式８ ＡＣＣ（ｎ）＝ＶＥＬ（ｎ）−ＶＥＬ（ｎ−１） ・・・式９ ここで、ＡＣＣ（ｎ−１）およびＡＣＣ（ｎ）は、それ
ぞれ前回および今回の加速度を表している。すなわち、
等加速度運動する物体の位置は、前回の位置、前回の速
度、前回の加速度の和により表すことができる。
を考える。このような等加速度運動する物体の位置をサ
ンプリング系により示せば式８となり、また、加速度Ａ
ＣＣは速度の差分により表すことができ、式９となる。 ＰＯＳ（ｎ）＝ＰＯＳ（ｎ−１）＋ＶＥＬ（ｎ−１）＋ＡＣＣ（ｎ−１） ・・・式８ ＡＣＣ（ｎ）＝ＶＥＬ（ｎ）−ＶＥＬ（ｎ−１） ・・・式９ ここで、ＡＣＣ（ｎ−１）およびＡＣＣ（ｎ）は、それ
ぞれ前回および今回の加速度を表している。すなわち、
等加速度運動する物体の位置は、前回の位置、前回の速
度、前回の加速度の和により表すことができる。
【００２４】本発明によるサンプリング系位置検出装置
の第二の実施例においては、この関係を用いて、すなわ
ち、測定対象物が等加速度運動をしている場合の関係を
用いて、位置および相の推定のために、上記第一の実施
例における位置の１次差分項である速度項以外に、２次
の差分項である加速度項も用いられる。、図１０は、図
１に示したハードウェア構成を用いて、これを実現する
場合の位置検出のフローチャートを示している。
の第二の実施例においては、この関係を用いて、すなわ
ち、測定対象物が等加速度運動をしている場合の関係を
用いて、位置および相の推定のために、上記第一の実施
例における位置の１次差分項である速度項以外に、２次
の差分項である加速度項も用いられる。、図１０は、図
１に示したハードウェア構成を用いて、これを実現する
場合の位置検出のフローチャートを示している。
【００２５】まず、センサ部からの出力波形をサンプリ
ングし、Ａ／Ｄ変換して、ＣＰＵ６に取り込み、Ａｓｉ
ｎθ、Ａｃｏｓθから＊Ａｓｉｎθ、＊Ａｃｏｓθを求
める（ステップＢ〜Ｂ）。次に、前回の相Ｓ（ｎ−
１）、前回の速度ＶＥＬ（ｎ−１）、前回の加速度ＡＣ
Ｃ（ｎ−１）から、次式により、今回の相の推定値＠Ｓ
（ｎ）を求める（ステップＢ）。 ＠Ｓ（ｎ）＝ｒｅｍ［｛Ｓ（ｎ−１）＋＃ＶＥＬ（ｎ−
１）＋＃ＡＣＣ（ｎ−１）｝／８］ 但し、＃ＡＣＣ（ｎ−１）は相換算のサンプリング当り
の前回の位置の２次差分項を表し、また、ｒｅｍ［ ］
は［ ］内の割り算の商と余りのうちの余りを得る関数
である。例えば、Ｓ（ｎ−１）＝２、＃ＶＥＬ（ｎ−
１）＝７、＃ＡＣＣ（ｎ−１）＝２とすると、割り算の
結果は商１、余り３となるので、この関数より得られる
結果は３となる。
ングし、Ａ／Ｄ変換して、ＣＰＵ６に取り込み、Ａｓｉ
ｎθ、Ａｃｏｓθから＊Ａｓｉｎθ、＊Ａｃｏｓθを求
める（ステップＢ〜Ｂ）。次に、前回の相Ｓ（ｎ−
１）、前回の速度ＶＥＬ（ｎ−１）、前回の加速度ＡＣ
Ｃ（ｎ−１）から、次式により、今回の相の推定値＠Ｓ
（ｎ）を求める（ステップＢ）。 ＠Ｓ（ｎ）＝ｒｅｍ［｛Ｓ（ｎ−１）＋＃ＶＥＬ（ｎ−
１）＋＃ＡＣＣ（ｎ−１）｝／８］ 但し、＃ＡＣＣ（ｎ−１）は相換算のサンプリング当り
の前回の位置の２次差分項を表し、また、ｒｅｍ［ ］
は［ ］内の割り算の商と余りのうちの余りを得る関数
である。例えば、Ｓ（ｎ−１）＝２、＃ＶＥＬ（ｎ−
１）＝７、＃ＡＣＣ（ｎ−１）＝２とすると、割り算の
結果は商１、余り３となるので、この関数より得られる
結果は３となる。
【００２６】続いて、上記第一実施例の場合と同様に、
図８の表のＳ（ｎ−１）を＠Ｓ（ｎ）に置き換え、相の
推定値と今回の相との間のずれ、すなわち、サンプリン
グ間の加速度の変化量±ΔＡを求める（ステップＢ
）。いま、この変化量±ΔＡがλ／２以内であるとす
ると、今回の位置ＰＯＳ（ｎ）は、次式のように、前回
の位置ＰＯＳ（ｎ−１）、前回の速度ＶＥＬ（ｎ−
１）、前回の加速度ＡＣＣ（ｎ−１）、サンプリング間
の加速度の変化量±ΔＡの和となり、この式により今回
の位置を求めることができる（ステップＢ）。 ＰＯＳ（ｎ）＝ＰＯＳ（ｎ−１）＋ＶＥＬ（ｎ−１） ＋ＡＣＣ（ｎ−１）±ΔＡ ・・・式１０ 最後に、今回の速度、加速度の計算を行い、位置・速度
・加速度の各々を１サンプリング遅延させて、次のステ
ップに進む（ステップＢ）。
図８の表のＳ（ｎ−１）を＠Ｓ（ｎ）に置き換え、相の
推定値と今回の相との間のずれ、すなわち、サンプリン
グ間の加速度の変化量±ΔＡを求める（ステップＢ
）。いま、この変化量±ΔＡがλ／２以内であるとす
ると、今回の位置ＰＯＳ（ｎ）は、次式のように、前回
の位置ＰＯＳ（ｎ−１）、前回の速度ＶＥＬ（ｎ−
１）、前回の加速度ＡＣＣ（ｎ−１）、サンプリング間
の加速度の変化量±ΔＡの和となり、この式により今回
の位置を求めることができる（ステップＢ）。 ＰＯＳ（ｎ）＝ＰＯＳ（ｎ−１）＋ＶＥＬ（ｎ−１） ＋ＡＣＣ（ｎ−１）±ΔＡ ・・・式１０ 最後に、今回の速度、加速度の計算を行い、位置・速度
・加速度の各々を１サンプリング遅延させて、次のステ
ップに進む（ステップＢ）。
【００２７】このように構成された本発明の第二の実施
例によれば、上記した第一の実施例において存在した最
高加速度の制限がなくなり、更に位置検出の性能を向上
させることができる。例えば、上記第一実施例において
示したリニアエンコーダ（Ｔ＝１ｍＳ、λ＝４００μ
ｍ）の例に適用すると、最高速度の制限はなく、最高加
速度の制限もなしとなり、より大きな性能改善が実現さ
れる。そして、この例においては、今回の位置、相の推
定に２次の位置差分項までを用いているが、更に高次の
位置差分項をもその推定のために用いれば、原理上、そ
れによる効果は次第に小さくはなるが性能は更に改善さ
れることとなる。
例によれば、上記した第一の実施例において存在した最
高加速度の制限がなくなり、更に位置検出の性能を向上
させることができる。例えば、上記第一実施例において
示したリニアエンコーダ（Ｔ＝１ｍＳ、λ＝４００μ
ｍ）の例に適用すると、最高速度の制限はなく、最高加
速度の制限もなしとなり、より大きな性能改善が実現さ
れる。そして、この例においては、今回の位置、相の推
定に２次の位置差分項までを用いているが、更に高次の
位置差分項をもその推定のために用いれば、原理上、そ
れによる効果は次第に小さくはなるが性能は更に改善さ
れることとなる。
【００２８】以上説明した本発明によるサンプリング系
位置検出装置は、最近広く用いられてきているダイレク
トドライブモータによる高精度の位置決め機構における
位置検出のために用いれば、大きな性能向上、コストカ
ット、外力に対する耐衝撃性の改善を実現することがで
きる。また、ズームレンズ機構を有するビデオカメラ用
光学系駆動システムにおいては、フォーカスレンズがボ
イスコイルタイプのリニアモータにより駆動されて高精
度の位置決めが行われている。本装置をそのために必要
な位置検出装置として用いれば、その性能が大きく改善
され、外部からの衝撃に対する耐衝撃性の改善、コスト
カット、システムの小型化に極めて有効である。
位置検出装置は、最近広く用いられてきているダイレク
トドライブモータによる高精度の位置決め機構における
位置検出のために用いれば、大きな性能向上、コストカ
ット、外力に対する耐衝撃性の改善を実現することがで
きる。また、ズームレンズ機構を有するビデオカメラ用
光学系駆動システムにおいては、フォーカスレンズがボ
イスコイルタイプのリニアモータにより駆動されて高精
度の位置決めが行われている。本装置をそのために必要
な位置検出装置として用いれば、その性能が大きく改善
され、外部からの衝撃に対する耐衝撃性の改善、コスト
カット、システムの小型化に極めて有効である。
【００２９】更に、上記した実施例においては、センサ
部に光学式リニアエンコーダを用いているが、リニアに
着磁されたマグネットとそれに対向する磁気抵抗素子か
らなるいわゆるＭＲセンサを用いることもできる。図１
１は、ＭＲセンサの動作原理を説明するための説明図で
あり、ＭＲセンサは、例えば数百μｍの周期λおきにリ
ニア着磁されたマグネット２ー５とそれに対向して配置
され、λ／２の間隔をおいて設けられた磁気抵抗素子パ
ターンｘ、ｙからなるＭＲ抵抗パターン２ー６とにより
構成されている。各磁気抵抗素子パターンｘ、ｙは直流
電源ＶｃｃーＧＮＤに対して直列接続されており、測定
対象物の移動に伴ってマグネット２ー５が移動すると、
その移動に応じて中点Ａｏから１／２Ｖｃｃを中心とし
てサイン状に変化する繰り返し周期波形が発生される。
部に光学式リニアエンコーダを用いているが、リニアに
着磁されたマグネットとそれに対向する磁気抵抗素子か
らなるいわゆるＭＲセンサを用いることもできる。図１
１は、ＭＲセンサの動作原理を説明するための説明図で
あり、ＭＲセンサは、例えば数百μｍの周期λおきにリ
ニア着磁されたマグネット２ー５とそれに対向して配置
され、λ／２の間隔をおいて設けられた磁気抵抗素子パ
ターンｘ、ｙからなるＭＲ抵抗パターン２ー６とにより
構成されている。各磁気抵抗素子パターンｘ、ｙは直流
電源ＶｃｃーＧＮＤに対して直列接続されており、測定
対象物の移動に伴ってマグネット２ー５が移動すると、
その移動に応じて中点Ａｏから１／２Ｖｃｃを中心とし
てサイン状に変化する繰り返し周期波形が発生される。
【００３０】このようなＭＲ抵抗パターン２ー６の２個
を１／４λずらして配置しておけば、測定対象物の移動
に伴ってサイン波およびコサイン波が発生されることと
なり、上述した光学的エンコーダの出力と同様に取り扱
うことができるので、結局、上記した実施例における光
学式エンコーダにこのＭＲセンサを置換して用いること
ができる。
を１／４λずらして配置しておけば、測定対象物の移動
に伴ってサイン波およびコサイン波が発生されることと
なり、上述した光学的エンコーダの出力と同様に取り扱
うことができるので、結局、上記した実施例における光
学式エンコーダにこのＭＲセンサを置換して用いること
ができる。
【００３１】そして、本発明をズームレンズ機構を有す
るビデオカメラ用光学系駆動システムに適用した実例と
して、ＭＲセンサを用いた場合のシステムの概略構造を
図１２示す。ここでは、フォーカスレンズが図示したよ
うにボイスコイルの取りつけられたアクチュエータ、ヨ
ークおよびｍａｇｎｅｔからなるボイスコイルタイプの
リニアモータにより駆動され、そのアクチュエータにＭ
Ｒセンサ用マグネット、それに対向するシステム本体内
壁にＭＲセンサが設けられている。したがって、リニア
モータによりフォーカスレンズが駆動されると、上述し
た原理に基づいてＭＲセンサから繰り返し周期波形ｓｉ
ｎθ、ｃｏｓθが出力される。この繰り返し周期波形ｓ
ｉｎθ、ｃｏｓθを本発明にしたがって処理すれば、フ
ォーカスレンズの高精度の位置決めを行うことができ
る。
るビデオカメラ用光学系駆動システムに適用した実例と
して、ＭＲセンサを用いた場合のシステムの概略構造を
図１２示す。ここでは、フォーカスレンズが図示したよ
うにボイスコイルの取りつけられたアクチュエータ、ヨ
ークおよびｍａｇｎｅｔからなるボイスコイルタイプの
リニアモータにより駆動され、そのアクチュエータにＭ
Ｒセンサ用マグネット、それに対向するシステム本体内
壁にＭＲセンサが設けられている。したがって、リニア
モータによりフォーカスレンズが駆動されると、上述し
た原理に基づいてＭＲセンサから繰り返し周期波形ｓｉ
ｎθ、ｃｏｓθが出力される。この繰り返し周期波形ｓ
ｉｎθ、ｃｏｓθを本発明にしたがって処理すれば、フ
ォーカスレンズの高精度の位置決めを行うことができ
る。
【００３２】
【発明の効果】以上のように構成された本発明によるサ
ンプリング系位置検出装置によれば、測定対象物の最高
速度の制限がなくなり、原理上、速度がいかに大きくと
も正常な位置検出が可能となる。この場合、サンプリン
グ間の速度の変化量すなわち加速度に制限が存在する
が、更に位置の推定の際に加速度（２次差分項）をも考
慮すれば、その加速度の制限も除くことができる。更に
高次の差分項まで位置推定の際に用いれば、その成分に
対しても対応することができる。また、これらの位置検
出のアルゴリズムは極めて簡単なものであり、そのソフ
トウェアによる実現に当ってＣＰＵの負担を格別増やす
ことがなく、しかも、大幅な性能改善を図ることができ
る。それ故、改善された位置検出性能からみて、必要と
されるＣＰＵのグレードダウン、ハードウェア回路の省
略等の効果が得られることとなる。
ンプリング系位置検出装置によれば、測定対象物の最高
速度の制限がなくなり、原理上、速度がいかに大きくと
も正常な位置検出が可能となる。この場合、サンプリン
グ間の速度の変化量すなわち加速度に制限が存在する
が、更に位置の推定の際に加速度（２次差分項）をも考
慮すれば、その加速度の制限も除くことができる。更に
高次の差分項まで位置推定の際に用いれば、その成分に
対しても対応することができる。また、これらの位置検
出のアルゴリズムは極めて簡単なものであり、そのソフ
トウェアによる実現に当ってＣＰＵの負担を格別増やす
ことがなく、しかも、大幅な性能改善を図ることができ
る。それ故、改善された位置検出性能からみて、必要と
されるＣＰＵのグレードダウン、ハードウェア回路の省
略等の効果が得られることとなる。
【図１】従来のリニアエンコーダを用いたサンプリング
系位置検出装置の一例のハードウェア構成を示す概略図
である。
系位置検出装置の一例のハードウェア構成を示す概略図
である。
【図２】光学式リニアエンコーダの一例の構成を説明す
る図である。
る図である。
【図３】センサ部の繰り返し周期波形出力を示す波形図
である。
である。
【図４】従来の位置検出アルゴリズムを説明するための
フローチャートである。
フローチャートである。
【図５】４つの繰り返し周期波形の関係を示す波形図で
ある。
ある。
【図６】４つの繰り返し周期波形により形成される８つ
の相を説明するための波形図である。
の相を説明するための波形図である。
【図７】４つの繰り返し周期波形の各相における大小関
係を示す表である。
係を示す表である。
【図８】サンプリング間における相変化量の関係を示す
表である。
表である。
【図９】本発明の第一実施例における位置検出アルゴリ
ズムを説明するためのフローチャートである。
ズムを説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の第二実施例における位置検出アルゴ
リズムを説明するためのフローチャートである。
リズムを説明するためのフローチャートである。
【図１１】ＭＲセンサの動作原理を説明するための説明
図である。
図である。
【図１２】ズームレンズ機構を有するビデオカメラ用光
学系駆動システムにおける位置検出装置としてＭＲセン
サを用いた実例の概略構造を示す断面図である。
学系駆動システムにおける位置検出装置としてＭＲセン
サを用いた実例の概略構造を示す断面図である。
【図１３】本発明によるサンプリング系位置検出装置の
概念的構成を示すブロック図である。
概念的構成を示すブロック図である。
１ 測定対象物 ２ リニアエンコーダ ３ サンプリング・ホールド回路 ４ アナログセレクタ ５ Ａ／Ｄ変換器 ６ ＣＰＵ ７ タイマー回路 １１ 測定対象物 １２ 繰り返し周期波形発生手段 １３ 処理手段 １３１ サンプリング機能 １３２ Ａ／Ｄ変換機能 １３３ 相判定機能 １３４ 位置推定機能 １３５ 変化量決定機能 １３６ 位置決定機能 ２ー１ 半導体レーザ ２ー２ 可動スリット ２ー３ 固定スリット ２ー４ 光検出器 ２ー５ リニア着磁マグネット ２ー６ ＭＲ抵抗パターン
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１２月４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】図１は、そのような従来のリニアエンコー
ダを用いたサンプリング系位置検出装置の一例のハード
ウェア構成を示している。この位置検出装置のセンサ部
は光学式リニアエンコーダ２を有しており、測定対象物
１が矢印で示した方向に移動すると、一定距離すなわち
周期λごとにＶ０を中心とし、振幅Ａで振れるサインお
よびコサイン波を発生させる。図２は、光学式リニアエ
ンコーダ２の一例の概略的構成を示す説明図である。測
定対象物１とともに移動する可動スリット２ー２には周
期λの間隔でスリットが配列されて設けられており、λ
／４の間隔で設けられた２つの固定スリット２ー３に対
向して設けられた２つの光検出器２ー４により可動スリ
ット２ー２を透過するＬＥＤ等の半導体レーザ２ー１か
らのレーザ光を受光する。これにより、２つの光検出器
２ー４から周期λのサインおよびコサイン波が検出され
るように構成されている。
ダを用いたサンプリング系位置検出装置の一例のハード
ウェア構成を示している。この位置検出装置のセンサ部
は光学式リニアエンコーダ２を有しており、測定対象物
１が矢印で示した方向に移動すると、一定距離すなわち
周期λごとにＶ０を中心とし、振幅Ａで振れるサインお
よびコサイン波を発生させる。図２は、光学式リニアエ
ンコーダ２の一例の概略的構成を示す説明図である。測
定対象物１とともに移動する可動スリット２ー２には周
期λの間隔でスリットが配列されて設けられており、λ
／４の間隔で設けられた２つの固定スリット２ー３に対
向して設けられた２つの光検出器２ー４により可動スリ
ット２ー２を透過するＬＥＤ等の半導体レーザ２ー１か
らのレーザ光を受光する。これにより、２つの光検出器
２ー４から周期λのサインおよびコサイン波が検出され
るように構成されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】図４は、この出力を利用して測定対象物の
位置を検出する位置検出アルゴリズムを説明するための
フローチャートである。まず、検出出力Ａｓｉｎθ、Ａ
ｃｏｓθ、Ｖ０は、サンプル・ホールド回路３、３によ
りサンプリングされ（ステップ）、アナログセレクタ
４により選択されて、Ａ／Ｄ変換器５によりＡ／Ｄ変換
後、ディジタルデータとしてＣＰＵ６に取り込まれる
（ステップ）。
位置を検出する位置検出アルゴリズムを説明するための
フローチャートである。まず、検出出力Ａｓｉｎθ、Ａ
ｃｏｓθ、Ｖ０は、サンプル・ホールド回路３、３によ
りサンプリングされ（ステップ）、アナログセレクタ
４により選択されて、Ａ／Ｄ変換器５によりＡ／Ｄ変換
後、ディジタルデータとしてＣＰＵ６に取り込まれる
（ステップ）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の位置
検出アルゴリズムによれば、図８の表に示されているよ
うに、１サンプリング間に測定対象物がλ／２移動した
時には、移動方向が不明になり、サンプリング間の変化
量すなわち移動距離が不定となる。また、１サンプリン
グ間に測定対象物がλ／２以上移動した時には、移動距
離および方向を間違えることになる。これを避けるた
め、従来は測定対象物の１サンプリング間での最高移動
距離、換言すれば、最高速度を１サンプリング間にλ／
２未満となるように制限することが必要であるという性
能面での制限があり、また、この制限を緩和するため
は、ＣＰＵの能力を上げ、サンプリング周期を短くす
る。または、外付けのハードウェアカウンタを設けるな
どの対象が必要であり、このためコストアップを招くと
いう問題があった。本発明は、以上ような従来技術にお
ける問題点を解消し、測定対象物の移動速度や加速度に
制限がない、改善された性能を有する位置検出装置を得
ることを目的とする。
検出アルゴリズムによれば、図８の表に示されているよ
うに、１サンプリング間に測定対象物がλ／２移動した
時には、移動方向が不明になり、サンプリング間の変化
量すなわち移動距離が不定となる。また、１サンプリン
グ間に測定対象物がλ／２以上移動した時には、移動距
離および方向を間違えることになる。これを避けるた
め、従来は測定対象物の１サンプリング間での最高移動
距離、換言すれば、最高速度を１サンプリング間にλ／
２未満となるように制限することが必要であるという性
能面での制限があり、また、この制限を緩和するため
は、ＣＰＵの能力を上げ、サンプリング周期を短くす
る。または、外付けのハードウェアカウンタを設けるな
どの対象が必要であり、このためコストアップを招くと
いう問題があった。本発明は、以上ような従来技術にお
ける問題点を解消し、測定対象物の移動速度や加速度に
制限がない、改善された性能を有する位置検出装置を得
ることを目的とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２９】更に、上記した実施例においては、センサ
部に光学式リニアエンコーダを用いているが、リニアに
着磁されたマグネットとそれに対向する磁気抵抗素子か
らなるいわゆるＭＲセンサを用いることもできる。図１
１は、ＭＲセンサの動作原理を説明するための説明図で
あり、ＭＲセンサは、例えば数百μｍの周期λおきにリ
ニア着磁されたマグネット２ー５とそれに対向して配置
され、λ／２の間隔をおいて設けられた磁気抵抗素子パ
ターンｘ、ｙからなるＭＲ抵抗パターン２ー６とにより
構成されている。各磁気抵抗素子パターンｘ、ｙは直流
電源ＶｃｃーＧＮＤに対して直列接続されており、測定
対象物の移動に伴ってマグネット２ー５が移動すると、
その移動に応じて中点ＡｏからＶｃｃ／２を中心として
サイン状に変化する繰り返し周期波形が発生される。
部に光学式リニアエンコーダを用いているが、リニアに
着磁されたマグネットとそれに対向する磁気抵抗素子か
らなるいわゆるＭＲセンサを用いることもできる。図１
１は、ＭＲセンサの動作原理を説明するための説明図で
あり、ＭＲセンサは、例えば数百μｍの周期λおきにリ
ニア着磁されたマグネット２ー５とそれに対向して配置
され、λ／２の間隔をおいて設けられた磁気抵抗素子パ
ターンｘ、ｙからなるＭＲ抵抗パターン２ー６とにより
構成されている。各磁気抵抗素子パターンｘ、ｙは直流
電源ＶｃｃーＧＮＤに対して直列接続されており、測定
対象物の移動に伴ってマグネット２ー５が移動すると、
その移動に応じて中点ＡｏからＶｃｃ／２を中心として
サイン状に変化する繰り返し周期波形が発生される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３０】このようなＭＲ抵抗パターン２ー６の２個
をλ／４ずらして配置しておけば、測定対象物の移動に
伴ってサイン波およびコサイン波が発生されることとな
り、上述した光学的エンコーダの出力と同様に取り扱う
ことができるので、結局、上記した実施例における光学
式エンコーダにこのＭＲセンサを置換して用いることが
できる。
をλ／４ずらして配置しておけば、測定対象物の移動に
伴ってサイン波およびコサイン波が発生されることとな
り、上述した光学的エンコーダの出力と同様に取り扱う
ことができるので、結局、上記した実施例における光学
式エンコーダにこのＭＲセンサを置換して用いることが
できる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｂ 11/36 Ｄ 7531−3Ｈ ５０３ Ｚ 7531−3Ｈ 21/02 Ｚ 7531−3Ｈ Ｇ０５Ｄ 3/12 Ｕ 9179−3Ｈ ３０５ Ｓ 9179−3Ｈ Ｈ０４Ｎ 5/232 Ａ
Claims (7)
- 【請求項１】 移動する測定対象物に関連して繰り返し
周期波形を発生する繰り返し周期波形発生手段と、 上記繰り返し周期波形発生手段の出力波形をサンプリン
グし、ディジタル化して取り込み、上記測定対象物の位
置を検出するためにデータ処理する処理手段とからなる
サンプリング系位置検出装置において、 上記処理手段は、前回の検出データを用いて今回の位置
を推定し、その推定位置を基準にして今回の位置を決定
するように構成されていることを特徴とするサンプリン
グ系位置検出装置。 - 【請求項２】 処理手段は、推定位置データと取り込ま
れたデータとによりサンプリング間の測定対象物の移動
態様に関する変化量を決定し、その変化量と推定された
位置とにより今回の位置を決定するように構成されてい
ることを特徴とする請求項１に記載のサンプリング系位
置検出装置。 - 【請求項３】 処理手段は、前回の位置データおよび前
回の位置の１次差分値の和により今回の位置を推定する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサン
プリング系位置検出装置。 - 【請求項４】 処理手段は、前回の位置データ、前回の
位置の１次差分値および２次以上の高次の差分値の和に
より今回の位置を推定することを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載のサンプリング系位置検出装置。 - 【請求項５】 繰り返し周期波形発生手段は同一周期の
複数の繰り返し周期波形を発生し、 処理手段は、上記複数の繰り返し周期波形を組合せるこ
とにより各周期を複数に分割する相のうちのいずれにあ
るかを判定して相データとして取り込むとともに、推定
位置データとして推定相データを用いることを特徴とす
る請求項１乃至請求項４のうちの１に記載のサンプリン
グ系位置検出装置。 - 【請求項６】 測定対象物がダイレクトドライブモータ
により駆動されていることを特徴とする請求項１乃至請
求項５のうちの１に記載のサンプリング系位置検出装
置。 - 【請求項７】 移動するフォーカスレンズ部材に関連し
て繰り返し周期波形を発生する繰り返し周期波形発生手
段と、 上記繰り返し周期波形発生手段の出力波形をサンプリン
グし、ディジタル化して取り込み、前回の検出データを
用いて今回の位置を推定し、その推定位置を基準にして
今回の位置を決定するようにデータ処理して上記フォー
カスレンズ部材の位置を検出する処理手段とからなるサ
ンプリング系位置検出装置を備えたことを特徴とするビ
デオカメラ用光学系駆動システム。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4208619A JPH0634872A (ja) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | サンプリング系位置検出装置 |
| KR1019930012994A KR100274998B1 (en) | 1992-07-14 | 1993-07-10 | Position detecting apparatus employing an estimating function |
| DE69314562T DE69314562T2 (de) | 1992-07-14 | 1993-07-13 | Positionsermittlungseinrichtung |
| EP93401811A EP0580477B1 (en) | 1992-07-14 | 1993-07-13 | Position detecting apparatus |
| US08/090,930 US5444240A (en) | 1992-07-14 | 1993-07-14 | Position detecting apparatus employing an estimating function |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4208619A JPH0634872A (ja) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | サンプリング系位置検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0634872A true JPH0634872A (ja) | 1994-02-10 |
Family
ID=16559228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4208619A Pending JPH0634872A (ja) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | サンプリング系位置検出装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5444240A (ja) |
| EP (1) | EP0580477B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0634872A (ja) |
| KR (1) | KR100274998B1 (ja) |
| DE (1) | DE69314562T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5587846A (en) * | 1994-07-15 | 1996-12-24 | Minolta Co., Ltd. | Lens moving apparatus |
| JP2010193709A (ja) * | 1999-04-23 | 2010-09-02 | Johnson Controls Automotive Electronics | 位置センサを有する線形電磁アクチュエータ |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08275590A (ja) * | 1995-03-27 | 1996-10-18 | Sony Corp | 携帯用ビデオカメラ |
| WO2000028283A1 (fr) * | 1998-11-09 | 2000-05-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Capteur de position |
| US7094978B2 (en) * | 2002-11-15 | 2006-08-22 | Mitutoyo Corporation | System and method for generating a high speed estimated position output for a position encoder |
| US20080052033A1 (en) * | 2004-08-12 | 2008-02-28 | University Of Virginia Patent Foundation | Method, Apparatus and Computer Program Product of Aliasing Discriminator for Encoder Interfaces |
| US7202956B2 (en) * | 2004-10-08 | 2007-04-10 | Asm Technology Singapore Pte Ltd. | Translation mechanism for opto-mechanical inspection |
| WO2010138155A2 (en) | 2009-05-27 | 2010-12-02 | Active Precision, Inc. | Encoder interpolator with enhanced precision |
| US20130060521A1 (en) * | 2010-04-12 | 2013-03-07 | Tetsuya Shimizu | Displacement sensor and method for detecting displacement |
| US10571484B2 (en) * | 2014-04-16 | 2020-02-25 | Cirrus Logic, Inc. | Systems and methods for determining acceleration based on phase demodulation of an electrical signal |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2647956A1 (de) * | 1976-10-22 | 1978-04-27 | Papst Motoren Kg | Inkremental regelbarer antrieb |
| GB2076147B (en) * | 1980-05-15 | 1984-07-11 | Ferranti Ltd | Position encoder |
| US4533991A (en) * | 1982-12-29 | 1985-08-06 | Storage Technology Corporation | Adaptive feedforward servo system |
| CH659889A5 (de) * | 1983-03-03 | 1987-02-27 | Wild Heerbrugg Ag | Vorrichtung zur digitalen winkelmessung. |
| US4691192A (en) * | 1983-03-25 | 1987-09-01 | Baker Alan J | Method and apparatus for measuring angular displacement |
| US4654636A (en) * | 1983-07-15 | 1987-03-31 | Lockheed Missiles & Space Company, Inc. | Displacement measuring apparatus |
| EP0158781B1 (en) * | 1984-04-14 | 1990-08-16 | Fanuc Ltd. | Rotary encoder apparatus |
| US4789874A (en) * | 1987-07-23 | 1988-12-06 | Hewlett-Packard Company | Single channel encoder system |
| US4878077A (en) * | 1987-09-29 | 1989-10-31 | Olympus Optical Company Ltd. | Motor drive and control apparatus for a camera |
| US4806034A (en) * | 1988-02-10 | 1989-02-21 | Polaroid Corporation | Write head controller with grid synchronization |
| US5068529A (en) * | 1988-12-22 | 1991-11-26 | Nikon Corporation | Absolute position detection encoder |
| US4994991A (en) * | 1988-12-30 | 1991-02-19 | Mcdonnell Douglas Corporation | Digital synchronous detector sampling |
| US5057859A (en) * | 1990-11-23 | 1991-10-15 | Olympus Optical Co., Ltd. | Camera having high-precision stop function for movable unit |
-
1992
- 1992-07-14 JP JP4208619A patent/JPH0634872A/ja active Pending
-
1993
- 1993-07-10 KR KR1019930012994A patent/KR100274998B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1993-07-13 DE DE69314562T patent/DE69314562T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-13 EP EP93401811A patent/EP0580477B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-07-14 US US08/090,930 patent/US5444240A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| US5587846A (en) * | 1994-07-15 | 1996-12-24 | Minolta Co., Ltd. | Lens moving apparatus |
| US5859733A (en) * | 1994-07-15 | 1999-01-12 | Minolta Co., Ltd. | Apparatus for detecting and displaying position of a lens on an optical axis |
| JP2010193709A (ja) * | 1999-04-23 | 2010-09-02 | Johnson Controls Automotive Electronics | 位置センサを有する線形電磁アクチュエータ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69314562D1 (de) | 1997-11-20 |
| DE69314562T2 (de) | 1998-03-05 |
| US5444240A (en) | 1995-08-22 |
| KR940006389A (ko) | 1994-03-23 |
| EP0580477A1 (en) | 1994-01-26 |
| EP0580477B1 (en) | 1997-10-15 |
| KR100274998B1 (en) | 2000-12-15 |
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