JP2691052B2

JP2691052B2 - エンコーダ分解能変換方法及びその装置並びに画像検出装置

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Publication number: JP2691052B2
Application number: JP14147190A
Authority: JP
Inventors: 坦牧平; 俊二前田; 高志広井; 仁志窪田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1997-12-17
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: JPH0436615A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は微細な分解能で座標検出の要求されるXYステ
ージ、あるいは回転角検出などに用いるエンコーダの分
解能変換装置に関する。

〔従来の技術〕

リニアエンコーダあるいはロータリーエンコーダの目
盛自体の分解能が、使用目的の分解能に適合しない場合
がある。あるいはスケール目盛の微細化にも技術的制約
がある。これを解決する技術として、特開昭61−17681
5、特開昭63−113312にその応用例を見ることができる
ように、エンコーダから出力する２相の正弦波信号のベ
クトル加算により各種位相の信号を形成し、エンコーダ
出力正弦波信号の周期内を分割して分解能を向上させる
技術がある。

またエンコーダから連続して信号が出力しているとき
に、その周期時間を計測し、所定の比率で短縮した周期
のパルス信号を発生させて分解能を向上する方式として
例えば特願昭63−232419がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術の、エンコーダから出力する２相の正弦波
信号のベクトル加算により各種位相の信号を形成する方
式では、エンコーダ出力正弦波信号の１周期を等分割と
しなければ複数周期を連続的に分割する場合、等間隔の
出力信号が得られない。例えばエンコーダ出力信号の２
周期を５分割するようなことはできない。

また、エンコーダ出力信号周期を計測する方式では、
エンコーダ出力信号の周期が速度に反比例して長くなる
ため、エンコーダと連結した可動機構が極端に低速とな
ったとき、あるいは停止中は計測不可能となる。そのた
め、起動停止を繰り返しても正しい位置検出の必要な座
標カウンタの信号などには使えない。

一方、エンコーダの用途の一つに、試料を載せたXYス
テージを走行させながらリニアイメージセンサで画像検
出する装置の座標検出がある。この場合、ステージが画
素サイズ分移動する毎にリニアイメージセンサに走査開
始信号を与えるため、画素サイズに相当するステージ移
動量を正確に検出する必要がある。したがって、画素サ
イズを各種切換えるとなれば、各画素サイズに対応した
位置検出信号が求められ、その値がエンコーダの分解能
を等分割した値でない場合もあり得る。

なおこの画像検出では、一定速度で走行中、すなわち
第８図のRaの範囲で、所望の分解能による正確な座標検
出が要求されるのであり、その他の場合、個々の分解能
の検出パルス周期が変動しても支障はない。

また、エンコーダ出力からフィードバック信号を得て
サーボ制御で試料ステージを走行させる場合、エンコー
ダ出力パルスの周波数が低すぎると不都合な場合があ
る。例えばFVC（周波数−電圧変換器）で電圧に変換す
る場合、リップルが大となり速度制御が不安定となる。

本発明の目的は、固定分解能のエンコーダ出力信号か
ら、各種分解能のパルスを形成することであり、少なく
とも、所定の一定速度で走行中は所望の分解能で、速度
に対応した周期のパルスを発生するエンコーダ分解能変
換方法及びその装置を提供することである。

また本発明の他の目的は、変換分解能の設定、および
その変更を容易にしたエンコーダ分解能変換装置を提供
することにある。

また本発明の他の目的は、エンコーダ出力からフィー
ドバック信号を得てサーボ制御する場合、エンコーダ出
力パルスの周波数が低いときでもこれを高い周波数に変
換して、安定なフィードバック信号を得ることができる
ようにしたエンコーダ分解能変換装置を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、エンコーダ出力信号の周
期が長い場合に適用する分解能変換法は、エンコーダ出
力信号を検出する度にその移動量を検出する手段と、こ
の移動量が所望の変換後分解能での何パルス数に相当す
るかを計算する手段と、そのパルス数を出力する手段
と、１パルス分に満たない移動量は次回の移動量に繰入
れて計算する手段を備えて構成する。この方法は移動量
演算によるため移動量演算法とよぶ。

また、エンコーダ出力信号周期時間が現実的カウンタ
で計測可能範囲の場合に適用する分解能変換法は、エン
コーダ出力信号の各周期時間を逐次計測手段と、その結
果を用いてこれから検出しようとする信号周期を予測し
て、この予測値に基ずいてその区間の変換後の分解能に
相当するパルス周期時間を算出する手段と、この周期の
パルスを発生する手段と、予測周期終点とその現実周期
終点の時間差に基ずき次回動作サイクルでの周期予測値
を補正する手段とを備えて構成する。この方法は時間演
算によるため時間演算法とよぶ。

エンコーダ出力信号が変化する場合に適用する分解能
変換法では、上記２方式の分解能変換法と、その出力を
適宜切換える手段を組合せて構成する。なお、エンコー
ダ出力信号が一定速度の区間に限って時間演算法を選択
するときは、時間変換法での予測周期と現実周期の差の
補正は省略できる。

また、分解能変換モードを移動量演算モードから時間
演算モードへ切り替えるときは、移動量変換モードの最
終パルスの位置誤差を考慮して、時間変換モードの最初
の変換出力パルス位置を決める手段を備え。逆に、時間
演算モードから移動量演算モードへ変換出力パルスを切
換えるときは、常時作動中の移動量演算手段の変換パル
スと、時間演算手段の変換パルスの数が等しくなった瞬
間をとらえて切替える手段を備える。

変換後の分解能の値は、移動量演算、時間演算共に変
換回路内に予め設定する。この場合、いくつかの異なる
分解能を選択的に使用するときは、予め回路内に各分解
能に対応した設定データを準備しておき、任意に選択す
るように構成する。また他の方法として外部からデータ
を入力して設定する手段を備えて構成する。

また、周波数が低いエンコーダ出力パルスからFVC
（周波数−電圧変換器）を介してフィードバック信号を
得るサーボ系では分解能変換回路で高い周波数に変換
後、FVC（周波数−電圧変換器）に入力するように構成
する。

〔作用〕

移動量演算法では、エンコーダ目盛信号を検出する度
に変換後分解能の想定目盛とエンコーダ目盛上の現在位
置を対比し、前記想定目盛上での、前回出力した分解能
変換パルス位置から現在位置までの区間内の分解能変換
パルス数を算出する。この演算で得られた全変換パルス
は直ちにまとめて出力される。そのため分解能変換パル
スが出力する位置はエンコーダ目盛検出直後に限定され
る。その結果、分解能変換パルスによる位置検出にはエ
ンコーダ目盛の一目盛分の誤差がも含まれる場合もある
が、分解能変換パルス出力直後に限ればその誤差の補正
直後であり、変換後の分解能の精度で位置検出が可能と
なる。

その状態を第２図で説明する。パルス化されたエンコ
ーダ出力信号Sa,Sbは90°位相差を持つ２信号から成
り、その位相差を分解能とする。したがって、この信号
の各反転位置で発生するパルスP_Eの間隔がエンコーダ分
解能r_Eとなる。したがってパルスP_Eが実質的なエンコー
ダの目盛パルスである。

またPrは変換後の分解能r_Oの想定上の目盛である。な
おこの想定目盛は座標原点でエンコーダ目盛に一致する
ように設定されるもので、第２図ではP_E,Prの位置の一
致している左端が原点の状態を示している。またパルス
Pcは分解能変換後の出力信号であるが、これも原点で
P_E,Prと一致させる。

第２図で、２番目のエンコーダ目盛パルスP_Eが検出さ
れたとき、変換後の分解能の目盛Prの２に対応する変換
パルスPcの２を出力する。このとき変換後の分解能r_Oに
満たない端数ｄは、エンコーダ目盛パルスP_Eの３が３が
検出されたときの演算に繰りこす。即ち、エンコーダ目
盛パルスP_Eの検出されたとき、ｄ＋r_Eの移動量に対して
目盛Prの３と４の対応する変換パルスPcの３と４を出力
する。

このように変換パルスPcの位置はエンコーダ目盛パル
スP_Eの直後に限られるため、理想位置に対して、演算時
間による遅れの他にエンコーダ目盛分の誤差を含んでい
る。この誤差が第２図における変換分解能想定目盛Prと
変換パルスPcの位置ずれである。

しかしながらこの誤差に含まれるエンコーダ目盛分の
誤差は、変換パルスが出力することで補正されるので累
積しない。また、変換パルスによる座標カウンタ出力の
読み取りを、変換パルスの出力直後に実行すればエンコ
ーダ目盛分の誤差を排除できる。

時間演算法は、第５図のように、エンコーダ出力パル
スSaの周期T_Aiを周期時間計測手段により逐次計測し、
この周期計測結果に基ずいて、周期予測手段が、半周期
遅れの周期時間Ta_i+1に対する予測周期時間T_Ci+1を求め
る。このとき、予測周期T_Ci+1は、これに先行する現実
周期Ta_iと予測周期T_Ciの終点の差e_iにより計測周期T_Ai
を補正して決める。すなわち、この誤差を周期予測演算
にフィードバックして予測周期T_Ciと現実周期の終点を
一致させるように制御する。これによりエンコーダ出力
パルス周期が変動してもこれに追従して分解能を変換す
ることが可能となる。

第４図はその様子を示すもので、予測周期の設定タイ
ミングはそれに先行する予測周期の終了時点を原則とす
る。ここで予測周期T_Ci+1は、計測周期T_Aiにe_iによる補
正を施すが、この場合、エンコーダ出力パルスの現実周
期時間Ta_iの終点より予測周期T_Ciの終点が早いので、予
測周期T_Ci+1は、計測周期T_Aiを増大する方向に補正した
値となる。

ただしこのように、予測周期の終点が現実周期の終点
より先行する場合は、予測周期T_Ci+1の開始点t₁で終点
予測誤差e_iが未定である。そのため、e_iが確定するt₂ま
では仮の値として更新前の予測値を継続使用し、e_iが確
定するt₂で予測周期の残余部分のみ新予測値に更新す
る。

これに反し、予測周期T_Ci+1の終点t₄が現実周期Ta_i+1
の終点t₃より遅い場合は、予測終点誤差e_i+1が計測され
た後で予測周期T_Ci+1を設定するので、完全に予測終点
誤差e_i+1を反映した予測値を設定できる。

このようにして求めた予想周期毎に、変換後の分解能
パルスに相当する周期を算出し、その周期で出力パルス
を発生させることにおり、例えエンコーダ出力パルス周
期が変動してもその変動に追従した分解能変換信号を得
ることができる。

移動量演算法と時間演算法を組合せた構成では、精度
は良いがエンコーダ出力信号周期が計測可能限界を超え
て長くなると動作不能となる時間演算法と、出力パルス
毎にその位置が変動するエンコーダ停止中もその位置情
報を保持する移動量演算法を組合せることにより、速度
にかかわらず座標検出信号を得ることが可能となる。こ
の方式において、移動量演算モードから時間モードへの
切換は、移動量演算出力にエンコーダ出力パルスの量子
化誤差が含まれない瞬間、すなわち変換パルスを出力し
た直後に実行し、また切替え直後の最初のパルス位置
は、切替え直前のパルスの理想位置からの距離を計算し
て決める。

また、時間演算法の出力を選択している間も、移動量
演算法によるは動作を継続させることにより、エンコー
ダ出力信号と移動量演算出力パルスの位置関係を、原点
でイニシャライズされたままの関係に保つ。これにより
移動量演算出力を常に基準として使えるため、これに基
にして時間演算法の出力パルスを正しい位置に発生させ
ることが可能となる。

また、時間演算法と移動量演算法の出力パルス位置は
異なるため、時間演算モードから移動量演算モードへの
復帰は、時間演算モードの選択されていた期間中の両変
換回路の出力パルス数が等しくなった瞬間とする。これ
により変換モードの切換に関係なく、座標検出パルス数
を正しく保つことができる。

分解能設定に関しては、両変換モード共、エンコーダ
分解能と変換後分解能の比率は演算上のパラメータとし
て任意に設定できる。したがって、分解能設定ハードウ
ェア、あるいはソフトウェアにより任意の分解能が得ら
れる。

リニアイメージセンサの内部走査方向と直角方向に試
料を移動させながら画像を検出する装置では、試料が画
素サイズ分移動する毎にリニアイメージセンサの内部走
査をスタートさせる必要があるが、少なくとも、試料テ
ーブルを一定速度として画像を検出中、その座標検出用
エンコーダの出力を前記時間演算法による分解能変換出
力を上記リニアイメージセンサの内部走査スタート信号
とすることにより、任意の画素サイズで移動量が検出可
能となり、画素検出倍率の切替えに極めて好都合とな
る。

エンコーダ出力パルスを分解能変換回路でサーボ系に
適合する高い周波数に変換するサーボ回路では、低い周
波数のエンコーダ出力パルスの電圧変換において、リッ
プルが少ないように高い周波数に変換した後、周波数−
電圧変換器を介してフィードバック信号を得るため、リ
ップルの少ない良質のフィードバック信号を得ることが
できる。

〔実施例〕

以下に図面を参照して実施例を説明する。第１図はエ
ンコーダ出力信号により検出した移動量を所望分解能の
パルス数に変換する移動量演算法の回路構成図である。
第２図はその回路の動作を示す信号図であり、第３図は
その動作フローである。

第１図における演算タイミング制御回路１は、エンコ
ーダ出力信号SaとSb（第２図に信号波形を示す。）、初
期化命令、あるいは比較器６の判定結果を入力し、第２
図に示すエンコーダ分解能パルスP_E、セレクタ３のセレ
クト信号、レジスタ４と８のラッチパルス、パルス発生
器９のパルス発生命令などの各種制御信号を発生する回
路であり、第２図のように、エンコーダ出力パルスP_Eを
検出する度に以下に述べる所定の演算処理を実行し、変
換パルスPcを出力するように回路全体を制御する。即
ち、第２図に示すように、演算タイミング制御回路１
は、初期化命令によりエンコーダ出力パルスP_Eの１発目
の位置を変換後の分解能の想定目盛P_rの原点とし、変換
パルス発生器９から変換パルスPcの１番目パルスを先ず
出力する。変換パルスPcの２番目以降については以下の
ように動作する。演算タイミング制御回路１は、第２図
に示すように、エンコーダ出力信号SaとSbから、エンコ
ーダ出力パルスP_Eを検出する（第３図に61として示
す。）と、加算器２はレジスタ８に保持されていた前回
の計算での余り“d"と、予め設定されたエンコーダ出力
パルスP_Eのピッチ“r_E”とを加算し（第３図に62として
示す。）、この加算された結果“Ａ＝ｄ＋r_E”をセレク
タ３を介してレジスタ４にラッチする。次いで、比較器
６で第２図に示すようにレジスタ４にラッチされた“Ａ
＝ｄ＋r_E”と予め設定された基準パルスP_rのピッチであ
る“Ｂ＝r_O”とを比較し、Ａ＝ｄ＋r_E＞Ｂ＝r_Oの結果を
求め（第３図に63として示す。）、no（ｄ＋r_E≦r_O）で
あればセレクタ５により０を選択して引算器７を実質的
に無効とし、レジスタ４のデータ（Ａ＝ｄ＋r_E）をその
ままレジスタ８へ保持する（第３図に64として示
す。）。そして第３図に示すように次のエンコーダ出力
パルスP_Eを待つ。（第２図では、このケースは示めされ
ていない。）上記と逆に、比較器６でＡ＝ｄ＋r_E＞Ｂ＝r_Oの結果が
yesのときは変換パルス発生器９により変換パルスPcを
１パルス（第２図にPc信号の２）発生する（第３図に65
として示す。）。これは第２図に示すPcの２、３、５、
６、８番目のパルスである。

また引算器７によりＡ−Ｂ＝ｄ＋r_E−r_Oを求め（第３
図に66として示す。）、その結果を新しいｄ′としてレ
ジスタ８へ保持する。

さらにこの新しいｄ′について、セレクタ３がセレク
トしてレジスタ４にラッチされ、比較器６はＡ′＝ｄ′
＞Ｂ＝r_Oの判定を実行し（第３図に67として示す。）、
noであれば一連の動作を終了し、次のエンコーダ出力パ
ルスP_Eを待つ。

またyesのときはセレクタ５から“r_O”の信号を出力
し、引算器７はｄ″＝ｄ′−r_Oを実行して（第３図に69
として示す。）、レジスタ８の内容を更新すると共に比
較器６からの出力信号により変換パルス発生器９はPcを
１パルス発生する（第３図に68として示す。）。これに
相当するパルスが第２図に示すPcの４、７、９である。
その後比較器６によるｄ″＞r_Oの判定に返り、判定結果
がnoとなるまでこれを繰返す。なおここに用いるｄ
（ｄ′,d″）、r_E、r_Oなどの各データは寸法データであ
り、後述の基準寸法パルスの数で表現する。

次に時間変換法実施例の回路構成を第４図に、またそ
の信号タイミング図を第５図、第６図及び第７図に示
す。

なお以下に説明する各動作はエンコーダ出力信号Saの
各周期について連続的に繰返し実行するものである。

第４図において、第５図に示すエンコーダ出力信号Sa
の周期T_Aiを計測する回路を構成するのは、立上り検出
回路20、カウンタ22、レジスタ23である。すなわち、エ
ンコーダ出力信号Saの立上りP₂₀の計測区間を立上り検
出回路20が検出し、その時間T_Ai（第５図に示す。）を
カウンタ22た計測し、その結果をレジスタ23に保持す
る。すなわち第７図に示す周期T_Aiの計測クロック数ｋ
がレジスタ23に保持される。なお、周期T_Aiを精度良く
計測するためカウンタ22のクロックは計測周期T_Aiに対
して十分高速とする。

また、予測誤差検出回路を構成しているのは、インバ
ータ70、立上り検出回路21、誤差ゲート発生回路32、カ
ウンタ33、帰還データ演算回路35、ANDゲート71、72な
どである。この回路によって、第５図に示す予想周期T
_Ciと現実周期Ta_iの終点の差e_iを計測する。即ち立上り
検出回路21からは、エンコーダ出力信号Saの立ち下がり
時にパルス信号（第６図にP_aとして示す。）が出力され
る。

ここで誤差ゲート発生回路32は、第６図のように、予
想周期T_Cの終点のP_TCパルスと、エンコーダ出力信号Sa
の下降点のP_aパルス（第６図に示す。）の時間差をパル
ス幅e_iとし、また位相関係に応じて第６図に示すUP/DOW
Nを対応させたゲート信号を形成する回路である。

この誤差ゲートのパルス幅はカウンタ33で測定され
る。このカウンタ33はエンコーダ出力信号Saの立上りP
₂₀でゼロクリアされ、アップカウントの結果は正、ダウ
ンカウントの結果は負の値で出力する。

この終点誤差e_i（t₁〜t₂の時間）は、次の予想周期T
_Ci+1の終点t₃とエンコーダ出力信号Saの下降点P_aを一致
させるようにするため、補正データ演算回路35を介して
加算器24へ転送して周期T_Aiの計測値を補正し、この補
正結果を第５図におけるt₁からt₃までの予想周期T_Ci+1
とする。

なお補正データ演算回路35の機能は、エンコーダ出力
信号周期T_Aiに予想周期T_Ci+1を追従させるフィードバッ
ク制御系におけるフィードバック系の伝達関数を決める
ものであり、必要に応じた特性に設定する（Ｒ＝α・
e_i）。例えば、ゲイン設定、複数の終点誤差の平均化、
等の処理を施す。

加算器24から出力する補正後の予想周期値T_Ci+1＝T_Ai
＋Ｒを基に、変換後分解能r_Oの出力信号Poを発生させる
回路はROM25、レジスタ26、カウンタ27、28、29、加算
器30、セレクタ31、ラッチ制御回路34で構成する。

その動作は、先ずエンコーダ分解能r_E、変換後分解能
r_Oなどの寸法を表現する目盛となる基準寸法パルスP_uの
周期を求める。この目盛はエンコーダ分解能r_E、変換後
分解能r_Oなどの寸法を端数なしで精度良く表現するた
め、それらの長さの公約数なる寸法r_uに設定する（r_E＝
ｍ・r_u、r_o＝ｎ・r_u、但しm,nは自然数）。

また第２図のようにエンコーダ出力信号S_aの１周期T_A
の1/4は、エンコーダ分解能r_Eであることから、上記予
想周期T_Ci+1の1/4に上記寸法r_u／エンコーダ分解能r_Eを
乗ずれば予想周期に対する基準寸法パルスP_ui+1の周期
時間T_ui+1が得られる。

即ち、T_ui+1＝（T_Ci+1/4）×（r_u／r_E）ここで
T_ui+1、T_Ci+1は時間であり、回路内ではクロック数であ
る。またr_u、r_Eは寸法である。

第４図では、加算器24で得た予想周期時間T_Ci+1に対
し、ROM25によって、基準寸法パルスP_uの周期T_uのクロ
ックパルス数ｕを求めてレジスタ26にラッチする。

ここでROM25は、Ｃ＝4r_E／r_uとして、 T_ui+1＝T_oi+1/Cの演算を行う。

なお上記の周期T_ui+1の計算で余りが生じた場合に発
生する誤差は、予測誤差e_i+1に含まれ、次の周期T_oi+2
で補正される。

レジスタ26がデータをラッチするタイミングはラッチ
制御回路34が制御し、第５図のP_Iパルス位置t₂，t₄の位
置である。これは第６図に示すUP,DOWN各ゲートの幅を
カウンタ33がカウントした結果にしたがって加算器24が
予想周期時間T_Ci+1を算出し、その値によりROM25が周期
T_ui+1データを出力した直後である。

この場合t₂は本来の予想周期の開始点であるP_TCパル
ス位置t₁からずれるため、t₁からt₂は前周期の基準寸法
パルスP_uci（T_uiの周期パルス）が用いられるが、これ
がt₁からt₄の時間に与える影響（誤差）は無視する。ま
たその影響は次の周期で予測誤差e_i+1として補正され
る。

カウンタ27はレジスタ26のデータT_ui+1をロードし、
その周期で基準寸法パルスP_ui+1を発生する。またカウ
ンタ28は、その基準寸法パルスP_ui+1をＣ個カウントす
る度に予想周期T_Ci+1が終了したことを示すP_TCパルスを
発生する。

さらにカウンタ29は基準寸法パルスP_ui+1を（ｎ＝r_O
／r_u）個カウントする度に変換出力パルスP_oを発生す
る。

このように基準寸法パルスP_uの周期T_uは順次更新さ
れ、分解能変換パルスP_oをエンコーダ出力信号に追従さ
せる。

第７図の実施例は移動量演算法と時間演算法を組合せ
たものである。

この実施例は、信号整形回路10でエンコーダ出力信号
をパルス整形してその出力Sa,Sbの周期T_Aを速度判定回
路11で判定し、第９図のRbのように所定の速度以上の領
域では、時間演算回路13の出力を選択し、その他のとき
は移動量演算回路12の出力を選択手段56により選択する
構成である。なお速度判定回路11は上記周期T_Aをクロッ
クで計測し、閾値V_r1，V_r2と比較して速度を判定する
が、その判定閾値にはヒステリシス特性をもたせる。

また、選択手段56による時間演算回路13の出力と移動
量演算回路12の出力との選択を速度判定回路11によら
ず、例えば第９図のRaのように一定速度で走行中である
ことを他の方法で検出し、外部からの選択信号によって
行うこともできる。

つぎに変換出力パルスを移動量演算モードから時間演
算モードへの切換える方式について説明する。

この変換モード切替では、モード切替点で変換出力パ
ルスの欠落や重複が発生しないようにするため、切替え
は第２図のパルスP_Eの位置とし、その位置で出力するパ
ルスP_Cを出し終えた直後（第２図の例ではPcの７の直
後）とする。そして第４図等に示す時間演算モードのと
きの最初のパルスP_Oを、第２図の想定目盛P_rの位置に合
わせるように出力する。そのため、第４図の変換出力パ
ルス発生器29のカウンタにロードする値をモード切替後
の最初の出力パルスに対してのみ、セレクタ31で引算機
30に切替えて、（r_o／r_u）−d_rをロードする。

そのために、第１図と、第４図では共通の基準寸法で
パルス間隔r_oを表現する。

また、時間演算モードへの切換時は、予測周期T_Cをエ
ンコーダ出力信号Saの下降位置t₂から開始するようにす
る。そのため予測量演算モードを選択中も、いつモード
切換があっても対応できるように時間演算回路を作動さ
せておき、基準寸法パルス周期データをレジスタ26にラ
ッチするタイミングは常にエンコーダ出力信号Saの下降
位置、すなわち第６図のP_aパルス位置としておく。なお
エンコーダ出力信号Saの周期が長くなると時間演算回路
が動作不能となるが、そのような領域では時間演算モー
ドへの切換は行わない。

第１図に示す移動量演算回路は、時間演算モードが選
択された後も作動させておく。その目的は、第２図のよ
うに移動量演算回路の出力パルスP_cの位置と、同図のP_r
に近い位置となる時間演算出力パルス位置がずれている
ため、時間演算モードから移動量演算モードへ復帰する
とき、両変換出力パルスの座標上での対応を調べるため
である。すなわち、同一座標を示す両変換出力パルスが
出力したタイミングをとらえて変換モードを切替える。

この出力パルスの対応を調べる方法として、アップダ
ウンカウンタのアップ入力とダウン入力に両変換出力パ
ルス接続し、時間演算モードに入ったときから作動させ
ておき、カウンタ出力が初期値を示すとき、時間演算モ
ードへ切替後の両変換出力パルス数が等しいと判断する
方法がある。

上記実施例で変換分解能を決定するのは、第１図では
加算器５および比較器６へ与える変換分解能r_oデータで
あり、これは回路内のスイッチで設定してもよいが、外
部から任意のデータをセットすることもできる。

第４図でも、上記同様に（r_o／r_u）を設定できる。

第10図の実施例は第８図の実施例を適用した画像検出
装置であり、ステージ40の上の試料をリニアイメージセ
ンサ41で撮像して画像入力回路42へ入力するもので、ス
テージが１画素分移動するごとにリニアイメージセンサ
41の走査開始信号を発生させる必要がある。そのため、
時間演算回路13の出力をイメージセンサ走査制御回路43
へ入力し、これに基ずき走査開始信号を発生させる。こ
の実施例では、第８図の分解能変換装置により分解能が
任意の値に設定できるので、分解能の変更と、撮像光学
系のレンズ交換あるいはズームレンズ使用により、撮像
倍率の変更の容易な画像検出装置を実現できる。

従って、パターン走査装置にこの画像検出装置を適用
することにより、要求される欠陥サイズに応じて画素サ
イズを最適値に設定し、大きい画素で高速に、あるいは
小さい画素で微小欠陥を能率よく検査できるパターン検
査装置が実現できる。

第11図は画像検出装置のステージサーボ制御における
フィードバック信号検出系に分解能変換装置を用いて構
成した実施例であり、入力電圧に応じてステージ駆動回
路55によって駆動されるステージ駆動モータ51に結合し
たロータリーエンコーダ52出力を第８図の分解能変換装
置53でより高い周波数のパルスに変換してFVC54で電圧
に変換し、フィードバックしている。

通常FVC54の入力周波数には下限界があるため、駆動
モータ51を低速回転する場合、ロータリーエンコーダ52
出力の周波数が低くなり、上記限界を超えることも有り
うる。しかし、分解能変換装置でより高い周波数のパル
スに変換することでFVC54の入力周波数許容範囲に納め
ることが可能となる。なお、フィードバック信号は第10
図のようにリニアエンコーダから検出する場合もある。

〔発明の効果〕

本発明の移動量演算法によれば、エンコーダ出力信号
の検出により移動距離を求め、これを所望の分解能のパ
ルス数に変換するので、エンコーダ出力信号の周期がい
かに長くても、また途中で停止することがあっても、任
意の分解能に変換できる。

また、本発明の時間演算法によれば、エンコーダ出力
信号で先行する周期から後続周期を予測し、このときの
速度から、目標分解能に対応する時間を算出し、その周
期で目標分解能の信号を発生させるので、エンコーダ出
力信号の隣接周期の間の速度が大きく変化しない場合、
変換後分解能のパルスとして間隔の揃った位置検出パル
スを得ることができる。

また、本発明の移動量演算法と時間演算法を組合せた
ものによれば、所定の速度以下の移動量演算モードでは
エンコーダ自体の量子化誤差を含むが停止中でも連続性
のある位置検出パルスが得られ、所定の速度以上の時間
演算モードではエンコーダ自体の量子化誤差に関係な
く、任意の分解能の検出信号が得られる。上記組合せ方
式では、移動量演算回路と時間演算回路の出力パルスの
位置が同一でない。そこで、時間演算モードを選択して
いる間も、移動量演算回路を常時作動させておき、両出
力パルス数の対応状態を常にチェックすることにより、
時間演算モードから移動量演算モードへ切替えるとき、
出力パルス数の間違いを防止できる。

上記組合せ方式で移動量演算モードから時間変換演算
モードへ出力パルスを切替えるとき、時間演算モード出
力パルス位置は移動量演算上の理想位置に合わせてを発
生するので、座標上のどこで演算モードを切替えても、
切替後の座標に再現性を持たせることができる。

変換後分解能の値は、移動量演算法も時間演算法も演
算回路の設定値により決まるので、エンコーダの選定、
あるいは装置設計での融通性が高い。

また、分解能の設定データを外部から入力する構成と
することにより、ソフト的な設定が可能となり、実用上
の効果が大きい。

また本発明に係るサーボ制御系への適用では、ロータ
リーエンコーダで位置あるいは速度フィードバック信号
を検出する場合、エンコーダの出力パルス周波数をFVC
に適合するように自在に変換できるので、エンコーダ選
定条件が緩和され、よりよい動作条件が得られる等の効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の移動量演算方式の分解能変換装置の一
実施例を示す回路構成図、第２図はその動作説明用信号
波形図、第３図はその動作フローを示す図、第４図は本
発明の時間演算方式の分解能変換装置の一実施例を示す
回路構成図、第５図及び第６図及び第７図は夫々その動
作説明用信号波形図、第８図は第１図に示す移動量演算
方式と第４図に示す時間演算方式とを組み合わせた本発
明の分解能変換装置の一実施例を示すブロック図、第９
図はその動作説明図、第10図は第８図に示す実施例を適
用した本発明に係る画像検出装置の一実施例を示した概
略構成図、第11図は第８図に示し実施例を適用した本発
明に係る画像検出装置のステージサーボ制御の一実施例
を示した概略構成図である。符号の説明１…演算タイミング制御回路、２…加算器、３、５…セ
レクタ、４、８…レジスタ６…比較器、７…引算器、９…変換パルス発生器 10…パルス整形器、11…速度判定器 12…移動量演算回路、13…時間演算回路 20、21…立上り検出器 22、27、28、29、33…カウンタ 23、26…レジスタ、24…加算器 25…ROM、30…引算器、31…セレクタ 32…誤差ゲート発生回路 34…ラッチ制御回路 35…補正データ演算回路、40…ステージ 41…リニアイメージセンサ 42…画像入力回路 43…イメージセンサ走査制御回路 51…モータ、52…エンコーダ 53…分解能変換装置、56…選択手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者窪田仁志神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番番株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献特開昭60−259906（ＪＰ，Ａ) 特開平２−81274（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】演算手段によりエンコーダ目盛信号を検出
する度に、変換後の目標分解能の想定目盛位置と、検出
した移動中の現在位置とを対比して、前回の変換パルス
出力に追加すべきパルス数を算出し、この算出した数の
変換パルスを間隔をつめた一つのパルス群として直ちに
出力し、移動量演算によりエンコーダ出力信号の分解能
を変換することを特徴とするエンコーダ分解能変換方
法。
【請求項２】計測手段により光学的あるいは磁気的に検
出する目盛信号に対して、その周期時間を逐次計測し、
各周期の計測結果に基いてこれから検出しようとする目
盛信号の周期を予測し、演算手段によりこの予測周期値
に基いて変換後の分解能に相当するパルス周期時間を算
出してこの算出された周期のパルスを発生させて分解能
変換信号として出力し、上記予測周期と現実周期の終了
時点の時間差を検出し、この検出された時間差に基ずく
補正値で上記予測周期値を補正して時間演算によりエン
コーダ出力信号の分解能を変換することを特徴とするエ
ンコーダ分解能変換方法。
【請求項３】エンコーダの分解能を変換する方法であっ
て、演算手段によりエンコーダ目盛信号を検出する度
に、変換後の目標分解能の想定目盛位置と検出した移動
中の現在位置とを対比して前回出力した変換パルスに追
加すべきパルス数を演算してこの算出した数の変換パル
スを間隔をつめた一つのパルス群として直ちに出力して
移動量演算によりエンコーダ出力信号の分解能を変換
し、光学的あるいは磁気的に検出する目盛信号に対して
少なくとも先行周期時間を基に今から検出しようとする
周期を予測してこの予測値に基ずいて演算手段により変
換後の分解能に相当する周期時間を算出してこの周期の
パルスを発生して時間演算によりエンコーダ出力信号の
分解能を変換し、上記移動量演算による分解能変換出力
と上記時間演算による分解能変換出力とを選択的に出力
することを特徴とするエンコーダの分解能変換方法。
【請求項４】エンコーダ目盛信号を検出する度に、変換
後の目標分解能の想定目盛位置と、検出した移動中の現
在位置とを対比して、前回の変換パルス出力に追加すべ
きパルス数を算出する演算手段と、該演算手段で算出し
た数の変換パルスを間隔をつめた一つのパルス群として
直ちに出力する出力手段とを備え、移動量演算によりエ
ンコーダ出力信号の分解能を変換するように構成したこ
とを特徴とするエンコーダ分解能変換装置。
【請求項５】光学的あるいは磁気的に検出する目盛信号
に対して、その周期時間を逐次計測する計測手段と、該
計測手段によって得られた各周期の計測結果に基いてこ
れから検出しようとする目盛信号の周期を予測する予測
手段と、該予測手段によって得られる予測周期値に基い
て変換後の分解能に相当するパルス周期時間を算出し、
算出された周期のパルスを発生させて分解能変換信号と
して出力する演算手段と、上記予測周期と現実周期の終
了時点の時間差を検出する手段と、この時間差に基ずく
補正値で上記の予測周期値を補正する手段とを備えてな
ることを特徴するエンコーダ分解能変換装置。
【請求項６】エンコーダの分解能を変換する装置であっ
て、エンコーダ目盛信号を検出する度に、変換後の目標
分解能の想定目盛位置と検出した移動中の現在位置とを
対比し、前回出力した変換パルスに追加すべきパルス数
を演算する手段と算出した数の変換パルスを間隔をつめ
た一つのパルス群として直ちに出力する手段とを備えた
移動量演算によるエンコーダ分解能変換手段と、光学的
あるいは磁気的に検出する目盛信号に対して少なくとも
先行周期時間を基に今から検出しようとする周期を予測
する手段とこの予測値に基ずいて変換後の分解能に相当
する周期時間を算出する手段とこの周期のパルスを発生
する手段とを備えてなる時間演算による分解能変換手段
と、上記移動量演算によるエンコーダ分解能変換手段に
よる変換出力と上記時間演算による分解能変換手段によ
る変換出力とを選択的に出力する選択手段とを備えたこ
とを特徴するエンコーダの分解能変換装置。
【請求項７】上記選択手段により上記移動量演算による
エンコーダ分解能変換手段による変換出力が選択されて
いるときも、上記時間演算による分解能変換手段は動作
を継続させておき、変換出力信号の選択が、時間演算に
よる分解能変換手段出力に復帰したとき、移動量検出値
に連続性を保つように構成したことを特徴とする請求項
６記載のエンコーダ分解能変換装置。
【請求項８】上記選択手段による上記時間演算による分
解能変換手段出力から上記移動量演算によるエンコーダ
分解能変換手段出力への切換点で、切換後の最初の変換
パルス位置の決定に際して、時間演算による分解能変換
手段の最終変換出力パルスの位置誤差を考慮するように
構成したことを特徴する請求項６記載のエンコーダ分解
能変換装置。
【請求項９】エンコーダの分解能と変換後の分解能との
比率に任意に設定できる設定手段を備えたことを特徴と
する請求項４または５または６記載のエンコーダ分解能
変換装置。
【請求項１０】エンコーダの分解能と変換後の分解能と
の比率を任意に設定できるデータ入力手段を備えたこと
を特徴とする請求項４または５または６記載のエンコー
ダ分解能変換装置。
【請求項１１】請求項４または５または６記載のエンコ
ーダ分解能変換装置の変換出力パルスを、移動中の試料
をリニアイメージセンサで撮像するときのリニアイメー
ジセンサ回路の内部走査開始信号として用いて試料の画
像を検出することを特徴とする画像検出装置。