JP3503033B2 - 光学的変位量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リニアスケール、ロー
タリエンコーダ等に使用される光学的変位量測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図２７は、光学的変位量測定装置の原理
を説明する為の模式図である。光学的変位量測定装置
は、２種類の反射係数を有する長さの等しい部分が変位
方向（図においては左右方向）に交互に並べられたスケ
ール９０と、このスケール９０へ投光するＬＥＤ等の投
光素子９１と、投光素子９１とスケール９０との中間に
設置され、投光素子９１からの光線を絞る投光レンズ９
２と、スケール９０に対置され、投光レンズ９２からの
光線がスケール９０に反射された光線を結像する為の受
光レンズ９３と、その結像面に設置された少なくとも１
次元のＣＣＤ（Charge Coupled Device ）９４とから構
成されている。

【０００３】投光レンズ９２で絞られた投光素子９１か
らの光線は、スケール９０の表面で反射され、受光レン
ズ９３によりＣＣＤ９４の受光面に結像される。スケー
ル９０の表面は、２種類の相異なる反射係数を有する部
分が変位方向（図においては左右方向）に交互に周期的
に並べられているので、ＣＣＤ９４の受光面の結像は、
図２８（ａ）に示すように、この反射係数の周期的パタ
ーンと相似関係にある明暗部の周期的パターンになって
おり、ＣＣＤ９４の出力からは、図２８（ｂ）に示すよ
うに、明暗部の周期的パターンに対応するパルス波形が
得られる。ＣＣＤ９４の各画素の受光素子は、受光面に
当たっている明部の明るさが一定値（閾値）を超えると
きにオンとなって出力する。スケール９０が、図２７に
おいて右方向又は左方向へ動くとき（スケール９０を除
く光学系及びＣＣＤ９４が左方向又は右方向へ動くと
き）、ＣＣＤ９４の受光面の明暗部の周期的パターンは
左方向又は右方向へ移動する。この明暗部の周期的パタ
ーンのＣＣＤ９４受光面上の変位量を測定することによ
り、スケール９０（に固定された物体）と光学系及びＣ
ＣＤ９４（に固定された物体）との相対的変位量及び相
対的変位方向を判定することができる。このような光学
的変位量測定装置の例としては、特開昭５９−１０９８
１３号に既に開示されたものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図２９（ａ）は、ＣＣ
Ｄ９４の受光面上の明暗部の周期的パターンの強度（明
るさ）を示した波形図であるが、外部からの光等によ
り、反射光の強度（明るさ）が変動した場合、ＣＣＤ９
４の各画素への光の入力は変動するが、ＣＣＤ９４の各
画素の受光素子のオン／オフの閾値ＶTHは変化しないの
で、図２９（ｂ）に示すように、ＣＣＤ９４の出力から
得られる明暗部の周期的パターンに対応するパルス波形
の幅が変動する。その為、正確な判定結果を得ることが
できなかった。外部からの光の影響を軽減するには、複
雑な光学系が必要である。

【０００５】また、スケール９０表面の反射係数の周期
的パターンとＣＣＤ９４の受光面の明暗部の周期的パタ
ーンとの倍率は、スケール９０及び受光レンズ９３間の
距離によって決定されるが、明暗部の周期的パターンが
微細（例えば（０．５mm／周期）×前記倍率となる）で
あるので、設定が困難であり、しかも、精度が倍率によ
って決定される為、ブレの影響を強く受ける。また、複
雑な光学系も必要とする。また、スケール９０表面の反
射係数の周期的パターンの１周期分に注目して、変位量
を測定しているので、そのパターンの１周期分が汚れた
り潰れたりしているときには、正確な判定結果を得るこ
とができなかった。また、測定精度を上げる為には、光
学系を複雑にするか、従来（０．５mm／周期）以上にス
ケール９０表面の反射係数の周期的パターンを細かくす
ればよいが、従来以上に周期的パターンを細かくするに
は、特殊な印刷技術が必要である。また、ＣＣＤ９４の
１走査期間に、周期的パターンの位相が１８０°以上変
位したとき、どちらの方向へ変位したのか判定できなく
なり、正確でない判定結果が出ることもある。また、変
位量測定の分解能及び応答速度は、スケール９０表面の
反射係数の周期的パターンの周期と光学系とに依存して
いるので、切り換えることができなかった。

【０００６】本発明は、上述のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、第１〜３発明では、イメージセンサの
出力によるパルス波形のパルスの立ち上がり位置を検出
する立ち上がり位置検出手段と、パルス波形のパルスの
立ち下がり位置を検出する立ち下がり位置検出手段と、
立ち上がり位置検出手段の検出結果及び立ち下がり位置
検出手段の検出結果から、パルスの重心の位置を演算し
て出力する重心位置演算手段と、重心位置演算手段から
の出力に基づき、周期的映像パターンに対応する測定パ
ルスを発生させる第１の測定パルス発生手段とを有する
測定パルス生成手段と、測定パルスのイメージセンサの
画素単位の位置を判定する測定パルス検波手段と、測定
パルス検波手段の判定結果の経時変化により、スケール
と前記イメージセンサとの相対的変位量及び相対的変位
方向を判定する変位量判定手段及び変位方向判定手段と
を設けることにより、外乱光の影響を受けにくい光学的
変位量測定装置を提供することを目的とする。また、第
１発明では、測定パルス生成手段が生成する測定パルス
を順次入力する第２又は第３のシフトレジスタと、測定
パルスと初期において等位相の中心パルスを持ち測定パ
ルスと等幅である等間隔の複数の参照パルスを記憶する
第３又は第２のシフトレジスタと、順次、参照パルス毎
に測定パルスとの不一致時間及びその方向を計時する複
数の第１の計時手段と、第１の計時手段の各計時結果の
相互の長短を比較判定する第１の比較判定手段と、この
比較結果により測定パルスと中心パルスとの不一致時間
及びその方向を判定し、不一致時間が第１の所定値以上
であるときは、移動方向と第１の所定値の移動を示す移
動信号を出力する移動信号出力手段と、不一致時間が第
１の所定値以上であるときは、第２のシフトレジスタに
記憶されている測定パルスを新たな中心パルスとして参
照パルスを第２又は第３のシフトレジスタに記憶させ、
以後、第３又は第２のシフトレジスタに測定パルスが順
次入力されるように切り換える為の信号を出力する切り
換え信号出力手段と、この切り換え信号を受けて、前記
の切り換えを行う切り換え手段とを設けることにより、
測定精度を向上させることができ、光学系の距離設定が
容易であり、光学系の倍率変動によって生じた誤差を補
正することができ、スケール表面の周期的パターンの汚
れ及び潰れに影響されにくい光学的変位量測定装置を提
供することを目的とする。また、第２発明では、測定パ
ルス生成手段から出力される測定パルス波形を記憶する
第２の記憶手段と、第２の記憶手段に記憶された測定パ
ルス波形の各測定パルスと次回のイメージセンサの１走
査分の測定パルス波形の各測定パルスとの立ち上がり時
又は立ち下がり時のイメージセンサの画素単位の大小を
比較し、１走査分におけるその大の個数と小の個数との
差を計数する移動パルス計数手段と、移動パルス計数手
段の計数値の絶対値と第１の所定数とを比較し、移動パ
ルス計数手段の計数値の絶対値が第１の所定数より大の
ときにイメージセンサの画素単位の移動信号を出力する
移動量判定手段と、移動パルス計数手段の計数結果の符
号により移動方向を判定する移動方向判定手段と、測定
パルスを計数する測定パルス計数手段と、測定パルス計
数手段の計数結果から第１の所定数を演算し、移動量判
定手段へ出力する基準レベル設定手段とを設けることに
より、測定精度を向上させることができ、光学系の距離
設定が容易であり、光学系の倍率 変動によって生じた誤
差を補正することができ、スケール表面の周期的パター
ンの汚れ及び潰れに影響されにくい光学的変位量測定装
置を提供することを目的とする。また、第３発明では、
測定パルス生成手段が生成する測定パルスを順次入力す
る第４のシフトレジスタと、測定パルスと初期において
等位相の中心パルスを持ち、測定パルスと等幅である等
間隔の複数の参照パルスを記憶する第５のシフトレジス
タと、順次、参照パルス毎に測定パルスとの不一致時間
を計時する複数の第１の計時手段と、第１の計時手段の
各計時結果の相互の長短を比較判定する第１の比較判定
手段と、この比較結果により測定パルスと中心パルスと
の不一致時間及びその方向を判定し、不一致時間が第１
の所定値以上であるときは、移動方向と第１の所定値の
移動を示す移動信号を出力する移動信号出力手段と、不
一致時間が第１の所定値以上であるときは、第４のシフ
トレジスタに記憶されている測定パルスを新たな中心パ
ルスとして第５のシフトレジスタに取り込む第１の取り
込み手段とを設けることにより、測定精度を向上させる
ことができ、光学系の距離設定が容易であり、光学系の
倍率変動によって生じた誤差を補正することができ、ス
ケール表面の周期的パターンの汚れ及び潰れに影響され
にくい光学的変位量測定装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【０００８】第４発明では、イメージセンサの１走査分
の出力から生成された周期的映像パターンに対応する測
定パルスの波形を記憶する第１の記憶手段と、イメージ
センサの画素単位に同期して、第１の記憶手段に記憶し
ている前回走査分の測定パルスの波形による帰還をかけ
て１走査分の測定パルスを発生する第２の測定パルス発
生手段とを設けることにより、外乱光の影響を受けにく
い光学的変位量測定装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【００１０】

【００１１】第７発明では、外部からの信号を受けて、
参照パルス間の間隔を切り換える参照パルス切り換え手
段を設けることにより、変位量測定の分解能及び応答速
度を切り換えることができる光学的変位量測定装置を提
供することを目的とする。第８発明では、速度アラーム
表示部と、不一致時間が第２の所定値以上のとき、速度
アラーム表示部へ速度アラームを出力する第１の速度ア
ラーム出力手段とを設けることにより、変位量及び変位
方向が判定不能であることを通知できる光学的変位量測
定装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【００１３】

【００１４】第５発明では、速度アラーム表示手段と、
移動パルス計数手段の計数値と第１の所定数よりも大で
ある第２の所定数とを比較し、移動パルス計数手段の計
数値が第２の所定数より大のとき、速度アラーム表示手
段へ速度アラームを出力する第２の速度アラーム出力手
段と、測定パルス計数手段の計数結果から第１の所定数
を演算して移動量判定手段及び移動方向判定手段へ出力
すると共に、第２の所定数を演算して第２の速度アラー
ム出力手段へ出力する基準レベル設定手段とを設けるこ
とにより、変位量及び変位方向が判定不能であることを
通知できる光学的変位量測定装置を提供することを目的
とする。

【００１５】第９発明では、イメージセンサの画素単位
の１つおきの測定パルスの出力からＡ，Ｂ２相の測定パ
ルスを生成するＡ相測定パルス発生手段及びＢ相測定パ
ルス発生手段と、Ａ，Ｂ２相の測定パルスのそれぞれの
測定パルス検波手段とを設けることにより、ノイズに強
く、測定精度を向上させることができ、光学系の距離設
定が容易であり、光学系の倍率変動によって生じた誤差
を補正することができ、スケール表面の周期的パターン
の汚れ及び潰れに影響されにくい光学的変位量測定装置
を提供することを目的とする。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】第６発明では、測定パルスと初期において
等位相の中心パルスを持ち、測定パルスと等幅である等
間隔の複数の第１の参照パルスを記憶する第６のシフト
レジスタと、順次、第１の参照パルス毎に測定パルスと
の不一致時間を計時する複数の第２の計時手段と、第２
の計時手段の各計時結果の相互の長短を比較判定する第
２の比較判定手段と、この比較結果により測定パルスと
中心パルスとの不一致時間及びその方向を判定して行
き、測定パルスの位相が略所定の周期移動して、不一致
時間が第１の所定値以下になったときは、周期信号を出
力する周期信号出力手段と、周期信号を受けて、第４の
シフトレジスタに記憶されている測定パルスを新たな中
心パルスとして第６のシフトレジスタに取り込む第２の
取り込み手段とを設けることにより、光学系の倍率変動
によって生じる誤差を補正できる光学的変位量測定装置
を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る光学的変
位量測定装置は、２種類の光学的特性を有する部分が交
互に周期的に並べられたスケールと、該スケールへ投光
し周期的映像パターンを生成する光学系と、該周期的映
像パターンを受光する少なくとも１次元のイメージセン
サと、該イメージセンサが受光する前記周期的映像パタ
ーンの変化から、前記スケールと前記イメージセンサと
の相対的変位量及び相対的変位方向を判定する光学的変
位量測定装置において、前記イメージセンサの出力によ
るパルス波形のパルスの立ち上がり位置を検出する立ち
上がり位置検出手段と、前記パルス波形のパルスの立ち
下がり位置を検出する立ち下がり位置検出手段と、前記
立ち上がり位置検出手段及び立ち下がり位置検出手段の
検出結果から、前記パルスの重心の位置を演算して出力
する重心位置演算手段と、該重心位置演算手段からの出
力に基づき、前記周期的映像パターンに対応する測定パ
ルスを発生させる第１の測定パルス発生手段とを有する
測定パルス生成手段と、該測定パルスの前記イメージセ
ンサの画素単位の位置を判定する測定パルス検波手段
と、該測定パルス検波手段の判定結果の経時変化によ
り、前記スケールと前記イメージセンサとの相対的変位
量及び相対的変位方向を判定する変位量判定手段及び変
位方向判定手段とを備え、前記測定パルス検波手段は、
前記測定パルス生成手段が生成する測定パルスを順次入
力する第２又は第３のシフトレジスタと、測定パルスと
初期において等位相の中心パルスを持ち、測定パルスと
等幅である等間隔の複数の参照パルスを記憶する第３又
は第２のシフトレジスタと、順次、前記参照パルス毎に
測定パルスとの不一致時間を計時する複数の第１の計時
手段と、第１の計時手段の各計時結果の相互の長短を比
較判定する第１の比較判定手段と、この比較結果により
測定パルスと前記中心パルスとの不一致時間及びその方
向を判定し、該不一致時間が第１の所定値以上であると
きは、移動方向と第１の所定値の移動を示す移動信号を
出力する移動信号出力手段と、該不一致時間が第１の所
定値以上であるときは、第２のシフトレジスタに記憶さ
れている測定パルスを新たな中心パルスとして前記参照
パルスを第２又は第３のシフトレジスタに記憶させ、以
後、第３又は第２のシフトレジスタに測定パルスが順次
入力されるように切り換える為の信号を出力する切り換
え信号出力手段と、該切り換え信号を受けて、前記の切
り換えを行う切り換え手段とを備えることを特徴とす
る。

【００２１】第２発明に係る光学的変位量測定装置は、
２種類の光学的特性を有する部分が交互に周期的に並べ
られたスケールと、該スケールへ投光し周期的映像パタ
ーンを生成する光学系と、該周期的映像パターンを受光
する少なくとも１次元のイメージセンサと、該イメージ
センサが受光する前記周期的映像パターンの変化から、
前記スケールと前記イメージセンサとの相対的変位量及
び相対的変位方向を判定する光学的変位量測定装置にお
いて、前記イメージセンサの出力によるパルス波形のパ
ルスの立ち上がり位置を検出する立ち上がり位置検出手
段と、前記パルス波形のパルスの立ち下がり位置を検出
する立ち下がり位置検出手段と、前記立ち上がり位置検
出手段及び立ち下がり位置検出手段の検出結果から、前
記パルスの重心の位置を演算して出力する重心位置演算
手段と、該重心位置演算手段からの出力に基づき、前記
周期的映像パターンに対応する測定パルスを発生させる
第１の測定パルス発生手段とを有する測定パルス生成手
段と、該測定パルスの前記イメージセンサの画素単位の
位置を判定する測定パルス検波手段と、該測定パルス検
波手段の判定結果の経時変化により、前記スケールと前
記イメージセンサとの相対的変位量及び相対的変位方向
を判定する変位量判定手段及び変位方向判定手段とを備
え、前記測定パルス検 波手段は、前記測定パルス生成手
段から出力される測定パルス波形を記憶する第２の記憶
手段と、第２の記憶手段に記憶された測定パルス波形の
各測定パルスと次回の前記イメージセンサの１走査分の
測定パルス波形の各測定パルスとの立ち上がり時又は立
ち下がり時の前記イメージセンサの画素単位の大小を比
較し、１走査分におけるその大の個数と小の個数との差
を計数する移動パルス計数手段と、該移動パルス計数手
段の計数値の絶対値と第１の所定数とを比較し、該移動
パルス計数手段の計数値の絶対値が第１の所定数より大
のときに前記イメージセンサの画素単位の移動信号を出
力する移動量判定手段と、前記移動パルス計数手段の計
数結果の符号により移動方向を判定する移動方向判定手
段と、前記測定パルスを計数する測定パルス計数手段
と、該測定パルス計数手段の計数結果から第１の所定数
を演算し、前記移動量判定手段へ出力する基準レベル設
定手段とを備えることを特徴とする。

【００２２】第３発明に係る光学的変位量測定装置は、
２種類の光学的特性を有する部分が交互に周期的に並べ
られたスケールと、該スケールへ投光し周期的映像パタ
ーンを生成する光学系と、該周期的映像パターンを受光
する少なくとも１次元のイメージセンサと、該イメージ
センサが受光する前記周期的映像パターンの変化から、
前記スケールと前記イメージセンサとの相対的変位量及
び相対的変位方向を判定する光学的変位量測定装置にお
いて、前記イメージセンサの出力によるパルス波形のパ
ルスの立ち上がり位置を検出する立ち上がり位置検出手
段と、前記パルス波形のパルスの立ち下がり位置を検出
する立ち下がり位置検出手段と、前記立ち上がり位置検
出手段及び立ち下がり位置検出手段の検出結果から、前
記パルスの重心の位置を演算して出力する重心位置演算
手段と、該重心位置演算手段からの出力に基づき、前記
周期的映像パターンに対応する測定パルスを発生させる
第１の測定パルス発生手段とを有する測定パルス生成手
段と、該測定パルスの前記イメージセンサの画素単位の
位置を判定する測定パルス検波手段と、該測定パルス検
波手段の判定結果の経時変化により、前記スケールと前
記イメージセンサとの相対的変位量及び相対的変位方向
を判定する変位量判定手段及び変位方向判定手段とを備
え、前記測定パルス検波手段は、前記測定パルス生成手
段が生成する測定パルスを順次入力する第４のシフトレ
ジスタと、測定パルスと初期において等位相の中心パル
スを持ち、測定パルスと等幅である等間隔の複数の参照
パルスを記憶する第５のシフトレジスタと、順次、前記
参照パルス毎に測定パルスとの不一致時間を計時する複
数の第１の計時手段と、第１の計時手段の各計時結果の
相互の長短を比較判定する第１の比較判定手段と、この
比較結果により測定パルスと前記中心パルスとの不一致
時間及びその方向を判定し、該不一致時間が第１の所定
値以上であるときは、移動方向と前記所定値の移動を示
す移動信号を出力する移動信号出力手段と、該不一致時
間が第１の所定値以上であるときは、第４のシフトレジ
スタに記憶されている測定パルスを新たな中心パルスと
して第５のシフトレジスタに取り込む第１の取り込み手
段とを備えることを特徴とする。

【００２３】第４発明に係る光学的変位量測定装置は、
前記測定パルス生成手段は、前記イメージセンサの１走
査分の出力から生成された前記周期的映像パターンに対
応する測定パルスの波形を記憶する第１の記憶手段と、
前記イメージセンサの画素単位に同期して、第１の記憶
手段に記憶している前回走査分の測定パルスの波形によ
る帰還をかけて１走査分の測定パルスを発生する第２の
測定パルス発生手段とを備えることを特徴とする。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】第７発明に係る光学的変位量測定装置は、
前記測定パルス検波手段は、外部からの信号を受けて、
前記参照パルス間の間隔を切り換える参照パルス切り換
え手段を備えることを特徴とする。

【００２８】第８発明に係る光学的変位量測定装置は、
速度アラーム表示部を備えると共に、前記測定パルス検
波手段は、前記不一致時間が第２の所定値以上のとき、
前記速度アラーム表示部へ速度アラームを出力する第１
の速度アラーム出力手段を備えることを特徴とする。

【００２９】

【００３０】

【００３１】第５発明に係る光学的変位量測定装置は、
速度アラーム表示手段を備えると共に、前記移動パルス
計数手段の計数値と第１の所定数よりも大である第２の
所定数とを比較し、前記移動パルス計数手段の計数値が
第２の所定数より大のとき、前記速度アラーム表示手段
へ速度アラームを出力する第２の速度アラーム出力手段
を備え、前記基準レベル設定手段は、前記測定パルス計
数手段の計数結果から第１の所定数を演算して前記移動
量判定手段及び移動方向判定手段へ出力すると共に、第
２の所定数を演算して第２の速度アラーム出力手段へ出
力することを特徴とする。

【００３２】第９発明に係る光学的変位量測定装置は、
前記イメージセンサの画素単位の１つおきの前記測定パ
ルスの出力からＡ，Ｂ２相の測定パルスを生成するＡ相
測定パルス発生手段及びＢ相測定パルス発生手段を前記
測定パルス生成手段は有し、Ａ，Ｂ２相の測定パルスの
それぞれに、前記測定パルス検波手段を備えることを特
徴とする。

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【００３９】第６発明に係る光学的変位量測定装置は、
前記測定パルス検波手段は、測定パルスと初期において
等位相の中心パルスを持ち、測定パルスと等幅である等
間隔の複数の第１の参照パルスを記憶する第６のシフト
レジスタと、順次、第１の参照パルス毎に測定パルスと
の不一致時間を計時する複数の第２の計時手段と、第２
の計時手段の各計時結果の相互の長短を比較判定する第
２の比較判定手段と、この比較結果により測定パルスと
前記中心パルスとの不一致時間及びその方向を判定して
行き、測定パルスの位相が略所定の周期移動して、前記
不一致時間が第１の所定値以下になったときは、周期信
号を出力する周期信号出力手段と、該周期信号を受け
て、第４のシフトレジスタに記憶されている測定パルス
を新たな中心パルスとして第６のシフトレジスタに取り
込む第２の取り込み手段とを備えることを特徴とする。

【００４０】

【作用】

【００４１】第１〜３発明に係る光学的変位量測定装置
は、立ち上がり位置検出手段がイメージセンサの出力に
よるパルス波形の立ち上がり位置を検出し、立ち下がり
位置検出手段がパルス波形の立ち下がり位置を検出し
て、重心位置演算手段が立ち上がり位置検出手段及び立
ち下がり位置検出手段の検出結果から、パルスの重心の
位置を演算して出力する。この重心位置演算手段からの
出力に基づき、第１の測定パルス発生手段が周期的映像
パターンに対応する測定パルスを発生させ、測定パルス
検波手段がこの測定パルスのイメージセンサの画素単位
の位置を判定する。そして、この測定パルス検波手段の
判定結果の経時変化により、スケールとイメージセンサ
との相対的変位量及び相対的変位方向を判定する。ま
た、第１発明に係る光学的変位量測定装置では、第２又
は第３のシフトレジスタが測定パルス生成手段が生成す
る測定パルスを順次入力し、第３又は第２のシフトレジ
スタが測定パルスと初期において等位相の中心パルスを
持ち測定パルスと等幅である等間隔の複数の参照パルス
を記憶しておき、第１の計時手段が、順次、参照パルス
毎に測定パルスとの不一致時間を計時する。そして、第
１の比較判定手段が第１の計時手段の各計時結果の相互
の長短を比較し、この比較結果により測定パルスと中心
パルスとの不一致時間を判定する。この不一致時間が第
１の所定値以上であるときは、移動信号出力手段が移動
方向と第１の所定値の移動を示す移動信号を出力する。
また、不一致時間が第１の所定値以上であるときは、第
２のシフトレジスタに記憶されている測定パルスを新た
な中心パルスとして参照パルスを第２又は第３のシフト
レジスタに記憶させ、切り換え信号出力手段が、以後、
第３又は第２のシフトレジスタに測定パルスが順次入力
されるように切り換える為 の信号を出力する。この切り
換え信号を受けて、切り換え手段が前記の切り換えを行
う。また、第２発明に係る光学的変位量測定装置では、
第２の記憶手段が測定パルス生成手段から出力される測
定パルス波形を記憶し、移動パルス計数手段が第２の記
憶手段に記憶された測定パルス波形の各測定パルスと次
回のイメージセンサの１走査分の測定パルス波形の各測
定パルスとの立ち上がり時又は立ち下がり時のイメージ
センサの画素単位の大小を比較し、１走査分におけるそ
の大の個数と小の個数との差を計数する。そして、移動
量判定手段が移動パルス計数手段の計数値の絶対値と第
１の所定数とを比較すると共に、移動方向判定手段が移
動パルス計数手段の計数結果の符号により移動方向を判
定し、移動パルス計数手段の計数値の絶対値が第１の所
定数より大のときに、イメージセンサの画素単位の移動
とその方向を示す移動信号を出力する。基準レベル設定
手段は、測定パルス計数手段の計数結果から第１の所定
数を演算し、移動量判定手段へ出力する。また、第３発
明に係る光学的変位量測定装置では、第４のシフトレジ
スタが測定パルス生成手段が生成する測定パルスを順次
入力し、第５のシフトレジスタが、測定パルスと初期に
おいて等位相の中心パルスを持ち、測定パルスと等幅で
ある等間隔の複数の参照パルスを記憶する。そして、第
１の計時手段が、順次、参照パルス毎に測定パルスとの
不一致時間を計時し、第１の比較判定手段が第１の計時
手段の各計時結果の相互の長短を比較判定する。移動信
号出力手段は、この比較結果により測定パルスと中心パ
ルスとの不一致時間及びその方向を判定し、不一致時間
が第１の所定値以上であるときは、移動方向と第１の所
定値の移動を示す移動信号を出力する。また、不一致時
間が第１の所定値以上であるときは、第１の取り込み手
段が、第４のシフトレジスタに記憶されている測定パル
スを新たな中心パルスとして第５のシフトレジスタに取
り込む。

【００４２】

【００４３】第４発明に係る光学的変位量測定装置で
は、第１の記憶手段がイメージセンサの１走査分の出力
から生成された周期的映像パターンに対応する測定パル
スの波形を記憶し、イメージセンサの画素単位に同期し
て、第２の測定パルス発生手段が、第１の記憶手段に記
憶している前回走査分の測定パルスの波形による帰還を
かけて、１走査分の測定パルスを発生する。

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】

【００４８】第７発明に係る光学的変位量測定装置で
は、外部からの信号を受けて、参照パルス切り換え手段
が参照パルス間の間隔を切り換えることにより、変位量
測定の分解能及び応答速度を切り換える。

【００４９】第８発明に係る光学的変位量測定装置で
は、不一致時間が第２の所定値以上のとき、第１の速度
アラーム出力手段が速度アラーム表示部へ速度アラーム
を出力することにより、変位量及び変位方向が判定不能
であることを操作者へ通知する。

【００５０】

【００５１】

【００５２】第５発明に係る光学的変位量測定装置で
は、基準レベル設定手段が、測定パルス計数手段の計数
結果から第１の所定数を演算して移動量判定手段及び移
動方向判定手段へ出力すると共に、第１の所定数よりも
大である第２の所定数を演算して第２の速度アラーム出
力手段へ出力する。第２の速度アラーム出力手段は、移
動パルス計数手段の計数値と第２の所定数とを比較し、
移動パルス計数手段の計数値が第２の所定数より大のと
き、速度アラーム表示手段へ速度アラームを出力する。

【００５３】第９発明に係る光学的変位量測定装置で
は、Ａ相測定パルス発生手段及びＢ相測定パルス発生手
段が、イメージセンサの画素単位の１つおきの測定パル
スの出力からＡ，Ｂ２相の測定パルスを生成し、Ａ，Ｂ
２相の測定パルスのそれぞれの測定パルス検波手段がそ
れぞれの測定パルスの移動量及び相対位置を測定する。

【００５４】

【００５５】

【００５６】

【００５７】

【００５８】

【００５９】

【００６０】第６発明に係る光学的変位量測定装置で
は、第６のシフトレジスタが、測定パルスと初期におい
て等位相の中心パルスを持ち測定パルスと等幅である等
間隔の複数の第１の参照パルスを記憶しておき、複数の
第２の計時手段が、順次、第１の参照パルス毎に測定パ
ルスとの不一致時間を計時する。第２の比較判定手段
は、第２の計時手段の各計時結果の相互の長短を比較判
定し、周期信号出力手段は、この比較結果により測定パ
ルスと中心パルスとの不一致時間及びその方向を判定し
て行き、測定パルスの位相が略所定の周期移動して、不
一致時間が第１の所定値以下になったときは、周期信号
を出力する。第２の取り込み手段は、周期信号を受け
て、第４のシフトレジスタに記憶されている測定パルス
を新たな中心パルスとして第６のシフトレジスタに取り
込み、これにより、所定の周期の間に光学系の倍率変動
によって生じた誤差を補正する。

【００６１】

【実施例】以下に、本発明に係る光学的変位量測定方法
及び光学的変位量測定装置の実施例を、それを示す図面
を参照しながら説明する。図２７は、光学的変位量測定
方法及び光学的変位量測定装置の原理を説明する為の模
式図である。この光学的変位量測定装置は、２種類の反
射係数を有する長さの等しい部分が変位方向（図におい
て左右方向）に交互に並べられたスケール９０と、この
スケール９０へ投光するＬＥＤ等の投光素子９１と、投
光素子９１とスケール９０との中間に設置され、投光素
子９１からの光線を絞る投光レンズ９２と、スケール９
０に対置され、投光レンズ９２からの光線がスケール９
０に反射された光線を結像する為の受光レンズ９３と、
その結像面に設置された少なくとも１次元（２次元の場
合は１方向の出力を使用する。）のＣＣＤ（Charge Cou
pled Device ）９４とから構成されている。

【００６２】投光レンズ９２で絞られた投光素子９１か
らの光線は、スケール９０の表面により反射され、受光
レンズ９３によりＣＣＤ９４の受光面に結像される。ス
ケール９０の表面は、２種類の相異なる反射係数を有す
る部分が変位方向（図においては左右方向）に交互に周
期的に並べられているので、ＣＣＤ９４の受光面の結像
は、この反射係数の周期的パターンと相似関係にある明
暗部の周期的パターンになっている。スケール９０が、
図において右方向又は左方向へ動くとき（スケール９０
を除く光学系及びＣＣＤ９４が左方向又は右方向へ動く
とき）、ＣＣＤ９４受光面の明暗部の周期的パターンは
左方向又は右方向へ移動する。この明暗部の周期的パタ
ーンのＣＣＤ９４受光面上の変位量を測定することによ
り、スケール９０（に固定された物体）と光学系及びＣ
ＣＤ９４（に固定された物体）との相対的変位量及び相
対的変位方向を判定することができる。

【００６３】図１は、第１〜３発明に係る光学的変位量
測定装置の１実施例の、ＣＣＤ９４の出力からスケール
９０（に固定された物体）と光学系及びＣＣＤ９４（に
固定された物体）との相対的変位量及び相対的変位方向
を判定する処理判定部の構成例を示すブロック図であ
る。クロックジェネレータ１で生成されたクロックは、
ＣＣＤ９４及び投光素子９１（図２７）を駆動する駆動
部２、測定パルス検波手段４へ与えられる。ＣＣＤ９４
からの出力は測定パルス生成手段３により ＣＣＤ９４
受光面の明暗部の周期的パターンに対応した測定パルス
に生成され、測定パルス検波手段４へ与えられる。測定
パルス検波手段４では測定パルスの位置（位相）を判定
し、この結果は変位量変位方向判定手段５へ送られる。
変位量変位方向判定手段５では、測定パルスの位置（位
相）の経時変化により、変化量と変位方向が判定され、
その結果が、単相パルス生成手段６へ送られる。変位量
の判定結果によっては速度アラーム表示部８へ速度アラ
ームが出力される。単相パルス生成手段６の出力は２相
パルス生成手段７へ送られ、Ａ，Ｂ相パルスとして出力
される。

【００６４】図２は、第１〜３発明に係る光学的変位量
測定装置の１実施例の測定パルス生成部の構成を示した
ブロック図である。測定パルス生成部は、ＣＣＤ９４の
出力の反転信号をイネーブル信号として、ＣＣＤ９４の
駆動クロックを計数するカウンタ１０と、ＣＣＤ９４の
出力をラッチ信号としてカウンタ１０の計数値をラッチ
するラッチ１１と、前記イネーブル信号のインバータ１
２による反転信号をイネーブル信号とし、ＣＣＤ９４の
駆動クロックを計数するカウンタ１３と、前記ラッチ信
号の反転信号をラッチ信号としてカウンタ１３の計数値
をラッチするラッチ１５と、ラッチ１１及びラッチ１５
の出力からパルス波形の重心の位置を演算して出力する
演算器１６と、演算器１６からの出力にお基づき、周期
的映像パターンに対応する測定パルスを発生させる測定
パルス発生部１７とから構成されている。

【００６５】このような構成の測定パルス生成部の動作
を以下に説明する。カウンタ１０は、ＣＣＤ９４の出力
の反転信号をイネーブル信号として、ＣＣＤ９４の駆動
クロックを計数するので、図３（ｂ）において０点から
ａ1 点のＣＣＤ９４の駆動クロックを計数し、ラッチ１
１は、図３（ａ）において、ＣＣＤ９４の出力波形がＣ
ＣＤ９４出力の閾値ＶTHを超えた時点で、カウンタ１０
の計数値をラッチし出力する。これにより測定パルスの
立ち上がり時点が特定できる。一方、カウンタ１３は、
ＣＣＤ９４の出力の反転信号の反転信号をイネーブル信
号として、ＣＣＤ９４の駆動クロックを計数するので、
図３（ｂ）においてａ1 点からｂ1 点までのＣＣＤ９４
の駆動クロックを計数し、ラッチ１５は、図３（ａ）に
おいて、ＣＣＤ９４の出力波形がＣＣＤ９４出力の閾値
ＶTHを下回った時点で、カウンタ１３の計数値をラッチ
し出力する。これにより測定パルスの立ち下がり時点が
特定できる。

【００６６】演算器１６は、ラッチ１１及びラッチ１５
からのラッチ出力を受けて、ａ1 ＋（ｂ1 −ａ1 ）／２
を演算して、ＣＣＤ９４の出力から作成されるパルス波
形（図３（ｂ））の重心の位置（図３（ｃ））を求める
ことができる。測定パルス発生部は、この重心の位置に
基づいて測定パルスを作成する。パルス波形（図３
（ｂ））の重心の位置は、図２９（ａ）に示すように、
ＣＣＤ９４の出力が変動して、図２９（ｂ）のようにパ
ルス幅が変動しても、変動が小さいと考えられるので、
外乱光の影響を受けにくい測定が可能となる。図４は、
第４発明に係る光学的変位量測定装置の１実施例の、測
定パルス生成手段の構成を示した回路図である。本発明
による測定パルス生成手段は、ＣＣＤ９４からの出力
を、抵抗Ｒ4 ，Ｒ3 により決まる所定の閾値電圧により
パルス波形に変換するコンパレータ２１と、ＣＣＤ９４
の画素数と同じビット容量を有し、コンパレータ２１か
らの出力を記憶するシフトレジスタ２２とから構成さ
れ、コンパレータ２１の閾値電圧側端子は、抵抗Ｒ2 を
介してシフトレジスタ２２の出力の帰還がかけられてい
る。

【００６７】このような構成の測定パルス生成手段の動
作を以下に説明する。シフトレジスタ２２は、図５
（ａ）に示すようなＣＣＤ９４の１走査分の出力から、
コンパレータ２１が発生した周期的映像パターンに対応
する図５（ｂ）に示すような測定パルスの波形を記憶し
ている。今回のＣＣＤ９４の１走査分の出力が図５
（ｃ）に示すような波形（前回走査分に比べて、ＣＣＤ
９４の出力が低下している。）である場合、抵抗Ｒ2 に
よる帰還がかかっていないとき、コンパレータ２１は図
５（ｄ）に示すような測定パルス（前回走査分に比べ
て、幅が狭くなっている。）を発生する。

【００６８】本発明のように、クロックＣＬＫにより、
ＣＣＤ９４の画素単位に同期させて（今回走査分と前回
走査分の画素番地を合わせて）、コンパレータ２１の閾
値電圧側端子に抵抗Ｒ2 を介してシフトレジスタ２２の
出力の帰還をかけるとき、閾値電圧が前回走査分の測定
パルスの波形に誘導されて引き上げられ（又は引き下げ
られ）、図５（ｅ）に示すように、前回走査分測定パル
スの波形（図５（ｂ））に近い測定パルスが生成され
る。この測定パルスは測定パルス検波手段へ出力される
と同時に、シフトレジスタ２２に入力され、次回の走査
分の帰還に使用される。第４発明に係る光学的変位量測
定装置の他の構成及び動作は、第１〜３発明に係る光学
的変位量測定装置の構成及び動作と同様であるので、説
明を省略する。

【００６９】図６は 第１発明に係る光学的変位量測定
装置の１実施例の測定パルス検波手段の構成を示すブロ
ック図である。本発明による測定パルス検波手段は、Ｃ
ＣＤ９４（図１）の画素数と等しいビット容量を持つ、
同一のシフトレジスタ３１及びシフトレジスタ３２と、
測定パルス生成手段３からの測定パルスを、シフトレジ
スタ３１又はシフトレジスタ３２へ切り換え入力する切
り換え手段３０と、シフトレジスタ３１及びシフトレジ
スタ３２からそれぞれ、１ビット宛ずらされた５本の出
力線が接続されたビット比較部３３とから構成され、ビ
ット比較部３３は移動出力線により切り換え手段３０と
接続されている。

【００７０】このような構成の測定パルス検波手段の動
作を以下に説明する。シフトレジスタ３１又はシフトレ
ジスタ３２は測定パルス生成手段３が生成する図８
（ｂ）に示すような測定パルスを順次入力する。一方、
シフトレジスタ３２又はシフトレジスタ３１は、測定パ
ルスと初期において等位相の中心パルス（０）（図８
（ｅ））を持ち測定パルスと等幅である等間隔（１ビッ
ト間隔）の複数の参照パルス（＋２），（＋１），
（０），（−１），（−２）（図８（ｃ）〜（ｇ））を
記憶しておく。ビット比較部３３において、順次、参照
パルス毎に測定パルスとの不一致時間（図８斜線部）を
ＣＣＤ９４（図１）の駆動クロック（図８（ａ））を計
数することにより計時する。これらの計数値は図９のモ
ノグラムのように表される。図９のモノグラムにおい
て、横軸は、参照パルスの中心パルス（０）の立ち上が
りの位置を０としたときの測定パルス及び参照パルス
（＋２），（＋１），（０），（−１），（−２）の立
ち上がりの、ＣＣＤ９４（図１）の駆動クロック１ビッ
ト毎の相対位置を表し、縦軸は、参照パルスと測定パル
スとの不一致時間をクロック数で表している。

【００７１】例えば、参照パルス（＋１）の測定パルス
との不一致時間を表すクロック数は、測定パルスの立ち
上がりの中心パルス（０）の立ち上がりとの相対位置に
より太線のように変化する。例えば、図８の場合、クロ
ック数が最小の参照パルス（＋１）の位置が測定パルス
の位置であり（一致するとき、クロック数は０にな
る）、そのときの中心パルス（０）の測定パルスとの不
一致時間を表すクロック数は図９のｐ点で表される。こ
れらの不一致時間は測定パルス毎に異なり、その相互の
大小関係は、図９の斜線の上下関係で表され、測定パル
スと中心パルスとの不一致時間及びその方向に一意に定
まるので、その相互の大小関係を比較判定して、この比
較結果により測定パルスと中心パルスとの不一致時間及
びその方向を判定する。ビット比較部３３は、測定パル
ス（図８（ｂ））と中心パルス（図８（ｅ））との不一
致時間及びその方向が１ビット又は−１ビットであると
き、移動方向と１ビットの移動を示す移動信号を変位量
変位方向判定手段５（図１）及び切り換え手段３０へ出
力する。

【００７２】切り換え手段３０は、この移動信号を受け
て、測定パルス生成手段３とシフトレジスタ３１及びシ
フトレジスタ３２との接続を切り換え、シフトレジスタ
３１及びシフトレジスタ３２に記憶されている測定パル
スを新たな中心パルスとして参照パルスをシフトレジス
タ３１又はシフトレジスタ３２に記憶させる。以後、シ
フトレジスタ３２又はシフトレジスタ３１は測定パルス
生成手段３が生成する測定パルスを順次入力する一方、
シフトレジスタ３１又はシフトレジスタ３２は、参照パ
ルスを記憶しておき、ビット比較部３３において、順
次、参照パルス毎に測定パルスとの不一致時間を上述と
同様に計数し、ビット比較部３３は、測定パルスと中心
パルスとの不一致時間及びその方向が１ビット又は−１
ビットになる都度、移動方向と１ビットの移動を示す移
動信号を変位量変位方向判定手段５（図１）及び切り換
え手段３０へ出力する。

【００７３】切り換え手段３０は、この移動信号を受け
て、測定パルス生成手段３とシフトレジスタ３１及びシ
フトレジスタ３２との接続を切り換える。変位量変位方
向判定手段５では、移動信号を受けて測定パルスの変位
量と変位方向が判定される。ビット比較部３３は、測定
パルスと中心パルスとの不一致時間及びその方向が例え
ば、２ビット又は−２ビットを超えるときは、速度アラ
ーム表示部８（図１）へ変位量変位方向判定手段５（図
１）を介して速度アラームを出力する。

【００７４】図７は、ビット比較部３３の詳細な構成を
示すブロック図である。測定パルスと各参照パルス（＋
２），（＋１），（０），（−１），（−２）とは、各
々排他的論理和回路３４〜３８へ入力され、これらの排
他的論理和は、各々、タイミングを合わせる為にフリッ
プフロップ３４ａ〜３８ａでクロックＣＬＫに変換さ
れ、これらのクロックＣＬＫは、論理積回路３４ｂ〜３
８ｂにより、インバータ３９で反転されたクロックＣＬ
Ｋとの論理積を取られた後、カウンタ３４ｃ〜３８ｃで
計数される。

【００７５】これらの計数値は、対応する参照パルス
（＋２），（＋１），（０），（−１），（−２）の隣
同士の組毎（カウンタ３４ｃ／３５ｃ，３５ｃ／３６
ｃ，３７ｃ／３６ｃ，３８ｃ／３７ｃ）に、コンパレー
タ４０〜４３のＡ／Ｂ端子へ入力される。コンパレータ
４０〜４３の各比較結果は、コンパレータ４０の反転出
力とコンパレータ４１の出力とが論理積回路４５へ、コ
ンパレータ４２の出力とコンパレータ４３の反転出力と
が論理積回路４６へ入力される。論理積回路４５は
（＋）方向の移動出力を、論理積回路４６は（−）方向
の移動出力をそれぞれ出力し、両者の出力は論理和回路
４７で論理和を取られ、切り換え手段３０へ切り換え信
号として出力される。尚、論理和回路４７は切り換え手
段３０の内部に設けても良い。コンパレータ４０，４３
の出力は論理和回路４８で論理和を取られ、速度アラー
ムとして出力される。

【００７６】このような構成のビット比較部３３の動作
を以下に説明する。測定パルスと各参照パルス（＋
２），（＋１），（０），（−１），（−２）とは、各
々排他的論理和回路３４〜３８へ入力され、これらの排
他的論理和は、フリップフロップ３４ａ〜３８ａ及び論
理積回路３４ｂ〜３８ｂにより、クロックＣＬＫに変換
され、カウンタ３４ｃ〜３８ｃで計数される。これらの
計数値は、対応する参照パルス（＋２），（＋１），
（０），（−１），（−２）の隣同士の組毎（カウンタ
３４ｃ／３５ｃ，３５ｃ／３６ｃ，３６ｃ／３７ｃ，３
７ｃ／３８ｃ）に、コンパレータ４０〜４３へ入力され
る。

【００７７】コンパレータ４０〜４３では、図９の斜線
の上下関係を検出しており、例えば、測定パルスが＋
１．２付近にあるとき、カウンタ３４ｃ＞３５ｃ，３５
ｃ＜３６ｃ，３６ｃ＜３７ｃ，３７ｃ＜３８ｃとなり、
カウンタからの入力がＡ＜Ｂのときのコンパレータの出
力を“１”とすると、論理積回路４５への入力は
“１”，“１”、論理積回路４６への入力は“０”，
“０”となり、論理積回路４５からは（＋）方向の移動
出力が出力されると共に、論理和回路４７からは切り換
え信号が出力される。測定パルスが−１．２付近にある
とき、カウンタ３４ｃ＞３５ｃ，３５ｃ＞３６ｃ，３６
ｃ＞３７ｃ，３７ｃ＜３８ｃとなり、論理積回路４５へ
の入力は“０”，“０”、論理積回路４６への入力は
“１”，“１”となり、論理積回路４６からは（−）方
向の移動出力が出力されると共に、論理和回路４７から
は切り換え信号が出力される。

【００７８】測定パルスが−０．３付近にあるとき、カ
ウンタ３４ｃ＞３５ｃ，３５ｃ＞３６ｃ，３６ｃ＜３７
ｃ，３７ｃ＜３８ｃとなり、論理積回路４５への入力は
“０”，“０”、論理積回路４６への入力は“０”，
“０”となり、論理積回路４５，４６からは移動出力は
出力されず、論理和回路４７からは切り換え信号も出力
されない。測定パルスが＋１．８付近にあるとき、カウ
ンタ３４ｃ＜３５ｃ，３５ｃ＜３６ｃ，３６ｃ＜３７
ｃ，３７ｃ＜３８ｃとなり、論理積回路４５への入力は
“０”，“１”、論理積回路４６への入力は“０”，
“０”となり、論理積回路４５，４６からは移動出力は
出力されず、論理和回路４７からは切り換え信号も出力
されないが、コンパレータ４０から“１”が出力され、
論理和回路４７から速度アラームが出力される。

【００７９】測定パルスが−１．８付近にあるとき、カ
ウンタ３４ｃ＞３５ｃ，３５ｃ＞３６ｃ，３６ｃ＞３７
ｃ，３７ｃ＞３８ｃとなり、論理積回路４５への入力は
“１”，“０”、論理積回路４６への入力は“１”，
“０”となり、論理積回路４５，４６からは移動出力は
出力されず、論理和回路４７からは切り換え信号も出力
されないが、コンパレータ４３から“１”が出力され、
論理和回路４７から速度アラームが出力される。図１０
のステップＳ１〜Ｓ３６は、上述のような動作をマイク
ロコンピュータで実行する場合のフローチャートであ
る。

【００８０】図１１は第７，８発明に係る光学的変位量
測定装置の１実施例の測定パルス検波手段の構成を示す
ブロック図である。本発明による測定パルス検波手段
は、ビット比較部３３ａへ外部切り換え信号が接続さ
れ、シフトレジスタ３１及びシフトレジスタ３２からそ
れぞれ、２ビット、１ビット、１ビット、１ビット、２
ビットの順にずらされた７本の出力線がビット比較部３
３ａに接続されている。図１２は、ビット比較部３３ａ
の詳細な構成を示したブロック図である。排他的論理和
回路３４，３５，３７，３８へは、測定パルスの入力線
と、データセレクタ４９〜５２の出力線とが接続されて
いる。参照パルスの中心パルスから２ビット、１ビッ
ト、１ビット、１ビット、２ビットの順にずらされた参
照パルス（＋４），（＋２），（＋１），（０），（−
１），（−２），（−４）の入力線の内、参照パルス
（＋４）の入力線はデータセレクタ４９のＢ入力端子
に、参照パルス（＋２）の入力線はデータセレクタ４９
のＡ入力端子及びデータセレクタ５０のＢ入力端子に、
参照パルス（＋１）の入力線はデータセレクタ５０のＡ
入力端子に、参照パルス（−１）の入力線はデータセレ
クタ５１のＡ入力端子に、参照パルス（−２）の入力線
はデータセレクタ５１のＢ入力端子及びデータセレクタ
５２のＡ入力端子に、参照パルス（−４）の入力線はデ
ータセレクタ５２のＢ入力端子にそれぞれ接続されてい
る。

【００８１】このような構成のビット比較部３３ａの動
作を以下に説明する。外部切り換え信号が各データセレ
クタ４９〜５２の切り換え端子Ｘへ入力されると、各デ
ータセレクタ４９〜５２はＡ入力端子又はＢ入力端子に
入力される参照パルスを選択的に通過させる。従って、
Ａ入力端子が選択されれば、参照パルス（＋２），（＋
１），（０），（−１），（−２）がビット比較部３３
ａに取り込まれ、Ｂ入力端子が選択されれば、参照パル
ス（＋４），（＋２），（０），（−２），（−４）が
ビット比較部３３ａに取り込まれ、参照パルスの間隔が
１ビットから２ビットに切り換えられ、変位量測定の分
解能及び応答速度を切り換えることができる。第７，８
発明に係る光学的変位量測定装置のその他の構成及び動
作は、第１発明に係る光学的変位量測定装置の構成及び
動作と同様であるので、説明を省略する。

【００８２】図１３は、第２発明に係る光学的変位量測
定装置の１実施例の測定パルス検波手段の構成を示すブ
ロック図である。測定パルス検波手段は、測定パルス生
成手段３から出力される測定パルス波形を記憶するシフ
トレジスタ５５と、シフトレジスタ５５に記憶された測
定パルス波形の各測定パルスと次回のＣＣＤ９４（図
１）の１走査分の測定パルス波形の各測定パルスとの立
ち上がり時又は立ち下がり時のＣＣＤ９４（図１）の画
素単位の大小を比較し、１走査分におけるその大の個数
と小の個数との差を計数する移動パルスカウンタ５６
と、移動パルスカウンタ５６の計数値の絶対値と第１の
所定数とを比較し、移動パルスカウンタ５６の計数値の
絶対値が第１の所定数より大のときにＣＣＤ９４の画素
単位の移動信号を出力し、移動パルスカウンタ５６の計
数結果の符号により移動方向を判定し出力する移動量移
動方向判定手段６０と、測定パルス生成手段３からの出
力とシフトレジスタ５５からの出力との論理和を取る論
理和回路５７と、論理和回路５７の出力をカウントする
ことにより測定パルスを計数する測定パルスカウンタ５
８と、測定パルスカウンタ５８の計数結果から第１の所
定数を演算し、移動量移動方向判定手段６０へ出力する
基準レベル設定手段５９とで構成される。

【００８３】図１４は、移動パルスカウンタ５６の構成
をさらに詳しく示したブロック図である。移動パルスカ
ウンタ５６は、測定パルス生成手段３からの出力とシフ
トレジスタ５５からの出力との排他的論理和をとる排他
的論理和回路５６ａと、排他的論理和回路５６ａからの
出力をイネーブル信号及びデータ信号として入力し、シ
フトレジスタ５５からの出力をアップカウント／ダウン
カウント信号として入力するアップダウンカウンタ５６
ｂとで構成されている。

【００８４】このような構成の測定パルス検波手段の動
作を以下に説明する。シフトレジスタ５５は、測定パル
ス生成手段３から出力される測定パルス波形を記憶して
おく。排他的論理和回路５６ａは、シフトレジスタ５５
に記憶された測定パルス波形の各測定パルスと次回のＣ
ＣＤ９４の１走査分の測定パルス波形の各測定パルスと
の立ち上がり時又は立ち下がり時の画素単位の排他的論
理和を取り、イネーブル信号及びデータ信号としてアッ
プダウンカウンタ５６ｂへ入力する。アップダウンカウ
ンタ５６ｂは、シフトレジスタ５５からの画素単位の出
力が例えば、“１”のときアップカウントし、“０”の
ときダウンカウントするように決めておけば、各測定パ
ルスとの立ち上がり時又は立ち下がり時の画素単位に、
シフトレジスタ５５の出力と測定パルス生成手段３の出
力のどちらが大でどちら小であるかを、アップダウンカ
ウントすることができ、シフトレジスタ５５からの測定
パルスと測定パルス生成手段３からの測定パルスとの画
素単位のずれ及びその方向がアップダウンカウンタ５６
ｂから出力される。

【００８５】一方、基準レベル設定手段５９は、測定パ
ルスカウンタ５８の計数結果から測定パルスのうちの幾
つ（第１の所定数）が画素単位にずれたとき、測定パル
スが画素単位に変位したとするかを演算し、移動量移動
方向判定手段６０へ出力する。移動量移動方向判定手段
６０は、ＣＣＤ９４の１走査分の測定パルス波形のカウ
ントが終了した時点でラッチされ、基準レベル設定手段
５９から入力された数値とアップダウンカウンタ５６ｂ
から入力された数値の絶対値を比較し、アップダウンカ
ウンタ５６ｂから入力された数値の方が大のとき、画素
単位の移動を示す移動量出力信号を出力し、また、アッ
プダウンカウンタ５６ｂから入力された数値の符号か
ら、移動の方向を判定し、移動方向出力信号を出力す
る。

【００８６】図１５は、第５発明に係る光学的変位量測
定装置の１実施例の測定パルス検波手段の構成を示すブ
ロック図である。本発明の測定パルス検波手段は、第５
発明に係る光学的変位量測定装置の構成に、移動パルス
カウンタ５６の出力の絶対値と基準レベル設定手段５９
ａからの速度アラーム設定値（第２の所定数）と比較し
て、速度アラームを出力する速度アラーム出力手段６２
が付加された構成となっている。図１７は、基準レベル
設定手段５９ａの構成例を示したブロック図である。測
定パルスカウンタ５８からの測定パルスカウント値をＤ
o とすると、演算器６３で例えば１／２に除算され、こ
の除算結果Ｄo ／２は第１の所定数として移動量移動方
向判定手段６０へ送られる。また、測定パルスカウント
値Ｄo と演算器６４で加算され、この加算結果３Ｄo ／
２は、速度アラーム設定値（第２の所定数）として速度
アラーム出力手段６２へ入力される。

【００８７】図１６は、第５発明に係る光学的変位量測
定装置の他の実施例の測定パルス検波手段の構成を示す
ブロック図である。本実施例は、第２発明に係る光学的
変位量測定装置の構成において、移動パルスカウンタ５
６が移動ビットカウンタ６１に置換された構成となって
いる。移動ビットカウンタ６１はアップダウンカウンタ
５６ｂのデータ信号としてクロックを入力しカウントし
ている。その他の構成は、図１５に示された実施例と同
様である。第５発明に係る光学的変位量測定装置のその
他の構成及び動作は、第２発明に係る光学的変位量測定
装置の構成及び動作と同様であるので、説明を省略す
る。

【００８８】図１８は、第９発明に係る光学的変位量測
定装置の１実施例の測定パルス生成手段の構成を示すブ
ロック図である。本発明による測定パルス生成手段は、
ＣＣＤ９４（図１）から生成された周期的映像パターン
に対応する測定パルスを、論理積回路７３，７４へ入力
し、論理積回路７３，７４のそれぞれの他方の入力端子
には、インバータ７０により反転させたクロック及び非
反転クロックをそれぞれ別のフリップフロップ７１，７
２へ入力して作成した互いに反転しているＡ相クロック
及びＢ相クロックを入力している。

【００８９】これを図１９に基づき説明する。Ａ相クロ
ック（ｃ）及びＢ相クロック（ｊ）は駆動クロック
（ｂ）の倍の周期になり、互いに反転している。Ａ相ク
ロック（ｃ）と測定パルス（ａ）とからはＡ相測定パル
ス（ｄ）が生成され、Ｂ相クロック（ｊ）と測定パルス
（ａ）とからはＢ相測定パルスが生成される。Ａ相測定
パルス（ｄ）及びＢ相測定パルスは、第１，７，８発明
に係る光学的変位量測定装置の測定パルス検波手段と同
様のそれぞれの検波手段で、互いに１駆動クロック分位
相のずれたＡ相参照パルス（ｅ）〜（ｉ）及びＢ相参照
パルス（ｌ）〜（ｐ）により、それぞれ、図２０
（ａ），（ｂ）に示すように、変位量とその方向を判定
される。このようにすることにより、単相パルス生成手
段６、２相パルス生成手段７（図１）を経ずに直接Ａ
相、Ｂ相の２相パルスを出力することができる。また、
速度アラームを出力することも第１，７，８発明に係る
光学的変位量測定装置と同様である。その他の構成及び
動作は、第１，７，８発明に係る光学的変位量測定装置
と同様であるので、説明を省略する。

【００９０】図２１は、第３，６，７，８発明に係る光
学的変位量測定装置の１実施例の測定パルス検波手段の
構成を示したブロック図である。本発明による測定パル
ス検波手段は、ＣＣＤ９４（図１）の画素数と等しいビ
ット容量を持つシフトレジスタ３２ａ，８０，８２と、
測定パルス生成手段３からの測定パルスを入力するシフ
トレジスタ８０と測定パルス入力線で接続され、シフト
レジスタ８２から１ビット宛ずらされた３本の出力線が
接続されたビット比較部３３ｂと、ビット比較部３３ｂ
からの周期信号を受けて、シフトレジスタ８０内の測定
パルスをシフトレジスタ８２へ切り換え入力する為の切
り換え手段８１と、シフトレジスタ８０と測定パルス入
力線で接続され、シフトレジスタ３２ａから１ビット宛
ずらされた５本の出力線が接続されたビット比較部３３
ｃと、ビット比較部３３ｃからの移動出力とビット比較
部３３ｂからの周期信号との論理和を取る論理和回路８
４と、論理和回路８４からの出力を受けて、シフトレジ
スタ８０内の測定パルスをシフトレジスタ３２ａへ切り
換え入力する為の切り換え手段８３とで構成され、ビッ
ト比較部３３ｃへは外部切り換え信号線が接続されてい
る。

【００９１】このような構成の測定パルス検波手段の動
作を以下に説明する。尚、ビット比較部３３ｃ及びビッ
ト比較部３３ｂの構成及び動作は図６及び図１１に示し
たビット比較部３３及びビット比較部３３ａと同様であ
る。シフトレジスタ８０は測定パルス生成手段３が生成
する測定パルス（図２５（ｂ））を順次入力する。一
方、シフトレジスタ３２ａは、測定パルスと初期におい
て等位相の中心パルス（０）（図２５（ｄ））を持ち測
定パルスと等幅である等間隔（１ビット間隔）の複数の
参照パルス（＋１），（０），（−１）（図２５（ｃ）
〜（ｅ））を記憶している。ビット比較部３３ｃにおい
て、順次、参照パルス毎に測定パルスとの不一致時間
（図２５斜線部）をＣＣＤ９４（図１）の駆動クロック
（図２５（ａ））を計数することにより計時する。これ
らの計数値は図２２（ａ）〜（ｃ）のモノグラムのよう
に表される。図２２のモノグラムの説明は、図９のモノ
グラムにおいて既に行った説明と同様なので省略する。
ビット比較部３３ｃは、測定パルス（図２５（ｂ））と
中心パルス（図２５（ｄ））との不一致時間及びその方
向が０．５ビット（図２２（ｂ））又は−０．５ビット
（図２２（ｃ））であるとき、移動方向と０．５ビット
の移動を示す移動信号を変位量変位方向判定手段５（図
１）及び論理和回路８４を介して切り換え手段８３へ出
力する。

【００９２】切り換え手段８３は、この移動信号を受け
て、シフトレジスタ８０とシフトレジスタ３２ａとを接
続して、シフトレジスタ８０に記憶されている測定パル
スを新たな中心パルスとして取り込ませ、参照パルスを
シフトレジスタ３２ａに記憶し直させ、測定パルスの位
置が中心パルスの位置となる（図２２（ａ））。以後、
シフトレジスタ８０は測定パルス生成手段３が生成する
測定パルスを順次入力する一方、シフトレジスタ３２ａ
は、参照パルスを記憶しておき、ビット比較部３３ｃに
おいて、順次、参照パルス毎に測定パルスとの不一致時
間を計数し、ビット比較部３３ｃは、測定パルスと中心
パルスとの不一致時間及びその方向が０．５ビット又は
−０．５ビットになる都度、移動方向と０．５ビットの
移動を示す移動信号を変位量変位方向判定手段５（図
１）及び切り換え手段８３へ出力する。

【００９３】切り換え手段８３は、この移動信号を受け
て、シフトレジスタ８０とシフトレジスタ３２ａとを接
続して、シフトレジスタ８０に記憶されている測定パル
スを新たな中心パルスとして取り込ませ、参照パルスを
シフトレジスタ３２ａに記憶し直させる。変位量変位方
向判定手段５では、移動信号を受けて測定パルスの変位
量と変位方向が判定される。ビット比較部３３ｃは、測
定パルスと中心パルスとの不一致時間及びその方向が例
えば、１ビット又は−１ビットを超えるときは、速度ア
ラーム表示部８（図１）へ変位量変位方向判定手段５
（図１）を介して速度アラームを出力する。また、ビッ
ト比較部３３ｃは、外部切り換え信号を受けたときは、
図１１に示したビット比較部３３ａと同様に、参照パル
ス間の間隔を切り換える。

【００９４】ところで、ＣＣＤ９４の周期的映像パター
ンが、例えば、図２４（ａ）に示すように、１周期０．
５mmである場合、１周期にはＣＣＤ９４の２０画素（図
２４（ｃ））が対応している。ところが、光学系の変動
により倍率が変化したとき、図２４（ｂ）に示すよう
に、１周期に２１画素が対応したり、図２４（ｄ）に示
すように、１周期に２０．５画素が対応するようにな
る。図２３（ａ）〜（ｃ）は、これらの誤差をモノグラ
ム上に表したものである。図２４（ｂ）のときは１周期
的映像パターンについて画素１個、図２４（ｄ）のとき
は画素０．５個の誤差が出ていることになる。１周期的
映像パターンについて画素０．５個の誤差が出ていると
きは、１周期の期間では出力されないが、内部で蓄積さ
れて２周期に１個の誤差が出ることになる。

【００９５】そこで、本発明では、ビット比較部３３ｂ
において、シフトレジスタ８２に記憶してある参照パル
スを使用して、周期単位の測定パルスの移動を見てお
き、測定パルスが略所定の周期を移動して、図２６に示
す範囲に入って来ると、周期信号を出力する。切り換え
手段８１は、周期信号を受けて、シフトレジスタ８０と
シフトレジスタ８２とを接続して、シフトレジスタ８０
に記憶されている測定パルスを新たな中心パルスとして
取り込ませ、参照パルスをシフトレジスタ８２に記憶し
直させる。これにより内部に蓄積されていた誤差がキャ
ンセルされることになる。

【００９６】第３，６，７，８発明に係る光学的変位量
測定装置のその他の構成及び動作は、第１発明に係る光
学的変位量測定装置の構成及び動作と同様なので、説明
を省略する。尚、上述の各実施例では、光反射型のスケ
ール５０を使用した例について説明したが、拡散反射
型、正反射型、光透過型のスケールを使用した場合でも
同様である。また、上述の各実施例は、マイクロコンピ
ュータ等を使用して、ソフトプログラムにより構成する
ことも可能である。

【００９７】

【発明の効果】

【００９８】第１〜３発明に係る光学的変位量測定装置
によれば、外乱光の影響を受けにくい光学的変位量測定
装置を実現できる。

【００９９】第４発明に係る光学的変位量測定装置によ
れば、外乱光の影響を受けにくい光学的変位量測定装置
を実現することができる。

【０１００】第１発明に係る光学的変位量測定装置によ
れば、測定精度を向上させることができ、光学系の距離
設定が容易であり、光学系の倍率変動によって生じる誤
差を補正することができ、スケール表面の周期的パター
ンの汚れ及び潰れに影響されにくい光学的変位量測定装
置を実現することができる。

【０１０１】第７発明に係る光学的変位量測定装置によ
れば、変位量測定の分解能及び応答速度を切り換えるこ
とができる光学的変位量測定装置を実現することができ
る。

【０１０２】第８発明に係る光学的変位量測定装置によ
れば、変位量及び変位方向が判定不能であることを通知
できる光学的変位量測定装置を実現することができる。

【０１０３】第２発明に係る光学的変位量測定装置によ
れば、測定精度を向上させることができ、光学系の距離
設定が容易であり、光学系の倍率変動によって生じる誤
差を補正することができ、スケール表面の周期的パター
ンの汚れ及び潰れに影響されにくい光学的変位量測定装
置を実現することができる。

【０１０４】第５発明に係る光学的変位量測定装置によ
れば、変位量及び変位方向が判定不能であることを通知
できる光学的変位量測定装置を実現することができる。

【０１０５】第９発明に係る光学的変位量測定装置によ
れば、ノイズに強く、測定精度を向上させることがで
き、光学系の距離設定が容易であり、光学系の倍率変動
によって生じる誤差を補正することができ、スケール表
面の周期的パターンの汚れ及び潰れに影響されにくい光
学的変位量測定装置を実現することができる。

【０１０６】

【０１０７】第３発明に係る光学的変位量測定装置によ
れば、測定精度を向上させることができ、光学系の距離
設定が容易であり、光学系の倍率変動によって生じる誤
差を補正することができ、スケール表面の周期的パター
ンの汚れ及び潰れに影響されにくい光学的変位量測定装
置を実現することができる。

【０１０８】

【０１０９】

【０１１０】第６発明に係る光学的変位量測定装置によ
れば、光学系の倍率変動によって生じる誤差を補正でき
る光学的変位量測定装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１〜３発明に係る光学的変位量測定装置の１
実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】第１〜３発明に係る光学的変位量測定装置の測
定パルス生成部の構成を示すブロック図である。

【図３】第１〜３発明に係る光学的変位量測定装置の測
定パルス生成部の波形を示す波形図である。

【図４】第４発明に係る光学的変位量測定装置の測定パ
ルス生成部の構成を示すブロック図である。

【図５】第４発明に係る光学的変位量測定装置の測定パ
ルス生成部の波形を示す波形図である。

【図６】第１発明に係る光学的変位量測定装置の測定パ
ルス検波部の構成を示すブロック図である。

【図７】第１発明に係る光学的変位量測定装置の測定パ
ルス検波部の要部構成を示すブロック図である。

【図８】第１発明に係る光学的変位量測定装置の測定パ
ルス検波部の測定パルス及び参照パルスの波形を示す波
形図である。

【図９】測定パルスとクロック計数値の関係を示すモノ
グラムである。

【図１０】第１発明に係る光学的変位量測定装置の測定
パルス検波部の動作を示すフローチャートである。

【図１１】第７，８発明に係る光学的変位量測定装置の
測定パルス検波部の構成を示すブロック図である。

【図１２】第７，８発明に係る光学的変位量測定装置の
測定パルス検波部の要部構成を示すブロック図である。

【図１３】第２発明に係る光学的変位量測定装置の１実
施例の測定パルス検波手段の構成を示すブロック図であ
る。

【図１４】移動パルスカウンタの構成を示すブロック図
である

【図１５】第５発明に係る光学的変位量測定装置の１実
施例の測定パルス検波手段の構成を示すブロック図であ
る。

【図１６】第５発明に係る光学的変位量測定装置の他の
実施例の測定パルス検波手段の構成を示すブロック図で
ある。

【図１７】基準レベル設定手段の構成例を示したブロッ
ク図である。

【図１８】第９発明に係る光学的変位量測定装置の１実
施例の測定パルス生成手段の構成を示すブロック図であ
る。

【図１９】第９発明に係る光学的変位量測定装置の１実
施例の測定パルス生成手段の波形を示す波形図である。

【図２０】測定パルスとクロック計数値の関係を示すモ
ノグラムである。

【図２１】第３，６〜８発明に係る光学的変位量測定装
置の１実施例の測定パルス検波手段の構成を示したブロ
ック図である。

【図２２】測定パルスとクロック計数値の関係を示すモ
ノグラムである。

【図２３】測定パルスとクロック計数値の関係を示すモ
ノグラムである。

【図２４】測定パルスとクロックとの関係を示す波形図
である。

【図２５】第３，６〜８発明に係る光学的変位量測定装
置の測定パルス検波部の測定パルス及び参照パルスの波
形を示す波形図である。

【図２６】測定パルスとクロック計数値の関係を示すモ
ノグラムである。

【図２７】光学的変位量測定装置の原理を示す模式図で
ある。

【図２８】周期的映像パターンと測定パルスの関係を示
す波形図である。

【図２９】周期的映像パターンと測定パルスの関係を示
す波形図である。

【符号の説明】

１ クロックジェネレータ ３ 測定パルス生成手段 ４ 測定パルス検波手段 ５ 変位量変位方向判定手段 ８ 速度アラーム表示部 １０，１３ カウンタ １１，１５ ラッチ １６ 演算器 １７ 測定パルス発生部 ２２，３１，３２，３１ａ，３２ａ，５５，８０，８２
シフトレジスタ ３０，３０ａ，３０ｂ，８１，８３ 切り換え手段 ３３，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ ビット比較部 ５６ 移動パルスカウンタ ５６ｂ アップダウンカウンタ ５８ 測定パルスカウンタ ５９ 基準レベル設定手段 ６０ 移動量移動方向判定手段 ６２ 速度アラーム出力手段 ９０ スケール ９４ ＣＣＤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−109813（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−172588（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−296618（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−110411（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−159239（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/62 G01B 11/00 - 11/30 G01P 13/00 - 13/04

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２種類の光学的特性を有する部分が交互
   に周期的に並べられたスケールと、該スケールへ投光し
   周期的映像パターンを生成する光学系と、該周期的映像
   パターンを受光する少なくとも１次元のイメージセンサ
   と、該イメージセンサが受光する前記周期的映像パター
   ンの変化から、前記スケールと前記イメージセンサとの
   相対的変位量及び相対的変位方向を判定する光学的変位
   量測定装置において、前記イメージセンサの出力による
   パルス波形の立ち上がり位置を検出する立ち上がり位置
   検出手段と、前記パルス波形の立ち下がり位置を検出す
   る立ち下がり位置検出手段と、前記立ち上がり位置検出
   手段及び立ち下がり位置検出手段の検出結果から、前記
   パルスの重心の位置を演算して出力する重心位置演算手
   段と、該重心位置演算手段からの出力に基づき、前記周
   期的映像パターンに対応する測定パルスを発生させる第
   １の測定パルス発生手段とを有する測定パルス生成手段
   と、該測定パルスの前記イメージセンサの画素単位の位
   置を判定する測定パルス検波手段と、該測定パルス検波
   手段の判定結果の経時変化により、前記スケールと前記
   イメージセンサとの相対的変位量及び相対的変位方向を
   判定する変位量判定手段及び変位方向判定手段とを備
   え、 前記測定パルス検波手段は、前記測定パルス生成手段が
   生成する測定パルスを順次入力する第２又は第３のシフ
   トレジスタと、測定パルスと初期において等位相の中心
   パルスを持ち、測定パルスと等幅である等間隔の複数の
   参照パルスを記憶する第３又は第２のシフトレジスタ
   と、順次、前記参照パルス毎に測定パルスとの不一致時
   間を計時する複数の第１の計時手段と、第１の計時手段
   の各計時結果の相互の長短を比較判定する第１の比較判
   定手段と、この比較結果により測定パルスと前記中心パ
   ルスとの不一致時間及びその方向を判定し、該不一致時
   間が第１の所定値以上であるときは、移動方向と第１の
   所定値の移動を示す移動信号を出力する移動信号出力手
   段と、該不一致時間が第１の所定値以上であるときは、
   第２のシフトレジスタに記憶されている測定パルスを新
   たな中心パルスとして前記参照パルスを第２又は第３の
   シフトレジスタに記憶させ、以後、第３又は第２のシフ
   トレジスタに測定パルスが順次入力されるように切り換
   える為の信号を出力する切り換え信号出力手段と、該切
   り換え信号を受けて、前記の切り換えを行う切り換え手
   段とを備えることを特徴とする光学的変位量測定装置。
2. 【請求項２】 ２種類の光学的特性を有する部分が交互
   に周期的に並べられたスケールと、該スケールへ投光し
   周期的映像パターンを生成する光学系と、該周期的映像
   パターンを受光する少なくとも１次元のイメージセンサ
   と、該イメージセンサが受光する前記周期的映像パター
   ンの変化から、前記スケールと前記イメージセンサとの
   相対的変位量及び相対的変位方向を判定する光学的変位
   量測定装置において、前記イメージセンサの出力による
   パルス波形の立ち上がり位置を検出する立ち上がり位置
   検出手段と、前記パルス波形の立ち下がり位置を検出す
   る立ち下がり位置検出手段と、前記立ち上がり位置検出
   手段及び立ち下がり位置検出手段の検出結果から、前記
   パルスの重心の位置を演算して出力する重心位置演算手
   段と、該重心位置演算手段からの出力に基づき、前記周
   期的映像パターンに対応する測定パルスを発生させる第
   １の測定パルス発生手段とを有する測定パルス生成手段
   と、該測定パルスの前記イメージセンサの画素単位の位
   置を判定する測定パルス検波手段と、該測定パルス検波
   手段の判定結果の経時変化により、前記スケールと前記
   イメージセンサとの相対的変位量及び相対的変位方向を
   判定する変位量判定手段及び変位方向判定手段とを備
   え、 前記測定パルス検波手段は、前記測定パルス生成手段か
   ら出力される測定パルス波形を記憶する第２の記憶手段
   と、第２の記憶手段に記憶された測定パルス波形の各測
   定パルスと次回の前記イメージセンサの１走査分の測定
   パルス波形の各測定パルスとの立ち上がり時又は立ち下
   がり時の前記イメージセンサの画素単位の大小を比較
   し、１走査分におけるその大の個数と小の個数との差を
   計数する移動パルス計数手段と、該移動パルス計数手段
   の計数値の絶対値と第１の所定数とを比較し、該移動パ
   ルス計数手段の計数値の絶対値が第１の所定数より大の
   ときに前記イメージセンサの画素単位の移動信号を出力
   する移動量判定手段と、前記移動パルス計数手段の計数
   結果の符号により移動方向を判定する移動方向判定手段
   と、前記測定パルスを計数する測定パルス計数手段と、
   該測定パルス計数手段の計数結果から第１の所定数を演
   算し、前記移動量判定手段へ出力する基準レベル設定手
   段とを備えることを特徴とする光学的変位量測定装置。
3. 【請求項３】 ２種類の光学的特性を有する部分が交互
   に周期的に並べられたスケールと、該スケールへ投光し
   周期的映像パターンを生成する光学系と、該周期的映像
   パターンを受光する少なくとも１次元のイメージセンサ
   と、該イメージセンサが受光する前記周期的映像パター
   ンの変化から、前記スケールと前記イメージセンサとの
   相対的変位量及び相対的変位方向を判定する光学的変位
   量測定装置において、前記イメージセンサの出力による
   パルス波形の立ち上がり位置を検出する立ち上がり位置
   検出手段と、前記パルス波形の立ち下がり位置を検出す
   る立ち下がり位置検出手段と、前記立ち上がり位置検出
   手段及び立ち下がり位置検出手段の検出結果から、前記
   パルスの重心の位置を演算して出力する重心位置演算手
   段と、該重心位置演算手段からの出力に基づき、前記周
   期的映像パターンに対応する測定パルスを発生させる第
   １の測定パルス発生手段とを有する測定パルス生成手段
   と、該測定パルスの前記イメージセンサの画素単位の位
   置を判定する測定パルス検波手段と、該測定パルス検波
   手段の判定結果の経時変化により、前記スケールと前記
   イメージセンサとの相対的変位量及び相対的変位方向を
   判定する変位量判定手段及び変位方向判定手段とを備
   え、 前記測定パルス検波手段は、前記測定パルス生成手段が
   生成する測定パルスを順次入力する第４のシフトレジス
   タと、測定パルスと初期において等位相の中心パルスを
   持ち、測定パルスと等幅である等間隔の複数の参照パル
   スを記憶する第５のシフトレジスタと、順次、前記参照
   パルス毎に測定パルスとの不一致時間を計時する複数の
   第１の計時手段と、第１の計時手段の各計時結果の相互
   の長短を比較判定する第１の比較判定手段と、この比較
   結果により測定パルスと前記中心パルスとの不一致時間
   及びその方向を判定し、該不一致時間が第１の所定値以
   上であるときは、移動方向と前記所定値の移動を示す移
   動信号を出力する移動信号出力手段と、該不一致時間が
   第１の所定値以上であるときは、第４のシフトレジスタ
   に記憶されている測定パルスを新たな中心パルスとして
   第５のシフトレジスタに取り込む第１の取り込み手段と
   を備えることを特徴とする光学的変位量測定装置。
4. 【請求項４】 前記測定パルス生成手段は、前記イメー
   ジセンサの１走査分の出力から生成された前記周期的映
   像パターンに対応する測定パルスの波形を記憶する第１
   の記憶手段と、前記イメージセンサの画素単位に同期し
   て、第１の記憶手段に記憶している前回走査分の測定パ
   ルスの波形による帰還をかけて１走査分の測定パルスを
   発生する第２の測定パルス発生手段とを備えることを特
   徴とする請求項１〜３の何れかに記載の光学的変位量測
   定装置。
5. 【請求項５】 速度アラーム表示手段を備えると共に、
   前記移動パルス計数手段の計数値と第１の所定数よりも
   大である第２の所定数とを比較し、前記移動パルス計数
   手段の計数値が第２の所定数より大のとき、前記速度ア
   ラーム表示手段へ速度アラームを出力する第２の速度ア
   ラーム出力手段を備え、前記基準レベル設定手段は、前
   記測定パルス計数手段の計数結果から第１の所定数を演
   算して前記移動量判定手段及び移動方向判定手段へ出力
   すると共に、第２の所定数を演算して第２の速度アラー
   ム出力手段へ出力することを特徴とする請求項２に記載
   の光学的変位量測定装置。
6. 【請求項６】 前記測定パルス検波手段は、測定パルス
   と初期において等位相の中心パルスを持ち、測定パルス
   と等幅である等間隔の複数の第１の参照パルスを記憶す
   る第６のシフトレジスタと、順次、第１の参照パルス毎
   に測定パルスとの不一致時間を計時する複数の第２の計
   時手段と、第２の計時手段の各計時結果の相互の長短を
   比較判定する第２の比較判定手段と、この比較結果によ
   り測定パルスと前記中心パルスとの不一致時間及びその
   方向を判定して行き、測定パルスの位相が略所定の周期
   移動して、前記不一致時間が第１の所定値以下になった
   ときは、周期信号を出力する周期信号出力手段と、該周
   期信号を受けて、第４のシフトレジスタに記憶されてい
   る測定パルスを新たな中心パルスとして第６のシフトレ
   ジスタに取り込む第２の取り込み手段とを備えることを
   特徴とする請求項３に記載の光学的変位量測定装置。
7. 【請求項７】 前記測定パルス検波手段は、外部からの
   信号を受けて、前記参照パルス間の間隔を切り換える参
   照パルス切り換え手段を備えることを特徴とする請求項
   １，３，６に記載の光学的変位量測定装置。
8. 【請求項８】 速度アラーム表示部を備えると共に、前
   記測定パルス検波手段は、前記不一致時間が第２の所定
   値以上のとき、前記速度アラーム表示部へ速度アラーム
   を出力する第１の速度アラーム出力手段を備えることを
   特徴とする請求項１，３，６，７の何れかに記載の光学
   的変位量測定装置。
9. 【請求項９】 前記イメージセンサの画素単位の１つお
   きの前記測定パルスの出力からＡ，Ｂ２相の測定パルス
   を生成するＡ相測定パルス発生手段及びＢ相測定パルス
   発生手段を前記測定パルス生成手段は有し、Ａ，Ｂ２相
   の測定パルスのそれぞれに、前記測定パルス検波手段を
   備えることを特徴とする請求項１，２，７の何れかに記
   載の光学的変位量測定装置。