JPH06341862A

JPH06341862A - 光学式変位検出装置

Info

Publication number: JPH06341862A
Application number: JP22218792A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kuroki; 真吾黒木; Wataru Ishibashi; 渡石橋; ▲登▼鴻群; Kougun Nobori
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 1992-07-29
Filing date: 1992-07-29
Publication date: 1994-12-13

Abstract

(57)【要約】【構成】基準格子１１６及び検出格子１１４により制
限された光を受光してメインスケール１３２とインデッ
クススケール１３０の相対移動量を互いに位相の異なる
複数の正弦波信号として出力する複数の受光素子１２０
と、前記複数の受光素子１２０の出力の位相差を複数に
分割し、微少位相差を有した複数の正弦波を出力する位
相分割回路１６２と、ラッチ信号の入力により該時点で
出力を得ている位相の正弦波出力を維持するようラッチ
するラッチ回路２１０と、を備えたことを特徴とする光
学式変位検出装置。【効果】位置決め後の外乱などによってスケールの相
対位置に変化を生じた場合にも、容易且つ確実に位置決
め状態に復帰させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学式変位検出装置、特
にその信号処理回路の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種測定器、工作機械、更に最近は各種
情報機械などにも相対移動する二つの部材の変位量を検
出するため各種変位検出装置が用いられており、非接触
で変位量検出が可能なところから光学式変位検出装置が
汎用されている。該光学式変位検出装置は、相対移動す
る２つの部材のそれぞれに設けられた格子と、該格子の
重なりあいを検出するための発光素子及び受光素子より
なる。このような従来の光学式変位検出装置としては、
通常の２枚の格子の重なりあいを検出するエンコーダの
ほか、図１３に示すような３枚の格子の重なりあいの変
化より変位量を検出する、いわゆる３格子システムが周
知である（Journal ofthe optical society of Americ
a,１９６５年、vol.55、No.4、ＰＰ３７３−３８１）。

【０００３】前記図１３において、エンコーダ１０は、
平行配置された発光側格子１２，検出格子１４と、両格
子１２，１４の間に相対移動可能に平行配置された基準
格子１６と、前記発光側格子１２の図中左側に配置され
た発光素子１８と、前記検出格子１４の図中右側に配置
された受光素子２０と、を含む。そして、発光素子１８
から出射された光は発光側格子１２，基準格子１６，検
出格子１４を介して受光素子２０に至り、該受光素子２
０は各格子１２，１４，１６で制限された照射光を光電
変換し、更にプリアンプ２２により増幅して検出信号ｓ
を得る。

【０００４】ここで、基準格子１６が発光側格子１２，
検出格子１４に対し例えば矢印ｘ方向に相対移動する
と、発光素子１８からの照射光の格子１２，１６，１４
により遮蔽される光量が徐々に変化し、検出信号ｓは略
正弦波として出力される。そして、前記基準格子１６の
ピッチＰと検出信号ｓの波長が対応し、該検出信号ｓの
波数及びその分割値より前記基準格子１６の相対移動量
を測定するものである。図１４にはこのような３格子シ
ステムの反射式リニアエンコーダの縦断面図が示されて
おり、また図１５には図１４Ｉ−Ｉ線での断面図が示さ
れている。なお、前記図１３と対応する部分には同一符
号を付して説明を省略する。

【０００５】同図に示すリニアエンコーダ１０は反射式
であり、インデックススケール３０及びメインスケール
３２を有する。そして、インデックススケール３０の図
１４中上面には、一個の発光素子１８及び四個の受光素
子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄからなる検出部３４
が配置されている。そして、前記発光素子１８及び各受
光素子２０のリード線は、プリント基板２４に固定され
ている。さらに、インデックススケール３０には、前記
発光素子１８及び各受光素子２０を囲んで枠３６が設け
られている。また、前記インデックススケール３０と対
向配置されたメインスケール３２には、基準格子１６が
設けられており、該基準格子１６には図１６に示すよう
に縦縞状目盛が形成されている。

【０００６】一方、前記インデックススケール３０に
は、図１７に示すように、前記発光素子１８に対応する
発光側格子１２、及び前記受光素子２０に対応する検出
格子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが設けられてお
り、各格子には縦縞状目盛が形成されている。そして、
前記検出格子１４ａ…１４ｄの縦縞状目盛のピッチは位
相が互にπ／２づつずれて形成されており、各受光素子
２０ａ…２０ｄからは、それぞれπ／２づつ位相のずれ
たａ相、ｂ相、ａ'相、ｂ'相の信号を得ることができ
る。さらに、ａ相−ａ'相により差動振幅増幅したＡ相
出力を、ｂ相−ｂ'相により同じく差動振幅増幅された
Ｂ相出力を得る。そして、前記Ａ相出力及びＢ相出力の
π／２位相のズレ方向等よりスケールの相対移動方向の
弁別及び電気的に検出信号の分割を行ない、変位量検出
を行なっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の光電
型エンコーダは、通常図１８に示すように互いにπ／２
位相の異なる正弦波状のＡ相，Ｂ相を出力するか、また
は図１９に示す互いにπ／２位相の異なる二相の方形波
を出力する。前記図１８に示す正弦波状のＡ相、Ｂ相の
出力信号を利用すると、同図Ｐ₀，Ｐ₁，Ｐ₂，…Ｐ_n点で
位置決めが可能なようにアナログでサーボシステムを構
成できるため、スケールの相対位置を正確に停止・位置
決めすることが可能である。しかしながら、このアナ
ログサーボシステムの欠点は、目盛ピッチＰの細かいス
ケールの製作が困難な点にある。

【０００８】現状では、ピッチＰ≧２０μm程度までは
比較的安価にスケールを製作できるが、高分解能（例え
ば１μm以下）の位置決めには適さない。一方、１μm以
下の高分解能を得るためピッチＰ≦４μmのスケールも
製作は可能であるが、高価となってしまうという問題が
あり、さらに目盛ピッチＰを細かくしたときには、メイ
ンスケール、インデックススケールの相対移動速度が高
速となった場合、Ａ相、Ｂ相の正弦波の周波数が極めて
高くなる。このため、受光素子の応答速度を越え信号が
減衰したりするため、回路構成の点からも対応が困難と
なってしまう。

【０００９】また、図１９に示す互いにπ／２位相の異
なる二相の方形波出力は、デジタルサーボシステムの位
置情報として用いられる。この出力は、通常図１８に示
す正弦波出力を内挿分割して出力されるため、分解能も
高くなり、高速対応も可能である。しかしながら、デジ
タル信号であるため、位置決め時、最小でも±１カウン
ト分の誤差が発生し、しかも該１カウントの範囲でチャ
タリングを生じるおそれもある。従って、目標とする位
置決め精度より分解能の一桁高い位置情報が必要とな
り、Ａ相、Ｂ相の内挿分割回路が複雑になるという課題
がある。さらに、二相の方形波信号から速度情報を得る
必要があるとき等には、回路が複雑になるという課題も
ある。本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたもの
であり、その目的は分解能が高く、しかも高速対応が可
能なアナログサーボ方式の光学式変位検出装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明にかかる光学式変位検出装置は、メインスケー
ル、インデックススケール、発光素子、受光素子に加
え、位相分割回路と、ラッチ回路を備える。そして、前
記受光素子は基準格子及び検出格子により制限された光
を受光してメインスケールとインデックススケールの相
対移動量を互に位相の異なる複数の正弦波信号として出
力する。ラッチ回路は、ラッチ信号の入力により該時点
で出力を得ている位相の正弦波を維持するようラッチす
る。

【００１１】なお、本発明において、位相分割回路によ
り分割出力された各位相の正弦波の平均電圧値近傍での
立上がりないし立ち下がり部分を採取し、前記各位相の
正弦波に基づく立上がりないし立ち下がり部分を合成し
て鋸歯状出力を得る鋸歯波形成回路を備え、前記ラッチ
回路は、ラッチ信号の入力により、該時点で鋸歯状出力
を得ている位相の正弦波出力を前記鋸歯状波にかえて出
力するよう、前記鋸歯形成回路の出力をラッチすること
が好適である。

【００１２】

【作用】本発明にかかる光学式変位検出装置は、前述し
たように位相分割回路により位相の異なる複数の正弦波
信号の位相差をそれぞれ複数に分割するので、従来のπ
／２位相ずれたＡ相、Ｂ相に加えて、複数の微小位相ず
れた正弦波を得ることができる。一方、ラッチ回路にラ
ッチ信号を入力すると、出力信号はラッチされ、該時点
で出力を得ている位相の正弦波出力が継続される。この
ため、例えばメインスケールとインデックススケールの
相対移動を所定位置で停止させた後、両スケールの相対
位置が外乱等により位置ずれを起こした場合にも、前記
正弦波の半波長の範囲であれば、極めて容易に前記所定
位置を検出し、復帰させることができる。

【００１３】また、鋸歯波形成回路を用いた場合には、
該鋸歯波形成回路はそれぞれ微少位相ずれたそれぞれの
正弦波の平均電圧値近傍での立上がりないし立下がり部
分を採取する。この立上がり、ないし立ち下がり部分で
はその変化がほぼ直線に疑似され、各正弦波の立ち上が
りないし立ち下がり部分を時間を追って合成することに
より、鋸歯状出力を得ることができる。従って、受光素
子から出力される正弦波一波長当たり複数の鋸歯状波を
得ることができ、それぞれの鋸歯状波から変位情報を得
ることが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を
説明する。図１には本発明の一実施例にかかる光学式変
位検出装置としてのリニアエンコーダの回路構成が示さ
れており、前記従来技術と対応する部分には符号１００
を加えて示し説明を省略する。同図に示すように、本実
施例にかかるリニアエンコーダは３格子システムを採用
しており、発光素子１１８と受光素子１２０ａ，１２０
ｂ，…１２０ｄの間には発光側格子１１２、基準格子１
１６、及び前記各受光素子１２０ａ，１２０ｂ，…１２
０ｄにそれぞれ対応した検出格子１１４ａ，１１４ｂ，
…１１４ｄが配置されている。

【００１５】ここで、検出格子１１４ａ，１１４ｂは互
にπ位相ずれた格子が形成され、検出格子１１４ｃ，１
１４ｄにも互にπ位相のずれた格子が形成され、前記検
出格子１１４ａと１１４ｃはπ／２位相をずらして構成
している。このため検出格子１１４ａ，１１４ｃ，１１
４ｂ，１１４ｄはそれぞれπ／２づつ位相がずれている
こととなり、基準格子１１６の相対移動により前記受光
素子１２０ａ，１２０ｃ，１２０ｂ，１２０ｄにはそれ
ぞれπ／２づつ位相のずれた略正弦波の検出信号が得ら
れる。また、前記受光素子１２０は、本実施例において
フォトトランジスターよりなり、それぞれのベースに照
射された光量に比例して電源１００より電流が導通され
る。

【００１６】そして、受光素子１２０ａを例にとると、
電源１００より該受光素子１２０ａに導通された電流Ｉ
₁は、受光素子１２０ａによりａ相信号を形成して電流
電圧変換回路１４０ａにて電圧に変換される。前記電流
電圧変換回路１４０ａはオペアンプ１４２、該オペアン
プ１４２と並列に接続された雑音防止コンデンサー１４
４と可変抵抗１４６の並列回路、及び抵抗１４８よりな
る。そして、前記オペアンプ１４２の反転入力端子に前
記受光素子１２０ａが接続され、非反転入力端子には基
準電圧Ｖrefが前記抵抗１４８を介して印加される。

【００１７】また、同様にして受光素子１２０ｂ，１２
０ｃ，１２０ｄに電源１００より導通された各電流
Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄はそれぞれａ'相信号、ｂ相信号、ｂ'相
信号を形成して、前記電流電圧変換回路１４０ａと同一
構成の電流電圧変換回路１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ
によりそれぞれ電圧に変換される。そして、基準格子１
１６の相対移動により電流電圧変換回路１４０ａ…１４
０ｂからそれぞれ出力されるＰ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₄点の電
圧波形は、それぞれπ／２づつ位相がずれた略正弦波と
なる。本発明において特徴的なことは、位相ずれ正弦波
出力回路と、位相分割回路と、鋸歯形成回路と、ラッチ
回路を備えたことである。

【００１８】そして、本実施例において位相ずれ正弦波
出力回路は、差動増幅部１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ
よりなる。すなわち、前記ａ相信号及びａ'相信号は差
動増幅部１５０ａによりａ相−ａ'相信号を作成し、Ｄ
Ｃ分が取除かれ差動振幅増幅されたＡ相を出力する。こ
こで、前記差動増幅部１５０ａは、オペアンプ１５２と
抵抗１５４，１５６，１５８，１６０よりなり、該オペ
アンプ１５２の反転入力端子には、前記電流電圧変換回
路１４０ａにより電圧に変換されたａ相信号が抵抗１５
４を介して入力される。また、オペアンプ１５２の非反
転入力端子には、前記電流電圧変換回路１４０ｂにより
電圧に変換されたａ'相信号が抵抗１５６を介して入力
される。さらに、前記抵抗１５８はオペアンプ１５２と
並列に接続され、抵抗１６０はオペアンプ１５２の非反
転入力端子と基準電圧Ｖrefとを接続する。

【００１９】そして、ａ相信号はそのπ位相のずれた
ａ'相信号を基準としてオペアンプ１５２により差動振
幅増幅されＡ相出力を形成するのである。なお、同様に
して前記ｂ相信号及びｂ'相信号は差動増幅部１５０ｂ
によりｂ相−ｂ'相信号を作成し、ＤＣ分が取除かれ差
動振幅増幅されたＢ相出力を形成する。さらに、本発明
において特徴的なＡ’相出力を得るため、差動増幅部１
５０ｃによりａ’相−ａ相信号を作成し、ＤＣ分が取除
かれ差動振幅増幅されたＡ’相出力を得ている。

【００２０】また、本実施例において位相分割回路は、
前記Ａ相差動増幅部１５０ａ，Ｂ相差動増幅部１５０ｂ
の出力間Ａ相−Ｂ相の位相差を５分割するため、差動増
幅部１５０ａと１５０ｂの出力端を直列接続する分割抵
抗１６２ａ，１６２ｂ，〜１６２ｅと、同様にＢ相−
Ａ’相の位相差を５分割するため、差動増幅部１５０ｂ
と１５０ｃの出力端を直列接続する分割抵抗１６２ｆ，
１６２ｇ，〜１６２ｊとを含む。この結果、前記Ａ相差
動増幅部１５０ａからはそのままＡ相出力、分割抵抗１
６２ａからは（Ａ相＋１８度）相出力、分割抵抗１６２
ｂからは（Ａ相＋３６度）相出力、…分割抵抗１６２ｅ
からは（Ａ相＋７２度）相出力が得られる。また、前記
Ｂ相差動増幅部１５０ｂからはそのままＢ相＝（Ａ相＋
９０度）相出力、分割抵抗１６２ｆからは（Ｂ相＋１８
度）＝（Ａ相＋１０８度）相出力、分割抵抗１６２ｇか
らは（Ｂ相＋３６度）＝（Ａ相＋１２６度）相出力…分
割抵抗１６２ｊからは（Ａ相＋１６２度）相出力を得る
ことができる。

【００２１】各相の出力は、非反転増幅器１６４ａ，１
６４ｂ，…１６４ｊによりそれぞれの出力の振幅が同じ
大きさになるように増幅する。すなわち、非反転増幅器
１６４ａは、オペアンプ１６６、該オペアンプ１６６と
並列に接続された抵抗１６８、及び抵抗１７０よりな
る。そして、前記オペアンプ１６６の非反転入力端子に
前記Ａ相出力が入力され、反転入力端子には基準電圧Ｖ
refが前記抵抗１６８を介して印加される。そして、各
非反転増幅器１６４ａ，１６４ｂ，…１６４ｊにより増
幅された各位相の正弦波出力は鋸歯形成回路に入力され
る。

【００２２】該鋸歯形成回路は、スイッチング部１７２
ａ，１７２ｂ，…１７２ｊを含み、各位相の正弦波の立
上がり部を次の位相の正弦波の立上がりまでの間切出
す。そして、スイッチング部１７２ａ〜１７２ｊの出力
は合成された後、バッファ１７４に入力される。バッフ
ァ１７４の出力は反転回路１７６に入力される。該反転
回路１７６は出力反転部１７８と、スイッチング部１８
０，１８２を含む。該出力反転部１７８はオペアンプ１
８４及び抵抗１８６，１８８，１９０を備え、バッファ
１７４の出力は前記オペアンプ１８４の反転入力端子に
入力される。

【００２３】一方、スイッチング部１８０は前記バッフ
ァ１７４に直接接続され、スイッチング部１８２は出力
反転部１７８を介して同じくバッファ１７４に接続され
ている。そして、バッファ１７４の出力が正の場合はス
イッチング部１８０がＯＮ作動して該バッファ１７４の
出力をそのまま出力する。バッファ１７４の出力が負の
場合は、スイッチング部１８２がＯＮ作動し該バッファ
１７４の出力を出力反転部１７８により正に反転し、そ
れぞれ出力をバッファ回路１９２に供給する。バッファ
回路１９２はオペアンプ１９４、抵抗１９６，１９８を
含み、前記スイッチング部１８０ないし１８２の出力を
バッファ出力する。尚、本実施例において鋸歯形成回路
の各スイッチング部１７２及び反転回路１７６のスイッ
チング部１８０，１８２への指示信号Ａ₁〜Ａ₁₂は、図
２に示すように形成される。

【００２４】同図に示すように、前記各非反転増幅器１
６４の出力はそれぞれコンパレータ２００ａ，２００
ｂ，…２００ｊの非反転入力端子に入力され、コンパレ
ータ２００ａの出力は排他的論理和回路２０２ａに入力
される。また、コンパレータ２００ｂの出力は排他的論
理和回路２０２ａ及び２０２ｂに入力される。従って、
排他的論理和回路２０２ａからは、非反転増幅器１６４
ａからのＡ相出力の立上がりから、非反転増幅回路１６
４ｂからの（Ａ＋１８度）相出力が立ち上がるまでの位
相１８度の間、指示信号Ａ₁が出力され、スイッチング
部１７２ａをこの間ＯＮ作動させることとなる。

【００２５】同様に、排他的論理和回路２０２ｂからは
非反転増幅器１６４ｂからの（Ａ＋１８度）相出力の立
上がりから、非反転増幅回路からの（Ａ＋３６度）相が
立上がるまでの位相１８度の間、指示信号Ａ₂が出力さ
れる。同様にして、排他的論理和回路２０２ｃ〜２０２
ｊからは、それぞれ指示信号Ａ3〜Ａ₁₀が出力される。
一方、前記コンパレータ２００ａ出力はそのまま前記ス
イッチング部１８０ａのスイッチング信号Ａ₁₁として出
力し、さらにコンパレータ２００ａの出力を反転回路２
０４を介して出力反転部１７６のスイッチング信号Ａ₁₂
として出力する。

【００２６】ここで、前記排他的論理和回路２０２ａ〜
２０２ｊ及び反転回路２０４の出力は、ラッチ回路２１
０を介してスイッチング部１７２ａ〜１７２ｊにそれぞ
れ出力される。すなわち、ラッチ回路２１０は二個のラ
ッチ用ＩＣ（ＨＣ３７３）２１２ａ，２１２ｂよりな
り、ラッチ信号２１４の入力により該時点で出力を行っ
ている非反転増幅回路１７２の出力をラッチ解除が行わ
れるまで継続する。本実施例にかかる光学式変位検出装
置は以上のように構成され、次にその作用について説明
する。まず、Ａ相、Ｂ相出力は前記図１８と同様であ
り、Ａ’相出力はＡ相出力の反転出力である。

【００２７】そして、前記位相分割回路の分割抵抗１６
２ａ・・・１６２ｊからは、図３に示すように各１８度
づつずれた位相の正弦波出力が得られる。一方、鋸歯形
成回路のスイッチング部１７２ａ〜１７２ｊには、それ
ぞれ排他的論理和回路２０２ａ〜２０２ｊにより出力さ
れた図４Ａ₁〜Ａ₁₀のスイッチング信号が入力され、そ
れぞれＨレベルの間だけスイッチング部１７２をＯＮ作
動させる。この結果、図５に示すように各位相の正弦波
の立ち上がりないし立ち下がり部分のみが採取され、１
８度毎の鋸歯状出力を得ることができる。しかしなが
ら、この状態では１８０度毎に鋸歯状出力の正負が交代
するため、前記反転回路１７６により負の期間、鋸歯状
出力を反転させ、図６に示すように正の信号のみの鋸歯
状信号を形成する。

【００２８】この鋸歯状信号により、図７に示すように
例えば最大電圧Ｖの１／２の電圧レベルで位置決めする
ようにアナログサーボ系を構成することが可能となり、
±１カウントの誤差を持たない停止位置制御を行うこと
ができる。また、スケールのピッチＰより１桁以上のピ
ッチＰ_kを細かくすることができ、スケールピッチが大
きくても高分解能のアナログサーボ系を構成することが
可能となり、さらに高速対応が容易である。また、本実
施例にかかる光学式変位検出装置を例えば半導体素子加
工用のテーブル位置決めに用いた場合、アナログ信号で
ある鋸歯状信号により正確に位置決めし、さらに該位置
で例えばデジタル制御の場合のようにチャタリングを生
じることもない。

【００２９】しかしながら、図７において前記テーブル
をＰ₂₀₀点に位置決め後、テーブルに外乱が加わり、位
置がＰ_t点に移動し、鋸歯状波を一つ（ないし複数）飛
び超えてしまうことが考えられる。そして、一般的な装
置にあっては、再度位置決めを行う場合に、単に電圧を
１／２Ｖ点にもどせば、テーブルはＰ₂₀₁点に移動して
しまうこととなる。従って、鋸歯状歯のカウントを行い
なおすか、駆動系自体をアブソリュート制御する必要が
ある。

【００３０】これに対し本発明によれば、位置決め後ラ
ッチ信号２１４をラッチ回路２１０に入力することによ
り、該時点から光学式変位検出装置の出力は正弦波状信
号となる。即ち、図８に示すようにスイッチング信号Ａ
₆がＯＮの状態でラッチ信号２１４が入力されると、各
スイッチング信号Ａ₁〜Ａ₅及びＡ₇〜Ａ₁₁はＯＦＦの状
態を維持し、これはたとえテーブルに外乱が加わっても
変更されない。従って、テーブルがＰ₂₀₀点から外乱に
よりＰ_t点に移動した場合にも、電圧は上昇を続けるの
みであるので、該電圧を１／２Ｖとするようテーブルの
駆動制御を行なうことにより、直ちにテーブルを元位置
決め位置に復帰させることができる。このように本実施
例においては、正弦波状信号は、前記鋸歯状波の複数
（本実施例によれば、１０個）に相当する距離を一の波
長でカバーするため、例えば位置ずれにより複数の鋸歯
状波分移動してしまった場合にも、半波長Ｗの範囲で再
度同位置（同電圧点）に復帰させることは極めて容易で
ある。

【００３１】また、本実施例にかかる光学式変位検出装
置によれば、速度情報が容易に作れるという利点もあ
る。すなわち、図９に示すように鋸歯状出力の時間ｔに
おける電圧値Ｖ_nは、最大電圧Ｖ_k及びピッチＰ_kにより
次の式数１により表される。

【数１】Ｖ_n＝−ｎＶ_k＋（Ｖ_k／Ｐk）ｘこの数１を時間ｔで微分すると、次の数２が得られる。

【数２】ｄＶn／ｄｔ＝（Ｖ_k／Ｐ_k）・（ｄｘ／ｄｔ）
・（ｄｘ／ｄｘ）＝（Ｖ_k／Ｐ_k）・Ｖ_x このＶ_xが移動速度となり、電圧（Ｖ_n）を時間（ｔ）で
微分すれば、容易に移動速度を求めることができる。

【００３２】尚、本実施例において、メインスケールと
インデックススケールの相対移動方向を識別するため、
図２に示す回路構成を採用している。すなわち、コンパ
レータ２００ａの出力（図１０（Ａ））と、コンパレー
タ２００ｃの出力（図１０（Ｃ））を反転回路２０６ａ
で反転した反転出力とを論理積回路２０８ａに入力す
る。この結果、該論理積回路からは図１１（Ａ）に示す
ような出力を得ることができる。また、コンパレータ２
００ｅの出力（図１０（Ｅ））と、コンパレータ２００
ｇの出力（図１０（Ｇ））を反転回路２０６ｃで反転し
た反転出力とを論理積回路２０８ｂに入力する。この結
果、該論理積回路２０８ｂからは図１１（Ｂ）に示すよ
うな出力を得ることができる。

【００３３】同様に各コンパレータ２００の出力と、該
コンパレータ２００と３６度ずれたコンパレータ２００
の反転出力を論理積回路２０８に入力することにより、
それぞれ図１１（Ａ）〜（Ｊ）に示すパルス状出力を
得、図１１（Ａ）〜（Ｄ）の出力を論理和回路２１０ａ
により合成することにより、図１２（Ａ）に示す方形波
出力を、また図１１（Ｅ）〜（Ｊ）に示す出力を論理和
回路２１０ｂにより合成することにより、図１２（Ｂ）
に示す方形波出力を得る。そして、図１２（Ａ）及び
（Ｂ）に示す方形波出力は位相が１８度ずれたものとな
り、その位相ずれが進相方向になるか、遅相方向になる
かにより、メインスケールとインデックススケールの相
対移動方向を判別することができる。

【００３４】更に、本発明の実施例において、微少位相
差を１８度づつにして分割したが、これに限るものでは
ない。例えば、微少位相差を９度、１１．２５度、２
２．５度等にすることも図１の回路を変更すれば容易に
実現できる。また、Ａ相、Ｂ相、Ａ’相の位相差も互い
にπ／２づつである必要はない。例えば互いに１２０度
の位相差を持たせても実現可能である。また、本実施例
においては鋸歯波形成回路を用いた例について説明した
が、本発明にかかるラッチ回路は、例えば鋸歯波を形成
することなく、位相分割を行った正弦波出力に基づき直
接位置決めした場合にも適用可能であり、さらには位置
決め時には方形波を用い位置決め後に該方形波出力の基
となった正弦波出力にラッチすることも可能である。な
お、本実施例においては３格子システムのリニアエンコ
ーダについて説明したが、むろん通常の２格子システム
のエンコーダでも、またロータリーエンコーダ等の変位
検出器であっても全く同様に適用し得る。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる光
学式変位検出装置によれば、ラッチ信号の入力により、
該時点での出力を得ている位相の正弦波出力を維持する
ようラッチするラッチ回路を備えているので、位置決め
後の外乱などによってメインスケール及びインデックス
スケールの相対位置に変化を生じた場合にも、容易且つ
確実に位置決め状態に復帰させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかるリニアエンコーダの
回路構成の説明図である。

【図２】図１に示した回路のスイッチング部の指示信号
出力機構の説明図である。

【図３】図１に示したＰ₁〜Ｐ₁₀点の電圧波形の説明図
である。

【図４】図１に示した回路のスイッチング部の指示信号
出力状態の説明図である。

【図５】鋸歯形成回路による出力状態の説明図である。

【図６】図１に示す回路から出力される鋸歯状出力の説
明図である。

【図７】図１に示すエンコーダによる停止位置制御状態
の説明図である。

【図８】本発明において特徴的なラッチ回路の機能の説
明図である。

【図９】図１に示すエンコーダによる速度情報出力状態
の説明図である。

【図１０】図２に示すコンパレータ出力状態の説明図で
ある。

【図１１】図２に示す論理積回路２０８の出力状態の説
明図である。

【図１２】図２に示す論理和回路２１０の出力状態の説
明図である。

【図１３】一般的な３格子システムのエンコーダの概念
説明図である。

【図１４】図１３に示したエンコーダの具体的構成の説
明図である。

【図１５】図１４Ｉ−Ｉ線での断面の説明図である。

【図１６】図１４に示したエンコーダのメインスケール
の説明図である。

【図１７】図１４に示したエンコーダのインデックスス
ケールの説明図である。

【図１８】，

【図１９】従来のエンコーダの信号処理状態の説明図で
ある。

【符号の説明】

１２，１１２ … 発光側格子１４，１１４ … 検出格子１６，１１６ … 基準格子１８，１１８ … 発光素子２０，１２０ … 受光素子３０，１３０ … インデックススケール３２，１３２ … メインスケール１５０ … 差動増幅部（位相ずれ正弦波出力回路）１６２ … 分割抵抗（位相分割回路）１７２ … スイッチング部（鋸歯形成回路）２１０ … ラッチ回路

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【手続補正書】

【提出日】平成４年８月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２、図７、図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【図７】

【図８】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の基準格子が形成されているメイン
スケールと、検出格子が形成され、前記メインスケールに対し相対移
動可能に並列配置されるインデックススケールと、前記基準格子に光を照射する発光素子と、前記基準格子及び検出格子により制限された光を受光し
てメインスケールとインデックススケールの相対移動量
を互いに位相の異なる複数の正弦波信号として出力する
複数の受光素子と、前記複数の受光素子の出力の位相差を複数に分割し、微
少位相差を有した複数の正弦波を出力する位相分割回路
と、ラッチ信号の入力により、該時点で出力を得ている位相
の正弦波出力を維持するようにラッチするラッチ回路
と、を備えたことを特徴とする光学式変位検出装置。
【請求項２】請求項１記載の装置において、位相分割回路により分割出力された各位相の正弦波の平
均電圧値近傍での立上がりないし立ち下がり部分を採取
し、前記各位相の正弦波に基づく立上がりないし立ち下
がり部分を合成して鋸歯状出力を得る鋸歯波形成回路を
備え、前記ラッチ回路は、ラッチ信号の入力により、該時点で
鋸歯状出力を得ている位相の正弦波出力を前記鋸歯状波
にかえて出力するよう、前記鋸歯形成回路の出力をラッ
チすることを特徴とする光学式変位検出装置。