JPH0650254B2

JPH0650254B2 - 計測装置、及び該計測装置を用いたサーボ制御装置

Info

Publication number: JPH0650254B2
Application number: JP14321884A
Authority: JP
Inventors: 進牧野内
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1984-07-12
Filing date: 1984-07-12
Publication date: 1994-06-29
Anticipated expiration: 2009-06-29
Also published as: JPS6123914A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、機械的な変位あるいは回転等、被測定物理量
に応じてレベルが周期的に変化する２相信号を入力し、
これらの信号を内挿して計数することによつて、被測定
物理量を知るようにした計測装置に関するものである。
更に詳しくは、本発明は、周期的パターンを用いたエン
コーダ装置や、レーザー干渉を用いた測長装置の信号処
理装置に使用して有効な計測装置に関するものである。

〔発明の背景〕

従来のこの種の装置においては、２相信号を何らかの手
法で内挿し、その結果として信号の位相の進み量に等し
いパルスを得、このパルスをカウンタで計数することに
より累積の移動量等、被測定物理量を知るようにしてい
た。

しかしながら、このような従来装置においては、例えば
移動速度が速くなる等、被測定物理量の変化が大きくな
ると、単位時間当りのパルス数が多くなり、カウンタが
計数ミスを起こすという問題点があった。この問題は、
発生したパルスを累積的に加算（または減算）するタイ
プの計測装置、所謂インクリメンタル型の計数装置に共
通する欠点である。このような欠点に関しては、移動位
置や回転角度位置について一義的に決まつたデジタル値
を出力するような計測装置、所謂アブソリユート型の計
数装置を用いることで解決できるが、計測分解能はイン
クリメンタル型よりもかなり低いのが一般的であり、高
精度の計測には不向きであつた。さらに、インクリメン
タル型の場合は所望の原点位置でカウンタの計数値を任
意の値（例えば零）に簡単にリセツト（初期化）するこ
とができるのに対し、アブソリユート型の場合は、回路
的に複雑になりすぎるという欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明は、このような従来技術における問題点に鑑みて
なされたもので、被測定物理量の変化量が大きい場合で
あつても、正確に物理量を測定することができるととも
に、任意の時点でリセット等の初期化ができる装置を実
現しようとするものである。さらに本発明は、被測定物
理量の粗い変化量についてはインクリメンタル方式で計
測し、それよりも小さい変化量についてはアブソリユー
ト方式で計測する装置を提供することを目的とする。ま
た本発明は、そのような計測装置を用いて可動体の運動
量を計測して可動体をサーボ制御する装置を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明に係る計測装置は、上記の目的を達成するため
に、被測定物の物理量の変化に応じて周期的にレベル変
化する時系列的な第１交流信号（１ａ）と、該信号に対
して一定量だけ移相した第２交流信号（１ｂ）とを発生
する手段（１）と；前記第１交流信号と第２交流信号と
に基づいて該２つの交流信号の中間的な位相の交流信号
を出力する中間位相信号発生回路（２）と；前記第１交
流信号、第２交流信号、及び中間位相信号をそれぞれ２
値化する回路（５）と；この２値化された各信号が同一
時刻に取り得る並列的なビットパターン（５ａ〜５ｈ）
の状態を検出して、一義的なデジタル２進数（Ｄ_０）に
対応付けて出力するコード変換回路（ＲＯＭ６）と；該
コード変換回路を初期化する際、前記ビツトパターンの
状態と前記デジタル２進数との一義的な対応付けを変化
させる初期化回路（ラッチ回路２１）とを備えている。
そして、このような構成により、被測定物の物理量を前
記デジタル２進数によつて計測するようにしている。さ
らに本発明においては、第１交流信号と第２交流信号と
の間の位相差（例えば９０°）をＮ等分（例えば４等
分）する位相角（２２．５°毎）を持ち、かつ２つの交
流信号（１ａ，１ｂ）と同一周期の２（Ｎ−１）個（例
えば２×３個）の中間位相信号を生成し、第１交流信
号、第２交流信号、及び中間位相信号の２Ｎ個（例えば
８個）の信号の夫々を、互いの位相関係を保存した状態
で矩形波信号（５ａ〜５ｈ）に変換して出力する多相信
号生成回路（２，５）と、その２Ｎ個の矩形波信号（５
ａ〜５ｈ）が同一時刻に取り得る並列的なビットパター
ンの変化の全ての夫々と一義的に対応付けられた複数の
増分的なデジタル２進数（例えば４ビットで表される０
〜１５までの１６個の２進数データＤ_０）を、ビットパ
ターンの変化の順番と関係付けて出力するコード変換回
路（ＲＯＭ６）と、所定のリセット信号（ＲＳ）に応答
して、複数の増分的なデジタル２進数（Ｄ_０）と複数の
矩形波信号（５ａ〜５ｈ）のビットパターンの変化の全
ての夫々との一義的な対応付けを、リセット時の矩形波
信号のビットパターンに応じて変更する初期化回路（ラ
ッチ回路２１）とを設けた上で、さらに複数の矩形波信
号のうちの少なくとも１つの矩形波信号の周期に応答し
たパルスを作り、そのパルスを計数する計数回路（７、
８、９、１０、１１、１２）を設ける。そして矩形波信
号の周期以上に及ぶ物理的変化量については、計数回路
の計数値（デジタル２進数Ｄ_１、Ｄ_２）によってインク
リメンタルに計測し、矩形波信号の周期以下の物理変化
量については、コード変換回路からのデジタル２進数
（Ｄ_０）によってアブソリュートに計測するようにし
た。

また、本願の特定発明と関連した可動体のサーボ制御装
置においては、上述の多相信号生成手段（２、５）、コ
ード変換回路（ＲＯＭ６）、及び計数回路（７〜１２）
を設けた計測装置を用いて、可動体（ステージ等）の運
動速度が所定値よりも大きい間は計数回路（７〜１２）
から出力されるデジタル２進数（Ｄ_１、Ｄ_２）のみに基
づいて可動体をサーボ制御し、運動速度が所定値よりも
小さいとき（停止状態も含む）はコード変換回路（ＲＯ
Ｍ６）からのデジタル２進数（Ｄ_０）を用いて可動体を
サーボ制御するように構成した。

〔実施例〕第１図は、本発明に係る装置の一例を示す構成ブロック
図である。この図において、１はエンコーダ、レーザー
干渉を利用した測長装置等の検出部を示し、ここから
は、測定物理量の変化に応じて周期的にレベルが変化す
る互いに例えば９０°位相差を有した２種の正弦波状の
交番信号１ａ，１ｂを出力する。２は、検出部１から出
力される第１，第２の交番信号１ａ，１ｂを入力し、こ
の第１，第２の交番信号に基づいて２つの信号の中間的
な位相の交番信号を出力する中間位相信号発生回路で、
第１の交番信号１ａを入力する正転アンプ２４及び反転
アンプ２３、第２の交番信号１ｂを入力する正転アンプ
２２、各アンプ及び反転アンプ間に直列接続した８個の
抵抗Ｒで構成されており、各抵抗Ｒの共通接続点には、
上から順番に、２２．５°，４５°，６７．５°，１１
２．５°，１３５°，１５７．５°の中間位相の各交番
信号を出力する。すなわち、交番信号１ａ，１ｂから原
信号の位相を８分割した信号を得る。５は、第１，第２
の交番信号及び６つの中間位相信号を入力するシユミツ
トトリガ回路であつて、入力信号を矩形波信号（２値信
号）に変換する。

第２図は、この各シユミツトトリガ回路５の各矩形波出
力信号５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５
ｈの信号波形図である。これらの各矩形波信号は、互い
に、２２．５°の位相を有したものとなつている。

６は、各矩形波信号５ａ〜５ｈを下位アドレスＡ₀〜Ａ₇
として入力し、そのアドレス値に応じて同一時刻におけ
る８つの矩形波信号５ａ〜５ｈの並列的なビツトパター
ンを符号化（デコード）し、このビツトパターンに応じ
たデジタル２進数を出力するランダム・アクセス可能な
リード・オンリー・メモリ（以下ROMとする）であり、
ここでは８つの矩形波信号（２値信号）を入力し、その
ビツトパターンに応じて４ビツト（Ｂ₀〜Ｂ₃）の２進数
Ｄ₀に変換して出力するコード変換回路（テコーダ）を
構成する。

７，８は位相０°の矩形波信号５ａ（交番信号１ａと同
位相である）を入力するワンシヨツト回路で、一方のワ
ンシヨツト回路７は矩形波信号５ａの立上りを検出し、
他方のワンシヨツト回路８は矩形波信号５ａの立下りを
検出する。９及び１０は各ワンシヨツト回路７及び８
と、位相９０°の矩形波信号５ｅとを入力するアンド回
路で、ここから入力信号１ａ，１ｂの１周期につき、１
パルスずつ出力されるアツプパルスＵＰ、又はダウンパ
ルスＤＰを得る。１１はアンド回路９，１０から得られ
るアツプパルスＵＰとダウンパルスＤＰを入力し、アツ
プパルスＵＰについては加算計数、ダウンパルスＤＰに
ついては減算計数するアツプダウンカウンタ、１２はこ
のアツプダウンカウンタ１１に縦属接続されたアツプダ
ウンカウンタであり、アツプダウンカウンタ１１のキヤ
リーパルスＣＳで減算計数し、ボローパルスＢＳで加算
計数する。

このような装置によれば、アツプダウンカウンタ１１
は、第１，第２の交流信号１ａ，１ｂをパルス化した信
号５ａ，５ｅを計数するもので、各アツプダウンカウン
タ１１，１２の計数値Ｄ₁，Ｄ₂は入力交流信号１ａ（１
ｂ）の移相の進み量、すなわち累積の移動量等となる。
また、ROM６からの出力Ｄ₀は、入力交流信号の位相を1/
16の分解能で内挿したものとなり、アツプダウンカウン
タ１１，１２の計数値を上位桁としたとき下位桁とな
る。従つて、各アツプダウンカウンタ１１，１２の出力
Ｄ₂，Ｄ₁及びROM６の出力Ｄ₀から、測定物理量を高分解
能で計測することができる。

さらに本発明では、ROM６のデジタル２進数Ｄ₀を入力す
るラツチ回路２１を初期化回路として設けてある。ラツ
チ回路２１は外部からのリセツトパルスＲＳに応答し
て、デジタル２進数Ｄ₀を保持し、その後は保持したデ
ジタル２進数Ｄ₀をROM６の上位アドレスＡ₈〜Ａ₁₁に印
加するものである。尚、リセツトパルスＲＳはアツプダ
ウンカウンタ１１，１２にも印加され、デコーダとして
のROM６の初期化、すなわち下位桁（Ｄ₀）のリセツトと
同時に上位桁（Ｄ₁，Ｄ₂）のリセツトも行なわれる。こ
こで以後の説明を簡単にするため、リセツトとは各桁
（Ｄ₀，Ｄ₁，Ｄ₂）の値を零にクリアすることを意味す
るものとする。また、ラツチ回路２１はリセツトパルス
ＲＳがハイレベル（論理値「Ｈ」）の間、入力するデジ
タル２進数Ｄ₀の如何を問わず、４ビツトの出力が全て
ローレベル（論理値「Ｌ」）になり、上位アドレスＡ₈
〜Ａ₁₁は「００００」になる。

さて、ROM６にはアドレスＡ₀〜Ａ₁₁に入力するデジタル
値のビツトパターンに応じてデジタル２進数Ｄ₀を出力
するための変換テーブルが予め記憶されている。その変
換テーブルは本実施例では１６通りのものが用意されて
いて、ROM６の上位アドレスＡ₈〜Ａ₁₁に印加されるデジ
タル値に応じてそのうちの１つのテーブルが選択され
る。１つのテーブル内には下位アドレスＡ₀〜Ａ₇に印加
されるデジタル値のビツトパターンに応じて１６個のデ
ータが選択できるように記憶されている。

第３図は１６通りの変換テーブルのうち、上位アドレス
Ａ₈〜Ａ₁₁の全ビツトが「０」のときに選択されるオリ
ジナルテーブルの一例を示す図である。オリジナルテー
ブルでは８つの矩形波信号５ａ〜５ｈが全ビツト「０」
になつたとき出力すべきデジタル２進数Ｄ₀の４ビツト
を全て「０」にするデータ以外に１５個のデータ（１６
進表示で１からＦまでの）値が記憶されている。第４図
はそのオリジナルテーブルのROM６上でのアドレスマツ
プを示す図である。ただしアドレスは１０進数で表わし
た。矩形波信号５ａ〜５ｈの８ビツトで表わし得る最大
のアドレス数は１０進数で０番地から２５５番地までの
２５６個であるが、このうち矩形波信号５ａ〜５ｈの取
り得る８ビツトのビツトパターンは第２図、第３図から
も明らかなように１６通りしかない。そこで、その８ビ
ツトのビツトパターンをアドレス値としたとき、ROM６
の０番地から２５５番地の間に離散的に１６個の変換デ
ータが記憶されている。ただし、第２図のタイミングチ
ヤートからも明らかなように、時刻Ｔ₁以前（時刻Ｔ₁₆
以降と同一）では矩形波信号５ａ〜５ｈの全ビツトが
「０」であり、時刻Ｔ₁とＴ₂の間で最下位ビツトである
矩形波信号５ａのみが論理値「Ｈ」になるので、０番地
と１番地に連続してデータ「０」，「１」が記憶されて
いる。このように連続する番地に記憶されるデータは、
時刻Ｔ₇とＴ₈の間における８ビツトの値（番地１２７）
に対するデータ「７」と、時刻Ｔ₁₅とＴ₁₆の間における
８ビツトの値（番地１２８）に対するデータ「Ｆ」、及
び時刻Ｔ₉とＴ₁₀の間における８ビツトの値（番地２５
４）に対するデータ「９」と、時刻Ｔ₈とＴ₉の間におけ
る８ビツトの値（番地２５５）に対するデータ「８」で
ある。

第５図はROM６内のオリジナルテープ以外のテーブルの
一例を示す図であり、ここではROM６の上位４ビツトの
アドレスＡ₈〜Ａ₁₁に「００１１」（１６進数の３）が
印加された場合に選択されるテーブルを示す。このテー
ブルはオリジナルテープと比べて、矩形波信号５ａ〜５
ｈのビツトパターンの時間的な変化順に一義的に出力さ
れたデジタル２進数Ｄ₀の順序を３つだけシフトしたよ
うな変換を行なうように各データが記憶されている。す
なわち、オリジナルテープにおける矩形波信号５ａ〜５
ｈの８ビツトのビツトパターンとデジタル２進数Ｄ₀と
の一義的な対応関係を、ROM６の上位アドレスＡ₈〜Ａ₁₁
に印加されるデータ（ラツチ回路２１に保持された直前
のデジタル２進数Ｄ₀）に応じて、変化（シフト）させ
るように、１６個のデータ（１６進数で０からＦまでの
値）を配列して記憶するものである。第５図では、第２
図に示した矩形波信号５ａ〜５ｈの時刻Ｔ₃とＴ₄との間
におけるビツトパターンに対応して出力するデジタル２
進数Ｄ₀が１６進数で「０」になるように定められてい
る。その他の１４通りのテーブルについても全く同様の
方法で１６個のデータが記憶されている。

第６図は第５図に示したテーブルのROM６内でのアドレ
スマツプを示す図である。第５図のテーブルはROM６の
上位アドレスＡ₈〜Ａ₁₁のうち、アドレスビツトＡ₈とＡ
₉のみが論理値「Ｈ」に保持された状態で、下位アドレ
スＡ₀〜Ａ₇の値の変化のみでアクセスされる番地領域に
記憶される。すなわち、７６８番地から１０２３番地の
２５６個の番地のうち１６個に１６進数で０からＦまで
の１６個のデータが離散的に記憶される。尚、第６図中
のアドレスは１０進数で表わしてある。第６図中のアド
レス値は第４図中のアドレス値に単に７６８をオフセツ
ト値として加えたものにすぎない。このように、１６通
りのテーブルの各テーブルが記憶されている２５６個の
番地領域を１セグメントと考えれば、ラツチ回路２１の
出力データ（アドレスＡ₈〜Ａ₁₁）で１６セグメントの
うちの特定の１セグメントを選び、その１セグメント内
の番地は矩形波信号５ａ〜５ｈのビツトパターン（アド
レスＡ₀〜Ａ₇）、すなわち２相信号１ａ，１ｂの１周期
を１６分割したとき、各分割点における信号１ａ，１ｂ
の１６通りの位相状態に応じてアクセスするものであ
る。

次に本実施例の回路動作を説明する。初期状態として説
明を簡単にするため、ROM６内の１６通りのテーブルの
うちオリジナルテーブルが選択されているものとする。
（すなわちラツチ回路２１の出力データは全ビツト
「０」）被測定物が正方向又は逆方向に移動（又は回
転）すると、検出部１からは２相信号１ａ，１ｂが発生
する。ここで、被測定物の単位移動量を８μｍとする
と、この８μｍの移動は信号１ａ，１ｂの１周期に相当
する。正方向移動の場合は第２図に示したように矩形波
信号５ａ（信号１ａと同相）に対して矩形波信号５ｅ
（信号１ｂと同相）は９０°の位相遅れで発生し、逆方
向移動の場合はその逆になる。正方向移動のとき、ワン
シヨツト回路７は矩形波信号５ａの立上り（時刻Ｔ₁）
においてヒゲ状のパルスを発生し、ワンシヨツト回路８
は信号５ａの立下り（時刻Ｔ₉）においてヒゲ状のパル
スを発生する。時刻Ｔ₁では矩形波信号５ｅが論理値
「Ｌ」であるため、アンド回路９，１０のゲートはとも
に閉じたままである。そして時刻Ｔ₉では信号５ｅが論
理値「Ｈ」になつているため、ワンシヨツト回路８から
のパルスがアンド回路１０を通つてアツプパルスＵＰと
してアツプダウンカウンタ１１に印加される。このた
め、計数値Ｄ₁は１だけ増加（インクリメント）する。
もし、そのインクリメントによつてアツプダウンカウン
タ１１がオーバーフローする場合は、ボローパルスＢＳ
を出力するとともに、計数値Ｄ₁は零になる。そのボロ
ーパルスＢＳは次の桁を表わすアツプダウンカウンタ１
２にアツプパルスとして印加されるので、計数値Ｄ₂は
１だけ増加する。尚、アツプダウンカウンタ１１，１２
は４ビツトのデジタル２進数Ｄ₀の型に合せて４ビツト
のデジタル２進数（計数値Ｄ_１，Ｄ_２）を出力する構成
にするとよい。このように、アツプダウンカウンタ１
１，１２によつて計数される上位桁のデジタル２進数
（Ｄ₁，Ｄ₂）は被測定物の単位移動量（８μｍ）毎に１
だけ増加（逆方向移動のときは１だけ減少）するので、
上位桁のデジタル２進数（Ｄ₁，Ｄ₂）だけで最小分解能
８μｍの位置計測ができる。

一方、ROM６内のオリジナルテーブルに従つて出力され
るデジタル２進数Ｄ₀は、単位移動量（８μｍ）をさら
に１６分割した移動量（０．５μｍ）毎に０からＦまで
の値のいずれか１つに順次サイクリツクに更新される。
下位桁のデジタル２進数Ｄ₀は２相信号１ａ，１ｂの１
周期内、すなわち単位移動量（８μｍ）内の絶対的な位
置を表わすものである。従つて、下位桁のデジタル２進
数Ｄ₀と上位桁のデジタル２進数Ｄ₁，Ｄ₂とを共に読み
取れば最小分解能０．５μｍの高精度な位置計測ができ
る。しかも、下位桁のデジタル２進数Ｄ₀は所謂アブソ
リユート型の変換（デコード）を行なつて得られたもの
なので、デジタル２進数Ｄ₀の計数ミス（正確には変換
ミス）が上位桁のデジタル２進数Ｄ₁，Ｄ₂に累積されな
いという効果がある。また被測定物が２点間を高速に移
動した後停止し、その停止位置を計測する場合、停止位
置では矩形波信号５ａ〜５ｈのビツトパターンは、かな
らず第３図（又は第５図）に示した１６通りのいずれか
１つになるので、移動中にデジタル２進数Ｄ₀の計数ミ
スが生じても何ら問題とはならない。

さて、被測定物がある位置（例えば原点位置）にきたと
き、デジタル２進数Ｄ₀，Ｄ₁，Ｄ₂の全桁を「０」にリ
セツトするには、その位置で不図示のリセット回路から
リセツトパルスＲＳを発生すればよい。今、その位置で
デジタル２進数Ｄ₀が「３」であつたとする。この場
合、リセツトパルスＲＳの発生直前では、前述のように
ROM６内のオリジナルテーブルが選択されているとした
ので、矩形波信号５ａ〜５ｈのビツトパターンは第２図
に示したように「00000111」になつている。リセツトパ
ルスＲＳが立上つて論理値「Ｈ」になると、ラツチ回路
２１の出力は４ビツトが全て「０」になり、ROM６は第
４図に示したオリジナルテーブルを選択する。すなわ
ち、リセツトパルスＲＳの入力直前までに選択されてい
たテーブルの如何を問わず、リセツトパルスＲＳが論理
値「Ｈ」の間はかならずオリジナルテーブルが選択され
る。そしてオリジナルテーブルの中から矩形波信号５ａ
〜５ｈのそのときのビツトパターン「00000111」（第４
図中の７番地）に対応したデジタル２進数Ｄ₀（データ
「３」）がアクセスされ、ROM６から出力されるそし
て、リセツトパルスＲＳが論理値「Ｈ」から「Ｌ」に立
下つた時で、ラツチ回路２１はそのアクセスされたデジ
タル２進数Ｄ₀を記憶し、以後新しいリセツトパルスＲ
Ｓが入力されるまでその値を保持する。このためラツチ
回路２１の出力、すなわちROM６の上位アドレスＡ₈〜Ａ
₁₁には「００１１」(3)なるデータ値が印加され、この
時初めてROM６は第６図に示したテーブルを選択する。
この時点におけるROM６の全アドレス入力Ａ₀〜Ａ₁₁のビ
ツトパターンは「001100000111」（１０進数の７７５で
あり、ROM６は第６図に示したテーブルの中から７７５
番地に格納されたデータ「０」をデジタル２進数Ｄ₀と
して出力する。このようにして、原点位置における下位
桁のデジタル２進数Ｄ₀のリセツトが完了する。もちろ
ん、リセツトパルスＲＳはアツプダウンカウンタ１１，
１２にも印加されるから、上位桁のデジタル２進数
Ｄ₁，Ｄ₂も零にリセツトされる。上記リセツトの完了
後、ROM６は新たなリセツトパルスＲＳが発生するま
で、第５図（第６図）に示したテーブルに基づいて矩形
波信号５ａ〜５ｈのビツトパターンのデジタル２進数Ｄ
₀へのデコード（変換）動作を行なう。

さて、ROM６内のテーブルとして第５図（第６図）のも
のが選択されている状態で、新たなリセツトパルスＲＳ
が発生した場合を、さらに第７図を参照して説明する。
このときリセツトパルスＲＳの発生直前のデジタル２進
数Ｄ₀が「５」であつたものとすると、そのときの矩形
波信号５ａ〜５ｈのビツトパターンは第５図に示したテ
ーブルから全ビツト「１」、すなわち「11111111」であ
る。先に述べたのと同様にリセツトパルスＲＳが立上つ
て論理値「Ｈ」になると、まずROM６内のオリジナルテ
ーブルが選択され、ROM６はオリジナルテーブルの中か
ら矩形波信号５ａ〜５ｈのビツトパターン「11111111」
（１０進数の２５５）でアクセスされる２５５番地のデ
ータ「８」をデジタル２進数Ｄ₀として出力する（第４
図参照）。そしてリセツトパルスＲＳが立下がつた時点
でそのデータ「８」を保持するから、ROM６の全アドレ
ス入力Ａ₀〜Ａ₁₁のビツトパターンは「100011111111」
になる。第７図はオリジナルテーブルに対して変換の対
応関係を８つだけシフトしたテーブルを示し、矩形波信
号５ａ〜５ｈのビツトパターンが全ビツト「１」のとき
データとして「０」がアクセスされる。またそのテーブ
ルはROM６の２０４８番地から２３０３番地までに記憶
されている。そこでROM６は第７図に示したテーブルに
従つて、デジタル２進数Ｄ₀として「０」を出力し、リ
セツト動作を完了する。

以上本実施例では安価で大容量のROM６を使うことで、
極めて簡単にリセツト動作を行なうことができる。本実
施例では変換すべき１６個のデジタル２進数Ｄ₀が１セ
グメント内で離散的にしか記憶されておらず、メモリの
利用効率が低いという問題がある。しかしながら、記憶
するデータのビツト数を５ビツト以上にし、その最上位
の５ビツト目をROM６から単独に読み出せるようにする
と、下位桁のデジタル２進数Ｄ₀の計数（変換）ミス等
が検出可能になる。そのためにはROM６に記憶すべき変
換データの番地以外の全ての番地に５ビツト目を「１」
にしたデータを記憶しておく。こうすれば、例えば矩形
波信号５ａ〜５ｈが第３，５，７図に示したような１６
通りのビツトパターンのときは５ビツト目が「０」であ
り、それ以外のパターンになつたときは５ビツト目が
「１」になるので、容易に移動中の計数ミスの判断がで
きる。その５ビツト目が「１」のときにLED等を点灯さ
せるようにすれば、エンコーダやレーザ干渉測長器等の
検出部１の速度追従性能を知ることもできる。また、第
１図に示したような計測装置を使つて、例えば移動ステ
ージの位置を検出し、その位置情報（デジタル２進数Ｄ
₀，Ｄ₁，Ｄ₂）に基づいて、ステージの駆動をデジタル
的にサーボ制御する場合、従来の計測装置を使つた場合
にくらべてステージの速度を上げることが可能になる。
具体的な例として、レーザ干渉測長器を使つた場合を考
えてみる。レーザ干渉測長器による２相信号１ａ，１ｂ
の１周期が０．３２μｍだとすると、従来の装置ではこ
れを１６分割して０．０２μｍ毎のアツプパルス，ダウ
ンパルスを得ている。従来のアツプダウンカウンタの計
数速度（応答性）を５MHzとすると、ステージの最高速
度は（0.02×１０^-6）×（５×１０⁶）＝0.1m/secとな
る。従つて、従来の装置ではステージがこの速度以上に
なると計数ミスが多発し、しかもそれが累積したものに
なつた。ところが、本発明の装置によれば、アツプダウ
ンカウンタ１１，１２は２相信号１ａ，１ｂの１周期に
つき１だけ加算（又は減算）するだけなので、５MHzの
アツプダウンカウンタを用いたとしても、ステージの最
高速度は（0.32×１０^-6）×（５×１０⁶）＝1.6m/sec
となり、理論的には１６倍のスピードアツプが可能であ
る。もちろん高速になればなる程、下位桁のデジタル２
進数Ｄ₀への変換速度も高くしなければならないが、ROM
６のアクセスタイムは有限であり、ステージの速度はRO
M６のアクセスタイムによつて決まるものと思われる。
ただし、例えばステージの速度がある速度以上のときは
下位桁のデジタル２進数Ｄ₀を零とみなして、上位桁の
デジタル２進数Ｄ₁，Ｄ₂を使つてステージのデジタルサ
ーボ制御を行ない、ある速度以下（あるいは停止目標位
置の直前）になつたときは下位桁のデジタル２進数Ｄ₀
を読み込んで、ステージの正確な位置を読み取りつつサ
ーボ制御を行なうようにすれば、ROM６のアクセスタイ
ムによつてステージの最高速度値が制限されることはな
い。

また、本実施例の第１図の回路構成では、ROM６のアド
レス入力のビツト数は、矩形波信号５ａ〜５ｈの８ビツ
トとデジタル２進数Ｄ₀の４ビツトとの合計１２ビツト
を必要とした。すなわちアドレス領域として０番地から
４０９５番地までのメモリ空間を必要とする。しかしな
がら、矩形波信号５ａ〜５ｈの８ビツトのビツトパター
ンは１６通りしかないので、矩形波信号５ａ〜５ｈをゲ
ート回路等のハードウエアで作つたデコーダで一度４ビ
ツトの純２進数に変換した後、ROMのアドレス入力とす
るようにすればROM６のアドレス入力は８ビツトだけで
よく、メモリの利用効率が向上する。

また、本実施例の回路構成では、矩形波信号５ａ〜５ｈ
をROM６のアドレス入力としたが、公知のマイクロコン
ピユータを用いて矩形波信号５ａ〜５ｈのビツトパター
ンを判断し、リセツト時にデジタル２進数Ｄ₀を零とす
るようなテーブルから逐次、又はステージ等の被測定物
が停止したときに、変換すべきデータを選択するように
してもよい。さらに本実施例の回路においては初期化と
して零リセツトを主に説明したが、任意の値を設定す
る、所謂プリセツトも全く同様に可能である。この場合
はラツチ回路２１にプリセツト値入力付きのものを使
い、リセツトパルスＲＳがローレベルに立下がつた時に
ラツチしたデジタル２進数Ｄ₀（オリジナルテーブル中
のデータ）からプリセツト値（１６進数で０〜Ｆまで）
を引いた値をROM６の上位アドレス値として出力するよ
うにすればよい。

なお、本実施例の中間位相信号発生回路２は交番信号１
ａ，１ｂから原信号の位相を８分割する場合について示
したが、本発明においてこの分割数は任意の数をとるこ
とができることはいうまでもない。また、デコーダ６及
びアツプダウンカウンタ１１，１２の出力であるデジタ
ル２進数Ｄ₀，Ｄ₁，Ｄ₂は１６進表示となつているが、B
CDにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、最下位桁を出力
する回路手段として、並列的なビツトパターンに応じた
デジタル２進数を出力するコード変換回路を用いたこと
により直接デジタル２進数が得られるので、被測定物理
量の変化量が大きい場合、すなわち高速入力時でも、計
数ミスが発生することはなく、正確に物理量を測定する
ことのできるとともに、任意の時点でリセツト（初期
化）が可能な計測装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置の一例を示す構成ブロック
図、第２図は各シユミツトトリガ回路の矩形波信号の信
号波形図、第３図はROM内の上位アドレスＡ₈〜Ａ₁₁の全
ビツトが「０」のときに選択されるオリジナルテーブル
の一例を示した説明図、第４図は第３図のオリジナルテ
ーブルのROM内でのアドレスマツプを示した説明図、第
５図はROM内のオリジナルテーブル以外のテーブルの一
例を示した説明図、第６図は第５図のテーブルのROM内
でのアドレスマツプを示した説明図、第７図はオリジナ
ルテーブルに対して変換の対応関係を８つシフトしたRO
M内のテーブルを示した説明図である。１……検出部、２……中間位相信号発生回路、５……シ
ユミツトトリガ回路、６……デコーダ、１１，１２……
アツプダウンカウンタ、２１……ラツチ回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物の物理量の変化に応じて周期的に
レベル変化する時系列的な第１交流信号と、該信号と同
一周期で、かつ一定量だけ移相した第２交流信号とを発
生する測定手段と；前記第１交流信号と第２交流信号と
に基づいて、該２つの交流信号の間の位相差をＮ等分す
る位相角を持ち、かつ前記２つの交流信号と同一周期の
２（Ｎ−１）個の中間位相信号を生成するとともに、前
記第１交流信号、第２交流信号、及び２（Ｎ−１）個の
中間位相信号の夫々を、互いの位相関係を保存した２Ｎ
個の矩形波信号に変換して出力する多相信号生成回路
と；を備え、該２Ｎ個の矩形波信号に基づいて前記被測
定物の物理量の変化をデジタル計測する装置において、前記２Ｎ個の矩形波信号が同一時刻に取り得る並列的な
ビットパターンの４Ｎ通りを４Ｎ個の増分的なデジタル
２進数の夫々に対応させたとき、該デジタル２進数のビ
ット長を持つ上位アドレス値と、前記２Ｎ個のビット
長、若しくは前記４Ｎ通りを表す２進数のビット長を持
つ下位アドレス値とで規定されるメモリ回路を備え、前
記４Ｎ個の増分的なデジタル２進数のいずれか１つを出
力するコード変換回路を設け、前記メモリ回路は、下位アドレス値でアクセス可能なメ
モリ領域をセグメントとしたとき、上位アドレス値でア
クセスされる４Ｎ個のセグメントを持ち、各セグメント
は前記下位アドレス値として印加されたビットパターン
の変化と一義的に対応付けられた４Ｎ個の増分的なデジ
タル２進数を記憶するとともに、各セグメント毎に前記
ビットパターンの変化と前記４Ｎ個の増分的なデジタル
２進数との一義的な対応関係を１つずつシフトさせて記
憶しており、さらに所定のリセット信号の入力中に前記コード変換回
路が出力している４Ｎ個の増分的なデジタル２進数のい
ずれか１つを、前記リセット信号の入力完了後に前記上
位アドレス値として前記メモリ回路へ継続的に印加する
初期化回路を設け、リセット時に前記多相信号生成回路が出力している２Ｎ
個の矩形波信号の並列的なビットパターンに応じて前記
４Ｎ個のセグメントのいずれか１つを選ぶことにより、
前記４Ｎ個の増分的なデジタル２進数と前記４Ｎ通りの
ビットパターンのそれぞれとの一義的な対応関係を変更
することを特徴とする計測装置。
【請求項２】前記第１交流信号と第２交流信号との間の
位相差を９０°としたとき、前記多相信号生成回路は、
位相差９０°を４等分する２２．５°の位相角毎の８個
の矩形波信号を発生するとともに、該８個の矩形波信号
が同一時刻に取り得る並列的なビットパターンの１６通
りを４ビットの２進数に変換して前記メモリ回路の下位
アドレスに印加するデコーダを含むことを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項３】前記初期化回路は、前記リセット信号の立
上りに応答して前記メモリ回路の上位アドレスに印加す
るデジタル２進数を零にし、前記リセット信号の立下り
の時点で前記コード変換回路が出力している１つのデジ
タル２進数をラッチして前記メモリ回路の上位アドレス
に印加するラッチ回路を含み、前記コード変換回路は、
前記リセット信号の立上りと立下りの期間の間だけ前記
メモリ回路内の一番小さい番地領域のオリジナルセグメ
ントを選び、該オリジナルセグメントに記憶された４Ｎ
個の増分的なデジタル２進数のいずれか１つをその期間
内での前記２Ｎ個の矩形波信号の並列的なビットパター
ンに応答して出力することを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の装置。
【請求項４】被測定物の回転量や移動量等の物理的な変
化に応じて同一周期でレベル変化するとともに、互いに
一定の位相差を持つ第１交流信号と第２交流信号とを発
生する測定手段と；前記第１交流信号と第２交流信号と
に基づいて、該２つの交流信号の間の位相差をＮ等分す
るような位相角を持ち、かつ前記２つの交流信号と同一
周期の２（Ｎ−１）個の中間位相信号を生成するととも
に、前記第１交流信号、第２交流信号、及び中間位相信
号の夫々を互いの位置関係を保存した２Ｎ個の矩形波信
号に変換して出力する多相信号生成手段と；を備え、該
２Ｎ個の矩形波信号に基づいて前記物理的変化量をデジ
タル計測する計測装置において、該多相信号生成手段から出力される２Ｎ個の矩形波信号
が同一時刻に取り得る並列的なビットパターンの４Ｎ通
りの変化に応答して、該ビットパターンの全ての夫々と
一義的に対応付けられた増分的な４Ｎ個のデジタル２進
数のいずれか１つを、前記ビットパターンの変化の順番
と関係付けて出力するコード変換回路と；所定のリセット信号に応答して、前記４Ｎ個の増分的な
デジタル２進数と前記４Ｎ通りのビットパターンの夫々
との一義的な対応付けを、リセット時に前記多相信号生
成手段が出力している２Ｎ個の矩形波信号のビットパタ
ーンに応じて変更する初期化回路と；前記２Ｎ個の矩形波信号のうち少なくとも１つの矩形波
信号の変化に応答したパルスを作り、該パルスを計数す
るとともに、前記リセット信号に応答して計数値をリセ
ットする計数回路とを備え、前記矩形波信号の周期以上に及ぶ物理的変化量について
は前記計数回路の計数値によってインクリメンタルに計
測するとともに、前記矩形波信号の周期以下の物理的変
化量については前記コード変換回路からのデジタル２進
数によってアブソリュートに計測することを特徴とする
計測装置。
【請求項５】可動体の運動に応じて同一周期でレベル変
化するとともに、互いに一定の位相差を有する第１交流
信号と第２交流信号とを発生する測定手段と；前記第１
交流信号と第２交流信号とに基づいて、該２つの交流信
号の間の位相差をＮ等分するような位相角を持ち、かつ
前記２つの交流信号と同一周期の２（Ｎ−１）個の中間
位相信号を生成するとともに、前記２つの交流信号と前
記複数の中間位相信号との夫々を、互いの位相関係を保
存した２Ｎ個の矩形信号に整形して出力する多相信号生
成手段と；該２Ｎ個の矩形信号に基づいて前記可動体の
運動量をデジタル計測する回路と；を備えた計測装置を
用いて、前記可動体の運動をサーボ制御する装置におい
て、該多相信号生成手段から出力される２Ｎ個の矩形信号が
同一時刻に取り得る並列的なビットパターンの４Ｎ通り
の変化に応答して、該ビットパターンの全ての夫々と一
義的に対応付けられた互いに異なる４Ｎ個の増分的なデ
ジタル２進数のいずれか１つを、前記ビットパターンの
変化の順番と関係付けて出力するコード変換回路と；所定のリセット信号に応答して、前記４Ｎ個の増分的な
デジタル２進数と前記４Ｎ通りのビットパターンの夫々
との一義的な対応付けを、リセット時に前記多相信号生
成手段が出力している２Ｎ個の矩形波信号のビットパタ
ーンに応じて変更する初期化回路と；前記多相信号生成手段から出力される少なくとも１つの
矩形信号の変化に応答したパルスを作り、該パルスを計
数した値をデジタル２進数として出力する計数回路と；前記可動体の運動速度が所定値よりも大きい間は、前記
計数回路から出力されるデジタル２進数のみに基づいて
前記可動体をサーボ制御し、前記運動速度が所定値より
も小さいときには前記コード変換回路から出力されるデ
ジタル２進数を用いて前記可動体をサーボ制御する制御
手段とを設けたことを特徴とする計測装置を用いたサー
ボ制御装置。