JPH07280521A

JPH07280521A - 光学的変位量測定方法及び光学的変位量測定装置

Info

Publication number: JPH07280521A
Application number: JP7114194A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Koyama; 勝也小山; Jun Yoshikawa; 潤吉川
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1994-04-08
Filing date: 1994-04-08
Publication date: 1995-10-27
Anticipated expiration: 2019-03-02
Also published as: JP3503033B2

Abstract

(57)【要約】【目的】外部からの光に影響されにくい光学的変位量
測定方法を提供する。【構成】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へ投光し、周期的映像パター
ンを生成して、周期的映像パターンを少なくとも１次元
のイメージセンサに受光させ、イメージセンサが受光す
る周期的映像パターンの変化から、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
光学的変位量測定方法において、イメージセンサの出力
によるパルス波形の各パルスの重心を求め、この重心に
基づき、周期的映像パターンに対応する測定パルスを生
成し、測定パルスのイメージセンサの画素単位の移動量
及び移動方向により、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ようになって
いる。

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発明では、イメージセンサの出力
によるパルス波形の各パルスの重心を求め、この重心に
基づき、周期的映像パターンに対応する測定パルスを生
成することにより、外乱光の影響を受けにくい光学的変
位量測定方法を提供することを目的とする。第２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方法を提供することを
目的とする。

【０００７】第３発明では、イメージセンサの反転出力
をイネーブル信号とし、イメージセンサの駆動クロック
を計数する第１の計数手段と、イメージセンサの出力を
ラッチ信号として第１の計数手段の計数値をラッチする
ラッチ手段とを備える立ち上がり位置検出手段を設け、
イネーブル信号の反転信号をイネーブル信号とし、イメ
ージセンサの駆動クロックを計数する第２の計数手段
と、ラッチ信号の反転信号をラッチ信号として第２の計
数手段の計数値をラッチするラッチ手段とを備える立ち
下がり位置検出手段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方法を提供することを目
的とする。

【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。
第５発明では、イメージセンサの１走査分の画素数に等
しい容量を持つ第１のシフトレジスタと、イメージセン
サからの出力を比較入力とし、基準入力端子へ第１のシ
フトレジスタの出力による帰還がかけられたコンパレー
タ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】第６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。

【００１０】第７発明では、測定パルスと参照パルスと
の排他的論理和を取る論理手段と、この論理手段が出力
する期間、クロックパルスを計数する計数手段とを備え
る第１の計時手段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。第８発明では、不一致時間の第１の所定値
は、イメージセンサの駆動クロック１ビット分に相当す
るように設定されている移動信号出力手段を設けること
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。

【００１１】第９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１０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】第１１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。

【００１３】第１２発明では、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画素単位の排他的論
理和を取る論理手段と、この論理手段が出力する期間、
第２の記憶手段からの出力をアップカウント信号または
ダウンカウント信号として、論理手段からの出力を計数
するアップダウンカウンタとを備える移動パルス計数手
段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。

【００１４】第１３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１４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。第１５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３
及び第４の速度アラーム出力手段を備えるＡ相の測定パ
ルス検波手段及びＢ相の測定パルス検波手段とを設ける
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。

【００１６】第１６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。

【００１７】第１７発明では、測定パルスと参照パルス
との排他的論理和を取る論理手段と、論理手段が出力す
る期間、クロックパルスを計数する計数手段とを備える
第１の計時手段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。第１８発明では、不一致時間の第１の所定値
は、イメージセンサの駆動クロック１ビット分に相当す
る移動信号出力手段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。

【００１８】第１９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２０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。

【００１９】第２１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
位量測定方法は、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へ投光し、周期的映像
パターンを生成して、該周期的映像パターンを少なくと
も１次元のイメージセンサに受光させ、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方法におい
て、前記イメージセンサの出力によるパルス波形の各パ
ルスの重心を求め、該重心に基づき、前記周期的映像パ
ターンに対応する測定パルスを生成し、該測定パルスの
前記イメージセンサの画素単位の移動量及び移動方向に
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、
前記立ち上がり位置検出手段は、前記イメージセンサの
反転出力をイネーブル信号とし、前記イメージセンサの
駆動クロックを計数する第１の計数手段と、前記イメー
ジセンサの出力をラッチ信号として第１の計数手段の計
数値をラッチするラッチ手段とを備え、前記立ち下がり
位置検出手段は、前記イネーブル信号の反転信号をイネ
ーブル信号とし、前記イメージセンサの駆動クロックを
計数する第２の計数手段と、前記ラッチ信号の反転信号
をラッチ信号として第２の計数手段の計数値をラッチす
るラッチ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。第５
発明に係る光学的変位量測定装置は、前記第１の記憶手
段は、前記イメージセンサの１走査分の画素数に等しい
容量を持つ第１のシフトレジスタであり、前記第２の測
定パルス発生手段は、前記イメージセンサからの出力を
比較入力とし、基準入力端子へ第１のシフトレジスタの
出力による帰還がかけられたコンパレータであることを
特徴とする。

【００２４】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、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。

【００２５】第７発明に係る光学的変位量測定装置は、
前記第１の計時手段は、測定パルスと前記参照パルスと
の排他的論理和を取る論理手段と、該論理手段が出力す
る期間、クロックパルスを計数する計数手段とを備える
ことを特徴とする。

【００２６】第８発明に係る光学的変位量測定装置は、
前記不一致時間の第１の所定値は、前記イメージセンサ
の駆動クロック１ビット分に相当することを特徴とす
る。

【００２７】第９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１０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】第１１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、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、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。

【００３０】第１２発明に係る光学的変位量測定装置
は、前記移動パルス計数手段は、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画素単位の排他的
論理和を取る論理手段と、該論理手段が出力する期間、
第２の記憶手段からの出力をアップカウント信号または
ダウンカウント信号として、前記論理手段からの出力を
計数するアップダウンカウンタとを備えることを特徴と
する。

【００３１】第１３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１４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】第１５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Ａ相の測
定パルス検波手段及びＢ相の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３及び第４の速
度アラーム出力手段を備えることを特徴とする。

【００３４】第１６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、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。

【００３５】第１７発明に係る光学的変位量測定装置
は、前記第１の計時手段は、測定パルスと前記参照パル
スとの排他的論理和を取る論理手段と、該論理手段が出
力する期間、クロックパルスを計数する計数手段とを備
えることを特徴とする。

【００３６】第１８発明に係る光学的変位量測定装置
は、前記不一致時間の第１の所定値は、前記イメージセ
ンサの駆動クロック１ビット分に相当することを特徴と
する。

【００３７】第１９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。

【００３８】第２０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。

【００３９】第２１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】第１発明に係る光学的変位量測定方法は、イメ
ージセンサの出力によるパルス波形の各パルスの重心を
求め、この重心に基づき、周期的映像パターンに対応す
る測定パルスを生成する。

【００４１】第２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。

【００４２】第３発明に係る光学的変位量測定装置は、
第１の計数手段がイメージセンサの反転出力をイネーブ
ル信号としてイメージセンサの駆動クロックを計数し、
第１のラッチ手段がイメージセンサの出力をラッチ信号
として第１の計数手段の計数値をラッチする。第２の計
数手段はイネーブル信号の反転信号をイネーブル信号と
してイメージセンサの駆動クロックを計数し、第２のラ
ッチ手段はラッチ信号の反転信号をラッチ信号として第
２の計数手段の計数値をラッチする。

【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】第５発明に係る光学的変位量測定装置で
は、第１のシフトレジスタ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、コンパレータがイメージセン
サからの出力を比較入力とし、基準入力端子へ第１のシ
フトレジスタの出力による帰還がかけられる。

【００４５】第６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。

【００４６】第７発明に係る光学的変位量測定装置で
は、論理手段が測定パルスと参照パルスとの排他的論理
和を取り、この論理手段が出力する期間、計数手段がク
ロックパルスを計数する。

【００４７】第８発明に係る光学的変位量測定装置で
は、不一致時間の第１の所定値は、イメージセンサの駆
動クロック１ビット分に相当する。

【００４８】第９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１０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】第１１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。

【００５１】第１２発明に係る光学的変位量測定装置で
は、論理手段が、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画素単位の排他的論理和を取り、
アップダウンカウンタが、この論理手段が出力する期
間、第２の記憶手段からの出力をアップカウント信号ま
たはダウンカウント信号として、論理手段からの出力を
計数する。

【００５２】第１３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１４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】第１５発明に係る光学的変位量測定装置で
は、第３及び第４の速度アラーム出力手段が、Ａ相又は
Ｂ相の測定パルスの参照パルスの中心パルスとの不一致
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。

【００５５】第１６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。

【００５６】第１７発明に係る光学的変位量測定装置で
は、論理手段が測定パルスと参照パルスとの排他的論理
和を取り、この論理手段が出力する期間、計数手段がク
ロックパルスを計数する。

【００５７】第１８発明に係る光学的変位量測定装置で
は、不一致時間の第１の所定値は、イメージセンサの駆
動クロック１ビット分に相当する。

【００５８】第１９発明に係る光学的変位量測定装置で
は、参照パルス切り換え手段が、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。

【００５９】第２０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。

【００６０】第２１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発明に係る光学的変位量測定
方法及び第２，３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発明に係る光学的変位量測定
方法及び第２，３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１
１と、前記イネーブル信号のインバータ１２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ａ ₁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４，５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、ＣＣＤ
９４の画素数と同じビット容量を有し、コンパレータ２
１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４，５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２，３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、ＣＣＤ９４（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３
２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。第６〜８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２，３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。

【００８０】図１１は第９，１０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９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６〜８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１１，１２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ＣＣＤ９
４（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５
６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５８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。第１１，１２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２，３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。

【００８６】図１５は、第１３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
１１，１２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５９ａ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Ｄo 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１３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１１，１２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５６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１３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１１，１２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１４，１５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７３，７
４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
７１，７２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６〜１０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６〜１０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６
〜１０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１６〜２１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３３ｃ
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８４
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１６〜２１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６〜９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】第１発明に係る光学的変位量測定方法に
よれば、外乱光の影響を受けにくい光学的変位量測定が
できる。

【００９８】第２，３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４，５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６〜８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９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１０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１１，１２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１３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１４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】第１５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。

【０１０７】第１６〜１８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】第１９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。

【０１０９】第２０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。

【０１１０】第２１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２，３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２，３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２，３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４，５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４，５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
定パルス検波部の構成を示すブロック図である。

【図７】第６〜８発明に係る光学的変位量測定装置の測
定パルス検波部の要部構成を示すブロック図である。

【図８】第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動作を示すフローチャートである。

【図１１】第９，１０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９，１０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１１，１２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１３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１３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１４，１５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１４，１５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１６〜２１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１６〜２１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９４ＣＣＤ

Claims

【特許請求の範囲】

【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へ投光し、周期的映像パ
ターンを生成して、該周期的映像パターンを少なくとも
１次元のイメージセンサに受光させ、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方法において、前記イメージセンサの出力によるパルス波形の各パルス
の重心を求め、該重心に基づき、前記周期的映像パター
ンに対応する測定パルスを生成し、該測定パルスの前記
イメージセンサの画素単位の移動量及び移動方向によ
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ことを特徴とする光学
的変位量測定方法。
【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ることを特徴とする光
学的変位量測定装置。
【請求項３】前記立ち上がり位置検出手段は、前記イ
メージセンサの反転出力をイネーブル信号とし、前記イ
メージセンサの駆動クロックを計数する第１の計数手段
と、前記イメージセンサの出力をラッチ信号として第１
の計数手段の計数値をラッチするラッチ手段とを備え、
前記立ち下がり位置検出手段は、前記イネーブル信号の
反転信号をイネーブル信号とし、前記イメージセンサの
駆動クロックを計数する第２の計数手段と、前記ラッチ
信号の反転信号をラッチ信号として第２の計数手段の計
数値をラッチするラッチ手段とを備えることを特徴とす
る請求項２記載の光学的変位量測定装置。
【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２又は３記載の光学的変位量測定装置。
【請求項５】前記第１の記憶手段は、前記イメージセ
ンサの１走査分の画素数に等しい容量を持つ第１のシフ
トレジスタであり、前記第２の測定パルス発生手段は、
前記イメージセンサからの出力を比較入力とし、基準入
力端子へ第１のシフトレジスタの出力による帰還がかけ
られたコンパレータであることを特徴とする請求項４記
載の光学的変位量測定装置。
【請求項６】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請求項
２，３，４，５の何れかに記載の光学的変位量測定装
置。
【請求項７】前記第１の計時手段は、測定パルスと前
記参照パルスとの排他的論理和を取る論理手段と、該論
理手段が出力する期間、クロックパルスを計数する計数
手段とを備えることを特徴とする請求項６記載の光学的
変位量測定装置。
【請求項８】前記不一致時間の第１の所定値は、前記
イメージセンサの駆動クロック１ビット分に相当するこ
とを特徴とする請求項６又は７記載の光学的変位量測定
装置。
【請求項９】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
６〜８の何れかに記載の光学的変位量測定装置。
【請求項１０】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６〜９の何れかに記載の光学的変位
量測定装置。
【請求項１１】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請求項
２，３、４，５の何れかに記載の光学的変位量測定装
置。
【請求項１２】前記移動パルス計数手段は、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画素
単位の排他的論理和を取る論理手段と、該論理手段が出
力する期間、第２の記憶手段からの出力をアップカウン
ト信号またはダウンカウント信号として、前記論理手段
からの出力を計数するアップダウンカウンタとを備える
ことを特徴とする請求項１１記載の光学的変位量測定装
置。
【請求項１３】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１
１又は１２記載の光学的変位量測定装置。
【請求項１４】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６〜９，１１，１２の
何れかに記載の光学的変位量測定装置。
【請求項１５】速度アラーム表示部を備えると共に、
前記Ａ相の測定パルス検波手段及びＢ相の測定パルス検
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３
及び第４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１４記載の光学的変位量測定装置。
【請求項１６】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請求項
２，３，４，５の何れかに記載の光学的変位量測定装
置。
【請求項１７】前記第１の計時手段は、測定パルスと
前記参照パルスとの排他的論理和を取る論理手段と、該
論理手段が出力する期間、クロックパルスを計数する計
数手段とを備えることを特徴とする請求項１６記載の光
学的変位量測定装置。
【請求項１８】前記不一致時間の第１の所定値は、前
記イメージセンサの駆動クロック１ビット分に相当する
ことを特徴とする請求項１６又は１７記載の光学的変位
量測定装置。
【請求項１９】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１６〜１８の何れかに記載の光学的変位量測定装置。
【請求項２０】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１６〜１９の何れかに記載の光学的
変位量測定装置。
【請求項２１】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１６〜２０の何れかに記載の光学的
変位量測定装置。