JPS58153116A

JPS58153116A - 計測装置

Info

Publication number: JPS58153116A
Application number: JP3620082A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ichihara; 裕市原; Masa Oota; 雅太田; Hideaki Shimomura; 下村　英明; Kazuyuki Takizawa; 滝沢　和之
Original assignee: Nikon Corp; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1982-03-08
Filing date: 1982-03-08
Publication date: 1983-09-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明はＩｌｌ渕定物の移動量や位、置を針欄する装置
に関し、特に光電的にＩ１１＃定物の測長又は測角を行
なうためのエンコーダ装置や光波干渉装置等に関する。

従来のこの棚の装置を、光電酸二ンコーダを一１１Ｋし
て説明する。

縞１図は従来の充電式リニアエンコーダの構成を示す図
である。４１１図において、光１ＩＩ１１カらの光はレ
ンズ２によって＃１ぼ平行光東となって主スケールＳを
照射する。主スケール３の背１１ｉＫＦｉ−数の参照ス
ケール４と、各参照スケール４からの光量を光電変換す
る光電検出ＩＩ５とが設けられている。尚、王スケール
５は第２図に示すように、等間隔で明暗の格子パターン
が形成されている。また参照スケール４の夫々も、この
格子パターンと同じピッチで明暗の格子が形成されてい
る。従って、主スケール５と参照スケール４（光１ｌＩ
１１、し／ズ２及び光電検出器５も一体となって）との
測長方向における相対的な位置に応じて光電検出器５の
受光光量が変化する。

この変化は格子パターンのピッチＫＮ応しており、第２
図に示す叩く主スケールＳと参照スケール４とが副長方
向へ相対的に１ピッチ分Ｐだけ移動すると、受光光量は
１１１１期変化する。これにより充電検出器５の出力信
号は正弦波状に変化する。そこで４個の参照スクール４
を、主スケール３に対する相対的な位置が格子パターン
のにピッチづつずれるように配置する。このようＫする
と、各参照スクール４からの透過光を受光する４つの充
電検出器５は、主スケール４と参照スクール５の相対的
な移動に伴って、票３図に示す如く夫々９ゲの位相差を
有する４つの光電信号ム、Ｂ％Ｏ，Ｄを発生する。

そこでこの４つの光電信号ム、Ｂ、Ｏ，Ｄを、基準電圧
Ｖｒ（例えば各光電信号の振動中心値と等しい。）と・
＃１ぼ一款したときＫ　パルスを出力するパルス発生器
に人力する。このとき、このパルス発生器は１１３図の
ように、主スケールＳの格子パターンの１ピツチＰＩＫ
対して４つのパルスが内挿されたパルス信号Ｐを発生ず
る。

一般に格子パターンのピッチは４〜２０Ｇ、ａｌｌ霞で
あり、単に４分割しただけでは１〜５０μｍの分解能し
か得られない。そこで、この分解能を高めるために従来
より６嫌の方法が考えられている。その１つの例は抵抗
分割法と呼ばれるものである。この方法は４つの光電信
号ム、Ｂ。

０、Ｄが１いに９ｆづつ位相がずれていることに着目し
、−数の抵抗を直列Ｋｍ続した回路に光電信号（ム−Ｃ
）、（Ｂ−Ｄ）、（０−ム）を印加して位相差が９ＣＰ
よりもさらに小さい複数の信号をＩるものである。この
方法は比砿的安価ではあるが、光電信号等に漏入するノ
イズに対して誤動作が生じ申す（・とい５欠点がある。

すなわち、この方法で得られた複数の信号をパルス発生
器に入力したとき、ノイズによって本来発生すべきパル
ス数よりも多くのパルスが発生してしまい、計測のため
Ｋこのパルスを計数するカウンタが２スカウントすると
いう欠点がある。そのため、分割数もそれ柵高くできず
。

高分解能な測定ができなかった。

この方法に対して、光源を輝度変調してこのとき得られ
た光電信号と光源の変調信号との位相差に基づいて計ｌ
ｉｔする方法、いわゆる光源変調式の位相差検出法と呼
ばれるものがある。

以下、この方法を藺単に説明する。

今、第３図に示した４つの光電信号ム、８％０゜Ｄをそ
れぞれ工４、ｌＢ１１０、ＩＤ　とすると、会信号は次
のように表わされる。

Ｉム；工。＋ニー１ｎφ ＩＢ＝Ｉ０＋４ｓｉｎ（φ−９０”）＝Ｉ０＋Ｉｏｏ−
φＩ　ｏ＝　Ｉ。土工ｓｉｎ　（φ−１８０１”）ｘＸ
ｏ−１ａｉｎ−より＝Ｘ０＋Ｘ＠Ｌｒ５Ｃφ−２７０”
）＝Ｉ０−Ｉａｏｓφただし工は信号のＩ！ｊＡＩＩ値
、工。は電位零に対する振動中心値を表わす。

また、主スケール５と参照スクール４との相対的な移動
量をＸ、格子パターンのピッチをＰとすると、φ＝２　
Ｋ　ｘ　／　ｐで表わされる。

そこで、光源の輝度の時間的な変化を−ｔｎｙｔとして
、信号ＩＡと工。のｍを職った信号と、信号工、と工。

の差を覗った信号とを時間的に位相を９σずらＩ−テ合
Ｆｌｔｆルト、２１＠１ｎ（Ｗｔ＋ｌＩ）＊る信号が得
られる。

そして、この信号２　Ｉ　ｓｉｎ　（φ＋ｗｔ）と信号
ｓ　ｉｎ　ｗ　ｔとを位相比較するとφが求まり、これ
からＸが求まる。このよ５に位相差検出法を用いると、
容ａＫ１　ピッｆ１に１００〜１００（ｌａした分解能
が得られる。

しかしながらこの方法では、光源の輝度変調の一波数を
、主スケール５と参照スケール４との相対移動に伴う信
号工８、工８、工。、工。の一波数よりもかなり高く定
めなければならない。このため光源は発光゛ダイオード
やレーザダイオードに限られ、受光系もそのような高い
一波数に応答する必要があり、特にアナログ増幅器は極
めて高量＋１１４１性のよい回路を使わざるを噂ない。

従って回゛略構成が大きくなり高価なものになると−・
５欠点があった。

そこで本発明は上述の欠点を解決し、簡単な回路構成で
分解能の高い測定ができる計測装置を得ることを目的と
する。

この目的を達成するために本発明においては、工／コー
ダのＬＩＸＩ１１！１検出装置が発生するような互いに
所足の位相差を伴った複数の検出信号を、位相が変化す
る板書にサンプリングし、各ｔングリング時点の検出信
号を時系列に合成する合成手段を設ける。そして、サン
プリングの基準となる基準信号と、合成手段によって合
成された合成信号との位相差を検知することによって、
被測定物の移動量あるいは位置を計關するように構成し
た。

次に本発明の実施例を図面を参照してｓｌ明する。１ｌ
Ｅ４図は＄１の実施例を示す回路図である。

第３図で説明したよ５に、順次９０’の位相差を伴った
４つの信号ム、Ｂ、Ｏ％Ｄは夫々増幅エニット１００に
より所定量増幅され、アナログマルチプレク？（以下、
ＭＰＮと呼ぶ。）１ｏ１に入力する。

このＭＰｌｌ　０ｆは４つの信号ム、Ｂ、Ｏ，Ｄを選択
的に出力する４つのアナログスイッチ等が含まれている
。ＭＰＩＩ　Ｏｆの出力信号νは信号Ａ、Ｂ、Ｏ，，Ｄ
を時間的に＠次繊シしｆ７プリングしたような時系列の
信号さなる。信号νの必要な一波数帯域を取り出すバン
ドパスフィルター（以下ＢＰνと呼ぶ。）１０２は信号
ｌの基本喝波数成分を出力信号Ｇとして抽出する。ＢＰ
ν１０２の出力信号Ｇは波形整形回路１０５によって矩
形波に整形され、フェイズ・ロックド・ループ回路（以
下、ＰＬＬ回路と呼ぶ。）１０４に、入力する。ＰＬＬ
Ｉｇｌ略１０４は入力した信号の一波数を逓倍するもの
で、信号Ｇの一波数をＭ逓倍した信号Ｈを出力する。

一方、基準信号を作るために発振器（以下ＯＳＯと呼ぶ
。）１０５が設けられ、その見損信号はクロック信号Ｏ
ｐとして、次の分局回路１０６に入力する。分局回路１
０６はクロック信号Ｏｐを１／ＮＫ＋喝した信号Ｒｐを
出力する。

この信号Ｒｐは、ＭＰＩＩ（Ｍのアナログスイッチを駆
動するためのスイッチ信号発生回路１０７に入力する。

スイッチ信号発生回路１０７は、信号Ｒｐの入力に基づ
いて、ＭＰｌｌ　０１のアナログスイッチの数、実施例
の場合は４儀、Ｋ対応して４つのスイッチ信号８１．８
諺、８ａ、８番を発生する。このスイッチ信号８１〜８
４についてさもに嬉５図を用いて説明する。

第５図において、信号Ｒｐのパルス間隔中、信号８１〜
８４のうちどれか１つのみが発生する。

そしてスイッチ信号発生回路１０７は、信号Ｒｐが入力
する間、以上のことを繰返し行なう。

この実施例の場合、信号Ｒｐの４パルス分で、スイッチ
信号８１から８ｄでの発生が一巡する。

そこでスイッチ信号発生回４１０７としては、信号Ｒｐ
のパルスに応答して計数動作を行なうリングカウンタ等
を用いればよい。

さて、＠４図の説明に戻って、このようなスイッチ信号
ａｓ〜ＢｈハＭ　Ｐ　１１０１　Ｋ入力シテ。

スイッチ信号８息は信号ムを義択するアナログスイッチ
を、スイッチ信号、８ｍは信号Ｂを選択するアナログス
イッチを、スイッチ信号ｓ１は信号。

を選択するアナログスイッチを、スイッチ信号８４は信
号ＤｔＪｌ択するアナログスイッチを、各々駆動する。

従って、スイッチ信号８１の発生中は信号ムが、スイッ
チ信号８８の発生中は信号Ｂが、スイッチ信号８１の発
生中は信号０が、そしてスイッチ信号８６の発生中は信
号りが、それぞれ時系列に合成され信号νとして出力さ
れる。

さて、ＰＬＩ、回路１０４の出力信号Ｈは、計数用のパ
ルス信号として第１のカウンタ１０８で計数される。一
方、クロック信号Ｏｐは第２のカウンタ１０９で計数さ
れる。そして引算回路１１０は、カウンタ１０８．１０
９の両針数値の差を演算する。この演算により求められ
た差分は、第１図に示した主スケール３と参照スケール
４の相対的な移動量に比例しており、表示器１１１によ
り測長値として表示される。

尚、このＩＩ總例において光源１、レンズ２、主スケー
ル３、参照スケール４及び光電検出器５は検出装置を構
成し、０１３０１０５は基準信号発生器を構成り１ＭＰ
Ｘ１０１、ＢＰＦ１０２、波形整形回路１０３、ＰＬＬ
回路１ｏ４、分周回路１０６、及びスイッチ信号発生回
路１０７は合成手段を構成し、そしてカウンタ１ｏ８、
カウンタ１０９及び引算回路１１０は位相検知回路を構
成する。

このような回路構成において、その動作を嬉６図及び第
７図と共Ｋｄｉ明する。

喝６図において、信号ム、Ｂ、Ｏ，Ｄは常に電位零より
も高く、その振嘔は共に等しいものとする。そして、主
スケール３と参照スケール４の相対移動が等速度で行な
われたものとする。

尚、４６図、第７図で横軸は時間ｔ、縦軸社会信号の電
圧である。

信号ＲＰＫよってスイッチ信号発生回路１０７はスイッ
チ信号８１〜Ｂ４を順次発生し、ＭＰＸｌｏｌの各アナ
ログスイッチを駆動する。このとき、スイッチ信号ｓ１
から８４まで一巡する時間をＴとすれば、ＭＰ”Ｘ１０
１はこの時間Ｔを４つく分割して、一番に信号ム、３％
　Ｏ，Ｄをにテ時間づつ切り出して、信号νとして合成
する。もちろん次の時間Ｔにおいても同様に信号ム、ｌ
。

０、Ｄを合成して信号ｙを出方する。この信号ｒの波形
を見ると、各時間Ｔ中でのピーク位置が順次移動してい
ることがわかる。これは主スケール５と参照スケール４
とが相対的に移動しているからである。もし、その移動
がある時点で停止すると信号ム、Ｂ、Ｏ，Ｄはその時点
での電圧が繍持されるので、信号？の各時間Ｔ中での波
形は全て同一のものとなる。

このようＫして合成された信号ｙの基本蝿波数成分は、
ＢＰＦ１０２によってほぼ正弦波状の信号Ｇとして抽出
される。尚、主スケール３と参照スケール４の相対移動
が停止しているとき、信号ＧのＩＩＩＩＩＩ数を中心周
波数ｆ０とすると、ＢＰＦｌ　０２はその前ｄ［ｊ±Δ
ｆｔ７）（＃域を通過するような％性に定められて（・
る。

この場合は信号１０時間ＴＴ中波形が全て同一になるか
ら、信号νの基本−波数は周波数１／Ｔになる。この一
波数１／Ｔは取り屯直さず中心周波数ｆ。そのものであ
る。

今、中心周波数ｆ、、すなわち周波数１／Ｔを第７図の
よ５に参照信号Ｘとして信号Ｇと比値すると、主スケー
ル３と参照スケール４の相対移動に伴って参照信号Ｅと
信号Ｇとの位相差は例えば第７図のように−ψ１、＋ψ
３、十ψ畠、＋９番、十ψ藝、＋ψ６　と、移動量に応
じて連続的に変化する。

もちろん第７図において、その相対移動が時刻ｔ　で停
止したとすると、それ以後参照信号１ｐと信号Ｇの位相差は＋ψ５Ｋ４４１持された１１となる
。（すなわち両信号の一波数が位相差＋−一のまま一歓
する。）そこで、上記のことについて数式により説明する。参照
信号Ｅの一波数を角速度ω（ω＝２に／テ）で、ｆＲわ
し、参照信号Ｅをｇｊ＝ａｏｓｍｔとする。

尚、信号Ｒｐの一波数は参照信号！の一波数の４倍であ
るから、Ｒｐ＝ｓｉｎ４ωｔで表わされる。

一方、信号Ｇは信号Ａ１　Ｂ、ＯｌＤを参照信号にです
／ブリングしたような形式である。このとき、スイッチ
信号８１％８４は、各信号の基本喝波数が参照信号五と
等しく、かつ−次９ｆづつ位相がずれた屯のと等価であ
る。

そこで先に述べたように信号ム、Ｂ、Ｏ１Ｄを、工え＝
１゜モエ＠ｉｎφ Ｉ、＝Ｉ、べ力φ ｌ０＝Ｉ。−ニー１ｎφ 工。＝工。−工ｉφ と表わす。

ただし、移動量をχ、格子パターンのピッチをＰとした
とき、φ＝２πχ／Ｐである。また、スイッチ信号８Ａ
〜８４は各々次のように定める。

８＋＝ｃｏ畠ωｔａｍ　＝ｃｏｓ　（ωｃ　−９０’　）　＝　　ｓ　ｉ
　ｎωｔ８ａ　＝ｏｏｍ　（ａｃｔ−１８，（Ｊｏ）＝
、−ｏｏａｍｔ８４　＝ａｏｓ　（ａｒｔ−２７０’）
＝−ａｉｎωを信号Ｇは信号ム、Ｂ、Ｏ，ＤＫ夫々スイ
ッチ信号８１％む、　ａ、　、Ｓ、をかげ合わせて合成
したものであるから、信号Ｇを工。で表わせば、工　＝
Ｉ　・８１＋工　・ｓ！十土工・８Ｊ十より・８番ＧＡ
　　　　　　　　Ｂとなる。従って、ＩＧ＝２Ｉｓｉｎωｔ−ｃｏｏφ＋２Ｘａｏａωｔ’ｓ
ｉｎφ＝２Ｉｓｉｎ（ｍｔ＋φ）そこで、この信号Ｇと参照信号Ｅどの位相差φを計測す
れば、移動量χが正確に求められる。

さて、１８４図に戻って、信号ＧＦｉ波形整形回路１０
５に入力した後、ＰＬＬ１０４で信号Ｇの一波数をＶ倍
した信号Ｈに変換される。この信号Ｈは信号ＧＯ間波数
の便化に追従するようにロックされている。

従って、信号Ｇの位相か１周期変わると、信号Ｈの位相
はＭ喝期変わる。すなわち信号Ｇの位相ずれ、１／Ｍ４
期に対して、信号Ｈの位相が１間期変化する。この信号
Ｈはパルス化されて、カウンタ１０８に入力する。

一方、０８０１０５のクロック信号Ｏｐはカウンタ１０
９に入力する。こ０＠、クロック備考Ｏｐの周波数をｆ
　、信号Ｇの中心局波数に対応Ｐした信号Ｒの一波数を／、ｈすればｆ。Ｐ＝／ＨＫする
ことが必要である。このためＫは、ＭＷ４ＭＫしなけれ
ばならない。すなわち信号ＲｐＯ＠波数ｆＲＰ＃１ｆｏ
Ｐ／Ｎ、参照信号ｌの一波数！、は、’ｐｔｐ”である
から、’ｌ＝’ＯＰ／ｌＮｔ”６４゜一波数ｆ８は信号
Ｇの中心周波数ｆ０と等しいから！Ｈ＝ｕ−１１！＝　
ＭｌｏＰ／４　Ｎとなり、’Ｈ＝’ＯＦとなる条件がＭ
＝４Ｎであることは明らかである。

このことから、例えばｆ。Ｐ＝１２５ＭＨｇとした場合
、Ｎ＝２５、Ｍ＝１００に定めると、周波数ｆ　は５０
　’ＯＫＨＮＫ、周波数／Ｎは１２５１ＣＨｇとＰなりＭＰＸｌｏｌのアナログスイッチはこの周波数に十
分追従し得る。

さて、信号Ｇは前述の如＜　Ｘ　ｅ；２　Ｘ　＃　ｉ　
ｎ　（ｍ　ｔ＋φ）ただしφ＝　２　ｔχ／Ｐで表わさ
れる。そこで、主スケールろと参照スケール４が１ピツ
チ分移動すると、χ＝Ｐとなり信号Ｇは１１Ｎ期分変化
する。このため信号ＨはＭｔ１８期分変化する。

従ってカウンタ１０９の計数値に対してカウンタ１０８
の計数値はＶ分多くなり、引算回路１１０によってＶが
求められる。すなわちＰＬＬ１０４０通倍率Ｍが主スケ
ールｓ上の１ピツチ分の移動量に対応する。上述のよう
にＭ＝１００とした場合、主スケール５上の１ピツチは
１００分割され、−１長の分解能は１ピツチ／１パルス
に対して１００ｍＫ高められる。このため格子パターン
のピンチが１０声溝の場合には、ｃＬ１ｓＩＩＩ＆の分
解能で測長あるいは位置計測ができる。

尚、／　ｏ　ツク信号Ｏｐをｆ。Ｐ−１２，５ＭＨＩＩ
Ｋシたと睡、信号Ｇの廟波数帯域は中心−波−／、（１
２Ｓ山）に対して±３５　ＬＨ１Ｂ根度Ｋする。

また上記実施料の変形として、分間回路１０６を省略し
て、０８０１　Ｏ５のクロック信号ＯｐをｆｏＰ＝５０
０に１１１１１として直接スイッチ信号発生Ｉｌｌ路１
０７に印加するようになる。そしてそのクーツク信号Ｏ
ｐを２５＆倍す−るＰＬＬ回路等を設けて、逓倍された
信号（４波数ｉ２．５ＭＨ■）をカウンタ１０９に印加
するようＫ１ｍ１成してもよい。

このようにすれば、分−回路１０６が不必要となるので
回路構成が闇単になるという利点がある。この場合も、
新たに設けらｎ？、：ＰＬＬｇｉ略の逓倍率ｔｙとした
とき、ｖｓ４ｆＫなるように足められる。

以上、第１の実施料によればＭＰ！　１０１０□出力信
号？はＢＰＩＦｉ０２を通った後、ＰＬＬ回路１０４で
Ｍ逓倍されるから、主スケールと参啜スケールの相対適
度が大きくなって、光電信号ム、Ｂ、Ｏｌｐの＊＠が共
に小さくなったとしても、ＰＬＬ回路１０４のロックＶ
／ジ内であれば確実に計ａｌｌすることができる利点が
ある。

次に本発明の＃Ｉ２の実施例を第８．９．１０図に基づ
いて脱明する。第８図はＪｌｌＩ２の実施例による回路
図であり、嬉４図の回路と異なる点は、ＰＬＬ回路１０
４の出力信号Ｈと０８０１０５のクロック信号Ｏｐとの
位相差を、カウンタや引算回路を用いて測定するかわり
にアップダウンカウンタ（以下Ｕｆ）Ｏと呼ぶ。）１２
０で直接測定することである。５１１８図において信号
Ｈは＋１１）０１２０のアップカウント入力ＵＰに印加
し、クロック信号ＯＰはダウンカラ７）ＤｏｌｌＫ印加
する。

この場合、信号■はパルス化されているので、クロック
信号Ｏｐのクロックパルスと時間的に一合しなければ極
めて簡単な回路構成で正確な測定ができる。しかしなが
ら、信号Ｈはクロック信号Ｏｐに対して連続的に位相が
変化するので、はとんどの場合時間的な一合が生じてし
ｔ５゜この−合はσＤＯ１２０のイスカウントを意味す
るものである。そこでこの誤動作を防止する機能を備え
たＵＤ０１２０について以下にａ＠する。

ＪＩｌ１９図はσＤ０１２０の具体的ｔａ＊ｓｉである
。第９図において、信号Ｈ１りｐツク信号Ｏｐはそれぞ
れモノステープル・マルチバイプレー−（以下、モノマ
ルチと呼ぶ。）２００．２０１に入力する。モノマルチ
２０’Ｑ、、２０１の出力信号１１．１２は夫＃ｊ１ｇ
ｌｌａｌ１２０２，２０３に入力すると共に、アンド回
絡又紘オア關絡２０４に入力する。そして、遅延回路２
０２．２０３の各出力信号はそれぞれ計数に適した波形
に整形するためのモノマルチ２０５，２０６に入力する
。モノマルチ２０５，２０４の両市力信号１５．１６は
ゲート回＄２０７に入力した後、アップダウンカラ／り
（以下単にカウンタとする。）２０Ｂにそれぞれ計数用
のパルスとして入力する。一方、アンド回路又はオア＠
１ｉ＆２０４０出力信号１５はモノマルチ２０９に人力
し、モノマルチ２０９の出力信号１４はゲート回路２０
７にゲートの開閉制御のための信号として出力される。

尚、このような回路構成において、各回路卓子は人力信
号の立下りで動作するものとし、回路素子の時間的な定
数を次のように定める。

信号Ｈ、クロック信号Ｏｐの１期−−−−−−−−−−
−−−Ｔ　。

モノマルチ２００．２０１の遅延時間−−−−１＋アン
ド回路又Ｌオア＠路２０４の遅延時間−−−−−・ｔ■
モノマルチ、２０９の遅延時間−＝−−−−−−−−−
−−−ｔＪ遍蝋回路２０２．２０３の週砥時間−−−−
−−−−ｔ４モノｉルテ２０５．２０６の遅延時間−−
−−ｔｇカウンタ２０８の入力パルスの許容最小幅・−
ム０カウンタ２０８の人力パルスの許容最小間隔−−−
−Ｂ　０さて、＃１９図の回路動作を＠１０図に示した
タイ電ングチャート図に従って説明するＯこのタイ建ン
グチャート図では、信号Ｈとクロック信号Ｏｐとが時間
的に一合した場合を表わしている。このとき両信号の時
間的なずれをＫとする。信号Ｈ，クロック信号Ｏｐはと
４にモノマルチ２００，２０１によって許容最小間隔１
０のパルス幅をもつ信号１１．１２に変換される。

この間隔Ｂはカウンタ２０８の計数動作が可能な範囲内
で、アツプノ（ルスとダウン／（ルスとを受は付ける最
小の間隔である。尚、信号１１０立下りは信号Ｈの立下
りに対して時間ｔ１だけ選れている。そしてアンド回絡
又社オア回路２０４は信号１１と１２の論理値ｒＬＪの
論理積をとって、信号１３を出力する。このため信号１
３は、信号ｉ１と１２が共に論理値ＩＪのときのみ論理
値ｒＬＪとなるが、時間的には立下り、立上りで遅延時
間ｔ２が付加される。この信号１！５ｔｉ−％ノマルチ
２０９に入力して、信号１３の立下りから／くルス幅ａ
の信号ｉ４に変換される。ここでも信号１４はモノマル
チ２０９０遅延時間ｔＳが付加されるから、正確に゛は
信号１３の立下りから時間ｔ！ｌ１ｋＫ信号ｉ４は論理
値［Ｌ４となる。尚、この）くルス幅値については後述
する。さて、ゲート回路２０７は信号′１４が論理値ｒ
ＬＪのときにはゲートを閉じて、アップパルス（＠ム０
）としての信号１５とダウンノ１ルス（幅ム。）として
の信号１６がカウンタ２０８に印加されることを阻止す
る。このとき信号１５．１６の針数すべきパルスが信号
１４のパルス幅α中で発生するように、遅延回路２０２
，２０５、幅ム。を定めるモノマルチ２０５，２０６に
よ”）てタイミングが関瞥されている。そこで、以下異
体的にそのタイミングの取り方について説明する。

信号１５．１６のパルスの発生は、信号１４のパルスの
発生よりも遥くしなければならな（・。

そこで信号Ｈとクロック信号Ｏｐのずれ時間Ｋ。

遅延回路２０２（２０５）の遅延時間ｔ４、及び４／マ
ルチ２０５（２０６）の遅延時間ｔ５を考慮して、信号
１５（ｉ６）のパルスを遅延すべき時間Ｔ１１は’ｒａ
＝ｔ１＋ｔａ＋ｔｓンＮ＋ｔ２＋ｔ５＋にでなければな
らない。

そこで遅延回路２０２の遅延時間ｔ４はｔ４＞ｔ２＋ｔ
３−ｔ５＋Ｋ　　となる。

ここで１０）に、すなわち信号Ｈとクロック信号Ｏｐと
が、カウンタ２０８の計数動作の一合する時間以内でず
れていること、及び遅延時間ｔＳ。

ｔ５は共にほぼ等しいことを条件として、ｔ４≧ｔ　２
＋８０とすることができる。尚、遅延時間ｔ４はできるだけ小
さい方が望ましいのでｔ４＝ｔ２十Ｂ。Ｋ定める。

また信号１４のパルス幅αは信号１５．１６のパルス終
了時（論理値「ＬＪからｒＨＪに復帰する時点）まで延
びていなければならないから、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋に＋ａ＞Ｔ６＋ム。＋Ｋである。そ
して先の条件Ｂ０）！、ｔ５＋ｔｓＪｌびｔ　４＝ｔ　
２＋Ｂ　よりａ〉ムｏ＋Ｂ０となる。ａもできるだけ小
さい方が望ましい０で、αキム。十Ｂ０とする。

ただし、実１１にはム。、Ｂｏの値は若干の余裕をもた
せた方がよい。また、信号１Ｓのパルスに応答して、モ
ノマルチ２０９が確実に動作するためには、上述の８０
をＢ。十ム。とした方がよい。

すなわち遅延時間ｔ４はｔ４＝ｔ２＋Ｂ０＋ム。Ｋ、ｔ
たパルス幅αはａ　＝　２ム。十ＢＯＫ定めるとよい。

以上のように、タイミングを合わせた場合、信号■とク
ロック信号Ｏｐがカウンタ２０８にとって一合する時間
Ｂ０＋ム。以内でずれていれば、ゲート回路２０７で信
号１５．１６が阻止されるから、カウンタ２０８はンス
カウントすることがない。

さて、信号１飄１６はゲート回路２０７によって阻止さ
れなければカウンタ２０８によってアップダウンカウン
トされる。このとき信号１５．１６のパルス幅はムＯ１
すなわち許容最小幅に定められているから、カウンタ２
０８がイスカウントすることもない。

以上、第１及び第２の実施例では、ＰＬＬ回路１０４を
用いて信号Ｇを逓倍しているが、その嫌倍率Ｖはその１
１分割数、すなわち分解能３４　パルス／ピッチに対応
している。そこで逓倍率Ｍを可変として分ＩＦＩ！を任
意に定めることかで色る。一般にＰ　Ｌ　ＬｌｆｆＩｌ
ｌｒの具体的な構成は第１１図に示すよう罠位相検波器
３００、ローバネフィルタ（以下ＬＰνとする。）！＋
０１．及び電圧制御発振Ｗｈ（以下ｖ００とする。）３
０２とが基本回路である。

そしテ１／＆分喝器３０５を７００３０２の出力から位
相検波器３００へのフィードバックループ内に挿入する
ことＫよって、入力信号の周波数ｆｔを溝倍した４波数
ｖｌ＆ｆ１の出力信号を得ること力ｒできる。そこでｊ
／ｍ分局ｇＳＯ５の分膚比慣を外部から任意圧可変する
ようにすれば、醐足の分解能も分禰比ｍｌ（応じて変化
する。しかしながら単に分間比嘱を可変しただけでは、
信号Ｈとクロック信号Ｏｐとの一波数の整合が職れない
ので、分局回路１０６の分周比ドも町慶にする。すなわ
ち、先に述べたＭ＝４Ｎをｆ１１足するように１／携分
４器３０５及び分局回路１０６を可変とすればよい。こ
のよ−５にすると、主スケールと参照スケールの格子パ
ターンのピッチがいかなるものであっても、調定の分解
能をきりのよい値、例えば１．（１ｍＫ合わせることが
可能となる利点がある。

オた、上記６夷ｔ’ｓは光電式のり１アエンコ−ダを用
いて説明したが、同じ光電式でも、主スケールと参照ス
ケールの格子縞をわずかに傾けて対向させた、いわゆる
モアレ縞検出屡のエンコーダがある。

本発明はそのような七アレ縞検出形のエンコー〆でも、
円ら回路構成を変−することな〈実施できる。

また、＃ｊ長装置として光波干・参を用いたものがある
が、本発明はその千歩測長装置にも簡単に利用できる。

そこで干渉測長装置に利用する場合について、第１２図
を参照して説明する。

ｌｌｌ１１２図に′ｊｄ（・テ、レーザ光１１［２００
がらル−ザ光はレンズ２０１．２０２によって所定の太
さの平行光束に形成されて、ビームスプリッタ２０３に
入射する。ビームスプリッタ２０３で２つに分けられた
光束のうち、一方は参照用ミラー２０４に入射し、他方
は測長対象物に＊りつけられた移動イラー２０５に入射
する。そして＃黒用ｉラー２０４、移動１９−２０５の
各反射光は再びビームスプリッタ２０５ＫＩＭってくる
。このとき参照用オラー２０４の反射面を４分割して、
各反射面の高さをム／８づつ段差を成すようＫなる。（
ただし轟はレーず先の波長）参照用ミラー２０４、移動
ミラー２０５からの反射光はビームスプリッタ２０５で
１つの光束に合成されて、レンズ２０６の結像Ｗｉに配
置されると共に４つの充電素子を有する光電嵩子騨２０
７に導かれる。

この光電素子＄２０７上には参照用ミラー２０４からの
反射光と移動ミラー２０５からの反射光とくよって干学
パターンができる。

このような構成において、測定対象物が＃勅して、移動
オラー２０５が図中矢印の如く左右に移動すると、光電
素子群２０７の４つの光電素子は順次に同期づつ位相が
ずれた正弦波状の光電信号を出力する。

従ってこの光電信号を前述の信号ム、Ｂ１０、Ｄとして
第４図又は嬉８図に示した回路に人力することＫよって
、極めて高１Ｌ高分解−な測長が行なえる。一般にレー
ず光の波長ムは１１１８以下であるから、容易Ｋ　Ｏ，
０１μｍ以下の分解能を得ることができる。

尚、参照用ξラー２０４は、図のように段差をつけなく
ても、反射面を入射光軸に対してわずかに傾けて配置す
るだけでも、同様の効果が得られる。

また、本発明は上記実施例のように順次９０’づつ位相
がずれた４つの信号を入力することに限られるものでは
ない。位相が互いに等角度づつずれた３つ以上の信号が
あれば本発明を実施し得る。すなわち、信号の数をＲと
したとき、Ｒ≧３でかつ各信号が一次５６１７Ｈの位相
差を伴っていればよい。例えば回転角を５相出力信号で
測定するよ５な＊１１１では、各出力信号は順次７２′
の位相差を有するから、９４図に示したＭＰ！１０１は
５つのアナログスイッチで構成すると共に、スイッチ信
号発生回路１０７も５つのスイッチ信号を発生するよう
Ｋする。

そして、分間回路１０６の分嘲比ＮとＰＬＬ回絡１０４
の逓倍率Ｍとの関係をＭ＝５Ｎとすればよい。すなわち
、測定のための入力信号０ｆｌＩＩＲＫ対して分禰比Ｎ
と最倍率Ｖとの関係は關■ＲＮ％あるいは１Ｈ＝ＲＩＲ
，であればよい。

以上の各実施ｆｌ＃ｉ全て光学式の測長、測角装置を用
いて説明したが、その他事発明で言う検出装置として磁
気式、静電式のエンコーダにおいても、本発明は極めて
容易に実施し得るものである。

以上のように本発明によれば高分解−なＩＩｌ定ができ
ると共Ｋ、ノイズの影響を受けにくく、高いｌ１ｌｔｌ
ｌ数応答性を備えた針−装置が得られる。

すなわち基準信号としてのり■ツク信号Ｏｐの一波数が
高ければ高い程、合成−信号としての信号Ｈの一波数が
高くなり分解能を向上することができる。しかも、基準
信号は光源の蛮調には一切使われないので、極めて高い
一波数応答性を有し、検知信号としての信号ム、Ｂ、Ｏ
，ＤＯ喝波数が高くなったとしても確実ＫｌＩＩ＆差な
く一定できると（・５効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の光電式リニアエンコーダの構成
図、第５図は従来の光電式リニアエンコーダにおける光
電信号の処理を説明する波形図　＃Ｅ４図は本発明のＩ
ＩＩＩの夾總例によるブロック図、１ｌｌｓ図　４６図
％１Ｉｉ７図は第４図における各信号の波形図、第８図
は＠２の実施ガによるブロック図、Ｉｓ９図は＄８図に
おけるＵＤＯ１２０の回路Ｊｌ続図、嘱１０図は第９図
の回路におけるタイずングチャート図、萬１１図はＰＬ
Ｌ回路の接続図、及び第１２図は光波干渉副長装置の構
成を示す図である。〔主要部分の符号の説明］１　　光源、３　　主スクール、４　　参照スケール１
００　　マルチプレｆｆ、１０４　　　ＰＬＬ回路、１
０５　　　発振器、１０８　　　＄１のカラ／り１０９
　　　＄２（Ｄｔｙｆｙｙｐ、１１０　　引算回路１２
０　　アップダウンカウンタ、２００　　レーザ光源２
０４　　　参照用きラー、２０５　　移動ミラー出願人
　　日本光学工業株式会社代理人　　渡　辺　隆　男、ｔ−１図矛２図オ８図オＡ図 °脳（、ｃ−４「ｎへ　ｌオ６図オ８図矛ｑ　図ｆ　　１０図

Claims

【特許請求の範囲】１１に一定物の移動に伴って、１いに所定の位相差を有
する複数の検出信号を発生する検出装置と；該検出信号
よりも膚波数が高い基準信号を発生する基準信号発生器
と；咳基準信号に同期して前記虐数の検出信号を所定の
順序でサンプリングし、各サンプリング時Ａの検出信号
を嗜系列に合成する合成手段と；該合成手段の合成信号
と前記基輌信号との位相差を検知する位相検知回路とを
備え、該位相差に基づいて、被測定物の移動量や位置を
計測することを４Ｉ黴とする計測装置。２　前記置数の噴出信号の数をＲ個としたとき。各検出信号は約３６デ／Ｒの位相差を有し、前記合成手
段は骸Ｒ個の検出信号から位相が変化する頓書に、頓次
１つの検出信号を堆り出すアナログマルチプレクｔｔ備
えることを１ｌｌｉＩｋとする％ＩＩＦＦｍ求の範囲第
１項記載の針−装置。５　特許請求の範囲一２項記載の計測装置において、前
記位相検知回路は前記合成信号を計数する＃１１の針数
器と：前記基準信号を計数する第２の計数器と；該第１
と第２の針数−の両針数値を減算する引算回路とを備え
たことを特徴とする計測装置。４　特許請求の範ｌ！ｌｌｌ１１３項記砿の計測装置に
おいて、前記検出装置は、１１９ｒ足のピッチで光学格
子を設けた主スクールと　ｉ＊ｉｅｉ定物の移―に伴り
て該主スケールの光学格子を観み取ると共に、その光学
格子の１ピツチに対して。１／Ｒピツチづつずれた複数の参照スケールとを有する
光学式１ンコーダである仁とを特徴とする計測装置。