JPS59109813A - Measuring device of optical displacement - Google Patents

Measuring device of optical displacement

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Publication number
JPS59109813A
JPS59109813A JP22078882A JP22078882A JPS59109813A JP S59109813 A JPS59109813 A JP S59109813A JP 22078882 A JP22078882 A JP 22078882A JP 22078882 A JP22078882 A JP 22078882A JP S59109813 A JPS59109813 A JP S59109813A
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JP
Japan
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pulse
image
optical
movement
scale
Prior art date
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Pending
Application number
JP22078882A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomiki Sakurai
桜井 止水城
Yoshio Fukaya
深谷 良男
Toshio Watanabe
利夫 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyoda Koki KK
Original Assignee
Toyoda Koki KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyoda Koki KK filed Critical Toyoda Koki KK
Priority to JP22078882A priority Critical patent/JPS59109813A/en
Publication of JPS59109813A publication Critical patent/JPS59109813A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36Forming the light into pulses

Abstract

PURPOSE:To improve the precision of displacement measurement independently of the precision of the grating pitch of an optical scale, by focusing plural pulse images due to the movable optical scale onto two image sensors and integrating the average value of the extent of movement. CONSTITUTION:An optical displacement scale 20 which is moved together with a moving object as one body is irradiated with light through optical guide paths corresponding to two image sensors 44a and 44b by an optical projector 42 of a fixed optical system 40, and plural image pulses due to the reflected light are focused onto sensors 44a and 44b. This focusing is scanned periodically, and positions of image pulses are detected as addresses of sensors 44a and 44b by pulse image position detectors 60a and 60b; and every time when scale-over occurs, image pulses are specified successively by a pulse image specifying part 90 of a data processor 80. The extent of movement of specified image pulses in every scanning cycle and an average extent of movement are calculated, and the displacement quantity of the moving object is measured easily with a high precision in an average movement extent integrating part 94 independently of the precision of the grating pitch of the optical scale.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、移動物体の変位量を測定するのに、光束をプ
ローブとして用いlこ光学的変イ5′l測定装置に関す
る。更に詳しく言えば、移りJ休と固定装置との相対運
動に比例して光学的レンシングノ(ターンが移動変化す
るのを観測し、この光学11勺1<ターンの変化量を積
分し、−特定パターン力くスケールオーバした時は、後
続する光学パターンct主目し、その変化量の積分値を
求め、これらの値を、Iln次連続的に加算することに
にって一移動体とり11定装置との相対運動量を測定づ
るようにし!ご光学「内変位測定装置に関ηる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical change measuring device that uses a light beam as a probe to measure the amount of displacement of a moving object. More specifically, by observing the movement of the optical lens (turn) in proportion to the relative movement between the moving part and the fixed device, and integrating the amount of change in the optical lens, - a specific pattern. When the scale overflow occurs, the following optical pattern CT is focused, the integral value of the amount of change is calculated, and these values are continuously added to the Iln order. Let's measure the relative momentum between the optical system and the internal displacement measuring device.

従来、光を利用しIc光学的変位測定装置は、−例とし
て、直線状に変位する変位測定装置を例に上けると、可
動台に固定された光学的変位スケールと、測定装置であ
る光学系とから成りたつ又いる。前記光学的変位スケー
ルは、緻密な間隔で、反射係数又は透過係数等の光学的
係数が矩形波周期状tこ相対移動方向に変化する格子パ
ターンを右する。一方、光学系は、光源と、該光源から
出る光を集光して光学的変位スケールの周期的光学的パ
ターンに投光づるJ、うに調整するレンズ、該光学的パ
ターンからの反射光又は透過光を集光Jるレンズ、及び
該反射光等を受光する光電変換素子から成る。光電変換
素子は、単一画素から成る素子からなり、該光電変換素
子上を通過づ゛る前記光学的変位スケールからの透過光
又は反射光ににる明暗映像を捉える。そして変位量を求
める方法は、映像を、電気的パルスに変換し、これをカ
ウントして単位時間当りの物体の変位量を検出する方法
であった。
Conventionally, an Ic optical displacement measuring device using light has been constructed using, for example, a linear displacement measuring device, an optical displacement scale fixed to a movable base, and an optical measuring device. There is also a system consisting of a system. The optical displacement scale represents a grating pattern in which the optical coefficients, such as reflection coefficients or transmission coefficients, vary in the direction of relative movement in a rectangular periodic manner at close intervals. On the other hand, the optical system includes a light source, a lens that focuses the light emitted from the light source and projects it onto a periodic optical pattern with an optical displacement scale, a lens that adjusts the light, and a lens that adjusts the light that is reflected or transmitted from the optical pattern. It consists of a lens that condenses light and a photoelectric conversion element that receives the reflected light. The photoelectric conversion element is composed of a single pixel, and captures a bright and dark image based on transmitted light or reflected light from the optical displacement scale passing over the photoelectric conversion element. The method for determining the amount of displacement was to convert the image into electrical pulses and count them to detect the amount of displacement of the object per unit time.

従来装置は、この様な方法を採るため、光学的変位スケ
ールのパターン周期の誤差が、そのJ、ま測定精度に反
映す(るという欠点があった。従って、該光学的変位ス
ケールのピッチ間隔は極めて高精度に製作されなければ
ならない。ところが通常0゜1mm間隔幅でロングレン
ジに渡って、周期的な格子状の反射板又は、透過板を形
成づることは極めて困難であった。しかも可動物体の移
動Mが1mから数mに渡れば、これに伴い光学的変位ス
ケールも1mから数mのものを作成−りる必要がある。
Since conventional devices adopt such a method, they have the disadvantage that errors in the pattern period of the optical displacement scale are reflected in the measurement accuracy. Therefore, the pitch interval of the optical displacement scale must be manufactured with extremely high precision.However, it is extremely difficult to form a periodic lattice-like reflecting plate or transmitting plate over a long range with an interval width of 0°1mm. If the movement M of the object ranges from 1 m to several meters, it is necessary to create an optical displacement scale of 1 m to several meters.

しかし、光学的変位スケールを長くする稈、スケールの
歪、熱膨張あるいは熱収縮等にJ、って、パターンピッ
チが変化する等の欠点があり、正確な測定精度をあげる
ことには、限弄があった。
However, there are drawbacks such as changes in the pattern pitch due to culm lengthening the optical displacement scale, distortion of the scale, thermal expansion or contraction, etc., and it is difficult to improve accurate measurement accuracy. was there.

そこで本発明は、このような従来の欠点を改良するため
に成されたものであり、前記の光学的変位スケールの格
子パターンのピッチ精度には無関係に変位の測定精度を
向上させることのできる光学的変位測定装置を提供する
ことを目的とづ゛る。
Therefore, the present invention has been made to improve such conventional drawbacks, and is an optical displacement scale that can improve displacement measurement accuracy regardless of the pitch accuracy of the grating pattern of the optical displacement scale. The purpose of the present invention is to provide a displacement measuring device that can be used to measure displacement.

即ち、本発明は、光学的特質が、相対的変位方向に対し
、周期的に変動するパルス状パターンを右づる光学的変
位スケールと、 該光学的変位スケールの有する光学的パルス状パターン
を受像する少なくとも2つのイメージセンサど、前記光
学的変位スケールの光学的パルス状パターンを、前記各
イメージはフサ上に結像さけて、光学的変位スケールと
の相対移動によって、各イメージセンサ上に常時少なく
とも2つの移動づるパルス映像を得る光学的投射器とを
有する光学系と、 前記各イメージセンサ゛から、それを一定周期毎に走査
して前記パルス映像に対応したパルス信号を入力し、該
パルス映像のイメージセンサ上の位置を検出づる少なく
とも2つのパルス映像位置検出装置と、 該各パルス位置検出装置からの出力信号を走査周期毎に
処理して、可動物の変位を計測覆るデータ処1!1′!
装置とから成り、 前記データ処理装置は、走査周期毎に、パルス映像の各
イメージセンサ−上の位置関係により、少なくとも過去
1走査周期間のパルス映像の各移動量を求める得るパル
ス映像を特定づるパルス映像特定部と、前記パルス映像
特定部によって特定されたパルス映像に注目して走査周
期毎にパルス映像移動量を求める移動量算出部と、 該移動量算出部から求められた各イメージセンサに対応
する各パルス映像移動量の平均値を求める平均値算出部
と、 走査周期毎に、前記パルス映像特定部及び移動量算出部
を順序制御し、前記パルス映像移動量の平均値を梢枠丈
る移動量積算部と、 から成り、走査周期の経過に伴なうパルス映像の111
1敗的移動転対し、順次後続パルスに注目して、各イメ
ージセンサ上の各パルス映像移動量の平均値を累積加算
することを特徴とする光学的変位測定装置から成る。
That is, the present invention provides an optical displacement scale in which the optical characteristic shifts to the right in a pulse-like pattern that periodically fluctuates with respect to a relative displacement direction, and an optical pulse-like pattern that the optical displacement scale has is received. at least two image sensors, each of which images an optical pulse-like pattern of the optical displacement scale on each image sensor at any time by relative movement with the optical displacement scale; an optical system having an optical projector for obtaining two moving pulse images; and a pulse signal corresponding to the pulse image is inputted from each of the image sensors by scanning it at regular intervals; At least two pulse image position detecting devices for detecting positions on the image sensor; and a data processor 1!1' for measuring the displacement of a movable object by processing output signals from the respective pulse position detecting devices every scanning period. !
The data processing device specifies, for each scanning period, a pulse image from which the amount of movement of the pulse image during at least one past scanning period can be determined based on the positional relationship of the pulse image on each image sensor. a pulse image specifying section; a movement amount calculation section that focuses on the pulse image specified by the pulse image identification section and calculates a pulse image movement amount for each scanning period; an average value calculation unit that calculates the average value of each corresponding pulse image movement amount, and sequentially controls the pulse image identification unit and movement amount calculation unit for each scanning period, and calculates the average value of the pulse image movement amount to the treetop frame height. 111 of the pulse image as the scanning period progresses.
This optical displacement measuring device is characterized in that it sequentially pays attention to subsequent pulses for one unsuccessful movement and cumulatively adds the average value of each pulse image movement amount on each image sensor.

第1図は、本発明の構成を概念的に示したブロックダイ
ヤグラムである。光学的変位スケール20は、透過係数
又は、反射係数が相対移動方向に、周期的にかつ矩形波
パルス状に変化するパターンを有する光学的変位スク°
−ルである。光学的変位スケールのパターンは、例えば
、格子状、ドツト状等に形成できる。このパルス状パタ
ーンの周期は、一般には、0.1〜0.2mm間隔テア
ルが、これらの値には限定されない。この光学的変位ス
ケールの製作は、例えば、ガラス平板上の表面にクロム
を真空蒸着し、真空蒸着されたクロム膜をフA1−工ツ
ヂンクによって、上記間隔にエツチング除去して形成さ
れる。光学系/IO(ま、光学的投射器/12と、光学
的変位スケールのパターン映像を受像する複数のイメー
ジセン4J−4,4a 、 44b等とから成りたって
いる。光学的投射器42とは、光源及びレンズ、ハーフ
ミラ−、プリズム等らしくは光ファイバー等の導光路を
用いたものであり、光源の光を光学的変位スケールに投
射し、その反射光又は、透過光をイメージセンサ上に結
像し得るように構成した光学的な投射器を言う。そして
、上記の導光路は、少なくとも2系統あり、それぞれの
系統の光束が光学的変位スケールの各部を照I34シて
いる。各系統の反射光を受光づ−るイメージセンサ44
a 、44b等は、)AトダイA−ドを一次元配列に多
数並べたもの、あるいはキt・リヤ蓄積型のCOD、B
BD等を用いることができる。
FIG. 1 is a block diagram conceptually showing the configuration of the present invention. The optical displacement scale 20 is an optical displacement scale having a pattern in which the transmission coefficient or the reflection coefficient changes periodically and in the form of a square wave pulse in the direction of relative movement.
- It is le. The pattern of the optical displacement scale can be formed, for example, in the form of a grid, dots, or the like. The period of this pulse pattern is generally 0.1 to 0.2 mm apart, but is not limited to these values. This optical displacement scale is manufactured, for example, by vacuum-depositing chromium on the surface of a flat glass plate, and etching away the vacuum-deposited chromium film to the above-mentioned intervals using a process. The optical system/IO (well, it consists of an optical projector/12 and a plurality of image sensors 4J-4, 4a, 44b, etc. that receive pattern images of optical displacement scales. What is the optical projector 42? , a light source, a lens, a half mirror, a prism, etc. It uses a light guide path such as an optical fiber, and the light from the light source is projected onto an optical displacement scale, and the reflected light or transmitted light is imaged on an image sensor. The above-mentioned light guide path has at least two systems, and each system's light beam illuminates each part of the optical displacement scale. Image sensor 44 that receives light
a, 44b, etc.) are a large number of A to D arranged in a one-dimensional array, or kit/rear storage type COD, B.
BD etc. can be used.

ここで、各イメージセンサ上で結像し得る映像パターン
は、少なくとも光学的変位スケール上におけるパルス状
パターンの2周期分を常に投映づるように構成しなりれ
ばならない。
Here, the image pattern that can be imaged on each image sensor must be configured so that at least two cycles of the pulse pattern on the optical displacement scale are always projected.

複数のパルス映像位置検出装置60a 160b等は、
各イメージセンサにクロック走査パルスを与えて順次映
像信号をシリ)フルに取り出づ走査信号を送出づ−る。
The plurality of pulse image position detection devices 60a, 160b, etc.
A clock scanning pulse is applied to each image sensor to sequentially extract the video signal in full and send out the scanning signal.

そして走査信号によっC取り出されlζ各イメージセセ
ン上のパルス周期パターンに対応する映像電気信号は、
それぞれ複数のパルス映像位置検出装置60a 、60
b等に入力づる。
Then, the video electrical signal corresponding to the pulse periodic pattern on each image sensor extracted by the scanning signal is
A plurality of pulse image position detection devices 60a and 60, respectively.
Enter it in b etc.

パルス映像位置検出装置60a 、60bは、各イメー
ジセンサの画素毎に出力されるピッ1−パルス列から、
光学的変位スクールのマク1」す各パルス状映像パター
ンを求める。そして−イメージセンサ上の前記少なくと
も2つのパルス状映像パターンの位置を検出づる。ここ
で、位置とは、Yメ−ジセンサ上における1次元的に配
列された画素の片端からの順序数で表現される画素番地
である。
The pulse image position detecting devices 60a and 60b detect pulses from the P1-pulse train output for each pixel of each image sensor.
Obtain each pulse-like image pattern using the optical displacement system. and - detecting the positions of said at least two pulsed image patterns on an image sensor. Here, the position is a pixel address expressed as an ordinal number from one end of pixels arranged one-dimensionally on the Y image sensor.

各パルス映像位置検出装置60 a z 、6011等
ににって、検出されたーイメージセンサ上の少なくとも
2つのパルス映像の位置データは、データ処理装置80
に入力する。データ処理装置80は、前記の少なくとも
2つのパルス映像の内で、走査周期簡に移動するパルス
映像の移動色を測定づるために、注目するパルスを特定
するパルス映像特定部90と、そのパルス映像特定部9
0にJ:って、特定されたパルスの一走査周期間隔にお
りる移動量を算出する移動m粋出部92ど、各イメージ
しンザ旬に求められた各移動(イ)の平均値を求める移
動量平均部93及びこの平均移動量を走査周明毎に累積
加紳する平均移動量積算部94とから成りたりている。
The position data of at least two pulse images on the image sensor detected by each pulse image position detection device 60 a z , 6011 etc. is processed by a data processing device 80 .
Enter. The data processing device 80 includes a pulse image specifying unit 90 for specifying a pulse of interest in order to measure the moving color of the pulse image that moves in a short scanning period among the at least two pulse images, and a pulse image specifying unit 90 for specifying a pulse of interest, Specific part 9
0, the movement extraction unit 92, which calculates the amount of movement of the specified pulse in one scanning cycle interval, calculates the average value of each movement (A) determined for each image. It consists of a movement amount averaging section 93 to find and an average movement amount accumulating section 94 that cumulatively increases this average movement amount for each scanning period.

そして最終的な変位量は、平均移動量積算部94の示す
数値として与えられる。
Then, the final displacement amount is given as a numerical value indicated by the average movement amount integrating section 94.

次に本発明装置を用いて、物体の移動が測定しmる原理
について説明する。
Next, the principle of measuring the movement of an object using the apparatus of the present invention will be explained.

第2図は、この原理を説明す、る概念的な原理説明図で
ある。第2図ではパルス映像伝号は、原理説明のl’c
めに、パルス位置を示しうる様に幅の狭いパルスとして
記載し、−イメージセンサによって移動量を求める方法
を示す。又、横軸の目盛So ” S 4の数値は、イ
メージセンナ上の画素位置を示す番号を現わすと同時に
イメージセンサ−から走査信号によって、取り出された
シリノフルデータの走査時間軸とも対応している。まず
、]−〇時刻において、イメージセン1すを走査して得
られるパルス映像信号は、第2図(a )のようになる
、1走査時刻上(画素位置番号上)若い方の位置にある
のを、第1パルス映像1g号(以下単に[パルス−1と
いう)として記号P1で示し、時間軸上遅い、画素位置
番号上大きい方の位置に現れる第2パルスをP2どして
表わしである。このパルスP1及びパルスP2は、パル
ス映像位置検出装置60aによって得られたパルス映像
の中央位置と考えることができる。次に第2走査時刻1
” + Lこおける検出されるパルスパターン図を第2
図(b)に承り。
FIG. 2 is a conceptual diagram explaining this principle. In Figure 2, the pulse video transmission is l'c, which is explained in principle.
In order to show the pulse position, the pulse is described as a narrow pulse, and the amount of movement is determined using an image sensor. In addition, the numerical value of the scale So''S4 on the horizontal axis indicates the number indicating the pixel position on the image sensor, and at the same time corresponds to the scanning time axis of the sirino full data extracted from the image sensor by the scanning signal. First, at time ]-〇, the pulse video signal obtained by scanning the image sensor 1 is as shown in Fig. 2 (a), which is the younger one in terms of one scanning time (in terms of pixel position number). The first pulse image No. 1g (hereinafter simply referred to as [pulse-1)] is indicated by the symbol P1, and the second pulse that appears at the later position on the time axis and the larger pixel position number is indicated by P2. The pulse P1 and the pulse P2 can be considered as the center position of the pulse image obtained by the pulse image position detection device 60a.Then, the second scanning time 1
”+L is the detected pulse pattern diagram as the second
Accepted in figure (b).

ここではPlの移動用がDlとじて測定される。Here, the movement of Pl is measured together with Dl.

尚、図面上の一走査周期間の移動距離は、実際の移動に
比べて極めて大きく描かれている。ここで、移動量を測
定するパルスを第1パルスP1と約束づれば、第2図(
C)にポリようにパルスP1は、図面上におけるイメー
ジセンサ上を右から左方向に移動していくことになる。
It should be noted that the movement distance during one scanning period in the drawing is drawn to be extremely large compared to the actual movement. Here, if we assume that the pulse for measuring the amount of movement is the first pulse P1, then the pulse shown in Fig. 2 (
As shown in C), the pulse P1 moves from right to left on the image sensor in the drawing.

そして各走査周!y3句に移動m D + 、l) 2
 、D 3を求め、これを加i−すればI!i刻Toか
ら時刻T3までにお【プるパルス映像の移動量が測定さ
れる。パルスP1がイメージセン−り上に現れている間
は移動量は勿論測定り−ることが可能である。ところが
走査時刻T3から次の走査時刻T4に移った場合、第2
図(C)最左に書れているパルスP1は、イメージセン
サ上の左端からスケールオーバしてしまう。 ところが
、イメージセンサ−上には必ずあらゆる時刻において、
2つのパルス映像が則影されるように設計されているた
めに、右端において、パルスが現れることがわかる。そ
う覆れば、図上最左側のパルスが第1パルスと約束して
いるので第2図(C)における第2パルスP2は、第2
図(d)においては、第1パルスP1とみなされること
になる。時刻T3からT4における間のパルス映像の移
動m I、L 。
And each scan lap! Move to y3 phrase m D + , l) 2
, D 3 and add this i- to I! The amount of movement of the pulse image is measured from time i to time T3. While the pulse P1 appears on the image sensor, the amount of movement can of course be measured. However, when moving from scanning time T3 to the next scanning time T4, the second
The pulse P1 written on the leftmost side of the diagram (C) is overscaled from the left end on the image sensor. However, on the image sensor, at any time,
It can be seen that a pulse appears at the right end because the two pulse images are designed to be projected. If this is reversed, the leftmost pulse in the diagram is guaranteed to be the first pulse, so the second pulse P2 in Figure 2 (C) is the second pulse.
In the diagram (d), it is regarded as the first pulse P1. Movement of the pulse image m I,L from time T3 to time T4.

第2図(C’)におけるP2パルスと第2図(d )に
おけるP1パルスとに注目してこれの移動量D4を測定
すれば良い。この様に、移動mを累算すれば結局10時
刻から]−4時刻までの総合した移動量りが求められる
。即ち、L=DI+D2+D’3+D4となる。この操
作を繰り返して行けば、礼定したパルスがイメージセン
サ−上の左端からスケールオーバーしても、後続パルス
の移動量を求めCその移動mを累算づることによつ°C
トータルの移動量を求めることができる。
It is sufficient to pay attention to the P2 pulse in FIG. 2(C') and the P1 pulse in FIG. 2(d) and measure their movement amount D4. In this way, by accumulating the movement m, the total movement amount from time 10 to time ]-4 can be obtained. That is, L=DI+D2+D'3+D4. By repeating this operation, even if the determined pulse exceeds the scale from the left end of the image sensor, the amount of movement of the subsequent pulse can be calculated by accumulating the movement m.
The total amount of movement can be calculated.

パルス映像特定部90とは、イメージセンサ上に現れる
少なくとも2つのパルスの内のどのパルスに注目するか
を特定1′る部分である。これは、主に計算機のラフ1
〜ウエアによって実現するのが最も容易である。しかし
ながら論理回路等を組むことによってバードウJニアに
で実現することもできる。特定方法の説明をすれば、原
則として第1パルスP1に注目する。
The pulse image specifying section 90 is a section that specifies which pulse to focus on among at least two pulses appearing on the image sensor. This is mainly the rough 1 of the calculator.
~It is easiest to realize this through clothing. However, by assembling a logic circuit or the like, it can also be realized in the Birdow J near field. To explain the identification method, in principle, attention will be paid to the first pulse P1.

そして第1パルスの左端スケールオーバは、第1パルス
位回の急激な増加mにJ、って判別できる。
The left end scale over of the first pulse can be determined as J, which is a sudden increase m in the number of times of the first pulse.

即ち、第1パルスは図(d )において、図(C)に比
して急激に位置を増加している。
That is, the position of the first pulse increases rapidly in Figure (d) compared to Figure (C).

同様にパルス映像が右側に移動する場合に右端からの第
2パルスのスケールオーバは、第1パルスの位置の急激
な減少によって検出することができる。従って、スケー
ルオーバを検出したどきの最初の移動量は、左側移動の
ときは、新第1パルスと旧第2パルスの位置差を、右側
移動のときは、新第2パルスと旧第1パルスの位置差を
、それぞれ移動量とり−れば良い。
Similarly, when the pulse image moves to the right, overscaling of the second pulse from the right edge can be detected by a sudden decrease in the position of the first pulse. Therefore, when overscaling is detected, the initial movement amount is the position difference between the new 1st pulse and the old 2nd pulse when moving to the left, and the position difference between the new 2nd pulse and the old 1st pulse when moving to the right. It is sufficient to take the position difference as the amount of movement.

しかし、現実のパルス映像には、大きな幅を有づるので
イメージセンサ上の端部では正確なパルス中央位置を求
められない。正確なパルス中央位置を求め、この値を使
用づ゛るには、仮想スクール端し、M@設置ノで判定す
る。要は、イメージセンサ上の目標位置とパルス位置と
の関係において、特定のパルスが所定の位置関係を満し
た時に順次後続パルスを特定パルスとして注目づ゛る以
上述べてきた移動量の測定皿JIPは、1つの導光路と
1つのイメージセンサ−を用いたものについて説明した
。上記の測定皿]!Pにおいて、映像パルスは、理想的
なものとし位置のみを特定でき、幅を右さないものと仮
定してきた。どころが、現実には、第7図(a)に示す
様にイメージしフサ上の映像パルスは、最大でイメージ
センサの長さの1/4の幅を有している。この幅の広い
パルス映像から中心位置を求めるには、一般に、映像信
号を一定のしきい値Voで切り、第7図(1))の如き
矩形波形に整形の後、その整形された矩形波の中心位置
を算出している。又、光学的変位スケール20に光学的
投躬器42によって原則した光束(第3図(a))25
(7)明[ハ、第3図(b17)様に、ガウス分布をし
ている。さらには、光束は、光学的スケールに対し一定
の角度で大剣しているため、その強度のガウス分布も非
対称的なものである。従って、イメージごフサ上のパル
ス映像も第3図(C)の如くなり、一様な均一波形では
ない。又、該パルス状のパターンを受光づるイメージセ
ンサも、各画素に感度の不均一性がある。さらに光学的
変位スクールの1パルス状パターンの光学的特性も理想
的なパルス波形をしていくよい。
However, since an actual pulse image has a large width, it is not possible to accurately determine the center position of the pulse at the edge on the image sensor. To determine the exact pulse center position and use this value, determine the virtual school end and M@setting node. In short, in the relationship between the target position on the image sensor and the pulse position, when a specific pulse satisfies a predetermined positional relationship, successive pulses are noted as specific pulses. described a method using one light guide path and one image sensor. Measuring dish above]! In P, it has been assumed that the image pulse is ideal and only the position can be specified, without changing the width. However, in reality, as shown in FIG. 7(a), the image pulse on the image sensor has a maximum width of 1/4 of the length of the image sensor. To find the center position from this wide pulse video, generally, the video signal is cut at a certain threshold value Vo, shaped into a rectangular waveform as shown in Figure 7 (1)), and then the shaped rectangular wave is The center position of is being calculated. In addition, a light beam (FIG. 3(a)) 25 is applied to the optical displacement scale 20 by the optical projector 42.
(7) Bright [C] As shown in Figure 3 (b17), it has a Gaussian distribution. Furthermore, since the light beam is oriented at a constant angle with respect to the optical scale, the Gaussian distribution of its intensity is also asymmetric. Therefore, the pulse image on the image display also does not have a uniform waveform as shown in FIG. 3(C). Furthermore, the image sensor that receives the pulsed pattern also has non-uniform sensitivity among each pixel. Furthermore, the optical characteristics of the one-pulse pattern of the optical displacement school can also be made to have an ideal pulse waveform.

これらの不均一性のために、光学的変位スケールの同一
のパルス状パターンから反射してイメージセンサ上に投
映された同一のパルス映像し、パルス状パターンの相対
移動即ち、イメージセンサ上のパルス映像の位置の変化
に伴って、パルス映像の形状は変動し得る。たとえば、
第3図(d )図示のパルス映像26は、イメージセン
サ上を移動するにつれ、パルス映像27の様に歪みを生
じる。したがって、映像パルスを一定レベルで切り矩形
波に整形後パルスの中心位置を求めると、第3図(e)
に図示覆る様jこ中心位置は、26a127aの様にな
りパルスの位置の測定に誤差を与える。
Because of these non-uniformities, the same pulsed image reflected from the same pulsed pattern on the optical displacement scale and projected onto the image sensor, and the relative movement of the pulsed pattern, i.e., the pulsed image on the image sensor. As the position of the pulse image changes, the shape of the pulse image may change. for example,
The pulsed image 26 shown in FIG. 3(d) is distorted like the pulsed image 27 as it moves on the image sensor. Therefore, when we cut the video pulse at a certain level and shape it into a rectangular wave, we find the center position of the pulse, as shown in Figure 3(e).
The center position shown in the figure becomes 26a127a, giving an error in the measurement of the pulse position.

この誤差を小さクツ゛るために、本発明は次の手段を採
用している。
In order to reduce this error, the present invention employs the following means.

光学的変位スケール20上に、少なくとも2系統の投射
光を設は該反射光をそれぞれ各イメージセンサで受光し
、1走査毎にそれぞれ独立してパルス映像の移動■を求
め、該6移i!llff1を平均して、現実の移動量を
求めるという構成である。これによって上述した誤差が
平均化される。たどえば、第1例として、第4図(a 
)に示づ様に光源をLlと12と2つ設は該光源によっ
て光学的変位スケール20上の異なる2箇所を照射し、
これらの反射光をイメージセンサ−81と$2で受ける
構成にすることができる。
At least two systems of projection light are provided on the optical displacement scale 20, and the reflected light is received by each image sensor, and the movement of the pulse image is determined independently for each scan, and the six movements i! The configuration is such that the actual amount of movement is determined by averaging llff1. This averages out the errors mentioned above. As a first example, Figure 4 (a
), two light sources Ll and 12 are installed, and the light sources illuminate two different locations on the optical displacement scale 20,
The configuration can be such that these reflected lights are received by the image sensor 81 and $2.

その第2例は、望ましい実施態様どして挙げた様に、第
4図(b)図示の如く、単一の光源しがら出た光束を、
光束分離手段の例えばハーフ・ミラーMで2系統に分離
し、図示の如く、照1東分布が対称の光束を4qて前記
と同様イメージセンサS1と82で受光し平均化するに
うに構成できる。
In the second example, as shown in FIG. 4(b), the luminous flux emitted from a single light source is
It is possible to separate the beam into two systems using, for example, a half mirror M as the beam separating means, and as shown in the figure, the beam 4q having a symmetrical light distribution can be received by the image sensors S1 and 82 and averaged as described above.

この場合には、単一の光源から、2系統の光束を得、そ
の照度の分布が、相互に対称形をしているためイメージ
センサS1と82にJ、って求められたパルス映像の移
動(イ)の誤差を相互に補償づ゛ることかできる。
In this case, two systems of luminous flux are obtained from a single light source, and since the distribution of the illuminance is symmetrical to each other, the movement of the pulse image determined by J to the image sensors S1 and 82 It is possible to mutually compensate for the errors in (a).

又、第3の例は、望ましい実施態様で挙げ、第4図(C
)に図示する様に、前第2例と同様に単一の光源から2
系統の光束を得て、それらが光学的変位スケール上向−
の部位を照射し、かつそれらの照射強度の分布が、相互
に対称形になる様に光学系で構成し、それらの映像をイ
メージセンナS1と82で受光し、パルス映像移動量を
平均化する様に構成したものである。この場合には、同
一の部位からの反射映像をとらえ、それらの照度が対称
形であるため、精度の良い誤差の補償が可能である。
Also, a third example is given in the preferred embodiment and shown in FIG. 4 (C
), as in the previous second example, two lights are emitted from a single light source.
Obtain the luminous flux of the system and move them upwards on the optical displacement scale.
The optical system is configured to irradiate the areas and the distribution of the irradiation intensity is mutually symmetrical, and the images are received by image sensors S1 and 82, and the amount of pulse image movement is averaged. It is structured like this. In this case, since the reflected images from the same part are captured and their illuminances are symmetrical, it is possible to compensate for errors with high precision.

以上、要づ−るに、この発明の測定原理は、各イメージ
センサ上に、少なくとも2つのパルス映像を結像し一方
のパルスに注目して測定し得る範囲内において、そのパ
ルスの移動量を測定し、その後、各イメージセンサ毎に
測定された移動量の平均値を求め、次の走査時刻におい
て、測定し得なくなった場合には、その後続J−る第2
パルスに注目してその第2パルスの移動量の平均値を前
の値に累積して全体の移動量を求めようとするものであ
る。従って、全移動量の精度は、第1パルス及び第2パ
ルスの周期を決定する光学的変位スケールのピッチ間隔
の精度には、依存しない。分解能はイメージセンサ上の
画素を形成する画素幅の精度及び光学的変位スケール上
のパターンをイメージセンサ上に射映する光学的投射器
の倍率によって、決定される。測定精度は、分解能と単
位移動量当りの走査回数に、にって決定される。
In summary, the measurement principle of the present invention is to form at least two pulse images on each image sensor, focus on one pulse, and measure the amount of movement of that pulse within a measurable range. After that, the average value of the movement amount measured for each image sensor is calculated, and if it becomes impossible to measure at the next scanning time, the second
This method focuses on a pulse and accumulates the average value of the movement amount of the second pulse with the previous value to obtain the overall movement amount. Therefore, the accuracy of the total displacement does not depend on the accuracy of the pitch interval of the optical displacement scale that determines the period of the first and second pulses. Resolution is determined by the precision of the pixel width that forms the pixels on the image sensor and the magnification of the optical projector that projects the pattern on the optical displacement scale onto the image sensor. Measurement accuracy is determined by the resolution and the number of scans per unit movement.

以下、本発明をさらに具体的に実施例を用いて説明する
ことにする。第5図は、本発明にかかる光学的変位測定
装置の一具体的な実施例を示した構成図である。光学的
変位スケール208は、カラス基板上にクロムを真空蒸
着してクロム薄膜を作成し、フAトエツヂングによって
、0.1mm間隔に、22の部分をエッチしてクロムを
除去し、21の部分をクロム薄膜として構成する格子状
をしたパルスパターンを長尺状に設けたものである。
Hereinafter, the present invention will be explained in more detail using Examples. FIG. 5 is a configuration diagram showing a specific embodiment of the optical displacement measuring device according to the present invention. The optical displacement scale 208 is made by vacuum-depositing chromium on a glass substrate to create a chromium thin film, etching parts 22 at 0.1 mm intervals by photo etching to remove the chromium, and removing the chromium from parts 21. This is an elongated grid-like pulse pattern constructed as a chromium thin film.

そして光学的変位スケール20aは、可動台に固定され
ている。
The optical displacement scale 20a is fixed to a movable base.

一方、光学系40aは、固定台41の上に固定されてお
り、光学的変位スケールの光学パターンに投光覆る2つ
の光源421a、4’2111及びこれらを平行光線と
して照射する光学レンズ422a、422b及び光学的
パターンから反射してくる光をイメージセンサ4.4a
、44b上に集光し、拡大するレンズ423a 、42
3bとから成りたっている。各イメージセンサの出力は
、後述づるパルス映像位置検出装置60a、60bに入
ノjし、その信号は、後述するソフトウェアにしたがっ
て処理づる計弾機シスデムで構成されたデータ処理装置
80へ入力覆る。データ処3!l!装同80は、一般に
知られているにうにインタフェイス88aを介して中火
処理装置82に接続され、所定のブ[1グラム及びデー
タを格納するメモリー84と結合し、演算結果をインタ
フェイス88bを介してCRTディスプレー86に出ツ
ノし10するJ:うに構成されている。
On the other hand, the optical system 40a is fixed on a fixed base 41, and includes two light sources 421a and 4'2111 that emit light onto the optical pattern of the optical displacement scale, and optical lenses 422a and 422b that emit these as parallel light beams. The image sensor 4.4a detects the light reflected from the optical pattern.
, 44b and magnifying lenses 423a, 42
It consists of 3b. The output of each image sensor is input to a pulse image position detecting device 60a, 60b, which will be described later, and the signal is input to a data processing device 80, which is comprised of a bullet meter system and processed according to software, which will be described later. Data office 3! l! The device 80 is connected to the medium heat processing device 82 via a generally known interface 88a, coupled with a memory 84 for storing predetermined blocks and data, and transmits the calculation results to an interface 88b. The data is output to the CRT display 86 via the J: 10.

瑳I6図は、パルス映像位置検出装置60aの具体的な
構成を示したブロックダイヤグラムである。
Figure I6 is a block diagram showing a specific configuration of the pulse image position detection device 60a.

イメージセンサ/14aを構成するCCD44aの出力
は、増幅器602を通しコンパレータ604の反転入力
に入ツノしている。コンパレーク604の非反転入力は
、抵抗分割により、基準電圧V。
The output of the CCD 44a constituting the image sensor/14a passes through an amplifier 602 and enters the inverting input of a comparator 604. The non-inverting input of the comparator 604 is connected to the reference voltage V by resistance division.

が印加されている。そしてコンパレータ604の出力は
サンプルホールド回路606に入力している。
is applied. The output of the comparator 604 is input to a sample hold circuit 606.

ここで増幅器602の出力電圧V1を第7図(a >に
示す。破線でかいた包絡1jl +、U 、ビッヂ幅0
.1mmをCODに映像した明暗パターンを示している
。そして縦線は、CCD44aの一画素信号に対応した
パルス波形を概念的に示したしのである。CODは現実
には、2048画素から構成されているために、1パル
ス映(C口こついて、512パルスで構成されているこ
とになる。コンパレータ604では、ノイズマージンレ
ベルVoを基準レベルとし、該レベルにりも高レベルに
なった信号のみを通過させるにうにしでいる。即ら、コ
ンパレータ604を通過した電圧V2は第7図(b)の
にうな波形になる。更に、この多数のパルス列でできた
方形波状の包結線をサンプルホールド回路606を用い
て取りだす。即ち、タイミング発生回路612によるC
OD/I4a駆動のためのクロックパルスと同期し、か
つ1画素信号のパルス幅の中心部に同期するように遅延
回路614を通して、画素信号のピーク値でサンプルホ
ールドする。その結果、出力電圧V3は、第7図(C)
のような方形波が2つ得られることになる。
Here, the output voltage V1 of the amplifier 602 is shown in FIG.
.. It shows the light and dark pattern of 1mm imaged on COD. The vertical line conceptually represents a pulse waveform corresponding to one pixel signal of the CCD 44a. In reality, COD is composed of 2048 pixels, so it is composed of 512 pulses.The comparator 604 uses the noise margin level Vo as the reference level and In other words, the voltage V2 that has passed through the comparator 604 has a waveform as shown in FIG. 7(b). The square wave-shaped envelope formed by
The signal is sampled and held at the peak value of the pixel signal through the delay circuit 614 in synchronization with the clock pulse for driving the OD/I4a and in synchronization with the center of the pulse width of one pixel signal. As a result, the output voltage V3 is as shown in FIG. 7(C).
You will get two square waves like this.

ここで横軸は、走査時刻で、かつCCD上の画素単位で
の位置とも対応している。
Here, the horizontal axis represents the scanning time and also corresponds to the position in pixel units on the CCD.

タイミング発生回路612は、スター1〜伯号A1をC
Cf)駆動装置610に入力してCODの走査のスター
トを与えている。そして、スターミル信号に後続づる4
M、Hzのクロック信号に同期してパルス列がCODか
ら走査される。
The timing generation circuit 612 converts Star 1 to A1 to C.
Cf) It is input to the drive device 610 and provides the start of COD scanning. Then, following the star mill signal 4
A pulse train is scanned from the COD in synchronization with a clock signal of M, Hz.

一方、サンプルホールド回路606の出力電圧■3はフ
リップフロップ回路FF1 (以下、フリップフロップ
回路をrFFJと言う)の周期信号入力端(Cp端子)
に入力づると、ともにFF2(622)のCp端子に極
性反転して人力づる。
On the other hand, the output voltage 3 of the sample and hold circuit 606 is applied to the periodic signal input terminal (Cp terminal) of the flip-flop circuit FF1 (hereinafter, the flip-flop circuit is referred to as rFFJ).
When input to , the polarity is reversed and input manually to the Cp terminal of FF2 (622).

かつFF3 (623)のCI)端子にV3をそのまま
入力し、FF4 (624)のcp端子に反転して入力
する。各FFはD型の1:「回路であり、F[1のD入
力には、常時正電位が印加されている。
In addition, V3 is input as is to the CI) terminal of FF3 (623), and is inverted and input to the cp terminal of FF4 (624). Each FF is a D-type circuit, and a positive potential is always applied to the D input of F[1.

又FF1〜FF4のブリセラl−仮端子にはスタート信
号A1が入力されるようになっている。そして1:F2
−FF4は、それぞれ前段のQ端子出力が次段のD入力
にそれぞれ入力するJ:うに接続されている。さらに各
「[:回路d出力端は、それぞれNAND回路631,
632,633,634の一端子に接続されしている。
Further, a start signal A1 is input to the Bricella l-temporary terminals of FF1 to FF4. And 1:F2
-FF4 is connected to J: where the Q terminal output of the previous stage is respectively input to the D input of the next stage. Further, each "[: circuit d output terminal is connected to the NAND circuit 631,
It is connected to one terminal of 632, 633, and 634.

又それぞれのNAND回路の他の端子は、タイミング発
生回路612の4MH2のクロックパルスが入力されて
いる。
Further, the 4MH2 clock pulse of the timing generation circuit 612 is input to the other terminal of each NAND circuit.

各NAND回路の出力は、カウンタC1(641)〜カ
ウンタC4(644)に、それぞれ入力し、NAND回
路から出力されてくるパルス列の数をノJウン1〜ゴる
。各カウンタC1〜C4は、カラン1へされた2進並列
信号を転送量1!l]仇号A2によって、それぞれ、バ
ッファレジスタR1〜R4に転送され記憶される。そし
て各バッファレジスタR1〜R4は、インタフェイス8
8aを介してコンピュータによって読み取れるように構
成されている。
The outputs of each NAND circuit are input to counters C1 (641) to C4 (644), respectively, and the number of pulse trains output from the NAND circuits is calculated. Each counter C1 to C4 transfers the binary parallel signal sent to Callan 1 in a transfer amount of 1! 1] are transferred to and stored in buffer registers R1 to R4, respectively, by A2. Each buffer register R1 to R4 is connected to an interface 8.
8a so that it can be read by a computer.

本パルス位置検出装置60の各カウンタC1へ・C4の
カウント値は、第7図<C>における、L1時刻、t2
2時刻t33時刻t41M刻をそれぞれ4 M i−I
 Zのクロックでカラン]〜した値である。。
The count values of each counter C1 and C4 of this pulse position detection device 60 are L1 time and t2 in FIG.
2 time t33 time t41M time respectively 4M i-I
This is the value obtained by the Z clock. .

次に各ノJウンタに11時されるまでの作動について、
第8図を参照して説明づる。タイミング発生回路からは
、時刻toに第8図(b )に示1゛スター1へ信号が
各FFのに端子に与えられ、該スタート信号によって、
全てのFFはリレン1〜される。
Next, regarding the operation until 11 o'clock at each counter,
This will be explained with reference to FIG. From the timing generation circuit, a signal to the 1 star 1 shown in FIG. 8(b) is applied to the terminal of each FF at time to, and the start signal causes
All FFs are reset to 1~.

又スタート信号は、各カウンタの仮端子にも入力し、同
様にスター1へ信号パルスにJ二ってリレン1〜される
。続いてリセット後にFF1にV3がCp端子に入力さ
れると、電圧■3はFF1に対してタイミング信号にな
るために■3の第1パルスP1の立ち上り時刻11に8
3いてセラ1〜状態に変化する。従って、FFIのQ端
子出力は、第8図CG )のようになる。即ちto時刻
においてリレン1へされ、11時刻においてセラIへさ
れる波形が得られる。そして、このFF1の01端子出
力は、次段のFF2のD端子に人ツノし、かつv3の反
転入力がCpts子に入力づるために、[2時刻が同期
時刻を示し、D入力の変化が、t22時刻で遅延し、F
F2の02端子出力は、第8図(e )の様に122時
刻セット状態になる。以下、各「「は、前段のQ端子出
力が、次段のD入力となるため、それぞれのタイミング
信号に同期するまてQ出力端のけツ1へが遅延づる。従
って、[[3の03端子出力は、第8図(0)に示すよ
うに、第2パルスP2の立ち上り時刻t3において、セ
ラi〜される信号となる。FF4のQ端子出力は、t4
にJ′3いてセットされる出力となる。したがって、こ
れらのFF回路のd端子出力は、これらを反転し、lζ
ものであり、それぞれ第8図(d )(f )(h)(
j)のようになる。これらの各信号は、それぞれ各NA
ND回路の一端子に人力される。
The start signal is also input to the temporary terminals of each counter, and similarly, the signal pulse J2 is sent to the star 1, which is then reset 1~. Subsequently, when V3 is input to the Cp terminal of FF1 after reset, the voltage ■3 becomes a timing signal for the FF1, so the voltage changes to 8 at the rising time 11 of the first pulse P1 of ■3.
3 and changes to Sera 1~ state. Therefore, the Q terminal output of FFI becomes as shown in Fig. 8 (CG). That is, a waveform is obtained that is applied to Relen 1 at time to and applied to Sera I at time 11. The 01 terminal output of this FF1 is transmitted to the D terminal of the next stage FF2, and the inverted input of v3 is input to the Cpts child. , delayed at time t22, F
The 02 terminal output of F2 is in the 122 time set state as shown in FIG. 8(e). Hereinafter, since the Q terminal output of the previous stage becomes the D input of the next stage, the output to the Q output end 1 is delayed until it is synchronized with each timing signal. As shown in FIG. 8 (0), the output from the 03 terminal becomes a signal that is activated at the rising time t3 of the second pulse P2.The output from the Q terminal of the FF4 becomes a signal at t4
The output is set at J'3. Therefore, the d-terminal output of these FF circuits is inverted and becomes lζ
Figure 8 (d), (f), (h), respectively.
j). Each of these signals corresponds to each NA
Power is applied to one terminal of the ND circuit.

NAND回路631は、従って、to〜t 1時刻まで
一端子が高レベルにあるために、他の端子入力のクロッ
クパルスを通過させる作用を覆る。イしてその間=1−
 M HZのクロックがカウンタC1(641)ににっ
でカウントされる。以下、同様にNANO回路632に
おいては、イの一端子入力が第8図(f)に示すように
to〜(2時刻までハイレベル信号である−にめに、こ
の間のクロックパルスを通過し、)JウンタC2は、そ
の間81時1ることになる。同様にしてNAND回路6
33は、[0〜【3時刻までのクロックパルスを通過さ
せてカウンタC3はその間のクロックパルスをカラン1
〜し、NAND回路634はto−t44時刻でのクロ
ックパルスを通過さけて、カウンタC4はその間のクロ
ックパルスをカウントづ−ることになる。この結果バッ
フ7レジスタR1〜R4は、それぞれ第q図(a )に
示すV3電圧のt1時刻、t22時刻t33時刻t44
時刻示t °bのかえられる。別の系統のイメージセン
サ441)から得られた信号波形を処理するパルス映像
位置検出装置60bも同様な構成である。
The NAND circuit 631 therefore has one terminal at a high level from time to to t1, thereby overriding the effect of passing the clock pulse of the other terminal input. and during that time = 1-
The clock of MHZ is counted by the counter C1 (641). Similarly, in the NANO circuit 632, the one terminal input of A is a high level signal until time to~(2) as shown in FIG. 8(f). ) The J counter C2 will be at 81:1 during that time. Similarly, NAND circuit 6
33 passes the clock pulses from [0 to [3], and the counter C3 passes the clock pulses between times 1 and 1.
The NAND circuit 634 avoids passing the clock pulse at time to-t44, and the counter C4 counts the clock pulses during that period. As a result, the buffer 7 registers R1 to R4 are stored at time t1, time t22, t33, and time t44 of the V3 voltage shown in FIG. q (a), respectively.
The time display changes to t°b. The pulse image position detection device 60b that processes the signal waveform obtained from the image sensor 441) of another system also has a similar configuration.

次にデータ処理装置80のコンピュータが処理する内容
について第9図及び第10図を参照して説明する。第9
図は、コンピュータソフトウェアのフローチャー1〜を
示したものである。以下主に、第1系統のイメージセン
サによって検出されるパルス映像の移動量の算定につい
て述べる。まづ、パルス映像は第10図上左方向に等速
度で移動しているものと仮定する。データ処理装置80
がスタートされると、所定のプログラムが実行され、ス
テップ100において、本プログラムで使われる諸パラ
メータをそれぞれOにイニシA・ライズづる。ここで1
はイメージレンリーの走査回数を示づカウンタである。
Next, the contents processed by the computer of the data processing device 80 will be explained with reference to FIGS. 9 and 10. 9th
The figure shows flowcharts 1 to 1 of the computer software. The calculation of the amount of movement of the pulse image detected by the first system of image sensors will be mainly described below. First, it is assumed that the pulse image is moving at a constant speed to the left in FIG. Data processing device 80
When the program is started, a predetermined program is executed, and in step 100, various parameters used in this program are initialized to O. Here 1
is a counter indicating the number of scans of the image Renly.

Pl、P2はそれぞれ前記第1及び第2映像パルスの中
心位置を記憶するアドレスである。Xl、X2は、それ
ぞれ走査によって得られたパルスの位置を1回走査前の
値として記憶し、保持するためのメモリーである。Qは
、1回前の走査によるパルスの位置が有効ゾーンにある
か禁止ゾーンにあるかを判定しその情報をを記憶する部
分であり、Rは、現走査によるパルス位置情報を示ずパ
ラメータを記憶づ゛るメモリである。
Pl and P2 are addresses for storing the center positions of the first and second video pulses, respectively. Xl and X2 are memories for storing and holding the positions of pulses obtained by scanning as values before one scanning. Q is a part that determines whether the position of the pulse from the previous scan is in the valid zone or the prohibited zone and stores that information, and R is a part that does not indicate the pulse position information from the current scan and stores the parameters. It is a memory that keeps remembering.

Dは特定された映像パルスの一走査問隔に1J34ノる
変位量であり、[pは累積平均変位量即ち、物体の移動
量に比例した数量である。■は単位時間当りの移動速度
即ち、走査問隔毎に計紳される移動速度を記憶するメモ
リーである。
D is a displacement amount of 1J34 per scanning interval of the identified video pulse, and [p is a cumulative average displacement amount, that is, a quantity proportional to the amount of movement of the object. 2 is a memory that stores the moving speed per unit time, that is, the moving speed calculated at each scanning interval.

次にステップ102において前述のパルス映像位置検出
装置60のバッファレジスタR1〜R4までのレジスタ
にデータが入力されてレディ状態になったか否かを検出
するルーチンである。データが入力されてない場合には
レディビットは立っておらずプログラムはレディになる
までウェイ]−覆る。そして工10レディになった場合
には、ステップ104において各カウンタの数値が記憶
されているバッファレジスタR1〜R4までの内容をそ
れぞれメモリー01〜C4のアドレスへ8売み込む。次
にステップ106において、パルスの中火部を計鋒する
ために、Pl = (C1+02)/2、 P2= (C3十04 )/2という計算式を用いて第
1パルス及び第2パルスの中央位置を計障し、それをP
l、P2に記憶する。ぞして次のステン1108におい
て、PlがLより大きいか小さいかを判定づる。ここで
しは予め設定されlζ値であり、第10図(a)に示す
ようにイメージレン1すの左端、即ち、若い方の画素番
地から一定の距離りに設定された禁止ゾーンの長さC′
ある。ここで、図上しの区間を禁止ゾーンといい残りの
81〜$4までの区間を有効ゾーンと言う。ステップ1
08では、第1パルスの位置が禁止ゾーンにあるか有効
ゾーンにあるか判定づる。禁止ゾーンにある場合には、
ステップ110に移りパラメータRを1に設定する。即
ち、パラメータRが1と言うことは、禁止ゾーンに第1
パルスが存在するということを意味する。禁止ゾーンに
ない場合には、ステップ112にJ:すRには2の値が
設定される。
Next, in step 102, the routine detects whether data is input to the buffer registers R1 to R4 of the pulse image position detecting device 60 and the registers are in a ready state. If no data is input, the ready bit is not set and the program waits until it becomes ready] - Overturn. When the machine 10 is ready, in step 104, the contents of buffer registers R1 to R4, in which the numerical values of each counter are stored, are transferred to the addresses of memories 01 to C4, respectively. Next, in step 106, in order to measure the middle part of the pulse, the center of the first and second pulses is calculated using the formulas Pl = (C1+02)/2, P2 = (C304)/2. Calculate the position and set it to P.
l, stored in P2. Then, in the next step 1108, it is determined whether Pl is larger or smaller than L. This is the lζ value set in advance, and is the length of the prohibition zone set at a certain distance from the left end of the image lens 1, that is, the younger pixel address, as shown in FIG. 10(a). C'
be. Here, the section at the top of the diagram is called a prohibited zone, and the remaining section from 81 to $4 is called a valid zone. Step 1
In step 08, it is determined whether the position of the first pulse is in the prohibited zone or in the valid zone. If you are in a prohibited zone,
Proceeding to step 110, the parameter R is set to 1. In other words, if the parameter R is 1, it means that the first
This means that a pulse is present. If it is not in the prohibited zone, a value of 2 is set for J:SR in step 112.

即ち、1での値が2のときは、第1パルスが有効ゾーン
に存在することを意味する。次にステップ114に移り
、■がOか否かを判定J−る1、0の場合には、第1走
査即ち、最初のデータ読み取りルーチンであることを示
し一〇いるから、その場合(こはステップ116に移行
し、今読み取った第1バルス及び第2パルスの位置をメ
モリー×1及び×2に移動して記憶させる。又、第1パ
ルスの位置状態をQに記憶する。そしてステップ118
においT走査回数パラメータ■をインクリメン1−スる
That is, when the value of 1 is 2, it means that the first pulse exists in the effective zone. Next, the process moves to step 114, and it is determined whether ■ is O or not. The process moves to step 116, and the positions of the first and second pulses just read are moved to memories x1 and x2 and stored.The position state of the first pulse is also stored in Q.Then, step 118
Increment the odor T-scanning number parameter (2) by 1.

次に、ステップ119において、系統の変更処理を行な
う。
Next, in step 119, system change processing is performed.

即ち、第2のイメージセンサ44bから1qられるデー
タを同様に処理する。同図においては、分り易くする1
こめに、同一の文字変数を使用しているが、実際は、記
憶されるアドレスが、第1系統と第2系統の2系列に別
れている。以下の処理も第1系統と第2系統で交互にく
り返される。
That is, data 1q received from the second image sensor 44b is processed in the same way. In the same figure, for easy understanding 1
Although the same character variables are used, the addresses to be stored are actually divided into two series: the first system and the second system. The following processing is also repeated alternately between the first system and the second system.

第2走査によってイメージセンサから読み取られた信号
は、それぞれステップ104〜114まで同様な処理が
なされる。そこでステップ114では、第2回目の読み
取りに当るから■の値はOでなく次のステップ120へ
移行する。ステップ120ではQの値とRの値を比較し
ている。即ちRは今回測定した第1パルスの位置を示で
パラメータであり、Qは第1パルスの前回測定した位置
状態を示すパラメータである。従ってQが2、Pが2の
場合には、前回の走査と今回の走査において第1パルス
は共に有効ゾーンに存在することがわかる。そこで第1
パルスが有効ゾーンに存在している場合には第1パルス
を特定パルスとして前回の位置と今回の位置との偏差を
取り、ステップ122において、その値をDの値に記憶
する。今to時刻に対してt 1時刻において走査し得
られた第1パルスが図面上左部ちイメージはフサ上アド
レス番号の若い方向に移動したとずれは、Dの値は負の
値を示している。又P1が図面上右方向に移動したとす
ればDの値は正の値を示す。
The signals read from the image sensor in the second scan are subjected to similar processing in steps 104 to 114, respectively. Therefore, in step 114, since this is the second reading, the value of ■ is not O, and the process moves to the next step 120. In step 120, the value of Q and the value of R are compared. That is, R is a parameter indicating the position of the first pulse measured this time, and Q is a parameter indicating the position state of the first pulse measured last time. Therefore, when Q is 2 and P is 2, it can be seen that the first pulse exists in the effective zone in both the previous scan and the current scan. Therefore, the first
If the pulse exists in the effective zone, the first pulse is used as a specific pulse, the deviation between the previous position and the current position is calculated, and in step 122, the value is stored as the value of D. If the first pulse obtained by scanning at time t 1 with respect to time t is on the left side of the drawing, the image moves toward the smaller address number on the frame, and the value of D shows a negative value. There is. Further, if P1 moves rightward in the drawing, the value of D shows a positive value.

次にステップ1232において、今求めた移動ff1−
 Dが、第1系統による場合には、ステップ1234に
おいてDlとしC移動量を記憶づる。次にステップ11
6.118.119を介してステップ102にもどり、
第2系統による移動りを同様に求める。ステップ123
2まで同様に求めらね、ステップ1236において、第
2系統にJ、る移動量がD2として記憶される。次にス
テップ1238に移行し、第1系統と、第2系統で求め
られた移動ff1D1とD2の平均値を平均移動量とし
てDに記憶する。
Next, in step 1232, the movement ff1-
If D is based on the first system, in step 1234, Dl is set and the amount of C movement is stored. Next step 11
Return to step 102 via 6.118.119;
The movement by the second system is determined in the same way. Step 123
In step 1236, the amount of movement J to the second system is stored as D2. Next, the process moves to step 1238, and the average value of the movements ff1D1 and D2 obtained in the first system and the second system is stored in D as an average movement amount.

次にステップ124にc15いT、全移1rIIIff
l−Ll)全算出する計算を行う。即ち、走査周期毎に
得られる平均移動ff1Dを8!i算する。次にステッ
プ126において、平均移動fitDを走査間隔時間に
で割って、変位速度を求める。そしてステップ128に
おいて現時刻までの移動量Lpと、現時刻での移動速度
Vを表示してステップ116に戻る。116では現在の
パルス位置をそれぞれXl、X2に記憶し、又第1パル
スの現在の位置状態情報をQに記憶してステップ118
でIをインクリメン1〜してステップ102に戻る。
Next, in step 124, c15T, complete transfer 1rIIIff
l-Ll) Perform all calculations. That is, the average movement ff1D obtained for each scanning period is 8! Count i. Next, in step 126, the average movement fitD is divided by the scan interval time to determine the displacement speed. Then, in step 128, the amount of movement Lp up to the current time and the movement speed V at the current time are displayed, and the process returns to step 116. In step 116, the current pulse position is stored in Xl and X2, respectively, and the current position state information of the first pulse is stored in Q, and step 118
Then, I is incremented from 1 to 1 and the process returns to step 102.

第3回目走査において同様にして計算を実行()、今度
は、ステップ130に移ったと゛する即ち、Ti走査時
刻においては、第1パルスは、Qが2であったから有効
ゾーンに存在していたが、今回の1−2時ではRが1と
なり禁止ゾーンに、入ったことを意味覆る。第10図(
C)に示すようなパルスの位置関係になる。この場合に
は、ステップ132に移行し、前回の×1と現時点での
第1パルスのPlを引算し、この値が所定の値MJ:り
も小さい時には、通常の走査間隔による左に移動しうる
範囲内ど見なずことができる。従って、ステップ132
の判断はノーとなり、第1パルスは、第10図1左移動
をしていることが判定できる。ステップ144において
、第1パルスは禁止ゾーンにはいった為に、ここで第2
パルスを特定パルスに切り替える。即ち、第2パルスの
移動色をここで求める。即ちDはPI−X2である。こ
の関係を第10図(C)に示しである。そして同様に第
2系統についても計算を行なった後ステップ1238で
平均移動量を求めた後ステップ124により前回の絶対
移動量L 11に累積加算覆る。以下前回と同様な処理
を施す。そして先頭に戻り第4回目の走査をおこなう。
In the third scan, calculations were performed in the same manner (), and this time the process moved to step 130. That is, at the Ti scan time, the first pulse existed in the effective zone because Q was 2. However, at 1-2 this time, R became 1, meaning that he had entered the prohibited zone. Figure 10 (
The positional relationship of the pulses is as shown in C). In this case, the process moves to step 132, where Pl of the first pulse at the current time is subtracted from the previous ×1, and when this value is smaller than the predetermined value MJ:, the shift is made to the left according to the normal scanning interval. It can be done without looking at things that are within the scope of what is possible. Therefore, step 132
The result is NO, and it can be determined that the first pulse is moving to the left in FIG. 10. In step 144, since the first pulse entered the forbidden zone, the second pulse
Switch the pulse to a specific pulse. That is, the moving color of the second pulse is determined here. That is, D is PI-X2. This relationship is shown in FIG. 10(C). After calculations are similarly made for the second system, the average movement amount is determined in step 1238, and then in step 124, the previous absolute movement amount L11 is cumulatively added. Hereafter, the same processing as the previous time is performed. Then, it returns to the beginning and performs the fourth scan.

今回の走査で得られる映像パターンは第10図(C)と
類似のものであり、T22時刻お(プるパルス位置を更
にDだ【シ左に移動させたものが得られる。従って前回
と同様なル−ヂンを通る。次に第5回目の走査によれば
前回の第1パルスP1は、左側ヘスケールオーバしてい
る。したがって、T3時刻において、第2パルスであっ
たものがT4時刻においては、第1パルスとして検出さ
れることになる。よってT4時の走査においては、第1
パルスの状態メモリー〇は1であり、Rは2である。従
って、前記と同ルーチンを通ってステップ140まで至
る。ステップ140にJ3いてイエスと判定される。ス
テップ143では、)) 1− X 1が計算され、所
定の値Mより大きい。これは、第1パルスが左端力日ら
スケールオーバしたことを示す。よって、ステップ14
1に移行して現第1パルスの位置P1から前第2パルス
の位置×2を引いた値が移動量として計算される。次の
第6回目の走査時刻であるT5時においては、第10図
(a )図と同様な状態図を示すために、第10図(a
 )図で説明したルーチンを通る。したがって、イメー
ジレンザを映像パルスが左方向に連続して移動する場合
の全移動風が第1系統と第2系統によって独自に得られ
た移動量の平均移@量を求める上述の繰り返し操作によ
って求まることになる。
The image pattern obtained in this scan is similar to that shown in Figure 10 (C), and is obtained by moving the pulse position further to the left at time T22. Therefore, it is the same as the previous scan. Next, according to the fifth scan, the previous first pulse P1 has scaled over to the left. Therefore, what was the second pulse at time T3 is now the second pulse at time T4. will be detected as the first pulse. Therefore, in the scan at T4, the first pulse will be detected as the first pulse.
The pulse state memory 〇 is 1 and R is 2. Therefore, the process reaches step 140 through the same routine as described above. At step 140, J3 is determined as YES. In step 143, )) 1-X 1 is calculated and is greater than the predetermined value M. This indicates that the first pulse has scaled over from the left end. Therefore, step 14
1, and the value obtained by subtracting the position of the previous second pulse x 2 from the position P1 of the current first pulse is calculated as the amount of movement. At T5, which is the next sixth scanning time, in order to show a state diagram similar to that in FIG. 10(a),
) through the routine described in the figure. Therefore, the total moving wind when the image pulse continuously moves to the left in the image lens can be found by the above-mentioned repeated operation of calculating the average shift @ amount of the moving amount uniquely obtained by the first system and the second system. It turns out.

次にパルス映像がイメージセンザ上右方向即ち、第11
図におりる図上右方向に等速度で移動した場合を考察す
る。まりT o時刻において、第11図(a)の位置関
係にあったとする。この場合においても、やはり注目す
べきパルス映像は有効ゾーンに存在する第1パルスとし
ている。従って時刻Toにおける走査では、状態メモリ
ーの(「iは、R=2となり、第2回目の走査にJ3い
ては第11図(b)のようなパルス配列どなる。この場
合には、禁止ゾーンに第1パルスP1が現れることにな
るために変位量を算出覆るのに注目Jべきパルスは第2
パルスP2でなりればならない。従って、この場合、状
態表示メモリーはQ=2、R=1を現している。従って
、ステップ130においてイエスと判定され、ステップ
132に移る。ここでは、この場合、xi−piがg1
紳されこの値は、予め定められた最大移動ff1Mより
も大ぎいことがわかる。即ち、第11図<a )から(
b )において第1パルスP1は実は次の計数パルスで
あることを示している。したがって、このような場合に
は映像は右移動であると判定し得る。J、ってステップ
132においてイエスと判定されステップ13/Iに移
行する。丁1時刻において特定すべきパルスはP2であ
り、TOにおいて、特定づべきパルスはPlであったた
めに変位MDはP2−Xlとして計痒しなければならな
い。
Next, the pulse image is displayed in the upper right direction of the image sensor, that is, the 11th
Let us consider the case of moving at a constant speed to the right in the figure. Assume that at time To, the positional relationship is as shown in FIG. 11(a). In this case as well, the pulse image to be noted is the first pulse existing in the effective zone. Therefore, in the scan at time To, the state memory (i) becomes R=2, and in the second scan J3, the pulse sequence becomes as shown in FIG. 11(b). Calculate the amount of displacement because the first pulse P1 will appear.The pulse that should be noted is the second pulse.
It must be pulse P2. Therefore, in this case, the status display memory shows Q=2 and R=1. Therefore, the determination in step 130 is YES, and the process moves to step 132. Here, in this case, xi-pi is g1
It can be seen that this value is larger than the predetermined maximum movement ff1M. That is, from Fig. 11<a) to (
b) shows that the first pulse P1 is actually the next counting pulse. Therefore, in such a case, it can be determined that the image is moving to the right. J, the determination in step 132 is YES, and the process moves to step 13/I. The pulse to be specified at time 1 is P2, and since the pulse to be specified at TO was Pl, the displacement MD must be calculated as P2-Xl.

次の走査時刻T3においては、第1パルス1〕1は第1
1図(C)に示すのにうに禁止領域にはいっているため
に(b)図と状態に変化はなくQ−1、R=1を示して
いることになる。従ってステップ136においてイエス
と判定され、ステップ138に移り第2パルスを特定す
べきパルスとして計算する。従って第2パルスの変位I
Th I) 2−X2を変位量として耐算覆る。
At the next scanning time T3, the first pulse 1]1 is the first pulse
As shown in FIG. 1(C), the state has already entered the prohibited area, so there is no change in the state from FIG. 1(b), and Q-1 and R=1 are shown. Therefore, the determination in step 136 is YES, and the process moves to step 138, where the second pulse is calculated as the pulse to be specified. Therefore, the displacement I of the second pulse
Th I) 2-X2 is calculated as the amount of displacement.

次の走査時刻T3においては、第11図(d )のよう
なパルスの位置関係が得られる。これによれば第1パル
スは禁止ゾーンから有効ゾーンへ移行しているためにQ
−1、R=2である。しだがつてステップ140におい
てイエスと判定され、ステップ143に移行する。ステ
ップ143では、現在の第1パルスの位置と前走査時に
お()るパルスの位置との差即ちPl−Xiが所定の値
Mより大きいが小さいかを判定する。大きい場合にはパ
ルスは左移動であり、小さい場合はパルスが右移動であ
ることを示しているためにステップ138に移る。即ち
、ステップ138では、第2パルスに注目して偏差を求
める。次の走査時刻T4にa3いては、第11図(e)
に示づようなパルス配置になる。この場合には、第1パ
ルスは、前走査時において有効ゾーンにあり、今回の走
査時においても又有効ゾーンにある。従ってQ=2、R
=2となり、ステップ120にiJ’3いてイエスと判
定されてステップ122において、第1パルスに注目し
てその偏差が計算される。そしCスミツブ124におい
て累積加算されることになる。
At the next scanning time T3, a pulse positional relationship as shown in FIG. 11(d) is obtained. According to this, the first pulse moves from the prohibited zone to the valid zone, so the Q
-1, R=2. However, the determination in step 140 is YES, and the process moves to step 143. In step 143, it is determined whether the difference between the current first pulse position and the pulse position during the previous scan, that is, Pl-Xi, is greater than or smaller than a predetermined value M. If the pulse is large, it indicates that the pulse is moving to the left, and if it is small, it indicates that the pulse is moving to the right, so the process moves to step 138. That is, in step 138, the deviation is determined by focusing on the second pulse. At the next scanning time T4, a3 is shown in FIG. 11(e).
The pulse arrangement will be as shown in . In this case, the first pulse is in the effective zone during the previous scan and is also in the effective zone during the current scan. Therefore, Q=2, R
=2, the determination in step 120 is YES, and in step 122, the first pulse is focused on and its deviation is calculated. Then, the C sumitub 124 cumulatively adds them.

以上のようにして左方向の移動及び右方向の移動及びこ
れらを総合した左右混存した移動についても同様に測定
できることになる。
As described above, it is possible to measure leftward movement, rightward movement, and mixed left-right movement by combining these movements in the same manner.

第10図及び第11図の図式は、模式的に大ぎく移動量
を書いているが実際には微小な移動量である。以」二の
実施例においては、各イメージセンυに1つの有効ゾー
ン及び1つの禁止ゾーンを定めているが変位を検出する
ための特定パルスを選定する手段は決して該方法には限
定されるものではない。
Although the diagrams in FIGS. 10 and 11 schematically depict a large amount of movement, the amount of movement is actually very small. In the second embodiment below, one effective zone and one prohibited zone are defined for each image sensor υ, but the means for selecting a specific pulse for detecting displacement is in no way limited to this method. isn't it.

イメージセンサの1次元配列方向を、光学的スケールの
格子模様に対して鋭角配置さぜることにずれば0.1m
m間隔で配設されている光学的パターンの内で2つのパ
ターンだリイメージヒンυ゛上に配列されることもでき
る。又レンズを使って拡大づることによってイメージセ
ンサ上に2つ配列することも可能である。又本実施例で
は直線上に変位する変位量測定を用いたがこれを円周上
にパルスパターンを配設し、これを回転させて同じよう
な方法により回転変位および回転速度を検出することも
可能である。要は本発明は少なくとも2つのパルス映像
を同時に射像させることが必要であり、複数系統で求め
た各移動量の平均値を求めこの平均移動Mを累算して行
き、それができなくなったときに後続する第2のパルス
に注目してそのパルスの平均移動量をさらに累積加算す
るようにしたものである。
If the one-dimensional arrangement direction of the image sensor is shifted at an acute angle to the grid pattern of the optical scale, the distance is 0.1 m.
Of the optical patterns arranged at intervals of m, two patterns can also be arranged on the reimage pin υ'. It is also possible to arrange two images on the image sensor by enlarging them using a lens. In addition, in this example, displacement measurement in a straight line was used, but it is also possible to arrange a pulse pattern on the circumference and rotate it to detect rotational displacement and rotation speed using a similar method. It is possible. The point is that the present invention requires at least two pulse images to be projected at the same time, and the average value of each movement amount found in multiple systems is calculated and the average movement M is accumulated. Sometimes, attention is paid to the subsequent second pulse, and the average movement amount of that pulse is further cumulatively added.

従って本発明装置によれば測定粘度は、パルス周期間隔
の精度には全く依存しない。イメージはレザ上のパルス
映像の位置を4 M l−l zのクロックで検出して
いるために極めて正確な精度の測定が可能である。イメ
ージセンサは、おおむね1画素が10数ミクロンの単位
でできているために分解能は10数ミクロン割る倍率と
言う結果になる。
According to the device according to the invention, the measured viscosity is therefore completely independent of the accuracy of the pulse period interval. Since the image detects the position of the pulse image on the laser using a clock of 4 Ml-lz, extremely accurate measurement is possible. Since one pixel of an image sensor is generally made up of 10-odd microns, the resolution is a magnification of 10-odd microns.

この結果、分解能はO9数ミクロン程度であると考察す
ることができる。又、パルス映像の測定系を複数段り、
移動量の平均をとるため、光源の照度の不均一性、イメ
ージセンサの画素感度の不均一性、光学的変位スケール
の1パルスパターンの光学的特質の不均一性のために、
パルス映像の移動に伴って、パルス映像が歪むことにに
る測定誤差が緩和され精度の高い測定が可能である。特
に前述した様に実施態様であげた手法は、その誤差の補
(R効果が大きい。この様に本発明装置によれば光学的
スケールのピッチ間隔には問題なく極めて精密な変位あ
るいは速度の測定が可能である。
As a result, it can be considered that the resolution is on the order of several O9 microns. In addition, the pulse image measurement system has multiple stages,
In order to average the amount of movement, due to the non-uniformity of the illuminance of the light source, the non-uniformity of the pixel sensitivity of the image sensor, and the non-uniformity of the optical characteristics of one pulse pattern of the optical displacement scale,
As the pulse image moves, measurement errors caused by distortion of the pulse image are alleviated, allowing highly accurate measurement. In particular, the method described in the embodiment described above has a large error compensation (R effect).In this way, the device of the present invention can measure extremely precise displacement or velocity without any problem with the pitch interval of the optical scale. is possible.

従って光学的スケールの製造が容易になるという特質を
有している。
Therefore, it has the characteristic that the optical scale can be manufactured easily.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明にかかる光学的変位検出装置の発明概念
を説明したブロックダイアグラムである。 第2図は、本発明装置の変位測定原理を説明した原理説
明図である。第3図は、イメージセンI犬上のパルス映
像の不均一性を示す説明図である。第4図は、本発明装
置の光学系の構成を示づ説明図である。第5図は本発明
にかかる具体的1実施例の光学的変位検出装置の構成を
示したものである。 第6図は同実施例の内パルス映像位置検出装置の詳細な
構成を示したブロックダイ17グラムである。 第7図は、同第4図にお【ブる作動を説明覆る1ζめの
信号波形である。第8図は同じく第6図図示の装置のV
「動を示すためのタイミングヂャー1へである。第9図
は、同実施例において使用されるデータ処理装置の処理
フローを示したフローヂャートである。第10図は、左
移動の処理の概念を説明覆る概念説明図である。同11
図は同じく右方向移動の処理を示す概念説明図である。 20・・・・・・光学的変位スケール 40・・・・・・光学系 42・・・・・・光学的投射器 44a、、4.4b・・・・・・イメージセン(〕−6
0a 、60b・・・・・・パルス映像位置検出装置8
0・・・・・・データ処理装置 90・・・・・・パルス映像特定部 92・・・・・・移勤め鋒出部 93・・・・・・移動m平均部 94・・・・・・平均移動邑積算部 特R′F出願人  豊田工機株式会社 代理人  弁理士  大川 宏 同   弁理士  藤谷 修 同   弁理士  丸山明夫 第10図 第11図
FIG. 1 is a block diagram illustrating the inventive concept of an optical displacement detection device according to the present invention. FIG. 2 is a principle explanatory diagram illustrating the displacement measurement principle of the device of the present invention. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the non-uniformity of the pulse image on the image sensor I dog. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the optical system of the apparatus of the present invention. FIG. 5 shows the configuration of an optical displacement detection device according to a specific embodiment of the present invention. FIG. 6 is a block diagram 17 showing the detailed configuration of the internal pulse image position detection device of the same embodiment. FIG. 7 shows a signal waveform of the 1ζth signal, which explains the operation shown in FIG. 4. Figure 8 also shows the V of the device shown in Figure 6.
FIG. 9 is a flowchart showing the processing flow of the data processing device used in the same embodiment. FIG. 10 shows the concept of left movement processing. It is a conceptual explanatory diagram that covers the explanation.
The figure is also a conceptual explanatory diagram showing the rightward movement process. 20... Optical displacement scale 40... Optical system 42... Optical projector 44a, 4.4b... Image sensor (]-6
0a, 60b...Pulse video position detection device 8
0...Data processing device 90...Pulse video specifying unit 92...Movement focusing unit 93...Movement m averaging unit 94...・Average Moving Village Estimation Department Special R'F Applicant Toyota Machinery Co., Ltd. Agent Patent Attorney Hirodo Okawa Patent Attorney Shudo Fujitani Patent Attorney Akio Maruyama Figure 10 Figure 11

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)光学的特質が、相対的変位方向に対し、周期的に
変動するパルス状パターンを有する光学的変位スケール
と、 該光学的変位スケールの有する光学的パルス状パターン
を受像する少なくとも2つのイメージセンサと、前記光
学的変位スケールの光学的パルス状パターンを、前記各
イメージセンサ上に結像させて、光学的変位スケールと
の相対移動によって、各イメージセンサ上に常時少なく
とも2つの移動Jるパルス映像を得る光学的投射器とを
右する光学系と、 前記各イメージセンサから、それを一定周期毎に走査し
て前記パルス映像に対応したパルス信号を入力し、該パ
ルス映像のイメージセンV上の位置を検出する少なくと
も2つのパルス映像位置検出装置と、 該各パルス位置検出装置かうの出力信号を走査周期毎に
処理して、可動物の変位を計測するデータ処理装置とか
ら成り、 前記データ処理装置は、走査円11]毎に、パルス映像
の各イメージセンサ上の位置関係により、少なくとも過
去1走査周期間のパルス映像の各移動量を求める得るパ
ルス映像を特定づるパルス映像特定部と、前記パルス映
像特定部によって特定されたパルス映像に注目して走査
周期毎にパルス映像移動量を求める移動■算出部と、 該移動吊輝出部から求められた各イメージはンサに対応
する各パルス映像移動量の平均値を求める平均値鋒出部
′と、 走査周期毎に、前記パルス映像特定部及び移動量算出部
を順序制御し、前記パルス映像移動量の平均値を積算す
る移動量積算部と、 から成り、走査周期の経過に伴なうパルス映像の1il
ll散的移動に対し、順次後続パルスに注目しで、各イ
メージセンサ上の各パルス映像移動量の平均値を累積加
算することを特徴と覆る光学的変位側。 定装置。
(1) An optical displacement scale whose optical characteristics have a pulse-like pattern that periodically varies with respect to the direction of relative displacement, and at least two images that receive the optical pulse-like pattern of the optical displacement scale. an optical pulse-like pattern of a sensor and said optical displacement scale is imaged onto each said image sensor such that at least two moving pulses are generated on each image sensor at any given time by relative movement with said optical displacement scale; an optical system that controls an optical projector for obtaining an image; and a pulse signal corresponding to the pulse image is input from each of the image sensors by scanning it at regular intervals, and the pulse signal corresponding to the pulse image is inputted to the image sensor V of the pulse image. at least two pulse image position detection devices that detect the position of the pulse position detection device; and a data processing device that processes the output signals of each of the pulse position detection devices every scanning period to measure the displacement of the movable object, and the data processing device The processing device includes a pulse image specifying unit that identifies a pulse image for which each movement amount of the pulse image during at least one past scanning period can be determined based on the positional relationship of the pulse image on each image sensor for each scanning circle 11; a movement calculating section which focuses on the pulse image specified by the pulse image specifying section and calculates the amount of movement of the pulse image for each scanning period; an average value extraction unit' that calculates the average value of the image movement amount; and a movement amount integration unit that sequentially controls the pulse image identification unit and the movement amount calculation unit for each scanning period and integrates the average value of the pulse image movement amount. 1il of the pulse image as the scanning period progresses.
The optical displacement side is characterized by cumulatively adding up the average value of each pulse image movement amount on each image sensor by paying attention to successive pulses in response to the scattered movement. Fixed device.
(2)前記光学的変位スケールは、直線方向に移動覆る
移動台に固定された長尺状の光学的変位スケールである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光学的変
位測定装置。
(2) The optical displacement measuring device according to claim 1, wherein the optical displacement scale is an elongated optical displacement scale fixed to a moving stage that moves in a linear direction. .
(3)前記光学的変位スケールは円盤円周上に配設され
たラブイモル円形スケールであり、該光学的変位スケー
ルの回転と、回転体の回転とが同期回転するように、該
光学的変位スケールを回転体と連系し回転体の回°転変
位を測定覆ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の光学的変位測定装置。
(3) The optical displacement scale is a love-imole circular scale disposed on the circumference of a disc, and the optical displacement scale is arranged such that the rotation of the optical displacement scale and the rotation of the rotating body are synchronously rotated. 2. The optical displacement measuring device according to claim 1, wherein the optical displacement measuring device is connected to a rotating body to measure rotational displacement of the rotating body.
(4)前記光学的投躬器は、 単一の光源と、該光源からの単一の光束を2系統に分離
する光束分離手段と、該2系統に分量1された光束を前
記光学的スケールに照射し、かつその照射強度分布を、
相対移動方向に対して対称と覆る光学的レンズ系とから
成り、 該照射パターンを2つのイメージセンサによって対称的
に受光づることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至
第3項記載の光学1白変位11111定装置。
(4) The optical projector includes a single light source, a light beam separating means for separating a single light beam from the light source into two systems, and a light beam separated into the two systems by the optical scale. and the irradiation intensity distribution,
The optical system according to any one of claims 1 to 3, comprising an optical lens system that is symmetrical with respect to a direction of relative movement, and the irradiation pattern is received symmetrically by two image sensors. Displacement 11111 constant device.
(5)前記、相対移動方向に対して、2つの対杓−な強
度分布を有する光束の光学的スケールへのjl、%j射
部位は、前記光学的スケール上の同一81((Qで・あ
り、その2系統の光束の照射角を異にづ−ること(こよ
って、それに対応づ−る反剣角の異なる2系統の光束を
2つのイメージセンサで受光することを特徴とする特許
請求の範囲第4項記載の光学1内変Bt測定装置。。
(5) With respect to the direction of relative movement, the light beams having two opposite intensity distributions are projected onto the optical scale at the same 81 ((Q) There is a patent claim characterized in that the illumination angles of the two systems of light beams are different (thereby, the two systems of light beams with different anti-sword angles are received by two image sensors). The optical 1 internal variation Bt measuring device according to item 4.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007139756A (en) * 2005-10-17 2007-06-07 Ricoh Co Ltd Relative position detection apparatus, rotator travel detection apparatus, and image forming apparatus
JP2015137955A (en) * 2014-01-23 2015-07-30 三菱電機株式会社 absolute encoder

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JP2007139756A (en) * 2005-10-17 2007-06-07 Ricoh Co Ltd Relative position detection apparatus, rotator travel detection apparatus, and image forming apparatus
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