JPS5968604A - 光学的変位測定装置 - Google Patents

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、移動物体の変位量を測定りるのに、光束をブ
［１〜ブとして用いた光学的変位測定装置に関する。更
に詳しく言えば、移動体と固定装置どの相対運動に比例
して光学的センシンクパターンが移動変化づ−るのを観
測し、この光、ｙ、＊５．的パターンの変化ｆｉ）を積
分し、−特定パターンがスケールＡ−ハした時は、後続
する光学パターンに汀［」シ、その変化ｈ）の積分値を
求め、これらの１１Ｃ１を、順次連続的に加締すること
によって移動体と固定装置どの相対運動Ｉ７ｉを測定ヅ
るＪ、うにした光学的変位測定装置に関する。 従来、光を利用した光学的変位測定装置は、−例どして
、直線状に変位する変位測定装訪を例に上げると、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っている。前記光学的変位スケール
は、緻密な間隔で、反則係数又は透過係数等の光学的係
数がり、０形波周期状に相対移動方向に変化づる格子パ
ターンをイ１づ−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、うに調整りるレンズ、該光学
的パターンからの反則光又ｔ、Ｌ透過光を集光覆る１ノ
ンズ、及び該反射光等を受光りる光電変換素子から成る
。光電変換素子は、単一画素から成る索ｒから４γす、
該光電変換素子−にを通過りる前記光学的変位スケール
からの透過光又（ま反射光にＪζる明■ｆ１映、（Ｋξ
をＪｆＮえる。ぞ−Ｌ　Ｔ変位量）を求める方法は、映
像を、電気的パルスに変換し、これをカラン１〜して単
位時間当りの物体の変位量を検出りるプノ法であった。 従来ル装置は、この様な方法を探るため、光学的変位ス
ケールのパターン周期の誤差が、−ぞのまＪ、測定精度
に反映り−るという欠点がｄすっだ。従って、該光学的
変イ：ｔスクールのピッチ間隔は極めて高精度に装ｆ１
さ一杭なければならない。ところが通常０゜１ｍｍ間１
；１４幅Ｃロングレンジに渡っＣ１周期的な格子状の反
ｑ・１板又は、透過板を形成することは極めて困７＋Ｉ
　Ｃあった。しがも可動物体の移動量が１ｍからＰｉｊ
、ｍに渡れば、これに伴い光学的変位スケールし１　ｍ
　ｈｓ　＋ら数ｍのしのを作成する必要がある。 しかし、光学的変位スクールを長（覆る程、スケールの
歪、熱膨張あるいは熱収縮等によって、パターンピッチ
が変化Ｊる等の欠点があり、正確な測定ｆ′ｉ′ｉ度を
あげることに龜よ、限界があった。 −ぞこＣ本発明（ま、このような従来の欠点を改良りる
ために成されたものであり、前記の光学的変位スケ−ル
の格子パターンのビッヂ精度には無関係に変位の測定精
度を向上させることの−Ｃ′さる光学的変位測定装置を
提供することを目的とづ−る。 即ち、本発明は、光学的特質が、相ス・１豹変位方向に
対し、１７．ｌ明的に変動づるパルス状パターンを右り
る光学的変位スケールど、 該光学的変位スケールの右する光学的パルス状パターン
を受像するイメージセン１〕・と、前記光学的変位スク
ールの光学的パルス状パターンを、前記イメージセンザ
上に結像させて、光学的変位スケールどの相対移〃ノに
よって、常時少＜’Ｋ　＜ども２つの移動づ−るパルス
映像を冑る光学的投剣器とを布量る光学系と、 前記イメージセンリ″から、それを−走用明ｆｕに走査
して前記パルス映像に対応しｌこパルス信号を入ツノし
、該パルス映像のイメージセンリ」二の位置を検出づる
パルス映像位首検出装首と、該パルス位置検出器がらの
出力信号をスト杏周朋毎に処理して、可動物の変位を５
１測Ｊるデータ処Ｊｉ！装置とから成り、 前記Ｊ”−夕処１１ｐ￥ｉ置は、走査周期４Ｎに、パル
ス映像のイメージはシリ上の位１ｆｆ（門１系にＪ、す
、少なくと−し過去１走査周期間のパルス映像の移動Ｗ
を求める１１するパルス映像を特定づるパルス映像特定
部ど、前記パルス１１す４像９ｈ定部にＪ、っ−ｃｌ“
Ｆ定されたパルス映像に注目して走査周期ｆｉＪにパル
ス映像移動量を求める移動ｎ１緯出部と、 走査用１υＪ句に、前記パルス映像特定部及び移動量（
卓出部を順序制御し、前記パルス映（γＺ移動吊を偵粋
Ｊる移動（ｉ偵算部と、 かう成り、走査周期の経過に伴なうパルス映像のＩｔｌ
ｌｌ散的移動に対し、順次後続パルスにと１．：　［−
１１，、て移動［ｄを累積加算することを特徴どづ゛る
光学的変位測定共１ｆｆｌｆから成イ）。 第１図は、本発明の４Ｇ成を概念的に示したブ［１ツク
タイ八７グラムで゛ある。光学的変位スクール２０　Ｌ
Ｊ　Ｘ透過係数又は、反射係数が相対移動方向に、周Ｊ
ｊｌＪ的にかつ？、（′ｉ形形波パル状状変化７るパタ
ーンを右づる光学的変位スクーールである。光学的変位
スクールのパターンは、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間隔であるが、これらの値には限
定されない。この光学的′ψ位ススタール製作は、例え
ば、ガラス゛ｒｔ板十の表面にりＩ］ムを真空蒸着し、
真空蒸着されたクロム膜を７７１１−１ツヂングにＪ：
って、上記間隔に土ツヂング除去し又形成される。光学
系４０は、光学的投射器４２ど、光学的変位スケールの
パターン映像を受像Ｊるイメージしンザ／Ｉ／Ｉどから
成りたっている。光学的投射器４２と

【ま、光源及びし
・ンズもしくは光ファイバー等の導光路を用いたちのぐ
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Ｌンリ上に結１ｐし４ｒ）
るように４ｉ、ｉ成した光学的なｌ’ｉ　ｒＩＪ器を言
う。そして、イメージロンザ４４は、フＡｌ〜ダイＡ−
ドを一次元配列に多数並べたもの、あるいはキャリ１１
蓄槓型のＧ　ＣＩ）、＋３　Ｉ：３　Ｄ等を用いること
がで′きる。ここで、イメージロンリ”上で結像し４ｒ
する映像パターン（、Ｌ１少なくとも光学的変位スクー
ル十に＋３りるパルス状パターンの２周期分を常に投［
ＩＩ４するＪ、うに構成しなりればならない。 パルス映像位置検出装置６０（よ、イメージセン９にタ
ロツク走査パルスをうえて順次映像信＞５をシリアルに
取り出す走査信号を送出りる。イして走査イｉ弓によっ
てＪｌｌ？り出されたイメージしシリ上のパルス周期パ
ターンに対応づる映像電気信号は、パルス映像荀ｉｕ検
出装’４６０　Ｇこ人力する。パルス映像位胃検出装置
６０は、イメージヒンリの画素毎に出力されるビットパ
ルス列から、光学的変位スクールの７クロなパルス状映
像パターンを求める。イして前記少なくとも２つのパル
ス状映像パターンの位；１・７を検出す”る。ここで、
位置どは、イメージレン１〕−」二にｄ′３ける１次元
的に配列された画素の片９η；からの順序数で表現され
る位置である。 パルス映１免位置検出装買６０によって、検出された少
なくどし２つのパルス映像の位置データは、データ処理
装置８０に入ノｊ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、走査用ＩＵ１　ｔ
ｏに移動するパルス映像の移動量を測定Ｊるために、注
目Ｊるパルスを１４定するパルス映像特定部９０と、そ
のパルス映像特定部９０によって、特定されたパルスの
一走査周期間隔に＋３りる移動量をｎ出する移動量算出
部９２及びこの移動ｈ）を走査周期毎に累積加算する移
動ｍ槓停部？）４とかｆう成りたっている。ぞして最終
的な変位量は、移動吊積停部９４の示ず数値として与え
られる。 次に本発明装置を用いて、物体の移動が測定しくｑる１
５７ｉ　］、＋１！について説明する。 第２図は、この原理を説明する概念的な原１！Ｉ！説明
図である。第２図ではパルス映像信号は、原理説明のた
めに、パルス位置を示しうる様に幅の狭いパルスとし−
Ｃ記載しである。又、横軸の目盛ＳＯ〜Ｓ４の数１ｆｒ
は、イメージセンザ上の画素位置を示？１′番号を現わ
すと同ｆｆ、？にイメージレンリから走査信号によって
、取り出されたシリアルデータの走査時間軸とも対応し
ている。まず、−Ｔ−ｏ時刻に（１３いて、イメージレ
ンリ゛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。走査＋１．’（剣士（画素位置番
号上）若い方の位置にあるのを、第１パルス映像信昼（
以下単に１パルス」という）として記号１〕１で示し、
時間軸上遅い、画素位置番号上３上人きい方の（Ｃ７置
に現れる第２パルスを１）２として表わしである。この
パルスＰ１及びパルス１．）２は、パルス映像位ｉ〆１
検出装置ｌｌ　６０にＪ、って１１られたパルス映像の
中火位置と考えることができる。次に第２ノ［杏１１．
ｖ多ＩＩ　ｌ−＋にお（〕る検出されるパルスパターン
図を第２図（ｂ　）に示す。 ここでやよ［−）１の移動量がＤｌどして測定づること
かで・きる。尚、図面上の一走査周ＩＩ！１間の移動距
離（よ、実際の移動に比べて４セめで大きく描かれてい
る。ここで、移動量を測定するパルスを第１パルス１）
１と約束すれば、第２図（Ｃ）に示１Ｊ、うにパルス１
〕１は、図面上にお【プるイメージセン１上を右！】日
ら左方向に移動していくことになる。そして各走査周期
毎に移動量Ｄ　Ｉ　、Ｄ　２　、ＩＪ　３を求め、Ｃれ
を加いずれば時刻Ｔｏから時刻Ｔ　３　Ｊ：でにｃ１５
ｃノるパルス映イ象の移動ｍが測定される。パルスＰ１
がイメージセンリ上に現れている間は移動量は勿論測定
づイ）ことが可能である。どころが走査時刻下３から次
の走査時刻Ｔ４に移った場合、第２図＜ｃ　＞最左にｇ
ＢれＣいるパルスＰ　Ｉ　Ｌ；Ｊ、　、イメージセンザ
上の左端からスケールオーバし−（しまう。 とこイ）が、イメージセン１ノ上に【よ必り′あらゆる
ＯＮ刻において、２つのパルス映像が射影されるように
説ｔ１され°Ｃいるために、右端にＪ３い−（、パルス
が現れることがわかる。そうすれば、図上形／Ｉ［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
Ｊ月ノる第２パルス］〕２は、り′Ｓ　２図（（１）に
ｊ）いて（よ、第１パルス１〕１どみなされることにな
る。時刻１−３からＴ４にお（）る間のパルス映像の移
動量は、第２図（Ｃ）におりる１−）２パルスと第２図
（ｄ　）にお（）る］〕１パルスどに注１′１シてこれ
の移動量（〕４を測定づれば良い。この様に、移！１１
１ｆｉｔを累亦り−れぽ結局−Ｔ−ｏ時刻から１−４　
ＩＩ、）刻まで・の総合した移動３Ｌが求められる。即
ち、ｌ＝Ｄ＋　−ｌ−Ｄ　２−１−　Ｄ　３−１−　Ｄ
　４となる。この操作を繰り返して行りば、特定したパ
ルスがイメージセン１ノ上の左端からスクールオーバー
しても、後続パルスの移動量を求めＣその移動量を累締
づることにＪ、って１−一タルの移動ｍを求めることが
できる。 パルス映像特定部９０とは、イメージセンリ上に現れる
少なくとも２つのパルスの内のどのパルスに注１」づ゛
るかを特定覆る部分である。これは、主に計終（幾のソ
フ１〜つＩ−アによって実現りるのが７＋２ら容易であ
る。しかしながら論Ｊｑ（回路等を組むことによってハ
ードウェア（ごて実Ｊ９ηイ）ことも（きる。特定方法
の説明をすれば、原則どして第１パルス［〕１に注目す
る。 そして第１パルスの左端スケールオーバは、第１パルス
位首の急激な増加量ににって判別Ｃさ゛る。 即ら、第１パルスは図（ｄ）にＪ３いて、図（Ｃ）に比
して急激に位置を増加している。 同様にパルス映像が右側に移動りる場合に右端からの第
２パルスのスケールオーバは　／；ｔｘ　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−ルオーバを検出したときの最初の移動バｔは、
左側移動のときは、新第１パルスと口笛２パルスの位置
差を、右側移動のどきは、−新第２パルスと口筒１パル
スの位置差を、それぞれ移動量と−４れば良い。 しかし、現実のパルス映像には、大きな幅を有するので
端部では正確なパルス中火位置を求められ４丁い。正確
なパルス中火位置を求め、この値を使用づるには、仮想
スケール端り、Ｍを設りて判定゛りる。要は、イメージ
廿ン］ノ上の目標位置とパルス位置どの関係において、
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
ルスを特定パルスどして注目する。 以上、要づ°るに、この発明の測定原理は、イメージレ
ンジ上に、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稗る範囲内にＪ３いて、そのパ
ルスの移動量を測定し、次の走査時刻にｄ３いて、測定
し得なくなった場合には、その後続する第２パルスに注
［１してその第２パルスの移動量を前の値に累積して仝
休の移動量を求めにうどづるｂのである。従って、全移
動量の精度に１、第１パルス及び第２パルスの周期を決
定づる光学的変位スケールのピッチ間隔の粘度には、依
存しない。分解能（，１イメージレンリ−上の画素を形
成刃る画素幅のｒｉ′ｉ度及び光学的変位ス／７−ル」
−のパターンをイメージセン１ノ上にＱ＝１映する光学
的投射器のイ（５率によって、決定される。測定粘度は
、分解能と単位移動量当りの走査回数にＪ、って決定さ
れる。 以下、本発明をさらに具体的に実施例を用いＣ説明する
ことにづる。第３図Ｇよ、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］ｊ４４成である。 光学的変位スケール２０ａは、ガラス基板上にクロムを
真空蒸着してり［１ム薄膜を作成し、）７１１〜エツヂ
ングによって、Ｑ、１＋ｎｍ間隔に、２２の部分をエッ
チ（）てクロムを除去し、２１の部分をクロムＲ”）膜
として構成覆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。 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。 〜方、光学系４０ａは、固定台４１の上に固定されてＪ
３す、光学的変位スケールの光学パターンに投光する光
源４２１及びこれを平行光線どして照Ｑ＝Ｉ　”Ｊる光
学レンズ４２２及び光学的パターンから反！ＪＪ　Ｌ　
−Ｕ　＜る光をイメージヒン奮す４４ａ−トに集光し、
拡大するレンズ４２３とから成りたっている。イメージ
センサ′の出力は、後述サイ）パルス映１象位首検出装
向６０に入力し、その信号は、後述するソーラ１ヘウエ
アにしたがって処理づる１ｉｌ−ｎ　Ｉｔｎシステムで
構成されたデータ処理装回８０へ人力する。−γ−り処
理１４ｉ置８０は、一般に知られているようにインクフ
ェイス８８ａを介して中央処理装置８２に接続され、所
定のプログラム及びテーラを格納りるメモリーε！＋と
結合し、演τ）結果をインクフェイス８８ｂを介しＴ　
ＣＲ１”ディスプレー８６に出力しｉ９るようにＩＭ成
されている。 第４図（ま、パルス映像位置検出装置Ｎ６０の具体的な
構成を示したブロックダイヤグラムである。 イメージセンサ４４を構成するＣＣＤ４４ａの出力は、
増幅器６０２を通し］ンパレータ６０４の反転入力に入
力てしいる。コンパレータ６０４の非反転入力は、抵抗
分割により、基ｉ％ｌ電ＬｉＴＶＯが印加されている。 そしてコンパレータ６０４の出力はリンプルホールド回
路６０Ｇに人力している。 ここで増幅器６０２の出力電圧Ｖ＋を第５図（ａ　＞に
承り。破線でかいた包絡線は、ピッチ幅Ｑ、ｉｎ１ｍを
ＣＯＤに映］僚した明暗パターンを示している。ぞして
縦線は、ＣＣ１）　２　Ｑ　ａの一画素信号に対応した
パルス波形を１１１！念的に示したものである。ＣＯＤ
は現実に【よ、２０４８画素から１１−１成されている
ために、１パルス映（Ｉ：について、５１２パルスで（
１１″Ｎ成されていることになる。＝１ンバレータ６０
／Ｉでは、ノイズマージンレベルＶｏを基片レベルとし
、該レベルにりも高レベルになった信りのみを通過さけ
るようにしている。即ら、＝」ンパレータ６０／Ｉを通
過した電圧■２は第す図（ｂ）のＪ、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絡線を
丈ンブルボールト回路６０Ｇを用いて取りだす。即ち、
タイミング発生回路６１２ににるＣＣＤ４４ａ駆動のた
めのり１−１ツクパルスと同期し、かつ１両；’（＋　
ｆ；：　号のパルス幅の中心部ｌＪ同期づるように遅延
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■３は、第５）図（Ｃ
）のようなり形波が２つ得られることになる。 ここで横軸（ま、走査時刻で、かつＣＣＤ上の画素中位
での位置どし対応している。 タイミング発生回路６１２は、スター１−信号Δ１をＣ
ＣＤ駆動装置６１０に入力してＣＣｌ）の走査のスター
１〜を与えている。そして、スタート信号にｊ狡続づ−
る４　Ｍ　ｌ−ｌ　ｚのクロック信局に同期してパルス
列がＣＣＤかＩう走龜される。 一方、す゛ンブルホールド回路６０６の出力電圧Ｖ３は
フリップフ［１ツブ回路１−Ｆ　’１　（以下、フリッ
プフロップ回路をｒ　Ｆ　Ｆ　Ｊと言う）の周期信号入
力端（Ｃｐ端子）に人力すると、ともににＦ２（６２２
）のＣｐ端子に極性反転して入力づる。 かつＦＦ３　（６２３）のＣｐ端子にＶ３をそのま、１
、人力し、ＦＦ４　（（３２４）のｃｐ喘子に反転しく
入力Ｊ−る。名Ｆ　Ｆ　Ｇ；Ｌ　Ｄ型のにＦ開回路あり
、「１゛１のＤ人ノＪには、常時正電位が印加されてい
る。 又１”　Ｆ　１〜Ｆ　Ｆ　４のブリレッ］へ【端子には
スタート信号△゛Ｉが人力されるにうになっている。そ
しく　Ｆ　Ｆ　２〜Ｆ　ｌ二／ｌは、それぞれ前段のＱ
端子出力が次段の１〕入力にそれぞれ人力するように接
続されでいる。さらに各Ｆ　Ｆ回路ｄ出力端は、ぞれぞ
４し　Ｎ　　Δ　ＮＤ　　回　路　６３１．　　６３２
．　　６３３．　　６３／１の−、　、、）ｉｉ子に接
続されしている１、又イれぞれのＮ△ＮＤ回路の他の端
子は、タイミング弁生回路６１２の４　Ｍ　ｌ−Ｉ　ｚ
のりＬ１ツクパルスが入力されでいる。 各ＮＡＮＤ回路の出力は、カウンタＣ１（Ｇ／ＩＩ）〜
カウンタＣ４（６４４）に、それぞれ人ツノし、ＮΔＮ
　ｌ）回路から出力されてくるパルス列の数をカラン］
〜づる。各カウンタＣ１〜Ｃ４は、カラン１〜され／ｊ
　２進並列信号を転送同期信号△２によって、−てれそ
れ、バッフルレジスタＲ＋〜［く４に転送され記憶され
る。ぞして各バッファレジスタＲ１〜１で４４よ、イン
タフェイス８８ａを介してコンビヨー夕によって読み取
れるように４７．ｘ成されている。 本パルス位置検出装置６０の各カウンタＣ１〜Ｃ４のカ
ラン１へ値は、第５図（Ｃ）における、【＋　■’ｉ刻
、１２０ｙ刻、［３時刻、ｔ４４時刻ぞ４１ぞれ４　Ｍ
　ＨＺのり［］ツクでカラン１−シた値である。 次に各７Ｊウンタに訓時されるまでの作動について、第
６図を参照して説明する。タイミング発生回路からは、
時刻［０に第６図（１））に示リスクー１〜信月が各［
：１−のべ端子に与えられ、該スタート信号によって、
全てのＦＦはリレンｌ〜される。 又スタート信尼は、各カウンタのに端子に６人力し、同
様にスター１〜信８パルスによってリレン１−される。 続いてリセット後にＦ　Ｆ　１にＣ３がＣｐ端子に人力
されると、電圧ｖ３はト１：１に対してタイミング信号
になるためにＣ３の第１パルス［）１の立ち上り時刻（
ｉに＋３いてレッｌ〜状態に変化１Ｊる。従っ−Ｃ，Ｆ
ｌ二１のＱ娼：イ出力は、第〔５図（Ｃ）のようになる
。即ら〔０時刻にＪ′３いてリレン１〜され、ｔ　１時
刻においてレッ１〜される波形が１１７られる。そしＣ
１この１：ＦｌのＱ１端子出力は、次段の１１７２のＤ
娼：了に人力し、かつＣ３の反転入力がＣｐ端子に人）
ｊＭるために、［２時刻が同期旧制を示し、１つ人ツノ
の変化が、＋　２時刻よ−Ｃｉヱ延し、Ｆ　Ｆ　２の０
２端子出力は、第〔３図（ｅ）（７）様にＬ　２１１’
ｊ刻てレフ１−状態になる。以下、各１−１：は、前段
のＱ端子出力が、次段の０人力どなるため、で−れそ′
れのタイミング（ｉ３号に回１ｉ１ＪりるＪ：　’Ｕ−
ａ出力端のＬＣ１−がｄ延づる。従つＣ１Ｆ　Ｆ　３　
（７）　Ｑ３０ｉ；、ｉ子出力は、第６図（（＋　）に
承りように、第２パルス］〕２のｆＬ　’５　Ｊニリａ
Ｃｔ歳１１（３に＋３い−（、Ｕツ１〜される４１１月
どなる。１−「４の（１）　９：：５　（出力（ま、１
４においてセットされる出〕ｊど４する。したかつて、
これらのにに回路のご端子出力番、１１、これらを反転
したものであり、それぞれ第６図（ｄ）（１’）（＋１
）（ｊ）のようになる。これらの各信号は、それぞれ各
Ｎ　Ａ　Ｎ　ｌ）回路の一端子に入ツノされる。 Ｎ　Ａ　Ｎ　ｌ）回路６３１【よ、従って、ｔｏ〜ｔ＋
時刻よて一娼；子が１１゛ｂレヘルにあるために、他の
端子入ツノのり［１ツクパルスを通過させる作用をりる
。そしてその間／！Ｍ　Ｎ　ｚのり［１ツクがカウンタ
０１（６／Ｉ　１　）にＪ：ってカラン１〜される。以
下、同様にＮ　Ａ　Ｎ　ｆ）回路６３２においては、そ
の　Ｏ’；ｊ了人力が第６図（ｆ）に示１−ようにＣｏ
〜、ｔ　２１１’、’ｉ剣までハイレベル信号である！
こめに、この間のクロックパルスを通過し、カウンタＣ
２は、その間４時することになる。同様にしてＮ　Ａ　
Ｎ　ｌ）回ｂ’８　（５３３は、（０〜（３時刻までの
クロックパルスを通過さけて］Ｊウンタ３（よその間の
タロツクパルスを力ラン１へし、Ｎ　Ａ　Ｎ　＋、）回
路６３４はｔ　ｏ　”　Ｌ　４１１．’＋刻Ｊ、てのり
Ｉ−１ツクパルスを通過させて、カウンタＣ／Ｎよぞの
間のクロックパルスをノＪウン１−することになる。こ
の結果バッファレジスタＲ１−Ｒ／ｌは、それぞれ第６
図（ａ　）に示りＣ３電月の［１時刻。 （２時刻、１３時刻、［４時刻を承りｂのがえられる。 次にデータ処Ｊ！１（装置８０のコンビ−Ｌ−夕が処理
づる内容について第７図及び第８図を参照して説明する
。第７図は、二ｌンビ」−一タソフトウェアのフローチ
ャートを示したものである。まっ、パルス映像は第８図
上左方向に等速度で移動し−Ｃいるものと仮定づる。デ
ータ処１’［！　Ｃ４Ｖ″′Ｉ８０がスター（〜される
と、所定のプログラムが実（ｊされ、ステップ１００に
４３いて、本プログラムで使われる諸パラメータをイれ
ぞれＯに−イニシ１１ライズづる。ここで【Ｇまイメー
ジセンリーの走査回数を示すカウンタ（゛ある。ｌ−’
１、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１１　＝Ｊるアドレスである。Ｘｌ、Ｘ２＋よ
、それぞれ走査にｊ、つ−Ｃ得られたパルスの位置を１
回走査前の１直どして記憶し、保持するだめのメモリー
である。（、）　ｔＪｌ、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ユｒ１１ニソーン（こあるか
を判定しその情報をを記憶リーイ）部分であり、Ｒは、
現走査にＪ：るパルス位ｔ７情報を示すパラメータを記
′臆づるメモリである。Ｄは１・′Ｉ定された映像パル
スの一走査問隔におりる変位量であり、しは累積変位司
即も、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［！Ｉｊら、走査問隔毎に計算され
る移動速度を記憶りるメモリーである。 次にステップ１０２にＪ３いて前述のパルス映像位置検
出”＋Ｘ　Ｆ７６０のバラノアレジスタ１＜１〜ｌ−？
　／１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ピッ１−は立ってＪ３らず
ブ１−１クラム【まレディになるまでつ■イ１〜する。 そして工１０レディになった場合には、スノーツブ１０
’ｌにＪ３いて各カウンタの数値が記憶されているバッ
フアレジスタロ１〜１テ４までの内容をそれぞれメモリ
ーＣ１〜Ｃ４のアドレスへ読み込む。次にステップ１０
６において、パルスの中央部をｔＩＱりるｌｃめに、Ｐ
　１　＝　（０１十０２　＞　／２、 Ｐ　２　＝　（０３十０４　）　／　２という５１紳式
を用いて第１パルス及び第２パルスの中火位１．９．１
を泪算し、ツレをＰｉ、Ｉ”２に記憶りる。そして次の
ステップ′１０ε３にａ３いて、］〕１がＬより人さい
が小さいかを判定する。ここで１−は予め設定された値
であり、第８図（ａ　＞に示′？ＪＪこうにイメージ廿
ンリの左端、即ち、若い方の画素番地から一定の距闇ｌ
］−１に設定された禁止ゾーンの長さである。ここで、
図Ｊ、＝　Ｌの］区間を禁止ゾーンといい残りのＳＩ　
ヘ−ｂ４Ｊ、での区間を有効ゾーンと言う。ツー１ツブ
１０Ｂでは、第１パルスの位置が禁止ゾーンにあるが有
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Ｉ＜を１に設定覆る
。即ち、パラメータ１くが１と古うことは、禁止ゾーン
に第１パルスが存在づるということを意味りる。禁止ゾ
ーンに４「い場合には、ステップ１１２によりＲに【Ｊ
、２のｆ＋＋’［が設定される。 即し、１くの値が２のどきは、第１パルスが有効ゾーン
に存在することを意味Ｊる。次にステップ゛１′１／ｌ
に移り、ＩがＯか否がを判定する。０の場合には、第１
走査即ら、最初のデータ基１）取りルーチンであること
を示しているから、その場合に（，１ステツプ１１（５
に移行し、今読み取った第１パルス及び第２パルスの位
置をメモリーＸ１及び×２に移動して記゛にさμる。又
、第１パルスのｆＩ′／　ｉｒ’ｉ’状態をＱに記憶す
る。ぞしてステップ１′１ε３に＋１３いて走査回数パ
ラメータＩをインクリメントしてステップ１０２に戻る
。 第２走査によってイメージセンリから読み取られた信号
（，１、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Ｉの値４；Ｌ　Ｏて４１＜次のス
テップ１２０へ移行づる。ス）ツブ１２０て（よＱの値
とＲの値を比較している。、即ち１＜は今回測定した第
１パルスの位置を小すパラメータであり、Ｑは第１パル
スの前回測定した位置状態を示ηパンメータである。従
ってＱが２．１〕が２の場合に（、Ｌ、前回の走査と今
回の走査において第１パルスは共に右動ソ゛−ンに存在
りろことがわかる。ぞこで第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どして前回
の位置と今回の位置どの偏差を取り、ステップ１２２に
おいて、その値をＤの値に記憶する。今１０時刻に対し
て１１時刻にＪ３いて走査し１！７られた第１パルスが
図面上左部らイメージセン１）」ニアドレス番シ］の若
い方向に移動したどＪれば、１）の値は負の値を示して
いる。又１〕１が図面上右方向に移動したとづ”ればＤ
の値は正の値を示す。次にステップ１２／ｌにＪ３いて
、仝移動量］−１）を終用づる計篇を行う。即ち、全移
動量］〕を積算りる。次にステップ１２６において、移
動量（〕を走査問隔口１間１〈で割って、変位速度を求
める。イしてステップ１２８にＪ５いて現時刻までの移
動量１−　ｐど、Ｊｆ＋　＋１．ｌ刻での移動速ＬσＶ
を表示してステップ１１ＧにｒＡる。１１６では現在の
パルス（）°Ｌ置をイれぞれＸｌ、Ｘ２にｒ＋ｌシ′口
し、又第１パルスの現在の位１１Ｖｆ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］〜し−Ｃス
デップ１０２に戻る。 第３回目走査において同様にしてｌ；Ｉ’　Ｏ（ａ−実
行し、今１良は、ステップ１３０に移ったとりる即ち、
］１走査時刻においては、第１パルスは、Ｑ＃′Ｘ２で
あったから右りｊゾーンに存在していたが、今回の１２
時では１くが１となり禁止ゾーンに、入ったことを意味
りる。第８図（Ｃ）に示すようなパルスのイ１°ｌ買門
係になる。この場合には、スラップ１３２に移行し、１
）０回のＸｌと現時点での第１パルスの１）１を引算し
、この値が所定の値ＭＪ、りも小さい時に４；Ｌ　、通
常の走査間隔による左に移動しうる範囲内と見なりこと
ができる。従って、ステップ１３２の判ｆｆ／ｉ　４；
Ｊ　／−どなり、第１バ／Ｌ／　ス４Ｊ、第８図Ｊ＝、
　ｌｉ二移動をしていることが判定できる。ステップ１
４４にｄ３いて、負〕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パルスの移動但をここで求める。即ちり　４；
Ｌ　Ｐ　２−　Ｘ　２　′Ｃ−ある。この関係を第８図
（Ｃ）に示しである。そしてステップ１２４にＪ、り前
回の絶対移動ｆ！　Ｌ　Ｉ）に累積加算り′る。以下前
回と同様な処理を施づ−６そして先頭に戻り第４回１」
の走査をＪ３こなう。今回の走査で得られる映像パター
ンは第８図（Ｃ）と類似のものであり、Ｔ２時刻におけ
るパルス位置を更にＤだけ左に移ＹｈさＵｋものが１１
１られる。従って６ｉｔ回と同様なルーチンを通る。次
に第５回口の走査によれば前回の第１パルスＰ１は、左
側へスケールＡ−バしている。したがって、Ｔ３時刻に
ｄ３いて、第２パルスであつ−にものが１“４時刻にＪ
３いては、第１パルスとして検出されることになる。よ
って１４時の走査に（１３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１４（ＩＩご（′至る。スー
ツ−ツブ１４０においてイエスと判定される。ステップ
１４３では、Ｉ）　１−　Ｘ　１が１ｌｉＬ　ｆ’ｊさ
れ、所定の値ＭＪ、り大きい。これは、第１パルスが左
端かｌうスクールＡ−バしたことを示づ。よつ°Ｃ１ス
テップ１４１に移行しく現第１パルスの位ｉｉ；ｆ　Ｐ
　’ｌから前第２パルスの位置×２を引いた値が移動ｉ
Ｔ１として４停される。そしでＪ＋、通のルーチンであ
るステップ１２４において移動ｆｉｌを累積加算して又
最初のステップに戻る。そこで次の第６回１−１の走査
１１１刻Ｃある１５時においては、第８図（ａ　）図と
同様な状態図を示−りために、第８図＜ａ　＞図で説明
したルーチンを通ることになって移ｉＩ！ｌＪ量が累積
加算されることになる。したがって、イメージセンサを
映像パルスが左方向に連続して移動づる場合の全移動量
かこのＪ、うな繰り返し操作によって求Ｊ、ることに２
ｉる。 次にパルス映ｆＫ＋がイメージセンリ上右方向即ち１、
第５３図にお（）る図上右方向に等速度で移動した場合
を考察りる。ま′？１−ＴＯ時刻に４３いて、第９図（
ａ　）の位’ｆｔ関係にあったとする。この１１４合に
おいても、Ａゝ〉はり注目すべきパルス映像はで１効ゾ
ーンに存在Ｊる第１パルスとしている。従−２）て時刻
−１−ｏにＪハノる走査では、状態メモリーの伯は、「
（＝２と’＋Ｃす、第２回目の走査においては第９図（
１））のようなパルス配列となる。この舅百には、禁止
ゾーンに第１パルス［］１が現れることになるために変
位ｈ１を算出ザるのに注目Ｊ゛べさパルスは第２パルス
ｌ）　２でな（」ればならない。従−）′Ｃ１この呪合
、状態表示メモリーはＱ＝２、Ｒ＝＝　１を現している
３、従って、ステップ１３０に、１５いＣイエスと判定
され、ステップ１３２に移る。ここでは、この場合、Ｘ
　１−１）　１が貫１算されこの値は、予め定められた
最大移動ｍＭよりも大きいことがわかる。即ち、第９図
（ａ＞から（１））に；Ｊノい−Ｃ第１パルスｌ〕ｉ　
ｔｅｌ；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、このにうな場合に（、上映像は右移動であ
ると判定しｉＬする。、」、ってステップ１３２に４３
いてイエスと判定されステップ１３４に移行する。王１
時刻において特定−４べきパルスは［〕２であり、Ｔｏ
にＪ３いて、特定づ−べきパルスはＰｌであったために
変位量Ｄ　Ｇ；Ｌ　ｌ：）　２−Ｘ　１としてバｌ痒し
な（）ればならない。次にスーツツブ１２／ＩにＪ５い
“Ｃ変位量が累積される。 次の走査ｕ、ｌ刻−１−３ニＪ３イＴ：　ＣＡ、第１　
パルスＰ　１は第９図（Ｃ）に示すのように禁止領域に
はい−）でいるために（ｂ　）図と状態に変化はなくＱ
−１、［又−１を示していることになる。従つＣステッ
プ１３６にａ３いてイＪ−スと判定され、ステップ１３
８に移り第２パルスを特定リベきパルスとして５１粋り
る。従って第２パルスの変（＋７．　？ｒｊ　Ｉ）２−
Ｘ　２を変位ｌｉｔどして計尊する。 次の走査時刻１３にＪ３い°Ｃは、第９図（（１）のＪ
、うなパルスのイ）ン「イ関係が得られる。これ（こＪ
、れは第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。したがってステッ
プ１／ＩＯにＪ３いてイ］−スと判定され、ステップ１
’１３ｆこ移行する。ステップ１　／Ｉ　：）　（’は
、ＪＩｌ！イｉの第１パルスの位置と前走査時にお【）
るパルスの位「・７どの差即ちＩ〕１−　Ｘ　１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
Ｃ゛あることを示しているためにステップ１３３８に移
る。即ら、ステップ１３８では、り〕２パルスに（Ｉ］
」して偏差を求める。次の走査時刻−ｒ−４にｄ３いて
は、第９図（ｅ）に示づ゛ようなパルス配量になる。こ
の場合には、第１パルスは、前走査時にＪ３いて有効ゾ
ーンにあり、今回の走査時に−３いても又イ１効ゾーン
にある。従ってＱ−２、「く−２となり、ステップ１２
０にＪ３いてイエスと判定され゛（ステップ］２２にＪ
３いて、第１パルスに？ｌ目してぞの偏差がＧ１算され
る。そしてステップ１２４にｄ３いて累槓加惇されるこ
とになる。 以上のＪ、・うにしで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間（１１ニジた移動につい（し
同４３ｉに測定できることになる。 第８図及び第９図の図式は、枳式的に大きく移動ｉ＋ｌ
を出いているが実際には微小な移動量である。 以上の実施例においては、１つの有効ゾーン及び１つの
禁由ゾーンを定めでいるが変位を検出りるための特定パ
ルスを〕バ定づる手段は決して該方法に（、；限定され
るものではない。イメージレンリの１次元配列方向を、
光学的スケールの格子松様に対しＣ鋭角配置さけること
に覆ればＱ、１ｍｍ間隔Ｃ配設されている光学的パター
ンの内で２つのパターンだりイメージセンサ上に配列さ
れることもできる。又レンズを使って拡入りることにＪ
、−、＞　”Ｃイメージしシリ上に２つ配列りることも
可１１Ｌである。又木実施例では直線」二に変位する変
位＾１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、これを回転さけて同しにう＜ｒ方法にＪ、り同
転変位ｄ３．Ｊ：び回転速度を検出することも可能であ
る。 要は木５と明は少なくとｂ２つのパルス映像を同時にＣ
１ｌ像さけることが必要であり、移動ｆｉｉの変位を累
亦して行き、それがＣきなくなったときに後続づる第２
のパルスに注目してそのパルスの移動量をさらに累積加
偉りるようにしたものである。 従って本発明装置ににれば測定精度は、パルス周期間隔
の精度には全く依存しない。イメージセンサ十のパルス
映像の位置を４　Ｍ　ＨＺのクロックで検出しでいるた
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［１ンの単（ｆ／
でできているために分解能（１１０故ミクロン割る倍率
と言う結果になる。 この結果、分解能は０．数ミクロン程度Ｃあると′ｒＪ
ＬイＪることかできる。この様に本発明８−ｆ＋’ｆに
よれば光学的スク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ＧＪ速度の測定が（す１１１；である
。 従って光学的スクールの製造が容易になるという特質を
イ１している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる光学的変位検出トム冒の発明概
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図は本発明にかかる具体的１実施例の
光学的変位検出波Ｖ−の（ｊ・１成を示したしのである
。第４図は同実施例の内パルス映像位置検出装置の詳細
なｌｉ、）戒を示したブ［１ツクダイ曳７グラムである
。第５図は、同第４図にお（〕る作動を説明づるための
信号波形である。第６図は同じく第４図図示の装置の作
動を示づためのタイミングチト一トである。第７図は、
同実７Ｉｌ！ｉ例にＪ３い−Ｃ使用されるデータ処理装
置の処理フに１−を示したフローヂ１ノー１〜である。 第８図【よ、ノ１移動の処理の概念を説明づる概念説明
図である１、同９図は同しく右方向移動の処理を示？ｌ
概念説明図であイ）、。 ２０・・・・・・光学的変位スケール ／ＩＯ・・・・・・光学系 ／′１２・・・・・・光学的投０（器 ／Ｉ／ｌ・・・・・・イメージレンリ （３０・・・・・・パルス映像位置検出）（置８０・・
・・・・データ処理装首 ９０・・・・・・パルス映像特定部 ９２・・・・・・移動吊障出部 ９／′ｌ・・・・・・移動ｈ１槓停部 特５′［出願人　　費田工１幾株式会社代即人　　弁理
士　　大川　宏 バ１１　　　　弁理士　　藤谷　修 同　　　弁理］Ｅ　　丸山明夫 第５図 ｔｌ　　　　　　　ｔ２　　　　　　ｔ３　　　　　　
ｔ４第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）光学的特質が、４（Ｊ対的変位方向に対し、周期
   的に変動づ′るパルス状パターンを有する光学的変位ス
   ケールと、 該光学的変位スクールの有する光学的パルス状パターン
   を受像づ゛るイメージはンリ゛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、前記イメージセンサ
   上に結像させて、光学的変位スクールどの相対移動によ
   って、常時少’ｒ’Ｋ　くとも２つの移動づるパルス映
   像を１ｒ′＃る光学的投用器どを右りる光学系ど、 １）１１記イメージセンリーから、それを−走用１！Ｉ
   Ｊ　ｆｔｉに走査して前記パルス映像（ご対応したパル
   ス信′／″３を入力し、該パルス映像のイメージセンリ
   ー十の位置を検出Ｊるパルス映像１）′ｌ買検出装置と
   、該パルス位置検出器からの出力信号を走査周期毎に処
   理しで、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、走査周期毎に、パルス映像のイ
   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移動■を求める得るパルス映像
   を特定するパルス映像特定部と、前記パルス映像特定部
   にＪ、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８ｍを求める移動屯算出部と、 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を積算する移動量
   積陣部と、 かう成り、走査周期の経過に伴なうパルス映像の離散的
   移動に対し、順次後続パルスに注（］シて移動Ｍを累積
   加算りることを特徴とりる光学的変位測定装置。 （２〉前記光学的変位スケールは、直線方向に移動量る
   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１！ｉ徴とＪるｌ！ｆ　晶’Ｉ’　ｉｉ！’Ｉ求
   の範囲第１項記載の光学的変位測定装置。 （３）前記光学的変位スケールは円！ｉ１１目ｒＪ周一
   １ニに配没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Ｑ　
   １ｌｉｉ、リイ）Ｊ、うに、該光学的変位スクールを回
   転体と連系し回転体の回Φλ変位を測定することを特徴
   ど刀る’ｌ’ｆ　ｉｉ’ｌ請求の９，１１囲第１項記載
   の光学的変位測定装置、