JPH07174584A

JPH07174584A - 光学式アブソリュートスケール

Info

Publication number: JPH07174584A
Application number: JP32092293A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ishii; 聡石井; Toshihiko Kuga; 敏彦久我
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1993-11-29
Publication date: 1995-07-14
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: JP2590717B2

Abstract

(57)【要約】【目的】一種類のＬＰＦを用いて種々の分解能の光学
式アブソリュートスケールを提供すること。【構成】クロック発生器４１よりのクロックを搬送波
発生器回路２７により分周して搬送波を発生させる。ク
ロック発生器４１よりのクロックをプログラマブル分周
器４２により設定された分周比により分周してカウンタ
２５の計数クロックとすると共に、位相分割部３６の周
期測定カウンタの計数クロックとする。すると、カウン
タ２５が搬送波の一周期で計数するパルス数は、プログ
ラマブル分周器４２の分周比により決定されるため、分
解能を設定手段４３で設定される分周値により変えるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二物体間の相対移動量
を測定する光学式のアブソリュートスケールに関するも
のであり、特に分解能を可変できる光学式アブソリュー
トスケールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工作機械等において、被加工物に対する
工具の相対移動量を正確に測定することは、精密加工を
行う上で極めて重要であり、このための測定装置が種々
製品化されている。そのひとつとして、光学格子を２枚
重ね合わせることにより得られるモアレ縞を利用した光
学式スケールが従来から知られている。この光学式スケ
ールは、図１１に示すように透明のガラススケール１０
０の一面に透光部と非透光部が所定のピッチで配列する
よう格子を設けたメインスケール１０１と、透明のガラ
ススケール１０２の一面に透光部と非透光部が所定のピ
ッチで配列するよう格子を設けたインデックススケール
１０３とを有し、同図（ａ）に示すように、このメイン
スケール１０１にインデックススケール１０３を微小間
隔を持って対向させると共に、同図（ｂ）に示すよう
に、メインスケール１０１の格子に対し微小角度傾けら
れるようにインデックススケール１０３の格子を配置し
ている。

【０００３】なお、メインスケール１０１及びインデッ
クススケール１０３に設けた格子は、ガラススケール１
００，１０２にクロムを真空蒸着し、エッチングするこ
とにより形成された同一ピッチの刻線により形成されて
いる。このように配置すると、図１２に示すモアレ縞が
発生する。このモアレ縞の間隔はＷとなり、間隔Ｗ毎に
暗い部分あるいは明るい部分が発生する。この暗い部分
あるいは明るい部分は、メインスケール１０１に対し、
インデックススケール１０３が相対的に左右に移動する
方向に応じて上から下、あるいは下から上に移動してい
く。この場合、メインスケール１０１及びインデックス
スケール１０３の格子のピッチをＰ、相互の傾斜角度を
θ［ｒａｄ］とすると、モアレ縞の間隔Ｗは、Ｗ＝Ｐ／θ と示され、モアレ縞の間隔Ｗは、光学的に格子間隔Ｐを
１／θ倍に拡大した間隔とされていることになる。この
ため、格子がＰ移動するとモアレ縞はＷ移動することに
なり、拡大されたＷの変化を読み取ることにより、格子
の移動量を精密に測定することができるようになる。

【０００４】そこで、モアレ縞の変化を光学的に検出す
る光電変換素子１１０をインデックススケールに設け、
メインスケールの反対側に光源を設けるようにして、メ
インスケール１０１に対しインデックススケール１０３
を相対的に移動させながら、この光電変換素子１１０に
流れる電流の変化を読み取ると、図１３に示すようにな
る。すなわち、メインスケール１０１に対しインデック
ススケール１０３がＡの状態となっていると、光電変換
素子１１０に照射される光量は最も多くなり、光電変換
素子１１０に流れる電流は最大値Ｉ₁ となる。次に、相
対的に移動してＢの状態になると光電変換素子１１０に
照射される光量はやや減少し、その電流はＩ₂ となり、
更に、移動してＣの状態になると光電変化素子１１０に
は最も少ない光量が照射され、その電流も最も小さいＩ
₃ となる。そして、更に移動してＤの状態になると光電
変換素子１１０に照射される光量はやや増加し、その電
流はＩ₂ となり、Ｅの状態になるまで移動すると、再び
最も光量の多い位置となり、その電流は最大値Ｉ₁ とな
る。このように、光電変換素子１１０に流れる電流は正
弦波状に変化すると共に、その変化が１周期経過した時
に、格子間隔Ｐだけメインスケール１０１とインデック
ススケール１０３とが相対的に移動したことになる。

【０００５】図１３においては、光電変換素子１１０を
一つだけ設けるようにしたが、図１４に示すように、一
周期（間隔Ｗ）と９０゜ずらせて２つの光電変換素子１
１１，１１２を設けるようにすると、Ａ相の光電変換素
子１１１に流れる電流に対してＢ相の光電変換素子１１
２に流れる電流は、図１５に示すように９０゜偏移した
電流となる。すなわち、Ａ相の光電変換素子１１１に流
れる電流をサイン波とすると、Ｂ相の光電変換素子１１
２に流れる電流はコサイン波となる。この場合、メイン
スケール１０１とインデックススケール１０３との相対
的な移動方向により、Ａ相の光電変換素子１１１に流れ
る電流に対するＢ相の光電変換素子１１２に流れる電流
の位相は９０゜進相あるいは９０゜遅相となるため、９
０゜ずらせて配置した２つの光電変換素子を設けると、
両者の間の位相を検出することにより相対的な移動方向
を検出することができる。

【０００６】以上説明した原理を利用した光学式スケー
ルの斜視図の概要を図１６に示す。この図において、細
長いメインスケール１０１の一面には蒸着されたクロム
により形成された同一ピッチの格子が刻線されており、
このメインスケール１０１を抱持するコの字形ホルダ１
０４の一面にインデックススケール１０３が固着されて
いる。このインデックススケール１０３のメインスケー
ルに対向する面には、メインスケール１０１と同様に蒸
着されたクロムにより形成された同一ピッチの格子が刻
線されており、このインデックススケール１０３の裏側
には光電変換素子１１３が設けられている。

【０００７】さらに、コの字形ホルダ１０４のメインス
ケール１０１の反対側に位置する面には、図１７に示す
ように光源１０５が固着されており、メインスケール１
０１とインデックススケール１０３とは互いに移動可能
とされている。なお、前記したようにメインスケール１
０１の格子に対してインデックススケール１０３の格子
は図１７に示すように微小間隔を持って対向していると
共に、微小角度傾けられるようにされている。

【０００８】このように構成された光学式スケールの原
理構造の横断面図を図１７に示すが、光源１０５から照
射された光はガラス製のメインスケール１０１を透過
し、メインスケール及びインデックススケール１０３に
刻線された格子により形成される前記モアレ縞を透過し
て、さらにガラス製のインデックススケール１０３を透
過した後、光電変換素子１１３により受光される。この
光電変換素子１１３からは前記図１１に示す互いに９０
゜の位相差を有するＡ相の信号とＢ相の信号とが出力さ
れ、この２つの信号から前記のように移動方向及び移動
距離を測定することができる。なお、光電変換素子１１
３には３個の光電変換素子が設けられているが、そのう
ちの２つは上記Ａ相の信号とＢ相の信号とを出力し、残
る一つは基準レベルの信号を出力している。その理由
は、光電変換素子により受光された光は正弦波状に変化
しているが、その基準レベル（零レベル）の信号は明ら
かではない。そこで、受光される光の平均信号レベル
を、基準レベルの信号として３番目の光電変換素子から
出力しているのである。

【０００９】次に、図１７に示す光学式スケールから出
力される信号の処理回路のブロック図を図１８に示す。
この図において、光源である発光ダイオード１２０から
照射された光は前記のようにメインスケール及びインデ
ックススケールの格子を透過して、光電変換素子１１３
であるフォトダイオード１２１により受光される。フォ
トダイオード１２１により受光されたＡ相の信号及びＢ
相の信号は光電変換アンプ１２２により増幅されて内挿
回路１２３に印加される。この内挿回路１２３により前
記格子間隔Ｐの間を細かく分割する内挿パルスが発生さ
れ、この内挿パルスは移動方向に応じて位置データバッ
クアップカウンタ１２４により加算あるいは減算計数さ
れ、位置データとされて図示しない処理回路へ供給され
ている。

【００１０】また、内挿回路１２３の出力パルスは位置
データをパルスの個数で示したデータとして数値制御
（ＮＣ）装置に供給される。このデータは通常Ａ相のパ
ルス信号とＢ相のパルス信号とからなり、移動方向と移
動量とを示すデータとされている。なお、メインスケー
ルとインデックススケールに設けられた格子の間隔Ｐが
４０ミクロンである時、上記内挿回路１２３がＡ相信号
あるいはＢ相信号の一周期において、４０個のパルスを
内挿するようにすると、分解能が１ミクロンのスケール
とすることができる。

【００１１】このように構成された光学式スケールは、
ＮＣ工作機械に取りつけられて被加工物と工具との相対
的移動量を測定しているが、一般に数値制御する場合は
原点からの移動量としてプログラムされるため、この相
対的移動量は原点からの移動量として測定する必要があ
る。そこで、通常メインスケールに予め原点位置が設け
られ、この原点位置をインデックススケールが通過した
時に原点が検出され、この原点検出信号はＮＣ装置に供
給されてＮＣ装置をリセットすることにより、原点位置
をＮＣ装置にセッテイングするようにしていた。したが
って、この原点のセッテイングはＮＣ装置の電源投入の
つど行うようにしなければならなかった。

【００１２】しかしながら、電源投入のつど原点をセッ
テイングする作業は煩雑であるため、常にスケールの位
置をバックアップしている光学式アブソリュートスケー
ルが製品化されている。この光学式アブソリュートスケ
ールは、図１８に示すようにバックアップ電源が供給さ
れており、ＮＣ装置の電源がオフされても、このバック
アップ電源によりスケールの位置データがバックアップ
されている。また、ＮＣ電源がオフされても工具あるい
は工作テーブルは移動される可能性があるため、光学式
スケールは常にその位置データを測定し続ける必要があ
る。そこで、図１８に示すようにバックアップ電源は光
学式アブソリュートスケールの全体に電源を供給するよ
うにされている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このような光学式アブ
ソリュートスケールにおいて、分解能を変えようとする
と基準周期内を内挿するパルス数を変化させる必要があ
る。この場合、基準周期はクロック発生器よりのクロッ
クを分周器により分周して発生させていると共に、内挿
パルスはクロック発生器から直接発生させているため、
分周器の分周比を変えることにより基準周期を変えて分
解能を変えるようにしている。すると、分解能に応じて
基準周期が変わることになるため、基準周期の信号を滑
らかにするためのＬＰＦの定数を変えなければならない
こととなる。従って、定数の異なるＬＰＦを種々用意し
ておかなければならず、繁雑であると共に、コストを低
減することができないという問題点があった。そこで、
本発明は分解能にかかわらずＬＰＦを共通化するように
した光学式アブソリュートスケールを提供することを目
的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は分解能を変える場合は、基準周期を一定と
して、基準周期の替わりに内挿パルスの周波数を変える
ようにしたものである。さらに、本発明はクロックを任
意の分周数とできるプログラマブル分周器により分周す
るようにして、内挿パルスを発生させるようにしたもの
である。

【００１５】

【作用】本発明によれば、分解能をプログラマブル分周
器の分周比により設定することができる。また、分解能
を変えても基準周期は一定となるため、ＬＰＦは分解能
によらず共通化することができる。

【００１６】

【実施例】本発明の前提となる光学式アブソリュートス
ケールのブロック図を図１に示す。この図１に示す光学
式アブソリュートスケールにおいて、光源である発光ダ
イオード１から照射された光はメインスケール及びイン
デックススケールに刻線されたピッチＰの格子を透過し
て、光電変換素子であるフォトダイオード２により受光
される。フォトダイオード２により受光されたＡ相の信
号及びＢ相の信号は光電変換アンプ３により増幅され
て、コンパレータ４に印加され二値データとされる。こ
の二値データは位置データバックアップカウンタ５によ
り、ピッチＰ移動する毎に移動方向に応じて加算あるい
は減算カウントされピッチＰを単位とする位置データと
される。

【００１７】さらに、光電変換アンプ３からのＡ相信号
及びＢ相信号はアブソリュート内挿回路６に供給され、
このアブソリュート内挿回路６により前記格子ピッチＰ
を細かく分割する内挿パルスを計数するようにして、ピ
ッチＰ内を分割した内挿データを図示しない処理装置へ
出力している。さらに、アブソリュート内挿回路６から
印加された信号に基づいて、位相分割回路７はピッチＰ
内を分割した内挿データをパルスの個数で示した出力パ
ルス信号を発生し、数値制御（ＮＣ）装置に供給してい
る。この出力パルス信号は通常Ａ相のパルスとＢ相のパ
ルス信号とからなり、移動方向と移動量とを示すデータ
とされている。

【００１８】なお、メインスケールとインデックススケ
ールに設けられた格子の間隔Ｐが４０ミクロンである
時、上記アブソリュート内挿回路６に入力されたＡ相信
号あるいはＢ相信号の一周期において、４０個のパルス
を計数するようにすると、分解能を１ミクロンとした光
学式スケールとすることができる。そして、バックアッ
プ時にはバックアップ電源から位置データバックアップ
カウンタ５，コンパレータ４，光電変換アンプ３及び発
光ダイオード１には電源が供給されるが、アブソリュー
ト内挿回路６及び位相分割回路７には電源が供給されな
いようにして、低消費電力化している。さらに、光電変
換アンプ３に設けられている端子を切り替えて低速とす
ることにより、この光電変換アンプ３の消費電力を低減
すると共に、発光ダイオード１を駆動する電源をサンプ
リング回路８によりサンプリング及び低電流化して、低
電流によりダイナミック駆動することにより低消費電力
化している。なお、コンパレータ４及び位置データバッ
クアップカウンタ５はＣＭＯＳ構造とされているため消
費電力は少なくされている。

【００１９】さらに、コンパレータ４及び位置データバ
ックアップカウンタ５に入力される信号は内挿されてい
ない信号、すなわち格子ピッチＰが４０ミクロンである
場合は４０ミクロン移動する毎に位置データバックアッ
プカウンタ５は計数されるだけであるため、消費電力は
一層低減されることになる。つまり、図１に示す光学式
アブソリュートスケールにおいては、バックアップ時に
は格子間隔Ｐを単位とする位置データだけを検出して位
置データバックアップカウンタ５に保持しておき、電源
投入時において、格子ピッチＰ内を分割した内挿データ
をアブソリュート内挿回路６及び位相分割回路７により
発生させ、上記位置データバックアップカウンタ５の計
数データとアブソリュート内挿回路６よりのピッチＰ内
を分割した内挿データとを処理装置により処理すること
により、現在の位置を演算してＮＣ装置へこの現在位置
データをセッテングしている。このため、分解能を下げ
ることなく低消費電力のバックアップを可能とすること
ができる。

【００２０】このアブソリュート内挿回路６は、入力さ
れたＡ相信号，Ｂ相信号のレベルに応じた位相偏移を搬
送波に与える位相変調回路２１と、この位相変調回路２
１の位相偏移された階段状の出力信号を滑らかにするロ
ーパスフィルタ（ＬＰＦ）２２と、ローパスフィルタ２
２の出力信号を二値化するコンパレータ２３と、搬送波
のエッジで計数がスタートされコンパレータ２３の出力
信号のエッジにより計数がストップするカウンタ２５
と、カウンタ２５が計数するクロック及び搬送波を作成
するためのクロックを発生するクロック発生器２４と、
クロック発生器２４のクロックを分周する分周器２６
と、この分周器２６の出力より搬送波を発生する搬送波
発生器２７とから構成されており、分解能を向上するた
めに格子ピッチＰ内を分割する機能を有する回路であ
る。

【００２１】位相変調器２１は、例えば特開昭６２−１
３２１０４号公報に記載されている構成とされており、
その詳細な構成は図２に示すように、入力されたＡ相信
号はバッファとして動作するオペアンプＯＰ１を介して
抵抗ネットワークＲＴに供給されると共に、オペアンプ
ＯＰ２により反転されて抵抗ネットワークＲＴに供給さ
れる。また、Ｂ相信号はバッファとして動作するオペア
ンプＯＰ３を介して抵抗ネットワークＲＴに供給される
と共に、オペアンプＯＰ４により反転されて抵抗ネット
ワークＲＴに供給される。

【００２２】すなわち、Ａ相信号，反転Ａ相信号，Ｂ相
信号，反転Ｂ相信号を抵抗ネットワークＲＴにより混合
加算し、位相が反対で同電圧の８分割された混合信号を
作成し、マルチプレクサＡＭの８つの入力端子（０）〜
（７）にそれぞれ供給している。このマルチプレクサＡ
Ｍの入力端子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３には図３（ｃ）に示す選
択信号Ａ，Ｂ，Ｃが入力され、この選択信号Ａ，Ｂ，Ｃ
によりマルチプレクサＡＭの入力端子（０）〜（７）が
順次選択されて、出力端子ｔｏから図３（ａ）に示す階
段状の出力信号Ｓが出力される。このマルチプレクサＡ
Ｍから出力される信号Ｓの周波数は、図３に図示するよ
うに選択信号Ｃの周期と同一であり、結局のところ、選
択信号Ｃを搬送波としてその位相をＡ相信号（Ｂ相信
号）のレベルにより平衡変調した出力信号Ｓがマルチプ
レクサＡＭから出力されるようになる。すなわち、Ａ相
信号（Ｂ相信号）のレベルに応じて位相偏移された搬送
波が出力されるのである。

【００２３】このように平衡変調された搬送波はＬＰＦ
２２に印加されて、図３（ｂ）に示すように滑らかな正
弦波状とされ、コンパレータ２３によりその零レベルの
点がエッジとされる二値信号に変換される。このコンパ
レータ２３より出力される二値信号の位相と、アブソリ
ュート内挿回路６に入力されるＡ相信号及びＢ相信号の
レベルとの関係を図４に示す。この図の左側に示す正弦
波状に変化している信号がＡ相信号及びＢ相信号であ
り、右側に示すパルス波形は位相偏移を受けたコンパレ
ータ２３よりの搬送波の二値信号であり、その破線位置
が位相変調回路２１に供給される搬送波の零位相の位置
である。

【００２４】そして、この図のイに示すように、Ａ相信
号が正の最大レベルでＢ相信号が零レベルの場合は９０
゜位相偏移された二値信号とされ、Ａ相信号が零レベル
でＢ相信号が正の最大レベルの同図ロの場合は１８０゜
位相偏移された二値信号とされ、Ａ相信号が負の最大レ
ベルでＢ相信号が零レベルの同図ハの場合は２７０゜位
相偏移された二値信号とされ、Ａ相信号が零レベルでＢ
相信号が負の最大レベルの同図ニの場合は３６０゜位相
偏移されて、位相偏移されていない元の状態に戻った二
値信号とされる。

【００２５】このように、位相変調回路２１，ＬＰＦ２
２，コンパレータ２３は構成されているため、格子ピッ
チＰ内を分割した内挿データを得ることができる。例え
ば、搬送波の零位相位置からコンパレータ２３出力が立
ち上がるまでクロックを計数することにより格子ピッチ
Ｐ内を分割した内挿データとすることができる。そこ
で、搬送波発生回路２７よりの搬送波のエッジによりカ
ウンタ２５の計数をスタートさせ、コンパレータ２３の
二値出力の立ち上がりエッジによりカウンタ２５の計数
をストップさせると、カウンタ２５より格子ピッチＰ内
を分割した内挿データを検出できるようになる。この場
合の計数パルスを図５に示す。ただし、この図において
クロック発生器から発生されるクロックは搬送波発生器
２７より発生される搬送波の４０倍の周波数とされてい
る（分周器２６は１／４０に分周している）。

【００２６】図５（ａ）はクロック発生器２４から発生
されるクロックを示しており、同図（ｂ）は図４のイに
示す場合であり、１０個のクロックをカウンタ２５は計
数する。また同図（ｃ）は図４のロに示す場合であり、
２０個のクロックをカウンタ２５は計数する。さらに、
同図（ｄ）は図４のハに示す場合であり、３０個のクロ
ックをカウンタ２５は計数する。また同図（ｅ）は図４
のニに示す場合であり、位相偏移は３６０゜とされてい
るため、カウンタ２５が計数するクロックはない。この
ように、カウンタ２５が計数するクロックの周波数が搬
送波周波数の４０倍とされていると、カウンタ２５は格
子ピッチＰを４０分割した量だけ移動する毎にパルスを
計数することになるため、分解能を４０倍にすることが
できる。したがって、格子ピッチが４０ミクロンの場合
は１ミクロンの分解能とすることができる。すなわち、
内挿されるパルス数は「４０」とされていることにな
る。この時、搬送波発生回路２７には分周比が「４０」
に設定された分周器２６により分周されたクロックが供
給されているが、この分周器２６の分周比を例えば「２
００」に設定すると、０．２ミクロンの分解能とするこ
とができる。

【００２７】次に、位相分割回路７のブロック図を図６
に示す。位相分割回路７は、図６に示すようにアブソリ
ュート内挿回路６のコンパレータ２３の出力信号の周期
を測定する周期カウンタ３１と、周期測定カウンタ３１
よりの計数値から所定の設定値を減算する減算器３２
と、減算器３２よりの減算値がプリセットされその計数
値がゼロになるまで、ＡＢ相パルス発生器３４から発生
されるフィードバックパルスＦＢを計数するアップダウ
ンカウンタ３３と、アップダウンカウンタ３３よりのイ
コール信号ＥＱとディレクション信号ＤＩＲを受けて、
イコール信号ＥＱが消失するまでフィードバックパルス
ＦＢを１パルスづつ発生すると共に、このフィードバッ
クパルスＦＢとディレクション信号ＤＩＲとによりＡ相
パルス信号とＢ相パルス信号とを発生して、ＮＣ装置等
へ供給するＡＢ相パルス発生器３４と、周期測定カウン
タ３１が計数するクロックを発生する基準クロック発生
器３５より構成されている。

【００２８】周期測定カウンタ３１はアブソリュート内
挿回路６内の位相変調回路２１により位相変調された搬
送波の周期を測定するカウンタであり、メインスケール
とインデックススケールとが相対的に静止している場合
は、位相変調搬送波の周期は変化されず図７（ａ）に示
すように、基準クロックを４０クロック計数する。ただ
し、この時は、アブソリュート内挿回路６における内挿
パルス数が「４０」とされて、分解能が４０倍に向上さ
れている場合である。すなわち、基準クロックとアブソ
リュート内挿回路６内のクロック発生器２４よりのクロ
ックとは同周波数のクロックとなるため、通常はアブソ
リュート内挿回路６内のクロック発生器２４より発生さ
れるクロックを基準クロックとして兼用して周期測定カ
ウンタ３１は計数している。

【００２９】また、メインスケールとインデックススケ
ールとが相対的に左方向に１μｍ移動した場合は、例え
ば、同図（ｂ）に示すように位相変調搬送波の周期は短
くなり、周期測定カウンタ３１の計数クロック数は３９
パルスとなり、逆に相対的に右方向に１μｍ移動した場
合は、例えば、同図（ｃ）に示すように位相変調搬送波
の周期は長くなり、周期測定カウンタ３１の計数クロッ
ク数は４１パルスとなる。このように、移動している時
に周期測定カウンタ３１に入力する位相変調搬送波のパ
ルス幅が変化するのは、位相変調器２１により位相変調
される搬送波の位相が、移動に伴い連続的に偏移するこ
とになり、これは周波数が変化していることと同じとな
るからである。

【００３０】このようにして、周期測定カウンタ３１に
より測定された位相変調搬送波の周期のデータは減算器
３２に供給され、設定値である「４０」が減算される。
したがって、図７（ａ）の場合は「０」が減算器３２か
ら出力され、アップダウンカウンタ３３に「０」がプリ
セットされる。また、同図（ｂ）の場合は「−１」が減
算器３２から出力され、アップダウンカウンタ３３に
「−１」がプリセットされる。さらに、（ｃ）の場合は
「１」が減算器３２から出力され、アップダウンカウン
タ３３に「１」がプリセットされる。なお、減算器３２
に設定される設定値は格子ピッチＰ内に内挿するパルス
数と同じとされているため、「４０」を設定値とした
が、アブソリュート内挿回路６において内挿されるパル
ス数が「２００」の場合は、設定値は「２００」とされ
る。

【００３１】次に、図８を参照しながらアップダウンカ
ウンタ３３とＡＢ相パルス発生器３４の動作を説明する
が、この図には一例としてアップダウンカウンタ３３に
「３」あるいは「−３」がプリセットされた場合を示し
ている。まず、図８（ａ）に示すように、「３」がアッ
プダウンカウンタ３３にプリセットされると、このカウ
ンタ３３からは計数値が「０」でない時に「Ｌ」レベル
となるイコール信号ＥＱと、移動方向を示す「Ｈ」レベ
ルのディレクション信号ＤＩＲが同図（ｂ），（ｃ）に
示すように出力される。そして、ＡＢ相パルス発生器３
４は、この信号ＥＱと信号ＤＩＲとをうけて、同図
（ｄ）に示すようにフィードバックパルスＦＢを１パル
ス（Ａ１）発生してアップダウンカウンタ３３に供給す
る。

【００３２】この時、信号ＤＩＲが「Ｈ」レベルのた
め、フィードバックパルスＦＢによりアップダウンカウ
ンタ３３はダウン計数され、その計数値は「２」となる
が、信号ＥＱの「Ｌ」レベル状態は維持されるため、さ
らにフィードバックパルスＦＢが１パルス（Ａ２）発生
され、このフィードバックパルスＦＢによりアップダウ
ンカウンタ３３はさらにダウン計数され、その計数値は
「１」となる。しかしながら、信号ＥＱの「Ｌ」レベル
状態は維持されるため、さらにフィードバックパルスＦ
Ｂが１パルス（Ａ３）発生され、このフィードバックパ
ルスＦＢによりアップダウンカウンタ３３はダウン計数
されて、その計数値は「０」となり、イコール信号ＥＱ
のレベルが「Ｈ」となる。したがって、ＡＢ相パルス発
生器３４から出力されるフィードバックパルスＦＢは停
止される。

【００３３】一方、ＡＢ相パルス発生器３４において、
図８（ｅ），（ｆ）に示すように、Ａ１のフィードバッ
クパルスＦＢの立ち下がりエッジにおいて、Ａ相パルス
信号が「Ｈ」レベルに反転され、Ａ２のフィードバック
パルスＦＢの立ち下がりエッジにおいて、Ｂ相パルス信
号が「Ｈ」レベルに反転され、さらに、Ａ３のフィード
バックパルスＦＢの立ち下がりエッジにおいて、Ａ相パ
ルス信号が「Ｌ」レベルに反転される。アップダウンカ
ウンタ３３の計数値が「０」の時、移動方向が逆転する
とディレクション信号ＤＩＲが図８（ｃ）に示すように
「Ｌ」レベルに反転し、移動量として例えば「−３」
が、図８（ａ）に示すように、アップダウンカウンタ３
３にプリセットされたとする。すると、このカウンタ３
３からは計数値が「０」でない時に「Ｌ」レベルとなる
イコール信号ＥＱと、移動方向を示す「Ｌ」レベルのデ
ィレクション信号ＤＩＲが同図（ｂ），（ｃ）に示すよ
うに出力される。そして、ＡＢ相パルス発生器３４は、
この信号ＥＱと信号ＤＩＲとをうけて、同図（ｄ）に示
すようにフィードバックパルスＦＢを１パルス（Ｂ１）
発生してアップダウンカウンタ３３に供給する。

【００３４】この時、信号ＤＩＲが「Ｌ」レベルのた
め、フィードバックパルスＦＢによりアップダウンカウ
ンタ３３はアップ計数して、その計数値は「−２」とな
るが、信号ＥＱの「Ｌ」レベル状態は維持されるため、
さらにフィードバックパルスＦＢが１パルス（Ｂ２）発
生され、このフィードバックパルスＦＢによりアップダ
ウンカウンタ３３はさらにアップ計数され、その計数値
は「−１」となる。しかしながら、信号ＥＱの「Ｌ」レ
ベル状態は維持されるためさらにフィードバックパルス
ＦＢが１パルス（Ｂ３）発生され、このフィードバック
パルスＦＢによりアップダウンカウンタ３３はアップ計
数して、その計数値は「０」となり、イコール信号ＥＱ
のレベルが「Ｈ」となる。したがって、ＡＢ相パルス発
生器３４から出力されるフィードバックパルスＦＢは停
止される。一方、ＡＢ相パルス発生器３４において、図
８（ｅ），（ｆ）に示すように、Ｂ１のフィードバック
パルスＦＢの立ち下がりエッジによりＡ相パルス信号が
「Ｈ」レベルに反転し、Ｂ２のフィードバックパルスＦ
Ｂの立ち下がりエッジによりＢ相パルス信号が「Ｌ」レ
ベルに反転し、さらに、Ｂ３のフィードバックパルスＦ
Ｂの立ち下がりエッジによりＡ相パルス信号が「Ｌ」レ
ベルに反転する。

【００３５】このようにして発生されたＡ相パルス信号
とＢ相パルス信号とはＮＣ装置へ供給され、ＮＣ装置は
供給されたＡ相信号とＢ相信号とのエッジを検出するこ
とにより、移動量パルスを検出すると共に、Ａ，Ｂ相パ
ルス信号の位相関係より移動方向を検出するようにす
る。また、図１に示す位置データバックアップカウンタ
５からの位置データと、アブソリュート内挿回路６より
の格子ピッチＰ内を分割した内挿データとは処理装置に
供給され、位置データバックアップカウンタ５よりの位
置データを４０倍して、アブソリュート内挿回路６より
の内挿データと加算されて、電源投入時の位置データが
算出されてＮＣ装置にセッテイングされる。これによ
り、電源オフ時のバックアップを、分解能を低減するこ
となく僅かな電力を消費するだけで行うことができるよ
うになる。

【００３６】ところで、図１に示す光学式アブソリュー
トスケールにおいて、分解能を変える場合は、分周器２
６の分周比を変えるようにして内挿パルス数を変えて分
解能を変えるようにしていた。すなわち、分周比を「４
０」に設定すると、搬送波の一周期内に４０クロック内
挿することができるため、格子ピッチＰを４０分割した
分解能とすることができ、また、分周比を「２００」に
設定すれば、格子ピッチＰを２００分割した分解能とす
ることができる。このようにして分解能を変えると、搬
送波の周波数は分解能に応じて変わるため、階段状の位
相変調回路２１の出力を滑らかにするＬＰＦ２２の定数
を、その周波数、すなわち分解能に応じて変えなければ
ならず、前記した問題点が生じるようになる。

【００３７】そこで、本発明はアブソリュート内挿回路
６と位相分割回路７を図９に示すように構成することに
より、搬送波の周波数を一定としたままで分解能を変え
ることができるようにしたものである。本発明を図９及
びタイミングチャートの示された図１０を参照しながら
説明すると、位相変調回路２１は入力された光電変換ア
ンプ３よりのＡ相信号及びＢ相信号とのレベルに応じ
て、搬送波発生回路２７よりの搬送波に位相偏移を与え
ＬＰＦ２２に出力する。このＬＰＦ２２の出力はコンパ
レータ２３により、前記図４に示すように位相偏移され
たパルス信号とされ、カウンタ２５を制御する信号とな
る。

【００３８】搬送波発生回路２７は図１０（ａ）に示す
クロックを受けて、同図（ｃ）に示す搬送波Ａ，Ｂ，Ｃ
を発生する。例えば、この搬送波Ａはクロックを５０分
周した同図（ｂ）に示すクロックパルスを２分周して発
生され、搬送波Ｂは搬送波Ａを２分周して発生され、搬
送波Ｃは搬送波Ｂを２分周して発生されている。つま
り、搬送波Ａは１００分周したクロックの周期とされ、
搬送波Ｂは２００分周したクロックの周期とされ、搬送
波Ｃはクロックを４００分周した周期とされている。こ
れらの搬送波Ａ，Ｂ，Ｃは位相変調回路２１に供給され
ると共に、搬送波Ｃはカウンタ２５を制御する信号とさ
れている。この搬送波発生器回路２７に供給されるクロ
ックを発生しているクロック発生器４１よりのクロック
は、プログラマブル分周器４２にも供給され、このプロ
グラマブル分周器４２により、設定手段４３で設定され
た分周比により分周されて、カウンタ２５にクロックパ
ルスとして供給されている。

【００３９】すると、プログラマブル分周器４２の分周
比を「１０」に設定した場合は、図１０（ｅ）に示すよ
うに搬送波Ｃに対して４０倍のクロックパルスとなるた
め、カウンタ２５が搬送波発生器２７から出力される搬
送波Ｃの一周期において計数するクロックパルス数は
「４０」となる。従って、格子ピッチＰを４０分割する
分解能を得ることができる。また、プログラマブル分周
器４２の分周比を「２」に設定すると、図１０（ｄ）に
示すように搬送波Ｃの２００倍の周波数となるため、カ
ウンタ２５が搬送波Ｃの一周期において計数するクロッ
クパルス数は「２００」となる。従って、格子ピッチＰ
を２００分割する分解能を得ることができる。

【００４０】このプログラマブル分周器４２から出力さ
れるクロックパルスは位相分割回路７にも供給される。
位相分割回路７は位相分割部３６とＡＢ相パルス発生器
３４とから構成されているが、その構成は図６に示す構
成とほぼ同一とされている。すなわち、位相分割部３６
は周期測定カウンタ３１，減算器３２，アップダウンカ
ウンタ３３より構成されており、この周期測定カウンタ
３１にプログラマブル分周器４２により分周されたクロ
ックパルスが基準クロック信号として供給されている。
この位相分割回路７の動作は前記と同様であるので説明
は省略するが、図８に示すようにＡ相パルス信号及びＢ
相パルス信号により、搬送波の位相偏移に応じたパルス
数と移動方向の情報が出力されている。

【００４１】このＡ相パルス信号とＢ相パルス信号とは
ＮＣ装置へ供給され、ＮＣ装置は供給されたＡ相信号と
Ｂ相信号とのエッジを検出することにより、移動量パル
スを検出すると共に、Ａ，Ｂ相パルス信号の位相関係よ
り移動方向を検出するようにする。また、図示しない格
子ピッチＰを単位とする位置データバックアップカウン
タからの位置データと、アブソリュート内挿回路６より
の格子ピッチＰ内の位置を示す内挿データとは処理装置
に供給され、位置データバックアップカウンタよりの位
置データを４０倍して、アブソリュート内挿回路６より
の内挿データと加算されて、現在の位置データが算出さ
れてＮＣ装置にセッテイングされる。このように、本発
明は位相変調される搬送波の周波数を一定としたまま
で、分解能を可変設定することができるため、一種類の
ＬＰＦを用いて種々の分解能の光学式アブソリュートス
ケールを提供することができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、プログラマブル分周器の分周比の設定値を変えるこ
とにより分解能を可変することができる。また、一種類
のＬＰＦを用いて種々の分解能の光学式アブソリュート
スケールを提供することができるため、そのコストを低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学式アブソリュートスケールのブロ
ック図である。

【図２】位相変調回路の回路図である。

【図３】位相変調回路のタイミング図である。

【図４】アブソリュート内挿回路のタイミング図であ
る。

【図５】内挿パルスのタイミング図である。

【図６】位相分割回路のブロック図である。

【図７】周期測定カウンタのタイミング図である。

【図８】ＡＢ相パルス発生器の動作タイミング図であ
る。

【図９】本発明の光学式アブソリュートスケールのブロ
ック図である。

【図１０】本発明の光学式アブソリュートスケールのタ
イミング図である。

【図１１】光学式スケールの原理図である。

【図１２】モアレ縞を示す図である。

【図１３】モアレ縞の移動を示す図である。

【図１４】光電変換素子を設置する位置を示す図であ
る。

【図１５】Ａ相信号とＢ相信号との波形図である。

【図１６】光学式スケールの斜視図である。

【図１７】光学式スケールの断面図である。

【図１８】光学式スケールのブロック図である。

【符号の説明】

１，１２０発光ダイオード２，１２１フォトダイオード３，１２２光電変換アンプ４，２３コンパレータ５，１２４位置データバックアップカウンタ６アブソリュート内挿回路７位相分割回路２１位相変調回路２２ＬＰＦ２４，４１クロック発生器２５カウンタ２６分周器３１周期測定カウンタ３２減算器３３アップダウンカウンタ３４ＡＢ相パルス発生器３６位相分割部４２プログラマブル分周器４３設定手段１０１メインスケール１０３インデックススケール１０４コの字形ホルダ１０５光源１１０，１１１，１１２，１１３光電変換素子１２３内挿回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】メインスケールに対し、移動可能に配置さ
れているインデックススケールと、前記両スケール間において、相対的に単位長移動する毎
に１周期変化する互いに９０゜位相の異なる正弦波状の
Ａ相信号及びＢ相信号を発生するスケール部と、上記正弦波状のＡ相信号及びＢ相信号から上記両スケー
ル間の相対的な移動量と移動方向を検出して上記単位長
を単位とする位置データを出力する検出手段と、上記正弦波状のＡ相信号及びＢ相信号の所定位相偏移に
応じた内挿パルス信号を発生して上記単位長内を内挿す
る内挿データを出力する内挿手段とを備え、上記検出手段から出力される位置データと、上記内挿手
段から出力される内挿データとから現在位置データを得
るようにした光学式アブソリュートスケールにおいて、上記内挿手段は、上記Ａ相信号及びＢ相信号のレベルに
応じて位相偏移を搬送波に与える位相変調回路と、この
位相変調回路よりの位相偏移された搬送波を二値信号に
変換するコンパレータと、上記搬送波のエッジから計数
を始め、上記二値信号のエッジまで計数するカウンタ
と、クロック発生器よりのクロックを分周して上記搬送
波を発生させる搬送波発生器と、上記クロック発生器よ
りのクロックを設定された任意の分周比により分周し
て、上記カウンタが計数するクロックパルスを発生する
プログラマブル分周器とを備え、上記コンパレータより
の出力から位相偏移された搬送波の周期の偏移を検出し
て、検出された偏移に応じたパルス数を発生する位相分
割回路に上記プログラマブル分周器よりのクロックパル
スを供給することを特徴とする光学式アブソリュートス
ケール。