JPH07270187A - 光学的変位量測定方法及び光学的変位量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定精度が高く、光学系の設定が容易であ
り、スケール表面の周期的パターンの汚れ及び潰れに影
響されにくい光学的変位量測定方法を提供する。 【構成】 スケールへ投光して生成した周期的映像パタ
ーンをイメージセンサが受光し、その周期的映像パター
ンの変化から、スケールとイメージセンサとの相対的変
位量及び相対的変位方向を判定する光学的変位量測定方
法において、測定パルス生成手段３がイメージセンサの
出力から周期的映像パターンに対応する測定パルスを生
成出力し、基準パルス生成手段４が等位相宛位相が異な
る等幅の複数の基準パルスを生成出力して、計時手段
５，６が基準パルス毎に測定パルスとの不一致時間を計
時する。これらの計時結果の相互の長短を比較判定手段
７が比較して、比較判定手段７毎の結果が示すパターン
により、位相判定手段８が測定パルスの位相を判定し、
この位相の経時変化から、前記相対的変位量及び相対的
変位方向を判定するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リニアスケール、ロー
タリエンコーダ等に使用される光学的変位量測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、光学的変位量測定装置の原理
を説明する為の模式図である。光学的変位量測定装置
は、２種類の反射係数を有する長さの等しい部分が変位
方向（図においては左右方向）に交互に並べられたスケ
ール５０と、このスケール５０へ投光するＬＥＤ等の投
光素子５１と、投光素子５１とスケール５０との中間に
設置され、投光素子５１からの光線を絞る投光レンズ５
２と、スケール５０に対置され、投光レンズ５２からの
光線がスケール５０で反射された光線を結像する為の受
光レンズ５３と、その結像面に設置された少なくとも１
次元のＣＣＤ（Charge Coupled Device ）５４とから構
成されている。

【０００３】投光レンズ５２で絞られた投光素子５１か
らの光線は、スケール５０の表面で反射され、受光レン
ズ５３によりＣＣＤ５４の受光面に結像される。スケー
ル５０の表面は、２種類の相異なる反射係数を有する部
分が変位方向（図においては左右方向）に交互に周期的
に並べられているので、ＣＣＤ５４の受光面の結像は、
この反射係数の周期的パターンと相似関係にある明暗部
の周期的パターンになっている。スケール５０が、図に
おいて右方向又は左方向へ動くとき（スケール５０を除
く光学系及びＣＣＤ５４が左方向又は右方向へ動くと
き）、ＣＣＤ５４受光面の明暗部の周期的パターンは左
方向又は右方向へ移動する。この明暗部の周期的パター
ンのＣＣＤ５４受光面上の変位量を測定することによ
り、スケール５０（に固定された物体）と光学系及びＣ
ＣＤ５４（に固定された物体）との相対的変位量及び相
対的変位方向を判定することができる。このような光学
的変位量測定装置の例としては、特開昭５９−１０９８
１３号に既に開示されたものがある。また、明暗部の周
期的パターンがＣＣＤ５４受光面上を通過する数を計数
することによっても、変位量を判定することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】スケール５０表面の反
射係数の周期的パターンに対するＣＣＤ５４の受光面の
明暗部の周期的パターンの倍率は、スケール５０及び受
光レンズ５３間の距離によって決定されるが、反射係数
の周期的パターンが微細（例えば０．５mm／周期）であ
るので、明暗部の周期的パターンが所定の大きさになる
ように前記距離を調節するには熟練した技能が必要であ
る。また、スケール５０表面の反射係数の周期的パター
ンの１周期分に注目して、変位量を測定しているので、
そのパターンの１周期分が汚れたり潰れたりしていると
きには、正確な判定結果を得ることができなかった。ま
た、測定精度を上げる為に、従来（０．５mm／周期）以
上にスケール５０表面の反射係数の周期的パターンを細
かくするには、特殊な印刷技術が必要である。

【０００５】また、測定条件の良好度を示す余裕度をＣ
ＣＤ５４の出力波形から判断する場合、スケール５０の
端部において、測定可能であるにもかかわらず、余裕度
無しと判断して検出範囲を狭めることがある。また、誤
動作を見逃す可能性もあり、正確な余裕度の判断を下す
ことができない。また、周期的パターンの通過数によっ
て、変位量を測定する場合、スケール５０表面の周期的
パターンが汚れて潰れているとき、即誤動作となる。ま
た、ＣＣＤ５４の１走査期間に、周期的パターンの位相
が１８０°以上変位したとき、どちらの方向へ変位した
のか判定できない。

【０００６】本発明は、上述のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、第１発明では、イメージセンサの出力
に基づき前記周期的映像パターンに対応する測定パルス
を生成出力し、等位相宛位相が異なる等幅の複数の基準
パルスを順次生成出力して、基準パルス毎に測定パルス
との不一致時間を計時し、これらの計時結果の相互の長
短を比較判定して、これらの比較結果により測定パルス
の位相を判定し、この判定結果の経時変化から、スケー
ルとイメージセンサとの相対的変位量及び相対的変位方
向を判定する方法により、測定精度を向上させることが
でき、光学系の距離設定が容易であり、スケール等装置
各部のブレに影響されにくく、スケール表面の周期的パ
ターンの汚れ及び潰れに影響されにくい光学的変位量測
定方法を提供することを目的とする。第２発明では、基
準パルスを前記周期的映像パターンの周期／２に相当す
る幅に設定することにより、回路構成が簡単になり、測
定精度を向上させることができ、光学系の距離設定が容
易であり、スケール等装置各部のブレに影響されにく
く、スケール表面の周期的パターンの汚れ及び潰れに影
響されにくい光学的変位量測定方法を提供することを目
的とする。

【０００７】第３発明では、イメージセンサの出力に基
づき前記周期的映像パターンに対応する測定パルスを生
成出力する測定パルス生成手段と、等位相宛位相が異な
る等幅の複数の基準パルスを順次生成出力する基準パル
ス生成手段と、基準パルス毎に測定パルスとの不一致時
間を計時する複数の計時手段と、これらの計時手段の計
時結果の相互の長短を比較判定する複数の比較判定手段
と、比較判定手段の結果により測定パルスの位相を判定
する位相判定手段と、位相判定手段による判定結果の経
時変化から、スケールとイメージセンサとの相対的変位
量及び相対的変位方向を判定する変位量判定手段及び変
位方向判定手段とを設けることにより、測定精度を向上
させることができ、光学系の距離設定が容易であり、ス
ケール等装置各部のブレに影響されにくく、スケール表
面の周期的パターンの汚れ及び潰れに影響されにくい光
学的変位量測定装置を提供することを目的とする。第４
発明では、測定パルスと基準パルスとの排他的論理和を
取る論理手段と、この論理手段が出力する期間、クロッ
クパルスを計数する計数手段とを備える計時手段を設け
ることにより、測定精度を向上させることができ、光学
系の距離設定が容易であり、スケール等装置各部のブレ
に影響されにくく、スケール表面の周期的パターンの汚
れ及び潰れに影響されにくい光学的変位量測定装置を提
供することを目的とする。

【０００８】第５発明では、周期的映像パターンの周期
／２に相当する幅を有する基準パルスを出力する基準パ
ルス生成手段を設けることにより、測定精度を向上させ
ることができ、光学系の距離設定が容易であり、スケー
ル等装置各部のブレに影響されにくく、スケール表面の
周期的パターンの汚れ及び潰れに影響されにくい光学的
変位量測定装置を提供することを目的とする。第６発明
では、測定パルスの位相に対応する比較判定手段毎の比
較結果を２値化して配列しパターン化したコードを記憶
し、該コードと比較判定手段毎の結果が示すパターンと
を参照することによりそのときの測定パルスの位相を判
定する位相判定手段を設けることにより、測定精度を向
上させることができ、光学系の距離設定が容易であり、
スケール等装置各部のブレに影響されにくく、スケール
表面の周期的パターンの汚れ及び潰れに影響されにくい
光学的変位量測定装置を提供することを目的とする。

【０００９】第７発明では、イメージセンサの１走査期
間に位相判定手段が出力した複数の周期パターンの位相
の平均値を求めて記憶し、１走査期間毎の変位量を求め
る変位量判定手段を設けることにより、測定精度を向上
させることができ、光学系の距離設定が容易であり、ス
ケール等装置各部のブレに影響されにくく、スケール表
面の周期的パターンの汚れ及び潰れに影響されにくい光
学的変位量測定装置を提供することを目的とする。第８
発明では、余裕度計時手段と、余裕度判定手段とを設け
ることにより、検出範囲を狭めたり、誤動作を見逃す可
能性が無い光学的変位量測定装置を提供することを目的
とする。

【００１０】第９発明では、余裕度計時手段に、位相の
隣合う２つの基準パルス毎の論理手段の出力を比較し、
その結果に応じてアップカウント又はダウンカウントの
イネーブル信号を出力するコンパレータと、コンパレー
タからアップカウント又はダウンカウントのイネーブル
信号を受けてアップカウント又はダウンカウントを行う
アップダウンカウンタと、余裕度の所定カウント数を記
憶し出力する余裕度出力手段と、余裕度の所定カウント
数と各アップダウンカウンタの出力の絶対値とを比較
し、アップダウンカウンタの出力の絶対値が余裕度の所
定カウント数を下回ったときに出力する各アップダウン
カウンタ毎の絶対値比較手段とを設け、余裕度判定手段
に、各絶対値比較手段の出力の論理を取る論理手段を設
けることにより、検出範囲を狭めたり、誤動作を見逃す
可能性が無い光学的変位量測定装置を提供することを目
的とする。第１０発明では、速度アラームを表示する速
度アラーム表示手段と、イメージセンサの１走査期間に
１８０°以上の位相変位を判定したとき、速度アラーム
表示手段へ速度アラームを出力する変位量判定手段とを
設けることにより、周期的パターンの位相が１８０°以
上変位したとき、変位方向が判定不能であることを測定
者へ通知することのできる光学的変位量測定装置を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る光学的変
位量測定方法は、２種類の光学的特性を有する部分が交
互に周期的に並べられたスケールへ投光し、周期的映像
パターンを生成して、該周期的映像パターンを少なくと
も１次元のイメージセンサに受光させ、該イメージセン
サが受光する前記周期的映像パターンの変化から、前記
スケールと前記イメージセンサとの相対的変位量及び相
対的変位方向を判定する光学的変位量測定方法におい
て、前記イメージセンサの出力に基づき前記周期的映像
パターンに対応する測定パルスを生成し、等位相宛位相
が異なる等幅の複数の基準パルスを順次生成して、該基
準パルス毎に測定パルスとの不一致時間を計時し、これ
らの計時結果の相互の長短を比較判定して、これらの比
較結果により測定パルスの位相を判定し、この判定結果
の経時変化から、前記スケールと前記イメージセンサと
の相対的変位量及び相対的変位方向を判定することを特
徴とする。

【００１２】第２発明に係る光学的変位量測定方法は、
基準パルスを周期的映像パターンの周期／２に相当する
幅に設定することを特徴とする。

【００１３】第３発明に係る光学的変位量測定装置は、
２種類の光学的特性を有する部分が交互に周期的に並べ
られたスケールと、該スケールへ投光し周期的映像パタ
ーンを生成する光学系と、該周期的映像パターンを受光
する少なくとも１次元のイメージセンサと、該イメージ
センサが受光する前記周期的映像パターンの変化から、
前記スケールと前記イメージセンサとの相対的変位量及
び相対的変位方向を判定する光学的変位量測定装置にお
いて、前記イメージセンサの出力に基づき前記周期的映
像パターンに対応する測定パルスを生成出力する測定パ
ルス生成手段と、等位相宛位相が異なる等幅の複数の基
準パルスを順次生成出力する基準パルス生成手段と、該
基準パルス毎に測定パルスとの不一致時間を計時する複
数の計時手段と、該計時手段の計時結果の相互の長短を
比較判定する複数の比較判定手段と、該比較判定手段の
結果により測定パルスの位相を判定する位相判定手段
と、該位相判定手段による判定結果の経時変化から、前
記スケールと前記イメージセンサとの相対的変位量及び
相対的変位方向を判定する変位量判定手段及び変位方向
判定手段とを備えることを特徴とする。

【００１４】第４発明に係る光学的変位量測定装置は、
前記計時手段は、測定パルスと前記基準パルスとの排他
的論理和を取る論理手段と、該論理手段が出力する期
間、クロックを計数する計数手段とを備えることを特徴
とする。

【００１５】第５発明に係る光学的変位量測定装置は、
前記基準パルスは、前記周期的映像パターンの周期／２
に相当する幅を有することを特徴とする。

【００１６】第６発明に係る光学的変位量測定装置は、
前記位相判定手段は、測定パルスの位相に対応する前記
比較判定手段毎の比較結果を２値化して配列しパターン
化したコードを記憶しており、該コードと前記比較判定
手段毎の結果が示すコードパターンとを参照することに
よりそのときの測定パルスの位相を判定することを特徴
とする。

【００１７】第７発明に係る光学的変位量測定装置は、
前記変位量判定手段は、前記イメージセンサの１走査期
間に前記位相判定手段が出力した複数の周期パターンの
位相の平均値を求めて記憶し、１走査期間毎の変位量を
求めること特徴とする。

【００１８】第８発明に係る光学的変位量測定装置は、
位相の隣合う前記基準パルス毎の計時手段の計時結果の
差を計時する余裕度計時手段と、該余裕度計時手段毎の
計時結果により余裕度の有無を判定し、その結果を表示
すると共に、余裕度が無いと判定したときには、測定結
果の出力を停止させる余裕度判定手段とを備えることを
特徴とする。

【００１９】第９発明に係る光学的変位量測定装置は、
前記余裕度計時手段は、位相の隣合う２つの前記基準パ
ルス毎の論理手段の出力を比較し、その結果に応じてア
ップカウント又はダウンカウントのイネーブル信号を出
力するコンパレータと、該コンパレータからアップカウ
ント又はダウンカウントのイネーブル信号を受けてアッ
プカウント又はダウンカウントを行うアップダウンカウ
ンタと、余裕度の所定カウント数を記憶し出力する余裕
度出力手段と、該余裕度の所定カウント数と前記各アッ
プダウンカウンタの出力の絶対値とを比較し、アップダ
ウンカウンタの出力の絶対値が該余裕度の所定カウント
数を下回ったときに出力する前記各アップダウンカウン
タ毎の絶対値比較手段とを備え、前記余裕度判定手段
は、前記各絶対値比較手段の出力の論理を取る論理手段
であることを特徴とする。

【００２０】第１０発明に係る光学的変位量測定装置
は、速度アラームを表示する速度アラーム表示手段を備
えると共に、前記変位量判定手段は、前記イメージセン
サの１走査期間に１８０°以上の位相変位を判定したと
き、前記速度アラーム表示手段へ速度アラームを出力す
ることを特徴とする。

【００２１】

【作用】以下に、本発明の原理を説明する。図４に示す
ように、イメージセンサの出力に基づき周期的映像パタ
ーンの１明部又は１暗部に対応する測定パルスＩＮ（幅
は１８０°）を生成する一方、測定パルスＩＮの幅より
狭く、１周期３６０°を整数等分する位相（図において
は３６°）宛位相が異なる等幅（１８０°）の複数の基
準パルスａ〜ｇを順次生成する。基準パルスａ〜ｇと測
定パルスＩＮとは、図５に示すように、基準パルスａ〜
ｇ毎に異なる不一致時間（図５斜線部）を生じる。これ
ら基準パルスａ〜ｇ毎の不一致時間の長短関係は、基準
パルスａ〜ｇと測定パルスＩＮとの相対的位置関係によ
り一意に定まる関係にある。

【００２２】基準パルスａ〜ｇと測定パルスＩＮとの不
一致時間は、両者の排他的論理和が出力される期間のク
ロックを、測定パルスＩＮの１周期に相当する期間計数
することにより数値化される。これらの計数値は、図８
のモノグラムのように表される。図８のモノグラムにお
いて、横軸は、基準パルスｂの位相を０°としたときの
測定パルスＩＮ及び基準パルスａ〜ｇの位相を表し、縦
軸は、基準パルスａ〜ｇ毎の測定パルスＩＮとの不一致
時間をクロック数で表している。例えば、基準パルスｅ
の測定パルスＩＮとの不一致時間を表すクロック数は、
測定パルスＩＮの位相により太線のように変化する。例
えば、図５のような場合、クロック数が最小の基準パル
スｅの位相が測定パルスＩＮの位相であり（一致すると
き、クロック数は０になる）、図７のような場合は、ク
ロック数が最大の基準パルスｅの位相と１８０°ずれた
位相が測定パルスＩＮの位相であると判定できる。ま
た、測定パルスＩＮの位相が基準パルスｄの位相と一致
するとき、基準パルスｄと位相が３６°ずれている基準
パルスｅの、測定パルスＩＮとの不一致時間を表すクロ
ック数は、図８の太線上のＰ点で表される。

【００２３】基準パルスａ〜ｇ毎の測定パルスＩＮとの
不一致時間を表すクロック数の、位相の隣接するもの同
士の大小関係は、測定パルスＩＮの位相により一意に定
まる関係にあり、その大小関係を知ることによって、測
定パルスＩＮの位相を判定することができる。本発明で
は、この関係をパターン化する為に、基準パルスａ〜ｇ
の位相の隣同士及び隣の隣同士のクロック数の大小関係
を、“１”又は“０”に２値化してコード化している。
そして、このコード化したものを記憶しておき、１周期
毎にコード化したものと参照することにより、その周期
ににおける測定パルスＩＮの位相を判定するようにして
いる。

【００２４】図８において、計数値比較欄の横線の引か
れた部分は、基準パルスａ〜ｇのクロック数ｃ／ａ，ｃ
／ｂ，ｄ／ｂ・・・をＸ／Ｙとするときの比較結果がＸ
＜Ｙであり、横線の引かれていない空白部分がＸ＞Ｙで
ある。○はＸ＝Ｙを示す。ここで、Ｘ＜Ｙのときを
“１”とすると、例えば、測定パルスＩＮの位相が９０
°のとき、基準パルスａ〜ｇのクロック数ｃ／ａ，ｃ／
ｂ，ｄ／ｂ・・・の比較結果は、“１１１１１１０００
０”（Ｘ＝Ｙのときは“１”とする。）のコードパター
ンを示す。Ｘ＝Ｙのときを“１”とすると、１０８°＞
位相≧９０°のときは、前記のコードパターン“１１１
１１１００００”になる。同様に、１２６°＞位相≧１
０８°のときは“１１１１１１１０００”、９０°＞位
相≧７２°のときは“１１１１１０００００”、１８０
°≧位相≧１６２°のときは“１１１１１１１１１１”
である。本発明では、これらのコードパターンを記憶し
ておき、１周期３６０°毎にコード化したものと参照す
ることにより、測定パルスＩＮの位相を、基準パルス相
互の位相差の１／２単位（図８の例では１８°（１／２
０周期））で判定することができる。

【００２５】第１発明に係る光学的変位量測定方法で
は、図４に示すように、イメージセンサの出力に基づき
周期的映像パターンに対応する測定パルスＩＮを生成す
る一方、等位相宛位相が異なる等幅の複数の基準パルス
ａ〜ｇを順次生成して、基準パルス毎に測定パルスとの
不一致時間（図５斜線部）を計時し、これらの計時結果
の相互の長短を比較判定して、これらの比較結果と測定
パルスの位相との一意に定まる関係から、測定パルスの
位相を判定し、これらの判定結果の経時変化から、スケ
ールとイメージセンサとの相対的変位量及び相対的変位
方向を判定する。

【００２６】第２発明に係る光学的変位量測定方法で
は、基準パルスを周期的映像パターンの周期／２に相当
する幅に設定することにより、基準パルス毎と測定パル
スとの不一致時間の計時結果を簡単にする。

【００２７】第３発明に係る光学的変位量測定装置で
は、測定パルス生成手段がイメージセンサの出力に基づ
き前記周期的映像パターンに対応する測定パルスを生成
出力し、基準パルス生成手段が順次、等位相宛位相が異
なる等幅の複数の基準パルスを生成出力して、計時手段
が基準パルス毎に測定パルスとの不一致時間を計時す
る。この計時手段毎の計時結果は、比較判定手段が相互
の長短を比較判定し、その結果が示すパターンにより位
相判定手段が測定パルスの位相を判定する。変位量判定
手段は、この測定パルスの位相の経時変化から、スケー
ルとイメージセンサとの相対的変位量及び相対的変位方
向を判定する。

【００２８】第４発明に係る光学的変位量測定装置で
は、計時手段において、論理手段が測定パルスと基準パ
ルスとの排他的論理和を取り、計数手段がこの論理手段
が出力する期間、クロックを計数する。

【００２９】第５発明に係る光学的変位量測定装置で
は、基準パルスは周期的映像パターンの周期／２に相当
する幅を有し、基準パルス毎の測定パルスとの不一致時
間の相互の長短の比較結果は特定のパターンを示す。

【００３０】第６発明に係る光学的変位量測定装置で
は、位相判定手段は、測定パルスの位相に対応する比較
判定手段毎の比較結果を２値化して配列しパターン化し
たコードを記憶しており、このコードと比較判定手段毎
の結果が示すパターンとを参照することによりそのとき
の測定パルスの位相を判定する。

【００３１】第７発明に係る光学的変位量測定装置で
は、変位量判定手段は、イメージセンサの１走査期間に
位相判定手段が出力した複数の周期パターンの位相の平
均値を求めて記憶し、１走査期間毎の変位量を求める。

【００３２】第８発明に係る光学的変位量測定装置で
は、余裕度計時手段が位相の隣合う基準パルス毎の計時
手段の計時結果の差を計時し、余裕度判定手段が余裕度
計時手段毎の計時結果により余裕度の有無を判定し、そ
の結果を表示すると共に、余裕度が無いと判定したとき
には、測定結果の出力を停止させる。

【００３３】第９発明に係る光学的変位量測定装置で
は、余裕度計時手段において、コンパレータが位相の隣
合う２つの基準パルス毎の論理手段の出力を比較し、そ
の結果に応じてアップカウント又はダウンカウントのイ
ネーブル信号を出力し、各アップダウンカウンタがコン
パレータからアップカウント又はダウンカウントのイネ
ーブル信号を受けてアップカウント又はダウンカウント
を行う。各絶対値比較手段は、各アップダウンカウンタ
の出力の絶対値と余裕度出力手段が記憶している余裕度
の所定カウント数とを比較し、アップダウンカウンタの
出力の絶対値が余裕度の所定カウント数を下回ったとき
に出力する。余裕度判定手段は、この各絶対値比較手段
の出力の論理を取り、余裕度無しと判定して出力する。

【００３４】第１０発明に係る光学的変位量測定装置で
は、変位量判定手段がイメージセンサの１走査期間に１
８０°以上の位相変位を判定したとき、速度アラームを
出力し、速度アラーム表示手段がこの速度アラームを受
けて表示する。

【００３５】

【実施例】以下に、本発明に係る光学的変位量測定方法
及び光学的変位量測定装置の実施例を、それを示す図面
を参照しながら説明する。図１０は、光学的変位量測定
方法及び光学的変位量測定装置の原理を説明する為の模
式図である。この光学的変位量測定装置は、２種類の反
射係数を有する長さの等しい部分が変位方向（図におい
て左右方向）に交互に並べられたスケール５０と、この
スケール５０へ投光するＬＥＤ等の投光素子５１と、投
光素子５１とスケール５０との中間に設置され、投光素
子５１からの光線を絞る投光レンズ５２と、スケール５
０に対置され、投光レンズ５２からの光線がスケール５
０で反射された光線を結像する為の受光レンズ５３と、
その結像面に設置された少なくとも１次元（２次元の場
合は１方向の出力を使用する。）のＣＣＤ（charge cou
pled device ）５４とから構成されている。

【００３６】投光レンズ５２で絞られた投光素子５１か
らの光線は、スケール５０の表面で反射され、受光レン
ズ５３によりＣＣＤ５４の受光面に結像される。スケー
ル５０の表面は、２種類の相異なる反射係数を有する部
分が変位方向（図においては左右方向）に交互に周期的
に並べられているので、ＣＣＤ５４の受光面の結像は、
この反射係数の周期的パターンと相似関係にある明暗部
の周期的パターンになっている。スケール５０が、図に
おいて右方向又は左方向へ動くとき（スケール５０を除
く光学系及びＣＣＤ５４が左方向又は右方向へ動くと
き）、ＣＣＤ５４受光面の明暗部の周期的パターンは左
方向又は右方向へ移動する。この明暗部の周期的パター
ンのＣＣＤ５４受光面上の変位量を測定することによ
り、スケール５０（に固定された物体）と光学系及びＣ
ＣＤ５４（に固定された物体）との相対的変位量及び相
対的変位方向を判定することができる。

【００３７】図１は、第１，２発明に係る光学的変位量
測定方法及び第３〜１０発明に係る光学的変位量測定装
置の１実施例の、ＣＣＤ５４の出力からスケール５０
（に固定された物体）と光学系及びＣＣＤ５４（に固定
された物体）との相対的変位量及び相対的変位方向を判
定する処理判定部の構成例を示すブロック図である。ク
ロックジェネレータ１で生成されたクロックは、ＣＣＤ
５４及び投光素子５１（図１０）を駆動する駆動部２、
基準パルス生成部４、計数手段６、余裕度計時手段１２
へ与えられる。論理手段５は基準パルス生成部４からの
基準パルスａ〜ｇに対応して７個（図２において排他的
論理和回路５ａ〜５ｇ）備えられ、対応する基準パルス
と測定パルス生成部３からの測定パルスとの排他的論理
和を各々の計数手段６（図２においてカウンタ６ａ〜６
ｇ）及び各々の余裕度計時手段１２へ出力する。

【００３８】７個の計数手段６の各計数結果は２つ宛
（図２においてカウンタ６ａ〜６ｇの隣同士及び隣の隣
同士、６ｃ／６ａ，６ｃ／６ｂ，６ｄ／６ｂ，６ｄ／６
ｃ，６ｅ／６ｃ，６ｅ／６ｄ，６ｆ／６ｄ，６ｆ／６
ｅ，６ｇ／６ｅ，６ｇ／６ｆ）１０個の比較判定部７
（図２においてコンパレータ７ａ〜７ｊ）へ送られ、１
０個の比較判定部７の比較結果は、位相判定部８へ入力
され、これにより測定パルスの位相が判定され、この結
果は変化量変位方向判定部９へ送られる。変化量変位方
向判定部９では、測定パルスの位相の経時変化により、
変化量と変位方向が判定され、その結果が、単相パルス
生成部１０へ送られる。変化量の判定結果によっては速
度アラーム表示部１６へ速度アラームが出力される。単
相パルス生成部１０の出力は２相パルス生成部１１へ送
られ、Ａ，Ｂ相パルスとして出力される。

【００３９】一方、７個の論理手段５の排他的論理和は
２つ宛（図９において排他的論理和回路５ａ〜５ｇの隣
同士、５ａ／５ｂ，５ｂ／５ｃ，５ｃ／５ｄ，５ｄ／５
ｅ，５ｅ／５ｆ，５ｆ／５ｇ）６個の余裕度計時手段１
２（図９においてコンパレータ１７ａ〜１７ｆ、アップ
ダウンカウンタ１２ａ〜１２ｆ）へ入力され、余裕度計
時手段１２の６つの計時結果は余裕度判定部１３（図９
において絶対値比較回路１３ａ〜１３ｆ、論理積回路
（又は論理和回路）１３ｈ）へ入力されて、余裕度が判
定され、その結果は余裕度制御部１４及び単相パルス生
成部１０へ送られる。余裕度制御部１４は、この結果に
より、余裕度表示部１５を制御すると共に、必要に応じ
て制御信号を出力するようになっている。

【００４０】このような構成の処理判定部の動作を以下
に説明する。駆動部２は、ＣＣＤ５４及び投光素子５１
を同期させて駆動しており、ＣＣＤ５４の出力は、測定
パルス生成部３へ入力されて測定パルスに形成され出力
される。一方、基準パルス生成部４では、順次、等位相
（但し、幅以下、本実施例では３６°）宛位相が異なる
等幅（周期的映像パターンの周期／２＝１８０°）の複
数の基準パルスを生成出力する。論理手段５は、基準パ
ルス生成部４からの対応する基準パルスと、測定パルス
生成部３からの測定パルスとの排他的論理和を各々の計
数手段６及び各々の余裕度計時手段１２へ出力する。

【００４１】各計数手段６では、各々の排他的論理和が
入力される期間、クロックを計数し、この計数結果は２
つ宛１０個の比較判定部７へ送られ、その大小が比較さ
れ、これらの比較結果は位相判定部８へ送られる。位相
判定部８は、測定パルスの位相に対応する比較判定部７
毎の比較結果を２値化して配列しパターン化したコード
を記憶しており、このコードと１周期（３６０°）が経
過した時点で送られて来た比較結果が示すパターンとを
参照することにより測定パルスの位相を判定し、その結
果を変位量変位方向判定部９へ出力する。（但し、ＣＣ
Ｄ５４の１走査期間毎の最初の１周期の比較結果は、基
準パルスｆ，ｇに対応する計数手段６の各計数値が正し
くないので使用しない。）

【００４２】１周期（３６０°）が経過した時点で、各
計数手段６はリセットされ、基準パルス生成部４は次の
１周期の基準パルスの出力を開始する。変位量変位方向
判定部９は、ＣＣＤ５４の１走査期間に位相判定部８が
出力した複数の周期パターンの位相の平均値を求めて記
憶しておき、ＣＣＤ５４の次の１走査期間に位相判定部
８が出力する複数の周期パターンの位相の平均値を求め
て、これら２つの平均値の差を相対的変位量と判定し、
位相の変化方向から相対的変位方向を判定する。変位量
変位方向判定部９が判定した相対的変位量及び相対的変
位方向は、単相パルス生成部１０にて単相パルスに変換
され、この単相パルスは２相パルス生成部１１にてＡ，
Ｂ２相パルスに変換され出力される。変位量変位方向判
定部９は、判定した相対的変位量が１８０°以上（ＣＣ
Ｄの１走査期間に位相が１８０°以上変化すると、変位
方向が判定できなくなる。）のときは、速度アラームを
出力し、速度アラーム表示部１６はこれを受けて、速度
アラームを表示する。

【００４３】一方、７個の論理手段５の排他的論理和は
２つ宛６個の余裕度計時手段１２へ入力され、余裕度計
時手段１２では、２つの排他的論理和の出力時間の差が
計時される。この６つの計時結果は余裕度判定部１３へ
入力されて、余裕度が判定され、その結果は余裕度制御
部１４及び単相パルス生成部１０へ送られる。余裕度制
御部１４は、この結果により、赤、緑のＬＥＤ等で構成
される余裕度表示部１５の表示等を点灯させ、必要に応
じてその他の制御信号を出力する。余裕度判定部１３が
余裕度が無いと判定したときは、単相パルス生成部１０
の動作は停止する。

【００４４】以下に、各部の詳細について説明する。図
２は、論理手段５、計数手段６、比較判定部７、位相判
定部８の構成の詳細を示したブロック図である。測定パ
ルス生成部３（図１）からの測定パルスと、シフトレジ
スタで構成される基準パルス生成部４からの各基準パル
スａ〜ｇとは、各々論理手段５の排他的論理和回路５ａ
〜５ｇへ入力され、これらの排他的論理和は、各々、計
数手段６のカウンタ６ａ〜６ｇへイネーブル信号として
入力される。カウンタ６ａ〜６ｇでは排他的論理和が
“１”のときにクロックＣＬＫを計数し、これらの計数
値は、対応する基準パルスａ〜ｇの位相の隣同士及び隣
の隣同士の組毎（カウンタ６ｃ／６ａ，６ｃ／６ｂ，６
ｄ／６ｂ，６ｄ／６ｃ，６ｅ／６ｃ，６ｅ／６ｄ，６ｆ
／６ｄ，６ｆ／６ｅ，６ｇ／６ｅ，６ｇ／６ｆ）に、比
較判定部７のコンパレータ７ａ〜７ｊへ入力される。コ
ンパレータ７ａ〜７ｊの各比較結果は、位相判定部８へ
入力され、基準パルスａ〜ｇの位相の１周期毎に基準パ
ルス生成部４からのタイミング信号を受けてラッチする
と同時に、各カウンタ６ａ〜６ｇをリセットするように
なっている（但し、リセットの為の信号線は図示せ
ず）。

【００４５】このような構成の基準パルス生成部４、排
他的論理和回路５ａ〜５ｇ、カウンタ６ａ〜６ｇ、コン
パレータ７ａ〜７ｊ、位相判定部８の動作を以下に説明
する。図３（ａ）〜（ｄ）は、測定パルスを説明する為
の説明図である。図３（ａ）はＣＣＤ５４の受光面に結
像された明暗等しい幅を持つ周期的映像パターンであ
り、光学系の調節が正しいとき、ＣＣＤ５４は、この周
期的映像パターンの１つの明の部分について、図３
（ｄ）に示すように、例えば２０クロックを出力する。
測定パルス生成部３（図１）は、この２０クロックを受
けて、図３（ｃ）に示すような１パルス（周期的映像パ
ターンの半周期１８０°の幅を持つ）を生成し、図３
（ａ）の周期的映像パターン全体では、図３（ｂ）に示
すようなパルス列を生成し出力する。

【００４６】図４は、測定パルスＩＮと基準パルスａ〜
ｇとの関係の例を示すタイミングチャートである。測定
パルスＩＮとは無関係に、周期的映像パターンの半周期
１８０°の幅を持つ７つの基準パルスａ〜ｇが、例えば
３６°宛ずれて出力されるようになっている。測定パル
スＩＮと７つの基準パルスａ〜ｇとは、それぞれ排他的
論理和回路５ａ〜５ｇにおいて排他的論理和（不一致出
力）を取られる。図５に示す斜線部分が不一致つまりズ
レの部分である。排他的論理和回路５ａ〜５ｇは、各
々、不一致のときに“１”を出力し、各々のカウンタ６
ａ〜６ｇは、“１”が入力されている期間、クロックＣ
ＬＫを計数する。図５では、たまたま、基準パルスｅと
測定パルスＩＮとが一致しているので、カウンタ６ｅの
計数値は０になる。

【００４７】図６は、測定パルスＩＮと基準パルスａ〜
ｇとの他の関係の例を示すタイミングチャートである。
図７に示す斜線部分が不一致つまりズレの部分であり、
図７では、たまたま、基準パルスｅと測定パルスＩＮと
が１８０°ずれているので、カウンタ６ｅの計数値は１
周期間、クロックＣＬＫを計数する。基準パルスａ〜ｇ
にはそれぞれ例えば３６°宛ずれた位相を割り当て、１
周期３６０°毎にカウンタ６ａ〜６ｇの計数値をラッチ
すれば、それぞれの計数値は、測定パルスＩＮが排他的
論理和回路５ａ〜５ｇへ入力された時点の位相に対応し
て、図８に示すようなモノグラムに示される（実際に
は、コンパレータ７ａ〜７ｊの各比較結果がラッチされ
る）。図８のモノグラムにおいて、縦軸は３６０°毎に
カウンタ６ａ〜６ｇのカウント値をラッチしたときの計
数値、横軸は測定パルスＩＮが排他的論理和回路５ａ〜
５ｇへ入力された時点の位相を示し、ａ〜ｇは基準パル
スａ〜ｇの始点の位相を示す。図８では、基準パルスａ
の始点の位相は３２４°、基準パルスｂは０°、基準パ
ルスｃは３６°・・・としている。ａ〜ｇから右上及び
左上へ引かれた斜線がカウンタ６ａ〜６ｇのラッチ時の
計数値を示す。例えば、太線は、測定パルスＩＮが排他
的論理和回路５ａ〜５ｇへ入力された時点の位相毎の、
カウンタ６ｅのラッチ時の計数値を示している。

【００４８】例えば、図５のような場合、計数値が最小
の基準パルスｅの位相が測定パルスＩＮの位相であり
（一致するとき、計数値は０になる）、図７のような場
合は、計数値が最大の基準パルスｅの位相と１８０°ず
れた位相が測定パルスＩＮの位相である。また、測定パ
ルスＩＮの位相が基準パルスｄの位相と一致するとき、
基準パルスｄと位相が３６°ずれている基準パルスｅ
の、測定パルスＩＮとの不一致時間を表す計数値は、図
８の太線上のＰ点で表される。尚、ｃ’，ｄ’，ｅ’は
ｃ，ｄ，ｅと各々１８０°位相のずれている基準パルス
の始点を示しているが、カウンタｃ，ｄ，ｅの計数値と
カウンタｃ’，ｄ’，ｅ’の計数値とは、それぞれ、最
大計数値（１周期間、クロックＣＬＫを計数し続けたと
きの計数値）に対して相補の関係（例えば、最大計数値
−計数値ｃ＝計数値ｃ’）にあり、カウンタｃ，ｄ，ｅ
の計数値を知ることにより、カウンタｃ’，ｄ’，ｅ’
の計数値を知ることができるので、カウンタｃ’，
ｄ’，ｅ’（基準パルスｃ’，ｄ’，ｅ’）は不要であ
り、回路構成を簡単にできる。

【００４９】本発明では、上述のような測定パルスＩＮ
の位相と基準パルス毎の計数値との関係をパターン化す
る為に、カウンタ６ａ〜６ｇの各計数値を、対応する基
準パルスａ〜ｇの位相の隣同士及び隣の隣同士の組毎
に、コンパレータ７ａ〜７ｊへ入力し、その大小関係
（ズレ時間の長短関係）をコンパレータ７ａ〜７ｊの出
力により“１”又は“０”に２値化して、１周期３６０
°毎にラッチし、その大小関係が示すパターンにより、
測定パルスＩＮの位相を判定するようにしている（大小
関係が示すパターンは測定パルスＩＮの位相により一意
に定まる）。尚、上述の理由により、カウンタｃの計数
値とカウンタｄの計数値との関係が決まれば、カウンタ
ｃ’の計数値とカウンタｄ’の計数値との関係も一意に
決まる（例えば、ｃ＞ｄのとき、ｃ’＜ｄ’。ｆ＞ｅの
とき、ａ’＜ｅ’・・・）ので、カウンタｃ’，ｄ’，
ｅ’（基準パルスｃ’，ｄ’，ｅ’）の計数値について
比較することは不要であり、これらについてのコンパレ
ータを省略することができ、回路構成を簡単にできる。

【００５０】図８において、計数値比較欄の横線の引か
れた部分は、カウンタａ〜ｇの計数値ｃ／ａ，ｃ／ｂ，
ｄ／ｂ・・・をＸ／Ｙとするときの比較結果がＸ＜Ｙで
あり、その他の空白部分はＸ＞Ｙである。○はＸ＝Ｙを
示す。ここで、Ｘ＜Ｙのときを“１”とすると、例え
ば、測定パルスＩＮが排他的論理和回路５ａ〜５ｇへ入
力された時点の位相が９０°のとき、カウンタａ〜ｇの
計数値ｃ／ａ，ｃ／ｂ，ｄ／ｂ・・・の比較結果は、
“１１１１１１００００”（Ｘ＝Ｙのときは“１”とす
る。）のコードパターンを示す。１０８°＞位相≧９０
°のときは、前記のコードパターン“１１１１１１００
００”になる。同様に、１２６°＞位相≧１０８°のと
きは“１１１１１１１０００”、９０°＞位相≧７２°
のときは“１１１１１０００００”、１８０°≧位相≧
１６２°のときは“１１１１１１１１１１”である。

【００５１】また、１８°＞位相≧０°のときは“１０
００００００００”、０°＞位相＞３４２°のときは
“００００００００００”、３４２°≧位相＞３２４°
のときは“０００００００００１”、２８８°≧位相＞
２７０°のときは“００００００１１１１”、２７０°
≧位相＞２５２°のときは“０００００１１１１１”、
１９８°≧位相＞１８０°のときは“０１１１１１１１
１１”である。位相判定部８は、１走査前のコードパタ
ーンを記憶しておき、コンパレータ７ａ〜７ｊの“１”
又は“０”の出力を１周期３６０°毎にラッチし、この
出力が示すコードパターンと記憶しているコードパター
ンとを比較することにより、測定パルスＩＮの位相を１
８°（１／２０周期）単位で判定するようになってい
る。尚、位相判定部８は、上述のコードパターンを記憶
しておき、コンパレータ７ａ〜７ｊの“１”又は“０”
の出力を１周期３６０°毎にラッチし、これらの出力が
示すコードパターンと記憶しているコードパターンとを
参照することにより、測定パルスＩＮの位相を１８°
（１／２０周期）単位で判定するようにしてもい。

【００５２】図９は、余裕度計時手段１２、余裕度判定
部１３の構成の詳細を示したブロック図である。基準パ
ルスａ〜ｇに各々対応する排他的論理和回路５ａ〜５ｇ
（図２）の基準パルスａ〜ｇの位相が隣合う（ａ／ｂ，
ｂ／ｃ，ｃ／ｄ，ｄ／ｅ，ｅ／ｆ，ｆ／ｇ）出力を、各
々余裕度計時手段１２のコンパレータ１７ａ〜１７ｆへ
入力し（図２では信号線は図示せず）、コンパレータ１
７ａ〜１７ｆからは、各々の比較結果に応じて、余裕度
計時手段１２の各々のアップダウンカウンタ１２ａ〜１
２ｆへ、イネーブル信号とアップカウント信号又はダウ
ンカウント信号とを出力する（比較結果が０＝０，１＝
１のときは、イネーブル信号を出力しない）。アップダ
ウンカウンタ１２ａ〜１２ｆは、イネーブル信号とアッ
プカウント信号又はダウンカウント信号とにより、クロ
ックＣＬＫをアップカウント又はダウンカウントして、
余裕度判定部１３の各々の絶対値比較回路１３ａ〜１３
ｆへ入力する。絶対値比較回路１３ａ〜１３ｆは、この
各入力の絶対値と余裕度出力回路１８からの余裕度の所
定カウント数との比較結果を、余裕度判定部１３の論理
積回路１３ｈへ入力し、論理積回路１３ｈはこれら入力
の論理積を取って出力する。尚、論理積回路１３を論理
和回路に代えて、絶対値比較回路１３ａ〜１３ｆからの
入力の論理和を取って出力してもよい。

【００５３】このような構成の排他的論理和回路５ａ〜
５ｇ、コンパレータ１７ａ〜１７ｆ、アップダウンカウ
ンタ１２ａ〜１２ｆ、絶対値比較回路１３ａ〜１３ｆ、
論理積回路１３ｈ、余裕度出力回路１８の動作を以下に
説明する。コンパレータ１７ａ〜１７ｆは、２つの排他
的論理和回路５ａ〜５ｇからの出力“１”又は“０”を
比較し、一方が“１”、他方が“０”のときは、イネー
ブル信号とアップカウント信号とを、一方が“０”、他
方が“１”のときは、イネーブル信号とダウンカウント
信号とを各々のアップダウンカウンタ１２ａ〜１２ｆへ
出力する。両者共“１”又は“０”で等しいときは、イ
ネーブル信号を出力しない。

【００５４】アップダウンカウンタ１２ａ〜１２ｆは、
それぞれ、イネーブル信号とアップカウント信号とを受
けているときは、クロックＣＬＫをアップカウントし、
イネーブル信号とダウンカウント信号とを受けていると
きは、クロックＣＬＫをダウンカウントする。これによ
り、隣合うカウンタ６ａ〜６ｇ（図２）の計数値の差を
求めることができる。絶対値比較回路１３ａ〜１３ｆ
は、それぞれ、アップダウンカウンタ１２ａ〜１２ｆか
らのカウント数と余裕度出力回路１８からの余裕度の所
定カウント数とを比較し、アップダウンカウンタ１２ａ
〜１２ｆからのカウント数が余裕度の所定カウント数を
下回るときは、“１”を論理積回路１３ｈへ出力する。
論理積回路１３ｈは、絶対値比較回路１３ａ〜１３ｆか
らの全入力が“１”のとき、余裕度が無いと判定し、信
号“１”を出力する。尚、上述の実施例では、光反射型
のスケール５０を使用した例について説明したが、拡散
反射型、正反射型、光透過型のスケールを使用した場合
でも同様である。また、上述の実施例は、マイクロコン
ピュータ等を使用して、ソフトプログラムにより構成す
ることも可能である。

【００５５】

【発明の効果】第１発明に係る光学的変位量測定方法に
よれば、測定精度を向上させることができ、光学系の距
離設定が容易であり、スケール等装置各部のブレに影響
されにくく、スケール表面の周期的パターンの汚れ及び
潰れに影響されにくい光学的変位量測定が可能である。

【００５６】第２発明に係る光学的変位量測定方法によ
れば、回路構成が簡単になり、測定精度を向上させるこ
とができ、光学系の距離設定が容易であり、スケール等
装置各部のブレに影響されにくく、スケール表面の周期
的パターンの汚れ及び潰れに影響されにくい光学的変位
量測定が可能である。

【００５７】第３〜７発明に係る光学的変位量測定装置
によれば、光学系の設定が容易であり、スケール等装置
各部のブレに影響されにくく、スケール表面の周期的パ
ターンの汚れ及び潰れに影響されにくい光学的変位量測
定装置を実現することができる。また、スケールへの特
殊な印刷技術によることなく、測定精度を向上させるこ
とができる。

【００５８】第８，９発明に係る光学的変位量測定装置
によれば、検出範囲を狭めたり、誤動作を見逃す可能性
が無い光学的変位量測定装置を実現することができる。

【００５９】第１０発明に係る光学的変位量測定装置に
よれば、変位方向が判定不能であるとき、そのことを測
定者へ通知することができるので、測定の信頼度を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学的変位量測定装置の処理判定
部の構成例を示すブロック図である。

【図２】本発明に係る光学的変位量測定装置の基準パル
ス生成部、論理手段、計数手段、比較判定部、位相判定
部の構成の詳細を示したブロック図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は、測定パルスを説明する為の
説明図である。

【図４】測定パルスと基準パルスとの関係の例を示すタ
イミングチャートである。

【図５】図４における測定パルスと基準パルスとの不一
致部分を示すタイミングチャートである。

【図６】測定パルスと基準パルスとの関係の例を示すタ
イミングチャートである。

【図７】図６における測定パルスと基準パルスとの不一
致部分を示すタイミングチャートである。

【図８】カウンタのカウント値をラッチしたときの計数
値と測定パルスの位相との関係を示すグラフである。

【図９】余裕度計時手段、余裕度判定部の構成の詳細を
示したブロック図である。

【図１０】光学的変位量測定装置の原理を説明する為の
模式図である。

【符号の説明】

１ クロックジェネレータ ２ 駆動部 ３ 測定パルス生成部 ４ 基準パルス生成部 ５ 論理手段 ６ 計数手段 ７ 比較判定部 ８ 位相判定部 ９ 変化量変位方向判定部 １２ 余裕度計時手段 １３ 余裕度判定部 １４ 余裕度制御部 １５ 余裕度表示部 １６ 速度アラーム表示部 ５０ スケール ５１ 投光素子 ５２ 投光レンズ ５３ 受光レンズ ５４ ＣＣＤ（イメージセンサ） ５ａ〜５ｇ 排他的論理和回路 ６ａ〜６ｇ カウンタ ７ａ〜７ｊ，１７ａ〜１７ｆ コンパレータ １２ａ〜１２ｆ アップダウンカウンタ １３ａ〜１３ｆ 絶対値比較回路 １３ｈ 論理積回路 ａ〜ｇ 基準パルス

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２種類の光学的特性を有する部分が交互
   に周期的に並べられたスケールへ投光し、周期的映像パ
   ターンを生成して、該周期的映像パターンを少なくとも
   １次元のイメージセンサに受光させ、該イメージセンサ
   が受光する前記周期的映像パターンの変化から、前記ス
   ケールと前記イメージセンサとの相対的変位量及び相対
   的変位方向を判定する光学的変位量測定方法において、 前記イメージセンサの出力に基づき前記周期的映像パタ
   ーンに対応する測定パルスを生成し、等位相宛位相が異
   なる等幅の複数の基準パルスを順次生成して、該基準パ
   ルス毎に測定パルスとの不一致時間を計時し、これらの
   計時結果の相互の長短を比較判定して、これらの比較結
   果により測定パルスの位相を判定し、この判定結果の経
   時変化から、前記スケールと前記イメージセンサとの相
   対的変位量及び相対的変位方向を判定することを特徴と
   する光学的変位量測定方法。
2. 【請求項２】 前記基準パルスは、前記周期的映像パタ
   ーンの周期／２に相当する幅を有することを特徴とする
   請求項１記載の光学的変位量測定方法。
3. 【請求項３】 ２種類の光学的特性を有する部分が交互
   に周期的に並べられたスケールと、該スケールへ投光し
   周期的映像パターンを生成する光学系と、該周期的映像
   パターンを受光する少なくとも１次元のイメージセンサ
   と、該イメージセンサが受光する前記周期的映像パター
   ンの変化から、前記スケールと前記イメージセンサとの
   相対的変位量及び相対的変位方向を判定する光学的変位
   量測定装置において、 前記イメージセンサの出力に基づき前記周期的映像パタ
   ーンに対応する測定パルスを生成出力する測定パルス生
   成手段と、等位相宛位相が異なる等幅の複数の基準パル
   スを順次生成出力する基準パルス生成手段と、該基準パ
   ルス毎に測定パルスとの不一致時間を計時する複数の計
   時手段と、該計時手段の計時結果の相互の長短を比較判
   定する複数の比較判定手段と、該比較判定手段の結果に
   より測定パルスの位相を判定する位相判定手段と、該位
   相判定手段による判定結果の経時変化から、前記スケー
   ルと前記イメージセンサとの相対的変位量及び相対的変
   位方向を判定する変位量判定手段及び変位方向判定手段
   とを備えることを特徴とする光学的変位量測定装置。
4. 【請求項４】 前記計時手段は、測定パルスと前記基準
   パルスとの排他的論理和を取る論理手段と、該論理手段
   が出力する期間、クロックパルスを計数する計数手段と
   を備えることを特徴とする請求項３記載の光学的変位量
   測定装置。
5. 【請求項５】 前記基準パルスは、前記周期的映像パタ
   ーンの周期／２に相当する幅を有することを特徴とする
   請求項３又は４記載の光学的変位量測定装置。
6. 【請求項６】 前記位相判定手段は、測定パルスの位相
   に対応する前記比較判定手段の比較結果を２値化して配
   列しパターン化したコードを記憶しており、該コードと
   前記比較判定手段の結果が示すパターンとを参照するこ
   とによりそのときの測定パルスの位相を判定することを
   特徴とする請求項３〜５何れか記載の光学的変位量測定
   装置。
7. 【請求項７】 前記変位量判定手段は、前記イメージセ
   ンサの１走査期間に前記位相判定手段が出力した複数の
   周期パターンの位相の平均値を求めて記憶し、１走査期
   間毎の変位量を求めることを特徴とする請求項３〜６何
   れか記載の光学的変位量測定装置。
8. 【請求項８】 位相の隣合う前記基準パルス毎の計時手
   段の計時結果の差を計時する余裕度計時手段と、該余裕
   度計時手段の計時結果により余裕度の有無を判定し、そ
   の結果を表示すると共に、余裕度が無いと判定したとき
   には、測定結果の出力を停止させる余裕度判定手段とを
   備えることを特徴とする請求項３〜７何れか記載の光学
   的変位量測定装置。
9. 【請求項９】 前記余裕度計時手段は、位相の隣合う２
   つの前記基準パルス毎の論理手段の出力を比較し、その
   結果に応じてアップカウント又はダウンカウントのイネ
   ーブル信号を出力するコンパレータと、該コンパレータ
   からアップカウント又はダウンカウントのイネーブル信
   号を受けてアップカウント又はダウンカウントを行うア
   ップダウンカウンタと、余裕度の所定カウント数を記憶
   し出力する余裕度出力手段と、該余裕度の所定カウント
   数と前記各アップダウンカウンタの出力の絶対値とを比
   較し、アップダウンカウンタの出力の絶対値が該余裕度
   の所定カウント数を下回ったときに出力する前記各アッ
   プダウンカウンタ毎の絶対値比較手段とを備え、前記余
   裕度判定手段は、前記各絶対値比較手段の出力の論理を
   取る論理手段であることを特徴とする請求項７記載の光
   学的変位量測定装置。
10. 【請求項１０】 速度アラームを表示する速度アラーム
    表示手段を備えると共に、前記変位量判定手段は、前記
    イメージセンサの１走査期間に１８０°以上の位相変位
    を判定したとき、前記速度アラーム表示手段へ速度アラ
    ームを出力することを特徴とする請求項３〜９何れか記
    載の光学的変位量測定装置。