JPS62132104A

JPS62132104A - 測長装置

Info

Publication number: JPS62132104A
Application number: JP60273857A
Authority: JP
Inventors: Tokuo Kimizuka; 徳夫君塚; Koki Anpo; 光喜安保
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1985-12-04
Filing date: 1985-12-04
Publication date: 1987-06-15
Also published as: DE3640413C2; DE3640413A1; US4785181A; JPH0518364B2

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】〔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４１す長装
置に係り、特に分解能の向上を図った測長装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

工作機械等において、被加工物（ワーク）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
上できわめて重要である。また、工作機械に限らず、工
業用記録器等では、入力信号に応じて、記録媒体に対す
る記録ヘッドの動きを正確に制御するには、両者間の相
対移動量を精密に測定する必要がある。

そこで従来より、相対移動する二物体間の移動量を測定
する手段として、各種方式が提案され。

実用化されている。

その一つとして、光学格子を２枚重ね合せることにより
得られるモアレ縞を利用した測長装置がある。すなわち
、第７図に示すように、透光部と非透光部が所定のピッ
チで配列されてなる光学格子１０２を有する主スケール
１０１と、同一ピッチの光学格子１０４が形成されたイ
ンデックススケール１０３とを微少間隙、かつ光学格子
どうしが微少角度をもって交差するよう対面させる。そ
して、両スケール１０１，１０３を挟んで一方の側に光
源１０５を配設して１両人ケーノ１０１，１０３を照射
するとモアレ縞が形成される。このモアレ縞を、光源１
０５とは反対の側に設けられたフォトセル１０６により
読みとる。

ところでこの場合、両スケール１０１，１０２の相対的
な移動に伴い、前記モアレ縞自体も移動する。

しかもモアレ縞の移動方向は、両スケール１０１，１０
２の相対移動方向によって異なる。そこで、前記フォト
セル１０６により１発現したモアレ縞を９０°位相の異
なる位置から読取り（この９０°位相の異なる二つの信
号を、Ａ相信号及びＢ相信号という）。

モアレ縞の移動方向とその移動個数を計数することによ
り、両スケール１０１，１０３の相対移動量を知ること
ができる。すなわち第２図に示すように、フォトセル１
０６から得られるＡ相信号及びＢ相信号を、増幅器１０
７　Ａ　、　１０７　Ｂに導入し、しかる後波形整形回
路１０８Ａ、１０８Ｂで波形整形して方向弁別回路１０
９に導入する。そしてこの方向弁別回路１０９でモアレ
縞の移動方向を検出し、両スケール１０１゜１０３の左
行あるいは右行に応じてアップカウントパルスＵＰ又は
ダウンカウントパルスＤＯＩＩＮを作り、カウンタ１１
０で計数すればよい。

上述した測長手段は、二枚の光学スケールを用いたもの
であるが、そのほか磁気格子を用いた測長方式、あるい
は電磁誘導方式の副長方式等が知られている。

〔従来技術の問題点〕

ところで、上述した光学スケールによる測長方式で、測
定の分解能を上げようとすれば、光学格子１０２，１０
４のピッチを細かくすればよい。

しかしながら、光学格子ＩＱ２，１０４のピッチの狭小
化には限界があり、一般にはフォトエツチング法を用い
て数μｍ程度が実用的な限界である。

そこで、この種の測長装置で分解能を高めようとすると
、Ａ相信号、Ｂ相信号を互いに加減算し、多相信号を作
る、いわゆる内挿方法がとられる。

そしてこの内挿方法によりモアレ縞の１ピツチを電気的
に８分割、あるいは１６分割し１分解能の向上に努めて
いる。

しかしながら、この内挿方法は、基本的には人相、Ｂ相
信号の電圧レベルを各位相で分割しているものであり、
分割数に制限がある。すなわち一般に１〜２ｖ程度の波
高値を有するＡ、Ｂ相信号のレベルを、例えば１００分
割して弁別するのは、実際上困難である。

一方近時、各種産業機械の分野において、より高精度の
測長能力が求められており、例えば。

０．１μｍ程度の分解能（両スケール１０１．１０３が
０．１μｍ相対的に移動すると、１個のアップ又はダウ
ンカウントパルスが発生する）が要求されるようになっ
てきている。これを、上述した光学格子ピッチの狭小化
や、電気的内挿方法によって実現し、実用的なレベルの
スケールを作ることは、非常に困難である。という問題
点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、
二つのスケールによって形成されるモアレ縞を９０°位
相の異なるＡ相信号及びＢ相信号として検出し、このＡ
相信号とＢ相信号を所定周期の搬送波により周波数変調
信号に変換し、スケールの相対移動にともない変化する
位相の偏位量をデジタル的に読出して、より分解能の高
い測長装置を得ようとするものである。

したがって１本発明では、Ａ、Ｂ相信号よりも十分高い
周波数を有する基準クロック発生部と。

この基準クロック発生部の出力又は、これを分周した信
号を搬送波として、前記Ａ相信号及びＢ相信号により変
調し、加算する変調加算部と、被変調波中の高調波成分
を除去して波形成形し、この成形した信号の一周期中に
含まれる基準クロック数を計数するカウンタ部とこのカ
ウンタの計数結果を、両スケールの停止時における基数
クロック数と比較し、二つのスケールの相対的移動方向
と移動距離を検出する比較部とを備えた構成になるもの
である。

〔作　用〕

等しいピッチの光学格子が形成された二枚のスケールを
微少角度をもって対面させた場合に生ずるモアレ縞のピ
ッチＰ、両スケールの相対移動量（以下偏位量という）
をＸとした場合、Ａ相信号及びＢ相信号はその振幅をｅ
ｌ、として、それぞれ以下のようになる。

Ａ：Ｑｏｓｉｎ（２π・ｘ／Ｐ）”・（１）Ｂ　：ｅｏ
ｃｏｓ（２π−Ｘ／Ｐ）■＋−（２）このＡ相信号及び
Ｂ相信号を振幅が０１で、角周波数（，１ｔ（２π・ｘ
／Ｐ＜　（Ｊ　ｔ）の搬送波ｅ、ｓｉｎωを及びｅ、ｃ
ｏｓωｔでそれぞれ平衡変調して加算した被変調信号Ｓ
は、以下のようになる。

Ｓ　：ｅ、（！、　ｓｉｎ　（２ｔｃ　′ｘ／Ｐ）ｓｉ
ｎ　（１１ｔ＋ｅｏｅ、ｃｏｓ（２ｔｃ　“ｘ／Ｐ）ｃ
ｏｓ　（１１ｔ＝ｅｏｅｚ／２（ｃｏｓ（ωｔ−２π＋
ｘ／Ｐ）−ｃｏｓ（ωｔ＋２　ｔｃ　１１ｘ／Ｐ）＋ｃ
ｏｓ（ωｔ−２π１ｘ／Ｐ）＋ｃｏｓ（ωｔ＋２π′ｘ
／Ｐ））＝Ｋｃｏｓ（ωｔ−２πＩＩｘ／Ｐ）＋・・す
（３）（ただし、Ｋ＝ｅｏｅ１／２）すなわち、Ａ相信号及びＢ相信号を、角周波数ωｔの搬
送波で平衡変調して加算することにより。

偏位量Ｘが被変調信号Ｓの位相骨となり、偏位量Ｘに応
じて、（３）式で表わされる被変調波の位相がずれてく
ることになる。

ところで、いま周波数ｆ０の基準クロックを１／Ｎ分周
して、搬送波を作るものとすれば、搬送波の一周期中に
はＮ個の基準クロックが含まれることになる。したがっ
て、偏位量ｘがＯであれば（３）式中の位相骨はＯとな
り、被変調信号Ｓの一周期中におけるクロック数はＮで
ある。

しかしながら、両スケールが相対的に移動すると（３）
式中における位相骨がＯでなくなり、被変調信号Ｓの位
相にずれが生ずる。この場合、〔従来の技術〕で前述し
たように、モアレ縞の移動方向は、二つのスケールの相
対的移動方向により異なるものである。したがって、ス
ケールの移動方向により、（３）式中の位相骨２π・ｘ
／Ｐも正・負の値をとる。

しかしていま、（３）式に示す被変調信号Ｓの一周期に
おける基準クロックを計数し、その数が（Ｎ±α）であ
れば、この±α個の基準クロックを計数することにより
、偏位量Ｘを知ることができる。

すなわち、偏位量Ｘがモアレ縞のピッチＰだけ移動する
と、（３）式中の位相骨２π・ｘ　／’Ｐは２π（−周
期）だけずれることになる。一方この一周期の間に基準
クロックはＮ個発生しているので、基準クロック−個当
りの偏位量はＰ／Ｎとなる。したがって、被変調信号Ｓ
−周期当りの基準クロック数のＮ個からのずれ数±αを
計数することにより、偏位ｍｘは、以下のようになる。

Ｘ＝±Ｐ／Ｎ・α・・・・・（４）このように本発明では、スケール部がらのＡ相。

Ｂ相信号を変調・加算することにより、搬送波を一種の
周波数変調して、相対移動量の情報を被変調波の位相骨
として取り出すようにしているものである。この場合、
測定の分解能は、基準クロックの分周率によって決まる
。

したがって、この分周率を大きくとることにより、高分
解能の測長動作が可能となる。

一方、本発明では、上述した基準クロックのずれ数±α
を、偏位量Ｘが０の場合の基準々ロック数Ｎ個と比較し
、その差分として計数するようにしている。このように
±αをデジタル的に処理することにより、より正確な測
長動作が可能となるものである。

〔実施例〕

第１図は、本発明による測長装置の全体構成を示すブロ
ック図である。

ここで１，２はスケール部であり、それぞれ同一ピッチ
の光学格子が形成されたメインスケール１及びインデッ
クススケール２からなる。このスケール１，２を挟んで
光源５とフォトセル等の光電変換部６Ａ、６Ｂが配設さ
れている。そして、この光電変換部６Ａ及び６ＢからＡ
相信号及びＢ相信号が取出され、増幅器７Ａ及び７Ｂに
より増幅されることになる。

増幅されたＡ相信号及びＢ相信号は、変調加算部８に入
力される。

この変調加算部８は、本発明の要旨となる部分であり、
クロック発振器９と分周器１０からなる搬送波発生部か
らの人力が与えられる。すなわち、変調加算部８は、周
波数ｒ。の基準クロックを発生するクロック発振器９の
出力をｌ／Ｎの分周器１０を介して分周させたクロック
を搬送波として取り込み、平衝変調するものである。

この変調加算部の具体例を第２図に示す。まず、平衡変
調をするため、位相が反対の信号を得べく、与えられた
Ａ相信号は、演算増幅器ｏＰ１及びＯＦ２に導入され、
それぞれ正相信号及び逆相信号に変換される。抵抗ネッ
トワークＲＴＩを介して、同電圧の信号に調整され変調
回路ＡＭ’ｌに入力される。

なお、演算増幅器ＯＰＩ、２に付随する抵抗Ｒは、演算
増幅器ＯＰＩ、２の入力抵抗及び帰還抵抗である。

また、第２図に示す実施例で、Ａ相信号の正・逆相信号
を多分割しているのは、被変調信号に含まれる高調波の
成分を小さくするためである。すなわち、Ａ相信号（６
ａｓｉｎ２π・ｘ／Ｐ）を矩形波の搬送波で平衡変調し
た場合、一般に奇数次の高調波成分が含まれる。しかし
ながら、これを第２図の実施例のように、搬送波の一周
期を８分割して平衡変調した場合、３，５次の高調波成
分が抑圧されて、７，９・・・の高調波成分のみとなる
。したがって、後述するローパスフィルタで高調波除去
が容易になる、という利点がある。

こめ際、搬送波を８分割した時の平衝変調信号は、Ａ相
信号の１　、１／ｖ’２．　Ｏ、−１／−１２，−１倍
となるので、この電圧を作るために、前述した抵抗回路
網ＲＴを設ける必要が生じてくるのである。

一方、変調回路ＡＭＩは、その入力端子（０）〜（７）
に、抵抗回路網ＲＴ　１を介したＡ相信号及びその逆相
信号が入力されるとともに、入力端子Ｃ１〜Ｃ３に、基
準クロックをｌハに分周して得た搬送波が入力される。

この変調回路ＡＭＩは、入力端子（０）〜（７）に生ず
るＡ相信号をスイッチング動作によって順次切換え、出
力端子ｔ。に導出するものであり、例えば、アナログマ
ルチプレクサにより構成される。そして、スイッチング
動作の切換えを入力端子Ｃ１〜Ｃ３に入力される搬送波
によって行う。この場合、本実施例では、ｍ送波及びそ
の２倍、４倍の周期をもちパルスを入力端子Ｃ１〜Ｃ３
にそれぞれ導入し、８進バイナリ−カウンタ動作によっ
て、各入力端子（０）〜（７）への入力信号のスイッチ
ングを行っている。すなわち、第３図（ｂ）に示す搬送
波に対して、同図（Ｃ）、（ｄ）に示す周期をもつパル
スを入力端子０１〜Ｃ３に導入し、同図（ｅ）に示すよ
うに（０）〜（７）までの８進数をデコードする。そし
て、この８通信号により、第３図（ａ）に示すようにＡ
相信号をそれぞれスイッチングして、平衡変調波を得て
いるものである。

したがって、出力端子ｔ０には、前述した（３）式中に
含まれるｅ。ｅＬｓｉｎ（２７Ｃ・ｘ／Ｐ）ｓｉｎ　（
１１ｔの被変調波信号Ｓが得られる。ところで、この被
変調波信号Ｓ自体には、前述したように高調波成分が含
まれているので、ローパルスフィルタＬＰ１により。

高調波成分を除去する。

同様に、Ｂ相信号も演算増幅器○Ｐ３．○Ｐ４゜抵抗Ｒ
及び抵抗回路網ＲＴ２を介して変調回路ＡＭ２に入力さ
れる。ただし、この場合、変調回路ＡＭ２の各入力端子
（０）〜（７）には、変調回路ＡＭＩに入力される信号
と９０°異なった位相の信号を入力するようにしている
。

一方、入力端子０１〜Ｃ３に入力される信号は。

変調回路ＡＭＩに入力される信号と同じ信号である。し
かしながら、入力端子（０）〜（７）には、変調回路Ａ
ＭＩと比較して、Ｂ相信号に対して、搬送波の成分が９
０’異なる位相になるように入力されているので、この
変調回路ＡＭ２では、実質的にｅｏｅｌｃｏｓ（２π・
ｘ／Ｐ）ｃｏｓ　（Ｌ）　ｔの変調動作が行われること
になる。すなわち、この変調回路ＡＭ２の出力端子ｔ。

には、前述した（３）式に含まれるｅ。１３．　Ｃｏ５
ｔ（２π・ｘ／Ｐ）ｃｏｓωｔの被変調波が得られる。

さらに、この被変調波をローパスフィルタＬＰ２に導入
して高調波成分を除去する。

そして、このようにして得られる被変調波を加算回路Ａ
Ｄにより加算すれば、前述した（３）式に示す被変調信
号Ｓ　＝　Ｋｃｏｓ（ωｔ−２π・ｘ／Ｐ）が得られる
。なお、第２図で、ＥＲは演算増幅器の動作基準電源を
示している。

ところで、第２図に示した変調加算部８は、あらかしめ
それぞれのＡ相信号、Ｂ相信号により搬送波を変調した
後、加算するようにしている。したがって、抵抗回路網
、変調回路及びローパルスフィルタがそれぞれ２個ずつ
必要となっている。

特に、ローパルスフィルタは、高価であり、また回路自
体も大掛りとなり、これを２個設けることは得策ではな
い。そこで、Ａ相信号及びＢ相信号を抵抗回路網によっ
て混合・分割し、しかる後変調、ろ波すれば、抵抗回路
網、変調回路及びローパスフィルタを１個で済ませるこ
とが可能となる。

この場合の実施例を第４図に示す。すなわち、Ａ相信号
、Ｘ相信号（Ａ相信号の逆相信号、以下同じ）、Ｂ相信
号、π相信号を抵抗回路網ＲＴにより混合加算し、位相
が反対で同電圧の混合信号を作る。そしてこの混合信号
を変調回路ＡＭに導入し、入力端子０１〜Ｃ３に入力さ
れるパルス信号（第３図（ｂ）〜（ｄ））によりスイッ
チング、すなわち平衝変調して、ローパスフィルタＬＰ
を通せば、第２図に示した回路で処理された信号と同じ
信号が得られることになる。

このようにして、第１図に示す変調加算回路８の出力に
は、前述した（３）式に示す被変調信号Ｓ。

すなわちスケール１，２の偏位量Ｘを位相分として含む
被変調信号が得られることになる。

上述した動作を、第５図のタイミング図により。

詳細に説明する。

まず、増幅器７Ａ、７Ｂには、第５図（ａ）　、　（ｂ
）に示すようなＡ相信号及びＢ相信号が出力されている
。

そして、第５図（ａ）、（ｂ）で、期間Ｔ１は、スケー
ルｌに対してスケール２が相対的に左行し１期間Ｔ２で
は、停止、また期間Ｔ、は右行した場合を示している。

一方、第１図に示すクロック発振器９からは。

第５図（ｃ）に示すように一定周期（周波数ｆ。）の基
串クロックが発生しており、この基準クロックを分周器
１０でｌハ分周して搬送波として変調加算部８に入力し
ている。

ここで、高分解能を得るためには、基準クロックの周波
数ｆ。を大きくとり、かつ分周数Ｎを大きくすればよい
。しかしながら、回路上の制約等もあり、周波数ｆ。は
数ＫＨｚ〜数Ｍ）ｌｚ、また分周数は数１０〜数１００
にとるのが一般的である。しかしながら、第５図では、
説明の便宜上、Ｎ＝８の場合を例にとっである。

しかして、基準クロックを１／Ｎ分周した搬送波をＡ、
Ｂ相信号で変調加算すると（３）式に示すように、振幅
Ｋ（二〇ｏｅ１／２）が一定で位相分が偏位量Ｘに応じ
た被変調信号Ｓが生ずる。この被変調信号Ｓを、スケー
ルの停止区間Ｔ２について拡大して示せば、周期がＴω
、振幅がＫとなる第５図（ｄ）に示す波形となる。

そして、停止区間Ｔ２では、偏位量Ｘ＝Ｏなので（３）
式において位相分はＯとなり、Ｓ二Ｋ（ＣＯ８（１１ｔ
−１／７ｃｏｓ７　（１１ｔ−１／９ｃｏｓ９　（１）
　ｔ・・７　）で表わせる。すなわち、被変調波の１周
期中には、８個の基本クロックが含まれることになる。

同様に、左行区間Ｔ１及び右行期間Ｔ、では偏位量Ｘに
応じた分だけ周波数変調されて、その−周期中に含まれ
る基本クロック数が８個からずれた被変調信号Ｓが得ら
れる。

このようにして基本クロック成分を含む被変調波をロー
パスフィルタに通して、高調波成分を除去すれば、第５
図（ｅ）に示すようになる。

しかして、第１図に示す変調加算部８からは、第５図（
ｅ）に示すような被変調信号Ｓが得られる。

そして、この信号を、第１図に示す波形成形部１１に導
入し、第５図（ｆ）に示すように、周期をＴωとする矩
形波に変換して、次段の計数部に送出する。

この計数部は、パルスカウンタ１２．比較カウンタ１３
、比較器１４及び補正パルス発生器１５からなる。

そして、このパルスカウンタ１２には、クロック発振器
９から出力される基準クロックが入力されており、この
パルスカウンタ１２以降の計数部の動作について、第６
図のタイミング図により説明する。

第６図（ａ）は、クロック発振器９から出力される基準
クロックを示している。そしていま１区間Ｔ４をスケー
ル１．２の停止区間１区間Ｔ、を右移動区間１区間Ｔ６
を左移動区間とする。

パルスカウンタ１２は、波形成形部から与えられる信号
の一周期を検出し、この−周期間に含まれる基準クロッ
クを計数する。具体的には、第６図（ｂ）に示す波形成
形部１１の出力の立上りを検出し、基準クロックの計数
を開始する。そして、停止区間Ｔ４で、第６図（ｃ）に
示すように８個の基準クロックが計数されると、第６図
（ｂ）に示すように波形成形部１１の出力波形が再び立
上る。パルスカウンタ１２は、この立上り部分で、それ
までの計数値を第１図に示す比較カウンタ１３に転送（
第６図（ｄ））し、自らの計数値をリセットする（第６
図（ｂ））。

このパルスカウンタ１２のリセットは、比較カウンタ１
３への転送タイミングの終了に同期させて、内部でリセ
ット信号を作るようにしてもよいし、あるいは比較カウ
ンタ１３側からリセット信号をもらってもよい。

一方、比較カウンタ１３は、計数値のプリセット可能な
可逆カウンタからなり、プリセット端子ＳＴにパルスカ
ウンタ１２の計数値が与えられ、これをプリセットする
。第６図に示す実施例では、同図（ｄ）に示すように計
数値８がプリセットされる。

次に、この比較カウンタ１３の計数値りは、比較器１４
に与えられる。比較器１４には、設定部１６の出力とし
て基準値Ｎがあらかじめ設定されている。

すなわち、基準クロックの分周数Ｎ（ｘ＝ｏ、すなわち
スケール１，２の停止時における被変調波の一周期中に
含まれる基準クロック数）が、基準値として、比較器１
４にあらかじめ設定されている。

そして、この基準値Ｎと計数値りが比較される。

いま、前述したように基準クロックの分周数Ｎ＝８とし
であるので、停止区間Ｔ４ではＮ＝Ｄとなり、比較器１
４の出力端子ｔ１１ｔ２には出力が生じなし為。

一方、右移動区間Ｔ５では、第６図（ｂ）に示す波形成
形部１１の立上りから次の立上りまで、パルスカウンタ
１２は、１０個の基準クロックを計数する（第６図（Ｃ
））。そして、この計数値Ｄ＝１０が比較カウンタ１３
に転送され、第６図（ｄ）に示すように更新保持される
。したがって、比較器１４での基準値との比較結果も一
致せずＤ＞Ｎとなる。

この場合、比較器１４の出力端子し、に、第６図（ｅ）
に示すように出力が生ずる。

ところで、補正パルス発生器１５には、クロック発生器
９からの基準クロックが入力されている。

そして、いまスケールの右移動を正方向への移動とすれ
ば、比較器１４の出力端子ｔ１の出力を受けて、補正パ
ルス発生器１５は、順次入力されてくる基準クロックを
、第６図（ｇ）に示すようにアップカウント端子ＵＰに
出力する。この第６図（ｇ）に示すアップカウントパル
スは、図示しないカウンタ部へ送られ、スケール１，２
が相対的に右移動したものとして、計数値のカウントア
ツプをする。

この場合、前述したように基準クロック１個は、モアレ
縞のピッチをＮ分割したものであり、またモアレ縞自体
は、スケール１．２の光学格子を拡大したものである。

したがって、補正パルス発生器１５から出力される基準
クロック１個は、光学格子のピッチをＮ等分した移動距
離に相当する。

上述した実施例では、Ｎ＝８であるので、いまスケール
１，２の光学格子のピッチを４０μｍとすれば、補正パ
ルス発生器１５のアップカウント端子ＵＰに１個の基準
パルスが発生する毎に、スケールが右方向に５μｍ（４
０μｍ／８）移動したことになる。この測定の分解能は
、分周数Ｎを大きくとることにより、さらに細かくする
ことが可能であり。

例えばＮ＝２００に設定すれば、４０μｍピッチのスケ
ールで０．２μｍの分解能を実現できることになる。

一方、補正パルス発生器１５のアップカウント端子ＵＰ
に出力された基準クロックは、比較カウンタ１３のダウ
ンカウント端子ＤＮに与えられる。そして、比較カウン
タ１３は、第６図（ｄ）に示すように、この基準クロッ
クをダウンカウントする。したがって、この比較カウン
タ１３のダウンカウント入力端子ＤＮに２個の基準クロ
ックが入力されると、第６図（ｄ）に示すように比較カ
ウンタ１３の計数値りは８となる。この結果、比較器１
４内でもＤ＝Ｎとなり、出力端子ｔ１の出力が消失し、
補正パルス発生器１５からの基準クロックの出力が停止
する。

また、次の左移動区間Ｔ、では、波形成形部１１の一周
期中に第６図（ｃ）に示すように６個の基準クロックが
パルスカウンタ１２によって計数される。

そして、この計数値６が比較カウンタ１３に転送される
（第６図（ｄ））。さらに、この比較カウンタ１３の計
数値りが比較器１４で基準値Ｎと比較される。

その結果Ｎ＞Ｄであるので、比較器１４の出力端子し２
に出力が生ずる（第６図（ｆ））。補正パルス発生器１
５は、この出力端子ｔ２の出力を受けて、ダウンカウン
ト端子ＤＮに、第６図（ｈ）に示す基準クロックを出力
させ、これを図示しないカウンタ部に送出してスケール
部の左移動を計測する。

同時に、この基準クロックは、比較カウンタ１３のアッ
プカウント入力端子ＵＰに入力され、第６図（ｄ）に示
すようにその計数値りをアップさせていく。そして２個
の基準クロックが入力されると、Ｄ＝８となり、比較器
１４でＤ＝Ｎの条件が成立し、この比較器１４の出力端
子ｔ２の出力が消失する。

このようにして、パルスカウンタ１２で計数した。

波形成形部１１の出力の一周期中における基準クロック
数を、比較カウンタ１３を介して比較器１４に尋人する
。そして、この基準クロック数を基準値Ｎと比較し、そ
の差（前述した（４）式中におけるαに相当）を計数す
る。そして上述した動作を、前記波形成形部１１の出力
の各周期毎に行うことにより、スケール部での移動量が
測定できることになる。

また、本実施例では、パルスカウンタ１２の計数値を一
旦比較カウンタ１３に転送し、比較器１４で基準値Ｎと
の不一致が生じた場合は１両者が一致するまで比較カウ
ンタ１３をアップあるいはダウンカウント作動させるよ
うにしている。そして、この比較カウンタ１３のアップ
・ダウンカウント用の基準クロック数をもって、測長用
のパルスとしているものである。

したがって、すべてデジタル的に処理されることになり
、正確な測長動作が可能になるものである。

なお、第１図において１７は、この測長装置が得られる
信号を使用する装置、例えばＮＣ装置等の信号処理形態
に応じて設けられ、補正パルス発生器１５から出力され
る比較カウンタ１３のアップ・ダウンカウント用基準ク
ロック（測長用基準クロック）を受けて９０°位相差の
異なるＡ相信号、Ｂ相信号を作る波形変換部である。

〔効　果〕

本発明による副長装置は、スケール部から得られた９０
″位相の異なるＡ相信号及びＢ相信号を。

基準クロックを１ハに分周した周期をもつ搬送波で平衝
変調し、かつ加算するようにしている。その結果得られ
た被変調信号は、スケール部の移動距離に応じて周波数
変調された信号となり、移動距離が位相分として含まれ
ることになる。

しかして、この被変調信号の一周期中に含まれる基準ク
ロック数を、基準値Ｎ（スケール部が停止している場合
の基準クロック数）と比較し、その差をとれば被変調波
の位相分が得られるので、これにより移動距離が計数で
きる。

したがって、測長分解能を上げるには、基準クロックの
周波数を高くし、かつ分周数Ｎを大きくとればよい。例
えば、基準クロックの周波数ｆ。＝８Ｍｚとし、分周数
Ｎ　＝　２００と設定すれば、スケール部の光学格子の
ピッチを加工しやすい２００μｍと大きく設定しても、
１μｍの測長分解能が得られることになる。

また、従来技術によって形成可能である２０μｍピッチ
の光学格子スケールを用いれば、０．１μｍの分解能が
実現できる、というきわめてすぐれた効果を発揮するも
のである。

さらに本発明の副長装置では、クロック発生器の発振周
波数ｆ０と分周器での分周率を変えることにより、必要
とする分解能の設定をきわめて容易に行える利点もある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明による測長装置の一実施例を示すブロ
ック図、第２図、第４図は、同実施例における要部のそ
れぞれ異なる回路構成を示す図。第３図、第５図、第６図は、同実施例の動作を説明する
ためのタイミング図、第７図は、この種測長装置におけ
るスケール部を説明するための図、第８図は、従来の測
長装置を説明するためのブロック図である。１・・・メインスケール２・・・インデックススケール８・・・変調加算部　　　９・・・クロック発振器１０
・・・分周器　　　　　１２・・・パルスカウンタ１３
・・・比較カウンタ　　１４・・・比較器１５・・・補
正パルス発生器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被測定物が単位長移動する毎に一個の信号を発生
するスケール部から出力される９０°位相の異なる二つ
の出力信号を計数し、前記被測定物の移動量と移動方向
を検出する測長装置において、前記スケール部の出力信号よりも高い周波数をもつ搬送
波信号を形成する搬送波発生部と、この搬送波発生部か
ら出力される搬送波信号を前記スケール部から出力され
る二つの出力信号で変調加算し、前記被測定物の移動量
を位相分として含む被変調信号を形成する変調加算部と
この変調加算部から得られる被変調信号の一周期中に含
まれる所定周期のクロックを計数する計数部からなるこ
とを特徴とする測長装置。
（２）前記搬送波発生部は、所定周期の基準クロックを
発生するクロック発振器と、このクロック発振器の出力
クロック信号を分周する分周器とからなる特許請求の範
囲第１項記載の測長装置。
（３）前記計数部は、前記変調加算部から出力される被
変調信号の一周期中に含まれる前記基準クロックを計数
するパルスカウンタと、このパルスカウンタの計数値を
基準値と比較する比較部とからなる特許請求の範囲第１
項又は第２項記載の測長装置。
（４）前記比較部は、前記パルスカウンタの計数値がプ
リセットされる可逆カウンタからなる比較カウンタと、
この比較カウンタの計数値とあらかじめ設定された基準
値とを比較する比較器と、この比較器の比較結果に応じ
て前記比較カウンタに前記基準クロックをアップカウン
ト用又はダウンカウント用パルスとして送出する補正パ
ルス発生器とからなる特許請求の範囲第３項記載の測長
装置。
（５）前記基準値が、前記分周器の分周数である特許請
求の範囲第４項記載の測長装置。