JPS6310768B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は長さや角度を測定するためのエンコ
ーダに係り、特に測定の高精度化、高分解能化を
図つたエンコーダに関するものである。 従来エンコーダとしてリニアエンコーダ、ロー
タリエンコーダが知られており、リニアエンコー
ダの長さの測定に、またロータリエンコーダは角
度の測定に使用されるが、これら２つは本質的に
同じでエンコーダの配列が直線上か円周上かの相
違があるだけである。またエンコーダの種類とし
て光を利用した光電式、磁気または電磁誘導を利
用したものなどがある。 しかして、長さや角度の読み取り測定を行なう
とき目盛の製作にあたつてその細分化には製造上
の限度があり、従つて最少測定限度は目盛の細分
化の限界によつて決められる。この限度を超えて
さらに微小量の測定を行なうには最小目盛間を内
挿する必要があり、そのために従来より種々の方
法が考えられている。 その１つとして光学式エンコーダの場合コード
板の目盛に相当する光学格子の情報を読み出すた
めにセンサーを２個設け、その各々によつて互い
にコード板1/4ピツチすなわち位相角90゜の位相差
をもつた情報を読み出し、これら２つの信号を処
理することによつてコード板の格子パターンの最
小目盛間の内挿を行う方法がある。そしてその内
挿の仕方として次の３つの方法が知られている。
すなわち第１は零点基準内挿法と呼ばれるもの
で、コード板から読み出した２つの位相の異なる
正弦波状の信号の零電位を切る点を基準として方
形パルスに成形し、２つのパルス系列の方形パル
スの立上り、立下りのエツジを計数することによ
つて一周期の間を内挿するものである。また第２
は振幅基準内挿法と呼ばれるもので、やはり同様
にエンコーダより得られる90゜の位相差をもつ出
力信号の振幅に一定の比の差をもたせて合成する
ことによつて１周期の間を内挿するものである。
さらに第３は位相基準内挿法と呼ばれるもので、
やはり90゜の位相差をもつた２つの信号を一定の
周波数をもつた搬送波で変調し、これらの合成波
と搬送波との位相差を検出して１周期の間を内挿
するものである。 しかしながら上述した内挿法により高い分解能
を得る為には、複雑な処理回路を必要とする欠点
があつた。 この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、
有効な内挿法を採用した高精度かつ高分解能なエ
ンコーダを提供することにある。 以下、図面を参照しながらこの発明を説明す
る。 まず、光学式エンコーダを例にあげてこの発明
の原理について述べる。 第１図ａにおいて１は光学格子（コード板）
で、光の透過率に差をもたせた部分が周期的に配
列されている。 ここで、このコード板１は1/2ピツチの長さを
Ｗ、NWの長さをＬとする。また、第１図ｂにお
いて２はNWに対応するＮ＋１個の光電変換素子
を有するリニアセンサーで、各素子間のピツチＰ
はＰ＝WN／（Ｎ＋１）である。さらにこれら光
電変換素子は各々独立して信号を出力するように
している。すなわち、この発明ではコード板１と
リニアセンサー２を設け、コード板１である光学
格子の長さＬの間に透明、不透明のスリツトを全
部でＮ個設け、一方同一長内にリニアセンサー２
のＮ＋１個の光学変換素子を存在させ、コード板
１を透過する光をこれらの光電変換素子で受光す
るようにしたものである。従つて、この発明では
上記リニアセンサー２はいわゆる副尺として用い
られることになる。なお明細書中においては透過
率“１”の光学格子および透過率“０”の光学格
子のいずれもスリツトと呼ぶ。 次に、第２図においてコード板１とリニアセン
サー２の相体的な移動を考える。第２図ａはコー
ド板を示し、また第２図ｂ〜ｇはリニアセンサー
を示す。そして、コード板１の１つのスリツトの
縦方向の一辺を基準にとり、この基準線Ａとリニ
アセンサー２の一端が一致している状態（第２図
ｂ）より順次リニアセンサー２が右の方向に移動
すると考える。ここで移動量Ｓは格子のスリツト
幅をＷとし、S₀＝Ｗ／（Ｎ＋１）を長さの１単位
として考える。そして、第２図ｃ，ｄ，ｅに示す
ようにＳ＝S₀、2S₀、3S₀と移動量が増加し第２図
ｆの状態ではＳ＝（Ｎ＋１）S₀＝Ｗすなわちコー
ド板１の1/2周期移動したことになり、さらに第
２図ｇの状態で丁度コード板１の１周期移動した
ことになる。 今、コード板１を光の完全透過と完全不透過の
規則格子としＮ＝10とする。従つて長さＬに存在
するリニアセンサー２の素子数は11（＝Ｎ＋１）
となる。このコード板を透過した平行光線をリニ
アセンサー２で受光しその各素子には照射された
光量に比例した電気信号が得られる。この電気信
号量の相対値と移動量Ｓの値との関係を第１表に
示す。

【表】

【表】 この表の数値はリニアセンサー２の１つの素子
の全面が完全に光で照射された場合の信号を10と
し、光の入射が無い場合の信号を０とした相対値
である。 第３図ａ〜ｖは、リニアセンサー２の各素子よ
りの信号を時系列に読み出したときのその波高値
を示すものである。第４図ａ〜ｄは第３図ａ〜ｖ
のうちａ，ｂ，ｌ，ｍに対応した図で、リニアセ
ンサー２の各素子のうち奇数番目の素子から得ら
れる信号を第１の系列とし、また偶数番目の素子
から得られる信号を第２の系列として、移動に伴
なうこれら第１及び第２の系列の変化の様子を示
している。これらの図において第１の系列と第２
の系列の信号レベルが同一になる点が移動量Ｓの
変化とともに変化していることがわかる。すなわ
ちたとえばＳ＝０のときは素子番号６の位置に交
点が存在し、またＳ＝S₀のときは素子番号７の位
置に交点が存在する。ここで第４図ａ〜ｄにおけ
る交点は、第３図ａ〜ｖにおける位相反転点に相
当する。従つて交点（位相反転点）がたとえば素
子番号６の位置にあるときを基準として交点（位
相反転点）の移動量を測定することによりコード
板１とリニアセンサー２との相対移動量を高精度
に測定することができる。この場合、奇数番目の
素子から得られる第１の系列が偶数番目の素子か
ら得られる第２の系列よりも大きい範囲例えば第
３図ａ又は第４図ａで１〜６番目の素子の範囲を
正位相と定義すると、６〜11番目の素子では奇数
素子出力が偶数素子出力より小さくなつており逆
位相と判定できる。また、第３図ａ又は第４図ａ
の状態からコード板１、リニアセンサー２が11S₀
だけ移動し第３図ｌ又は第４図ｃになると、この
場合、反転点は上記と同じ６番目の素子である
が、逆相から正相への反転になつている。このこ
とから、反転点を同じにして移動量が11S₀だけ異
なる２つの位置を区別できることになる。すなわ
ち第３図において位相反転点にのみ注目すると、
これは11S₀（＝Ｗ）を周期にしているので上述し
たように位相反転の検出によりＷ内を高精度に内
挿できるのに加え更に位相反転点において位相が
正相から逆相に変化したのか或いはその逆かを検
知することにより22S₀（＝2W）の範囲を高精度に
内挿できることになる。 ここで、上記位相反転点を求めるには第５図に
示すようにリニアセンサー２よりのパルス信号の
波高値を例えば50±５％のレベルでデイスクリミ
ネートし、その波高値のパルスの位置を求めるよ
うにすればよい。 以上が、この発明の測定原理であるが、実際の
リニアセンサーの各受光エレメントは分割されて
いるので光の不感帯が存在する。すなわち第６図
ａ，ｂに示すようにコード板１のスリツト幅をＷ
とし、これと副尺関係にあるリニアセンサー２の
各素子の幅をＰとしたとき幅Ｐのうちの幅ｌが光
の不感帯となる。このように不感帯がある場合に
ついて簡単に説明する。今ｌが長さの１単位S₀＝
Ｗ／（Ｎ＋１）の倍数すなわちｌ＝αS₀として考
える。ここでＮ＝10α＝３とすると、Ｐ＝WN／
（Ｎ＋１）であるからｌ＝0.3Pとなり、副尺的関
係にあるリニアセンサー２の各素子幅の30％が光
に対して感度をもたないことになる。このリニア
センサーでコード板を透過する光を受けた場合の
信号は第７図ａ〜ｆの如くとなる。第７図ａ〜ｆ
はＳ＝０、S₀、2S₀、11S₀、12S₀、13S₀のみにつ
いて例示したものであるがこれらの図からわかる
ように、この場合にも位相の反転が検出され、前
述の測定原理と同様、この位相反転点の移動量お
よび反転点前後での位相の正逆の判定を用いて高
精度高分解能の内挿を行なうことができる。 次にリニアセンサー２の各素子の幅ＰがWN／
（Ｎ−１）の場合及びWN／（Ｎ＋２）の場合に
ついて以下に述べる。先ずＰ＝WN／（Ｎ−１）、
（Ｎ＝10、α＝０）の場合のリニアセンサーの信
号は第８図ａ〜ｊのようになる。但し第８図ａ〜
ｊはＳ＝０、S₀、………9S₀の場合を例示したも
のである。これらの図が明らかなようにこの場合
もやはり位相の反転が検出され、この位相反転点
がＳの量に従つて移動していることがわかる。例
えばＳ＝０のときの位相反転は素子番号５の位置
にあり、またＳ＝S₀のときは４、Ｓ＝2S₀のとき
は３の如くである。ここでわかるようにＰ＝
WN／（Ｎ−１）の場合の位相反転点の移動量Ｓ
の方向と逆になつている。しかしこの事実は測定
原理を何ら否定するものではない。次にＰ＝
WN／（Ｎ＋２）、（Ｎ＝10、α＝２）の場合を考
える。この場合のリニアセンサー２の出力信号は
第９図ａ〜ｌに示すようになる。これらの図が示
す如く、この場合は位相反転が２個所に現れる。
すなわちＳ＝０のときの位相反転は素子番号3.5
と9.5の位置に現われる。（実際には3.5や9.5とい
う素子はないが、素子番号３と４の出力が同じで
あること、また素子番号９と10の出力が同じであ
ることを検出すればそれらの中間位置が位相反転
点であるとして決定できる。）従つてこの２個所
の平均位置あるいは片方の位置および反転点前後
での位相の正逆を検出すれば、この位相と相対郁
動量Ｓとが１対１に対応することになり、コード
板の目盛を内挿することができる。 以上のこの発明の測定原理の説明は、コード板
が直線的に配列されている場合であるが、円形の
コード板とこれに副尺として円弧状又は直線状の
リニアセンサーを設けた場合でも全く同様である
ことは容易に理解できるところである。そして円
形コード板とこれに副尺として円弧状又は直線状
のリニアセンサーを配列することによつて回転角
の高精度な測定を行うことを可能とする。 次に上記測定原理を用いた本発明の光学式エン
コーダの一実施例を第１０図ａ，ｂ及び第１１図
ａ〜ｅを用いて説明する。第１０図ａにおいて１
はコード板で、移動量を測定しようとする部材例
えば工作機類の移動台、回転テーブルあるいは投
影機や工具顕微鏡類の移動数物台などの一部に固
定される。また２はリニアセンサーで、コード板
１に並行して設置される。ここでリニアセンサー
２は静止しておりコード板１が部材の移動ととも
に移動するので両者は相対移動を行う。そして光
源３の光を、レンズ４を介して平行光としてコー
ド板１を照射する。コード板１を透過した光はコ
ード板１上のパターンに対応した光強度のパター
ンをもつた光となり、レンズ５を経てコード板１
の背後にあるCCDリニアセンサー２の受光面上
に投射される。レンズ５の倍率を変えることによ
りコード板とリニアセンサー間の副尺関係を任意
に設定できる。ここで今第１０図ｂに示すように
コード板１の光学格子を幅10μｍの白黒等間隔の
スリツトを配列したものとし、またこのコード板
１に副尺的関係にあるリニアセンサー２をコード
板の長さ100μｍに対して光電変換素子11個を配
列したものとする。すなわちコード板１の５ピツ
チ（Ｎ＝10）内に11個（Ｎ＋１個）の素子が配列
されるものとする。 コード板１とリニアセンサー２とが第１０図ｂ
に示す位置関係にある場合のリニアセンサー２の
出力は、第１１図ａに示すようになる。この波形
はコード板１とリニアセンサー２との相対位置で
決まる。そして、コード板が１周期（＝１ピツ
チ）移動する間はその波形は第１１図ａに示す波
形から移動量に応じて順次に変化していき、コー
ド板が１周期移動すると再び第１１図ａに示す波
形のようになり、以後順次これを繰返す。 次に、上記の如きリニアセンサー２の出力信号
を用いて相対移動量を測定する方法について説明
する。 第１０図ａに示すこの発明の装置によれば、イ
ンクリメンタル方式によつて「粗読」が行われ、
アブソリユート方式によつて「微読」が達成され
る。すなわちある時点からコード板のスリツトが
何個移動したかによつて先ず粗読を行い、コード
板が静止した時点における微読を前述の内挿原理
によつて行おうとするものである。 先ず粗読の方法から説明する。これまでの説明
からも明らかなように、リニアセンサー２上の特
定の１つの素子の出力だけに注目すると、その素
子のリニアセンサー１走査毎の出力は、2Wの移
動量を１周期とした正弦波状の出力となる。この
ことは第１表に示した11個の素子のいずれか１個
に注目して、相対移動量Ｓに伴なう素子出力の値
をみても明らかである。そこでこの発明では第１
０図ａに示すように、リニアセンサー２の出力を
増幅器６を介してサンプルアンドホールド回路７
に導びき、このサンプルアンドホールド回路７に
よつてある特定の素子の出力をリニアセンサーの
走査毎に繰り返してサンプルホールドし、その出
力をサンプル間隔に応じた適当な時定数をもつ積
分器８によつて包絡線検波して上記正弦波状の信
号を得るようにしている。ここでサンプルアンド
ホールド回路７によつてサンプルホールドすべき
時点の決定（すなわちその出力がサンプルホール
ドされるところの素子の決定）は駆動回路９より
送られてくるサンプリング信号によつてなされ
る。すなわち駆動回路９は例えばリニアセンサー
２の内容を読み出すためのクロツクパルスをカウ
ンタで数え、そのカウント数とレジスタ中に貯え
られた所定の値とを比較器で比較して、その一致
信号をサンプリング信号として得るようにされて
いる。 本実施例ではレジスタ中に１なる値を記憶させ
ておくことにより、リニアセンサーの１番目の素
子内容が読み出される毎にその値をサンプルホー
ルドするものとする。 積分器８の出力は次にシユミツトトリガー回路
１０に加えられ、適当なスライスレベル（例えば
50％のレベル）で方形波に変換され、この方形波
の立上り、立下りエツジが計数器１１によつて計
数される。すなわちこの方形波の立上りから立下
りまであるいは立ち下りから立上りまでがコード
板１のスリツト幅Ｗに１対１に対応するため、上
記計数器１１の計数値から、スリツト幅Ｗを最小
単位とした移動量の測定が可能となる。計数器１
１はコード板１が移動している間計数を進め、コ
ード板１が停止すると計数器１１の計数も停止す
る。そして計数器１１によつて得られた計数値は
換算回路１２に加えられ、実際の移動量が求めら
れる。なお粗読の際の上記計数器１１の計数方向
の判定、つまり立上り、立下りエツジを加算計数
するか減算計数するかの判定は、注目した１つの
素子の出力と位相のずれを生ずるような任意の素
子の出力とを合せて調べ、両方の位相の進みある
いは遅れの状態より容易に行える。 以上が粗読の方法についてであるが、上述の説
明から明らかなように粗読における測定の最小単
位はスリツト幅Ｗである。従つてそれ以上の精度
で読み取るために先に述べた原理による内挿が行
われる。以下この微読の方法について説明する。 第１０図ａにおいて増幅器６の出力は信号分配
器１３に加えられる。この信号分配器１３はリニ
アセンサー２の偶数番目の素子の信号と奇数番目
の素子の信号とに分配するための回路で、簡単な
ゲート回路によつて構成されている。この分配器
１３によつて分配された２つのパルス系列の信号
は各々包絡線検波器１４，１５に供給されて包絡
線検波される。その結果第１１図ａに示すリニア
センサー２の出力信号は第１１図ｂ及び第１１図
ｃに示すようになる。これらの信号は次に比較器
１６によつて比較され、２つの信号が同一電位に
なる点で比較出力が発生される。そしてこの比較
出力は計数器１７に加えられ、計数器１７は、そ
の時点で始点からこれまでカウントしていたクロ
ツクパルスの数（カウント数）を補正器２６に出
力する。第１１図ｄは包絡線検波器１４，１５の
出力を比較器１６で比較している状態を示し、第
１１図ｅは計数器１７のカウント状態を示す。第
１１図ｅは６個のクロツクパルスを数えたとき比
較出力が発生される例を示したものである。 一方、包絡線検出器１４，１５の出力は位相判
定器２５に与えられる。この判定器２５は位相反
転点前後での位相を判定するもので、正相から逆
相のとき１、逆相から正相のとき０の判定出力を
夫々発生する。また、この判定器２５の出力は位
相補正器２６に与えられる。この補正器２６は上
記位相判定器２５からの入力が１のとき計数器１
７の計数結果をそのまま換算回路１２に与え、ま
た入力が０のときは計数器１７の計数結果に11を
加え、これを換算回路１２に与える。 このようにして、コード板のスリツト幅の倍の
長さ2W内或いはコード板のパターンのピツチ内
を1/2（Ｎ＋１）、（Ｎ＝10）の分解能で読み取る
ことにより微読が行なわれる。 こうして得られた微読結果は上述の粗読結果と
同様に換算回路１２によつて実際の移動量に換算
され表示装置１８に表示される。 以上の説明では、微読は、あらかじめ定められ
た始点（以上の例では、リニアセンサーの走査開
始点）より位相反転点までをクロツクパルスによ
つて計数することにより行なつているが、以下の
方法に依れば位相反転点より、あらかじめ定めら
れた終点までのクロツクパルスを計数することに
よつても同様に微読を行なうことが出来る。 第１０図ｃに於て、計数器１，１７１が、計数
開始及び計数停止の制御入力をもつ計数器とする
と、比較器１６の出力によつて計数を開始させ、
かつ比較器１７３の出力で計数を停止させる。こ
こで比較器１７３は、計数器２，１７２の計数出
力と、レジスター１７４に設定されている値が等
しくなつた時に計数器１，１７１の計数を停止さ
せるものであり、レジスタ１７４に終点のアドレ
スを設定しておく事により、計数器１，１７１は
検出された位相反転点より設定された終点までの
クロツクパルスの計数値を出力する。今、あらか
じめ定められた終点を第１０図ｂに於て、リニア
センサーの11番目素子と定めるなら、レジスタ１
７４には“11”という値を設定すればよい。更に
図示しない引算器を計数器１，１７１の出力と位
相補正器２６の入力との間に設け無条件に、ある
設定値より計数器１，１７１の計数値を減算する
様にするなら、位相補正器に入力される値を、始
点より計数した計数値と等しくすることが出来
る。第１０図ｂに於て、設定される終点が“11”
なら図示しない引算器には“12”を設定すればよ
いことは明らかであろう。これにより以下の処理
方式は始点より位相反転点までを計数した時とす
べて同等のものとなる。 なお、包絡線検波器１４，１５の一構成例を第
１６図ａに示す。これらはサンプルアンドホール
ド回路２３および積分器２４とからなり、サンプ
ルアンドホールド回路２３には奇数番目毎のクロ
ツクパルス（検波器１４の場合）又は偶数番目毎
のクロツクパルス（検波器１５の場合）が供給さ
れる。また、位相判定器２５と位相補正器２６の
一構成例を第１６図ｂおよびｃに示す。位相判定
器２５は差動増巾器２５１とシユミツトトリガ２
５２とからなり正位相のとき１、逆位相のときは
０を出力する。また位相補正器２６は信号選択器
２６１と加算器２６２とからなり正位相のときは
信号選択器２６１より０出力を発生し加算器２６
２より計数器１７の計数結果をそのまま出力し、
逆位相のとき信号選択器２６１より定数11S₀を発
生し加算器２６２より計数器１７の計数結果に11
を加算したものを出力する。 以上述べたように上記実施例は光の透過率に一
定の比をもたせたスリツトを周期的に配列した光
学格子と、これに副尺的関係をもたせた光電変換
素子を上記光学格子に並行して配列した光電変換
装置とを備え、上記光学格子に光を照射したとき
に上記光電変換装置から得られる電気信号を用い
て上記光学格子の１ピツチ内を内挿読み取りする
ようにしたものである。この場合光電変換素子
（Ｎ＋１）個上にはＮ個のスリツトの像が投影さ
れているので、センサーのピツチの１／Ｎという
高精度の内挿が可能である。 第１２図はこの発明の他の実施例を示す図であ
る。但し本実施例は微読のための回路のみが示さ
れている。この実施例の場合も光源３から発され
た光はレンズ４を介して平行光とされ、この平行
光でコード板１が照射される。そしてコード板１
の像はレンズ５でリニアセンサー２上に結像され
る。結像することによりコード板１のパターンと
リニアセンサー素子構造との副尺関係を発生させ
る。この場合コード板１のパターンとリニアセン
サー２の構造を第１２図ｂに示すものとすると、
増巾器６の出力は第１３図ａに示すようなパルス
列となる。この信号は包絡線検波器１９に供給さ
れ第１３図ｂに示すような信号とされる。そし
て、この信号は位相反転弁別器２０に加えられ、
同図ｂの信号のうち正相から逆相への位相反転点
Ｐが検出される。また計数器１７は予め定められ
た始点からクロツクパルスを計数しており、位相
反転弁別器２０によつて正相から逆相への位相反
転点Ｐが検出されたとき計数動作を停止する。こ
の様子を第１３図ｃに示す。この場合逆相から正
相への位相反転点の検出も同様である。しかし
て、計算器１７の計数結果は換算回路１２に供給
されて実際の移動量が求められる。そして、換算
回路１２の出力は表示装置１８によつて表示され
る。なお包絡線検波器１９としては第１６図に示
すものを用いている。 第１４図はこの発明のさらに他の実施例を示す
図である。ここで、この実施例のものも微読のた
めの回路のみを示している。また、コード板１と
リニアセンサー２の構造も第１２図ｂに示すもの
とする。この実施例の場合は増巾器６の出力（第
１５図ａ）はパルス成形器２１に加えられて第１
５図ｂに示すような信号に形成される。そして、
この信号は次にパルス波高分折器２２に加えられ
て50％±△の波高値を持ち位相が正相から逆相に
なる信号が到来する時点が検出されその時点まで
のクロツクパルス数が計数器１７で計数される。 すなわち、第１５図ｂに示す信号の波高値を50
％のレベルで弁別し、50％以上のものを“１”レ
ベル以下のものを“０”レベルとした２値のパル
スコードで変換して第１５図ｂの信号を第１５図
ｃに示すような“１”“０”のパルス系列となる
ように第１４図中のパルス波高分折器２２を構成
すれば１〜５が正相、６〜16が逆相、17〜20が正
相になつていることが判り、この信号から位相の
反転点およびその前後での位相の正相、逆相を容
易に検出することができる。 次に第１７図に上記各実施例に用いられる換算
回路１２の一構成例を示す。ここで、計数器１１
による計数値をＡ、第１０図の位相補正器２６又
は第１２、第１４図の計数器１７による計数値を
Ｂとすれば、Ａは粗読による計数結果、Ｂは微読
による計数結果である。 Ａ及びＢはそれぞれレジスタ１２１，１２２に
セツトされる。次にレジスタ１２２の値Ｂをアド
レス信号としてROM１２３より対応する内挿値
Ｃを読み出し、レジスタ１２４にセツトする。
ROM１２３は第２表に示すような対応表を収容
している。

【表】

【表】 第２表においては説明の便宜上アドレスＢ及び
そのアドレスの内容ともに10進数で表現した。た
だし、計数値Ｂはリニアセンサー２の左端から第
何番目に位相変化点があるかを示している。この
対応表は計数値Ｂ（すなわち、位相変化点の位置）
と内挿値Ｃとの関係を示している。例えば計数値
Ｂが７であればこれは第３図ｂに示すように位相
変化点が第７ビツトにある場合であり、このとき
のリニアセンサー２とコード板１とはS₀だけずれ
ている。よつて内挿値はコード板１のスリツト幅
Ｗに対して1/11である。 次にレジスタ１２１の内容Ａつまり粗読値とレ
ジスタ１２４の内容つまり微読値Ｃとを桁照合加
算器１２５によつて加算する。ところが、このと
き粗読値Ａあるいは微読値Ｃが変化する近傍で
は、粗読値Ａ、微読値Ｃを単純に加算すると粗読
値Ａの最小分解能に相当する誤差を生ずる可能性
がある。これは、上位桁（粗読）、下位桁（微読）
を、異なる手段にて読みとる様な装置に於ては必
然的に生ずる問題である。例えば上位桁の読み取
りの分解能が“１”であり、下位桁はそれを1/10
に内挿して読み取る様な装置を考えてみれば上位
桁が変化する近傍又は下位桁より上位桁へ桁上
り、桁下りが生ずる様な近傍で上記の様な問題が
起るという事は明らかである。 本発明では、以上の問題を解決する為に、上位
桁（粗読）の最小分解能を下位桁（微読）による
内挿範囲より小さくとり、上位桁（粗読）の読み
値と下位桁（微読）の読み値の照合、判定を行な
つている。以下これを桁合せと呼ぶ。 その最も好ましい一例として粗読をピツチＷを
単位として行ない微読の範囲を2Wとして行なう
場合を第１８図により説明する。図においてａは
粗読値を示し変化量がＷだけ増大するにつれて値
が１だけ増加している。ここでＮは偶数とする。
またｂは微読値の変化を示し、2Wを周期として
０から21/11までの値をとり得るようにしている。 この例では微読値の変化点（21/11→０）が粗
読値の桁上げ時点よりずれている。これは、内挿
値の基準零点、及び粗読を行なう素子の選択によ
つて定まるものである。これまでの説明では、内
挿値の基準零点を第２図ｂの状態でＳ＝０、つま
り、コード板とリニアセンサーアレイとの相対移
動が零と定めており、又、粗読を行なう為の特定
の素子を、第２図ｂに於けるリニアセンサーアレ
イのうちの素子番号“１”のものと定めている。
従つて内挿値の基準零点、及び粗読の為の素子を
上記の例とは別に任意に選ぶなら、第２表の対応
表及び、第１８図の粗読、微読の関係も、それに
応じて変化する為、以下に説明する桁合せの処理
方法、第１９図に於けるフロートチヤートは、そ
れぞれに応じて最適の手段を選ぶ必要がある。し
かしこの事は、本発明の主旨をなんらまげるもの
ではない。 次に第１８図に於ける関係が成立している様な
場合についての処理方法を第１９図のフローチヤ
ートを参照にして説明する。 まず粗読値Ａが偶数か奇数かをブロツク１３１
で判定する。いま、Ａが偶数の場合微読値Ｃが１
より大きいか否かをブロツク１３２で判定する。
そしてＣ＞１のときは第１８図のαに示す区間で
あるから、このときはブロツク１３３にて粗読値
Ａから２を減じたものに微読値Ｃを加えた、（Ａ
−２）＋Ｃを求める。またＡが偶数でＣ１のと
きは第１８図中βを示す区間であるから、このと
きはブロツク１３４にてＡ＋Ｃを求める。更にＡ
が奇数の場合は第１８図中γを示す区間であるか
らこの場合はブロツク１３５にて（Ａ−１）にＣ
を加えた（Ａ−１）＋Ｃを求める。そして、これ
らブロツク１３３〜１３５にて求められた値はブ
ロツク１３６に与えられ、ここでＤが乗じられた
位置又は角度データに変換され表示装置１８に与
えられる。 このように粗読値Ａおよび微読値Ｃの値に応じ
て演算を変換することにより上述の問題点を除去
できることになる。 尚、上述ではスリツトが白のとき粗読値が０と
なるように粗読値の基準点を定めたが、スリツト
黒のとき粗読値が０となるよう基準点を定める
と、微読値の変化点は粗読値が奇数の際に生じ
る。この場合には第１９図においてブロツク１３
１の判定を逆にすればよい。また、微読値の変化
点が粗読の桁上げと一致するように定めたときも
同様に上記桁合せを粗読値および微読値の判定か
ら行なうこともできる。また、上記説明では粗読
値Ａがスリツト白→黒（黒→白）での変化点の計
数値として得られ、この値が偶数か奇数かを判定
したが、この計数値を実際の移動量又は変位角に
換算し、この値が粗読のピツチに対応する実際の
単位移動量又は変位角の偶数倍であるか奇数倍で
あるかを判定してもよい。 更に粗読はインクリメント方式にかぎらずアブ
ソリユート方式を用いてもよい。要は粗読がピツ
チＷを単位とするものであれば微読をピツチＷよ
り大きな周期でで行なえばよい。更に一般的にい
えば、先に述べた通りの粗読の最小分解能を微読
による内挿範囲より小さくとればよい。従つて微
読の範囲をＷとし、粗読の分解能をＷより小さく
してもよい。粗読の分解能をＷより小さくするこ
とは、例えばセンサー素子出力を複数のスレツシ
ヨールド回路で検出する等の手段によりレベル内
挿することで実現出来る。なお、上記微読の範囲
2Wの内挿にあつては必ずしもリニアセンサーが
2Wに相当するエレメント数をもつ必要はなく実
質的に2Wの内挿を行なうものであればよい。 以上詳細に説明したように、この発明は“１”、
“０”情報が周期的に配列されてなる格子パター
ンを有するコード板に対してこのコード板の格子
パターンを読み取るセンサーに副尺関係を持たせ
たことに特徴を有するものである。これによつて
従来のものでは得られなかつた高精度な内挿が可
能である。また格子パターンのスリツト数とセン
サーの素子数との対応関係を変化させるだけで任
意の精度を容易に実現することができる。 この発明は上記実施例に何ら限定されるもので
はなく、以下に示すように種々変形して実施する
ことができる。 (1) コード板及びセンサーとしては実施例のよう
に光学的なものではなく、磁気又は電磁誘導を
利用してもよい。特に磁気を利用するエンコー
ダは特殊な用途に用いられ光学式のものに較べ
て精度が低いという欠点があつたが本発明を適
用することにより充分な精度向上が計れる。 (2) 上記実施例では直線上もしくは円弧状のコー
ド板及びセンサーを相対的に移動させた場合の
位置又は角度を測定するものとしたか、コード
板及びセンサーを固定しておき、コード板の像
が変位可能体例えば反射鏡で反射した後センサ
ーに投影されるように構成すれば、その物体の
変位量を高精度で読み取ることができる。 (3) 光学式エンコーダとしては、コード板の透過
像を用いることなく、コード板による反射像を
センサーに投影するように構成することができ
る。 (4) この発明は微読による内挿読に特徴を有する
ものであるから、従来から知られているコード
板の１ピツチまでの測定方法であるインクリメ
ンタル方式もしくはアブソリユート方式等から
なる粗読方法を併用して用いてもよい。 (5) 光学式エンコーダに於てはパターンの部分的
な欠陥の影響を避ける為に長方形のセンサ素子
とすることが有効である。又カマボコ型のレン
ズを使用しても同様な効果を得ることが出来
る。 (6) 上記実施例ではスリツト幅と光電変換素子の
ピツチがほぼ１：１に対応する副尺関係につい
て説明したがほぼ２：１或は３：１等に対応す
る副尺関係も可能である。この場合には光電変
換素子２個或いは３個等を１群として信号処理
すればよい。この様な構成にすると環境条件に
より良好な縁像状態が得られない場合、或いは
移動状態での読み取りに若干有利となる。 その他のリニアセンサーからの出力信号を処
理する信号処理系についても上記実施例以外の
種々の回路構成を用いることができることは言
うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第９図ａ〜ｌはこの発明の原理を説
明するための図、第１０図ａはこの発明の一実施
例を示す図、第１０図ｂは第１０図ａで用いられ
るコード板とリニアセンサーの配置関係を説明す
るための図、第１０図ｃは同実施例の微読の他例
を示す図第１１図ａ〜ｅは第１０図ａに示した実
施例の各部信号波形図、第１２図ａ，ｂはこの発
明の他の実施例を示す図、第１３図ａ〜ｃは第１
２図に示した実施例の各部信号波形図、第１４図
はこの発明のさらに他の実施例を示す図、第１５
図ａ〜ｃは第１４図に示した実施例の各部信号波
形図、第１６図乃至第１９図はこの発明の一実施
例の一部分の具体的構成例を示す図である。 １……コード板、２……リニアセンサー、３…
…光源、４，５……レンズ、６……増幅器、９…
…駆動回路、１２……換算回路、１３……信号分
配器、１４，１５，１９……包絡線検波器、１６
……比較器、１７……計数器、１８……表示装
置、２０……位相弁別器、２１……パルス成形
器、２２……パルス波高分折器、２５……位相判
定器、２６……位相補正器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ “１”“０”情報が周期的に配列されてなる
   格子パターンを有するコード板と、このコード板
   の前記格子パターンを読み取るセンサー素子群を
   前記格子に並行してアレイ状に配列してなるセン
   サーにより構成され、前記コード板の所定長内に
   存在するスリツト数とこれに対応する長さ内に存
   在する前記センサー素子数との間に差をもたせる
   ことによつて前記センサから読み出される信号に
   より前記コード板の格子パターンピツチ内を高精
   度で内挿するようにしたものにおいて、前記セン
   サーの各素子の出力信号をクロツクパルスによつ
   て順次取り出すとともに、この信号の位相反転点
   とその前後での位相の反転状態を検出することに
   より前記内挿を行なう手段をもちかつアレイ状に
   配列された前記素子群のピツチを最小単位として
   得られる粗読の分解能を前記クロツクパルスの計
   数結果より得られる微読の内挿範囲より小さくと
   るようにしたことを特徴とするエンコーダ。 ２ 前記内挿を行なう手段は、クロツクパルスに
   より、時系列に取り出された各センサー素子の出
   力の位相が正相から逆相に、又は逆相から正相へ
   と変化する、いずれかの位相反転点を基準とし、
   あらかじめ定められた始点より基準点まで、もし
   くは、基準点よりあらかじめ定められた終点まで
   前記クロツクパルスを計数することによつて行な
   う特許請求の範囲第１項記載のエンコーダー。 ３ 前記内挿を行なう手段は、あらかじめ定めら
   れた始点より位相反転点まで、もしくは、位相反
   転点よりあらかじめ定められた終点までを前記ク
   ロツクパルスにより計数し、その計数結果を、位
   相反転点前後での位相の正、逆を検出する事によ
   り補正する事を特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のエンコーダー。