特許 7028652 測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-21

(45)【発行日】2022-03-02

(54)【発明の名称】測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/347 20060101AFI20220222BHJP

   H04L 25/02 20060101ALI20220222BHJP

   H04L 25/38 20060101ALI20220222BHJP

【ＦＩ】

G01D5/347 110L

H04L25/02 V

H04L25/38 T

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018004922

(22)【出願日】2018-01-16

(65)【公開番号】P2019124568

(43)【公開日】2019-07-25

【審査請求日】2020-12-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(74)【代理人】

【識別番号】100154070

【弁理士】

【氏名又は名称】久恒 京範

(74)【代理人】

【識別番号】100153280

【弁理士】

【氏名又は名称】寺川 賢祐

(72)【発明者】

【氏名】小林 博和

(72)【発明者】

【氏名】河合 章生

【審査官】岩本 太一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－０６５８０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２８４５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０６４６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１４５３５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

Ｇ０１Ｄ ５／２６－ ５／３８

Ｈ０４Ｌ ２５／００－２５／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を発する発光部と、
前記発光部が発した光の少なくとも一部を通過させる、それぞれパターンが異なる複数のトラックを有するスケールと、
前記複数のトラックのそれぞれを介して受けた光の強度に応じた光信号を出力する複数の受光素子を有する受光部と、
前記複数の光信号を時分割多重化したシリアル信号を生成し、生成した前記シリアル信号を送信する信号生成部と、
を有し、
前記信号生成部は、前記複数の光信号の全てを時分割多重化して１つの前記シリアル信号を生成するモードと、前記複数の光信号を２つのグループに分けてグループごとに時分割多重化して２つの前記シリアル信号を生成するモードとを切り替えることができる、測定装置。

【請求項2】

前記信号生成部は、前記複数の光信号のレベルを所定の時間にわたって保持するレベル保持部を有し、前記レベル保持部が保持した前記複数の光信号を時分割多重化してシリアル信号を生成する、
請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

前記信号生成部は、第１位相の複数の光信号を時分割多重化した第１シリアル信号と、前記第１位相と１８０度の位相差がある第２位相の複数の光信号を時分割多重化した第２シリアル信号を送信する、
請求項１又は２に記載の測定装置。

【請求項4】

前記信号生成部は、前記シリアル信号の波形を調整する波形調整部を有する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。

【請求項5】

前記信号生成部が生成した前記シリアル信号を伝送する伝送路と、
前記伝送路を介して受信した前記シリアル信号から抽出した前記複数の光信号に基づいて、前記スケールと前記受光部との位置関係を特定する位置特定部と、
をさらに有する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の測定装置。

【請求項6】

前記信号生成部は、
前記複数の光信号のうちの１つの光信号を選択する選択部と、
前記選択部が前記１つの光信号を選択するための選択信号を生成する選択信号生成部と、
を有する、
請求項５に記載の測定装置。

【請求項7】

前記選択信号生成部は、前記複数の光信号の周期よりも短い周期で切り替わる前記選択信号を生成する、
請求項６に記載の測定装置。

【請求項8】

前記選択信号生成部は、前記伝送路を介して前記位置特定部から受信したクロックに同期して前記選択信号を生成する、
請求項６又は７に記載の測定装置。

【請求項9】

前記信号生成部は、前記位置特定部が前記シリアル信号に含まれる前記複数の光信号を取得するタイミングを規定するタイミング信号を生成するタイミング信号生成部を有する、
請求項７又は８に記載の測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンコーダを有する測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

スケールと受光素子との位置関係を特定することにより被測定物の位置や変位量を測定する測定装置として光学式エンコーダが知られている。特許文献１には、スケールに設けられた複数のトラックを介して受けた光の強さに対応する複数の光信号を出力する光学式エンコーダが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５９７６２７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

複数のトラックを介して取得した複数の光信号に基づいて絶対位置を特定するためには、複数の光信号に基づいて絶対位置を演算するための処理装置に複数の光信号を伝送させる必要がある。複数の光信号を伝送させるためには光信号の数に相当する伝送路が必要であり、プリント基板に形成される伝送路の面積が大きくなったり、伝送路として用いられるケーブルが太くなったりするという問題が生じていた。

【0005】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、複数の光信号に基づいて絶対位置を測定する測定装置における伝送路の数を低減させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る測定装置は、光を発する発光部と、前記発光部が発した光の少なくとも一部を通過させる、それぞれパターンが異なる複数のトラックを有するスケールと、前記複数のトラックのそれぞれを介して受けた光の強度に応じた光信号を出力する複数の受光素子を有する受光部と、前記複数の光信号を時分割多重化したシリアル信号を生成し、生成した前記シリアル信号を送信する信号生成部と、を有する。

【0007】

前記信号生成部は、前記複数の光信号のレベルを所定の時間にわたって保持するレベル保持部を有し、前記レベル保持部が保持した前記複数の光信号を時分割多重化してシリアル信号を生成してもよい。

【0008】

前記信号生成部は、第１位相の複数の光信号を時分割多重化した第１シリアル信号と、前記第１位相と１８０度の位相差がある第２位相の複数の光信号を時分割多重化した第２シリアル信号を送信してもよい。また、前記信号生成部は、前記シリアル信号の波形を調整する波形調整部を有してもよい。

【0009】

前記測定装置は、前記信号生成部が生成した前記シリアル信号を伝送する伝送路と、前記伝送路を介して受信した前記シリアル信号から抽出した前記複数の光信号に基づいて、前記スケールと前記受光部との位置関係を特定する位置特定部と、をさらに有してもよい。

【0010】

前記信号生成部は、前記複数の光信号のうちの１つの光信号を選択する選択部と、前記選択部が前記１つの光信号を選択するための選択信号を生成する選択信号生成部と、を有してもよい。前記選択信号生成部は、例えば、前記複数の光信号の周期よりも短い周期で切り替わる前記選択信号を生成する。前記選択信号生成部は、前記伝送路を介して前記位置特定部から受信したクロックに同期して前記選択信号を生成してもよい。

【0011】

前記信号生成部は、前記位置特定部が前記シリアル信号に含まれる前記複数の光信号を取得するタイミングを規定するタイミング信号を生成するタイミング信号生成部を有してもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、複数の光信号に基づいて絶対位置を測定する測定装置における伝送路の数を低減させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】測定装置の構成を模式的に示す図である。

【図2】第１実施形態に係る信号生成部の構成を示す図である。

【図3】信号生成部が出力するシリアル信号とクロックとのタイミング関係を示す図である。

【図4】第２実施形態に係る信号生成部の構成を示す図である。

【図5】信号生成部が出力するシリアル信号とクロックとのタイミング関係を示す図である。

【図6】第３実施形態に係る信号生成部の構成を示す図である。

【図7】信号生成部が出力するシリアル信号とクロックとのタイミング関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［測定装置Ｓの構成］
図１は、測定装置Ｓの構成を模式的に示す図である。測定装置Ｓは、インクリメンタル方式及びアブソリュート方式を用いて、被測定物の位置を測定するための装置である。インクリメンタル方式は、動作開始後に設定された初期位置に対するスケールの相対位置を連続して特定し続けることにより位置の測定を行う方式である。アブソリュート方式は、動作開始前から予め定められている測定基準位置に対するスケールの絶対位置を特定することにより位置の測定を行う方式である。

【0015】

測定装置Ｓは、光源１と、レンズ２と、光学格子３と、スケール４と、受光ユニット５と、ケーブル６と、処理装置７とを備える。光源１、レンズ２、光学格子３、スケール４及び受光ユニット５は、位置検出エンコーダとして機能する。ケーブル６は、受光ユニット５が送信するシリアル信号を伝送する伝送路として機能する。処理装置７は、伝送路としてのケーブル６を介して、受光ユニット５を制御するための制御データを含むシリアル信号を送信する。また、処理装置７は、受光ユニット５から受信したシリアル信号に含まれる複数の光信号に基づいて、スケール４と受光ユニット５との位置関係を特定する位置特定部として機能する。

【0016】

光源１は、光を発する発光部として機能するデバイスであり、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。光源１は、レンズ２に向けて光を発する向きに設けられている。

【0017】

レンズ２は、光源１が発した光がスケール４の所定の領域を照明するように、光源１から入射した光の向きを変える。具体的には、レンズ２は、光源１が発した光が、スケール４に形成された複数のトラックを通過して受光ユニット５に到達するように、光源１が発した光を平行光線に変換する。レンズ２において平行光線に変換された光は、光学格子３に入射する。

【0018】

光学格子３は、レンズ２を介して入射した光の照度を均一化させる。具体的には、光学格子３は、レンズ２から入射される平行光線の照度分布が、受光ユニット５内の光を検知する領域において均一になるようにする。なお、レンズ２から発せられる平行光線の照度分布が十分に均一である場合、測定装置Ｓに光学格子３が設けられていなくてもよい。

【0019】

スケール４は、光源１が発した光の少なくとも一部を通過させる、それぞれパターンが異なる複数のトラックを有するパネルである。スケール４は、長手方向に、光を透過する領域と光を透過しない領域とが順次配置された第１トラック４１、第２トラック４２及び第３トラック４３を有する。スケール４は、第１トラック４１、第２トラック４２及び第３トラック４３において、光学格子３を介して入射した光を部分的に透過させて、受光ユニット５内の位置によって強度が異なる透過光を発生させる。

【0020】

第１トラック４１及び第３トラック４３は、アブソリュート方式で被測定物の位置を特定するために用いられるアブソリュートスケールパターン（以下、ＡＢＳパターンという）である。第１トラック４１のパターンの周期は、第３トラック４３のパターンの周期と異なる。

【0021】

第２トラック４２は、インクリメンタル方式で被測定物の位置を特定するために用いられるインクリメンタルスケールパターン（以下、ＩＮＣパターンという）である。第２トラック４２のパターンの周期は、第１トラック４１のパターンの周期及び第３トラック４３のパターンの周期よりも短い。

【0022】

受光ユニット５は、受光部５１と、信号生成部５２と、通信部５３とを有する。
受光部５１は、第１トラック４１を通過した光に基づいて、それぞれ位相が異なる複数の第１光信号を出力する。受光部５１は、第２トラック４２を通過した光に基づいて、それぞれ位相が異なる複数の第２光信号を出力する。受光部５１は、第３トラック４３を通過した光に基づいて、それぞれ位相が異なる複数の第３光信号を出力する。

【0023】

受光部５１は、それぞれ位相が異なる複数の光信号を出力するために、第１トラック４１、第２トラック４２及び第３トラック４３のそれぞれを介して受けた光の強度に応じた光信号を出力する複数の受光素子を有する。複数の受光素子は、例えば、光を電流に変換する光電素子である。

【0024】

第１トラック４１を介して光を受ける複数の第１受光素子は、第１トラック４１に形成されたＡＢＳパターンの１周期内に４個の割合でスケール４の長手方向に配列されている。第２トラック４２を介して光を受ける複数の第２受光素子は、第２トラック４２に形成されたＩＮＣパターンの１周期内に４個の割合でスケール４の長手方向に配列されている。第３トラック４３を介して光を受ける複数の第３受光素子は、第３トラック４３に形成されたＡＢＳパターンの１周期内に４個の割合でスケール４の長手方向に配列されている。

【0025】

スケール４に形成されたパターンの１周期内に４個の受光素子が入れてされているので、４個の受光素子は、それぞれ９０度ずつ位相が異なる４つの光信号を出力する。本明細書においては、それぞれ位相が異なる４つの光信号を、Ａ信号、ＡＢ信号、Ｂ信号及びＢＢ信号という。Ｂ信号は、Ａ信号に対して位相が９０度遅れている。ＡＢ信号は、Ａ信号に対して位相が１８０度遅れている。ＢＢ信号は、Ａ信号に対して位相が２７０度遅れている。

【0026】

受光部５１は、第１トラック４１、第２トラック４２及び第３トラック４３のそれぞれに対応するＡ信号、ＡＢ信号、Ｂ信号及びＢＢ信号を生成する。すなわち、受光部５１は、第１トラック４１、第２トラック４２及び第３トラック４３のそれぞれを介して受けた光に基づいて１２の光信号を生成し、生成した光信号を信号生成部５２に入力する。

【0027】

信号生成部５２は、受光部５１から入力された複数の光信号を時分割多重化してシリアル信号を生成する。信号生成部５２は、生成したシリアル信号を、ケーブル６を介して処理装置７に送信する。信号生成部５２の構成例の詳細については後述する。

【0028】

通信部５３は、ケーブル６を介して処理装置７との間でクロック及び制御データを送受信する。通信部５３は、例えばＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）に対応する通信用デバイスであり、処理装置７からクロックＳＫ及び入力データＤＩを受信し、処理装置７に対して出力データＤＯを送信する。
以下、信号生成部５２の詳細について説明する。

【0029】

［信号生成部５２の第１実施形態］
図２は、第１実施形態に係る信号生成部５２ａの構成を示す図である。信号生成部５２ａは、入力アンプ５２１と、信号選択部５２２と、出力アンプ５２３（５２３－１、５２３－２）と、ＤＡコンバータ５２４（５２４－１、５２４－２）と、制御部５２５とを有する。信号生成部５２ａは、例えばデジタル回路とアナログ回路とが混在した集積回路である。

【0030】

入力アンプ５２１は、受光部５１から入力された光電流信号を電圧信号に変換する。図２に示す例において、信号生成部５２ａは、１２個の入力アンプ５２１を有する。なお、図２におけるＭ１ＡからＭ１ＢＢまでの信号は、第１トラック４１に対応するＡ信号、ＡＢ信号、Ｂ信号及びＢＢ信号である。同様に、Ｍ２ＡからＭ２ＢＢまでの信号及びＭ３ＡからＭ３ＢＢまでの信号は、それぞれ第２トラック４２及び第３トラック４３に対応するＡ信号、ＡＢ信号、Ｂ信号及びＢＢ信号である。

【0031】

信号選択部５２２は、複数の光信号のうちの１つの光信号を選択信号として出力する。具体的には、信号選択部５２２は、複数の入力アンプ５２１のそれぞれの出力端子に一端が接続され、他端が出力アンプ５２３－１又は出力アンプ５２３－２のいずれかの入力端子に接続された複数のスイッチを有する。図２に示す例においては、Ａ信号及びＢ信号に対応するスイッチの他端は出力アンプ５２３－１に接続されており、ＡＢ信号及びＢＢ信号に対応するスイッチの他端は出力アンプ５２３－２に接続されている。

【0032】

信号選択部５２２は、制御部５２５の制御に基づいて、同一の出力アンプ５２３に他端が接続されている複数のスイッチのうち一個のスイッチを導通状態とし、他のスイッチを非導通状態とすることができる。このようにすることで、信号選択部５２２は、複数のＡ信号及びＢ信号のうちの１つの光信号を出力アンプ５２３－１に入力し、複数のＡＢ信号及びＢＢ信号のうちの１つの光信号を出力アンプ５２３－２に入力することができる。

【0033】

信号選択部５２２は、制御部５２５から入力される選択信号に基づいて、導通状態にするスイッチを選択する。選択信号は、信号選択部５２２が有するスイッチの数に対応するビット幅（例えば６ビット）のデータである。信号選択部５２２は、例えば選択信号の下位３ビットが０００、００１、０１０、０１１、１００、１０１の場合に、それぞれＭ１Ａ信号、Ｍ１Ｂ信号、Ｍ２Ａ信号、Ｍ２Ｂ信号、Ｍ３Ａ信号、Ｍ３Ｂ信号を出力アンプ５２３－１に入力するためのスイッチを導通状態にする。また、信号選択部５２２は、選択信号の上位３ビットが０００、００１、０１０、０１１、１００、１０１の場合に、それぞれＭ１ＡＢ信号、Ｍ１ＢＢ信号、Ｍ２ＡＢ信号、Ｍ２ＢＢ信号、Ｍ３ＡＢ信号、Ｍ３ＢＢ信号を出力アンプ５２３－１に入力するためのスイッチを導通状態にする。

【0034】

出力アンプ５２３は、信号選択部５２２を介して入力された光信号の波形を調整する波形調整部として機能する。具体的には、出力アンプ５２３は、入力された光信号のオフセットを変化させたり、光信号を増幅させたりすることにより調整した後の光信号をケーブル６へと出力する。出力アンプ５２３は、処理装置７から制御データを受信した制御部５２５の制御に基づいて増幅率を多段階で切り替えることができる。出力アンプ５２３－１は、増幅後の光信号をＯＵＴ１端子から出力し、出力アンプ５２３－２は、増幅後の光信号をＯＵＴ２端子から出力する。

【0035】

ＤＡコンバータ５２４は、制御部５２５の制御に基づいて、出力アンプ５２３が有する増幅器のオフセットキャンセル電圧を発生する。ＤＡコンバータ５２４は、例えば、増幅器のオフセット成分をキャンセルするためのオフセットキャンセル電圧を出力する。ＤＡコンバータ５２４－１は、出力アンプ５２３－１に入力されるオフセットキャンセル電圧を発生し、ＤＡコンバータ５２４－２は、出力アンプ５２３－２に入力されるオフセットキャンセル電圧を発生する。

【0036】

制御部５２５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。制御部５２５は、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、通信部５３を介して処理装置７から受信した制御データに基づいて信号生成部５２の各部を制御する。例えば、制御部５２５は、制御データに基づいて出力アンプ５２３及びＤＡコンバータ５２４を制御することで、光信号のオフセットを調整したり、光信号の振幅を調整したりする。

【0037】

また、制御部５２５は、信号選択部５２２が出力アンプ５２３－１又は出力アンプ５２３－２に入力する１つの光信号を選択するための選択信号を生成する選択信号生成部として機能する回路を有する。制御部５２５は、ケーブル６を介して処理装置７から受信したクロックＳＫに同期して選択信号を生成する。

【0038】

制御部５２５は、受光部５１から入力される複数の光信号の周期よりも短い周期で切り替わる選択信号を生成する。ここで、測定装置Ｓの仕様で規定されている最大変位速度でスケール４が移動した場合に生じる第２トラック４２に対応する光信号の周期をＴ１とする。また、光信号の多重数、すなわち、出力アンプ５２３－１又は出力アンプ５２３－２に入力される光信号の数をＭとする。この場合、制御部５２５が生成する選択信号の切り替わり時間間隔Ｔ２は、Ｔ２≦Ｔ１÷２÷Ｍとなるように設定されている。

【0039】

上記の条件を満たすようにＴ２が設定されていることにより、複数の光信号のそれぞれは、各光信号の周波数の２倍以上の周波数（すなわち、ナイキスト周波数以上の周波数）でサンプリングされ、時分割多重化されたシリアル信号として処理装置７へと出力される。したがって、処理装置７は、シリアル信号に含まれている光信号に基づいて、受光部５１が出力した光信号を再生することができる。

【0040】

図３は、信号生成部５２ａが出力するシリアル信号とクロックＳＫとのタイミング関係を示す図である。入力データＤＩは、処理装置７が出力するデータであり、信号生成部５２ａがシリアル信号を送信可能な期間を示すデータである。制御部５２５は、処理装置７がシリアル信号に含まれる複数の光信号を取得するタイミングを規定するタイミング信号を生成するタイミング信号生成部としても機能する。具体的には、制御部５２５は、入力データＤＩがロウレベルになったことを検出すると、処理装置７が光信号の取得に使用するタイミング信号として、クロックＳＫを時間ｔ_ｄだけ遅延させた出力データＤＯを生成し、生成した出力データＤＯを通信部５３に出力させる。

【0041】

クロックＳＫの立ち下がりタイミングに同期して選択信号の値が切り替わることにより、クロックＳＫの立ち下がりタイミングに同期して、ＯＵＴ１端子から出力される第１シリアル信号であるＯＵＴ１信号が、順次Ｍ１Ａ信号、Ｍ１Ｂ信号、Ｍ２Ａ信号、Ｍ２Ｂ信号、Ｍ３Ａ信号及びＭ３Ｂ信号に切り替わっている。同様に、ＯＵＴ２端子から出力される第２シリアル信号であるＯＵＴ２信号が、順次Ｍ１ＡＢ信号、Ｍ１ＢＢ信号、Ｍ２ＡＢ信号、Ｍ２ＢＢ信号、Ｍ３ＡＢ信号及びＭ３ＢＢ信号に切り替わっている。ＯＵＴ１信号は第１位相の複数の光信号が時分割多重化されており、ＯＵＴ２信号は、第１位相と１８０度の位相差がある第２位相の複数の光信号が時分割多重化されている。このように、１８０度の位相差がある複数の光信号をＯＵＴ１信号及びＯＵＴ２信号として同時に送信することで、受信側で同相ノイズを除去しやすくなる。

【0042】

処理装置７は、ケーブル６等の伝送路を介して受信したシリアル信号から抽出した複数の光信号に基づいて、スケール４と受光部５１との位置関係を特定する。処理装置７は、ケーブル６を介して受信したＯＵＴ１信号に含まれている光信号を、出力データＤＯの立ち上がりタイミングで取得する。処理装置７は、例えば出力データＤＯの立ち上がりタイミングで割り込み処理を実行することにより、ＯＵＴ１信号及びＯＵＴ２信号を取得する。出力データＤＯは、クロックＳＫに対して時間ｔ_ｄだけ遅延しているので、ＯＵＴ１信号及びＯＵＴ２信号が変化しないタイミングで立ち上がる。したがって、処理装置７は、ＯＵＴ１信号及びＯＵＴ２信号の値が安定したタイミングで、ＯＵＴ１信号及びＯＵＴ２信号を取得することができるので、データ誤りが発生する確率が低い。

【0043】

処理装置７は、ＯＵＴ１信号及びＯＵＴ２信号に含まれているＭ１Ａ信号、Ｍ１Ｂ信号、Ｍ１ＡＢ信号及びＭ１ＢＢ信号に基づいて、第１トラック４１に形成されているＡＢＳパターンの１周期内の位置を特定する。また、処理装置７は、ＯＵＴ１信号及びＯＵＴ２信号に含まれているＭ３Ａ信号、Ｍ３Ｂ信号、Ｍ３ＡＢ信号及びＭ３ＢＢ信号に基づいて、第３トラック４３に形成されているＡＢＳパターンの１周期内の位置を特定する。

【0044】

そして、処理装置７は、特定した第１トラック４１に形成されているＡＢＳパターンの１周期内の位置、及び第３トラック４３に形成されているＡＢＳパターンの１周期内の位置の組合せに基づいて位相合成することで、スケール４に対する受光ユニット５の絶対位置を特定する。処理装置７は、ＯＵＴ１信号及びＯＵＴ２信号に含まれているＭ２Ａ信号、Ｍ２Ｂ信号、Ｍ２ＡＢ信号及びＭ２ＢＢ信号に基づいて、基準位置に対する相対位置をさらに特定してもよい。

【0045】

［通信部５３の動作モード］
信号生成部５２は、通信部５３を介して処理装置７から受信する制御データに基づいて、通信部５３を介してシリアル信号として送信する光信号のオフセットや振幅を調整する。通信部５３は、処理装置７から送信されるクロックＳＫに同期して制御データを含む入力データＤＩを取得し、取得した入力データＤＩを制御部５２５に通知する。また、通信部５３は、クロックＳＫに同期して制御部５２５が生成した出力データＤＯを処理装置７に送信する。

【0046】

制御部５２５は、制御データを受信する処理と出力データＤＯを送信する処理とを並行して実施することができるが、外部からの指示に基づいて、制御データを受信する動作モードと出力データＤＯを送信する動作モードとを切り替えてもよい。制御部５２５がこのように動作モードを切り替えることで、出力データＤＯを送信する処理を実行中の負荷を軽減できるので、ソフトウェアにより処理を実現しやすくなる。

【0047】

以上のとおり、信号生成部５２ａは、受光部５１から入力された１２の光信号のうち、Ｍ１Ａ信号、Ｍ１Ｂ信号、Ｍ２Ａ信号、Ｍ２Ｂ信号、Ｍ３Ａ信号及びＭ３Ｂ信号を時分割多重化してＯＵＴ１信号を生成する。また、信号生成部５２ａは、Ｍ１ＡＢ信号、Ｍ１ＢＢ信号、Ｍ２ＡＢ信号、Ｍ２ＢＢ信号、Ｍ３ＡＢ信号及びＭ３ＢＢ信号を時分割多重化してＯＵＴ２信号を生成する。このようにすることで、受光ユニット５は、２本の伝送路を用いて１２の光信号を処理装置７に送信することができるので、受光ユニット５と処理装置７との間をケーブル６で接続する場合であっても、ケーブル６の太さを抑制することができる。

【0048】

［信号生成部５２の第２実施形態］
図４は、第２実施形態に係る信号生成部５２ｂの構成を示す図である。図５は、信号生成部５２ｂが出力するシリアル信号とクロックＳＫとのタイミング関係を示す図である。

【0049】

信号生成部５２ｂは、図２に示した信号生成部５２ａにおける入力アンプ５２１の代わりに、入力アンプ５２６を有する点で異なり、他の点で同じである。入力アンプ５２６は、入力アンプ５２１の後段に、複数の光信号のレベルを所定の時間にわたって保持するレベル保持部として機能するサンプルホールド回路を有している。入力アンプ５２６は、制御部５２５の制御に基づいて、受光部５１から入力された光信号のレベルを所定のタイミングで取り込んで、取り込んだレベルを保持した状態で信号選択部５２２に出力し続ける。信号選択部５２２は、入力アンプ５２６から出力される、保持された光信号のレベルを順次出力アンプ５２３－１及び出力アンプ５２３－２に入力する。

【0050】

図５に示す例においては、制御部５２５が、入力データＤＩの立ち下がりタイミングからｔ_ｓｈの遅延時間の後にＳＨ信号をロウレベルに変化させることで、入力アンプ５２６に光信号のレベルを取り込ませる。ＯＵＴ１端子からは、ＳＨ信号がロウレベルに変化したタイミングにおけるＭ１Ａ信号、Ｍ１Ｂ信号、Ｍ２Ａ信号、Ｍ２Ｂ信号、Ｍ３Ａ信号及びＭ３Ｂ信号が時分割多重化されたシリアル信号が出力される。また、ＯＵＴ２端子からは、ＳＨ信号がロウレベルに変化したタイミングにおけるＭ１ＡＢ信号、Ｍ１ＢＢ信号、Ｍ２ＡＢ信号、Ｍ２ＢＢ信号、Ｍ３ＡＢ信号及びＭ３ＢＢ信号が時分割多重化されたシリアル信号が出力される。

【0051】

このように、信号生成部５２ｂは、複数の光信号を同時にサンプリングして保持し、保持して得られた光信号の値を時分割多重化して送信する。このようにすることで、光源１の点灯時間を短くすることができるので消費電流を削減することができるとともに、同じタイミングにおける複数の光信号の値を送信することが可能になる。

【0052】

また、処理装置７においては、受信したシリアル信号に含まれている複数の光信号の値に基づいて複数の光信号の波形を再生させず、光信号の値をそのまま用いても、スケール４と受光ユニット５との間の位置関係を高い精度で特定できる。この場合、制御部５２５が光信号の半周期よりも長い時間間隔で信号選択部５２２を切り替えても、同じタイミングの複数の光信号の値を取得できる。その結果、処理装置７は、スケール４が高速に動く場合であっても、スケール４と受光ユニット５との間の位置関係を特定することが可能になる。

【0053】

［信号生成部５２の第３実施形態］
図６は、第３実施形態に係る信号生成部５２ｃの構成を示す図である。図７は、信号生成部５２ｃが出力するシリアル信号とクロックＳＫとのタイミング関係を示す図である。

【0054】

信号生成部５２ｃは、図４に示した信号生成部５２ｂにおける信号選択部５２２の代わりに、信号選択部５２７を有する点で異なり、他の点で同じである。信号選択部５２７は、信号生成部５２に入力される全ての光信号を出力アンプ５２３－１に入力できるように、全ての光信号のそれぞれに対応するスイッチを有している。信号選択部５２７がこのような構成を有することにより、図７に示すように、信号生成部５２は、Ｍ１Ａ信号、Ｍ１Ｂ信号、Ｍ２Ａ信号、Ｍ２Ｂ信号、Ｍ３Ａ信号、Ｍ３Ｂ信号、Ｍ１ＡＢ信号、Ｍ１ＢＢ信号、Ｍ２ＡＢ信号、Ｍ２ＢＢ信号、Ｍ３ＡＢ信号及びＭ３ＢＢ信号を時分割多重化したシリアル信号をＯＵＴ１端子から出力させることができる。その結果、受光ユニット５と処理装置７とを接続するケーブル６の数をさらに減らしたり、プリント基板の配線の面積を減らしたりすることができる。

【0055】

また、信号選択部５２７は、Ｍ１Ａ信号、Ｍ１Ｂ信号、Ｍ２Ａ信号、Ｍ２Ｂ信号、Ｍ３Ａ信号及びＭ３Ｂ信号を出力アンプ５２３－２に入力させるためのスイッチも有する。信号選択部５２７は、制御部５２５の制御に基づいて、当該スイッチを用いるか否かを切り替えることができる。すなわち、信号生成部５２は、図７に示すように全ての光信号を時分割多重化させて１つのシリアル信号を生成するモードと、図５に示すように信号生成部５２に入力される複数の光信号を２つのグループに分けてグループごとに時分割多重化して２つのシリアル信号を生成するモードとを切り替えることができる。信号生成部５２がこのような構成を有することにより、使用可能なケーブル６の本数や光信号の最小周期等に応じて、信号生成部５２の使用者が最適なモードを選択できる。

【0056】

［変形例１］
図２に示した第１実施形態の信号生成部５２ａが、信号選択部５２２の代わりに、図６に示した第３実施形態の信号生成部５２ｃにおける信号選択部５２７を有してもよい。この場合、信号生成部５２ａが、１つのシリアル信号を生成するモードと、２つのグループに分けてグループごとに時分割多重化して二つのシリアル信号を生成するモードとを切り替えることが可能になる。

【0057】

［変形例２］
信号生成部５２は、第１実施形態の信号生成部５２ａ及び第２実施形態の信号生成部５２ｂが生成する２つのシリアル信号と異なる組合せの複数の光信号を含む２つのシリアル信号を生成してもよい。例えば、信号生成部５２は、１つのトラックに対応する４つの光信号を時分割多重化した３つのシリアル信号を生成し、３つのシリアル信号を処理装置７に送信してもよい。

【0058】

［変形例３］
以上の説明においては、測定装置Ｓがインクリメンタル方式及びアブソリュート方式の両方に対応している場合を例示したが、測定装置Ｓがインクリメンタル方式又はアブソリュート方式のいずれか一方のみを有していてもよい。

【0059】

［変形例４］
以上の説明においては、受光ユニット５と位置特定部としての処理装置７との間の伝送路がケーブル６である場合を例示したが、伝送路はケーブル６に限定されない。受光ユニット５と処理装置７とが同一のプリント基板に設けられており、プリント基板に形成された導電パターンが伝送路として機能してもよい。

【0060】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。

【符号の説明】

【0061】

１ 光源
２ レンズ
３ 光学格子
４ スケール
５ 受光ユニット
６ ケーブル
７ 処理装置
５１ 受光部
５２ 信号生成部
５３ 通信部
５２１ 入力アンプ
５２２ 信号選択部
５２３ 出力アンプ
５２４ ＤＡコンバータ
５２５ 制御部
５２６ 入力アンプ
５２７ 信号選択部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】