JPH0353114A - 位置検出装置 - Google Patents

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、例えば工作機械や精密測長測角装置に使用し
て好適な位置検出装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、例えば工作機械や精密測長測角装置に使用し
て好適な位置検出装置において、ビッチλの周期的な第
１の目盛とこの第１の目盛の絶対位置を分解能λ／ｌ（
ｌは２以上の整数）でコード化して成る非周期的な第２
の目盛とが平行に形成されたスケールと、その第１の目
盛を読取って位相検出信号を生成する第１の検出器とそ
の第２の目盛を読取って絶対位置信号を生或する第２の
検出器とを有し、そのスケールに対して相対変位自在に
配設された検出ヘッドと、その位相検出信号よりその第
１の目盛の１ピッチ内の絶対位置を検出する位相検出回
路と、その絶対位置信号よりその第１の目盛の分解能λ
／ｌの絶対位置を検出する絶対位置コード検出回路と、
その１ピッチ内の絶対位置とその分解能λ／ｌの絶対位
置とが整合するように補正値を決定する補正値演算回路
とを設け、その分解能λ／ｌの絶対位置，１ピッチ内の
絶対位置及び補正値よりそのスケールとその検出ヘッド
との変位量を絶対位置として検出することにより、高い
分解能で長尺の絶対位置検出が正確に行える様にしたも
のである。

〔従来の技術〕

工作機械等においては例えば加工具の送り量を検出する
ために、一方の部材に周期的なパターンの目盛が形成さ
れたスケールを配し、他方の部材にその目盛をセンサに
より読取って周期的な電気信号を生或する検出器を配し
、その電気信号をパルス化して積算計数することにより
それら一方の部材と他方の部材との相対変位量を測定で
きるようにした所謂インクリメンタル（　ｉｎｃｒｅｍ
ｅｎｔａｌ　）方式の変位検出装置が使用されている。

しかしながら、この種のインクリメンタル方式の変位検
出装置では次のような欠点がある。

■　例えば作業を中断して電源を切った後や停電事故の
後に作業を再開するような場合には、その積算計数値が
失われているので別途設けた原点設定器によって座標系
の原点設定作業（イニシャライズ）を行う必要がある。

即ち、作業性に劣る。

■　他の工作機械等からのノイズにより作業の途中で一
度でも誤計数が発生するとそれ以後のその積算計数値は
全て誤りとなってしまうため、再びイニシャライズが必
要となる。即ち、耐ノイズ性に劣る。

■　計数パルスを常時計数する方式であるため応答速度
が制限される。

上述の■〜■の欠点を全て解消するために、相対変位す
る二部材の一方の部材に成る原点からの絶対位置を示す
非周期的なパターンの目盛が形成されたスケールを配し
、他方の部材にその目盛を読取るセンサを有する検出器
を配し、それら二部材間の相対変位量をそのスケール上
の原点からの絶対位置として検出するようにした所謂ア
ブソリュー｝　（ａｂｓｏｌｕｔｅ）方式の位置検出装
置が各種提案されている。

第６図は特公昭５０−２３６１８号公報にて開示されて
いる従来の磁気式のアブソリュート方式の位置検出装置
を示し、この第６図において、（１）は磁性材より成る
スケールであり、このスケール（１）にはピッチλ重の
磁気目盛（２）及びピッチλ２（λ２くλＩ）の磁気目
盛（３）が平行に形成されている。また、（４Ａ）及び
（４Ｂ）は夫々磁気目盛（２）を読取るための一対の磁
束応答型の磁気ヘッド、（５）は１ピッチλ，内の位相
θｉ（即ち１ビッチλ，内の絶対位賓）を検出するため
の位相検出回路、（６Ａ）及び（６Ｂ）は夫々磁気目盛
（３）を読取るための一対の磁束応答型の磁気ヘッド、
（７）は１ピッチλ２内の位相θ２を検出するための位
相検出回路を示す。

位相検出回路（５）から磁気ヘッド（４Ａ）及び（４Ｂ
）に対しては定数Ａ及び励磁周波数ｆ／２を用いて夫々
次の式で表わされる励磁信号ＩＡ及びＩｇが供給される
。

１，　＝Ａ　ｃｏｓπｆ　ｔ　　　　　　　　　”（１
）１．　＝Ａ　ｃｏｓ　（πｒｔ＋π／４）　　・・・
・（２）また、磁気ヘッド（４＾）と磁気ヘッド（４Ｂ
）との間隔を（整数＋１／４）λ１、それら磁気ヘッド
（４Ａ）及び（４Ｂ）とスケール（１）との磁気目盛（
２）及び（３）の左端を原点とした相対変位量（絶対位
置）をＸとすると、磁気ヘッド（４Ａ）及び（４Ｂ〉か
らは定数Ａ，を用いて夫々次の式で表わされる位相検出
信号ＫＡ及びＫ，が位相検出回路（５）へ供給される。

Ｋ．−Ａ，ｓｉｎ（２　ｚ　ｘ　／λ＋）ｃｏｓ　２　
πｆ　ｔ　＝　＝（３）Ｋｍ−Ａ＋ｃｏｓ（２　ｔｔ　
ｘ　／λ＋）ｓｉｎ２　πｆ　ｔ−・・−（４）そして
、位相検出回Ｂ（５）においてはそれら位相検出信号Ｋ
ＡとＫ，とを加算して変位信号ｄを形成し、 ｄモＫ　Ａ　＋　Ｋ　ｍ ＝Ａ＋ｓｉｎ（２ｇ　ｆ　ｔ＋２πｘ／λ，）＝Ａ＋ｓ
ｉｎ（２　πｆ　ｔ十〇．）・−−−（５）θ，＝２π
Ｘ／λ，　　　　　　　　　・・・・（６）？の変位信
号ｄの位相量θ，（０〜２π）を測定する．この位相量
θ，と変位量Ｘとの関係は第マ図Ａに示す如くなり、例
えば位相量θ１がπの場合にはその変位量ＸがＸ　Ｏ＋
　Ｘ　Ｉ＋　Ｘ■Ｘ，・・・・のいずれなのかの判別は
できないが、磁気目盛（２）の１ピッチλ，の範囲内で
は位相量θ１がＯ〜２πの成る値をとるため、その変位
量Ｘを絶対位置として検出することができる。

同様に位相検出回路（７）においては第７図Ｂに示す如
く、変位量Ｘについて周期λ２でＯ〜２πの値を採る位
相量θ２が測定される。従って、θ２＝２πＸ／λ２　
　　　　　　・・・・（７）が或立している。

それら位相量θ，及びθ２は絶対位置検出回路（８）に
供給され、この絶対位置検出回路（８）においては先ず
位相差Δθ（＝０２−θ１）が計算される。

この位相差Δθは式（６）及び（７）より次のように表
わされる． Δθ一θ２−θ１ ÷２πＸ（１／λ２−１／λ，） ＝２πＸ（λ，一λ２）／（λ１　λ２）　・・・・（
８）更に、その式（８）より Ｘ　＝ｇ　（Δθ／２π）λ，λ２／（λ１−λ２〉・
・・・（９）となり、λ１及びλ２は既知であるため、
その絶対位置検出回路（８）は式（９）よりその変位ｉ
１ｘを計算して表示器（９）へ供給する。この場合、０
≦Δθ〈２π　　　　　　　・・・・（１０）の範囲内
であればその変位Ｎｘの値は一義的に求められるため、
その変位量Ｘが絶対位置として正確に測定できる最大測
定長Ｌは Ｌ＝λ，λ２／（λ１−λ２）　　・・・・（１ｌ）で
表わされる。従って、この変位Ｗｋｘと位相差Δθとの
関係は第７図Ｃに示す如くなる。更に、式（９Ｙにおい
て位相差Δθは一般に２πのｌ０００分の１程度の分解
能で測定できるため、その変位量Ｘの測定分解能ΔＸは Δｘ　”．　Ｌ　Ｘ　１０−’　　　　　　　＝　・・
（１２）程度となる．ス．及びλ２として具体的な数値
を代入した場合の最大測定長Ｌ及び測定分解能Δχの値
を表１に示す。

表１ 従来のアブソリュート方式の位置検出装置また、従来の
他のアブソリュート方式の位置検出装置として第８図に
示すようなダレイコードを用いた装置も知られている。

この第８図において、（１０）はｋビットのグレイコー
ド（１１）が形成された透光性のスケール、（１２）は
発光素子、（１３）はコリメータレンズ、（１４）はグ
レイコード（１ｌ）に対応する参照窓（ｌ５）が形成さ
れたインデックス板、（１６）はグレイコード（１ｌ）
に対応するｋ個の受光素子を示し、発光素子（ｌ２）〜
受光素子（１６）を有する検出器がそのスケール（１０
）に対してＸ方向に変位自在に配されている。そのダレ
イコード（１１）の分解能をλ，とすると、その検出器
の受光素子（ｌ６）より出力される電気信号をデコード
して得られた装置にそのλ，を乗ずることにより、その
スケール（１ｏ）に対するその検出器の変位量Ｘが分解
能λ，の絶対位置として求められる。

この場合、その変位量Ｘを絶対位置として正確に測定で
きる最大測定長Ｌは Ｌ冨λ，×２ｋ　　　　　　　・・・・（１３）となり
、例えば分解能λ，を１１、ｋを１０とすると、その最
大測定長Ｌは１０２４ｍｍとなる。

しかしながら、上述の従来のアゾソリュート方式の位置
検出装置の内で第６図例のものは、最大測定長Ｌを実用
的な値である１０００ＩＩＩｌ１程度に設定すると分解
能ΔＸが式（１２）よりｌｌｌＩＩ１程度となり、分解
能が極めて悪い不都合があった。

尚、上述の特公昭５０−２３６１８号公報（第６図例）
には、変位量Ｘからスケール（１）のピッチλ１単位の
絶対位置を特定し、最終的にその変位量Ｘの分解能をそ
のピッチλ１の例えば１０−３程度まで大幅に改善でき
ることが開示されているが、そのビッチλ１単位での絶
対位置を正確に測定しようとすると最大測定長Ｌが制限
される不都合がある。

更に、第８図例の位置検出装置では分解能λ，はｌＯｕ
ＩＩ＋程度が限界である。この場合、そのスケールとし
て実用的な限界である１２ビット程度のダレイコードを
形成したスケールを使用した場合には、最大測定長Ｌは
Δｘ　＝０．０１１ａｌｌ且つ２”＝４０９６より４０
ｍ＋ｗ程度となり、実用的でない不都合がある。

斯かる点に鑑み、最大測定長が例えば１０００ｍｍのオ
ーダーの実用的な範囲に設定できると共に、分解能がイ
ンクリメンタル方式の変位検出装置並みの例えば１μ曙
のオーダーであるようなアブソリュート型の位置検出装
置として次のような位置検出装置が考えられる。

第９図はそのような位置検出装置を示し、この第９図に
おいて、（１７）はスケールの基台であり、この基台（
１７）を図示省略した相対変位する二部材の一方の部材
に取付け、この基台（ｌ７）の一面に磁性材より成る第
１のスケール（ｌ８）を取付け、この第１のスケール（
１８）を覆う如く非磁性材（例えば非磁性のステンレス
シ一ト）より戒る第２のスケール（ｌ９）を取付ける。

そして、その第２のスケール（ｌ９）の一部（１９ａ）
を切欠いて示す如く、その第１のスケール（１８）のそ
の第２のスケール（ｌ９）との対接面にはビッチλの周
期的な磁気目盛（２０）を形戒しておくと共に、その第
２のスケール（１９）の外面には分解能ｒ．でｋビット
のグレイコード（２１）を形成しておく．このグレイコ
ード（２１）は例えば反射性の第２のスケール（１９）
の外面においてハイレベル“１”に相等する部分を除い
て反射防止膜を蒸着する、そのハイレベル“ｌ”に相等
する部分を除いてエッチングにより表面を粗面にする又
は非反射性の第２のスケール（１９）の外面においてハ
イレベル“１″に相等する部分のみに反射性の金属膜（
クローム膜など）を蒸着する等の方法により形戒するこ
とができる， また、（２２）は検出ヘッドを示し、この検出ヘッド（
２２）をその基台（１７）を取付けた一方の部材に対し
てＸ方向に相対変位自在に配されている図示省略した他
方の部材に取付けると共に、この検出ヘッド（２２）と
図示省略した信号処理装置とを信号ケーブル（２２ａ）
で接続する。

第１０図はその検出ヘッド（２２）の内部構造及び信号
処理装置を示し、この第１０図において、（２３Ａ）は
磁気目盛（２０）を読取るための第ｌの検出器、（２３
Ｂ）はグレイコード（２１）を読取るための第２の検出
器であり、その第１の検出器（２３Ａ）は（整数＋　１
／４　）λだけ離して配された一対の磁束応答性の磁気
ヘッド（２４Ａ）及び（２４Ｂ）より形或する。また、
（２５）は位相検出回路を示し、この位相検出回路（２
５）は第８図例の位相検出回路（５）及び（７）と同様
にそれら磁気ヘッド（２４Ａ）及び（２４Ｂ）に励磁信
号を供給すると共に、それら磁気ヘッド（２４Ａ）及び
（２４Ｂ）より出力される位相検出信号を処理して検出
ヘッド（２２）の変位ｉ１ｘを位相量θとして検出する
。式（６）と同様にして、その位相量θはθ＝２πＸ／
λ　　　　　　・・・・（６Ａ）で表わされるので、そ
の位相量θと変位量Ｘとの関係は第３図Ｂに示す如くな
る。

その第２の検出器（２３Ｂ）は発光素子（２６）．コリ
メータレンズ（２７）　，平行光ＭＬを第２のスケール
（１９）の方向へ向けるハーフξラー（２８）　，その
第２のスケール（１９）より反射されて来た平行光線Ｌ
を収束するシリンドリ力ルレンズ（２９）．グレイコー
ド（２１）に対応するｋ個の参照窓を有するインデック
ス板（３０）及びｋ個の受光素子より成る受光素子プレ
イ（３１）より形戒し、この受光素子アレイ（３１）の
ｋピットの出力信号を絶対位置コード検出回路（３２）
に供給し、この絶対位置コード検出回路（３２）はその
ｋビットの出力信号をデコードして絶対位置データを得
る．位相検出回路（２５）にて得られた位相量θ及び絶
対位置コード検出回路（３２）にて得られた絶対位置デ
ータＮを夫々演算回路（３３）に供給し、この演算回路
（３３）は後述の手順に従って求めた変位量（即ち、絶
対位置）Ｘを表示器（３４）に供給する． その演算回路（３３）の動作を説明するに、本例では実
際には磁気目盛（２０）とダレイコード（２１）とは重
なっているが、説明の便宜上両者は、第１１図Ａに示す
如く同一平面上で平行に配され、その磁気目盛（２０）
とグレイコード（２１）とに夫々対応する第ｌの検出器
（２３＾）及び第２の検出器（２３Ｂ）は共にＸ方向の
位置Ｐ（第１１図Ｂ）に存在するものとする。この場合
、その位置Ｐを含む磁気目盛（２０）の１ピッチλ内で
の絶対位置をΔＸとして、その位置Ｐを含む磁気目盛（
２０）のｌピッチは原点（ｘ＝Ｏ）からｎ番目（ｎ＝Ｌ
２，・・・・）の周期であるとすると、その位置Ｐの変
位量Ｘは ｘ＝（ｎ−１）λ＋Δｘ　　　　・・・・（１４）で表
わされる。この場合、位相量θが分かっているので、そ
のΔＸは式（６Ａ）より ΔＸ＝λθ／（２π）　　　　・・・・（１５）で表わ
されるため、その整数ｎを求めることにより変位量Ｘが
計算できる。

本例ではその整数ｎの計算を容易にするため、そのグレ
イコード（２工）の分解能ｒ．はその磁気目盛（２０）
のピッチλに対して２以上の整数ｍを用いて ｒ．＝λ／ｍ　　　　　　　　　・・・・（１６）の関
係にあると仮定する。第１１図の状態はｒ，＝λ／２、
即ちｍ＝２の場合に相当する。この場合、第１１図の状
態を一般化することにより、位置Ｐにおけるグレイコー
ド（第ｌ１図Ｃ）をデコードして得られた絶対位置デー
タＮとその磁気目盛（２ｏ）の周期を示す整数ｎ−１と
の間には、 ｎ−１＝ＩＮＴ（Ｎ／ｍ）　　−（１７）の関係がある
ことが明らかである。尚、式（１７）においてＩＮＴ（
Ｎ／ｍ）はＮ　／　ｍの整数部分を示す。因みに第１１
図例においては位置ＰにおけるＮのイ直は２（ｎ−１）
、ＴＮＴ（Ｎ／ｍ）はｎ−１である． 上述の説明より明らかな如く、第１０図の演算回路（３
３）においては先ず位相検出回路（２５）より供給され
る位相量θを用いて、式（１５）に従って磁気目！（２
０）の１ピッチλ内の絶対位置ΔＸが演算される．次で
、絶対位置コード検出回路（３２）より供給される絶対
位置データＮを用いて、式（ｌ７〉に従って磁気目盛（
２０）の１ピッチλ単位の位置を示す整数ｑが演算され
る。そして、その演算された絶対位置ΔＸ及び整数ｑを
式（１４）に代入することにょり全体としての絶対位置
である変位量Ｘが算出される。

第９図例において、例えば磁気目盛（２０）のビッチλ
を１ｍｎ＋、グレイコード（２１）の分解能ｒ１を０．
５ｍｍ（即ち、ｍ＝２）、グレイコード（２１）のトラ
ック数を１２　（即ち１２ビット）と仮定すると、その
磁気目盛（２０）の１ピッチλ内での絶対位置ΔＸは１
　／１０００即ち１μｍ程度の分解能で求めることがで
きる（式（ｌ２）参照）。更に、絶対位置を測定できる
最大測定長Ｌは Ｌ　＝０．５Ｘ　２　”＝２０４８　（飾）　　・・・
・（ｌ８）となる。即ち、本例によれば、最大測定長Ｌ
を実用的な値である２ｍ程度に設定した上で、測定の分
解能がインクリノンタル方式の変位検出装置並みの１μ
一程度であるアブソリュート方式の位置検出装置が実現
できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第９図例の位置検出装置においては、グ
レイコード（２１）の分解能ｒ，を常に正確に磁気目盛
（２０）のビ・ンチλのｍ分の１に形成し且つ正確に検
出することが困難であり、式（１７）に従って算出され
た整数ｎ−１に±１の誤差が含まれることがあるという
不都合がある。

即ち、磁気目盛（２０）の原点とグレイコード（２１）
の原点とが検出器を含めて一致し且つｒ．＝λ／ｍが或
立しているときには、第１２図Ａに示す如く、磁気目盛
（２０）の位相量θがＯに戻る点（以下、磁気目盛（２
０）の変化点という。）とグレイコード（２１）のコー
ドの変化点とは合致するため何等不都合はない．しかし
、現実には両方の原点を一致させることは困難であり、
ダレイコード（２１）の分解能『．にも製造上のバラッ
キが生じるため、そのグレイコード（２１）のコードの
変化点とその磁気目盛（２０）の変化点との間にはその
磁気目盛（２０）のビッチλを単位として１００分の１
〜数１０分の１のズレが生じ得る．例えば第１２図Ｂに
示す如く、その磁気目盛（２０）の変化点に対してグレ
イコード（２１）のコードの変化点がδ，だけ十方向に
偏位している場合には、検出器の位置Ｐがそのδ，の領
域に在る範囲でＴＮＴ（Ｎ／ｍ）の値は本来の値よりも
１だけ小さくなり、式（１４）より算出される変位量Ｘ
が真の値よりもλだけ小さな値となる。一方、第１２図
Ｃに示す如く、その磁気目盛（２０）の変化点に対して
グレイコード（２１）のコードの変化点が６２だけ一方
向に偏位している場合には、検出器の位置Ｐがその６２
の領域に在る範囲でＩＮＴ（Ｎ／ｍ）の値は本来の値よ
りも１だけ大きくなり、式（ｌ４）より算出される変位
量Ｘが真の値よりもλだけ大きな値となる。

従って、第９図例は磁気目盛（２０）の１ピッチλの１
０−３程度の分解能で絶対位置検出ができる性能を有し
ているにも拘わらず、測定値に±λの誤差が混入するお
それがあり、このままでは実用に供し難い． 本発明は斯かる点に鑑み、最大測定長が実用的な範囲に
設定でき分解能がインクリメンタル方式の変位検出装置
並みに改善されていると共に、常に正確な位置検出がで
きるアプソリュート方弐の位置検出装置を提案すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による位置検出装置は、例えば第１図に示す如く
、ピッチλの周期的な第１の目盛（３６）とこの第１の
目盛の絶対位置を分解能λ／ｌ（１．は２以上の整数）
でコード化して成る非周期的な第２の目盛（３７）とが
平行に形或されたスケール（３５）と、その第１の目盛
（３６）を読取って位相検出信号を生威する第１の検出
器（３９）とその第２の目盛（３７）を読取って絶対位
置信号を生成する第２の検出器（４０）とを有し、その
スケール（３５）に対して相対変位自在に配設された検
出ヘッド（３８）と、その位相検出信号よりその第１の
目盛（３６）の１ピッチ内の絶対位置を検出する位相検
出回路（４１〉と、その絶対位置信号よりその第１の目
盛（３６〉の分解能λ／ｌの絶対位置を検出する絶対位
置コード検出回路（４２）と、その１ピッチ内の絶対位
置とその分解能λ／ｌの絶対位置とが整合するように補
正値を決定する補正値演算回路（４３）とを設け、それ
ら分解能λ／ｌの絶対位置．１ピッチ内の絶対位置及び
補正値よりそのスケール（３５）とその検出ヘッド（３
８）との変位量を絶対位置として検出するようにしたも
のである。

〔作用〕

斯かる本発明によれば、その絶対位置コード検出回路（
４２）によって得られた分解能λ／２の絶対位置を例え
ば２で除することにより、その第１の目盛（３６）に沿
って検出ヘッド（３８）が何番目のピッチに在るのかが
判別できる。更に、その位相検出回路（４ｌ〉によって
その第１の目盛（３６）の１ピッチλ内での絶対位置が
例えばλＸＩＯ−”程度の分解能で検出できる。従って
、その非周期的な第２の目盛（３７）は最終的な分解能
であるλＸＩＯ−’のオーダーの値に対して最大で５０
０倍程度の分解能ノ／ｅを単位として形或すればよいた
め、従来と同程度の情報量（例えばビット数）であって
も従来よりも最大測定長を格段に伸張することができる
。

更に、その第１の目盛（３６）の絶対位置が分解能λ／
ｌ即ちλ／２以下で求められるため、その分解能λ／ｌ
で求められた絶対位置とその第ｌの目盛（３６）の１ピ
ンチ内での絶対位置とが矛盾する場合には、この１ピッ
チ内での絶対位置を基準としてその分解能λ／２の絶対
位置を補正することにより正確な位置検出が行える。

〔実施例〕

以下、本発明による位置検出装置の一実施例につき第１
図〜第５図を参照して説明しよう。

第１図は本例の位置検出装置を示し、この第１図におい
て、（３５）はスケールであり、このスケール（３５）
にはピッチλの周期的な目盛（３６）と分解能がλＲの
ｋビットのグレイコード（３７）とをそのスケール（３
５）の長手方向に沿って原点をほぼ合致させて平行に形
戒する。その目盛（３６〉としては磁気目盛，光学格子
，電磁誘導方式の導電性パターン等が使用でき、ダレイ
コード（３７）は例えば第９図例のグレイコード（２ｌ
）と同様に構威できる。

本例ではそのグレイコード（３７）の分解能λ，はその
目盛（３６）のビッチλに対して、ｉを２以上の整数と
して λ２＝λ／Ｉｌ　　　　　　　　　　・・・・（１９）
を充足する如く定める。しかし、本例ではそのグレイコ
ード（３７）の分解能λｋは全測定範囲に亘って式（１
９）を充足する必要はなく、ある程度の誤差を有するこ
とが許容される。その目盛（３６）の位相量θがＯの位
置に対するそのグレイコード（３７）のコードの変化点
の偏位をδとすると、本例ではδ１くλ／３　　　　　
・・・・（２０）が或立する範囲内でその偏位δが許容
される。従って、そのグレイコード（３７）の分解能λ
ｋの誤差及びそのグレイコード（３７）と目盛（３６）
との原点のズレ等は式（２０）が充足されている限りに
おいて許容される。また、実際に製造する場合も偏位δ
はビッチλの１００分の１〜数１０分の１程度に収まる
ので式（２０）は容易に充足できる。

（３８）はスケール（３５）に対してＸ方向に相対変位
自在に配された検出ヘッドを示し、この検出ヘッド（３
８）には目盛（３６）を読取って位相検出信号を生或す
る第１の検出器（３９）及びグレイコード（３７）を読
取って絶対位置信号を生或する第２の検出器（４０）を
取付ける。尚、位相検出信号としては第６図例のような
位相変調信号だけでなく、目盛（３６）の位相量θに対
してｓｉｎθ，　ｃｏｓθ等で表わされる信号も当然に
含まれる。その位相検出信号及び絶対位置信号を夫々位
相検出回路（４１）及び絶対位置コード検出回路（４２
）に供給し、その位相検出回路（４１）はその位相検出
信号より目盛（３６）に対応する位相量θを検出して式
（１５）よりその目盛（３６）の１ピッチλ内の絶対位
置ΔＸを算出し、この絶対位置ΔＸを補正値演算回路（
４３）及び絶対位置演算回路（４４）に供給し、その絶
対位置コード検出回路（４２）はその絶対位置信号より
そのダレイコード（３７）に対応する絶対位置データＮ
を検出して補正値演算回路（４３）及び絶対位置演算回
路（４４）に供給する。

その補正値演算回路（４３）は後述の手順により−１．
０．　＋１の内の何れかの値を採る補正値ΔＦを算出し
て絶対位置演算回路（４４）に供給し、この絶対位置演
算回路（４４）は第９図例における式（１４）及び（１
７）に対応して次の演算式よりスケール（３５）と検出
ヘッド（３８）との原点を基準とした相対変位量（即ち
、絶対位置）Ｘを算出する。

ｘ−｛　Ｉ　ＮＴ（Ｎ／ｌ＞＋ΔＦ｝λ＋ΔＸ・・・・
（２ｌ）この算出された絶対位置Ｘは表示器（４５）に
供給される。

本例が第９図例と異なる点は式（２１）で補正値ΔＦが
付加されている点であり、先ず乏＝２の場合につき第２
図及び第３図を参照してその補正値ΔＦの算出方法を説
明する。

この場合、第２図Ａに示す如く検出ヘッド（３８）はス
ケール（３５）に対して位Ｗｐに在るものとして、補正
値演算回路（４３）はその位置Ｐにおける目盛（３６）
の１ピッチλ内の絶対位置ΔＸ及びグレイコード（３７
）の絶対位置データＮを取込む（第３図のステンフ゜（
ｉｏ１）　）。この例ではｆ＝２であるため、その絶対
位置データＮの値は誤差がない状態ではその目盛（３６
）の１ピンチλ内の前半部（０≦θくπ）で２ｎ　（ｎ
＝０，１＋　　２＋　・・・・）、後半部（π≦θく２
π）で２０＋１で表わされる。しかしながら、各種誤差
の累積により第２図Ｃ及びＤに示す如く、その絶対位置
データＮの値が２ｎ−１から２ｎへ変化する位置は十方
向へ６１だけ偏位し、そのＮの値が２ｎ＋１から２　（
ｎ＋１）へ変化する位置は一方向へ６２だけ偏位してい
るものとする。式（２０）の条件よりこれら偏位量δ１
，δ２はλ／３より小さい値である。

次に、補正値演算回路（４３）においては、目盛（３６
）の１ピッチλの範囲を次の３区間Ｘ．，Ｘ２，Ｘ，に
等分割しておく。

Ｘ，：Ｏ≦ΔＸ〈λ／３ Ｘ２：λ／３≦Δｘ＜２λ／３ Ｘ３：２λ／３≦ΔＸ〈λ そして、現在の絶対位置ΔＸが区間Ｘ２に在る場合には
、式（２０）より絶対位置データＮは正しい値であるた
め補正値ΔＦの値を０に設定する（ステップ（１０２）
　，　（１０３）　，　（１０４）　）。

一方、現在の絶対位置ΔＸが区間ＸＩ又はＸ，に在る場
合には、そのΔＸが属する区間に対応する変数ｆの値を
求める（ステップ（１０５）　）。ｌ＝２の場合には、
区間がＸＩ又はＸ３であるのに応して夫々ｆ＝０又はｆ
＝１に設定した後に、その絶対位置データＮをｌで除し
た余りであるＭＯＤ（Ｎ／ｆ）を計算する（ステップ（
１０６）　）。本例では第２図Ｂ及びＤに示す如く、０
≦ΔＸくδ１又はλ−δ２≦ΔＸ〈λの領域においてそ
の変数ｆとＭＯＤ　（Ｎ＃）とが異なった値を有するた
め、補正値演算回路（４３）は目盛（３６）とダレイコ
ード（３７）とが偏位していることを識別できる。そし
て、Ｏ≦Δｘくδ１の場合には第２図ＥよりＩＮＴ　Ｃ
Ｎ／ｌ）の値（＝ｎ−１）が本来の値（＝ｎ）よりもｌ
だけ小さくなっているので補正値ΔＦには＋１を割当て
、λ−δ２≦ΔＸ〈λの場合にはＩＮＴ　（Ｎ／ｊ！）
の値が本来の値よりも１だけ大きくなっているので補正
値ΔＦにはーｌを割当てる。但し、実際にはその補正値
演算回路（４３）には表１に示すテーブルがＲＯＭ化さ
れており、そのＲＯＭテーブルより補正値ΔＦを機械的
に読出す如くなす（ステップ（１０７）　）。

続いて本例の動作はステップ（１０８）に移り、このス
テップ（１０８）において、絶対位置演算回路（４４）
は１ピッチλ内の絶対位置ΔＸ，絶対位置データＮ及び
補正｛ＥΔＦを取込み、その後、ステップ（１０９）に
おいて式（２ｌ）に従って最終的な絶対位置Ｘを算出す
る。

表１ ？に、ｆｆｉ−３の場合の補正値ΔＦの算出方法の一例
につき第４図を参照して説明するに、この場合も目盛（
３６）の１ピッチλの区間を３等分して区間ｘ１〜Ｘ，
を設けるが（第４図Ａ）、これら区間Ｘ，，Ｘ■Ｘ，に
対応して変数ｆの値としては夫々０．１．２を割当てる
（第４図Ｂ）。そして、絶対位置データＮの本来の値は
区間Ｘ＋，Ｘｉ，Ｘｉに対応して夫々、３　ｎ　＋　　
３　ｎ　＋　１　＋　　３　ｎ　＋　２で表わされるた
め（第４図Ｃ）、そのデータＮをｌ（−３）で除した余
りであるＭＯＤ　（Ｎ／ｆｆｉ）の値（第４図Ｄ）をそ
の変数ｆの値と比較することにより、表２に従って補正
゜値ΔＦを求めることができる． 表２より例えば区間Ｘ，において、ＭＯＤ　（Ｎ／ｌ）
が１且つ変数ｒが０のときには補正値ΔＦの値はＯに設
定されている．これは、第４図より明ラカナ如く、ＭＯ
Ｄ　（Ｎ／／！）がｌでｆがＯの表２ ときにはＩ　ＮＴ　（Ｎ／Ｉｌ）の値は本来のｎであり
補正を行う必要がないからである。

また、ｆ＝３の場合の補正値ΔＦの算出方法の他の例に
つき第５図を参照して説明するに、この場合は目盛（３
６）の１ピッチλの区間を次のＸ１及びｘ２に２等分す
る（第５図Ａ）。

Ｘ＋：Ｑ≦ΔＸ〈λ／２ Ｘ２：λ／２≦ΔＸ〈λ その２つの区間Ｘ１又はＸ２に対応して夫々変数ｆの値
を０又は１に設定し（第５図Ｂ）、絶対位置データＮは
第４図例と同様に目盛（３６）の１ピッチλで３ｎ，３
ｎ＋１．３ｎ＋２で表示する如くなす（第５図Ｃ）。こ
の場合、第５図より明らかな如く、区間Ｘ，においては
ＭＯＤ　（Ｎ／ｆ）の値（第５図Ｄ）が２のときに補正
値ΔＦの値を＋１に設定し、区間Ｘ２においてはＭＯＤ
　（Ｎ／ｉ）の値が０のときに補正値ΔＦの値をーｌに
設定すればよい。この関係を表３にまとめて示す。

上述のように本例によれば、第９図例と同様に最大測定
長が実用的な範囲に設定でき分解能がインクリメンタル
方式の変位検出装置並みに改善されていると共に、第９
図例で発生するおそれのあった目盛（３６）の１ピッチ
λ分の測定値の誤差の発表３ 生を確実に防止できる利益がある．また、本例のスケー
ル（３５）の製造に際しては、ビッチλの目盛（３６）
に対してグレイコード（３７）の分解能λ更は累積誤差
がλ／３を超えない範囲でばらついても測定精度が悪化
しないため、スケール（３５）の製造が容易になり製造
コストを低減できる利益がある。

尚、上述実施例においては、非周期的な目盛としてグレ
イコードが使用されているが、これ以外にパイナリーコ
ード等も使用できる。また、本発明はリニアエンコーダ
だけでなく、ロータリエンコーダにも当然に適用できる
ものである。

このように本発明は上述実施例に限定されず、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々の構或を採り得ることは勿
論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、最大測定長が実用的な範囲に設定でき
分解能がインクリメンタル方式の変位検出装置並みに改
善できると共に、補正値演算回路が設けられており第１
の目盛の１ピンチλ分の測定誤差の発生が抑制でき、常
に正確な位置検出ができる利益がある，。

更に、本発明によれば、第１の目盛と第２の目盛との間
に多少の位置ずれがあっても測定誤差が発生しないため
、スケールの製造が容易となり装置全体の製造コストを
低減できる利益がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は実施
例のｆ＝２の場合の動作説明に供する線図、第３図は実
施例の動作を示すフローチャート図、第４図及び第５図
は夫々実施例のｆ＝３の場合の動作説明に供する線図、
第６図〜第８図は夫々従来のアブソリュート型位置検出
装置の説明に供する線図、第９図は本発明の前提となる
アブソリュート型位置検出装置を示す一部を切欠いた斜
視図、第１０図〜第１２図は夫々第９図例の説明に供す
る線図である。 （３５）はスケール、（３６）は周期的な目盛、（３７
）はグレイコード、（３８）は検出ヘッド、（３９）は
第１の検出器、（４０）は第２の検出器、（４ｌ）は位
相検出回路、（４２）は絶対位置コード検出回路、（４
３）は補正値演算回路、（４４）は絶対位置演算回路で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ピッチλの周期的な第１の目盛と該第１の目盛の絶対位
   置を分解能λ／ｌ（ｌは２以上の整数）でコード化して
   成る非周期的な第２の目盛とが平行に形成されたスケー
   ルと、 上記第１の目盛を読取って位相検出信号を生成する第１
   の検出器と上記第２の目盛を読取って絶対位置信号を生
   成する第２の検出器とを有し、上記スケールに対して相
   対変位自在に配設された検出ヘッドと、 上記位相検出信号より上記第１の目盛の１ピッチ内の絶
   対位置を検出する位相検出回路と、上記絶対位置信号よ
   り上記第１の目盛の分解能λ／ｌの絶対位置を検出する
   絶対位置コード検出回路と、上記１ピッチ内の絶対位置
   と上記分解能λ／ｌの絶対位置とが整合するように補正
   値を決定する補正値演算回路とを設け、 上記分解能λ／ｌの絶対位置、１ピッチ内の絶対位置及
   び補正値より上記スケールと上記検出ヘッドとの変位量
   を絶対位置として検出するようにしたことを特徴とする
   位置検出装置。