JPH04130218A - 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適用
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適用
して好適な位置検出装置において、波長が異なり、かつ
平行に形成される少なくとも第１および第２の目盛を有
するスケールと、このスケールにおける第１および第２
の目盛の位相量を検出する第１および第２の位相検出回
路と、これら第１および第２の位相検出回路で検出され
た位相量に基づき上記スケール上の絶対位置を算出する
絶対位置検出回路とを備える位置検出装置であって、上
記第１または第２の位相検出回路に接続される位相シフ
ト回路を設け、この位相シフト回路により上記第１また
は第２の位相検出回路で検出される位相量を移相するよ
うにしたことにより、上記スケールに形成された第１の
目盛と第２の目盛との原点を実質的に一致するようにし
たものである。

また本発明は、そのような位置検出装置において、周期
的な目盛とこれに平行して配置されて絶対位置がコード
化された非周期的な目盛とが形成されたスケールと、こ
のスケールにおける上記周期的な目盛の位相量を検出す
る位相検出回路と、上記スケールにおける上記非周期的
な目盛からコードを検出するコード検出回路と、上記位
相検出回路で検出された位相量と上記コード検出回路で
検出されたコードとから上記スケールの絶対位置を算出
する絶対位置検出回路とを備える位置検出装置であって
、上記位相検出回路に接続される位相シフト回路を設け
、この位相シフト回路により上記位相検出回路で検出さ
れる位相量を移相するようにしたことにより、上記スケ
ールに形成された周期的な目盛と非周期的な目盛との原
点を実質的に一致するようにしたものである。

［従来の技術］ 従来、相対的に変位する２部材間の相対変位量をスケー
ル上の原点からの絶対位置として検出するようにしたア
ブソリエート（ａｂｓｏｌｕｔｅ）方式の位置検出装置
が種々提案されている。

例えば、本出願人により出願され特公昭５０−２３６１
８号公報に開示された磁気式のアブソリュート方式の位
置検出装置を掲げることができる（第５図参照）。この
第５図において、（１）はスケールであり、磁性材料が
採用されている。このスケール（１）には、波長λ１の
第１の磁気目盛（２）および波長λ２（λ２くλ１）の
第２の磁気目盛（３）が平行に形成されている。なお、
波長という用語に代替して、例えば、光学スケール等で
は格子ピッチという用語を採用しているが、煩雑さ回避
するため、以下、波長に統一して説明する。

第１の磁気目盛（２）を読み取るための一対の磁束応答
型の磁気ヘッド（４Ａ）　（４Ｂ）が間隔（整数±１７
４）λ１で設けられ、この磁気ヘッド（４Ａ）　（４Ｂ
）は１波長λ１（２πラジアン）内の位相量θ１（１波
長λ１内の絶対位置）を検出するための位相検出回路（
５）に接続されている。また第２の磁気目盛（３）を読
み取るための一対の磁束応答型の磁気ヘッド（６Ａ）　
（６Ｂ）が間隔（整数±１７４）λ２で設けられ、この
磁気ヘッド（６Ａ）　（６Ｂ）は１波長λ２（２πラジ
アン）内の位相量θ２（１波長λ２内の絶対位置）を検
出するための位相検出回路（７）に接続されている。

位相検出回路（５）の出力信号である位相量θ１は絶対
位置検出回路（８）の一方の入力端子に供給される。位
相検出回路（７）の出力信号である位相量θ２は絶対位
置算出検出回路（８）の他方の入力端子に供給される。

絶対位置検出回路（８）では位相差Δθ（θ２−０１）
が算出されるとともに、この位相差Δθに基づきスケー
ル（１）上の原点位置である、例えば、第１および第２
の磁気目盛（２）　（３）の左端からの変位量が算出さ
れ、算出された変位量が表示器（１０）に表示されるよ
うに構成されている。

次に、上記従来例の動作についてさらに詳しく説明する
。

先ず、位相検出回路（５）から磁気ヘッド（４Ａ）　（
４Ｂ）に対して第（１）式および第（２）式で示す励磁
信号ＩＡおよびＩＢが供給される。

Ｉ　Ａ＝Ａ　ｃｏｓｌｃｆ　ｔ　　　　　　　＝（１）
ＩＢ＝Ａ　ｃｏｓ　（πｆｔ＋π／４）・・・・・・（
２）ただし、Ａは定数であり、ｆ／２は励磁周波数であ
る。この場合、磁気ヘッド（４Ａ）　（４Ｂ）から次の
第（３）式および（４）式で表される位相検出信号ＫＡ
およびＫＢが位相検出回路（５）へ供給される。

ＫＡ＝Ａ１ｓｉｎ　（２ｚ　ｘ　／λ１）　ｃｏｓ　２
ｘ　ｆ　ｔ　＝（３）ＫＢ−Ａｌｃｏｓ　（２ｚ　ｘ　
／λ１）　ｓｉｎ　２ｇ　ｆ　ｔ　・・・（４）ただし
、Ａ１は定数、Ｘは磁気口＠　（２）＜３）の左端をｘ
＝０（原点位置）としたときの変位量である。

そして、位相検出回路（５）においては位相検出信号Ｋ
ＡとＫＢとを加算して変位信号ｄ（第（５）式）を形成
するとともにこの変位信号ｄから位相量θ１（第（６）
式）を形成する。

ｄ＝ＫＡ＋ＫＢ ＝Ａ１ａｉｎ　（２ｚ　ｆ　ｔ　＋２＄　ｘ　／λ１）
−Ａｌｓｉｎ　（２Ｋ　ｆ　ｔ＋０１）　　　　　−（
５）θ１−２πＸ／λ１　　　　　　　　　　・・・（
６）この位相量θ１と変位量Ｘとの関係は、第６図Ａに
示すように、例えば、位相量θ１がπの場合にはその変
位量Ｘがｘｏ＋　ｘＬ　ｘ２．　ｘ３＋・・・のいずれ
であるかを判別することはできないが、第１の磁気目盛
（２）の１波長λ１の範囲内では位相量θ１が０〜２π
の値をとるため、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）では変位量Ｘについて波長
λ２で０〜２πの値をとる位相量θ２が測定される。し
たがって、位相量θ２は θ２＝２πＸ／λ２　　　　　　　　　　　・・・（７
）になる（第６図Ｂ参照）。

上述した位相量θ１および位相量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、先ず位相差Δθ（Δθ＝０２−６１）が計算され
る。この位相差Δθは第（６）式および第（７）式から
つぎのように表される。

Δθ　＝０２−０１ ＝２ｇｘ（１／λ２−１／λ１） ＝２πＸ（λ１−λ２）／（λ１λ２）・・・（８）こ
の式を変位量Ｘについて解くと第（９）式が得られる。

！　＝＝　（Δθ／２π）λ１λ２／（λ１−λ２）　
　・・・（９）次に、絶対位置検出回路（８）はこの第
（９）式に基づき変位量Ｘを算出して表示器（９）へ供
給する。

表示器（９）は変位量Ｘを可視表示する。この場合、位
相差Δθが第（１０）式で示す範囲内であればその変位
量Ｘは一義的に求められことから、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しは第（１１）式で
表される。

Ｏ、≦　Δθ　く２π　　　　　　　　・・・（１０）
Ｌ−（λ１λ２）／（λ１−λ２）　　　　・・・（１
１）したがって、変位量Ｘと位相差Δθとの関係は第６
図Ｃに示すようになり、位相量θ１および位相量θ２を
測定することにより変位量Ｘをアブソリュート方式で正
確に測定することができる。

また従来の他のアブソリエート方式の位置検出装置とし
て第７図に示すようなグレイコードを用いた装置もある
。この第７図において、（１７）はスケールの基台であ
り、この基台（１７）を相対変位する二部材の一方の部
材に取り付け、この基台（１７）の−面に、磁性材より
なり波長λの磁気目盛（２ｏ）の形成された第１のスケ
ール（１８）を取り付け、さらに、この第１のスケール
（１８）を覆うように、非磁性体（例えば、非磁性のス
テンレスシート）よりなり分解能ｒ曽でにビットのグレ
イコード（２１）の形成された第２のスケール（１９）
を取り付ける。

二のグレイコード（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
相当する部分を除いて反射防止膜を蒸着する、あるいは
ハイレベル“ｌ”に相当する部分を除いてエツチングに
より表面を粗面にする、または非反射性の第２のスケー
ル（１９）の外面においてハイレベル°“１”に相当す
る部分のみに反射性の金属膜（クローム膜等）を蒸着す
る等の方法により形成することができる。

このグレイコード（２１）に対向するとともに、上記相
対変位する二部材のうちの他方の部材に取り付けられて
矢印Ｘ方向に移動できるようにされた検出ヘッド（２２
）が配置されている。この検出ヘッド（２２）は信号ケ
ーブル（２２ａ）により信号処理装置に接続されている
。

第８図は検出ヘッド（２２）の内部構造および信号処理
装置を示し、磁気目盛（２０）を読み取るための第１の
検出器（２３Ａ）およびグレイコード（２１）を読み取
るための第２の検出器（２３Ｂ）が備えられており、第
１の検出器（２３Ａ）は（整数±１７４）λだけ離して
配置された一対の磁束応答性の磁気ヘッド（２４Ａ）　
（２４Ｂ）より形成されている。この磁気ヘッド（２４
Ａ）　（２４Ｂ）には位相検出回路（２５）が接続され
、この位相検出回路（２５）は第５図例の位置検出器（
５）（７）と同様に磁気ヘッド（２４Ａ）　（２４Ｂ）
に励磁信号を供給するとともに、それら磁気ヘッド（２
４＾）　（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）の変位量Ｘを位相量θとして検
出する。第（６）式と同様にして、その位相量θはθ＝
２πＸ／λ　　　　　　　　　・・・（６Ａ）で表され
るので、位相量θと変位量Ｘとの関係は第９図Ｂに示す
ようになる。

第２の検出器（２３Ｂ）は発光素子（２６）、コリメー
タレンズ（２７）、平行光線りを第２のスケール（１９
）の方向へ向けるハーフミラ−（２８）、第２のスケー
ル（１９）より反射されてきた平行光線りを収束するシ
リンドリカルレンズ（２９）、グレイコード（２１）に
対応するに個の参照窓を有するインデックス板（３０）
およびに個の受光素子よりなる受光素子アレイ（３１）
のにビ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
のにビットの出力信号をデコードして絶対位置データＮ
を得る。位相検出回路（２５）にて得られた位相量θお
よ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はそれぞれ絶対位置検出回路（３３）に供
給され、絶対位置検出回路（３３）は後述の手順にした
がって求めた変位量（すなわち、絶対位置Ｘ）を表示器
（３４）に供給する。表示器（３４）は絶対位置Ｘを表
示する。

絶対位置検出回路（３３）の動作を説明するにあたり、
本例では、実際には磁気目盛（２０）とグレイコード（
２１）とは重なっているが、説明の便宜上両者は、第９
図Ａに示すように、同一平面上に配置され、磁気目盛（
２０）とグレイコード（２１）とにそれぞれ対応する第
１の検出器（２３Ａ）および第２の検出器（２３Ｂ）は
ともにＸ方向の位置Ｐ（第９図Ｂ）に存在するものとす
る。この場合、位置Ｐを含む磁気目盛（２０）の１波長
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１波長は原点ｘ＝０からｎ番目（ｎ＝１
．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　　　　　＝（１２）
で表される。この場合、位相量θが分かっているので、
そのΔＸは第（６Ａ）式より ΔＸ＝λθ／２π　　　　　　　・・・（１３）で表さ
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。

本例では整数ｎの計算を容易にするため、グレイコード
（２１）の分解能ｒｍは磁気目盛（２０）の波長λに対
して２以上の整数ｍを用いて ４．＝λ／ｍ　　　　　　　・・・（１４）の関係にあ
ると仮定する。第９図の状態はｒｍ＝λ／２、すなわち
、ｍ＝２の場合に相当する。この場合、第９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９図Ｃ）をデコードして得られた絶対位置データＮと
磁気目盛（２０）の周期を示す整数ｎ−１との間には、
ｎ　−１＝　Ｉ　ＮＴ　（Ｎ７ｍ）　　　　　”（１５
）の関係があることは明かである。なお、第（１５）式
において、ＩＮＴ（Ｎ７ｍ）はＮ　／　ｍの整数部分を
示す。第９図例においては位置ＰにおけるＮの値は２（
ｎ−１）、ＩＮＴ（Ｎ７ｍ）はｎ−１である。

上述の説明より明かなように、絶対位置検出回路（３３
）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、第（１３）式にしたがって磁気
目盛（２０）の１波長λ内の絶対位置ΔＸが演算され、
また第１５式にしたがって磁気目盛（２０）の１波長λ
単位の位置を示す整数ｎ−１が演算される。そして、そ
の演算された絶対位置ΔＸおよび整数ｎ−１を第（１２
）式に代入することにより全体としての絶対位置である
変位量Ｘが算出される。

このように第７図例でも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］ ところで、第５図〜第６図例に示した従来の位置検出装
置では波長λ１（１波長は２πラジアンに相当する）の
第１の磁気目盛（２）と、波長λ２（λ２≠λ１、同様
に１波長は２πラジアンに相当する）の第２の磁気目盛
（３）とが平行に形成されており、この場合、第１の磁
気目盛（２）と第２の磁気目盛（３）との長さ方向の原
点位置（例えば、それぞれの左端位置）が一致している
ことが必要である。長さ方向の変位量Ｘを測定する際に
、第１の磁気目盛（２）から検出された第１の位相量θ
１と第２の磁気目盛（３）から検出された第２の位相量
θ２との位相差Δθ（Δθ＝θ２−θ１１Δθの最大値
は２π）から変位量Ｘを算出するようにしているために
、原点位置がずれていると、いわゆるオフセット誤差が
発生するからである。

しかしながら、第５図〜第６図例で示したような位置検
出装置を製造する際に、その製造装置が有する精度等の
制約、および磁気目盛は肉眼で見ることができないとの
制約等により第１の磁気目盛（２）と第２の磁気目盛（
３）との原点位置を正確に一致させることが困難である
という問題があった。

また、どちらか一方の目盛を印刷による目盛とする場合
等にはさらに原点位置を正確に一致させることが困難で
あるという問題があった。

また、第７図〜第９図例に示した従来の位置検出装置で
はグレイコード（２１）の分解能ｒｍを常に正確に磁気
目盛（２０）の波長λのｍ分の１に形成することが困難
であり、第（１５）式にしたがって算出された整数ｎ−
１に±１の誤差が含まれていることがあるという不都合
がある。詳しく説明すると、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
かつｒｓ＋＝λ／ｍが成立しているときには、第１０図
Ａに示すように、磁気目盛（２０）の位相量θがゼロ値
にもどる点（以下、必要に応じて磁気目盛（２０）の変
化点という。）とグレイコード（２１）のコードの変化
点とは一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、グレイコ
ード（２１）の分解能ｒ−にも製造上のばらつきが生じ
るため、グレイコード（２１）のコードの変化点と磁気
目盛（２０）の変化点との間にはその磁気目盛（２０）
の波長λを単位として１００分の１〜数１０分の１のず
れが生じる場合がある０例えば、第１０図Ｂに示すよう
に、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６１だけ子方向に偏位してい
る場合には、検出器の位置Ｐが偏位δ１の領域にある範
囲でＴＮＴ（Ｎ／ｍ）の値は本来の値よりも１だけ小さ
くなり、第（１２）式より算出される変位量Ｘが真の値
よりもλだけ小さな値になるという不都合がある。

そこで、第７図〜第１０図例に示した従来の位置検出装
置におけるこれらの欠点を解消するために、本出願人は
特願平１−１８９１６６号に開示された技術を提案して
いる。この技術は、例えば、第１１図に示すように、波
長λの周期的な第１の目盛（３６）とこの第１の目ＩＩ
＆（３６）の絶対位置を分解能λ／ｌ（！は２以上の整
数）でコード化してなる非周期的な第２の目盛であるグ
レイコード（３７）とが平行に形成されたスケール（３
５）と、第１の目盛（３６）を読み取って位置検出信号
を生成する第１の検出器（３９）とグレイコード（３７
）を読み取って絶対位置信号を生成する第２の検出器（
４０）とを有するとともにスケール（３５）に対して相
対変位可能に配置された検出ヘッド（３８）と、上記位
相検出信号より第１の目盛（３６）の１波長内の絶対位
置を検出する位相検出回路（４１）と、上記絶対位置信
号より第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、上記１波
長λ内の絶対位置と上記分解能λ／２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、絶対位置検出回路（４４）とを備え、この絶対位置
検出回路（４４）により上記分解能λ／ｌの絶対位置、
上記１波長λ内の絶対位置および上記補正値とを用いて
スケール（３５）と検出ヘッド（３８）との変位量を絶
対位置として検出し得るようにした技術である。

さらにこの第１１図例に示す技術を詳しく説明する。周
期的な目１（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、グレイコード
（３７）としては、例えば、第７図例のグレイコード（
２１）と同様に構成できる。

本例ではそのグレイコード（３７）の分解能λｊはその
目盛（３６）のピッチλに対して、ｌを２以上の整数と
して λｌ＝λ／ｌ　　　　　　　　　　　　・・・・（１６
）を満足するように定める。しかし、本例ではそのグレ
イコード（３７）の分解能λｌは全測定範囲に亘って第
（１５）式を満足する必要はなく、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
０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〈λ／３　　　　　　　　　　　　・・・・（１７
）が成立する範囲内でその偏位δが許容される。したが
ってグレイコード（３７）の分解能λ、の誤差及びグレ
イコード（３７）と目盛（３６）との原点のずれ等は第
（１７）式が満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はピッチλの１００
分の１〜数１０分の１程度に収まるので第（１７）式は
容易に満足できる。

検出ヘッド（３８）はスケール（３５）に対してＸ方向
に相対変位可能に配置されており、この検出ヘッド（３
８）には上記したように目ａ　（３６）を読取って位相
検出信号を生成する第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成する第２の
検出器（４０）が取り付けられている。なお、位相検出
信号としては第５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ｓｉｎ　θｌ　Ｃｏ
ｓ　θ等で表わされる信号も当然に含まれる。その位相
検出信号および絶対位置信号がそれぞれ位相検出回路（
４１）及び絶対位置コード検出回路（４２）に供給され
、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を検出して上述の第（１３）
式よりその目盛（３６）の１波長λ内の絶対位置ΔＸを
算出し、この絶対位置ΔＸが補正値演算回路（４３）お
よび絶対位置演算回路（４４）に供給され、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グレ
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）および絶対位置検出回路（４
４）に供給する。

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、絶対位置演算回路（４
４）は第７図例における第（１２）式及び第（１５）式
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　Ｎ　Ｔ　（Ｎ　／　ｉ　）＋ΔＦ）λ＋
Δｘ　・・＝　（１８）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７図例と異なる点は第（１８）式で補正値Ｆが
付加されている点であり、先ずｆ＝２の場合につき第１
２図および第１３図を参照して補正値ΔＦの算出方法を
説明する。

この場合、第１２図Ａに示すように検出ヘッド（３８）
はスケール（３５）に対して位置Ｐ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（３
６）の１波長λ内の絶対位置ΔＸ及びグレイコード（３
７）の絶対位置データＮを取込む（第１３図のステップ
（１０１））、この例ではｆｆ１＝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ピツチλ内の前半部（０≦θ〈π）で２ｎ　
（ｎ＝０．１，２．・・・・）、後半部（π≦θ〈２π
）で２ｎ＋１で表わされる。しかしながら、各種誤差の
累積により第１２図ＣおよびＤに示す如く、その絶対位
置データＮの値が２ｎ−１から２ｎへ変化する位置は子
方向へ６重だけ偏位しているものとする。第（１７）式
の条件よりこれら偏位量δ７．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ピツチλの範囲を次の３区間ＸＩ　ｒ　ＸＺ　＋
Ｘ、に等分割してお（。

Ｘ、：Ｑ≦Δｘくλ／３ Ｘ２：λ／３≦Δｘ＜２λ／３ Ｘ３：２λ／３≦Δｘくλ そして、現在の絶対位置ΔＸが区間Ｘ２に在る場合には
、第（１７）式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Ｘ、又はＸ３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））。ｆ＝２の場合には、区
間がＸ＋又はＸ３であるのに応じて夫々ｆ＝ｏ又はｆ＝
１に設定した後に、その絶対位置データＮを！で除した
余りであるＭＯＤ（Ｎ／ｆ）を計算する（ステップ（１
０６））。本例では第１２図ＢおよびＤに示すように、
０≦Δｘくδ１またはλ−δ２≦Δｘくλの領域におい
てその変数ｆとＭＯＤ　（Ｎ／ｆ）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）とグ
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、０≦ΔＸ〈δ１の場合には第１２図ＥよりＩ
ＮＴ　（Ｎ＃りの値（＝ｎ−１）が本来の値（＝ｎ）よ
りも１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くλの場合にはＩＮＴ（Ｎ＃り
の値が本来の値よりもｌだけ大きくなっているので補正
値ΔＦには−１を割当てる。ただし、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
的に読出すようにする（ステップ（１０７）　）。

続いて本例の動作ステップ（１０Ｂ）に移り、このステ
ップ（１０Ｂ）において、絶対位置演算回路（４４）表
１ 補正値表（ｌ＝２の場合） は１ピツチλ内の絶対位置ΔＸ、絶対位置データＮ及び
補正値ΔＦを取込み、その後、ステップ（１０９）にお
いて第（１８）式に従って最終的な絶対位置Ｘを算出す
る。

次に、！＝３の場合の補正値ΔＦの算出方法の一例につ
き第１４図を参照して説明するに、この場合も目盛（３
６）の１波長λの区間を３等分して区間Ｘ　Ｉ−Ｘ　ｓ
を設けるが（第１４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１４図Ｂ）、そして、絶対位置データＮの本来
の値は区間Ｘ、、Ｘ、。

Ｘ３に対応してそれぞれ、３ｎ、３ｎ＋１．３ｎ±２で
表わされるため（第１４図Ｃ）、そのデータＮを１　（
＝３）で除した余りであるＭＯＤ　（Ｎ／ｌ）の値（第
１４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ＸＩにおいて、ＭＯＤ　（Ｎ／１１
）が１且つ変数ｆが００ときには補正値ΔＦ表２ の値は０に設定されている。これは、第１４図より明ら
かなように、ＭＯＤ　（Ｎ／ｆ）が１でｆがＯのときに
はＩＮＴ　（Ｎ／ｆ）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、１＝３の場合の補正値ΔＦの算出方法の他の例に
つき第１５図を参照して説明するに、この場合は目盛（
３６）の１波長λの区間を次のＸＩ及びＸ２に２等分す
る（第１５図Ａ）。

Ｘ、：Ｏ≦Δｘくλ／２ Ｘｚ：λ／２≦Δｘくλ その２つの区間ＸＩ又はＸ２に対応して夫々変数ｆの値
を０又は１に設定しく第１５図Ｂ）、絶対位置データＮ
は第１４図例と同様に目盛（３６）の１波長λで３ｎ、
３ｎ＋ｌ、３ｎ＋２で表示するようにする（第１５図Ｃ
）、この場合、第１５図より明らかなように、区間ＸＩ
においてはＭＯＤ　（Ｎ＃りの値が２のときに補正値Δ
Ｆの値を＋１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７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表３ 補正値表（ｆ＝３の場合（２）） ンクリメンタル方式の変位検出装置差みに改善されてい
ると共に、第７図例で発生するおそれのあった目盛（３
６）の１波長λ分の測定値の誤差の発生を確実に防止で
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、波長λの目盛（３６）に対してグレイコー
ド（３７）の分解能λ１は累積誤差がλ／３を越えない
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）の製造が容易になる。

なお、上述の例においては、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、これ以外にバイナリ−コ
ード等も使用できる。また、リニアエンコーダだけでな
く、ロータリエンコーダにも適用できる。

このように第１１図例によれば目盛（３６）とグレイコ
ード（３７）とがλ／３程度偏位していても絶対位置を
正確に読み取ることが可能である。

しかしながら、この特願平１−１８９１６６号に開示さ
れた技術においても、原点位置がずれていた場合、すな
わち目盛（３６）の左端とグレイコード（３７）の左端
とがずれていた場合には、絶対位置にオフセット誤差が
発生するという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、スケー
ル上に平行に形成された複数の目盛の原点位置を実質的
に正確に広範囲に一致することができる位置検出装置を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 請求項１記載の発明位置検出装置は、例えば、第１図に
示すように、波長が異なり、かつ平行に形成される少な
くとも第１および第２の目盛（２）（３）を有するスケ
ール（１）と、このスケール（１）における第１および
第２の目盛（２）　（３）の位相量を検出する第１およ
び第２の位相検出回路（５）　（７）と、これら第１お
よび第２の位相検出回路（５）　（７）で検出された位
相量θ１．θ２に基づき上記スケール（１）上の絶対位
置を算出する絶対位置検出回路（８）とを備える位置検
出装置において、上記第１または第２の位相検出回路（
５）　（７）に接続される位相シフト回路（１１）を設
け、この位相シフト回路（１１）により上記第１または
第２の位相検出回路（５）　（７）で検出される位相量
を移相するようにしたものである。

請求項２記載の発明位置検出装置は、例えば、第４図に
示すように、周期的な目盛（３６）とこれに平行して配
置されて絶対位置がコード化された非周期的な目盛（３
７）とが形成されたスケール（３５）と、このスケール
（３５）における上記周期的な目盛（３６）の位相量を
検出する位相検出回路（４１）と、上記スケール（３５
）における上記非周期的な目盛（３７）からコードを検
−出するコード検出回路（４２）と、上記位相検出回路
（４１）で検出された位相量と上記コード検出回路（４
２）で検出されたコードとから上記スケール（３５）の
絶対位置を算出する絶対位置検出回路（４４）とを備え
る位置検出装置において、上記位相検出回路（４１）に
接続される位相シフト回路（５２）を設け、この位相シ
フト回路（５２）により上記位相検出回路（４１）で検
出される位相量を移相するようにしたものである。

［作用］ 請求項１記載の発明位置検出装置によれば、第１の目１
（２）の原点位置Ｓ１に第２の目盛（３）の原点位置Ｓ
２を一致させようとする際に、第１の位相検出回路（５
）で第１の目盛（２）の原点位置Ｓ１を位相量θ１によ
り検出し、第２の位相検出回路（７）で第２の目盛（３
）の原点位置Ｓ２を位相量θ２により検出したとき、こ
れらの位相量の差θ２−θ１がゼロ値になるように、例
えば、第２の位相検出回路（７）で検出される位相量θ
２を位相シフト回路（１１）で移相することにより第１
の目盛（２）の原点位置Ｓ１に第２の目盛（３）の原点
位置Ｓ２を実質的に一致させることができる。第２の目
盛（３）の原点位置Ｓ２に第１の目盛（２）の原点位置
Ｓ１を合わせるときには、位相シフト回路（１１）を位
相検出回路（５）と絶対位置検出回路（８）との間に挿
入することにより、同様に一致させることができる。

請求項２記載の発明位置検出装置によれば、非周期的な
目盛（３７）の原点位置に周期的な目盛（３６）の原点
位置を一致させようとする際に、位相検出回路（４１）
で周期的な目盛（３６）の原点位置を位相量により検出
し、コード検出回路（４２）で非周期的な目盛（３７）
の原点位置に対応するコードを検出したとき、絶対位置
検出回路（４４）で算出される絶対位置が原点位置に対
応するように、位相検出回路（４１）で検出される位相
量を位相シフト回路（５２）で移相することにより非周
期的な目盛（３７）の原点位置に周期的な目盛（３６）
の原点位置を実質的に一致させることができる。

［実施例］ 以下、本発明位置検出装置の実施例について第１図〜第
４図を参照して説明する。なお、第１図〜第４図におい
て、上述の第５図〜第１５図に示すものに対応するもの
には同一の符号を付けてその詳細な説明は省略する。

この第１図においては、位相検出回路（７）と絶対位置
検出回路（８）の入力端子との間に移相量Δφの位相シ
フト回路（１１）が挿入されている。

この場合、位相検出回路（７）から出力される位相量θ
２は位相量θ３（第（２１）式参照）にされて絶対位置
検出回路（８）に供給される。

θ３−θ２−Δφ　　　　　　・・・（２１）また、こ
の第１図において、第１の磁気目盛（２）および第２の
磁気目盛（３）の全長りを同一の長さに形成することは
容易であるが、それぞれの原点位置Ｓ１および原点位置
Ｓ２を長さ方向の原点位置、例えば、左端で合わせる（
どちらかの目盛の左端に他の目盛の左端に合わせる）こ
とは製造上容易でなく、本実施例においても図示のよう
に第２の磁気目盛（３）の原点位置Ｓ２が変位置ΔＸに
対応する分だけ第１の磁気目盛（２）の原点位置Ｓ１か
ら負方向にずれて形成されているものとする。

絶対位置検出回路（８）では位相差Δθ（θ３−０１）
が算出されるとともに、この位相差Δθに基づきスケー
ル（１）上の原点位置５ｌ（ｘ＝０）からの変位量Ｘが
算出され、算出された変位量Ｘが表示器（９）に表示さ
れる。

そこで、第１の磁気目盛（２）の原点位ｆｓ１に第２の
磁気目盛（３）の原点位置Ｓ２を電気的に実質的に合わ
せる際の動作について説明する。

先ず、位相量θ１は、上述の第（６）弐で示したのと同
じ式になる。

θ１；２πＸ／λ１　　　　　　・・・（２２）一方、
位相検出回路（７）では変位量Ｘについて波長λ２で０
〜２πの値をとる位相量θ２が測定されるが、磁気目盛
（３）の原点位置Ｓ２は磁気目盛（２）の原点位置Ｓ１
に比較して変位量ΔＸだけ負側にずれているので、原点
位置Ｓｌでの位相量θ２は０２Ｍ＝２π（Ｘ＋ΔＸ）／
λ２　　　　　・・・（２３）＝２πＸ／λ２＋２πΔ
Ｘ／λ２　　　・−（２４）＝２πＸ／λ２＋Δψ　　
　　　　　　・・・（２５）になる。

すなわち、第２の磁気目盛（３）の第１の磁気目盛（２
）の原点位置Ｓ１に対応する位置、言い換えれば変位量
ｘ＝０の点において、位相量θ２の値はθ２＝Δψ（ｘ
＝０）＝２ｚΔＸ／λ２　−（２６）になり、第２図Ｂ
の２点鎖線で示すように、位相量Δψのいわゆるオフセ
ット誤差が発生することになる。

そこで、位相シフト回路（１１）で移相する移相量Δφ
の値を位相量Δψの値に等しい値に設定しておくことに
より（Δφ＝Δφ）、位相シフト回路（１１）から出力
される位相量θ３の値は第（２７）式に示すように２π
Ｘ／λ２になる（第２図Ｂ参照）。

θ３＝　θ２−Δφ ＝２πＸ／λ２＋Δψ−Δφ ＝２πＸ／λ２　　　　　　　　　・・・（２７）上述
した位相量θ１および位相量θ３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
、第５図例で説明したように、位相差Δθ（Δθ＝θ３
−θ１）が上述の第（１２）式と同様に計算され、変位
量Ｘが上述の第（１３）式と同様に計算される（第（１
２）式および第（１３）式を再掲する）。

Δθ　＝２πＸ（λ１−λ２）／（λ１λ２）・・・（
１２）ｘ＝（Δθ／２π）λ１λ２／（λ１−λ２）　
・・・（１３）そこで、絶対位置検出回路（８）はこの
第（１３）式に基づき変位量Ｘを算出して表示器（９）
へ供給する。表示器（９）は変位量Ｘを可視表示する。

この場合、位相差Δθが上述の第（１４）式で示す範囲
内であればその変位量Ｘは一義的に求められことから、
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
しは上述の第（１５）式で表される（第（１４）式およ
び第（１５）式を再掲する）。

０　≦　Δθ　＜　２　ｘ　　　　　　　　・・・（１
４）Ｌ＝（λ１λ２）／（λ１−λ２）　　　・・・（
１５）したがって、変位量Ｘと位相差Δθとの関係は第
２図Ｃに示すようになり、原点位置５Ｌ（ｘ＝０）にお
ける誤差が発生しない。

このように第１図例によれば、スケール（１）上に平行
に形成された第１の磁気目盛（２）および第２の磁気目
盛（３）の原点位置がずれていても位相シフト回路（１
１）の作用により第１および第２の磁気目盛（２）（３
）の原点位置を実質的に正確に一致させることができる
という効果を有する。なお、この位相シフト回路（１１
）は位相検出回路（７）の後段側に挿入しているので、
磁気ヘッド（４Ａ）　、　（４Ｂ）および磁気ヘッド（
６Ａ）　、　（６Ｂ）の絶対位置にスケール（１）の長
さ方向の取り付は誤差が存在しても併せて補正すること
ができるという利点を有する。

なお、位相シフト回路は第１図に示す位相検出信号ＫＡ
、ＫＢを検出する線路、言い換えれば、磁気ヘッド（６
Ａ）　（６Ｂ）と位相検出回路（７）との間に挿入して
、位相検出信号ＫＡ、ＫＢの位相を移相するようにして
も同様な効果が得られる。

第３図に本発明の他の実施例の構成を示す、第３図に示
す位置検出装置は第８図に示した位置検出装置の位相検
出回路（２５）と絶対位置検出回路（３３）との間に移
相量Δφの位相シフト回路（５１）を挿入したものであ
り、検出ヘッド（２２）をＸ方向（第７図参照）の原点
位置のさらに負側から正側に相対的に移動したときに絶
対位置コード検出回路（３２）から出力される絶対位置
データＮがゼロ値から変化した時点で同時に位相検出回
路（２５）で得られる位相量θがゼロ値になるように移
相量Δφを設定すればよい。この場合においても位相シ
フト回路（５１）をアナログ信号処理の位相シフト回路
に変更して第１の検出器（２３Ａ）の出力側の線路（磁
気ヘッド（２４Ａ）側の線路）に挿入しても同様の効果
が得られる。

第４図に本発明のさらに他の実施例の構成を示す、第４
図に示す位置検出装置は第９図に示す非周期的な目盛（
３７）を有する位置検出装置の位相検出回路（４１）と
検出器（３９）との間に移相量Δφの位相シフト回路（
５２）を挿入したものである。この場合においても検出
ヘッド（３８）をＸ方向の原点位置のさらに負側から正
側に相対的に移動したときに絶対位置コード検出回路（
４２）から出力される絶対位置データＮがゼロ値から変
化した時点で同時に位相検出回路（４１）で得られる位
相量θがゼロ値になるように移相量Δφを設定すればよ
い。

このように、上述の第１図例、第３図例および第４図例
によれば、位相シフト回路を挿入することにより、スケ
ール上に形成されたそれぞれの磁気目盛の原点位置を電
気的に実質的に合わせることができるので、例えば、ス
ケール製造時の歩留りを向上することができる。

なお、本発明は上述の実施例に限らず、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々の構成を採り得ることはもちろん
である。

［発明の効果］ 請求項１記載の発明位置検出装置によれば、第１の目盛
の原点に第２の目盛の原点を一致させようとする際に、
第１の位相検出回路で第１の目盛の原点位置を位相量に
より検出し、第２の位相検出回路で第２の目盛の原点位
置を位相量により検出したとき、これらの位相量の差が
ゼロ値になるように第２の位相検出回路で検出される位
相量を位相シフト回路で移相することにより、第１の目
盛の原点位置に第２の目盛の原点位置を実質的に一致さ
せることができるという効果が得られる。

第２の目盛の原点位置に第１の目盛の原点位置を合わせ
るときにも同様である。また、原点位置を合わせること
ができるのでスケールの製造時における歩留りが向上す
るという利点も得られる。

請求項２記載の発明位置検出装置によれば、非周期的な
目盛の原点に周期的な目盛の原点を一致させようとする
際に、位相検出回路で周期的な目盛の原点位置を位相量
により検出し、コード検出回路で非周期的な目盛の原点
位置に対応するコードを検出したとき、絶対位置検出回
路で算出される絶対位置が原点位置に対応するように位
相検出回路で検出される位相量を位相シフト回路で移相
することにより、非周期的な目盛の原点に周期的な目盛
の原点を実質的に一致することができるという効果が得
られる。また、原点位置を合わせることができるのでス
ケールの製造時における歩留りが向上するという利点も
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による位置検出装置の一実施例の構成を
示す線図、第２図は第１図例の動作の説明に供する線図
、第３図は本発明による位置検出装置の他の実施例の構
成を示す線図、第４図は本発明による位置検出装置のさ
らに他の実施例の構成を示す線図、第５図は従来の位置
検出装置の構成を示す線図、第６図は第５図例の動作説
明に供する線図、第７図は従来の他の位置検出装置の構
成を示す線図、第８図は第７図例の検出ヘッド等の詳細
構成を示す線図、第９図は第７図例の動作説明に供する
線図、第１０図は第７図例の課題を示す線図、第１１図
は第７図例の課題を解決するための従来の位置検出装置
の構成を示す線図、第１２図は第１１図例の動作説明に
供する線図、第１３図は第１１図例の動作説明に供する
フローチャート、第１４図は第１１図例の動作説明に供
する線図、第１５図は第１１図例の動作説明に供する線
図である。 （１）はスケール、（２）　（３）は第１および第２の
目盛、（５）　（７）は第１および第２の位相検出回路
、（８）は絶対位置検出回路、（１１）は位相シフト回
路、θ１．θ２は位相量、（３５）はスケール、（３６
）は周期的な目盛、（３７）は非周期的な目盛、（４１
）は位相検出回路、（４２）はコード検出回路、（４４
）は絶対位置検出回路→←、（５２）は位相シフト回路
である。 代 理 人 松 隈 秀 盛 Ａ（発Ｂ月のイブ【１【涛４トユ１１くヒ１【の〕【ジ
のｌクリ第３図 ｚ＝Ｑ ス＝ム 木骨１１宣１蹟を表置の看ワ 第４図 従来の技イ釘の、砂７ 第５図 ｊ８５臣■列の動イ弊 第６図 １７［ａ例−動作（ｍ−２） 第８図 請７図例ｎ謀難 第１０図 Ｆ 舖゛正ｑΔＦ ＋１ 第１１図ｖ′ｊの！＝２の場そト １ＰＪ１１国例のｌ＝３の糧８（１）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、波長が異なり、かつ平行に形成される少なくとも第
   １および第２の目盛を有するスケールと、このスケール
   における第１および第２の目盛の位相量を検出する第１
   および第２の位相検出回路と、 これら第１および第２の位相検出回路で検出された位相
   量に基づき上記スケール上の絶対位置を算出する絶対位
   置検出回路とを備える位置検出装置において、 上記第１または第２の位相検出回路に接続される位相シ
   フト回路を設け、この位相シフト回路により上記第１ま
   たは第２の位相検出回路で検出される位相量を移相する
   ようにしたことを特徴とする位置検出装置。 ２、周期的な目盛とこれに平行して配置されて絶対位置
   がコード化された非周期的な目盛とが形成されたスケー
   ルと、 このスケールにおける上記周期的な目盛の位相量を検出
   する位相検出回路と、 上記スケールにおける上記非周期的な目盛からコードを
   検出するコード検出回路と、 上記位相検出回路で検出された位相量と上記コード検出
   回路で検出されたコードとから上記スケールの絶対位置
   を算出する絶対位置検出回路とを備える位置検出装置に
   おいて、 上記位相検出回路に接続される位相シフト回路を設け、
   この位相シフト回路により上記位相検出回路で検出され
   る位相量を移相するようにしたことを特徴とする位置検
   出装置。