JPH10221004A - 変位測定器 - Google Patents
変位測定器Info
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- JPH10221004A JPH10221004A JP1925197A JP1925197A JPH10221004A JP H10221004 A JPH10221004 A JP H10221004A JP 1925197 A JP1925197 A JP 1925197A JP 1925197 A JP1925197 A JP 1925197A JP H10221004 A JPH10221004 A JP H10221004A
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- sensor
- scale
- displacement measuring
- magnetoresistive
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 絶対位置測定を簡易な構成で実現する。
【解決手段】 スケール１０の長さ方向に一定の間隔λ
で配列される第１位置１４であって、この第１位置の４
個おきの位置の第２位置１６を除いた位置に磁極１２を
配置する。スケール１０に対向するセンサヘッド１８に
は、４個の磁気抵抗素子２０-1〜-4を間隔λで配置す
る。間隔が２λの二つの磁気抵抗素子でブリッジ回路を
組む。スケール１０とセンサヘッド１８を相対移動させ
ると、前記ブリッジ回路の出力は、波長４λの成分を有
する波形となり、この１／４調波の成分に基づきスケー
ル１０とセンサヘッド１８の相対位置の算出を行う。よ
って、４λの間で絶対位置の測定が可能となる。
で配列される第１位置１４であって、この第１位置の４
個おきの位置の第２位置１６を除いた位置に磁極１２を
配置する。スケール１０に対向するセンサヘッド１８に
は、４個の磁気抵抗素子２０-1〜-4を間隔λで配置す
る。間隔が２λの二つの磁気抵抗素子でブリッジ回路を
組む。スケール１０とセンサヘッド１８を相対移動させ
ると、前記ブリッジ回路の出力は、波長４λの成分を有
する波形となり、この１／４調波の成分に基づきスケー
ル１０とセンサヘッド１８の相対位置の算出を行う。よ
って、４λの間で絶対位置の測定が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スケールと相対移
動するセンサ素子によってスケールに記録された位置情
報を読み取り、相対移動量または相対位置を検出する変
位測定器に関する。
動するセンサ素子によってスケールに記録された位置情
報を読み取り、相対移動量または相対位置を検出する変
位測定器に関する。
【０００２】
【従来の技術】一定の周期で位置に関する情報が記録さ
れているスケールに対し、このスケールと相対移動し、
記録されている位置情報を読み取るセンサ素子を備える
センサヘッドによって、センサヘッドとスケールの相対
移動量算出する変位測定器が知られている。たとえば、
スケール上に間隔λで磁極を配置し、この磁極により形
成される磁束密度を磁気抵抗素子により検出する磁気式
エンコーダなどがこれにあたる。このような一定の周期
で位置情報が記載されたスケールを用いる場合、１周期
内の位置を測定することは可能であるが、複数の周期に
わたる移動量または位置の検出に関しては検出される信
号の繰り返し回数を積算する必要がある。このような複
数周期にわたる位置の測定において、信号の繰り返し回
数を積算せずに直接スケール上の位置、すなわち絶対位
置を算出する方法および装置が考案されている。たとえ
ば、特開昭６４−７９６１９号公報には、連続するｎビ
ットのコードが、変位計測器の全長にわたって同一のも
のがないようにコードパターンが作成されたトラックを
利用して絶対位置を計測する装置が開示されている。そ
して、ビット長以下の位置測定には、別個のトラックを
用いている。また、他の例としては、異なる周期で位置
情報が記録された複数のスケールを用い、二つのスケー
ルの位相差により絶対位置を測定する装置が知られてい
る。この装置の場合、異なる周期の最小公倍数に相当す
る長さにわたって絶対位置を測定することができる。
れているスケールに対し、このスケールと相対移動し、
記録されている位置情報を読み取るセンサ素子を備える
センサヘッドによって、センサヘッドとスケールの相対
移動量算出する変位測定器が知られている。たとえば、
スケール上に間隔λで磁極を配置し、この磁極により形
成される磁束密度を磁気抵抗素子により検出する磁気式
エンコーダなどがこれにあたる。このような一定の周期
で位置情報が記載されたスケールを用いる場合、１周期
内の位置を測定することは可能であるが、複数の周期に
わたる移動量または位置の検出に関しては検出される信
号の繰り返し回数を積算する必要がある。このような複
数周期にわたる位置の測定において、信号の繰り返し回
数を積算せずに直接スケール上の位置、すなわち絶対位
置を算出する方法および装置が考案されている。たとえ
ば、特開昭６４−７９６１９号公報には、連続するｎビ
ットのコードが、変位計測器の全長にわたって同一のも
のがないようにコードパターンが作成されたトラックを
利用して絶対位置を計測する装置が開示されている。そ
して、ビット長以下の位置測定には、別個のトラックを
用いている。また、他の例としては、異なる周期で位置
情報が記録された複数のスケールを用い、二つのスケー
ルの位相差により絶対位置を測定する装置が知られてい
る。この装置の場合、異なる周期の最小公倍数に相当す
る長さにわたって絶対位置を測定することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述の公報に記載され
た装置によれば、絶対位置の測定精度は、コードを形成
するビットを記載をした間隔程度であり、精度を高める
ことができないという問題があった。また、このビット
記載間隔以下の精度が必要となるときは、公報記載の装
置のように別個のスケールを設ける必要があり、装置が
大型化するという問題が生じる。
た装置によれば、絶対位置の測定精度は、コードを形成
するビットを記載をした間隔程度であり、精度を高める
ことができないという問題があった。また、このビット
記載間隔以下の精度が必要となるときは、公報記載の装
置のように別個のスケールを設ける必要があり、装置が
大型化するという問題が生じる。
【０００４】また、周期の異なる複数のスケールの位相
差に基づき絶対位置の測定をする装置の場合は、前記位
相差の精密な検出が必要となるが、広範囲にわたって精
度を確保することが困難であるという問題があった。ま
た、精度を向上させるために、周期の短いスケールを設
けることも可能であるが、前述の場合と同様、装置が大
型化するという問題が生じる。
差に基づき絶対位置の測定をする装置の場合は、前記位
相差の精密な検出が必要となるが、広範囲にわたって精
度を確保することが困難であるという問題があった。ま
た、精度を向上させるために、周期の短いスケールを設
けることも可能であるが、前述の場合と同様、装置が大
型化するという問題が生じる。
【０００５】本発明は前述の問題点を解決するためにな
されたものであり、高精度で、かつ広範囲な絶対位置検
出を簡易な構成で達成することを目的とする。
されたものであり、高精度で、かつ広範囲な絶対位置検
出を簡易な構成で達成することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明にかかる第１の変位測定器は、位置情報源
が長さ方向に所定の間隔で配列されたスケールと、前記
位置情報源からの情報を検出するセンサと、前記センサ
により検出された情報に基づき当該センサのスケールに
対する位置を算出する演算部とを有する変位測定器であ
って、前記位置情報源は、ｎが３以上の整数としたとき
に、等間隔λで配列される第１位置から前記第１位置の
うちｎλ間隔ごとの位置である第２位置を除いた配列位
置に配置され、前記センサは、前記間隔λで配列される
ｎ個のセンサ素子を含み、前記演算部は、前記第２位置
に対向する前記ｎ個のうちの一つのセンサ素子を特定す
ることにより、間隔ｎλの間のセンサとスケールに対す
る絶対位置を算出するものである。
めに、本発明にかかる第１の変位測定器は、位置情報源
が長さ方向に所定の間隔で配列されたスケールと、前記
位置情報源からの情報を検出するセンサと、前記センサ
により検出された情報に基づき当該センサのスケールに
対する位置を算出する演算部とを有する変位測定器であ
って、前記位置情報源は、ｎが３以上の整数としたとき
に、等間隔λで配列される第１位置から前記第１位置の
うちｎλ間隔ごとの位置である第２位置を除いた配列位
置に配置され、前記センサは、前記間隔λで配列される
ｎ個のセンサ素子を含み、前記演算部は、前記第２位置
に対向する前記ｎ個のうちの一つのセンサ素子を特定す
ることにより、間隔ｎλの間のセンサとスケールに対す
る絶対位置を算出するものである。
【０００７】この構成によれば、第１位置の間隔λに対
しｎ倍の長さにわたって、スケールに対するセンサの位
置を、センサ出力の周期を数えることなく検出すること
ができる。このようにセンサ出力の周期を数えることな
く検出される位置を本願においては絶対位置とよぶ。
しｎ倍の長さにわたって、スケールに対するセンサの位
置を、センサ出力の周期を数えることなく検出すること
ができる。このようにセンサ出力の周期を数えることな
く検出される位置を本願においては絶対位置とよぶ。
【０００８】また、前記のスケールとセンサの組を２組
有し、第１の組においては前記ｎはｎ1 であり、第２の
組においては前記ｎはｎ1 と異なるｎ2 であり、ｎ1 と
ｎ2の最小公倍数Ｍで定義される間隔Ｍλの間の絶対位
置を検出する変位測定器とすることも可能である。
有し、第１の組においては前記ｎはｎ1 であり、第２の
組においては前記ｎはｎ1 と異なるｎ2 であり、ｎ1 と
ｎ2の最小公倍数Ｍで定義される間隔Ｍλの間の絶対位
置を検出する変位測定器とすることも可能である。
【０００９】また、本発明にかかる第２の変位測定器
は、位置情報源が長さ方向に所定の間隔で配列されたス
ケールと、前記位置情報源からの情報を検出するセンサ
と、前記センサにより検出された情報に基づき当該セン
サのスケールに対する位置を算出する演算部とを有する
変位測定器であって、前記位置情報源は、ｎが３以上の
整数としたときに、等間隔λで配列される第１位置から
前記第１位置のうちｎλ間隔ごとの位置である第２位置
を除いた配列位置に配置され、前記スケールは、位置情
報源の前記の配置によって前記第２位置の間隔を波長ｎ
λとする１／ｎ調波成分を有する位置情報を有し、前記
センサは、前記１／ｎ調波成分を有する位置情報を検出
し、前記演算部は検出された位置情報に基づき、間隔ｎ
λの間のセンサのスケールに対する絶対位置を算出する
ものである。
は、位置情報源が長さ方向に所定の間隔で配列されたス
ケールと、前記位置情報源からの情報を検出するセンサ
と、前記センサにより検出された情報に基づき当該セン
サのスケールに対する位置を算出する演算部とを有する
変位測定器であって、前記位置情報源は、ｎが３以上の
整数としたときに、等間隔λで配列される第１位置から
前記第１位置のうちｎλ間隔ごとの位置である第２位置
を除いた配列位置に配置され、前記スケールは、位置情
報源の前記の配置によって前記第２位置の間隔を波長ｎ
λとする１／ｎ調波成分を有する位置情報を有し、前記
センサは、前記１／ｎ調波成分を有する位置情報を検出
し、前記演算部は検出された位置情報に基づき、間隔ｎ
λの間のセンサのスケールに対する絶対位置を算出する
ものである。
【００１０】この構成によれば、１／ｎ調波成分に基づ
き、間隔ｎλにわたる絶対位置の検出が可能となる。
き、間隔ｎλにわたる絶対位置の検出が可能となる。
【００１１】さらに、前記本発明にかかる第２の変位測
定器においては、前記スケールは、前記位置情報源とし
て磁極を有し、前記整数ｎは偶数であり、前記センサ
は、前記スケールの長さ方向に（ｎλ／２）間隔で配置
された２個の磁気抵抗素子により形成される複数の磁気
抵抗ブリッジを有し、これらの磁気抵抗ブリッジは前記
スケールの長さ方向に（ｎλ／２）を除くｎλ未満の間
隔で配置され、前記演算部は、前記複数の磁気抵抗ブリ
ッジの出力に基づき、センサのスケールに対する絶対位
置を算出するものとすることができる。
定器においては、前記スケールは、前記位置情報源とし
て磁極を有し、前記整数ｎは偶数であり、前記センサ
は、前記スケールの長さ方向に（ｎλ／２）間隔で配置
された２個の磁気抵抗素子により形成される複数の磁気
抵抗ブリッジを有し、これらの磁気抵抗ブリッジは前記
スケールの長さ方向に（ｎλ／２）を除くｎλ未満の間
隔で配置され、前記演算部は、前記複数の磁気抵抗ブリ
ッジの出力に基づき、センサのスケールに対する絶対位
置を算出するものとすることができる。
【００１２】さらに、前記本発明にかかる第３の変位測
定器は、磁極が長さ方向に所定の間隔で配列されたスケ
ールと、前記磁極により形成される磁界を検出する磁気
抵抗素子を有するセンサと、前記センサにより検出され
た磁界に基づき当該センサのスケールに対する位置を算
出する演算部とを有する変位測定器であって、前記磁極
は、ｎが４以上の偶数としたときに、等間隔λで配列さ
れる第１位置から前記第１位置のうちｎλ間隔ごとの位
置である第２位置を除いた配列位置に配置され、前記磁
気抵抗素子は、前記スケールの長さ方向に、（λ／４）
間隔で４ｎ個配置され、さらに、前記４ｎ個の磁気抵抗
素子を、間隔ｎλの間でのセンサのスケールに対する絶
対位置を検出する第１の配線と、間隔λの間での位置を
検出する第２の配線とに切り替える配線切り替えスイッ
チを有している。そして、前記第１の配線は、前記第２
の変位測定器における複数の磁気抵抗ブリッジを形成す
るものであり、前記第２の配線は、前記４ｎ個の磁気抵
抗素子を配列順に第１，第２，第３，第４の組に属する
ものとし、これらの群に属する磁気抵抗素子を直列接続
して、第１と第３の組により第１の磁気抵抗ブリッジ
を、第２と第４の組により第２の磁気抵抗ブリッジを形
成するものである。また、前記演算部は、第１の配線の
場合は、間隔ｎλの間のセンサのスケールに対する絶対
位置を算出するものであり、第２の配線の場合は、２個
の磁気抵抗ブリッジの出力に基づき間隔λの間の絶対位
置を算出するものである。
定器は、磁極が長さ方向に所定の間隔で配列されたスケ
ールと、前記磁極により形成される磁界を検出する磁気
抵抗素子を有するセンサと、前記センサにより検出され
た磁界に基づき当該センサのスケールに対する位置を算
出する演算部とを有する変位測定器であって、前記磁極
は、ｎが４以上の偶数としたときに、等間隔λで配列さ
れる第１位置から前記第１位置のうちｎλ間隔ごとの位
置である第２位置を除いた配列位置に配置され、前記磁
気抵抗素子は、前記スケールの長さ方向に、（λ／４）
間隔で４ｎ個配置され、さらに、前記４ｎ個の磁気抵抗
素子を、間隔ｎλの間でのセンサのスケールに対する絶
対位置を検出する第１の配線と、間隔λの間での位置を
検出する第２の配線とに切り替える配線切り替えスイッ
チを有している。そして、前記第１の配線は、前記第２
の変位測定器における複数の磁気抵抗ブリッジを形成す
るものであり、前記第２の配線は、前記４ｎ個の磁気抵
抗素子を配列順に第１，第２，第３，第４の組に属する
ものとし、これらの群に属する磁気抵抗素子を直列接続
して、第１と第３の組により第１の磁気抵抗ブリッジ
を、第２と第４の組により第２の磁気抵抗ブリッジを形
成するものである。また、前記演算部は、第１の配線の
場合は、間隔ｎλの間のセンサのスケールに対する絶対
位置を算出するものであり、第２の配線の場合は、２個
の磁気抵抗ブリッジの出力に基づき間隔λの間の絶対位
置を算出するものである。
【００１３】このように、配線を切り替えることによっ
て、長い間隔ｎλと短い間隔λの双方に対応することが
できる。
て、長い間隔ｎλと短い間隔λの双方に対応することが
できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以
下、実施形態と記す）を図面に従って説明する。図１に
は、本発明の実施形態の要部構成が示されている。スケ
ール１０には磁極１２が配置されている。この配置を詳
述すれば、磁極１２は、間隔λで配置される第１位置１
４から第１位置の間隔の４倍の間隔４λで配置される第
２位置１６を除いた位置に配置される。図１において
は、第２位置１６が破線で示されており、ここには磁極
が配置されていない。
下、実施形態と記す）を図面に従って説明する。図１に
は、本発明の実施形態の要部構成が示されている。スケ
ール１０には磁極１２が配置されている。この配置を詳
述すれば、磁極１２は、間隔λで配置される第１位置１
４から第１位置の間隔の４倍の間隔４λで配置される第
２位置１６を除いた位置に配置される。図１において
は、第２位置１６が破線で示されており、ここには磁極
が配置されていない。
【００１５】一方、センサヘッド１８には４個の磁気抵
抗素子２０-1，２０-2，２０-3，２０-4が、間隔λで配
置されている。以下、４個の磁気抵抗素子を区別する必
要がないときには、単に磁気抵抗素子２０と記して説明
する。磁気抵抗素子は、周囲の磁束密度によって抵抗値
の変化する素子であり、スケールの磁極により形成され
た磁界の磁束密度を検出する。４個の磁気抵抗素子２０
は、図２に示すように２λ離れて配置されたものどうし
でブリッジ回路が構成され、この磁気抵抗ブリッジの出
力Ｖａ，Ｖｂに基づき、変位測定が行われる。
抗素子２０-1，２０-2，２０-3，２０-4が、間隔λで配
置されている。以下、４個の磁気抵抗素子を区別する必
要がないときには、単に磁気抵抗素子２０と記して説明
する。磁気抵抗素子は、周囲の磁束密度によって抵抗値
の変化する素子であり、スケールの磁極により形成され
た磁界の磁束密度を検出する。４個の磁気抵抗素子２０
は、図２に示すように２λ離れて配置されたものどうし
でブリッジ回路が構成され、この磁気抵抗ブリッジの出
力Ｖａ，Ｖｂに基づき、変位測定が行われる。
【００１６】図３には、センサヘッド１８を長さ方向
（ｘ方向）に移動させたときの各磁気抵抗素子２０-1，
２０-2，２０-3，２０-4の抵抗値Ｒ-1，Ｒ-2，Ｒ-3，Ｒ
-4が、図１における左端の磁気抵抗素子２０-1の位置を
原点として表されている。スケール１０の磁極１２が第
２位置１６には設けられていないため、抵抗値の変化は
この位置において周期変化をしなくなる。たとえば、磁
気抵抗素子２０-1の抵抗値Ｒ-1は、Ｘ方向に３λの近辺
で変化しなくなる。この変化のない部分は、磁極が配置
されていない位置に対応するので、４つの磁気抵抗素子
２０-1〜-4のうち、この変化のない部分にある磁気抵抗
素子が分かればセンサヘッド１８のスケール１０に対す
る絶対位置を算出することができる。具体的には、前述
の磁束密度の変化のない部分の出現の間隔は４λとなる
ので、抵抗値Ｒ-1は、λを基本波長とした場合に、１／
４調波成分を有するものとなることを利用する。すなわ
ち、本実施形態の装置では、この４λの波長成分、すな
わち１／４調波成分を利用することで、波長４λの間の
絶対位置検出を行っている。
（ｘ方向）に移動させたときの各磁気抵抗素子２０-1，
２０-2，２０-3，２０-4の抵抗値Ｒ-1，Ｒ-2，Ｒ-3，Ｒ
-4が、図１における左端の磁気抵抗素子２０-1の位置を
原点として表されている。スケール１０の磁極１２が第
２位置１６には設けられていないため、抵抗値の変化は
この位置において周期変化をしなくなる。たとえば、磁
気抵抗素子２０-1の抵抗値Ｒ-1は、Ｘ方向に３λの近辺
で変化しなくなる。この変化のない部分は、磁極が配置
されていない位置に対応するので、４つの磁気抵抗素子
２０-1〜-4のうち、この変化のない部分にある磁気抵抗
素子が分かればセンサヘッド１８のスケール１０に対す
る絶対位置を算出することができる。具体的には、前述
の磁束密度の変化のない部分の出現の間隔は４λとなる
ので、抵抗値Ｒ-1は、λを基本波長とした場合に、１／
４調波成分を有するものとなることを利用する。すなわ
ち、本実施形態の装置では、この４λの波長成分、すな
わち１／４調波成分を利用することで、波長４λの間の
絶対位置検出を行っている。
【００１７】磁気抵抗ブリッジの出力Ｖａ，Ｖｂは、基
本波長成分が打ち消し合うので、図３に示すとおり、前
記１／４調波成分を主成分とする波形となる。この波形
を記憶しておき、これと現在の出力Ｖａ，Ｖｂを比較す
れば、４λの間でのセンサヘッド１８の絶対位置の検出
ができる。
本波長成分が打ち消し合うので、図３に示すとおり、前
記１／４調波成分を主成分とする波形となる。この波形
を記憶しておき、これと現在の出力Ｖａ，Ｖｂを比較す
れば、４λの間でのセンサヘッド１８の絶対位置の検出
ができる。
【００１８】または、出力Ｖａ，Ｖｂの１／４調波成分
Ｖａ(1/4) ，Ｖｂ(1/4) を抽出し、これらは、４λを２
πとしたときにπ／２位相がずれているので、
Ｖａ(1/4) ，Ｖｂ(1/4) を抽出し、これらは、４λを２
πとしたときにπ／２位相がずれているので、
【数１】ｓｉｎ （πｘ／２λ）＝−Ｖａ(1/4) ／Ｖ ｃｏｓ （πｘ／２λ）＝−Ｖｂ(1/4) ／Ｖ ただし Ｖ＝｛（Ｖａ(1/4) ）2 ＋（Ｖｂ(1/4) ）2 ｝
1/2 を満たすｘとして絶対位置の算出を行うことも可能であ
る。
1/2 を満たすｘとして絶対位置の算出を行うことも可能であ
る。
【００１９】図１に示す実施形態によれば、磁極の間隔
λ以上にわたる絶対位置の測定が、新たなスケールを付
加することなく達成することができる。
λ以上にわたる絶対位置の測定が、新たなスケールを付
加することなく達成することができる。
【００２０】図４には、本発明の他の実施形態の要部構
成が示されている。スケール１０は、図１に示す実施形
態のものと同一の構成を有しており、その説明は省略す
る。センサヘッド２２は、各々８個の磁気抵抗素子から
形成される第１磁気抵抗素子群２４および第２磁気抵抗
素子群２６を有している。第１および第２磁気抵抗素子
群２４，２６は、図中２列に記載しているが、実際には
１列に配列され後述する配線によって二つの群に分けら
れている。第１磁気抵抗素子群２４は、磁気抵抗素子２
８-1〜２８-8を有しており、このうちの各々の間隔がλ
で配列された４個の磁気抵抗素子２８-1〜２８-4を図５
に示すブリッジ接続することによって図１に示した実施
例と同様に、長さ４λにわたって絶対位置の測定をする
ことができる。
成が示されている。スケール１０は、図１に示す実施形
態のものと同一の構成を有しており、その説明は省略す
る。センサヘッド２２は、各々８個の磁気抵抗素子から
形成される第１磁気抵抗素子群２４および第２磁気抵抗
素子群２６を有している。第１および第２磁気抵抗素子
群２４，２６は、図中２列に記載しているが、実際には
１列に配列され後述する配線によって二つの群に分けら
れている。第１磁気抵抗素子群２４は、磁気抵抗素子２
８-1〜２８-8を有しており、このうちの各々の間隔がλ
で配列された４個の磁気抵抗素子２８-1〜２８-4を図５
に示すブリッジ接続することによって図１に示した実施
例と同様に、長さ４λにわたって絶対位置の測定をする
ことができる。
【００２１】本実施形態においては、磁気抵抗素子２８
-1〜２８-4は、第１磁気抵抗素子群２４に属する他の磁
気抵抗素子２８-5〜２８-8とともに、これらを図６に示
すように接続してブリッジ回路を組むことができるよう
になっている。センサヘッド２２がスケール１０に対し
て移動すると、各磁気抵抗素子２８-1〜２８-8の抵抗値
Ｒ-1〜Ｒ-8は、図７および図８のグラフに示すように変
化する。スケール１０の第２位置１６に、磁極が配置さ
れていないことにより、抵抗が変化しない部分があるこ
とは、図１に示す実施例と同様である。磁気抵抗素子２
８-1〜２８-4の合成抵抗Ｒ-9と、磁気抵抗素子２８-5〜
２８-8の合成抵抗Ｒ-10 の変化が図９に示されており、
これから図６に示したブリッジ回路の出力電圧Ｖｃは、
図１０のグラフに示すように変化する。以上、第１磁気
抵抗素子群２４に関して説明したが、第２磁気抵抗素子
群２６に関しても全く同様に、磁気抵抗素子３０-1〜３
０-8を図６に示すように接続してブリッジを形成し、ブ
リッジの出力電圧Ｖｄを得ることができる。第２磁気抵
抗素子群２６を、第１磁気抵抗素子群２４に対してと所
定の位相差をもって配置しておき、出力電圧この波形Ｖ
ｃ，Ｖｄをあらかじめ記憶しておけば、これと現在の出
力Ｖｃ，Ｖｄを比較することにより、４λの間でのセン
サヘッド１８の絶対位置の検出ができる。
-1〜２８-4は、第１磁気抵抗素子群２４に属する他の磁
気抵抗素子２８-5〜２８-8とともに、これらを図６に示
すように接続してブリッジ回路を組むことができるよう
になっている。センサヘッド２２がスケール１０に対し
て移動すると、各磁気抵抗素子２８-1〜２８-8の抵抗値
Ｒ-1〜Ｒ-8は、図７および図８のグラフに示すように変
化する。スケール１０の第２位置１６に、磁極が配置さ
れていないことにより、抵抗が変化しない部分があるこ
とは、図１に示す実施例と同様である。磁気抵抗素子２
８-1〜２８-4の合成抵抗Ｒ-9と、磁気抵抗素子２８-5〜
２８-8の合成抵抗Ｒ-10 の変化が図９に示されており、
これから図６に示したブリッジ回路の出力電圧Ｖｃは、
図１０のグラフに示すように変化する。以上、第１磁気
抵抗素子群２４に関して説明したが、第２磁気抵抗素子
群２６に関しても全く同様に、磁気抵抗素子３０-1〜３
０-8を図６に示すように接続してブリッジを形成し、ブ
リッジの出力電圧Ｖｄを得ることができる。第２磁気抵
抗素子群２６を、第１磁気抵抗素子群２４に対してと所
定の位相差をもって配置しておき、出力電圧この波形Ｖ
ｃ，Ｖｄをあらかじめ記憶しておけば、これと現在の出
力Ｖｃ，Ｖｄを比較することにより、４λの間でのセン
サヘッド１８の絶対位置の検出ができる。
【００２２】または、第２磁気抵抗素子群２６は、図に
示されるように第１磁気抵抗素子群２４とλ／４の位相
差をもって配置されているので、出力Ｖｃ，Ｖｄの基本
調波成分Ｖｃ(1) ，Ｖｄ(1) を抽出し、
示されるように第１磁気抵抗素子群２４とλ／４の位相
差をもって配置されているので、出力Ｖｃ，Ｖｄの基本
調波成分Ｖｃ(1) ，Ｖｄ(1) を抽出し、
【数２】ｓｉｎ （２πｘ／λ）＝−Ｖｃ(1) ／Ｖ ｃｏｓ （２πｘ／λ）＝−Ｖｄ(1) ／Ｖ ただし Ｖ＝｛（Ｖｃ(1) ）2 ＋（Ｖｄ(1) ）2 ｝1/2 に基づき間隔λの間の位置ｘを算出することができる。
【００２３】図１１には、波長４λの間の位置測定であ
る広範囲測定と、波長λの狭範囲の位置測定とを選択的
に可能とする回路のブロック構成が示されている。セン
サヘッド２２の各磁気抵抗素子２８-1〜２８-8，３０-1
〜３０-8は、広範囲／狭範囲配線切り替えスイッチ部３
２に接続されている。広範囲／狭範囲配線切り替えスイ
ッチ部３２は、選択的に磁気抵抗素子の接続状態を図５
に示す状態または図６に示す状態にすることができる。
さらに、広範囲／狭範囲配線切り替えスイッチ部３２に
は、ブリッジ回路の両端の電圧を供給する電源３４が接
続されている。広範囲／狭範囲配線切り替えスイッチ部
３２の出力、すなわち前記各ブリッジ回路の出力電圧Ｖ
ａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄは、出力電圧Ｖａ，Ｖｂが広範囲
位置検出回路３６に出力され、出力電圧Ｖｃ，Ｖｄが狭
範囲位置検出回路３８に出力される。これらの位置検出
回路３６，３８では、前述の式に基づき位置ｘの算出を
行う。図４などに示す実施形態によれば、比較的広い範
囲にわたる位置測定と、狭い範囲の位置測定のどちらに
も対応することができる。
る広範囲測定と、波長λの狭範囲の位置測定とを選択的
に可能とする回路のブロック構成が示されている。セン
サヘッド２２の各磁気抵抗素子２８-1〜２８-8，３０-1
〜３０-8は、広範囲／狭範囲配線切り替えスイッチ部３
２に接続されている。広範囲／狭範囲配線切り替えスイ
ッチ部３２は、選択的に磁気抵抗素子の接続状態を図５
に示す状態または図６に示す状態にすることができる。
さらに、広範囲／狭範囲配線切り替えスイッチ部３２に
は、ブリッジ回路の両端の電圧を供給する電源３４が接
続されている。広範囲／狭範囲配線切り替えスイッチ部
３２の出力、すなわち前記各ブリッジ回路の出力電圧Ｖ
ａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄは、出力電圧Ｖａ，Ｖｂが広範囲
位置検出回路３６に出力され、出力電圧Ｖｃ，Ｖｄが狭
範囲位置検出回路３８に出力される。これらの位置検出
回路３６，３８では、前述の式に基づき位置ｘの算出を
行う。図４などに示す実施形態によれば、比較的広い範
囲にわたる位置測定と、狭い範囲の位置測定のどちらに
も対応することができる。
【００２４】図１２には、本発明のさらに他の実施形態
の要部構成が示されている。本実施形態は、図４に示し
た実施形態に対してスケールの第２位置を６λ間隔に代
えて配置したものである。スケール４０には磁極４１が
配置されている。この配置を詳述すれば、磁極４１は、
間隔λで配置される第１位置４２から第１位置の間隔の
６倍の間隔６λで配置される第２位置４３を除いた位置
に配置される。図１においては、第２位置４３が破線で
示されており、ここには磁極は配置されていない。
の要部構成が示されている。本実施形態は、図４に示し
た実施形態に対してスケールの第２位置を６λ間隔に代
えて配置したものである。スケール４０には磁極４１が
配置されている。この配置を詳述すれば、磁極４１は、
間隔λで配置される第１位置４２から第１位置の間隔の
６倍の間隔６λで配置される第２位置４３を除いた位置
に配置される。図１においては、第２位置４３が破線で
示されており、ここには磁極は配置されていない。
【００２５】センサヘッド４４は、各々１２個の磁気抵
抗素子から形成される第１磁気抵抗素子群４５および第
２磁気抵抗素子群４６を有している。第１および第２磁
気抵抗素子群４５，４６は、図中２列に記載している
が、実際には１列に配列され後述する配線によって二つ
の群に分けられている。第１磁気抵抗素子群４５は、磁
気抵抗素子４７-1〜４７-12 を有しており、図１３に示
すように、これらの磁気抵抗素子のうち間隔３λで配置
されたものどうしによって６個のブリッジが形成されて
いる。
抗素子から形成される第１磁気抵抗素子群４５および第
２磁気抵抗素子群４６を有している。第１および第２磁
気抵抗素子群４５，４６は、図中２列に記載している
が、実際には１列に配列され後述する配線によって二つ
の群に分けられている。第１磁気抵抗素子群４５は、磁
気抵抗素子４７-1〜４７-12 を有しており、図１３に示
すように、これらの磁気抵抗素子のうち間隔３λで配置
されたものどうしによって６個のブリッジが形成されて
いる。
【００２６】図１４には、センサヘッド４４を長さ方向
（ｘ方向）に移動させたときの磁気抵抗素子４７-1，４
７-4，４７-7，４７-10 ，４７-9，４７-12 の抵抗値Ｒ
-1，Ｒ-4，Ｒ-7，Ｒ-10 ，Ｒ-9，Ｒ-12 が、図１２にお
ける左端の磁気抵抗素子４７-1の位置を原点として表さ
れている。スケール４０の磁極４１が第２位置４３には
設けられていないため、抵抗値の変化はこの位置におい
て周期変化をしなくなる。たとえば、磁気抵抗素子４７
-1の抵抗値Ｒ-1は、Ｘ方向に５λの近辺で変化しなくな
る。この変化のない部分は、磁極が配置されていない位
置に対応するので、１２個の磁気抵抗素子４７-1〜-12
のうち、この変化のない部分にある磁気抵抗素子が分か
ればセンサヘッド４４のスケール４０に対する絶対位置
を算出することができる。具体的には、前述の磁束密度
の変化のない部分の出現の間隔は６λとなるので、抵抗
値Ｒ-1は、λを基本波長とした場合に、１／６調波成分
を有するものとなることを利用する。すなわち、本実施
形態の装置では、この６λの波長成分、すなわち１／６
調波成分を利用することで、波長６λの間の絶対位置検
出を行っている。
（ｘ方向）に移動させたときの磁気抵抗素子４７-1，４
７-4，４７-7，４７-10 ，４７-9，４７-12 の抵抗値Ｒ
-1，Ｒ-4，Ｒ-7，Ｒ-10 ，Ｒ-9，Ｒ-12 が、図１２にお
ける左端の磁気抵抗素子４７-1の位置を原点として表さ
れている。スケール４０の磁極４１が第２位置４３には
設けられていないため、抵抗値の変化はこの位置におい
て周期変化をしなくなる。たとえば、磁気抵抗素子４７
-1の抵抗値Ｒ-1は、Ｘ方向に５λの近辺で変化しなくな
る。この変化のない部分は、磁極が配置されていない位
置に対応するので、１２個の磁気抵抗素子４７-1〜-12
のうち、この変化のない部分にある磁気抵抗素子が分か
ればセンサヘッド４４のスケール４０に対する絶対位置
を算出することができる。具体的には、前述の磁束密度
の変化のない部分の出現の間隔は６λとなるので、抵抗
値Ｒ-1は、λを基本波長とした場合に、１／６調波成分
を有するものとなることを利用する。すなわち、本実施
形態の装置では、この６λの波長成分、すなわち１／６
調波成分を利用することで、波長６λの間の絶対位置検
出を行っている。
【００２７】これを更に詳述すると、図１４に示すよう
に、磁気抵抗素子４７-1，４７-4により構成されるブリ
ッジの出力はＶa1となり、同様に磁気抵抗素子４７-7，
４７-10 により構成されるブリッジの出力はＶa2、磁気
抵抗素子４７-9，４７-12 により構成されるブリッジの
出力はＶa3となる。そして、各ブリッジの出力Ｖa1，Ｖ
a2，Ｖa3に基づき、次式より
に、磁気抵抗素子４７-1，４７-4により構成されるブリ
ッジの出力はＶa1となり、同様に磁気抵抗素子４７-7，
４７-10 により構成されるブリッジの出力はＶa2、磁気
抵抗素子４７-9，４７-12 により構成されるブリッジの
出力はＶa3となる。そして、各ブリッジの出力Ｖa1，Ｖ
a2，Ｖa3に基づき、次式より
【数３】Ｖａ＝Ｖa1＋Ｖa2−Ｖa3 合成出力Ｖａを得る。同様に他の磁気抵抗素子４７-2，
４７-5により構成されるブリッジの出力Ｖb1、磁気抵抗
素子４７-3，４７-6により構成されるブリッジの出力Ｖ
b2、および磁気抵抗素子４７-8，４７-11 により構成さ
れるブリッジの出力Ｖb3に基づき、次式より、
４７-5により構成されるブリッジの出力Ｖb1、磁気抵抗
素子４７-3，４７-6により構成されるブリッジの出力Ｖ
b2、および磁気抵抗素子４７-8，４７-11 により構成さ
れるブリッジの出力Ｖb3に基づき、次式より、
【数４】Ｖｂ＝Ｖb1＋Ｖb2−Ｖb3 合成出力Ｖｂを得る。
【００２８】磁気抵抗ブリッジの出力Ｖａ，Ｖｂは、基
本波長λの成分が打ち消し合うので、図１４に示すとお
り、前記１／６調波成分を主成分とする波形となる。こ
の波形を記憶しておき、これと現在の出力Ｖａ，Ｖｂを
比較すれば、６λの間でのセンサヘッド４４の絶対位置
の検出ができる。
本波長λの成分が打ち消し合うので、図１４に示すとお
り、前記１／６調波成分を主成分とする波形となる。こ
の波形を記憶しておき、これと現在の出力Ｖａ，Ｖｂを
比較すれば、６λの間でのセンサヘッド４４の絶対位置
の検出ができる。
【００２９】または、出力Ｖａ，Ｖｂの１／６調波成分
Ｖａ(1/6) ，Ｖｂ(1/6) を抽出し、これらは、６λを２
πとしたときにπ／２位相がずれているので、
Ｖａ(1/6) ，Ｖｂ(1/6) を抽出し、これらは、６λを２
πとしたときにπ／２位相がずれているので、
【数５】ｓｉｎ （πｘ／２λ）＝−Ｖａ(1/6) ／Ｖ ｃｏｓ （πｘ／２λ）＝−Ｖｂ(1/6) ／Ｖ ただし Ｖ＝｛（Ｖａ(1/6) ）2 ＋（Ｖｂ(1/6) ）2 ｝
1/2 を満たすｘとして絶対位置の算出を行うことも可能であ
る。
1/2 を満たすｘとして絶対位置の算出を行うことも可能であ
る。
【００３０】磁気抵抗素子４７-1〜４７-12 は、配線を
組み替えて図１５に示すように接続してブリッジ回路を
組むことができるようになっている。センサヘッド４４
がスケール４０に対して移動すると、各磁気抵抗素子の
抵抗値４７-1〜４７-12 は、前述の図１４に示されるＲ
-1などと同様、スケール４０の第２位置４３に対向する
位置で抵抗が変化せず、その他の位置では波長λで周期
的な変化をする波形を示す。これらの抵抗を図１５に示
すように、すなわち磁気抵抗素子４７-1〜４７-6を直列
した合成抵抗と、磁気抵抗素子４７-7〜４７-12 を直列
した合成抵抗とによりブリッジ回路を組むと、これの出
力電圧Ｖｃは波長λを基本周期とする波形となる。そし
て、第２位置に磁極を配置しなかった影響が除去され
る。
組み替えて図１５に示すように接続してブリッジ回路を
組むことができるようになっている。センサヘッド４４
がスケール４０に対して移動すると、各磁気抵抗素子の
抵抗値４７-1〜４７-12 は、前述の図１４に示されるＲ
-1などと同様、スケール４０の第２位置４３に対向する
位置で抵抗が変化せず、その他の位置では波長λで周期
的な変化をする波形を示す。これらの抵抗を図１５に示
すように、すなわち磁気抵抗素子４７-1〜４７-6を直列
した合成抵抗と、磁気抵抗素子４７-7〜４７-12 を直列
した合成抵抗とによりブリッジ回路を組むと、これの出
力電圧Ｖｃは波長λを基本周期とする波形となる。そし
て、第２位置に磁極を配置しなかった影響が除去され
る。
【００３１】第１磁気抵抗素子群４５と同様に、第２磁
気抵抗素子群４６に関しても磁気抵抗素子４８-1〜４８
-12 によって図１５に示すようにブリッジ回路を組め
ば、波長λを基本周期とし、磁極を配置しなかった影響
が除去された出力電圧Ｖｄを得ることができる。以上の
出力電圧Ｖｃ，Ｖｄは、前述した図１０に示す波形とな
る。この出力電圧の波形Ｖｃ，Ｖｄをあらかじめ記憶し
ておけば、これと現在の出力Ｖｃ，Ｖｄを比較すること
により、６λの間でのセンサヘッド４４の絶対位置の検
出ができる。
気抵抗素子群４６に関しても磁気抵抗素子４８-1〜４８
-12 によって図１５に示すようにブリッジ回路を組め
ば、波長λを基本周期とし、磁極を配置しなかった影響
が除去された出力電圧Ｖｄを得ることができる。以上の
出力電圧Ｖｃ，Ｖｄは、前述した図１０に示す波形とな
る。この出力電圧の波形Ｖｃ，Ｖｄをあらかじめ記憶し
ておけば、これと現在の出力Ｖｃ，Ｖｄを比較すること
により、６λの間でのセンサヘッド４４の絶対位置の検
出ができる。
【００３２】または、第２磁気抵抗素子群４６は、図に
示されるように第１磁気抵抗素子群４５とλ／４の位相
差をもって配置されているので、出力Ｖｃ，Ｖｄの基本
調波成分Ｖｃ(1) ，Ｖｄ(1) を抽出し、
示されるように第１磁気抵抗素子群４５とλ／４の位相
差をもって配置されているので、出力Ｖｃ，Ｖｄの基本
調波成分Ｖｃ(1) ，Ｖｄ(1) を抽出し、
【数６】ｓｉｎ （２πｘ／λ）＝−Ｖｃ(1) ／Ｖ ｃｏｓ （２πｘ／λ）＝−Ｖｄ(1) ／Ｖ ただし Ｖ＝｛（Ｖｃ(1) ）2 ＋（Ｖｄ(1) ）2 ｝1/2 に基づき間隔λの間の位置ｘを算出することができる。
以上の配線の切り替えは、図１１に示す装置構成により
達成することができる。
以上の配線の切り替えは、図１１に示す装置構成により
達成することができる。
【００３３】さらに、広範囲な絶対位置の測定を行う場
合には、磁極を配置しない第２位置の間隔が異なる二つ
のスケールを並設することも可能である。この場合に
は、二つのスケールの第２位置の間隔の最小公倍数の範
囲において、絶対位置の測定が可能となる。たとえば図
１６に示すように、図１および図１２に示した第２位置
の間隔が４λと６λのスケール１０，４０およびこれに
対応するセンサヘッド１８，４４を備えることで、１２
λにわたる範囲の絶対位置の測定を行うことができる。
なお、図１６においては、スケール１０，４０およびセ
ンサヘッド１８，４４の構成は、図１、図１２およびこ
れらに関連した説明において記載されたものと全く同等
であるので、ここでの説明は省略する。
合には、磁極を配置しない第２位置の間隔が異なる二つ
のスケールを並設することも可能である。この場合に
は、二つのスケールの第２位置の間隔の最小公倍数の範
囲において、絶対位置の測定が可能となる。たとえば図
１６に示すように、図１および図１２に示した第２位置
の間隔が４λと６λのスケール１０，４０およびこれに
対応するセンサヘッド１８，４４を備えることで、１２
λにわたる範囲の絶対位置の測定を行うことができる。
なお、図１６においては、スケール１０，４０およびセ
ンサヘッド１８，４４の構成は、図１、図１２およびこ
れらに関連した説明において記載されたものと全く同等
であるので、ここでの説明は省略する。
【００３４】以上の実施形態は全て直線状のスケールに
磁極を配置した構成を有していたが、本発明はこれに限
らず以下のような変位測定器にも応用することができ
る。
磁極を配置した構成を有していたが、本発明はこれに限
らず以下のような変位測定器にも応用することができ
る。
【００３５】図１７は、一様に着磁したベース５０に所
定の間隔で高透磁率物質で形成された部材５２を配列し
たスケール５４を示している。高透磁率部材５２は、間
隔λの第１位置から間隔４λの第２位置を除いた位置に
配置されている。そして、高透磁率部材５２がある部分
では上方に漏洩する磁束が小さくなり、これがない部分
では漏洩磁束が大きくなる。この漏洩磁束の大小が長さ
方向に配列され、この変化を図１または図４に示すセン
サヘッドにより検出すれば、図１や図４に示した実施形
態と同様に位置測定を行うことができる。
定の間隔で高透磁率物質で形成された部材５２を配列し
たスケール５４を示している。高透磁率部材５２は、間
隔λの第１位置から間隔４λの第２位置を除いた位置に
配置されている。そして、高透磁率部材５２がある部分
では上方に漏洩する磁束が小さくなり、これがない部分
では漏洩磁束が大きくなる。この漏洩磁束の大小が長さ
方向に配列され、この変化を図１または図４に示すセン
サヘッドにより検出すれば、図１や図４に示した実施形
態と同様に位置測定を行うことができる。
【００３６】図１８は、回転角変位を測定することので
きる変位測定器である。第１磁気歯車６０は、角度間隔
φ（＝π／６）ごとに位置する第１位置から角度間隔４
φごとに位置する第２位置を除いた位置に、磁極６２が
配置されている。また、第２磁気歯車６４は、角度間隔
φ（＝π／６）ごとに位置する第１位置から角度間隔６
φごとに位置する第２位置を除いた位置に、磁極６６が
配置されている。センサヘッドおよびブリッジ回路の構
成は、図１６のものを回転型に変更したものである。こ
の構成によれば、前述の図１６に示した直線状のスケー
ルと同様に二つの磁気歯車の第２位置の波長４φ，６φ
の最小公倍数の波長１２φの間で絶対位置の測定が可能
となる。この場合、波長１２φに相当するのは磁気歯車
の一周であるので、いずれの角度位置であっても絶対位
置としてこれを検出することができる。
きる変位測定器である。第１磁気歯車６０は、角度間隔
φ（＝π／６）ごとに位置する第１位置から角度間隔４
φごとに位置する第２位置を除いた位置に、磁極６２が
配置されている。また、第２磁気歯車６４は、角度間隔
φ（＝π／６）ごとに位置する第１位置から角度間隔６
φごとに位置する第２位置を除いた位置に、磁極６６が
配置されている。センサヘッドおよびブリッジ回路の構
成は、図１６のものを回転型に変更したものである。こ
の構成によれば、前述の図１６に示した直線状のスケー
ルと同様に二つの磁気歯車の第２位置の波長４φ，６φ
の最小公倍数の波長１２φの間で絶対位置の測定が可能
となる。この場合、波長１２φに相当するのは磁気歯車
の一周であるので、いずれの角度位置であっても絶対位
置としてこれを検出することができる。
【００３７】図１９は、静電容量式の変位測定器に本発
明を適用したものである。静電容量式の変位測定器にお
いては、センサヘッド上の送信電極から送信された交流
信号が、スケール上の電極で反射されてセンサヘッド上
の受信電極で受信される。この受信された信号に基づき
変位の測定が行われる。図１９においては、スケール７
０上の間隔λの第１位置から間隔５λの第２位置を除い
た位置にスケール電極７２が配置されている。センサヘ
ッド７４上には、５個の送信電極７６-1〜７６-5が間隔
λで配置され、さらにこの送信電極７６-1〜７６-5に隣
接して長さ５λの受信電極７８が配置されている。受信
電極７８の両端は、端の送信電極７６-1，７６-5外側に
同じ長さだけ飛び出しており、対称性を確保している。
送信電極７６-1，７６-5には、各々異なる位相の交流電
圧が印加されており、送信電極７６-1には位相０°、送
信電極７６-2には位相７２°、送信電極７６-3には位相
１４４°、送信電極７６-4には位相２１６°、送信電極
７６-5には位相２８８°の交流電圧が印加されている。
スケール電極が全て間隔λで抜けなく配置さている場合
には、送信された異なる位相の信号が全て等しく受信さ
れるので、これを合成すると０となる。しかし、図１９
に示すように、スケール電極７２は破線で示す部分には
配置されていないので、これに対応する位相の信号が受
信されない。したがって、受信された信号の合成信号
は、受信できない位相の信号と逆位相の信号となる。こ
の位相を検出することで、図１９においては、間隔５λ
にわたって絶対位置の検出を行うことができる。
明を適用したものである。静電容量式の変位測定器にお
いては、センサヘッド上の送信電極から送信された交流
信号が、スケール上の電極で反射されてセンサヘッド上
の受信電極で受信される。この受信された信号に基づき
変位の測定が行われる。図１９においては、スケール７
０上の間隔λの第１位置から間隔５λの第２位置を除い
た位置にスケール電極７２が配置されている。センサヘ
ッド７４上には、５個の送信電極７６-1〜７６-5が間隔
λで配置され、さらにこの送信電極７６-1〜７６-5に隣
接して長さ５λの受信電極７８が配置されている。受信
電極７８の両端は、端の送信電極７６-1，７６-5外側に
同じ長さだけ飛び出しており、対称性を確保している。
送信電極７６-1，７６-5には、各々異なる位相の交流電
圧が印加されており、送信電極７６-1には位相０°、送
信電極７６-2には位相７２°、送信電極７６-3には位相
１４４°、送信電極７６-4には位相２１６°、送信電極
７６-5には位相２８８°の交流電圧が印加されている。
スケール電極が全て間隔λで抜けなく配置さている場合
には、送信された異なる位相の信号が全て等しく受信さ
れるので、これを合成すると０となる。しかし、図１９
に示すように、スケール電極７２は破線で示す部分には
配置されていないので、これに対応する位相の信号が受
信されない。したがって、受信された信号の合成信号
は、受信できない位相の信号と逆位相の信号となる。こ
の位相を検出することで、図１９においては、間隔５λ
にわたって絶対位置の検出を行うことができる。
【００３８】図２０は、光電式の変位測定器に本発明を
適用したものである。第１スケール８０には、間隔λの
第１位置から間隔４λの第２位置を除いた位置にスリッ
ト８２が設けられている。この第１スケール８０に対応
して不図示のセンサヘッド上に４個の光電素子８４-1〜
８４-4が間隔λで配置されている。また、第２スケール
８６には、間隔λの第１位置から間隔５λの第２位置を
除いた位置にスリット８８が設けられている。この第２
スケール８６に対応して不図示のセンサヘッド上に５個
の光電素子９０-1〜９０-5が間隔λで配置されている。
適用したものである。第１スケール８０には、間隔λの
第１位置から間隔４λの第２位置を除いた位置にスリッ
ト８２が設けられている。この第１スケール８０に対応
して不図示のセンサヘッド上に４個の光電素子８４-1〜
８４-4が間隔λで配置されている。また、第２スケール
８６には、間隔λの第１位置から間隔５λの第２位置を
除いた位置にスリット８８が設けられている。この第２
スケール８６に対応して不図示のセンサヘッド上に５個
の光電素子９０-1〜９０-5が間隔λで配置されている。
【００３９】４個または５個配置された光電素子のう
ち、スリットに対向する位置にあるものについては、ス
リットを通過した光線を受光し信号が出力される。しか
し、前述の第２位置に相当する、スケール上のスリット
の設けられなかった部分に位置する素子は光線を受光し
ないので、この素子からの出力がなくなる。図において
は光電素子８４-4，９０-5の出力がない。いずれの光電
素子の出力がないかをみることによって変位測定をする
ことができる。なお、図２０に示す装置の場合、波長４
λ，５λの二つのスケールを用いていることで、これら
の最小公倍数である２０λの長さにわたって絶対位置の
検出を行うことができる。
ち、スリットに対向する位置にあるものについては、ス
リットを通過した光線を受光し信号が出力される。しか
し、前述の第２位置に相当する、スケール上のスリット
の設けられなかった部分に位置する素子は光線を受光し
ないので、この素子からの出力がなくなる。図において
は光電素子８４-4，９０-5の出力がない。いずれの光電
素子の出力がないかをみることによって変位測定をする
ことができる。なお、図２０に示す装置の場合、波長４
λ，５λの二つのスケールを用いていることで、これら
の最小公倍数である２０λの長さにわたって絶対位置の
検出を行うことができる。
【００４０】以上のように、本発明にかかる実施例にお
いては、スケールにおいて、等間隔λで配列される第１
位置からこの第１位置のうちｎλ間隔ごとの位置である
第２位置を除いた配列位置に位置情報源を配置したこと
により、間隔ｎλの範囲にわたって絶対位置の測定をす
ることができる。さらに、前記ｎが異なるスケールを２
組設ければ、この異なるｎの最小公倍数の範囲、すなわ
ちより広い範囲での絶対位置の測定が可能となる。
いては、スケールにおいて、等間隔λで配列される第１
位置からこの第１位置のうちｎλ間隔ごとの位置である
第２位置を除いた配列位置に位置情報源を配置したこと
により、間隔ｎλの範囲にわたって絶対位置の測定をす
ることができる。さらに、前記ｎが異なるスケールを２
組設ければ、この異なるｎの最小公倍数の範囲、すなわ
ちより広い範囲での絶対位置の測定が可能となる。
【図１】 本発明の実施形態の要部構成を示す図であ
る。
る。
【図２】 図１に示す磁気抵抗素子の接続状態を示す図
である。
である。
【図３】 図１に示す実施形態の磁気抵抗素子の抵抗値
と図２に示すブリッジ回路の出力電圧の変化を示す図で
ある。
と図２に示すブリッジ回路の出力電圧の変化を示す図で
ある。
【図４】 本発明の他の実施形態の要部構成を示す図で
ある。
ある。
【図５】 図４に示す磁気抵抗素子の広範囲測定時の接
続状態を示す図である。
続状態を示す図である。
【図６】 図４に示す磁気抵抗素子の狭範囲測定時の接
続状態を示す図である。
続状態を示す図である。
【図７】 図４に示す実施形態の磁気抵抗素子の抵抗値
の変化を示す図である。
の変化を示す図である。
【図８】 図４に示す実施形態の磁気抵抗素子の抵抗値
の変化を示す図である。
の変化を示す図である。
【図９】 図４に示す実施形態の磁気抵抗素子の合成抵
抗値の変化を示す図である。
抗値の変化を示す図である。
【図１０】 図６に示すブリッジ回路の出力電圧の変化
を示す図である。
を示す図である。
【図１１】 図４に示す実施形態の広範囲／狭範囲の測
定を切り替えるための構成を示したブロック図である。
定を切り替えるための構成を示したブロック図である。
【図１２】 本発明のさらに他の実施形態の要部構成を
示す図である。
示す図である。
【図１３】 図１２に示す磁気抵抗素子の広範囲測定時
の接続状態を示す図である。
の接続状態を示す図である。
【図１４】 図１２に示す実施形態の磁気抵抗素子の抵
抗値の変化を示す図である。
抗値の変化を示す図である。
【図１５】 図１２に示す磁気抵抗素子の狭範囲測定時
の接続状態を示す図である。
の接続状態を示す図である。
【図１６】 本発明のさらに他の実施形態の要部構成を
示す図である。
示す図である。
【図１７】 本発明を適用した変位測定器の例である。
【図１８】 本発明を適用した角度変位を測定する測定
器の例である。
器の例である。
【図１９】 本発明を適用した静電容量式の変位測定器
の例である。
の例である。
【図２０】 本発明を適用した光電式の変位測定器の例
である。
である。
１０，４０，５４，７０，８０，８６ スケール １２，４１，６２，６６ 磁極 １４，４２ 第１位置 １６，４３ 第２位置 １８，２２，４４，７４ センサヘッド ２０-1〜２０-4，２８-1〜２８-8，３０-1〜３０-8，４
７-1〜４７-12 ，４８-1〜４８-12 ， 磁気抵抗素子 ５０ ベース ５２ 高透磁率部材 ６０，６４ 磁気歯車 ７２ スケール電極 ７６ 送信電極 ８２，８８ スリット ８４-1〜８４-4，９０-1〜９０-5 光電素子
７-1〜４７-12 ，４８-1〜４８-12 ， 磁気抵抗素子 ５０ ベース ５２ 高透磁率部材 ６０，６４ 磁気歯車 ７２ スケール電極 ７６ 送信電極 ８２，８８ スリット ８４-1〜８４-4，９０-1〜９０-5 光電素子
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｄ 5/36 Ｇ０１Ｄ 5/36 Ｑ
Claims (8)
- 【請求項１】 位置情報源が長さ方向に所定の間隔で配
列されたスケールと、前記位置情報源からの情報を検出
するセンサと、前記センサにより検出された情報に基づ
き当該センサのスケールに対する位置を算出する演算部
とを有する変位測定器であって、 前記位置情報源は、ｎが３以上の整数としたときに、等
間隔λで配列される第１位置から前記第１位置のうちｎ
λ間隔ごとの位置である第２位置を除いた配列位置に配
置され、 前記センサは、前記間隔λで配列されるｎ個のセンサ素
子を含み、 前記演算部は、前記第２位置に対向する前記ｎ個のうち
の一つのセンサ素子を特定することにより、間隔ｎλの
間のセンサのスケールに対する絶対位置を算出するもの
である、変位測定器。 - 【請求項２】 請求項１に記載されたスケールとセンサ
の組をｍ組有し、ｋ番目の組において前記ｎはｎkであ
り、これらのｎ1、ｎ2、・・・、ｎk、・・・ｎmは、各
々異なる値であり、前記ｎ1、ｎ2、・・・、ｎmの最小
公倍数Ｍで定義される間隔Ｍλの間の絶対位置を検出す
る、変位測定器。 - 【請求項３】 位置情報源が長さ方向に所定の間隔で配
列されたスケールと、前記位置情報源からの情報を検出
するセンサと、前記センサにより検出された情報に基づ
き当該センサのスケールに対する位置を算出する演算部
とを有する変位測定器であって、 前記位置情報源は、ｎが３以上の整数としたときに、等
間隔λで配列される第１位置から前記第１位置のうちｎ
λ間隔ごとの位置である第２位置を除いた配列位置に配
置され、 前記スケールは、位置情報源の前記の配置によって前記
第２位置の間隔を波長ｎλとする１／ｎ調波成分を有す
る位置情報を有し、 前記センサは、前記１／ｎ調波成分を有する位置情報を
検出し、 前記演算部は検出された位置情報に基づき、間隔ｎλの
間のセンサのスケールに対する絶対位置を算出するもの
である、変位測定器。 - 【請求項４】 請求項３に記載の変位測定器であって、 前記スケールは、前記位置情報源として磁極を有し、前
記整数ｎは偶数であり、 前記センサは、前記スケールの長さ方向に（ｎλ／２）
間隔で配置された２個の磁気抵抗素子により形成される
複数の磁気抵抗ブリッジを有し、これらの磁気抵抗ブリ
ッジは前記スケールの長さ方向に（ｎλ／２）を除くｎ
λ未満の間隔で配置され、 前記演算部は、前記複数の磁気抵抗ブリッジの出力に基
づき、センサのスケールに対する絶対位置を算出するも
のである、変位測定器。 - 【請求項５】 請求項４に記載の変位測定器であって、
前記整数ｎは４であり、前記磁気抵抗ブリッジを２個備
え、これらの磁気抵抗ブリッジはλ間隔で配置される、
変位測定器。 - 【請求項６】 請求項４に記載の変位測定器であって、
前記整数ｎは６であり、前記磁気抵抗ブリッジを６個備
え、これらの磁気抵抗ブリッジは（λ／２）間隔で配置
される、変位測定器。 - 【請求項７】 請求項５に記載の変位測定器と請求項６
に記載の変位測定器を有し、これらの変位測定器の検出
した位置に基づき、１２λの間のセンサのスケールに対
する絶対位置を算出する、変位測定器。 - 【請求項８】 磁極が長さ方向に所定の間隔で配列され
たスケールと、前記磁極により形成される磁界を検出す
る磁気抵抗素子を有するセンサと、前記センサにより検
出された磁界に基づき当該センサのスケールに対する位
置を算出する演算部とを有する変位測定器であって、 前記磁極は、ｎが４以上の偶数としたときに、等間隔λ
で配列される第１位置から前記第１位置のうちｎλ間隔
ごとの位置である第２位置を除いた配列位置に配置さ
れ、 前記磁気抵抗素子は、前記スケールの長さ方向に、（λ
／４）間隔で４ｎ個配置され、 さらに、前記４ｎ個の磁気抵抗素子を、間隔ｎλの間で
のセンサのスケールに対する絶対位置を検出する第１の
配線と、間隔λの間での位置を検出する第２の配線とに
切り替える配線切り替えスイッチを有し、 前記第１の配線は、請求項３に記載の複数の磁気抵抗ブ
リッジを形成するものであり、前記第２の配線は、前記
４ｎ個の磁気抵抗素子を配列順に第１，第２，第３，第
４の組に属するものとし、これらの組に属する磁気抵抗
素子を直列接続して、第１と第３の組により第１の磁気
抵抗ブリッジを、第２と第４の組により第２の磁気抵抗
ブリッジを形成するものであり、 前記演算部は、第１の配線の場合は、請求項３に記載の
とおり、間隔ｎλの間のセンサのスケールに対する絶対
位置を算出するものであり、第２の配線の場合は、２個
の磁気抵抗ブリッジの出力に基づき間隔λの間の絶対位
置を算出するものである、変位測定器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1925197A JPH10221004A (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 変位測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1925197A JPH10221004A (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 変位測定器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10221004A true JPH10221004A (ja) | 1998-08-21 |
Family
ID=11994211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1925197A Pending JPH10221004A (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 変位測定器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10221004A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009051069A1 (ja) * | 2007-10-15 | 2009-04-23 | Alps Electric Co., Ltd. | Ｇｍｒセンサ |
| JP2016090243A (ja) * | 2014-10-30 | 2016-05-23 | 三菱電機株式会社 | 磁気式位置検出装置 |
-
1997
- 1997-01-31 JP JP1925197A patent/JPH10221004A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009051069A1 (ja) * | 2007-10-15 | 2009-04-23 | Alps Electric Co., Ltd. | Ｇｍｒセンサ |
| JP4861483B2 (ja) * | 2007-10-15 | 2012-01-25 | アルプス電気株式会社 | Ｇｍｒセンサ |
| JP2016090243A (ja) * | 2014-10-30 | 2016-05-23 | 三菱電機株式会社 | 磁気式位置検出装置 |
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