JP2000234941A - 絶対位置測長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源投入当初から絶対位置がわかるようにし
た絶対位置測長装置を提供する。 【解決手段】 所定間隔で基準長目盛を形成した第１光
学格子と該第１光学格子と並行に設けられ前記基準長目
盛の複数個毎に絶対位置パターンを形成した第２光学格
子とを有する移動格子手段と、前記第１光学格子を通過
してきた光線を受光して電気信号に変換する第１受光手
段と前記第２光学格子を通過してきた光線を受光して電
気出力信号に変換する第２受光手段とを有する受光手段
と、前記第１受光手段の電気出力信号から周期関数を得
て該周期関数から位相位置を演算する相対位置演算手段
と、前記第２受光手段の電気出力信号によって得られた
絶対位置パターンから所定間隔毎の絶対位置を演算する
粗絶対位置演算手段と、前記相対位置演算手段の出力と
前記粗絶対位置演算手段の出力から精密絶対位置を演算
する精密絶対位置演算手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光手段と移動可
能な光学格子と該光学格子を通過した光学信号を電気信
号に変換して演算することにより絶対位置を測定する絶
対位置測長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学式偏検出器を用いた測長器に
は、レーザーを用いたレーザー測長器と、光学式エンコ
ーダがある。レーザー測長器はレーザーの波長を単位と
して測長するため、精度が高く、使い方としては二点間
の長さを測長する。主に相対位置測定に用いられてい
る。光学式エンコーダ方式は、所定のピッチで光学格子
が形成されたガラス板や、フィルム、金属薄板等の移動
可能なスケールと、所定のピッチで光学格子が形成さ
れ、スケールに所定の距離を置いて対向配置され、お互
いの光学格子の位相がスケールの光学格子に対して９０
度づつずれるように配置された複数の固定されたインデ
ックスと、スケールに平行光を当てる固定された光源
と、スケールの移動によって生ずるスケールとインデッ
クスの光学格子の重なり具合により生ずる明暗を検出す
る受光センサという構成となっている。また、受光セン
サを光学格子と同じピッチで並べることにより、インデ
ックスを兼ねたアレイ状の受光センサ方式もある。これ
ら光学式エンコーダ方式はデジタルゲージとして実用化
されているが、使い方としてはレーザー方式と同じく相
対位置測定用が主である。

【０００３】しかしながら、近年、絶対位置測定の必要
性が高まり、受光センサを光学格子と同じピッチで並べ
ることにより、インデックスを兼ねたアレイ状の受光セ
ンサ方式の光学式エンコーダ方式においても、特開平８
−３１３２０９や、特開平９−３３２１０に見られるよ
うに、大アドレスと小アドレスを求めて、位置を特定す
る方法や、特開平１０−１３２６１２に見られるように
複数の原点検出用パターンを持ち、位置を特定する方法
が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然るに、特開平８−３
１３２０９や、特開平９−３３２１０では、アレイ状の
受光センサ（以下ＣＣＤと称する）を固定し、光源およ
び光学格子を一体化して移動させるようにしてあるた
め、測長に必要な長さの分のＣＣＤを必要とする。

【０００５】また、。特開平１０−１３２６１２におい
ては、原点検出用の受光センサが１ポイントであるた
め、そのポイントを原点のパターンが通過するまで位置
がわからず、例えば電源を投入した当初は絶対位置を特
定することができない。

【０００６】本発明は、ＣＣＤは極力小さくし、電源投
入当初から絶対位置がわかるようにした絶対位置測長装
置を提供することを目的としたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、発光手段と、該発光手段が発光
する光線を透過する透過部と遮蔽する遮蔽部によって所
定間隔Ｐ１で基準長目盛を形成した第１光学格子と該第
１光学格子に対して並列にかつ該第１光学格子の基準長
目盛の複数個毎に前記光線を透過する部分と遮蔽する部
分によって格子状の絶対位置パターンを形成した第２光
学格子とを有すると共に前記基準長目盛の方向に移動可
能に設けられた移動格子手段と、前記第１光学格子に対
向する位置に該第１光学格子の基準長目盛の方向に所定
間隔Ｐ３（Ｐ３＜Ｐ１）で配列し該第１光学格子を通過
してきた光線を受光して電気信号に変換するＮ個の受光
素子をＳ個づつＲ個の群に分けて（Ｎ＝Ｓ×Ｒ）構成さ
れた第１受光手段と前記第２光学格子に対向する位置に
前記基準長目盛の方向に所定間隔Ｐ３で配列し該第２光
学格子を通過してきた光線を受光して電気出力信号に変
換するＭ個の受光素子を１番からＭ番までの絶対番地に
振り分けた第２受光手段とを有し前記移動格子手段に対
向して配置された受光手段と、前記第１受光手段のＲ個
の群の各ｎ番目毎の受光素子の電気出力信号を加算して
Ｓ個の加算信号に変換する加算手段と、前記加算手段の
出力であるＳ個の加算信号から周期関数を得て該周期関
数から位相位置を演算する相対位置演算手段と、前記第
２受光手段のＭ個の受光素子の電気出力信号によって得
られた絶対位置パターンから所定間隔毎の絶対位置を演
算する粗絶対位置演算手段と、前記相対位置演算手段の
出力と前記粗絶対位置演算手段の出力から精密絶対位置
を演算する精密絶対位置演算手段とを具備することを特
徴とするものである。

【０００８】また、前記第１光学格子は透過部が（１／
２）×Ｐ１で形成され、遮蔽部が（１／２）×Ｐ１で形
成されていると共に、第１受光手段は受光有効部が（１
／２）×Ｐ１となり、受光無効部がＰ３−（（１／２）
×Ｐ１）となるように構成されていることを特徴とする
ものである。

【０００９】また、前記第２光学格子の格子幅は、最小
単位を所定間隔Ｐ１として少なくとも２×Ｐ１以上で構
成されていることを特徴とするものである。

【００１０】また、前記絶対位置パターンは、Ｐ１×Ｋ
（Ｋは整数）の間隔で配設されていることを特徴とする
ものである。

【００１１】また、前記第２受光手段のＭ個の受光素子
は、前記移動格子手段がいかなる位置にあっても少なく
とも１個の前記第２光学格子の絶対位置パターンを検出
できる数を有することを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下発明の実施の形態を実施例に
基づき図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る
一実施例の絶対位置測定装置の概略の構成を説明するた
めに分解して斜め上方から見た状態を示す斜視図であ
る。図２は、図１に示す移動格子手段２の構成を示す平
面図である。図３は、図１に示す受光手段６の構成を示
す平面図である。

【００１３】図４は、図２に示す第２光学格子４におけ
る各絶対アドレスの絶対位置パターン４ｃを示す図表で
ある。図５は、本発明に係る一実施例の絶対位置測定装
置のブロックダイアグラムを示す説明図である。図６
は、図５における矢視Ｃの詳細な状態を示す詳細図であ
る。

【００１４】図７は、図１における移動格子手段２が０
位置にあり、第１光学格子３の透過部３ａの「１」が第
１受光手段７の受光素子７ａの「ａ」に合致している状
態を示す説明図である。（ａ）は、第１光学格子３と第
１受光手段７との位置関係を示し、（ｂ）は、（ａ）の
状態における各受光素子の出力レベルを示す。図８は、
移動格子手段２が０位置から５μｍずれた位置にあり、
第１光学格子３の透過部３ａの「６」が第１受光手段７
の受光素子７ａの「ｆ」に合致している状態を示す説明
図である。（ａ）は、第１光学格子３と第１受光手段７
との位置関係を示し、（ｂ）は、（ａ）の状態における
各受光素子の出力レベルを示す。図９は、図７に示す移
動格子手段２が０位置にある状態における受光素子トー
タルの出力レベルを示す図表である。図１０は、図８に
示す移動格子手段２が０位置から５μｍずれた位置にあ
る状態における受光素子トータルの出力レベルを示す図
表である。

【００１５】図１１は、移動格子手段２が０位置から移
動して、第２光学格子４の絶対位置パターン４ｃの＃４
が、第２受光手段８に対向している状態を示す説明図で
ある。（ａ）は、第２光学格子４と第２受光手段８との
位置関係を示し、（ｂ）は、（ａ）の状態における各受
光素子の出力レベルを示す。図１２は、移動格子手段２
が０位置から移動して、第２光学格子４の絶対位置パタ
ーン４ｃの＃５が、第２受光手段８に対向している状態
を示す説明図である。（ａ）は、第２光学格子４と第２
受光手段８との位置関係を示し、（ｂ）は、（ａ）の状
態における各受光素子の出力レベルを示す。図１３は、
移動格子手段２が０位置から１０００μｍ移動した位置
における受光手段６との関係を説明する説明図である。
（ａ）は、第１光学格子３と第１受光手段７との位置関
係を示し、（ｂ）は、（ａ）の状態における各受光素子
の出力レベルを示す。（ｃ）は、第２光学格子４と第２
受光手段８との位置関係を示し、（ｄ）は、（ｃ）の状
態における各受光素子の出力レベルを示す。

【００１６】図１において、本発明の絶対位置測長装置
における位置実施例の構成の概要について説明する。図
示せぬ枠体には、光源となる発光手段１が取り付けられ
ており、発光手段１の発光面に対向して移動格子手段２
が長手方向に移動可能に取り付けられている。移動格子
手段２には、第１光学格子３と第２光学格子４とが、そ
れぞれ透過部３ａ、４ａと遮蔽部３ｂ、４ｂとにより縞
目状に形成されている。また、図示せぬ枠体には基板５
が取り付けられており、基板５には、受光手段６と演算
素子９が固着され、受光手段６には、第１受光手段７と
第２受光手段８とが、それぞれ受光素子７ａ、８ａを縞
目状の配列により形成されている。

【００１７】図２において、図１に示した移動格子手段
２の詳細な構成について説明する。移動格子手段２に
は、第１光学格子３と第２光学格子４とが形成されてい
る。第１光学格子３は、発光手段１から照射される光を
透過する透過部３ａと光を遮蔽する遮蔽部３ｂとにより
縞目状に形成されている。遮蔽部３ｂの配設ピッチは所
定間隔Ｐ１＝１６μｍとなっており、透過部３ａと遮蔽
部３ｂの幅はそれぞれ（１／２）Ｐ１＝８μｍとなって
いる。

【００１８】第２光学格子４は、所定間隔Ｐ２＝９６０
μｍのピッチで配設された複数個の絶対位置パターン４
ｃの配列によって構成されており、絶対位置パターン４
ｃの１ユニットは２４０μｍである。絶対位置パターン
４ｃの１ユニットは、４８μｍを１単位とする５個の単
位で構成されており、絶対位置パターン４ｃは各絶対位
置によって５個の単位を構成する透過部４ａと遮蔽部４
ｂとの組み合わせが異なっており、透過部４ａと遮蔽部
４ｂとによって構成されている絶対位置パターン４ｃを
識別することにより、移動格子手段２の粗絶対位置を検
知することができる。

【００１９】図３において、図１に示した受光手段６の
詳細な構成について説明する。受光手段６には、ＣＣＤ
等の第１受光手段７と第２受光手段８とが形成されてい
る。第１受光手段７は、発光手段１から照射され第１光
学格子３を通過してきた光を受光して電気出力に変換す
る受光素子７ａを等間隔に配設することにより形成され
ている。受光素子７ａの配設ピッチは、所定間隔Ｐ３＝
１５μｍとなっており、受光有効部７ｂの幅、即ち受光
素子７ａの幅は８μｍ、受光無効部７ｃの幅、即ち受光
素子７ａと受光素子７ａとの間は７μｍとなっている。
第１受光手段７の受光素子７ａは、０位置にあるａ１か
ら、ｂ１、ｃ１、ｄ１のようにｐ１までのＳ＝１６個配
設されている群が、順次、ａ１０からｐ１０までのＲ＝
１０群の合計Ｎ＝１６０個配設されている。

【００２０】第２受光手段８は、第１受光手段７と同様
にして、発光手段１から照射され第２光学格子４を通過
してきた光を受光して電気出力に変換する受光素子８ａ
を等間隔に配設することにより形成されている。受光素
子８ａの配設ピッチは、所定間隔Ｐ３＝１５μｍとなっ
ており、受光有効部８ｂの幅、即ち受光素子８の幅は
（１／２）Ｐ１＝８μｍ、受光無効部８ｃの幅、即ち受
光素子８ａと受光素子８ａとの間はＰ３−（１／２）Ｐ
１＝７μｍとなっている。第２受光手段８の受光素子８
ａの数Ｍは、０位置にある＃１から＃１６０までの合計
１６０個配設されている。

【００２１】このように、第２受光手段８は、受光素子
８ａが１５μｍの間隔で１６０個配設されているので、
長さは２４００μｍ（＝１５μｍ×１６０）ある。一
方、第２光学格子４は、１ユニットの長さが２４０μｍ
の絶対位置パターン４ｃが９６０μｍの間隔で配設され
ているので、移動格子手段２がどの位置にあっても第２
受光手段８には必ず１個の絶対位置パターン４ｃが対向
している。従って、移動格子手段２の絶対位置が検出で
きなくなることはない。

【００２２】図４において、図２に示した第２光学格子
４の絶対位置パターン４ｃの構成について説明する。第
２光学格子４は、図２に示したように、各絶対位置によ
って固有の組み合わせを有する複数個の絶対位置パター
ン４ｃの配列によって構成されている。絶対位置パター
ン４ｃの１ユニットは４８μｍを１単位とする透過部４
ａあるいは遮蔽部４ｂの５個の単位で構成されており、
絶対位置パターン４ｃは各絶対位置によって５個の単位
を構成する透過部４ａと遮蔽部４ｂとの組み合わせが異
なっている。図４は、各絶対位置によって異なる絶対位
置パターン４ｃを示したものである。即ち、絶対位置番
号が「０」の絶対位置パターン４ｃは、第１区が遮蔽部
４ｂであり、第２区、第３区、第４区、第５区が透過部
４ａである。また、絶対位置番号が「１」の絶対位置パ
ターン４ｃは、第１区と第２区が遮蔽部４ｂであり、第
３区、第４区、第５区が透過部４ａである。以下、各絶
対位置番号の絶対位置パターン４ｃは図４のように構成
されている。

【００２３】図５において、本発明の絶対位置測長装置
におけるブロックダイアグラムの構成について説明す
る。発光手段１から発光された光は第１光学格子３を通
過して第１受光手段７に到達するように構成されてい
る。第１受光手段７は、等間隔に配設されている受光素
子７ａによって構成されている。受光素子７ａは受光し
た光を電気信号に変換し出力する。第１受光手段７から
の出力を行う受光素子７ａのａ１、ａ２、ａ３、・・・
・・ａ１０の各出力端は、演算手段９に設けられた１個
の加算手段１０の入力端に接続され、受光素子７ａのｂ
１、ｂ２、ｂ３、・・・・・ｂ１０の各出力端は、他の
１個の加算手段１０の入力端に接続され、以下、ｃ、
ｄ、ｅからｐまで同様に接続されている。

【００２４】図６において、上述した第１受光手段７か
ら加算手段１０への接続の詳細な状態について説明す
る。図３に示す第１受光手段７を構成している受光素子
７ａのａ１、ａ２、ａ３、ａ４・・・・・ａ１０の各出
力端は、加算手段１０を構成している加算素子１０ａの
入力端に接続され、受光素子７ａのｂ１、ｂ２、ｂ３、
ｂ４・・・・・ｂ１０の各出力端は、加算手段１０を構
成している加算素子１０ｂの入力端に接続され、以下、
同様にして受光素子７ａのｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４・・
・・・ｐ１０の各出力端は、加算手段１０を構成してい
る加算素子１０ｐの入力端に接続されている。加算素子
１０ａの出力端「ａ・ｔｏｔａｌ」、加算素子１０ｂの
出力端「ｂ・ｔｏｔａｌ」、加算素子１０ｃの出力端
「ｃ・ｔｏｔａｌ」・・・・・加算素子１０ｐの出力端
「ｐ・ｔｏｔａｌ」は、図５に示すように演算手段９に
設けられ、加算手段１０の出力から相対位置を演算し出
力する相対位置演算部１１の入力端に接続されている。

【００２５】図５において、ブロックダイアグラムの構
成について更に説明する。発光手段１から発光された光
は第２光学格子４を通過して第２受光手段８に到達す
る。第２光学格子４の光透過部４ａを通過してきた光を
受光した第２受光手段８は、等間隔に配設されている受
光素子８ａによって受光されて電気信号に変換する。第
２受光手段８を構成している受光素子８ａの＃１、＃
２、＃３、＃４・・・・＃１６０の各出力端は、演算手
段９に設けられ、第２受光手段８の出力から粗絶対位置
を演算し出力する粗絶対位置演算部１２の入力端に接続
されている。

【００２６】相対位置演算部１１の出力端と粗絶対位置
演算部１２の出力端は、相対位置演算部１１の出力と粗
絶対位置演算部１２の出力から精密絶対位置を演算し出
力する精密絶対位置演算１３の入力端に接続されてい
る。精密絶対位置演算１３の出力端は、絶対位置測長装
置が測定した精密絶対位置を表示する表示部１４の入力
端に接続されていると共に、絶対位置測長装置が測定し
た精密絶対位置を外部の機器に出力するための外部出力
端子１５に接続されている。

【００２７】図７において、図１における移動格子手段
２が０位置にあり、第１光学格子３の透過部ａの「１」
が第１受光手段７の受光素子７ａの「ａ」に合致してい
る状態における各受光素子の出力レベルを説明する。第
１光学格子３の透過部３ａの「１」が第１受光手段７の
受光素子７ａの「ａ」に合致している状態においては、
「ａ」の出力レベルは「８」となり、この時、透過部３
ａの「２」と受光素子７ａの「ｂ」の位置とは１／８だ
けずれているので「ｂ」の出力レベルは「７」となり、
透過部３ａの「３」と受光素子７ａの「ｃ」の位置とは
２／８だけずれているので「ｃ」の出力レベルは「６」
となり、同様にして、受光素子７ａの「ｄ」は「５」、
「ｅ」は「４」、「ｆ」は「３」、「ｇ」は「２」、
「ｈ」は「１」、「ｉ」は「０」、「ｊ」は「１」、
「ｋ」は「２」・・・・・受光素子７ａの「ｐ」は
「７」となる。

【００２８】図８において、図１における移動格子手段
２が０位置から５μｍ左方に移動して、第１光学格子３
の透過部３ａの「６」が第１受光手段７の受光素子７ａ
の「ｆ」に合致している状態における各受光素子の出力
レベルを説明する。第１光学格子３の透過部３ａの
「６」が第１受光手段７の受光素子７ａの「ｆ」に合致
している状態においては、「ｆ」の出力レベルは「８」
となり、この時、透過部３ａの「７」と受光素子７ａの
「ｇ」の位置とは１／８だけずれているので「ｇ」の出
力レベルは「７」となり、透過部３ａの「８」と受光素
子７ａの「ｈ」の位置とは２／８だけずれているので
「ｈ」の出力レベルは「６」となり、同様にして、受光
素子７ａの「ｉ」は「５」、「ｊ」は「４」、「ｋ」は
「３」、「ｌ」は「２」、「ｍ」は「１」、「ｎ」は
「０」、「ｏ」は「１」、「ｐ」は「２」、「ａ」は
「３」、「ｂ」は「４」・・・・・「ｅ」は「７」とな
る。

【００２９】図９において、図７における移動格子手段
２が０位置にあるときの第１受光手段７の各受光素子の
出力を、図５、および図６における加算手段１０が加算
した状態について説明する。加算手段１０の加算素子１
０ａは、受光素子７ａの「ａ１」、「ａ２」、「ａ
３」、「ａ４」・・・・・「ａ１０」の出力を加算して
「ａ・ｔｏｔａｌ」として出力する。加算素子１０ｂ
は、受光素子７ａの「ｂ１」、「ｂ２」、「ｂ３」、
「ｂ４」・・・・・「ｂ１０」の出力を加算し「ｂ・ｔ
ｏｔａｌ」として出力する。同様にして、加算素子１０
ｃ、加算素子１０ｄから加算素子１０ｐまで行う。図９
は、横軸に「ａ・ｔｏｔａｌ」から「ｐ・ｔｏｔａｌ」
までの各加算素子をとり、縦軸に各加算素子の出力レベ
ルを表したものである。この表によれば、加算手段出力
レベルがもっとも高い「８」を示しているのは「ａ・ｔ
ｏｔａｌ」である。

【００３０】図１０において、図８における移動格子手
段２が０位置から５μｍ左方に移動した位置にあるとき
の第１受光手段７の各受光素子の出力を、図５、および
図６における加算手段１０が加算した状態について説明
する。加算手段１０の加算素子１０ａは、受光素子７ａ
の「ａ１」、「ａ２」、「ａ３」、「ａ４」・・・・・
「ａ１０」の出力を加算して「ａ・ｔｏｔａｌ」として
出力する。加算素子１０ｂは、受光素子７ａの「ｂ
１」、「ｂ２」、「ｂ３」、「ｂ４」・・・・・「ｂ１
０」の出力を加算し「ｂ・ｔｏｔａｌ」として出力す
る。同様にして、加算素子１０ｃ、加算素子１０ｄから
加算素子１０ｐまで行う。図９は、横軸に「ａ・ｔｏｔ
ａｌ」から「ｐ・ｔｏｔａｌ」までの各加算素子をと
り、縦軸に各加算素子の出力レベルを表したものであ
る。この表によれば、加算手段出力レベルがもっとも高
い「８」を示しているのは「ｆ・ｔｏｔａｌ」である。

【００３１】図１１（ａ）において、図４における第２
光学格子３の絶対位置番号「４」の絶対位置パターン４
ｃが第２受光手段８に対向している状態について説明
し、（ｂ）において、（ａ）の状態における各受光素子
８ａの出力レベルについて説明する。（ａ）に示すよう
に、絶対位置番号「４」の遮蔽部４ｂとなっている絶対
位置パターン４ｃの第１区が、受光素子８ａの＃３８、
＃３９、＃４０への光の１００％と＃４１への光の３／
８を遮断し、第２区と第３区の透過部４ａが、＃４１へ
の光の５／８と＃４２、＃４３、＃４４、＃４５、＃４
６、＃４７への光の１００％を透過し、第４区が、＃４
８、＃４９、＃５０への光の１００％を遮断し、第５区
が、＃５１、＃５２、＃５３への光の１００％を遮断し
ている。

【００３２】（ｂ）に示すように、（ａ）の状態におけ
る各受光素子８ａの出力レベルは、＃３８が「０」、＃
３９が「０」、＃４０が「０」となり、＃４１が
「５」、＃４２が「８」、＃４３が「８」、＃４４が
「８」、＃４５が「８」、＃４６が「８」、＃４７が
「８」となり、＃４８が「０」、＃４９が「０」、＃５
０が「０」となっている。また、＃５１が「８」、＃５
２が「８」、＃５３が「８」となる。

【００３３】図１２（ａ）において、図４における第２
光学格子３の絶対位置番号「５」の絶対位置パターン４
ｃが第２受光手段８に対向している状態について説明
し、（ｂ）において、（ａ）の状態における各受光素子
８ａの出力レベルについて説明する。（ａ）に示すよう
に、絶対位置番号「５」の遮蔽部４ｂとなっている絶対
位置パターン４ｃの第１区と第２区が、受光素子８ａの
＃１０２、＃１０３、＃１０４、＃１０５、＃１０６、
＃１０７への光の１００％と＃１０８への光の６／８を
遮断し、第３区の透過部４ａが、＃１０８への光の２／
８と＃１０９、＃１１０、＃１１１への光の１００％を
透過し、第４区の遮蔽部４ｂが、＃１１２、＃１１３、
＃１１４への光の１００％を遮断し、第５区の透過部４
ａが、＃１１５、＃１１６、＃１１７への光の１００％
を透過している。

【００３４】（ｂ）に示すように、（ａ）の状態におけ
る各受光素子８ａの出力レベルは、＃１０２が「０」、
＃１０３が「０」、＃１０４が「０」、＃１０５が
「０」、＃１０６が「０」、＃１０７が「０」となり、
＃１０８が「２」、＃１０９が「８」、＃１１０が
「８」、＃１１１が「８」となり、＃１１２が「０」、
＃１１３が「０」、＃１１４が「０」となっている。ま
た、＃１１５が「８」、＃１１６が「８」、＃１１７が
「８」となる。

【００３５】図１３において、移動格子手段２が０位置
から１０００μｍ移動した位置における受光手段６との
関係を説明する。０位置から１０００μｍ移動した位置
について説明する前に、まず、移動格子手段２が０位置
にある状態について説明すると、絶対位置番号「０」の
絶対位置パターン４ｃ「ＡＢＳ＃０」が第２受光手段８
の＃１、＃２、＃３、＃４・・・・・＃１６に対向し、
絶対位置番号「１」の絶対位置パターン４ｃ「ＡＢＳ＃
１」が第２受光手段８の＃６５、＃６６、＃６７、＃６
８・・・・・＃８０に対向し、絶対位置番号「２」の絶
対位置パターン４ｃ「ＡＢＳ＃２」が第２受光手段８の
＃１２９、＃１３０、＃１３１、＃１３２・・・・・＃
１４４に対向する。一方、移動格子手段２が０位置から
左方に１０００μｍ移動した位置においては、絶対位置
番号「０」の絶対位置パターン４ｃ「ＡＢＳ＃０」は第
２受光手段８との対向位置からはずれ、絶対位置番号
「１」の絶対位置パターン４ｃ「ＡＢＳ＃１」はその一
部が第２受光手段８との対向位置からはずれた状態にあ
る。第２受光手段８に全体が対向している絶対位置パタ
ーン４ｃは、絶対位置番号「２」の絶対位置パターン４
ｃ「ＡＢＳ＃２」である。

【００３６】絶対位置番号「２」の絶対位置パターン４
ｃ「ＡＢＳ＃２」は、図４に示すように第１区と第３区
が遮蔽部４ｂとなっており、これにより＃６３、＃６
４、＃６５と、＃６９、＃７０、＃７１の出力が「０」
となる。従って、第２受光手段８が検出する絶対位置パ
ターンは「０、１、０、１、１」となり、粗絶対位置演
算部１２は、絶対位置番号が「２」であることを識別す
る。更に、絶対位置番号が「２」であることから、０位
置から左方に９６０μｍ以上移動した状態であることが
判る。

【００３７】また、絶対位置番号「２」の絶対位置パタ
ーン４ｃ「ＡＢＳ＃２」が第２受光手段８の＃６５、＃
６６、＃６７、＃６８・・・・・＃８０に対向するので
あれば、移動格子手段２が０位置にあるときの絶対位置
番号「２」の絶対位置パターン４ｃ「ＡＢＳ＃２」が第
２受光手段８の＃１２９、＃１３０、＃１３１、＃１３
２・・・・・＃１４４に対向する位置から６４ブロック
移動した位置にあることが判り、９６０μｍ（１５μｍ
×６４ブロック）移動した位置にあることになる。

【００３８】然るに、絶対位置番号「２」の絶対位置パ
ターン４ｃ「ＡＢＳ＃２」が第２受光手段８の＃６３、
＃６４、＃６５、＃６６・・・・・＃７８に対向するの
であるから、０位置から９６０μｍ移動した位置から更
に約３０μｍ（１５μｍ×２ブロック）移動した位置、
即ち、０位置から約９９０μｍ移動した位置にあること
になる。このように、第２受光手段８の出力からは絶対
値を検出することができるが精密な位置ではなく粗い位
置であり、これが粗絶対位置である。

【００３９】一方、このとき、第１受光手段７の受光素
子７ａのｉ１、ｉ２、ｉ３、ｉ４・・・・・ｉ１０の出
力レベルが「８」であることから、相対位置演算部１１
は、第１光学格子３の透過部３ａが第１受光手段７の受
光素子７ａの「ｉ・ｔｏｔａｌ」（ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＋
ｉ４・・・・・ｉ１０）に合致していることが判る。然
るに、ｉ・ｔｏｔａｌであるから、９６０μｍ移動した
位置から更にどのくらい移動した位置であるかは、この
ことからだけでは８μｍ、２４μｍ、４０μｍ、５６μ
ｍ・・・・のうちにあることしかわからない。（「ａ・
ｔｏｔａｌ」であれば、０μｍ、１６μｍ、３２μｍ、
４８μｍ・・・・・のうちにあり、「ｂ・ｔｏｔａｌ」
であれば、１μｍ、１７μｍ、３３μｍ、４９μｍ・・
・・・のうちにあることになる。）従って、０位置から
どのくらい移動した位置であるかは、９６８μｍ、９８
４μｍ、１０００μｍ、１０１６μｍ、・・・・・のう
ちにあることしかわからない。このように、第１受光手
段７の出力からは精密な位置を検出することができるが
絶対位置ではなく不特定な位置であり、これが相対位置
である。

【００４０】上述したようにして得られた粗絶対位置と
相対位置の情報は、精密絶対位置演算部１３に入力され
て、粗絶対位置として得られた０位置から約９９０μｍ
移動した位置にあることと、相対位置として得られた０
位置から移動した位置が９６８μｍ、９８４μｍ、１０
００μｍ、１０１６μｍ、・・・・・のうちにあること
から、９９０μｍよりも大きく、且つ、９９０μｍに最
も近い１０００μｍを得る。これが精密絶対位置であ
る。

【００４１】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、所定間
隔で基準長目盛を形成した第１光学格子と前記基準長目
盛の複数個毎に絶対位置パターンを形成した第２光学格
子とを有する移動格子手段と、前記第１光学格子を通過
してきた光線を受光して電気信号に変換する第１受光手
段と前記第２光学格子を通過してきた光線を受光して電
気出力信号に変換する第２受光手段とを有する受光手段
と、前記第１受光手段の電気出力信号から周期関数を得
て該周期関数から位相位置を演算する相対位置演算手段
と、前記第２受光手段の電気出力信号によって得られた
絶対位置パターンから所定間隔毎の絶対位置を演算する
粗絶対位置演算手段と、前記相対位置演算手段の出力と
前記粗絶対位置演算手段の出力から精密絶対位置を演算
する精密絶対位置演算手段とを有することにより、ＣＣ
Ｄは極力小さくし、電源投入当初から絶対位置がわかる
ようにした絶対位置測長装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の絶対位置測定装置の概
略の構成を説明するために分解して斜め上方から見た状
態を示す斜視図である。

【図２】図１に示す移動格子手段２の構成を示す平面図
である。

【図３】図１に示す受光手段６の構成を示す平面図であ
る。

【図４】図２に示す第２光学格子４における各絶対アド
レスの絶対位置パターン４ｃを示す図表である。

【図５】本発明に係る一実施例の絶対位置測定装置のブ
ロックダイアグラムを示す説明図である。

【図６】図５における矢視Ｃの詳細な状態を示す詳細図
である。

【図７】図１における移動格子手段２が０位置にあり、
第１光学格子３の透過部３ａの「１」が第１受光手段７
の受光素子８ａの「ａ」に合致している状態を示す説明
図である。（ａ）は、第１光学格子３と第１受光手段７
との位置関係を示し、（ｂ）は、（ａ）の状態における
各受光素子の出力レベルを示す。

【図８】移動格子手段２が０位置から５μｍずれた位置
にあり、第１光学格子３の透過部３ａの「６」が第１受
光手段７の受光素子７ａの「ｆ」に合致している状態を
示す説明図である。（ａ）は、第１光学格子３と第１受
光手段７との位置関係を示し、（ｂ）は、（ａ）の状態
における各受光素子の出力レベルを示す。

【図９】図７に示す移動格子手段２が０位置にある状態
における受光素子トータルの出力レベルを示す図表であ
る。

【図１０】図８に示す移動格子手段２が０位置から５μ
ｍずれた位置にある状態における受光素子トータルの出
力レベルを示す図表である。

【図１１】移動格子手段２が０位置から移動して、第２
光学格子４の絶対位置パターン４ｃの＃４が、第２受光
手段８に対向している状態を示す説明図である。（ａ）
は、第２光学格子４と第２受光手段８との位置関係を示
し、（ｂ）は、（ａ）の状態における各受光素子の出力
レベルを示す。

【図１２】移動格子手段２が０位置から移動して、第２
光学格子４の絶対位置パターン４ｃの＃５が、第２受光
手段８に対向している状態を示す説明図である。（ａ）
は、第２光学格子４と第２受光手段８との位置関係を示
し、（ｂ）は、（ａ）の状態における各受光素子の出力
レベルを示す。

【図１３】移動格子手段２が０位置から１０００μｍ移
動した位置における受光手段６との関係を説明する説明
図である。（ａ）は、第１光学格子３と第２受光手段７
との位置関係を示し、（ｂ）は、（ａ）の状態における
各受光素子の出力レベルを示す。（ｃ）は、第２光学格
子４と第２受光手段８との位置関係を示し、（ｄ）は、
（ｃ）の状態における各受光素子の出力レベルを示す。

【符号の説明】

１ 発光手段 ２ 移動格子手段 ３ 第１光学格子 ３ａ 透過部 ３ｂ 遮蔽部 ４ 第２光学格子 ４ａ 透過部 ４ｂ 遮蔽部 ４ｃ 絶対位置パターン ５ 基板 ６ 受光手段 ７ 第１受光手段 ７ａ 受光素子 ７ｂ 受光有効部 ７ｃ 受光無効部 ８ 第２受光手段 ８ａ 受光素子 ８ｂ 受光有効部 ８ｃ 受光無効部 ９ 演算素子 １０ 加算手段 １０ａ〜１０ｐ加算素子 １１ 相対位置演算部 １２ 粗絶対位置演算部 １３ 精密絶対位置演算部 １４ 表示部 １５ 外部出力端子

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA07 CC21 DD02 DD06 DD19 FF19 GG03 GG15 GG18 HH03 HH13 JJ03 JJ05 JJ19 KK01 MM16 MM26 PP02 QQ27 QQ28 QQ31 UU05 UU06 UU07 2F077 AA30 CC08 NN27 PP19 QQ15 RR03 TT04 TT21 TT61 VV01 2F103 BA32 BA43 CA06 DA04 EB03 EB07 EB14 EB31 EB35 ED18 FA01 FA15

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光手段と、該発光手段が発光する光線
   を透過する透過部と遮蔽する遮蔽部によって所定間隔Ｐ
   １で基準長目盛を形成した第１光学格子と該第１光学格
   子に対して並列にかつ該第１光学格子の基準長目盛の複
   数個毎に前記光線を透過する部分と遮蔽する部分によっ
   て格子状の絶対位置パターンを形成した第２光学格子と
   を有すると共に前記基準長目盛の方向に移動可能に設け
   られた移動格子手段と、 前記第１光学格子に対向する位置に該第１光学格子の基
   準長目盛の方向に所定間隔Ｐ３（Ｐ３＜Ｐ１）で配列し
   該第１光学格子を通過してきた光線を受光して電気信号
   に変換するＮ個の受光素子をＳ個づつＲ個の群に分けて
   （Ｎ＝Ｓ×Ｒ）構成された第１受光手段と前記第２光学
   格子に対向する位置に前記基準長目盛の方向に所定間隔
   Ｐ３で配列し該第２光学格子を通過してきた光線を受光
   して電気出力信号に変換するＭ個の受光素子を１番から
   Ｍ番までの絶対番地に振り分けた第２受光手段とを有し
   前記移動格子手段に対向して配置された受光手段と、 前記第１受光手段のＲ個の群の各ｎ番目毎の受光素子の
   電気出力信号を加算してＳ個の加算信号に変換する加算
   手段と、 前記加算手段の出力であるＳ個の加算信号から周期関数
   を得て該周期関数から位相位置を演算する相対位置演算
   手段と、 前記第２受光手段のＭ個の受光素子の電気出力信号によ
   って得られた絶対位置パターンから所定間隔毎の絶対位
   置を演算する粗絶対位置演算手段と、 前記相対位置演算手段の出力と前記粗絶対位置演算手段
   の出力から精密絶対位置を演算する精密絶対位置演算手
   段とを具備することを特徴とする絶対位置測長装置。
2. 【請求項２】 前記第１光学格子は透過部が（１／２）
   ×Ｐ１で形成され、遮蔽部が（１／２）×Ｐ１で形成さ
   れていると共に、第１受光手段は受光有効部が（１／
   ２）×Ｐ１となり、受光無効部がＰ３−（（１／２）×
   Ｐ１）となるように構成されていることを特徴とする請
   求項１記載の絶対位置測長装置。
3. 【請求項３】 前記第２光学格子の格子幅は、最小単位
   を所定間隔Ｐ１として少なくとも２×Ｐ１以上で構成さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の絶対位置測長
   装置。
4. 【請求項４】 前記絶対位置パターンは、Ｐ１×Ｋ（Ｋ
   は整数）の間隔で配設されていることを特徴とする請求
   項１乃至３記載の絶対位置測長装置。
5. 【請求項５】 前記第２受光手段のＭ個の受光素子は、
   前記移動格子手段がいかなる位置にあっても少なくとも
   １個の前記第２光学格子の絶対位置パターンを検出でき
   る数を有することを特徴とする請求項１記載の絶対位置
   測長装置。