JP3124972B2 - リニアエンコーダ - Google Patents
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- 230000015654 memory Effects 0.000 claims description 35
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 241000668842 Lepidosaphes gloverii Species 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 101100087530 Caenorhabditis elegans rom-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100305983 Mus musculus Rom1 gene Proteins 0.000 description 1
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- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
- G01D5/34746—Linear encoders
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リニアエンコーダに関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、リニアエンコーダを検出方式で大
きく分類すると、その第一の方式として平行スリット
式、その第二の方式としてモアレ縞式、その第三の方式
としてバーニア縞式、その第四の方式としてホログラフ
スケール式などがある。そこで、今、第四の方式の一例
として、図８及び図９に示すようなリニアエンコーダを
例にとって説明する。リニアエンコーダ用スケール１上
には、その長手方向に沿って垂直な直線回折格子すなわ
ち短冊状の格子パターン２ａをもった短尺スケール２が
千鳥状に配列され、しかも、この場合、それら隣合う短
尺スケール２の格子パターン２ａは互いに若干重なりを
もって配列されている。また、それら隣同士の重なりを
もった格子パターン２ａの上部に位置して２個の検出器
３，４が配置されている。図９は、それら検出器３，４
の内部構成を詳しく描いたものであり、それぞれ半導体
レーザ５、ハーフミラー６、反射ミラー７、受光素子８
等からなっている。
きく分類すると、その第一の方式として平行スリット
式、その第二の方式としてモアレ縞式、その第三の方式
としてバーニア縞式、その第四の方式としてホログラフ
スケール式などがある。そこで、今、第四の方式の一例
として、図８及び図９に示すようなリニアエンコーダを
例にとって説明する。リニアエンコーダ用スケール１上
には、その長手方向に沿って垂直な直線回折格子すなわ
ち短冊状の格子パターン２ａをもった短尺スケール２が
千鳥状に配列され、しかも、この場合、それら隣合う短
尺スケール２の格子パターン２ａは互いに若干重なりを
もって配列されている。また、それら隣同士の重なりを
もった格子パターン２ａの上部に位置して２個の検出器
３，４が配置されている。図９は、それら検出器３，４
の内部構成を詳しく描いたものであり、それぞれ半導体
レーザ５、ハーフミラー６、反射ミラー７、受光素子８
等からなっている。
【０００３】このような構成において、常にどちらかの
検出器３，４が格子パターン２ａからの反射光又は透過
光を検出するように格子パターン２ａの重なり部分で使
用する検出器３，４の切換えを行い、かつ、この時の両
検出器３，４からの信号の位相差を検出するか、又は、
予め測定し記憶しておいた位相差を用いることによっ
て、両者が同期するように新たに選択される側の位置を
補正するようにしたものである。
検出器３，４が格子パターン２ａからの反射光又は透過
光を検出するように格子パターン２ａの重なり部分で使
用する検出器３，４の切換えを行い、かつ、この時の両
検出器３，４からの信号の位相差を検出するか、又は、
予め測定し記憶しておいた位相差を用いることによっ
て、両者が同期するように新たに選択される側の位置を
補正するようにしたものである。
【０００４】また、第三の方式であるバーニア縞式の例
としては、特開昭６４−７４４１４号公報に開示されて
いるようなものがある。これは、スケールに対して光源
からの光束をコリメータレンズにより平行光にして照明
し、その透過光とバーニアとが作るモアレ縞により位置
情報を検出していた従来の検出方式に対して、光源から
の拡散光をスケールに照明することで周期的な位置信号
を得ることを可能としたものである。しかし、いずれの
場合にしても、スケールには高い精度で等間隔の格子を
刻む必要があり、特に長尺化するためには高精度で大が
かりな製造装置が必要となる。
としては、特開昭６４−７４４１４号公報に開示されて
いるようなものがある。これは、スケールに対して光源
からの光束をコリメータレンズにより平行光にして照明
し、その透過光とバーニアとが作るモアレ縞により位置
情報を検出していた従来の検出方式に対して、光源から
の拡散光をスケールに照明することで周期的な位置信号
を得ることを可能としたものである。しかし、いずれの
場合にしても、スケールには高い精度で等間隔の格子を
刻む必要があり、特に長尺化するためには高精度で大が
かりな製造装置が必要となる。
【０００５】上述したような４つの方式は、いずれの場
合もスケール上に刻まれた格子線から作られるモアレ縞
や干渉縞を用いて位置情報を得るものであり、また、検
出分解能を上げるためには格子ピッチを狭くすれば良
く、第四の方式を除くエンコーダでは回折現象による信
号出力の低下を考慮して４μｍピッチの格子が限界とさ
れている。これに対して、第四の方式は、微細な回折格
子が用いられ、高い分解能での測長が可能である。市販
のホログラフスケールでは格子ピッチ０．５μｍ、分解
能０．０１μｍのものも実現される。ただし、ホログラ
フスケールの加工精度はホログラム製造装置に用いる光
学部品の良否により決定される。例えば、図示しない２
枚の放物面鏡の大きさとその面精度でスケールの有効長
と精度とが決まる。従ってホログラフスケールでは長尺
スケールといっても２５０ｍｍ程度のものまでしか実現
されていない。
合もスケール上に刻まれた格子線から作られるモアレ縞
や干渉縞を用いて位置情報を得るものであり、また、検
出分解能を上げるためには格子ピッチを狭くすれば良
く、第四の方式を除くエンコーダでは回折現象による信
号出力の低下を考慮して４μｍピッチの格子が限界とさ
れている。これに対して、第四の方式は、微細な回折格
子が用いられ、高い分解能での測長が可能である。市販
のホログラフスケールでは格子ピッチ０．５μｍ、分解
能０．０１μｍのものも実現される。ただし、ホログラ
フスケールの加工精度はホログラム製造装置に用いる光
学部品の良否により決定される。例えば、図示しない２
枚の放物面鏡の大きさとその面精度でスケールの有効長
と精度とが決まる。従ってホログラフスケールでは長尺
スケールといっても２５０ｍｍ程度のものまでしか実現
されていない。
【０００６】リニアエンコーダで用いられるスケールに
は、高精度に加工された格子が刻まれている。エンコー
ダの検出精度と分解能とは検出方法が決まればこの格子
の加工精度と格子間隔とによってほとんど決定される。
従って、この格子を製作するために、ルーリングエンジ
ンを用いたり、ＬＳＩ製造用の縮小露光装置を用いた
り、高精度な光学素子を用いて２光束干渉により製作す
るなどしてしているが、いずれの場合にも、製作するス
ケールの長さが長くなると加工装置の大型化と高精度化
とが要求され、その結果非常に高価なものとなってい
る。特に、ホログラフスケールによる場合は長尺のもの
ができず問題となっていた。
は、高精度に加工された格子が刻まれている。エンコー
ダの検出精度と分解能とは検出方法が決まればこの格子
の加工精度と格子間隔とによってほとんど決定される。
従って、この格子を製作するために、ルーリングエンジ
ンを用いたり、ＬＳＩ製造用の縮小露光装置を用いた
り、高精度な光学素子を用いて２光束干渉により製作す
るなどしてしているが、いずれの場合にも、製作するス
ケールの長さが長くなると加工装置の大型化と高精度化
とが要求され、その結果非常に高価なものとなってい
る。特に、ホログラフスケールによる場合は長尺のもの
ができず問題となっていた。
【０００７】このような問題に対処したものとして、前
述した図８及び図９に示したように、リニアエンコーダ
用スケール１上に短尺スケール２を千鳥状に配列させて
長尺のスケールを形成させた信号検出方式なるものがあ
る。しかし、この場合、その製作の精度上、千鳥状に配
列する場合、短尺スケール２同士が互いに平行とならず
傾きをもって配列されてしまうことがあり、このため見
かけ上のスケールのピッチが異なってしまい、位置測定
に誤差が発生し正確な位置検出を行うことができないと
いう問題がある。
述した図８及び図９に示したように、リニアエンコーダ
用スケール１上に短尺スケール２を千鳥状に配列させて
長尺のスケールを形成させた信号検出方式なるものがあ
る。しかし、この場合、その製作の精度上、千鳥状に配
列する場合、短尺スケール２同士が互いに平行とならず
傾きをもって配列されてしまうことがあり、このため見
かけ上のスケールのピッチが異なってしまい、位置測定
に誤差が発生し正確な位置検出を行うことができないと
いう問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、短冊状の格子パターンからなる短尺スケールが千鳥
状に配列されると共に、それら隣合う格子パターン同士
が若干の重なり部分をもって配列されたリニアエンコー
ダ用スケールと、このリニアエンコーダ用スケールから
の反射光又は透過光を検出するように前記格子パターン
の重なり部分の上部に位置して配設された少なくとも２
個の検出器とを備え、前記リニアエンコーダ用スケール
の前記短尺スケール上に形成された前記格子パターンの
情報を切換え可能な２個の検出器を用いて光学的に読取
ることにより位置検出を行うリニアエンコーダにおい
て、予め設定された読取方向に対して前記短尺スケール
が傾くことによる測定誤差を前記検出器からの信号の位
相量として検出する位相検出回路と、予め前記各短尺ス
ケール毎に測定した傾き角度の余弦成分を記憶すると共
にそれら各短尺スケール毎に対応した値を読み出す第１
メモリと、前記位相検出回路にて検出された位相量を前
記第１メモリから読み出された傾き角度の余弦成分で除
算する除算器とを備えた傾き補正回路を設け、隣合う前
記短尺スケール間の傾き補正後の位相差を予め求め記憶
させた第２メモリを設け、傾き補正後の位相を前記第２
メモリから読み出した位相差を用いて加算若しくは減算
して位相差補正を行う算術手段を設けた。
は、短冊状の格子パターンからなる短尺スケールが千鳥
状に配列されると共に、それら隣合う格子パターン同士
が若干の重なり部分をもって配列されたリニアエンコー
ダ用スケールと、このリニアエンコーダ用スケールから
の反射光又は透過光を検出するように前記格子パターン
の重なり部分の上部に位置して配設された少なくとも２
個の検出器とを備え、前記リニアエンコーダ用スケール
の前記短尺スケール上に形成された前記格子パターンの
情報を切換え可能な２個の検出器を用いて光学的に読取
ることにより位置検出を行うリニアエンコーダにおい
て、予め設定された読取方向に対して前記短尺スケール
が傾くことによる測定誤差を前記検出器からの信号の位
相量として検出する位相検出回路と、予め前記各短尺ス
ケール毎に測定した傾き角度の余弦成分を記憶すると共
にそれら各短尺スケール毎に対応した値を読み出す第１
メモリと、前記位相検出回路にて検出された位相量を前
記第１メモリから読み出された傾き角度の余弦成分で除
算する除算器とを備えた傾き補正回路を設け、隣合う前
記短尺スケール間の傾き補正後の位相差を予め求め記憶
させた第２メモリを設け、傾き補正後の位相を前記第２
メモリから読み出した位相差を用いて加算若しくは減算
して位相差補正を行う算術手段を設けた。
【０００９】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、傾き補正回路を、検出器に対してそれぞ
れ独立して設けた。
発明において、傾き補正回路を、検出器に対してそれぞ
れ独立して設けた。
【００１０】請求項３記載の発明では、短冊状の格子パ
ターンからなる短尺スケールが千鳥状に配列されると共
に、それら隣合う格子パターン同士が若干の重なり部分
をもって配列されたリニアエンコーダ用スケールと、こ
のリニアエンコーダ用スケールからの反射光又は透過光
を検出するように前記格子パターンの重なり部分の上部
に位置して配設された少なくとも２個の検出器とを備
え、前記リニアエンコーダ用スケールの前記短尺スケー
ル上に形成された前記格子パターンの情報を切換え可能
な２個の検出器を用いて光学的に読取ることにより位置
検出を行うリニアエンコーダにおいて、各隣接する前記
格子パターンの重なり部分で傾き補正された検出器から
の信号の位相差を求める位相差検出手段と、予め前記各
短尺スケール毎に測定した傾き角度の余弦成分を記憶す
ると共にそれら各短尺スケール毎に対応した値を読み出
す第１メモリとを備え前記検出器に対してそれぞれ独立
して配置された傾き補正回路を設け、これにより求めた
位相差を記憶する書換え可能なメモリを設け、傾き補正
後の信号に対して前記メモリから読み出された位相差を
用いて加算若しくは減算して位相差補正を行う算術手段
を設けた。
ターンからなる短尺スケールが千鳥状に配列されると共
に、それら隣合う格子パターン同士が若干の重なり部分
をもって配列されたリニアエンコーダ用スケールと、こ
のリニアエンコーダ用スケールからの反射光又は透過光
を検出するように前記格子パターンの重なり部分の上部
に位置して配設された少なくとも２個の検出器とを備
え、前記リニアエンコーダ用スケールの前記短尺スケー
ル上に形成された前記格子パターンの情報を切換え可能
な２個の検出器を用いて光学的に読取ることにより位置
検出を行うリニアエンコーダにおいて、各隣接する前記
格子パターンの重なり部分で傾き補正された検出器から
の信号の位相差を求める位相差検出手段と、予め前記各
短尺スケール毎に測定した傾き角度の余弦成分を記憶す
ると共にそれら各短尺スケール毎に対応した値を読み出
す第１メモリとを備え前記検出器に対してそれぞれ独立
して配置された傾き補正回路を設け、これにより求めた
位相差を記憶する書換え可能なメモリを設け、傾き補正
後の信号に対して前記メモリから読み出された位相差を
用いて加算若しくは減算して位相差補正を行う算術手段
を設けた。
【００１１】
【作用】請求項１記載の発明においては、傾き補正回路
を具備するため、千鳥状に配置される短尺スケールが読
取り方向に対して傾いた時、見かけのリニアスケールの
ピッチが変化することにより生じる誤差を実時間で補正
することが可能となる。
を具備するため、千鳥状に配置される短尺スケールが読
取り方向に対して傾いた時、見かけのリニアスケールの
ピッチが変化することにより生じる誤差を実時間で補正
することが可能となる。
【００１２】請求項２記載の発明においては、２つの検
出器からの信号に対してそれぞれ傾き補正を行っている
ため、位置検出分解能を向上させるためにサンプリング
時間を位置検出時間まで短くした場合にも、出力信号の
切換えに要する時間損失によりサンプリング間隔が不等
間隔になることなく信号の検出を行うことが可能とな
る。
出器からの信号に対してそれぞれ傾き補正を行っている
ため、位置検出分解能を向上させるためにサンプリング
時間を位置検出時間まで短くした場合にも、出力信号の
切換えに要する時間損失によりサンプリング間隔が不等
間隔になることなく信号の検出を行うことが可能とな
る。
【００１３】請求項３記載の発明においては、検出器の
切換え時に補正すべき位相差を毎回求めるため、予めす
べての隣接する短尺スケール間の位相差を測定する手間
と位相補正量を記憶しておくメモリとを省くことが可能
となる。
切換え時に補正すべき位相差を毎回求めるため、予めす
べての隣接する短尺スケール間の位相差を測定する手間
と位相補正量を記憶しておくメモリとを省くことが可能
となる。
【００１４】
【実施例】本発明の第一の実施例を図１〜図５に基づい
て説明する。なお、ここでは前述した図８及び図９のリ
ニアエンコーダにおけるリニアスケールの部分に関する
ものであり、その同一部分についての説明は省略し、そ
の同一部分については同一符号を用いる。
て説明する。なお、ここでは前述した図８及び図９のリ
ニアエンコーダにおけるリニアスケールの部分に関する
ものであり、その同一部分についての説明は省略し、そ
の同一部分については同一符号を用いる。
【００１５】すなわち、ここでは、短冊状の格子パター
ン２ａからなる短尺スケール２が千鳥状に配列されると
共に、それら隣合う格子パターン２ａ同士が若干の重な
り部分をもって配列されたリニアエンコーダ用スケール
１と、このリニアエンコーダ用スケール１からの反射光
又は透過光を検出するように前記格子パターン２ａの重
なり部分の上部に位置して配設された少なくとも２個の
検出器３，４とを備え、前記リニアエンコーダ用スケー
ル１の前記短尺スケール２上に形成された前記格子パタ
ーン２ａの情報を切換え可能な２個の検出器３，４を用
いて光学的に読取ることにより位置検出を行うリニアエ
ンコーダに関するものである。
ン２ａからなる短尺スケール２が千鳥状に配列されると
共に、それら隣合う格子パターン２ａ同士が若干の重な
り部分をもって配列されたリニアエンコーダ用スケール
１と、このリニアエンコーダ用スケール１からの反射光
又は透過光を検出するように前記格子パターン２ａの重
なり部分の上部に位置して配設された少なくとも２個の
検出器３，４とを備え、前記リニアエンコーダ用スケー
ル１の前記短尺スケール２上に形成された前記格子パタ
ーン２ａの情報を切換え可能な２個の検出器３，４を用
いて光学的に読取ることにより位置検出を行うリニアエ
ンコーダに関するものである。
【００１６】図１は、そのリニアエンコーダのリニアス
ケールの検出回路の様子を示すものである。この場合、
予め設定された読取方向に対して前記短尺スケール２が
傾くことによる測定誤差を前記検出器３，４からの信号
の位相量を検出する位相検出回路９と、予め前記各短尺
スケール２毎に測定した傾き角度の余弦成分を記憶する
と共にそれら各短尺スケール２毎に対応した値を読み出
す第１メモリとしてのＲＯＭ１０と、前記位相検出回路
９にて検出された位相量を前記ＲＯＭ１０から読み出さ
れた傾き角度の余弦成分で除算する除算器１１とを備え
た傾き補正回路１２を設けた。また、隣合う前記短尺ス
ケール２間の傾き補正後の位相差を予め求め記憶させた
第２メモリとしてのＲＯＭ１３を設け、傾き補正後の位
相を前記ＲＯＭ１３から読み出した位相差を用いて減算
しこれにより位相差補正を行う算術手段としての減算器
１４が設けられている。
ケールの検出回路の様子を示すものである。この場合、
予め設定された読取方向に対して前記短尺スケール２が
傾くことによる測定誤差を前記検出器３，４からの信号
の位相量を検出する位相検出回路９と、予め前記各短尺
スケール２毎に測定した傾き角度の余弦成分を記憶する
と共にそれら各短尺スケール２毎に対応した値を読み出
す第１メモリとしてのＲＯＭ１０と、前記位相検出回路
９にて検出された位相量を前記ＲＯＭ１０から読み出さ
れた傾き角度の余弦成分で除算する除算器１１とを備え
た傾き補正回路１２を設けた。また、隣合う前記短尺ス
ケール２間の傾き補正後の位相差を予め求め記憶させた
第２メモリとしてのＲＯＭ１３を設け、傾き補正後の位
相を前記ＲＯＭ１３から読み出した位相差を用いて減算
しこれにより位相差補正を行う算術手段としての減算器
１４が設けられている。
【００１７】このような構成において、今、短尺スケー
ル２が読取り方向に対して図２に示すように角度φだけ
傾いた場合を考える。格子パターン２ａの重なり部分に
おいて、Ｘ方向にリニアスケールを検出器３により読み
取った時の出力波形Ａを図３（ａ）に示し、検出器４に
より読み取った時の出力波形Ｂを図３（ｂ）に示す。こ
の場合、両波形の信号は、周期と初期位相にずれが発生
している。このような状態のままで信号の出力を検出器
３から検出器４に切換えると、信号が不連続となり位置
検出に誤差が発生する。そこで、図３（ｂ）のような周
期の異なる出力波形Ｂを電気的に周波数変換を行いこれ
により図４（ｂ）に示すような出力波形Ｂに変換し、さ
らに、位相バイアスを与えて補正を行うことにより図５
（ｂ）に示すような出力波形Ｂを得るようにする場合を
考える。なお、図３（ａ）の出力波形Ａは、図４
（ａ）、図５（ａ）の出力波形Ａと何ら変わりはない。
ル２が読取り方向に対して図２に示すように角度φだけ
傾いた場合を考える。格子パターン２ａの重なり部分に
おいて、Ｘ方向にリニアスケールを検出器３により読み
取った時の出力波形Ａを図３（ａ）に示し、検出器４に
より読み取った時の出力波形Ｂを図３（ｂ）に示す。こ
の場合、両波形の信号は、周期と初期位相にずれが発生
している。このような状態のままで信号の出力を検出器
３から検出器４に切換えると、信号が不連続となり位置
検出に誤差が発生する。そこで、図３（ｂ）のような周
期の異なる出力波形Ｂを電気的に周波数変換を行いこれ
により図４（ｂ）に示すような出力波形Ｂに変換し、さ
らに、位相バイアスを与えて補正を行うことにより図５
（ｂ）に示すような出力波形Ｂを得るようにする場合を
考える。なお、図３（ａ）の出力波形Ａは、図４
（ａ）、図５（ａ）の出力波形Ａと何ら変わりはない。
【００１８】傾きがない場合の短尺スケール２の格子パ
ターン２ａの格子ピッチをλ0 、その周波数ω0 、ｉ番
目の短尺スケール２の傾き誤差による見かけの格子ピッ
チをλi 、その周波数をωi （λ0 ＜λi 、ω0 ＞ωi
)、傾き角度をφi とすると、 λi ＝λ0 ／cosφi ωi ＝２π／λi ＝（２π／λ0）・cosφi ＝ω0・cosφi 従って、ｔをサンプリング時間とすると時刻における位
相は、 ω0ｔ＝ωi・ｔ／cosφi …（１） となる。
ターン２ａの格子ピッチをλ0 、その周波数ω0 、ｉ番
目の短尺スケール２の傾き誤差による見かけの格子ピッ
チをλi 、その周波数をωi （λ0 ＜λi 、ω0 ＞ωi
)、傾き角度をφi とすると、 λi ＝λ0 ／cosφi ωi ＝２π／λi ＝（２π／λ0）・cosφi ＝ω0・cosφi 従って、ｔをサンプリング時間とすると時刻における位
相は、 ω0ｔ＝ωi・ｔ／cosφi …（１） となる。
【００１９】すなわち、傾き誤差が発生している出力信
号の位相ωi・ｔを求め、予め求めておいた傾き角φi
を用いて（１）式を計算することにより、傾きの誤差を
補正することができる。
号の位相ωi・ｔを求め、予め求めておいた傾き角φi
を用いて（１）式を計算することにより、傾きの誤差を
補正することができる。
【００２０】そこで、上述したような算術を行うことに
より傾きの誤差を補正する検出回路を図１に基づいて説
明する。今、検出器３，４からの出力信号Ａ，Ｂは、位
相検出回路９に入力され、これにより検出信号の位相ω
iｔ＋εiの値が求められる。なお、ｉはスタート位置か
ら数えた短尺スケール２の番号であり、εi はｉ−１番
目の短尺スケール２との初期位相差である。次に、ｉ番
目の短尺スケール２の傾き角φi を予め求め、ＲＯＭ１
０に書き込んでおいたｃｏｓφi の値を用いて、（ωi
ｔ＋εi）／cosφiの演算を除算器１１により行う。
より傾きの誤差を補正する検出回路を図１に基づいて説
明する。今、検出器３，４からの出力信号Ａ，Ｂは、位
相検出回路９に入力され、これにより検出信号の位相ω
iｔ＋εiの値が求められる。なお、ｉはスタート位置か
ら数えた短尺スケール２の番号であり、εi はｉ−１番
目の短尺スケール２との初期位相差である。次に、ｉ番
目の短尺スケール２の傾き角φi を予め求め、ＲＯＭ１
０に書き込んでおいたｃｏｓφi の値を用いて、（ωi
ｔ＋εi）／cosφiの演算を除算器１１により行う。
【００２１】ここで、あらたにεi≡εi／cosφiとおく
と、 ωi・ｔ／cosφi＋εi …（２） と書きなおすことができる。
と、 ωi・ｔ／cosφi＋εi …（２） と書きなおすことができる。
【００２２】そして、そのεi の値を予め求めＲＯＭ１
３上に書き込んでおき、（２）式の値からεi を減算器
１４により減じることにより、短尺スケール２の傾き及
び隣合うスケール同士の位置ずれを補正することができ
る。
３上に書き込んでおき、（２）式の値からεi を減算器
１４により減じることにより、短尺スケール２の傾き及
び隣合うスケール同士の位置ずれを補正することができ
る。
【００２３】また、重なり部分において信号がＡからＢ
に切換わる場合には、スイッチＳ１の切換えと共に短尺
スケール２の番号ｉを読取り方向に応じてインクリメン
ト又はデクリメントする。さらに、短尺スケール２の番
号は図示しない副スケール等の手段によって求められる
ものとする。
に切換わる場合には、スイッチＳ１の切換えと共に短尺
スケール２の番号ｉを読取り方向に応じてインクリメン
ト又はデクリメントする。さらに、短尺スケール２の番
号は図示しない副スケール等の手段によって求められる
ものとする。
【００２４】なお、本実施例では、算術手段として減算
器１４を用いて計算を行ったが、これに限るものではな
く図示しない加算器を用いて計算することも可能であ
る。
器１４を用いて計算を行ったが、これに限るものではな
く図示しない加算器を用いて計算することも可能であ
る。
【００２５】次に、本発明の第二の実施例を図６に基づ
いて説明する。ここでは、傾き補正回路１２を２つの検
出器３，４に対してそれぞれ独立して設けた場合につい
て述べるものである。今、信号のサンプリング間隔が位
相検出に要する積分時間に等しい場合、図１に示した第
一の実施例のようにＡ側から傾き補正された位相が出力
された後、スイッチＳ１をＡからＢへ切換えるとスイッ
チングに要する時間だけ次に出力される位相信号が送れ
ることになる。このような現象を避けるために、第１メ
モリとしてのＲＯＭ１５には検出器３側の短尺スケール
２の傾き成分であるｃｏｓφi を、第１メモリとしての
ＲＯＭ１６には検出器４側の短尺スケール２の傾き成分
であるｃｏｓφi をそれぞれ独立に書き込んでおき、途
中のあるタイミングで信号の切換えを行う。これによ
り、スイッチング時間が位相検出時間よりも短い限り等
しいサンプリング間隔で信号を出力することができる。
いて説明する。ここでは、傾き補正回路１２を２つの検
出器３，４に対してそれぞれ独立して設けた場合につい
て述べるものである。今、信号のサンプリング間隔が位
相検出に要する積分時間に等しい場合、図１に示した第
一の実施例のようにＡ側から傾き補正された位相が出力
された後、スイッチＳ１をＡからＢへ切換えるとスイッ
チングに要する時間だけ次に出力される位相信号が送れ
ることになる。このような現象を避けるために、第１メ
モリとしてのＲＯＭ１５には検出器３側の短尺スケール
２の傾き成分であるｃｏｓφi を、第１メモリとしての
ＲＯＭ１６には検出器４側の短尺スケール２の傾き成分
であるｃｏｓφi をそれぞれ独立に書き込んでおき、途
中のあるタイミングで信号の切換えを行う。これによ
り、スイッチング時間が位相検出時間よりも短い限り等
しいサンプリング間隔で信号を出力することができる。
【００２６】次に、本発明の第三の実施例を図７に基づ
いて説明する。ここでは、出力信号の切換えごとに傾き
補正を行うようにしたものである。すなわち、各隣接す
る格子パターン２ａの重なり部分で傾き補正された検出
器３，４からの信号の位相差を求める位相差検出手段と
しての位相差検出回路１７は、位相検出回路９と除算器
１１とからなっている。この位相差検出回路１７と、第
１メモリとしてのＲＯＭ１５（又はＲＯＭ１６）とは、
傾き補正回路１２を構成している。この場合、傾き補正
回路１２は、検出器３，４に対してそれぞれ独立して配
置された形となっている。また、傾き補正回路１２によ
り求めた位相差を記憶する書換え可能なメモリとしての
ＲＡＭ１８，１９が設けられている。さらに、傾き補正
後の信号に対して前記ＲＡＭ１８，１９から読み出され
た位相差を用いて、加算を行う加算器２０と、減算を行
う減算器１４，２１とが設けられている。これら加算器
２０と減算器１４，２１とは算術手段を構成している。
いて説明する。ここでは、出力信号の切換えごとに傾き
補正を行うようにしたものである。すなわち、各隣接す
る格子パターン２ａの重なり部分で傾き補正された検出
器３，４からの信号の位相差を求める位相差検出手段と
しての位相差検出回路１７は、位相検出回路９と除算器
１１とからなっている。この位相差検出回路１７と、第
１メモリとしてのＲＯＭ１５（又はＲＯＭ１６）とは、
傾き補正回路１２を構成している。この場合、傾き補正
回路１２は、検出器３，４に対してそれぞれ独立して配
置された形となっている。また、傾き補正回路１２によ
り求めた位相差を記憶する書換え可能なメモリとしての
ＲＡＭ１８，１９が設けられている。さらに、傾き補正
後の信号に対して前記ＲＡＭ１８，１９から読み出され
た位相差を用いて、加算を行う加算器２０と、減算を行
う減算器１４，２１とが設けられている。これら加算器
２０と減算器１４，２１とは算術手段を構成している。
【００２７】このような構成において、ＡからＢへ信号
を切換える時、短尺スケール２の重なり部分において、
Ａ，Ｂの出力信号は各々独立した傾き補正回路１２によ
り傾き角度の補正を行った後、減算器１４により位相差
を求め、Ｂ側の位相補正用ＲＡＭ１８に書込みを行う。
書込み終了後、スイッチＳ１をＡ側へ、スイッチＳ２を
Ｂ側へ切換える。また、ＢからＡへ信号を切換える時は
この逆を行う。
を切換える時、短尺スケール２の重なり部分において、
Ａ，Ｂの出力信号は各々独立した傾き補正回路１２によ
り傾き角度の補正を行った後、減算器１４により位相差
を求め、Ｂ側の位相補正用ＲＡＭ１８に書込みを行う。
書込み終了後、スイッチＳ１をＡ側へ、スイッチＳ２を
Ｂ側へ切換える。また、ＢからＡへ信号を切換える時は
この逆を行う。
【００２８】また、Ａ側の傾き傾き補正された位相信号
をφａ、Ｂ側の傾き補正された位相信号をφｂとした
時、両者の位相差を求めるための減算器２１においてφ
ａ−φｂの演算を行った場合には、Ａ側の位相補正のた
めには減算器１４を用い、Ｂ側の位相補正を行うために
は加算器２０を用いる。
をφａ、Ｂ側の傾き補正された位相信号をφｂとした
時、両者の位相差を求めるための減算器２１においてφ
ａ−φｂの演算を行った場合には、Ａ側の位相補正のた
めには減算器１４を用い、Ｂ側の位相補正を行うために
は加算器２０を用いる。
【００２９】これにより、すべての短尺スケール２に対
する位相誤差を測定する手間と位相補正料を記憶してお
くメモリを省くことが可能となる。
する位相誤差を測定する手間と位相補正料を記憶してお
くメモリを省くことが可能となる。
【００３０】
【発明の効果】請求項１記載の発明は、短冊状の格子パ
ターンからなる短尺スケールが千鳥状に配列されると共
に、それら隣合う格子パターン同士が若干の重なり部分
をもって配列されたリニアエンコーダ用スケールと、こ
のリニアエンコーダ用スケールからの反射光又は透過光
を検出するように前記格子パターンの重なり部分の上部
に位置して配設された少なくとも２個の検出器とを備
え、前記リニアエンコーダ用スケールの前記短尺スケー
ル上に形成された前記格子パターンの情報を切換え可能
な２個の検出器を用いて光学的に読取ることにより位置
検出を行うリニアエンコーダにおいて、予め設定された
読取方向に対して前記短尺スケールが傾くことによる測
定誤差を前記検出器からの信号の位相量として検出する
位相検出回路と、予め前記各短尺スケール毎に測定した
傾き角度の余弦成分を記憶すると共にそれら各短尺スケ
ール毎に対応した値を読み出す第１メモリと、前記位相
検出回路にて検出された位相量を前記第１メモリから読
み出された傾き角度の余弦成分で除算する除算器とを備
えた傾き補正回路を設け、隣合う前記短尺スケール間の
傾き補正後の位相差を予め求め記憶させた第２メモリを
設け、傾き補正後の位相を前記第２メモリから読み出し
た位相差を用いて加算若しくは減算して位相差補正を行
う算術手段を設けたので、千鳥状に配置される短尺スケ
ールが読取り方向に対して傾いた時、見かけのリニアス
ケールのピッチが変化することにより生じる誤差を実時
間で補正することが可能となり、高精度な位置測定がで
きるものである。
ターンからなる短尺スケールが千鳥状に配列されると共
に、それら隣合う格子パターン同士が若干の重なり部分
をもって配列されたリニアエンコーダ用スケールと、こ
のリニアエンコーダ用スケールからの反射光又は透過光
を検出するように前記格子パターンの重なり部分の上部
に位置して配設された少なくとも２個の検出器とを備
え、前記リニアエンコーダ用スケールの前記短尺スケー
ル上に形成された前記格子パターンの情報を切換え可能
な２個の検出器を用いて光学的に読取ることにより位置
検出を行うリニアエンコーダにおいて、予め設定された
読取方向に対して前記短尺スケールが傾くことによる測
定誤差を前記検出器からの信号の位相量として検出する
位相検出回路と、予め前記各短尺スケール毎に測定した
傾き角度の余弦成分を記憶すると共にそれら各短尺スケ
ール毎に対応した値を読み出す第１メモリと、前記位相
検出回路にて検出された位相量を前記第１メモリから読
み出された傾き角度の余弦成分で除算する除算器とを備
えた傾き補正回路を設け、隣合う前記短尺スケール間の
傾き補正後の位相差を予め求め記憶させた第２メモリを
設け、傾き補正後の位相を前記第２メモリから読み出し
た位相差を用いて加算若しくは減算して位相差補正を行
う算術手段を設けたので、千鳥状に配置される短尺スケ
ールが読取り方向に対して傾いた時、見かけのリニアス
ケールのピッチが変化することにより生じる誤差を実時
間で補正することが可能となり、高精度な位置測定がで
きるものである。
【００３１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、傾き補正回路を検出器に対してそれぞれ独
立して設けたので、それら２つの検出器からの信号に対
してそれぞれ傾き補正を行うことにより、位置検出分解
能を向上させるためにサンプリング時間を位置検出時間
まで短くした場合にも、出力信号の切換えに要する時間
損失によりサンプリング間隔が不等間隔になることなく
信号の検出を行うことが可能となり、これにより高精度
及び高分解能な信号検出ができるものである。
明において、傾き補正回路を検出器に対してそれぞれ独
立して設けたので、それら２つの検出器からの信号に対
してそれぞれ傾き補正を行うことにより、位置検出分解
能を向上させるためにサンプリング時間を位置検出時間
まで短くした場合にも、出力信号の切換えに要する時間
損失によりサンプリング間隔が不等間隔になることなく
信号の検出を行うことが可能となり、これにより高精度
及び高分解能な信号検出ができるものである。
【００３２】請求項３記載の発明は、短冊状の格子パタ
ーンからなる短尺スケールが千鳥状に配列されると共
に、それら隣合う格子パターン同士が若干の重なり部分
をもって配列されたリニアエンコーダ用スケールと、こ
のリニアエンコーダ用スケールからの反射光又は透過光
を検出するように前記格子パターンの重なり部分の上部
に位置して配設された少なくとも２個の検出器とを備
え、前記リニアエンコーダ用スケールの前記短尺スケー
ル上に形成された前記格子パターンの情報を切換え可能
な２個の検出器を用いて光学的に読取ることにより位置
検出を行うリニアエンコーダにおいて、各隣接する前記
格子パターンの重なり部分で傾き補正された検出器から
の信号の位相差を求める位相差検出手段と、予め前記各
短尺スケール毎に測定した傾き角度の余弦成分を記憶す
ると共にそれら各短尺スケール毎に対応した値を読み出
す第１メモリとを備え前記検出器に対してそれぞれ独立
して配置された傾き補正回路を設け、これにより求めた
位相差を記憶する書換え可能なメモリを設け、傾き補正
後の信号に対して前記メモリから読み出された位相差を
用いて加算若しくは減算して位相差補正を行う算術手段
を設けたので、検出器の切換え時に補正すべき位相差を
毎回求めることができるため、予めすべての隣接する短
尺スケール間の位相差を測定する手間と位相補正量を記
憶しておくメモリとを省くことができるものである。
ーンからなる短尺スケールが千鳥状に配列されると共
に、それら隣合う格子パターン同士が若干の重なり部分
をもって配列されたリニアエンコーダ用スケールと、こ
のリニアエンコーダ用スケールからの反射光又は透過光
を検出するように前記格子パターンの重なり部分の上部
に位置して配設された少なくとも２個の検出器とを備
え、前記リニアエンコーダ用スケールの前記短尺スケー
ル上に形成された前記格子パターンの情報を切換え可能
な２個の検出器を用いて光学的に読取ることにより位置
検出を行うリニアエンコーダにおいて、各隣接する前記
格子パターンの重なり部分で傾き補正された検出器から
の信号の位相差を求める位相差検出手段と、予め前記各
短尺スケール毎に測定した傾き角度の余弦成分を記憶す
ると共にそれら各短尺スケール毎に対応した値を読み出
す第１メモリとを備え前記検出器に対してそれぞれ独立
して配置された傾き補正回路を設け、これにより求めた
位相差を記憶する書換え可能なメモリを設け、傾き補正
後の信号に対して前記メモリから読み出された位相差を
用いて加算若しくは減算して位相差補正を行う算術手段
を設けたので、検出器の切換え時に補正すべき位相差を
毎回求めることができるため、予めすべての隣接する短
尺スケール間の位相差を測定する手間と位相補正量を記
憶しておくメモリとを省くことができるものである。
【図１】本発明の第一の実施例を示す構成図である。
【図２】短尺スケールが読取り方向に対して角度φだけ
傾いた場合の様子を示す平面図である。
傾いた場合の様子を示す平面図である。
【図３】２つの検出器により検出された出力信号の様子
を示す波形図である。
を示す波形図である。
【図４】角度誤差補正後の出力信号の様子を示す波形図
である。
である。
【図５】位相差補正後の出力信号の様子を示す波形図で
ある。
ある。
【図６】本発明の第二の実施例を示す構成図である。
【図７】本発明の第三の実施例を示す構成図である。
【図８】リニアエンコーダの外観構成を示す斜視図であ
る。
る。
【図９】検出器の内部構成を示す斜視図である。
１ リニアエンコーダ用スケール ２ 短尺スケール ２ａ 格子パターン ３，４ 検出器 ９ 位相検出回路 １０ 第１メモリ １１ 除算器 １２ 傾き補正回路 １３ 第２メモリ １４ 算術手段 １５，１６ 位相検出回路 １７ 位相差検出手段 １８，１９ メモリ ２０，２１ 算術手段 Ｘ 読取方向
Claims (3)
- 【請求項１】 短冊状の格子パターンからなる短尺スケ
ールが千鳥状に配列されると共に、それら隣合う格子パ
ターン同士が若干の重なり部分をもって配列されたリニ
アエンコーダ用スケールと、このリニアエンコーダ用ス
ケールからの反射光又は透過光を検出するように前記格
子パターンの重なり部分の上部に位置して配設された少
なくとも２個の検出器とを備え、前記リニアエンコーダ
用スケールの前記短尺スケール上に形成された前記格子
パターンの情報を切換え可能な２個の検出器を用いて光
学的に読取ることにより位置検出を行うリニアエンコー
ダにおいて、予め設定された読取方向に対して前記短尺
スケールが傾くことによる測定誤差を前記検出器からの
信号の位相量として検出する位相検出回路と、予め前記
各短尺スケール毎に測定した傾き角度の余弦成分を記憶
すると共にそれら各短尺スケール毎に対応した値を読み
出す第１メモリと、前記位相検出回路にて検出された位
相量を前記第１メモリから読み出された傾き角度の余弦
成分で除算する除算器とを備えた傾き補正回路を設け、
隣合う前記短尺スケール間の傾き補正後の位相差を予め
求め記憶させた第２メモリを設け、傾き補正後の位相を
前記第２メモリから読み出した位相差を用いて加算若し
くは減算して位相差補正を行う算術手段を設けたことを
特徴とするリニアエンコーダ。 - 【請求項２】 傾き補正回路は、検出器に対してそれぞ
れ独立して設けられていることを特徴とする請求項１記
載のリニアエンコーダ。 - 【請求項３】 短冊状の格子パターンからなる短尺スケ
ールが千鳥状に配列されると共に、それら隣合う格子パ
ターン同士が若干の重なり部分をもって配列されたリニ
アエンコーダ用スケールと、このリニアエンコーダ用ス
ケールからの反射光又は透過光を検出するように前記格
子パターンの重なり部分の上部に位置して配設された少
なくとも２個の検出器とを備え、前記リニアエンコーダ
用スケールの前記短尺スケール上に形成された前記格子
パターンの情報を切換え可能な２個の検出器を用いて光
学的に読取ることにより位置検出を行うリニアエンコー
ダにおいて、各隣接する前記格子パターンの重なり部分
で傾き補正された検出器からの信号の位相差を求める位
相差検出手段と、予め前記各短尺スケール毎に測定した
傾き角度の余弦成分を記憶すると共にそれら各短尺スケ
ール毎に対応した値を読み出す第１メモリとを備え前記
検出器に対してそれぞれ独立して配置された傾き補正回
路を設け、これにより求めた位相差を記憶する書換え可
能なメモリを設け、傾き補正後の信号に対して前記メモ
リから読み出された位相差を用いて加算若しくは減算し
て位相差補正を行う算術手段を設けたことを特徴とする
リニアエンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03197715A JP3124972B2 (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | リニアエンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03197715A JP3124972B2 (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | リニアエンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0540045A JPH0540045A (ja) | 1993-02-19 |
| JP3124972B2 true JP3124972B2 (ja) | 2001-01-15 |
Family
ID=16379151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03197715A Expired - Fee Related JP3124972B2 (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | リニアエンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3124972B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001004319A (ja) | 1999-06-24 | 2001-01-12 | Mitsutoyo Corp | 線形測長器及び測長方法 |
| DE102018128023A1 (de) * | 2018-11-09 | 2020-05-14 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Linearführung |
-
1991
- 1991-08-07 JP JP03197715A patent/JP3124972B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0540045A (ja) | 1993-02-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |