JPH01229905A - 変位検出器 - 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、変位検出器に係り、特に、周期的な格子を用
いて、第１部材と第２部材の相対変位弔を絶対位置で検
出する変位検出器の改良に関するものである。

［従来の技術］ 工作機械の工具の送りｍ等を測定するために用いられる
変位検出器には、対応する（単一）トラックの格子間の
相互作用によって形成される周期的な１次信号の繰返し
の数から第１部材と第２部材の相対変位量を測定する、
いわゆる増分型の変位検出器と、例えばトラック毎にピ
ッチを大幅に変えてコード化した格子間の相互作用によ
って形成される複数の１次信号によって、第１部材と第
２部材の相対変位量を絶対位置で検出する、いわゆる絶
対位置型の変位検出器がある。

（発明が解決しようとする課題１ しかしながら、前者の増分型変位検出器においては、計
数誤差を生じると、それがそのまま累積されて測定誤差
に直結するという問題点がある。

一方、後者の絶対位置型変位検出器によれば、変位が絶
対位置で測定できるため、計数ミス等を生じてもそれが
累積されることはない。しかしながら、従来のように例
えば第２トラックの格子のピッチを、第１トラックの格
子のピッチの２倍、第３トラックの格子のピッチを第２
トラックの格子のピッチの更に２倍・・・というように
、完全にコード化してしまうと、いずれかのトラック、
特にピッチの大きなトラックで検出ミスを生じると、測
定値が大幅にずれてしまうという問題点を有していた。

又、絶対位置型の変位検出器を光学格子を用いて構成す
る場合、光源やインデックススケールを共通化するため
には、各トラックの格子間ギャップを同一に設定する必
要があるが、コード化された格子を用いた場合には、ト
ラック間で格子ピッチの違いが大き過ぎるため、同一ギ
ャップでは良好な受光信号が得られないという問題点を
有していた。

【発明の目的１ 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、小数のアナログ信号から相対変位量を絶対位置で
検出することができ、検出ミスを生じて′も測定圃の跳
びが少く、各トラツタの格子間ギャップが同一であって
も、良好な検出信号を得ることが可能な、全く新規な構
成の変位検出器を提供することを目的とする。

【課題を達成するための手段１ 本発明は、変位検出器において、少くとも３種類の等ピ
ッチの周期的な格子を、トラック毎に少しずつピッチを
変えて３トラック以上形成した第１部材と、各トラック
の格子に対応するピッチの周期的な格子をトラック毎に
形成した第２部材と、対応するトラックの格子間の相互
作用によって形成された１次信号をトラック毎に検出す
る手段と、該１次信号間の位相差を算出して２次信号と
する手段とを備え、少くとも該２次信号間の位相差に基
づいて、第１部材と第２部材の相対変位量を絶対位置で
検出するようにして、前記目的を達成したものである。

（作用１ 本発明は、絶対位置型変位検出器の各トラックを、従来
のようにコード化して用いるのではなく、各トラックの
格子ピッチを近い値として、バーニヤによって絶対位置
を小数のアナログ信号で検出できるようにすると共に、
トラック数を３以上とし、バーニヤを多重化して、広い
測定範囲の絶対位置測定を可能としたものである。

以下、４トラック方式の場合を例にとって、本発明の検
出原理を説明する。

今、第１部材としてのメインスケール１０の目盛面に、
第２図に示す如く、基準点（ｘ＝Ｏ）で位相が一致する
４種類の等ピッチ（それぞれＰ、ＰＩ、Ｐ２、Ｐ３）の
周期的な格子２２．２４．２６．２８をトラック１２．
１４．１６．１８毎に少しく例えば同一量ΔＰ）ずつピ
ッチを変えて４トラック形成し、一方、これと対向する
第２部材としてのインデックススケール３０の目喬面に
は、第３図に示す如く、前記各トラック１２〜１８の格
子２２〜２８に対応するピッチＰ、Ｐ＋、Ｐ２、Ｐ３の
、基準点で位相が一致する周期的な格子４２．４４．４
６．４８をトラック３２．３４．３６．３８毎に形成し
たとすると、第１トラック１２（３２）と第２トラック
１４（イ４）がバーニヤを構成するための条件は、第４
図からも明らかなように、次式に示す如くとなる。

Ｌ＋＝＜Ｎ＋１｝Ｐ＝Ｎ　（Ｐ＋ΔＰ）　・・・（１）
ここで、Ｌｌは、第１トラック１２（３２）と第２トラ
ック１４（３４）のバーニヤ長さ、Ｎは等分散（自然数
）である。

同様に、第２トラック１４（３４＞と第３トラック１６
（３６）がバーニヤを構成するための条件は、第４図か
らも明らかなように、次式に示す如くとなる。

Ｌ２−（Ｎ＋２）（Ｐ＋ΔＰ） ＝　（Ｎ＋１　）（Ｐ＋２ΔＰ） ＝Ｌ＋　＋２　（Ｐ十ΔＰ）　　　　　・・・・・・〈
２）ここで、ト２は、第２トラック１４（３４）と第３
トラック１６（３６）のバーニヤ長さである。

同様に、第３トラック１６（３６）と第４トラック１８
（３８）がバーニヤを構成するための条件は、第４図か
らも明らかなように、次式に示す如くとなる。

Ｌ３＝（Ｎ＋３＞（Ｐ＋２ΔＰ） ＝（Ｎ＋２＞（Ｐ−１−３△Ｐ） ＝Ｌｚ＋２　（Ｐ＋２ΔＰ） ＝Ｌ＋　＋２　（Ｐ十△Ｐ）＋２　（Ｐ＋２ΔＰ）・・
・・・・・・・〈３） ここで、Ｌ３は、第３トラック１６（３６）と第４トラ
ック１８（３８）のバーニヤ長さである。

すると、（１ン式から次式が成立する。

ΔＰ＝Ｐ／Ｎ　　　　　　　　・・・・・・・・・（４
）更に、次式のように置くと、 Ｐ＋＝Ｐ＋ΔＰ＝　（（Ｎ＋１　）／Ｎ｝Ｐ・・・（５
｝Ｐ２＝Ｐ＋２△Ｐ＝　（（Ｎ＋２）／Ｎ｝Ｐ・・・（
６｝Ｐ　コ　−　Ｐ　　＋　３　　△　Ｐ＝　　（（Ｎ
＋３）／Ｎ）　　Ｐ　　・・・　（１）（１）、＜２）
、（３）式は、結局、次式に示す如くとなる。

Ｌ＋＝（Ｎ＋１｝Ｐ＝ＮＰ＋　　・・・・・・（１−）
しｚ＝（Ｎ−１−２｝Ｐ＋＝（Ｎ＋−１｝Ｐ２＝Ｌ＋　
＋２Ｐ＋　　　　　　・・・・・・（２′）Ｌ３＝　（
Ｎ＋３｝Ｐ２＝　（Ｎ＋２｝Ｐ３−Ｌ２＋２Ｐｚ＝Ｌ＋
　＋２ＰＩ　＋２Ｐ２・・・・・・・・・（”３−） 従って、４つのトラックの各格子によって得られる１次
信号の基準点に対する位相φ０、φ１、φ２、φ３は、
基準点く原点）からの変位を×とすると、次式に示す如
くとなる（第４図参照）。

φ、＝２π（Ｘ／Ｐ）　　　　・・・・・・・・・（８
）φ１−２π＜Ｘ／ＰＩ）　　　・・・・・・・・・（
９）φ２　　＝２７Ｃ（Ｘ／Ｐ２　　）　　　　　・＝
・＝　　（１０）φ３　＝２π　（Ｘ／Ｐ３）　　　　
　・・・・・・　（１１）次に、この１次信号φ０、φ
１、φ２、ψ３を用いて、これらの位相差である２次信
号Φ４、Φ２、Φ３を求めると、次式に示す如くとなる
（第５図参照）。

Φ１−φ０−φ１＝２πＸ　　（１／　Ｐ　−１／　Ｐ
　＋　）−２πｘ　　（１／（Ｎ＋１））・（１／Ｐ）
＝２ｙｒｘ　　（１／ＮＰ＋）＝２π（Ｘ／Ｌ＋）・・
・・・・・・・（１２） Φ２＝φ１−φ２−２πＸ　　（１／Ｐ＋　　１／Ｐ２
）−２πｘ　　［Ｎ／　（（Ｎ＋１　）（Ｎ＋２））］
Ｘ　（１／Ｐ） ＝２πｘ　　（１／　（Ｎ＋１））　　・　（１／’Ｐ
２）＝２ｙｒ　（Ｘ／Ｌ　２　）　　　　　−−−（１
３）Φ３＝φ２−φ３＝２πＸ（１／Ｐ２　１／Ｐ３）
−２ｙｒｘ　　ＥＮ／　（（Ｎ＋１　＞（Ｎ＋−３）ｌ
　］Ｘ　（１／Ｐ） ＝２πｘ　　（１／　（Ｎ＋２＞）・（１／　Ｐ　３）
＝２ｙｒ　（Ｘ／Ｌ３　）　　　　　−−−（１４）更
に、この２次信号Φ１、Φ２、Φ３を用いて、その位相
差である３次信号ψ１、ψ２を求めると、次式に示す如
くとなる（第６図参照）。

ψ１−Φ１−Φ２＝２７ｒＸ　　（１／Ｌ＋　　１／Ｌ
２）＝２πｘ　　（２Ｐ＋／　（ＬＩ　１２））＝２ｙ
ｒｘ　　［（２（Ｎ＋１　）　Ｐ）／（ＮＬ＋１２）］
　　　・・・・・・・・・（１５）ψ２＝Φ２−Φ３＝
２πＸ　　（１／Ｌ２　１／Ｌ３）＝２７ＵＸ　　（２
Ｐ２／　（Ｌ２　Ｌ３　））＝２ｙｃｘ　［（２（Ｎ＋
２｝Ｐ） ／（ＮＬ２Ｌ３）］　　　・・・・・・・・・（１６）
更に、この３次信号ψ１、ψ２を用いて、その位相差で
ある４次信号車を求めると、次式に示す如くとなる（第
６図参照）。

ψ＝ψ１−ψ２ ＝２ｙｒｘ　　（２Ｐ＋／　（ＬＩ　Ｌ２）２Ｐ２／　
（１２Ｌ３　）） ＝２’＋７Ｘ　・２（Ｐ＋／（ＬＩ１２）Ｐ　　２　　
、／　（Ｌ　　２　　Ｌ　　３　ン　）＝２πｘ　　［
（２（Ｐ＋　Ｌ３　　Ｐｚ　ＬＩ　）／（Ｌ＋ＬｚＬ３
　）］　　　　　　・・・・・・・・・　（１１）ここ
で、次式のように置くと、 Ｌ　Ｈ＝　＜　Ｎ　＋　２　）　／　２・Ｌ＋　＝　（
Ｎ／２）Ｌ２・・・・・・・・・（１８） し＋２−（Ｎ＋３＞／２・Ｌ２ −（Ｎ＋１＞／２・Ｌ３　　・・・・・・・・・（１つ
）前記４次信号車が２πになる条件、即ち、絶対位置検
出の最大範囲１　ｍａｘは次式に示す如くとなる。

ｘ（１−ｍａｘ） ＝Ｌ、１２　Ｌ３／　（２（ＰＩ　Ｌ３−Ｐ２　Ｌ＋　
））＝（Ｎ（Ｎ＋１）Ｌ３）／６ ＝（Ｎ／３）・Ｌ＋ｚ＝（Ｎ＋３）／３・Ｌ　ｕ＝　＜
Ｎ＋２）（Ｎ＋３）／６・Ｌｌ −（Ｎ＋１）（Ｎ＋２）（Ｎ＋３＞／６”・Ｐ・・・・
・・・・・（２０） 従って、第１図に示す如く、４次信＠甲がＯから２πの
範囲、即ち、変位ＸがＯからｌ−ｍａｘ、＝＜　Ｎ　＋
　３　）　／　３　Ｘ　Ｌ　ｎの範囲内で、４次信号軍
の値から、求める点、例えばＱ点の絶対位置ＸＱが次式
に示す如く求められる。

Ｘｏ＝Ｌ＋＋＋　　（Ｎ　　　２）／２ＸＬ＋＋　　（
Ｎ−２＞−Ｐ＋　　（φｏ　／　２π）・Ｐ＝　　（（
Ｎ＋１　　）　　（Ｎ＋２））／２　　・　Ｐ＋　　（
（Ｎ−２）　　＜Ｎ＋１　））／２　　・　Ｐ＋　　（
Ｎ−２）　　−Ｐ＋　　（φｏ　／　２　πｉＰ・・・
・・・・・・　（２１） 例えば、基１１！（第１）トラック１２（３２）の格子
ピッチＰを６０μｍ、等分数Ｎを６０とすると、（５）
、（６）、（１）式より、格子ピッチＰ＋　＝５４．ｃ
ｚｍ　、Ｐｚ＝６２μｍ　１Ｐ３＝６３μｍとなる。従
って、（１）式よりバーニヤ長さＬ＋　＝３６６０μ僧
、（１８）式よりＬ＋＋＝１１３４６０Ｉｉｍとなるの
で、この場合の最大測定長しｍａｘは、（２０）式より
、Ｌｍａｘ　＝２３８’２．６６闘となって、測定長２
ＩＩ１以上の絶対位置型直線変位検出器を実現できる。

このとき、任意の点ＸＱの位置は、φ０がπのとき、前
出（２１）式より、 Ｘｏ＝１１１＋　（（Ｎ　　２）／２）Ｌ＋＋　＜Ｎ’
−２｝Ｐ＋　（φｏ　／　２π｝Ｐ＝２２３０８０＋　
（φ。／２π）×６０＝２２３．　１１０μｍ と決定できる。

又、基準（第１）トラック１２（３２）の格子ピッチＰ
＝４２μ国、等分数Ｎ−４２とすると、格子ピッチＰ＋
＝４３μＩｎ、Ｐｚ＝４４μＩｌ、Ｐ３＝４５μｍとな
る。従って、（１）式よりバーニヤ長さＬ　＋　＝　１
８０６μｍ、（１８）式よりＬ１１＝３９７３２μｌｌ
ｌとなるので、最大測定長し１ｌａＸは、（２０）式よ
り５９５．９８ｎとなって、測定長が約６００　ｕの絶
対位置型直線変位検出器を実現できる。この場合は、先
の場合に比べて、ピッチが小であるので、ｆｆ１ｌ＋定
精度が向上する。このとき、任意の点ＸＱの位置は、φ
０がπのとき、前出（２１）式より、 ＸＱ＝７７．５３２＋　（φｏ　／　２π）×４２＝７
７．５５３μｍ と決定できる。

なお、前出（１）、（２）、（３）式は、ピッチ変化量
△Ｐを全て同一とした実施原理の１つであり、複雑にな
るが、ピッチ変化ｍをそれぞれΔＰ１αΔＰ、β△Ｐと
した一般的な場合には、次式を満足すればよい。

Ｌ＋　＝　（Ｎ＋１　｝Ｐ＝Ｎ　（Ｐ＋ΔＰ）・・・（
２２）Ｌ２＝　（Ｎ＋２）（Ｐ＋ΔＰ） ＝（Ｎ＋１）（Ｐ＋αΔＰ）　・・・・・・（２３）Ｌ
３　＝　（Ｎ＋３）（Ｐ＋αΔＰ） ＝　（Ｎ＋２）（Ｐ＋βΔＰ）　・・・・・・（２４）
又、トラック数も４に限定されず、３又は５以上とする
ことができる。例えばトラック数を３とした場合には、
２次信号Φ１、Φ２間の位相差である３次信号ψ１から
絶対位置を検出すればよい。

なお、本発明は、各トラックの格子間ギャップを同一に
できることから、光学式変位検苗′器に好適なものであ
るが、検出方法は光学式に限定されず、磁気式、電磁誘
導式、容聞弐等の他のりニヤエンコーダやロータリエン
コーダにも適用可能である。

［実施例］ 以下、図面を参照して、透過型の光学式直線変位検出器
に適用した、本発明の実施例を詳細に説明する。

本実施例には、第７図に示す如く、例えば発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）５０からなる光源と、該ＬＥＤ５０の光源
部５０Ａから放射され、ガラス窓５０Ｂを介して放射状
に射出された照明光を平行光線に変換するコリメータレ
ンズ５２が億えられている。

該コリメータレンズ５２によって形成された平行光線は
、前出第３図に示したような目盛面を有するインデック
ススケール３０に照射される。このインデックススケー
ル３０には、第８図にその窓の配置を詳細に示す如く、
各格子４２Ａ、４２Ｂ、４４Ａ、４４Ｂ、４６Ａ、４６
Ｂ、４’８Ａ、４８Ｂが、インデックススケール３０の
移動方向に互いに距離ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４だけ離し
て、各２個ずつ設けられている。ここで、前記間隔ｄｌ
乃至ｄ４は、各格子ＡＳＢ間の位相差が９０゜となるよ
うに、例えば次式に示す如く設定されている。

ｄ＋　　＝　　Ｉｎ＋　　Ｐ＋　　（１／４｝Ｐ　　　
　−−（２５）ｄ２　＝　　ｌ１２　Ｐ＋＋（１／４｝
Ｐ＋　　　−（２６）ｄ３　＝　　ｍａ　ｐ２＋　　（
１／４｝Ｐ２　　　・・・　（２１）ｄ４　＝　　ｍａ
　　Ｐ３＋　　（１／４｝Ｐ３　　−　　＜２８）ここ
で、ｍｌ、Ｉ！１２、ｍａ、ｍ４は整数である。

本実施例で、インデックススケール３０の各格子を、互
いに９０°の位相差を設けて２個ずつ設けているのは、
メインスケール１０とインデックススケール３０を相対
移動させた際に、４つの各トラックからそれぞれ９０°
位相差が異なる計８個の信号を取出して、Ｏ〜９０°の
範囲内での内挿分割や、該内挿の範囲内での方向弁別を
行うためである。

前記インデックススケール３０を透過じた照明光は、前
出第２図に示したような目盛面を有するメインスケール
１０に入射される。このメインスケール３０には、既に
説明した如く、４つのトラック１２．１４．１６．１８
が形成されている。

該メインスケール１ｏを透過した照明光は、前記インデ
ックススケール３０の格子４２Ａ、４２Ｂ、４４Ａ、４
４Ｂ、４６Ａ、４６Ｂ、４８Ａ、４８Ｂに対応させて、
各トラック毎に例えば２個ずつ、合計８個配設された受
光素子６０Ａ、６０Ｂ、６２Ａ、６２Ｂ、６４Ａ、６４
Ｂ、６６Ａ、６６Ｂに入射され、インデックススケール
３０とメインスケール１０の相対移動に伴って、各トラ
ックから、それぞれ９０”位相差が異なる２相の正弦波
信号が得られるようにされている。

各受光素子６０Ａ、６０Ｂ、６２Ａ、６２Ｂ、６４Ａ、
６４Ｂ、６６Ａ、６６Ｂの出力は、第９図に示す如く、
それぞれプリアンプ７０Ａ、７０Ｂ１７２Ａ、７２Ｂ、
７４Ａ、７４Ｂ、７６Ａ、７６Ｂを介して絶対変位検出
回路８０に入力される。

この絶対変位検出回路８０は、サンプルホールド回路８
２、マルチプレクサ８４、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ
）変換器８６、中央処理ユニット（ＣＰＵ）８８及びコ
ントロールデータバス９０から構成されている。このＣ
ＰＵ８８には、前記ピッチＰ、等分数Ｎ等の定数を設定
しておく。

前記コントロールデータバス９０には、外部から測定す
べき時点を検出して信号を発生するタッチセンサ９２と
、ＣＰＵ８８の演算結果、即ち絶対位置による測定値を
そのまま表示する相対移動量表示器又は該測定値によっ
て工具の送り母等を制御する制御装置９４が接続されて
いる。

以下、第１０図を参照して、工作機械等へメインスケー
ル１０とインデックススケール３０を取付けて相対移動
ざぜる場合を例にとって、実施例の作用を説明する。

まずステップ１００で、測定開始点を指示すべく、タッ
チセンサ９２からトリガが入力されると、ＣＰＵ８８は
、ステップ１０２で、コントロールデータバス９０を介
してサンプルホール１回路８２にホールド指令を与える
。すると、ステップ１０４で、サンプルホールド回路８
２は、ブリアン７７ＯＡ、７０８１７２Ａ、７２Ｂ、７
４Ａ、７４Ｂ、７６Ａ、７６Ｂの出力段側から受光信号
、即ち、アナログ的な電気信号をホールドする。次いで
ステップ１０６で、マルチプレクサ８４がＣＰＵ８８か
らの指令に基づいて受光信号を取込む。

次いでステップ１０８で、Ａ／Ｄ変換器８６によりデジ
タル信号に変換した後、ＣＰＵ８８に入力される。ＣＰ
Ｕ８８は、ステップ１１０で、前出（８）〜（１１）式
を用いて前記１次信号（位相）φ０、φ３、φ２、φ３
．２次信号Φ１、Φ２、Φ３．３次信号ψ１、ψ２．４
次信号軍を算出し、更に、第１格子２２内の位相（φｏ
　／　２π）ＸＰを算出して、１ｌｌ１１定開始点の絶
対位置を読み取る。

次いでステップ１１２で、メインスケール１０又は／及
びインデックススケール３０を測定終了点、即ら、目的
直進、移動させる。

次いで、ステップ２００〜２１０で、前出ステップ１０
０〜１１０と同様の処理を行って、より定終了点の絶対
位置を読み取る。

最後にステップ２１２で、例えばより窓開始点と終了点
の絶対位置の差、即ち、相対移動量を求めて測定値とす
る。

前出ステップ１１０又は２１０における処理は、具体的
には、第１１図に示すような手順で行われる。

即ち、ステップ３００で、Ａ／Ｄ変換器８６からアナロ
グ受光信号 ５ｉｎ（２πｘ　／Ｐ）　　（＝　ｓｉｎφ０）、５ｉ
ｎ（２ｙｒｘ／Ｐ−π／２） （＝　３１０（φ　ｏ−９０°　）　）　、５ｉｎ（２
ｙｒｘ　／Ｐ　＋　）　　（＝　ｓｉｎφ１）、５ｉｎ
（２πＸ／Ｐ＋−π／２） （＝ｓｉｎ（φｌ−９０”））、 ｓｉｎ　（２πＸ　／Ｐ２　）　　（＝　　ｓｉｎφ２
）、５ｉｎ（２７ｒＸ／Ｐ２−π／２） （＝ｓｉ口（φ　２−９０°　）　）　、５ｉｎ（２π
ｘ　／Ｐ３　）　　（＝　　ｓｉｎφ３）ｓｉｎ（２π
ｘ／Ｐ３−π／２）　　　゛（＝ｓｉｎ（φ　コ　−　
９０’）） のデジタル信号が入力されると、ＣＰＵ８８は、まずス
テップ３０２で、その位相弁φｏ１φ１、φ２、φ３を
抽出する。

次いで、ステップ３０４〜３０８で、前出（１２）〜（
１１）式によって、位相差に応じた６っの関数の値Φ１
　（＝φ０−φ１）、Φ２（＝φ。

−φ２）　、Φ３　（−φ２−φ３）、ψ１　（＝Φ１
−Φ２）、ψ２　（＝Φ２−Φ３）　、’４ｆ　（−ψ
１−ψ２）を順次、計算する。

次いで、ステップ３１０以降で、前出（２１）式の演算
を行う。具体的には、まず、ステップ３１０で、次式の
ａの値、即ち、最上位の４次信号甲の値が下位の３次信
号ψ１の周期Ｌ　＋＋の何番目にあるかを求める。

２π（３／　（Ｎ＋３））ａ≦甲 ＜２π（３／　（Ｎ＋３））（ａ＋１　）−（２９）求
められたａを使って、次式の演算を行い、前出（２１）
式の右辺第１項に相当する値を計算する。

ａＬ＋＋＝　　ａ（（Ｎ＋１）（Ｎ＋２＞／２｝Ｐ・・
・・・・・・・（３０） なお、定数ＰとＮの値は、予めＣＰＵ８８”に設定され
ている。

次いで、ステップ３１２に進み、次式のｂの値、即ち、
３次信号ψ１の値が、下位の２次信号Φ１の周ｗＪ（バ
ーニヤ長さ）Ｌ＋の何番目にあるかを求める。

２π（２／　（Ｎ＋２））ｂ≦ψ１ く２π（２／　（Ｎ＋２））（ｂ＋１　＞・・・（３１
）求められたｂを使って、次式により前出（２１）式の
右辺第２項に相当する値を計算する。

１＋１　＋　＝　ｂ（Ｎ＋１　）　Ｐ　　　　　・・・
・・・・・・（３２）次いでステップ３１４に進み、次
式のＣの値、即ち、２次信号Φ１の値が、最下位の１次
信号φ０の周期（ピッチ｝Ｐの同番目にあるかを求める
。

２π（１／　＜Ｎ＋１　＞）Ｃ≦Φ１ 〈２π（１／（Ｎ＋１））（ｃ＋１）・・・（３３）求
められたＣを使って、前出（２１）式の右辺第３項に相
当する値、即らｃｐを計算する。

次いで、ステップ３１６に進み、１次信号φ０の値から
、前出（２１）式の右辺第４項の値、即ちφｏ　／　２
πＰを計算する。

次いでステップ３１８に進み、次式により、絶対位置Ｘ
を計算する。

Ｘ＝　ａ１１１＋　ｂＬ＋　＋　ｃｐ＋　（φｏ　／　
２π｝Ｐ・・・・・・・・・（３４ン 本実施例にお、いて、各トラックの信号を９０”位相差
が異なる２相正弦波信号としているのは、特に最小ピッ
チの基準信号φ０の０〜９０°の範囲内における位相の
内挿分割や、該内挿範囲内での方向弁別を行って分解能
を一層向上するためである。なお、この内挿分割や方向
弁別が特に必要であるのは、最小ピッチの所であるため
、第２トラック乃至第４トラックでは、信号を１相のみ
とすることも可能である。又、第１トラックにおける内
挿分割や方向弁別も不要である時には、全トラックの信
号を１相のみとすることができる。

なお、測定開始点の絶対位置を記憶することなく、現在
位置を原点からの絶対位置で演算して表示したり、ある
いは、プラス、マイナス方向を逆にしたりすることは、
外部信号によりＣＰＵ８８で自由に設定できる。

本実施例においては、タッチセンサ９２の出力信号を使
って測定開始点及び測定終了点の受光信号をサンプルホ
ールドするようにしていたので、測定が迅速且つ容易に
行える。なお、タッチセンサ９２を省略することも可能
である。

前記実施例においては、本発明が透過型の光学式直線変
位検出器に通用されていたが、本発明の適用範囲はこれ
に限定されず、反射型の変位検出器やロータリエンコー
ダにも同様に適用可能である。又、検出方法も光学式に
限定されず、マグネスケールを用いた磁気式エンコーダ
、インダクトシン等の電磁誘導式エンコーダ、容量式の
エンコーダにも同様に適用できることは明らかである。

（発明の効果］ 以上説明した通り、本発明によれば、アナログ信号に基
づいて絶対位置を検出することができ、万一検出エラー
が発生しても、それがコード式の場合のように大きな測
定誤差に緊がることがない。

又、マルチトラックの格子間ギャップを同一にすること
ができ、特に光学式変位検出器の場合に、光源やインデ
ックススケールを共通化して、構成を簡略化することが
できる等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る変位検出器の測定原理を説明す
るための線図、第２図は、本発明が採用された実施例の
メインスケールの目盛面を示す平面図、第３図は、同じ
くインデックススケールの目盛面を示す平面図、第４図
は、同じく１次信号の例を示す線図、第５図は、同じく
２次信号の例を示す線図、第６図は、同じく３次信号及
び４次信号の例を示す線図、第７図は、本発明が採用さ
れた変位検出器の実施例の全体構成を示す断面図、第８
図は、前記実施例で用いられているインデックススケー
ルの格子配置の例を示す平面図、第９図は、同じく絶対
変位検出回路の構成を示すブロック線図、第１０図は、
前記実施例の作用を説明するための流れ図、第１１図は
、同じく中央処理ユニットで絶対位置を計算する手順を
示す流れ図である。 １０・・・メインスケール（第１部材）、１２．１４．
１６．１８・・・トラック、２２．２４．２６．２８・
・・格子、 Ｐ、Ｐｌ、Ｐ２、Ｐ３・・・ピッチ、 ３０・・・インデックススケール（第２部材）、３２．
３４．３６．３８・・・トラック、４２．４４．４６．
４８・・・格子、 φ０、φ１、φ２、φ３・・・１次信号、Φ１、Φ２、
Φ３・・・２次信号、 ψ１、Φ２・・・３次信号、 里・・・４次信号、 ５０・・・発光ダイオード（ＬＥＤ）、６０Ａ、６０Ｂ
、６２Ａ、６２Ｂ、 ６４Ａ、６４Ｂ、６６Ａ、６６Ｂ・・・受光素子、８０
・・・絶対変位検出回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少くとも３種類の等ピッチの周期的な格子を、ト
   ラック毎に少しずつピッチを変えて３トラック以上形成
   した第１部材と、 各トラックの格子に対応するピッチの周期的な格子をト
   ラック毎に形成した第２部材と、対応するトラックの格
   子間の相互作用によつて形成された１次信号をトラック
   毎に検出する手段と、 該１次信号間の位相差を算出して２次信号とする手段と
   を備え、 少くとも該２次信号間の位相差に基づいて、第１部材と
   第２部材の相対変位量を絶対位置で検出することを特徴
   とする変位検出器。
2. （２）請求項１記載の変位検出器において、前記格子が
   ４トラック形成され、基準となる第１トラックの格子の
   ピッチをＰ、等分数をＮ（Ｎは自然数）としたとき、第
   ２乃至第４トラックの格子のピッチＰ＿１〜Ｐ＿３が、
   それぞれ Ｐ＿１＝｛（Ｎ＋１）／Ｎ｝Ｐ Ｐ＿２＝｛（Ｎ＋２）／Ｎ｝Ｐ Ｐ＿３＝｛（Ｎ＋３）／Ｎ｝Ｐ とされていることを特徴とする変位検出器。
3. （３）請求項１又は２記載の変位検出器において、前記
   格子が光学格子であることを特徴とする変位検出器。