JPH04130219A - 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検出する
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および第２の位相検出回路にそれぞれ接続される
第１および第２の位相シフト回路を設け、この第１およ
び第２の位相シフト回路により上記第１および第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上の任意の位置に原点を形成する
ようにしたものである。

［従来の技術１ 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
ブソリュー）　（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（Ａ２くＡ１）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、光学式のスケール
等では格子ピッチという用語を採用しているが、煩雑さ
を回避するため、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）・Ａ１で設けられ、この磁気ヘッド（４Ａ）　（４
Ｂ）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）・Ａ２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波長ス２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−θ１）
が算出されるとともに、この位相差Δθに基づきスケー
ノ喧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　ｃｏｓｘ　ｆ　ｔ　　　　　　　・−＝（
１）Ｉ　Ｂ＝　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　（２πｘ　／λ１）　ｃｏｓ　２ｒ
ｃ　ｆ　ｔ　＝１３）ＫＢ＝Ａ１ｃｏｓ　（２ｚ　ｘ　
／λ１）　ｓｉｎ　２ｘ　ｆ　ｔ　−（４）ただし、Ａ
１は定数、Ｘは左端を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 ＝Ａ１ｓｉｎ　（２１ｆ　ｔ　＋２ｚ　ｘ　／λ１）＝
Ａ１ｓｔｎ　（２Ｋ　ｆ　ｔ＋θ１）　　　　　・（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θ〜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＝θ２−０１）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　＝θ２−θ１ ＝２πｘ（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
。

ｘ＝（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。

０　≦　Δθ　く２π　　　　　　　・・・（１０）Ｌ
＝（λ１λ２）／（λ１−λ２）　　　　・・・（１１
）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。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、この従来の位置検出装置には波長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は一致している
ことが必要である。

長さ方向の変位量χ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θ１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−θ１、Δθ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、上記従来の技術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、どちらか一方の磁気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。

さらにまた、非測定部材との関係において原点位置をス
ケール上の任意の所定位置に合わせたいという要望もあ
った。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、平行す
る複数のスケールの原点位置を正確に一致することがで
きるとともに、原点位置をスケール上の任意の所定位置
に一致させることの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］ 本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θ１．θ２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
位置を検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および第２の位相検出回路
（５）　（７）に接続される第１および第２の位相シフ
ト回路（１０）　（１１）を設け、この第１および第２
の位相シフト回路（１０）　（１１）により上記第１お
よび第２の位相検出回路（５）　（７）で検出される位
相量θ１．θ２を移相するようにしたものである。

［作用］ 本発明によれば、スケール（１）上の任意の所定位置Ｓ
３に原点を形成しようとする際に、その所定位置Ｓ３に
おいて第１および第２の位相検出回路（５）　（７）で
検出されるそれぞれの位相量θ１．θ２を０ラジアンに
するように位相シフト回路（１０）（１１）の移相量Δ
φ１．Δφ２を設定することにより、その所定位置をス
ケール（１）上の原点位置にすることができる。

［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（５）と絶対位置
検出回路（８）の一方の入力端子との間に移相量Δφ１
の位相シフト回路（１０）が挿入されるとともに、位相
検出回路（７）と絶対位置検出回路（８）の他方の入力
端子との間に移相量Δφ２の位相シフト回路（１工）が
挿入されている。

この場合、位相検出回路（５）から出力される位相量θ
１は位相量θ３（第（２１）式参照）とされ、位相検出
回路（７）から出力される位相量θ２は位相量θ４（第
（２２）式参照）にされて絶対位置検出回路（８）に供
給される。

θ３＝θ１−Δφ１　　　　　・・・（２１）θ４＝θ
２−Δφ２　　　　　・・・（２２）また、磁気目盛（
２）および磁気目盛（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を合
わせる）ことは容易でなく、本実施例においても図示の
ように磁気目盛（３）の原点位置Ｓ２が変位量ΔＸに対
応する分だけ磁気目盛（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（θ４−θ３）
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）の原点位置Ｓ１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。

この場合、位相シフト回路（１０）の移相量Δφ１はΔ
φ１＝０にしておくものとする。そうすると、位相量θ
３＝θ１になり、位相量θ３は、上述の第（６）式で示
したのと同じ式になる。

θ３＝　２π　Ｘ／λ　１　　　　　　　　　　　　　
　　　・・・（６八）一方、位相検出回路（７）では変
位量Ｘについて波長λ２でθ〜２πの値をとる位相量θ
２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Ｓｌ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Ｓ１での位相量θ２は
θ２＝２π（ｘ＋ΔＸ）／λ２　　　　　　・（２３）
＝２ｔｃ　ｘ　／λ２＋２πΔＸ／λ２　　　　・（２
４）＝２πＸ／λ２＋Δψ　　　　　　　・・・（２５
）になる。

すなわち、磁気目盛（３）の磁気目盛（２）の原点位置
Ｓｌに対応する位置において、言い換えれば変位量Ｘ＝
Ｏの点において、位相量θ２の値はθ２＝Δψ（ｘ　＝
Ｏ）　＝２ｔｔΔＸ／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
２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（Δφ２＝Δψ）、位相シフト回路（１１）から
出力される位相量θ４の値は第（２７）式に示すように
２πＸ／λ２になる（第２図Ｂ参照）。

θ４−　θ２−Δφ２ ＝２πＸ／λ２＋Δψ−Δφ２ ＝２πＸ／λ２　　　　　　　　・・・（２６）上述し
た位相量θ３および位相量θ４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、
従来例で説明したように、位相差Δθ（Δθ＝θ４−θ
３）が上述の第（８）式と同様に計算され、変位量Ｘが
上述の第（９）式と同様に計算される（第（８）式およ
び第（９）式を再掲する）Δθ　＝２ｘｘ（λＩ−λ２
）／（λ１λ２）−＜８）ｘ＝（Δθ／２π）λ１λ２
／（λ１−λ２）　・・・（９）そこで、絶対位置検出
回路（８）はこの第（９）式に基づき変位量χ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（１ｏ）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がら、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
（１１）式で表される（第（１ｏ）式および第（１１）
式を再掲する）。

０　≦　Δθ　〈２π　　　　　　　・・・（１ｏ）Ｌ
＝（λ１λ２）／（λ１−λ２）　　　　・・・（１１
）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３１（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
に形成された磁気目盛（２）および磁気目盛（３）の原
点位置がずれていても位相シフト回路（１１）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）および磁気ヘッド（６Ａ）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。また、上述
の実施例に限らず、同様にして第１の磁気目盛（２）の
原点位置Ｓ１を第２の磁気目盛（３）の原点位置Ｓ２に
合わせることもできる。また、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
てもよい。

上述のことから予見されるように、第１図例によれば、
スケール（１）上の長さ方向の任意の所定位置に原点位
置を設定することができる。例えば、第１図に示すよう
に、位置３３点を原点位置（Ｘ＝０）にしようとする場
合、第１および第２の目盛（２）　（３）がそれぞれ変
位量ΔＸ１−λ１／４、Δｘ２−λ２／６だけずれてい
るものとすると、位置３３点において位相検出回路（５
）　（７）で検出される位相量θ１、θ２は θ１＝２π（Ｘ＋ΔＸ１）／λｌ ＝２πＸ／λｔ　　＋　　π／２　　−＜２７）θ２＝
２π（ｘ＋ΔＸ２）／λ２ ＝２πＸ／λ２　＋　π／３　　・・・（２８）になる
ので、位相シフト回路（１０）　（１１）に設定される
移相量Δφ１、Δφ２をそれぞれ Δφ１＝　π／２ Δφ２＝　π／３ に設定しておくことにより位置３３点において、第１お
よび第２の目盛（２）　（３）の原点位置が実質的に一
致することが理解される。

第３図は本発明の他の実施例の位置検出装置の構成を示
している。この第３図において第１図に対応するものに
は同一の符号を付けている。第３図において、（１７）
はスケールであり、このスケール（１７）に波長λ１１
の第１の目盛（１８）、波長λ１２（λ１２〈λ１１）
の第２の目盛（１９）および波長λ１３の第３の目盛（
２０）が平行に形成されている。この場合、第１〜第３
の目盛（１８）〜（２０）の左端位置Ｈ１〜Ｈ３を、製
造過程において、長さ方向で同一の位置に合わせること
は容易ではなく、この第３図例においても、左端位置Ｈ
３を原点位置（以下左端位置Ｈ３を必要に応じて原点位
置Ｈ３という）としたときに、図示のように、左端位置
Ｈ１が負方向に変位量ΔＸ１に対応する分だけずれてお
り、左端位置Ｈ２が原点位置Ｈ３から正方向にΔＸ２だ
けずれて形成されているものとする。なお、これら第１
〜第３の目盛（１８）〜（２０）は磁気目盛、光学格子
、電磁誘導方式の導電性パターン等のいずれでもよい。

なお、一般に光学式スケール等については、波長という
用語に代替して格子ピッチという用語を使用しているが
、煩雑さを避けるため、いずれの目盛についても波長と
いう、用語を統一して用いることとする。

波長λ１１．λ１２．λ１３は次の関係を満足するよう
に決められている。

λ１３＝　　１１１７ｍ　　　　　　　・・・（３１）
ｎλ１１　＝　　（ｎ＋１）λ１２　（＝Ｌ）　　　−
（３２）ここで、ｍは２以上の自然数、ｎは比較的大き
な自然数である。なお、従来の第５図例において説明し
たように、波長λ１１の目盛および波長λ１２の目盛を
用いると変位量Ｘを絶対位置として正確に測定できる最
大測定長しはλ１１λ１２／（λ１１−λ１２）あるが
（第（１１）式参照）、本例では第（３２）式の関係が
あるため、次の式に示すように、第（３２）式において
、ｒ　（＝Ｌ）　］としたもの−である。

Ｌ＝λ１１λ１２／（λ１１−λ１２）＝ｎλ１１λ１
２／（ｎλ１１−ｎλ１２）＝　（ｎ＋１）λ１２λ１
２／（（ｎ＋１）λ１２−ｎλ１２））＝　（ｎ＋１）
λ１２＝ｎλ１１ 再び、第３図において、（２１）は検出ヘッドであり、
この検出ヘッド（２１）はスケール（１７）に対してＸ
方向に変位できるように構成され、この検出ヘッド（２
１）には第１の目盛（１８）を読み取って第１の位相検
出信号である検出位相量θ１八を出力する第１の検出器
（２２）と、第２の目盛（１９）を読み取って第２の位
相検出信号である検出位相量θ２Ａを出力する第２の検
出器（２３）と、第３の目盛（２０）を読み取って第３
の位相検出信号である検出位相量θ３Ａを出力する第３
の検出器（２４）とが設けられている。第１〜第３の検
出器（２２）〜（２４）は第１〜第３の目盛（１８）〜
（２０）が磁気目盛であれば磁気ヘッドより構成し、光
学格子であれば受発光素子等より構成する等、第１〜第
３の目盛（１８）〜（２０）に対応させて構成する。

これらの検出位相量θＩＡ〜θ３Ａは、それぞれ移相量
がΔφ１〜Δφ３である第１〜第３の位相シフト回路（
２５）〜（２７）を通じて補正がなされて位相量θ１〜
θ３（第（３３）弐〜第（３５）式参照）として第１の
位相量検出回路（２８）、位相差検出回路（２９）およ
び第２の位相量検出回路（３０）に供給される。なお、
第３図例では第３の目盛（２０）の左端位置Ｈ３を原点
位置に設定しているので位相量Δφ３はΔφ３＝０値に
設定されている。

θ１　＝θＩＡ−Δφ１　　　　　・・・（３３）θ２
−θ２Ａ−Δφ２　　　　　・・・（３４）θ３　　＝
　θ３Ａ−Δ　φ３＝　θ３八　　　　　・・・（３５
）第１の位相量検出回路（２８）は位相量θｌを検出し
て第１の係数判別回路（３１）の一方の入力ポートおよ
び第２の係数判別回路（３２）の一方の入力ポートに供
給し、位相差検出回路（２９）は位相差（θ２θ１）を
検出して第１の係数判別回路（３１）の他方の入力ポー
トに供給し、第２の位相量検出回路（３０）は位相量θ
３を検出して第２の係数判別回路（３２）の他方の入力
ポートに供給する。第１および第２の位相量検出回路（
２８）　（３０）は、検出器（２２）〜（２４）が磁束
応答型の磁気ヘッドである場合には、それぞれ第５図例
の位相検出回路（５）と同様に構成でき、位相差検出回
路（２６）は、例えば、第５図例の位相検出回路（５）
　（７）および減算回路から構成できる。

第１および第２の係数判別回路（３１）　（３２）は、
後に詳述するように、それぞれ、整数Ｎ１−１および整
数Ｎ２−１を計算して絶対位置検出回路（３３）の第１
および第２の入力ポートに供給する。この絶対位置検出
回路（３３）の第３の入力ポートには第２の位相量検出
回路（３０）から位相量θ３が供給されており、後に詳
述するように、変位量Ｘが計算されて表示器（３４）に
供給する。表示器（３４）は変位量Ｘを表示する。

次に、上記第３図例の動作について詳しく説明する。

先ず、検出器（２４）では波長λ１３で０〜２πの値を
とる位相量θ３Ａが検出され、第３の位相シフト回路（
２７）をそのまま通過して位相θ３（θ３＝θ３Ａ）と
して第２の位相量検出回路（３０）に供給される。

第２の位相量検出回路（３０）は位相量θ３の値を測定
する。この値は上述の第（６）式から理解されるように
次のようになる。

θ３＝２πＸ／λ１３　　　　　　　・・・（３６）同
様に、検出器（２２）では波長λ１１で０〜２πの値を
とる位相量θＩＡが検出されるが、第１の目盛（１８）
の左端位置Ｈ１は目盛（２０）の原点位置Ｈ３に比較し
て変位量ΔＸ１だけ負側にずれているので、原点位置Ｈ
１での位相量θＩＡは θＩＡ＝２π（ｘ＋ΔＸ１）／λ１１　　−（３７）＝
２πＸ／λ１１＋２πΔＸ／λ１１　　・・・（３８）
＝２πＸ／λ１１＋Δψ１　　　　　・・・（３９）に
なる。

すなわち、第１の目盛（１８）の第３の目盛（２０）の
原点位置Ｈ３に対応する位置において、したがって変位
量ｘ＝０の点において、位相量θＩＡの値はθＩＡ＝Δ
ψ１（ｘ＝ｏ）＝２ｘΔＸ／λ１ｌ−（４０）になり、
第４図Ａの２点鎖線の特性に示すように、位相量Δψ１
のいわゆるオフセット誤差が発生することになる。なお
、図面の煩雑を避けるために、第２番目の波長以降では
２点鎖線を省略している。

同様に、検出器（２３）では波長λ１２で０〜２πの値
をとる位相量θ２Ａが検出されるが、目盛（１９）の左
端位置Ｈ２は目盛（２０）の原点位置Ｈ３に比較して変
位量ΔＸ２だけ正側にずれているので、原点位置Ｈ３で
の位相量θ２Ａは θ２Ａ＝２ｚ　（ｘ−ΔＸ２）／λ１２　　　　・（４
１）−２πＸ／λ１２−２πΔＸ／λ１２　　・・・（
４２）＝２πχ／λ１２−Δψ２　　　　　　・・・（
４３）になる。

すなわち、第２の目盛（１８）の第３の目盛（２０）の
原点位置Ｈ３に対応する位置において、したがって変位
量Ｘ＝Ｏの点において、位相量θ２Ａの値はθ２Ａ＝−
Δψ２　（ｘ　＝０）　　　　　　　−（４４）になり
、第４図Ｂの２点鎖線の特性に示すように、位相量−Δ
ψ２のいわゆるオフセット誤差が発生することになる。

同様に第２番目の波長以降では２点鎖線を省略している
。

そこで、第１の位相シフト回路（２５）および第２の位
相シフト回路（２６）で移相する移相量Δφ１および移
相量Δφ２の値をそれぞれ位相量Δψ１および位相量−
Δψ２の値に等しい値に設定しておくことにより（Δφ
１＝Δψ１、Δφ２＝−Δψ２）、第１の位相シフト回
路（２５）および第２の位相シフト回路（２６）から出
力される位相量θ１および位相量θ２の値は第（４４）
式および第（４５）式に示すように２ｘｘ／λ１１．２
ｘｘ／λ１２になる。

θ１＝　θＩＡ−Δφ１ ＝２πＸ／λ１１＋Δψ１−Δφ１ ＝２πＸ／λ１１　　　　　　　　　　・・・（４４）
θ２＝　　θ２八−Δ　φ２ ＝２πＸ／λ１２＋Δψ２−Δφ２ ＝２πＸ／λ１２　　　　　　　　　　・・・（４５）
このように第３図例では第１〜第３の目盛（１８）〜（
２０）の左端位置Ｈ１、Ｎ２、Ｎ３が一致していない場
合においても、第１〜第３の位相シフト回路（２５）〜
（２７）の移相量Δφ１〜Δφ３をそのずれ量に対応し
た値に設定しておくことにより第１および第２の位相量
検出回路（２８）　（３０）および位相差検出回路（２
９）において測定される位相量θ１〜θ３の原点位置に
おける値をゼロ値に合わせることができる（第４図Ａ−
Ｄ実線の特性参照）。なお、第３図例では煩雑を回避す
るため第３の移相シフト回路（２７）の移相量ΔφをΔ
φ＝０に設定して説明している（この場合においては第
３の移相シフト回路（２７）は不要であり検出器（２４
）の出力である検出移相量θ３Ａを直接第２移相量検出
回路（３０）に供給すればよい）が、第３の目盛（２０
）の原点位置Ｈ３を第３の移相シフト回路（２７）によ
り移動してもよいことはきわめて容易に理解される。

このような状態のもとで、検出ヘッド（２１）がスケー
ル（１７）に対して第４図に示すように位置Ｐに在り、
その検出ヘッド（２１）がスケール（１７）の原点位置
Ｈ３に位置するときの変位量をゼロ値としたときのその
位置Ｐにおける変位量（絶対位置）をＸとする。そして
、その変位量Ｘは第４図Ａに示すように、第１の目盛（
１８）に沿って原点からＮ１番目の波長内に存在すると
ともに、その第１目盛（１８）のＮ１番目の波長内にお
いてその変位量Ｘは第４図Ｃに示すように第３の目盛（
２０）に沿ってＮ２番目の波長内に存在するものとする
。また、その第３の目盛（２０）のＮ２番目の波長λ１
３内におけるその変位置Ｘの絶対位置をΔＸとして、第
１の目盛（工８）の（Ｎｌ−１）波長分の長さをＩＩ、
第３の目盛（２０）の（Ｎ２−１）波長分の長さを１２
とすると、第４図より絶対位置である変位量Ｘはｘ＝１
１＋１２＋Δχ ＝（Ｎｌ−１）λ１１＋（Ｎ２−１）λ１３＋Δｘ−（
４６）で表すことができる。この第（４６）式において
、ΔＸは位相量θ３と θ３＝２πΔＸ／λ１３　　　　　　　・・・（４７）
の関係があるため、その位相量θ３より容易に算出する
ことができる。

第（４６）式における整数Ｎ１−１および整数Ｎ２−１
はそれぞれ第３図の第１および第２の係数判別回路（３
１）　（３２）において計算される。先ず、第１の係数
判別回路（３１）は位相差（θ２−θ１）に対応する変
位量ｙ１を第（９）式に対応する次式より算出する。

ｙｌ＝Ｌ　（θ２−０１）　／　（２π）　　　　・・
・（４８）この変位量ｙ１は第４図りに示すように真の
変位量Ｘに対して誤差Δｙ１の、範囲内にあり、第１の
係数判別回路（３１）は第１の目盛（１８）の波長λ１
１１００整数Ｎ１−１を次式より求める。

Ｎｌ　−１＝　ＩＮＴ　（ｙｌ／λ１１）　　　　・・
・（４９）この第（４９）式において、ＩＮＴ（ｙｌ／
λ１１）はｙｌ／λ１１の整数部を示す。しかしながら
、検出ヘッド（２１）がスケール（１７）に対して相対
的に第４図りの位置Ｑに在るような場合には、第（４９
）式では誤差Δｙ１のために±１の誤差が発生し得る。

これを避けるためには、Δｙ１がΔｙ１≦λ１１／２を
満足するようにして、第４図Ａに示すように、第１の目
盛（１８）の１波長λ１１を前部Ｒ２（０≦θ１〈２π
／３）、後部Ｒ１（４π／３〈θ１く２π）およびその
中間部Ｒ３（２π／３≦θ１≦４π／３）に分ける。そ
して、第１の目盛（１８）の位相量θ１が中間部Ｒ３に
在るときには第（４９）式をそのまま採用し、その位相
量θ１が後部Ｒ１に在るときに変位量ｙ１が前部Ｒ２に
あるときには第（４９）式で求めた値から１を減算した
ものを真のＮ１−１と判定して、その位相量θ１が前部
Ｒ２に在るときに変位量ｙ１が後部Ｒ１に在るときには
第（４９）式で求めた値に１を加算したものを真のＮ１
−１と判定するようにする。この場合、位相差（θ１−
θ２　）　ノ１／１０００の分解能で変位量ｙ１を測定
できると仮定すると、 Ｌ＝λ１１λ１２／（Ｘｌ１−Ｘｌ２）を用いて、Δｙ
　１’：　Ｌ　Ｘｌ０−３≦λ１２　／２　　　　　　
−（５０）を満足するようにＸｌ１、Ｘｌ２を定めれば
よい。

同時に、第２の係数判別回路（３２）は、第１の目盛（
１８）の位相量θ１より第４図Ａに示す１波長λ１１内
の変位量ｙ２を次式より算出する。

ｙ２＝λ１１θ１／（２π）　　　　　　　　・・・（
５１）この変位量ｙ２は真の変位量に対して誤差Δｙ２
の範囲内に在り、第２の係数判別回路（３２）は第３の
目盛（２０）のその第１の目盛（１８）の１波長λ１１
内における１波長λ１３単位の整数Ｎ２−１を次式から
求める。

Ｎ２−１＝ＩＮＴ　（ｙ２／λ１３）　　　　・・・（
５２）この第（５２）式を使用した場合にも、誤差Δｙ
２によって±１の誤差が生じるため、位相量θ１の１／
１０００の分解能で変位量ｙ２を測定できると仮定する
と、λ１１＝ｍλ１３より Δｙ２′、ｍλ１３　Ｘ　１０−　’≦λ１３／２　　
　　・・・（５２）を満足するようにｍの値を定める。

そして、第（４９）式の場合と同様に補正を行う。

さらに、第３図において、第１の係数判別回路（３１）
は第（４９）式にしたがって算出した整数Ｎ１１を絶対
位置検出回路（３３）の第１の入力ポートに供給し、第
２の係数判別回路（３２）は第（５２）式にしたがって
算出した整数Ｎ２−１を第２の入力ポートに供給し、第
２の位相量検出回路（３０）は位相量θ３を第３の入力
ポートに供給する。そして、絶対位置検出回路（３３）
は第（４７）式により第３の目盛（２０）の１波長λ１
３内の絶対位置ΔＸを算出した後に、第（４６）式に基
づいて変位量である絶対位置Ｘを算出して表示器（３１
）に供給する。

このように第３図例によれば、スケール（１７）上に平
行に形成された第１〜第３の目盛（１８）〜（２０）の
原点位置がずれていても第１〜第３の位相シフト回路（
２５）〜（２７）の作用により第１〜第３の目盛（１８
）〜（２０）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、これら第１〜第
３の位相シフト回路（２５）〜（２７）は検出ヘッド（
２１）を構成する検出器（２２）〜（２４）の後段側に
挿入しているので、検出器（２２）〜（２４）の絶対位
置に、スケール（１７）の長さ方向のに取り付は誤差が
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。

さらに、この第３図例でもスケーノ喧１７）上の長さ方
向の任意の所定位置に原点位置を設定することができる
。例えば、その第３図に示すように、位置Ｈ４点を原点
位置にしようとする場合、第１〜第３の目盛（１８）〜
（２０）がそれぞれ変位量Δｘｌｌ＝λ１１／３、Δｘ
１２＝λ１２／４、ΔＸ１３＝λ１３／２だけずれてい
るものとすると、位置Ｈ４点において検出器（２２）〜
（２４）で検出される検出位相量θＩＡ〜θ３Ａは θＩＡ　＝２ｘ　（ｘ＋Δｘｌｌ）／λ１１＝２πＸ／
λ１１　＋　２π／３　・・・（５３）θ２Ａ　＝２ｘ
　（ｘ＋Δｘ１２）／λ１２＝２πＸ／λ１２　　＋　
π／２　　・・・（５４）０３Ａ　＝２ｇ　（ｘ＋Δｘ
１３）／λ１３＝２πＸ／λ１３　　＋　π　　　　・
・・（５５）になるので、第１〜第３の位相シフト回路
（２５）〜（２７）に設定される移相量Δφ１〜Δφ３
をそれぞれΔφ１＝　２π／３ Δφ２＝　π／２ Δφ３　＝　　π に設定しておくことにより位置Ｈ４点において、第１〜
第３の目盛（１８）〜（２ｏ）の原点位置が実質的に一
致するようになる。

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。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、位相シフト回路を
設けてスケール上の任意の所定位置に原点を形成しよう
とする際に、その所定位置において第１および第２の位
相検出回路で検出されるそれぞれの位相量が０ラジアン
になるように上記位相シフト回路の移相量を設定するこ
とにより、その所定位置をスケール上の原点位置にする
ことができるという効果を奏する。

【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図は位置検出装置の他の実施例の構成を示す線図
、第４図は第３図例の動作の説明に供する線図、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、（１０）　（１１）は第
１および第２の位相シフト回路、θ１．θ２は位相量、
Δφ１．Δφ２は移相量である。 代 理 人 松 隈 秀 盛 木骨ＢＡ位！績出麓１−を存′１ 第１図 ニ８ 第１図伊１の動作 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   絶対位置を検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および第２の位相検出回路にそれぞれ接続され
   る第１および第２の位相シフト回路を設け、この第１お
   よび第２の位相シフト回路により上記第１および第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。