JPH0435691B2 - - Google Patents

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JPH0435691B2
JPH0435691B2 JP15471086A JP15471086A JPH0435691B2 JP H0435691 B2 JPH0435691 B2 JP H0435691B2 JP 15471086 A JP15471086 A JP 15471086A JP 15471086 A JP15471086 A JP 15471086A JP H0435691 B2 JPH0435691 B2 JP H0435691B2
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JP
Japan
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electrode
electrodes
transmitting
receiving
scale
Prior art date
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Application number
JP15471086A
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Japanese (ja)
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JPS6324125A (en
Inventor
Andaamo Ingubaaru
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Mitutoyo Corp
Original Assignee
Mitutoyo Corp
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Publication of JPH0435691B2 publication Critical patent/JPH0435691B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は容量型位置測定トランスデユーサ、特
に、互いに相対的に移動する一対の移動部材間の
絶対位置を静電容量の変化から正確に測定するこ
とのできる改良された容量型位置測定トランスデ
ユーサに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a capacitive position measuring transducer, and more particularly, to a capacitive position measuring transducer that accurately determines the absolute position between a pair of movable members that move relative to each other from changes in capacitance. The present invention relates to an improved capacitive position transducer capable of making measurements.

[従来の技術] 電気的な測長器として2枚のスケールを相対移
動させ、両スケールに配列された電極間の静電容
量の変化を用いて前記両スケールの相対移動位置
を測定する電気的測長器が周知であり、三次元測
定器あるいはNC加工機等の大型測長器から携帯
可能なノギス、マイクロメータその他の小型測長
器まで広範囲に利用可能である。
[Prior art] An electrical length measuring device that moves two scales relative to each other and measures the relative movement position of both scales using changes in capacitance between electrodes arranged on both scales. Length measuring devices are well known and can be used in a wide range of ways, from large length measuring devices such as three-dimensional measuring devices or NC processing machines to portable calipers, micrometers, and other small length measuring devices.

このような測長器に用いられる静電容量型トラ
ンスデユーサはその送信電極に交流信号、好まし
くは複数の位相の異なる交流信号、を供給して対
応する受信電極には電気的な測定回路が接続さ
れ、両電極間の相対移動による静電容量変化を用
いて所定の位置測定が行われている。
A capacitive transducer used in such a length measuring device supplies an alternating current signal, preferably a plurality of alternating current signals with different phases, to its transmitting electrode, and an electrical measuring circuit to the corresponding receiving electrode. The two electrodes are connected to each other, and a predetermined position is measured using changes in capacitance due to relative movement between both electrodes.

従来の一般的な容量型トランスデユーサは相対
測定が通常であり、絶対測定には不適であつた。
Conventional capacitive transducers generally perform relative measurements and are unsuitable for absolute measurements.

すなわち、トランスデユーサの両スケール間の
相対移動は静電容量の繰返し変化として通常電気
的に検出され、従来においては、この繰返し数を
カウントすることによつて相対移動量を測定する
ことが通常であり、このような場合、両スケール
間の絶対位置そのものを測定することは極めて困
難であり、両スケールを基準位置から測定位置ま
で相対移動させ、この間の繰返し信号をカウント
する相対測定が一般的であつた。
In other words, the relative movement between both scales of the transducer is usually electrically detected as a repeated change in capacitance, and conventionally, the amount of relative movement is usually measured by counting the number of repetitions. In such cases, it is extremely difficult to measure the absolute position itself between both scales, and relative measurement is generally performed by moving both scales relatively from the reference position to the measurement position and counting the repeated signals during this time. It was hot.

しかしながら、このような相対測定では手軽に
測定値を得ることができず、特に携帯用のノギス
その他においてはその操作性の上からも絶対測定
が強く要望されていた。
However, it is not possible to easily obtain measured values with such relative measurements, and absolute measurements have been strongly desired, especially for portable calipers and the like, in view of their operability.

また、前記相対測定では、両スケール間の移動
速度に制約が与えられ、また、消費電力が大きい
という問題があつた。
Further, in the above-mentioned relative measurement, restrictions were imposed on the speed of movement between both scales, and there were also problems in that power consumption was large.

すなわち、前述した相対測定によれば、測定は
インクリメンタルに行われなければならず、また
各測定初期において常に装置の零セツトが必要と
される。
That is, according to the above-mentioned relative measurements, the measurements have to be made incrementally and always require a zero-setting of the device at the beginning of each measurement.

従つて、従来の相対測定装置は操作性が悪く、
また電力消費が大きいために電池駆動される小型
の測定装置としては電池寿命が短く、あるいは装
置が大形化するという問題があつた。
Therefore, conventional relative measuring devices have poor operability and
Furthermore, since the power consumption is large, a small measuring device that is powered by a battery has a problem that the battery life is short or the device becomes large.

また、前述したごとく、相対測定においては、
両スケール間の移動速度が早くなると、処理速度
が追従できずにミスカウントを行うという問題が
あり、移動速度に制約が与えられ、あるいは交流
信号の周波数を十分に高くし、及び検出回路の処
理速度を十分に高めなければならないという問題
があつた。
In addition, as mentioned above, in relative measurement,
If the movement speed between both scales becomes faster, there is a problem that the processing speed cannot keep up and miscounts occur, so the movement speed is restricted or the frequency of the AC signal is made sufficiently high and the processing of the detection circuit is The problem was that the speed had to be increased sufficiently.

一方、絶対測定によれば、トランスデユーサの
零セツトは組立時に行われれば、後の測定時にこ
れを調整する必要はなく、各測定値における零セ
ツトは全く不要となる。そして、絶対測定は測定
値を求める時のみ電源を接続すればよいために、
電力消費が蓄しく少なくなり、バツテリ駆動型の
小型測長器を可能とし、更に太陽電池等のような
電源容量の小さいバツテリでも十分に測長器を駆
動できるという利点を有する。
On the other hand, with absolute measurements, if the transducer is zeroed during assembly, there is no need to adjust it during subsequent measurements, and zeroing at each measurement value is not required at all. And since absolute measurement requires connecting the power only when obtaining the measured value,
This has the advantage that power consumption is significantly reduced, making it possible to use a battery-powered compact length measuring device, and the length measuring device can be sufficiently driven even by a battery with a small power supply capacity such as a solar cell.

更に、絶対測長によれば、両スケールの相対位
置が定まつた時に両者間の静電容量を測定するの
で、スケールの相対移動の間は何ら測長作用に寄
与せず、この結果、スケールの移動速度に制約が
与えられることがないという利点がある。
Furthermore, according to absolute length measurement, since the capacitance between both scales is measured when their relative positions are determined, there is no contribution to the length measurement action during the relative movement of the scales, and as a result, the scale This has the advantage that there are no restrictions on the moving speed of the robot.

従来において、静電容量を用いた絶対位置測定
トランスデユーサは特開昭54−94354(米国特許第
4420754号)として知られており、この従来技術
は本願発明者により発明されたものであつて、そ
の概略構造は2対の送信/受信電極を互いに相対
移動させ、両電極対はそれらの電極ピツチが互い
に異なることを特徴とし、両電極対あるいは両ス
ケール対から得られた位相の異なる信号を電気的
に処理することによつて絶対位置の測定が可能で
ある。
Conventionally, an absolute position measurement transducer using capacitance has been disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-94354 (US Patent No.
4420754), and this prior art was invented by the inventor of the present application, and its general structure is to move two pairs of transmitting/receiving electrodes relative to each other, and both pairs of electrodes are moved at their electrode pitches. The absolute position can be measured by electrically processing signals with different phases obtained from both electrode pairs or both scale pairs.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、前記従来装置は実際上これを測
長器として実用化する際には以下のごときいくつ
かの問題点があつた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, when the conventional device is put into practical use as a length measuring device, there are several problems as described below.

第1の問題点は2対のスケールは互いに独立し
てそれぞれ別個の静電容量検出回路を構成し、こ
れら両検出出力が測定回路によつて処理される
が、両出力間にはどうしても僅かながら時間差が
発生し、この時間差によつて測定値に大きな誤差
が生じるという問題があつた。
The first problem is that the two pairs of scales are independent of each other and constitute separate capacitance detection circuits, and both detection outputs are processed by the measurement circuit, but there is inevitably a slight difference between the two outputs. There was a problem in that a time difference occurred, and this time difference caused a large error in the measured value.

また、両スケール対の間で僅かな測定誤差が生
じたような場合、すなわち一方が正確な位相検出
を行つているが、他方が僅かに測定誤差を含むよ
うな場合、原理的にこのような一方に生じたずれ
は測定回路が絶対位置を判断する際には極めて大
きな絶対値誤差として処理されることとなり、両
スケールの機械的な位置精度及び前述した独立し
て設けられた電気回路の処理特性を著しく厳格に
設定しなければならないという問題があつた。
In addition, if there is a slight measurement error between both scale pairs, that is, one scale is performing accurate phase detection, but the other scale has a slight measurement error, in principle, such a The deviation that occurs on one side will be treated as an extremely large absolute value error when the measurement circuit judges the absolute position, and the mechanical position accuracy of both scales and the independent electric circuit described above will be processed. There was a problem in that the characteristics had to be set extremely strictly.

第2の問題は2対のスケールを必要とすること
から、トランスデユーサのスペースが大きくなる
ことであり、これは、小型携帯用測長器を実用化
する際に大きな阻害要因となつていた。
The second problem is that the transducer requires two pairs of scales, which increases the space required for the transducer, and this has been a major impediment to the practical application of small, portable length measuring devices. .

第3の問題は、前述したごとく、従来装置にお
いては、2対のスケールをそれぞれ別個に静電容
量検出回路として用いるために、消費電力が大き
くなることであり、これも小型携帯用測長器にと
つては好ましくない特性であつた。
The third problem is that, as mentioned above, in conventional devices, two pairs of scales are used as separate capacitance detection circuits, which increases power consumption. This was an unfavorable characteristic for people.

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、静電容量方式によつて相対的
に移動するスケール間の絶対位置を電気的に測定
するとともに、従来装置における前述した問題点
を全て除去した改良された容量型位置測定トラン
スデユーサを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to electrically measure the absolute position between relatively moving scales using a capacitance method, and to solve the above-mentioned problems in conventional devices. An object of the present invention is to provide an improved capacitive position transducer that eliminates all points.

本発明によれば、小型のトランスデユーサであ
りながら正確な絶対値測定を可能とし、測定の都
度零セツトを必要とすることなく、また電力消費
の少ないかつスケールの移動速度に制約のない改
良されたトランスデユーサが提供可能である。
According to the present invention, it is possible to perform accurate absolute value measurement with a small transducer, and there is no need for zero setting each time a measurement is made, and improvements are made in which power consumption is low and there are no restrictions on the moving speed of the scale. transducers are available.

そして、本発明によれば、送信電極に接続され
る交流信号はその周波数を比較的低い周波数に設
定しても、十分な高精度を確保することができ、
これによつて、電気回路を著しく簡略化し、また
安価に装置を完成し得る。
According to the present invention, even if the frequency of the AC signal connected to the transmitting electrode is set to a relatively low frequency, sufficiently high accuracy can be ensured.
This significantly simplifies the electric circuit and allows the device to be completed at low cost.

もちろん、本発明において、電極は絶対値を表
示するときのみに接続すれば、所望の測定作用を
行うことができ、装置の消費電力は著しく削減さ
れる。
Of course, in the present invention, if the electrodes are connected only when displaying absolute values, the desired measuring action can be performed, and the power consumption of the device is significantly reduced.

[問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明は、2個の
相対移動する部材間の絶対位置を静電容量の測定
によつて行うトランスデユーサの改良に関し、こ
のトランスデユーサは前記相対移動する部材とし
て互いに近接して相対移動可能に配置された第1
スケール及び第2スケールを有する。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention relates to an improvement in a transducer that measures the absolute position between two relatively moving members by measuring capacitance. The transducer includes first transducers that are movably disposed close to each other as the relatively movable members.
It has a scale and a second scale.

前記両スケールは通常直尺で形成されて直線的
な相対移動を行うことが一般的であるが、もちろ
ん、本発明において、2枚の同軸配置された円板
にてスケールを形成し、ロータリトランスデユー
サを得ることも好適である。
Generally, both scales are formed in a straight scale and move linearly relative to each other, but of course, in the present invention, the scale is formed by two coaxially arranged disks, and a rotary transformer is used. It is also suitable to obtain a deuser.

前記第1スケールには、交流信号が供給される
第1送信電極と、この第1送信電極に対して絶縁
された状態で近接配置され測定回路が接続される
第1受信電極がn列(nは1以上の整数)設けら
れている。
The first scale has n rows (n rows) of a first transmitting electrode to which an AC signal is supplied, and a first receiving electrode that is insulated from and close to the first transmitting electrode and is connected to a measuring circuit. is an integer greater than or equal to 1).

一方、第2スケールは、相対移動方向に沿つて
第1送信電極と対向可能な位置に配置された電極
群からなり第1送信電極と容量結合する第2受信
電極と、同様に相対移動方向に沿つて第1受信電
極と対向可能な位置に配置された電極群からなり
第1受信電極とそれぞれ容量結合するn列の第2
送信電極と、を含む。
On the other hand, the second scale is composed of a group of electrodes arranged at a position that can face the first transmitting electrode along the relative movement direction, and a second receiving electrode capacitively coupled with the first transmitting electrode. n rows of second electrodes, each of which is capacitively coupled to the first receiving electrode;
a transmitting electrode.

前記第2スケールに設けられた両電極は必要な
測定領域にわたつて連続的に配置され、通常第1
スケール側の電極より十分に長い電極列を形成し
ている。
Both electrodes provided on the second scale are arranged continuously over the required measurement area, and usually
An electrode row is formed that is sufficiently longer than the electrodes on the scale side.

本発明において、前記第2受信電極と第2送信
電極の各列とは互いに送信及び受信電極間で結合
電極にて電気的に接続され、前記各接続された第
2受信電極と第2送信電極との電極群の結合体に
は相対移動方向に沿つてそれぞれ異なる偏位が与
えられている。更に、本発明において特徴的なこ
とは、前記第2受信電極と所定列の第2送信電極
との電気的接続は第2受信電極又は他の列の第2
送信電極を構成する電極群の一の電極に対し前記
所定列の第2送信電極を構成する電極群の複数の
電極をもつて行われていることであり、また、偏
位は第2送信電極の各列毎に異なつており、各移
動位置に対して選択された1つの列の電極におい
て特定された前記偏位により絶対値測定が行われ
る。
In the present invention, each row of the second receiving electrode and the second transmitting electrode is electrically connected to each other by a coupling electrode between the transmitting and receiving electrodes, and the connected second receiving electrode and the second transmitting electrode are electrically connected to each other by a coupling electrode. Different deviations are given to the combination of the electrode groups and the electrode group along the direction of relative movement. Furthermore, the present invention is characterized in that the electrical connection between the second receiving electrode and the second transmitting electrode in a predetermined row is made through the second receiving electrode or the second transmitting electrode in another row.
A plurality of electrodes of the electrode group constituting the second transmitting electrode in the predetermined row are disposed with respect to one electrode of the electrode group constituting the transmitting electrode, and the deflection is performed with respect to one electrode of the electrode group constituting the transmitting electrode. is different for each row of the electrodes, and an absolute value measurement is performed with said excursions determined in one row of electrodes selected for each movement position.

前述した各移動位置に対する異なる偏位は移動
量に対する所定の関数として示され、この関数は
直線性を有することが通常であるが、本発明にお
いては、必ずしも直線的関数である必要はなく、
任意の特性を与えることができる。
The different deviations for each movement position described above are expressed as a predetermined function of the movement amount, and this function usually has linearity, but in the present invention, it does not necessarily have to be a linear function.
Can be given any characteristics.

本発明においては、前述したごとく、第2スケ
ールに設けられた第2受信電極と1列又は複数列
の第2送信電極とは各電極が互いに結合電極にて
接続されており、この結果、第1スケールの第1
送信電極に供給された交流信号は、まず容量結合
によつて第2スケール側の第2受信電極に伝達さ
れ、次に、この信号はそのまま電気的に各列の第
2送信電極に伝わり、再び容量結合によつてそれ
ぞれ対向する各列の第1受信電極に戻される。
In the present invention, as described above, the second receiving electrode provided on the second scale and the second transmitting electrodes in one or more rows are connected to each other by a coupling electrode. 1st scale
The AC signal supplied to the transmitting electrode is first transmitted to the second receiving electrode on the second scale side by capacitive coupling, and then this signal is electrically transmitted as it is to the second transmitting electrode of each column, and then again. The signals are returned to the first receiving electrodes of the respective opposing rows by capacitive coupling.

従つて、本発明によれば、各列毎の1系列の電
気回路によつて第2受信電極と第2送信電極を通
つて静電容量の変化を一度で検出することがで
き、前記電極間の偏位は必要な測定領域間で各列
の電極において各移動位置ごとに唯一に特定され
ているので、1つの列の電極を選択することによ
り検出された静電容量値は供給された交流信号の
位相に対応して単一値に定まり、従来装置のごと
き2系列の電気回路を用いた装置と異なり極めて
高精度の測定作用を行うことが可能となる。
Therefore, according to the present invention, a change in capacitance can be detected at once through the second receiving electrode and the second transmitting electrode by one series of electric circuits for each column, and the change in capacitance can be detected at once through the second receiving electrode and the second transmitting electrode. The capacitance value detected by selecting one row of electrodes is equal to the supplied AC, since the deviation of is uniquely determined for each moving position in each row of electrodes between the required measurement areas. A single value is determined in accordance with the phase of the signal, and unlike conventional devices that use two series of electric circuits, it is possible to perform measurement with extremely high precision.

前記測定回路は受信された信号レベルを送信さ
れた交流信号の位相と比較して所定の演算作用を
行い、相対移動位置の絶対値を表示することがで
きる。
The measuring circuit compares the received signal level with the phase of the transmitted AC signal, performs a predetermined calculation operation, and can display the absolute value of the relative movement position.

また、複数列の第2送信電極を設けた場合には
各列毎に異なつた偏位が与えられていることか
ら、1つの装置で様々な絶対測定範囲を得ること
ができると共に、各列の測定値を組合せることに
よつて高精度な測定を行うことも可能である。
In addition, when multiple rows of second transmitting electrodes are provided, different deviations are given to each row, so it is possible to obtain various absolute measurement ranges with one device, and It is also possible to perform highly accurate measurements by combining measured values.

更に、本発明によれば、電極群のピツチを小さ
くすることにより偏位の与えられた所定の第2送
信電極と第2受信電極との間の接続を、第2受信
電極の一つの電極に対し第2送信電極の2以上の
複数の電極をもつて行うこととしていることか
ら、第2受信電極と第2送信電極との接続を、構
成する各電極毎の1対1の接続による場合のよう
に、偏位量に一定の制限があるため第2送信電極
の電極群の中で第2受信電極との接続ができない
電極が生じることを防止することができる。
Further, according to the present invention, by reducing the pitch of the electrode group, the connection between a predetermined deflected second transmitting electrode and the second receiving electrode can be made to one of the second receiving electrodes. On the other hand, since the second transmitting electrode is configured to have two or more electrodes, the connection between the second receiving electrode and the second transmitting electrode is a one-to-one connection for each of the constituent electrodes. As such, since there is a certain limit on the amount of deviation, it is possible to prevent the occurrence of some electrodes among the electrode group of the second transmitting electrodes that cannot be connected to the second receiving electrodes.

[実施例] 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説
明する。
[Embodiments] Preferred embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図にはノギス等のように本尺に対して副尺
が直線移動する測長器に好適な本発明に係る容量
型位置検出トランスデユーサの好適な実施例が示
されており、第1スケール10と第2スケール2
0とを含み、例えばノギスの副尺側に前記第1ス
ケール10が組込まれ、また本尺側に第2スケー
ル20が組込まれる。
FIG. 1 shows a preferred embodiment of the capacitive position detection transducer according to the present invention, which is suitable for a length measuring device such as a caliper in which a vernier scale moves linearly with respect to a main scale. 1 scale 10 and 2nd scale 2
For example, the first scale 10 is installed on the vernier side of a caliper, and the second scale 20 is installed on the main side.

前記両スケール10,20は互いに近接して相
対移動可能に配置されており、第1図においてx
軸位置は第2スケール20を基準として第1スケ
ール10の移動位置を示す。
Both scales 10 and 20 are disposed close to each other and movable relative to each other, and are shown at x in FIG.
The axis position indicates the movement position of the first scale 10 with respect to the second scale 20.

前記第1スケール10には第1送信電極12が
設けられており、この第1送信電極12には発振
器30から交流信号が供給されている。
The first scale 10 is provided with a first transmitting electrode 12 , and an alternating current signal is supplied from an oscillator 30 to the first transmitting electrode 12 .

図示した実施例において、第1送信電極12は
2個ずつの等間隔に配置された電極からなる3対
の第1送信電極構造を有し、各対には前記発振器
30から位相の異なる交流信号30a及び30b
が供給されており、両信号間の位相差は180度に
設定されている。
In the illustrated embodiment, the first transmitting electrode 12 has a first transmitting electrode structure of three pairs of two equally spaced electrodes, each pair receiving an alternating current signal of a different phase from the oscillator 30. 30a and 30b
is supplied, and the phase difference between both signals is set to 180 degrees.

前記第1スケール10には更に第1受信電極1
4がn列(nは1以上の整数)設けられ、本実施
例では第1送信電極の両側にそれぞれ1例づつ、
計2列の第1受信電極が設けられている。この第
1受信電極14は、実施例において、各列毎に所
定間隔に配置された電極群からなり、前記第1送
信電極と隣接して平行に配列されている。
The first scale 10 further includes a first receiving electrode 1.
4 are provided in n rows (n is an integer of 1 or more), and in this embodiment, one example is provided on each side of the first transmitting electrode.
A total of two rows of first receiving electrodes are provided. In the embodiment, the first receiving electrodes 14 are composed of a group of electrodes arranged at predetermined intervals in each row, and are arranged adjacent to and parallel to the first transmitting electrodes.

各第1受信電極14−1,41−2はそれぞれ
測定回路32と接続されている。
Each first receiving electrode 14-1, 41-2 is connected to a measuring circuit 32, respectively.

前記各電極12,14はそれぞれ第1スケール
10の絶縁基板上に蒸着その他の手段によつて設
けられており、両電極間は電気的に絶縁状態にお
かれている。
Each of the electrodes 12 and 14 is provided on the insulating substrate of the first scale 10 by vapor deposition or other means, and the two electrodes are electrically insulated.

本発明に係るトランスデユーサの特徴的事項
は、第2スケール20の電極配置にあり、図から
明らかなごとく、第2スケール20には整列配置
された第2受信電極22及び2列の第2送信電極
24が設けられている。
A characteristic feature of the transducer according to the present invention lies in the electrode arrangement of the second scale 20. As is clear from the figure, the second scale 20 includes second receiving electrodes 22 arranged in alignment and second receiving electrodes 22 in two rows. A transmitting electrode 24 is provided.

第2受信電極22は相対移動方向(x軸)に沿
つて第1送信電極と対向可能な位置に配置された
電極群からなり、第1送信電極と容量結合する。
The second receiving electrode 22 is composed of a group of electrodes arranged at a position facing the first transmitting electrode along the relative movement direction (x-axis), and is capacitively coupled to the first transmitting electrode.

実施例における第2受信電極22は等間隔に配
置されており、そのピツチはPr2にて示されてい
る。
The second receiving electrodes 22 in the embodiment are arranged at equal intervals, and the pitch is indicated by Pr2.

一方、各列の第2送信電極24−1〜24−2
は相対移動方向(x軸)に沿つて前記2列の第1
受信電極14−1,14−2と対向可能な位置に
配置された電極群からなり、該第1受信電極14
の各列とそれぞれ容量結合している。
On the other hand, the second transmitting electrodes 24-1 to 24-2 in each column
is the first of the two rows along the relative movement direction (x-axis).
The first receiving electrode 14 is composed of a group of electrodes arranged at positions that can face the receiving electrodes 14-1 and 14-2.
are capacitively coupled to each column.

そして、この第2送信電極24−1及び24−
2は、1列内においては、等間隔に電極群が配置
され、そのピツチPt2は各列毎に異なつている。
Then, the second transmitting electrodes 24-1 and 24-
2, electrode groups are arranged at equal intervals within one row, and the pitch Pt2 differs for each row.

そして、本発明において、前記第2受信電極2
2と第2送信電極24とのピツチは異なる値に設
定されており、この結果、両電極間には符号D(x)
で示される偏位が与えられていることが理解され
る。
In the present invention, the second receiving electrode 2
2 and the second transmitting electrode 24 are set to different values, and as a result, there is a sign D(x) between the two electrodes.
It is understood that the deviation shown by is given.

そして、本発明においては第2送信電極24の
前記偏位 D(x)=(Pt2−Pr2)f(x) …(1) は相対移動位置すなわちxの値に応じて一定の特
定された値になることが特徴的である。
In the present invention, the deviation D(x)=(Pt2−Pr2)f(x)...(1) of the second transmitting electrode 24 is a constant specified value depending on the relative movement position, that is, the value of x. It is characteristic that it becomes

また、本発明においては前記第2受信電極22
と各列の第2送信電極24とが各電極ごとに互い
に結合電極26によつて電気的に接続されている
ことを特徴とする。
Further, in the present invention, the second receiving electrode 22
and the second transmitting electrodes 24 of each column are electrically connected to each other by a coupling electrode 26 for each electrode.

従つて、本発明によれば、各相対移動位置(x)に
対して結合電極26で互いに結合された各列の両
電極間偏位D(x)は各列毎に唯一の特定された値と
なることが理解され、これによつて、検出される
静電容量値は偏位D(x)は各列毎に唯一の特定され
た値となることが理解され、これによつて、検出
される静電容量値は偏位D(x)に対応した値とな
り、絶対値測定が可能となることが理解される。
Therefore, according to the invention, for each relative movement position (x), the interelectrode deviation D(x) of each row coupled to each other by the coupling electrode 26 has a unique specified value for each row. It is understood that the detected capacitance value is the deviation D(x), which is a unique specified value for each column, and thereby the detected capacitance value is It is understood that the capacitance value obtained corresponds to the deviation D(x), and absolute value measurement becomes possible.

もつとも、この各列の偏位D(x)はトランスデユ
ーサの測定範囲が増大するにしたがつて増加する
が、その偏位D(x)量が送信ピツチ、実施例におい
ては第1送信電極12上の送信波長ピツチWt1を
超えることはできないという制約がある。
Of course, the deviation D(x) of each column increases as the measurement range of the transducer increases, but the amount of deviation D(x) increases at the transmitting pitch, in the embodiment, the first transmitting electrode. There is a restriction that the transmission wavelength pitch Wt1 on 12 cannot be exceeded.

すなわち、前記偏位D(x)が送信波長ピツチWt1
を超えた場合には、受信信号の識別が困難となる
からである。
That is, the deviation D(x) is the transmission wavelength pitch Wt1
This is because if it exceeds this, it becomes difficult to identify the received signal.

従つて、第1図の実施例においては、第2スケ
ール20はノギスの本尺全長にわたつて第2送信
電極24の各列の最大の偏位D(x)が前記送信波長
ピツチWt1を超えないように設定されている。更
に詳細には、第1図における第2送信電極24−
1の偏位D(x)は第2スケール20の中央部におい
て零、そして左右に進むにしたがつてその値が反
対方向に増加するように設定され、第2スケール
20の両端における偏位を本負に振分けた形状か
らなる。
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, the second scale 20 has a maximum deviation D(x) of each row of the second transmitting electrodes 24 over the entire length of the caliper, exceeding the transmitting wavelength pitch Wt1. It is set to not. More specifically, the second transmitting electrode 24- in FIG.
The deviation D(x) of 1 is set to be zero at the center of the second scale 20, and its value increases in the opposite direction as it moves left and right, and the deviation at both ends of the second scale 20 is It consists of a shape divided into negative parts.

他方、第2送信電極24−2は、更にピツチ
Pt2(2)が小さくされており、第2受信電極22の
ピツチPr2との差が大きいため、相対移動距離に
対する偏位D(x)も大きくなる(式(1)より)。
On the other hand, the second transmitting electrode 24-2 is further pitched.
Since Pt2(2) is small and the difference from the pitch Pr2 of the second receiving electrode 22 is large, the deviation D(x) with respect to the relative movement distance also becomes large (from equation (1)).

従つて、偏位D(x)量が送信波長ピツチWt1を超
えることができないという制約のため、第2受信
電極の各電極との間の1対1による接続では送信
波長ピツチWt1を超えてしまうため接続できない
非接続電極の部分25が生じてしまう。
Therefore, due to the restriction that the amount of deviation D(x) cannot exceed the transmission wavelength pitch Wt1, the deviation D(x) exceeds the transmission wavelength pitch Wt1 in a one-to-one connection between the second receiving electrode and each electrode. Therefore, there is a portion 25 of unconnected electrodes that cannot be connected.

そして、本発明の特徴部分である第2受信電極
22の一つの電極に対する第2送信電極24−2
の複数の電極の接続を行つたものである。
The second transmitting electrode 24-2 corresponds to one electrode of the second receiving electrode 22, which is a characteristic part of the present invention.
This method connects multiple electrodes.

すなわち、第2送信電極24−2の非接続電極
の部分25をそのままにしておくか、接続できな
い部分には電極を設けず、第2受信電極の電極数
と同じ電極数とした場合には、当該部分では測定
が不能となつてしまうことから、第2スケールの
表面上の1対1の接続では接続できなかつた電極
を第1図に破線で示したように第2スケールの裏
面で第2受信電極と偏位D(x)量が送信波長ピツチ
Wt1を超えないように接続している。
That is, if the unconnected electrode portion 25 of the second transmitting electrode 24-2 is left as is, or if no electrode is provided in the unconnectable portion, and the number of electrodes is the same as the number of electrodes of the second receiving electrode, Since measurement would not be possible in this area, the electrodes that could not be connected with a one-to-one connection on the front surface of the second scale were connected to the second electrode on the back surface of the second scale, as shown by the broken line in Figure 1. The reception electrode and the amount of deviation D(x) are the transmission wavelength pitch.
Connected so as not to exceed Wt1.

第2図は、本実施例の第2スケール上の電極配
置を示す概略図であり、第2送信電極24−1は
第2受信電極22のピツチPr2よりもやや小さい
ピツチPt2(1)とされており、一方、第2送信電極
24−2は更に小さいピツチPt2(2)で電極配置さ
れており、配置された電極数も第2受信電極22
の電極数もほぼ2倍となつている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the electrode arrangement on the second scale of this embodiment, and the second transmitting electrode 24-1 has a pitch Pt2(1) that is slightly smaller than the pitch Pr2 of the second receiving electrode 22. On the other hand, the second transmitting electrode 24-2 is arranged with an even smaller pitch Pt2(2), and the number of arranged electrodes is also smaller than that of the second receiving electrode 22-2.
The number of electrodes has also almost doubled.

従つて、第2受信電極22と第2送信電極24
−1との接続は1対1の電極接続によつても偏位
D(x)量が送信波長ピツチWt1を超えない範囲で測
長に必要な範囲にわたる接続を行うことができる
が、第2受信電極22と第2送信電極24−2と
の接続は、電極ピツチPr2とPt2(2)との差がより
大きいため、偏位D(x)量が送信波長ピツチWt1を
超えない範囲で接続できるのは一定の狭い範囲に
限られる。
Therefore, the second receiving electrode 22 and the second transmitting electrode 24
-1 can be connected over the range necessary for length measurement by one-to-one electrode connection as long as the amount of deviation D(x) does not exceed the transmission wavelength pitch Wt1. Since the difference between the electrode pitches Pr2 and Pt2(2) is larger, the connection between the receiving electrode 22 and the second transmitting electrode 24-2 is made within a range where the amount of deviation D(x) does not exceed the transmitting wavelength pitch Wt1. This is only possible within a certain narrow range.

従つて、接続できない部分の電極25を図上波
線で示すように第2スケール20の裏面側で、偏
位D(x)量がピツチWt1を超えないように接続して
いる。
Therefore, the unconnectable portions of the electrodes 25 are connected on the back side of the second scale 20, as shown by the broken lines in the figure, so that the deviation D(x) does not exceed the pitch Wt1.

第2スケール20も絶縁基板を有しており、前
述した第2受信電極22、2列の第2送信電極2
4−1,24−2、そして各結合電極26は蒸着
その他の手段によつて前記絶縁基板上に形成さ
れ、電気的に接続された第2受信電極22と各列
の第2送信電極24との電極対は相対移動方向
(x軸)に沿つて互いに電気的に絶縁された状態
で配列されている。
The second scale 20 also has an insulating substrate, and includes the aforementioned second receiving electrodes 22 and two rows of second transmitting electrodes 2.
4-1, 24-2, and each coupling electrode 26 is formed on the insulating substrate by vapor deposition or other means, and is electrically connected to the second receiving electrode 22 and the second transmitting electrode 24 of each column. The electrode pairs are arranged along the relative movement direction (x-axis) so as to be electrically insulated from each other.

以上のごとく、本発明によれば、第2スケール
20の第2受信電極22と各列の第2送信電極2
4とは相対移動方向に沿つて各位置ごとに唯一の
特定された偏位D(x)を有しているので、第1スケ
ール10が移動したときに検出される静電容量値
は各位置ごとに唯一の特定した値となり、任意位
置の絶対測定が可能となる。
As described above, according to the present invention, the second receiving electrode 22 of the second scale 20 and the second transmitting electrode 2 of each column
4 has a unique specified deviation D(x) for each position along the direction of relative movement, so the capacitance value detected when the first scale 10 moves is at each position. This is the only specified value for each position, making absolute measurement possible at any position.

そして、本発明によれば、第1送信電極12に
供給された交流信号は容量結合によつて第2受信
電極22に伝達され、これが直ちに結合電極の導
通によつて各列の第2送信電極に伝わり、相対移
動方向(x軸方向)にシフトされた状態で再び容
量結合によつて対応する各列の第1受信電極14
−1,14−2に戻される。
According to the present invention, the AC signal supplied to the first transmitting electrode 12 is transmitted to the second receiving electrode 22 by capacitive coupling, and this is immediately transmitted to the second transmitting electrode of each column by conduction of the coupling electrode. is transmitted to the first receiving electrode 14 of each corresponding row by capacitive coupling again in a state shifted in the relative movement direction (x-axis direction).
-1, returned to 14-2.

従つて、本発明によれば、前記各列の電極毎の
単一の電気系統のみによつて前記異なる偏位を持
たせた電極を通つて信号の検出を行うことが可能
となり、信号の位置ずれあるいは時間差が生じる
ことなく極めて高精度の絶対測定を可能とするこ
とができる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to detect signals through the electrodes having different deviations using only a single electrical system for each electrode in each row, and the position of the signal can be detected by using only a single electrical system for each electrode in each row. Absolute measurements with extremely high precision can be made without any deviation or time difference.

第1図において、前記第1送信電極12に隣接
した整列配置された2列の第1受信電極14−1
〜14−2はそれぞれ検出回路に対しての検出信
号を供給している。
In FIG. 1, two rows of first receiving electrodes 14-1 are arranged adjacent to the first transmitting electrode 12.
.about.14-2 supply detection signals to the detection circuits, respectively.

そして、実施例においては、第1受信電極14
の各ブロツク毎のピツチすなわち受信波長ピツチ
Wr1は前述したごとく送信信号が第2スケールを
通つて所定のシフトがなされたシフト量に対応し
て、 Wr1(2)=Wt1×Pt2(2)/Pr2 …(2) に設定されている。
In the embodiment, the first receiving electrode 14
Pitch for each block, that is, reception wavelength pitch
As described above, Wr1 is set to Wr1(2)=Wt1×Pt2(2)/Pr2 (2), corresponding to the shift amount by which the transmission signal is shifted by a predetermined amount through the second scale.

従つて、このような受信波長ピツチWr1によれ
ば、第1送信電極12から送信された交流信号は
第2スケールの第2受信電極22と各列の第2送
信電極24との間において所定のシフトが行われ
た後、再び対向する各列の第1受信電極におい
て、前記シフト量に対応した長さの受信電極14
にて受信できることが理解される。
Therefore, according to such reception wavelength pitch Wr1, the AC signal transmitted from the first transmission electrode 12 has a predetermined pitch between the second reception electrode 22 of the second scale and the second transmission electrode 24 of each column. After the shift is performed, in the first receiving electrodes of each row facing each other again, the receiving electrodes 14 have a length corresponding to the shift amount.
It is understood that it can be received at

測定回路32に出力される測定信号32−1,
32−2は、回路32内のアナログスイツチに
て、いずれか1つが選択され所定の演算が行われ
る。
Measurement signal 32-1 output to measurement circuit 32,
32-2, one of them is selected by an analog switch in the circuit 32, and a predetermined calculation is performed.

また、第2送信電極によつて絶対測定可能な範
囲Lは、偏位D(x)が送信波長ピツチWt1を超えな
いという条件の下で当該第2送信電極のピツチ
Pt2が第2受信電極のピツチPr2よりも小さいと
仮定すると、ある値mに対して mPt2=L mPr2=L+Wr1 L=Wr1×Pt2/(Pr2−Pt2) …(3) で表され、相対移動量が絶対測定可能範囲Lを超
える範囲では位相が360゜以上変化するため絶対値
の特定ができなくなる。
Furthermore, the range L that can be absolutely measured by the second transmitting electrode is the pitch of the second transmitting electrode under the condition that the deviation D(x) does not exceed the transmitting wavelength pitch Wt1.
Assuming that Pt2 is smaller than the pitch Pr2 of the second receiving electrode, it is expressed as mPt2=L mPr2=L+Wr1 L=Wr1×Pt2/(Pr2−Pt2) (3) for a certain value m, and the amount of relative movement is In a range where the value exceeds the absolute measurable range L, the phase changes by more than 360°, making it impossible to identify the absolute value.

なお、式(3)より第2送信電極のピツチPt2を第
2受信電極のピツチPr2に近づける程、すなわち
偏位D(x)を小さくする程絶対測定可能範囲Lは拡
がるが、逆に分解能は粗くなることが理解され
る。
Furthermore, from equation (3), the closer the pitch Pt2 of the second transmitting electrode is to the pitch Pr2 of the second receiving electrode, that is, the smaller the deviation D(x), the wider the absolute measurable range L, but conversely, the resolution is It is understood that it will be rough.

第3図には、本発明にかかる第2スケール電極
配置の他の例が示されており、第2受信電極22
及びn列の第2送信電極24−1〜24−nの配
置の1列が示されており、第2送信電極24の各
電極間ピツチPt2を第1列目から第n列に向けて
徐々に小さくして配列している。すなわち、各列
の偏位Dk(x)が徐々に大きくなるよう配列されて
いる。
FIG. 3 shows another example of the second scale electrode arrangement according to the present invention, in which the second receiving electrode 22
One row of arrangement of the second transmitting electrodes 24-1 to 24-n in n rows is shown, and the pitch Pt2 between each electrode of the second transmitting electrodes 24 is gradually changed from the first row to the nth row. It is arranged in a smaller size. That is, they are arranged so that the deviation Dk(x) of each column gradually increases.

このように各列の第2送信電極24を異なつた
ピツチとすることによつて様々な絶対測定範囲を
1つのスケールで得ることができる。
By setting the second transmitting electrodes 24 in each row at different pitches in this manner, various absolute measurement ranges can be obtained on one scale.

本実施例の場合、ピツチPt2の小さい第n列目
第2送信電極24−nの接続は、第2受信電極2
2と直接に接続されているのではなく、第n−1
列目の第2送信電極24−(n−1)との直接続
とされているので、1対複数の電極接続は、第n
列目と第n−1列目の第2送信電極24との間で
行われていることが示されている。
In the case of this embodiment, the connection of the second transmitting electrode 24-n of the nth row with a small pitch Pt2 is connected to the second receiving electrode 24-n.
It is not directly connected to 2, but the n-1st
Since it is directly connected to the second transmitting electrode 24-(n-1) of the column, the one-to-multiple electrode connection is
It is shown that this is performed between the second transmitting electrodes 24 in the column and the (n-1)th column.

第4図には本発明の第1スケールの他の実施例
が示されており、n列の第1受信電極14はそれ
ぞれ2つの位相の異なる信号を出力するため2種
類の電極から成り、該電極は相対移動方向(x
軸)に対して受信波長ピツチWr1にて繰返す三角
波形状を有している。
FIG. 4 shows another embodiment of the first scale of the present invention, in which n rows of first receiving electrodes 14 each consist of two types of electrodes for outputting signals with two different phases. The electrodes move in the direction of relative movement (x
It has a triangular wave shape that repeats at the receiving wavelength pitch Wr1 with respect to the axis).

そして、この三角波形状は互いに逆位相で配置
された2個の第1受信電極14a,14bからな
り、それらの検出値が互いに差演算され、これに
よつて、検出信号の感度を改善することができ
る。
This triangular waveform is made up of two first receiving electrodes 14a and 14b arranged in opposite phases to each other, and their detected values are subtracted from each other, thereby improving the sensitivity of the detected signal. can.

第5図の第1スケール10は前述した第3図の
実施例と類似するが、その各列の第1受信電極1
4a,14bは第3図の三角波形状と異なり正弦
波状を呈していることを特徴とし、両第1受信電
極14a,14bからの出力は測定回路32の作
動増幅器において差演算される。
The first scale 10 of FIG. 5 is similar to the embodiment of FIG.
4a and 14b are characterized by exhibiting a sine wave shape, unlike the triangular wave shape in FIG.

また、第5図の第1スケール10において、第
1送信電極12に供給される交流信号は8相に分
割されており、それぞれ45度の位相差を有する。
Further, in the first scale 10 of FIG. 5, the AC signal supplied to the first transmitting electrode 12 is divided into eight phases, each having a phase difference of 45 degrees.

第5図のごとき第1スケール10においては、
第1送信電極12に供給される交流信号は矩形波
の信号が選択され、また、各列の第1受信電極1
4a,14bはその電極形状が正弦波であること
から、測定回路32に供給される2種類の反転位
相の出力信号は正弦波状を呈することが理解され
る。
In the first scale 10 as shown in FIG.
A rectangular wave signal is selected as the AC signal supplied to the first transmitting electrode 12, and the first receiving electrode 1 of each column
Since the electrodes 4a and 14b have a sinusoidal shape, it is understood that the two types of output signals with inverted phases supplied to the measurement circuit 32 have a sinusoidal shape.

以上のようにして、本発明によれば、第1送信
電極に供給された交流信号は容量結合によつて第
2受信電極に伝達され、これが直ちにn列設けら
れた第2送信電極に所定変位量シフトされて導通
し、再び容量結合によつて対向する各列の第1受
信電極に戻され、この検出された出力信号は第2
スクール上における第2受信電極と第2送信電極
の各列毎の偏位情報であり、本発明においてこの
偏位は必要な測定領域内において相対移動位置に
対して各列毎に常に唯一の特定された値を有して
いるので、この結果、選択された1つの列の検出
された信号は相対移動位置を演算するために十分
な情報を保有していることとなる。
As described above, according to the present invention, the AC signal supplied to the first transmitting electrode is transmitted to the second receiving electrode by capacitive coupling, and this is immediately transferred to the second transmitting electrodes provided in n rows by a predetermined displacement. The output signal is shifted by the amount, conducts, and is returned to the first receiving electrode of each row facing each other by capacitive coupling, and this detected output signal is transferred to the second receiving electrode.
This is the deviation information for each row of the second receiving electrode and the second transmitting electrode on the school, and in the present invention, this deviation is always uniquely specified for each row with respect to the relative movement position within the required measurement area. As a result, the detected signal of one selected column contains sufficient information to calculate the relative movement position.

そして、本発明によれば、前述した偏位D(x)の
測定によつて正確な絶対測定を可能とし、従来の
相対測定における測定の都度必要な零セツト、大
消費電力そしてスケールの移動速度のない優れた
測長器を提供可能である。
According to the present invention, accurate absolute measurement is possible by measuring the deviation D(x) as described above, and the zero setting, large power consumption, and scale movement speed required for each measurement in conventional relative measurement can be achieved. It is possible to provide an excellent length measuring device without any problems.

また、本発明によれば、前述したごとく、第2
送信電極及び第1受信電極の各列毎のトランスデ
ユーサを貫通する電気回路が唯一であるために、
電極配置の機械的誤差あるいは電気的な遅れ時間
差の相違等を考慮することなく、測定精度を著し
く改善でき、また第1受信電極14及び第2送信
電極24を複数列設けることにより、種々の絶対
測定範囲を得ると共に、各列の測定値を組合せる
ことにより、さらに測定精度を高めることがで
き、かつ一組のスケール対によつて測定が行われ
るので、スペース及び消費電力の小さいトランス
デユーサを提供可能である。
Further, according to the present invention, as described above, the second
Since there is only one electrical circuit passing through the transducer for each row of transmitting electrodes and first receiving electrodes,
Measurement accuracy can be significantly improved without considering mechanical errors in electrode arrangement or differences in electrical delay time differences, and by providing multiple rows of first receiving electrodes 14 and second transmitting electrodes 24, various absolute In addition to obtaining the measurement range, the measurement accuracy can be further increased by combining the measurement values of each column, and since the measurement is performed by a pair of scales, the transducer consumes less space and consumes less power. can be provided.

第6図及び第7図には前述した本発明にかかる
トランスデユーサに接続される測長回路の一例が
示され、またその各部波形及びタイミングチヤー
トが第8図に示されている。
FIGS. 6 and 7 show an example of a length measuring circuit connected to the transducer according to the present invention, and FIG. 8 shows waveforms and timing charts of each part thereof.

第6図の測長回路は、第1図及び第2図に示し
た実施例のごとく各列の第1受信電極が1種類の
電極から成るトランスデユーサに接続される測長
回路であり、前述した本発明に係るトランスデユ
ーサは符号100にて示されており、その第1送
信電極には複数の位相の異なる交流信号が供給さ
れており、この交流信号は発振器30から得ら
れ、この発振出力f0は本発明においてさほど高周
波である必要はなく、例えば100〜200KHz程度の
比較的低い周波数とすることができる。
The length measuring circuit shown in FIG. 6 is a length measuring circuit in which the first receiving electrode of each column is connected to a transducer consisting of one type of electrode, as in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, The above-mentioned transducer according to the present invention is indicated by the reference numeral 100, and a plurality of alternating current signals having different phases are supplied to the first transmitting electrode, and the alternating current signals are obtained from the oscillator 30 and In the present invention, the oscillation output f0 does not need to have a very high frequency, and can be set to a relatively low frequency of, for example, about 100 to 200 KHz.

前記発振器30の出f0はトランスデユーサ10
0に対しては更に分周器60にて分周された信号
として供給されるが、変復調器に対する同期信号
としても用いられており、装置の分解能を定める
ための一つの要因を形成するが、前述したごと
く、本発明においてはこの基本周波数及び次に分
周されて第1送信電極に供給される交流信号の周
波数が低いことから、回路構成を簡略化して安価
な装置によつて十分な分解能が得られるという効
果を有する。
The output f0 of the oscillator 30 is the transducer 10
0 is further divided by the frequency divider 60 and supplied as a signal, but it is also used as a synchronizing signal for the modulator and demodulator, and forms one factor for determining the resolution of the device. As mentioned above, in the present invention, since the fundamental frequency and the frequency of the AC signal that is then divided and supplied to the first transmitting electrode are low, sufficient resolution can be achieved by simplifying the circuit configuration and using an inexpensive device. This has the effect that the following can be obtained.

前記分周器60の出力は更に位相変換器34に
て第8図に示すごとく所望の8個のそれぞれ45度
の位相差を有する交流信号200−1〜200−
8に変換される。従つて、このような位相の異な
る8個の交流信号は例えば前述した第5図の第1
送信電極に供給されることが好適である。
The output of the frequency divider 60 is further processed by a phase converter 34 to convert into eight desired AC signals 200-1 to 200-, each having a phase difference of 45 degrees, as shown in FIG.
Converted to 8. Therefore, such eight AC signals with different phases are, for example, the first signal in FIG. 5 mentioned above.
Preferably, it is supplied to a transmitting electrode.

前述した8個の交流信号は変調器62におい
て、前記発振器30の出力f0で変調され、この信
号200−1〜200−8がトランスデユーサ1
00の各第1送信電極12へ供給される。
The aforementioned eight AC signals are modulated by the output f0 of the oscillator 30 in the modulator 62, and these signals 200-1 to 200-8 are transmitted to the transducer 1.
00 are supplied to each of the first transmitting electrodes 12.

トランスデユーサ100は前述したごとく、前
記供給された交流信号202を第1,第2スケー
ルの相対移動位置に対応した信号レベル変換を行
つた後に第1受信電極の各列から電気的な信号と
して出力し、この各列毎の出力はアナログスイツ
チ65にてその内の1列の信号が選択された出力
は更に同期復調器66によつて復調される。
As described above, the transducer 100 converts the supplied AC signal 202 into signal levels corresponding to the relative movement positions of the first and second scales, and then converts the supplied AC signal 202 into electric signals from each column of the first receiving electrodes. The output of each column is output by an analog switch 65, and the output of one column selected is further demodulated by a synchronous demodulator 66.

また、各列の第1受信電極が2種類の電極から
成るトランスデユーサの場合第7図に示すよう
に、トランスデユーサ100の第1受信電極の各
列からの出力信号は、まず、差動アンプ64に送
られ、信号204として出力され、第8図に示す
ようにその包絡線が正弦波曲線を描く信号とな
る。この点のみが第6図に示す測長回路と異なる
点であり、出力信号204は同期復調器66によ
つて復調され以下は第6図と同様の回路構成であ
る。
Furthermore, in the case of a transducer in which the first receiving electrodes in each column are composed of two types of electrodes, as shown in FIG. The signal is sent to the dynamic amplifier 64 and output as a signal 204, which becomes a signal whose envelope draws a sinusoidal curve as shown in FIG. This is the only point that differs from the length measuring circuit shown in FIG. 6, and the output signal 204 is demodulated by a synchronous demodulator 66, and the circuit configuration below is the same as that shown in FIG.

同期復調器からの出力206は両スケールが基
準位置にいるときの基準信号300と比してφな
る位相差を有しており、この位相差φを求めるこ
とによつて、両スケールの相対位置によつて定ま
る絶対値を求めることができる。
The output 206 from the synchronous demodulator has a phase difference of φ compared to the reference signal 300 when both scales are at the reference position, and by determining this phase difference φ, the relative position of both scales can be determined. The absolute value determined by can be found.

なお、前記復調器66の出力206は第8図に
図示のごとく高周波成分を含んでおり、実施例に
おいては、この高周波成分をフイルタ68にて除
去し高周波成分が除去された信号208を得てい
る。
Note that the output 206 of the demodulator 66 includes high frequency components as shown in FIG. 8, and in this embodiment, this high frequency component is removed by a filter 68 to obtain a signal 208 from which the high frequency component has been removed. There is.

前記信号208は更に零クロス回路70によつ
て波形の零クロス位置が検出されている。
The waveform zero-crossing position of the signal 208 is further detected by a zero-crossing circuit 70.

実施例において、前記位相差φをデジタル演算
するために、装置は、カウンタ72を含み、その
リセツト/スタート信号は、実施例において、変
調器62,復調器66のトリガ信号と制御ユニツ
ト80により同期制御されおり、装置の装定開始
を基準信号のトリガとして用い、この時点からカ
ウンタ72の計数動作が開始される。カウンタ7
2の計数タイミングは、発振器30の出力周波数
f0にて制御されている。
In the embodiment, in order to digitally calculate the phase difference φ, the device includes a counter 72 whose reset/start signal is synchronized by the control unit 80 with the trigger signals of the modulator 62 and demodulator 66 in the embodiment. The counting operation of the counter 72 is started from this point using the start of device mounting as a trigger for the reference signal. counter 7
2 counting timing is the output frequency of the oscillator 30
Controlled by f0.

そして、カウンタ70の計数ストツプは前記零
クロス回路70からの信号によつて制御されてお
り、第8図の位相φ位置にて、前記零クロス回路
70はフイルタ68の出力208からストツプ信
号をカウンタ72へ出力し、前記カウンタ72の
計数動作がこの時点で終了する。
The counting stop of the counter 70 is controlled by the signal from the zero cross circuit 70, and at the phase φ position in FIG. 72, and the counting operation of the counter 72 ends at this point.

従つて、前記カウンタ72の計数値はトランス
デユーサによつて基準信号300がシフトされた
位相差を示すこととなり、前述したごとく、本発
明によれば、この位相差φは測定時における両ス
ケール10,20の偏位D(x)と対応し、前記カウ
ンタ72の出力は演算ユニツト74によつて絶対
値への変換演算が行われる。
Therefore, the counted value of the counter 72 indicates the phase difference by which the reference signal 300 is shifted by the transducer, and as described above, according to the present invention, this phase difference φ is the difference between both scales at the time of measurement. Corresponding to the deviation D(x) of 10 and 20, the output of the counter 72 is converted into an absolute value by an arithmetic unit 74.

そして、制御ユニツト80にて制御された演算
ユニツト74の出力は、表示ドライバ76を介し
て表示器78に所望の表示信号を供給して、前記
測定値を通常の場合デジタル表示する。
The output of the arithmetic unit 74 controlled by the control unit 80 supplies a desired display signal to the display 78 via the display driver 76, so that the measured value is normally displayed digitally.

本実施例において、前記表示器78は、例えば
ノギスの副尺表面に埋め込み固定した液晶表示器
等からなり、これによつて、測長値を使用者が容
易に読取ることができる。
In this embodiment, the display 78 is, for example, a liquid crystal display embedded and fixed in the vernier surface of the caliper, so that the user can easily read the length measurement value.

[発明の効果] 以上説明したごとく、本発明によれば、相対移
動する2つの部材、通常第1及び第2スケール間
の相移動量を静電容量の変化として絶対値で測長
することができ、電池駆動可能な小型軽量化され
た容量型トランスデユーサを得ることが可能とな
る。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the amount of phase movement between two relatively moving members, usually the first and second scales, can be measured in absolute value as a change in capacitance. This makes it possible to obtain a compact and lightweight capacitive transducer that can be driven by batteries.

また、本発明によれば、第2スケール側の第2
受信電極と1又は2以上の列の第2送信電極とは
それぞれ互いに結合電極にて電気的に接続される
とともに両電極間が相対移動方向に沿つて各列毎
に異なる偏位を有し、全測長範囲においてこの偏
位は各列毎に唯一の特定された値となるように設
定されており、第1送信電極の1つの列の出力信
号を選択し所定の演算を行うことによつて、両ス
ケール間を貫通する単一の容量結合回路を用いて
送信及び受信信号間のシフト値から両スケールの
相対移動位置の絶対値を知ることが可能となる。
Further, according to the present invention, the second scale on the second scale side
The receiving electrodes and the second transmitting electrodes in one or more rows are electrically connected to each other by coupling electrodes, and have different deviations for each row along the direction of relative movement between the two electrodes, This deviation is set to be a unique specified value for each column in the entire length measurement range, and can be determined by selecting the output signal of one column of the first transmitting electrode and performing a predetermined calculation. Therefore, it becomes possible to know the absolute value of the relative movement position of both scales from the shift value between the transmitted and received signals using a single capacitive coupling circuit that passes between both scales.

また、第2送信電極を複数列設けた場合、各列
には異なつたピツチを与えていることから、1つ
のスケールで様々な絶対測定範囲を得ることがで
きると共に、各列の測定値を組合せて高精度な測
定を行うことも可能である。
In addition, when multiple rows of second transmitting electrodes are provided, each row is given a different pitch, so it is possible to obtain various absolute measurement ranges with one scale, and the measurement values of each row can be combined. It is also possible to perform highly accurate measurements.

また、各列はそれぞれ単一の容量結合回路を用
いることから、機械的及び電気的な誤差の介入を
著しく減少させ、また低消費電力で小型のトラン
スデユーサを得ることが可能となる。
Furthermore, since each column uses a single capacitive coupling circuit, interference from mechanical and electrical errors can be significantly reduced, and a compact transducer with low power consumption can be obtained.

更に、本発明によれば、所定の偏位を得るため
第2送信電極の電極ピツチを小さくした場合に、
第2受信電極との間の直接又は間接の電気的接続
を、第2受信電極の1つの電極に対し当該第2送
信電極の複数の電極をもつて行うこととしたの
で、第2送信電極の非接続部分が発生するのを回
避することができ測定不能な範囲が生じるのを防
ぐことができる。
Furthermore, according to the present invention, when the electrode pitch of the second transmitting electrode is reduced in order to obtain a predetermined deviation,
Since direct or indirect electrical connection with the second receiving electrode is made by using a plurality of electrodes of the second transmitting electrode with respect to one electrode of the second receiving electrode, It is possible to avoid the occurrence of non-connected parts and prevent the occurrence of unmeasurable ranges.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係る容量型位置測定トランス
デユーサの好適な実施例を示す要部斜視図、第2
図は第1図の実施例に係るトランスデユーサの第
2スケール側を示す概略説明図、第3図は本発明
にかかるトランスデユーサの第2スケール側の他
の実施例を示す一部概略図、第4図は本発明に係
るトランスデユーサの第1のスケールの他の実施
例を示す概略説明図、第5図は本発明に係るトラ
ンスデユーサの他の第1スケールを示す平面図、
第6図及び第7図は本発明に係るトランスデユー
サに好適な測調回路のブロツク図、第8図は第6
図及び第7図の波形及びタイミングチヤートを示
す説明図である。 10…第1スケール、12…第1送信電極、1
4…第1受信電極、20…第2スケール、22…
第1受信電極、24…第1送信電極、26…結合
電極、30…発振器、32…測定回路、D(x)…偏
位、x…相対移動方向。
FIG. 1 is a perspective view of a main part showing a preferred embodiment of a capacitive position measuring transducer according to the present invention, and FIG.
1 is a schematic explanatory diagram showing the second scale side of the transducer according to the embodiment of FIG. 1, and FIG. 3 is a partial schematic diagram showing another embodiment of the transducer on the second scale side according to the present invention. FIG. 4 is a schematic explanatory diagram showing another embodiment of the first scale of the transducer according to the present invention, and FIG. 5 is a plan view showing another first scale of the transducer according to the present invention. ,
6 and 7 are block diagrams of a measurement circuit suitable for a transducer according to the present invention, and FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing waveforms and timing charts in FIG. 7 and FIG. 7; 10...first scale, 12...first transmitting electrode, 1
4...first receiving electrode, 20...second scale, 22...
First receiving electrode, 24...first transmitting electrode, 26...coupling electrode, 30...oscillator, 32...measuring circuit, D(x)...deflection, x...relative movement direction.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 互いに近接して相対移動可能に配置された第
1スケール及び第2スケールを有し、 前記第1スケールには、交流信号が供給される
第1送信電極と、前記第1送信電極に対して絶縁
された状態で配置され測定回路が接続されたn列
(nは1以上の整数)の第1受信電極と、が設け
られ、 前記第2スケールには、相対移動方向に沿つて
前記第1送信電極と対向可能な位置に配置された
電極群からなり第1送信電極と容量結合する第2
受信電極と、相対移動方向に沿つて第1受信電極
と対向可能な位置に配置された電極群からなり第
1受信電極の各列とそれぞれ容量結合するn列の
第2送信電極と、が設けられ、 前記第2受信電極と各列の第2送信電極とは互
いに結合電極を介して又は結合電極と他の列の第
2送信電極を介して電気的に接続され、 各接続された第2受信電極と第2送信電極との
間には相対移動方向に沿つて第2送信電極の各列
毎にそれぞれ異なる偏位が与えられており、 前記第2受信電極と所定列の第2送信電極との
電気的接続は第2受信電極又は他の列の第2送信
電極を構成する電極群の一の電極に対し前記所定
列の第2送信電極を構成する電極群の複数の電極
をもつて行われ、 各相対移動位置に対して特定された前記偏位に
より絶対測定を行うことを特徴とする容量型位置
測定トランスデユーサ。 2 特許請求の範囲1に記載のトランスデユーサ
において、前記第2受信電極と所定列の第2送信
電極との電気的接続は、それぞれの各構成電極の
1対1の接続を第2スケールの表面にて行い、他
の接続されていない前記所定列の第2送信電極の
構成電極を第2スケールの裏面にて第2受信電極
又は他の列の第2送信電極の構成電極と接続した
ことを特徴とする容量型位置測定トランスデユー
サ。 3 特許請求の範囲2記載の装置において、第1
受信電極の電極群のピツチを受信波長ピツチWr1
とし、前記送信波長ピツチをWt1、第2受信電極
ピツチをPr2そして第2送信電極ピツチをPt2と
すると、 Wr1=Wt1×Pt2/Pr2 に設定されていることを特徴とする容量型位置測
定トランスデユーサ。 4 特許請求の範囲3記載のトランスデユーサに
おいて、第1受信電極の各列は2つの位相の異な
る信号を出力するためにそれぞれ2種類の電極か
らなり、該電極は相互に反転した形状を有する電
極からなることを特徴とする容量型位置測定トラ
ンスデユーサ。
[Scope of Claims] 1. A first scale and a second scale are arranged close to each other so as to be relatively movable, and the first scale has a first transmitting electrode to which an alternating current signal is supplied, and n rows (n is an integer of 1 or more) of first receiving electrodes arranged insulated from one transmitting electrode and connected to a measuring circuit; the second scale has a relative movement direction; a second transmitting electrode that is capacitively coupled to the first transmitting electrode, and comprises a group of electrodes disposed at a position facing the first transmitting electrode along the
A receiving electrode, and n rows of second transmitting electrodes each comprising a group of electrodes disposed at a position facing the first receiving electrode along the relative movement direction and capacitively coupled to each row of the first receiving electrode. The second receiving electrode and the second transmitting electrode of each column are electrically connected to each other via a coupling electrode or via the coupling electrode and the second transmitting electrode of another column, and each connected second A different deviation is given to each row of the second transmitting electrodes along the relative movement direction between the receiving electrode and the second transmitting electrode, and the second transmitting electrode and the second transmitting electrode of a predetermined row are different from each other. The electrical connection is made by connecting a plurality of electrodes of the electrode group constituting the second transmitting electrode of the predetermined column to one electrode of the electrode group constituting the second receiving electrode or the second transmitting electrode of the other column. A capacitive position-measuring transducer, characterized in that: an absolute measurement is made by the deflection determined for each relative displacement position. 2. In the transducer according to claim 1, the electrical connection between the second receiving electrode and the second transmitting electrode in a predetermined column is such that the electrical connection between the second receiving electrode and the second transmitting electrode in the predetermined row is based on a one-to-one connection of each constituent electrode on a second scale. Connecting the constituent electrodes of the second transmitting electrodes in the predetermined row that are not connected to the second receiving electrodes or the constituent electrodes of the second transmitting electrodes in other columns on the back surface of the second scale. A capacitive position measurement transducer featuring: 3. In the device according to claim 2, the first
The pitch of the electrode group of the receiving electrode is the receiving wavelength pitch Wr1.
If the transmitting wavelength pitch is Wt1, the second receiving electrode pitch is Pr2, and the second transmitting electrode pitch is Pt2, the capacitive position measuring transducer is characterized in that Wr1=Wt1×Pt2/Pr2. Yusa. 4. In the transducer according to claim 3, each row of first receiving electrodes is composed of two types of electrodes in order to output signals with two different phases, and the electrodes have mutually inverted shapes. A capacitive position measuring transducer comprising an electrode.
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