JPH109805A - 位置測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンコーダ電極の空間波形をディジタル的に
操作し、電極ピッチより小さい空間波形分解能を得るこ
とを可能とした位置測定装置を提供する。 【解決手段】 トランスジューサ１１０は、送信電極１
３０上の合成空間波形を表す信号を受信し、受信電極１
６０にスライド１１２とスケール１１４の相対位置を表
す信号を出力する。合成空間波形は、排他的ＯＲゲート
４６２により発生される。ゲート４６２ではオシレータ
４５０からの出力にＲＯＭ４７０からの係数が掛け合わ
せる。マイクロプロセッサ４００は、トランスジューサ
１１０を通して結合された空間波形の位相シフト量を示
す信号Ｖｆを受信し、合成空間波形をシフトして信号Ｖ
ｆをゼロにするに必要な係数を選択すべく、ＲＯＭ４７
０にアドレスを出力する。複数のアドレスは、合成空間
波形の位相シフト量が個々のアドレスに対応する個々の
空間波形の位相シフト量の平均になるように、設定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子的位置エン
コーダの複数の電極に与えられ或いは複数の電極から受
信される信号（波形）を合成し或いはフィルタリングし
て、電極ピッチより十分小さい増加分で電極に対する波
形の空間位置を調整するための装置と方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】容量式位置エンコーダが開発され、種々
の分野で用いられている。その様な容量式エンコーダの
例は、メイヤー（Meyer）の米国特許第３，８５７，０
９２号や、アンデルモ（Andermo）の米国特許第４，４
２０，７５４号，第４，８７８０１３号，第４，８７
９，５０８号，第５，０２３，５５９号等に開示されて
いる。アンデルモの’７５４特許に示された容量式位置
エンコーダは、静止した長いスケール上に摺動可能に搭
載されたスライドを用いる。スライドは、スケール上に
搭載されてスケールの長手方向に移動可能とされてい
る。スライドとスケールは例えばノギス等の位置測定部
材に、位置測定部材間の相対位置がスケール上のスライ
ド位置に対応するように、機械的に結合される。

【０００３】スケールとスライドはそれぞれ、長手方向
に沿って形成された電極アレイを有する。スライドは例
えば、数セットの送信電極を有する。各セット内のそれ
ぞれ位置決めされた送信電極は互いに共通接続される。
そして、スライダ或いはスケールのいずれかで形成され
る正弦波或いは矩形波のような周期信号の複数位相のそ
れぞれに対応する電圧が各セットの対応する送信電極に
与えられる。

【０００４】例えば、８０個の送信電極がスライダ上に
形成され、これが５つのサブセットに分けられる。各サ
ブセットは従って１６電極からなる。Ｖ₀ｓｉｎ（Ｎ２
π／１６）（但し、Ｎ＝１，２，…，１６）なる大きさ
の電圧信号が送信電極に与えられる。特に、各セットの
Ｎ番目の電極は同じ電圧信号を受ける。これにより例え
ば、０．７０７Ｖ₀なる電圧が各セットの２番目の電極
（送信電極２，１８，３４，５０及び６６）に与えられ
る。或いは、第１の電圧信号が各セット１６個のうちｍ
個の送信電極に与えられ、第２の電圧信号が各セットの
残りの１６−ｍ個の送信電極に与えられるようにするこ
ともできる。この様にして方形波が送信電極に与えられ
る。

【０００５】送信電極のセットに与えられる電圧信号
は、“空間波形”を作る。即ち、電気的波形は、送信電
極の各セットに占有される空間上に延びる。隣接する送
信電極上の対応点の間の距離は、電極の“空間ピッチ”
である。隣接するセットの対応する送信電極間の距離
は、送信電極の“空間波長”である。空間波形は、それ
ぞれ電圧信号が与えられる電極位置に基づいて、送信電
極のセットに関連する位置或いは位相を有する。

【０００６】例えば上に概略を述べた方形波の場合、空
間波形の位相は、各セットの第１の８送信電極が第１の
電圧信号を受信し、第２の８送信電極が第２の電圧信号
を受信するときを０°として定義される。空間波形の位
相は、第１の電圧信号が各セットの送信電極２−９上に
位置し、第２の電圧信号が各セットの送信電極１，１０
−１６上に位置することにより、２２．５°シフトす
る。しかしながら、各セットの送信電極の数は、空間波
形がシフトできる最小の位相角増加分を決定している。
同様に、送信電極のピッチは、空間波形がシフトできる
最小の位置増加分を決定している。従って、空間波形の
シフトできる最小の位相角は上述の例では、２２．５°
である。より一般的にいえば、各セットの送信電極の数
をＮとして、最小位相角は、３６０°／Ｎとなる。

【０００７】送信電極に電圧信号が与えられると、その
電圧信号はスケール上の第１の受信電極に容量結合す
る。第２の送信電極は電気的に第１の受信電極に接続さ
れている。従って、第１の受信電極に容量結合した電圧
信号は、第２の送信電極に与えられる。第２の送信電極
に与えられた電圧信号は更に、スライド上の１乃至２以
上の第２の受信電極に容量結合により戻される。スケー
ル上の電極は、送信電極から受信した電圧信号の振幅
を、スケールに対するスライドの相対位置に基づいて変
えるように（或いは、空間波形の位相をシフトするよう
に）、型どられている。これにより、スライド上の第１
の受信電極に受信される合成電圧信号の大きさ（或いは
位相シフト量）は、スライドとスケールの間の相対位置
を示すことになる。

【０００８】第２の受信電極に接続される適当な電気回
路、及び第１の送信電極に与えられる電圧信号の信号源
は、合成される受信電圧信号の大きさ、従ってスケール
上のスライドの位置を決定する。第１の送信電極のため
の信号源は、第１の送信電極のセットに与えられる空間
波形の位相を、スケールに沿ってスライドが移動するの
と同様にシフトさせる。スライドとスケール上の電極配
置は逆転させて、第１の送信電極と第２の受信電極がス
ケール上に、第１の受信電極と第２の送信電極がスライ
ド上に配置されるようにしてもよい。

【０００９】アナログ信号の補間度合いが与えられてい
るとして、供給された空間波形の空間位相を漸次増大さ
せるようにした従来の容量式位置エンコーダの変位測定
の分解能は、空間波形が展開される各組の送信電極の密
度とピッチの関数である。より細い送信電極をより近接
して配置する程、より短距離で空間位相シフトが生じる
から、より高い分解能が得られる。例えば、１の空間波
長の電極の数を８から１６に増やせば、１電極ピッチの
変位での“選択可能な”角度位相シフト量は４５°から
２２．５°に減少し、最小の選択可能な空間増加分は半
分になる。或いは、１空間波長内の送信電極数を一定、
例えば１６に保ち、空間波長を１から１／２に減少させ
れば、２２．５℃の位相シフト量での変位量は１／８か
ら１／１６に減少する。

【００１０】しかし、小さいピッチの電極を加工するに
は限界があり、これにより容量式位置エンコーダの分解
能が制限される。もし、隣接電極間の選択可能な角度位
相シフト量が２π／Ｎ（または３６０°／Ｎ）（Ｎは１
空間波長の電極数）より小さくできれば、容量式位置エ
ンコーダの分解能は改善できる。特に、分解能は電極ピ
ッチを増すことなく、或いはアナログ信号補間の度合い
を増すことなく改善できる。従来の容量式位置エンコー
ダにおいては、最小の純粋にディジタル的な空間位相増
加分は、送信電極のピッチに制限される。しかし、アナ
ログ信号を用いることにより、送信電極ピッチより小さ
い位相増加分を実現したエンコーダはよく知られてい
る。例えば、アンデルモの米国特許第４，４２０，７５
４号は、アナログ入力信を用いて送信電極ピッチより細
かい分解能を得ることを可能とする二つの解決法を示し
ている。

【００１１】第１の方法は、送信電極に正弦波状信号を
与える方法である。同時に送信電極自体正弦波状にパタ
ーン形成される。入力信号に対する出力信号の瞬時の位
相シフト量はアナログ回路により測定される。しかしこ
のアプローチは、送信電極ピッチと要求される分解能の
間の差が大きい場合には、高精度のアナログ内挿回路を
必要とする。その結果、望ましい空間内挿の度合いを実
現しようとすると、高感度で高コストのアナログ回路、
例えば高精度のＡ／Ｄコンバータが要求される。

【００１２】’７５４特許に示された第２の方法は、送
信電極に均一電圧を与える方法である。パルスのタイミ
ングは時間的位相コントローラにより調整される。これ
は、送信電極に与えられる空間波形の位相を調整するも
のである。これにより、第２の受信電極に容量結合され
る全信号の瞬間的な位相が例えば０°のような所定の瞬
間的な位相を有する。時間的位相コントローラは、増大
する送信信号の時間的位相を隣接電極間の空間位相シフ
ト量より小さくすることができる。従って、受信電極上
でのゼロ位相シフト量を維持するに必要な位相調整量の
大きさが、スライドとスケール間の高分解能の相対位置
を示すことになる。

【００１３】メイヤーの米国特許第４，８４１，２２５
号は、ディジタル的に空間波形の位相を選択することに
より、送信電極ピッチより小さい位相増加を得る方法を
示している。この’２２５特許においては、各セットの
対応する送信電極に同じ電圧を与えるのではなく、各セ
ットの対応する送信電極に異なる電圧を与える。ある１
組の送信電極に与えられる空間波形の位相は、他の組の
送信電極に与えられる空間波形の位相と異なる。

【００１４】この様に、各組の送信電極に与えられる電
圧の位相を異ならせて、各組の送信電極に与えられる空
間波形の位相はトランスジューサにより空間的に平均化
される。与えられた空間位相シフト量をもつ電圧信号が
ある組の送信電極に与えられたとすると、平均空間位相
シフト量は、送信電極の組の数により分割された位相シ
フト分に等しくなる。従って、平均化空間波形は、送信
電極のピッチより小さい距離だけシフトすることができ
る。即ち平均位相シフト量は、各組の送信電極数をＮと
して、３６０°／Ｎ以下になる。より一般的には、Ｎ個
の送信電極がＭ組として、幅Ｐｔのピッチ数Ｐだけ１グ
ループ内の空間位相がシフトし、Ｐｔ×Ｐ／Ｍなる位相
シフト量の範囲内の空間波形変位が生じる。しかしなが
ら、この’２２５特許は、各送信電極に独立に異なる電
圧を印加するために、多数のスイッチ接続を必要とす
る。

【００１５】容量式位置エンコーダを作るには、最も一
般的には、比較的低コストのプリント配線ボードエンコ
ーダ技術が用いられる。多数のスイッチ（即ち、Ｎスイ
ッチ×Ｍ組）と、送信電極を支持する部材に要求される
長さとが、’２２５特許をプリント配線ボードエンコー
ダ技術を用いて物理的かつ経済的に実現することとを困
難にしている。要求される多数のスイッチは電極アレイ
スイッチングネットワーク用の集積回路製造技術を用い
て作ることができる。しかしこれは、多くの場合望まし
い技術ではない。

【００１６】アンデルモの米国特許第４，８７８，０１
３号は、送信電極の物理的ピッチより小さい空間位相シ
フト量をディジタル的に選択する他のアプローチを示し
ている。この’０１３特許では、送信電極と受信電極の
特定の間隙を送信電極に与えられる駆動信号に関して特
定の対応関係に結び付けて、送信電極ピッチより小さい
分解能の増加分を選択する。“合成的”空間ピッチは、
複数組の送信電極と適当な間隔を設けたスケール電極と
により作られる。’０１３特許における有効な送信電極
の合成的空間ピッチは、実際の物理的ピッチに比べて十
分小さい。これにより、空間波形信号がディジタル的に
シフトされ得る増加分は、より小さくなる。しかしなが
らこれは、先の問題の電気的解決というよりは、幾何学
的解決である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の容
量式位置エンコーダにおいて、送信電極ピッチより小さ
い分解能を電気的に実現しようとすると、アナログ回路
を利用する方法では高精度のアナログ回路が必要にな
り、ディジタル的に実現しようとすると多数のスイッチ
を必要とする、といった問題がある。

【００１８】この発明は、位置エンコーダの電極の空間
波形をディジタル的に操作することにより、電極ピッチ
より小さい有効な空間波形分解能を得ることを可能とし
た方法と装置することを目的としている。この発明はま
た、多数のスイッチを用いることなく送信電極ピッチよ
り小さい有効な分解能を得るようにした容量式位置エン
コーダを提供することを目的とする。この発明は更に、
比較的少ない送信電極の組を用いて、送信電極ピッチよ
り小さい有効な分解能を得るようにした容量式位置エン
コーダを提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明のシステムは、
インクリメンタル型或いはアブソリュート型の容量式位
置エンコーダに関して空間波形を合成する。その様な容
量式位置エンコーダは、測定軸方向に互いに相対移動す
る第１及び第２の部材（基板）を有する。第１の部材に
は送信電極が形成され、この送信電極には空間波形を生
成する電圧信号が与えられる。第１の部材には、少なく
とも一つの他の電極が形成される。この他の電極は、第
２の部材に形成された電極を介して前記送信電極に容量
結合される。前記送信電極と他の電極の間で転送される
電圧信号の変化の大きさ（振幅或いは位相）は、前記第
１及び第２の部材の測定軸に沿う相対位置に依存する。
望ましい精度を得るために、トランスジューサを介して
伝搬される電圧信号は、例えば方形波のような、或いは
好ましくは正弦波のような連続的な周期的信号とする。
この連続的で周期的な波形構造は、各位置測定毎に複数
のディジタル空間波形要素を与えることにより得られ
る。これにより、エンコーダに与えられるディジタル空
間波形要素を空間的に加算した位相に対応する空間位相
をもつ合成空間波形を得ることができる。

【００２０】この発明のシステムは、動作において先
ず、スライド上の受信電極により受信される信号の大き
さを決定し、次に、適当なディジタル空間波形要素を選
択して受信された合成空間波形の空間位相を調整して所
定の出力値を得る。受信された合成空間波形の空間位相
は、少なくともいくつかのディジタル空間波形要素を変
更することにより、調整する。通常の動作においては、
システムは上述の動作を、所定の出力値が要求されるマ
ージン内に維持されるように繰り返し実行する。この通
常動作の間、前記所定の出力値を得るように選択された
ディジタル空間波形要素の唯一の形状に基づいて、シス
テムは、測定軸に沿った第１及び第２の部材の相対位置
を１スケール波長の範囲内で決定する。第１及び第２の
部材の相対位置を決定するために、システムは上述した
動作を、移動したスケール波長数を累算しながら繰り返
し実行する。

【００２１】この発明のシステムは、各空間波形毎にア
レイの各電極に電圧を供給し或いは各電極から電圧を受
信する。これにより、各位置測定毎に、複数の電圧信号
が送信電極に複数回与えられる。各組の各電極に同じ電
圧信号が与えられると、システムは各タイミングでパル
スを複数の係数をもって変調する。複数の係数のそれぞ
れは、電極の各組におけるある電極に対応する。この結
果、各測定の間それぞれの電極に複数の変調パルスが与
えられる。各組の変調パルスは、与えられた係数の組に
対応してある空間形状をもつ空間波形を形成する。も
し、異なる電圧信号が送信電極のそれぞれに与えられれ
ば、有効な空間位相は合成空間波形から決定できること
になる。

【００２２】電子位置エンコーダは、上と逆に、少なく
とも一つの他の電極が空間波形を送信し、送信電極がこ
の空間波形を受信するように構成することができる。こ
の場合、電圧信号が送信電極により受信される時、複数
のパルスが各測定の間前記少なくとも一つの他の電極に
与えられる。このシステムは好ましくは、対応する複数
組の係数をもつ複数のパルスの間、送信電極の各組毎に
接続の存在及び接続極性をコントロールすることにな
る。一つの組の各係数はそれぞれ、各組の一つの送信電
極に対応する。従って各組のパルスは、係数の組により
決まる空間形状をもつ選択可能な空間フィルタにより空
間的に変調され、フィルタリングされる。この結果、複
数のパルスは各測定毎に、各電極の組を通して変調され
フィルタリングされる。これらの或いは他の特長及び効
果は、次の好ましい実施例の中で説明され、明らかにな
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】好ましい実施例においては、この
発明の電極アレイを用いた空間波形合成の方法は、図１
に示すような容量式一エンコーダに適用される。図１に
示すように、エンコーダ１００は、基本的に米国特許第
４，９７９，０１３号に対応する容量式位置トランスジ
ューサ１１０を有する。トランスジューサ１１０は、ス
ケール１１４とこれに近接配置されたスライダ１１２を
有する。スライダ１１２は、スケール１１４に対して測
定軸１１６に沿って相対移動する。この容量式位置エン
コーダ１００はまた、電子回路１２０を有する。電子回
路１２０は、信号発生器１２２と信号プロセッサ１２４
を含む。第１の送信電極１３０のアレイは、スライド１
１２上に搭載されている。図１では、第１の送信電極１
３０として二つの組１３２と１３４がスライド１１２上
に形成されているが、他の適当な数の組を搭載すること
ができる。

【００２４】送信電極１３０は信号発生器１２２に接続
されている。特に、第１の組１３２の第１送信電極１３
２ａと、第２の組１３４の第１送信電極１３４ａはそれ
ぞれ信号発生器１２２の同じ出力に接続されている。同
様に、第１の組１３２の第２以下の電極１３２ｂ−１３
２ｈと、第２の組１３４の第２以下の電極１３４ｂ−１
３４ｈは、それぞれ信号発生器１２２の同じ信号出力線
１２６ｂ−１２６ｈに接続されている。第１の組１３２
の第１送信電極１３２ａの左エッジと、第２の組１３４
の第１送信電極１３ａの左エッジの間の間隔は、送信電
極１３０のアレイの空間波長λ_Fである。送信電極１３
０のピッチ１３６は、送信電極１３０の任意の点とこれ
に連接する送信電極１３０の対応する点との間の間隔で
ある。

【００２５】スライダ１１２はスケール１１４に近接配
置されて、第１の送信電極１３０がスケール１１４上に
一列に配列された第１の受信電極１４０に容量結合する
ようになっている。各受信電極１４０は、配線１４２に
より第２の送信電極１５０に接続されている。第２の送
信電極１５０も一列に配列されている。第１の受信電極
１４０に容量結合される電圧信号は、配線１４２を介し
て第２の送信電極１５０に供給される。第２の送信電極
１５０に供給される電圧信号は、スライド１１２上の第
２の受信電極１６０に容量結合される。第２の受信電極
１６０は信号プロセッサ１２４に接続されている。第２
の受信電極１６０により受信される電圧信号はスケール
１１４に対するスライド１１２の位置の関数である。第
２の受信電極１６０は信号線１２７により信号プロセッ
サ１２４に接続されている。信号発生器１２２と信号プ
ロセッサ１２４は信号線１２９により互いに接続されて
いる。

【００２６】第１及び第２の組１３２及び１３４の電極
１３０には、信号発生器１２２から、周期的波形に対応
する電圧信号が与えられる。例えば、周期的波形が方形
波であるとすれば、第１及び第２の組１３２及び１３４
の最初の４電極１３２ａ−１３２ｄ及び１３４ａ−１３
４ｄが同じ第１の電圧信号（例えば、＋５Ｖ信号）が与
えられる。残りの４電極１３２ｅ−１３２ｈ及び１３４
ｅ−１３４ｈには、同じ第２の電圧信号（例えば、−５
Ｖ信号）が与えられる。これにより時間的に周期的な波
形ではなく、空間的に周期的な波形が測定軸１１６に沿
って形成される。即ち、周期的波形は、“空間波形”で
ある。

【００２７】この空間波形の位相は、それぞれ第１及び
第２の組１３２及び１３４の中で第１の電圧（＋５Ｖ）
から第２の電圧（−５Ｖ）に代わる位置を変えることに
より、漸次シフトする。即ち、空間波形位置は、各組１
３２，１３４における第２−第４送信電極１２３ｂ−１
３２ｅ，１３４ｂ−１３４ｅに第１の電圧（＋５Ｖ）を
与えることにより、上の例からピッチ１３６だけシフト
する。このとき同時に、第２の電圧（−５Ｖ）が、各組
１３２，１３４において、第１及び第６−第８送信電極
１３２ａ，１３２ｆ−１３２ｈ及び１３４ａ，１３４ｆ
−１３４ｈに与えられる。１ピッチ１３６の位置シフト
は、空間位相シフト４５°に対応する。即ち、各組の送
信電極数をＮとして、位相シフト３６０°／Ｎが得られ
る。上に述べた例では、第１及び第２の組１３２及び１
３４はそれぞれ８個の送信電極１３０を有するから、位
相シフト量は、３６０°／８＝４５°である。

【００２８】第２の受信電極１６０が受信する電圧信号
の振幅は、スライド１１２とスケール１１４の相対位置
及び、第１の送信電極１３０上の信号の空間波形の関数
である。第２の受信電極１６０が受信する電圧信号は、
第１の送信電極１３０から第１の受信電極１４０及び第
２の送信電極１５０を介して結合される全電圧信号の合
計である。スライド１１２とスケール１１４のある相対
位置について、第２の受信電極１６０は、第１の受信電
極１４０に対して同程度に結合する送信電極１３０の適
当な対に相補的な電圧が与えられたときに、０Ｖとなる
信号を受信する。そして、スライド１１２がスケール１
１４に沿って移動するにつれて、送信電極１３０と受信
電極１４０の間の幾何学的関係は変化する。これによ
り、１極性の電圧信号が与えられる送信電極１３０への
容量結合は、他の極性の電圧信号が与えられる送信電極
への容量結合より大きくなる。従って、第２の受信電極
１６０上の電圧信号は、スライド１１２のスケール１１
４に対する相対移動の方向に応じて、正または負信号と
なる。

【００２９】スライド１１２のスケール１１４に対する
相対移動に伴って、信号発生器１２２は、送信電極１３
０に与えられる空間波形の位置を各組１３２，１３４の
第１の送信電極１３２ａ−１３２ｈ，１３４ａ−１３４
ｈに対して相対的に増大させることにより、第２の受信
電極１６０により受信される電圧信号の振幅を実質的に
０Ｖの一定値に保つようになっている。これにより、各
組１３２，１３４の第１の送信電極１３２ａ−１３２
ｈ，１３４ａ−１３４ｈに対する空間波形の位置は、ス
ライド１１２及びスケール１１４上のトランスジューサ
要素の相対位置に対応する。各組１３２，１３４の送信
電極に対する空間波形の相対位置を用いることにより、
信号プロセッサ１２４は、測定軸１１６に沿ったスケー
ル１１３上のスライド１１２の相対位置を、送信電極の
数（或いは位相）Ｎによりスケール波長λ_Fを除した距
離の範囲で決定する。

【００３０】電子回路１２０は、λ_F／Ｎなる移動距離
の正味の数を累算する間、上述の動作を行うことによ
り、スライド１１２のスケール１１４に対する相対位置
を決定する。しかしながら、空間波形が連続的でかつ周
期的であり、電子回路が上に述べた例におけるように単
に二つの信号電圧（即ち＋５Ｖと−５Ｖ）のみをもつ通
常のディジタル回路であり、かつ各測定サイクルで一つ
の空間波形しか用いないものとすると、送信電極１３０
に与えられる空間波形の位置は、距離λ_F／Ｎだけしか
変化できない。従って、図１に示すエンコーダ１００の
ディジタル分解能は、トランスジューサ１１０が通常の
電子回路１２０に接続された場合は基本的に、λ_F／Ｎ
に制限される。

【００３１】この発明の空間波形合成法の好ましい実施
例は、各測定の間送信電極１３０に与えられる空間波形
を複数個とすることにより、送信電極１３０のピッチ１
３６より小さい分解能を実現することを可能としてい
る。各測定サイクルの間、送信電極１３０に与えられる
空間波形の少なくとも一つの形は、同じ測定サイクルで
送信電極１３０に与えられる他の空間波形の形と異なら
せることができる（但し、異ならせる必要はない）。こ
れにより、１測定サイクルの間送信電極１３０に与えら
れる全空間波形の合計により作られる合成空間波形の位
置が、送信電極１３０に与えられる全空間波形要素の空
間的累算の位置となる。

【００３２】例えば、１測定サイクルは、４つの空間波
形要素を含むものとする。一つの空間波形要素が他の空
間波形要素に対して送信電極１３０のピッチ１３６分だ
けずれたとすると、４つのサブサイクルで累算された合
成空間波形の位置は、一つの波形要素を繰り返し用いる
ことにより形成される基準合成空間波形に対して、ピッ
チ１３６の１／４ずれることになる。従って、空間波形
要素の少なくとも一つの位置を変えることにより、１測
定サイクルを構成する全波形を累算した合成空間波形の
位置は、基準合成空間波形に対して、送信電極１３０の
ピッチ１３６の１小部分だけシフトすることになる。合
成空間波形の位置を送信電極１３０のピッチ１３６より
小さい増加分で効果的に変えることができるということ
は即ち、低コストで高精度のディジタル回路を用いて高
精細分解能を実現できることになる。

【００３３】図２（ａ）は、第１の送信電極１３０の第
１の組１３２の電極１３２ａ−１３２ｈを模式的に示
し、図２（ｂ）は異なる４つのタイミングｔ１−ｔ４で
４つのディジタル空間波形要素を形成するために電極１
３２ａ−１３２ｈに与えられる電圧信号の相対的な電圧
振幅を示している。タイミングｔ１において、最初の３
電極１３２ａ−１３２ｃに第１の極性の電圧信号（例え
ば、＋５Ｖ）が与えられる。同時に電極１３２ｅ−１３
２ｇには、同じ振幅で逆極性の電圧信号（例えば、−５
ｖ）が与えられる。

【００３４】電極１３２ａ−１３２ｃに正の電圧を与え
ると、実質的に電極１３２ａの左エッジから電極１３２
ｃの右エッジまで延びる単一の正電極が形成される（電
極１３０の間隔を無視して）。同様に、電極１３２ｅ−
１３２ｇに負の電圧を与えると、実質的に電極１３２ｅ
の左エッジから電極１３ｇの右エッジまで延びる単一の
負電極が形成される。図２（ｂ）に示した空間波形要素
について、中心（center）或いは重心（centroid）（こ
れが空間位相または空間位置を表す）はそれぞれ、Ｐ１
−Ｐ４にある。特に図２（ｂ）の空間波形要素について
は、重心Ｐ１−Ｐ４はそれぞれ電極１３２ｄの中央位置
にある。

【００３５】図２（ｃ）は、タイミングｔ１−ｔ４の間
に電極１３２ａ−１３２ｈに与えられた電圧の合計から
得られる合成空間波形を示している。図示のように、合
成空間波形は、電極１３２ａ−１３２ｃに占有される範
囲で＋４単位（即ち、電極１３２ａ−１３２ｃに与えら
れる電圧の＋４倍）の電圧振幅を持ち、電極１３２ｂ上
では０Ｖの振幅を持ち、電極１３２ｅ−１３２ｇに占有
される範囲では、−４単位の電圧振幅を持ち、電極１３
２ｈ上では０Ｖの振幅を持つ。合成空間波形の中心また
は重心（これが空間位相または空間位置を表す）は、Ｐ
５であり、これは４つの空間波形要素の重心Ｐ１−Ｐ４
と同じ位置、即ち電極１３２ｄの中央位置である。

【００３６】この発明による空間波形合成の方法は、４
つのタイミングｔ１−ｔ４の間、電極１３２ａ−１３２
ｈに与えられるディジタル空間波形要素を累算して、得
られる合成空間波形の位置に基づいて位置測定を行うこ
とにある。累算された合成空間波形は、電極１３２ａ−
１３２ｈのそれぞれについての図２（ｃ）に示す個別の
電圧信号を、それぞれ対応する送信電極１３２ａ−１３
２ｈに単位時間与えたと等価の効果をもたらす。図２
（ｃ）に示す合成波形は、タイミングｔ１−ｔ４の間に
送信電極１３２ａ−１３２ｈに与えられた合成空間波形
の位置を示している。

【００３７】図３は、送信電極１３２ａ−１３２ｈに別
の電圧信号の組を与えた場合を示している。図３（ｂ）
に示すように、タイミングｔ１′，ｔ２′及びｔ４′の
間電極１３２ａ−１３２ｈに与えられた電圧信号は、図
２のタイミングｔ１，ｔ２及びｔ４のそれと同じであ
る。タイミングｔ１′，ｔ２′及びｔ４′での空間波形
要素の重心は、Ｐ１′，Ｐ２′及びＰ４′であり、これ
らは電極１３２ｄの中央位置である。しかし、タイミン
グｔ３′では、電極１３２ｄ上にも正の電圧信号が与え
られ、また電極１３２ｈ上に負の電圧信号が与えられて
いる。この結果、タイミングｔ３′での空間波形要素の
重心は、電極１３０のピッチ１３６の半分だけ右にシフ
トし、Ｐ３′となる。波形要素は自由に変えることがで
き、システムが認めないであろう空間波形を作ることも
できる。

【００３８】一般にシステムの精度上は、合成波形が全
ての位置でほぼ一定の形状を持つこと、それが空間的に
連続でかつ周期的であること、更にそれが好ましくは正
弦波状であることが要求される。波形要素は独立にはこ
れらの要求される特性を満たさないし、またその必要も
ない。即ち、波形要素の位置的な動きは、単に、合成波
形の位置制御を行うこの発明の方法にとって一つの補助
手段に過ぎない。図３（ｃ）は、タイミングｔ１′−ｔ
４′の間電極１３２ａ−１３２ｈに与えられる電圧の合
計である合成波形を示している。

【００３９】図３（ｃ）に示すように、合成波形は＋４
単位の振幅を持つ。この振幅は、電極１３２ａ−１３２
ｃに占有される領域に展開される。なぜなら、タイミン
グｔ１′−ｔ４′の間電極１３２ａ−１３２ｃに１単位
の正電圧が与えられるからである。しかし、電極１３２
ｄに占有される領域の空間波形部分は、タイミングｔ
３′に１単位の正電圧が与えられるのみであるから、こ
の部分の合成波形振幅は、＋１となる。同様に、電極１
３２ｅ−１３２ｇ上の合成空間波形の振幅は、−４単位
となり、電極１３２ｈ上では合成空間波形の振幅は、−
１となる。

【００４０】タイミングｔ１′，ｔ２′及びｔ４′での
空間波形要素の重心Ｐ１′，Ｐ２′及びＰ４′から、タ
イミングｔ３′での重心Ｐ３′へのシフトにより、合成
空間波形の重心Ｐ５′へのシフト量は、電極１３０のピ
ッチ１３６より小さい値になる。タイミングｔ３′での
空間波形要素の右方向へのシフトにより、合成空間波形
の重心Ｐ５′は右方向にシフトする。そのシフト量の大
きさは、それぞれ空間波形要素がシフトするタイミング
ｔ１′−ｔ４′の数と、それぞれのシフト量との関数で
ある。

【００４１】例えば、電極１３２ａ−１３２ｈがタイミ
ングｔ３″で図４に示すように電圧信号を受けたとする
と、空間波形要素の重心は、ピッチ１３６だけシフトし
て、Ｐ３″となる。Ｐ３からＰ３″へのシフト量は、Ｐ
３からＰ３′へのシフト量の２倍である。タイミングｔ
３″で図４（ｂ）のような電圧信号が電極１３２ａ−１
３２ｈに与えられた時、合成空間波形は図４（ｃ）のよ
うになる。図４（ｃ）の合成空間波形の重心Ｐ５″は、
図３（ｃ）の場合の合成空間波形の重心Ｐ５′より右に
シフトしている。全測定の正の部分の基準点は、図３
（ｃ），図４（ｃ）に示すように、電極１３２ｂと１３
２ｃの中間点Ｘである。空間波形の負の部分について
は、基準点は電極１３２ｆと１３２ｇの中間点である。

【００４２】全空間波形の重心Ｐ５は、波形の正部分と
負部分の重心の合成点である。この重心は、電極１３２
ｂと１３２ｃの中間点である基準点から決定される。即
ち、全空間波形の基準点は、図３（ｂ）に示す点Ｐ３′
と同じ位置になる。全空間波形の重心は、図３（ｃ）に
示される空間波形のように、図３（ｂ）に示す重心Ｐ
１′−Ｐ４′の合成として表される。図２（ｃ），図３
（ｃ）及び図４（ｃ）に示される空間波形の正と負の部
分は相補的であるから、正の部分の重心のシフト量は、
負の部分の重心のシフト量と同じ方向に同じだけであ
り、また全体の合成波形の重心のシフト量と同じ方向に
同じだけである。例えば、波形の正の部分について求め
られる重心位置−１は、電極１３２ａと１３２ｂの中間
点にある。空間波形の負の部分について求められる重心
位置−１は、電極１３２ｅと１３２ｆの中間点にある。
同様に、合成空間波形について求められる重心位置は、
基準点からシフトした電極１３２ｃと１３２ｄの中間点
にある。

【００４３】空間波形の正の部分の重心は、各電極上の
電圧振幅と、その電極の中点と基準点の間の距離との積
に基づいて求められる。これら各電極上の電圧と距離の
積の合計は、電極上の個々の電圧の合計により除され
る。この例の場合、基準点Ｘは二つの隣接電極の間にあ
るから、どの電極の中点と基準点Ｘとの間の距離も、ハ
ーフピッチ上にある。図４（ｃ）の場合、電極１３２ａ
の中心は、基準点Ｘから、−１．５ピッチの距離にあ
る。タイミングｔ１″−ｔ４″の間、電極１３２ａに与
えられる電圧信号の合計は、＋３単位である。従って電
極１３２ａにより与えられる寄与分は、−４．５（＝−
１．５×３）である。電極１３２ｂ−１３２ｄによる寄
与分の詳細説明は省略するが、図４（ｃ）の空間波形の
正の部分の重心は、下記式で表される。

【００４４】

【数１】

【００４５】この様に求められる重心Ｐ５″のシフト量
は、−０．２５である。これは、重心Ｐ５″が電極１３
０のピッチ１３６の１／４だけ基準点Ｘの左にシフトし
たことを意味する。同様にして、図２（ｃ）の空間波形
について求められる重心Ｐ５のシフト量は、−０．５と
なる。従って、図４（ｃ）に示す空間波形の重心は、図
２（ｃ）の空間波形の重心の右に電極１３０のピッチ１
３６の１／４だけシフトした位置になる。

【００４６】また、図４（ｃ）の空間波形の重心は、図
４（ｂ）に示すように、タイミングｔ１″−ｔ４″で生
成される空間波形の重心Ｐ１″−Ｐ４″の平均に等し
い。特に、図４（ｂ）におけるタイミングｔ１″，ｔ
２″及びｔ４″の各空間波形の重心は、−０．５であ
る。またタイミングｔ３″における空間波形の重心は、
＋０．５である。即ち、正の部分について、この空間波
形の重心は、基準点Ｘの右にピッチ１３６の１／４シフ
トした点にある。各タイミングでの電圧単位数が同数で
ある場合（即ち、図４（ｂ）に示すように、３つの
“＋”電圧単位と、３つの“−”電圧単位である場合）
を仮定すると、合成空間波形の重心は、個々の空間波形
の４つの重心の合計（−０．５×３＋０．５＝−１）
を、重心の数４で除した値、即ち−０．２５となる。

【００４７】この様な理由から、この発明の好ましい実
施例の動作は、種々の方法でビジュルアル化することが
できる。個々の空間波形は、合成空間波形が個々の空間
波形の位置の平均値に対応する位置を持つようにビジュ
ルアル化できる。或いは、各電極上の電圧信号の振幅
は、図２（ｃ），図３（ｃ）或いは図４（ｃ）に示すよ
うに、合計されて合成波形を表わし、その合成波形が電
圧波形の中心に対応する重心を持つように、ビジュルア
ル化できる。

【００４８】第１の送信電極１３０に与えられる電圧振
幅要素の他の組み合わせによって、同様の合成空間波形
を得ることも可能である。例えば、図５（ｃ）の電圧波
形により表される合成空間波形は、図６（ｃ）に示され
た合成空間波形と同じである。しかし、図６（ｃ）の合
成空間波形は、図６（ｂ）に示すように、タイミングｔ
３，ｔ４でピッチ１３６だけシフトした空間波形を持つ
正極性の３個の電極と負極性の３個の電極の駆動により
作られる。これに対し、図５（ｃ）の合成空間波形は、
図５（ｂ）に示すように、タイミングｔ１及びｔ３で相
補的となる全８電極１３２ａ−１３２ｈの駆動と、タイ
ミングｔ２及びｔ４で相補的となる４電極のみの駆動と
により作られる。にも拘らず、図５（ｂ）の電圧の合成
は、図６（ｂ）の電圧の合成と同じ合成空間波形を形成
する。

【００４９】最後に、１空間波形の位置シフトによる合
成空間波形の位置シフトは、そのシフトの大きさの関数
であるのみならず、シフトされる空間波形を作り出すた
めに駆動される電極の数の関数でもある。例えば、図７
（ａ）〜（ｃ）の場合、タイミングｔ１，ｔ２及びｔ４
で作られる空間波形は、図３（ｂ）に示すタイミングｔ
１′，ｔ２′及びｔ４′で作られる空間波形と同じであ
る。更に、図７（ｂ）のタイミングｔ３での空間波形の
重心は、図５（ｂ）のタイミングｔ３′でのそれと同じ
である。しかし、図３（ｂ）のタイミングｔ３′で作ら
れる空間波形は、全８電極１３２ａ−１３２ｈの駆動に
よるのに対し、図７（ｂ）のタイミングｔ３で作られる
空間波形は、４電極１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｆ及び
１３２ｇの駆動によるものである。

【００５０】この結果、図３（ｃ）に示す電圧波形は、
図７（ｃ）に示す電圧波形と異なったものとなる。図３
（ｃ）の合成空間波形の正の部分の重心は、基準点Ｘか
ら、−０．３４６（＝−４．５／１３）だけシフトして
いる。従って、全合成空間波形の重心は、基準点から−
０．３４６シフトした電極１３２ｄと１３２ｅの中間点
である。一方、図７（ｃ）の合成空間波形の重心は、−
０．４０９（＝−４．５／１１）だけシフトしている。
この様に、個々の空間波形のシフト量の合成空間波形の
シフト量に対する寄与の度合いは、シフトの大きさだけ
でなく、駆動される電極の数に依存し、これが個々の空
間波形の“重み”になる。

【００５１】図８は、この発明の好ましい実施例に用い
られる１組の電圧波形を示している。各電圧波形は、４
つのタイミングｔ１−ｔ４について、８電極１３２ａ−
１３２ｈのそれぞれに正または負の電圧を選択的に与え
ることにより作られる。この結果、合成空間波形は、４
つのディジタル空間波形要素のそれぞれにおける４つの
個別電圧の振幅の合成である合成振幅を持つ。合成空間
波形の電圧振幅は、１単位ずつ＋４単位と−４単位の間
に広がる。

【００５２】図８に示す好ましい実施例において、電圧
信号は送信電極１３０に与えられて、８個の異なる空間
波形φ0 −φ7 が作られる。これにより得られる各合成
空間波形の重心Ｐは、一つの電極の左エッジの位置を
０．００Ｐｔとして、図８の波形φ0 における位置−
０．５Ｐｔから、右方向に波形φ7 における位置＋０．
３４６Ｐｔまでシフトする。下記表１は、Ｐｔが電極１
３０のピッチ１３６である場合に、上述の重心の電極の
左エッジからのシフト量を決定する計算を示す。特に表
１は、合成波形が送信電極１３０に対して相対的に位置
する時の各波形φ0 −φ7 について、正の部分について
重心が漸次シフトする様子、従って全波形がシフトする
様子を示している。即ち、図８の波形の最左端の電極が
第１或いは第２の組１３２，１３４の第１電極１３２
ａ，１３４ａである必要はなく、電極１３２ａ−１３２
ｈ或いは１３４ａ−１３４ｈの任意の電極であってよ
い。

【００５３】

【表１】 {(-1.5)(4)+(-0.5)(4)+(0.5)(4)+(1.5)(0)}/12 = -0.500 Pt {(-1.5)(4)+(-0.5)(4)+(0.5)(4)+(1.5)(1)}/13 = -0.346 Pt {(-1.5)(3)+(-0.5)(4)+(0.5)(4)+(1.5)(1)}/12 = -0.250 Pt {(-1.5)(3)+(-0.5)(4)+(0.5)(4)+(1.5)(2)}/13 = -0.115 Pt {(-1.5)(2)+(-0.5)(4)+(0.5)(4)+(1.5)(2)}/12 = 0.000 Pt {(-1.5)(2)+(-0.5)(4)+(0.5)(4)+(1.5)(3)}/13 = 0.115 Pt {(-1.5)(1)+(-0.5)(4)+(0.5)(4)+(1.5)(3)}/12 = 0.250 Pt {(-1.5)(1)+(-0.5)(4)+(0.5)(4)+(1.5)(4)}/13 = 0.346 Pt

【００５４】しかしながら、別の空間波形要素を用いれ
ば、電極１３０のピッチ１３６の範囲内でより大きな或
いはより小さな増分を示す合成空間波形を作ることがで
きることを理解すべきである。例えば、３，４，４，
０，−３，−４，−４，０なる電圧単位振幅を持つ合成
空間波形は、波形φ0 についての重心−０．５Ｐｔと波
形φ1 についての重心−０．３４６の間にある重心−
０．４０９を持たせることができる。

【００５５】上述の例は、理解を容易にするために、ト
ランスジューサ１１０について線形伝達関数を用いて単
純化したものである。より好ましい実施例においては、
トランスジューサ１１０は正弦波伝達関数を持つ。その
場合は、重心の計算はより数理的になる。正弦波伝達関
数を持つ場合には、重心はベクトル微積分を利用するこ
とにより簡単に計算することができる。各相電極につい
て合成振幅をそれぞれ、Ａ0 −Ａ7 としたとき、合成ベ
クトルＶ_Tは、各相ｎのベクトルをＶn として、次の数
２で表される。

【００５６】

【数２】

【００５７】８相のシステムの場合、合成ベクトルＶ_T
の振幅と角度は、次の数３で計算される。

【００５８】

【数３】Ｒｅ（Ｖ_T）＝（Ａ0 ＋Ａ3 −Ａ4 −Ａ7 ）cos
６７．５°＋（Ａ1 ＋Ａ2 −Ａ5 −Ａ6 ）cos ２２．
５° Ｉｍ（Ｖ_T）＝（Ａ0 −Ａ3 −Ａ4 ＋Ａ7 ）sin ６７．
５°＋（Ａ1 −Ａ2 −Ａ5 ＋Ａ6 ）sin ２２．５° Amplitude（Ｖ_T）＝｛［Ｒｅ（Ｖ_T）］²＋［Ｉｍ
（Ｖ_T）］²｝^1/2 Angle（Ｖ_T）＝arctan｛Ｉｍ（Ｖ_T）／Ｒｅ（Ｖ_T）｝

【００５９】次の表２は、この様な式を用いて計算され
た合成ベクトルＶ_Tの振幅と角度を示している。要素ベ
クトルは、物理的な各位相についての人為的な８位相の
均等分布においてベストの振幅と角度精度となるように
選択されている。

【００６０】

【表２】

【００６１】名目位置ステップは、物理位相ステップの
１／８、即ちスケール波長の１／６４である。相対振幅
は計算された振幅であり、上述のように決定された、表
２の全名目位置についての平均振幅で除して得られたも
のである。表２に示すように、合成ベクトルＶ_Tの振幅
は平均振幅の±３％内に収まり、また人為的位相位置の
均等分配に対する相対角度誤差は位相間隔の１％を越え
ることはなく、波長の１／８００未満に収まっている。

【００６２】パルスが容量式位置トランスジューサ１１
０を介してどの様に結合するかを理解することは、重要
である。上に述べたように、送信電極１３０に与えられ
る電圧パルスは、第１の受信電極１４０に容量結合され
る。そのパルスは更に導電的に第１の受信電極１４０か
ら第２の送信電極１５０に伝送される。第２の送信電極
１５０からは、パルスは容量結合により第２の受信電極
１６０に送信される。電極が容量的に結合するから、ト
ランスジューサ１１０を介して結合される唯一の信号形
式は、時間的に変化する信号である。従って、図９に示
すパルス２００のようなパルス信号が容量式位置トラン
スジューサ１１０を通して結合されるが、スタティック
な電圧信号は容量式位置トランスジューサ１１０を通し
て結合されない。図９に示すパルス２００は、前端２０
２と後端２０６、及びパルス電圧振幅２０４を有する。

【００６３】電圧信号の振幅は、信号発生器１２２によ
り第１の送信電極１３０に与えられるパルス２００の振
幅２０４に対応するものと仮定している。パルス振幅２
０４は前端２０２或いは後端２０６の高さに対応する。
更に、パルス振幅２０４の極性（正または負）は、前端
２０２が正であるか負であるかに対応する。図９に示す
正パルスは第１の送信電極１３０のいずれにも供給する
ことができる。図１０に示すような負パルス２１０が引
き続く正パルス２００もまた、電極１３０に与えること
ができる。しかし、二つの隣接パルス２００または２０
１は、図１０に示すように、それらが異なる値と極性で
ある場合にのみ、容量式エンコーダを介して結合でき
る。もし隣接する二つのパルスが同じ振幅であれば、２
番目のパルスは単に、同じパルス振幅を維持するための
電圧レベルを与えるだけになり、容量式エンコーダを介
して結合されるべき２つの時間変化要素とはならない。

【００６４】従って、送信電極１３０に与えられる電圧
信号は、図１１に示すように、次のパルスの前に“リセ
ット”されねばならない。即ち、各パルス２００，２３
０及び２４０は、リセット期間２５０をおいて続く。パ
ルス２００あるいは２１０は、リセット期間２５０が終
了するまで与えることができないから、リセット期間２
５０の長さは、測定の速度を必要的に低減させる。しか
しながら、パルス２００の大きさと極性の検出は、パル
ス２００の大きさとパルス遷移のタイミングを検出する
事により行われ、この検出のためにはパルス２００の間
に挿入されるリセット期間２５０を必要としない。

【００６５】図１２は、等間隔のタイミングマーク３１
０のもとに発生されるパルス列３００を示している。タ
イミングマーク３１０は、交互に正（“＋”）のタイミ
ングマーク３１２と負（“−”）のタイミングマーク３
１４として指定されている。各タイミングマーク３１０
において、パルス列３００内のパルス遷移の有無が検出
される。正のタイミングマーク３１２で生じる立上りエ
ッジ３０２は、正パルス３２２として定義される。同様
に、負のタイミングマーク３１４で生じる立下がりエッ
ジ３０４は、正パルスの後端に対応する遷移であるか
ら、正パルス３２２として定義される。

【００６６】逆に、負のタイミングマーク３１４で生じ
る立上りエッジ３０２は、負パルスの後端に対応する正
への遷移であるから、負パルス３２４として定義され
る。同様に、正のタイミングマーク３１２で生じる立下
がりエッジ３０４は、負パルスの前端に対応する遷移で
あるから、負パルス３２４として定義される。最後に、
タイミングマーク３１０においてパルス遷移がないとこ
ろは、正パルスでも負パルスでもないヌルパルス３２６
として定義される。この様にして、図１２に示すパルス
列３００は、図１２に示す有効なパルス列３２０として
デコードされることになる。

【００６７】パルス遷移がないことを、正パルスでも負
パルスでもないヌルパルスとして定義することは、ディ
ジタルエンコーダシステムにとって非常に有効となる。
２個の可能な電圧振幅レベルのみを持つディジタルシス
テムにおいて、可能な入力としてヌルパルスを用いるこ
とは、２個の電圧レベルを用いて３個のロジック入力、
即ち立上りエッジ、立下がりエッジ及びヌルパルスのロ
ジック入力を可能とするからである。そしてこのこと
は、通常のディジタル型システムの分解能を、通常のフ
ルピッチインクリメントからハーフピッチインクリメン
トへと、２倍にすることを可能にする。位置トランスジ
ューサを介して結合されるパルスの方向と遷移のタイミ
ングを検出することにより、図１１に示すリセット期間
２５０はもはや必要なくなる。従って測定は、より高速
で行うことが可能になる。

【００６８】上述のように、好ましい実施例において合
成波形は、＋４単位と−４単位の間で１単位ずつ増加す
る振幅を持つ。図１３は、その様な合成波形を得るため
に送信電極１３０のそれぞれに与えられる１組の信号
（ａ−ｉ）を示している。図示のように、パルス遷移は
タイミングマーク３１０₁−３１０₄で生じる。タイミン
グマーク３１０₁−３１０₄の極性も図１３に示してあ
る。タイミングマーク３１０₁と３１０₃は、負のタイミ
ングマーク３１２であり、タイミングマーク３１０₂と
３１０₄は正のタイミングマーク３１４である。ロジッ
クレベル“０”，“１”の間の遷移を分かりやすくする
ために、これらのレベルの中間線を各信号（ａ）−
（ｉ）上に示している。

【００６９】信号（ａ）は、ロジックレベル“１”のス
タティック電圧を用いることにより“０”の合成振幅を
作る。“０”の合成振幅は、ロジックレベル“０”のス
タティック電圧を用いることによっても作られる。信号
（ｂ）に示すように、“＋１”の合成振幅は、正のタイ
ミングマーク３１０₂での立上りエッジで作られる。同
じ合成振幅は、正のタイミングマーク３１０₄での立上
りエッジ、或いは負のタイミングマーク３１０₁，３１
０₃での立下がりエッジでも作られる。信号（ｃ）に示
すように、“＋２”の合成振幅は正のタイミングマーク
３１０₂での立上りエッジ、及び負のタイミングマーク
３１０₃の立下がりエッジで作られる。同じ合成振幅
は、他のタイミングで生じる他のパルス遷移によっても
作られる。例えば、負のタイミングマーク３１０₁また
は３１０₃の一方での立下がりエッジと、正のタイミン
グマーク３１０₂または３１０₄の一方での立上がりエッ
ジとの組み合わせにより、合成振幅“＋２”を作ること
ができる。

【００７０】信号（ｄ）に示すように、“＋３”の合成
振幅は、負のタイミングマーク３１０₁及び３１０₃での
立下がりエッジと、正のタイミングマーク３１０₂での
立上りエッジにより作ることができる。最後に、信号
（ｅ）に示すように、“＋４”の合成振幅は、正のタイ
ミングマーク３１０₂及び３１０₄での立上がりエッジ
と、負のタイミングマーク３１０₁及び３１０₃での立下
がりエッジにより作ることができる。−１から−４まで
の負の合成振幅も、図１３の信号（ｆ）−（ｉ）に示す
ように、同様の方法で作ることできる。例えば、タイミ
ングマーク３１０₁−３１０₄の間にまたがる測定期間電
極１３２ａに−３の合成電圧振幅を与えるには、負のタ
イミングマーク３１０₁及び３１０₃で電極１３２ａにパ
ルスの立上りエッジを与え、かつ正のタイミングマーク
３１０₂で電極１３２ａにパルスの立下がりエッジを与
える必要がある。

【００７１】各パルス遷移の図１に示す容量式位置トラ
ンスジューサ１１０を介しての結合は、電子回路１２０
内の検出回路により累算される。図１３に示す、“＋
４”の合成振幅を作るに必要な４個のパルス遷移は、実
際に送信電極１３０の上に４単位の振幅を与える訳では
ない。検出回路による４個のパルス遷移の累算は、送信
電極１３０に“＋４”単位の振幅を持つパルスが与えら
れたと同じ効果を持つ。

【００７２】図１４は、図１に示す容量式位置エンコー
ダ１００における電子回路１２０の一実施例を示す。分
かりやすくするため、第１の送信電極１３０の第１の組
１３２と第２の受信電極１６０への配線のみを示してい
る。同様の配線が送信電極の他の組１３４等にも与えら
れる。第１の送信電極１３２ａ−１３２ｈに与えられる
信号は、信号発生器１２２により発生される。信号発生
器１２２は、クロックパルスを発生してこれを変調器４
６０の１組の排他的ＯＲゲート４６２ａ−４６２ｈに与
えるオシレータ４５０を有する。排他的ＯＲゲート４６
２ａ−４６２ｈの出力はそれぞれ信号線１２６ａ−１２
６ｈを介して、第１の組の電極１３２ａ−１３２ｈにそ
れぞれ与えられる。

【００７３】排他的ＯＲゲート４６２ａ−４６２ｈは、
リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４７０に記憶されたデ
ータにより個別に活性化される。ＲＯＭ４７０は、図１
３に示す信号（ａ）−（ｉ）に対応する係数を記憶する
ルックアップテーブルを有する。ＲＯＭ４７０に記憶さ
れた係数は、オシレータ４５０からのパルスを変調し、
信号線１２６ａ−１２６ｈのそれぞれの上に信号（ａ）
−（ｉ）の一つを与える。信号（ａ）−（ｉ）は組み合
わせによって、９個の異なる合成振幅を電極１３０上に
生成し、図８に示す各位置毎に合成空間波形を形成す
る。

【００７４】ＲＯＭ４７０のアドレスは、マイクロプロ
セッサ４００により発生される。マイクロプロセッサ４
００はまたオシレータ４５０の出力にも接続されてい
る。これによりマイクロプロセッサ４００は、発振信号
のタイミングと極性を決定して、排他的ＯＲゲート４６
２ａ−４６２ｈのそれぞれへの入力を最適選択できるよ
うになっている。トランスジューサ１１０の第２の受信
電極１６０は信号線１２７を介して信号プロセッサ１２
４の増幅器４１０に接続されている。増幅器４１０は、
信号線４１８上のマイクロプロセッサ４００からの制御
信号をも受信して、第２の受信電極１６０から受信する
信号を増幅する。増幅された信号は復調器４２０に送ら
れる。復調器４２０は、マイクロプロセッサ４００から
信号線４２２，４２４，４２６上に出力される３つの制
御信号により制御される。

【００７５】復調器４２０による復調信号は、マイクロ
プロセッサ４００から信号線４３６，４３８上に出力さ
れる２つの制御信号により制御される積分器４３０に供
給される。積分器４３０は、４つのタイミングマーク３
１０₁−３１０₄の各組上で第２の受信電極から受信する
波形を積分する。信号線４３２または４３３のいずれか
に出る積分器４３０からのアナログ信号出力は、Ａ／Ｄ
コンバータ４４０によりディジタル信号に変換される。
Ａ／Ｄコンバータ４４０からのディジタル信号はマイク
ロプロセッサ４００に取り込まれる。

【００７６】ＲＯＭ４７０の各アドレスは、１組の係数
を持つ。各係数は、一つのタイミングマーク３１０用と
して、図１３の信号（ａ）−（ｉ）の一つのあるロジッ
クレベルの存在と極性に対応する。更にＲＯＭ４７０
は、図８に示す空間波形の位相または位置φ1 −φ7 を
発生するために、組み合わせにより図１３に示す各信号
（ａ）−（ｉ）を形成することができる係数の組を有す
る。具体的に例えば、マイクロプロセッサ４００は、排
他的ＯＲゲート４６２ａの出力がタイミングマーク３１
０₁と３１０₃での立下がりエッジ、タイミングマーク３
１０₂と３１０₄での立上がりエッジ、及びタイミングマ
ーク３１０₄でのヌルパルス（遷移なし）を持つという
ように、排他的ＯＲゲート４６２ａのための適当な係数
を持つＲＯＭアドレスを選択することにより、送信電極
１３２ａ上に＋３単位の合成振幅レベルを作る。こうし
て第１の送信電極１３２ａは＋３の合成電圧レベルを受
信する。

【００７７】同様に、マイクロプロセッサ４００により
選択されるＲＯＭアドレスは、電極１３２ｂ及び１３２
ｃ上に＋４単位の合成振幅を与え、電極１３２ｅ上に＋
１単位の合成振幅を与え、電極１３２ｆと１３２ｇ上に
−４単位の合成振幅を与え、電極１３２ｈ上に−１単位
の合成振幅を与えるように、排他的ＯＲゲート４６２ａ
−４６２ｈのための適当な係数を有する。これらの振幅
を電極１３２ａ−１３２ｈに与えることにより、マイク
ロプロセッサ４００はトランスジューサ１１０上に図８
のφ２の位相または位置を持つ空間波形を発生する。従
って、ＲＯＭ４７０は、各ビットが電極１３２ａ−１３
２ｈの一つに対応するような８ビット×３２ワードを記
憶することが必要である。更に各アドレスは、８個の異
なる空間位相のそれぞれ、或いは電極１３０の二つの隣
接電極の間の位置に関しての、タイミングマーク３１０
₁−３１０₄の一つでの遷移の有無に対応する。

【００７８】図１を参照して説明したように、第１の送
信電極１３０に与えられる電圧の第１の受信電極１４０
への結合の大きさは、スライド１１２とスケール１１４
の相対位置により変わる。もし、入力波形が変わらない
場合、第２の受信電極１６０により受信される電圧は、
スライド１１２がスケール１１４に対して第１の送信電
極１３０のフルサイクル或いは波長Ｗｔに等しい距離相
対移動する毎に、正及び負電圧のフルレンジを繰り返
す。第２の受信電極１６０により受信される電圧の大き
さは、スライド１１２とスケール１１４の相対位置の関
数である。

【００７９】しかしながら、高価で高精度のＡ／Ｄコン
バータを必要とする、第２の受信電極１６０に結合され
る信号電圧のフルレンジの測定を行う方式と異なり、こ
の発明による容量式位置エンコーダ１００の測定システ
ムは、第２の受信電極１６０に結合される電圧を０Ｖに
近い値に保持するように、第１の送信電極１３０に与え
られる空間波形の位相或いは位置を調整する。ＯＶでは
ない他の電圧も、フル電圧レンジを測定する場合に要求
されるようなレンジや精度を必要としないＡ／Ｄコンバ
ータを用いて測定することができる。

【００８０】第２の受信電極１６０上でヌル電圧信号を
保持するに必要な空間波形の位相シフト量を見失わない
ようにすることで、マイクロプロセッサ４００は、予め
定められた増分でスライド１１２のスケール１１４に対
する相対位置を決定する。この発明による容量式位置エ
ンコーダ１００の測定システムは、この機能を、図８に
示すように第１の送信電極１３０に与えられる空間波形
の位相を各ピッチ１３６内の８インクリメントでシフト
することができるから、第１の送信電極１３０のピッチ
１３６より小さい分解能を持って実行する。マイクロプ
ロセッサ４００は空間波形の位置を、Ａ／Ｄコンバータ
４４０により制御される積分器４３０からの電圧出力の
極性に基づいて、増加または減少させる。勿論この発明
の容量式位置エンコーダ１００の測定システムは、スラ
イド１１２のスケール１１４に沿う位置をピッチ１３６
の複数倍で決定することができる。

【００８１】’０１３特許に述べられたトランスジュー
サ構造及び方法をここで述べた容量式位置エンコーダ１
００の測定システムに利用することも有効であり、これ
により空間波形の位相がシフトする増分を減らし、測定
システムの分解能を上げることができる。しかしなが
ら、’０１３特許に述べられた容量式位置エンコーダの
構造と方法をここでの測定システムに組み込む場合に
は、’０１３特許で述べられた全ての前提に注意を払う
必要がある。特に、各組１３２及び１３４の電極が駆動
される順序について、’０１３特許で述べられた前提は
注意しなければならない。

【００８２】第２の受信電極１６０からの出力は信号線
１２７を介して増幅器４１０に接続される。信号線１２
７上の出力信号の振幅は、変調器４６０からトランスジ
ューサ１１０に出力された、各位相チャンネルについて
の実際の位置において伝達関数で増倍された入力パルス
の振幅（極性を含む）の合計であり、次の数４で表され
る。

【００８３】

【数４】

【００８４】ここで、Ｖn（ｔ）は、タイミングｔにお
ける位相チャンネルｎでのパルスの入力振幅であり、Ｔ
n（ｘ）は、位相チャンネルｎについてのスライドのス
ケールに対する実際の位置ｘでの伝達関数であり、Ｓ
₁₂₇（ｔ）は、タイミングｔでの信号線１２７上の出力
信号の振幅である。

【００８５】増幅器４１０は、マイクロプロセッサ４０
０により選択的に制御されて、オシレータ４５０からの
出力パルスの立上りまたは立下がりエッジを取りまく期
間、第２の受信電極１６０からの信号を増幅する。増幅
器４１０はそのようなエッジの遷移期間はディスエーブ
ルとされる。増幅器４１０の出力線４１２の信号は、第
１の送信電極１３０に与えられて第２の受信電極１６０
に結合される各パルス遷移毎に発生されるパルスであ
る。増幅器４１０の出力パルスの振幅は、各パルス遷移
での信号線１２７上の信号の振幅に比例する。

【００８６】増幅器４１０の出力パルスは、復調器４２
０に入力される。上述のように、パルスの極性の補間
は、遷移の極性のみならず、遷移のタイミングにも依存
する。復調器４２０は従って、タイミングマーク３１０
₂または３１０₄で増幅器４１０により出力されるパルス
の立上りエッジ、或いはタイミングマーク３１０₁また
は３１０₃で増幅器４１０により出力されるパルスの立
下がりエッジに応じて、出力線４２８上に正の振幅パル
スを発生する。これと逆に、復調器４２０は、タイミン
グマーク３１０₂または３１０₄で増幅器４１０により出
力されるパルスの立下がりエッジ、或いはタイミングマ
ーク３１０₁または３１０₃で増幅器４１０により出力さ
れるパルスの立上がりエッジに応じて、出力線４２８上
に負の振幅パルスを発生する。

【００８７】積分器４３０は復調器４２０からのパルス
を累算してパルス振幅の合計に相当する信号を得て、こ
れがＡ／Ｄコンバータ４４０に入力される。これによ
り、積分器４３０から出力される電圧の大きさと極性
は、スライド１１２に与えられた合成空間波形の位相ま
たは位置と、スケール１１４の位置との間のオフセット
の測定値となる。

【００８８】Ａ／Ｄコンバータ４４０の出力値に基づい
て、マイクロプロセッサ４００は、空間波形が積分器４
３０により累算されるパルス遷移の大きさを減ずる方向
にシフトするように、その大きさと方向を決定する。マ
イクロプロセッサ４００は、合成空間波形の位置を記録
し、これにＡ／Ｄコンバータ４４０の出力から決定され
る補正を加える。マイクロプロセッサ４００はまた、通
過した波長をカウントして、スケール１１４に対するス
ライド１１２の位置を決定する。マイクロプロセッサ４
００は、通常のディスプレイ１２８を駆動して、測定さ
れた位置を可視表示させる。

【００８９】信号プロセッサ１２４はＡ／Ｄコンバータ
４４０を用いているが、位置測定の精度は、従来のシス
テムにおけるようにＡ／Ｄコンバータの精度に強くは依
存しないことは注意すべきである。Ａ／Ｄコンバータ４
４０は、フルレンジではなく、制限されたレンジでの僅
かな電圧の大きさと極性を決定するためにのみ用いられ
ているから、その相対精度は危急のものではない。電圧
がゼロでない場合に、Ａ／Ｄコンバータ４４０の出力は
単純に、合成空間波形の位置をヌルポイントに向けてシ
フトさせるために用いられる。従って、フル電圧レンジ
を希望する精度で測定する際に必要な高価で広レンジの
高精度Ａ／Ｄコンバータは、この信号プロセッサ１２４
には必要ない。

【００９０】例えば、トランスジューサ１１０の波長が
５．１２ｍｍであり、かつ各組が８個の送信電極１３０
を持つものとする。トランスジューサ１１０に要求され
る分解能が１０μm であるとすると、５１２インクリメ
ントが波長５．１２ｍｍ上に必要である。１波長当たり
８電極があるから、従来システムを用いたとき、Ａ／Ｄ
コンバータにより隣接電極間の間隔を６４インクリメン
ト（５１２／８）に分割可能としなければならない。各
ピッチ間に６４インクリメントを内挿するためには、６
ビット（２⁶＝６４）のＡ／Ｄコンバータが必要とな
る。

【００９１】実施例で述べたパルス内挿と空間波形合成
の方法とシステムを適用すれば、各ピッチ間隔そのもの
が、その空間波形合成の方法とシステムの機能により、
８個のサブ間隔に分割される。従って、トランスジュー
サの各波長内に６４間隔（８ピッチ×８間隔／ピッチ）
があるから、各間隔内で８インクリメント（５１２／６
４）をＡ／Ｄコンバータにより内挿するだけでよい。従
って，３ビット（２³＝８）のＡ／Ｄコンバータで十分
である。３ビットのＡ／Ｄコンバータはより多ビットの
Ａ／Ｄコンバータに比べてはるかに低電力でよい。この
様に簡単なＡ／Ｄコンバータが用いられることは、特に
単一の低電圧バッテリーで駆動されるディジタルノギス
等のデバイスに有効である。

【００９２】図１５は、送信電極１３０に与えられる合
成空間波形の位相と、スケール電極１４０（第１の受信
電極）の位置の関係を示している。図１５では電極１４
０の形状を方形波としているが、好ましくは、図１に示
したように半正弦波状とする。但し次の例に関しては、
図１５の近似で十分である。図１５では、図８の合成電
圧波形φ0 −φ7 を示している。合成電圧波形φ0−φ7
に重ねて、スケール電極１４０が、８個の合成電圧波
形φ0 −φ7 のそれぞれについてヌル条件を得るに必要
な位置（即ち、ゼロパルス遷移が結合される位置）に示
されている。

【００９３】図１５の合成空間波形φ0 に示されるよう
に、スケール電極１４０に結合される累算されたパルス
遷移は、スケール電極１４０の横方向の中心１６２が重
心ｚ、即ち送信電極１３２ｄの中心に一致する時にゼロ
となる。スライド１１２がスケール１１４に対して相対
移動すると、スケール電極１４０に結合する累算パルス
遷移は、スライド１１２の動いた方向によって、正また
は負になる。マイクロプロセッサ４００は、信号発生器
１２２を制御して合成空間波形の重心ｚが再びスケール
電極１４０の横方向中心１６２に一致するように重心ｚ
をシフトさせる。

【００９４】こうして図１５に示すように、スライド１
１２がスケール１１４に対して相対移動するにつれて、
合成空間波形の位置はその重心ｚがスケール電極１４０
の横方向中心１６２に追従保持されるようにシフトされ
ねばならない。上述のように、図１５は、８個の合成空
間波形φ0 −φ7 に対応して、送信電極１３０のピッチ
１３６に等しい距離をカバーする８インクリメントにお
ける合成空間波形の位相シフトを示している。

【００９５】図１６は、増幅器４１０，復調器４２０及
び積分器４３０のより具体的な構成を示している。図１
７（ａ）〜（ｃ）は、これらの要素の動作波形である。
図１６に示すように、トランスジューサ１１０から信号
線１２７に出力されるパルス信号は、増幅器４１６及び
増幅器４１０のスイッチ４１４に入力される。増幅器４
１６は、出力から反転入力端子への帰還インピーダンス
となるキャパシタＣを持つ差動増幅器である。端子１２
７でのトランスジューサ１１０の出力インピーダンスが
値Ｃ127のキャパシタンスであるとき、増幅率はＣ127／
Ｃである。スイッチ４１４が閉じている時、増幅率はゼ
ロであり、入力端子へのＤＣリークはゼロである（即
ち、入力端子は、Ｖbiasにリセットされる）。スイッチ
４１４はマイクロプロセッサ４００から信号線４１８に
出力される信号で制御され、信号線４１８の信号が
“Ｈ”のとき閉じられる。

【００９６】増幅器４１６の出力は、信号線４１２を通
って復調器４２０の第１のスイッチ４２３ａ及び第３の
スイッチ４２５ｂに入力される。第２のスイッチ４２５
ｂ及び第４のスイッチ４２３ｂは、バイアス電圧Ｖbias
に接続されている。第１のスイッチ４２３ａと第４のス
イッチ４２３ｂは、マイクロプロセッサ４００からの制
御線４２２に接続されている。同様に、第２のスイッチ
４２５ａと第３のスイッチ４２５ｂは、マイクロプロセ
ッサ４００からの制御線４２４に接続されている。マイ
クロプロセッサ４００は、スイッチ４２３ａと４２３ｂ
が閉じられ、またはスイッチ４２５ａと４２５ｂが閉じ
られるかのいずれかになり、これらが同時に閉じられる
ことはないように、スイッチ４２３ａ，４２３ｂ，４２
５ａおよび４２５ｂを制御する。

【００９７】スイッチ４２３ａと４２３ｂが閉じられて
いるとき、増幅器４１６の出力はキャパシタ４２１のノ
ード４２１ａに接続され、キャパシタ４２１のノード４
２１ｂにはバイアス電圧Ｖbiasが接続される。これはキ
ャパシタ４２１への“非反転”接続である。一方、スイ
ッチ４２５ａと４２５ｂが閉じられているとき、増幅器
４１６の出力はキャパシタ４２１のノード４２１ｂに接
続され、バイアス電圧Ｖbiasがノード４２１ａに接続さ
れる。これはキャパシタ４２１への“反転”接続であ
る。

【００９８】スイッチ４２７ａおよび４２７ｂの対は、
キャパシタ４２１のノード４２１ａ及び４２１ｂをそれ
ぞれ、信号線４２８を介して積分器４３０の演算増幅器
４３４の反転入力端子及び非反転入力端子に接続する。
スイッチ４２７ａおよび４２７ｂはマイクロプロセッサ
４００からの制御線４２６に接続されて、制御線４２６
が“Ｈ”のとき閉じられる。信号線４３１は、演算増幅
器４３４の出力に接続されている。キャパシタ４３５及
びスイッチ４３７は、演算増幅器４３４の反転入力端子
と信号線４３１の間に接続されている。スイッチ４３７
は、マイクロプロセッサ４００からの制御線４３６に接
続されている。

【００９９】種々の望ましくない製造条件や動作条件が
容量式位置トランスジューサ１１０の伝達関数レベルに
影響を与える。従って、基準信号がＡ／Ｄコンバータ４
４０によるフルスケール基準値として用いられるべきで
ある。このシステムにおいては、基準信号は、独立した
基準サイクルにおいて得られる。このサイクルも、図１
５，１６及び１７で説明したと同様に行われる。具体的
に基準サイクルにおいては、空間波形は９０°シフトさ
れる。加えて、少ない数の電極が駆動され、少ないサイ
クル数について積分される。これは、基準信号の振幅が
測定される信号を変換するに必要な予定された電圧レン
ジにほぼ等しくなることを保証する。この基準信号に要
求される精度は、Ａ／Ｄコンバータ４４０の低分解能の
故に、かなり低い。

【０１００】図１５に示すように、空間波形φ0 −φ7
の各々について、もし右方向に送信電極１３０の二つ分
だけシフトしたとすると（これは、９０°シフトと等価
である）、スケール電極１４０は、ゼロに近い信号では
なく、最大値に近い信号を受信はずである。これが基準
サイクルでなされることである。望ましくない製造上の
或いは動作上のパラメータは、トランスジューサ１１０
の実際の位置に拘らず、システムにより作られる信号の
大きさ全体に影響を与えるから、通常の測定サイクルの
信号の大きさの相対的な意味はこの基準信号なしには明
瞭にならない。そこで信号線４３１は、スイッチ４３９
によって選択的に、基準信号線４３２または測定信号線
４３３に接続されるようになっている。スイッチ４３９
は、マイクロプロセッサ４００からの制御線４３８に接
続されている。基準信号線４３２は、Ａ／Ｄコンバータ
４４０をセットアップするためにこれに基準信号を送
る。Ａ／Ｄコンバータ４４０は一度セットアップされる
と、測定信号線４３３が用いられて測定された信号がＡ
／Ｄコンバータ４４０に送られることになる。

【０１０１】図１７（ａ）は、マイクロプロセッサ４０
０から出力され、制御線４１８，４２７，４２４，４２
６，４３６を介して増幅器４１０，復調器４２０及び積
分器４３０に送られる制御信号を示している。図１７
（ｂ）（ｃ）は、増幅器４１０の出力信号、ノード４２
１ａ，４２１ｂ上の電圧、及び積分器４３０からトラン
スジューサ１１０からの異なる二つの出力信号に対応す
る積分器４３０の出力信号を示している。

【０１０２】図１７（ａ）に示すように、マイクロプロ
セッサ４００は信号線４１８に、各タイミングマーク３
１０₁−３１０₄に先行する短時間の間、“Ｈ”電圧パル
スを出力し、これによりスイッチ４１４が閉じ、増幅器
４１６がリセットされる。マイクロプロセッサ４００
は、信号線４２２に“Ｈ”電圧パルスを出力し、タイミ
ングマーク３１０₂及び３１０₄の期間スイッチ４２３ａ
および４２３ｂを閉じる（但し、タイミングマーク３１
０₁及び３１０₃の期間はオープンに保つ）。またマイク
ロプロセッサ４００は、信号線４２４に“Ｈ”電圧パル
スを出力し、タイミングマーク３１０₁及び３１０₃の期
間スイッチ４２５ａおよび４２５ｂを閉じる（但し、タ
イミングマーク３１０₂及び３１０₄の期間はオープンに
保つ）。更にマイクロプロセッサ４００は、信号線４２
６にパルス列を出力して、スイッチ４２７ａおよび４２
７ｂを制御する。スイッチ４２７ａ及び４２７ｂは、ス
イッチ４２３ａ，４２３ｂ，４２５ａ，４２５ｂのいず
れかが閉じているときオープンとなり、スイッチ４２３
ａ，４２３ｂ，４２５ａ，４２５ｂの全てがオープンの
ときのみ閉じられる。

【０１０３】マイクロプロセッサ４００は、信号線４３
６に“Ｌ”電圧パルスを出力し、積分器４３０のスイッ
チ４３７を、タイミングマーク３１０₁の直前からタイ
ミングマーク３１０₄の直後まで開く。更に、電流測定
サイクルのタイミングマーク３１０₄の後、及び次の電
流測定サイクルのタイミングマーク３１０₁の前に、マ
イクロプロセッサ４００はスイッチ４３７を閉じて、演
算増幅器４３４の出力をリセットする。

【０１０４】図１７（ｂ）に示すように、第２の受信電
極１６０からの信号線１２７上の信号は、負のタイミン
グマーク３１０₁及び３１０₃で立上りエッジを持ち、正
のタイミングマーク３１０₂及び３１０₄で立下りエッジ
を持つ。上に述べたように、タイミングマーク３１０₁
及び３１０₃での立上りエッジと、タイミングマーク３
１０₂及び３１０₄での立下りエッジは、負パルスの遷移
として定義される。従って、図１７（ｂ）の信号線１２
７上の信号は、トランスジューサ１１０を介して容量結
合した４つの負パルスに対応している。

【０１０５】増幅器４１６の出力線４１２上の信号は、
タイミングマーク３１０₁での信号線１２７の信号の立
上りエッジに同期して、その初期に短期間だけ“Ｈ”レ
ベルになる。増幅器４１６はその後、信号線４１８上の
“Ｈ”電圧パルスによりスイッチ４１４が閉じられた
時、バイアスレベルにリセットされる。増幅器４１６の
出力線４１２上の信号は更に、タイミングマーク３１０
₂での信号線１２７の信号の立下りエッジに同期して、
その初期に短期間だけ“Ｌ”レベルになる。増幅器４１
６は、信号線４１８上の“Ｈ”電圧パルスによりスイッ
チ４１４が閉じられると再びバイアスレベルにリセット
される。

【０１０６】出力線４１２上の信号は再び、タイミング
マーク３１₃での信号線１２７の信号の立上りエッジに
同期して、その初期に“Ｈ”レベルになり、信号線４１
８上の“Ｈ”電圧パルスによりスイッチ４１４が閉じら
れた時、バイアスレベルにリセットされる。増幅器４１
６の出力線４１２上の信号は更に、タイミングマーク３
１０₄での信号線１２７の信号の立下りエッジに同期し
て、“Ｈ”になり、信号線４１８上の“Ｈ”電圧パルス
によりスイッチ４１４が閉じられると再びバイアスレベ
ルにリセットされる。以上のように増幅器４１６は、タ
イミングマーク３１０₂，３１０₄で負パルスを出力し、
タイミングマーク３１０₁，３１０₃で正パルスを出力す
る。

【０１０７】図１７（ａ）に示すように、スイッチ４２
３ａ及び４２３ｂは、タイミングマーク３１０₂及び３
１０₄を取り囲む時間帯で閉じられる。これにより、出
力線４１２とバイアス電圧Ｖbiasとがキャパシタ４２１
に非反転極性で接続される。同様に、スイッチ４２５ａ
及び４２５ｂは、タイミングマーク３１０₁及び３１０₃
を取り囲む時間帯で閉じられ、これにより出力線４１２
とバイアス電圧Ｖbiasがキャパシタ４２１に反転極性で
接続される。

【０１０８】従って、図１７（ｂ）に示すように、タイ
ミングマーク３１０₁及び３１０₃で信号線４１２の正パ
ルスがキャパシタ４２１に反転極性で入力される。その
信号は、図１７（ｂ）に示すように、ノード４２１ａ及
び４２１ｂに現れる。即ち、タイミングマーク３１０₁
及び３１０₃において、信号線４２４上の信号は“Ｈ”
になり、ノード４２１ａに閉じられたスイッチ４２５ａ
を介してバイアス電圧Ｖbiasが接続され、一方信号線４
１２からの正パルスは閉じられたスイッチ４２５ｂを介
してノード４２１ｂに接続される。その後信号線４２４
の信号が“Ｌ”になり、スイッチ４２５ａ，４２５ｂを
開く。

【０１０９】次に、信号線４２６上の“Ｈ”信号により
スイッチ４２７ｂが閉じられ、ノード４２１ｂが積分器
４３０の演算増幅器４３４の非反転入力端子即ち、バイ
アス電圧Ｖbiasにつながった基準端子に接続される。ス
イッチ４２７ａも同様に、信号線４２６上の“Ｈ”信号
により閉じられ、ノード４２１ａが演算増幅器４３４の
反転入力端子に接続される。この様にスイッチ４２７
ａ，４２７ｂが閉じると、ノード４２１ｂは速やかにバ
イアス電圧Ｖbiasとなり、ノード４２１ａはキャパシタ
４２１を通して与えられた電圧により上昇する。この結
果、キャパシタ４２１の電荷は、出力線４３１と演算増
幅器４３４の反転入力端子の間に接続されたキャパシタ
４３５に転送される。演算増幅器４３４とキャパシタ４
３５は積分器として動作し、キャパシタ４２１から受け
とった電荷を累算する。これにより、演算増幅器４３４
の信号線４３１への出力は漸次減少する。

【０１１０】タイミングマーク３１０₂と３１０₄におけ
る信号線４１２上の負パルスは、復調器４２０と積分器
４３０において少し異なる仕方で処理される。図１７
（ｂ）に示すように、タイミングマーク３１０₂と３１
０₄において、信号線４１２上の負パルスは、キャパシ
タ４２１に非反転極性で入力される。即ち、タイミング
マーク３１０₂と３１０₄において、信号線４２２の信号
が“Ｈ”になるとき、ノード４２１ｂは閉じられたスイ
ッチ４２３ｂを介してバイアス電圧Ｖbiasに接続され
る。信号線４１２の負パルスは閉じられたスイッチ４２
３ａを介してノード４２１ａに供給される。その後信号
線４２２の信号は“Ｌ”になり、スイッチ４２３ａ，４
２３ｂがオープンになる。

【０１１１】次に、スイッチ４２７ａ，４２７ｂが信号
線４２６の“Ｈ”信号により再度閉じられる。これによ
り、ノード４２１ａは演算増幅器４３４の反転入力端子
に、ノード４２１ｂは演算増幅器４３４の非反転入力端
子にそれぞれ接続される。ノード４２１ａはバイアス電
圧Ｖbiasに保持されているから、ノード４２１ｂの電圧
は信号線４１２のパルス振幅により上昇する。この結
果、キャパシタ４２１の電荷はまたキャパシタ４２４に
転送され、演算増幅器４３４の出力は信号線４３１上で
漸次減少する。

【０１１２】以上により、図１７（ｂ）に示すように、
タイミングマーク３１０₁及び３１０₃で生じる正パルス
と、タイミングマーク３１０₂及び３１０₄で生じる負パ
ルスは、反転増幅器４３４の出力を漸次減少させる。信
号線１２７上の信号は４つのパルス遷移に対応するか
ら、反転増幅器４３４の出力はそれら４つのパルスの振
幅の合計に比例し減少する。これらのパルスの振幅は、
入力極性とそれらが通った位相チャンネルの伝達関数に
依存する。測定期間の終点では、積分器４３０からの出
力がＡ／Ｄコンバータ４４０により処理された後、マイ
クロプロセッサ４００が信号線４３６上に“Ｈ”信号を
出す。これによりスイッチ４３７が閉じて、キャパシタ
４３７が放電され、積分器４３０がリセットされる。

【０１１３】図１７（ｃ）において、トランスジューサ
１１０からの信号線１２７への信号は、図１７（ｂ）と
は逆になっている。従って、増幅器４１０は、タイミン
グマーク３１０₁及び３１０₃において信号線４１２に負
パルスを発生し、タイミングマーク３１０₂及び３１０₄
では正パルスを発生する。この場合、タイミングマーク
３１０₁及び３１０₃での負パルスは、スイッチ４２５
ａ，４２５ｂが閉じているから、キャパシタ４２１に反
転極性で入力される。その後、スイッチ４２７ａ，４２
７ｂが信号線４２６の“Ｈ”信号により閉じられると、
ノード４２１ｂはバイアス電圧Ｖbiasに接続され、ノー
ド４２１ａの電圧は、キャパシタ４２１に蓄えられた信
号線４１２の負パルス振幅により引き下げられる。キャ
パシタ４２１の電荷はその後、キャパシタ４３５に転送
される。これにより、反転増幅器４３４の出力は漸次増
加する。またタイミングマーク３１０₂及び３１０₄で信
号線４１２上に生じる正パルスは同様に、キャパシタ４
２１に入力される。これにより、スイッチ４２７ａ，４
２７ｂが閉じたときに、キャパシタ４２１の電荷はキャ
パシタ４３５に転送され、反転増幅器４３５の出力の漸
次増加をもたらす。

【０１１４】要約すると、増幅器４１０，復調器４２０
及び積分器４３０はＡ／Ｄコンバータ４４０にアナログ
電圧を供給する。このアナログ電圧は、トランスジュー
サ１１０から出力されるパルス遷移の大きさと極性によ
り決まる大きさと極性を有する。従ってこのアナログ電
圧は、図１５に示したように、受信電極１４０の中心と
合成空間波形の重心との間のオフセットの大きさと極性
を表す。言い換えれば、Ａ／Ｄコンバータ４４０により
受信される信号の大きさと極性は、送信電極１３０に与
えられた合成空間波形を、その重心が受信電極１４０の
中心近くになるようにシフトしなければならない大きさ
と方向を示す。

【０１１５】図１に示すトランスジューサ１１０は、ス
ライド１１２の漸次移動を見失うことなく、スライド１
１２とスケール１１４の相対位置を決定する。この発明
による空間波形合成の方法と装置は、米国特許第５，０
２３，５５９号に開示されたアブソリュート形の容量式
位置エンコーダにも適用することができる。このアブソ
リュート形エンコーダは、２またはそれ以上のスケール
を用いる点を除いて、図１のインクリメンタル形と同様
だからである。この様なアブソリュート形エンコーダに
この発明を適用するにあたって必要なことは、選択制御
ロジック付きの信号プロセッサ１２４を用いることが全
てである。この選択制御ロジックは、トランスジューサ
信号が与えられ、かつ出力信号が読み出されるスケール
を選択するためのものである。この様な選択制御ロジッ
クは当業者に知られているものでよく、これ以上説明し
ない。

【０１１６】図１に示したエンコーダ１００を用いた測
定システムにおいては、第１の送信電極１３０は合成空
間波形を形成する信号を受信する。合成空間波形はスラ
イド１１２からスケール１１４に結合され、更にスライ
ド１１２上の少なくとも一つの第２の受信電極１６０に
戻される。第２の受信電極１６０で受信された合成空間
波形は、スライド１１２とスケール１１４の相対位置を
示す電圧を発生する。しかしながら、’５５９特許にお
いて述べられているように、容量式位置エンコーダは、
“逆”方向にも動作可能である。

【０１１７】図１８は、順方向及び逆方向の双方に適用
できる一般的な形式でこの発明による測定システムを示
している。図示のように、マイクロプロセッサ４００
は、位置トランスジューサ１１０を通して結合された空
間波形の位相シフト量を示す信号Ｖｆを受信する。マイ
クロプロセッサ４００はその後、合成空間波形をシフト
して帰還電圧Ｖｆをゼロにするに必要な係数を選択すべ
く、ＲＯＭ４７０にアドレスを出力する。合成空間波形
の位相調整に基づいて、マイクロプロセッサ４００はデ
ィスプレイ１２８上にスライド１１２のスケール１１４
に対する相対位置を表示させる。更にマイクロプロセッ
サ４００は、合成空間波形の位相シフト量が、個々のア
ドレスに対応する個々の空間波形の位相シフト量の平均
になるように、複数のアドレスを与える。

【０１１８】例えば図１９に示すように、トランスジュ
ーサ１１０は、第１の送信電極１３０上の合成空間波形
を表す信号を受信し、第２の受信電極１６０にスライド
１１２とスケール１１４の相対位置を表す信号を出力す
る。合成空間波形は、変調器４６０の１組の排他的ＯＲ
ゲート４６２により発生される。排他的ＯＲゲート４６
２では、オシレータ４５０からの出力にＲＯＭ４７０か
ら出力される各係数Ｃ0 −Ｃ7 が掛け合わされる。係数
Ｃ0 −Ｃ7 の各組は、タイミングマーク３１０₁−３１
０₄の一つで与えられる個別の空間祖波形の特定の位相
にそれぞれ対応させてＲＯＭ４７０の各アドレスに記憶
されている。これにより、変調器４６０の排他的ＯＲゲ
ート４６２は、ＲＯＭ４７０からの係数Ｃ0 −Ｃ7 と共
にオシレータ４５０からのパルスを変調する。

【０１１９】タイミングマーク３１０₁−３１０₄におい
てトランスジューサ１１０に空間波形が与えられると、
第２の受信電極１６０に得られる電圧はアキュムレータ
４９０で累算される。アキュムレータ４９０は、図１４
に示した、増幅器４１０，復調器４２０，積分器４３０
及びＡ／Ｄコンバータ４４０を含む。測定サイクルの終
わりでアキュムレータ４９０から出力される電圧Ｖｆ
は、その大きさを減ずるように合成空間波形をシフトさ
せるべき方向と大きさを示す。

【０１２０】図２０は、図１９と実質的に同じ仕方で、
トランスジューサ１１０を逆に駆動する例を示してい
る。オシレータ４５０は、図１９におけると同様に、タ
イミングマーク３１０₁−４１０₄でそれぞれ一つずつ、
計４つのパルスを発生する。これらのパルスは、第２の
受信電極１６０に与えられ、第２の受信電極１６０から
電極１４０に容量結合され、更に電極１３２ａ−１３２
ｈ（８チャンネル）に容量結合される。これら８個の送
信チャンネルは、スライド１１２のスケール１１４に対
する相対位置に依存する伝達関数を有する。

【０１２１】電極１３０の信号は、ＲＯＭ４７０から１
組の係数Ｃ0 −Ｃ7 を受信するマルチプライヤ４６０′
に送られ、多重化される。係数Ｃ0 −Ｃ7 のそれぞれ
は、＋１，０または−１の値を持つ。係数Ｃ0 −Ｃ7
は、電極１３０に受信された信号を多重化することによ
り、合成空間フィルタの位相調整を行うことになる。こ
れにより、電極１３０の感度プロファイルを空間的にフ
ィルタリングする。マルチプライヤ４６０′により得ら
れる８チャンネルの出力の合計は、アキュムレータ４９
０′に送られて、測定期間の終わりに電圧を出力する。
この電圧は、Ａ／Ｄコンバータ４４０によりディジタル
信号に変換され、マイクロプロセッサ４００に送られ
る。マイクロプロセッサ４００は、電極１３０に受信さ
れる合成空間波形の位相をシフトするように、ＲＯＭ４
７０から新しい組の係数Ｃ0 −Ｃ7 を選択する。以上に
よりマイクロプロセッサ４００は、スケール１１４に対
するスライド１１２の相対位置を決定する。

【０１２２】図１９及び図２０のいずれにおいても、マ
イクロプロセッサ４００は、ＲＯＭ４７０に位相信号を
与えて、ＲＯＭ４７０は、帰還電Ｖｆを最小化するよう
に合成空間伝達関数の位相を調整する係数Ｃ0 −Ｃ7 を
出力するようにしている。そして、その位相調整信号に
基づいて、マイクロプロセッサ４００はスライド１１２
とスケール１１４の相対位置を決定している。

【０１２３】図１９の場合のトランスジューサ１１０，
オシレータ４５０及び変調器４６０、また図２０の場合
のトランスジューサ１１０，オシレータ４５０及びマル
チプライヤ４６０′は、伝達関数デバイスを構成してい
る。この伝達関数デバイスの伝達関数Ｔｆは、スライド
１１２とスケール１１４の相対位置と、測定サイクルの
間マイクロプロセッサ４００により出力されるアドレス
の組に対応する合成空間波形の位相とに基づいて、電圧
Ｖｆを出力する。この伝達関数Ｔｆは、電子位置エンコ
ーダが、図１に示すインクリメンタル形の容量式位置エ
ンコーダ１００であるか、アブソリュート形のエンコー
ダであるか、或いは別のタイプのエンコーダであるかに
拘らず、存在する。更にこの伝達関数Ｔｆは、エンコー
ダ１００が１或いは２以上の受信電極上に空間波形を受
信するか、複数の送信電極上に空間波形を形成するかに
依らず、存在する。いずれの場合も、マイクロプロセッ
サ４００は、各測定の間複数のアドレスを出力し、ある
測定サイクルで生じる全ての位相信号から得られる合成
空間波形が送信電極１３０のピッチより小さい増分で位
相シフトするように制御する。

【０１２４】マイクロプロセッサ４００は、プログラム
されたマイクロプロセッサやマイクロコントローラ（周
辺集積回路を含む），ＡＳＩＣや他の集積回路，個別部
品を用いて組み立てた電子回路やロジック回路，ＰＬ
Ｄ，ＰＬＡ，ＰＡＬ当のプログラマブルロジックデバイ
ス等を用いて構成することができる。ＲＯＭ４７０は好
ましくはＲＯＭを用いるが、ＰＲＯＭ，ＥＰＲＯＭ，Ｅ
ＥＰＲＯＭ，フラッシュメモリ，手動配線のロジック回
路等を用いることもできる。その他この発明は、その趣
旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができ
る。

【０１２５】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、位
置エンコーダの電極の空間波形をディジタル的に操作す
ることにより、電極ピッチより小さい有効な空間波形分
解能を得ることを可能とした位置測定方法と方法と装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の空間波形合成システムに用いられ
る容量式位置エンコーダの好ましい実施例を示す。

【図２】 図１のエンコーダの送信電極に与える電圧と
波形の第１の配列を示す。

【図３】 図１のエンコーダの送信電極に与える電圧と
波形の例を示す。

【図４】 図１のエンコーダの送信電極に与える電圧と
波形の例を示す。

【図５】 図１のエンコーダの送信電極に与える電圧と
波形の例を示す。

【図６】 図１のエンコーダの送信電極に与える電圧と
波形の例を示す。

【図７】 図１のエンコーダの送信電極に与える電圧と
波形の例を示す。

【図８】 図１のエンコーダの電極の１ピッチ内での空
間波形の位相変化を示す。

【図９】 実施例に用いられるパルスを示す。

【図１０】 実施例に用いられる他のパルスを示す。

【図１１】 従来のエンコーダに用いられるパルスを示
す。

【図１２】 実施例に用いられるタイミングマークとデ
ィジタル波形を示す。

【図１３】 実施例における合成電圧レベルを入力する
ためのディジタル波形を示す。

【図１４】 実施例における信号発生及処理装置の構成
を示す。

【図１５】 実施例における送信電極１ピッチ内の空間
波形変調の様子を示す。

【図１６】 図１４の増幅器，復調器及び積分器の具体
構成を示す。

【図１７】 図１４の回路における各部信号波形を示
す。

【図１８】 実施例の装置を一般化した構成を示す。

【図１９】 図１８の装置を具体化した構成を示す。

【図２０】 図１８の装置を具体化した他の構成を示
す。

【符号の説明】

１００…容量式位置エンコーダ、１１０…容量式位置ト
ランスジューサ、１１２…スライド、１３０…第１の送
信電極、１３２…第１の組、１３４…第２の組、１６０
…第２の受信電極、１１４…スケール、１４０…第１の
受信電極、１５０…第２の送信電極、１２２…信号発生
器、１２４…信号プロセッサ、４００…マイクロプロセ
ッサ、４１０…増幅器、４２０…復調器、４３０…積分
器、４４０…Ａ／Ｄコンバータ、１２８…ディスプレ
イ、４５０…オシレータ、４６０…変調器、４７０…Ｒ
ＯＭ。

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）測定軸に沿って相対移動可能に配
   置された第１の部材及び第２の部材と、 前記第１の部材に形成され、各電極に所望の空間波形を
   形成するように電圧が与えられる電極アレイと、 前記第１の部材に前記第２の部材を介して前記電極アレ
   イに容量結合するように形成され、前記電極アレイとの
   間の空間波形の結合を決定する伝達関数に基づいて、前
   記第１及び第２の部材の前記測定軸に沿った相対位置及
   び前記電極アレイ上の前記空間波形の位置と形状に応じ
   て異なる信号を前記電極アレイとの間で伝送する少なく
   とも一つの他の電極と、 前記電極アレイに接続されて、空間波形の位置を、その
   空間波形のシフト量が前記第１及び第２の部材の前記測
   定軸に沿った相対位置に対応するように、制御信号の関
   数として所定距離の整数倍に対応する距離内で前記電極
   アレイに沿ってシフトさせる空間波形シフト手段とを有
   する容量式位置エンコーダと、 （ｂ）前記容量式位置エンコーダの前記他の電極と前記
   空間波形シフト手段に接続されて、各位置測定毎に前記
   空間波形シフト手段に前記制御信号を供給し、 前記制御信号により、複数の空間波形が前記所定距離の
   整数倍内で、少なくともそのひとつの前記空間波形シフ
   ト手段によるシフト量が少なくとも他の一つのシフト量
   とは異なるようなシフト量をもって、各位置測定の間に
   前記空間波形シフト手段及び前記容量式位置エンコーダ
   を介して結合され、これにより各位置測定の間に前記空
   間波形シフト手段を介して結合された前記複数の空間波
   形の平均シフト量が前記所定距離の１部分となるように
   すると共に、 各位置測定の間前記空間波形シフト手段と前記容量式位
   置エンコーダを介して結合される前記複数の空間波形の
   平均シフト量に対応して前記容量式位置エンコーダから
   の帰還信号を受信し、引き続く位置測定のために帰還量
   を減ずるべく前記帰還信号の関数として前記制御信号を
   発生する制御手段と、 （ｃ）前記制御手段からの前記制御信号を受信して前記
   第１の部材の前記第２の部材に対する相対位置を前記制
   御信号の関数として決定する位置決定手段とを備えたこ
   とを特徴とする位置測定装置。
2. 【請求項２】 前記空間波形シフト手段は、前記電極ア
   レイの電極にそれぞれ電圧を供給することにより、ある
   空間波形を前記電極アレイ上に与えるものであり、かつ
   各測定毎に前記電極アレイに供給される前記複数の空間
   波形の結果として各空間波形に対応する電圧が前記他の
   電極で生成されるようにしたことを特徴とする請求項１
   記載の位置測定装置。
3. 【請求項３】 前記空間波形シフト手段は、 複数のパルスを発生するクロックと、 各組がそれぞれ前記電極アレイのピッチを整数倍した距
   離内での前記複数の空間波形の各シフト量に対応するよ
   うな複数組の係数を記憶して、前記制御信号によりアド
   レス指定されて所定の係数の組を出力するメモリと、 各位置測定毎に前記クロックからの複数のパルスと前記
   メモリからの対応する複数の係数を受信して、前記電極
   アレイの電極に前記各パルス毎に前記係数の組に対応す
   る位相をもつ空間波形を形成するような電圧を供給する
   変調手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の位
   置測定装置。
4. 【請求項４】 前記空間波形シフト手段は、 複数のパルスを発生するクロックと、 各組がそれぞれ前記電極アレイのピッチを整数倍した距
   離内での前記複数の空間波形のシフト量に対応するよう
   な複数組の係数を記憶して、前記制御信号によりアドレ
   ス指定されて所定の係数の組を出力するメモリと、 各位置測定毎に前記クロックからの複数のパルスと前記
   メモリからの対応する複数の係数を受信して、前記電極
   アレイの電極に前記各パルス毎に前記係数の組に対応す
   る位相をもつ空間波形を形成するような電圧を供給する
   ものであって、各論理ゲートが前記クロックからのパル
   スと前記メモリからの対応する係数とを受信して前記電
   極アレイの対応する電極に接続される出力を出すように
   した１組の論理ゲートを有する変調手段とを備えたこと
   を特徴とする請求項２記載の位置測定装置。
5. 【請求項５】 複数のパルスが各測定毎に前記他の電極
   に順次供給されるようにし、前記空間波形シフト手段
   は、各測定毎に前記複数のパルスのそれぞれが前記他の
   電極に供給された結果である前記電極アレイの電極から
   の電圧を受信するようにしたことを特徴とする請求項１
   記載の位置測定装置。
6. 【請求項６】 前記空間波形シフト手段は、 各組がそれぞれ前記電極アレイのピッチを整数倍した距
   離内での前記複数の空間波形のシフト量に対応するよう
   な複数組の係数を記憶して、前記制御信号によりアドレ
   ス指定されて所定の係数の組を出力するメモリと、 各測定毎に前記電極アレイの電極からの１組の電圧にそ
   れぞれ対応する複数の空間波形と、前記メモリからの対
   応する複数組の係数とを受信して、前記電極アレイから
   受信した前記空間波形のそれぞれから、ある空間波形の
   位相と前記係数のある組に対応する値をもつ電圧を生成
   する復調手段とを備えたことを特徴とする請求項４記載
   の位置測定装置。
7. 【請求項７】 前記空間波形シフト手段は、 各組がそれぞれ前記電極アレイのピッチを整数倍した距
   離内での前記複数の空間波形のシフト量に対応するよう
   な複数組の係数を記憶して、前記制御信号によりアドレ
   ス指定されて所定の係数の組を出力するメモリと、 各測定毎に前記電極アレイの電極からの１組の電圧にそ
   れぞれ対応する複数の空間波形と前記メモリからの対応
   する複数組の係数とを受信して、前記電極アレイから受
   信した前記空間波形のそれぞれから、ある空間波形の位
   相と前記係数のある組に対応する値をもつ電圧を生成す
   るものであり、各論理ゲートが前記電極アレイの電極か
   らの電圧と前記メモリからの係数とを受信して前記帰還
   信号となる合成出力を出す１組の論理ゲートを有する復
   調手段とを備えたことを特徴とする請求項４記載の位置
   測定装置。
8. 【請求項８】 前記容量式位置エンコーダは、インクリ
   メンタル型の容量式位置エンコーダであることを特徴と
   する請求項１記載の位置測定装置。
9. 【請求項９】 前記容量式位置エンコーダは、アブソリ
   ュート型の容量式位置エンコーダであることを特徴とす
   る請求項１記載の位置測定装置。
10. 【請求項１０】 前記所定距離は前記電極アレイのピッ
    チであり、これにより前記空間波形シフト手段を介して
    結合される前記複数の空間波形の平均シフト量が前記電
    極アレイのピッチの１部分になることを特徴とする請求
    項１記載の位置測定装置。
11. 【請求項１１】 容量式の位置測定装置であって、 （ａ）測定軸に沿って相対移動可能に配置された第１の
    部材及び第２の部材と、 前記第１の部材に形成された、空間波形に対応して各電
    極に電圧が与えられる電極アレイと、前記第１の部材に
    形成されて、前記測定軸に沿った前記第１及び第２の部
    材の相対位置に対応する位相をもって前記第２の部材を
    介して前記電極アレイに容量結合する少なくとも一つの
    他の電極とを有する容量式位置エンコーダと、 （ｂ）前記電極アレイに接続されて、各測定毎に前記電
    極アレイの各電極に個別の複数組の電圧を供給し、前記
    各電極に与えられる電圧の平均値が制御信号により選択
    的となる前記電極アレイに対する相対位置をもつ空間波
    形となり、前記個別の電圧の各組が前記他の電極で生成
    されるところの、前記電極アレイに対する前記空間波形
    の相対位置により決まる大きさと極性及び前記電極アレ
    イから前記他の電極への前記空間波形の容量結合の位相
    をもつ各出力信号となる信号発生手段と、 （ｃ）前記他の電極に接続されて、各測定の間発生され
    る前記複数の出力信号の値を示す電圧値を生成するアキ
    ュムレータと、 （ｄ）前記信号発生手段とアキュムレータに接続され
    て、前記個別の電圧の各組毎に前記信号発生手段に前の
    測定の間発生される電圧帰還信号の関数となる制御信号
    を供給して、前記電極アレイに与えられる空間波形の位
    置が前記前の測定の間発生される前記電圧帰還信号の大
    きさを減衰させる方向に変化するようにすると共に、前
    記電圧帰還信号から前記第１及び第２の部材の前記測定
    軸に沿った相対位置を決定するプロセッサとを備えたこ
    とを特徴とする位置測定装置。
12. 【請求項１２】 前記信号発生手段は、 複数のパルスを発生するクロックと、 複数組の係数をその各組がそれぞれ前記個別の電圧のあ
    る組に対応するように記憶し、前記制御信号によりアド
    レス指定されて所定の係数の組を出力するメモリと、 前記クロックからのパルスと前記メモリからの係数とを
    それぞれ受信して前記アレイ電極の対応する電極に接続
    される出力を出す１組の論理ゲートとを有することを特
    徴とする請求項１１記載の位置測定装置。
13. 【請求項１３】 前記信号発生手段は、各測定期間に前
    記電極アレイの各電極に対して、各波形におけるロジッ
    クレベル遷移の極性とタイミングとが前記個別の電圧の
    それぞれの極性を決定することになるディジタル波形を
    供給するものであることを特徴とする請求項１１記載の
    位置測定装置。
14. 【請求項１４】 前記信号発生手段は、各測定期間に前
    記電極アレイの各電極に対して、各波形におけるロジッ
    クレベル遷移の数と極性及びタイミングが前記空間波形
    の各成分の大きさと極性を決定するディジタル波形を供
    給するものであり、前記アキュムレータは前記電極アレ
    イから前記他の電極への結合の後の前記遷移の数とタイ
    ミング及び極性を累算し、前記遷移の数とタイミング及
    び極性の関数としての前記電圧帰還信号を発生するもの
    であることを特徴とする請求項１１記載の位置測定装
    置。
15. 【請求項１５】 前記信号発生手段は、各測定期間に前
    記電極アレイの各電極に対して、各波形におけるロジッ
    クレベル遷移の数と極性及びタイミングが前記空間波形
    の各成分の大きさと極性を決定するディジタル波形を供
    給するものであり、前記アキュムレータは前記電極アレ
    イから前記他の電極への結合の後の前記遷移の数とタイ
    ミング及び極性を累算し、前記遷移の数とタイミング及
    び極性の関数としての前記電圧帰還信号を発生するもの
    であり、かつ前記アキュムレータは、各遷移毎に前記遷
    移の極性とタイミングにより決まる極性をもつパルスを
    発生する復調手段と、発生されたパルスを合計してそれ
    に対応する積分出力を出す積分器と、前記積分出力を受
    けて前記プロセッサにディジタルワードを供給するＡ／
    Ｄコンバータとを有することを特徴とする請求項１１記
    載の位置測定装置。
16. 【請求項１６】 空間波形の位相シフト量が測定軸に沿
    った第１及び第２の部材の相対位置に対応するような容
    量式位置エンコーダにおける前記第１及び第２の部材の
    相対位置を測定する方法であって、 （ａ）各位置測定毎に、前記エンコーダに対して、それ
    ぞれが前記エンコーダを介して前記空間波形に結合され
    るべき空間波形を生じさせると共に合成空間波形を作
    り、かつ前記エンコーダを通った後の前記合成空間波形
    の位相が前記空間波形の位相と前記エンコーダを通った
    前記合成空間波形の位相シフト量の平均に対応するよう
    に、複数の信号を結合させるステップと、 （ｂ）前記エンコーダを通して結合された後の前記合成
    空間波形の位相シフト量を決定するステップと、 （ｃ）前記エンコーダを通して結合された後の前記合成
    空間波形の位相を、前記エンコーダを通ることによる前
    記空間波形の位相シフト量とは別に、少なくとも前記空
    間波形のいくつかの位相を変えることにより所定値に向
    けて調整するステップと、 （ｄ）測定軸に沿った前記第１及び第２の部材の相対変
    位を前記合成空間波形の位相の関数として決定するステ
    ップと、 （ｅ）前記第１及び第２の部材の相対変位を記録しなが
    ら、前記（ａ）−（ｄ）のステップを繰り返して、前記
    測定軸に沿った前記第１及び第２の部材の間の相対位置
    を求めるステップとを有することを特徴とする位置測定
    方法。
17. 【請求項１７】 前記容量式位置エンコーダは、前記第
    １の部材に形成されて空間波形に対応する電圧が印加さ
    れる電極アレイと、前記第１の部材に形成されて、測定
    軸に沿った前記第１及び第２の部材の相対位置に応じて
    変化する前記電極アレイとの間の前記空間波形の位相シ
    フト量と共に前記第２の部材を介して前記電極アレイに
    容量結合する少なくとも一つの他の電極とを有し、 前記エンコーダに複数の信号を結合するステップは、各
    位置測定毎に前記電極アレイに複数組の電圧が印加され
    るように前記電極アレイの各電極にそれぞれ空間波形の
    ために電圧を印加するものであることを特徴とする請求
    項１６記載の位置測定方法。
18. 【請求項１８】 前記容量式位置エンコーダは、前記第
    １の部材に形成されて空間波形に対応する電圧が印加さ
    れる電極アレイと、前記第１の部材に形成されて、測定
    軸に沿った前記第１及び第２の部材の相対位置に応じて
    変化する前記電極アレイとの間の前記空間波形の位相シ
    フト量と共に前記第２の部材を介して前記電極アレイに
    容量結合する少なくとも一つの他の電極とを有し、 前記エンコーダに複数の信号を結合するステップは、メ
    モリからのそれぞれ前記電極アレイの電極に対応する複
    数組の係数をもつ複数のパルスを変調することにより、
    変調パルスの各組が前記係数の組に対応する位相をもつ
    空間波形を形成するように複数の変調パルスを各測定毎
    に各電極に与えるものであることを特徴とする請求項１
    ６記載の位置測定方法。
19. 【請求項１９】 前記容量式位置エンコーダは、前記第
    １の部材に形成されて空間波形に対応する電圧が印加さ
    れる電極アレイと、前記第１の部材に形成されて、測定
    軸に沿った前記第１及び第２の部材の相対位置に応じて
    変化する前記電極アレイとの間の前記空間波形の位相シ
    フト量と共に前記第２の部材を介して前記電極アレイに
    容量結合する少なくとも一つの他の電極とを有し、 前記エンコーダに複数の信号を結合するステップは、そ
    れぞれ前記電極アレイの電極に対応する複数組の係数を
    もつ複数のパルスを変調することにより、変調パルスの
    各組が前記係数の組に対応する位相をもつ空間波形を形
    成するように複数の変調パルスを各測定毎に各電極に与
    えるステップを有し、 前記合成空間波形の位相を調整するステップは、前記電
    極アレイに与えられる電圧の組について前記電極アレイ
    から前記他の電極に結合される各信号電圧の平均値を決
    定するステップ、及び前記電極アレイの電極に与えられ
    る電圧の少なくともいくつかを前記他の電極に結合され
    る値の平均値の関数として変更するステップを有するこ
    とを特徴とする請求項１６記載の位置測定方法。
20. 【請求項２０】 前記容量式位置エンコーダは、前記第
    １の部材に形成されて空間波形に対応する電圧が印加さ
    れる電極アレイと、前記第１の部材に形成されて、測定
    軸に沿った前記第１及び第２の部材の相対位置に応じて
    変化する前記電極アレイとの間の前記空間波形の位相シ
    フト量と共に前記第２の部材を介して前記電極アレイに
    容量結合する少なくとも一つの他の電極とを有し、 前記エンコーダに複数の信号を結合するステップは、そ
    れぞれ前記電極アレイの電極に対応する複数組の係数を
    もつ複数のパルスを変調することにより、変調パルスの
    各組が前記係数の組に対応する位相をもつ空間波形を形
    成するように複数の変調パルスを各測定毎に各電極に与
    えるステップを有し、 前記エンコーダを介して結合された後の前記合成空間波
    形の位相シフト量を決定するステップは、前記電極アレ
    イに与えられる電圧の組について前記電極アレイから前
    記他の電極に結合される各信号の平均値を決定するステ
    ップを有することを特徴とする請求項１６記載の位置測
    定方法。