JPS60219511A - 位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は二つの対象物の相対位置の測定のだのだめの走
査ユニットによって走査されるものに関する。

（産業上の利用分野） この種の位置測定装置は例えば工作機械の二つの移動可
能な機械部分の相対位置の測定のため又は測定器におけ
る測定対象の測定値を得るために使用される。

（従来の技術） 二つの対象物の相対位置、例えば往復台の相対位置の測
定のための光電測定装置では、一方の対象物と結合して
いる目盛担体の目盛が他方の対象物と結合している走査
ユニットによって走査される。走査ユニットはこのため
に照明装置を有し、その走査側は例えば二つの走査フィ
τルドを備え、その目盛は目盛担体の目盛のピッチのＫ
だけ相互にずれて配置されてお９、かつ目盛担体の目盛
（ピッチ）と正確に一致しており、そして走査ユニット
はまた二つの光電要素を有し、光電要素は各々一つの走
査フィールドに付設されている。走査板と目盛担体の同
様な目盛は透過測定法では透明及び不透明のしまであっ
て測定方向に対して横に縦長のものから成り、測定は測
定方向（目盛担体の縦長方向）において交互に続いてい
る。目盛担体及び走査板の目盛を貫通し、続いて両光型
要素に入射する照明装置からの光は両対象物の相対運動
の際目盛で変調され、その結果それぞれ一つの走査フィ
ールドに付設された両党型要素は９０°位相のずれた二
つの周期的アナログ信号を供給する。

その正弦曲線のアナログ信号は位置測定値の形成のため
の評価装置に供給される。両アナログ信号の間の位相ず
れは測定方向の弁別と目盛の補間を可能にする。

得られたアナログ信号の周期は目盛担体の目盛のピッチ
又は格子定数によって決定される。

ピッチは測定方向における透明及び不透明のしまの巾に
よって形成される。走査ユニットと目盛担体の目盛の間
の相対運動の際各走査された目盛は計数パルスとして検
出されかつ位置測定値として示される。

走査の際目盛担体の目盛から得られた周期的なアナログ
信号は一般に純粋な正弦曲線を有さす、むしろ例えば目
盛の不正確さと走査の際の走査板の目盛面と目盛担体の
ピッチ面との間の距離の変動のために高調波となる。こ
のピッチの不正確さは例えば透明及び不透明のしまの間
隔の相違又はこのしまの縁の非鋭利性によって生ずる。

アナログ信号の高調波をなくするために走査の際目盛の
精度と走査板と目盛担体の目盛面との間の最適の距離が
設定されなければならない。

各ピッチのための正確な位置測定値の形成のため及び測
定精度のより向上のための補間値の形成によるピッチの
正確な割付のためにこの目盛から得られたアナログ信号
は高調波のないものでなければならない、例えばコンピ
ュ７夕による補間値の形成は西独国特許公開公報２７２
９６９７に記載されている。

比較的大きな格子定数（例えば０．１ｎｍ）の測定装置
は当然常に高−調波を伴う三角波又は台形波のアナログ
信号を供給する。

西独国特許明細書１９４１７５１から目盛担体のピッチ
の走査の際に高調波のないアナログ信号の取得のために
正弦曲線透過特性を有する周波数フィルタ（帯域フィル
タ）が設けられた光電長さ測定装置が公知である。この
測定装置は特別の周波数フィルタがつくられ、かつ内蔵
されなければならないという欠点を有する。この周波数
フィルタのフィールドは完全に照明されかつ走査されね
ばならず、このことは特に反射測定法における走査では
実際上実施不可能である。そのために周波数フィルタの
正弦曲線輪郭によってかなシの光量損失が生ずる。

（解決すべき課題） 本発明は位置測定装置で高調波のない周期的信号の取得
を可能に１〜、その際位置測定装置はこのために特別の
要素を必要とせず、かつ汎用的に使用可能であるように
することを課題の基礎とする。

（課題の解決のための手段） この課題は本発明によれば走査ユニツ）　（Ａ）におけ
る少なくとも一つの高調波のない周期的アナログ信号ａ
１．ｂ１の取得のために、測定方向Ｘにおいて相互にず
れた少なくとも二つの走査フィールド（Ｇ”＋Ｇａ２＋
Ｇｂ１ｙＧｂ２）が設けられておシ、各走査フィールド
（Ｇａ１　＊　Ｇａ２　＋　Ｇｂｌ　＊　Ｇｂ２　）は
Ｎ個の部分フィールド（Ｆａ　１ｎ＋　Ｆａ２ｎ　ｒ　
’ｂｏｎｙ　Ｆａｚｍ）（ｎ＝１．２．・・・・・Ｎ）
から成シ、隣接した部分フィールド（Ｆａ１ｎ＋’ａ２
ｎｙＦｂ１ｎ＋　Ｆｂ２ｎ　）の間にはそれぞれ測定方
向Ｘに一定のずれが存在し、測定方向Ｘにおける部分フ
ィールド（Ｆａｌ　ｎ　ｔ　Ｆａ　２　ｎ　＋Ｆｂ１ｎ
、Ｆｂ２ｎ）の巾Ｂ！Ｌ１ｎ＋　％２ｎ＊”１）１ｎｐ
Ｂｔ１２ｎは正弦画数に従って変化し、そして部分フィ
ールド（ＦＩＬ１ｎ＋Ｆａ２ｎ＋Ｆｌ）ｌｎ＋Ｆｌ）２
ｎ　）によって得られた周期的アナログ信号が合成可能
であることによって解決される。

（本発明の効果） 本発明によって得られる利点は特に簡単な方法で公知の
位置測定装置の従来からある手段だけによって高調波の
ない周期的信号の取得が可能となり、その際周波数フィ
ルタのような追加的要素は必要とされず、かつ目盛精度
及び走査板の目盛面と目盛担体の目盛面との間の一定の
間隔の保持に特別の要求は課されないととにある。それ
によってコストが安く、従来同様に構成された測定装置
が得られ、その位置の保持が簡単化される。

本発明の有利な他の構成は実施態様項から把握される。

（実施例） 本発明の実施例を図面に基いて詳しく説明する。

第１図には光電的長さ測定装置が横断面で表わされてお
り、その中空形材の形の７・ウジング１が図示しない工
作機械のベッド２にねじ５によって固定されている。工
作機械の往復台４に連結部材６を備えた組立足部５が任
意の方法でグ１に進入し、その際スリット８に設けられ
た弾性シールリップ９はハウジング１の内方への汚れの
進入を阻止する。ハウジング１の内面にスケールＭが弾
性接着層１１によって取付けられ、スケールに走査ユニ
ットＡがローラ１３を介して支持される。ベッド２に関
する往復台４の相対運動は連結部材６から走査ユニッ）
Ａ上に図示しないクラッチによって伝達され、往復台４
とスケールＭとの間のずれが補正されることができる。

第２図によれば走査ユニツ）ＡにおけるスケールＭの目
盛Ｔの走査のために光源１５、コンデンサ１６、目盛１
８を備えた走査板１７及び光電要素１９が配設されてｉ
る。走査板１７の目盛１８はスケールＭの目盛Ｔと同一
である。

光源１５から出た光はコンデンサ１６によって平行にさ
れ、スケールＭの目盛Ｔ、１８及び走査板１７の目盛を
透過し、かつ続いて光電要素１９に入射する。固定した
スケールＭに対する走査板１７を備えた走査ユニツ）Ａ
の測定方向Ｘへの運動の際目盛Ｔ、１８で光が変調され
、その結果光電要素１９は周期的な電気的アナログ信号
８　（Ｘ）を供給し、この信号は評価され、計数され、
そして位置測定値としてデジタル表示されることができ
る。

光電要素１９から送られる周期的アナログ信号Ｓ　（Ｘ
）は一般に高調波を伴い、従って測定長Ｘの画数として
フーリエ級数で表わされることができる。

Ｅｌ（Ｘ）＝ａ□＋Σ　（ａｌ　ｃｏｏ　ＫＸ　十ｂｋ
ｅｉｎ　ＫＸ　）−１ 積分区間には波又は周波数の次数（基本波に＝１，１高
調波二に＝２等々）及びａｋ、ｂｋはフーリエ係数。

高調波のない周期的アナログ信号＆１．１）１の場得の
ためにまず周期的アナログ信号Ｓ　（Ｘ）のスケールＭ
のピンチＴの代表的な最大帯域中Ｎ（フーリエ係数ａｋ
ｔｂｋの周波数又は波の数）が検出される。帯域中Ｎの
この検出のために目盛Ｔは例えば走査板１７の目盛１８
及び光電要素１９によって第２図により図示しない基準
測定システムを参照して全測定長に亘って走査され、そ
して得られた周期的アナログ信号Ｂ　（Ｘ）はフーリエ
解析される。そのようにして得られた帯域中Ｎは目盛Ｔ
と同一のピッチの列では一度だけ検出されればよい。こ
の帯域中Ｎの検出は当業者に経験に基ずく概算値によっ
ても実施される。

帯域中Ｎの、周期的アナログ信号日（Ｘ）からＳ　（Ｘ
）＝：　ａ□＋１’　（ａｋｃｏ８ＫＸ＋ｂｋｓ１ｎＫ
Ｘ）−１ フーリエ係数ａ１ｂ１を有する基本波 Ｎ ａ１＝（’／Ｎ）Σ　８ｎ　（Ｘ十ｎｘ／１２　）　・
ｃｏｏ　（ｎｙｒ／Ｎ　）ｎ！１ ｂ＋　＝　（’／Ｎ）Σ　Ｓｎ　（Ｘ　＋ｎＫ　／Ｎ　
）　・ａ　ｉｎ　（ｎＫ／Ｎ　）ｚｊ をフィルタアウトするために、位相ずれΔα＝２ｆ／２
Ｎ＝π／Ｎを有する２Ｎ個の信号８ｎ（Ｘ）　ｔ７）第
一群が生じ、係数ｃｏｏ（ｎπ／Ｎ）にによって倍率を
かけられ、かつ積分される。

同様なことが△α＝π／Ｎの位相差を有する信号８ｎ（
Ｘ）の第二群が得られ、係数ｓｉｎ　（ｎπ／Ｎ　）で
乗算され、かつ積分されることができる。

その際信号ｂ１（Ｘ）は で表わされる。

これらの信号ａ１（Ｘ）とｂｌ（ｘ）は比例係数１／Ｎ
までフーリエ係数ａ１（Ｘ）とｂｌ（ｘ）に相応する。

ａｌ（Ｘ）＝（’／Ｎ）ａｌ（Ｘ） ｂｌ（Ｘ）＝（’／Ｎ　）ｂｌ（Ｘ） 本発明によれば帯域中Ｎの周期的アナログ信号日（ｘ）
の基本波の第１項のフーリエ係数８１をうるために、そ
れぞれ位相面△α＝πハだけ位相のずれた信号５ｎ（Ｘ
）の２Ｎ個の第一群は相応して位相のずれた部分フィー
ルドＦａｉｎ＋Ｆａ２ｎ（ｎ＝１．２．・・・・・Ｎ）
、の第−走査群Ｇ及び相違して接続された二つの光電要
素Ｐｈ　１　＋　”ａ　２によって発生し、二つの光電
要素は部分フィールドＦａ１ｎ、Ｆａ２Ｈに付設されて
いる。ｃｏｏ（ｎｇ／Ｎ）の係数の信号１３ｎ（Ｘ）へ
の掛算は測定方向Ｘにおける個々の部分フィールドＦａ
　１　ｎ　＋　Ｆａ　２　Ｈの巾の測定及び両光型要素
Ｐａｌ、Ｐａ’２による係数ｃｏｓ（ｎπ外）を備えた
信号Ｓｎ　（Ｘ　）の総和によって行われる。

帯域中Ｎの周期的アナログ信号５（Ｘ）の基本波の第二
フーリエ係数ｂ１の算出のために各々位相角△α＝π／
Ｎだけ位相のずれた信号５ｎ（Ｘ）の２Ｎ個の第二群が
相互に位相のずれた部分フィールド’ｂ１ｎ＋Ｆｂ２ｎ
（ｎ＝１，２＋３＋　・・・・Ｎ）を有する２Ｎ個の第
二走査群Ｇｂによって、そして部分フィールドＦｂ１ｎ
＋Ｆｌ）２ｎに付設されており、相違して接続された二
つの光電要素によって発生する。ファクタ５ｉｎ（ｎπ
／Ｎ　”）の信号８ｎ（Ｘ）の倍率は測定方向Ｘにおけ
る個々の部分フィールド’ｂ１ｎ＋Ｆｂ２ｎの巾と、両
光型要素Ｐｂ１．］？’ｂ２によるファクタ５ｉｎ（ｎ
ψ）を備えた信号５ｎ（Ｘ）の総和によって行われる。

第−走査群ＧａはＮ個の部分フィールドＦａｕｎ（ｎ＝
１．２．　・・・・Ｎ）及びＮ個の部分フィールドＦａ
２ｎの第二走査フィールドＧａ２から成る。同様走査群
ＧｂはＮ個の部分フィールドＦｔ）Ｉｎを有する第一走
査フイールドＧｔ）１とＮ個の部分フィールドＦｂ２ｎ
を有する第二走査フィールドＧｂ２から成る。

第−走査群Ｇａは第二走査群Ｇｌ）に対して測定方向Ｘ
にスケールＭの目盛ＴのピッチＰの％だけずれておシ、
一方第一走査フイールドＧａ１．Ｇｂ１は両走査群Ｇａ
、Ｇｂの第二走査フィールドＧａ２＋Ｇｂ２に対して測
定方向Ｘにおいて目盛ＴのピッチＰの％だけずらされて
おり、隣接した部分フィールドＦａ１　ｎ＋　’ａ２ｎ
ｒ　Ｆｂｌｎ　＋　’ｂ２ｎの間には各々測定方向Ｘに
おいてＰ／２　Ｎ個の一定のずれが存在する。

第−走査群Ｇａの部分フィールドＦＢ　１ｎ　ｔＦ＆２
ｔ’ｌの巾Ｂａ１ｎｐＢａ２ｎは測定方向Ｘにおいて、
ファクタＩｃｏｓ（ｎの）１に比例しておシ、そして第
二走査群Ｇ１）の部分フィールドＦｂ＋ｎｔＦ”ｂ’ｎ
の測定方向Ｘの巾Ｂｂ１ｎ＋Ｂｔ）２ｎはファクタｌ　
ｓｉｎ　（ｎπ／Ｎ　）　ｌに比例する。

各走査フィールドＧａ１．Ｇａ２．Ｇｂ１．Ｇｂ２には
光電要素Ｐａ　１　ｒ　Ｐａ　２　＋　Ｐｂ　１　＋　
Ｐｌ）２の形の走査要素が付設されている。第二走査フ
ィールドＧａ２　、Ｇｂ２の走査要素Ｐａ２．Ｐソは各
々第一走査フィールドＧａ１゜Ｇ１１２の走査要素Ｐａ
　１　ｐ　”ａ　２に対して相違して接続されて−る。

相違して接続された走査要素ＰＩＬ　１ｖＰａ２・ｐｂ
ｌ・Ｐｂ２はそれぞれ位置測定値の形成のための評価装
置Ｗと接続されている。

位相角αの正弦はスケールＭの目盛ＴのピッチＰに亘っ
て半分は正、他の半分は負でｓｂ、しかし第−走査群Ｇ
ａの部分フィールドＦａｊｎ、Ｆａ２ｎの巾Ｂａ＋ｎ＋
”ａ２ｎは正のみでありうるので、位相角α＝−π／２
とα＝十π／２の間の範囲ｔこあるＮ個の部分フィール
ド’ａｌｎの第−走査群Ｇ、の第一走査フイールドＧ、
１に第一光電要素Ｐａ１がそして位相角α＝π／２及び
α＝３π／２の間の範囲にある部分フィールドＦａ２ｎ
の第−走査群Ｇａの第二走査フィールドロ８２には総和
形成のために第一光電要素Ｐａ１に対して相違して接続
されている第二光電要素が所属する。位相角αの正弦は
目盛ＴのピッチＰに亘って同様に半分は正、他の半分は
負であるから、位相角α＝０とα−πの間の範囲にある
部分フィールドＦ′ｂ１ｎを有する第二走査群Ｇｂの第
一走査フイールドＧｂ１には第一光電要素Ｐｂ１が所属
し、そして位相角α二πとα＝２πの間の範囲にあるＮ
個の部分フィールドＦｂ２ｎをもった第二走査群Ｇｂの
第二走査フィールドＧｂ２には同様に総和形成のために
第一光電要素Ｐｂ１に対して相違して接続されている第
二光電要素Ｐｂ２が所属する。

第３図において第２図によるスケールＭが拡大して示し
てあり、走査ユニットＡのピッチＰの目盛Ｔは走査板Ａ
Ｐによって走査される。目盛Ｔから得られる周期的アナ
ログ信号Ｓ　（Ｘ）は帯域中Ｎ＝４を有する。従って本
発明によれば周期的アナログ信号Ｅｌ　（Ｘ）の基本波
の第一フーリエ係数ａ１の形の高調波のない第一周期的
アナログ信号の取得のために２Ｎ＝８個の部分フィール
ドＦａ　１１　＋Ｆａ１２　Ｈ’ａ　１７　ｒ　Ｆａｌ
Ｂ　、　Ｆａ２５”’−Ｆａ２６の第一走査群Ｇａが所
属し、そして周期的アナログ信号Ｓ　（Ｘ）の基本波ｂ
１の第二フーリエ係数ｂ１の形の高調波のない周期的第
二アナログ信号の取得のために走査板ＡＰ上に８個の部
分フィールドＦ’ｂｔ＋〜ｙｂ＋ａ　。

Ｆｂ２５〜Ｆｂ２８をもった第二走査群Ｇｌ）が配設さ
れているＯ 第一走査群Ｇ２の隣接した部分フィールドＦａ１１＋’
ａ１２１　’ａ１７　ｙＦｌａ１８　＋′Ｆａ２５〜Ｆ
ａ２６の間及び第二走査群Ｇｌ）の隣接した部分フィー
ルド’ｂＨ〜Ｆｂ１４　、Ｆｌ）２５〜Ｆｌ）２８０間
にそれぞれ、測定方向Ｘにおいて、Ｐ／２Ｎ＝Ｐ／８個
の一定のずれがある。部分フィールドＦａＮ　＊　’Ｆ
１１２　、Ｆａ１７　、　ＦａｌＢの第一走査フィール
ドＧａ１と、第一走査群Ｇ、の部分フィールドＦａ　２
５〜Ｆａ　２６の第二走査フィールドＧａ２との間、並
びに部分フィールドＦｂ１１〜Ｆｂ＋４の第一走査フイ
ールドＧｂ１と第二走査群（）１）の部分フィールド’
ｂ　２５〜Ｆｂ２８の第二走査フィールドＧｂ２との間
にそれそえ測定方向ＸにおいてＰ／２のずれがある。第
二群Ｇｌ）は第一走査群Ｇａに対して測定方向ＸにＰ／
４だけずれている。

第一走査群Ｇａの個々の部分フィールドＦａ　＋　ｎ　
ＴＦａ２Ｈの測定方向Ｘにおける巾Ｂａ１ｎ、Ｂａ２ｎ
は第一フーリエ係数ａ１のファクタｃｏ８（ｎπ／Ｎ）
の値に比例、そして第二走査群Ｇｂの個々の部分フィー
ルドＦｂ１ｎ、Ｆｂ２ｎの巾Ｂ１）Ｉ　ｎ　＋　”　’
ｂ　２　ｎは第二フーリエ係数ｂ１のファクタ５ｉｎ（
ｎπ／Ｎ）の値に比例する。部分フィールドＦａ１ｎ＋
Ｆａ２ｎ＊’ｂ１ｎ＋’ｂ２ｎは比例係数として７Ｐの
基本中を有することができる。従って Ｂａ１ｉ１：Ｂａ２ｎ　＝＝　７Ｐ　ｌ　ｃｏ８（ｎπ
／　４　）　ＩＢｌ、１ｎ＝Ｂｂ２ｎ＝７ｐ　ｌ　５ｉ
ｎ（ｎπ／４）１第一走査群Ｇａによって正弦波の正の
半波長の走査のために部分フィールド’ａｉ　１　、Ｆ
ＢＩ２デＦｆｉ１７ツＦａ１８を有する第一走査フイー
ルドＧａ、がそして周期的アナログ信号５（Ｘ）の正弦
波の負の半波長の走査のために部分フィールドＦａ２ｓ
〜Ｆａ　２６を有する第二走査フィールドＧａ２が使用
される。

目盛ＴのピッチＰの正の半波長の走査のために次の表の
ように部分フィールド’ａＮ　＋’ａ１２＋Ｆａ１７　
ｒＦ１１８は位相角αとフーリエ係数ａ１の積分区間に
所属し、その際部分フィールド’ａＨ＋’ａ１２ｙＦａ
１７＋Ｆ’ａ＋ａの巾Ｂａ１ｎが得られる。

目盛ＴのピッチＰの負の半波長の走査のために、走査フ
ィールドＦ１２３〜Ｆａ２６は次のように位相角α及び
フーリエ係数ａ１の積分区間ｎに所属し、その際走査フ
ィールドＦａ　２５〜’ａ２６の巾Ｂａ２ｎが得られる
。

部分フィールドＦａ１２とＦａ２６は巾Ｂａ１２＝Ｑと
とＢａ２６＝Ｑを有するので、これらは第６図には示し
てない。

スケールＭの目盛Ｔは等しい巾の透明のしまと不透明の
しまとを有し、しまな測定方向Ｘにおいて交互に続く。

目盛ＴのピッチＰは測定方向Ｘにおける透明なしまと不
透明なしまの巾によって決定される。両走査群Ｇａ、Ｇ
ｂの部分フィールド’　ａ　１　ｎ　＋　’ａ　２　ｎ
　ｔ　’１）１　ｎ　ｔ　Ｆｌ）２　ｎはそれぞれスケ
ールＭの目盛Ｔと同一の目盛を有する。不透明なしまは
暗いしまとして表わされる。

上記画表から明らかなように部分フィールドＦａ１８の
目盛はスケールＭの目盛Ｔに対してずれがない。部分フ
ィールドＦａＨ＊　Ｆａ１２　ｇ　Ｆａｊ７　、　Ｆａ
ｌＢ　１Ｆａ２３〜Ｆａ２６の目盛は相互に各々Ｐ／８
だけずれている。それによって部分フィールドＦａＮ　
、　Ｆａ１２　。

””　ｅ　Ｆａ　１８　＋　’ａ　２５〜ＦｅＬ２６は
同等に相互にＶ８のずれを以って周期的アナログ信号Ｓ
　（Ｘ）の正弦波のピッチＰに亘って割付られている。

’ａ　１７　＋　’ａ１１１を有する第一走査フイール
ドＧａｌに第一光電要素”ａ＋がそして部分フィールド
Ｆａ２５〜’ａ２４を有する第二走査フィールドＧａ２
に第二光電要素Ｐａ２が所属している。部分フィールド
’ａ　２３〜Ｉ’ａ２６のために負の巾”ａ２ｎが得ら
れるが。

正の巾Ｂａ２ｎのみが可能なので、第二光電要素Ｐａ２
は第一光電要素Ｐａ１に対して相違して接続されている
（第５ｂ図）。相違して接続された両光電要素Ｐａ１ｌ
Ｐ＆２の高調波のなし出力信号Ａｈａは周期的アナログ
信号５（Ｘ）の第一フーリエ係数ａ１に比例し、そして
位置測定値ＰＭの形成のだめの評価装置Ｗに導かれ、そ
の値は後続の表示装置においてデジタル表示されること
ができる。

第二走査群Ｇｂによって正弦波の正の半波長の走査のた
めの部分フィールド’Ｆｂ１ｔ〜Ｉ’ｂ＋ｎを有スる第
一走査フイールドＧｂ１が使用され、周期的アナログ信
号８（ｘ）の正弦波の負の半波のために部分フィールド
Ｆｌ）２５〜Ｆｂ　２８を有する第二走査フィールドＧ
ｂ２が使用される。目盛ＴのピッチＰの正の半波の走査
のために、部分フィールドＦｂＨ〜’ｂｌｌは次のよう
に位相角α及びフーリエ係数ｂ１の積分区間ｎに所属し
、その際部分フィールド”ｂ＋１〜Ｆｂ１４の所属の巾
Ｂｂ＋ｎが得られる。

目盛ＴのピッチＰの負の半波の走査のために走査フィー
ルドＦｌ）２５〜Ｆｂ２８は次のように位相角α及びフ
ーリエ係数ｂ１の積分区間ｎに所属し、その際走査フィ
ールドＦｌ）２５〜Ｆｌ）２Ｂの巾Ｂｂ２ｎ　が得られ
る。

走査フィールドＦｂ１４とＦ’ｂ　２Ｂは巾Ｂｌ）１４
　＝　Ｏｌ及びＢｂ２Ｂ’：：Ｑを有するので、第６図
には示されてない。

上記表から明らかなように、部分フィールドＦｔ）２８
の目盛はスケールＭの目盛Ｔに対してずれがない。部分
フィールドＦｔ）１１〜”１’　ｔ　Ｆｔ）２５〜Ｆｂ
　２８の目盛は相互にそれぞれいだけずれている。

それによって部分フィールドＦｌ）１１〜Ｆｂ１４　、
　Ｆｌ）２５〜Ｆｂ２８は等しく　Ｐ／８のずれをもっ
て周期的アナログ信号Ｓ　（Ｘ）の正弦波のＰに亘って
割付されている。

第５ａ図によれば部分フィールドＦ’１）ｔ１〜Ｆｂ１
４の第一走査フイールドＧｂｌには第一光電要素Ｐｂ１
が、そして部分フィールドＦｂ２５〜Ｆｌ）２Ｂを有す
る第二走査フィールドＧｂ２には第二光電要素Ｐｂ２が
所属している。部分フィールドＦｂ２５〜Ｆ’ｂ２Ｂ＋
７）ために負の巾Ｂｂ２ｎが得られるが、正の巾のみし
か可能ではないので、第二光電要素Ｐｂ２は第一光電要
素Ｐｂｎに対して相違して接続されている（第５ｂ図）
。両相違して接続された光電要素ＰｔＮ＋”す２の高調
波のない出力信号ＡＳｂは周期的アナログ信号５（Ｘ）
の第二フーリエ係数ｂ１に比例し、そして同様に後続の
表示ユニットｚにおして示されうる位置測定値ＰＭの形
成のための評価装置Ｗに供給される。

得られた周期的アナログＳ　（Ｘ）の基本波のできる限
り完全に高調波のない発生のために巾Ｎは目安では可能
な限υ高く（例えばＮ＝＝１２　）セットされる。即ち 部分フィールドＦｎの巾Ｂｎに相当する。ピッチＰ＝２
πに関する走査フィールドＧの中心に対する部分フィー
ルドＦｎのずれはα＝ｎπＡである。前後の二つの部分
フィールドＦｎ　＋　Ｆｒ））１　（０間のずれは△α
＝πハである。

即ちＢｎ＝Ｂ０００Ｂ（１＝Ｂ□　ｃｏｓ　（ｎ　・△
α）Ｂｏ＝部分フィールドＦｏの基本巾 Ｃ＝走査フィールドＧの全巾 Ｂｏ＝Ｃπ／’２Ｎ　＝　ｃ△α／２ 走査フィールドＧの中心から部分フィールドＦＨの中心
までの距離： ＝（Ｃ＋ｃ／２Ｎ）　・（Ｎ７ｇ）　−５ｉｎ（ｎΔα
）−（０／２　）ｓｉｎ（ｎ△ａ） ｒｎ−（０／２　）ｓｉｎα ｓｉｎα＝２ｒｎ１０ α＝ａｒｃ　５ｉｎ（２ｒｎ１０） この画数α＝ｆ（ｒｎ）は第７図においてＮ＝１２に対
して表わされている。

本発明によれば更に相異なる巾Ｂｎと一定のずれ△α＝
π／Ｎを有するＮ個の部分フィールドＦｎを有する走査
フィールドＧの代シに一定の巾Ｂ′を有するＭ個の部分
フィールドＦｍ’を有する走査フィールドＧ′を設ける
ことが提案され、しかし部分フィールドは可変のずれを
有し、そのずれ量は部分フィールドｙｍ／の中央が画数
α−ｓ　ｉ　ｎ−’（２ｒｒｎ／ｃ　）でＮ−＋ψによ
って形成される線と同一線上に位置する（ｍ＝σｌ’１
２＋・・・・・ｐ　（Ｍ−’　）　ｖＭ≧Ｎ、Ｍ＝奇数
）。

走査フィールドＧ′の中心から一定の巾Ｂ’＝＝に、Ｐ
（Ｋ＝整数）を有するｍ番目の部分フィールド塩′の中
心までの距離ｒｉＱにも適用される、即ちｒｍ　＝　Ｋ
ｍＰ　＋Ｐα／２π ｒｍ＝Ｐ（Ｋｍ　＋（ｙｌπ）　８１ｎ　’（２ｒＩ＋
１／（υｃ　、、、ＫＰ（Ｍ−１）と５ｉｎ−’　（２
ｒｎ７０）−ｓｉｎ　’（２ＰＫｍ１０）より： ｒｍ　＝　Ｐ　（Ｋｍ＋（３ｙ２π％ｉｎ　”（２ＰＫ
ｍＩ／ＫＰ（Ｍ　１　））ｒｍ＝Ｐ（Ｋｍ＋（％π）ｓ
ｉｎ　”（２ｍ／（Ｍ−１））が得られる。

第４図において同様に第２図によるスケールＭが拡大し
て示してあり、そのピッチＰの目盛は走査板ＡＰ’によ
って走査される。目盛Ｔがら得られる周期的アナログ信
号５（Ｘ）は帯域巾Ｎテする。従って本発明によれば周
期的アナログ信号５（Ｘ）の基本波の第一フーリエ係数
ａ１の形の高調波のない第一周期的アナログ信号の取得
のために第一走査フィールドＧａ１′と第二走査フィー
ルドＧａ２′を有する第−走査群Ｇａ′がそして周期的
アナログ信号Ｓ　（Ｘ）の基本波の第二フーリエ係数ｂ
１の形の高調波のない周期的アナログ信号の取得のため
に第一走査フイールドＧｂ１′と第二走査フィールドＧ
ｂ２′を有する第二走査群Ｇｂ′が走査板ＡＰ’上に配
設されている。

両走査群Ｇａ′、Ｇｂ′の各走査フィールドＧａ１’、
Ｇａ２’。

Ｇｂ１′、Ｇｂ２′は部分フィールド’ａ　１　ｍ′、
Ｆ８２ｍ’＊　’ｂ　１　ｍｌ’　ｔＦｂ２ｍ’　Ｃｍ
”　Ｌ１＋２＋　・””　ｔ　（Ｍ−１）　；　Ｍ≧Ｎ
）から成る。部分フィールド’！Ｌ　ＩｍＺ　Ｆａ２ｍ
’＊　Ｆｌ）　＋　ｍ’ｓ　Ｆｌ）２ｍ’はそれぞれス
ケールＭの目盛Ｔと同一の目盛を有し、かつ測定方向Ｘ
において一定の巾Ｂ’：ＫＰ（Ｋ＝整数）を有する。第
４図によれば部分フィールドＦａ１ｍ’、Ｆａ２ｍ’、
　Ｆｂ１ｍ’、　’ｂ２ｍ’の巾Ｂ′はスケールＭ（Ｋ
：１）の目盛ＴのピッチＰである。

部分フィールド’ａ　１　ｍ’７　ａ　２ｍ’＋　’　
１）＋　ｍ’、Ｆｂ２ｍ’の部分フィールド中心Ｍａ　
１　ｍ’＋　Ｍａ　２　ｍ’ｒ　Ｍｌ）１　ｍ’、Ｆｌ
）２　ｍ’は所属のて距離ｒｍ　＝Ｐ　（Ｋ−ｍ　＋（
％ｘ）ｓｉｎ　’　（２ｒｎ／／（Ｍ−１）　）だけず
れてする。第一走査フイールドＧａ　１　’ｅ　Ｇ１）
１　’の走査フィールド中心Ｍａｌ’＋Ｍｂ１’は第二
走査Ｇａ２′。

Ｇｂ２’の走査フィールド中心Ｍａ２’１Ｍ１１＋２’
に対して測定方向ＸにおいてスケールＭの目盛Ｔのピッ
チＰの半分だけずれており、第−走査群Ｇａ′は第二走
査群Ｑｂｌに対して測定方向ＸにおいてスケールＸの目
盛ＴのピッチＰのＫだけずれている。

第−走査群Ｇａ′の第一走査フィールドＧａ１′には第
６ａ図によれば第一光電要素Ｐａ１’が、そして第二走
査フィールドＧａ２′には第二光電要素Ｐａ２′が所属
しており、第二光電要素は相違して接続されている。相
違して接続された両党型要素Ｐａ、：Ｐａ２′の高調波
のない出力信号Ａｓａ’は周期的アナログ信号Ｓ　（Ｘ
）の基本波の第一フーリエ係数８１に比例し、そして、
第６ｂ図によれば位置測定値ＰＭ’の形成のだめの評価
装置Ｗ′に供給され、測定値は後続の表示装置２′にお
いて表示されることかできる。

第６ａ図によれば第二走査群Ｇｂ′の第一走査フイール
ドＧｂ１’に第一光電要素Ｐｂ１′が、そして第二走査
フィールドＧｂ２′には第二光電要素Ｐｂ２’が所属し
ており、第二光電要素は相違して接続されている。相違
して接続された両光型要素ＰｔＮ’＋Ｐｂ２’の高調波
のない出力信号は周期的アナログ信号５（Ｘ）の基本波
の第二フーリエ係数に比例しており、そして第６ｂ図に
よれば同様に位置測定値ＰＭ’の形成のための評価装置
に入力され、測定値は後続の表示装置において表示され
ることができる。

評価装置ｗ、ｗ’は位置測定値ＰＭ、ＰＭ’の形成のた
めに測定方向Ｘの認識のだめの方向弁別器を有し、この
方向弁別器は加算／減算カウンタに接続されている。同
様に評価装置ｗ、ｗ’はスケールＭの目盛ＴのピッチＰ
の内方の補間位置測定値の形成のだめの追加的補間装置
を有することがで巻る。

本発明は光電的位置測定装置に限られることなく、磁気
的、誘導的、及び容量的位置測定装置にも使用可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は長さ測定器の横断面図、 第２図は走査ユニット、 第３図は走査フィールドを有する走査板、第４図は走査
フィールドを有する他の走査板、第５ａ図及び第５ｂ図
は評価装置を有する走査ユニット、 第６ａ図及び第６ｂ図は評価装置を備えた他の走査ユニ
ット、そして 第７図は機能ダイヤグラムを示す。 図中符号 Ａ・・・走査ユニット Ｇａ１ｔＧａ２＋Ｇｂ＋、Ｇ’ｂ２　”’走査フィール
ドＩ’ａ１ｆｉ　＋１Ｆａ２ｎ＋Ｆｌｌ）Ｉｎ＋’に１
２ｎ　”　・部分フィールドａ１　・・・アナログ信号 ｂｌ　・・・アナログ信号 代理人江崎光好 代理人江崎光史 二クシｉノ 二ｔｂｒ５ｒｘ　二ｈ５ｂ 乙Ｅｆｊｊｉ：Ｅｎ　ｌＥｊ？Ｈｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）二つの対象物の相対位置の測定のための位置測定
   装置にして、目盛担体の目盛は帯域中Ｎの少なくとも一
   つの周期的アナログ信号の取得のための走査ユニットに
   よって走査されるものにおいて、 走査ユニットに）における少なくとも一つの高調波のな
   い周期的アナログ信号ａ１　、ｂｌの取得のために、測
   定方向Ｘにおいて相互にずれた少なくとも二つの走査フ
   ィールド（Ｇａ１　ｖ　Ｇａ２　ｒＧｂ＋　ｐＧｂｚ　
   ）が設けられており、各走査フィールド（Ｇａ１．Ｇａ
   ２．Ｇｂｌ、Ｇｂ２）はＮ個の部分フィールド（’Ｂ４
   ｎｙＦａ２ｎ＋　’ｂ１ｎ＋　Ｆｂ２ｎ　）（ｎ＝１．
   ２・・・・・Ｎ）から成り、隣、接した部分フィールド
   （Ｆａ１ｎｓ？ａ２ｎｙＦｔＮｎ＋　Ｆ’ｂ２ｎ　）の
   間にはそれぞれ測定方向Ｘにおいて一定のずれが存在し
   、測定方向Ｘにおける部分フィールド（Ｆａ　１　ｎ　
   ｖ　’ａ　２　ｎ　ｅ　Ｆｂ　’　ｎ　ｅ　’ｂ　２　
   ｎ　）の巾Ｂａ　１　ｎ　ｒ　Ｂａ　２　ｎ　＋ＢｔＮ
   ｎｔＢｂ２ｎは正弦画数に従って変化し、そして部分フ
   ィールド（’ａｊｎｐ　Ｆａ２ｎ＋　Ｆｂ１ｎ＋　Ｆｂ
   ２ｎ　）によって得られた周期的アナログ信号が合成可
   能であることを特徴とする位置測定装置。 （２）　（ａ）　帯域中Ｎの周期的アナログ信号（Ｓ）
   の基本波の第一フーリエ係数の形の高調波のない第一周
   期的アナログ信号ａ１の取得のために、走査ユニツ）　
   （Ａ）において、 第一走査フィールド（Ｇａ１）と第二走査フィールド（
   Ｇｌ！Ｌ２）とを備えた第一走査群（Ｇ２）が、そして
   帯域中Ｎの周期的アナログ信号の基本波の第二フーリエ
   係数の形の高周波のない第一周期的アナログ信号の取得
   のために第一走査フィールド（Ｇｂ＋）と第二走査フィ
   ールド（Ｇｂ２）とを備えた第二走査群（Ｇ　ｂ）が設
   けられていること、 （ｂ）　第一走査フィールド（Ｇａ１．Ｇｂｌ）が第二
   走査フィールド（Ｇａ　２　ｔ　Ｇｂ　２　）に対して
   測定方向Ｘにお−て目盛担体（Ｈ）の目盛（Ｔ）のビツ
   チＰの半分だけずらされていること、 （ｃ）　第一走査群（Ｇ２）が第二走査群（Ｇｂ）に対
   して測定方向Ｘにおいて目盛担体（Ｍ）の目盛（Ｔ）の
   ピッチＰの％だけずらされている、こと （ｄ）　両走査群（Ｇａ、Ｇｂ）の各走査フィールド（
   Ｇａ１　＋Ｇａ２＋”ｂｌ　、Ｇｂ２　）がＮ個の部分
   フィールド（ＦａｌｎｌＦａ２ｎ＋Ｆｂ１ｎ＋Ｆｂ２ｎ
   　）　（ｎ”　’　＋２＋・・・・・Ｎ）から成ること
   、 （ｅ）隣接した部分フィールド（Ｆａｌｎｌ　Ｆａ２ｎ
   　ＦＦｂｉｎ＋”２ｎ）の間にそれぞれ測定方向Ｘにお
   ける一定のずれＰ／２Ｎが存在すること（ｆ）　第一走
   査群（Ｇ２）の部分フィールド（Ｆａ１ｒｌ＋Ｆａ２ｎ
   ）の測定方向Ｘにおける巾”ａ１ｎ＋Ｂａ２ｎは１ｃｏ
   ｓ（ｎπ／Ｎ）１に比例し、そして第二走査群（Ｇｂ）
   の部分フィールド（Ｆｂ１ｎ＋Ｆｂ２ｎ）の測定方向Ｘ
   における巾Ｂｂ１ｎ、Ｂｂ２ｎが１８１ｎ（！１π／Ｎ
   ）１に比例すること、 暢）各走査フィールド（Ｇａ１ｖ　Ｇａ２　？　Ｇｂｌ
   　＋　Ｇｂ２　）に走査要素（Ｐａ　１　、　ｐａ２＋
   　Ｐｂ１ｐＰｂ、２　）が付設されてしること、 （ｈ）　第二走査フィールド（Ｇａ　２１Ｇｂ　２　）
   の走査要素（Ｐａ２ｔＰｂ２）が各々第一走査フィール
   ド（Ｇａ１．Ｇｂｌ）の走査要素（Ｐａ１．Ｐｂ１）に
   対して相違して接続されており、かつ各々位置測定値（
   ＰＭ）の形成のための評価装置（Ｗ）に接続されている
   こと、 とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の位置測定装
   置。 （５）　走査要素（Ｐａ　＋　ｒ　”ａ　２　ｒ　Ｐｂ
   　１　＊　”ｂ　２　＋　”ａ　１　’ｒ”ａ”＋　”
   ｂ　１’＋Ｐｂ２’）が感光要素によって形成されてい
   る、置（Ｗ、Ｗりが加算又は残算カウンタに接続してい
   る方向弁別器を有する、特許請求の範囲第２項記載の測
   定装置。 （５）評価装置（Ｗ、ｗ”；が目盛担体（Ｍ）の目盛（
   Ｔ）のピッチＰ内に補間位置測定値の形成のだめの追加
   の補間装置を有する、特許請求の範囲第４項記載の測定
   装置。 （６）二つの対象物の相対位置の測定のための位置測定
   装置にして、目盛担体の目盛は帯域中Ｎの少なくとも一
   つの周期的アナログ信号の取得のための走査ユニットに
   よって走査されるものにおいて、 走査ユニツ）（Ａ’）における高調波のない少なくとも
   一つの周期的アナログ信号ａ１ｙｌ）ｊの取得のために
   、少なくとも二つの走査フィールド（Ｇａ　１　’ｒ　
   Ｇａ　２’＋　Ｇｂ　Ｉ’ｌ　Ｇｂ　２’　）が設けら
   れており、その走査フィールド中央（”ａ　１　’ｙ　
   ”ａ　２’？　Ｍｂ　１’ｙ　Ｍｌ）２つは測定方向Ｘ
   において相互にずらされておシ、各走査フィールド（Ｇ
   ａ１′、Ｇａ２′、Ｇｂ１′、Ｇｂ２′）はＭ個の部分
   フィールド（’　ａ　１　ｍ’ｒ　’ａ　２　ｍ′、’
   ｂ　１　ｆｆ４’＋　’ｂ　２ｍ’）（ｒｎ　＝　０，
   １，２．　・・・−（Ｍ−１）　；　Ｍ≧Ｎ）から成り
   、走査フィールド（Ｇａ１′、Ｇａ２′、Ｇｂ１′、Ｇ
   ｂ２′）の走査フィールド中央（Ｍａ　＋’＋Ｍａ２’
   ｙ”ｂｉ’＋　’ｂ２’　）に対する部分フィールド（
   ′Ｆａ　１　ｍ’＋　’ａ　２ｍ　’ｇ　Ｆｂ　１　ｍ
   ’　ＨＦｂ　２　ｍ’）の部分フィールド中央（”　ａ
   　１　ｍ　′２Ｍａ　２ｍ’　ｔＭｂ　１ｍ’＋　Ｍｂ
   　２ｍ’　）の測定方向Ｘにおけるずれは逆正弦−数に
   従って変化し、部分フィールド（Ｆａ　１　ｍ’＋　’
   ８２ｍ’＊　’ｂ　１　ｍ′、Ｆｂ　２ｍ’　）は測定
   方向Ｘにおいて一定の巾Ｂ′を有し、そして部分フィー
   ルド（’ａ　１ｍ’＋　Ｆａ２１１′、ＦｔＮｍ′、’
   ｂ２ｍ’　）によって得られた周期的アナログ信号は合
   成されることができることを特徴とする位置測定装置。 （７）　（ａ）　帯域中（Ｎ）の周期的アナログ信号（
   Ｓ）の基本波の第一フーリエ係数の形の高調波のない周
   期的アナログ信号ａ１の取得のために、走査ユニツ）　
   （Ａりにおいて第一走査フィールド（Ｇａ１つの第二走
   査フィールド（Ｇａ２つとを備えた第一走査群（ｏａ’
   ）が、そして帯域中Ｎの周期的アナログ信号（Ｓ）の基
   本波の第二フーリエ係数の形の高調波のない周期的アナ
   ログ信号ｂ１の取得のために、第一走査フィールド（Ｇ
   ｂ１’）と第二走査フィールド（Ｇｂ２′）を備えた第
   二走査群（Ｇｂ’）が設けられていること、 （ｂ）　第一走査フィールド（Ｇａ＋’、Ｇｂｌつの走
   査フィールド中央（Ｍａ１’、Ｍｂｌりが第二走査フィ
   ールド（Ｇａ　２′、Ｇ１）２’）の走査フィールド中
   央（Ｍａ２’ｙＭｂ２りに対して目盛担体（Ｍ）の目盛
   （Ｔ）のピッチＰの半分だけ測定方向Ｘにずらされてい
   ること、 （ｃ）　第−走査群（Ｇａ５）が第二走査群（Ｇｂ’）
   に対して目盛担体（Ｍ）の目盛（Ｔ）のピッチＰの％だ
   け測定方向Ｘにずらされていること、（→　両走査群（
   Ｇａ’、Ｇｂ’）の各走査フィールド（Ｇａｌ’＊Ｇａ
   ２’＋Ｇｂｌ’ｙＧｂ２’）がＭ個の部分フィールド（
   ’ａ　１　ｍ’ｓ　’ａ　２　ｍ’ｙ　Ｆ′ｂ　１　！
   ＋ｌ’Ｆ　Ｆｂ　２ｍ’　）　（”　”　Ｏｐ　’　ｅ
   　２・・・・・、（Ｍ−１）；　Ｍ≧Ｎ）から成ること
   、（ｅ）　部分フィールド（Ｆａ　１ｍ’＋　Ｆａ２ｍ
   ’ｙ　Ｆｂ　１１Ｏ’＋　Ｆｂ２ｍ’）の部分フィール
   ド中央（Ｍａ　＋　ｍ’２Ｍａ　２　ｍ’＋　Ｍｂ　＋
   　ｍ’　ｒＭｂ２ｍ’）が走査フィールド（Ｇａ、／、
   Ｇａ２１．Ｇｂ、１Ｇｂ２’）の走査フィールド中央（
   Ｍａｊ’、　Ｍａ２’。 ’ｂ＋’ＬＭｂ２’）に対して測定方向Ｘに距離ｒｍ＝
   Ｐ（Ｋ−ｍ＋（ｙ２ｒ）ｓｔｎ　’　（２ｍ／Ｍ−１）
   ）；　Ｋ＝一定を有すること、 （ｆ）　部分フィールド（’ａ　１　ｍ’＋　Ｆａ　２
   　ｍ’ｔ　Ｆｂ　１　ｍ’ｓ　’　１）２ｍ’）が測定
   方向Ｘにおいて一定巾Ｂ′二に−Ｐを有すること、 ＜ｆ）　各走査フィールド（Ｇａ　１　：　Ｇａ　２　
   ’＊　Ｇｂ　１　’＊　Ｇｂ　２　’　）に一つの走査
   要素（Ｐａ１’、Ｐａ２’＊”ｂＩＺＰｂ２’）　カ付
   設されてしること、 （→　第二走査フィールド（Ｇａ２Ｚ　（）ｂ２’　）
   の走査要素（ｐ＆２１．　ｐｂ２／　）がそれぞれ第一
   走査フィールド（Ｇａ、′、Ｇｂ１′）の走査要素（Ｐ
   ａ　１’、　Ｐｂ　＋　’）に対して相違して接続され
   、かつ各々位置測定値（ＰＭ’）の形成のための評価装
   置（Ｗ′）に接続されている、特許請求の範囲第６項に
   記載の測定装置。 （８）部分フィールド（’ａ　１ｍ’＋　’ａ２ｍ’Ｌ
   　’ｂ　ｊｍ’＋　’ｂ２ｍ’）の巾Ｂ′が目盛担体（
   Ｍ）の目盛（Ｔ）のピッチＰ（Ｋ二１）である、特許請
   求の範囲第６項記載の測定装置。 （９）走査要素（ｐａ、　Ｉ　Ｐａｌ”ｂｌ　＋”ｂ２
   ’：　Ｉ’ａ１’、’Ｐａ２’。 Ｐｂ１’＋Ｐｂｚ’）が感光要素によって形成されてい
   る、特許請求の範囲第６項記載の測定装置。 （１０）位置測定値（ＰＭ　、ＰＭりの形成のための評
   価装置（Ｗ、Ｗつが加算又は残算カウンタに接続してい
   る方向弁別器を有する、特許請求の範囲第６項記載の測
   定装置。 （１１）評価装置（Ｗ、Ｗ’）が目盛担体（Ｍ）の目盛
   （Ｔ）のピッチＰ内に補間位置測定値の形成のための追
   加の補間装置を有する、特許請求の範囲第１０項記載の
   測定装置。