JPS62238412A - 容量型位置測定トランスデユ−サ - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は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ューりに関するものである。

［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ＮＧ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
他の小型副長器まで広範囲に利用可能である。

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
ーり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。

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った。

寸なわら、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、この繰返し数をカラン１〜Ｖることに
よっ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った。

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
。

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
った。

すなわら、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Ｃプればならず、また各測定初期に
おいて常に装置の零セットが必要とされる。

従って、従来の相対測定装置は操作性が悪く、また電ノ
コ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
う問題があった。

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
いという問題があった。

一方、絶対測定によれば、トランスデユーりの零セット
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ッ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、電力消費が著しく少なくなり、バッ
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ッ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。

更に、絶対測長によれば、両スケールの相対位置が定ま
っ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Ｕ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。

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４４
２０７５４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って、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ッチが互いに異なることを特徴とし
、両電極対重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って絶対位置の測
定が可能である。

［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
った。

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、これら雨検出出力
が測定回路によって処理されるが、両出力間にはどうし
ても僅かながら時間差が発生し、この時間差によって測
定値に大きな誤差が生じるという問題があった。

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っているが
、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った。

第２の問題は２対のスケールを必要とすることから、ト
ランスデュー−リ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
要因となっていた。

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っては好ましくない特性であ
った。

また、第４の問題として絶対測定を比較的長い測長範囲
内で行う場合、電極を著しく細密化しなければならず、
これを正確にスケール上で達成するためには極めて高精
度の加工技術が必要とされるということである。

通常の場合、前記電極は絶縁基板上に蒸着等によって形
成されるが、高分解能の測長器を得るために前記細密分
割された電極に頼る場合、その加工は著しく困難となり
、また必然的に装置の価格上昇を招くという問題があっ
た。

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、静電容量方式によって相対的に移動するスケ
ール聞の絶対位置を電気的に測定回るとともに、従来装
置における前述した問題点を全て除去し、電極自体の機
械的細密分割を必要とすることなく高分解能の改良され
た容旧型位置測定トランスデユーサを提供することにあ
る。

本発明によれば、小型のトランスデューサでありながら
正確な絶対値測定を可能とし、測定の都度零セットを必
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１−ランスデユー４
ノが提供可能である。

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、これによって、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。

もちろん、本発明において、電源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。

［問題点を解決するための手段］ 上記［１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伍の測定によって行う
（−ランスデューサの改良に関し、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。

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。

本発明において特徴的なことは、前述した十分に長い測
長範囲を確保しながら高精度の分解能を達成するために
、測定作用は粗目測定と密目測定とに２分割し、粗目測
定によって正確ではあるが概略的６位置の確認を行い、
次にこの粗目間を第２の密目測定によって正確に位置測
定することにあり、更に、これら粗目測定及び密目測定
用の電極配置を単一のスケール対土に達成したことにあ
る。

従って、本発明によれば、両スケール上に配置された電
極は粗目測定及び密目測定の両側定時にぞれぞれ異なる
機能を果すように用いられるが、このような異なる機能
は単に送受信信号の組合せのみによって選択され、電極
配置自体は両測定に対して共通の配置であるために、そ
の構成、特に仝測長範囲にわたって設けられる電極の配
置を極めて簡単にできるという利点がある。

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受信電極が設けら
れている。

一方、第２スケールは、相対移動方向に沿って第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
動方向に沿って第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受信電極と容量結合する第２送
信電極と、を含む。

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
にわたっ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。

本発明において、前記第２受信電極と第２送信電極とは
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
されており、通常、第２送信電極と第２受信電極とは同
数に設定されている。

更に、本発明において第１に特徴的なことは、前記各接
続された第２受信電極と第２送信電極との結合対には相
対移動方向に沿ってそれぞれ異なる偏位が与えられてお
り、各移動位置に対して特定された前記偏位により必要
な全測定範囲内でまず粗目の絶対値測定が行われること
にある。

前述した各移動位置に対する異なる偏位は移動■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。

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
合によって第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第２送信電極に伝わ
り、再び容量結合によって第１受信電極に戻される。

従って、本発明によれば、１系列の電気回路によって第
２受信電極と第２送信電極を通っ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
定領域間で各移動位置ごとに唯一に特定されているので
、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、従来装置のごとぎ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。

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
位置の絶対値を求めることができる。

しかしながら、この求められた相対移動位置は、前記第
１送信電極と第２受信電極との偏位に依存し、この偏位
は後述する説明から明らかなごとく送信波長ピッチを超
えることはできないので、自ずから測長範囲に制約が与
えられることとなる。

本発明において特徴的なことは、このような前記偏位に
基づく制約を粗目測定と密目測定とに分離することによ
って大きな測長範囲でありながら極めて高精度の位置測
定を可能としたことにおる。

すなわち、前記両電極の偏位に基づいて、現在の両相対
移動部の絶対位置が粗目として正確に求められ、この粗
目間の絶対位置は次に以下に述べる密目測定に委ねるこ
とにある。

すなわら、本発明において更に特徴的なことは、前記第
２受信電極が前記第１送信電極群の長さを所定の整数で
分割した等間隔ピッチの複数の電極からなり、これによ
って、受信電極ピッチを送信電極群内の送信電極数で分
割した高ｖ３度の密Ｈのスケール分解能を各粗目内にて
達成したことにある。

すなわち、本発明によれば、従来のような単一の第２受
信電極ピッチに対して第１送信電極を整数分の１に分割
する細密分割とは異なり、第１送信電極及び第２受信電
極のそれぞれ複数個の群を異なる数ずつの群として対向
配置させ、両電極数の差をビート信号として取出し、こ
れによって、電極自体は加工の容易な大きなピッチを有
して配置されるが、その分解能自体は前記ビー１〜によ
って極めて細かい密目に設定できることを特徴とする。

従って、本発明によれば、第１スケールと第２スケール
とを所定の測定状態に保持すれば、このときの両スケー
ル間の相対移動距離が、摩ず粗目の測定として前述した
第２受信電極と第２送信電極との偏位を用いて行われ、
次に、電気回路を切替えて、トランスデユーサの両スケ
ール間位置は全くそのままの状態に保持した状態で、前
述した粗目絶対値測定によって概略の位置測定が行われ
た状態で、この粗目間の細密な密目測定が前記第１送信
電極と第２受信電極との組合せから求められる。

従って、本発明によれば、一対の第１スケールと第２ス
ケールとの電極組合わせを用いて、粗目絶対値測定と密
目絶対値測定との両者を容易に切替えて行うことを可能
とし、各電極が粗目測定及び密目測定の両者に兼用され
、簡単な電極配置によって高精度の絶対測定を可能とす
るという利点がある。

本発明において、この密目測定は、前記粗目測定あるい
は中目測定に用いた電極をそのまま用いて行うことがで
き、本発明におけるこのような異なる２種類の測定に対
して電極が完全に兼用できることは電極配置の簡略化に
極めて有用である。

第２２図には前述した密目測定の原理が示されている。

本発明の密目測定において特徴的なことは、従来は第１
送信電極１２が各第２受信電極２２に対してそれぞれ複
数例えば８個細密分割されていたのに対し、今回は、従
来における異なる位相の送信信号が供給される８相の送
信電極で形成される送信波長ピッチＷｔｌ−から１つず
つの送信電極を抽出してその電極を大ぎく拡大して配置
したことを特徴とする。

すなわら、第２２図から明らかなごとく、従来にお１ノ
る第１の送信波長ピッチＷｔｌ−すなわち８個の送信電
極群からは第１の電極のみを取出してこれを符号１２−
１で示されるごとく拡大して第１の第１送信電極とし、
他の電極を除去した。

同様に、第１の送信電極ブロックからは２番目の電極１
２−２を取出し他を除去し、以下順次１２−３．”１２
−４・・・１２−８で示される第１送信電極を取出した
。

従って、本発明の密目測定によれば、新たな送信波長ピ
ッチＷｔｌは従来に対して８倍に拡大されたことが理解
される。

従って、第２２図の原理図から明らかなごとく、受信側
においては受信電極は前記送信電極群の長さすなりら新
たな送信波長ピッチＷｔｌを所定の整数、この場合には
「９」で分割した等間隔ピッチの複数の電極から形成さ
れることが理解される。

従って、第２２図において、第２受信電極ピッチＰｒ２
は１〆９ＸＷｔ１となることが理解される。

そして、この原理図から明らかなごとく、第２２図のそ
れぞれ取出した８個の第１送信電極１２は、９個の整列
配置された第２受信電極２２に対する関係として、各受
信電極に対して従来の送信波長ピッヂＷｔ１′内に細密
配置された８個の第１送信電極と同様の関係にあること
が理解される。

すなわち、従来の細密電極においても、両スケールが相
対移動すれば、送信電極及び受信電極間の相対移動は第
２２図と全く同様に考えることができ、単に、第２２［
ｇにおいては、受信電極の９枚分にわたった長さで判断
しなければならないという相違を有するのみでおる。

しかしながら、このような相違は単に測長器の例えばノ
ギスにおいて副尺の横幅が従来より広がることのみを意
味し、実際上、副尺の横幅は８送（ｆｆｉ電極の幅に対
して十分に人ぎいために、実際−ヒ装置の実用化に対し
て前記特徴は何ら阻害要因となることはない。

し実施例コ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。

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刊型位置検出トラ
ンスデユーリ−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２０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。

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。

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（辰器３０から交
流信号が供給されている。

図示した実施例において、第１送信電極１２は８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、８対には前記発娠器３０から４５度ずつ位
相の異なる８相の交流信号「１」〜「８」が供給されて
いる。

前記第１スケール１０には更に第１受信電極１４が設け
られており、この第１受信電極１４は、実施例において
、ピッチＷｒ１を有する三角波形状の互いに反転配置さ
れた１対の電極群１４ａ、１４ｂからなり、前記第１送
信電極１２と隣接して平行に配列されている。

各第１受信電極１４はそれぞれ８対ごとに測定回路３２
と接続されている。

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って設けられており、
各電極間は電気的に絶縁状態におかれている。

粗目測定電極配置 本発明に係るトランスジユーサの第１の特徴的事項は、
粗目絶対測定用の第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及び第２送信電極２４が設けら
れている。

第２受信電極２２は相対移動方向くＸ軸）に沿って第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。

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、そのピッチはＰｒ２にて示されている。

一方、第２送信電極２４は相対移動方向くＸ軸）に沿っ
て前記第１受信電極１４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と容量結合してい
る。

そして、この第２送信電４へ２４は、実施例において、
等間隔に配置され、そのピッチがＰｔ２にて示されてい
る。

そして、本発明において、前記第２受信電極２２と第２
送信電極２４とのピッ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。

そして、本発明においては前記偏位 Ｄ（ｘ）　＝　（Ｐｔ２−Ｐｒ２＞　ｆ（ｘ）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。

更に、本発明においては前記第２受信電極２２と第２送
信電極２４とが各電極ごとに互いに結合電極２６によっ
て電気的に接続されていることを特徴とする。

従って、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両電極間偏位Ｄ　（
Ｘ）は唯一の特定された値となることが理解され、これ
によって、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。

もっとも、この偏位Ｄ　（Ｘ）の絶対値はトランスジユ
ーサ°の測定範囲が増大するにしたがって増加し、その
偏位Ｄ（Ｘ）ｆｆｌが送信ピッチ、実施例においては第
１送信電極１２上の送信波長ピッチすなわら第１図のＷ
ｔｌを超えることはできないという制約がある。

すなわら、前記偏位Ｄ　（Ｘ）が送信波長ピッチ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。

従って、第１図の実施例においては、第２スクール２０
はノギスの本尺仝長にわたって最大の偏位Ｄ　（ｘ）が
前記送信波長ピッチＷｔｌを超えないにうに設定されて
いる。更に詳細には、第１図におＧブる偏位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
進むにしたがっ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正負に
振分けた形状からなる。

第２スクー−ル２０も絶縁基板を有しており、前述した
第２受信電極２２）第２送信電！’ｆＫ　２４、そして
各結合電極２６は蒸着その他の手段によって前記絶縁基
板上に形成され、各対応する第２受信電極２２と第２送
信電極２４とは電気的に接続され、このような電極対は
相対移動方向（Ｘ軸）に沿って互いに電気的に絶縁され
た状態で配列されている。

以」ニのごとく、本発明によれば、第２スケール２０の
第２受信電極２２と第２送信電極２４とは相対移動方向
に沿っ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。

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って第２受信電極２２に伝達
され、これが直らに結合電極２６の導通によって第２送
信電極２４に伝わり、相対移動方向くＸ軸）方向にシフ
トされた状態で再び容量結合によって第１受信電極１４
に戻される。

従って、本発明によれば、単一の電気系統のみによって
前記異なる偏位を持たせた電極を通って信号の検出を行
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粗目絶対測定を可能とす
ることができる。

黴艮■定■血Ｉ亘 前述した説明から明らかなごとく、本発明によれば、第
２スケール２０にお（プる第２受信電極２２と第２送信
電極２４との偏位Ｄ　（Ｘ）によって仝測長範囲にわた
る絶対測長が可能となるが、測長範囲が増大するにした
がってこの測定精度は粗くなり、前述した説明にてｊｑ
られる受信信号は粗目の絶対測定信号しか求めることが
できない。

本発明において特徴的なことは、このような粗目絶対測
定の各粗目間を次に第２の電気的処理によって密目絶対
測定に供し、前記粗目絶対測定にて概略的な位置測定が
完了した後、この概略的位「（の密目絶対測定を単なる
電気的な処理のみで可能とし、両側定値から正確な高分
解能の絶対測長値を得ることを特徴とする。

以下に本発明に係る密目絶対測定を説明する。

本発明において特徴的なことは、前述したごとく、第１
送信電極１２と第２受信電極２２との電極配置であり、
本実施例において第１送信電極１２は８個の交流信号、
すなわち４５度位相の異なる信号をそれぞれ受入れるた
めに８個の電極にて１つの群を形成している。

従ってこの一群の長さが送信波長ピッチＷｔ１を形成し
、また各第１送信電極間のピッチは図においてＰｔｌに
て示されている。実施例において、第２受信電極は前記
送信電極群の長ざすなわら送信波長ピッチＷｔ１を所定
の整数で分割した等間隔ピッチの複数の電極２２からな
り、実施例においてこの分割数は「５」に設定されてい
る。

本実施例において、前記送信波長ピッチＷｔ１を分割す
る整数を送信波長ピッチＷｔ１内の第１送信電極１２の
数より小さくしたことは、本発明の本質的な事項ではな
いが、実際上、スケールの仝艮にわたって伸びる第２ス
ケール２０の電極ピッチＰｒ２をできるだけ大ぎくし、
第２スケールの電極加工を容易にするためには有用であ
る。

以上の結果、第２受信電極２２は送信波長ピッチｗｔｉ
内でｒ１、２，３，４，５Ｊの順に配列され、受信電極
ピッチＰｒ２は １５Ｗｔｌ となる。

一方、このような第２受信電極２２の配置に対して、前
述した第１送信電極１２はそのピッチＰｔ１が ５／８Ｐｒ２ となり、その交流信号の供給順は測定回路３２における
処理を容易にするために第２図の拡大図から明らかなご
とく以下のように定められる。

すなわら、受信電極ピッチＰｒ２を送信電極数、実施例
においては「８」分割したときに、各送信電極１２には
前記受信電極ピッチの分割位置に対応する交流信号が供
給され、実施例においては、左から順次ｒ１、６，３，
８，５，２，７，４Ｊなる順番で交流信号の供給が行わ
れる。このような供給順は本発明において必ずしも必須
ではないが、原理図で示した第２２図と異なり、第１送
信電極数より；ｂ第２受信電極数が少ない場合、その配
置は両電極の位相差順に図示のごとく配列することが後
の検出信号の処理を容易にするために有用である。

以上のようにして、第１図の実施例から明らかなごとく
、本発明によれば、第２受信電極２２を送信電極波長ピ
ッチＷｔ１の整数分の１に分割した等間隔ピッチで配置
したので、受信電極ピッチＰｒ２の第１送信電極２２群
内の送信電４４ｊ数ずなわち１／８の密目のスケール精
度で位置検出を行うことが可能となる。

従って、本発明によれば、第１スケール１０と第２スケ
ール２０にて所望の測長位置を定めた状態で、後述する
電気回路にて示されるごとく、第１の粗目測定を行って
現在のスケール位置の［略的な位置を正しく求め、次に
、この粗目間の精密位置を電気回路の切替によ夕て密目
測定し、両側定値を加算することによって所望のスケー
ル相対位置を絶対位置として測定することが可能となり
、前記２回の電気的な測定処理は両スケール１０゜２０
を全く同一の状態で保持したまま高速度にて行われ、実
際上は、使用者が例えば測定ボタンを押し操作する瞬間
に表示器上に前記２回の測定及び加算演算を行った結果
が表示される。

以−りのように、本発明によれば、密目測定用の電極と
前記粗目測定用の電極とは互いに共用され、各測定に対
してそれぞれ専用の電極配置を必要としないことから、
長い測長範囲にあたって簡略化された電極配置にて高ｍ
度の測定を可能とする利点がある。

他の実施例 第３図には本発明に係る粗目測定における第１スケール
の他の実施例が示され、第１図と同一もしくは対応する
部材には同一符号を付して説明を省略する。

第１送信電極１２は実施例において４種類の位相の異な
る交流信号が供給され、このために符号「１」〜「４」
にて示される４個の電極毎に１つのブロックを形成して
おり、９０度ずつの位相の異なる交流信号は発振器３０
から位相変換器３４を介して各電極に供給される。

図から明らかなように、第１送信電極１２は各電極間ピ
ッチがＰｔｌにて示され、交流信号の数すなわら送信電
極グループの数をｎとすると、実施例ではｎ＝４となり
、各グループ電極の長さ、すなわち、送信波長ピッチＷ
ｔ１は ｘｐｔｌ となることが理解される。

前記第１送信電極１２に隣接した整列配置された第１受
信電極１４は２個毎に１ブロックを形成しており、それ
ぞれ測定回路３２に対して２種類の検出信号Ｓａ、Ｓｂ
を供給している。

そして、実施例においては、前記第１受信電極１４の各
ブロック毎のピッチすなわち受信波長ピッチＷｒｌは前
述したごとく送信信号が第２スケールを通って所定のシ
フトがなされたシフト罪に対応して、 Ｗｒｌ＝　Ｗｔｌｘ　Ｐ　ｔ２／　Ｐ　ｒ２に設定され
ている。

従って、このような受信波長ピッチＷｒｌ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
において所定のシフトが行われた後、再び第１受信電極
において、前記シフ１〜＠に対応した長さの受信電極１
４にて受信できることが理解される。

測定回路３２に出力される測定信号３ａ、３ｂはそれぞ
れ反転位相を有しており、この結果、両信号の差波鐸を
行うことににって、検出精度を更に向上することが可能
である。

第４図には本発明の第１スケールの更に他の実施例が示
されており、第３図と類似するが、第１受信電極１４は
相対移動方向（Ｘ軸）に対して受信波長ピッチＷｒ１に
て繰返す三角波形状を有している。

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がらなり、それらの検
出値が互いに差波Ｗされ、これによって、検出信号の感
度を改善することができる。

第５図には本発明の密目測定用の他の送受信電極の組合
わせが示されている。

第５図の実施例において、第１送信電＠１２は第１図と
同様に８相の異なる交流信号を受入れ、その送信波長ピ
ッチはＷｔｌで示され、また電極ピッチはＰｔｌにて示
されている。そして、第２受信電極２２は、この実施例
においては、前記送信波長ピッチＷｔｌを「３」にて分
割した構成を有し、この結果、受信電極ピッチＰｒ２は １／３Ｗｔｌ となる。

この実施例においても、送信電極１２の信号供給順序は
受信電極ｐｒ２を送信信号数である８で分割した位置に
て定まり、図において、左から［１゜４．７，２，５，
８，３，６Ｊなる順序に設定される。

第５図の実施例において、送信電極ピッチＰｔｌ３／８
Ｐｒ２ に設定されている。

第６図は本発明に係る密目測定用の更に他の実施例を示
し、この実施例においては第１送信電極１２が非等間隔
で配置されていることを特徴とする。

すなわら、第６図の実施例において、６個の第１送信電
極が−れＹとなって送信波長ピッチＷｔｌを定めている
が、この一群内での電極ピッチＰｔ１は一定でなく、３
個ずつの更に細かいサブブロックに別れている。

しかしながら、このような装置においても、第２受信電
極２２側を等間隔で整列配置すれば、本発明の原理を損
うことなく良好な位置検出作用を行うことができる。

もちろん、このような非等間隔配置においても、交流信
号の供給順は前述したと同様に、受信電極ピッチＰｒ２
を送信電極数で分割した位置にて決定され、実施例によ
れば、ｒ１、３，５，４，６゜２」なる順序が設定され
る。

本実施例によれば、図示のごとく、受信電極ピッチＰｒ
２は １／３Ｗｔｌ に選ばれている。

第７，８図にはそれぞれ本発明に係るトランスデユーサ
の具体的な第１スケール１０及び第２スケール２０が詳
細に示されている。

第７図の第１スケール１０は前述した第４図の実施例と
類似するが、その第１受信電極］４ａ。

１４ｂは第４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、両筒１受信電極１４ａ、１４ｂか
らの出力は測定回路３２の差動増幅器において差演算さ
れる。

また、第７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。

第７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、第１受信電極１４ａ。

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。

第８図の第２スケール２０は必要な測長仝域にわたって
伸張したスクールからなるが、実施例においてはその一
部のみが切取られて示されている。

図から明らかなごとく、本実施例における第２受信電極
２２と第２送信電極２４とは互いに各電極対が結合電極
２６によって電気的に結合されており、これによって、
第２受信電極２２によって受信された交流信号は第２送
信電極２４において所定の変位最シフトされることが理
解される。

前述したごとく、この偏位Ｄ　（ｘ）は相対移動位置に
対して唯一の特定の値となるように設定されており、本
実施例においては、両電極２２，２４がそれぞれピッチ
Ｐｒ２）ＰＬ２にて等間隔に配置されていてるので、前
記偏位Ｄ　（Ｘ）は相対移動距離の比例関数となること
が理解される。

第１図と同様に、前記偏位Ｄ　（Ｘ）は第２スケール２
０の中央部において零、そして両端に向かうにしたがっ
て順次増大する徂に設定されており、ここで、第２スケ
ール２０の全長をＳとすると送信波長ピッチ（Ｗｔｌ＞
の負側の一１７２値から正側の＋１７２まで変化し、次
式にて示される。

Ｄ（Ｘ）　＝　（−１／２　＋Ｘ／Ｓ）　ＸＷｔｌまた
、第８図に示した第２受信電極２２は前記第１送信電極
１２の送信波長ピッチＷｔｌを「５」で分割した等間隔
ピッチの複数の電極からなり、密目の絶対測定を行う電
極配置は第１図と同様である。

第９図には本発明に係る更に他のトランスデユーサーの
好適な実施例が示されており、本実施例において特徴的
なことは、第２受信電極２２が半波の正弦波形状をヱし
ていることであり、所望の正弦波形状の出力を得ること
ができる。

第１０図には本発明に係る更に他のトランスデユー１す
の好適な実施例が示されており、本実施例において特徴
的なことは、前述だ第９図の第２スケール２０に設けら
れた第２受信電極２２及び第２送信電極２４が互いに対
称的に２組設けられ、また第１スケール１０の第１受信
電極１４がこれに対応して２組設けられていることＣあ
る。

その他の基本的な電極配置は第９図の実施例と極めて類
似しており、第２受信電極２２はそれぞれ半波の正弦波
形状を呈している。

また、第１送信電極１２の送信波長ピッチＷｔ１に対し
て第２受信電極２２は「３」で分割した等間隔ピッチを
有する。

第１０図において、第２受信電極２２は互いに１８０度
異なる反転した状態で配置された２個の電極２２ａ、２
２ｂからなり、各電極２２ａ、２２ｂに対してそれぞれ
同一方向に同一偏位Ｄ　（Ｘ）でぞれぞれ結合電極２６
ａ、２６ｂによって結合されている。

前記第２スケール２０側に対応して、第１スケール１０
側においても、本実施例では、前記第２送信電極２０ａ
と容量結合する三角波形状の一対の第１受信電極１４ａ
、１４ｂが設けられ、同様に第２送信電極２４ｂに対向
して容量結合する一対の第１受信電極１４ｃ、１４ｄが
設けられている。

従って、本実施例によれば、前記各第１受信電極１４か
ら得られた受信信号ｓａ、ｓｂ、ｓｃ。

Ｓｄは波線切替器３１において任意に加昇あるいは差演
算され、例えば電極の一部が汚染されたような場合にお
いても、極めて高精度の信号を出力可能である。

前記演算切替器３１の切替えは後述する測定回路によっ
て行われている。

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って第２受信電極に伝
達され、これが直ちに第２送信電極に所定変位量シフト
されて導通し、再び容量結合によって第１受信電極に戻
され、この検出された出力信号は第２スケール上におけ
る第２受信電極と第２送信電極の偏位情報を含んでおり
、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常に唯一の特定された値を有して
いるので、この結果、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。

そして、本発明によれば、前述した偏位Ｄ　（Ｘ）の測
定によって正確な粗目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ット、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（足供可
能である。

また、本発明によれば、前述したごとく、１〜ランスデ
ユーザ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−
組のスケール対によっ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。

そして、本発明によれば、更に、以上のようにして前記
偏位Ｄ　（ｘ）を利用して求められた粗目の絶対値測定
が行われるとともに、第１送信電極１２と第２受信電極
２２との特定の設定された電極ピッチに基づいて、前記
粗目にて粗く求められた全スケール長間の粗細対位置の
各粗目間における密目の絶対位置が次に電気回路に切台
えによって得られ、雨水められた測定値を加えることに
よって全測定範囲内において極めて正確な密目の絶対測
定値を得ることが可能となる。

夾足■■ 第１１図には前述した本発明にかかるトランスデユーサ
に接続される測定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ｌ／−トが第１２図に示されている
。

前述した本発明に係るトランスデユーりは符号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ｆＯ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１００〜２００Ｋ
Ｈ２程度の比較的低い周波数とすることができる。

前記発振器３０の出力ｆｏはトランスデユー量す１００
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
安価な装置によって十分な分解能が得られるという効果
を有する。

前記分周器６０の出力は更に位相変換器３４にて所望の
８個のそれぞれ４５度の位相差を有する交流信＠２００
−１〜２００−８に変換される。

従って、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１図の第１送信電極に供給されることが好
適である。

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３００出力ｆｏで変調され、この信＠２ｏｏ−ｉ〜
２００−８が送信切替器６１を介してトランスデユーサ
１００の各第１送信電極１２へ供給される。

トランスデユー４Ｊ１００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った後に第１受信電
極から電気的な信号として出力し、この出力は受信、切
替器６３を介して差動アンプ６４から信＠２０４として
出力され、第１２図のごとくその包絡線が正弦波曲線を
描く信号となることが理解される。

この差動アンプ６４の出ノＪ２０４は更に同期復調器６
６によって復調され、その出力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
差を有することが理解され、この位相差φを求めること
によって、両スケールの相対位置によって定まる絶対値
を求めることかできる。

なお、前記復調器６６の出力２０６は図示のごとく高周
波成分を含んでおり、実施例においては、この高周波成
分をフィルタ６８にて除去し高周波成分が除去された信
＠２０８を得ている。

前記信＠２０８は更に零クロス回路７０によって波形の
零クロス位置が検出されている。

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、そのリセット／スタ
ート信号は、実施例において、変調器６２．復ｖＡ器６
６のトリが信号と制御ユニット８０にＪ：り同期制御さ
れおり、装置の測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７２の訓数タイミングは、発振器３０の出力周
波数ｆＯにて制御されている。

そして、カウンタ７０の計数ストップは前記零クロス回
路７０からの信号によって制御されており、第１２図の
位相φ位置にて、前記零クロス回路７０はフィルタ６８
の出ツノ２０８からストップ信号をカウンタ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
。

従って、前記カウンタ７２の４数値はトランスデューサ
によって基準位＠３００がシフ１へ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は粗目絶対値測定及び密目絶対値測定の両者に対
してそれぞれ粗目及び密目の絶対値信号を示すこととな
る。

すなわち、粗目絶対値測定においては、両スケール１０
．２０の偏差Ｄ　（Ｘ）と対応し、前記力１クンタフ２
の出力は演算ユニット７４によって絶対値への変換演算
が行われる。

一方、密目絶対値測定においては、前述したごとく、第
１送信電極１２と第２受信電極１２との電極パターンビ
ートによって８求められた粗目間の絶対位置が正確に位
相差φとして求められ、演算ユニット７４はこの密目絶
対値を前記粗目絶対値に加痒して所望の精密絶対値を得
ることができる。

前記粗目測定及び密目測定においては、送信位相及び受
信位相が任意に最適値に切替選択され、この選択は制御
ユニット８０にて前記送信切替器６１及び受信切替器６
３に各位相の切替えを指示することにより行われる。

例えば、送信側において、通常の粗目絶対測定の場合に
は、第１送信電極１２には電極の整列類にしたがって、
ｒ１、２，３，４，５，６，７゜８、」相の送信信号が
順次繰返し供給され、これが第２スケール２０側の前述
した偏位Ｄ　（Ｘ）にて受信信号にスケール粗目位置に
対応した変位を与え、所望の粗目絶対値測定を行わける
。

一方、密目測定の場合には、第１，２図の接続状態が示
すように、第１送信電極１２には、その整列順に、ｒ　
１，６，３，８，５，２，７．４」相の信号が順次繰返
して供給され、この第１送信電極１２と第２受信電極２
２とのパターンビートによって密目絶対測定が可能とな
る。

第１３図には前述した第１図の実施例における粗目と密
目との送受信切替状態が示されている。

前述したごとく、測定はまず粗目測定から行われ、この
とき制御ユニット８０は送信切替器６１を図のごと＜　
ｒ１、２，３，４，５，６，７．８ｊ相とし、またこの
とき１〜ランスデユーザ１００から得られる受信信号３
　ａ　、　３　ｂを［３ａ−８ｂＪとして出）Ｊし、粗
目測定時には一対の第１受信電極１４が差動状態に接続
されることが理解される。

一方、第１３図の［］で示した状態が密目測定状態であ
り、このとき、送信位相はＮ、６，３゜８．５，２，７
．４４に変更され、送受信電極間のパターンビートがと
られ、また受信信号はｒｓａ−＋−３ｂＪに切替えられ
、一対の第１受信電極１４は１枚の電気的に接続された
電極であるかのごとく取り扱われる。

制御ユニツ１−８０は以上のように、第１に粗目測定の
切替を、次に閑測定の切替を行い、これらのシーケンス
は予めユニット内に記憶されており、使用者は単に測長
器の例えば測定ボタンをオン操作することによって、前
記一連の粗目及び密目シーケンスが自動的に極めて短時
間で行われ、使用者はその結果のみを表示器７８の副長
値として認識することができる。

第１４図は第１０図に示した他の１〜ランスデユーザに
好適な送受信信号の切替状態が示されている。

この実施例においては、図示のごとく、第１に行われる
粗目測定時には、送信信号位相は［１゜２．３，４，５
，６，７，８Ｊに選択され、このとき、実施例における
受信信号は２対の第１受信電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ
、１４ｄからの信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄを含む（７
）で、コレラノ差動信号の和がとられる。すなわち、粗
目測定における受信信号出力は［（Ｓａ−３ｂ）　＋（
Ｓｃ　−３ｄ）Ｊとなる。

次に、密目測定時においては、送信信号位相はｒ１、４
，７，２，５，８，３，６ｊに切替られ、同時に、受信
信号も両加算信号の差がとられ、すなわち、［（Ｓａ＋
５ｂ）−（Ｓｃ＋５ｄ）Ｊ　に切替えられる。

従って、第１０．１４図に示した実施例のトランスデユ
ー゛りによれば、２個の信号を互いに補って測長値を得
るので、測定精度を著しく向上させることができ、例え
ばスケールが汚染されているような場合においても、そ
の誤差を小さくすることができる。

制御ユニット８０にて制御された演昧ユニット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。

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
れによって、副長値を使用者が容易に読取ることができ
る。

班の里足凰苅 第１５図には本発明に係る位置測定トランスデユー１１
に好適な測定回路の他の好適な実施例が示されている。

図において、トランスデューサは符号１００にて示され
ており、前述の説明から明らかなごとく、このトランス
デューサ１００は互いに相対移動する第１スケール及び
第２スケールを有する。そして、前記第１スケールには
第１送信電極が設けられ、また第２スケールには第２受
信電極が設（ブられ、両電極は互いに容量結合し、両者
の相対移動位置によって静電容量値が変化する。

前記トランスデユー１）“１００の第１送信電極には送
信回路から異なる位相で変調された複数の交流信号が供
給されており、実施例における送信回路は発振器８１と
送信位相切替回路８２を含み、制御ユニツ１−８３にて
選択された粗目測定及び密目測定毎にそれぞれ必要な任
意の特定位相で変調された交流信号を送信電極に供給す
ることができる。

第１６図には本実施例の送信回路の一例が示され、送信
位相は８相の４５度ずつ異なる位相の信号を発振器８１
の高周波信号にて変調した出力を１群として複数の送信
電極１２−１〜１２−８に供給している。

実施例における発振器８１の高周波信号は例えば１００
〜２００　Ｋ　ＨＺ程度の交流信号であり、これが送信
位相切替回路８２に設けられた８個の排他的オアグー１
−によって変調作用に供される。

前記送信位相切替回路８２の各排他的オアゲートにはそ
れぞれＰ１〜Ｐ８の切替信号が制御ユニッ（−８３から
供給されており、本実施例において前記制御信号Ｐの組
合わせは第１７図で示されるように第１組合セ相から第
８組合せ相まで８種類の位相に設定されており、制御ユ
ニット８３はこれらの８種類の組合じ位相を任意に選択
的に指示することができる。

実際上、前記８個の組合わせはトランスデユー−’Ｊ１
００の受信信号に対して４５度ずつの位相差を与える信
号からなる。

第１８図には本実施例の作用説明図が示されており、そ
の全体的な作用は後述するが、図示のごとく、前記発振
器８１の出力ｆＯはクロックパルスとして示され、また
送信信＠４００は第１８図において第１組合せ相及び第
３組合μ相の信号が示されている。

第１組合せ相を例にとって説明すると、第１７図から明
らかなごとく、送信位相切替回路８２は第１組合せ相の
出力時にはＰ１〜Ｐ４はｒＯＪであり、又Ｐ５〜Ｐ８は
いずれも［１１であり、この結果、送信信号４００は４
００−５〜４００−８においてクロックパルスが出力さ
れた信号として示されている。

第１６図に示した実際の送信位相切替回路８２によれば
、回路が排他的オアゲートからなるために、正確には第
１組合せ相における送信信号４００−１〜４００−４は
１８０度位相の異なるクロックパルスを含むが、第１８
図においては説明をわかりやすくするためにこの反転信
号に対してはクロックパルスの表示を省略しである。

同様に、第３組合せ相は第１組合せ相に対して受信側で
９０度位相の異なる信号と考えることができ、この場合
には、送信信＠４ｏｏ−１，４００−２，４００−７，
４００−８がクロックパルスを出）ｊし、４００−３〜
４００−６がクロックパルスのない（信号が反転された
）信号として各トランスデユーリ゛１００の第１送信電
極１２に供給される。

詳細には図示していないが、第１７図に示した他の送信
組合せ位相においても同様に８個の送信信号４００を組
合わせて＠１送信電極１２に供給され、これによって送
信回路は第１７図で示した任意に選定された８種類の異
なる組合せ位相の送信信号をトランスデユー９−１００
に与えることが可能となる。

前記Ｉ・ランスデューサ１００の受信電極からは前述し
た送信信号に対応した受信信号が出力され、実施例にお
いてはトランスデューサ１００の第２受信電極を２種類
互いに反転した形状で設け、この両川力が受信切替回路
９４、差動アンプ８４によって差演算増幅され、十分に
大きな感度の受信信号が得られる。

差動アンプ８４の出りはトランスデユーサ１００の第１
スケールと第２スケールの相対位置すなわち第１送信電
極と第２受信電極との相対移動位置、によって定まる静
電容量にてその受信信号レベルが決定されており、その
出力は高周波信号にて変ＷＡされた波形を有するために
、実施例で示されるごとく、同期復調器８５によって同
期復調される。この、復調器８５には発振器８１の出力
ｆ。

が供給されている。

同期復ｖＩ４器８５の出力４０２は送信回路の送信位相
とトランスデューサ１００の送受信電極位置にて定まり
、第１８図においてはその一例として受信像＠４０２−
１，４０２−２が例示されている。

第１９図には前記トランスゲユーザ１００内における送
受信電極の相対移動圧ｌｘに対して送信側の各送信組合
せ位相によって受信信号■が異なる様子が示されており
、第１組合せ相から第８組合わせ相までの８個の送信組
合せ位相又は両電極の相対移動圧ｌｘの変化によって図
示のごとき正弦波状の波形によってその変化状態が示さ
れる。

この受信信号■の変化波形はトランスデユーサ゛１００
の電極形状によって決定され、実施例においは第１送信
電極と第２受信電極との相対位置が変化したときにその
相対移動距離Ｘに対して正弦波状の変化が得られる第２
受信電極形状が選択されているが、この形状はたとえば
三角波状の変化信号が得られる形状を選択することも可
能である。

第１９図によれば、例えば第１組合せ相の送信位相のみ
に着目した場合、トランステ１−ザ１００の相対移動圧
１ｉＳｌｔ×が変化したときに図の太線に沿った受信信
号４０２が復調器８５から出力される。

図において、第１組合μ相の受信信号■がＯの晴を相対
移動距離ｘ１　＝０　（５００＞位置と設定しており、
この基準位置から両電極あるいは両スケールの相対移動
距離Ｘが変化したときに復調器８５からの受信信号４０
２は第１９図の第１組合わけ相の正弦波に沿って変化す
る。

第１９図において、送信回路からの送信組合せ位相が変
化すれば、必然的に同一の相対移動距離Ｘにあるトラン
スデュー−リ゛からは異なる受信信号Ｖが得られ、例え
ば例示した×２のスケール位置５００において、このト
ランスデユーサ１００の位置を固定したままで送信位相
を変化すれば、この時の受信信号■はＸ２の線上にある
所定の送信組合せ位相のレベルとなることが理解される
。

すなわら、相対移動距離Ｘ２　　（５００位置）におい
て、第１組合Ｕ相の送信位相を送信電極１２に供給すれ
ば■１が得られ、以下同様に第２相の送信位相に対して
は■２）第３相の送信位相の対しては■３、第４．５，
６，７．８相の送信位相に対してはそれぞれｖ４．ｖ５
．ｖ６．ｖ７゜■８で示される信号が得られる。

従って、本回路によれば、トランスデユーサ１００にて
定まった第１スケール及び第２スケールの相対測定位置
において、この相対移動距離Ｘを固定した状態（例えば
ｘ２　）で、送信組合せ位相を８種類に変化することに
よって得られる受信信号■は８個の異なる値をとること
が理解される。

また、本回路ににれば、相対移動距離Ｘに対して特定の
送信組合Ｖ位相を選択すれば、このとき得られる受信信
号Ｖは受信信号Ｖの傾きを考慮した状態で受信側の１波
長すなわらｘｍ内で特定され、これが各組合せ位相の最
大測定範囲を形成することが理解され、この最大測定範
囲ｘｍ内の相対移動距離Ｘ変化を受信信号■の処理によ
って得られることが明らかとなる。換言すれば、この最
大測定範囲ｘｍを超えて相対移動が行われた場合には、
受信波長が再び正弦波状に繰返すために、両者間の識別
が困難となることが明らかである。

本発明においては、前述した粗目測定と密目測定との加
算によって所望の測長値が得られ、粗目測定時には、前
記最大測定範囲ｘｍがスケールの全長を含むにうに設定
され、また密目測定時には前記最大測定範囲ｘｍが各粗
目間の相対移動距離を含むように設定される。

本回路においては、この最大測定範囲ｘｍを送信組合Ｕ
位相の数にて分割した測定範囲を各送信組合Ｖ位相の送
信信号が受持つこととなり、実施例においては、送信組
合せ位相は８種類に選択しているので前記最大測定範囲
ｘｍを８分割した移動距離が各組合せ相の測定範囲を形
成し、第１９図においては第１組合せ相の送信に対して
Ｘａが第１組合せ相の測定範囲を示す。

この各測定範囲は第１組合せ相の送信に対して得られる
受信信号■が零クロスする位置、図の第１相に対しては
×１−〇位置を中心としてそれぞれ４５度／２すなわち
ｘｉ　＝Ｏの両側に２２．５度分の測定範囲を設定して
いる。

従って、各組合せ相は４５度ずつの測定範囲を冑、これ
らの８組合Ｕ相によって、最大測定範囲ｘｍを測定可能
であるように装置が構成されている。

以上のことから、第１９図のＸａで示された第１組合せ
相の測定範囲内での位置測定が理解されれば、他の相も
同様に測定が可能であることが明らかとなり、以下に第
１組合せ相の測定処理回路及びその作用を説明する。

本回路において、送信組合せ位相が決定されれば、前記
測定範囲も必然的に決定され、例えば、第１組合せ相が
選択されれば、その基準位置は×１＝０と定まり、この
測定範囲内でのずれ、第１９図においては×２を求めれ
ば前記×１と×２とを加算することによって現在のトラ
ンスデユーサ１００で定まる相対移動距離Ｘを求めるこ
とができる。

本回路において特徴的なことは、前記×２を定めるため
に、２種類の異なる送信組合せ位相の送信信号を第１送
信電極に供給し、このときに得られる２個の受信信号か
ら簡単な演算によって相対移動距離×２が求められるこ
とにある。

前記２個の受信信号は本回路において積分器により正積
分そして反転積分されて所望の測定値が得られる。

実施例において、前記積分器は符号８６にて示され、復
調器８５のアナログ出力４０２を一定時間正積分し、ま
た次に異なる送信位相で得られた受信信号を反転積分す
る。

説明を簡略化するために実施例における第１の正積分に
対し第２の反転積分はその送信組合じ位相が受信側で９
０度異なる状態で行われる。

第１９図の符号５００で示した相対移動距離の場合、ま
ず第１組合せ相でトランスデユー１ノ１００の送信電極
が励磁され、この時受信信号Ｖは相対移動距離Ｘの正弦
波関数として ｖｌ　＝ｋ　５ｉｎｘ なる信号が得られる。ここでｋは定数でおる。

そして、この第１の送信組合せ位相状態でまず積分器８
６は一定時間正積分され、積分値Ｖｉを（ｑる。

この積分作用は対２０図にて示され、正積分時間Ｔｏは
任意の一定時間に設定され、この一定時間ＴＯは回路の
分解能に応じて予め定められる。

第２Ｑ図の正積分時における積分勾配は＠１９図から、
受信信号Ｖすなわち ｖｌ　＝ｋ　５ｉｎｘ であることが理解される。

従って、第２０図の一定時間経過後の積分値Ｖ：は Ｖｉ≠ＴＯｋ　５ｉｎｘ　　　　　　　　　　”（１）
となる。

前記正積分が完了すると、次に、送信回路からは９０度
位相の異なる送信組合せ位相で送信作用が行われ、この
時、トランスデユーサ・１００の相対位置は不変でおり
、第１９図の５００位置に静止しているので、このとき
得られる受信信号■は第３組合ぜ相の波形から得られる
、ずなわらｖ３となり、このｖ３は相対移動距離Ｘの余
弦波関数として ｖ３　＝ｋ　Ｃ０３Ｘ であることが理解される。

従って、積分器８６はこの第２の送信組合せ位相状態で
の受信信号ｖ３　＝ｋ　Ｃ０３Ｘの反転積分を行い、前
記積分値ｖｉが第２０図で示されることく ｖ３＝−ｋｃｏｓｘ の積分勾配で反転積分されることとなる。

従って、積分器８６の出力４０４、すなわち積分値ｖｉ
はこの反転積分によって零値となり、この零値がアナロ
グ比較回路８７によって検出される。

実施例においてアナログ比較回路８７は前記積分器８ｄ
の出力４０４がｒＯＪとなったときに出力４０６を生じ
る。

第２０図において、積分器８６の出力４０４（ｖｌ）が
零となるまでの時間が王にて示され、図から明らかなご
とく、この反転積分においては、Ｖｉ　’：、−−ｒ　
ｋ　ｃｏｓｘ　　　　　　　　　　−（２）が成立する
。

従って、近似的に前記正積分及び反転積分から、Ｖｉ　
＝ＴＯｋ　５ｉｎｘ＝−Ｔｋ　ｃｏｓｘ　　　−（３）
が成立する。

従って、 Ｔ　＝　−ＴＯｓｉｎ　ｘ／　ｃｏｓｘ　　　　　　　
−（４）となり、 ５ｉｎｘ／　Ｃ０５Ｘ＝　ｔａｎＸ であるから、 Ｔ　＝　−ＴＯｔａｎｘ　　　　　　　　　　　−（５
）が得られる。

ここで、前述したごとく、各送信組合せ位相にお（プる
測定範囲は第１９図で示した受信信号の零位置近傍すな
わち±２２．５度の範囲に定められており、このことか
ら、各測定範囲内では受信信号波形はほぼ直線近似され
、このＪ：うな位相角の小さい領域では ｔａｎ　ｘ≠Ｘ なる関係が成立する。

従って、前記（５）式は Ｔ＝−ＴＯｘ　　　　　　　　　　　　　・・・（６）
となり、このことから、 ｘ＝−Ｔ／ＴＯ・・・（７） と近似することができる。

ここにおいて、ＴＯは一定値であり、従って、前記反転
積分０５間Ｔを求めれば、測定範囲内での相対移動距離
Ｘこの場合にはｘ２を簡単な演算によって求められるこ
とが理解される。

そして、実施例において、この演算はカウンタ８８によ
り行われ、カウンタ８８は前記反転積分の開始前に制御
ユニット８３からの信号によってスター１〜し、前記ア
ナログ比較回路８７からの出力４０６によってストップ
し、前記発振器８１の出ノ］ｆＯをクロック信号として
カランＩ〜するので、その出力４０８は前記反転積分時
間Ｔを示すこととなる。

従って、前記反転積分時間Ｔを演算ユニット８９に供給
し、制御ユニット８３からの指令によって前記（７）式
の演算を行えば、×２が求められ、更に制御ユニット８
３はこのときの基準となった第１の送信組合せ位相を演
算ユニット８９に供給しているので、この第１送信組合
せ位相から定まる予め既知の×１との加算によって所望
の相対移動距離Ｘを求めることができる。

実施例において、この相対移動距離は表示ドライバ９０
を介して表示器９１にて測定値として表示される。

以上のようにして、各選択された送信組合せ位相での相
対移動距離の演算が行われるが、前述したごとく、各相
の測定範囲は基準となる第１の送信組合せ位相の前後２
２．５度範囲に制約されており、この範囲を超えた場合
には、前記直線近似が困難となり、誤差発生の主たる要
因となる。

このために、本実施例においては、前記カウンタ８８の
出力を比較器９２が上限値設定器９３の出力と比較し、
前記反転積分時間−「が上限値を超えたとぎには測定不
能どして制御ユニツ１−８３に信号を出力し、基準とな
る第１の送信組合は位相を切替える。

従って、求める相対移動距離が測定開始時に選択された
第１の送信組合せ位相の測定範囲内にない場合には、次
の送信組合Ｕ位相が選択され、カウンタ８８の出力ずな
わら反転積分時間Ｔが上限値内に収まるための第１の送
信組合Ｕ位相が順次繰返し試され、最大８個の繰返し測
定を行うことによって必ず高精度の測定値を得ることが
可能となる。

第２１図には前述した粗目及び密目の各測定時おける本
回路の測定作用の全体的なフローが示されている。

１〜ランスデユーザ１００によって測定位置が決定され
ると、回路は測定開始状態となり、まず積分器８５の内
容がリセットされる。

次に、任意の特定組合Ｕ位相が発振回路側に設定され、
Ｎ組合せ相で変調された交流信号が送信電極に供給され
る。

そして、このＮ組合Ｕ相での送信状態で一定時間（−ｒ
Ｏ）の受信化＠Ｖの積分が行われる。

この正積分によって、積分器８６はＶｉなる積分値を保
持することとなる。

次に、送信回路の送信組合せ位相はＮ＋２組合せ相すな
わら、前記第１の送信組合Ｖ位相に対して９０度安危る
送信組合ぜ位相に変更され、この状態でトランスデュ゛
−サ１００からは受信信号が検出される。

そして、このＮ＋２組合せ相の出ノｊと同時にカｒクン
タ８８のバ１数作用がスタートし、同時に積分器８６は
前記積分値Ｖｉを反転積分する。

そして、積分値Ｖｉはアナログ比較回路８７にて監視さ
れ、上限値設定器９３にて定められた上限値Ｔｍ間に積
分値Ｖｉが零となるかを判定し、゛この時に反転積分時
間Ｔが大きい場合には第１の送信組合せ位相が妥当でな
いとし、Ｎ＋１組合せ相で再び前述した作用が繰返され
る。

この積分作用は反転積分値Ｖｉが上限値Ｔｍ内に零とな
るまで繰返され、所望の出力が得られたときカウンタ８
８をストップし、この反転積分時間Ｔを演算し表示器９
１にて表示することによって一連の測定を完了する。

以上の説明から明らかなごとく、本実施例によれば、９
０度位相の異なる２個の送信組合せ位相にてそれぞれ異
なる受信信号を得、これを＠輝することによって正確に
相対移動距離を求めることが可能となる。

もらろん、本回路において、送信組合せ位相の分割数は
８個に限らず任意の数に選ぶことができ、また２個の異
なる送信組合せ位相は実施例で示した９０度ばかりでな
く、４５度の位相差に設定することも可能であり、前述
した実施例においては９０度の位相によって両送信組合
せ位相時に得られる受信信号はｓｉｎ信号とＣＯＳ信号
の組合わせとなり、その演算が容易であるが、両者の位
相差が４５度の場合にも同様に所定の関数演算を行うこ
とによって相対移動距離を求めることができる。

以上のごとく、本回路によれば、組合せ位相の異なる２
種類の送信信号を送信電極に順次送り込み、このとぎ得
られる２個の受信信号を用いて、実施例によれば正積分
と反転積分の組合せによって所望の測定値を演算するこ
とが可能となり、本発明によれば、まず粗目測定におい
て、前記異なる組合せ位相の送信が行われて粗目測定値
が得られ、次に、前述した密目測定のごとく電極配置に
よって定められた組合せ位相の送信信号を供給すること
によって密目測定が行われる。

従って、これら両側定値を加算することによって所望の
極めて正確な測定値を得ることが可能となる。

［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スケール間の相対移動量を
静電容碩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母化された容量型トランスデ１−リ
”を得ることが可能となる。

また、本発明によれば、第２スケール側の第２受信電極
と第２送信電極とは互いに結合電極にて電気的に接続さ
れているので、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１〜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
。

更に単一の容Ｍ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ューリーを得ることが可能となる。

また、本発明によれば、粗目測定と密目測定との組合せ
によって、長い副長範囲全域にわたって極めて正確な位
置測定を可能とする利点がある。

【図面の簡単な説明】

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図は本発明に係
るトランスデユーサ゛の密目測定用の第１送信電極及び
第２受信電極の電極配置を示す説明図、 第３図は本発明に係るトランスデユー１大の第１スケー
ル側の他の実施例を示す概略説明図、第４図は本発明に
係るトランスデユーりの第１のスケールの更に他の実施
例を示す概略説明図、第５図は本発明に係るトランスデ
ユーサの他の好適な実施例を示す要部斜視図、 第６図は本発明の密目測定を説明するための他の電極組
合せ配置図、 第７図は本発明に係るｌ−ランスデユー１ノ゛の更に他
の第１スケールを示す平面図、 第８図は前記第７図に示した第１スケールと対応する第
２スケール側の平面図、 第９図は本発明に係るトランスデユーり他の実施例を示
し、第２受信電極が正弦波形状を呈する平面図、 １０図は本発明に係るトランスデユーりの更に他の実施
例を示す第１スケール及び第２スケールの平面図であっ
て、第２スケールは対の受信及び送信電極を有し、また
第１スケールには１対の受信電極が設けられていること
を特徴とする要部平面図、 第１１図は本発明に係る１〜ランスデユーりに好適な測
定回路のブロック図、 第１２図は第１１の波形及びタイミングチャートを示す
説明図、 第１３図は前述した測定回路を用いて粗目測定及び密［
１測定を行うための送受信切替状態を示す説明図、 第１４図は前記回路を用いて更に第１０図に示した実施
例のトランスデユーサを粗［１及び密目測定に供するた
めの送受信信号切替作用を示す説明図、 第１５図は本発明に係るトランスデユーサに好適な他の
測定回路のブロック回路図、 第１６図は第１５図におＣプる送信回路の一例を示す回
路図、 第１７図は第１６図における送信信号の組合Ｖ位相を示
す説明図、　　　　゛ 第１８図は第１５図に示した測定回路の作用を示すタイ
ミングチャート図、 第１９図は第１５図に示した測定回路の測定原理を示す
説明図、 第２０図は第１５図の測定回路における２種類の受信信
号及び正積分及び反転積分をする状態を示す説明図、 第２１図は第１５図の測定回路にて粗目測定及び密目測
定を行う場合の測定手順を示すフローチャート図、 第２２図は本発明における密目測定の原理説明図である
。 １０　・・・　第１スケール １２　・・・　第１送信電極 １４　・・・　第１受信電極 ２０　・・・　第２スケール ２２　・・・　第２受信電極 ２４　・・・　第２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。 出願人　　株式会社　三層製作所 代理人　　弁理士　古田研二［８−６１（他２名） 第旧図 第１７図 第旧図 出力４０８ ぺ′４鴫中 手続補正書（自発） 昭和６１年１２月　４日 昭和６１年　特許願　第０８３２０５号２）発明の名称 容量型位置測定トランスデユーサ ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 任　所　　東京都港区芝５丁目３１番１９号名称　株式
会社　三層製作所 ４、代理人 ５、補正の対象 ［８−２４１

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （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、相対移動方向に沿って前記第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
   方向に沿って第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受信電極と容量結合する第２送信
   電極と、が設けられ、 各第２受信電極と第２送信電極とは互いに結合電極にて
   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
   対移動方向に沿ってそれぞれ異なる偏位が与えられてお
   り、 各相対移動位置に対して特定された前記偏位により全測
   定範囲にわたって粗目の絶対測定を行うことができ、 また、前記第２受信電極は前記第１送信電極群の送信波
   長ピッチを所定の整数で分割した等間隔ピッチの複数の
   電極からなり、 前記第２受信電極ピッチを前記第１送信電極群内の送信
   電極数で分割したスケール精度で前記粗目間を密目で測
   定可能とした ことを特徴とする容量型位置測定トランスデューサ。
2. （２）特許請求の範囲（１）記載のトランスデューサに
   おいて、第２スケールの偏位量は第２スケールの中央部
   において零に設定され、スケールの両端に近づくにした
   がって正負反対方向に偏位が増大するように第２受信電
   極と第２送信電極とが配置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ューサ。
3. （３）特許請求の範囲（１）、（２）のいずれかに記載
   のトランスデューサにおいて、第１送信電極は順次隣接
   する電極群が１ブロックを形成して位相の異なる交流信
   号が各グループ毎の第１送信電極に供給され、この１ブ
   ロックのピッチを送信波長ピッチとすると、前記偏位は
   測長可能なスケール範囲において前記送信波長ピッチを
   超えないことを特徴とする容量型位置測定トランスデュ
   ーサ。
4. （４）特許請求の範囲（３）記載の装置において、第１
   受信電極は２つの位相の異なる信号を出力するために２
   種類の電極群からなり、第１受信電極群のピッチを受信
   波長ピッチＷｒ１とし、前記送信波長ピッチをＷｔ１、
   第２受信電極ピッチをＰｒ２そして第２送信電極ピッチ
   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
   ンスデューサ。
5. （５）特許請求の範囲（４）記載のトランスデューサに
   おいて、第１受信電極は２個の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
   ューサ。
6. （６）特許請求の範囲（５）記載のトランスデューサに
   おいて、前記第１受信電極の前述した反転形状は正弦波
   形状からなることを特徴とする容量型位置測定トランス
   デューサ。
7. （７）特許請求の範囲（５）記載のトランスデューサに
   おいて、前記第１受信電極の前述した反転形状は三角波
   形状からなることを特徴とする容量型位置測定トランス
   デューサ。
8. （８）特許請求の範囲（１）記載のトランスデューサに
   おいて、第２受信電極は前記第１送信電極群の送信波長
   ピッチを第１送信電極群内の送信電極数より少ない整数
   で分割した等間隔ピッチの複数の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ューサ。
9. （９）特許請求の範囲（１）、（８）のいずれかに記載
   のトランスデューサにおいて、第１送信電極は非等間隔
   ピッチを有することを特徴とする容量型位置測定トラン
   スデューサ。
10. （１０）特許請求の範囲（１）、（８）のいずれかに記
    載のトランスデューサにおいて、第２スケールには２組
    の第２受信電極／第２送信電極対が設けられ、第１スケ
    ールには前記両第２送信電極と対向してこれと容量結合
    する２個の第１受信電極が設けられ、２個の受信信号を
    組合せて測定作用を行うことができる容量型位置測定ト
    ランスデューサ。
11. （１１）特許請求の範囲（１０）記載のトランスデュー
    サにおいて、前記両第２受信電極は共に第１スケール側
    の単一の第１送信電極と容量結合することを特徴とする
    容量型位置測定トランスデューサ。