JP2000241115A - 絶対位置測長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源投入当初から絶対位置がわかるようにし
た絶対位置測長装置を提供する。 【解決手段】 所定間隔で基準長目盛を形成した精密光
学格子と該精密光学格子の中の一定間隔毎に前記基準長
目盛の複数個毎に形成した絶対位置パターンとを有する
移動格子手段と、前記精密光学格子および前記絶対位置
パターンを通過してきた光を受光して電気信号に変換す
る受光素子群を有する受光手段と、前記受光素子群の電
気出力信号から周期関数を得て該周期関数から位相位置
を演算する相対位置演算手段と、前記受光素子群の電気
出力信号によって得られた絶対位置パターンから所定間
隔毎の絶対位置を演算する粗絶対位置検出演算手段と、
前記相対位置演算手段の出力と前記粗絶対位置検出演算
手段の出力から精密絶対位置を演算する精密絶対位置演
算手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光手段と移動可
能な光学格子と該光学格子を通過した光学信号を電気信
号に変換して演算することにより絶対位置を測定する絶
対位置測長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学式偏検出器を用いた測長器に
は、レーザーを用いたレーザー測長器と、光学式エンコ
ーダがある。レーザー測長器はレーザーの波長を単位と
して測長するため、精度が高く、使い方としては二点間
の長さを測長する。主に相対位置測定に用いられてい
る。光学式エンコーダ方式は、所定のピッチで光学格子
が形成されたガラス板や、フィルム、金属薄板等の移動
可能なスケールと、所定のピッチで光学格子が形成さ
れ、スケールに所定の距離を置いて対向配置され、お互
いの光学格子の位相がスケールの光学格子に対して９０
度づつずれるように配置された複数の固定されたインデ
ックスと、スケールに平行光を当てる固定された光源
と、スケールの移動によって生ずるスケールとインデッ
クスの光学格子の重なり具合により生ずる明暗を検出す
る受光センサという構成となっている。また、受光セン
サを光学格子と同じピッチで並べることにより、インデ
ックスを兼ねたアレイ状の受光センサ方式もある。これ
ら光学式エンコーダ方式はデジタルゲージとして実用化
されているが、使い方としてはレーザー方式と同じく相
対位置測定用が主である。

【０００３】しかしながら、近年、絶対位置測定の必要
性が高まり、受光センサを光学格子と同じピッチで並べ
ることにより、インデックスを兼ねたアレイ状の受光セ
ンサ方式の光学式エンコーダ方式においても、特開平８
−３１３２０９や、特開平９−３３２１０に見られるよ
うに、大アドレスと小アドレスを求めて、位置を特定す
る方法や、特開平１０−１３２６１２に見られるように
複数の原点検出用パターンを持ち、位置を特定する方法
が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然るに、特開平８−３
１３２０９や、特開平９−３３２１０では、アレイ状の
受光センサ（以下ＣＣＤと称する）を固定し、光源およ
び光学格子を一体化して移動させるようにしてあるた
め、測長に必要な長さの分のＣＣＤを必要とする。

【０００５】また、。特開平１０−１３２６１２におい
ては、原点検出用の受光センサが１ポイントであるた
め、そのポイントを原点のパターンが通過するまで位置
がわからず、例えば電源を投入した当初は絶対位置を特
定することができない。

【０００６】本発明は、ＣＣＤは極力小さくし、電源投
入当初から絶対位置がわかるようにした絶対位置測長装
置を提供することを目的としたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、発光手段と、該発光手段が発光
する光を透過する透過部と遮蔽する遮蔽部によって所定
間隔Ｐ１で基準長目盛を形成した精密光学格子と該精密
光学格子の中の一定間隔毎に該精密光学格子の基準長目
盛の複数個毎に前記光を透過する部分と遮蔽する部分に
よって格子状に形成した絶対位置パターンとを有すると
共に前記基準長目盛の方向に移動可能に設けられた移動
格子手段と、前記精密光学格子および絶対位置パターン
に対向する位置に該精密光学格子の基準長目盛の方向に
所定間隔Ｐ３（Ｐ３＜Ｐ１）で配列し該精密光学格子お
よび絶対位置パターンを通過してきた光を受光して電気
信号に変換するＮ個の受光素子をＳ個づつＲ個の群に分
けて（Ｎ＝Ｓ×Ｒ）構成すると共に１番からＮ番までの
絶対番地に振り分けた受光手段を有し前記移動格子手段
に対向して配置された受光手段と、前記各受光素子の電
気出力信号の中の絶対位置パターンの信号を禁止する禁
止回路手段と、前記禁止回路手段のＲ個の群の各ｎ番目
毎の受光素子の電気出力信号を加算してＳ個の加算信号
に変換する加算手段と、前記加算手段の出力であるＳ個
の加算信号から周期関数を得て該周期関数から位相位置
を演算する相対位置演算手段と、前記受光手段のＮ個の
受光素子の電気出力信号によって得られた絶対位置パタ
ーンからパターン位置検出と所定間隔毎の絶対位置を演
算する粗絶対位置検出演算手段と、前記相対位置演算手
段の出力と前記粗絶対位置検出演算手段の出力から精密
絶対位置を演算する精密絶対位置演算手段とを具備する
ことを特徴とするものである。

【０００８】また、前記精密光学格子は透過部が（１／
２）×Ｐ１で形成され、遮蔽部が（１／２）×Ｐ１で形
成されていると共に、受光手段は受光有効部が（１／
２）×Ｐ１となり、受光無効部がＰ３−（（１／２）×
Ｐ１）となるように構成されていることを特徴とするも
のである。

【０００９】また、前記絶対位置パターンの格子幅は、
最小単位を所定間隔Ｐ１として少なくとも２×Ｐ１以上
で構成されていることを特徴とするものである。

【００１０】また、前記絶対位置パターンは、Ｐ１×Ｋ
（Ｋは整数）の間隔で配設されていることを特徴とする
ものである。

【００１１】また、前記第２受光手段のＮ個の受光素子
は、前記移動格子手段がいかなる位置にあっても少なく
とも１個の前記絶対位置パターンを検出できる数を有す
ることを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下発明の実施の形態を実施例に
基づき図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る
一実施例の絶対位置測定装置の概略の構成を説明するた
めに分解して斜め上方から見た状態を示す斜視図であ
る。図２は、図１に示す移動格子手段の構成を示す平面
図である。図３は、図１に示す受光手段の構成を示す平
面図である。

【００１３】図４は、図２に示す絶対位置パターン４に
おける各絶対アドレスを示す図表である。図５は、本発
明に係る一実施例の絶対位置測定装置のブロックダイア
グラムを示す説明図である。図６は、図５における矢視
Ｃの詳細な状態を示す詳細図である。

【００１４】図７は、図１における移動格子手段２が０
位置にあり、精密光学格子３の透過部３ａの「１」が受
光素子群７の受光素子７ａの「ａ」に合致している状態
を示す説明図である。（ａ）は、精密光学格子３と受光
素子群７との位置関係を示し、（ｂ）は、（ａ）の状態
における各受光素子の出力レベルを示す。図８は、移動
格子手段２が０位置から５μｍずれた位置にあり、精密
光学格子３の透過部３ａの「６」が受光素子群７の受光
素子７ａの「ｆ」に合致している状態を示す説明図であ
る。（ａ）は、精密光学格子３と受光素子群７との位置
関係を示し、（ｂ）は、（ａ）の状態における各受光素
子の出力レベルを示す。図９は、図７に示す移動格子手
段２が０位置にある状態における受光素子トータルの出
力レベルを示す図表である。図１０は、図８に示す移動
格子手段２が０位置から５μｍずれた位置にある状態に
おける受光素子トータルの出力レベルを示す図表であ
る。

【００１５】図１１は、移動格子手段２が０位置から移
動して、絶対位置パターン４の「ＡＢＳ＃４」が、受光
素子群７に対向している状態を示す説明図である。
（ａ）は、絶対位置パターン４と受光素子群７との位置
関係を示し、（ｂ）は、（ａ）の状態における各受光素
子の出力レベルを示す。図１２は、移動格子手段２が０
位置から移動して、絶対位置パターン４の「ＡＢＳ＃
５」が、受光素子群７に対向している状態を示す説明図
である。（ａ）は、絶対位置パターン４と受光素子群７
との位置関係を示し、（ｂ）は、（ａ）の状態における
各受光素子の出力レベルを示す。図１３は、移動格子手
段２が０位置から１０００μｍ移動した位置における受
光手段６との関係を説明する説明図である。（ａ）は、
精密光学格子３と受光素子群７との位置関係を示し、
（ｂ）は、（ａ）の状態における各受光素子の出力レベ
ルを示す。

【００１６】図１において、本発明の絶対位置測長装置
における位置実施例の構成の概要について説明する。図
示せぬ枠体には、光源となる発光手段１が取り付けられ
ており、発光手段１の発光面に対向して移動格子手段２
が長手方向に移動可能に取り付けられている。移動格子
手段２には、精密光学格子３と絶対位置パターン４とが
同列上に交互に配置され、それぞれ光透過部と光遮蔽部
とにより縞目状に形成されている。また、図示せぬ枠体
には基板５が取り付けられており、基板５には、受光手
段６と演算部８が固着され、受光手段６には、受光素子
群７が受光素子を縞目状の配列により形成されている。

【００１７】図２において、図１に示した移動格子手段
２の詳細な構成について説明する。移動格子手段２に
は、精密光学格子３と絶対位置パターン４とが同列上に
交互に配置形成されている。精密光学格子３は、発光手
段１から照射される光を透過する透過部３ａと光を遮蔽
する遮蔽部３ｂとにより縞目状に形成されている。遮蔽
部３ｂの配設ピッチは所定間隔Ｐ１として１６μｍとな
っており、透過部３ａと遮蔽部３ｂの幅はそれぞれ（１
／２）Ｐ１＝８μｍとなっている。

【００１８】絶対位置パターン４は、所定間隔Ｐ２とし
て９６０μｍのピッチで配設されて構成されており、絶
対位置パターン４の１ユニットは２４０μｍである。絶
対位置パターン４の１ユニットは、４８μｍを１単位と
する５個の単位で構成されており、絶対位置パターン４
は各絶対位置によって５個の単位を構成する透過部４ａ
と遮蔽部４ｂとの組み合わせが異なっており、後述する
粗絶対位置検出演算部１２は、透過部４ａと遮蔽部４ｂ
とによって構成されている絶対位置パターン４を識別す
ることにより、移動格子手段２の粗絶対位置を検知する
ことができる。なお、絶対位置パターン４が形成されて
いる部分には精密光学格子３は形成されていない。然る
に、絶対位置パターン４の配設間隔は９６０μｍである
のに対し、絶対位置パターン４の１ユニットは２４０μ
ｍであるので、受光素子群７は残りの７２０μｍで精密
光学格子３の情報を検知することができる。

【００１９】図３において、図１に示した受光手段６の
詳細な構成について説明する。受光手段６には、ＣＣＤ
等の受光素子群７が形成されている。受光素子群７は、
発光手段１から照射され精密光学格子３、および絶対位
置パターン４を通過してきた光を受光して電気出力に変
換する受光素子７ａを等間隔に配設することにより形成
されている。受光素子７ａの配設ピッチは、所定間隔Ｐ
３＝１５μｍとなっており、受光有効部７ｂの幅、即ち
受光素子７ａの幅は８μｍ、受光無効部７ｃの幅、即ち
受光素子７ａと受光素子７ａとの間は７μｍとなってい
る。受光素子群７の受光素子７ａは、０位置にある「ａ
１」から、「ｂ１」、「ｃ１」、「ｄ１」のように「ｐ
１」までのＳ＝１６個配設されている群が、順次、「ａ
１０」から「ｐ１０」までのＲ＝１０群の合計Ｎ＝１６
０個配設されている。

【００２０】このように、受光素子群７は、受光素子７
ａが１５μｍの間隔で１６０個配設されているので、長
さは２４００μｍ（１５μｍ×１６０）ある。一方、１
ユニットの長さが２４０μｍの絶対位置パターン４は９
６０μｍの間隔で配設されているので、移動格子手段２
がどの位置にあっても受光素子群７には必ず１個の絶対
位置パターン４が対向している。従って、移動格子手段
２の絶対位置が検出できなくなることはない。

【００２１】図４において、図２に示した絶対位置パタ
ーン４の構成について説明する。絶対位置パターン４
は、図２に示したように、各絶対位置によって固有の組
み合わせをもって構成されている。絶対位置パターン４
の１ユニットは４８μｍを１単位とする透過部４ａある
いは遮蔽部４ｂの５個の単位で構成されており、絶対位
置パターン４は各絶対位置によって５個の単位を構成す
る透過部４ａと遮蔽部４ｂとの組み合わせが異なってい
る。図４は、各絶対位置によって異なる絶対位置パター
ン４を示したものである。即ち、絶対位置番号が「０」
の絶対位置パターン４は、第１区が遮蔽部４ｂであり、
第２区、第３区、第４区、第５区が透過部４ａである。
また、絶対位置番号が「１」の絶対位置パターン４は、
第１区と第２区が遮蔽部４ｂであり、第３区、第４区、
第５区が透過部４ａである。以下、各絶対位置番号の絶
対位置パターン４は図４のように構成されている。

【００２２】図５において、本発明の絶対位置測長装置
におけるブロックダイアグラムの構成について説明す
る。発光手段１から発光された光は精密光学格子３を通
過して受光素子群７に到達するように構成されている。
受光素子群７は、等間隔に配設されている受光素子７ａ
によって構成されている。受光素子７ａは受光した光を
電気信号に変換し出力する。受光素子群７からの出力を
行う受光素子７ａの各出力端は、それぞれ、演算部８に
設けられ、絶対位置パターン４の情報を排除するための
禁止回路手段９を構成している後述する禁止回路素子の
入力端にそれぞれ接続されている。また、各禁止回路素
子のコントロール端は、粗絶対位置検出演算手段１２の
出力端に接続され、絶対位置パターン４による信号を禁
止するための絶対位置パターンの検出信号を入力するよ
うに構成されている。

【００２３】図６において、上述した受光素子群７から
禁止回路手段９を介して加算手段１０への接続の詳細な
状態について説明する。図３に示す受光素子群７を構成
している受光素子７ａの「ａ１」から「ａ１０」の各出
力端は、禁止回路手段９を構成している禁止回路素子９
ａ１から９ａ１０の各入力端に接続され、「ｂ１」から
「ｂ１０」の各出力端は禁止回路素子９ｂ１から９ｂ１
０の各入力端に接続され、以下、同様にして受光素子７
ａの「ｐ１」から「ｐ１０」の各出力端は、禁止回路手
段９を構成している禁止回路素子９ｐ１から９ｐ１０の
各入力端に接続されている。また、各禁止回路素子９ａ
１〜９ｐ１０のコントロール端は、粗絶対位置検出演算
手段１２の出力端に接続され、絶対位置パターン４によ
る信号を禁止するための絶対位置パターンの検出信号を
入力するように構成されている。これによって、禁止回
路素子９ａ１〜９ｐ１０は、それぞれ精密光学格子３を
通過してきた光によって出力された信号のみを出力し、
絶対位置パターン４を通過してきた光によって出力され
た信号はパターン位置検出の信号により出力しないよう
に構成されている。

【００２４】禁止回路素子９ａ１から９ａ１０の各出力
端は、加算手段１０を構成している加算素子１０ａの入
力端に接続され、禁止回路素子９ｂ１から９ｂ１０の各
出力端は、加算手段１０を構成している加算素子１０ｂ
の入力端に接続され、以下、同様にして禁止回路素子９
ｐ１から９ｐ１０の各出力端は、加算手段１０を構成し
ている加算素子１０ｐの入力端に接続されている。

【００２５】加算素子１０ａの出力端「ａ・ｔｏｔａ
ｌ」、加算素子１０ｂの出力端「ｂ・ｔｏｔａｌ」、加
算素子１０ｃの出力端「ｃ・ｔｏｔａｌ」・・・・・加
算素子１０ｐの出力端「ｐ・ｔｏｔａｌ」は、図５に示
すように演算部８に設けられ、加算手段１０の出力から
相対位置を演算し出力する相対位置演算手段１１の入力
端に接続されている。

【００２６】図５において、ブロックダイアグラムの構
成について更に説明する。発光手段１から発光された光
は絶対位置パターン４を通過して受光素子群７に到達す
る。絶対位置パターン４の光透過部４ａを通過してきた
光を受光した受光素子群７は、等間隔に配設されている
受光素子７ａによって受光されて電気信号に変換する。
受光素子群７を構成している受光素子７ａの各出力端
は、演算部８に設けられ、受光素子群７の出力からパタ
ーン位置の検出と粗絶対位置を演算し出力する粗絶対位
置検出演算手段１２の入力端に接続されている。

【００２７】相対位置演算手段１１の出力端と粗絶対位
置検出演算手段１２の出力端は、精密絶対位置演算手段
１３の入力端に接続されている。精密絶対位置演算手段
１３の出力端は、絶対位置測長装置が測定した精密絶対
位置を表示する表示手段１４の入力端に接続されている
と共に、絶対位置測長装置が測定した精密絶対位置を外
部の機器に出力するための外部出力端子１５に接続され
ている。

【００２８】図７において、図１における移動格子手段
２が０位置にあり、精密光学格子３の透過部「１」が受
光素子群７の受光素子７ａの「ａ」に合致している状態
における各受光素子の出力レベルを説明する。の透過部
「１」が受光素子７ａの「ａ」に合致している状態にお
いては、「ａ」の出力レベルは「８」となり、この時、
透過部３ａの「２」と受光素子７ａの「ｂ」の位置とは
１／８だけずれているので「ｂ」の出力レベルは「７」
となり、透過部３ａの「３」と受光素子７ａの「ｃ」の
位置とは２／８だけずれているので「ｃ」の出力レベル
は「６」となり、同様にして、受光素子７ａの「ｄ」は
「５」、「ｅ」は「４」、「ｆ」は「３」、「ｇ」は
「２」、「ｈ」は「１」、「ｉ」は「０」、「ｊ」は
「１」、「ｋ」は「２」・・・・・「ｐ」は「７」とな
る。

【００２９】図８において、図１における移動格子手段
２が０位置から５μｍ左方に移動して、精密光学格子３
の透過部３ａの「６」が受光素子群７の受光素子７ａの
「ｆ」に合致している状態における各受光素子の出力レ
ベルを説明する。精密光学格子３の透過部３ａの「６」
が受光素子７ａの「ｆ」に合致している状態において
は、「ｆ」の出力レベルは「８」となり、この時、透過
部３ａの「７」と受光素子７ａの「ｇ」の位置とは１／
８だけずれているので「ｇ」の出力レベルは「７」とな
り、透過部３ａの「８」と受光素子７ａの「ｈ」の位置
とは２／８だけずれているので「ｈ」の出力レベルは
「６」となり、同様にして、受光素子７ａの「ｉ」は
「５」、「ｊ」は「４」、「ｋ」は「３」、「ｌ」は
「２」、「ｍ」は「１」、「ｎ」は「０」、「ｏ」は
「１」、「ｐ」は「２」、「ａ」は「３」、「ｂ」は
「４」・・・・・「ｅ」は「７」となる。

【００３０】図９において、図７における移動格子手段
２が０位置にあるときの受光素子群７の各受光素子の出
力を、図５、および図６における加算手段１０が加算し
た状態について説明する。加算手段１０の加算素子１０
ａは、受光素子７ａの「ａ１」、「ａ２」、「ａ３」、
「ａ４」・・・・・「ａ１０」の出力を加算して「ａ・
ｔｏｔａｌ」として出力する。加算素子１０ｂは、受光
素子７ａの「ｂ１」、「ｂ２」、「ｂ３」、「ｂ４」・
・・・・「ｂ１０」の出力を加算して「ｂ・ｔｏｔａ
ｌ」として出力する。同様にして、加算素子１０ｃ、加
算素子１０ｄから加算素子１０ｐまで行う。図９は、横
軸に「ａ・ｔｏｔａｌ」から「ｐ・ｔｏｔａｌ」までの
各加算素子をとり、縦軸に各加算素子の出力レベルを表
したものである。この表によれば、加算手段出力レベル
がもっとも高い「８」を示しているのは「ａ・ｔｏｔａ
ｌ」である。

【００３１】図１０において、図８における移動格子手
段２が０位置から５μｍ左方に移動した位置にあるとき
の受光素子群７の各受光素子の出力を、図５、および図
６における加算手段１０が加算した状態について説明す
る。加算手段１０の加算素子１０ａは、受光素子７ａの
「ａ１」、「ａ２」、「ａ３」、「ａ４」・・・・・
「ａ１０」の出力を加算して「ａ・ｔｏｔａｌ」として
出力する。加算素子１０ｂは、受光素子７ａの「ｂ
１」、「ｂ２」、「ｂ３」、「ｂ４」・・・・・「ｂ１
０」の出力を加算し「ｂ・ｔｏｔａｌ」として出力す
る。同様にして、加算素子１０ｃ、加算素子１０ｄから
加算素子１０ｐまで行う。図１０は、横軸に「ａ・ｔｏ
ｔａｌ」から「ｐ・ｔｏｔａｌ」までの各加算素子をと
り、縦軸に各加算素子の出力レベルを表したものであ
る。この表によれば、加算手段出力レベルがもっとも高
い「８」を示しているのは「ｆ・ｔｏｔａｌ」である。

【００３２】図１１（ａ）において、図４における絶対
位置番号「４」の絶対位置パターン４が受光素子群７に
対向している状態について説明し、（ｂ）において、
（ａ）の状態における各受光素子７ａの出力レベルにつ
いて説明する。（ａ）に示すように、絶対位置番号
「４」の遮蔽部４ｂとなっている絶対位置パターン４の
第１区が、受光素子７ａの「ｆ３」、「ｇ３」、「ｈ
３」への光の１００％と「ｉ３」への光の３／８を遮断
し、第２区と第３区の透過部４ａが、「ｉ３」への光の
５／８と「ｊ３」、「ｋ３」、「ｌ３」、「ｍ３」、
「ｎ３」、「ｏ３」への光の１００％を透過し、第４区
が、「ｐ３」、「ａ４」、「ｂ４」への光の１００％を
遮断し、第５区が、「ｃ４」、「ｄ４」、「ｅ４」への
光の１００％を透過している。

【００３３】（ｂ）に示すように、（ａ）の状態におけ
る各受光素子７ａの出力レベルは、「ｆ３」が「０」、
「ｇ３」が「０」、「ｈ３」が「０」となり、「ｉ３」
が「５」、「ｊ３」が「８」、「ｋ３」が「８」、「ｌ
３」が「８」、「ｍ３」が「８」、「ｎ３」が「８」、
「ｏ３」が「８」となり、「ｐ３」が「０」、「ａ４」
が「０」、「ｂ４」が「０」となっている。また、「ｃ
４」が「８」、「ｄ４」が「８」、「ｅ４」が「８」と
なる。

【００３４】図１２（ａ）において、図４における絶対
位置番号「５」の絶対位置パターン４が受光素子群７に
対向している状態について説明し、（ｂ）において、
（ａ）の状態における各受光素子７ａの出力レベルにつ
いて説明する。（ａ）に示すように、絶対位置番号
「５」の遮蔽部４ｂとなっている絶対位置パターン４の
第１区と第２区が、受光素子７ａの「ｆ７」、「ｇ
７」、「ｈ７」、「ｉ７」、「ｊ７」、「ｋ７」への光
の１００％とｌ７への光の６／８を遮断し、第３区の透
過部４ａが、「ｌ７」への光の２／８と「ｍ７」、「ｎ
７」、「ｏ７」への光の１００％を透過し、第４区の遮
蔽部４ｂが、「ｐ７」、「ａ８」、「ｂ８」への光の１
００％を遮断し、第５区の透過部４ａが、「ｃ８」、
「ｄ８」、「ｅ８」への光の１００％を透過している。

【００３５】（ｂ）に示すように、（ａ）の状態におけ
る各受光素子８ａの出力レベルは、「ｆ７」が「０」、
「ｇ７」が「０」、「ｈ７」が「０」、「ｉ７」が
「０」、「ｊ７」が「０」、「ｋ７」が「０」となり、
「ｌ７」が「２」、「ｍ７」が「８」、「ｎ７」が
「８」、「ｏ７」が「８」となり、「ｐ７」が「０」、
「ａ８」が「０」、「ｂ８」が「０」となっている。ま
た、「ｃ８」が「８」、「ｄ８」が「８」、「ｅ８」が
「８」となる。

【００３６】図１３において、移動格子手段２が０位置
から１０００μｍ移動した位置における受光手段６との
関係を説明する。０位置から１０００μｍ移動した位置
について説明する前に、まず、移動格子手段２が０位置
にある状態について説明すると、絶対位置番号「０」の
絶対位置パターン４「ＡＢＳ＃０」が受光素子群７の
「ａ１」、「ｂ１」、「ｃ１」、「ｄ１」・・・・・
「ｐ１」に対向し、絶対位置番号「１」の絶対位置パタ
ーン４ｃ「ＡＢＳ＃１」が「ａ５」、「ｂ５」、「ｃ
５」、「ｄ５」・・・・・「ｐ５」に対向し、絶対位置
番号「２」の絶対位置パターン４である「ＡＢＳ＃２」
が「ａ９」、「ｂ９」、「ｃ９」、「ｄ９」・・・・・
「ｐ９」に対向する。

【００３７】一方、移動格子手段２が０位置から左方に
１０００μｍ移動した位置においては、絶対位置番号
「０」の絶対位置パターン４である「ＡＢＳ＃０」は受
光素子群７との対向位置からはずれ、絶対位置番号
「１」の絶対位置パターン４である「ＡＢＳ＃１」はそ
の一部が受光素子群７との対向位置からはずれた状態に
ある。受光素子群７に全体が対向している絶対位置パタ
ーン４は、絶対位置番号「２」の絶対位置パターン４で
ある「ＡＢＳ＃２」である。

【００３８】絶対位置番号「２」の絶対位置パターン４
である「ＡＢＳ＃２」は、図４に示すように第１区と第
３区が遮蔽部４ｂとなっており、これにより「ｏ４」、
「ｐ４」、「ａ５」、と、「ｅ５」、「ｆ５」、「ｇ
５」の出力が「０」となる。従って、受光素子群７が検
出する絶対位置パターン４は「０、１、０、１、１」と
なり、粗絶対位置検出演算手段１２は、絶対位置番号が
「２」であることを識別する。更に、絶対位置番号が
「２」であることから、０位置から左方に９６０μｍ以
上移動した状態であることが判る。また、絶対位置番号
「２」の絶対位置パターン４である「ＡＢＳ＃２」が受
光素子群７の「ａ５」、「ｂ５」、「ｃ５」、「ｄ５」
・・・・・「ｐ５」に対向するのであれば、移動格子手
段２が０位置にあるときの絶対位置番号「２」の絶対位
置パターン４である「ＡＢＳ＃２」が受光素子群７の
「ａ９」、「ｂ９」、「ｃ９」、「ｄ９」・・・・・
「ｐ９」に対向する位置から６４ブロック（ａからｐま
での１６ピッチを４倍したもの）移動した位置にあるこ
とが判り、９６０μｍ（１５μｍ×６４ブロック）移動
した位置にあることになる。

【００３９】然るに、絶対位置番号「２」の絶対位置パ
ターン４である「ＡＢＳ＃２」が受光素子群７の「ｏ
４」、「ｐ４」、「ａ５」、「ｂ５」・・・・・「ｎ
５」に対向するのであるから、０位置から９６０μｍ移
動した位置から更に、「ｏ４」から「ａ５」までの約３
０μｍ（１５μｍ×２ブロック）移動した位置、即ち、
０位置から約９９０μｍ移動した位置にあることにな
る。このように、受光素子群７の出力からは絶対値を検
出することができるが精密な位置ではなく粗い位置であ
り、これが粗絶対位置である。

【００４０】一方、このとき、受光素子群７の受光素子
７ａの「ｉ２」、「ｉ３」、「ｉ４」、「ｉ６」、「ｉ
７」、「ｉ８」、「ｉ１０」（「ｉ１」、「ｉ５」、
「ｉ９」は絶対位置パターン４が対向しているので除
く）の出力レベルが「８」であることから、相対位置演
算手段１１は、精密光学格子３の透過部３ａが受光素子
群７の受光素子７ａの「ｉ・ｔｏｔａｌ」（「ｉ２」＋
「ｉ３」＋「ｉ４」＋「ｉ６」＋「ｉ７」＋「ｉ８」＋
「ｉ１０」）に合致していることが判る。然るに、ｉ・
ｔｏｔａｌであるから、９６０μｍ移動した位置から更
にどのくらい移動した位置であるかは、このことからだ
けでは８μｍ、２４μｍ、４０μｍ、５６μｍ・・・・
のうちにあることしかわからない。（「ａ・ｔｏｔａ
ｌ」であれば、０μｍ、１６μｍ、３２μｍ、４８μｍ
・・・・・のうちにあり、「ｂ・ｔｏｔａｌ」であれ
ば、１μｍ、１７μｍ、３３μｍ、４９μｍ・・・・・
のうちにあることになる。）従って、０位置からどのく
らい移動した位置であるかは、９６８μｍ、９８４μ
ｍ、１０００μｍ、１０１６μｍ、・・・・・のうちに
あることしかわからない。このように、受光素子群７の
出力からは精密な位置を検出することができるが絶対位
置ではなく不特定な位置であり、これが相対位置であ
る。

【００４１】上述したようにして得られた粗絶対位置と
相対位置は、精密絶対位置演算手段１３に入力されて、
粗絶対位置として得られた０位置から約９９０μｍ移動
した位置にあることと、相対位置として得られた０位置
から移動した位置が９６８μｍ、９８４μｍ、１０００
μｍ、１０１６μｍ、・・・・・のうちにあることか
ら、９９０μｍよりも大きく、且つ、９９０μｍに最も
近い１０００μｍを得る。これが精密絶対位置である。

【００４２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、所定間
隔で基準長目盛を形成した精密光学格子と前記基準長目
盛の複数個毎に形成した絶対位置パターンとを有する移
動格子手段と、前記精密光学格子を通過してきた光を受
光して電気信号に変換する受光素子群と前記絶対位置パ
ターンを通過してきた光を受光して電気出力信号に変換
する第２受光手段とを有する受光手段と、前記受光素子
群の電気出力信号から周期関数を得て該周期関数から位
相位置を演算する相対位置演算手段と、前記第２受光手
段の電気出力信号によって得られた絶対位置パターンか
ら所定間隔毎の絶対位置を演算する粗絶対位置検出演算
手段と、前記相対位置演算手段の出力と前記粗絶対位置
検出演算手段の出力から精密絶対位置を演算する精密絶
対位置演算手段とを有することにより、ＣＣＤは極力小
さくし、電源投入当初から絶対位置がわかるようにした
絶対位置測長装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の絶対位置測定装置の概
略の構成を説明するために分解して斜め上方から見た状
態を示す斜視図である。

【図２】図１に示す移動格子手段２の構成を示す平面図
である。

【図３】図１に示す受光手段６の構成を示す平面図であ
る。

【図４】図２に示す絶対位置パターン４における各絶対
アドレスの絶対位置パターン４ｃを示す図表である。

【図５】本発明に係る一実施例の絶対位置測定装置のブ
ロックダイアグラムを示す説明図である。

【図６】図５における矢視Ｃの詳細な状態を示す詳細図
である。

【図７】図１における移動格子手段２が０位置にあり、
精密光学格子３の透過部３ａの「１」が受光素子群７の
受光素子８ａの「ａ」に合致している状態を示す説明図
である。（ａ）は、精密光学格子３と受光素子群７との
位置関係を示し、（ｂ）は、（ａ）の状態における各受
光素子の出力レベルを示す。

【図８】移動格子手段２が０位置から５μｍずれた位置
にあり、精密光学格子３の透過部３ａの「６」が受光素
子群７の受光素子７ａの「ｆ」に合致している状態を示
す説明図である。（ａ）は、精密光学格子３と受光素子
群７との位置関係を示し、（ｂ）は、（ａ）の状態にお
ける各受光素子の出力レベルを示す。

【図９】図７に示す移動格子手段２が０位置にある状態
における受光素子トータルの出力レベルを示す図表であ
る。

【図１０】図８に示す移動格子手段２が０位置から５μ
ｍずれた位置にある状態における受光素子トータルの出
力レベルを示す図表である。

【図１１】移動格子手段２が０位置から移動して、絶対
位置パターン４の「ＡＢＳ＃４」が、受光素子群７に対
向している状態を示す説明図である。（ａ）は、絶対位
置パターン４と受光素子群７との位置関係を示し、
（ｂ）は、（ａ）の状態における各受光素子の出力レベ
ルを示す。

【図１２】移動格子手段２が０位置から移動して、絶対
位置パターン４の「ＡＢＳ＃５」が、受光素子群７に対
向している状態を示す説明図である。（ａ）は、絶対位
置パターン４と受光素子群７との位置関係を示し、
（ｂ）は、（ａ）の状態における各受光素子の出力レベ
ルを示す。

【図１３】移動格子手段２が０位置から１０００μｍ移
動した位置における受光手段６との関係を説明する説明
図である。（ａ）は、精密光学格子３と受光素子群７と
の位置関係を示し、（ｂ）は、（ａ）の状態における各
受光素子の出力レベルを示す。

【符号の説明】

１ 発光手段 ２ 移動格子手段 ３ 精密光学格子 ３ａ 透過部 ３ｂ 遮蔽部 ４ 絶対位置パターン ４ａ 透過部 ４ｂ 遮蔽部 ５ 基板 ６ 受光手段 ７ 受光素子群 ７ａ 受光素子 ７ｂ 受光有効部 ７ｃ 受光無効部 ８ 演算部 ９ 禁止回路手段 ９ａ１〜９ａ１０・・・・・９ｐ１〜９ｐ１０ 禁止回
路素子 １０ 加算手段 １０ａ〜１０ｐ 加算素子 １１ 相対位置演算手段 １２ 粗絶対位置検出演算手段 １３ 精密絶対位置演算手段 １４ 表示手段 １５ 外部出力端子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光手段と、該発光手段が発光する光を
   透過する透過部と遮蔽する遮蔽部によって所定間隔Ｐ１
   で基準長目盛を形成した精密光学格子と該精密光学格子
   の中の一定間隔毎に該精密光学格子の基準長目盛の複数
   個毎に前記光を透過する部分と遮蔽する部分によって格
   子状に形成した絶対位置パターンとを有すると共に前記
   基準長目盛の方向に移動可能に設けられた移動格子手段
   と、 前記精密光学格子および絶対位置パターンに対向する位
   置に該精密光学格子の基準長目盛の方向に所定間隔Ｐ３
   （Ｐ３＜Ｐ１）で配列し該精密光学格子および絶対位置
   パターンを通過してきた光を受光して電気信号に変換す
   るＮ個の受光素子をＳ個づつＲ個の群に分けて（Ｎ＝Ｓ
   ×Ｒ）構成すると共に１番からＮ番までの絶対番地に振
   り分けた受光手段を有し前記移動格子手段に対向して配
   置された受光手段と、 前記各受光素子の電気出力信号の中の絶対位置パターン
   の信号を禁止する禁止回路手段と、 前記禁止回路手段のＲ個の群の各ｎ番目毎の受光素子の
   電気出力信号を加算してＳ個の加算信号に変換する加算
   手段と、 前記加算手段の出力であるＳ個の加算信号から周期関数
   を得て該周期関数から位相位置を演算する相対位置演算
   手段と、 前記受光手段のＮ個の受光素子の電気出力信号によって
   得られた絶対位置パターンからパターン位置検出と所定
   間隔毎の絶対位置を演算する粗絶対位置検出演算手段
   と、 前記相対位置演算手段の出力と前記粗絶対位置検出演算
   手段の出力から精密絶対位置を演算する精密絶対位置演
   算手段とを具備することを特徴とする絶対位置測長装
   置。
2. 【請求項２】 前記精密光学格子は透過部が（１／２）
   ×Ｐ１で形成され、遮蔽部が（１／２）×Ｐ１で形成さ
   れていると共に、受光手段は受光有効部が（１／２）×
   Ｐ１となり、受光無効部がＰ３−（（１／２）×Ｐ１）
   となるように構成されていることを特徴とする請求項１
   記載の絶対位置測長装置。
3. 【請求項３】 前記絶対位置パターンの格子幅は、最小
   単位を所定間隔Ｐ１として少なくとも２×Ｐ１以上で構
   成されていることを特徴とする請求項１記載の絶対位置
   測長装置。
4. 【請求項４】 前記絶対位置パターンは、Ｐ１×Ｋ（Ｋ
   は整数）の間隔で配設されていることを特徴とする請求
   項１乃至３記載の絶対位置測長装置。
5. 【請求項５】 前記受光手段のＮ個の受光素子は、前記
   移動格子手段がいかなる位置にあっても少なくとも１個
   の前記絶対位置パターンを検出できる数を有することを
   特徴とする請求項１記載の絶対位置測長装置。