JPH0374326B2

JPH0374326B2 -

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Publication number: JPH0374326B2
Application number: JP57188865A
Authority: JP
Priority date: 1982-10-27
Filing date: 1982-10-27
Publication date: 1991-11-26
Also published as: JPS5979114A

Description

【発明の詳細な説明】この発明はアブソリユートで検出し得る範囲を
拡大したアブソリユート直線位置検出装置に関す
る。

検出対象の機械的直線位置を電気信号に変換す
る直線位置検出器（もしくはトランスジユーサ）
には、公知のものとして作動トランスがあり、ま
た本出願人による現在出願中のものとして実願昭
56−22075号に開示されたものがある。これらの
欠点としては、測定可能範囲が比較的狭い範囲に
制限されてしまうという点にある。そこで、実願
昭57−32127号明細書においては１次コイル及び
２次コイルから成るピツクアツプ部分に対して相
対的に動くコア部分において複数個のコアを所定
間隔で設け、測定可能範囲を拡大するように提案
されている。しかし、同先行出願に開示されたも
のにおいては、測定可能範囲は拡大されるが、
個々のコア１周期内での直線位置しか検出でき
ず、アブソリユートで検出し得る範囲が拡大され
たわけではなかつた。

また、特公昭50−23618号公報においては、所
定の磁化がなされた磁気格子を多数設けた磁気ト
ラツクからなる磁気スケールを使用したリニア位
置検出装置が示されており、磁気格子の波長が異
なる２以上の磁気トラツクを設け、各磁気トラツ
クの位相変調出力信号を位相比較することによ
り、アブソリユート位置検出範囲を拡大した出力
信号を得ることが示されている。しかし、この従
来装置では、検出器の出力誤差や演算の際のデー
タ誤差に対する対策が十分ではなかつた。２以上
の検出器若しくは検出用スケールを使用する場
合、各検出器の原点が正確に合つていないと、検
出器出力信号の周期切り換わり点の近傍におい
て、データが不正確になり、誤差を生ずる。ま
た、デイジタル演算を行なう場合も同様に検出器
出力信号の周期切り換わり点の近傍において量子
化データ誤差を生ずる。

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、
検出対象の機械的変位に応じてそれぞれ異なる周
期からなる周期的な位置検出信号をそれぞれ発生
する複数のリニアセンサを使用し、その出力信号
を演算することにより、アブソリユート直線位置
検出範囲を拡大した位置検出信号を得ることがで
きるようにしたアブソリユート直線位置検出装置
において、周期切り換わり点近傍において生じる
おそれのある誤差を適切に修正することができる
ようにしたことを目的とする。

第１の発明に係るアブソリユート直線位置検出
装置は、(a)磁気に対して異なる性質を示す２つの
物質を直線変位方向に沿つて所定のピツチで交互
に繰返し配したリニアスケール部材と、このリニ
アスケール部材に対して相対的に変位可能に配さ
れ、この変位に応じた前記２つの物質の相対的位
置関係に応じて、該リニアスケール部材の１ピツ
チの変位を１周期とする周期的な位置検出信号を
デイジタルデータにて発生する電磁的検出部とを
具備するリニアセンサを２個設け、各リニアセン
サにおける前記リニアスケール部材の１ピツチは
それぞれ異なつており、各リニアセンサにおける
前記リニアスケール部材又は検出部の一方を一体
的に結合して検出対象の機械的変位の応じて一体
的に直線変位させるようにして成り、これによ
り、前記検出対象の機械的直線変位に関して夫々
異なる周期で各リニアセンサから前記位置検出信
号をそれぞれ発生するようにしたこと、(b)前記２
つのリニアセンサに関し、第１のリニアセンサか
ら発生される第１の位置検出信号と第２のリニア
センサから発生される第２の位置検出信号とを演
算変数として両者の差をデイジタル演算し、更に
この差を演算変数として、前記第１のリニアセン
サに関する前記検出対象の原点からの周期数を決
定する演算を行い、決定した周期数を示す周期数
信号を出力する演算手段を設けたこと、及び(c)前
記第１の位置検出信号の値が周期切り換わり前の
所定の第１の範囲に属するかまたは周期切り換わ
り後の所定の第２の範囲に属するかを判定し、上
記第１又は第２の範囲内にあると判定されたとき
第１又は第２の範囲のどちらに属するかに応じ
て、前記演算手段における前記演算変数の少なく
とも１つの値を、所定の修正値によつて加算もし
くは減算することによつて前記差の値を変更する
修正演算を行なうことからなるものである。

上記のように、各リニアセンサは、リニアスケ
ール部材と電磁的検出ヘツド部とを具備してお
り、各リニアセンサにおけるリニアスケール部材
の１ピツチはそれぞれ異なつている。そして、各
リニアセンサにおけるリニアスケール部材又は検
出部の一方を一体的に結合して検出対象の機械的
変位に応じて一体的に直線変位されるようになつ
ている。リニアスケール部材は、磁気に対して異
なる性質を示す２つの物質を直線変位方向に沿つ
て所定のピツチで交互に繰返し配して成るもので
ある。電磁的検出部は、リニアスケール部材に対
して相対的に変位可能であり、この変位に応じた
前記２つの物質の相対的位置関係に応じて、該リ
ニアスケール部材の１ピツチの変位を１周期とす
る周期的な位置検出信号を発生する。これによ
り、特段の運動変速機構を設けることなく、各リ
ニアセンサにおけるリニアスケール部材又は検出
部の一方を一体的に結合するだけの極めて簡単な
構成により、検出対象の機械的直線変位に関して
夫々異なる周期で各リニアセンサから位置検出信
号を発生させることができる。

例えば、検出対象の原点からの変位に対して、
第１のリニアセンサの位置検出信号が丁度１周期
分変化したとき、別のリニアセンサの位置検出信
号は丁度１周期分の変化を示していず、各位置検
出信号の間には差が生じている。この差は検出対
象の原点からの変位が増すに従つて次第に広がつ
ていくものであり、第１のリニアセンサに関する
検出対象の原点からの周期数の比例して増大す
る。従つて、この差がどれだけあるかによつて、
第１のリニアセンサの位置検出信号が原点から何
周期目のものであるかが判明する。

従つて、演算手段によつて、第１のリニアセン
サの第１の位置検出信号と第２のリニアセンサの
第２の位置検出信号との差を演算すれば、この差
に基づき、該第１のリニアセンサに関する検出対
象の原点からの周期数を決定することができる。

こうして、求められた第１の周期数信号は、第
１のリニアセンサの出力信号に基づく第１の位置
検出信号の周期数を示しているが故に、これら第
１の位置検出信号と第１の周期数信号との組合せ
は、検出対象の原点からの絶対位置を広範囲にわ
たつて特定するものである。

このように、本発明では、アブソリユート直線
位置検出範囲を拡大することができ、また、特段
の運動変速機構を設けることなく、各リニアセン
サにおけるリニアスケール部材又は検出ヘツド部
の一方を一体的に結合するだけの極めて簡単な構
成であればよいので、構成も簡素であり、かつ全
体の検出分解能は１つのリニアセンサの１周期分
の出力信号の分解能に依存するので極めて高分解
能であり、精度がよいものとなる。

第１の位置検出信号の周期切り換わり点ではデ
ータが最大値から最小値へ不連続的に変化するの
で、この周期切り換わり点の前後では、第１の位
置検出信号と第２の位置検出信号との差は、量子
化誤差や検出器の精度誤差のために、論理値通り
とならず、それよりも幾分増加したり減少したり
する。そこで、第１の位置検出信号の値が周期切
り換わり前後の所定の第１又は第２の範囲にある
と判定したとき、所定の修正値を加算もしくは減
算することによつて前記差の値を変更する修正演
算を行なえば、誤差を修正した正しい周期数信号
を求めることができる。

なお、以下で説明する実施例において、リニア
センサに対応するものは符号Ｓ１，Ｓ２で示され
ており、リニアスケール部材に対応するものは、
ロツド状のコア部２−１，２−２であり、電磁的
検出部に対応するものは、ケーシング４−１内に
収納された１次コイルと２次コイルの部分とそれ
に関連するデイジタル位相差検出回路３７−１，
３７−２の部分である。また、演算手段及び修正
演算を行う手段に対応するものは演算装置COM
である。

第２の発明においては、更に、第３のリニアセ
ンサを具備する。第１のリニアセンサと第３のリ
ニアセンサの１ピツチの差は第１及び第２のリニ
アセンサの１ピツチの差よりも小であり、第１の
リニアセンサから発生される第１の位置検出信号
と第３のリニアセンサから発生される第３の位置
検出信号との差である第２の差は、第１のリニア
センサから発生される第１の位置検出信号と第２
のリニアセンサから発生される第２の位置検出信
号との差である第１の差よりも長い周期を持つ。
そこで、この第２の差を演算変数として、第１の
差に対応する第１の周期数信号の周期数を決定す
る演算を行ない、決定した周期数を示す第２の周
期数信号を得ることができる。これにより、更に
拡大した範囲でアブソリユート直線位置の検出が
可能である。実施例との対応を示すと、第３のリ
ニアセンサに対応するものがセンサＳ３であり、
第２の周期数信号を求めるための演算を行う手段
に対応するものが上述と同様に演算装置COMで
ある。

以下添付図面を参照してこの発明の実施例を詳
細に説明しよう。

最も単純な例として２個のリニアセンサを用い
る例につき第１図を参照して原理的に説明する。
機械的直線変位に対して所定の周期で電気的出力
信号を発生するリニアセンサＳ１，Ｓ２として
は、例えば実願昭57−32127号明細書（実開昭58
−136718号公報）に示されたような複数のコアを
所定間隔で設けたものを利用する。一方のセンサ
Ｓ１の出力信号の１周期に相当する検出対象の機
械的変位量をP₁とし、他方のセンサS₂の出力信
号の１周期に相当する検出対象の機械的変位量を
P₂とする。この発明では、各センサの出力信号
１周期に相当する検出対象の機械的変位量を夫々
異ならせることを特徴としているため、P₁≠P₂
である。各センサＳ１，Ｓ２は各周期毎の機械的
直線変位P₁，P₂の範囲内ではアブソリユート位
置（１周期内での相対的なアブソリユート位置）
検出が可能である。各センサでは１周期分の出力
信号としては、Ｓ１がN₁，Ｓ２がN₂なる値を発
生するものとする。すなわち、デイジタル型の場
合、センサＳ１が１周期をN₁分割した精度でア
ブソリユート出力信号を発生し、S₂が１周期を
N₂分割した精度でアブソリユート出力信号を発
生する。

つまり、検出対象の機械的変位量がP₁のとき
センサＳ１はその１周期分の出力信号つまり最大
出力N₁を出力し、P₂のときセンサＳ２はその１
周期分の出力信号つまり最大出力N₂を出力する。
検出対象の原点からの機械的変位量がP₁もしく
はP₂以上となつたとき、センサＳ１，Ｓ２単独
では、それらの出力信号が原点から何周期目なの
かが判からず、アブソリユート位置は検出できな
い。しかし、下記のようにセンサＳ１，Ｓ２の出
力信号を組合せて利用すればアブソリユート位置
が判明する。

単位変位量当りのセンサＳ１の検出値はN₁／P₁なる定数で表わすことができ、同じくセンサＳ２の
検出値はN₂／P₂なる定数で表わすことができる。そこで、検出対象が原点（原点ではセンサＳ１，Ｓ
２の出力が共に０である）からP₁移動したとき
について考えると、センサS₁の出力はN₁であり
丁度１周期分である。また、センサS₂の出力は
N₂・P₁／P₂である。従つて、検出対象の現位置に対してセンサＳ１，Ｓ２から得られる出力信号の値
をD₁，D₂で表わすと、アブソリユート位置P₁の
ときは D₁，D₂は次のようになる。

D₁＝N₁ D₂＝N₂・P₁／P₂ (1) このことより、センサＳ１の１周期分の直線変
位P₁につき、両センサＳ１，Ｓ２間の出力信号
の値は下記の変化分（定数）に従つて順次ずれて
いくことが明らかである。ここでD₁₂＝D₁−D₂と
する。

P₁当りのD₁₂の変化分＝N₁・P₂−N₂・P₁／P₂…(2) 従つて、演算装置COMにおいて、検出対象の
現位置に対応する各センサＳ１，Ｓ２の出力の差
「D₁₂＝D₁−D₂」を求め、これを上記(2)式の定数
によつて下記のように割算すれば、センサＳ１の
現出力信号D₁が原点から数えて何周期目（C_X）
のものであるのかということが判明する。

C_X＝D₁₂÷N₁・P₂−N₂・P₁／P₂ …(3) 上記(3)式によつて求めた周期数C_Xの整数部と
センサＳ１の出力信号D₁とを組合せることによ
り（すなわち(3)式によつて求めたC_Xの小数部ま
たは余りを切捨て、D₁を小数部として用いる）、
検出対象の直線位置をアブソリユートで特定する
ことができる。尚、Ｓ１とＳ２の周期のずれによ
りD₁がD₂よりも小さくなることがあるが、その
場合はD₁の値にN₁を加算してD₁₂を求めるものと
する。

位相シフト型直線位置検出器によつてセンサＳ
１，Ｓ２を構成した一例を第２図に示す。まず、
センサＳ１について説明すると、センサＳ１は、
ケーシング４−１内に所定の配置で収納された１
次コイル及び２次コイルと、これらのコイル内の
直線移動可能に挿入された長尺のコア部２−１と
を含んでいる。コア部２−１は、軸方向に所定間
隔で配される複数個のコア３−１と、各コア３−
１の間に設けられたスペーサ５−１と、これらコ
ア３−１及びスペーサ５−１の周囲を蓋つたスリ
ープ６−１とを含んでいる。コア３−１は磁性
体、スペーサ５−１は空気その他の非磁性体であ
る。このコア部２−１は、検出対象として外部か
ら与えられる直線運動に応じて直線変位する。一
例として、各コア３−１は所定長さ「P₁／２」（P₁ は任意の数）の円筒形状であり、スペーサ５−１
の長さはコア３−１の長さにほぼ等しい。従つ
て、コア３−１の配列における１ピツチ分の距離
は「P₁」である。この実施例において、コイル
は４つの相で動作するように設けられている。こ
れらの相を便宜上Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄなる符号を用い
て区別する。コア３−１の位置に応じて各相Ａ〜
Ｄに生じるリラクタンスが90度づつずれるように
なつており、例えばＡ相をコサイン相とすると、
Ｂ相はサイン相、Ｃ相はマイナスコサイン相、Ｄ
相はマイナスサイン相、となるようになつてい
る。

第２図においては、各相Ａ〜Ｄ毎に個別に１次
コイル７，８，９，１０及び２次コイル１１，１
２，１３，１４が設けられている。各相Ａ〜Ｄの
２次コイル１１〜１４は各々に対応する１次コイ
ル７〜１０の外側に夫々巻かれている。各コイル
の長さはコア３−１の長さにほぼ等しく、「P₁／２」である。第２図の例では、Ａ相のコイル７，１１
とＣ相のコイル９，１３とが隣合つて設けられて
おり、Ｂ相のコイル８，１２とＤ相のコイル１
０，１４も隣合つて設けられている。また、Ａ相
とＢ相またはＣ相とＤ相のコイルの間隔は「P₁
（ｎ±1/4」（ｎは任意の自然数）である。これに
より、Ａ，Ｃ相における磁気回路のリラクタンス
変化に対してＢ相，Ｄ相における磁気回路のリラ
クタンス変化の位相を90度（１ピツチP₁の1/4）
ずらすことができる。

また、センサ１における各相Ａ〜Ｄのコイルの
配置は第１図に示すものに限定されない。すなわ
ち、コア部２−１の直線変位に応じて各相Ａ〜Ｄ
における磁気回路のリラクタンスが変化し、しか
もそのリラクタンス変化の位相は各相毎に90度づ
つずれる（従つてＡ相とＣ相とでは180度ずれ、
Ｂ相とＤ相とでも180度ずれる）ようになつてい
るため、そのようなリラクタンス変化をもたらす
ものでありさえすればよい。

第２図における１次コイル７〜１０及び２次コ
イル１１〜１４の結線形式は例えば第３図のよう
にする。第３図は、Ａ相とＣ相の１次コイル７及
び９を正弦信号sinωtによつて互いに逆相で励磁
し、２次コイル１１及び１３の出力を同相で加算
するようにした結線形式を示すものである。Ｂ相
とＤ相も上述と同様に、１次コイル８，１０を余
弦信号cosωtで逆相励磁し、２次コイル１２，１
４の出力を同相加算する。

第３図の結線形式は要するに次のように表現で
きる。すなわち、リラクタンス変化が180度ずれ
た２つの相（ＡとＣあるいはＢとＤ）を互いに逆
相で動作させ、かつ、リラクタンス変化が90度ず
れた２つの対（ＡとＣの対とＢとＤの対）の一方
を正弦信号sinωtによつて励磁し、他方を余弦信
号cosωtによつて励磁する。換言すれば、２つの
対（ＡとＣの対及びＢとＤの対）は、そのリラク
タンス変化の位相が90度ずれた２つの差動トラン
スと同じものであり。そのリラクタンス変化の位
相ずれに応じた電気的位相ずれを有する２種類の
交流信号（sinωt，cosωt）によつて各々を個別
に励磁するのである。Ａ，Ｃ相の対とＢ，Ｄ相の
対の２次コイル出力を加算したものがセンサＳ１
の２次側出力信号Y₁となる。この出力信号Y₁は、
コア部２−１の直線位置に応じた位相角φ₁だけ
基準交流信号（sinωtまたはcosωt）を位相シフ
トしたものとなる。その理由は、各相Ａ〜Ｄのリ
ラクタンスが90度づつずれており、かつ一方の対
（Ａ，Ｃ）と他方の対（Ｂ，Ｄ）の励磁信号の電
気的位相が90度ずれているためである。この点を
略式で示すと次の通りである。

すなわち、コア部２−１の直線位置に対応する
位相をφ₁とすると、直線位置に応じたリラクタ
ンス変化の関数は、Ａ相がcosφ₁、Ｂ相がsinφ₁、
Ｃ相が−cosφ₁、Ｄ相が−sinφ₁なる略式で示すこ
とができる。Ａ相とＣ相を正弦信号sinωtによつ
て互いに逆相で動作させ、かつＢ相とＤ相を余弦
信号cosωtによつて互いに逆相で動作させ、その
結果生じた２次コイル出力を加算的に合成するの
で、出力信号Y₁は次のような略式で実質的に表
現することができる。

Y₁＝sinωtcosφ₁−（−sinωtcosφ₁）＋cosωtsinφ₁−（−cosωtsinφ₁）＝2sinωtcosφ₁＋2cosωtsinφ₁ ＝2sin（ωt＋φ₁）上記式で便宜的に「２」と示された係数を諸種
の条件に応じて定まる定数Ｋで置換えると、 Y₁＝Ksin（ωt＋φ₁）と表現できる。ここで、リラクタンス変化の位相
φ₁はコア部２−１の直線位置ｘに所定の比例係
数（または関数）に従つて比例しているので、出
力信号Y₁における基準信号sinωt（またはcosωt）
からの位相ずれφ₁を測定することにより直線位
置ｘを検出することができる。ただし、位相ずれ
量φ₁が全角2πのとき、直線位置はｘは前述の距
離P₁（コア３−１の１ピツチ長）に相当する。す
なわち、信号Y₁における電気的位相ずれ量φ₁に
よれば、距離P₁の範囲内で相対的な直線位置が
検出できるのである。

センサＳ２はＳ１と同一構成であるが、コア部
２−２におけるコア３−２及び４−２の間隔P₂
がP₁とは異なつている。センサＳ１とＳ２のコ
ア部２−１，２−２は連結部材５０で連結され、
検出対象の直線変位ｘに応じて一緒に直線移動す
る。そして、コア部２−２あの直線位置ｘに応じ
た電気的位相ずれφ₂を含む交流信号Y₂＝Ksin
（ωt＋φ₂）がセンサＳ２の２次側から得られる。
ただし、この位相ずれ量φ₂が2πのときの直線変
位ｘはコア３−２の１ピツチ長P₂に相当する。

両センサＳ１，Ｓ２の２次側出力信号Y₁，Y₂
を第４図に示すような位相差検出回路３７−１，
３７−２に与えることにより、各ピツチ長P₁，
P₂に対応する機械的直線変位を１周期とする周
期的な電気的出力信号D₁，D₂を得ることができ
る。

第４図において、発振部３２は基準の正弦信号
sinωtと余弦信号cosωtを発生する回路、位相差
検出回路３７−１は上記位相ずれφ₁を、３７−
２はφ₂を夫々測定するための回路である。クロ
ツク発振器３３から発振されたクロツクパルス
CPがカウンタ３０でカウンタされる。カウンタ
３０は例えばモジユロＭであり、そのカウンタ値
がレジスタ３１に与えられる。カウンタ３０の
４／Ｍ分周出力からは、クロツクパルスCPを４／Ｍ分周したパルスPcが取り出され、1/2分周用のフリ
ツプフロツプ３４のＣ入力に与えられる。このフ
リツプフロツプ３４のＱ出力から出たパルスPb
がフリツプフロツプ３５に加わり、出力から出
たパルスPaがフリツプフロツプ３６に加わり、
これら３５及び３６の出力がローパスフイルタ２
１，２２及び増幅器２３，２４を経由して、余弦
信号cosωtと正弦信号sinωtが得られ、センサＳ
１，Ｓ２に入力される。カウンタ３０におけるＭ
カウンタがこれら基準信号cosωt，sinωtの2πラ
ジアン分の位相角に相当する。すなわち、カウン
タ３０の１カウント値は2π／Ｍラジアンの位相角を示している。

回路３７−１において、センサＳ１の出力信号
Y₁は増幅器２５を介してコンパレータ２６に加
わり、該信号Ｙの正・負極性に応じた方形波信号
が該コンパレータ２６から出力される。このコン
パレータ２６の出力信号の立上りに応答して立上
り検出回路２８からパルスT_Sが出力され、この
パルスT_Sに応じてカウンタ３０のカウント値を
レジスタ３１にロードする。その結果、位相ずれ
φ₁に応じたデイジタル値D₁がレジスタ３１に取
り込まれる。

もう一方の回路３７−２も回路３７−１と同一
構成であり、センサＳ２の２次出力信号Y₂を増
幅器３８を介してコンパレータ３９に入力し、立
上り検出回路４０を介してレジスタ４１を制御
し、位相ずれφ₂に応じたデイジタル値D₁をカウ
ンタ３０からレジスタ４１に取り込む。尚、位相
差検出回路３７−１を１個だけとし、レジスタ３
１，４１のみ各センサＳ１，Ｓ２に対応して設
け、位相差検出回路を時分割的に利用するように
してもよい。

以上のように求めた両センサＳ１、Ｓ２の出力
信号D₁，D₂を前述の通り演算COM（第１図）に
供給し、前記第(3)式に従つて演算を行なう。但
し、第４図のように位相差検出回路３７−１，３
７−２を構成した場合、N₁＝N₂となり、これを
Ｎで表すと、第(3)式は Cx＝D₁₂÷Ｎ（P₂−P₁／P₂ …(4) となる。勿論、N₁÷N₂であつても差しつかえな
い。

尚、第２図の例において、 φ₁＝ｘ・2π／P₁，φ₂＝ｘ・2π／P₂であり、 P₂−P₁＝ａとすると、 φ₁−φ₂＝2πx１／P₁（ａ／P₁＋ａ）であり、これが D₁₂＝D₁−D₂に対応している。ここで、φ₁−φ₂
（つまりD₁₂に対応する位相値）の最大値2π（つま
りD₁−D₂の１周期）は 2π＝2πx１／P₁（ａ／P₁＋ａ）であり、これを満た
すｘの値x_MAXは x_MAX＝P₁（P₁＋ａ／ａ） …(5) この(5)式が２個のセンサＳ１，Ｓ２を用いたと
きの最大アブソリユート検出可能範囲を示してい
る。例えばP₁＝10mm，ａ＝１mmのとき、x_MAXは
「110」となり、センサＳ１単独のアブソリユート
検出可能範囲P₁（10mm）の11倍（110mm）の範囲
までアブソリユート検出範囲が拡大されることが
わかる。

このアブソリユート検出可能範囲を更に拡大す
るには、センサの数を更に増加すればよい。例え
ば第３のセンサＳ３を更に設け、機械的変位量
P₃（但し、P₃≠P₁≠P₂）を１周期とする出力信号
D₃を直線変位ｘに応じて出力するようにする。
好ましくはP₁＜P₃＜P₂とし、「D₁−D₃」の周期が
「D₁−D₂」の周期よりも長くなるようにし、「D₁
−D₃」にもとづき「D₁−D₂」の周期数を求める
ようにすればよい。

つまり、第３のリニアセンサＳ３を第１及び第
２のリニアセンサＳ１，Ｓ２と同様に一体的に直
線変位するように設けるのである。この第３のリ
ニアセンサＳ３のピツチP₃は上記のような関係
であるから、第１のリニアセンサＳ１と第３のリ
ニアセンサＳ３の１ピツチの差は、第１のリニア
センサＳ１と第２のリニアセンサＳ２の１ピツチ
の差よりも小である。従つて、第１のリニアセン
サＳ１の位置検出信号D₁と第３のリニアセンサ
Ｓ３の位置検出信号D₃との差D₁−D₃の周期はは、
上述のように、D₁−D₂の周期よりも長い。D₁−
D₂の１周期当りのD₁−D₃の値は一定であり、D₁
−D₃の値はD₁−D₂の周期数に相関している。従
つて、上述と同様に、差D₁−D₃を演算すれば、
この差D₁−D₃に基づき、D₁−D₂の周期数を求め
ることができる。従つて、第１のリニアセンサＳ
１の位置検出信号D₁と前記周期数Cxとの組合せ
に加えて、ここで求めたD₁−D₂の周期数（第２
の周期数信号という）を更に組合せれば、アブソ
リユート直線位置を更に拡大した範囲で特定する
ことができる。

３つのリニアセンサＳ１〜Ｓ３を設けた例を第
５図に示す。この場合、第３のセンサＳ３の具体
的構成は第２図と同様であつてよいのは勿論であ
り、各センサＳ１〜Ｓ３のコア部が連結部材５０
によつて一体的に連結されて、各々に対応するコ
イル部に対して一体的に相対変位するようにする
ことは第２図の説明から容易に理解できるであろ
う。

第３のセンサＳ３の１周期分の出力信号つまり
最大出力をN₃として、前記(1)式と同様にアソリ
ユート位置P₁に対応するD₃を考えると、D₃＝
（N₃・P₁）／P₃ …(6) であり、D₁−D₃＝D₁₃として、P₁当りのD₁₃の変
化分を前記(2)式と同様に示すと、（N₁・P₃−N₃・P₁）／P₃ …(7) となる。ここで、説明の簡単化のために、前述と
同様に、N₁＝N₂＝N₃＝Ｎとおくと、上記(7)式つ
まりP₁当りのD₁₃の変化分は、｛Ｎ（P₃−P₁）｝／P₃ …(8) である。

前記差D₁₂に基づき前記(4)式により求められる
第１の周期数信号Cxは、前記(5)式より最大値が（P₁＋ａ）／ａ＝P₂／（P₂−P₁） …(9) であり、これが第１の周期数信号Cxの１周期に
対応する第１のセンサＳ１の出力信号の周期数で
ある。このときのD₁₃の値は前記(8)式の値に(9)式
の周期数を掛けたものであるから、｛Ｎ（P₃−P₁）P₂｝／｛P₃（P₂−P₁）｝ …(10) である。従つて、D₁₃の値を(10)式の定数によつて
次式のように割れば、第１の周期数信号Cxの周
期数を示す第２の周期数信号Cyを得ることがで
きる。

Cy＝D₁₃÷｛Ｎ（P₃−P₁）P₂｝／｛P₃（P₂−P₁）｝
…(11) 演算装置COMでは、３つのセンサＳ１，Ｓ２，
Ｓ３の出力に基づき、前記第１の差D₁₂＝D₁−D₂
と第１の差D₁₃＝D₁−D₃を求める演算、及び前記
(4)式，(11)式に従い第１の周期数信号Cxと第２の
周期数信号Cyを求める演算を行うようにすれば
よい。これにより、第１のセンサＳ１の出力信号
D₁と第１の周期数信号Cx及び第２の周期数信号
Cyの組合せにより、拡大されたアブソリユート
直線位置の検出がなされる。つまり、D₁は距離
P₁の範囲のアブソリユート直線位置を示し、Cx
はD₁の繰返し周期数を原点からのアブソリユー
ト値で示し（ただし、前記(9)式で示すP₂／（P₂
−P₁）が最大値）、CyはCxの繰返し周期数を原
点からのアブソリユート値で示し、この３者の組
合せによりアブソリユート直線位置が特定され
る。更に、P₁＜…＜P₄＜P₃＜P₂なる関係で複数
のセンサを用いることが可能である。

つまり、第１のリニアセンサＳ１との１ピツチ
の差が更に小さな第４のリニアセンサＳ４（この
１ピツチをP₄で示す）を同様に設ければ、同様
の理由により、D₁−D₃の周期数を更に求めるこ
とができることは明らかである。この考えを更に
推し進めることも可能であることは上記不等式に
示されるように明らかであろう。

ところで、単純に前記(3)式または(4)式だけで周
期数Cxを求めると、センサＳ１，Ｓ２の検出分
解能に起因する誤差が生じることがある。これ
は、理論上「D₁−D₂」はD₁，D₂の変化に伴つて
連続的に変化する数ではあるが、実際は「D₁−
D₂」の変化はステツプ状であり、かつD₁とD₂の
変化ステツプも非同期であることによる。これを
図により説明すると第６図のようであり、例え
ば、N₁＝N₂＝Ｎ＝1024とし、P₁当りのD₁₂の変
化分｛Ｎ（₂−P₁）｝／P₂＝32としたときに、第１
のセンサＳ１の出力信号D₁の周期が１周期目か
ら２周期目に切り換わるときの各センサＳ１，Ｓ
２の出力D₁，D₂の状態を例示している。同図ａ
は各センサ出力D₁，D₂に誤差が生じていない場
合を示し、同図ｂはセンサ出力D₂に進み方向に
誤差が生じている場合を示し、同図ｃはセンサ出
力D₂に遅れ方向に誤差が生じている場合を示す。
ａに示すように、正常な場合でも回転数の切換わ
り直前の或る範囲では「D₁−D₂」が「32」とな
る部分が一部に生じ、この部分では前記(4)式によ
つて求めた周期数Cxが「１」となつてしまう。
これは、理論上「D₁−D₂」はD₁，D₂の変化に伴
つて連続的に変化する数ではあるが、「D₁−D₂」
の変化ステツプはD₁の32ステツプにつき１ステ
ツプであり、かつD₁とD₂の変化ステツプは一致
しているわけではなく徐々にずれてゆくため、
「D₁−D₂」の理論上の１変化ステツプ（つまりD₁
の32ステツ）の間、実際の「D₁−D₂」は一定値
を維持するわけでなく、理論上の値とその値に１
プラスした値とを交互に繰返し、次第に１プラス
した値の方が現われる比率が高くなり、やがて理
論上の変化ステツプが切換わるとき実際の「D₁
−D₂」も理論値（前ステツプの理論値に１プラ
スした値）に切換わる、ということに起因する。
従つて、D₁₂の理論値が31から32に切換わる範囲
つまり「992≦D₁≦1023」の範囲では、第６図ａ
のようにD₁₂＝32となることもある。そのため、
例えば、D₁＝1023，D₂＝991の位置は本当は１周
期目（Cx＝０）の1023番地目であるが、単純に
前記(4)式を適用すると、D₁₂＝32によつてRx＝１
となり、２回転目の1023番地目となつてしまう。
また、同図ｂに示すような誤差が生じている場合
は、D₁＝０，D₂＝992の位置では単純に前記(4)式
を適用してもCx＝１となり、２周期目の０番地
目という正しい絶対位置が求まるが、D₁＝０，
D₂＝993の位置では単純に(4)式を適用するとCx＝
０となり、１周期目の０番地目つまり原点という
誤つた位置が求められてしまう。また、同図ｃに
示すような誤差が生じている場合は、D₁＝1023，
D₂＝990の位置では１回転目の1023番地目である
にもかかわらず、単純に(4)式を適用するとCx＝
１となり、２周期目の1023番地目になつてしま
う。これによる誤差をなくすためには、センサＳ
１の出力Ｄ１の周期が切換わる前後の所定の範囲
において「D₁−D₂」の値に適宜の誤差修正のた
めの修正値を加算もしくは減算してやればよい。

すなわち、第１のセンサＳ１の出力信号D₁の
周期が切り換わる前の所定の範囲では、D₁−D₂
が理論値よりも大きくなることがあるため、その
範囲においてその誤差分の補償を行えばよい。そ
こで、第１のセンサＳ１の出力信号D₁の値がそ
の周期が切り換わる直前の所定の第１の範囲に属
しているかを判定し、この範囲ではD₁−D₂に対
して所定の修正値を減算してやるようにすれば上
記補償を行うことができる。また、第１のセンサ
Ｓ１の出力信号D₁の周期が切り換わつた後の所
定の範囲では、D₁−D₂が理論値よりも小さくな
ることがあるため、その誤差分の補償を行えばよ
い。そこで、第１のセンサＳ１の出力信号D₁の
値がその周期切り換わり直後の所定の第の範囲に
属しているかを判定し、この範囲ではD₁−D₂に
対して所定の修正値を加算してやるようにすれば
上記補償を行うことができる。D₁が所定の第１
又は第２の範囲にあるかどうかの判定と、修正値
による修正用の加減算は演算装置COMで行えば
よい。この修正値は適宜の値に定めることができ
る。例えば「１」とすれば、D₁−D₂が±１修正
されるので、D₁，D₂の変化ステツプずれが１ス
テツプ以内の場合に有効である。「２」とすれば、
D₁−D₂が±２修正されるので、D₁，D₂の変化ス
テツプずれが２ステツプ以内の場合に有効であ
る。このように、この補償数値は、D₁とD₂の変
化ステツプのずれを何ステツプまで許容するか
（何ステツプまで補償するか）に応じて設計上適
宜に設定してよい。

算術上明らかなように、実際に求めた差D₁−
D₂に対して加算又は減算することに限らず、D₁
にに対して加算又は減算しても、あるいはD₂に
対して加算又は減算してもよく、またD₁とD₂の
両方に適当な値を加算又は減算するようにしても
よい。なお、D₁−D₂に関する誤差と同様の性格
の誤差はD₁−D₃に関しても生じることがある。
これに対しても上記と同様に対処することにより
補償を行うことが可能である。

尚、上述ではコア部２−１，２−２を動かし、
コイルを静止しておくように説明したが、その逆
でもよい。また、リニア型センサも、第２図のよ
うな位相シフト型のものに限らず、同図と同様に
複数のコアを設けて直線位に応じて周期的なアナ
ログ直流電圧を得るようにした差動トランス型の
センサ、などその他の任意のリニアセンサを用い
てよい。

以上説明したようにこの発明によれば、アブソ
リユート直線位置検出範囲を拡大することがで
き、また、特段の運動変速機構を設けることな
く、各リニアセンサにおけるリニアスケール部材
又は検出ヘツド部の一方を一体的に結合するだけ
の極めて簡単な構成であればよいので、構成も簡
素であり、かつ全体の検出分解能は１つのリニア
センサの１周期分の出力信号の分解能に依存する
ので極めて高分解能であり、精度がよいものとな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロツク
図、第２図はこの発明で使用するセンサ部分の一
例を具体的に示す断面図、第３図は第２図の１次
及び２次コイルの結線例を示す回路図、第４図は
第２図の各センサから出力される交流信号に含ま
れる直線変位量に応じた位相ずれを検出するため
の回路の一例を示すブロツク図、第５図は３つの
センサを用いた場合のこの発明の一実施例を示す
ブロツク図、第６図は周期切り換わり点前後の誤
差の可能性を説明するためにセンサ出力例を示す
図、である。Ｓ１，Ｓ２……リニアセンサ、COM……演算
装置、２−１，２−２……コア部、３−１，３−
２……コア、５−１，５−２……スペーサ、４−
１……ケーシング、７，８，９，１０……１次コ
イル、１１，１２，１３，１４……２次コイル、
３７−１，３７−２……位相差検出回路。

Claims

【特許請求の範囲】１ (a) 磁気に対して異なる性質を示す２つの物
質を直線変位方向に沿つて所定のピツチで交互
に繰返し配したリニアスケール部材と、このリ
ニアスケール部材に対して相対的に変位可能に
配され、この変位に応じた前記２つの物質の相
対的位置関係に応じて、該リニアスケール部材
の１ピツチの変位を１周期とする周期的な位置
検出信号をデイジタルデータにて発生する電磁
的検出部とを具備するリニアセンサを２個設
け、各リニアセンサにおける前記リニアスケー
ル部材の１ピツチはそれぞれ異なつており、各
リニアセンサにおける前記リニアスケール部材
又は検出部の一方を一体的に結合して検出対象
の機械的変位に応じて一体的に直線変位させる
ようにして成り、これにより、前記検出対象の
機械的直線変位に関して夫々異なる周期で各リ
ニアセンサから前記位置検出信号をそれぞれ発
生するようにしたこと、 (b) 前記２つのリニアセンサに関し、第１のリニ
アセンサから発生される第１の位置検出信号と
第２のリニアセンサから発生される第２の位置
検出信号とを演算変数として両者の差をデイジ
タル演算し、更にこの差を演算変数として、前
記第１のリニアセンサに関する前記検出対象の
原点からの周期数を決定する演算を行い、決定
した周期数を示す周期数信号を出力する演算手
段を設けたこと、及び (c) 前記第１の位置検出信号の値が周期切り換わ
り前の所定の第１の範囲に属するかまたは周期
切り換わり後の所定の第２の範囲に属するかを
判定し、上記第１又は第２の範囲内にあると判
定されたとき第１又は第２の範囲のどちらに属
するかに応じて、前記演算手段における前記演
算変数の少なくとも１つの値を、所定の修正値
によつて加算もしくは減算することによつて前
記差の値を変更する修正演算を行なうことからなるアブソリユート直線位置検出装置。２前記検出部は、直線変位方向に所定間隔でず
れて配置された複数の１次コイルと、この１次コ
イルに対応して設けられた２次コイルと、前記１
次コイルの各々を位相のずれた複数の基準交流信
号によつて個別に励磁し、これにより前記基準交
流信号を前記コイルに対する前記リニアスケール
部材の相対的直線位置に応じて位相シフトした出
力交流信号を前記２次コイルに生ぜしめる回路
と、この出力交流信号と前記基準交流信号との位
相ずれをデイジタル測定することによりデイジタ
ルの位置検出信号を得る回路とを有するものであ
る特許請求の範囲第１項記載のアブソリユート直
線位置検出装置。３ (a) 磁気に対して異なる性質を示す２つの物
質を直線変位方向に沿つて所定のピツチで交互
に繰返し配したリニアスケール部材と、このリ
ニアスケール部材に対して相対的に変位可能に
配され、この変位に応じた前記２つの物質の相
対的位置関係に応じて、該リニアスケール部材
の１ピツチの変位を１周期とする周期的な位置
検出信号をデイジタルデータによつて発生する
電磁的検出部とを具備するリニアセンサを３個
設け、各リニアセンサにおける前記リニアスケ
ール部材の１ピツチはそれぞれ異なつており、
第１のリニアセンサと第３のリニアセンサの１
ピツチの差は第１及び第２のリニアセンサの１
ピツチの差よりも小であり、各リニアセンサに
おける前記リニアスケール部材又は検出部の一
方を一体的に結合して検出対象の機械的変位に
応じて一体的に直線変位させるようにして成
り、これにより、前記検出対象の機械的直線変
位に関して夫々異なる周期で各リニアセンサか
ら前記位置検出信号をそれぞれ発生するように
したこと、 (b) 前記第１のリニアセンサから発生される第１
の位置検出信号と第２のリニアセンサから発生
される第２の位置検出信号とを演算変数として
両者の差である第１の差をデイジタル演算し、
更にこの第１の差を演算変数として、前記第１
のリニアセンサに関する前記検出対象の原点か
らの周期数を決定する演算を行ない、決定した
周期数を示す第１の周期数信号を出力する第１
の演算手段を設けたこと、 (c) 前記第１の位置検出信号の値が周期切り換わ
り前の所定の第１の範囲に属するかまたは周期
切り換わり後の所定の第２の範囲に属するかを
判定し、上記第１又は第２の範囲内にあると判
定されたとき第１又は第２の範囲のどちらかに
属するかに応じて、前記第１の演算手段におけ
る前記演算変数の少なくとも１つの値を、所定
の修正値によつて加算もしくは減算することに
よつて前記差の値を変更する修正演算を行なう
こと、 (d) 前記第１のリニアセンサから発生される第１
の位置検出信号と第３のリニアセンサから発生
される第３の位置検出信号とを演算変数として
両者の差である第２の差をデイジタル演算し、
更にこの第２の差を演算変数として、前記第１
の周期数信号の周期数を決定する演算を行な
い、決定した周期数を示す第２の周期数信号を
出力する第２の演算手段を設けたこと、からなるアブソリユート直線位置検出装置。