JPH0435691B2 - - Google Patents

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
ユーサ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NC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測長
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
ンスデユーサ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つた。

すなわち、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
カウントすることによつ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つた。

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
という問題があつた。

すなわち、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ければならず、また
各測定初期において常に装置の零セツトが必要と
される。

従つて、従来の相対測定装置は操作性が悪く、
また電力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つた。

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
があつた。

一方、絶対測定によれば、トランスデユーサの
零セツ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
ツ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、
電力消費が蓄しく少なくなり、バツテリ駆動型の
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ツ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
置が定まつ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
与せず、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
4420754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つて、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ツチが互い
に異なることを特徴とし、両電極対あるいは両ス
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つ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
かの問題点があつた。

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
れら両検出出力が測定回路によつて処理される
が、両出力間にはどうしても僅かながら時間差が
発生し、この時間差によつて測定値に大きな誤差
が生じるという問題があつた。

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
を行つているが、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つた。

第２の問題は２対のスケールを必要とすること
から、トランスデユーサ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つていた。

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
つては好ましくない特性であつた。

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、静電容量方式によつて相対的
に移動するスケール間の絶対位置を電気的に測定
するとともに、従来装置における前述した問題点
を全て除去した改良された容量型位置測定トラン
スデユーサを提供することにある。

本発明によれば、小型のトランスデユーサであ
りながら正確な絶対値測定を可能とし、測定の都
度零セツ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
良されたトランスデユーサが提供可能である。

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、
これによつて、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、電極は絶対値を表
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］ 上記目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量の測定
によつて行うトランスデユーサの改良に関し、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。

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ｎ列（ｎは１以上の整数）設けら
れている。

一方、第２スケールは、相対移動方向に沿つて
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つて第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受信電極とそれぞれ容量結合するｎ列の第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
測定領域にわたつ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
電極の各列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、前記各接続された第
２受信電極と第２送信電極との電極群の結合体に
は相対移動方向に沿つてそれぞれ異なる偏位が与
えられている。更に、本発明において特徴的なこ
とは、前記第２受信電極と所定列の第２送信電極
との電気的接続は第２受信電極又は他の列の第２
送信電極を構成する電極群の一の電極に対し前記
所定列の第２送信電極を構成する電極群の複数の
電極をもつて行われていることであり、また、偏
位は第２送信電極の各列毎に異なつており、各移
動位置に対して選択された１つの列の電極におい
て特定された前記偏位により絶対値測定が行われ
る。

前述した各移動位置に対する異なる偏位は移動
量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１列又は複数列
の第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
によつて第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各列の第
２送信電極に伝わり、再び容量結合によつてそれ
ぞれ対向する各列の第１受信電極に戻される。

従つて、本発明によれば、各列毎の１系列の電
気回路によつて第２受信電極と第２送信電極を通
つ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列
の電極において各移動位置ごとに唯一に特定され
ているので、１つの列の電極を選択することによ
り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
き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表示することがで
きる。

また、複数列の第２送信電極を設けた場合には
各列毎に異なつた偏位が与えられていることか
ら、１つの装置で様々な絶対測定範囲を得ること
ができると共に、各列の測定値を組合せることに
よつて高精度な測定を行うことも可能である。

更に、本発明によれば、電極群のピツチを小さ
くすることにより偏位の与えられた所定の第２送
信電極と第２受信電極との間の接続を、第２受信
電極の一つの電極に対し第２送信電極の２以上の
複数の電極をもつて行うこととしていることか
ら、第２受信電極と第２送信電極との接続を、構
成する各電極毎の１対１の接続による場合のよう
に、偏位量に一定の制限があるため第２送信電極
の電極群の中で第２受信電極との接続ができない
電極が生じることを防止することができる。

［実施例］ 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量
型位置検出トランスデユーサ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２
０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には発振
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
２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、各対には前記発振器
３０から位相の異なる交流信号３０ａ及び３０ｂ
が供給されており、両信号間の位相差は180度に
設定されている。

前記第１スケール１０には更に第１受信電極１
４がｎ列（ｎは１以上の整数）設けられ、本実施
例では第１送信電極の両側にそれぞれ１例づつ、
計２列の第１受信電極が設けられている。この第
１受信電極１４は、実施例において、各列毎に所
定間隔に配置された電極群からなり、前記第１送
信電極と隣接して平行に配列されている。

各第１受信電極１４−１，４１−２はそれぞれ
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つて設
けられており、両電極間は電気的に絶縁状態にお
かれている。

本発明に係るトランスデユーサの特徴的事項
は、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２列の第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（ｘ軸）に沿
つて第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、そのピツチはPr2にて示されてい
る。

一方、各列の第２送信電極２４−１〜２４−２
は相対移動方向（ｘ軸）に沿つて前記２列の第１
受信電極１４−１，１４−２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
の各列とそれぞれ容量結合している。

そして、この第２送信電極２４−１及び２４−
２は、１列内においては、等間隔に電極群が配置
され、そのピツチPt2は各列毎に異なつている。

そして、本発明において、前記第２受信電極２
２と第２送信電極２４とのピツチは異なる値に設
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、本発明においては第２送信電極２４の
前記偏位 Ｄ(x)＝（Pt2−Pr2）ｆ(x) …(1) 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。

また、本発明においては前記第２受信電極２２
と各列の第２送信電極２４とが各電極ごとに互い
に結合電極２６によつて電気的に接続されている
ことを特徴とする。

従つて、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各列の両
電極間偏位Ｄ(x)は各列毎に唯一の特定された値と
なることが理解され、これによつて、検出される
静電容量値は偏位Ｄ(x)は各列毎に唯一の特定され
た値となることが理解され、これによつて、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。

もつとも、この各列の偏位Ｄ(x)はトランスデユ
ーサの測定範囲が増大するにしたがつて増加する
が、その偏位Ｄ(x)量が送信ピツチ、実施例におい
ては第１送信電極１２上の送信波長ピツチWt1を
超えることはできないという制約がある。

すなわち、前記偏位Ｄ(x)が送信波長ピツチ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。

従つて、第１図の実施例においては、第２スケ
ール２０はノギスの本尺全長にわたつて第２送信
電極２４の各列の最大の偏位Ｄ(x)が前記送信波長
ピツチWt1を超えないように設定されている。更
に詳細には、第１図における第２送信電極２４−
１の偏位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つてその値が反
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本負に振分けた形状か
らなる。

他方、第２送信電極２４−２は、更にピツチ
Pt2(2)が小さくされており、第２受信電極２２の
ピツチPr2との差が大きいため、相対移動距離に
対する偏位Ｄ(x)も大きくなる（式(1)より）。

従つて、偏位Ｄ(x)量が送信波長ピツチWt1を超
えることができないという制約のため、第２受信
電極の各電極との間の１対１による接続では送信
波長ピツチWt1を超えてしまうため接続できない
非接続電極の部分２５が生じてしまう。

そして、本発明の特徴部分である第２受信電極
２２の一つの電極に対する第２送信電極２４−２
の複数の電極の接続を行つたものである。

すなわち、第２送信電極２４−２の非接続電極
の部分２５をそのままにしておくか、接続できな
い部分には電極を設けず、第２受信電極の電極数
と同じ電極数とした場合には、当該部分では測定
が不能となつてしまうことから、第２スケールの
表面上の１対１の接続では接続できなかつた電極
を第１図に破線で示したように第２スケールの裏
面で第２受信電極と偏位Ｄ(x)量が送信波長ピツチ
Wt1を超えないように接続している。

第２図は、本実施例の第２スケール上の電極配
置を示す概略図であり、第２送信電極２４−１は
第２受信電極２２のピツチPr2よりもやや小さい
ピツチPt2(1)とされており、一方、第２送信電極
２４−２は更に小さいピツチPt2(2)で電極配置さ
れており、配置された電極数も第２受信電極２２
の電極数もほぼ２倍となつている。

従つて、第２受信電極２２と第２送信電極２４
−１との接続は１対１の電極接続によつても偏位
Ｄ(x)量が送信波長ピツチWt1を超えない範囲で測
長に必要な範囲にわたる接続を行うことができる
が、第２受信電極２２と第２送信電極２４−２と
の接続は、電極ピツチPr2とPt2(2)との差がより
大きいため、偏位Ｄ(x)量が送信波長ピツチWt1を
超えない範囲で接続できるのは一定の狭い範囲に
限られる。

従つて、接続できない部分の電極２５を図上波
線で示すように第２スケール２０の裏面側で、偏
位Ｄ(x)量がピツチWt1を超えないように接続して
いる。

第２スケール２０も絶縁基板を有しており、前
述した第２受信電極２２、２列の第２送信電極２
４−１，２４−２、そして各結合電極２６は蒸着
その他の手段によつて前記絶縁基板上に形成さ
れ、電気的に接続された第２受信電極２２と各列
の第２送信電極２４との電極対は相対移動方向
（ｘ軸）に沿つて互いに電気的に絶縁された状態
で配列されている。

以上のごとく、本発明によれば、第２スケール
２０の第２受信電極２２と各列の第２送信電極２
４とは相対移動方向に沿つ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つて第２受信
電極２２に伝達され、これが直ちに結合電極の導
通によつて各列の第２送信電極に伝わり、相対移
動方向（ｘ軸方向）にシフトされた状態で再び容
量結合によつて対応する各列の第１受信電極１４
−１，１４−２に戻される。

従つて、本発明によれば、前記各列の電極毎の
単一の電気系統のみによつて前記異なる偏位を持
たせた電極を通つ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絶対測定を可能とするこ
とができる。

第１図において、前記第１送信電極１２に隣接
した整列配置された２列の第１受信電極１４−１
〜１４−２はそれぞれ検出回路に対しての検出信
号を供給している。

そして、実施例においては、第１受信電極１４
の各ブロツク毎のピツチすなわち受信波長ピツチ
Wr1は前述したごとく送信信号が第２スケールを
通つて所定のシフトがなされたシフト量に対応し
て、 Wr1(2)＝Wt1×Pt2(2)／Pr2 …(2) に設定されている。

従つて、このような受信波長ピツチWr1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スケールの第２受信電極２２と各列の第２送
信電極２４との間において所定のシフトが行われ
た後、再び対向する各列の第１受信電極におい
て、前記シフト量に対応した長さの受信電極１４
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３２−１，
３２−２は、回路３２内のアナログスイツチに
て、いずれか１つが選択され所定の演算が行われ
る。

また、第２送信電極によつて絶対測定可能な範
囲Ｌは、偏位Ｄ(x)が送信波長ピツチWt1を超えな
いという条件の下で当該第２送信電極のピツチ
Pt2が第２受信電極のピツチPr2よりも小さいと
仮定すると、ある値ｍに対して mPt2＝Ｌ mPr2＝Ｌ＋Wr1 Ｌ＝Wr1×Pt2／（Pr2−Pt2） …(3) で表され、相対移動量が絶対測定可能範囲Ｌを超
える範囲では位相が360゜以上変化するため絶対値
の特定ができなくなる。

なお、式(3)より第２送信電極のピツチPt2を第
２受信電極のピツチPr2に近づける程、すなわち
偏位Ｄ(x)を小さくする程絶対測定可能範囲Ｌは拡
がるが、逆に分解能は粗くなることが理解され
る。

第３図には、本発明にかかる第２スケール電極
配置の他の例が示されており、第２受信電極２２
及びｎ列の第２送信電極２４−１〜２４−ｎの配
置の１列が示されており、第２送信電極２４の各
電極間ピツチPt2を第１列目から第ｎ列に向けて
徐々に小さくして配列している。すなわち、各列
の偏位Dk(x)が徐々に大きくなるよう配列されて
いる。

このように各列の第２送信電極２４を異なつた
ピツチとすることによつて様々な絶対測定範囲を
１つのスケールで得ることができる。

本実施例の場合、ピツチPt2の小さい第ｎ列目
第２送信電極２４−ｎの接続は、第２受信電極２
２と直接に接続されているのではなく、第ｎ−１
列目の第２送信電極２４−（ｎ−１）との直接続
とされているので、１対複数の電極接続は、第ｎ
列目と第ｎ−１列目の第２送信電極２４との間で
行われていることが示されている。

第４図には本発明の第１スケールの他の実施例
が示されており、ｎ列の第１受信電極１４はそれ
ぞれ２つの位相の異なる信号を出力するため２種
類の電極から成り、該電極は相対移動方向（ｘ
軸）に対して受信波長ピツチ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からな
り、それらの検出値が互いに差演算され、これに
よつて、検出信号の感度を改善することができ
る。

第５図の第１スケール１０は前述した第３図の
実施例と類似するが、その各列の第１受信電極１
４ａ，１４ｂは第３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、両第１受信電
極１４ａ，１４ｂからの出力は測定回路３２の作
動増幅器において差演算される。

また、第５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５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、各列の第１受信電極１
４ａ，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。

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つて第
２受信電極に伝達され、これが直ちにｎ列設けら
れた第２送信電極に所定変位量シフトされて導通
し、再び容量結合によつて対向する各列の第１受
信電極に戻され、この検出された出力信号は第２
スクール上における第２受信電極と第２送信電極
の各列毎の偏位情報であり、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
対して各列毎に常に唯一の特定された値を有して
いるので、この結果、選択された１つの列の検出
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
測定によつて正確な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ツト、大
消費電力そしてスケールの移動速度のない優れた
測長器を提供可能である。

また、本発明によれば、前述したごとく、第２
送信電極及び第１受信電極の各列毎のトランスデ
ユーサ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、また第１受信電極１４及び第２送信
電極２４を複数列設けることにより、種々の絶対
測定範囲を得ると共に、各列の測定値を組合せる
ことにより、さらに測定精度を高めることがで
き、かつ一組のスケール対によつて測定が行われ
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。

第６図及び第７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長回路の一例が
示され、またその各部波形及びタイミングチヤー
トが第８図に示されている。

第６図の測長回路は、第１図及び第２図に示し
た実施例のごとく各列の第１受信電極が１種類の
電極から成るトランスデユーサに接続される測長
回路であり、前述した本発明に係るトランスデユ
ーサは符号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f0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100〜200KHz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f0はトランスデユーサ１０
０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
な装置によつ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
て第８図に示すごとく所望の８個のそれぞれ45度
の位相差を有する交流信号２００−１〜２００−
８に変換される。従つて、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５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３０の出力f0で変調され、この信
号２００−１〜２００−８がトランスデユーサ１
００の各第１送信電極１２へ供給される。

トランスデユーサ１００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
つた後に第１受信電極の各列から電気的な信号と
して出力し、この各列毎の出力はアナログスイツ
チ６５にてその内の１列の信号が選択された出力
は更に同期復調器６６によつて復調される。

また、各列の第１受信電極が２種類の電極から
成るトランスデユーサの場合第７図に示すよう
に、トランスデユーサ１００の第１受信電極の各
列からの出力信号は、まず、差動アンプ６４に送
られ、信号２０４として出力され、第８図に示す
ようにその包絡線が正弦波曲線を描く信号とな
る。この点のみが第６図に示す測長回路と異なる
点であり、出力信号２０４は同期復調器６６によ
つて復調され以下は第６図と同様の回路構成であ
る。

同期復調器からの出力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
る位相差を有しており、この位相差φを求めるこ
とによつて、両スケールの相対位置によつて定ま
る絶対値を求めることができる。

なお、前記復調器６６の出力２０６は第８図に
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イルタ６８にて除
去し高周波成分が除去された信号２０８を得てい
る。

前記信号２０８は更に零クロス回路７０によつ
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
リセツト／スタート信号は、実施例において、変
調器６２，復調器６６のトリガ信号と制御ユニツ
ト８０により同期制御されおり、装置の装定開始
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７
２の計数タイミングは、発振器３０の出力周波数
f0にて制御されている。

そして、カウンタ７０の計数ストツプは前記零
クロス回路７０からの信号によつて制御されてお
り、第８図の位相φ位置にて、前記零クロス回路
７０はフイルタ６８の出力２０８からストツプ信
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。

従つて、前記カウンタ７２の計数値はトランス
デユーサによつて基準信号３００がシフトされた
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は測定時における両ス
ケール１０，２０の偏位Ｄ(x)と対応し、前記カウ
ンタ７２の出力は演算ユニツト７４によつて絶対
値への変換演算が行われる。

そして、制御ユニツト８０にて制御された演算
ユニツト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、これによつて、測長値を使用者が容
易に読取ることができる。

［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
の相移動量を静電容量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量化され
た容量型トランスデユーサ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１又は２以上の列の第２送信電極とは
それぞれ互いに結合電極にて電気的に接続される
とともに両電極間が相対移動方向に沿つて各列毎
に異なる偏位を有し、全測長範囲においてこの偏
位は各列毎に唯一の特定された値となるように設
定されており、第１送信電極の１つの列の出力信
号を選択し所定の演算を行うことによつて、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ト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。

また、第２送信電極を複数列設けた場合、各列
には異なつたピツチを与えていることから、１つ
のスケールで様々な絶対測定範囲を得ることがで
きると共に、各列の測定値を組合せて高精度な測
定を行うことも可能である。

また、各列はそれぞれ単一の容量結合回路を用
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
スデユーサを得ることが可能となる。

更に、本発明によれば、所定の偏位を得るため
第２送信電極の電極ピツチを小さくした場合に、
第２受信電極との間の直接又は間接の電気的接続
を、第２受信電極の１つの電極に対し当該第２送
信電極の複数の電極をもつて行うこととしたの
で、第２送信電極の非接続部分が発生するのを回
避することができ測定不能な範囲が生じるのを防
ぐことができる。

【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
図は第１図の実施例に係るトランスデユーサの第
２スケール側を示す概略説明図、第３図は本発明
にかかるトランスデユーサの第２スケール側の他
の実施例を示す一部概略図、第４図は本発明に係
るトランスデユーサの第１のスケールの他の実施
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第１スケールを示す平面図、
第６図及び第７図は本発明に係るトランスデユー
サに好適な測調回路のブロツク図、第８図は第６
図及び第７図の波形及びタイミングチヤートを示
す説明図である。 １０…第１スケール、１２…第１送信電極、１
４…第１受信電極、２０…第２スケール、２２…
第１受信電極、２４…第１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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ｎ列
   （ｎは１以上の整数）の第１受信電極と、が設け
   られ、 前記第２スケールには、相対移動方向に沿つて
   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、相対移動方向に沿つて第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受信電極の各列とそれぞれ容量結合するｎ列の
   第２送信電極と、が設けられ、 前記第２受信電極と各列の第２送信電極とは互
   いに結合電極を介して又は結合電極と他の列の第
   ２送信電極を介し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つて第２送信電極の各列
   毎にそれぞれ異なる偏位が与えられており、 前記第２受信電極と所定列の第２送信電極との
   電気的接続は第２受信電極又は他の列の第２送信
   電極を構成する電極群の一の電極に対し前記所定
   列の第２送信電極を構成する電極群の複数の電極
   をもつて行われ、 各相対移動位置に対して特定された前記偏位に
   より絶対測定を行うことを特徴とする容量型位置
   測定トランスデユーサ。 ２ 特許請求の範囲１に記載のトランスデユーサ
   において、前記第２受信電極と所定列の第２送信
   電極との電気的接続は、それぞれの各構成電極の
   １対１の接続を第２スケールの表面にて行い、他
   の接続されていない前記所定列の第２送信電極の
   構成電極を第２スケールの裏面にて第２受信電極
   又は他の列の第２送信電極の構成電極と接続した
   ことを特徴とする容量型位置測定トランスデユー
   サ。 ３ 特許請求の範囲２記載の装置において、第１
   受信電極の電極群のピツチを受信波長ピツチWr1
   とし、前記送信波長ピツチをWt1、第２受信電極
   ピツチをPr2そして第２送信電極ピツチを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
   定トランスデユーサ。 ４ 特許請求の範囲３記載のトランスデユーサに
   おいて、第１受信電極の各列は２つの位相の異な
   る信号を出力するためにそれぞれ２種類の電極か
   らなり、該電極は相互に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
   ンスデユーサ。