JPS5853286B2 - デジタルスケ−ル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はデジタルスケール装置、特にその基準位置検出
装置の改良に関するものである。

被測定物の長さ測定或いは工作機械等の位置検出装置と
してデジタルスケール装置が広く用いられ、高精度で読
み取り易いデジタル表示が得られるという利点を有する
。

デジタルスケール装置にはりニヤエンコーダ等として知
られる直線型スケール及びロータリエンコーダ等で知ら
れる回転型スケールがあり、またその読み取り方式によ
り光電型、電磁型或いは磁気型の種類を有する。

前述した光電型デジタルスケール装置は、測長スリット
列を有するメインスケールと測長ゲートスリットを有す
るインデックススケールを互いに相対移動させ、両者間
の移動量を光電検出するものであり、このために、両ス
リットを通過する光量変化が光電変換器により検出され
る。

デジタルスケール装置が測長器として用いられる場合、
メインスケールもしくはインデックススケールが測長器
のプローブと連動りて動き、他方のスケールが測長器本
体に固定され、プローブの移動量を電気信号として検出
し、この検出信号数を計数することによりプローブ移動
量がデジタル検出される。

同様に、デジタルスケール装置が工作機械の位置検出装
置として用いられる場合、いずれか一方のスケールが工
作機械の送り台に固定され、他方のスケールが基部に固
定され、両スケールの相対移動により送り台の位置を知
ることが出来る。

メインスケールの測長スリット列は複数の整列配置され
た測長スリットからなり、測長範囲全域に渡って測長ス
リットが等間隔に配設されている。

通常の場合、スリットは１０ミクロン程度の幅を有し、
各スリット間には同じく１０ミクロン程度の間隔が設け
られ、この結果、測長スリットピッチはほぼ２０ミクロ
ン程度に設定されている。

インデックススケールにも測長スリットと同様の測長ゲ
ートスリットが設けられ、測長ゲートスリットと測長ス
リットとの重ね合せ位相により両スリットを通過する光
量が変化することにより両スケールの相対移動量を計数
することが出来る。

この様なデジタルスケール装置において、両スケールの
相対移動量のみでなくその移動軸に対する絶対位置を正
しく知るために、基準計数位置を定めることが好ましい
。

基準計数位置が設定されれば、例えば測長器の零位置或
いは工作機械の座標原点と基準計数位置とを合せて、基
準計数位置からのパルスを計数す−ることにより、絶対
測長或いは座標位置を絶対値で求めることが可能となる
。

従来のデジタルスケール装置においては、メインスケー
ルに測長スリット列とは別個の列に基準スリットを設け
ることにより、前述した基準計数位置を設定していた。

第１図には従来の光電型デジタルスケール装置が示され
ている。

メインスケール１０とインデックススケール１２とは相
対移動可能に近接配置され、一方が固定部にそして他方
が工作機械或いは３次元測長機の移動部その他の測定プ
ローブに固定され、相対移動量が電気信号として検出さ
れる。

メインスケール１０には複数の整列配置された測長スリ
ットからなる測長スリット列１４が設けられ、インデッ
クススケール１２には測長スリット列１４と対応する２
個の測長ゲートスリット１６，１８が設けられている。

測長ゲートスリット１６と１８とは互いにそのスリット
配置にずれが設けられ、例えばスリットピッチの１／４
のずれを有し、この結果、図示していない光電変換装置
からの検出出力は各測長ゲートスリット１６．１８に対
して例えば９０度の位相差を有す−る信号として検出さ
れる。

従来のデジタルスケール装置では、メインスケール１０
の測長スリット列は有効測定長として定められる長さを
有し、この測定長間には均一な測長スリットが連続して
設けられている。

この様なデジタルスケールの基準位置を定めるため、メ
インスケール１０には測長スリット列１４と隣接する位
置に基準スリット部２０が設けられ、これに対応して、
インデックススケール１２にも前述した測長ゲートスリ
ットと隣接して基準ゲートスリット２２が設けられてい
る。

従って、インデックススケール１２の基準ゲートスリッ
ト２２がメインスケール１０の基準スリット部２０と重
ね合せられたとき、図示していない基準信号発生用光電
変換装置からは基準信号が検出され、デジタルスケール
装置の基準位置が求められる。

前述した従来のデジタルスケール装置では、メインスケ
ールに測長スリット列と隣接す−る他の列に基準スリッ
ト部を設けなければならず、スケール幅が増加すると共
に加工が複雑となる等種々の欠点を有していた。

本発明は上記従来の課題に鑑み威されたものであり、そ
の目的は極めて簡単な構造でスケールの基準位置を検出
することの出来る改良されたデジタルスケール装置を提
供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、光電型デジタル
スケール装置においては、測長スリット列の一部に僅か
なスリット欠落部があっても実用上充分な測長信号を得
ることが出来るという点に着目し、メインスケールの測
長スリット列中に基準位置検出部を混合配列したことを
特徴とする。

本発明における基準位置検出部は測長スリットピッチよ
り大きなスリット幅を有する基準スリット即ち測長スリ
ット用光遮断部が整数分欠落した幅広スリットから構成
されても良く、また、測長スリットとは異なるスリット
ピッチを有する複数のスリットから戒る基準スリット群
から構成しても良い。

本発明によれば、基準位置検出部が測長スリット列中に
配置されるので、メインスケール自体の幅を小さくする
ことが出来、またスリットの加工作業も極めて容易にな
る等種々の利点を有する。

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２，３図には本発明に係るデジタルスケール装置の好
適な実施例が示されている。

ガラス製のメインスケール３０の一側表面には複数の整
列配置された測長スリットからなる測長スリット列３２
が設けられている。

メインスケール３０にはインデックスケール３４が隣接
配置され、周知の様に、インデックススケール３４とメ
インスケール３０とが相対移動するときにその移動量が
光電変換される。

インデックススケール３４の側表面には位相の異なる２
個の測長ゲートスリット３６及び３８が設けられている
。

本実施例において、測長スリット列３２の一部には、少
なくとも１個以上の測長スリット用光遮断部が欠落した
広いスリット幅を有する基準スリットからなる基準位置
検出部４０が形成されている。

なお、該基準位置検出部４０は、測長ゲートスリット群
の幅よりも狭い幅となるよう形成されている。

一方、インデックススケール３４にもメインスケールの
基準位置検出部４０に対応する基準ゲートスリット４２
が設けられ、図示した実施例においては、基準ゲートス
リット４２は基準位置検出部４０とほぼ同一のスリット
幅に形成されている。

第３図から明らかな様に、メインスケール３０の側方に
は測長ゲートスリツ）３６．３８に対応する発光器４４
．４６及び基準ゲートスリット４２に対応する発光器４
８が設けられ、またインデックススケール３４の側方に
は測長ゲートスリット３６．３８と対応する受光器５０
．５２及び基準ゲートスリット４２に対応する受光器５
４が設けられている。

これらの発光器４４，４６．４８及び受光器５０，５２
．５４はインデックススケール３４と同一基板に固定さ
れ、４４，４６，５０゜５２はインデックススケール３
４と共に相対移動する測長光電変換器を形威し、４８．
５４はインデックススケール３４と共に相対移動する基
準光電変換器を形成している。

このようにすることにより、本実施例の装置では、各光
電変換器がインデックススケール３４と一体的に相対移
動することとなり、例えば基準ゲートスリット４２に対
応して設けられた発光器４８及び受光器５０は、基準位
置検出部４０及び基準ゲートスリット４２を通過する光
量変化を正確に検出することができ、該光電変換器をイ
ンデックススケール３４と別基板上に固定した場合に比
しその検出精度を向上することができる。

第４図には第２図の実施例における各スリットの相対的
な配置が示されている。

メインスケール３０の測長スリット３２は等間隔に整列
配置された光遮断部３２ａにて区分された測長スリット
３２ｂから戒り、スリットピッチがＰで示されている。

図示した実施例において、光遮断部３２ａ及び測長スリ
ット３２ｂはそれぞれ１０ミクロンの同一幅に設定され
、この幅がＰ／２で示されている。

測長スリット列中に設けられた基準位置検出部４０はｎ
個の測長スリット用光遮断部が欠落した広いスリット幅
ｎｐ＋Ｐ／２を有している。

図示した実施例においては、光遮断部３２ａがマスキン
グ蒸着手法により形成されているので、測長スリット列
の所望位置にｎ個の光遮断部だけ蒸着作用を行なわない
ことにより極めて容易に基準位置検出部４０を形成する
ことが出来る。

ｎは光遮断部の欠落数を示す正の整数であり、図示した
実施例においてはｎが７に選択されている。

測長ゲートスリット３６は光遮断部３６ａにて区分され
たスリット３６ｂからなり、それらの幅は測長スリット
列３２と同様にＰ／２即ち１０ミクロンに設定されてい
る。

同様に測長ゲートスリット３８も光遮断部３８ａにて区
分された複数のスリット３８ｂから成り、それらの幅も
測長スリット３２と同様にＰ／２即ち１０ミクロンに設
定されている。

周知の様に、両測長ゲートスリット３６゜３８はその設
置位相が変位して設けられ、第４図において、測長ゲー
トスリット３６が測長スリット３２と重ね合せ一致され
た状態で、他方の測長ゲートスリット３８はＰ／４即ち
５ミクロンだけ変位した位置に設けられる。

この変位により、後述する様に、両測長ゲートスリツ）
３６．３８からは位相の異なる２種類の電気信号を得る
ことが出来、これらの両信号を組み合せることによりス
リットピッチＰよりも細かい測長精度を得ることが出来
る。

両測長ゲートスリット３６．３８はそれぞれｍＰ＋Ｐ／
２なるゲート幅を有し、即ち、このゲート幅中にｍ個の
スリットを有する。

図示した実施例においては、ｍは７０に設定されている
。

インデックススケール３４に設けられた基準ゲートスリ
ット４２は、第４図から明らかな様に、メインスケール
３０の基準位置検出部４０と同−幅即ちｎＰ＋Ｐ／２な
るスリット幅を有する比較的広い開口部からなる。

本発明に係るデジタルスケール装置は、以上の様にメイ
ンスケールに測長用のスリット列と基準位置検出用の検
出部とが同一列に混合配列されており、この様な混合配
列から測長信号及び基準位置検出信号を取り出す作用を
以下に第５図の波形図を参照しながら説明する。

第５図の実線１００は発光器４４から測長スリット３２
ｂ及び測長ゲートスリット３６ｂを通過して受光器５０
にて検出される測長信号が示され、同様に鎖線１０２は
発光器４６から測長スリット３２ｂ及び測長ゲートスリ
ット３８ｂを通過して受光器５２にて検出される信号波
形が示されている。

これらの信号周期はメインスケール３０とインデックス
スケール３４との相対移動速度により定まり、はぼサイ
ンカーブで示され、両信号１００゜１０２は９０度の位
相差を有することが理解される。

従って、これらの両信号１００，１０２を周知の信号分
割回路に供給することにより、スリットピッチＰよりも
細かい測長精度を得ることが可能である。

第４図から明らかな様に、測長スリット列及び測長ゲー
トスリットはそれらの光遮断部幅及びスリット幅が同一
幅に設定されているので、各測長ゲートスリツ）３６．
３８の光遮断部３６ａ。

３８ａが測長スリット３２ｂと重ね合せ一致された状態
では、各発光器４４．４６からの照射光は完全に遮断さ
れ受光器５０．５２からは電気信号が出力されず、第５
図の零ポルト状態となる。

これに対して、各測長ゲートスリット３６ｂ。

３８ｂが測長スリット３２ｂと重ね合せ一致した状態で
は各受光器５０．５２には最大光量が入射され、最大信
号出力■ボルトを得ることが出来る。

第５図の波形２００は測長ゲートスリット３６にメイン
スケール３０の基準位置検出部４０が侵入したときの受
光器５０の出力が示され、光遮断部が欠落している基準
位置検出部４０の侵入により、受光器５０へは通常の場
合よりも多い光量が入射され、この結果全体の出力レベ
ルが上昇する。

しかしながら、本発明においては基準ゲートスリットの
スリット数ｍが基準位置検出部４０の光透断部欠落数ｎ
に対して１０倍の大きさを有するので、光遮断部の欠落
による出力電圧変化はほぼ１０％以内に抑制される。

即ち、出力波形の最低値はｏ、ｉｖにて、そして最高値
は１．ＩＶで示される。

従って、この様な僅かな電圧レベル変動は信号処理回路
によりＡ−Ｄ変換する際、極めて容易に均一化すること
が出来、従来の基準位置検出部のない測長スリット列か
ら得られる信号と同一のデジタル検出信号を得ることが
出来る。

以上の様にして、測長スリット及び基準位置検出部の混
在しているスリット列から測長信号のみを取り出すこと
が可能である。

一方、第５図の波形３００は発光器４８から測長スリッ
ト３２ｂ及び基準ゲートスリット４２を通過した入射光
により受光器５４から検出される基準位置検出信号が示
され、基準ゲートスリット４２が基準位置検出部４０と
対面していない状態ではＶなるほぼ一定の出力レベルを
維持する。

そして、基準位置検出部４０が基準ゲートスリット４２
に侵入するときには、受光器５４からは信号３００ａで
示される基準位置信号を出力し、そのピーク値は２ｖの
値となる。

即ち、基準ケートスリット４２が通常の測長スリット列
と対面している状態では、（ｎ＋１）個のスリットから
の入射光が受光器５４へ入射されるが、基準位置検出部
４０が基準ゲートスリット４２へ侵入するに従い光遮断
部の欠落した数に比例する光量が受光器５４に入射され
、最大（２ｎ＋１）に対応する照射光が受光器５４へ入
射され、はぼ２倍の出力電圧を得ることが出来る。

従って、周知の比較回路により基準電圧■。

と比較することにより基準位置検出信号を検出すること
が出来る。

以上の様にして、受光器５０．５２からは測長信号が得
られ、また受光器５４からは基準位置検出信号を得るこ
とが出来る。

実施例においては、ｎ対ｍの比を１対１０に設定してい
るが、信号処理回路の特性に応じて任意の比率を設定す
ることが可能である。

また、ｎ及′びｍの値自体も任意に設定することが出来
、例えば、ｎの値を「１」即ち基準位置検出部４０にお
ける光透断部欠落数を１個に設定することも可能である
。

ｎの値が増加するに従い、受光器５４への入射光が増加
し検出作用が容易になることは明らかである。

なお、本発明の装置では、メインスケール１０又はイン
デックススール１２の一方を固定側とし他方を可動側と
し互いに相対移動可能に形成すればよいが、本実施例に
おいては、インデックススケール１２を可動側としメイ
ンスケール１０を固定側としている。

このようにすることにより、スライダーの幅を小さくす
ることができ、その結果摺動抵抗が減少しスライダー移
動方向反転時の戻り誤差を小さくすることが可能となる
。

更に、このようにインデックススケールを可動側としメ
インスケール１０を固定側とすることにより、メインス
ケール１０上に形成された基準位置検出部４０は位置変
動せず、該基準位置検出部４０の位置ぶれ等に起因する
誤差の発生を防止することが可能となる。

第６図には本発明に係るデジタルスケール装置の他の実
施例が示され、第２図の実施例と同一部材には同一符号
を付して説明を省略する。

この実施例においては、インデックススケール３４に２
個づつの測長ゲートスリツｌ−３６Ａ。

３６Ｂ及び３８Ａ、３８Ｂが設けられていることを特徴
とする。

各測長ゲートスリット３６Ａ。３６Ｂ、３８Ａ、３８Ｂ
のスリット長Ｗ２はメインスケール３０の測長スリット
３２の長さＷｌのほぼ半分以下に設定され、測長ゲート
スリット３６Ａと３８Ｂがスリットの長さ方向に整列さ
れ、同様に、測長ゲートスリツｌ−３８Ａと３６Ｂとが
スリットの長さ方向に整列されている。

図示していないが、４個の測長ゲートスリツｌ−３６Ａ
。

３６Ｂ、３８Ａ、３８Ｂにはそれぞれ発受光器が対応設
置され、測長ゲートスリツｔ−３６Ａと３６Ｂに対応す
る受光器の出力信号は図示していない処理回路により差
演算され、同様に測長ゲートスリット３８Ａ、３８Ｂの
出力信号も差演算される。

従って、メインスケール３０の測長スリット３２の各ス
リット間に生じるスリット幅誤差或いはスリット長に沿
った幅誤差から検出信号に変動が生じることを前述した
出力信号の差演算により除去することが出来る。

第６図の実施例において基準ゲートスリット４２は測長
スリット３２の長さＷｌとほぼ同一のスリット長を有し
、前述した各測長ゲートスリットから得られる出力信号
に対して受光量の増加により比較的大きな出力信号を得
ることが出来、基準位置検出信号の出力電圧レベルを測
長信号と同程度とすることが可能である。

第７図には本発明に係るデジタルスケール装置の更に他
の実施例が示され、メインスケールのスリット列３２中
には不規則なスリット幅を有する複数のスリットが不規
則間隔で設けられている基準位置検出部４０を有する。

図示していないがインデックスケールの基準ゲートスリ
ットも基準位置検出部４０と同一のスリット配置を有し
、この結果、基準位置検出信号は第８図の波形３００ａ
で示される様に、基準スリット４０と基準ゲートスリッ
トとが一致したときに尖鋭な出力波形を示す。

なお、本発明の装置は、測長スリット、測長ゲートスリ
ット及び基準ゲートスリットを同一のスリットピッチと
し、基準位置検出部を測長スリットの光遮断部を欠落し
た広幅の光透過スリットとすることも可能である。

また、基準位置検出部を２枚のメインスケールのつなぎ
目に配置することによって、長大スケールの製作を容易
にし得る。

以上説明した様に、本発明によれば、メインスケールの
測長スリット列に基準スリットを混在させることが出来
、従来の二列配置に比較してその製造工程が極めて容易
となる利点を有する。

図示した実施例においては、基準位置検出部は測長スリ
ット列中に１個だけ設けられているが、任意の測長間隔
ごとに複数の基準位置検出部を設けることも可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のデジタルスケール装置を示す正面図、第
２図は本発明に係るデジタルスケール装置の好適な実施
例を示す正面図、第３図は第２図のメインスケール及び
インデックススケールに隣接配置された光電変換器を示
す平面図、第４図は第２図のメインスケール及びインデ
ックススケールの各スリット配置を詳細に説明するため
の要部配置図、第５図は第２図の実施例における測長信
号及び基準位置検出信号を示す波形図、第６図は本発明
に係るデジタルスケール装置の好適な他の実施例を示す
正面図、第７図は本発明に係るデジタルスケール装置の
更に他の実施例を示すメインスケールのスリット配置図
、第８図は第７図の実施例における基準位置検出信号波
形図である。 ３０・・・・・・メインスケール、３２・・・・・・測
長スリツト、３４・・・・・・インデックススケール、
３６，３８・・・・・・測長ゲートスリット、４０・・
・・・・基準位置検出部、４２・・・・・・基準ゲート
スリット、４４，４６゜４８・・・・・・発光器、５０
，５２，５４・・・・・・受光器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の整列配置された測長スリットから成る測長ス
   リット列を有するメインスケールと、測長スリットと重
   ね合せ比較される一群の測長ゲートスリットを有しメイ
   ンスケールと相対移動可能にメインスケールと隣接配置
   されたインデックススケールと、両スケールの測長スリ
   ット及び測長ゲートスリットを通過する光量変化を検出
   する測長光電変換器と、を含むデジタルスケール装置に
   おいて、前記メインスケールの測長スリット列中には、
   前記測長ゲートスリット群の幅よりも狭幅に形成された
   デジタルスケールの基準位置検出部が設けられ、前記イ
   ンデックススケールには、メインスケールの基準位置検
   出部に対応する基準ゲートスリットが設けられ、かつ基
   準位置検出部及び基準ゲートスリットを通過する光量変
   化を検出する基準光量変換器が設けられたことを特徴と
   するデジタルスケール装置 ２、特許請求の範囲１記載の装置において、基準位置検
   出部は測長スリットの光遮断部が欠落した広幅の光透過
   スリットから成り、インデックススケールの基準ゲート
   スリットは少なくとも測長スリットピッチ以上のスリッ
   ト幅を有することを特徴とするデジタルスケール装置。 ３ 特許請求の範囲１記載の装置において、基準位置検
   出部は測長スリットとは異なるスリットピッチとされた
   複数のスリットを含む基準スリット群から戒り、基準ゲ
   ートスリットは基準スリット群と同一のスリットピッチ
   を有する複数のスリットを含み形成されたことを特徴と
   するデジタルスケール装置。 ４ 特許請求の範囲１記載の装置において、測長スリッ
   ト、測長ゲートスリット及び基準ゲートスリットは同一
   のスリットピッチとされ、基準位置検出部は、測長スリ
   ットの光遮断部を欠落した広幅の光透過スリットから成
   ることを特徴としたデジタルスケール装置。