JP2001041730A - リニヤスケール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リニヤスケールのギャップ調整を容易に行え
るようにすること。 【解決手段】 メインスケール基板５０に反射板５２を
取り付けると共に、メインスケール基板５０に沿って移
動可能なホルダ６０にギャップ調整用の反射型検出素子
６２を設ける。そして、反射型検出素子６２で検出され
る検出出力に基づいて、メインスケール基板５０とホル
ダ６０との間のギャップｄが適正範囲内かどうかの判定
を行い、適正範囲内の時はインジケータ６３を点灯させ
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二物体間の相対移
動量を測定するリニヤスケールに関わり、特に工作機械
等に設置する際に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】工作機械等において、被加工物に対する
工具の相対移動量を正確に測定することは、精密加工を
行う上で極めて重要であり、このための測定装置が種々
製品化されている。精密加工を行う際に使用されている
計測装置としては、被計測装置部の移動量を検出する回
転機構を利用したエンコーダや、光学格子を２枚重ね合
わせることにより得られるモアレ縞を利用した光学式ス
ケール等が従来から知られている。

【０００３】図８は、従来の光学式リニヤスケールによ
る計測装置１１０と、その計測結果を表示する表示装置
を組み合わせた計測表示装置の概要を示したものであ
る。この図において、１０１は後で説明するように微細
な間隔で長手方向に目盛が付けられているメインスケー
ルであり、計測装置１１０には、このメインスケール１
０１と相対的に移動可能に配置した、後述するインデッ
クススケールを備えている。

【０００４】このような計測表示装置では、メインスケ
ール１０１とインデックススケールの相対的な移動によ
って発生するモアレ縞を光学的に検出して、そのモアレ
縞を電気信号に変換すると共に、演算処理をする計測器
を備えることによって、最終的にスケールの１ピッチ内
を内挿するＡ相パルス信号とＢ相パルス信号を出力す
る。そして、例えばφ（９０度）位相差を有するＡ相パ
ルス信号とＢ相パルス信号を伝送線路１１４ａ，１１４
ｂを介して表示装置１２０に入力し、パルス個数をＡ相
パルス信号とＢ相パルス信号の位相差に応じて、加算及
び減算をしながら計数することにより、スケールの相対
的な移動距離を知るようにしている。また、前記Ａ相パ
ルス信号及びＢ相パルス信号は、伝送線路１２１Ａ，１
２１Ｂを介してＮＣマシーン１３０等に入力されてサー
ボ基準等に使用されている。

【０００５】図９は上記したようなモアレ縞を利用した
光学式リニヤスケールの原理を説明するための図であ
る。この図９に示すように、光学式スケールは、透明の
ガラススケール１００の一面に透光部と非透光部が所定
のピッチで配列するよう格子（刻線）を設けたメインス
ケール１０１と、透明のガラススケール１０２の一面に
透光部と非透光部が所定のピッチで配列するよう格子
（刻線）を設けたインデックススケール１０３とを有
し、同図（ａ）に示すように、このメインスケール１０
１にインデックススケール１０３を微小間隔を持って対
向させると共に、同図（ｂ）に示すように、メインスケ
ール１０１の格子に対し微小角度傾けられるようにイン
デックススケール１０３の格子を配置している。

【０００６】なお、メインスケール１０１及びインデッ
クススケール１０３に設けた格子は、ガラススケール１
００，１０２にクロム（Ｃｒ）を真空蒸着し、エッチン
グすることにより形成された同一ピッチの格子により形
成されている。このように配置すると、図１０に示すモ
アレ縞が発生する。このモアレ縞の間隔はＷとなり、間
隔Ｗ毎に暗い部分あるいは明るい部分が発生する。この
暗い部分あるいは明るい部分は、メインスケール１０１
に対し、インデックススケール１０３が相対的に左右に
移動する方向に応じて上から下、あるいは下から上に移
動していく。この場合、メインスケール１０１及びイン
デックススケール１０３の格子のピッチをＰ、相互の傾
斜角度をθ［ｒａｄ］とすると、モアレ縞の間隔Ｗは、 Ｗ＝Ｐ／θ と示され、モアレ縞の間隔Ｗは、光学的に格子間隔Ｐを
１／θ倍に拡大した間隔とされていることになる。そし
て、格子が１ピッチＰ移動すると、モアレ縞はＷだけ変
位することになり、Ｗ内のスリットの透過光や反射光の
変化を読み取ることにより、１ピッチＰ内の移動量を精
密に測定することができるようになる。

【０００７】モアレ縞の変化は図１１に示すように、モ
アレ縞の変化を光学的に検出する光電変換素子１１３を
インデックススケールに設け、メインスケール１０１の
反対側に光源を設けるようにして、メインスケール１０
１に対しインデックススケール１０３を相対的に移動さ
せながら、この光電変換素子１１３に流れる電流の変化
を読み取る。

【０００８】すなわち、メインスケール１０１に対して
インデックススケール１０３がＡの状態となっている
と、光電変換素子１１３に照射される光量は最も多くな
り、光電変換素子１１３に流れる電流は最大値Ｉ₁ とな
る。次に、相対的に移動してＢの状態になると光電変換
素子１１３に照射される光量はやや減少し、その電流は
Ｉ₂ となり、更に移動してＣの状態になると光電変換素
子１１３には最も少ない光量が照射され、その電流も最
も小さいＩ₃ となる。そして、更に移動してＤの状態に
なると光電変換素子１１３に照射される光量はやや増加
し、その電流はＩ ₂ となり、Ｅの状態になるまで移動す
ると、再び最も光量の多い位置となり、その電流は最大
値Ｉ₁ となる。このように、光電変換素子１１３に流れ
る電流は正弦波状に変化すると共に、その変化が１周期
経過した時に、格子間隔Ｐだけメインスケール１０１と
インデックススケール１０３とが相対的に移動したこと
になる。

【０００９】図１２は光電変換素子を使用してモアレ縞
の変換を検出するスケールの原理を示すもので、この図
において、細長いメインスケール１０１の一面には蒸着
されたクロムにより形成された同一ピッチの格子が刻線
されており、このメインスケール１０１を抱持するコの
字形ホルダ１０４の一面にインデックススケール１０３
が固着されている。このインデックススケール１０３の
メインスケール１０１に対向する面には、メインスケー
ル１０１と同様に蒸着されたクロムにより形成された同
一ピッチの格子が刻線されており、このインデックスス
ケール１０３の裏側には光電変換素子１１３が設けられ
ている。

【００１０】インデックススケール１０３は図１３に示
すようにコの字形ホルダ１０４のメインスケール１０１
の反対側に位置する面に光源１０５を配置してメインス
ケール１０１とインデックススケール１０３を透過する
光を光電変換素子１１３によって検出するように構成し
ている。そして、メインスケール１０１とインデックス
スケール１０３とは互いに移動可能とされている。な
お、光源１０５をホルダ１０４の光電変換素子１１３と
同一側に設け、メインスケール１０１で反射した光から
モアレ縞を受光することによって、モアレ縞の変化を電
流量の変化とし検出する反射型の検出装置とすることも
できる。

【００１１】この光電変換素子１１３は、通常、検出位
置が異なる位置に２個〜３個設け、互いに９０゜の位相
差を有するＡ相パルス信号とＢ相パルス信号とが出力さ
れようにして、Ａ相及びＢ相の２つの信号からスケール
の移動方向と移動距離を測定することができるようにし
ている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うな光学式リニヤスケールを工作機械に設置する場合
は、例えばメインスケール１０１を設置した後、光電変
換素子１１３等のエンコーダ部が設けられているエンコ
ーダヘッドを備えたコの字形ホルダ１０４を取り付ける
ことになる。この場合、コの字形ホルダ１０４に備えら
れている光電変換素子１１３で、適正なモアレ縞が検出
できるように、メインスケール１０１とインデックスス
ケール１０３との間の隙間（ギャップ）を適正範囲（例
えば１ｍｍ±０．２ｍｍ）に調整する必要がある。

【００１３】図１４は従来の光学式リニヤスケールのギ
ャップ調整方法の一例を示した図である。なお、この図
１４には反射型の光学式リニヤスケールが示されてい
る。この場合、例えばコの字形ホルダ１０４のメインス
ケール１０１側に設けられているエンコーダヘッド１１
０には、光電変換素子１１３や光源１０５等が設けられ
ており、光源１０５から送光された光はメインスケール
１０１で反射され、その反射光を光電変換素子１１３で
検出するようにしている。

【００１４】このような反射型のリニヤスケールにおい
て、メインスケール１０１とインデックススケール１０
３との間のギャップ調整を行う場合は、光電変換素子１
１３から出力されるＡ相及びＢ相の信号を端子１１１か
らオシロスコープ２００に入力し、オシロスコープ２０
０の画面上に表示される波形を見ながらギャップ調整を
行うようにしていた。例えばメインスケール１０１とイ
ンデックススケール１１３との間のギャップｄが、適正
範囲内であれば、光電変換素子１１３から出力されるＡ
相、Ｂ相の信号は９０゜の位相差となっているため、オ
シロスコープ２００にＡ相、Ｂ相の信号を入力すると、
オシロスコープ２００に表示されるリサージュ波形は、
所定レベルで円形になる。しかしながら、ギャップｄが
適正範囲からずれた位置では、検出されるモアレ縞のピ
ットがずれるため、Ａ相及びＢ相信号の出力レベルが低
下し、円形のリサージュ波形の大きさが変化（小さく）
なる。

【００１５】従って、光学式リニヤスケールのギャップ
調整は、作業者がオシロスコープ２００に表示されるリ
サージュ波形を確認しながら、エンコーダヘッド１１０
をメインスケール１０１に沿って移動させ、メインスケ
ールの１０１の全ての計測位置においてメインスケール
１０１とインデックススケール１０３との間のギャップ
ｄが適正範囲内になるように調整するようにした。

【００１６】しかしながら、上記したような従来のギャ
ップ調整は、メインスケール１０１とエンコーダヘッド
１１０との間のギャップｄが適正範囲であるかどうかを
オシロスコープ２００により確認しながら行う必要があ
るため、常時、エンコーダヘッド１１０とオシロスコー
プ２００をケーブル２１０で接続しておかなければなら
ない。このため、リニヤスケールを大型の工作機械に取
り付けた時は、調整作業が非常に面倒であり、また危険
を伴う恐れもあった。

【００１７】そこで、本発明は上記したような点を鑑み
てなされたものであり、メインスケールと計測部と間の
ギャップ調整を容易に行うことができるリニヤスケール
を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、長さ方向に等間隔で目盛られている第１の刻線が設
けられているメインスケールと、第１の刻線に対して交
差する第２の刻線が設けられているインデックススケー
ルと、第１の刻線と上記第２の刻線によって発生するモ
アレ縞を検出し、メインスケールとインデックススケー
ルとの間の相対的な移動距離を検出する光電変換部を有
し、メインスケールに対して移動可能に配置された計測
部とを備えているリニヤスケールにおいて、メインスケ
ールと上記計測部との間のギャップを検出するギャップ
検出手段と、ギャップ検出手段の検出出力により、メイ
ンスケールと計測部との間のギャップが適正範囲内か否
かを判定する判定手段と、判定手段の判定結果を表示す
る表示手段とを備えている。

【００１９】そして、ギャップ検出手段は、メインスケ
ールに設けた反射板と、計測部に設けられ、反射板に対
して送光した光の反射光を受光する発光受光手段とによ
って構成するようにした。

【００２０】本発明によれば、メインスケールと計測部
との間のギャップを検出するギャップ検出手段の検出出
力により、判定手段でメインスケールと計測部との間の
ギャップが適正範囲内かどうか判定を行い、その判定結
果を表示手段に表示するようにしているため、作業者は
表示手段の表示を見ることでメインスケールと計測部と
の間のギャップが適正範囲内か否かを判断することが可
能になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のリニヤスケールの
実施の形態について説明する。本発明は反射型又は透過
型の何れのタイプのリニヤスケールにも適用することが
できるが、本実施の形態では反射型の光学式リニヤスケ
ールに適用した場合を例に挙げて説明する。図１は本実
施の形態の光学式リニヤスケールの概要を示した斜視図
である。この図１において、５０は工作機械等に取り付
けられるメインスケール基板を示し、通常は熱膨張係数
の小さいガラス板によって構成されている。このメイン
スケール基板５０には、スケールの相対的移動量を検出
するために長手方向に連続したメインスケール５１と、
メインスケール基板５０とホルダ６０との間のギャップ
調整を行う時に用いられる反射板５２が取り付けられて
いる。本実施の形態のリニヤスケールは、反射型とされ
ていることから、少なくともメインスケール５１の部分
は反射材料によって形成されているものとされる。な
お、その形状は、後述する光源から出力される光を反射
して光電変換素子で検出できる程度の大きさであれば良
く、またその材料も適当な反射率が得られるものであれ
ばどのようなものでも良い。

【００２２】６０は図示していないがメインスケール基
板５０に沿って設置されている軌道に沿って移動可能と
されているホルダ、６１はホルダ６０に設けられている
インデックススケールの部分を示し、上記メインスケー
ル５１の刻線と対応する高さ位置に、先に図９において
説明したようにメインスケール５１の刻線に対して斜交
する同一ピッチの刻線が少なくともモアレ縞の１ピッチ
分を検出できるように形成されている。６２はメインス
ケール基板５０とホルダ６０との間のギャップ調整に用
いられる反射型検出素子であり、この反射型検出素子６
２から送出され、メインスケール基板５１の反射板５２
で反射された反射光を受光して、メインスケール基板５
０とホルダ６０との間のギャップを検出するようになさ
れている。６３はメインスケール基板５１とホルダ６０
との間のギャップが適正範囲内かどうか表示する表示手
段として設けられているインジケータを示し、例えばメ
インスケール基板５１とホルダ６０との間のギャップが
適正範囲内の時は点灯するようにされている。

【００２３】図２は本実施の形態の光学式リニヤスケー
ルの構造を説明するための断面図である。この図２に示
すように、ホルダ６０には、インデックススケール６
１、光電変換素子６４、光源６５、及びこの図には示し
ていないが、メインスケール基板５０との相対的な移動
距離を測定するための計測部等が設けられている。な
お、計測部の構成については後述する。光電変換素子６
４には、通常、異なる位置に２個〜３個の受光素子が設
けられており、光源６５から送出され、メインスケール
５１で反射された光とインデックススケール６１の刻線
から生成されるモアレ縞を受光してモアレ縞の変化に対
応した電流出力を得、スケールの相対的な移動距離を互
いに９０゜の位相差を有するＡ相及びＢ相の正弦波状の
信号として出力するようになされている

【００２４】さらにホルダ６０には、メインスケール基
板５０とホルダ６０との間のギャップ調整を行う時に用
いられる上記反射型検出素子６２が設けられている。反
射型検出素子６２は、例えば発光ダイオード等からなる
発光素子６２ａと、フォトトランジスタ等からなる受光
素子６２ｂによって構成されており、メインスケール基
板５０とホルダ６０との間のギャップｄを調整する時
は、メインスケール基板５０に取り付けられている反射
板５２にて反射された発光素子６２ａの反射光を受光素
子６２ｂで受光してメインスケール基板５０とホルダ６
０との間のギャップｄが適正範囲内かどうか検出してい
る。そして、メインスケール基板５０とホルダ６０との
間のギャップｄが適正範囲内の時は、この図には示して
いないインジケータ６３を点灯させるようにしている。

【００２５】ここで、上記反射型検出素子６２に適用し
て好適な反射型フォトセンサの特性を図３に示す。この
図３に示す反射型フォトセンサ（例えば、商品名ＣＮＢ
１００１，ＣＮＢ１００２）は、発光素子として赤外発
光ダイオードと、受光素子である高感度のフォトトラン
ジスタを、同図（ａ）に示すように１つの樹脂パッケー
ジで一体化して小型、薄型化したものとされる。また、
このような反射型フォトセンサを反射型検出素子６２と
して使用すると、反射面とのギャップｄと、受光素子か
ら出力される相対出力電流との関係は、同図（ｂ）に示
すような特性を示すものとされる。従って、図３に示す
ような反射型フォトセンサを本実施の形態のリニヤスケ
ールの反射型検出素子６２に用いると、メインスケール
基板５０とホルダ６０との間のギャップｄが適正範囲
（１ｍｍ±０．２ｍｍ）とされる時に、受光素子で比較
的大きな相対出力電流を得ることができる。

【００２６】なお、本実施の形態では、図３に示すよう
な反射型フォトセンサを適用しているが、これはあくま
でも一例であり、反射型検出素子６２は上記図３に示し
た反射型フォトセンサに限定されるものはでない。

【００２７】よって、本実施の形態のリニヤスケールで
は、反射型検出素子６２に上記図３に示したような反射
型フォトセンサを用い、図４に示すように、受光素子６
２ｂの出力が、所定のスレッショルド値Ｔｈ以上となる
ギャップｄが適正範囲とされる距離ｄ１≦ｄ≦ｄ２にお
いて、インジケータ６３（図１参照）をＯＮさせるよう
な信号を出力して、インジケータ６３を点灯させるよう
にしている。

【００２８】なお、反射板５２の大きさは、反射型検出
素子６２の発光素子６２ａから出力され光を反射した際
に受光素子６２ｂで検出できる程度の大きさであれば良
く、その材料も適当な反射率が得られるものであればど
のようなものでも良いが、反射型検出素子６２に上記図
３に示したような反射型フォトセンサを用いた場合は、
反射板５２の材料は例えばアルミニューム（Ａｌ）が好
適とされる。

【００２９】このように本実施の形態のリニヤスケール
は、メインスケール基板５０に反射板５２を設けると共
に、ホルダ６０に上記反射板５２に対して送光した光の
反射光を受光することができる反射型検出素子６２を設
けるようにしている。そして、この反射型検出素子６２
にて受光された受光結果に基づいて、メインスケール基
板５０とホルダ６０との間のギャップｄが適正範囲かど
うかの判定を行い、適正範囲内であればインジケータ６
３を点灯させるようにしている。

【００３０】これにより、本実施の形態のリニヤスケー
ルを工作機械に設置してギャップ調整を行う場合、作業
者は従来のようにオシロスコープを接続することなく、
ホルダ６０に設けられているインジケータ６３の点灯状
況を見えるだけで、メインスケール基板５０とホルダ６
０との間のギャップｄが適正範囲かどうか判断すること
ができるようになるため、ギャップ調整を容易に行うこ
とができるようになる。

【００３１】また、本実施の形態のリニヤスケールは、
予めメインスケール基板５０に反射板５２を取り付け、
またホルダ６０に反射型検出素子６２を設けるようにし
ているため、例えば当該リニヤスケールを設置後、メイ
ンスケール基板５０の取付時のうねりを確認したり、定
期的にギャップ調整を行うといったことが容易になる。

【００３２】なお、本実施の形態では反射型の光学式リ
ニヤスケールを例に挙げて説明したが、例えば光源６５
をメインスケール５１の反対側に配置した透過型の光学
式リニヤスケールにも適用できることは言うまでもな
い。

【００３３】図５は、本実施の形態とされるリニヤスケ
ールの主要なブロックの構成を示した図である。この図
５において、発光ダイオード等の光源６５から照射され
た光はメインスケール５１で反射され、図示しないイン
デックススケール６３に刻線されたピッチＰの格子を透
過して、光電変換素子であるフォトダイオード６４によ
り受光される。フォトダイオード６４により受光された
Ａ相の信号及びＢ相の信号は光電変換アンプ３により増
幅されて、コンパレータ４に印加され２値データとされ
る。この２値データは位置データバックアップカウンタ
５により、ピッチＰ移動する毎に移動方向に応じて加算
あるいは減算カウントされ、ピッチＰを単位とする位置
データとされて処理装置（表示機器）９に供給される。
この処理装置９には次に述べるピッチＰ内を内挿するデ
ータも供給され、さらに精密なアブソリュート値を測定
及び表示できるようにしている。

【００３４】すなわち、光電変換アンプ３からの出力さ
れた前記したＡ相信号及びＢ相信号は、アブソリュート
内挿回路６に供給され、このアブソリュート内挿回路６
により前記格子ピッチＰを細かく分割する内挿パルスを
計数するよう構成して、この計数パルスをカウンタ２５
から出力することによって、ピッチＰ内を分割した内挿
データを前記処理装置９へ出力する。

【００３５】さらに、アブソリュート内挿回路６で位相
変調された信号が印加されているＡ／Ｂ相信号発生器８
からは、後で述べるようにピッチＰ内を分割した内挿デ
ータをパルスの個数及び位相で示すＡ相パルス信号、お
よびＢ相パルス信号として発生し、数値制御（ＮＣ）装
置に供給するようにしている。そしてこれらのパルス信
号によって、工作機械の移動方向の制御と移動量を制御
することができるようになされている。

【００３６】そして、本実施の形態では、先に述べたよ
うにメインスケール基板５０とホルダ６０との間のギャ
ップ調整を行うための反射型検出素子として反射型のフ
ォトディテクタ６２が設けられている。フォトディテク
タ６２の検出出力は、アンプ１７にて増幅された後、ギ
ャップ判定部１８に出力される。ギャップ判定部１８
は、上記図４に示したような判定、例えば上記フォトデ
ィテクタ６２からの検出出力が所定のスレッショルドレ
ベルＴｈ以上かどうかの判定を行い、所定のスレッショ
ルドレベルＴｈ以上とされる時に、インジケータ６３を
ＯＮするような信号を出力するようにしている。

【００３７】なお、本実施の形態ではメインスケール５
１とインデックススケール６１に設けられた格子の間隔
Ｐが４０ミクロンである時、上記アブソリュート内挿回
路６に入力されたＡ相信号あるいはＢ相信号の一周期に
おいて、４０個のパルスを計数するようにしており、分
解能を１ミクロンとした光学式スケールとすることがで
きる。

【００３８】アブソリュート内挿回路６は、入力された
Ａ相信号，Ｂ相信号のレベルに応じた位相偏移を搬送波
に与える位相変調回路２１と、この位相変調回路２１の
位相偏移された出力信号の基本波を抽出するローパスフ
ィルタ（ＬＰＦ）２２と、ローパスフィルタ２２の出力
信号を２値化するコンパレータ２３と、２値化された搬
送波のエッジで計数がスタートされコンパレータ２３の
出力信号のエッジにより計数がストップするカウンタ２
５と、カウンタ２５で計数されるクロック及び搬送波を
作成するためのクロックを発生するクロック発生器２４
と、クロック発生器２４のクロックを分周する分周器２
６と、この分周器２６の出力より搬送波を発生する搬送
波発生器２７とから構成されており、分解能を向上する
ために格子ピッチＰ内を分割する機能を有する回路であ
る。

【００３９】位相変調器２１は、例えば特開昭６２−１
３２１０４号公報に記載されている構成とされており、
その詳細な構成は図６に示すように、入力されたＡ相信
号はバッファとして動作するオペアンプＯＰ１を介して
抵抗ネットワークＲＴに供給されると共に、オペアンプ
ＯＰ２により反転されて抵抗ネットワークＲＴに供給さ
れる。また、Ｂ相信号はバッファとして動作するオペア
ンプＯＰ３を介して抵抗ネットワークＲＴに供給される
と共に、オペアンプＯＰ４により反転されて抵抗ネット
ワークＲＴに供給される。

【００４０】すなわち、Ａ相信号，反転Ａ相信号，Ｂ相
信号，反転Ｂ相信号を抵抗ネットワークＲＴにより混合
加算し、位相が反対で同電圧の８分割された混合信号を
作成し、マルチプレクサＡＭの８つの入力端子（０）〜
（７）にそれぞれ供給している。このマルチプレクサＡ
Ｍの入力端子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３には図６（ｃ）に示す選
択信号Ａ，Ｂ，Ｃが入力され、この選択信号Ａ，Ｂ，Ｃ
によりマルチプレクサＡＭの入力端子（０）〜（７）が
順次選択されて、出力端子ｔｏから図７（ａ）に示す階
段状の出力信号Ｓが出力される。このマルチプレクサＡ
Ｍから出力される信号Ｓの周波数は、図７に図示するよ
うに選択信号Ｃの周期と同一であり、結局のところ、選
択信号Ｃを搬送波としてその位相をＡ相信号（Ｂ相信
号）のレベルにより平衡変調した出力信号Ｓがマルチプ
レクサＡＭから出力されるようになる。すなわち、Ａ相
信号（Ｂ相信号）のレベルに応じて位相偏移された搬送
波が出力されるのである。

【００４１】このように平衡変調された搬送波はＬＰＦ
２２に印加されて、図７（ｂ）に示すように滑らかな正
弦波状とされる。この信号は搬送波の周波数の角速度を
ω、格子間隔をｐ、移動量をｘとしたときに Ｓ＝Ｋ・ｃｏｓ（ωｔ−２π・ｘ／ｐ） によって示される信号となり、スケールの移動量ｘとピ
ッチｐの比ｘ／ｐが位相の変化として示される信号とな
る。

【００４２】以下、本出願人が先に提出した特願平５−
３２０９２１号で説明をしたように、コンパレータ２３
によってこの信号Ｓの零レベルの点がエッジとされる２
値信号に変換される。

【００４３】そして、例えば、クロック発生器２４の出
力を分周器２６によって分周した搬送周波数のエッジに
よりカウンタ２５の計数をスタートさせ、コンパレータ
２３の２値出力の立ち上がりエッジによりカウンタ２５
の計数をストップさせると、カウンタ２５より格子ピッ
チＰ内を分割した内挿アブソリュート値を計数値として
検出できるようになる。

【００４４】この計数値は、スケールの１ピッチが４０
個のクロックによって係数される場合は、例えば１／４
ピッチ移動したときは、１０個のクロックをカウンタ２
５が計数する。また、１／２ピッチ移動した時は２０個
のクロックを、さらに３／４ピッチ変位したときは３０
個のクロックをカウンタ２５が計数することになる。

【００４５】このように、カウンタ２５が計数するクロ
ックの周波数が搬送波周波数の４０倍とされていると、
カウンタ２５は格子ピッチＰを４０分割した量だけ移動
する毎に１パルスを計数することになるため、分解能を
４０倍にすることができる。したがって、格子ピッチが
４０ミクロンの場合は１ミクロンの分解能とすることが
できる。すなわち、内挿されるパルス数は「０〜３９」
とされていることになる。なお、搬送波発生回路２７に
は分周比が「４０」に設定された分周器２６により分周
されたクロックが供給されているが、この分周器２６の
分周比を例えば「２００」に設定すると、０．２ミクロ
ンの分解能にすることもできる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のリニヤス
ケールは、メインスケールと計測部との間のギャップを
検出するギャップ検出手段の検出出力により、判定手段
でメインスケールと計測部との間のギャップが適正範囲
内かどうかの判定を行い、その判定結果を表示手段に表
示するようにしている。従って、ギャップ調整時は、表
示手段の表示を見るだけで、メインスケールと計測部と
の間のギャップが適正範囲内かどうかわかるため、ギャ
ップ調整を容易に行うことができるようになる。

【００４７】また本発明は、ギャップ検出手段として、
予めメインスケールに反射板を取り付けると共に、計測
部に発光受光手段を設けるようにしているため、当該リ
ニヤスケールを工作機械に設置した後でも、例えば定期
的にギャップ調整を行うことが容易になるといった利点
もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のリニヤスケールの概要を
示した斜視図である。

【図２】本実施の形態のリニヤスケールの構造を説明す
るための断面図である。

【図３】ギャップ調整用の反射型検出素子の構造、及び
特性を示した図である。

【図４】ギャップ判定部の判定方法を説明するための図
である。

【図５】本実施の形態のリニヤスケールの主要部のブロ
ック図である。

【図６】位相変調回路の回路図である。

【図７】位相変調回路のタイミング図である。

【図８】リニヤスケールを使用した計測表示装置の概要
を示す模式図である。

【図９】光学式スケールの原理図である。

【図１０】モアレ縞の説明図である。

【図１１】モアレ縞の移動を示す図である。

【図１２】光学式スケールの斜視図である。

【図１３】光学式スケールの断面図である。

【図１４】従来の光スケールにおけるギャップ調整方法
の説明図である。

【符号の説明】

２ フォトダイオード、３ 光電変換アンプ、４ コン
パレータ、５ 位置データバックアップカウンタ、６
アブソリュート内挿回路、８ Ａ／Ｂ相信号発生部、９
処理回路（表示部）、１７ アンプ、１８ ギャップ
判定部、５０メインスケール基板 、５１ メインスケ
ール、５２ 反射板、６０ ホルダ、６１ インデック
ススケール、６２ 反射型検出素子（フォトディテク
タ）、６３ インジケータ、６４ 光電変換素子（フォ
トダイオード）、６５ 光源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長さ方向に等間隔で目盛られている第１
   の刻線が設けられているメインスケールと、 上記第１の刻線に対して交差する第２の刻線が設けられ
   ているインデックススケールと、上記第１の刻線と上記
   第２の刻線によって発生するモアレ縞を検出し、上記メ
   インスケールと上記インデックススケールとの間の相対
   的な移動距離を検出する光電変換部を有し、上記メイン
   スケールに対して移動可能に配置された計測部と、 を備えているリニヤスケールにおいて、 上記メインスケールと上記計測部との間のギャップを検
   出するギャップ検出手段と、 上記ギャップ検出手段の検出出力により、上記メインス
   ケールと上記計測部との間のギャップが適正範囲内か否
   かを判定する判定手段と、 上記判定手段の判定結果を表示する表示手段と、 を備えていることを特徴とするリニヤスケール。
2. 【請求項２】 上記ギャップ検出手段は、 上記メインスケールに設けた反射板と、 上記計測部に設けられ、上記反射板に対して送光した光
   の反射光を受光する発光受光手段と、 によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の
   リニヤスケール。