(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連のデータビットを符号化したアブソリュートスケールを読み取る読取りヘッドであって、
複数のセンサ信号を生成する複数のセンサと、
前記センサ信号のうち少なくとも２つを受信し、そこから合成センサ信号を生成するように構成された複数の信号合成器と、
少なくとも２つの合成センサ信号を受信し、関連するアブソリュートスケールに符号化されたデータビットの値を求めるように構成された複数のデータビット抽出器と、
前記複数の信号合成器によって生成された前記合成センサ信号から、少なくとも１つのインクリメンタル信号を発生するインクリメンタル信号発生器と、
前記少なくとも１つのインクリメンタル信号を補間して、第１の補間信号を供給する第１の補間器を備え、
各データビット抽出器は、それによって受信した前記少なくとも２つの合成センサ信号のうち選択された１つを分析することによって、データビットの値を求め、各データビット抽出器は、前記第１の補間信号を受信し、前記第１の補間信号に基づいて、どの合成センサ信号を分析するか選択することを特徴とする読取りヘッド。
【請求項２】
アブソリュート磁気スケールを読み取るのに適し、前記複数のセンサは、複数の磁気センサを備えていることを特徴とする請求項１に記載の読取りヘッド。
【請求項３】
前記少なくとも１つのインクリメンタル信号は、１対の直角位相信号を含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の読取りヘッド。
【請求項４】
前記インクリメンタル信号発生器は、前記少なくとも１つのインクリメンタル信号を発生する際に、前記複数の合成センサ信号に重み付けを施すことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の読取りヘッド。
【請求項５】
前記少なくとも１つのインクリメンタル信号を補間して、第２の補間信号を供給する第２の補間器と、
前記第２の補間信号から得られたインクリメンタル位置データを、前記複数のデータビット抽出器から得られた絶対位置データと合成する絶対位置計算ユニットとを備え、
前記絶対位置計算ユニットは、前記読取りヘッドが読み取る関連するアブソリュートスケールのビット長よりも微細な分解能を有する絶対位置データを発生することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の読取りヘッド。
【請求項６】
前記複数のセンサは、実質的に互いに等間隔で離間して配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の読取りヘッド。
【請求項７】
ビット長Ｌの一連のデータビットを含むアブソリュートスケールを読み取り、前記読取りヘッドの前記複数のセンサは、離間して配置して、ビット長ＬにつきＭ個のセンサを設け、Ｍは２以上の整数であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の読取りヘッド。
【請求項８】
Ｎ個のデータビットから形成され、Ｎは２以上の整数値である一連の符号語を備えたアブソリュートスケールを読み取り、前記読取りヘッドは、Ｊ個のセンサを備え、Ｊは、ＮとＭの積以上であることを特徴とする請求項７に記載の読取りヘッド。
【請求項９】
各信号合成器が発生する前記合成センサ信号は、前記複数のセンサのうち選択された１対によって生成された１対のセンサ信号間の差から導出され、かかる選択された各センサ対は、前記関連するアブソリュートスケールの前記一連のデータビットの前記ビット長Ｌの実質的に半分の間隔で離間して配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の読取りヘッド。
【請求項１０】
各信号合成器は、複数の隣接するセンサから得られた前記センサ信号を合成することによって、前記信号合成器の合成センサ信号を発生することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の読取りヘッド。
【請求項１１】
前記複数の信号合成器は、前記複数のセンサによって生成された前記複数のセンサ信号（Ｈｉ）から、以下の加算方式
Ｓi＝Ｈi−Ｈi+1−Ｈi+2＋Ｈi+3；ｉ＝１．．．（４・Ｎ）
に従って、複数の合成センサ信号（Ｓｉ）を発生し、式中、Ｎは前記関連するアブソリュートスケールに符号化された各符号語のデータビットの数であり、前記読取りヘッドは、４Ｎ＋３個のセンサを備え、前記センサは、離間して配置して、前記関連するアブソリュートスケールのビット長Ｌにつき４個のセンサを設けていることを特徴とする請求項１０に記載の読取りヘッド。
【請求項１２】
前記複数のセンサは、複数の磁気センサを備え、前記読取りヘッドは、磁石をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の読取りヘッド。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の読取りヘッドと、アブソリュートスケールとを備え、前記アブソリュートスケールは、ビット長Ｌの一連のデータビットを含み、前記読取りヘッドは、ビット長Ｌにつき整数個のセンサを備えていることを特徴とするエンコーダ装置。
【請求項１４】
スケール部材と、一連のデータビットを符号化するための複数のスケールマークとを備えた受動型のアブソリュート磁気スケールを含み、前記スケールマークは、前記スケール部材とは異なる透磁率を有することを特徴とする請求項１３に記載のエンコーダ装置。
【請求項１５】
前記受動型のアブソリュート磁気スケールは、複数の溝の形のスケールマークを備え、前記複数の溝は、少なくとも第１の溝タイプの溝、および第２の溝タイプの溝を備え、前記受動型のアブソリュート磁気スケールの、前記第１の溝タイプの溝付近の透磁率は、前記受動型のアブソリュート磁気スケールの、前記第２の溝タイプの溝付近の透磁率とは異なり、前記第１の溝タイプの溝は、第１の値を有するデータビットを示し、前記第２の溝タイプの溝は、第２の値を有するデータビットを示すことを特徴とする請求項１４に記載のエンコーダ装置。
【請求項１６】
前記アブソリュートスケールは、ロッドを備えていることを特徴とする請求項１３，１４又は１５に記載のエンコーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダ読取りヘッド及びそのエンコーダ読取りヘッドを備えたエンコーダ装置に関し、より詳細には、アブソリュートデータ（ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｄａｔａ）を符号化した受動型の磁気スケールトラック（ｐａｓｓｉｖｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｃａｌｅ  ｔｒａｃｋ）を読み取るエンコーダ読取りヘッド（ｅｎｃｏｄｅｒ  ｒｅａｄｈｅａｄ）及びそのエンコーダ読取りヘッドを備えたエンコーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つまたは複数の磁気（例えば、ホール（Ｈａｌｌ））センサを備える読取りヘッドによって、関連するスケール（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ｓｃａｌｅ）の様々な磁気特性の変動を読み取る、様々な磁気エンコーダシステムが知られている。かかる磁気エンコーダシステムによって、スケールの読取りヘッドに対する絶対位置、または位置の増分変化（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ  ｃｈａｎｇｅ）を測定することが可能となる。
【０００３】
絶対位置磁気エンコーダの例が記載され（例えば、特許文献１参照）、また、かかるエンコーダをエレベータに搭載する一応用例が概略的に記載されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献１の磁気エンコーダは、極性（北／南）が交互に代わる一連の磁石または磁化領域から形成された能動型の磁気スケール（ａｃｔｉｖｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｃａｌｅ）を備え、その極性によって、いわゆるマンチェスタ符号を用いて情報のデータビットを符号化している。スケールに符号化された情報のデータビットを読み取る読取りヘッドが設けられ、それによってデータワードを抽出し、そこから読取りヘッドのスケールに対する絶対位置を求めることができる。
【０００４】
特許文献１に記載の読取りヘッドは、磁気スケールからアブソリュート符号（ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｃｏｄｅ）のデータビットを抽出する符号走査センサ（すなわち、離間して配置された５つのホールセンサ対）を備える。各符号走査センサが発生する信号を閾値と比較して、そのセンサに隣接した磁気スケールに、北（Ｎ）または南（Ｓ）の磁極が存在するか判定する。符号走査センサに隣接して、いわゆる補間信号、またはインクリメンタル信号（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｅｄ  ｏｒ  ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ）を供給する６つの追加のホールセンサ（いわゆる、微細補間センサ（ｆｉｎｅ  ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｏｒ））が設けられている。補間信号の最上位ビット（ｍｏｓｔ  ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  ｂｉｔ）（ＭＳＢ）を用いて、各ホールセンサ対のどのセンサが、スケールの磁気データビットと適切に位置合せされているか選択する。補間信号は、また、アブソリュートデータビットを単独で読み取ることによって実現できる分解能よりも高い分解能の位置情報を供給する。光学式の絶対位置エンコーダもやはり知られており、かかる光学式エンコーダの例が記載されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７１４８８１７号明細書
【特許文献２】米国特許第６８７４２４４号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００３／０１４５４７９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アブソリュートデータを符号化した受動型の磁気スケールトラックを読み取るエンコーダ読取りヘッド及びそのエンコーダ読取りヘッドを備えたエンコーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、一連のデータビットを符号化したアブソリュートスケール（ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｓｃａｌｅ）を読み取る読取りヘッドであって、複数のセンサ信号を生成する複数のセンサと、各信号合成器（ｓｉｇｎａｌ  ｃｏｍｂｉｎｅｒ）が、センサ信号のうち少なくとも２つを受信し、そこから合成センサ信号を生成するように構成された、複数の信号合成器と、各データビット抽出器（ｄａｔａ  ｂｉｔ  ｅｘｔｒａｃｔｏｒ）が、少なくとも２つの合成センサ信号を受信し、関連するアブソリュートスケールに符号化されたデータビットの値を求めるように構成された、複数のデータビット抽出器とを備え、複数の信号合成器によって生成された合成センサ信号から、少なくとも１つのインクリメンタル信号を発生するインクリメンタル信号発生器（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を備えることを特徴とする読取りヘッドが提供される。
【０００８】
したがって、本発明は、離間して配置された複数のセンサを備えるエンコーダシステム用の絶対位置読取りヘッドを提供する。特に、この読取りヘッドは、アブソリュート磁気スケールを読み取るように設けられている。好ましくは、複数のセンサは、それぞれが測定した磁界強度を示すセンサ信号を発生する複数の磁気（例えば、ホール）センサを備えている。かかる例では、センサ信号は、例えば、それぞれの磁気センサにおける磁界強度を示す電圧信号でよい。また、複数のセンサ信号の少なくとも幾つか、好ましくは全てを受信し、かかる信号から（例えば、選択されたセンサ信号の組を互いに、かつ／または互いから加算および／または減算することによって）複数の合成センサ信号を生成する複数の信号合成器も設けられる。適切な信号合成器の様々な構成を、以下でより詳細に概説する。
【０００９】
関連するアブソリュート（例えば、磁気）スケールに符号化されたデータビットの値を抽出するために、複数のデータビット抽出器もまた設けられている。各データビット抽出器は、合成センサ信号のうち少なくとも２つを受信し、データビット値を求める。以下でより詳細に説明するように、各データビット抽出器は、受信した合成センサ信号のうち選択した１つを予め定めた閾値と比較することによって、関連するデータビット値を求める信号選択器（ｓｉｇｎａｌ  ｓｅｌｅｃｔｏｒ）でよい。複数のデータビット抽出器によって抽出されたデータビットは、好ましくは、関連するアブソリュートスケールの絶対位置を規定する符号語（ｃｏｄｅｗｏｒｄ）を供給する。言い換えれば、複数のデータビット抽出器は、便宜的には、読取りヘッドの、関連するアブソリュートスケールに対する絶対位置の測定値を供給する。
【００１０】
特許文献１に記載のタイプのエンコーダとは異なり、本発明の読取りヘッドは、各（例えば、磁気）センサによって生成された信号を閾値と個別に比較し、その後、どのデジタルデータビットの組が、スケールから符号語を抽出するのに適しているか選択するものではない。そうではなく、本発明は、複数の信号合成器を用いて、複数の（例えば、磁気）センサから得られたセンサ信号を合わせ（例えば、加算／減算する）、結果として得られた合成センサ信号を選択的に用いて、絶対位置情報を集合的に供給するデータビットを求める。本発明の読取りヘッドでは、アブソリュートデータ抽出の信頼性が、特許文献１に記載のタイプの装置に比べて改善され、一方、こうした合成センサ信号をやはり用いて、インクリメンタル位置信号も発生することができることが判明している。したがって、本発明では、また、特許文献１に記載のタイプの装置でインクリメンタル位置を測定するのに必要となる追加の磁気センサが不要となり、それによって、よりコンパクトな読取りヘッドを実現することが可能となる。
【００１１】
本発明に記載の読取りヘッドは、また、インクリメンタル信号発生器（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を備えている。インクリメンタル信号発生器は、好ましくは、複数の信号合成器によって生成された合成センサ信号から、少なくとも１つのインクリメンタル信号を発生する。複数の信号合成器によって生成された合成センサ信号の全て、またはほんの一部を用いて、少なくとも１つのインクリメンタル信号を発生する。少なくとも１つのインクリメンタル信号は、読取りヘッドの（例えば磁気）センサの、関連するスケールの磁気マークに対する相対位置もしくは相対位相を示す１つの信号、または複数の信号を含むことができる。かかるインクリメンタル信号（複数可）により、好ましくは、例えば、以下で説明するタイプの補間工程を用いて、読取りヘッドとスケールとの相対位置を、関連するアブソリュートスケールの１ビット長未満の分解能で求めることが可能となる。
【００１２】
特に、インクリメンタル信号発生器は、少なくとも１つのインクリメンタル信号を発生する際に、複数の合成センサ信号に重み付けを施している。特に、インクリメンタル信号発生器は、１つまたは複数のインクリメンタル信号のそれぞれを発生するために使用する様々な合成センサ信号の相対寄与度（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）に重み付けを施すことができる。重み付けを施すことによって、センサアレイの縁部付近にあるセンサから導出された合成センサ信号の寄与度を低減させることができる。言い換えれば、センサアレイの中央付近にあるセンサから導出された合成センサ信号には、好ましくは、アレイの縁部付近にあるセンサから導出された合成センサ信号よりも高い重み付けが与えられる。施される重み付けは、窓関数の形を取ることができる。例えば、ハミング窓関数、ハン窓関数、ガウス窓関数、または三角形窓関数を使用することができる。合成センサ信号のこのような形の重み付けによって、結果として得られるインクリメンタル信号を補間する際のサブディビジョナルエラー（ｓｕｂ−ｄｉｖｉｓｉｏｎａｌ  ｅｒｒｏｒ）（ＳＤＥ）が低減することが判明しており、この改善は、高次高調波の影響が低減したことから得られたものである。
【００１３】
特に、少なくとも１つのインクリメンタル信号は、１対の直角位相信号（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ｐｈａｓｅ  ｓｉｇｎａｌ）を含んでいる。例えば、少なくとも１つのインクリメンタル信号は、１対の（周期的な）正弦／余弦信号を含むことができる。かかる正弦／余弦信号は、以下の式（４）および（５）、または式（６）および（７）で規定される方式を用いて生成することができる。
【００１４】
したがって、本発明は、合成センサ信号を用いて、データビット抽出器によって分析し、アブソリュートデータビット値を抽出するだけでなく、インクリメンタル情報も発生する。かかる構成では、通常の（例えば、磁気）センサから得られたセンサ信号を用いて、インクリメンタル位置測定値、および絶対位置測定値を供給する。この構成は、（別々に離間して配置された）別個のホールセンサアレイを用いて絶対測定値、およびインクリメンタル位置測定値を取得する、特許文献１に記載のタイプのエンコーダシステムよりも有利である。本発明の読取りヘッドはまた、全ての（例えば、磁気）センサが生成するセンサ信号を使用することができるため、特許文献１に記載のような限られた個数のインクリメンタル専用のホールセンサを用いて得られるインクリメンタル信号よりも品質が改善された、少なくとも１つのインクリメンタル信号を発生することができる。本発明は、また、インクリメンタル信号を発生するのに追加の光センサが必要となり、別個の回路を用いて、センサ信号から絶対位置データ、およびインクリメンタル位置データを発生する、特許文献３に記載のタイプのシステムよりも有利である。
【００１５】
少なくとも１つのインクリメンタル信号を補間して、関連するアブソリュート磁気スケールのビット長よりも微細な分解能を有する補間位置情報を供給することができる。特に、少なくとも１つのインクリメンタル信号を補間して、第１の補間信号を供給する第１の補間器（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｏｒ）または補間ユニット（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｏｒ  ｕｎｉｔ）が設けられている。この第１の補間信号は、低分解能、または粗い、相対位置情報を供給することができる。例えば、第１の補間信号は、４つの考えられ得る状態のうち１つを取ることができ、それによって、読取りヘッドとスケールとの相対位置を、アブソリュートスケールのビット長の４分の１の分解能で示すことができる。
【００１６】
上述したように、各データビット抽出器は、少なくとも２つの合成センサ信号を受信する。より好ましくは、各データビット抽出器は、少なくとも４つの合成センサ信号を受信する。好ましくは、各データビット抽出器は、受信した少なくとも２つの合成センサ信号のうち選択された１つを分析することによって、データビット値を求める。各データビット抽出器は、以下で説明するように、選択された合成センサ信号を閾値と比較することによって、その合成センサ信号を分析することができる。
【００１７】
特に、各データビット抽出器は、読取りヘッド内の複数のセンサの、関連するスケールに符号化されたデータビットに対する位置合せを示す入力の受信に基づいて、分析すべき合成センサ信号を選択する。特に、各データビット抽出器は、第１の補間信号を（すなわち、第１の補間器から）受信し、その第１の補間信号に基づいて、どの合成センサ信号を分析するか選択する。言い換えれば、第１の補間器によって供給される粗い位相位置情報または相対位置情報によって、各データビット抽出器が、受信したどの合成センサ信号が、アブソリュートスケールに対して適切に位置合せされたセンサからの情報を含むか選択することが可能となる。次いで、適切に位置合せされた合成センサ信号から、必要なデータビット値を抽出することができる。
【００１８】
各データビット抽出器は、適切に符号化されたアブソリュート（例えば、磁気）スケールから、２進データビット（ｂｉｎａｒｙ  ｄａｔａ  ｂｉｔ）、または多レベルのデータビットを発生することができることに留意されたい。好ましくは、各データビット抽出器は、２進データビットを求めるように構成される。したがって、各データビット抽出器が読み取るデータビット値は、合成センサ信号が閾値のどちら側に存在するかに依存する２進データ値（例えば論理「１」または「０」）を含むことができる。各データビット抽出器は、データビット値を出力するデータビット出力線を備えることができる。
【００１９】
上述の第１の補間器に加えて、またはその代わりに、少なくとも１つのインクリメンタル信号を補間して、第２の補間信号を供給する第２の補間器または補間ユニットを設けることができる。第１の補間器もやはり設ける場合、第２の補間器は、第１の補間器よりも高い補間係数を使用することができ、それによって、読取りヘッドとスケールとの相対的な位置合せについてより微細な、またはより高い分解能の位置情報を供給することができる。このより微細な分解能の補間位置情報を絶対位置情報と合成して、より高い分解能（例えば、サブビット長）の絶対位置測定値を供給することができる。
【００２０】
絶対位置情報は、データビット抽出器が発生する複数のデータビットによって直接供給することができる。便宜的には、複数のデータビット抽出器が発生するデータビットは、一意の（ｕｎｉｑｕｅ）符号語を供給する。次いで、ルックアップ表、またはかかる符号語を絶対位置値に変換する他の既知の方法を含む絶対位置計算ユニット（ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ  ｕｎｉｔ）を設けることができる。特に、絶対位置計算ユニットは、第２の補間信号から得られたインクリメンタル位置データ、または相対位置データを、複数のデータビット抽出器から得られた絶対位置データと合成する。したがって、絶対位置計算ユニットは、読取りヘッドが読み取る、関連するアブソリュート磁気スケールのビット長よりも微細な分解能を有する絶対位置データを発生することができる。したがって、スケールの絶対位置は、必要があればいつでも、例えば起動時など、スケール読取りユニットをスケールに対して動かすどのような要件もなく求めることができる。
【００２１】
便宜的には、複数のセンサは、実質的に互いに等間隔で離間して配置される。例えば、規則的または周期的な磁気センサのアレイを設けることができる。かかるアレイは、好ましくは直線アレイを含む。あるいは、他のタイプのスケール（例えば光アブソリュートスケール）を読み取る場合には、他のタイプのセンサ（例えば光感知素子）を設けてもよい。
【００２２】
読取りヘッドは、各データビットがビット長Ｌである、一連のデータビットを含むアブソリュート（例えば磁気）スケールを読み取るのに適することができる。かかる例では、読取りヘッドの複数の（例えば磁気）センサは、便宜的には、離間して配置して、ビット長ＬにつきＭ個のセンサを設ける。Ｍは、好ましくは、整数値である。特に、Ｍの値は、少なくとも２、より好ましくは少なくとも４、さらに好ましくは少なくとも８を有する。好ましくは、Ｍは、４、または４の倍数の値を取る。
【００２３】
読取りヘッドは、特に、Ｎ個のデータビットから形成される一連の符号語を含むアブソリュート（例えば、磁気）スケールを読み取るのに適し、Ｎは２以上の整数値である。かかる例では、読取りヘッドは、好ましくはＪ個のセンサを備え、Ｊは、ＮとＭの積以上である。言い換えれば、好ましくは、関連するアブソリュートスケールから少なくともＮ個のデータビットを同時に読み取るのに十分なセンサが設けられる。スケールと読取りヘッドとの位置合せに関わらず、符号語を確実に読み取ることができるように、センサの個数Ｊは、ＮとＭの積よりも多いことが好ましい。例えば、Ｊは、ＮとＭの積に、例えば整数３を加えた数に等しくすることができる。
【００２４】
アブソリュートスケールは、必要な符号語を様々な異なる形で符号化することができる。符号語は、例えば、Ｎ個の隣接するビットから形成される、離散した（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）（重なり合わない（ｎｏｎ−ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ））、または重なり合う（ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ）一意の符号語でよい。マンチェスタ符号、擬似ランダム符号、または他のいかなる既知のタイプのアブソリュート符号化も使用することができる。各符号語は、少なくとも２ビット長、より好ましくは少なくとも４ビット長、より好ましくは少なくとも８ビット長、より好ましくは少なくとも１０ビット長、より好ましくは少なくとも１３ビット長とすることができる。上述したように、読取りヘッドは、ルックアップ表、またはアブソリュートスケールから読み取った符号語を絶対位置値に変換する他の手段を含むことができる、絶対位置計算ユニットを備えることができる。
【００２５】
特に、読取りヘッドは、少なくとも４個のセンサ、より好ましくは、少なくとも８個のセンサ、より好ましくは、少なくとも１６個センサ、より好ましくは、少なくとも２０個の磁気センサ、より好ましくは、少なくとも３１個のセンサを備えている。好ましくは、複数のセンサは、複数の磁気センサを備えている。特に、複数の磁気センサは、複数のホールセンサを備えている。例えば、各磁気センサは、出力またはホールセンサ信号を発生する、ホール効果磁界感知素子を備えることができる。磁気センサは、シリコンウェハなどの一般的な基板上に設ける、または形成することができる。
【００２６】
各信号合成器は、センサ信号のうち少なくとも２つから、様々な形で合成センサ信号を生成することができる。例えば、センサ信号は、以下で詳細に説明する加算装置（ｓｕｍｍｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）の形の信号合成器を用いて、互いに加算および／または減算することができる。かかる例では、各合成センサ信号は、加算された信号である。複数の信号合成器は、互いに排他的なセンサ信号の組に作用することができる。特に、各信号合成器が受信する少なくとも２つのセンサ信号の組は、異なるが、重なり合っている。
【００２７】
特に、各信号合成器が発生する合成センサ信号は、複数のセンサのうち選択された１対によって生成された１対のセンサ信号間の差から導出される。特に、かかる選択された各センサ対は、関連するアブソリュートスケールの一連のデータビットのビット長Ｌの半分の間隔で離間して配置される。合成センサ信号または加算信号を発生するかかる方式の例を、以下の式（２）で数学的に表し、かかる方式を実施するのに適した電子回路について、図７を参照しながら以下で説明する。
【００２８】
図７は、第１の読取りヘッド回路を示す図である。  
特に、各信号合成器は、複数の隣接するセンサから得られたセンサ信号を合成することによって、その合成センサ信号を発生する。異なる信号合成器は、好ましくは、隣接するセンサの異なる組から得られたセンサ信号を合成することによって、それぞれの合成センサ信号を発生する。好ましくは、各信号合成器は、関連するアブソリュートスケールの１ビット長Ｌ全体にわたって分散配置された複数の隣接するセンサからセンサ信号を受信する。
【００２９】
特に、複数の信号合成器は、複数のセンサによって生成された複数のセンサ信号（Ｈｉ）から、以下の式（３）に示す加算方式に従って、複数の合成センサ信号（Ｓｉ）を発生する。かかる例では、読取りヘッドは、好ましくは４Ｎ＋３個のセンサを備え、これらのセンサは、離間して配置して、関連するアブソリュートスケールのビット長Ｌにつき４個のセンサを設ける。かかる方式を実施するのに適した電子回路について、図８を参照しながら以下で説明する。
【００３０】
図８は、第２の読取りヘッド回路を示す図である。  
読取りヘッドは、複数の磁気センサを備えることができる。この読取りヘッドは、一連の磁極（北／南）によって、必要なスケールマーク（ｓｃａｌｅ  ｍａｒｋｉｎｇ）を設けることができる、いわゆる能動型の磁気スケールで使用するのに適することができる。好ましくは、この読取りヘッドは、スケールマークが、スケールの透磁率の局所的な差によってもたらされる、いわゆる、受動型の磁気スケールに使用するのに適する。この読取りヘッドは、好ましくは、１つの磁石、または複数の磁石を備える。磁石（複数可）には、永久（例えば希土類）磁石および／または電磁石が含まれ得る。特に、かかる読取りヘッドの複数の磁気センサは、磁石（複数可）によって生成される磁界内に配置する。好ましくは、関連するスケールは、複数の磁気センサに隣接して、かつ磁石によって生成される磁界内に配置することができる。このようにすると、スケールの透磁率の変動によって、複数の磁気センサが検出する磁界の強度が変わる。受動型の磁気スケールは、能動型の磁気スケールとは異なり、使用中に消磁する（ｄｅｍａｇｎｅｔｉｓｅ）ことがないという利点を有する。したがって、受動型の磁気スケールは、典型的には、過酷な環境で使用するのにより適している。様々な適切な受動型の磁気スケールについて、以下でより詳細に説明する。
【００３１】
特に、読取りヘッド内のセンサ間のピッチは、その読取りヘッドが読み取るアブソリュートスケールのスケールマーク間のピッチと整合させる。このようにして、本明細書に記載の読取りヘッド（またはスケール読取りユニット）と、アブソリュート（例えば磁気）スケールとを備えるエンコーダ装置を設けることができる。アブソリュートスケールは、ビット長Ｌの一連のデータビットを含むことができ、読取りヘッドは、ビット長Ｌにつき整数個の（例えば磁気）センサを備えることができる。
【００３２】
特に、このエンコーダ装置は、受動型のアブソリュート磁気スケールを含んでいる。受動型のアブソリュート磁気スケールは、スケール部材と、一連のデータビットを符号化するための複数のスケールマークとを備えることができる。スケールマークは、好ましくはスケール部材とは異なる透磁率を有する。例えば、スケールマークには、スケール部材に形成された溝および／またはスケール部材とは異なる透磁率の材料の領域が含まれ得る。
【００３３】
受動型のアブソリュート磁気スケールは、複数の溝の形のスケールマークを備えることができる。スケールに沿って周期的に繰り返す位置における溝の有無によって、絶対位置情報を供給するデータビットを符号化することができる。特に、複数の溝は、少なくとも第１の溝タイプ、および第２の溝タイプの溝を備え、受動型のアブソリュート磁気スケールの、第１の溝タイプの溝付近の透磁率は、受動型のアブソリュート磁気スケールの、第２の溝タイプの溝付近の透磁率とは異なる。その場合、第１の溝タイプの溝は、第１の値を有するデータビットを示し、第２の溝タイプの溝は、第２の値を有するデータビットを示すことができる。
【００３４】
スケール部材に形成された異なるタイプの溝を用いて、スケール部材に異なるデータビット値（例えば、論理「１」および「０」）を符号化することができる。このようにして、スケールの各溝によってデータビットを規定し、このデータビットは、溝が第１の溝タイプのものである場合、第１の値（例えば、「０」）を取り、溝が第２の溝タイプのものである場合、第２の値（例えば、「１」）を取る。一連の、または一シーケンスのかかるデータビット（すなわち、一連の溝）を用いて（すなわち、異なるタイプの溝の適切なパターンを形成することによって）、スケール部材上に一意の、または絶対的な位置を表す符号語を形成することができる。複数のかかる符号語をスケール部材に沿って形成することができる。このようにして、絶対位置データをスケールに埋め込むことができ、一方、溝のパターンを全般的に繰り返すことにより、読取りヘッドによって、インクリメンタル位置データを測定することも可能となる。
【００３５】
アブソリュート磁気スケールは、線形スケールでも、または平面スケールでもよい。好ましくは、アブソリュート磁気スケールは、ロッドを備える。特に、スケールのスケール部材は、実質的に円形の断面を有するロッドまたはワイヤを備える。複数の溝を、便宜的にはロッドまたはワイヤの円周周りに延在させることができる。本発明のスケール部材をロッド（例えば、鋼ロッド）の形とすることによって、本発明のスケール部材を油圧シリンダなどに使用することが可能となる。
【００３６】
特に、スケールの複数の溝の中間点は、スケール部材の長さに沿って実質的に等距離で離間して配置される。このようにして、スケール部材に繰返しパターンの溝を形成し、こうした溝から、インクリメンタル（正弦／余弦）信号を抽出することができる。好ましくは、第１の溝タイプの溝は、第２の溝タイプの溝とは異なる深さを有する。特に、第１の溝タイプの溝は、第２の溝タイプの溝とは異なる幅を有する。便宜的には、第１の溝タイプの溝は、第２の溝タイプの溝とは異なる断面形状を有する。言い換えれば、第１の溝タイプの溝は、印加される磁界に対して、第２の溝タイプの溝とは異なる作用を有し、したがって、異なる溝タイプを感知することが可能となる。
【００３７】
便宜的には、磁気スケールは、複数の２進データビットを含んでいる。第１の溝タイプの溝によって、論理「１」値を有する２進データビットを規定することができる。その場合、第２の溝タイプの溝によって、論理「０」値を有する２進データビットを規定することができる。特定の溝タイプに伴う論理値は、任意に選択することができる。このようにして、異なる溝タイプを用いて、２進データを符号化する。このスケールは、一連の少なくとも２つの（例えば、隣接する）２進データビットから、２進符号語（ｂｉｎａｒｙ  ｃｏｄｅｗｏｒｄ）の形の少なくとも１つの符号語を供給することができる。特に、複数のかかる２進符号語が、一連の少なくとも２つの２進データビットから形成される。各２進符号語は、便宜的には、磁気スケールの一意の位置を表す。言い換えれば、符号語によって、絶対位置情報を供給することができる。符号語は、離散した（すなわち、重なり合わない）符号語でも、または一意の符号語が重なり合う擬似ランダム符号として形成してもよい。
【００３８】
上述した説明では、２進データを符号化することが可能となる第１の溝タイプおよび第２の溝タイプを参照しながら説明したが、本発明は、第３の溝タイプの溝、またはそれ以上の溝タイプの溝を使用してもよいことに留意されたい。このようにして、各溝によって、３つ以上の異なる状態の任意のものを規定することができる。かかる構成を用いると、絶対位置を規定するのに必要となる符号語の長さを低減させることができる。
【００３９】
スケールは、充填されていない、または空洞の複数の溝を備えることができる。言い換えれば、溝を埋める固体材料を使用しなくともよい。特に、１つまたは複数の材料で少なくとも部分的に充填した複数の溝を設けることができる。好ましくは、溝を充填するいかなる材料も、スケール部材の磁気特性とは異なる磁気特性を有する。例えば、非磁性材料を用いて、磁気（例えば、強磁性）スケール部材に形成された溝を充填することができる。好ましくは、スケール部材は、磁気材料を備える。例えば、スケール部材は、鋼などの強磁性材料から形成することができる。
【００４０】
本発明のさらなる態様によれば、一連のデータビットを符号化したアブソリュート磁気スケールを読み取る読取りヘッドであって、複数のセンサ信号を生成する複数の磁気センサと、各信号合成器が、センサ信号のうち少なくとも２つを受信し、そこから合成センサ信号を生成するように構成された、複数の信号合成器と、各データビット抽出器が、少なくとも２つの合成センサ信号を受信し、関連するアブソリュートスケールに符号化されたデータビットの値を求めるように構成された、複数のデータビット抽出器とを備える、読取りヘッドが提供される。
【００４１】
本明細書には、また、一連のデータビットが符号化されたアブソリュート（例えば、磁気）スケールを読み取る読取りヘッドであって、複数のセンサ信号を生成する複数の（例えば、磁気）センサと、複数のセンサ信号のうち少なくとも１つ用いて、関連するアブソリュートスケールに符号化された少なくとも１つのデータビットの値を求める絶対位置モジュールと、複数のセンサ信号のうち少なくとも１つを用いて、少なくとも１つのインクリメンタル信号を発生するインクリメンタル信号発生器とを備え、絶対位置モジュールによって使用される少なくとも１つのセンサ信号が、インクリメンタル信号発生器によっても使用される、読取りヘッドが記載されている。
【００４２】
本明細書には、また、一連のデータビットを符号化したアブソリュートスケールを読み取る読取りヘッドであって、複数のセンサ信号を生成する複数のセンサと、各信号合成器が、センサ信号のうち少なくとも２つを受信し、そこから合成センサ信号を生成するように構成された複数の信号合成器と、各データビット抽出器が、少なくとも２つの合成センサ信号を受信し、関連するアブソリュートスケールに符号化されたデータビットの値を求めるように構成された複数のデータビット抽出器とを備える、読取りヘッドについても記載されている。この読取りヘッドは、上述の特徴の任意の１つまたは複数を含むことができる。
【００４３】
本明細書に記載の信号および電子回路を改変して本発明とする、様々な方策が当業者には認識されることに留意されたい。特に、かかる信号を生成する様々な信号および電子回路は、必要に応じてデジタル電子回路、またはアナログ電子回路を備えることができる。例えば、センサ信号、合成センサ信号、ならびに第１の補間信号、および第２の補間信号などを、デジタルおよび／またはアナログの形で供給することができる。本明細書では、磁気の例について主に説明しているが、本発明は、また、光学式エンコーダ装置など、他のタイプのエンコーダ装置にも応用することができることに留意されたい。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、エンコーダ読取りヘッド及びそのエンコーダ読取りヘッドを備えたエンコーダ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】磁気スケール読取りユニット、および磁気スケールまたは磁気キャリアを示す図である。
【図２】２つの異なる溝深さの一連の溝を有するスケールを示す図である。
【図３】図２のスケールを読み取るように構成された３１個のホールセンサを示す図である。
【図４】２つの異なる溝幅の一連の溝を有するスケールを示す図である。
【図５】絶対位置情報を規定するために、ある溝が省略されているスケールを示す図である。
【図６】２つの異なる溝深さの一連の溝を有するスケールを成すロッドを示す図である。
【図７】第１の読取りヘッド回路を示す図である。
【図８】第２の読取りヘッド回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１は、磁気スケール読取りユニット、および磁気スケールまたは磁気キャリアを示す図である。図１を参照すると、一連のマーカまたは溝（図示せず）を有する強磁性スケールまたは強磁性キャリア４と、磁気スケール読取りユニット６とを備えるエンコーダ装置２が、概略的に示されている。スケール読取りユニット６は、永久磁石８と、複数（例えば、３１個）のホールセンサを担持したセンサ基板１０とを備えている。ホールセンサは、ｘ軸に沿って均等に離間して配置され、センサ基板１０は、スケール４に実質的に平行となるように構成されている。スケール読取りユニット６は、また、電子処理回路も備えるが、図が分かりやすいように図１には示さない。
【００４７】
図２は、図１に概略的に示したスケール４のある区画の拡大図である。スケール４は、一連の溝を含む、強磁性材料から形成された基板を備えている。溝は、スケール４の長さに沿って、実質的に等間隔で離間して配置されている。全深さ溝（ｆｕｌｌ  ｄｅｐｔｈ  ｇｒｏｏｖｅ）１６、および深さが低減した（半深さ）溝（ｒｅｄｕｃｅｄ（ｈａｌｆ）  ｄｅｐｔｈ  ｇｒｏｏｖｅ）１８を基板に形成して、２進データの異なるビットを規定している。例えば、全深さ溝は、論理「１」を規定し、半深さ溝は、論理「０」を規定することができる。これらの溝は、２つの溝の中心間の最小間隔として規定することができるビット長Ｌを有する。次いで、（ワード長Ｎの）２進ワードを、Ｎ個（例えば７個）の全深さ溝および半深さ溝の適切なシーケンスから構築することができる。したがって、スケール４は、一連のかかるワードを備え、好ましくは、規定されたワード長のビットのいかなるサブシーケンス（ｓｕｂ−ｓｅｑｕｅｎｃｅ）も、スケール４に１度しか現れないように構成されている。溝を形成するために使用できる数多くの技術、例えば、エッチング、切断、レーザビーム蒸発などが、当業者には認識されよう。
【００４８】
図３は、図２のスケールを読み取るように構成された３１個のホールセンサを示す図である。図３を参照すると、スケール読取りユニットの３１個のホールセンサ３０が、スケール４のある区画に隣接した際の様子が示されている。センサ３０は均等に一列に配置され、基板に形成された溝１６および１８によって生じる、関連する永久磁石（図３には示さず）の磁界の変動を検出する。図３に示すセンサ構成は、スケールのビット長Ｌにつき、４個のホールセンサを備えている。図３に示すセンサとスケールとの位置合せでは、スケールから８つのデータビットを読み取ることができる。３１個のホール素子を設けることによって、読取りヘッドユニットのスケールに対する位置に関わらず、スケールから少なくとも７つのデータビット（すなわち、この例では全ワード）を常時確実に読み取ることが可能となる。このように、スケールとスケール読取りユニットとがいかなる相対位置にあっても、絶対位置を測定することができる。
【００４９】
図７は第１の読取りヘッド回路を示す図で、図８は、第２の読取りヘッド回路を示す図である。図７及び図８を参照しながら以下でより詳細に説明する読取りヘッドユニットの電子回路によって、ホールセンサ３０のそれぞれから得られた信号を評価する。したがって、スケールの、読取りヘッドユニットに隣接した区画に存在する、異なる溝タイプのシーケンスを求めることができ、それによって２進データのシーケンスまたはワードを求めることが可能となる。したがって、図２及び図３に示すスケールの区画では、読取りヘッドユニットは、２進符号シーケンス「１１００１０１」を抽出することになる。次いで、このサブシーケンスを、スケール上の様々なビットパターンの位置における情報を記憶したルックアップ表と比較することができ、したがってスケールの読取りヘッドに対する絶対位置の測定値を供給することができる。このようにして求められる絶対位置の基本分解能は、１ビット長（Ｌ）に等しく、最良の場合には、分解能を、センサ間の間隔まで増大させることができる。
【００５０】
読取りヘッドの動作を説明するために、様々なホールセンサのそれぞれから得られる信号は以下のように示すことができる。
Ｈi；ｉ＝１．．．（４・Ｎ＋３）      （１）
【００５１】
式中、Ｎは２進シーケンスのワード長であり、ビット長（Ｌ）につき４個のホールセンサがある。本例では、ビット長につき４個のホールセンサについて記載しているが、ビット長につき、より多数の、またはより少数のセンサを設けてもよい。
【００５２】
絶対位置情報は、まず、ホールセンサ信号（Ｈi）から複数の加算信号（Ｓi）を発生することによって抽出される。適切な加算方式の例を以下で２つ概略的に述べるが、他の加算方式も使用することができる。
【００５３】
ホールセンサ信号（Ｈi）から加算信号（Ｓi）を発生するために使用できる加算方式の第１の例は、以下のように表すことができる。
Ｓi＝Ｈi−Ｈi+2；ｉ＝１．．．４・Ｎ      （２）
【００５４】
あるいは、以下の第２の加算方式を使用してもよい。
Ｓi＝Ｈi−Ｈi+1−Ｈi+2＋Ｈi+3；ｉ＝１．．．（４・Ｎ）      （３）
【００５５】
各例において、一連の（Ｓ1からＳ4・N）加算信号が生成される。次いで、関連するスケールに符号化されたデータビットの２進値を、かかる加算信号の適切な組の値から得ることができる。例えば、第１のアブソリュートデータビットの値は、加算信号Ｓ1〜Ｓ4のうち適切な１つから見つけることができ、第２のアブソリュートデータビットの値は、加算信号Ｓ5〜Ｓ8のうちの１つから見つけることができる、といった具合である。かかる加算信号からこのようにしてアブソリュートデータを抽出することについて、図７及び図８を参照しながら以下で詳細に説明する。
【００５６】
アブソリュートデータを抽出することに加えて、加算信号（Ｓi）は、また、エンコーダの分解能を増大させるために使用できる、２つの周期的な（正弦／余弦）信号を発生することができる。これらの信号は、インクリメンタルシステムでホールセンサの出力を直接合成することによって生成されるインクリメンタル（直角位相）信号に類似しているが、ここでは、そうではなく、アブソリュートデータを発生するために使用される加算信号の合成から抽出される。かかるインクリメンタル信号を発生するには、式（３）の第２の加算方式が典型的には好ましく、その理由は、式（３）では、永久磁石の磁界の不均質性によるいかなる影響も、式（２）の第１の方式よりも遙かに低減されるからであることに留意されたい。しかし、いずれの加算方式も使用することができる。
【００５７】
上述の加算方式のいずれかによって得られた加算信号（Ｓi）を用いて、周期的に変動する２つの信号（正弦および余弦）を発生することができ、これらの信号はそれぞれ、以下の式によって表されるビット長（Ｌ）に等しい周期を有する。
【００５８】
【数１】
0005611992.tif 000002
【００５９】
および
【００６０】
【数２】
0005611992.tif 000003
【００６１】
かかる正弦信号および余弦信号はまた、以下の式からも発生することが可能である。
【００６２】
【数３】
0005611992.tif 000004
【００６３】
および
【００６４】
【数４】
0005611992.tif 000005
【００６５】
上式（４）から（７）に含まれる値ｗiを、定数値（例えば、１（ｕｎｉｔｙ））に設定して、様々な加算信号（Ｓi）の重み付けのない総和を求めることができる。あるいは、ｗiの値は、様々な加算信号に異なる重み付けを施すことになる式によって規定してもよい。総和にいわゆる窓関数を適用すると特に有利であることが判明しており、その理由は、窓関数によって、ホールセンサアレイの両端部付近にあるホールセンサから導出された加算信号からの、正弦／余弦信号に対する寄与が低減するからである。特に、かかる窓関数の適用によって、正弦／余弦信号に対する高調波の寄与が低減し、それによって、これらの信号を補間する際のサブディビジョナルエラーが低減することが判明している。適用できる数多くの窓関数（例えば、ハン関数、ガウス関数、三角形関数、ハミング関数など）が、当業者には認識されよう。特に、以下のハミング関数を使用することができる。
【００６６】
【数５】
0005611992.tif 000006
【００６７】
したがって、式（４）および（５）、ならびに式（６）および（７）の正弦および余弦（すなわち、直角位相）信号は、読取りヘッドと、関連するスケールとの相対位置に関する情報を供給する。例えば、インクリメンタルエンコーダで使用される補間技術を用いた、かかる直角位相信号の補間によって、ビット長よりも微細な分解能を有する位置情報を供給することができる。特に、最高で約５００の補間係数を使用することができることが判明している。したがって、上述の正弦信号および余弦信号を用いて、エンコーダのスケールに対する位置の分解能を大幅に増大させることができる。
【００６８】
したがって、同じスケールトラックを読み取る同じホールセンサ素子から導出されたインクリメンタル（直角位相）データと、アブソリュートデータとを合成することによって、高分解能のアブソリュートエンコーダが実現される。アブソリュート符号語によって粗い位置情報が得られ、正弦／余弦信号を補間して、遙かに微細な（サブビット長の）分解能が実現される。特に、補間されたインクリメンタル位置測定情報を、粗い絶対位置情報に加えると、（高分解能の）絶対位置測定値が結果として得られる。
【００６９】
上述の方法は、離散した２つのマーカトラックが必要でないという利点を有する。しかし、単一のトラックでは、磁気特性がその長さに沿って完全に周期的に変動することはなく、そのため、直角位相（正弦および余弦）信号の振幅に影響が及ぼされる。言い換えれば、全深さ溝および半深さ溝を用いて絶対位置データを符号化すると、直角位相（正弦および余弦）信号の振幅に影響が生じ、それによって、インクリメンタル位置データを得る際に適用することができる補間係数が減少することになる。
【００７０】
図２及び図３に示す、全深さ溝および半深さ溝を備えたスケールパターンでは、異なる溝タイプを容易に識別することを可能としながらも、正弦信号および余弦信号の振幅に最小限の影響しか生じないことが判明している。具体的には、かかるスケールを読み取る際に発生する正弦信号および余弦信号の振幅の変動は、５０％未満である。
【００７１】
また、溝深さを変えることは、正弦信号および余弦信号をそれほど劣化させずにアブソリュートデータを符号化することができるほんの一方策にすぎないことにも留意されたい。
【００７２】
図４は、２つの異なる溝幅の一連の溝を有するスケールを示す図である。図４を参照すると、スケールに沿って中心点が規則正しく離間して配置された一連の溝を有する代替のスケール４０が示されている。全幅の溝（ｆｕｌｌ  ｗｉｄｔｈ  ｇｒｏｏｖｅ）４２を用いて、例えば論理「１」を符号化し、半幅の溝（ｈａｌｆ−ｗｉｄｔｈ  ｇｒｏｏｖｅ）４４を用いて、論理「０」を符号化している。この構成でもやはり、かかるスケールを読み取る際に発生する正弦信号および余弦信号の振幅の変動は、５０％未満となることが判明している。
【００７３】
したがって、異なる溝タイプの厳密な（ｅｘａｃｔ）形が重要であるわけではないことが分かる。正弦信号および余弦信号の劣化をできる限り最小量に抑えながら、関連する読取りヘッドによって感知することができる、測定可能な異なる磁気特性をもたらすには、単に２つの異なるタイプの溝が必要となるだけである。したがって、２つの異なるタイプの溝は、幅および深さの両方を変えてもよい。あるいは、異なる溝タイプは、磁気特性に測定可能な差をもたらす異なる断面形状を有してもよい。異なる溝タイプはまた、複数の異なる副溝（ｓｕｂ−ｇｒｏｏｖｅ）（例えば、点もしくは微細線）を用いて、または異なる透磁率の材料で溝を充填することによって異なる溝タイプを形成することによっても、設けることができる。２進構成について示しているが、互いに区別できる３つ以上の異なるタイプの溝を設けることもやはり可能である。このようにすると、符号語の長さを低減させることができる。
【００７４】
図５は、絶対位置情報を規定するために、ある溝が省略されているスケールを示す図である。図５を参照すると、周期的なシーケンスから溝を単に省略して、アブソリュートデータビットを符号化することによって、必要なアブソリュート情報をスケールに符号化することもまた、可能である。したがって、図５に示すスケール５０は、規則正しく配置された一連の溝候補位置（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｇｒｏｏｖｅ  ｌｏｃａｔｉｏｎ）５２を備える。かかる溝候補位置に形成された溝５４は、論理「１」を示し、かかる溝の省略は、論理「０」を示す。ゼロがあまりに多く隣接して符号化されることがないように、データビットのシーケンスを制御する限り、かかる構成を、直角位相信号を劣化させずに使用できることが判明している。かかるシステムでは、約２０〜３０の補間係数を使用することができる。
【００７５】
図６は、２つの異なる溝深さの一連の溝を有するスケールを成すロッドを示す図である。図６を参照すると、上述のエンコーダスケール構成の好ましい応用例が示されている。特に、単一のスケールトラックを用いた、インクリメンタル位置データ、および絶対位置データ両方の符号化は、有利には、油圧シリンダなどのピストンの位置を測定するために使用することができる。
【００７６】
図６は、加圧されたシリンダケーシング６４内で摺動可能なピストンロッド６２を組み込んだ油圧シリンダ６０を示している。作動油の供給は、ケーシング６４の内外にポンピングさせることができ、したがって、ピストンは、ケーシング６４に対して進退することになる。流体シール７０が、作動油の漏れを防止するためにケーシング６４に設けられている。
【００７７】
例えば、電力が瞬間的に喪失された場合、または起動時には、ピストンロッド６２のケーシング６４に対する絶対位置を求めることが望ましい。しかし、ピストンロッド６２は、通常はケーシング６４に対して自由に回転可能である。したがって、インクリメンタルトラックとアブソリュートトラックとを並置する従来技術によるシステムの使用は、かかる応用例には適さないことが分かる。特に、ピストンロッドの回転によって、インクリメンタルトラックおよびアブソリュートトラックと、それぞれの読取りヘッドとの間で、位置合せにずれが生じ得る。
【００７８】
したがって、図６に示すピストンロッド６２には、図２に示すタイプの一体型アブソリュート／インクリメンタルスケールを符号化する溝（図示せず）が円周に沿って延在するように設けられている。次いで、図１に示した読取りユニット６と同様の読取りユニット７６を、ピストンロッド６２に隣接して配置して、ロッドのケースに対する絶対位置を読み取ることができる。したがって、これらの読取りは、ピストンロッドのいかなる回転による影響も受けない。
【００７９】
スケールに形成された溝は、空である必要も、または流体によって充填する必要もない点に留意されたい。磁気スケール基板を使用する場合、溝は、非磁性固体材料（例えば、銅、クロム、セラミックなど）で充填することができる。スケール基板を非磁性とし、溝充填材を磁性とすることもやはり、可能である。このようにして溝を充填することによって、磁気特性に必要な変動が得られるだけでなく、滑らかなスケール表面を得ることも可能となる。かかる滑らかな表面を設けることは、スケールを担持したピストンロッドとの緊密な流体シール７０が必要となる油圧シリンダで特に有利である。
【００８０】
次に、図７及び図８を参照すると、図５を参照しながら説明したタイプのスケールを読み取る際の、図３を参照しながら説明したタイプのスケール読取りユニットの電子回路が示されている。
【００８１】
図７は、ビット長Ｌの一連のアブソリュートデータビットを符号化したスケール８０を示している。ホールセンサ８２の直線アレイを備えた、関連するスケール読取り器もやはり、示されている。ホールセンサ８２は、互いに等間隔で離間して配置され、スケールのビット長Ｌにつき、４個のホールセンサが設けられている。各ホールセンサ８２は、出力信号を発生し、これらのホール信号は、上式（１）で示した用語を用いてＨiで示すことができる。
【００８２】
ホールセンサ出力信号Ｈiから、上式（２）で規定される通りに加算（差分）信号Ｓiを発生する複数の加算装置８４がやはり設けられている。具体的には、第１の加算信号Ｓ1は、第１のホールセンサ信号Ｈ1と第３のホールセンサ信号Ｈ3との差から発生し、第２の加算信号Ｓ2は、第２のホールセンサ信号Ｈ2と第４のホールセンサ信号Ｈ4との差から発生する、といった具合であることが分かる。言い換えれば、各加算信号Ｓは、半ビット長の間隔で離間して配置された１対のホールセンサによって生成された信号から発生する。
【００８３】
複数の信号選択器８６ａ〜８６ｎ（集合的に信号選択器８６と称する）が、複数の加算装置８４によって生成された加算信号を受信するように設けられている。信号選択器８６の個数は、スケールから読み取るべきワード長と等しくなるように選択する。各信号選択器８６は、加算信号のうち４つを受信する。具体的には、第１の信号選択器８６ａは、加算信号Ｓ1からＳ4を受信し、第２信号選択器８６ｂは、信号Ｓ5〜Ｓ8を受信し、第３の信号選択器８６ｃは、信号Ｓ9〜Ｓ12を受信する、といった具合である。各信号選択器８６の目的は、受信した４つの加算信号のうち、どの信号を用いて、スケールの溝の有無を求め、したがってそのデータビットが論理「１」または「０」を符号化しているかを求めるべきかを選択することである。この選択工程は、以下で説明する粗い補間位置信号の受信に依存するものであり、スケール８０に符号化されたデータを、スケールがホールセンサ８２のアレイに対して任意の位置で読み取ることができることを意味する。したがって、スケールに符号化されたワードに対応する一連のデータビットが、信号選択器８６によって並行して出力される。
【００８４】
アブソリュートデータを発生するために使用することに加えて、加算信号Ｓはまた、上式（４）および（５）、または上式（６）および（７）に従って合成すると、１対の正弦／余弦信号が発生する。言い換えれば、アブソリュートデータ情報を得るために使用する加算信号Ｓiはまた、インクリメンタル信号を発生するのにも使用される。
【００８５】
具体的には、第１の合成信号Ｃ1が、Ｓ1から始まる３つおきの加算信号の和から発生し、すなわち、Ｃ1は、加算信号Ｓ1、Ｓ5、Ｓ9、Ｓ13等々を合成することによって生成される。第２の合成信号Ｃ2は、Ｓ3から始まる３つおきの加算信号の和（すなわち、Ｓ3、Ｓ7、Ｓ11、Ｓ15等々の総和）から発生する。第３の合成信号Ｃ3は、Ｓ2から始まる３つおきの加算信号の和（すなわち、Ｓ2、Ｓ6、Ｓ10、Ｓ14等々の総和）から発生する。第４の合成信号Ｃ4は、Ｓ4から始まる３つおきの加算信号の和（すなわち、Ｓ4、Ｓ8、Ｓ12、Ｓ16等々の総和）から発生する。第１の加算装置８８が、第１の合成信号Ｃ1と第２の合成信号Ｃ2との差から正弦信号を供給し、第２の加算装置９０が、第３の合成信号Ｃ3と第４の合成信号Ｃ4との差から余弦信号を供給する。
【００８６】
補間ユニット９２が、第１の加算装置８８および第２の加算装置９０から、正弦信号および余弦信号を受信する。補間ユニット９２は、４つの補間係数を適用し、したがって、スケール８０とホールセンサ８２のアレイとの位置合せの粗い相対位相を示す粗いインクリメンタル信号９４を、直交位相の範囲内で（すなわち、９０°の位相範囲で）出力する。各信号選択器８６は、この粗いインクリメンタル信号を受信し、この信号を用いて、受信した４つの加算信号のうち、どの加算信号が、スケールの必要となるデータビットを読み取るのに適切に位置合せされているかを求める。図７に示す例では、加算信号Ｓ2は、第２のホールセンサの磁界強度と、第４のホールセンサの磁界強度（すなわち、信号Ｈ2とＨ4）の差から導出され、したがって、このスケールが、論理「１」を符号化した溝を有することを、第１のデータビットとして示している。
【００８７】
したがって、図７の回路は、スケール８０に符号化されたデータワード対応するＮ個のデータビット（０または１）に加えて、１対の正弦／余弦信号も出力する。ルックアップ表を用いて、スケールから読み取ったＮ個のビットワードに伴う絶対位置を確立する。正弦／余弦信号を補間して、１ビット長の範囲内で、スケールのホールセンサ８２に対する（インクリメンタル）位置の、より微細な（サブビット長の）測定値を得る。例えば、３０の補間係数を使用する場合、スケールのホールセンサ８２に対する相対（インクリメンタル）位置は、ビット長の３０分の１の範囲内で見つけることができる。この（サブビット長の）インクリメンタル位置を絶対位置の値に加えると、アブソリュートデータを単独で使用した場合に得られる値よりも高い分解能の絶対位置測定値が得られる。このより高い分解能の絶対位置情報は、例えばシリアルデータ転送プロトコル（ｓｅｒｉａｌ  ｄａｔａ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いて出力することができる。
【００８８】
図８は、図７の回路の変形形態を示す図で、同じ構成要素には同じ参照番号が付されている。
【００８９】
図８に示す回路は、図７に示す回路と同様であるが、上式（３）で規定した第２の加算方式を実施している。１対のホールセンサ信号から加算信号Ｓiを供給する、図７の加算装置８４を使用するのではなく、図８に示す回路は、４個のホールセンサから信号を受信して加算信号Ｓiを供給する、複数の代替加算装置９８を使用している。図８に示す回路は、図７に示す回路よりも遙かに複雑な電子回路であるが、磁石によって発生する磁界の強度の変動から生じる正弦信号および余弦信号の高調波歪みが低減する。
【図１】
0005611992.tif 000007
【図２】
0005611992.tif 000008
【図３】
0005611992.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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