(57)【要約】【課題】改善されたアブソリュートエンコーダ構成すること。【解決手段】アブソリュート位置エンコーダは、スケールと、スケールと重なった検出器と、を有する。スケールは、波長Ｗｆの周期的パターンとビット長Ｗｃｏｄｅのコードパターンとを有する。検出器は、周期的パターン検出器のセットとコードパターン検出器のＭ個のセットとを有する。Ｍは、２以上である。ＷｃｏｄｅはＷｆよりも大きく、Ｍ×Ｗｆ以下である。周期的パターン検出器のセットは、配列位置に測定軸方向に沿って配置される。これにより、コードパターンが単一方向に動くにつれて、周期的パターン検出器のセットが連続する配列間隔分（各配列間隔はＷｆ以下）だけ動くと、連続する配列位置に整列する。コード検出器信号のＭ個のセットのそれぞれと、周期的パターン検出素子により得られた空間周期的信号と、に基づいてアブソリュート位置を決定するため、信号処理が行われる。【選択図】図４
2019078754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定軸方向に沿って延在し、信号変調スケールパターンを有するスケールと、
検出器と、
前記検出器によって与えられる検出器信号に基づいて前記スケールに沿った前記検出器のアブソリュート位置を決定する信号処理部と、を備え、
前記スケールは、
前記スケール上の周期的スケールトラックにおいて、前記測定軸方向に沿って延在する空間波長Ｗｆを有する周期的パターンと、
前記スケール上のコードスケールトラックにおいて、前記測定軸方向に沿って延在するコードビット長Ｗｃｏｄｅを有するアブソリュート位置コードパターンと、を備え、
前記アブソリュート位置コードパターンでは、当該アブソリュート位置コードパターンがアブソリュートコード範囲ＡＣＲを与え、Ｎ個の連続コードビットのグループのそれぞれが、前記アブソリュートコード範囲ＡＣＲ内の対応するアブソリュート位置を一意に識別し、
前記検出器は、
前記スケールに対して前記測定軸方向に相対的に移動可能なように前記スケールに近接して搭載され、変動磁場を生成する少なくとも１つの導電性ループを有する磁場生成部と、
少なくとも前記変動磁場の一部を受け取って、前記スケールの隣接部分上の前記信号変調スケールパターンに依存した対応する信号を生成する複数の導電性ループを有する検出素子と、を備え、
前記検出素子は、
前記周期的パターンと重なるように配置され、かつ、前記スケール上の前記隣接部分上の前記周期的パターンに依存する空間周期的検出器信号のセットを与える周期的パターン検出素子のセットと、
前記アブソリュート位置コードパターンに重なるように配置され、かつ、コード検出器信号のＭ個のセットを与えるコードパターン検出素子のＭ個のセットと、を備え、
前記周期的パターン検出素子のセットの素子のそれぞれが、空間位相を有する周期的信号を与え、
Ｍは２以上であり、前記コードパターン検出素子のＭ個のセットは、前記スケールの前記隣接部分上の少なくともＮ個の連続コードビットを検出するために前記測定軸方向に離隔した少なくともＮ個の素子を有し、かつ、対応する第１及び第２のコード検出器信号のセットを与える第１及び第２のコードパターン検出素子のセットを少なくとも含み、
Ｗｃｏｄｅは、Ｗｆよりも大きく、かつ、Ｍ×Ｗｆ以下であり、
前記コードパターン検出素子のセットは、それぞれの配列位置で、前記測定軸方向に沿って配置され、
前記コードパターン検出素子のセットは、前記検出器に対して、前記アブソリュート位置コードパターンが前記測定軸方向に沿った単一方向に移動すると、前記コードパターン検出素子のセットと前記アブソリュート位置コードパターンが、連接する配列間隔だけ相対移動して連接する配列位置のそれぞれで整列又は再整列するように構成され、
連続する配列間隔のそれぞれは、Ｗｆ以下であり、
前記信号処理部は、前記コード検出器信号のＭ個のセットのそれぞれを入力とし、かつ、前記コード検出器信号のＭ個のセットに基づいて少なくともＷｆの分解能で前記スケールの前記隣接部分の粗いアブソリュート位置を決定し、また、少なくとも前記空間周期的検出器信号に基づいて、少なくとも０．１×Ｗｆの分解能で前記スケールの前記隣接部分の詳細なアブソリュート位置を決定する、
エンコーダ。
【請求項２】
Ｍは２である、
請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記第１及び第２のコード検出器信号のセットは、それぞれ、少なくともＮ個のコード検出器信号を与える、
請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
Ｍは、３以上である、
請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項５】
前記コードパターン検出素子のＭ個のセットは、それぞれ、少なくともＮ個のコード検出器信号を与える、
請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項６】
Ｗｆは２ｍｍ以下であり、Ｎは８以下である、
請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項７】
Ｎは６以下である、
請求項６に記載のエンコーダ。
【請求項８】
Ｍは２であり、Ｗｃｏｄｅは１．２５Ｗｆ以上、かつ、１．７５×Ｗｆ以下である、
請求項６に記載のエンコーダ。
【請求項９】
Ｗｆは、１ｍｍ以下である、
請求項６に記載のエンコーダ。
【請求項１０】
前記検出器は、前記測定軸方向に沿った寸法Ｌｄｅｔを有し、
Ｌｄｅｔは、２０ｍｍ以下である、
請求項６に記載のエンコーダ。
【請求項１１】
Ｗｆは１ｍｍ以下であり、Ｎは６以下である、
請求項６に記載のエンコーダ。
【請求項１２】
前記連続する配列間隔のそれぞれは、ほぼ同じである、
請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項１３】
前記連続する配列間隔のそれぞれは、およそＷｃｏｄｅ／Ｍである、
請求項１２に記載のエンコーダ。
【請求項１４】
前記検出器及び前記スケールは、変動磁場を生成することで動作する過電流トランスデューサである、
請求項１に記載のエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に精密測定機器に関し、特に電磁誘導式検出原理を用いたアブソリュートエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の光学式、容量式、磁気式及び電磁誘導式のトランスデューサや、変位トランスデューサ又は位置トランスデューサが利用可能である。これらのトランスデューサでは、リードヘッドとスケールとの間の変位を測定するために、リードヘッドにおいて様々な幾何学的構成の送信器及び受信器が用いられている。電磁誘導式センサは、粒子、油、水及び他の流体による汚染に対して最も影響を受けないセンサタイプの１つとして知られている。特許文献１には、高精度の用途に使用可能な誘導電流位置トランスデューサが開示されている。特許文献２及び３には、信号生成・処理回路を有する、インクリメント型の電磁誘導式ノギスとリニアスケールとが開示されている。特許文献４〜８には、誘導電流トランスデューサを用いた、アブソリュート型の電磁誘導式ノギスと電気巻き尺とが開示されている。上記の特許文献で開示されるように、誘導電流トランスデューサは、プリント回路基板技術を用いて容易に作製可能である。
【０００３】
誘導電流トランスデューサの異なる例は、インクリメンタル型又はアブソリュート型の位置エンコーダとしてもよい。一般に、インクリメント型の位置エンコーダはスケールを有し、スケールの初期点からの変位の増分単位を積算することで、スケールに対するリードヘッドの変位を測定できる。しかし、低消費電力の機器で用いられるエンコーダのような特定の用途においては、アブソリュート型の位置エンコーダを用いることが望ましい。アブソリュート型位置エンコーダは、スケール方向の（リードヘッドの）各位置において、固有の出力信号又は信号の組み合わせを与える。アブソリュート型位置エンコーダは、位置を特定するために変位の増分を積算する必要がない。よって、アブソリュート型位置エンコーダは、とりわけ、様々な省電力スキームを可能にする。他にも、特許文献９〜１８には、アブソリュート型エンコーダに関する様々なエンコーダ構成及び信号処理技術が開示されている。
【０００４】
ここで用いられる「トラック」又は「スケールトラック」という用語は、一般に、測定軸方向に延在し、かつ、測定軸と交差する方向でほぼ一定の幅と位置を有する、スケール又はスケールパターン領域を指している。一般に、測定軸方向の相対変位の間では、スケールトラックは、特定の検出器セットの下に位置している。検出器は、下部のスケールトラックのスケール要素のパターンに対応し、トラックに沿った検出器の位置に依存する位置信号を生成する。
【０００５】
アブソリュート（ＡＢＳ）位置をエンコーダでエンコードする一般的な技術としては、インクリメンタルスケールトラック又は周期的スケールトラックに平行に配置されたバイナリコードスケールトラックを用いることである。バイナリコードスケールトラック位置の不確実性を回避し、高精度測定用のインクリメンタル又は周期的スケールトラックの補間アナログ測定を用いるためには、バイナリコードスケールトラックが、少なくとも周期的スケールトラックの空間波長の精度の空間分解能又は測定分解能を有する必要がある。この場合、個々の特定のコード値は、特定の隣接する周期的波長を明確に識別する。よって、最下位の２進数トラックは、通常、インクリメンタルトラックの周期的波長と等しい又はこれよりも小さなコードビット長を有する。
【０００６】
測定軸方向と交差する方向のスケール幅を削減することが望ましい小型用途においては、一般に、測定軸方向に沿って配列されたＮ個の隣接するコードビットのセットのそれぞれが測定軸方向の特定に位置を表すシリアルバイナリコードである、「Ｎビット」の疑似ランダムコードが用いられる（但し、Ｎは整数）。（これは、測定軸方向と交差する方向のスケールの広い範囲に配列された、２進数の各ビット用の分離コードトラックであるパラレルバイナリコードとは対照的である。）シリアルバイナリコードは、測定軸方向に沿って１ビット分だけ移動すると、（測定軸方向に沿って配列されたＮビットを有する）次のコード値に移動する。上記のバイナリコードと同様に、位置の不確実性を回避し、高精度測定用のインクリメンタル又は周期的スケールトラックの補間アナログ測定を用いるためには、一般に、疑似ランダムコードスケールトラックが、少なくとも周期的スケールトラックの空間波長の精度の空間分解能又は測定分解能を有する必要がある。この場合、個々の特定のコード値は、特定の隣接する周期的波長を明確に識別する。さもなければ、すべての状況下において動作が信頼し得ないか、又は、望ましくない複雑なリードヘッド信号処理が必要となり得る。よって、疑似ランダムスケールトラックは、通常、特に電磁誘導式検出技術を用いたエンコーダにおいて、インクリメンタルトラックの周期的波長（ここでは、Ｗｆと称する）と等しい又はこれよりも小さなコードビット長（ここでは、Ｗｃｏｄｅと称する）を有する。
電磁誘導式アブソリュートエンコーダでの疑似ランダムコードシステムの様々な実施例は、例えば特許文献５に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，０１１，３８９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９７３，４９４号明細書
【特許文献３】米国特許第６，００２，２５０号明細書
【特許文献４】米国特許第５，８８６，５１９  号明細書
【特許文献５】米国特許第５，８４１，２７４，号明細書
【特許文献６】米国特許第５，８９４，６７８，号明細書
【特許文献７】米国特許第６，４００，１３８号明細書
【特許文献８】米国特許第８，３０９，９０６号明細書
【特許文献９】米国特許第３，８８２，４８２号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，９６５，８７９号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，２７９，０４４号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，２３７，３９１号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，４４２，１６６号明細書
【特許文献１４】米国特許第４，９６４，７２７号明細書
【特許文献１５】米国特許第４，４１４，７５４号明細書
【特許文献１６】米国特許第４，１０９，３８９号明細書
【特許文献１７】米国特許第５，７７３，８２０号明細書
【特許文献１８】米国特許第５，０１０，６５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、アブソリュートエンコーダにおいて２進数シリアルコードトラック（例えば、疑似ランダムコードトラック）を実施する既知の技術は、全ての用途について最適、理想的なものではない。よって、種々の導入例において、コンパクトな寸法、測定範囲、分解能、動作の堅牢性、電気的複雑性の削減、低コスト化の改善された組み合わせを実現するため、上記した既知のエンコーダシステムの改良が求められている。このような改善された組み合わせを与えるアブソリュートエンコーダ構成することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下は、以下の発明の詳細な説明でさらに説明する概念から選択したものを、単純な形で紹介するために設けたものである。以下は、特許請求の範囲に記載した主題の重要な特徴を特定するものとして解釈されるものではなく、特許請求の範囲に記載した主題の範囲を決定するための一助として用いられるものとして解釈される。
【００１０】
電子アブソリュート位置エンコーダは、例えば、高精度の電子デジタルインジケータ、マイクロメータ、リニアスケールなどに実装することができる。また、電子アブソリュート位置エンコーダは、回転式の実装形態（測定軸方向が円又は弧に従い、スケールは回転エレメント上の円形又は曲線）に適用することもできる。
【００１１】
エンコーダは、測定軸方向に沿って延在するスケールと、検出器と、前記検出器によって与えられる検出器信号に基づいて前記スケールに沿った前記検出器のアブソリュート位置を決定する信号処理部と、を有する。
【００１２】
前記スケールは、周期的パターンとアブソリュート位置コードパターンとを備えた信号変調スケールパターンを含む。前記周期的パターンは、空間波長Ｗｆを有し、前記スケール上の周期的スケールトラックにおいて前記測定軸方向に延在する。前記アブソリュート位置コードパターンは、コードビット長Ｗｃｏｄｅを有し、前記スケール上のコードスケールトラックにおいて前記測定軸方向に延在する。前記アブソリュート位置コードパターンは、当該アブソリュート位置コードパターンがアブソリュートコード範囲ＡＣＲを与え、Ｎ個の連続コードビットのグループのそれぞれが、前記アブソリュートコード範囲ＡＣＲ内の対応するアブソリュート位置を一意に識別する。
【００１３】
前記検出器は、前記スケールに対して前記測定軸方向に相対的に移動可能なように前記スケールに近接して搭載される。前記検出器は、一般に、変動磁場を生成する少なくとも１つの導電性ループを有する磁場生成部と、少なくとも前記変動磁場の一部を受け取って、前記スケールの隣接部分上の前記信号変調スケールパターンに依存した対応する信号を生成する複数の導電性ループを有する検出素子と、を有する。
【００１４】
前記検出素子は、周期的パターン検出素子のセットと、コードパターン検出素子のＭ個のセットとを有する。ここで、Ｍは２以上の整数である。前記周期的パターン検出素子のセットは、前記周期的パターンと重なるように配置され（前記周期的スケールトラックと重なり且つ対向する）、かつ、前記スケールの前記隣接部分上の前記周期的パターンに依存する空間周期的検出器信号のセットを与え、前記周期的パターン検出素子のセットの各素子は、それぞれ空間位相を有する周期的信号を与える。前記コードパターン検出素子のＭ個のセットは、前記アブソリュート位置コードパターンに重なるように配置され（前記コードスケールトラックと重なり且つ対向する）、かつ、コード検出器信号のＭ個のセットを与える。前記コードパターン検出素子のＭ個のセットは、前記測定軸方向に沿って離間して配置された少なくともＮ個の素子を有する第１及び第２のコードパターン検出素子のセットを含み、前記スケールの前記隣接部分上の少なくともＮの連続するコードビットを検出して、対応する第１及び第２のコード検出信号のセットを与える。
【００１５】
上記した構成要素の組み合わせは、さらに、本明細書において説明される原理にしたがって、以下のよう構成される。Ｗｃｏｄｅは、Ｗｆよりも大きく、かつ、Ｍ×Ｗｆ以下である。
【００１６】
コードパターン検出素子のセットは、それぞれの配列位置に前記測定軸に沿って配置されており、前記検出器に対して、前記アブソリュート位置コードパターンが前記測定軸方向に沿った単一方向に移動すると、前記コードパターン検出素子のセットと前記アブソリュート位置コードパターンが、連接する配列間隔だけ相対移動して、連接する配列位置のそれぞれで整列又は再整列するように構成され、かつ連接する配列間隔は、Ｗｆ以下である。
【００１７】
前記電子アブソリュート位置エンコーダは、前記コード検出器信号のＭ個のセットのそれぞれを入力とし、かつ、前記コード検出器信号のＭ個のセットに基づいて少なくともＷｆの分解能で前記スケールの前記隣接部分の粗いアブソリュート位置を決定し、また、少なくとも前記空間周期的検出器信号に基づいて、少なくとも０．１×Ｗｆの分解能で前記スケールの前記隣接部分の詳細なアブソリュート位置を決定する信号処理部をさらに有する。信号処理部で用いられる例示的な動作及び原理は、以下で詳細に説明する。
【００１８】
ＷｃｏｄｅがＷｆよりも大きいアブソリュートエンコーダシステムは、疑似ランダムコード型アブソリュートエンコーダでは稀であり、磁気方式又は電磁誘導方式のアブソリュートエンコーダとの関係については、特に稀である。前記したように、上記した位置の不確実性問題を避けるため、Ｗｃｏｄｅは典型的には前記インクリメンタルトラックの前記周期的波長Ｗｆと等しく、又は、それよりも小さい。しかし、本明細書において説明される原理にしたがって、ＷｃｏｄｅがＷｆよりも大きい場合、前記コードパターン検出素子のＭ個のセットにより与えられる信号を分析してＷｃｏｄｅよりも高精度の分解能で前記検出器に対するコード位置を決定することで、位置の不確実性問題が解決される。これは、以下で詳細に説明する原理にしたがって、上記した様々な特徴を用いることで実現される。このようなアブソリュートエンコーダシステムは、ある実装例において、特に、Ｗｆが小さく（例えば、５ｍｍ以下、２ｍｍ、１ｍｍ又はそれよりも小さい場合）、比較的大きいアブソリュート範囲が求められる場合（例えば、Ｗｆの数十倍又は数百倍）、及び／又は、検出器の寸法を削減する場合、及び／又は、コードビット処理の複雑性やサイズが特に重要な場合（小さなゲージ筐体内部など）において、利点をもたらす。これらの又は他の利点は、以下で詳細に説明する。
【００１９】
本発明の上述及び他の目的、特徴、及び長所は以下の詳細な説明及び付随する図面からより完全に理解されるだろう。付随する図面は図解のためだけに示されたものであり、本発明を制限するためのものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の既知のコード検出構成を用いた既知のアブソリュートエンコーダシステムの部分図である。
【図２】第１の既知のコード検出構成を用いた既知のアブソリュートエンコーダシステムの部分図である。
【図３】図１及び図２に示すアブソリュートエンコーダシステムの変形例において使用可能な第２の既知のコード検出構成の一態様を示す図である。
【図４】アブソリュートエンコーダシステムにおける特定の特徴及びパラメータの関係性模式的な等角分解部分斜視図である。図４は、アブソリュートエンコーダシステム１００が、本明細書において説明される原理に従う様々な構成を含む場合にもたらされる利点とは対照的に、先行技術にかかる設計及び図１〜図３に示すコード検出構成に付随する様々な問題を示すためのものである。
【図５】コードパターン検出素子の２つのセットを用いる第１の実施例において、コードビットにより与えられる分解能よりも高精度なコード化位置を得るため、デジタル位置コードが、本明細書において説明される原理にしたがって、どのように検出されて処理されるかの一態様を示す概略図である。
【図６】コードパターン検出素子の３つのセットを用いる第２の実施例において、コードビットにより与えられる分解能よりも高精度なコード化位置を得るため、デジタル位置コードが、本明細書において説明される原理にしたがって、どのように検出されて処理されるかの一態様を示す概略図である。
【図７】コードビット長により与えられる分解能よりも高精度なコード化位置を得るため、デジタル位置コードが、ここで開示する原理にしたがってどのように検出されて処理されるかの一態様を示す、信号処理部の一実施例の例示的なコンポーネントのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
【００２２】
図１及び図２は、第１の既知のコード検出構成を用いた既知の電磁誘導式アブソリュート位置エンコーダ４００の部分図である。図１及び図２は、上記の特許文献５に開示されている。様々な実施例においては、本明細書において説明される原理にしたがって、特許文献５に開示された検出原理及び信号処理を、本明細書において説明される原理と組み合わせて用いることができる。アブソリュート位置エンコーダシステム４００の様々な態様について簡潔に説明する。さらなる詳細及び開示については、特許文献５から取得可能である。
【００２３】
エンコーダシステム４００は、リードヘッド４０２を有する。リードヘッド４０２は、以下で説明する磁場生成器と検出素子とを有する検出器を有する。リードヘッド４０２は、スケール４０４に近接して搭載される。検出器とスケールとは、測定軸方向ＭＡに沿って相対的に変位する。スケール４０４は、測定軸方向ＭＡに延在し、かつ、信号変調スケールパターンを有する。信号変調スケールパターンは、空間波長３０４を有し、周期的トラックスケールにおいて測定軸方向ＭＡに沿って延在する、周期的パターン又は「微細波長スケール」４１８を有する。リードヘッド４０２の受信巻線４１４及び４１６が、磁場生成送信巻線４１２と協働する周期的パターン検出素子のセットを構成することで、「微細波長トランスデューサ４１０」が構成される。簡潔には、磁場生成送信巻線４１２が変化する電流によって駆動されることで、受信巻線４１４及び４１６を通る磁場が変動する。受信巻線４１４及び４１６は、変化する磁場を受信する「よじられた（twisted）」導電性ループであり、理想的には、周期的パターン４１８の磁束攪乱部１７０がない場合には、変化する磁場に応じてヌル出力を生成（すなわち、０を出力）する。しかし、周期的パターン４１８の信号変調効果によって、受信巻線４１４及び４１６は、隣接する周期的パターン４１８の位置に依存した空間周期的な信号を生成する。受信巻線４１４及び４１６が、（例えば既知の技術のように、図示した実施例において直交信号を与えるように）リードヘッド４０２上でそれぞれの位置が異なることによって、それぞれの空間位相を有する周期的信号を生成することは、言うまでもない。
【００２４】
また、信号変調スケールパターンは、コードスケールトラックにおいて測定軸方向ＭＡに延在する、アブソリュート位置コードパターン又は「バイナリコードスケール」４５８を有する。様々な実施例において、コードパターン４５８は、エッジ間距離３０８に概ね一致する、測定軸方向ＭＡに沿ったコードビット長を有する。以下では、コードビット長は、コードビット長Ｗｃｏｄｅとも称する。
【００２５】
リードヘッド４０２のバランスドペア（平衡対）４５７が磁場生成送信巻線４５２と協働するコードパターン検出素子のセットを構成することで、バイナリコードトランスデューサ４５０が構成される。図示した実施例では、Ｎビットのバイナリコードが用いられている。ここでは、Ｎ＝８である。簡潔には、磁場生成送信巻線４５２が変化する電流によって駆動されることで、８つのバランスドペア４５７を通る変化する磁場が生成される。バランスドペア４５７は、変化する磁場を受信する「よじられた」導電性ループ（それぞれ、正極ループ４５４と負極ループ４５６とを有する）であり、理想的には、アブソリュート位置コードパターン４５８の磁束攪乱部１７０がない場合には、変化する磁場に応じてヌル出力を生成（すなわち、０を出力）する。しかし、アブソリュート位置コードパターン４５８の信号変調効果によって、８つのコードパターン検出素子からなるセット（すなわち、８つのバランスドペア４５７からなるセット）は、アブソリュート位置コードパターン又は「バイナリコードスケール」４５８の隣接部上のＮ個の連続コードビットに依存した対応するコード検出器信号のセットを生成する。図示した実施例では、バイナリコードスケール４５８は、上部４５９及び下部４５９’を有する。図示したように、コードビットのそれぞれについて、磁束変調又は攪乱部１７０は、重なっているバランスドペア４５７において所望の極性の信号を生成するため、上部及び下部の一方に配置されてもよく、他の部分では省略されてもよい。（例えば、閾値又は基準レベルよりも高い）正の電圧を論理値「１」に対応させ、負の電圧を論理値「０」に対応させてもよい。
【００２６】
図２に、リードヘッド４０２に接続される信号生成処理回路２４０の実施例を示す。図２では、図１と同じ符号を有する要素は、類似又は同じであってもよく、上述の説明に基づいて理解されてもよい。信号生成処理回路２４０の様々な態様について、簡潔に説明する。さらなる詳細及び開示については、特許文献５から取得可能である。
【００２７】
簡潔には、微細波長トランスデューサ４１０については、上述したように、信号生成器２５０が電場生成送信巻線４１２を駆動する。受信巻線４１４又は４１６で生じた信号は、スイッチ２４３によって選択されてもよく、プリアンプ２４５によって増幅されてもよく、サンプルホールド回路２６０に入力されてもよく、Ａ／Ｄ変換器２４６で変換されてもよい。以下で説明するように、マイクロプロセッサ２４１は、既知の直交信号処理方法にしたがって空間周期的信号の値とそれらの値の関係性を分析し、バイナリコードトランスデューサ４５０（または４５０’）によって示される、局所空間波長３０４以内の高分解能で補間された位置測定を行う。
【００２８】
簡潔には、バイナリコードトランスデューサ４５０については、上述したように、信号生成器２５０が電場生成送信巻線４５２を駆動する。図示した実施例では、送信巻線４１２又は送信巻線４５２は、デジタル制御部２４４による制御の下で、スイッチ２４２の動作によって選択される。しかし、他の実施例においては、特許文献５で示されるように、トランスデューサ４１０及び４５０（または４５０’）の両方にて用いるために、単一の送信巻線を構成してもよい。いずれの場合でも、バイナリコードトランスデューサ４５０（または４５０’）のバランスドペア４５７で生成された８つの信号は、サンプルホールド回路４６０に入力されてもよく、プリアンプ４６２で増幅されてもよく、サンプルホールド回路４６４によって同時にサンプリングされてもよい。その後、図示するように、デジタル制御部２４４は、サンプルホールド回路４６０の様々なスイッチを制御してサンプルされた信号を選択してもよく、各信号はＡ／Ｄ変換器２４６で変換されてもよい。マイクロプロセッサ２４１は、（例えば、２進数信号閾値と比較することで）様々なコードビット信号の値を分析し、所定の論理によってコードビット値間の関係性を分析して、対応するアブソリュート位置コードワードを決定してもよい。特許文献５は、１コードビット長の分解能で測定軸方向ＭＡに沿った特定のアブソリュート位置を識別するために、このようなコードビット信号値及びこれらの値の間の倫理的関係性の一方又は両方を用いる様々な代替方法を教示している。よって、ここでは、このような方法の重複説明を要しない。しかし、特許文献５での全ての場合において、アブソリュート位置コード（すなわち、コードビット長）の分解能は、「微細波長スケール」４１８の周期的パターンの空間波長３０４以下であり、好ましくは空間波長３０４よりも小さいことに注目すべきである。さもなければ、アブソリュートコードは、微細波長スケール４１８の特定の波長又は周期に明確に対応しなくなり、微細波長トランスデューサ４１０によってもたらされるサブ波長にかかわりなく、潜在的な位置の誤差又は不確実性が生じる。図１及び図２に示す好ましい実施例においては、潜在的な信号計測誤差等にかかわりなく、誤差マージンを確保し、かつ、特定のアブソリュート位置コードを空間波長３０４の特定周期と結びつけるため、コードビット長又はエッジ間距離３０８は、空間波長３０４の半分でしかない。上記した条件下で、特許文献５は、当業者が容易に理解するごとく、高分解能のアブソリュート位置測定を実現するため、粗い分解能のアブソリュート位置コードが、空間波長３０４の特定周期以内の高分解能の補間位置計測と組み合わされてもよいことを教示している。
【００２９】
特許文献５の教示は、図１及び図２に示されたコード検出構成の潜在的な問題を示している。特に、図１に示すように、８つのバランスドペア４５７がバイナリコードスケール４５８のコード要素間の中間位置に配列されている場合、コード値が遷移する位置のバランスドペア４５７の信号値は、「ヌル」（すなわち０）又は未定義（不定）信号値であってもよい。例えば、図１の左側から１番目、３番目、４番目、５番目、７番目及び８番目のバランスドペア４５７は、これの典型例である。特許文献５は、コードワードにおける隣接コードビット間の「コード値の遷移なし」及び「全てのコード値が遷移」に対応する特定のコード値を除外することで、この問題の解決法が得られることを示している。このような場合、様々な位置で様々な未定義信号値が出現するにもかかわらず、スケールに沿った全てのコード値を論理的にデコードすることができる。しかし、各種の用途において様々な理由から、これは実現困難又は信頼性に欠けるものである。よって、特許文献５は、図３を参照して説明する解決法も教示している。
【００３０】
図３は、実施例におけるアブソリュートエンコーダシステム８００で使用可能な第２の既知のコード検出構成の一態様を示す図である。アブソリュートエンコーダシステム８００は、実施例において図１及び図２に示されるアブソリュートエンコーダシステムの変形例である。特許文献５には、コード値（例えば、バイナリコードスケール４５８）が遷移する位置における（上記したバランスドペア４５７に類似又は同一の）１以上のバランスドペア８２７の信号値が「ヌル」又は未定義値になるという、上記した問題を解決するため、図３が開示されている。周期的信号λ８１０は、図１に示した微細スケール４１８の周期的パターンに沿った周期的空間位相位置を表すものである。図３に示すように、コードビット長又はエッジ間距離３０８は、空間波長３０４と等しく（又は、空間波長３０４よりも小さく）てもよい。特許文献５に記載されるように、図３の２進数スケールトランスデューサでは、コード検出構成は、バランスドペア８２７の第１のセット８２１と、バランスドペア８２７の第２のセット８２３と、を有する。特に、第１のセット８２１及び第２のセット８２３は、コードビット長又はエッジ間距離３０８の半分だけオフセットされている。これにより、セット８２１及び８２３の一方は、（例えば図１に示すように）コードスケール素子間の遷移位置に配置され、セット８２１及び８２３の他方は、コードスケール素子に沿って配置される。よって、セット８２１及び８２３の一方は未定義コード信号を有し、セット８２１及び８２３の他方は全て十分に定義されたコード信号を有することとなる。
【００３１】
また、特許文献５は、任意の特定の位置においてセット８２１及び８２３のいずれを用いるべきかを決定するために用いられる方法について示している。基本的には、特許文献５は、微細波長トランスデューサ（例えば、図１及び図２の微細波長トランスデューサ４１０）は、セット８２１及び８２３のいずれを用いるべきかを決定するために用いることが可能であることを示している。図示した例においては、微細波長３０４は、コードビット長又はエッジ間距離３０８と等しく、かつ、１つの受信巻線（例えば、図１及び図２に示すｓ受信巻線４１４又は４１６）の電圧振幅が正である場合、セット８２１又は８２３の最初のセットが用いられるべきである。これに対し、受信巻線の振幅が負である場合、セット８２１又は８２３の他のセットが用いられるべきである。特許文献５は、セット８２１及び８２３のいずれを用いるべきかを決定する他の方法は教示していない。
【００３２】
図４に、アブソリュートエンコーダシステム１００における特徴及びパラメータの関係性を示す模式的な等角分解部分斜視図を示す。図４は、アブソリュートエンコーダシステム１００が本明細書において説明される原理に従う様々な特徴を含む場合にもたらされる利点とは対照的に、先行技術にかかる設計及び図１〜図３に示すコード検出構成に付随する様々な問題を示すためのものである。パターン寸法（例えば、Ｗｃｏｄｅ、Ｗｆ）は、図示の便宜上強調されていることは言うまでもない。
【００３３】
図示したアブソリュートエンコーダシステム１００は、リードヘッド１０２、検出器１０５を有する。リードヘッド１０２は、信号処理回路又は構成１４０を有する。検出器１０５は、磁場生成送信巻線１１２、周期的パターン検出素子１１０’及びコードパターン検出素子１５０’（以下で説明する）を有する。検出器１０５は、検出器１０５とスケール１０４とが測定軸方向ＭＡに沿って相対的に移動するように、スケール１０４に近接して搭載される。スケール１０４は、測定軸方向ＭＡに沿って延在し、信号変調スケールパターンを有する。信号変調スケールパターンは、周期的パターン１１８（図４では、一部のみが図示されている）を有する。周期的パターン１１８は、周期的スケールトラック１１８’において、測定軸方向ＭＡの沿った方向に延在する空間波長３０４を有する。周期的パターン検出素子１１０’は、図１及び図２における類似の素子を参照して既述したのと同様に、微細波長測定を実現するために、磁場生成送信巻線１１２と協働する２つの周期的パターン検出素子のセットを構成する、リードヘッド１０２の受信巻線１１４及び１１６を有する。簡潔には、磁場生成送信巻線１１２が変化する電流によって駆動されることで、受信巻線１１４及び１１６（１１６は不図示）を通る変化する磁場が生成される。受信巻線１１４及び１１６は、変化する磁場を受信する（図１及び図２に示す受信巻線４１４及び４１６と類似して又は同一となるように配置される）「よじられた」導電性ループであり、理想的には、周期的パターン１１８の磁束攪乱部１７０がない場合には、変化する磁場に応じてヌル出力を生成（すなわち、０を出力）する。しかし、周期的パターン１１８の信号変調効果によって、受信巻線１１４及び１１６は、隣接する周期的パターン１１８の位置に依存する空間周期的信号を生成する。受信巻線１１４及び１１６が、（例えば、図１及び図２で示した類似の素子及び既知の技術と同様に、直交信号を与えるように）リードヘッド１０２上での位置が異なることによって、それぞれの空間位相を有する周期的信号を生成することは、言うまでもない。
【００３４】
また、信号変調スケールパターンは、コードスケールトラック１５８’において測定軸方向ＭＡに延在する、アブソリュート位置コードパターン１５８（図４では、一部のみが図示されている）を有する。コードパターン１５８は、測定軸方向ＭＡに沿ったコードビット長Ｗｃｏｄｅを有する。コードパターン検出素子１５０’は、Ｎビットのコードワードを検出するため、Ｎ個のコードパターン検出素子からなる、第１及び第２のセットを少なくとも有する。図４では、このようなセットにおいて、Ｎ=６である。図の明確化の都合上、図４では、コードパターン素子のさらなる他のセットについては、図示していない。しかし、一般に、少なくとも第２のセットが含まれることは、言うまでもない。例えば、図３に示す類似の構成は、第１のセット８２１と第２のセット８２３とを有する。より一般的には、コードパターン検出素子１５０’は、アブソリュート位置コードパターン１５８と重なって配置されたコードパターン検出素子のＭ個のセットを有してもよく、コード検出器信号のＭ個のセットを与えてもよい。ここで、Ｍは、２以上の整数である。様々な実施例においては、コード検出素子１５７のそれぞれは、図１及び図２に示すバランスドペア４５７に類似していてもよい。コードパターン検出素子のＭ個のセットのそれぞれは、アブソリュート位置コードパターン１５８と重なるように配置され、磁場生成送信巻線１１２と協働する。これにより、既述した原理にしたがって、アブソリュート位置コードパターン１５８の隣接する部分の連続するコードビットに依存するコード検出器信号のＭ個のセットが与えられる。
【００３５】
アブソリュートエンコーダシステム１００の実用例における各種のパラメータの関係性について説明する。図４に、ゲージ筐体の空洞部又は開口部ＧＨＣを模式的に示す。様々な実施例においては、スケール１０４とリードヘッド１０２とは、ゲージ筐体の空洞部ＧＨＣ内に配置され、又は、封止される必要があるものとして理解されよう。ゲージ筐体及びゲージ筐体の空洞部の寸法の最小化が、実用上はしばしば求められる（例えば、ダイヤルゲージ、リニアゲージなど）。スケールは、典型的には、ゲージ筐体の空洞部ＧＨＣ内において、ベアリングシステムに搭載され、測定軸方向ＭＡに沿ってガイドされる。これにより、このようなゲージにおける測定範囲は、図４に示す移動範囲ＴＲ以下となる。ここで、移動範囲ＴＲは、測定軸方向ＭＡに沿ったゲージ筐体の空洞部ＧＨＣの寸法と、スケール全長Ｌｓｃａｌｅとの差となる。また、このようなゲージでの測定範囲は、図４に示す動作範囲ＯＲ以下となる。ここで、動作範囲ＯＲは、スケール全長Ｌｓｃａｌｅと、必要検出器長Ｌｄｅｔとの差となる。これにより、ゲージ筐体の空洞部ＧＨＣの所定の寸法とスケール長Ｌｓｃａｌｅとに対して、必要検出器長Ｌｄｅｔを減少させると、まさにゲージの所望特性であるゲージの使用可能な測定範囲が増大する。様々な実施例においては、Ｌｄｅｔは２０ｍｍ以内若しくは１６ｍｍ以内であることが望ましく、又、これらよりも短いことが望ましい。
【００３６】
しかし、上述では、Ｎビットのアブソリュート位置コードパターン１５８によって与えられるアブソリュートコード範囲ＡＣＲが制限要因ではないことを仮定している。すなわち、Ｎビットのアブソリュート位置コードパターン１５８が、ゲージの所望の使用可能な測定範囲と等しい又はこれを超えるアブソリュートコード範囲ＡＣＲを与える。一般に、ここで説明するタイプのＮビットコードの近似的なアブソリュートコード範囲ＡＣＲは、およそＡＣＲ≒２Ｎ−１×Ｗｃｏｄｅである。これは、コードのビット数及びＷｃｏｄｅの一方又は両方が増加すると、アブソリュートコード範囲ＡＣＲが増大することを意味する。
【００３７】
しかし、実施例においては、コードビット数Ｎを増加させることは好ましくない。例えば、様々な実施例においては、スペース、コスト、許容可能な測定サンプル処理時間などの実用面を考慮すると、信号処理部１４０のコード検出器信号の処理に供する配線及び回路の一方又は両方が制限され得る。例えば、実施例においては、Ｎビットコードを用いるにあたり、Ｎは６以下であることが好ましいことが知られている。図４に示したようなゲージ用途においては、問題の影響が大きくなるため、周期的パターンの空間波長３０４（以下、微細空間波長Ｗｆとも称する）は、高分解能及び高精度を実現する必要性によって制限されてもよい（例えば、１０μｍオーダー、５μｍ、１μｍ又はこれらよりも小さい）。このように実用的な信号補間レベルが与えられる場合、空間波長は２ｍｍ、１ｍｍ又はこれよりも小さい値に限定されてもよい。この場合、コード検出器信号のセットは、これらの小さな空間波長よりも優れた分解能及び精度を与えなければならない。特許文献５及び他の既知のアブソリュートエンコーダシステムは、Ｗｃｏｄｅを空間波長３０４（すなわち、Ｗｆ）と等しく又はそれよりも小さくすることで、これらのシステムが実現されることを教示している。一般に、特許文献５では、空間波長３０４は、５ｍｍオーダーであると予期される。しかし、このことは、１ｍｍの空間波長Ｗｆに対し、特許文献５及び他の既知のアブソリュートエンコーダシステムでは６ビットコードのアブソリュートコード範囲ＡＣＲがおよそ６４ｍｍであることを示していることを意味している。これは、幅広い用途にとっては小さ過ぎ、よって、一般的には受け入れることができない。
【００３８】
図４は、上記した問題の解決法を示している。特に、図４は、磁気方式又は電磁誘導方式の検出技術を用いる特許文献５及び他の既知のアブソリュートエンコーダシステムの教示とは対照的に、空間波長ＷｆよりもＷｃｏｄｅの寸法が大きいことを示している。図４に示す特定の実施例においては、Ｗｃｏｄｅ≒１．５×Ｗｆである。この特定実施例では。Ｗｆ＝１を用いてもよく、６ビットのアブソリュートコード範囲ＡＣＲをおよそ９６ｍｍに増大させてもよい。これにより、幅広い用途に対して十分な範囲となる。しかし、これは例示に過ぎず、これに限定されるものではない。より一般的には、以下でより詳細に説明する原理にしたがって、明細書及び特許請求の範囲に記載されるような導電性ループを検出器として用いるアブソリュートエンコーダは、ＷｃｏｄｅがＷｆよりも大きくなる（例えば、１．２５Ｗｆ、１．５Ｗｆ、２Ｗｆ又はこれらよりも大きい）ように、コードパターン検出素子のＭ個のセットを用いる場合にはＭ×Ｗｆ以下となるように、構成される。先行技術の欠陥や制限を克服し、かつ、ＷｃｏｄｅがＷｆよりも大きな構成を使用可能とするため、コードパターン検出素子のＭ個のセットの配列とこれに関係する信号処理に関する様々な検討について、以下で詳細に説明する。
【００３９】
図５は、コードビット長Ｗｃｏｄｅにより与えられる分解能よりも高精度なコード化位置を得るため、デジタル位置コードが、本明細書において説明される原理にしたがってどのように検出されて処理されるかの一態様を示す概略図５００である。図５は、コードパターン検出素子の２つのセットを用いる第１の実施例を示している（すなわち、Ｍ＝２）。コードパターン検出素子のセットのそれぞれは、含んでいる検出素子のうち、１つの素子によって表される。コードパターン検出素子の第１のセットは、１つのセットＲＥＳＥ１の代表検出素子によって表される。コードパターン検出素子の第２のセットは、１つのセットＲＥＳＥ２の代表検出素子によって表される。
【００４０】
本明細書において説明される原理にしたがって、コードパターン検出素子のＭ個のセットは、測定軸方向ＭＡに沿ったコード配列位置（ＣＡＰ）に配置され、アブソリュート位置コードパターンが検出器に対して測定軸方向ＭＡに沿って動くにしたがって、コードパターン検出素子のセットとアブソリュート位置コードパターンとは連接する配列間隔分だけ相対的に移動し、連接する配列位置のそれぞれで整列又は再整列する。なお、ここでいう「連接する」とは、例えば複数の要素が隙間なく連続的に配列されている場合だけでなく、ある範囲に複数の要素が離散的に配列されている場合など、ある範囲に複数の要素が配列されている各種の要素の配列状態を意味するものである。連接する配列間隔のそれぞれは、Ｗｆ以下である。図５に示した本原理は、代表検出素子ＲＳＥＳ１の正中線の基準位置にて示されるコード配列位置ＣＡＰ１と、代表検出素子ＲＳＥＳ２の正中線の基準位置にて示されるコード配列位置ＣＡＰ２と、によって表される。図５に示すように、これらのコード配列位置は、アブソリュート位置コードパターン５５８が位置ＣＡＰ１から位置ＣＡＰ２まで移動するために移動しなければならない間隔である配列間隔Ｄｃａｐ１２だけ異なる。一般に、アブソリュート位置コードパターン５５８が引き続き同じ方向に位置ＣＡＰ２から位置ＣＡＰ１まで移動するのに伴って、後続の配列間隔Ｄｃａｐ２１を定義してもよい。図５に示す特定の実施例では、Ｄｃａｐ１２はＷｃｏｄｅ／２と等しく、かつ、Ｄｃａｐ１２＝Ｄｃａｐ２１である。しかし、様々な実施例においては、Ｄｃａｐ１２とＤｃａｐ２１とがＷｆよりも大きくならない限り、Ｄｃａｐ１２はＤｃａｐ２１と異なっていてもよい。
【００４１】
実際には、代表検出素子ＲＳＥＳ１及びＲＳＥＳ２とこれらが示す検出器のセットのそれぞれとは、（例えば、検出素子セット８２１及び８２３について図３に示したものと類似するように）リードヘッドの測定軸方向に沿って、重複してもよいし、又は、交互に配置されてもよいものとして解釈される。図５では、代表検出素子ＲＳＥＳ１及びＲＳＥＳ２とは離隔しているが、これは本明細書において説明される動作原理を明確に示すためのものであり、本構成に限定されるものではない。これは、アブソリュート位置コードパターン５５８についても同様であり、アブソリュート位置コードパターン５５８は、スケール上の同一かつ唯一のコードパターンを示すものとして理解されるべきである。同様に、図５に示されたアブソリュート位置コードパターン５５８は、代表例のそれぞれにおいて、測定軸方向ＭＡに沿った同一の位置に配置される。図示のため、アブソリュート位置コードパターン５５８は、測定軸方向ＭＡに沿って交互に配置されたコードビット値だけを有しているが、これは図の簡略化のためであり、これに限られるものではない。様々なコードワードは、隣接する同一のコードビットを有してもよいものとして理解されよう。しかし、上記で示したように、アブソリュート位置コードパターンは、一般には、各コードワードにおいて、隣接するコードビットの間で少なくとも１つの遷移を有するべきである。よって、図示したアブソリュート位置コードパターン５５８は、このようなコードに関する重要な原理を説明するために有用である。
【００４２】
図示した信号レベルＳＬ１（又はＳＬ２）は、代表検出素子ＲＳＥＳ１（又はＲＳＥＳ２）とアブソリュート位置コードパターン５５８との間の測定軸方向ＭＡに沿った相対的位置におけるコード信号強度の代表例である。任意の位置における代表的コード信号強度ＣＳＭ１及びＣＳＭ２の比較を容易にするため、ＳＬ１（又はＳＬ２）の実線は図示したアブソリュート位置コードパターン５５８のコードビットの極性により生じた信号を示している。ＳＬ１（又はＳＬ２）の破線は、実線で示したアブソリュート位置コードパターン５５８の極性と比較して、図示したコードビットの反転極性により生じる信号を示している。倍増したコード信号強度ＣＳＭ１及びＣＳＭ２は、実線と破線との間を示している。配列間隔Ｄｃａｐ１２がＷｃｏｄｅ／２と等しいことより、アブソリュート位置コードパターン５５８が測定軸方向ＭＡに沿って動くのにしたがって、代表検出素子ＲＳＥＳ１及びＲＳＥＳ２の信号レベルＳＬ１及びＳＬ２の応答は、同じ量だけ互いにシフトされる。図５には、例示的なコード基準位置ＣＲＰが示されている。このコード基準位置ＣＲＰにおいて、代表検出素子ＲＳＥＳ１はコード素子間の遷移が生じる位置に配置され、これにより、バランスが取れた又は未定義の信号強度「Ｕｎｄｅｆ」を出力する。図示するように、この信号強度Ｕｎｄｅｆ間の距離は、Ｗｃｏｄｅである。これに対し、コード基準位置ＣＲＰでは、代表検出素子ＲＳＥＳ２はコード素子の直上に位置することとなり、正の最大信号強度を出力する。図５に示すように、信号強度ＳＬ１及びＳＬ２の１周期は、これらの信号強度間の距離Ｗｃｏｄｅとなる。
【００４３】
また、（大信号強度領域ＬＳ２’などで示されるように、Ｗｃｏｄｅだけ位置が変化するごとに周期的に繰り返される）網掛けされた大信号強度領域ＬＳ２で表示されるように、基準線ＲＬ１で示されたコード位置と基準線ＲＬ２で示されたコード位置との間で、代表検出素子ＲＳＥＳ２の信号強度は代表検出素子ＲＳＥＳ１の信号強度よりも大きくなることが、図５に示されている。同様に、（大信号強度領域ＬＳ１’などで示されるように、Ｗｃｏｄｅだけ位置が変化するごとに周期的に繰り返される）網掛けされた大信号強度領域ＬＳ１で表示されるように、基準線ＲＬ２で示されたコード位置と基準線ＲＬ３で示されたコード位置との間で、代表検出素子ＲＳＥＳ１の信号強度は代表検出素子ＲＳＥＳ２の信号強度よりも大きくなる。
【００４４】
よって、この実施例については、（代表検出素子ＲＳＥＳ１及びＲＳＥＳ２で表された）検出素子の第１及び第２のセットのいずれが大きな信号強度を示すかを決定するために信号処理を行う場合、大強度信号強度領域ＬＳ１又はＬＳ２の測定軸方向ＭＡに沿った位置分解能又は長さによって示されるように、アブソリュートコード位置は、（理想的な信号又はほぼ理想的な信号の場合には）およそＷｃｏｄｅ／２の分解能で決定されるものとして解釈される。いずれの検出素子のセットが最大信号強度を示すかを判定するために信号処理部で用いられる例示的な動作又は原理について、以下で説明する。
【００４５】
上記で示したように、本明細書で開示する様々な実施例においては、各配列間隔（例えば、Ｄｃａｐ１２、Ｄｃａｐ２１）は、Ｗｆ以下（又は、よりロバストな誤差マージンを実現するため、Ｗｆよりもやや小さいことが好ましい）である。よって、この特定の実施例については、ＷｃｏｄｅはＷｆよりも大きく、Ｗｃｏｄｅは２×Ｗｆ以下であり、又は、２×Ｗｆよりもやや小さいことが望ましい。上記したように、ＷｃｏｄｅがＷｆよりも大きいアブソリュートエンコーダシステムは、疑似ランダムコード型アブソリュートエンコーダでは稀であり、磁気方式又は誘導方式のアブソリュートエンコーダにおけるこのようなコードの使用との関係については、特に稀である。
【００４６】
図６は、コードビット長Ｗｃｏｄｅにより与えられる分解能よりも高精度なコード化位置を得るため、デジタル位置コードが、本明細書において説明される原理にしたがってどのように検出されて処理されるかの一態様を示す概略図６００である。図６は、実質的に図５と同様であり、同様の理解をされてもよい。よって、大きな相違点についてのみ説明する。
【００４７】
図５のようにコードパターン検出素子のセットを２つ用いている例に代えて、コードパターン検出素子のセットを３つ用いている（すなわち、Ｍ＝３）第２の実施例が表されていることを除き、図６は図５と同様である。図５と同様に、コードパターン検出素子のセットのそれぞれは、包含する素子の１つであるＲＳＥＳ１、ＲＳＥＳ２及びＲＳＥＳ３で表される。本明細書において説明される原理にしたがって、コードパターン検出素子のＭ個のセットは、測定軸方向ＭＡに沿った代表コード配列位置（ＣＡＰ）に配置され、アブソリュート位置コードパターンが検出器に対して測定軸方向ＭＡに沿って動くにしたがって、コードパターン検出素子のセットとアブソリュート位置コードパターンとは連接する配列間隔分だけ相対的に移動し、連接する配列位置のそれぞれで整列又は再整列する。連接する配列間隔のそれぞれは、Ｗｆ以下である。この原理は、それぞれ対応する代表的検出素子ＲＳＥＳ１、ＲＳＥＳ２及びＲＳＥＳ３の正中線である基準位置で示された代表的コード配列位置ＣＡＰ１、ＣＡＰ２及びＣＡＰ３によって、図６に示されている。図６に示すように、ＣＡＰ１及びＣＡＰ２は配列間隔Ｄｃａｐ１２だけ異なり、ＣＡＰ２及びＣＡＰ３は配列間隔Ｄｃａｐ２３だけ異なる。図６に示した特定の本実施例では、Ｄｃａｐ１２＝Ｄｃａｐ２３＝Ｗｃｏｄｅ／３である。Ｄｃａｐ１２は、アブソリュート位置コードパターン５５８が位置ＣＡＰ１から位置ＣＡＰ２まで移動するために移動しなければならない配列間隔である。Ｄｃａｐ２３は、アブソリュート位置コードパターン５５８が位置ＣＡＰ２から位置ＣＡＰ３まで移動するために移動しなければならない配列間隔である。一般に、アブソリュート位置コードパターン５５８が引き続き同じ方向に位置ＣＡＰ３から位置ＣＡＰ１まで移動するのに伴って、後続の配列間隔Ｄｃａｐ３１を定義してもよい。図６に示した特定の本実施例では、Ｄｃａｐ１２＝Ｄｃａｐ２３＝Ｄｃａｐ３１＝Ｗｃｏｄｅ／３である。しかし、様々な実施例においては、各配列間隔がＷｆよりも大きくならない限り、配列間隔は同じである必要はない。
【００４８】
実際には、代表的検出素子ＲＳＥＳ１、ＲＳＥＳ２及びＲＳＥＳ３とこれらが示す検出器のセットのそれぞれとは、（例えば、検出素子セット８２１及び８２３について図３に示したものと類似するように）リードヘッド上において、単一のアブソリュート位置コードパターン５５８に重なるように、測定軸方向に沿って、重複してもよいし、又は、交互に配置されてもよいものとして理解される。図５では、代表検出素子ＲＳＥＳ１、ＲＳＥＳ２及びＲＳＥ３は離隔しているが、これはここで説明する動作原理を明確に示すためのものであり、本構成に限定されるものではない。アブソリュート位置コードパターン５５８は、スケール上の同一かつ唯一のコードパターンを示すものとして理解されるべきである。
【００４９】
図示した信号レベルＳＬ１、ＳＬ２及びＳＬ３と、示されたコード信号強度は、図５のものと同様である。配列間隔Ｄｃａｐ１２及びＤｃａｐ２３がＷｃｏｄｅ／３と等しいため、アブソリュート位置コードパターン５５８が測定軸方向ＭＡに沿って動くのにしたがって、代表検出素子ＲＳＥＳ１、ＲＳＥＳ２及びＲＳＥＳ３の信号レベルＳＬ１、ＳＬ２及びＳＬ３の応答は、同じ量だけ互いにシフトされる。その結果、（大信号強度領域ＬＳ２’などで示されるように、Ｗｃｏｄｅだけ位置が変化するごとに周期的に繰り返される）網掛けされた大信号強度領域ＬＳ２で表示されるように、基準線ＲＬ１で示されたコード位置と基準線ＲＬ２で示されたコード位置との間で、代表検出素子ＲＳＥＳ２の信号強度は代表検出素子ＲＳＥＳ１及びＲＳＥＳ３の信号強度よりも大きくなることが、図６に示されている。同様に、（大信号強度領域ＬＳ３’などで示されるように、Ｗｃｏｄｅだけ位置が変化するごとに周期的に繰り返される）網掛けされた大信号強度領域ＬＳ３で表示されるように、基準線ＲＬ２で示されたコード位置と基準線ＲＬ３で示されたコード位置との間で、代表検出素子ＲＳＥＳ３の信号強度は代表検出素子ＲＳＥＳ１及びＲＳＥＳ２の信号強度よりも大きくなる。同様に、（大信号強度領域ＬＳ１’などで示されるように、Ｗｃｏｄｅだけ位置が変化するごとに周期的に繰り返される）網掛けされた大信号強度領域ＬＳ１で表示されるように、基準線ＲＬ３で示されたコード位置と基準線ＲＬ４で示されたコード位置との間で、代表検出素子ＲＳＥＳ１の信号強度は代表検出素子ＲＳＥＳ２及びＲＳＥＳ３の信号強度よりも大きくなる。
【００５０】
よって、この実施例については、（代表検出素子ＲＳＥＳ１、ＲＳＥＳ２及びＲＳＥＳ３で表された）検出素子の第１、第２及び第３のセットのいずれが大きな信号強度を示すかを判定するために信号処理を行う場合、大強度信号強度領域ＬＳ１、ＬＳ２及びＬ３のいずれか又は全ての測定軸方向ＭＡに沿った位置分解能又は長さによって示されるように、アブソリュートコード位置は、（理想的な信号又はほぼ理想的な信号の場合には）およそＷｃｏｄｅ／３の分解能で決定される。様々な実施例においては、最大の信号強度を示すセットは、アブソリュート信号値を加算したもの又は信号値の自乗を加算したものを比較することで決定されてもよい。しかし、これらの比較方法は例示に過ぎず、これに限定されるものではない。
【００５１】
図７は、コードビット長により与えられる分解能よりも高精度なコード化位置を得るため、デジタル位置コードが、本明細書において説明される原理にしたがってどのように検出されて処理されるかの一態様を示す、信号処理部の一実施例の例示的なコンポーネントのブロック図７００である。
【００５２】
図７に示すように、信号処理部は、それぞれＳｅｔ１信号入力に及びＳｅｔ２信号入力に入力されるコード検出器信号の第１及び第２のセットに対応する、Ｎ個のコード検出器信号のＭ個のセット（図示した実施例では、Ｍ＝２、Ｎ＝６）のそれぞれが入力する。既述した原理にしたがって、コードパターン検出素子の第１及び第２のセット（例えば、Ｓｅｔ１及びＳｅｔ２のそれぞれ）から信号が生成されてもよい。例えば、図２を参照して説明したように、サンプルホールド回路４６４により与えられるものと同様の方法で信号が生成されてもよい。そして、信号は、２つの平行信号経路を通じて送られる。一方の経路は比較器アレイ７７１につながり、比較器アレイ７７１は信号をデジタル信号基準電圧と比較し、バイナリコード信号７７２にデジタル化する。他方の経路に沿って、Ｓｅｔ１信号がＳｅｔ１信号整流回路７７３に送られ、Ｓｅｔ２信号がＳｅｔ２信号整流回路７７４に送られる。整流回路７７３及び７７４は、Ｓｅｔ１加算回路７７５とＳｅｔ２加算回路７７６へ、それぞれＳｅｔ１及びＳｅｔ２の信号の強度を出力する。Ｓｅｔ１加算回路７７５及びＳｅｔ２加算回路７７６は、比較制御回路７７７へＳｅｔ１及びＳｅｔ２の加算信号を出力し、比較制御回路７７７は、既知の方法にしたがって、いずれの信号が大きいかを判定する。そして、比較制御回路７７７は、判定に基づいたスイッチ制御信号をスイッチアレイ７７８へ出力し、判定に基づいた位置コード配列信号がアブソリュート位置決定回路又はルーティン７７９へ出力する。例えば、Ｓｅｔ１加算信号の方が大きい場合には、スイッチアレイ７７８に送られるスイッチ制御信号は、スイッチアレイ７７８に、アブソリュート位置コード値として、Ｓｅｔ１に対応するバイナリコード信号を出力させる。アブソリュート位置コード値は、アブソリュート位置決定回路７７９へ送られる。この場合には、比較制御回路７７７によってアブソリュート位置決定回路又はルーティン７７９へ送られる位置コード配列信号は、Ｓｅｔ１がアブソリュート位置コード値を与えることを示す信号である。これにより、アブソリュート位置決定回路又はルーティン７７９は、Ｓｅｔ１のコードパターン検出素子のセットのコード配列位置と、（Ｓｅｔ１の）アブソリュート位置コード値と、を関連付ける。これに対し、Ｓｅｔ２加算信号の方が大きい場合には、スイッチアレイ７７８に送られるスイッチ制御信号は、スイッチアレイ７７８に、アブソリュート位置コード値として、Ｓｅｔ２に対応するバイナリコード信号を出力させる。アブソリュート位置コード値は、アブソリュート位置決定回路７７９へ送られる。この場合には、比較制御回路７７７によってアブソリュート位置決定回路又はルーティン７７９へ送られる位置コード配列信号は、Ｓｅｔ２がアブソリュート位置コード値を与えることを示す信号である。これにより、アブソリュート位置決定回路又はルーティン７７９は、Ｓｅｔ２のコードパターン検出素子のセットのコード配列位置と、（Ｓｅｔ２の）アブソリュート位置コード値と、を関連付ける。いずれの場合でも、アブソリュート位置決定回路又はルーティン７７９は、アブソリュート位置コード値を入力及び対応するコードパターン検出素子のセットのコード配列位置を入力とし、かつ、検出器（例えば、図４を参照して説明した検出器１０５）に隣接するスケールの部分のアブソリュート位置を決定するように構成される。コードパターン検出素子のセットが本明細書において説明される原理にしたがって構成される場合には、アブソリュート位置決定回路又はルーティン７７９は、対応するコード検出器信号のセットに基づいて、少なくともＷｆの分解能にて粗いアブソリュート位置を決定することができる。これは、スケール上の隣接部分での周期的パターンの波長Ｗｆである特定周期内でアブソリュート位置を示すのには十分であるため、アブソリュート位置決定回路又はルーティン７７９は、さらに、既知の方法にしたがって、空間周期的な検出信号に基づいて、少なくとも０．１×Ｗｆの分解能にてスケールの隣接部分の詳細なアブソリュート位置を決定してもよい。
【００５３】
図７に示す信号処理部は、コードパターン検出素子のセットからなる２つのセットにより与えられる信号を用いた実施例にかかるものであり、実施例においてＭが３以上となるように整流及び加算信号経路を複製することで、追加のコードパターン検出素子のセットからの信号を処理するように、適宜構成を最適化してもよいことは、言うまでもない。
【００５４】
上記で説明した原理は、様々な他の実施の形態に適用してもよい。上述の様々な実施の形態は、他の実施の形態を提供するために組み合わされてもよい。他の様々な特許の概念を取り込むために必要ならば、他のさらなる実施の形態を提供するために、実施の形態の態様は変更されてもよい。
【００５５】
上記及び他の変更は、上述の詳細な説明に照らして、実施の形態に適用することができる。一般に、以下の特許請求の範囲では、使用されている用語は、特許請求の範囲を明細書に記載された特定の実施の形態に限定するものとして解釈されるべきではなく、特許請求の範囲に与えられる権利と均等な範囲の全ての可能な実施の形態が含まれるものとして解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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