(57)【要約】本発明は、角度位置または縦位置に関して相互に変位可能な２つの物体の絶対位置を決定する磁気絶対値符号器に関し、磁気特性を備えた第１の符号要素を複数含む絶対トラックを定義する少なくとも１つの第１の材料スケールと、それによって生じる漏れ磁場をサンプリングする少なくとも１つの第１の磁場センサ配置と、該センサ配置からの測定信号を受信するように構成される評価部とを備え、第１の符号要素のそれぞれは、各符号化オフセットだけ、特に、絶対トラックに沿って等距離にかつオフセット無く定義し第１の符号要素のそれぞれに１：１で割り当てた仮想参照位置に対して対称に、オフセットして配置され、少なくともその符号化オフセットに基づいて、Ｎ文字を含む１符号の特定の１文字を符号化し、評価部は、測定信号に基づいて、サンプリングした第１の符号要素の符号化オフセットおよび該オフセットで符号化された文字を確認するように構成される。【選択図】図２ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
角度位置または縦位置（３０、３２）に関して相互に変位可能な２つの物体の絶対位置を決定するための磁気絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）であって、
磁気特性を備えた複数の第１の符号要素（１４．１〜１４．９）を含み、前記第１の物体（３０）上の絶対トラック（１３）を定義する、少なくとも１つの第１の材料スケール（１２、１２ａ、１２ｂ）と、
前記材料スケール（１２、１２ａ、１２ｂ）によって前記第２の物体上に生じる漏れ磁場をサンプリングする少なくとも１つの第１の磁場センサ配置（１５）と、
前記第１の磁場センサ配置（１５、１５ａ）からの測定信号を受信するように構成される評価部とを備え、
前記第１の符号要素（１４．１〜１４．９）のそれぞれは、各符号化オフセットだけオフセットして配置され、特に、前記オフセットは、前記第１の符号要素（１４．１〜１４．９）に１：１で割り当てた仮想参照位置（１８．１〜１８．４）に対して対称であり、
前記仮想参照位置（１８．１〜１８．４）は、前記絶対トラック（１３）に沿って等距離にかつオフセット無く定義され、
前記第１の符号要素（１４．１〜１４．９）のそれぞれは、少なくとも前記符号化オフセットに基づいて、Ｎ文字を含む１符号の特定の１文字を符号化し、
評価部は、前記測定信号に基づいて、サンプリングした第１の符号要素（１４．１〜１４．９）の前記符号化オフセットおよび当該符号化オフセットで符号化された前記１文字を確認するように構成される、ことを特徴とする磁気絶対値符号器。
【請求項２】
Ｐ個の符号要素列（１４．１〜１４．９）のそれぞれは、各１つの符号語を符号化し、符号語のそれぞれは前記第１の材料スケール（１２、１２ａ、１２ｂ）内で一意であり、かつそれぞれの絶対位置を表すことを特徴とする、請求項１に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項３】
前記第１の磁場センサ配置は、複数の第１の磁場センサ（１６．１〜１６．８）を含み、前記複数の第１の磁場センサ（１６．１〜１６．８）は、前記第１の材料スケール（１２、１２ａ、１２ｂ）の各位置について複数の隣接する前記第１の符号要素（１４．１〜１４．９）を同時にサンプリングし、その結果、磁場センサ（１６．１〜１６．８）のそれぞれは、各第１の符号要素（１４．１〜１４．９）をサンプリングする、ことを特徴とする請求項１または２に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項４】
前記複数の第１の磁場センサ（１６．１〜１６．８）の数は、前記Ｐの数に等しいかまたはそれより大きい、ことを特徴とする請求項２または３に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項５】
さらに、等距離の複数の第２の磁気符号要素（２４．１〜２４．９）を有し、増分トラック（２３）を定義する、第２の材料スケール（２２）と、
前記第２の材料スケール（２２）をサンプリングする第２の磁場センサ配置（１５ｂ）とを備え、
前記増分トラック（２３）は、前記絶対トラック（１３）に平行に、かつ離れて延在し、
前記仮想参照位置（１８．１〜１８．４）のそれぞれは、前記増分トラック（２３）上に割り当てた前記第２の符号要素の少なくとも１つの縦位置によって、前記絶対トラック（１３）上にその縦位置に関して決定され、
前記評価部は、前記前記第２の磁場センサ配置（１５ｂ）からの測定信号を受信して前記仮想参照位置を確認するように構成される、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の絶対値符号器１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項６】
それぞれの文字の前記符号化は、前記符号化オフセットの大きさおよび／または向きに基づいて生じる、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項７】
前記第１および／または第２の符号要素（１４．１〜１４．９、２４．１〜２４．４）のそれぞれは、永久磁石を含み、各符号要素の磁気極性（１４．１〜１４．９、２４．１〜２４．４）は、前記割り当てた磁場センサ配置（１５、１５ａ、１５ｂ）によって検出可能であり、かつそれぞれの文字の前記符号化は、前記極性に基づいても追加的に生じる、ことを特徴とする請求項６に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項８】
オフセットの前記符号化は、絶対トラック（１３）に沿った縦方向の成分および／または横方向の成分を含む、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項９】
前記第１の磁場センサ配置（１５、１５ａ、１５ｂ）の少なくとも１つは、少なくとも１つの磁場センサ（１６．１〜１６．８）を含み、前記磁場センサ（１６．１〜１６．８）のそれぞれは、複数の、特に２つまたは４つの磁気抵抗体要素（２０）を含み、当該磁気抵抗体要素を相互接続して、少なくとも１つのホイートストン測定ブリッジ、特にハーフホイートストンブリッジ（１７．１〜１７．３４）、またはフルホイートストンブリッジを形成する、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項１０】
前記抵抗体要素（２０）は、抵抗が方向に敏感なＡＭＲ、ＧＭＲ，またはＴＭＲ抵抗体要素であって、その抵抗は前記オフセットの方向に平行な磁場成分に対して線形に変化するか、またはその抵抗は磁場の角度に依存する、ことを特徴とする請求項９に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項１１】
前記磁場センサ配置（１５、１５ａ、１５ｂ）は、磁場センサ（１６．１〜１６．８）を少なくとも１つ含み、前記磁場センサ（１６．１〜１６．８）のそれぞれは、少なくとも第１の測定位置についての第１の測定信号、および前記第１の測定位置から前記絶対トラック（１３）の延長方向に離れた第２の測定位置についての第２の測定信号を生成し、前記第１および第２の測定位置の距離は、隣接する前記仮想参照位置（１８．１〜１８．４）の距離よりも小さく、特に、隣接する前記仮想参照位置（１８．１〜１８．４）の距離の半分以下、特に、隣接する前記仮想参照位置（１８．１〜１８．４）の距離の４分の１に等しく、前記評価部は、事前定義された基準を考慮して前記第１または第２の測定信号に基づき前記符号化オフセットを確認するように構成される、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項１２】
前記磁場センサ（１６．１〜１６．８）のそれぞれは、少なくとも２対のハーフホイートストンブリッジ（１７．１〜１７．３４）を含み、第１の対を、前記第１の測定位置に割り当て、第２の対を、前記第２の測定位置に割り当てる、ことを特徴とする請求項９又は１１に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項１３】
前記材料スケール（１２、１２ａ、１２ｂ、２２）の延長方向を見込んだとき、前記第１の対のハーフホイートストンブリッジ（１７．１〜１７．３４）および前記第２の対のハーフホイートストンブリッジ（１７．１〜１７．３４）は、交互に配置される、ことを特徴とする請求項１２に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項１４】
２つの隣接する符号要素（１４．１〜１４．９、２４．１〜２４．４）の間は、それぞれの分離領域を備える、ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角度位置または縦位置に関して相互に変位可能な２つの物体の絶対位置を決定する磁気絶対値符号器に関し、第１の磁気符号要素を複数含む絶対トラックに沿って延在する少なくとも１つの第１の材料スケールと、第１の材料スケールをサンプリングする少なくとも１つの第１の磁場センサ配置と、第１の磁場センサ配置からの測定信号を受信するように構成される評価部と、を備える。
【背景技術】
【０００２】
（先行技術）
絶対値符号器は、角度位置または縦位置に関して相互に変位可能な２つの物体の絶対位置を決定する測定装置であり、特に、工作機械上の変位または角度測定装置として、操作および自動化技術分野、ならびに測定およびテスト装置に使用される。
【０００３】
絶対値符号器は、通常、デジタル数値の形式で絶対位置を出力する。この数値は、絶対値符号器の測定長または測定範囲全体で一意なので、たとえば増分符号器の場合のように、初期参照移動は不要である。一方、増分符号器は、増分変化に基づく相対的な位置変化を測定する。増分は、所謂、材料スケールの符号要素の基本構造と考えられ得る。この文脈での材料スケールとは、サンプリング可能な符号要素により増分を通知する実施形態である。増分符号器は、通常、位置が変化する過程で通過した増分の数を数える。ここでの相対位置は、測定の開始時における位置に対してのみ知ることができ、または、たとえば、停止もしくは参照位置に対する参照移動を介して、絶対情報を確認し得る。
【０００４】
材料スケールの複数の符号トラックが光学電子センサの助けを借りて並行してサンプリングされる光学絶対値符号器に加えて、磁気絶対値符号器も、汚れる可能性がある環境でよく使用される。ここでの符号化は、回転磁石の位置を評価するか、または材料スケールがノニウスの原理に従って変調された磁場を評価するか、のいずれかによる。ノニウスの原理では、材料スケールは、等距離の符号要素を複数有するトラックを２つ含み、符号要素の数は１つだけ異なる。その結果、絶対位置に相関する２つのトラック間の位相シフトについて、それぞれのトラックをサンプリングしたときに知ることができる。
【０００５】
符号原理に従って動作する磁気絶対値符号器も知られている。この場合、符号要素は磁気双極子として形成され、材料スケール内での各符号要素の整列方向に依存して、Ｎ極またはＳ極がサンプリングされ、二進符号が定義される。複数の符号要素は、絶対値符号器の各角度または縦位置で同時にサンプリングされ、材料スケールに沿った符号化は、特定の位置でサンプリングされる各ビットパターンが一意となるように選ばれる。しかし、この種の磁気絶対値符号器は、符号要素の一定の最小サイズを要求し、さらに、磁気活性材料から製造する必要がある。
【０００６】
磁気絶対値符号器は、米国特許第６８７１５５４号および第６８４１９５８号明細書から知られ、二進符号化の符号要素は、磁場センサ配置に対する符号要素の移動中に読むことができ、その符号化に基づいて絶対位置が決定される。この目的のためには、まず、符号要素を磁場センサ配置に対して運動させることが不可欠であり、それゆえ、疑似絶対値符号器と呼ぶことができる。複数の符号要素の相対位置は、移動中に時系列において決定される。静止時の絶対値の決定、または位置情報の読み取りは、これらの配置では不可能である。そのため、この位置決定は、疑似絶対値決定とも呼ばれる。
【０００７】
静止時の絶対値を読み取ることができない増分長センサについて、米国特許第９７１９８０５号明細書に記載されている。４ビットセンサを使用して絶対値位置を分解する。ここで、絶対値を決定するために、符号要素に対する当該センサの相対的な運動が必要であり、二進数列は、対応する南北極の方向によって表される。符号要素は相互に等距離に配置され、情報を符号化するために、符号要素の相対位置の空間的なオフセットは一切、設けられない。
【０００８】
増分トラックを備えた絶対値符号器の材料スケールおよび絶対トラックは独国特許出願公開第１０２０１５１２１４７４号明細書から知られており、２つのトラックはそれぞれ、能動的な磁気配置で次々に配置された磁極対の列を含む。位置符号化は、正の位相シフト、つまり、増分トラックの磁極対に対する絶対トラックの磁極対の縦方向の片側の正の変位を検出し、それによって論理値を符号化することで発生する。しかし、そのような正の位相シフトは、絶対トラックの磁極対の、増分トラックの磁極対に対する１：１割り当てを解消するため、事前定義された距離にわたって、絶対トラックの磁極対の数が、増分トラックの磁極対の数よりも少なくなる結果を生じる。したがって、材料スケールの製造および絶対トラックの磁極対の増分トラックの磁極対への割り当ては難しく、それに加えて、この原理を使用すると、絶対値符号器単体の、つまり、より多い数の磁極対を有する関連の増分トラックが無い材料スケールを実現することは不可能である。最終的に、この原理は、独自の磁場を生成する能動的な磁極対で作られた材料スケールにのみ使用できる。独国特許出願公開第３９４２６２５号明細書には、また、増分トラックおよび絶対トラックを備えた絶対値符号器について記載されており、増分トラックをサンプリングすることによって生成される信号を、絶対トラックのサンプリング信号を評価するための信号処理の同期に利用する。この目的のために、絶対トラックの符号要素を、増分トラックの物理的に小さい符号要素の１つまたは複数に割り当てる。
【０００９】
さらなる一般的な文書は、独国特許出願公開第４２０９６２９号および欧州特許出願公開第１９８０８２４号明細書であり、それぞれの場合、独国特許出願公開第３９４２６２５号明細書の記載に匹敵する方法で、増分トラックの複数の符号要素を、絶対トラックの符号要素の１つに割り当てる。そのため、増分トラックの存在は、上記の文書において、絶対位置の決定に不可欠である。
【００１０】
本発明の目的は、先行技術の上記の問題を克服する改善された絶対値符号器を提供することである。
【発明の概要】
【００１１】
この目的は、請求項１の特徴を有する絶対値符号器によって達成される。有利な展開について、従属請求項に記載する。
【００１２】
第１の符号要素はそれぞれ、それぞれの符号化オフセットだけオフセットして配置され、特に１：１の関係で第１の符号要素のそれぞれに割り当てられた仮想参照位置に対して対称に配置され、等距離でオフセットがない仮想参照位置は絶対トラックとして知られるトラックを定義し、第１の符号要素はそれぞれ、少なくとも前述の符号化オフセットに基づいて、Ｎ文字を含む符号の特定の１文字を符号化し、評価部は、その測定信号に基づいて、サンプリングされた第１の符号要素の前述の符号化オフセットおよび該符号化オフセットによって符号化された前述の１文字を確認するように構成される、ことを提案する。
【００１３】
第１の符号要素は、能動的な磁気特性、すなわち、それ自体の磁場を生成する特性、または受動的な磁気特性、すなわち、既存の磁場に影響を与える特性、として設計され得る磁気特性を有する。したがって、ここでの特別な利点は、材料スケールについて、それ自体の磁場を伴う磁気的に能動的な形にも、または外部磁場に影響を与えることによって受動的にも、両設計ができることである。
【００１４】
オフセットは、１つまたは複数のステップを有することができ、参照位置から開始して、正または負のオフセット方向の両方に、すなわち仮想参照位置に対して対称的に生じさせることができる。原則として、最大オフセット距離を、特に絶対トラックが延在する方向に一致させる場合、２つの隣接する参照位置間の距離の最大５０％程度に制限する。好ましくは、オフセット間隔を、２つの隣接する参照位置間の距離の２５％から５％の範囲、特に２０％から１０％の範囲、さらに特別な場合には１５％から１０％の範囲で選択する。これらのオフセット範囲内で、位相オフセット情報を、高精度の磁場センサを使用して分離し得る。
【００１５】
第１の符号要素の１つを、正確に、それぞれの参照位置に割り当てるため、同数の参照位置および第１の符号要素を、絶対トラックの指定可能な範囲に沿って配置する。このようにして、第１の符号要素の列を使用し、仮想参照位置に対する符号要素の可能な正および負のオフセットの大きさの知識を使用して、絶対トラックに割り当てた、オフセット無く等距離に配置された仮想参照位置の位置を確認することが可能である。このようにして、仮想参照位置、したがって絶対トラックについて、第１の符号要素のオフセットの大きさを相互に相対的に比較することを介して抽出することができる。これにより、物理的に分離された第２の増分トラックを省略できるため、参照位置を事前に知る必要がなくなる。これを、事実上、事後的に構築できるからである。少なくとも物理的な参照位置が存在しないとき、仮想参照位置への考慮下に全ての符号要素の等しいオフセットを要求する符号情報、例えば、「００００」または「１１１１」のような４ビット符号の二進情報は、第１の符号要素から除外されることが、ここでは有利である。
【００１６】
この状況では、Ｎは、参照位置に関連して単一の符号要素を表すことができる異なる情報文字の数を定義し、通常、参照位置からの可能な符号化オフセットの数および／または磁気分極もしくは磁気的振る舞いと相関する。したがって、二進符号化の場合、Ｎ＝２（二進情報単位「０」および「１」を表す）であり、二進情報を符号化するために、参照位置からの少なくとも１つの符号化オフセットを採用することができ、これは、好ましくは、参照位置からの２つの反対方向の符号化オフセットを採用することができる。もちろん、空間符号化オフセットの最大サイズは、符号化オフセットが絶対トラックが延びる方向に移動すると仮定すると、直に隣接する一対の相対位置間の距離の半分に制限される。磁場センサ配置により、Ｐの数の符号要素を１符号語として同時に取り込むことができるため、絶対位置を決定するための絶対値符号器によって、ＮＰ個の異なる位置情報の項目を評価することができる。
【００１７】
Ｐ個の第１の符号要素の観測された配置の絶対位置を符号化する１符号語について、磁場センサ配置で読み取る可能性があるため、絶対位置を符号に基づく位置情報からすでに決定し得る。磁場センサ配置は、仮想参照位置からの第１の符号要素のオフセットのサイズをさらに取り込むので、この局所オフセット情報を参照して、改善された位置決定を行うことができる。局所オフセット情報を、負および正のオフセット距離の平均オフセット距離として決定できる。したがって、絶対位置は、たとえば、次の方法で決定できる。
絶対位置＝符号に基づく位置情報＋局所オフセット情報、
そして、特に、
絶対位置＝磁極数＊幅（磁極周期）＋（Ｐｏｓ＿Ｐｏｌｅ＿ｎｅｇａｔｉｖｅ＋Ｐｏｓ＿Ｐｏｌｅ＿ｐｏｓｉｔｉｖｅ）／２、
ここで、幅は、２つの仮想参照位置間の距離、磁極数は、取得した参照位置の符号に基づく数、Ｐｏｓ＿Ｐｏｌｅ＿ｐｏｓｉｔｉｖｅは、１磁極周期内の負オフセットの位置、Ｐｏｓ＿Ｐｏｌｅ＿ｎｅｇａｔｉｖｅを１磁極周期内の正オフセットの確認された位置である。
【００１８】
絶対値符号器の冗長設計は、絶対値符号器の安全性が重要なアプリケーションの機能信頼性の観点から、特に有利である。符号に基づく位置情報と局所オフセット情報を組み合わせることにより、局所オフセット情報が考慮されていない場合や誤って解釈されている場合でも、使用可能な絶対位置の値を確認できる。（仮想）参照位置の定義が別個の物理的な増分トラックとして存在する場合、または仮想参照位置が符号オフセットを個別に評価せずに分離して考慮される場合、その種の通常の増分位置符号器の（仮想）増分トラックの利用可能な信号列は、すなわち擬似絶対値符号器のように、システムがスイッチオフされたときに揮発しない位置情報を用いて確認することができる。これにより、絶対値位置を絶対トラックおよび（仮想）増分トラックによって冗長に確認できるため、障害に対するセキュリティの向上および誤ったデータの回避という意味で、機能信頼性に対する高度な要件を満たすことができる。
【００１９】
本発明による絶対値符号器は、絶対角度位置を決定するための角度符号器としても、または絶対線形位置を決定するための線形符号器としても両方の設計ができる。この種の絶対値符号器で通常行われているように、第１の物体に配置された材料スケールおよび、第２の物体に配置された磁場センサ配置は、機械的に結合されているため、両物体の相互に対する相対的な運動は、磁場センサ配置に対する材料スケールの相対的な運動になる。材料スケールは、漏れ磁場を生成するか、外部で生成された磁気測定場の漏れ磁場に影響を与える。この漏れ磁場、または磁場の変化は、磁場センサ配置によって検出される。絶対トラックの方向は、物体の変位運動、すなわち通常は物体を貫通する環状または直線状のいずれかに定義される。前記参照位置は仮想目印であり、必ずしも直接、すなわち物理的に材料スケールに適用する必要はないが、別の適切な方法で、間接的に、または他の適切な参照点を参照することによって、例えば第１の符号要素の相互のオフセットの分析を通じて確認することができる。絶対トラックに沿ったオフセットの無い配置とは、特に、参照位置が横方向のオフセットを持たない、すなわち絶対トラックの延長方向を横切るまたはそれに沿うオフセットはないが相互に等距離で均等に配置されるという事実を指す。したがって、すべての参照位置は、絶対トラックを定義する。符号化オフセットは、参照位置に対する空間オフセットのステップ幅を決定する。ここで、個々の符号要素はまた、符号化オフセットを０から有することも、つまり参照位置に留まることができる一方、他の符号要素では、参照位置から符号化オフセットのステップ幅で空間的に離れることもでき、絶対位置情報を文字として符号化する。
【００２０】
この状況では、１つの符号は符号化可能な文字の全体を指す。最も単純な場合では、符号は０と１の文字を含む二進符号であるが、３つ以上の文字を含むこともできる。従って、異なる符号化オフセット、例えば、４符号化オフセットを用いて、同一精度で符号要素の数の著しく削減する、もしくは同一精度で磁場センサ量を削減する、または精度の向上を提示することが好都合のように思われる。
【００２１】
符号化オフセットを、参照位置に対して対称に整列し、たとえば、参照位置に対して正および負の方向に整列し、等しいオフセットサイズで規則的にオフセットするか、または複数の符号化オフセットの場合は、正および負の方向に同一オフセットサイズでオフセットする。しかし、これに関して、参照位置に対する二方向の非対称なオフセットサイズも考えられ、正方向のオフセットサイズが負方向とは異なるように選択することもできる。符号要素は、絶対トラックに沿って参照位置に配置することもでき、つまり、「０」のオフセットを持ち、符号情報がこの位置に割り当てられる。
【００２２】
一実施形態では、符号要素は、磁気的に活性である、すなわち永久磁性材料から製造されることができる。したがって、硬磁性符号要素は、Ｎ極およびＳ極を有する永久磁石として実装することができ、磁化は、好ましくは、絶対トラックまたは増分トラックの方向に一致する。永久磁石は、相互に対して隙間を伴って、近接配置するか、またはオフセットを持たせることができ、その場合に、文字を符号化するためにオフセットを変えるか、または文字を符号化するために永久磁石を異なる長さにすることができる。
【００２３】
あるいは、軟磁性符号要素を、すなわち、一時的に磁化可能か強磁性となる材料、例えば、鉄、ニッケル、コバルトもしくは適切な合金から製造されるか、またはそれらが含まれる符号要素を使用することができる。したがって、符号要素は、例えば、軟磁性歯として、または軟磁性金属薄板のくぼみとして形成することができる。磁場センサ配置は、受動的磁気符号要素を使用するための測定磁石をさらに含むことができ、磁石の磁束密度、または符号要素によってその中で引き起こされる変化は、磁場センサ配置の基本的に知られた方法で測定することができる。磁気符号要素は、磁場センサ配置によって検出することができる、測定磁石の磁場の誘導または歪みを引き起こすのに適している。
【００２４】
したがって、符号化を、本発明に係る絶対値符号器とともに使用し、それぞれの文字を、主に符号要素の固有の特性によってではなく、符号化オフセット、つまり、それぞれの参照位置に対する符号要素の位置の空間的変化によって生じさせる。
【００２５】
有利には、Ｐ個の符号要素列はそれぞれ、各１符号語を符号化し、各符号語は、第１の材料スケール内で一意であり、かつそれぞれの絶対位置を表す。したがって、角度位置または縦位置を各符号語に割り当て、その結果、評価部は、アルゴリズムまたは、好ましくはルックアップテーブルの助けを借りて、確認された符号語に関連する絶対位置を決定することができる。材料スケールで符号化された文字列の全体は、たとえば、ＰＲＢＳ（疑似ランダム二進数列）符号として知られているものにすることができ、いかなる符号語も、つまりＰ個の連続した文字列は、材料スケールによって表される文字列全体で複数回発生しないように生成することができる。サイズＰは、ここで少なくとも２である自然数を定義し、有利なことには、２の倍数、例えば、４、８、または１６である。絶対値記述の精度を定義する他のビット深度の選択も可能で、Ｐを７、８、または１１にすることもできる。ビット深度が大きいほど、より多くの一意の符号語を形成でき、あらゆる場所でその一意の絶対位置を表す絶対トラックを長くすることができる。こうして８または１０のビット深度を用いると、絶対トラックは、２８、２１０の符号要素長で、かつそれにもかかわらず、各位置で一意の符号語を含むことができる。数Ｐは、有利には、絶対トラックが依然として十分な長さでありながら、可能な限り最短の磁場センサ配置が達成され得るように選択される。二進符号の代わりに、同一精度で数Ｐを減らすために、文字ごとに複数の符号文字を使用する符号化を選択することもでき、各符号要素は、３つ以上の符号化状態、たとえば相対位置からの異なるオフセット長、または異なる磁気分極のような磁気特性の追加変化を、空間オフセットもしくは類似のものと組み合わせて指示することができる。したがって、２１１＝２０４８符号要素を持つ二進１１ビット符号は、たとえば、３７＝２１８７符号要素を持つ３文字（−１、０、１）の符号化システムに置き換えることができる。
【００２６】
本発明の１つの有利な実施形態によれば、第１の磁場センサ配置は、第２の物体上に第１の磁場センサを複数含み、第１の磁場センサは、第１の物体上の第１の材料スケールの各位置における複数の隣接する符号要素を同時にサンプリングするように配置されているため、各磁場センサは各第１の符号要素をサンプリングする。磁場センサは、この目的のために、トラックの方向に前後に配置され、基本的に参照位置の間隔に対応する間隔を有する。したがって、複数の連続する文字を材料スケールから同時に読み取ることができる。有利には、磁場センサについて、後で説明するように、検出精度を高めるために、参照位置よりも小さい間隔にすることができる。
【００２７】
有利には、第１の磁場センサの数は、数Ｐと同一かそれより多い。したがって、この場所で符号化された各符号語は、同時に読み取ることができる。これにより、静止時に、すなわち、磁場センサ配置に対する符号要素の相対位置の変更が無くても、絶対位置を読み取ることが可能になる。好ましくは、磁場センサ配置は、少なくとも、絶対位置を符号化する符号語に必要なビット深度まで対応する範囲を有するからである。換言すれば、磁場センサ配置について、好ましくは、複数の第１の符号要素、または静止時の絶対位置を決定できる１符号語を符号化するために必要なもっと多数の第１の符号要素、の符号化された文字を読み取るように構成する。
【００２８】
本発明のさらに有利な実施形態によれば、増分トラックを定義する複数の等距離の第２の磁気符号要素を有する第２の材料スケール、および第２の材料スケールをサンプリングするための第２の磁場センサ配置が提供され、増分トラックは、絶対トラックと平行に、絶対トラックから距離を置いて延びる。各参照位置は、絶対トラック上に、その縦位置に関して、増分トラック上の少なくとも１つの割り当てられた第２の符号要素の縦位置によって決定され、評価部は、第２の磁場センサ配置から測定信号を受信し、それらに基づいて参照位置を確認するように構成される。したがって、第２の材料スケールは、参照位置の場所を決定するための基準として機能する。この状況において、縦位置は、それぞれのトラックの延長方向における、または特定の場合には、また、その延長方向を横切る、符号要素の位置もしくは参照位置を、つまり物体の変位方向における位置を指す。参照位置は、例えば、関連する第２の符号要素に対してそれぞれ同一の縦位置を有し、トラックに垂直な方向にのみオフセットすることができ、参照位置および第２の符号要素の間隔は、絶対トラックおよび増分トラックの間の間隔に対応する。絶対トラック上の参照位置の相対位置は、ここでは増分トラック上の第２の符号要素の位置に対応する。増分トラックは、絶対トラック上の符号要素の参照位置を正確に指定するのに役立ち、したがって、位置測定の精度を高めるのに役立つ。ここで、第２の符号要素は、参照位置に対して一定のオフセットを採用していなくても、第２の符号要素の位置は少なくとも１つの軸方向の参照位置を定義することが有利である。最も単純なケースでは評価部によって減算することによってオフセットを考慮できる。
【００２９】
原則として、増分トラック上に割り当てた単一の符号要素の縦位置を、絶対トラック上の参照位置を決定するために参照することができる。参照位置を決定するために、増分トラック上の２つ以上の符号要素の縦位置を参照することも考えられる。したがって、絶対トラックに沿った参照位置について、例えば、増分トラックの符号要素が検出された位置を平均化することによって、より高い精度で決定することができる。絶対トラックに加えて増分トラックが存在する場合、これを磁場センサ配置のセンサ要素によってもサンプリングする。絶対トラックに沿う第１の材料スケールの符号要素のサンプリング、および増分トラックに沿う第２の材料スケールの符号要素のサンプリングのための２つの補助的な配置で該磁場センサ配置のセンサ要素を提供することは、ここでは好都合のように思われる。
【００３０】
有利には、それぞれの文字の符号化は、符号化オフセットの値および／または方向に基づいて行われる。たとえば、二進符号の符号化は、絶対トラックの方向におけるオフセットが、一方向に文字０を符号化し、その反対方向に文字１を符号化する、というようにされよう。その場合、符号化オフセットの値は同一にすることができる。しかし、異なる値のオフセットを提供することも可能である。たとえば、オフセットが２倍異なる場合、前の例の変更として、合計４文字を１符号要素で符号化できる。
【００３１】
符号化オフセットの値は、基本的に０とすることができる。二進符号は、たとえば、以下のようにできよう。すなわち、値が０のオフセット、つまり符号要素の参照位置への配置は、文字０を符号化し、絶対トラックの方向の事前定義した符号化オフセット値によるオフセットは、文字１を符号化する。
【００３２】
一つの有利な変形例によれば、第１及び／又は第２の符号要素はそれぞれ、永久磁石を含み、それぞれの符号要素の磁気極性を割り当てた磁場センサ配置により検出可能であり、それぞれの文字の符号化は、追加的に、磁気極性に基づいても生じる。したがって、符号要素は、双極子磁石として構成されており、例えば、磁北極または磁南極のいずれかは、各磁場センサの方向を指す。このように、符号の深さ、すなわち可能な文字数を、それ以外は同一の符号化オフセット仕様を有する各符号要素によって、二倍にすることができる。あるいは、極性の評価を利用して、符号化に冗長性を作成することもできる。極性によって、たとえば、チェックビットを符号化することもできる。
【００３３】
本発明のさらに有利な実施形態によれば、符号化オフセットは、絶対トラックに沿った縦方向成分および／または横方向成分を含む。符号化オフセットの縦方向成分は絶対トラックに沿ったオフセットを指し、符号化オフセットの横方向成分は絶対トラックの方向に垂直に延びる。好ましくは、符号化オフセットは、縦方向成分のみを含む、つまり、第１の符号要素を、それらの関連する参照位置に対して絶対トラックの延長方向のみにオフセットさせる。しかしながら、基本的に、符号化について、第１の符号要素を、絶対トラックの延長方向を横切る方向にオフセットして配置し、ここでも、例えば、符号化オフセットの大きさに応じて２つ以上の文字を再びこれにより表すことができる、というようにできる。さらに、両変形例を組み合わせることもできる。
【００３４】
少なくとも第１の磁場センサ配置は、磁場センサを少なくとも１つ含み、各磁場センサは、複数の、特に２つ、４つ、または８つの磁気抵抗体要素を含み、それらを相互接続して少なくとも１つのホイートストン測定ブリッジ、特にハーフホイートストンブリッジもしくはフルホイートストンブリッジを形成する場合、有利であることが見出された。ＡＭＲ、ＣＭＲ、ＴＭＲ、またはＧＭＲ磁場センサは、特に磁気抵抗体要素の例である。ｘＭＲ磁場センサとしても知られているこれらのセンサ種は、これも使用する可能性のあるホールセンサの最大５０倍の感度が特徴である。前記磁気抵抗センサは、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果、超巨大磁気抵抗（ＣＭＲ）効果、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果、または巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果に基づく。ハーフホイートストンブリッジは、通常、それぞれの場合に、好ましくは反対向きに接続した２つの磁気抵抗体要素を含む。反対向きの接続とは、両方の抵抗体要素に作用する外部磁場が一方の抵抗体要素の抵抗の上昇をもたらし、他方の抵抗体要素の抵抗の低下をもたらす、抵抗体要素の配置を指す。このように相反する抵抗体の動作は、均一方向の磁場を、以下において適用すると非常に簡単に実現できる。たとえば、上記の抵抗体種では、ＴＭＲもしくはＧＭＲ要素ではピン止め方向を反対とする、またはＡＭＲ要素では理髪店の看板棒配置とすると、反対向きの接続となる。均一方向の磁場の代わりに、抵抗体の特定の空間配置を通して、または、例えば軟磁性磁束要素を通して磁束の注意深い誘導を通して達成することができる相反磁場効果を使用することもできる。次に、各抵抗体はその同一の抵抗値変化で外部磁場に反応するが、材料スケールに対する抵抗体の適切な空間配置および／または回路配置を使用すると、反対向きの抵抗変化を生成することができる。
【００３５】
有利なことに、磁気抵抗体要素を、方向に敏感なＡＭＲ、ＧＭＲまたはＴＭＲ抵抗体要素にすることができ、その抵抗は、オフセット方向に平行な磁場成分とともに線形に変化するか、またはその抵抗は磁場の角度に依存する。磁場センサ内の空間的にオフセットされた複数の抵抗体要素の適切な相互接続を通して、一般にハーフブリッジ回路が基本回路要素として適切であるが、それによって、磁気測定場の角度配向および／または磁場強度を決定することができる。したがって、磁場センサは、測定する磁場成分の方向ならびに磁場強度値を測定するように構成される。したがって、特に漏れ磁場の場合、磁場成分の方向および強度を測定することができる。これは、磁気符号要素が、永久磁石の場合、磁石自体によって、または（外部）測定磁石によって生成される磁気測定場の歪みを通して生成される不均一な漏れ磁場を引き起こすからである。好ましくは、磁場センサ配置に含まれる磁場センサは、トラックの延長方向における漏れ磁場の振幅Ａを測定するように構成される。これを、以下、Ｈｔａｎまたは接線成分と呼ぶ。絶対又は増分トラックに沿う符号要素間の規則的な間隔（絶対トラックに沿って、絶対位置を示す符号の文字を符号化する符号要素間の間隔の大きさは、等間隔の参照位置と比較して変化するが）に起因して、接線成分の振幅は、符号要素が磁場センサに対して移動するときに、本質的に正弦波状に変化する。符号の文字は、仮想参照位置に対する符号要素の符号化オフセットに対応し、仮想参照位置は、増分トラックが存在する場合、絶対トラックの符号要素の相対位置に対する増分トラックの符号要素の相対場所を比較することで非常に簡単に確認できる。一方、絶対トラック上の符号要素の参照位置は、増分トラック上の符号要素の場所に対応し、または、たとえば補間を介して、そこから確認できる。
【００３６】
接線成分の振幅曲線の位相角の評価により、トラックの進路に沿った符号要素の相対位置の決定が可能になる。これにより、振幅曲線の最大値と最小値を、原則として、各符号要素の端領域において測定でき、かつ接線成分のゼロ遷移は、符号要素の中心で、または正確に２つの符号要素間で毎回発生する。その範囲で、相互の２つの参照位置の間隔は、接線成分の３６０°位相回転に対応する。
【００３７】
参照トラックの接線成分の曲線は、ほぼ正弦関数で表すことができる。
【数１】
2021528633.tif 000003
【００３８】
センサで測定される振幅は、接線成分に比例する。
【数２】
2021528633.tif 000004
【００３９】
ここで、
【数３】
2021528633.tif 000005
で、λは符号要素の周期長、ｓは検出場所、ｓ０は任意の参照場所、たとえば２つの符号要素間の中心である。φは周期的正弦関数の位相角、φ０は任意の参照角である。
【００４０】
絶対トラックの接線成分の曲線も、ほぼ正弦関数で表すことができる。
【数４】
2021528633.tif 000006
【００４１】
センサで測定される振幅は、接線成分に比例する。
【数５】
2021528633.tif 000007
【００４２】
φＶｅｒｓａｔｚの値は絶対トラック全体で一定ではないが、位置に応じて、特に符号化オフセットに応じて変化する。φＶｅｒｓａｔｚは、符号要素が参照位置に対して絶対トラックの方向にφＶｅｒｓａｔｚ≦φ＋だけオフセットされるか、反対方向にφＶｅｒｓａｔｚ≧φ−だけオフセットされるかに応じて、正または負の値を採用できる。ここで、φ＋およびφ−は、採用できる最大値である。符号化オフセットが異なる２つの符号要素が相互に隣接する場合は常に、この領域を局所的に超えると、φＶｅｒｓａｔｚ値が変化し、とりわけ、φＶｅｒｓａｔｚ＝０となる場合も存在する。
【００４３】
参照位置（φ−φ０）に対するオフセットした符号要素の位相位置（φ−φ０−φＶｅｒｓａｔｚ）の決定により、オフセットの大きさおよび方向に関して結論を引き出すことが可能になり、符号要素によって符号化した文字の確認に役立てることができる。したがって、異なる符号要素の位相値の差を文字の復号化に使用できる。したがって、有利なことに、磁場センサは、参照位置に対する接線成分の位相進行を評価し、ここでは、参照位置に対する符号要素のオフセットを角度値として出力することができる磁場センサを、この目的のために各符号要素に割り当てている。この目的のために、磁場センサの少なくとも２個のセンサ要素をそれぞれ、９０°だけ、すなわちλ／４、すなわち等間隔で配置された参照位置の隣接する間隔の４分の１だけオフセットして設けることを提案する。
【数６】
2021528633.tif 000008
【数７】
2021528633.tif 000009
【００４４】
位相位置は、逆正接関数を使用して直接確認できる。
【数８】
2021528633.tif 000010
【数９】
2021528633.tif 000011
【００４５】
さらに、位相確認の精度、およびそれによる文字復号化の精度は、９０°だけオフセットされた２つのセンサ要素の代わりに、それぞれが９０°だけオフセットされた４つのセンサ要素を使用する場合、著しく増加することが見出された。相互に１８０°だけオフセットされた要素を、一対にグループ化する。一対にグループ化されたこれらの２つのセンサ要素は、位相差が正確に１８０°の場合、同一値で算術符号が反対の２つの振幅Ａを取り込む。２つの値を引くと
【数１０】
2021528633.tif 000012
となり、２倍の振幅が得られ、さらに、システムは、外部干渉場に対して、干渉場の均一成分が減算によって除去されるため、より堅牢になる。
【数１１】
2021528633.tif 000013
【００４６】
２つのセンサ要素は、このように正弦波成分、および余弦波成分をそれぞれ交互に変化する算術符号で測定し、正しい位相で加算し、逆正接関数を用いて高い精度で位相値の把握のために使用する。１８０°分割のさらなる利点は、磁場センサが左への１オフセットおよび右への１オフセットの中間に正確に配置されている場合にある。この位置では、磁場センサから見た測定可能なオフセットは０であり、磁場センサはランダムな値を返す。これを回避するために、磁場センサを、必要に応じて、以下の場所、すなわちそれに半周期オフセットした場所で測定できるように構成することが有利である。磁場センサの値はそこでは明確だからである。これは、いわば、正確な文字復号化のために、符号要素に対する磁場センサの相対的な電子的な移動に対応する。
【００４７】
前述の考察に即して、さらなる有利な実施形態による磁場センサ配置では、少なくとも１つの磁場センサを含み、各磁場センサにより、第１の測定位置についての第１の測定信号、および第１の測定位置から絶対トラックの延長方向に離れた第２の測定位置についての第２の測定信号を少なくとも生成するように構成する。２つの測定位置間の距離は、隣接する仮想参照位置の距離よりも小さく、特に、当該距離の半分に等しい、好ましくは、（正弦波および余弦波成分の測定に対して）当該距離の４分の１に等しい。評価部を、第１または第２の測定信号に基づき、事前定義された基準を考慮して符号化オフセットを確認するように構成する。材料スケールの各符号要素について、このように、少なくとも二つの測定位置において、好ましくは４つの測定位置において、サンプリングするので、負オフセットの符号要素から正オフセットの符号要素への遷移が磁場センサの領域にちょうど達するときでも、信頼できる、明確なサンプリングを達成できる。それぞれの磁場センサが１つの測定位置でしかサンプリングできない絶対値符号器では、状況によって、φＶｅｒｓａｔｚが０の近傍のとき明確なサンプリングを実行できないという困難が生じる場合がある。これにより、一種の振動、または明確でない測定値出力が発生する可能性がある。２つ以上の測定位置でのサンプリングにより、センサ要素は常に符号要素に対して可能な限り明確なサンプリングを行う位置にあることが保証される。２つの測定信号のどちらを評価すべきかについての決定は、例えば、測定信号を相互に、または基準信号と比較することに基づいて行うことができる。特に、妥当性チェックは、異なる磁場センサの測定信号を相互に比較することによって行うことができる。異なる測定位置でのサンプリングは、第１、第２、または両方の磁場センサ配置を追加して提供できる。特に、複数の測定位置でのサンプリングを使用して、符号化オフセットを確認できる。特に、２つの参照位置間の４分の１の間隔をそれぞれ有する４つのセンサ要素が各磁場センサに含まれ、前記要素により、符号要素によって生成される磁場の接線成分の位相位置について参照位置を基準にして決定するように評価する。好ましくは、磁場センサを参照位置に位置合わせし続けなければならず、かつ、ずっと絶対トラックの符号要素の参照位置に対する符号化オフセットについてその位相角から決定することが可能でなければならない。当該位相角は、磁場センサの測定信号により決定可能である。
【００４８】
この状況において、各磁場センサが磁場センサ要素として二対のハーフホイートストンブリッジを含み、それによって第１の対を第１の測定位置に割り当て、第２の対を第２の測定位置に割り当てる場合に有利であることも見出された。第１の測定位置を、第１の対の第１のハーフブリッジおよび第２の対の第１のハーフブリッジによって定義し、これらは正弦および余弦値を供給し、この目的のために、二対の２つのハーフブリッジを９０°、つまりλ／４だけオフセット方向にオフセットして配置する。第２の測定位置を、第１の対の第２のハーフブリッジおよび第２の対の第２のハーフブリッジによって定義し、これらは第１の測定位置から１８０°だけオフセットして配置することができ、それぞれは、さらなる正弦および余弦値を提供する（２つのハーフブリッジは９０°離れている）。ここでは、磁場センサに割り当てたそれぞれのハーフホイートストンブリッジを、材料スケールまたは前述のトラックの延長方向に一列に配置することは本質的ではない。それらはまた、相互に対して横方向のオフセットで配置することもできる。有利なことは、材料スケールの延長方向から見た第１の対の１つのハーフストーンブリッジおよび第２の対の１つのハーフストーンブリッジを、交互に配置できることである。したがって、二対のハーフホイートストンブリッジは、いわば、インターレース方式で配置されて、特に、一対のハーフホイートストンブリッジ内での差分測定も可能となる。したがって、このようなハーフホイートストンブリッジの一対は、フルホイートストンブリッジを構成し、各ブリッジは正弦値または余弦値を供給する。第１および第２の対の２つのハーフブリッジ間の間隔は、好ましくは、隣接する参照位置間の間隔の４分の１に対応し、さらに有利には、各磁場センサは、二対のハーフブリッジを含み、ハーフブリッジの各対間の間隔は、隣接する参照位置の間隔の半分に対応する。ハーフブリッジの各対は、正弦波または余弦波の値の確認に役立ち、これらの測定信号を、符号要素の位相オフセットについて決定するための三角関数の計算に使用する。有利には、図示されていない評価部をこの目的のために設けて、２つのハーフブリッジの測定信号の逆正接評価を実行させるように構成する。
【００４９】
基本的に、２つのフルブリッジは、二文字の符号（二進符号）の評価には十分であるが、二文字を超えるより多値の符号評価にも十分である。しかしながら、有利には、４つを超えるハーフホイートストンブリッジを各磁場センサに設けることが、例えば、二文字を超える符号を読み取るために可能である。符号要素の位相オフセットの分解能精度は十分に高い場合、たとえば、３、４、またはそれ以上の文字を、参照位置からの符号要素の異なる符号化オフセット値として表すことができ、符号要素の総数、ひいては絶対値符号器の物理的サイズを縮小することができる。
【００５０】
さらに有利な実施形態によれば、分離領域を、各２つの隣接する符号要素の間に設ける。これにより、磁気符号要素および非磁気分離要素をトラックの方向に交互に配置できる構造が得られる。これは、特に、軟磁性の歯構造または穴あきプレートを使用する場合に存在するが、硬磁性の符号要素とともに使用することもできる。それぞれのトラックの延長方向に見た分離領域の長さは、トラックの延長方向の符号要素の長さまであり得るが、それより短くなるように選択することもできる。分離領域のサイズを、提供する最大符号化オフセットに一致させる必要があることは明らかである。分離領域について、隣接する符号要素の磁場の歪みを抑制するために、信号品質および堅牢性を改善するのに十分な大きさになるように選択できる。好ましくは、分離領域のサイズとして、上記波長λに対して１０°以上、特に３６°以上の分離領域サイズを選択することができる。
【００５１】
上記の実施形態は、単一の磁場成分の検出のために設計した、好ましくはトラックの延長方向に一致した磁場成分のために設計した、弱磁場センサとして知られているものの使用に適している。それらの出力信号は、磁場の振幅に比例する。しかしながら、有利なことに、強磁場センサとして知られているものを使用することも可能である。これらは、磁場センサの位置に対する磁場の角度の検出によって特徴付けられる。この場合、２Ｐ＋１の強磁場角度センサを、各磁場センサ配置において有利に使用するであろう。磁場センサの寸法が符号要素の寸法と比較して小さい場合、強磁場配置が可能であり、これによって直接漏れ磁場成分の角度が決定されるためである。この強磁場センサ配置は、磁気測定場のない硬磁性の符号要素に適している。強磁場センサを使用する場合、通常、縦方向のセンサ配置が好ましい。絶対トラックはこの場合一直線に並んでいる。したがって、トラックの延長する直線方向の符号要素によって生成される漏れ磁場の位相位置を決定することができ、絶対トラックの符号要素の位相角αおよび参照トラックの隣接する符号要素の位相角βを磁場センサの強磁界センサによって非常に容易に決定することができる。角度差β−αは、２つの符号要素間の符号化オフセットのための尺度を提供する。
【００５２】
特に、符号要素を永久磁石として形成する場合、すなわち、交互に北極および南極を含む能動的なスケールを構成する場合、強磁場センサまたは角度センサを有利に使用することができる。磁場センサ要素の観点からは、漏れ磁場は、符号要素が磁場センサ配置に対して変位するにつれて回転する。
【００５３】
符号要素は、センチメートルまたはミリメートルのオーダーの幾何学的寸法を持ち、それぞれの測定課題に一致させることができる。しかし、符号要素を幅が５０μｍ以下の範囲まで小型化でき、１符号語の文字数Ｐを８文字以上にすることができる。符号要素に対するハーフブリッジの相対位置に応じて、磁場センサのすべてのハーフブリッジ、または磁場センサのハーフブリッジのサブグループのみを評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
さらなる利点は、図面および関連する図面の説明によって明らかになる。図面は、本発明の例示的な実施形態を示している。図面、説明、およびクレームには、多くの機能が組み合わされて含まれている。当業者はまた、これらの特徴を個別に検討し、さらにそれらを意味のある組み合わせにするのが適切であろう。
【図１】絶対値符号器の実施形態の斜視図ならびに平面図および側面図の一例を示す。
【図２ａ】第１の実施形態に係る絶対値符号器の材料スケールの概略図の一例を示す。
【図２ｂ】第１の実施形態に係る絶対値符号器の材料スケールの概略図の一例を示す。
【図３】第２の実施形態に係る絶対値符号器の材料スケールの概略図の一例を示す。
【図４】第３の実施形態に係る絶対値符号器の材料スケールの概略図の一例を示す。
【図５】第３の実施形態に係る絶対値符号器の磁場構成の概略図の一例を示す。
【図６】第１の実施形態に係る絶対値符号器の磁場構成の概略図の一例を示す。
【図７】第４の実施形態に係る絶対値符号器の磁場構成の概略図の一例を示す。
【図８ａ】材料スケールに対する磁気センサ配置のオフセット相対位置を有する、さらなる実施形態に係る絶対値符号器の磁場センサ配置の概略部分図の一例を示す。
【図８ｂ】材料スケールに対する磁気センサ配置のオフセット相対位置を有する、さらなる実施形態に係る絶対値符号器の磁場センサ配置の概略部分図の一例を示す。
【図９】図７の実施形態に係る絶対値符号器の磁場センサ配置の概略全体図の一例を示す。
【００５５】
図では、同一または類似している要素を識別するため、同一参照番号を使用している。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
図１は、本発明の実施形態の一例１０．０の斜視図、平面図および側面図を示す。絶対値符号器１０．０は、第１の材料スケール１２ａおよび第２の材料スケール２２を支える可動の第１の物体３０を備える。その磁場感知センサ表面が材料スケール１２ａ、２２の方向に整列する磁場センサ配置１５は、第２の物体３２上に提供される。
【００５７】
この実施形態では、第１の物体３０は、第２の物体３２に対して線形に相対的に移動することができる。第１の材料スケール１２ａの符号要素１４および第２の材料スケール２２の符号要素２４の二列を、第１の物体３０の移動方向に整列して、互いに平行に配置する。符号要素１４の第１の列によって、絶対トラック１３を定義し、符号要素２４の第２の列によって、増分トラック２３を定義する。
【００５８】
材料スケール１２ａおよび２２を支える第１の物体３０上からの斜視図では、第２の物体３２の磁場センサ配置１５は、符号要素１４、２４と向き合うように配置される。磁場センサ配置１５は、複数の磁場センサ１６を含み、磁場センサ１６は互いに平行な２つの列１５ａ、１５ｂに配置され、平行な材料スケール１２ａ、２２の符号要素１４、２４に割り当てられる。したがって、磁場センサ１５の２つの補助的な配置１５ａ、１５ｂは、結果として、それぞれが複数の磁場センサ１６を有し、絶対トラック１３に沿って第１の材料スケール１２の符号要素１４をサンプリングするのに役立つ磁場センサ１６ａを備えた第１の補助構成１５ａ、および増分トラック２３に沿って第２の材料スケール２２の符号要素２４をサンプリングするのに役立つ磁場センサ１６ｂを備えた第２の補助構成１５ｂを有する。絶対値符号器１０の動作に必要な磁気測定場を、例えば、符号要素１４、２４の硬磁気特性によって生成するか、または外部磁石（図示せず）もしくは、例えば、第２の物体３２に配置された磁石配置によって生成し得る。磁場を生成する磁石は、永久的に磁性を帯びている場合もあれば、電磁石として形成される場合もある。
【００５９】
第２の材料スケール２２の符号要素２４は、絶対トラック２３に沿ったそれらの縦位置において相互に等距離に配置され、絶対トラックの第１の材料スケール１２ａの符号要素１４の相対位置が決定可能な参照位置の目印となる。図示する実施形態の例では、符号要素１４の符号化オフセットを、絶対トラック１３の方向に整列して提供し、かつ符号要素２４によって定義される参照位置に対して正または負を定義する。符号化オフセットを、同様に、参照位置に対して一方向のみにも適切に整列することができ、または、例えば、二桁の二進符号よりも多値の情報符号化のため符号化オフセットを、複数のステップ幅とすることができる。
【００６０】
以下の図では、物体３０、３２の図を省略する。
【００６１】
第１の材料スケール１２による位置情報の表現のための２つの異なる変形を、図２ａおよび２ｂの側面図に示す。
【００６２】
図２ａは、絶対値符号器の第１の実施形態の一例１０．１を示す。絶対値符号器１０．１は、絶対トラック１３を定義し、かつ磁場センサ配置１５によって測定する磁場に影響をもたらす、材料スケール１２ａを備える。材料スケール１２ａは、この目的のために、個々の符号要素１４．１、１４．２、１４．３および１４．４を含むことができ、前記要素は、強磁性かつ図示しない電磁石もしくは永久磁石の磁場を誘導および偏向させることができるか、または符号要素１４．１〜１４．４は、例えば、それ自体が永久磁石の磁化を有する。磁場は、好ましくは静的であるが、しかしながら、少なくとも１つの時間依存成分を有することもできる。磁場センサ配置１５は、一群の磁場センサ１６．１〜１６．４を含み、各磁場センサ１６．１〜１６．４は、符号要素１４．１〜１４．４に空間的に隣接する。磁場センサ１６を、符号要素１４によって絶対方向に偏向された磁場の接線成分を決定できるように設定する。好ましくは、絶対トラックの方向の接線成分の位相位置を出力する磁場センサ１６の評価（図示せず）を実行することができる。符号要素１４がすべて相互に等距離に配置されていると仮定すると、符号要素１４に対する磁場センサ１６の相対位置は同一なので、各磁場センサ１６は、磁場の接線成分について同一の位相位置を測定するであろう。もし、符号要素１４．１〜１４．４相互の間隔が変化すると、位相位置の差が発生し、それから位置情報を抽出することができる。ここで、図２ａは、各符号要素１４が「０」または「１」のいずれかを表す、二進符号による位置情報を示す。図示の実施形態では、この目的のために、各符号要素１４．１〜１４．４に属する参照位置１８．１〜１８．４を破線で描いている。すべての符号要素１４を、参照位置１８の場所に配置した場合、同一の位相情報をすべての磁場センサ１６は測定する。最初の２つの符号要素１４．１および１４．２ならびに第４の符号要素１４．４について、絶対トラック１３に関して定義した（固定の）符号化オフセットだけ後方にオフセットし、これにより、二進のゼロ「０」を符号化する。符号要素１４．３について、絶対トラック１３の方向にさらに定義した（固定の）符号化オフセットだけ前方にオフセットし、これにより、二進の「１」を符号化する。参照位置１８に対して生じる位相のずれから、符号語を二進符号「００１０」として読み取ることができ、その符号は絶対位置を符号化し得る。参照位置１８の知識は評価に役立つが、絶対情報は、位相位置を相互に相対的に比較することによって信頼性高く抽出することができる。この目的のために、二進符号を混合した個々の情報項目から構成し、その結果、二進語ごとに少なくとも１つの符号要素１４に関連する位相変化を検出できるため、少なくとも１つの１および少なくとも１つの０を含む符号語のみを許可するようにすると有用である。
【００６３】
二進符号の代わりに、たとえば、異なるサイズ間隔などの追加の値を提供し、その結果、比較的短い符号語により位置を正確に決定することもできる。図２ｂは、これを示す、原則として図２ａの図に対応する絶対値符号器のさらなる実施形態の一例１０．１である。図２ａとは異なり、符号要素１４は、参照位置１８に対して異なる符号化オフセットを有することができる。４つの符号化オフセットである、−２Δ、−Δ、Δ、２Δにより、四元系の情報「０」、「１」、「２」および「３」が符号化されることを例として示す。４つの符号要素１４．１〜１４．４の位置情報０１３２が表されている。各符号要素は４つの異なる情報項目を表すことができるため、４４＝２５６項目の位置情報を四元系の４つの符号要素で表すことができるが、図２ａの二進システムでは、１６項目の位置情報しか表すことができない。したがって、複数の符号化オフセットの解像度を通じて、同時に取り込む符号要素の位置の量を著しく減らすことができるか、または、より高い解像度の精度を実現できる。
【００６４】
図２ａ、２ｂでは、それぞれの符号語は４ビットの長さを有するので、最大１６の異なる符号語が表され、最大１６の絶対位置について、図示した４つの符号要素１４．１〜１４．４を有する材料スケール１２ａ、１２ｂを用いて明確に符号化し得る。
【００６５】
図３は、絶対値符号器１０．２の平面図を示しており、その重要な特徴は、図２ａの絶対値符号器１０．１に対応する。第１の実施形態の一例（図２ａ）に係る第１の材料スケール１２ａの代わりに、絶対トラック１３を定義する第２の実施形態の一例に係る材料スケール１２ｂを、ここでは設けている。材料スケール１２ｂでは、第１の符号要素１４．１〜１４．４の符号化オフセットを、絶対トラック１３の延長方向ではなく、それに垂直に設ける。したがって、第２の実施形態の一例では、符号化要素１４．１、１４．２および１４．４は、図の位置に対して上方にシフトさせ、文字０を符号化する一方、符号要素１４．３は、図の位置に対して下方にシフトさせ、文字１を符号化する。センサの配置は、材料スケールの上または下に配置され、上方向または下方向のオフセットを検出できるように設計されている。磁場センサ構成は、有利には、図面の平面内にあり、絶対トラック１３に垂直に整列する漏れ磁場成分を測定する。
【００６６】
次に、第３の実施形態の絶対値符号器１０．３の動作モードの一例について、図４を参照して、より詳細に説明する。絶対値符号器１０．３は、絶対トラックを定義する第１の実施形態の一例に係る第１の材料スケール１２ａ、および増分トラック２３を定義する第２の材料スケール２２を備える。２つのトラック１３、２３について、それぞれを側面図で示すが、実際には、一平面内で互いに平行にかつ隣り合って配置する。図４では、明確性のため、それらを互いの上に配置している。各材料スケール１２ａ、２２を、それぞれの磁場センサ配置１５ａ、１５ｂによってサンプリングする。その構造については、後の図８および９で詳細に説明するが、材料スケール１２ａの符号要素１４および材料スケール２２の符号要素２４によって引き起こされる絶対トラック１３または増分トラック２３に沿った磁場の接線成分の位相位置変化を検出するように設計されている。明確性のため、図２〜４には正確な磁場センサ配置を示していない。簡単に言えば、関連する符号要素１４、２４から磁場位相情報について読み取ることができるそれぞれの磁場センサ１６を、各符号要素１４．１〜１４．４、２４．１〜２４．４の表面に配置していると仮定してよい。
【００６７】
第１の材料スケール１２ａは、第１の磁気符号要素を複数含み、そのうちの符号要素１４．１〜１４．４のみを、第２の材料スケール２２は、第２の磁気符号要素を複数含み、そのうちの符号要素２４．１〜２４．４のみを図４に示す。第１の材料スケール１２ａは、絶対トラック１３を形成する一方、第２の材料スケール２２は、増分トラック２３を表す。
【００６８】
符号要素２４．１から２４．４を、増分トラック２３上に、等距離に配置し、横方向のオフセット無く配置する。第２の符号要素２４．１から２４．４により、図３および４において破線で示す参照位置１８．１〜１８．４からの絶対トラック１３上の縦位置を定義する。したがって、参照位置１８．１〜１８．４は、第２の符号要素２４．１〜２４．４と同一の縦位置を有する。
【００６９】
しかしながら、第１の符号要素１４．１〜１４．４はそれぞれ、関連する参照位置１８．１〜１８．４に正確に配置されておらず、それぞれの参照位置１８．１〜１８．４に対してそれぞれの符号化オフセットを有する。符号要素１４．３は、絶対トラック１３の矢印方向によって定義される方向にオフセットしているが、符号要素１４．１、１４．２、および１４．４は、その反対方向にオフセットしている。符号の対応する文字は、それぞれの符号化オフセットに割り当てることができる。図４による実施形態の一例では、符号は二進符号であり、文字１を符号要素１４．３に割り当て、文字０を符号要素１４．１、１４．２および１４．４に割り当てる。図示の場合、符号語を、絶対位置に割り当てる二進符号００１０として符号化している。考慮する符号要素の数を増やすことにより、アプリケーションの仕様に応じて、絶対位置を明確にする材料スケールの長さを増やすことができる。
【００７０】
図４の実施形態の一例を考慮すると、４つの第１の符号要素１４．１〜１４．４、または４つの第２の符号要素２４．１〜２４．４のそれぞれについて、それぞれの磁場センサ配置を介して同時にサンプリングする。４文字からなるそれぞれの符号語は、参照位置１８．１〜１８．４、または第２の符号要素２４．１〜２４．４に対する、第１の符号要素１４．１〜１４．４の符号化オフセットから復号することができる。この符号語は、磁場センサ配置に対する材料スケールの変位位置が変化すると変化する。これは、新しい位置の結果として、異なる第１および第２の符号要素をセンサ部によって取り込み、復号化するためである。材料スケール１２ａによって表す適切な文字列を選択することにより、材料スケール１２ａまたは２２の増分ごとに異なる符号語が符号化され、その結果、そこから絶対位置を確認することができる。
【００７１】
図５は、さらなる実施形態の一例の絶対値符号器１０．４を示す。再び、側面図を選択している。これは、絶対トラック１３を定義する第１の材料スケール１２ａおよび、これと平行する、増分トラック２３を定義する第２の材料スケール２２を含む。説明を簡略化するために、絶対トラック１３および増分トラック２３を互いの上に示す。磁束が、両方のトラック１３、２３の符号要素１４、２４を次々に貫通するように描いている。しかし、原則として、これらを、共通の一平面内に互いに平行に配置し、その平面に垂直な磁束が平行に貫通し、一方、その平面の上部にある磁場センサ配置１５によって、両方のトラック１３、２３を覆い、サンプリングする。２つの材料スケールを、磁力線が示す磁気測定場を発生する測定磁極２６の第１および第２の磁場センサ配置１５ａ、１５ｂの領域内に含み、その磁力線を材料スケール１２ａ、１２ｂの符号要素１４、２４が偏向する。測定磁極２６を、永久磁石極、もしくは電磁石構成の極とすることができ、有利には、静磁場を提供できるものの、経時変化する磁場も考えられるであろう。符号要素１４、２４は、強磁性特性を有し、かつ、それらの軟磁気特性のために、磁場測定場によって一時的に磁化される。これらによって、また、例えば、強磁性材料のくぼみも表現し得る。唯一必要なことは、測定磁極２６間の磁束に影響を与えるように構成することのみである。一方、符号要素２４．１、２４．２、２４．３等を、増分トラック２３に沿って等距離に配置し、符号要素１４．１、１４．２、１４．３等を、絶対トラック１３に沿って符号要素２４に対して予め定義されたステップ幅だけそれぞれ前方または後方にオフセットする。当該オフセットにより、この実施形態の例では、１または０の二進情報単位を符号化し、絶対トラック１３に沿った正のオフセットは１に対応し、負のオフセットは０に対応する。第２の磁場センサ配置１５ｂの磁場センサ１６Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３等を、増分トラック２３に沿って、第２の材料スケール２２の各符号要素２４に割り当て、絶対トラック１３に沿って、同一位置に、第１の磁場センサ配置１５ａの磁場センサ１６ＡＳ１、ＡＳ２、ＡＳ３等を各符号要素１４に割り当てる。第１および第２の磁場センサ構成１５ａ、１５ｂによる磁場測定の動作モードを説明するため、測定磁極２６間に形成される磁場の接線成分Ｈｔａｎの振幅曲線２８ａ、２８ｂを、材料スケール２２および材料スケール１２ａのそれぞれの場合について示す。増分トラック２３に沿って、振幅曲線２８ｂは、波長λの周期を有し、それはまた、３６０°または２πの位相として表現することもできる。対応する目盛りも表示する。増分トラックに等距離に配置した符号要素２４に沿った磁場の接線成分の振幅曲線２８ｂは正弦波であり、したがって、各磁場センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３等は、材料スケール２２が移動する場合、実際上同一の正弦波曲線を測定するが、絶対トラック１２ａに沿った接線成分の振幅曲線２８ａは、符号要素１４の非平衡配置の結果として、二進情報１から０への遷移において歪められ、その結果、磁場センサＡＳ１、ＡＳ２、ＡＳ３により測定する振幅曲線２８ａから確認される位相位置は、磁場センサ配置１５ｂのＳ１、Ｓ２、Ｓ３により測定する振幅曲線２８ｂの位相位置とは異なる。磁場センサグループ１５ａ、１５ｂ間の位相角の差を、符号要素１４の絶対位置を示す二進符号語の評価に使用する。
【００７２】
符号化オフセットの確認について、さらに、図６および図７の実施形態に基づいて説明する。ここでは、簡略化のため、符号要素１４の参照位置の符号化オフセットの図を省略する。
【００７３】
図６は、図２の実施形態の一例１０．１に基づいて、絶対トラック１３を定義し、符号要素１４相互に対する相対的な間隔がＰＲＢＳ符号語を表す材料スケール１２ａを有する実施形態の一例１０．５を表す。当該ＰＲＢＳ符号語は、絶対位置を示す。符号要素１４を、２つの測定磁極２６間に配置し、ここでは、例示の目的で、符号要素１４によって影響を受ける磁場を表すために、磁力線の経路をスケッチする。符号要素がない場合、磁力線は垂直であり、接線成分Ｈｔａｎ＝０であろう。符号要素の存在により、磁力線は歪み、それによって（図示する）振幅曲線２８を持つ測定可能な接線成分が発生する。符号要素に沿って、磁場センサ配置１５によって測定する、平均波長λを有する接線方向の磁気成分の振幅曲線および関連する位相角を示す。磁場センサ配置１５は、この目的の磁界センサ１６．１、１６．２、１６．３、およびより多くの図示しない、磁場センサを含み、その数はＰＲＢＳ符号のビット深度に対応し、周期λと等しい距離に配置する。磁場センサ１６を、周期λで等距離に配置し、これにより、それぞれを１つの符号要素１４に割り当てることができる。これらについて、接線成分Ｈｔａｎの振幅を測定するように設計する。一波長λの間隔による隣接符号要素１４の等間隔配置により、実際上、隣接符号要素１４の接線成分Ｈｔａｎの振幅曲線における位相差は生じないので、２つの隣接符号要素１４において、同一の二進情報１４を推定することができる。隣接する符号要素１４において位相ステップを測定し、符号要素１４の異なる二進情報が存在する場合、隣接する符号要素１４の位相を比較することにより、絶対位置を示す符号語を確認することができる。
【００７４】
磁場センサ１６を介して符号要素１４の位相情報を決定し、かつ位相確認における測定精度を改善するために、各磁場センサ１６は、複数の、有利には４つのハーフブリッジ１７を含み、その構造について、図８および９に、さらに詳しく示す。ハーフブリッジ１７の二対は、それぞれがλ／２の間隔で配置され、接線成分の正弦波成分Ｓ１１、Ｓ１２を測定し、２つのハーフブリッジ１７は、これらのハーフブリッジＳ１１、Ｓ１２と向き合うようにλ／４の間隔で配置され、再び、相互にλ／２の間隔を有するため、接線成分の余弦成分Ｃ１１、Ｃ１２を測定することができる。信号の精度を向上させるために、２つの正弦波ハーフブリッジＳ１１、Ｓ１２および２つの余弦波ハーフブリッジＣ１１、Ｃ１２を正確な位相で合成する。このようにして、位相角φおよび磁場センサ１６の領域内の符号要素１４の相対位置は、以下によって得られる。
【数１２】
2021528633.tif 000014
【００７５】
磁場センサ１６の測定領域内の各符号要素１４の相対位置を比較することにより、二進情報を読み取ることができ、磁場センサ配置１５内の十分な数の磁場センサを用いて、絶対位置を決定できる。これについて、詳細には説明しないが、必要な逆正接動作を実行し、符号化オフセットを決定し、そこから文字を復号化する評価部によって決定できる。符号のすべての文字を同時に評価することにより、ＰＲＢＳ符号語の絶対値スケールへの割り当てを行うことができ、それによって絶対位置を決定する。
【００７６】
図６の実施形態の一例１０．５に基づいて、図７にさらなる実施形態１０．６を示す。図６に示す絶対値符号器１０．５の修正として、符号要素１４を、それぞれの場合で２つの隣接し交互に磁気分極を有する測定磁極２６によって形成する。このように、交互に分極する一連の測定磁極２６．１〜２６．５により、絶対トラック１３を定義し、それぞれの場合で２つの隣接する測定磁極２６は、１つの符号要素１４を定義する。結果として、測定磁極２６．１および２６．２を、１つの合成符号要素１４に割り当てる。対応する考慮事項を、符号要素１４．２以降に適用する。符号化は、測定磁極２６の異なる長さを介して行うことができる。磁場センサ配置１５は、等距離に配置された、磁場センサ１６．１、１６．２の一列およびそれ以上を含み、磁場センサの数により、ビット深度、すなわち、位置情報のデジタル解像度を定義する。各磁場センサ１６．１は、４つのハーフブリッジＳ１１、Ｓ１２、Ｃ１１、Ｃ１２を含み、これらにより、上記の方法で、磁場センサ１６の取得範囲内の符号要素１４の相対位置を決定することができ、したがって、符号要素のデジタル情報１４を確認できる。
【００７７】
図８ａ、８ｂおよび９は、さらなる実施形態の係る絶対値符号器の一例１０．７を示し、例えば、図６および図７の実施形態１０．５および１０．６において使用することができる。図８ａおよび８ｂは、ここでは、一部を示し、図９は絶対値符号器１０の全体図を示す。磁場センサ配置１５に対する符号要素１４のλ／２の相対変位が、図８ａおよび８ｂ間で生じている。絶対値符号器１０．７は、第１の磁気符号要素を複数備えた第１の材料スケール１２を含み、実施形態の一例では、相互に隣接する９つの第１の符号要素１４．１〜１４．９のみを考慮し、明確性のため、第１の符号要素１４．１、１４．２、１４．８、および１４．９のみを図８ａ、８ｂに示し、第１の符号要素１４．３〜１４．７を省略している。一方、図９は、絶対値符号器１０．７の全範囲を示す。
【００７８】
絶対値符号器１０．７は、第１の符号要素をサンプリングするように設計した第１の磁場センサ配置１５をさらに備える。第１の磁界センサ配置１５は、１７．１〜１７．３４の計３４個のハーフブリッジ含み、２つのそれぞれが反対向きに接続された磁気抵抗体要素２０を含む。図８ａ、８ｂでは、ハーフブリッジ１７．１〜１７．７および１７．２９〜１７．３４のみを示し、ハーフブリッジ１７．８〜１７．２８は、明確性のため、省略する。反対向きの接続を、抵抗要素２０の領域における小さな矢印によって示す。抵抗要素の抵抗値は、接線方向の磁場Ｈｔａｎが矢印の向きを指すとき、接線方向の磁場に比例して下がることを示す。ハーフブリッジ１７．１〜１７．３２は、計８つの磁場センサ１６．１〜１６．８のうちの１つに割り当てるので、磁場センサ１６．１〜１６．８は、それぞれが４つのハーフブリッジを含む。さらに２つのハーフブリッジ、すなわち、ハーフブリッジ１７．３３および１７．３４は、最後の磁界センサ１６．８に属し、その測定値を明確にするのに役立つ。
【００７９】
測定ブリッジ１７．１〜１７．３４は、共通の電源電圧ＶＣＣおよび共通のグランドＧＮＤに接続される。さらに、それぞれの測定信号または測定電圧は、１から３４まで番号が付けられたハーフブリッジ１７．１〜１７．３４の測定ポイントでアクセスできる。それぞれのラインを、図示しない評価部に接続し得る。
【００８０】
磁場センサ１６．１〜１６．８において、奇数の参照番号付きハーフブリッジは、第１のハーフブリッジ対を形成し、偶数の参照番号付きハーフブリッジは、第二のハーフブリッジ対を形成する。符号要素１４によって生成された磁気漏れ場の接線成分の正弦曲線も示す。
【００８１】
この目的のために、磁場センサ１６．１のハーフブリッジ１７に対する図８ａに示す符号要素１４の位置において、ハーフブリッジ１７．１および１７．３は、例えば、磁場センサ１６．１の正弦波成分を測定するための第１のハーフブリッジ対を形成し、ハーフブリッジ１７．２および１７．４は、その余弦波成分を測定するための第２のハーフブリッジ対を形成する。磁場センサ１６．２は、ハーフブリッジ１７．５〜１７．８を含み、磁場センサ１６．８は、ハーフブリッジ１７．２９〜１７．３２を含む。各磁場センサ１６の二対の隣接する２つのハーフブリッジ間の距離、例えば、ハーフブリッジ１７．１〜１７．２までは、２つの隣接する（オフセットの無い）符号要素１４．１〜１４．８（すなわち、参照位置）間の距離の正確に４分の１、したがってλ／４の距離であり、各磁場センサ１６の測定ブリッジのハーフブリッジ対のそれぞれのハーフブリッジ、たとえば１７．１および１７．３、または１７．２および１７．４の距離は、参照位置の距離の半分、つまりλ／２の距離である。
【００８２】
図８ａに容易に見られるように、ある瞬間では、符号要素１４．１の端は、ハーフブリッジ１７．１および１７．３の領域内に位置し、ハーフブリッジ１７．２および１７．４は、符号要素１４．１内の中心にあるか、または２つの符号要素１４．１および１４．２の中間にある。ハーフブリッジ１７．２は、符号要素１４．１の中央位置に配置され、一方、ハーフブリッジ１７．４は、符号要素１４．１および１４．２の間の分離領域内に配置される。図８ｂでは、符号要素１４は、λ／２の距離、つまり符号要素１４の幅だけ、磁場センサ配置１５に対して左側にずれている。今度は展開する符号要素１４が生成する漏れ磁場の位相位置を決定するため、図８ａと同一の漏れ磁場に対するハーフブリッジ割り当てを達成できるように、ハーフブリッジ１７．３〜１７．６の磁場センサ１６．１への割り当てが、今度は可能である。そして同様に、磁場センサ１６．２にハーフブリッジ１７．７〜１７．１０を、そして最後に磁場センサ１６．８にハーフブリッジ１７．３１〜１７．３４を割り当てることができる。
【００８３】
このことにより、磁場センサ配置１５に対する材料スケール１２、２２の移動に伴って、例えば、位相角の決定のために隣接して配置する各４つのハーフブリッジ１７を含む磁場センサ１６へのハーフブリッジ１７の割り当てについて、センサの精度を最適化するために変更できることが明らかである。その程度まで、磁場センサ配置１５は、ハーフブリッジ１７の磁場センサ１６への割り当ての電子的な「切替スイッチ」を介して、材料スケール１２、２２に対して、少なくともλ／４またはλ／２の距離にわたって「仮想的に移動」し、センサ精度の改良を達成できる。
【００８４】
磁場センサ配置１５の構成原理のみについて、図８ａ、８ｂおよび９を参照して説明することを意図しているので、符号要素１４．１〜１４．９を、それぞれの符号化オフセット無しで示している。機能の態様について、第１の磁場センサ１６．１を例として、より詳細に説明する。ハーフブリッジ１７．１および１７．３を備えた第１のハーフブリッジ対はフルブリッジを形成し、その測定電圧を測定ポイント１および３からアクセスできる。ハーフブリッジ１７．２および１７．４を備えた第２の測定ブリッジ対もまた、フルブリッジを形成し、その測定電圧を測定ポイント２および４からアクセスできる。フルブリッジは、ある種の差動測定を実行できるように設計されている。すでに上で示したように、位相位置について、各符号要素の逆正接計算によって決定できる。
【００８５】
磁場センサ１６．１〜１６．８は、符号要素１４．１〜１４．８の上にある場合、明確な復号化が正確に可能である。しかし、磁場センサ１６．１〜１６．８が符号要素１４．１〜１４．９の中間にある瞬間は、異なるオフセット間の遷移を明確に読み取ることができない。この場合、磁場センサ１６．１〜１６．８を、その瞬間にλ／２だけオフセットしてハーフブリッジに割り当てる。たとえば、磁場センサ１６．８を、１７．２９〜１７．３２のハーフブリッジではなく、１７．３１〜１７．３４のハーフブリッジに関連付ける。これは、図８ａおよび８ｂの比較において明らかである。
【００８６】
これは、２つの隣接する符号要素の符号化オフセットが異なる場合、たとえば、１４．２でφ＋および１４．３でφ−の場合、ハーフブリッジ１７．５、１７．６、１７．７、１７．８を有するセンサ１６．２は、１４．２から１４．３に移動するときに、測定オフセットが正確にφ＋およびφ−の平均値を横切る領域を横切るからである。ここでは、それが０であるか１であるかを決定することはできない。これは、特に、センサ１６．２は、正確に２つの符号要素の中間に位置し、センサが左側の符号要素に属しているのか右側の符号要素に属しているのかを知り得ないという事実による。適切な基準の助けを借りて、評価部は、この状況において、ハーフブリッジ１７．６およびハーフブリッジ１７．５に基づく信号値のみを評価するかどうか、かつ該当する場合には１７．８を評価するかどうかについて指定できる。
【００８７】
あるいは、ハーフブリッジ１７．５〜１７．８の代わりに、ハーフブリッジ１７．７、１７．８、１７．９、および１７．１０を磁場センサ１６．２に使用することもできる。この場合、これらの４つのハーフブリッジを符号要素１４．３に明確に割り当てることができる。同様に、ハーフブリッジ１７．３〜１７．６を符号要素１４．２に割り当てることができる。したがって、第１または第２の測定位置で生成された測定信号を信頼できる。さらに、符号要素１４．２および１４．３の符号化オフセットを、ハーフブリッジ１７．３〜１７．１０、もしくは測定点３〜１０で確認した測定電圧の評価または比較を通じて確認することもできる。この変更された割り当てについて、たとえば、図８ｂに示す。
【００８８】
他の磁場センサ１６．１および１６．３〜１６．８は、対応する方法で動作するので、磁場センサ配置１５によって、８つの符号要素のそれぞれの絶対位置を同時にサンプリングすることができる。符号要素が二進符号を符号化していると仮定すると、最大２５６の異なる符号語または絶対位置を確認できる。
【００８９】
符号要素１４．１〜１４．９、２４．１〜２４．４の相対的なサイズは、ここでは、例としてのみ再現されている。したがって、個々の符号要素間の中間区域、つまり分離領域のサイズについて、符号要素との関係を相対的に考慮し、大きくすることも小さくすることもできる。符号要素を、長方形または正方形にすることができる。絶対トラックおよび増分トラック間の距離もまた、実施形態の一例に示されるよりも大きくても小さくてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１０    絶対値符号器
１２、１２ａ、１２ｂ    第１の材料スケール
１３    絶対トラック
１４．１〜１４．９    第１の符号要素
１５、１５ａ、１５ｂ    磁場センサ配置
１６．１〜１６．８    磁場センサ
１７．１〜１７．３４    ハーフブリッジ
１８．１〜１８．４    参照位置
２０    磁気抵抗体要素
２２    第２の材料スケール
２３    増分トラック
２４．１〜２４．４    第２の符号要素
２６    測定磁極
２８    接線成分の振幅曲線
３０    第１の物体
３２    第２の物体
【図１】
2021528633.tif 000015
【図２ａ】
2021528633.tif 000016
【図２ｂ】
2021528633.tif 000017
【図３】
2021528633.tif 000018
【図４】
2021528633.tif 000019
【図５】
2021528633.tif 000020
【図６】
2021528633.tif 000021
【図７】
2021528633.tif 000022
【図８ａ】
2021528633.tif 000023
【図８ｂ】
2021528633.tif 000024
【図９】
2021528633.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月29日(2020.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
角度位置または縦位置（３０、３２）に関して相互に変位可能な２つの物体の絶対位置を決定するための磁気絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）であって、
磁気特性を備えた複数の第１の符号要素（１４．１〜１４．９）を含み、前記物体（３０、３２）の変位方向に前記第１の物体（３０）上の絶対トラック（１３）を定義する、少なくとも１つの第１の材料スケール（１２、１２ａ、１２ｂ）と、
前記材料スケール（１２、１２ａ、１２ｂ）によって前記第２の物体上に生じる漏れ磁場をサンプリングする少なくとも１つの第１の磁場センサ配置（１５）と、
前記第１の磁場センサ配置（１５、１５ａ）からの測定信号を受信するように構成される評価部とを備え、
前記第１の符号要素（１４．１〜１４．９）のそれぞれは、前記絶対トラック（１３）の前記縦方向に各符号化オフセットだけオフセットして配置され、特に、前記オフセットは、前記第１の符号要素（１４．１〜１４．９）に１：１で割り当てた仮想参照位置（１８．１〜１８．４）に対して前記絶対トラック（１３）の前記縦方向において対称であり、
前記仮想参照位置（１８．１〜１８．４）は、前記絶対トラック（１３）に沿って等距離にかつオフセット無く定義され、
前記第１の符号要素（１４．１〜１４．９）のそれぞれは、少なくとも前記符号化オフセットに基づいて、Ｎ文字を含む１符号の特定の１文字を符号化し、
評価部は、前記測定信号に基づいて、サンプリングした第１の符号要素（１４．１〜１４．９）の前記符号化オフセットおよび当該符号化オフセットで符号化された前記１文字を確認するように構成される、ことを特徴とする磁気絶対値符号器。
【請求項２】
Ｐ個の符号要素列（１４．１〜１４．９）のそれぞれは、各１つの符号語を符号化し、符号語のそれぞれは前記第１の材料スケール（１２、１２ａ、１２ｂ）内で一意であり、かつそれぞれの絶対位置を表すことを特徴とする、請求項１に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項３】
前記第１の磁場センサ配置（１５、１５ａ）は、複数の第１の磁場センサ（１６．１〜１６．８）を含み、前記複数の第１の磁場センサ（１６．１〜１６．８）は、前記第１の材料スケール（１２、１２ａ、１２ｂ）の各位置について複数の隣接する前記第１の符号要素（１４．１〜１４．９）を同時にサンプリングし、その結果、磁場センサ（１６．１〜１６．８）のそれぞれは、各第１の符号要素（１４．１〜１４．９）をサンプリングする、ことを特徴とする請求項１または２に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項４】
前記複数の第１の磁場センサ（１６．１〜１６．８）の数は、前記Ｐの数に等しいかまたはそれより大きい、ことを特徴とする請求項２または３に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項５】
さらに、等距離の複数の第２の磁気符号要素（２４．１〜２４．９）を有し、増分トラック（２３）を定義する、第２の材料スケール（２２）と、
前記第２の材料スケール（２２）をサンプリングする第２の磁場センサ配置（１５ｂ）とを備え、
前記増分トラック（２３）は、前記絶対トラック（１３）に平行に、かつ離れて延在し、
前記仮想参照位置（１８．１〜１８．４）のそれぞれは、前記増分トラック（２３）上に割り当てた前記第２の符号要素の少なくとも１つの縦位置によって、前記絶対トラック（１３）上にその縦位置に関して決定され、
前記評価部は、前記前記第２の磁場センサ配置（１５ｂ）からの測定信号を受信して前記仮想参照位置を確認するように構成される、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の絶対値符号器１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項６】
それぞれの文字の前記符号化は、前記符号化オフセットの大きさおよび／または向きに基づいて生じる、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項７】
前記第１および／または第２の符号要素（１４．１〜１４．９、２４．１〜２４．４）のそれぞれは、永久磁石を含み、各符号要素の磁気極性（１４．１〜１４．９、２４．１〜２４．４）は、前記割り当てた磁場センサ配置（１５、１５ａ、１５ｂ）によって検出可能であり、かつそれぞれの文字の前記符号化は、前記極性に基づいても追加的に生じる、ことを特徴とする請求項６に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項８】
オフセットの前記符号化は、絶対トラック（１３）に沿った横方向の成分を含む、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項９】
前記第１の磁場センサ配置（１５、１５ａ、１５ｂ）の少なくとも１つは、少なくとも１つの磁場センサ（１６．１〜１６．８）を含み、前記磁場センサ（１６．１〜１６．８）のそれぞれは、複数の、特に２つまたは４つの磁気抵抗体要素（２０）を含み、当該磁気抵抗体要素を相互接続して、少なくとも１つのホイートストン測定ブリッジ、特にハーフホイートストンブリッジ（１７．１〜１７．３４）、またはフルホイートストンブリッジを形成する、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項１０】
前記抵抗体要素（２０）は、抵抗が方向に敏感なＡＭＲ、ＧＭＲ，またはＴＭＲ抵抗体要素であって、その抵抗は前記オフセットの方向に平行な磁場成分に対して線形に変化するか、またはその抵抗は磁場の角度に依存する、ことを特徴とする請求項９に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項１１】
前記磁場センサ配置（１５、１５ａ、１５ｂ）は、磁場センサ（１６．１〜１６．８）を少なくとも１つ含み、前記磁場センサ（１６．１〜１６．８）のそれぞれは、少なくとも第１の測定位置についての第１の測定信号、および前記第１の測定位置から前記絶対トラック（１３）の延長方向に離れた第２の測定位置についての第２の測定信号を生成し、前記第１および第２の測定位置の距離は、隣接する前記仮想参照位置（１８．１〜１８．４）の距離よりも小さく、特に、隣接する前記仮想参照位置（１８．１〜１８．４）の距離の半分以下、特に、隣接する前記仮想参照位置（１８．１〜１８．４）の距離の４分の１に等しく、前記評価部は、事前定義された基準を考慮して前記第１または第２の測定信号に基づき前記符号化オフセットを確認するように構成される、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項１２】
前記磁場センサ（１６．１〜１６．８）のそれぞれは、少なくとも２対のハーフホイートストンブリッジ（１７．１〜１７．３４）を含み、第１の対を、前記第１の測定位置に割り当て、第２の対を、前記第２の測定位置に割り当てる、ことを特徴とする請求項９又は１１に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項１３】
前記材料スケール（１２、１２ａ、１２ｂ、２２）の延長方向を見込んだとき、前記第１の対のハーフホイートストンブリッジ（１７．１〜１７．３４）および前記第２の対のハーフホイートストンブリッジ（１７．１〜１７．３４）は、交互に配置される、ことを特徴とする請求項１２に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【請求項１４】
２つの隣接する符号要素（１４．１〜１４．９、２４．１〜２４．４）の間は、それぞれの分離領域を備える、ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の絶対値符号器（１０．０、１０．１、１０．２、１０．３、１０．４、１０．５、１０．６、１０．７）。
【国際調査報告】
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