(57)【要約】【課題】高分解能位置検出用の狭いスケールピッチ領域と中低分解能位置検出用の粗いスケールピッチ領域が混在するリニアスケールを用いて、簡単なシステム構成で正確な位置検出を行うことができる位置検出装置を提供する。【解決手段】高分解能位置検出用の狭いスケールピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁された領域と、中低分解能位置検出用の前記スケールピッチの整数倍の粗いスケールピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁された領域とを具備し、リニアスケールの磁界の変化を検出する狭いスケールピッチの４分の１の間隔で配置されたＡ相磁気検出素子と複数のＢ相磁気検出素子とを有する磁気ヘッドを有し、複数のＢ相磁気検出素子の出力パターンから、Ａ相磁気検出素子と４分の１のピッチ間隔になる複数のＢ相磁気検出素子の中から１つのＢ相磁気検出素子を選択切替する手段を有することによって、上記課題を解決する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の移動方向に、高分解能位置検出用の狭いスケールピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁された高分解能位置検出領域と、中低分解能位置検出用の前記スケールピッチの整数倍の粗いスケールピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁された中低分解能位置検出領域とを具備したリニアスケールを有する分解能可変型位置検出装置であって、
前記リニアスケールの磁界の変化を検出する前記狭いスケールピッチの４分の１の間隔で前記移動体の移動方向に配置されたＡ相磁気検出素子と複数のＢ相磁気検出素子とを有する磁気ヘッドを有し、
前記複数のＢ相磁気検出素子の出力パターンから、前記リニアスケールに着磁された間隔が変化する前記スケールピッチに対して前記Ａ相磁気検出素子と４分の１のピッチ間隔になる複数の前記Ｂ相磁気検出素子の中から１つのＢ相磁気検出素子を選択切替する手段を有し、
前記Ａ相磁気検出素子と選択された前記Ｂ相磁気検出素子の２個の磁気検出素子の出力から前記リニアスケールに対する前記磁気ヘッドの移動に応じた正方向エッジパルスと負方向エッジパルスからなる２相のパルスに変換する変換器を有し、前記２相のパルスを積算カウンタでカウントすることにより、前記移動体の位置を特定することを特徴とする分解能可変型位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レールに沿って移動する移動体の位置を検出する位置検出装置に関し、更に詳しくは、Ｎ極及びＳ極が交互に着磁されたリニアスケールの磁界を検出することによって移動体の位置を検出する位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、リニアスケールを用いて移動体の位置検出を行う場合、高分解能位置検出が必要な区間が移動体移動区間の一部分だけであり、その他の部分では低分解能位置検出で良い場合であっても、移動区間全域に渡って高分解能位置検出に必要な狭いスケールピッチに合わせてＮ極とＳ極が交互に着磁されたリニアスケールを設置していた（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−１２７０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、低分解能位置検出で良い区間では、一般的に高速移動が行われるにもかかわらず、移動区間全域に渡って、高分解能位置検出に必要な狭いスケールピッチで着磁されているため、磁気検出素子の出力変化周波数が高くなり、磁気ヘッドの移動体移動方向への移動に応じた、すなわち、正方向（進行方向）と負方向（後退方向）の２相のパルスに変換する変換器の応答が追いつかず、磁気ヘッドの移動に対応した正確な位置検出ができなかった。また、移動区間全域に渡って高分解能位置検出に必要な狭いスケールピッチを採用した場合、移動に応じて出力されるパルス数も多くなるため、それを積算するカウンタのビット数も多くなり、コスト高の原因になっていた。
【０００４】
逆に、移動体の高速移動に合わせて全区間を粗いスケールピッチにすると、高精度の停止精度が要求される場所で、必要な停止精度が得られないという問題があった。
【０００５】
さらに、高分解能位置検出用の狭いスケールピッチで着磁された領域と、低分解能位置検出用の粗いスケールピッチで着磁された領域とで構成されたリニアスケールを用いた場合、高分解能位置検出用の狭いスケールピッチに対応した磁気ヘッドのみでは、低分解能位置検出用の粗いピッチで着磁された領域において、出力パルスが得られない場合がある。そのため、低分解能位置検出用の磁気ヘッドを別個に設けて、２つの磁気ヘッドの出力をスケールピッチに対応させて、切り替えるタイミングを指定するセンサや出力切替処理手段が必要で、特に切替区間が多い場合、システムが複雑、かつコスト高の原因となっていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、高分解能位置検出用の狭いスケールピッチ領域と中低分解能位置検出用の粗いスケールピッチ領域が混在するリニアスケールを用いて、簡単なシステム構成で正確な位置検出を行うことができる位置検出装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、移動体の移動方向に、高分解能位置検出用の狭いスケールピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁された高分解能位置検出領域と、中低分解能位置検出用の前記スケールピッチの整数倍の粗いスケールピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁された中低分解能位置検出領域とを具備したリニアスケールを有する位置検出装置であって、前記リニアスケールの磁界の変化を検出する前記狭いスケールピッチの４分の１の間隔で前記移動体の移動方向に配置されたＡ相磁気検出素子と複数のＢ相磁気検出素子とを有する磁気ヘッドを有し、前記複数のＢ相磁気検出素子の出力パターンから、前記リニアスケールに着磁された間隔が変化する前記スケールピッチに対して前記Ａ相磁気検出素子と４分の１のピッチ間隔になる複数の前記Ｂ相磁気検出素子の中から１つのＢ相磁気検出素子を選択切替する手段を有し、前記Ａ相磁気検出素子と選択された前記Ｂ相磁気検出素子の２個の磁気検出素子の出力から前記リニアスケールに対する前記磁気ヘッドの移動に応じた正方向エッジパルスと負方向エッジパルスからなる２相のパルスに変換する変換器を有し、前記２相のパルスを積算カウンタでカウントして前記移動体の位置を特定することによって、上記の目的を達成するものである。
【０００８】
なお、本発明において、Ａ相磁気検出素子とＢ相磁気検出素子の間隔をＮ極・Ｓ極・Ｎ極・Ｓ極・・・と順次着磁されているリニアスケールのスケールピッチの４分の１にする理由は、Ａ相磁気検出素子とＢ相磁気検出素子の間隔がスケールピッチの４分の１に配置されていないと、磁気ヘッド、すなわち、移動体の進行方向と後退方向とで出力パルスの出る位置がずれるため、スケールピッチの４分の１間隔となるようなＢ相磁気検出素子を選択する必要がある。本発明は、リニアスケールの狭いスケールピッチ（最小のスケールピッチ）の４分の１の間隔で配置されたＡ相磁気検出素子と複数のＢ相磁気検出素子からなる磁気ヘッドを用いて、複数のＢ相磁気検出素子の出力パターンから、スケールピッチの４分の１となるようなＢ相磁気検出素子を１つ選択している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、上記の構成としたことによって、移動体の移動方向に、高分解能位置検出用の狭いスケールピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁された高分解能位置検出領域と、中低分解能位置検出用の前記スケールピッチの整数倍の粗いスケールピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁された中低分解能位置検出領域とが混在するリニアスケールを用いた場合であっても、各スケールピッチの４分の１に対応するＡ相磁気検出素子とＢ相磁気検出素子とを適宜選択することができるため、スケールピッチの変化に因らず、簡単なシステム構成で正確な位置検出が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態を、実施例に基づき図１乃至図５を参照して説明する。図１は、高分解能位置検出領域（ここでは、スケールピッチＰ＝λ＝１０ｍｍとする）において、Ａ相磁気検出素子とピッチ間隔がスケールピッチの４分の１の関係を満たすＢ相磁気検出素子を選択する方法を説明するためのタイムチャートを磁気ヘッド１０及びリニアスケールＬ１とともに示している。図２は、中分解能位置検出領域（ここでは、スケールピッチＰ＝λ×２＝２０ｍｍとする）において、Ａ相磁気検出素子とピッチ間隔がスケールピッチの４分の１の関係を満たすＢ相磁気検出素子を選択する方法を説明するためのタイムチャートを磁気ヘッド１０及びリニアスケールＬ２とともに示している。図３は、低分解能位置検出領域（ここでは、スケールピッチＰ＝λ×３＝３０ｍｍとする）において、Ａ相磁気検出素子とピッチ間隔がスケールピッチの４分の１の関係を満たすＢ相磁気検出素子を選択する方法を説明するためのタイムチャートを磁気ヘッド１０及びリニアスケールＬ３とともに示している。図４は、スケールピッチＰ１の４分の１間隔で配置されたＡ相磁気検出素子と複数（本実施例においては８個）のＢ相磁気検出素子とを有する磁気ヘッド１０の出力から、Ａ相磁気検出素子と４分の１のピッチ間隔になるＢ相磁気検出素子を選択切替し、カウンタ出力を得るまでのブロック図を示している。図５は、カウンタ出力を位置出力に変換するための説明図である。
【００１１】
まず、高分解能位置検出領域（スケールピッチＰ＝λ＝１０ｍｍ）において、Ａ相磁気検出素子とピッチ間隔がスケールピッチの４分の１の関係を満たすＢ相磁気検出素子を選択する方法を図１及び図４に基づき説明する。磁気ヘッド１０から出力されるＡ相磁気検出素子の出力とＢ相磁気検出素子（Ｂ１〜Ｂ８）の出力は、波形成形回路２０（図４参照）に入力され、ｓｉｎ波から矩形波に変換される。変換された波形を図１にＴ１として示す。ここでは、Ｂ５〜Ｂ８の出力は、スケールピッチの検出に関与しないため図示していない。得られた波形から、次の関係式
Ｆ１：ｓｉｇｎＡ＝ｓｉｇｎＢ２＝ｓｉｇｎ＾Ｂ４
を満たすとき、すなわち、Ａ相磁気検出素子の符号とＢ２相磁気検出素子の符号とＢ４相磁気検出素子の反転出力の符号が等しいとき、リニアスケールＬ１は、図４におけるスケールピッチ判断回路３０により、高分解能対応ピッチであると判別され、Ａ相磁気検出素子とピッチ間隔がスケールピッチの４分の１の間隔を満たすＢ相磁気素子として、Ｂ１相磁気検出素子を選択し、Ｂ１素子選択出力（図４参照）をＯＮとし、その他の素子の選択出力はＯＦＦとする。その結果、図４に示したアナログ−パルス変換回路５０には、Ａ相入力としてＡ相磁気検出素子のアナログ出力が入力され、Ｂ相入力として切替回路４０によって、Ｂ１相磁気検出素子の出力が選択されそのアナログ出力が入力される。
【００１２】
次に、中分解能位置検出領域（スケールピッチＰ＝λ×２＝２０ｍｍ）において、Ａ相磁気検出素子とピッチ間隔がスケールピッチの４分の１の関係を満たすＢ相磁気検出素子を選択する方法を図２及び図４に基づき説明する。磁気ヘッド１０から出力されるＡ相磁気検出素子の出力とＢ相磁気検出素子（Ｂ１〜Ｂ８）の出力は、波形成形回路２０（図４参照）に入力され、ｓｉｎ波から矩形波に変換される。変換された波形を図２にＴ２として示す。得られた波形から、次の関係式
Ｆ２：ｓｉｇｎＡ＝ｓｉｇｎＢ４＝ｓｉｇｎ＾Ｂ８
を満たすとき、すなわち、Ａ相磁気検出素子の符号とＢ４相磁気検出素子の符号とＢ８相磁気検出素子の反転出力の符号が等しいとき、リニアスケールＬ２は、図４におけるスケールピッチ判断回路３０により、中分解能対応ピッチであると判別され、Ａ相磁気検出素子とピッチ間隔がスケールピッチの４分の１の間隔を満たすＢ相磁気検出素子として、Ｂ２相磁気検出素子を選択し、Ｂ２素子選択出力（図４参照）をＯＮとし、その他の素子の選択出力は、ＯＦＦとする。その結果、図４に示したアナログ−パルス変換回路５０には、Ａ相入力としてＡ相磁気検出素子のアナログ出力が入力され、Ｂ相入力として切替回路４０によって、Ｂ２相磁気検出素子の出力が選択されアナログ出力が入力される。
【００１３】
さらに低分解能位置検出領域（スケールピッチＰ＝λ×３＝３０ｍｍ）において、Ａ相磁気検出素子とピッチ間隔がスケールピッチの４分の１の関係を満たすＢ相磁気検出素子を選択する方法を図３及び図４に基づき説明する。磁気ヘッド１０から出力されるＡ相磁気検出素子の出力とＢ相磁気検出素子（Ｂ１〜Ｂ８）の出力は、波形成形回路２０（図４参照）に入力され、ｓｉｎ波から矩形波に変換される。変換された波形を図３にＴ３として示す。得られた波形から、次の関係式
Ｆ３：（ｓｉｇｎＡ＝ｓｉｇｎＢ６）ａｎｄ（＾Ｆ１）ａｎｄ（＾Ｆ２）
を満たすとき、すなわち、Ａ相磁気検出素子の符号とＢ６磁気検出素子の符号が等しく、かつ上記の関係式Ｆ１及びＦ２の条件を満たしていないとき、リニアスケールＬ３は、図４におけるスケールピッチ判断回路３０により、低分解能な対応ピッチであると判別されＡ相磁気検出素子とピッチ間隔がスケールピッチの４分の１の間隔を満たすＢ相磁気素子として、Ｂ３相磁気検出素子を選択し、Ｂ３素子選択出力（図４参照）をＯＮとし、その他の素子の選択出力は、ＯＦＦとする。その結果、図４に示したアナログ−パルス変換回路５０には、Ａ相入力としてＡ相磁気検出素子のアナログ出力が入力され、Ｂ相入力としてＢ３相磁気検出素子のアナログ出力が入力される。
【００１４】
上述したスケールピッチを判断するスケールピッチ判断回路３０は、ＡＮＤ回路やＮＯＴ回路を用いた一般的な論理回路で構成することができる。また、切替回路４０もトランジスタやアナログスイッチ等の一般的な回路素子で構成することができるので、具体的な回路構成等は省略する。
【００１５】
アナログ−パルス変換装置５０は、Ａ相磁気検出素子の出力と、上述のように選択された位相が４分の１異なるＢ相磁気検出素子の出力の２相からなるアナログ入力をＡ相入力及びＢ相入力に加えると、そのアナログ入力が演算処理され、磁気ヘッド１０が正方向（例えば、進行方向）に移動したときに正方向エッジパルスが出力され、負方向（例えば、後退方向）に移動したときに負方向エッジパルスが出力される。その演算処理について、以下に説明する。
【００１６】
Ａ相入力及びＢ相入力に入力されたアナログ信号（ｓｉｎ波）は、０又は１の矩形波に変換される。そして、Ｂ相の反転出力（＾Ｂ）が１のときにＡ相出力が０から１へ立ち上がった時点及びＢ相出力が１のときにＡ相出力が１から０に立ち下がった時点で一定幅の正方向エッジパルスが出力される。一方、Ｂ相出力が１のときにＡ相出力が０から１に立ち上がった時点及びＢ相の反転出力（＾Ｂ）が１のときにＡ相出力が１から０に立ち下がった時点で一定幅の負方向エッジパルスが出力される。このようなアナログ−パルス変換回路は、周知なものであり市販の汎用品で対応できる。
【００１７】
次にアナログ−パルス変換回路５０から出力された正方向エッジパルスと負方向エッジパルスは、積算カウンタ６０に入力され、正方向エッジパルス数から負方向エッジパルス数を減算したものがカウンタから出力される。この出力と既知の異なるスケールピッチの配置パターン、すなわち高分解能区間、中分解能区間、低分解能区間の配置を対応させることによって移動体の位置が検出される。その対応のさせ方について、図５に基づき以下に説明する。
【００１８】
ここでは、説明のため上記と同様、高分解区間のピッチを１０ｍｍとし、中分解区間を２０ｍｍとし、低分解区間を３０ｍｍとする。そして、既知のスケールピッチの区間として、原点Ｐ１からＰ２（絶対位置で１０００ｍｍ）を高分解区間とし、Ｐ２からＰ３（絶対位置で５０００ｍｍ）を中分解区間とし、Ｐ３からＰ４（絶対位置で１７０００ｍｍ）を低分解区間とし、Ｐ４からＰ５（絶対位置で１８０００ｍｍ）を高分解区間とし、Ｐ５からＰ６（絶対位置で２７０００ｍｍ）を低分解区間とする。
【００１９】
ここで、高分解区間における１カウントは、１０ｍｍに対応しているので、Ｐ２の位置では、１０００ｍｍ÷１０ｍｍで、カウント値として１００が出力される。また、Ｐ３の位置では、絶対位置では、Ｐ３とＰ２の間隔は、５０００ｍｍ−１０００ｍｍで４０００ｍｍであるが、この区間は、中分解区間であるため１カウントは２０ｍｍに対応しており、４０００ｍｍ÷２０ｍｍで、２００カウントであり、Ｐ２のカウント値１００に加算してＰ３のカウント値として３００が出力される。
【００２０】
さらにＰ４の位置では、絶対位置では、Ｐ４とＰ３の間隔は、１７０００ｍｍ−５０００ｍｍで１２０００ｍｍであるが、この区間は、低分解区間であるため１カウントは３０ｍｍに対応しており、１２０００ｍｍ÷３０ｍｍで、４００カウントであり、Ｐ３のカウント値３００に加算してＰ４のカウント値として７００が出力される。
【００２１】
同様にして、Ｐ５の位置では、絶対位置では、Ｐ５とＰ４の間隔は、１８０００ｍｍ−１７０００ｍｍで１０００ｍｍであるが、この区間は、高分解区間であるため１カウントは１０ｍｍに対応しており、１０００ｍｍ÷１０ｍｍで、１００カウントであり、Ｐ４のカウント値７００に加算してＰ５のカウント値として８００が出力される。
【００２２】
さらにＰ６の位置では、絶対位置では、Ｐ６とＰ５の間隔は、２７０００ｍｍ−１８０００ｍｍで９０００ｍｍであるが、この区間は、低分解区間であるため１カウントは３０ｍｍに対応しており、９０００ｍｍ÷３０ｍｍで、３００カウントであり、Ｐ５のカウント値８００に加算してＰ６のカウント値として１１００が出力される。
【００２３】
逆にカウンタ出力値から、移動体の絶対的位置を求める場合には、上記の演算と逆の演算を行うことによって求めることが可能になる。
【００２４】
なお、高分解能位置検出用の狭いピッチで着磁された領域と中低分解能位置検出用の粗いピッチで着磁された領域とで構成されたリニアスケールは、一体に構成されたものであっても、それぞれ別個に構成されたものを組み合わせたものであっても構わない。
【００２５】
また、上述した実施例では、スケールピッチが、３倍まで対応可能なように８個のＢ相磁気検出素子を使用しているが、実施例と同様な発想で磁気検出素子数と切替回路を増設することによって、３倍を超えるスケールピッチに対応させることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、リニアスケールの着磁ピッチを高分解能、中分解能、低分解能と可変した場合であっても正確に位置検出が可能であり、リニアモータ等の制御が簡単にできるなどその産業上の利用可能性は、きわめて高い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】高分解能位置検出領域におけるＢ相磁気検出素子の選択方法の説明図。
【図２】中分解能位置検出領域におけるＢ相磁気検出素子の選択方法の説明図。
【図３】低分解能位置検出領域におけるＢ相磁気検出素子の選択方法の説明図。
【図４】磁気ヘッドの出力からカウンタ出力を得るまでのブロック図。
【図５】カウンタ出力を位置出力に変換するための説明図。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ・・・  磁気ヘッド
２０  ・・・  波形成形回路
３０  ・・・  スケールピッチ判別回路
４０  ・・・  切替回路
５０  ・・・  アナログパルス変換回路
６０  ・・・  積算カウンタ
【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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