(57)【要約】【課題】レイアウトの制約に関係する空間位相誤差が低減された誘導電流位置トランスデューサを提供する。【解決手段】トランスデューサの各巻線５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃは、測定軸に沿って交替する仮想基本極性ゾーンＰＺ内に配列されたループのセットと、測定軸に沿って基本極性ゾーンからオフセットされた仮想オフセット極性ゾーンＯＰＺ中に配列されたループのセットを備える。仮想オフセットゾーンは、反対極性の重なりを持つ基本及びオフセット極性ゾーンの位置で定義される。レイアウトの制約のため、各巻線は、オフセットゾーンの過半の結合領域とは異なるアンバランスな結合領域を含むオフセットゾーンを持つ。巻線は、各巻線のオフセットゾーン内に含まれるアンバランスな結合領域の量が、各巻線に対してほぼ同じとなるように配置され、それらの位相誤差をほぼ同じにする。【選択図】図５
2008026328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサであって、
測定軸方向に整列されたスケールトラックに沿って、スケール波長に従って周期的に配列された複数のスケール要素を含む第１の部材と、
該第１の部材に近接して位置された第２の部材であって、第１及び第２の部材の少なくとも一方が測定軸方向に沿って相対移動可能なものと、
変化する磁束を発生するための、第２の部材上に位置された、少なくとも一つの磁場発生器と、
該少なくとも一つの磁場発生器の変化する磁束と結合された、第２の部材上に位置する、少なくとも一つの磁場センサであって、前記変化する磁束との結合が、スケールトラックに沿って周期的に配列されたスケール要素によって影響を受け、前記磁場センサが、スケールトラックに沿って整列された、互いに重なる複数の巻線を有し、各巻線が、
正極性のループと負極性のループを含む第１のループのセットであって、該第１のループのセットが、スケール波長で測定軸方向に周期的に極性が交代する複数の仮想基本極性ゾーンに対応して配列され、
正極性のループと負極性のループを含む第２のループのセットであって、該第２のループのセットが、スケール波長で測定軸方向に周期的に極性が交代する複数の仮想オフセット極性ゾーンに対応して配列され、
該オフセット極性ゾーンが、基本極性ゾーンから、測定軸方向に沿ってスケール波長の半分より小さなオフセット寸法だけオフセットされ、
基本極性ゾーンが、反対極性を持つオフセット極性ゾーンと重なる測定軸方向の位置で、各仮想オフセットゾーンが、各巻線の全長に沿って定義され、
前記第１のループのセットを形成する巻線の導体部分が、前記第２のループのセットを形成する巻線の導体部分に直列接続によって接続され、
複数の巻線のそれぞれが、オフセットゾーン内のネット結合領域がアンバランスなネット結合領域である少なくとも一つのオフセットゾーンを含み、該オフセットゾーン内の総結合領域が、その巻線の任意のオフセットゾーンにも含まれる単一ループ領域の任意の部分の最大のものよりも小さく、
複数の巻線の各巻線の位相誤差が略同一になるように、複数の巻線が配置されていることを特徴とするピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項２】
請求項１において、各巻線の各オフセットゾーン中のアンバランスな結合領域の正味量が、複数の巻線の各巻線に対して略同一であることを特徴とするピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項３】
請求項２において、各巻線の各オフセットゾーン中のアンバランスな結合領域の正味量が、巻線間で、最大、巻線の任意の一つのオフセットゾーン中に含まれる任意の単一ループ領域の最大部分の、最大で１／８だけ異なるピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項４】
請求項３において、各巻線中の正味アンバランス結合領域の形状が、各巻線間で幾何学的に合同であるピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項５】
請求項１において、各巻線の各オフセットゾーン中のアンバランスな結合領域の正味量が、略ゼロであるピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項６】
請求項１において、
複数の巻線の一つのアンバランスな結合領域が、２つのループの結合領域の過半を含む巻線の極性ゾーンに近接するアンバランスなオフセットゾーン中に配置され、該アンバランスなオフセットゾーンは、測定軸方向に沿って、２つのループに対する第１の方向中に配置され、
複数の巻線の他方の各巻線は、２つのループの結合領域の過半を含む巻線の極性ゾーンに近接するアンバランスなオフセットゾーン中に配置され、該アンバランスなオフセットゾーンは、測定軸方向に沿って、２つのループに対する第１の方向中に配置されているピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項７】
請求項１において、少なくとも一つの巻線が、結合領域を含まないオフセットゾーンの一つの中のシフト配列を含むピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項８】
請求項１において、少なくとも一つの巻線が、そのオフセットゾーン中の一つの中の単一極性の結合領域を含むシフト配列を含むピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項９】
請求項８において、前記単一極性の結合領域が、そうでなければ波長の整数倍だけずれたオフセットゾーン中の反対極性のアンバランス結合領域をバランスさせるピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項１０】
請求項１において、少なくとも一つの巻線が、そうでなければ波長の整数倍だけずれたオフセットゾーン中のアンバランス結合領域をバランスさせるオフセットゾーンの一つの中の補償単一ループ歪みを含むピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項１１】
請求項１において、各巻線中で、２つの巻線の結合領域の過半をそれぞれ含む全ての極性ゾーンが、互いに近接配置されているピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項１２】
請求項１１において、第１のループのセット中の部材数が複数の巻線のそれぞれで同じであり、第２のループのセット中の部材数が複数の巻線のそれぞれで同じであるピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項１３】
請求項１２において、第１のループのセット中の部材数が、第２のループのセット中の部材数と同じであるピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項１４】
請求項１において、各巻線が、
互いに近接配置された、２つの巻線の結合領域の過半をそれぞれ含む第１の極性ゾーン群と、
該第１の極性ゾーン群から、２つの巻線の結合領域の過半を含まない、少なくとも一つの極性ゾーンだけ分離された、２つの巻線の結合領域の過半を含む、少なくとも一つの他の極性ゾーンを含むピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項１５】
請求項１において、各巻線が、互いに鏡像となるように配置された、オフセットゾーン中の２つの直列接続配列を含むピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項１６】
請求項１において、互いに鏡像となるように配置された、前記２つの直列接続配列が、波長の整数倍だけ離れたオフセットゾーン中にあるピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項１７】
請求項１において、前記オフセット寸法が、スケール波長の１／１０であるピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項１８】
請求項１において、前記複数の巻線が、Ｎが２以上の整数である（３６０／Ｎ）度だけ異なる相対的な空間位相を有する各出力信号を与えるＮ巻線でなるピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項１９】
請求項１８において、Ｎ＝３であるピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項２０】
請求項１において、前記複数の巻線のそれぞれの重心が、測定軸方向に沿って同じ場所に略整列されるように、前記複数の巻線が配置されているピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項２１】
請求項１において、前記複数の巻線のそれぞれが、巻線の面と平行な最小フィードスルーサイズ寸法を有するフィールドスルーによって結合された部分を含み、スケール波長が最大で、最小フィールドスルーサイズ寸法の１０倍であるピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項２２】
請求項１において、
前記複数の巻線の少なくとも一つが、第１及び第２のアンバランス正味結合領域をそれぞれ含む第１及び第２のオフセットゾーンを含み、各第１及び第２のオフセットゾーン内の総結合領域が、巻線の任意のオフセットゾーン中に含まれる単一ループ領域の任意の部分の最大のものよりも小さく、
第１及び第２のアンバランス正味結合領域が、同じ形状と面積を有し、
該第１及び第２のアンバランス正味結合領域を含む第１及び第２のオフセットゾーンが、半波長の奇数倍だけ離れているピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【請求項２３】
請求項２２において、前記第１及び第２のアンバランス正味結合領域が、互いに鏡像の関係になるように配置された２つの直列接続配列に含まれているピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可能性がある信号誤差を補償する誘導電流位置トランスデューサによる２つの部材間の変位感知に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導位置測定トランスデューサは、一般的に、トランスミッタコイル、レシーバコイル及びスケール要素を有する。トランスミッタコイルとレシーバコイルは、平面であることができ、印刷回路基板のような固定された平行面上に配列される。幾つかのトランスデューサに置いて、トランスミッタコイルとレシーバコイルは、共に、「読取りヘッド」と呼ばれる。スケール要素も、平面であることができ、コイル状、棒状又は他の形状であることができる。一般的に、スケール要素は、トランスミッタコイルとレシーバコイル間の磁気結合を変える。一般的に、読取りヘッドは、トランスミッタコイル面とレシーバコイル面がスケール面と平行になるように位置される。読取りヘッドは、スケールに対して測定方向に沿って相対移動可能である。先行技術の誘導トランスデューサの様々な例のより完全な記述が、特許文献１乃至５に有り、ここで、その全てを取り込む。
【０００３】
そのような誘導トランスデューサシステムにおいて、装置の測定誤差は、一般的に、読取りヘッドとスケール間のアライメントが理想的でないと増加する。特に、ゼロでないピッチ角は、望ましくないレシーバコイルの様々なループの信号寄与中のアンバランスに繋がる。ピッチのミスアライメントによる誤差を低減したピッチ補償されたトランスデューサの例が、特許文献６に記載されており、ここで、その全てを取り込む。
【０００４】
ピッチのミスアライメントによって生じ得る１つの誤差寄与は、単一のレシーバ巻線内の正及び負ループからの信号寄与の正味アンバランスである。関連する誤差寄与に注意を向けるため、特許文献６は、磁束結合領域を含むピッチ補償技術を教えている。特許文献６は、交替ループが反対の符号を持つ信号寄与を与えるように、測定軸方向に沿って極性が交替する実効磁束結合ループ領域を定義するために「ツイストされた」、平面的で、空間的に変調されたレシーバ巻線を示している。特許文献６は、結果として生じる磁束結合領域が、スケール構造に対応し、レシーバコイル中の近接するループの交替する極性に対応して、測定軸方向に極性が交替する複数の仮想半波長極性ゾーンに相対して分布されたものとして記述されることを教えている。特許文献６は、幾つかのピッチ補償された読取りヘッドにおいて、レシーバ巻線が、レシーバコイル出力信号の正の極性に寄与する実効磁束結合領域の重心位置又は重心「軸」が、レシーバコイル出力信号の負の極性に寄与する実効磁束結合領域の重心軸と整列されるように設計された、少なくとも１つのピッチバランスセクションを持つことを教えている。従って、ピッチ補償された読取りヘッドのレシーバコイルの空間的に変調されたセクションは、それぞれ、次のように定義された測定軸に沿って、その位置に関して測定軸に対して垂直な面内にある、定義された重心軸を有する。即ち、重心軸の位置は、全ての磁束結合領域の各インクリメンタル部分が、そのインクリメンタル部分から重心軸への符号付きの距離によって乗ぜられた時に、そのような積の全ての和がゼロとなるように定義される。２つの極性の総実効磁束結合領域は、同じであることができる。その結果、ＤＣ信号オフセット誤差成分は、ほぼゼロとなる。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５８８６５１９号明細書
【特許文献２】米国特許第６０１１３８９号明細書
【特許文献３】米国再発行特許ＲＥ３７４９０号明細書
【特許文献４】米国特許第６００５３８７号明細書
【特許文献５】米国特許第６３２９８１３号明細書
【特許文献６】米国特許第５９９８９９０号明細書
【特許文献７】米国特許第６１２４７０８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、先行技術は、それ自体では、追加のピッチ補償には最も望ましい、様々なレシーバコイルの全ての重心軸を必ずしも整列しない。特許文献６は、測定軸方向に沿って空間位相シフトだけ互いにオフセットされた多数のレシーバ巻線を有する装置中で発生する「ピッチ誤差」寄与の様々なタイプの詳細を論じている。特許文献６は、２つのレシーバ巻線が、測定軸方向に互いにオフセット以外に同一であれば、ピッチのミスアライメントは、１つのレシーバ巻線を、他のレシーバ巻線よりも平均してスケールに近づけることを教えている。様々な誤差寄与が結果として生じる。例えば、スケールが各レシーバ巻線からの出力信号を変調するように意図されていると、１つのレシーバ巻線がスケールに近く（強い変調を発生）、他のレシーバ巻線がスケールから遠い（弱い変調を発生）と、一般的に変調振幅ミスマッチ（信号振幅ミスマッチ）を生じる。このピッチ感受性の信号ミスマッチは測定誤差に寄与する。
【０００７】
そのような誤差に注目する１つの方法において、特許文献６は、「マルチループ」（例えば２重ループ、３重ループ他）を用いる例を開示している。その説明の中で、特許文献６の図２０は、まず、様々な巻線の重心が整列されていない３重ループ配置を持つ３つの巻線を示している。この３つの巻線は、３つの異なる空間位相を有する３つの類似信号を与える。この配置は、巻線間の信号振幅ミスマッチに対するピッチ補償ではない。更に、図２１において、巻線間の信号振幅ミスマッチに対してピッチ補償された類似の信号を与える配置が示されている。これは、様々な巻線中の様々なループを、様々な極性ゾーン中の１重、２重及び３重ループの組合せに「再配列して」、それらの望ましい空間位相が維持されつつ、全ての巻線の重心が整列されるようにすることで達成される。理想的には、重心を実効的に整列することで、３つの巻線間の信号変調振幅のピッチ感受性ミスマッチはキャンセルされる。２つの信号極性寄与の相対強度は、図２１を参照して説明された配置に対する巻線内では必ずしもピッチ補償されず、ピッチ補償された巻線から巻線への信号振幅マッチングの維持は、多くの環境下での重要な設計配慮であり、従って、このタイプのピッチ補償技術は、様々な実施例において望ましい。
【０００８】
要するに、図２１は、ピッチ補償された読取りヘッドを形成するために、マルチループ実施例中の重心を整列するための方法の１つの実施例を示している。しかしながら、単に理想化された装置が示されているだけであり、単一の出力信号を形成するために個別の巻線のマルチループを接続するための実用的な装置で要求される技術は検討されたり注目されていない。以下で更に述べるように、実用上は、多くのアプリケーションで、接続構成制約が重要な設計配慮である。
【０００９】
ピッチ補償された読取りヘッドの実施例の中で、特許文献６は、更に、巻線の様々な部分が互いにどのように結合されるかの１例を示している。図１５を参照して説明されているように、特許文献６は、第１及び第２のレシーバ巻線が、それぞれ、トランスミッタ巻線の外側に延びる外側部分として示される、巻線を互いに接続するための部分を有している。外側部分のそれぞれは、ループを形成するのを避けるために、互いに重なる２つの配線を含むと述べられている。外側部分はループを形成しないので、磁束を変化させることによって、これらの部分に信号を発生しないようにされている。この解決策は、レイアウト、電気的な複雑さ、及び、増大する読取りヘッドサイズを含む多くの理由で、ある装置では望ましくない。更に、特許文献６の図２１に示されるような、多数の密接ループ間の実用的な接続を如何にして形成するかという問題については注目されていない。
【００１０】
ここで引用して、その全部を取り込む特許文献７は、２重ループのセットを用いたピッチ補償された矩形型トランスデューサを開示し、更に、２つの矩形巻線の端の近くで２重ループのセットを接続する実用的な方法を示している。しかしながら、ループのセットを巻線の端の近くで接続することは、様々なアプリケーションにおいて実際的でない設計上の制約となる。更に、特許文献７のピッチ補償の教えは、３相誘導トランスデューサに適用するのが困難又は不可能である。上記で述べた任意の又は全ての問題を解決する巻線配置が望ましい。
【００１１】
ある誘導トランスデューサ巻線は、ピッチ補償及び他の目的のために「マルチループ」のセット（例えば２重ループ、３重ループのセット等）を含む。そのような設計の例の幾つかは、上記の特許文献６及び７に示されている。しかしながら、特許文献６及び７は、共に、様々な実用的な製造上の制約に関して生じる様々な問題や誤差の寄与を認識していない。マルチループのセットを含む巻線で発生する１つの問題は、各巻線から単一の出力信号を与えるために必要な接続（例えばリンク）が、製造面積の所定量、及び、隣接する図形からのクリアランス等が必要となるということである。理論的に理想的なループ配置からのずれは、オフセット、振幅及び位相のシフトを導く。言い換えると、実用装置内で形成される接続形状は、そうでなければ理想的な配置で形成されるループ形状を変え、オフセット、振幅及び位相シフトに繋がる。これらの実用上の問題は、測定分解能及び精度を向上するために要求されるように、トランスデューサの空間波長及び関係するループが、より小さくなると、特に重要になる。回路図形、絶縁スペース、層間フィードスルー等の寸法が、波長に対して重要になり、巻線レイアウト設計選択は厳しく制約される。その結果、トランスデューサ精度は妥協される。
【００１２】
誘導トランスデューサの先行技術は、トランスデューサ波長の１／１０００のオーダー又はそれ以下の測定分解能及び／又は精度を与えようとするものである。これには、理想に近い（正弦波状）出力信号を各レシーバ巻線から得る必要があり、その結果、適切な信号処理は、必要な精度で波長以下の測定信号補間を与える。従って、先行技術を進めるため、本発明は、そうでなければ、様々な「理想的でない」巻線レイアウト様相に伴って生じる、小さいが重要な誤差の寄与を克服する、新規な巻線レイアウト配置を与える。
【００１３】
信号オフセット及び信号振幅ミスマッチに関係する誤差は、幾つかの場合、比較的単純な信号処理演算によって補償される。しかしながら、巻線間の不適切な空間位相関係を決定し補正するのは、より複雑であり、信号処理速度、メモリ及び／又は能力上の制約のため、特に手工具のアプリケーション（例えばノギス）のような様々なアプリケーションにおいて採用できない。従って、誘導トランスデューサの性能（即ち、生じた信号の理想的な正弦波形状との一致度や信号間の理想的な空間位相差）は、典型的には、トランスデューサの多数巻線間の相対的な空間位相誤差によって制限される。本発明は、ここで単に位相誤差とも称する、そのような空間位相誤差、特に、そうでなければ実用的なレイアウト制約の効果に関係する、そのような位相誤差に注目する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明により、各巻線が、測定軸方向に沿ってスケール波長で周期的に極性が交替する複数の仮想基本極性ゾーンに対応して配列された正及び負極性ループの第１のセットと、この基本極性ゾーンから測定軸方向に沿ってスケール波長の半分より小さなオフセット寸法だけオフセットされた、複数の仮想オフセット極性ゾーンに対応して配列された正及び負オフセット極性ループの第２のセットを含むピッチ補償された誘導電流位置トランスデューサが与えられる。更に、仮想オフセットゾーンは、基本極性ゾーンが、反対極性を持つオフセット極性ゾーンと重なる測定方向の位置で、各巻線の全長に沿って定義される。本発明の１つの側面に従えば、第１のループのセットを形成する巻線の導体部分の各巻線に対して、第２のループのセットを形成する巻線の導体部分が直列接続で接続され、複数の巻線のそれぞれに対して、少なくとも第１のオフセットゾーンが、その巻線のオフセットゾーンの過半に含まれる結合領域形状とは異なる第１の結合領域形状を含み、複数の巻線が、各巻線の各オフセットゾーンに含まれるアンバランス結合領域の正味量が、複数の巻線のそれぞれとほぼ同じになるようにされ、結果として生じる位相誤差が、複数の巻線のそれぞれに対してほぼ同じとなるようにされることができる。
【００１５】
本発明のもう一つの側面に従えば、幾つかの実施例において、各巻線のそれぞれのオフセットゾーンのアンバランス結合領域の正味量は、巻線間で、巻線の任意の１つのオフセットゾーンに含まれる任意の単一ループ領域の最大部分の１／８だけ最大で異なることができる。
【００１６】
本発明のもう一つの側面に従えば、幾つかの実施例において、各巻線のそれぞれのアンバランスな結合領域の形状は、巻線間で幾何学的に合同であることができる。
【００１７】
本発明のもう一つの側面に従えば、幾つかの実施例において、各巻線の各オフセットゾーンのアンバランスな結合領域の正味量は、ほぼゼロであることができる。
【００１８】
本発明のもう一つ側面に従えば、幾つかの実施例において、複数の巻線の１つのアンバランスな結合領域は、２つのループの結合領域の過半を含む、その巻線の極性ゾーンに近接するオフセットゾーン内に配置され、前記アンバランスな結合領域は、２つのループに相対する第１の方向で測定軸に沿って配置されることができる。複数の巻線の他の巻線のそれぞれは、２つのループの結合領域の過半を含む巻線の極性ゾーンに近接したオフセットゾーン中に配置されるアンバランスな結合領域を含むことができ、該アンバランスな結合領域は、２つのループに対して第１の方向で測定軸に沿って配置することができる。
【００１９】
本発明のもう１つの側面に従えば、幾つかの実施例において、巻線の少なくとも１つが、結合領域を含まないオフセットゾーンの１つのシフト配列を含むことができる。
【００２０】
本発明のもう１つの側面に従えば、幾つかの実施例において、巻線の少なくとも１つが、そのオフセットゾーンの１つの中の単一極性の結合領域を含むシフト配列を含むことができる。本発明の更なる側面に従えば、単一極性の結合領域は、波長の整数倍だけ離れたオフセットゾーン中の反対極性の結合領域をバランスすることができる。
【００２１】
本発明のもう１つの側面に従えば、幾つかの実施例において、巻線の少なくとも１つが、波長の整数倍だけ離れたオフセットゾーン中のアンバランスな結合領域をバランスする、そのオフセットゾーン中の１つの補償単一ループ歪みを含むことができる。
【００２２】
本発明のもう１つの側面に従えば、幾つかの実施例において、各巻線で、２つのループの結合領域の過半をそれぞれ含む全ての極性ゾーンは、互いに近接配置することができる。
【００２３】
本発明のもう１つの側面に従えば、幾つかの実施例において、ループの基本セット中の部材の数は、複数の巻線のそれぞれについて同じであり、ループのオフセットされたセット中の部材の数は、複数の巻線のそれぞれについて同じであることができる。本発明の更なる側面に従えば、幾つかの実施例において、ループの基本セット中の部材の数は、ループのオフセットセット中の部材の数に等しくすることができる。
【００２４】
本発明のもう１つの側面に従えば、幾つかの実施例において、各巻線は、互いに近接配置される、２つのループの結合領域の過半をそれぞれ含む極性ゾーンの第１のグループと、２つの巻線の結合領域の過半を含まない、少なくとも１つの極性ゾーンによって第１の極性ゾーンのグループから分離された２つの巻線の結合領域の過半を含む極性ゾーンの少なくとも１つの他方を含むことができる。
【００２５】
本発明のもう１つの側面に従えば、幾つかの実施例において、各巻線は、互いに鏡像となるように配置されたオフセットゾーン中の２つの直列接続配列を含むことができる。本発明の更なる側面に従えば、幾つかの実施例において、互いに鏡像となるように配置された２つの直列接続配列は、波長の整数倍だけ離れたオフセットゾーン中にあることができる。
【００２６】
本発明のもう１つの側面に従えば、基本極性ゾーンとオフセット極性ゾーン間のオフセット寸法は、スケール波長の１／１０であることができる。
【００２７】
本発明のもう１つの側面に従えば、複数の巻線は、Ｎが少なくとも２の整数であるとき、（３６０／Ｎ）度だけ異なる相対空間位相を有する出力信号をそれぞれ与えるＮ巻線でなることができる。本発明の更なる側面に従えば、幾つかの実施例において、Ｎ＝３であることができる。
【００２８】
本発明のもう１つの側面に従えば、様々な実施例において、複数の巻線は、複数の巻線のそれぞれの重心が、測定軸方向に沿って同じ位置になるように、ほぼ整列させることができる。
【００２９】
本発明のもう１つの側面に従えば、幾つかの実施例において、複数の巻線のそれぞれは、巻線の面に平行な最小フィードスルーサイズ寸法を有するフィードスルーによって接続された部分を含み、スケール波長は、最大で、最小フィードスルーサイズ寸法の１５倍であることができる。本発明の更なる側面に従えば、幾つかの実施例において、スケール波長は、最大で、最小フィードスルーサイズ寸法の１０倍であることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、レイアウトの制約に関係する空間位相誤差が低減された誘導電流位置トランスデューサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
ピッチ補償された読取りヘッドを製造するときに、マルチ（例えば２重）ループ又は「スキップされた」ループを使用する重要な理由の１つは、マルチループ又はスキップされたループの極性ゾーンが、単一ループのみの近接する極性ゾーン中の総磁束結合領域とは異なる総磁束結合領域を持つからである。これは、望ましい空間位相を与えつつ、もう１つの巻線の重心軸と整列させるために、巻線の重心軸がシフトされることを許容する。コンパクトな（即ち短い）レシーバ設計が望まれる場合、ピッチ補償は、ループをスキップするよりもむしろマルチループ（例えば２重）によって達成される。マルチループを用いることによって、レシーバにつき同じ数のループに対して読取りヘッドＰＣＢ上で、より小さな領域を占有し、追加の金属層を必要としない。実際的な製造上の拘束を用いつつ、必要なレイアウトが達成されれば、特許文献６に記載された重心バランスを達成するために、任意数のループ（２重、３重、他）のマルチループを用いることができる。
【００３２】
実際問題として、メインループとマルチ又はスキップされたループ間の接続（例えばリンク）は、ある量の製造領域及び近接する回路からのクリアランスなどを必要とし、理想的な理論的ループ配置からの関係するずれは、オフセット、振幅及び位相シフトを招く。オフセット及び振幅のミスマッチは、幾つかの場合、ソフトウェアによって補償される。しかしながら、位相誤差の決定及び補償がより複雑であると、このタイプの誘導トランスデューサの性能（即ち、結果として生じる信号の理想的な正弦波形状に対する一致の度合、及び、信号間の理想的な空間位相差）は、幾つかの実施例において、位相差によって大きく制限される。以下で詳細に説明するように、一例として図１は、先ず、ほぼ理想的な正弦波形状と「理想的な」空間位相を持つ信号を発生する理想的な配置を示す。それから、説明の残りの部分で、図２−８は、マルチループのセットと、それらの相互接続に関係する、可能性のある誤差源を示し、注目した実際的な配置を示す。
【００３３】
図１は、２重ループ及び４つの出力端子を備えた理想的なトランスデューサ巻線１００の図である。以下でより詳細に述べるように、巻線１００の理想化された配置は、図２の巻線１００’の実際的な配置と対比される。図１及び図２において、破線で示される導体要素は、全図を通して小さな円で示される導電フィードスルーＦＴによって接続されるところを除き、実線で示される導体要素から絶縁される（例えば、印刷回路基板の導体は、絶縁層によって分離される）。
【００３４】
図１に示すように、トランスデューサ巻線１００は、第１の基本ループセット１１０と、第２のオフセットループセット１２０により形成される。基本ループセット１１０は、右端の２つの端子を備えた出力１１８を有し、オフセットループセット１２０は、左端に２つの端子を備えた出力１２８を有する。トランスデューサ巻線１００の出力信号は、出力１１８と１２８の外部加算によって与えられる。基本ループセット１１０は、スケール波長に対応するピッチで測定軸に沿って延びるループ１１２、１１４及び１１６を含む。オフセットループセット１２０は、やはり、スケール波長に対応するピッチで測定軸に沿って延びるループ１２２、１２４及び１２６を含む。基本ループセット１１０のループは、オフセットループセット１２０のループから、オフセット寸法１８０だけオフセットされている。オフセット寸法１８０は、一般的に、スケール波長の半分より小さく、少なくとも隣接導体間（例えば印刷回路基板又は薄膜装置のエッチングされた金属層上）で必要な最小製造間隔を含む、様々なフィードスルーＦＴに対して要求されるクリアランスを与えるのに十分である。巻線１００は、一対の２重ループを含む。ループ１１４と１２６は、第１の２重ループを形成し、ループ１１６と１２４は、第２の２重ループを形成する。
【００３５】
以下での参照を容易とするため、ループ１１２、１１４及び１２６を形成する、ある導体部分を、導体部分１１２−Ａと１１２−Ｂ、１１４−Ａと１１４−Ｂ、１２６−Ａと１２６−Ｂとそれぞれ印す。図１には領域Ｒ−１及びＲ−２も示され、以下で更に検討する。
【００３６】
一連の基本極性ゾーンＰＺ及びオフセット極性ゾーンＯＰＺが図１中に示される。特許文献６に記載されているように、「極性ゾーン」（例えば基本極性ゾーンＰＺ及びオフセット極性ゾーンＯＰＺ）は、ピッチ補償されたトランスデューサレイアウトを分析し、記述する際に有用な頭の中の構成と考えられる。巻線と関連して用いられるスケールの構造に対応する方法において、極性ゾーンは、測定軸に沿って正及び負極性間で周期的に交替し、スケール波長に対応する長さ及びピッチを有する。空間的に変調された磁束レシーバ（又は磁束発生器）の正極性ゾーンは、出力信号の正極性に全て寄与する巻線ループを含む。負極性ゾーンは、出力信号の負極性に全て寄与する巻線ループを含む。
【００３７】
オフセットループセット１２０に対して、ループは、破線の縦線で印されたオフセット極性ゾーンＯＰＺ中に分布される。基本ループセット１１０において、ループは、実線の縦線で印された基本極性ゾーンＰＺ中に分布される。基本ループセット１１０において、ループ１１２と１１６は正極性ループであり、ループ１１４は負極性ループである。オフセットループセット１２０において、ループ１２２及び１２６は負極性ループであり、ループ１２４は正極性ループである。オフセット極性ゾーンＯＰＺは、基本極性ゾーンＰＺからオフセット寸法１８０だけオフセットしている。
【００３８】
特許文献６で教えられたように、測定軸に沿う重心軸の位置は、全ての磁束結合領域の各インクリメンタル部分が該インクリメンタル部分から重心軸までの符号付きの距離によって乗算されたときに、全ての積の和がゼロとなるように定義される。図１に示された単純な対称の場合は、組合された重心１７０は、巻線１００の幾何学的な中心に位置する。既に述べたように、ピッチで誘導される信号振幅のミスマッチ誤差を取り除いて、高精度を達成するために、読取りヘッドの多数の巻線を、それらの適切な空間位相差を維持しつつ、それらが測定軸に沿って同じ位置となるように整列された重心軸を持つように位置させることが望ましい。
【００３９】
説明の目的で、図１に示すように、「オフセットゾーン」ＯＺのセットを定義するのが便利である。オフセットゾーンＯＺ−１からＯＺ−５が図１に示されている。より一般的に、オフセットゾーンＯＺは、基本極性ゾーンＰＺ及びオフセット極性ゾーンＯＰＺと同様に、測定方向に沿って周期的に続いている。仮想オフセットゾーンＯＺは、基本極性ゾーンＰＺが、反対の極性を持つオフセット極性ゾーンＯＰＺと重なる、測定軸方向に沿う位置で定義される。
【００４０】
巻線１００は、全ての巻線ループが同じであるので、「理想的な」巻線として特徴付けられる。従って、これらは、全ての基本極性ゾーンＰＺ、全てのオフセット極性ゾーンＯＰＺ及び全てのオフセットゾーンＯＺで、理想的な又は望ましい結合領域形状を与える。従って、理想的に、巻線１００の空間位相は、基本極性ゾーンの空間位相とオフセット極性ゾーンの空間位相の平均となる。
【００４１】
図２は、２重ループ及び２つの出力端子を備えた実際的なトランスデューサ巻線１００’の平面図である。巻線１００’の同様に符号付けされた要素は、以下に述べる点を除いて、巻線１００の要素と同様である。図２に示すように、巻線１００’は、巻線１００’の右端に２つの出力端子（出力１１８）のみを有する点で巻線１００と異なる。この配置は、電子誤差源及び他の問題（例えば巻線１００のような巻線の追加の出力端子を接続しようとしたときに、追加の浮遊誘導及び容量が巻き込まれ、これにより、レイアウトの複雑さを増すのに加えて、追加の誤差を導入する傾向にある）に関して、現実の装置では、より実際的である。
【００４２】
左端の出力端子の必要性を取り除くために、巻線１００’においては、ループ１２２’の導体部１２２−Ａ’と１２２−Ｂ’がフィードスルーＦＴ−２で接続され、以下でより詳細に説明するように、オフセットループセット１２０’と基本ループセット１１０’が、オフセットゾーンＯＺ−４で直列に接続される。より詳細には、図２と図１を比べると、要するに、領域Ｒ−２及びＲ−３の間の基本ループ１１４’中に破断が作られ、オフセットループ１２６’（領域Ｒ−１）から基本ループ１１２’（領域Ｒ−２）へ直列リンクＳＬが追加されている。更に、領域Ｒ−１のフィードスルーＦＴ−１が取り除かれ、導体部分１２６−Ｂ’が、導体部分１１４−Ａ’を領域Ｒ−３の直列接続フィードスルーＳＦＴで導体部分１１４−Ａ’に接続するように、領域Ｒ−１の絶縁交差で導体部分１２６−Ａ’と交差している。
【００４３】
１つの特別な実施例において、図２中の様々な様相は、フィードスルーのサイズ、導体線の幅、導体線間のクリアランス、ループサイズ等に関して、互いにほぼ現実的に、実際の製造上の制約に従って描かれ、「スケールに忠実に」示されている。従って、様々な実施例において、様々な直列接続要件は、オフセットゾーンＯＺ−４に近い直列接続領域ＳＣＡ−１に近い制約を受ける。何故ならば、図３、５及び７で示したように、ここは、多相トランスデューサ（例えば２相矩形型トランスデューサ又は３相トランスデューサ）中の巻線１００’に、異なる空間位相を有する異なる巻線が整列されるときに存在する近接導体と干渉しない領域だからである。
【００４４】
図２を図１と比較すると、オフセットゾーンＯＺ−４の不一致領域２９０で「負極性」結合領域が失われ、オフセットゾーンＯＺ−４中の結合領域形状が、他のオフセットゾーンの過半又は全てで存在する理想的な又は望ましい結合領域形状ではないことが分かる。従って、オフセットゾーンＯＺ−４中の異なる結合領域形状は、オフセットゾーン中にアンバランスな結合領域を発生し、巻線１００’からの信号に小さな位相誤差を発生する。言い換えると、巻線１００’の空間位相は、それが基本極性ゾーンの空間位相とオフセット極性ゾーンの空間位相の平均ではなく、不一致領域２９０の位置、形状及びサイズにより理想的な空間位相から少しずれている。既に示したように、トランスデューサの性能は、巻線の理想的な正弦波形状及び理想的な空間位相から期待される位置信号への一致度によって制限される。オフセットゾーンＯＺ−４中の結合領域不一致は、これらの特性を共に理想的な場合からずれさせる。しかしながら、図３−７を参照して以下に詳細に説明するように、巻線中の位相誤差を低減するように、ループ間の様々な実際的な接続の様相に関して、ある設計原理が利用される。
【００４５】
図３は、先行技術のピッチ補償された３相トランスデューサ読取りヘッドで用いられたトランスデューサ巻線の実際的なセット３００の平面図である。特に、巻線セット３００は、出願人によって商業的に利用可能な様々な絶対型ノギスで使用された誘導トランスデューサ読取りヘッドの一部と実質的に同一である。
【００４６】
巻線セット３００は、巻線３１０Ａ、３１０Ｂ及び３１０Ｃを含む。３位相配置に従って、巻線３１０Ａ、３１０Ｂ及び３１０Ｃは、互いにスケール波長の１／３だけオフセットされ、共に位置決定に用いられる３位相信号を発生する。巻線セット３００は、以下で述べるような僅かな空間位相誤差を含む。
【００４７】
図４は、図３の３つの巻線３１０Ａ−３１０Ｃをそれぞれ別に示す平面図である。位相誤差の寄与を考慮する際に、図３及び４に示された巻線に対して、我々の注意をオフセットゾーンに限定することができる。何故ならば、巻線のそれぞれは、６ループのオフセットループセットに対してバランスがとられた６ループの基本ループセットを含み、巻線セット３００に対する「理想的な」又は標準ループ形状からのずれは全て、このオフセットゾーン中に存在するからである。
【００４８】
特に、巻線３１０Ｃにおいて、オフセットゾーンＯＺ−３ＣからＯＺ−６Ｃは、それぞれ−ループの標準形状部分に対してバランスされた＋ループの標準形状部分を含み、理想的に位相誤差に寄与しない。オフセットゾーンＯＺ−２Ｃは、−ループの標準形状部分を含み、オフセットゾーンＯＺ−８Ｃ中の＋ループの標準形状部分に対してバランスされていると考えられる。オフセットゾーンＯＺ−２ＣとＯＺ−８Ｃの組合せ中の＋及び−ループ形状は、それらが正確にスケール波長の整数倍だけ離れて位置されているので、理想的に位相誤差に寄与せず、従って、それらが一まとまりとされているように出力信号に寄与して、互いにバランスしている。オフセットゾーンＯＺ−１Ｃは、＋ループの標準形状部分を含み、波長の整数倍だけ離れて配置されたオフセットゾーンＯＺ−７Ｃ中の−ループの不規則形状下位部分に対して部分的にバランスされていると考えられる。しかしながら、オフセットゾーンＯＺ−７Ｃは、他のオフセットゾーン中の標準ループ部分の形状とは異なる正味結合領域形状を含んでいる。特に、オフセットゾーンＯＺ−７Ｃは、図２を参照して既に説明した領域２９０と同様に、−ループ結合領域２９０−７Ｃを失っている。従って、オフセットゾーンＯＺ−７Ｃ中の異なる形状及び失われた不一致領域２９０−７Ｃは、オフセットゾーン中にアンバランスな結合領域を発生し、これは巻線３１０Ｃからの信号中に小さな位相誤差を発生させる。言い換えると、巻線３１０Ｃの空間位相は、基本極性ゾーン及びオフセット極性ゾーンの空間位相の平均ではなく、不一致領域２９０−７Ｃの位置、形状及びサイズにより、その理想的な空間位相から僅かにシフトされた位相誤差を含む。
【００４９】
巻線３１０Ａにおいて、オフセットゾーンＯＺ−６Ａ及びＯＺ−７Ａは、それぞれ、−ループの標準形状部分に対してバランスされた＋ループの標準形状部分を含み、理想的に位相誤差に寄与しない。オフセットゾーンＯＺ−１Ａは、＋ループの標準形状部分を含み、１波長だけ離れたオフセットゾーンＯＺ−３Ａ中の−ループの標準形状部分に対してバランスされたと理想的に考えられる。オフセットゾーンＯＺ−５Ａは、＋ループの標準形状部分を含み、２波長離れたオフセットゾーンＯＺ−９Ａ中の−ループの標準形状部分に対してバランスされたと理想的に考えられる。従って、巻線３１０Ａのオフセットゾーンの既に記述された過半の標準結合領域形状は、位相誤差に寄与しないと考えられる。
【００５０】
オフセットゾーンＯＺ−４Ａは、シフト配列ＳＡ−４Ａを含む。特に、斜めのジグザグ導体部分３１０Ａ−４５及び斜めのジグザグ導体部分３１０Ａ−４５’は、オフセットループ３１０Ａ−ｏ５（オフセット極性ゾーン中にある）が、基本ループ３１０Ａ−ｂ４（基本極性ゾーン中にある）に直接接続されることを許容する。シフト配列ＳＡ−４Ａは不規則な＋及び−結合領域形状を含むが、不一致領域２９０−４Ａ及び２９０−４Ａ’は類似の形状を有し、測定軸方向にまとめられる。従って、理想的に、それらは互いにバランスし、オフセットゾーンＯＺ−４Ａ中のシフト配列ＳＡ−４Ａは、正味位相誤差に寄与しないように配置される。シフト配列ＳＡ−４Ａは、巻線３１０Ａが、６ループのオフセットループセットに対してバランスされた６ループの基本ループセットを含むことを許容する。オフセットゾーンＯＺ−８Ａは、他のオフセットゾーンの過半上の標準ループ部分の形状とは異なる正味結合領域形状を含む。特に、オフセットゾーンＯＺ−８Ａは、＋ループ結合領域２９０−８Ａを失っている。言い替えると、オフセットゾーンＯＺ−８Ａ内の正味結合領域は、アンバランスな正味結合領域であり、このオフセットゾーン内の総結合領域は、その巻線の任意のオフセットゾーンに含まれる単一ループ領域の任意の部分（又は標準ループ領域の任意の部分）の最大のものより小さい。しかしながら、オフセットゾーンＯＺ−２Ａは、オフセットゾーンＯＺ−８Ａ中に示されるものの反転像であり、等価な−ループ結合領域２９０−２Ａを失っている正味結合領域形状を含む。形状の反転は、測定軸に沿う変位の関数としての、その信号の寄与には取るに足らないものであり、オフセットゾーンＯＺ−８Ａ及びオフセットゾーンＯＺ−２Ａは、波長の整数倍だけ離れている。従って、先に述べた原理に従って、オフセットゾーンＯＺ−８Ａ中の結合形状及び失われた不一致領域２９０−８Ａが、オフセットゾーンＯＺ−２Ａ中の失われた不一致領域２９０−２Ａと理想的にバランスして、これらの組合せは、正味の位相誤差に寄与しないように配置される。
【００５１】
これまでの分析を考慮して総合すると、巻線３１０Ａは正味位相誤差を含まない。巻線３１０Ｂの配置は、巻線３１０Ｂが、巻線３１０Ａに対して「水平方向に反転され」、次いで「垂直方向に反転され」ている点を除き、巻線３１０Ａの配置と本質的に同じである。従って、巻線３１０Ｂの配置は、巻線３１０Ａについての前記説明に基づいて理解される。理想的に、巻線３１０Ｂは位相誤差を含まない。
【００５２】
要するに、先行技術の巻線セット３００の前記分析によれば、直列接続配列ＳＣＡ−７Ｃ中の不一致領域２９０−７Ｃで寄与される位相誤差は、巻線３１０Ｃ中において、評価されず、どのような方法であっても補償されたり、バランスされていない。更に、巻線３１０Ｃの位相誤差は、巻線３１０Ａ及び３１０Ｂの位相誤差とは異なり、この重要性は評価されていない。従って、３つの巻線の相互の空間位相は、それらの期待された又は理想的な値ではない。従って、少なくともこれらの理由で、先行技術の巻線３００は最高の精度を与えるようには配置されていない。
【００５３】
図５は、本発明によるピッチ補償された３相トランスデューサ読取りヘッドで用いられるトランスデューサ巻線の実際的なセット５００の平面図である。全巻線が同じ２つの金属層上に配置され、「クロスハッチ」図形が第１層、「アウトライン」図形が、第１層からほぼ絶縁された第２層上にあり、第１層と第２層の図形は、図５及び６を通して円形要素で示された電子フィードスルー接続によって接続されている。
【００５４】
巻線セット５００は、互いにほぼスケール波長の３分の１だけオフセットされた、位置決定に用いられる３相信号を発生する３相巻線５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃを含む。巻線セット５００は、既に述べた先行技術の巻線セット３００に存在する微細な空間位相誤差を避けるように配置されている。しかしながら、巻線５００の幾つかの様相は、図３及び４で同様に示された様相について先に説明したものと同様であり、そのような様相は、前の説明と同様に理解される。従って、追加の説明が必要な様相についてのみ以下に説明する。
【００５５】
図６は、図５の３つの巻線５１０Ａ−５１０Ｃをそれぞれ別に示す平面図である。全ての巻線の重心は、結合された重心軸５７０に沿って整列されており、既に説明した原理に従ってピッチ補償を与える。巻線３００と同様に、図５及び６に示される巻線について位相誤差寄与を考慮する際に、我々の注意をオフセットゾーンに限定することができる。なぜならば、各巻線は、６ループのオフセットループセットに対してバランスされた６ループの基本ループセットを含み、巻線セット５００の「理想的な」又は標準ループ形状からのずれは全てこのオフセットゾーン中に存在するからである。
【００５６】
特に、巻線５１０Ｃにおいて、オフセットゾーンＯＺ−５ＣからＯＺ−７Ｃは、それぞれ−ループの標準形状部分に対してバランスされた＋ループの標準形状部分を含み、理想的に位相誤差に寄与しない。オフセットゾーンＯＺ−９Ｃは、−ループの標準形状部分を含み、オフセットゾーンＯＺ−１Ｃ中の＋ループの標準形状部分に対してバランスされていると考えられる。なぜならば、それはスケール波長の整数倍だけ正確に離れているからである。オフセットゾーンＯＺ−３Ｃは、シフト配列ＳＡ−４Ａと同様の「自己バランス」シフト配列ＳＡ−３Ｃを含み、測定軸方向に一まとめにされる、反対極性の類似形状の不一致領域を含むと同様に考えられる。従って、理想的に、それらは互いにバランスし、その結果、オフセットゾーンＯＺ−３Ｃ中のシフト配列ＳＡ−３Ｃは、正味位相誤差に寄与しないように配置されている。オフセットゾーンＯＺ−２Ｃは、新しい型のシフト配列ＳＡ−２Ｃを含んでいる。このシフト配列ＳＡ−２Ｃは、結合領域を形成しない、整列された接続線（その１つは他と絶縁され、図示されているように、その後ろに隠れている）を含む。結合領域が存在しないので、シフト配列ＳＡ−２Ｃは「自己バランス」であり、位相誤差は発生しない。シフト配列ＳＡ−２Ｃ及びＳＡ−３Ｃは、巻線５１０Ｃが、６つの基本ループ及び６つのオフセットループを持つことを許容する。
【００５７】
巻線５１０Ｃは、更に、オフセットゾーンＯＺ−４Ｃ中に−ループの標準形状部分を含み、これは、波長の整数倍だけ離れて位置するオフセットゾーンＯＺ−８Ｃ中の＋ループの不規則形状下位部分に対して部分的にバランスされたと考えられる。しかしながら、オフセットゾーンＯＺ−８Ｃは、他のオフセットゾーン中の標準ループ部分の形状とは異なる正味結合領域形状を含む。特に、オフセットゾーンＯＺ−８Ｃは、図２を参照して先に説明した領域２９０と同様に、＋ループ結合ループ２９０−８Ｃを失っている。言い替えると、オフセットゾーンＯＺ−８Ｃ内の正味結合領域は、アンバランスな正味結合領域であり、オフセットゾーン内の総結合領域は、その巻線の任意のオフセットゾーンに含まれる単一ループ領域の任意の部分（又は標準ループ領域の任意の部分）の最大のものよりも小さい。従って、異なる形状及び失われた不一致領域２９０−８Ｃは、オフセットゾーン中に正味のアンバランスな結合領域を発生し、これは、巻線５１０Ｃからの信号中に小さな位相誤差を生じる。言い替えると、巻線５１０Ｃの空間位相は、基本極性ゾーンの空間位相とオフセット極性ゾーンの空間位相の平均ではなく、不一致領域２９０−８Ｃの位置、形状及びサイズによって、理想的な空間位相から若干ずれているという意味で位相誤差を含む。
【００５８】
巻線５１０Ａにおいて、オフセットゾーンＯＺ−３ＡからＯＺ−５Ａは、それぞれ、−ループの標準形状部分に対してバランスされた＋ループの標準形状部分を含み、理想的に位相誤差に寄与しない。オフセットゾーンＯＺ−９Ａは、−ループの標準形状部分を含み、オフセットゾーンＯＺ−１Ａ中の＋ループの標準形状部分に対してバランスしていると考えられる。なぜならば、それはスケール波長の正確に整数倍だけ離れて位置しているからである。オフセットゾーンＯＺ−７Ａは、「自己バランス」シフト配列ＳＡ−７Ａを含み、既に述べたシフト配列ＳＡ−３Ｃと同様に、正味の位相誤差に寄与しない。オフセットゾーンＯＺ−８Ａは、「自己バランス」シフト配列ＳＡ−８Ａを含み、既に述べたシフト配列ＳＡ−２Ｃと同様に、正味の位相誤差に寄与しない。シフト配列ＳＡ−７Ａ及びＳＡ−８Ａは、巻線５１０Ａが６つの基本ループと６つのオフセットループを持つことを許容する。
【００５９】
巻線５１０Ａは、更に、オフセットゾーンＯＺ−２Ａ中に−ループの標準形状部分を含み、これは、波長の整数倍だけ離れたオフセットゾーンＯＺ−６Ａ中の＋ループの不規則形状下位部分に対して部分的にバランスしていると考えられる。しかしながら、オフセットゾーンＯＺ−６Ａは、他のオフセットゾーン中の標準ループ部分の形状とは異なる正味結合領域を含む。特に、オフセットゾーンＯＺ−６Ａは、巻線５１０Ｃについて既に説明した領域２９０−８Ｃと同様に、＋ループ結合領域２９０−６Ａを失っている。言い替えると、オフセットゾーンＯＺ−６Ａ内の正味結合領域は、アンバランスな正味結合領域であり、このオフセットゾーン内の総結合領域は、その巻線の任意のオフセットゾーン中に含まれる単一ループ領域の任意の部分（又は標準ループ領域の任意の部分）の最大のものよりも小さい。従って、異なる形状および失われた不一致領域２９０−６Ａは、オフセットゾーン中に正味のアンバランスな結合領域を発生し、これは巻線５１０Ａからの信号中に小さな位相誤差を発生する。
【００６０】
巻線５１０Ｂにおいて、オフセットゾーンＯＺ−４ＢからＯＺ−６Ｂは、それぞれ、−ループの標準形状部分に対してバランスされた＋ループの標準形状部分を含み、理想的に位相誤差に寄与しない。オフセットゾーンＯＺ−９Ｂは、＋ループの標準形状部分を含み、オフセットゾーンＯＺ−１Ｂ中の−ループの標準形状部分に対してバランスされていると考えられる。なぜならば、それはスケール波長の正確に整数倍だけ離れているからである。同様に、オフセットゾーンＯＺ−２Ｂは、＋ループの標準形状部分を含み、オフセットゾーンＯＺ−８Ｂ中の標準形状部分に対してバランスしていると考えられる。巻線５１０Ｂは、更に、オフセットゾーンＯＺ−３Ｂ中に−ループの標準形状部分を含み、これは、波長の整数倍だけ離れたオフセットゾーンＯＺ−７Ｂ中の＋ループの不規則形状下位部分に対して部分的にバランスしていると考えられる。しかしながら、オフセットゾーンＯＺ−７Ｂは、他のオフセットゾーン中の標準ループ部分の形状とは異なる正味結合領域形状を含む。特に、オフセットゾーンＯＺ−７Ｂは、巻線５１０Ｃを参照して既に説明した領域２９０−８Ｃと同様に、＋ループ結合領域２９０−７Ｂを失っている。言い替えると、オフセットゾーンＯＺ−７Ｂ内の正味結合領域は、アンバランスな正味結合領域であり、このオフセットゾーン内の総結合領域は、その巻線の任意のオフセットゾーン中に含まれる単一ループエリアの任意の部分（又は標準ループ領域の任意の部分）の最大のものより小さい。従って、異なる形状及び失われた不一致領域２９０−７Ｂは、オフセットゾーン中に正味のアンバランスな結合領域を発生し、これは、巻線５１０ＢＡからの信号中に小さな位相誤差を発生する。
【００６１】
巻線５１０ＢのオフセットゾーンＯＺ−７Ｂ及びＯＺ−３Ｂ中の不規則な結合形状から生じるアンバランスな結合領域の形状は、巻線５１０ＡのオフセットゾーンＯＺ−６Ａ及びＯＺ−２Ａ中の不規則な結合形状から生じるアンバランスな結合領域の形状と幾何学的に合同であり、巻線５１０ＣのオフセットゾーンＯＺ−８Ｃ及びＯＺ−４Ｃ中の不規則な結合形状から生じるアンバランスな結合領域の形状とも幾何学的に合同である。従って、巻線５１０Ｂ、５１０Ａ及び５１０Ｃ中の位相誤差は、名目上同一である。従って、各巻線中の位相誤差が同一であるので、巻線間の相対空間位相は望み通りである。従って、巻線間の不適切な空間位相関係による測定誤差は生じない。更に、巻線５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃは、それぞれ、測定軸方向に沿って同じ全長を有する。巻線間の幾何学的類似性に関するこの追加の側面は、様々な実施例において精度上有利である。更に、各巻線において、２重ループを含む全ての極性ゾーンは互いに隣接して、巻線のそれぞれの中に２重ループの空間グループ（又は「セット」）を形成する。巻線間の幾何学的類似性に関するこの追加の側面は、様々な実施例において精度上有利である。
【００６２】
一つの特別な実施例において、図６の図形の様々な様相は、フィードスルーのサイズ、導体線幅、導体線間のクリアランス、ループサイズなどが互いにほぼ現実的に描かれ、実際の製造上の制約に従っているという点において、「スケールに忠実」に示されている。従って、様々な実施例において、様々なシフト配列及び直列接続の様相は、オフセットゾーンの領域にほぼ制約される。なぜならば、これは、異なる空間位相を有する巻線が互いに整列されたときに、存在する近接導体と干渉しない領域だからである。幾つかの実施例において、本発明によるトランスデューサの波長は、巻線を形成する直列接続で用いられる最小フィードスルーの直径（又は同等サイズ寸法）のほぼ１５倍であり、又は１０倍、あるいはそれ以下であることができる。そのような場合、関係するレイアウトの制約が、ここで開示されたバランス及び／又はシフト技術の様々な組合せを特に価値あるものとしている。しかしながら、ここで開示された技術は、勿論、より長い波長に対しても、用いられる。
【００６３】
前記実施例は、（それらの位相誤差が、それぞれ同一であるように）様々な各巻線間で、幾何学的に合同とされたオフセットゾーン中のアンバランスな結合領域を含むが、幾つかの実施例においては、様々なレイアウトの制約のため、アンバランスな結合領域を幾何学的に合同とすることが不可能又は不便である。そのような場合、巻線間でオフセットゾーン中のアンバランスな結合領域をほぼ同じにすれば、公知の巻線に比べて巻線セットの測定精度を向上する。例えば、各巻線の各オフセットゾーン内の正味のアンバランスな結合領域が、巻線間で、巻線の任意の１つのオフセットゾーン中に含まれる単一ループ領域の最大部分の、最大で８分の１だけ異なると、それらの各位相誤差は、典型的に、先行技術に比べて改良された精度を与えるのに十分である。後者の条件が満足されると、巻線間の位相誤差は、幾つかの実施例において、２又は３ミリラジアンよりも小さくなる。オフセットゾーン中のアンバランスな結合領域が様々な巻線間で幾何学的に合同であるとき、巻線間の位相誤差の相違は、幾つかの実施例において、１ミリラジアン、２分の１ミリラジアン又はそれ以下に小さくなる。
【００６４】
図７は、本発明によるピッチ補償された３相トランスデューサ読取りヘッド中で使用される実際的なトランスデューサ巻線セット７００の平面図である。この巻線セット７００は、既に述べた先行技術の巻線セット３００に存在する微細な空間位相誤差を避けるように配置される。しかしながら、巻線７００の幾つかの様相は、図３−６中に同様に示された様相を参照して先に検討されたものと同様であるので、そのような様相は前記説明と同様に理解される。従って、追加の説明が必要な様相のみ、以下に詳細に説明する。
【００６５】
図８は、図７の３つの巻線７１０Ａ−７１０Ｃをそれぞれ別に示した平面図である。全巻線の重心は、組合された重心７７０に沿って整列され、既に説明した原理に従ってピッチ補償を与える。図７及び８に示される巻線について、位相誤差の寄与を考慮する際に、巻線３００及び５００と同様に、我々の注意をオフセットゾーンに限定することができる。何故ならば、各巻線は６ループのオフセットループセットに対してバランスされた６ループの基本ループセットを含み、巻線セット７００の「理想的な」又は標準ループ形状からのずれは、全てこのオフセットゾーン内に存在するからである。
【００６６】
特に、巻線７１０Ｃにおいて、オフセットゾーンＯＺ−３Ｃ、ＰＺ−４Ｃ及びＯＺ−８Ｃは、それぞれ、−ループの標準形状部分に対してバランスされた＋ループの標準形状部分を含み、理想的に位相誤差に寄与しない。オフセットゾーンＯＺ−９Ｃは、−ループの標準形状部分を含み、スケール波長の整数倍だけ離れて配置されたオフセットゾーンＯＺ−１Ｃ中の＋ループの標準形状部分に対してバランスされたと考えられる。オフセットゾーンＯＺ−２Ｃ及びＯＺ−６Ｃは、それぞれ、図６を参照して既に説明したと同様に、「自己バランス」シフト配列を含み、位相誤差に寄与しない。オフセットゾーンＯＺ−７Ｃは、他のオフセットゾーンの過半の標準ループ部分との形状とは異なる正味結合領域形状を含む。特に、オフセットゾーンＯＺ−７Ｃは、＋ループ結合領域７９０−７Ｃを失っている。しかしながら、オフセットゾーンＯＺ−５Ｃは、オフセットゾーンＯＺ−７Ｃ中に示されるものの鏡像である正味結合領域形状を含み、等価な−ループ結合領域２９０−５Ｃを失っている。形状の反転された鏡像は、測定軸に沿う変位の関数としての信号の寄与で取るに足らないものであり、オフセットゾーンＯＺ−７Ｃ及びＯＺ−５Ｃは波長の整数倍だけ離れている。従って、先に述べた原理に従って、オフセットゾーンＯＺ−７Ｃ中の結合形状及び失われた不一致領域２９０−７Ｃは、オフセットゾーンＯＺ−５Ｃ中の失われた不一致領域２９０−５Ｃを理想的にバランスし、それらの組合せは正味の位相誤差に寄与しないように配置される。
【００６７】
総合すると、巻線７１０Ｃにおいて、オフセットゾーンの過半の標準結合領域形状とは異なるオフセットゾーンの１つの任意の結合領域形状は、波長の整数倍だけ離れた、又は同じオフセットゾーン中にあるオフセットゾーンの１つの「同様に異なる」結合領域形状によってバランスされる。従って、理想的に、巻線７１０Ｃは位相誤差を含まない。巻線７１０Ａの配置は、巻線７１０Ａが巻線７１０Ｃ（出力端子を除く）に比べ「水平方向に反転されている」点を除き、巻線７１０Ｃのそれと本質的に同じである。従って、巻線７１０Ａの配置は、巻線７１０Ｃについての前記説明に基づいて理解される。同様に、巻線７１０Ａは位相誤差を含まない。
【００６８】
巻線７１０Ｂにおいて、オフセットゾーンＯＺ−３Ｂ及びＯＺ−７Ｂは、それぞれ、−ループの標準形状部分に対してバランスされた＋ループの標準形状部分を含み、理想的に位相誤差に寄与しない。オフセットゾーンＯＺ−９Ｂ及びＯＺ−２Ｂは、それぞれ、＋ループの標準形状部分を含み、これは、それぞれスケール波長の整数倍だけ離れて位置されたオフセットゾーンＯＺ−１Ｂ及びＯＺ−８Ｂ中の−ループの標準形状部分に対してバランスされたと考えられる。オフセットゾーンＯＺ−５Ｂは、図６を参照して説明したシフト配列と同様に、「自己バランス」シフト配列を含み、位相誤差に寄与しない。オフセットゾーンＯＺ−６Ｂは、他のオフセットゾーンの過半の標準ループ部分の形状とは異なる正味結合領域形状を含む。特に、オフセットゾーンＯＺ−６Ｂは、＋ループ結合領域２９０−６Ｂを失っている。しかしながら、オフセットゾーンＯＺ−４Ｂは、オフセットゾーンＯＺ−６Ｂ中に示されるものの鏡像である正味結合領域形状を含む。オフセットゾーンＯＺ−６Ｂ及びＯＺ−４Ｂは、波長の整数倍だけ離れている。従って、オフセットゾーンＯＺ−６Ｂ中の結合形状及び失われた不一致領域２９０−６Ｂは、オフセットゾーンＯＺ−４Ｂ中の失われた不一致領域２９０−４Ｂと理想的にバランスし、それらの組合せは正味の位相誤差に寄与しないように配置される。総合すると、巻線７１０Ｂにおいて、オフセットゾーンの過半中の標準結合領域形状とは異なるオフセットゾーンの１つの中の任意の結合領域形状は、波長の整数倍だけ離れたオフセットゾーンの１つ、又は、同じオフセットゾーンの中にある「同様に異なる」結合領域形状によってバランスされる。従って、理想的に、巻線７１０Ｂは位相誤差を含まない。
【００６９】
従って、巻線７１０Ａ−７１０Ｃのどれにも位相誤差が無いので、各巻線の位相誤差（位相誤差なし）は同じである。従って、巻線間の相対的な空間位相は所望のとおりである。従って、巻線間の不適切な空間位相関係による測定誤差は生じない。同様に、巻線７１０Ａ、７１０Ｂ及び７１０Ｃは、それぞれ、測定軸方向に沿って同じ全長を有する。巻線間の幾何学的な類似性のこの追加の側面は、様々な実施例において精度上有利である。更に、各巻線において、２重ループを含む２つの極性ゾーンは互いに近接しており、各巻線において２重ループの第１の空間グループ（又は第１「セット」）を形成する。更に、２重ループを含む２つの他の極性ゾーンは互いに近接しており、各巻線において２重ループの第２の空間グループ（又は第２「セット」）を形成する。巻線間の幾何学的な類似性のこの追加の側面、即ち、各巻線が、近接する２重ループの同数のグループ又はセットを持つことは、様々な実施例において精度上有利である。
【００７０】
図９は、３つの巻線５１０Ａ’−５１０Ｃ’の平面図であり、図６の巻線５１０Ａ−５１０Ｃと同じであるが、それぞれ位相誤差調整の新しい手段を含む。既に述べたように、図５及び６の巻線５１０Ａ−５１０Ｃは、それぞれ、不一致領域２９０−６Ａ、２９０−７Ｂ、及び２９０−８Ｃによる位相誤差を含む。様々な実施例において、セット中の各巻線が名目上位相誤差を持たないことが望ましい。従って、巻線５１０Ａ’−５１０Ｃ’は、付加された意図的な不一致ＩＤ−８Ａ、ＩＤ−１Ｂ及びＩＤ−２Ｃをそれぞれ示す。意図的な不一致ＩＤ−８Ａ及びＩＤ−２Ｃは、失われた＋結合領域２９０−６Ａ及び２９０−８Ｃをそれぞれ「置き換える」ための付加的な＋結合領域を発生する。その結果、巻線５１０Ａ’及び５１０Ｃ’は位相誤差を含まない。意図的な不一致ＩＤ−８Ａ及びＩＤ−２Ｃは、それらが置き換えられる巻線５００の自己バランスシフト配列に対して、単一極性の結合領域を含むシフト配列として記載される。意図的な不一致ＩＤ−１Ｂは、失われた＋結合領域２９０−７Ｂをバランスするために−結合領域を取り除く。その結果、巻線５１０Ｂ’は位相誤差を含まない。意図的な不一致ＩＤ−１Ｂは、そうでなければ標準ループ形状を有する単一ループ中に形成されるので、補償単一ループ歪みとして記載される。幾つかの実施例において、単一ループ歪みは、ループから補償領域を差し引くというよりもむしろ、必要であれば、ループに補償領域を加えることができる。
【００７１】
上記のバランス要素の結果、巻線５１０Ａ’−５１０Ｃ’のどれにも位相誤差は無くなる。更に、名目上＋ループ結合領域は、各巻線中の−ループ結合領域をバランスし、図６の巻線５１０Ａ−５１０Ｃの信号中に存在したであろうＤＣオフセットを取り除く。図９に示されるような、又は、同様の原理によって、追加又は差し引かれるバランス不一致は、本発明に従って、必要に応じて様々な配置で用いられる。幾つかの実施例において、位相誤差の無い配置を発生する代わりに、他の巻線中に存在する位相誤差と釣り合う位相誤差を１つの巻線中に意図的に発生させるために、図９中に示されたと同じタイプの意図的な不一致が用いられる。
【００７２】
図１０は、本発明による実際的なトランスデューサ巻線１０１０の平面図であり、鏡像直列接続配列ＳＣＡ−４及びＳＣＡ−７を伴い、正味の位相誤差は発生しない。巻線１０１０において、オフセットゾーンＯＺ−３及びＯＺ−８は、それぞれ−ループの標準形状部分に対してバランスされた＋ループの標準形状部分を含み、理想的に位相誤差に寄与しない。オフセットゾーンＯＺ−５は、スケール波長の整数倍だけ離れたオフセットゾーンＯＺ−１中の−ループの標準形状部分に対してバランスされたと考えられる＋ループの標準形状部分を含む。オフセットゾーンＯＺ−６は、図６を参照して説明したシフト配列と同様に、位相誤差に寄与しない「自己バランス」シフト配列を含む。
【００７３】
オフセットゾーンＯＺ−７とＯＺ−９、及びＯＺ−４とＯＺ−２の結合領域の配置は、先に述べた配置とは異なる動作をする。オフセットゾーンＯＺ−７は、他のオフセットゾーンの過半の標準ループ部分の形状とは異なる形状を持つアンバランスな正味結合領域を含む。特に、オフセットゾーンＯＺ−７は、標準結合ループに比べて、アンバランスな−ループ結合領域であり、−ループ結合領域２９０−７を「失っている」。言い換えると、オフセットゾーンＯＺ−７内の正味結合領域は、アンバランスな正味結合領域であり、オフセットゾーン内の総結合領域は、その巻線の任意のオフセットゾーン中に含まれる単一ループ領域の任意の部分（又は標準ループ領域の任意の部分）の最大のものより小さい。オフセットゾーンＯＺ−９中の＋ループの標準形状部分は、スケール波長の整数倍だけ離れたところにある「失われた」−ループ結合領域２９０−７を除き、オフセットゾーンＯＺ−７中の−ループ結合領域に対してバランスしていると考えられる。オフセットゾーンＯＺ−７及びＯＺ−９中の結合領域の組合せは、正味のアンバランスな結合領域を含み、これは「失われた」−ループ結合領域２９０−７によって「マッチングされない」ＯＺ−９中の三角形の＋ループ領域であると考えられる。同様に、オフセットゾーンＯＺ−２及びＯＺ−４中の結合領域の組合せは、正味のアンバランスな結合領域を含み、これは、オフセットゾーンＯＺ−４からスケール波長の整数倍だけ離れた「失われた」−ループ結合領域２９０−４によって「マッチングされない」ＯＺ−２中の三角形の＋ループ領域であると考えられる。ＯＺ−２及びＯＺ−９中の「マッチングされない」三角形の＋ループ領域が、同じ極性、同一の形状及び領域（それぞれ、領域２９０−４及び２９０−７の相補形）から半波長の奇数倍だけ離れていることが重要である。従って、名目上半波長の長さを持ち、１波長の周期で配列されたスケール要素が巻線１０１０に対して変位すると、オフセットゾーンＯＺ−２及びＯＺ−９（半波長の奇数倍離れた）中のマッチングされない結合領域が互いに補い合い、一定の信号成分を発生する。即ち、オフセットゾーンＯＺ−２中のマッチングされない結合領域の部分がスケール要素でカバーされると、オフセットゾーンＯＺ−９中のマッチングされない結合領域の同一部分がカバーされない、又は、逆である。「失われた」−ループ領域２９０−４及び２９０−７も、互いに半波長の奇数倍だけ離れている。更に、オフセットゾーンＯＺ−２及びＯＺ−４の配置の形状及び領域は、オフセットゾーンＯＺ−７及びＯＺ−９の配置の鏡像である。従って、オフセットゾーンＯＺ−２及びＯＺ−４の配置と関係するどの位相誤差も、オフセットゾーンＯＺ−７及びＯＺ−９の配置に関係する等しく反対の位相誤差によってゼロとされる。
【００７４】
巻線１０１０は、一般的に、正味の位相誤差を発生しない。１０１０の配置の不利益は、プラス結合ループ領域の正味量、及び、マイナス結合ループ領域の正味量が異なることである。従って、巻線１０１０は、一般的に望ましくないＤＣ信号オフセットを持つ。しかしながら、既に示したように、ＤＣ信号オフセットは、信号処理によって比較的容易に補償される。従って、巻線１０１０の先に述べた配置は、様々なアプリケーションにおいて有用である。
【００７５】
図５−１０で示された配置のいずれも、又、本発明による他の任意の巻線配置のいずれも、オフセット寸法は名目上スケール波長の１／１０に等しい。そのような場合、このオフセット寸法に関係する空間フィルタリングは、巻線の出力信号から５次の空間調和誤差成分を実質的に取り除く。
【００７６】
上記実施例は、いずれも３相システムを示していたが、ここに記載した様々な位相誤差バランス及び／又は除去技術は、２相システム（例えば矩形型システム）、又は、より一般的に、任意の空間位相数のシステムに適用できる。
【００７７】
本発明の好ましい実施例が示され説明されていたが、示され説明された様相の配列の様々な変形が、この開示に基づいて当業者に自明である。従って、本発明の精神及び範囲から離れることなく、様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】２重ループのセット、２つの下位巻線、及び、４つの出力端子を備えた理想化されたトランスデューサ巻線の平面図
【図２】２重ループのセット及び２つの出力端子を備えた実際的なトランスデューサ巻線の平面図
【図３】ある空間位相誤差を含む先行技術のピッチ補償された３相システムで用いられた実際的なトランスデューサ巻線のセットの平面図
【図４】図３の３つの巻線を個別に示した平面図
【図５】各巻線中に２重ループのセットを備えた、本発明による３相システムの実際的なトランスデューサ巻線のセットの平面図
【図６】図５の３つの巻線を個別に示した平面図
【図７】各巻線中の２重ループの２つのセットを備えた、本発明による３相システムのトランスデューサ巻線の実際的なセットの平面図
【図８】図７の３つの巻線を個別に示した平面図
【図９】位相誤差補正の新しい手段を示す、図６の３つの巻線の平面図
【図１０】鏡像直列接続配列を備え、正味位相誤差が無い、本発明による実際的なトランスデューサ巻線の平面図
【符号の説明】
【００７９】
１７０…重心
１８０…オフセット寸法
２９０…不一致領域
３００、５００、７００…巻線セット
３１０Ａ−Ｃ、５１０Ａ−Ｃ、７１０Ａ−Ｃ…トランスデューサ巻線
ＦＴ…フィードスルー
ＰＺ…基本極性ゾーン
ＯＰＺ…オフセット極性ゾーン
ＯＺ…オフセットゾーン
ＳＬ…直列リンク
ＳＦＴ…直列接続フィードスルー
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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